(57)【要約】【課題】            情報が符号化された光の波長を、感度を増倍しつつ変換する方法を提供する。【解決手段】        第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化する為の方法であって、第１の波長光の空間的な強度変動と相同の第１の電子密度分布を発生することと、第１の電子密度分布と相同の第２の追加電子密度を発生することと、材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料中において前記密度分布と相同の電界を発生する為に、捕獲領域内で、第１および第２の電子密度分布から電子を捕獲することと、第２の波長光を変調の材料に伝達させ、それにより、電界に応じて第２の波長光を変調し、前記情報で第２の波長光を符号化することと、を含む。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化する為の方法であって、  前記第１の波長光の空間的な強度変動と相同の第１の電子密度分布を発生する為に、前記第１の波長光を、前記第１の波長光からの光子を吸収することによって電子−正孔対が発生される光伝導材料中に伝達させることと、
材料内の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調させる材料内において前記密度分布と相同の電界を発生する為に、捕獲領域内部で前記第１の電子密度分布からの電子を捕獲することと、
前記光伝導材料中に電子−正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有するパルス光を前記変調の材料中に伝達させ、その後、前記第１の電子密度分布と相同の第２の追加の電子密度を発生する為に、前記光伝導層に伝達させることと、
前記捕獲領域内に前記第２の電子密度分布からの電子を捕獲することと、
前記第２の波長光を前記変調の材料中に伝達させ、それにより、前記第２の波長光を前記電界に応じて変調し、前記第２の波長光を前記情報で符号化することと、を含む方法。
【請求項２】
前記伝導材料中で発生された電子を、電子が電子なだれプロセスで増倍される複数のグレーデッドバンドギャップ層を備える構造中に通過させること、を含む
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パルスのパルス長が十分に長く、そのため、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にある、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の波長光パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の波長光を変調の材料中に伝達させることが、前記第２の波長光のパルスを前記変調の材料中に伝達させ、かつ前記光伝導材料中に伝達させることを含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第２の波長光が、前記光伝導材料中に電子−正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の追加の電子密度を発生することが、
前記第１の波長光の強度変動と実質的に相同の電界が前記変調の材料中に確立された後、第２の波長光のパルスを前記変調の材料中に伝達させることと、
その後、前記第２の電子密度分布を発生する為に、前記光パルスを前記光伝導層中に伝達させることと、を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記パルスのパルス長が十分に長く、そのため、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にある、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の波長パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する、請求項６または請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化する方法であって、
第１の波長光の少なくとも１つのパルスを光伝導材料中に伝達させ、それにより前記第１の波長光の空間的な強度変動と相同の電子の密度分布を発生することと、
材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料中において、前記空間的な変動と相同の電界を発生する為に、前記電子の密度分布から電子を捕獲することと、
光伝導層内に電子正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有する第２の波長光のパルスを、前記変調の材料および前記光伝導材料中に伝達させ、それにより、前記電界に応じて前記パルスを変調し、前記情報で前記パルスを符号化することと、を含む方法。
【請求項１１】
前記第２の波長パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の波長光のパルスを始めに前記光変調層中に伝達させ、次に前記光伝導層中に伝達させることを含み、前記パルスのパルス長は、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にあるようなものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化するための方法であって、
全てが実質的に同じ空間的な強度変動パターンを有する第１の波長光の複数のパルスを受信することと、
受信した各第１の波長光パルスに応じて、前記第１の波長光パルスの空間的な強度変動と相同の電子密度分布を発生することと、
材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料中において前記密度分布と相同の電界を発生する為に、前記発生された電子密度分布から電子を蓄積することと、
前記第２の波長光がその内部の電界に応じて変調されそれによって前記情報で符号化される前記変調の材料中に、前記第２の波長光を伝達させることと、を含む方法。
【請求項１４】
前記複数の光パルスの最初と最後の間の時間経過が、前記材料中で電子密度が減衰する速度を特徴づける前記材料のリラクゼーション時間より短い、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第２の波長光を伝達させることが、第２の波長光のパルスを伝達させることを含む、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化されたデータで、第１の波長によって特徴付けられる光を符号化する固体波長変換器に関し、詳細には、データが画像を表すときに光を符号化することに関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の波長によって特徴付けられる光の強度に符号化される画像を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化される画像に変換する固体波長変換器は、当技術分野では既知である。第１および第２の波長によって特徴付けられる光は、これ以降、それぞれ「入力光」および「出力光」と呼び、表示の明確さと簡略化のために、符号化した画像は、対象物の画像であることを仮定する。
【０００３】
１つのタイプの波長変換器は、光学的および／または電気的活性材料から形成された複数の薄い連続層から成る層状の本体を備える。層の１つは、光伝導層であり、層の１つは、光変調層である。光伝導層の材料は、光伝導層を通過する光からエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーを電子−正孔対に変換する。光変調層の材料は、光変調層を通過する光の特性、一般に強度を、変調層の電界の強さに依存する量だけ変調する。一般に、層状本体の最も外側の層は、透明な伝導材料から形成され、電極として機能する。適切な電気電源が電極に接続される。
【０００４】
波長変換器が動作しているとき、電源は電極間に電位差を印加し、それによって層に電界を発生させる。画像化される対象物からの光、すなわち入力光は、光伝導層の上に合焦される。光伝導層において、入力光は、対象物の画像に対応する空間的に変動する強度を有する。入力光の光子は光伝導層で吸収され、その層で電子−正孔対を発生する。光伝導層の領域で発生された電子−正孔対の数は、その領域の入力光の強度にほぼ比例する。したがって、これ以降「入力画像」と呼ぶ、光伝導層における入力光の変動強度パターンは、発生された電子−正孔対の密度分布に「コピー」される。
【０００５】
電源によって発生された電界の影響を受けて、電子−正孔対からの電子は、光変調層の方向にドリフトし、光変調層の表面近くまたは表面上で捕獲される。捕獲された電子は、これ以降「変調場」とよぶ、電界を光変調層に発生する。光伝導層に発生された電子−正孔対の密度分布は対象物を画像化するので、これ以降「電荷画像」と呼ぶ、捕獲された電子の密度分布と、捕獲された電子によって発生された変調場の大きさもまた、対象物を画像化する。
【０００６】
入力光に露光した後、変換器は、適切な光源から放射されている光、すなわち出力光に露光される。出力光は、波長変換器に入射させられ、光変調層を通過した後、波長変換器を出る。光変調層は、変調場の大きさにじて出力光を変調する。変調場が強い変調層の領域を通過する出力光は、強く変調される。変調場が弱い変調層の領域を通過する出力光は、弱く変調される。したがって、変換器を出る際に、出力光は対象物の画像で符号化される。すなわち、対象物の入力画像は出力光にコピーされ、その後、出力光は、対象物の画像を提供する為に処理することができる。
【０００７】
Ｔａｋａｈａｓｈｉ他による米国特許第５１２４５４５号は、このタイプのいくつかの異なる波長変換器を記載している。その特許に記載されている１つの波長変換器は、カドミウム硫化物（ＣｄＳ）またはビスマス・シリコン酸化物（Ｂ１２ＳｉＯ２０）などから形成された光伝導層を備えており、この層は、「ニオブ酸リチウムの単一結晶またはネマチック液晶のような」光変調層と隣接している。入力光および出力光は、共に両方の層を通過する。したがって、出力光の光子のエネルギーは、光伝導層のバンドギャップのエネルギーより小さく選択される。このことは、波長変換器で画像化される対象物の入力画像と、変調場を発生する波長変換器内の対象物の電荷画像との間の対応関係を消滅させるであろう、光伝導層内での電子−正孔対を、出力光が発生することを防止する。その結果、このタイプの従来技術の波長変換器は、入力光の光子のエネルギーが、出力光の光子のエネルギーより大きいときに、一般的に使用される。このタイプの波長変換器は、対象物のＵＶ入力画像を可視スペクトルでの対象物の「出力」画像に変換することには実用的であるが、対象物のＩＲ入力画像を対象物の可視出力画像に変換するには実用的でない。
