JP5139891B2 - Imaging system and peripheral monitor device - Google Patents

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Description

本発明は、撮像システムおよび周辺モニタ装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging system and a peripheral monitor device.

近年、車載用のモニタリング装置や防犯監視システムなどにおいて、周囲の状況をCCDカメラ等の固体撮像手段により撮影することが行われている。そして、これらの装置が撮影を行う際には、赤外線等の光を撮影方向へ連続的に照射し、その反射光を撮影する場合がある。例えば、移動中の車両の前方に赤外線を照らしながら撮影することが行われている。このような撮影方法では、近くに存在する物体が明るく映り、遠くに存在する物体が暗く映ってしまうという問題がある。また、光を連続的に照射するので、霧や雨などの気象条件の場合には雨粒等により光が反射してしまい、遠方を撮影することが困難となる。   2. Description of the Related Art In recent years, an in-vehicle monitoring device, a security monitoring system, and the like have taken a surrounding situation with a solid-state imaging means such as a CCD camera. When these devices perform photographing, there are cases where light such as infrared rays is continuously irradiated in the photographing direction and the reflected light is photographed. For example, photographing is performed while illuminating infrared rays in front of a moving vehicle. In such a photographing method, there is a problem that an object existing in the vicinity appears bright and an object existing in the distance appears dark. In addition, since light is continuously irradiated, in the case of weather conditions such as fog and rain, the light is reflected by raindrops and the like, and it is difficult to photograph a distant place.

これに対し、入射光像の光強度を増強するイメージインテンシファイアを用いた撮像方式がある(例えば特許文献1参照)。イメージインテンシファイアを用いると、上記方式と比較して光の照射による影響がなく、自然な画像が得られる。例えば、イメージインテンシファイアを用いると、イメージインテンシファイアを用いない上記方式を利用して移動中の車両の前方に赤外線を照らしながら撮影した場合には光が反射して認識できなかった道路標識が認識可能となっている。   On the other hand, there is an imaging method using an image intensifier that enhances the light intensity of an incident light image (see, for example, Patent Document 1). When an image intensifier is used, a natural image can be obtained without being affected by light irradiation as compared with the above method. For example, when an image intensifier is used, a road sign that could not be recognized due to reflection of light when shooting with infrared light in front of a moving vehicle using the above method without using an image intensifier Can be recognized.

特許文献1には、イメージインテンシファイアを用いた車載低視野撮像システムが記載されている。この文献に記載されたシステムでは、パルス光を撮像対象物へ照射し、パルス光の発光タイミングと撮像タイミングとの時間間隔を撮像対象物までの距離に応じて可変とすることによって、雨や雪といった視界が遮られる環境下においても遠く離れた撮像対象物を認識可能としている。
米国特許第6700123号明細書
Patent Document 1 describes an in-vehicle low-field imaging system using an image intensifier. The system described in this document irradiates an object to be imaged with pulsed light, and makes the time interval between the emission timing of the pulsed light and the imaged timing variable according to the distance to the object to be imaged. Thus, even in an environment where the field of view is obstructed, it is possible to recognize an imaging object far away.
US Pat. No. 6,732,123

イメージインテンシファイアを用いた撮像方式では、ゲート電圧を短時間だけ印加するゲート動作(電子シャッタ動作)を採用することで、霧や雨等の気象条件下においても遠方の撮像対象物を好適に撮影できる。しかしながら、この撮像方式では、遠方の撮像対象物から得られる反射光量が、近い撮像対象物から得られる反射光量と比較して極めて小さくなるので、全体としての明暗がばらついた画像になってしまう。   In an imaging method using an image intensifier, a gate operation (electronic shutter operation) in which a gate voltage is applied for a short time is adopted, so that a remote imaging object can be suitably used even in weather conditions such as fog and rain. Can shoot. However, with this imaging method, the amount of reflected light obtained from a distant imaging object is extremely small compared to the amount of reflected light obtained from a nearby imaging object, resulting in an image with varying overall brightness.

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、イメージインテンシファイアを用いた撮像方式を備えており、且つ撮像対象物までの距離に起因する画像内の明暗のばらつきを抑えることができる撮像システムおよび周辺モニタ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, has an imaging method using an image intensifier, and suppresses variations in light and darkness in an image due to the distance to the imaging object. An object of the present invention is to provide an imaging system and a peripheral monitor device capable of performing the above.

上記した課題を解決するために、本発明による撮像システムは、撮像対象物にパルス光を照射するパルス光源と、パルス光による撮像対象物に関する光像を撮像する撮像装置と、パルス光源および撮像装置を制御する制御部とを備え、撮像装置は、光像を受けて光電子を放出するとともに制御部による電位制御によってゲート動作を行う光電面と、光電面に対向配置されて光電子を増倍するマイクロチャンネルプレートと、マイクロチャンネルプレートから放出された電子像に基づいて画像データを生成する撮像部とを有し、制御部が、パルス光源からのパルス光の発生およびマイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げをそれぞれ周期的に行わせるとともに、パルス光の発生後であって両端電位差の立ち上げ期間内に光電面のゲートを開放させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an imaging system according to the present invention includes a pulse light source that irradiates an imaging target with pulsed light, an imaging device that captures an optical image related to the imaging target using pulsed light, a pulse light source, and an imaging device. The imaging device receives a light image and emits photoelectrons, and performs a gate operation by controlling the potential of the control unit, and a micro-surface that is arranged opposite to the photocathode and multiplies photoelectrons. It has a channel plate and an imaging unit that generates image data based on an electronic image emitted from the micro channel plate, and the control unit generates pulsed light from the pulse light source and raises the potential difference between both ends of the micro channel plate. Are periodically performed, and after the generation of the pulsed light, the gate of the photocathode is within the rising period of the potential difference at both ends. Characterized in that to open the.

この撮像システムが備える撮像装置は、光像を受けて光電子を放出するとともに制御部による電位制御によってゲート動作を行う光電面と、光電面に対向配置されて光電子を増倍するマイクロチャンネルプレート(MCP)とを有しており、いわゆるイメージインテンシファイアを構成している。このイメージインテンシファイアは、MCPに印加される両端電位差に応じた増倍率でもって入射光像を増強することができる。また、上記した撮像システムにおいては、パルス光の発生およびMCPの両端電位差の立ち上げをそれぞれ周期的に行わせるとともに、パルス光の発生後であって両端電位差の立ち上げ期間内に、光電面のゲートを開放することにより撮像対象物を撮像装置によって撮影している。なお、両端電位差の立ち上げ期間は、例えば500ナノ秒程度といった極めて短い時間である。また、このうち光電面のゲート開放時間は例えば300ナノ秒程度である。   The imaging apparatus provided in the imaging system receives a light image, emits photoelectrons, and performs a gate operation by controlling the potential by a control unit, and a microchannel plate (MCP) that is disposed opposite to the photocathode and multiplies photoelectrons. And so-called image intensifier. This image intensifier can enhance the incident light image with a multiplication factor corresponding to the potential difference between both ends applied to the MCP. In the imaging system described above, the generation of the pulsed light and the rise of the potential difference at both ends of the MCP are performed periodically, and after the generation of the pulsed light and within the rise period of the potential difference at both ends, The imaging object is photographed by the imaging device by opening the gate. It should be noted that the rising period of the potential difference between both ends is an extremely short time such as about 500 nanoseconds. Of these, the gate opening time of the photocathode is, for example, about 300 nanoseconds.

