(57)【要約】  撮像素子内での磁界分布を均一化させるとともに、装置の小型化できる撮像装置を提供する。  撮像装置は、平面に複数の電子放出源が配列された電子放出源アレイ（２０）と、空間を隔てて電子放出源アレイ（２０）に対向して配置された光電変換膜（１１）を有する透光性基板（１３）と、を含み、電子放出源を点順次走査して電子を光電変換膜（１１）へ放出して、透光性基板（１３）からの光入射により光電変換膜（１１）上に投影された光学像に対応した電気信号として出力する撮像装置であって、該空間において透光性基板（１３）及び電子放出源アレイ（２０）の主面それぞれに直交する方向の磁界を形成する磁石部（５）と、光入射側に透光性基板（１３）から空間を隔てて配置されかつ磁石部（５）に接続された磁性体からなり、光学像の結像を妨げない光路を画定する開口（７）を有する磁力線供給部（６）と、を有する。
2011007431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に垂直な平面に複数の電子放出源が配列された電子放出源アレイと、前記光軸上に空間を隔てて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を有する透光性基板と、を含み、前記電子放出源を点順次走査して電子を前記光電変換膜へ放出して、前記透光性基板からの光入射により前記光電変換膜上に投影された光学像に対応した電気信号として出力する撮像装置であって、
前記空間において前記透光性基板及び電子放出源アレイの主面それぞれに直交する方向の磁界を形成する磁石部と、
前記光軸上の光入射側に前記透光性基板から空間を隔てて配置されかつ前記磁石部に接続された磁性体からなり、前記光学像の結像を妨げない光路を画定する開口を有する磁力線供給部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記磁石部は、その対称軸に沿った空洞を画定し、前記透光性基板及び前記電子放出源アレイを前記空洞内の中央に収納する前記光軸上に同軸の筒型の永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
第２の磁石部を有し、前記第２の磁石部は、その対称軸が前記光軸上に同軸となるように、前記光軸上の光入射側の反対側に前記電子放出源アレイから空間を隔てて配置されかつ、前記電子放出源アレイと対向する円盤形の第２の永久磁石であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の永久磁石は前記光軸上に同軸となる開口を有することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記磁力線供給部の前記開口の内径は、前記光軸上において前記光電変換膜の有効受光面の差し渡しよりも大きくかつ前記磁石部に画定される空洞の内径より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電子放出源が平面に配列された電子放出源アレイとこれに対して対向配置された光電変換膜とを有する光導電型の撮像素子に関し、特に、かかる撮像素子と磁界集束構造を用いた撮像装置に関する。
【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微小な電子放出源の複数を基板平面にマトリクス状に配置した電子放出源アレイが冷陰極として知られている。【０００３】
かかる電子放出源の各々は、低電圧駆動が可能であり、構造が簡素であり、電子放出源アレイを用いた小型の撮像デバイスへの応用研究も進められている。【０００４】
例えば、撮像デバイス分野において、電子放出源アレイを用いた撮像素子と磁界集束構造を組み合わせた撮像デバイスの研究も行われている。電子放出源アレイ平面の垂直方向（電子放出源からの電子ビームの進行方向と平行な方向）の磁力線を形成することで電子ビームが集束可能であることが報告されている。（特許文献１、参照）。【０００５】
従来の磁界集束構造を組み合わせた撮像デバイスにおいて、円筒形の磁石の空洞の中央に撮像素子を配置して、当該撮像素子の電子放出源からの電子放出方向に平行な方向の磁界を形成している。さらに、特許文献１では、撮像素子を囲む円筒形磁石の他に、撮像素子の背面側に、撮像素子と対向して円盤形の永久磁石を配置した撮像デバイスも提案している。【０００６】
