JPH0347032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の分野＞ この発明は、増感された電荷結合イメージ・セ
ンサに関するものであり、さらに詳しく言えば電
荷結合装置（CCD）をセンサの光学軸に対して
確実に保持し且つ配置することのできる複数の低
コスト金属部品を使用したセンサ用のヘツダ・ア
ツセンブリに関する。

＜発明の背景＞ 増感された電荷結合イメージ・センサは入力窓
の内面上の光電子放出陰極を有するイメージ増感
部分と、イメージ・センサの焦点面に配置された
電荷結合装置（CCD）を有するヘツダ・アツセ
ンブリとからなる。このような構成は1982年10月
19日付けの米国特許第4355229号明細書中に示さ
れている。この米国特許明細書に示されており、
また本願第１図および第２図に示されている
CCDは、Ａレジスタという名称で知られるイメ
ージ・アレ１０と、Ｂレジスタという名称で知ら
れる一時蓄積レジスタ１２と、Ｃレジスタという
名称で知られる出力レジスタ１４とを含んでい
る。通常、ＢおよびＣレジスタはマスクされてい
る。すなわち、光電子放出陰極からの光電子がい
ずれのレジスタにも到達しないようにするための
手段（図示せず）が設けられている。

ＡおよびＢレジスタには列方向に伸びるチヤン
ネル・ストツプ（図示せず）が設けられており、
各チヤンネル（CCDの列）を互いに分離してい
る。電極（第２図に示す）は、ポリシリコンのＰ
型領域によつて分離されたポリシリコンの例えば
N⁺領域からなる単層形式のもので構成すること
ができる。これらの電極は行方向に伸びており、
図示の例では３相動作する。電極は２酸化シリコ
ン（S₁O₂）層によつて比較的厚いＰ型基板から
分離されている。上述のCCDは320列、512行
（Ａレジスタ中に256行、Ｂレジスタ中に256行）
有し、各行は３個の電極群からなる。

第１図のCCDの動作はよく知られており、い
わゆる集積時間中は、場面あるいは他の映像がＡ
レジスタ上に直接投映される。しかしながら第３
図に示すような増感された電荷結合イメージ・セ
ンサでは、場面は光電子放出陰極上に投映され、
その陰極上の光線の入射強度に対応するパターン
で上記陰極から放出された光電子がCCDのＡレ
ジスタ上を照射する。入射した光電子により、Ａ
レジスタの各位置に達するエネルギ密度に従つて
その各位置に電荷が発生する。

集積時間（例えば商用テレビジヨンの垂直ブラ
ンキング期間）が終了すると、累積された電荷信
号（フイールド）は、多相電圧φA1……φA3およ
びφB1……φB3の印加によつてＡレジスタからＢ
レジスタへ列方向に転送される。電荷はＢレジス
タからＣレジスタへ一時に１行づつ順次転送さ
れ、各行の電荷がＣレジスタに到達した後、その
電荷はシフト電圧φC1……φC3に応答してＣレジ
スタから直列的にシフトされる。Ｂレジスタから
Ｃレジスタへの電荷の転送は比較的短時間（約10
マイクロ秒の商用テレビジヨンの水平ブランキン
グ時間）に行なわれ、Ｃレジスタの直列的シフト
は比較的高速（商用テレビジヨンの水平線表示時
間の間）で行なわれる。ＢレジスタからＣレジス
タへのフイールドの転送期間中、新しいフイール
ドがＡレジスタに集積される。

CCDが増感された電荷結合イメージ・センサ
で使用されているときは、入射する光電子によつ
て生成された電荷の横方向への分散を最少にする
ために、基板、少なくともＡレジスタ中の厚みを
約10ミクロンの厚みにまで薄くする必要がある。
多数のCCDを含む単一の大きなウエハを薄くす
る一つの方法が1981年５月12日付けの米国特許第
4266334号明細書中に示されている。この特許明
細書中に示されている方法では、ウエハの薄く作
られた表面にラミネートまたは接着されたガラス
板が使用されていて、試験中および大きなウエハ
から個々のCCDを取外すときの構造上の支持板
となつている。しかしながら、ガラス支持板は、
ウエハ中に含まれているCCDが増感された電荷
結合イメージ・センサ中で使用される前に上記ウ
エハから剥すかあるいは取外さなければならな
い。ガラス板をCCDに貼り付けるために使用さ
れる接着剤はイメージ・センサのイメージ増感部
分の入力窓の内面上に形成される光電子放出陰極
の形成と両立しないし、またガラス窓は陰極から
の光電子を減衰させ、光電子がCCDのＡレジス
タを照射する妨げとなる。

