DE3534186A1 - Aufbau fuer einen festkoerper-bildwandler - Google Patents
Aufbau fuer einen festkoerper-bildwandlerInfo
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Description
EGA 81 218 Ks/Ri
U.S. Serial No. 65^,556
Piled: 26 September 1984
RCA Corporation 201 Washington Road, Princeton, N.J. (US)
Aufbau für einen Festkörper-Bildwandler
Die Erfindung bezieht sich auf die Anbringung von Bildwandlern, die als Festkörperplättchen ausgeführt sind,
in einem optischen Aufbau. Vorzugsweise handelt es sich bei den betreffenden Bildwandlern um Festkörperplättchen
mit einem Halbleitersubstrat verminderter Dicke.
Im allgemeinen wird eine Vielzahl einzelner Festkörper-Bildwandler,
z.B. ladungsgekoppelte Elemente (abgekürzt
CCD), auf einer gemeinsamen, relativ dicken (z.B. ungefähr 0,30 bis 0,38 mm) Halbleiterscheibe gebildet, indem
die sogenannte Gate-Seite dieser Scheibe selektiv dotiert und mit einer Elektrodenstruktur bedeckt wird.
Anschließend wird die Scheibe durch ein als "Dicing" bekanntes Verfahren zerteilt, um die einzelnen Bildwandler
voneinander in individuelle Plättchen oder "Chips" zu trennen. Die durch diese herkömmlichen Verfahren in
den Bildwandlerplättchen entstandenen elektronischen Bauelemente bilden photoempfindliche Bildzellen, welche
in Potentialmulden im Halbleitersubstrat unterhalb der Elektrodenstruktur Ladungen entwickeln, die repräsentativ
für Strahlungsenergie wie z.B. sichtbares Licht sind, das auf die Bildzellen fällt, wenn dort eine Szene optisch
abgebildet wird. Die Ladungen werden anschließend aus den Bildzellen ausgelesen, um für die Szene repräsentative
elektrische Signale zu entwickeln. Bei solchen Bildwandlerplattchen
wird die Strahlungsenergie von der Gate-Seite des Plättchens her auf die Bildzellen gerichtet
und muß daher durch die Elektrodenstruktur treten (d.h. ein gewisser Teil der Energie tritt durch die Zwischenräume
zwischen den Elektroden, und ein gewisser Teil dringt tatsächlich durch die Elektroden selbst). Wenn
auch die Elektroden dünn genug sind, um ein gewisses Maß an sichtbarem Licht durchzulassen, so ist das Ansprechvermögen
des Bildwandlers auf die kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Lichts doch vermindert, wenn das
Licht durch die Elektroden dringt. Dies gilt besonders für blaues Licht. Außerdem hält die Elektrodenstruktur
etwas Licht zurück, wodurch die Empfindlichkeit vermindert wird.
Um sowohl das Ansprechvermögen als auch die Empfindlichkeit zu verbessern, sind Bildwandler entwickelt worden,
worin die der Gate-Seite gegenüberliegende Seite des Halbleitersubstrats auf etwa 8 bis 10 Mikrometer dünner
gemacht ist, z.B. durch chemisches Ätzen. Die Fig. 1a zeigt ein Bildwandlerplattchen 10 mit einem dünner gemachten
Halbleitersubstrat. Bei einem Bildwandler mit dünnerem Substrat kann die Strahlungsenergie von der
dünner gemachten Substratseite her auf die Bildzellen gerichtet werden. Die Strahlungsenergie erzeugt Elektronen,
die in den unterhalb der Elektrodenstruktur gebildeten
Potentialmulden des Substrats gesammelt werden.
Da die Strahlungsenergie in diesem Fall nicht durch eine Elektrodenstruktur oder durch deren Zwischenräume treten
muß, spricht ein Bildwandler mit dünnerem Substrat besser auf sichtbares Licht an als der oben beschriebene
Bildwandler mit dickem Substrat. Um dem ein dünneres
Substrat aufweisenden Bildwandler eine körperliche Festigkeit zu geben, ist eine relativ dicke Glasplatte (z.B.
0,25 bis 0,5 mm) gleichmäßig mittels eines Optik-Klebstoffes
auf das dünner gemachte Substrat geklebt, so daß sich ein Schichtaufbau ergibt. Einzelheiten eines
Verfahrens zum Herstellen derartiger Bildwandlerplättchen mit dünnerem Substrat sind in der US-Patentschrift
4 266 334 beschrieben.
