JPH05130506A

JPH05130506A - 撮影装置及び該撮影装置に用いる撮像素子

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Publication number: JPH05130506A
Application number: JP3286162A
Authority: JP
Inventors: Koji Eto; 剛治江藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1993-05-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH07123294B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被写体からの電子流又はＸ線の強度に応じて電
気信号を発生する複数の画素を有する撮像素子を備え、
モニタリング後に連続画像を撮影する撮影装置におい
て、光量不足を解消しつつ撮像素子の劣化を防止し、高
速撮影を可能とする。【構成】被写体からの光線を電子流に変換すると共に、
該電子流を増強する光増強手段を備える。光増強手段か
ら入射する増強された電子流の強度に応じて電気信号を
発生するセンサ部を設けた複数の画素を有する撮像素子
とを備える。モニタリング中は、連続画像の複数枚に１
枚に対応する割合で上記電子流を撮像素子に入射させる
構成とする。撮像素子は、各画素内又は各画素近傍に複
数の電気信号蓄積部を備える。また、撮像素子は、セン
サ部に発生した電気信号を電気信号蓄積部に蓄積し、撮
影終了後に順次読み出す構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮影装置及び該撮影装
置に用いる撮像素子に関し、特に、フレーミングカメ
ラ、高速撮影装置、電子顕微鏡、Ｘ線撮影装置等の撮影
装置において、撮像素子の劣化を防止することを目的と
してなされたものである。

【０００２】特に、本発明は、フレーミングカメラ、高
速撮影装置等において上記撮像素子等の劣化を低減する
ことにより、光電子を検知する撮像素子を使用可能とし
て撮影速度の高速化に伴う光量不足の解消を図るもので
あって、爆発現象、放電現象等の撮影や、金属等の固
体、液体中を面的に伝わる弾性波の連続撮影による材料
の欠陥の研究や検査等に好適に適用されるものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より提供されている高速ビデオ撮影
装置としては、本発明の発明者が開発した２５６行×２
５６列の画素数で４,５００枚／秒(以下ppsと略称す
る)、６４行×６４列の画素数で４０,５００ppsの撮影
が可能なビデオ撮影装置等がある。(特願平２−１７９
２５１号参照)

【０００４】上記ビデオ撮影装置では、信号の読み出し
線を１６本とすると共に、読み出した信号を未処理のま
まシリアルにメモリー部に入力する構成としており、再
生時には、このメモリー部に記録された信号を画像構成
用コンピュータで処理して画像を再生する構成としてい
る。

【０００５】また、上記ビデオ撮影装置では、ゲーティ
ング速度の高速化に伴う単位時間当たりの入射光量の減
少に対応するため、図８に示すようなマイクロチャンネ
ルプレート型イメージインテシファイヤ(以下、ＭＣＰ
型ＩＩと略称する。)により撮像素子に入射する光を増
強する構成としている。

【０００６】上記ＭＣＰ型ＩＩは、真空管１の前部に取
り付けた入射ファイバーガラス２の後面に、光が入射す
ると電子を放出する陰極からなる光電面３を設け、この
光電面３の後方に所要の間隔をあけてマイクロチャンネ
ルプレート(以下、ＭＣＰ４と略称する)を配置し、この
ＭＣＰ４の後方に位置するファイバーガラス５の前面に
蛍光面６を設けている。更に、ファイバーガラス５の後
面には、ファイバーカップリング７を介して撮像素子８
を連結している。

【０００７】上記ＭＣＰ型ＩＩでは、図８中矢印で示す
ように入射ファイバーガラス２の前面より入射して光電
面３に当たった光は、その光量に応じた電子に変換さ
れ、この光電子がＭＣＰ４の多数の孔の中に入る。ＭＣ
Ｐ４内では、各光電子がアバランシュ現象を繰り返すこ
とにより多数の２次電子が放出され、電子の数が増大す
る。ＭＣＰ４から出た多数の電子は電界により加速され
た状態で、蛍光面６に衝突し、増強された光を発する。

【０００８】上記ＭＣＰ型ＩＩでは、ＭＣＰによる電子
数の増大、及び電界による電子の加速の効果により、入
射光の光量を数万倍程度まで増強することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た並列読出型撮像素子にＭＣＰ型ＩＩを備えたビデオ撮
影装置を用いても、計測不可能な程高速であって、か
つ、産業上、学術上重要な計測対象が数多く存在する。

【００１０】例えば、金属、岩石等の固体中や、液体中
を伝わる弾性波は、km／秒のオーダーで伝達する。例え
ば、水中の音の伝播速度は１.４km／秒であり、mm単位
に直すと、１,４００,０００mm／秒、即ち、１０⁶mm／
秒のオーダーとなる。このような弾性波の変形過程から
材料等の欠陥を面的に調べることができるが、そのため
には、少なくともmm単位の精度が必要である。

【００１１】よって、１０^-6秒以下の時間を隔てた少な
くとも２枚の連続画像が必要となる。このオーダーの速
さの現象としては、爆発現象があり、これも産業上重要
な現象計測対象である。

