特許 7566747 暗視デバイスのための性能パラメータの使用法及び温度補償

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】暗視デバイスのための性能パラメータの使用法及び温度補償

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/70 20230101AFI20241007BHJP

   H04N 23/40 20230101ALI20241007BHJP

   H01J 31/50 20060101ALI20241007BHJP

   H01J 43/24 20060101ALI20241007BHJP

   H04N 5/30 20060101ALI20241007BHJP

   H04N 23/65 20230101ALN20241007BHJP

【ＦＩ】

H04N23/70 100

H04N23/40

H01J31/50 D

H01J31/50 Z

H01J43/24

H04N5/30

H04N23/65

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021534758

(86)(22)【出願日】2019-12-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 US2019066830

(87)【国際公開番号】W WO2020180385

(87)【国際公開日】2020-09-10

【審査請求日】2022-12-01

(31)【優先権主張番号】16/227,165

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512169604

【氏名又は名称】エルビット システムズ オブ アメリカ，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ミハルスキ，マーク

(72)【発明者】

【氏名】キャッスルベリー，ランサム ハル

(72)【発明者】

【氏名】バルボーニ，ジョン エー．

(72)【発明者】

【氏名】スミス，アーリン ダブリュー．

(72)【発明者】

【氏名】シャボー，レイモン リオ

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５９４９０６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２７４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５２１８１９４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０４１６６２１３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／２２２－ ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ２３／００

Ｈ０４Ｎ ２３／４０ －２３／７６

Ｈ０４Ｎ ２３／９０ －２３／９５９

Ｈ０４Ｎ ５／３０ － ５／３３

Ｈ０４Ｎ ２３／１１

Ｈ０４Ｎ ２３／２０ －２３／３０

Ｈ０４Ｎ ２５／００

Ｈ０４Ｎ ２５／２０ －２５／６１

Ｈ０４Ｎ ２５／６１５－２５／７９

Ｈ０１Ｊ ２９／３６ －２９／４５

Ｈ０１Ｊ ３１／０８

Ｈ０１Ｊ ３１／２６ －３３／０４

Ｈ０１Ｊ ４０／００ －４９／４８

Ｈ０５Ｂ ３７／００ －３９／１０

Ｈ０２Ｍ ３／００ －３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

暗視デバイスの性能を制御する方法であって、
前記暗視デバイスは、電源と、前記電源と通信する光増倍器と、を備え、
前記方法は、
前記電源によって、前記光増倍器のマイクロチャネルプレートに、前記マイクロチャネルプレートのゲインを制御する制御電圧を供給するステップと、
前記暗視デバイスの作動環境の温度の変化に起因する制御電圧の変化に基づいて、前記制御電圧に適用するための補償量を決定するステップと、
前記補償量にしたがって前記制御電圧を調整して、補償制御電圧を取得する、ステップと、
前記電源によって、前記光増倍器の前記マイクロチャネルプレートに前記補償制御電圧を供給するステップと、
前記暗視デバイスが所定時間、使用されたかどうか決定するステップと、
前記暗視デバイスが前記所定時間、使用された後にだけ、前記光増倍器の前記マイクロチャネルプレートに前記補償制御電圧を供給するステップと、
を含む、
方法。

【請求項2】

前記所定時間は、５００時間である、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記暗視デバイスが所定時間使用されたかどうか決定するステップは、
前記電源の中央演算処理装置と通信するか、又は、前記電源内の制御ロジックと関係する、クロノメータをモニタリングするステップを含む、
請求項２記載の方法。

【請求項4】

前記制御電圧を調整するステップは、前記制御電圧に補正ファクタを加算するステップを含む、
請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記補正ファクタは、前記暗視デバイスが高光量状態にさらされた時間の量に基づいており、前記制御電圧の設定点に時間の関数として加算される補正であり、温度による補正である、
請求項４記載の方法。

【請求項6】

前記高光量状態は、２×１０^－４ｆｃより大きい光レベルに相当する、
請求項５記載の方法。

【請求項7】

前記暗視デバイスの作動環境の前記温度の変化は、－５０°Ｃ～＋５０°Ｃの範囲である、
請求項１記載の方法。

【請求項8】

前記補償量を決定するために使用される係数は、前記暗視デバイスの作動環境の前記温度と光レベルとに基づいて選択される、
請求項１記載の方法。

【請求項9】

前記係数は、
２×１０^－４ｆｃ未満の光レベル及び２３℃～＋５０℃の温度に対して用いられる第１係数、
２×１０^－４ｆｃ未満の光レベル及び２３℃～－５０℃の温度に対して用いられる第２係数、
２×１０^－４ｆｃより大きい光レベル及び２３℃～＋５０℃の温度に対して用いられる第３係数、及び
２×１０^－４ｆｃより大きい光レベル及び２３℃～－５０℃の温度に対して用いられる第４係数、
のうちの１つである、
請求項８記載の方法。

