小型映像増倍管およびそのような増倍管が取り付けられる暗視システム

专利摘要:
本発明は、映像増倍管およびそのような増倍管が取り付けられる暗視システムに関する。本発明に係る映像増倍管の管本体は、該管本体によって形成される真空チャンバの漏れ止め性を確保するために、入力装置および出力装置に気密に固定される多層セラミック基板を構成する。多層基板は、光電陰極とリンスクリーンとの間に配置されるマイクロチャンネルプレートを維持するとともに、光電陰極、プレート、および、リンスクリーンに対して電圧を供給する。
公开号:JP2011507175A
申请号:JP2010537465
申请日:2008-12-12
公开日:2011-03-03
发明作者:カルロ カイザー，；ガート ナットゼル，；レオ ピエール，；マチュー フールステン，；パスカル ラヴート，
申请人:フォトニス フランス；
IPC主号:H01J31-50

专利说明:

[0001] 本発明は、暗視システムの分野に関し、特に、暗視システムに取り付けられる映像増倍管に関する。]
背景技術

[0002] 暗視システムは、暗闇で環境を見ることができるのが不可欠である場合にはいつでも、例えば、軍事、工業、および、家庭といった多くの用途を有する。例えば、暗視ゴーグルまたは双眼鏡は、夜間活動中に、例えばユーザの頭部に装着されて個人的にまたはは職業的に使用される場合がある。]
[0003] 暗視システムは、暗闇の環境を観察者に認知させることができる映像増倍装置を使用する。より正確には、映像増倍装置は、環境により発せられる放射線、特に少量の可視光線および赤外光線を収集して、それを増幅し、出力が人間の眼に知覚できる環境の画像となるようにする。映像増倍装置から出力される光信号は、外部モニタ上に表示されるまたは観察者により直接に見られる記録装置によって記録されてもよい。後者の場合、映像増倍装置は、人によりその頭部に装着される夜間ゴーグルまたは双眼鏡において使用され、それにより、出力される光信号が人の眼へと直接に伝送される。この場合、通常の目的は、コンパクトな軽量の暗視システムをもたらすことである。]
[0004] 従来、映像増倍装置は映像増倍管を備えており、該映像増倍管は、管の本体を形成するボックス内に装着される３つの不可欠な要素を有する。増倍管の中心線に沿うその２つの端部で閉じられる管本体は内部真空チャンバを画定する。３つの要素は、光電陰極、マイクロチャンネルプレート（ＧＭＣ）、および、リンスクリーンである。光電陰極は、外部環境から入射光子を受けて、それらの光子を、観察される環境の画像に対応するパターンにしたがって光電子へと変換する。ＧＭＣは光電子を増幅し、該光電子は、その後、リンスクリーンによって増強された光信号へと変換される。]
[0005] 光電陰極は、入射放射線を受けることができる感光性の半透明層を有するとともに、それが十分なエネルギを有する光子によって励起されるときに光電効果により光電子流を増倍管の内側へ向けて放射する。この場合、光電子流の強度は放射線強度によって決まる。放射される光電子は、その後、それらを方向付けてＧＭＣへ向けて加速させる静電場へと送られる。]
[0006] ＧＭＣは、通常は微細プレートの形態を成す高利得電子増倍器であり、前記微細プレートは、光電陰極へ向けられる入力面からリンスクリーンへ向けられる出力面へと微細プレートを貫通する管またはマイクロチャンネルのネットワークを備える。ＧＭＣは、これらの２つの面間に電位差を受け、それにより第２の静電場を形成する。入射光電子がマイクロチャンネルに入ってマイクロチャンネルの内壁に衝突すると、二次電子が発生され、また、これらの二次電子も壁と衝突して他の二次電子を発生させる。電子は、第２の静電場により、ＧＭＣの出力面に位置するマイクロチャンネルからの出力へ向けて方向付けられて加速される。電子をリンスクリーンへ向けて加速させるため、ＧＭＣとリンスクリーンとの間に第３の静電場が設けられる。]
[0007] リンスクリーンは、ＧＭＣによって発生する電子がリンスクリーンと衝突するようにＧＭＣの出力面の近傍に配置される。リンスクリーンは、それが十分なエネルギを有する電子を受けるときに蛍光によって光子を放射することができるリン層または任意の他の材料の層を備える。したがって、入射電子が入力画像を再生し、リンスクリーンがこの画像を光信号へと変換する。リンスクリーンは、出力窓に接続され、または、増倍管の外側へ、例えば暗視ゴーグルの表示手段へ光信号を伝送する光ファイバに接続される。]
[0008] 光電陰極、ＧＭＣ、および、リンスクリーンは管本体の内側に配置され、管本体の目的は、３つの要素を機械的に一括して保持すること、管真空チャンバを封止すること、および、前述した異なる電場を発生させるために設けられる異なる電極に対して電圧を供給することである。通常、管本体は絶縁材料から形成される複数のリングから成り、該リングには、異なる電極に対して電圧を供給するために金属リングが蝋付けされる。]
