JP2001169193A - Image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はイメージを撮像する
撮像装置に関し、特に電荷転送型固体撮像素子を内蔵し
た電子衝撃型増倍管を利用した撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus for picking up an image, and more particularly, to an image pickup apparatus using an electron impact type multiplier having a built-in charge transfer type solid-state image pickup device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子衝撃型増倍管又は電子打ち込み型増
倍管（ＥＢ−ＣＣＤ）を利用した従来の撮像装置は、特
開昭６１−１３３５４０号公報に記載されている。同公
報に記載の撮像装置は、真空容器内に設けられた光電陰
極と、この光電陰極に対向配置され光電陰極との間に電
圧が印加される固体撮像素子（ＣＣＤ）を備えている。
この撮像装置は、光（エネルギー線）像の入射に応じ
て、これを電子に変換し、変換された電子を真空中に配
置されたＣＣＤに衝突させ、当該ＣＣＤからの画素信号
を読み出すものである。2. Description of the Related Art A conventional imaging apparatus using an electron impact type multiplier or an electron drive type multiplier (EB-CCD) is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-133540. The imaging apparatus described in the publication includes a photocathode provided in a vacuum vessel, and a solid-state imaging device (CCD) arranged opposite to the photocathode and applied with a voltage between the photocathode.
This imaging device converts a light (energy ray) image into electrons in response to the incident light, collides the converted electrons with a CCD arranged in a vacuum, and reads out a pixel signal from the CCD. is there.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の撮像装置においては、その検出感度が不十分であ
り、微弱エネルギー線像の入射に応じて光電陰極から出
射される微弱電子線像、すなわち、単位面積当たり数〜
数十個の電子からなる電子線像は到底検出することはで
きなかった。本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、微弱エネルギー線像を検出可能な撮像装
置を提供することを目的とする。However, in the above-mentioned conventional imaging device, the detection sensitivity is insufficient, and the weak electron beam image emitted from the photocathode in response to the incidence of the weak energy beam image, that is, Number per unit area ~
An electron beam image consisting of several tens of electrons could not be detected at all. The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to provide an imaging device capable of detecting a weak energy ray image.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、エネルギー線の入射に応じて光電陰極で
発生した電子を真空容器内において加速し、光電陰極に
対向配置された半導体固体撮像素子の半導体撮像領域に
衝突させ、この電子の衝突による電子増倍によって半導
体撮像領域で発生した電子を転送して半導体固体撮像素
子に設けられた増幅器に入力することによって増幅器か
ら画素信号を出力する撮像装置において、光電陰極と半
導体固体撮像素子との間に印加される加速電圧をＶ
P（Ｖ）、増幅器から出力される画素信号の読み出し速
度をｆR（Ｈｚ）、増幅器から出力される画素信号の読
み出し速度がｆR0（Ｈｚ）の時に増幅器に入力されるノ
イズ電荷数の二乗平均平方根値をｎ0、電子増倍が起り
始めるときの光電陰極と半導体固体撮像素子との間のし
きい値電圧をＶTH（Ｖ）、半導体撮像領域における電子
正孔間結合エネルギーをＥ（ｅＶ）としたとき、以下の
関係を満たすことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention accelerates electrons generated in a photocathode in response to the incidence of energy rays in a vacuum vessel, and forms a semiconductor solid object opposed to the photocathode. A pixel signal is output from the amplifier by transferring electrons generated in the semiconductor imaging region by electron multiplication caused by the collision of the electrons to the semiconductor imaging region of the imaging device and inputting the electrons to the amplifier provided in the semiconductor solid-state imaging device. The acceleration voltage applied between the photocathode and the semiconductor solid-state imaging device is V
P (V), the reading speed of the pixel signal output from the amplifier is f R (Hz), and the reading speed of the pixel signal output from the amplifier is f R0 (Hz), the square of the number of noise charges input to the amplifier. The mean square value is n 0 , the threshold voltage between the photocathode and the solid-state solid-state imaging device when electron multiplication starts to occur is V TH (V), and the bond energy between electrons and holes in the semiconductor imaging region is E ( When eV), the following relationship is satisfied.
【０００５】[0005]
【数３】 (Equation 3)
【０００６】本発明の撮像装置は、エネルギー線（可視
光、赤外線、紫外線、Ｘ線を含む）像の入射に応じて、
これを電子に変換し、変換された電子を真空中に配置さ
れた半導体固体撮像素子の半導体撮像領域に衝突させ、
半導体固体撮像素子からの画素信号を増幅器を介して読
み出す。[0006] The image pickup apparatus of the present invention responds to the incidence of an energy ray (including visible light, infrared ray, ultraviolet ray, and X-ray) image.
This is converted to electrons, and the converted electrons collide with the semiconductor imaging region of the semiconductor solid-state imaging device arranged in a vacuum,
A pixel signal from the semiconductor solid-state imaging device is read out via an amplifier.
【０００７】微弱エネルギー線像が従来の撮像装置に入
射した場合、半導体固体撮像素子から出力される画素信
号はノイズ電荷成分に埋もれてしまうため、これを検出
することができなかったが、本発明の撮像装置において
は、上記関係を満たすことにより、微弱エネルギー線像
の入射に応じて出射された微弱電子線像よりも低くノイ
ズレベルを抑えることができ、従来では検出できなかっ
た微弱エネルギー線像を撮像することができる。When a weak energy ray image is incident on a conventional imaging device, the pixel signal output from the semiconductor solid-state imaging device is buried in a noise charge component, and this cannot be detected. In the imaging device of the present invention, by satisfying the above relationship, the noise level can be suppressed lower than the weak electron beam image emitted in response to the incidence of the weak energy ray image, and the weak energy ray image which could not be detected in the related art Can be imaged.
【０００８】また、撮像装置は以下の関係を満たすこと
が更に好ましい。It is more preferable that the image pickup device satisfies the following relationship.
【０００９】[0009]
【数４】 (Equation 4)
【００１０】上記ノイズレベルは時間的に変動し、ま
た、微弱電子線像の半導体固体撮像素子への衝突によっ
て発生した画素信号も揺らぎを有するので変動してい
る。したがって、本発明の撮像装置においては、上記関
係を満たすことにより、これらの変動によっても、ノイ
ズが画素信号に影響を与えない程度に、ノイズレベルと
画素信号レベルを離隔させる。したがって、本発明の装
置によれば、微弱エネルギー線像の検出精度を更に向上
させることができる。The noise level fluctuates with time, and the pixel signal generated by the collision of the weak electron beam image with the solid-state image sensor also fluctuates because of fluctuation. Therefore, in the imaging device of the present invention, by satisfying the above relationship, the noise level is separated from the pixel signal level to such an extent that noise does not affect the pixel signal even by these fluctuations. Therefore, according to the apparatus of the present invention, the detection accuracy of the weak energy ray image can be further improved.