【請求項10】

暗視デバイスの光増倍器用の電源であって、
前記電源は、
前記光増倍器に制御電圧を供給するように構成された電源回路と、
クロノメータと、
温度センサと、
制御ロジックを記憶するように構成されたメモリと、
前記クロノメータ、前記温度センサ及び前記メモリと通信するプロセッサであって、前記プロセッサは、
前記電源によって、前記光増倍器のマイクロチャネルプレートに、前記マイクロチャネルプレートのゲインを制御する制御電圧を供給し、
前記クロノメータの値に基づいて、前記暗視デバイスが所定時間、使用されたかどうか決定し、
前記暗視デバイスが所定時間、使用された場合は、前記温度センサの値に基づく前記暗視デバイスの作動環境の温度の変化に起因する制御電圧の変化に基づいて、前記制御電圧に適用するための補償量を決定し、
前記補償量にしたがって前記制御電圧を調整して、補償制御電圧を取得し、
前記電源回路によって、前記光増倍器の前記マイクロチャネルプレートに前記補償制御電圧を供給する、制御ロジックを実行するように構成されたプロセッサと、
を備える、電源。

【請求項11】

前記所定時間は、約５００時間である、
請求項１０記載の電源。

【請求項12】

前記プロセッサは、前記制御電圧に補正係数を加算することによって、前記制御電圧を調整するように構成されている、
請求項１１記載の電源。

【請求項13】

前記補正係数は、前記暗視デバイスが２×１０^－４ｆｃを超える高光量状態にさらされた時間に基づいており、前記制御電圧の設定点に時間の関数として加算される補正であり、温度による補正である、
請求項１２記載の電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、暗視デバイスに関し、暗視デバイスの電源に関し、より具体的には、拡張された使用及び温度極値を受ける暗視デバイスの性能を維持するためのデジタル及びソフトウェア技術に関する。

【背景技術】

【0002】

暗視デバイス又はナイトビジョンデバイスは、多くの産業用途及び軍事用途に使用され得る。例えば、かかるデバイスは、パイロットのナイトビジョンを強化するため、天体を撮影するため、及び網膜色素変性症（夜盲症）の兵士又は患者にナイトビジョンを提供するために使用される。このデバイスは、しばしば、低強度光を増幅するため、又は非可視光を可視容易な画像（ｒｅａｄｉｌｙ ｖｉｅｗａｂｌｅ ｉｍａｇｅｓ）に変換するために使用されるイメージ増倍器を組み込んでいる。かるイメージ増倍器の一つは、イメージ増倍管である。

【0003】

イメージ増倍管は、典型的には、真空ハウジング内に配置された、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）活性層及びマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）と共に、フォトカソードを含む。可視及び赤外エネルギーは、例えば、フォトカソードに衝突し、カソード活性層に吸収され、それによって電子／正孔対が生成され得る。生成された電子は真空キャビティ内に放出され、ＭＣＰによって増幅される。

【0004】

より具体的には、電子がフォトカソードから出るとき、ＭＣＰの入力表面とフォトカソードとの間の電位差によって、ＭＣＰの入力表面に向かって電子が加速され、この電位差は、ＭＣＰ対カソード間隔及びＭＣＰ構成（フィルム化（ｆｉｌｍｅｄ）又は未フィルム化（ｕｎ－ｆｉｌｍｅｄ））に依存し、約２００～９００ボルトである。電子がＭＣＰの入力表面に衝突すると、二次電子がＭＣＰ内で生成される。すなわち、ＭＣＰは、入力表面に入る電子１個につき数百個の電子を生成することができる。ＭＣＰはまた、その入力表面とその出力面との間の、典型的には約７００～１２００ボルトの電位差にさらされる。この電位差は、ＭＣＰにおける電子増倍を可能にする。

【0005】

増倍された電子がＭＣＰを出ると、電子は、蛍光体スクリーンとＭＣＰの出力表面との間のさらに別の電位差によって、蛍光体スクリーン（又は他のアノード表面）に向かって真空キャビティを通して加速される。ＭＣＰの出力表面の電位（Ｔｈｉｓ ｌａｔｔｅｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は、約４２００～５４００ボルトのオーダーであり得る。

【0006】

イメージ増倍管と一体化された、又は封入された（ｐｏｔｔｅｄ）電源は、概して、上述の種々の電位差を生成し提供するために、また、イメージ増倍管の種々の構成要素に制御電圧をさらに提供するために使用される。電源及び増倍管は、例えば、比較的低光量条件、比較的高光量条件を含む様々な照明条件下で、様々な温度範囲にわたり、かつ、長時間にわたって作動することが期待される。これらの全ての条件を取り扱うために電源を構成し制御することは、困難である。

【発明の概要】

【0007】

本明細書には、暗視デバイスの性能を制御する方法が記載されている。方法は、電源によって、イメージ増倍管のマイクロチャネルプレートに、マイクロチャネルプレートのゲインを制御する制御電圧を供給するステップと、暗視デバイスの作動環境の温度の変化に起因する制御電圧の変化に基づいて、制御電圧に適用するための補償量を決定するステップと、補償量にしたがって制御電圧を調整して、補償制御電圧を取得する、ステップと、電源によって、光増倍管のマイクロチャネルプレートに補償制御電圧を供給するステップと、を含む。方法は、さらに、暗視デバイスが所定時間使用されたかどうか決定するステップを含み、その所定時間の後にのみ、マイクロチャンネルプレートにアルゴリズム的に決定された補償制御電圧を供給するように構成されている方法である。

