JP2010103110A - 画像センサーを位置合わせする装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像デバイス内において画像センサーを正確に位置合わせできる撮像デバイス及び位置合わせ方法を提供すること。
【解決手段】画像センサーを位置決合わせする撮像デバイス及び撮像デバイス内で画像センサーを位置決合わせする方法が開示される。撮像デバイスは、ハウジングと、ヘッダーを含む画像センサーアセンブリと、ヘッダーにマウントした画像センサーを含む。画像センサーアセンブリのヘッダーは、ハウジングに連結される。ヘッダーに対して画像センサーを位置合わせする手段を備えている。撮像デバイスのハウジングに対してヘッダーを位置合わせする手段も備えている。画像センサーと撮像デバイスのハウジングとの間の距離が予め決められるように、画像センサーアライメント手段とヘッダーアライメント手段との隔離距離が予め決められる。
【選択図】図１

Description

画像増強デバイスは、暗い環境を、見る人が感知できる明るい環境に変換するための暗視装置に使用される。暗視装置は、工業的、商業的及び軍事的に応用される。画像増強デバイスは、暗い環境で、その環境に存在しているが人間の目では感知できない、赤外光スペクトルの低周波成分を含んだ微量の光を集める。デバイスは、人間の目が画像を感知できるようにその光を増幅する。画像増強デバイスからの出力光は、カメラ、外部モニター又は見る人の目に直接供給できる。

画像増強デバイスは、一般に、真空ハウジング内に備え付けた３つの基本的構成部品、即ち、光電陰極（一般的に陰極と呼ばれる）、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）及び陽極を含む。光電陰極は、光が当ると電子を放出できる感光性プレートである。ＭＣＰは、ガラスプレートの一端（入力）と他端（出力）との間に伸びるチャネルのアレイを備えた薄いガラスプレートである。ＭＣＰは、光電陰極と陽極の間に配置される。

ＭＣＰの外側表面は、イオン障壁膜で被覆できる。ＭＣＰの外側表面を薄い膜で被覆することにより、膜のないＭＣＰと比較して、画像増強管の性能と耐用年数で相当の改善が得られる。膜のあるＭＣＰを画像増強管に組み込むことで、新たな課題が発生した。それらの課題にかなう解決策は以下に説明される。

作動中に、光電陰極からの入射電子は、ＭＣＰの入力側に入り、チャネル壁に突き当たる。電圧がＭＣＰを横切って印加されると、入射電子及び一次電子が増幅され、二次電子が生成される。二次電子はＭＣＰの出力側のチャネルから出てゆく。ＭＣＰチャネルから出て行く二次電子は、負に帯電しており、したがって、正に帯電した陽極に引きつけられる。陽極は、蛍光スクリーン又は、シリコン撮像装置、例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）又は電荷結合素子（ＣＣＤ）とすることができる。

画像増強デバイスの３つの基本的構成部品は、真空ハウジング又は真空外囲器の中に配置される。真空は、ＭＣＰを通る光電陰極から陽極への電子の流れを促進する。非蒸発性のゲッターは、ガス分子を収集することにより真空状態を維持するために真空ハウジングの中に配置される。非蒸発性のゲッターデバイスは周知であるが、真空電子管から不要なガスを排出するために使われる。ゲッター材料の使用は、周知であって、遊離ガスを吸着、吸収及び吸蔵により収集する、ある固体の能力に基づいている。画像増強デバイスハウジング内で真空を促進し、維持することは、画像増強デバイスメーカーの目標である。その目標を考慮して、以下の説明される画像増強デバイスは、ゲッター材料を最大限利用し、ハウジング内の真空状態を維持するための封止構造を具体化する。

性能、信頼性、製造容易性、価格及び組み立て容易性のために、画像増強デバイスの構成要素と、画像増強デバイスの組み立て方法を更に発展させ、洗練させるための継続した要求がある。

以下の米国特許は、参照によりここに全てが組み込まれる。ウィラーらの５，４９３，１１１特許、スマヤらの６，５８６，８７７特許、ヴレエスカクらの６，０４０，６５７特許、ベンズらの６，７４７，２５８特許、イノウエの６，３３１，７５３特許、ウィマーらの４，０３９，８７７特許、オデスキらの５，５１０，６７３特許、イオスエらの６，４８３，２３１特許、トーマスの５，９９４，８２４特許、イノスエの６，８４７，０２７特許、トーマスの５，９９４，８２４特許である。以下の米国特許出願も参照によりここに全てが組み込まれる。コステロの１１／１９３，０６５出願、トーマスの１１／１９４，８６５出願、ヤマウチらの１０／４８２，７６７出願、シモイらの１０／９７３、３３６出願である。

米国特許第５，４９３，１１１号明細書

本発明の１態様によれば、画像デバイスが開示される。画像デバイスは、ハウジングと、ヘッダーとヘッダーにマウントされた画像センサーとを含む画像センサーアセンブリとを包含する。画像センサーアセンブリのヘッダーはハウジングに連結される。ヘッダーに対して画像センサーを位置合わせする手段を備えている。画像デバイスのハウジングに対してヘッダーを位置合わせする手段も備えている。画像センサーと画像デバイスのハウジングとの間の距離が予め決められるように、画像センサーアライメント手段とヘッダーアライメント手段との分離距離が予め決められている。