【００１１】特に、半導体固体撮像素子がシリコンから
なる場合には、電子正孔間結合エネルギーＥは理論的に
は３．６ｅＶに設定される。また、試行実験によれば、
Ｅ値を５ｅＶに設定することで、更に高精度に微弱エネ
ルギー線像を検出することができる。また、このような
場合には閾値電圧ＶTHは４．８ｋＶに設定されることが
好ましい。In particular, when the semiconductor solid-state imaging device is made of silicon, the electron-hole coupling energy E is theoretically set to 3.6 eV. Also, according to the trial experiment,
By setting the E value to 5 eV, a weak energy ray image can be detected with higher accuracy. In such a case, the threshold voltage V TH is preferably set to 4.8 kV.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る撮像装置
について説明する。同一要素又は同一機能を有する要素
には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略す
る。本実施形態の撮像装置は、電子衝撃型増倍管又は電
子打ち込み型増倍管（ＥＢ−ＣＣＤ）及びその駆動回路
から構成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An imaging apparatus according to an embodiment will be described below. The same reference numerals are used for the same elements or elements having the same functions, and overlapping descriptions are omitted. The imaging apparatus according to the present embodiment includes an electron impact type multiplier or an electron driving type multiplier (EB-CCD) and its driving circuit.
【００１３】図１は、実施の形態に係る撮像装置のシス
テム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram of an imaging apparatus according to an embodiment.
【００１４】まず、ＥＢ−ＣＣＤ主要部の物理的構造に
ついて説明する。First, the physical structure of the main part of the EB-CCD will be described.
【００１５】本装置は、エネルギー線（可視光を含む）
像ｈνを集光する集光レンズＬＳと、レンズＬＳに対向
配置され真空容器ＶＥの入力面板を構成する窓材ＷＭと
を備えている。真空容器ＶＥ内は減圧されており、真空
容器ＶＥ内には半導体固体撮像素子１及び光電陰極（光
電面）ＰＣが配置されている。なお、光電陰極ＰＣは窓
材ＷＭの内面に設けられており、真空容器ＶＥ、半導体
固体撮像素子１及び光電陰極ＰＣはＥＢ−ＣＣＤ本体１
０を構成する。[0015] This device uses energy rays (including visible light).
A condensing lens LS that condenses the image hν, and a window member WM that is arranged to face the lens LS and that forms an input face plate of the vacuum vessel VE. The pressure in the vacuum vessel VE is reduced, and the semiconductor solid-state imaging device 1 and the photocathode (photocathode) PC are arranged in the vacuum vessel VE. Note that the photocathode PC is provided on the inner surface of the window material WM, and the vacuum vessel VE, the semiconductor solid-state imaging device 1, and the photocathode PC are the EB-CCD body 1
0.
【００１６】光電陰極ＰＣは、Ｓｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等
の材料を積層して蒸着することで形成される。また、光
電陰極ＰＣは、予め窓材ＷＭに接着されたＧａＡｓＰ結
晶上に、真空中でＣｓを蒸着することによっても形成す
ることができる。光電陰極ＰＣは、アルカリ金属等を含
有することにより仕事関数を低下させ、入射エネルギー
線ｈνに応じて電子を放出可能な材料（例えばＣｓＳ
ｂ）から構成される。また、光電陰極ＰＣには、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｃｕを順番に蒸着することによって形成された電
極（図示せず）を介してバイアス電位が与えられる。The photocathode PC is formed by stacking and depositing materials such as Sb, Na, K, and Cs. The photocathode PC can also be formed by evaporating Cs in a vacuum on a GaAsP crystal that has been bonded to the window material WM in advance. The photocathode PC contains a material capable of lowering the work function by containing an alkali metal or the like and emitting electrons in response to the incident energy ray hν (for example, CsS).
b). The photocathode PC has Cr,
A bias potential is applied through an electrode (not shown) formed by sequentially depositing Ni and Cu.
【００１７】半導体固体撮像素子１は、裏面照射型の半
導体固体撮像素子であり、ｐ型半導体基板をベースにし
て、光入射面とは反対側の表面にｎ型層を形成し、この
上にＣＣＤの転送電極を形成した埋め込みチャンネル型
ＣＣＤである。半導体固体撮像素子１は、ＣＣＤ（電荷
結合素子）からなる画素が二次元状に配置された撮像領
域１ｉと、撮像領域１ｉと同一構造を有し、これに隣接
してなる蓄積領域１ａとを備えている。The semiconductor solid-state imaging device 1 is a back-illuminated solid-state imaging device. An n-type layer is formed on a surface opposite to a light incident surface on the basis of a p-type semiconductor substrate. This is a buried channel type CCD in which transfer electrodes of the CCD are formed. The semiconductor solid-state imaging device 1 includes an imaging region 1i in which pixels made of a CCD (charge coupled device) are two-dimensionally arranged, and a storage region 1a having the same structure as the imaging region 1i and being adjacent thereto. Have.
【００１８】裏面照射型の半導体固体撮像素子において
は、撮像領域１ｉの厚みは、その周縁部の厚みよりも薄
く設定されている。本例の撮像領域１ｉは、光入射面で
ある裏面から半導体基板をエッチングすることにより厚
さ約２０μｍに薄型化してある。一方、蓄積領域１ａは
エッチング前の厚さ約３００μｍに保たれている。In the back-illuminated semiconductor solid-state imaging device, the thickness of the imaging region 1i is set to be smaller than the thickness of the peripheral portion. The imaging region 1i of the present example is thinned to a thickness of about 20 μm by etching the semiconductor substrate from the back surface which is the light incident surface. On the other hand, the accumulation region 1a is maintained at a thickness of about 300 μm before etching.
【００１９】半導体固体撮像素子１の撮像領域１ｉは、
光電陰極ＰＣに対向しており、エネルギー線ｈνの入射
に応じて光電陰極ＰＣで発生した電子像（光電子）が直
接入射する。光電子は容器内部の電界によって加速され
るため、撮像領域１ｉのシリコン基板中で運動エネルギ
ーを失う際に、入射電子１個に対して約２００〜６００
個の電子−正孔対が生成される。こうして発生した増倍
電子は、電子入射面とは反対側に形成されたＣＣＤの転
送電極側に移動し、撮像領域１ｉのポテンシャル井戸に
到達する。The image pickup area 1i of the solid state image pickup device 1 is
It faces the photocathode PC, and an electron image (photoelectron) generated by the photocathode PC according to the incidence of the energy ray hν is directly incident. Since the photoelectrons are accelerated by the electric field inside the container, when kinetic energy is lost in the silicon substrate in the imaging region 1i, about 200 to 600
Electron-hole pairs are generated. The multiplied electrons thus generated move to the transfer electrode side of the CCD formed on the side opposite to the electron incident surface, and reach the potential well of the imaging region 1i.
