(57)【要約】【課題】  冷陰極アレイから放出される電子を捕獲し易い構造にすることで、冷陰極アレイに印加する電子放出電圧を低く抑え、高電圧下で発生し易い白ノイズなどの画像欠陥の発生を防ぐことにある。【解決手段】  透光性のガラス基板２４と、このガラス基板２４上に順次積層されるＩＴＯ透明電極２５、光導電膜２６及び金属薄膜２７とを備える光導電変換ターゲット２２であって、前記透明電極２５が短冊状に形成されると共に、前記金属薄膜２７が金属小片の集合体として形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、この透光性基板上に順次積層される透明電極、光導電膜及び金属薄膜とを備える光導電変換ターゲットであって、
前記透明電極が短冊状に形成されると共に、前記金属薄膜が金属小片の集合体として形成されていることを特徴とする光導電変換ターゲット。
【請求項２】
前記金属薄膜を構成する各金属小片は、撮像装置が備える撮像素子の一画素サイズより小さく形成され、且つそれぞれが電気的に絶縁されている請求項１記載の光導電変換ターゲット。
【請求項３】
前記金属薄膜は、金、銅、アルミニウム又はそれらの合金から選択された金属材料によって形成されている請求項1記載の光導電変換ターゲット。
【請求項４】
前記光導電膜は、膜厚０．５〜１０μｍのアモルファスＳｉ膜、アモルファスＳｅ膜およびアモルファスＳｅ系合金膜のいずれかで形成されてなる請求項１記載の光導電変換ターゲット。
【請求項５】
透光性基板と、この透光性基板上に順次積層して形成される透明電極、光導電膜及び金属薄膜とを備え、前記透明電極が短冊状に形成されると共に、前記金属薄膜が金属小片の集合体として形成されている光導電変換ターゲットと、
この光導電変換ターゲットの金属薄膜と対向して配置される冷陰極アレイとを備え、
前記冷陰極アレイには短冊状のエミッタ電極とが形成され、このエミッタ電極と前記透明電極とが直交するように配設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、撮像装置の光導電変換ターゲット及びこの光導電変換ターゲットを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この撮像装置１は、図６に示されるように、互いに向かい合う光導電ターゲット２と冷陰極アレイ３とを備え、光導電ターゲット２が、ガラス基板４と、その上に順次積層したイオンバリア層５、透明電極６および光電変換膜７とで構成される。前記光電変換膜７は、正孔注入阻止膜７ａ、非晶質半導体膜７ｂおよび電子注入阻止膜７ｃの三層構造からなっており、外部からの入射光１５は、ガラス基板４の表面から透明電極６を経て光電変換膜７に入射される。
【０００３】
一方、冷陰極アレイ３は、透明のガラス基板８の上に帯状のカソード電極９とゲート電極１０とが絶縁層１１を介して互いに直交するように形成されると共に、前記ゲート電極１０および絶縁層１１に設けた開口１２内に円錐形のエミッタ１３を放電源として配置した構成である。前記カソード電極９とゲート電極１０は、Ｘ，Ｙマトリックスに駆動することによって、その交点の任意の位置にあるエミッタ１３を選択して電子が放出される。
【０００４】
このような構成からなる撮像装置１にあっては、冷陰極アレイ３をマトリックス駆動させ、エミッタ１３から放出された電子ビームによって光電変換膜７が走査される。光電変換膜７の電子ビーム走査面は、２次電子を放出しにくい電子注入阻止膜７ｃで構成されるために、電子ビームが電子注入阻止膜７ｃに到達すると、電子注入阻止膜７ｃの電位が下降する。そして、その電位がカソード電極９の電位に等しくなると、電子ビームがそれ以上到達しなくなるので、電子ビームの走査直後における走査面の電位は、カソード電極９の電位に対して平衡状態となる。
【０００５】
