(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を反射する反射層が表面上に形成されている半導体基板と、
第一の波長範囲の入射放射線を吸収する第一の感知要素を含む、半導体基板の上方に配置された第一のマイクロブリッジ検出器と、
第二の波長範囲の入射エネルギーを吸収する第二の感知要素を含む、半導体基板の上方に配置された第二のマイクロブリッジ検出器と、
第一の波長範囲の入射放射線に応答して、第一の感知要素からの第一の検出された信号を半導体基板に結合するための第一の手段と、
第二の波長範囲の入射放射線に応答して、第二の感知要素からの第二の検出された信号を半導体基板に結合するための第二の手段と、
を含み、
前記反射層によって反射された放射線の少なくとも一部は、前記第一のマイクロブリッジ検出器の全厚みを通過し、
第二の感知要素を含む第二のマイクロブリッジ検出器が、第二の波長範囲の外の入射エネルギーに対して透過性であり、第一の感知要素を含む第一のマイクロブリッジ検出器が、第一の波長範囲の外の入射放射線に対して透過性であり、第二の感知要素を含む第二のマイクロブリッジ検出器が、第一の感知要素を含む第一のマイクロブリッジ検出器の上方に配置されていることを特徴とするデュアルバンド検出器。
【請求項２】
第二のマイクロブリッジ検出レベルの下方で第一のマイクロブリッジ検出レベルに配置された反射層をさらに含み、マイクロブリッジ検出レベルと反射層との間の距離が第二の感知要素による第二の波長範囲の入射放射線の吸収を高めるようにしている請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項３】
第一の感知要素を含む第一のマイクロブリッジ検出器が、第二の感知要素を含む第二のマイクロブリッジ検出器に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項４】
第一の感知要素が温度応答性抵抗材料の薄膜層を含む請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項５】
第一の感知要素が、第一の波長範囲でピーク吸収特性を有する吸収材料の層を含む請求項４記載のデュアルバンド検出器。
【請求項６】
第二の感知要素が温度応答性抵抗材料の薄膜層を含む請求項４記載のデュアルバンド検出器。
【請求項７】
第二の感知要素が、第二の波長範囲でピーク吸収特性を有する吸収材料の層を含む請求項６記載のデュアルバンド検出器。
【請求項８】
第一のマイクロブリッジ検出レベルと反射層との間の第一の距離が第一の波長範囲の入射放射線の吸収を高め、第二のマイクロブリッジ検出レベルと反射層との間の第二の距離が第二の波長範囲の入射放射線の吸収を高める請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項９】
第一の波長範囲が３〜５ミクロンの範囲にある請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１０】
第二の波長範囲が８〜１４ミクロンの範囲にある請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１１】
半導体基板が、第一の感知要素および第二の感知要素を逐次的に動作させるための手段を含む請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１２】
半導体基板が、第一の波長範囲および第二の波長範囲の入射エネルギーに応答して、第一の感知要素からの第一の検出された信号をサンプリングし、第二の感知要素からの第二の検出された信号をサンプリングするためのそれぞれの手段をさらに含む請求項１１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１３】
半導体基板が、第一の感知要素および第二の感知要素を逐次的に動作させ、対応する第一の波長範囲および第二の波長範囲の入射エネルギーに応答して第一の感知要素および第二の感知要素それぞれによって提供される第一の検出された信号および第二の検出された信号をサンプリングする、半導体基板中に配置された読み出し集積回路を含む請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１４】
第一の結合手段が、
第一のマイクロブリッジ検出レベルからの連続部であり、第一のマイクロブリッジ検出レベルと半導体基板との間に熱分離ギャップが存在するように第一のマイクロブリッジ検出レベルを半導体基板の上方に支持する第一の下向きに延びる脚部と、
第一の感知要素を半導体基板に接続する第一の下向きに延びる脚部に含まれる第一の導電経路とを含む請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１５】
第二の結合手段が、
第二のマイクロブリッジ検出レベルからの連続部であり、第二のマイクロブリッジ検出レベルと半導体基板との間に熱分離ギャップが存在するように第二のマイクロブリッジ検出レベルを半導体基板の上方に支持する第二の下向きに延びる脚部と、
第二の感知要素を半導体基板に接続する前記第二の下向きに延びる脚部に含まれる第二の導電経路とを含む請求項１４記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１６】
第一の結合手段が、第一のマイクロブリッジ検出レベルから半導体基板まで垂直に延びるエッチングされた接点を含む請求項１記載のデュアルバンド検出器。
【請求項１７】
第二の結合手段が、第二のマイクロブリッジ検出レベルから半導体基板まで垂直に延びるエッチングされた接点を含む請求項１６記載のデュアルバンド検出器。
【発明の詳細な説明】
本出願は、１９９５年１１月１５日に出願された「Ｄｕａｌ  Ｂａｎｄ  Ｆｏｃａｌ  Ｐｌａｎｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する先に出願された仮出願第６０／００６，７９０号の利点を主張する。
発明の背景
１．発明の分野
本発明の分野は、冷却されない熱マイクロ検出器に関する。特に、本発明は、電磁スペクトルの二つ以上の波長バンドの放射線を検出する熱放射検出装置に関する。
２．関連技術の説明
赤外線（ＩＲ）検出器の分野では、シリコン基板を含む第一の面の上方に配置された第二の面にマイクロブリッジを有する２レベルボロメータ放射線検出器を提供することは公知である。たとえば、米国特許第５，２８６，９７６号（以下「第９７６号特許」と呼ぶ）および第５，３００，９１５号（以下「第９１５号特許」と呼ぶ）は、図１に示すような２レベル赤外線ボロメータ検出装置１０を開示している。ボロメータとは、入射する電磁エネルギーを吸収し、吸収した入射電磁エネルギーを熱に変換することによって動作する電磁放射線検出器である。第９１５号特許および第９７６号特許に開示されているボロメータ検出装置は、高架マイクロブリッジ検出レベル１１および下層レベル１２を有している。下層レベル１２は、上面１４に集積回路（ＩＣ）１５の部品が製作された半導体基板１３を含んでおり、ＩＣの製作には従来のシリコンＩＣ製作技術が使用されている。ＩＣの部品は、ＩＣを汚染から保護する窒化ケイ素の保護層１６で被覆されている。高架マイクロブリッジ検出レベル１１は、窒化ケイ素層２０、抵抗層２１、窒化ケイ素層２０および抵抗層２１の上に配置された窒化ケイ素層２２ならびに窒化ケイ素層２２の上に配置されたＩＲ吸収層２３を含む。製作工程で付着される、下向きに延びる窒化ケイ素層２０′および２２′が、高架マイクロブリッジ検出レベル１１に対して傾斜している支持脚を提供する。
