KR100494264B1

KR100494264B1 - 광 검출 장치 및 이것을 사용한 촬상 장치

Info

Publication number: KR100494264B1
Application number: KR10-2000-7005480A
Authority: KR
Inventors: 하카마토나오타카; 마루노타다시; 수야마모토히로
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2005-06-13
Also published as: WO1999026298A1; AU1173099A; EP1045452A4; US6573640B1; EP1045452A1; JP3884616B2; EP1045452B1; KR20010032273A; DE69811402T2; DE69811402D1

Abstract

광 입사에 따라서 광 전자를 방출하는 광전면(2), 광 전자(2)가 입사 가능한 전자 입사면(3a)을 갖는 반도체 검출 소자(3) 및 내부의 한 면에 광전면(2)이 배치됨과 동시에 한 면과 대향하는 내부의 다른 면에 반도체 검출 소자(3)가 배치된 진공 용기를 갖는 광 검출부(1)와, 진공 용기의 반도체 검출 소자(3) 측을 냉각하는 냉각 수단(9)을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

광 검출 장치 및 이것을 사용한 촬상 장치{Photodetector and image pickup device employing it}

본 발명은 입사광을 광 전자로 변환하는 광전면과 해당 광전면으로부터 방출된 광 전자를 검출하는 반도체 검출 소자를 갖는 광 검출부를 구비하는 광 검출 장치 및 이것을 사용한 촬상 장치에 관한 것이다.

종래부터 광이 입사되면 광 전자를 방출하는 광전면과, 이 광전면으로부터 방출된 광 전자를 신호 전압으로 변환하는 전자 입사형 반도체 검출 소자를 구비한 광 검출부를 갖는 진공관 타이프의 광 검출 장치가 알려져 있다. 이 타이프의 광 검출 장치 예로서, 예를 들면, 일본국 공개 특허 공보 제(평) 6-243795호에 기재된 전자관이 있다. 이 공보에 기재된 전자관은 광전면과 해당 광전면에 대향 배치된 이면(裏面) 조사형 CCD를 구비하고 있다. 이 전자관에 의하면, 광전면을 구비하지 않으며, 광을 CCD 등의 반도체 검출 소자에 직접 입사하는 타이프의 카메라로는 검출할 수 없는 미약 광이나 자외선 검출이 가능해진다.

도 1은 제 1 실시예의 광 검출 장치의 단면도.

도 2는 도 1에 도시하는 광 검출 장치의 Ⅱ-Ⅱ 단면도.

도 3은 가스압과 플래시 오버 전압의 관계를 도시하는 그래프.

도 4는 가스의 종류와 냉각 온도 관계를 도시하는 그래프.

도 5는 크세논 가스를 봉입한 경우의 경과 시간과 냉각 온도의 관계를 도시하는 그래프.

도 6은 제 2 실시예의 광 검출 장치의 단면도.

도 7은 제 3 실시예의 광 검출 장치의 단면도.

도 8은 촬상 장치인 CCD 카메라의 구성도.

(발명의 개시)그러나, 최근, 상기 일본국 공개 특허 제(평) 6-243795호 공보에 게재된 전자관을 시작으로 하는 광전면과 전자 입사형 반도체 검출 소자를 구비한 광 검출부를 갖는 광 검출 장치에 광 검출 효율의 추가적인 향상이 기대되고 있다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 광 검출 효율이 향상한 광 검출 장치 및 이것을 사용한 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 이 목적 달성을 위해, 광전면 및 CCD 등의 반도체 검출 소자에 흐르는 암전류를 저감하는 것에 착안하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명에 관련되는 광 검출 장치는 광 입사에 따라서 광 전자를 방출하는 광전면, 상기 광 전자가 입사 가능한 전자 입사면을 갖는 반도체 검출 소자 및 내부의 하나의 면에 상기 광전면이 배치되는 동시에 상기 하나의 면과 대향하는 내부의 다른 면에 상기 반도체 검출 소자가 배치된 진공 용기를 갖는 광 검출부와, 상기 진공 용기의 상기 반도체 검출 소자 측을 냉각하는 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광 검출 장치에서는, 광전면에 측정 광이 입사하면 광 전자가 방출되며, 이 광 전자가 반도체 검출 소자의 전자 입사면에 입사함으로써, 입사 광의 검출이 행해진다. 또, 본 발명에서는, 진공 용기의 반도체 검출 소자 측이 냉각되어 있으며, 반도체 검출 소자에 있어서의 암전류 발생이 억제된다. 더욱이, 반도체 검출 소자 및 광전면이 배치되어 있는 진공 용기를 통해, 반도체 검출 소자뿐만 아니라 광전면도 냉각된다. 이로써, 광전면에 있어서의 암전류 발생도 억제되어, 광 검출 효율이 향상한다.

