JPH0666922B2 - 撮像デバイス - Google Patents

撮像デバイス

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JPH0666922B2
JPH0666922B2 JP61173905A JP17390586A JPH0666922B2 JP H0666922 B2 JPH0666922 B2 JP H0666922B2 JP 61173905 A JP61173905 A JP 61173905A JP 17390586 A JP17390586 A JP 17390586A JP H0666922 B2 JPH0666922 B2 JP H0666922B2
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達郎 河村
孝 山下
文彦 安藤
欣裕 藤田
純郎 小池
孝 安藤
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はテレビジョンカメラ用撮像素子などイメージセ
ンサに係わるもので、特に電子像増倍を行なって、きわ
めて暗い低照度下の被写体でも撮像を可能とした高感度
撮像素子に関するものである。
(従来の技術) 従来、撮像デバイスの高感度化を図る方法として、II
(イメージ・インテンシファイヤ)と結合するものがあ
る。即ち、撮像しようとする被写体を、IIによって像増
倍したものを撮像デバイスの入力像とすることで高感度
化を行うものである。そのためには、IIの出力像を撮像
デバイスの感光面まで正しく伝達する必要があり、通常
IIの出力面と撮像デバイスの入力面にそれぞれファイバ
ープレートを用いて像の伝達を行っている。
例えば、第2図に示す電界(集束)型II13とファイバー
プレート12付きサチコン15を結合したものを用いたカラ
ーテレビジョンカメラでは、通常のカラーテレビジョン
カメラより10〜15倍の高感度が得られている(大西,山
下:II付きサチコン小型高感度カメラ,NHK技研月報,Vol.
24,No.1,1981)。また、感光層の材料が異なるが同じ光
導電型撮像管のカルニコンと結合した例(井上,相原:
イメージインテンシファイア付きカルニコンの撮像特
性,1974年テレビ学会全大予稿集2−2)や、ニュービ
コンと結合した例(山本:ファイバープレート付きニュ
ービコン,National Technical Report,Vol.25,No.2,197
9)がある。あるいは第3図に示すように近接(集束)
型II16を用いて、高感度化に加え小型化と画像の無歪み
化を図った例もある(河村,柳沢:近接型光電面技術の
開発とイメージインテンシファイアへの応用,テレビ誌
Vol.36,No.3,1982)。
一層の高感度化を図る場合は、IIを多段とするもの、あ
るいはMCP(マイクロチャンネルプレート)入りのIIを
用いる例がある。
このような手法は、その応用として、固体撮像素子の高
感度化を図る場合にも適用できる。例えば第4図のよう
に、固体撮像素子8の感光面前面にファイバープレート
12を密着して貼り付け、これにIIを結合する方法であ
る。この場合、電界型II13との結合も考えられるが、固
体撮像素子の小型、無歪みの特長を行かすためには、画
像歪みの生じ易い電界型IIより、歪みのない近接型II16
を用いる方が有利である。
次に、本発明と類似した形として、光電面を有するイメ
ージ管にCCDのような固体撮像素子8を封じ込む例があ
る。例えば、第5図に示すものはICCD(Intensified Ch
arge Coupled Devices)と称するもので20kVの加速電圧
のもとに2500倍の高感度が得られるとしているが、まだ
実用化されたものはない。(J.L.Lowrance et al.,ICCD
Development at Princeton,Adv.E.E.P.,Vol.52,p.p.44
1〜452,1979) (発明が解決しようとする問題点) II付加によって撮像デバイスの高感度化を図る従来の技
術においては、前述の如く、結像されたIIの出力像を何
んらかの手段で、撮像デバイスの感光面上に光学的に正
しく移すことが必須の条件である。このためIIと撮像デ
バイスの結合用として、基本的には、IIの出力側用ファ
