JP2015109441A - 帯域制約を有する短波長赤外線カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】短波長赤外帯域の特定の部分の取り込みをなくすように修正がなされる、短波長赤外帯域において画像を取り込むためのカメラが提供される。
【解決手段】カメラ２０は、短波長赤外波長を取り込むための像平面２８を備える。像平面２８は、短波長赤外波長域の一部のみを取り込み、他の波長を除外する。カメラ２０を設計する方法も開示される。カメラ２０は、ニッケル合金などの適切な金属で形成される場合があるハウジング２４の中に受け入れられる外側ウィンドウ２２を有する。像平面２８およびシリコン読み出し入口回路３０が、プリント配線板３２と一緒に、光起電型フォトダイオードの焦点面アレイを形成する。熱を取り込むために熱電冷却シンク３４が設置される。入出力ピン９０が、公知のようにカメラ２０によって取り込まれた画像を評価および格納することができるコントローラ９１と通信する。
【選択図】図１

Description

本願は、短波長赤外帯域の特定の部分の取り込みをなくすように修正がなされる、短波長赤外帯域において画像を取り込むためのカメラに関する。

種々のカメラシステムが知られており、いくつもの用途に用いられている。１つのタイプのカメラは、光起電型フォトダイオードの場合がある画像検出装置を有する。これらのカメラは、短波長赤外（ｓｈｏｒｔｗａｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ）（ＳＷＩＲ）帯域として知られている帯域において画像を取り込むことが知られている。これは、いくつかの用途では「近赤外」としても知られている場合がある。こうしたカメラの取り込み帯域は、約０．９から約１．７μｍまでの間である場合がある。

こうしたカメラは、通常の可視光画像が妥協されるであろう状況で画像を取り込むのに特に良い用途を有する。例として、暗視カメラは、この帯域にわたって動作することができる。こうしたカメラが車、バス、およびトラックなどの市販の陸上車両上の暗視システムに用いられるとき、こうしたＳＷＩＲ帯域の全範囲は必要とされない。

カメラは、短波長赤外波長を取り込むための像平面を備える。像平面は、短波長赤外波長域の一部のみを取り込み、他の波長を除外する。カメラを設計する方法も開示される。

これらの特徴および他の特徴は、以下の図面および詳述から最もよく理解されるであろう。

一実施例を示す図である。 図１の実施例の特徴を示す図である。 別の実施例を示す図である。 さらに別の実施例を示す図である。

図１は、ニッケル合金などの適切な金属で形成される場合があるハウジング２４の中に受け入れられる外側ウィンドウ２２を有するカメラ２０を示す。像平面２８およびシリコン読み出し入口回路３０が、プリント配線板３２と一緒に、光起電型フォトダイオードの焦点面アレイを形成する。一実施例では、像平面２８は、インジウムヒ素とガリウムヒ素との両方を含む半導体化合物で形成されてもよい。こうした像平面を用いるカメラはＩｎＧａＡｓカメラとして知られている場合がある。熱を取り込むために熱電冷却シンク３４が設置される。入出力ピン９０が、公知のようにカメラ２０によって取り込まれた画像を評価および格納することができるコントローラ９１と通信する。

図２は、短波長赤外線カメラの標準取り込み帯域４０を示す。

カメラは、通常、約０．９〜約１．７μｍの範囲の帯域全体を取り込むように設計されている。

図１のカメラは、像平面２８に届くことになる短波長赤外帯域の帯域を制限するように作用するフィルタ２６を備える。この実施例に示されるように、フィルタ２６は、像平面２８上に直接配置される。

フィルタ２６は、像平面２８に届く短波長赤外光の帯域をフィルタリングすることができる任意の干渉フィルタまたはダイクロイック帯域フィルタ若しくは任意の他の適切なフィルタであってもよい。フィルタ２６は、像平面２８の表面に直接適用される単純なフィルタコーティングであってもよく、または平面に取り付けられる別個のフィルタであってもよい。

図３は、フィルタ９８が、カメラ２０のウィンドウ２２と良く似た動作をすることができるウィンドウ９６に直接取り付けられる、さらに別の実施例を示す。

ダイクロイックフィルタと、それらを種々の表面にどのように適用できるかは、公知であり、以下のような本願の目的が与えられたこの分野の当業者の能力の範囲内である。

図２に戻ると、フィルタは、図２の４２などで示される、像平面２８に届く短波長赤外帯域を制限することができる。ここで、取り込み帯域４２のより短波長側の端４４はおよそ１．１μｍであり、一方、より長波長側の端４６は約１．５μｍを少し超える。

こうしたカメラが車、バス、およびトラックなどの市販の陸上車両上の暗視システムに用いられるとき、ＳＷＩＲ帯域の全範囲は必要とされない。代わりに、約０．９から約１．５μｍまでの間の範囲４２だけが必要とされる。

図４は、フィルタが存在しない場合がある実施例１２０を示す。むしろ、像平面１２８は、帯域４２などの帯域にだけ敏感であるように修正される。

例として、標準光検出器の長波長カットオフ点は、インジウムヒ素のガリウムヒ素に対する比と関連付けられることが知られている。本願の教示が与えられた当業者には、該比を、帯域４２が取り込まれるすべてであって帯域４０の全体とはならないようにどのように修正するかが分かるであろう。