【００１２】しかしながら、上記したビデオ撮影装置で
は、下記に列挙する理由により１０⁵pps程度の撮影速度
が限界である。

【００１３】第１に信号の読み出しに時間がかかること
である。上記したビデオ撮影装置のように多数の信号線
で信号を並列的に読み出す方式の撮像素子の場合、信号
線を増加することにより信号の読み出しにかかる時間を
減少することは原理的には可能である。しかし、現在の
微細加工技術では１個の撮像素子について数１０本の読
み出し線を設けるのが限界である。また、撮像素子から
読み出した直後のアンプの数、Ａ／Ｄ変換器の数にして
も、数百〜数万個並べるのは現実には極めて困難であ
る。

【００１４】第２に光量不足の問題がある。即ち、一般
に撮影速度を高速化する程、単位時間当たりに入射する
光量が減り、これが制限となって撮影不可能となること
が多い。

【００１５】例えば、上記したＭＣＰ型ＩＩでは、ファ
イバーガラスの接合部分で光の拡散により光量を大きく
損失すると共に、解像力も低下する。また、上記撮影装
置では、出力窓として蛍光面を光らせて画像をみせる構
成としており、この蛍光面輝度はその飽和輝度以上とは
ならないので、ある程度以上高速化すると蛍光面から撮
像素子に入射する光量が不足する。また、高速撮影に
は、残光時間の短い蛍光体を使用する必要があるが、残
光時間の短い蛍光体の飽和輝度は低く、撮像素子に入射
する光量は益々不足する。このため、１０⁶ppsオーダー
以上の高速連続撮像は困難である。

【００１６】上記のような１０⁶ppsオーダー以上の高速
連続画像撮影の際に生じる光量不足を解消し得る装置と
しては、イメージコンバータカメラ及び並列ＭＣＰ型Ｉ
Ｉがあるが、これらにも以下のような問題がある。

【００１７】上記イメージコンバータカメラは、光電面
で電子流に変換された光画像を蛍光面に当てて画像とし
てみせる際に、蛍光面を複数の画面に分割しておき、電
子流を曲げるための電圧を急変させて画面上に連続画像
を写し出す方式を採用している。

【００１８】しかしながら、このイメージコンバータカ
メラでは、装置が大型化すると共に、電圧の微妙な変化
により画像に微妙なひずみを生じるので、２枚以上の画
像の差を計測する際の精度がかなり低下する。また、現
状のイメージコンバータカメラでは１０⁸pps以上の高速
撮影は不可能である。

【００１９】上記並列ＭＣＰ型イメージインテンシファ
イヤは、光画像をプリズム等で複数枚に分割しておき、
それぞれを複数のＭＣＰ型ＩＩに入射させておき、ＭＣ
Ｐ型ＩＩを順次ゲーティングすることにより複数の画像
を得る方式を採用している。

【００２０】しかし、このタイプの装置は、上記したよ
うに複数のＭＣＰ型ＩＩを並べるため、装置全体が大型
化すると共に、コストが高くなってしまう。

【００２１】更に、上記光量不足を解消しようとすると
必然的に発生する撮像素子の劣化の問題がある。例え
ば、上記ＭＣＰ型ＩＩの蛍光面を無くし、ＭＣＰにより
加速された電流を、フォトトランジスタの代わりに電極
からなる撮像面を備える撮像素子により直接検知する構
成が提案されている。この構成によれば、上記光量不足
の問題と蛍光面の残光特性による制限の双方を解決する
ことが可能となる。

【００２２】しかしながら、上記のようにＭＣＰ型ＩＩ
からの光電子を直接電極に入射させる構成とした場合、
高速かつ高密度の電子流によりＸ線等の種々の電磁波が
発生し、撮像素子が急速に劣化し、破壊されてしまう。
そのため、上記の構成は耐久性の点から、実用上は、ゲ
インが比較的低い場合に対してしか使用できなかった。
一方、極めて短い時間間隔内で高速撮影するには大きな
ゲインが必要である。

【００２３】高速撮影装置では、実際の撮影時間は通常
極めて短く１０^-3〜１０^-10秒程度であるが、撮影まで
のモニタリングの時間が長く、通常数１０分程度を要
し、数時間に及ぶこともある。そのため、モニタリング
時の上記電子流による電極の劣化によって、撮影中に撮
像素子が寿命を迎えることになる。

【００２４】上記のように従来の技術では、撮影速度の
高速化に伴う光量の不足と撮像素子の劣化の問題の両方
を解決することができず、１０⁶pps以上の撮影速度を実
現するには、大きな装置と多大な経費が必要であった。

【００２５】また、上記した電子流による劣化は、上記
のように光電子を直接電極に入射させる構成とした高速
撮影装置のみならず、電子顕微鏡、Ｘ線撮影装置、通常
のフォトトランジスタに蛍光面から光が入射するタイプ
の撮像素子を備える高速撮影装置等の他の電子撮影装置
でも問題となっている。

【００２６】例えば、電子顕微鏡において、試料を透過
した透過電子流は上記高速撮影装置における電子流より
も一層高速かつ高密度であるため、透過電子流が入射す
る蛍光面又は撮像素子の劣化は著しく、耐久性が非常に
大きな問題である。

【００２７】本発明は、上記のような従来の撮影装置に
おける撮像素子、蛍光面等の劣化の問題を解決するため
になされたものである。特に、本発明は、高速撮影では
避けることができない光量不足の問題を解決しつつ撮像
素子の劣化を防止し、１０⁶pps以上の高速撮影を高精度
で実現可能な撮影装置を低コストで提供することを目的
としてなされたものである。更に、本発明は、上記した
撮影装置のみならず、電子顕微鏡、Ｘ線撮影装置等の他
の撮影装置における撮像素子、蛍光面等の劣化を低減す
ることを目的としてなされたものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は、被写
体からの電子流又はＸ線の強度に応じて電気信号を発生
する複数の画素を有する撮像素子を備え、モニタリング
後に連続画像を撮影する撮影装置であって、モニタリン
グ中は、連続画像の複数枚に１枚に対応する割合で上記
電子流又はＸ線を撮像素子に入射させる構成としている
ことを特徴とする撮影装置を提供するものである。