【００２０】撮像領域１ｉ内で発生した電荷は蓄積領域
１ａに転送されるが、蓄積領域１ａは、これを蓄積する
ためのＣＣＤが二次元状に配列してなる。なお、半導体
固体撮像素子１の厚み方向に垂直であって直交する２方
向を、それぞれ垂直方向（列）及び水平方向（行）とす
る。The charges generated in the image pickup area 1i are transferred to the accumulation area 1a, and the accumulation area 1a is formed by two-dimensionally arranging CCDs for accumulating the electric charges. Note that two directions perpendicular and perpendicular to the thickness direction of the semiconductor solid-state imaging device 1 are referred to as a vertical direction (column) and a horizontal direction (row), respectively.
【００２１】半導体固体撮像素子１は、蓄積領域１ａに
対して撮像領域１ｉとは反対側に位置し蓄積領域１ａか
ら垂直方向に転送されてきた電荷を水平方向に転送する
水平シフトレジスタ１ｈｓを備えている。水平シフトレ
ジスタ１ｈｓは一次元ＣＣＤからなる。The semiconductor solid-state imaging device 1 includes a horizontal shift register 1hs which is located on the opposite side of the accumulation region 1a from the imaging region 1i and which horizontally transfers electric charges transferred vertically from the accumulation region 1a. ing. The horizontal shift register 1hs is formed of a one-dimensional CCD.
【００２２】水平シフトレジスタ１ｈｓの電荷転送方向
終端部には、水平シフトレジスタ１ｈｓを介して転送さ
れた電荷を一時的に蓄積するコンデンサ１ｃが接続され
ている。コンデンサ１ｃには、リセット信号受信用トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）１ｔｒが直列接続されており、リセ
ット信号受信用トランジスタ１ｔｒのゲートにリセット
信号Ｒが入力されると、電源ＶＤＤからコンデンサ１ｃ
に正電荷が流入し、コンデンサ１ｃを構成する一方の電
極側には正電荷が一杯に蓄積される。A capacitor 1c for temporarily accumulating the charge transferred via the horizontal shift register 1hs is connected to the end of the horizontal shift register 1hs in the charge transfer direction. A reset signal receiving transistor (FET) 1tr is connected in series to the capacitor 1c. When a reset signal R is input to the gate of the reset signal receiving transistor 1tr, the capacitor 1c is switched from the power supply VDD to the capacitor 1c.
And positive charges are fully accumulated on one electrode side of the capacitor 1c.
【００２３】リセット後、水平シフトレジスタ１ｈｓを
介して負電荷（電子）がコンデンサ１ｃに転送されてく
ると、コンデンサ１ｃ内の正電荷の一部が消滅し、コン
デンサ１ｃ内に流入した電荷に比例した電圧が、リセッ
ト時のコンデンサ１ｃ両端間電圧から減じられて、画素
信号出力用トランジスタ１ｔｏのゲートに入力される。
画素信号出力用トランジスタ１ｔｏは、コンデンサ１ｃ
に対しては並列に接続されており、信号入力に応じて画
素信号出力用トランジスタ１ｔｏが導通すると、電源Ｖ
ＤＤから抵抗１ｒを介してグランドに電流が流れる。After the reset, when the negative charges (electrons) are transferred to the capacitor 1c via the horizontal shift register 1hs, a part of the positive charges in the capacitor 1c disappears and are proportional to the charges flowing into the capacitor 1c. The reduced voltage is subtracted from the voltage across the capacitor 1c at the time of reset, and is input to the gate of the pixel signal output transistor 1to.
The pixel signal output transistor 1to includes a capacitor 1c
Are connected in parallel, and when the pixel signal output transistor 1to conducts according to a signal input, the power supply V
A current flows from DD to the ground via the resistor 1r.
【００２４】抵抗１ｒの両端間には、画素信号出力用ト
ランジスタ１ｔｏに入力された電圧レベル、換言すれ
ば、水平シフトレジスタ１ｈｓを介して順次転送されて
きた画素毎の電荷量に対応した出力電圧が現われ、これ
は画素信号として外部に出力される。Between both ends of the resistor 1r, the output voltage corresponding to the voltage level input to the pixel signal output transistor 1to, in other words, the output voltage corresponding to the charge amount of each pixel sequentially transferred through the horizontal shift register 1hs. Appears, and this is output to the outside as a pixel signal.
【００２５】なお、コンデンサ１ｃ、トランジスタ１ｔ
ｒ，１ｔｏ及び抵抗１ｒは、固体撮像素子１を構成する
半導体基板内に形成されている。The capacitor 1c and the transistor 1t
r, 1to and the resistor 1r are formed in a semiconductor substrate constituting the solid-state imaging device 1.
【００２６】次に、ＥＢ−ＣＣＤの駆動回路２について
説明する。Next, the drive circuit 2 of the EB-CCD will be described.
【００２７】駆動回路２は垂直走査回路２ｖｓを備えて
いる。垂直走査回路２ｖｓは、撮像領域１ｉへの電子の
入射に応じて発生した電子群を垂直方向に転送するため
の２相の転送電圧ＰV1，ＰV2を撮像領域１ｉのＣＣＤに
印加する。また、垂直走査回路２ｖｓは、撮像領域１ｉ
から転送された画素毎の電子群を垂直方向に転送するた
めの２相の転送電圧Ｐ’V1，Ｐ’V2を蓄積領域１ａのＣ
ＣＤに印加する。換言すれば、これらの領域１ｉ，１ａ
においては、垂直走査回路２ｖｓは、水平方向に配列し
た画素群が同時に垂直方向に転送されるように、垂直方
向に沿って隣接するＣＣＤ間に２相の転送電圧を印加す
る。The driving circuit 2 has a vertical scanning circuit 2vs. The vertical scanning circuit 2vs applies two-phase transfer voltages P V1 and P V2 for vertically transferring an electron group generated in response to the incidence of electrons on the imaging region 1i to the CCD in the imaging region 1i. The vertical scanning circuit 2 vs.
The two-phase transfer voltages P ′ V1 and P ′ V2 for vertically transferring the electron group for each pixel transferred from the storage region 1a are stored in C of the storage region 1a.
Apply to CD. In other words, these areas 1i, 1a
In, the vertical scanning circuit 2vs applies a two-phase transfer voltage between the CCDs adjacent in the vertical direction so that the pixel groups arranged in the horizontal direction are simultaneously transferred in the vertical direction.
【００２８】駆動回路２は水平走査回路２ｈｓを備えて
いる。水平走査回路２ｈｓは、２相の転送電圧を水平シ
フトレジスタ１ｈｓのＣＣＤに印加する。換言すれば、
水平方向に隣接するＣＣＤ間に２相の転送電圧ＰH1，Ｐ
H2を印加する。水平シフトレジスタ１ｈｓの水平方向に
配列した各ＣＣＤには、画素電荷が蓄積されており、こ
の転送電圧の印加によって、これらの電荷は順次水平方
向に転送される。The driving circuit 2 has a horizontal scanning circuit 2hs. The horizontal scanning circuit 2hs applies a two-phase transfer voltage to the CCD of the horizontal shift register 1hs. In other words,
The two-phase transfer voltages P H1 and P H are applied between the horizontally adjacent CCDs.