本発明の他の態様によれば、画像センサーアセンブリは、ハウジングに連結されたヘッダーと、ヘッダー中に規定されたリセスのあるマウント表面内にマウントされた画像センサーを包含している。リセスはヘッダーの表面に形成される。その中で、ヘッダーがハウジング上に位置するように、ハウジングの突起部が、リセス内に位置合わせされる。画像センサーと撮像デバイスのハウジングの距離が予め決められるように、ヘッダーのリセスと、ヘッダーのリセスのあるマウント表面との距離が予め決められている。

本発明の他の態様によれば、撮像デバイスのハウジングに対して画像センサーを位置合わせする方法が開示されている。この方法は、ヘッダーのマウント表面上に画像センサーを位置合わせするステップを含む。画像センサーは、ヘッダーのマウント表面に規定されたか、または、位置合わせされた第１の位置合わせ要素に位置合わせされる。ヘッダーはハウジングの中に位置合わせされる。ヘッダーの第２の位置合わせ要素は、撮像デバイスのハウジングの表面に規定されたか、または、位置合わせされた位置合わせ要素に位置合わせされる。

本発明の典型的な１実施形態による画像増強管の側断面図を示す。 図１の管の一部を分解したサブアセンブリの側断面図を示す。 図１の画像増強管の上平面図であって、その中で、光電陰極を省略し、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）の一部分はＣＭＯＳ撮像装置が現れるように切り取られているものを示す。 図３Ａの画像増強管の一部で３Ｂ−３Ｂ線に沿った、部分側断面図を示す。 ＣＭＯＳヘッダー、ＭＣＰスペーサと内側封止部材を含む、図１の画像増強管のサブアセンブリの上側透視図を示す。 図４Ａのサブアセンブリの上平面図を示す。 図１の画像増強管の下側封止構造の詳細図を示す。 図１の画像増強管の詳細図を示す。

本発明は、添付の図面と関係付けて読むと、以下の詳細な説明から良く理解される。図面は、説明のために選択された本発明の典型的な実施形態を示す。そのような図面は、限定するためというより、説明のためであり、本発明の説明を容易にするためにここに含まれる。本発明は、示した詳細な点に限定することを意図するものではない。本発明は、具体的な実施形態に関連してここに図示され、説明されるが、請求の範囲と均等物の範囲内、及び本発明から外れることなく、詳細な点で、様々な実施形態ができる。

図１は、本発明の典型的な１実施形態による画像増強管１０（以後「管１０」という）の側断面図を示す。管１０は、裏面カバー１３にマウントされた前面カバー１１を含む真空ハウジング１２を含む。ハウジング１２内に、位置合わせされた光電陰極１４と、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）１６と、陽極２０（画像センサー２０ともいう）がある。

光電陰極１４には、傾斜部分１５Ａと、真空ハウジング１２の一端で導電支持リング２２上に載っている平面部２４を備えた、ファイスプレート１５が備え付けられている。一般的にはクロムから成る金属化層２５は、支持リング２２を導電的に係合するために、平面部２４上に堆積される。金属化層２５は、光電陰極１４とファイスプレート１５とを導電的に係合するために、傾斜部分１５Ａに沿って連続的に延在する。支持リング２２に対する、光電陰極ファイスプレート１５の隣接部は、真空ハウジング１２の一端に近接した封止を形成する。支持リング２２は、光電陰極１４のフェースプレート１５の金属化層２５に接触する。金属化層２５は、光応答性の層２６に連結している。そして、電気的なバイアスは、真空ハウジング１２の外部の支持リング２２に電気的なバイアスを印加することにより、真空環境内で光電陰極１４の光応答性の層２６に印加できる。

第１環状セラミックスペーサ２８は、支持リング２２の下に位置している。第１環状セラミックスペーサ２８は、ろう付け工程の間に、第１環状セラミックスペーサ２８と支持リング２２とに連結される第１銅ろう付けリング（図示しない）により、支持リング２２に連結される。ろう付け工程は、支持リング２２と第１セラミックスペーサ２８との間に空気不浸透性の封止を形成する。金属接続リング状の上部ＭＣＰ端子３２は、支持リング２２と反対側で、第１セラミックスペーサ２８に連結される。第２ろう付けリング（図示しない）は、上部ＭＣＰ端子３２と第１セラミックスペーサ２８との間に置かれる。上部ＭＣＰ端子３２も、ろう付け工程で第１セラミックスペーサ２８に連結される。上部ＭＣＰ端子３２は、金属スナップリング３８との導電的に係合する真空ハウジング１２まで伸びている。金属スナップリング３８はＭＣＰ１６の導電性上部表面４２と係合する。金属スナップリング３８とＭＣＰ１６との間の係合は、図６を参照して、より詳細に説明されている。真空ハウジング１２の外側の上部ＭＣＰ端子３２に電気的バイアスを印加することにより、電気的バイアスは、ＭＣＰ１６の導電性上部表面４２に印加される。

第２セラミックスペーサ４６は、上部ＭＣＰ端子３２の下に位置し、下部ＭＣＰ端子４８から上部ＭＣＰ端子３２を隔離している。第３ろう付けリング（図示しない）が、上部ＭＣＰ端子３２と第２セラミックスペーサ４６との間に置かれ、第４ろう付けリング（図示しない）が、第２セラミックスペーサ４６と下部ＭＣＰ端子４８との間に置かれて、第２セラミックスペーサ４６は、上部ＭＣＰ端子３２と下部ＭＣＰ端子４８の双方にろう付けされる。下部ＭＣＰスペーサ４８は、真空ハウジング１２まで伸び、ＭＣＰ１６の下部導電性表面４４と係合する。そして、ＭＣＰ１６の下部導電性表面４４は、下部ＭＣＰ端子４８を真空ハウジング１２の外部の接地電位に接続することにより、接地電位に接続できる。

