JPH0738794A

JPH0738794A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0738794A
Application number: JP5179165A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ooka; 正治大岡; Tetsuo Yoshida; 哲男吉田; Junichi Yamazaki; 順一山崎; Hirotaka Maruyama; 裕孝丸山; Setsu Kubota; 節久保田
Original assignee: Hitachi Denshi KK; Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Hitachi Denshi KK; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】光導電型撮像管を間欠走査方式で使用した場合
での画像領域外に生じてしまう不要電荷の蓄積が無く、
超高感度光導電型撮像管などに適用して充分に高感度化
が図れるようにした撮像装置を提供すること。【構成】光導電型撮像管をオーバースキャンさせ、間欠
走査させるための垂直ブランキング信号３Ａにおいて、
読出停止期間中でも、オーバースキャン期間Ａ₁、Ａ₂で
は電子ビームを射出させ、光導電型ターゲットの画像領
域外の部分からの電荷を取出すようにしたもの。【効果】光導電膜の電子ビーム走査側における画像領域
の電位に対する画像領域外の電位を低く保つことがで
き、このため、さざなみ現象や高速反転現象などの異常
現象や、暗電流シェーディング、図形歪、戻りビームに
よる電極反射像などの偽信号等が生じ難く、高感度特性
を安定した良好な画質のもとで容易に実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像管を用いた撮像装
置に係り、特に低輝度の被写体の撮像に際しても充分に
良好な画質が得られる高感度の撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置では、固体撮像装置や撮像管が
必要であるが、これらの絶えざる命題の１に高感度化が
ある。そして、撮像管の感度を増加させる方法について
は、例えば「イメージセンサの基礎と応用」(木内雄二
著、日刊工業新聞社、１９９１年)などによれば、ＩＩ
(イメージインテンシファイヤ)と呼ばれる光増強管を用
い、これを光ファイバープレート又はリレーレンズによ
りＣＣＤと結合したものや、ＩＩの内部に２次電子増倍
を行うＭＣＰ(マイクロチャンネルプレート)を組込んで
更に感度を高めたもの、或いは非晶質Ｓｅ光導電膜の中
での雪崩増倍を利用した超高感度光導電型撮像管などが
紹介されている。

【０００３】そして、例えば特開昭６３−３０４５５１
号公報によれば、この超高感度光導電型撮像管において
は、膜厚が２μｍの非晶質Ｓｅ光導電膜ターゲットを用
い、これに約２４０Ｖの電圧を印加した場合には、量子
効率１０以上の高い感度が得られ、このとき、光導電膜
に印加する電圧を変えることにより、光導電膜による増
倍率を変えることができた旨、説明されている。

【０００４】図２は、このような超高感度光導電型撮像
管も含めて、光導電型の撮像管の一般的な構成例を示し
たもので、この撮像管１はダイオード型(二極管型)電子
銃を備えた電界集束電界偏向型のものであり、図示のよ
うに、フェースプレート９により真空封止されたガラス
管２の中にカソード電極３と、第１グリッド電極４、垂
直偏向電極５、それに水平偏向電極６を封入し、フェー
スプレート９の内面に光導電膜(光導電ターゲット)８を
形成したものである。なお、周知のように、フェースプ
レート９と光導電膜８の間には透明導電体からなる信号
電極があるが、図では省略してある。

【０００５】そして、カソード電極３から発生された電
子ビームＥＢは、垂直偏向電極５と水平偏向電極６によ
り偏向され、図示してない静電集束電極により与えられ
ている集束電界により集束され、フェースプレート９の
内面に設けてある光導電膜８の内面を走査して画像信号
を読出すのである。

【０００６】そして、このとき、カソード電極３からの
電子ビームＥＢの射出と遮断は、周知のように、カソー
ド電極３と第１グリッド電極４との間での電位により制
御され、カソード電極３の電位が第１グリッド電極４の
電位よりも低いときだけ電子ビームＥＢが射出されるよ
うになっている。なお、このための信号をブランキング
信号というが、これは、周知のように、垂直ブランキン
グ信号と水平ブランキング信号とからなり、これらが重
複してブランキング信号となっている。

