(57)【要約】      （修正有）【課題】光電変換膜の残留電荷を効果的に除去することが可能な、高画質、高性能、高信頼性の撮像装置を提供する。【解決手段】電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる放出電子ビーム拡大手段を有し、点順次走査制御をなすコントローラは、画像信号の出力期間以外のブランキング期間において、電子放出源アレイから電子ビームを放出させるとともに、放出電子ビーム拡大手段を制御して電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる。【選択図】図５
2010182642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子放出源がマトリクス状に配置された電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向して配置された光電変換膜と、前記電子放出源アレイを駆動する走査ドライバと、前記走査ドライバを制御して前記電子放出源アレイの走査ラインごとに点順次走査をなすコントローラと、を備え、前記電子放出源アレイから前記光電変換膜に向けて放出された電子の一部が光入射によって前記光電変換膜に生成された正孔と結合することによって流れる光電変換膜電流を画像信号の出力として得る撮像装置であって、
前記電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる放出電子ビーム拡大手段を有し、
前記コントローラは、前記画像信号の出力期間以外のブランキング期間において、前記電子放出源アレイから電子ビームを放出させるとともに、前記放出電子ビーム拡大手段を制御して前記電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記放出電子ビーム拡大手段は、前記電子放出源アレイと前記光電変換膜の中間に設けられた中間電極と、前記中間電極に電圧を印加する中間電極電圧生成器と、前記電子ビームを集束させる磁石と、を含み、
前記コントローラは、前記中間電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記中間電極への印加電圧は前記電子放出源の引き出し電圧に対して正の電圧であって、前記コントローラは前記中間電極への前記印加電圧を低減することにより前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記放出電子ビーム拡大手段は、前記電子放出源アレイから放出される電子ビームを集束させる集束用電極を含み、
前記コントローラは、前記集束用電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記集束用電極への印加電圧は前記電子放出源の引き出し電圧に対して負の電圧であって、前記コントローラは前記集束用電極への前記印加電圧を増加させることにより前記電子ビームを拡げることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ブランキング期間において、前記画像信号の出力がなされた走査ラインよりも以前に走査された少なくとも１の走査ラインに対応する電子放出源から電子ビームを放出させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記ブランキング期間において、前記走査ラインの画素を複数のブロックに区分し、前記ブロックごとに電子放出源から電子ビームを放出させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源が配列された電子放出源アレイと光電変換膜とを有する撮像素子、及び当該電子放出源アレイを走査駆動する走査駆動回路からなる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界を印加することによって電子を引き出す電子放出源をマトリクス状に配置した電子放出源アレイと、光電変換膜とを備えた撮像装置が提案されている。例えば、電子放出源（冷陰極電子源）としてＨＥＥＤ（high-efficiency electron emission device）（例えば、非特許文献１）やスピント（Spindt）型の冷陰極アレイが提案されている（例えば、特許文献１）。例えば、ＨＥＥＤは、低電圧駆動が可能であり、構造がシンプルであるという特長を有し、撮像デバイスへの応用研究が進められている。また、光電変換膜としては、例えば、ＨＡＲＰ（High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) 光電変換膜がある。
【０００３】
しかしながら、高輝度な画像が入射された場合（すなわち、入射光量が多い場合）、光電変換膜の１画素エリアに蓄積された正孔電荷が多すぎて、画像情報読み出しの際の放出電子量では蓄積された正孔を中和するのに不足し、蓄積された正孔が残留する問題があった。
【０００４】
