JP2001223951A - Digital output image pickup device - Google Patents

Digital output image pickup device

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JP2001223951A
JP2001223951A JP2000028841A JP2000028841A JP2001223951A JP 2001223951 A JP2001223951 A JP 2001223951A JP 2000028841 A JP2000028841 A JP 2000028841A JP 2000028841 A JP2000028841 A JP 2000028841A JP 2001223951 A JP2001223951 A JP 2001223951A
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digital
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敏郎 山岸
Masakazu Nanba
正和 難波
Saburo Okazaki
三郎 岡崎
Shogen Osada
勝玄 長田
Norifumi Egami
典文 江上
Masayuki Sugawara
正幸 菅原
Fumio Okano
文男 岡野
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a digital output image pickup device capable of outputting a digital signal directly from an image pickup element without necessitating an expensive peripheral circuit such as a high-speed A/D converter. SOLUTION: The device is provided with a photoelectric conversion target part consisting of a transparent electrode transmitting incident light 107 and a photoelectric conversion film 111 for generating a signal electric charge with the incident light 107 to store it, a cold cathode array 112 having plural electronic discharging sources in the state of a matrix, an electric discharging source selecting means capable of selecting an optional electronic discharging source, an electric charge reading means for reading the signal electric charge stored in a pixel at the optional position of the photoelectric conversion target part as an electric signal, and a sampled digital signal converting and extracting means which converts the electric signal read by the electric charge reading means directly to the digital signal by varying (101-106, 112) and sampling (114-116) the cathode potential of the cold cathode array and takes out (117, 118) it to outside.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光子の入射によ
って光電変換膜中に空間分布的に発生、蓄積された信号
電荷を、電子ビームの走査によって時系列の電気信号と
して読み出す平面型撮像装置に係り、特に、カソード電
位により光電変換膜の走査側面電位の標本化を行うこと
で、直接デジタル信号として前記電気信号を外部に取り
出す撮像装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat-type imaging device for reading out signal charges generated and accumulated in a photoelectric conversion film in a spatial distribution by the incidence of photons as time-series electric signals by scanning with an electron beam. In particular, the present invention relates to an imaging apparatus that extracts the electric signal as a digital signal directly to the outside by sampling a scanning side surface potential of a photoelectric conversion film using a cathode potential.

【0002】[0002]

【従来の技術】光電変換膜が入射光量に応じて信号電荷
を発生してこれを蓄積し、この電荷を電子ビームの走査
によって時系列的に外部回路に読み出し、入射光量の空
間的分布に対応したアナログ電気信号を発生する撮像装
置としては光導電型撮像装置が知られており、前記電子
ビームを走査する手段として、冷陰極アレイを用いた光
導電型撮像装置が特開平6−176704号に開示され
ている。図3は、前記特開平記載の光導電型撮像装置の
構造を示す模式的な斜視図である。
2. Description of the Related Art A photoelectric conversion film generates and accumulates signal charges in accordance with the amount of incident light, and reads out the charges in an external circuit in a time-series manner by scanning with an electron beam so as to correspond to the spatial distribution of the amount of incident light. A photoconductive imaging device is known as an imaging device that generates an analog electric signal, and a photoconductive imaging device using a cold cathode array is disclosed in JP-A-6-176704 as means for scanning the electron beam. It has been disclosed. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the structure of the photoconductive imaging device described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei.

【0003】冷陰極アレイ300は、基板301上に形
成された陰極導体302を有している。陰極導体302
の上には絶縁層303が設けられている。絶縁層303
の上にはさらにゲート電極304が設けてれている。絶
縁層303とゲート電極304にはホール305が形成
され、ホール305内に露出した陰極導体302上には
コーン形状のエミッタ306が設けられている。陰極導
体302とゲート304は共に帯状に形成され、互いに
直交する方向に配設されてXYマトリクスを構成してい
る。両電極をマトリクス駆動することによって、その交
点の任意の位置にあるエミッタ群を選択して電子を放出
させることができる。冷陰極アレイ300に対面してガ
ラス基板310が設けられている。その内面には透光性
の導体膜311および光電変換膜312が順次積層され
て光電変換ターゲット313が構成されている。外部か
らの光314はガラス基板310外面側から導体膜31
1を透過して光電変換膜312に入射する構成になって
いる。
The cold cathode array 300 has a cathode conductor 302 formed on a substrate 301. Cathode conductor 302
Is provided with an insulating layer 303. Insulating layer 303
A gate electrode 304 is further provided on the substrate. A hole 305 is formed in the insulating layer 303 and the gate electrode 304, and a cone-shaped emitter 306 is provided on the cathode conductor 302 exposed in the hole 305. The cathode conductor 302 and the gate 304 are both formed in a strip shape, and are arranged in directions orthogonal to each other to form an XY matrix. By driving both electrodes in a matrix, an emitter group at an arbitrary position at the intersection can be selected to emit electrons. A glass substrate 310 is provided facing the cold cathode array 300. On its inner surface, a light-transmitting conductive film 311 and a photoelectric conversion film 312 are sequentially laminated to form a photoelectric conversion target 313. Light 314 from outside is applied to the conductive film 31 from the outer surface side of the glass substrate 310.
1 and is incident on the photoelectric conversion film 312.