In den Figuren 1b und 1o ist die herkömmliche Art und
Weise aufgezeigt, wie solche Dünnsubstrat-Bildwandler zur Bildung eines sog. "IC-Bausteins" gekapselt werden
(die Abkürzung IC steht für "Integrierte Schaltung") und wie derartige Bausteine z.B. an einem lichtaufspaltenden
Prisma 100 (einer nicht dargestellten Fernsehkamera) angebracht werden. Die Fig. 1b zeigt in Schnittansicht und
die Fig. 1c in Draufsicht den insgesamt mit 110 bezeichneten IC-Baustein. Der Baustein 110 enthält einen elektrisch
isolierenden keramischen Chip-Träger 112, der eine öffnung 110 aufweist und einen inneren Schulterteil
116 hat, der mit der öffnung 114 ausgerichtet ist. Der Schulterteil 116 hält das Dünnsubstrat-Bildwandlerplättchen
so, daß in die öffnung 114 eintretendes Licht auf die dünner gemachte Substratseite des Bildwandlerplättchens
10 fällt. Die GlasBchicht 120 des Bildwandlerplättchens 10 ist an ihrem Rand mittels Epoxymaterial an der
Schulter 116 befestigt, so daß der Lichteinfall auf das Plättchen 10 nicht gestört wird. Ein Glasfenster 122 ist
ebenfalls mittels Epoxymatorial an seinem Umfangsrand
auf den der Schulter 116 abgewandten Teil des Trägers geklebt, um den Bildwandler vor Schmutz und anderen Verunreinigungen
zu schützen und dennoch einen Lichtdurchgang zum Bildwandlerplättchen 10 zu erlauben. Die elektrische Verbindung externer Ansteuer- und Signalverarbeitungsschaltungen
(nicht dargestellt) zum.Bildwandlerplättchen 10 wird durch Anheften von Drähten 124 hergestellt, die
von der Gate-Seite des Bildwandlerplättchens 10 zu einem im Träger 112 gebildeten Metallisierungsmuster (nicht
dargestellt) führen, das seinerseits mit Anschlußstiften
— Q _
126 verbunden ist. Die AnSteuer- und Signalverarbeitungsschal
tungen werden durch herkömmliche Technik gedruckter Schaltungen mit den Stiften 126 verbunden. Ein lichtundurchlässiger
Deckel 128 vervollständigt den IC-Baustein 110 und ist mittels Epoxymaterial an der dem Fenster
abgewandten Seite des Trägers befestigt, um den IC-Baustein 110 hermetisch abzudichten und äußeren Lichteinfall
in den Baustein zu verhindern.
Die Positionierung und Anbringung des IC-Bausteins 110
am Prisma 100 kann entsprechend den Anweisungen erfolgen, die in der US-Patentschrift 4· 268 119 gegeben sind
und wonach eine rechteckige Dichtung 130 verwendet wird,
die eine allgemein rechteckige Durchtrittsöffnung von ungefähr der Größe und Form des Fensters 122 hat. Vorzugsweise
ist die Dichtung 130 ein flexibler geschäumter Körper z.B. aus Schaumgummi und ist so dimensioniert,
daß er rundum in Kontakt mit dem Fenster 122 des IC-Bausteins 110 und in Kontakt mit einem Lichtaustrittsteil
132 des Prismas 100 steht. Als nächstes ergreifen mechanische Mikromanipulatoren (nicht dargestellt) den
IC-Baustein 110 und stellen seine Position genau in X-, Y- und Z-Ebenen ein, so daß die Abbildungsebene des BiIdwandlerplättchens
10 z.B. den richtigen Abstand und die gewünschte Parallelität zum Austrittsteil 132 hat und
bezüglich der Optik des Lichtaustritts zentriert ist. Es sei erwähnt, daß die Parallelität der Ebene der Abbildungsfläche
des Plättchens mit der Ebene des Fensters 122 beeinträchtigt werden kann, wenn beim Befestigen des
Bildwandlerplättchens innerhalb des Bausteins 110 der benutzte Klebstoff ungleichmäßig aufgetragen wird. Außerdem
darf das Bildwandlerplättchen 10 gegenüber den anderen Detektoren (nicht dargestellt), die an anderen
Austrittsflächen (nicht gezeigt) des Prismas 100 angebracht sind, nicht verdreht Bein, damit der Raster der
vom Bildwandlerplättchen 10 gelieferten Bildsignale in Deckung mit den Rastern der von den anderen Bildwandlern
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gelieferten Signale bei der Bilddarstellung auf einem Monitor ist.
Nachdem der IG-Baustein 110 richtig gegenüber dem Austrittsteil 132 positioniert ist, wird ein Klebstoff oder
ein härtendes Bindemittel wie z.B. Epoxymaterial um die Dichtung 130 aufgetragen oder in die Dichtung zu deren
Imprägnierung injiziert, während der IC-Baustein 110 in Stellung gehalten wird. Somit bildet das Epoxymaterial
nach seiner Aushärtung einen starren Körper, der für eine feste Verbindung zwischen dem Baustein 110 und dem Austrittsteil
132 des Prismas sorgt.
Es sei erwähnt, daß die beschriebene Halterung des BiIdwandlerplättchens
10 im Iö-Baustein 110 nicht sicherstellt,
daß die Position des Plättchens von Baustein zu Baustein auch wirklich genau gleich ist. Da nämlich der
Schulterteil 116 des Trägers 112 größer ist als das Bildwandlerplattchen
10, ist die Position des Plättchens innerhalb der Schulter 116 nicht präzise bestimmt und
kann sich während der Herstellung ändern. Außerdem kann sich die Parallelität der Abbildungsebene des Bildwandlerplättchens
10 gegenüber dem Fenster 122 während der Herstellung ändern, und zwar infolge ungleichmäßiger Auftragung
von Klebstoff an den Rändern des Fensters 122 und/ oder des Plättchens 10. Daher muß das oben beschriebene
Positionierungs- und Anbringungsverfahren für jeden IC-Baustein
durchgeführt werden, der an einem optischen Aufbau wie z.B. an den Austrittsteilen des Prismas 100 befestigt
werden soll.