[0009] したがって、図１は、従来技術に係る映像増倍管Ａ０１の断面図を示している。断面は、増倍管の軸と呼ばれる軸Ａと平行である。直交系（Ｒ，Ｚ）が示されており、この場合、Ｒは増倍管Ａ０１の径方向であり、Ｚは、光子および電子の移動方向とも正確に同じである増倍管Ａ０１の軸方向である。方向Ｚに沿って、増倍管Ａ０１は入力窓１１を備えており、該入力窓を通じて、増強されるべき画像の光信号が増倍管内に入り、また、入力窓Ａ１１の内面上には光電陰極Ａ１０が堆積される。この場合、増倍管Ａ０１はＧＭＣ Ａ２０を備え、また、このとき、リンスクリーンＡ３０が出力窓Ａ３１の内面上に堆積される。第１に、光電陰極Ａ１０とＧＭＣ Ａ２０とを隔てる距離、および、第２に、ＧＭＣ Ａ２０とリンスクリーンＡ３０とを隔てる距離は、１ミリメートルの１／１０程度である。また、光電陰極Ａ１０、ＧＭＣ Ａ２０、および、リンスクリーンＡ３０は、電子を方向付けて加速させる電場を形成するために異なる電位に至らされる。] 図１
[0010] 増倍管Ａ０１の管本体Ａ４０は、第１の端部が入力窓Ａ１１によって閉じられて封止されるとともに、第１の端部と反対側のその第２の端部が出力窓Ａ３１によって閉じられて封止される。増倍管Ａ０１内での電子の伝搬を向上させるために、管本体Ａ４０内に真空が形成される。]
[0011] また、図１から分かるように、管本体Ａ４０は、互いに気密に固定される複数の積層された環状要素を備える。入力窓Ａ１１は、管本体Ａ４０の一端に位置する第１の導電支持リングＡ４１に気密に支持される。したがって、支持リングＡ４１は、金属であってもよく、または、その上に金属膜が堆積される絶縁材料から形成されてもよい。金属膜は、入力窓Ａ１１の内面上に堆積されるとともに、入力窓Ａ１１と光電陰極Ａ１０との間の界面上に堆積され、それにより、管本体Ａ４０の外側から光電陰極が第１の所定の電位に至らされる。] 図１
[0012] ガラスまたはセラミックから形成される第１の環状絶縁スペーサＡ４５が蝋付けによって支持リングＡ４１に固定される。蝋付け工程により、２つの要素Ａ４１，Ａ４５を固定して封止することができる。リングＡ４１と反対側のスペーサＡ４５の端部には第２の導電リングＡ５０が固定される。この第２の導電リングは、軸Ａの方向で径方向に延びる金属支持リングＡ５１と金属接触リングＡ５２とを使用してＧＭＣ Ａ２０の入力面Ａ２１に接続され、それにより、入力面Ａ２１が第２の所定の電位に至らされる。第２の導電リングＡ５０を第３の導電支持リングＡ６０から分離するために第２の環状絶縁スペーサＡ５５が設けられる。第３のリングＡ６０は、軸Ａの方向で径方向に延びて、ＧＭＣ Ａ２０の出力面と強固に接触し、該出力面を第３の所定の電位に至らせる。]
[0013] この場合、第３の絶縁スペーサＡ６５が第３の導電リングＡ６０とゲッターＡ７０との間に固定される。ゲッターＡ７０は、増倍管Ａ０１の真空チャンバ内に真空を形成する。ゲッターＡ７０と反対側の面と、増倍管Ａ０１を映像増倍装置構造（図示せず）に対して固定された状態に維持する取り付け手段Ａ８０とに対して第４のスペーサＡ７５が固定される。管本体Ａ４０の出力端にはカラーＡ８５が配置され、該カラーは、第１に、取り付け手段Ａ８０に対して気密に固定され、第２に、出力窓Ａ３１に対して気密に固定される。]
[0014] 以上のように、従来技術に係る映像増倍管は、互いに固定される多数の積層された金属部分または絶縁部分から成る管本体を有する。管本体の複雑な構造によって直接に引き起こされる多くの問題が生じる。]
[0015] 増倍管のその軸Ａに沿う長さは、管本体を形成する多数の部品に起因して長くなっており、例えば２０ｍｍ程度であり、また、その重量は重い。増倍管の長さは、特に金属リング間の任意の絶縁破壊現象を防止するための厚い絶縁スペーサの必要性によって制御される。これは、通常は観察者の頭部に装着される暗視ゴーグルにおいて増倍管を使用できるように小さい軽量増倍管を有する必要性に反している。]
[0016] また、光電陰極、ＧＭＣ、および、リンスクリーンを隔てる１ｍｍの１／１０程度の距離が増倍管の径方向に沿って均一であることが重要である。管本体を形成する様々な部品の長さに影響を及ぼす全ての不確定性に直接に依存する３つの不可欠な増倍管要素間の距離に関して不確定性が存在する。したがって、３つの要素間の距離に関連する不確定性は高く、該不確定性が特に静電場の空間的均一性を乱す可能性があり、それにより、光信号の出力品質が低下する。]
[0017] 管本体は、増倍管内全体の真空も維持しなければならない。したがって、管本体の様々な部品が気密に互いに固定される。しかしながら、取り付け領域が多数あることにより局所的な漏れが起こる可能性があり、そのため、増倍管内の真空の質が低下し、その結果、出力信号が劣化する。]
[0018] 最後に、組み付けられるべき部品が多数あるため、明らかに、増倍管のための製造手順が特に長くなり、それにより、映像増倍管のコストが高くなる。]
[0019] 発明の提示
この発明の目的は、前述した不都合を少なくとも部分的に克服することであり、特に、小型映像増倍管およびそのような増倍管が取り付けられる暗視システムを提案することである。]
[0020] これを達成するため、本発明の目的は、外部環境から光子を受けて可視画像を出力するようになっている映像増倍管であって、
− 第１の端部が入射光信号の入力装置により気密に閉じられかつ倍増管の軸方向に沿って第１の端部と反対側にある第２の端部が光信号出力装置によって気密に閉じられる真空チャンバを形成する管本体と、
