JPWO2011070628A1

JPWO2011070628A1 - 撮像装置

Info

Publication number: JPWO2011070628A1
Application number: JP2011544990A
Authority: JP
Inventors: 大塚　正志; 正志大塚
Original assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2013-04-22
Also published as: WO2011070628A1; CN102652346A

Abstract

本発明は、開口率の低下を抑制しつつ電子ビームを適切に偏向することができる撮像装置を提供することを課題としている。本発明の撮像装置（１）は、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源（２３）と、水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第１帯状電極（５４）および複数の第２帯状電極（５６）を有し、各画素列単位で電子ビームを垂直走査方向に偏向する第１偏向電極（５２）および第２偏向電極（５３）と、少なくとも第１偏向電極（５２）と第２偏向電極（５３）の間に正逆の電位差が生ずるように、第１偏向電極（５２）および第２偏向電極（５３）にそれぞれ偏向のための電圧を可変可能に印加する垂直偏向電源部（５８）と、を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、主として冷陰極の電子放出源を有する撮像装置に関するものである。

従来、撮像装置ではなく表示装置（画層表示装置）ではあるが、電子放出部（電子放出源）の両側に設けた電極に異なる電圧を印加し、電子ビームを偏向するものが知られている（特許文献１参照）。
この表示装置は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置された複数の電子放出源と、各電子放出源から放出された電子ビームを偏向する偏向電極と、を備えている。偏向電極は、水平走査方向の各電子放出源列を挟むように配置された一対の櫛歯状電極を、複数組有している。
すなわち、この表示装置では、水平走査方向の電子放出源列毎に、第１の櫛歯状電極および第２の櫛歯状電極が配設されており、この第１の櫛歯状電極および第２の櫛歯状電極に異なる電圧を印加し、これにより生ずる電位差により電子ビームを微小に偏向し、各画素に対するビームスポットの位置ズレを補正している。

特開平１１−１４４６５２号

しかしながら、このような表示装置（撮像装置）では、電子放出源列毎に第１の櫛歯状電極および第２の櫛歯状電極を配置する必要があり、垂直走査方向に隣接する電子放出源列間においては、第１の櫛歯状電極および第２の櫛歯状電極が接近し並んだ状態で配置される。このため、櫛歯状電極の配置スペースを大きくなり、電子放出源の開口率が低下し、画素の高密度化が阻害される問題があった。

本発明は、開口率の低下を抑制しつつ電子ビームを適切に偏向することができる撮像装置を提供することを課題としている。

本発明の撮像装置は、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源と、水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第１帯状電極および複数の第２帯状電極を有し、各画素列単位で電子ビームを垂直走査方向に偏向する第１偏向電極および第２偏向電極と、少なくとも第１偏向電極と第２偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、第１偏向電極および第２偏向電極にそれぞれ偏向のための電圧を可変可能に印加する垂直偏向電源部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、第１帯状電極および第２帯状電極が水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置されているため、垂直偏向電源部により第１偏向電極および第２偏向電極に正逆の電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを画素列（電子放出源列）単位で垂直走査方向に正逆自在に偏向することができる。また、第１帯状電極および第２帯状電極を、各画素列を挟んで交互に配置することで、垂直走査方向に隣接する画素列間において、第１帯状電極および第２帯状電極の両者を配置する必要がない。すなわち、電子ビームの自在な偏向において、第１帯状電極（第１偏向電極）および第２帯状電極（第２偏向電極）を相互に兼用することができる。したがって、電子放出源（画素）の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。また同時に、電子ビームの集束も行うことができる。

この場合、第１偏向電極は、複数の第１帯状電極と、複数の第１帯状電極を一方の端部で接続する第１接続電極とを有し、第２偏向電極は、複数の第２帯状電極と、複数の第２帯状電極を一方の端部で接続する第２接続電極とを有し、第１偏向電極と第２偏向電極とは、水平走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。

この構成によれば、複数の第１帯状電極と複数の第２帯状電極とをそれぞれ櫛歯状に有する、第１偏向電極と第２偏向電極とを対向配置しているため、第１偏向電極と第２偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。

この場合、垂直偏向電源部は、電源と、電位が、第１偏向電極＞第２偏向電極、第１偏向電極＝第２偏向電極および第１偏向電極＜第２偏向電極となるように、電源の電圧を可変して第１偏向電極および第２偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることが、好ましい。

この構成によれば、電位が第１偏向電極＞第２偏向電極になるように電圧を印加することにより、電子ビームを第１偏向電極側に偏向させ、電位を第１偏向電極＝第２偏向電極とすることにより、電子ビームを直進させ、さらに電位を第１偏向電極＜第２偏向電極とすることにより、電子ビームを第２偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第１偏向電極および第２偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを垂直走査方向の３箇所に形成することができる。これにより、各画素を垂直走査方向に分割された３つの画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。