【0004】上記の構成において、冷陰極アレイ300
をマトリクス駆動させ、エミッタ306から放出された
電子ビーム307で前記光電変換膜312を走査する。
光電変換膜312の電子ビーム走査側、即ち走査面は2
次電子を放出しにくい材料および/または構造になって
おり、電子ビーム307が到達すると走査面の電位は降
下していくが、陰極導体302の電位に等しくなるとそ
れ以上電子ビーム307が到達し得なくなるため、電子
ビーム307の走査直後の走査面電位は陰極導体302
の電位に平衝する。透光性導体膜311には陰極導体3
02に対して正のターゲット電圧VTが印加されている
ため、光電変換膜312には透光性導体膜311側が正
で走査面側が負の向きの電界が印加されることになる。
In the above configuration, the cold cathode array 300
Are driven in a matrix, and the photoelectric conversion film 312 is scanned with the electron beam 307 emitted from the emitter 306.
The electron beam scanning side of the photoelectric conversion film 312, that is, the scanning surface is 2
It is made of a material and / or a structure that hardly emits secondary electrons. When the electron beam 307 arrives, the potential of the scanning surface decreases, but when it becomes equal to the potential of the cathode conductor 302, the electron beam 307 can reach further. Therefore, the potential of the scanning surface immediately after the scanning of the electron beam 307 is
Equal potential. The cathode conductor 3 is formed on the light-transmitting conductive film 311.
Since a positive target voltage VT is applied to 02, an electric field is applied to the photoelectric conversion film 312 in such a manner that the light-transmitting conductive film 311 side is positive and the scanning surface side is negative.

【0005】この状態で、外部からの入射光314が光
電変換膜312に入射すると、その入射量に応じた電子
正孔対が光電変換膜中に発生し、前記電界によって電子
は透光性導体膜311側、正孔は走査面側に走行し、走
査面電位は到達した正孔によって陰極導体電位から上昇
していく。再び電子ビーム307が到達すると、走査面
電位は陰極導体電位にリセットされ、その際、出力端子
315から入射光量の空間電荷分布に対応する時系列の
アナログ電気信号が得られる。出力されたアナログ電気
信号をデジタル信号に変換するには、出力端子315以
降に外部に設けられた増幅器により増幅された後、さら
に外部に設けられたA/Dコンバータにより行われてい
た。
In this state, when external incident light 314 is incident on the photoelectric conversion film 312, electron-hole pairs are generated in the photoelectric conversion film in accordance with the amount of the incident light. The holes on the membrane 311 side travel to the scanning surface side, and the scanning surface potential rises from the cathode conductor potential by the reached holes. When the electron beam 307 arrives again, the scanning surface potential is reset to the cathode conductor potential. At this time, a time-series analog electric signal corresponding to the space charge distribution of the incident light amount is obtained from the output terminal 315. In order to convert the output analog electric signal into a digital signal, the signal is amplified by an amplifier provided externally from the output terminal 315 and thereafter, and further converted by an external A / D converter.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術では
デジタル電気信号を得るため、出力された微弱なアナロ
グ信号に外部に設けられた増幅器とA/Dコンバータを
適用する必要があった。このため、撮像装置の画素数が
増加するに従い増幅器の周波数帯域幅を広げる必要があ
り、SN比が劣化する問題があった。また、A/Dコン
バータの処理機能も高速性が要求されるが,一般にA/
Dコンバータの高速性とビット数は相反関係にあるた
め、必要な階調数(ビット数)を得ることが非常に困
難、または高価な装置となるという問題点があった。そ
こで本発明の目的は、前述の問題点を解決し、高価な周
辺回路を必要とせず、撮像素子から直接デジタル信号を
出力することができるデジタル出力撮像装置を提供せん
とするものである。
In the above-mentioned prior art, in order to obtain a digital electric signal, it is necessary to apply an externally provided amplifier and A / D converter to the output weak analog signal. For this reason, it is necessary to increase the frequency bandwidth of the amplifier as the number of pixels of the imaging device increases, and there has been a problem that the SN ratio deteriorates. In addition, although the processing function of the A / D converter is required to be fast,
Since the high speed and the number of bits of the D converter are in a reciprocal relationship, there is a problem that it is very difficult to obtain a necessary number of gradations (number of bits) or the device becomes expensive. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a digital output image pickup apparatus capable of directly outputting a digital signal from an image pickup device without requiring an expensive peripheral circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明デジタル出力撮像装置は、少なくとも外部からの
入射光を透過する透明電極および入射光によって信号電
荷を発生しそれを蓄積する光電変換膜からなる光電変換
ターゲット部と、マトリクス状に配列された複数の電子
放出源を有する陰極と、任意の前記電子放出源を選択で
きる電子放出源選択手段と、前記ターゲット部の任意の
位置の画素に蓄積された信号電荷を電気信号として読み
出す電荷読み出し手段と、該電荷読み出し手段により読
み出された電気信号を直接デジタル信号に変換して外部
に取り出すデジタル信号変換抽出手段とを具えてなるこ
とを特徴とするものである。
In order to achieve this object, a digital output imaging apparatus according to the present invention comprises a transparent electrode that transmits at least externally incident light, and a photoelectric conversion film that generates a signal charge by the incident light and stores the signal charge. And a cathode having a plurality of electron emission sources arranged in a matrix, an electron emission source selection means capable of selecting any of the electron emission sources, and a pixel at an arbitrary position of the target portion. It is characterized by comprising charge reading means for reading out the stored signal charges as electric signals, and digital signal converting and extracting means for directly converting the electric signals read by the charge reading means into digital signals and taking them out. It is assumed that.

