(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像管と同等の耐放射線性を持った撮像素子及び耐放射線カメラを提供する。【解決手段】撮像素子２０は、透光性の窓１０を有する真空容器ＶＣと、前記真空容器内において、第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノード９と、前記窓を介して受光した光を正孔に変換する、光電変換膜８と、前記正孔を読み取るための電子を放出する、前記第１の方向と交わる第２の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソード７と、前記透明電極アノードのあるものと、前記冷陰極カソードのあるものと、の間に電圧を加え、これらの組み合せを順次変えることにより、映像信号の位置を特定する、電圧切り換え装置４Ａと、を備えるものとして構成され、この撮像素子を用い、放射線を遮蔽した状態と遮蔽しない状態の両方の信号を得ることが出来るものとして耐放射線カメラが構成されている。【選択図】図１
2010212087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内において、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記窓を介して受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、前記正孔を読み取るための電子を放出する、前記第１の方向と交わる第２の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードであって、前記各冷陰極カソードは長手方向に並んだ複数の錐体状のエミッタを有する、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記透明電極アノードのあるものと、前記冷陰極カソードのあるものと、の間に電圧を加え、これらの組み合せを順次変えることにより、映像信号の位置を特定する、電圧切り換え装置と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内に設けられ、前記第１の方向と交わる第２の方向に走る、ストライプ状の、複数のドライバ電極と、
前記透明電極アノードと前記ドライバ電極とに挟まれ、受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、正孔を読み取るために電子を放出する、前記第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記電界放出型の冷陰極カソードと、ある１本の前記ドライバ電極と、の間に電圧を掛けた状態において、前記ある１本のドライバ電極との間に電圧を加える前記透明電極アノードを順次選択することにより、映像信号位置の特定を行う、電圧切り換え装置と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換膜を非晶質材料により構成し、前記冷陰極カソードを金属材料により構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
【請求項４】
隣り合う一対の前記透明電極アノード間に遮光材を配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像素子。
【請求項５】
前記冷陰極カソードとして、複数の錐体状のエミッタのそれぞれにおける先端部分の表面に金の薄膜を被覆したものを用いた、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に設けられ、放射線の遮へいと非遮へいとを切り換える開閉動作を行う遮へい板と、
同期信号に同期して前記遮へい板に前記開閉動作を行わせる、制御回路と、
前記遮へい板の開動作時における前記撮像素子の映像信号から、前記遮へい板の閉動作時における前記撮像素子の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズの低減した信号を得る回路と、
を有することを特徴とする耐放射線カメラ。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に配置される回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記遮へい板による遮へい動作時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