パルス光が撮像対象物により反射して光像として戻って来るまでに要する時間は撮像対象物から当該撮像装置までの距離によって異なるが、ゲート開放直後の入射光像に含まれる撮像対象物は撮像装置から近く、ゲート開放時間の経過に従って入射光像に含まれる撮像対象物は撮像装置から遠くなる。そして、撮像対象物が撮像装置から遠いほど光像が微弱となるので、ゲート開放時間の経過に従って入射光像の光量は小さくなる。しかし、上記した撮像システムではMCPの両端電位差の立ち上げ期間内に光電面のゲートを開放しているので、ゲート開放中にはMCPの両端電位差が単調増加することとなる。すなわち、光像に含まれる撮像対象物においては、撮像装置からの距離が長くなるほどイメージインテンシファイアによる増倍率が増す。したがって、上記した撮像システムによれば、撮像対象物までの距離に起因する画像内の明暗のばらつきを抑えることができる。   The time required for the pulsed light to be reflected by the imaging object and returned as an optical image varies depending on the distance from the imaging object to the imaging device, but the imaging object included in the incident light image immediately after the gate is opened is imaged. The imaging object included in the incident light image is closer to the imaging device as the gate opening time elapses. Since the optical image becomes weaker as the imaging object is farther from the imaging device, the light amount of the incident optical image becomes smaller as the gate opening time elapses. However, in the imaging system described above, the gate of the photocathode is opened within the rise period of the potential difference between both ends of the MCP, so that the potential difference between both ends of the MCP monotonously increases while the gate is opened. That is, in the imaging target included in the optical image, the multiplication factor by the image intensifier increases as the distance from the imaging device increases. Therefore, according to the imaging system described above, it is possible to suppress variations in light and darkness in the image due to the distance to the imaging target.

また、撮像システムは、マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げ期間における該両端電位差の増加率が可変であることを特徴としてもよい。例えば晴天時と雨天時とを比較すると、晴天時には当該撮像システムから遠い撮像対象物であってもその入射光像の光量は比較的大きくなるが、雨天時にはパルス光が雨によって遮られる為、当該撮像システムから遠い撮像対象物に関する入射光像の光量が晴天時より小さくなってしまう。このような場合に、MCPの両端電位差の立ち上げ期間における両端電位差の増加率、すなわちイメージインテンシファイアの光増倍率の増加幅を例えば雨天時には晴天時より大きくするといった変更を行うことにより、このような撮像条件による影響を抑えてより明瞭な画像を得ることができる。   In addition, the imaging system may be characterized in that the increasing rate of the potential difference between both ends of the microchannel plate during the rising period is variable. For example, when comparing clear weather and rainy weather, the amount of incident light image is relatively large even when the object is far from the imaging system in fine weather, but the pulse light is blocked by rain in rainy weather. The light quantity of the incident light image related to the imaging object far from the imaging system is smaller than that in fine weather. In such a case, by changing the rate of increase of the potential difference between both ends of the rise of the potential difference between both ends of the MCP, that is, by increasing the increase rate of the photomultiplier of the image intensifier, for example, when it is raining, than when clearing, A clearer image can be obtained while suppressing the influence of such imaging conditions.

また、撮像システムは、マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げ期間内における該両端電位差の増加率が該期間内において時間変化しており、制御部において光電面のゲートを開放させるタイミングが可変であることを特徴としてもよい。このような構成によって、ゲート開放中におけるイメージインテンシファイアの光増倍率の増加幅を撮像条件に応じて好適に変更できるので、撮像条件による影響を抑えてより明瞭な画像を得ることができる。   In the imaging system, the increasing rate of the potential difference between both ends of the microchannel plate during the rising period of the both ends changes with time, and the timing at which the gate of the photocathode is opened in the control unit is variable. This may be a feature. With such a configuration, the increase width of the light multiplication factor of the image intensifier while the gate is open can be suitably changed according to the imaging condition, so that a clearer image can be obtained while suppressing the influence of the imaging condition.

また、撮像システムは、パルス光源がLEDを有することを特徴としてもよい。これにより、パルス光を容易に発生させることができる。   The imaging system may be characterized in that the pulse light source has an LED. Thereby, pulsed light can be easily generated.

また、本発明による周辺モニタ装置は、周囲の状況をモニタする周辺モニタ装置であって、上記したいずれかの撮像システムを備えることを特徴とする。この周辺モニタ装置は上記した撮像システムを備えているので、撮像対象物までの距離に起因する画像内の明暗のばらつきを効果的に抑えることができる。   A peripheral monitor device according to the present invention is a peripheral monitor device that monitors a surrounding situation, and includes any one of the imaging systems described above. Since the peripheral monitor device includes the above-described imaging system, it is possible to effectively suppress variations in brightness and darkness in the image due to the distance to the imaging target.

本発明によれば、イメージインテンシファイアを用いた撮像方式を備えており、且つ撮像対象物までの距離に起因する画像内の明暗のばらつきを抑えることができる撮像システムおよび周辺モニタ装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging system and a peripheral monitor device that are equipped with an imaging method using an image intensifier and that can suppress variations in brightness and darkness in an image due to the distance to the imaging object. .

以下、添付図面を参照しながら本発明による撮像システムおよび周辺モニタ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an imaging system and a peripheral monitor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(実施の形態)
図1は、本発明に係る撮像システムの一実施形態に係る構成を示す図である。本実施形態に係る撮像システム1は、例えば車載用のモニタリング装置や防犯監視システムといった、周囲の状況をモニタする周辺モニタ装置を構成するものである。図1に示すように、撮像システム1は、撮像対象物(被写体)Aにパルス光Pを照射するパルス光源2と、パルス光Pによる撮像対象物Aに関する光像(主に反射光像)Bを撮像する撮像装置3と、パルス光源2および撮像装置3を制御する制御部4とを備えている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration according to an embodiment of an imaging system according to the present invention. The imaging system 1 according to the present embodiment constitutes a peripheral monitor device that monitors surrounding conditions, such as an in-vehicle monitoring device or a security monitoring system. As shown in FIG. 1, the imaging system 1 includes a pulse light source 2 that irradiates an imaging target (subject) A with pulsed light P, and a light image (mainly reflected light image) B related to the imaging target A by the pulsed light P. And a control unit 4 that controls the pulse light source 2 and the imaging device 3.

パルス光源2は、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)といった半導体発光素子5と、この半導体発光素子5から出射されたパルス光Pを撮影方向へ向けて拡張するレンズ6とを有している。半導体発光素子5は、パルス光Pとして例えば赤外光を出射する。このように、パルス光源2がLEDやLDといった、電力の供給によって発光状態と非発光状態とを容易に切り替え可能な半導体発光素子5を有することによって、パルス光Pを容易に発生させることができる。   The pulse light source 2 includes a semiconductor light emitting element 5 such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), and a lens 6 that expands the pulsed light P emitted from the semiconductor light emitting element 5 in the photographing direction. Yes. The semiconductor light emitting element 5 emits, for example, infrared light as the pulsed light P. As described above, the pulsed light P can be easily generated by having the semiconductor light emitting element 5 that can easily switch between the light emitting state and the non-light emitting state by supplying power, such as the LED or LD. .

撮像装置3は、撮像対象物Aから入射した光像Bの光量を増強するイメージインテンシファイア10と、イメージインテンシファイア10から出力された光像を受けて画像データを生成する撮像部(CCDカメラ)11とを有している。また、撮像装置3は、光像Bをイメージインテンシファイア10へ向けて結像するレンズ12と、イメージインテンシファイア10から出力された光像をCCDカメラ11へ伝搬する光学部材13と、イメージインテンシファイア10に駆動電圧を印加する電圧源14と、電圧源14から出力される駆動電圧の大きさを制御するゲイン制御部15とを有している。なお、光学部材13としては、例えばリレーレンズやファイバオプティックプレート(FOP)が好適である。 The imaging device 3 receives an image intensifier 10 that increases the amount of light of an optical image B incident from the imaging object A, and an imaging unit (CCD) that receives the optical image output from the image intensifier 10 and generates image data. Camera) 11. Further, the imaging device 3 includes a lens 12 that forms an optical image B toward the image intensifier 10, an optical member 13 that propagates the optical image output from the image intensifier 10 to the CCD camera 11, and an image. A voltage source 14 that applies a driving voltage to the intensifier 10 and a gain control unit 15 that controls the magnitude of the driving voltage output from the voltage source 14 are provided. For example, a relay lens or a fiber optic plate (FOP) is suitable as the optical member 13.