1984年８月14日付の米国特許第4465549号明細
書中には多数のCCDを含む薄く作られたウエハ
からガラス支持板を取外す方法が示されている。
ウエハは分割されて個々のCCDが提供される。
薄く作られた各CCDの厚みは約10ミクロンで、
非常にこわれ易く、損傷を与えることなく取扱う
ことは不可能である。1983年５月13日付けの米国
特許出願第494288号（米国特許第4604519号）明
細書中には、取扱いおよびイメージ・センサ中に
CCDを取付けるのに必要な強度を与えるために、
薄いCCDの一面にろう付けられた支持フレーム
が示されている。従来技術による増感された電荷
結合イメージ・センサでは、フレームの取付けら
れたCCDが絶縁性ヘツダにろう付けされている。
最初CCDにフレームをろう付けし、次いでCCD
に取付けられたフレームを絶縁性ヘツダ上にろう
付けすると、CCD上にろう付け材料が流れたり、
絶縁性ヘツダ上のCCDの誤整列のために、不良
品として破棄されることが多々ある。ばね式のク
リツプによつてCCDをヘツダに取付ける方法も
あるが、ばね式クリツプはセンサが激しいシヨツ
クや振動を受ける状態では、CCDが動いて不整
列状態になることがある。従つて、ろう付けを使
用することなくCCDを絶縁性ヘツダ上に確実に
固定して配置すると共に、イメージ・センサの光
学軸に対してCCDの中心を正確に合わせるため
の信頼性のある構造が必要となる。

＜発明の概要＞ この発明によれば、増感された電荷結合イメー
ジ・センサは長手方向に伸びる光学軸を持つてい
る。イメージ・センサはイメージ増感部とヘツ
ダ・アツセンブリとからなつており、イメージ増
感部は、その中に入射強度に対応するパターンで
光電子を放出する光電子放出陰極を含んでいる。
ヘツダ・アツセンブリは、陰極からの光電子を受
入れる電荷結合装置と、絶縁性ヘツダと、この絶
縁性ヘツダとイメージ増感部との間に取付けられ
たヘツダ・フランジとを具備している。ヘツダ・
アツセンブリは、ヘツダ・フランジ内に同軸的に
配置された環状支持フランジを設けることによつ
て改善することができる。支持フランジは絶縁性
ヘツダと隣接する突出部を持つている。環状支持
フランジ内には電荷結合装置の支持アツセンブリ
が偏心して配置され且つ取付けられている。ま
た、支持アツセンブリには電荷結合装置に張力を
与え、且つその装置の少なくとも一部を陰極から
の光電子に露出させるための手段が設けられてい
る。電荷結合装置の露出部分はイメージ・センサ
の光学軸を中心として配置されている。

＜好ましい実施例の説明＞ 以下、図示の実施例を参照しつゝこの発明を説
明する。

第３図にはこの発明による増感されたイメー
ジ・センサ２０が示されている。イメージ・セン
サ２０はインバータ・イメージ増感部分２２とヘ
ツダ・アツセンブリ２４とからなる。光学軸２６
はセンサ２０の中心線に沿つて縦方向に伸びてい
る。

イメージ増感部２２はガラス−金属またはセラ
ミツク−金属構成からなる実質的に円筒状の真空
外囲器２８からなつている。精密な寸法上の公差
を維持するためにはセラミツク−金属構成が好ま
い。外囲器２８の一端には導電性の環状入力フエ
ースプレート・フランジ３０が設けられており、
他端には導電性の環状外囲気ヘツダ・フランジ３
２が設けられている。入力フエースプレート・フ
ランジ３０は実質的に平坦で半径方向に伸びる溶
接ヘリ部３４と、実質的に平坦で半径方向に伸び
るバルブ封止面３６とを有している。好ましくは
高アルミナ・セラミツク材料からなる円筒状絶縁
スペーサ３８が入力フエースプレート・フランジ
３０の封止面３６に例えばろう付けによつて取付
けられている。絶縁スペーサ３８の反対端は同様
にグリツド・バルブ・フランジ４０の一端に取付
けられている。同様に高アルミナ・セラミツク材
料で作られた陽極絶縁スペーサ４２は、グリツ
ド・バルブ・フランジ４０の他端と外囲器のヘツ
ダ・フランジ３２との間に例えばろう付けによつ
て取付けられている。

