(57)【要約】  【課題】  冷陰極アレイの不良電子放出画素、光電変換膜の残留電荷画素等の欠陥画素を正確に検出できる撮像装置を提供する。また、当該検出画素の情報に基づいて、電子放出制御及び撮像データ補間処理を正確に行うことが可能な撮像装置を提供する。    【解決手段】  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に電子放出源アレイの電位に対し正なる電位を印加するとともに、中間電極に流れる電流を検出する中間電極電流検出器を有している。中間電極電流検出器は、電子放出源の各々を点順次走査するクロック信号に同期して電子放出源の各々に対応する中間電極電流を検出する。  【選択図】  図４
2010028267.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と前記光電変換膜の中間に設けられた中間電極と、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映像信号の出力として得る撮像装置であって、
前記中間電極に前記電子放出源アレイの電位に対し正なる電位を印加するとともに、前記中間電極に流れる電流を検出する中間電極電流検出器を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記中間電極電流検出器は、前記マトリクス状に配置された前記電子放出源の各々を点順次走査するクロック信号に同期して前記電子放出源の各々に対応する前記中間電極電流を検出す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】
前記中間電極電流と前記光電変換膜電流の値に基づいて、放出電子量が前記光電変換膜に生成された正孔量に満たない電子放出源を判別する残留正孔判別部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記中間電極電流と前記光電変換膜電流の値に基づいて、前記電子放出源の各々の放出電子量を判別する放出電子量判別部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記映像信号の出力期間以外のブランキング期間において、前記残留正孔判別部により判別された電子放出源の追加電子放出駆動を行う駆動制御部を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記放出電子量が規定値に達しない前記電子放出源に対応する映像信号データの補間をなす信号補間処理部を有することを特徴とする請求項４又は５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、及び当該撮像素子を駆動する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）が提案されている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
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。
【０００４】
しかしながら、高輝度な画像が入射された場合、画像情報読み出しの際に光電変換膜の１画素エリアに蓄積された正孔電荷が多すぎて、所定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、検出信号が飽和を起こす問題があった。
【０００５】
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）ため画像信号を検出（再生）できない画素や、放出電子量が基準値に満たないため通常の輝度でも信号飽和が起こる画素が存在する等の問題があった。
【０００６】
さらに、このような欠陥画素は常時黒点になり、この黒点は画質上目障りなノイズになる。従来は、再生信号を整える後段のプロセッサで左右、あるいは上下左右等の画素の再生信号から平均値を算出して、黒点画素の信号と置き換える、いわゆる信号補間を行っていた。しかしながら、従来においては、再生画像から補間すべき画素を特定しており、撮影した画像が黒なのか、あるいは欠陥によって黒になっているのかの識別が困難であるという問題があった。また、使用中に突然動作不良となった画素については補正がなされないという問題があった。
【非特許文献１】パイオニアＲ＆Ｄ誌、Vol.17, No.2, 2007,pp.61-69
【発明の開示】
【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、冷陰極アレイの不良電子放出画素、光電変換膜の残留電荷画素等の欠陥画素を正確に検出できる撮像装置を提供することにある。また、当該検出画素の情報に基づいて、電子放出制御及び撮像データ補間処理を正確に行うことが可能な、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、電子放出源アレイと光電変換膜の中間に設けられた中間電極と、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、映像信号の出力として得る撮像装置であって、上記中間電極に電子放出源アレイの電位に対し正なる電位を印加するとともに、上記中間電極に流れる電流を検出する中間電極電流検出器を有している。