第９１５号特許および第９７６号特許はまた、反射材料の薄膜層１８を下層レベル１２に付着して、高架マイクロブリッジ検出レベル１１と下層レベル１２との間に空洞２６を設けることができることを開示している。反射層１８と上層マイクロブリッジ検出レベル１１との間の垂直距離ｄは、層２０、２１、２２および２３を通過する入射エネルギーが層１８によって上向きに反射され、上層マイクロブリッジ検出レベル１１に最初に入射するＩＲエネルギーとで構造的に干渉特性を有するように選択される。特に、第９１５号特許および第９７６号特許は、反射されるエネルギーの位相が上層マイクロブリッジ検出レベルの入射ＩＲエネルギーの位相と一致するよう、距離ｄを実質的に検出装置の動作の波長バンドの波長の４分の１になるように選択することを開示している。第９１５号特許および第９７６号特許はさらに、高架マイクロブリッジ検出レベル１１が入射ＩＲエネルギーの検出器を含んでおり、検出器内ではＩＲ吸収層２３および抵抗層２１が検出器の動作区域（図示せず）を構成するということを開示している。
当該技術で公知であるように、図１のボロメータ検出装置１０の感度は、所望の動作の波長バンドで装置の活動区域を構成する各材料の吸光係数、空洞構造２６を含む検出器の物理的構造、マイクロブリッジ構造によって提供される活動区域の熱隔離などをはじめとする多くの要因の関数である。図１では、空洞２６およびマイクロブリッジ構造はその周囲にあるもの、たとえば集積回路１５から検出器の動作区域を分離しており、動作区域を半導体基板１３の上面１４に配置した場合に得られるよりも高い分離を得ている。図１のマイクロブリッジ構造はまた、検出器が高架マイクロブリッジ検出レベルに配置され、バスライン、集積回路の部品などが下層レベル１２に配置されるため、単一レベルボロメータ検出装置を基板１３の中に配置したものよりも大きな充填率を可能にする。本明細書に関し、充填率は、検出器の動作区域である画素区域の割合として定義されることが理解されよう。また、画素区域とは、ボロメータ検出装置１０を含む区域、言い換えるならば、基板１３のうち、上層マイクロブリッジ検出レベル１１および下層レベル１２のＩＣ回路の一方または両方を含む面の中の区域であることが理解されよう。言い換えるならば、画素充填率とは、活動区域を画素区域で割ったものである。さらに、ボロメータ検出器１０の画素収集区域とは、検出装置がエネルギーを吸収する範囲の区域、言い換えるならば、検出装置が入射エネルギーに応答する範囲の区域であることが理解されよう。
第９１５号特許は、ボロメータ検出装置の充填率を最大限にし、ひいてはボロメータ検出器１０の感度を増大させるために、高架マイクロブリッジ検出レベル１１の動作区域を最大限にすることを開示している。たとえば、第９１５号特許は、動作区域を上層マイクロブリッジレベル１１に配置することによってボロメータ検出装置の分離を増加させ動作区域のサイズを最大限にすることにより、検出装置１０の感度を増大させることを開示している。加えて、第９７６号特許は、動作バンドの入射ＩＲ放射線の吸収を最大限にするため、所望の動作波長バンドでピーク吸収を達成するように層２０、２１、２２、２３のすべての厚さｔおよび上層レベル１１と反射層１８との間の距離ｄを選択することを開示している。より詳細には、層２０〜２３の厚さｔは、マイクロブリッジレベル１１の熱塊を最適化して所望の動作波長バンドでピーク吸収を達成するように選択され、距離ｄは、動作区域で最初は吸収されず層１８から反射されるエネルギーと、最初に上層マイクロブリッジレベル１１に入射するＩＲエネルギーとの間で構造的な干渉を達成するように選択される。
図１の２レベルマイクロブリッジボロメータ検出器に伴う一つの問題は、２レベルマイクロブリッジボロメータ検出器が一つの動作波長範囲のピーク吸収感度で動作するように構成されていることにある。特に、上記に論じたように、ピーク光学吸収波長範囲は、動作区域の層の吸光係数、所望の動作波長範囲で吸収ピークを有するような層２０〜２３の厚さｔの選択および空洞２６の形状によって決まる。より詳細には、上層マイクロブリッジ検出レベルと反射層１８との間の距離ｄは、構造的な干渉特性を提供するように選択される。しかし、たとえば装甲車両防衛システムおよびミサイル警報システムのような脅威警報用途においては、二つの別個の動作波長範囲で検出器および検出器アレイを使用することによってより高い検出確率およびより低い誤警報率を提供することができる検出器および検出器アレイの必要がある。たとえば、異なる温度と放射率を有する物体があるスペクトルバンドで同じ放射エミッタンスを有するときに起こる「コントラスト反転」と呼ばれる問題を除く必要がある。したがって、少なくとも二つの波長バンドで動作する検出器を提供する必要がある。
発明の概要
本発明の目的は、改良されたマイクロブリッジ検出器構造を提供することである。より詳細には、本発明の目的は、入射する電磁放射線を電磁スペクトルの二つの別個の動作バンドで検出するデュアルバンド検出器アセンブリを提供することである。
本発明の一つの態様によると、デュアルバンド検出装置は、入射放射線を第一の波長範囲および第二の波長範囲で検出する。デュアルバンド検出器は、半導体基板、第一のマイクロブリッジ検出レベルおよび第二のマイクロブリッジ検出レベルを含む。第一のマイクロブリッジ検出レベルは、半導体基板の上方に配置され、第一の波長範囲の入射放射線を吸収する第一の感知要素を含む。第二のマイクロブリッジ検出レベルは、半導体基板の上方に配置され、第二の波長範囲の入射放射線を吸収する第二の感知要素を含む。加えて、デュアルバンド検出器は、第一の波長範囲の入射放射線に応答して、第一の感知要素からの第一の検出された信号を半導体基板に結合する第一の結合手段と、第二の波長範囲の入射放射線に応答して、第二の感知要素からの第二の検出された信号を半導体基板に結合する第二の結合手段とを含む。
デュアルバンド検出器の一つの実施態様では、第二のマイクロブリッジ検出レベルが第一のマイクロブリッジ検出レベルの上方に配置されている。この実施態様の場合、反射層を半導体基板に配置して、第一のマイクロブリッジ検出器と反射層との間に空洞が存在し、第二のマイクロブリッジ検出器と反射層との間に空洞が存在するようにすることができる。それに代えて、あるいはそれに加えて、第一の波長範囲の入射放射線に対して透過性であるが、第二の波長範囲の波長に対しては反射性である反射層を第一のマイクロブリッジレベルに配置して、第一のマイクロブリッジレベルと第二のマイクロブリッジレベルとの間に空洞が存在するようにすることもできる。デュアルバンド検出器のもう一つの実施態様では、第一のマイクロブリッジ検出レベルが第二のマイクロブリッジ検出レベルに隣接して配置され、第一のマイクロブリッジ検出レベルおよび第二のマイクロブリッジ検出レベルそれぞれが、それぞれの反射層の上方に配置されている。これらの配置により、デュアルバンド検出器は、入射放射線を第一の波長範囲および第二の波長範囲で検出することができる。加えて、これらの配置により、デュアルバンド検出器は、既存の加工技術を使用して製作することができる。