入力フエースプレート・アツセンブリ４４は外
囲器２８の一端を閉じている。また、入力フエー
スプレート・アツセンブリ４４は陰極フエースプ
レート・フランジ４６と陰極フエースプレート４
８とを有している。陰極フエースプレート４８
は、通常の方法によつて陰極フエースプレート・
フランジ４６にフリツト封止された当技術分野で
周知の織維光学材料からなることが望ましい。陰
極フエースプレート・フランジ４６の半径方向に
伸びる部分５０は、その周辺部分で入力フエース
プレート・フランジ３０の溶接ヘリ部３４に溶接
されている。陰極フエースプレート４８の内面上
には光電子放出陰極５２が形成されている。こゝ
で述べるイメージ増感部２２は通常のもので、こ
れについては先に示した米国特許第4355229号明
細書中により完全に説明されている。

第３，４，５図に示すように、新規なヘツダ・
アツセンブリ２４は、環状絶縁性ヘツダ５６、第
１の導電性ヘツダ・フランジ５８、第２の導電性
ヘツダ・フランジ６０、窓アツセンブリ６２、第
１のヘツダ・フランジ５８内に同軸的に配置され
た導電性環状支持フランジ６４、およびイメー
ジ・センサの焦点面に配置された電荷結合装置支
持アツセンブリ６６の組合わせからなつている。

第３図および第５図に示すように、環状絶縁性
ヘツダ５６は、強力で密封性があり、且つ寸法的
に安定した熱的に不活性な部材を与えることので
きるラミネーシヨンおよび焼結処理によつて形成
された複数の絶縁層からなる。この処理は周知の
処理であるので、これに関する詳細な説明は省略
する。ヘツダは適当な媒体によつて互いに結合さ
れた複数のセラミツク成分からなるものでもよ
い。特に第５図を参照すると、ヘツダ５６は、こ
のヘツダ５６の第１の主表面として示された第１
の表面７０と、実質的に平坦な第２の環状セラミ
ツク・デイスク７４に結合された反対側の平坦な
デイスク表面とを有する実質的に平坦な第１の環
状セラミツク・デイスク６８からなつている。第
２のデイスク７４の内径は第１のデイスク６８の
内径よりも小さく、支持面７６を形成している。
また、第２のデイスク７４の外径は第１のデイス
ク６８の外径よりも大きく、それによつてリード
線封止面７８を形成している。第２のデイスク７
４の上記リード線封止面７８には複数の半径方向
に伸びる電気的リード線８０が例えばろう付けに
よつて取付けられている。リード線８０はイメー
ジ・センサ２０に沿つて長手方向に伸びるように
形成されており、これによつて電気的接続を容易
に行なうことができる。第２のデイスク７４の反
対側の面は、複数の個々の半径方向に伸びる電極
パツト８２（第５図にはその１つだけが示されて
いる）によつて金属化されていてそれぞれ電極面
を形成している。各パツド８２はまた第２のデイ
スク７４の周辺面に沿つて長手方向に伸びてリー
ド線８０のそれぞれに接触している。第１の表面
８６と第２の表面８８とを有する実質的に平坦な
第３の環状セラミツク・デイスク８４は第２のデ
イスク７４に接続されていて、それによつて第３
のデイスク８４の第１の表面８６は第２のデイス
ク７４の電極面に接続されている。第３のデイス
ク８４の第２の表面８８はヘツダ５６の第２の主
表面を構成している。第３のデイスク８４の内径
は第２のデイスク７４の内径よりも大きく、その
ため第２のデイスク７４の内径周辺をとり巻いて
配置された電極パツド８２は露出している。しか
しながら、第３のデイスク８４の外径は第２のデ
イスク７４の外径と実質的に等しく、それによつ
て第２のデイスク７４の外面に隣接する電極パツ
ド８２の半径方向に配置された部分を覆つてこれ
を保護している。ヘツダ５６の第１および第２の
主表面７０および８８の各々の少なくとも一部分
は金属化されており、このため第１および第２の
ヘツダ・フランジ５８および６０に対して容易に
封着することができる。金属化の方法については
1966年12月６日付けの米国特許第3290171号明細
書中に詳細に示されている。以下に述べるような
理由で、第１および第２のヘツダ・フランジ５８
および６０から内側へ複数個の圧力逃がし孔９０
がヘツダ５６を貫通して設けられている。