一方、透明電極６には、カソード電極９に対して正のターゲット電圧が印加されているので、光電変換膜７には、透明電極６側が正の向きであり、かつ走査面側が負の向きの電界が加えられる。この状態において、入射光１５が光電変換膜７に入射すると、その入射量に応じた電子正孔対が光電変換膜７の中に発生し、上記電界によって、電子および正孔はそれぞれ透明電極６側および走査面側に進行し、走査面の電位は、到達した正孔によってカソード電極９の電位より上昇する。電子ビームが走査面に再び到達すると、走査面の電位は、カソード電極９の電位にリセットされ、その入射光量の空間電位分布に対応する時系列の電気信号が、出力端子から得られることになる。
【特許文献１】特開２００２−２４５９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の撮像装置にあっては、光電変換膜７の走査面側、すなわち電子注入阻止膜７ｃが多孔質Ｓｂ２Ｓ３を主体とする絶縁膜で構成されているために、冷陰極アレイ側から放出される電子を捕獲し難く、低露光領域では高感度の撮像が得られなかった。また、冷陰極アレイ３に印加する電子放出電圧を高く設定する必要があり、白ノイズなどの画像欠陥を発生させる原因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明に係る光導電ターゲットは、冷陰極アレイから放出される電子を捕獲し易い構造にすることで、冷陰極アレイに印加する電子放出電圧を低く抑え、高電圧下で発生し易い白ノイズなどの画像欠陥の発生を防ぐことを目的とする。
【０００８】
また、本発明に係る撮像装置は、低露光領域でも高感度、且つ高解像度の安定した撮像が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明に係る光導電ターゲットは、透光性基板と、この透光性基板上に順次積層される透明電極、光導電膜及び金属薄膜とを備える光導電変換ターゲットであって、前記透明電極が短冊状に形成されると共に、前記金属薄膜が金属小片の集合体として形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記金属薄膜を構成する各金属小片の大きさは、撮像装置が備える撮像素子の一画素サイズより小さく、かつそれぞれが電気的に絶縁されていることが望ましい。
【００１１】
また、上記金属薄膜は、導電率の高い金属材料で作られていることが望ましく、例えば、金、銅、アルミニウム又はそれらの合金から選択される。
【００１２】
さらに、上記光導電膜は、例えば、膜厚０．５〜１０μｍのアモルファスＳｉ膜、アモルファスＳｅ膜およびアモルファスＳｅ系合金膜のいずれかで形成される。
【００１３】
本発明に係る撮像装置は、透光性基板と、この透光性基板上に順次積層して形成される透明電極、光導電膜及び金属薄膜とを備え、前記透明電極が短冊状に形成されると共に、前記金属薄膜が金属小片の集合体として形成されている光導電変換ターゲットと、この光導電変換ターゲットの金属薄膜と対向して配置される冷陰極アレイとを備え、前記冷陰極アレイには短冊状のエミッタ電極が形成され、このエミッタ電極と前記透明電極とが直交するように配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光導電ターゲットによれば、光導電膜の表面に金属小片を集合させた金属薄膜を設けたことで、冷陰極アレイ側から放出される電子を捕獲し易くなる。また、冷陰極アレイに印加する電子放出電圧を低く抑えることができるので、高電圧下で発生し易い白ノイズなどの画像欠陥の発生を防ぐことができる。
【００１５】
本発明による撮像装置によれば、上記構成からなる光導電ターゲットを用いることで、低露光領域でも高感度、且つ高解像度の安定した撮像が得られることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて本発明の最良の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る撮像装置２１の基本的構成を示したものであり、図２は光導電ターゲットの全体形状の平面図、図３は光導電ターゲットの透明電極を示す部分拡大図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１７】
