WO2005086202A1 - 光電撮像センサ及びそれに用いられる出力電極アレイ - Google Patents

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output electrode
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Makoto Sasaki
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The University Of Tokyo
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26—Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output
    • H01J31/48—Tubes with amplification of output effected by electron multiplier arrangements within the vacuum space
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric imaging sensor used for real-time observation of rare phenomena in the fields of medicine, space science, disaster prevention, and defense, and an output electrode array used therefor.
  • a photoelectron electrode that converts incident light into a photoelectron, and a photoelectron whose inside is kept in a vacuum and amplifies the photoelectron converted by the photoelectron electrode.
  • a device in which the corresponding signal extraction electrode is insulated is proposed (eg, Patent Document 1).
  • Patent document 1 JP-A-6-28997
  • An object of the present invention is to provide a photoelectric imaging sensor which can perform high-speed light detection while maintaining high sensitivity and high resolution, can easily maintain a vacuum, and is inexpensive in structure, and used for the same. To provide an output electrode array.
  • the photoelectric imaging sensor according to the present invention comprises:
  • a photoelectron electrode for converting incident light into photoelectrons A photomultiplier tube whose inside is held in a vacuum and amplifies the photoelectrons converted by the photoelectrode electrode;
  • the output electrode array for a photoelectric imaging sensor according to the present invention includes:
  • It is characterized by having a plurality of plate electrodes arranged in an array so as to be vertically adjacent to each other and a support electrode for electrically connecting the plate electrodes vertically opposed to each other.
  • the photoelectric imaging sensor of the present invention since the extraction electrode array arranged outside the photomultiplier tube and the output electrode array are electrically connected, the photoelectrons that have reached the output electrode array are not connected. The resulting current signal can be read directly outside the photomultiplier tube, and as a result, high-speed light detection can be performed while maintaining high sensitivity and high resolution.
  • the signal extraction electrode and the integrated circuit incorporated therein are disposed outside the photomultiplier tube, there is no need to take heat-resistant measures, and the replacement of the integrated circuit is facilitated.
  • the sensor can be constructed inexpensively. Further, since the signal extraction electrode and the integrated circuit incorporated therein are disposed outside the photomultiplier tube, the outgassing of the integrated circuit does not adversely affect the vacuum maintenance, and as a result, the vacuum maintenance is facilitated. Become.
  • the output electrode array is configured to electrically connect a plurality of plate electrodes arranged in an array so as to be adjacent to each other in a vertical direction, and the plate electrodes facing each other in a vertical direction. And a supporting electrode that is electrically connected.
  • the connecting means is made of anisotropic conductive rubber, it is not necessary to relatively increase the accuracy of the alignment between the output electrode array and the signal extraction electrode, which is advantageous from the viewpoint of an inexpensive configuration.
  • the connection means is a metal ball, the pitch between the output electrode array and the signal extraction electrode can be made relatively short (for example, 20 / zm), and the viewpoint of high resolution is also advantageous.
  • the output electrode array for a photoelectric imaging sensor According to the output electrode array for a photoelectric imaging sensor according to the present invention, high sensitivity and high resolution can be obtained. It is possible to provide a photoelectric imaging sensor that can perform high-speed light detection while maintaining the vacuum, easily maintain a vacuum, and have a low-cost configuration.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a photoelectric imaging sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an output electrode array of the photoelectric imaging sensor shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view showing an embodiment of a photoelectric imaging sensor according to the present invention using a microchannel type photomultiplier tube.
  • FIG. 4 is a diagram showing a photoelectric imaging sensor according to an embodiment of the present invention, which uses a hybrid photomultiplier tube.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of the photoelectric imaging sensor shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a circuit for processing a current taken out into the outside atmosphere by an output electrode array force of the photoelectric imaging sensor according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the processing of the circuit in FIG. 6.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a photoelectric imaging sensor according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an output electrode array of the photoelectric imaging sensor shown in FIG.
