(57)【要約】【課題】電子放出源アレイにかかる負荷を軽減しつつ、高輝度な光が光電変換膜に入射した際の解像度の劣化や容量性残像及び光導電性残量の発生を防止できる撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置は、電子放出源がマトリクス状に配置される電子放出源アレイ２５０と、電子放出源アレイ２５０に対向保持される光電変換膜２３０とを有し、映像信号出力期間毎に水平走査ライン２５７を順次選択し、当該選択された水平走査ライン２５７に含まれる電子放出源から光電変換膜２３０に電子を放出して映像信号を読み出す。また、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの帰線消去期間における電子放出駆動を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出源がマトリクス状に配置される電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向保持される光電変換膜とを具え、映像信号出力期間毎に水平走査ラインを所定順序で選択し、当該選択された水平走査ラインに含まれる電子放出源から前記光電変換膜に向けて電子を放出して映像信号を出力する撮像装置において、
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの帰線消去期間における電子放出駆動が制御される、撮像装置。
【請求項２】
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出を行う前記電子放出源が選択される、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出を行う前記電子放出源を含む前記水平走査ラインが選択される、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出時間が制御される、請求項１乃至３のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記映像信号出力期間の直後から時系列において前記水平走査ラインが次に選択される映像信号出力期間の直前までの間に、前記電子放出源アレイが電子放出を行う帰線消去期間の回数が制御される、請求項１乃至４のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電子放出源アレイは、電子を放出する第１電極と、前記第１電極との間に電位差を形成するための第２電極とを具え、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を形成することにより、前記映像信号出力期間及び前記帰線消去期間に前記第１電極から電子が放出されるように構成される、請求項１乃至５のいずれかの項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１電極又は前記第２電極のうちの少なくともいずれか一方に、前記映像信号出力期間に印加する電圧とは異なる電圧が前記帰線消去期間に印加される、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記帰線消去期間に前記第１電極と前記第２電極との間の電位差が制御される、請求項６又は７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換膜に、前記映像信号出力期間に印加する電圧とは異なる電圧が前記帰線消去期間に印加される、請求項１乃至８のいずれかの項に記載の撮像装置。
【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具え、映像信号出力期間及び帰線消去期間に電子放出源アレイから電子を放出する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、素子を加熱することなく電界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具える撮像装置が提案されている。この電子放出源アレイは、複数のＳｐｉｎｄｔ型電子放出源をマトリクス状に配列したアレイであり、真空空間を隔てて光電変換膜と対向するように保持されている。このような撮像装置では、外部から光が入射することで光電変換膜に生成されて蓄積（以下、「生成・蓄積」と略す）された正孔をＳｐｉｎｄｔ型電子放出源アレイから順次放出される電子で読み出すことにより、時系列の映像信号を得ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この撮像装置では、高輝度光が光電変換膜の一部に入射すると、その光電変換膜の部分の電子走査側に多量の正孔が蓄積され、その部分の電位が局所的に上昇する。このため、電子放出源アレイから順次放出される電子のうち、高輝度光が入射した光電変換膜部の周辺に向けて放出される電子は、電位の格段に高い高輝度光入射部分に向けて軌道が曲げられ（以下、ベンディングという）、そこに蓄積された正孔の一部を読み出す。その結果、出力映像では、高輝度な被写体が実際より膨らんで見える現象（以下、ブルーミングという）が生じ、解像度等の画質の劣化を招く。
【０００４】
また、高輝度光が光電変換膜の一部に入射し、その部分に多量の正孔が生成・蓄積されると、電子放出源アレイから放出される電子での１回の走査では、生成・蓄積された正孔をすべて読み出すことができず、著しい容量性の残像が発生する。
【０００５】
さらに、高輝度光が光電変換膜に入射すると、光電変換膜の電子走査側に多量の正孔が蓄積されるため、光電変換膜に印加された実効的な電界が低下し、光電変換膜中には多量の光生成電荷（電子と正孔）がトラップされる。電子放出源アレイから順次、放出される電子によって光電変換膜が走査されて膜内の電界が上昇すると、トラップされた光生成電荷は解放され、この光生成電荷のうちの正孔は、光電変換膜の電子走査側に蓄積される。その結果、トラップされた正孔が次の走査で読み出され、著しい光導電性の残像を生じる。
【０００６】
これらの問題を解消するために、映像信号出力期間に水平走査ライン上の画素信号を読み出した後も、その直後の映像信号出力期間外である残留電荷掃き出し期間に、ゲート電極に引き続き電圧を印加しておくことにより、読み残した残留電荷を掃き出すことで、高輝度光が入射した場合の残像の発生を防止する平面撮像素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、特許文献２に記載の平面撮像素子では、残留電荷掃き出し期間に続く過蓄積電荷掃き出し期間に次の水平走査ラインのゲート電極に電圧を印加し、カソード電極の電位を基準走査面電位より高く設定することにより、映像信号出力期間内に読み出せる以上の蓄積電荷を予め取り除くことで、高輝度な被写体を撮影した場合に生じる白つぶれ、スミア、解像度の劣化を防止している。
【特許文献１】特開平６−１７６７０４号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２には、映像信号出力期間に続く映像信号出力期間外を、残留電荷掃き出し期間と過蓄積電荷掃き出し期間の２つの期間に分割し、残留電荷掃き出し期間ではその直前に映像信号が出力された水平走査ラインに含まれるすべての電子放出源から電子を放出させて、前記水平走査ラインに対向した光電変換膜に残留した正孔を取り除くことで、高輝度な光が入射した場合の残像の発生を防止した平面撮像素子が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、過蓄積電荷掃き出し期間に、その直後に映像信号が出力される水平走査ラインに含まれるすべての電子放出源から電子を放出させて、前記水平走査ラインに対向する光電変換膜に蓄積された過剰な正孔を取り除くことで、高輝度な光が入射した場合の白つぶれ、スミア、解像度の劣化を防止した平面撮像素子が開示されている。
【００１０】
しかし、特許文献２では、高輝度な光が光電変換膜に入射する、若しくは、入射しないに拘わらず、映像信号出力期間外、すなわち、帰線消去期間に常に電子を放出させているため、高輝度な光が光電変換膜に入射していない場合には、帰線消去期間に放出された電子は無駄になる。
【００１１】
また、同様に、高輝度な光が光電変換膜の一部に入射している場合には、帰線消去期間に高輝度な光が入射していない光電変換膜部に向けて放出された電子は無駄になる。
【００１２】
さらに、このような駆動手法では、放出された電子のすべて若しくはその一部が無駄になるだけでなく、電子放出源アレイにかかる負荷が大きく、電子放出源アレイの信頼性や寿命の著しい低下を招くという問題が生じる。
【００１３】
また、特許文献２では、１フィールド又は１フレームの期間内において、１回の帰線消去期間に、映像信号が出力された直後及び映像信号が出力される直前の水平走査ラインに含まれる電子放出源から電子を放出させているため、輝度の非常に高い光が光電変換膜に入射し、光電変換膜の電子走査側に多量の正孔が蓄積される場合には、１回の帰線消去期間における放出電子量では、走査直後の光電変換膜に残留した正孔や走査直前の光電変換膜に蓄積された過剰な正孔をすべて取り除くことができず、容量性残像の発生やブルーミングによる解像度の劣化を生じるおそれがある。
【００１４】
さらに、高輝度光が光電変換膜に入射した際の膜内電界の低下に起因した光導電性残像の発生については、特許文献２では、その発生を抑制できず、特に、移動している高輝度発光体等を撮影した場合には、画面上に移動体の軌跡が残り、著しい画質劣化を生じる。
【００１５】
