(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する手段と、
前記電子ビームが投射されて光を発光する蛍光面と、
前記蛍光面の光発光側全面に密着された透明導電膜と、
前記透明導電膜に密着され、前記光が入射される光ファイバー・プレートと、
前記光ファイバー・プレートの出力端面側に配置され、マイクロレンズを有する固体撮像素子と、を備え、
前記透明導電膜に高電圧を印加したことを特徴とする電子画像変換装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子が、複数の受光素子を有し、該受光素子のための開口を有する金属遮光部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子画像変換装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズは、前記受光素子に対応した複数のレンズが一体的に形成され、前記光ファイバー・プレートの出力端面と前記マイクロレンズとの間に間隙を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子画像変換装置。
【請求項４】
前記間隙に、乾燥空気又は乾燥不活性ガスを密封したことを特徴とする請求項３に記載の電子画像変換装置。
【請求項５】
前記受光素子に対応して配列されている前記マイクロレンズ間に遮光膜を形成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子画像変換装置。
【請求項６】
前記遮光膜は、前記光を吸収して遮光する物質で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電子画像変換装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子を収納するパッケージは、前記光ファイバー・プレートの側壁に支持板を介して保持され、前記固体撮像素子が前記光ファイバー・プレートの出力端面に対向配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子画像変換装置。
【請求項８】
前記光ファイバー・プレートの出力端面に透明導電膜が密着形成され、該透明導電膜を接地したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子画像変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光面における表示を固体撮像素子によって電気情報に変換する電子画像変換装置に関し、特に、高輝度観測時においても、電気的波形の計測が好適に行える電子画像変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気的波形を計測するために、蛍光面の表示を固体撮像素子によって電気信号に変換する電子画像変換装置が開発されており、例えば、特開平２−１５６１６２号公報に、その具体的な電子画像変換装置が開示されている。この電子画像変換装置の構成について、図４を参照して説明する。
【０００３】
その電子画像変換装置では、内部が真空に保たれている筐体１内に、電子ビームＢを発生する電子銃部２と偏向部３を有し、そして、筐体１の端部において電子ビームＢの受光変換部４を備えている。電子銃部２には、陰極５、制御グリッド６、加速電極７、集束電極８及びアスティグ電極９が電子ビーム軸に一致させて配置され、また、偏向部３には、垂直偏向板１０及び水平偏向板１１が配置されている。
【０００４】
さらに、筐体１の後端部に備えられた受光変換部４において、電子ビームＢの下流側には、後段加速電極１２と、該電極の背面側に蛍光面１３が設けられている。蛍光面１３の電子銃部２から見た反対側には、透明導電膜１７が出力端面に密着形成された光ファイバー・プレート１５が、筐体１の端部に形成されたガラスプレート部１４に、フリット（粉末ガラス）１６を介して支持されている。
【０００５】
そして、固体撮像素子１８が、光ファイバー・プレート１５の出力端面に密着形成された透明導電膜１７に、透明樹脂１９を介して近接配置され、あるいは密着される。さらに、透明導電膜１７は導電線を介して接地されている。図中の符号２０は、固体撮像素子１８のパッケージを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この電子画像変換装置においては、電子銃部２から放射された電子ビームＢは、偏向部３で偏向され、後投加速電極１２に印加した高電圧よって加速される。そして、その電子ビームＢが蛍光面１３に投射されて蛍光を生成し、電気的信号を表示する。この表示情報は、光伝送損失の少ない光ファイバー・プレート１５を介して固体撮像素子１８に伝送され、ここで、電気的信号に変換され、さらには、変換された電気的信号が記録される。