第１の導電性ヘツダ・フランジ５８内には導電
性の環状支持フランジ６４が同軸的に配置されて
いる。支持フランジ６４は、第１のヘツダ・フラ
ンジ５８の内面と接触してこれに取付けられた実
質的に直角の側壁部分９４と、ヘツダ５６の第２
のデイスク７４の支持面７６に接触する反対向き
の実質的に直角の支持突出部９６との間に配置さ
れた実質的に平坦な支持フランジ面９２を有して
いる。複数の支持フランジ圧力逃げ開孔９８は支
持フランジ６４の支持フランジ面９２を貫通して
形成されている。

電荷結合装置支持アツセンブリ６６は環状支持
フランジ６４の平坦な支持フランジ面９２内に偏
心して配置され且つこれに取付けられている。電
荷結合装置支持アツセンブリ６６は電荷結合装置
（CCD）１０２を支持すると共にこれに張力を与
えている。電荷結合装置１０２は、例えば1985年
２月26日付けの米国特許出願第705707号（特開昭
61−201462号に対応）明細書中に示されているよ
うなデイスク形式のシリコン・ウエハ１０３上に
形成されていることが好ましい。支持アツセンブ
リ６６は環状の下側支持部材１０４と環状の上側
伸張材１０６とを有している。上側伸張部材１０
６は下側支持部材１０４内に入れ子式に嵌込まれ
ている。下側支持部材１０４は環状の支持リング
部分１０８と、この支持リング部分１０８の外周
端に対して実質的に直角に伸びる直立スカート部
分１１０とを有している。ステツプ状の溶接フラ
ンジ１１２がスカート部分１１０から半径方向に
外向きに伸びている。CCD１０２は第１のCCD
面１１４と第２のCCD面１１６とを有し、その
上にCCD１０２を動作させるために複数の電極
と接触パツド（図示せず）が形成されている。ま
た、このCCD１０２は、イメージ・アレー１０
の少なくともＡレジスタにおいて10ミクロンの厚
みに薄くされている。一体的に形成された周縁部
１１８はCCD１０２の第１の表面１１４の薄く
された部分をとり巻いて伸びている。CCD１０
２は下側支持部材１０４内に配置されており、第
２の表面１１６の周辺は下側支持部材１０４の支
持リング部分１０８と接触しており、またCCD
１０２は光学軸２６と実質的に直交する面内に配
置されている。上側伸張部材１０６は、それを貫
通して形成された実質的に長方形の開孔１２２を
有する実質的に平坦な接触部分を具備している。
円筒状の壁部分１２４はステツプ状の変移部分１
２６によつて平坦な接触部分１２０に接続されて
いる。下側支持部材１０４内に嵌め込まれ且つ取
付けられた上側伸張部材１０６を使用することに
より、伸張部材０６の平坦な接触部分１２０は、
CCD１０２の薄くされた部分と周縁部１１８の
周辺との間で上記CCD１０２の第１の面の周縁
部１１８に接触している。上側伸張部材１０６と
下側支持部材１０４との間の相対的な位置により
CCD１０２に伸張力を与えてこれを平坦にし、
このCCD１０２にしわが生ずるのを完全に防止
している。上側伸張部材１０６は、長方形の開孔
１２２がCCD１０２のＡレジスタまたはイメー
ジ・アレー１０を陰極５２から放出された光電子
（図示せず）に暴すように位置付されている。第
４図に示すように、イメージ・アレー１０は
CCD１０２に対して中心には配置されていない。
従つて、第３図および第４図に示すように、
CCD１０２の中心は光学軸２６に対して偏心さ
れている。電荷結合装置の支持アツセンブリ６６
のこの新規な構成では、長方形の開孔１２２によ
つて囲まれたイメージ・アレー１０の中心がイメ
ージ・センサ２０の光学軸２６を中心として配置
することができるように、支持部材６６は環状の
支持フランジ６４内に偏心して取付けられてい
る。また、この新規な構成の支持部材６６および
環状支持フランジ６４を使用すると、部品のコス
トを低く保つために対称な円形の工具形式の部品
を使用してイメージ・アレー１０を光学軸２６と
正確に整列させることができる。一旦整列される
と、支持アツセンブリ６６の下側支持部材１０４
のステツプ状溶接フランジ１１２は環状支持フラ
ンジ６４の平坦な支持フランジ表面９２に溶接さ
れる。第２のCCD表面１１６上の接続パツドと
ヘツダ５６の電極パツド８２との間には複数の導
線１２７が接続される。

