KR960002664B1 - An image intensifier and the manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 종래의 영상증배를 장치를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional image multiplication apparatus.
제2도는 본 발명의 영상증배 장치를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing an image multiplication apparatus of the present invention.
제3도는 본 발명의 영상증배 장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the image multiplication apparatus of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10,22,50 : 영상증배관 14,26 : 광전자 방출 웨이퍼10,22,50: image multiplier 14,26: photoelectron emitting wafer
12,28 : 입력윈도우 16,30,58 : 마이크로 채널 플레이트12,28:
18,34,52 : 출력 윈도우 20,32,64 : 형광스크린18,34,52:
본 발명은 전자 광학 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영상증배관 및 그 증배관용 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-optical device, and more particularly, to an image multiplier and an optical device for the multiplier.
영상증배를 장치는 수신되는 입사광의 양을 증대시켜서 카메라 또는 직접적으로 시청자의 눈에 공급될 수 있는 광출력의 증가를 제공한다. 이러한 장치는 어두운 영역으로부터 영상을 제공하는데 특히 유용하며, 산업 및 군사용으로도 유용하다. 예들들면, 비행사의 야간 시력을 증대시키고, 천체를 촬영하고, 색소성 망막염(야맹증) 환자에게 야간 시력을 제공하기 위해서 이러한 장치가 사용된다.The image multiplying device increases the amount of incident light received to provide an increase in light output that can be supplied to the camera or directly to the viewer's eye. Such devices are particularly useful for providing images from dark areas, and are also useful for industrial and military use. For example, such devices are used to enhance astronauts' night vision, to photograph celestial bodies, and to provide night vision to patients with retinitis pigmentosa (night blindness).
근래의 영상증재 장치는 3개의 주요소자, 즉 포토캐소드, 형광스크린(애노드), 및 포토캐소드와 애노드의 중간에 위한 마이크로채널플레이트(microchannel plat ; MCP)를 포함한다. 이러한 소자들은 증배관내에 내장된다. 포토캐소드는 580-900nm(적) 스펙트럼 영역에서 적외선의 저-복사레벨에 매우 민감하다. MCP는 미세한 구멍의 배열을 갖는 얇은 유리판으로 되어 있다. 각각의 구멍은 채널 형태의 2차 방출전자 증배관으로 동작할 수 있다. 마이크로채널 플레이트가 증배관내 전자 영상의 평면에 놓이면 수천 이상의 이득을 얻을 수 있다. 마이크로채널 플레이트의 각 채널이 다른 채널들과는 거의 독립적으로 동작하기 때문에 광의 명점 소오스(bright point source)는 몇몇의 채널을 포화시키지만 인접 영역으로 확대되지는 않는다. 이러한 "국소적 포화" 특성으로 인해 증배관의 밝은 영역이 확장되는 것이 방지된다.Recent image deposition apparatuses include three main elements, a photocathode, a fluorescent screen (anode), and a microchannel plat (MCP) between the photocathode and the anode. These devices are embedded in the multiplier. Photocathodes are very sensitive to the low-radiation levels of infrared light in the 580-900 nm (red) spectral region. The MCP is a thin glass plate with an array of fine pores. Each hole can act as a secondary emission electron multiplier in the form of a channel. Thousands of gains can be gained by placing the microchannel plate in the plane of the electron image in the multiplier. Because each channel of the microchannel plate operates almost independently of the others, the bright point source saturates some channels but does not extend into adjacent areas. This "local saturation" property prevents the bright area of the multiplier from expanding.