第３セラミックスペーサ５６は、ゲッター支持５８から下部ＭＣＰ端子４８を隔離している。第３セラミックスペーサ５６は、下部ＭＣＰ端子４８とゲッター支持５８とにろう付けされる。そのようにして、第５ろう付けリング（図示しない）は、下部ＭＣＰ端子４８と第３セラミックスペーサ５６との間に置かれる。同様にして、第６ろう付けリング（図示しない）は、第３セラミックスペーサ５６とゲッター支持５８との間に置かれる。外側封止部材６４は、ゲッターシールド５８の下に置かれる。外側封止部材６４は、ゲッターシールド５８にろう付けされる。そのようにして、第７ろう付けリング（図示しない）は、外側封止部材６４の上に置かれる。

下部ＭＣＰ端子４８の部分６９は、ＭＣＰ１６とセラミックヘッダー６８との間に置く。陽極２０は、ＣＭＯＳ撮像装置のダイ４３の形状でヘッダー６８の表面に埋め込まれる。ＣＭＯＳ撮像装置の作用は、当業者には理解されるであろう。陽極２０は、蛍光スクリーンまたは、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）のようなシリコン撮像装置の他のタイプのものにできる。セラミックヘッダー６８上へのＣＭＯＳダイのマウントは、図２Ａ及び図２Ｂを参照してより詳細に説明される。下部ＭＣＰ端子４８の部分６９は、ＣＭＯＳダイ４３の上部表面から、所定の正確な距離だけ、ＭＣＰ１６の下部導電性表面４４を隔離する。

内側封止部材６６は、セラミックヘッダー６８のすぐ下に置かれる。内側封止部材６６は、セラミックヘッダー６８にろう付けされる。そうして、８つのろう付けリング（図示しない）は、セラミックヘッダー６８と内側封止部材６６との間に置かれる。真空ハウジング１２の下端は、外側封止部材６４と内側封止部材６６があることにより、真空封止される。封止部材６４と６６はいずれも、封止カップ７０に対して封止される。封止部材６４、６６と封止カップ７０とのマウント封止は、図５を参照してより詳細に説明される。前述のろう付け接触面、埋め込み材料６３と封止の組み合わせにより、真空ハウジング１２で規定された気密外囲器が形成される。

複数の電気的なピン４５は、ＣＭＯＳダイ４３から延びている電気的リード（図示しない）との導電的電気接続のために、セラミックヘッダー６８のボディを貫通して位置する。入力電圧、接地電位及び／又は信号は、ピン４５を通して分配される。裏面カバー１３は、係合コネクタ（図示しない）が、ＣＭＯＳダイ４３に入力電圧を供給でき、及び／又はＣＭＯＳダイ４３から信号を受け取るためのピン４５に接続できるように、ピン４５を収容するためのアパーチャー４７を含む。

管１０を組み立てる工程では、画像増幅管の組み立てにおける重要なステップは、管の真空封止の前に管の内部から有害な有機ガスを除去することである。有機ガスは、陽極及び／又は管の他の要素から生じる。管の真空封止に先立つ有機ガスの除去は、画像増強管の性能及び耐用年数を改善する。膜なしのＭＣＰを備えた画像増強管にとって、有機ガスは、膜なしのＭＣＰで規定された小さいチャネルを通して真空に引かれ、部分的に組み立てられた管の上端部を通して排気される。その後、光電陰極が埋め込まれ、管の上端部で真空封止される。

従来の画像増強管とは異なり、管１０のＭＣＰ１６の表面は、イオン障壁膜で被覆される。イオン障壁膜は、膜なしのＭＣＰを組み込んだ従来の画像増強管と比較して、画像増強管１０の性能と耐用年数を改善することに有効である。膜を備えたＭＣＰは、様々な性能の利点を提供するが、膜を備えたＭＣＰは、後記するように、画像増強装置の組み立てにおいて様々な課題を提起する。ＣＭＯＳダイ（又は管の他の部材）から生ずる有機ガスは、ＭＣＰに用いられたイオン障壁膜のために、膜を備えたＭＣＰでの通過を制限される。有機ガスは、ＭＣＰとＣＭＯＳダイの間の空間内に捕捉される。ＭＣＰとＣＭＯＳダイの間の空間内に捕捉された有機ガスは管の性能及び耐用年数を劣化させる可能性があるから、それらのガスは排気、即ち、除去することが望ましい。

図２は、図１の管の一部を組み立てた側断面図を示す。図２は、管１０を組み立てる過程の特定の組み立てステップを図解したものである。図２に示される組み立てステップは、サブアセンブリ７７を組み立てた直後で、サブアセンブリ７７に光電陰極１４及び環状封止カップ７０を組み立てる前に現れる。

本発明の典型的な１実施形態によれば、管１０は、図２に矢印で示すように、管１０の下端を通して、ＣＭＯＳダイ４３（及び／又は管１０の他の部材）から生じた有機ガスを除去するための設備を含んでいる。図２に示された組み立てプロセスにおいて、光電陰極１４は、サブアセンブリ７７の上端から分離され、環状封止カップ７０は、サブアセンブリ７７の下端から分離される。