この場合、垂直偏向電源部は、電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部を、更に有し、電源制御部は、角度補正部の補正値に対応して、第１偏向電極および第２偏向電極の少なくとも一方に印加する電圧を補正することが、好ましい。

この構成によれば、電子ビームの偏向角度を補正することができ、ビームスポットの位置補正も行うことができる。特に、カラーフィルター等を設ける場合、電子放出源に対するカラーフィルターの位置ズレに対して有効に機能する。

この場合、複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、電源制御部は、走査回路部によるプログレッシブ走査のブランキング時間に、電源の電圧を可変することが、好ましい。

また、複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、電源制御部は、走査回路部によるインターレス走査のブランキング時間に、電源の電圧を可変することが、好ましい。

これらの構成によれば、プログレッシブ走査のブランキング時間（あるいは、インターレス走査のブランキング時間）に、第１偏向電極および第２偏向電極に印加する電圧を可変するため、偏向動作が走査に影響を及ぼすことがない。

この場合、垂直走査方向の各画素列を挟んで水平走査方向に交互に配置された複数の第３帯状電極および複数の第４帯状電極を有し、各画素列単位で電子ビームを水平走査方向に偏向する第３偏向電極および第４偏向電極と、少なくとも第３偏向電極と第４偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、第３偏向電極および第４偏向電極にそれぞれ偏向ための電圧を可変可能に印加する水平偏向電源部と、をさらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、電子放出部から放射された電子ビームを、水平方向にも偏向することができる。すなわち、電子ビームを垂直走査方向および水平走査方向のいずれにも自在に偏向することができる。

第３偏向電極は、複数の第３帯状電極と、複数の第３帯状電極を一方の端部で接続する第３接続電極とを有し、第４偏向電極は、複数の第４帯状電極と、複数の第４帯状電極を一方の端部で接続する第４接続電極とを有し、第３偏向電極と第４偏向電極とは、垂直走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。

この構成によれば、第３偏向電極と第４偏向電極とを対向配置しているため、第３偏向電極と第４偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。

この場合、水平偏向電源部は、電源と、電位が、第３偏向電極＞第４偏向電極、第３偏向電極＝第４偏向電極および第３偏向電極＜第４偏向電極となるように、電源の電圧を可変して第３偏向電極および第４偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることが、好ましい。

この構成によれば、電位が第３偏向電極＞第４偏向電極となるように電圧を印加することにより、電子ビームを第３偏向電極側に偏向させ、電位を第３偏向電極＝第４偏向電極とすることにより、電子ビームを偏向させず、電位を第３偏向電極＜第４偏向電極とすることにより、電子ビームを第４偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第３偏向電極および第４偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを水平走査方向の３箇所に形成することができる。これにより、各画素において、水平走査方向に３つに分割された画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。もっとも、上記の構成を加味すれば、各画素を少なくとも９つに分割された画素として機能させることができる。

この場合、各電子放出源が、複数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した電子放出素子アレイで構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、画素密度が高い撮像装置を提供することができる。

撮像装置を模式的に示した断面図である。電子放出源の平面図である。電子放出孔廻りを模式的に示した断面図である。（ａ）はプログレッシブ走査の模式図であり、（ｂ）はインターレス走査の模式図である。垂直偏向電源部の回路図である。カラーフィルターを配設した場合における（ａ）はプログレッシブ走査の模式図であり、（ｂ）はインターレス走査の模式図である。プログレッシブ走査において印加する電圧のフローチャートである。インターレス走査において印加する電圧のフローチャートである。第２実施形態に係る電子放出源の平面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、冷陰極の電子放出源となる、いわゆる表面伝導型の電子放出素子の複数をマトリクス状に形成した電子放出素子アレイを、１の撮像素子として構成したものであり、１の電子放出素子アレイが１の画素として機能するようになっている。

図１および図２に示すように、撮像装置１は、電子を放出（電子ビームを放射）すると共に、放射した電子ビームを偏向する偏向電極２４を有する電子放出部２と、電子放出部２に真空空間１３を存して対向配置され、外部からの光を電気信号に変換する光電変換層４を有する光電変換部３と、を備えている。外部から光電変換部３に光が入射すると、光電変換層４に入射した光量に応じた電子・正孔対が生成される。この正孔が、光電変換層４に印加した強い電界により加速され、後述するＨＡＲＰ膜を構成する原子と衝突して新たな電子・正孔対を生成する。このようにしてアバランシェ増倍された正孔は、光電変換層４の真空空間１３側に移行し表面に蓄積され、入射光像に対応した正孔パターンを形成する。一方、電子放出部２から放出された電子は、この正孔パターンと結合し、その際に生じた電流が映像信号として検出される。