【0008】本発明はまた、前記マトリクス状に配列さ
れた複数の電子放出源を有する陰極として冷陰極アレイ
が用いられ、前記デジタル信号変換抽出手段として前記
ターゲット部の単位画素に蓄積された信号電荷を前記冷
陰極アレイのカソード電位を変化させて標本化すること
により、前記電荷読み出し手段により読み出された電気
信号を直接デジタル信号に変換して外部に取り出す標本
化デジタル信号変換抽出手段が用いられる構成であって
もよい。すなわち、後述の図1および図2を使用して説
明されるように、1画素毎に、対応する冷陰極のカソー
ド電位をカウント値を基に単位時間毎に変化させて、そ
の時のカソード電位と光電変換膜上の走査面電位とを比
較することで標本化を行う。走査面電位がカソード電位
より高いときに走査面電位をカソード電位に平衡させる
ために流れる電流をスイッチとして用いることで、標本
化された走査面電位を直接カウンタ値としてデジタル電
気信号として取り出すことで,本発明の課題を解決する
ことができる。
According to the present invention, a cold cathode array is used as a cathode having a plurality of electron emission sources arranged in a matrix, and a signal charge stored in a unit pixel of the target portion is used as the digital signal conversion and extraction means. Is sampled by changing the cathode potential of the cold cathode array, thereby directly converting the electric signal read by the charge reading unit into a digital signal and extracting the digital signal to the outside. It may be a configuration. That is, as described later with reference to FIGS. 1 and 2, the cathode potential of the corresponding cold cathode is changed for each pixel per unit time based on the count value, and the cathode potential at that time is changed. Sampling is performed by comparing the potential with the scanning surface on the photoelectric conversion film. By using as a switch a current flowing to balance the scanning surface potential to the cathode potential when the scanning surface potential is higher than the cathode potential, the sampled scanning surface potential is directly extracted as a digital value as a counter value, The object of the present invention can be solved.