Apply H2 . Pixel charges are accumulated in each CCD arrayed in the horizontal direction of the horizontal shift register 1hs, and these charges are sequentially transferred in the horizontal direction by application of the transfer voltage.
【００２９】垂直及び水平走査回路２ｖｓ，２ｈｓは、
入力されたクロック信号Ｃに応じて上記転送電圧Ｐ（＝
ＰV1，ＰV2，Ｐ’V1，Ｐ’V2，ＰH1，ＰH2）を発生す
る。転送電圧Ｐの周波数は、クロック信号Ｃの周波数に
比例する。すなわち、クロック信号Ｃの周波数が高けれ
ば、転送電圧Ｐの周波数は高くなる。The vertical and horizontal scanning circuits 2vs, 2hs
According to the input clock signal C, the transfer voltage P (=
P V1 , P V2 , P ′ V1 , P ′ V2 , P H1 , P H2 ). The frequency of the transfer voltage P is proportional to the frequency of the clock signal C. That is, the higher the frequency of the clock signal C, the higher the frequency of the transfer voltage P.
【００３０】電子の入射に応じて半導体固体撮像素子１
の撮像領域１ｉ内では増倍電子群が発生するが、半導体
固体撮像素子１自体の電位は接地電位であり、転送電圧
Ｐが負の場合には、各画素上に形成された転送電極直下
の埋め込みｎ型領域内にポテンシャル井戸が形成され、
発生した電子群が蓄積される。Semiconductor solid-state image pickup device 1 according to the incidence of electrons
A multiplied electron group is generated in the imaging region 1i, but the potential of the semiconductor solid-state imaging device 1 itself is the ground potential, and when the transfer voltage P is negative, the solid-state image pickup device 1 directly below the transfer electrode formed on each pixel. A potential well is formed in the buried n-type region;
The generated electrons are accumulated.
【００３１】なお、この電子群は必ずしもＣＣＤの１画
素内に全て捕らえられるわけではなく、例えば、画素サ
イズが２４μｍ×２４μｍの時、８ｋＶの加速電圧ＶP
を印加すると、電子群は平均して２．５画素程度に分布
する。It is to be noted that this electron group is not necessarily all captured in one pixel of the CCD. For example, when the pixel size is 24 μm × 24 μm, an acceleration voltage V P of 8 kV is used.
Is applied, the electron group is distributed in about 2.5 pixels on average.
【００３２】撮像時においては、露光（イメージ蓄積）
期間Ｔ１及び垂直転送期間Ｔ２が交互に設定される。露
光期間Ｔ１は例えば０．５ｓに設定され、垂直転送期間
は例えば０．５ｍｓに設定される。At the time of imaging, exposure (image accumulation)
The period T1 and the vertical transfer period T2 are set alternately. The exposure period T1 is set to, for example, 0.5 s, and the vertical transfer period is set to, for example, 0.5 ms.
【００３３】露光期間Ｔ１、すなわち、電子入射時にお
いては、撮像領域１ｉの各画素にポテンシャル井戸が形
成されるように、これに負の一定電圧を印加し、発生し
た電荷（電子）を各画素に蓄積する。In the exposure period T1, that is, at the time of electron incidence, a negative constant voltage is applied to each pixel of the imaging region 1i so that a potential well is formed in each pixel, and the generated charges (electrons) are applied to each pixel. To accumulate.
【００３４】この後の垂直転送期間Ｔ２においては、垂
直方向の転送電圧ＰV1，ＰV2，Ｐ’ V1，Ｐ’V2を撮像領
域１ｉ及び蓄積領域１ａに印加し、撮像領域１ｉの電荷
を蓄積領域１ａに転送する。この垂直転送においては、
撮像領域１ｉの転送電極及び蓄積領域１ａの転送電極に
Ｈレベルが交互に印加されるよう、転送電圧ＰV1，Ｐ V2
及びＰ’V1，Ｐ’V2を印加する。それぞれの電圧の周波
数は例えば１ＭＨｚ（周期：約１μｓ）に設定される。In the subsequent vertical transfer period T2, the vertical
Direct transfer voltage PV1, PV2, P ' V1, P 'V2Imaging area
Is applied to the area 1i and the accumulation area 1a to charge the
Is transferred to the storage area 1a. In this vertical transfer,
For the transfer electrode of the imaging region 1i and the transfer electrode of the storage region 1a
The transfer voltage P is applied so that the H level is applied alternately.V1, P V2
And P 'V1, P 'V2Is applied. Frequency of each voltage
The number is set to, for example, 1 MHz (period: about 1 μs).
【００３５】しかる後、次の露光期間Ｔ１において、転
送電圧Ｐ’V1，Ｐ’V2を蓄積領域１ａに印加することに
より、蓄積領域１ａの各ＣＣＤに蓄積された電荷を水平
ライン毎に水平シフトレジスタ１ｈｓに転送すると同時
に水平方向の転送電圧ＰH1，ＰH2を水平シフトレジスタ
１ｈｓに印加し、各ＣＣＤの電荷を水平シフトレジスタ
１ｈｓの端部から順次出力すると共に、各ＣＣＤからの
電荷の読み出し毎にリセット信号Ｒを加える。Thereafter, during the next exposure period T1, the transfer voltages P ′ V1 and P ′ V2 are applied to the accumulation region 1a, so that the electric charge accumulated in each CCD in the accumulation region 1a is horizontally shifted for each horizontal line. At the same time as the transfer to the register 1hs, the transfer voltages P H1 and P H2 in the horizontal direction are applied to the horizontal shift register 1hs, and the charge of each CCD is sequentially output from the end of the horizontal shift register 1hs, and the charge is read from each CCD. A reset signal R is applied every time.
【００３６】この際の転送電圧Ｐ’V1，Ｐ’V2の周波数
は例えば１７ｋＨｚ（周期：約６０μｓ）に設定され、
転送電圧ＰH1，ＰH2及びリセット信号Ｒの周波数は１４
ＭＨｚ（周期：約７５ｎｓ）に設定される。At this time, the frequency of the transfer voltages P ′ V1 and P ′ V2 is set to, for example, 17 kHz (period: about 60 μs).
The transfer voltages P H1 and P H2 and the frequency of the reset signal R are 14
MHz (period: about 75 ns).
【００３７】したがって、垂直転送期間Ｔ２における垂
直方向の転送電圧ＰV1，ＰV2と転送電圧Ｐ’V1，Ｐ’V2
の周波数（繰り返し周波数）ｆV2は同一であり、露光期
間Ｔ１内に設定される読み出し期間（ｔ１）における垂
直方向の転送電圧Ｐ’V1，Ｐ’V2の周波数ｆV1はこれよ
りも低い。また、読み出し期間（ｔ１）における水平方
向の転送電圧ＰH1，ＰH2の周波数（繰り返し周波数）ｆ
Hは、周波数ｆV1、ｆV 2よりも高く、リセット信号Ｒの
周波数（繰り返し周波数）ｆRと同一である。Therefore, the vertical transfer voltages P V1 and P V2 and the transfer voltages P ′ V1 and P ′ V2 in the vertical transfer period T2 are set.
