JPS63165818A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像処理装置に関し、特に電子ビーム発生素
子を用いた画像処理装置に関するものである。

［従来の技術およびその問題点］ 従来、画像処理装置として、光電面、マルチチャネルプ
レート、２次電子捕集電極、および５５°カツトＬｉＮ
ｂｏ３から構成される空間光変調管が浜村ホトニクス（
株）の原（ｅｔｉａｌ）から提案されている。（１９８
３年応用物理学会２７ａ−Ｘ−２，１９８４年応用物理
学会１３ｐ−Ｆ−１２〜１３　Ｐ−Ｆ−１７参照）：ｔ
ＳＺ図１ｆ従ｆｆｉのインコヒーレント−コヒーレント
変換デバイスを示す概略構成図である。

同図において、１は光電面、２はマルチチャネルプレー
ト、３は２次電子捕集電極、４はＬｉＮｂＯ３等の電気
光学結晶、５はハーフミラ−１６は偏光子、７は検光子
である。

光電面ｌに入射したインコヒーレント像１０は、光電子
に変換され、前記光電子はマルチチャンネルプレート２
で増倍され、ＬｉＮｂＯ３結晶４表面に電荷パターン１
１が形成される。

上記電荷パターン１１に対応して、電気光学効果により
結晶４に屈折率変化が生じる。一方、その屈折率変化を
利用して画像処理されるレーザ光１２が第３図右方より
入射される。該レーザ光１２は偏光子６により直線偏光
となり、その直線偏光化されたレーザ光１３を上記電荷
パターン１１が形成された結晶４に照射すると、出力光
１４の偏光状態が入力光に対して変化するので、半透明
ミラー（ハーフミラ−５）で反射させ、検光子７を通過
させれば、入力インコヒーレント光情報を持ったコヒー
レント光出力１５が得られる。なお、結晶表面上の電荷
の授受は２次電子捕集用電極４と結晶背面の電圧差を通
出に調節することにより行なわれる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来装置の場合、電気光学結晶に入
射する電子ビームが広がっているために解像力が悪く、
かつ光電面からマルチチャンネルプレートまでの構造は
１通常のイメージインテンシファイア（高感度撮像素子
）と同じであるため、装置が大型化する問題点を有して
いた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、小型で
かつ解像力の高い画像処理装置を提供することにある。

以上のような目的は、ｎ型領域とＰ型領域間に形成した
ｐ−ｎ接合面を有する半導体基板と、該゛ト導体基板側
に設けられ光束の入射領域をなす開口部とを有する電子
ビーム変換素子と。

前記電子ビーム変換素子に対向し、前記開口部とは反対
側に設置された電気光学結晶と、前記電気光学結晶表面
の電荷量および／または電荷パターンを制御する制御手
段と。

を有することを特徴とする画像処理袋こにより達成され
る。

なお、前記固体光電子ビーム変換素子としては感度、実
用性の点において、 前記ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を印加し、前記開口部から
入射した光により電子なだれを生ぜしめ、半導体基体よ
り電子を放出させるように構成した素子を用いると良い
。

また、ｐ−ｎ接合を利用した固体光電子ビーム変換素子
の他の構成としては、ｐ型半導体表面上に仕事ｒｊＪａ
低下材を設け、前記ｐ−ｎ接合に順方向電圧を印加して
、前記開口部から入射した光により該仕事関数低下材の
表面から電子を放出させるように構成した素子があり、
この素子も本発明に使用できる。

［作用］ 上記のような画像処理装置によれば、 ■電子ビーム発生素子に特願昭８１−１４１２３４号。

特願昭６１−１４１２３５号に示されているものを用い
ることで、結晶表面に、入射光に対応した微細なパター
ンを形成することができ解像度を向上させることができ
、同時に装この小型化、低価格化も達成できる。なお、
上記固体光電子ビーム発生素子の電子ビーム発生の原理
は上記文献に詳細に記載されている。

■上記半導体素子を用いることで、結晶への電荷パター
ンの書込み時間が短縮できる。

■固体半導体電子ビーム発生素子のため、電子源と電気
光学結晶とのスペースは必要としないため、電子源上に
例えばＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　（Ｐｂ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｚｒから
なる化合物）等の電気光学材薄膜を成長させれば、きわ
めて小型な画像処理装置が作製できる６等の利点を有す
る。

［実施例］ 以下、本発明の画像処理装置について具体的な実施例に
基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の電子ビームを用いた画像処理装置の概
略構成図である。

