JP2010182642A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子放出源が配列された電子放出源アレイと光電変換膜とを有する撮像素子、及び当該電子放出源アレイを走査駆動する走査駆動回路からなる撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device including an image pickup element having an electron emission source array in which electron emission sources are arranged and a photoelectric conversion film, and a scanning drive circuit for scanning and driving the electron emission source array.
電界を印加することによって電子を引き出す電子放出源をマトリクス状に配置した電子放出源アレイと、光電変換膜とを備えた撮像装置が提案されている。例えば、電子放出源(冷陰極電子源)としてHEED(high-efficiency electron emission device)(例えば、非特許文献1)やスピント(Spindt)型の冷陰極アレイが提案されている(例えば、特許文献1)。例えば、HEEDは、低電圧駆動が可能であり、構造がシンプルであるという特長を有し、撮像デバイスへの応用研究が進められている。また、光電変換膜としては、例えば、HARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) 光電変換膜がある。 There has been proposed an imaging apparatus including an electron emission source array in which electron emission sources for extracting electrons by applying an electric field are arranged in a matrix, and a photoelectric conversion film. For example, as an electron emission source (cold cathode electron source), a high-efficiency electron emission device (HEED) (for example, Non-Patent Document 1) or a Spindt type cold cathode array has been proposed (for example, Patent Document 1). ). For example, HEED has a feature that it can be driven at a low voltage and has a simple structure, and application research to an imaging device is underway. Moreover, as a photoelectric converting film, there exists a HARP (High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) photoelectric converting film, for example.
しかしながら、高輝度な画像が入射された場合(すなわち、入射光量が多い場合)、光電変換膜の1画素エリアに蓄積された正孔電荷が多すぎて、画像情報読み出しの際の放出電子量では蓄積された正孔を中和するのに不足し、蓄積された正孔が残留する問題があった。 However, when a high-luminance image is incident (that is, when the amount of incident light is large), there is too much hole charge accumulated in one pixel area of the photoelectric conversion film, and the amount of emitted electrons at the time of image information readout is There is a problem that the accumulated holes are insufficient to neutralize the accumulated holes and the accumulated holes remain.
また、冷陰極アレイ中の欠陥画素に起因する問題、例えば、電子放出の無い(放出電子量が殆どゼロ)あるいは放出電子量が不足する画素(電子放出源)に起因して、光電変換膜の画素エリアに正孔が残留する問題があった。このような場合、たとえ、残留正孔を中和するための追加電子放出駆動を行っても残留正孔を解消できない。また、光電変換膜を過剰正孔状態のまま放置すると絶縁破壊などの問題が生じる場合があった。 In addition, problems caused by defective pixels in the cold cathode array, for example, pixels that do not emit electrons (the amount of emitted electrons is almost zero) or pixels that emit an insufficient amount of electrons (electron emission source), There was a problem that holes remained in the pixel area. In such a case, even if additional electron emission driving for neutralizing the residual holes is performed, the residual holes cannot be eliminated. Further, if the photoelectric conversion film is left in an excessive hole state, problems such as dielectric breakdown may occur.
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光電変換膜の残留電荷を効果的に除去することが可能な、高画質、高性能、高信頼性の撮像装置を提供することが一例として挙げられる。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to achieve high image quality, high performance, and high reliability capable of effectively removing the residual charge of the photoelectric conversion film. One example is to provide an imaging apparatus.
本発明の撮像装置は、複数の電子放出源がマトリクス状に配置された電子放出源アレイと、電子放出源アレイに対向して配置された光電変換膜と、電子放出源アレイを駆動する走査ドライバと、走査ドライバを制御して電子放出源アレイの走査ラインごとに点順次走査をなすコントローラと、を備え、電子放出源アレイから光電変換膜に向けて放出された電子の一部が光入射によって光電変換膜に生成された正孔と結合することによって流れる光電変換膜電流を画像信号の出力として得る撮像装置であって、電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる放出電子ビーム拡大手段を有している。コントローラは、画像信号の出力期間以外のブランキング期間において、電子放出源アレイから電子ビームを放出させるとともに、放出電子ビーム拡大手段を制御して電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる。 An image pickup apparatus according to the present invention includes an electron emission source array in which a plurality of electron emission sources are arranged in a matrix, a photoelectric conversion film arranged to face the electron emission source array, and a scanning driver for driving the electron emission source array. And a controller that controls the scanning driver to perform dot-sequential scanning for each scanning line of the electron emission source array, and a part of the electrons emitted from the electron emission source array toward the photoelectric conversion film is incident upon light incidence. An imaging device for obtaining a photoelectric conversion film current flowing by combining with holes generated in a photoelectric conversion film as an output of an image signal, and an emission electron beam expansion means for expanding an electron beam emitted from an electron emission source array Have. The controller emits an electron beam from the electron emission source array in a blanking period other than the output period of the image signal, and controls the emitted electron beam expanding means to expand the electron beam emitted from the electron emission source array.