− 入力装置の内面上に配置され、光子を受けて光電子を発生させる光電陰極と、
− 前記光電子を受け、それに応じて二次電子を出力するための増倍手段と、
− 前記出力装置の内面上に配置されるとともに、前記二次電子を受け、それに応じて可視画像を与えるリンスクリーンと、
を備える映像増倍管である。]
[0021] 本発明によれば、前記管本体は、入力装置および出力装置に気密に固定される多層セラミック基板を構成し、該基板上には前記増倍手段が固定され、前記多層セラミック基板は、前記増倍手段を異なる電位に至らせるようになっている。]
[0022] このように、金属リング上に交互に積層される幾つかの絶縁スペーサを管本体が備える従来技術と異なり、本発明に係る管本体は単一の多層セラミック基板を備えるため、管本体における部品の数が可能な限り少なくなる。結果として、増倍管を短くすることができ、それにより、増倍管を従来技術に係る増倍管よりもコンパクトで軽量にすることができる。また、製造プロセスのステップの数が減少され、それにより、製造コストがかなり低減される。更に、管本体での金属リングの使用を回避することにより、故障の危険の全てが排除される。この場合、増倍管に存在する電場がより高い空間的均一性を有するため、出力信号の質が向上する。また、増倍管チャンバの漏れ止め性を確保する取り付け領域が減少され、そのため、漏れの危険が排除されるとともに、従来技術において不可欠なゲッターの使用が排除される。したがって、真空の質が保たれ、出力信号の質も同様に維持される。最後に、前記増倍手段を光電陰極から隔てる距離の許容範囲が、従来技術に係る管本体に存在する異なる部品の厚さの不確定性の和に依存するのではなく、多層セラミック基板の厚さの不確定性のみに依存するという点において、前記許容範囲が改善される。]
[0023] 前記増倍手段はマイクロチャンネルプレートであることが好ましい。]
[0024] あるいは、前記増倍手段は、半導体材料から形成される薄いフィルムまたは薄膜である。半導体材料は結晶構造を有することが好ましい。好ましくは、半導体材料は、単結晶または多結晶ダイヤモンド、ＣａＦ、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＳｉＣ、ならびに、Ａｌ，Ｂ，ＧａおよびＩｎのうちの２つ以上を含む窒化物合金から成るグループから選択される。薄膜はダイヤモンド膜であることが好ましい。]
[0025] また、映像増倍管は、１つ以上のマイクロチャンネルプレートと、少なくとも１つのダイヤモンド膜とを備えることもできる。]
[0026] 前記多層セラミック基板は、光電陰極およびリンスクリーンを異なる電位に至らせるようになっていてもよい。]
[0027] 基板は、複数のセラミック層と、２つのセラミック層間に配置される少なくとも１つの内部電気接続部とを備えることが好ましい。]
[0028] 少なくとも２つの内部電気接続部がいずれも前記多層セラミック基板の２つの隣り合うセラミック層間に位置することが好ましい。]
[0029] 基板は、光電子が前記増倍手段から前記リンスクリーンへと通過できるように増倍管の径方向に沿って延びる中心開口を備えるのが有益である。]
[0030] 本発明の１つの実施形態において、基板は、第１の導電取り付け手段によって入力装置の内面に気密に固定される。]
[0031] 同様に、基板は、第２の導電取り付け手段によって出力装置の内面に気密に固定されてもよい。]
[0032] 第１および第２の導電取り付け手段は、インジウム-スズシール、インジウム-ビスマスシール、または、純インジウムシールであるのが有益である。]
[0033] 基板は、第１および第２の導電取り付け手段のそれぞれを所定の電位に至らせる第１および第２の内部電気接続部を備えることが好ましい。]
[0034] 本発明の１つの実施形態においては、増倍手段が複数の導電取り付け手段によって基板に固定される。]
[0035] 好ましくは、増倍手段が増倍管の軸方向に沿って入力面および出力面を備え、基板が増倍管の軸方向に沿って上面および下面を備え、前記増倍手段の前記出力面が複数の導電取り付け手段によって基板の前記上面に固定される。]
[0036] 導電取り付け手段は、増倍管の径方向に沿って開口から一定の距離で互いから規則正しい間隔を隔てて配置されていることが好ましい。]
[0037] 各導電取り付け手段が基板の上面上に位置する凹部内に配置され、それにより、前記取り付け手段が基板の少なくとも１つの内部導電接続部と接触されていることが好ましい。]
[0038] 前記増倍手段の出力面は、第３の内部電気接続部を介して導電取り付け手段の第１の組を発端とする所定の電位に至らされるのが有益である。]
[0039] 前記増倍手段の入力面は、第４の内部電気接続部を介して導電取り付け手段の第２の組を発端とする所定の電位に至らされるのが有益である。]
[0040] 前記第３および第４の接続部は、好ましくは、増倍管の軸方向に対して垂直な同じ面内にほぼ位置し、より好ましくは、前記基板の２つの隣り合うセラミック層間に位置する。]
[0041] 前記増倍手段は、入力面から出力面へとプレートを貫通するビアを備え、各ビアが第２の組の導電取り付け手段と接触しており、それにより、前記増倍手段の入力面が所定の電位に至らされることが好ましい。]