(Repetition frequency) f V2 is the same, and the frequency f V1 of the vertical transfer voltages P ′ V1 and P ′ V2 in the readout period (t1) set within the exposure period T1 is lower than this. Also, the frequency (repetition frequency) f of the transfer voltages P H1 and P H2 in the horizontal direction during the readout period (t1)
H is higher than the frequency f V1, f V 2, is identical to the frequency (repetition frequency) f R of the reset signal R.
【００３８】駆動回路２は、垂直及び水平走査回路２ｖ
ｓ，２ｈｓにクロック信号Ｃを出力するタイミング制御
回路２ｔを備えている。本例のタイミング制御回路２ｔ
は周波数選択器であり、入力される異なる３つのベース
クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３（ＣＬＫ１
の周波数＜ＣＬＫ２の周波数＜ＣＬＫ３の周波数とす
る）のうちのいずれか１つを選択して、上記クロック信
号Ｃとして出力する。いずれを選択するかは、タイミン
グ制御回路２ｔに入力されるタイミング制御信号に基づ
いて決定される。タイミング制御回路２ｔは、入力され
るタイミング制御信号に応じて出力周波数が可変するプ
ログラマブルデバイダによって構成することもできる。The driving circuit 2 includes a vertical and horizontal scanning circuit 2v
A timing control circuit 2t that outputs a clock signal C at s and 2hs is provided. Timing control circuit 2t of this example
Is a frequency selector, and three different base clock signals CLK1, CLK2, CLK3 (CLK1
Frequency <frequency of CLK2 <frequency of CLK3) is selected and output as the clock signal C. Which one to select is determined based on the timing control signal input to the timing control circuit 2t. The timing control circuit 2t can also be configured by a programmable divider whose output frequency varies in accordance with an input timing control signal.
【００３９】タイミング制御回路２ｔは、選択されたク
ロック信号に基づいて上述のリセット信号Ｒも発生して
いる。リセット信号Ｒの周波数ｆRは、ベースクロック
信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３のうちの選択された
ものの周波数に比例する。上記リセットは、コンデンサ
１ｃへの１画素分の電荷流入の度に行う必要があるた
め、上記水平シフトレジスタ１ｈｓからコンデンサ１ｃ
内に高速に信号電荷が転送されてくる場合には（クロッ
ク周波数が高い場合）、リセットの周期は短くなり、低
速に信号電荷が転送されてくる場合には（クロック周波
数が低い場合）、リセットの周期は長くなる。The timing control circuit 2t also generates the above-described reset signal R based on the selected clock signal. The frequency f R of the reset signal R is proportional to the frequency of a selected one of the base clock signals CLK1, CLK2 and CLK3. Since the above-mentioned reset needs to be performed each time charge of one pixel flows into the capacitor 1c, the horizontal shift register 1hs
When the signal charge is transferred at high speed (when the clock frequency is high), the reset cycle is short. When the signal charge is transferred at a low speed (when the clock frequency is low), the reset period is reduced. Becomes longer.
【００４０】すなわち、リセット信号Ｒの周波数をｆR
（Ｈｚ）とすると、これは画素信号の読み出し速度であ
り、本装置においては画素信号の読み出し速度ｆR（Ｈ
ｚ）をタイミング制御信号に基づいて変化させることが
できる。That is, the frequency of the reset signal R is set to f R
(Hz), this is the pixel signal readout speed, and in the present apparatus, the pixel signal readout speed f R (H
z) can be changed based on the timing control signal.
【００４１】ここで、光電陰極ＰＣと半導体固体撮像素
子１との間には、高圧発生回路２ｈｖから高電圧ＶPが
印加されており、この電圧に比例して光電陰極ＰＣで発
生した電子が加速される。高圧発生回路２ｈｖは可変電
圧源であり、高圧発生回路２ｈｖに入力される高圧制御
信号に基づいて加速電圧ＶPを変化させることができ
る。[0041] Here, between the photocathode PC and semiconductor solid-state imaging device 1 from the high-voltage generating circuit 2hv have high voltage V P is applied, electrons generated in the photocathode PC in proportion to the voltage Accelerated. High voltage generating circuit 2HV is variable voltage source, it is possible to change the accelerating voltage V P on the basis of a high voltage control signal input to the high voltage generating circuit 2HV.
【００４２】光電陰極ＰＣで発生した電子は、加速電圧
ＶPによって加速され、撮像領域１ｉへ入射する。この
電子入射によって発生した電子群は、上述の如く転送さ
れ、画素毎にリセットされつつ画素信号として出力され
る。ここで、リセットおいてはコンデンサ１ｃに蓄積さ
れる電荷量に揺らぎが生じ、これがノイズ電圧として画
素信号出力用トランジスタ１ｔｏに入力される。、従来
の撮像装置においては、このようなノイズが原因で、単
位面積当たり数〜数十個の電子からなる電子線像を検出
することは到底できなかった。この単位面積は１画素の
面積に対応する。The electrons generated in the photocathode PC are accelerated by acceleration voltage V P, entering the imaging region 1i. The electron group generated by the electron incidence is transferred as described above, and is output as a pixel signal while being reset for each pixel. Here, in the reset, the amount of charge accumulated in the capacitor 1c fluctuates, and this is input to the pixel signal output transistor 1to as a noise voltage. However, in the conventional imaging apparatus, it has been impossible to detect an electron beam image composed of several to several tens of electrons per unit area due to such noise. This unit area corresponds to the area of one pixel.
【００４３】本実施形態の撮像装置は、以下の関係
（Ａ）を満たす。The imaging apparatus according to the present embodiment satisfies the following relation (A).
【００４４】[0044]
【数５】 (Equation 5)
【００４５】本撮像装置は、エネルギー線像の入射に応
じて、これを電子に変換し、変換された電子を真空中に
配置された半導体固体撮像素子１の半導体撮像領域１ｉ
に衝突させ、半導体固体撮像素子１からの画素信号を増
幅器１ｔｏを介して読み出すものである。The present imaging device converts an energy ray image into electrons in response to the incidence of the energy ray image, and converts the converted electrons into a semiconductor imaging region 1i of the semiconductor solid-state imaging device 1 arranged in a vacuum.
And reads out pixel signals from the semiconductor solid-state imaging device 1 via the amplifier 1to.
【００４６】微弱エネルギー線像が従来の撮像装置に入
射した場合、半導体固体撮像素子１から出力される画素
信号はノイズ電荷成分に埋もれてしまうため、これを検
出することができなかったが、本撮像装置においては、
上記関係を満たすことにより、微弱エネルギー線像の入
射に応じて出射された微弱電子線像よりも低くノイズレ
ベルを抑えることができるため、従来では検出できなか
った微弱エネルギー線像を撮像することができる。When a weak energy ray image is incident on a conventional imaging device, the pixel signal output from the semiconductor solid-state imaging device 1 is buried in a noise charge component, and this cannot be detected. In an imaging device,
By satisfying the above relationship, the noise level can be suppressed lower than the weak electron beam image emitted in response to the incidence of the weak energy beam image, so that a weak energy beam image that could not be detected conventionally can be captured. it can.