ＭＣＰ１６の上に捕捉された有機ガスを排気するために、図２に矢印で示したように、真空源（図示しない）は、光電陰極１４とサブアセンブリ７７の上端との間に備わったギャップ「Ｈ」を通して真空に引く。光電陰極１４は、管１０の上端を封止するために、サブアセンブリ７７の上端に、ろう付けされるか、又はそうでなければマウントされる。真空源（図示しない）は、環状封止カップ７０とサブアセンブリ７７の下端との間に備わったギャップ「Ｇ」を通して真空に引く。ＣＭＯＳダイ４３から生じた有機ガスは、ヘッダー６８とＭＣＰスペーサ４８とで規定された通路８０を通して排気される。その結果、ＭＣＰ１６とＣＭＯＳダイ４３との間の空間内に捕捉された有機ガスを取り除くことができる。その後、環状封止カップ７０は、管１０の下端を封止するために、サブアセンブリ７７の下端にマウントされる。ヘッダー６８とＭＣＰスペーサ４８との間で規定された通路８０を通しての有機ガスの除去は、（ＭＣＰ１６のような）膜を備えたＭＣＰを備えた、（管１０のような）画像増強管については、類のないものであるかもしれない。有機ガスが、膜なしのＭＣＰで規定された微小チャネルを通して漏れることがありうるので、膜なしのＭＣＰを利用した画像増強管は、シリコン撮像装置ヘッダーとＭＣＰスペーサとの間で規定された通路を必ずしも必要としない。

図３Ａは、図１の画像増強管の上平面図であって、その中で、光電陰極を省略し、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）の一部分はＣＭＯＳ撮像装置が現れるように切り取られたものである。図３Ｂは、図３Ａの画像増強管の３Ｂ−３Ｂ線に沿った部分側断面図である。図３Ａと図３Ｂは、ヘッダー６８とＭＣＰスペーサ４８との間で規定された通路８０を図示している。通路８０は、ヘッダー６８とＭＣＰスペーサ４８との環状の共通部分において、ヘッダー６８とＭＣＰスペーサ４８の一方又は両方により形成されるリセスにより規定される。

図３Ａと図３Ｂに図示される典型的な実施形態によれば、ＭＣＰスペーサ４８の下表面７３は、ヘッダー６８の表面７５に面するように位置している。ろう付けリング（図示しない）は、ＭＣＰスペーサ４８をヘッダー６８にマウントできるように、ＭＣＰスペーサ４８とヘッダー６８との間に挟持される。通路８０は、ヘッダー６８に形成され、ヘッダー６８の周辺に沿って配置された一連の階段状の表面８２により規定されたリセスにより形成される。個々の階段状表面８２は、ヘッダー６８の上表面７５から、ヘッダー６８の下表面８４まで伸びている。図４Ｂに最も良く示されるように、ヘッダー６８は、ヘッダー６８の周辺に沿って相隔たっている、８つの階段状表面８２を含む。個々の階段状表面８２の段の大きさ、形状及び数は、ここに図示し、説明したものから変更できる。

ゲッター材料は、ヘッダー６８の階段状表面８２上に蒸着される。背景技術の項で説明したように、ゲッター材料は、管１０の動作中と組み立て中に発生した有害な有機ガスを吸収する。管１０内でのゲッター材料の量を最大化することは、管１０のハウジング１２内を真空状態に維持するために有益である。交互に直交する表面は、ゲッター材料の蒸着に利用可能な表面を最大化できるから、階段は、他の幾何学的な形状よりも望ましい。したがって、一連の階段状表面８２は、ゲッター材料を蒸着できる通路８０の表面領域を最大化するために望ましい。

図示しないが、他の代替的な実施形態において、通路８０は、スペーサ４８に形成された一連の階段状表面で規定されるリセスにより形成される。さらに、他の代替的な実施形態において、ヘッダー６８とスペーサ４８との間に通路８０を形成するために、階段は、ヘッダー６８とスペーサ４８の両者により形成される。さらに、階段の形状を交互に直交する表面が望ましいとは言え、表面８２は、図示のものから変更することもできる。本発明の１態様によれば、表面８２は、ヘッダー６８のマウント表面７５に対して所定の任意の角度で広がるようにもできる。

本発明の１態様によれば、管１０のような、画像増強デバイスを製造する方法が、提供される。製造する方法は、陽極アセンブリのヘッダー６８の上にＣＭＯＳのダイ４３のような、画像センサーをマウントするステップを含む。通路８０がＭＣＰスペーサ４８とヘッダー６８の間の接合部分で規定されるように、ＭＣＰスペーサ４８の表面７３は、陽極アセンブリのヘッダー６８の表面７５に位置合わせする。スペーサ４８が膜を備えたＭＣＰ１６とＣＭＯＳダイ４３との間に位置合わせされ、空間「Ｓ」が膜を備えたＭＣＰ１６とＣＭＯＳダイ４３との間で規定されるように、膜を備えたＭＣＰ１６は、ＭＣＰスペーサ４８の上表面に位置合わせされる。スペーサ４８とヘッダー６８の間の接合部分で規定された通路８０を通して、膜を備えたＭＣＰ１６とＣＭＯＳダイ４３との間の空間「Ｓ」から有機ガスを吸い出すように、真空を働かせる。ゲッター材料は、有機ガスを吸収するように通路８０の表面に蒸着される。