【請求項９】
請求項１乃至５の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、前記遮へい板による遮へい時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えることを特徴とする耐放射線カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設及び宇宙空間等のいわゆる高放射線環境下で使用して好適な、高放射線に対して耐性を有する、撮像素子及び耐放射線カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、原子力施設及び宇宙空間等の各種電磁波や粒子線による高放射線環境下(>103Gy)においては、主に撮像管を用いた耐放射線カメラが用いられていた。
【０００３】
また、低放射線環境下(<103Gy)においては、CCDやCID等の固体撮像素子を用いた耐放射線カメラが用いられていた。
【０００４】
さらに、従来の電界放出型の冷陰極撮像素子は、3極構造のものとして、つまり、透明電極アノードと冷陰極カソードの間にゲート電極を配置した３極構造のものとして構成され、このゲート電極の電位を制御することにより、冷陰極カソードからの電子の放出を制御していた（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６―１７６７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記撮像管は、現在世界的に生産が縮小されており、これに代わる新型の耐放射線撮像素子が求められている。
【０００７】
同じく前記固体撮像素子には、半導体としての物理的性質上、放射線により素子内部に電離ノイズが発生したり、結晶構造が破壊しやすく、実際上前記撮像管と同等の耐放射線性を持つに至っていない。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像管と同等の耐放射線性を持った撮像素子及び耐放射線カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像素子は、
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内において、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記窓を介して受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、前記正孔を読み取るための電子を放出する、前記第１の方向と交わる第２の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードであって、前記各冷陰極カソードは長手方向に並んだ複数の錐体状のエミッタを有する、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記透明電極アノードのあるものと、前記冷陰極カソードのあるものと、の間に電圧を加え、これらの組み合せを順次変えることにより、映像信号の位置を特定する、電圧切り換え装置と、
を備えるものとして構成される。
【００１０】
本発明の撮像素子は、
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内において、前記透光性の窓の内側に設けられ、第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の透明電極アノードと、
前記真空容器内に設けられ、前記第１の方向と交わる第２の方向に走る、ストライプ状の、複数のドライバ電極と、
前記透明電極アノードと前記ドライバ電極とに挟まれ、受光した光を正孔に変換する、光電変換膜と、
前記容器内において、前記光電変換膜と所定の距離をおいて設けられ、正孔を読み取るために電子を放出する、前記第１の方向に走る、ストライプ状の、複数の電界放出型の冷陰極カソードと、
前記電界放出型の冷陰極カソードと、ある１本の前記ドライバ電極と、の間に電圧を掛けた状態において、前記ある１本のドライバ電極との間に電圧を加える前記透明電極アノードを順次選択することにより、映像信号位置の特定を行う、電圧切り換え装置と、
を備えるものとして構成される。
【００１１】
本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に設けられ、放射線の遮へいと非遮へいとを切り換える開閉動作を行う遮へい板と、
