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1. WO2011070628 - 撮像装置

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明 細 書

発明の名称 撮像装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

図面の簡単な説明

0025  

発明を実施するための形態

0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060  

符号の説明

0061  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 撮像装置

技術分野

[0001]
 本発明は、主として冷陰極の電子放出源を有する撮像装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 従来、撮像装置ではなく表示装置(画層表示装置)ではあるが、電子放出部(電子放出源)の両側に設けた電極に異なる電圧を印加し、電子ビームを偏向するものが知られている(特許文献1参照)。
 この表示装置は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置された複数の電子放出源と、各電子放出源から放出された電子ビームを偏向する偏向電極と、を備えている。偏向電極は、水平走査方向の各電子放出源列を挟むように配置された一対の櫛歯状電極を、複数組有している。
 すなわち、この表示装置では、水平走査方向の電子放出源列毎に、第1の櫛歯状電極および第2の櫛歯状電極が配設されており、この第1の櫛歯状電極および第2の櫛歯状電極に異なる電圧を印加し、これにより生ずる電位差により電子ビームを微小に偏向し、各画素に対するビームスポットの位置ズレを補正している。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開平11-144652号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、このような表示装置(撮像装置)では、電子放出源列毎に第1の櫛歯状電極および第2の櫛歯状電極を配置する必要があり、垂直走査方向に隣接する電子放出源列間においては、第1の櫛歯状電極および第2の櫛歯状電極が接近し並んだ状態で配置される。このため、櫛歯状電極の配置スペースを大きくなり、電子放出源の開口率が低下し、画素の高密度化が阻害される問題があった。
[0005]
 本発明は、開口率の低下を抑制しつつ電子ビームを適切に偏向することができる撮像装置を提供することを課題としている。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明の撮像装置は、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源と、水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第1帯状電極および複数の第2帯状電極を有し、各画素列単位で電子ビームを垂直走査方向に偏向する第1偏向電極および第2偏向電極と、少なくとも第1偏向電極と第2偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、第1偏向電極および第2偏向電極にそれぞれ偏向のための電圧を可変可能に印加する垂直偏向電源部と、を備えたことを特徴とする。
[0007]
 この構成によれば、第1帯状電極および第2帯状電極が水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置されているため、垂直偏向電源部により第1偏向電極および第2偏向電極に正逆の電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを画素列(電子放出源列)単位で垂直走査方向に正逆自在に偏向することができる。また、第1帯状電極および第2帯状電極を、各画素列を挟んで交互に配置することで、垂直走査方向に隣接する画素列間において、第1帯状電極および第2帯状電極の両者を配置する必要がない。すなわち、電子ビームの自在な偏向において、第1帯状電極(第1偏向電極)および第2帯状電極(第2偏向電極)を相互に兼用することができる。したがって、電子放出源(画素)の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。また同時に、電子ビームの集束も行うことができる。
[0008]
 この場合、第1偏向電極は、複数の第1帯状電極と、複数の第1帯状電極を一方の端部で接続する第1接続電極とを有し、第2偏向電極は、複数の第2帯状電極と、複数の第2帯状電極を一方の端部で接続する第2接続電極とを有し、第1偏向電極と第2偏向電極とは、水平走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。
[0009]
 この構成によれば、複数の第1帯状電極と複数の第2帯状電極とをそれぞれ櫛歯状に有する、第1偏向電極と第2偏向電極とを対向配置しているため、第1偏向電極と第2偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。
[0010]
 この場合、垂直偏向電源部は、電源と、電位が、第1偏向電極>第2偏向電極、第1偏向電極=第2偏向電極および第1偏向電極<第2偏向電極となるように、電源の電圧を可変して第1偏向電極および第2偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることが、好ましい。
[0011]
