(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の電子放出素子を有し、前記複数の電子放出素子によって形成される電子放出領域から電子を放出する電子源と、
前記電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、
前記電子源の前記電子放出領域に対向して配置された画像領域及び前記画像領域よりも外側に設けられた非画像領域を有し、前記電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、
前記第１の電極と前記光電変換部との間に設けられ、前記画像領域に前記電子が到達することで前記画像領域及び前記非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有し、
前記電子源の前記電子放出領域は、前記画像領域よりも大きく、且つ前記光電変換部に垂直な方向から見たときに周縁部が前記画像領域の周縁部を取り囲むように配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の電極は、前記光電変換部に垂直な方向から見たときに前記画像領域を取り囲むように形成された開口領域を有する金属板部を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の電極の前記開口領域は、前記光電変換部に垂直な方向から見たときに前記電子放出領域よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の電極の前記開口領域は、前記光電変換部に垂直な方向から見たときに前記画像領域よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記金属板部は複数の金属片からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記光電変換部から離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項７】
電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、
画像領域及び非画像領域を有し、前記電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、
前記第１の電極と前記光電変換部との間に設けられ、前記画像領域に前記電子が到達することで前記画像領域及び前記非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有し、
前記電子源は、マトリクス状に配置された複数の電子放出素子と、前記画像領域に対向する電子放出領域と、を有し、
前記第２の電極は、前記光電変換部に垂直な方向から見たときに前記画像領域を取り囲むように形成された開口領域を有する金属板部を含み、
前記金属板部は中抜き構造を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、
画像領域及び非画像領域を有し、前記電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、
前記第１の電極と前記光電変換部との間に設けられ、前記画像領域に前記電子が到達することで前記画像領域及び前記非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有し、
前記第２の電極は、前記光電変換部に垂直な方向から見たときに前記画像領域を取り囲むように形成された開口領域を有する金属メッシュ部を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、
画像領域及び非画像領域を有し、前記電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、
前記第１の電極と前記光電変換部との間に設けられ、前記画像領域に前記電子が到達することで前記画像領域及び前記非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有し、
前記電子源は、マトリクス状に配置された複数の電子放出素子と、前記画像領域に対向する電子放出領域と、を有し、
前記複数の電子放出素子は、前記画像領域に対向し、前記複数の電子放出素子のうちの中央部に配置された複数の第１の電子放出素子と、前記非画像領域の少なくとも一部に対向し、前記複数の電子放出素子のうちの周辺部に配置された複数の第２の電子放出素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、
画像領域及び非画像領域を有し、前記電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、
前記第１の電極と前記光電変換部との間に設けられ、前記画像領域に前記電子が到達することで前記画像領域及び前記非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有し、