또, 본 발명의 광 검출 장치에 있어서, 상기 냉각 수단은 열을 흡수하는 흡열부와 열을 발생하는 발열부를 가지며, 상기 흡열부가 상기 진공 용기의 상기 반도체 검출 소자 측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 더욱이 이러한 냉각 수단으로서, 펠티에 소자를 사용하는 것이 적합하다.

이러한 구성을 채용한 경우, 예를 들면, 펠티에 소자 등의 냉각 수단의 흡열부에 의해 반도체 검출 소자의 열이 흡수된다. 이로써, 반도체 검출 소자는 냉각되어 암(暗)전류 발생이 억제된다. 또, 냉각 수단의 흡수부에 의해 진공 용기를 통해, 반도체 검출 소자뿐만 아니라 광전면의 열도 흡수된다. 이로써, 광전면은 냉각되어, 광전면에 있어서의 암전류 발생이 억제된다.

또, 상기 광전면에 입사시키는 상기 광이 투과 가능한 광 투과부와, 상기 광전면과 상기 전자 입사면 사이에 인가되는 전압을 상기 광 검출부에 공급 가능한 전압 도입 단자를 가짐과 동시에 상기 진공 용기의 적어도 일부를 수용하는 하우징을 더 구비하며, 상기 냉각 수단의 상기 발열부는 상기 하우징 내면의 소정 위치에 고정되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 채용한 경우, 예를 들면 유리 등의 광 투과부를 투과한 입사광이 광전면에 도달하여, 광전면에 있어서 광 전자가 발생한다. 그리고, 하우징 외부의 전압 공급원으로부터 전압 도입 단자를 통해 광전면과 전자 입사면 사이에 전압이 인가됨으로써, 광전면에서 발생한 광 전자가 전자 입사면으로 끌려 들어가고, 이로써 입사광 검출이 행해진다. 또, 냉각 수단의 발열부가 하우징 내면의 소정 위치에 고정되어 있기 때문에, 냉각 수단의 발열부로부터 발생된 열은 하우징을 통해 상기 광 투과부에 전달된다. 이로써, 광 투과부가 과도하게 냉각되지 않고, 광 투과부의 결로(結露)가 방지된다. 이 때문에, 측정 광의 광전면으로의 도달율, 나아가서는, 광 검출 장치의 광 검출 효율이 향상한다.

또, 상기 광 투과부와 전압 도입 단자를 갖는 하우징을 구비하는 구성을 채용한 경우에 있어서, 상기 하우징이 그 내부를 진공 상태로 하기 위한 진공 포트를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우, 진공 펌프 등을 사용하여 진공 포트로부터 하우징 내의 가스를 배출시킴으로써, 하우징 내가 진공 상태가 된다. 하우징 내가 진공 상태가 되면, 광전면 및 반도체 검출 소자의 냉각 효율이 향상함과 동시에, 전압 도입 단자와 하우징 사이에서의 방전이 방지된다.

또, 상기 광 투과부와 전압 도입 단자를 갖는 하우징을 구비하는 구성을 채용한 경우에 있어서, 상기 하우징이 그 내부에 대기압보다도 낮은 압력의 건조한 불활성 가스를 도입 및 봉입하는 가스 도입부를 더 구비하는 것도 바람직하다.

이 경우, 하우징 내에 봉지되는 가스가 건조한 가스이기 때문에, 하우징 내에서의 결로가 방지된다. 이로써, 입사광의 광전면으로의 도달 효율이 결로에 의해 저감된다는 사태가 방지된다. 또, 상기 가스는 대기압보다도 압력이 낮은 불활성 가스이기 때문에, 전압 도입 단자와 하우징 사이에서의 방전이 방지된다.