 この構成によれば、電位が第1偏向電極>第2偏向電極になるように電圧を印加することにより、電子ビームを第1偏向電極側に偏向させ、電位を第1偏向電極=第2偏向電極とすることにより、電子ビームを直進させ、さらに電位を第1偏向電極<第2偏向電極とすることにより、電子ビームを第2偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第1偏向電極および第2偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを垂直走査方向の3箇所に形成することができる。これにより、各画素を垂直走査方向に分割された3つの画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。
[0012]
 この場合、垂直偏向電源部は、電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部を、更に有し、電源制御部は、角度補正部の補正値に対応して、第1偏向電極および第2偏向電極の少なくとも一方に印加する電圧を補正することが、好ましい。
[0013]
 この構成によれば、電子ビームの偏向角度を補正することができ、ビームスポットの位置補正も行うことができる。特に、カラーフィルター等を設ける場合、電子放出源に対するカラーフィルターの位置ズレに対して有効に機能する。
[0014]
 この場合、複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、電源制御部は、走査回路部によるプログレッシブ走査のブランキング時間に、電源の電圧を可変することが、好ましい。
[0015]
 また、複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、電源制御部は、走査回路部によるインターレス走査のブランキング時間に、電源の電圧を可変することが、好ましい。
[0016]
 これらの構成によれば、プログレッシブ走査のブランキング時間(あるいは、インターレス走査のブランキング時間)に、第1偏向電極および第2偏向電極に印加する電圧を可変するため、偏向動作が走査に影響を及ぼすことがない。
[0017]
 この場合、垂直走査方向の各画素列を挟んで水平走査方向に交互に配置された複数の第3帯状電極および複数の第4帯状電極を有し、各画素列単位で電子ビームを水平走査方向に偏向する第3偏向電極および第4偏向電極と、少なくとも第3偏向電極と第4偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、第3偏向電極および第4偏向電極にそれぞれ偏向ための電圧を可変可能に印加する水平偏向電源部と、をさらに備えることが、好ましい。
[0018]
 この構成によれば、電子放出部から放射された電子ビームを、水平方向にも偏向することができる。すなわち、電子ビームを垂直走査方向および水平走査方向のいずれにも自在に偏向することができる。
[0019]
 第3偏向電極は、複数の第3帯状電極と、複数の第3帯状電極を一方の端部で接続する第3接続電極とを有し、第4偏向電極は、複数の第4帯状電極と、複数の第4帯状電極を一方の端部で接続する第4接続電極とを有し、第3偏向電極と第4偏向電極とは、垂直走査方向において対向するように配置されていることが、好ましい。
[0020]
 この構成によれば、第3偏向電極と第4偏向電極とを対向配置しているため、第3偏向電極と第4偏向電極とをスペース効率良く配置することができ、装置を小型化することができる。
[0021]
 この場合、水平偏向電源部は、電源と、電位が、第3偏向電極>第4偏向電極、第3偏向電極=第4偏向電極および第3偏向電極<第4偏向電極となるように、電源の電圧を可変して第3偏向電極および第4偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることが、好ましい。
[0022]
 この構成によれば、電位が第3偏向電極>第4偏向電極となるように電圧を印加することにより、電子ビームを第3偏向電極側に偏向させ、電位を第3偏向電極=第4偏向電極とすることにより、電子ビームを偏向させず、電位を第3偏向電極<第4偏向電極とすることにより、電子ビームを第4偏向電極側に偏向させることができる。すなわち、第3偏向電極および第4偏向電極に印加する電圧を可変することにより、電子ビームのビームスポットを水平走査方向の3箇所に形成することができる。これにより、各画素において、水平走査方向に3つに分割された画素として機能させることができ、電子放出源を増やすことなく、解像度を高めることができる。もっとも、上記の構成を加味すれば、各画素を少なくとも9つに分割された画素として機能させることができる。
[0023]
 この場合、各電子放出源が、複数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した電子放出素子アレイで構成されていることが、好ましい。
[0024]
 この構成によれば、画素密度が高い撮像装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0025]
[図1] 撮像装置を模式的に示した断面図である。
[図2] 電子放出源の平面図である。
[図3] 電子放出孔廻りを模式的に示した断面図である。
[図4] (a)はプログレッシブ走査の模式図であり、(b)はインターレス走査の模式図である。
[図5] 垂直偏向電源部の回路図である。
[図6] カラーフィルターを配設した場合における(a)はプログレッシブ走査の模式図であり、(b)はインターレス走査の模式図である。
[図7] プログレッシブ走査において印加する電圧のフローチャートである。
[図8] インターレス走査において印加する電圧のフローチャートである。
[図9] 第2実施形態に係る電子放出源の平面図である。