  • the photoelectric imaging sensor 1 shown in FIG. 1 includes a photoelectric electrode 2, a photomultiplier tube 3, an output electrode array 4, and a metal ball 6 for electrically connecting the output electrode array 4 and the extraction electrode array 5. I can.
  • the photoelectron electrode 2 is composed of a plate electrode provided on one main surface of the photomultiplier tube 3, and is sandwiched between the photoelectrode electrode 2 and the output electrode array 4 in the photomultiplier tube 3.
  • the inside of the space S is kept in a vacuum.
  • the output electrode array 4 is provided on the other main surface of the photomultiplier tube 3 so as to face the photoelectrode electrode 2, and as shown in FIG. 2, the array is arranged so as to be vertically adjacent to each other. Up and down with multiple flat plate electrodes 11! And a support electrode 12 for electrically connecting the plate electrodes 11 facing each other.
  • the plate electrode 11 arranged on the upper side is located in the space S maintained in a vacuum in the photomultiplier tube 3, and the plate electrode 11 arranged on the lower side is outside the photomultiplier tube 3. Side, that is, in the atmosphere.
  • the extraction electrode array 5 is provided so as to face the output electrode array 4, and on the side facing the output electrode array 4, a plurality of plate electrodes 13 are arranged so as to be adjacent to each other. Further, the plate electrodes 11 of the output electrode array 4 and the plate electrodes 13 of the extraction electrode array 5 are provided so as to correspond to each other one by one, and are electrically connected to each other by the metal balls 6. Further, a predetermined integrated circuit (not shown) is incorporated in the extraction electrode array 5.
  • the plate electrodes 11 and 13 can be arranged in, for example, 128 ⁇ 128. Further, each pitch p can be set to 0.01-10.02 mm. The distance between the output electrode array 4 and the extraction electrode array 5 is reduced, for example, to 20 / zm or less by reducing the size of the metal sphere 6.
  • the operation of the present embodiment will be described.
  • the light incident on the photoelectrode 2 is converted into photoelectrons, and the photoelectrons converted by the photoelectrode 2 are amplified by the photomultiplier 3.
  • the photoelectrons amplified by the photomultiplier tube 3 reach the output electrode array 4.
  • the current signal caused by the photoelectrons reaching the output electrode array 4 is directly read out of the photomultiplier tube 3, that is, from the upper flat electrode 11 of the output electrode array 4 to the lower flat plate through the support electrode 12. Output from electrode 11.
  • the current signal input to the extraction electrode array 5 is processed by an integrated circuit (not shown) threaded into the extraction electrode array 5 and output to the outside as image data.
  • FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a photoelectric imaging sensor according to the present invention using a microchannel type photomultiplier tube.
  • the double microchannel plate 22 is supported by the pawl 23, and the space between the photomultiplier tube 21 and the photoelectrode electrode 24 is sealed by an indium seal 25. ing.
  • An extraction electrode array 27 that is arranged outside the photomultiplier tube 21 and has an integrated circuit 26 incorporated therein is supported on a printed board 29 on a backup plate 28, Is electrically connected to the The image data generated by the integrated circuit 26 is output to the outside through the Au wire 32.
  • the limit resolution of the microchannel plate 22 is equivalent to the limit resolution of a current two-dimensional semiconductor sensor such as a CCD. Chi words, an advantage of the photomultiplier tubes of general faster detection speed (ns or less) and a solution of 2-dimensional semiconductor sensor such as a CCD while maintaining the current reading of the high-gain and high-sensitivity (one 10 7) The resolution can be easily obtained.
  • FIG. 4 is a diagram showing a photoelectric image sensor according to an embodiment of the present invention using a hybrid photomultiplier tube
  • FIG. 5 is a partially enlarged view thereof.
  • a photoelectron electrode 41 is arranged on a main surface of a photomultiplier tube 42
  • a multi-pixel photodiode 43 is arranged in a vacuum space of the photomultiplier tube 42.
  • the multi-pixel photodiode 43 has a detection substrate 44 such as a silicon substrate, an n-diffusion region 45, and a p-injection region 46, and is electrically connected to an output electrode array 48 by a metal sphere 47.