従来の円筒形磁石の空洞を用いた場合、受光する有効な光電変換膜の面積範囲に、電子放出方向に平行な方向の磁界を形成するためには、円筒長さと円筒直径の大きな円筒形磁石が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２２５８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、発明者は撮像デバイスの小型化のために、実験を繰り返し、その結果、従来の撮像素子の周りに配置する磁界集束構造の円筒形磁石の内径を小さくすると磁界強度が不均一になり、かかる小型化は困難であることを知見した。【０００９】
例えば、図１に、撮像素子８２１周りの円筒形磁石５１１と撮像素子背面の円盤磁石５２１とを用いた場合における、磁界分布のシミュレーションの実行結果（強さ）を示す。従来型の構成では、撮像素子が配置される点線内の磁力線は電子放出源アレイに垂直方向でなく、歪んでいることがわかる。図２に示すように、図中央の点線で示した撮像素子８２１の領域内の磁力線（矢印）は光電変換膜の垂直方向からずれていることが判る。この状態で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と、電子放出源アレイの中心部と外周部での集束度合いの違いから、画像に斑ができ撮像デバイスとして製品化するためには問題がある。さらに、撮像素子領域近辺の磁力線は電子放出源アレイと垂直方向でなく歪んでしまい、磁石外部にも漏えい磁界が大きくなり、撮像デバイスとして製品化するためには問題が生じる。【００１０】
そこで本発明は、磁界集束構造を有する撮像素子内での磁界分布を均一化させるとともに、従来は磁石の内径を大きくしなければ均一磁界を得ることができなかった問題を解決し、装置の小型化に寄与する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】
【００１１】
本発明の撮像装置は、光軸に垂直な平面に複数の電子放出源が配列された電子放出源アレイと、前記光軸上に空間を隔てて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を有する透光性基板と、を含み、前記電子放出源を点順次走査して電子を前記光電変換膜へ放出して、前記透光性基板からの光入射により前記光電変換膜上に投影された光学像に対応した電気信号として出力する撮像装置であって、前記空間において前記透光性基板及び電子放出源アレイの主面それぞれに直交する方向の磁界を形成する磁石部と、前記光軸上の光入射側に前記透光性基板から空間を隔てて配置されかつ前記磁石部に接続された磁性体からなり、前記光学像の結像を妨げない光路を画定する開口を有する磁力線供給部と、を有することを特徴とする。【００１２】
上記の撮像装置において、前記磁石部は、その対称軸に沿った空洞を画定し、前記透光性基板及び前記電子放出源アレイを前記空洞内の中央に収納する前記光軸上に同軸の筒型の永久磁石であることとすることができる。【００１３】
上記の撮像装置において、第２の磁石部を有し、前記第２の磁石部は、その対称軸が前記光軸上に同軸となるように、前記光軸上の光入射側の反対側に前記電子放出源アレイから空間を隔てて配置されかつ、前記電子放出源アレイと対向する円盤形の第２の永久磁石であることとすることができる。【００１４】
上記の撮像装置において、前記第２の永久磁石は前記光軸上に同軸となる開口を有することとすることができる。【００１５】
上記の撮像装置において、前記磁力線供給部の前記開口の内径は、前記光軸上において前記光電変換膜の有効受光面の差し渡しよりも大きくかつ前記磁石部に画定される空洞の内径より小さいこととすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように、本発明による、光電変換膜および電子放出源アレイを含む撮像素子と、前記電子放出源アレイの放出電子ビームを集束させるための撮像素子周囲に配置されている磁石部とから構成される撮像装置において、磁石部の前面側に磁石部の内径側にせり出した磁性体の磁力線供給部を設けることによって、これが磁路の役割も担っているので、本発明により、撮像素子内部の電子走行部の磁束の均一性向上と、撮像素子前面への磁束の漏えい減少と、磁界の有効利用と、内面反射光の光電変換膜への入射防止と、を同時に達成でき、撮像装置の小型化を達成できる。【００１７】
従来から、撮像素子に均一な磁界分布を得るためには、周囲の磁石の外形と内径を極力大きくすることが有効とされていたが、磁石の前面に磁路（磁力線供給部）を形成することで、撮像素子周りの磁石の外形を小さくし、撮像素子内部の電子の走行領域の磁界分布を均一にするとともに、防磁効果も得ることが可能となる。さらには、板状の磁力線供給部でレンズへの斜め入射光の内面反射を光電変換膜に入射する事を防ぐ絞り機能も兼ね備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】撮像素子周りの円筒形磁石と撮像素子背面の円盤磁石とを用いた場合における、撮像素子周りの磁界分布のシミュレーションを示す線図である。
