JPS61212173A - 増感された電荷結合イメージ・センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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・センナに関
するものであシ、さらに詳しく言えば電荷結合装置（Ｃ
ＯＤ）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ヌト金属部品を使用したセ
ンサ用のヘッダ・アッセンブリに関する。

〈発明の背景〉 増感された電荷結合イメージ・センサは久方窓の内面上
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・センサの焦慨面に配置された電荷結合装置（ＣＯＤ
）を有するヘッダ・アッセンブリとからなる。このよう
な構成は１９８２年ＩＱ月１９日付けの米国特許第４，
３５５，２２９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
られるー÷→Ｈトー　　　　　　　　　　　　　　一時
蓄積しジヌタ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ャンネル・ス
トップ（図示せず）が設けられておシ、各チャンネ／ｌ
／　（ＣＯＤ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
って分離されたポリシリコンの例えばＮ十領域からなる
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和動作する。電
極は２酸化シリコン（、ＳｍＯ２）層によって比較的厚
いＰ型基板から分離されている。上述のＣＯＤ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ＣＯＤ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
０Ａレジスタ上を照射する。入射した光電子によシ、Ａ
レジスタの各位置に達するエネルギ密度に従ってその各
位置に電荷が発生する。

集積時間（例えば商用テレビジョ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（フィールド
）は、多相電圧φＡ１・・・φＡ３およびφＢ１・・・
φＢ３の印加によって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レジスタヘ一
時に１行づつ順次転送され、各行の電荷がＣレジスタに
到達しん後、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レジスタへの重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ョ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（商用テレビジョ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レジスタへのフィールドの
転送期間中、新しいフィールドがＡレジスタに集積され
る。

ＣＯＤ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って生成された電
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ＣＯＤを含む単一の大きな
ウェ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４．２６６．３３４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
ェ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ェハ
から個々のＣＯＤを取外すときの構造上の支持板となっ
ている。しかしながら、ガラス支持板は、ウェハ中に含
まれているＣＯＤ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ェ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ＣＯＤに貼り付ける念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
ＣＯＤ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４，４６５，５４
９号明細書中には多数のＣＯＤを含む薄く作られたウェ
ハからガラス支持板を取外す方法が示されている。

ウェハは分割されて個々のＣＯＤが提供される。薄く作
られた各ＣＯＤ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す中にＣＯＤ
を取付けるのに必要な強度を与えるために、薄いＣＯＤ
の一面にろう付けされた支持フレ−ムが示されている。

従来技術による増感されたｔ荷結合イメージ・センサで
は、フレームの取付けられたＣＯＤが絶縁性ヘッダにろ
う付けされている。最初ＣＯＤにフレームをろう付けし
、次いでＣＯＤに取付けられたフレームを絶縁性ヘッダ
上にろう付けすると、ＣＣＤ上にろう付は材料が流れた
り、絶縁性ヘッダ上のＣＯＤ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。ばね式のクリップに
よってＣＯＤ　ｉヘッダに取付ける方法もあるが、ばね
式クリップはセンサが激シいショックや振動を受ける状
態では、ＣＯＤが動いて不整列状態になることがある。

従って、ろう付けを使用することなく　ＣＯＤを絶縁性
ヘッ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ＣＯＤ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っている。イメージ・
センサはイメージ増感部とヘッダ・アッセンブリとから
なっており、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。ヘッダ・アッセンブリは、陰極からの光電子
を受入れる電荷結合装置と、絶縁性ヘッダと、この絶縁
性ヘッダとイメージ増感部との間に取付けられたヘッダ
・フランジとを具備している。ヘッダ・アッセンブリは
、ヘッダ・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って改善することができる。支
持フランジは絶縁性ヘッダと隣接する突出部を持ってい
る。環状支持フランジ内には電荷結合装置の支持アッセ
ンブリが偏心して配置され且つ取付けられている。また
、支持アッ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。

く好ましい実施例の説明〉 以下、図示の実施例を参照しつｋ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とヘッダ・アッセンブリ２４
とからなる。光学軸２６はセンサ２０の中心線に沿って
縦方向に伸びている。

イメージ増感部２２はガラヌー金属またはセラミックー
金属構成からなる実質的に円筒状の真空外囲器２８から
なっている。精密な寸法上の公差を維持するためにはセ
ラミックー金属構成が好ましい。