光電変換部３は、石英やサファイア等からなる透明な上部基板１１と、上部基板１１の下面（裏面）に積層（成膜）した透明電極であるアノード電極層１２と、アノード電極層１２の下面（裏面）に積層（成膜）した光電変換層４と、を有している。上部基板１１は、可視光に対して透明であるが、用途により紫外線や赤外線に対して透明であってもよい。光電変換層４は、例えばアモルファスセレンを主成分としたＨＡＲＰ（High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor）膜で構成されており、上記のアバランシェ増倍による高感度特性を有している。このように構成された光電変換部３は、図外のスペーサーおよびシールを介して電子放出部２と気密に接合され、電子放出部２との間に、電子の放出を促進する真空空間１３を構成している。なお、カラーの撮像装置１を構成する場合には、上部基板１１の上面（表面）にカラーフィルター１４を形成する。もちろん、この場合には、Ｒ・Ｇ・Ｂの映像信号をそれぞれ検出する。

電子放出部２は、ガラスやシリコンで構成した下部基板２１と、下部基板２１上に積層された駆動回路層２２と、駆動回路層２２上に積層された複数の電子放出源２３と、電子放出源２３から放射した電子ビームを偏向する偏向電極２４と、を備えている。各電子放出源２３は、１の撮像素子、すなわち１の画素を構成しており、複数の電子放出源２３は、駆動回路層２２上において、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置されている。また、各電子放出源２３は、複数の電子放出素子をマトリクス状に形成（配置）した電子放出素子アレイで構成されている。このように各電子放出素子アレイ（各電子放出源２３）は、１の画素を構成しているため、偏向電極２４は、電子放出アレイ単位で電子ビームを偏向する。また、駆動回路層２２に作り込んだ駆動回路は、電子放出アレイ単位で点順次駆動する。

駆動回路層２２は、シリコンを材料とする基板に、各電子放出源２３（電子放出素子アレイ）を駆動するＭＯＳトランジスタアレイ（スイッチ）、およびＭＯＳトランジスタアレイを制御する走査回路３２から成る駆動回路を作り込んで構成されている。また、走査回路３２は、マトリクス状に形成された複数の電子放出源２３を水平走査方向に走査する水平走査回路（水平走査回路部）３３と、垂直走査方向に走査する垂直走査回路（垂直走査回路部）３４と、を有している。そして、複数の電子放出源２３は、図外の制御回路から適宜信号を送ることで、駆動回路により点順次駆動されて、後述するプログレッシブ走査およびインターレス走査が実施される。

図３に示すように、電子放出源２３は、カソード電極層４１と、カソード電極層４１上に積層され、アモルファスシリコンで構成された電子放出層４２と、電子放出層４２上に積層された絶縁膜層４３と、絶縁膜層４３上に積層されたゲート電極層４４と、電子放出層４２およびゲート電極層４４を貫通し、底部に電子放出層４２を露出させた（エミッションサイト４７）複数の電子放出孔４５と、ゲート電極層４４の表面および各電子放出孔４５の内周面に成膜された炭素層４６と、から構成されている。ゲート電極層４４に所定の電圧を印加すると、電界が生じ、各エミッションサイト４７から電子が放出される。すなわち、各電子放出孔４５周りに１の電子放出素子が構成されている。このように、１つの画素を構成する１つの電子放出源２３には、複数の電子放出孔４５（電子放出素子）が形成されており、複数の電子放出孔４５から放射される電子ビームの束を偏向電極２４により偏向するようになっている。

図１および図２に示すように、偏向電極２４は、電子放出源２３上に下側絶縁体層５１を介して積層されている。また、偏向電極２４は、放射された電子ビームを垂直走査方向に偏向する第１偏向電極５２および第２偏向電極５３から成っている。また、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３は、水平走査方向に対向するように配設されている。第１偏向電極５２は、水平走査方向に延在する複数の第１帯状電極５４と、複数の第１帯状電極５４の一方の端部に接続され、垂直走査方向に延在する第１連結電極５５と、により櫛状に形成されている。同様に、第２偏向電極５３は、水平走査方向に延在する複数の第２帯状電極５６と、複数の第２帯状電極５６の一方の端部に接続され、垂直走査方向に延在する第２連結電極５７と、により櫛状に形成されている。そして、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３は、共に垂直偏向電源部５８に接続されており、可変した電圧がそれぞれ印加されるようになっている。

図２に示すように、複数（図示のものは３本）の第１帯状電極５４および複数（図示のものは３本）の第２帯状電極５６は、水平走査方向の画素列である各電子放出源列５９を挟むようにして交互に配設されている。具体的に垂直走査方向における第１行目の電子放出源列５９には、上側に第１帯状電極５４が臨んでおり、下側に第２帯状電極５６が臨んでいる。よって、第１行目の電子放出源列５９は、この第１・第２帯状電極５４，５６により各電子ビームが同時に偏向される。同様に、第２行目の電子放出源列５９には、上側に上記の第２帯状電極５６が臨んでおり、下側に第１帯状電極５４が臨んでいる。よって、第２行目の電子放出源列５９は、この第１・第２帯状電極５４，５６によりそれぞれの電子ビームが同時に偏向される。そして、第３行目の電子放出源列５９は第１行目の電子放出源列５９と同様に、第４行目の電子放出源列５９は第２行目の電子放出源列５９と同様に、第５行目の電子放出源列５９は、第１行目の電子放出源列５９と同様に、配置されている。

