1973年 Bell Labs の Willard S. Boyle と George E. Smith が共同出願した『埋込チャネル CCD』特許 US3792322A を、現代スマホカメラ・天体観測・医療画像センサーの起点として読み返す

発掘メモについて： このシリーズの「発掘メモ」は、一次資料 URL を確認した段階で候補の概要を記録したものです。本メモは Google Patents から Title・発明者・譲受人・日付・Claim 1 を取得済みですが、明細書全文（1969 年 Boyle/Smith の Bell System Technical Journal 論文との特許-論文系譜、Sony / Kodak / Sanyo の CCD 商業化過程、CMOS イメージセンサーへの世代交代）は未読。確認済み事実のみ記載し、推測は推測として明示します。

なぜ掘るか

CCD（Charge Coupled Device、電荷結合素子）は、現代の (a) 天体観測望遠鏡（ハッブル・ジェイムズ・ウェッブ・チリの ELT 群）、(b) 医療画像（X 線・蛍光顕微鏡・電子顕微鏡）、(c) 産業計測（マシンビジョン・X 線検査）の主要画像センサーとして現役で生き続けている。一方、消費者向けカメラ（スマートフォン・デジタル一眼・ドライブレコーダー・監視カメラ）は2010 年代以降ほぼ全て CMOS イメージセンサーに移行した。本特許 US3792322A は、この画像センサー全系統の祖型であり、現代の Sony Semiconductor Solutions（CMOS シェア世界1位）・Samsung System LSI・OmniVision・SK Hynix の画像センサー事業の起点でもある。

Day 19 の3点セット『Cage Patents — 電子・電荷・分子の閉じ込め』軸の電荷cage 枠として、本メモは ep70 フラッシュメモリ（電子cage）と ep72 ヒアルロン酸架橋ゲル（分子cage）と並ぶ。Claim 1 verbatim に "potential minima"（ポテンシャル極小、井戸）が 物理的に媒体内部に存在することを特徴とすると書かれているのが本特許の核で、これが「電荷cage」の請求項上の表現である。

特許の基本情報

特許番号：US3792322A
タイトル：Buried channel charge coupled devices
発明者：Willard Sterling Boyle / George Elwood Smith（2名共同）
Original Assignee：Individual（個人帰属、譲渡未記録）
Current Assignee：Individual（ただし Certificate of Correction で Bell Telephone Laboratories, Incorporated, Murray Hill, New Jersey へ訂正）
Priority Date / Filing Date：1973-04-19
Grant Date：1974-02-12
Status：Expired - Lifetime（1991 年寿命満了）

DB 突合せ：「Bell Telephone Laboratories、Willard S. Boyle/George E. Smith。2009 年 Nobel 賞受賞」全項目一致（Day 8〜18 で発生した DB 誤り訂正系列に対する13件目の一致確認、Day 18 ep67 Bell Labs 太陽電池に続く2連続 Bell Labs 一致）。

譲渡履歴の特殊事情：Original Assignee 欄が「Individual」となっているのは、本特許出願時に発明者個人名で出願され、その後の Bell Labs 帰属手続きがCertificate of Correction（証明書訂正）として事後追加されたため。これは1970 年代 AT&T 社内の特許出願プロトコル変遷と関係する可能性があるが一次資料未確認。

Claim 1（一次資料 verbatim）

Google Patents から取得した Claim 1 の全文：

A charge coupled device comprising: a planar charge storage medium; a multiplicity of discrete electrode field plates arranged adjacent to the charge storage medium, each capable when electrically biased of forming an associated charge storage site within the charge storage medium, the field plates being spaced sequentially in a direction parallel to the plane of the charge storage medium with each adjacent to at least two other field plates so that, with appropriate electrical bias applied to at least two of said field plates, electrical charge can be made to pass controllably between selected charge storage sites and ultimately to a detection site; input means for introducing mobile electrical charge into the charge storage medium; detection means for detecting the presence or absence of charge in the storage medium at a detection site; charge transfer means including said field plates for transferring within the storage medium, the electrical charge between storage sites, and to the detection site; the invention characterized in that the storage medium is bounded on all sides with electrical barriers except for a limited area, ohmic contact means to the storage medium at said limited area for electrically biasing the storage medium with respect to said barriers to deplete the storage medium and, with the electrical bias applied to the field plates, to create potential minima for the stored electrical charge, the potential minima existing physically within the storage medium, interior of the boundary electrical barriers whereby said charge storage sites exist physically within said interior.

Claim 1 の核は4点：

平面電荷蓄積媒体＋多数の電極場板：媒体上に多数の電極を並べ、電気バイアスで電荷蓄積部位を作る基本構成。これが現代 CCD の画素アレイ（ピクセルマトリクス）の原型。
電気バリアで全方向囲まれた媒体＋限定領域のオーミックコンタクト：媒体は電気的に閉じ込められた構造。これが本特許の「埋込チャネル（buried channel）」の物理的表現。
"potential minima existing physically within the storage medium, interior of the boundary electrical barriers"：これが電荷cage の請求項上の verbatim 表現。電気バイアス印加で媒体内部に物理的にポテンシャル極小を作り、その井戸の中に電荷を閉じ込める。Day 19 Cage Patents 軸が成立する根拠。
電荷の制御移動と検出：電極場板の電気バイアスで電荷を蓄積部位間で移動させ、最終的に検出部位で読み出す。これが「電荷結合（charge coupled）」の語源。