더욱이, 상기 하우징은 상기 냉각 수단의 상기 발열부가 고정되는 상기 소정 위치에 열을 방출하는 방열 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성을 채용한 경우, 냉각 수단의 발열부로부터 발생된 열은 방열 수단에 의해 하우징 외부로 방출된다. 이로써, 냉각 수단의 냉각 효율이 향상하여, 광전면 및 반도체 검출 소자에 흐르는 암전류가 한층 더 저감된다.

더욱이, 상기 진공 용기는 상기 광을 투과함과 동시에 한쪽 면에 상기 광전면이 배치되는 입사면 판과, 상기 입사면 판과 대향함과 동시에 상기 반도체 검출 소자가 배치되는 검출 소자 고정판과, 상기 입사면 판 및 상기 검출 소자 고정판과 함께 진공 공간을 형성하는 측관(側管)을 구비해도 된다.

이 구성을 채용한 경우, 냉각 수단에 의해 검출 소자 고정판을 통해 반도체 검출 소자가 냉각된다. 더욱이, 광전면이 배치되는 입사면 판은 측관을 통해 검출 소자 고정판에 접속되어 있기 때문에, 열 전도에 의해 반도체 검출 소자뿐만 아니라 광전면도 냉각된다.

특히, 상기 측관 및 상기 검출 소자 고정판을 열 전도성이 좋은 세라믹 재료로 형성하면, 열 전도율이 향상하여, 반도체 검출 소자의 냉각에 따라 광전면도 냉각되기 쉬워진다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련되는 광 검출 장치의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다. 더구나, 동일 요소에는 동일 부호를 사용하는 것으로 하여, 중복하는 기재는 생략한다.

[제 1 실시예]

우선, 도 1 및 도 2를 사용하여 본 발명에 관련되는 광 검출 장치의 제 1 실시예의 구성을 설명한다. 도 1은 광 검출 장치(101)의 전체 단면도이다. 또, 도 2는 도 1에 도시하는 광 검출 장치(101)의 II-II 방향의 단면도이다. 이 광 검출 장치(101)는 주로 스테인리스제 하우징(7) 및 방열기(8)로 이루어지는 기밀 용기(10)와, 해당 기밀 용기(10)에 수용되는 광 검출부(1)와 동일하게 기밀 용기(10) 내에 설치된 냉각 수단인 펠티에 소자(9)로 구성되어 있다.

하우징(7)의 상면, 즉 측정 광의 입사 측에는 유리제 광 투과 부재(4)가 접착제로 하우징(7)에 빈틈 없이 고착되어 있다. 또, 하우징(7)의 측면에는, 광 검출부(1)에 고전압을 공급하기 위한 코발제 고전압 도입 단자(5)가 단자의 한쪽을 기밀 용기(10)의 외부로 돌출시키고, 다른쪽을 기밀 용기(10) 내에 수납하는 상태에서, 유리제 절연체(16)를 통해 하우징(7)과의 빈틈 없이 고정되어 있다. 또한, 절연체(16)의 유리는 파손 방지를 위해, 고전압 도입 단자(5)를 형성하는 코발과 열 팽창율이 거의 동등한 것을 사용하고 있다. 그리고, 고전압 도입 단자(5)의 기밀 용기(10) 내에 위치하는 한쪽 끝은 도선(17)을 통해 광 검출부(1)의 광전면(2)과 전기적으로 접속되어 있다.

더욱이, 하우징(7)의 측면에는 기밀 용기(10) 내에 건조한 불활성 가스를 도입하기 위한 구리제 가스 도입 포트(6)가 하우징(7)과의 갭이 없는 상태로 끼워 맞춰져 있다. 또, 하우징(7)은 O링 등의 진공 실(seal) 부재에 의해 베이스 부재로서도 기능하는 방열기(8)에 설치되며, 기밀 용기(10)를 형성하고 있다. 이 방열기(8)는 열 전도성이 양호한 재료(예를 들면 알루미늄)로 형성됨과 동시에, 도 2에 도시하는 바와 같이 베이스부(8a)로부터 방열 핀(8b)을 수하(垂下)시켜 구성되어 있다. 그리고, 이 방열기(8)의 외부에는 방열기(8)를 공냉하는 공냉 팬(12) 등이 구비되며, 베이스부(8a)의 측면 쪽에는 펠티에 전원용 커넥터(13)가 밀착하여 구비되어 있다.