【図２】撮像素子周りの円筒形磁石と撮像素子背面の円盤磁石とを用いた場合における、撮像素子周りの磁力線を示す線図である。
【図３】本発明による実施形態の撮像装置の円筒形の撮像素子の断面図である。
【図４】本発明による実施形態の撮像装置の撮像素子における電子放出源アレイ及びこれを駆動する回路を含む電子放出源アレイチップと、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５】本発明による実施形態のアクティブ駆動型電子放出源アレイの構造を説明する図であって、電子放出源部分を模式的に示す拡大部分断面図である。
【図６】本発明による実施形態の撮像装置における撮像素子とその周囲の構成を模式的に示す概略断面図である。
【図７】本発明による実施形態の撮像装置における撮像装置における撮像素子とその周囲の構成を模式的に示す一部切欠斜視面図である。
【図８】本発明による実施形態の撮像装置における撮像素子周りの円筒形磁石と撮像素子背面の円盤磁石とを用いた場合における、撮像素子周りの磁界分布のシミュレーションを示す線図である。
【図９】本発明による実施形態の撮像装置における撮像素子周りの円筒形磁石と撮像素子背面の円盤磁石とを用いた場合における、撮像素子周りの磁力線を示す線図である。
【図１０】本発明による実施形態の撮像装置における画像の入射方向側に結像レンズ系が装着される様子を示す概略断面図である。
【図１１】本発明による実施形態の撮像装置における画像の入射方向側に結像レンズ系が装着された場合の光軸上結像レンズ系側から撮像素子の光電変換膜を見た様子を示す概略正面図である。
【図１２】本発明による他の実施形態の撮像装置における撮像装置における撮像素子とその周囲の構成を模式的に示す一部切欠斜視面図である。
【図１３】本発明による他の実施形態の撮像装置における撮像装置における撮像素子とその周囲の構成を模式的に示す一部切欠斜視面図である。
【符号の説明】
【００１９】
４  真空空間
５  磁石部
７  開口
６  磁力線供給部
５ｂ  第２の磁石部
７ｂ  第２の開口
７ｃ  開口
９  結像レンズ系
１０  撮像素子
１１  光電変換膜
１２  透光性導電膜
１３  透光性基板
１５  メッシュ電極
２０  電子放出源アレイ
２２  Ｙ走査ドライバ
２３  Ｘ走査ドライバ
２４  電子放出源アレイチップ
２５  サポート
２６  コントローラ
３０  素子基板
３１  電子放出源
３３  下部電極
３４  電子供給層
３５  絶縁体層
３６  上部電極
３６ａ  ブリッジ部
３７  炭素層
７７  素子分離膜
７４  ゲート絶縁膜
７５  ゲート電極
７２  ソース電極
７６  ドレイン電極
７０  層間絶縁膜
７１  コンタクトホール
８０  拡大開口空間
９１  電子放出部
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態の撮像装置を図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態は例示に過ぎずこれらに本発明は制限されないことはいうまでもない。
【００２１】
［撮像装置の撮像素子］
図３、図４及び図５を参照して、撮像装置の撮像素子の一例を説明する。この撮像素子は、光軸（Ｚ方向）に垂直な平面（ＸＹ平面）に複数の電子放出源が配列された電子放出源アレイ２０と、光軸上に空間を隔てて電子放出源アレイ２０に対向して配置された光電変換膜１１を有する透光性基板１３と、を含み、電子放出源を点順次走査して電子を光電変換膜１１へ放出して、透光性基板１３からの光入射により光電変換膜１１上に投影された光学像に対応した電気信号として出力するものである。
【００２２】
図３は、円筒形の撮像素子１０の断面図である。図４は、撮像素子１０の電子放出源アレイ２０及びこれを駆動するＹ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３を含む電子放出源アレイチップ２４と、素子全体を制御するコントローラ２６の構成を示すブロック図である。図５は、アクティブ駆動型電子放出源アレイを説明するために、シリコン素子基板３０に形成された電子放出源アレイチップの電子放出源３１の部分を拡大して模式的に示す拡大部分断面図である。
【００２３】
図３に示す撮像素子１０において、真空４の内部空間に面した光電変換膜１１は透光性導電膜１２上に形成され、透光性導電膜１２はガラスなどの透光性基板１３上に予め形成されている。