【００２９】また、本発明は、入射する電子流又はＸ線
の強度に応じて電気信号を発生するセンサ部を設けた複
数の画素を備え、該センサ部に発生する信号を各画素内
又は各画素近傍に設けた複数の電気信号蓄積部に順次蓄
積する構成としている撮像素子を提供するものである。

【００３０】上記撮像素子は画素の前面に入射光に応じ
て増強された電子流を発生する光増強手段を備える構成
とすることが好ましい。

【００３１】具体的には、上記撮影装置は、フレーミン
グカメラであって、被写体からの光線を電子流に変換す
ると共に、該電子流を増強する光増強手段と、該光増強
手段から入射する増強された電子流の強度に応じて電気
信号を発生するセンサ部を設けた複数の画素を有する撮
像素子とを備え、モニタリング後に連続画像を撮影する
フレーミングカメラであって、モニタリング中は、連続
画像の複数枚に１枚に対応する割合で上記電子流を撮像
素子に入射させる構成としている。

【００３２】上記フレーミングカメラでは、上記した各
画素内又は各画素近傍に複数の電気信号蓄積部を備え、
上記センサ部に発生した電気信号を電気信号蓄積部に蓄
積し、撮影終了後に順次読み出す構成とした撮像素子を
用いることが好ましい。

【００３３】更に具体的には、上記撮像素子と光増強手
段を真空管内に配置し、該真空管に空気吸入手段と、空
気排出手段を設け上記撮像素子を交換可能とすることが
好ましい。

【００３４】あるいは、上記撮影装置は、真空としたケ
ーシング内部で電子銃の発射する電子流を電磁レンズ系
を介して被写体に投射する電子顕微鏡であって、上記ケ
ーシング内に被写体を透過した電子流が入射され該電子
流の強度に応じて電気信号を発生するセンサ部を設けた
複数の画素を有する撮像素子を備え、モニタリング中
は、連続画像の複数枚に１枚に対応する割合で上記電子
流を撮像素子に入射させる構成としている。

【００３５】上記電子顕微鏡では、各画素内又は各画素
近傍に複数の電気信号蓄積部を備え、上記センサ部に発
生した電気信号を電気信号蓄積部に蓄積し、撮影終了後
に順次読み出す撮像素子を用いることが好ましい。

【００３６】更に、上記ケーシングは空気吸入手段と空
気排出手段を備え、上記撮像素子又は蛍光面を交換可能
とすることが好ましい。

【００３７】上記モニタリング時に電子流又はＸ線を撮
像素子に入射させる時間的割合は、３０枚／秒以下、あ
るいは１枚／秒程度が好ましい。また、モニタリング時
には、必要なときに１回だけ電子流等を入射させ、静止
画像で撮影状態をモニタリングする構成としてもよい。

【００３８】上記撮影装置はＸ線撮影装置としてもよ
い。

【００３９】

【作用】本発明に係る撮影装置では、上記のような構成
としているため、モニタリング中は、モニタリングに必
要な画像を得ることができる程度に、間欠的に電子流又
はＸ線が撮像素子に入射する。そのため、モニタリング
が長時間に及ぶ場合にも、撮像素子が実際に電子流等に
さらされる時間を短縮することができる。

【００４０】一方、各画素内又は画素の近傍に複数の電
気信号蓄積部を設け、上記センサ部に発生した電気信号
を順次電気蓄積部に蓄積し、撮影終了後に読み出す構成
とした撮像素子により、読み出し速度の高速化が可能と
なる。

【００４１】また、上記撮像素子は画素の前面に入射光
に応じて増強された電子流を発生する光増強手段を配置
する構成とすれば、高速撮影に適した光量を確保するこ
とができる。

【００４２】従って、上記撮影装置をフレーミングカメ
ラ、電子顕微鏡、あるいは、Ｘ線撮影装置とした場合、
素子を劣化させることなく光量を増加させることがで
き、画素内又は画素の近傍に複数の電気信号蓄積部を設
けることにより読み出し速度の高速化を図ることができ
る。

【００４３】モニタリング時に電子流又はＸ線を撮像素
子に入射させる時間的割合を３０枚／秒以下に設定した
場合には、人間の肉眼で時分割できる速度以下の撮影速
度となるため、セッティング等において目視によるモニ
タリングする場合に、見た目には完全な動画像となる。
また、１枚／秒又は必要なときに１回だけ電子流を入射
させ静止画像でモニタリングする構成とすれば、より以
上に無駄な画面を省略することができる。

【００４４】更に、真空管やケーシングに空気吸入手段
と、空気排出手段を設けた場合には、撮像素子や電子顕
微鏡の蛍光面のの交換時には空気吸入手段から空気を導
入して撮像素子を交換し、その後、空気排出手段により
真空管等の内部を真空状態として再び撮影を行うことが
できる。