방열기(8)의 상면, 즉 기밀 용기(10) 내부에는 냉각 소자인 펠티에 소자(9)가 다단으로 적층되어 배치되어 있다. 이 펠티에 소자(9)는 도 1에 있어서의 아래쪽, 즉 방열기(8) 측이 발열부(9a)가 되며, 반대인 위쪽이 흡열부(9b)로 되어 있다. 그리고, 발열부(9a) 측이 상술한 펠티에 전원용 커넥터(13)와 접속되어 있다. 흡열부(9b)의 상면에는 열 전도율이 높은 알루미늄 부재(11)를 통해, 상기 광 검출부(1)가 설치되어 있다. 또한, 알루미늄 부재(11)는 반드시 설치할 필요는 없다.

광 검출부(1)는 원반 형상 스템(1b), 원통 형상 밸브(1c) 및 유리제 입사면 판(1a)에 의해, 내부에 진공 공간이 형성된 용기로 되어 있다. 또한, 스템(1b) 및 밸브(1c)는 열 전도성 및 전기 절연성이 양호한 세라믹스에 의해 형성되어 있다.

또, 광 검출부(1)의 입사면 판(1a)의 하면에는, 광 투과 부재(4)를 투과한 측정 광이 입사함으로써 광 전자를 방출하는 상술한 광전면(2)이 배치되어 있다. 더욱이, 스템(1b)의 상면에는, 광전면(2)으로부터 방출된 광 전자를 신호 전압으로 변환하는 이면 조사형 CCD(3)가 배치되어 있다. CCD(3)에는 전자가 입사하는 전자 입사면(3a)이 구비되어 있으며, 이 전자 입사면(3a)은 광전면(3)과 대향하고 있다. 또, CCD(3)에는 CCD(3) 신호를 처리하는 회로 기판(14)이 접속되며, 이 회로 기판(14)에는 도 2에 도시하는 신호용 커넥터(15)가 접속되어 있다. 더욱이, CCD(3)의 전자 입사면(3a)은 접지 전위로 되어 있다.

본 실시예의 광 검출 장치(101)는 상술한 기밀 용기(10)에 건조한 불활성 가스를 도입 및 봉입함으로써 완성한다. 기밀 용기(10) 내로의 가스 도입 및 봉입은 다음과 같이 행한다. 우선, 기밀 용기(10) 내의 공기를 가스 도입 포트(6)로부터 터보 펌프 등에 의해 배기함으로써 기밀 용기(10) 내를 고진공 상태로 한 후, 가스 도입 포트(6)로부터 도시하지 않은 건조한 불활성 가스를 기밀 용기(10) 내로 도입한다. 그 후, 가스 도입 포트(6)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 핀치 오프에 의해 기밀을 유지해야 할 절단 부분이 평평해지도록 절단되든지, 도시하지 않은 밸브 등에 의해 닫혀져 기밀 용기(10)는 봉지된다.

더구나, 상술한 바와 같이, 광 검출부(1)에 고전압이 인가되기 때문에, 도선(17)과 하우징(7) 사이에서 방전이 일어나, 광전면(2)에 있어서 암전류가 발생할 우려가 있다. 그러나, 봉입되는 가스의 압력을 도선(17)과 하우징(7) 사이에서 방전이 일어나지 않을 정도로 함으로써, 광전면(2)에서의 암전류 발생을 막는 것이 가능해진다.

또한, 기밀 용기(10) 내에 봉입된 상기 가스의 압력은 100Torr 이상으로 대기압 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.

가스압을 상술한 범위의 하한보다도 너무 낮게 한 경우에는, 기밀 용기(10) 내의 도선(17)과 하우징(7) 사이에서 방전이 일어나기 쉽다는 문제가 생긴다. 이유는 이하와 같다.