【0009】本発明はさらに、前記ターゲット部の単位
画素に蓄積された信号電荷を直接デジタル信号として取
り出す時に、スイッチとして用いた電流を前記デジタル
信号の余剰信号として外部にアナログ信号のままか、外
部でさらにデジタル信号化することで上位ビットである
前記デジタル信号に対し下位ビットのデジタル信号とし
て利用する構成であってもよい。かくて、階調数を飛躍
的に増加することができる。本発明はさらにまた、時間
的に変化させる前記カソード電位の変化量が外部から制
御可能である構成であってもよく、かくて所謂撮像装置
で一般に実施されるγ補正が達成でき、また、前記透明
電極を複数に分割した構造および該分割した各領域から
の前記蓄積された信号電荷を読み出す分割読み出し手段
を有し、前記各領域の相対的に同じ位置の画素に蓄積さ
れた信号電荷を同時に読み出す構成であってもよい。か
くて、1画素の選択期間を長く取ることができるためカ
ウンタのビット数を増やすことができ、結果として階調
数を増やすことができ、さらに容易に本発明の課題を解
決することができる。
According to the present invention, when a signal charge stored in a unit pixel of the target portion is directly taken out as a digital signal, a current used as a switch is used as a surplus signal of the digital signal as an external signal as an external signal or as an external signal. The digital signal may be further converted into a digital signal, and the digital signal which is an upper bit may be used as a digital signal of a lower bit. Thus, the number of gradations can be dramatically increased. The present invention may further have a configuration in which the amount of change in the cathode potential that changes with time can be controlled from the outside, and thus γ correction generally performed in a so-called imaging device can be achieved. A structure in which a transparent electrode is divided into a plurality of parts, and divided reading means for reading out the stored signal charges from each of the divided areas, and simultaneously reading the signal charges stored in pixels at relatively the same position in each of the areas. The reading configuration may be used. Thus, the selection period of one pixel can be lengthened, so that the number of bits of the counter can be increased. As a result, the number of gradations can be increased, and the problem of the present invention can be more easily solved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照し実施例によ
り本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1に本発明
デジタル出力撮像装置第1の実施例に係る構成ブロック
線図を示し、図2にその動作原理を説明するための図を
示す。図1の構成は後述の第2の実施例に係る複数同時
信号読み出しに対応して単一信号読み出しと称せられる
ものである。図1図示撮像素子113の構成は図3に示
してきた前記特開平の光導電型撮像装置を構成する撮像
素子の構造と全く同じである。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital output imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining the operation principle thereof. The configuration of FIG. 1 is referred to as single signal readout in correspondence with the multiple simultaneous signal readout according to the second embodiment described later. The configuration of the image pickup device 113 shown in FIG. 1 is exactly the same as the structure of the image pickup device constituting the photoconductive imaging device of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-26011 shown in FIG.

【0011】外部からの入射光107の強さに対応した
正の電荷(正孔)が光電変換膜111中で発生し、走査
面側に蓄積されてある電位を持つ。光電変換膜としては
例えば1インチサイズ、厚さ8μmのHARP(High-ga
in Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)膜を
用い、TV規格の白100%を得るための基準信号量を
例えば200nAとした場合、光電変換膜の裏面電位は
3.2V程度となる。一方、光電変換膜中に蓄積された
電荷を読み出す手段としてX−Yマトリクス構造の冷陰
極アレイを用いる。垂直(Y)方向のラインの選択には
ゲート電極(図3では304)を用い、また水平方向
(X)方向の画素の選択にはカソード電極(図3では3
02,図1では112)を用いる。
A positive charge (hole) corresponding to the intensity of the incident light 107 from the outside is generated in the photoelectric conversion film 111 and has a certain potential accumulated on the scanning surface side. As the photoelectric conversion film, for example, HARP (High-ga) having a size of 1 inch and a thickness of 8 μm is used.
When a reference signal amount for obtaining 100% white of the TV standard is set to, for example, 200 nA using an in-avalanche rushing amorphous photoconductor) film, the back potential of the photoelectric conversion film is about 3.2 V. On the other hand, a cold cathode array having an XY matrix structure is used as a means for reading out the electric charges accumulated in the photoelectric conversion film. A gate electrode (304 in FIG. 3) is used to select a line in the vertical (Y) direction, and a cathode electrode (3 in FIG. 3) is used to select a pixel in the horizontal (X) direction.
02, 112 in FIG. 1).

【0012】任意の1ライン(水平方向)の選択期間を
例えば63.5マイクロ秒とし、この期間にゲート電極
に例えば80V程度の電圧を印加する。選択された1ラ
イン上のある画素の選択期間を例えば750ナノ秒(1
ラインは約80画素になる)とし、元クロック101パ
ルスに合せて例えば4ビットカウンタを16(2)か
ら0まで単位時間例えば46. 9ナノ秒(元クロック1
01パルスの1周期となる)ごとに順次減算させ、この
カウンタ102の出力値に対応して、予めルックアップ
テーブル103に設定されたカソード電位を例えば4V
から0Vまで0.25V毎減じてカソード電極電位設定
回路104より出力する。
A selection period of an arbitrary line (horizontal direction) is set to, for example, 63.5 microseconds, and a voltage of, for example, about 80 V is applied to the gate electrode during this period. The selection period of a certain pixel on one selected line is set to, for example, 750 nanoseconds (1
The line becomes about 80 pixels), and a unit time, for example, 46.9 nanoseconds from 16 (2 4 ) to 0, for example, 46.9 nanoseconds (original clock 1)
01 pulse), and the cathode potential previously set in the look-up table 103 is set to, for example, 4 V in accordance with the output value of the counter 102.
From 0 V to 0.2 V every 0.25 V and output from the cathode electrode potential setting circuit 104.