そこで、本発明は、電子放出源アレイにかかる負荷を軽減しつつ、高輝度な光が光電変換膜に入射した際の解像度の劣化や容量性残像及び光導電性残量の発生を防止できる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一局面の撮像装置は、電子放出源がマトリクス状に配置される電子放出源アレイと、前記電子放出源アレイに対向保持される光電変換膜とを具え、映像信号出力期間毎に水平走査ラインを所定順序で選択し、当該選択された水平走査ラインに含まれる電子放出源から前記光電変換膜に向けて電子を放出して映像信号を出力する撮像装置において、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの帰線消去期間における電子放出駆動が制御される。
【００１７】
また、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出を行う前記電子放出源が選択されてもよい。
【００１８】
また、これに代えて、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出を行う前記電子放出源を含む前記水平走査ラインが選択されてもよい。
【００１９】
また、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記電子放出源アレイの前記帰線消去期間における電子放出時間が制御されてもよい。
【００２０】
また、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記映像信号出力期間の直後から時系列において前記水平走査ラインが次に選択される映像信号出力期間の直前までの間に、前記電子放出源アレイが電子放出を行う帰線消去期間の回数が制御されてもよい。
【００２１】
また、前記電子放出源アレイは、電子を放出する第１電極と、前記第１電極との間に電位差を形成するための第２電極とを具え、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を形成することにより、前記映像信号出力期間及び前記帰線消去期間に前記第１電極から電子が放出されるように構成されてもよい。
【００２２】
また、この場合に、前記第１電極又は前記第２電極のうちの少なくともいずれか一方に、前記映像信号出力期間に印加する電圧とは異なる電圧が前記帰線消去期間に印加されてもよい。
【００２３】
また、前記映像信号出力期間に出力される映像信号の信号レベルに応じて、前記帰線消去期間に前記第１電極と前記第２電極との間の電位差が制御されてもよい。
【００２４】
また、前記光電変換膜に、前記映像信号出力期間に印加する電圧とは異なる電圧が前記帰線消去期間に印加されてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、電子放出源アレイにかかる負荷を軽減しつつ、高輝度な光が光電変換膜に入射した際の解像度の劣化や容量性残像及び光導電性残量の発生を防止できる撮像装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の撮像装置を適用した実施の形態について説明する。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の撮像装置を概略的に示す断面図である。本実施の形態の撮像装置は、光学レンズ１００、撮像素子２００、信号増幅・処理回路３００、駆動回路４００、制御回路５００、電源６００、及びメモリ部７００を具える。
【００２８】
光学レンズ１００及び撮像素子２００は、光学レンズ１００を通過した光が撮像素子２００の光電変換膜に垂直に入射し、焦点を結ぶように配置される。
【００２９】
信号増幅・処理回路３００は、撮像素子２００から出力される映像信号を増幅・処理する。
メモリ部７００は、信号増幅・処理回路３００から出力される映像信号を記録・保存するメモリであり、例えば、周知の揮発性メモリ、又は不揮発性メモリで構成される。
【００３０】
制御回路５００は、クロック信号や同期信号等を生成し、駆動回路４００及び信号増幅・処理回路３００に供給する。また、メモリ部７００に記録・保存される映像信号を読み出し、この映像信号の信号レベル（例えば、振幅値）を基に電子放出源アレイ制御信号を生成し、駆動回路４００に供給する。
【００３１】
駆動回路４００は、水平駆動回路４１０及び垂直駆動回路４２０を含み、制御回路５００から供給されたクロック信号や同期信号、電子放出源アレイ制御信号等を基に、撮像素子２００を動作させるために必要なパルス電圧等を生成、供給する。
【００３２】
電源６００は、撮像素子２００、信号増幅・処理回路３００、駆動回路４００、制御回路５００及びメモリ部７００に給電する。
【００３３】
なお、電子放出源アレイ２５０に駆動回路４００が内蔵されている場合には、図１に示す外部の駆動回路４００は用いず、制御回路５００から撮像素子２００にクロック信号や同期信号、電子放出源アレイ制御信号等を直接供給する。また、電源６００から駆動に必要な電力を撮像素子２００に直接供給する。
【００３４】
また、図１には、映像信号の記録、保存、及び読み出しにメモリ部７００を用いる形態を示すが、このメモリ部７００の代わりに周知の映像遅延回路を用いてもよい。
【００３５】
図２は、実施の形態１の撮像装置に含まれる撮像素子２００の構成を示す図であり、（ａ）は撮像素子２００を概略的に示す斜視部分断面図、（ｂ）は撮像素子２００の要部を拡大して示す断面図である。本実施の形態における撮像素子２００は、透光性基板２１０、透光性導電膜２２０、光電変換膜２３０、メッシュ状電極２４０、及びＳｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０を具える。
【００３６】
透光性導電膜２２０は、透光性基板２１０の上に形成され、光電変換膜２３０は、透光性導電膜２２０の上に形成される。また、Ｓｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０は、光電変換膜２３０と真空空間を隔てて対向するように保持されており、複数の開口を有するメッシュ状電極２４０は、光電変換膜２３０と電子放出源アレイ２５０との間に配設される。
【００３７】
図２（ａ）では簡略化のために省略するが、実際の撮像素子２００には、電子放出源アレイ２５０、光電変換膜２３０、及びメッシュ状電極２４０を所定間隔で対向保持する機構や、撮像素子２００の駆動に必要なパルス電圧やＤＣ電圧等を供給する電極や、電子放出源アレイ２５０と光電変換膜２３０との間を真空に保持するための真空容器等が含まれる。
【００３８】
また、Ｓｐｉｎｄｔ型の電子放出源アレイ２５０から放出される電子群を光電変換膜２３０上に集束させる機能を撮像素子２００が有しない場合は、撮像素子２００の外部に永久磁石又はソレノイドコイルを含む磁界集束系が具えられる。
【００３９】
透光性基板２１０は、例えば、撮像素子２００が可視光を撮像する撮像素子である場合はガラスで構成すればよく、また、紫外光を撮像する撮像素子である場合はサファイア又は石英ガラスで構成すればよい。また、Ｘ線を撮像する撮像素子である場合は、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化ホウ素（ＢＮ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等で構成すればよく、撮像する光の波長に応じて材料を選択すればよい。
【００４０】
透光性導電膜２２０は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）膜、ＩＴＯ膜、又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜材料で構成することができる。この透光性導電膜２２０には、外部回路６１０が接続されており、この外部回路６１０に含まれる電源６１１によって電圧が印加される。この外部回路６１０は、図１に示す信号増幅・処理回路３００及び電源６００の一部として実現される。
【００４１】
光電変換膜２０３を作製するための材料としては、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）、等の半導体材料や、酸化鉛（ＰｂＯ）、三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等の化合物半導体材料を用いることができる。
【００４２】
これらの材料のうち、セレン（Ｓｅ）やシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いて作製した非晶質半導体膜では、膜に高電界を印加することで、膜内で光生成電荷のアバランシェ倍増が生じて感度を飛躍的に向上させることができる。
【００４３】
メッシュ状電極２４０は、複数の開口が設けられていればよく、公知の金属材料、合金材料、又は半導体材料等によって構成される。また、このメッシュ状電極２４０には、電源６２０が接続されており、後述する電子放出源アレイ２５０のゲート電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される。この電源６２０は、図１に示す電源６００の一部として実現される。
【００４４】
電子放出源アレイ２５０は、高融点金属を陰極に用いたＳｐｉｎｄｔ型電子放出源、シリコン（Ｓｉ）を陰極に用いたシリコンコーン型電子放出源、又は、ポーラスシリコンや酸化シリコン等を電極で挟んだ平面型電子放出源等の公知の電子放出源からなるマトリクスアレイによって構成される。
【００４５】
また、電子放出源アレイの駆動形式には様々な形式のものがあるが、電子放出源アレイ２５０としては、外部の駆動回路から供給されるパルス電圧によって駆動されるパッシブ電子放出源アレイ、駆動回路が内蔵された駆動回路内蔵パッシブ電子放出源アレイ、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵したアクティブ電子放出源アレイ、又は、駆動回路を内蔵し、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵した駆動回路内蔵アクティブ電子放出源アレイのいずれを用いることもできる。