【００２４】
光電変換膜１１は撮影すべき物体からの光を受光する受光部であり、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。
【００２５】
透光性導電膜１２は、酸化スズ（ＳｎＯ2）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、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、透光性基板１３に設けられた接続端子Ｔ１を介して所定の正電圧が印加される。
【００２６】
透光性基板１３は、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。
【００２７】
光電変換膜１１の透光性導電膜１２側には、透光性導電膜１２から光電変換膜１１への正孔注入を阻止するためのＣｅＯ2などの正孔注入阻止層を設け、さらに、真空空間側には、光電変換膜１１への電子注入を阻止するためのＳｂ2Ｓ3などの電子注入素子層を設けることができる。
【００２８】
真空空間のメッシュ電極１５には、複数の貫通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（図示せず）を介して所定の正電圧が印加される。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。これにより、電子ビームの方向性を良くして解像度を改善することができる。
【００２９】
電子放出源アレイチップ２４については、後に詳述するが、電子放出源を駆動するＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタのゲート電極はＸ走査ドライバ（水平走査回路）に接続され、ソース電極は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走査ドライバ及びＸ走査ドライバは電子放出源アレイチップ２４上に電子放出源アレイと一体に、１チップとして構成され、ガラスハウジング１０Ａ内にサポート２５上に設けられている。電子放出源アレイチップ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（図示せず）を介して供給される。
【００３０】
これら電子放出源アレイチップ２４と透光性基板１３は、真空空間４を挾み略平行に配置され、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透光性基板１３とガラスハウジング１０Ａ内に真空封入されている。
【００３１】
図４に示すように、電子放出源３１の複数が基板平面（ＸＹ平面）にマトリクス状に配置され電子放出源アレイ２０を構成している。電子放出源アレイ２０及びこれを駆動するＹ走査ドライバ２２、Ｘ走査ドライバ２３を含む電子放出源アレイチップ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２６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。
【００３２】
チップ上面に形成されている電子放出源アレイ２０は、Ｓｉウェハ上に形成した駆動回路ＬＳＩ上に電子放出源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つの電子放出源３１の駆動パルス幅が数１０ｎｓ）に対応することができる。電子放出源アレイ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、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電子放出源３１から構成されている。
【００３３】
また、電子放出源アレイ２０の電子放出源３１の数は、例えば、1920×1080個であり、１つの電子放出源３１のサイズは20×20μｍ2である。１電子放出源３１の表面部には、電子放出のための開口部である電子放出部９１が設けられている。例えば、１電子放出源３１の8×8μｍ2の領域には、電子放出源の直径が約１μｍである電子放出部９１（１μｍφ）が3×3 個形成されている。１つの電子放出部９１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。
【００３４】