同図において、２０は１次元に配列した光電子ビーム発
生素子（ＭＥＢ）で上記したように特願昭８１−１４１
２３４号、特願昭８１−１４１２３５号に示されている
ものを用いることができる。２１は電子ビーム偏向電極
で磁界、電界を印加することにより電子を所望の方向に
偏向する。２２はＬｉＮｂ０：＋等の電気光学結晶、３
５は１次電子加速用および２次電子捕集用電極、２３は
半透明ミラー、２４は偏光子、２５は検光子である。

まず１本発明の装置における画像のコンボリューション
処理方法について概略を説明する。

処理を行ないたい入力画像光５０が複数個の光電子ビー
ム変換素子２０　（ＭＥＢ２０）に入射すると、該画像
光が電子ビームに変換され、電気光学結晶２２表面上に
入力画像に対応した電荷が最初に蓄積される１次にＭＥ
Ｂ２０からの電子ビームを、電子ビーム偏向電極２１に
より、全体的にシフトし、前記光学結晶２２に入射させ
ると、シフトした入力画像が電荷パターンとして電気光
学結晶２２上に多重記録される。つまり、電気光学結晶
２２上に、入力画像のコンボリューション処理した電荷
パターンとして蓄積される。多重記録する場合、ミスト
像の各重みづけは、第１図の７０に示す光電変換素子に
印加するバイアス電圧を調整し、結晶に入射する電流量
をコントロールすることにより行なう、この蓄積された
電荷が生ぜしめる電界によって結晶の電気光学効果によ
り、前記電荷パターンに応じて結晶に屈折率差が生じる
。

一方、読出し用レーザ光６０は、偏光子２４により直線
偏光となり、上記直線偏光化されたレーザ光６１を上記
電荷パターンが形成された結晶に照射すると、出力光６
２の偏光状態が入力光に対して変化するので、半透明ミ
ラー２３で反射させ、検光子２５を通過させれば、入力
画像のコンボリューション処理された画像光６３が得ら
れる。

次に、第１図における光電子ビーム変換素子２０の動作
原理について説明する。

本実施例の場合、複数個の光電子ビーム変換素子から構
成されているが、動作原理は複数個でも１素子の場合に
ついても同様なので１素子の場合について説明する。

第１図ニオイテ、３０はｐＷｓｉ基板、３１は高濃度ド
ープｐ型領域、３２はｎ型領域、３３は電子ビームが出
射する表面の仕事３ｇ数を低下させる材料でたとえば、
セシウム（Ｃｓ）薄膜等のものからなる。３４は絶縁層
で例えば、酸化シリコン（Ｓｉ０２）等からなる。３５
は１次電子加速用および２次電子捕集用電極であり、絶
縁層３４上に形成されるか、あるいは近接して設けられ
る。３６はｎ型領域に設けられた電極、３７は高濃度ド
ープｐ型領域３１の基板側に設けられた開口部で、入力
される画像光は該開口部３７を介してＰ型Ｓｉ基板３０
に入射する。なお、３８は透明電極である。

第１図に示した構成の画像処理装置の半導体素子は、第
１図の７０で示す駆動回路ｖ２によりｐ−ｎ接合に逆バ
イアスが印加されており、上記印加電圧は電子なだれを
生ぜしめるしきい値電圧よりやや低く設定されている。

ｔｊ４ｉ図に示すように、高濃度ｐ型領域３１に対応す
る基板裏側の開ＯＭ　３７から入射した光５０は透明電
極３８を透過し、高濃度ｐ型領域３１の電子を励起する
。上記電子がトリガとなり電子なだれが生じｎ型領域３
２を通りぬけ、さらに１次電子加速用電極３５により生
じる電界により加速され電子ビームが放出される。ｎ型
領域３２の表面にはセシウム等の仕事関数を低下させる
材料３３が蒸着されている。

放出された電子ビームは電気光学結晶２２に衝突するが
、結晶表面の電荷の制御が１次電子加速用および２次電
子捕集用電極３５の電圧と結晶背面電圧とをそれぞれ制
御回路ｖ４およびｖｌにより適当に設定することにより
、結晶表面の２次電子放出特性を利用し、効率よく行な
うことができる。

第２図はその設定方法を説明するための図であり、横軸
に１次電子のエネルギー、縦軸に２次電子の放出比δ（
δ＝２次電子電子放出量／１次電子出射ｆｆ１とり１両
者の関係を示した図である。

第２図において、結晶３へ入射する１次電子のエネルギ
ーが第１クロスオーバ一点Ｅ１より小さいかあるいは第
２のクロスオーバ一点Ｅ２よりも大きい場合には、１次
電子数が２次電子数よりも多い（δく１）ので、結晶表
面は負に帯電する。

