JP2000048743A - 平面形撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光電変換ターゲットと電界放出型陰極アレイを
有する平面型撮像装置において、低雑音ならびに陰極ア
レイ動作の安定化を実現する。 【解決手段】透光性基板３上の光電変換ターゲット７
と、対向する陰極基板４上の電界放出型陰極アレイの間
に、シールド−グリッド電極20を設ける。該電極20は基
板3,4 間のスペーサ部材５の段部９に係止する。スペー
サ部材５内部に電極リード21',24を設けて電極20および
透光性導体膜22を外部に電気的に接続する。透光性基板
３とスペーサ部材５は金属薄膜６により封着する。陰極
基板４下部にはゲッター室25がある。電子放出領域から
の電子ビームの広がりを抑えながら光電変換膜中で発生
・蓄積された信号電荷の空間分布を時系列電気信号とし
て外部に取り出す。光電変換膜23中から放出されるガス
による正イオン、余剰電子からエミッタ15とゲート電極
13の損傷が防護され、陰極アレイの動作安定、低雑音が
実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光子の入射によっ
て光電変換膜中で空間分布的に発生、蓄積された信号電
荷を電子ビームの走査によって時系列の電気信号として
読み出す平面型撮像装置と、その製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光電変換膜が入射光量に応じて信号電荷
を発生、蓄積し、この電荷を電子ビームによって時系列
的に外部回路に読み出し、入射光量の空間的分布に対応
した電気信号を発生する撮像装置として、光導電型撮像
装置が知られている。そして、前記電子ビームを照射す
る手段として、電界放出型陰極（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ Ｃａｔｈｏｄｅ）を用いた光導電型撮像装置
が特開平６−１７６７０４号において開示されている。

【０００３】図４は、この種の光導電型撮像装置の構造
を示す模式的な斜視図である。電界放出型陰極１００
は、基板１０１上に形成された陰極導体１０２を有して
いる。陰極導体１０２の上には絶縁層１０３が設けられ
ている。絶縁層１０３の上にはゲート電極１０４が設け
られている。絶縁層１０３とゲート電極１０４にはホー
ル１０５が形成されている。ホール１０５内に露出した
陰極導体１０２上には、コーン形状のエミッタ１０６が
設けられている。陰極導体１０２とゲート１０４は共に
帯状に形成され、互いに直交する方向に配設されてＸＹ
マトリクスを構成している。両電極をマトリクス駆動す
ることによって、その交点の任意の位置にあるエミッタ
群を選択して電子を放出させることができる。

【０００４】電界放出型陰極１００に対面して透光性基
板２００が設けられている。その内面には透光性の導体
膜２０１および光電変換膜２０２が順次積層されて光電
変換ターゲット２０３が構成されている。外部からの光
２０６は、透光性基板２００外面側から導体膜２０１を
透過して光電変換膜２０２に入射する構成になってい
る。

【０００５】上記の構成において、電界放出型陰極１０
０をマトリクス駆動し、エミッタ１０６から放出された
電子ビーム１０７で前記光電変換膜２０２を走査する。
光電変換膜２０２の電子ビーム走査側、即ち走査面は、
２次電子を放出しにくい材料且つ／または構造になって
おり、電子ビーム１０７が到達すると走査面の電位が降
下してゆくが、陰極導体１０２の電位に等しくなるとそ
れ以上電位ビーム１０７が到達し得なくなるため、電子
ビーム１０７の走査直後の走査面電位は陰極導体１０２
の電位に平衡する。透光性導体膜２０１には陰極導体１
０２に対して正のターゲット電圧ＶＴが印加されている
ため、光電変換膜２０２には透光性導体膜２０１側が正
で走査面側が負の向きの電界が印加されることになる。

【０００６】この状態で、外部からの入射光２０６が光
電変換膜２０２に入射するとその入射量に応じた電子正
孔対が光電変換膜中に発生し、前記電界によって電子は
透光性導体膜２０１側、正孔は走査面側に走行し、走査
面電位は到達した正孔によって陰極導体電位から上昇し
てゆく。再び電子ビーム１０７が到達すると、走査面電
位は陰極導体電位にリセットされ、その際、出力端子２
０５から入射光量の空間分布に対応する時系列電気信号
が得られる。

【０００７】また、入射光量に応じて信号電荷を発生、
蓄積する光電変換膜を有し、光電変換膜中で発生して蓄
積された信号電荷を、電子ビームによって時系列的に外
部回路に読み出して、入射光量の空間的分布に対応した
電気信号を発生する光導電型撮像管において、外部の前
置増幅器に電気的に接続して前記電気信号を読み出すた
めの前記透光性基板と前記光電変換ターゲットの構造と
しては、前記透光性基板を貫通した電極リードピンの一
端を前記透光性電極に接触させ、他端を前置増幅器に接
続させる構造がよく用いられている（参考文献１：坂
井、テレビジョン学会誌、第２９巻、第８号、ｐ．６４
８（５０）（１９７５））。