発明を実施するための形態

[0026]
 以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、冷陰極の電子放出源となる、いわゆる表面伝導型の電子放出素子の複数をマトリクス状に形成した電子放出素子アレイを、1の撮像素子として構成したものであり、1の電子放出素子アレイが1の画素として機能するようになっている。
[0027]
 図1および図2に示すように、撮像装置1は、電子を放出(電子ビームを放射)すると共に、放射した電子ビームを偏向する偏向電極24を有する電子放出部2と、電子放出部2に真空空間13を存して対向配置され、外部からの光を電気信号に変換する光電変換層4を有する光電変換部3と、を備えている。外部から光電変換部3に光が入射すると、光電変換層4に入射した光量に応じた電子・正孔対が生成される。この正孔が、光電変換層4に印加した強い電界により加速され、後述するHARP膜を構成する原子と衝突して新たな電子・正孔対を生成する。このようにしてアバランシェ増倍された正孔は、光電変換層4の真空空間13側に移行し表面に蓄積され、入射光像に対応した正孔パターンを形成する。一方、電子放出部2から放出された電子は、この正孔パターンと結合し、その際に生じた電流が映像信号として検出される。
[0028]
 光電変換部3は、石英やサファイア等からなる透明な上部基板11と、上部基板11の下面(裏面)に積層(成膜)した透明電極であるアノード電極層12と、アノード電極層12の下面(裏面)に積層(成膜)した光電変換層4と、を有している。上部基板11は、可視光に対して透明であるが、用途により紫外線や赤外線に対して透明であってもよい。光電変換層4は、例えばアモルファスセレンを主成分としたHARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)膜で構成されており、上記のアバランシェ増倍による高感度特性を有している。このように構成された光電変換部3は、図外のスペーサーおよびシールを介して電子放出部2と気密に接合され、電子放出部2との間に、電子の放出を促進する真空空間13を構成している。なお、カラーの撮像装置1を構成する場合には、上部基板11の上面(表面)にカラーフィルター14を形成する。もちろん、この場合には、R・G・Bの映像信号をそれぞれ検出する。
[0029]
 電子放出部2は、ガラスやシリコンで構成した下部基板21と、下部基板21上に積層された駆動回路層22と、駆動回路層22上に積層された複数の電子放出源23と、電子放出源23から放射した電子ビームを偏向する偏向電極24と、を備えている。各電子放出源23は、1の撮像素子、すなわち1の画素を構成しており、複数の電子放出源23は、駆動回路層22上において、水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置されている。また、各電子放出源23は、複数の電子放出素子をマトリクス状に形成(配置)した電子放出素子アレイで構成されている。このように各電子放出素子アレイ(各電子放出源23)は、1の画素を構成しているため、偏向電極24は、電子放出アレイ単位で電子ビームを偏向する。また、駆動回路層22に作り込んだ駆動回路は、電子放出アレイ単位で点順次駆動する。
[0030]
 駆動回路層22は、シリコンを材料とする基板に、各電子放出源23(電子放出素子アレイ)を駆動するMOSトランジスタアレイ(スイッチ)、およびMOSトランジスタアレイを制御する走査回路32から成る駆動回路を作り込んで構成されている。また、走査回路32は、マトリクス状に形成された複数の電子放出源23を水平走査方向に走査する水平走査回路(水平走査回路部)33と、垂直走査方向に走査する垂直走査回路(垂直走査回路部)34と、を有している。そして、複数の電子放出源23は、図外の制御回路から適宜信号を送ることで、駆動回路により点順次駆動されて、後述するプログレッシブ走査およびインターレス走査が実施される。
[0031]