【０００７】
ところが、近年において、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子を用いる場合がある。この様な電子画像変換装置で電気的信号波形を高輝度で観測したとき、観測した信号波形周辺部が明るくなってしまい、観測した本来の信号波形が不明瞭となることがある。これは、高輝度時の測定に大きな障害となっていた。この高輝度の測定時に見られるような、本来の信号波形が不明瞭となる現象は、以下の原因で起きるものと考えられる。
【０００８】
そこで、近年に用いられている撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子の具体例を図５に示した。図５は、従来の電子画像変換装置における光ファイバー・プレート１５の出力部の部分拡大図を示している。図４に示したものと共通している部分には、同一符号を付してあり、その説明は省略する。
【０００９】
従来の電子画像変換装置を用いて、電気的信号を高輝度で観測しようとした場合、電子ビームＢの量を増加させて、蛍光面１３を高輝度で発光させることになる。この蛍光面１３からの発光は、光ファイバー・プレート１５に入射し、光路Ｌ１乃至Ｌ３に従って、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１に入射される。このマイクロレンズ２１の複数のレンズ部に対応したそれぞれの位置に、固体撮像素子１８として複数の受光素子２３が配列されている。さらに、マイクロレンズ２１の背面には、複数の受光素子２３の位置に開口を有する金属遮光板２２が配置されている。
【００１０】
光路Ｌ２の光は、マイクロレンズ２１の頭頂部に入射している為、そのまま直進し、受光素子２３に到達する。一方、光路Ｌ１の光は、受光素子２３に向かわず、金属遮光部２２に到達してしまう。本来ならば光路Ｌ１の光は、光路Ｌ２と同様に、マイクロレンズ２１で屈折を受け、光路Ｌ１１に従って受光素子２３に到達するはずである。
【００１１】
これは、次の理由による。従来の電子画像変換装置では、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１と、出力端面に透明導電膜１７を密着形成された光ファイバー・プレート１５との間には、１より大きな屈折率を有する透明樹脂１９が備えられている。この透明樹脂１９の屈折率ｎは、１．４〜１．６であることが一般的である。一方、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１も、例えば、レジスト等の樹脂で形成されていることが多く、その屈折率ｎ０は１．４〜１．６であることが知られている。
【００１２】
従って、透明樹脂膜１９とマイクロレンズ２１との間で、屈折率差を大きく取れないため、例えば、光路Ｌ１に沿って入射された光は、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１で殆ど屈折を受けずに、本来であれば、光路Ｌ１１に沿って進むべきところ、光路Ｌ１２に沿って直進してしまう。そのため、光路Ｌ１の光は、受光素子２３には到達せず、金属遮光部２２に到達してしまうことになる。
【００１３】
一般に、金属遮光部２２の金属材質はアルミニウムである。よって、金属遮光部２２に到達した光の殆どが吸収を受けずに乱反射されることになる。この乱反射光ＬＤは、光ファイバー・プレート１５を通って蛍光面１３側に戻る。ところが、後段加速電極１２は、一般的にアルミニウム膜で形成されていることから、今度は、乱反射光ＬＤは、後段加速電極１２で再び乱反射される。
【００１４】
その再乱反射光ＬＲは、光路Ｌ１乃至Ｌ３に沿って進んだ光と同様な光路で固体撮像素子１８側に戻り、受光素子２３、及び金属遮光部２２に到達する。これは、乱反射光ＬＲが減衰するまで、この多重乱反射が繰り返されることになる。そのため、観測した電気的信号に対応して蛍光面１３で生成された光が、周辺に位置する受光素子２３に拡散していくことになる。
【００１５】
それ故、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子を有する従来の電子画像変換装置によって、電気的信号波形を高輝度で観測した場合には、以上に説明した多重乱反射現象が起きることにより、観測した信号波形の周辺部までが明るくなってしまい、観測した本来の信号波形が不明瞭となっていた。