本発明のもう一つの態様によると、デュアルバンド検出器は、入射放射線を第一の波長範囲および第二の波長範囲で吸収する。デュアルバンド検出器は、第一の波長範囲の入射放射線を吸収する検出装置を含む半導体基板と、第二の波長範囲の入射放射線を吸収する感知要素を含むマイクロブリッジ検出レベルとを有している。加えて、デュアルバンド検出器は、第二の波長範囲の入射放射線に応答して、感知要素からの検出された信号を半導体基板に結合するための結合手段を含む。
デュアルバンド検出器の一つの実施態様では、マイクロブリッジ検出レベルの感知要素は、半導体基板中の検出器の上方に配置されている。デュアルバンド検出器のもう一つの実施態様では、マイクロブリッジ検出レベルの感知要素と半導体基板中の検出器とが互いに隣接して配置されている。これらの配置により、デュアルバンド検出器は、第一の波長範囲の入射放射線を吸収することができ、また、第二の波長範囲の放射線をも吸収することができる。加えて、これらの配置により、デュアルバンド検出器は、従来の加工技術を使用して製作することができる。
【図面の簡単な説明】
以下の詳細な説明を以下の図面と併せて参照すると、本発明の他の目的および特徴が明確になる。図面は例を示すだけのものであり、本発明の範囲を定義しようとするものではないことが理解されよう。
以下の図面から、前記およびその他の目的および利点がより十分に認識される。
図１は、関連技術による、高架マイクロブリッジ検出レベルを有する２レベルボロメータ検出装置を示し、
図２は、本発明の第一の実施態様のデュアルバンド検出装置の側面図であり、
図３は、本発明の第二の実施態様のデュアルバンド検出装置のアレイの平面図であり、
図４は、吸光係数を図２〜３のデュアルバンド検出装置の検出器それぞれの波長の関数として示し、
図５は、図２のデュアルバンド検出器の一連の製作工程を示し、
図６は、図３のデュアルバンド検出器の一連の製作工程を示し、
図７は、本発明のデュアルバンド検出装置のさらなる実施態様を示し、
図８は、本発明のデュアルバンド検出装置のさらに別の実施態様を示し、
図９は、本発明のデュアルバンド検出器のアレイとともに使用される電子読み出し回路の実施態様の略図を示し、
図１０は、本発明のデュアルバンド検出器のアレイとともに使用される読み出し回路のもう一つの実施態様の略図を示し、
図１１は、本発明のイメージングシステムのブロック図を示し、
図１２ａ、１２ｂおよび１２ｃは、図１１のイメージングシステムの頭部装着実施態様のヘルメット搭載設計およびゴーグル搭載設計をそれぞれ示し、
図１３は、図１２ａおよび１２ｂの頭部装着イメージングシステムのブロック図を示し、
図１４ａ、１４ｂおよび１４ｃは、図１１のイメージングシステムの、手持ち式イメージングシステムであるもう一つの実施態様を示し、特に、図１４ａが単眼システムを示し、図１４ｂ〜１４ｃが双眼システムを示し、
図１５ａおよび１５ｂは、図１１のイメージングシステムの、武器照準器であるもう一つの実施態様を示し、特に、図１５ａが武器照準器の平面図を示し、図１５ｂが武器照準器のブロック図を示し、
図１６ａおよび１６ｂは、図１１のイメージングシステムの、カメラ／レコーダ（カムコーダ）であるもう一つの実施態様を示し、特に、図１６ａがカムコーダの断面図を示し、図１６ｂがカムコーダのブロック図を示し、
図１７ａおよび１７ｂは、図１１のイメージングシステムの、顕微鏡であるさらに別の実施態様を示し、特に、図１７ａが顕微鏡の側面図であり、図１７ｂが顕微鏡の動作ブロック図であり、
図１８ａおよび１８ｂは、図１１のイメージングシステムの、放射計／分光計システムであるさらに別の実施態様を示し、特に、図１８ａがイメージング放射計／分光計の断面図を示し、図１８ｂがイメージング放射計／分光計のブロック図を示す。
発明の詳細な説明
図２は、本発明の第一の実施態様のデュアルバンド検出装置の側面図である。本明細書に関し、検出装置とは、たとえば検出された電磁信号の結果として生じる感知要素中の温度変化に応答して電気信号を発する感知要素を含む装置であることが理解されよう。検出装置は、たとえばボロメータ検出器、光子検出器、強電検出器、ダイオード検出器などであることができる。また、本明細書に関し、感知要素とは、物理的パラメータ、たとえば温度、応力などを測定する構造であることが理解されよう。図１と同様な部品は同様な参照番号によって指定する。
図１に関して上記に論じたように、本発明の検出装置３０は、集積回路１５の部品を上に製作された半導体基板１３を含む下層レベル１２を有している。従来の製作技術を使用して多様な部品、たとえばダイオード、バスライン、接続、接触パッドなどを製作することができ、そのような部品が意図されることが理解されよう。特に、以下さらに詳細に論じるような、また、引用例として本明細書に含める同時係属中の１９９５年８月３０日出願の米国特許出願第０８／５２１，２６６号に開示されているような検出器または検出器のアレイの電子読み出し回路を半導体基板１３に配置することができ、それが意図するものである。
図２の実施態様３０は、基板１３の上方に垂直に配置された第一のマイクロブリッジレベル３２と、第一のマイクロブリッジレベル３２および基板１３の上方に垂直に配置された第二のマイクロブリッジレベル３４とを含む。本明細書に関し、マイクロブリッジとは、表面の上方に吊り下げられる構造であることが理解されよう。図２の実施態様は、第一のマイクロブリッジレベルが半導体基板の上方かつ第二のマイクロブリッジレベルの下方に配置されている状態を示すが、この構造に対する種々の変形および変更が本発明の範囲に入るものとみなされることが理解されよう。たとえば、一つの代替形態は、第一のマイクロブリッジレベルと第二のマイクロブリッジレベルとを互いに隣接させていずれも基板の上方に配置し、第一および第二のマイクロブリッジレベルのアレイが、図３に示すようなチェッカ盤パターンを形成するようにする。特に、図３は、本発明の第二の実施態様３０′のデュアルバンド検出器のアレイの平面図を示す。
図２〜３に示す各マイクロブリッジレベル３２および３４は、対応する対象波長バンドで入射電磁放射線を吸収する感知要素を含む。加えて、図２の実施態様３０では、第二のマイクロブリッジレベル３４は、対応する対象波長バンドの外の電磁放射線を通過させる（または吸収しない）。図２〜３の例示的な実施態様では、第二のマイクロブリッジレベル３４は、好ましくは、長波（ＬＷ）バンドの対象入射電磁放射線を吸収する感知要素を有し、第一のマイクロブリッジレベル３２は、好ましくは、中波（ＭＷ）バンドの対象入射電磁放射線を吸収する感知要素を有する。たとえば、ＬＷバンドの対象入射放射線を吸収する感知要素は、好ましくは、８〜１４ミクロンの範囲の波長を有する入射放射線を吸収し、ＭＷバンドの対象入射放射線を吸収する感知要素は、好ましくは、３〜５ミクロンの波長範囲の入射放射線を吸収する。