  • the output electrode array 48 has the same configuration as that shown in FIG. 2, and the space between the photomultiplier tube 42 and the photoelectrode 41 is sealed by an indium seal 49.
  • An extraction electrode array 51 arranged outside the photomultiplier tube 42 and incorporating an integrated circuit 50 is supported on a printed circuit board 53 on a backup plate 52 and output by an anisotropic conductive rubber 54. It is electrically connected to the electrode array 48.
  • the image data generated by the integrated circuit 50 is output to the outside through the wiring 55 and the Au wire 56.
  • the detection substrate 44 is accelerated and irradiated with a high electric field (1 10 kV) to generate electrons generated by photoelectrically converting weak light at the photon level by the photoelectrode 41, and The electron energy is converted into a large number of electron-hole pairs at a high conversion rate (for example, 3.4 electron volts Z electron-hole pairs), and electrons or positive electrons are applied to the back surface of the detection substrate 44 by a bias electric field (100 V).
  • a current with a high multiplication factor (110 4 times) is obtained by pulling out the hole, or a higher multiplication factor (1 10 7 ) current is obtained by using avalanche multiplication by PN junction. be able to.
  • the mobility of electrons in a silicon semiconductor is 1800 cm 2 Z (V's), and the distance required for incident accelerating electrons to penetrate and convert total energy into electron-hole pairs is several meters ,
  • the time required for the multiplication process, in which the two-dimensional position information is only a few meters blurred, is as fast as 0. Ins. That is, the current distribution can be read at high speed and with high definition by utilizing the multiplication process inside the semiconductor.
  • the read current distribution is converted into a two-dimensional image from the output electrode array 48 to the outside while maintaining high resolution (several ⁇ m). Read out.
  • the resolution of a two-dimensional semiconductor sensor such as a CCD can be improved while maintaining the high-speed detection speed (ns or less) and high-gain high-sensitivity (110 7 ) current reading, which are the advantages of a general photomultiplier tube. It can be obtained easily.
  • FIG. 6 shows the output electrode array force of the photoelectric imaging sensor according to the present invention taken out to the outside atmosphere.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit that processes the applied current, and FIG. 7 is a diagram illustrating a process of the circuit in FIG.
  • the photoelectric imaging sensor having the structure shown in FIG. 3 was used, and the output electrode array and the extraction electrodes were arranged in an array of 128 ⁇ 128 plate electrodes.
  • the circuit shown in FIG. 6 is a discrimination circuit that determines whether or not the current extracted from one electrode of the output electrode array is a significant signal compared to the background noise.
  • the raw current Ii derived from the electrodes and input to the discrimination circuit (indicated by the current waveform a in FIG. 7) is supplied to the first stage (the operational amplifier 61 and the capacitor 62 and the FET 63 Are formed by a band-pass filter 64 and a second-stage amplifier 65, and voltage signal waveforms bl, b2, and b3 (FIG. 7) are obtained at point A.
  • the voltage signal waveforms bl, b2, and b3 correspond to those obtained by changing the resistance value effectively by changing the voltage applied to the gate of the FET 63 to 0.4 V, 0.5 V, and 0.6 V, respectively.
  • the comparator 66 in the final stage uses the external reference voltage Vcmpin (for example, 1.6 V) as a threshold, discriminates the wave height only when the shaped voltage waveform exceeds the threshold, and sets the threshold to zero. Output from negative voltage pulse xo2.
  • Vcmpin for example, 1.6 V
  • the width of the noise can be controlled with a short time width of several tens ns to 100 ns corresponding to the time during which the threshold voltage of each shaped voltage waveform is exceeded.
  • This peak height discrimination output signal is obtained for each electrode, and based on the two-dimensional distribution, the instantaneous two-dimensional pattern of the weak high-speed light phenomenon incident on the photoelectric imaging sensor according to the present invention is determined for each instant, as shown in FIG.
  • the obtained light phenomena can be significantly and reliably identified in real time from background noise.
  • the optoelectronic electrode can be an electrode having a shape other than the flat plate as in the above embodiment.