図１において、撮像装置２１は、上記従来例と同様、基本的には光導電ターゲット２２と冷陰極アレイ２３とが対向して配列されたものである。前記光導電ターゲット２２は、透光性のガラス基板２４と、このガラス基板２４上に順次積層された透明電極２５、光導電膜２６及び金属薄膜２７とで構成される。
【００１８】
前記ガラス基板２４には、例えば、表面が平滑であって、厚さが１．０ｍｍ以上の透光性の耐熱ガラスが使用される。ガラス基板２４の電気抵抗が十分でない場合には、ＳｉＯ２などの高抵抗膜を予めガラス基板２４上に被覆し、ガラス基板２４から光導電膜へのホール電荷の注入を阻止して、撮像ターゲットの暗電流を抑制することが望ましい。
【００１９】
前記透明電極２５は、ＩＴＯ膜（酸化インジウム錫膜）によって形成される。まず、ガラス基板２４上にＩＴＯ膜を真空蒸着によって形成し、次いでその上にレジストパターンを形成する。レジストパターンによってＩＴＯ膜を短冊状にエッチング加工し、残った部分を透明電極２５としたものである。透明電極２５の幅寸法は、必要とする分解画素数などに応じて適宜決められる。図２及び図３は、ガラス基板２４上に形成された短冊状の透明電極２５を模式的に示したものである。
【００２０】
前記光導電膜２６は、ガラス基板２４側からの入射光を光電変換するために設けられる。この光導電膜２６は、例えばアモルファスＳｉ膜やアモルファスＳｅ膜、あるいはアモルファスＳｅＴｅなどのＳｅ系合金で形成されるのが望ましい。これらＳｅ系合金は、ガラス基板２４に近い熱膨張係数と耐熱性を有し、かつ自然光に対して高感度である。また、光導電膜２６の膜厚は、後述するエミッタ側からの放電効率と膜自体の耐圧性などを考慮して、０．５〜１０μｍの範囲が望ましい。これは、膜厚１０μｍ以上では安定したエミッタ放電が得られず、脈動放電が起こるおそれがある一方、膜厚が０．５μｍ以下では暗電流が大きくなって、耐圧性を確保できないからである。さらに、光導電膜２６には高い平滑性も要求される。光導電膜２６の表面に凹凸や欠陥があると、その所にエミッタからの放電が集中し、リーク放電や落雷の原因になると共に、撮影画像上で白点ノイズや黒点ノイズとなって現れる原因ともなる。
【００２１】
前記光導電膜２６の上面に形成される金属薄膜２７は、エミッタからの放出電子を効率よく安定的に受け止めるものである。そのために、金属薄膜２７の材質としては導電率の高いＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉなどが適当である。この金属薄膜２７は、前記金属材料を抵抗加熱法あるいはスパッタ法などを用いた真空蒸着によって形成することができる。
【００２２】
前記蒸着によって形成される金属薄膜２７は、フォトリゾグラフィによる選択エッチング法や蒸着マスク法を用いることで、一つ一つを方形状の金属小片２８に分割し、かつ、相互に電気的に絶縁分離する必要がある。また、図３に示すように、光導電膜２６を透視して、短冊状の透明電極２５を観たとき、分割された金属小片２８は、透明電極２５上に一列に並ぶように、また短冊状の電極幅の外にはみ出さぬように形成する。金属小片２８の大きさは、撮像装置が備える画素数と少なくとも同数かそれ以上の数に分割されることが望ましい。金属薄膜２７はこのように分割された金属小片２８の集合体である。
【００２３】