【０００８】従来、前記電極リードピンを前記透光性基
板２００に埋め込む製造方法として、以下の２通りが用
いられている。第１の方法としては、前記透光性基板に
超音波加工機などにより貫通孔を設けて、沸化アンモニ
ア溶液による該貫通孔周辺部のバリ取りと面取り処理、
表面研磨処理後、前記透光性導体膜を真空蒸着法または
スパッタリング法などにより形成する。つぎに前記電極
リードピンを挿入して、前記透光性導体膜と該電極リー
ドピンの真空側端面を超音波ハンダ加工法により封着す
る。また、第２の方法としては、ガラスからなる透光性
基板２００の製作時に電極リードピンを埋め込むもの
で、型枠中のガラスを軟融状態にして電極リードピンを
埋め込んだ後冷却させる。その後、該透光性基板の両
面、または真空側片面を研磨により所要の平滑面を得た
後、前記透光性導体膜を真空蒸着法またはスパッタリン
グ法などにより形成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
している第１の課題としては、上述した第１の従来技術
では、一般に前記コーン状のエミッタ１０６から約３０
度の広がりを持って電子ビームが放出されるといわれて
おり、光電変換膜２０２に到達する電子ビームはある程
度の広がりを持つことになる。このため、光電変換膜２
０２上の隣接する画素の走査面電位の一部もしくは全部
をも読み取ることになり、解像度が劣化しまたは／およ
び斜め入射した電子により２次電子が放出されて偽信号
となるという問題がある。

【００１０】本発明が解決しようとしている第２の課題
としては、図４を用いて説明したように、前記平面型撮
像装置では電子ビーム走査によって走査面電位をリセッ
トされてから再び電子ビーム走査を受けるまでの蓄積期
間中に入射光により発生した信号電荷で上昇する走査面
電位は、通常数Ｖ程度である。コーン状のエミッタ１０
６から電子を放出させるためにゲート電極１０４に印加
する電圧は通常数十Ｖから１００Ｖ程度とかなり高いた
め、ゲート電極１０４が正で光電変換膜２０２の走査面
側が負の減速電界が形成されており、エミッタ１０６か
ら放出された電子を充分引き出して走査面に到達させる
ことは困難であるという問題がある。また、光電変換タ
ーゲット２０３と電界放出型陰極１００をさらに近づけ
て電子を走査面に到達させようとすると、透光性導体膜
２０１とゲート電極１０４または／且つエミッタ１０６
との間の静電容量が大きくなるために応答特性が悪くな
って残像が大きくなるという問題、出力端子２０５に接
続される前置増幅器から見た出力容量が大きくなり電気
信号の周波数帯域特性が狭まるためにＳ／Ｎ比が劣化す
るなどの問題が発生する。

【００１１】本発明が解決しようとしている第３の課題
としては、前記平面型撮像装置では帯状の陰極導体１０
２とゲート電極１０４の両電極にパルス状の電圧を印加
することにより異なる位置に配置されたエミッタ１０６
から電子ビームを時間的に順次切り替えて放出させるマ
トリクス駆動を行なうため、近接して配置された透光性
導体膜２０１にパルス状の雑音が混入する問題がある。
特に、走査面電位に比べ陰極電極およびゲート電極の印
加パルス電圧が非常に高いため、前記パルス状雑音レベ
ルが出力信号と同等以上となる問題がある。

【００１２】本発明が解決しようとしている第４の課題
としては、エミッタ１０６から放出された電子が光電変
換膜に到達することによって走査面電位をリセットする
際、電子が光電変換膜に射突するために光電変換膜中か
ら膜形成時に吸着されたガスが真空中に放出され、ま
た、走査面電位リセット後の余剰電子および前記減速電
界のため発散角の大きな電子が電位の高いゲート電極に
射突・流入するためにゲート電極からの吸着ガスが真空
中に放出され、これらと残留ガスから発生した正イオン
が電位の低いエミッタ１０６に射突するため、エミッタ
およびゲート電極が損傷し、エミッションの劣化や真空
度低下によるエミッタの動作不安定を招くという問題が
ある。

【００１３】本発明が解決しようとしている第５の課題
としては、撮像管によく用いられている上記第２の従来
技術の第１の製造方法では、製造工程が複雑であり、ハ
ンダなどの金属の飛散物が前記透光性導体膜上に付着な
いしはハンダ金属の盛り上がりなどにより前記光電変換
ターゲットに欠陥が生じやすいなどの問題がある。ま
た、上記第２の従来技術の第２の製造方法では、整合性
の観点から前記電極リードピンおよび前記透光性基板両
者の材料が限定されること、製造工程において前記透光
性基板と前記電極リードピンという異種材料を同時に平
面研磨加工するために透光性基板上にきずが発生しやす
く前記光電変換ターゲットに欠陥が生じやすいこと、お
よび／若しくは平面研磨加工する前記電極リードピン周
辺部の前記透光性基板にクラックなどによるスローリー
クの発生が起こりやすいこと、などの問題がある。特
に、第１の従来技術に開示されている前記透光性電極を
電気的に切り離された複数の部分電極で構成した場合、
複数の電極リードピンが貫通した前記透光性基板を製作
する必要があるが、生産歩留まりの観点から高真空保持
と前記透光性基板の製作時のきず、歪みなどが問題とな
る。

