JP2010212087A - Imaging element, and radiation resistant camera - Google Patents

Imaging element, and radiation resistant camera Download PDF

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JP2010212087A JP2009056933A JP2009056933A JP2010212087A JP 2010212087 A JP2010212087 A JP 2010212087A JP 2009056933 A JP2009056933 A JP 2009056933A JP 2009056933 A JP2009056933 A JP 2009056933A JP 2010212087 A JP2010212087 A JP 2010212087A
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Hiroyuki Ota
田 裕 之 大
Toshie Aizawa
澤 利 枝 相
Masayuki Nakamoto
本 正 幸 中
Junzo Taguchi
口 淳 三 田
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging element having radiation resistance equivalent to that of an imaging tube, and to provide a radiation resistant camera. <P>SOLUTION: An imaging element 20 includes: a vacuum container VC having a translucent window 10; a plurality of stripe-shaped transparent anodes 9 running in a first direction in the vacuum container; a photoelectric conversion film 8 converting light received through the window to holes; a plurality of stripe-shaped field emission cold cathodes 7 emitting electrons for reading the holes and running in a second direction crossing the first direction; and a voltage switching arrangement 4A identifying a position of an image signal by applying a voltage between one of the transparent anodes and one of the cold cathodes and sequentially changing the combination of them. By using the imaging element, a radiation resistant camera is constituted such that signals in both cases when radiation is shielded and not shielded can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、原子力施設及び宇宙空間等のいわゆる高放射線環境下で使用して好適な、高放射線に対して耐性を有する、撮像素子及び耐放射線カメラに関するものである。   The present invention relates to an imaging device and a radiation-resistant camera that are suitable for use in a so-called high radiation environment such as a nuclear facility and outer space, and have high radiation resistance.

従来は、原子力施設及び宇宙空間等の各種電磁波や粒子線による高放射線環境下(>103Gy)においては、主に撮像管を用いた耐放射線カメラが用いられていた。 Conventionally, in a high radiation environment (> 10 3 Gy) by various electromagnetic waves and particle beams such as nuclear facilities and outer space, radiation resistant cameras mainly using an imaging tube have been used.

また、低放射線環境下(<103Gy)においては、CCDやCID等の固体撮像素子を用いた耐放射線カメラが用いられていた。 Further, in a low radiation environment (<10 3 Gy), a radiation resistant camera using a solid-state imaging device such as a CCD or a CID has been used.

さらに、従来の電界放出型の冷陰極撮像素子は、3極構造のものとして、つまり、透明電極アノードと冷陰極カソードの間にゲート電極を配置した3極構造のものとして構成され、このゲート電極の電位を制御することにより、冷陰極カソードからの電子の放出を制御していた(特許文献1等参照)。   Further, the conventional field emission type cold cathode imaging device is configured as a tripolar structure, that is, as a tripolar structure in which a gate electrode is arranged between a transparent electrode anode and a cold cathode cathode. The emission of electrons from the cold cathode cathode was controlled by controlling the potential (see Patent Document 1, etc.).

特開平6―176704号公報JP-A-6-176704

前記撮像管は、現在世界的に生産が縮小されており、これに代わる新型の耐放射線撮像素子が求められている。   The production of the imaging tube is currently being reduced worldwide, and a new type of radiation-resistant imaging device is demanded instead.

同じく前記固体撮像素子には、半導体としての物理的性質上、放射線により素子内部に電離ノイズが発生したり、結晶構造が破壊しやすく、実際上前記撮像管と同等の耐放射線性を持つに至っていない。   Similarly, in the solid-state imaging device, due to physical properties as a semiconductor, ionization noise is generated inside the device due to radiation, the crystal structure is easily broken, and actually has radiation resistance equivalent to that of the imaging tube. Not in.

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像管と同等の耐放射線性を持った撮像素子及び耐放射線カメラを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide an imaging element and a radiation-resistant camera having radiation resistance equivalent to that of an imaging tube.

本発明の撮像素子は、
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内において、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記窓を介して受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、前記正孔を読み取るための電子を放出する、前記第1の方向と交わる第2の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードであって、前記各冷陰極カソードは長手方向に並んだ複数の錐体状のエミッタを有する、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記透明電極アノードのあるものと、前記冷陰極カソードのあるものと、の間に電圧を加え、これらの組み合せを順次変えることにより、映像信号の位置を特定する、電圧切り換え装置と、
を備えるものとして構成される。
The image sensor of the present invention is
A vacuum vessel having a translucent window;
In the vacuum vessel, a plurality of transparent electrode anodes in the form of stripes provided inside the translucent window and running in a first direction;
In the vacuum vessel, provided inside the transparent electrode anode, and converts the light received through the window into holes, a photoelectric conversion film,
In the container, a plurality of stripe-shaped, which are provided at a predetermined distance from the photoelectric conversion film, emit electrons for reading the holes, and run in a second direction intersecting the first direction. A plurality of field emission type cold cathode cathodes, each cold cathode cathode having a plurality of cone-shaped emitters arranged in the longitudinal direction;
A voltage switching device that specifies a position of a video signal by applying a voltage between the transparent electrode anode and the cold cathode cathode, and sequentially changing a combination thereof;
It is comprised as provided with.

本発明の撮像素子は、
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内に設けられ、前記第1の方向と交わる第2の方向に走る、ストライプ状の、複数のドライバ電極と、
前記透明電極アノードと前記ドライバ電極とに挟まれ、受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、正孔を読み取るために電子を放出する、前記第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記電界放出型の冷陰極カソードと、ある1本の前記ドライバ電極と、の間に電圧を掛けた状態において、前記ある1本のドライバ電極との間に電圧を加える前記透明電極アノードを順次選択することにより、映像信号位置の特定を行う、電圧切り換え装置と、
を備えるものとして構成される。
The image sensor of the present invention is
A vacuum vessel having a translucent window;
In the vacuum vessel, a plurality of transparent electrode anodes in the form of stripes provided inside the translucent window and running in a first direction;
A plurality of stripe-shaped driver electrodes provided in the vacuum vessel and running in a second direction intersecting the first direction;
A photoelectric conversion film that is sandwiched between the transparent electrode anode and the driver electrode and converts received light into holes,
A plurality of stripe-shaped field emission cold cathodes that run in the first direction and that emit electrons to read holes, are provided at a predetermined distance from the photoelectric conversion film in the container. A cathode,
The transparent electrode anode for applying a voltage between the one driver electrode in a state where a voltage is applied between the field emission type cold cathode cathode and the one driver electrode is sequentially selected. A voltage switching device that identifies the video signal position,
It is comprised as provided with.

本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に設けられ、放射線の遮へいと非遮へいとを切り換える開閉動作を行う遮へい板と、
同期信号に同期して前記遮へい板に前記開閉動作を行わせる、制御回路と、
前記遮へい板の開動作時における前記撮像素子の映像信号から、前記遮へい板の閉動作時における前記撮像素子の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズの低減した信号を得る回路と、
を有するものとして構成される。
The radiation-resistant camera of the present invention is
An imaging device according to any of the above,
A shielding plate that is provided in front of the translucent window in the imaging device and performs an opening / closing operation for switching between shielding and non-shielding of radiation;
A control circuit for causing the shielding plate to perform the opening / closing operation in synchronization with a synchronization signal;
A circuit that obtains a signal with reduced image noise due to radiation by taking the difference between the image signal of the image sensor at the closing operation of the shielding plate from the image signal of the image sensor at the opening operation of the shielding plate;
It is comprised as having.