同期信号に同期して前記遮へい板に前記開閉動作を行わせる、制御回路と、
前記遮へい板の開動作時における前記撮像素子の映像信号から、前記遮へい板の閉動作時における前記撮像素子の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズの低減した信号を得る回路と、
を有するものとして構成される。
【００１２】
本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子における前記透光性の窓の前面に配置される回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記遮へい板による遮へい動作時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
【００１３】
本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
【００１４】
本発明の耐放射線カメラは、
上記の何れかに記載の撮像素子と、
前記撮像素子の前記透光性の窓の前面に配置される、回転可能なフィルター体であって、回転により、光を前記撮像素子へ到達させる透光性フィルターと、放射線に対して感度を持つ蛍光体を有する蛍光体部と、放射線の前記撮像素子への到達を遮へいする遮へい板と、を交互に前記撮像素子の前面に位置するよう動作させる、フィルター体と、
前記フィルター体の回転同期信号に基づき、前記透光性フィルターを透過した光に基づく映像信号と、前記蛍光体による映像信号と、前記遮へい板による遮へい時における映像信号と、を前記撮像素子から得るように動作する、制御回路と、
を備えるものとして構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、撮像管と同等の耐放射線性を持った撮像素子及び耐放射線カメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）から（ｃ）は本発明の実施形態にかかる撮像素子の斜視説明図、縦断説明図及び平面説明図。
【図２】図１に示したカソードチップ（エミッタ）の一例の斜視説明図。
【図３】（ａ）から（ｃ）は図１に示した撮像素子の一部を示す斜視説明図及び縦断説明図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態にかかる耐放射線カメラの一部を省略すると共に他の一部を透視した状態での斜視説明図及び縦断説明図。
【図５】耐放射線カメラの映像信号処理回路。
【図６】（ａ）から（ｃ）はそれぞれ図５に示した回転フィルターのそれぞれ異なる例を示す正面説明図。
【図７】耐放射線カメラの使用状態を示す概略図。
【図８】（ａ）から（ｃ）は図１とは異なる実施形態にかかる撮像素子の斜視説明図、縦断説明図及び平面説明図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は冷陰極カソード（エミッタ）のそれぞれ異なる例を示す縦断説明図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明者の知得する撮像素子と本発明の撮像素子の原理説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態を、それをなすに至った経緯とともに簡単に説明し、その後に本発明の実施形態をより詳しく説明する。
【００１８】
前記固体撮像素子には、前の説明からも分かるように、以下のような難点があった。
【００１９】
即ち、前記固体撮像素子は、半導体における、光エネルギーによるバンドギャップ間の電子励起を原理として使用している。このため、光エネルギーによってだけでなく、放射線によっても電子励起が行われ、放射線ノイズを生じさせていた。これにより、得られる画像信号を著しく悪化させるとともに、放射線による結晶構造の破壊により、素子そのものを劣化させ、実際上、長期的な使用が困難であった。
【００２０】
前述のように、本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その実施形態としての固体撮像素子は、放射線損傷を受け難い、金属と非晶質(ガラス、セラミック)とから構成される。つまり、このように構成された本発明の実施形態としての、電界放出型の冷陰極固体撮像素子の作動原理を、図１０（ｂ）により、本発明者が知得する図１０（ａ）の比較例を参照しながら、説明する。
【００２１】