上記放出電子ビーム拡大手段は、電子放出源アレイと光電変換膜の中間に設けられた中間電極と、中間電極に電圧を印加する中間電極電圧生成器と、電子ビームを集束させる磁石と、を含み、コントローラは、中間電極への印加電圧を調整して電子ビームを拡げるようにすることができる。 The emitted electron beam expanding means includes an intermediate electrode provided between the electron emission source array and the photoelectric conversion film, an intermediate electrode voltage generator for applying a voltage to the intermediate electrode, and a magnet for focusing the electron beam. The controller can adjust the voltage applied to the intermediate electrode to expand the electron beam.
また、上記放出電子ビーム拡大手段は、電子放出源アレイから放出される電子ビームを集束させる集束用電極を含み、コントローラは、集束用電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げるようにすることができる。 The emitted electron beam expanding means includes a focusing electrode for focusing the electron beam emitted from the electron emission source array, and the controller adjusts a voltage applied to the focusing electrode so as to expand the electron beam. can do.
さらに、コントローラは、ブランキング期間において、画像信号の出力がなされた走査ラインよりも以前に走査された少なくとも1の走査ラインに対応する電子放出源から電子ビームを放出させる。 Further, the controller causes the electron beam to be emitted from the electron emission source corresponding to at least one scan line scanned before the scan line from which the image signal is output in the blanking period.
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。以下に説明する図において、実質的に同一又は等価な構成要素あるいは部分には同一の参照符を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings described below, substantially the same or equivalent components or parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、HEED冷陰極HARP撮像素子10の構成を模式的に示す断面図である。HEED冷陰極HARP撮像素子(以下、冷陰極撮像素子ともいう。)10は、アクティブ駆動型HEED(High-efficiency Electron Emission Device)冷陰極アレイとHARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) 光電変換膜とを組み合わせた撮像素子である。より詳細には、冷陰極撮像素子10は、HARP光電変換膜11と、HEED冷陰極アレイチップ24と、HARP光電変換膜11及びHEED冷陰極アレイ20間に配されたメッシュ電極(中間電極)15を有している。後述するように、HEED冷陰極アレイチップ24には、アクティブ駆動型HEED冷陰極アレイ(以下、単に、HEED冷陰極アレイという。)20と、Y走査ドライバ22及びX走査ドライバ23(図示しない)とが一体に形成されている。なお、光電変換膜としてHARP構造の光電変換膜を用い、また、冷陰極アレイとしてHEED構造の冷陰極アレイを用いた場合について説明するが、これらは例示に過ぎず、他の構成の光電変換膜及びスピント型の冷陰極アレイなどを用いた場合にも適用することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a HEED cold cathode