すなわち、最上位の第１帯状電極５４と最下位の第２帯状電極５６を除く第１帯状電極５４および第２帯状電極５６は、垂直走査方向において交互に配置され、隣接した電子放出源列５９で共用（兼用）されている。これにより、第１帯状電極５４および第２帯状電極５６の占有面積を小さくすることができ、その分、電子放出源２３（画素）の開口率の低下を抑制している。なお、複数の第１帯状電極５４および複数の第２帯状電極５６を垂直走査方向において、逆になるように配置してもよい。

ところで、図４に示すように、撮像装置１における走査方法として、各電子放出源列５９を順次走査するプログレッシブ走査（図４（ａ）参照）と、各電子放出源列５９を一列おきに走査するインターレス走査（図４（ｂ）参照）と、が一般化されている。電子ビームは、高電圧が印加された電極側に偏向するため、上記の偏向電極２４を用いてプログレッシブ走査を行うと、電子放出源列５９毎に電子ビームの偏向方向（垂直走査方向）が異なってしまう。したがって、ビームスポットを電子放出源列５９の右端から、一列下の電子放出源列５９の左端に移動する水平ブランキング時間に、第１帯状電極５４（第１偏向電極５２）および第２帯状電極５６（第２偏向電極５３）に印加する電圧を切り替える必要がある。同様に、インターレス走査においては、ビームスポットを最下行の電子放出源列５９から、第２段目の電子放出源列５９に移動する垂直ブランキング時間に、第１帯状電極５４（第１偏向電極５２）および第２帯状電極５６（第２偏向電極５３）に印加する電圧を切り替える必要がある。そこで、本実施形態では、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に電圧を印加する垂直偏向電源部５８により、印加する電圧を可変制御するようにしている。

図５に示すように、垂直偏向電源部５８は、主電源（電源）６１と、垂直電源制御部（電源可変回路）６０で構成されている。同図に示すように、上記の第１偏向電極５２に接続されている第１電源６２は、第１トランジスター６３のエミッターに接続され、第２偏向電極５３に接続されている第２電源６４は、第２トランジスター６５のエミッターに接続されている。また、第１トランジスター６３のコレクターおよび第２トランジスター６５のコレクターには、主電源６１が接続されている。一方、第１トランジスター６３のベースは、第３トランジスター６６のコレクターに接続され、第２トランジスター６５のベースは、第４トランジスター６７のコレクターに接続されている。また、第３トランジスター６６のエミッターおよび第４トランジスター６７のエミッターは、定電流源６８に共通に接続されている。さらに、第３トランジスター６６のベースには、主電源６１が抵抗によって分圧された一定電圧が印加されている。一方、第４トランジスター６７のベースには、主電源６１が抵抗によって分圧された一定電圧に、コンデンサー６９を介して入力される電源可変信号が重畳して印加されている。

走査に同期して、この垂直電源制御部６０に電源可変信号が入力すると、定電流源６８の作用により、第３トランジスター６６のコレクター・エミッター間および第４トランジスター６７のコレクター・エミッター間に、電源可変信号に応じて異なる電流が流れる。すなわち、第１トランジスター６３のベースおよび第２トランジスター６５のベースに印加される電圧値が電源可変信号に応じて変化し、第１トランジスター６３のコレクター・エミッター間および第２トランジスター６５のコレクター・エミッター間に、それぞれ異なる値の電流が流れ、第１電源６２および第２電源６４に所望の電圧を得る。

例えば、第３トランジスター６６のベースに印加されている一定電圧よりも高い電源可変信号が入力すれば、第１トランジスター６３のベースに高い電圧が印加されて、第１電源６２に所望の高い電圧が、第２トランジスター６５のベースに低い電圧が印加されて第２電源６４に所望の低い電圧が得られる。逆に、第３トランジスター６６のベースに印加されている一定電圧よりも低い電源可変信号が入力すれば、第１電源６２に所望の低い電圧が、第２電源６４に所望の高い電圧が得られる。また、第３トランジスター６６のベースに印加されている電圧と等しい電源可変信号が入力すれば、第１電源６２と第２電源６４とに等しい電圧が得られる。

電源可変信号には、電圧が、第１電源６２＞第２電源６４、第１電源６２＝第２電源６４、第１電源６２＜第２電源６４となる３種類のパルス信号が含まれており、走査信号と同期して入力される。詳細は後述するが、これにより、走査に同期して適宜、第１偏向電極５２＞第２偏向電極５３、第１偏向電極５２＝第２偏向電極５３および第１偏向電極５２＜第２偏向電極５３となるように、偏向電極２４に電圧が印加される。