【００４５】

【実施例】次に、図面に示す実施例に基づき本考案につ
いて詳細に説明する。

【００４６】図１から図４に示す本発明の第１実施例
は、フレーミングカメラであって、後述するように高速
のシャタリング速度で、かつ短いシャタリング間隔で２
枚の連続画像を撮影する装置である。

【００４７】上記第１実施例に係るフレーミングカメラ
は、カメラ本体１１にレンズ１２により結像した光を電
気信号に変換する撮像ユニット１３を備え、この撮像ユ
ニット１３からのアナログ信号を、アンプ手段１５で増
幅すると共に、ＡＤコンバータ１６によりデジタル信号
に変換してメインメモリー１７に送る構成としている。
メインメモリー１７には、画像の再生、処理を行うと共
に、バッファメモリ１８を内蔵した処理装置１９を接続
し、この処理装置１９にモニターディスプレー２１を接
続している。

【００４８】更に、第１実施例では、信号制御部２２を
上記撮像ユニット１３、アンプ手段１５、ＡＤコンバー
タ１６、メインメモリー４７等に接続しており、後述す
るように、この信号制御部２２によりフレームカメラ全
体を制御する構成としている。

【００４９】上記撮像ユニット１３は、図２に詳細に示
すように、上記した通常のＭＣＰ型ＩＩから蛍光面を取
り除いてなる光増強手段２６に撮像素子２７を直接取付
けた構成としている。

【００５０】光増強手段２６は、真空管２９の前部に取
付けた入射ファイバーガラス３０の後面に、光が入射す
ると電気を放出する陰極からなる光電面３１を設け、こ
の光電面３１の後方に所要間隔をあけて１０μｍ程度の
微小径の多数の小孔を有するマイクロチャンネルプレー
ト(以下、ＭＣＰと略称する。)３２を配置している。こ
のＭＣＰ３２の後方には、上記撮像素子２７を接続して
いる。

【００５１】真空管２９にはねじからなる空気導入手段
２９ａと真空ポンプ (図示せず）と接続するバルブから
なる空気排出手段２９ｂを備えている。そのため、本実
施例では、空気導入手段２９ａより真空管２９内に空気
を導入して撮像素子２７を交換し、その後、空気排出手
段２９ｂにより真空管２９内を真空とすることができ
る。そのため、本実施例では撮像素子２７に劣化が生じ
た場合には、ＭＣＰ等を交換することなく撮像素子２７
のみを交換することができる。

【００５２】上記光増強装置２６では、図２中矢印で示
すように入射ファイバーガラス３０の前面より入射して
光電面３１に当たった光は、その光量に応じた電子に変
換され、ＭＣＰ３２の多数の小孔に入射する。ＭＣＰ３
２の小孔の中では、１個の光電子が孔の壁に衝突して多
数の２次電子を放出するアバランシュ現象を生じ、この
現象を繰り返して電子の数が増大する。

【００５３】また、光電面３１、ＭＣＰ３２は、信号制
御部２２に接続しており、この部分でゲーティングを行
う構成としている。

【００５４】上記のようにＭＣＰ３２より出た多数の光
電子は電界により加速された状態で図３及び図４に示す
撮像素子２７に入射する構成としている。第１実施例の
撮像素子２７は２５６行×２５６列の画素３５を備えた
ＭＯＳ型の撮像素子であって、各画素３５は、上記光増
強装置２６のＭＣＰ３２から入射する光電子を捕捉する
電極からなるセンサ部３６を備えている。また、上記画
素３５内の上記センサ部３６の一方側の側部には、第１
及び第２電気信号蓄積部３７,３８を設けている。

【００５５】これら第１及び第２電気信号蓄積部３７,
３８は、それぞれ第１及び第２電荷蓄積切換用ＭＯＳト
ランジスタ４１,４２を介してセンサ部３６に接続して
おり、第１及び第２蓄積切換用ＭＯＳトランジスタ４
１,４２の第１及び第２電荷蓄積用ゲート線４１a,４２a
を撮像素子２７内部に設けた電気信号発生装置(図示せ
ず。)に接続する構成としている。更に、各画素３５の
センサ部３６には、電荷を除去するためのドレン線４５
を接続しており、このドレン線４５をＭＯＳトランジス
タ(図示せず)で制御する構成としている。

【００５６】通常の撮像素子では、上記光増強装置２６
から入射する光電子に応じて各画素３５のセンサ部３６
に発生した電荷を順次走査して直接アンプ手段１５に送
るが、第１実施例の撮像素子２７では、上記のように各
画素３５内に第１及び第２電気信号蓄積部３７,３８を
設けることにより、センサ部３６の電荷を一旦第１及び
第２電気信号蓄積部３７,３８に順次蓄積し、撮影終了
の後に読み出してアンプ手段１５に送る構成としてい
る。

【００５７】即ち、１枚目の画像の撮影時には、電気信
号発生装置から全ての画素３５の第１電荷蓄積用ゲート
線４１aに電圧を加えて第１蓄積切換用ＭＯＳトランジ
スタ４１を一斉に開き、各画素３５のセンサ部３６から
の電気信号を電荷の形態で一度にそれぞれの第１電気信
号蓄積部３７に蓄積する。また、２枚目の画像の撮影時
にも同様に、第２電荷蓄積用ゲート線４２aに電圧を加
えて第２蓄積切換用ＭＯＳトランジスタ４２を開き、全
ての画素３５のセンサ部３６の電荷を一度にそれぞれの
第２電気信号蓄積部３８に蓄積する。