イバープレートと、撮像デバイス入力側用ファイバープ
レートの2枚を必要とする(第2,3,4図参照)。このフ
ァイバープレートの使用は結果として、このII付き撮像
デバイスから得られる画像の画質を、ファイバープレー
トの有する特性に起因して著しく劣化させる。
ファイバープレートは、多数のオプティカルガラス・フ
ァイバー(光学ガラス繊維)を束ねて板状に加工したも
のであり、入力面上の光学像を少ない光学損失で出力面
上に移すという優れた特性をもっているが、同時に次の
ようないくつかの欠点がある。
(1) 光学損失が少ないとはいえ、その透過率は70%
前後であり、ファイバープレートを2枚使えば、総合透
過率は50%前後となって、IIによる像増倍度は半分にな
る。
(2) ファイバープレートによる像の伝達では、個々
のオプティカルファイバーによるサンプリングがあり、
解像度劣化が生ずる。さらに2枚を組合せる場合は、ビ
ートやモアレのような像の干渉も起る。
(3) ファイバープレート製作中に生じるいくつかの
光学的欠陥がある。即ち、個々のファイバーの断線や失
透により光が伝達されない部分を生じたり、ファイバー
の構造上存在する吸収体の偏在による傷、あるいは、フ
ァイバーをある程度まとめてマルチファイバーとし、そ
れをさらに束ねるときに生ずるブロックライン、または
チキンワイヤと呼ばれるむら、マルチファイバーのねじ
れやずれによって生ずる歪、各マルチファイバー間の透
過率の差によって生ずるシェーディングなど、これら多
くの光学的欠陥はいずれも得られる画像の品質を劣化さ
せる。
(4) これらの光学的欠陥は、良質のファイバープレ
ートを選択することで、ある程度は避けられるが、歩留
りが悪くかつ極めて高価なものとなる。
上述のように、IIと撮像デバイスのファイバー結合によ
り高感度化を行う従来技術では、ファイバープレートの
有する欠点から、感度損失、解像度劣化、画面でのキズ
やむらの発生などがあり、この画質劣化を如何に解決す
るかが最大の問題点である。
この一つの解決策として、例えば第6図に示すように、
IIの出力面フアイバーを結合しようとする固体撮像素子
に接着剤によって貼り付ける方法を取り、ファイバープ
レードを1枚減らす実験を試みたところ、従来のように
2枚を用いる方法より画質改善効果があることを確めた
が、まだ十分ではなかった。また、撮像デバイスとして
撮像管を用いようとするときには、製作上から見てこの
手法はとり難い。
後述する本発明と類似したものとして、光電面を有する
イメージ管にCCDのような固体撮像素子を封じ込む例が
ある。例えば、すでに第5図に示したものはICCD(Inte
nsified Charge Coupled Devices)と称するもので、20
kVの加速電圧のもとに2500倍の高感度が得られるとして
いるが、まだ実用化された例はない。この原因として、
イメージ管内に封じ込まれたCCDセンサー部に、イメー
ジ管の真空排気中における光電面製作時のアルカリ金属
が付着することにより、直接的には解像度低下あるいは
徐々にCCDの性能が劣化し、実験的なデータ程度は得ら
れるとしても、動作寿命が短かく実用化に至らないもの
と考えられる。
本発明の目的は、IIと固体撮像素子を結合、一体化して
高感度撮像デバイスを得ようとする撮像デバイスにおい
て、画質劣化の要因であるファイバープレートを除去す
るとともに、II内に固体撮像素子を封じ込んだ場合に生
ずるアルカリ金属付着の悪影響を防止した撮像デバイス
を提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段) この目的を達成するため本発明撮像デバイスは、光電面
を具えた光電面部と螢光体層と固体撮像素子とを具えた
螢光面部とを基本構成要素とするイメージ・インテンシ
ファイヤ付撮像デバイスにおいて、前記固体撮像素子上
にイメージ・インテンシファイヤ用の前記螢光体層を積
層したことを特徴とする。
(実施例) 以下添付図面を参照し、実施例により本発明を詳細に説
明する。
実施例1 本発明の基本的な構成と第1の実施例の構成を第1図に
示す。第1図から明らかなようにファイバープレート12
を使用せず、II16と固体撮像素子8を一体化してII型固
体撮像素子としたものである。図に従がって構成を説明