  • the output electrode array can also have a configuration other than the configuration shown in FIG.
  • the connection means can be realized by means other than the anisotropic conductive rubber or metal sphere.
  • the present invention is applied to the enhancement of detection sensitivity and high-speed automatic real-time determination in fields such as weak electric signal inspection, high-speed image recognition, diagnosis, disaster prevention, and defense. It can be suitably used for a motion measuring device, an ultra-high-speed photographing device, a real-time monitoring device, a track motion automatic recognition device, a real-time medical diagnostic device, a rare phenomenon detecting device, and the like.

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

明 細 書
光電撮像センサ及びそれに用いられる出力電極アレイ
技術分野
[0001] 本発明は、医学、宇宙科学、防災、防衛分野における稀現象のリアルタイム観測な どに利用される光電撮像センサ及びそれに用いられる出力電極アレイに関する。 背景技術
[0002] 従来、光電撮像センサの感度及び解像度を向上するために、入射された光を光電 子に変換する光電子電極と、内部が真空に保持され、光電子電極によって変換され た光電子を増幅する光電子倍増管と、光電子倍増管によって増幅された光電子が 到達する複数の出力電極と、これら出力電極にそれぞれ対応し、集積回路が組み込 まれた複数の信号取出電極とを具え、各出力電極と、それに対応する信号取出電極 とが絶縁されたものが提案されている (例えば、特許文献 1)。
特許文献 1：特開平 6— 28997号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] このような光電撮像センサでは、信号取出電極したがって集積回路が光電子倍増 管の真空内部に配置されているので、集積回路によって生成されたイメージデータ を光電子倍増管の真空内部力 外部に出力する必要があり、高速な光検出の観点 力 好ましくない。また、集積回路力 アウトガスが発生するために真空の保持が困 難となる。さらに、集積回路が光電子倍増管の真空内部で高温にさらされるために耐 熱対策を施す必要があり、光電撮像センサが高価なものとなる。
[0004] 本発明の目的は、高感度及び高解像度を維持しながら高速な光検出を行うことが でき、かつ、真空の保持が容易であるとともに構成が廉価な光電撮像センサ及びそ れに用いられる出力電極アレイを提供することである。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明による光電撮像センサは、
入射された光を光電子に変換する光電子電極と、 内部が真空に保持され、前記光電子電極によって変換された光電子を増幅する光 電子倍増管と、
前記光電子倍増管によって増幅された光電子が到達する出力電極アレイと、 前記光電子倍増管の外側に配置された取出電極アレイと、前記出力電極アレイと の電気的な接続を行う接続手段とを具えることを特徴とする。
[0006] 本発明による光電撮像センサ用出力電極アレイは、
上下方向にぉ 、て互いに隣接するようにしてアレイ配置された複数の平板電極と、 上下方向にぉ ヽて互いに対向する前記平板電極同士を電気的に接続する支持電 極とを有することを特徴とする。
発明の効果
[0007] 本発明による光電撮像センサによれば、光電子倍増管の外側に配置された取出電 極アレイと、出力電極アレイとの電気的な接続を行うので、出力電極アレイに到達し た光電子に起因した電流信号を光電子倍増管の外側で直接読み出すことができ、 その結果、高感度及び高解像度を維持しながら高速な光検出を行うことができる。ま た、信号取出電極及びそれに組み込まれた集積回路が光電子倍増管の外側に配 置されているので、耐熱対策を施す必要がなくなるとともに集積回路の取替が容易と なり、その結果、光電撮像センサを廉価に構成することができる。さらに、信号取出電 極及びそれに組み込まれた集積回路が光電子倍増管の外側に配置されているので 、集積回路のアウトガスによって真空の保持に悪影響が及ぼされなくなり、その結果 、真空の保持が容易になる。