【０００７】このとき、このような撮像管１では、電子
ビームＥＢによる光導電膜８の走査範囲、つまり画像範
囲は、図３に示すように、光導電膜８の全面ではなく
て、その周辺部を除いた領域８ａに限られるのが通例で
あり、このため、その周辺に、電子ビームにより走査さ
れない領域８ｂが存在する。従って、領域８ａが画像領
域となり、領域８ｂが画像領域外となる。

【０００８】そこで、この結果、このような撮像管１で
は、撮像動作中、これらの領域、つまり画像領域８ａと
画像領域外８ｂの間に電位差が生じてしまう。

【０００９】これは、画像領域８ａでは、その表面の電
位がカソード電位に平衡するのに対して、画像領域外８
ｂでは、その表面の電位は、暗電流や漏れ光等により発
生した電荷の影響で上昇し続け、最終的には光導電膜に
印加されている電圧に平衡してしまうからである。

【００１０】ところで、上記した超高感度光導電型撮像
管でも、図３に示したように、画像領域８ａと画像領域
外８ｂがある。一方、既に説明したように、この超高感
度光導電型撮像管では、その光導電膜に印加すべき電圧
が、従来のビジコンなどと呼ばれている一般的な光導電
型撮像管に比して大幅に高くなっている。

【００１１】そこで、この結果、この超高感度光導電型
撮像管では、これら画像領域８ａと画像領域外８ｂ間で
の電位差がかなり大きくなってしまい、画像領域８ａの
周辺部では、さざなみ現象や高速反転現象などの異常現
象が、また走査領域内では暗電流シェーディング、図形
歪、戻りビームによる電極反射像などの偽信号が生じて
しまう。

【００１２】そこで、これらの異常現象や偽信号を抑制
する方法としては、従来から、透明信号電極の形状を走
査領域とほぼ同形状にまで狭める方法や、電子ビームの
走査側表面層の荒さを大きくして２次電子放出が起こり
づらくする方法などが提案されているが、さらに特公平
１−２３０３６号公報では、通常は走査しない非走査領
域も含めて走査する、いわゆるオーバースキャンによる
方法について提案している。

【００１３】次に、撮像装置の高感度化については、従
来から間欠走査や低速走査(スロースキャン)などの方法
が知られている。周知のように、光導電型ターゲットを
備えた蓄積型の撮像管では、所定の周期毎に画像信号の
読取りが行なわれ、従って、この所定の周期が画像信号
の蓄積時間となり、この蓄積時間に応じて感度が増加す
る。そこで、撮像感度を上げるためには、この蓄積時間
を長くしてやれば良い。

【００１４】しかしながら、テレビカメラなどの撮像装
置では、通常、６０フィールド毎秒(毎秒６０コマ)で画
像を撮影するようになっており、従って、１フィールド
の画像に対する撮像管での電荷蓄積時間は、最大でも１
／６０秒にしかならない。

【００１５】そこで、この電荷蓄積時間を増加させて感
度を上げる方法として、上記したように、間欠走査や低
速走査などの方法が知られているのであり、例えば、兼
六館出版発行「放送技術２月号１９８１」(１３２ぺ
ージ〜１３７ページ)では、撮像管を間欠動作させたも
のについて開示しており、また、「テレビジョン学会誌
Ｖol.４４Ｎo.２１９９０」(１４７ページ〜１５１ペ
ージ)では、天文台等で用いられている冷却ＣＣＤ撮像
装置に適用した例について開示している。

【００１６】この間欠走査方式とは、例えば、図４に示
すような制御信号を用いて走査を行なうもので、図にお
いて、３Ｂ、３Ｃはカソード電極３に印加される垂直ブ
ランキング信号の波形で、５Ｂは垂直偏向電極５に供給
される垂直偏向信号の波形である。なお、水平ブランキ
ング信号と水平偏向信号については、省略してある。

