JP2000228514A - 像形成装置 - Google Patents
像形成装置Info
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- JP2000228514A JP2000228514A JP11376957A JP37695799A JP2000228514A JP 2000228514 A JP2000228514 A JP 2000228514A JP 11376957 A JP11376957 A JP 11376957A JP 37695799 A JP37695799 A JP 37695799A JP 2000228514 A JP2000228514 A JP 2000228514A
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- photocathode
- ccd sensor
- ccd
- multiplication
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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
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2231/00—Cathode ray tubes or electron beam tubes
- H01J2231/50—Imaging and conversion tubes
- H01J2231/50005—Imaging and conversion tubes characterised by form of illumination
- H01J2231/5001—Photons
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2231/00—Cathode ray tubes or electron beam tubes
- H01J2231/50—Imaging and conversion tubes
- H01J2231/50057—Imaging and conversion tubes characterised by form of output stage
- H01J2231/50089—Having optical stage before electrical conversion
- H01J2231/50094—Charge coupled device [CCD]
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- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光子計数又は低い光レベルで像形成する像形
成装置。 【解決手段】 光子計数の用途又は低い光レベルで像形
成に適した像形成装置は、光電陰極1から放出された電
子を受取るように配置されたＣＣＤセンサー4を備え
る。ＣＣＤセンサーは、別体の増倍レジスターを備え、
その中へ出力レジスターからの信号電荷が転送され、改
善されたノイズ性能と、分解能を与える。
成装置。 【解決手段】 光子計数の用途又は低い光レベルで像形
成に適した像形成装置は、光電陰極1から放出された電
子を受取るように配置されたＣＣＤセンサー4を備え
る。ＣＣＤセンサーは、別体の増倍レジスターを備え、
その中へ出力レジスターからの信号電荷が転送され、改
善されたノイズ性能と、分解能を与える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、像形成装置に関
し、より詳しくは、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサーを
備える装置に関する。
し、より詳しくは、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサーを
備える装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低い光レベルの像形成、及び/又は位置
感受性のある光子計数の必要性がある。低い光レベルの
場面を像形成する1つの方法は、ＣＣＤセンサーの前に
イメージ増強管を使用することである。電子信号の増幅
は、イメージ増強管に含まれるマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）内で起こる。ＭＣＰを使用すると、分解
能を満足な品質に保持できるが、システム内に高ノイズ
の要因を導入する。ＭＣＰと関連付けられた利得機構
は、広いパルス高さ分布を有し、光子計数の用途には、
単一のＭＣＰイメージ増強管を使用することは出来な
い。
感受性のある光子計数の必要性がある。低い光レベルの
場面を像形成する1つの方法は、ＣＣＤセンサーの前に
イメージ増強管を使用することである。電子信号の増幅
は、イメージ増強管に含まれるマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）内で起こる。ＭＣＰを使用すると、分解
能を満足な品質に保持できるが、システム内に高ノイズ
の要因を導入する。ＭＣＰと関連付けられた利得機構
は、広いパルス高さ分布を有し、光子計数の用途には、