本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に配置される回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記遮へい板による遮へい動作時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
The radiation-resistant camera of the present invention is
An imaging device according to any of the above,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window in the image sensor, the translucent filter for allowing light to reach the image sensor by rotation, and radiation reaching the image sensor A filter body that operates to alternately position a shielding plate that shields the front surface of the imaging element;
Control that operates so as to obtain, from the image sensor, a video signal based on light transmitted through the translucent filter and a video signal during a shielding operation by the shielding plate based on a rotation synchronization signal of the filter body. Circuit,
It is comprised as provided with.

本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
The radiation-resistant camera of the present invention is
An imaging device according to any of the above,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window of the image sensor, and having a sensitivity to radiation, and a translucent filter that allows light to reach the image sensor by rotation. A filter body that operates to alternately position the phosphor portion having the phosphor on the front surface of the imaging device; and
A control circuit that operates to obtain an image signal based on the light transmitted through the translucent filter and an image signal from the phosphor from the image sensor based on the rotation synchronization signal of the filter body;
It is comprised as provided with.

本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、前記遮へい板による遮へい時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
The radiation-resistant camera of the present invention is
An imaging device according to any of the above,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window of the image sensor, and having a sensitivity to radiation, and a translucent filter that allows light to reach the image sensor by rotation. A filter body that operates so that a phosphor part having a phosphor and a shielding plate that shields radiation from reaching the image sensor are alternately positioned on the front surface of the image sensor;
Based on the rotation synchronization signal of the filter body, an image signal based on the light transmitted through the translucent filter, an image signal by the phosphor, and an image signal at the time of shielding by the shielding plate are obtained from the imaging device. A control circuit that operates as
It is comprised as provided with.

本発明によれば、撮像管と同等の耐放射線性を持った撮像素子及び耐放射線カメラを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging device and a radiation resistant camera having radiation resistance equivalent to that of the imaging tube.

(a)から(c)は本発明の実施形態にかかる撮像素子の斜視説明図、縦断説明図及び平面説明図。(A) to (c) is a perspective explanatory view, a longitudinal explanatory view, and a plan explanatory view of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 図1に示したカソードチップ(エミッタ)の一例の斜視説明図。FIG. 3 is an explanatory perspective view of an example of a cathode tip (emitter) shown in FIG. 1. (a)から(c)は図1に示した撮像素子の一部を示す斜視説明図及び縦断説明図。(A) to (c) is a perspective explanatory view and a longitudinal explanatory view showing a part of the image sensor shown in FIG. (a)及び(b)は本発明の実施形態にかかる耐放射線カメラの一部を省略すると共に他の一部を透視した状態での斜視説明図及び縦断説明図。(A) And (b) is a perspective explanatory view and a longitudinal section explanatory view in the state where a part of the radiation-resistant camera according to the embodiment of the present invention is omitted and the other part is seen through. 耐放射線カメラの映像信号処理回路。A video signal processing circuit for radiation-resistant cameras. (a)から(c)はそれぞれ図5に示した回転フィルターのそれぞれ異なる例を示す正面説明図。(A) to (c) are front explanatory views showing different examples of the rotary filter shown in FIG. 耐放射線カメラの使用状態を示す概略図。Schematic which shows the use condition of a radiation-proof camera. (a)から(c)は図1とは異なる実施形態にかかる撮像素子の斜視説明図、縦断説明図及び平面説明図。FIGS. 3A to 3C are a perspective explanatory view, a longitudinal explanatory view, and a plan explanatory view of an image pickup device according to an embodiment different from FIG. 1. (a)及び(b)は冷陰極カソード(エミッタ)のそれぞれ異なる例を示す縦断説明図。(A) And (b) is longitudinal explanatory drawing which shows the example from which a cold cathode cathode (emitter) differs, respectively. (a)及び(b)は本発明者の知得する撮像素子と本発明の撮像素子の原理説明図。(A) And (b) is a principle explanatory drawing of the image sensor which this inventor knows, and the image sensor of the present invention.

本発明の実施形態を、それをなすに至った経緯とともに簡単に説明し、その後に本発明の実施形態をより詳しく説明する。   The embodiment of the present invention will be briefly described along with the background to the achievement of the embodiment, and then the embodiment of the present invention will be described in more detail.

前記固体撮像素子には、前の説明からも分かるように、以下のような難点があった。   As can be seen from the above description, the solid-state imaging device has the following drawbacks.

即ち、前記固体撮像素子は、半導体における、光エネルギーによるバンドギャップ間の電子励起を原理として使用している。このため、光エネルギーによってだけでなく、放射線によっても電子励起が行われ、放射線ノイズを生じさせていた。これにより、得られる画像信号を著しく悪化させるとともに、放射線による結晶構造の破壊により、素子そのものを劣化させ、実際上、長期的な使用が困難であった。   That is, the solid-state imaging device uses, as a principle, electronic excitation between band gaps due to light energy in a semiconductor. For this reason, electronic excitation is performed not only by light energy but also by radiation, and radiation noise is generated. As a result, the obtained image signal is remarkably deteriorated, and the element itself is deteriorated due to the destruction of the crystal structure due to radiation. In practice, long-term use is difficult.

前述のように、本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その実施形態としての固体撮像素子は、放射線損傷を受け難い、金属と非晶質(ガラス、セラミック)とから構成される。つまり、このように構成された本発明の実施形態としての、電界放出型の冷陰極固体撮像素子の作動原理を、図10(b)により、本発明者が知得する図10(a)の比較例を参照しながら、説明する。   As described above, the present invention has been made in view of such points, and the solid-state imaging device as an embodiment thereof is hardly damaged by radiation, and is composed of metal and amorphous (glass, ceramic). Is done. In other words, the operation principle of the field emission type cold cathode solid-state imaging device as the embodiment of the present invention configured as described above is compared with FIG. This will be described with reference to an example.

図10(a)は比較例として示す電界放出型の冷陰極固体撮像素子(3極撮像素子)である。この素子は、電界放出型の冷陰極カソードを用いた撮像素子であり、基本的に、アノード、ゲート及びカソード(103,106,102・108)からなる3極構成を有する。即ち、先ず、図10(a)において、アノードが光電変換膜103であり、ゲートがゲート電極106であり、カソードが基体108とその上のエミッタ(カソードチップ)102である。この図10(a)からわかるように、この撮像素子20においては、電源101により、高電界が、基体108上のエミッタ(カソードチップ)102の先端に印加され、トンネル効果により電子107を引き出す冷陰極としての電子銃100と、これと真空環境VEを挟んで向かい合う光電変換膜103を有する。ゲート電極106は微細な金属メッシュからなるゲート電極である。さらに、図10(a)中、109は絶縁層である。   FIG. 10A shows a field emission type cold cathode solid-state imaging device (triode imaging device) shown as a comparative example. This element is an image pickup element using a field emission type cold cathode cathode, and basically has a three-pole configuration including an anode, a gate, and a cathode (103, 106, 102, 108). That is, first, in FIG. 10A, the anode is the photoelectric conversion film 103, the gate is the gate electrode 106, and the cathode is the base 108 and the emitter (cathode chip) 102 thereon. As can be seen from FIG. 10A, in this image sensor 20, a high electric field is applied to the tip of the emitter (cathode chip) 102 on the substrate 108 by the power source 101, and the electron 107 is extracted by the tunnel effect. An electron gun 100 as a cathode and a photoelectric conversion film 103 facing each other across the vacuum environment VE are provided. The gate electrode 106 is a gate electrode made of a fine metal mesh. Further, in FIG. 10A, reference numeral 109 denotes an insulating layer.