도 3의 파셴 곡선으로 나타낸 것과 같이, 가스의 압력을 p[Torr], 고전압 도입 단자(5)의 도선(17)과 하우징(7)과의 최근접 거리를 l[cm]로 한 경우, 플래시 오버 전압(Vs)[V]은 pl[Torr·cm]의 함수가 되어 대략 V형상의 곡선을 나타낸다. pl 값이 약 1[Torr·cm]일 때에 플래시 오버 전압(Vs)[V]은 최소가 되어, 이 최소점을 경계로 그래프 경향이 변화하지만, 본 실시예에서는 거리(l)는 약 O.7cm이기 때문에, pl 값이 1[Torr·cm]보다도 큰 쪽을 고려하면 된다. 이 부분을 보면, pl 값이 작아짐에 따라, 즉, 가스압이 작아짐에 따라 플래시 오버 전압(VS)[V]도 작아져 방전하기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 가스압을 내리면 봉입 가스의 분자 밀도가 작아지기 때문에, 전자의 평균 자유 행정이 길어지고, 전계중의 전자가 가속되어 속도가 커진다. 그 때문에 충돌 전리가 왕성해져, 방전하기 쉬워지는 것이다.

한편, 가스압을 상술한 범위의 상한보다도 너무 높게 한 경우에는, 기밀 용기(10) 내에서 열의 대류가 생기고, CCD(3) 및 광전면(2)의 냉각 효과가 저하하여, 광 검출부(1)의 광 검출 효율이 저감해버린다. 또, 봉입 가스가 유리제 광 투과 부재(4)를 압박한다는 문제도 생긴다.

따라서, 봉입되는 가스의 압력을 100Torr 이상 대기압 이하의 범위로 함으로써, 냉각 효율을 저하시키지 않고, 또한, 보다 확실하게 방전을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다. 단, 광 검출부(1)로 인가되는 전압의 크기 등에 의해, 방전 발생의 용이함이 다르기 때문에, 인가 전압 등에 따라서 봉입하는 가스 압력을 결정할 필요가 있다.

계속해서, 본 실시예의 광 검출 장치의 작용을 광 검출부의 냉각 과정과 광 검출 과정으로 나누어 설명한다.

우선, 도 1을 참조하면서, 광 검출부(1)의 냉각 과정에 대해서 설명한다.

펠티에 소자(9)에 펠티에 전원용 커넥터(13)로부터 전류가 흘러 들어가면, 펠티에 소자(9)는 흡열 측에서 열 전도율이 좋은 알루미늄 부재(11)를 통해 CCD(3)의 열을 흡열하여, CCD(3)를 냉각하게 된다. 그 때문에 CCD(3)의 전송부 등에 흐르는 암전류가 감소하여, CCD(3) 감도가 향상한다. 또, 광 검출부(1)에는 고전압이 인가되기 때문에, 펠티에 소자(9)가 설치되어 있지 않으면, 광전면(2) 온도가 상승하며, 이로써 광전면(2)으로부터 불필요한 열 전자가 방출되어 암전류가 증가할 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 펠티에 소자(9)가 설치되고, 게다가, 펠티에 소자(9)에 의해 CCD(3)가 냉각될 뿐만 아니라, 열 전도성이 양호한 세라믹스로 형성되어 있는 스템(1b) 및 밸브(1c)를 통해 광전면(2)도 냉각되기 때문에, 열 전자 방출을 저감하여 광전면(2)의 감도를 향상할 수 있다. 이 때, 입사면 판(1a) 근방이 냉각되기 때문에, 입사면 판(1a)이 결로하는 것도 생각할 수 있지만, 기밀 용기 내(10)에 봉입한 가스는 건조한 가스이기 때문에, 입사면 판(1a)이 결로하지는 않는다. 그 때문에, 광 투과 부재(4)를 투과한 측정 광의 광전면(2)으로의 입사율 저하를 방지할 수 있다.

한편, 펠티에 소자(9)의 발열부(9a) 열은 방열기(8)에 의해 광 검출 장치(101) 외부로 방열된다. 또한, 이 방열기(8) 근방에는 공냉 팬(12)가 구비되며, 방열기의 냉각 효과, 나아가서는 CCD(3) 및 광전면(2)의 냉각 효과를 한층 더 높여, 광 검출 효과를 조장하고 있다. 또, 펠티에 소자(9)의 발열부(9a) 열은 스테인리스제 하우징(7)을 통해 광 투과 부재(4)에 전달되며, 이로써, 광 투과 부재(4)의 결로가 방지되어, 측정 광의 광전면(2)으로의 입사율을 향상할 수 있다.