[0008] 好適には、前記出力電極アレイは、上下方向において互いに隣接するようにしてァ レイ配置された複数の平板電極と、上下方向にお!ヽて互いに対向する前記平板電 極同士を電気的に接続する支持電極とを有する。
[0009] 接続手段を異方性導電ゴムとした場合、出力電極アレイと信号取出電極との位置 合わせの精度を比較的高くする必要がないので、廉価な構成の観点から有利である 。接続手段を金属球とした場合、出力電極アレイと信号取出電極とのピッチを比較的 短く（例えば、 20 /z m)とすることができ、高解像度の観点力も有利である。
[0010] 本発明による光電撮像センサ用出力電極アレイによれば、高感度及び高解像度を 維持しながら高速な光検出を行うことができ、かつ、真空の保持が容易であるとともに 構成が廉価な光電撮像センサを提供することができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明による光電撮像センサの実施の形態の概略図である。
[図 2]図 1に示す光電撮像センサの出力電極アレイの概略図である。
[図 3]本発明による光電撮像センサの実施の形態のうちのマイクロチャネル型光電子 倍増管を用いたものを示す図である。
[図 4]本発明による光電撮像センサの実施の形態のうちのハイブリッド型光電子倍増 管を用いたものを示す図である。
[図 5]図 4に示す光電撮像センサの一部拡大図である。
[図 6]本発明による光電撮像センサの出力電極アレイ力 外部大気中に取り出された 電流を処理する回路の一例を示す図である。
[図 7]図 6の回路の処理を説明するための図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明による光電撮像センサ及びそれに用いられる出力電極アレイの実施の形態 を、図面を参照して詳細に説明する。
図 1は、本発明による光電撮像センサの実施の形態の概略図であり、図 2は、図 1 に示す光電撮像センサの出力電極アレイの概略図である。図 1に示す光電撮像セン サ 1は、光電電極 2と、光電子倍増管 3と、出力電極アレイ 4と、出力電極アレイ 4及び 取出電極アレイ 5の電気的な接続を行う金属球 6とを具える。
[0013] 本実施の形態では、光電子電極 2は、光電子倍増管 3の一方の主面に設けられた 平板電極から構成され、光電子倍増管 3における光電子電極 2と出力電極アレイ 4と によって挟まれた空間 S内は真空に保持されている。出力電極アレイ 4は、光電子倍 増管 3の他方の主面において光電子電極 2と対向するように設けられ、図 2に示すよ うに、上下方向にぉ 、て互いに隣接するようにしてアレイ配置された複数の平板電極 11と、上下方向にお！ヽて互いに対向する平板電極 11同士を電気的に接続する支持 電極 12とを有する。上側に配置された平板電極 11は、光電子倍増管 3内の真空に 維持された空間 Sに位置し、下側に配置された平板電極 11は、光電子倍増管 3の外 側すなわち大気中に位置する。
[0014] 取出電極アレイ 5は、出力電極アレイ 4と対向するように設けられ、出力電極アレイ 4 と対向する側において、複数の平板電極 13が互いに隣接するように配置される。さら に、出力電極アレイ 4の平板電極 11と取出電極アレイ 5の平板電極 13とは、互いに 一対一に対応するように設けられ、これらは金属球 6によって互 ヽに電気的に接続さ れる。また、取出し電極アレイ 5には、図示しない所定の集積回路が組み込まれてい る。
[0015] 平板電極 11及び 13を、例えば 128個 X 128個のように配置することができる。また 、各ピッチ pを 0. 01— 0· 02mmとすることができる。出力電極アレイ 4と取出電極ァレ ィ 5との間の距離は、金属球 6の大きさを微細化することによって、例えば 20 /z m以 下に狭小化される。
[0016] 本実施の形態の動作を説明する。光電子電極 2に入射された光は、光電子に変換 され、光電子電極 2によって変換された光電子は、光電子倍増管 3によって増幅され る。光電子倍増管 3によって増幅された光電子は、出力電極アレイ 4に到達する。出 力電極アレイ 4に到達した光電子に起因した電流信号が、光電子倍増管 3の外側で 直接読み出され、すなわち、出力電極アレイ 4の上側の平板電極 11から支持電極 1 2を通じて下側の平板電極 11から出力される。