第３図に示すように、窓アツセンブリ６２は外
囲器２８の他端を閉鎖している。窓アツセンブリ
６２は窓フランジ１２８と、この窓フランジ１２
８に封着されたガラス製フエースプレート１３０
とを含んでいる。また、窓フランジ１２８は第２
のヘツダ・フランジ６０に溶接されて、外囲器２
８を完全に囲んでいる。

光電子放出陰極５２は当技術分野で周知の多数
の光電子放出面のうちの任意の１つでよい。拡大
された赤応答性が望ましい多くの適用例に対して
は、カリウム−ナトリウム−セシウム−アンチモ
ン光電子放出陰極が好ましい。簡単に言えば、セ
ンサの各成分からそこに含有されているガスを抜
くために銅の排気管１３２を排気装置（図示せ
ず）に接続してイメージ・センサ２０を高温で何
時間か焼成することによつて陰極が形成される。
圧力逃げ開孔９０および９８によつてCCD１０
２の両側にかゝる圧力を等しくすることができ、
それによつてCCDが損傷を受けるのを防止する
ことができる。次いで管は室温に冷却され、陰極
の形成および付活（アクチベーシヨン）処理が開
始される。この処理は例えば1972年４月25日付け
の米国特許第3658400号明細書に述べられている
形式のものと同様である。光電子放出陰極５２の
構成素子は第２の銅製の管１３４を通してセンサ
２０内に導入される。各管１３２および１３４は
チツプ・オフされている。すなわち冷溶接されて
おり、保護キヤツプ１３６によつて覆われてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はフイールド転送形式の周知の電荷結合
装置（CCD）イメージヤを概略的に示す図、第
２図は第１図のイメージヤの電極構造を示す断面
図、第３図はこの発明による新規なヘツダ・アツ
センブリを使用した増感された電荷結合イメー
ジ・センサの一部を断面で示した正面図、第４図
は第３図に示す新規なヘツダ・アツセンブリの４
−４線に沿つて示した平面図、第５図はこの発明
による新規なヘツダ・アツセンブリの一部の拡大
断面図である。 ２０…イメージ・センサ、２４…ヘツダ・アツ
センブリ、２６…光学軸、２８…外囲器、５２…
光電子放出陰極、５６…絶縁性ヘツダ、５８…ヘ
ツダ・フランジ、６４…環状支持フランジ、６６
…電荷結合装置支持アツセンブリ、９６…突出
部、１０２…電荷結合装置、１０６…伸張部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入射放射線強度に対応するパターンで光電子
   を放射する光電子放出陰極を内部に有する外囲器
   を含むイメージ増感部と、 上記陰極からの光電子を受ける電荷結合装置
   と、絶縁性ヘツダと、該絶縁性ヘツダと上記イメ
   ージ増感部との間に取付けられたヘツダ・フラン
   ジとを含むヘツダ・アツセンブリとを有し、 上記ヘツダ・アツセンブリは、上記ヘツダ・フ
   ランジ中に同軸的に配置され、上記絶縁性ヘツダ
   と接触する突出部を有する環状の支持フランジ
   と、該環状支持フランジ内に偏心して配置されて
   これに取付けられた電荷結合装置支持アツセンブ
   リとからなり、上記電荷結合装置支持アツセンブ
   リは上記電荷結合装置に伸張力を与えると共に上
   記電荷結合装置の少なくとも一部を上記陰極から
   の光電子に暴すようにする手段を含み、この光電
   子に暴される部分は当該電荷結合装置の中心には
   なく、それによつて電荷結合装置の中心にない上
   記光電子に暴される部分は縦方向に伸びる光学軸
   を中心として配置されることを特徴とする、 上記縦方向に伸びる光学軸を有する増感された電
   荷結合イメージ・センサ。