図1に示すように、HARP光電変換膜11は透光性導電膜12上に形成され、透光性導電膜12は透光性基板13上に形成されている。HARP光電変換膜11は、アモルファス・セレン(Se)を主成分として構成されているが、他の材料、例えば、シリコン(Si)や、酸化鉛(PbO)、セレン化カドミウム(CdSe)、砒化ガリウム(GaAs)等の化合物半導体などを用いることもできる。透光性導電膜12は、酸化スズ(SnO2)膜、ITO(酸化インジウムスズ)膜などで形成することができる。透光性導電膜12には、後述するように、ガラスハウジング10Aに設けられた接続端子(入出力端子)T1を介して所定の正電圧(以下、HARP電位又はHARP電圧ともいう。)が印加される。
As shown in FIG. 1, the HARP
透光性基板13は、冷陰極撮像素子10が撮像する波長の光を透過する材料で形成されていればよい。例えば、可視光による撮像を行う場合には可視光を透過するガラス等の材料で形成され、紫外光による撮像の場合には紫外光を透過するサファイア、石英ガラス等の材料で形成されている。また、X線による撮像の場合には、X線を透過する材料、例えば、ベリリウム(Be)、シリコン(Si)、窒化ホウ素(BN)、酸化アルミニウム(Al2O3)等で形成されていればよい。
The translucent board |
メッシュ電極15には、複数の開口が設けられており、公知の金属材料、合金、半導体材料等で形成されている。メッシュ電極15には接続端子T5を介して所定の正電圧(以下、メッシュ電圧又はメッシュ電位ともいう。)が印加される。メッシュ電極は、電子加速及び余剰電子回収のために設けられる中間電極である。
The
HEED冷陰極アレイ20については、後に詳述するが、HEEDを駆動するMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのゲート電極はX走査ドライバ23(水平走査回路)に接続され、ソース電極(S)はY走査ドライバ22(垂直走査回路)に接続され、点順次走査がなされる。Y走査ドライバ22及びX走査ドライバ23はHEED冷陰極アレイチップ24上にHEED冷陰極アレイ20と一体に、1チップとして構成され、ガラスハウジング10A内に設けられている(図示しない)。HEED冷陰極アレイチップ24の駆動に必要な信号や電圧などはガラスハウジング10Aに設けられた接続端子(入出力端子)T2,T3,T4を介して供給される。
Although the HEED
これらの全ての構成要素はフリットガラスまたはインジウムメタルによってシールされたガラスハウジング10A内に真空封入されている。
All these components are vacuum sealed in a
なお、冷陰極アレイ20から放出される電子ビームをHARP光電変換膜11の表面上に集束させる方法としては、例えば、永久磁石などを冷陰極撮像素子10の周囲に配した磁界集束を用いる方法(磁界集束方式)がある。また、冷陰極撮像素子10の電子放出部(エミッションサイト)の周囲に集束用電極を設け、当該集束用電極への印加電圧調整により電子ビームを集束させる方法(電界集束方式)がある。
In addition, as a method of focusing the electron beam emitted from the
図2は、HEED冷陰極アレイ20及びHEED冷陰極アレイ20を駆動するY走査ドライバ22、X走査ドライバ23、装置全体を制御するコントローラ25の構成を示すブロック図である。Y走査ドライバ22及びX走査ドライバ23はHEED冷陰極アレイチップ24として1チップとして構成されている。なお、コントローラ25や、後述するその他の回路が当該チップ上に設けられていてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the HEED
HEED冷陰極アレイ20は、図2に模式的に示すように,Siウェハ上に形成した駆動回路LSI上に、冷陰極電子放出素子(以下、画素ともいう。)が配列されたHEED冷陰極アレイを直接積層して一体化したアクティブ駆動型電界放出アレイ(FEA:Field Emitter Array)として構成され、点順次スキャンがなされる撮像動作の高速駆動(例えば、1画素の駆動パルス幅が数10ns)に対応することができる。HEED冷陰極アレイ20は、Y方向(垂直方向)及びX方向(水平方向)にそれぞれnライン及びmラインの走査駆動線(以下、単に、走査ラインという。)に接続されたn行及びm列(画素数はn×m)からなるマトリクス配列の複数の画素(電子放出素子)30から構成されている。例えば、640×480画素(VGA規格)の高精細HEED冷陰極アレイとして構成されている。
As schematically shown in FIG. 2, the HEED
Y走査ドライバ22及びX走査ドライバ23はコントローラ25からの垂直同期信号(V-Sync)、水平同期信号(H-Sync)、クロック信号(CLK)等の制御信号に基づいて点順次走査及び画素(電子放出素子)30の駆動を行う。すなわち、Y方向に走査ライン(Yj,j=1,2,..,n)を順次走査し、ある1つの走査ライン(Ykとする)の選択時にX方向に走査ライン(Xi,i=1,2,..,m)を順次走査して当該走査ライン(Yk)上の各画素を選択駆動することによって点順次走査を実行する。
The