[0017] 下側の平板電極 11から出力された電流信号は、金属球 6を通じて取出電極アレイ
5に入力される。取出電極アレイ 5に入力された電流信号は、取出電極アレイ 5に糸且 み込まれた集積回路（図示せず）によって処理され、イメージデータとして外部に出 力される。
[0018] 高感度及び高解像度を維持しながら高速な光検出を行うために、従来は 2次元半 導体センサ、制御回路等を真空内部に封入し、直接電流分布を真空内で読み出し、 電流分布を 1本又は少数本数の電気信号線として外部に取り出す方式が用いられて いた。しかしながら、複雑な構造物を真空中に封入するためにアウトガスなどの真空 度劣化の原因を誘引し、さらに、真空中での発熱を抑える冷却の工夫や、真空中か つ高温中で作動する回路に課せられる仕様がセンサ全体のコスト高に大きく寄与す る。それに対して、本実施の形態によれば、力かる不都合がなくなる。 [0019] また、一度、真空中に封入された半導体センサは取り替えることが不可能であり、流 用性、汎用性などの利便性を得ることができないが、本実施の形態によれば、 2次元 電流分布取り出しと読み出し回路処理との独立性を確保したため、組み合わせに自 由度があり、汎用性が高くなるとともに、その生産性とコスト低減に大きく寄与する。
[0020] 図 3は、本発明による光電撮像センサの実施の形態のうちのマイクロチャネル型光 電子倍増管を用いたものを示す図である。本実施の形態では、光電子倍増管 21の 真空空間において、二重のマイクロチャネルプレート 22が歯止 23によって支持され 、光電子倍増管 21と光電子電極 24との間は、インジウムシール 25によって封止され ている。
[0021] 光電子倍増管 21の外側に配置されるとともに集積回路 26が組み込まれた取出電 極アレイ 27は、バックアッププレート 28上のプリント基板 29の上で支持され、金属球 30によって出力電極アレイ 31に電気的に接続される。集積回路 26によって生成し たイメージデータは、 Auワイヤ 32を通じて外部に出力される。
[0022] マイクロチャネル型光電子倍増管を用いた場合、光子レベルの微弱な光を光電子 電極 24で光電変換して生じた電子を、真空中に配置されたマイクロチャンネルプレ ート 22にて高 、増倍率 (一 107倍)まで、高解像度 (一 6 m)を保持したまま増倍し、 電子線として出力電極アレイ 31に到達する。その際、本実施の形態のように出力電 極アレイ 31が稠密に配置されるに従って、原理的には、高分解の 2次元電流分布を 、マイクロチャンネルプレート 22での増倍過程における限界解像度まで出力電極ァ レイ 31の背面から取り出すことができる。マイクロチャンネルプレート 22の限界解像 度は、現在の CCDのような 2次元半導体センサの限界解像度と同等である。すなわ ち、一般の光電子増倍管の利点である高速の検出速度 (ns以下)及び高利得高感度 ( 一 107)の電流読み出しを維持した状態で CCDのような 2次元半導体センサの解像 度を簡便に得ることができる。
[0023] 図 4は、本発明による光電撮像センサの実施の形態のうちのハイブリッド型光電子 倍増管を用いたものを示す図であり、図 5は、その一部拡大図である。本実施の形態 では、光電子電極 41が光電子倍増管 42の主面に配置され、光電子倍増管 42の真 空空間にはマルチピクセルホトダイオード 43が配置されている。 [0024] マルチピクセルホトダイオード 43は、シリコン基板などの検出基板 44と、 n拡散領域 45と、 p注入領域 46とを有し、金属球 47によって出力電極アレイ 48に電気的に接続 している。出力電極アレイ 48は、図 2に示すものと同一構成を有し、光電子倍増管 4 2と光電子電極 41との間は、インジウムシール 49によって封止されて!/、る。
[0025] 光電子倍増管 42の外側に配置されるとともに集積回路 50が組み込まれた取出電 極アレイ 51は、バックアッププレート 52上のプリント基板 53の上で支持され、異方性 導電ゴム 54によって出力電極アレイ 48に電気的に接続される。集積回路 50によつ て生成したイメージデータは、配線 55及び Auワイヤ 56を通じて外部に出力される。
[0026] ハイブリッド型光電子倍増管を用いた場合、光子レベルの微弱な光を光電子電極 4 1で光電変換して生じた電子を、検出基板 44に高電界 (一 10kV)で加速照射し、高 い変換率 (例えば、 3. 4電子ボルト Z電子正孔対)で電子のエネルギーを多数の電 子一正孔対に変換し、検出基板 44の背面にバイアス電界（一 100V)で電子又は正 孔を引き寄せ取り出すことによって、高い増倍率 (一 104倍)の電流を取得し、又は、 さらにその後に PN接合によるァバランシュ増倍を利用して更に高い増倍率 (一 107) の電流を得ることができる。