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２６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電子放出源３１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）上の各電子放出源３１を選択駆動することによって点順次走査を実行する。そして、電子を放出させる電子放出源３１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、電子放出源３１の各電子放出源３１の下部電極の電位を走査ラインで制御することによって行われる。
【００３５】
図５は、アクティブ駆動される電子放出源アレイにおける電子放出源３１とそのスイッチングのためＭＯＳトランジスタを説明する図であって、電子放出源アレイチップ２４（図４）の電子放出源３１の部分を拡大してある。シリコン素子基板３０に形成された電子放出源アレイの電子放出源３１は、ＭＯＳトランジスタアレイからなる駆動回路やこれを駆動制御するＹ走査ドライバ及びＸ走査ドライバとを素子基板３０に形成した後、その上部に形成されている。
【００３６】
上部電極３６は、例えばＹ走査ドライバに接続され、それぞれに所定信号が印加される。下部電極３３は例えばＸ走査ドライバに接続され、垂直方向走査パルスに同期してそれぞれに所定信号が印加される。下部電極３３並び上部電極３６の交点が電子放出部９１の配置に対応するので、実施形態の撮像素子においては、下部電極及び上部電極３６により電子放出部９１が順次駆動され、放出電子で近接した光電変換膜領域を走査して、光電変換膜に結像された画像から光電変換された映像信号を得る。
【００３７】
図５に示すように、電子放出源３１は、下部電極３３、電子供給層３４、絶縁体層３５、例えばタングステン（Ｗ）からなる上部電極３６、炭素層３７の積層構造からなるＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor)型の電子放出源である。電子放出源アレイ２０の上部電極３６はラインごと共通になっており、下部電極３３および電子供給層３４を分割して各電子放出源３１を電気的に分離している。電子供給層３４まで絶縁体層３５及び上部電極３６を貫通する凹部９１が電子放出部である。
【００３８】
シリコン素子基板３０には複数のＭＯＳＦＥＴでは、シリコン素子基板３０中に素子分離膜７７が形成されており、これら素子分離膜７７間のシリコン素子基板３０上にゲート絶縁膜７４とポリシリコンからなるゲート電極７５とが形成されている。また、ゲート電極７５と素子分離膜７７とをマスクとしてシリコン素子基板３０に不純物を導入しこれを活性化することで、ソース電極７２とドレイン電極７６とが自己整合的に形成されている。下部電極３３は、層間絶縁膜７０を貫通しているコンタクトホール７１内のタングステンなどの金属を介してドレイン電極７６へ導通している。下部電極３３ごとに電子放出源３１が分離独立して、形成されている。下部電極３３上に、電子供給層３４、絶縁体層３５及び上部電極３６が順に積層されて、凹部として電子放出部９１が形成され炭素層３７で覆われている。電子放出源３１の間は電子供給層３４のエッチングにより除去された拡大開口空間８０で分離されている。電子供給層３４は下部電極３３と同様に電子放出源３１毎に分離独立しているが、上部電極３６のブリッジ部３６ａが、空間上に架設され、隣接する電子放出源３１を電気的に接続している。電子放出部９１の上部電極３６の上に炭素層３７が成膜されている。
【００３９】
［撮像装置の構成及び動作］
次に、撮像装置の動作について説明する。
【００４０】
図３に示す撮像素子１０において、外部からの光が透光性基板１３と透光性導電膜１２を経て光電変換膜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を介して光電変換膜１１に印加された強い電界によって加速され、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光電変換膜１１の電子放出源アレイ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電子放出源アレイ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透光性導電膜１２から検出される。
【００４１】
図６は、撮像装置における撮像素子１０とその周囲の構成を模式的に示す断面図である。図７は、撮像装置における撮像素子１０とその周囲の構成を模式的に示す一部切欠斜視面図である。
【００４２】
撮像装置は、撮像素子１０の周囲を囲む円筒形の磁石部５と、該磁石部５に固着、接続された環板状すなわち円盤形の磁力線供給部６とを含む。磁力線供給部６は、パーマロイなど軟磁性体などの磁性体からなり、光軸上の光入射側に透光性基板１３から空間を隔てて配置され、光電変換膜１１に結像される光学像の結像を妨げない光路を画定する光軸上の開口７を有する。