一方、前記光導電ターゲット２２と対向するように配置される冷陰極アレイ２３は、図１に示されるように、光導電ターゲット２２のガラス基板２４と同じような透光性のガラス基板３０の上面に薄膜金属からなるカソード電極３１を短冊状に形成し、さらにこのカソード電極３１の上に絶縁層３２と導電性のゲート電極３３を順次積層したものである。前記絶縁層３２及びゲート電極３３には多数の開口３４が設けられ、この開口３４内に円錐形状のエミッタ３５を電子放電源として設け、このエミッタ３５と前記カソード電極３１とでエミッタ電極を構成している。そして、前記カソード電極３１とゲート電極３３とをＸ−Ｙマトリックスに駆動することによって、その交点に位置する任意のエミッタ３５から電子が放出される。
【００２４】
なお、電子放出源としては、前述のような円錐形状のエミッタ３５に限られることなく、例えば薄膜金属上にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）薄膜を形成した後、絶縁膜と導電性膜を積層したものを利用することもできる。カーボンナノチューブのチューブ径は約１０μｍ前後であり、細長くて電界が集中しやすい形状である上に、しなやかで折れにくい特徴を併せ持っている。電子放出源は放電の繰返しによって先端部が僅かずつ消耗する。この点、カーボンナノチューブは先端形状が安定しており、電子放出効率が低下しないので、電子放出源としては最適である。
【００２５】
このようにして形成された電子放出源としてのエミッタ３５は、前記カソード電極３１上に配列されていて、ピッチ毎に絶縁膜で分離されている。なお、エミッタ３５は、前記カソード電極３１の短冊毎に放出電流量を順番に読み出せる手段を備えている。
【００２６】
上記構成からなる光導電ターゲット２２と冷陰極アレイ２３とは対向配置され、その間に真空層を介することで撮像装置２１が構成される。真空層の真空度は、１０−６ｔｏｒｒ以下の高真空が望ましく、また両者間の隙間は３００〜１０００μｍの範囲で設定するのが放電効率の点からも望ましい。
【００２７】
前記光導電ターゲット２２に形成された透明電極２５と、冷陰極アレイ２３に形成されたカソード電極３１とは、それぞれが短冊状に形成されており、且つこれら短冊が相互に直交するように配置されてＸ−Ｙマトリックスを形成するように構成される。
【００２８】
このように構成される撮像装置では、光導電ターゲット２２側のガラス基板２４から入射する光量に比例して、冷陰極アレイ２３のエミッタ３５から放出される電子量が変化する。そして、金属薄膜２７上の帯電電荷は、撮像光パターンとしてガラス基板２４上の透明電極２５に集電されることになる。さらに、本発明にあっては、金属薄膜２７の各金属小片２８の大きさを、撮像装置２１が備える撮像素子の一画素サイズより小さく形成してあるので、解像度の高いデジタル画像信号として取り出すことができる
【００２９】
図５は、上記構成からなる撮像装置２１の作用を示したものである。光導電ターゲット２２のガラス基板２４ら入射した撮影光４０の光量に比例して、冷陰極アレイ２３からの放出電子線量を変化させ，これをアナログ電気信号として、信号端子４１に取り出し、撮影画像を形成する。変換されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部４２によりデジタル変換され、イメージメモリ４３に記録される。このイメージメモリ４３は、複数枚の撮像画像を記録する容量を持っている。デジタルデータとなった撮像データは、制御部４４からの制御信号によって所定のアドレスに順次記録される。演算処理部４５は、イメージメモリ４３から撮像データを取り出して演算し、結果を再びイメージメモリ４３に戻す。演算された画像データは、Ｄ／Ａ変換部４６によりアナログ信号に変換され、モニタ表示部４７に出力される。なお、図中において、符号４８は駆動電源、４９はカソード電極駆動制御部、５０はゲート電極駆動制御部、５１は抵抗である。
【００３０】
上記構成からなる撮像装置２１にあっては、冷陰極アレイ２３のエミッタ３５から光導電ターゲット２２の金属薄膜２７に向けて放出された電子は、導電性の金属薄膜２７に捕獲され易いものとなる。その結果、従来のような絶縁性の電子注入阻止膜を用いた場合に比べ、冷陰極アレイ２３の印加電圧を低く抑えることができる。また、放出電子が捕獲され易いことから、低露光領域であっても極めて安定した放出特性が維持でき、高感度の撮像を得ることができる。