すると、まず固体撮像素子8の感光面7上を、例えばPS
G(燐シリケートガラス)やポリイミドのようなもので
被覆し表面を平滑化6する。固体撮像素子表面は、一般
にその製作プロセス後凹凸があるので、その段差が螢光
体塗布法やその後の特性に悪影響を及ぼす場合には平滑
化する必要があり、この平滑層は素子表面と螢光体層間
に起り得る相互影響を防ぐ役割も果たす。この平滑化さ
れた層上に螢光体層5、いわゆる螢光面を形成し、さら
にその上に螢光面の発光が光電面側に漏れないようにメ
タルバック層4を形成する。このメタルバック層上に
は、光電面を透過してくる入射光が反射して再び光電面
に戻ることで生ずるフレア現象を軽減するため反射防止
層3を設けることが望ましい。さらに平滑層6と螢光面
11の間には、必要ならば、螢光体の発光スペクトル特性
と固体撮像素子の感光部の分光波長特性を適合させるた
めの光学的フィルター層を設けることも望ましい構成で
ある。
ここでメタルバック層4は、例えばアルミニウムの高真
空蒸着によって、反射防止層3は、例えばアルゴンガス
中での低真空蒸着によって形成することが出来るもので
周知の技術である。このように、固体撮像素子上に平滑
層6を介して直接螢光面部を形成したものを一体とし
て、通常のIIの螢光面に置き換え、真空排気しつつ光電
面を形成したあと真空封止して、II型固体撮像素子とし
たものである。近接型IIでの光電面製作は、本願発明者
らの開発した近接型光電面製作技術を用いることによっ
て容易に達成できる(特広昭53-35411号参照)。
次に、第1図によって動作を説明する。被写体は光電面
2上に結像され、光電面2からは入力像の明暗に応じて
光電子が放出されるが、きわめて間隔の狭い光電面2と
螢光面11の間で高い直流電圧で加速され、いわゆる近接
集束の状態で、反射防止層3とメタルバック層4を通過
して、螢光体層5に入射し螢光体を発光させる。
螢光体層5で輝度増倍された像は、平滑層6を通して固
体撮像素子の感光層7に入射し、固体撮像素子8の動作
によって映像出力信号が得られることになる。このよう
に螢光体層5での輝度増倍がほとんど損失なく固体撮像
素子8側に伝達できるので、ファイバープレート使用に
よる従来のような画質劣化がなく、高感度化が行える。
実施例2 本発明は、第7図に示すような電界型II13と組合わせる
形で実現することも可能であるが、電界型II13で得られ
る画像では、とくに周辺の歪の発生が避け難いため、無
歪みの特長を有する固体撮像素子8との組合せは不適で
もあり、また形状も大きくなって好ましい例とは言えな
いが、製作方法は実施例1より容易である。また、この
例では、画像歪みを軽減するため、II入力面として凹面
状のファイバープレート12を用いているが、これを平面
のガラス画板に変えると、一層画像歪みを大きくするこ
とになり実用性はさらに低くなるが、画質は良好とな
る。
実施例3 II型固体撮像素子に、2次元像増倍素子として知られる
マイクロチャンネルプレート17(以下、MCPと略す)を
挿入して、超高感度とした例を第8図、第9図に示す。
この例でも、画像歪みの点を考慮すれば第8図の近接型
の方が好ましい。MCP17の増倍度は、その入出力端子間
に印加する電圧により可変できるが、一般に1000Vに対
して104倍前後の増倍度があり、さらに螢光体層5にお
ける輝度増倍が加わるので、数万倍以上の像増倍度が得
られる超高感度撮像素子となる。
実施例4 固体撮像素子としては、第10図に示すように走査機能を
有する固体素子上に例えばアモルファスシリコンなどの
光導電体層18を積層した、いわゆる積層型固体撮像素子
19でもよく、この場合には平滑層を省くことも可能であ
る。
(発明の効果) 従来技術の欠点、問題点の解決の鍵は、IIと固体撮像素
子の結合用として用いたファイバープレートの除去にあ
った。本発明ではこれを、固体撮像素子をファイバープ
レートを介さず、直接II内に封じ込む方法によって行
い、かつIIの光電面製作時および真空中で光電面と共存
する場合に生ずるアルカリ金属付着による特性劣化の影
響を、固体撮像素子面上に平滑層および螢光面を積層す
ることによって防ぐことを実施した。
このファイバープレートの除去により、 (1) ファイバープレートの光学透過率は70%前後な