[0042] 第１の組の各取り付け手段が第２の組の取り付け手段と交互に配置されていることが好ましい。プレートに高周波信号がバイアスされると、交互に配置された取り付け手段の分布がプレートの入力面の電位と出力面の電位との間の任意の位相シフト現象を防止する。]
[0043] あるいは、第１の組の取り付け手段が開口の第１の所定の領域に配置され、第２の組の取り付け手段が前記第１の領域とは異なる開口の第２の領域に配置されている。この構成では、取り付け手段の組が基板の中心開口の周囲にわたって馬蹄形状を成す。]
[0044] プレートと基板との間の取り付け手段はインジウムボールであることが好ましい。]
[0045] 光電陰極と前記増倍手段との間に空間を形成するとともに、光電陰極と前記増倍手段との間の空間を正確に確定するために、少なくとも１つの離間手段が基板の上面および入力装置の内面と接触した状態で配置されることが有益である。]
[0046] あるいは、光電陰極と前記増倍手段との間を一定の間隔に維持するために、基板は、基板の上面に配置されて光電陰極の出力面と接触する少なくとも１つの離間手段を備える。]
[0047] また、本発明は、前記特徴のうちの１つにしたがって規定される映像増倍管を備える暗視システムにも関連する。]
[0048] 本発明の他の利点および特徴は、以下に与えられる限定的でない詳細な説明を読むことにより更に明確となる。]
[0049] ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を非限定的な例として説明する。]
図面の簡単な説明

[0050] 従来技術に係る映像増倍管の断面図である。
本発明に係る映像増倍管を概略的に示す垂直面に沿う断面図である。
本発明に係る増倍管に設けられる多層セラミック基板の斜視図である。
マイクロチャンネルプレートの一部の断面図であり、特に、ソリッドエッジに配置されるビアを示している。]
実施例

[0051] 好ましい実施形態の詳細な提示
図２は、本発明の好ましい実施形態に係る映像増倍管１を示している。増倍管１は軸Ａに沿う略円筒形状または管形状を有する。しかしながら、増倍管１は、正方形、長方形、六角形、または、任意の他の形状の断面を有してもよい。座標系（Ｒ，Ｚ）が示されており、この場合、Ｒは増倍管の径方向であり、ＺはＡ軸と平行な増倍管の軸方向である。Ｚ方向は、増倍管１の内側での光子および電子の伝搬方向と同じであると見なすこともできる。] 図２
[0052] 増倍管１は、Ｚ方向に沿って配置される３つの必要不可欠な要素、すなわち、入力装置１０、マイクロチャンネルプレート（ＧＭＣ）２０、および、出力装置３０を備える。また、増倍管１は管本体４０も備えており、その機能は、前述した３つの要素１０，２０，３０を機械的に保持して、要素１０，３０と協働して封止チャンバ２を形成するとともに、後述する異なる電極に対して電圧を供給することである。３つの要素１０，２０，３０は、増倍管の軸Ａに沿ってほぼ一直線を成している。]
[0053] 入力装置１０は入力窓１１を備えており、増倍管１の外側の環境によって放射される増強されるべき光子が入力窓に入って増倍管１に到達する。例えばガラスから成る透明な入力窓１１が光ファイバに取って代えられてもよい。入力窓１１は内面１２を備えており、該内面上に光電陰極１５の光電子放射層が堆積される。光電陰極は、入力窓１１の内面１２と接触する入力面１５Ｅと、方向Ｚに沿って入力面１５Ｅと反対側の出力面１５Ｓとを備える。入射光子が光電子放射層の入力面１５Ｅに衝突すると、光電効果によって光電子放射層の出力面１５Ｓにより光電子がＧＭＣ２０の方向に沿って放射される。]
[0054] ＧＭＣ２０は、所定の距離を隔てて光電陰極と対向して配置されるとともに、管本体４０によって支持される。ＧＭＣ２０は、光電陰極１５の出力面１５Ｓと平行に対向して配置される入力面２０Ｅと、方向Ｚに沿って入力面２０Ｅと反対側の出力面２０Ｓとを備える。また、ＧＭＣ２０は、有効領域と呼ばれる第１の中心部分２１、および、ソリッドエッジと呼ばれる第２の外周部分２２も備えており、これらの２つの部分２１，２２は増倍管の方向Ｒに沿って延びている。有効領域２１は、入力面２０Ｅから出力面２０ＳへとＧＭＣ２０を貫通する複数のマイクロチャンネル２３を備える。ソリッドエッジ２２は、ＧＭＣ２０の外周に配置されて有効領域２１を取り囲む。有効エッジ２２は、ＧＭＣ２０を管本体４０に固定するとともに、入力面２０Ｅを所定の電位に至らせかつ面２０Ｓを所定の電位に至らせてＧＭＣにバイアスをかけるようになっている。入射光電子がマイクロチャンネル２３に入ってマイクロチャンネル２３の内壁２４に衝突すると、二次電子が発生され、これらの二次電子も壁２４と衝突して他の二次電子を発生する。電子は、静電場により、ＧＭＣ２０の出力面２０Ｓに位置するマイクロチャンネル２３の出力部へと方向付けられて加速される。その後、電子は、静電場により、リンスクリーン３１へと方向付けられて加速される。]