【００４７】また、本撮像装置は以下の関係（Ｂ）を満
たすことが更に好ましい。It is more preferable that the present imaging device satisfies the following relationship (B).
【００４８】[0048]
【数６】 (Equation 6)
【００４９】（ｉ）上記ノイズレベルは時間的に変動
し、また、（ｉｉ）微弱電子線像の半導体固体撮像素子
１への衝突によって発生した画素信号も揺らぎを有する
ので変動している。(I) The noise level fluctuates with time, and (ii) the pixel signal generated by the collision of the weak electron beam image with the semiconductor solid-state imaging device 1 also fluctuates because of fluctuation.
【００５０】（ｉ）について詳説すれば、例えば、ｆR
が１５０ｋＨｚの時に発生するノイズ電荷数ｎ0を平均
で１５個とすると、ｆRが３００ｋＨｚの時のノイズ電
荷数は平均で１５×（３００／１５０）1/2≒２１個分
の電子に相当し、この平均値の３倍（２１×３＝６３
個）の値以下に、ノイズの９９％が存在するようにノイ
ズ電荷数は揺らぐこととなる。If (i) is described in detail, for example, f R
Assuming that the number of noise charges n 0 generated when the frequency is 150 kHz is 15 on average, the number of noise charges when f R is 300 kHz is equivalent to an average of 15 × (300/150) 1/2 ≒ 21 electrons. And three times this average value (21 × 3 = 63)
), The number of noise charges fluctuates so that 99% of the noise exists.
【００５１】（ｉｉ）について詳説すれば、撮像領域１
ｉのＣＣＤに打ち込まれた１個の光電子によって、例え
ば約６４０個の電子が発生するが、６４０個の電子は電
子濃度勾配を有して約２．５画素に分布するので、電子
照射位置における画素には、少なくとも３００個以上の
電子が取り込まれ、単位画素当たり平均的には（３０
０）1/2≒１７個のショットノイズが発生し、この平均
値の３倍（１７×３＝５１個）の値以下に、ショットノ
イズの９９％が存在するようにショットノイズのレベル
は揺らぐこととなる。The (ii) will be described in detail.
For example, about 640 electrons are generated by one photoelectron injected into the i CCD, and the 640 electrons have an electron density gradient and are distributed in about 2.5 pixels. At least 300 or more electrons are taken in by the pixel, and (30 pixels on average) per unit pixel.
0) 1/2 ≒ 17 shot noises are generated, and the level of the shot noise fluctuates so that 99% of the shot noise exists below a value that is three times (17 × 3 = 51) the average value. It will be.
【００５２】したがって、本撮像装置においては、これ
らの変動によっても、ノイズが画素信号に影響を与えな
い程度に、すなわち、ノイズの９９％以上が画素信号レ
ベル以下となるように、関係（Ｂ）を満足させて、これ
らを離隔させる。したがって、本装置によれば、微弱エ
ネルギー線像の検出精度を更に向上させることができ
る。Therefore, in the present image pickup apparatus, the relationship (B) is set so that the noise does not affect the pixel signal even with these fluctuations, that is, 99% or more of the noise is lower than the pixel signal level. Are satisfied, and these are separated. Therefore, according to the present apparatus, the detection accuracy of the weak energy ray image can be further improved.
【００５３】特に、半導体固体撮像素子１がシリコン
（Ｓｉ）からなる場合には、電子正孔間結合エネルギー
Ｅは理論的には３．６ｅＶに設定される。また、試行実
験によれば、Ｅ値を５ｅＶに設定することで、更に高精
度に微弱エネルギー線像を検出することができる。ま
た、このような場合には閾値電圧ＶTHは４．８ｋＶに設
定されることが好ましい。In particular, when the semiconductor solid-state imaging device 1 is made of silicon (Si), the electron-hole coupling energy E is theoretically set to 3.6 eV. Further, according to the trial experiment, by setting the E value to 5 eV, a weak energy ray image can be detected with higher accuracy. In such a case, the threshold voltage V TH is preferably set to 4.8 kV.
【００５４】なお、上記半導体固体撮像素子１は、ＦＴ
（Frame Transfer）型のＣＣＤであるが、本発明はイン
ターライン転送（ＩＴ）型のＣＣＤ、ＦＦＴ（Full Fra
me Transfer）型のＣＣＤにも適用することができる。The semiconductor solid-state imaging device 1 is an FT
The present invention relates to an interline transfer (IT) type CCD, FFT (Full Fra
me Transfer) type CCD.
【００５５】なお、ｎ0＝１５、ｆR0＝１５０ｋＨｚ、
ＶTH＝４．８ｋＶ、Ｅ＝５ｅＶとした場合の設定パラメ
ータの一例について説明しておく。Note that n 0 = 15, f R0 = 150 kHz,
An example of setting parameters when V TH = 4.8 kV and E = 5 eV will be described.
【００５６】例えば、ｆR＝３００ｋＨｚに設定した場
合、上記関係（Ａ）を満たすためのＶPは５．１２（ｋ
Ｖ）よりも大きい。[0056] For example, f R = If set to 300kHz, the V P to satisfy the relationship (A) 5.12 (k
V).
【００５７】例えば、ｆR＝３００ｋＨｚに設定した場
合、上記関係（Ｂ）を満たすためのＶPは５．２７（ｋ
Ｖ）よりも大きい。[0057] For example, when set to f R = 300kHz, the V P for satisfying the above relationship (B) 5.27 (k
V).
【００５８】このような設定により、単一光子の入射に
応じて光電陰極ＰＣから電子が１個出力された場合にこ
れを検出することが可能となる。With this setting, when one electron is output from the photocathode PC in response to the incidence of a single photon, this can be detected.
【００５９】次に、上記撮像装置を備えた撮像システム
の構成について説明する。Next, the configuration of an imaging system having the above-described imaging device will be described.
【００６０】図２は、本撮像システムのブロック図であ
る。撮像装置は、ＥＢ−ＣＣＤ本体１０を撮像素子とし
て収めたカメラヘッド３０、ＥＢ−ＣＣＤ本体１０等を
制御するカメラコントローラ４０、カメラコントローラ
４０にコマンドを与えると共に映像出力が入力されるコ
ンピュータ５０からなる。FIG. 2 is a block diagram of the present imaging system. The imaging apparatus includes a camera head 30 that houses the EB-CCD main body 10 as an imaging device, a camera controller 40 that controls the EB-CCD main body 10, and the like, and a computer 50 that gives commands to the camera controller 40 and inputs video output. .