ので、2枚使用による損失がなくなると感度が約2倍に
なる。
(2) 解像度劣化やビート、モアレ発生などがなくな
る。
(3) ファイバープレートのマルチファイバー、吸収
体など、構造からくる本質的な固定パターンによるむ
ら、個々のファイバーの断線、失透、透過率の差による
欠陥むらやシェーディングがなくなり、画像品位が大幅
に改善される。
(4) 高価なファイバープレートを使わずに済み、経
済性が向上する。
(5) 螢光体層で輝度増倍された光学像を固体撮像素
子の入力像とするため、螢光体での輝度飽和効果によっ
て、強烈な光、いわゆるハイライトが入射したときに
も、固体撮像素子でのブルーミングやスミアなどの好ま
しくない現象の発生を妨げる、など大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のII型固体撮像素子を用いた第1の実
施例の構成を示す図、 第2図は、電界型IIとファイバープレート付きサチコン
を結合した従来例を示す図、 第3図は、近接型IIとファイバープレート付きサチコン
を結合した従来例を示す図、 第4図は、近接型IIと固体撮像素子を結合した従来例を
示す図、 第5図は、電界型IIに固体撮像素子を内蔵した従来例を
示す図、 第6図は、ファイバープレートを1枚とした従来例を示
す図、 第7図は、本発明のII型固体撮像素子を電界型IIに適用
した第2の実施例の構成を示す図、 第8図、第9図は、本発明の第3の実施例で、それぞれ
MCPが配設された近接型および電界型のII型固体撮像素
子を示す図、 第10図は、本発明の第4の実施例で、積層型固体撮像素
子を用いたII型固体撮像素子を示す図である。 1……フェースプレート、2……光電面 3……反射防止層、4……メタルバック層 5……螢光体層、6……平滑層 7……固体撮像素子感光層 8……固体撮像素子、9……電極 10……絶縁物、11……螢光面 12……ファイバープレート 13……電界型II、14……光導電面 15……ファイバープレート付き撮像管 16……近接型II、17……MCP 18……光導電体層、19……積層型固体撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 欣裕 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 小池 純郎 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 安藤 孝 東京都渋谷区神南2丁目2番1号 日本放 送協会放送センター内 (56)参考文献 特開 昭56−102053(JP,A) 特開 昭57−10584(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電面を具えた光電面部と螢光体層と固体
    撮像素子とを具えた螢光面部とを基本構成要素とするイ
    メージ・インテンシファイヤ付撮像デバイスにおいて、
    前記固体撮像素子上にイメージ・インテンシファイヤ用
    の前記螢光体層を積層したことを特徴とする撮像デバイ
    ス。
  2. 【請求項2】前記イメージ・インテンシファイヤがマイ
    クロチャンネル・プレートを有することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の撮像デバイス。
  3. 【請求項3】前記固体撮像素子が、走査機能を有する固
    体素子に光導電体層を積層した積層型固体撮像素子であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    に記載の撮像デバイス。
JP61173905A 1986-07-25 1986-07-25 撮像デバイス Expired - Lifetime JPH0666922B2 (ja)

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US6583558B1 (en) 1997-07-24 2003-06-24 Hamamatsu Photonics K. K. Electron tube

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