[0055] 出力装置３０は、出力窓３２の内面３２Ｉ上に堆積されるリンスクリーン３１を備える。例えばガラスから成る出力窓３２は、増強された光信号を増倍管１の外側に光学的に伝送する。出力窓３２が光ファイバに取って代えられてもよい。リンスクリーン３１は、ＧＭＣ２０の出力面２０Ｓと平行にこの面２０Ｓと対向して配置され、それにより、ＧＭＣ２０によって発生する二次電子が出力面に衝突する。リンスクリーン３１は、それが十分なエネルギを有する電子を受けるときに光子を放射することができるリンまたは任意の他の材料から成る層を備える。したがって、入射画像のパターンは、リンスクリーン３１によって、励起されたリンにより放射される光子によって再生される。光子は、出力窓３２または光ファイバを通じて増倍管１の外側へ伝送される。]
[0056] 本発明の好ましい実施形態によれば、管本体４０は、多層セラミックから成る基板４０を構成する。多層セラミック基板４０は複数の薄いセラミック層を備え、これらのセラミック層間にメタライゼーションがスクリーン印刷によって堆積されてもよい。基板は、モノリシック構造であり、共焼結によってまたは当業者に知られる他の技術によって得ることができる。基板４０は少なくとも１つの内部電気接続部を備える。基板は４つの内部電気接続部を備えることが好ましい。各接続部は、異なるセラミック層間または同じセラミック層間に位置してもよい。接続部は、基板４０の厚さを減少させるために同じセラミック層間に位置するのが好ましい。異なる層を共焼結した後、このようにして形成される内部電気接続部は、基板４０の必要とされる領域に電圧を供給できる。異なる電気接続部は、各電気接続部を所定の電位に至らせる増倍管１への外部電力供給源（図示せず）に対して接続される。]
[0057] 好ましくは、内部電気接続部はバンド形状またはライン形状であり、また、そのパターンは方向Ｚに対して垂直な面内にほぼ位置する。内部電気接続部のうちの一部は、以下で更に説明されるようにボール４４に接続される。]
[0058] 基板４０は、管部１の形状に適合する略円形状を有するとともに、方向Ｒに沿って延びている。基板４０は入力装置１０と出力装置３０との間に配置される。基板４０の中心には開口４１が設けられ、該開口は増倍管の軸Ａにほぼ沿って位置合わせされ、それにより、電子がＧＭＣ２０からリンスクリーン３１へと通過できる。したがって、開口４１の表面は、ＧＭＣ２０の有効領域２１の表面にほぼ対応する。基板４０は、開口４１の周囲にわたって配置される内側部分４２Ｉと、基板４０の外周に近接して配置される外側部分４２Ｅとを備える。また、光電陰極１５の方へ向けられる表面が上面４３Ｓと呼ばれ、リンスクリーン３１の方へ向けられる表面が下面４３Ｉと呼ばれる。なお、上面４３Ｓは、必ずしも軸Ａに対して垂直な面内に含まれている必要はなく、該面からオフセットしていてもよい。いかなる場合でも、上面４３Ｓは、光電陰極の外面１５Ｓに対して略平行である。]
[0059] ＧＭＳ２０は基板４０上に支持され、より正確には、ＧＭＣ２０のソリッドエッジ２２の出力面２０Ｓが基板４０の内側部分４２Ｉの上面４３Ｓに固定される。取り付けは複数のインジウムボール４４によって行なわれてもよく、各インジウムボールは内側部分４２Ｉの上面４３Ｓに形成される凹部４５内に堆積され、凹部４５は開口４１の周囲で互いから均等な間隔を成している。]
[0060] 図２および図３を参照すると、基板４０の外側部分４２Ｅの上面４３Ｓには該上面４３Ｓの外周にわたってインジウム-スズシール５０が連続的に堆積されており、該インジウム-スズシール５０は入力窓１１の内面１２と接触し、それにより、多層基板４０を入力装置１０に固定する。面４３Ｓ，１２に対するシール５０の漏れ止め取り付けが蝋付けによって行なわれてもよい。シール５０は、インジウム-ビスマスまたは純インジウムから形成されてもよい。シールが純インジウムである場合には、基板４０と入力装置１０との間の取り付けが当業者に知られる冷間型締め技術（cold closing technique）を使用して行なわれる。] 図２ 図３
[0061] 同様に、基板４０をリンスクリーン装置３０に固定するため、基板４０の外側部分４２Ｅの下面４３Ｉ上には該下面４３Ｉの外周に沿ってインジウム-スズシール５１が連続的に堆積されており、該インジウム-スズシール５１は出力窓３２の内面３２Ｉと接触する。面４３Ｉ，３２Ｉに対するシール５１の漏れ止め取り付けが蝋付けによって行なわれてもよい。シール５１は、インジウム-ビスマスまたは純インジウムから形成されてもよい。シールが純インジウムである場合には、基板４０と出力装置３０との間の取り付けが当業者に知られる冷間型締め技術を使用して行なわれる。]
[0062] このように、２つのシール５０，５１は、基板４０を装置１０，３０に対して取り付けるだけでなく、真空チャンバ２も封止する。本発明によれば、単一部品４０が、シール５０，５１と協働して、入力装置１０、ＧＭＣ２０、および、出力装置３０を一括して機械的に保持するだけでなく、真空チャンバ２も封止する。その結果、管本体４０の部品の数が最小限に抑えられる。]
[0063] 電子の移動を方向付けて加速させるために、異なる静電場が増倍管１内に形成される。つまり、第１の静電場Ｅ１が光電陰極とＧＭＣ２０の入力面２０Ｅとの間に形成される。第２の静電場Ｅ２がＧＭＣ２０の入力面２０Ｅと出力面２０Ｓとの間に形成される。最後に、第３の静電場Ｅ３が出力面２０Ｓとリンスクリーン３１との間に形成される。電場Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が印加され、それにより、異なる電極が異なる電位に至らされる。]