ここで、図2及び図3は、イメージインテンシファイア10の詳細な構成を示す図である。図2はイメージインテンシファイア10を一部破断して示す平面図であり、図3は、図2に示すイメージインテンシファイア10の一部を、III−III線に沿って示す断面図である。なお、図3では、説明の便宜上、図2のイメージインテンシファイア10とは若干各部材の大きさ等を変更している。図2及び図3に示すイメージインテンシファイア10は、外囲器の内部で光電面、MCP(マイクロチャンネルプレート:電子増倍部)及び蛍光面を近接して設置した近接型イメージインテンシファイアである。   Here, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a detailed configuration of the image intensifier 10. FIG. 2 is a plan view showing the image intensifier 10 in a partially broken view, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the image intensifier 10 shown in FIG. 2 along the line III-III. . In FIG. 3, for the convenience of explanation, the size of each member is slightly changed from the image intensifier 10 of FIG. An image intensifier 10 shown in FIGS. 2 and 3 is a proximity image intensifier in which a photocathode, an MCP (microchannel plate: electron multiplier), and a phosphor screen are placed in proximity within an envelope. is there.

図2に示すように、イメージインテンシファイア10の内部は、略中空円柱状の外囲器20の両端部を略円板状の入射窓30及び略円柱状の出射窓70によって気密に封止することにより、圧力約1×10-8[Torr]〜1×10-6[Torr](1.33×10-6[Pa]〜1.33×10-4[Pa])を有する高真空に保持されている。外囲器20は、略中空円筒状の側管部材21と、この側管部材21の側部を被覆する略中空円柱状のモールド部材22と、このモールド部材22の側部及び底部を被覆する略中空円筒状のケース部材23とから構成されている。特に、モールド部材22の両端部には2個の開口がそれぞれ形成されている。ケース部材23の一端部は開放して形成され、ケース部材23の他端部にはモールド部材22の一方の開口とその周縁を一致させた開口が形成されている。 As shown in FIG. 2, the inside of the image intensifier 10 is hermetically sealed at both ends of a substantially hollow cylindrical envelope 20 by a substantially disc-shaped entrance window 30 and a substantially cylindrical exit window 70. Thus, a high vacuum having a pressure of about 1 × 10 −8 [Torr] to 1 × 10 −6 [Torr] (1.33 × 10 −6 [Pa] to 1.33 × 10 −4 [Pa]) Is held in. The envelope 20 covers a substantially hollow cylindrical side tube member 21, a substantially hollow cylindrical mold member 22 covering a side portion of the side tube member 21, and a side portion and a bottom portion of the mold member 22. A substantially hollow cylindrical case member 23 is included. In particular, two openings are respectively formed at both ends of the mold member 22. One end of the case member 23 is formed open, and the other end of the case member 23 is formed with an opening in which one opening of the mold member 22 is aligned with the periphery thereof.

モールド部材22の一端部側には、入射窓30がモールド部材22の一方の開口周辺の表面と密着して設置されている。この入射窓30の真空側表面の中央領域には、薄膜状の光電面40が形成されている。光電面40は、光像Bを受けて光電子e1を放出する。入射窓30および光電面40は、光電陰極35を構成している。 On one end side of the mold member 22, an incident window 30 is installed in close contact with the surface around one opening of the mold member 22. A thin-film photocathode 40 is formed in the central region of the vacuum side surface of the entrance window 30. The photocathode 40 receives the light image B and emits photoelectrons e 1 . The incident window 30 and the photocathode 40 constitute a photocathode 35.

また、モールド部材22の他端部側には、出射窓70がモールド部材22の他方の開口に密着して設置されている。この出射窓70の真空側表面の中央領域には、薄膜状の蛍光面60が形成されている。さらに、光電面40と蛍光面60との間には、円板状のMCP50が光電面40及び蛍光面60に対向して所定の間隙をそれぞれ保持して設置されている。このMCP50は、側管部材21にその一端部を埋没して支持された2種類の導電部材からなる電極81,82の他端部によって挾持されており、光電面40から放出される光電子e1を増倍する。 Further, on the other end side of the mold member 22, an emission window 70 is installed in close contact with the other opening of the mold member 22. A thin-film fluorescent screen 60 is formed in the central region of the vacuum side surface of the exit window 70. Further, a disc-shaped MCP 50 is installed between the photocathode 40 and the phosphor screen 60 so as to face the photocathode 40 and the phosphor screen 60 with a predetermined gap therebetween. The MCP 50 is held by the other end portions of electrodes 81 and 82 made of two kinds of conductive members supported by burying one end portion in the side tube member 21, and photoelectrons e 1 emitted from the photocathode 40. Is multiplied.

入射窓30の真空側表面の周辺領域には、金属製の導電膜(図示しない)が光電面40と接触して形成されている。この導電膜は、側管部材21と入射窓30とを接合するための導電部材からなる電極80と接触している。詳しくは、電極80はその一端部がモールド部材22に埋没されるとともに、その他端部で導電膜と接触している。   A metal conductive film (not shown) is formed in contact with the photocathode 40 in the peripheral region on the vacuum side surface of the entrance window 30. This conductive film is in contact with an electrode 80 made of a conductive member for joining the side tube member 21 and the entrance window 30. Specifically, one end of the electrode 80 is buried in the mold member 22 and the other end is in contact with the conductive film.

出射窓70の真空側表面の周辺領域には、金属製の導電膜(図示しない)が蛍光面60と接触して形成されている。この導電膜に接触するように、電極83が設置されている。詳しくは、電極83はその一端部がモールド部材22に埋没されるとともに、その他端部で導電膜と接触している。   A metal conductive film (not shown) is formed in contact with the phosphor screen 60 in the peripheral region on the vacuum side surface of the emission window 70. An electrode 83 is provided so as to be in contact with the conductive film. Specifically, one end of the electrode 83 is buried in the mold member 22 and the other end is in contact with the conductive film.

4種類の電極80〜83の一端部にその一端部をそれぞれ接触した4種類のリード線90〜93が、モールド部材22及びケース部材23を気密に貫通して外部に突出して設置されている。これらリード線90〜93の他端部は、電圧源14(図1参照)と電気的にそれぞれ接続されている。そのため、光電面40と、MCP50の光電面側表面及び蛍光面側裏面と蛍光面60とに対しては、電圧源14から高電圧がそれぞれ印加される。   Four types of lead wires 90 to 93 that are in contact with one end portions of the four types of electrodes 80 to 83 are installed so as to penetrate the mold member 22 and the case member 23 in an airtight manner and protrude to the outside. The other end portions of the lead wires 90 to 93 are electrically connected to the voltage source 14 (see FIG. 1). Therefore, a high voltage is applied from the voltage source 14 to the photocathode 40, the photocathode side surface of the MCP 50, the phosphor screen side back surface, and the phosphor screen 60, respectively.

図3に示すように、光電面40とMCP50の光電面側表面との間には、電位差V1として約200[V]が設定されている。MCP50の光電面側表面と蛍光面側表面との間には、電位差V2として約400[V]〜約900[V]が可変に設定されている。MCP50の蛍光面側表面と蛍光面60との間には、電位差V3として約6[kV]が設定されている。これにより、光電面40とMCP50との間隙と、MCP50の電子入射面と電子出射面との間に配列されたチャネル管の内側と、MCP50と蛍光面60との間隙とには、蛍光面60から光電面40に向かう電界がそれぞれ発生する。 As shown in FIG. 3, about 200 [V] is set as the potential difference V 1 between the photocathode 40 and the photocathode side surface of the MCP 50. About 400 [V] to about 900 [V] are variably set as the potential difference V 2 between the photocathode side surface and the phosphor screen side surface of the MCP 50. About 6 [kV] is set as the potential difference V 3 between the phosphor screen side surface of the MCP 50 and the phosphor screen 60. As a result, the phosphor screen 60 is located between the gap between the photocathode 40 and the MCP 50, the inside of the channel tube arranged between the electron incident surface and the electron exit surface of the MCP 50, and the gap between the MCP 50 and the phosphor screen 60. Electric fields from the photocathode 40 toward the photocathode 40 are generated.

入射窓30は、大気側及び真空側の各表面の中央領域に共に略平面を有する形状にサファイアを加工して形成されたガラス面板である。光電面40は、入射窓30上にガリウムヒ素(GaAs)を結晶成長させて形成されている。この光電面40は、電圧源14からリード線90及び電極80を介して印加された電圧に基づいて、電位約−150[V]〜約−200[V]に設定される。   The entrance window 30 is a glass face plate formed by processing sapphire into a shape having a substantially flat surface in the central region of each surface on the atmosphere side and the vacuum side. The photocathode 40 is formed by growing gallium arsenide (GaAs) on the entrance window 30. The photocathode 40 is set to a potential of about −150 [V] to about −200 [V] based on the voltage applied from the voltage source 14 via the lead wire 90 and the electrode 80.