【００１４】本発明が解決しようとしている第６の課題
としては、前記帯状の陰極導体１０２とゲート電極１０
４の両電極に外部からパルス状の電圧を印加すると、上
記平面型撮像装置の画素数の増加に伴い外部との接続電
極数が増加し、また、画素サイズが小さくなるに連れて
前記外部との接続電極幅および電極間隔が狭くなり物理
的に外部との接続が困難となる問題がある。加えて、前
記出力端子２０５から微弱な出力信号を外部に取り出し
た場合、前記陰極導体１０２とゲート電極１０４に接続
する外部ケーブルからパルス状の雑音が出力信号ケーブ
ルに混入する問題がある。

【００１５】本発明は、外部からの入射光によって光電
変換膜中に空間分布的に発生した正の信号電荷を、電界
放出型冷陰極からの電子ビーム走査によって時系列の電
気信号として読み出す平面型撮像装置において、前記電
界放出型冷陰極から放出された電子を効果的に前記光電
変換ターゲットに到達せしめ、信号電荷の読み取りに寄
与しない余剰電子または／および残留ガスなどからの前
記電界放出型冷陰極の損傷を防ぎ、かつ、前記電界放出
型冷陰極をマトリクス駆動する際の出力電気信号への駆
動パルス雑音の混入を低減させるなど、実際に機能する
素子としての構造上の種々の問題点を解決することを目
的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
された平面型撮像装置は、少なくとも外部からの入射光
が透過する透光性導体膜と該入射光により信号電荷を発
生する光電変換膜とからなる光電変換ターゲットが内面
に形成された透光性基板と、電子を放出する複数の電界
放出型エミッタを有する帯状の陰極導体と該エミッタか
ら電子を引き出すための陰極電極と直交する帯状のゲー
ト電極とからなる電界放出型陰極とが対面して、かつ各
外周部の間にスペーサ部材を設けて内部を高真空状態に
保持する外囲器を有しており、該外囲器内において前記
透光性基板と前記電界放出型陰極との間にシールド−グ
リッド電極が設けられたことを特徴とする。

【００１７】前記第１から第４の課題は、前記シールド
−グリッド電極を前記透光性基板と前記電界放出型陰極
との間に設け、前記エミッタから電子を引き出すために
前記ゲート電極に印加される電位より高い電位を前記シ
ールド−グリッド電極に印加し、かつ、前記シールド−
グリッド電極と前記陰極導体の最低電位またはアース電
位との間にコンデンサーを介して電気的に接続すること
で、解決または著しく改善することができる。

【００１８】本発明の請求項３に記載された平面型撮像
装置は、少なくとも外部からの入射光が透過する透光性
導体膜と該入射光により信号電荷を発生する光電変換膜
とからなる光電変換ターゲットが内面に形成された透光
性基板と、電子を放出する複数の電界放出型エミッタを
有する帯状の陰極導体と該エミッタから電子を引き出す
ための陰極電極と直交する帯状のゲート電極とからなる
電界放出型陰極とが対面して、各外周部の間にスペーサ
部材を設けて内部を高真空状態に保持する外囲器を有し
ており、前記光電変換ターゲットから前記外囲器外に電
気信号を取り出すために一端が前記透光性電極に接触
し、他端が前記光電変換ターゲットと前記封着部以外の
部分を直接又は間接的に貫通した電極リードを有してい
ることを特徴とする。

【００１９】前記第５の課題は、前記電極リードを前記
光電変換ターゲットから前記外囲器外に電気信号を取り
出すために一端が前記透光性電極に接触し、他端が前記
光電変換ターゲットと前記封着部以外の部分を直接又は
間接的に貫通させるとともに、前記透光性電極に接触す
る部分を除く外囲器内の電極リード部分を絶縁性物質で
覆うか若しくは外囲器壁面内部に形成することなどで外
囲器内の迷走電子が電極リードに流入して偽信号となる
ことなく、解決することができる。

【００２０】さらに上記平面型撮像装置において、前記
シールド−グリッド電極を複数の部分電極で構成し、個
別の電圧を印加することによって前記１から４の課題を
より効果的に解決または改善することができる。

【００２１】また、前記第６の課題は、前記陰極導体と
ゲート電極にパルス状の印加電圧を与える少なくともシ
フトレジスタとドライバから構成される駆動回路を上記
平面型撮像装置の外囲器内に設置することで解決、また
は著しく改善できる。さらに／または、前記透光性電極
からの出力信号を外囲器内に設置された前々置増幅器、
または／且つ前置増幅器により増幅させた後、外部に出
力信号として取り出すことでより効果的に解決または著
しく改善することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】（実施例１） 図１に本発明の第一の実施
例の平面型撮像装置の断面を示す。本平面型撮像装置
は、基本的に、外部からの入射光１に応じて信号電荷を
発生・蓄積する光電変換ターゲット７が高真空側に形成
された透光性基板３と、光電変換ターゲット７に空間分
布的に蓄積された信号電荷を時系列電気信号として読み
出すための電子ビームを放出する電界放出型陰極１０を
高真空側に形成された絶縁性材料からなる陰極基板４
と、前記電界放出型陰極１０から放出された電子ビーム
を効果的に前記光電変換ターゲット７に到達させ、且つ
外囲器内部に存在する迷走電子、余剰電子および残留ガ
スイオンなどから前記電界放出型陰極１０への損傷を防
護し、且つ前記電界放出型陰極１０から電子ビームを放
出する位置を時間的に切り替えるための駆動パルスによ
る光電変換ターゲットへの飛び込み雑音を著しく低減す
るためのシールド−グリッド電極２０と、前記透光性基
板３と前記陰極基板４と前記シールド−グリッド電極２
０を互いに対面保持させ、且つ内部を高真空状態に保つ
ための段部９を有する絶縁性材料からなるスペーサ部材
５と、封着後の内部の高真空状態を保持するためのゲッ
タ２６を内包するゲッタ室２５から構成される。前記透
光性基板３、前記陰極基板４、および前記スペーサ部材
５で外囲器２が構成される。