これに対し、１次電子のエネルギーがＥｌとＥ２の間な
らば、２次電子数が１次電子数よりも多い（δ〉■）の
で、結晶表面は正に帯電する。

例えば、正電荷のパターンを集積するためには、結晶背
面の電圧をコントローラ■１を用いて、第１クロスオー
バ一点Ｅｌと第２クロスオーバ一点Ｅ２との間にセット
し、コントローラｖ４により２次電子補集電極の電位を
結晶表面電位より高くしておけばよい。

上記パターンを消去するには下記の方法を用いれば良い
、結晶背面の電位を第２クロスオーバ一点Ｅ２にセット
する。結晶表面は上記パターンの電荷の電位上昇分が加
わった値になる。この状態において、光電子ビーム発生
素子２０を全てＯＮにするような光５０を入射させ、電
気光学結晶表面に均一に電子ビームを照射する。結晶表
面電位は８２以上であるから、入射する１次電子のエネ
ルギーは８２以上になり、また２次電子放出比はδくｌ
であるから１表面型位がＥ２になるまで負電荷が加わる
。Ｅ２に達するとδ＝１となって平衡状態になり、表面
の帯電は零となる。この動作により上記パターンの消去
ができたことになる。

以上説明したように、パターンの電荷を入射光５０によ
る電子ビームにより電気光学結晶に書き込み及び消去が
できる。電子ビームに変換された入力画像を電界もしく
は磁界により偏向させ、シフトした複数個の入力画像を
電気光学結晶上に電荷パターンとして多重記録すれば、
入力画像のコンボリューション処理された画像光６３が
得られる。

なお、ｐ−ｎ接合を利用した固体光電子ビーム変換素子
の他の構成としては、ｐ型半導体表面上に仕事関数低下
材を設け、前記ｐ−ｎ接合に順方向電圧を印加して、前
記開口部から入射した光により該仕事関数低下材の表面
から電子を放出させるように構成した素子があり、この
素子も本発明に使用できる。

本発明の画像処理装置を用いた処理画像の解像度は主に
電子ビームの分布とその電子ビームによる結晶上の電荷
分布とその電荷による結晶内電界分布により依存する１
本素子は半導体材料で半導体プロセスにより作製できる
ため、電子ビーム放出領域が０　、５１重ｍ程度で従来
のものに比べて格段に小さく、解像度が高くなる。また
、電子源と２次電子捕集用電極間隔ｄｉ、２次電子捕集
用電極と結晶との間隔ｄ２．結品の厚さｄ３とすると、
前記電荷分布は上記ｄｉ、ｄ２．ｄ３を小さくすればす
るほど狭くなり、解像度はあがる０本素子の場合、２次
電子捕集用電極３５は電子ビーム発生素子２０上に設け
られているため、ｄｌはかなり小さくすることができ、
解像度の向上が図れる。

次に本発明の第２実施例について説明する。

前記第１実施例において、コンポリージョンを行なう場
合、Ｔ重みｊなしで行なったが、本実施例においては１
重み関数ｊの設は方について説明する。

第４図（ａ）に示す如く、２次元に配置した光電子変換
素子の位置を（ｉＤで表わし、上記素子に入力する画像
の強度をＡ（ｉｌｊ）とする、ただし。

１１ｊは縦方向の電子源の数をｎ、横方向の電子源数を
ｍとすると、１≦　ｉ≦ｎ　　、１≦ｊ≦ｍとなる整数
である。

一方、画像処理をする重み関数行列をａｋ、ｌとする。

たとえばａｋ、Ｉ　として３Ｘ３の重み関数行列を用い
る場合 縦エツジ抽出においては 横エツジ抽出においては ななめエツジ抽出においては ラプラシアン変換においては を用いれば良い。

そこで第２実施例では、ラプラシアン変換の場合につい
て特に説明すと、ここで画素Ａｉｊ　に注目する０重み
関数は上記示す如き値のため、ラプラシアン変換をする
ためには、ｉｊの位置に４零Ａ（ｉ、ｊ）−Ａ（ｉ−１
，ｊ）−Ａ（ｉ、ｊ＋１）−Ａ（ｉ中１．ｊ）−Ａ（ｉ
−１，ｊ）　　　　　　　　・・・・・・木の電荷量の
パターンを電気光学結晶に蓄積すれば良いことになる。

したがって、最初に電子ビームを無偏向の状態で、７０
の駆動電圧ｖ２を調整し、単位電荷量の４　准Ａ　（ｉ
　ｌ　Ｊ　）倍の正電荷を電気光学結晶に書き込む、た
だし、単位電荷量とは１画像の輝度の最小レベルに対応
した電荷量のことである。