【0013】光電変換膜走査面の電位が例えば3.2V
の場合、カソード電位が例えば3.0V(カウンタ値が
例えば12)と膜走査面電位を下回ったとき(電位比較
114が働く)、冷陰極から電子ビームが放出(スイッ
チ115がオン)され走査面電位とカソード電位が平衡
状態となるまで外部118に電流が流れる。外部118
に流れる電流をスイッチ116として用い、平衡状態と
なった走査面電位に対応したカウンタ値を出力117す
ることで直接デジタル単位画像信号が得られる。すなわ
ち、光電変換膜の単位画素の走査面電位をカウンタ値に
対応するカソード電位によって標本化し、外部に流れた
電流をスイッチ116として用いることでデジタル信号
を出力する(標本化デジタル信号変換抽出手段,請求項
2に対応)。
The potential of the photoelectric conversion film scanning surface is, for example, 3.2 V
In the case of (1), when the cathode potential is, for example, 3.0 V (counter value is, for example, 12) and lower than the membrane scanning surface potential (potential comparison 114 operates), an electron beam is emitted from the cold cathode (the switch 115 is turned on) and the scanning surface is turned on. A current flows to the outside 118 until the potential and the cathode potential are balanced. Outside 118
Is used as a switch 116, and a counter value corresponding to the scanning surface potential in an equilibrium state is output 117 to directly obtain a digital unit image signal. That is, the scanning surface potential of the unit pixel of the photoelectric conversion film is sampled by the cathode potential corresponding to the counter value, and a digital signal is output by using the current flowing outside as the switch 116 (sampled digital signal conversion and extraction means, (Corresponding to claim 2).

【0014】また、スイッチ116として用いた外部に
流れる電流118は平衡状態となった走査面電位に対し
ての余剰蓄積電荷量に等しい。従って、この電流をアナ
ログ信号として用いることでより滑らかな画像情報を得
ても良いが、さらにこのアナログ出力信号を例えば4ビ
ットA/Dコンバータを用いてデジタル化することで上
述のデジタル出力信号の下位ビット信号として併用する
ことがより好ましい(請求項3に対応)。デジタル出力
信号117が得られた後も光電変換膜裏面上にはまだ蓄
積電荷が残っているので、カソード電位はそのままカウ
ンタ値に従い,最終的にカウンタ値0すなはちカソード
電位が0Vになるまで順次下げ、光電変換膜走査面上の
全電荷を外部に電流として掃き出し走査面電位をリセッ
トする必要がある。次に、カウンタ値を初期状態、例え
ば4ビットカウントの場合16に設定し、隣の画素で同
様な動作を繰り返すことで、撮像素子としての走査がな
され、直接デジタル画像信号が得られる。
The external current 118 used as the switch 116 is equal to the amount of surplus accumulated charge with respect to the scanning plane potential in the equilibrium state. Therefore, smoother image information may be obtained by using this current as an analog signal. However, by further digitizing this analog output signal using, for example, a 4-bit A / D converter, the above-mentioned digital output signal can be obtained. It is more preferable to use them together as lower bit signals (corresponding to claim 3). Even after the digital output signal 117 is obtained, the accumulated electric charge still remains on the back surface of the photoelectric conversion film. Therefore, the cathode potential directly follows the counter value, and finally the counter value becomes 0, that is, until the cathode potential becomes 0 V. It is necessary to sequentially lower and sweep out all the charges on the scanning surface of the photoelectric conversion film as a current to reset the scanning surface potential. Next, the counter value is set to an initial state, for example, 16 in the case of 4-bit count, and the same operation is repeated on the adjacent pixel, thereby performing scanning as an image sensor, and directly obtaining a digital image signal.

【0015】さらに、外部から制御できる例えば4ビッ
ト程度の付加カウンタ106を設け、カソード電極の最
高電位およびカウント値1ビット毎の電位変化量を変え
る(付加カウンタセット信号105で行う)ことによ
り、等価的にγ特性が変更でき(請求項4に対応)ダイ
ナミックレンジを広げることが可能である。なお、カソ
ード電位を変化させるためのカウンタ102、付加カウ
ンタ106、ルックアップテーブル103およびカソー
ド電極電位設定回路104は、本発明撮像素子の外部に
設けても良いが,本発明撮像素子内の冷陰極アレイに近
接して設けるのが好ましく、その場合は図1図示構成の
ブロック線図全体が本発明のデジタル出力撮像装置とな
る。
Further, an additional counter 106 of, for example, about 4 bits, which can be controlled from the outside, is provided, and the maximum potential of the cathode electrode and the amount of potential change for each bit of the count value are changed (performed by the additional counter set signal 105), thereby equivalently. The gamma characteristic can be changed (corresponding to claim 4), and the dynamic range can be expanded. The counter 102 for changing the cathode potential, the additional counter 106, the look-up table 103, and the cathode electrode potential setting circuit 104 may be provided outside the image pickup device of the present invention. Preferably, it is provided close to the array, in which case the entire block diagram of the configuration shown in FIG. 1 will be the digital output imaging device of the present invention.