또, 냉각 시에 기밀 용기(10) 내부를 항상 고진공으로 유지할 필요가 없기 때문에, 진공 펌프 등을 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 장치 전체를 소형화할 수 있으며, 취급이 용이해짐과 동시에 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 기밀 용기(10) 내에 봉입되는 가스는 건조한 질소 가스이지만, 이 외, 아르곤 가스나 크세논 가스를 봉입해도 된다. 아르곤 가스나 크세논 가스를 사용할 경우는 이들 가스는 질소보다 열 전도율이 작기 때문에, 기밀 용기(10) 외부로부터의 대류에 의한 열의 유입이 적어져, 광 검출부(1)의 냉각 효율이 향상한다는 효과가 있다.

도 4는 본 실시예와는 별도로 기밀 용기 내에 펠티에 소자를 수용한 실험용 장치를 제작하고, 펠티에 소자에 0.8A의 전류를 흘렸을 때의 펠티에 소자의 흡열부의 온도를 질소 가스, 아르곤 가스, 크세논 가스 3종류에 대해서 측정한 실험 결과이다. 이 그래프를 보면, 열전도율이 가장 작은 크세논을 사용했을 때에, 냉각 효과가 가장 높아지는 것이 분명하다.

도 5는 기밀 용기 내에 크세논 가스를 봉입한 경우의 시간 경과에 따르는 펠티에 소자의 흡열부의 온도 변화를 측정한 실험 결과이다. 이 그래프를 보면, 시간이 경과해도 냉각 효과가 거의 저하하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 크세논 가스를 본 실시예의 기밀 용기(10) 내에 봉입하면, 광 검출부(1)의 냉각 효과를 장시간에 걸쳐 유지할 수 있게 된다. 이렇게, 크세논 가스를 사용하면, 펠티에 소자(9)의 냉각 효과를 향상할 수 있음과 동시에 냉각 효과를 장시간 유지할 수 있다. 단, 비용 삭감을 우선하는 경우는 크세논 가스보다도 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

계속해서, 도 1을 참조하면서, 상기 냉각 과정을 거침으로써 광 검출 효율이 향상한 광 검출 장치(101)의 광 검출 과정에 대해서 설명한다.

피측정 광이 광 투과면 판(4) 및 광 검출부(1)의 입사면 판(1a)을 투과하여 광전면(2)에 입사하면, 광전면(2)의 전자가 광자 에너지[hν]를 흡수하여 여기되어, 광 전자로서 진공 중에 방출된다. 그리고, 외부의 고전압 전원으로부터 고전압 도입 단자(5)를 통해 광전면(2)에 약 8KV의 마이너스 고전압을 인가하면 CCD(3)의 전자 입사면(3a)은 접지되어 있기 때문에, 광전면(2)으로부터 방출된 광 전자는 CCD(3) 측으로 끌려 간다. 그리고, CCD(3) 측으로 끌려간 광 전자는 CCD(3)에 도달하면 신호 전하로 변환되며, 그 후, CCD(3) 출력부에서 신호 전압으로 변환된다. 그리고, 회로 기판(14)에서 신호 처리되어, 신호용 커넥터(15)를 통해 출력된다.

또한, 광전면(2) 및 CCD(3)가 펠티에 소자(9)의 펠티에 효과에 의해 냉각되어 감도가 향상하고 있기 때문에, 종래의 냉각 장치를 장비하지 않은 타이프의 광전면과 전자 입사형 반도체 소자를 갖는 광 검출 장치에서는 검출 불가능했던 미약 광이나 자외선도 검출할 수 있게 된다. 또, 광 검출부(1)에 고전압이 인가되어도 상술한 바와 같이, 대기압보다도 낮은 압력, 보다 구체적으로는 방전이 일어나지 않을 정도의 압력의 불활성 가스가 기밀 용기(10) 내에 봉입되어 있기 때문에, 방전의 영향으로 광전면(2) 내에 암전류가 발생하지는 않는다. 이 때문에, 펠티에 소자(9)의 냉각 작용에 의한 광 검출부(1)의 고감도 상태가 손상되는 일은 거의 없다.