【００１７】そして、通常の走査方式では、この図４の
垂直ブランキング信号３Ｂを用い、各フィールド期間
(垂直走査期間)毎にブランキング期間を除いて電子ビー
ムを射出し、各フィールド期間毎に順次、ターゲットか
ら画像信号を読出すようにしているのに対して、間欠走
査方式では、図４の垂直ブランキング信号３Ｃを用い、
或る１フィールド期間(信号読出期間)で電子ビームを射
出し、画像信号を読出したら、それに続く複数フィール
ド期間、例えば数フィールドから数１０フィールドにわ
たる任意のフィールド期間(読出停止期間)の間は電子ビ
ームを遮断し、その後の或る１フィールド期間(次の信
号読出期間)でまた電子ビームを射出し、画像信号を読
出し、これを順次繰り返す方式である。

【００１８】そして、この間欠走査方式によれば、通常
なら暗くて撮影できない低照度の条件に於いても明るい
画像が得られ、信号と雑音の比も高く取れること、また
カメラと被写体の相対的な動きが少ない場合には、高い
解像度が維持できるなどの利点が確かめられており、従
って、例えば顕微鏡下でのガン細胞の分裂の様子や、天
体望遠鏡による星雲の観察など、極端に暗い被写体に対
しても、良好な画像が得られている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光導
電型撮像管をオーバースキャンした上で間欠走査方式で
使用した場合の問題点について充分な配慮がされておら
ず、間欠期間中に暗電流や漏れ光等の影響によって画像
領域外に生じてしまう不要電荷の蓄積が避けられず、上
記した異常現象や偽信号を充分に抑制することが困難で
あるという問題があった。特に、より高い感度を得るた
めに超高感度光導電型撮像管を用いた上で、更にこの撮
像管を間欠走査方式で使用した場合には、上記の問題
は、より一層深刻になる。

【００２０】本発明の目的は、光導電型撮像管をオーバ
ースキャンした上で間欠走査方式で使用した場合での画
像領域外に生じてしまう不要電荷の蓄積が無く、超高感
度光導電型撮像管などに適用して充分に高感度化が図れ
るようにした撮像装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、オーバース
キャンをした上で、１フィールドの信号読出期間に続く
少なくとも２フィールドの読出停止期間を設けた間欠走
査方式において、読出停止期間の内の少なくとも１フィ
ールド期間毎に光導電型ターゲットの画像領域外の部分
だけから、ここに蓄積された電荷の読出を行なわせる制
御手段を設けることにより達成される。

【００２２】

【作用】上記制御手段は、間欠走査における読出停止期
間でも、撮像管の光導電膜の画像領域外、つまりオーバ
ースキャン領域からの電荷の読出しだけは継続されるよ
うに働く。従って、常に光導電膜の電子ビーム走査側に
おける画像領域の内側に対して外側の電位を低くでき、
このため、さざなみ現象や高速反転現象などの異常現象
や、暗電流シェーディング、図形歪、戻りビームによる
電極反射像などの偽信号等が生じ難く、高感度特性を安
定した良好な画質のもとで容易に実現できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明による撮像装置について、図示
の実施例により詳細に説明する。まず、本発明の一実施
例においては、上記した超高感度光導電型撮像管を使用
している。なお、その構成は、図２で説明した通りであ
る。

【００２４】図１は、本発明の一実施例におけるブラン
キング信号と偏向信号の波形を示したもので、図におい
て、３Ａはカソード電極３に印加される垂直ブランキン
グ信号、５Ａは垂直偏向電極５に印加される垂直偏向信
号、３Ａ'はカソード電極３に印加される水平ブランキ
ング信号、そして６Ａは水平偏向電極６に印加される水
平偏向信号である。なお、この結果、実際には、垂直ブ
ランキング信号３Ａと水平ブランキング信号３Ａ'と
は、重複してカソード電極３に印加されることは、既に
説明した通りである。