単一のＭＣＰイメージ増強管を使用することは出来な
い。
【０００３】光電陰極の直接像形成のため、ＣＣＤを光
電陰極の真空外囲容器の内側に置くことにより製造され
る他のデバイスもまた、低い光での像形成に使用されて
きた（電子衝撃ＣＣＤ又はＥＢＣＣＤ）。これは、ＭＣ
Ｐを除去し、信号ノイズ比と分解能の両方を改善すると
いう利点がある。しかし、通常のＴＶフレーム速度（50
又は60Ｈｚ）で作動するとき、出力ノイズはまだ十分に
大きく、非常に低い光レベルでは主なノイズ源となる。
フレーム速度がＴＶ像形成に要求されるより減少してい
る場合は、光子計数の用途には、ＥＢＣＣＤを使用する
ことによってだけ、デバイスの出力ノイズを減らすこと
ができることを意味する。
電陰極の真空外囲容器の内側に置くことにより製造され
る他のデバイスもまた、低い光での像形成に使用されて
きた（電子衝撃ＣＣＤ又はＥＢＣＣＤ）。これは、ＭＣ
Ｐを除去し、信号ノイズ比と分解能の両方を改善すると
いう利点がある。しかし、通常のＴＶフレーム速度（50
又は60Ｈｚ）で作動するとき、出力ノイズはまだ十分に
大きく、非常に低い光レベルでは主なノイズ源となる。
フレーム速度がＴＶ像形成に要求されるより減少してい
る場合は、光子計数の用途には、ＥＢＣＣＤを使用する
ことによってだけ、デバイスの出力ノイズを減らすこと
ができることを意味する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光子計数が必要な用途
では、像形成方法において、非常に厚いＭＣＰ又は幾つ
かのＭＣＰを直列に配置して使用し、ＭＣＰ内の利得が
飽和し、狭いパルス高さ分布となり、各イベントが別々
に検出できるようにする。次に、通常の方法で多重ＭＣ
Ｐイメージ増強管がＣＣＤにより読取られる。多重ＭＣ
Ｐイメージ増強管は、有効に光子を計数することが出来
る。しかし、光の過負荷による損傷に敏感なので、広く
は使用されてこなかった。上述したように、上述した全
ての代替策は、光子の計数又は低い光レベルに重大な欠
点がある。
では、像形成方法において、非常に厚いＭＣＰ又は幾つ
かのＭＣＰを直列に配置して使用し、ＭＣＰ内の利得が
飽和し、狭いパルス高さ分布となり、各イベントが別々
に検出できるようにする。次に、通常の方法で多重ＭＣ
Ｐイメージ増強管がＣＣＤにより読取られる。多重ＭＣ
Ｐイメージ増強管は、有効に光子を計数することが出来
る。しかし、光の過負荷による損傷に敏感なので、広く
は使用されてこなかった。上述したように、上述した全
ての代替策は、光子の計数又は低い光レベルに重大な欠
点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、入射放
射線を表す電子を放出する光電陰極、及びＣＣＤセンサ
ーを備え、該ＣＣＤセンサーは、イメージ領域と、該イ
メージ領域から信号電荷を受取る出力レジスターと、該
出力レジスターから信号電荷が転送される別体の増倍レ
ジスターと、該増倍レジスターの要素内の十分高い電界
を通って電荷を転送することにより、信号電荷の増倍を
得る手段とを有し、該ＣＣＤセンサーが入射放射線に応
じて、光電陰極で発生した電子を受取るように配置され
た像形成装置が提供される。
射線を表す電子を放出する光電陰極、及びＣＣＤセンサ
ーを備え、該ＣＣＤセンサーは、イメージ領域と、該イ
メージ領域から信号電荷を受取る出力レジスターと、該
出力レジスターから信号電荷が転送される別体の増倍レ
ジスターと、該増倍レジスターの要素内の十分高い電界
を通って電荷を転送することにより、信号電荷の増倍を
得る手段とを有し、該ＣＣＤセンサーが入射放射線に応
じて、光電陰極で発生した電子を受取るように配置され
た像形成装置が提供される。
【０００６】光電陰極は、真空外囲容器の内側でＣＣＤ
センサーから狭い間隔をおき、近接フォーカス機能を与
え、良い分解能を与えるのが好ましい。増強ＣＣＤ配置
に必要であったＭＣＰと蛍光スクリーンは必要ないの
で、本発明による装置の分解能は、これより良い。例え
ば、光電陰極は、ガリウム砒素であってもよいが、色々
の光電陰極材料と種類を利用して、装置を使用すること
の出来る光学的バンド幅を伸ばすのに使用することが出
来る。例えば、Ｓ20等の多価アルカリ光電陰極、二価ア
ルカリ、Ｓ25を使用することができ、0.9ミクロンから
1.7ミクロンの入射放射線波長で作動させるのに、Ｃｓ
Ｔｅ等のソーラーブラインド(solar blind)光電陰極、
又は例えば遷移電子光電陰極（ＩｎＧａＡｓ）も使用で
きる。
センサーから狭い間隔をおき、近接フォーカス機能を与
え、良い分解能を与えるのが好ましい。増強ＣＣＤ配置
に必要であったＭＣＰと蛍光スクリーンは必要ないの
で、本発明による装置の分解能は、これより良い。例え
ば、光電陰極は、ガリウム砒素であってもよいが、色々
の光電陰極材料と種類を利用して、装置を使用すること
の出来る光学的バンド幅を伸ばすのに使用することが出
来る。例えば、Ｓ20等の多価アルカリ光電陰極、二価ア
ルカリ、Ｓ25を使用することができ、0.9ミクロンから
1.7ミクロンの入射放射線波長で作動させるのに、Ｃｓ
Ｔｅ等のソーラーブラインド(solar blind)光電陰極、
又は例えば遷移電子光電陰極（ＩｎＧａＡｓ）も使用で
きる。
【０００７】ＣＣＤセンサーは、出力増幅器段階に到達
する前に、ＣＣＤイメージ領域から信号に追加の利得が
加えられるようになっている。読み出しノイズの影響