図４Ａと図４Ｂは、それぞれ、図１の、ＣＭＯＳヘッダー６８、ＭＣＰスペーサ４８と、内側封止部材６６を備えた、画像増強管１０のサブアセンブリの透視図及び上平面図を示す。これらの要素の更なる詳細は、以下に説明する。ＭＣＰスペーサ４８の下側表面７３（図３Ｂ参照）は、ヘッダー６８の表面７５に面するように位置合わせされる。ろう付けリング（図示しない）は、ＭＣＰスペーサ４８とヘッダー６８とがお互いに密封するように、ＭＣＰスペーサ４８とヘッダー６８との間に挟まれる。他のろう付けリング（図示しない）は、ＣＭＯＳヘッダー６８と内側封止部材６６とがお互いに密封するように、ＣＭＯＳヘッダー６８と内側封止部材６６との間に挟持される。

前述したように、ＣＭＯＳダイ４３（図１〜図３Ｂ参照）は、ヘッダー６８の表面にマウントされる。ヘッダー６８は、ＣＭＯＳダイ４３の方形ボディが収容できるように、方形のリセスのある表面９０を備えている。当業者は、ＣＭＯＳダイ４３とリセスのある面９０の形状は図示された形状から変更できることが分かるであろう。ＣＭＯＳダイ４３は、リセスのある表面９０の中に、例えばエポキシのような接着剤によりマウントすることができる。一連のチャネル９４は、ＣＭＯＳダイ４３の下面に供給された過剰の接着剤を収集できるように、リセスのある表面９０の隅部に備えられる。ＭＣＰスペーサ４８は、それぞれのチャネル９４に対応するリセス９５を含む。チャネル９４がリセスのある表面９０より深くなるように、それぞれのチャネル９４が、リセスのある表面９０の高さより低い高さまで伸びている。言い換えると、表面７５とチャネル９４との分離された距離は、表面７５とリセスのある表面９０との分離された距離よりも大きい。組み立てにおいて、ＣＭＯＳダイ４３の底面側に供給された過剰な接着剤は、チャネル９４へ集められる。

一連の表面マウントパッド９８は、ＣＭＯＳダイ４３（図示しない）から伸びるリードに接続するために、ヘッダーの表面７５に備えられる。個々の表面マウントパッド９８は、ヘッダー６８のボディを経由する内部配線（図示しない）により、シリコン撮像装置アセンブリのピン４５（図示しない）に接続される。

ここで、図１、図４Ａ、図４Ｂを参照すると、ＭＣＰのような画像増強管の他の構成要素、例えば、光電陰極又は管ハウジング、に対するシリコン撮像装置のアライメントは、管の適切な機能を保証するために望ましい。シリコン撮像装置のアライメントは、しばしば、面倒で時間を要する工程である。標準的な画像増強管アセンブリ手順において、シリコン撮像装置は、セラミックヘッダーの表面にマウントされる。管の他の構成要素、例えば、ＭＣＰ、光電陰極又は管ハウジングは、シリコン撮像装置に対して位置合わせされなければならない。画像増強管の適正な機能を保証するためにシリコン撮像装置の位置に関して、管の他の構成要素を部分的に位置合わせするためのアセンブリ要員により特別な注意が払われなければならない。迅速かつ正確なアセンブリを円滑にするために、画像増強デバイスにアライメント機能を組み込むことが望ましいであろう。

シリコン撮像装置２０と、管１０の他の構成要素、例えば、ハウジング１０、ＭＣＰ１６、光電陰極１４との間での迅速かつ正確な空間的アライメントを円滑にするために、管１０は、特有のアライメント機能を内蔵している。より具体的には、本発明の１態様に従い、図１によく示されたように、管１０は、ヘッダー６８に対して、画像センサー２０を位置合わせするための手段１００を含んでいる。この典型的な実施の形態によれば、画像センサー２０がリセスのある表面９０の中に少なくとも部分的に保持されるように、画像センサーアライメント手段１００は、画像センサー２０の縁部を収容できる大きさのヘッダー６８のリセスのある表面９０の形状の中に備えられる。画像センサー２０の境界線とリセスのある表面９０との間の極小のギャップは、比較的厳しい許容度に維持されるので、ヘッダー６８の位置に対する、画像センサー２０の位置は極めて正確に知られている。このように、ヘッダー６８に対する画像センサー２０の位置は、予め決まっており、即ち、知られている。画像センサー２０は、リセスのある表面９０内における水平移動と回転について制限されることを理解すべきである。

更に、図１を参照して、管１０は、管１０のハウジング１２に対してヘッダー６８を位置合わせするための手段１０２を更に含む。この典型的な実施形態によれば、ヘッダーアライメント手段１０２は、ハウジング１２の裏面カバー１３から伸びる突起部５１を収容できる大きさで、ヘッダー６８の表面に形成されたリセス４９の形状の中に備えられる。突起部５１は、例えば、平面、ピン又は留め具、その他当業者に周知のアライメント機構の形状として備えられる。ハウジング１２の位置に対してヘッダー６８の位置は極めて正確に知られているように、突起部５１とリセス４９の境界の間の極小のギャップは、比較的厳しい許容度に維持される。このようにして、ハウジング１２に対してヘッダー６８の位置は、予め決まっており、即ち、知られている。ヘッダー６８のリセス４９とハウジング１２の突起部５１の間の係合は、ハウジング１２に対するヘッダー６８の水平移動と回転を制限すると理解されるべきである。