図１０（ａ）は比較例として示す電界放出型の冷陰極固体撮像素子（３極撮像素子）である。この素子は、電界放出型の冷陰極カソードを用いた撮像素子であり、基本的に、アノード、ゲート及びカソード（１０３，１０６，１０２・１０８）からなる3極構成を有する。即ち、先ず、図１０（ａ）において、アノードが光電変換膜１０３であり、ゲートがゲート電極１０６であり、カソードが基体１０８とその上のエミッタ（カソードチップ）１０２である。この図１０（ａ）からわかるように、この撮像素子２０においては、電源１０１により、高電界が、基体１０８上のエミッタ（カソードチップ）１０２の先端に印加され、トンネル効果により電子１０７を引き出す冷陰極としての電子銃１００と、これと真空環境ＶＥを挟んで向かい合う光電変換膜１０３を有する。ゲート電極１０６は微細な金属メッシュからなるゲート電極である。さらに、図１０（ａ）中、１０９は絶縁層である。
【００２２】
このような撮像素子２０において、光１０４が光電変換膜１０３に当たると、その光１０４のエネルギーにより光電変換膜１０３中に正孔１０５が形成される。前記正孔１０５は、前記電子銃１００からの電子により中和されて、最終的に撮像素子２０から映像信号が得られる。
【００２３】
このように、図１０（ａ）に示す比較例の電界放出型の冷陰極撮像素子（３極撮像素子）では、均一な強電界を冷陰極（エミッタ１０２）の周囲に作るため、微細な金属メッシュからなるゲート電極１０６を設置し、3極構造としていた。言い換えれば、このように3極構造としていた理由は、比較例の電界放出型の冷陰極カソード（エミッタ１０２）は、先端があまり先鋭ではなく、かつ、先端が向く方向がばらついていたためである。つまり、3極構造としていた理由は、このような比較例のものにあっては、アノード（光電変換膜１０３）とカソード（エミッタ１０２）の単なる2極構成では、カソード（エミッタ１０２）先端の電界強度が、カソード（エミッタ１０２）からの電子放出ポテンシャルエネルギー（仕事関数）を下回るため、電子の電界放出現象が起こりにくく、かつ、得られた電界放出電子にも強度分布に大きなばらつきが生じていたためである。
【００２４】
このため、図１０（ａ）の比較例の撮像素子２０にあっては、このような点を解決するために、ゲート電極１０６を冷陰極カソード（エミッタ１０２）の先端近傍に配置し、カソード（エミッタ１０２）の先端形状が先鋭でなく且つ先端の向く方向がばらついていても、均一な高電界強度を得ていた。
【００２５】
而して、この図１０（ｂ）に示す本発明の実施形態の撮像素子２０と、図１０（ａ）の比較例の撮像素子２０とは、アノード側としての光電変換膜１０３に蓄えられた正孔と、カソード（エミッタ１０２）から電界放出現象により放出された電子と、により画像信号を読み出すという原理においては同一である。
【００２６】
そして、前にも簡単に述べたように、図１０（ｂ）に示す本発明の実施形態の撮像素子２０は、放射線に対して耐性の強い金属や非晶質を主材料として用いて作られており、半導体を用いない撮像管と同程度の耐放射線強度を得ている。
【００２７】
さらに、図１０（ｂ）から分かるように、エミッタ１０２の先端をより先鋭なものとし、かつ、ゲート電極を用いないようにしている。つまり、本発明の実施形態では、ゲート電極を不要とし、透明電極であるアノード（光電変換膜１０３）の電位のみで制御するようにしている。
【００２８】
図１０（ｂ）のその他の構成は、図１０（ａ）とほぼ同等であり、同等部分には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２９】
また、図１０（ａ）、（ｂ）の撮像素子で利用している現象について説明すれば、それは電界電子放出現象である。この現象は、簡単に言えば、冷陰極の先端に大きな電界強度を加えた状態で、電位ポテンシャルが電極材料の仕事関数を超えると、トンネル効果により真空中に電子が放出される、という現象である。
【００３０】
そのため、この電界電子放出現象を効率的に行うために、例えば図１０（ａ）の比較例の撮像素子では、冷陰極（エミッタ１０２）に、より近接してゲート電極１０６を設け、このゲート電極１０６によりカソード（エミッタ１０２）からの電界放出のON-OFFを行っている。
【００３１】
図１０（ａ）の装置では、このようにゲート電極１０６を設けていたので、必然的にゲート電極１０６の陰になる部分が生じるのが避けられず、且つ、素子構造自体が複雑化してしまうという問題が生じていた。
【００３２】
これに対し、図１０（ｂ）に示す本発明の実施形態では、ゲート電極を不要とし、透明電極としてのアノード（光電変換膜１０３）側の電位のみで制御するようにしている。
