JPS5836298B2 - ネツテキゾウケイセイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に熱照射像形成装置及びシステムに関する
ものである。

主として赤外線スペクトル帯域に於で熱式像形成システ
ムは焦点を合わせられた照射イメージを与えられたシー
ンの中に於ける温度及び熱放射率の差として可視像に変
換する為に用いられている。

本発明は、特に、赤外線照射を電気信号に変換する１つ
又はそれ以上の検出器装置即ちエレメントにわたりイメ
ージが領域毎に走査されるシステムに関するものである
。

上記の信号は、適当な増巾と電気的処理をした後、映像
を得る為の、例えば陰極線管等の、電気一光変換器（ト
ランスジューサー）又はディスプレイを駆動させるため
に用いる事が出来る。

検出器のエレメントは、テルル化カドミウム・水銀、ア
ンチモン化インジウム、又はテルル化鉛・錫、等の半導
体物質を用い、赤外線光子によってこの物質の束縛分子
構造から解放された自由電子及び正孔（ｈｏｌｅｓ）か
らなる光＝電流から電気信号が得られる様に、作る事が
出来る。

上述のシステムの最も簡単な形はイメージ全体を走査す
るのに唯一つの検出エレメントしか用いていないもので
ある。

しかし、複数の検出エレメントを、通常は１列に並べて
（リニアー配列）用いればより優れた性能が得られる。

イメージの走査及びエレメントの配置は、各々のエレメ
ントが１つのイメージの別々部分を、例えば別々のライ
ンをサンプリングしこれによってシステムがより狭い周
波数帯域で作動し唯一の検出器エレメントしか用いない
場合と比較して、信号対雑音比が全体にわたって改善さ
れる様にする事が出来る。

この作動方式はく並列走査ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｃａｎ
〉方式として知られている。

又或いは、イメージの走査及びエレメントの配置を次の
様に、即ち、イメージの各々の領域即ちスポットが次々
に各々のエレメントの上ヘフオーカスされる様にする事
も出来る。

個々のエレメントによって検出された信号は１つにまと
め合わされて互いに相関関係の下に置かれるが、各々の
信号に付随した雑音は加算されない。

かくして、この《直列走査ｓｅｒｉａ１ｓｃａｎ）＞方
式として知られる作動方式でも信号対雑音比の全体にわ
たる改善が可能である。

しかし、並列走査方式にも直列走査方式にも問題がある
。

並列走査方式の場合にはすべてのエレメントに対して応
答の高度な均一性が要求されるが、これは実現困難であ
る。

直列走査方式の場合には、ラインに沿ってイメージを走
査するのに必要な時間を補償する為に、ラインの中の各
々のエレメントによって作られた信号は、最後の信号を
除いて、少しずつ間隔をへらしながら遅らせてゆるやか
ねばならない。

適当な遅れを得る為に必要な回路はエレメントの読出し
回路要素の中に組込まれるので、当然この読出し回路要
素は複雑なものとなってしまう。

その上、ラインに沿ってイメージを走査するのに必要な
時間は上記の様にして得られた遅れと正確に一致（整合
）していなければならない。

どちらの方式の場合でも検出器のエレメントはスペクト
ルの赤外線帯域３〜５又は８〜ｌ４μｍで作動する為に
冷却されるが、読出し回路要素は一般に室温で作動する
。

従って、冷却容器からは少なくとも各エレメント毎に１
本のリードに更に１本の共通リードが必要となる。

その結果リードの数が多すぎてエレメントのカプセル化
がむずかしくなると同時にコストが高くなってしまう。

本発明によれば光導電性半導体材料の細長い薄条片より
威り、バイアス接触部と、これらの間に読み出し部とを
有している検出器と、 この検出器の表面に熱的シーンの像を集束しそして検出
器に沿って上記読み出し部に向ってこの像を走査するよ
うに構成された光学走査機構と、上記バイアス接触部に
接続されていて、上記薄条片に発生されるホトキャリャ
を上記走査される像の速度と実質的に等しい速度で上記
読み出し部に向ってドリフトさせるバイアス電流源とを
具備したことを特徴とする熱的像形成装置が提供される
。