は、この利得係数により減少し、ＣＣＤセンサーは低い
光の像形成に使用することが出来る。光電陰極なしに直
接像形成するように作動するとき、1,000に近い利得係
数はＣＣＤセンサーのみに可能であると考えられる。光
電陰極と組合せて、ＣＣＤセンサーに電子衝撃を与える
と、光子の弁別が可能なように光子の計数を行うことが
出来る。本発明に使用するのに適したＣＣＤセンサー
は、我々の欧州特許出願、出願番号ＥＰ 0 866 501 Ａ
に記述されている。
する前に、ＣＣＤイメージ領域から信号に追加の利得が
加えられるようになっている。読み出しノイズの影響
は、この利得係数により減少し、ＣＣＤセンサーは低い
光の像形成に使用することが出来る。光電陰極なしに直
接像形成するように作動するとき、1,000に近い利得係
数はＣＣＤセンサーのみに可能であると考えられる。光
電陰極と組合せて、ＣＣＤセンサーに電子衝撃を与える
と、光子の弁別が可能なように光子の計数を行うことが
出来る。本発明に使用するのに適したＣＣＤセンサー
は、我々の欧州特許出願、出願番号ＥＰ 0 866 501 Ａ
に記述されている。
【０００８】標準ＥＢＣＣＤに対する本発明の主な利点
は、光電陰極から放出された1つの電子からの信号が、
十分な係数で増幅され、出力ノイズ上に検出できること
である。従って、例えば、カメラ/デバイス出力ノイズ
が150から200電子と同等の信号（標準偏差）であれば、
高エネルギー電子衝撃の作用でＣＣＤ内に生じる信号
は、約200電子であり、ノイズと区別できない。検出す
るためには、信号のイベントは、少なくとも標準偏差の
6倍である必要がある。これは、もし増幅レジスターが
例えば20倍の利得で作動すると、信号はノイズ上に明白
に検出できることを意味する。1つの電子を検出するこ
の能力は、このデバイスは、最も低い光レベルで最も良
い性能を与えることを意味する。又は、デバイスは、Ｔ
Ｖフレーム速度の光子計数に使用することが出来る。イ
メージ増強管に対する本発明の利点は、ＭＣＰが減少
し、ノイズと分解能を改善することである。標準イメー
ジ増強管はまた、光子の計数には使用できない。このデ
バイスはまた、大きくはない光の過負荷に晒されるとき
非常に限られた寿命しかない多重ＭＣＰイメージ増強管
に対して重大な利点がある。多重ＭＣＰイメージ増強管
はまた、分解能の損失とイメージアーチファクト等の、
標準デバイスとしてのＭＣＰと同じ問題がある。
は、光電陰極から放出された1つの電子からの信号が、
十分な係数で増幅され、出力ノイズ上に検出できること
である。従って、例えば、カメラ/デバイス出力ノイズ
が150から200電子と同等の信号（標準偏差）であれば、
高エネルギー電子衝撃の作用でＣＣＤ内に生じる信号
は、約200電子であり、ノイズと区別できない。検出す
るためには、信号のイベントは、少なくとも標準偏差の
6倍である必要がある。これは、もし増幅レジスターが
例えば20倍の利得で作動すると、信号はノイズ上に明白
に検出できることを意味する。1つの電子を検出するこ
の能力は、このデバイスは、最も低い光レベルで最も良
い性能を与えることを意味する。又は、デバイスは、Ｔ
Ｖフレーム速度の光子計数に使用することが出来る。イ
メージ増強管に対する本発明の利点は、ＭＣＰが減少
し、ノイズと分解能を改善することである。標準イメー
ジ増強管はまた、光子の計数には使用できない。このデ
バイスはまた、大きくはない光の過負荷に晒されるとき
非常に限られた寿命しかない多重ＭＣＰイメージ増強管
に対して重大な利点がある。多重ＭＣＰイメージ増強管
はまた、分解能の損失とイメージアーチファクト等の、
標準デバイスとしてのＭＣＰと同じ問題がある。
【０００９】光電陰極からＣＣＤセンサーへの加速電圧
をゲートでオンオフ制御する手段を設けることが好まし
い。こうすると、装置を例えば、範囲でのゲート制御
と、時間遅れ蛍光モニターに使用することが出来る。Ｃ
ＣＤセンサーは、525、625、875等のラインフォーマッ
トのＴＶ像形成用に製造されたものでも良い。又は、科
学的ＣＣＤセンサーを非ＣＣＩＲ又はＲＳ１７０フォー
マットで使用してもよい。
をゲートでオンオフ制御する手段を設けることが好まし
い。こうすると、装置を例えば、範囲でのゲート制御
と、時間遅れ蛍光モニターに使用することが出来る。Ｃ
ＣＤセンサーは、525、625、875等のラインフォーマッ
トのＴＶ像形成用に製造されたものでも良い。又は、科
学的ＣＣＤセンサーを非ＣＣＩＲ又はＲＳ１７０フォー
マットで使用してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態及び実施例】添付図面を参照して、
本発明を行う1つの方法を記述する。図１を参照する
と、本発明による像形成装置は、この実施例ではガリウ
ム砒素である光電陰極層1が、真空外囲容器3内に含まれ
るガラス基板2上に堆積されている。シリコンＣＣＤセ
ンサー4が、光電陰極1に近接して配置され、近接フォー
カス機能を与える。光電陰極1とＣＣＤセンサー4の間
に、1.4ｋＶと2ｋＶの範囲の加速電圧が、かけられる。
これは必要により、ゲートでオンオフ制御することが出
来る。
本発明を行う1つの方法を記述する。図１を参照する
と、本発明による像形成装置は、この実施例ではガリウ
ム砒素である光電陰極層1が、真空外囲容器3内に含まれ
るガラス基板2上に堆積されている。シリコンＣＣＤセ