図3は、アクティブ駆動型HEED冷陰極アレイ20の構造を説明する図であって、画素部分を拡大して模式的に示す部分断面図である。HEED冷陰極アレイ20は、MOSトランジスタアレイからなる駆動回路40と、駆動回路40を駆動制御するY走査ドライバ22及びX走査ドライバ23とを形成した後、駆動回路40の上部にHEED部31が形成されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the active drive type HEED
図3に示すように、HEED部31は、下部電極33、シリコン(Si)層34、酸化シリコン(SiOx)層35、例えばタングステン(W)からなる上部電極36、炭素(C)層37の積層構造からなるMIS(Metal Insulator Semiconductor) 型の冷陰極電子放出源である。HEED冷陰極アレイ20の上部電極36は全電子放出素子30に共通になっており、下部電極33およびSi層34を分割して各電子放出素子30を電気的に分離している。
As shown in FIG. 3, the
HEED部31の下部電極33は、駆動回路40のMOSトランジスタ21のドレイン電極Dにビアホールを介して接続されている。また、前述のように、MOSトランジスタのゲート電極Gとソース電極SはX走査ドライバ23及びY走査ドライバ22に接続されている。そして、画素(電子放出素子)30のスイッチングはMOSトランジスタのドレイン電位、すなわち、HEED部31の各電子放出素子30の下部電極33の電位を制御することによって行われる。
The
また、HEED冷陰極アレイ20の画素数は、例えば、640×480 画素(VGA)であり、1画素のサイズは20×20μm2である。電子放出素子30の表面部には、電子放出のための開口部であるエミッションサイトESが設けられている。例えば、図2においては、1つの電子放出素子30が8×8μm2からなる領域に、直径DEが約1μmであるエミッションサイトES(1μmφ)が3×3 個形成されている場合が示されている。1つのエミッションサイトESからは、例えば、数マイクロアンペア(μA)の電子流が放出される(放出電流密度は、約4A/cm2)。なお、本実施例において示す数値は単なる例示に過ぎず、撮像素子が用いられる装置、撮像素子の解像度、感度等に応じて、適宜変更して適用することが可能である。
The number of pixels of the HEED
[撮像装置の構成及び動作]
図4は、本実施例の撮像装置50の構成を模式的に示す図である。なお、本実施例においては、磁界集束方式により冷陰極アレイ20からの放出電子ビームを集束させる場合について説明する。すなわち、冷陰極撮像素子10の周囲に配された磁石20Aによる磁界H(破線矢印で示している。)が冷陰極撮像素子10に印加され、放出電子ビームの集束がなされる。
[Configuration and operation of imaging apparatus]
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the configuration of the
撮像装置50には、画像信号検出器51と、Y走査ドライバ22、X走査ドライバ23、画像信号検出器51及びメッシュ電圧生成器52を制御するコントローラ25とが設けられている。
The
また、図4に示すように、透光性導電膜12には外部電源回路が接続され、所定の正電圧(HARP電圧)VharpがHARP光電変換膜11に印加されるとともに、キャパシタC1を介してHARP信号が画像信号検出器51に供給されるように構成されている。また、メッシュ電極15には、メッシュ電圧生成器52からメッシュ電圧(MESH電圧)Vmeshが印加されるように構成されている。また、HEED部31の上部電極36には所定の正電圧(HEED駆動電圧)Vdが印加されるように構成されている。すなわち、当該上部電極36に印加される所定の正電圧Vdは、電子放出素子30(電子放出源)から電子を引き出すための引き出し電圧である。そして、メッシュ電圧Vmeshは、当該電子放出源の引き出し電圧Vdに対して正の電圧である。なお、これらの電圧値を例示すると、Vharp=1.5kV、Vmesh=470V、Vd=23Vであるが、これらの値に限定されるものではない。
As shown in FIG. 4, an external power supply circuit is connected to the translucent
次に、撮像装置50の動作について説明する。外部からの光が透光性導電膜12を経てHARP光電変換膜11に入射すると、透光性導電膜12近傍の膜内部に入射光量に応じた電子・正孔対が生成される。このうち正孔は透光性導電膜12を介してHARP光電変換膜11に印加された強い電界によって加速され、HARP光電変換膜11を構成する原子と次々衝突して新たな電子・正孔対を生み出す。このように、アバランシェ増倍された正孔がHARP光電変換膜11のHEED冷陰極アレイ20に対向する側(透光性導電膜12の反対側)に蓄積され、入射光像に対応した正孔パターンが形成される。その正孔パターンとHEED冷陰極アレイ20から放出された電子とが結合する際の電流が入射光像に応じたHARP電流信号(画像信号SV)として出力される。
Next, the operation of the