【００２４】前記透光性基板３には、例えば可視光撮像
の場合ガラス基板が用いられるが、紫外光撮像にはサフ
ァイヤや石英ガラスが、またＸ線撮像には金属Ｂｅ，Ａ
ｌ，Ｔｉ，ＢＮおよびＡｌ₂ Ｏ₃ など、公知の基板材料
を撮像する光の波長に応じて用いれば良い。前記透光性
基板３の高真空側には、前記透光性導体膜２２と前記光
電変換膜２３とが積層して形成されて光電変換ターゲッ
ト７を構成している。前記透光性導体膜２２は、例えば
ＳｎＯ₂ 膜、ＩＴＯ膜またはＡｌなどの金属薄膜を真空
蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、またそ
の後例えばフォトリソグラフィ法により複数の帯状電極
として形成される。前記光電変換膜２３には、従来から
知られているＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｃｄ，
Ｚｎ，Ａｓ，Ｔｅなどからなる半導体材料を真空蒸着法
などで形成されて用いるが、なかでも非晶質Ｓｅを主体
とする半導体材料を用いて高電界を印加した場合、膜内
で信号電荷のアバランシェ増倍を生じさせて感度を飛躍
的に高めることができる。前記光電変換膜に電圧を印加
し、且つ信号電荷を外部に取り出すために、前記透光性
導体膜２２に接触した丸く曲げられたコンタクト部を有
するスペーサ部材５内部に形成された電極リード２４を
介して前記陰極基板４上に形成されたパターン電極リー
ドにより外部へ接続される。

【００２５】前記陰極基板４には、例えばガラス、セラ
ミックスなどの絶縁性基板、およびＳｉなどの半導体基
板などが用いられる。前記陰極基板４上に、複数の帯状
の陰極導体１１が例えばスパッタリング法、真空蒸着法
などにより例えばＡｌなどの金属で形成され、該帯状の
陰極導体１１上の駆動領域全面に例えばＳｉＯ₂ などか
らなる絶縁層１２がスパッタリング法、真空蒸着法など
により形成される。該絶縁層１２上に前記帯状の陰極導
体１１と直交するようにして複数の帯状のゲート電極１
３が例えばスパッタリング法、真空蒸着法などによりＭ
ｏなどの金属で形成後、該ゲート電極１３と前記陰極導
体１１の交差する領域には該ゲート電極１３および前記
絶縁層１２を貫通して陰極導体１１が露出した一つまた
は複数のホール１４が例えばフォトリソグラフィ技術な
どを用いて形成される。さらに、該ホール内部に例えば
Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｔなどの高融点金属からなるコーン
状のエミッタ１５が例えば真空蒸着法などにより形成さ
れる。駆動領域外の陰極導体１１およびゲート電極１３
は外囲器２の外に導出され、外部からの駆動回路に接続
される。前記陰極導体１１と前記ゲート電極が互いに直
交したマトリクス構造が形成されるため、任意の前記陰
極導体１１と任意の前記ゲート電極との間に電圧を印加
することで、両電極が交差する領域に配設されたエミッ
タ１５から電子を放出させることができる。

【００２６】前記シールド−グリッド電極２０には、撮
像管に用いられている例えばＮｉ，Ｃｒの合金からなる
保持枠を有した銅メッシュを用いても構わないが、前記
電界放出型陰極の前記エミッタ群が形成されている領域
に対応して貫通孔が多数設けられた例えばＮｉ，Ｃｕ，
Ａｌなどの金属薄膜、または前記電界放出型陰極の前記
エミッタ群が形成されている領域に対応して貫通孔が多
数設けられたガラス、セラミックスなどの絶縁性材料の
基板上の両面に例えばＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｃｏな
どの金属またはそれらを含む合金などを真空蒸着法、ス
パッタリング法、化学鍍金法などにより形成されたもの
がより好適である。また、形成された金属薄膜をフォト
リソグラフィ法により複数に分割して別々の電位を与え
ることでさらに効果的に前記電子ビームを前記光電変換
ターゲットに集束・到達させることが可能となる（図
３）。なお、前記シールド−グリッド電極上に設けられ
た貫通孔の形状は、円形である必要はなく、矩形、三角
形など任意の形状でかまわない。