前記第２の電極には接地電位が印加されることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、特に電子源及び光電変換膜を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子は、例えば、撮像対象となる画像を複数の画素領域に分け、画素領域毎に受光した光を電気信号（電流）に変換する光電変換装置である。例えば、特許文献１には、光導電膜及びターゲット電極を含む撮像管ターゲット部と、当該撮像管ターゲット部に対向して配備されたメッシュ電極と、当該撮像管ターゲット部及びメッシュ電極間に設けられた第３の電極とを有する撮像管が開示されている。また、特許文献２には、ターゲットの表面、メッシュ電極及びガード電極で形成される電位分布によりビーム走査期間の周辺の戻りビームをターゲット表面の走査範囲外にランディングさせる撮像管の駆動方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3161746号公報
【特許文献２】特開平10-23289号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、光電変換部材は、受光された光の強度に応じた電荷（例えば正孔）を生成する。また、例えば、撮像装置は光電変換部材に電子を供給する電子源を有し、この電子及び正孔によって電気信号が生成される。例えば、撮像装置は、この電気信号を画素毎に取り出して階調表現を行う。
【０００５】
また、一般に、撮像装置における光電変換部材は膜状に設けられる。また、光電変換膜には、撮像領域（例えば画像化される領域）よりも大きな受光領域（光電変換領域）が設けられる。例えば、当該受光領域の中央部は画像化される領域（画像化領域）であり、周辺部は画像化されない領域（非画像化領域）である。また、撮像時には電子源によって光電変換膜の画像化領域に電子を照射する。
【０００６】
ここで、例えば撮像感度を高めることを考慮すると、光電変換膜には比較的高い電位が与えられる。このため、撮像時において電子が照射されない光電変換膜の非画像化領域では、高電位状態が保持される。従って、非画像化領域に隣接する画像化領域の部分においては、この高電位領域の影響を受けて画像欠陥が生じやすい。例えば、撮影された画像の周縁部に歪やさざ波現象が生じることが一例として挙げられる。上記した背景技術を用いて製造された撮像装置は、これらの欠陥を抑制する効果を有しているが、その効果は十分ではない。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載の発明では、光電変換膜の表面電位の影響を抑制するために、第３の電極を設けている。しかしながら、第３の電極を設けることにより、撮像装置の静電容量が増加し、画像のＳ／Ｎ比を低下させてしまう。この画像のＳ／Ｎ比の低下を抑制するために、第３の電極を光電変換膜から離間することが提案されているが、光電変換膜から第３の電極までの距離が離れるほど、光電変換膜の表面電位の影響を抑制する効果は弱くなる。とりわけ、画像周辺部の歪に関しては、改善効果の低下のみならず、悪化させる可能性もある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明では、戻りビームにより、光電変換膜の非画像化領域の表面電位を低下させることが提案されているが、表面電位を低下させる効果は弱く、画像周辺部の画質の低下が改善できない。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、画像の周縁部における画質の低下が抑制され、高画質な撮像装置を提供することを課題の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、電子源から放出された電子を加速させる第１の電極と、画像領域及び非画像領域を有し、電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部と、第１の電極と光電変換部との間に設けられ、画像領域に電子が到達することで画像領域及び非画像領域間に生ずる電位差による第１の電界の方向とは反対の方向の第２の電界を生じさせる第２の電極と、を有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る撮像装置の模式的な断面図である。
【図２】実施例１に係る撮像装置の動作説明図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係る撮像装置の電子源及び駆動回路の詳細構造を示す断面図である。
【図４】実施例１に係る撮像装置における光電変換部、電子源、制御電極及びメッシュ電極の配置関係を示す断面図である。
【図５】（ａ）は実施例１に係る撮像装置の模式的な上面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ実施例１に係る撮像装置の制御電極、メッシュ電極及び電子源の模式的な上面図である。