【００４６】
本実施の形態では、電子放出源アレイ２５０としてＳｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイを用いる場合について説明する。以下、特に断らない限り、電子放出源アレイ２５０と記した場合は、Ｓｐｉｎｄｔ型パッシブ電子放出源アレイ２５０を示すこととする。
【００４７】
図２（ａ）に示すように、本実施の形態の電子放出源アレイ２５０は、基板２５１、陰極電極２５２、陰極２５３、絶縁層２５４、及びゲート電極２５５を具える。
【００４８】
基板２５１は、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、石英、セラミックス、又は樹脂等で構成される。この基板２５１の上には、陰極電極２５２、絶縁層２５４、及びゲート電極２５５が順次形成される。
【００４９】
陰極電極２５２は、図２（ａ）中に示す垂直走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極であり、ゲート電極２５５は、同じく水平走査方向と長手方向が平行なストライプ状の電極である。このように、陰極電極２５２とゲート電極２５５とが互いに直交する方向に延在することにより、Ｘ−Ｙマトリクスが形成される。
【００５０】
ここでは、陰極電極２５２とゲート電極２５５とが交差して区画される領域を「単位領域」と称し、以下、符号２５６を用いて表す。この単位領域２５６は、光電変換膜２３０の画素に対応する領域である。また、各ゲート電極２５５のストライプ状の領域内に含まれる複数の単位領域２５６が水平走査方向に並んで構成されるラインを水平走査ラインと称し、符号２５７で表す。
【００５１】
各単位領域２５６では、図２（ｂ）に示すように、絶縁層２５４及びゲート電極２５５を貫通し、陰極電極２５２の表面に達する細孔が形成され、この細孔内で陰極電極２５２から突出するように陰極２５３が配設される。
【００５２】
この陰極２５３は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）等の融点の高い金属材料によって作製される。通常、各単位領域２５６に複数の細孔を設け、各細孔に陰極２５３を一つずつ配設する。図２（ａ）には、各単位領域２５６に９つの細孔が形成され、９つの陰極２５３が配列される形態を示す。
【００５３】
ここでは、各単位領域２５６内に形成された電子放出制御が可能な最小単位数（９つ）の陰極２５３を「エレメント」と称する。
【００５４】
また、陰極電極２５２には、水平方向の走査を行うために、水平駆動回路４１０からパルス電圧が印加され、ゲート電極２５５には、垂直方向の走査を行うために、垂直駆動回路４２０からパルス電圧が印加される。この詳細については、図３を用いて後述する。
【００５５】
なお、図２には示さないが、単位領域２５６内に、陰極２５３から放出される電子群を光電変換膜２３０の上に集束させるために、陰極２５３を囲むようにゲート電極２５５上に絶縁物を介して集束電極を形成してもよい。
【００５６】
このような撮像素子２００内において、透光性基板２１０の上面側から入射する光は、透光性基板２１０及び透光性導電膜２２０を透過し、光電変換膜２３０に到達する。この透過光により、光電変換膜２３０内に電子・正孔対が生じる。
【００５７】
外部回路６１０に含まれる電源６１１によって、陰極２５３に印加される電圧より高い電圧が透光性導電膜２２０に印加されると、光電変換膜２３０内の正孔が、光電変換膜２３０の中を電子放出源アレイ２５０の側に向けて（光電変換膜２３０の厚さ方向を電子放出源アレイ２５０の側に向けて）移動し、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側に蓄積される。
【００５８】
また、電子放出源アレイ２５０には駆動回路４００からパルス電圧が印加され、単位領域２５６に含まれる陰極２５３、すなわちエレメントから放出される電子によって、前記単位領域に対向する光電変換膜２３０に蓄積された正孔が読み出される。
【００５９】
図３は、本実施の形態の撮像装置に含まれる電子放出源アレイ２５０の駆動系を平面視で概略的に示す図である。
【００６０】
以下では、後述する電子放出源アレイ２５０に印加するパルス電圧についての説明の便宜上、陰極電極２５２を陰極電極ＬＨとして表す場合もある。陰極電極ＬＨは、実際には水平走査方向に多数あるが、図３には、その一部であるＬＨ（Ｎ−２）〜ＬＨ（Ｎ＋２）を示す。ここで、Ｎは任意の整数である。
【００６１】
また、同様に、ゲート電極２５５をゲート電極ＬＶとして表す場合もある。ゲート電極ＬＶは、実際には撮像素子２００の垂直走査方向に多数あるが、図３には、その一部であるＬＶ（Ｊ−２）〜ＬＶ（Ｊ＋２）を示す。ここで、Ｊは任意の整数である。
【００６２】
さらに、同様に、水平走査ライン２５７を水平走査ラインＳＨＬとして表す場合もある。水平走査ラインＳＨＬは、実際には垂直走査方向にゲート電極ＬＶと同じ数だけあるが、図３には、その一部である水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−２）〜ＳＨＬ（Ｊ＋２）を示す。ここで、Ｊは任意の整数である。
【００６３】
図３に示すように、電子放出源アレイ２５０には、水平方向及び垂直方向の走査を行うための水平駆動回路４１０及び垂直駆動回路４２０が接続されている。
【００６４】
水平駆動回路４１０は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３を含む。
【００６５】
水平アドレス回路４１１は、図１に示す電源６００によって給電されるとともに、制御回路５００から伝送されるクロック信号や同期信号、電子放出源アレイ制御信号を受け取り、各陰極電極ＬＨに配設される水平バッファ回路４１２を選択して駆動する。
【００６６】
水平バッファ回路４１２は、水平アドレス回路４１１によって駆動される一対のトランジスタを含み、水平アドレス回路４１１によって選択される陰極電極ＬＨにパルス電圧を供給する。
【００６７】
水平電圧制御回路４１３は、水平アドレス回路４１１によって制御され、水平バッファ回路４１２を介して陰極電極ＬＨに供給するパルス電圧の値を制御する。
【００６８】
このような水平駆動回路４１０において、水平アドレス回路４１１で生成され、出力されるパルス電圧によって水平バッファ回路４１２が駆動制御される。この水平バッファ回路４１２の駆動により、水平電圧制御回路４１３から給電される電圧Ｖｈ１とＶｈ２（Ｖｈ１＞Ｖｈ２）とからなるパルス電圧（振幅：Ｖｈ１−Ｖｈ２）が陰極電極ＬＨに供給される。このように、水平方向の走査は、水平駆動回路４１０から陰極電極ＬＨにパルス電圧を印加することによって行われる。
【００６９】
また、垂直駆動回路４２０は、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３を含む。この垂直駆動回路４２０は、電子放出源アレイ２５０のゲート電極ＬＶに接続されてパルス電圧をゲート電極ＬＶに供給すること以外は、水平駆動回路４１０と構成が同一であり、垂直アドレス回路４２１、垂直バッファ回路４２２、及び垂直電圧制御回路４２３の機能及び動作も、ゲート電極ＬＶを走査対象とすること以外は、水平アドレス回路４１１、水平バッファ回路４１２、及び水平電圧制御回路４１３と同一である。
【００７０】
このような垂直駆動回路４２０において、垂直アドレス回路４２１で生成、出力されたパルス電圧によって垂直バッファ回路４２２が駆動制御される。この垂直バッファ回路４２２の駆動により、垂直電圧制御回路４２３から給電される電圧Ｖｖ１とＶｖ２（Ｖｖ１＞Ｖｖ２）とで構成されるパルス電圧（振幅：Ｖｖ１−Ｖｖ２）がゲート電極ＬＶに供給される。このように、垂直方向の走査は、垂直駆動回路４２０からゲート電極ＬＶにパルス電圧が印加されることによって行われる。
【００７１】
電子放出源アレイ２５０では、ゲート電極２５５に電圧Ｖｖ１が印加され、また、陰極電極２５２に電圧Ｖｈ２が印加されたときに、ゲート電極２５５と陰極電極２５２の交差部に位置するエレメントから電子が放出される。
【００７２】
映像信号出力期間には、制御回路５００から供給されたクロック信号や同期信号等に基づいて、垂直駆動回路４２０で生成したパルス電圧をゲート電極２５５に、また、水平駆動回路４１０で生成したパルス電圧を陰極電極２５２に印加し、各エレメントから順次放出される電子により、対向する光電変換膜２３０に蓄積された正孔を読み出す。
【００７３】
一方、帰線消去期間には、制御回路５００から供給された「出力映像信号の振幅値に対応する電子放出源アレイ制御信号」等に基づいて、垂直駆動回路４２０で生成したパルス電圧をゲート電極２５５に、また、水平駆動回路４１０で生成したパルス電圧を陰極電極２５２に印加する。これにより、高輝度光が入射した光電変換膜２３０部分に対向する各単位領域２５６に設けられた陰極２５３から電子を放出させ、当該光電変換膜２３０部分に蓄積された過剰な正孔を取り除く。
【００７４】
なお、図３には、映像信号を出力するための水平方向の走査を陰極電極２５２（ＬＨ）で行い、垂直方向の走査をゲート電極２５５（ＬＶ）で行う構成を示すが、これに代えて、垂直方向の走査を陰極電極２５２（ＬＨ）で行い、水平方向の走査をゲート電極２５５（ＬＶ）で行うように構成してもよい。
【００７５】
図４は、映像信号が出力されるタイミングが異なる２つの水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）及びＳＨＬ（Ｊ＋１）に含まれる各単位領域２５６内の陰極２５３から順次放出される電子により、各単位領域２５６に対向する光電変換膜２３０に蓄積された正孔が読み出されることによって得られる出力映像信号の振幅値を示す図である。