 図3に示すように、電子放出源23は、カソード電極層41と、カソード電極層41上に積層され、アモルファスシリコンで構成された電子放出層42と、電子放出層42上に積層された絶縁膜層43と、絶縁膜層43上に積層されたゲート電極層44と、電子放出層42およびゲート電極層44を貫通し、底部に電子放出層42を露出させた(エミッションサイト47)複数の電子放出孔45と、ゲート電極層44の表面および各電子放出孔45の内周面に成膜された炭素層46と、から構成されている。ゲート電極層44に所定の電圧を印加すると、電界が生じ、各エミッションサイト47から電子が放出される。すなわち、各電子放出孔45周りに1の電子放出素子が構成されている。このように、1つの画素を構成する1つの電子放出源23には、複数の電子放出孔45(電子放出素子)が形成されており、複数の電子放出孔45から放射される電子ビームの束を偏向電極24により偏向するようになっている。
[0032]
 図1および図2に示すように、偏向電極24は、電子放出源23上に下側絶縁体層51を介して積層されている。また、偏向電極24は、放射された電子ビームを垂直走査方向に偏向する第1偏向電極52および第2偏向電極53から成っている。また、第1偏向電極52および第2偏向電極53は、水平走査方向に対向するように配設されている。第1偏向電極52は、水平走査方向に延在する複数の第1帯状電極54と、複数の第1帯状電極54の一方の端部に接続され、垂直走査方向に延在する第1連結電極55と、により櫛状に形成されている。同様に、第2偏向電極53は、水平走査方向に延在する複数の第2帯状電極56と、複数の第2帯状電極56の一方の端部に接続され、垂直走査方向に延在する第2連結電極57と、により櫛状に形成されている。そして、第1偏向電極52および第2偏向電極53は、共に垂直偏向電源部58に接続されており、可変した電圧がそれぞれ印加されるようになっている。
[0033]
 図2に示すように、複数(図示のものは3本)の第1帯状電極54および複数(図示のものは3本)の第2帯状電極56は、水平走査方向の画素列である各電子放出源列59を挟むようにして交互に配設されている。具体的に垂直走査方向における第1行目の電子放出源列59には、上側に第1帯状電極54が臨んでおり、下側に第2帯状電極56が臨んでいる。よって、第1行目の電子放出源列59は、この第1・第2帯状電極54,56により各電子ビームが同時に偏向される。同様に、第2行目の電子放出源列59には、上側に上記の第2帯状電極56が臨んでおり、下側に第1帯状電極54が臨んでいる。よって、第2行目の電子放出源列59は、この第1・第2帯状電極54,56によりそれぞれの電子ビームが同時に偏向される。そして、第3行目の電子放出源列59は第1行目の電子放出源列59と同様に、第4行目の電子放出源列59は第2行目の電子放出源列59と同様に、第5行目の電子放出源列59は、第1行目の電子放出源列59と同様に、配置されている。
[0034]
 すなわち、最上位の第1帯状電極54と最下位の第2帯状電極56を除く第1帯状電極54および第2帯状電極56は、垂直走査方向において交互に配置され、隣接した電子放出源列59で共用(兼用)されている。これにより、第1帯状電極54および第2帯状電極56の占有面積を小さくすることができ、その分、電子放出源23(画素)の開口率の低下を抑制している。なお、複数の第1帯状電極54および複数の第2帯状電極56を垂直走査方向において、逆になるように配置してもよい。
[0035]
 ところで、図4に示すように、撮像装置1における走査方法として、各電子放出源列59を順次走査するプログレッシブ走査(図4(a)参照)と、各電子放出源列59を一列おきに走査するインターレス走査(図4(b)参照)と、が一般化されている。電子ビームは、高電圧が印加された電極側に偏向するため、上記の偏向電極24を用いてプログレッシブ走査を行うと、電子放出源列59毎に電子ビームの偏向方向(垂直走査方向)が異なってしまう。したがって、ビームスポットを電子放出源列59の右端から、一列下の電子放出源列59の左端に移動する水平ブランキング時間に、第1帯状電極54(第1偏向電極52)および第2帯状電極56(第2偏向電極53)に印加する電圧を切り替える必要がある。同様に、インターレス走査においては、ビームスポットを最下行の電子放出源列59から、第2段目の電子放出源列59に移動する垂直ブランキング時間に、第1帯状電極54(第1偏向電極52)および第2帯状電極56(第2偏向電極53)に印加する電圧を切り替える必要がある。そこで、本実施形態では、第1偏向電極52および第2偏向電極53に電圧を印加する垂直偏向電源部58により、印加する電圧を可変制御するようにしている。
[0036]