【０００８】
この特許に記載されている他の波長変換器は、光伝導層と光変調層に挟まれている誘電体ミラーまたは「光絶縁フィルム」を備える。この波長変換器では、出力光が光変調層に入射し、光変調層を通過して、誘電体ミラーによって反射され、再び光変調層を通過して、波長変換器を出る。ミラーのために、出力光は、決して光伝導層に到達せず、変換器で画像化される対象物の電荷画像に影響を与えない。したがって、このタイプの波長変換器は、ＩＲ画像から可視光画像など、比較的「低エネルギー」の入力光中に符号化された画像を、比較的「高エネルギー」の出力光中に符号化された画像に変換することができる。
【０００９】
しかし、ミラーを有する波長変換器では、ミラーの存在のために、波長変換器に形成される電荷画像と、波長変換器の光変調層との間の距離が増大する傾向がある。さらに、光変調層の面に垂直な方向に、電荷画像が分布する距離を増大する傾向がある。ミラーによるこの両方の影響は、電荷画像によって発生された変調場が、画像化されている対象物の入力画像に対応する鮮鋭さをぼやけさせたり、或いは低減しがちである。したがって、ミラーは、波長変換器の空間解像度を低減する傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
多くの従来の波長変換器では、入力光の実際の強度のために、捕獲された電子の密度の変動が、出力光の満足できる変調に作用するには小さすぎることがよくある。その結果、これらの波長変換器の感度は、多くの応用に対して十分でない。増大された感度を有する波長変換器を有することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の側面は、対象物からの入力光の強度が比較的低いとき、波長変換器からの出力光が、比較的解像度が高い対象物の画像を提供するのに使用できる様に、改善された感度を有する固体波長変換器を提供することに関する。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態による波長変換器は、光伝導層と光変調層の間に配置された電子増倍領域を備える。増倍領域は、グレーデッドバンドギャップ階段増倍器（graded-band-gap staircase-multiplier）を形成する半導体材料の層を備えることが好ましい。グレーデッドバンドギャップ階段増倍器は、Ｃａｐａｓｓｏ他による米国特許第４４７６４７７号、および、Ｒｉｐａｍｏｎｔｉ他によるＮｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ａ２８８（１９９０）９９〜１０３ページの「Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｔａｉｒｃａｓｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：Ｔｏｗａｒｄｓ ａ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ」という名称の論文に記載されており、その開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１３】
画像化されている対象物から変換器に入射する入力光によって光伝導層内に発生される電子−正孔対からの電子は、増倍領域を通過して光変調層へとドリフトする。ドリフトする電子は、増倍領域の材料をイオン化し、電子なだれプロセスで増倍する。その結果、光変調層に到達する電子の数は、増倍領域がない場合に光変調層に到達する数に対して著しく増大する。したがって、波長変換器の感度は、従来技術の波長変換器に対して著しく増大する。
【００１４】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の側面は、入力光の光子が出力光の光子より低いエネルギーを有し、出力光が、変換器の光伝導層と光変調層の両方を通過する、波長変換器を提供することに関する。そのような波長変換器は、例えば、光伝導層と光変調層の間にミラーを提供することを必要とせずに、対象物のＩＲ入力画像を、対象物の可視画像に変換することができる。その結果、可視画像の解像度は、上述したように、ＩＲ入力画像に応答して波長変換器に発生される変調場にミラーが生じさせる歪みによって低下することはない。
【００１５】
しかし、出力光が、波長変換器の光伝導層を通過するとき、光伝導層に電子−正孔対を発生する。電子−正孔対からの電子は、上述したように、光変調層へとドリフトし、入力画像と、入力画像に応じて変換器に発生される電荷画像との対応関係を消滅させる可能性がある。その結果、変調層の変調場は歪められ、一度歪められると、対象物画像で出力光を正確に符号化することはできない。
【００１６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の側面は、出力光の光伝導層の通過によって光伝導層に形成される電子が、出力光の変調と、入力光中に符号化された対象物の入力画像との相関を消滅させることを防止することに関する。
【００１７】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光は、光変調層を通過する前に、光伝導層を通過する。
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、光変調層の吸収係数は、光変調層の電界が増大すると共に増大する。したがって、出力光の空間変調のパターンは、入力光の空間変調の「陰画」である。入力光の強度が比較的強いとき、出力光の強度は比較的弱く、変調出力光で形成される対象物の画像は、対象物の陰画である。電界の増大と共に吸収係数が増大する光変調層は、これ以降「陰画変調器」と呼ぶ。
【００１８】
この両方の好ましい実施形態では、出力光が光変調層を通過することによって発生された電子−正孔対から発生される光伝導層内の電子密度は、入力画像と相同（homologous）でない。非相同の電子密度からの電子は、光変調層へとドリフトし、入力画像と光変調層の変調場の対応関係を消滅させる。
【００１９】
変調場と入力画像の対応関係の欠如が出力光の変調に影響することを防止するために、本発明の好ましい実施形態によれば、変換器を照射する出力光は、光の短いパルスの形式で提供される。出力光のパルスのパルス幅が短いので、光伝導層でパルスによって発生された電子が光変調層に到達し、光変調層の変調場に影響を及ぼす前に、パルスはほぼ完全に変換器の光変調層を通過する。したがって、対象物からの入力光によって電荷画像が波長変換器内に発生されるとき、続いて変換器を照射する出力光は、電荷画像によってほぼ正確に変調される。出力光パルスの変調は、光伝導層を通過する際に出力光パルスが光伝導層に電子−正孔対を発生する場合でも、実質的には出力光パルスの波長変換器通過による影響を受けない。
【００２０】
出力光パルスの変調は、光伝導層の通過によって影響されないが、出力光パルスの光は、部分的に光伝導層に吸収される。したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、出力光は、光伝導層内での吸収を補償するのに十分な強度で提供される。
【００２１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、光変調層内での吸収係数は、光変調層の電界が増大するにつれ減少する。これらの好ましい実施形態では、出力光の空間変調のパターンは、入力光の空間変調の陽画である。入力光の強度が比較的強い場合、出力光の強度も比較的強く、変調出力光で形成される対象物の画像は、対象物の陽画である。吸収係数が電界の増大と共に減少する光変調層を、これ以降「陽画変調器」と呼ぶ。
【００２２】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、光変調層は陽画変調器であり、出力光は、光伝導層を通過する前に光変調層を通過する。これらの本発明の好ましい実施形態では、出力光が光変調層を通過することによって発生された電子−正孔対から発生される光伝導層の電子密度は、入力画像と相同である。光変調層へとドリフトするこの電子密度からの電子は、入力画像と、光変調層の変調場との対応関係を消滅させない。代わりに、電子は、変調場と入力画像の対応関係を維持すると同時に、変調場を増幅する。
【００２３】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の側面によれば、出力光は、出力光を変調する変調場を増幅する為に用いられる。
【００２４】
光変調層が陽画変調器であり、出力光が、光伝導層を通過する前に光変調層を通過する、本発明のいくつかの好ましい実施形態において、出力光の第１のパルスは、後続の出力光の第２のパルスについての変調場を増幅する為に用いられる。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、光パルスの光伝導層の通過によって発生する電子が、光パルスが光変調層を離れてしまう前に変調場を増幅する様に、波長変換器を通過する出力光パルスは、十分に長いパルス長を有する。その結果、出力光パルスは、それ自身が増幅を行った増幅された変調場によって変調される。
【００２５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の側面は、シャッタを備える波長変換器を提供することに関する。シャッタは、当技術分野で知られている方法を用いて、波長変換器の伝導層の１つの上に作られる。本発明の好ましい実施形態による、いくつかの波長変換器では、シャッタを使用して入力光を遮断する。本発明の好ましい実施形態による、いくつかの波長変換器では、シャッタを使用して出力光を遮断する。本発明の好ましい実施形態による、いくつかの波長変換器では、波長変換器は２つのシャッタを備える。シャッタの１つを使用して入力光を遮断し、シャッタの１つを使用して出力光を遮断する。本発明の好ましい実施形態では、シャッタは、波長変換器の２つの伝導層の１つまたは両方の上に作られる。