【００４３】
磁石部５は、その対称軸に沿った空洞を画定し、透光性基板１３及び電子放出源アレイ２０を空洞内の中央に収納する光軸上に同軸の筒型の永久磁石である。
【００４４】
撮像装置はさらに、第２の磁石部５ｂを有し、第２の磁石部５ｂは、その対称軸が光軸上に同軸となるように、光軸上の光入射側の反対側に電子放出源アレイ２０から空間を隔てて配置されかつ、電子放出源アレイ２０と対向する円盤形の第２の永久磁石である。
【００４５】
図８に、本実施形態の装置の撮像素子１０周りの円筒形磁石部５と撮像素子背面の第２の円盤磁石部５ｂとを用いた場合における、磁界分布のシミュレーションの実行結果（強さ）を示す。この実施形態では、撮像素子１０が配置される点線内の磁界強さが図１に示した従来のもよりも均一であることがわかる。
【００４６】
図９は、図８に示す実施形態の撮像装置における撮像素子周りの磁力線を示す。
【００４７】
図９及び図６に示すように、磁石部５は、光電変換膜１１と電子放出源アレイ２０の間の空間において透光性基板１３及び電子放出源アレイ２０の主面それぞれに直交する方向の磁界を形成する、すなわち、磁力線が光軸方向に配向することが判る。なお、磁石部５と第２の磁石部５ｂは互いに逆の極性になるように、すなわち、それぞれ磁力線が対峙せずに連続するように配置してある。
【００４８】
また、図８と同様の分布を得るための実施形態の撮像装置の好適な部材の寸法範囲は、図６に示すように、円筒形磁石部５の環内径（半径）Ｒ１が１０〜３５ｍｍ及び環外径（半径）Ｒ２が２０〜４０ｍｍ、円筒形磁石部５の環長Ｌが１５〜２５ｍｍ、円筒形磁石部５の環厚Ｔが５〜１０ｍｍ、撮像素子位置（光電変換膜１１の位置）Ｐが円筒形磁石部５の環入射端面から１０〜２０ｍｍである。なお、撮像素子サイズは光学１／２インチ（６．４ｍｍ×４．８ｍｍ）〜光学１インチ（１２．７ｍｍ×９．５２５ｍｍ）であり、磁石部の保磁力は５００〜１５００ｋＡ／ｍである。なお、撮像素子サイズのインチ数は図１１に示すように光電変換膜１１の矩形有効受光面の対角線長（破線）を示す。
【００４９】
この撮像装置において、電子放出源アレイ２０と垂直方向の磁力線を持つような空間を磁力線供給部６によって形成することで、電子放出源アレイ２０から広がりを持って放出された電子ビームは、ローレンツ力により磁力線に巻き付くように螺旋を描きながら光電変換膜１１に到達する。なお、光電変換膜１１と電子放出源アレイ２０の中間に配置したメッシュ電極１５に電圧を印加し、電子の速度を調整することで、光電変換膜１１に到達する電子ビームの直径を制御することが可能である。また、集束点はメッシュ電極１５の電圧により複数点形成することが可能である。
【００５０】
以上のように上記撮像装置によれば、軟磁性体を用いた磁路（磁力線供給部６）を光入射側に配置し、拡散しようとする磁力線を空洞の中心部へ導き、その中央付近に配置してある撮像素子１０近傍の磁界を均一にし、磁力線が電子放出源アレイ２０と垂直方向になるようにしている。さらに、この磁路（磁力線供給部６）は外部へ広がる磁界を減衰させる防磁板の役割も担っている。
【００５１】
図１０は、撮像装置を構成する際、撮像素子１０における画像の入射方向側には結像レンズ系９が装着、すなわち、その鏡筒が撮像素子１０の光入射側に同軸に固定される様子を示す。
【００５２】
高感度撮影を行う際には、図１０に示すように、撮影有効エリア外からの斜め入射光（二点鎖線）が結像レンズ系９を通って撮像素子１０入射し、内面反射を起こしへ入射することでゴーストやフレア現象を起こし、問題となることがある。そこで、軟磁性体部材の磁力線供給部６においてその開口７の直径を光電変換膜１１の有効エリアと結像レンズ系９の外周端を結んだ直線程度の大きさにし、内部表面に散乱防止加工をしておくことで、結像レンズ系９から斜めに入射する光の内面反射の撮像素子１０への入射を防ぎ、前記ゴースト現象やフレア現象を抑制し高感度撮像が可能となる。また、環板状の磁力線供給部６の表面は光の散乱防止加工（艶消し加工や凸凹加工など）を行っても良い。
【００５３】
すなわち、上記の撮像装置において、図１０、図１１に示すように、光軸上に同軸な結像レンズ系９を有し、磁力線供給部６において、開口７の内径が結像レンズ系の外周端と光電変換膜１１の有効画素領域を結んだ直線上、もしくはその直線上よりも開口７の内径が大きい構成とする。この磁力線供給部６の開口縁部のひさし構造を取ることにより、結像レンズ系９近傍に配置した磁力線供給部６は結像レンズ系９から入射する斜め入射光の反射を防ぎ、撮像の感度を向上させることができる。さらに、磁力線供給部の開口の内径は、光軸上において光電変換膜の有効受光面の差し渡し（例えば、対角線）よりも大きくかつ磁石部に画定される空洞の内径より小さいことでも、さらに、斜め入射光の反射を防ぎ、撮像の感度を向上させることができる。