出射窓70は、多数個の光ファイバをプレート状に集束して構成されたファイバープレートである。蛍光面60は、蛍光体を出射窓70の真空側表面に塗布して形成されており、例えば、GdO2S2:Tb等で構成されている。この蛍光面60は、電圧源14からリード線93及び電極83を介して印加された電圧に基づいて、電位約5000[V]〜約6000[V]に設定される。   The exit window 70 is a fiber plate configured by converging a large number of optical fibers into a plate shape. The phosphor screen 60 is formed by applying a phosphor to the vacuum side surface of the exit window 70, and is made of, for example, GdO2S2: Tb. The phosphor screen 60 is set to a potential of about 5000 [V] to about 6000 [V] based on the voltage applied from the voltage source 14 via the lead wire 93 and the electrode 83.

なお、蛍光面60の真空側表面には、メタルバック層と低電子反射率層とが順次積層して形成されている。メタルバック層は、蛍光面60の表面にAlを蒸着して形成されている。このメタルバック層は、MCP50を通過して入射した光に対して比較的高い反射率を有し、かつ、MCP50から放出されて入射した光電子に対して比較的高い透過率を有する。低電子反射率層は、メタルバック層の表面にC,Be等を蒸着して形成されている。この低電子反射率層は、MCP50から放出されて入射した光電子に対して比較的低い反射率を有する。   Note that a metal back layer and a low electron reflectivity layer are sequentially laminated on the vacuum side surface of the phosphor screen 60. The metal back layer is formed by depositing Al on the surface of the phosphor screen 60. This metal back layer has a relatively high reflectivity with respect to light incident through the MCP 50 and has a relatively high transmittance with respect to photoelectrons emitted from the MCP 50 and incident. The low electron reflectivity layer is formed by evaporating C, Be or the like on the surface of the metal back layer. This low electron reflectivity layer has a relatively low reflectivity for photoelectrons emitted from and incident on the MCP 50.

図4は、図2に示したMCP50を一部破断して示す斜視図である。図4に示すように、MCP50は、複数個のチャネル管52をプレート状に集束して構成された少なくとも一つの電子増倍領域51と、この電子増倍領域51を取り囲むガラス製の縁部53とを備えている。この電子増倍領域51の電子入射面及び電子出射面に配列されたチャネル管52のピッチは、隣接するチャネル管52の中心間距離として約7.5[μm]〜約25[μm]である。   FIG. 4 is a perspective view showing the MCP 50 shown in FIG. As shown in FIG. 4, the MCP 50 includes at least one electron multiplication region 51 formed by converging a plurality of channel tubes 52 in a plate shape, and a glass edge portion 53 surrounding the electron multiplication region 51. And. The pitch of the channel tubes 52 arranged on the electron incident surface and the electron emission surface of the electron multiplying region 51 is about 7.5 [μm] to about 25 [μm] as the distance between the centers of the adjacent channel tubes 52. .

MCP50の光電面側表面は、電圧源14からリード線91及び電極81を介して印加された電圧に基づいて、接地電位に設定される。また、MCP50の蛍光面側裏面は、電圧源14からリード線92及び電極82を介して印加された電圧に基づいて、電位約400[V]〜約900[V]に設定される。   The photocathode side surface of the MCP 50 is set to the ground potential based on the voltage applied from the voltage source 14 via the lead wire 91 and the electrode 81. The back surface of the MCP 50 on the phosphor screen side is set to a potential of about 400 [V] to about 900 [V] based on the voltage applied from the voltage source 14 via the lead wire 92 and the electrode 82.

光像Bが外部から入射窓30を通過して光電面40に入射すると、光電面40の価電子帯に位置する電子がその伝導帯に励起し、負の電子親和力作用によって光像Bの二次元位置情報を保持した光電子e1として真空中に放出される。このように光電面40から放出された光電子e1は、光電面40とMCP50との間隙に発生した電界によって加速され、MCP50の電子入射側表面に入射する。 When the light image B passes through the entrance window 30 from the outside and enters the photocathode 40, electrons located in the valence band of the photocathode 40 are excited to the conduction band, and the two of the photoimage B are caused by the negative electron affinity action. Photoelectrons e 1 holding the dimensional position information are emitted into the vacuum. Thus, the photoelectrons e 1 emitted from the photocathode 40 are accelerated by the electric field generated in the gap between the photocathode 40 and the MCP 50 and enter the electron incident side surface of the MCP 50.

MCP50に入射した光電子e1は、チャネル管52の内側に発生した電界によって加速され、チャネル管52の壁面に対する衝突を繰り返しながら移動し、エネルギーを失う毎に電子−正孔対を生成する。この電子−正孔対として生成された電子は、二次電子として光電子e1と同様に電子−正孔対を生成する過程を繰り返す。そのため、光電子e1と比較して増倍された光電子e2が、光像Bの二次元位置情報を保持した電子像としてMCP50の蛍光面側表面から放出される。このとき、光電子e1に対する光電子e2のゲインは、両端電位差V2に起因して約1×103〜約2×104に達する。このようにMCP50から放出された光電子e2は、MCP50と蛍光面60との間隙に発生した電界によって加速され、蛍光面60に入射する。 The photoelectrons e 1 incident on the MCP 50 are accelerated by the electric field generated inside the channel tube 52, move while repeatedly colliding with the wall surface of the channel tube 52, and generate electron-hole pairs each time energy is lost. The electrons generated as the electron-hole pairs repeat the process of generating electron-hole pairs as secondary electrons in the same manner as the photoelectrons e 1 . Therefore, the photoelectron e 2 multiplied in comparison with the photoelectron e 1 is emitted from the phosphor screen side surface of the MCP 50 as an electronic image holding the two-dimensional position information of the optical image B. At this time, the gain of the photoelectron e 2 with respect to the photoelectron e 1 reaches about 1 × 10 3 to about 2 × 10 4 due to the potential difference V 2 at both ends. Thus, the photoelectrons e 2 emitted from the MCP 50 are accelerated by the electric field generated in the gap between the MCP 50 and the phosphor screen 60 and enter the phosphor screen 60.

蛍光面60に入射した光電子e2に対応し、蛍光として発生した光像Cが出射窓70に入射する。このように出射窓70に入射した光像Cは、光像Bの二次元位置情報を保持した光像として光学部材13を介してCCDカメラ11へ向けて出射される。 A light image C generated as fluorescence corresponding to the photoelectrons e 2 incident on the phosphor screen 60 enters the emission window 70. The light image C incident on the emission window 70 in this way is emitted toward the CCD camera 11 through the optical member 13 as an optical image holding the two-dimensional position information of the light image B.

再び図1を参照して、本実施形態に係る撮像システム1の構成について説明する。制御部4は、MCP用ゲート回路16、PC用ゲート回路17、及びタイミング回路18を有している。MCP用ゲート回路16は、図2に示したイメージインテンシファイア10のリード線91及び92と電気的に接続されており、電極81及び82を介して印加されるMCP50の両端電位差V2についてのゲート動作を制御する。PC用ゲート回路17は、図2に示したイメージインテンシファイア10のリード線90と電気的に接続されており、電極80を介して印加される光電面40の電位についてのゲート動作を制御する。タイミング回路18は、MCP用ゲート回路16及びPC用ゲート回路17のそれぞれと電気的に接続されており、MCP50及び光電面40のそれぞれにおけるゲート開放タイミングをMCP用ゲート回路16及びPC用ゲート回路17に指令するための信号を出力する。また、タイミング回路18は、パルス光源2と電気的に接続されており、半導体発光素子5の発光タイミングをパルス光源2に指令するための信号を出力する。なお、ここでいうゲート動作とは、イメージインテンシファイア10を、光像Cを出力するための状態と出力しない状態とに切り替えることであり、ゲート開放とは光像Cを出力するための状態にすることである。 With reference to FIG. 1 again, the configuration of the imaging system 1 according to the present embodiment will be described. The control unit 4 includes an MCP gate circuit 16, a PC gate circuit 17, and a timing circuit 18. The MCP gate circuit 16 is electrically connected to the lead wires 91 and 92 of the image intensifier 10 shown in FIG. 2, and the potential difference V 2 between both ends of the MCP 50 applied through the electrodes 81 and 82 is determined. Controls gate operation. The PC gate circuit 17 is electrically connected to the lead wire 90 of the image intensifier 10 shown in FIG. 2 and controls the gate operation for the potential of the photocathode 40 applied via the electrode 80. . The timing circuit 18 is electrically connected to each of the MCP gate circuit 16 and the PC gate circuit 17, and the gate open timing at each of the MCP 50 and the photocathode 40 is determined based on the MCP gate circuit 16 and the PC gate circuit 17. A signal for instructing to be output. The timing circuit 18 is electrically connected to the pulse light source 2 and outputs a signal for instructing the pulse light source 2 on the light emission timing of the semiconductor light emitting element 5. Here, the gate operation is to switch the image intensifier 10 between a state for outputting the light image C and a state for not outputting the light image C, and the gate opening means a state for outputting the light image C. Is to do.