上記の薄条片の物質は、例えば、テルル化カドミウム・
水銀、アンチモン化インジウム、又はテルル化鉛・錫と
する。

第１の読出し電極は、小数キャリャーが引き寄せられる
薄条片の端部を横切って蒸着されたアルミニウム等の金
属の領域を含んでいる。

この電極は又、上記の電流がその間を通過する１対の電
極の一方とし、もう１つの電極を薄条片の反対側の端部
に置く。

望ましくは第１の電極の近くで薄条片を横切って蒸着さ
れる第２の読出し電極は薄板とｐｎ結合を形成する金属
の領域か半導体の領域から構或する事が出来るが、この
際、この接合は適当なバイアス電圧によって逆バイアス
をかけられる。

本発明に依る装置は簡単な読出し回路要素と読出し回路
要素への少数のリードしか必要としないので、カプセル
化が比較的容易である。

その構戒は従来の唯一のエレメントしか持たない検出器
とほとんど同じである。

しかしながらこれによって得られる信号雑音比は並列及
び直列方式によって得られるものと同等である。

均一にドーピングされた半導体物質の小片の上の２つの
電極間に電流がかけられると、それぞれの電極に向って
反対の方向に流れる２つの戒分から成る電流が生じる。

その物質がｎ型の場合には多数のキャリャー、例えばエ
レクトロンの大部分は１つの電極に向って流れ、少数の
キャリャーはもう１つの電極に向って流れる。

少数のキャリャーは、多数キャリャーの大群内のパケッ
トへと移動し、その主多数キャリャーの流れと反対方向
に移動してゆく。

この現象は両極性のドリフト（ａｍｂｉｐｏｌａｒ ｄ
ｒｉｆｔ）として知られて（／）る。

両極性のドリフトはイメージ走査速度と一致し得る程十
分にゆるやかな速度の際に発生する。

従って本発明の場合には、薄条片中の両極性のドリフト
（少数キャリャーの大部分は光誘起性であろう）が、イ
メージが薄条片に沿って走査された時に集合された映像
が薄板のすべての作用部分から作り上げられるメカニズ
ムを提供する。

イメージ走査速度のわずかな変化はバイアス電流の調節
によって補償する事が出来る。

映像信号は、両極性のドリフトの中のホト・キャリャー
が第１と第２の読出し電極の間の領域を通過する時、薄
条片のこの領域の比抵抗の変動（ｍｏｄｕ Ｉａ ｔ
ｉｏｎ）から取り出される。

この変動は電極の間に発生した電圧として簡単に検出す
る事が出来る。

少数キャリャーの遷移時間は再結合時間よりも短かいの
で、少数ホト・キャリャ−（映像はこれらのホト・キャ
リャーから作られている）はそれらが第１と第２の電極
の間の領域に到達する前に再結合によって失なわれてし
まう事がない。

次に本発明を、図を参考にしながら実施例によって説明
しよう。

第１図に見られる通り、光伝導装置１は、バンド・ギャ
ップの狭い半導体物質、例えばテルル化カドミウム・水
銀、アンチモン化インジウム、又はテルル化鉛・錫の細
長い薄条片９を含んでいる。

又装置１は薄条片９の両端に蒸着された２つの金属、例
えばアルミニウム、の電極１１及び１３、並びに、電極
１３の近くに蒸着された１つの、例えばアルミニウムの
、電極１５とを含んでいる。

電極１１と１３との間に可変抵抗１９と共に直列に入れ
られた電池１７によって、薄条片９を通して縦方向に一
定の電流Ｉ１３が流れる様に工夫されている。

読出し回路２１即ちアウトプット回路は読出し電極とし
て働く電極１３と１５の間に接続されている。

通常、薄条片９は液体窒素冷却容器（図中には示されて
いない）の中で７７°Ｋ迄冷却させる。

これに対し、電池１７、抵抗器１９、並びにアウトプッ
ト回路２１は容器の外の室温内に置かれる。

従ってこの装置１の上記の２つの部分を、■方では両者
の間に適切な電気的接続を確保しながら、熱的に分離す
る為に、従来通りのカプセル化の処理（図中には示され
ていない）が必要である。

赤外線イメージは第２図に示されている様な従来の走査
及びフォーカシング・システムによって薄条片９の上に
投影される。

但し、第２図に於いて装置１は縮少寸法で示され、又幾
つかの詳細部分は省略されている。

走査及びフオーカシング・システムは簡単な図式化され
た形で、垂直軸のまわりを連続的に回転するミラー２、
水平軸のまわりをステップ回転するミラー３、及びレン
ズ５だけが示されている。