【００２６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の側面は、本発明の好ましい実施形態による、波長変換器を備えるカメラを提供することに関する。カメラは、画像化されている対象物からの第１の波長によって特徴付けられる光を収集し、ＣＣＤなど、適切な感光性のある表面上に、第２の波長によって特徴付けられる光で対象物を画像化する。第１の波長によって特徴付けられる光は、波長変換器の入力光であり、第２の波長によって特徴付けられる光は、波長変換器の出力光である。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、カメラは３Ｄカメラであり、これを使用して、カメラで画像化されるシーン内の対象物までの距離を測定する。
【００２７】
したがって、本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化する為の方法であって、前記方法は、前記第１の波長光の空間的な強度変動と相同の第１の電子密度分布を発生することと、前記第１の電子密度分布と相同の第２の追加の電子密度を発生することと、材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料内において前記密度分布と相同の電界を発生する為に、捕獲領域内で前記第１および第２の電子密度分布からの電子を捕獲することと、前記第２の波長光を前記変調の材料中を伝達させ、それにより、前記電界に応じて前記第２の波長光を変調し、前記情報で前記２の波長光を符号化することとを含む。
【００２８】
好ましくは、前記第２の追加の電子密度を発生することが、電子が電子なだれプロセスで増倍される複数のグレーデッドバンドギャップ層を含む構造に、前記第１の密度分布からの電子を通過させることを含む。
【００２９】
代替として又は追加として、前記第１の電子密度を発生することが、前記第１の波長光から光子を吸収することによって電子−正孔対が発生される光伝導材料に、前記第１の波長光を伝達させることを含むことが好ましい。
【００３０】
好ましくは、前記第２の追加電子密度を発生することが、前記第１の波長光の強度変動と実質的に相同の電界が前記変調の材料中に確立された後、前記光伝導材料中で電子−正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有する光パルスを前記変調の材料中に伝達させることと、その後、前記光伝導材料中に電子−正孔対を発生する為に、前記光パルスを前記光伝導層中に伝達させることと、を含む。
【００３１】
前記パルスのパルス長が十分に長く、そのため、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にあることが好ましい。
【００３２】
代替として、前記第２の波長光パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する。
【００３３】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第２の波長光を変調の材料中に伝達させることは、前記第２の波長光のパルスを前記変調の材料中に伝達させ、かつ前記光伝導材料中に伝達させることを含む。
【００３４】
第２の波長光が、前記光伝導材料中に電子−正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有することが好ましい。
【００３５】
好ましくは、前記第２の追加の電子密度を発生することが、前記第１の波長光の強度変動と実質的に相同の電界が前記変調の材料中に確立された後、第２の波長光のパルスを前記変調の材料中に伝達させることと、その後、前記第２の電子密度分布を発生する為に、前記光パルスを前記光伝導層中に伝達させることと、を含む。
【００３６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記パルスのパルス長が十分に長く、そのため、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にある。
【００３７】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第２の波長パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する。
【００３８】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、第１および第２の電子密度を発生することは、その全てが実質的に同じ空間的な強度変動を有する前記第１の波長光パルスの列中の各光パルス毎に、第１および第２の電子密度を発生することを含み、電子を捕獲することは、同一の捕獲領域において、光パルス列中の光パルスに対して発生された密度から電子を捕獲することを含む。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化する方法であって、前記方法は、第１の波長光の少なくとも１つのパルスを光伝導材料中に伝達させ、それにより前記第１の波長光の空間的な強度変動と相同の電子の密度分布を発生することと、材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料中において、前記空間的な変動と相同の電界を発生する為に、前記電子の密度分布から電子を捕獲することと、光伝導層内に電子正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有する第２の波長光のパルスを、前記変調の材料および前記光伝導材料中に伝達させ、それにより、前記電界に応じて前記パルスを変調し、前記情報で前記パルスを符号化することと、を含む。
【００４０】
好ましくは、前記第２の波長パルスによって前記光伝導層内に発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させる前に、前記第２の波長光のパルスが、実質的に完全に前記変調の材料を通過する。
【００４１】
代替として、前記方法は好ましくは、前記第２の波長光のパルスを始めに前記光変調層中に伝達させ、次に前記光伝導層中に伝達させることを含み、前記パルスのパルス長は、前記パルスに応じて発生された電子が捕獲され、前記変調の材料中の電界を変化させた後、前記パルスの一部が前記変調の材料中にあるようなものである。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化するための方法であって、前記方法は、全てが実質的に同じ空間的な強度変動パターンを有する第１の波長光の複数のパルスを受信することと、受信した各第１の波長光パルスに応じて、前記第１の波長光パルスの空間的な強度変動と相同の電子密度分布を発生することと、材料中の電界に応じて該材料を通過する光の特性を変調する材料中において前記密度分布に相同の電界を発生する為に、前記発生された電子密度分布から電子を蓄積することと、前記第２の波長光がその内部の電界に応じて変調されそれによって前記情報で符号化される変調の材料中に、前記第２の波長光を伝達させることと、を含む。
【００４３】
第２の波長光を伝達させることが、第２の波長光のパルスを伝達させることを含むことが好ましい。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、第１の波長によって特徴付けられる光の空間的な強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光で画像化する為の方法であって、前記方法は、ａ）第２の波長光のパルスを符号化する為の本発明の好ましい実施形態にしたがって第２の波長のパルスを符号化することと、ｂ）前記符号化された第２の波長光パルスを、感光表面上に画像化することと、ｃ）ａ）およびｂ）を少なくとも２回反復することと、を含み、この場合において、受信された少なくとも１つの第１の波長光パルスが全ての反復において、実質的に同じ空間的な強度変動を有する。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、対象物を画像化する為の方法であって、前記対象物によって反射または放射された第１の波長光を収集することと、本発明の好ましい実施形態ににしたがって、前記第１の波長光中の強度変動を、第２の波長によって特徴付けられる光中に符号化することと、符号化された第２の波長光を、感光表面上に画像化することと、を含む。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、対象物までの距離を決定する為の方法であって、第１の波長によって特徴付けられる光パルスの少なくとも１つのパルス列で対象物を照射することと、前記パルス列中の光パルスが放射される時間に連動した時間に開閉されるシャッタ上で、前記対象物によって反射された前記パルス列中の光パルスからの光を受けることと、第１波長光のパルス列を第２の波長光中に符号化する為の本発明の好ましい実施形態にしたがって、前記シャッタを伝達した、反射された第１の波長光の強度変動を、第２の波長によって特徴付けられる光の強度変動中に符号化することと、符号化された第２の波長光を、感光表面上に画像化することと、表面要素を画像化する前記感光表面の領域中に記録された第２の光波長光の強度に応じて、前記対象物の表面要素までの距離を決定することと、を含む。
【００４７】
前記少なくとも１つのパルス列が、複数のパルス列を含むことが好ましい。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第１の波長光の波長は、前記第２の波長光の特有の波長より長い。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第１の波長光の波長は、前記第２の波長光の特有の波長より短い。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第１の波長光の波長は、前記第２の波長光の特有の波長に実質的に等しい。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、波長変換器であって、第１の波長によって特徴付けられ且つその強度中に空間的な変動を有する光が通って前記波長変換器に入る第１のポートと、前記変換器に入る第１の波長光が通過し、且つその内部で前記空間的な変動に応じて電子密度分布が発生される光伝導層と、前記光伝導層内で発生された電子を受け取り、該受け取った電子に応じて、より多数の電子を生成する電子増倍器と、前記増倍層内で発生された電子を捕獲する捕獲領域と、第２の波長によって特徴付けられる光が通って前記波長変換器に入る第２のポートと、前記第２の波長光が通過する光変調領域であって、その内部の電界に応じて前記第２の波長光を変調し、且つその内部において、前記捕獲領域内で捕獲された電子によって発生される電界が、前記第１の波長光内の空間変動に相同の場である光変調領域と、を備える。