電源可変信号において、第１電源６２＞第２電源６４と第１電源６２＜第２電源６４とでは、逆位相のパルス信号となり、垂直走査方向において正逆異なるものの偏向の度合いは同一となる。したがって、光電変換部３に放射される電子ビームのビームスポットは、画素の中心位置と、垂直走査方向の正方向（上）に偏向距離Ｄの位置と、垂直走査方向の逆方向（下）に偏向距離Ｄの位置となる。

なお、製造上の誤差による電子放出源２３の位置ズレや、電子放出源２３に対するカラーフィルター１４の垂直走査方向あるいはθ方向の位置ズレが生じている場合には、図示の仮想線で表した角度補正部７０を介して、電源可変信号を入力し、電子ビームの偏向角度を補正することが好ましい。この場合、角度補正部７０は、電子ビームが所定のビームスポットに照射されない場合に、予め求められた補正値に対応して、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に印加する電圧を微調整する。さらに、ゲート電極層４４と偏向電極２４との間に十分な電位差を設ければ、電子ビームを十分に集束させることも可能である。

ここで、偏向「無し」（第１偏向電極５２＝第２偏向電極５３）のビームスポットと、偏向「有り」（第１偏向電極５２＞第２偏向電極５３、あるいは第１偏向電極５２＜第２偏向電極５３）のビームスポットと、の距離である偏向距離Ｄは、具体的に数１で表すことができる。

数１において、ｄは偏向電極２４間の距離、ｅは電子の電荷、ｍは電子の質量、Ｌは偏向電極２４表面からからビームスポットまでの距離、ｌは偏向電極２４の厚さ、Ｖｄは偏向電極２４に印加する電圧（偏向電極２４の電位差）、Ｖｏは加速電圧、Ｖａはアノード電圧である。すなわち、ｄ、ｅ、ｍ、Ｌ、ｌ、ＶａおよびＶｏは、一定であるため、電子ビームの偏向距離Ｄは、Ｖｄ（偏向電圧の電位差）を調節することで調整可能である。したがって、目標値となる偏向距離Ｄに対応する電源可変信号を垂直偏向電源部５８に入力することとなる。

図６ないし図８を参照して、電子放出源２３の点順次駆動（走査）と、電子ビームの偏向と、の関係について説明する。
図６（ａ）および図７に示すように、上記のプログレッシブ走査においては、第１偏向電極５２に高電圧（本実施形態では３１．３Ｖ）が印加され、第２偏向電極５３に低電圧（本実施形態では０Ｖ）が印加された状態で、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、水平ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に低電圧を、第２偏向電極５３に高電圧を印加する。次に、第２行目の電子放出源列５９に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の上部領域における映像信号が検出される。

次に、最下行から最上行にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に等しい電圧を印加する。そして、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、偏向することなく、電子放出源２３の直上に向かって放射する。そして、右端まで走査したら、電源可変信号を切り替えることなく、第２行目の電子放出源列５９の左端から右端に向かって走査する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の中間部領域における映像信号が検出される。

最後に、最下行から最上行にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に低電圧を印加して、第２偏向電極５３に高電圧を印加する。そして、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、水平ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に高電圧を、第２偏向電極５３に低電圧を印加する。次に、第２行目の電子放出源列５９に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の下部領域における映像信号が検出される。
このように、各画素に対し、上部領域、中間部領域、下部領域の３回の走査を行って、完全な撮像画像を取り込む。

また、図６（ｂ）および図８に示すように、上記のインターレス走査においては、第１偏向電極５２に高電圧（本実施形態では３１．３Ｖ）が印加され、第２偏向電極５３に低電圧（本実施形態では０Ｖ）が印加された状態で、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、一列飛ばして第３行目の電子放出源列５９を左端から右端に向かって走査する。この際、電子ビームは、高電圧が印加されている電子放出源２３の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。最下行の走査が終了したら、最下行から第２行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に低電圧が印加され、第２偏向電極５３に高電圧を印加する。この状態で、第２行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の上部領域における映像信号が検出される。

次に、最下行から第２行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に等しい電圧を印加して、この状態で、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、偏向することなく、電子放出源２３の直上に向かって放射する。そして、右端まで走査したら、電源可変信号を切り替えることなく、第３行目の電子放出源列５９の左端から右端に向かって走査する。最下行の走査が終了したら、最下行から第２行目にビームスポットを移動させた状態で、第２行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の中間部領域における映像信号が検出される。

最後に、最下行から第２行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に低電圧が印加され、第２偏向電極５３に高電圧を印加する。この状態で、第１行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。この際、第１行目の電子放出源列５９の各電子放出源２３から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。次に、第３行目の電子放出源列５９に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。最下行の走査が終了したら、最下行から第２行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第１偏向電極５２に高電圧が印加され、第２偏向電極５３に低電圧を印加する。この状態で、第２行目の電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列５９まで繰り返すことで、各画素の下部領域における映像信号が検出される。
このように、各画素に対し、上部領域、中間部領域、下部領域の３回の走査を行って、完全な撮像画像を取り込む。