【００２５】垂直ブランキング信号３Ａは、１フィール
ド期間において、図３の垂直走査軸イ−ロに沿った画像
領域８ａに対応した期間Ａに加えて、その前後の画像領
域外８ｂに対応した期間Ａ₁、Ａ₂の電子ビーム射出期間
を有している。そして、更にこの垂直ブランキング信号
３Ａは、図示のように、信号読出期間では、画像領域８
ａに対応した期間Ａと、その前後の期間Ａ₁、Ａ₂が全て
電子ビーム射出期間になっているのに対して、読出停止
期間では、画像領域８ａに対応した期間Ａが電子ビーム
遮断期間になるのは当然のことであるが、図示のよう
に、画像領域外８ｂに対応した期間Ａ₁、Ａ₂だけは電子
ビーム射出期間になるような波形にしてある。

【００２６】同様に、水平ブランキング信号３Ａ'は、
各フィールド期間内の各１水平期間(ライン走査期間)に
おいて、図３の水平走査軸ハ−ニに沿った画像領域８ａ
に対応した期間Ｂに加えて、その前後の画像領域外８ｂ
に対応した期間Ｂ₁、Ｂ₂の電子ビーム射出期間を有して
いる。そして、さらにまた、この水平ブランキング信号
３Ａ'でも、同じく図示のように、信号読出期間では、
画像領域８ａに対応した期間Ｂと、その前後の期間
Ｂ₁、Ｂ₂が全て電子ビーム射出期間になっているのに対
して、読出停止期間では、画像領域８ａに対応した期間
Ｂが電子ビーム遮断期間になるのは当然のことである
が、図示のように、画像領域外８ｂに対応した期間
Ｂ₁、Ｂ₂だけは電子ビーム射出期間になるような波形に
してある。

【００２７】次に、垂直偏向信号５Ａは、図３の垂直走
査軸イ−ロに沿った画像領域８ａに対応した偏向波形期
間Ａに加えて、その前後の画像領域外８ｂに対応した偏
向波形期間(オーバースキャン期間)Ａ₁、Ａ₂を有してい
る。同様に、水平偏向信号６Ａは、各フィールド期間内
の各１水平期間において、図３の水平走査軸ハ−ニに沿
った画像領域８ａに対応した偏向波形期間Ｂに加えて、
その前後の画像領域外８ｂに対応した偏向波形期間(オ
ーバースキャン期間)Ｂ₁、Ｂ₂を有している。

【００２８】そして、これらの垂直偏向信号５Ａと、水
平偏向信号６Ａにおける偏向波形期間Ａと偏向波形期間
Ｂは、ターゲット面での通常の画像領域、つまり画像領
域８ａを電子ビームが走査するための鋸歯状波部分であ
り、その前後にある偏向波形期間Ａ₁、Ａ₂と偏向波形期
間Ｂ₁、Ｂ₂は、画像領域８ａを走査するための鋸歯状波
部分よりも波高が高くしてあり、これにより電子ビーム
が画像領域の外側、つまり画像領域外８ｂまで走査、つ
まりオーバースキャン走査できるようにしてある。

【００２９】そこで、この図１に示した垂直ブランキン
グ信号３Ａと水平ブランキング信号３Ａ'を重畳して、
図２に示した撮像管のカソード電極３に印加すると共
に、垂直偏向信号５Ａを垂直偏向電極５に、そして水平
偏向信号６Ａは水平偏向電極６に、それぞれ供給して動
作させると、電子ビームＥＢが光導電ターゲット(光導
電膜)８上を２次元的に走査し、画像による電荷の読出
が適切に制御される。

【００３０】すなわち、図３に示すように、光導電ター
ゲット８を電子ビーム走査側から見ると、信号を読み出
す第１のフィールド期間に於いては、画像領域８ａと画
像領域外８ｂの双方の領域から電荷が読出され、また、
信号電荷蓄積期間となる読出停止期間に入った第２フィ
ールド期間以降は、画像領域外８ｂだけから不要な電荷
のみが読出されるようになる。

【００３１】従って、この実施例においては、信号電荷
蓄積期間となる読出停止期間に入っているときでも、画
像領域外８ｂ部分についての電子ビームＥＢによる信号
読出走査だけは順次継続され、不要な電荷が取出されて
いることになる。