【0008】

他の実施形態では、暗視デバイスの性能を制御するための方法が提供される。暗視デバイスは、電源と、電源と通信するイメージ増倍管とを備える。方法は、電源によって、イメージ増倍管のマイクロチャネルプレートに、マイクロチャネルプレートのゲインを制御する第２制御電圧を供給するステップと、第２制御電圧と、第２制御電圧よりも早い時間に供給される第１制御電圧との間の差異が所定の値未満かどうか決定するステップと、差異が所定の値未満である場合に、暗視デバイスが所定時間使用されたかどうか決定するステップと、暗視デバイスが所定時間使用された後にだけ、第２制御電圧を調整して、使用時間の結果生じる第２制御電圧の変化を補償して、第３制御電圧を取得する、ステップと、電源によって、光増倍管のマイクロチャネルプレートに第３制御電圧を供給するステップと、
を含む。

【0009】

さらに別の実施形態では、暗視デバイスの光増倍器用の電源が提供される。電源は、イメージ増倍器に制御電圧を供給するように構成された電源回路と、クロノメータと、温度センサと、制御ロジックを記憶するように構成されたメモリと、クロノメータ、温度センサ及びメモリと通信するプロセッサと、を備える。プロセッサは、電源によって、光増倍器のマイクロチャネルプレートに、マイクロチャネルプレートのゲインを制御する制御電圧を供給し、クロノメータの値に基づいて、暗視デバイスがストレス状態において所定時間使用されたかどうか決定し、暗視デバイスがストレス状態において所定時間使用された場合は、ストレス曝露に基づいて制御電圧を印加するための補償量を決定する、制御ロジックを実行するように構成されている。さらに、温度センサの値に基づく暗視デバイスの作動環境の温度の変化に起因する制御電圧の変化は、過去のストレス曝露の有無にかかわらす存在することがあり、電源は、補償量にしたがって制御電圧を調整して、補償制御電圧を取得し、電源回路によって、光増倍器の前記マイクロチャネルプレートに前記補償制御電圧を供給する、
ように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施形態による、デジタル制御された電源及び関連するイメージ増倍器をブロック図で示す図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態による出力輝度対光レベルのプロットを示す図である。

【図3】図３は、電源の３つの制御電圧が、アクティブ補償なしで温度の変化にどのように反応するかを示すプロットを示す図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態による、Ｖ_３（アノード電圧）の変化に対する出力ゲイン（室温で測定）の増倍管の応答を示す。

【図5】図５は、本発明の実施形態による、フォトカソードとＭＣＰ入力との間の電界強度の変化に伴って光応答（ＰＲ）がどのように変化するかを示す図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態による、３つの動作温度のスペクトル応答曲線を示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態による、いくつかの試験された増倍管の信頼性について時間の関数として正規化されたゲインを示す図である。

【図8A】図８Ａは、本発明の実施形態による、正規化されたゲイン曲線を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、本発明の実施形態による、同じゲインを維持するために室温Ｖ_２設定点に加算される電圧差を時間の関数として示す図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態による、暗視デバイスの性能を制御するための一連の動作又はプロセスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

同様の参照番号は、本開示全体を通じて同様の要素を識別するために使用されている。

【0012】

図１は、本発明の実施形態による、デジタル制御された電源及び関連するイメージ増倍器をブロック図で示す図である。具体的には、図１は、デジタル制御電源１５０によって給電され制御されるイメージ増倍管１１０を示す。増倍管１１０は、フォトカソード１１２と、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）１１４と、蛍光体層１１８を含むアノード１１６とを含む。

【0013】

デジタル電源（又は単に「電源」）１５０は、電源１５０自身によって使用され、増倍管１１０に伝達される電力を供給するバッテリ１５５又は他のエネルギー源を含む。電源１５０は、特に、制御ロジック１８０及び状態変数（又は設定）１８５（以下にさらに説明する）を格納する中央処理ユニット（ＣＰＵ）１６０及びメモリ１７０をさらに含む。バッテリ１５５は、制御電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３のそれぞれに電力を供給し、制御電圧Ｖ_１、Ｖ_２、及びＶ_３はそれぞれ、増倍管１１０の構成要素に印加される。これらの制御電圧の値は、制御ロジック１８０から受け取った命令にしたがってＣＰＵ１６０によって設定されることができる。

【0014】

可能な実施形態では、ＣＰＵ１６０は、フォトカソード１１２、ＭＣＰ１１４及びアノード１１６への電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３の印加をそれぞれ制御する回路を制御する。演算増幅器１９５は、アノード１１６に流れる電流Ｉ_３をセンシングするように構成される。電流Ｉ_３は、フォトカソード１１２で受光されている光１０の輝度を表し、ここで、Ｖ_１及びＶ_２は、蛍光体スクリーンの出力輝度を制御するように変更されていない。電流Ｉ_３の値は、制御ロジック１８０及びＣＰＵ１６０によって使用されることができ、例えば、Ｖ_１又はＶ_２の値を調整することができる（例えば、高輝度については高いＶ_１又はＶ_２、低輝度については低いＶ_１又はＶ_２）。電源１５０は、温度センサ１６４及びクロノメータ１６５も含む。