なお、Y走査ドライバ22、X走査ドライバ23、画像信号検出器51、メッシュ電圧生成器52及びコントローラ25を含む撮像装置50の各構成要素はクロック信号(CLK)に基づいて(同期して)動作し、ここで説明する各構成要素の制御、各種信号の検出、ドライバ駆動、信号処理等の種々の動作がなされる。
Note that each component of the
図5は、コントローラ25の制御によって実行される撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。また、図6は、走査ラインYjにおいて、X方向(水平方向)の走査駆動によって当該走査ラインの電子放出素子30(1〜m、m=640の場合を示す。)を点順次走査する場合の動作及び追加電子放出動作のタイミングを模式的に示している。
FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure for performing an imaging operation and a residual charge removal operation which are executed under the control of the
まず、走査ラインYj(映像フレームの開始時においては、j=1)について点順次走査を行い(ステップS11、図6の有効水平画像期間)、画像信号が出力される(画像信号出力期間)。コントローラ25が、有効水平画像期間が終了し、帰線消去期間(以下、ブランキング期間という。)であると判別した場合には(ステップS12)、メッシュ電圧Vmeshを当該有効水平画像期間における電圧値から変更する(ステップS13)。すなわち、HARP光電変換膜11面への電子ビームが拡がる(HARP光電変換膜11面上のビームスポットが拡大する)ようにメッシュ電圧Vmeshを変更する。つまり、メッシュ電圧Vmeshを電子ビームが最も集束する最適値から変更する(増加又は減少させる)ことによって、当然に電子ビームは拡大する。例えば、正のメッシュ電圧Vmeshを有効水平画像期間における電圧値から低減することで電子ビームを拡げることができる。すなわち、メッシュ電極15、メッシュ電圧生成器52及び磁界Hを生成する磁石20Aは放出電子ビーム拡大手段として機能する。
First, dot sequential scanning is performed for the scanning line Yj (j = 1 at the start of the video frame) (step S11, effective horizontal image period in FIG. 6), and an image signal is output (image signal output period). When the
コントローラ25は、当該走査ライン(Yj)の走査後のブランキング期間において、HEED冷陰極アレイ20の少なくとも1の走査ラインの電子放出素子30の追加電子放出を行う(ステップS14)。
The
このように、メッシュ電圧Vmeshを通常の画像信号読み出し時の電圧値から変更し、電子放出素子30から放出される電子ビームが拡がる(ビームをデフォーカスする)ようにすることで、放出電子量が不足する、あるいは電子放出の無い欠陥画素の周囲の画素(冷陰極素子)30からの追加電子放出によって、当該欠陥画素に対応するHARP光電変換膜11の画素エリアに残留した正孔を除去することができる。すなわち、欠陥電子放出素子に起因して光電変換膜の画素エリアに正孔が残留する場合においては、その欠陥電子放出素子の追加電子放出駆動を行っても残留正孔を解消できないが、本実施例によれば、放出電子ビームスポットを拡大させ、周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥電子放出素子(画素)に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
Thus, the amount of emitted electrons is reduced by changing the mesh voltage Vmesh from the voltage value at the time of normal image signal reading so that the electron beam emitted from the electron-emitting
当該走査ラインの走査終了後、次の走査ラインに移行して(ステップS11)、上記した手順を繰り返す。撮像動作を終了する場合には(ステップS15)、本ルーチンを終了する。 After the scanning of the scanning line is completed, the process proceeds to the next scanning line (step S11), and the above procedure is repeated. When the imaging operation is finished (step S15), this routine is finished.