外囲（社）２８の一端には導電性の環状入力へフェース
プレート・フランジ３０が設けられており、他端には導
電性の環状外囲器ヘッダ・フランジ３２が設けられてい
る。入力フェースブレート・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パルプ封止面３６とを有している。

好ましくは高アルミナ・セラミック材料からなる円筒状
絶縁スペーサ３８が入力フェースブレート・フランジ３
０の封止面３６に例えばろう付けによって取付けられて
いる。絶縁スペーサ３８の反対端は同様にグリッド・バ
ルブ°フランジ４ｏの一端に取付けられている。同様に
高アルミナ・セラミック材料で作られた陽極絶線スペー
サ４２は、グリッド・バルブ・フランジ４０の他端ト外
囲器のヘッダ・フランジ３２との間に例えばろう付けに
よって取付けられている。

入力フェースブレート・アッセンブリ４４は外囲器２８
の一端を閉じている。また、入力フェースブレート・ア
ッセンブリ４４は陰極フェースプレート・フランジ４６
と陰極フェースプレート４８とを有している。陰極フェ
ースプレート４８は、通常の方法によって陰極フェース
プレート・フランジ４６にフリット封止された当技術分
野で周知の繊維光学材料からなることが望ましい。陰極
フェースプレート・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ェースブレート・フラ
ンジ３０の溶接ヘリ部３４に溶接されている。陰極フェ
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＼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４．３
５５，２２９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、新規なヘッダ・アッセン
ブリ２４は、環状絶縁性ヘッダ５６、第１の導電性ヘッ
ダ・フランジ５８、第２の導電性ヘッダ・フランジ６０
、窓アッセンブリ６２、第１のヘッダ・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
置支持アッセンブリ６６０組合わせからなっている。

第３図および第５図に示すように、環状絶縁性ヘッダ５
６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ョンお
よび焼結処理によっ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。ヘッダは適当な媒体によって互いに
結合された複数のセラミック成分からなるものでもよい
。

特に第５図を参照すると、ヘッダ５６は、このヘッダ５
６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の環状セラミック・ディスク７４に結
合された反対側の平坦なディスク表面とを有する実質的
に平坦な第１の環状セラミック・ディスク６８からなっ
ている。第２のディスク７４の内径は第１のディスク６
８の内径よりも小さく、支持面７６を形成している。ま
た、第２のディスク７４の外径は第１のディスク６８の
外径よりも大きく、それによってリード線封止面７８を
形成している。

第２のテ゛イスク７４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
付けによって取付けられている。リード線８０はイメー
ジ・センサ２０に沿って長手方向に伸びるように形成さ
れており、これによって電気的接続を容易に行なうこと
ができる。第２のディスク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ッド（第５図にはその１
つだけが示されている）によって金属化されていてそれ
ぞれ電極面を形成している。各パッド８２はまた第２の
ディヌク７４０周辺面に沿って長手方向に伸びてＶ−ド
線８０のそれぞれに接触している。第１の表面８６と第
２０表面８８とを有する実質的に平坦な第３の環状セラ
ミック・ディスク８４は第２のディスク７４に接続され
ていて、それによって第３のディスク８４の第１の表面
８６は第２のディスク７４の電極面に接続されている。

第３のディスク８４の第２の表面８８はヘッダ５６の第
２の主表面と同じように作られている。第３のディヌク
８４の内径は第２のディスク７４の内径よりも小さく、
そのため第２のディスク７４の内径周辺をとり巻いて配
置された電極パッド８２は露出している。しかしながら
、第３のディスク８４の外径は第２のディスク７４の外
径と実質的に等しく、それによって第２のディスク７４
の外面に隣接する電極パッド８２０半径方向に配置され
た部分を覆ってこれを保護している。ヘッダ５６の第１
および第２の主表面７ｏ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
ヘッダ・フランジ５８および６ｏ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１
２月６日付けの米国特許第３．２９０．１７１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のヘッダ・フランツ５８および６０から
内側へ複数個の圧力逃がし孔９０がヘッダ５６を貫通し
て設けられている。