【００３２】そして、この結果、この実施例によれば、
蓄積フィールド数を多くしても、光導電ターゲット８の
電子ビーム走査側における画像領域の内側に対して、外
側の電位が増大することはなく、従って、光導電ターゲ
ットに対する印加電圧が高い超高感度光導電型撮像管を
用いて長時間の間欠走査動作を行っても、画像領域外に
不要電荷が蓄積されることがなく、さざなみ現象や高速
反転現象などの異常現象や、暗電流シェーディング、図
形歪、戻りビームによる電極反射像等の偽信号等が生じ
難く、安定した良好な画質のもとで、高感度を実現する
ことができる。

【００３３】次に、上記実施例における垂直ブランキン
グ信号３Ａと、水平ブランキング信号３Ａ'を発生する
回路の一実施例について、図５により説明する。まず、
図５において、６０は第１のブランキング信号ａの入力
端子、６１は第２のブランキング信号ｂの入力端子、６
２は第３のブランキング信号ｄの入力端子、６３は間欠
走査切換信号ｅの入力端子、６４は間欠走査停止用信号
の入力端子、６５はＥＸＯＲ(エクスクルーシブ・オア)
回路、６６はアンド回路、６７は切換回路、６８は反転
(インバータ)回路、そして６９は垂直ブランキング信号
３Ａ又は水平ブランキング信号３Ａ'の出力端子であ
る。

【００３４】図６は、この図５の回路の動作を説明する
波形図で、まず、入力端子６０に供給される第１のブラ
ンキング信号ａは、図１の信号３Ａにおける期間Ａ、又
は信号３Ａ'における期間Ｂを設定するための信号で、
オーバースキャンをしないで画像領域だけを走査する場
合の通常のブランキング信号と同じパルス幅のものであ
る。次に、入力端子６１に供給される第２のブランキン
グ信号ｂは、図１の信号３Ａにおける期間Ａ₁、Ａ₂、又
は信号３Ａ'における期間Ｂ₁、Ｂ₂を設定するための信
号で、オーバースキャンをして画像領域外をも走査する
場合のブランキング信号と同じパルス幅のものである。

【００３５】これら第１のブランキング信号ａと第２の
ブランキング信号ｂはＥＸＯＲ回路６５に入力され、信
号ｃが出力される。この結果、この信号ｃは、画像領域
外に対応した部分だけがハイレベルになっている。一
方、入力端子６２に供給されている第３のブランキング
信号ｄは、第２のブランキング信号ｂの極性が反転され
た信号になっており、これにより信号読出期間でのブラ
ンキング信号を得るようになっている。

【００３６】また、入力端子６３に印加されている間欠
走査切換信号ｅは、信号読出期間と読出停止期間を設定
する信号で、図６に示されているように、１フィールド
の信号読出期間の間はローレベルを保ち、それに続く所
定のフィールド数からなる読出停止期間の間はハイレベ
ルを保つ信号波形になっている。

【００３７】そして、入力端子６４に入力されている間
欠走査停止用信号は、図１の実施例では説明しなかった
が、必要に応じて間欠走査を停止させて、普通の連続し
た走査による撮像動作に切換えることができるようにす
るための信号で、図示のように、連続走査に切換えると
きにはローレベルにし、間欠走査させるときには、ハイ
レベルのままにしておくようになっており、この結果、
この間欠走査停止用信号がハイレベルのときには、アン
ド回路６６の出力に間欠走査切換信号ｅがそのまま表わ
れ、これにより切換回路６７が制御されるようになって
いる。

【００３８】従って、この切換回路６７は、間欠走査停
止信号がローレベルのときは、図示のように、切換回路
６７は下側に切換わって入力端子６２に供給されている
第３のブランキング信号ｄを反転回路６８に供給し、ハ
イレベルのときには、図示と反対に、切換回路６７は上
側に切換わってＥＸＯＲ回路６５の出力信号ｃを反転回
路６８に供給するように動作する。