영상증배관의 애노드는 출력 윈도우 및 그 윈도우의 한쪽 표면상에 형성되는 형광 스크린을 포함한다. 공지된 증배판은 영상증배 장치용의 출력스크린으로서 평편한 글래스 윈도우(glass window)를 사용하였다. 그런, 상기 윈도우의 두개의 평행 유리 표면에 의해 반사방지 코팅의 사용으로도 제거될 수 없는 반사 및 고스트상(ghost images)이 야기된다. 이러한 반사문제를 해결하기 위해, 평편한 유리 출력 윈도우 대신에 섬유 광학 출력소자가 사용된다.The anode of the image multiplier includes an output window and a fluorescent screen formed on one surface of the window. Known multiplication plates used a flat glass window as an output screen for an image multiplication device. Such two parallel glass surfaces of the window result in reflective and ghost images that cannot be removed even with the use of antireflective coatings. To solve this reflection problem, fiber optical output devices are used instead of flat glass output windows.
섬유 광학 윈도우는 피복 유리로 둘러싸인 매우 얇은 코어 유리 막대로된 매트릭스로 구성되는데, 이것은 가격이 비싼 소자이다. 또한, 섬유 광학윈도우 표면적의 약 35%가 매트릭스 구조로 인해 광수신으로부터 차단되다. 따라서 섬유 광학 윈도우의 비교적 낮은 개방 영역 또는 통상 약 60%의 광학적 사용가능 영역으로 인해 영상증배 장치의 성능이 저하된다.Fiber optic windows consist of a matrix of very thin core glass rods surrounded by clad glass, which is an expensive device. In addition, about 35% of the fiber optic window surface area is blocked from light reception due to the matrix structure. Thus, the performance of the image multiplying device is degraded due to the relatively low open area of the fiber optical window or the optically usable area of about 60%.
따라서, 본 발명의 목적은 저 반사율의 광학 윈도우를 갖는 영상증배장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image multiplication apparatus having an optical window of low reflectance.
본 발명의 다른 목적은 매우 경제적이고 효과적인 방식의 출력 윈도우 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an output window in a very economical and effective manner.
상기한 본 발명의 목적은 평면으로된 광 수신 표면 및 광 투과 표면을 가지며 광학물질로 형성된 입력 윈도우와 ; 수신된 광에 응답하여 전자를 방출하기 위해 상기 광 투과 표면상에 배치되는 전자 방출수단을 포함하는 광캐소드와 ; 상기 광 전자 방출 수단으로부터 방출된 전자의 수를 증배시키기 위해 상기 광 전자방출 수단에 인접하여 배치되는 증배 수단과 ; 영상을 형성하도록 상기 증배된 전자의 에너지를 광으로 변환시키기 위해 상기 증배 수단에 인접하여 배치되는 변환 수단과 ; 상기 입력 윈도우의 상기 평면 광투과 표면과 평행하고 상기 변환수단으로부터 영상을 수신하기 위한 렌즈평면(56) 및, 영상 증배관의 출력에서 반사없이 영샹을 송신하고 위한 단일의 투명한 구면 및 비구면 표면을 가지고 상기 입력 윈도우의 평면 광투과 평면 사이에서 영상이 반사되는 것을 방지하기 위한 수단을 갖고 상기 변환수단으로부터 영상을 출력하기 위한 출력 수단을 구비하는 영상증배관을 제공함으로써 달성된다.The object of the present invention described above is an input window having a light receiving surface and a light transmitting surface in planar form and formed of an optical material; An optical cathode comprising electron emitting means disposed on said light transmitting surface for emitting electrons in response to received light; Multiplication means disposed adjacent said photoelectron emitting means to multiply the number of electrons emitted from said photoelectron emitting means; Conversion means disposed adjacent said multiplication means for converting energy of said multiplied electrons into light to form an image; A