【0015】

デジタル制御電源１５０の利点は、入力光１０の関数として増幅管１１０の出力輝度を調整する制御スキームを、制御スキームがハードウェアに組み込まれている従来のアナログ電源とは異なり、電源が組み立てられた後に選択できることができることである。電源１５０のデジタル制御は、異なるパラメータ又は設定の調整を可能にし、特定の特徴を作動させ、及び／又は暗視デバイスが例えば輸出制限に適合することを確実にする。電源１５０のデジタル制御は、温度及び／又は使用法の観点から性能パラメータを補償するためにも使用されることができる。

【0016】

固定輝度制御

【0017】

電源１５０及び制御ロジック１８０の一つの機能は、入力光レベルの関数として増倍管１１０の出力輝度を制御することであり、増倍されたシーンが過度に明るくなることからユーザを保護することである。これに関して、図２は、本発明の実施形態による出力輝度対光レベルのプロットを示す図である。図示のように、出力輝度は、受光した光の所定のレベルを超えて、（所定の輝度限界の間に）ほぼ固定されているが、それにもかかわらず、典型的なアナログ電源の場合には、曲線２１０によって示されるように、アナログ回路の固有動作のために、わずかに上昇する傾向がある。

【0018】

一方、デジタル制御では、本発明の実施形態は、曲線２１０と同様であるが、曲線２１０のゆっくりとした上昇のない、出力輝度対光レベル曲線２２０を生成することができる。すなわち、曲線２２０は、輝度が約２×１０^－５ｆｃ （フットキャンドル）の後も正確に（ｔｒｕｌｙ）固定されたままであることを示す。この安定輝度出力は、制御電圧（例えば、フォトカソード制御電圧Ｖ_１）をドライブし、スクリーン電流（Ｉ_３）と固定値電流との間にゼロ差を作り出し、所望のスクリーン輝度を達成する制御ロジック１８０の結果である。制御電圧の操作について以下に説明する。

【0019】

温度補償

【0020】

例えば－５０℃から＋５０℃の、極端な範囲の作動条件下では、増倍管１１０及び電源１５０は、低光量レベルで安定した利得を維持し、より高い光レベルで出力輝度を制限することが期待される。上述のように、電源１５０内のパラメータ及び制御プロセスのいくつかは、電圧（Ｖ_１及びＶ_２）並びにＩ_３電流設定の調整によって達成される。ある条件下では。実施形態において、ゲイン補正アルゴリズムは、＜２×１０^－４ｆｃの光レベルと、＞２×１０^－４ｆｃの光レベルとに対応する２つの動作範囲を有する。より低いレベルの照明（＜２×１０^－４ｆｃ）では、増倍管１１０の出力は、ＭＣＰ電圧（Ｖ_２）を変化させることによって制御され得る。しかしながら、増倍器が十分に高い光レベルにさらされると、イメージは明るすぎる（＞２×１０^－４ｆｃ照明）ようになり、全光出力はＩ_３値を制限することによってキャップされる。図２に関連して説明したように、Ｉ_３電流をユーザ定義限界以下に保ことが可能である。この方法は自動輝度制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＢＣ）と称され、全ての調整パラメータが最低の制御設定に達するまで、スクリーン電流（Ｉ_３）が設定点を超えないようにします。このレベルのスクリーン電流を発生させる光レベルでは、電源はまず、Ｖ_２を変化させることによって出力の輝度を制御し、固定温度での最大許容出力輝度に対応する最大許容電流値Ｉ_３ ^ｍａｘを下回るスクリーン電流（出力輝度に線形的に関連する）を保つ。光レベルが増加するにつれて、Ｖ_２は最終的に最小値まで低下する。一旦Ｖ_２が第１の下限に達すると、カソード又はＶ_１電圧のデューティファクタを減少させることによって、発光出力が調節される。

【0021】

ＡＢＣがアクティブでない照明レベルの下では、ＭＣＰ電圧又はＶ_２を変更することによってゲイン温度補償が実行される。全てのより高い光レベルにおいて、出力輝度を変更するためにＶ_２を変更する代わりに、許容されるスクリーン電流を変化させ、室温よりも高温又は低温の環境において発光出力を制御する。電源１５０内の制御ロジック１８０は、温度と共に変化し得る供給電圧を制御するように構成される。この点に関し、温度センサ１６４が提供されており、ＣＰＵ１６０の一部であってもよく、又は、図示のように、ＣＰＵ１６０（図１）と通信する別個の構成要素であってもよい。

【0022】

温度の経過に伴って見られる電圧出力の変化は、光増倍器構成要素の変化、増倍管と電源とのインタフェースの変化（非理想的であるが、時には存在する）、及び電源が提供する電圧の変化によって駆動される。例えば、図３は、電源１５０の３つの制御電圧が、アクティブ補償なしで温度の変化にどのように反応するかを示すプロットを示す図である。図３のプロット線は、１２個の電源の平均的反応を表す。図に示すように、－５０°Ｃから＋５０°ＣまでのＶ_３の揺動は、室温（ＲＴ）値の周りで１００ボルトを超える。