【0016】図2は本発明装置の動作を説明するために
記載した図であるが、図2(a)は1ライン中の各画素
の面電位の分布を示しており(太線で示す、この場合1
ラインは11画素である)、横軸はライン方向の画素順
を示し、縦軸は画素毎の蓄積電位を示しており、さらに
その単位は前記カウンタ102のデジタル信号出力11
7に対応し、この図2(a)ではデジタル信号出力11
7の最大値は11である。図2(a)で左から数えて第
1画素の出力は丁度8デジタル出力、第2画素の出力は
丁度10デジタル出力であるが、第3画素の出力は8デ
ジタル出力でなお余剰出力がある。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the apparatus of the present invention. FIG. 2 (a) shows the distribution of the surface potential of each pixel in one line (shown by a bold line. Case 1
The horizontal axis indicates the pixel order in the line direction, the vertical axis indicates the accumulated potential of each pixel, and the unit thereof is the digital signal output 11 of the counter 102.
2 (a), the digital signal output 11
The maximum value of 7 is 11. In FIG. 2A, counting from the left, the output of the first pixel is exactly 8 digital outputs, the output of the second pixel is exactly 10 digital outputs, but the output of the third pixel is 8 digital outputs and there is still a surplus output. .

【0017】これを図2(b)を使用して説明すると以
下のようになる。図2(b)では横軸は全体で1画素電
位比較全体時間で(全体で11単位時間)、縦軸は今度
は画素の蓄積電位と比較すべきカソード電位(太線で表
示)を示すもので単位は図2(a)のそれと同じであ
る。前記第3画素の蓄積電位(A)は前記カソード電極
電位設定回路104により設定される前記元クロックパ
ルス周期毎に変化する前記カソード電極電位112と順
次比較され、3単位時間で始めて前記スイッチ115が
オンとなり、図2(b)の前記第3画素の右下り斜線部
が前記アナログ信号出力118になり、同時にこれは前
記スイッチ116をオンし、前記デジタル信号出力(前
記第3画素の左下り斜線部)となる。そして前記アナロ
グ信号出力118はさらに下位ビットのデジタル信号に
変換される。
This will be described below with reference to FIG. 2B. In FIG. 2B, the abscissa represents the entire time of one pixel potential comparison as a whole (11 unit time in total), and the ordinate represents the cathode potential to be compared with the accumulated potential of the pixel (indicated by a thick line). The unit is the same as that of FIG. The accumulation potential (A) of the third pixel is sequentially compared with the cathode electrode potential 112 that changes every period of the original clock pulse set by the cathode electrode potential setting circuit 104. 2B, the lower right shaded portion of the third pixel in FIG. 2B becomes the analog signal output 118. At the same time, this turns on the switch 116 and outputs the digital signal (the lower left shaded line of the third pixel). Part). Then, the analog signal output 118 is further converted into a digital signal of lower bits.

【0018】次に、本発明デジタル出力撮像装置第2の
実施例に係る並列信号読み出し装置について説明する。
光電変換膜へ印加電圧を供給するとともに、外部へ電流
を取り出す透明電極(ITO)を複数に、例えば100
分割し、分割された領域に対して相対的に同じ場所に蓄
積された光電変換膜裏面上の電荷を同時に取り出そうと
するものである(請求項5に対応)。かくすると、1つ
の分割領域内の画素数が格段に少なくなるため、1画素
の選択期間が例えば100倍長く取れ、カウントのビッ
ト数を例えば8ビット(256)以上とデジタル出力信
号の階調教を増加できる。また、第1の実施例同様、カ
ウンタ値を出力する際のスイッチとして用いた外部に流
れた電流をアナログ出力信号として併用しても、また
は、例えば4ビットA/Dコンバータを用いてデジタル
出力信号の下位ビット信号として併用することで、さら
に細かな階調を再現することができる。この第2の実施
例では複数の領域から同時に信号が出力されるため,画
像合成処理回路を別に設けて画面情報の合成を行い,そ
の後TV規格に沿ったシリアル信号として取り出す必要
がある。
Next, a parallel signal reading device according to a second embodiment of the present invention will be described.
A plurality of transparent electrodes (ITO) for supplying an applied voltage to the photoelectric conversion film and extracting a current to the outside, for example, 100
The electric charge on the back surface of the photoelectric conversion film, which is divided and accumulated in the same place relative to the divided area, is to be simultaneously taken out (corresponding to claim 5). In this case, the number of pixels in one divided region is significantly reduced, so that the selection period of one pixel can be increased by, for example, 100 times, and the number of bits of the count can be, for example, 8 bits (256) or more. Can increase. As in the first embodiment, a current flowing to the outside used as a switch when outputting a counter value may be used as an analog output signal, or a digital output signal may be output using, for example, a 4-bit A / D converter. By using them together as lower bit signals of, it is possible to reproduce finer gradations. In the second embodiment, since signals are output simultaneously from a plurality of areas, it is necessary to separately provide an image synthesis processing circuit to synthesize the screen information, and then take out as a serial signal in accordance with the TV standard.