ンサー4が、光電陰極1に近接して配置され、近接フォー
カス機能を与える。光電陰極1とＣＣＤセンサー4の間
に、1.4ｋＶと2ｋＶの範囲の加速電圧が、かけられる。
これは必要により、ゲートでオンオフ制御することが出
来る。
【００１１】光電陰極1は、それに感度のある任意の入
射光子を吸収し、それらを電子に変換する。入射光子に
より発生したある電子は、光電陰極1とＣＣＤセンサー4
の間の真空界面に到達し、シリコンＣＣＤ4のピクセル
に向かってその中へ加速される。ＣＣＤの入力表面にお
けるエネルギー損失を見込んで、1.4ｋＶから2ｋＶの加
速電圧により、各一次電子に対して合計約150から200の
電子-ホール対を生じる。
射光子を吸収し、それらを電子に変換する。入射光子に
より発生したある電子は、光電陰極1とＣＣＤセンサー4
の間の真空界面に到達し、シリコンＣＣＤ4のピクセル
に向かってその中へ加速される。ＣＣＤの入力表面にお
けるエネルギー損失を見込んで、1.4ｋＶから2ｋＶの加
速電圧により、各一次電子に対して合計約150から200の
電子-ホール対を生じる。
【００１２】図２を参照すると、電荷はイメージ領域5
のピクセル内に蓄積し、次に電極8と9に適当な駆動パル
スをかけることにより、保管部分6に転送され、次に列
ごとに出力レジスター7に転送される。出力レジスター7
内の信号電荷は、電極11と12にかけられる駆動パルスに
より、矢印で示される方向に電荷が転送され、増倍レジ
スター10に転送される。増倍レジスター10にかけられる
１つ又はそれ以上の駆動パルスは、十分大きな振幅で、
レジスター要素に高い電界領域を作り、衝撃イオン化に
より、信号の増倍を起こす。こうすると、信号電荷の低
ノイズ増幅が起こり、増倍された信号電荷は、電荷検出
回路13で検出される。利得制御回路14は、増形成装置の
動作を調節するのに使用することが出来る。
のピクセル内に蓄積し、次に電極8と9に適当な駆動パル
スをかけることにより、保管部分6に転送され、次に列
ごとに出力レジスター7に転送される。出力レジスター7
内の信号電荷は、電極11と12にかけられる駆動パルスに
より、矢印で示される方向に電荷が転送され、増倍レジ
スター10に転送される。増倍レジスター10にかけられる
１つ又はそれ以上の駆動パルスは、十分大きな振幅で、
レジスター要素に高い電界領域を作り、衝撃イオン化に
より、信号の増倍を起こす。こうすると、信号電荷の低
ノイズ増幅が起こり、増倍された信号電荷は、電荷検出
回路13で検出される。利得制御回路14は、増形成装置の
動作を調節するのに使用することが出来る。
【００１３】ＣＣＤセンサーの電子衝撃利得は、信号に
殆どノイズを起こさず、その結果ノイズ係数は1.1とな
り、これは、ＣＣＤセンサーのチップ上の利得と組み合
わさり、光子の弁別が可能であるように光子計数を実行
するのに十分である。
殆どノイズを起こさず、その結果ノイズ係数は1.1とな
り、これは、ＣＣＤセンサーのチップ上の利得と組み合
わさり、光子の弁別が可能であるように光子計数を実行
するのに十分である。
【図１】 本発明による像形成装置の概略図。
【図２】 図１に示す装置のＣＣＤセンサーの概略図。
1 光電陰極層 2 ガラス基板 3 真空外囲容器 4 シリコンＣＣＤセンサー 5 イメージ領域 6 保管部分 7 出力レジスター 8,9 電極 10 増倍レジスター 11,12 電極 13 電荷検出回路 14 利得制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イアン シー パーマー イギリス エセックス シーエム14 ５デ ィージェイ ブレントウッド サウス ド ライヴ 18
Claims (6)
- 【請求項１】 像形成装置において、入射放射線を表す
電子を放出する光電陰極、及びＣＣＤセンサーを備え、
該ＣＣＤセンサーは、イメージ領域と、前記イメージ領
域から信号電荷を受取る出力レジスターと、前記出力レ
ジスターから信号電荷が転送される別体の増倍レジスタ
ーと、前記増倍レジスターの要素内の十分高い電界を通
って電荷を転送することにより、信号電荷の増倍を得る
手段とを有し、前記ＣＣＤセンサーが入射放射線に応じ
て、前記光電陰極で発生した電子を受取るように配置さ
れたことを特徴とする像形成装置。 - 【請求項２】 前記光電陰極は、近接フォーカス機能を
与えるように、前記ＣＣＤセンサーに近接して配置され
た請求項１に記載した装置。 - 【請求項３】 前記光電陰極と前記ＣＣＤセンサーの間
の加速電圧をゲートでオンオフ制御する手段を備える請
求項１又は２に記載した装置。 - 【請求項４】 前記光電陰極から放出された1つの電子
を検出できるように増倍される請求項１又は２又は３に
記載した装置。 - 【請求項５】 前記ＣＣＤセンサーはＴＶフレーム速度
で作動し、光子計数を与える請求項１又は２又は３に記
載した装置。 - 【請求項６】 例示し添付図面を参照して記述した像形
成装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9828166.0A GB9828166D0 (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Imaging apparatus |
