JPS6331281A - 撮像デバイス - 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】 （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
めて暗い低照度丁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、ＴＩ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、ＴＩ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ＩＩ　１３とファ
イバープレー１・１２付きザチコン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
テレヒションカメラ３Ｊ、す１０〜１５（ｆｆの高感度
が得られている（犬西、山ド：■Ｉイ・１きザチコン小
型高感度カメラ、　　ＮＩＩＸ技研月報＋　Ｖｏｌ、　
２４＋歯！、１９８１）。また、感光層の＋；Ｖ　ｔｔ
＋が異なるが同し光導電型撮像管のカルニコンと結合し
７た例（）１上、川原；イメージインテンシファイア（
（Ｉきカルニコンの撮像特性、　１９７．１年テＬ・ヒ
学会全犬ｒ稿集２−２）や、ニュービ］１ンと結合した
例（白木：ファイハープレート付きニューヒ：１ン、　
ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ、
　Ｖｏｌ、　２５．　　ｔＪｏ　２＋　１９７９）があ
る。あるいは第３図に示すように近接（集束）型ＩＩ　
１６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（・ｊ、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１／
ヒ錆Ｖｏ１．３６．　ｈｘ　３　、１９Ｆ１２）。

−層の高感度化を図る場合（４、ＩＩを多段とするもの
、あるいはＭＣＩＩ（マイクｒ２チャンネルプレー１へ
）入りのＩｔ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Ｉ＋　１３との結合も考えられ
るが、固体撮像素子の小型、無歪みの特長を生かすため
には、画像歪みの生じ易い電界型ＴＩより、歪みのない
近接型１１１６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を封し込む例が
ある。例えば、第５図に示すものはＩｃｃＤ（Ｉｎｔｅ
ｎｓｉｆｉｅｄ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ）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。０．１．、１．ｏｗｒａｎｃｅ
　ｅ＋、　ａｔ、、　ＩＣＣ１ＩＣＣ１１１）ｅｖｅｌ
ｏｐ　ａｔ　Ｐｒ１ｎｃｅｔｏｎ、　Ａｄｖ、　Ｅ、Ｅ
、Ｐ、、　Ｖｏｌ。

５２、　ｐ、ｐ、　４４１〜４５２．１９７９）（発明
が解決しようとする問題点） １１　（＝ｌ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層Ｉ−
に光学約６こ正しく移すことが必須の条（！１である。

ごのためＩＩと撮像デバイスの結合用として、基本的に
は、＋１の出力側用ファイバープレー［−と、撮像デハ
イノ入力側用ファイバープレー１・の２枚を必要とする
（第２．　３．　　／Ｉ図参照）。このファイバープレ
ートの使用は結果として、ごのＩＩ伺き撮像デバイスか
ら得られる画像の画質を、ファイバープレー１・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１−　＋；Ｉ：　、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
に加トしたものであり、人力面上の光学像を少ない光学
１員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。

（］）　　光光損失が少ないとはいえ、その透過率は７
０％前後であり、ファイバープレートを２枚使えば、Ｆ
合透過率は５０％１１１１後となって、ＩＩによる像増
倍度は半分になる。

（２）　　ファイハープ（／−１□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−ロる場
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１・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。

−１−述のように、ＩＴと撮像デバイスのファイハー結
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１１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の出力面ファイバーを結合しようとする固体撮像素
ｒに接着剤によって貼り（＝ｊげる方法を取り、ファイ
バープレー１−を１枚減らず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
を確かめたが、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伯したものとして、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し込む例
がある。例えば、すでに第５図に示したものはＴＣＣＤ
　（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐ
ｌｅｄＤｅｖｉｃｅｓ）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センザ一部に、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ｃｃｎ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、■■と固体撮像素子を結合、−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、Ｕ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。

（問題点を解決するだめの手段） 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
ファイヤイ１撮像デバイスにおいて、前記固体撮像素子
」二にイメージ・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（＝ｊ図面を参照し、実施例により本発明の詳細
な説明する。

実−施舞土 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１〜
１２を使用せず、ＩＩ　１６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の感光部７上
を、例えばＰＳＧ　（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、一般ニソノ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
ぼず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く役割も果た
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−１−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
メタルバンク層」二には、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
波長特性を適合さセ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。

ここでメタルバンク層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
巾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１卜して、ＩＩ型固体撮像素子
としたものである。近接型Ｕ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（特公昭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に入則し螢光体を発光さ−Ｕ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１・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（ 本発明は、第７図に示すような電界型ＩＴ　］３と組合
わせる形で実現することも可能であるが、電界型ＩＩ　
１３で得られる画像では、とくに周辺の歪の発生が避は
龍いため、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Ｉ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、■１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面板に変えると、−層面像歪
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Ｉ 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
１０００　Ｖ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」−の像増倍度が得られる超高感度撮像素子となる。

実施４Ｉｕ 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−に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】９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、ＩＴ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ＩＴ内に封じ込む方法によって
行い、かつ■■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くことを実施した。

このファイバープレートの除去により、＋１１　　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
ない現象の発生を防げる、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ＴＩ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ＴＩ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ＴＩ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Ｕ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ＴＩ型固体操像素子を示す図、 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ＴＩ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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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。