【００４９】
前記増倍領域が、複数のグレーデッドバンドギャップ層を備えることが好ましい。追加として又は代替として、前記光変調領域が好ましくは、狭バンドギャップと広バンドギャップが交互になっている層を有するＭＱＷ構造を備える。
【００５０】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記捕獲領域は、第１および第２の波長光の両方を反射する反射器を備え、変調された第２の波長光は、前記第２のポートを介して前記波長変換器を出る。前記反射層が誘電体ミラーであることが好ましい。
【００５１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、波長変換器は、第１の波長光を反射し且つ第２の波長光を伝達する反射器を備え、該反射器は、前記光伝導層よりも第１のポートから離れて配置され、且つ、前記波長変換器に入り前記光伝導層を通過する第１の波長光が２度前記光伝導層を通過する様に前記第１の波長光を反射する。反射器が誘電体ミラーを備えることが好ましい。
【００５２】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、波長変換器は、変調された第２の波長光が通って前記波長変換器を出る第３のポートを備える。
【００５３】
好ましくは、前記捕獲領域は、第１の波長光を伝達し且つ第２の波長光を反射する反射器を備える。前記反射器が誘電体ミラーであることが好ましい。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの波長変換器は、前記波長変換器によって変調される第２の波長光のパルスを放射する光源を備え、ｃを光速、ｄを前記光伝導層の厚さ、ｖを前記光伝導層内での電子のドリフト速度として、前記波長変換器に入る第２の波長光パルスのパルス幅は、（ｃｄ）／ｖより短い。
【００５５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記第１のポートと第２のポートは同一である。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの波長変換器は、前記光伝導層に結合された穿孔された金属層を備え、前記光伝導層は、前記金属層内の穿孔と位置合わせされた穴を伴って形成され、前記穴は、前記光伝導層の全幅を貫通しているか、またはほぼ貫通している。前記金属層が前記光伝導層よりも第２のポートに近いことが好ましい。
【００５７】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの波長変換器において、前記第１のポートと第３のポートが同一である。
【００５８】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの波長変換器は、前記第１の波長光が前記光伝導層を通過できるようにし、またそれを妨げるように動作可能な第１の波長シャッタを備える。前記第１の波長シャッタが、狭バンドギャップと広バンドギャップが交互になっている層を有するＭＱＷ構造を備えることが好ましい。
【００５９】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの波長変換器は、前記第２の波長光が前記波長変換器に入ることができるようにし、またそれを妨げるように動作可能な第２の波長シャッタを備える。前記第１の波長シャッタが、狭バンドギャップと広バンドギャップが交互になっている層を有するＭＱＷ構造を備えることが好ましい。
【００６０】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、第１の波長によって特徴付けられる光の強度変動中に符号化された情報を、第２の波長によって特徴付けられる光で画像化するカメラであって、前記カメラは、本発明の好ましい実施形態による波長変換器と、感光表面と、前記波長変換器を出る第２の波長光を受け取り、それを前記感光表面上に画像化する光学部品と、を備える。
【００６１】
前記カメラは、第２の波長光を放射する光源を備えることが好ましい。前記カメラは、第１の波長光が、前記波長変換器に到達することを遮断するシャッタを備えることが好ましい。前記シャッタが前記波長変換器内に備えられていることが好ましい。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態によってさらに提供されるのは、対象物までの距離を決定する３Ｄカメラであって、第２の波長光を放射する光源を備える本発明の好ましい実施形態によるカメラと、第１の波長光パルスの少なくとも１つのパルス列で、前記対象物を照射するパルス光源と、少なくとも１つのパルス列中の光パルスが放射される時間に連動する時間にシャッタをゲート・オープンし、前記少なくとも１つのパルス列それぞれの最後の光パルスに続いて、第２の波長光のパルスで前記波長変換器を照射するように前記第２の波長光源を制御するコントローラと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、波長変換器に入射する入力光中に符号化された画像で出力光を符号化する、固体波長変換器の断面図を模式的に示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態による、光変調層に関する、出力光の吸収係数の、電界と出力光の波長への依存を模式的に示す。
【図３】本発明の好ましい実施形態による、波長変換器に入射する入力光中に符号化された画像で出力光を符号化する、他の固体波長変換器の断面図を模式的に示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による、波長変換器に入射する入力光中に符号化された画像で出力光を符号化する、他の固体波長変換器の断面図を模式的に示す。
【図５】本発明の好ましい実施形態による、波長変換器を備えるカメラを模式的に示す。
【図６】本発明の好ましい実施形態による、入力光を遮断するシャッタを備える波長変換器を模式的に示す。
【図７】本発明の好ましい実施形態による、波長変換器を備える他のカメラを模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、波線矢印２４で表す入力光中に符号化された画像で、直線矢印２２で表す出力光を符号化する、本発明の好ましい実施形態による、固体波長変換器２０の断面の概略図である。入力光２４は、波線矢印２４をグループにクラスタ化することによって模式的に表されている、空間的に変動する強度を有する。変動強度は、対象物の画像を符号化する。
【００６５】
波長変換器２０は、多量にｐドープした層４０と、光伝導層３０と、電子増倍領域３２と、第１の誘電体ミラー３４と、光変調領域３６と、多量にｎドープした層４２と、第２の誘電体ミラー３８とから成る層状本体２６を備えることが好ましい。電源４４は、ｐおよびｎドープ伝導層４０および４２を逆バイアスし、その２つの層に挟まれている層に、二重矢印４６で表し、それが示す方向を有する電界を発生する。電界４６は、実質的に一定な方向を有するが、層内の材料の特性によって層から層へと変動する大きさを有する。
【００６６】
第１および第２の誘電体ミラー３４および３８は、それぞれ適切な半導体材料４８および４９の層を備え、それぞれ出力光２２および入力光２４を反射するように設計されている。第１の誘電体ミラー３４は、入力光２４に対しほぼ透明であり、第２の誘電体ミラー３８は、出力光２２に対しほぼ透明であることが好ましい。増倍領域３２は、グレーデッドバンドギャップ階段増倍器を形成する複数のグレーデッドバンドギャップ層５０を備えることが好ましい。光変調領域３６は、複数の低および高バンドギャップの交互の層５２を備えることが好ましく、この複数の層は、ＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ ９９／４０４７８に記載されているタイプのＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ（ＭＱＷ）変調器を形成する。この開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６７】
入力光２４は、伝導層４０を通って波長変換器２０に入り、光伝導層３０に入射する。光伝導層３０では、入力光２４の光子は吸収され、光伝導層３０で電子−正孔対を発生する。これを「＋」と「−」の符号対で表す。吸収されなかった入力光２４の光子は、波長変換器２０の他の層を通過して進み、第２の誘電体ミラー３８に入射して反射され、再び光伝導層３０を通過して、さらに電子−正孔対を発生する。第２の誘電体ミラー３８で反射された入力光２４の光子は、第２の誘電体ミラー３８を源とする「反射入力光」の波線矢印２４’によって表される。光伝導層３０のある点で単位体積あたり発生された電子−正孔対の数は、その点の入力光２４の強度にほぼ比例する。その結果、発生された電子−正孔対の密度は、入力光２４の強度変動に符号化された対象物を画像化する。
【００６８】
電子−正孔対からの電子は、増倍領域３２に向って電界４６内をドリフトする。増倍領域３２では、電子は、電子なだれプロセスで増倍する。マイナス符号５４で表された「当初の」電子についての電子なだれプロセスが、図１に模式的に示されている。当初の電子は、入力光２４によって電子−正孔対が発生される光伝導層３０の各領域から、増倍領域３２に入る。電界４６の影響下で、増倍領域３２をドリフトして通る電子が、第１から第２のグレーデッドバンドギャップ層５０へと通過する度に、ほぼ毎回、電子は第２のグレーデッドバンドギャップ層５０の材料をイオン化し、追加の電子を発生する。すなわち、電子がグレーデッドバンドギャップ層５０のある層から他の層に通過する度に、電子は「倍増」するのである。「ｎ」グレーデッドバンドギャップ層を有する理想的なグレーデッドバンドギャップ階段増倍器は、ほぼ２（ｎ−１）に等しい電子増倍ファクタを提供する。
【００６９】
図１では、増倍領域３２は、一例として、３つのグレーデッドバンドギャップ層５０を含み、増倍領域３２に入る各当初の電子５４に対し、増倍領域３２を出ていく４つの電子が示されている。理論的には、３つのグレーデッドバンドギャップ層を有する「理想的」な増倍領域３２は、４に等しい「電子増倍ファクタ」を提供する。本発明の好ましい実施形態による、増倍領域３２で使用するグレーデッドバンドギャップ層の数は、３と異なることができ、異なる数のグレーデッドバンドギャップ層は、異なる電子増倍ファクタを提供する。
【００７０】