【００３３】
このように、本発明の実施形態の撮像素子では、ゲート電極を用いないようにしたので、当然ゲート電極の陰になる部分は生ぜず、透明電極としてのアノードの光電変換膜１０３の所期の部分に的確に電子を到達させることができ、画像分解能を向上させることができる。
【００３４】
以下に、上記した本発明の実施形態を、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しながら、より詳しく説明する。
【００３５】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す本発明の実施形態の撮像素子（２極撮像素子）２０は、前述のように、放射線損傷を受けにくいように、金属と非晶質(ガラス、セラミック等)を用いて構成される。
【００３６】
図１（ａ）は、本発明の実施形態の撮像素子２０の斜視図、（ｂ）は縦断要部説明図、（ｃ）は平面要部説明図である。特に、図１（ｃ）では、透光性の窓（ガラス）１０を省略している。これらの図において、例えば、図１（ｂ）中、上側がいわゆるアノード側であり、下側がいわゆるカソード側である。
【００３７】
この撮像素子２０は、特に図１（ａ）から分かるように、真空容器ＶＣを備えている。この真空容器ＶＣの底板が例えば絶縁性のいわゆる基板１となっている。この基板１の内面の表面に、特に図１（ｃ）から分かるように、図中左右方向に走るストライプ状の複数の電界放出型の冷陰極カソード７、７、・・・が互いに平行状態に設けられている。この各冷陰極カソード７は、ストライプ状の基体７Ａ上に錐体状の複数のカソードチップ（エミッタ）７Ｂ、７Ｂ、・・・を有するものとして構成されている。このカソードチップ７Ｂの拡大図が図２に示される。この図２からわかるように、カソードチップ７ＢはＮｉで錐体状に構成され、例えば、エミッタ幅は１．６μｍ、先端曲率２．５−５．０ｎｍとして構成される。前記各冷陰極カソード７は、特に図１（ｂ）から分かるように、両端部分が絶縁材２で持ち上げられた状態に絶縁保持されている。この各冷陰極カソード７には、特に図１（ｃ）から分かるように、外部の電源（図示せず）が、電圧切り換え装置４Ｂ及び配線３を介して接続されている。これにより、外部の電源の電圧が、各冷陰極カソード７に、電圧切り換え装置４Ｂを介して、動作に適した動作電圧として印加可能とされている。
【００３８】
特に図１（ａ）から分かるように、前記冷陰極カソード７、７、・・・の上方には、真空空間を介して、光電変換膜８、透明電極アノード９，９，・・・、透光性の窓１０が対向状態に設けられている。より詳しくは、以下の通りである。つまり、最上部が透光性の窓１０とされている。この窓１０の内側に、ストライプ状の複数の透明電極アノード９，９，・・・が設けられている。前記ストライプ状の複数の透明電極アノード９，９，・・・の平面形状は特に図１（ｃ）に示される。図１（ａ）からわかるように、前記複数の複数のストライプ状の透明電極アノード９，９，・・・のさらに内側に、光電変換膜８が構成されている。前記複数の複数のストライプ状の透明電極アノード９，９，・・・には外部の電源（図示せず）から配線３を介して前記電圧切り換え装置４Ａが電気的に接続されている。
【００３９】
前記した各構成部材の材料について見れば以下の通りである。入射光に対する透光性の窓１０の内側には、前述のように、複数本のストライプ状の透明電極アノード９、９、・・・が取り付けられているが、このアノード９としてはITO（インジウム-錫の酸化物）膜を用いることができる。前記光電変換膜８には非晶質を、電界放出型の冷陰極カソード７には金属を、絶縁材２及び真空容器ＶＣにはセラミックやガラスを用いることができる。これらの材料は全て結晶構造をもたない材料であり、放射線損傷も軽微で、その損傷は実際上無視できると考えられる。
【００４０】
さらに、前記冷陰極カソード７としては、本発明の発明者の一人が先に単独であるいは共同で発明したいわゆる金型転写モールド法 (Template method)（電界放出型冷陰極装置及びその製造方法、特開平１０−９２３０１号公報、特開２０００−２８５７９８号公報）と呼ばれる電界電子放出冷陰極製造法を用いて製造した冷陰極カソード（以下、これを真空ナノ素子と称する）を用いることができる。前記金型転写モールド法によれば、前述のように、先端の曲率２．５−５．０ｎｍ、ナノエミッタ1個の幅は１．６μmである、カソードチップ７Ｂ（真空ナノ素子、真空ナノエミッタ）を得ることが出来る。これにより、従来の冷陰極カソードの先端曲率の1/10から1/100の先鋭度を実現できる。かつ、金型転写モールド法によれば、前記先端の高さ及び方向も極めて均一なものを得ることができる。