リセスのある表面９０とリセス４９との間の水平距離は予め決まっているので、シリコン撮像装置２０とハウジング１２の間の水平距離も予め決まっているということになる。したがって、手段１００と手段１０２を管１０の設計に組み込むことにより、管１０を組み立てる複雑さは大幅に減少する。ハウジング１２に対するシリコン撮像装置２０の水平方向の位置は予め決まるので、結果として、ＭＣＰ１６と光電陰極１４のような、管１０の他の構成要素に対してシリコン撮像装置２０の迅速で正確な位置合わせができる。

ＭＣＰ１６と光電陰極１４は、ハウジング１２に間接的又は直接的のいずれかでマウントされる。ハウジング１２に対するＭＣＰ１６と光電陰極１４との位置合わせも、予め決めることができる。したがって、ハウジング１２に対する画像センサー２０の水平方向の位置は予め決まり、ハウジング１２に対するＭＣＰ１６と光電陰極１４の水平方向の位置は予め決まるので、画像センサー２０に対するＭＣＰ１６と光電陰極１４の相対的な水平方向の位置は、予め決まる。

図４Ａに最もよく示されているように、リセス４９とリセスのある表面９０はいずれも、ヘッダー６８の表面７５から伸びている。ヘッダー６８と同一平面上にリセス４９とリセスのある表面９０の両者を形成することにより、リセス４９とリセスのある表面９０との相対的な水平方向の位置は、ヘッダー６８の異なる表面上にリセス４９とリセスのある表面９０を形成するよりも、より一層正確に維持することができるが、結果として許容度は低くなる。その代わり、図１に示されるように、リセス４９とリセスのある表面９０とは、ヘッダー６８の対向する平面で決めることができる。

画像センサーアライメント手段１００は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、ここに示し、説明したものから変更することができる。制限するためでない実施例として、画像センサーアライメント手段１００は、画像センサー２０の表面が位置合わせされる、ヘッダー６８に形成された突起部を含むことができる。更に、ヘッダーアライメント手段１０２は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、ここに示し、説明したものから変更することができる。制限するためでない実施例として、ヘッダーアライメント手段１０２は、ハウジング１２に形成されたリセス内に位置合わせされる大きさのヘッダー６８から伸びる突起を含むことができる。

アライメント手段１００と１０２は、長波又は短波の赤外センサーデバイスのようなセンサーを内蔵する、いかなる電子デバイスに組み込むこともできるので、アライメント手段１００と１０２は、画像増強デバイスに組み込まれることに限定されない。さらに、センサーは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、電荷転送素子（ＣＣＤ）又は、当業者に知られた他のいかなる種類のセンサーのような画像センサーとすることができる。

本発明の１態様によれば、管１０のハウジング１２に対する画像センサー２０の位置合わせ方法が提供される。その方法は、ヘッダー６８のリセスのある表面９０上に画像センサー２０を位置合わせするステップを含む。ヘッダー６８は、ハウジング１２内に位置合わせされる。ヘッダー６８のリセス４９のような、第２のアライメント要素は、ハウジング１２の表面で規定されるか、又は、位置合わせされる突起部５１のような、アライメント要素に位置合わせされる。先行するステップは、特定の順序では、実行されない。

更に、図１を参照すると、ＣＭＯＳダイ４３の上部表面からＭＣＰ１６の下部導電性表面４４までの垂直分離距離は、厳しい許容度に、即ち、（＋／−）２．５４×１０^-2ｍｍ（０．００１インチ）、に保持される。そのような厳しい許容度を達成するために、管１０の組み立ては、以下の順序で実行される。スペーサ４８がヘッダー６８にろう付けされる（又はマウントされる）；スペーサ４８の上部表面の空間位置が決定される；リセスのある表面９０が、スペーサ４８の上部表面の位置に関してヘッダー６８内に形成される。各ステップをこの順序で実行することにより、リセスのある表面９０からスペーサ４８の上部表面までの垂直分離距離は、厳しい許容度で維持できる。したがって、ＣＭＯＳダイ４３の上部表面からＭＣＰ１６の下部導電性表面４４までの垂直分離距離もまた厳しい許容度に維持できる。

図５は、図１の管１０の環状封止部材６４と６６の詳細図を示す。真空ハウジング１２の下端は、外側封止部材６４と内側封止部材６６により真空封止される。内側封止部材６６は、ろう付けリング（図示しない）によりセラミックヘッダー６８の下部表面にろう付けされ、そこから下方に伸びる。外側封止部材６４は、ろう付けリング１１０によりゲッターシールド５８にろう付けされ、そこから下方に伸びる。外側封止部材６４は、ギャップ「Ｅ」が封止部材６４と６６の間で規定されるように、内側封止部材６６に近接し、実質的に平行となるように伸びて位置合わせされる。

外側封止部材６４と内側封止部材６６は、ハウジング１２内の真空状態を維持するように、環状封止カップ７０と接触して封止する位置に合わせられる。封止部材６４と６６は、例えば、コバール（Ｋｏｖａｒ：登録商標）又は、当業者に知られた他の適切な材料から形成される。第１の封止７４は、外側封止部材６４と封止カップ７０の間の接触面で生ずる。第１の封止７４は、外側封止部材６４と、封止カップ７０の外側面１１２及び／又は中間表面１１４との間で生ずる。第２の封止７６は、内側封止部材６６と封止カップ７０の間の接触面で生ずる。第２の封止７６は、内側封止部材６６と、封止カップ７０の内側面１１６及び／又は中間表面１１４との間に生ずる。外側封止部材６４と内側封止部材６６との組み合わせは、それぞれの封止部材６４と６６が、短剣（ｄａｇｇｅｒ）のような形状を包含するので、二重短剣（ｄｏｕｂｌｅ−ｄａｇｇｅｒ）封止部材と呼ぶことができる。