【００５４】
［他の実施形態の撮像装置］
さらに、図１２に示すように、上記の撮像装置は、光軸上の光入射側の反対側に電子放出源アレイ２０から空間を隔てて配置されかつかつ磁石部５に接続された磁性体からなり、磁力線供給部６の開口７と同一の第２の開口７ｂを有する第２の磁力線供給部６ｂを設けることもできる。撮像素子前後の磁力線供給部の開口を同一とするときは、磁石部５の筒長さの中央に撮像素子１０を配置することが好ましい。光軸上の撮像素子１０に関して対称位置に、前後の磁力線供給部の開口縁部があれば、撮像素子位置の磁界が均等となる。
【００５５】
図１３に示すように、上記の撮像装置において、第２の永久磁石の第２の磁石部５ｂは光軸上に同軸となる開口７ｃを有するように、構成できる。これにより、第２の磁石部５ｂからの磁束密度を調整できる。
【００５６】
上記いずれの実施形態について、撮像素子１０周囲の筒形磁石部５や防磁板の磁力線供給部６は円筒形や円盤に限らず、撮像素子１０の撮像エリアに即して、長方形や正方形の矩形断面形状とすることができ、開口部も同様に矩形としても、上記実施形態と同様な効果を奏する。また、上記いずれの実施形態について、図には示さないが上記撮像装置は周囲に漏えい磁界を減少させるための防磁機構を備えている。
【００５７】
上記いずれの実施形態について、電子放出源アレイとして、電子供給層まで絶縁体層及び上部電極を貫通する凹部に炭素層を被覆した電子放出部の複数をマトリクス配置したものを説明しているが、本発明はこれには限定されず、いわゆる、Ｓｐｉｎｄｔ型電子放出源マトリックスアレイなど、他の平面タイプの電子放出源アレイを用いた撮像装置に適用できる。
【００５８】
上記実施形態において撮像装置について説明したが、本発明における電子放出源アレイの電子走行部の磁束の均一性向上と、電子放出側への磁束の漏えい防止の構造は、平面型の表示デバイスや描画装置として応用することができる。
【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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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月14日(2011.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に垂直な平面に複数の電子放出源が配列された電子放出源アレイと、前記光軸上に空間を隔てて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を有する透光性基板と、を含み、前記電子放出源を点順次走査して電子を前記光電変換膜へ放出して、前記透光性基板からの光入射により前記光電変換膜上に投影された光学像に対応した電気信号として出力する撮像装置であって、
前記空間において前記透光性基板及び電子放出源アレイの主面それぞれに直交する方向の磁界を形成する第１の磁石部と、
前記光軸上の光入射側に前記透光性基板から空間を隔てて配置されかつ前記第１の磁石部に接続された磁性体からなり前記光学像の結像を妨げない光路を画定する開口を有する磁力線供給部と、
第２の磁石部と、を有し、
前記第２の磁石部は、その対称軸が前記光軸上に同軸となるように、前記光軸上の光入射側の反対側に前記電子放出源アレイから空間を隔てて配置されかつ前記電子放出源アレイと対向する円盤形の永久磁石であり、前記円盤形の永久磁石は前記光軸上に同軸となる開口を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の磁石部は、その対称軸に沿った空洞を画定し、前記透光性基板及び前記電子放出源アレイを前記空洞内の中央に収納する前記光軸上に同軸の筒型の永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記磁力線供給部の前記開口の内径は、前記光軸上において前記光電変換膜の有効受光面の差し渡しよりも大きくかつ前記第１の磁石部に画定される空洞の内径より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
を特徴とする撮像装置。
【国際調査報告】
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