なお、追加電子放出を行う走査ライン(上記少なくとも1の走査ライン)は、任意の走査ラインでよいが、当該走査ライン(Yj)よりも以前に走査された少なくとも1の走査ラインであることが好ましい。画像信号の読み出しを行っていない光電変換膜の画素エリアに電子が先行して入射されることにより、読み出すべき正孔が欠損することを回避するためである。また、電子ビームの拡がりにより周囲の画素エリアの残留正孔を除去するので、複数の走査ラインに亘って、追加電子放出を行うことが好ましい。さらに、追加電子放出を行う走査ラインは、当該走査ライン(Yj)よりも少なくとも複数ライン以前の走査ライン(Y(j-k))(kは2以上の整数)であることが好ましい。 Note that the scanning line for performing additional electron emission (the at least one scanning line) may be an arbitrary scanning line, but is preferably at least one scanning line scanned before the scanning line (Yj). . This is to prevent the holes to be read out from being lost due to the electrons previously entering the pixel area of the photoelectric conversion film from which the image signal is not read out. Further, since residual holes in the surrounding pixel area are removed by the expansion of the electron beam, it is preferable to perform additional electron emission over a plurality of scanning lines. Furthermore, it is preferable that the scanning line for performing additional electron emission is a scanning line (Y (j−k)) (k is an integer of 2 or more) at least a plurality of lines before the scanning line (Yj).
上記においては、ブランキング期間において、少なくとも1の走査ラインの全画素(電子放出素子)を同時に追加電子放出する場合について説明したが、図7に示すように、当該走査ラインの画素を複数のブロックB1,B2,・・・,Bjに分け、ブランキング期間内において、ブロックごとに追加電子放出するように駆動してもよい。このように駆動することで、放出電子電流及び中和電流を低減することができるので、HEED冷陰極アレイ20やHARP電源(Vharp)などの負荷を低減することができる。
In the above description, the case where all the pixels (electron-emitting devices) of at least one scan line are simultaneously discharged with additional electrons in the blanking period has been described. However, as shown in FIG. It may be divided into B1, B2,..., Bj, and may be driven to emit additional electrons for each block within the blanking period. By driving in this way, the emission electron current and the neutralization current can be reduced, so that the load such as the HEED
また、水平ブランキング期間において追加電子放出を行う場合を例に説明したが、垂直ブランキングを行う場合にも適用することができる。すなわち、当該垂直ブランキング期間において追加電子放出を行うように構成してもよい。 Further, the case of performing additional electron emission in the horizontal blanking period has been described as an example, but the present invention can also be applied to the case of performing vertical blanking. In other words, additional electrons may be emitted during the vertical blanking period.
図8は、実施例2の撮像装置50の構成を模式的に示す図である。本実施例においては、電界集束方式により電子ビームを集束させる構成が用いられている。すなわち、冷陰極アレイ20の集束用電極への印加電圧調整により電子ビームを集束させる方法が用いられている。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating the configuration of the
より詳細には、図8に示すように、冷陰極アレイ20の放出電子素子30の電子放出部(エミッションサイトES)の周囲に集束用電極38が設けられている。また、集束用電極38にはフォーカス電圧生成器53からフォーカス電圧Vfocusが供給されるように構成されている。また、フォーカス電圧生成器53は、コントローラ25の制御によって動作する。本実施例においては、集束用電極38及びフォーカス電圧生成器53によって残留電荷除去を行うが、図9に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
More specifically, as shown in FIG. 8, a focusing
なお、集束用電極38は、例えば、図10の冷陰極アレイ20の上面図に示すように、電子放出素子30の周囲に設けることができる。あるいは、図11に示すように、電子放出素子30のエミッションサイトESの各々の周囲に、エミッションサイトESを囲むように設けることができる。尚、形状、位置など、集束用電極38の構成はこれらに限定されず、放出電子を電界によって集束(及びデフォーカス)することができるように構成されていればよい。
The focusing
図9は、コントローラ25の制御によって実行される撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure for performing an imaging operation and a residual charge removal operation which are executed under the control of the