【００１６】
よって、本発明の目的は、入射する光の多重乱反射を抑制し、電気的信号を高輝度で観測した場合においても、観測した信号波形の周辺部が明るくなることを防止し、本来の信号波形のみを明瞭化して観測できる電子画像変換装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の電子画像変換装置では、電子ビームを発生する手段と、前記電子ビームが投射されて光を発光する蛍光面と、前記蛍光面の光発光側全面に密着された透明導電膜と、前記透明導電膜に密着され、前記光が入射される光ファイバー・プレートと、前記光ファイバー・プレートの出力端面側に配置され、マイクロレンズを有する固体撮像素子と、を備え、前記透明導電膜に高電圧を印加するようにした。
【００１８】
そして、前記固体撮像素子には、複数の受光素子が含まれ、該受光素子のための開口を有する金属遮光部を配置している。
【００１９】
さらに、前記マイクロレンズは、前記受光素子に対応した複数のレンズが一体的に形成され、前記光ファイバー・プレートの出力端面と前記マイクロレンズとの間に形成された間隙に気体を密封するようにし、前記気体を、乾燥空気又は乾燥不活性ガスとした。
【００２０】
また、前記受光素子に対応して配列されている前記レンズ間に、前記光を吸収する遮光膜を形成した。
【００２１】
さらに、前記固体撮像素子が、複数の受光素子を有しており、該受光素子のための開口を有する金属遮光部が配置されており、前記固体撮像素子を収納するパッケージは、前記光ファイバー・プレートの側壁に支持板を介して保持され、前記固体撮像素子が前記光ファイバー・プレートの出力端面に対向配置されるようにした。
【００２２】
前記光ファイバー・プレートの出力端面には、透明導電膜が密着形成され、該透明導電膜を接地することとした。
【００２３】
【作用】
本発明における、透明樹脂を介さずに、光ファイバー・プレートと撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子を密着する構成は、マイクロレンズのレンズ作用を有効にし、固体撮像素子金属遮光部での乱反射を防止する機能を有し、また、光ファイバー・プレート入力端面に形成した透明導電膜は、蛍光面が十分に発光できるに足りる電位を与える後段加速電極としての機能を有すると共に、固体撮像素子からの乱反射光の再乱反射を防止する機能を有し、高輝度時の電気的信号測定においても、本来の信号波形のみを明瞭に観測することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による電子画像変換装置の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態の電子画像変換装置の一例に関する構成を示している。
【００２６】
本実施形態では、電子銃部２から放射された電子ビームＢを偏向部３で偏向し、光ファイバー・プレ―ト入力端面に形成した透明導電膜２４に印加した高電圧よって、電子に高速を与え蛍光面１３に投射し電気的信号を表示する。この表示情報を光伝送損失の少ない光ファイバー・プレート１５を用いて、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子１８に伝送し、記録または電気的信号に変換する。尚、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子１８は、出力端面に透明導電膜１７が形成されたファイバー・プレート１５に密着され保持される。固体撮像素子１８は、固体撮像素子パッケージ２０内に収納されており、この密着状態は、固体撮像素子パッケージ２０とファイバー・プレート１５の側壁とを支持板２５を介して接着することによって保持されている。
【００２７】
光ファイバー・プレート入力端面に形成した透明導電膜２４、及び出力端面に形成した透明導電膜１７は、例えば、厚さ約１[μｍ]、シート抵抗約１００[Ω／sq.]のスパッター法等で形成されたＩＴＯ膜からなり、出力端面に形成した透明導電膜１７は導電線を介して接地されている。また、支持板２５を介しての固体撮像素子パッケージ２０とファイバー・プレート１５の側壁との接着はエポキシ系接着剤を用い、乾燥空気による雰囲気内で硬化させたものである。
【００２８】
この様に、本実施形態による構成とすることにより、電気的信号を高輝度で観測した場合、観測した信号波形の周辺部が明るくなることを防止でき、本来の信号波形のみが明瞭に観測できるのは、以下の理由からである。
【００２９】