また、冷陰極アレイ中の欠陥画素に起因する問題、例えば、電子放出の無い（放出電子量が殆どゼロ）あるいは放出電子量が不足する画素（電子放出源）に起因して、光電変換膜の画素エリアに正孔が残留する問題があった。このような場合、たとえ、残留正孔を中和するための追加電子放出駆動を行っても残留正孔を解消できない。また、光電変換膜を過剰正孔状態のまま放置すると絶縁破壊などの問題が生じる場合があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】パイオニアＲ＆Ｄ誌、Vol.17, No.2, 2007,pp.61-69
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光電変換膜の残留電荷を効果的に除去することが可能な、高画質、高性能、高信頼性の撮像装置を提供することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、複数の電子放出源がマトリクス状に配置された電子放出源アレイと、電子放出源アレイに対向して配置された光電変換膜と、電子放出源アレイを駆動する走査ドライバと、走査ドライバを制御して電子放出源アレイの走査ラインごとに点順次走査をなすコントローラと、を備え、電子放出源アレイから光電変換膜に向けて放出された電子の一部が光入射によって光電変換膜に生成された正孔と結合することによって流れる光電変換膜電流を画像信号の出力として得る撮像装置であって、電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる放出電子ビーム拡大手段を有している。コントローラは、画像信号の出力期間以外のブランキング期間において、電子放出源アレイから電子ビームを放出させるとともに、放出電子ビーム拡大手段を制御して電子放出源アレイから放出される電子ビームを拡げる。
【０００９】
上記放出電子ビーム拡大手段は、電子放出源アレイと光電変換膜の中間に設けられた中間電極と、中間電極に電圧を印加する中間電極電圧生成器と、電子ビームを集束させる磁石と、を含み、コントローラは、中間電極への印加電圧を調整して電子ビームを拡げるようにすることができる。
【００１０】
また、上記放出電子ビーム拡大手段は、電子放出源アレイから放出される電子ビームを集束させる集束用電極を含み、コントローラは、集束用電極への印加電圧を調整して前記電子ビームを拡げるようにすることができる。
【００１１】
さらに、コントローラは、ブランキング期間において、画像信号の出力がなされた走査ラインよりも以前に走査された少なくとも１の走査ラインに対応する電子放出源から電子ビームを放出させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＨＥＥＤ冷陰極ＨＡＲＰ撮像素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】ＨＥＥＤ冷陰極アレイ、ＨＥＥＤ冷陰極アレイを駆動するＹ走査ドライバ及びＸ走査ドライバ、装置全体を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】アクティブ駆動型ＨＥＥＤ冷陰極アレイの構造を説明する図であって、画素部分を模式的に示す部分断面図である。
【図４】実施例１の撮像装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施例１の撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。
【図６】走査ラインＹｊにおいて、Ｘ方向（水平方向）の走査駆動によって当該走査ラインの電子放出素子を点順次走査する場合の動作及び追加電子放出動作のタイミングを模式的に示す図である。
【図７】走査ラインの画素を複数のブロックＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂjに分けて、追加電子放出駆動する場合のタイミングを模式的に示す図である。
【図８】実施例２の撮像装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】実施例２の撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】集束用電極の構成を模式的に示す図である。
【図１１】集束用電極の構成を模式的に示す図である。
【図１２】実施例２の改変例である撮像装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。以下に説明する図において、実質的に同一又は等価な構成要素あるいは部分には同一の参照符を付している。
【実施例１】
【００１４】