【００４１】
本発明者は、本発明の実施形態の効果を確認するために、このような真空ナノエミッタを用いて、従来の3極管構造ではない、2極管の冷陰極撮像素子を実際に数種類試作した。即ち、先ず、特に絶縁材２（図１（ｂ）参照）の無い撮像素子を試作した。この撮像素子では、真空ナノエミッタ（冷陰極カソード７）の外周部の縁からの放電現象が頻発し、その真空ナノエミッタの先端からの放出電流を上回るほどであり、良好な撮像素子特性が得られなかった。
【００４２】
本発明者は、この結果を踏まえて、この問題を解決するため、上記真空ナノエミッタ（冷陰極カソード７）の外周部の縁を、セラミックやマイカのような電気絶縁材で被覆した。このようにした結果、縁からの放電現象を回避でき、良好な撮像特性を確認することができた。つまり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の本発明の実施形態の撮像素子２０によれば、本件発明に特有の作用効果が得られることが分かった。
【００４３】
本発明の実施形態の作用効果を、素子としての駆動方法からみると、従来の平面マトリクス型撮像素子（例えば、特開平６−１７６７０４号公報、撮像装置及びその動作方法）においては、ゲートとカソード間に電圧を付加し、これを順次切り替えることによって映像信号位置を特定することを特徴としていた。しかしながら、本発明の実施形態では、ゲートが不要であり、従って、アノードとカソード間に電圧を加え、これを順次切り替えることによって映像信号の位置を特定することができる。
【００４４】
前記の図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す透光性の窓（ガラス）１０、透明電極アノード９，９，・・・、光電変換膜８としては、より具体的には、図３（ａ）、（ｂ）のように構成することもできる。
【００４５】
この図３（ａ）、（ｂ）の例では、特に、図３のＡ−Ａ線断面図である図３（ｂ）からわかるように、透明電極アノード９，９，・・・間に遮光板２１，２１，・・・を設けている。つまり、この実施形態では、複数本に分割された線状（ストライプ状）の透明電極アノード９，９，・・・上に薄膜板の光電変換膜８を載せた構成となっている。このため、もし、前記遮光板２１，２１，・・・が無いとすると、図３（ａ）に示すように、透明電極アノード９とその隣の透明電極アノード９との間に入射した光が、当該電極９の無い位置の光電変換膜８の部分に入射し、そこに正孔を発生させてしまう。この正孔発生部分にはアノード電極９が存在しないため、冷陰極カソード７からの電子は到達せず、読み取ることができないばかりか、光電変換膜８が正に異常帯電し、素子内部の電界を歪ませる原因ともなり、撮像素子を正常に機能させないことにもなりかねない。このため、本発明の実施形態においては、線状の透明電極アノード９間に遮光板２１を配置し、この部分の光入射を阻止するようにしている。
【００４６】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の変形例を示すものである。この図３（ｃ）の例の、（ｂ）の例との違いは、遮光板２１，２１，・・・を、透光性の窓（ガラス）１０の図中下側に設けた点にある。その他の点は、同じである。
【００４７】
また、本発明の実施形態では光電変換膜８として非晶質材料を用いている。こ
の非晶質材料は本質的に放射線によるノイズを受け難いものである。しかし、光も放射線も同じ電磁波であり、確率的には低いが入射した放射線により光電変換膜内で正孔が発生することがある。この正孔も光によって発生した正孔と同様に映像信号としてみなされるため、これを分離することが要求される。このため、本発明の実施形態として、撮像素子の前面に放射線を遮へいする遮へい板を設け、制御回路からの同期信号により遮へい板を開閉する機構を設置するように構成することができる。遮へい板の開の映像信号から、遮へい板の閉の映像信号の差分をとることにより、放射線による映像ノイズを削除することができる。
【００４８】
図４（ａ）、（ｂ）は、上述の遮へい板を設ける実施形態の例を示すものである。
【００４９】
即ち、この実施形態は、本発明者が知得している技術、つまり、撮像素子の前面に3原色の透光性フィルターを設置してこれを回転させ制御回路からの同期信号によりカラー映像信号を得る方式の技術、を応用したものである。
【００５０】
本発明のこの実施形態は、図４（ａ）、（ｂ）に示すカメラ２００として表される。このカメラ２００での信号処理は、例えば、図５に示される回路で行われる。