본 발명은 또한 일정간격 이격된 평행 표면을 갖는 입력 윈도우(28)을 가지며, 입력광을 수신하고 상기 수신된 입력에 응답하여 전자를 방출하기 위한 포토캐소드(28,26)을 형성하는 단계와 ; 상기 포토캐소드로부터 방출된 전자이 수를 증배시키기 위한 수단(30)을 장착하는 단계와 ; 유리판(42)을 상기 증배수단에 인접하게끔 배치하는 단계와 ; 상기 증배된 전자들을 영상으로 변환시키기 위한 애노드가 상기 증배수단에 인접하여 제공되도록 상기 유리판의 한쪽 표면상에 형광 스크린을 형성하는 단계와 ; 일단부에는 상기 포토캐소드(26,28)가 타단부에는 상기 유리판이 위치하는 두개의 대항 단부를 갖는 하우징(24)으로 상기 포토캐소드, 상기 증배수단(30) 및 상기 애노드를 에워싸는 단계와 ; 상기 유리판과 상기 포토캐소드의 평면표면사이에서 영상이 반사되는 것을 방지하기 위해 평면 표면 및 영상증배관의 출력에서 상기 반사없이 영상을 송신하기 위한 단일 구면 또는 비구면 표면을 갖는 고체유리 또는 광학물질로된 렌즈 소자(48)를 상기 유리판(42)의 다른쪽 표면에 결합시키는 단계를 포함하는 영상증배 장치의 제조 방법을 제공한다.The invention also has an input window (28) having parallel surfaces spaced at regular intervals, the method comprising the steps of: forming photocathodes (28, 26) for receiving input light and for emitting electrons in response to the received input; Mounting means (30) for multiplying the number of electrons emitted from the photocathode; Disposing a
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 목적 및 기타 특징에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the object and other features of the present invention.
제1도는 유리 또는 광섬유로 된 입력 윈도우(12), 그 윈도우(12)에 부착된 광전자 방출 웨이퍼(14), 마이크로채널 플레이트(16) 및 출력 윈도우(18)를 갖는 종래의 영상 증배관(10)을 나타낸 것이다. 상기 출력윈도우는 마이크로채널플레이트(16)에 인접한 출력 윈도우의 표면에 위치한 출력 윈도우의 표면에 위치한 형광 스크린(20)을 갖는다. 출력 윈도우(18)는 섬유 광학 소자로 구성되어 있다. 섬유 광학 윈도우를 통해 영상이 매우 낮은 감쇠 현상과 함께 입력측에서 출력으로 전송되는 동안에, 윈도우의 성능은 비교적 낮은 개방면적비를 나타내게 된다.1 illustrates a
제2도는 본 발명의 영상중배관(22)를 나타낸 것이다. 증배관(22)은 다음의 3가지 기본 소자, 즉 캐소드의 기능을 하는 입력 윈도우 또는 면판(28)상에 코팅된 광전자 방출 웨이퍼(26), 마이크로채널 플레이트(30) 및 애노드의 기능을 하는 출력 윈도우(34)상에 부착된 형광 스크린(32)을 포함하는 애노드를 구비한다. 이러한 소자들은 하우징(24)내에 내장되어 있다. 하우징(24)와 일체식으로 구성되거나 하우징 외부에 구성된 수단에 의해서 광전자 방출 웨이퍼(26), MCP(30) 및 형광 스크린(32)에 전력이 공급된다. 입력 윈도우(28)는 통상 하우징(24)내에 밀봉되며 주변 플랜지(36)에 의해 둘러싸여 있다. 부재(38)는 하우징(24)내 입력 윈도우(28)을 지지한다. 리테이너 링(40)은 증배관(22)의 단부를 밀봉시키며 하우징(24)내 출력 윈도우를 지지한다. 마이크로 채널 플레이트(30)는 2차 방출 특성 및 전도성을 가진 유리 물질로 형성된다. 면판(28)은 광을 수신 및 투과한다. 광선을 면판(28)을 투과하여, 광자를 전자로 변환시키는 광전자 방출웨이퍼(26)로 유도된다. 변환된 전자들은 공지된 원리에 따라서 전자수를 증배시키도록 동작하는 MCP(30)로 보내진다. 통상의 광전자 방출 웨이퍼(26)는 소정의 갈륨비소(GaAs)로 되어 있지만, 소정의 다른 물질이 사용될 수도 있다.2 shows an