このような撮像素子20において、光104が光電変換膜103に当たると、その光104のエネルギーにより光電変換膜103中に正孔105が形成される。前記正孔105は、前記電子銃100からの電子により中和されて、最終的に撮像素子20から映像信号が得られる。   In such an image sensor 20, when light 104 hits the photoelectric conversion film 103, holes 105 are formed in the photoelectric conversion film 103 by the energy of the light 104. The holes 105 are neutralized by electrons from the electron gun 100, and a video signal is finally obtained from the image sensor 20.

このように、図10(a)に示す比較例の電界放出型の冷陰極撮像素子(3極撮像素子)では、均一な強電界を冷陰極(エミッタ102)の周囲に作るため、微細な金属メッシュからなるゲート電極106を設置し、3極構造としていた。言い換えれば、このように3極構造としていた理由は、比較例の電界放出型の冷陰極カソード(エミッタ102)は、先端があまり先鋭ではなく、かつ、先端が向く方向がばらついていたためである。つまり、3極構造としていた理由は、このような比較例のものにあっては、アノード(光電変換膜103)とカソード(エミッタ102)の単なる2極構成では、カソード(エミッタ102)先端の電界強度が、カソード(エミッタ102)からの電子放出ポテンシャルエネルギー(仕事関数)を下回るため、電子の電界放出現象が起こりにくく、かつ、得られた電界放出電子にも強度分布に大きなばらつきが生じていたためである。   As described above, in the field emission type cold cathode imaging device (triode imaging device) of the comparative example shown in FIG. 10A, a uniform strong electric field is generated around the cold cathode (emitter 102). A gate electrode 106 made of mesh was installed to form a three-pole structure. In other words, the reason why the tripolar structure is used in this way is that the field emission type cold cathode cathode (emitter 102) of the comparative example has a sharp tip and varies in the direction in which the tip faces. That is, the reason why the tripolar structure is used is that in the comparative example as described above, the electric field at the tip of the cathode (emitter 102) is simply a two-polar configuration of the anode (photoelectric conversion film 103) and the cathode (emitter 102). Since the intensity is lower than the electron emission potential energy (work function) from the cathode (emitter 102), the electron field emission phenomenon is unlikely to occur, and the field emission electrons obtained also have a large variation in intensity distribution. It is.

このため、図10(a)の比較例の撮像素子20にあっては、このような点を解決するために、ゲート電極106を冷陰極カソード(エミッタ102)の先端近傍に配置し、カソード(エミッタ102)の先端形状が先鋭でなく且つ先端の向く方向がばらついていても、均一な高電界強度を得ていた。   For this reason, in the imaging device 20 of the comparative example of FIG. 10A, in order to solve such a point, the gate electrode 106 is disposed near the tip of the cold cathode cathode (emitter 102), and the cathode ( Even when the tip shape of the emitter 102) is not sharp and the direction in which the tip is directed varies, a uniform high electric field strength is obtained.

而して、この図10(b)に示す本発明の実施形態の撮像素子20と、図10(a)の比較例の撮像素子20とは、アノード側としての光電変換膜103に蓄えられた正孔と、カソード(エミッタ102)から電界放出現象により放出された電子と、により画像信号を読み出すという原理においては同一である。   Thus, the image pickup device 20 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 10B and the image pickup device 20 of the comparative example of FIG. 10A are stored in the photoelectric conversion film 103 as the anode side. The principle is that the image signal is read out by holes and electrons emitted from the cathode (emitter 102) by the field emission phenomenon.

そして、前にも簡単に述べたように、図10(b)に示す本発明の実施形態の撮像素子20は、放射線に対して耐性の強い金属や非晶質を主材料として用いて作られており、半導体を用いない撮像管と同程度の耐放射線強度を得ている。   As described briefly above, the imaging device 20 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 10B is made using a metal or amorphous material having a strong resistance to radiation as a main material. Therefore, it has the same radiation resistance as an imaging tube that does not use semiconductors.

さらに、図10(b)から分かるように、エミッタ102の先端をより先鋭なものとし、かつ、ゲート電極を用いないようにしている。つまり、本発明の実施形態では、ゲート電極を不要とし、透明電極であるアノード(光電変換膜103)の電位のみで制御するようにしている。   Furthermore, as can be seen from FIG. 10B, the tip of the emitter 102 is made sharper and the gate electrode is not used. That is, in the embodiment of the present invention, the gate electrode is unnecessary, and control is performed only by the potential of the anode (photoelectric conversion film 103) that is a transparent electrode.

図10(b)のその他の構成は、図10(a)とほぼ同等であり、同等部分には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。   The other configuration of FIG. 10B is substantially the same as that of FIG. 10A, and the same reference numerals are given to the same parts, and detailed description thereof is omitted.

また、図10(a)、(b)の撮像素子で利用している現象について説明すれば、それは電界電子放出現象である。この現象は、簡単に言えば、冷陰極の先端に大きな電界強度を加えた状態で、電位ポテンシャルが電極材料の仕事関数を超えると、トンネル効果により真空中に電子が放出される、という現象である。   Further, the phenomenon utilized in the image sensor shown in FIGS. 10A and 10B will be described as a field electron emission phenomenon. In simple terms, this phenomenon is that when a large electric field strength is applied to the tip of the cold cathode and the potential potential exceeds the work function of the electrode material, electrons are emitted into the vacuum due to the tunnel effect. is there.

そのため、この電界電子放出現象を効率的に行うために、例えば図10(a)の比較例の撮像素子では、冷陰極(エミッタ102)に、より近接してゲート電極106を設け、このゲート電極106によりカソード(エミッタ102)からの電界放出のON-OFFを行っている。   Therefore, in order to efficiently perform this field electron emission phenomenon, for example, in the imaging device of the comparative example of FIG. 10A, the gate electrode 106 is provided closer to the cold cathode (emitter 102). The field emission from the cathode (emitter 102) is turned on and off by 106.

図10(a)の装置では、このようにゲート電極106を設けていたので、必然的にゲート電極106の陰になる部分が生じるのが避けられず、且つ、素子構造自体が複雑化してしまうという問題が生じていた。   In the apparatus of FIG. 10A, since the gate electrode 106 is provided in this way, it is inevitable that a portion that is shadowed by the gate electrode 106 is inevitably generated, and the element structure itself becomes complicated. There was a problem.

これに対し、図10(b)に示す本発明の実施形態では、ゲート電極を不要とし、透明電極としてのアノード(光電変換膜103)側の電位のみで制御するようにしている。   On the other hand, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 10B, the gate electrode is unnecessary, and control is performed only by the potential on the anode (photoelectric conversion film 103) side as a transparent electrode.

このように、本発明の実施形態の撮像素子では、ゲート電極を用いないようにしたので、当然ゲート電極の陰になる部分は生ぜず、透明電極としてのアノードの光電変換膜103の所期の部分に的確に電子を到達させることができ、画像分解能を向上させることができる。   As described above, in the imaging device according to the embodiment of the present invention, since the gate electrode is not used, naturally, a portion that is shaded by the gate electrode does not occur, and the expected photoelectric conversion film 103 of the anode as a transparent electrode is formed. Electrons can accurately reach the portion, and the image resolution can be improved.

以下に、上記した本発明の実施形態を、図1(a)、(b)、(c)を参照しながら、より詳しく説明する。   Hereinafter, the above-described embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 (a), (b), and (c).