以上の構成によれば、第１帯状電極５４および第２帯状電極５６を水平走査方向の各電子放出源列５９を挟んで垂直走査方向に交互に配置させ、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に対して、電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを垂直走査方向に偏向することができると共に、電子放出源２３（画素）の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。また、この偏向により、各画素の上部領域、中間部領域および下部領域から映像を取り込むことができ、実質上、解像度を高めることができる。

なお、カラーフィルター１４を設ける場合には、１の画素の上部領域、中間部領域および下部領域にＲ・Ｇ・Ｂのフィルターエレメントを対応させる。そして、上記の走査を行って、Ｒ・Ｇ・Ｂ各色の映像を取り込むようにする。これにより、撮像装置１の画素と、カラーフィルター１４のフィルターエレメントと、を１対１で対応させる必要がなく、画素密度を高めることができる。

次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１について説明する。この撮像装置１における偏向電極２４は、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３に加え、放射された電子ビームを水平走査方向に偏向する第３偏向電極７１および第４偏向電極７２を備えている。第３偏向電極７１および第４偏向電極７２は、第１偏向電極５２および第２偏向電極５３上に上側絶縁体層７３を介して積層されている。また、平面内における第３偏向電極７１および第４偏向電極７２は、水平走査方向に対向して配置されている。

第３偏向電極７１は、垂直走査方向に延在する複数の第３帯状電極７４と、複数の第３帯状電極７４における一方の端部に接続され、水平走査方向に延在する第３連結電極７５と、により櫛状に形成されている。第４偏向電極７２は、第３偏向電極７１と同様に、複数の第４帯状電極７６と、第４連結電極７７と、により櫛状に形成されている。また、第３偏向電極７１および第４偏向電極７２は、共に水平偏向電源部７８に接続されている。

複数（図示のものは３本）の第３帯状電極７４および複数（図示のものは３本）の第４帯状電極７６は、垂直走査方向の画素列である各電子放出源列５９を挟むようにして交互に配設されている。すなわち、複数の第３帯状電極７４および複数の第４帯状電極７６は、水平走査方向において交互に配置され、最左位の第３帯状電極７４と最右位の第４帯状電極７６を除く第３帯状電極７４および第４帯状電極７６は、隣接した電子放出源列５９で共用（兼用）されている。これにより、第３帯状電極７４および第４帯状電極７６の占有面積を小さくすることができ、その分、電子放出源２３（画素）の開口率の低下を抑制している。

水平偏向電源部７８は、主電源６１と、主電源６１の電圧を可変して第３偏向電極７１および第４偏向電極７２に印加する水平電源制御部７９と、電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部７０と、を有している。なお、水平電源制御部７９は、上記の垂直電源制御部６０の構成と同様であるため、その説明を省略する。

第２実施形態の撮像装置１におけるプログレッシブ走査では、第１実施形態によける走査方法において、各行の走査（電子放出源列５９を左端から右端へ向かって走査）の際に、水平電源制御部７９により、第３偏向電極７１＞第４偏向電極７２、第３偏向電極７１＝第４偏向電極７２および第３偏向電極７１＜第４偏向電極７２となるように印加電圧を可変されながら（この場合には、１画素単位で電圧切替えとなる。）、同一の電子放出源列５９につき３回の走査を行う。すなわち、各画素の上部領域、中間部領域、下部領域の３回の走査において、さらに左部領域、中間部領域、右部領域の３回の走査が行われる。

また、インターレス走査においても同様に、各画素の上部領域、中間部領域、下部領域の３回の走査において、さらに左部領域、中間部領域、右部領域の３回の走査が行われる。
すなわち、第２実施形態の撮像装置１では、各画素についてマトリクス状に９箇所にビームスポットが照射され、各画素につき９箇所の映像信号が検出される。したがって、実質上、画素密度を極端に高める得ることとなる。

このように、第２実施形態の構成によれば、第３帯状電極７４および第４帯状電極７６を垂直走査方向の各電子放出源列５９を挟んで水平走査方向に交互に配置させ、第３偏向電極７１および第４偏向電極７２に対して、電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを水平走査方向に偏向もすることができると共に、電子放出源２３（画素）の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。

なお、電子放出源２３として、表面伝導型のものを示したが、ＢＳＤ（Ballistic electron Surface emitting Device）型、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal device）型、Ｓｐｉｎｄｔ（Spindt type field emitter）型のいずれであってもよい。

１…撮像装置２３…電子放出源３３…水平走査回路３４…垂直走査回路５２…第１偏向電極５３…第２偏向電極５４…第１帯状電極５５…第１連結電極５６…第２帯状電極５７…第２連結電極５８…垂直偏向電源部６０…垂直電源制御部６２…第１電源６４…第２電源７０…角度補正部７１…第３偏向電極７２…第４偏向電極７４…第３帯状電極７５…第３連結電極７６…第４帯状電極７７…第４連結電極７８…水平偏向電源部７９…水平電源制御部

