(57)【要約】【課題】放射線波長変換器を提供する。【解決手段】放射線波長変換器は、第１の波長の放射線を受け、第１の波長の放射線を一つ以上の電気信号に変換するように構成された検出器を含む。変換器は、一つ以上の電気信号を増幅するように構成された（例えば、検出器に電気的に接続されて一つ以上の電気信号を受信する）集積回路を含む。また、変換器は、一つ以上の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換するように構成された（例えば、集積回路に形成され、または集積回路に取り付けられ、集積回路に電気的に接続されて一つ以上の増幅された電気信号を受信するように構成された）エミッタも含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の放射線を受け、第１の波長の前記放射線を一つ以上の電気信号に変換するように構成された検出器と、
前記一つ以上の電気信号を増幅するように構成された集積回路と、
前記一つ以上の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換するように構成されたエミッタと、
を備える放射線波長変換器。
【請求項２】
前記検出器が、前記第１の波長の前記放射線を複数の電気信号に変換する複数の光検出器を備えるフォトダイオードアレイを含む、請求項１に記載の放射線波長変換器。
【請求項３】
前記集積回路が、前記集積回路が各光検出器からの各電気信号を増幅するように光検出器ごとに別個の電気回路を含む、請求項２に記載の放射線波長変換器。
【請求項４】
前記エミッタが、前記複数の増幅された電気信号を受信し、前記複数の増幅された電気信号を第２の波長の前記放射線に変換する複数の放射線放出ダイオードを有するダイオードアレイである、請求項３に記載の放射線波長変換器。
【請求項５】
前記第１の波長が可視範囲外である、請求項１に記載の放射線波長変換器。
【請求項６】
前記第１の波長が短波長赤外線、赤外線、長波長赤外線、紫外線、またはＸ線のうちの一つである、請求項５に記載の放射線波長変換器。
【請求項７】
前記第２の波長が可視範囲内である、請求項４に記載の放射線波長変換器。
【請求項８】
前記放射線放出ダイオードが発光ダイオードである、請求項７に記載の放射線波長変換器。
【請求項９】
前記発光ダイオードは有機発光ダイオードを含む、請求項８に記載の放射線波長変換器。
【請求項１０】
前記エミッタの上に配置され、前記第２の波長の放射線を透過させるように構成されたガラス基板をさらに備える請求項１に記載の放射線波長変換器。
【請求項１１】
前記検出器の前に配置され、放射線を前記検出器に集中させるように構成された集束レンズをさらに備える請求項１に記載の放射線波長変換器。
【請求項１２】
放射線波長変換器を備える光学システムであって、前記放射線波長変換器が、
第１の波長の放射線を受け、第１の波長の前記放射線を一つ以上の電気信号に変換するように構成された検出器と、
前記一つ以上の電気信号を増幅するように構成された集積回路と、
前記一つ以上の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換するように構成されたエミッタとを備える、
光学システム。
【請求項１３】
前記検出器が、前記第１の波長の前記放射線を複数の電気信号に変換する複数の光検出器を備えるフォトダイオードアレイを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記集積回路が、前記集積回路が各光検出器からの各電気信号を増幅するように光検出器ごとに別個の電気回路を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記エミッタが、前記複数の増幅された電気信号を受信し、前記複数の増幅された電気信号を第２の波長の前記放射線に変換する複数の放射線放出ダイオードを有するダイオードアレイである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の波長が可視範囲外である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の波長が短波長赤外線、赤外線、長波長赤外線、紫外線、またはＸ線のうちの一つである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２の波長が可視範囲内である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記放射線放出ダイオードが発光ダイオードである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
不可視放射線の可視放射線への変換方法であって、
検出器で不可視放射線を受けて前記不可視放射線を電気信号に変換することと、
前記電気信号を増幅することと、
前記増幅された電気信号をエミッタに送信して、前記電気信号に基づいて前記エミッタから可視光を発することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は光信号の変換に関し、より詳細にはアナログ放射線波長変換器（例えば、可視光／不可視光変換器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、あらゆるＳＷＩＲ画像装置は、いくつかの特殊半導体から構成されるフォトダイオードアレイにインタフェースで接続されるシリコン製読出し集積回路（ＲＯＩＣ，ｒｅａｄ−ｏｕｔ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を使用し、同じように作られてきた。ＲＯＩＣのジョブは、フォトダイオードアレイに衝突する光子を統合し、デジタル化し、光子の量を読み出すことである。ＲＯＩＣは、それ自体でかなりの量の電力を消費し、雑音及びダイナミックレンジの点で限度がある。多くの応用例では、デジタル化された信号は電力を大量消費するサポート回路網によって処理され、ユーザーが観察するための可視光に変換されるためにディスプレイに送出される。このプロセスは無駄が多いが、つねに必要であると見られてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