【００７６】
図４では、出力映像信号の振幅値が高いほど、その部分に該当する光電変換膜２３０に輝度のより高い光（光量のより多い光）が入射しているとみなすことができる。
【００７７】
ここで、高輝度の光が入射したか否かを判定するために、出力映像信号の振幅値に閾値を設定する。この閾値は、「映像信号出力期間に各単位領域２５６に含まれる陰極２５３から放出された電子で読み出せる出力映像信号の最大振幅値」以下の閾値とする。
【００７８】
水平走査ライン２５７に含まれる各単位領域２５６内の陰極２５３、すなわち、水平走査ライン２５７に含まれる各エレメントから放出される電子によって読み出された出力映像信号の振幅値が上述の閾値を超えた場合には、閾値を超えたエレメントから水平帰線消去期間に電子を放出する。  
一方、出力映像信号の振幅値が上述の閾値を超えない場合には、水平帰線消去期間に電子を放出しないようにする。
【００７９】
このような閾値を用いた制御を行うことにより、高輝度光が入射した光電変換膜２３０の部分に蓄積した過剰な正孔のみを選択的に除去することができ、これにより、電子放出源アレイ２５０への負荷を軽減しつつ、残像の発生や解像度の劣化を防止することができる。
【００８０】
図５は、図３に示す駆動系を有する撮像装置において、上述の制御を実現するために、電子放出源アレイ２５０の各ゲート電極２５５に印加するパルス電圧の振幅及びタイミング示す図である。
【００８１】
図６は、図３に示す駆動系を有する撮像装置において、上述の制御を実現するために、電子放出源アレイ２５０の各陰極電極２５２に印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【００８２】
なお、図５では、垂直電圧制御回路４２３から電子放出源アレイ２５０の各ゲート電極ＬＶに印加されるパルス電圧の電圧Ｖｖ１は電圧Ｖｘ（Ｖｘ＞０Ｖ）、電圧Ｖｖ２は接地電位（０Ｖ）に設定されている。
【００８３】
また、図６では、水平電圧制御回路４１３から電子放出源アレイ２５０の各陰極電極ＬＨに印加されるパルス電圧の電圧Ｖｈ１及び電圧Ｖｈ２は、それぞれ、Ｖｈ１がＶｘ又はＶａ（Ｖｘ＞Ｖａ＞０Ｖ）、Ｖｈ２が接地電位（０Ｖ）、若しくは、Ｖｈ１がＶｘ、Ｖｈ２がＶａ又は接地電位に設定されている。
【００８４】
また、図５及び図６におけるＴｈは水平走査における映像信号出力期間を示し、Ｔｈｂは水平帰線消去期間を示す。
【００８５】
図５及び図６に示すパルス電圧を各陰極電極２５２及び各ゲート電極２５５に印加することにより、水平走査における映像信号出力期間Ｔｈでは、ゲート電極２５５に電圧Ｖｘが印加され、かつ、陰極電極２５２に電圧０Ｖが印加されたときに、そのゲート電極２５５と陰極電極２５２とが交差する位置のエレメントから電子が放出される。
【００８６】
この放出された電子は、図２に示すように、ゲート電極２５５に印加された電圧Ｖｘより高い電圧が印加されるメッシュ状電極２４０によって光電変換膜２３０の側に引き出され、その後、光電変換膜２３０に到達した電子が、そこに蓄積された正孔と再結合する際に、透光性導電膜２２０を介して、外部回路６１０に流れる電流を出力として取り出し、この出力信号を信号増幅・処理回路３００で増幅、処理することで、入射光像に対応した映像信号が得られる。
【００８７】
なお、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側の電位は、そこに蓄積された正孔が電子放出源アレイ２５０から放出された電子によってすべて読み出されると、水平走査における映像信号出力期間Ｔｈでの電子放出時の陰極２５３の電位（すなわち、０Ｖ）にリセットされる。
【００８８】
また、その後、光電変換膜２３０に光が入射すると、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側に光によって生成された正孔が蓄積され、その部分の電位が上昇する。
【００８９】
一方、水平帰線消去期間Ｔｈには、ゲート電極２５５に電圧Ｖｘが印加され、かつ、陰極電極２５２に電圧Ｖａが印加されたときに、その交差部に位置するエレメントから電子が放出される。
【００９０】
図５に示すように、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）に対応するゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）には、水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）から映像信号が出力される直前の水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に、電圧Ｖｘが印加される。一方、出力映像信号の振幅値が閾値を超えない水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ＋１）に対応するゲート電極ＬＶ（Ｊ＋１）には、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧０Ｖが印加される。
【００９１】
また、図６に示すように、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた単位領域２５６に対応する陰極電極ＬＨ（Ｎ−１）〜ＬＨ（Ｎ＋１）には、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に電圧Ｖａが印加される。一方、出力映像信号の振幅値が閾値を超えない単位領域２５６に対応する陰極電極２５２には、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧Ｖｘが印加される。
【００９２】
このようなパルス電圧をゲート電極ＬＶ及び陰極電極ＬＨに印加することによって、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２には、ゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）と、陰極電極ＬＨ（Ｎ−１）〜ＬＨ（Ｎ＋１）との交差部に位置する各単位領域２５６に含まれる陰極２５３エレメント、すなわち、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた単位領域２５６に含まれる陰極２５３から電子が放出される。
【００９３】
電位Ｖａに保持された陰極２５３から放出される電子は、高輝度光によって光電変換膜２３０に多量の正孔が生成、蓄積され、当該光電変換膜部分の電位がＶａ以上になると、その部分の電位がＶａに下がるまで、そこに蓄積された正孔を除去する。このため、高輝度光が入射した光電変換膜２３０の部分に蓄積した過剰な正孔のみを選択的に取り除くことができる。
【００９４】
なお、上述の駆動手法では、Ｖａ又は閾値は光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔が除去されるときの出力映像信号の最大振幅値が閾値以上になるように設定される。
【００９５】
また、図６では水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に陰極電極ＬＨに電圧Ｖａを印加することで光電変換膜２３０に生成・蓄積された過剰な正孔のみを除去する例を示したが、これに代えて、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に陰極電極ＬＨに０Ｖを印加し、図２に示す電源６１１を制御して、映像信号出力期間Ｔｈに光電変換膜２３０に印加する電圧よりも低い電圧を水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に光電変換膜２３０に印加してもよい。この動作手法によっても、同様に、光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔のみを取り除くことができる。
【００９６】
さらに、上述の駆動手法では、１回の水平帰線消去期間Ｔｈｂ２の最初から最後までの全期間にわたって、ゲート電極２５５にＶｘを印加し、陰極電極２５２にＶａを印加したが、これに代えて、水平帰線消去期間Ｔｈｂの一部の期間に、ゲート電極２５５にＶｘを印加し、陰極電極２５２にＶａを印加するように構成してもよい。
【００９７】
さらに、上述の駆動手法では、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に、ゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）には映像信号出力期間に印加される電圧Ｖｘと同じ値の電圧Ｖｘを印加したが、これに代えて、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２に、電圧Ｖｘと異なる電圧をゲート電極２５５に印加するように構成してもよい。特に、図７に示すように、水平帰線消去期間Ｔｈｂ２にゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）に電圧Ｖｘよりも高い電圧を印加する場合は、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから、より多くの電子を放出させることができる。
【００９８】
さらに、上述の駆動手法では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）に対応するゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）には、映像信号が出力された直後から次に映像信号が出力される直前までの期間のうち、１回の水平帰線消去期間Ｔｈｂ２においてのみ電圧Ｖｘを印加したが、これに代えて、図８に示すように、複数回の水平帰線消去期間Ｔｈｂにおいて、ゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）に電圧Ｖｘを印加するように構成してもよい。