[0064] したがって、第１の電極１３が入力窓１１の内面１２と光電陰極１５の光電子放射層との間に配置される。電極１３は、当業者に知られる技術を使用して蒸着によって金属膜を堆積させることにより形成されてもよい。電極１３は、部分４２Ｅの面４３Ｓ上に堆積される金属接続部によって電力源に接続されるインジウム-スズシール５０自体を介して、電力源（図示せず）に対して接続される。]
[0065] 同様に、リンスクリーン３１をインジウム-スズシール５１に接続するために出力窓３２の内面３２Ｉ上に電極３３が設けられる。シール５１は、部分４２Ｅの面４３Ｉ上に堆積される金属接続部によって電力源に対して接続される。]
[0066] あるいは、基板４０上に堆積されない手段によって前記電極１３，３３を電源に接続することができる。例えば、配線が前記電極１３，３３を前記電源に対して直接に接続してもよい。]
[0067] ３つの静電場Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を形成するため、ＧＭＣ２０の入力面２０Ｅおよび出力面２０Ｓは異なる電位に至らされる。これは、第１の電極２６ＥをメタライゼーションによってＧＭＣ２０の入力面２０Ｅの有効領域２１上に堆積させることにより行なわれ、また、第２の電極２６Ｓが出力面２０Ｓの有効領域２１上に堆積される。したがって、電極１３，２６Ｅが協働して静電場Ｅ１を形成し、電極２６Ｅ，２６Ｓが協働して静電場Ｅ２を形成し、また、電極２６Ｓ，３３が協働して静電場Ｅ３を形成する。]
[0068] 図２，３に関連する本発明の１つの実施形態によれば、インジウムボール４４によって電圧が電極２６Ｅ，２６Ｓに印加される。各ボール４４における凹部４５は、ボール４４を電力源に接続される内部電気接続部と接触させるために使用される。ボールの第１の組４４Ａが第１の内部電気接続部に接続され、ボールの第２の組４４Ｂが、第１の接続部と異なる電位を有する第２の内部電気接続部に接続される。１つの組の各ボールが他の組のボール４４に隣接することが好ましい。すなわち、２つに１つのボール４４が第１の電位に至らされ、それにより、第１の組４４Ａが形成され、一方、他のボール４４が第２の電位に至らされ、それにより、第２の組４４Ｂが形成される。ボールの第１の組４４Ａが出力面２０Ｓの電極２６Ｓに接続される。] 図２
[0069] 前記第１および第２の内部電気接続部は、方向Ｚに対して垂直な同じ面内に、より具体的には、前記多層セラミック基板４０の２つの隣り合うセラミック層間に位置されるのが好ましい。]
[0070] 図４に示されるように、電極２６Ｅを必要とされる電位に至らせるため、第２の組４４Ｂのボールが、面２０Ｓから面２０ＥへとＧＭＳ２０を貫通する貫通穴またはビア２５と接触する。各ビア２５は、第２の組４４Ｂの各ボール４４と対向して位置されて、対応するボール４４と接触する。このとき、各ビア２５は、ＧＭＣ２０の面２０Ｅの電極２６Ｅに接続される。ビア５５は、Ｚ方向に沿ってＧＭＣを貫通する穴である。ビア２５の内壁２７は蒸着によって堆積される金属膜により覆われており、それにより、組４４Ｂのボール４４と電極２６Ｅとの間の電気的接続が成される。ビア２５の直径ｄがＧＭＣ２０の厚さｅにほぼ等しくまたは厚さｅよりも大きく、それにより膜が壁２７の高さ全体を覆えば、有益である。このようにして、金属が蒸着されるときに、ビア２５の内壁２７が金属膜によって均一に覆われる。したがって、電極２６Ｅは、基板４０に設けられる内部電気接続部を介して電力源に接続される第２の組４４Ｂのボールによって所定の電位に至らされる。] 図４
[0071] 他の実施形態（図示せず）では、更なる増幅利得を与えるために、ＭＣＰを、直列を成す２つ以上のＭＣＰに取って代えることができる。そのような場合、多層セラミック基板はＭＣＰを保持するようになっている。例えば、前記基板の部分４２Ｉの垂直壁が凹部を成すことができ、該凹部上に更なるボール４４がＭＣＰを接続するように設けられる。また、１つのＭＣＰを、上面４３Ｓに対する固定と同じ方法で、基板４０の下面４３Ｉに固定することができる。]
[0072] 他の実施形態（図示せず）では、参照することにより本願に組み入れられる米国特許第６６５７３８５号に開示されるように、ＭＣＰを半導体材料から形成される薄フィルムまたは薄膜に取って代えることができる。]
[0073] 好ましくは、半導体材料は、結晶構造を有するとともに、単結晶または多結晶ダイヤモンド、ＣａＦ、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＳｉＣ、および、Ａｌ，Ｂ，ＧａおよびＩｎのうちの２つ以上を含む窒化物合金から成るグループから選択できる。]
[0074] 薄膜はダイヤモンド膜であることが好ましい。]
[0075] 他の実施形態（図示せず）において、映像増倍管は、少なくとも１つのＭＣＰと、少なくとも１つのダイヤモンド膜とを備える。ＭＣＰおよびダイヤモンド膜は多層セラミック基板上に固定される。そのような場合には、基板がこれらの要素を保持するようになっている。]