図１は、ＨＥＥＤ冷陰極ＨＡＲＰ撮像素子１０の構成を模式的に示す断面図である。ＨＥＥＤ冷陰極ＨＡＲＰ撮像素子（以下、冷陰極撮像素子ともいう。）１０は、アクティブ駆動型ＨＥＥＤ（High-efficiency Electron Emission Device）冷陰極アレイとＨＡＲＰ（High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) 光電変換膜とを組み合わせた撮像素子である。より詳細には、冷陰極撮像素子１０は、ＨＡＲＰ光電変換膜１１と、ＨＥＥＤ冷陰極アレイチップ２４と、ＨＡＲＰ光電変換膜１１及びＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０間に配されたメッシュ電極（中間電極）１５を有している。後述するように、ＨＥＥＤ冷陰極アレイチップ２４には、アクティブ駆動型ＨＥＥＤ冷陰極アレイ（以下、単に、ＨＥＥＤ冷陰極アレイという。）２０と、Ｙ走査ドライバ２２及びＸ走査ドライバ２３（図示しない）とが一体に形成されている。なお、光電変換膜としてＨＡＲＰ構造の光電変換膜を用い、また、冷陰極アレイとしてＨＥＥＤ構造の冷陰極アレイを用いた場合について説明するが、これらは例示に過ぎず、他の構成の光電変換膜及びスピント型の冷陰極アレイなどを用いた場合にも適用することができる。
【００１５】
図１に示すように、ＨＡＲＰ光電変換膜１１は透光性導電膜１２上に形成され、透光性導電膜１２は透光性基板１３上に形成されている。ＨＡＲＰ光電変換膜１１は、アモルファス・セレン（Ｓｅ）を主成分として構成されているが、他の材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、酸化鉛（ＰｂＯ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物半導体などを用いることもできる。透光性導電膜１２は、酸化スズ（ＳｎＯ2）膜、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜などで形成することができる。透光性導電膜１２には、後述するように、ガラスハウジング１０Ａに設けられた接続端子（入出力端子）Ｔ１を介して所定の正電圧（以下、ＨＡＲＰ電位又はＨＡＲＰ電圧ともいう。）が印加される。
【００１６】
透光性基板１３は、冷陰極撮像素子１０が撮像する波長の光を透過する材料で形成されていればよい。例えば、可視光による撮像を行う場合には可視光を透過するガラス等の材料で形成され、紫外光による撮像の場合には紫外光を透過するサファイア、石英ガラス等の材料で形成されている。また、Ｘ線による撮像の場合には、Ｘ線を透過する材料、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等で形成されていればよい。
【００１７】
メッシュ電極１５には、複数の開口が設けられており、公知の金属材料、合金、半導体材料等で形成されている。メッシュ電極１５には接続端子Ｔ５を介して所定の正電圧（以下、メッシュ電圧又はメッシュ電位ともいう。）が印加される。メッシュ電極は、電子加速及び余剰電子回収のために設けられる中間電極である。
【００１８】
ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０については、後に詳述するが、ＨＥＥＤを駆動するＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタのゲート電極はＸ走査ドライバ２３（水平走査回路）に接続され、ソース電極（Ｓ）はＹ走査ドライバ２２（垂直走査回路）に接続され、点順次走査がなされる。Ｙ走査ドライバ２２及びＸ走査ドライバ２３はＨＥＥＤ冷陰極アレイチップ２４上にＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０と一体に、１チップとして構成され、ガラスハウジング１０Ａ内に設けられている（図示しない）。ＨＥＥＤ冷陰極アレイチップ２４の駆動に必要な信号や電圧などはガラスハウジング１０Ａに設けられた接続端子（入出力端子）Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を介して供給される。
【００１９】
これらの全ての構成要素はフリットガラスまたはインジウムメタルによってシールされたガラスハウジング１０Ａ内に真空封入されている。
【００２０】
なお、冷陰極アレイ２０から放出される電子ビームをＨＡＲＰ光電変換膜１１の表面上に集束させる方法としては、例えば、永久磁石などを冷陰極撮像素子１０の周囲に配した磁界集束を用いる方法（磁界集束方式）がある。また、冷陰極撮像素子１０の電子放出部（エミッションサイト）の周囲に集束用電極を設け、当該集束用電極への印加電圧調整により電子ビームを集束させる方法（電界集束方式）がある。
【００２１】
図２は、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０及びＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０を駆動するＹ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３、装置全体を制御するコントローラ２５の構成を示すブロック図である。Ｙ走査ドライバ２２及びＸ走査ドライバ２３はＨＥＥＤ冷陰極アレイチップ２４として１チップとして構成されている。なお、コントローラ２５や、後述するその他の回路が当該チップ上に設けられていてもよい。