図２は、本実施形態の電子画像変換装置における受光変換部４の部分拡大図である。図１と共通している部分には、同一符号を付けて説明は省略する。
【００３０】
本実施形態の電子画像変換装置を用いて、電気的信号を高輝度で観測しようとした場合には、電子ビームＢの量を増加させて、蛍光面１３を高輝度で発光させることになる。この蛍光面１３からの発光は、入射側の透明導電膜２４を通過後、光ファイバー・プレート１５に入射し、光路Ｌ１乃至Ｌ４のいずれか一つの光路に従って、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１に入射される。光が光路Ｌ３をとるときには、マイクロレンズ２１の頭預部に入射しているため、その光は、そのまま直進し、受光素子２３に到達する。光路Ｌ４に沿って入射する場合も、光路Ｌ３の場合と同様に、受光素子２３に到達し、金属遮光部２２に到達することはない。
【００３１】
これは、次の理由による。本実施形態では、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１と、出力端面に透明導電膜１７を密着形成された光ファイバー・プレート１５との間には間隙２６が存在し、この間隙２６には乾燥空気が密封されている。この乾燥空気の屈折率ｎ１は１．０である。従って、固体撮像素子のマイクロレンズ２１の屈折率ｎ０は１．４〜１．６であることから、光路Ｌ４の光は、固体撮像素子のマイクロレンズ２１で屈折させられ、光路Ｌ３と同様に、受光素子２３に到達し、金属遮光部２２による乱反射を大幅に抑制することができる。
【００３２】
また、さらに、本実施形態では、蛍光面１３が十分に発光できるに足りる電位を与える後段加速電極として、光ファイバー・プレート１５の入力端面に形成した透明導電膜２４を利用しているので、従来のアルミニウム膜のような高反射率を有していない。そこで、光路Ｌ１乃至Ｌ４のうちで、例えば、光路Ｌ１で入射した光は、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１のレンズ作用無効部分に入射されるが、その光は、金属遮光部２２で乱反射される。
【００３３】
しかし、その乱反射光は、光ファイバー・プレート１５を通って蛍光面１３側に戻っていくが、透明導電膜２４が従来のアルミニウム膜のような高反射率を有していないことにより、再び乱反射されることがなくなるので、再乱反射をも大幅に抑制することができる。
【００３４】
一方、蛍光面１３で生成された光が、例えば、光路Ｌ２に入射された場合にあっては、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１と間隙２６との屈折率の大きな差異によるレンズ作用で、光路Ｌ２に入射された光は、屈折され、光路Ｌ２１に沿って進み、受光素子２３に到達する。そのため、電子ビームＢの量を増加した高輝度観測時においても、信号波形の明瞭化を図ることができる。
【００３５】
従って、電気的信号を高輝度で観測した場合においても、多重乱反射が抑制され、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子の受光素子に、本来観測した電気的信号に対応する光のみを到達させ、多重乱反射による観測した信号波形周辺部が明るくなるのを防止し、本来の信号波形のみを明瞭に観測することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態による電子画像変換装置について説明する。
【００３７】
図３は、図２に示した場合と同様に、本第２実施形態による電子画像変換装置の受光変換部３の部分拡大図である。図２と共通している部分には、同一符号を付けてあり、その説明は省略する。
【００３８】
第２実施形態が第１実施形態と相違することは、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１におけるレンズ部分との間の凹部に、遮光性を有する物質による遮光膜２７が形成されている点である。この遮光膜２７には、遮光性物質として、一般に湿式製版機等で用いられるようなトナーが使用される。そして、例えば、３０００［ｒｐｍ］、３０［ｓ］の条件によるスピンコート法で形成される。
【００３９】
このスピンコート法によると、マイクロレンズ２１表面において、レンズ部以外の部分に遮光膜２７を形成できる。そして、遮光膜２７は、塗布膜を５０［℃］、１［ｈ］で乾燥され定着されたものである。この遮光膜２７を形成するプロセスは、図１の支持板２５を介しての固体撮像素子パッケージ２０とファイバー・プレート１５の側壁とが接着される前に行われる。