第１の導電性ヘッダ・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のヘッダ・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、ヘッダ５６の第２のディスク７４の支持面７
６に接触するｙ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の支片フ・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ッセンブリ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ッセ
ンブリ６６は電荷結、合装置（ＣＯＤ　）　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１
０２は、例えば１９８５年２月２６Ｅｌ付けの米国特許
出願筒７０５　、７０７号明細書中に示されているよう
なディスク形式のシリコン・ウェハ１０３上に形成され
ていることが好ましい。支持アッセンブリ６６は環状の
下側支持部材１０４と環状の上側伸張部材１０６とを有
している。上側伸張部材１０６は下側支持部材１０４内
に入れ予成に嵌込まれている。

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
テップ状の溶接フランジ１１２がヌカート部分１１０か
ら半径方向に外向きに伸びている。

ＣＣＤ　１０２は第１　ｔｖ　ＣＣＤ　面１１４と第２
ノＣＣＤ面１１６とを有し、その上にＣＯＤ　１０２を
動作させるために複数の電極と接触パッド（図示せず）
が形成されている。また、このＣＯＤ　１０２は、イメ
ージ・アレー１０（７）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ＣＣＤ　１０２の第１の表面１１４
の薄くされた部分をとシ巻いて伸びている。ＣＯＤ　１
０２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
２◇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はステップ状の変移
部分１２・６によって平坦な接触部分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１０６の平坦な接触部分１２０は、ＣＯＤ　１０２
の薄くされた部分と周縁部１１８の周辺との間で上記Ｃ
ＣＤ　１０２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ＣＣＤ　１０２に伸張力を与えてこれ
を平坦にし、このＣＣＤ　１０２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ＣＣＤ　１０２　（７）　Ａ　ｖ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ＣＣＤ　１０２
に対して中心には配置されていない。従って、第３図お
よび第４図に示すように、ＣＣＤ　１０２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
ッセンブリ６６のこの新規な構成によシ、長方形の開孔
１２２によっ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の光学軸を中心として配置される
ように、支持部材６６を環状の支持フランジ６４内に偏
心して取付けることができる。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て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
持アッセンブリ６６の下側支持部材１０４のステップ状
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　ノＣＯＤ表面１１６上の接続パッドとヘッダ５６
の電極パッド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、窓アッセンブリ６２は外囲器２８
の他端を閉鎖している。窓アッセンブリ６２は窓フラン
ジ１２８と、この窓フランジ１２８に封着されたガラス
製フェースプレート１３ｏトヲ含んでいる。また、窓フ
ランジ１２８は第２のヘッダ・フランジ６０に溶接され
て、外囲器２８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。拡大された光応答性
が望ましい多くの適用例に対しては、カリウムーナトリ
ウムニセシウムー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２ｏを高温で何時
間が焼成することによって陰極が形成される。圧力逃げ
開孔９０および９８によってＣＣＤ　１０２の両側にか
−る圧力を等しくすることができ、それによってＣＯＤ
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
ョン）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３．６５８，４００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
チップ・オフされている、すなわち冷溶接されており、
保護キャップ１３６によって覆われている。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィールド転送形式の周知の電荷結合装置（Ｃ
ＣＤ）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
による新規なヘッダ・アッ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図に示す新規なヘッダ・アッセンブリ
の４−４線に沿って示した平面図、第５図はこの発明に
よる新規なヘッダ・アッ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・・・ヘッダ・アッ
センブリ、２６・・・光学軸、２８・・・外囲器、５２
・・・光電子放出陰極、５６・・・絶縁性ヘッダ、５８
・・・ヘッダ・フランジ、６４・・・環伏支持フランジ
、６６・・・・電荷結合装置支持アッセンブリ、９６・
・・突出部、１０２・・・電荷結合装置、１０６・・・
伸張部材。 特許出願人　　　アールシーニー　コーポレーション代
　理　人　　清　水　　　哲　ほか２名才３図 才４１ 才５回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   ヘッダと、該絶縁性ヘッダと上記イメージ増感部との間
   に取付けられたヘッダ・フランジとを含むヘッダ・アッ
   センブリとを有し、 上記ヘッダ・アッセンブリは、上記ヘッダ・フランジ中
   に同軸的に配置され、上記絶縁性ヘッダと接触する突出
   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
   置支持アッセンブリとからなり、上記電荷結合装置支持
   アッ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
   れる部分は縦方向に伸びる光学軸を中心として配置され
   ている、 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。