[0027] シリコン半導体中の電子の移動度は 1800cm2Z(V's)であり、入射加速電子が浸 入して全エネルギーを電子一正孔対に変換するのに要する距離は数 mであり、 2 次元位置情報は数 mのぶれしかなぐその増倍過程に要する時間は 0. Ins程度 と高速である。すなわち、この半導体内部での増倍過程を利用して高速高精細の電 流分布の読み出しができる。
[0028] 本実施の形態では、検出基盤 44における加速光電子の増倍過程の後、読み出さ れた電流分布を 2次元像として高解像度 (数 μ m)を保持した状態で出力電極アレイ 48から外部に読み出す。その際、金属板-金属柱-金属板を稠密に配置した出力電 極アレイ 48と p注入領域 46とを、金属球 47を介して接合し、真空中の検出基板 44で 増倍された電流を外部大気中に導出する。すなわち、一般の光電子増倍管の利点 である高速の検出速度 (ns以下)及び高利得高感度 (一 107)の電流読み出しを維持し た状態で CCDのような 2次元半導体センサの解像度を簡便に得ることができる。
[0029] 図 6は、本発明による光電撮像センサの出力電極アレイ力 外部大気中に取り出さ れた電流を処理する回路の一例を示す図であり、図 7は、図 6の回路の処理を説明 するための図である。この場合、光電撮像センサとして、図 3に示す構造のものを使 用し、出力電極アレイ及び取出電極として 128個 X 128個の平板電極をアレイ配置 したものを使用した。
[0030] 図 6に示す回路は、出力電極アレイの一つの電極力 取り出された電流が背景ノィ ズに比べて有意な信号であるかどうかを判定する弁別回路である。この場合、電極か ら導出され、弁別回路に入力された（図 7にお 、て電流波形 aで示す)生の電流 Iiは、 1段目の（オペアンプ 61並びにこれに並列なコンデンサ 62及び FET63から構成さ れた)バンドパスフィルタ 64と、 2段目の増幅器 65とによって整形され、ポイント Aにお いて電圧信号波形 bl、 b2、 b3 (図 7)が得られる。なお、電圧信号波形 bl、 b2、 b3 はそれぞれ、 FET63のゲートへの印加電圧を 0. 4V, 0. 5V及び 0. 6Vと変えて有 効的に抵抗値を変えたものに対応する。最終段のコンパレータ 66は、外部からの参 照電圧 Vcmpin (例えば、 1. 6V)をしきい値とし、整形された電圧波形がそのしきい値 を超えたときだけ波高を弁別して、零ではなぐ負電圧パルス xo2から出力する。
[0031] ノ ルスの幅は，各整形電圧波形のしきい値を超えている間の時間に対応して数十 nsから 100nsの短い時間幅で制御が可能である。この波高弁別出力信号が電極ご とに得られ、その 2次元分布によって、本発明による光電撮像センサに入射した微弱 高速光現象の瞬時の 2次元パターンを瞬間ごとに判定すると、図 7に示すように、得 た 、光現象を、背景ノイズからリアルタイムで有意かつ確実に識別できる。
[0032] 本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなぐ幾多の変更及び変形が可 能である。
例えば、光電子電極を、上記実施の形態のような平板以外の形状の電極とすること ができる。また、出力電極アレイも、図 2に示す構成以外の構成とすることができる。さ らに、接続手段を、異方性導電ゴムや金属球以外のものによって実現することもでき る。
産業上の利用可能性
[0033] 本発明は、微弱電気信号検査、高速画像認識、診断、防災、防衛等の分野におけ る検出感度の向上及び高速自動リアルタイムでの判断などに応用され、極微弱光自 動計測装置、超高速撮影装置、リアルタイム監視装置、飛跡運動自動認識装置、リ アルタイム医療診断装置、稀現象検出装置等に好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 入射された光を光電子に変換する光電子電極と、
内部が真空に保持され、前記光電子電極によって変換された光電子を増幅する光 電子倍増管と、
前記光電子倍増管によって増幅された光電子が到達する出力電極アレイと、 前記光電子倍増管の外側に配置された取出電極アレイと、前記出力電極アレイと の電気的な接続を行う接続手段とを具えることを特徴とする光電撮像センサ。
[2] 前記出力電極アレイが、上下方向において互いに隣接するようにしてアレイ配置さ れた複数の平板電極と、上下方向にお！ヽて互いに対向する前記平板電極同士を電 気的に接続する支持電極とを有することを特徴とする請求項 1記載の光電撮像セン サ。