Die Fig. 2 zeigt die Verkapselung (Baustein) 210 für ein Bildwandlerplattchen 200, das ein relativ dickes Halbleitersubstrat
202 hat. Der Baustein 210 enthält einen Träger 212, Stifte 226 und Verbindungsdrähte 224- ähnlich
dem Baustein 110 nach Fig. 1b, nur daß der Träger 212 keine Öffnung in seiner Ausnehmung 216 benötigt, weil
das Bildwandlerplättchen 200 von seiner Gate-Seite her beleuchtet wird (da das Halbleitersubstrat 202 zu dick
ist, um Licht durchzulassen). Dementsprechend ist das Substrat 202 des Bildwandlers 200 mittels Epoxymaterial
in der Ausnehmung 216 des Trägers 212 befestigt, und ein Glasfenster 222 ist durch Epoxymaterial an seinem Rand
am Träger 212 befestigt, um den Baustein hermetisch abzuschließen,
gleichzeitig aber zu erlauben, daß Licht zu den Bildzellen durchdringen kann, die auf der Gate-Seite
des Bildwandlerplättchens 200 gebildet sind. Der Baustein 210 kann in praktisch der gleichen Weise am
Prisma 100 angebracht werden, wie es oben für die Anbringung des IC-Bausteins 110 beschrieben wurde, so daß
das Fenster 222 dem Austrittsteil des Prismas 100 zügewandt liegt.
Es wurde gefunden, daß Kapselungen , wie sie vorstehend für Festkörper-Bildwandlerplättchen beschrieben wurden,
aus verschiedenen Gründen unzweckmäßig sind. Erstens kann das Bildwandlerplättchen wie oben erwähnt während
der Herstellung nicht präzise innerhalb der Verfcapselung positioniert werden, was zur Folge hat, daß die Position
des Plättchens von Baustein zu Baustein variiert. Daher sind recht umständliche Befestigungsmethoden wie z.B.
die Verwendung einer nachgiebigen Schaumdichtung erforderlich,
um den erwähnten Ungenauigkeiten in der Position der Plättchen Rechnung zu tragen und zu garantieren,
daß beim Befestigen des IC-Bausteins die Abbildungsfläche in parallele Ausrichtung und genaue Lage
JO bezüglich z.B. des Austrittsteils eines Prismas kommt.
Zweitens können, obwohl das Glasfenster die lichtempfindliche Oberfläche des Bildwandlerplättchens gegenüber Schmutz usw. aus äußeren Quellen schützt, nach einer
gewissen Zeit im Inneron des Bausteins Partikel wie z.B. Flocken von Klebematerial und dergleichen abblättern
und auf die lichtempfindliche Oberfläche des Bildwandlers fallen, wodurch Bildfehler entstehen. Drittens kann der
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Umstand, daß der Bildwandler vertieft in einer Ausnehmung sitzt, eine Vignettierung des Bildes zur Folge haben
(d.h. eine allmähliche Abschattung an den Bildrändern, so daß keine definierte Randlinie bleibt} Dies
gilt insbesondere für den Baustein 110 wegen der dort vorhandenen Öffnung 114. Viertens bildet der Spalt zwischen
dem Bildwandler und dem Glasfenster des Bausteins einen Zwischenraum, wo Kondensation stattfinden kann,
die das Bild verschlechtert. Außerdem gibt es in Verbindung mit dem Baustein 110 Probleme hinsichtlich der strukturellen
Festigkeit und thermischen Stabilität, weil der Bildwandler 10 nur durch an seinem Umfang befindliches
Epoxymaterial gehalten wird. Als letzter und vielleicht wichtigster Faktor sei noch folgendes erwähnt: Da für
Bildwandler die Herstellungsverfahren immer besser und die Ausbeute immer größer wird, verringern sich die
Kosten des Bildwandlerplattchens auf ein Maß, wo die Kosten der Einkapselung des Bildwandlerplättchen einen
wesentlichen Teil der Gesamtkosten für den Baustein ausmachen. Daher ist es besonders erwünscht, die oben erwähnten
Nachteile bekannter Kapselungen für Festkörper-Bildwandler zu beseitigen.
Eine diesen Wunsch erfüllende erfindungsgemäße Anordnung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die lichtempfindliehe
Seite eines Festkörper-Bildwandlerplättchens direkt an einer ebenen Oberfläche eines lichtdurchlässigen Elementes
befestigt. Das lichtdurchlässige Element hat einen Bereich, der wesentlich größer ist als der Bereich des
Bildwandlerplattchens. Vorzugsweise ist das erwähnte EIement
ein optisches Bauteil wie z.B. ein Prisma einer Kamera, für die das Bildwandlerplättchen ausersehen ist.