【０００９】
また、中間電極電流検出器は、電子放出源の各々を点順次走査するクロック信号に同期して電子放出源の各々に対応する中間電極電流を検出する。
【００１０】
また、中間電極電流と光電変換膜電流の値に基づいて、放出電子量が光電変換膜に生成された正孔量に満たない電子放出源を判別する残留正孔判別部をさらに有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００１２】
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冷陰極アレイを用いてもよい。
【００１３】
図に示すように、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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は全画素共通になっており、下部電極３３およびＳｉ層３４を分割して各画素を電気的に分離している。
【００２３】
ＨＥＥＤ部３１の下部電極３３は、駆動回路４０のＭＯＳトランジスタのドレイン電極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、電子を放出させる画素のスイッチングはＭＯＳトランジスタのドレイン電位、すなわち、ＨＥＥＤ部３１の各画素の下部電極３３の電位を制御することによって行われる。
【００２４】
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。１画素の表面部には、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、１画素の8×8μｍ2の領域には、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。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。
［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。撮像装置５０には、光電変換信号検出器であるＨＡＲＰ信号検出器５１、及びメッシュ電極信号検出器（以下、ＭＥＳＨ信号検出器ともいう。）５２が設けられている。また、信号補間処理部５３及び冷陰極アレイ制御部５４が設けられている。図４には、信号補間処理部５３及び冷陰極アレイ制御部５４がコントローラ２５の一部として設けられている場合を模式的に示しているが、コントローラ２５とは別個に設けられていてもよいのはもちろんである。ＨＡＲＰ信号検出器５１及びＭＥＳＨ信号検出器５２により検出されたＨＡＲＰ信号及びメッシュ電極信号はコントローラ２５に供給される。
【００２５】
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５６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ＨＡＲＰ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には所定の正電圧（メッシュ電圧又はＭＥＳＨ電圧）Ｖmeshが印加されるとともに、キャパシタＣ２を介してメッシュ電極信号（以下、ＭＥＳＨ信号ともいう。）がＭＥＳＨ信号検出器５２に供給されるように構成されている。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。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。
【００２６】
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映像信号として検出される。
【００２７】
コントローラ２５は、ＨＡＲＰ信号検出器５１及びＭＥＳＨ信号検出器５２により検出されたＨＡＲＰ信号Ｓｈ及びＭＥＳＨ信号Ｓｍに基づいて、冷陰極アレイ制御及び信号処理を行う。なお、Ｙ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３、ＨＡＲＰ信号検出器５１、ＭＥＳＨ信号検出器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。
【００２８】