[3] 前記接続手段を、異方性導電ゴム又は金属球としたことを特徴とする請求項 1又は 2記載の光電撮像センサ。
[4] 上下方向にお!、て互いに隣接するようにしてアレイ配置された複数の平板電極と、 上下方向にぉ ヽて互いに対向する前記平板電極同士を電気的に接続する支持電 極とを有することを特徴とする光電撮像センサ用出力電極アレイ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014164813A (ja) * 2013-02-21 2014-09-08 Hamamatsu Photonics Kk 光検出ユニット

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6331281A (ja) * 1986-07-25 1988-02-09 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 撮像デバイス
JPH03180725A (ja) * 1989-12-11 1991-08-06 Hamamatsu Photonics Kk 多極型検出用アノード構造
JPH0572344A (ja) * 1991-09-11 1993-03-26 Hamamatsu Photonics Kk 放射線検出装置
JPH0628997A (ja) * 1992-07-09 1994-02-04 Hamamatsu Photonics Kk 真空装置
JP2003069179A (ja) * 2001-08-30 2003-03-07 Sony Corp 電子部品実装基板複合体及びその組立実装方法
JP2003069187A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Sony Corp 電子部品実装基板用の基板接続支持具及び基板接続方法
JP2004279200A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 微弱放射検出装置用二次元受信器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3668388A (en) * 1971-02-24 1972-06-06 Gte Sylvania Inc Multi-channel photomultiplier tube
JPH07336495A (ja) * 1994-06-09 1995-12-22 Kyocera Corp 画像装置
US7102284B2 (en) * 2001-02-23 2006-09-05 Hamamatsu Photonics K.K. Photomultiplier
JP2003031837A (ja) * 2001-07-11 2003-01-31 Fuji Photo Film Co Ltd 画像検出器およびその製造方法、画像記録方法および読取方法並びに画像記録装置および読取装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6331281A (ja) * 1986-07-25 1988-02-09 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 撮像デバイス
JPH03180725A (ja) * 1989-12-11 1991-08-06 Hamamatsu Photonics Kk 多極型検出用アノード構造
JPH0572344A (ja) * 1991-09-11 1993-03-26 Hamamatsu Photonics Kk 放射線検出装置
JPH0628997A (ja) * 1992-07-09 1994-02-04 Hamamatsu Photonics Kk 真空装置
JP2003069187A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Sony Corp 電子部品実装基板用の基板接続支持具及び基板接続方法
JP2003069179A (ja) * 2001-08-30 2003-03-07 Sony Corp 電子部品実装基板複合体及びその組立実装方法
JP2004279200A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 微弱放射検出装置用二次元受信器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014164813A (ja) * 2013-02-21 2014-09-08 Hamamatsu Photonics Kk 光検出ユニット

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