図２〜３のデュアルバンド検出装置３０、３０′では、第二のマイクロブリッジレベル３４の感知要素は、第二のマイクロブリッジレベル３４に配置された活動区域３１に配置するのに適切な吸収材料を選択し、第二のマイクロブリッジレベル３４と反射体１８との間の空洞設計を選択することにより、ＬＷ動作するように設計されている。たとえば、窒化ケイ素は第二のマイクロブリッジレベルの動作区域に配置することができる適当な材料のひとつであり、動作区域内では、窒化ケイ素のケイ素−窒素結合は少なくとも１０〜１２ミクロンの波長範囲で吸収を提供する。第二のマイクロブリッジレベルと反射体１８との間の距離ｄ1は、光学的空洞を第二のマイクロブリッジレベル３４と反射体１８との間に提供するように選択され、８〜１０ミクロンの波長範囲での窒化ケイ素吸収を補う。図２に示す実施態様に関し、図２の距離ｄ1は、図３のデュアルバンド検出器構造においてｄ1に相当する距離よりも小さくなる。なぜならば、第二のマイクロブリッジレベル３４によって最初に吸収されない電磁信号が第一のマイクロブリッジレベル３２を通過するとき、電磁信号に与えられる光路長の増加を考慮して距離ｄ1がわずかに減少させられるためである。
図２〜３の例示的な実施態様３０、３０′では、第一のマイクロブリッジレベル３２の感知要素は、第一のマイクロブリッジレベル３２に配置された動作区域３３に対する吸収材料の適切な選択により、ＭＷ吸収に関して最適化されている。また、図２の実施態様に関し、第一のマイクロブリッジレベルが、対応する対象波長バンドの外の電磁放射線を通過させる（または吸収しない）ということが理解されよう。たとえば、図２の実施態様では、動作区域３３は、低いＬＷ吸収特性および高いＭＷ吸収特性を有するプラズマ付着した特注ポリマーで製作することができる。加えて、図２〜３の実施態様それぞれに関し、第一のマイクロブリッジレベル３２と反射体１８との間の距離ｄ2は、ＭＷ範囲で光学的空洞を形成するように最適化されている。ｄ2の具体的な値は、動作区域の吸収特性を補足するように決定される。
図２のデュアルバンド検出器の一つの代替実施態様は、反射体１８を第一のマイクロブリッジレベルに含め、それにより、第一のマイクロブリッジレベルと第二のマイクロブリッジレベルとの間に空洞を設けることである。この実施態様の場合、反射体１８は、ＬＷ波長バンドの電磁エネルギーに対して反射性であり、ＭＷ波長バンドの電磁エネルギーに対して実質的に透過性であるべきである。反射体は、ＬＷ波長バンドに対して反射性であり、ＭＷ波長バンドに対して透過性であるいかなる材料または構造、たとえばメッシュまたはウェブタイプ構造で形成することもできるし、被覆がこれらの性質を有することもできる。
図３を参照すると、所望の波長動作バンドでピーク吸収を得るように第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれを最適化するためのさらに別の手法は、第一のマイクロブリッジレベル３２と反射体１８との間に形成される空洞と、第二のマイクロブリッジレベル３４と反射体１８との間に形成される空洞とを最適化することである。言い換えるならば、広い範囲の波長にわたって入射放射線を吸収するように第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４それぞれの動作区域３１および３３を構成する吸収材料を選択し（所望の対象波長バンドでの吸収に特定に最適化しない）、光学的空洞の吸収特性を対象の波長バンドに合わせる。この実施態様の場合、対象の波長バンドで吸収特性を有するあらゆる材料が、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルの活動区域３１および３３の吸収層として受け入れ可能である。
図２〜３の例示的な実施態様３０、３０′では、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれには、それぞれの高熱抵抗係数（ＴＣＲ）材料３５および３７がさらに設けられている。第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれで、動作区域３３および３１を構成する吸収層と、それぞれの高ＴＣＲ材料３５、３７とがいっしょに作用して、対象のバンドの入射放射線を吸収し、吸収した放射線を熱に変換する。より詳細には、吸収された放射線が高ＴＣＲ材料に温度変化を生じさせ、その温度変化が、高ＴＣＲ材料の抵抗変化を測定することによって感知される。
図４は、図２〜３のデュアルバンド検出装置３０、３０′の性能を示し、より詳細には、０〜１の範囲に正規化した吸収感度を、第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４それぞれの波長の関数として示す。図４に示すように、第一のマイクロブリッジレベル３２は第一の波長範囲λ1の入射電磁放射線を吸収し、第二のマイクロブリッジレベル３４は第二の波長範囲λ2の入射電磁放射線を吸収する。上記に論じたように、図２に示すデュアルバンド検出器の実施態様に関し、対象の波長バンドλ1およびλ2の外では、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルは入射電磁放射線を通過させるか、言い換えるならば、入射電磁放射線を吸収しないということが理解されよう。また、図３の実施態様に関し、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルは、対象の波長バンドの外の電磁放射線を通過させる必要はないが、望むならば、通過させるように設計することもできることが理解されよう。第一の対象波長バンドλ1と第二の対象波長バンドλ2との間の間隔（Ｓ）を変化させて、二つの異なる対象波長バンドで吸収を達成することができ、また、間隔Ｓがいかなる特定の値にも限定されないということが理解されよう。また、間隔Ｓは、最低でも、第一の対象波長バンドで動作する第一のマイクロブリッジと、第二の対象波長バンドで動作する第二のマイクロブリッジとの間に望ましい排除が存在するような距離であるべきということが理解されよう。
図２〜３のデュアルバンド検出器構造の製作は、既存のマイクロブリッジ加工技術を、二つの波長バンドで動作する二つのマイクロブリッジ検出レベルを設けるように特別にあつらえた加工工程の追加とともに使用する。特に、図２のデュアルバンド検出器の実施態様の製作は、第９７６号特許および第９１５号特許に開示された方法を下層マイクロブリッジレベル３２の構築に使用し、距離ｄ2をＭＷ範囲の入射放射線の吸収に適合させる。また、第二のマイクロブリッジレベル３４を製作するためのさらなる加工工程を設ける。ここで、より詳細に、図５を参照して、図２のデュアルバンド検出器構造３０を製作する一連の工程を説明する。
窒化ケイ素層１６を下層レベル１２に付着したのち、反射材料の薄膜層１８、たとえば金属膜ＰｔまたはＡｕを付着する。次に、下層マイクロブリッジレベル３２および上層マイクロブリッジレベル３４の構築を開始する。厚さｄ2の犠牲層（図示せず）、たとえばリン酸塩ガラス、ドーピングされていないガラスまたは他の易溶性材料を窒化ケイ素層１６の上に付着し、傾斜壁３６および３６′を犠牲層に設ける。第一のマイクロブリッジレベル３２と反射層１８との間の垂直距離ｄ2は、層１８から反射した入射電磁放射線が、第一のマイクロブリッジレベル３２に向かって反射し、吸収がＭＷ範囲の電磁放射線で達成されるような強めあう干渉特性を有するように設ける。次に、第一の窒化ケイ素ベース層２０、２０′を傾斜壁３６、３６′および第一のマイクロブリッジレベル３２に付着する。次に、高いＴＣＲを有する抵抗膜層３５を第一のマイクロブリッジレベル３２に付着したのち、第一のマイクロブリッジレベル３２からレベル１２の接触パッド（図示せず）までの接続を、傾斜壁３６および３６′に配置された伝導脚の形態で設ける。窒化ケイ素パシベーション層２２、２２′を付着して、第一のマイクロブリッジレベル３２の層３５および２０ならびに傾斜壁３６、３６′を覆うと、動作区域３３が完成する。場合によっては、薄膜吸収層２３を窒化ケイ素パシベーション層２２の上に配置することもできる。