ここで、図5は、(a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。図5(a)を参照すると、MCP50の両端電位差V2は周期的な期間T1において立ち上がっており、この立ち上げ期間T1がすなわちMCP50のゲート開放期間となる。立ち上げ期間T1の時間幅は、例えば500ナノ秒である。また、両端電位差V2のピーク電圧は例えば400[V]である。この立ち上げ期間T1の間、MCP50の両端電位差V2は単調増加しており、当該期間内においてその増加率は時間の経過とともに減少している。 Here, FIG. 5 is a timing chart showing (a) transition of potential difference V 2 at both ends of MCP 50, (b) transition of potential of photocathode 40, and (c) transition of intensity of pulsed light P, respectively. Referring to FIG. 5A, the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 rises in a periodic period T1, and this rising period T1, that is, the MCP 50 gate open period. The time width of the startup period T1 is, for example, 500 nanoseconds. The peak voltage of the potential difference V 2 at both ends is, for example, 400 [V]. During the start-up period T1, the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 monotonously increases, and the increase rate decreases with time in the period.

イメージインテンシファイア10は、MCP50に印加される両端電位差V2に応じた増倍率でもって入射光像Bを増強する。ここで、図6は、MCP50に印加される両端電位差V2と入射光像Bに対する増倍率(ルミナンスゲイン)との関係を示すグラフである。図6に示すように、イメージインテンシファイア10の増倍率は両端電位差V2の指数関数に比例して増加する。したがって、MCP50の両端電位差V2が単調増加する期間T1の間(図5(a)参照)、イメージインテンシファイア10の増倍率もまた単調増加することとなる。 The image intensifier 10 enhances the incident light image B with a multiplication factor corresponding to the both-end potential difference V 2 applied to the MCP 50. Here, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the both-end potential difference V 2 applied to the MCP 50 and the multiplication factor (luminance gain) with respect to the incident light image B. As shown in FIG. 6, the multiplication factor of the image intensifier 10 increases in proportion to the exponential function of the potential difference across V 2. Therefore, (see FIG. 5 (a)) during the period T1 to the potential difference across V 2 of MCP50 increases monotonically, the multiplication factor of the image intensifier 10 also becomes possible to increase monotonically.

図5(b)を参照すると、光電面40の電位は周期的な期間T2において負のパルスとして印加されており、この期間T2がすなわち光電面40のゲート開放期間となる。期間T2の時間幅は、例えば300ナノ秒である。期間T2は、図5(a)に示したMCP50の両端電位差V2の立ち上げ期間T1に含まれており、この期間T2の間のみ撮像装置3において光像Bが撮像される。また、上述したように、立ち上げ期間T1の間MCP50の両端電位差V2は単調増加しているので、期間T2においてもMCP50の両端電位差V2は単調増加しており、期間T2終了時におけるMCP50の両端電位差V22は、期間T2開始時におけるMCP50の両端電位差V21より大きい。 Referring to FIG. 5B, the potential of the photocathode 40 is applied as a negative pulse in the periodic period T2, and this period T2 is the gate open period of the photocathode 40. The time width of the period T2 is, for example, 300 nanoseconds. Period T2 is included in the start-up period T1 of the potential difference across V 2 of MCP50 shown in FIG. 5 (a), the optical image B are captured by the image capturing device 3 only during the period T2. Further, as described above, the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 monotonously increases during the start-up period T1, so the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 also increases monotonously during the period T2, and the MCP 50 at the end of the period T2 is increased. the potential difference across V 22 of the larger potential difference across V 21 of MCP50 in the period T2 at the start.

図5(c)を参照すると、パルス光源2からのパルス光Pの発生は、MCP50の両端電位差V2の立ち上げ周期に合わせて周期的に行われている。そして、図5(b)に示した光電面40のゲート開放期間T2は、パルス光Pの発生後に設定されている。 Referring to FIG. 5C, the generation of the pulsed light P from the pulsed light source 2 is periodically performed in accordance with the rising cycle of the both-end potential difference V 2 of the MCP 50. The gate opening period T2 of the photocathode 40 shown in FIG. 5B is set after the generation of the pulsed light P.

パルス光Pが撮像対象物により反射して光像Bとして戻って来るまでに要する時間は、撮像対象物から当該撮像装置3までの距離によって異なる。すなわち、図5(b)に示した期間T2において、ゲート開放直後の入射光像Bには撮像装置3から最も近い撮像対象物が含まれ、時間が経過するほど入射光像Bには撮像装置3から遠く離れた撮像対象物が含まれる。そして、撮像対象物が撮像装置3から遠いほど光像は微弱となるので、期間T2における時間の経過に従って入射光像Bの光量は小さくなる。   The time required for the pulsed light P to be reflected by the imaging object and returned as the optical image B varies depending on the distance from the imaging object to the imaging device 3. That is, in the period T2 shown in FIG. 5B, the incident light image B immediately after the gate is opened includes the imaging object closest to the imaging device 3, and the incident light image B includes the imaging device as time passes. 3 includes an object to be imaged far from 3. Since the optical image becomes weaker as the imaging object is farther from the imaging device 3, the light amount of the incident light image B decreases with the passage of time in the period T2.

そこで、本実施形態の撮像システム1では、MCP50の両端電位差V2の立ち上げ期間T1内の期間T2において光電面40のゲートを開放している。これにより、上述したようにゲート開放中にはMCP50の両端電位差V2が単調増加することとなり、光像Bに含まれる撮像対象物においては、撮像装置3からの距離が長くなるほどイメージインテンシファイア10による光増倍率が増す。したがって、本実施形態の撮像システム1によれば、撮像対象物までの距離に起因する画像内の明暗のばらつきを効果的に抑えることができる。 Therefore, in the imaging system 1 of the present embodiment, by opening the gate of the photocathode 40 in the period T2 in the start-up period T1 of the potential difference across V 2 of MCP50. As a result, as described above, the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 monotonously increases while the gate is open, and in the imaging target included in the optical image B, the image intensifier increases as the distance from the imaging device 3 increases. The light multiplication factor by 10 increases. Therefore, according to the imaging system 1 of the present embodiment, variations in brightness and darkness in the image due to the distance to the imaging object can be effectively suppressed.

図7〜図9は、本実施形態に係る撮像システム1による上記効果を確認した際の画像である。図7は、撮影対象となった昼間の風景を示す画像であり、撮影位置から主要な建造物までのおおよその距離を示している。図8(a)は本実施形態に係る撮像システム1によって前述したようにして取得された夜間の画像であり、図8(b)は本実施形態のような光電面40及びMCP50におけるゲート制御をともに行わずに撮影した夜間の画像である。また、図9(a)は光電面40のゲート制御のみによってゲート撮影位置から近い対象物のみを撮影した夜間の画像であり、図9(b)はゲート撮影位置から遠い対象物のみを撮影した夜間の画像である。図8(b)に示されるように、ゲート制御を行わない場合、撮影位置の近くに存在する対象物に関する光像が明るくなり、相対的に撮影位置の遠くに存在する対象物に関する光像が暗くなってしまう。これに対して本実施形態の撮像システム1による画像(図8(a))では、撮影位置からの距離にかかわらず画像内の明暗のばらつきが抑えられ、明瞭な画像が得られている。   7 to 9 are images when the above effects are confirmed by the imaging system 1 according to the present embodiment. FIG. 7 is an image showing a daytime landscape that is a subject of photographing, and shows an approximate distance from the photographing position to the main building. FIG. 8A is a night image acquired as described above by the imaging system 1 according to the present embodiment, and FIG. 8B illustrates gate control in the photocathode 40 and the MCP 50 as in the present embodiment. This is a night image taken without both. 9A is a night image obtained by photographing only an object close to the gate photographing position only by the gate control of the photocathode 40. FIG. 9B is a photograph of only an object far from the gate photographing position. It is a night image. As shown in FIG. 8B, when the gate control is not performed, the light image relating to the object existing near the photographing position becomes brighter, and the light image relating to the object existing relatively far from the photographing position is obtained. It will be dark. On the other hand, in the image (FIG. 8A) obtained by the imaging system 1 of the present embodiment, the brightness variation in the image is suppressed regardless of the distance from the shooting position, and a clear image is obtained.