コントローラ２５は、ＨＡＲＰ信号検出器５１及びＭＥＳＨ信号検出器５２からのＨＡＲＰ信号Ｓｈ及びＭＥＳＨ信号Ｓｍに基づいて、正孔が残留した状態になっているＨＡＲＰ光電変換膜１１の画素エリア（以下、残留電荷画素という。）を判別し、また、電子放出がなされない、あるいは放出電子量が基準値（ε）に満たないＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の画素（以下、非電子放出画素という。）を判別する。
【００２９】
図５は、ＨＡＲＰ信号波形及びＭＥＳＨ信号波形、すなわち、ＨＡＲＰ光電変換膜１１及びメッシュ電極１５の電流変化を模式的に示している。なお、ここでは、ＨＡＲＰ光電変換膜１１及びメッシュ電極１５の電流（絶対値）をそれぞれＨＡＲＰ電流Ｉｈ及びＭＥＳＨ電流Ｉｍとして説明する。上記した残留電荷画素や非電子放出画素のような不良画素又は欠陥画素を検出、判別する方法としては、種々あり得るが以下の方法によるのが好ましい。
【００３０】
ＨＡＲＰ電流Ｉｈは各画素に入射する光量（輝度）に応じて異なり、また、ＭＥＳＨ電流ＩｍもＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の各画素の放出電子量に応じて異なる。また、メッシュ電極１５の電子透過率（κ）によってもＨＡＲＰ電流Ｉｈ、ＭＥＳＨ電流Ｉｍは異なる。ここで電子透過率（κ）はメッシュ電極の電子の透過率を規定する値であり、該メッシュの穴の面積比として、おおよそ面内一定とした既知の値を用いている。または、この既知の値に代えて実験等により場所ごとに分布を求めてこれを電子透過率として使用しても良い。ここで残留電荷画素においては、Ｉｈ＝Ｉｈ（MAX）又は、Ｉｍ＝Ｉｍ（MIN）が成立するようになる。しかしながら現実にはこれらの関係式を満たす状態だけを検出するのは、ノイズ等の問題から困難が伴う。したがって、実際には以下の式に示されるような適当な判別範囲（Ｉｈ（MAX）に所定の係数を乗算したＩｈ（th）や、Ｉｍ（MIN）に所定の係数を乗算したＩｍ（th）等の閾値を超える範囲）を設定するのが望ましい。従って、以下の式に基づいて、基準値Ｉｈ（th）及びＩｍ（th）を定め、残留電荷画素及び非電子放出画素を判別する方法が好ましい。
Ｉｈ＋Ｉｍ＝Ｉｅ                            （１）
Ｉｅ×κ＝Ｉｈ（MAX），  Ｉｅ×（１−κ）＝Ｉｍ（MIN）      （２）
０．９×Ｉｈ（MAX）＝Ｉｈ（th），  １．１×Ｉｍ（MIN）＝Ｉｍ（th）  （３）
また、判別基準式は、
Ｉｈ＞Ｉｈ(th)  又は  Ｉｍ＜Ｉｍ(th)        （４）
Ｉｅ＜ε                                    （５）
である。
【００３１】
例えば、残留電荷画素（以下、不良画素タイプＡ又は画素Ａと総称する。）は、上記基準式（４）を満たす画素として判別することができる。また、放出電子量が基準値（ε）に満たない非電子放出画素（以下、不良画素タイプＢ又は画素Ｂと総称する。）は、上記基準式（５）を満たす画素として判別することができる。なお、この場合は、同時に基準式（４）も満たす。尚、式（３）における係数０．９及び１．１は、これに限定されるものではない。また、上記の判断基準式においては正常な画素を含む場合もあるが、これはノイズの影響を排除することと回路の安定性とのバランスを考慮したものである。
【００３２】
また、残留電荷画素および非電子放出画素の有無を検出してその補償を行う処理は、画質向上の観点からは各フレーム単位で行うことが望ましいが、これに限定されるものではない。例えば回路規模や処理能力に応じて、例えば数フレームに一度処理を行うようにしてもよい。
【００３３】
また、検出は画素毎に行われることから、補償動作も検出直後の水平ブランキング期間で行うことが可能であり、また、検出後の複数の水平ブランキング期間に渡って行うことで、より残留電荷除去効果を得ることも可能である。
【００３４】
かかる判別方法について、図５を参照してより具体的に説明する。図中、正常な画素（Ｎ１）は、入射光量（輝度）が大きく電荷生成が多い場合を示している。この場合、Ｉｅ（＝Ｉｈ＋Ｉｍ）は比較的大きい。すなわち、基準値Ｉｍ(th)は大きいが電子放出量は十分で、ＩｈはＩｈ(th)以下で（Ｉｈ≦Ｉｈ(th)）、残留電荷も生じておらず正常と判別できる。
【００３５】
正常な画素（Ｎ２）は、画素（Ｎ１）に比較して電荷生成が少なく、放出電子量が少ない場合を示している。この場合、Ｉｅ（＝Ｉｈ＋Ｉｍ）は画素（Ｎ１）の場合に比較して小さい。すなわち、基準値Ｉｍ(th)は小さく、ＩｍはＩｍ(th)以上で（Ｉｍ≧Ｉｍ(th)）、放出電子量は十分である。また、基準値Ｉｈ(th)は画素（Ｎ１）の場合に比較して小さいが、ＩｈはＩｈ(th)以下で（Ｉｈ≦Ｉｈ(th)）、残留電荷も生じておらず正常と判別できる。
【００３６】
不良画素Ａは、入射光量（輝度）が大きく、放出電子量は多いが不十分で残留電荷が生じている場合（Ｉｈ＞Ｉｈ(th)、かつＩｍ＜Ｉｍ(th)）を示している。また、不良画素Ｂは、電子放出が小さく（Ｉｅ＜ε）、生成電荷が残留電荷として生じている場合を示している。これらの場合は、不良画素と判別できる。
【００３７】