【００４０】
本第２実施形態によれば、電気的信号を高輝度で観測した場合、観測した信号波形の周辺部が明るくなることを第１実施形態の場合よりさらに防止でき、本来の信号波形のみをさらに明瞭化して観測できる。
【００４１】
第１実施形態では、光路Ｌ１乃至Ｌ４のうちで、例えば、光路Ｌ１に沿って、固体撮像素子１８のマイクロレンズ２１のレンズ作用無効部分に入射された光は、金属遮光部２２で乱反射され、光ファイバー・プレート１５を通って蛍光面１３側に戻っていたが、第２実施形態では、マイクロレンズ２１のレンズ部間の凹部表面に、遮光膜２７が形成されているため、光路Ｌ１に沿って固体撮像素子のマイクロレンズ２１のレンズ作用無効部分に入射された光は、遮光膜２７に吸収されてしまう。よって、光路Ｌ１に沿って入射された光は、金属遮光部２２に到達しない。しかも、その光が、金属遮光部２２で乱反射されることもない。
【００４２】
一方、蛍光面１３で生成された光が、光路Ｌ２乃至Ｌ４に沿って入射された場合には、マイクロレンズ２１のレンズ部は遮光膜２７で覆われていないので、そのレンズ部は、レンズ作用を有するため、受光素子２３に入射される。
【００４３】
従って、電気的信号を高輝度で観測した場合に於いても、多重乱反射がさらに抑制され、撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子の受光部に、本来観測した電気的信号に対応する光のみを到達させ、多重乱反射による観測した信号波形周辺部が明るくなるのを防止し、本来の信号波形のみをさらに明瞭に観測することができる。
【００４４】
なお、第１及び第２実施形態に用いられる透明導電膜は、ＩＴＯ膜に限られるものではなく、一般に良く知られている、Ｓｎ０２膜、Ａｕ膜、Ｔｉ０２膜等でも同様な効果が得られる。
【００４５】
さらに、支持板２５を介しての固体撮像素子パッケージ２０と光ファイバー・プレート１５の側壁とのエポキシ系接着剤等を用いた接着にあたっては、乾燥空気の雰囲気内での硬化のみに限られるものではなく、間隙２６内の屈折率を約１．０に保たれるものであれば、どのようなものでも良く、例えば、乾燥Ｎ２等の不活性ガスの雰囲気内で硬化させても良い。
【００４６】
また、これまで説明してきた第２実施形態では、光ファイバー・プレートと固体撮像素子のマイクロレンズとの間に間隙を設けて、その間隙に乾燥空気等の気体を密封した場合の例を示したが、この空隙に透明樹脂を密封した場合に、第２実施形態による遮光膜を適用しても、多重乱反射による観測した信号波形周辺部が明るくなるのを防止することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、透明樹脂を介さずに、光ファイバー・プレートと撮像面上にマイクロレンズを備えた固体撮像素子を密着する構成は、マイクロレンズのレンズ作用を有効にし、固体撮像素子の金属遮光部での乱反射を防止する機能を有し、さらに、マイクロレンズ間の凹部表面に、遮光膜を形成した構成は、固体撮像素子の金属遮光部への光の入射自体を防止し、また、光ファイバー・プレートの入力端面に形成した透明導電膜は、蛍光面が十分に発光できるに足りる電位を与える電極としての機能を有すると共に、金属遮光部からの乱反射光の再乱反射を防止する機能を有し、高輝度時の電気的信号測定においても、本来の信号波形のみを明瞭化して観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子画像変換装置の構成図である。
【図２】本発明による第１実施形態に係る電子画像変換装置の部分拡大構成図である。
【図３】本発明による第２実施形態に係る電子画像変換装置の部分拡大構成図である。
【図４】従来の電子画像変換装置の構成図である。
【図５】従来の電子画像変換装置の部分拡大構成図である。
【符号の説明】
１…筐体
２…電子銃部
３…偏向部
４…受光変換部
５…陰極
６…制御グリッド
７…加速電極
８…収束電極
９…アスティグ電極
１０…垂直偏向板
１１…水平偏向板
１２…後段加速電極
１３…蛍光面
１４…ガラスプレート部
１５…光ファイバー・プレート
１６…フリット
１７、２４…透明導電膜
１８…固体撮像素子
１９…透明樹脂
２０…固体撮像素子パッケージ
２１…マイクロレンズ
２２…金属遮光部
２３…受光素子
２５…支持板
２６…間隙
２７…遮光物質
【図１】
0004122787.tif 000002
【図２】
0004122787.tif 000003
【図３】
0004122787.tif 000004
【図４】
0004122787.tif 000005
【図５】
0004122787.tif 000006