【0023】

図４は、増倍管と対になった場合の、Ｖ_３（アノード電圧）の変化に対する出力ゲイン（室温で測定）の増倍器の応答を示す。

【0024】

温度の関数としての蛍光体光強度の依存性は、以下に示される：

【数1】

【0025】

活性化エネルギー（Ｅａ）に依存して、蛍光体の強度は、温度が低下するにつれて増加し得るか、又は一定に近くなり得る。実施形態による蛍光体システムでは、蛍光体の強度は、温度が低下するにつれて増加する。実施形態によれば、蛍光体効率変化に関するデータが収集され、制御ロジック１８０によって使用されて、動作温度の範囲にわたって電源１５０を補償する。

【0026】

ＭＣＰ１１４の入力への光電流は、放出確率に対するＶ_１電圧効果及び温度の関数としての材料特性の変化によって制御される。Ｖ_１は、図３に示すように、温度範囲にわたって約２０ボルト変化する。光応答（ＰＲ）は、フォトカソード１１２とＭＣＰ１１４の入力との間の電界強度の変化に伴って変化する。間隔は、温度と共に変化しないので、フォトカソード電流は、図５に示すように変化する。

【0027】

図５における依存性は、下記の式（２）によって記載される：

【数2】

【0028】

式（２）において、ＱＥは量子効率であり、Ｅは、Ｖ_１及びカソード出力とＭＣＰ入力との間の間隔によって制御される電界である。この式の唯一の他の因子は、βであり、カソード表面の放出確率の尺度（ｍｅａｓｕｒｅ）である。温度が変化するにつれて、フォトカソードバンドギャップも変化し、バンドギャップは温度が低下するにつれて大きくなる。バンドギャップが大きくなると、典型的には放出確率が高くなり、βが大きくなる。ただし、バンドギャップが大きくなると、スペクトルカットオフ周波数が大きくなる方向にシフトする。つまり、カソードはより長い波長の光子に対して感度が低くなる。これらの２つのシフトは、図６下の３つの動作温度に対するスペクトル応答曲線に示されている。

【0029】

最大の高さは改善された放出確率を示し、右側のスペクトルシフトはバンドギャップのシフトを示す。一旦、２，８５６Ｋの光源スペクトルでコンボリュートされる（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ）と、これは、カソード電圧が固定されたままであれば、温度の変化を伴うフォトカソードからの等価な光電流を導く。

【0030】

複数の作動値は、（上述のように）温度が変化するにつれて、イメージ増倍器アセンブリで変化する。概して、電源及び増倍管は、室温よりも低温でより効率的に作動し、より高温で劣っている（よりノイズが多い）。高温及び低温での挙動に関する米国政府の公式試験である温度試験（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｅｘｔｒｅｍｅｓ）は、測定が行われる３つの機能温度：ベースライン温度又は室温（～２３℃）、高温（公称＋５０℃）及び低温（公称－５０℃）を有する。補正しないままでは、様々なシフトが組み合わさって、温度で顕著な出力輝度の変化を引き起こす。出力輝度の変化（ゲイン）の程度は、室温でゲインが仕様内にある増倍器アセンブリが、出力輝度の典型的な７０％の増加により、低温で仕様外になるのに十分である。

【0031】

ＭＣＰ１１４のゲインは、温度変化当たり０．１％変化すると考えられる。ＭＣＰゲインは温度に伴って変化しないが、Ｖ_２（Ｔ）のみに伴って変化するため、この変数の調整はかなり良く制御され、これが、より低い光レベルに対するゲイン制御パラメータとして選ばれる理由である。

【0032】

一実施形態では、暗視デバイスは、温度駆動電圧変化の変化に伴う出力輝度の変化をモデル化するために、経験的データから導出された帰属輝度関係（Ｉｍｐｕｔｅｄ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）と称される作動電圧と発光出力との間の線形関係に基づいて構成される。

【0033】

輝度Ｂはフットランバート（ｆｏｏｔ Ｌａｍｂｅｒｔｓ）又はｆｌで与えられている場合、ＢとＶ_１、Ｖ_２及びＶ_３の関係は以下の通りである。数値係数は、パーセンテージの発光出力変化を表すことに留意されたい。

【数3】

【0034】

この式は、帰属輝度関係として知られており、Ｖ_２が３つの作動電圧のうちで、出力輝度に対して最も強い寄与因子であることを示している。したがって、Ｖ_２のボルト変化毎に、出力輝度は１．５％変化するが、Ｖ_３のボルト変化に対しては０．０５％ゲイン変化する。Ｖ_３への変化は大きさが大きいが（図３参照）、Ｖ_３のボルト変化当たりの出力輝度変化は、Ｖ_２電圧のボルト変化の場合よりも３０倍小さい。一実施形態では、周囲温度の関数としての作動電圧の電源変化は、各電源の最終テスト中に得られ、これらの変化は、温度でのＭＣＰ電圧（Ｖ_２）を変更するためにも使用できる。