なお、非電子放出画素及び／又は残留電荷画素の検出・判別方法は上記した方法に限らない。例えば、電流値Ｉｅ（＝Ｉｈ＋Ｉｍ）を算出し、当該電流値が所定の基準値を超えるか否かで残留電荷の有無、非電子放出画素を判別することもできる。
【００３８】
図６は、コントローラ２５の制御によって実行される追加電子放出制御動作の手順を示すフローチャートである。また、図７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画素（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を模式的に示している。
【００３９】
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）の点順次走査において（ステップＳ１１）、コントローラ２５は、有効水平画像期間において、水平方向の画素１〜画素640の各々が残留電荷画素であるか否かを判別し（ステップＳ１２）、残留電荷画素と判別された画素の位置（アドレス、すなわち行及び列）を記憶する。なお、ステップＳ１２において、当該走査ラインの画素に残留電荷画素が無いと判別された場合にはステップＳ１１に移行して次の走査ラインについて上記した手順を繰り返す。
【００４０】
コントローラ２５は、残留電荷画素があると判別された場合、冷陰極アレイ制御部５４を制御して、当該走査ライン（Ｙｊ）の走査後の画像ブランキング期間において当該判別された画素に対応するＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の画素の追加電子放出を行う（ステップＳ１３）。例えば、当該走査ラインの第ｋ画素が上記した残留電荷画素と判別された場合には、ブランキング期間においてＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の当該走査ライン（Ｙｊ）の第ｋ画素の追加電子放出を行う。
【００４１】
なお、残留電荷画素の追加電子放出を行う場合を説明したが、当該残留電荷画素の近傍の画素、例えば、水平方向又は垂直方向において当該残留電荷画素に隣接する画素について追加電子放出を行うようにしてもよい。
【００４２】
次に、当該追加電子放出制御を終了するか否かが判別される（ステップＳ１４）。追加電子放出制御を続行する場合には、ステップＳ１１に移行して次の走査ラインＹｊ（ｊ＝ｊ＋１）について上記と同様な残留電荷画素の判別、追加電子放出制御を繰り返す。ステップＳ１４において追加電子放出制御を終了すると判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【００４３】
図８は、コントローラ２５の制御によって実行されるデータ補間処理動作の手順を示すフローチャートである。まず、走査ラインＹｊ（映像フレーム開始時においては、ｊ＝１）の点順次走査を行う（ステップＳ２１）。コントローラ２５は、水平方向の画素１〜画素640の各々が非電子放出画素であるか否かを判別し、非電子放出画素と判別された画素の位置（アドレス）を記憶する（ステップＳ２２）。
【００４４】
コントローラ２５は、非電子放出画素が検出された場合、信号補間処理部５３を制御して、信号補間処理を行う。信号補間処理部５３は、当該非電子放出画素に隣接する水平方向の画素及び／又は垂直方向の画素の輝度（光量）データを用いて当該非電子放出画素の輝度データの補間処理を行う。なお、コントローラ２５には、撮像データを記憶するメモリ（図示しない）が設けられている。そして、コントローラ２５は、信号補間処理部５３によって補間されたデータを撮像データ信号（映像信号）として出力する（ステップＳ２３）。
【００４５】
さらに、コントローラ２５は、非電子放出画素（不良画素）の数を積算し（ステップＳ２４）、当該積算値が規定値を超えるか否かを判別する（ステップＳ２５）。当該積算値が規定値を超える場合には、不良警告を表示器に表示する等して不良告知を行う（ステップＳ２６）。
【００４６】
ステップＳ２５において、当該積算値が規定値を超えないと判別された場合には、当該補間処理制御を終了するか否かが判別される（ステップＳ２７）。補間処理制御を続行する場合には、ステップＳ２１に移行して、次の走査ラインについて上記した手順を繰り返す。補間処理制御を終了すると判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【００４７】
なお、追加電子放出制御及びデータ補間処理制御について、その手順を個別に説明したが、これらの制御を組み合わせて適用してもよいのはもちろんである。
【００４８】
また、上記実施例においては、冷陰極アレイとしてＨＥＥＤ冷陰極アレイを例に、光電変換膜としてＨＡＲＰ光電変換膜例に説明したが、種々の冷陰極アレイ、光電変換膜を用いた撮像装置に適用することができる。また上記実施例において示した材料、数値等は例示に過ぎない。
【００４９】