 図5に示すように、垂直偏向電源部58は、主電源(電源)61と、垂直電源制御部(電源可変回路)60で構成されている。同図に示すように、上記の第1偏向電極52に接続されている第1電源62は、第1トランジスター63のエミッターに接続され、第2偏向電極53に接続されている第2電源64は、第2トランジスター65のエミッターに接続されている。また、第1トランジスター63のコレクターおよび第2トランジスター65のコレクターには、主電源61が接続されている。一方、第1トランジスター63のベースは、第3トランジスター66のコレクターに接続され、第2トランジスター65のベースは、第4トランジスター67のコレクターに接続されている。また、第3トランジスター66のエミッターおよび第4トランジスター67のエミッターは、定電流源68に共通に接続されている。さらに、第3トランジスター66のベースには、主電源61が抵抗によって分圧された一定電圧が印加されている。一方、第4トランジスター67のベースには、主電源61が抵抗によって分圧された一定電圧に、コンデンサー69を介して入力される電源可変信号が重畳して印加されている。
[0037]
 走査に同期して、この垂直電源制御部60に電源可変信号が入力すると、定電流源68の作用により、第3トランジスター66のコレクター・エミッター間および第4トランジスター67のコレクター・エミッター間に、電源可変信号に応じて異なる電流が流れる。すなわち、第1トランジスター63のベースおよび第2トランジスター65のベースに印加される電圧値が電源可変信号に応じて変化し、第1トランジスター63のコレクター・エミッター間および第2トランジスター65のコレクター・エミッター間に、それぞれ異なる値の電流が流れ、第1電源62および第2電源64に所望の電圧を得る。
[0038]
 例えば、第3トランジスター66のベースに印加されている一定電圧よりも高い電源可変信号が入力すれば、第1トランジスター63のベースに高い電圧が印加されて、第1電源62に所望の高い電圧が、第2トランジスター65のベースに低い電圧が印加されて第2電源64に所望の低い電圧が得られる。逆に、第3トランジスター66のベースに印加されている一定電圧よりも低い電源可変信号が入力すれば、第1電源62に所望の低い電圧が、第2電源64に所望の高い電圧が得られる。また、第3トランジスター66のベースに印加されている電圧と等しい電源可変信号が入力すれば、第1電源62と第2電源64とに等しい電圧が得られる。
[0039]
 電源可変信号には、電圧が、第1電源62>第2電源64、第1電源62=第2電源64、第1電源62<第2電源64となる3種類のパルス信号が含まれており、走査信号と同期して入力される。詳細は後述するが、これにより、走査に同期して適宜、第1偏向電極52>第2偏向電極53、第1偏向電極52=第2偏向電極53および第1偏向電極52<第2偏向電極53となるように、偏向電極24に電圧が印加される。
[0040]
 電源可変信号において、第1電源62>第2電源64と第1電源62<第2電源64とでは、逆位相のパルス信号となり、垂直走査方向において正逆異なるものの偏向の度合いは同一となる。したがって、光電変換部3に放射される電子ビームのビームスポットは、画素の中心位置と、垂直走査方向の正方向(上)に偏向距離Dの位置と、垂直走査方向の逆方向(下)に偏向距離Dの位置となる。
[0041]
 なお、製造上の誤差による電子放出源23の位置ズレや、電子放出源23に対するカラーフィルター14の垂直走査方向あるいはθ方向の位置ズレが生じている場合には、図示の仮想線で表した角度補正部70を介して、電源可変信号を入力し、電子ビームの偏向角度を補正することが好ましい。この場合、角度補正部70は、電子ビームが所定のビームスポットに照射されない場合に、予め求められた補正値に対応して、第1偏向電極52および第2偏向電極53に印加する電圧を微調整する。さらに、ゲート電極層44と偏向電極24との間に十分な電位差を設ければ、電子ビームを十分に集束させることも可能である。
[0042]
 ここで、偏向「無し」(第1偏向電極52=第2偏向電極53)のビームスポットと、偏向「有り」(第1偏向電極52>第2偏向電極53、あるいは第1偏向電極52<第2偏向電極53)のビームスポットと、の距離である偏向距離Dは、具体的に数1で表すことができる。
[0043]
[数1]


[0044]
 数1において、dは偏向電極24間の距離、eは電子の電荷、mは電子の質量、Lは偏向電極24表面からからビームスポットまでの距離、lは偏向電極24の厚さ、Vdは偏向電極24に印加する電圧(偏向電極24の電位差)、Voは加速電圧、Vaはアノード電圧である。すなわち、d、e、m、L、l、VaおよびVoは、一定であるため、電子ビームの偏向距離Dは、Vd(偏向電圧の電位差)を調節することで調整可能である。したがって、目標値となる偏向距離Dに対応する電源可変信号を垂直偏向電源部58に入力することとなる。
[0045]
 図6ないし図8を参照して、電子放出源23の点順次駆動(走査)と、電子ビームの偏向と、の関係について説明する。
 図6(a)および図7に示すように、上記のプログレッシブ走査においては、第1偏向電極52に高電圧(本実施形態では31.3V)が印加され、第2偏向電極53に低電圧(本実施形態では0V)が印加された状態で、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、水平ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に低電圧を、第2偏向電極53に高電圧を印加する。次に、第2行目の電子放出源列59に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の上部領域における映像信号が検出される。
[0046]
 次に、最下行から最上行にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52および第2偏向電極53に等しい電圧を印加する。そして、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、偏向することなく、電子放出源23の直上に向かって放射する。そして、右端まで走査したら、電源可変信号を切り替えることなく、第2行目の電子放出源列59の左端から右端に向かって走査する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の中間部領域における映像信号が検出される。
[0047]
 最後に、最下行から最上行にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に低電圧を印加して、第2偏向電極53に高電圧を印加する。そして、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、水平ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に高電圧を、第2偏向電極53に低電圧を印加する。次に、第2行目の電子放出源列59に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の下部領域における映像信号が検出される。
 このように、各画素に対し、上部領域、中間部領域、下部領域の3回の走査を行って、完全な撮像画像を取り込む。
[0048]
 また、図6(b)および図8に示すように、上記のインターレス走査においては、第1偏向電極52に高電圧(本実施形態では31.3V)が印加され、第2偏向電極53に低電圧(本実施形態では0V)が印加された状態で、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。そして、右端まで走査したら、一列飛ばして第3行目の電子放出源列59を左端から右端に向かって走査する。この際、電子ビームは、高電圧が印加されている電子放出源23の垂直走査方向上側の上部領域に向かって偏向する。最下行の走査が終了したら、最下行から第2行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に低電圧が印加され、第2偏向電極53に高電圧を印加する。この状態で、第2行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の上部領域における映像信号が検出される。
[0049]
 次に、最下行から第2行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52および第2偏向電極53に等しい電圧を印加して、この状態で、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、偏向することなく、電子放出源23の直上に向かって放射する。そして、右端まで走査したら、電源可変信号を切り替えることなく、第3行目の電子放出源列59の左端から右端に向かって走査する。最下行の走査が終了したら、最下行から第2行目にビームスポットを移動させた状態で、第2行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の中間部領域における映像信号が検出される。
[0050]
 最後に、最下行から第2行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に低電圧が印加され、第2偏向電極53に高電圧を印加する。この状態で、第1行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。この際、第1行目の電子放出源列59の各電子放出源23から放射される電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。次に、第3行目の電子放出源列59に移行して、その左端から右端に向かって走査すると、電子ビームは、高電圧の垂直走査方向下側の下部領域に向かって偏向する。最下行の走査が終了したら、最下行から第2行目にビームスポットを移動する垂直ブランキング時間に、電源可変信号を切り替える。すなわち、第1偏向電極52に高電圧が印加され、第2偏向電極53に低電圧を印加する。この状態で、第2行目の電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査する。これを最下行の電子放出源列59まで繰り返すことで、各画素の下部領域における映像信号が検出される。