[0076] 基板は、これらの要素を異なる電位に至らせるために内部電気接続部を備える。]
[0077] ここで、映像増倍管１の作用について説明する。増倍管１の外側の環境からきてこの環境の画像を表わす入射光子は、入力窓１１を通じて増倍管１内に入り、光電効果によって光電子を解放する光電陰極１５に衝突する。光電子は、増強されるべき画像の複製であるパターンにしたがって放射される。光電子は、電場Ｅ１の作用下でＧＭＣ２０の方向に加速される。光電子がＧＭＣ２０のマイクロチャンネル２３を通過するにつれて、光電子は、マイクロチャンネル２３の内壁２４に衝突して、二次電子放出効果によって多数の二次電子の放射を引き起こす。各二次電子は、順にマイクロチャンネルの壁２４と衝突して、二次電子の放射も引き起こす。二次電子は、電場Ｅ２の作用下でマイクロチャンネルの出力部へ向けて加速される。光電子が最初に入力される各マイクロチャンネル２３から二次電子のシャワーが出る。その後、二次電子は、電場Ｅ３の作用下でリンスクリーン３１へと方向付けられて加速される。各電子がリンスクリーン３１の蛍光材料と相互に作用し、その発光により光子が放射される。光子の数は電子のエネルギに依存する。放射された光子は、初期画像の増強された複製である画像を形成する。その後、光子は、暗視システム（図示せず）に設けられる表示手段ヘと向けて出力装置３０を通じて増倍管１の外部へ伝送される。]
[0078] 前述したように、増倍管１の真空チャンバ２内に真空が形成される。真空は、光電陰極１５からＧＭＣ２０への移動およびその後のリンスクリーン３１への移動のために必要である。]
[0079] 従来技術とは異なり、ここではゲッターを使用する必要がない。これは、管本体４０を形成する部品の少ない数に起因して漏れの危険が最小限に抑えられるからである。ゲッターは、通常、真空を維持して任意の漏れを補償するために設けられる。当業者に知られるゲッターの原理は、幾つかのソリッドの容量を使用して特に吸着または吸収により気体分子を収集することから成る。映像増倍管におけるゲッターの存在は、従来技術に係る増倍管に関して前述した場合と同様に、管本体を形成する積層部分の数が多いときに特に重要である。本発明の好ましい実施形態において、管本体４０は、本質的に、入力装置１０および出力装置３０に対して気密に固定される多層基板４０を構成する。したがって、管本体４０を形成する部品の数が最小限に抑えられ、それに対応して、漏れの危険が減少される。更に、ゲッターの使用は、増倍管内を真空に維持するためにもはや不可欠ではない。本発明に係る増倍管１が形成される場合、増倍管１は、当業者に知られる技術を使用して真空下で直接に閉じられる。]
[0080] 本発明の１つの実施形態では、光電陰極１５の出力面１５Ｓと多層基板４０の上面４３Ｓとの間に少なくとも１つの離間手段６０が設けられ、それにより、出力面１５Ｓとプレート２０の入力面２０Ｅとを隔てる距離が維持されてもよい。離間手段は、シール５０とＧＭＣ２０との間に配置され、セラミックシムまたは任意の他の絶縁材料であってもよい。]
[0081] 本発明の他の実施形態によれば、光電陰極１５をＧＭＣ２０から隔てる距離は、基板４０の面４３Ｓ上に位置して光電陰極１５の出力面１５Ｓと接触するようにＺ方向に沿って延びる基板４０の離間部品６０によって維持されてもよい。離間部品６０は、開口４１を連続的に取り囲む円形段部の形態を成していてもよく、または、開口４１の周囲に均等に分布する複数のシムの形態を成していてもよい。離間部品６０の高さは、本発明が製造されるときに高さ補正ステップによって制御され、または修正されてもよい。]

权利要求:

請求項1
外部環境から光子を受けて可視画像を出力するための映像増倍管（１）であって、−第１の端部が入射光信号の入力装置（１０）により気密に閉じられかつ倍増管の軸方向（Ｚ）に沿って第１の端部と反対側にある第２の端部が光信号出力装置（３０）によって気密に閉じられている真空チャンバ（２）を形成する管本体（４０）と、−入力装置（１０）の内面（１２）上に配置され、光子を受けて光電子を発生させる光電陰極（１５）と、−前記光電子を受け、それに応じて二次電子を出力するための増倍手段（２０）と、−前記出力装置（３２）の内面（３２Ｉ）上に配置されるとともに、前記二次電子を受け、それに応じて可視画像を与えるリンスクリーン（３１）と、を備える映像増倍管（１）であって、前記管本体（４０）は、入力装置（１０）および出力装置（３０）に気密に固定される多層セラミック基板（４０）を含み、該基板上には前記増倍手段（２０）が固定され、前記多層セラミック基板は、前記増倍手段（２０）を異なる電位に至らせるようになっていることを特徴とする映像増倍管（１）。
請求項2
前記増倍手段がマイクロチャンネルプレート（２０）であることを特徴とする請求項１に記載の映像増倍管（１）。
請求項3
前記増倍手段がダイヤモンド膜（２０）であることを特徴とする請求項１に記載の映像増倍管（１）。
請求項4
前記多層セラミック基板（４０）は、光電陰極（１５）およびリンスクリーン（３１）を異なる電位に至らせるようにもなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項5