【００２７】前記スペーサ部材５には、ガラス、セラミ
ックスなどの絶縁性材料が用いられ、高真空側内面の一
部または全面に前記シールド−グリッド電極２０および
／または前記透光性基板３を保持するための段部９、
９’を有し、段部９、９’には熱膨張係数が近い例えば
Ｍｏ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｔｉなどの金属
またはそれらを含む合金からなる電極リードピン２
１’、２４が埋め込まれて形成されている。該段部９の
前記シールド−グリッド電極と接する面の少なくとも一
部には、真空蒸着法、スパッタリング法、化学鍍金法な
どにより熱膨張係数が近い例えばＭｏ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕなどの金属またはそれらを含む合
金などからなる薄膜を形成し、該金属薄膜、前記電極リ
ードピン、およびＩｎ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｒなどの延伸性
金属からなる金属柱ないしは金属ボールが配置された前
記陰極基板上に形成されたパターン金属とからなる電極
リード２１が形成され、外部からシールド−グリッド電
極および前記透光性導体膜に電圧を印加し、また出力信
号を読み出せる構造になっている。

【００２８】前記ゲッタ室２５には、ガラス、セラミッ
クスなどの絶縁性材料が用いられ、その内部に例えばＴ
ｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｂａなどからなる薄膜ゲッター、蒸発
ゲッター、非蒸発ゲッター群から選択された一つ以上の
種類のゲッター２６が配置されている。該ゲッター室２
５と前記外囲器２とは、前記陰極基板４内に設けられた
貫通孔４ａを介して連通している。

【００２９】前記透光性基板３の外周部内面とこれに対
面する前記スペーサ部材５の上面との間には、例えばＩ
ｎ，Ａｕなどの延伸性金属スペーサ６を配置し、該金属
スペーサを真空または大気中において高周波誘導加熱に
より溶融または軟融させる方法で封着する。また、さら
に圧力を加えることでより効果的に封着することができ
る。また、前記透光性基板３の外周部内面とこれに対面
する前記スペーサ部材５の上面とに、イオンプレーティ
ング法、真空蒸着法、スパッタ蒸着法などにより例えば
Ａｕ、Ａｌなどの金属薄膜を形成後、例えば水素処理
法、機械的な研磨法、イオンエッチング法などにより該
金属薄膜の清浄活性面を形成することで表面活性化によ
る常温接合法により封着しても同様の効果が得られる。
特に、非晶質Ｓｅを主体とする半導体材料を用いた前記
光電変換膜２２では、長時間にわたり５０℃以上の高温
状態に置かれた場合結晶化しやすくなり、その特性を著
しく損なう恐れがあるため、後者の方がより好ましい。

【００３０】前記スペーサ部材５の下面とこれに対面す
る前記陰極基板４の上面との間、および前記ゲッタ室２
５の上面とこれに対面する前記陰極基板５の下面との間
には、例えば低融点フリットガラスなどのガラス接着剤
の塗布により封着される。また、前記シールド−グリッ
ド電極２０の前記スペース部材段部９上面部と前記スペ
ーサ部材５の段部９近傍の側面との間に図示しない例え
ば低融点フリットガラスなどのガラス接着剤により固着
されるか、若しくは前記シールド−グリッド電極２０の
段部９に接する面と段部９上面に形成された例えばＭ
ｏ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕなどの金属ま
たはそれらを含む合金などからなる薄膜とを例えば表面
活性化による常温接合法や陽極接合法などにより接着さ
せても構わない。

【００３１】上記の平面型撮像装置において、外部から
の光１が前記透光性基板３および前記透光性導体膜２２
を透過して前記光電変換膜２３に到達してその入射光量
に応じた電子正孔対が膜内に発生し、正孔が走査面側に
走行して信号電荷として蓄積される。前記光電変換膜２
３に対向する前記陰極基板４上に形成された前記ゲート
電極１３と前記陰極導体１１との間に１００Ｖ程度印加
すると前記エミッタ１５から約３０度の広がりを持った
電子ビームが真空中に放出され、前記シールド−グリッ
ド電極２０に向かう。この際、該シールド−グリッド電
極２０は前記ゲート電極より高い電圧を印加されている
ため、該シールド−グリッド電極に正、該ゲート電極に
負の加速電界が生じており、電子ビームの広がりが抑え
られる。前記シールド−グリッド電極に到達した電子ビ
ームの内の広がりの大きな電子は該シールド−グリッド
電極に流入し、さらに広がりの小さな電子ビームが該シ
ールド−グリッド電極の貫通孔を通過して前記光電変換
膜に到達し、走査面上に蓄積されていた前記信号電荷を
読み取って走査面電位をリセットする。

【００３２】特に請求項２に記載された条件式を満たし
た例えば前記光電変換膜と前記シールド−グリッド電極
との距離を０．２９ｍｍ、前記シールド−グリッド電極
の印加電圧３５０Ｖのとき、前記シールド−グリッド電
極と前記ゲート電極との距離を０．１ｍｍ−０．９ｍｍ
まで離すことが可能になり且つ電子ビームの広がりが著
しく抑えられるため、前記出力容量の低減、ターゲット
に到達する電子ビーム量の増加、解像度の向上および偽
信号などが著しく改善できる。またこのとき、該電子ビ
ームが該光電変換膜に低速度で射突するため、該光電変
換膜中に吸着されていたガスまたは／および該光電変化
膜の組成物質が真空中にイオン化して放出される場合が
あるが、前記シールド−グリッド電極の電位が高いため
該光電変換膜に再付着する。また、信号電荷の読み取り
に寄与しなかった余剰電子は、前記シールド−グリッド
電極に戻って流入する。このため、ガスイオンや余剰電
子による前記ゲート電極１３および前記エミッタ５への
射突による損傷が防護できる。