Das Element trägt ein Motallisierungsmuster, das sich
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- 4? - 11
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von seinem Rand zu einem Bereich erstreckt, wo das Bildwandlerplättchen
befestigt ist, um elektrische Verbindung zum Bildwandlerplättchen herzustellen. Mit dem Metallisierungsmuster
sind nahe am Rand des Elementes An-Schlußeinrichtungen wie z.B. Randanschlüsse verbunden,
um das Bildwandlerplättchen elektrisch an externe Ansteuer- und SignalVerarbeitungsschaltungen des Bildwandlers
anzuschließen. Auf diese Weise wird eine gesonderte Kapsel mit allen ihren Nachteilen vermieden.
10
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Figuren 1a, 1b und 1c, auf die bereits eingegangen wurde,
zeigen ein Festkörper-Bildwandlerplättchen mit dünner gemachtem Substrat und dessen Kapselung und
Anbringung an einem Prisma, gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2, die ebenfalls schon behandelt wurde, zeigt die Kapselung eineaFestkörper-Bildwandlerplättchen
mit relativ dickem Substrat und deren Anbringung an einem Prisma, gemäß dem Stand der Technik;
Figuren 3a, 3b und 3c zeigen die Anbringung eines Festkörper-Bildwandlorplättchens
mit dünner gemachtem Substrat an einem farbteilenden Prisma gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4- zeigt die Anbringung eines Festkörper-Bildwandlerplättchens
mit dünner gemachtem Substrat an einem lichtdurchlässigen Element gemäß einem anderen
Aspekt der Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines lichtdurchlässigen Elementes für ein FestkÖrper-Bildwandlerplättchen
mit dünner gemachtem Substrat in erfindungsgemäßer Anbringung; - 14· -
Fig. 6 zeigt eine Befestigungsvorrichtung für einen Festkörper-Bildwandler
mit dickem Substrat gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
Die Figuren 3a, 3b und 3o zeigen einen eine Einheit bildenden
Aufbau von Bildwandlerplättchen und Prisma gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. In der
Fig. 3a ist ein farbteilendes Prisma zu erkennen, das insgesamt mit 310 bezeichnet ist und aus drei optisch
durchlässigen PrismenabDohnitten 312, 314· und 316 besteht,
zwischen denen sich dichroitisch« Trennflächen befinden, wie es an sich bekannt ist, um auf eine Eintrittsseite
318 fallendes Licht in seine roten, grünen und blauen Farbanteile aufzuspalten, doren jeder an einer zugeord-
15· neten Austrittsseite 320 bzw. 322 bzw. 324· erscheint. Gemäß
einem Aspekt der Erfindung ist an jeder der Austrittsseiten 320, 322 und 324· die glasbeschichtete Seite eines
ein dünner gemachtes Substrat aufweisenden Festkörper-Bildwandlerplättchens
10 direkt und in fester Lage am Prisma 310 befestigt, um Rot-, Grün- und Blau-Farbanteilsignale
zu liefern, die repräsentativ für das auf die Eintrittsseite 318 gerichtete Licht einer Szene sind.
Die Befestigung des Bildwandlerplättchens 10 an der Rot-Austrittsseite 320 ist detailliert in den Figuren 3b und
3c gezeigt. Die Befestigung der Bildwandlerplättchen an den Austrittsseiten 322 und 324- ist nicht dargestellt,
sie gleicht jedoch im wesentlichen der Befestigung des Bildwandlerplättchens 10 an der Austrittsseite 320. Die
direkte Befestigung des Bildwandlerplättchens am Lichtaustritt des Prismas gemäß der Erfindung ist vorteilhaft
gegenüber der bekannten Befestigung von gekapselten IC-Bausteinen, da sich kein Luftraum vor der lichtempfindlichen
Oberfläche des Plfittchons befindet, in den Schmutz oder Klebstofflocken fallen können oder in welchem eine
Kondensation stattfinden kann, was die Betriebsqualität des Bildwandlers verschlechtern würde. Außerdem ist die
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Wahrscheinlichkeit gering, daß die lichtempfindliche Oberfläche
des Bildwandlerplättchens nicht im wesentlichen parallel zur Bildebene "des Prismas ist, weil das Plättchen
selbst direkt an der Austrittsseite des Prismas befestigt ist. Auch läßt sich das Bildwandlerplättchen viel sicherer
am Prisma befestigen (was weiter unten erläutert wird), so daß die strukturelle Festigkeit und die thermische Stabilität
verbessert werden, was beides wichtig für Bildwandler ist, die z.B. in tragbaren Videokameras benutzt
werden. Schließlich besteht keine Möglichkeit einer Vignettierung des Bildes, da kein Fenster vorhanden ist wie
im Falle des gekapselten Bausteins 110 nach Fig. 1b.