【００３１】
次に、上記構成からなる撮像装置の実施例を説明する。なお、本発明がこの実施例に限定されないことは勿論である。
【００３２】
光導電ターゲットの作製
透光性のガラス基板２４には、旭硝子株式会社製のＰＤ２００  厚さ２．８ｍｍを用いた。このガラス基板２４を両面研磨して厚みを２．０ｍｍとし、平坦度と平行度を１０μｍ以下にした。大きさは７０ｍｍ角である。先ず、有機溶剤でガラス基板２４の両面を超音波洗浄して表面の汚れを除去した後、片面にＳｉＯ２を膜厚０．１μｍになるように真空蒸着した。更に、このＳｉＯ２下地膜を施した面にＩＴＯ膜を膜厚０．１μｍになるように真空蒸着した。蒸着されたＩＴＯ膜は抵抗値が１００Ω／□以下であり、それによって光透過率８０％以上の透光性導電基板を作製できた。
【００３３】
次に、画素表示をするために、７０ｍｍ角基板の中央１５ｍｍ角部分にＩＴＯライン幅が３０μｍ、ライン間隔が２０μｍの短冊状の透明電極２５をフォトリソグラフィによるエッチングにより形成した。同時に、透明電極２５の片側を外部への引き出し電極用としてガラス基板２４の端から２ｍｍの部分まで延長するようにフォトリソグラフィにより同様に形成した。終端は、接触抵抗を下げるため蒸着とフォトリソグラフィによりクロム膜と金膜を積層して形成し、これを端子電極とした。
【００３４】
次に、ＣＶＤ法により上記ガラス基板２４の透明電極２５側にアモルファスＳｉ膜からなる光導電膜２６を形成した。まず、ガラス基板２４の中央１５ｍｍ角部分より少し大きめの開口部をもつ蒸着マスクとガラス基板２４とを密着状態に取り付け、開口部以外にアモルファスＳｉ膜が付かないようにする。これをＣＶＤ装置内にセットし、真空排気すると同時に基板温度が３００℃となるように加熱する。真空度が１０−５Torr以下になったら、ＳｉＨ4ガス  １００sccm、Ｈ2ガス  ３００sccm、Ｂ2Ｈ6濃度１０ppmのＢ2Ｈ6／Ｈ2ガス  ５sccm、３種類のガスをＣＶＤ装置内に導入し、ガス圧力を０．５Torrに維持する。１３．５６ＭＨｚの高周波電力１００ＷをＣＶＤ電極に印加し、５時間かけて５μｍのアモルファスＳｉ膜を形成した。こうして、中央部のＩＴＯ上に有効長１５ｍｍ角の光導電膜２６が形成できた。
【００３５】
次に、上記光導電膜２６の上面にリフトオフ法を用いて金属小片２８を形成した。まず、アモルファス光導電膜上に、フォトリソグラフィを使って格子状にレジスト膜を形成し、さらにその上に膜厚０．２μｍになるようＡｌ金属薄膜２７を真空蒸着した。そして、これをそのままレジスト溶解液に浸漬して、格子状レジスト膜とその上に蒸着されたＡｌ膜を選択的に、レジスト膜ごと光導電膜２６から剥脱させ、光導電膜２６上に残ったＡｌ蒸着膜で金属小片２８を形成することができた。このとき、金属小片２８の一辺の長さを、短冊状のＩＴＯ透明電極２５の幅３０μｍに対しそれより小さい２５μｍとした。また、金属小片２８間のスペース間隔は、同様に金属小片２８と同じ２５μｍの等間隔とした。このようにして光導電ターゲット２２を作製した。
【００３６】
冷陰極アレイの作製
冷陰極アレイ２３のガラス基板３０も光導電ターゲット２２と同様のＰＤ２００ガラスを用い、両面研磨によって平坦度と平行度を１０μ以下とした７０ｍｍ角のものを使用した。そして、このガラス基板３０を有機溶剤で超音波洗浄して表面の汚れを除去した後、片面にＡｌを膜厚０．２μｍになるように真空蒸着した。次に、画素表示をするためにガラス基板３０の中央１５ｍｍ角部分にライン幅が３０μｍ、ライン間隔が２０μｍの短冊状のカソード電極３１をフォトリソグラフィによるエッチング加工により形成した。同時にカソード電極３１の片側をフォトリソグラフィによりガラス基板３０の端から２ｍｍの部分まで延長し、外部への引出用電極とした。終端は接触抵抗を下げるため金膜を蒸着とフォトリソグラフィにより形成し、端子電極とした。