【００９９】
図９には、図８に示すパルス電圧をゲート電極ＬＶ（Ｊ−１）に印加する際に、陰極電極ＬＨに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す。
【０１００】
図８及び図９に示すパルス電圧を印加することによって、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）内の各エレメントからは、映像信号が出力された直後から次に映像信号が出力される直前までの期間のうち、複数回の水平帰線消去期間Ｔｈｂに電子が放出される。
【０１０１】
これにより、高輝度光が光電変換膜２３０に入射した際にも、１フィールド乃至１フレームの期間内の複数回の水平帰線消去期間に当該光電変換膜２３０に蓄積した過剰な正孔のみを選択的に除去することができ、電子放出源アレイ２５０の負荷を軽減しつつ、容量性残像の発生やブルーミングによる解像度の劣化を防止することができる。
また、１フィールド乃至１フレームの期間内の複数回の水平帰線消去期間に光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔が除去されるため、高輝度光が光電変換膜２３０に入射したときの膜内電界の低下を防止することができ、光導電性残像の発生を防止することができる。
【０１０２】
図１０は、図４に示す出力映像信号の振幅値を用いて、実施の形態１における駆動手法によって光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔が除去された後の出力映像信号の振幅値を示す図である。
【０１０３】
出力映像信号の振幅値が閾値を超えた単位領域２５６に対向する光電変換膜２３０の過剰な正孔が除去されるため、当該光電変換膜２３０から出力される映像信号の振幅値は、図１０（ａ）に示すように、陰極２５３に印加された電圧Ｖａで決まる値まで低下する。
【０１０４】
しかし、陰極２５３に印加される電圧Ｖａによって決まる振幅値は、閾値よりも高いため、引き続き、水平帰線消去期間Ｔｈｂには電子が放出され、この水平帰線消去期間Ｔｈｂでの電子放出は入射光量が減って出力映像信号の振幅値が閾値より低くなるまで継続される。
【０１０５】
一方、以上では、出力された映像信号に基づいて、光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔を水平帰線消去期間Ｔｈｂに放出される電子によって除去するため、制御に遅れが生じ、例えば、移動している高輝度発光体を撮影した場合には残像の発生や解像度の劣化を生じるおそれがある。
【０１０６】
そこで、出力映像信号に基づいた水平帰線消去期間Ｔｈｂでの電子放出制御の遅れによる残像の発生や解像度の劣化を解消するために、水平帰線消去期間Ｔｈｂに出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントからも電子を放出させ、出力映像信号の振幅値に応じて、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントと出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントの水平帰線消去期間Ｔｈｂ内での電子放出時間を制御するように構成してもよい。
【０１０７】
図１１は、上述の駆動手法を実現するために、ゲート電極ＬＶに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。また、図１２は、上述の駆動手法を実現するために、陰極電極ＬＨに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【０１０８】
これらのパルス電圧をゲート電極ＬＶ及び陰極電極ＬＨに印加することにより、水平帰線消去期間Ｔｈｂに、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメント及び出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントから電子を放出させることができ、かつ、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントからは、出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントに比べて、各水平帰線消去期間Ｔｈｂ内で、より長い時間、電子を放出させることができる。
【０１０９】
これにより、高輝度光が入射した際の出力映像信号に基づいた水平帰線消去期間Ｔｈｂでの電子放出制御の遅れによる残像の発生や解像度の劣化を防止することができる。
【０１１０】
また、図１１及び図１２に示すパルス電圧印加時の動作では、出力映像信号の振幅値に応じて、水平帰線消去期間Ｔｈｂ内での電子放出時間を制御する例を示したが、これに代えて、図１３及び図１４に示すように、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントでは、当該エレメントに接続されるゲート電極ＬＶに電圧Ｖｘを、また、陰極電極ＬＨに電圧Ｖａを印加する水平帰線消去期間Ｔｈｂの回数を増やし、その一方、出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントでは、当該エレメントに接続されるゲート電極ＬＶに電圧Ｖｘを、また、陰極電極ＬＨに電圧Ｖａを印加する水平帰線消去期間Ｔｈｂの回数を減らしてもよい。これにより、１フィールド乃至１フレームの期間内に含まれる水平帰線消去期間Ｔｈｂにおいて、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントと出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントとで電子を放出する期間又は時間を変えることができ、図１１及び図１２に示すパルス電圧印加時と同様な効果を得ることができる。
【０１１１】
なお、以上では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから水平帰線消去期間Ｔｈｂに電子を放出させることにより、対向する光電変換膜２３０に蓄積された過剰な正孔を除去する形態について説明したが、例えば図６や図９に示す陰極電極ＬＨに印加するパルス電圧の代わりに、図１５に示すパルス電圧を陰極電極ＬＨに印加することによって、水平帰線消去期間Ｔｈｂに出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ライン２５７に含まれるすべてのエレメントから電子を放出させることができる。
【０１１２】
これにより、出力映像信号の振幅値に応じた、水平帰線消去期間Ｔｈｂでの水平走査ライン２５７毎の電子放出動作の制御が可能となる。
【０１１３】
［実施の形態２］
図１６は、実施の形態２の撮像装置を概略的に示す断面図である。本実施の形態の撮像装置は、撮像素子２００、及び、駆動回路４００に含まれる水平駆動回路４１０Ａ及び垂直駆動回路４２０Ａの構成が実施の形態１の撮像装置と異なる。以下、相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１の撮像装置と同一の要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
図１７は、実施の形態２の撮像装置に含まれる撮像素子２００の構成を概略的に示す斜視部分断面図である。また、図１８は、実施の形態２の撮像装置に含まれる撮像素子２００の要部の構成を拡大して概略的に示す図である。
【０１１５】
本実施の形態では、撮像素子２００の電子放出源アレイとして、外部の駆動回路４００から供給されるパルス電圧等によって駆動され、かつ、各単位領域２５６に対応する基板２５１Ａの領域にトランジスタ２５８ａ及び２５８ｂを内蔵したＳｐｉｎｄｔ型アクティブ電子放出源アレイ２５０Ａを用いる。その詳細は後述する。
【０１１６】
なお、電子放出源アレイの駆動形式には様々な形式のものがあるが、電子放出源アレイ２５０Ａとしては、外部の駆動回路から供給されるパルス電圧によって駆動されるパッシブ電子放出源アレイ、駆動回路が内蔵された駆動回路内蔵パッシブ電子放出源アレイ、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵したアクティブ電子放出源アレイ、又は、駆動回路を内蔵し、電子放出源アレイの各単位領域にトランジスタを内蔵した駆動回路内蔵アクティブ電子放出源アレイのいずれを用いることもできる。
【０１１７】
また、電子放出源アレイにも様々な形式のものがあるが、高融点金属を陰極に用いたＳｐｉｎｄｔ型電子放出源、シリコン（Ｓｉ）を陰極に用いたシリコンコーン型電子放出源、又は、ポーラスシリコンや酸化シリコン等を電極で挟んだ平面型電子放出源等の公知の電子放出源からなるマトリクスアレイのいずれを用いることもできる。
【０１１８】
本実施の形態では、電子放出源アレイ２５０ＡとしてＳｐｉｎｄｔ型アクティブ電子放出源アレイを用いる場合について説明する。この電子放出源アレイ２５０Ａは、基板２５１Ａ、単位領域分離陰極電極２５２Ａ、及びゲート電極２５５Ａの構成が異なる他は、基本的に実施の形態１の電子放出源アレイ２５０と同一である。以下、特に断らない限り、電子放出源アレイ２５０Ａと記した場合は、Ｓｐｉｎｄｔ型アクティブ電子放出源アレイ２５０Ａを示すこととする。
【０１１９】
電子放出源アレイ２５０Ａの基板２５１Ａは、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の公知の半導体によって構成され、内部に各単位領域２５６に対応する複数のトランジスタ２５８ａ及び２５８ｂを含むＸ−Ｙマトリクスアレイが形成される。