【図６】実施例１に係る撮像装置内における電子の挙動を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１〜３に係る撮像装置の制御電極の模式的な上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１に係る撮像装置１０の模式的な断面図である。図１においては、一部の構成要素を記号又はブロック図で示している。撮像装置１０は、電子及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部２０と、光電変換部２０に対して電子を放出する電子源３０と、光電変換部２０及び電子源３０間に設けられた加速電極（第１の電極）４０と、光電変換部２０及び加速電極４０間に設けられた制御電極（第２の電極）５０とを有する。
【００１４】
光電変換部２０は、外部からの入射光を受けて電荷に変換する光電変換膜２１と、光電変換膜２１に電位を与えるターゲット電極（第３の電極）２２とを含む。光電変換膜２１は、例えば、ＨＡＲＰ（High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor）光電変換膜からなる。
【００１５】
本実施例においては、光電変換部２０、電子源３０、加速電極４０及び制御電極５０は、ハウジングＨＳ内に収容されている。ハウジングＨＳは、例えば、本体ＢＤ及びカバーＣＶからなる。本体ＢＤは、例えば、ガラスやセラミックスなどの絶縁材料からなる。また、カバーＣＶは、例えば、硼ケイ酸ガラス、金属ベリリウム、石英などからなる。
【００１６】
本実施例においては、図１に示すように、カバーＣＶは平板形状を有する。また、カバーＣＶは、その外周部によって本体のＢＤの開口部を閉塞するように構成されている。カバーＣＶが本体ＢＤに固定されることによって、ハウジングＨＳは光電変換部２０、電子源３０、加速電極４０及び制御電極５０を収容する空間を形成する。また、カバーＣＶの一方の主面は外部から光を受ける受光面として機能する。カバーＣＶの他方の主面上にはターゲット電極２２が膜状に形成され、ターゲット電極２２上にはターゲット電極２２を覆うように光電変換膜２１が形成されている。カバーＣＶ及びターゲット電極２２は、透光性を有する。なお、本明細書においては、透光性とは、少なくとも一部の光子を透過させる特性をいう。
【００１７】
撮像装置１０は、電子源３０を駆動する駆動回路６０を有する。本実施例においては、電子源３０は、スイッチ回路ＳＷによって個別駆動可能な複数の電子放出素子を含む電子放出素子アレイである。駆動回路６０は、スイッチ回路ＳＷに接続され、スイッチ回路ＳＷは電子源３０に接続されている。スイッチ回路ＳＷは、例えば、複数のＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチ回路ＳＷは、例えばハウジングＨＳ内に収容されている。
【００１８】
本実施例においては、光電変換部２０のターゲット電極２２は、抵抗Ｒを介して電源Ｖ１に接続されている。また、ターゲット電極２２は、キャパシタＣを介して増幅器ＡＭに接続されている。より具体的には、抵抗Ｒの一端はターゲット電極２２及びキャパシタＣの一端に接続されている。抵抗Ｒの他端は電源Ｖ１の高電位側端子に接続されている。キャパシタＣの他端は増幅器ＡＭの入力端に接続されている。電源Ｖ１の低電位側端子は接地されている。
【００１９】
また、本実施例においては、電子源３０は、電源Ｖ２に接続されている。より具体的には、電子源３０の一方の電極は電源Ｖ２の高電位側端子に接続され、他方の電極はスイッチ回路ＳＷに接続されている。また、加速電極４０は、電源Ｖ３の高電位側端子に接続されている。電源Ｖ２及びＶ３の低電位側端子はそれぞれ接地されている。また、制御電極５０は接地されている。光電変換部２０、電子源３０、加速電極４０及び制御電極５０は、互いに絶縁されている。
【００２０】
図２は、撮像装置１０の撮像動作を模式的に示す図である。図２は、図１と同様の断面図であるが、図の明確さのため、ハッチングを省略している。図２を用いて、撮像装置１０の撮像動作の概略について説明する。まず、カバーＣＶを介して光電変換部２０に光（光子ＰＨ）が入射する。光電変換膜２１は、光子ＰＨを受けて正孔ＨＯを生成する。生成された正孔ＨＯは、光電変換膜２１内の電界によって移動し、光電変換膜２１の電子源３０に対向する表面に蓄積される。一方、電子源３０から放出された電子ＥＬは、加速電極４０及び制御電極５０を通過し、光電変換膜（ターゲット）２１に入射する。ここで、光電変換膜２１の表面では、電子ＥＬ及び正孔ＨＯの結合が生じ、光電変換部２０に中和電流（電気信号）が発生する。
【００２１】