以上、説明したように、本発明においては、ＨＡＲＰ等の光電変換膜によって形成された撮像面と、当該光電変換膜と真空空間を挟んで対向するように配された冷陰極アレイとの間に設けられたメッシュ電極の信号を利用している。すなわち、従来においては、メッシュ電極は定電圧が印加されているのみであり、放出電子の加速及び余剰電子の回収の目的で用いられていたに過ぎない。本発明においては、余剰電子の回収に伴う電流（ＭＥＳＨ信号）を検出し、光電変換膜側で得られた光電変換信号と共に参照することによって、光電変換膜の残留電荷画素、冷陰極アレイの欠陥画素、画素毎の放出電子量とそのばらつきや劣化度合い等を正確に把握することができる。
【００５０】
以上、詳細に説明したように、メッシュ電極の信号を利用することによって、冷陰極アレイの不良電子放出画素、光電変換膜の残留電荷画素を正確に検出することができる。また、当該検出画素の情報に基づいて、追加電子放出制御及び／又は撮像データ（映像信号）補間処理を正確に行うことができる。すなわち、電子放出量が規定値に達せず、追加電子放出が必要な画素にのみ追加電子放出を行わせることができ、冷陰極の寿命向上、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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】本実施例の撮像装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】ＨＡＲＰ信号波形及びＭＥＳＨ信号波形、すなわち、ＨＡＲＰ光電変換膜及びメッシュ電極に流れる電流の変化を模式的に示す図である。
【図６】コントローラの制御によって実行される追加電子放出制御動作の手順を示すフローチャートである。
【図７】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画素を点順次走査する場合の動作及び追加電子放出動作を模式的に示す図である。
【図８】コントローラの制御によって実行されるデータ補間処理動作の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
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
３１  ＨＥＥＤ部
３３  下部電極
３４  シリコン（Ｓｉ）層
３６  上部電極
５１  光電変換信号検出器
５２  中間電極信号検出器
５３  信号補間処理部
５４  冷陰極アレイ制御部
５６  外部電源回路
【図１】
2010028267.tif 000003
【図２】
2010028267.tif 000004
【図３】
2010028267.tif 000005
【図４】
2010028267.tif 000006
【図５】
2010028267.tif 000007
【図６】
2010028267.tif 000008
【図７】
2010028267.tif 000009
【図８】
2010028267.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月2日(2009.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
ＨＡＲＰ電流Ｉｈは各画素に入射する光量（輝度）に応じて異なり、また、ＭＥＳＨ電流ＩｍもＨＥＥＤ冷陰極アレイ２０の各画素の放出電子量に応じて異なる。また、メッシュ電極１５の電子透過率（κ）によってもＨＡＲＰ電流Ｉｈ、ＭＥＳＨ電流Ｉｍは異なる。ここで電子透過率（κ）はメッシュ電極の電子の透過率を規定する値であり、該メッシュの穴の面積比として、おおよそ面内一定とした既知の値を用いている。または、この既知の値に代えて実験等により場所ごとに分布を求めてこれを電子透過率として使用しても良い。ここで残留電荷画素においては、Ｉｈ＝Ｉｈ（MAX）又は、Ｉｍ＝Ｉｍ（MIN）が成立するようになる。しかしながら現実にはこれらの関係式を満たす状態だけを検出するのは、ノイズ等の問題から困難が伴う。したがって、実際には以下の式に示されるような適当な判別範囲（Ｉｈ（MAX）に所定の係数を乗算したＩｈ（th）や、Ｉｍ（MIN）に所定の係数を乗算したＩｍ（th）等の閾値を超える範囲）を設定するのが望ましい。従って、以下の式に基づいて、基準値Ｉｈ（th）及びＩｍ（th）を定め、残留電荷画素及び非電子放出画素を判別する方法が好ましい。
Ｉｈ＋Ｉｍ＝Ｉｅ                            （１）
Ｉｅ×κ＝Ｉｈ（MAX），  Ｉｅ×（１−κ）＝Ｉｍ（MIN）      （２）
０．９×Ｉｈ（MAX）＝Ｉｈ（th），  １．１×Ｉｍ（MIN）＝Ｉｍ（th）  （３）
また、判別基準式は、
Ｉｈ＞Ｉｈ(th)  又は  Ｉｍ＜Ｉｍ(th)        （４）
Ｉｅ＜ε                                    （５）
である。なお、本実施例では、読み出せる電流量の下限値をεと規定している。