また、図9(a)、図9(b)は前述した特許文献1に記載された撮像システムによる撮像画像に該当するが、本実施形態に係る撮像システム1によれば、特許文献1に記載された撮像システムと異なり、ゲート開放タイミングに応じて或る特定の距離にある対象物のみの画像を得るのではなく均一な明るさの全体画像を取得することができる。また、特許文献1に記載された撮像システムは電子増倍手段を備えていないので、仮に本実施形態と同様に増幅率を調整しようとすると光電面への印加電圧を変化させることとなるが、このような場合、ダイナミックレンジが極めて狭くなる。これに対し、本実施形態に係る撮像システム1においては、MCP50の電子増倍率が両端電位差V2に対して指数関数的に変化するので(図6参照)、ダイナミックレンジが広くなり、イメージインテンシファイア10の光増倍率を容易に高めることができる。 9A and 9B correspond to the captured image by the imaging system described in Patent Document 1 described above, but according to the imaging system 1 according to the present embodiment, described in Patent Document 1. Unlike the imaging system described above, it is possible to acquire an entire image with uniform brightness instead of obtaining an image of only an object at a specific distance according to the gate opening timing. In addition, since the imaging system described in Patent Document 1 does not include an electron multiplier, if an attempt is made to adjust the amplification factor as in the present embodiment, the voltage applied to the photocathode will be changed. In such a case, the dynamic range becomes extremely narrow. On the other hand, in the imaging system 1 according to the present embodiment, since the electron multiplication factor of the MCP 50 changes exponentially with respect to the potential difference V 2 at both ends (see FIG. 6), the dynamic range is widened and the image intensity is increased. The light multiplication factor of the fire 10 can be easily increased.

本実施形態に係る撮像システム1は、更に以下の構成を備えることが好ましい。図10は、(a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。既に説明した図5との相違点は、MCP50の両端電位差V2の立ち上げ期間T1における両端電位差V2の増加率と、光電面40のゲート開放期間T2のタイミングである。 The imaging system 1 according to the present embodiment preferably further includes the following configuration. FIG. 10 is a timing chart showing (a) transition of the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50, (b) transition of the potential of the photocathode 40, and (c) transition of the intensity of the pulsed light P, respectively. The difference from FIG. 5 which has been already described, the rate of increase in the potential difference across V 2 at start-up period T1 of the potential difference across V 2 of MCP50, a timing of the gate opening period T2 of the photocathode 40.

すなわち、図10(a)に示す立ち上げ期間T1における両端電位差V2のピーク電圧は例えば900[V]であり、上述した400[V]より高圧となっている。立ち上げ期間T1の時間幅は図5(a)と同じ(500ナノ秒)なので、立ち上げ期間T1における両端電位差V2の増加率が図5(a)より大きくなっている。また、図10(b)に示す光電面40のゲート開放期間T2に関しては、その時間幅は図5(b)と同じ(300ナノ秒)であるが、MCP50の両端電位差V2の立ち上げ期間T1(図10(a))に対する期間T2の開始タイミングが、図5(b)と比較して早まっている。 That is, the peak voltage of the both-end potential difference V 2 in the start-up period T1 shown in FIG. 10A is, for example, 900 [V], which is higher than the above-described 400 [V]. Duration of the rising period T1 because the same (500 nanoseconds) and FIG. 5 (a), the rate of increase in the potential difference across V 2 at start-up period T1 is larger than the FIG. 5 (a). Further, regarding the gate opening period T2 of the photocathode 40 shown in FIG. 10B, the time width is the same as that in FIG. 5B (300 nanoseconds), but the rising period of the both-end potential difference V 2 of the MCP 50 The start timing of the period T2 with respect to T1 (FIG. 10 (a)) is earlier than that in FIG. 5 (b).

図10(a)に示すように、立ち上げ期間T1における両端電位差V2の増加率は、該期間T1内において時間変化している。具体的には、両端電位差V2の増加率は期間T1内において時間とともに減少しており、期間T1内の開始直後における両端電位差V2の増加率は大きく、時間経過に従って両端電位差V2の増加率は小さくなっている。すなわち、両端電位差V2の立ち上げ期間T1に対し相対的に期間T2の開始タイミングが早まると、当該期間T2における両端電位差V2の増加幅が拡大することとなる。また、立ち上げ期間T1における両端電位差V2の増加率が大きくなれば、期間T2における両端電位差V2の増加率も更に大きくなる。したがって、期間T2開始時におけるMCP50の両端電位差V23と、期間T2終了時におけるMCP50の両端電位差V24との差(V24−V23)は、図5(a)における差(V22−V21)より大きくなっている。つまり、図10に示した例では、期間T2におけるイメージインテンシファイア10の増幅率の変化幅が、図5に示した形態と比較して大きくなっている。 As shown in FIG. 10A, the increasing rate of the both-end potential difference V 2 in the start-up period T1 changes with time in the period T1. Specifically, the rate of increase in the potential difference across V 2 is decreasing with time within the period T1, the rate of increase in the potential difference across V 2 immediately after the start of the period T1 is large, the increase in the potential difference across V 2 with time The rate is getting smaller. That is, the start timing of the relative time period T2 to rise period T1 potential difference across V 2 is accelerated, so that the increment of the potential difference across V 2 in the period T2 is enlarged. Further, when the increasing rate of the both-end potential difference V 2 in the start-up period T1 is increased, the increasing rate of the both-end potential difference V 2 in the period T2 is further increased. Therefore, the difference (V 24 −V 23 ) between the potential difference V 23 at both ends of the MCP 50 at the start of the period T2 and the potential difference V 24 at both ends of the MCP 50 at the end of the period T2 is the difference (V 22 −V) in FIG. 21 ) It is bigger. That is, in the example shown in FIG. 10, the change width of the amplification factor of the image intensifier 10 in the period T2 is larger than that in the form shown in FIG.

このような形態は、光像Bが撮像装置3に届きにくい撮像条件、例えば雨天時や濃霧時などにおいて好適である。晴天時には当該撮像システム1から遠い撮像対象物であってもその入射光像Bの光量は比較的大きくなるが、雨天時にはパルス光Pや光像Bが雨によって遮られる為、当該撮像システム1から遠い撮像対象物に関する入射光像Bの光量が晴天時より小さくなってしまう。このような場合に、MCP50の両端電位差V2の立ち上げ期間T1における両端電位差V2の増加率、すなわちイメージインテンシファイア10の光増倍率の増加幅を例えば雨天時には晴天時より大きくするといった変更をゲイン制御部15において行うことにより、撮像条件による影響を抑えてより明瞭な画像を得ることができる。 Such a form is suitable for imaging conditions in which the optical image B is difficult to reach the imaging device 3, such as rainy weather or heavy fog. Even when the object is far from the imaging system 1 in fine weather, the amount of light of the incident light image B is relatively large. However, in the rainy weather, the pulsed light P and the light image B are blocked by rain. The light quantity of the incident light image B relating to the far object to be imaged becomes smaller than that in fine weather. In such a case, a change is made such that the rate of increase of the potential difference V 2 at both ends in the rising period T1 of the potential difference V 2 at the both ends of the MCP 50, that is, the increase rate of the photomultiplier of the image intensifier 10 is larger than that at the time of fine weather in rainy weather. By performing the above in the gain control unit 15, it is possible to obtain a clearer image while suppressing the influence of the imaging condition.