【００６１】カメラヘッド３０には、ＥＢ−ＣＣＤ本体
１０、駆動回路（固体撮像素子駆動回路）２、半導体固
体撮像素子１からの出力信号を増幅する初段映像アンプ
（プリアンプ）３、高電圧ＶPを印加する高圧発生回路
２ｈｖが収められ、カメラヘッド３０の被写体光像入射
側にはレンズＬＳが設けられている。The camera head 30 includes an EB-CCD body 10, a driving circuit (solid-state image sensor driving circuit) 2, a first-stage video amplifier (preamplifier) 3 for amplifying an output signal from the semiconductor solid-state image sensor 1, and a high voltage VP. And a lens LS is provided on the camera head 30 on the subject light image incident side.
【００６２】ＣＣＤ駆動回路２は、上述の２相又は３相
の転送電圧Ｐを半導体固体撮像素子１の転送電極に印加
するが、このタイミングはカメラヘッド３０に設けられ
たタイミング発生回路２ｔ１及びカメラコントローラ４
０内に設けられたタイミング発生回路２ｔ２によって生
成される。換言すれば、図１に示したタイミング制御回
路２ｔは、タイミング発生回路２ｔ１及び２ｔ２に分離
されており、タイミング発生回路２ｔ２は、タイミング
発生回路２ｔ１に同期信号を送信し、タイミング発生回
路２ｔ１は、この同期信号とＣＰＵ２４からのタイミン
グ制御信号に基づいてＣＣＤ駆動回路２で生成される転
送電圧Ｐに用いられるクロックを発生している。なお、
タイミング発生回路２ｔ２は、システム内全体のベース
クロックを発生している。The CCD drive circuit 2 applies the above-described two-phase or three-phase transfer voltage P to the transfer electrodes of the solid-state solid-state imaging device 1. This timing is determined by the timing generation circuit 2t1 provided in the camera head 30 and the camera. Controller 4
It is generated by the timing generation circuit 2t2 provided in 0. In other words, the timing control circuit 2t shown in FIG. 1 is separated into timing generation circuits 2t1 and 2t2, the timing generation circuit 2t2 transmits a synchronization signal to the timing generation circuit 2t1, and the timing generation circuit 2t1 A clock used for a transfer voltage P generated by the CCD drive circuit 2 is generated based on the synchronization signal and a timing control signal from the CPU 24. In addition,
The timing generation circuit 2t2 generates a base clock for the entire system.
【００６３】また、カメラコントローラ４０は、高圧制
御信号によって高圧発生回路２ｈｖを制御する高圧制御
回路２３とを備えており、高圧発生回路２ｈｖ及び高圧
制御回路２３は高電圧印加回路を構成する。高電圧印加
回路はＣＰＵ２４によって制御され、その電圧は可変で
ある。ＣＰＵ２４から出力された数ボルト（例えば０〜
６ボルト）の直流電圧信号は高電圧印加回路によって約
１０００倍の電圧に変換される。The camera controller 40 includes a high-voltage control circuit 23 for controlling the high-voltage generation circuit 2hv by a high-voltage control signal. The high-voltage generation circuit 2hv and the high-voltage control circuit 23 constitute a high-voltage application circuit. The high voltage application circuit is controlled by the CPU 24, and its voltage is variable. Several volts (for example, 0 to 0) output from the CPU 24
The DC voltage signal (6 volts) is converted into a voltage approximately 1000 times higher by the high voltage application circuit.
【００６４】更に、カメラコントローラ４０は、プリア
ンプ３の出力を増幅する映像アンプ（メインアンプ）２
２と、メインアンプ２２の出力をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器２５と、このＡ／Ｄ変換器２５から出力
された１画面分の画像出力信号を蓄積するフレームメモ
リ２７と、フレームメモリ２７で蓄積又は生成されたデ
ジタル信号をアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変
換器２９とを備えている。Further, the camera controller 40 includes a video amplifier (main amplifier) 2 for amplifying the output of the preamplifier 3.
2, an A / D converter 25 for converting the output of the main amplifier 22 into a digital signal, a frame memory 27 for storing an image output signal for one screen output from the A / D converter 25, and a frame memory. And a D / A converter 29 for converting the digital signal accumulated or generated in 27 into an analog signal and outputting the analog signal.
【００６５】Ｄ／Ａ変換器２９の映像出力は表示器又は
表示器付コンピュータ５０に入力され、表示器上にはＥ
Ｂ−ＣＣＤ本体１０への入力像が表示される。コンピュ
ータ５０には、装置制御のための種々のコマンドが入力
され、ＣＰＵ２４はコンピュータ５０から入力されるコ
マンドに応じて、加速電圧ＶPと信号読出速度ｆRをそれ
ぞれ独立に設定し、この調整によって高精度の画素信号
をＥＢ−ＣＣＤ本体１０から出力させる。The video output of the D / A converter 29 is input to a display or a computer 50 with a display.
The input image to the B-CCD main body 10 is displayed. Various commands for controlling the apparatus are input to the computer 50, and the CPU 24 sets the acceleration voltage VP and the signal reading speed f R independently according to the command input from the computer 50. The EB-CCD main body 10 outputs a highly accurate pixel signal.
【００６６】次に、本システムの動作について説明す
る。Next, the operation of the present system will be described.
【００６７】図１に示した面板ＷＭを透過して光電陰極
ＰＣに光が入射すると、上述のようにしてＥＢ−ＣＣＤ
本体１０から画素信号が出力される。この信号は、プリ
アンプ３、メインアンプ２２で増幅されたうえでＡ／Ｄ
変換回路２５に送られてデジタル信号に変換され、フレ
ームメモリ２７内に一時的に格納され、しかる後、Ｄ／
Ａ変換回路２９を介して映像出力としてコンピュータに
入力される。アナログの映像出力は、コンピュータ５０
内で再びデジタル信号に変換して映像情報をメモリに格
納する。このアナログの映像信号は、直接テレビなどに
出力してもよい。When light passes through the face plate WM shown in FIG. 1 and enters the photocathode PC, the EB-CCD
A pixel signal is output from the main body 10. This signal is amplified by the preamplifier 3 and the main amplifier 22 and then A / D
The signal is sent to the conversion circuit 25, converted into a digital signal, and temporarily stored in the frame memory 27.
The image is input to the computer as an image output via the A conversion circuit 29. The analog video output is supplied to the computer 50
Then, it is converted into a digital signal again and the video information is stored in the memory. This analog video signal may be output directly to a television or the like.