この変形は、吸収層と基板との結晶格子の不整合を生み出すことがあり、結果的に非一様性をもたらすことがある。したがって、吸収層にリン化物を添加して、基板と整合した格子を維持しつつ帯域をより短い帯域に変える化合物にすることが好ましい場合がある。また、リン化物ではなくアルミニウムが用いられてもよい。

像平面１３０における検出構造体の第１の層は、光を検出層に当たる前に透過させる。第１の層は、帯域４０の現在の従来技術のおよそ０．９から１．１μｍ付近の波長のその通常吸収する部分を除去するように修正することができる。これは、その組み合わせが、１．１μｍに満たない光子が検出層に届くのを防ぐように、厚さを増加させることによって行うことができる。これらの第１の層の変化は、帯域４２が達成されるように前述の検出器帯域の変化と組み合わせることができる。

検出器は、光が上面を通して検出層に届く前面照射または光が背面または基板層を通して移動する背面照射用に設計することができる。前述の実施例はいずれかの設計に適用することができる。

最後に、図１に戻ると、図４に関して述べた像平面１２８への修正を、図１のフィルタ構造体と組み合わせて用いることもできる。この理由のため、光学フィルタ１２６が図４に示される。

これらの特徴の両方を使用すると、帯域４２と帯域４０との間の除外される帯域の波長を実際に取り込む可能性の低いカメラがもたらされる。

除外される波長の例は図２の帯域４２の外側に示されるが、より短い波長が除外されてもよく、またはさらには除外することもできることを理解されたい。一実施例では、カメラは、１．０μｍよりも短い波長を除外する。より狭い実施例では、除外される波長は、およそ１．１μｍよりも短い波長を含む。いくつかの実施例では、除外される波長はまた、１．６μｍよりも長い波長、より狭くはおよそ１．５μｍよりも長い波長を除外する。

上述のようなフィルタはまた、特定の波長を除外するために一緒に積み重ねられる１つまたは複数のノッチフィルタを有するように製造することができる。これらは、上記で説明された場所のいずれかに組み立てることもできる。

この発明の実施例が開示されているが、特定の修正がこの発明の範囲内に入ることを当業者は認識するであろう。そのため、以下の請求項は、この発明の真の範囲および内容を決定すると考えられるべきである。

２０…カメラ
２２…外側ウインドウ
２４…ハウジング
２６…フィルタ
２８…像平面
３０…シリコン読み出し入口回路
３２…プリント配線板
３４…熱電冷却シンク
４０…標準取り込み帯域
４２…取り込み帯域
４４…短波長側の端
４６…長波長側の端
９０…入出力ピン
９１…コントローラ
９６…ウインドウ
９８…フィルタ
１２６…光学フィルタ
１２８…像平面

Claims (15)

1. カメラであって、
   短波長赤外波長を取り込むための像平面を備え、
   前記像平面が、短波長赤外波長域の一部のみを取り込み、他の波長を除外する、ことを特徴とするカメラ。
2. 前記像平面が、短波長赤外波長域のより短波長側の端での波長と前記短波長赤外波長域のより長波長側の端での波長との両方を除外することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記短波長赤外波長がおよそ０．９μｍで始まるように規定され、前記カメラ像平面が約１．０μｍよりも短い波長を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
4. 前記除外される波長がおよそ１．１μｍよりも短い波長を含むことを特徴とする請求項３に記載のカメラ。
5. 前記除外される波長が１．６μｍよりも長い波長を除外することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
6. 前記除外される波長がおよそ１．５μｍを上回る波長を除外することを特徴とする請求項５に記載のカメラ。
7. 前記カメラが、前記除外される波長を除外するためのフィルタ材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
8. 前記フィルタが前記像平面上に直接配置されることを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
9. 前記フィルタが前記像平面に適用されたフィルタコーティングであることを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
10. ウィンドウを含む前記カメラのハウジングをさらに備え、前記フィルタが前記ウィンドウ上に配置されることを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
11. 前記像平面が、前記短波長赤外波長域の前記一部における画像のみを取り込み、前記除外される波長は除外するように変更されることを特徴とする請求項９に記載のカメラ。
12. 前記像平面が、インジウムヒ素およびガリウムヒ素を含む半導体化合物を含み、前記インジウムヒ素の前記ガリウムヒ素に対する比が、前記他の波長のうちのより長い波長を除外するように設計されることを特徴とする請求項１１に記載のカメラ。
13. 前記他の波長のうちのより短い波長を除外するためにリン化物およびアルミニウムのうちの少なくとも１つが吸収層に添加され得ることを特徴とする請求項１１に記載のカメラ。
14. 前記像平面が、前記短波長赤外波長域の前記一部における画像のみを取り込み、前記除外される波長は除外するように変更されることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
15. カメラを設計する方法であって、
    ａ）短波長赤外波長を取り込むための像平面を提供するステップと、
    ｂ）前記像平面が短波長赤外波長域の一部を取り込み、他の波長を除外するように前記カメラを設計するステップであって、前記除外が、前記除外される他の波長をフィルタリングするためにフィルタを提供することによっておよび／または前記短波長赤外波長域の前記一部のみを取り込むように前記像平面を変更することによって達成される、カメラを設計するステップと、
    を含むことを特徴とする、カメラを設計する方法。

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