したがって、制御部4においては、立ち上げ期間T1におけるMCP50の両端電位差V2の増加率が、撮像条件に応じて可変であることが好ましい。具体的には、立ち上げ期間T1における両端電位差V2のピーク電圧を、制御部4において400[V]から900[V]を含む範囲で変更できると良い。また、本実施形態のように、立ち上げ期間T1内における両端電位差V2の増加率が該期間T1内において時間変化している場合には、制御部4において、期間T2の開始タイミング(立ち上げ期間T1に対して光電面40のゲートを開放させる相対的なタイミング)が撮像条件に応じて可変であることが好ましい。 Accordingly, in the control unit 4, the rate of increase in the potential difference across V 2 of MCP50 in start-up period T1 is preferably variable depending on the imaging conditions. Specifically, it is preferable that the peak voltage of the both-end potential difference V 2 in the start-up period T1 can be changed in the range including 400 [V] to 900 [V] in the control unit 4. Further, as in the present embodiment, when the increasing rate of the both-end potential difference V 2 within the start-up period T1 changes with time within the period T1, the control unit 4 starts the start timing (start-up of the period T2). The relative timing at which the gate of the photocathode 40 is opened with respect to the period T1 is preferably variable according to the imaging conditions.

図11は、撮像システム1からの距離に応じた、光像Bの明るさ及びイメージインテンシファイア10の増倍率の変化を示す図である。図中の曲線R1は光の拡散による光像Bの減衰を示しており、曲線R2は撮像条件(雨や霧)による光像Bの減衰を示している。また、図中の曲線R3は晴天時におけるイメージインテンシファイア10の増倍率を示しており、曲線R4は雨天時におけるイメージインテンシファイア10の光増倍率を示している。   FIG. 11 is a diagram illustrating changes in the brightness of the light image B and the multiplication factor of the image intensifier 10 according to the distance from the imaging system 1. A curve R1 in the figure indicates attenuation of the light image B due to light diffusion, and a curve R2 indicates attenuation of the light image B due to imaging conditions (rain or fog). A curve R3 in the figure indicates the multiplication factor of the image intensifier 10 in fine weather, and a curve R4 indicates the light multiplication factor of the image intensifier 10 in rainy weather.

図11の曲線R1に示すように、光像Bの明るさは、パルス光Pや光像B自体の拡散によって、撮像システム1からの距離に応じて指数関数的に減衰する。そして、雨天時や濃霧時には、この減衰に加えて更に指数関数的に減衰する(R2)。本実施形態の撮像システム1では、上述したように撮像システム1からの距離が遠いほどイメージインテンシファイア10の光増倍率が指数関数的に大きくなるので(R3,R4)、撮像システム1からの距離による減衰(R1)や、撮像条件による減衰(R2)を効果的に補い、撮影位置からの距離にかかわらず画像内の明暗のばらつきが抑えられる。   As shown by a curve R1 in FIG. 11, the brightness of the optical image B attenuates exponentially according to the distance from the imaging system 1 due to the diffusion of the pulsed light P and the optical image B itself. In addition, when it is raining or foggy, in addition to this attenuation, it further attenuates exponentially (R2). In the imaging system 1 of the present embodiment, as described above, as the distance from the imaging system 1 increases, the light multiplication factor of the image intensifier 10 increases exponentially (R3, R4). Attenuation due to distance (R1) and attenuation due to imaging conditions (R2) are effectively compensated, and variations in light and darkness in the image can be suppressed regardless of the distance from the shooting position.

(第1変形例)
図12は、上記実施形態の第1変形例について説明するための図であり、(a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。本変形例では、MCP50の両端電位差V2の波形(図12(a))が図5(a)とは異なっており、期間T1の開始時と期間T2の開始時が等しく、期間T2開始時におけるMCP50の両端電位差V21(例えば200[V])、又はV21より僅かに小さな値より低下しないように、MCP50の両端電位差V2が維持されている。この場合、期間T1を短くできるので、単位時間あたりのゲート動作を増やすことができ、よりリアルタイムな画像を取得することができる。なお、図12(b)に示す光電面40の電位の遷移、および図12(c)に示すパルス光Pの強度の遷移は、それぞれ図5(b)及び図5(c)に示したものと同様である。
(First modification)
FIG. 12 is a diagram for explaining a first modification of the above embodiment, in which (a) transition of the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50, (b) transition of the potential of the photocathode 40, and (c) pulsed light. 6 is a timing chart showing transitions of P intensity. In this modification, the waveform of the potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 (FIG. 12A) is different from that in FIG. 5A, the start time of the period T1 is equal to the start time of the period T2, and the start time of the period T2 The potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 is maintained so as not to drop below the potential difference V 21 at the both ends of the MCP 50 (for example, 200 [V]) or a value slightly smaller than V 21 . In this case, since the period T1 can be shortened, the gate operation per unit time can be increased, and a more real-time image can be acquired. The transition of the potential of the photocathode 40 shown in FIG. 12 (b) and the transition of the intensity of the pulsed light P shown in FIG. 12 (c) are those shown in FIG. 5 (b) and FIG. 5 (c), respectively. It is the same.

撮像システム1におけるMCP50の両端電位差V2は、ゲイン制御部15またはMCP用ゲート回路16によって図12(a)に示したような波形に制御されてもよい。このような場合でも、上記した実施形態による効果を好適に得ることができる。 The potential difference V 2 at both ends of the MCP 50 in the imaging system 1 may be controlled to a waveform as shown in FIG. 12A by the gain control unit 15 or the MCP gate circuit 16. Even in such a case, the effects according to the above-described embodiment can be suitably obtained.

(第2変形例)
図13は、上記実施形態の第2変形例について説明するための図であり、(a)パルス光Pの強度の遷移、(b)光電面40の電位の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。なお、図示はしないが、MCP50の両端電位差Vと図13(b)の光電面40の電位の遷移との関係に関しては、図5(a)及び図5(b)に示す関係と等しい。本変形例では、パルス光Pの波形(図13(a))が図5(c)とは異なっており、パルス光Pの強度の立ち上がりが急峻であり、且つなだらかに低下するような波形となっている。また、パルス光Pの発光中に、光電面40のゲート動作を行っている。
(Second modification)
FIG. 13 is a diagram for explaining a second modification of the above embodiment, and is a timing chart showing (a) intensity transition of the pulsed light P and (b) potential transition of the photocathode 40, respectively. Although not shown, with respect to the relationship between the transition of the potential of the photocathode 40 of the potential difference across V 2 and 13 of MCP50 (b), equal to the relationship shown in FIG. 5 (a) and 5 (b). In this modification, the waveform of the pulsed light P (FIG. 13 (a)) is different from that of FIG. 5 (c), and the rising of the intensity of the pulsed light P is steep and gently decreases. It has become. Further, the gate operation of the photocathode 40 is performed during the emission of the pulsed light P.

パルス光Pの発光強度をこのような形状とすることで、得られる画像内において撮像システム1から遠い撮像対象物ほどパルス光Pの照射強度が強くなる。したがって、パルス光Pの照射によっても、撮像システム1からの距離による減衰を補い、撮影位置からの距離にかかわらず画像内の明暗のばらつきをより好適に抑えることができる。   By setting the emission intensity of the pulsed light P to such a shape, the irradiation intensity of the pulsed light P becomes stronger as the imaging object is farther from the imaging system 1 in the obtained image. Therefore, even by irradiation with the pulsed light P, attenuation due to the distance from the imaging system 1 can be compensated, and variations in light and darkness in the image can be more suitably suppressed regardless of the distance from the imaging position.

本発明による撮像システム及び周辺モニタ装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではイメージインテンシファイア10が薄膜の蛍光面60を備えており、この蛍光面60から出射される光像をCCDカメラ11により撮像する方式について説明したが、MCPから出力される電子を直接検出することにより画像データを生成してもよい。また、上記実施形態ではイメージインテンシファイア10とCCDカメラ11との間に光学部材13を配置しているが、本発明の撮像装置では光電面およびMCPを含む構成部分と撮像部とが直に結合されていてもよい。   The imaging system and the peripheral monitor device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the image intensifier 10 includes the thin-film phosphor screen 60, and the method of capturing the light image emitted from the phosphor screen 60 with the CCD camera 11 is described. Image data may be generated by directly detecting electrons. In the above embodiment, the optical member 13 is disposed between the image intensifier 10 and the CCD camera 11. However, in the imaging apparatus according to the present invention, the components including the photocathode and MCP and the imaging unit are directly connected. It may be combined.