そして、これらの工程を繰り返して、同様な方法で第二のマイクロブリッジレベル３４を設ける。具体的には、厚さｄ1−ｄ2の第二の犠牲層（図示せず）、たとえばホスガラス、ドーピングなしのガラスまたは他の易溶性材料を第一のマイクロブリッジレベル３２の上に付着し、傾斜壁３８および３８′を第二の犠牲層に設ける。上記に論じたように、第二のマイクロブリッジレベル３４と反射層１８との間の垂直距離ｄ1は、層１８から反射した電磁放射線が第二のマイクロブリッジレベル３４に向かって反射して、対象のＬＷバンドに関し、最初に層３４に入射したエネルギーとで強めあう干渉が得られるように選択する。次に、窒化ケイ素層４０、４０′を傾斜壁３８、３８′および第二のマイクロブリッジレベル３４に付着する。次に、高いＴＣＲを有する抵抗膜層３７を第二のマイクロブリッジレベル３４に付着し、第二のマイクロブリッジレベル３４から半導体基板レベル１２の接触パッド（図示せず）までの適切な接続を、傾斜壁３８および３８′に配置された伝導脚の形態で設ける。窒化ケイ素パシベーション層４４、４４′を窒化ケイ素層４０、４０′および高ＴＣＲ材料３７の上に配置すると、活動区域３１が完成する。場合によっては、薄膜吸収層４６を窒化ケイ素パシベーション層４４の上に配置することもできる。
そして、ドーピングされていないガラスまたは他の易溶性材料の第一および第二の犠牲層を第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４の下から溶解させて、反射層１８と、マイクロブリッジレベル３４および３２それぞれとの間に距離ｄ1およびｄ2を有する光学的空洞を形成する。
図５に示すように、傾斜壁３６および３６′ならびに傾斜壁３８および３８′に配置された伝導脚が、第一のマイクロブリッジレベル３２と基板レベル１２との間および第二のマイクロブリッジレベル３４と基板１２との間の接触を提供する。伝導脚は、第二のマイクロブリッジレベルおよび第一のマイクロブリッジレベルを別個にアドレス指定することを可能にし、したがって、第二のマイクロブリッジレベル３４から感知された信号および第一のマイクロブリッジ信号から感知された信号のいずれか一方を同時または逐次に基板レベル１２に結合することができる。しかし、当業者に公知であるあらゆる接触構造が本発明の範囲に入り、意図されるということもまた理解されよう。たとえば、接触構造は、図２に示されているような標準的なエッチングされた接点または充填されたバイアであることができる。図２に示すようなエッチングされた接点または充填されたバイアの利点は、デュアルバンドマルチレベル検出装置の製作において有意な空間が節約されるということである。加えて、エッチングされた接点または充填されたバイアは、第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４の構造的支持を提供し、第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４を別個にアドレスして、ＭＷ感知信号データおよびＬＷ感知信号データのいずれか一方を同時または逐次に構造レベル１２に提供することができる。
図３のデュアルバンド検出器の実施態様３０′はまた、第９７６号特許および第９１５号特許に開示された方法を使用し、距離ｄ1およびｄ2をそれぞれ対象のＬＷバンドおよびＭＷバンドの入射放射線の吸収に適合させて製作することができる。次に、より詳細に、図６を参照して、図３のデュアルバンド検出器を製作する一連の工程を説明する。
窒化ケイ素層１６を下層レベル１２に付着したのち、反射材料の薄膜層１８、たとえば金属膜ＰｔまたはＡｕを付着する。第一のマイクロブリッジレベル３２には厚さｄ2であり、第二のマイクロブリッジレベル３４には厚さｄ1である犠牲層、たとえばドーピングされていないガラス、リン酸塩ガラスまたは他の易溶性材料を窒化ケイ素層１６の上に付着する。次に、傾斜壁３６、３６′および３８、３８′を犠牲層に設ける。次に、第一レベルの窒化ケイ素層２０、２０′を傾斜壁３６、３６′および３８、３８′に付着して、第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４それぞれの基礎を形成する。次に、高いＴＣＲを有するそれぞれの抵抗膜層３５、３７を第一のマイクロブリッジレベル３２および第二のマイクロブリッジレベル３４それぞれに付着し、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれからレベル１２の接触パッド（図示せず）までの接続を、傾斜壁３６、３６′および３８、３８′に配置された伝導脚の形態で設ける。窒化ケイ素パシベーション層２２、２２′を付着して、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれの抵抗膜層および第一の窒化ケイ素層ならびに傾斜壁を覆うと、それぞれの活動区域３３、３１が完成する。場合によっては、それぞれの薄膜吸収層２３、４６を、第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルそれぞれで、窒化ケイ素パシベーション層の上に配置することもできる。そして、リン酸塩ガラスまたは他の易溶性材料の第一および第二の犠牲層を第一のマイクロブリッジレベルおよび第二のマイクロブリッジレベルの下から溶解させて、反射層１８と第二のマイクロブリッジレベルとの間および反射層１８と第一のマイクロブリッジレベルとの間に距離ｄ1およびｄ2をそれぞれ有する空洞２６を形成する。
図７は、本発明のデュアルバンド検出装置４８の別の実施態様を示す。上述したものと同様な部品には、同様な参照番号を付す。図７の例示的な実施態様では、デュアルバンド検出器４８には、第一の波長バンドの入射電磁放射線を検出するための感知要素を含むマイクロブリッジレベル１１が設けられている。マイクロブリッジレベル１１は、基板１３中の、第二の波長バンドの入射電磁放射線を検出する検出要素５０の上方に配置されている。図７の例示的な実施態様では、第一のマイクロブリッジレベル１１の感知要素は、好ましくは、赤外線（ＩＲ）波長バンドの入射放射線、たとえば８〜１４ミクロンの範囲の波長を有する入射放射線を検出し、検出要素５０は、好ましくは、可視波長範囲の入射電磁放射線を検出する。たとえば、検出要素５０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）の技術で公知であるような方法で可視光線を検出する半導体検出器であってもよい。好ましい実施態様では、可視光線検出要素５０は、基板１３上の絶縁層１６の上方に配置されたフォトゲート５２を有するＣＣＤであり、ゲートの下かつ半導体基板１３の中に、第二の波長バンドの可視光線の吸収によって基板１３の中に生じる電荷を収集する空乏領域５４が設けられるようにバイアスをかけられる。収集された電荷は、以下さらに詳細に論じるように、ＣＣＤまたはＣＯＭＳ切り換え回路の技術で使用される公知の技法のいずれかを使用して定期的にサンプリングされる。