注入材料６３は、ハウジング１２と管１０の内部要素との間で規定された環状空間内に位置している。ハウジング１２の前面カバー１１と裏面カバー１３は、注入材料６３を実質的に封止できるように位置合わせされる。溝１１８は、注入材料６３が内部に位置する、外側封止部材６４の外側回転表面に沿って形成される。溝１１８は、管１０の性能を最適化するために光電陰極１４の内部の間隔の設定を助ける。注入材料６３、封止７４、封止７６と、図１に関して説明されたろう付け接触面の組み合わせは、真空ハウジング１２により規定された気密の容器を形成する。

図５に示された構成要素の配置は、ここに図示され、説明されたものに限定されない。封止部材７４と７６は、管１０のいかなる構成要素からでも延長できる。例えば、外側封止部材６４は、光電陰極１４から間接又は直接に延長できる。更に、封止部材７４及び７６は、互いに異なる高さに延長できるし、異なる角度に位置合わせすることもできる。封止部材７４と７６の全体の形状は、直線又は環状（図示のとおり）でもよく、管１０の形状に適合する他の形状としてもよい。

図６は、図１のＭＣＰ１６の詳細図を示す。金属接触リングの形状をした、上部ＭＣＰ端子３２は、ろう付けリングにより第１セラミックスペーサ２８に連結される。上部ＭＣＰ端子３２は、真空ハウジング１２まで伸び、金属スナップリング３８と導電的に係合する。金属スナップリング３８は、ＭＣＰ１６の導電性上部表面４２に係合する。真空ハウジング１２の外側の上部ＭＣＰ端子３２に電気バイアスを印加することにより、電気バイアスは、ＭＣＰ１６の上部導電性表面に印加できる。

スペーサ４６は、上部ＭＣＰ端子３２を下部ＭＣＰ端子４８から隔離するため、上部ＭＣＰ端子３２より低い高さに位置している。スペーサ４６は、例えばセラミックのような絶縁材料から形成できる。スペーサ４６は、上部ＭＣＰ端子３２と下部ＭＣＰ端子４８の両方にろう付けされる。下部ＭＣＰ端子４８は、真空ハウジング１２まで伸びており、ＭＣＰ１６の下部導電性表面に係合される。ＭＣＰ１６の下部導電性表面４４は、真空ハウジング１２の外部の接地電位に下部ＭＣＰ端子４８を接続することにより、接地電位に接続できる。明確には図示されていないが、下部ＭＣＰ端子４８は、ＭＣＰ１６の下部導電性表面４４を接地電位に接続するための導電領域を含む。下部ＭＣＰ端子４８もまた、以下ＭＣＰスペーサということがある。

スペーサ４６は、下部ＭＣＰ端子４８の上部表面に面するように位置合わせされた底部表面１１７を含む。スペーサ４６の上部表面１１９は、上部ＭＣＰ端子３２の底部表面に面するように位置合わせされている。スペーサ４６の傾斜した表面１２０は、スペーサ４６の上部表面１１９に対して所定の角度で、スペーサ４６の上部表面１１９と底部表面１１７の間まで、少なくとも一部は伸びている。表面１２０の角度は、スペーサ４６の構造の完全性に影響を及ぼす。上部表面１１９に対する表面１２０の角度は、例えば、約３０度から約６０度の間にできる。その代わりに、表面１１９に対する表面１２０の角度は、約４５度にできる。

傾斜した表面１２０は、スペーサ４６の上部表面１１９から伸び、スペーサ４６の上部表面１１９と底部表面１１７の間の高さで規定される、中間の表面１２２に交わる。スペーサ４６の中間の表面１２２、上部表面１１９と底部表面１１７は、実質的に平面で、相互に平行である。スペーサ４６の中間の表面１２２と底部表面１１７の間で計測されるスペーサ４６の厚さは、図６に最も良く示されるように、ＭＣＰ１６の厚さと実質的に等しい。つまり、ＭＣＰ１６の中間の表面１２２と上部導電性表面４２は、実質的に同じ高さに位置している。ＭＣＰ１６の中間の表面１２２と上部導電性表面４２を同じ高さに維持することにより、金属スナップリング３８の下部表面は、単一平面に沿う、ＭＣＰ１６とスペーサ４６の両方の上部表面を係合する位置に合わせる。

本明細書では、本発明を実施するベストモードを示し、請求項に記載した構成要素の実例を示すことにより、当業者が本発明を利用できるように、本発明を説明している。本発明の特許性のある範囲は、請求項により規定され、当業者が思いつく他の例も含みうる。

本発明の典型的な実施形態は、本明細書に示され、説明されたが、単なる例を示すための実施形態であることが理解されるであろう。様々な変形、変更及び置き換えを、本発明の精神から逸脱することなく、当業者は、思いつくであろう。例えば、本発明の態様は、画像増強デバイスに限定されず、これらの態様は、他の光学デバイス又は電子デバイスにも適用できる。したがって、添付の請求項は、本発明の精神と範囲に含まれるような全ての変形に及ぶ。

Claims (20)