광전자 방출 웨이퍼(26)및 형광 스크린(32)과 평행한 입출력 면을 갖는 마이크로 채널 플레이트(30)가 증배관 내에 장착된다.A
동작에 있어서, 포토캐소드상에 부딪히는 방사 영상은 포토캐소드보다 높은 정(+) 전위에 있는 마이크로 채널 플레이트로 유도되는 전자 방출을 일으킨다. MCP(30)상에 충돌하는 각 전자는 다수의 2차 전자 방출을 초래하고 그로 인해 보다 많은 2차 전자 방출을 차례로 야기시킨다. MCP(30)에서의 전자 이득 또는 증배율은 주로 MCP(30)의 입출력 표면에 걸쳐 인가된 전위차에 의헤 제어된다. MCP로부터 방사되며 입력 방사 영상 정보를 포함하는 전자는 형광스크린(32)상에 충돌하여 스크린이 형광을 발하게 되고 입력 영상을 재생시킨다.In operation, the radiant image striking on the photocathode results in electron emission directed to the micro channel plate at a higher positive potential than the photocathode. Each electron impinging on the
출력 윈도우를 수렴(covedrging) 또는 발산(diverging) 렌즈 소자로 제조함으로써 보다 적은 비용으로 더욱 뛰어난 광학 해상도 및 고품위 영상을 갖는 향상된 출력 영상을 얻을 수 있다.By manufacturing the output window as a converged or diverging lens element, an improved output image with better optical resolution and higher quality images can be obtained at lower cost.
제2도는 두 개의 섹션을 갖는 출력 윈도우(34)가 있는 본 발명의 일실시예를 도시한 도면이다. 제1섹션은 플랫(평면) 유리소자(42)로서, MCP(30)에 인접하여 놓여진 입력 표면(44)와 출력표면(46)을 갖는다. 이 소자의 유리는 소정의 고품질의 광학 유리일 수도 있다.2 shows one embodiment of the invention with an
출력 윈도우(34)의 제2섹션은 볼록렌즈(48)인데, 이 렌즈(48)의 평면(49)이 유리(42)의 출력 표면(46)에 결합된다. 형광 스크린(32)은 유리 소자의 입력표면(44)상에 배치된다. 렌즈(48)는 구면 또는 비구면의 곡면을 갖는 블록이나 오목형태로 구성될 수도 있다.The second section of the
제3도는 출력 윈도우가 단일 광학 소자로된 본 발명의 다른 실시예를 예시한 도면이다. 영상 증배관(50)은 출력 윈도우(52)가 볼록 구조의 렌지(52)인 것을 제외하고는 제2도의 도시와 동일한 구조를 갖는다. 렌즈(54)는 그 렌즈 평면(56)이 MCP(58)에 인접하도록 배치된다. 렌즈(54)는 리테이닝 링(62)에 의해 징(60)내에 유지된다. 형광 스크린(64)는 렌즈평면(56)상에 배치된다.3 illustrates another embodiment of the invention in which the output window is of a single optical element. The image multiplier 50 has the same structure as shown in FIG. 2 except that the
렌즈(48,54)는 유리 및 플라스틱을 포함하는 소정의 광학 물질로서 형성된다.
렌즈(48,54)는 도면에서 정(또는 수렴) 렌즈로 구성되어 있지만, 부(또는 발산) 렌즈가 사용될 수도 있다. 이 렌즈는 구면이나 비구면 구조를 가질 수 있다 유용한 렌즈로는 그레디언트 인덱스(Gradient Index : GRIN ) 렌즈를 예로 들 수 있다.The
본 발명의 영상증배관을 제조하는 두가지 방법 이하에서 기술된다. 제1방법은 완성된 증배관이 영상증배 장치내에서 조립될 때 수행되는데, 이것은 제2도와 관련하여 기술될 것이다. 이 방법을 사용함으로써, 표준 증배관형성방법 및 공작 기구에 중대한 수정을 가할 필요가 없다.Two methods of making the image multiplier of the present invention are described below. The first method is carried out when the finished multiplier is assembled in the image multiplying apparatus, which will be described with reference to FIG. By using this method, no significant modifications are required to the standard multiplier forming method and the machine tool.