ＩＲ範囲および可視範囲で動作するデュアルバンドセンサの一つの実施例を図７に示したが、種々の変更および変形を加えることができ、それらが本発明の範囲に入るものとみなされることが理解されよう。たとえば、一つの代替態様は、図８に示すように、検出要素５０をマイクロブリッジ構造１１上のＩＲ検出器に隣接して設けることである。図８のデュアルバンドセンサは、アレイに配置されると、図３に示すようなチェッカ盤パターンを形成する。この実施態様に関し、マイクロブリッジ要素上のＩＲ検出器にはマイクロブリッジレベルの下方に配置された反射体１８を設けて、ＩＲ波長バンドでの吸収を高めるための空洞を設けることができることが理解されよう。もう一つの代替態様は、図７の検出装置５０を背面照射して、第二のマイクロブリッジレベル１１が可視光線動作範囲の入射電磁放射線を通す必要がないようにすることである。さらに別の代替態様は、第二の波長バンドの可視光線の吸収の結果として電荷を収集するフォトダイオードまたは他の半導体素子を上記設計のいずれかでＣＣＤの代わりに使用することである。
図２〜８に関する上記説明は個々の検出装置に関するものであったが、本発明はまた、アレイアセンブリ、具体的には、ｘ方向およびｙ方向に配列された複数のデュアルバンド検出装置のアレイがデュアルバンド検出器の焦点面アレイを形成するものにも関する。具体的には、デュアルバンド検出装置の焦点面アレイは、上記に論じ、図２〜８に示すデュアルバンド検出装置のいずれを含むこともできる。
上記に論じたように、半導体基板には、読み出し回路、たとえば、１９９５年８月３０日に出願された「Ｂｏｌｏｍｅｔｏｒｉｃ  Ｆｏｃａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ａｒｒａｙ」と題する同時係属中の米国特許出願第０８／５２１，２６６号に記載されているような読み出し回路を設けることができる。図９は、本発明にしたがって図２〜３に示すようなデュアルバンド検出器のアレイとともに使用される電子読み出し回路の実施態様５９の略図を示す。図９の電子読み出し回路５９は、各デュアルバンド検出器に対応する各単位セル６１、６３、６５、６７が、第一の動作バンドで検出器を切り換え、第二の動作バンドで検出器を切り換えるためのそれぞれの回路を有することを除き、同時係属中の米国特許出願第０８／５２１，２６６号の電子読み出し回路に類似している。特に、電子読み出し回路５９は、第一の動作波長バンドの検出器３４それぞれおよび第二の動作波長バンドの検出器３２それぞれを定期的にパルス化し、放射線から生じる信号であって、それぞれの検出器における変化から生じる信号を測定する。好ましい実施態様では、第二の動作波長バンドは対象のＭＷバンド内にあり、第一の動作波長バンドは対象のＬＷバンド内にある。たとえば、電子読み出し回路５９は、図２〜３に示す検出器のアレイとともに使用され、ＬＷ検出器およびＭＷ検出器それぞれから生じる信号をパルス化し、測定することができる。
図９の実施態様では、読み出し回路は、好ましくは、第一の動作波長バンドの検出器と第二の動作波長バンドの検出器とに共通である検出器ライン６０を使用し、また、別個の行イネーブルライン６２、６４、６８、７０、７２、７４、７６、７８および列回路６６、６９を使用して、第一の動作波長バンドの検出器および第二の動作波長バンドの検出器を逐次にオンにする。読み出し回路の一つの特定の実施態様を図９に示したが、当業者に公知である種々の変更および変形が可能であり、意図されるということが理解されよう。たとえば、一つの変形は、一つの列回路および一つの行セレクトラインを、第一の動作バンドの検出器および第二の動作バンドの検出に対して使用するが、同時には使用しない。加えて、代替実施態様は、第一の動作バンドの検出器それぞれおよび第二の動作バンドの検出器それぞれに独立した回路を設けることである。
次に図１０を参照すると、本発明の代替態様にしたがってデュアルバンド検出器のアレイとともに使用される読み出し回路１０１の略図が示されている。電子読み出し回路１０１は、各単位セル８０、８１、８２、８３が図７に示すような対応するデュアルバンド検出器と関連している、図７〜８に示す検出器のアレイとともに使用することができる。各単位セル８０、８１、８２、８３は、図７〜８のデュアルバンド検出器のＩＲ感知要素および可視光線検出器５０の読み出し回路を含む。
より詳細には、図１０の例示的な実施態様によると、赤外線検出器および可視光線検出器それぞれに異なる列ライン８４および８６ならびに異なる列回路８８、８９および９０、９１がある。共通行セレクトライン９２、９６は共有されていて、ある行の検出器を選択し、各行の間で共有している列ライン８４および８６に順に多重送信される。図７〜８のデュアルバンド検出器のＩＲ感知要素の読み出し回路は、各検出器セル８０、８１、８２、８３の中の１個のスイッチとして示されている。図７〜８のデュアルバンド検出器の可視光線検出器５０の場合、読み出し回路は、各単位セル８０、８１、８２、８３の中に検出器９８および読み出し回路１００を含む。読み出し回路１００は、コンデンサＣ1の電圧信号をサンプリングするための共通ドレイン増幅器であり、検出された信号を検出器９８からサンプリングするための一つの手法であるトランジスタＴ1を含む。しかし、当業者には公知であるように、ＣＣＤ素子から信号をサンプリングするために多くの可能な手法および回路が存在し、そのような変更および変形が本発明の範囲に入るものとみなされる。ひとたび読み出し回路１００が検出器９８に対して電圧をサンプリングしたならば、検出器コンデンサＣ1はスイッチＳ3によってリセットされる。
本発明の冷却されない焦点面アレイ１０２は、図１１のブロック図に示すようなイメージングシステム１０４に使用することができることが理解されよう。図１１のイメージングシステムでは、光学部品に入射する二つの動作波長バンドの電磁放射線、たとえば波長範囲８〜１４μｍおよび３〜５μｍの赤外線放射が光学部品、たとえばレンズによって焦点を合わされ、焦点に合わされた電磁信号を出力１０７で提供する。焦点を合わせた電磁信号は冷却されない焦点面アレイ１０２にイメージングされる。焦点面アレイが、焦点を合わせた電磁信号を複数の感知された信号に変換し、これらの信号が媒体１０９を介して焦点面アレイプロセッサ１０８に出力される。焦点面アレイプロセッサ１０８は、たとえば、複数の感知された信号をデジタル化して複数の処理された信号を提供し、その複数の処理された信号を、焦点面アレイの複数のデュアルバンド検出装置の間のゲイン差または他の不均一さに関して調節することにより、複数の感知された信号を処理する。そして、複数の処理された信号が媒体１１１を介して表示プロセッサ１１０に出力される。表示プロセッサは、複数の処理された信号をフォーマットし直して、表示装置１１２に表示するのに適したフォーマットの複数の表示信号にし、媒体１１３を介して表示信号を表示装置に出力する。表示プロセッサは、当業者に公知である、処理された信号のいかなる表示処理、たとえば、表示信号に備えてフォーマットし直す処理、不良画素データを除去する処理、焦点調節処理、記号および／または他の情報を表示信号に付加する処理、明るさおよび／またはコントラストを調節する処理などをも実行することができることが理解されよう。制御装置１１４が、表示プロセッサの自動および／または手動の制御を提供して、種々の表示パラメータ、たとえば明るさ、コントラスト、記号の付加などの自動および／または手動の調節を可能にする。イメージングシステムは、電池、ＡＣ電源またはＤＣ電源のいずれか一つを含むことができる電源電子部品１１６によって給電される。