[제 2 실시예]

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명에 관련되는 광 검출 장치의 제 2 실시예를 설명한다. 본 실시예의 광 검출 장치(1O2)가 제 1 실시예의 광 검출 장치(101)와 다른 것은 광 검출부(1)의 입사면 판(1a)이 대기에 접촉하고 있는 점, 광전면(2)으로 전압을 인가하는 기구로서, 고전압 도입 단자(5) 및 도선(17) 대신에 기밀 용기(1O) 바깥으로 돌출한 고전압 케이블(25)이 설치되어 있는 점, 그리고, 가스 도입 포트(6) 대신에 기밀 용기(10) 내를 진공 상태로 하기 위한 진공 포트(26)가 설치되어 있는 점이다. 광 검출 장치(102)의 작동중은 도시하지 않은 진공 펌프 등에 의해 기밀 용기(10) 내의 공기가 진공 포트(26)로부터 배출되어, 기밀 용기(10) 내가 진공 상태가 된다.

본 실시예에 의해서도, 제 1 실시예와 마찬가지로, 펠티에 소자(9)의 작용에 의해 CCD(3) 및 광전면(2)이 냉각되어, 광 검출 효율을 향상할 수 있다. 또, 광전면(2)으로 전압을 인가하기 위한 고전압 케이블(25)이 대기 중에 돌출하여 설치되어 있기 때문에, 기밀 용기(10) 내에서 방전이 생기는 일은 없다. 더욱이, 진공도를 높게 할 수 있기 때문에, 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 광 검출부(1)의 입사면 판(1a)이 냉각되는 것에 기인하여 입사면 판(1a)의 대기 측면이 결로할 가능성이 있는 점 및 진공 펌프를 상비(常備)하는 것에 기인하여 장치 전체가 대형화하는 점을 고려하면, 본 실시예보다도 제 1 실시예 쪽이 실용적이다.

[제 3 실시예]

다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명에 관련되는 광 검출 장치의 제 3 실시예를 설명한다. 본 실시예의 광 검출 장치(103)가 제 1 실시예의 광 검출 장치(101)와 다른 것은 가스 도입 포트(6) 대신에, 기밀 용기(10) 내를 진공 상태로 하기 위한 진공 포트(26)가 설치되어 있는 점이다. 광 검출 장치(103)의 작동중은 도시하지 않은 진공 펌프 등에 의해 기밀 용기(10) 내의 공기가 진공 포트(26)로부터 배출되어, 기밀 용기(1O) 내가 진공 상태가 된다.

본 실시예에 의해서도, 제 1 실시예와 마찬가지로 펠티에 소자(9)의 작용에 의해 CCD(3) 및 광전면(2)이 냉각되어, 광 검출 효율을 향상할 수 있다. 또, 진공도를 높게 할 수 있기 때문에, 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있다.

입사면 판(1a)의 상면, 즉, 광전면(2)이 구비되어 있지 않은 측의 면이 결로하지 않는 것을 고려하면, 제 2 실시예보다도 본 실시예 쪽이 실용적이라 할 수 있다. 단, 진공 펌프를 상비하는 것에 기인하여 장치 전체가 대형화하는 점을 고려하면, 본 실시예보다도 제 1 실시예 쪽이 실용적이다.

[촬상 장치]

계속해서, 제 1 실시예의 광 검출 장치(101)를 구비한 촬상 장치인 CCD 카메라(111)에 대해서 설명한다.

도 8은 CCD 카메라(111)의 블록도이다. CCD 카메라(111)는 상기 제 1 실시예의 광 검출 장치(101)를 내장한 카메라 헤드(50)와, 광 검출 장치(101)를 제어하는 카메라 컨트롤러(60)로 이루어진다.

카메라 헤드(50)에는 광 검출 장치(101) 외에, 광 검출 장치(101) 내의 CCD(3)를 구동하는 CCD 드라이버(51)와, CCD(3)로부터의 출력을 증폭하는 프리 앰플리파이어(52)와, 광 검출 장치(101) 내의 광전면(2)에 고전압 도입 단자(5)를 통해 고전압을 인가하는 고전압 전원(53)이 수용되어 있다. 또, 광 검출 장치(101)의 입사 측에는 집광 렌즈(54)가 배치되어 있다.

한편, 카메라 컨트롤러(60)는 CCD 드라이버(51)를 제어하는 타이밍 신호를 출력하는 타이밍 발생 회로(61)와, 타이밍 발생 회로(61)를 제어하는 CPU(62)와, 고전압 전원(53)을 제어하는 고전압 컨트롤러(63)와, 광 검출 장치(101) 내의 펠티에 소자(9)의 전류를 제어하는 펠티에 전류 컨트롤러(64)와, 프리 앰플리파이어(52)의 출력을 증폭하는 메인 앰플리파이어(65)와, 메인 앰플리파이어 (65)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(66)로 구성되어 있다. 또, A/D 변환기(65)는 외부의 제어 기능 부가 디스플레이 장치(70)에 접속되어 있다.