【００２２】
ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０は、図２に模式的に示すように，Ｓｉウェハ上に形成した駆動回路ＬＳＩ上に、冷陰極電子放出素子（以下、画素ともいう。）が配列されたＨＥＥＤ冷陰極アレイを直接積層して一体化したアクティブ駆動型電界放出アレイ（ＦＥＡ：Field Emitter Array）として構成され、点順次スキャンがなされる撮像動作の高速駆動（例えば、１画素の駆動パルス幅が数１０ｎｓ）に対応することができる。ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０は、Ｙ方向（垂直方向）及びＸ方向（水平方向）にそれぞれｎライン及びｍラインの走査駆動線（以下、単に、走査ラインという。）に接続されたｎ行及びｍ列（画素数はｎ×ｍ）からなるマトリクス配列の複数の画素（電子放出素子）３０から構成されている。例えば、６４０×４８０画素（ＶＧＡ規格）の高精細ＨＥＥＤ冷陰極アレイとして構成されている。
【００２３】
Ｙ走査ドライバ２２及びＸ走査ドライバ２３はコントローラ２５からの垂直同期信号（V-Sync）、水平同期信号（H-Sync）、クロック信号（CLK）等の制御信号に基づいて点順次走査及び画素（電子放出素子）３０の駆動を行う。すなわち、Ｙ方向に走査ライン（Ｙj，j=1,2,..,n）を順次走査し、ある１つの走査ライン（Ｙkとする）の選択時にＸ方向に走査ライン（Ｘi，i=1,2,..,m）を順次走査して当該走査ライン（Ｙk）上の各画素を選択駆動することによって点順次走査を実行する。
【００２４】
図３は、アクティブ駆動型ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の構造を説明する図であって、画素部分を拡大して模式的に示す部分断面図である。ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０は、ＭＯＳトランジスタアレイからなる駆動回路４０と、駆動回路４０を駆動制御するＹ走査ドライバ２２及びＸ走査ドライバ２３とを形成した後、駆動回路４０の上部にＨＥＥＤ部３１が形成されている。
【００２５】
図３に示すように、ＨＥＥＤ部３１は、下部電極３３、シリコン（Ｓｉ）層３４、酸化シリコン（ＳｉＯx）層３５、例えばタングステン（Ｗ）からなる上部電極３６、炭素（Ｃ）層３７の積層構造からなるＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor) 型の冷陰極電子放出源である。ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の上部電極３６は全電子放出素子３０に共通になっており、下部電極３３およびＳｉ層３４を分割して各電子放出素子３０を電気的に分離している。
【００２６】
ＨＥＥＤ部３１の下部電極３３は、駆動回路４０のＭＯＳトランジスタ２１のドレイン電極Ｄにビアホールを介して接続されている。また、前述のように、ＭＯＳトランジスタのゲート電極Ｇとソース電極ＳはＸ走査ドライバ２３及びＹ走査ドライバ２２に接続されている。そして、画素（電子放出素子）３０のスイッチングはＭＯＳトランジスタのドレイン電位、すなわち、ＨＥＥＤ部３１の各電子放出素子３０の下部電極３３の電位を制御することによって行われる。
【００２７】
また、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の画素数は、例えば、640×480 画素（VGA）であり、１画素のサイズは20×20μｍ2である。電子放出素子３０の表面部には、電子放出のための開口部であるエミッションサイトＥＳが設けられている。例えば、図２においては、１つの電子放出素子３０が8×8μｍ2からなる領域に、直径ＤＥが約１μｍであるエミッションサイトＥＳ（１μｍφ）が３×３ 個形成されている場合が示されている。１つのエミッションサイトＥＳからは、例えば、数マイクロアンペア（μＡ）の電子流が放出される（放出電流密度は、約４Ａ／ｃｍ2）。なお、本実施例において示す数値は単なる例示に過ぎず、撮像素子が用いられる装置、撮像素子の解像度、感度等に応じて、適宜変更して適用することが可能である。
【００２８】
［撮像装置の構成及び動作］
図４は、本実施例の撮像装置５０の構成を模式的に示す図である。なお、本実施例においては、磁界集束方式により冷陰極アレイ２０からの放出電子ビームを集束させる場合について説明する。すなわち、冷陰極撮像素子１０の周囲に配された磁石２０Ａによる磁界Ｈ（破線矢印で示している。）が冷陰極撮像素子１０に印加され、放出電子ビームの集束がなされる。
【００２９】