図1(a)、(b)、(c)に示す本発明の実施形態の撮像素子(2極撮像素子)20は、前述のように、放射線損傷を受けにくいように、金属と非晶質(ガラス、セラミック等)を用いて構成される。   As described above, the imaging device (bipolar imaging device) 20 of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C is made of a metal and an amorphous material so as not to be easily damaged by radiation. (Glass, ceramic, etc.).

図1(a)は、本発明の実施形態の撮像素子20の斜視図、(b)は縦断要部説明図、(c)は平面要部説明図である。特に、図1(c)では、透光性の窓(ガラス)10を省略している。これらの図において、例えば、図1(b)中、上側がいわゆるアノード側であり、下側がいわゆるカソード側である。   FIG. 1A is a perspective view of an image sensor 20 according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is an explanatory view of a vertical section, and FIG. In particular, in FIG.1 (c), the translucent window (glass) 10 is abbreviate | omitted. In these drawings, for example, in FIG. 1B, the upper side is a so-called anode side, and the lower side is a so-called cathode side.

この撮像素子20は、特に図1(a)から分かるように、真空容器VCを備えている。この真空容器VCの底板が例えば絶縁性のいわゆる基板1となっている。この基板1の内面の表面に、特に図1(c)から分かるように、図中左右方向に走るストライプ状の複数の電界放出型の冷陰極カソード7、7、・・・が互いに平行状態に設けられている。この各冷陰極カソード7は、ストライプ状の基体7A上に錐体状の複数のカソードチップ(エミッタ)7B、7B、・・・を有するものとして構成されている。このカソードチップ7Bの拡大図が図2に示される。この図2からわかるように、カソードチップ7BはNiで錐体状に構成され、例えば、エミッタ幅は1.6μm、先端曲率2.5−5.0nmとして構成される。前記各冷陰極カソード7は、特に図1(b)から分かるように、両端部分が絶縁材2で持ち上げられた状態に絶縁保持されている。この各冷陰極カソード7には、特に図1(c)から分かるように、外部の電源(図示せず)が、電圧切り換え装置4B及び配線3を介して接続されている。これにより、外部の電源の電圧が、各冷陰極カソード7に、電圧切り換え装置4Bを介して、動作に適した動作電圧として印加可能とされている。   As can be seen from FIG. 1A in particular, the image pickup device 20 includes a vacuum container VC. The bottom plate of the vacuum vessel VC is, for example, an insulating so-called substrate 1. As shown in FIG. 1C in particular, a plurality of stripe-shaped field emission cathodes 7, 7,... Running in the horizontal direction in the figure are parallel to each other on the inner surface of the substrate 1. Is provided. Each of the cold cathode cathodes 7 is configured to have a plurality of cone-shaped cathode tips (emitters) 7B, 7B,... On a striped substrate 7A. An enlarged view of the cathode tip 7B is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, the cathode tip 7B is made of Ni in a cone shape, and has an emitter width of 1.6 μm and a tip curvature of 2.5-5.0 nm, for example. Each cold cathode cathode 7 is insulatively held in a state where both end portions are lifted by the insulating material 2 as can be seen from FIG. An external power source (not shown) is connected to each cold cathode cathode 7 via a voltage switching device 4B and wiring 3, as can be seen from FIG. Thereby, the voltage of an external power supply can be applied to each cold cathode cathode 7 as an operation voltage suitable for operation via the voltage switching device 4B.

特に図1(a)から分かるように、前記冷陰極カソード7、7、・・・の上方には、真空空間を介して、光電変換膜8、透明電極アノード9,9,・・・、透光性の窓10が対向状態に設けられている。より詳しくは、以下の通りである。つまり、最上部が透光性の窓10とされている。この窓10の内側に、ストライプ状の複数の透明電極アノード9,9,・・・が設けられている。前記ストライプ状の複数の透明電極アノード9,9,・・・の平面形状は特に図1(c)に示される。図1(a)からわかるように、前記複数の複数のストライプ状の透明電極アノード9,9,・・・のさらに内側に、光電変換膜8が構成されている。前記複数の複数のストライプ状の透明電極アノード9,9,・・・には外部の電源(図示せず)から配線3を介して前記電圧切り換え装置4Aが電気的に接続されている。   As can be seen from FIG. 1 (a) in particular, above the cold cathode cathodes 7, 7,..., The photoelectric conversion film 8, the transparent electrode anodes 9, 9,. A light window 10 is provided in an opposing state. More details are as follows. That is, the uppermost portion is a light-transmitting window 10. Inside the window 10, a plurality of striped transparent electrode anodes 9, 9,... Are provided. The planar shape of the striped transparent electrode anodes 9, 9,... Is particularly shown in FIG. As can be seen from FIG. 1A, a photoelectric conversion film 8 is formed further inside the plurality of striped transparent electrode anodes 9, 9,. The voltage switching device 4A is electrically connected to the plurality of striped transparent electrode anodes 9, 9,... From an external power source (not shown) through the wiring 3.

前記した各構成部材の材料について見れば以下の通りである。入射光に対する透光性の窓10の内側には、前述のように、複数本のストライプ状の透明電極アノード9、9、・・・が取り付けられているが、このアノード9としてはITO(インジウム-錫の酸化物)膜を用いることができる。前記光電変換膜8には非晶質を、電界放出型の冷陰極カソード7には金属を、絶縁材2及び真空容器VCにはセラミックやガラスを用いることができる。これらの材料は全て結晶構造をもたない材料であり、放射線損傷も軽微で、その損傷は実際上無視できると考えられる。   It will be as follows if it sees about the material of each above-mentioned structural member. As described above, a plurality of striped transparent electrode anodes 9, 9,... Are attached to the inside of the light-transmitting window 10 for incident light. -Oxide of tin) film can be used. The photoelectric conversion film 8 can be made of amorphous material, the field emission type cold cathode cathode 7 can be made of metal, and the insulating material 2 and the vacuum vessel VC can be made of ceramic or glass. These materials are all materials having no crystal structure, and the radiation damage is slight. The damage is considered to be negligible in practice.

さらに、前記冷陰極カソード7としては、本発明の発明者の一人が先に単独であるいは共同で発明したいわゆる金型転写モールド法 (Template method)(電界放出型冷陰極装置及びその製造方法、特開平10−92301号公報、特開2000−285798号公報)と呼ばれる電界電子放出冷陰極製造法を用いて製造した冷陰極カソード(以下、これを真空ナノ素子と称する)を用いることができる。前記金型転写モールド法によれば、前述のように、先端の曲率2.5−5.0nm、ナノエミッタ1個の幅は1.6μmである、カソードチップ7B(真空ナノ素子、真空ナノエミッタ)を得ることが出来る。これにより、従来の冷陰極カソードの先端曲率の1/10から1/100の先鋭度を実現できる。かつ、金型転写モールド法によれば、前記先端の高さ及び方向も極めて均一なものを得ることができる。   Further, as the cold cathode 7, one of the inventors of the present invention previously invented alone or jointly, the so-called mold transfer mold method (Template method) (field emission cold cathode device and its manufacturing method, A cold cathode cathode (hereinafter referred to as a vacuum nanodevice) manufactured using a field electron emission cold cathode manufacturing method called Kaihei 10-92301 and JP-A-2000-285798 can be used. According to the mold transfer molding method, as described above, the tip tip curvature is 2.5-5.0 nm and the width of one nanoemitter is 1.6 μm. ) Can be obtained. Thereby, a sharpness of 1/10 to 1/100 of the tip curvature of the conventional cold cathode cathode can be realized. In addition, according to the mold transfer molding method, it is possible to obtain an extremely uniform tip and height.