図１１のイメージングシステムは、一般に、システムの操作者が見る像の二次元リアルタイム表示を提供する。たとえば、本発明のイメージングシステムの好ましい実施態様では、冷却されない焦点面アレイ１０２は、少なくとも一つの対象の赤外線（ＩＲ）波長バンドで動作するように設計されている。このシステムによると、操作者は、通常は人の目で見ることができないような条件の下で物体および／または景色の熱サインを見ることができる。たとえば、イメージングシステムは、夜間に、放射線物質降下条件の無い昼間に、煙の存在で、または悪化した天候条件で使用することができる。
本発明の焦点面アレイを使用することができる熱型イメージングシステムの一例は、図１２ａ〜１２ｃに示す頭部装着イメージングシステム１２０である。図１２ａは頭部装着イメージングシステムのヘルメット搭載設計を示し、図１２ｂは頭部装着イメージングシステムのゴーグル設計を示し、図１２ｃは図１２ｂのゴーグル設計の分解図を示す。
図１３は、図１２ａ〜１２ｃの頭部装着イメージングシステムのブロック図を示す。図１１に示すイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって識別し、それらの部品の説明はここでは繰り返さないことが理解されよう。図１３の頭部装着イメージングシステムでは、二つの波長動作バンドの電磁信号が光学部品１０６によって焦点面アレイ１０２に焦点を合わされる。焦点面アレイ１０２は、焦点面アレイプロセッサ１０８に含まれる温度安定化回路１２４によって温度安定化される。焦点面アレイ１０２は、焦点に合わされた信号を、感知された信号に変換し、複数の感知された信号を焦点面アレイプロセッサ１０８に出力する。焦点面アレイプロセッサは、前置増幅アナログ・デジタル変換器１２６によって複数の感知された信号それぞれを増幅、デジタル化し、複数の処理された信号を表示プロセッサ１１０に出力する。焦点面アレイプロセッサはまた、複数の処理された信号を処理して、複数の処理された信号の間にオフセットまたはゲインの差があるならばそれを修正して、不良信号データを除去するプログラム可能な論理素子１２８と、ＰＲＯＭタイミングブロック１８０と、発振クロック１８２と、ＰＲＯＭ不均一性ブロック１８４とを含む。表示プロセッサは、修正された信号をフォーマットし直し、修正された信号をデジタル・アナログ変換器１３０によってアナログ信号に変換して、アナログ信号が表示に適したフォーマットになるようにする。そして、表示装置ドライバ１３２がアナログ信号をユーザに表示するために表示装置１１２に出力する。
上記に論じたように、制御装置１１４は、表示プロセッサの自動および／または手動の制御を提供して、種々の表示パラメータの自動および／または手動の調節を提供する。頭部装着システムの制御装置は、制御パネル中のスイッチ類１１５と、マイクロプロセッサ１１７とを含む。加えて、電源電子部品１１６は、電池１１９または外部電源１２１へのコネクタと、電源状態調節回路１２３とを含む。さらに、表示プロセッサ１１０は、複数の処理された信号を表示信号にフォーマットし直し、表示装置上に記号を提供するための記号生成器１２５を含む。
頭部装着システム１２０の好ましい実施態様では、焦点面アレイ１０２は、少なくとも一つのＩＲ波長バンド、たとえば８〜１４μｍの範囲で動作する。加えて、表示装置１１２は、システムユーザにとって単眼表示装置または両眼表示装置のいずれであることでもでき、制御装置１１４を用いて調節することができる。好ましい実施態様では、焦点面アレイプロセッサ１０８および表示装置１１２は、ヘルメットの中または顔面装着ゴーグルの中に搭載される。加えて、表示プロセッサ１１０、制御装置１１４および電源１１６は、ベストに装着することができるユニットに搭載される。しかし、当業者に公知である変形、たとえば上記それぞれをヘルメットまたはゴーグルに搭載する形態が考慮され、本発明の範囲に入るものとみなされる。
頭部装着イメージングシステムの利点は、それが、サイズ、重量および電力消費を減少させた独立型の携帯式ユニットであることにある。具体的には、焦点面アレイは、従来技術の装置に求められるような冷却またはスキャナもしくはチョッパを要しない。加えて、頭部装着システムは、暗闇でも動作することができ、昼間には、イメージ増倍管を使用する従来技術の装置とは対照的に、放射線物質降下なしで動作することができ、煙を透視するなどができる。さらに、ボロメータ検出装置および焦点面アレイに関して上記に論じた理由から、頭部装着システムは、従来技術の装置に比べて改善された信頼性および感度を有する。
本発明の焦点面アレイを使用するイメージングシステムのもう一つの例は、図１４ａ、１４ｂおよび１４ｃに示すような手持ち式イメージングシステムである。手持ち式イメージングシステムは、図１４ａに示すような単眼システム１３４であることもできるし、図１４ｂおよび１４ｃに示すような双眼システム１３６であることもできる。図１１のイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって標識し、それらの要素の説明は繰り返さないことが理解されよう。図１４ａの単眼システムは、ウインドウ１２７を含み、光学部品１０６の正面に配置されたフィルタ１２２と、入射する電磁放射線を光学部品に焦点を合わせる合焦リング１２９とを有することができる。加えて、表示装置１１２は、ＣＲＴまたはＦＰＤ１３３と組み合わさって作用して表示を提供するアイピース１３１を含む。アイピース表示装置１１２はまた、当業者には公知であるように、視度調節１３５および合焦ノブ１３７を有している。図１４ａ、１４ｂおよび１４ｃの手持ち式イメージングシステムの好ましい実施態様では、電源電子部品１１６は電池であり、焦点面アレイは、少なくとも一つのＩＲ波長範囲で動作して、暗闇ででも昼間の光の下ででも使用することができ、煙をも透視することができるなどの長距離ＩＲ望遠鏡または双眼鏡を提供する。加えて、長距離望遠鏡および双眼鏡は、増大した信頼性および感度を提供しながらも、サイズ、重量および電力消費を減少させた独立型ユニットである。