【００５８】上記第１及び第２電気信号蓄積部３７、３
８の読み出し線３７a,３８aは、それぞれ第１及び第２
水平読み出し用ＭＯＳトランジスタ４７,４８と第１及
び第２垂直読み出しＭＯＳトランジスタ４９,５０と接
続している。

【００５９】また、第１及び第２水平読み出し用ＭＯＳ
トランジスタ４７,４８にはそれぞれ第１及び第２水平
走査シフトレジスタ５２,５３を接続する一方、第１及
び第２垂直読み出し用ＭＯＳトランジスタ４９,５０に
はインターレス回路部５４を介して第１及び第２垂直走
査シフトレジスタ５５,５６を接続している。

【００６０】第１実施例では、上記のように第１及び第
２電気信号蓄積部３７,３８にそれぞれ蓄積した１枚目
及び２枚目の画像に対応する電荷を、撮影後上記したＭ
ＯＳトランジスタ４７,４８,４９,５０によりメインメ
モリー１７に順次読み出す構成としている。

【００６１】各画素３５の第１電気信号蓄積部３７に蓄
積した電荷を読み出す場合には、まず、第１行目の画素
３５全体について、第１水平読み出し用ＭＯＳトランジ
スタ４７のゲート線４７aに電圧をかけて、第１行目の
全画素の水平読み出し用ＭＯＳトランジスタ４７を開
き、更に、第１列目の第１垂直読み出し用ＭＯＳトラン
ジスタ４９のゲート線４９aに電圧をかけて第１垂直読
み出し用ＭＯＳトランジスタ４７を開き、よって、第１
行、第１列の画素３５の第１電気信号蓄積部３７に蓄積
された電荷を読み出す。以下、同様にして各画素３５の
第１電気信号蓄積部３７を順次走査する。更に、第２電
気信号蓄積部３８に蓄積された電荷も、上記第１電気信
号蓄積部３７の場合と同様に走査する。

【００６２】第１実施例の撮像ユニット１３では、上記
のようにＭＣＰ３２から光電子の流れを各画素３５の電
極からなるセンサ部３６により関知する構成としている
ため、蛍光面を使用した場合のように残光特性、蛍光面
飽和輝度等による制約を受けることがなく、十分に光を
増強することができる。

【００６３】また、第１実施例では、各画素３５のセン
サ部３６に発生した電荷を一度に電気信号蓄積部３７,
３８に蓄積する構成としているため、１０⁶〜１０¹⁰pps
の高速連続撮影が可能となる。信号制御部２２は、シャ
ッタリングして撮像素子２７を露光する時間(以下、シ
ャッタリング時間と称する。)及びシャッタリングとシ
ャッタリングを繰り返す時間間隔 (以下、シャッタリン
グ間隔と称する。）を設定すると共に、これらに基づき
上記光増強手段２６の光電面３１、ＭＣＰ３２に印加す
る電圧によりゲーテイングを行う構成としている。

【００６４】信号制御部２２は撮影時のシャッタリング
時間及びシャッタリング間隔を撮影する現象に応じて設
定することが可能であり、上記したように各画素３５の
電荷を一度に電気信号蓄積部３７,３８に蓄積する構成
としているため、１０⁶〜１０¹⁰pps以上の高速撮影をす
るように設定することができる。一方、モニタリング時
のシャッタリング時間及びシャッタリング間隔はモニタ
リングに必要な最低限の値に設定する構成としている。
即ち、モニタリング時には、撮影速度が画面に構成した
場合に人間が時分解不可能な３０ppsに設定するように
している。

【００６５】次に、上記第１実施例の作動的特徴につい
て説明する。尚、信号制御部２２は、モニタリング時
は、２枚の連続画像のシャッタリング時間及び間隔を１
０^-6〜１０^-10秒、ＭＣＰ３２のゲーティング時間(ゲー
トがオープンしている時間)を１０^-6〜１０^-8秒として
撮影速度(１秒間の撮影回数)を３０ppsに設定する。ま
た、撮影時にはシャッタリング時間及び間隔を１０^-6〜
１０^-10秒、ＭＣＰ３２のゲーティング時間を１０^-6〜
１０^-8秒として、撮影速度を１０⁶〜１０¹⁰ppsに設定す
る。

【００６６】以下、モニタリング時の撮影速度が３０pp
s、ＭＣＰ３２のゲーティング時間が１０^-6秒、シャッ
タリング時間が１０^-7秒に設定しているものとする。

【００６７】まず、撮影開始前にセッティング等のため
にモニタリングを開始する。この間１／３０秒ごとに１
０^-6秒間ＭＣＰ３２のゲートが開き、その間に１０^-7秒
の時間間隔で２枚の連続画像が撮影され、そのうちの各
１枚が１／３０秒ごとにメインメモリー１７にデジタル
信号で送られ、操作者はモニターディスプレー２１の画
面で画像を確認しながらセッティングすることができ
る。

【００６８】１枚目及び２枚目の画像は、１０^-7秒間隔
でそれぞれ上記したように第１及び第２電荷蓄積部３
７、３８内に電荷として記憶される。このうち第１及電
気信号蓄積部３７に蓄積した画像は、上記したように第
１水平読み出し用ＭＯＳトランジスタ４７第１垂直読み
出し用ＭＯＳトランジスタ４９により走査して読み出さ
れ、メインメモリー１７に送られる。