本発明に係る撮像システムの一実施形態に係る構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration according to an embodiment of an imaging system according to the present invention. イメージインテンシファイア10を一部破断して示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a partially broken image intensifier 10. 図2に示すイメージインテンシファイア10の一部を、III−III線に沿って示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of image intensifier 10 shown in FIG. 2 along a III-III line. 図2に示したMCP50を一部破断して示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a partially broken MCP 50 shown in FIG. 2. (a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。5A is a timing chart showing a transition of a potential difference V 2 at both ends of the MCP 50, a transition of a potential of the photocathode 40, and a transition of the intensity of the pulsed light P, respectively. MCP50に印加される両端電位差V2と入射光像Bに対する増倍率(ルミナンスゲイン)との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a potential difference V 2 applied to the MCP 50 and a multiplication factor (luminance gain) with respect to an incident light image B. 撮像システム1による効果を確認した際に撮影対象となった昼間の風景を示す画像であり、撮影位置から主要な建造物までのおおよその距離を示している。It is an image showing a daytime landscape that is a subject of photographing when the effect of the imaging system 1 is confirmed, and shows an approximate distance from the photographing position to a main building. (a)撮像システム1によって取得された夜間の画像である。(b)ゲート制御を行わずに撮影した夜間の画像である。(A) A night image acquired by the imaging system 1. (B) Night image taken without gate control. (a)光電面40のゲート制御のみによってゲート撮影位置から近い対象物のみを撮影した夜間の画像である。(b)ゲート撮影位置から遠い対象物のみを撮影した夜間の画像である。(A) A night image obtained by photographing only an object close to the gate photographing position only by the gate control of the photocathode 40. (B) A night image obtained by photographing only an object far from the gate photographing position. (a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。5A is a timing chart showing a transition of a potential difference V 2 at both ends of the MCP 50, a transition of a potential of the photocathode 40, and a transition of the intensity of the pulsed light P, respectively. 撮像システム1からの距離に応じた、光像Bの明るさ及びイメージインテンシファイア10の増倍率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the brightness of the optical image B and the multiplication factor of the image intensifier 10 according to the distance from the imaging system 1. FIG. 第1変形例について説明するための図であり、(a)MCP50の両端電位差V2の遷移、(b)光電面40の電位の遷移、および(c)パルス光Pの強度の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。Is a diagram for explaining a first modification, (a) shows transition of the potential difference across V 2 of MCP50, (b) transition of the potential of the photocathode 40, and (c) a transition of the intensity of the pulsed light P, respectively It is a timing chart. 第2変形例について説明するための図であり、(a)パルス光Pの強度の遷移、(b)光電面40の電位の遷移をそれぞれ示すタイミングチャートである。It is a figure for demonstrating a 2nd modification, (a) The intensity | strength transition of the pulsed light P, (b) It is a timing chart which each shows the transition of the electric potential of the photoelectric surface 40.

符号の説明Explanation of symbols

1…撮像システム、2…パルス光源、3…撮像装置、4…制御部、5…半導体発光素子、6,12…レンズ、10…イメージインテンシファイア、11…CCDカメラ、13…光学部材、14…電圧源、15…ゲイン制御部、16…MCP用ゲート回路、17…PC用ゲート回路、18…タイミング回路、30…入射窓、35…光電陰極、40…光電面、50…MCP、60…蛍光面、80〜83…電極、90〜93…リード線、A…撮像対象物、B,C…光像、P…パルス光、V2…両端電位差、e1,e2…光電子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging system, 2 ... Pulse light source, 3 ... Imaging device, 4 ... Control part, 5 ... Semiconductor light emitting element, 6, 12 ... Lens, 10 ... Image intensifier, 11 ... CCD camera, 13 ... Optical member, 14 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Voltage source, 15 ... Gain control part, 16 ... MCP gate circuit, 17 ... PC gate circuit, 18 ... Timing circuit, 30 ... Incident window, 35 ... Photocathode, 40 ... Photocathode, 50 ... MCP, 60 ... a phosphor screen, 80 to 83 ... electrode, 90 to 93 ... lead wire, A ... imaged object, B, C ... optical image, P ... pulsed light, V 2 ... the potential difference across, e 1, e 2 ... photoelectrons.

Claims (4)

撮像対象物にパルス光を照射するパルス光源と、
前記パルス光による前記撮像対象物に関する光像を撮像する撮像装置と、
前記パルス光源および前記撮像装置を制御する制御部とを備え、
前記撮像装置は、
前記光像を受けて光電子を放出するとともに前記制御部による電位制御によってゲート動作を行う光電面と、
前記光電面に対向配置されて前記光電子を増倍するマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートから放出された電子像に基づいて画像データを生成する撮像部とを有し、
前記制御部は、前記パルス光源からのパルス光の発生および前記マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げをそれぞれ周期的に行わせるとともに、パルス光の発生後であって両端電位差の立ち上げ期間内に前記光電面のゲートを開放させ
前記マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げ期間における該両端電位差の増加率が可変であることを特徴とする、撮像システム。
A pulsed light source that irradiates the imaging object with pulsed light;
An imaging device that captures an optical image related to the imaging object by the pulsed light; and
A controller that controls the pulse light source and the imaging device;
The imaging device
A photocathode that receives the optical image and emits photoelectrons and performs a gate operation by potential control by the control unit;
A microchannel plate arranged to face the photocathode and multiplying the photoelectrons,
An imaging unit that generates image data based on an electronic image emitted from the microchannel plate;
The control unit periodically generates pulse light from the pulse light source and raises the potential difference between both ends of the microchannel plate, and after the pulse light is generated, within the rise period of the potential difference between both ends. Opening the gate of the photocathode ,
An imaging system, wherein an increase rate of the potential difference between both ends of the microchannel plate during a rising period is variable .
撮像対象物にパルス光を照射するパルス光源と、
前記パルス光による前記撮像対象物に関する光像を撮像する撮像装置と、
前記パルス光源および前記撮像装置を制御する制御部とを備え、
前記撮像装置は、
前記光像を受けて光電子を放出するとともに前記制御部による電位制御によってゲート動作を行う光電面と、
前記光電面に対向配置されて前記光電子を増倍するマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートから放出された電子像に基づいて画像データを生成する撮像部とを有し、
前記制御部は、前記パルス光源からのパルス光の発生および前記マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げをそれぞれ周期的に行わせるとともに、パルス光の発生後であって両端電位差の立ち上げ期間内に前記光電面のゲートを開放させ
前記マイクロチャンネルプレートの両端電位差の立ち上げ期間内における該両端電位差の増加率が該期間内において時間変化しており、
前記制御部において前記光電面のゲートを開放させるタイミングが可変であることを特徴とする、撮像システム。
A pulsed light source that irradiates the imaging object with pulsed light;
An imaging device that captures an optical image related to the imaging object by the pulsed light; and
A controller that controls the pulse light source and the imaging device;
The imaging device
A photocathode that receives the optical image and emits photoelectrons and performs a gate operation by potential control by the control unit;
A microchannel plate arranged to face the photocathode and multiplying the photoelectrons,
An imaging unit that generates image data based on an electronic image emitted from the microchannel plate;
The control unit periodically generates pulse light from the pulse light source and raises the potential difference between both ends of the microchannel plate, and after the pulse light is generated, within the rise period of the potential difference between both ends. Opening the gate of the photocathode ,
The rate of increase of the potential difference between both ends within the rising period of the potential difference between both ends of the microchannel plate is time-varying within the period,
The timing of opening the gate of the photocathode in the controller is variable .
前記パルス光源がLEDを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の撮像システム。 Wherein the pulsed light source has a LED, an imaging system according to claim 1 or 2. 周囲の状況をモニタする周辺モニタ装置であって、
請求項1〜のいずれか一項に記載された撮像システムを備えることを特徴とする、周辺モニタ装置。
A peripheral monitoring device for monitoring the surrounding situation,
A peripheral monitor device comprising the imaging system according to any one of claims 1 to 3 .
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