この中和電流は、増幅器ＡＭによって増幅され、信号電流ＳＣとして外部に取出される。駆動回路６０は、光電変換部２０の各画素領域において順次電子ＥＬが照射されるように電子源３０を駆動する。そして、撮像装置１０は、光電変換部２０における各画素領域に対して順次中和電流を取り出し、信号電流ＳＣを得る。これによって、画素毎の電流パルスのシーケンスである画像データが生成される。なお、増幅器ＡＭの出力端には画像化回路（図示せず）が接続され、画像化回路によって画像データが生成される。
【００２２】
図３（ａ）は、電子源３０及び駆動回路６０の詳細構成を示す図である。図３（ａ）においては、電子源３０及びスイッチ回路ＳＷを模式的な上面図として示し、駆動回路６０をブロック図として示している。図３（ａ）に示すように、電子源３０は、マトリクス状に（本実施例においてはｍ行ｎ列で）配置された複数の電子放出素子（電子放出部）３１を有する。電子放出素子３１は、例えば、ＨＥＥＤ（High-efficiency Electron Emission Device）構造の冷陰極型電子放出素子である。すなわち、電子源３０は、ＨＥＥＤ冷陰極アレイ（フィールドエミッタアレイ）を含む。
【００２３】
また、本実施例においては、駆動回路６０は、電子放出素子３１の各々をアクティブマトリクス駆動によって駆動するように構成されている。駆動回路６０は、駆動制御回路ＣＯと、駆動制御回路ＣＯに接続されたＸ走査ドライバ（水平走査回路）ＤＸ及びＹ走査ドライバ（垂直走査回路）ＤＹとを有する。
【００２４】
また、スイッチ回路ＳＷは、複数の電子放出素子３１にそれぞれ対応する複数のスイッチ素子Ｓ１を有する。本実施例においては、Ｘ走査ドライバＤＸには、ｎ本のＸ走査線Ｘ1〜Ｘnが接続されている。また、Ｙ走査ドライバＤＹには、Ｘ走査線Ｘ1〜Ｘnの各々に直交するｍ本のＹ走査線Ｙ1〜Ｙmが接続されている。Ｘ走査線Ｘ1〜Ｘnの各々及びＹ走査線Ｙ1〜Ｙmの各々の交差部の各々にはスイッチ素子Ｓ１が形成されている。
【００２５】
図３（ｂ）は、スイッチ素子Ｓ１及び電子放出素子３１の構造を示す断面図である。図３（ｂ）に示すように、スイッチ素子Ｓ１は、例えば、Ｘ走査ドライバＤＸに接続されたゲート電極Ｇ、Ｙ走査ドライバＤＹに接続されたソース電極Ｓ及び電子放出素子３１に接続されたドレイン電極Ｄを含むＭＯＳＦＥＴからなる。
【００２６】
電子放出素子３１は、例えば、スイッチ素子Ｓ１に接続された下部電極ＢＥ、シリコン（Ｓｉ）層Ｌ１、酸化シリコン（ＳｉＯx）層Ｌ２、例えばタングステン（Ｗ）からなる上部電極ＵＥ、炭素（Ｃ）層Ｌ３が積層されたＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型の冷陰極電子放出素子である。
【００２７】
例えば、１つの電子放出素子３１が１つの画素に対応した光電変換膜２１の領域に向けて電子ＥＬを放出する。電子放出素子３１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。電子源３０は、各電子放出素子３１のエミッションサイトＥＳによって電子源３０の電子放出面を構成し、この電子放出面は光電変換膜２１に対向して配置されている。電子ＥＬは、エミッションサイトＥＳから放出され、加速電極４０によって加速されて光電変換膜２１に入射する。
【００２８】
図４は、光電変換部２０、電子源３０、加速電極４０及び制御電極５０の配置関係を模式的に示す断面図である。図４は、図１と同様の断面図であるが、図の明確さのため、一部のハッチングを省略している。図４に示すように、光電変換膜２１（光電変換部２０）は、画像化される領域である画像領域（第１の領域）Ｒ１と、画像化されない領域である非画像領域（第２の領域）Ｒ２とを有する。例えば、画像領域Ｒ１は光電変換膜２１の中央部に設けられており、非画像領域Ｒ２は画像領域Ｒ１の外側に設けられている。光電変換膜２１は、画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２の両方において光を受けて電荷（正孔ＨＯ）を生成する。
【００２９】
電子源３０は、画像領域Ｒ１の全体及び非画像領域Ｒ２の一部に対向して配置されている。すなわち、本実施例においては、電子源３０は、画像領域Ｒ１よりも広い電子放出領域Ｒ３を有する。従って、本実施例においては、画像領域Ｒ１の外側にも一定量の電子ＥＬが照射される。光電変換膜２１の電子源３０（電子放出領域Ｒ３）に対向する領域は、電子ＥＬが照射される電子照射領域である。
【００３０】
加速電極４０は、電子源３０と光電変換部２０との間に設けられている。加速電極４０は、電子源３０から放出された電子ＥＬを加速させる。本実施例においては、加速電極４０は開口部を有するメッシュ電極である。以下においては、加速電極４０がメッシュ電極である場合について説明する。電子ＥＬは、メッシュ電極４０の開口部を通過し、光電変換膜２１に到達する。メッシュ電極４０は、光電変換部２０の画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２の全体に対向して配置されている。
【００３１】