【0019】以上いくつかの実施例により本発明の実施
の形態を詳細に説明してきたが、本発明はこれらに限定
されることなく、発明の要旨内で各種の変形、変更の可
能なことは自明であろう。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to some examples, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes are possible within the gist of the invention. It would be obvious.

【0020】[0020]

【発明の効果】第1の実施例記載の手段を施すことによ
り高価な回路を必要とせず,撮像素子から直接デジタル
信号を出力することができる。また、外部から付加カウ
ンタを制御、またはルックアップテーブルの内容を更新
することにより,必要に応じて任意の特性(例えば、γ
補正)を作り出すことが可能となる。第2の実施例記載
の手段を施すことにより1画素の選択期間を長く取ると
ができるため、カウンタのビット数を増やすことがで
き、結果として階調数を増やすことができる。また、第
2の実施例では1画素の選択期間を長く取ることができ
るようになるため、高輝度の被写体を撮像した場合でも
光電変換膜走査面上に蓄積された電荷を完全にリセット
することが可能となり,残像特性を著しく改善し、ダイ
ナミックレンジを著しく拡大できる。さらに、走査面電
位をカソード電位に平衡させる際に外部に流れる電流を
増幅器およびA/Dコンバータを介して下位ビットとし
て用いる際も、A/Dコンバータが高速である必要はな
く、かつ、周波数帯地域を狭く取ることができるため、
安価でかつ高SN比を維持できる。このため、今後、画
素数が飛躍的に増加した場合でも、透明電極の分割数を
増やすことによって同様な効果が期待できる。
By applying the means described in the first embodiment, a digital signal can be directly output from the image pickup device without requiring an expensive circuit. Also, by controlling the additional counter from the outside or updating the contents of the lookup table, if necessary, any characteristic (for example, γ
Correction) can be created. By applying the means described in the second embodiment, the selection period of one pixel can be extended, so that the number of bits of the counter can be increased, and as a result, the number of gradations can be increased. Further, in the second embodiment, the selection period of one pixel can be extended, so that even if a high-luminance subject is imaged, the electric charge accumulated on the photoelectric conversion film scanning surface must be completely reset. Can be achieved, the afterimage characteristics can be significantly improved, and the dynamic range can be significantly expanded. Further, even when a current flowing to the outside when the scanning plane potential is balanced with the cathode potential is used as a lower bit via an amplifier and an A / D converter, the A / D converter does not need to be high-speed and requires a high frequency band. Because the area can be narrow,
Inexpensive and high S / N ratio can be maintained. For this reason, even if the number of pixels increases dramatically in the future, the same effect can be expected by increasing the number of divisions of the transparent electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明デジタル出力撮像装置第1の実施例に
係る構成ブロック線図。
FIG. 1 is a configuration block diagram according to a first embodiment of a digital output imaging apparatus of the present invention.

【図2】 本発明デジタル出力装置第1の実施例の動作
を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment of the digital output device of the present invention.