【００６９】第１実施例では、上記のように、モニタリ
ング時も光増強装置のＭＣＰ３２でゲーティングを行
い、ゲーティング時以外には、光電子が撮像素子２７に
流入しない構成としているため、電極からなるセンサ部
３６が電子流にさらされる時間を大きく低減することが
できる。

【００７０】例えば、モニタリングに１時間かったとす
ると、モニタリング時を通じてのゲーティング時間の
和、即ち、センサ部３６が光電子の流れに曝露される時
間は、３０(pps)×１０^-6(秒)×３６００(秒)＝０.１
(秒)程度である。また、連続画像の撮影によりセンサ部
３６が光電子に曝露された時間は１０^-2×２(秒)であ
る。

【００７１】従って、上記の条件では、１時間にわたる
モニタリングにもかかわらずセンサ部３６は０．１秒程
度しか、光電子の流れにさらされないことになる。その
ため、センサ部３６の電子流の衝突時に発生するＸ線等
の影響による劣化を殆んど問題とならない程度に低減す
ることができる。一方、モニタリング者の眼には、モニ
タリング画像は完全な動画像として見えるので、上記の
ように間欠的にモニタリングすることによってモニタリ
ング上問題が生じることはない。

【００７２】第１実施例では、ＭＣＰ３２に直接電極か
らなるセンサ部３６を備えた撮像素子２７を取付けて十
分な光量を確保すると共に、センサ部３６に電子が直接
入射する時間を低減して、その劣化を防ぐ構成としてい
る。即ち、上記した第１実施例のフレームカメラでは、
十分な感度を確保しつつ素子の劣化を低減している。更
に、第１実施例のフレームカメラでは、上記のように画
素３５内に第１及び第２電気信号蓄積部３７、３８を設
けることにより、連続撮影の速度の高速化を達成してい
る。

【００７３】次に、図５に示す本発明の第２実施例に係
る透過型電子顕微鏡について説明する。第２実施例の透
過型電子顕微鏡は、真空状態としたケーシング５９内に
おいて、電子銃６０からの電流を収束させて試料６１に
照射するコンデンサ・レンズ６２、試料６１を透過した
電子流を拡大して投影する対物レンズ６３及び投射レン
ズ６４を順次配置し、投射部６５に投射する構成として
いる。

【００７４】投射部６５には、各画素のセンサ部を電極
より構成すると共に、画素内に複数の電気信号蓄積部を
設けた撮像素子２７を配置し、第１実施例と同様の構成
により高速撮影することができるようにしている。ま
た、投射部３５には、モニタリング用の蛍光面６６を上
記撮像素子２７と並列して配置している。

【００７５】第２実施例では、上記投射レンズ６４は、
電子流の方向を偏向することができる構成としておりモ
ニタリング中は、比較的電流に対する耐久性の高い十分
な厚さを有する蛍光面６６に透過電子を照射し、撮影時
及び撮影条件のモニタリングに必要最小限の時間の間に
のみ撮像素子２７に透過電子の流れを照射するようにし
ている。そのため、第２実施例では、撮像素子２７が透
過電子にさらされるのは撮影条件のモニタリングに必要
な最小限の時間及び撮影時の極めて短い間のみであっ
て、撮像素子２７の電流による劣化を低減することがで
きる。

【００７６】第２実施例の電子顕微鏡では、上記第１実
施例と同様に、ケーシング５９にねじからなる空気導入
手段５９ａと真空ポンプ手段６７を接続するバルブから
なる空気排出手段５９ｂを備えている。そのため、撮像
素子２７、蛍光面６６が劣化した場合には、空気導入手
段５９ａからケーシング５９内に空気を導入して撮像素
子２７等を交換し、その後、ポンプ手段６７を作動して
空気排出手段５９ｂを介してケーシング５９内の空気を
排出することができる。

【００７７】尚、第２実施例において、上記撮像素子２
７の代わりに撮影用蛍光面を設ける構成としてもよい。
この場合、撮影用蛍光面は、透過電子にさらされる時間
が短いため高解像度、高感度であるが耐久性の低い薄手
の蛍光面を使用することができる。

【００７８】また、投射部６５に配置した撮像素子２７
及び蛍光面６６を取換可能な構成としており、長時間の
使用の結果、電子流の照射で撮像素子２７等が劣化した
場合には、これらを取換えることができる構成としても
よい。

【００７９】尚、本発明は、上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。本発明では図６
及び図７に示すような構造の画素を備える撮像素子を使
用してもよい。

【００８０】図６に示す撮像素子の画素３５'は、シフ
ト部６８を備え、このシフト部６８のゲート線６８aに
電力信号を入して、第１及び第２電荷蓄積用ＭＯＳトラ
ンジスタ４１,４２を順次開閉する構成としている。

【００８１】一方、図７に示す画素３５''は、トリガー
となる入射光や入射電流を関知してアバランシュ効果に
より多数の電子を発生するトリガー部７０とシフト部６
８を第１及び第２電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタ４１,
４２に接続している。この画素３５''を備える撮像素子
では、画素内部に設けたトリガー部７０からの電気信号
によりＭＯＳトランジスタ４１、４２を切換える構成と
しているため、一層の高速化を図ることができる。