また、制御電極５０は、光電変換部２０とメッシュ電極４０との間において光電変換部２０及びメッシュ電極４０から離間して配置されている。制御電極５０は、光電変換部２０、より具体的には非画像領域Ｒ２と非画像領域Ｒ２の近傍における画像領域Ｒ１の部分とにおける空間電位を制御する。また、制御電極５０は、電子源３０から放出された電子ＥＬの軌道を制御する電子軌道制御領域Ｒ４を有する。
【００３２】
本実施例においては、制御電極５０は、電子源３０の電子放出領域Ｒ３よりも大きな電子軌道制御領域（制御領域）Ｒ４を有する。また、本実施例においては、制御電極５０は、平板形状を有し、電子軌道制御領域Ｒ４として機能する開口領域ＡＰを有する。電子源３０から放出された電子ＥＬは、メッシュ電極４０によって加速され、制御電極５０の開口領域ＡＰを通過して光電変換膜２１に到達する。
【００３３】
図５（ａ）は、撮像装置１０の上面を模式的に示す図である。なお、図１や図２は、図５（ａ）におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。例えば、図５（ａ）に示すように、カバーＣＶは、円形の上面形状を有する。すなわち、カバーＣＶの主面は円形状を有する。また、図５（ａ）に示すように、光電変換部２０は、全体として円形状の受光面を有する。
【００３４】
本実施例においては、光電変換部２０は、矩形の画像領域Ｒ１と、画像領域Ｒ１の外側に形成され、円形の外形を有する非画像領域Ｒ２とを有する。非画像領域Ｒ２は、画像領域Ｒ１の周辺部において画像領域Ｒ１に隣接して設けられている。すなわち、非画像領域Ｒ２は、光電変換部２０の外周領域として設けられている。
【００３５】
図５（ｂ）は、制御電極５０の模式的な上面図である。制御電極５０は、円板形状の導電部（金属板部）５１を有し、その中央部に矩形の開口領域ＡＰ（電子軌道制御領域Ｒ４）を有している。開口領域ＡＰは、光電変換部２０に垂直な方向から見たときに画像領域Ｒ１を取り囲むように配置されている。また、開口領域ＡＰは電子源３０の電子放出領域Ｒ３に垂直な方向から見たとき電子放出領域Ｒ３を取り囲むように配置されている。
【００３６】
なお、図５（ａ）に示すように、本実施例においては、制御電極５０の開口領域ＡＰ（電子軌道制御領域Ｒ４）は、光電変換部２０に垂直な方向から見たときに画像領域Ｒ１よりも大きい。また、電子源３０の電子放出領域Ｒ３は画像領域Ｒ１よりも大きい矩形形状を有し、制御電極５０の電子軌道制御領域Ｒ４は電子放出領域Ｒ３よりも大きい矩形形状を有する。
【００３７】
図５（ｃ）は、メッシュ電極４０の模式的な上面図である。メッシュ電極４０は、円形のフレーム４１と、フレーム４１内に設けられたメッシュ部（電子透過部）４２とを含む。本実施例においては、フレーム４１及びメッシュ部４２は導電性を有する。メッシュ部４２は、例えば、メッシュ構造の銅線からなる。電子ＥＬは、メッシュ部４２の開口部を通過して光電変換膜２１に到達する（供給される）。なお、図５（ｃ）においては、メッシュ部４２の開口部は矩形形状を有する場合について示しているが、メッシュ部４２は、菱形や三角形の形状の開口部を有するように構成されていてもよい。
【００３８】
図５（ｄ）は、電子源３０の模式的な上面図である。電子源３０は、マトリクス状に配置された複数の電子放出素子３１を有し、画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２に対向する電子放出領域Ｒ３を有する。また、図５（ｄ）に示すように、電子源３０は、画像領域Ｒ１に対向し、電子放出素子３１のうちの中央部に配置された複数の第１の電子放出素子（第１の電子放出部）３１Ａと、非画像領域Ｒ２に対向し、電子放出素子３１のうちの周辺部に配置された複数の第２の電子放出素子（第２の電子放出部）３１Ｂとを有する。換言すれば、電子源３０を構成する電子放出素子３１（図３（ａ）などを参照）は、第１及び第２の電子放出素子３１Ａ及び３１Ｂに区別されることができる。
【００３９】
なお、電子源３０は、第１及び第２の電子放出素子３１Ａ及び３１Ｂの全体で電子放出領域Ｒ３を形成する。本実施例においては、電子放出素子３１のうち、中央部の電子放出素子３１が第１の電子放出素子３１Ａであり、周辺部の電子放出素子３１が第２の電子放出素子３１Ｂである。従って、第２の電子放出素子３１Ｂの外縁が電子放出領域Ｒ３の外縁を構成する。また、電子源３０は全体として矩形の形状を有する。従って、電子放出領域Ｒ３は矩形の形状を有する。
【００４０】
また、本実施例においては、非画像領域Ｒ２が画像領域Ｒ１を取り囲むように形成されている場合について説明した。また、第２の電子放出素子３１Ｂが第１の電子放出素子３１Ａを取り囲むように配置されている場合について説明した。しかし、画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２の配置関係、並びに第１及び第２の電子放出素子３１Ａ及び３１Ｂの配置関係はこれに限定されない。また、光電変換部２０、電子源３０及びメッシュ電極４０の外形は図示した形状に限定されない。例えば、光電変換部２０は、円形状ではなく、矩形又は楕円形状、多角形状を有していてもよい。
【００４１】