このシステムはシーンＳをラスク一方式（ｒａｓｔｅｒ
ｆａｓｈｉｏｎ）で走査し、装置１の薄条片９の上に
、赤外線の各区分毎の対応物を作り出す。

イメージは１列の集合シーン素領域に対応する１列の集
合イメージ素領域から成り立っている。

イメージ領域はミラー２の回転によって薄条片９に沿っ
て速度Ｖｉで移動してゆく。

この様なイメージ領域の１つ（第２図のシーンＳの１つ
の素領域Ｘに対応）が第１図のイメージ領域７として示
されている。

シーノＳの中の種々の列の素領域に対応するイメージは
、ミラー３のステップ式回転によって順々に薄条片９の
上に投影されてゆく。

走査及びフオーカシング・システムのより実際的な形態
は米国特許Ａ３，７ ６ ４，１ ９ ２に説明されて
いる。

電池１７は、薄条片９の中の少数キャリャードリフトが
、薄条板９に沿って移行するイメージ領域７の方向に、
即ち図示されている様に電極１３へ向かって、移動する
様に取付けられる。

抵抗器１９は、後で説明する通り、バイアス電流ＩＩ３
が、イメージ走査速度Ｖｉに整合する速度Ｖｄを持つ少
数キャリャードリフト（より厳密に伝えばアンバイポー
ラのドリフト）を生じさせる様に調節される。

イメージ領域７を形成する赤外線随射光子６ま、薄条片
９のその入射部分に電子一正孔対、即ち、ホト．キャリ
ャーを生み出し、これによって局部的にキャリャーの密
度をその平衡値よりも高く増加させる。

過剰の少数キャリャードリフトが、Ｖｉに整合するドリ
フト速度Ｖｄで電極１５へ向ってゆくので、イメージ領
域７に対応する少数キャリャー密度は電極１５へ向かう
遷移の間連続的に増加してゆく。

イメージ領域７の通路に沿った電子＝正孔対の発生率は
イメージ領域７の光子束、即ち、その領域の光の強さ、
に依存している。

この様に、イメージ領域７の移行路に沿った与えられた
瞬間に於ける過剰の少数キャリャーの密度は、イメージ
領域７の強さの量に匹敵するだけ局部的伝導度を増加さ
せる。

バイアス電流ＩＢは一定だから、薄条片９の中の伝導度
（従って比抵抗）の変動は局部的な電場の変動を生じさ
せる。

薄条片９の中のイメージ領域７及びその他の個々の同一
イメージ領域（図中には示されていない）に対応する局
部的な電場の変動は電極１３と１５との間に於ける電圧
の変化として取り出され、映像信号を作る為にアウトプ
ット回路２１によって従来の方法で増巾され、処理され
る。

主な雑音源を、装置１の上に降りそ＼ぐバックグランド
照射の動揺と仮定すれば、薄条片９は単一の従来のバッ
クグランドを制限する光伝導エレメントに比べて、 だけ信号対雑音比を改善している事がわかる。

但し、ここでＬは電極１１と１３との間隔、又ｌは電極
１３と１５との間隔である。

比２Ｌ／ｌは並列又は直列走査システムで装置１と同じ
性能を持たせる為に必要な従来の光伝導エレメントの数
を示している。

比Ｌ／ｌ （第１式）の最大到達可能値は、少数キャリ
ャーのライフタイムよりも短い時間内に薄条片９に沿っ
てイメージ素領域を走査′すると云う必要性によって定
められる。

従ってその最大値は薄条片９の物質の中に於ける少数キ
ャリャーのライフタイムの値並びにイメージが走査され
得る最高速度Ｖｉによって決定される。

シーンＳが、薄条片９に沿って２ ５ Ｈｚのフレーム
速度で走査される各々６２５の映像ポイント（素領域）
を含む６２５本のライン（列）から成り立っているもの
とすると（即ち、インフォーメーション帯域幅５Ｘ１０
６Ｈｚ）、Ｌ／ｌの最大値は、少数キャリャーのライフ
タイムが１０μｓの物質の場合にはおよそ５０、又少数
キャリャーのライフタイムが１μｓの物質の場合にはお
よそ５となる。