まず、走査ラインYj(映像フレームの開始時においては、j=1)について点順次走査を行い(ステップS21、図6の有効水平画像期間)、画像信号が出力される。コントローラ25が、有効水平画像期間が終了し、ブランキング期間であると判別した場合には(ステップS22)、フォーカス電圧Vfocusを当該有効水平画像期間における電圧値から変更する(ステップS23)。すなわち、HARP光電変換膜11面上への電子ビームが拡がる(ビームスポットが拡大する)ようにフォーカス電圧Vfocusを変更する。例えば、フォーカス電圧Vfocusは放出電子を反発させる負の電圧であって、当該負のフォーカス電圧Vfocusを有効水平画像期間における電圧値から増加(又は絶対値を低減)することで電子ビームを拡げることができる。なお、HARP光電変換膜11面上において電子ビームが最も集束する最適値からフォーカス電圧Vfocusを増加又は減少させることによって、当然に電子ビームスポットは拡大する。すなわち、集束用電極38及びフォーカス電圧生成器53は放出電子ビーム拡大手段として機能する。
First, dot sequential scanning is performed for the scanning line Yj (j = 1 at the start of the video frame) (step S21, effective horizontal image period in FIG. 6), and an image signal is output. When the
コントローラ25は、当該走査ライン(Yj)の走査後のブランキング期間において、HEED冷陰極アレイ20の少なくとも1の走査ラインの電子放出素子30の追加電子放出を行う(ステップS24)。
The
このように、フォーカス電圧Vfocusを通常の画像信号読み出し時の電圧値から変更し、電子放出素子30から放出される電子ビームが拡がる(デフォーカスする)ようにすることで、放出電子量が不足している欠陥画素の周囲の画素(冷陰極素子)30からの追加電子放出によって、当該欠陥画素に対応するHARP光電変換膜11の画素エリアに残留した正孔を除去することができる。すなわち、上記実施例1と同様に、本実施例によれば、放出電子ビームスポットを拡大させ、周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥電子放出素子(画素)に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
Thus, the amount of emitted electrons is insufficient by changing the focus voltage Vfocus from the voltage value at the time of reading a normal image signal so that the electron beam emitted from the electron-emitting
当該走査ラインの走査終了後、次の走査ラインに移行して(ステップS21)、上記した手順を繰り返す。撮像動作を終了する場合には(ステップS25)、本ルーチンを終了する。 After the scanning of the scanning line is completed, the process proceeds to the next scanning line (step S21), and the above procedure is repeated. When the imaging operation is finished (step S25), this routine is finished.
なお、追加電子放出を行う走査ライン(上記少なくとも1の走査ライン)は、当該走査ライン(Yj)よりも以前に走査された少なくとも1の走査ラインであることが好ましい。また、電子ビームの拡がりにより周囲の画素エリアの残留正孔を除去するので、複数の走査ラインに亘って、追加電子放出を行うことが好ましい。さらに、追加電子放出を行う走査ラインは、当該走査ライン(Yj)よりも少なくとも複数ライン以前の走査ライン(Y(j-k))(kは2以上の整数)であることが好ましい。 In addition, it is preferable that the scanning line (at least one scanning line) that emits additional electrons is at least one scanning line scanned before the scanning line (Yj). Further, since residual holes in the surrounding pixel area are removed by the expansion of the electron beam, it is preferable to perform additional electron emission over a plurality of scanning lines. Furthermore, it is preferable that the scanning line for performing additional electron emission is a scanning line (Y (j−k)) (k is an integer of 2 or more) at least a plurality of lines before the scanning line (Yj).
上記においては、ブランキング期間において、少なくとも1の走査ラインの全画素(電子放出素子)を同時に追加電子放出する場合について説明したが、図7に示すように、当該走査ラインの画素を複数のブロックB1,B2,・・・,Bjに分けて、追加電子放出するように駆動してもよい。このように駆動することで、放出電子電流及び中和電流を低減することができるので、HEED冷陰極アレイ20やHARP電源(Vharp)などの負荷を低減することができる。
In the above description, the case where all the pixels (electron-emitting devices) of at least one scan line are simultaneously discharged with additional electrons in the blanking period has been described. However, as shown in FIG. It may be divided into B1, B2,..., Bj and driven to emit additional electrons. By driving in this way, the emission electron current and the neutralization current can be reduced, so that the load such as the HEED
なお、上記した実施例は適宜組み合わせ、あるいは、改変して適用することができる。例えば、実施例2のように電界集束方式により電子ビームを集束させる構成を有する撮像装置において、メッシュ電圧Vmeshを変更して放出電子ビームを拡大するように構成することができる。 Note that the above-described embodiments can be applied in appropriate combination or modification. For example, an imaging apparatus having a configuration for focusing an electron beam by an electric field focusing method as in the second embodiment can be configured to change the mesh voltage Vmesh to expand the emitted electron beam.