Wie in den Figuren 3b und 3c gezeigt, trägt die Austrittsseite
320 des Prismas ein durch Metallisierung aufgebrachtes Muster von Leitern. 326, die sich vom Rand der Austrittsseite
320 zu dem Bereich erstrecken, wo das Bildwandlerplättchen 10 anzuheften ist. Während der'Herstellung
des integralen Bildwandlerplättchen-Prismen-Aufbaus wird ein Optik-Klebstoff (d.h. ein Klebemittel mit den geforderten
optischen Eigenschaften) gleichmäßig auf die Glasschicht des Bildwandler 10 (vgl. Fig. 1a) aufgebracht,
die dann auf der Oberfläche der Austrittsseite 320 so positioniert wird, daß das Zentrum des lichtempfindlichen
Bereichs des Bildwandlerplättchens mit der optischen
Achse der Austrittsseite 320 ausgerichtet ist. Beim Stand der Technik erfolgt die Positionierung verkapselter Bildwandlerplättchen,
indem man den Bildwandler aktiviert und auf einem Monitor einen Raster beobachtet, der durch die
vom Bildwandler während des Auslesens gelieferten Bildsignale gebildet wird. Bei der vorliegenden Befestigungsart
des Bildwandlerplättchens jedoch kann die Positionierung eines Dünnsubstrat-Bildwandlerplättchens
auf optische Weise geschehen, und zwar unter Heranziehung von Ausrichtmarken wie z.B. Metallisierungsflecke,
die auf der Gate-Seite des Bildwandlers über der Elektrodenstruktur
aufgebracht sind. Die Orte der "Ausrichtmar-
- 16 -
ken sind in Fig. 3b mit Kreuzchen (X) dargestellt. Die
Ausrichtmarken stören den elektrischen Betrieb des Bildwandlers nicht, weil eine Oxidschicht vorhanden ist, welche
die Ausrichtmarken elektrisch von der Elektrodenstruktür
isoliert. Die Ausriohtmarken stören auch nicht optisch, weil sie sich nicht auf der lichtempfindlichen Seite
des Plättchens befinden. Wenn aber das Bildwandlerplättchen hell von der Gate-Seite her beleuchtet wird
(natürlich muß jede lichtundurchlässige Abdeckung über der Gate-Seite des Plättchens entfernt werden), dann
dringt das Licht durch das Plättchen, und die Ausrichtmarken werden auf der Eintrittsseite 318 des Prismas
sichtbar. Während des Zusammenbaus kann ein durch ultraviolettes Licht aushärtbarer Optik-Klebstoff 327 gleichmäßig
zwischen das Glas des Prismas und die Glasschicht des Bildwandlerplättchens verteilt werden (z.B. unter
Anwendung von Druck), so daß das Bildwandlerplättchen im wesentlichen parallel mit der Austrittsseite des Prismas
zu liegen kommt und bewegt werden kann, bis es mit der optischen Achse des Prismas ausgerichtet ist. Dann
wird der Klebstoff ultraviolettem Licht ausgesetzt, um ihn auszuhärten und so die Helativlage zwischen dem photoempfindlichen
Bereich des Bildwandlerplättchens und der Austrittsseite des Prismas zu fixieren. Ein geeigneter,
durch ultraviolettes Licht aushärtbarer Optik-Klebstoff ist z.B. das Material NOA-60, das von der Firma
Norland Products Inc., North Brunswick, NJ. bezogen werden kann. Als nächstes werden Verbindungsdrähte 328 zwischen
Leiterkissen 329 auf der Gate-Seite des Bildwandlerplättchens
und Leitern 326 befestigt, um die elektrische Verbindung zum Plättchen herzustellen. Herkömmliche
externe Schaltungen (nicht dargestellt) zum Anlegen von Steuerimpulsen an den Bildwandler und zur Videosignalverarbeitung
werden mit den Leitern 326 über ein Paßelement wie z.B. den "Vater"-Teil von Anschlußvorrichtungen
330 verbunden, die am Rand der Austrittsseite 320 des Prismas befestigt sind. Im einzelnen enthalten die An-
- 17 -
Schlußvorrichtungen 330 einzelne Stifte (nicht gezeigt), deren erste Enden an den Leitern 326 angelötet und deren
andere Enden mit elektrischen Kabeln 332 verbunden sind, die zu den externen Schaltungen führen. Um den Bildwandler
hermetisch abzudichten und ihn vor Verschmutzung von außen zu schützen, kann auf der Austrittsseite 320 des
Prismas eine Kappe 334- befestigt werden, die den mit der gestrichelten Linie 336 gezeigten Bereich abdeckt.