제2방법은 그 중배관이 구성될 때 수행되는데, 제3도와 관련하여 기술될 것이다. 방법에 의하면, 완성된 증배관을 영상증배 장치내에 조립함에 있어서 어떠한 추가 공정 단계가 필요치 않다.The second method is carried out when the heavy pipe is constructed, which will be described with reference to FIG. The method does not require any further processing steps in assembling the finished multiplier into the image multiplication device.
제2도의 영상증배관은 다음과 같은 방식으로 제조된다. 광전자 방출웨이퍼(26)가 면판(28)상에 형성되어 포토캐소드를 구성한다. 형광 스크린(32)이 유리소자(42)의 입력 표면(44)상에 부착되어 애노드를 형성한다. 이 애노드는 리테이너 링(40)내에 고정되어 있다. 포토캐소드, 마이크로채널플레이트(30) 및 애노드는 하우징(24)에 장착되며, 그 하우징은 포팅화합물(potting compound)로 채워진다. 이때, 리테이너 링(40)은 하우징을 밀봉하도록 중배관의 단부에 장착된다. 그러면 중배관의 제조가 완료된다. 중배관 제조단계는 공지된 처리 공정에 따라 수행된다.The image multiplier of FIG. 2 is manufactured in the following manner. An
증관을 영상증배 장치내에 삽입하기 전에, 렌즈소자(48)가 평면 유리 소자(42)의 출력 표면(46)에 접합된다. 이 과정은 표면(46)에 광학 접착제를 바르고, 표면(46)과 결합되도록 렌즈(48)를 압착시키고 접착제가 경화되도록 충분한 시간을 허용함으로서 달성된다.Prior to insertion of the duct into the image multiplying device, the
UV 경화 기능 접착제와 같은 다른 접착제및 유리와 렌즈를 결합하는 다른 방법들이 본 발명에 포함된다.Other adhesives, such as UV curable adhesives, and other methods of joining glass and lenses are included in the present invention.
전술한 접합 단계는 제3도의 렌즈(54)를 사용함으로써 제거될 수 있다. 이 방법에 의하면, 렌즈(54)는 리테이너 링(62)내에 고착됨으로써 그 링이 중배관내에 위치될 때 표면(56)이 MCP(58)과 인접하게 될 것이다.The aforementioned bonding step can be eliminated by using the
출력 윈도우로서의 렌즈 사용에 대해 지금까지 기술되었는데, 면판 또는 입력 윈도우용으로서의 렌즈 사용도 또한 본 발명의 사상에 속한다.The use of lenses as output windows has been described so far, but the use of lenses as face plates or for input windows is also within the spirit of the present invention.
본 발명은 비디오 디스플레이 분야, 특히 군사 및 상업 용도로서 사용되는 소형 CRT 디스플레이 분야에 많이 응용할 수 있는데, 이러한 장치들은 또한 열영상장치, 비디오 카메라 및 이와 유사한 시스템을 포함한다.The invention has many applications in the field of video displays, in particular in the field of small CRT displays used for military and commercial applications, which also include thermal imaging, video cameras and similar systems.
특정 장치과 관련하여 본 발명의 원리를 전술하였는데, 이러한 기술된 바는 단지 예시에 불과하며 첨부된 특허청구 범위에서 기술된 바와 같은 본발명의 기술 사상에 한정되는 것은 아니다.The principles of the invention have been described above in connection with specific devices, which are described by way of example only and are not limited to the spirit of the invention as described in the appended claims.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20010220 Year of fee payment: 6 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |