JP4675578B2 - Image pickup device and image pickup apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子及びそれを用いた撮像装置に関し、互いに対向する基板上に形成された光電変換膜と、電界によって電子を引き出す複数の電子放出源を有し構成される撮像素子及びそれを用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup apparatus using the same, and an image pickup device including a photoelectric conversion film formed on substrates facing each other, and a plurality of electron emission sources for extracting electrons by an electric field, and the image pickup device The present invention relates to the imaging device used.
加熱しないで、電界によって電子を引き出す電子放出源が、FED(Field Emission Display)と呼ばれる平面ディスプレイの電子放出源として用いられている。また、前記電子放出源と光電変換膜とを対向させた撮像装置が例えば特許文献1で提案されている。この撮像装置は、複数のSpindt型電子放出源をマトリックス状に配列したアレイと、これに対向する光電変換膜で構成されており、Spindt型電子放出源が形成されたマトリックスアレイから放出された電子群によって光電変換膜に正孔が生成及び蓄積され、この正孔を読み出すことで時系列の映像信号が得られる。 An electron emission source that draws electrons by an electric field without being heated is used as an electron emission source of a flat display called FED (Field Emission Display). For example, Patent Document 1 proposes an imaging device in which the electron emission source and the photoelectric conversion film are opposed to each other. This imaging apparatus is composed of an array in which a plurality of Spindt type electron emission sources are arranged in a matrix and a photoelectric conversion film facing the array, and electrons emitted from the matrix array in which the Spindt type electron emission sources are formed. Holes are generated and accumulated in the photoelectric conversion film by the group, and a time-series video signal is obtained by reading the holes.
しかし、Spindt型電子放出源から放出される電子群は一般的にエミッタ先端部から約30度の広がりを持つこと、また、通常の撮像条件では電子群による走査直前の光電変換膜の電位が低いことから、Spindt型電子放出源と光電変換膜との間の真空空間で、Spindt型電子放出源から放出された電子群の広がりがさらに助長される。その結果、光電変換膜上に投影される電子群の広がりが大きくなり、解像度の低下により画質が劣化するという問題がある。 However, the electron group emitted from the Spindt-type electron emission source generally has a spread of about 30 degrees from the tip of the emitter, and the potential of the photoelectric conversion film immediately before scanning by the electron group is low under normal imaging conditions. Therefore, the spread of the electron group emitted from the Spindt type electron emission source is further promoted in the vacuum space between the Spindt type electron emission source and the photoelectric conversion film. As a result, there is a problem that the spread of the electron group projected on the photoelectric conversion film is increased, and the image quality is deteriorated due to a decrease in resolution.
上記の問題を解消するために、例えば、特許文献2に記載されているように、電子放出源と光電変換膜との間に多数の開口を有するメッシュ状のグリッド電極を挿入した撮像装置が知られている。この撮像装置では、グリッド電極に電子放出源に印加される電圧に比べて格段に高い電圧を常時印加することで、電子放出源から放出された電子群が光電変換膜に到達するまでの時間を短縮し、電子放出源と光電変換膜との間の真空空間での電子群の広がりを抑制している。 In order to solve the above problem, for example, as described in Patent Document 2, there is known an imaging apparatus in which a mesh grid electrode having a large number of openings is inserted between an electron emission source and a photoelectric conversion film. It has been. In this imaging apparatus, the time until the electron group emitted from the electron emission source reaches the photoelectric conversion film is constantly applied by applying a voltage that is significantly higher than the voltage applied to the electron emission source to the grid electrode. This shortens and suppresses the spread of the electron group in the vacuum space between the electron emission source and the photoelectric conversion film.
また、FEDにおいても、電子放出源から放出される電子群を電界によって蛍光膜上に集束する方法として、例えば特許文献3や非特許文献1に記載のように、電子放出源を取り囲むように電子放出源と同一の平面上もしくはその上部に絶縁物を介して集束電極を設ける方法が知られている。 Also in the FED, as a method of focusing the electron group emitted from the electron emission source on the fluorescent film by an electric field, as described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1, for example, the electrons are surrounded so as to surround the electron emission source. A method is known in which a focusing electrode is provided via an insulator on the same plane as the emission source or on top of it.
この集束電極付電子放出源及び集束電極付電子放出源アレイでは、通常、集束電極に電子放出のために電子放出源や電子放出源アレイに印加される電圧より低い電圧を印加することで、電子放出源から放出された電子群が蛍光膜に至るまでの真空空間での広がりを抑制している。
複数の電子放出源と光電変換膜とを真空空間を挟んで対向させた撮像素子において、従来の技術では、電子放出源と光電変換膜との間に高い電圧を印加したグリッド電極を挿入することで、電子放出源から放出された電子群が光電変換膜に到達するまでの時間を短縮し、真空空間での電子群の広がりを抑制している。 In an imaging device in which a plurality of electron emission sources and a photoelectric conversion film are opposed to each other with a vacuum space interposed therebetween, in a conventional technique, a grid electrode to which a high voltage is applied is inserted between the electron emission source and the photoelectric conversion film. Thus, the time until the electron group emitted from the electron emission source reaches the photoelectric conversion film is shortened, and the spread of the electron group in the vacuum space is suppressed.
しかし、この従来技術では、真空空間での電子群の広がりの原因となる電子放出源から放出された直後の電子群の光電変換膜に平行な方向の速度成分は、電子群が光電変換膜に到達するまでの間に変化しないため、原理上、電子群の真空空間での広がりをある程度許容せざるを得ない。そのため、放出された直後の電子群が大きな広がりを持つSpindt型電子放出源を用いたときには、光電変換膜上に投影される電子群の広がりが画素面積よりも大きくなり、解像度等の画質が劣化するおそれがある。 However, in this prior art, the velocity component in the direction parallel to the photoelectric conversion film of the electron group immediately after being emitted from the electron emission source causing the spread of the electron group in the vacuum space is Since it does not change until it reaches, in principle, it is necessary to allow the spread of the electron group in the vacuum space to some extent. Therefore, when a Spindt-type electron emission source having a large spread of electron groups immediately after being emitted is used, the spread of the electron groups projected on the photoelectric conversion film is larger than the pixel area, and the image quality such as resolution is deteriorated. There is a risk.
これを抑制するには、グリッド電極の電極をさらに高める必要があるが、一方でグリッド電極に印加できる電圧の上限はグリッド電極と電子放出源との間の絶縁耐圧で制限される。また、グリッド電極を挿入することで、電子放出源から放出された電子群の一部がグリッド電極に捕獲されるため、光電変換膜に蓄積された正孔を読み出す電子量の減少を招くという問題を生じる。 In order to suppress this, it is necessary to further increase the electrode of the grid electrode. On the other hand, the upper limit of the voltage that can be applied to the grid electrode is limited by the withstand voltage between the grid electrode and the electron emission source. In addition, the insertion of the grid electrode causes a part of the electron group emitted from the electron emission source to be captured by the grid electrode, resulting in a decrease in the amount of electrons that read holes accumulated in the photoelectric conversion film. Produce.
また、従来技術では、電子群の広がりを抑制するための集束電極を設けた電子放出源アレイを作製することができ、このような集束電極付電子放出源アレイの撮像素子への適用も十分に可能である。しかし、電子放出源アレイ内に集束電極を形成するための面積を確保しなければならず、その結果、アレイ内に電子放出源を形成することのできる面積が小さくなり、アレイから放出される電子量が減少するという問題を生じる。 In addition, in the prior art, an electron emission source array provided with a focusing electrode for suppressing the spread of the electron group can be produced, and such an electron emission source array with a focusing electrode can be sufficiently applied to an imaging device. Is possible. However, it is necessary to secure an area for forming the focusing electrode in the electron emission source array. As a result, an area where the electron emission source can be formed in the array is reduced, and electrons emitted from the array are reduced. The problem is that the amount decreases.
これに加えて、集束電極付の電子放出源アレイでは、電子放出源から放出された電子群の広がりを抑制するには、通常、集束電極に、電子放出のために電子放出源アレイに印加される電圧より低い電圧が印加されるが、この集束電極に印加される電圧が低くなるほど、すなわち、電子群の広がりを抑制するほど、電子放出源から取り出せる電子量が減少することが知られている。 In addition, in an electron emission source array with a focusing electrode, in order to suppress the spread of electrons emitted from the electron emission source, it is usually applied to the focusing electrode and to the electron emission source array for electron emission. It is known that the amount of electrons that can be extracted from the electron emission source decreases as the voltage applied to the focusing electrode decreases, that is, the spread of the electron group is suppressed. .
これらのことから、集束電極を設けた電子放出源アレイの撮像装置への適用においては、電子群の真空空間での広がりの抑制と、光電変換膜に蓄積された正孔の読み出しに必要な電子量の確保とは相反事項となる。特に、画素が小さくなるほど、電子群の広がりの抑制と電子量の確保とを両立させることが難しくなり、電子群の広がりを抑制して高い解像度を得ようとすると、光電変換膜に蓄積された電荷を全て読み出すことができず、残像の発生等を招くという不具合を生じる。 Therefore, in application to an imaging device of an electron emission source array provided with a focusing electrode, the electrons necessary for suppressing the spread of the electron group in the vacuum space and reading out the holes accumulated in the photoelectric conversion film Ensuring the amount is a conflict. In particular, the smaller the pixel, the more difficult it is to achieve both suppression of the spread of the electron group and the securing of the amount of electrons. When attempting to obtain a high resolution by suppressing the spread of the electron group, it is accumulated in the photoelectric conversion film. All the charges cannot be read out, resulting in a problem that an afterimage is generated.
更に、個々の電子放出源もしくは複数の電子放出源をひとつの単位として、これらを取り囲むように集束電極を電子放出源アレイ内の全領域にわたって均一に形成することは難しく、その結果、集束電極の効果が個々の電子放出源または複数の電子放出源毎に異なるという問題を生じる。さらに、微細・高集積化された電子放出源アレイに、このような集束電極を形成するには、より複雑な作製工程が必要となり、電子放出源アレイの作製歩留まりの低下等を招く。 Furthermore, it is difficult to form the focusing electrode uniformly over the entire region in the electron emission source array so as to surround individual electron emission sources or a plurality of electron emission sources as a unit. There arises a problem that the effect is different for each electron emission source or a plurality of electron emission sources. Furthermore, in order to form such a focusing electrode in a fine and highly integrated electron emission source array, a more complicated manufacturing process is required, which leads to a decrease in the manufacturing yield of the electron emission source array.
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光電変換膜に蓄積された正孔の読み出しに必要な電子量を確保しつつ、電子放出源から放出された電子群の広がりを抑止できる撮像素子及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is capable of suppressing the spread of the electron group emitted from the electron emission source while ensuring the amount of electrons necessary for reading out the holes accumulated in the photoelectric conversion film. An object is to provide an element and an imaging apparatus using the element.
請求項1に記載の発明は、互いに対向する第1の透光性基板及び第2の基板と、前記第1の透光性基板の前記第2の基板に対向する面側に設けられた透光性導電膜及び光電変換膜と、前記第2の基板の前記第1の透光性基板に対向する面側に設けられた複数の電子放出源を有し構成される撮像素子本体部を含む撮像素子において、
前記第1の透光性基板及び第2の基板間で前記第1の透光性基板及び第2の基板それぞれに直交する方向の磁界を形成する磁石を備え、
前記磁石は、前記第1の透光性基板を空洞内に収納する円筒型の第1の永久磁石と、
前記第2の基板の前記第1の透光性基板に対向する面とは逆側に前記第2の基板と対向し、前記第1の永久磁石からの磁力線が端面に垂直に入る円盤形の第2の永久磁石で構成され、
前記第2の永久磁石の直径は、前記撮像素子本体部の有効撮像領域の対角長より長く、かつ前記第1の永久磁石の内径より短く設定されていることにより、
光電変換膜に蓄積された正孔の読み出しに必要な電子量を確保しつつ、電子放出源から放出された電子群の広がりを防止できる。
According to the first aspect of the present invention, a first light-transmitting substrate and a second substrate that face each other, and a surface of the first light-transmitting substrate that is provided on the surface facing the second substrate. An imaging element body including a photoconductive film and a photoelectric conversion film, and a plurality of electron emission sources provided on a surface of the second substrate facing the first light-transmissive substrate. In the image sensor,
A magnet that forms a magnetic field in a direction perpendicular to each of the first light-transmitting substrate and the second substrate between the first light-transmitting substrate and the second substrate;
The magnet includes a cylindrical first permanent magnet that houses the first translucent substrate in a cavity;
A disk-shaped disk that faces the second substrate on the opposite side of the surface facing the first light-transmitting substrate of the second substrate, and the magnetic lines of force from the first permanent magnet are perpendicular to the end surface . Composed of a second permanent magnet,
The diameter of the second permanent magnet is set to be longer than the diagonal length of the effective imaging region of the imaging element body and shorter than the inner diameter of the first permanent magnet.
While ensuring the amount of electrons necessary for reading out the holes accumulated in the photoelectric conversion film, it is possible to prevent the electron group emitted from the electron emission source from spreading.
請求項2に記載の発明では、前記第1の永久磁石の中心軸と前記第2の永久磁石の中心軸は一致するとともに、前記撮像素子本体部の前記有効撮像領域の中心点は前記中心軸上に位置し、
前記第1の永久磁石の前記中心軸方向における前記第1の透光性基板側の端面をN極又はS極の一方とするとともに、他の端面をN極又はS極の他方とし、
前記第2の永久磁石の前記第2の基板と対向する端面を、前記第1の永久磁石の前記他の端面と同極にするとともに、反対側の端面を前記第1の永久磁石の前記第1の透光性基板側の前記端面と同極としたことにより、請求項1の発明を実現できる。
According to a second aspect of the present invention, the central axis of the first permanent magnet and the central axis of the second permanent magnet coincide with each other, and the central point of the effective imaging region of the imaging element main body is the central axis. Located on top
The end surface on the first translucent substrate side in the central axis direction of the first permanent magnet is one of the N pole and the S pole, and the other end face is the other of the N pole and the S pole,
The end surface of the second permanent magnet facing the second substrate is made the same polarity as the other end surface of the first permanent magnet, and the opposite end surface is the first end of the first permanent magnet. According to the first aspect of the present invention, the same polarity as that of the end surface on the side of the translucent substrate can be realized.
請求項3に記載の発明では、前記第1の永久磁石は、前記第1の透光性基板及び第2の基板を収納する真空容器の一部を兼用することにより、請求項1の発明を実現できる。 According to a third aspect of the present invention, the first permanent magnet serves as the first aspect of the present invention by combining a part of a vacuum container that houses the first translucent substrate and the second substrate. realizable.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子を用いて構成したことを特徴とする撮像装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus comprising the image pickup device according to any one of the first to third aspects.
本発明によれば、光電変換膜に蓄積された正孔の読み出しに必要な電子量を確保しつつ、電子放出源から放出された電子群の広がりを抑止できる。 According to the present invention, it is possible to suppress the spread of the electron group emitted from the electron emission source while securing the amount of electrons necessary for reading out the holes accumulated in the photoelectric conversion film.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の原理を説明する。透光性導電膜と電子放出源それぞれがz方向に離間してx−y平面に配置されている場合(図1参照、y軸の向きは紙面の表から裏)、電子放出源からz方向に対し斜めに発射された電子は互いに垂直なx方向、y方向、z方向それぞれの速度成分を持つ。z方向に平行な磁界があるとき、透光性導電膜に平行な速度成分による電子の運動はローレンツ力によって回転運動をし(z方向の運動にはローレンツ力が働かない)、電子の軌道はz軸を中心とする螺旋状となり、ある時間でx方向とy方向の原点、即ちz軸上に戻る。このz軸上に戻る時点が透光性導電膜上となるように磁束密度または透光性導電膜と電子放出源の離間距離を調節することによって、電子放出源から斜めに発射された電子は透光性導電膜上に集束される。 First, the principle of the present invention will be described. When the translucent conductive film and the electron emission source are each separated in the z direction and arranged on the xy plane (see FIG. 1, the direction of the y axis is from the front to the back of the paper), the z direction from the electron emission source In contrast, electrons emitted obliquely have velocity components in the x, y, and z directions perpendicular to each other. When there is a magnetic field parallel to the z direction, the movement of electrons due to the velocity component parallel to the translucent conductive film rotates due to the Lorentz force (the Lorentz force does not act on the movement in the z direction), and the electron trajectory is It becomes a spiral with the z axis as the center, and returns to the origin in the x and y directions, that is, on the z axis at a certain time. By adjusting the magnetic flux density or the separation distance between the translucent conductive film and the electron emission source so that the time point of returning to the z-axis is on the translucent conductive film, electrons emitted obliquely from the electron emission source are Focused on the translucent conductive film.
なお、磁界がz方向に平行でなくなると、z方向の運動にもローレンツ力が働くため、電子放出源からz方向に発射された電子でも軌道が螺旋状に歪むため、透光性導電膜及び電子放出源に対してできるだけ垂直に、つまりz軸に平行に磁界を発生させることが必要である。 Note that when the magnetic field is no longer parallel to the z direction, Lorentz force also acts on the movement in the z direction, so even the electrons emitted from the electron emission source in the z direction are distorted in a spiral shape. It is necessary to generate a magnetic field as perpendicular to the electron emission source as possible, ie parallel to the z-axis.
図1は、本発明の撮像素子の第1実施形態の断面図を示す。同図中、本撮像素子は、内部に空洞を有する円筒型の永久磁石501と、前記永久磁石501の空洞内に配置される撮像素子本体部とから構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a first embodiment of an image sensor of the present invention. In this figure, the image sensor is composed of a cylindrical
撮像素子本体部は、真空容器の一部を兼ねる透光性基板101及び基板201と、真空容器301とによって内部が真空に保たれている。透光性基板101の真空側表面(基板201に対向する面側)には、透光性導電膜102が形成され、更に、光電変換膜103が形成されている。基板201の真空側表面(透光性基板101に対向する面側)には、カソード電極202と電子源203とゲート電極204及び絶縁層205とからなる電子放出源を複数有する電子放出源アレイが形成されている。透光性導電膜102と電子放出源アレイそれぞれはz方向に所定距離だけ離間してx−y平面に配置されている。
The inside of the image pickup device main body is kept in a vacuum by the
また、光電変換膜103と電子放出源アレイとの離間間隔の中間点は、永久磁石501のz方向の中間点を通るx−y平面上に位置し、かつ、光電変換膜103の有効撮像領域の中心点は永久磁石501の内径の中心軸上に位置し、上記中心軸はx−y平面に垂直に交わるよう、円筒型の永久磁石501の空洞内に撮像素子本体部が収納されて配置されている。
The intermediate point of the separation interval between the
きらに、図1には示されない、永久磁石501と撮像素子本体部とを保持する機構、及び、永久磁石501から生じる磁力線の外部への漏洩を防止する磁気シールドを備えている。
In addition, a mechanism for holding the
透光性基板101としては、例えば可視光撮像の場合はガラス、紫外光撮像の場合はサファイアや石英ガラス、X線撮像の場合はベリリウム(Be)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ボロンナイトライド(BN)及び酸化アルミ(Al2O3)等の公知の基板材料が撮像する光の波長に応じて用いられる。前記透光性基板101上に真空蒸着法やスパッタリング法等により形成される透光性導電膜102としては、例えば酸化錫(SnO2)膜やITO膜またはアルミニウム等の金属薄膜が用いられる。
Examples of the light-transmitting
また、前記透光性導電膜103上に真空蒸着法等により形成される光電変換膜103としては、従来から知られている酸化鉛(PbO)、三硫化アンチモン(Sb2S3)、セレン(Se)、シリコン(Si)、カドミウム(Cd)、カドミウムセレン(CdSe)亜鉛(Zn)、ヒ素(As)、テルル(Te)等からなる半導体材料が用いられるが、なかでも非晶質Seを主体とする半導体材料を用いて高電界を印加した場合には、膜内で光生成電荷のアバランシェ増倍を生じさせて感度を飛躍的に高めることができる。
As the
電子放出源アレイとしては、高融点金属を堆積して作られるSpindt型電子放出源や、シリコンをエッチングして作られるシリコンコーン型電子放出源やシリコンを陽極酸化してポーラス状にすることで作られる平面型電子源等、公知の電子放出源からなるアレイが用いられる。 As an electron emission source array, a Spindt type electron emission source made by depositing a refractory metal, a silicon cone type electron emission source made by etching silicon, or anodized silicon to make it porous. An array of known electron emission sources such as a flat electron source is used.
また、電子放出源アレイには1次元のアレイと2次元のマトリックスアレイとがあるが、本撮像素子には、どちらのアレイも適用することができる。本実施形態では、電子放出源アレイとして、2次元のSpindt型電子放出源マトリックスアレイを用いた例を示す。 In addition, the electron emission source array includes a one-dimensional array and a two-dimensional matrix array, and both arrays can be applied to the imaging device. In the present embodiment, an example is shown in which a two-dimensional Spindt type electron emission source matrix array is used as the electron emission source array.
図2は、Spindt型電子放出源マトリックスアレイの部分拡大斜視図を示す。同図中、Spindt型電子放出源マトリックスアレイでは、ガラス、シリコン、石英、セラミックス、樹脂等からなる基板201上にカソード電極202、絶縁層205及びゲート電極204が形成される。カソード電極202はy方向に延在し、ゲート電極204はこれと直交するx方向に延在し、X−Yマトリクスを構成している。
FIG. 2 shows a partially enlarged perspective view of a Spindt-type electron emission source matrix array. In the figure, in the Spindt type electron emission source matrix array, a
カソード電極202とゲート電極204が交差して区画される領域を画素と呼び、各画素内のゲート電極204には絶縁層205を貫通し、カソード電極202の表面に達する細孔が形成され、この細孔内にカソード電極202から突出したコーン状電子源203が設けられている。電子源203は、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)等の高融点金属で作製され、通常、1つの画素内には、複数(図2では、3×3)の細孔及び電子源203が設けられている。
A region where the
また、図示はしないが、各画素内には、電子源203から放出される電子量の時間変動を抑制すること等を目的に保護抵抗層や電流制限トランジスタ等が形成される場合がある。
Although not shown, a protective resistance layer, a current limiting transistor, or the like may be formed in each pixel for the purpose of suppressing temporal fluctuations in the amount of electrons emitted from the
撮像素子本体部では、光は透光性基板101及び透光性導電膜102を透過し、光電変換膜103に到達する。透光性導電膜102に信号ピン104を介して電子源203に印加される電圧より高い電圧が印加されると、光によって光電変換膜103内に生じた電子・正孔対の内、正孔は光電変換膜103のSpindt型電子放出源マトリックスアレイ側に移動し、そこに蓄積される。
In the image sensor main body, light passes through the
一方、Spindt型電子放出源マトリックスアレイのカソード電極202及びゲート電極204にはパルス電圧が印加され、これにより、順次選択された画素内の電子源203から電子群が放出される。この電子群が光電変換膜103に蓄積された正孔と再結合する際に、信号ピン104を介して外部回路に流れる電流を出力として取り出すことで、入射光像に対応した映像信号を得ることができる。
On the other hand, a pulse voltage is applied to the
永久磁石501には、酸化鉄(Fe2O3)−ストロンチウム(Sr)−バリウム(Ba)等からなるストロンチウム系フェライト磁石、酸化鉄−酸化ストロンチウム(SrO)−バリウム−コバルト(Co)−ランタン(La)等からなるランタンコバルト系フェライト磁石、マンガン(Mn)−アルミニウム−カーボン(C)等からなるマンガンアルミニウムカーボン磁石、鉄(Fe)−クロム(Cr)−コバルト等からなる鉄クロムコバルト磁石、サマリウム(Sm)−コバルト等からなるサマリウムコバルト磁石、ネオジウム(Ne)−鉄−ホウ素(B)等からなるネオジウム系磁石、鉄−ニッケル(Ni)−コバルト−アルミニウムや鉄−ニッケル−コバルト−アルミニウム−チタンや鉄−ニッケル−コバルト−アルミニウム−銅(Cu)等からなるアルニコ磁石、バリウム−酸化鉄−酸素(O)等からなるバリウム磁石、上記の磁石材料の粉体を、塩化ビニール、塩素化ポリエチレンゴム、エラストマー、ニトリルゴム、ナイロン、PPS樹脂、エポキシ樹脂等に混ぜ合わせたボンド磁石等の公知の永久磁石が用いられる。
The
図1には、永久磁石501の端面502をN極、端面502に対向する端面503をS極とした例を示しているが、端面502をS極、端面503をN極としてもよい。永久磁石501のN極である端面502から出発した磁力線の内、永久磁石501の空洞内に向かう磁力線601は、磁石501の空洞のz方向の中間点を横切るx−y平面を垂直に通過した後、S極である端面503に入る。
Although FIG. 1 shows an example in which the
このため、Spindt型電子放出源マトリックスアレイから放出された電子群が走行する真空空間401において、z方向にほぼ平行な磁界を形成することができる。前記真空空間401に形成される磁界の強度は永久磁石501の材質、形状、配置等によって制御できるため、この磁界強度を調整することで、電子源203から放出された電子群の真空空間401での広がりを抑制して、電子群を光電変換膜103上に収束させて結像させることができる。
Therefore, a magnetic field substantially parallel to the z direction can be formed in the
また、磁界の有無による電子源203の電子放出特性には差異はなく、永久磁石501を適用しても、永久磁石501がない場合と同等な放出電子量を得ることができる。一方、永久磁石501の代りに電磁石を用いることで上記と同様な効果を得ることができる。しかし、電磁石では消費電力の増加を招くという不具合があるのに対して、永久磁石では消費電力の増加を招くことはない。
Further, there is no difference in the electron emission characteristics of the
なお、本実施形態では、永久磁石501に近づくほど、空洞内に形成される磁界の強度は急激に増すため、永久磁石501の内径及び外径を有効撮像領域より十分に広くすることで、電子群が走行する真空空間401における磁界強度の一様性を高めることができる。また、永久磁石501の円筒のz方向の長さを十分に確保することで、電子群が走行する真空空間401でのz方向以外の磁界成分を減らすことができる。
In this embodiment, since the strength of the magnetic field formed in the cavity increases rapidly as the
図3は、本発明の撮像素子の第2実施形態の断面図を示す。この実施形態では、形状の異なる2つ永久磁石を備える。同図中、本撮像素子は、撮像素子本体部の光電変換膜103と平行に、内部に空洞を有する円筒型の永久磁石511が、その空洞内に透光性基板101,透光性導電膜102,光電変換膜103を収納した状態で配置されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a second embodiment of the image sensor of the present invention. In this embodiment, two permanent magnets having different shapes are provided. In this figure, this imaging device includes a cylindrical
また、撮像素子本体部の基板201の透光性基板101に対向する面とは逆側(大気側)に、基板201と対向して円盤形の永久磁石521が配置されている。永久磁石521の直径は、撮像素子本体部の有効撮像領域の対角長より長く、かつ、永久磁石511の内径より短く設定されている。また、永久磁石511の内径の中心軸と永久磁石521の中心軸が一致し、撮像素子本体部の有効撮像領域の中心点は上記中心軸上に位置し、かつ、上記中心軸はx−y平面に垂直に交わるよう、永久磁石511と撮像素子本体部及び永久磁石521が配置されている。
In addition, a disk-shaped
また、図3には示さないが、永久磁石511及び永久磁石521と撮像素子本体部とを保持する機構、及び、永久磁石511及び永久磁石521から生じる磁力線の外部への漏洩を防止する磁気シールドを備えている。
Although not shown in FIG. 3, a mechanism for holding the
本実施形態では、永久磁石511の端面512をN極、端面512に対向する端面513をS極、また、永久磁石521の端面522をS極、端面522に対向する端面523をN極とするが、永久磁石511の端面512をS極、端面512に対向する端面513をN極、また、永久磁石521の端面522をN極、端面522に対向する端面523をS極としてもよい。
In the present embodiment, the
永久磁石511のN極である端面512から出発した磁力線の内、撮像素子本体部の電子群が走行する真空空間401に向かう磁力線611は、永久磁石511の空洞のz方向の中間点を横切るx−y平面を垂直に通過した後、そのまま直進し、永久磁石521のS極である端面522に入る。
Of the lines of magnetic force starting from the
このため、本撮像素子では、電子群が走行する真空空間401において、z方向にほぼ平行な磁界を形成することができ、高解像度で、かつ、歪みのない画像を得ることができる。
For this reason, in this imaging device, a magnetic field substantially parallel to the z direction can be formed in the
なお、上記本実施形態では、永久磁石511及び永久磁石512を撮像素子本体部の外部に配置しているが、図4に示すように、基板201に貫通孔206を設け、前記基板201のSpindt型電子放出源マトリックスアレイとは反対の方向に真空容器302によって囲まれた真空空間402を形成し、真空空間402内に永久磁石521を配置してもよい。
In the present embodiment, the
更に、図5に示すように、透光性基板101、基板201、真空容器301、カソード電極202、ゲート電極204、絶縁層205を拡大して、永久磁石511が真空容器301の一部を構成するようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the
なお、永久磁石521を真空内に配置する場合や永久磁石511を真空容器301の一部として用いる場合には、高真空維持の観点から、ボンド磁石以外の永久磁石を用いることが望ましい。
When the
図6は、本発明の撮像素子の第3実施形態の断面図を示す。この実施形態では、2つの永久磁石を備え、その永久磁石の1つに透光性の永久磁石を用いる。同図中、本撮像素子は、撮像素子本体部の透光性基板101の基板201に対向する面とは逆側(大気側)に光電変換膜と平行に円盤形の透光性永久磁石531を配置し、また、基板201の透光性基板101に対向する面とは逆側(大気側)に透光性永久磁石531と平行に円盤形の永久磁石541を配置している。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a third embodiment of the image sensor of the present invention. In this embodiment, two permanent magnets are provided, and a translucent permanent magnet is used as one of the permanent magnets. In this figure, this image sensor is a disk-shaped translucent
透光性永久磁石531には、2酸化チタン(TiO2)−コバルト等からなる公知の透光性永久磁石が用いられる。また、透光性永久磁石531及び永久磁石541の直径は撮像素子本体部の有効撮像領域の対角長より大きく設定されている。
As the translucent
本実施形態では、透光性永久磁石531の端面532をS極、端面532に対向する端面533をN極、また、永久磁石541の端面542をS極、端面542に対向する端面543をN極とした例を示しているが、透光性永久磁石531の端面532をN極、端面532に対向する端面533をS極、また、永久磁石541の端面542をN極、端面542に対向する端面543をS極としてもよい。
In this embodiment, the
本撮像素子では、透光性永久磁石531のN極である端面533から出発した磁力線は、光電変換膜103に垂直に入射し、そのまま永久磁石541のS極である端面542に入るため、電子群が走行する真空空間に、z方向に平行な磁界を形成することができる。また、電子群が走行する真空空間401は、透光性永久磁石531及び永久磁石541の外周部分から離れた場所に位置するため、真空空間401には強度が一様な磁界を形成することができる。さらに、透光性永久磁石531及び永久磁石541が撮像素子本体部に接触して配置されているため、撮像素子及びこれを用いた撮像装置を小型化できる。
In this imaging device, the magnetic lines of force starting from the
図7は、本発明の撮像素子の第4実施形態の断面図を示す。同図中、本撮像素子は、撮像素子本体部の透光性基板として透光性永久磁石551を用い、また、Spindt型電子放出源マトリックスアレイが形成される基板として永久磁石561を用いたものである。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a fourth embodiment of the image sensor of the present invention. In this figure, this image sensor uses a translucent
透光性永久磁石551としては、2酸化チタン−コバルト等からなる透光性永久磁石の絶縁性をより高めたものが用いられ、また、永久磁石561にはストロンチウム系フェライト磁石、ランタンコバルト系フェライト磁石、バリウム磁石等の絶縁性の高い永久磁石が用いられる。
As the translucent
本実施形態では、前述の第3実施形態と同様に、電子群が走行する真空空間に、z方向に平行で、かつ、強度が一様な磁界を形成することができる。また、透光性永久磁石551及び永久磁石561が撮像素子本体部に組み込まれているため、撮像素子及びこれを適用した撮像装置の大きさを従来と同等にすることができる。
In the present embodiment, similarly to the third embodiment described above, a magnetic field that is parallel to the z direction and has a uniform intensity can be formed in the vacuum space in which the electron group travels. Moreover, since the translucent
なお、本実施形態では撮像素子本体部の透光性基板の一部として透光性永久磁石551を用いても良く、Spindt型電子放出源マトリックスアレイが形成される基板の一部として永久磁石561を用いてもよい。また、永久磁石561の代わりにSpindt型電子放出源マトリックスアレイを構成するカソード電極202またはゲート電極204のいずれかとして導電性の永久磁石を用いてもよい。更に、永久磁石561、カソード電極202、ゲート電極204の代わりに、絶縁層205として絶縁性の永久磁石を用いてもよい。
In this embodiment, a translucent
図8は、本発明の撮像素子を適用した撮像装置の概略構成図を示す。同図中、本撮像装置は、光学レンズ801を通過した光が、光電変換膜に垂直に入射し、かつ、焦点を結ぶように、本発明の撮像素子821を配置している。撮像素子821から出力された信号は信号増幅及び画像処理回路831に供給されて増幅及び画像処理される。駆動回路832は撮像素子821を動作させるために必要なパルス電圧等を生成して撮像素子821に供給する。同期回路833は同期信号を生成して、信号増幅及び画像処理回路831及び駆動回路832に供給する。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus to which the imaging element of the present invention is applied. In this figure, the imaging device has the
このように、本願発明では、光電変換膜と電子放出源に垂直な方向に強度が一様な磁界を形成することが可能となり、電子群の真空空間での広がりを抑制でき、電子群を光電変換膜上に収束して結像することができるため、高い解像度を得ることができる。 As described above, in the present invention, it is possible to form a magnetic field having a uniform intensity in a direction perpendicular to the photoelectric conversion film and the electron emission source, and it is possible to suppress the spread of the electron group in the vacuum space. Since the image can be converged on the conversion film, high resolution can be obtained.
また、電子群の真空空間での広がりの抑制に永久磁石による磁界を利用することで、電子放出源アレイ内に電子放出源を形成するための十分な面積を確保することができるとともに、電子群の集束効果を高めても電子放出源の電子放出特性に影響を及ぼすことなく十分な量の電子を取り出すことができるため、残像の低減とダイナミックレンジの拡大とが可能になる。更に、電子群の真空空間での広がりの抑制に永久磁石による磁界を利用しているため、消費電力の増加をもたらすことがない。 In addition, by using a magnetic field by a permanent magnet to suppress the spread of the electron group in the vacuum space, a sufficient area for forming the electron emission source in the electron emission source array can be secured, and the electron group Even if the focusing effect is increased, a sufficient amount of electrons can be taken out without affecting the electron emission characteristics of the electron emission source, so that the afterimage and the dynamic range can be reduced. Furthermore, since the magnetic field by the permanent magnet is used to suppress the spread of the electron group in the vacuum space, the power consumption is not increased.
なお、永久磁石511が請求項記載の第1の永久磁石に対応し、永久磁石521が第2の永久磁石に対応し、永久磁石541が第3の永久磁石に対応する。
The
101 透光性基板
102 透光性導電膜
103 光電変換膜
104,114 信号ピン
105 貫通孔
201 基板
202 カソード電極
203 電子源
204 ゲート電極
205 絶縁層
301,302 真空容器
401,402 真空空間
501,511,521,541,561 永久磁石
502,512,523,533,543,553,563 端面(N極)
503,513,522,532,542,552,562 端面(S極)
531,551 透光性永久磁石
601,611,621,631 磁力線
801 光学レンズ
821 撮像素子
831 信号増幅及び画像処理回路
832 駆動回路
833 同期回路
834 電源
DESCRIPTION OF
503,513,522,532,542,552,562 End face (S pole)
531,551 Translucent permanent magnet 601,611,621,631
Claims (4)
前記第1の透光性基板及び第2の基板間で前記第1の透光性基板及び第2の基板それぞれに直交する方向の磁界を形成する磁石を備え、
前記磁石は、前記第1の透光性基板を空洞内に収納する円筒型の第1の永久磁石と、
前記第2の基板の前記第1の透光性基板に対向する面とは逆側に前記第2の基板と対向し、前記第1の永久磁石からの磁力線が端面に垂直に入る円盤形の第2の永久磁石で構成され、
前記第2の永久磁石の直径は、前記撮像素子本体部の有効撮像領域の対角長より長く、かつ前記第1の永久磁石の内径より短く設定されていることを特徴とする撮像素子。 A first light-transmitting substrate and a second substrate facing each other; a light-transmitting conductive film and a photoelectric conversion film provided on a surface of the first light-transmitting substrate facing the second substrate; In the imaging device including the imaging device main body configured to have a plurality of electron emission sources provided on the surface of the second substrate facing the first light-transmissive substrate,
A magnet that forms a magnetic field in a direction perpendicular to each of the first light-transmitting substrate and the second substrate between the first light-transmitting substrate and the second substrate;
The magnet includes a cylindrical first permanent magnet that houses the first translucent substrate in a cavity;
A disk-shaped disk that faces the second substrate on the opposite side of the surface facing the first light-transmitting substrate of the second substrate, and the magnetic lines of force from the first permanent magnet are perpendicular to the end surface . Composed of a second permanent magnet,
The diameter of the said 2nd permanent magnet is set longer than the diagonal length of the effective imaging area of the said image pick-up element main-body part, and shorter than the internal diameter of a said 1st permanent magnet, The image pick-up element characterized by the above-mentioned.
前記第1の永久磁石の前記中心軸方向における前記第1の透光性基板側の端面をN極又はS極の一方とするとともに、他の端面をN極又はS極の他方とし、
前記第2の永久磁石の前記第2の基板と対向する端面を、前記第1の永久磁石の前記他の端面と同極にするとともに、反対側の端面を前記第1の永久磁石の前記第1の透光性基板側の前記端面と同極としたことを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The central axis of the first permanent magnet and the central axis of the second permanent magnet coincide with each other, and the central point of the effective imaging region of the imaging element body is located on the central axis.
The end surface on the first translucent substrate side in the central axis direction of the first permanent magnet is one of the N pole and the S pole, and the other end face is the other of the N pole and the S pole,
The end surface of the second permanent magnet facing the second substrate is made the same polarity as the other end surface of the first permanent magnet, and the opposite end surface is the first end of the first permanent magnet. The imaging element according to claim 1, wherein the imaging element has the same polarity as the end face on the side of the light-transmitting substrate.
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