【0035】

図３及び図４は、－５０℃で、主にＶ_２及びＶ_３電圧の変化のために、Ｉ_３センシング電流設定点のいかなる増加も伴わずに、増倍管の出力輝度が増加することを示している。これは、温度と共に変化する画像管蛍光体効率の変化を考慮していない。

【0036】

温度範囲にわたって低光量レベルゲインを制御するために、１つのアルゴリズムは、温度の関数としてのＶ_２の線形補正であり、ここで、勾配は、その１つの変化を補償するためにのみ調整される単純な勾配よりも大きい。上述のように、電源、時にはインタフェース及び増倍管の温度に伴う変化が存在する。増加した勾配ｍは、Ｖ_３変化、蛍光体効率変化、Ｖ_１変化（光応答及びＭＣＰゲインを増加させる）、及びＶ_２変化を含むこれらの全ての変化を説明する。この線形関係を式（４）に示す：

【数4】

【0037】

ＡＢＣ範囲の輝度変化（＞２×１０^－４ｆｃ）を補償するために、電源１５０では、Ｉ_３センシング電流が温度の関数として減少し、一次線形方程式として以下に表される：

【数5】

【0038】

式（５）において、ｍは、温度の関数としての全ての電源（ｓｏｕｒｃｅｓ）からの効率変化の結果としてのゲイン変化の勾配を最適に説明する補正ファクタのゲイン勾配である。

【0039】

製造環境では、温度にわたって効率が変化するために、各構成要素及び各電源を特徴付けることは実用的ではない。
このように、全般的な（ｇｅｎｅｒａｌ）経験的関係が、増倍管の通常の挙動及び個々の電源固有の変化（前述の電源レベルの最終試験データから）を説明するために使用される。

【0040】

また、ゲイン変化率は、室温を超える温度の方がより低い温度よりも大きい。Ｖ２は、光レベル＜２×１０^－４ｆｃにおいて変調され、Ｉ_３ ^ｍａｘは、２×１０^－４ｆｃを超える光レベルについて変調される。したがって、４つの線形ゲイン変化係数が、－５０℃から＋５０℃の範囲にわたって、低レベル及び高レベルの光に対して、イメージ増倍器アセンブリの発光出力を一定に維持するために採用される。式（４）及び（５）のｍ値の代わりとなる各係数は、以下のとおりである。

【0041】

Ｃ_１＝２３℃から＋５０℃までの低光量レベル（＜２×１０^－４ｆｃ）に対する係数；Ｖ_２は変化する （６）
Ｃ_２＝２３℃から－５０℃までの低光量レベル（＜２×１０^－４ｆｃ）の係数；Ｖ_２は変化する （７）
Ｃ_３＝２３℃ から＋５０℃までの高光量レベル（＞２×１０^－４ｆｃ）に対する係数；Ｉ_３ ^ｍａｘは変化する （８）
Ｃ_４＝２３℃から－５０℃までの高光量レベル（＞２×１０^－４ｆｃ）に対する係数；Ｉ_３ ^ｍａｘは変化する （９）

【0042】

係数を決定するために、イメージ増倍器アセンブリを＋５０℃、２３℃及び－５０℃において評価した。
これらの温度では、ゲインが測定される（ｆｌ／ｆｃでの光出力／光入力）。

【0043】

以下に述べるモデルでは、採用される用語は以下の通りである：

【0044】

Ｇ_ｘは温度レベルｘにおけるゲインである （１０）。

【0045】

ゲインの差は、ｘとｙが２つの温度レベルである場合、ΔＧ_ｘｙ＝Ｇ_ｘ－Ｇ_ｙとして与えられる。

【0046】

Ｔｘはレベルｘにおける温度

【0047】

Ｔ_Ｒ＝室温又は２３℃ （１２）

【0048】

Ｔ_Ｈ＝高温・公称５０℃ （１３）

【0049】

Ｔ_Ｃ＝低温又は－公称５０℃ （１４）

【0050】

温度差はΔＴ_ｘｙ＝Ｔ_ｘ－Ｔ_ｙと表され、ここでｘとｙは２つの温度レベルである。 （１５）

【0051】

Ｖ_２ボルトあたりのゲイン変化はδ_ｖで与えられ、０．０１５の値を保持する。 （１６）

【0052】

温度ｘから温度ｙへのＶ_２の変化ΔＶ_ｘｙである （１７）

【0053】

℃当たりの正規化されたゲイン変化は、Θで与えられ、ここで、正規化ファクタは室温ゲインＧ_Ｒである （１８）

【0054】

光レベル＜２×１０^－６ｆｃに対するＶ_２変化のモデルの基本形は：

【数6】

【0055】

２つの温度ｘとｙに対して線形係数Ｃｎが用いられる。低光量係数を導出するために、最初に極端な温度での２×１０^－４ｆｃのゲイン変化が計算される。この例では、－５０℃の低温が使用される。