Das Anbringen von Bildwandlern auf die Grün- und Blau-Austrittsseiten
322 und 327I- erfolgt im wesentlichen in
der gleichen Weise wie oben beschrieben, nur daß hier vor der Ultraviolett-Aushörtung des Klebstoffs die Bildwandler
von der Gate-Seite her hell beleuchtet werden, um jeden Bildwandler zu positionieren, indem man seine
Ausrichtmarken von der Eintrittsseite des Prismas her beobachtet und sie in genaue Deckung mit den anderen
Ausrichtmarken bringt, die an der Eintrittsseite sichtbar sind, wenn die zuvor befestigten Bildwandler gleichzeitig
beleuchtet werden. Nachdem die genaue Deckung erzielt ist, wird der Klebstoff ultraviolettem Licht ausgesetzt,
um die Relativlage des betreffenden Bildwandlerplättchens zu fixieren.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anbringung von Bildwandlerplattchen ist, daß die Positionierung der
Plättchen erfolgen kann, ohne die photoempfindlichen Elemente der Bildwandler zu aktivieren. Somit ist die Dekkung
der Bildwandler optisch perfekt. Dies ist nicht möglieh bei bekannten Prismen-Aufbauten mit in Kapseln befindlichen
Bildwandlern, deren Ausrichtung auf elektrische Weise erfolgt, indem die von den einzelnen Bildwandlerplattchen
gelieferten Bildsignale in Deckung gebracht werden (eine optische Ausrichtung ist dort wegen
des lichtundurchlässigen Deckels 128 nicht durchführbar). Wenn die Bildwandler auf elektrische Weise ausgerichtet
werden, hängt die Lage ihrer photoempfindlichen Stellen
- 18 -
353A186 teilweise von der Amplitude der angelegten Elektroden-Ansteuerimpulse
ab. Bei elektronischer Ausrichtung der Bildwandlerplättchen auf einem Prisma ist also die Dekkung
abhängig von dem Pegel der während der Herstellung benutzten Bildwandler-Betriebssignale, und dieser Pegel
kann anders sein als die in der zusammengebauten Video- · kamera verwendeten Signalpegol, so daß letztere nachjustiert
werden müssen. Des weiteren sei der lall betrachtet, daß nach der Herstellung ein Bildwandler in
einer Videokamera ausfällt. Enthält die Kamera ein Prisma, auf dem die Bildwandlerplättchen in der erfindungsgemäßen
Weise angebracht und ausgerichtet sind, dann kann der Bildwandler-Prismen-Aufbau durch ein anderes Exemplar
mit derselben Deckung ersetzt werden, so daß eine Nachjustierung der Amplitude der Bildwandler-Ansteuerimpulse
nicht erforderlich ist. Außerdem ist die elektronische Ausrichtung recht kompliziert und erfordert geschultes
Personal, während die optische Ausrichtung auf einfachere Weise durch automatische Einrichtungen erfolgen kann,
was die Herstellungskosten reduziert.
Wenn es z.B. nicht möglich ist, die metallisierten Leiter auf der Austrittsseite des Prismas aufzubringen
(weil z.B. die Austrittaseite zu klein ist, um sowohl
das Bildwandlerplättchen alB auch die Leiter 326 zu tragen),
dann lassen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung immer noch erzielen, indem man den Dünnsubstrat-Bildwandler
auf einem lichtdurchlässigen Träger befestigt, wie es in Pig. 4- dargestellt ist. Teile der Struktur, welehe
in ihrer Funktion solchen Teilen entsprechen, die oben in Verbindung mit den Figuren 3b und 3c beschrieben
wurden, sind in der Fig. 4· mit den gleichen Bezugszahlen
bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben, -^n
der Fig. 4 ist anstelle des in den Figuren 3b und 3c gezeigten Austrittsteils des Prismas ein relativ dickes,
aber lichtdurchlässiges Element als Träger 412 gezeichnet, der eine Fläche hat, die wesentlich größer als die
- 19 -
Fläche des Bildwandlerplattchens 10 ist, so daß er das
Plättchen 10, die metallisierten Leiter 326 und die Randanschlüsse 330 tragen kann. Der Träger 412 kann eine Glasplatte
von optischer Qualität sein. Das Bildwandlerplättchen 10 wird auf dem Träger 412 mittels eines durch Ultraviolettstrahlung
aushärtbaren Optik-Klebstoffs befestigt, wie es die Fig. 4 zeigt. Der Träger 412 kann
dann auf einer Austrittsseite eines Prismas aufgebracht werden, die für sich zu klein ist, um das Bildwandlerplättchen,
die metallisierten Leiter und die Randanschlüsse zu tragen. Auch hierbei kann ein durch Ultraviolettstrahlung
aushärtbarer Optik-Klebstoff gleichmäßig zwischen den Träger 412 und die Austrittsseite
des Prismas gebracht werden und nach Positionierung des Trägers 412 ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, um
den Klebstoff zu härten und das Bildwandlerplattchen in einer festgelegten Position zu halten. Der Träger 412
könnte auch in Fällen verwendet werden, in denen ein einziger Bildwandler benutzt wird, z.B. in einer entsprechend
ausgebildeten Kamera. In diesem Fall könnte der das Plättchen 10 tragende Träger 412 auf einer gedruckten
Schaltungsplatte angeordnet werden, und die elektrischen Verbindungen zwischen der Schaltungsplatte
und den metallisierten Leitern 326 könnten durch Wellenlötverfahren
hergestellt werden.
Bei einer in .Fig. 5 dargestellten alternativen Ausführungsform
ist der in Fig. 4 gezeigte lichtdurchlässige Träger 412 so geformt, daß er im wesentlichen die gleiehe
Gestalt wie der Träger 212 nach Fig. 2 hat. Es ergibt sich somit ein IC-Baustein 510 mit einem lichtdurchlässigen
Träger 512, wobei der glasbeschichtete Teil des Bildwandlers 10 direkt unter Verwendung eines
Optik-Klebstoffs am Boden einer Vertiefung 512 befestigt ist. Auf diese Weise ist die Bildebene des Bildwandlers
10 strukturell und thermisch stabil und liegt im wesentlichen parallel zum Lichteintrittsteil 516 des Bausteins
- 20 -
3534=86
Der Baustein 510 kann dann an einer Austrittsseite eines Prismas in praktisch der gleichen Weise befestigt
werden, wie es in Verbindung mit der Fig. 5a zur Befestigung
des Bildwandlerplättchens 10 am Prisma 310 beschrieben
ist. Ein Vorteil dieser Art Kapselung besteht darin, daß man zum Zusammenfügen und zur Handhabung des gekapsel-rten
Bausteins die bereits dafür existierenden Maschinen nur minimal umzurüsten braucht.