（１）少数キャリャーを追い出す為の電池１７の電圧と
供給電力及び （２）走査速度Ｖｉを最小にする為には
薄条片９の作用長さＬを出来る限り短くする事が望まし
い。

従って、１方ではＬ／ｌの値を出来るだけ大きく保持し
なからＬを最小にする為にはｌを最小にする事が必要で
ある。

ｌの最小値は薄条片９の内部に於ける拡散作用によって
定められる。

ｌがあまり小さすぎるとＳに関する情報は失なわれてし
まう。

伺故なら、同じイメージ領域７を表わす少数キャリャー
が電極１３と１５の間の領域に異った時間に到達する事
になるからである。

少数キャリャーの易動度５００ｃｖｌＶ’ｓ’の物質で
少数キャリャーのライフタイムが１０μｓの場合にはｌ
の許容最小値はおよそ４０μｍとする事が出来よう。

薄条片９の幅は、表示映像の分解能が走査方向及びそれ
と直角方向についてほゾ等しくなる様にする為に、ほｓ
ｌと等しいものとする。

Ｌ／ｌ比の最大値がおよそ５０の場合、薄条片の作用長
さＬは特に０．２５ｃＩｒＬとなろう（ｌの長さは５０
μｍとする）。

薄条片９の厚みはおよそｉｏ ”ｃｎＬである。

望ましくは、薄条片９の物質はｎ型（テルル化カドミウ
ム・水銀、又はアンチモ、化インジウムの場合）とし、
長い少数キャリャー（即ち正孔）ライフタイム、及び低
い電力消費を得る為に軽くトーヒングする。

Ｖｉ及びＶｄに整合し、少数キヤリャーライフタイム１
０μｓ１少数キャリャー易動度ｓｏｏ＝ｖ ＩＳ−１
の物質の場合にイメージ７が電極１３に到達するのに必
要な時間よりも長い少数キャリャー再結合時間を得る為
に求められる代表的な（電池１７を用いて得られる）バ
イアス条件は次の通りである： 薄条片９を横切るバイアス電場＝１００ｖＣＩｒＬ−１
薄条片９を横切るバイアス電圧＝ ２５ｖバイアス電流
： ８ｍＡバイアス電力
：２００ｍＷ装置１のもう１つ別の形が第３
図に示されている。

この場合には電極１５が非オーミツク性の電極２４、例
えば薄条片９（ｎ型の場合）とｐｎ接合を形成するｐ型
部分（接合はバイアス２３によって逆バイアスをかけら
れている）と置き換えられている。

アウトプット回路２１はこの場合には、電極２４と１３
の間にバッテリー２３と直列に接続された抵抗器２７を
通して接続されている。

装置１の残りの部分は第２図について既に説明されたも
のと同じである。

少数キャリャーは薄条片９の逆バイアス２４の所から取
り出される。

かくして、電流は、電極２４に到達する少数キャリャー
の瞬間密度に比例して抵抗２７を通って流れ、従って、
薄条片９に沿って集合される光子束の尺度となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光伝導装置の回路図（１部見取図）、第２図は
第１図の装置を用いた赤外線イメージング・システムの
見取図の簡略図、第３図は第２図のシステムの中で用い
る事の出来るもう１つの別の装置の１部の回路図（１部
見取図）、である。 １・・・・・・光伝導装置、２・・・・・・縦軸を中心
に連続回転するミラー ３・・・・・・水平軸を中心に
ステップ回転するミラー、５・・・・・・レンズ、７・
・・・・・イメージ素領域、９・・・・・・細長い半導
体の薄板、１１・・・・・・金属電極、１３，１５・・
・・・・金属電極即ち読出し電極、１７・・・・・・電
池、１９・・・・・・可変抵抗器、２１・・・・・・読
出し回路、２３・・・・・・電池、２４・・・・・・電
極、２７・・・・・・抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光導電性半導体材料の細長い薄条片より威り、バイ
   アス接触部と、これらの間に読み出し部とを有している
   検出器と、 この検出器の表面に熱的シーンの像を集束しそして検出
   器に沿って上記読み出し部に向ってこの像を走査するよ
   うに構成された光学走査機構と、上記バイアス接触部に
   接続されていて、上記薄条片に発生されるホトキャリャ
   を上記走査される像の速度と実質的に等しい速度で上記
   読み出し部に向ってドリフトさせるバイアス電流源とを
   具備したことを特徴とする熱的像形成装置。