1. 撮像デバイスであって、
   ハウジングと、
   ヘッダーと前記ヘッダーにマウントされた画像センサーを含む画像センサーアセンブリであって、前記ヘッダーが前記ハウジングに連結された、画像センサーアセンブリと、
   前記ヘッダーに対して前記画像センサーを位置合わせする手段と、
   前記撮像デバイスの前記ハウジングに対して前記ヘッダーを位置合わせする手段と、
   を有し、
   前記画像センサーと前記撮像デバイスの前記ハウジングとの間の距離が予め決められるように、前記画像センサーアライメント手段と前記ヘッダーアライメント手段との隔離距離が予め決められている、
   撮像デバイス。
2. 前記画像センサーが少なくとも部分的にリセス内に保持されるように、前記画像センサーアライメント手段が、前記画像センサーのボディを収容するための前記ヘッダーに形成された前記リセスのある表面を含む、請求項１に記載の撮像デバイス。
3. 前記画像センサーアライメント手段が、前記画像センサーの表面が位置合わせされる、前記ヘッダーの前記マウント表面に形成された突起部を含む、請求項１に記載の撮像デバイス。
4. 前記突起部が、表面、ピン及び、留め具の群の中から選択されたものである、請求項３に記載の撮像デバイス。
5. 前記ヘッダーアライメント手段が、前記ハウジングに形成された突起部を収容するような大きさの前記ヘッダー内に規定されるリセスを含む、請求項１に記載の撮像デバイス。
6. 前記突起部は、表面、ピン及び、留め具の群の中から選択されたものである、請求項５に記載の撮像デバイス。
7. 前記ヘッダーアライメント手段が、前記ハウジングに形成されたリセスの中に位置するような大きさの前記ヘッダーに形成された突起部を含む、請求項１に記載の撮像デバイス。
8. 前記突起部は、表面、ピン及び、留め具の群の中から選択されたものである、請求項７に記載の撮像デバイス。
9. 前記画像センサーが少なくとも部分的にはリセス内に保持されるように、前記画像センサーアライメント手段が、前記画像センサーのボディを収容するための前記ヘッダーに形成された前記リセスのある表面を含み、そして、
   前記ヘッダーアライメント手段が、前記ハウジングに形成された突起部を収容するような大きさの前記ヘッダー内に規定されるリセスを含む、請求項１に記載の撮像デバイス。
10. 前記画像センサーが、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）又は電荷結合素子（ＣＣＤ）のいずれかである、請求項１に記載の撮像デバイス。
11. 前記撮像デバイスが、画像増強デバイスである、請求項１に記載の撮像デバイス。
12. 撮像デバイスであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに連結したヘッダーと、前記ヘッダーのリセスのあるマウント表面内にマウントされた画像センサーを含む画像センサーアセンブリと、
    前記ヘッダーの表面に形成されたリセスであって、前記ヘッダーが前記ハウジングに位置合わせされるように、前記リセス内に前記ハウジングの突起部が位置合わせされる、リセスとを有し、
    前記画像センサーと前記撮像デバイスの前記ハウジングの間の距離が予め決められるように、前記ヘッダーの前記リセスと前記ヘッダーの前記リセスのあるマウント表面との間の距離が予め決められる、
    撮像デバイス。
13. 前記ヘッダーの前記リセスと前記ヘッダーの前記リセスのあるマウント表面は、前記ヘッダーの異なる表面で規定される、請求項１２に記載の撮像デバイス。
14. 前記ヘッダーの前記リセスと前記ヘッダーの前記リセスのあるマウント表面は、前記ヘッダーの同一の表面で規定される、請求項１３に記載の撮像デバイス。
15. 前記画像センサーが、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）又は電荷結合素子（ＣＣＤ）のいずれかである、請求項１２に記載の撮像デバイス。
16. 前記撮像デバイスが、画像増強デバイスである、請求項１２に記載の撮像デバイス。
17. 前記ハウジングに直接又は間接にマウントされたマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）であって、前記画像センサーの位置に対して前記マイクロチャネルプレートの位置が予め決められている、マイクロチャネルプレートを、
    さらに有する請求項１６に記載の撮像デバイス。
18. 前記ＭＣＰと前記ヘッダーの間に挟持されたＭＣＰスペーサであって、前記ＭＣＰスペーサは前記ＭＣＰがマウントされたＭＣＰマウント表面を含むとともに、前記ヘッダーの前記リセスのあるマウント表面が前記ＭＣＰスペーサの前記ＭＣＰマウント表面から隔離される垂直距離が予め決められている、ＭＣＰスペーサを、
    更に有する請求項１７に記載の撮像デバイス。
19. 前記ハウジングに直接的または間接的にマウントされた光電陰極であって、前記画像センサーの前記位置に対して前記光電陰極の位置が予め決められている、光電陰極を、
    更に有する請求項１６に記載の撮像デバイス。
20. 撮像デバイスのハウジングに対して画像センサーを位置合わせする方法であって、
    ヘッダーのマウント表面上に画像センサーを位置合わせするステップと、
    前記ヘッダーの前記マウント表面で規定されるか、又は位置決めされる第１のアライメント要素に、前記画像センサーを位置決めするステップと、
    前記ハウジング内で前記ヘッダーを位置決めするステップと、
    前記撮像デバイスの前記ハウジングの表面で規定されるか又は位置決めされるアライメント要素に、前記ヘッダーの第２のアライメント要素を位置決めするステップと、
    を有する位置合わせする方法。

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