【０００２】
櫛歯状電極が接近し並んだ状態で配置される。このため、櫛歯状電極の配置スペースを大きくなり、電子放出源の開口率が低下し、画素の高密度化が阻害される問題があった。
［０００５］
本発明は、開口率の低下を抑制しつつ電子ビームを適切に偏向することができる撮像装置を提供することを課題としている。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明の撮像装置は、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源と、複数の電子放出源に真空空間を存して対向配置され、外部からの光を電気信号に変換する光電変換部と、水平走査方向の各水平画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第１帯状電極および複数の第２帯状電極を有し、画素を増やすことなく解像度を高めるために、各水平画素列単位で電子ビームを垂直走査方向に偏向する第１偏向電極および第２偏向電極と、垂直偏向用の電源と、電位が、第１偏向電極＞第２偏向電極、第１偏向電極＝第２偏向電極および第１偏向電極＜第２偏向電極となるように、電源の電圧を切り替えて第１偏向電極および第２偏向電極に印加する垂直電源制御部とを有する垂直偏向電源部と、複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部と、を備え、垂直電源制御部は、走査回路部による水平画素列毎の走査のブランキング時間に、隣接する水平画素列における電子ビームが同じ方向に偏向されるように、垂直偏向用の電源の電圧を切り替えることを特徴とする。
［０００７］
この構成によれば、第１帯状電極および第２帯状電極が水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置されているため、垂直偏向電源部により第１偏向電極および第２偏向電極に正逆の電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを画素列（電子放出源列）単位で垂直走査方向に正逆自在に偏向することができる。また、第１帯状電極および第２帯状電極を、各画素列を挟んで交互に配置することで、垂直走査方向に隣接する画素列間において、第１帯状電極および第２帯状電極の両者を配置する必要がない。すなわち、電子ビームの自在な偏向において、第１帯状電極（第１偏向電極）および第２帯状電極（第２偏向電極）を相互に兼用することができる。したがって、電子放出源（画素）の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。また同時に、電子ビームの集束も行うことができる。
また、電位が第１偏向電極＞第２偏向電極になるように電圧を印加することにより、電子ビームを第１偏向電極側に偏向させ、電位を第１偏向電極＝第２偏向電極とすることにより、電子ビームを直進させ、さらに電位を第１偏向電極＜第２偏向電極とすることにより、電子ビームを第２偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第１偏向電極および第２偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを垂直走査方向の３箇所に形成することができる。これにより、各画素を垂直走査方向に分割された３つの画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。
さらに、走査のブランキング時間（プログレッシブ走査のブランキング時間、あるいは、インターレス走査のブランキング時間）に、第１偏向電極および第２偏向電極に印加する電圧を可変するため、偏向動作が走査に影響を及ぼすことがない。
［０００８］
この場合、第１偏向電極は、複数の第１帯状電極と、複数の第１帯状電極を一方の端部で接続する第１接続電極とを有し、第２偏向電極は、複数の第

【０００３】
２帯状電極と、複数の第２帯状電極を一方の端部で接続する第２接続電極とを有し、第１偏向電極と第２偏向電極とは、水平走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。
［０００９］
この構成によれば、複数の第１帯状電極と複数の第２帯状電極とをそれぞれ櫛歯状に有する、第１偏向電極と第２偏向電極とを対向配置しているため、第１偏向電極と第２偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。
［００１０］
［００１１］
［００１２］
この場合、垂直偏向電源部は、電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部を、更に有し、電源制御部は、角度補正部の補正値に対応して、第１偏向電極および第２偏向電極の少なくとも一方に印加する電圧を補正することが、好ましい。
［００１３］
この構成によれば、電子ビームの偏向角度を補正することができ、ビームスポットの位置補正も行うことができる。特に、カラーフィルター等を設ける場合、電子放出源に対するカラーフィルターの位置ズレに対して有効に機能する。