【0056】

【数7】

【0057】

温度変化は、以下の通りである：

【数8】

【0058】

また、°Ｃ（又はＫ）当たりのｆｌ／ｆｃのゲイン変化は、次のようになる：

【数9】

【0059】

ベースライン室温ゲインを基準にしてゲイン変化を正規化するために、この量を室温２×１０^－６ｆｃゲインで割り、Θと称される項で得られるベースラインゲインによって正規化された、度ごとのフラクタルゲイン変化を示す。

【数10】

【0060】

冷温ゲイン（Ｃｏｌｄ ｇａｉｎ）を室温ゲインと同じに保つために必要なＶ_２変化を与えるために、ΘをδＶで割る。この量は、室温と冷温との間のゲイン変化に対する線形係数である。

【数11】

ここで、

【数12】

【0061】

その後、Ｖ_２変化は、Ｔ_２＜Ｔ_Ｒであり、光レベルが＜２×１０^－６ｆｃであるような、所与の温度Ｔ_２における温度変化のＣ２倍である。

【数13】

【0062】

同様に、２３℃＜Ｔ_２＋５０℃に対するＶ_２の変化の表現は、

【数14】

であり、ただし、光レベルは＜２×１０^－６ｆｃである。

【0063】

高光量条件２×１０^－４ｆｃについて、スクリーン電流の変化が含まれることを除いて、同様のアプローチが取られる。なお、発光ゲインとスクリーン電流値は線形比例するので、以下に示す比率は等しいと仮定されることに留意されたい。ここで、Ｉ_ｘは温度ｘにおけるスクリーン電流である。（２８）では、室温でのスクリーン電流（ｘ＝Ｒ）と上昇温度（ｘ＝２）との関係が示される。

【数15】

【0064】

そして、スクリーン電流の変化δ_Ｉ・Ｉは、次の形である。

【数16】

【数17】

又は、

【数18】

【0065】

ここで、δ_Ｉは、発光ゲイン線形係数（Ｃ_ｎ）に対するスクリーン電流と、Ｔ_Ｒからの温度差と、の積である。ΔＴ_２Ｒは、Ｔ_２とＴ_Ｒ間の温度差である。

【0066】

ここでは、Ｃ_ｎは電圧項の係数の場合と同じ形式であることに留意されたい：

【数19】

そして、以後

【数20】

【数21】

及び

【数22】

である。

【0067】

光レベル≧＝２×１０^－４ｆｃであるＴＲ以下の温度では、モデルＩ_２＝δ_ＩＩ_１＋Ｉ_１は次のようになる。

【数23】

【0068】

また、光レベルが＞２×１０^－４ｆｃである、ＴＲを超える温度では：

【数24】

【0069】

したがって、ＡＢＣが呼び出されるのに十分高い光レベルでの温度にわたる発光出力を補正するために、式（３７）及び（３８）の一般化されたバージョンが使用される。

【数25】

【0070】

ここでも、上記の線形制御方程式は、温度補償の最も基本的なバージョンである。より複雑なアルゴリズムは、さらに多くのパラメータで実装することができる。

【0071】

補償使用方法（Ｕｓａｇｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）

【0072】

光増倍器１１０の動作中、その応答は、ＭＣＰ１１４から抽出された電荷の量が増加するにつれて低下する傾向がある。加速信頼性試験は、平均故障間隔を決定するために、増倍器１１０及び関連する電源１５０を温度上昇及び高光量状態にさらすように設計され得る。この場合、故障は、所定の最低レベルまで性能が低下することである。信頼性試験中に、ゲイン、ＳＮＲ、ＥＢＩ（等価背景強度：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）の３つの基準が評価され得る。一般的に、ＥＢＩは信頼性試験が継続するにつれて低下する傾向にあり、ほとんどの場合、その値は仕様を下回っている。ＳＮＲは、通常、ゲインと同じレートではないが、信頼性試験では低下する。したがって、低ゲインがイメージ増倍器の典型的な故障モードである。上述のＶ_２及びＩ_３ＡＢＣの温度補償は、異なる光レベルの下でＭＣＰ１１４から抽出される電流量をある程度制御するのに役立つ。

【0073】

使用補償技術を開発するための最初のステップは、増倍器がＩ_３ＡＢＣ点に到達すると、ＭＣＰ１１４のゲインが抽出された電荷の関数として時間とともに減衰することを理解することである。クロノメータ１６５を含むデジタル制御電源１５０を使用すると、電源１５０は、増倍器をストレス下に置く条件、即ちＡＢＣ電流制限を強制的に実行する条件に対してカウンターをインクリメントすることができる。電源１５０は、ＣＰＵ１６０に組み込まれることができるか、別の構成要素であることができるか、又は制御ロジック１８０の一部であることさえできる。次のステップは、ＭＣＰ１１４から電荷が抽出されるとき、ＭＣＰ Ｖ_２電圧がどれだけ調整されなければならないかを決定し、温度がゲイン減衰に役割を果たすかどうかを決定することである。最後のステップは、製造された大多数の増倍器をカバーするが、分布の外部ユニット（ｏｕｔｌｙｉｎｇ ｕｎｉｔｓ）のための調整に限界を有するアルゴリズム又はモデルの開発である。