本発明者は、本発明の実施形態の効果を確認するために、このような真空ナノエミッタを用いて、従来の3極管構造ではない、2極管の冷陰極撮像素子を実際に数種類試作した。即ち、先ず、特に絶縁材2(図1(b)参照)の無い撮像素子を試作した。この撮像素子では、真空ナノエミッタ(冷陰極カソード7)の外周部の縁からの放電現象が頻発し、その真空ナノエミッタの先端からの放出電流を上回るほどであり、良好な撮像素子特性が得られなかった。   In order to confirm the effect of the embodiment of the present invention, the present inventor actually used several kinds of vacuum nanoemitters and actually produced several types of cold cathode imaging devices having a diode that is not a conventional triode structure. did. That is, first, an image sensor without an insulating material 2 (see FIG. 1B) was made as a prototype. In this imaging device, the discharge phenomenon from the outer peripheral edge of the vacuum nanoemitter (cold cathode cathode 7) frequently occurs and exceeds the emission current from the tip of the vacuum nanoemitter, and good imaging device characteristics are obtained. I couldn't.

本発明者は、この結果を踏まえて、この問題を解決するため、上記真空ナノエミッタ(冷陰極カソード7)の外周部の縁を、セラミックやマイカのような電気絶縁材で被覆した。このようにした結果、縁からの放電現象を回避でき、良好な撮像特性を確認することができた。つまり、図1(a)、(b)、(c)の本発明の実施形態の撮像素子20によれば、本件発明に特有の作用効果が得られることが分かった。   Based on this result, the present inventor coated the outer peripheral edge of the vacuum nanoemitter (cold cathode cathode 7) with an electrical insulating material such as ceramic or mica in order to solve this problem. As a result, the discharge phenomenon from the edge could be avoided, and good imaging characteristics could be confirmed. That is, it has been found that according to the imaging device 20 of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the operational effects peculiar to the present invention can be obtained.

本発明の実施形態の作用効果を、素子としての駆動方法からみると、従来の平面マトリクス型撮像素子(例えば、特開平6−176704号公報、撮像装置及びその動作方法)においては、ゲートとカソード間に電圧を付加し、これを順次切り替えることによって映像信号位置を特定することを特徴としていた。しかしながら、本発明の実施形態では、ゲートが不要であり、従って、アノードとカソード間に電圧を加え、これを順次切り替えることによって映像信号の位置を特定することができる。   When the operational effects of the embodiment of the present invention are viewed from a driving method as an element, in a conventional planar matrix type imaging element (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-176704, an imaging apparatus and its operation method), a gate and a cathode The video signal position is specified by applying a voltage between them and sequentially switching the voltage. However, the embodiment of the present invention does not require a gate, and therefore, the position of the video signal can be specified by applying a voltage between the anode and the cathode and sequentially switching the voltage.

前記の図1(a)、(b)、(c)に示す透光性の窓(ガラス)10、透明電極アノード9,9,・・・、光電変換膜8としては、より具体的には、図3(a)、(b)のように構成することもできる。   More specifically, the translucent window (glass) 10, the transparent electrode anodes 9, 9,..., And the photoelectric conversion film 8 shown in FIGS. 1 (a), (b), and (c) are more specifically described. 3 (a) and 3 (b) can also be configured.

この図3(a)、(b)の例では、特に、図3のA−A線断面図である図3(b)からわかるように、透明電極アノード9,9,・・・間に遮光板21,21,・・・を設けている。つまり、この実施形態では、複数本に分割された線状(ストライプ状)の透明電極アノード9,9,・・・上に薄膜板の光電変換膜8を載せた構成となっている。このため、もし、前記遮光板21,21,・・・が無いとすると、図3(a)に示すように、透明電極アノード9とその隣の透明電極アノード9との間に入射した光が、当該電極9の無い位置の光電変換膜8の部分に入射し、そこに正孔を発生させてしまう。この正孔発生部分にはアノード電極9が存在しないため、冷陰極カソード7からの電子は到達せず、読み取ることができないばかりか、光電変換膜8が正に異常帯電し、素子内部の電界を歪ませる原因ともなり、撮像素子を正常に機能させないことにもなりかねない。このため、本発明の実施形態においては、線状の透明電極アノード9間に遮光板21を配置し、この部分の光入射を阻止するようにしている。   In the example of FIGS. 3 (a) and 3 (b), as can be seen from FIG. 3 (b) which is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3, light shielding is performed between the transparent electrode anodes 9, 9,. Plates 21, 21,... Are provided. In other words, in this embodiment, a thin film photoelectric conversion film 8 is placed on a plurality of linear (striped) transparent electrode anodes 9, 9,. For this reason, if there is no said light-shielding plate 21, 21, ..., as shown to Fig.3 (a), the light which injected between the transparent electrode anode 9 and the adjacent transparent electrode anode 9 will be shown. Then, it enters the portion of the photoelectric conversion film 8 at a position where the electrode 9 is not present, and generates holes therein. Since there is no anode electrode 9 in the hole generating portion, electrons from the cold cathode cathode 7 do not reach and cannot be read, but the photoelectric conversion film 8 is positively abnormally charged, and the electric field inside the device is reduced. This may cause distortion and may cause the image sensor to not function normally. For this reason, in the embodiment of the present invention, the light-shielding plate 21 is disposed between the linear transparent electrode anodes 9 so as to prevent light from entering this portion.

図3(c)は、図3(b)の変形例を示すものである。この図3(c)の例の、(b)の例との違いは、遮光板21,21,・・・を、透光性の窓(ガラス)10の図中下側に設けた点にある。その他の点は、同じである。   FIG. 3C shows a modification of FIG. The difference between the example of FIG. 3C and the example of FIG. 3B is that the light shielding plates 21, 21,... Are provided on the lower side of the translucent window (glass) 10 in the figure. is there. The other points are the same.

また、本発明の実施形態では光電変換膜8として非晶質材料を用いている。こ
の非晶質材料は本質的に放射線によるノイズを受け難いものである。しかし、光も放射線も同じ電磁波であり、確率的には低いが入射した放射線により光電変換膜内で正孔が発生することがある。この正孔も光によって発生した正孔と同様に映像信号としてみなされるため、これを分離することが要求される。このため、本発明の実施形態として、撮像素子の前面に放射線を遮へいする遮へい板を設け、制御回路からの同期信号により遮へい板を開閉する機構を設置するように構成することができる。遮へい板の開の映像信号から、遮へい板の閉の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズを削除することができる。
In the embodiment of the present invention, an amorphous material is used as the photoelectric conversion film 8. This amorphous material is essentially less susceptible to noise from radiation. However, light and radiation are the same electromagnetic wave, and although the probability is low, incident radiation may generate holes in the photoelectric conversion film. Since these holes are regarded as video signals in the same manner as holes generated by light, it is required to separate them. For this reason, as an embodiment of the present invention, a shield plate that shields radiation can be provided on the front surface of the image sensor, and a mechanism for opening and closing the shield plate by a synchronization signal from the control circuit can be installed. By taking the difference between the image signal for opening the shielding plate and the image signal for closing the shielding plate, the image noise due to radiation can be eliminated.

図4(a)、(b)は、上述の遮へい板を設ける実施形態の例を示すものである。   FIGS. 4A and 4B show examples of embodiments in which the above-described shielding plate is provided.