増倍領域３２を出る電子は、第１の誘電体ミラー３４で捕獲され、第１の誘電体ミラー３４で、空間的に変動する電子電荷密度、すなわち「電荷画像」を発生する。第１の誘電体ミラー３４で捕獲された電子は、マイナス符号で表され、そのクラスタ化は、電荷画像である変動する密度を模式的に示す。捕獲された電子の密度は、入力光２４によって光伝導層３０に発生された電子−正孔対の密度と実質的に相同である。したがって、電荷画像は、光伝導層３０において入力光２４の強度の変動によって画像化された対象物を画像化する。
【００７１】
電荷画像は、光変調領域３６内に、空間的に変動する電界、すなわち「変調場」を生成する。この変調場は、光変調領域３６のある点で、その点にちょうど向かい合う誘電体ミラー３４の領域内での電荷画像の電荷密度にほぼ比例する大きさを有する。したがって、変調場の大きさの変動もまた、光伝導層３０内に入力光２４によって画像化された対象物を画像化する。
【００７２】
光変調領域３６の材料の出力光２２に対する吸収係数は、光変調領域３６の電界の関数である。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、吸収係数は、電界の大きさが増大すると共に増大し、そして、光変調領域３６は陰画変調器である。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、吸収係数は、電界の増大と共に減少し、そして、光変調領域３６は陽画変調器である。
【００７３】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光２２のいくつかの波長に対し、吸収係数は増大する電界と共に増大し、出力光２２の他の波長に対しては、吸収係数は、増大する電界と共に減少する。この場合、光変調領域３６は、出力光２２のいくつかの波長に対する陽画変調器であり、出力光２２の他の波長に対しては陰画変調器である。
【００７４】
図２は、本発明の好ましい実施形態による、上記で参照したＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ ９９／４０４７８に記載されているタイプのＭＱＷ変調器を備える光変調領域３６についての、吸収係数の波長及び電界への依存を模式的に表すグラフ９０を示している。光変調層は、光のいくつかの波長に対しては陽画変調器であり、光の他の波長に対しては、陰画変調器である。
【００７５】
グラフ９０では、波長を横軸にとり、吸収係数「β」を縦軸にとっている。曲線９２は、光変調領域３６に電界がない場合の波長と吸収係数の関係を表す。破線９４は、光変調領域３６に任意の電界がある場合の波長と吸収係数の関係を表す。波長λ１に対し、グラフに示したように、光変調領域３６は陽画変調器であり、吸収係数βは、電界の増大と共に減少する。波長λ２に対し、光変調領域３６は陰画変調器であり、βは電界の増大と共に増大する。
【００７６】
光変調領域３６は、出力光２２を、通常、部分的に吸収しており、そして、比較的一様な電界４６のみの影響下では、吸収係数は、光変調領域３６内で比較的に空間的に相同である。変調場は、電界４６にほぼ平行である。したがって、光変調領域３６内の電界の大きさは、光変調領域３６内における変調場がゼロでないところではどこでも増大する。したがって、変調場は、入力光２４の強度の変動パターンに相同のパターンを有する、出力光２２についての光変調領域３６内の吸収係数の空間的変動を発生する。光変調層が陰画変調器の場合、電界の大きさは、入力光２４の強度の変動パターンと相同のパターンの状態で、吸収係数を増加させる。光変調層が陽画変調器の場合、電界は、入力光２４の強度変動パターンと相同のパターンの状態で吸収係数を減少させる。したがって、光変調領域３６における吸収係数の空間的な変動パターンは、入力光２４で画像化された対象物を画像化する。
【００７７】
再び図１を参照すると、変調場が光変調領域３６に確立された後、適切な光源（図示せず）から放射される出力光２２は、層状本体２６の層にほぼ垂直な方向で、第２の誘電体ミラー３８上に入射させられる。出力光２２を模式的に表す矢印線は、それらが波長変換器２０に入って出るとき、出力光２２内の光線の経路をたどる。層状本体２６の外側から第２の誘電体ミラー３８に入射する出力光２２は、第２の誘電体ミラー３８の表面上で均一な強度を有する。それは、第１の誘電体ミラー３４に到達するまで、伝導層４２及び光変調領域３６を通過する。第１の誘電体ミラー３４で、出力光２２は反射され、光変調領域３６と伝導層４２を再び通過し、第２の誘電体ミラー３８を通って波長変換器２０を出る。
【００７８】
光変調領域３６では、出力光２２の強度は、光変調領域３６の吸収係数の変動によって、波長変換器２０の層に平行な面において空間的に変調される。図１では、例として、光変調領域３６は、陽画変調器と仮定している。波長変換器２０を出て行く出力光２２を表す矢印線の長さは、波長変換器２０を出て行く出力光２２の強度を模式的に表す。したがって、出力光２２を表す、出て行く矢印線は、第１の誘電体ミラー３４で捕獲された電子の密度が大きい場合、比較的長く、捕獲された電子の密度が存在しない場合、比較的短い。出力光２２の空間変調パターンは、入力光２４の強度、及び、誘電体ミラー３４に捕獲された電子密度分布の空間変動の陽画である。
【００７９】
増倍領域３２の存在により、従来技術の波長変換器の感度に対し、波長変換器２０の感度は著しく増大される。同じ強度の入力光に対し、波長変換器２０は、従来技術の波長変換器より多くの捕獲された電子を発生し、それにより、従来技術の波長変換器より強い変調場を提供する。したがって、同じ強度の入力光に対し、波長変換器２０は、従来技術の波長変換器より高い度合いにまで出力光を変調する。その結果、波長変換器２０は、従来技術の変換器が必要とした強度より低い強度を有する入力光から対象物の画像を提供することができる。
【００８０】
一例として、本発明の好ましい実施形態によれば、波長変換器２０は、１５００ナノメートルの波長を有する入力光２４を受け付け、８５０ナノメートルの波長を有する変調された出力光２２を提供するように設計されている。高度にドープされた伝導層４０および４２は、それぞれ４００ナノメートルの厚さで、ＡｌＧａＡｓで形成されていることが好ましい。光伝導層３０は、ＩｎＧａＡｓで形成され、厚さが５００ナノメートル程度であることが好ましい。増倍領域３２のグレーデッドバンドギャップ層５０は、ＡｌＧａＡｓで形成され、各グレーデッドバンドギャップ層５０では、Ａｌの濃度が、層の電界４６によって生じた電子のドリフトの方向に、ゼロから望ましい最大値まで格付けされていることが好ましい。グレーデッドバンドギャップ層５０の厚さは、約１５０ナノメートルであることが好ましい。増倍領域３２から出てくる電子をも捕獲する第１の誘電体ミラー３４内の層４８は、低温のＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの交互の層であることが好ましく、これらの層は、１５０ナノメートル程度の厚さであることが好ましい。光変調領域３６の狭バンドギャップと広バンドギャップ層５２は、ＧａＡｓおよびＡｌxＧａ（１−Ｘ）で形成され、約７〜１０ｎｍの厚さであることが好ましい。第２の誘電体ミラー３８の層４９は、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの交互の層であることが好ましく、これらの層は、約２００ナノメートルの厚さであることが好ましい。層４９もまた、一般的な誘電体材料で形成することができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、誘電体ミラー３８と伝導層４２の位置は、交換される。本発明のこれらの好ましい実施形態では、誘電体ミラー層４９は、半導体材料で形成されることが好ましい。動作時には、電源４４によって、５０から１００ボルトの電位差が伝導層４０と４２に印加され、波長変換器２０に、約１０５ｖｏｌｔ／ｃｍ程度の場を発生する。
【００８１】
上述した層の材料と厚さおよびその程度は、例証として与えられており、当業者なら層の他の材料と厚さ、およびそれについての異なる程度を思いつくであろう。またそれが有利であることがある。そのような層の材料と厚さおよびその程度は、とりわけ、入力および出力光の波長、動作電圧、及び波長変換器の所望の感度に依存する。
【００８２】
図３は、入力光２４に符号化されている画像で、出力光２２を符号化する、他の固体波長変換器７０の断面図を模式的に示している。
波長変換器７０は、波長変換器２０が備える同じ層を備えるが、波長変換器２０の第１の誘電体ミラー３４が、波長変換器７０では捕獲層７２に置換されている点が異なる。捕獲層７２は、低温のＡｌＧａＡｓで形成された２００ｎｍの層であることが好ましい。波長変換器２０とは異なり、波長変換器７０は、出力光２２を反射するように設計された層を備えていない。電源４４は、波長変換器７０の層内に電界４６を発生する。波長変換器７０では、一例として、光変調領域３６は陰画変調器であるか、または、陰画変調器として動かされている陽画又は陰画変調器として動作可能な光変調領域である。
【００８３】
電子は、波長変換器２０で電子が発生され増倍される方式と同様に、波長変換器７０の光伝導層３０および増倍領域３２で発生および増倍される。入力光２４は層４０に入射し、光伝導層３０へと通過して、そこで電子−正孔対を発生する。光伝導層３０で吸収されなかった入力光２４の光子は、波長変換器７０の他の層を通って進み、誘電体ミラー３８に到達し、反射され、再び光伝導層３０を通過して、波長変換器を出る。誘電体ミラーによって反射された入力光２４からの光子を、波線矢印２４’によって表す。光伝導層３０で発生された電子は、増倍領域３２で増倍される。
【００８４】
しかし、波長変換器７０では、電子が増倍され増倍領域３２を出た後、波長変換器７０の電子は、波長変換器２０の場合のように、誘電体ミラー内で捕獲されず、代わりに捕獲層７２で捕獲される。（捕獲層７２で捕獲された電子を、マイナス符号の集まりで表す。）捕獲層７２は、波長変換器２０で電子を捕獲する誘電体ミラー３４より薄く、誘電体ミラー３４より小さい体積に捕獲された電子を凝縮することが好ましい。その結果、波長変換器７０において捕獲された電荷によって発生される変調場は、波長変換器２０の変調場よりも優れた忠実度で、入力光２４に符号化された入力画像を「追跡」する。
【００８５】