図６は、撮像装置１０の光電変換部２０及び制御電極５０の近傍を拡大して示す部分拡大断面図である。図６は、図４の破線で囲まれた部分Ａ１を拡大して示す断面図である。図６を用いて撮像装置１０の撮像動作時における制御電極５０の電子軌道制御動作（作用）について説明する。まず、撮像動作時においては、図１に示すように、ターゲット電極２２、電子源３０及びメッシュ電極４０には、それぞれ電源Ｖ１、Ｖ２及びＶ３によって電圧が印加される。一方、本実施例においては、制御電極５０には接地電位が印加される。
【００４２】
また、本実施例においては、電子源３０は、撮像動作時は各電子放出素子３１を順次駆動させ、光電変換膜２１に向けて電子ＥＬを放出する。これによって、電子放出領域Ｒ３に対向する光電変換膜２１の領域には順次電子ＥＬが到達し、光電変換動作が行われる。なお、本実施例においては、光電変換膜２１の電子放出領域Ｒ３に対応する領域の中央部は画像領域Ｒ１として画像化（信号電流ＳＣの取り出し）が行われる領域である。
【００４３】
従って、光電変換膜２１における電子放出領域Ｒ３に対向する電子照射領域（以下、照射領域と称する）と、その外側の領域（以下、非照射領域と称する）との間には電位差が生ずる。例えば、ターゲット電極２２に１５００Ｖの電位が印加された場合、照射領域には電子ＥＬが照射されて約０Ｖの電位レベルに下がり、光電変換膜２１には約１５００Ｖの電圧が印加される。一方、当該非照射領域には電子ＥＬが照射されないため、ターゲット電極２２との電位差が発生せず、当該被照射領域は約１５００Ｖの電位レベルを維持する。これによって、光電変換膜２１における非照射領域と照射領域との境界近傍には照射領域に向かう方向（すなわち非画像領域Ｒ２から画像領域Ｒ１に向かう方向）の電界（第１の電界）Ｅ１が生ずる。
【００４４】
一方、制御電極５０はその導電部５１（金属板部）が上面視において電子放出領域Ｒ３を取り囲むように、また非照射領域に対向して配置されている。また、制御電極５０には接地電位が印加されている。従って、ハウジングＨＳ内の制御電極５０の近傍の空間には制御電極５０（金属板部５１）に向かう方向の電界が発生する。すなわち、制御電極５０の近傍には、電界Ｅ１を打ち消す方向（すなわち画像領域Ｒ１から非画像領域Ｒ２に向かう方向）の電界（第２の電界）Ｅ２が生ずる。
【００４５】
撮像装置１０が制御電極５０を有することで、図６に示すように、メッシュ電極４０を通過した電子ＥＬは、自身を放出した電子放出素子３１の直上の１つの画素に対応した光電変換膜２１の領域に到達する。特に、画像領域Ｒ１と非画像領域Ｒ２との境界において電子源３０から放出された電子ＥＬが安定して光電変換膜２１の対応する領域に到達する。
【００４６】
仮に、制御電極５０が設けられない場合、電界Ｅ２が生成されない。従って、電子ＥＬは、光電変換膜２１の近傍に生じた電界Ｅ１によって、その軌道が曲げられてしまう。例えば、画像領域Ｒ１と非画像領域Ｒ２との境界において電子源３０から放出された電子ＥＬは、メッシュ電極４０を通過した後、電界Ｅ１によって非画像領域Ｒ２に向かう方向に屈曲した軌道で光電変換膜２１に到達する。
【００４７】
制御電極５０により第２の電界Ｅ２が存在することで、第１の電界Ｅ１が電気的に遮蔽され、第１の電界Ｅ１の大きさが小さくなるため、画像領域Ｒ１と非画像領域Ｒ２との境界における電子ＥＬの電子軌道の変化が小さくなる。さらに、本実施例においては、制御電極５０は、電子ＥＬに対する電界Ｅ１の影響を打ち消すように電界Ｅ２を生じさせることで、電気的に電子ＥＬの移動を制御する（電子ＥＬの軌道の乱れを補正する）。換言すれば、制御電極５０は、電界Ｅ１によって非画像領域Ｒ２に向かう方向に屈曲した電子軌道の変位に対して、その逆方向、つまり画像領域Ｒ１に向かう方向に、電界Ｅ１による変位と同じ量だけ、電子軌道を屈曲させる電界Ｅ２を与える。これらの電界Ｅ１の影響を弱める効果と電子ＥＬの軌道の乱れを補正する効果により、所望の位置に電子ＥＬを到達させることができる。
【００４８】
また、制御電極５０は、その開口領域ＡＰを所定の大きさに、また、光電変換膜２１から所定の距離だけ離間させて配置することによって、最適な向き及び強度の電界Ｅ２を生じさせ、所望の空間電位制御を行うことができる。
【００４９】
本実施例では、制御電極５０が光電変換部２０から離間して配置されている。光電変換部２０から離間させることによって、光電変換部２０と制御電極５０との間に生じる静電容量が小さくなる。撮像装置の静電容量は撮像画像のＳ／Ｎ比を悪化させるが、光電変換部２０から離間させることで、画質を劣化させることなく、画像周辺部の歪やさざ波現象を改善できる。また、制御電極５０を光電変換部２０と離間させることによって、電界Ｅ１と電界Ｅ２の境界の変化が緩やかになるため、比較的容易に電界Ｅ１と電界Ｅ２の影響を打ち消すように空間電位制御を行うことができる。
【００５０】
なお、光電変換部２０に接触又は近接した場合には、大きな静電容量を持つことにより、撮像画像のＳ／Ｎ比が著しく低下してしまう。また、制御電極５０が光電変換膜２１と接触又は近接した場合には、電界Ｅ１と電界Ｅ２の境界の電位変化が急峻であるため、電界Ｅ１と電界Ｅ２を打ち消すように制御電極５０を配置することが困難である。