Neben den beschriebenen Ausführungen sind auch andere Realisierungsformen der Erfindung möglich. Obwohl die
Erfindung vorzugsweise in Verbindung mit einem Festkörper-Bildwandlerplättchen
angewandt wird, das ein dünner gemachtes Substrat hat, kann z.B. auch ein mit relativ
dickem Substrat ausgelegtes Festkörper-Bildwandlerplättchen
610 hergenommen werden, wie es in Fig. 6 gezeigt
ist, und auf einem lichtdurchlässigen Träger 612 in· praktisch der gleichen Weise befestigt werden, wie das
in Fig. 4· gezeigte Dünnsubstrat-Bildwandlerplättchen 10 befestigt wird. Der einzige Unterschied besteht darin,
daß bei dem Bildwandlerplättchen 610 die Elektrodenstruktur dem Träger 612 zugewandt liegen muß, weil in diesen
Fall die Belichtung des Plättchens von der Gate-Seite her erfolgt. Daher wird die Verbindung der Plättchenelektroden
mit den Leitern 326 durch körperliche Berührung (z.B. unter Druck) dor Anschlußkissen des Bildwandlerplättchens
610 mit hochstehenden Teilen 614· der Leiter 326 hergestellt. Obwohl die Bildwandlerplättchen
vorzugsweise an einer Austrittsseite des Prismas oder an einem lichtdurchlässigen Träger mittels eines Optik-Klebstoffs
befestigt werden, der gleichmäßig über die lichtempfindliche Oberfläche des Bildwandlerplättchens
verteilt wird, könnte auch ein Klebstoff ohne optische Qualität benutzt werden, der jedoch nur an den Rändern
des Bildwandlerplättchens aufgebracht werden dürfte. Alternativ kann man auch ohne Klebstoff arbeiten und
stattdessen das Bildwandlerplättchen mechanisch am Aus-
- 21 -
trittsteil des Prismas festklemmen. Schließlich sei
noch erwähnt, daß man natürlich auf jedem der lichtdurchlässigen Träger 412, 512» 612 oder auf dem Austritt steil 320 des Prismas auch ein Farbfiltermuster vorsehen kann, um einen Farbbildwandler zu erhalten.
noch erwähnt, daß man natürlich auf jedem der lichtdurchlässigen Träger 412, 512» 612 oder auf dem Austritt steil 320 des Prismas auch ein Farbfiltermuster vorsehen kann, um einen Farbbildwandler zu erhalten.
- Leerseite -
Claims (14)
1. Aufbau für einen Festkörper-Bildwandler, gekennzeichnet
durch:
ein Festkörper-Bildwandlerplättchen (10) mit einem
Substrat, das auf einer Seite selektive Dotierung und eine Elektrodenstruktur (329) aufweist, um auf einer
der Seiten des Bildwandlerplattchens einen Bildaufnahmebereich
zu schaffen j
ein für Strahlungsenergie durchlässiges Element (320) mit einer ebenen Oberfläche, die größer ist als
die Fläche des Bildwandlerplattchens und an welcher die den Bildaufnahmebereich enthaltende Bildaufnahmeseite
des Bildwandlerplnttchens befestigt ist; ein auf einer Seite des durchlässigen Elementes aufgebrachtes
Metallisierungsmuster (326), das sich vom Außenrand», des Elementes zu demjenigen Bereich erstreckt,
— 2 —
wo das BildwandlerplHttchen befestigt ist}
eine Verbindungseinrichtung (328) zum elektrischen Verbinden der Elektrodenstruktur des Bildwandlerplättchens
mit dem Metallisierungsmuster.
2. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das für Strahlungsenergie durchlässige Element (320) ein mitwirkender Bestandteil der
Optik eines Abbildungssystems ist.
3. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeseite des Bildwandlerplättchens
(10) haftend an dem für Strahlungsenergie durchlässigen Element (320) mittels eines für
Strahlungsenergie durchlässigen Klebstoffs (327) befestigt ist, der gleichmäßig im Raum zwischen der
Bildaufnahmeseite des Bildwandlerplättchens und dem
besagten Element verteilt ist.
4. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bildwandlerplättchen (10) ein in seiner Dicke reduziertes Substrat aufweist, so daß
die Bildaufnahmeseite des Bildwandlerplättchens die
der Elektrodenstruktur (329) abgewandte Seite des
Substrats ist, und daß das Bildwandlerplättchen ferner ein Stück eines lichtdurchlässigen Materials enthält,
das haftend am reduzierten Substrat auf dessen der Elektrodenstruktur abgewandten Seite mittels eines
lichtdurchlässigen Klebstoffs befestigt ist, der gleichmäßig zwischen dem Substrat und dem lichtdurchlässigen
Material verteilt ist.
5. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet,
daß das lichtdurchlässige Material des Bildwandlerplättchens (10) haftend an der ebenen Oberfläche
des für Strahlungsenergie durchlässigen Elementes (320) mittels eines lichtdurchlässigen Kleb-
— 3 —
Stoffs (327) befestigt ist, der gleichmäßig zwischen
dem besagten Material und dem besagten Element verteilt ist.
6. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,
daß das für Strahlungsenergie durchlässige Element eine klare Glasplatte (z.B. 4-12) mit Optikqualität
ist.
7. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,
daß auf der die Elektrodenstruktur (329) tragenden Seite des Bildwandlerplättchens Anschlußkissen
gebildet sind und daß zwischen den Anschlußkissen und dem Metallisierungsmuster (326), das sich
auf dem für Strahlungsenergie durchlässigen Element (320) befindet, Verbindungsdrähte (328) angeordnet
sind.
8. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das für Strahlungsenergie durchlässige
Element (320) der Austrittsteil eines lichtaufspaltenden Prismas (10) ist.
9. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,
daß er ein lichtaufspaltendes Prisma (310) aufweist und daß diejenige Oberfläche des für Strahlungsenergie
durchlässigen Elementes (z.B. 4-12), die der das Bildwandlerpl&ttchen (10) tragenden Oberfläche
dieses Elementes abgewandt ist, haftend an einem Austrittsteil (320) des Prismas (310) mittels eines
lichtdurchlässigen Klebstoffs (327) befestigt ist, der gleichmäßig zwischen dem besagten Element und
dem besagten Austrittoteil verteilt ist.
10. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bildwandlerplättchen (610) ein relativ dickes Substrat hat und Anschlußkissen aufweist,
die auf der die Elektrodenstruktur tragenden Seite
des Bildwandlerplattchens gebildet sind, und daß die die photoempfindliche Elektrodenstruktur tragende
Seite des Bildwandlerplattchens haftend an dem für Strahlungsenergie durchlässigen Element (612) befestigt
ist, so daß die Anschlußkissen des Bildwandlerplattchens elektrischen Kontakt mit dem Metallisierungsmuster auf dem besagten Element herstellen.
11. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das für Strahlungsenergie durchlässige Element ein lichtaufspaltendes Prisma (310) ist, das einen
Lichteintrittsteil (318) aufweist und mehrere Lichtaustrittsteile (320, 322, 324) mit jeweils einer ebenen
Oberfläche hat, an der sich ein mittlerer Bereich für die Übertragung von auf don Eintrittsteil gerichtetes
Licht befindet und auf der ein Leitermuster als Metallisierung aufgebracht ist, das sich vom äußeren
Rand des betreffenden Austrittsteils zum mittleren Bereich hin erstreckt;
daß vom Festkörper-Bildwandlerplättchen mehrere
Exemplare vorgesehen sind, deren jedes (z.B. 10) auf einer Seite eine selektive Dotierung und eine Elektrodenstruktur
hat, um lichtempfindliche Elemente zu definieren, wobei jedes der Bildwandlerplättchen haftend
am mittleren Bereich eines jeweils zugeordneten Exemplars der Austrittsteile des Prismas befestigt ist;
daß Verbindungseinrichtungen vorgesehen sind, um die Elektrodenstruktur jedes der Bildwandlerplättchen
mit jeweils dem metallisierten Leitermuster zu verbinden, das auf die Oberfläche des zugeordneten Exemplars
der Austrittsteile des Prismas aufgebracht ist.
12. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Bildwandlerplättchen (z.B. 10)
ein in seiner Dicke reduziertes Substrat hat, das an
'" — 5 —
einem Stück aus Glas befestigt ist, welches eine Fläche im wesentlichen, gleich dem Substrat hat und am Substrat
mittels eines optisch durchlässigen Klebstoffs befestigt ist, der gleichmäßig zwischen dem Glas und
dem Substrat verteilt ist»
13. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß diejenige Seite des Glases, die der am Bildwandler-Plättchen (10) befestigten Seite abgewandt
liegt, haftend am mittleren Bereich des jeweils zugeordneten Exemplars (z.B. 320) der Austrittsteile
des Prismas (310) befestigt ist.
14. Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenstruktur (329) jedes BiIdwandlerplättchens
(z.B. 10) Anschlußkissen aufweist und daß die Verbindungseinrichtungen Drähte (328)
sind, die zwischen den Anschlußkissen des Bildwandlerplättchens und dem metallisierten Leitermuster des
jeweils betreffenden Exemplars (z.B. 320) der Austrittsteile des Prismas (310) verbindend angeordnet
sind.
15· Bildwandler-Aufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen außerdem
Anschlußstücke (330) enthalten, die jeweils am Rand der Austrittsteile dos Prismas befestigt sind, um
externe Ansteuer- und ßignalverarbeitungsschaltungen mit den Bildwandlerplättchen zu koppeln.
30
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Legal Events
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Ipc: H01L 31/02 |
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