【００８２】即ち、第１実施例及び第２実施例に示した
撮像素子３５のよう電荷蓄積用にＭＯＳトランジスタを
切換える電気信号発生部を画素３５の外部に設けると、
この電気信号発生部からの信号は撮像素子のチップ長、
もしくはパッケージ長である数mm〜数cmの距離を進むた
め、時間遅れが生じる。これに対して、図７に示す画素
３５''では、この時間遅れを大幅に低減し、１０^-10秒
オーダー以下の高速撮影が可能となる。そのため、この
画素３５''は、核融合反応等を撮影する高速撮影装置に
適している。

【００８３】上記のように電気信号蓄積部を画素内に備
える撮像素子では、電気信号蓄積部の数は２個に限定さ
れるものではなく、また、センサ部の下側にも電気信号
蓄積部を設けてもよい。また、電気信号蓄積部は必ずし
も画素内に設ける必要はなく、画素の近傍に設ける構成
としてもよい。

【００８４】また、各画素内部にＣＣＤを配置し、この
ＣＣＤの領域を分割しておいて、そこに逐次電荷を蓄積
する構成の撮像素子を用いてもよい。更に、各画素にセ
ンサ部と接続する一つの電気信号蓄積部を設けると共
に、隣接する複数の画素を新たに一つの画素（ユニッ
ト）とみなし、撮影する連続画像毎にユニットを構成す
る各画素のセンサ部に発生する電気信号を蓄積し、これ
ら複数の画素の中心点における光線等の強度を表すもの
とする構成としてもよい。例えば、縦横に隣接する４個
の画素を一つのユニットとし、４枚の連続画像毎に各画
素のセンサ部に発生する信号をその画素の電気信号蓄積
部に蓄積すれば、各画素に蓄積された電気信号はそれぞ
れユニットの中心点での光線等の強度を表すものとみな
すことができる。

【００８５】上記撮像素子において、電気信号蓄積部は
電荷を蓄積する構造に限定されるものではなく、電気信
号を磁気や結晶構造の変化として記憶するものとしても
よい。

【００８６】光増強装置は、上記の構成のものに限定さ
れず、インバーター型のものを使用してもよい。また、
撮像素子の表面に１層又は２層以上のアバランシュ層を
設け光電子を増強する構成としてもよい。

【００８７】上記第１実施例では、モニタリング時には
撮影速度を３０ppsに設定していたが、１秒に１枚の画
像のみを撮影するように設定してもよいし、静止画像で
モニタリングを行う構成としてもよい。更に、モニタリ
ング時には、必要な時に１回だけ撮像素子に電子流を入
射させ静止画像で撮影状態をモニタリングする構成とし
てもよい。

【００８８】また、モニタリング中に連続画像をモニタ
したい場合には、撮影時に高速で撮影された画像を３０
ｐｐｓあるいはそれ以下の静止画像で見せこれを繰り返
す構成としてもよい。この場合、モニタリング中の撮影
画像の和を連続にモニタリングする場合の複数毎に一枚
の割合とすれば撮像素子が入射電流にされされる時間を
一層低減することができる。

【００８９】上記第２実施例の電子顕微鏡では、投射レ
ンズにより電子流を屈曲させる構成していたが、別途、
加電圧板を電子流の両側位置に設け、これにより電流を
屈曲させる構成としてもよい。また、電子流を偏向する
代わりに電子流の発生電源をパルス電源装置として、モ
ニタリングに必要な瞬間にのみ電子流を発生する構成と
してもよい。

【００９０】例えば、第２実施例において、上記モニタ
リング中の所定の時間間隔で瞬間的に電子流を撮像素子
２７に照射して、撮影時のフレームレートにおける数１
０〜数１００枚に１枚に相当する画像をモニタリング用
ディスプレーで確認する構成としてもよい。

【００９１】更に、本発明は、上記実施例のようなフレ
ーミングカメラや透過型電子顕微鏡のみではく、Ｘ線撮
影装置等の他の電子光学装置に適用することができる。
例えば、Ｘ線撮影装置に適用する場合には、上記第２実
施例の電子顕微鏡と同様に、撮像素子又は撮影用の蛍光
面の他にモニタリング用の蛍光面を設け、撮影時のみ上
記撮像素子等にＸ線が照射され、モニタリング時に上記
モニタリング用蛍光面にＸ線を照射する構成とする。或
いは、上記第１実施例のフレーミングカメラと同様に、
モニタリング時には、撮影時の数１０〜数１０００枚に
１枚の画像に対応する間隔で撮像素子に照射する構成と
してもよい。更に、Ｘ線をイメージインテンシフアイヤ
を介して撮像素子等に照射する構成としてもよい。

【００９２】上記のようなＸ線撮影装置によれば、高速
撮影に伴うＸ線の線量不足の問題を解決しつつ撮像素子
の劣化を防止することができる。

【００９３】また、画素内に複数の電気信号蓄積部をも
つフレーミングカメラでは、連続撮影枚数に制限がある
ので、もう少し遅くともより多くの連続画像が必要なと
きには、並列読み出し型の高速撮像素子を使用してもよ
い。

【００９４】更に、電子顕微鏡では、通常の３０ppsの
撮像素子を用いて、撮影条件をモニタリングする必要が
ある場合に１回のみ電子流が撮像素子に入射し、その画
像を静止画像としてみせる構成としもよい。

【００９５】また、上記フレーミングカメラにおいて、
多少撮影速度が制限されても、撮影可能な連続画像の枚
数を増加させたい場合には、並列信号読み出方式の撮像
素子を使用してもよい。