| GB9828166:0 | 1998-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000228514A true JP2000228514A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=10844677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11376957A Withdrawn JP2000228514A (ja) | 1998-12-22 | 1999-12-22 | 像形成装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020093288A1 (ja) |
| EP (1) | EP1014419A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000228514A (ja) |
| GB (2) | GB9828166D0 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040909A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 |
| JP2008508804A (ja) * | 2004-07-27 | 2008-03-21 | サーノフ コーポレーション | 拡張ダイナミック・レンジを有する撮像方法および装置 |
| JP2009503857A (ja) * | 2005-07-28 | 2009-01-29 | インテヴァック インコーポレイテッド | 高真空容器用半導体ダイアタッチメント |
| WO2010087287A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| CN110095785A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-06 | 长春理工大学 | 自触发选通激光成像装置 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7420605B2 (en) * | 2001-01-18 | 2008-09-02 | E2V Technologies (Uk) Limited | Solid state imager arrangements |
| US7283166B1 (en) * | 2002-10-15 | 2007-10-16 | Lockheed Martin Corporation | Automatic control method and system for electron bombarded charge coupled device (“EBCCD”) sensor |
| GB2413007A (en) | 2004-04-07 | 2005-10-12 | E2V Tech Uk Ltd | Multiplication register for amplifying signal charge |
| JP4442608B2 (ja) * | 2004-07-20 | 2010-03-31 | 株式会社島津製作所 | 固体撮像装置、撮像装置並びに撮像素子 |
| FR2881012B1 (fr) | 2005-01-14 | 2007-04-20 | Sagem | Dispositif de vision de jour et de nuit |
| GB0501149D0 (en) * | 2005-01-20 | 2005-02-23 | Andor Technology Plc | Automatic calibration of electron multiplying CCds |
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| GB2431538B (en) * | 2005-10-24 | 2010-12-22 | E2V Tech | CCD device |
| DE102006000976A1 (de) | 2006-01-07 | 2007-07-12 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Vorrichtung, Mikroskop mit Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Photosensor-Chips |
| GB2435126A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-15 | E2V Tech | EMCCD device with multiplication register gain measurement allowing realtime calibration of a camera in use. |
| KR100976284B1 (ko) * | 2007-06-07 | 2010-08-16 | 가부시끼가이샤 도시바 | 촬상 장치 |
| GB0717484D0 (en) * | 2007-09-07 | 2007-10-17 | E2V Tech Uk Ltd | Gain measurement method |
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