出力光２２は、誘電体ミラー３８または伝導層４０を通って、波長変換器７０に入ることが可能である。図３では、出力光２２は、一例として、誘電体ミラー３８を通って波長変換器７０に入る。（しかし、入力光２４は、誘電体ミラー３８の存在のために、伝導層４０を通って波長変換器７０に入らなければならない。誘電体ミラー３８を通って入ることは、誘電体ミラー３８が入力光２４を反射するので、不可能である。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、誘電体ミラー３８は存在せず、入力光２４は、伝導層４０または伝導層４２を通って波長変換器７０に入ることができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、誘電体ミラー３８は、光伝導層３０の左に配置され、入力光２４は、右側から伝導層４２通って波長変換器７０に入って出て行く。）
【００８６】
波長変換器７０に入った後、出力光２２は、伝導層４２を通過して、光変調領域３６を通過し、そこで、捕獲層７２で捕獲された電子が発生した変調場によって変調される。変調後、出力光２２は、捕獲層７２と、増倍領域３２と、光伝導層３０とを続けて通過し、伝導層４０を通って波長変換器７０から出る。
【００８７】
伝導層４０を通って出て行く出力光２２の強度を、波長変換器７０を出て行く出力光２２を表す矢印の長さによって模式的に示す。上述したように、光変調領域３６は、陰画変調器として動作する。したがって、変調場が比較的大きい光変調領域３６の領域（その光変調領域３６の領域は、捕獲された電子の濃度が比較的大きい捕獲層７２の領域と隣接している）を通過する出力光２２は、比較的強く吸収される。変調場が比較的小さい光変調領域３６の領域（すなわち、捕獲層７２内の捕獲された電子の比較的小さい濃度と隣接する光変調領域）を通過する出力光２２は、比較的弱く吸収される。したがって、比較的弱い強度を有する図３の変調された出力光２２を示す短い直線矢印２２は、入力光２４が比較的強い場所、すなわち、波長変換器７０に入る入力光２４を表す波線矢印２４の位置にある。比較的強い強度を有する変調された出力光２２を表す長い直線矢印２２は、入力光２４が比較的弱いか存在しない領域、すなわち、波長変換器７０に入る波線入力矢印２４が存在しない場所にある。変調領域３６を通加後の出力光２２の空間変調のパターンは、入力光２４の空間変調の陰画である。（しかし、陽画変調器として動作する波長範囲で光変調３６を動作させることによって、入力光２４の空間変調の陽画が発生され、短い直線矢印２２と長い直線矢印２２の位置は交換される。）
【００８８】
光伝導層３０を通過する際に、出力光２２の光子のエネルギーが入力光２４の光子のエネルギーより大きい場合、出力光２２は光伝導層３０に電子−正孔対を発生する。入力光２４によって発生された電子−正孔対からの電子の場合のように、出力光２２によって発生された電子−正孔対からの電子は、増倍領域３２で増倍され、捕獲層７２で捕獲される。「出力光２２の捕獲された電子」は、光変調領域３６の変調場を変更し、変調場と入力光２４に符号化されている画像の間の対応関係を弱める。変更変調場が弱められ、そして出力光２２を変調する為に用いられる場合、出力光２２は、入力光２４に符号化されている画像で正しく符号化されないであろう。
【００８９】
光変調領域３６が陰画変調器であり、出力光の変調パターンが、入力光中に符号化された画像の「陰画」なので、出力光の電子は対応関係を弱める。しかし、出力光２２が伝導層４０を通って変調器７０に入り、光伝導層３０を通過し、その後出力光２２が「陰画」で変調される場合でも、出力光によって発生された電子は、依然として入力画像と変調場の対応を弱めることに留意されたい。これは、出力光２２は変調される前は均一な空間強度を有すると仮定して、出力光２２が光伝導層３０内で均一な電子密度を発生するであろうためである。この電子密度は次に捕獲層７２に均一な捕獲された電子密度を発生し、これが、捕獲層７２内の捕獲された電荷画像のコントラストを歪ませ、一般的にはそのコントラストを減少させる。
【００９０】
本発明の好ましい実施形態によれば、入力光２４に符号化されている画像で、出力光２２を正確に符号化することを確実にする為に、出力光２２は、短い光のパルスで提供される。出力光２２のパルスの長さは、出力光２２のパルスが光伝導層３０内に発生させる電子が変調場を著しく変更させる前に、パルスが光変調領域３６を通過してそこから出て行くように決定される。例えば、増倍領域３２は厚さ「ｄ」を有し、電子は、ドリフト速度「ｖ」で増倍領域３２を通過すると仮定する。出力光２２のパルスによって光伝導層３０に発生された電子は、光のパルスが最初に光伝導層３０に入った後、時間ｔ＝ｄ／ｖより早く捕獲層７２に到達することはできない。本発明の好ましい実施形態による、出力光２２のパルスのパルス長が「ｔ」より短い場合（光速はｖよりはるかに速いと仮定する）、光伝導層３０内に出力光２２のパルスによって発生された電子は、出力パルスの変調に影響を与えない。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光のパルスの長さは、出力光２２の変調の正確さについて妥協せずに、ｔより長くすることが可能である。これが可能なのは、光伝導層３０に出力光２２のパルスによって発生された著しい数の電子が捕獲層７２に到達するまで、変調場は、一般に、著しく「損なわれ」ないからである。
【００９１】
例えば、出力光２２のパルスによって光伝導層３０の内側に深さδで発生された光伝導層３０からの電子が捕獲層７２に到達するまで、変調場はほぼ変更されないと仮定する。出力光２２のパルスのパルス長が、（ｄ＋δ）／ｖより短いかまたは等しい場合、光変調領域３６のパルスの変調は、パルスが光伝導層３０に発生する電子によって著しく損なわれない。例として、ｄが１０００ｎｍに等しく（すなわち、７つの１５０ｎｍグレーデッドバンドギャップ層）、δが５０００ｎｍに等しく、ｖが約１０７ｃｍ／ｓｅｃに等しいとすると、ｔ＝６×１０−１１ｓｅｃである。この例で、出力光２２のパルス長が６０ピコ秒未満である場合、光伝導層３０にパルスが発生する電子は、パルスの変調を損なわせない。
【００９２】
出力光２２の第１のパルスが変換器７０を通過した後は、第１のパルスから捕獲された電子が、捕獲層７２を逃れるのに十分な時間が経過するまで、出力光２２の後続第２のパルスは、変換器７０を伝達しないことが好ましい。このことは、出力光２２の第２のパルスが、出力光の第１のパルスが波長変換器７０を通過することによって発生された電荷が発生する変調場によって符号化されないことを保証する。通常、捕獲された電子は、約１ｍｓｅｃの「リラクゼーション(relaxation)」で、ＡｌＧａＡｓで形成された捕獲層から逃れる。したがって、波長変換器７０（および同様に波長変換器２０）を使用して、約１ミリ秒あたり１回、入力光２４に符号化されている入力画像を、出力画像に変換することができる。
【００９３】
ビデオ用途に関しては、すべての出力光パルス２２が実質的に同じ強度を有すると仮定して、ビデオ・フレーム・レートは、出力光パルス２２に対する必要な最小強度を決定する。例えば、エネルギーＥの量が、適切な感光表面上にビデオ画像を形成するために必要であると仮定する。このエネルギーが、符号化された出力光パルス２２によって提供されることになる場合、波長変換器７０は、毎ミリ秒約１画像のレートでシーンを画像化できることを考慮すると、最大で約３０の符号化した光パルス２２を使用して、必要なビデオ画像を提供することができる。τを出力光パルス２２のパルス幅とし、αを、出力光パルスが光伝導層３０を通過した後、残存する出力光パルス２２の強度の部分であるとする。本発明の好ましい実施形態による、光パルス２２のピーク強度は、約Ｅ／（３０ατ）であるべきである。
【００９４】
上記の議論は、出力光２２のパルスが波長変換器７０を通過することによって、入力画像と捕獲された電荷画像の対応関係を消滅させるという仮定に基づいている。対応関係の消滅は、出力光パルスが光変調領域３６を通過するのに先立って光伝導層３０を通過することの結果であるか、または、光変調領域３６が陰画変調器であるためである。
【００９５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、光変調領域３６は陽画変調器であり、出力光２２は、光伝導領域３６を通過する前に光変調領域３６を通過する。本発明のこれらの好ましい実施形態では、光伝導層３０に出力光２２によって発生される電子−正孔対の密度は、入力光２４によって発生される当初の電子正孔対の密度に相同となりがちである。これは、上述したように、出力光２２の変調パターンが、入力光２４の強度変動の陽画、すなわち、入力画像の陽画であるからである。本発明のこれらの好ましい実施形態では、出力光パルスで発生された電子は増倍され、入力光２４によって発生された電荷画像の電子密度のパターンとほぼ同じパターンで、捕獲層７２で捕獲される。変調された出力光が光伝導層３０を通過する効果は、その形を保ち、またそれにより入力画像との対応関係を保つと同時に、捕獲された電荷画像を増幅することである。
【００９６】
しかし、出力光２２の強度は、容易に、光伝導層３０に出力光２２によって発生された電子の量が、波長変換器７０を飽和することができるようなものである。出力光２２が波長変換器７０を飽和する場合、出力光２２が光伝導層３０を通過する効果は、電荷画像の形を保つと同時に電荷画像を増倍することではなく、変調場と入力光２４に符号化されている入力画像の対応関係を弱めることである。したがって、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光２２のパルスの強度とパルス長は、出力パルスが光伝導層２２を通過することによって、波長変換器７０を飽和しないように制御される。
【００９７】
本発明の好ましい実施形態によれば、波長変換器７０の変調領域３６が陽画変調器であるとき、出力光２２のパルスは、実質的に連続して波長変換器７０を伝達し、波長変換器の捕獲された電荷画像を「問合せ」する。出力光パルスが波長変換器７０を飽和しない限り、電荷画像は歪められず、出力光２２の各問合せパルスは、電荷画像によって適切に変調される。出力光２２のパルスが、電荷画像と入力画像の対応関係を損なうことなく波長変換器７０を伝達し得る率は、出力光パルスのパルス長、それらの強度、及び出力光パルスが波長変換器を飽和しない条件によって決定される。しかしながら、波長変換器７０によって提供されることになる画像が、波長変換器のリラクゼーション時間より短い時間で著しく変動する場合、波長変換器７０を伝達する一連の出力光パルス２２の間の周期的な時間遅延が必要とされる。一連の出力光パルスは、獲得される画像が実質的に変動しない間の期間のみ継続するべきである。その後、新しい画像と重なったり新しい画像を破損したりしない様にする為に、「古い画像」を十分に崩壊させることを可能とする為の時間遅延が必要とされる。もちろん、時間遅延は、波長変換器のリラクゼーション時間にほぼ等しくあるべきである。
【００９８】