【００３３】互いに直交する複数の前記ゲート電極１３
と前記陰極導体１１とに時間的に順次パルス状の電圧を
印加することで異なる場所の前記エミッタ１５から電子
ビームを放出させることで、前記光電変換膜２３上に蓄
積された信号電荷の空間分布を時系列の電気信号として
読み出すことができる。この際、各前記ゲート電極と前
記陰極導体から発生するパルス状雑音は、前記シールド
−グリッド電極に飛び込んで図示しない前記シールド−
グリッド電極とグランド電位とに接続されたコンデンサ
によりグランドに流入させることで、前記光電変換ター
ゲット７への飛び込みを著しく低減することができる。
また、前記シールド−グリッド電極を図３のように水平
走査線方向と平行に複数に分割しても良く、前記エミッ
タ１５から電子が放出される位置に該当する前記シール
ド−グリッド電極だけに例えば３５０Ｖ印加し、他の前
記シールド−グリッド電極の印加電圧を数十Ｖ〜百Ｖ下
げるか、ないしはグランド電位とすることで、前記電子
ビームを前記光電変換ターゲットにより効果的に集束・
到達させることが可能となる。この際、該シールド−グ
リッド電極に水平走査線毎にパルス状の印加電圧を加え
ることになるが、水平走査帰線期間中に切り替えるた
め、出力信号へパルス状雑音として混入しにくい。

【００３４】前記透光性導体膜２２を複数の帯状電極と
して形成した場合、該帯状電極の各々に対する相対的に
同じ位置に対して、同時に複数の前記エミッタ１５から
電子ビームを放出させることで、各領域に対応する前記
光電変換膜２３上に蓄積された信号電荷の空間分布をそ
れぞれ時系列の電気信号として読み出すことができる。
前記透光性導体膜２２を帯状電極にすることで外部回路
から見た出力容量を大幅に低減でき、且つ駆動周波数が
著しく低減でき、且つ必要な前記電気信号の周波数帯域
を狭くできるため、前記前置増幅器の設計を容易にし、
且つ良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。前記透光
性導体膜２２の各帯状電極から出力された電気信号は、
各々外部の前記前置増幅器で増幅された後、合成回路に
よって一連の時系列電気信号として取り出される。

【００３５】（実施例２）図２に本発明の第二の実施例
の平面型撮像装置の断面を示す。第一の実施例と機能が
対応し、構造が実質的に同一と見なせる部分について
は、図１と同一の符号を付して説明を必要に応じ省略す
る。本実施例では、透光性基板３、陰極基板４およびス
ペーサ部材５で外囲器２が構成されており、ゲッター２
６、駆動回路１６および信号読み出し回路１７は外囲器
内に配置されている。

【００３６】前記陰極導体およびゲート電極にパルス状
の印加電圧を与えるシフトレジスタまたは／およびドラ
イバからなる前記駆動回路１６は、前記陰極基板４上に
配置してある。前記陰極基板４にガラス、セラミックス
の絶縁性基板を用い、該陰極基板４上に前記陰極導体１
１、前記絶縁層１２、前記ゲート電極１３および前記エ
ミッタ１５を形成後、その周囲に別に製作したＳｉより
なる前記駆動回路１６の半導体チップを配置し、ワイヤ
ーボンディング、または公知のボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）などにより該当する電極に接続しても構わな
いが、前記陰極基板４にＳｉなどの半導体基板を用い、
公知のＬＳＩ製作技術を用いて前記電子放出部の形成時
に同時に前記駆動回路１６を形成したものがより好適で
ある。駆動回路１６を内部に配置したので、シフトレジ
スタへのパルス波形、前記ゲート電極および前記陰極導
体への直流電圧だけとパターン電極リード２１の所要本
数が著しく減少し、外部ケーブルからパルス状の雑音が
出力信号ケーブルに混入する問題が解決または著しく低
減される。

【００３７】前記透光性電極からの出力信号を増幅する
前々置増幅器または／および前置増幅器からなる前記信
号読み出し回路１７は、前記駆動回路１６と同様に前記
陰極基板４上に配置してある。前記透光性導体膜２２と
該前記信号読み出し回路１７とは、前記スペーサ部材５
に形成された電極リードピン２４の上下端面に配置した
Ｉｎ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｒなどの延伸性金属からなる金属
柱ないしは金属ボールを介して電気的に接続される。前
記信号読み出し回路１７からの出力信号の外部への取り
だしおよび前記透光性導体膜２２への電圧の印加は、前
記陰極基板４上に形成された別の電極リード２１を介し
て行われる。本平面型撮像装置内部で微弱な出力信号を
増幅した後外部へ取り出すため、良好なＳ／Ｎ比を有す
る出力信号が得られる。