撮像装置５０には、画像信号検出器５１と、Ｙ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３、画像信号検出器５１及びメッシュ電圧生成器５２を制御するコントローラ２５とが設けられている。
【００３０】
また、図４に示すように、透光性導電膜１２には外部電源回路が接続され、所定の正電圧（ＨＡＲＰ電圧）ＶharpがＨＡＲＰ光電変換膜１１に印加されるとともに、キャパシタＣ１を介してＨＡＲＰ信号が画像信号検出器５１に供給されるように構成されている。また、メッシュ電極１５には、メッシュ電圧生成器５２からメッシュ電圧（ＭＥＳＨ電圧）Ｖmeshが印加されるように構成されている。また、ＨＥＥＤ部３１の上部電極３６には所定の正電圧（ＨＥＥＤ駆動電圧）Ｖｄが印加されるように構成されている。すなわち、当該上部電極３６に印加される所定の正電圧Ｖｄは、電子放出素子３０（電子放出源）から電子を引き出すための引き出し電圧である。そして、メッシュ電圧Ｖmeshは、当該電子放出源の引き出し電圧Ｖｄに対して正の電圧である。なお、これらの電圧値を例示すると、Ｖharp＝１．５ｋＶ、Ｖmesh＝４７０Ｖ、Ｖｄ＝２３Ｖであるが、これらの値に限定されるものではない。
【００３１】
次に、撮像装置５０の動作について説明する。外部からの光が透光性導電膜１２を経てＨＡＲＰ光電変換膜１１に入射すると、透光性導電膜１２近傍の膜内部に入射光量に応じた電子・正孔対が生成される。このうち正孔は透光性導電膜１２を介してＨＡＲＰ光電変換膜１１に印加された強い電界によって加速され、ＨＡＲＰ光電変換膜１１を構成する原子と次々衝突して新たな電子・正孔対を生み出す。このように、アバランシェ増倍された正孔がＨＡＲＰ光電変換膜１１のＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０に対向する側（透光性導電膜１２の反対側）に蓄積され、入射光像に対応した正孔パターンが形成される。その正孔パターンとＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０から放出された電子とが結合する際の電流が入射光像に応じたＨＡＲＰ電流信号（画像信号ＳＶ）として出力される。
【００３２】
なお、Ｙ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３、画像信号検出器５１、メッシュ電圧生成器５２及びコントローラ２５を含む撮像装置５０の各構成要素はクロック信号（CLK）に基づいて（同期して）動作し、ここで説明する各構成要素の制御、各種信号の検出、ドライバ駆動、信号処理等の種々の動作がなされる。
【００３３】
図５は、コントローラ２５の制御によって実行される撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。また、図６は、走査ラインＹｊにおいて、Ｘ方向（水平方向）の走査駆動によって当該走査ラインの電子放出素子３０（１〜ｍ、ｍ＝640の場合を示す。）を点順次走査する場合の動作及び追加電子放出動作のタイミングを模式的に示している。
【００３４】
まず、走査ラインＹｊ（映像フレームの開始時においては、ｊ＝１）について点順次走査を行い（ステップＳ１１、図６の有効水平画像期間）、画像信号が出力される（画像信号出力期間）。コントローラ２５が、有効水平画像期間が終了し、帰線消去期間（以下、ブランキング期間という。）であると判別した場合には（ステップＳ１２）、メッシュ電圧Ｖmeshを当該有効水平画像期間における電圧値から変更する（ステップＳ１３）。すなわち、ＨＡＲＰ光電変換膜１１面への電子ビームが拡がる（ＨＡＲＰ光電変換膜１１面上のビームスポットが拡大する）ようにメッシュ電圧Ｖmeshを変更する。つまり、メッシュ電圧Ｖmeshを電子ビームが最も集束する最適値から変更する（増加又は減少させる）ことによって、当然に電子ビームは拡大する。例えば、正のメッシュ電圧Ｖmeshを有効水平画像期間における電圧値から低減することで電子ビームを拡げることができる。すなわち、メッシュ電極１５、メッシュ電圧生成器５２及び磁界Ｈを生成する磁石２０Ａは放出電子ビーム拡大手段として機能する。
【００３５】
コントローラ２５は、当該走査ライン（Ｙｊ）の走査後のブランキング期間において、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の少なくとも１の走査ラインの電子放出素子３０の追加電子放出を行う（ステップＳ１４）。
【００３６】
このように、メッシュ電圧Ｖmeshを通常の画像信号読み出し時の電圧値から変更し、電子放出素子３０から放出される電子ビームが拡がる（ビームをデフォーカスする）ようにすることで、放出電子量が不足する、あるいは電子放出の無い欠陥画素の周囲の画素（冷陰極素子）３０からの追加電子放出によって、当該欠陥画素に対応するＨＡＲＰ光電変換膜１１の画素エリアに残留した正孔を除去することができる。すなわち、欠陥電子放出素子に起因して光電変換膜の画素エリアに正孔が残留する場合においては、その欠陥電子放出素子の追加電子放出駆動を行っても残留正孔を解消できないが、本実施例によれば、放出電子ビームスポットを拡大させ、周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥電子放出素子（画素）に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