さらに、上述したように、波長変換器７０を飽和しない出力光２２のパルスは、電荷画像を問合せすると共に波長変換器内の電荷画像を増幅する。したがって、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光２２の少なくとも１つのパルスが、入力光２４によって発生された電子を増倍する為に用いられる。例えば、電荷画像が波長変換器７０に確立された後、波長変換器を飽和しない出力光２２の少なくとも１つのパルスが、電荷画像中に捕獲された電子の数を増幅する為に伝達される。（もちろん、このパルスは、問合せパルスとして機能することも可能である。）（例えば、波長変換器７０を飽和し、電荷画像を弱めるであろう）出力光２２の短く強いパルスは、次いで波長変換器７０を伝達して、電荷画像を「読み出す」。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光２２のパルスは、パルスの一部がまだ光変調層内にある間にそのパルスが電荷画像を増倍する電子を光伝導層３０内で発生する様に、十分長くされる。それにより、光変調におけるパルスの一部の変調は増幅される。「パルスの前の部分は、パルスの後ろの部分の変調を増幅する。」
【００９９】
電子を増倍する為に出力光２２を用いることによって、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、増倍領域３２の層の数を低減すること、または、増倍領域３２を削除することができる。
【０１００】
本発明の好ましい実施形態によれば、電子を増倍する為に出力光２２以外の光を用いることができ、また、電子を増倍する為に出力光２２以外の光を用いることは有利なことであり得ることに留意されたい。本発明の好ましい実施形態によれば、上述した、出力光２２を使用して電子を増倍することと同じ方式で、光伝導層３０で電子−正孔対を発生するのに十分なエネルギーを有する任意の波長の光を使用して、電子を増倍することができる。
【０１０１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、入力光２４は、波長変換器に定常状態の電荷画像を確立する為に、波長変換器７０に入射する。波長変換器では、入力光に応じて発生された捕獲された電荷が、捕獲層７２からの捕獲された電荷の漏れと均衡している。電荷画像は、それから、上述した飽和条件次第である出力光２４のパルスで正式に「問合せ」される。この問合せは、電荷画像を不安定にする。問合せの影響が減少するのに十分な時間を待った後、追加の問合せが行われる。
【０１０２】
「定常状態」の動作を波長変換器７０について説明したが、定常状態の動作は、本発明の好ましい実施形態による、波長変換器２０および他の波長変換器についても可能であり、有利になり得る。
【０１０３】
図４は、本発明の好ましい実施形態による、別の波長変換器８０を模式的に示している。波長変換器８０は波長変換器７０と同様であり、波長変換器７０と同じ多くの層を備える。しかし、波長変換器８０は、波長変換器７０には備えられている誘電体ミラー３８を備えていない。さらに、薄い金属層８２が、波長変換器７０に備えられていた伝導層４０に結合されている。金属層８２は、光伝導層３０へと延び、光伝導層の幅をほぼ完全に貫通しているか、または光伝導層３０を完全に貫通している穴をあけられている。金属層８２と光伝導層３０の穴は、イオン・ビーム穿孔など、当技術分野で既知の方法を用いて形成される。
【０１０４】
入力光２４は、伝導層４２を通って波長変換器８０に入り、波長変換器８０の層を通過した後、光伝導層３０に到達し、そこで、ほとんどの入力光２４は吸収され、電子−正孔対を発生する。光伝導層３０で吸収されない入力光２４からの光は、続いて金属層８２へと進む。金属層８２に入射した光のいくらかは、金属層８２によって反射され、再び光伝導層３０を通過して、さらに電子−正孔対を発生する。本発明の好ましい実施形態による、他の記述した波長変換器の場合のように、光伝導層３０で入力光２４によって発生された電子は、増倍領域３２で増倍され、捕獲領域７２で捕獲されることが好ましい。捕獲された電子は、出力光２２を変調する光変調領域３６内に変調場を発生する。一例として、光変調領域３６は、陽画変調器として動作すると仮定される。
【０１０５】
出力光２２は、金属層と光伝導層３０の穴８４を通って波長変換器８０に入り、波長変換器８０のすべての層を通過して、伝導層４２から波長変換器８０を出る。したがって、出力光２２は、光伝導層３０の材料を通過しないか、または実質上相互作用しない。したがって、出力光２２は、捕獲層７２で捕獲された電荷画像と、入力光２４に符号化されている入力画像の対応関係を低下させる可能性がある電子を光伝導層３０内に発生しない。
【０１０６】
穴８４は、入力光２４に符号化された入力画像に一致して変調されていない出力光２２を結果として生じるであろうことを予測することができる。出力光２２が穴８４で電子を発生しないだけでなく、入力光２４も穴８４で電子−正孔対を発生しない。したがって、入力画像に応じて発生された光変調領域３６内の電荷画像と変調電界は、金属層８２及び光伝導層３０内の穴８４に対応する「穴」を有すると予測される。出力光２２は、穴がある場合のみ実質的に波長変換器８０を通過するので、出力光２２は、実質的には捕獲された電荷画像も、それが変調領域３６内に発生して変調場も「見」ない。しかし、本発明の好ましい実施形態によれば、電荷画像及びその変調電界の横方向の広がりが、電荷画像及び変調電界内の予測される穴を埋める様に、穴８４は十分小さい直径で形成される。その結果、電荷画像とその変調場は、比較的「無傷」であり、それらの完全性が実質的に妥協されていない状態で、横方向になめらかである。したがって、出力光２２は、変調場で「穴」を「見」ず、入力画像と対応して適切に変調される。変調されない出力光２２の強度は、波長変換器８０に入りおよび波長変換器８０で変調される出力光２２の量が、許容できる入力光２４の強度変動の画像を提供するのに十分である様に制御される。
【０１０７】
図５は、本発明の好ましい実施形態による、対象物１０２を画像化する図１に示した波長変換器２０を備えるカメラ１００を模式的に示している。図５では、以下の説明で必要な波長変換器２０の特徴と要素についてのみ示している。
【０１０８】
カメラ１００は、収集光学部品１０４と、シャッタ１０６と、波長変換器２０に出力光を提供する光源１０８と、ＣＣＤなどの感光表面１１０とを備えることが好ましい。光源１０８は、レーザ・ダイオードであることが好ましい。シャッタ１０６は、上記で参照した、ＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ ９９／４０４７８に記載されているタイプの大きな開口のシャッタであることが好ましい。収集光学部品１０４は、カメラ１００で画像化されることになる光のみ実質的に伝達させる適切なフィルタ（図示せず）で覆われていることが好ましい。制御装置（図示せず）は、シャッタ１０６の開閉、光源１０８のオン・オフ切替え、および／または光源１０８によって放射される光の強度を制御する。
【０１０９】
対象物１０２を画像化するために、制御装置は、波長変換器２０上で対象物１０２を画像化する様に、波線の矢印２４で表した対象物１０２からの光が収集光学部品１０４によって収集され、シャッタ１０６を介して伝達される間の、適切な期間の間、シャッタ１０６を開く。波長変換器２０上に集束した対象物１０２からの光２４は、波長変換器２０への入力光であり、上述したように、波長変換器２０の第１の誘電体ミラー３４に、対象物１０２の捕獲された電子の電荷画像を発生する。電荷画像が、第１の誘電体ミラー３４内の「捕獲された」マイナス符号によって模式的に表されている。
【０１１０】
電荷画像の形成に続いて、制御装置は、光、すなわち、矢印線２２によって表す波長変換器２０に対する出力光が、光源１０８によって放射される様に、光源１０８を切り替える。出力光２２は、コリメーティングレンズ１１２によってコリメートされ、波長変換器２０に入射する様に出力光２２を向けるビーム・スプリッタ１１４に向けて伝達されるのが好ましい。
【０１１１】
入射する出力光２２は、波長変換器２０の光変調領域３６で変調され、誘電体ミラー３４によって波長変換器２０で反射されて、再びビーム・スプリッタ１１４に向かう。ビーム・スプリッタ１１４に入射する波長変換器２０からの出力光２２は、対象物１０２の画像を生成する為に、適切な結像光学部品１１６によって感光表面１１０上に合焦される。制御装置は、感光表面１１０に入射する出力光２２の量が対象物１０２の画像を提供するのに十分である様に、光源１０８が出力光２２を放射する時間の長さおよび／または出力光２２の強度を制御する。
【０１１２】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、カメラ１００は、波長変換器２０の入力光の波長特性を有する光で対象物１０２を照射する光源を備える。対象物１０２からの入力光は、対象物１０２によって反射された、光源からの光である。制御装置は、光源を制御して光源を切り替え、および／または光源によって放射される光の強度を決定する。本発明の好ましい実施形態による、上述した入力光源を備えるいくつかのカメラでは、入力光を遮断することは必要ではなく、代わりに光源をパルス化する。
【０１１３】
カメラ１００では、シャッタ１０６と波長変換器２０は別々の光学要素として図示されているが、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、シャッタ１０６と波長変換器２０は、統合して１つの光学要素を形成する。
【０１１４】
図６は、シャッタ１０６と統合して１つの光学要素を形成する波長変換器２０を備える波長変換器１５０を模式的に示している。シャッタ１０６と波長変換器２０は、当技術分野で既知の方法を用いて統合して作られる。シャッタ１０６は、上記で参照した、ＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ ９９／４０４７８に記載されているタイプのシャッタであることが好ましい。このシャッタは、波長変換器２０の伝導層４０上に作られる、狭バンドギャップと広バンドギャップの交互の層１５４から成るエピタキシャルＭＱＷ構造１５２を備える。伝導層１５５は、伝導層４０と反対側のＭＱＷ構造１５２の端部上に形成されている。伝導層４０は、波長変換器２０とシャッタ１０６の共通電極として機能する。電源１５６は、波長変換器２０に電圧を提供し、電源１５８は、層４０と層１５５の間で電位差を発生して、シャッタ１０６を制御する。
【０１１５】