【００５１】
また、電子源３０から放出されて光電変換膜２１において正孔ＨＯと結合されなかった電子ＥＬは、戻り電子となって制御電極５０側に進む。この戻り電子を含む二次電子は、制御電極５０と光電変換膜２１の非照射領域との電界によって非画像領域Ｒ２に進む可能性が高くなり、非画像領域Ｒ２の面電位を下げることができる。従って、画像領域Ｒ１の非画像領域Ｒ２に隣接する部分における電子ビームのランディング特性が向上する。従って、画像周縁部における画質が向上する。
【００５２】
また、本実施例においては、電子源３０が画像領域Ｒ１の外側の非画像領域Ｒ２に対向する第２の電子放出素子３１Ｂを有する。すなわち、電子源３０は、画像領域Ｒ１よりも大きな電子放出領域Ｒ３を有し、画像領域Ｒ１の外側領域にも電子ＥＬ（一次電子）が照射されるように構成されている。撮像装置１０が電子源３０及び制御電極５０を有することで、画像領域Ｒ１の外側における一定の非画像領域Ｒ２にも安定して電子ＥＬが照射される。従って、光電変換膜２１の画像領域Ｒ１の外縁部の近傍における非画像領域Ｒ２の表面電位を安定して下げることができる。従って、画像領域Ｒ１の非画像領域Ｒ２に隣接する部分（例えば画像の周辺部に対応する部分）における電子ビームのランディング特性が向上する。従って、画像周縁部における画質が向上する。
【００５３】
さらに、第２の電子放出素子３１Ｂから放出され、非画像領域Ｒ２において正孔ＨＯと結合されなかった戻り電子についてもさらに外側の非画像領域Ｒ２に再度到達する可能性がある。従って、光電変換膜２１における電子照射領域（すなわち電子源３０の走査領域）の外側にも電子ＥＬが到達し、光電変換膜２１における表面電位が下がる部分が事実上拡大されることとなる。従って、画像領域Ｒ１における電子ビームのランディング特性は向上し、さらに画像周縁部の画質が向上する。
【００５４】
なお、制御電極５０に印加する電位は、接地電位に限定されない。制御電極５０には、例えば、ターゲット電極２２に印加される電位より低い電位が印加されていればよい。
【００５５】
なお、本実施例において示した光電変換部２０、電子源３０、メッシュ電極４０、制御電極５０及び駆動回路６０の詳細構成は一例に過ぎない。また、ハウジングＨＳの構成は一例に過ぎない。例えば、電子源３０は、画像領域Ｒ１のみに対向する電子放出領域Ｒ３を有するように構成されていてもよい。また、本実施例においては制御電極５０が開口領域ＡＰを有する板状の導電部５１を有する場合について説明したが、制御電極５０の構成はこれに限定されない。
［変形例１］
図７（ａ）は、実施例１の変形例１に係る撮像装置１０Ａの制御電極５０Ａの構成を示す模式的な上面図である。撮像装置１０Ａは、制御電極５０Ａの構成を除いては撮像装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、制御電極５０Ａは、電子軌道制御領域Ｒ４となる開口領域ＡＰを有する導電性メッシュ部（金属メッシュ部）５１Ａを含む。
【００５６】
制御電極５０Ａにおいては、撮像装置１０Ａ内のイオン等の帯電した粒子の一部が、制御電極５０Ａによって生成する電界により制御電極５０Ａに衝突せずに、導電性メッシュ部５１Ａを通過（透過）する。制御電極５０Ａへのイオン等の衝突は、制御電極５０Ａからの脱ガス等を引き起こすため、制御電極５０Ａへの衝突確率は低いことが望ましい。制御電極５０Ａでは、導電性メッシュ部５１Ａによりイオン等の衝突確率を下げることができるため、撮像装置１０Ａの特性に影響を与えることなく、画像周縁部の画質を向上させることができる。
【００５７】
また、制御電極５０Ａがメッシュ構造になっていることで、光電変換膜２１と対向する面積が低下するため、制御電極５０Ａと光電変換膜２１との間の静電容量は、制御電極５０が金属板の場合より小さくなるため、撮像画像のＳ／Ｎ比を低下させないことをより確実にする。
【００５８】
また、電子ＥＬは開口領域ＡＰのみならず導電性メッシュ部５１Ａを通過（透過）する。従って、例えば、二次電子となってハウジングＨＳ内を迷走する電子が導電性メッシュ部５１Ａに到達した場合でも、導電性メッシュ部５１Ａを通過する可能性がある。すなわち、制御電極５０Ａに到達した電子が制御電極５０Ａに衝突して消滅することが抑制され、二次電子を含む多くの電子を光電変換膜２１に導くことが可能となる。従って、例えば高確率で電子を非画像領域Ｒ２に到達させ、非画像領域Ｒ２の表面電位を下げることができる。従って、画像周縁部における画質が向上する。
［変形例２］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る撮像装置１０Ｂの制御電極５０Ｂの構成を示す模式的な上面図である。撮像装置１０Ｂは、制御電極５０Ｂの構成を除いては撮像装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、制御電極５０Ｂは、電子軌道制御領域Ｒ４となる開口領域ＡＰを有し、中抜き構造を有する導電性フレーム部５１Ｂを含む。すなわち、本変形例は、制御電極５０の金属板部５１が中抜き構造を有する場合に相当する。