即ち、この実施形態は、本発明者が知得している技術、つまり、撮像素子の前面に3原色の透光性フィルターを設置してこれを回転させ制御回路からの同期信号によりカラー映像信号を得る方式の技術、を応用したものである。   That is, this embodiment is a technique known by the present inventors, that is, a color image signal is generated by a three-primary color light-transmitting filter installed on the front surface of the image sensor and rotated to synchronize with the control signal. This is an application of technology for obtaining

本発明のこの実施形態は、図4(a)、(b)に示すカメラ200として表される。このカメラ200での信号処理は、例えば、図5に示される回路で行われる。   This embodiment of the present invention is represented as a camera 200 shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The signal processing in the camera 200 is performed by, for example, a circuit shown in FIG.

即ち、図4(a)、(b)から分かるように、第1の筐体100中に撮像素子20が設けられている。この撮像素子20の前面にレンズ系51、絞り52、開口及びレンズ系53が形成されている。この第1の筐体100の前方に取り付けられた、前面が透光性を有する第2の筐体101内に、モータ55によって回転駆動可能に回転フィルター(フィルター体)56が設けられている。さらに、前記第1の筐体100の反対側には、撮像素子20からの信号を外部に伝達する、コネクタ61及び耐放射性ケーブル62が取り付けられている。   That is, as can be seen from FIGS. 4A and 4B, the image sensor 20 is provided in the first housing 100. A lens system 51, a diaphragm 52, an aperture, and a lens system 53 are formed on the front surface of the image sensor 20. A rotation filter (filter body) 56 is provided in a second casing 101 attached to the front of the first casing 100 and having a translucent front surface so as to be rotationally driven by a motor 55. Further, a connector 61 and a radiation resistant cable 62 that transmit a signal from the image sensor 20 to the outside are attached to the opposite side of the first casing 100.

前記回転フィルター(フィルター体)56としては、図6(a)、(b)、(c)のような種々のものが用いられる。そのうちの、図6(a)の例は、遮へい板56aと、RGB(あるいは単色)の透過性フィルター56bを組み合わせたフィルター56を示す。このように、この3原色フィルター(あるいは単色フィルター)56bと、前述の放射線を遮へいする遮へい板56aを同一平面状に配置して、これを回転させて信号を得る。遮へい板56aは、前記回転に伴って、放射線を遮へいする開動作状態と、遮へいしない閉動作を取ることとなる。   As the rotary filter (filter body) 56, various types as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C are used. Among them, the example of FIG. 6A shows a filter 56 in which a shielding plate 56a and an RGB (or single color) transmissive filter 56b are combined. In this way, the three primary color filters (or single color filters) 56b and the shielding plate 56a for shielding the radiation described above are arranged on the same plane, and rotated to obtain a signal. With the rotation, the shielding plate 56a takes an open operation state that shields radiation and a closing operation that does not shield radiation.

つまり、特に図5から分かるように、回転フィルター56の回転状態をエンコーダ223を介して制御回路224に入れる。これによる制御回路224からの同期信号をデータ転送回路221に入れる。データ転送回路221では、カメラ200の撮像素子20からの撮像信号から、蛍光体を塗布した板の画像信号(放射線映像信号)、透光フィルター画像信号及び遮へい板画像信号をそれぞれ取得し、対応する回路226,227,228に蓄積する。回路226からは放射線映像信号が得られ、回路227,228からの信号を差分信号処理回路230に加えることにより、放射線による映像ノイズを低減した光学映像信号が得られる。これらの信号は映像回路232へ加えられる。   That is, as can be seen from FIG. 5 in particular, the rotation state of the rotary filter 56 is input to the control circuit 224 via the encoder 223. The synchronization signal from the control circuit 224 is input to the data transfer circuit 221. In the data transfer circuit 221, an image signal (radiation video signal), a translucent filter image signal, and a shielding plate image signal of the plate coated with the phosphor are respectively acquired from the image pickup signal from the image pickup device 20 of the camera 200 and corresponding. Accumulate in circuits 226, 227, 228. A radiation image signal is obtained from the circuit 226, and an optical image signal with reduced image noise due to radiation is obtained by adding the signals from the circuits 227 and 228 to the differential signal processing circuit 230. These signals are applied to the video circuit 232.

図6(b)は、透過性フィルター56bと、放射線に感度がある蛍光体56cとの組合せを示す。このように、放射線に対して感度を有する蛍光体56cを塗布した板を前記のフィルター56bと同一平面状に配置してこれを回転させ、制御回路224からの同期信号により、カラー(あるいは単色)の光学画像信号を取得するとともに、蛍光体の発光を放射線画像として同時取得することができるものである。   FIG. 6B shows a combination of a transmissive filter 56b and a phosphor 56c sensitive to radiation. In this way, a plate coated with a phosphor 56c sensitive to radiation is arranged in the same plane as the filter 56b and rotated, and color (or single color) is generated by a synchronization signal from the control circuit 224. In addition to acquiring the optical image signal, the emission of the phosphor can be simultaneously acquired as a radiation image.

図6(c)は、遮へい板56aと、透過性フィルター56bと、蛍光体56cとの組合せの例を示す。このように、3原色フィルター(あるいは単色フィルター)と、放射線に対して感度を有する蛍光体56cを塗布した板と、放射線を遮へいする遮へい板56aと、を同一平面状に配置してこれを回転させ、制御回路224からの同期信号により放射線による映像ノイズを低減した光学映像と放射線映像を同時に取得することができるものである。   FIG. 6C shows an example of a combination of the shielding plate 56a, the transmissive filter 56b, and the phosphor 56c. In this way, the three primary color filters (or single color filters), the plate coated with the phosphor 56c sensitive to radiation, and the shielding plate 56a for shielding radiation are arranged in the same plane and rotated. In addition, an optical image and a radiation image in which image noise due to radiation is reduced can be simultaneously acquired by a synchronization signal from the control circuit 224.

図7は、このようなカメラ200の接続例を示すものである。つまり、カメラ200からの信号は、カメラコントロールユニット201、パーソナルコンピュータ202、TVモニタ203及び記録用のビデオ装置204に伝えられる。   FIG. 7 shows a connection example of such a camera 200. That is, a signal from the camera 200 is transmitted to the camera control unit 201, the personal computer 202, the TV monitor 203, and the recording video device 204.

図8(a)、(b)、(c)は、本発明の他の実施形態の撮像素子30であり、映像信号の位置を、互いに直交する線状の電極(透明電極アノード9とドライバ電極DE)により、検出可能としたものである。なお、図8(c)においては、透明電極アノード9とドライバ電極DEの構成の理解を容易ならしめるために、絶縁材2の図示は省略している
即ち、図8(a)、(b)、(c)において、指定された1本のドライバ電極DEと冷陰極カソード7との間に印加された電圧により、カソードチップ7Bの先端から電子eが電界放出される。このカソード・エミッタの電界電子放出領域は1本のドライバ電極DEに相当する領域全域にわたって起こる。この際、線状の透明電極アノード9の1本に、ドライバ電極DEの負荷電圧を超えて電圧を印加すると、前記ドライバ電極DEと前記透明電極アノード9に挟まれた交点部分の光電変換膜8中に強い電場が形成される。この電場下において前記交点には光電変換膜8に入射した光量と電場で決まる量の正孔が発生する。ドライバ電極DEへ入射した前記電界放出電子は、この正孔と結合し、電流が流れる。
FIGS. 8A, 8B, and 8C show an image sensor 30 according to another embodiment of the present invention. The positions of video signals are linear electrodes (transparent electrode anode 9 and driver electrode) orthogonal to each other. DE) makes detection possible. In FIG. 8C, the illustration of the insulating material 2 is omitted in order to facilitate understanding of the configuration of the transparent electrode anode 9 and the driver electrode DE, ie, FIGS. 8A and 8B. , (C), electrons e are emitted from the tip of the cathode tip 7B by the voltage applied between the designated one driver electrode DE and the cold cathode cathode 7. This cathode-emitter field electron emission region occurs over the entire region corresponding to one driver electrode DE. At this time, when a voltage exceeding the load voltage of the driver electrode DE is applied to one of the linear transparent electrode anodes 9, the photoelectric conversion film 8 at the intersection between the driver electrode DE and the transparent electrode anode 9 is applied. A strong electric field is formed inside. Under this electric field, the amount of holes determined by the amount of light incident on the photoelectric conversion film 8 and the electric field is generated at the intersection. The field emission electrons incident on the driver electrode DE are combined with the holes and a current flows.