図７は、本発明の好ましい実施形態による、対象物１０２を画像化する、図３に示した波長変換器７０を備えるカメラ１７０を模式的に示している。図７では、以下の説明で必要な波長変換器７０の特徴と要素のみを図示している。カメラ１７０は、波長変換器７０を備えるように図示しているが、本発明の好ましい実施形態によれば、カメラ１７０はまた、波長変換器７０を置き換える波長変換器８０を伴って使用することも可能である。
【０１１６】
カメラ１７０は、出力光２２の発生源１７２と、感光表面１７４と、第１および第２のミラー１７６および１７８と、好ましくは入力光シャッタ１８０と出力光シャッタ１８２とを備える。ミラー１７６と１７８は、入力光に対してほぼ透明であり、出力光に対しては、ほぼ完全に反射する。シャッタ１８０と１８２は、ＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ ９９／４０４７８に記載されているタイプの大きな開口のシャッタであることが好ましい。制御装置（図示せず）は、シャッタ１８０、１８２と光源１７２を制御する。
【０１１７】
対象物１０２の画像の形成において、制御装置は、適切な時間の間シャッタ１８０を開き、そして波線矢印２４によって表される入力光が収集光学部品１０４によって収集される。収集された入力光２４は、入力光シャッタ１８０と第２のミラー１７８を通過して、波長変換器７０の捕獲層７２内に、対象物１０２の電荷画像（「捕獲された」マイナス符号によって表される）を発生する。
【０１１８】
電荷画像が形成された後、制御装置は、光源１７２を制御して出力光２２を放射する。この出力光２２は、コロメーティングレンズ１８４によってコリメートされ、第１のミラー１７６に入射するように向けられる。第１のミラー１７６は、出力光２２を反射してシャッタ１８２に向ける。制御装置は、シャッタ１８２を制御して、出力光２２を、図３の議論で記述したように決定されたパルス長を有する光のパルスにする。出力光２２のパルスは、波長変換器７０を通過して第２のミラーに入射し、ミラーは、出力光２２の入射パルスを結像光学部品１８６へと反射する。結像光学部品１８６は、出力光２２のパルスを感光表面１７４上へ画像化する。
【０１１９】
カメラ１７０では、出力光２２のパルスは、シャッタ１８２を用いて形成されているが、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、出力光２２のパルスは、当技術分野で既知の方法を用いて、光源１７２に対するパワー入力を制御することによって形成される。さらに、図５に示したカメラ１００の場合のように、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、カメラ１７０は、対象物１０２を入力光２４で照射する光源を備える。
【０１２０】
さらに、カメラ１７０では、波長変換器７０は、シャッタ１８０および１８２から分けられて示されているが、本発明のいくつかの好ましい実施形態では、波長変換器７０は、シャッタ１８０と１８２の１つまたは両方と統合して、１つの光学要素に組み合わされる。波長変換器７０をシャッタ１８０および１８２の１つまたは両方と組み合わせて１つの光学要素を形成する方法は、図６の議論で説明した、波長変換器２０をシャッタ１０６と組み合わせる方法と同様である。
【０１２１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、カメラ１７０は、ゲート制御の３Ｄカメラとして動作する。ゲート制御の３Ｄカメラとその動作の仕方は、ＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＷＯ９７／０１１１１、ＷＯ９７／０１１１２、およびＷＯ９７／０１１１３に記載されており、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１２２】
ゲート制御の３Ｄモードにおいて、カメラ１７０は、パルス光源（図示せず）と共に動かされ、シーンの３Ｄ画像を提供する。パルス光源は、シーンを照射する光パルスの列を放射する。列の各光パルスが放射された後、あらかじめ決定された時間遅延に続いて、シャッタ１８０はカメラ１７０をオン・オフにゲート制御する。シャッタ１８０がゲート・オンである時間中、カメラ１７０は、シーンの反射表面によって反射された光パルスからの光を受信する。シャッタ１８０が開いている間に反射表面からカメラ１７０に到達する各光パルスの光の量は、カメラから反射表面までの距離の関数である。反射された光は、シャッタ１８０を通過して、波長変換器７０に入射し、捕獲層７２でシーンの画像電荷を発生する。画像電荷の領域内の電子密度は、画像電荷の領域内に画像化される反射表面までの距離の関数である。
【０１２３】
パルス列のすべての光パルスは、捕獲層７２のリラクゼーション時間（すなわち、捕獲された電子が捕獲層７２から逃れ、電荷画像を消去するのにかかる時間）より十分に短い期間内に放射されることが好ましい。その結果、光パルス列の最後の光パルスからの光を収集した後、層７２で捕獲された電荷の全体量は、光パルス列の各光パルスからの反射光によって発生された捕獲された電荷の合計である。捕獲層７２は、シーンの対象物によって反射された光パルスからの光によって光伝導層３０内に発生された電子を蓄積、事実上は統合する。
【０１２４】
光パルス列の最後の光パルスからの反射光を収集した後、出力光２２のパルスが放射され、波長変換器７０を通過し、感光表面１７４上に当たる。光パルスの列でシーンを照射することと、出力光パルス２２を放射することとを含む、次の「照射」サイクルは、出力光パルス２２の放射後の、好ましくは捕獲層７２のリラクゼーション時間に等しいかまたはそれより長い遅延に続いて、反復することができる。照射サイクルは、必要な回数だけ反復され、感光表面１７４上にシーンの画像を形成する。画像を提供するために使用する光の量は、照射サイクルの数と、各サイクルでシーンを照射する光パルス列の光パルスの数との積に比例する。画像の領域の光強度を使用して、領域上に画像化されるシーン内の反射表面までの距離を決定する。画像の強度から距離を決定するための方法は、上記で参照したＰＣＴ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎに記載されている。
【０１２５】
本発明の好ましい実施形態による、カメラ１７０の３Ｄモードでの動作を説明する為に、カメラ１７０が対象物１０２の３Ｄビデオ画像を提供するように用いられていることを仮定し、また、対象物１０２は、カメラ１７０から６ｍ〜９ｍの位置に配置されると仮定する。適切なパルス光源は、一例として、１０ｎｓｅｃに等しいパルス幅と、１００ｎｓｅｃに等しい光パルスの間の時間遅延とを有する光パルス列で、対象物１０２を照射する。好ましくは４０ｎｓｅｃの時間遅延に続いて、パルス列の各光パルスが放射された後、シャッタ１８０は、好ましくは１０ｎｓｅｃ間ゲート・オープンされる。（４０ｎｓｅｃの時間遅れと１０ｎｓｅｃのパルス幅およびゲート幅は、６ｍ〜９ｍの範囲で、カメラからの距離を測定するようにカメラを設定する。光パルス間に１００ｎｓｅｃの間隔を置くことは、光パルス間に十分な時間を提供し、したがって、シャッタ１８０が開いているとき、実質的に１つの光パルスのみからの反射光がシャッタに到達する。）
【０１２６】
光パルス列の光パルスの数は、列の継続時間が、捕獲層７２のリラクゼーション時間より十分に短いようなものであることが好ましい。例えば、本発明の好ましい実施形態では、光パルスの列は、１０００個の光パルスを含む。その結果、光パルス列のすべての光パルスからの反射光は、０．１ｍｓｅｃの期間内に、波長変換器７０に入射する。この期間は、捕獲層７２の１ｍｓｅｃのリラクゼーション時間より十分に短いので、この期間中に反射された光によって発生された捕獲された電荷は、ほとんど漏れていかない。
【０１２７】
対象物１０２を光パルスの列で照射した後、出力光２２のパルスは、レーザ装置１７２によって放射され、波長変換器７０を通過し、感光表面１７４上に当たる。１ｍｓｅｃの遅れに続いて、パルス光源からの光パルスの次の列が放射されて対象物１０２を照射し、再び照射サイクルが開始する。照射サイクルは、３０回反復されることが好ましく、したがって、対象物１０２の３Ｄビデオ画像を形成するために使用した光パルスの合計数は、３０，０００である。上述した画像化の筋書きにおける、パルスとゲート幅、タイミング・シーケンス、およびパルス列のパルス数の変形が、本発明の好ましい実施形態によれば可能であり、またそれは有利であり得る。このような変形を当業者ならば思いつくであろう。
【０１２８】
上述した本発明による好ましい実施形態では、波長変換器７０のリラクゼーション時間より十分に短い照射光パルス列を使用しているが、本発明の他の好ましい実施形態では、対象物１０２は、光パルス２４で実質的に連続的に照射される。捕獲された電荷の蓄積と漏れは定常状態に達し、そして、上述した波長変換器７０の飽和を回避すること条件として、出力光２２のパルスは連続的に伝達される。
【０１２９】
カメラ１７０のみ、３Ｄモードで動作すること記述してきたが、カメラ１００も同様に３Ｄモードで動作することを理解されたい。
【０１３０】
本出願の説明および請求項において、「備える」、「含む」、「有する」の各動詞およびその同一語源の語は、対象物または動詞の目的語が、部品、要素、または、主題または動詞の主語の要素についての、必ずしも完全な列挙ではない。
【０１３１】
本発明について、好ましい実施形態の非限定的な詳細な記述を用いて説明してきたが、これらの記述は、例証として提供されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。記述された好ましい実施形態は異なる特徴を備えるが、そのすべてが、本発明のすべての実施形態で必要とされるわけではない。本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの特徴のみ、または可能性のある特徴の組合せを使用する。当業者なら、記述された実施形態の変形および記述された実施形態において指摘された特徴の異なる組合せを含む実施形態を思いつくであろう。本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。
【符号の説明】
【０１３２】
２０  波長変換器
２２  出力光
２４  入力光
３０  光伝導層
３２  増倍領域
３４  誘電体ミラー
３６  光変調領域
３８  誘電体ミラー
４０  伝導層
４２  伝導層
４４  電源
４６  電界
５０  グレーデッドバンドギャップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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