【００５９】
制御電極５０Ｂにおいては、電子ＥＬは開口領域ＡＰのみならず導電性フレーム部５１Ｂの中抜き部を通過（透過）する。従って、撮像装置１０Ａの制御電極５０Ａと同様に、イオン等が制御電極５０Ｂに衝突する確率を下げることができるため、撮像装置１０Ｂの特性に影響を与えることなく、画像周縁部の画質を向上させることができる。
【００６０】
また、制御電極５０Ｂが中抜き構造になっていることで、制御電極５０Ｂと光電変換膜２１との間の静電容量が、制御電極５０が金属板や制御電極５０Ａのメッシュ構造の場合より小さくなるため、撮像画像のＳ／Ｎ比を低下させないことをより確実にする。
【００６１】
また、制御電極５０Ｂが中抜き構造になっていることで、撮像装置１０Ａの制御電極５０Ａと同様に、制御電極５０Ｂに到達した電子が制御電極５０Ｂに衝突して消滅することが抑制されるため、二次電子を含む多くの電子を光電変換膜２１に導くことが可能となる。従って、例えば高確率で電子を非画像領域Ｒ２に到達させ、非画像領域Ｒ２の表面電位を下げることができる。従って、画像周縁部における画質が向上する。
［変形例３］
図７（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る撮像装置１０Ｃの制御電極５０Ｃの構成を示す模式的な上面図である。撮像装置１０Ｃは、制御電極５０Ｃの構成を除いては撮像装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、制御電極５０Ｃは、電子軌道制御領域Ｒ４となる開口領域ＡＰを形成するように配置された側面ＳＳを有する複数の板状金属片５１Ｃを含む。板状金属片５１Ｃの側面ＳＳは、他の板状金属片５１Ｃの側面ＳＳに対向して配置され、各板状金属片５１Ｃの側面ＳＳが全体として電子軌道制御領域Ｒ４を構成する。本変形例は、制御電極５０の金属板部５１が複数の金属片５１Ｃからなる場合に相当する。
【００６２】
本変形例においては、制御電極５０Ｃは、側面ＳＳが内側を向くように４つの板状金属片５１Ｃが回転対称に配置された構成を有する。本変形例においては、制御電極５０Ｃを高い自由度で構成することができる。例えば、板状金属片５１Ｃのいずれか１つの位置を調節するなど、電子軌道制御領域Ｒ４の微調整が可能となる。従って、例えば、製品毎に最適な位置及び形状の電子軌道制御領域Ｒ４を容易に構成することができる。
【００６３】
これにより、電界Ｅ１を打ち消すための電界Ｅ２を電子軌道制御領域Ｒ４のそれぞれの辺で調整できるため、より正確に電子ＥＬの電子軌道を制御することができる。また、それぞれの板状金属片５１Ｃに異なる電位を与えることでも、電界Ｅ２を電子軌道制御領域Ｒ４の各辺で制御できるため、より正確な電子ＥＬの制御が可能である。従って、所望の位置に電子ＥＬを到達させることができる。なお、本変形例においては板状金属片５１Ｃが回転対象に配置された場合について説明したが、板状金属片５１Ｃの構成はこれに限定されず、互いに形状が異なる板状金属片によって構成及び配置されていてもよい。
【００６４】
上記したように、撮像装置１０は、電子ＥＬを放出する電子源３０と、電子源３０から放出される電子を加速させる加速電極（第１の電極）４０と、画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２を有し、画像領域Ｒ１に到達した電子ＥＬ及び外部からの入射光によって電気信号を生成する光電変換部２０とを有する。また、撮像装置１０は、光電変換部２０及び加速電極４０間に設けられ、電子が画像領域Ｒ１に到達することで画像領域Ｒ１及び非画像領域Ｒ２間に生ずる電位差による電界（第１の電界）Ｅ１の方向とは反対の方向の電界（第２の電界）Ｅ２を生じさせる制御電極（第２の電極）５０を有する。
【００６５】
従って、光電変換膜２１及び制御電極５０の近傍における空間電位を調節することができる。光電変換膜２１の表面の電位差による電界Ｅ１の影響を電子ＥＬに与えることが抑制される。また、電界Ｅ１及びＥ２を調節することによって、電子ＥＬを所望の軌道で移動させて光電変換膜２１の所望の位置に到達させることができる。従って、画像領域Ｒ１の外縁部における電子ＥＬの軌道及びその到達位置が安定し、画像周縁部での画質が向上する。従って、高画質な撮像装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  撮像装置
２０  光電変換部
３０  電子源
３１  電子放出素子
４０  加速電極
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ  制御電極
【図１】
0006697304.tif 000002
【図２】
0006697304.tif 000003
【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】
0006697304.tif 000008