次に、第４図の（ｂ）に示す−Ｙ軸方向に１画素分、電
子ビームを電極２１によりシフトさせ、かつ１次電子加
速用および２次電子捕集用電極３５の電圧と結晶背面電
圧とをそれぞれ制御回路ｖ４およびＶｌにより適当に設
け、負のＡ（ｆ、ｊ）倍の電荷量が結晶に書き込まれる
ようにすると、位置（ｉ、ｊ）に−Ａ（＋−１，ｊ）が
加えられる。以下、同様に、−Ｘ軸方向に１画素分、電
子ビームをシフトさせ、　　−Ａ（＋−１，ｊ）を書き
込んだ場合と同様の制御回路ｖ４およびｖｌの設定値の
もとでＡ（’ＩＪ◆１）を書き込み、さらに同様に−Ａ
（ｉ＋１．ｊ）　　、　−Ａ（ｉ−１，ｊ）も電子ビー
ムをそれぞれＹ軸、Ｘ軸にシフトして書き込めば本の電
荷量のパターンが電気光学結晶中に蓄積される。

このプロセスでは（ｉ、Ｄの位置の画素の処理と並列し
て他の画素も処理されるので高速の処理が可能になると
いラメリットがある。よって１画像のエツジを検出した
り、エツジを強調したりすることもでき、パターン記憶
等の情報処理的な用途にも用いることができる。他の重
みの場合も同様にして行なえば良い。

本装置の画像処理は特にコンボリューションについて述
べたが、電気光学結晶表面上に正電荷像、正電荷反転像
、負電荷像、負電荷反転像の書き込みが可能であるため
１画像間の論理演算１例えば、ＡＮＤ　、ＮＡＮＤ　、
ＯＲ、ＮＯＲ等（画像の合成等）もできる。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明の画像処理装置によれば、半
導体材料でかつ半導体作製プロセスによって複数個の光
電子ビーム変換素子（光電子ビーム発生部）が作製でき
るため、各々の電子ビーム源が極めて小さくでき、それ
ぞれを小さいピッチで配置でき、しかも上記電子ビーム
源と２次電子捕集用電極との間隔を狭くすることができ
るために、小型でかつ高解像度な並列画像処理装置が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る画像処理装置の第１実施例を示す
構成図である。 第２図は１次電子エネルギーと２次電子放出比を示す図
である。 ｍ３図は従来のインコヒーレント−コヒーレント変換デ
バイスを示す概略構成図である。 第４図は「重み関数ｊの設は方についての説明図である
。 ２０：固体光電子ビーム変換素子（ＭＥＢ）２１：電子
ビーム偏向電極 ｚ２：電気光学結晶 ２３：ハーフミラ− ２４：偏光子 ２５：検光子 Ｖｌ　、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４：＝＋ｙ）ｏラ−５０：入射
光 ６０；読出し用レーザ光 ６３：出力画像光 ３０：ｐ型Ｓｔ基板 ３１：高濃度ドープｐ型領域 ３２：ｎ型領域 ３３：表面の仕事関数を低下させる材料３４：絶縁層 ３５：１次電子加速用および２次電子捕集用電極３６：
ｎ型領域に設けられた電極 ３７：開口部 ３８：透明電極 代理人　　弁理士　　山　下　積　子 箱１図 第２図 δ 第３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ型領域とｐ型領域間に形成したｐ−ｎ接合面を
   有する半導体基板と、該半導体基板側に設けられ光束の
   入射領域をなす開口部とを有する電子ビーム変換素子と
   、 前記電子ビーム変換素子に対向し、前記開口部とは反対
   側に設置された電気光学結晶と、前記電気光学結晶表面
   の電荷量および／または電荷パターンを制御する制御手
   段と、 を有することを特徴とする画像処理装置。
2. （２）前記電気光学結晶の表面に画像処理をしようとす
   る光を入射せしめる光学系を有していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の画像処理装置。
3. （３）複数の前記電子ビーム変換素子に光を入射せしめ
   、前記開口部からの光に対応した電子ビームの発生によ
   り前記電気光学結晶の表面の電荷パターンを形成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像処理装
   置。
4. （４）前記制御手段が前記電子ビーム変換素子と前記電
   気光学結晶との間に設けられた１次電子加速用および２
   次電子捕集用電極であり、前記電極と前記結晶背面電圧
   を変化させることにより前記結晶表面に蓄えられる電荷
   量の制御を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の画像処理装置。
5. （５）前記電子ビーム変換素子が、前記ｐ−ｎ接合に逆
   方向電圧を印加し、前記開口部から入射した光により電
   子なだれを生ぜしめ、半導体基体より電子を放出させる
   ように構成した素子であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の画像処理装置。
6. （６）前記電子ビーム変換素子が、前記ｐ型半導体表面
   上に仕事関数低下材を設け、前記ｐ−ｎ接合に順方向電
   圧を印加して、前記開口部から入射した光により該仕事
   関数低下材の表面から電子を放出させるように構成した
   素子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の画像処理装置。