【０１２０】
この基板２５１Ａの上に形成される単位領域分離陰極電極２５２Ａは、隣り合う他の単位領域分離陰極電極と所定間隔を隔てて絶縁分離され、トランジスタ２５８ａに電気的に接続される。
【０１２１】
本実施の形態では、単位領域分離陰極電極２５２Ａで区画される領域を「単位領域」２５６と称する。各単位領域２５６内には、ゲート電極２５５Ａ及び絶縁層２５４を貫通し、単位領域分離陰極電極２５２Ａの表面に達する細孔を形成し、この細孔内に単位領域分離陰極電極２５２Ａから突出する陰極２５３を設ける。この単位領域２５６内に形成された電子放出制御が可能な最小単位数の電子放出源を「エレメント」と称する。
【０１２２】
また、ゲート電極２５５Ａはすべての単位領域２５６で共通である。
【０１２３】
図１９は、本実施の形態の撮像装置に含まれる電子放出源アレイ２５０Ａの駆動系を平面視で概略的に示す図である。
【０１２４】
以下では、後述する電子放出源アレイ２５０Ａに印加するパルス電圧についての説明の便宜上、垂直走査制御ライン４３０を垂直走査制御ラインＬｖとして表す場合もある。垂直走査制御ラインＬｖは、実際には撮像素子２００の垂直走査方向に多数あるが、図１９には、その一部であるＬｖ（Ｊ−２）〜Ｌｖ（Ｊ＋２）を示す。ここで、Ｊは任意の整数である。
【０１２５】
また、同様に、水平走査制御ライン４４０を水平走査制御ラインＬｈとして表す場合もある。水平走査制御ラインＬｈは、実際には水平走査方向に多数あるが、図１９には、その一部であるＬｈ（Ｎ−２）〜Ｌｈ（Ｎ＋２）を示す。ここで、Ｎは任意の整数である。
【０１２６】
さらに、同様に、水平走査ライン２５７を水平走査ラインＳＨＬとして表す場合もある。水平走査ラインＳＨＬは、実際には垂直走査方向に垂直走査制御ラインＬｖと同じ数だけあるが、図１９には、その一部である水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−２）〜ＳＨＬ（Ｊ＋２）を示す。ここで、Ｊは任意の整数である。
【０１２７】
電子放出源アレイ２５０Ａの垂直方向の走査は、垂直駆動回路４２０Ａ内の垂直アドレス回路４２１Ａから、垂直走査制御ラインＬｖに電圧Ｖ１と電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖｌ）からなるパルス電圧を印加し、各画素２５６内のトランジスタ２５８ａを制御することで行う。垂直走査制御ライン４３０に電圧Ｖ２が印加されると、トランジスタ２５８ａがオンになる。
【０１２８】
一方、電子放出源アレイ２５０Ａの水平方向の走査は、水平駆動回路４１０Ａ内の水平アドレス回路４１１Ａから、水平走査制御ラインＬｈに電圧Ｖ１と電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）からなるパルス電圧を印加し、各単位領域２５６内のトランジスタ２５８ｂを制御することで行う。水平走査制御ライン４４０に電圧Ｖ２が印加されると、トランジスタ２５８ｂがオンになる。
【０１２９】
また、各単位領域２５６内のトランジスタ２５８ｂは接地電位（０Ｖ）に接続され、ゲート電極２５５Ａには垂直駆動回路４２０内のゲート電圧制御回路５２１から電圧Ｖｘが印加される。
【０１３０】
電子放出源アレイ２５０Ａでは、単位領域２５６内のトランジスタ２５８ａ及びトランジスタ２５８ｂが共にオンしたときに、当該単位領域２５６内の単位領域分離陰極電極２５２Ａ及び陰極２５３には電圧０Ｖが印加されることから、単位領域２５６に含まれる陰極２５３からはゲート電極２５５に印加された電圧Ｖｘと陰極２５３に印加された電圧０Ｖとの電位差によって決まる量の電子が放出される。
【０１３１】
垂直駆動回路４２０Ａ内の垂直アドレス回路４２１Ａは、制御回路５００から供給される「出力映像信号の振幅値を基にした電子放出源アレイ制御信号」等を用いて、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧Ｖ２を印加する垂直走査制御ライン４３０を選択する等の制御を行う。
【０１３２】
一方、水平駆動回路４１０Ａ内の水平アドレス回路４１４は、制御回路５００から供給される「出力映像信号の振幅値を基にした電子放出源アレイ制御信号」等を用いて、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧Ｖ２を印加する水平走査制御ライン４４０を選択する等の制御を行う。
【０１３３】
なお、図１９には、垂直方向の走査をトランジスタ２５８ａの制御で行い、水平方向の走査をトランジスタ２５８ｂの制御で行う形態を示すが、これに代えて、垂直方向の走査をトランジスタ２５８ｂの制御で行い、水平方向の走査をトランジスタ２５８ａの制御で行うように構成してもよい。
【０１３４】
図２０は、映像信号が出力されるタイミングの異なる２つの水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）とＳＨＬ（Ｊ＋１）に対応する各単位領域２５６に含まれる陰極２５３から順次放出する電子によって、各単位領域２５６に対向する光電変換膜２３０に蓄積された正孔を読み出すときの出力映像信号の振幅値を示す図である。
【０１３５】
図２０では、出力映像信号の振幅値が高いほど、その部分に該当する光電変換膜２３０に輝度のより高い光（光量のより多い光）が入射しているとみなすことができる。
【０１３６】
ここで、高輝度の光が入射したか否かを判定するために、出力映像信号の振幅値に閾値を設定する。この閾値は、「映像信号出力期間に各単位領域２５６に含まれる陰極２５３、すなわち、各エレメントから放出される電子によって読み出せる出力映像信号の最大振幅値」以下の閾値とする。
【０１３７】
水平走査ライン２５７の各エレメントから放出される電子によって読み出された出力映像信号の振幅値が上述の閾値を超えた場合には、閾値を超えたエレメントから水平帰線消去期間に電子を放出する。  
一方、出力映像信号の振幅値が上述の閾値を超えない場合には、水平帰線消去期間に電子を放出しないようにする。
【０１３８】
このような閾値を用いた制御を行うことにより、高輝度光が入射した光電変換膜２３０に蓄積された多量の正孔を読み出した後に、当該光電変換膜２３０に残留した正孔を選択的に除去することができる。
【０１３９】
これにより、電子放出源アレイ２５０への負荷を軽減しつつ、高輝度光が光電変換膜２３０に入射した際の残像の発生を防止することができる。
【０１４０】
図２１は、図１９に示す駆動系を有する撮像装置において、上述の制御を実現するために、電子放出源アレイ２５０Ａの垂直走査制御ラインＬｖに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【０１４１】
図２２は、図１９に示す駆動系を有する撮像装置において、上述の制御を実現するために、電子放出源アレイ２５０Ａの水平走査制御ラインＬｈに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【０１４２】
図２１及び図２２に示すパルス電圧を印加することによって、水平走査における映像信号出力期間Ｔｈでは、垂直走査制御ラインＬｖ及び水平走査制御ラインＬｈに電圧Ｖ２が印加されたときに、その交差部に位置する単位領域２５６内のトランジスタ２５８ａ及びトランジスタ２５８ｂがオンし、これにより、単位領域２５６に含まれる陰極２５３から電子が放出される。
【０１４３】
この放出された電子は、図１７に示すように、ゲート電極２５５Ａに印加された電圧Ｖｘより高い電圧が印加されるメッシュ状電極２４０によって光電変換膜２３０の側に引き出され、その後、光電変換膜２３０に到達した電子が、そこに蓄積された正孔と再結合する際に、透光性導電膜２２０を介して、外部回路６１０に流れる電流を出力として取り出し、この出力信号を信号増幅・処理回路３００で増幅、処理することで、入射光像に対応した映像信号が得られる。
【０１４４】
なお、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０Ａ側の電位は、そこに蓄積された正孔が電子放出源アレイ２５０Ａから放出された電子によってすべて読み出されると、水平走査における映像信号出力期間Ｔｈでの電子放出時の陰極２５３の電位（すなわち、０Ｖ）にリセットされる。
【０１４５】
また、その後、光電変換膜２３０に光が入射すると、光電変換膜２３０の電子放出源アレイ２５０側に光によって生成された正孔が蓄積され、その部分の電位が上昇する。
【０１４６】
一方、水平帰線消去期間Ｔｈにおいても、垂直走査制御ラインＬｖ及び水平走査制御ラインＬｈに電圧Ｖ２が印加されると、その交差部に位置する単位領域２５６内のトランジスタ２５８ａ及びトランジスタ２５８ｂがオンし、これにより、単位領域２５６に含まれる陰極２５３から電子が放出される。
【０１４７】
図２１に示すように、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）に対応する垂直走査制御ラインＬｖ（Ｊ−１）には、水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）から映像信号が出力された直後の水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に、電圧Ｖ２が印加される。一方、出力映像信号の振幅値が閾値を超えない水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ＋１）に対応する垂直走査制御ラインＬｖ（Ｊ＋１）には、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧Ｖ１が印加される。
【０１４８】