注：本特許は1970 年の Boyle/Smith 共同特許 US3796927A（Information storage utilizing thermomagnetic-magnetooptical processes）や、1969 年の同二人の Bell System Technical Journal 論文「Charge Coupled Semiconductor Devices」（BSTJ 49(4), 587-593）とは別文書で、本特許 US3792322A は埋込チャネル型 CCD への改良発明を覆う。表面チャネル型 CCD（最初期）→ 埋込チャネル型 CCD（本特許）→ 多画素 CCD（1976〜）→ CMOS イメージセンサー（1990 年代以降）の系譜の中の重要な節点。

1969〜2009 年の40年間

1969-10：Boyle/Smith が Bell Labs ホワイトボード前で1時間で CCD 概念を着想（業界2次資料・両名 Nobel 講演で語られた逸話）
1969-12：BSTJ 論文「Charge Coupled Semiconductor Devices」発表
1970-08：Boyle/Smith 最初の CCD 動作デモ（Bell Labs 内部）
1973-04-19：本特許 US3792322A 出願（埋込チャネル改良発明）
1974-02-12：本特許成立
1974〜1979：Fairchild・Texas Instruments・RCA が CCD 商業化を試行
1980：Sony がビデオカメラ用 CCD「ICX008」を量産化（業界初の家庭用ビデオカメラ向け）
1985〜1995：Sony・Kodak・Sanyo・Toshiba がデジタルカメラ用 CCD 量産競争
1990 年代後半：CMOS イメージセンサー商業化開始（Photobit、後の Aptina / Sony 買収など）
2010 年代：スマートフォン・デジタル一眼で CMOS が CCD を完全に置換、CCD は天体観測・医療・産業計測に残存
1991-04-19：本特許寿命満了（米国）
2009-12-08：Boyle / Smith / Charles K. Kao（光ファイバ）の3名で Nobel 物理学賞受賞、Boyle/Smith は CCD 発明で授与

現代との接続仮説

US3792322A（1973）	現代対応物（2026）	評価
平面電荷蓄積媒体＋電極場板	CMOS イメージセンサーの画素アレイ	類似（基本構成は共通、CMOS は各画素にトランジスタ読み出し回路を持つ別系統発明）
埋込チャネル＋ポテンシャル井戸で電荷閉じ込め	CCD 系（天体観測、医療、産業計測）	同一（本特許 Claim 1 の請求項そのものを現役で実装）
電荷の電極間バケツリレー転送	CCD のシフトレジスタ読み出し	同一（CCD の名称由来、本特許の核）
1973 年 Bell Labs 個人帰属譲渡	現代 Sony Semiconductor Solutions の中央集権的 R&D	比喩（市場構造は変わった、Sony が CMOS シェア世界1位）

判定の重心：「同一」が2行（CCD 系の現役実装、シフトレジスタ転送）。本特許は失効後30年以上経つが、天体観測・医療画像センサーの分野では現役で生き続けている。

注：「比喩」1行（CMOS イメージセンサーの画素アレイ）は構成として類似だが、CMOS は各画素に独立読み出し回路を持つ点で本特許 Claim 1 の請求範囲外。

厳密にはこう（簡略3項目）

確認済みの事実：

US3792322A、Title「Buried channel charge coupled devices」、発明者 Willard Sterling Boyle + George Elwood Smith 2名、Original Assignee Individual（Certificate of Correction で Bell Telephone Laboratories へ訂正）、Priority/Filing 1973-04-19、Grant 1974-02-12 を Google Patents 表紙から WebFetch で取得済み
Claim 1 全文を取得済み。"potential minima existing physically within the storage medium, interior of the boundary electrical barriers" を verbatim で確認

著者の解釈：

「Cage Patents 軸の電荷cage 枠」は本セッションでの編成判断。Claim 1 の "potential minima" を「電荷cage」と読む解釈は著者の解釈
「現代 CMOS イメージセンサーの前史」は系譜上の位置づけで、CMOS は別系統発明。「先行例」として読むのが正確

未確認：

明細書本文全文、図面、詳細実施例、代替実施例
1969 年 BSTJ 論文「Charge Coupled Semiconductor Devices」の全文（本メモでは未取得）
Certificate of Correction の発行日と内容（Bell Labs 帰属に訂正された経緯の一次資料）
Sony / Kodak / Fairchild の CCD 商業化過程の特許ライセンス履歴
2009 年 Nobel 賞授賞理由詳細

参考リンク

米国特許 US3792322A（Google Patents）：https://patents.google.com/patent/US3792322A/en
2009 年 Nobel 物理学賞概要（Boyle/Smith CCD 発明）：https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2009/

Day 19 の3点セット『Cage Patents』

第70回（HW #4 ノート）：1980 舛岡＋飯塚フラッシュメモリ US4531203A — 電子を浮遊ゲートに閉じ込める cage
第71回（HW メモ #6、本記事）：1973 Bell Labs Boyle/Smith CCD US3792322A — 電荷をポテンシャル井戸に閉じ込める cage
第72回（化粧品メモ #2）：1985 Balazs/Leshchiner ヒアルロン酸架橋ゲル US4636524A — 薬物を分子ケージに閉じ込める cage