이러한 구성 하에, 광 검출 장치(1O1)의 CCD(3)로부터 판독된 출력 신호는 프리 앰플리파이어(52) 및 메인 앰플리파이어(65)에서 증폭된 후, A/D 변환기(66)에 보내져 디지털 신호로 변환된다. 그 후, 해당 신호는 외부의 제어 기능 부가 디스플레이 장치(70)에 송신되며, 소정의 신호 처리가 행해진 후, 디스플레이 표시된다. 이러한 CCD 카메라(111)는 광 검출 효율이 높은 광 검출 장치(101)를 내장하고 있기 때문에, 그 감도는 극히 높게 되어 있다.

또한, 여기서는, 제 1 실시예의 광 검출 장치(101)를 구비한 촬상 장치에 대해서 설명했지만, 이 외에, 제 2 실시예의 광 검출 장치(102)나 제 3 실시예의 광 검출 장치(103)도 당연히 사용할 수 있다.

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, CCD 카메라(111)의 구성은 적당히 변경할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 광 검출 장치에서는 진공 용기의 반도체 검출 소자 측이 냉각되어 있으며, 반도체 검출 소자에 있어서의 암전류 발생이 억제된다. 더욱이, 반도체 검출 소자 및 광전면이 배치되어 있는 진공 용기를 통해, 반도체 검출 소자뿐만 아니라 광전면도 냉각된다. 이로써, 광전면에 있어서의 암전류 발생도 억제되어, 광 검출 효율이 향상한다.

Claims

광 입사에 따라서 광 전자를 방출하는 광전면, 상기 광 전자가 입사 가능한 전자 입사면을 갖는 반도체 검출 소자, 및 내부의 하나의 면에 상기 광전면이 배치되는 동시에 상기 하나의 면과 대향하는 내부의 다른 면에 상기 반도체 검출 소자가 배치된 진공 용기를 갖는 광 검출부와,

상기 진공 용기의 상기 반도체 검출 소자 측을 냉각하는 냉각 수단과,

상기 광전면에 입사시키는 상기 광이 투과 가능한 광 투과부와, 상기 광전면과 상기 전자 입사면 사이에 인가되는 전압을 상기 광 검출부에 공급 가능한 전압 도입 단자를 가지는 동시에 상기 진공 용기를 수용하는 하우징과,

상기 하우징과 함께 상기 진공 용기를 수용하는 기밀 용기를 형성하는 베이스부를 구비하고,

상기 기밀 용기내는, 방전을 방지하기 위해, 진공 상태이거나 또는 건조한 불활성 가스가 봉입되어 있고,

상기 냉각 수단은, 열을 흡수하는 흡열부와 열을 발생하는 발열부를 갖고, 상기 흡열부가 상기 진공 용기의 상기 반도체 검출 소자측에 배치되고, 상기 발열부는, 상기 베이스부에 고정되고,

상기 진공 용기는 상기 광을 투과하는 동시에 한쪽 면에 상기 광전면이 배치되는 입사면판과, 상기 입사면판과 대향하는 동시에 상기 반도체 검출 소자가 배치되는 검출 소자 고정판과, 상기 입사면판 및 상기 검출 소자 고정판과 함께 진공 공간을 형성하는 열전도성 측관(側管)을 갖고,

상기 광전면은, 상기 검출 소자 고정판, 상기 열전도성 측관, 및 상기 입사면판을 통해, 상기 냉각 수단의 상기 흡열부에 의해 냉각되고,

상기 광투과부는, 상기 베이스부 및 상기 하우징을 통해, 상기 냉각 수단의 상기 발열부에 의해 열이 전달되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
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제 1 항에 있어서,

상기 하우징은 그 내부를 진공 상태로 하기 위한 진공 포트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 하우징은 그 내부에 대기압보다도 낮은 압력의 건조한 불활성 가스를 도입 및 봉입하는 가스 도입부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 베이스부는, 열을 방출하는 방열 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 열전도성 측관 및 상기 검출 소자 고정판은 세라믹 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각 수단은 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
제1항, 제4항 내지 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항 기재의 광 검출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.