従って、1本の透明電極アノード9と1本のドライバ電極DE間に電圧を付加し、この組み合わせを順次切り替えることによって映像信号の位置を特定することができる。   Accordingly, the position of the video signal can be specified by applying a voltage between one transparent electrode anode 9 and one driver electrode DE and sequentially switching the combination.

本発明の図8の実施形態の利点は、エミッタEから電界放出される電子eの面積は、1本のアノード9と1本のカソード7の交点部分のカソード・エミッタ領域に限定されるところにある。   The advantage of the embodiment of FIG. 8 of the present invention is that the area of electrons e emitted from the emitter E is limited to the cathode-emitter region at the intersection of one anode 9 and one cathode 7. is there.

本発明の図8の実施形態では、1本のドライバ電極DEに相当する広いカソード・エミッタ領域から電界放出電子が得られるため、図1の実施形態と比較しても更に信号電流量が大きく取れ、かつ電界放出するエミッタ領域が広くなる効果により、エミッタのばらつきに起因する1画素あたりの光−信号電流特性のばらつきの緩和に良好に作用する特徴を有するものである。   In the embodiment of FIG. 8 of the present invention, field emission electrons are obtained from a wide cathode / emitter region corresponding to one driver electrode DE, so that the signal current amount can be further increased compared to the embodiment of FIG. In addition, due to the effect of widening the emitter region that emits electric field, it has a feature that works well for alleviating variations in the light-signal current characteristics per pixel due to variations in emitters.

この図8の実施形態においても、エミッタ外周部の縁をセラミックやマイカのような電気的な絶縁材2で被覆するのは、図1の実施形態の場合と同じ理由による。   Also in the embodiment of FIG. 8, the edge of the outer periphery of the emitter is covered with the electrical insulating material 2 such as ceramic or mica for the same reason as in the embodiment of FIG.

撮像素子などで使用される金属の電界放出型冷陰極カソードの材料にはニッケルやモリブデンの純金属あるいはその合金などが用いられる。   As a material for a metal field emission cold cathode used in an imaging device, a pure metal such as nickel or molybdenum or an alloy thereof is used.

一般に、清浄状態の金属表面においては大気中の酸素によるナノオーダーの酸化皮膜が金属表面を覆っており、この皮膜が電界電子放出現象に対して障壁となり、電界電子放出現象が得られない。   In general, on a clean metal surface, a nano-order oxide film by oxygen in the atmosphere covers the metal surface, and this film serves as a barrier against the field electron emission phenomenon, and the field electron emission phenomenon cannot be obtained.

この対策のため、一般には高温の還元性ガス雰囲気中で前記金属あるいは金属酸化物を還元処理し、可能な限り金属表面を露出するようにする。   For this measure, the metal or metal oxide is generally reduced in a high-temperature reducing gas atmosphere so that the metal surface is exposed as much as possible.

しかしながら、還元処理を行っても、大気中にあるいは低真空中においてですら、瞬時に前記金属表面に薄い酸化皮膜が生成してしまうことが知られている。   However, it is known that even if the reduction treatment is performed, a thin oxide film is instantaneously formed on the metal surface even in the air or in a low vacuum.

この対策として、還元処理したカソード材料を高真空中で高電圧を繰り返し印加し、薄い酸化皮膜を除去する長時間の工程が必要となり、これが撮像素子を初めとする冷陰極を利用した素子の製造コストの上昇の主要原因となっている。   As a countermeasure, it takes a long time to repeatedly apply a high voltage to the reduced cathode material in a high vacuum to remove the thin oxide film. This is the manufacturing of devices using cold cathodes including image sensors. This is a major cause of the cost increase.

また、本発明者の解析によれば、エミッタからの電子の放出は、先端部分の一番尖った部分からのみではなく、裾野の部分からも行われていることが分かった。   Further, according to the analysis of the present inventor, it has been found that the emission of electrons from the emitter is performed not only from the sharpest part of the tip part but also from the bottom part.

これらに着目し、本発明の実施形態では、図9(a)(b)に示すように、大気中においても表面に酸化皮膜を形成しない金による金属膜MFを電界放出型冷陰極カソード7のエミッタEの先端部分の表面に被覆したものを用いている。即ち、図9(a)では金属膜MFをエミッタEの全面に被覆し、図9(b)では金属膜MFをエミッタEの先端部分に被覆したものを用いている。これにより、電子の放出を可及的に先端部分から行うことが出来るようになった。   Focusing on these points, in the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 9A and 9B, a metal film MF made of gold, which does not form an oxide film on the surface even in the atmosphere, is formed on the field emission cold cathode cathode 7. The surface of the tip portion of the emitter E is used. That is, in FIG. 9A, the metal film MF is coated on the entire surface of the emitter E, and in FIG. 9B, the metal film MF is coated on the tip of the emitter E. As a result, electrons can be emitted from the tip as much as possible.

この金薄膜MFのエミッタEの表面への被覆は、メッキ法あるいは化学気相成長堆積膜成長法などにより行うことができる。電界電子放出するエミッタEの表面が金薄膜MFで覆われることから、酸化膜が形成されず、従って前記還元処理が不要となり、アセトンや純水等による化学洗浄等の簡易な表面処理のみにより電界電子放出現象を得ることができ、製造工程を大幅に短縮できるという利点が得られる。   The gold thin film MF can be coated on the surface of the emitter E by a plating method or a chemical vapor deposition film growth method. Since the surface of the emitter E that emits field electrons is covered with the gold thin film MF, an oxide film is not formed. Therefore, the reduction treatment is unnecessary, and the electric field is obtained only by a simple surface treatment such as chemical cleaning with acetone or pure water. The electron emission phenomenon can be obtained, and the manufacturing process can be greatly shortened.

なお、上述の各種の実施の形態や変形は、特に図1に示す実施形態と特に図8に示す実施形態のそれぞれに対して共に適用可能である。   The various embodiments and modifications described above can be applied to both the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG.

以上に述べたように、本発明の実施形態によれば、半導体を用いない撮像管と同程度の耐放射線性を持つ撮像素子を提供することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an imaging device having radiation resistance comparable to that of an imaging tube not using a semiconductor.

また、この撮像素子はゲート電極を含まないため、光−電気信号の変換効率が高く、かつ、構造が簡単で製造歩留まりを向上させることが出来る。   In addition, since this imaging device does not include a gate electrode, the conversion efficiency of the optical-electrical signal is high, the structure is simple, and the manufacturing yield can be improved.

また、電子を冷陰極エミッタから放出させるようにしたので、この電子が、ゲート電極に流れ込むことはなく、ほぼ全て光電変換膜に到達する。このため、これまで見えなかったゲート電極の陰の部分の映像信号を読み取ることができるようになった。   Further, since electrons are emitted from the cold cathode emitter, these electrons do not flow into the gate electrode but almost all reach the photoelectric conversion film. For this reason, it has become possible to read the video signal in the shaded area of the gate electrode that has not been seen so far.