【００５１】
即ち、図４（ａ）、（ｂ）から分かるように、第１の筐体１００中に撮像素子２０が設けられている。この撮像素子２０の前面にレンズ系５１、絞り５２、開口及びレンズ系５３が形成されている。この第１の筐体１００の前方に取り付けられた、前面が透光性を有する第２の筐体１０１内に、モータ５５によって回転駆動可能に回転フィルター（フィルター体）５６が設けられている。さらに、前記第１の筐体１００の反対側には、撮像素子２０からの信号を外部に伝達する、コネクタ６１及び耐放射性ケーブル６２が取り付けられている。
【００５２】
前記回転フィルター（フィルター体）５６としては、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような種々のものが用いられる。そのうちの、図６（ａ）の例は、遮へい板５６ａと、ＲＧＢ（あるいは単色）の透過性フィルター５６ｂを組み合わせたフィルター５６を示す。このように、この3原色フィルター（あるいは単色フィルター）５６ｂと、前述の放射線を遮へいする遮へい板５６ａを同一平面状に配置して、これを回転させて信号を得る。遮へい板５６ａは、前記回転に伴って、放射線を遮へいする開動作状態と、遮へいしない閉動作を取ることとなる。
【００５３】
つまり、特に図５から分かるように、回転フィルター５６の回転状態をエンコーダ２２３を介して制御回路２２４に入れる。これによる制御回路２２４からの同期信号をデータ転送回路２２１に入れる。データ転送回路２２１では、カメラ２００の撮像素子２０からの撮像信号から、蛍光体を塗布した板の画像信号（放射線映像信号）、透光フィルター画像信号及び遮へい板画像信号をそれぞれ取得し、対応する回路２２６，２２７，２２８に蓄積する。回路２２６からは放射線映像信号が得られ、回路２２７，２２８からの信号を差分信号処理回路２３０に加えることにより、放射線による映像ノイズを低減した光学映像信号が得られる。これらの信号は映像回路２３２へ加えられる。
【００５４】
図６（ｂ）は、透過性フィルター５６ｂと、放射線に感度がある蛍光体５６ｃとの組合せを示す。このように、放射線に対して感度を有する蛍光体５６ｃを塗布した板を前記のフィルター５６ｂと同一平面状に配置してこれを回転させ、制御回路２２４からの同期信号により、カラー（あるいは単色）の光学画像信号を取得するとともに、蛍光体の発光を放射線画像として同時取得することができるものである。
【００５５】
図６（ｃ）は、遮へい板５６ａと、透過性フィルター５６ｂと、蛍光体５６ｃとの組合せの例を示す。このように、3原色フィルター（あるいは単色フィルター）と、放射線に対して感度を有する蛍光体５６ｃを塗布した板と、放射線を遮へいする遮へい板５６ａと、を同一平面状に配置してこれを回転させ、制御回路２２４からの同期信号により放射線による映像ノイズを低減した光学映像と放射線映像を同時に取得することができるものである。
【００５６】
図７は、このようなカメラ２００の接続例を示すものである。つまり、カメラ２００からの信号は、カメラコントロールユニット２０１、パーソナルコンピュータ２０２、ＴＶモニタ２０３及び記録用のビデオ装置２０４に伝えられる。
【００５７】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の他の実施形態の撮像素子３０であり、映像信号の位置を、互いに直交する線状の電極（透明電極アノード９とドライバ電極ＤＥ）により、検出可能としたものである。なお、図８（ｃ）においては、透明電極アノード９とドライバ電極ＤＥの構成の理解を容易ならしめるために、絶縁材２の図示は省略している
即ち、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、指定された1本のドライバ電極ＤＥと冷陰極カソード７との間に印加された電圧により、カソードチップ７Ｂの先端から電子ｅが電界放出される。このカソード・エミッタの電界電子放出領域は1本のドライバ電極ＤＥに相当する領域全域にわたって起こる。この際、線状の透明電極アノード９の1本に、ドライバ電極ＤＥの負荷電圧を超えて電圧を印加すると、前記ドライバ電極ＤＥと前記透明電極アノード９に挟まれた交点部分の光電変換膜８中に強い電場が形成される。この電場下において前記交点には光電変換膜８に入射した光量と電場で決まる量の正孔が発生する。ドライバ電極ＤＥへ入射した前記電界放出電子は、この正孔と結合し、電流が流れる。
【００５８】