【００３９】この結果、第１のブランキング信号ａと第
２のブランキング信号ｂ、それに第３のブランキング信
号ｄの各信号の周期をフィールド周期(垂直走査周期)に
同期させてやれば、出力端子６９に垂直ブランキング信
号３Ａを得ることができ、ライン周期(水平走査周期)に
同期させてやれば、出力端子６９に水平ブランキング信
号３Ａ'を得ることができる。

【００４０】他方、間欠走査切換信号ｅがローレベルの
ときは、図示のように、切換回路６７は下側に切換わっ
たままになり、従って、このときには、入力端子６２に
供給されている第３のブランキング信号ｄが反転回路６
８を介して出力端子６９に表われるようになり、普通の
連続した走査が得られることになり、従って、この実施
例によれば、任意に間欠走査と連続走査の切換えを行な
うことができる。

【００４１】なお、垂直偏向電極５に供給するためのオ
ーバースキャン用の垂直偏向信号５Ａと、水平偏向電極
６に供給するための、同じくオーバースキャン用の水平
偏向信号６Ａについては、例えば上記した特公平１−２
３０３６号公報にも記載されているように、周知なの
で、詳細な説明は割愛する。

【００４２】ところで、以上の実施例では、ダイオード
型の電子銃と電界偏向型の撮像管を用いて本発明を実施
した場合について説明したが、電子銃がトライオード型
の撮像管でも良く、また偏向方式としても、電界偏向
(静電偏向)に限らず、磁界を用いた電磁偏向型でも差し
支えない。

【００４３】また、撮像管の電子銃から射出される電子
ビームの制御に関しては、上記実施例で示したカソード
電圧波形で行う方法以外に、カソード電極と、これに対
向して設けられた第１グリット電極又は第２グリット電
極などとの電圧差によって制御しても差し支えない。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、光導電膜の電子ビーム
走査側における画像領域の電位に対する画像領域外の電
位を低く保つことができ、このため、さざなみ現象や高
速反転現象などの異常現象や、暗電流シェーディング、
図形歪、戻りビームによる電極反射像などの偽信号等が
生じ難く、高感度特性を安定した良好な画質のもとで容
易に得ることができるので、超高感度光導電型撮像管な
どに適用して充分に高感度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像装置の一実施例における制御
動作を説明するための波形図である。

【図２】光導電型撮像管の一例を示す説明図である。

【図３】光導電型撮像管におけるターゲットの走査範囲
の説明図である。

【図４】従来技術による間欠走査を説明するための波形
図である。

【図５】本発明の一実施例における制御用の信号発生手
段の一実施例を示す回路図である。

【図６】信号発生手段の動作を説明するための波形図で
ある。

【符号の説明】

１光導電型撮像管(超高感度光導電型撮像管) ２ガラス管３カソード電極４第１グリッド電極３Ａ垂直ブランキング信号３Ａ' 水平ブランキング信号５垂直偏向電極５Ａオーバースキャン用の垂直偏向信号６水平偏向電極６Ａオーバースキャン用の水平偏向信号８光導電膜(光導電ターゲット) ８ａ画像領域８ｂ画像領域外９フェースプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎順一東京都世田谷区砧１丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者丸山裕孝東京都世田谷区砧１丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者久保田節東京都世田谷区砧１丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導電型ターゲットを備えた撮像管を用
い、１フィールドの信号読出期間に続く少なくとも２フ
ィールドの読出停止期間を設けて間欠走査を行なう方式
の撮像装置において、上記読出停止期間の内の少なくと
も１フィールド期間毎に上記光導電型ターゲットの画像
領域外の部分だけからここに蓄積された電荷の読出を行
なわせる制御手段を設け、上記光導電型ターゲットの画
像領域外の部分に存在する電荷を除去するように構成し
たことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記撮像管
が、非晶質セレンを主成分としたターゲットを用い、該
ターゲット内での雪崩増倍を利用した高感度撮像管で構
成されていることを特徴とする撮像装置。