1 基板
2 絶縁材
3 配線
4A 電圧切り換え装置
4B 電圧切り換え装置
7 冷陰極カソード
7A 基体
7B カソードチップ
8 光電変換膜
9 アノード
10 透光性の窓
20 撮像素子
21 遮光板
30 撮像素子
56 回転フィルター
56a 遮へい板
56b 透過性フィルター
56c 蛍光体
200 耐放射線カメラ
DE ドライバ電極
MF 金属膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Insulating material 3 Wiring 4A Voltage switching device 4B Voltage switching device 7 Cold cathode cathode 7A Base body 7B Cathode chip 8 Photoelectric conversion film 9 Anode 10 Translucent window 20 Image sensor 21 Light shielding plate 30 Image sensor 56 Rotation filter 56a Shielding Plate 56b Transmission filter 56c Phosphor 200 Radiation resistant camera DE Driver electrode MF Metal film

Claims (9)

透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内において、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記窓を介して受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、前記正孔を読み取るための電子を放出する、前記第1の方向と交わる第2の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードであって、前記各冷陰極カソードは長手方向に並んだ複数の錐体状のエミッタを有する、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記透明電極アノードのあるものと、前記冷陰極カソードのあるものと、の間に電圧を加え、これらの組み合せを順次変えることにより、映像信号の位置を特定する、電圧切り換え装置と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A vacuum vessel having a translucent window;
In the vacuum vessel, a plurality of transparent electrode anodes in the form of stripes provided inside the translucent window and running in a first direction;
In the vacuum vessel, provided inside the transparent electrode anode, and converts the light received through the window into holes, a photoelectric conversion film,
In the container, a plurality of stripe-shaped, which are provided at a predetermined distance from the photoelectric conversion film, emit electrons for reading the holes, and run in a second direction intersecting the first direction. A plurality of field emission type cold cathode cathodes, each cold cathode cathode having a plurality of cone-shaped emitters arranged in the longitudinal direction;
A voltage switching device that specifies a position of a video signal by applying a voltage between the transparent electrode anode and the cold cathode cathode, and sequentially changing a combination thereof;
An image pickup device comprising:
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内に設けられ、前記第1の方向と交わる第2の方向に走る、ストライプ状の、複数のドライバ電極と、
前記透明電極アノードと前記ドライバ電極とに挟まれ、受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、正孔を読み取るために電子を放出する、前記第1の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記電界放出型の冷陰極カソードと、ある1本の前記ドライバ電極と、の間に電圧を掛けた状態において、前記ある1本のドライバ電極との間に電圧を加える前記透明電極アノードを順次選択することにより、映像信号位置の特定を行う、電圧切り換え装置と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A vacuum vessel having a translucent window;
In the vacuum vessel, a plurality of transparent electrode anodes in the form of stripes provided inside the translucent window and running in a first direction;
A plurality of stripe-shaped driver electrodes provided in the vacuum vessel and running in a second direction intersecting the first direction;
A photoelectric conversion film that is sandwiched between the transparent electrode anode and the driver electrode and converts received light into holes,
A plurality of stripe-shaped field emission cold cathodes that run in the first direction and that emit electrons to read holes, are provided at a predetermined distance from the photoelectric conversion film in the container. A cathode,
The transparent electrode anode for applying a voltage between the one driver electrode in a state where a voltage is applied between the field emission type cold cathode cathode and the one driver electrode is sequentially selected. A voltage switching device that identifies the video signal position,
An image pickup device comprising:
前記光電変換膜を非晶質材料により構成し、前記冷陰極カソードを金属材料により構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion film is made of an amorphous material, and the cold cathode cathode is made of a metal material. 隣り合う一対の前記透明電極アノード間に遮光材を配置したことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 1, wherein a light shielding material is disposed between a pair of adjacent transparent electrode anodes. 前記冷陰極カソードとして、複数の錐体状のエミッタのそれぞれにおける先端部分の表面に金の薄膜を被覆したものを用いた、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の撮像素子。   5. The image pickup device according to claim 1, wherein the cold cathode cathode is one in which a surface of a tip portion of each of a plurality of cone-shaped emitters is coated with a gold thin film. . 請求項1乃至5の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に設けられ、放射線の遮へいと非遮へいとを切り換える開閉動作を行う遮へい板と、
同期信号に同期して前記遮へい板に前記開閉動作を行わせる、制御回路と、
前記遮へい板の開動作時における前記撮像素子の映像信号から、前記遮へい板の閉動作時における前記撮像素子の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズの低減した信号を得る回路と、
を有することを特徴とする耐放射線カメラ。
An imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A shielding plate that is provided in front of the translucent window in the imaging device and performs an opening / closing operation for switching between shielding and non-shielding of radiation;
A control circuit for causing the shielding plate to perform the opening / closing operation in synchronization with a synchronization signal;
A circuit for obtaining a signal with reduced image noise due to radiation by taking a difference between the image signal of the image sensor at the closing operation of the shielding plate from the image signal of the image sensor at the opening operation of the shielding plate;
A radiation-resistant camera comprising:
請求項1乃至5の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に配置される回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記遮へい板による遮へい動作時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
An imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window in the image sensor, the translucent filter for allowing light to reach the image sensor by rotation, and radiation reaching the image sensor A filter body that operates to alternately position a shielding plate that shields the front surface of the imaging element;
Control that operates so as to obtain, from the image sensor, a video signal based on light transmitted through the translucent filter and a video signal during a shielding operation by the shielding plate based on a rotation synchronization signal of the filter body. Circuit,
A radiation-resistant camera comprising:
請求項1乃至5の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
An imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window of the image sensor, and having a sensitivity to radiation, and a translucent filter that allows light to reach the image sensor by rotation. A filter body that operates to alternately position the phosphor portion having the phosphor on the front surface of the imaging device; and
A control circuit that operates to obtain an image signal based on the light transmitted through the translucent filter and an image signal from the phosphor from the image sensor based on the rotation synchronization signal of the filter body;
A radiation-resistant camera comprising:
請求項1乃至5の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、前記遮へい板による遮へい時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
An imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A rotatable filter body disposed in front of the translucent window of the image sensor, and having a sensitivity to radiation, and a translucent filter that allows light to reach the image sensor by rotation. A filter body that operates so that a phosphor part having a phosphor and a shielding plate that shields radiation from reaching the image sensor are alternately positioned on the front surface of the image sensor;
Based on the rotation synchronization signal of the filter body, an image signal based on the light transmitted through the translucent filter, an image signal by the phosphor, and an image signal at the time of shielding by the shielding plate are obtained from the imaging device. A control circuit that operates as
A radiation-resistant camera comprising:
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JP2017203699A (en) * 2016-05-11 2017-11-16 国立大学法人京都大学 Imaging plate and camera
CN114222038A (en) * 2021-11-22 2022-03-22 北京时代民芯科技有限公司 Light-weight radiation-resistant camera electronic system based on radiation-resistant chip

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013045516A (en) * 2011-08-22 2013-03-04 Toshiba Corp Radiation-resistant element and radiation-resistant camera
JP2017203699A (en) * 2016-05-11 2017-11-16 国立大学法人京都大学 Imaging plate and camera
CN114222038A (en) * 2021-11-22 2022-03-22 北京时代民芯科技有限公司 Light-weight radiation-resistant camera electronic system based on radiation-resistant chip
CN114222038B (en) * 2021-11-22 2023-09-01 北京时代民芯科技有限公司 Light-weight radiation-resistant camera electronic system based on radiation-resistant chip

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