【0074】

図７は、本発明の実施形態による、いくつかの試験された増倍管１１０の信頼性について時間の関数として正規化されたゲインを示す図である。破線は、５つのフィルム化された（ｆｉｌｍｅｄ）増倍管の平均であり、実線は、５つの個別のフィルム化されていない（ｕｎｆｉｌｍｅｄ）増倍管である。

【0075】

フィルム化された増倍管の場合、ゲインは、試験の初期段階の間に増加するか、又は同一に保たれる。フィルム化されていない増倍管は、ストレス下に置かれると、ほぼすぐにゲインが低下することがわかる。ここでも、これらの曲線は、高光量パルス及び上昇温度を含む典型的な加速信頼性試験からのものである。補償アルゴリズムの係数を決定するために、フィルム化した増倍器を、温度の有無にかかわらず、同じ光レベルにさらし、Ｖ_２電圧をリセットして、時間の進行につれてゲインを維持した。

【0076】

図８Ａの曲線は、破線曲線が上昇温度であり、実線曲線が室温の場合の正規化されたゲイン曲線を示し、各曲線は５つの増倍管の平均である。正規化されたゲインの広がりの一部は、ゲイン測定機器の再現性によるものである。図８Ｂは、好ましくは、同じゲインを維持するために室温Ｖ_２設定点に加算される電圧差を、信頼性試験の時間の関数として示す図である。室温での試験で約５００時間後、Ｖ_２調整は１００時間毎に約１．２ボルト、昇温調整は１００時間毎に１．８ボルトである。結論として、温度を上昇させることは減衰速度を増加させるので、あらゆる使用補償アルゴリズムは、好ましくは、これを考慮に入れる。先に指摘したように、フィルム化されていない増倍管は、ほぼ直ちにゲインの減衰を経験するのに対して、フィルム化された増倍管は、ゲインが増加するか又は同じであり得る初期期間を有する。したがって、アルゴリズム又はモデルは、好ましくは、所定の期間が経過するまで、すなわちＶ_２増加の遅延、補正係数を適用しないように、構成される。最後に、分布の一部はいっそうゆっくりとした減衰を経験する可能性がある。そのような装置にフル補正を適用すると、補正されたゲインが許容上限を外れることになり得る。この場合、アルゴリズム又はモデルは、好ましくは、許容される電圧変化を最大補正にキャップし、その時点以降、電源１５０はＶ_２を増加させず、増倍器のゲインは低下し始める。前述したことを考慮して、一実施形態では、例示的使用アルゴリズムのパラメータは、ｔ_{ｄｅｌａｙ}、ΔＶ_２、δ（Ｔ）、ΔＶ_２ｍａｘ、Δｔを含み、ここで、ｔ_{ｄｅｌａｙ}は、アルゴリズムが適用される前に経過しなければならない時間であり、ΔＶ_２は、時間の関数としてＶ_２設定点に加えられる補正であり、δ（Ｔ）は、温度による補正であり、Δｔは、高光量条件における時間の量であり、ΔＶ_２ｍａｘは、最大許容Ｖ_２調整である。このようなパラメータでは、補償アルゴリズムの例は次のようになる。
［外１］

【0077】

当業者は、他のアルゴリズム又はモデルが、異なる及び／又はより多くのパラメータを用いて可能であることを理解するであろう。

【0078】

図９は、本発明の実施形態による、暗視デバイスの性能を制御するための一連の動作、方法又はプロセスを示すフローチャートである。説明したように、暗視デバイスは、電源と、電源と通信する、光増倍器としてのイメージ増倍管とを備える。９０２において、本方法は、電源によって、光増倍器としての光増倍管のマイクロチャネルプレートに、マイクロチャネルプレートのゲインを制御する制御電圧を供給するステップを含む。９０４において、本方法は、暗視デバイスの作動環境の温度の変化に起因する制御電圧の変化に基づいて、制御電圧に適用するための補償量を決定するステップと、を含む。９０６において、本方法は、補償量にしたがって制御電圧を調整して、補償制御電圧を取得するステップを含む。９０８において、本方法は、電源によって、イメージ増倍管の前記マイクロチャネルプレートに補償制御電圧を供給するステップを含む。一実施形態では、使用を考慮に入れて、方法は、さらに、暗視デバイスが所定の期間使用されたかどうか決定するステップ、を含むことができ、方法は、暗視デバイスが前記所定時間使用された後にだけ、光増倍管のマイクロチャネルに補償制御電圧を供給するように構成された方法である。

【0079】

要約すると、本明細書に記載する実施形態は、とりわけ、使用時間及び動作環境温度を考慮し、かつそれらを補償することによって、暗視デバイスの性能を制御するための強化された制御プロセスを提供する光増倍管のためのデジタル制御電源を提供する。

【0080】

開示された発明は、１つ以上の特定の実施例に具体化されたものとして本明細書に図示及び記載されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、特許請求の範囲と均等の範囲内で、様々な修正及び構造的変更を行うことができるため、示された詳細に限定されることを意図するものではない。さらに、実施形態のうちの１つからの種々の特徴を、実施形態の別のものに組み込むことができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、以下の特許請求の範囲に記載されている開示の範囲と一致する方法で広範に解釈されることが適切である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】