 このように、各画素に対し、上部領域、中間部領域、下部領域の3回の走査を行って、完全な撮像画像を取り込む。
[0051]
 以上の構成によれば、第1帯状電極54および第2帯状電極56を水平走査方向の各電子放出源列59を挟んで垂直走査方向に交互に配置させ、第1偏向電極52および第2偏向電極53に対して、電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを垂直走査方向に偏向することができると共に、電子放出源23(画素)の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。また、この偏向により、各画素の上部領域、中間部領域および下部領域から映像を取り込むことができ、実質上、解像度を高めることができる。
[0052]
 なお、カラーフィルター14を設ける場合には、1の画素の上部領域、中間部領域および下部領域にR・G・Bのフィルターエレメントを対応させる。そして、上記の走査を行って、R・G・B各色の映像を取り込むようにする。これにより、撮像装置1の画素と、カラーフィルター14のフィルターエレメントと、を1対1で対応させる必要がなく、画素密度を高めることができる。
[0053]
 次に、図9を参照して、本発明の第2実施形態に係る撮像装置1について説明する。この撮像装置1における偏向電極24は、第1偏向電極52および第2偏向電極53に加え、放射された電子ビームを水平走査方向に偏向する第3偏向電極71および第4偏向電極72を備えている。第3偏向電極71および第4偏向電極72は、第1偏向電極52および第2偏向電極53上に上側絶縁体層73を介して積層されている。また、平面内における第3偏向電極71および第4偏向電極72は、水平走査方向に対向して配置されている。
[0054]
 第3偏向電極71は、垂直走査方向に延在する複数の第3帯状電極74と、複数の第3帯状電極74における一方の端部に接続され、水平走査方向に延在する第3連結電極75と、により櫛状に形成されている。第4偏向電極72は、第3偏向電極71と同様に、複数の第4帯状電極76と、第4連結電極77と、により櫛状に形成されている。また、第3偏向電極71および第4偏向電極72は、共に水平偏向電源部78に接続されている。
[0055]
 複数(図示のものは3本)の第3帯状電極74および複数(図示のものは3本)の第4帯状電極76は、垂直走査方向の画素列である各電子放出源列59を挟むようにして交互に配設されている。すなわち、複数の第3帯状電極74および複数の第4帯状電極76は、水平走査方向において交互に配置され、最左位の第3帯状電極74と最右位の第4帯状電極76を除く第3帯状電極74および第4帯状電極76は、隣接した電子放出源列59で共用(兼用)されている。これにより、第3帯状電極74および第4帯状電極76の占有面積を小さくすることができ、その分、電子放出源23(画素)の開口率の低下を抑制している。
[0056]
 水平偏向電源部78は、主電源61と、主電源61の電圧を可変して第3偏向電極71および第4偏向電極72に印加する水平電源制御部79と、電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部70と、を有している。なお、水平電源制御部79は、上記の垂直電源制御部60の構成と同様であるため、その説明を省略する。
[0057]
 第2実施形態の撮像装置1におけるプログレッシブ走査では、第1実施形態によける走査方法において、各行の走査(電子放出源列59を左端から右端へ向かって走査)の際に、水平電源制御部79により、第3偏向電極71>第4偏向電極72、第3偏向電極71=第4偏向電極72および第3偏向電極71<第4偏向電極72となるように印加電圧を可変されながら(この場合には、1画素単位で電圧切替えとなる。)、同一の電子放出源列59につき3回の走査を行う。すなわち、各画素の上部領域、中間部領域、下部領域の3回の走査において、さらに左部領域、中間部領域、右部領域の3回の走査が行われる。
[0058]
 また、インターレス走査においても同様に、各画素の上部領域、中間部領域、下部領域の3回の走査において、さらに左部領域、中間部領域、右部領域の3回の走査が行われる。
 すなわち、第2実施形態の撮像装置1では、各画素についてマトリクス状に9箇所にビームスポットが照射され、各画素につき9箇所の映像信号が検出される。したがって、実質上、画素密度を極端に高める得ることとなる。
[0059]
 このように、第2実施形態の構成によれば、第3帯状電極74および第4帯状電極76を垂直走査方向の各電子放出源列59を挟んで水平走査方向に交互に配置させ、第3偏向電極71および第4偏向電極72に対して、電位差を生ずるように電圧を印加することで、電子ビームを水平走査方向に偏向もすることができると共に、電子放出源23(画素)の開口率を低下させることなく、電子ビームの自在な偏向を行うことができる。
[0060]
 なお、電子放出源23として、表面伝導型のものを示したが、BSD(Ballistic electron Surface emitting Device)型、MIM(Metal Insulator Metal device)型、Spindt(Spindt type field emitter)型のいずれであってもよい。