【００３７】
当該走査ラインの走査終了後、次の走査ラインに移行して（ステップＳ１１）、上記した手順を繰り返す。撮像動作を終了する場合には（ステップＳ１５）、本ルーチンを終了する。
【００３８】
なお、追加電子放出を行う走査ライン（上記少なくとも１の走査ライン）は、任意の走査ラインでよいが、当該走査ライン（Ｙｊ）よりも以前に走査された少なくとも１の走査ラインであることが好ましい。画像信号の読み出しを行っていない光電変換膜の画素エリアに電子が先行して入射されることにより、読み出すべき正孔が欠損することを回避するためである。また、電子ビームの拡がりにより周囲の画素エリアの残留正孔を除去するので、複数の走査ラインに亘って、追加電子放出を行うことが好ましい。さらに、追加電子放出を行う走査ラインは、当該走査ライン（Ｙｊ）よりも少なくとも複数ライン以前の走査ライン（Ｙ(j-k)）（ｋは２以上の整数）であることが好ましい。
【００３９】
上記においては、ブランキング期間において、少なくとも１の走査ラインの全画素（電子放出素子）を同時に追加電子放出する場合について説明したが、図７に示すように、当該走査ラインの画素を複数のブロックＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂjに分け、ブランキング期間内において、ブロックごとに追加電子放出するように駆動してもよい。このように駆動することで、放出電子電流及び中和電流を低減することができるので、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０やＨＡＲＰ電源（Ｖharp）などの負荷を低減することができる。
【００４０】
また、水平ブランキング期間において追加電子放出を行う場合を例に説明したが、垂直ブランキングを行う場合にも適用することができる。すなわち、当該垂直ブランキング期間において追加電子放出を行うように構成してもよい。
【実施例２】
【００４１】
図８は、実施例２の撮像装置５０の構成を模式的に示す図である。本実施例においては、電界集束方式により電子ビームを集束させる構成が用いられている。すなわち、冷陰極アレイ２０の集束用電極への印加電圧調整により電子ビームを集束させる方法が用いられている。
【００４２】
より詳細には、図８に示すように、冷陰極アレイ２０の放出電子素子３０の電子放出部（エミッションサイトＥＳ）の周囲に集束用電極３８が設けられている。また、集束用電極３８にはフォーカス電圧生成器５３からフォーカス電圧Ｖfocusが供給されるように構成されている。また、フォーカス電圧生成器５３は、コントローラ２５の制御によって動作する。本実施例においては、集束用電極３８及びフォーカス電圧生成器５３によって残留電荷除去を行うが、図９に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
【００４３】
なお、集束用電極３８は、例えば、図１０の冷陰極アレイ２０の上面図に示すように、電子放出素子３０の周囲に設けることができる。あるいは、図１１に示すように、電子放出素子３０のエミッションサイトＥＳの各々の周囲に、エミッションサイトＥＳを囲むように設けることができる。尚、形状、位置など、集束用電極３８の構成はこれらに限定されず、放出電子を電界によって集束（及びデフォーカス）することができるように構成されていればよい。
【００４４】
図９は、コントローラ２５の制御によって実行される撮像動作及び残留電荷除去動作を行う制御手順を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、走査ラインＹｊ（映像フレームの開始時においては、ｊ＝１）について点順次走査を行い（ステップＳ２１、図６の有効水平画像期間）、画像信号が出力される。コントローラ２５が、有効水平画像期間が終了し、ブランキング期間であると判別した場合には（ステップＳ２２）、フォーカス電圧Ｖfocusを当該有効水平画像期間における電圧値から変更する（ステップＳ２３）。すなわち、ＨＡＲＰ光電変換膜１１面上への電子ビームが拡がる（ビームスポットが拡大する）ようにフォーカス電圧Ｖfocusを変更する。例えば、フォーカス電圧Ｖfocusは放出電子を反発させる負の電圧であって、当該負のフォーカス電圧Ｖfocusを有効水平画像期間における電圧値から増加（又は絶対値を低減）することで電子ビームを拡げることができる。なお、ＨＡＲＰ光電変換膜１１面上において電子ビームが最も集束する最適値からフォーカス電圧Ｖfocusを増加又は減少させることによって、当然に電子ビームスポットは拡大する。すなわち、集束用電極３８及びフォーカス電圧生成器５３は放出電子ビーム拡大手段として機能する。
【００４６】