斯かる従来の方法及びシステムは、それらの意図された目的のために満足できるものと見なされてきた。しかしながら、技術では放射線波長変換器の改善が依然として必要とされている。この開示は、この必要に対する解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
放射線波長変換器は、第１の波長の放射線を受け、第１の波長の前記放射線を一つ以上の電気信号に変換するように構成された検出器を含む。変換器は、一つ以上の電気信号を増幅するように構成された（例えば、検出器に電気的に接続されて一つ以上の電気信号を受信する）集積回路を含む。また、変換器は、一つ以上の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換するように構成された（例えば、集積回路に形成され、または集積回路に取り付けられ、集積回路に電気的に接続されて一つ以上の増幅された電気信号を受信するように構成された）エミッタも含む。
【０００５】
検出器は、第１の波長の放射線を複数の電気信号に変換する複数の光検出器を含むフォトダイオードアレイを含むことができる。集積回路は、集積回路が各光検出器からの各電気信号を増幅するように光検出器ごとに別個の電気回路を含むことができる。エミッタは、複数の増幅された電気信号を受信し、複数の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換する複数の放射線放出ダイオードを有するダイオードアレイであることができる。ある特定の実施形態において、エミッタダイオードアレイは光検出器と同数の放射線放射ダイオードを含むことができる。
【０００６】
第１の波長は不可視波長であることができる。ある特定の実施形態において、第１の波長は短波長赤外線、赤外線、長波長赤外線、紫外線、またはＸ線のうちの一つであることができる。
【０００７】
第２の波長は、例えば可視光を含むことができる。この点で、放射線放出ダイオードは発光ダイオードであることができる。ある特定の実施形態において、発光ダイオードは有機ＬＥＤを含む。
【０００８】
ある特定の実施形態において、ガラス基板がエミッタ上に配置され、第２の波長の放射線を透過させるように構成することができる。集束レンズが、検出器の前に配置され、放射線を検出器の上に集中させるように構成することができる。
【０００９】
本発明の少なくとも一つの態様に従うと、光学システムが本明細書に記載される放射線波長変換器を含むことができる。光学システムは、任意の適切な使用のために構成することができる。
【００１０】
不可視放射線を可視放射線に変換するための方法は、検出器で不可視放射線を受けて不可視放射線を電気信号に変換することと、電気信号を増幅することと、増幅された電気信号をエミッタに送信して、電気信号に基づいてエミッタから可視光を発することとを含む。
【００１１】
主題の開示のシステム及び方法のこれらの特長及び他の特長は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を図面とともに受けることによって当業者にとってさらに容易に明らかになるであろう。
【００１２】
主題の開示が属する技術分野の当業者が、必要以上の実験を行わずに主題の開示の装置及び方法をどのように作成及び使用するかを容易に理解するように、その好ましい実施形態が、ある特定の図を参照して本明細書で以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】可視光に変換されている不可視光（例えば、ＳＷＩＲ）を示す、本開示に係る放射線波長変換器の実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで図面への参照がなされ、図面では類似の参照番号が主題の開示の類似の構造的特長または態様を特定する。限定ではなく、説明及び例示のために、本開示に係る放射線波長変換器の実施形態の例示的な図が図１に示され、概して参照文字１００で示される。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、アナログ回路網及び最小の電源入力で第１の波長を第２の波長に変換するために使用できる。
【００１５】
図１を参照すると、放射線波長変換器１００は第１の波長（例えば、示されるような不可視光）の放射線を受け、第１の波長の放射線を一つ以上の電気信号に変換するように構成された検出器１０１を含む。検出器１０１は、任意の適切な第１の波長に感度の高い材料（例えば、短波長赤外線／近赤外線の場合ＩｎＧａＡｓ、赤外線の場合、マイクロボロメータ材料、及び／または例えば紫外線（ＵＶ）もしくはＸ線に感度の高い材料）から製作できる。
【００１６】
当業者によって理解されるように、一つ以上の電気信号への変換は直接的であることもあれば、間接的であることもある。例えば、フォトダイオードは第１の波長の放射線を電気信号に直接的に変換できる。しかしながら、例えばマイクロボロメータの場合、入ってくる放射線が材料に変化を生じさせ得、この変化は電気的に検出可能であり、それにより電気信号を間接的に作り出す。
【００１７】
また、変換器１００は、検出器１０１に電気的に接続されて一つ以上の電気信号を受信し、一つ以上の電気信号を増幅するように構成された集積回路１０３も含む。集積回路１０３は、本開示を考慮して当業者によって理解されるように信号増幅にとって任意の適切な回路網を含むことができる。例えば、集積回路１０３は低雑音受信機、増幅器、ピクセル内補正、及び出力ドライバを含むことができる。
【００１８】
集積回路１０３は、任意の適切な方法で検出器１０１に接合できる。集積回路１０３は、任意の適切な基材（例えば、シリコン）から製作できる。
【００１９】