前記基板（４０）は、複数のセラミック層と、２つのセラミック層間に配置される少なくとも１つの内部電気接続部とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項6
少なくとも２つの内部電気接続部がいずれも前記多層セラミック基板（４０）の２つの隣り合うセラミック層間に位置することを特徴とする請求項５に記載の映像増倍管（１）。
請求項7
前記基板（４０）は、第１の導電取り付け手段（５０）によって入力装置（１０）の内面（１２）に気密に固定されているとともに、第２の導電取り付け手段（５１）によって出力装置（３０）の内面（３２Ｉ）に気密に固定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項8
前記第１および第２の導電取り付け手段（５０，５１）は、インジウム-スズ、インジウム-ビスマス、または、純インジウムから成るシールであることを特徴とする請求項７に記載の映像増倍管（１）。
請求項9
前記基板（４０）は、第１および第２の導電取り付け手段（５０，５１）のそれぞれを所定の電位に至らせるための第１および第２の内部電気接続部を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の映像増倍管（１）。
請求項10
前記増倍手段（２０）が複数の導電取り付け手段（４４）によって基板（４０）に固定されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項11
前記増倍手段（２０）が増倍管の軸方向（Ｚ）に沿って入力面（２０Ｅ）および出力面（２０Ｓ）を備え、基板（４０）が増倍管の軸方向（Ｚ）に沿って上面（４３Ｓ）および下面（４３Ｉ）を備え、前記増倍手段（２０）の前記出力面（２０Ｓ）が複数の導電取り付け手段（４４）によって基板（４０）の前記上面（４３Ｓ）に固定されていることを特徴とする請求項１０に記載の映像増倍管（１）。
請求項12
導電取り付け手段（４４）は、増倍管（１）の径方向（Ｒ）に沿って開口（４１）から一定の距離で互いから規則正しい間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の映像増倍管（１）。
請求項13
各導電取り付け手段（４４）が基板（４０）の上面（４３Ｓ）上に位置する凹部（４５）内に配置され、それにより、前記取り付け手段（４４）が基板（４０）の少なくとも１つの内部導電接続部と接触されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の映像増倍管（１）。
請求項14
前記増倍手段（２０）の出力面（２０Ｓ）は、第３の内部電気接続部を介して導電取り付け手段（４４）の第１の組（４４Ａ）を発端とする所定の電位に至らされ、前記増倍手段（２０）の入力面（２０Ｅ）は、第４の内部電気接続部を介して導電取り付け手段（４４）の第２の組（４４Ｂ）を発端とする所定の電位に至らされることを特徴とする請求項１３に記載の映像増倍管（１）。
請求項15
前記第３および第４の接続部は、増倍管の軸方向（Ｚ）に対して垂直な同じ面内にほぼ位置することを特徴とする請求項１４に記載の映像増倍管（１）。
請求項16
前記増倍手段（２０）は、入力面（２０Ｅ）から出力面（２０Ｓ）へとプレート（２０）を貫通するビアを備え、各ビアが第２の組（４４Ｂ）の導電取り付け手段（４４）と接触しており、それにより、前記増倍手段（２０）の入力面（２０Ｅ）が所定の電位に至らされることを特徴とする請求項１４に記載の映像増倍管（１）。
請求項17
第１の組（４４Ａ）の各取り付け手段（４４）が第２の組（４４Ｂ）の取り付け手段（４４）と交互に配置されていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項18
第１の組（４４Ａ）の取り付け手段（４４）が開口（４１）の第１の所定の領域に配置され、第２の組（４４Ｂ）の取り付け手段（４４）が前記第１の領域とは異なる開口（４１）の第２の領域に配置されていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項19
取り付け手段（４４）がインジウムボールであることを特徴とする請求項１１から１８のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項20
光電陰極（１５）と前記増倍手段（２０）との間を一定の間隔に維持するために、少なくとも１つの離間手段（６０）が、基板（４０）の上面（４３Ｓ）および光電陰極（１５）の出力面（１５Ｓ）と接触した状態で配置されていることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項21
光電陰極（１５）と前記増倍手段（２０）との間を一定の間隔に維持するために、基板（４０）は、基板（４０）の上面（４３Ｓ）に配置されて光電陰極（１５）の出力面（１５Ｓ）と接触する少なくとも１つの離間手段（６０）を備えることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の映像増倍管（１）。
請求項22
請求項１から２１のいずれかに記載の映像増倍管（１）を備える暗視システム。