コントローラ２５は、当該走査ライン（Ｙｊ）の走査後のブランキング期間において、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の少なくとも１の走査ラインの電子放出素子３０の追加電子放出を行う（ステップＳ２４）。
【００４７】
このように、フォーカス電圧Ｖfocusを通常の画像信号読み出し時の電圧値から変更し、電子放出素子３０から放出される電子ビームが拡がる（デフォーカスする）ようにすることで、放出電子量が不足している欠陥画素の周囲の画素（冷陰極素子）３０からの追加電子放出によって、当該欠陥画素に対応するＨＡＲＰ光電変換膜１１の画素エリアに残留した正孔を除去することができる。すなわち、上記実施例１と同様に、本実施例によれば、放出電子ビームスポットを拡大させ、周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥電子放出素子（画素）に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
【００４８】
当該走査ラインの走査終了後、次の走査ラインに移行して（ステップＳ２１）、上記した手順を繰り返す。撮像動作を終了する場合には（ステップＳ２５）、本ルーチンを終了する。
【００４９】
なお、追加電子放出を行う走査ライン（上記少なくとも１の走査ライン）は、当該走査ライン（Ｙｊ）よりも以前に走査された少なくとも１の走査ラインであることが好ましい。また、電子ビームの拡がりにより周囲の画素エリアの残留正孔を除去するので、複数の走査ラインに亘って、追加電子放出を行うことが好ましい。さらに、追加電子放出を行う走査ラインは、当該走査ライン（Ｙｊ）よりも少なくとも複数ライン以前の走査ライン（Ｙ(j-k)）（ｋは２以上の整数）であることが好ましい。
【００５０】
上記においては、ブランキング期間において、少なくとも１の走査ラインの全画素（電子放出素子）を同時に追加電子放出する場合について説明したが、図７に示すように、当該走査ラインの画素を複数のブロックＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂjに分けて、追加電子放出するように駆動してもよい。このように駆動することで、放出電子電流及び中和電流を低減することができるので、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０やＨＡＲＰ電源（Ｖharp）などの負荷を低減することができる。
【００５１】
なお、上記した実施例は適宜組み合わせ、あるいは、改変して適用することができる。例えば、実施例２のように電界集束方式により電子ビームを集束させる構成を有する撮像装置において、メッシュ電圧Ｖmeshを変更して放出電子ビームを拡大するように構成することができる。
【００５２】
すなわち、上記実施例２の改変例として、図１２に示すように、メッシュ電圧Ｖmeshは可変電圧生成器からなるメッシュ電圧生成器５５からメッシュ電極１５に供給される。コントローラ２５は、冷陰極アレイ２０の集束用電極３８への印加電圧を固定するとともに、電子放出素子３０からの放出電子ビームを拡大するようにメッシュ電圧Ｖmeshを変更する制御を行う。
【００５３】
さらに、この場合においても、ブランキング期間内において、画像信号の読み出しを行う走査ラインの周囲の電子放出素子からの放出電子を欠陥画素（電子放出素子）に対応する画素エリアに到達させることができる。また、この場合、少なくとも１の走査ラインの全画素（電子放出素子）を同時に追加電子放出してもよいし、当該走査ラインの画素を複数のブロックに分け、当該ブロックごとに追加電子放出するように構成してもよい。
【００５４】
以上、詳細に説明したように、ブランキング期間において、電子放出素子３０から放出される電子ビームを拡げるビーム拡大手段を用いることで、周囲の電子放出素子からの放出電子を、欠陥画素（電子放出素子）に対応する画素エリアに到達させることによって残留した正孔を除去することができる。
【００５５】
これにより、冷陰極アレイの寿命向上、余剰電子の抑制等の効果が得られる。また、いわゆる、白つぶれや階調飽和の無い又は抑制された高画質、高性能な撮像装置を実現することができる。従って、画質及び解像度の向上、撮像装置の信頼性、寿命の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ＨＥＥＤ冷陰極ＨＡＲＰ撮像素子
１１  光電変換膜
１５  メッシュ電極
２０  ＨＥＥＤ冷陰極アレイ
２２  Ｙ走査ドライバ
２３  Ｘ走査ドライバ
２４  冷陰極アレイチップ
２５  コントローラ
３０  画素（電子放出素子）
３８  集束用電極
３１  ＨＥＥＤ部
５１  画像信号検出器
５２  メッシュ電圧生成器
５３  フォーカス電圧生成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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