【図3】 従来の撮像装置の基本構成を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a basic configuration of a conventional imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 元クロックパルス 102 カウンタ 103 ルックアップテーブル 104 カソード電極電位設定回路 105 付加カウンタセット信号 106 付加カウンタ 107 外部からの入射光 111 光電変換膜 112 カソード電極 113 撮像素子 114 電位比較 115 スイッチ 116 スイッチ 117 デジタル信号出力 118 アナログ信号出力 300 冷陰極アレイ 301 基板 302 陰極導体 303 絶縁層 304 ゲート電極 305 ゲートホール(ゲート開口部) 306 エミッタ(電子放出源) 307 電子ビーム 310 ガラス基板 311 透光性導電膜(透明電極) 312 光電変換膜 313 光電変換ターゲット部 314 外部からの入射光 315 出力端子 Reference Signs List 101 original clock pulse 102 counter 103 lookup table 104 cathode electrode potential setting circuit 105 additional counter set signal 106 additional counter 107 external incident light 111 photoelectric conversion film 112 cathode electrode 113 image sensor 114 potential comparison 115 switch 116 switch 117 digital signal Output 118 Analog signal output 300 Cold cathode array 301 Substrate 302 Cathode conductor 303 Insulating layer 304 Gate electrode 305 Gate hole (gate opening) 306 Emitter (electron emission source) 307 Electron beam 310 Glass substrate 311 Translucent conductive film (transparent electrode) 312) photoelectric conversion film 313 photoelectric conversion target unit 314 external incident light 315 output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 三郎 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 長田 勝玄 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 江上 典文 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 菅原 正幸 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 岡野 文男 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Fターム(参考) 5C024 AA01 CA15 CA21 DA07 FA03 GA04 HA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Saburo Okazaki 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Japan Broadcasting Corporation Research Institute (72) Inventor Katsugen Nagata 1-10 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo No. 11 Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Research Institute (72) Inventor Norifumi Egami 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku Tokyo 10-10-11 Japan Broadcasting Corporation Japan Broadcasting Research Institute (72) Inventor Fumio Okano 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Japan Broadcasting Corporation Broadcasting Research Institute F-term (reference) 5C024 AA01 CA15 CA21 DA07 FA03 GA04 HA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも外部からの入射光を透過する
透明電極および入射光によって信号電荷を発生しそれを
蓄積する光電変換膜からなる光電変換ターゲット部と、
マトリクス状に配列された複数の電子放出源を有する陰
極と、任意の前記電子放出源を選択できる電子放出源選
択手段と、前記ターゲット部の任意の位置の画素に蓄積
された信号電荷を電気信号として読み出す電荷読み出し
手段と、該電荷読み出し手段により読み出された電気信
号を直接デジタル信号に変換して外部に取り出すデジタ
ル信号変換抽出手段とを具えてなることを特徴とするデ
ジタル出力撮像装置
1. A photoelectric conversion target unit comprising: a transparent electrode that transmits at least incident light from the outside; and a photoelectric conversion film that generates a signal charge by the incident light and stores the signal charge.
A cathode having a plurality of electron emission sources arranged in a matrix; an electron emission source selection means capable of selecting any of the electron emission sources; and an electric signal for storing signal charges accumulated in pixels at arbitrary positions of the target portion. A digital readout imaging device comprising: a charge readout unit that reads out the data as a digital signal; and a digital signal conversion extraction unit that directly converts an electric signal read by the charge readout unit into a digital signal and takes out the digital signal to the outside.
【請求項2】 前記マトリクス状に配列された複数の電
子放出源を有する陰極として冷陰極アレイが用いられ、
前記デジタル信号変換抽出手段として前記ターゲット部
の単位画素に蓄積された信号電荷を前記冷陰極アレイの
カソード電位を変化させて標本化することにより、前記
電荷読み出し手段により読み出された電気信号を直接デ
ジタル信号に変換して外部に取り出す標本化デジタル信
号変換抽出手段が用いられることを特徴とする請求項1
記載のデジタル出力撮像装置
2. A cold cathode array is used as a cathode having a plurality of electron emission sources arranged in a matrix,
By sampling the signal charges accumulated in the unit pixels of the target section by changing the cathode potential of the cold cathode array as the digital signal conversion and extraction means, the electric signal read by the charge reading means is directly output. 2. A sampling digital signal converting and extracting means for converting the digital signal into a digital signal and extracting the digital signal to the outside.
Digital output imaging device as described
【請求項3】 前記ターゲット部の単位画素に蓄積され
た信号電荷を直接デジタル信号として取り出す時に、ス
イッチとして用いた電流を前記デジタル信号の余剰信号
として外部にアナログ信号のままか、外部でさらにデジ
タル信号化することで上位ビットである前記デジタル信
号に対し下位ビットのデジタル信号として利用すること
を特徴とする請求項2記載のデジタル出力撮像装置
3. The method according to claim 1, wherein when the signal charge stored in the unit pixel of the target section is directly taken out as a digital signal, a current used as a switch is used as a surplus signal of the digital signal as an external analog signal or externally as a digital signal. 3. The digital output imaging device according to claim 2, wherein the digital signal is used as a lower-order digital signal for the higher-order digital signal by signalization.
【請求項4】 時間的に変化させる前記カソード電位の
変化量が外部から制御可能であることを特徴とする請求
項2または3記載のデジタル出力撮像装置
4. The digital output imaging apparatus according to claim 2, wherein the amount of change in the cathode potential that changes with time can be controlled from the outside.
【請求項5】 前記透明電極を複数に分割した構造およ
び該分割した各領域からの前記蓄積された信号電荷を読
み出す分割読み出し手段を有し、前記各領域の相対的に
同じ位置の画素に蓄積された信号電荷を同時に読み出す
ことを特徴とする請求項2から4いずれか記載のデジタ
ル出力撮像装置。
5. A structure in which the transparent electrode is divided into a plurality of parts and divisional readout means for reading out the stored signal charges from each of the divided areas, and stores the signal charges in pixels at relatively the same position in each of the areas. The digital output imaging device according to any one of claims 2 to 4, wherein the read signal charges are simultaneously read.
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