符号の説明

[0061]
 1…撮像装置 23…電子放出源 33…水平走査回路 34…垂直走査回路 52…第1偏向電極 53…第2偏向電極 54…第1帯状電極 55…第1連結電極 56…第2帯状電極 57…第2連結電極 58…垂直偏向電源部 60…垂直電源制御部 62…第1電源 64…第2電源 70…角度補正部 71…第3偏向電極 72…第4偏向電極 74…第3帯状電極 75…第3連結電極 76…第4帯状電極 77…第4連結電極 78…水平偏向電源部 79…水平電源制御部

請求の範囲

[請求項1]
 水平走査方向および垂直走査方向にマトリクス状に配置され、それぞれが画素を構成すると共に電子ビームを放射する複数の電子放出源と、
 水平走査方向の各画素列を挟んで垂直走査方向に交互に配置された複数の第1帯状電極および複数の第2帯状電極を有し、前記各画素列単位で前記電子ビームを垂直走査方向に偏向する第1偏向電極および第2偏向電極と、
 少なくとも前記第1偏向電極と前記第2偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、前記第1偏向電極および前記第2偏向電極にそれぞれ前記偏向のための電圧を可変可能に印加する垂直偏向電源部と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
[請求項2]
 前記第1偏向電極は、前記複数の第1帯状電極と、前記複数の第1帯状電極を一方の端部で接続する第1接続電極とを有し、
 前記第2偏向電極は、前記複数の第2帯状電極と、前記複数の第2帯状電極を一方の端部で接続する第2接続電極とを有し、
 前記第1偏向電極と前記第2偏向電極とは、水平走査方向において対向するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
[請求項3]
 前記垂直偏向電源部は、
 電源と、
 電位が、前記第1偏向電極>前記第2偏向電極、前記第1偏向電極=前記第2偏向電極および前記第1偏向電極<前記第2偏向電極となるように、前記電源の電圧を可変して前記第1偏向電極および前記第2偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
[請求項4]
 前記垂直偏向電源部は、前記電子ビームの偏向角度を補正する角度補正部を、更に有し、
 前記電源制御部は、前記角度補正部の補正値に対応して、前記第1偏向電極および前記第2偏向電極の少なくとも一方に印加する電圧を補正することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
[請求項5]
 前記複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、
 前記電源制御部は、前記走査回路部によるプログレッシブ走査のブランキング時間に、前記電源の電圧を可変することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
[請求項6]
 前記複数の電子放出源を順次駆動する走査回路部を、更に備え、
 前記電源制御部は、前記走査回路部によるインターレス走査のブランキング時間に、前記電源の電圧を可変することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
[請求項7]
 垂直走査方向の各画素列を挟んで水平走査方向に交互に配置された複数の第3帯状電極および複数の第4帯状電極を有し、前記各画素列単位で前記電子ビームを水平走査方向に偏向する第3偏向電極および第4偏向電極と、
 少なくとも前記第3偏向電極と前記第4偏向電極の間に正逆の電位差が生ずるように、前記第3偏向電極および前記第4偏向電極にそれぞれ前記偏向ための電圧を可変可能に印加する水平偏向電源部と、をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
[請求項8]
 前記第3偏向電極は、前記複数の第3帯状電極と、前記複数の第3帯状電極を一方の端部で接続する第3接続電極とを有し、
 前記第4偏向電極は、前記複数の第4帯状電極と、前記複数の第4帯状電極を一方の端部で接続する第4接続電極とを有し、
 前記第3偏向電極と前記第4偏向電極とは、垂直走査方向において対向するように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
[請求項9]
 前記水平偏向電源部は、
 電源と、
 電位が、前記第3偏向電極>前記第4偏向電極、前記第3偏向電極=前記第4偏向電極および前記第3偏向電極<前記第4偏向電極となるように、前記電源の電圧を可変して前記第3偏向電極および前記第4偏向電極に印加する電源制御部と、を有していることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
[請求項10]
 前記各電子放出源が、複数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配置した電子放出素子アレイで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]