また、図２２に示すように、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた単位領域２５６に対応する水平走査制御ラインＬｈ（Ｎ−１）〜Ｌｈ（Ｎ＋１）には、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に電圧Ｖ２が印加され、出力映像信号の振幅値が閾値を超えない単位領域２５６に対応する水平走査制御ラインＬｈには、水平帰線消去期間Ｔｈｂに電圧Ｖ１が印加される。
【０１４９】
このようなパルス電圧を垂直走査制御ラインＬｖ及び水平走査制御ラインＬｈに印加することによって、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３には、垂直制御ラインＬｖ（Ｊ−１）と、水平制御ラインＬｈ（Ｎ−１）〜Ｌｈ（Ｎ＋１）との交差部に位置する単位領域２５６内の陰極２５３、すなわち、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから電子が放出される。
【０１５０】
また、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３における電子放出時の陰極２５３の電位は０Ｖに保持されているため、陰極２５３から放出された電子は、高輝度光が入射した光電変換膜２３０部分から映像信号が出力された直後に、当該光電変換膜２３０部分に残留した正孔のみを選択的に取り除くことができる。
【０１５１】
なお、上述の駆動手法では、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に、ゲート電極２５５Ａには映像信号出力期間に印加される電圧Ｖｘと同じ値の電圧Ｖｘを印加したが、これに代えて、垂直駆動回路４２０Ａ内のゲート電圧制御回路４２４を用いて、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に、電圧Ｖｘと異なる電圧をゲート電極２５５Ａに印加するように構成してもよい。
【０１５２】
特に、図２３に示すように、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に電圧Ｖｘより高い電圧をゲート電極２５５Ａに印加する場合には、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから、より多くの電子を放出させることができ、輝度の非常に高い光が光電変換膜２３０に入射した場合においても、走査直後の光電変換膜２３０に残留した正孔を除去することができる。
【０１５３】
また、図２１及び図２２に示すパルス電圧印加時の動作では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから、映像信号が出力された直後の水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に電子を放出させて対向する光電変換膜２３０に残留した正孔を除去する例を示したが、これに代えて、図２４に示すパルス電圧を垂直走査制御ラインＬｖに印加し、図２５に示すパルス電圧を水平走査制御ラインＬｈに印加することにより、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３より遅れた水平帰線消去期間Ｔｈｂ４に電子を放出させるよう構成してもよい。
【０１５４】
上述の駆動手法では、水平帰線消去期間Ｔｈｂに放出される電子の軌道がベンディングによって、映像信号が出力される直前の光電変換膜２３０部分に向けて曲げられ、そこに蓄積された正孔を読み出すことによって生じる、著しい感度低下や画素毎の感度のばらつきを抑制することができ、画質の劣化を伴わずに、高輝度な光が光電変換膜２３０に入射したときの残像の発生を防止することができる。
【０１５５】
さらに、図２６に示すパルス電圧を垂直走査制御ラインＬｖに印加し、図２７に示すパルス電圧を水平走査制御ラインＬｈに印加することによって、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから、複数回の水平帰線消去期間Ｔｈｂ４及びＴｈｂ５に電子を放出させてもよい。
【０１５６】
これによって、輝度の非常に高い光が光電変換膜２３０に入射した場合にも、光電変換膜２３０に残留した正孔を除去することができる。
【０１５７】
さらに、図２１及び図２２に示すパルス電圧印加時の動作では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた複数のエレメントから映像信号が出力された直後の水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に同じ量の電子を放出させる例を示したが、図２２に示すパルス電圧に代えて、図２８に示すパルス電圧を水平走査制御ラインＬｈに印加して、閾値を超えた出力映像信号の振幅値に応じて、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に水平走査制御ラインＬｈ（Ｎ−１）〜Ｌｈ（Ｎ＋１）に印加する電圧Ｖ２の印加時間を制御するように構成してもよい。
【０１５８】
上述の駆動手法では、閾値を超えた出力映像信号の振幅値が大きいほど、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に該当するエレメントから電子が放出される時間が長く設定され、その一方、閾値を超えた出力映像信号の振幅値が小さいほど、水平帰線消去期間Ｔｈｂ３に該当するエレメントから電子が放出される時間が短く設定される。これにより、電子放出源アレイ２５０Ａにかかる負荷をさらに軽減しつつ、高輝度光が光電変換膜２３０に入射した際の残像の発生を抑制することができる。
【０１５９】
一方、以上では、出力された映像信号の振幅値に基づいて、光電変換膜２３０に残留した正孔を水平帰線消去期間Ｔｈｂに放出される電子によって除去するため、制御に遅れが生じ、例えば、移動している高輝度発光体を撮影した場合には、残像の発生を生じるおそれがある。
【０１６０】
そこで、出力映像信号に基づいた水平帰線消去期間Ｔｈｂでの電子放出制御の遅れによる残像の発生や解像度の劣化を解消するために、水平帰線消去期間Ｔｈｂに出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントからも電子を放出させ、出力映像信号の振幅値に応じて、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントと出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントの水平帰線消去期間Ｔｈｂ内での電子放出時間を制御するように構成してもよい。
【０１６１】
図２９は、上述の駆動手法を実現するために、垂直走査制御ラインＬｖに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。また、図３０は、上述の駆動手法を実現するために、水平走査制御ラインＬｈに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【０１６２】
これらのパルス電圧を垂直走査制御ラインＬｖ及び水平走査制御ラインＬｈに印加することにより、水平帰線消去期間Ｔｈｂ内に、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメント及び出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントから電子を放出させることができ、かつ、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントからは、出力映像信号の振幅値が閾値を超えないエレメントに比べて、より長い時間、電子を放出させることができる。
【０１６３】
これにより、高輝度光が入射した際の出力映像信号に基づいた水平帰線消去期間Ｔｈｂでの電子放出制御の遅れによる残像の発生を防止することができる。
【０１６４】
以上では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えたエレメントから水平帰線消去期間Ｔｈｂに電子を放出させることにより、対向する光電変換膜２３０に残留した正孔を除去する形態について説明したが、例えば図２２や図２５、図２７に示す水平走査制御ラインＬｈに印加するパルス電圧に代えて、図３１に示すパルス電圧を水平走査制御ラインＬｈに印加してもよい。
【０１６５】
これによって、水平帰線消去期間Ｔｈｂに出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ライン２５７に含まれるすべてのエレメントから電子を放出させることができ、出力映像信号の振幅値に応じた、水平帰線消去期間Ｔｈｂでの水平走査ライン２５７毎の電子放出動作の制御が可能となる。
【０１６６】
また、図３１に示すパルス電圧を水平走査制御ラインＬｈに印加し、図３２に示すパルス電圧を垂直走査制御ラインＬｖに印加することによって、出力映像信号の振幅値が閾値を超えた水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ−１）に対応する垂直走査制御ラインＬｖ（Ｊ−１）では、出力映像信号の振幅値が閾値を超えない水平走査ラインＳＨＬ（Ｊ＋１）に対応する垂直走査制御ラインＬｖ（Ｊ＋１）に比べて、電圧Ｖ２を印加する水平帰線消去期間Ｔｈｂの回数を増大させてもよい。
【０１６７】
これにより、出力映像信号の振幅値に応じて、水平帰線消去期間Ｔｈｂでの水平走査ライン２５７毎の電子放出動作の制御が可能となり、かつ、出力映像信号の振幅値に基づいた電子放出制御の遅れによる残像の発生を防止することもできる。
【０１６８】