【０００４】
［００１４］
［００１５］
［００１６］
［００１７］
この場合、垂直走査方向の各垂直画素列を挟んで水平走査方向に交互に配置された複数の第３帯状電極および複数の第４帯状電極を有し、画素を増やすことなく解像度を高めるために、各垂直画素列単位で電子ビームを水平走査方向に偏向する第３偏向電極および第４偏向電極と、水平偏向用の電源と、電位が、第３偏向電極＞第４偏向電極、第３偏向電極＝第４偏向電極および第３偏向電極＜第４偏向電極となるように、電源の電圧を切り替えて第３偏向電極および第４偏向電極に印加する水平電源制御部とを有する水平偏向電源部と、を更に備え、水平電源制御部は、走査回路部による水平画素列毎の走査において、水平方向に隣接する各画素における電子ビームが同じ方向に偏向されるように、水平偏向用の電源の電圧を切り替えることが、好ましい。
［００１８］
この構成によれば、電子放出部から放射された電子ビームを、水平方向にも偏向することができる。すなわち、電子ビームを垂直走査方向および水平走査方向のいずれにも自在に偏向することができる。
また、電位が第３偏向電極＞第４偏向電極となるように電圧を印加することにより、電子ビームを第３偏向電極側に偏向させ、電位を第３偏向電極＝第４偏向電極とすることにより、電子ビームを偏向させず、電位を第３偏向電極＜第４偏向電極とすることにより、電子ビームを第４偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第３偏向電極および第４偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを水平走査方向の３箇所に形成することができる。これにより、各画素において、水平走査方向に３つに分割された画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。もっとも、上記の構成を加味すれば、各画素を少なくとも９つに分割された画素として機能させることができる。
［００１９］
第３偏向電極は、複数の第３帯状電極と、複数の第３帯状電極を一方端部で接続する第３接続電極とを有し、第４偏向電極は、複数の第４帯状電極と、複数の第４帯状電極を一方の端部で接続する第４接続電極とを有し、第３偏向電極と第４偏向電極とは、垂直走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。
［００２０］
この構成によれば、第３偏向電極と第４偏向電極とを対向配置しているため、第３偏向電極と第４偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。
［００２１］

【０００５】
［００２２］
［００２３］
この場合、各電子放出源が、複数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した電子放出素子アレイで構成されていることが、好ましい。
［００２４］
この構成によれば、画素密度が高い撮像装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
［００２５］
［図１］撮像装置を模式的に示した断面図である。
［図２］電子放出源の平面図である。
［図３］電子放出孔廻りを模式的に示した断面図である。
［図４］（ａ）はプログレッシブ走査の模式図であり、（ｂ）はインターレス走査の模式図である。
［図５］垂直偏向電源部の回路図である。
［図６］カラーフィルターを配設した場合における（ａ）はプログレッシブ走査の模式図であり、（ｂ）はインターレス走査の模式図である。
［図７］プログレッシブ走査において印加する電圧のフローチャートである。
［図８］インターレス走査において印加する電圧のフローチャートである。

Claims

水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源と、
水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第１帯状電極および複数の第２帯状電極を有し、前記各画素列単位で前記電子ビームを垂直走査方向に偏向する第１偏向電極および第２偏向電極と、
少なくとも前記第１偏向電極と前記第２偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、前記第１偏向電極および前記第２偏向電極にそれぞれ前記偏向のための電圧を可変可能に印加する垂直偏向電源部と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記第１偏向電極は、前記複数の第１帯状電極と、前記複数の第１帯状電極を一方の端部で接続する第１接続電極とを有し、
前記第２偏向電極は、前記複数の第２帯状電極と、前記複数の第２帯状電極を一方の端部で接続する第２接続電極とを有し、
前記第１偏向電極と前記第２偏向電極とは、水平走査方向において対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記垂直偏向電源部は、
電源と、
電位が、前記第１偏向電極＞前記第２偏向電極、前記第１偏向電極＝前記第２偏向電極および前記第１偏向電極＜前記第２偏向電極となるように、前記電源の電圧を可変して前記第１偏向電極および前記第２偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記垂直偏向電源部は、前記電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部を、更に有し、
前記電源制御部は、前記角度補正部の補正値に対応して、前記第１偏向電極および前記第２偏向電極の少なくとも一方に印加する電圧を補正することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、
前記電源制御部は、前記走査回路部によるプログレッシブ走査のブランキング時間に、前記電源の電圧を可変することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、
前記電源制御部は、前記走査回路部によるインターレス走査のブランキング時間に、前記電源の電圧を可変することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
垂直走査方向の各画素列を挟んで水平走査方向に交互に配置された複数の第３帯状電極および複数の第４帯状電極を有し、前記各画素列単位で前記電子ビームを水平走査方向に偏向する第３偏向電極および第４偏向電極と、
少なくとも前記第３偏向電極と前記第４偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、前記第３偏向電極および前記第４偏向電極にそれぞれ前記偏向ための電圧を可変可能に印加する水平偏向電源部と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第３偏向電極は、前記複数の第３帯状電極と、前記複数の第３帯状電極を一方の端部で接続する第３接続電極とを有し、
前記第４偏向電極は、前記複数の第４帯状電極と、前記複数の第４帯状電極を一方の端部で接続する第４接続電極とを有し、
前記第３偏向電極と前記第４偏向電極とは、垂直走査方向において対向するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記水平偏向電源部は、
電源と、
電位が、前記第３偏向電極＞前記第４偏向電極、前記第３偏向電極＝前記第４偏向電極および前記第３偏向電極＜前記第４偏向電極となるように、前記電源の電圧を可変して前記第３偏向電極および前記第４偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記各電子放出源が、複数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した電子放出素子アレイで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。