【００６８】なお、フレームメモリ２７に、暗状態での
画像出力信号を１画面（１フレーム）分蓄積し、フレー
ムメモリ２７内に格納されたデジタル画像データから上
記暗状態の画像データを減算すれば、バックグラウンド
ノイズを低減することができる。フレームメモリ２７
は、カメラコントローラ４０の電源投入時あるいはＣＰ
Ｕ２４を介して外部からの制御により更新することが可
能であり、撮像素子の経年変化等による暗状態の出力変
化に対応することが可能である。フレームメモリ２７か
らのオーバーフローが検出した場合に、フィードバック
制御を行ってクロックＣを低下させる等の制御を行って
もよい。It is to be noted that an image output signal in the dark state for one screen (one frame) is accumulated in the frame memory 27, and the dark image data is subtracted from the digital image data stored in the frame memory 27. , Background noise can be reduced. Frame memory 27
Is set when the camera controller 40 is turned on or when the
Updating can be performed by external control via U24, and it is possible to cope with an output change in a dark state due to aging of the image sensor or the like. When overflow from the frame memory 27 is detected, feedback control may be performed to control the clock C to decrease.
【００６９】以上、説明したように、上記撮像装置は、
エネルギー線の入射に応じて光電陰極ＰＣで発生した電
子を真空容器ＶＥ内において加速し、光電陰極ＰＣに対
向配置された半導体固体撮像素子１の半導体撮像領域１
ｉに衝突させ、この電子の衝突による電子増倍によって
半導体撮像領域１ｉで発生した電子を転送して半導体固
体撮像素子１に設けられた増幅器１ｔｏに入力すること
によって増幅器１ｔｏから画素信号を出力する撮像装置
において、上述の関係（Ａ）又は（Ｂ）を有する。本撮
像装置においては、上記関係を満たすことにより、従来
では検出できなかった微弱エネルギー線像を撮像するこ
とができる。As described above, the above-described image pickup apparatus includes:
Electrons generated by the photocathode PC in response to the incidence of energy rays are accelerated in the vacuum vessel VE, and the semiconductor imaging region 1 of the semiconductor solid-state imaging device 1 disposed opposite to the photocathode PC.
i, and the electrons generated in the semiconductor imaging region 1i by the electron multiplication due to the collision of the electrons are transferred and input to the amplifier 1to provided in the semiconductor solid-state imaging device 1, thereby outputting a pixel signal from the amplifier 1to. The imaging device has the above-described relationship (A) or (B). In the present imaging apparatus, by satisfying the above relationship, a weak energy ray image which cannot be detected conventionally can be captured.
【００７０】[0070]
【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、従来では検
出できなかった微弱エネルギー線像を撮像することがで
きる。According to the imaging apparatus of the present invention, it is possible to capture a weak energy ray image which cannot be detected conventionally.
【図１】撮像装置のシステム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram of an imaging apparatus.
【図２】撮像システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an imaging system.
ＰＣ…光電陰極、ＶＥ…真空容器、１…半導体固体撮像
素子、１ｉ…半導体撮像領域、１ｔｏ…増幅器。PC: Photocathode, VE: Vacuum container, 1: Semiconductor solid-state imaging device, 1i: Semiconductor imaging region, 1to: Amplifier.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA12 BA13 DA03 DB06 DB07 DC07 FA06 GA02 GA10 5C024 AX16 CX03 CX41 CY16 EX42 GY03 HX17 HX23 HX46 HX58 JX23 5C037 AA09 EE01 EE06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA01 AB01 BA12 BA13 DA03 DB06 DB07 DC07 FA06 GA02 GA10 5C024 AX16 CX03 CX41 CY16 EX42 GY03 HX17 HX23 HX46 HX58 JX23 5C037 AA09 EE01 EE06
Claims (4)
発生した電子を真空容器内において加速し、前記光電陰
極に対向配置された半導体固体撮像素子の半導体撮像領
域に衝突させ、この電子の衝突による電子増倍によって
前記半導体撮像領域で発生した電子を転送して前記半導
体固体撮像素子に設けられた増幅器に入力することによ
って前記増幅器から画素信号を出力する撮像装置におい
て、 前記光電陰極と前記半導体固体撮像素子との間に印加さ
れる加速電圧をＶP（Ｖ）、 前記増幅器から出力される画素信号の読み出し速度をｆ
R（Ｈｚ）、 前記増幅器から出力される画素信号の読み出し速度がｆ
R0（Ｈｚ）の時に前記増幅器に入力されるノイズ電荷数
の二乗平均平方根値をｎ0、 前記電子増倍が起り始めるときの前記光電陰極と前記半
導体固体撮像素子との間のしきい値電圧をＶTH（Ｖ）、 前記半導体撮像領域における電子正孔間結合エネルギー
をＥ（ｅＶ）、としたとき、以下の関係を満たすことを
特徴とする撮像装置。 【数１】 1. An electron generated at a photocathode in response to the incidence of an energy ray is accelerated in a vacuum vessel, and is caused to collide with a semiconductor imaging region of a semiconductor solid-state imaging device arranged opposite to the photocathode. An image pickup device that outputs pixel signals from the amplifier by transferring electrons generated in the semiconductor imaging region by electron multiplication and inputting the electrons to an amplifier provided in the semiconductor solid-state imaging device, wherein the photocathode and the semiconductor The acceleration voltage applied to the solid-state imaging device is V P (V), and the reading speed of the pixel signal output from the amplifier is f.
R (Hz), the readout speed of the pixel signal output from the amplifier is f
The root mean square value of the number of noise charges input to the amplifier at R0 (Hz) is n 0 , the threshold voltage between the photocathode and the solid-state solid-state imaging device when the electron multiplication starts to occur Where V TH (V) and E (eV) the electron-hole binding energy in the semiconductor imaging region, the following relationship is satisfied. (Equation 1)
とを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 【数２】 2. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device satisfies the following relationship. (Equation 2)
なり、前記電子正孔間結合エネルギーＥは３．６ｅＶで
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装
置。3. The imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor solid-state imaging device is made of silicon, and the electron-hole coupling energy E is 3.6 eV.
特徴とする請求項３に記載の撮像装置。4. The imaging device according to claim 3, wherein the voltage V TH is 4.8 kV.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35484199A Pending JP2001169193A (en) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Image pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001169193A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6720996B1 (en) * | 1998-01-16 | 2004-04-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Imaging apparatus |
| JP2006201044A (en) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Hitachi High-Technologies Corp | Defect inspection method, and device thereof |
| JP2017228805A (en) * | 2012-04-10 | 2017-12-28 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | Back-illuminated sensor with boron layer |
| JP2019212622A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | イーグル テクノロジー，エルエルシー | Image intensifier having stray particle shield |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35484199A patent/JP2001169193A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6720996B1 (en) * | 1998-01-16 | 2004-04-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Imaging apparatus |
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| US8748795B2 (en) | 2005-01-21 | 2014-06-10 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method for inspecting pattern defect and device for realizing the same |
| JP2017228805A (en) * | 2012-04-10 | 2017-12-28 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | Back-illuminated sensor with boron layer |
| JP2019080070A (en) * | 2012-04-10 | 2019-05-23 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | Inspection system |
| JP2019192933A (en) * | 2012-04-10 | 2019-10-31 | ケーエルエー コーポレイション | Inspection system |
| JP2019212622A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | イーグル テクノロジー，エルエルシー | Image intensifier having stray particle shield |
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