また、変換器１００は、集積回路１０３上に形成されたまたは集積回路１０３に取り付けられたエミッタ１０５も含む。エミッタ１０５は、一つ以上の増幅された電気信号を受信して一つ以上の増幅された電気信号を第２の波長の放射線（例えば、示される可視光）に変換するために集積回路１０３に電気的に接続されるように構成される。エミッタ１０５は、チップの後部、チップの前部、または任意の適切な方向でそれを放出してよい。
【００２０】
検出器１０１は、第１の波長の放射線を複数の電気信号に変換する複数の光検出器を含むフォトダイオードアレイを含むことができる。集積回路１０３は、集積回路１０３が各光検出器からの各電気信号を増幅するように光検出器ごとに別個の電気回路を含むことができる。
【００２１】
エミッタ１０５は、複数の増幅された電気信号を受信し、複数の増幅された電気信号を第２の波長の放射線に変換する複数の放射線放出ダイオードを有するダイオードアレイであることができる。ある特定の実施形態において、エミッタダイオードアレイは光検出器と同数の放射線放射ダイオードを含むことができる。この点で、各光検出器は、集積回路１０３を通して対応する放射線放出ダイオードと、隔離されたアナログ電気的連通を有することができる。
【００２２】
これを達成するために、検出器１０１と集積回路１０３との間の接合層１０２を、各光検出器を集積回路１０３の各離散する回路に接続する個々の導電性パッドから形成することができる。エミッタ１０５は、当業者によって理解されるように、任意の適切な方法で集積回路の後部に付加的に構築できる（例えば、付着された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ））。ピクセルサイズは、任意の適切なサイズ（例えば、ピクセルの中心から別のピクセルの中心までおおよそ５マイクロメートル）であることができる。
【００２３】
第１の波長は不可視波長であることができる。ある特定の実施形態において、第１の波長は短波長赤外線（ＳＷＩＲ）、赤外線（ＩＲ）、長波長赤外線（ＬＷＩＲ）、紫外線、またはＸ線のうちの一つであることができる。任意の他の適切な波長も本明細書で企図される。
【００２４】
第２の波長は、例えば可視光を含むことができる。この点で、放射線放出ダイオードは発光ダイオードであることができる。ある特定の実施形態において、発光ダイオードは有機ＬＥＤを含む。任意の他の適切な波長も本明細書で企図される。
【００２５】
ある特定の実施形態において、ガラス基板１０７をエミッタ１０５の上に配置することができ、第２の波長の放射線にガラス基板１０７を透過させるように構成できる。集束レンズ１０９は検出器１０１の前に配置でき、放射線を検出器１０１の上に集中させるように構成できる。
【００２６】
ある特定の実施形態において、変換器１００は約１平方インチの面積を有することができる。任意の他の適切なサイズが本明細書で企図される。
【００２７】
本開示の少なくとも一つの態様に従うと、光学システムは本明細書に記載される放射線波長変換器１００を含むことができる。光学システムは、任意の適切な使用（例えば、雲を通る合成ビジョン、武器のながめ、水分検出器等）のために構成できる。本開示の少なくとも一つの態様に従うと、不可視放射線を可視放射線に変換するための方法は、検出器で不可視放射線を受けて不可視放射線を電気信号に変換することと、電気信号を増幅することと、増幅された電気信号をエミッタに送信して、電気信号に基づいてエミッタから可視光を放出することとを含むことができる。
【００２８】
上述のように、実施形態は、関心のあるスペクトルで光の光子に反応する（例えば、半導体材料から構成される）フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ，ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ  ａｒｒａｙ）にインタフェースで接続されるカスタム集積回路を含む。ＰＤＡは、外界からの光刺激に対する反応として光電流を生成する。この光電流は、カスタム集積回路を通って流され、そこでは光電流がアナログ回路網を介して増幅される。集積回路の実施形態は、次いでこの増幅された光電流を使用して、それ自体のフォトダイオードアレイとは異なる波長の光を入信光に正比例した様式で放出する。これにより、例えば不可視ＳＷＩＲ光から可視光への直接的なアナログ変換が可能になる。
【００２９】
光の直接的な変換は、ハンドヘルド応用例またはＨＭＤ応用例で画像をデジタル化する必要性を排除する。デジタル信号を必要とするＦＰＧＡまたは別個のディスプレイの必要がない。信号をデジタル化する必要がないため、既存のピクセル内回路網の大部分は排除される。フォトダイオードドライバは、選ばれた特定のエミッタに合わせることができる。実施形態は、いかなる他の適切な既存のシステム及び技術とも統合できる。
【００３０】
実施形態は逆に使用することができ、エミッタ１０５が放射線を受け、検出器１０１が別の放射線を出力できる。しかしながら、変換の効率が一つの要因である場合があり、材料は逆動作を強化するために選択できる。実施形態は、例えばハンドヘルド画像装置またはヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の低コストの直接的な代替物である。斯かるイメージングシステムは、消防士、パイロット、法執行機関、趣味の愛好家によって使用することができる。
【００３１】
上に記載され、図面で示された本開示の方法及びシステムは、優れた特性を有する放射線波長変換器を提供する。主題の開示の装置及び方法は実施形態を参照して示され、記載されたが、当業者は、主題の開示の精神及び範囲から逸脱することなく、それらに変更及び／または修正がなされてもよいことを容易に理解するであろう。
【符号の説明】
【００３２】
１００  放射線波長変換器
１０１  検出器
１０２  接合層
１０３  集積回路
１０５  エミッタ
１０７  基板
１０９  集束レンズ
【図１】
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【外国語明細書】
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