【００９６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る撮影装置では、撮影時には高い撮影速度に対応す
るようにゲーテイングを行い撮像素子に電子流又はＸ線
を照射するの対して、モニタリング中は上記撮影時の撮
影速度での連続する画像中の複数枚に１枚の割合で上記
電子流等を撮像素子に入射させる構成としているため、
モニタリングの時間が長時間に渡る場合にも、実際に撮
像素子が電子流等にさらされる時間を低減することがで
きる。そのため、本発明によれば、電子流等による撮像
素子の劣化を低減することができる。

【００９７】また、本発明によれば、上記のように電子
流による撮像素子の劣化を低減することができるため、
フレーミングカメラに適用する場合には、被写体からの
光を電子に変換した後に、この電子流を増強して撮像素
子に入射させる構成とすることが可能であり、光量を従
来のフレーミングカメラと比較して大幅に増強すること
ができる。

【００９８】上記フレーミングカメラでは、撮像素子の
画素内又は近傍に複数の電気信号蓄積部を設け、撮影時
には上記センサ部に発生する電荷をこの電気信号蓄積部
に蓄積し、撮影終了後に読み出す構成とした場合には、
読み出し速度を大幅に向上することが可能である。従っ
て、本発明のフレーミングカメラによれば、撮像素子の
劣化を低減しつつ十分な光量を得られ、かつ、十分な読
み出し速度を達成することができ、１０⁶枚／秒以上の
高速撮影を実現することができる。

【００９９】本発明を電子顕微鏡、Ｘ線撮影装置等の他
の撮影装置に適用した場合にも、上記フレーミングカメ
ラの場合と同様に、透過電流又はＸ線による撮像素子の
劣化を低減しつつ透過電流又はＸ線の強度を十分確保す
ることができ、高速撮影を実現することができる。

【０１００】更に、本発明において、真空管やケーシン
グに空気導入手段及び空気排出手段を設けた場合には、
撮像素子等が劣化した場合には、一旦真空管内部等に空
気を導入して撮像素子等を交換することができる等の種
々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るフレーミングカメ
ラを示す概略図である。

【図２】第１実施例の光増強装置及び撮像素子を示す
概略図である。

【図３】第１実施例の撮像素子の配線を示す概略図で
ある。

【図４】画素内の配線を示す概略図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る電子顕微鏡を示す
概略図である。

【図６】画素の変形例を示す概略図である。

【図７】画素の変形例を示す概略図である。

【図８】従来の光増強装置及び撮像素子を示す概略図
である。

【符号の説明】

２６光増強手段２７撮像素子３５,３５',３５'' 画素３６センサ部３７,３８電気信号蓄積部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの電子流又はＸ線の強度に応
じて電気信号を発生する複数の画素を有する撮像素子を
備え、モニタリング後に連続画像を撮影する撮影装置で
あって、モニタリング中は、連続画像の複数枚に１枚に対応する
割合で上記電子流又はＸ線を撮像素子に入射させる構成
としていることを特徴とする撮影装置。
【請求項２】被写体からの光線を電子流に変換すると
共に、該電子流を増強する光増強手段と、該光増強手段
から入射する増強された電子流の強度に応じて電気信号
を発生するセンサ部を設けた複数の画素を有する撮像素
子とを備え、モニタリング後に連続画像を撮影するフレ
ーミングカメラであって、モニタリング中は、連続画像の複数枚に１枚に対応する
割合で上記電子流を撮像素子に入射させる構成としてい
ることを特徴とするフレーミングカメラ。
【請求項３】上記撮像素子は、各画素内又は各画素近
傍に複数の電気信号蓄積部を備え、上記センサ部に発生
した電気信号を順次電気信号蓄積部に蓄積する構成とし
ていることを特徴とする請求項２に記載のフレーミング
カメラ。
【請求項４】上記撮像素子と光増強手段を真空管内に
配置し、該真空管に空気吸入手段と、空気排出手段を設
け上記撮像素子を交換可能としていることを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載のフレーミングカメラ。
【請求項５】真空としたケーシング内部で電子銃の発
射する電子流を電磁レンズ系を介して被写体に投射する
電子顕微鏡であって、上記ケーシング内に被写体を透過した電子流が入射され
該電子流の強度に応じて電気信号を発生するセンサ部を
設けた複数の画素を有する撮像素子を備え、モニタリン
グ中は、撮影時の連続画像の複数枚に１枚に対応する割
合で上記電子流を撮像素子に入射させる構成としている
ことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】上記撮像素子は、各画素内又は各画素近
傍に複数の電気信号蓄積部を備え、上記センサ部に発生
した電気信号を順次電気信号蓄積部に蓄積する構成とし
ていることを特徴とする請求項５に記載の電子顕微鏡。
【請求項７】上記ケーシングは空気吸入手段と空気排
出手段を備え、上記撮像素子を交換可能としていること
を特徴とする請求項６に記載の電子顕微鏡。
【請求項８】入射する電子流又はＸ線の強度に応じて
電気信号を発生するセンサ部を設けた複数の画素を備
え、該センサ部に発生する信号を各画素内又は各画素近
傍に設けた複数の電気信号蓄積部に順次蓄積する構成と
している撮像素子。
【請求項９】上記撮像素子は画素の前面に入射光に応
じて増強された電子流を発生する光増強手段を備えるこ
とを特徴とする請求項８に記載の撮像素子。