なお、上述の図２９及び図３０、若しくは、図３１及び図３２に示すパルス電圧印加時には、水平帰線消去期間Ｔｈｂに、光電変換膜２３０に残留した正孔とともに、入射光によって光電変換膜２３０に生成、蓄積された正孔の一部も同時に取り除かれるため、実効的な感度の低下を伴う。しかしながら、この感度の低下は、非晶質セレン（Ｓｅ）や非晶質シリコン（Ｓｉ）を主体とする半導体中での光生成電荷のアバランシェ増倍を利用した高感度な光電変換膜２３０を用いることによって補うことができ、高輝度光が光電変換膜２３０に入射した際の残像の発生を効果的に防止することができる。
【０１６９】
なお、上述の実施の形態１及び実施の形態２の撮像装置では、垂直帰線消去期間について言及していないが、垂直帰線消去期間の一部の期間を水平帰線消去期間と見なすことで、上述の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７０】
以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】実施の形態１の撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１の撮像装置に含まれる撮像素子の構成を示す図であり、（ａ）は撮像素子を概略的に示す斜視部分断面図、（ｂ）は撮像素子の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】実施の形態１の撮像装置に含まれる電子放出源アレイの駆動系を平面視で概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１の撮像装置において、映像信号が出力されるタイミングが異なる２つの水平走査ラインに含まれる各単位領域内の陰極から順次放出される電子により、対向する光電変換膜に蓄積された正孔が読み出されることによって得られる出力映像信号の振幅値を示す図である。
【図５】実施の形態１の撮像装置において、電子放出源アレイのゲート電極ＬＶに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図６】実施の形態１の撮像装置において、電子放出源アレイの陰極電極ＬＨに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図７】実施の形態１の撮像装置のゲート電極ＬＶに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図８】実施の形態１の撮像装置のゲート電極ＬＶに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図９】実施の形態１の撮像装置の陰極電極ＬＨに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１０】図４に示す出力映像信号の振幅値に基づき、光電変換膜に蓄積された過剰な正孔が除去された後の出力映像信号の振幅値を示す図である。
【図１１】実施の形態１の撮像装置のゲート電極ＬＶに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１２】実施の形態１の撮像装置の陰極電極ＬＨに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１３】実施の形態１の撮像装置のゲート電極ＬＶに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１４】実施の形態１の撮像装置の陰極電極ＬＨに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１５】実施の形態１の撮像装置の陰極電極ＬＨに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図１６】実施の形態２の撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図１７】実施の形態２の撮像装置に含まれる撮像素子の構成を概略的に示す斜視部分断面図である。
【図１８】実施の形態２の撮像装置に含まれる撮像素子の要部の構成を拡大して概略的に示す図である。
【図１９】実施の形態２の撮像装置に含まれる電子放出源アレイの駆動系を平面視で概略的に示す図である。
【図２０】実施の形態２の撮像装置において、映像信号が出力されるタイミングが異なる２つの水平走査ラインに含まれる各単位領域内の陰極から順次放出される電子により、対向する光電変換膜に蓄積された正孔が読み出されることによって得られる出力映像信号の振幅値を示す図である。
【図２１】実施の形態２の撮像装置において、電子放出源アレイの垂直走査制御ラインＬｖに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２２】実施の形態２の撮像装置において、電子放出源アレイの水平走査制御ラインＬｈに印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２３】実施の形態２の撮像装置において、ゲート電極に印加するパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２４】実施の形態２の撮像装置の垂直走査制御ラインＬｖに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２５】実施の形態２の撮像装置の水平走査制御ラインＬｈに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２６】実施の形態２の撮像装置の垂直走査制御ラインＬｖに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２７】実施の形態２の撮像装置の水平走査制御ラインＬｈに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２８】実施の形態２の撮像装置の水平走査制御ラインＬｈに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図２９】実施の形態２の撮像装置の垂直走査制御ラインＬｖに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図３０】実施の形態２の撮像装置の水平走査制御ラインＬｈに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図３１】実施の形態２の撮像装置の水平走査制御ラインＬｈに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【図３２】実施の形態２の撮像装置の垂直走査制御ラインＬｖに印加する他のパルス電圧の振幅及びタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１００  光学レンズ
２００  撮像素子
２１０  透光性基板
２２０  透光性導電膜
２３０  光電変換膜
２４０  メッシュ状電極
２５０  ２５０Ａ  電子放出源アレイ
２５１  ２５１Ａ  基板
２５２  陰極電極
２５２Ａ  単位領域分離陰極電極
２５３  陰極
２５４  絶縁層、
２５５  ２５５Ａ  ゲート電極
２５６  単位領域
２５７  水平走査ライン
２５８ａ  ２５８ｂ  トランジスタ
３００  信号増幅・処理回路
４００  駆動回路
４１０  ４１０Ａ  水平駆動回路
４１１  ４１１Ａ  水平アドレス回路
４１２  水平バッファ回路
４１３  水平電圧制御回路
４２０  ４２０Ａ  垂直駆動回路
４２１  ４２１Ａ  垂直アドレス回路
４２２  垂直バッファ回路
４２３  垂直電圧制御回路
４２４  ゲート電圧制御回路
４３０  垂直走査制御ライン
４４０  水平走査制御ライン
５００  制御回路
６００  ６１１  ６２０  電源
６１０  外部回路
７００  メモリ部
【図１】
2008288177.tif 000003
【図２】
2008288177.tif 000004
【図３】
2008288177.tif 000005
【図４】
2008288177.tif 000006
【図５】
2008288177.tif 000007
【図６】
2008288177.tif 000008
【図７】
2008288177.tif 000009
【図８】
2008288177.tif 000010
【図９】
2008288177.tif 000011
【図１０】
2008288177.tif 000012
【図１１】
2008288177.tif 000013
【図１２】
2008288177.tif 000014
【図１３】
2008288177.tif 000015
【図１４】
2008288177.tif 000016
【図１５】
2008288177.tif 000017
【図１６】
2008288177.tif 000018
【図１７】
2008288177.tif 000019
【図１８】
2008288177.tif 000020
【図１９】
2008288177.tif 000021
【図２０】
2008288177.tif 000022
【図２１】
2008288177.tif 000023
【図２２】
2008288177.tif 000024
【図２３】
2008288177.tif 000025
【図２４】
2008288177.tif 000026
【図２５】
2008288177.tif 000027
【図２６】
2008288177.tif 000028
【図２７】
2008288177.tif 000029
【図２８】
2008288177.tif 000030
【図２９】
2008288177.tif 000031
【図３０】
2008288177.tif 000032
【図３１】
2008288177.tif 000033
【図３２】
2008288177.tif 000034