【００３７】
次に、絶縁層３２としてＳｉＯ2を１００μｍ、ゲート電極３３としてＣｒを０．２μｍ、上記カソード電極３１上に積層した。そして、フォトリソグラフィにより選択エッチングを行ない、カソード電極３１上に直径３０μｍの円筒状の開口３４を形成した。さらに、開口３４内を埋めるようにＮｉを１００μｍ蒸着したのち、Ｎｉを上部からエッチング加工してカソード電極３１のライン上に円錐形状のエミッタ３５を形成した。このようにして冷陰極アレイ２３を作製した。
【００３８】
撮像装置の作製
上記の光導電ターゲット２２及び冷陰極アレイ２３とを組合せて撮像装置２１を作製する。まず、それぞれを外部への引出用電極を残すようにガラス基板２４，３０の両端各１０ｍｍをカットし、一方のガラス基板に真空用の排気穴をあける。次に、光導電ターゲット２２の透明電極２５と冷陰極アレイ２３のカソード電極３１とが直交するように配置し、中央１５ｍｍ角の撮像有効部が５００μｍの間隙をもって重なるように貼り合わせる。重ね合わせる時は、ガラスフリットと接着剤を使い空気が漏れないように周囲全体を封着する。十分乾燥した後に内部を１０−６Torr以下になるまで排気し、真空を保持できるように前記排気穴を封印した。こうして、約９万画素の撮像装置２１を作製した。
【００３９】
このようにして作製した撮像装置２１の冷陰極アレイ２３に高電圧６００Ｖをかけ、光導電ターゲット２２に微弱光を当てたところ、冷陰極アレイ２３のエミッタ３５から光量に比例した放電電流が流れ、放電も極めて安定していた。この撮像装置２１を使用した撮像カメラは原子炉周りの撮影で高い放射能がある場合でも安定した画像が得られ、信頼性の高い撮像が確認できた。
【００４０】
比較例
この比較例における撮像装置は、上記実施例１における光導電ターゲット２２の表面に金属薄膜２７を設けない以外は、実施例１と同様の構成である。この撮像装置を用いて冷陰極アレイに高電圧６００Ｖをかけ、光導電ターゲットに微弱光を当てたところエミッタからは放電電流が流れなかった。電圧を６５０Ｖまで上げると放電電流が流れたが、放電は不安定であった。７００Ｖに電圧を上げると安定した放電が得られるようになった。この撮像装置を使用した撮像カメラで原子炉周りの撮影を行なったところ、高い放射能のため画像が乱れ鮮明な画像が得られなかった。
【００４１】
上記のように、光導電ターゲット２２の表面に金属薄膜２７を設けることにより、低電圧で安定した放電が得られ、撮像カメラにした場合などにおいて、放射能などの過酷な環境でも鮮明な画像が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る撮像装置の基本的構成を示す断面図である。
【図２】光導電ターゲットの全体形状を示す平面図である。
【図３】光導電ターゲットの透明電極を示す部分拡大図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明に係る撮像装置の駆動装置を示すブロック図である。
【図６】従来における撮像装置の基本的構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２１  撮像装置
２２  光導電ターゲット
２３  冷陰極アレイ
２４  ガラス基板（透光性基板）
２５  透明電極
２６  光導電膜
２７  金属薄膜
２８  金属小片
３１  カソード電極（エミッタ電極）
３５  エミッタ（エミッタ電極）
【図１】
2005183330.tif 000003
【図２】
2005183330.tif 000004
【図３】
2005183330.tif 000005
【図４】
2005183330.tif 000006
【図５】
2005183330.tif 000007
【図６】
2005183330.tif 000008