【００３８】前記ゲッター２６には、例えばＴｉ，Ｔ
ａ，Ｚｒ，Ｂａなどからなる薄膜ゲッター、蒸発ゲッタ
ー、非蒸発ゲッター群から選択された一つ以上の種類が
用いられる。蒸発ゲッターを用いた場合、例えば通電、
外部からの高周波加熱などにより前記スペース部材５内
壁にゲッターミラー５０を形成する。また、前記駆動回
路１６または／および信号読み出し回路１７上面を例え
ばガラス接着剤などでモールドした後、該ガラス接着剤
上面の一部または全面に前記ゲッターミラー５０を形成
しても駆動や信号読み出しに支障ない限り構わない。さ
らに前記ゲッター２６および形成されたゲッターミラー
５０を別の電極リード２１を介して電気的にグランド電
位に接続させることで電磁シールドとしての効果が得ら
れ、出力信号への駆動回路からのパルス状雑音を一層低
減ないしは解決することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、外部からの入射光量に
応じて光電変換膜中に発生・蓄積された正電荷の空間的
分布を、ＸＹマトリクス構成の電界放出型陰極アレイの
電子放出領域からの電子ビームを時間的に切り替えて放
出させることにより時系列の電気信号として取り出す平
面型撮像装置において、光電変換ターゲットと電界放出
型陰極アレイの間にシールド−グリッド電極を設けるこ
とで、出力信号への陰極駆動に伴うパルス状雑音の遮断
および電子やイオン射突からの電界放出型陰極の防護を
解決または著しく低減でき、且つ前記陰極から放出され
た電子ビームを効率良くターゲットに到達させて解像
度、および信号に寄与する電子ビーム量の向上を図るこ
とができる。また、シールド−グリッド電極を設けるこ
とで電子ビームの広がりが著しく抑制できるため、シー
ルド−グリッド電極がないときの光電変換ターゲットと
電界放出型陰極との距離に比べ、光電変換ターゲットと
シールド−グリッド電極との距離を離すことが可能とな
り、外部回路から見た出力容量を大幅に低減できる結
果、出力信号の周波数帯域特性が大幅に改善されて良好
なＳ／Ｎ比を確保することができる。さらに、具体的な
信号読み出し電極構造、シールド−グリッド電極保持構
造、駆動回路と信号読み出し回路一体構成、および、封
止構造を提供することで、実用に即した平面型撮像装置
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による平面型撮像装置の第一の実施形態
を示す断面図である。