すなわち、上記実施例2の改変例として、図12に示すように、メッシュ電圧Vmeshは可変電圧生成器からなるメッシュ電圧生成器55からメッシュ電極15に供給される。コントローラ25は、冷陰極アレイ20の集束用電極38への印加電圧を固定するとともに、電子放出素子30からの放出電子ビームを拡大するようにメッシュ電圧Vmeshを変更する制御を行う。
That is, as a modification of the second embodiment, as shown in FIG. 12, the mesh voltage Vmesh is supplied to the
さらに、この場合においても、ブランキング期間内において、画像信号の読み出しを行う走査ラインの周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥画素(電子放出素子)に対応する画素エリアに到達させることができる。また、この場合、少なくとも1の走査ラインの全画素(電子放出素子)を同時に追加電子放出してもよいし、当該走査ラインの画素を複数のブロックに分け、当該ブロックごとに追加電子放出するように構成してもよい。 Furthermore, even in this case, the emitted electrons from the electron-emitting devices around the scanning line for reading the image signal can reach the pixel area corresponding to the defective pixel (electron-emitting device) within the blanking period. . In this case, all the pixels (electron-emitting devices) of at least one scanning line may emit additional electrons simultaneously, or the pixels of the scanning line are divided into a plurality of blocks so that additional electrons are emitted for each block. You may comprise.
以上、詳細に説明したように、ブランキング期間において、電子放出素子30から放出される電子ビームを拡げるビーム拡大手段を用いることで、周囲の電子放出素子からの放出電子を、欠陥画素(電子放出素子)に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
As described above in detail, by using the beam expanding means for expanding the electron beam emitted from the electron-emitting
これにより、冷陰極アレイの寿命向上、余剰電子の抑制等の効果が得られる。また、いわゆる、白つぶれや階調飽和の無い又は抑制された高画質、高性能な撮像装置を実現することができる。従って、画質及び解像度の向上、撮像装置の信頼性、寿命の向上を図ることができる。 Thereby, effects such as improvement of the lifetime of the cold cathode array and suppression of surplus electrons can be obtained. In addition, it is possible to realize a high-quality and high-performance imaging apparatus that is free from white shadow or gradation saturation or is suppressed. Accordingly, the image quality and resolution can be improved, and the reliability and lifetime of the imaging apparatus can be improved.
10 HEED冷陰極HARP撮像素子
11 光電変換膜
15 メッシュ電極
20 HEED冷陰極アレイ
22 Y走査ドライバ
23 X走査ドライバ
24 冷陰極アレイチップ
25 コントローラ
30 画素(電子放出素子)
38 集束用電極
31 HEED部
51 画像信号検出器
52 メッシュ電圧生成器
53 フォーカス電圧生成器
10 HEED Cold Cathode
38 Focusing
Claims (7)
前記電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる放出電子ビーム拡大手段を有し、
前記コントローラは、前記画像信号の出力期間以外のブランキング期間において、前記電子放出源アレイから電子ビームを放出させるとともに、前記放出電子ビーム拡大手段を制御して前記電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げることを特徴とする撮像装置。 An electron emission source array in which a plurality of electron emission sources are arranged in a matrix, a photoelectric conversion film arranged to face the electron emission source array, a scan driver for driving the electron emission source array, and the scan driver And a controller that performs point-sequential scanning for each scanning line of the electron emission source array, and a part of the electrons emitted from the electron emission source array toward the photoelectric conversion film is incident upon light incidence. An imaging device that obtains a photoelectric conversion film current that flows by combining with holes generated in a photoelectric conversion film as an output of an image signal,
An emission electron beam expanding means for expanding an electron beam emitted from the electron emission source array;
The controller emits an electron beam from the electron emission source array in a blanking period other than the output period of the image signal, and controls the emitted electron beam expanding means to emit electrons emitted from the electron emission source array. An imaging apparatus characterized by expanding a beam.
前記コントローラは、前記中間電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The emitted electron beam expanding means includes an intermediate electrode provided between the electron emission source array and the photoelectric conversion film, an intermediate electrode voltage generator for applying a voltage to the intermediate electrode, and a magnet for focusing the electron beam. And including
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the controller expands the electron beam by adjusting a voltage applied to the intermediate electrode.
前記コントローラは、前記集束用電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The emitted electron beam expanding means includes a focusing electrode for focusing an electron beam emitted from the electron emission source array,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the controller expands the electron beam by adjusting a voltage applied to the focusing electrode.
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