従って、1本の透明電極アノード９と1本のドライバ電極ＤＥ間に電圧を付加し、この組み合わせを順次切り替えることによって映像信号の位置を特定することができる。
【００５９】
本発明の図８の実施形態の利点は、エミッタＥから電界放出される電子ｅの面積は、1本のアノード９と1本のカソード７の交点部分のカソード・エミッタ領域に限定されるところにある。
【００６０】
本発明の図８の実施形態では、1本のドライバ電極ＤＥに相当する広いカソード・エミッタ領域から電界放出電子が得られるため、図１の実施形態と比較しても更に信号電流量が大きく取れ、かつ電界放出するエミッタ領域が広くなる効果により、エミッタのばらつきに起因する1画素あたりの光−信号電流特性のばらつきの緩和に良好に作用する特徴を有するものである。
【００６１】
この図８の実施形態においても、エミッタ外周部の縁をセラミックやマイカのような電気的な絶縁材２で被覆するのは、図１の実施形態の場合と同じ理由による。
【００６２】
撮像素子などで使用される金属の電界放出型冷陰極カソードの材料にはニッケルやモリブデンの純金属あるいはその合金などが用いられる。
【００６３】
一般に、清浄状態の金属表面においては大気中の酸素によるナノオーダーの酸化皮膜が金属表面を覆っており、この皮膜が電界電子放出現象に対して障壁となり、電界電子放出現象が得られない。
【００６４】
この対策のため、一般には高温の還元性ガス雰囲気中で前記金属あるいは金属酸化物を還元処理し、可能な限り金属表面を露出するようにする。
【００６５】
しかしながら、還元処理を行っても、大気中にあるいは低真空中においてですら、瞬時に前記金属表面に薄い酸化皮膜が生成してしまうことが知られている。
【００６６】
この対策として、還元処理したカソード材料を高真空中で高電圧を繰り返し印加し、薄い酸化皮膜を除去する長時間の工程が必要となり、これが撮像素子を初めとする冷陰極を利用した素子の製造コストの上昇の主要原因となっている。
【００６７】
また、本発明者の解析によれば、エミッタからの電子の放出は、先端部分の一番尖った部分からのみではなく、裾野の部分からも行われていることが分かった。
【００６８】
これらに着目し、本発明の実施形態では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、大気中においても表面に酸化皮膜を形成しない金による金属膜ＭＦを電界放出型冷陰極カソード７のエミッタＥの先端部分の表面に被覆したものを用いている。即ち、図９（ａ）では金属膜ＭＦをエミッタＥの全面に被覆し、図９（ｂ）では金属膜ＭＦをエミッタＥの先端部分に被覆したものを用いている。これにより、電子の放出を可及的に先端部分から行うことが出来るようになった。
【００６９】
この金薄膜ＭＦのエミッタＥの表面への被覆は、メッキ法あるいは化学気相成長堆積膜成長法などにより行うことができる。電界電子放出するエミッタＥの表面が金薄膜ＭＦで覆われることから、酸化膜が形成されず、従って前記還元処理が不要となり、アセトンや純水等による化学洗浄等の簡易な表面処理のみにより電界電子放出現象を得ることができ、製造工程を大幅に短縮できるという利点が得られる。
【００７０】
なお、上述の各種の実施の形態や変形は、特に図１に示す実施形態と特に図８に示す実施形態のそれぞれに対して共に適用可能である。
【００７１】
以上に述べたように、本発明の実施形態によれば、半導体を用いない撮像管と同程度の耐放射線性を持つ撮像素子を提供することができる。
【００７２】
また、この撮像素子はゲート電極を含まないため、光−電気信号の変換効率が高く、かつ、構造が簡単で製造歩留まりを向上させることが出来る。
【００７３】
また、電子を冷陰極エミッタから放出させるようにしたので、この電子が、ゲート電極に流れ込むことはなく、ほぼ全て光電変換膜に到達する。このため、これまで見えなかったゲート電極の陰の部分の映像信号を読み取ることができるようになった。
【符号の説明】
【００７４】
１  基板
２  絶縁材
３  配線
４Ａ  電圧切り換え装置
４Ｂ  電圧切り換え装置
７  冷陰極カソード
７Ａ  基体
７Ｂ  カソードチップ
８  光電変換膜
９  アノード
１０  透光性の窓
２０  撮像素子
２１  遮光板
３０  撮像素子
５６  回転フィルター
５６ａ  遮へい板
５６ｂ  透過性フィルター
５６ｃ  蛍光体
２００  耐放射線カメラ
ＤＥ  ドライバ電極
ＭＦ  金属膜
【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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