【図２】本発明による平面型撮像装置の第二の実施形態
を示す断面図である。

【図３】本発明による平面型撮像装置に用いられるシー
ルド−グリッド電極の平面図である。

【図４】従来の平面型撮像装置の基本構成を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１，２０６ 入射光 ２ 外囲器 ３，２００ 透光性基板 ４，１０１ 陰極基板 ４ａ 貫通孔 ５ スペーサ部材 ６ 封着部を構成する金属スペーサまたは金属薄膜 ７，２０３ 光電変換ターゲット ９ シールド−グリッド電極用スペーサ段部 ９’透光性基板用スペーサ段部 １０，１００ 陰極電極としての電界放出型陰極 １１，１０２ 陰極導体 １２，１０３ 絶縁層 １３，１０４ ゲート電極 １４，１０５ ゲートホール １５，１０６ 電界放出型エミッタ群を構成するエミッ
タ １６ 駆動回路 １７ 信号読み出し回路 ２０ シールド−グリッド電極 ２１ 電極リード ２２，２０１ 透光性電極としての透光性導体膜 ２３，２０２ 光電変換膜 ２１’，２４ スペーサ部材内電極リード ２５ ゲッター室 ２６ ゲッター ２０５ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 満 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 高山 勝己 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 山岸 敏郎 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 難波 正和 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 岡崎 三郎 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 谷岡 健吉 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも外部からの入射光が透過する
   透光性電極と前記入射光によって信号電荷を発生する光
   電変換膜とからなる光電変換ターゲットを有する透光性
   基板と、複数の電界放出型エミッタ群を有する陰極電極
   と前記電界放出型エミッタ群から電子ビームを引き出す
   ためのゲート電極を有する陰極基板と、前記電界放出型
   エミッタ群の中で電子を放出する電界放出型エミッタ群
   を任意に選択できる手段と、前記光電変換膜中の任意の
   場所で発生して蓄積された信号電荷を読み取り電気信号
   を発生する手段を備え、前記光電変換ターゲットと前記
   陰極基板の各外周部の間にスペーサ部材を設けて内部が
   高真空状態で保持されるように封着部と外囲器を有する
   撮像装置において、前記電界放出型エミッタ群から放出
   された電子を前記光電変換ターゲットへ効率良く到達さ
   せ、且つ前記外囲器内に存在する電子やイオンによる前
   記陰極基板への損傷を防護し、且つ前記電気信号に混入
   する雑音を低減させるためのシールド−グリッド電極を
   有することを特徴とする平面形撮像装置。
2. 【請求項２】 前記シールド−グリッド電極と前記ゲー
   ト電極との電位差をＶｇｍ、該ゲート電極から該シール
   ド−グリッド電極までの距離をＬｇｍとするとき、該Ｌ
   ｇｍが、 Ｌｇｍ≦｛（２５＋１５Ｖｇｍ）^1/2 −５｝／６０ を満足する位置に該シールド−グリッド電極が配設され
   ることを特徴とする請求項１に記載の平面型撮像装置。
3. 【請求項３】 少なくとも外部からの入射光が透過する
   透光性電極と前記入射光によって信号電荷を発生する光
   電変換膜とからなる光電変換ターゲットを有する透光性
   基板と、複数の電界放出型エミッタ群を有する陰極電極
   と前記電界放出型エミッタ群から電子ビームを引き出す
   ためのゲート電極を有する陰極基板と、前記電界放出型
   エミッタ群の中で電子を放出する電界放出型エミッタ群
   を任意に選択できる手段と、前記光電変換膜中の任意の
   場所で発生して蓄積された信号電荷を読み取り電気信号
   を発生する手段を備え、前記透光性基板と前記陰極基板
   の各外周部の間にスペーサ部材を設けて内部が高真空状
   態で保持されるように封着部と外囲器を有する撮像装置
   において、一端が前記透光性電極に接触し、他端が前記
   光電変換ターゲットと前記封着部以外の部分を直接又は
   間接的に貫通した電極リードを有し、前記外囲器の外に
   前記光電変換膜中の任意の場所で発生して蓄積された信
   号電荷を読み取り電気信号を取り出す構造を有すること
   を特徴とする平面形撮像装置。
4. 【請求項４】 前記陰極基板から放出された前記電子ビ
   ームを効率良く前記光電変換ターゲットに集束・到達さ
   せ、且つ／又は前記外囲器内に存在する電子やイオンに
   よる前記陰極基板への損傷を防護するために、印加電圧
   の異なる複数に分割されたシールド−グリッド電極を有
   することを特徴とする請求項１又は２記載の平面形撮像
   装置。
5. 【請求項５】 前記陰極基板が、マトリクスを構成する
   複数の陰極電極とゲート電極を有し、前記光電変換膜中
   の任意の場所で発生して蓄積された信号電荷を読み取る
   ために、前記光電変換膜中の該場所に対応した前記電界
   放出型エミッタ群を選択する駆動回路の少なくとも一部
   が前記外囲器の内部に設けられ、または前記駆動回路の
   少なくとも一部が前記陰極基板上に前記陰極電極および
   前記ゲート電極と一体化して設けられていることを特徴
   とする請求項１又は２又は３記載の平面形撮像装置。
6. 【請求項６】 前記透光性電極に印加する電圧を供給
   し、前記光電変換膜中の信号電荷を読み取り電気信号を
   取り出す信号読み出し回路の少なくとも一部が前記陰極
   基板内に前記陰極電極および前記ゲート電極と一体化し
   て一つ以上設けられていることを特徴とする請求項１又
   は２又は３記載の平面形撮像装置。
7. 【請求項７】 前記スペーサ部材が、前記シールド−グ
   リッド電極外周縁の少なくとも一部を係止する段部を備
   え、または／且つ前記透光性基板外周縁を係止する一部
   に段部を有していることを特徴とする請求項１又は２又
   は３記載の平面形撮像装置。
8. 【請求項８】 請求項１又は２又は３又は７記載の平面
   形撮像装置を製造するための平面形撮像装置の製造方法
   において、前記透光性基板の外周部内面とこれに対面す
   る前記スペーサ部材の上面とに、それぞれＡｕまたはＡ
   ｌなどの金属薄膜の清浄活性面を形成し、該金属薄膜の
   清浄活性面同士を真空中における拡散接合または通電ま
   たは高周波誘導による加熱で拡散融合させるなどの加圧
   以外による方法で封着することを特徴とする平面形撮像
   装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１又は２又は３又は７記載の平面
   形撮像装置を製造するための平面形撮像装置の製造方法
   において、前記透光性基板の外周部内面とこれに対面す
   る前記スペーサ部材の上面との間に、ＩｎまたはＡｕな
   どの延伸性の金属スペーサを配置し、該金属スペーサを
   真空または大気中において高周波誘導加熱により溶融ま
   たは軟融させる方法で封着すること、または、さらに加
   圧を付加して封着することを特徴とする平面形撮像装置
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記外囲器内に、薄膜ゲッター、蒸発
    ゲッター、非蒸発ゲッターからなる群から選択された一
    つ以上の種類のゲッターが配設されることを特徴とする
    請求項１又は２又は３又は７記載の平面形撮像装置。
11. 【請求項１１】 少なくとも前記スペーサ部材に封着部
    以外の段部を備え、該段部と前記透光性電極が接触し、
    前記スペーサ部材内に電極リードを有することを特徴と
    する請求項１又は２又は３記載の平面形撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記シールド−グリッド電極の少なく
    とも一部が薄膜状で前記陰極基板上に形成されているこ
    とを特徴とする請求項１又は２又は４記載の平面形撮像
    装置。
13. 【請求項１３】 請求項１又は２又は３又は７記載の平
    面形撮像装置を製造するための平面形撮像装置の製造方
    法において、請求項８記載の前記金属薄膜がイオンプレ
    ーティング法、真空蒸着法、スパッタ蒸着法からなる群
    から選択された方法で形成されることを特徴とする平面
    形撮像装置の製造方法。