本発明の焦点面アレイ１０２を使用することができるイメージングシステムのさらなる例は、図１５ａ〜１５ｂに示すような武器照準器１４０である。図１５ａは、本発明の武器照準器の平面図を示し、図１５ｂは、図１５ａの武器照準器のブロック図を示す。図１１のイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって識別し、それらの要素の説明は繰り返さないことが理解されよう。武器照準器はまた、レンズ１０６を覆うカバー１３９と、レンズ１０６からの焦点を合わせた信号の焦点を焦点面アレイ１０２に調節するための合焦リング１２９と、コンパス１４１と、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）アンテナ１４３とを含む。表示プロセッサ１１０は、ＧＰＳ信号およびコンパス情報を処理するためのさらなる電子部品を含む。図１５ａ〜１５ｂの武器照準器の好ましい実施態様では、光学レンズ１０６はフィルタ１２２をさらに含み、電源電子部品１１６は電池であり、表示装置１１２はアイピース１３１、ＣＲＴもしくはＦＰＤ１３３および焦点調節ノブ１３５を含む。焦点面アレイの好ましい実施態様は、少なくとも一つの所望の対象ＩＲ波長バンドで動作して、暗闇を透視し、煙を透視するように使用することができ、昼間でも使用することができるなどの長距離武器照準器、たとえばライフル銃のマウントを提供する。加えて、本発明の武器照準器１４０は、増加した信頼性および感度を提供しながらも、サイズ、重量および電力消費を減少させた独立型ユニットである。
本発明の焦点面アレイを使用することができるさらに別のイメージングシステムは、図１６ａ〜１６ｂに示すようなミニチュアカメラ／レコーダ（以下「カムコーダ」と呼ぶ）１５０である。図１６ａはカムコーダの断面図を示し、図１６ｂはカムコーダのブロック図である。図１１のイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって識別し、それらの要素の説明は繰り返さないことが理解されよう。カムコーダは、信号を適当な記録媒体１５４上に記録するためのレコーダ１５２を含む。記録媒体は、当業者に公知であるいかなる記録媒体、たとえばＶＨＳ、８ｍｍまたはＢＥＴＡフォーマットの磁気記録テープであってもよいことが理解されよう。カムコーダの好ましい実施態様では、表示装置１１２は、ビューファインダ１４５およびＣＲＴもしくはＦＰＤ１３３を含む。加えて、好ましい実施態様では、電源電子部品１１６は充電式電池パックであり、制御装置１１４は、記録媒体を巻き戻し、早送りし、再生するための制御ノブ１４７および電子部品を含む。さらに、好ましい実施態様では、焦点面アレイ１０２は、少なくとも一つの対象のＩＲ波長バンドで使用して、夜間でも昼間でも使用することができ、煙または荒れた天候を透視するなどの長距離カムコーダを提供する。加えて、図１６ａ、１６ｂのカムコーダは、サイズ、重量および電力消費を減少させ、また、信頼性および感度が増大した独立型ユニットである。
本発明の焦点面アレイを使用することができるイメージングシステムのさらに別の実施態様は、図１７ａ〜１７ｂに示すような顕微鏡１６０である。図１７ａおよび１７ｂは、図１１のイメージングシステムの、顕微鏡であるさらに別の実施態様を示し、具体的には、図１７ａは顕微鏡の側面図であり、図１７ｂは顕微鏡のブロック図である。図１１のイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって識別し、それらの要素の説明は繰り返さないことが理解されよう。顕微鏡は、当業者には公知であるように、位置調節装置１５５を有する顕微鏡ベース１５３と、光源１４９によってバックライト照射される標本または集積回路マスク１５１とを含む。図１７ａ〜１７ｂの顕微鏡の好ましい実施態様では、表示装置１１２はＣＲＴまたはＦＰＤ１３３を含み、制御装置１１４は手動制御ノブ１４７を含み、光学部品１０６は正面の鏡１５７を含む。加えて、好ましい実施態様では、焦点面アレイは、複数の対象ＩＲ波長バンド、たとえば３〜５μｍ、８〜１２μｍで使用することもできるし、フィルタ１５９を用いて可視光線範囲で使用して、マルチスペクトル像を顕微鏡に提供することもできる。
さらに、本発明の焦点面アレイを使用することができるもう一つのイメージングシステムは、図１８ａ〜１８ｂに示すようなイメージング放射計／分光計である。図１８ａはイメージング放射計／分光計の断面図を示し、図１８ｂはイメージング放射計／分光計のブロック図を示す。図１１のイメージングシステムに類似する部品は、同様な参照番号によって識別し、それらの要素の説明は繰り返さないことが理解されよう。イメージング放射計／分光計では、レンズ１０６は、分光計を提供するために使用されるスペクトル分割レンズ１７２および放射計を提供するために使用されるイメージングレンズ１７４のいずれか一方であることができる。イメージング放射計は、放射計が焦点を合わせた場面の温度を測定するのに使用され、分光計は、場面によって発されるエネルギーまたは出力を、その場面が電磁信号を発する波長の関数として測定するのに使用される。
放射計／分光計はまた、スペクトル分割レンズ１７２およびイメージングレンズ１７４のいずれかを取り付けるためのレンズマウント１６１と、放射計／分光計を三脚に取り付けるための三脚マウント１６３とを含む。放射計／分光計の好ましい実施態様では、表示装置１１２はＣＲＴまたはＦＰＤ１３３を含み、制御装置１１４は手動制御ノブ１４７を含み、電源電子部品は充電式電池１６３および１１０ボルトＡＣコネクタ１６５を含む。加えて、焦点面アレイは、少なくとも一つの対象のＩＲ波長バンドで使用して、夜間に使用することもでき、昼間に放射線物質降下なしで使用することもでき、煙を透視し、荒れた天候を透視することができる長距離放射計／分光計を提供する。さらに、放射計／分光計は、増大した信頼性および感度を有しながらも、サイズ、重量および電力消費を減少させた独立型ユニットである。
本発明の特定の実施態様をいくつか説明したが、当業者にとって、種々の変形、修正および改良が容易に思いつくであろう。そのような変形、修正および改良は本開示の一部とみなされ、本発明の真髄および範囲に入るものとみなされる。したがって、前記説明は例を示すものに過ぎず、本発明は、以下の請求の範囲およびその同等物のみによって定義される。
【図１】
0003839487.tif 000002
【図２】
0003839487.tif 000003
【図３】
0003839487.tif 000004
【図４】
0003839487.tif 000005
【図５】
0003839487.tif 000006
【図６】
0003839487.tif 000007
【図７】
0003839487.tif 000008
【図８】
0003839487.tif 000009
【図９】
0003839487.tif 000010
【図１０】
0003839487.tif 000011
【図１１】
0003839487.tif 000012
【図１２ａ】
0003839487.tif 000013
【図１２ｂ】
0003839487.tif 000014
【図１２ｃ】
0003839487.tif 000015
【図１３】
0003839487.tif 000016
【図１４ａ】
0003839487.tif 000017
【図１４ｂ】
0003839487.tif 000018
【図１４ｃ】
0003839487.tif 000019
【図１５ａ】
0003839487.tif 000020
【図１５ｂ】
0003839487.tif 000021
【図１６ａ】
0003839487.tif 000022
【図１６ｂ】
0003839487.tif 000023
【図１７ａ】
0003839487.tif 000024
【図１７ｂ】
0003839487.tif 000025
【図１８ａ】
0003839487.tif 000026
【図１８ｂ】
0003839487.tif 000027