撮像デバイス
【課題】
光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴わず、大幅に感度を向上させるとともに、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供する。
【解決手段】
光入射側に配設される第１透光性電極と、第１透光性電極に積層され、第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、第１光電変換部に積層され、第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、第２透光性電極に積層され、第１電界発光薄膜部で発光され第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部とを含み、第１光電変換部又は第２光電変換部は光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う。
光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴わず、大幅に感度を向上させるとともに、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供する。
【解決手段】
光入射側に配設される第１透光性電極と、第１透光性電極に積層され、第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、第１光電変換部に積層され、第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、第２透光性電極に積層され、第１電界発光薄膜部で発光され第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部とを含み、第１光電変換部又は第２光電変換部は光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を信号電荷に変換するための光電変換部に高電界を印加した際に生じるアバランシェ増倍現象を利用した高感度な撮像デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非晶質セレン（ａ−Ｓｅ）を主体とする光導電膜に高電界を印加すると、内部でアバランシェ増倍現象が生じることが知られており、この現象を利用した高感度撮像管や高感度固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
このようなアバランシェ増倍現象を利用した撮像デバイスは、個々の使用目的に応じて効果を上げているが、より高品位な画像を得るために、さらなる高感度化、高Ｓ／Ｎ化を図ることが求められている。
【０００４】
これまで高感度化を図る手段としては、光導電膜を厚くして電荷（正孔）の走行距離を長くすることにより、光導電膜内の原子と電荷の衝突によるイオン化の回数を増やしてアバランシェ増倍率を向上させる手段が知られている。例えば、約３５００Ｖのバイアス電圧を印加した厚さ３５μｍの非晶質セレンを主体とする光導電膜において１０００倍のアバランシェ増倍率が得られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、さらに高Ｓ／Ｎ化を図る手段としては、可視光波長領域のほぼ全域に亘り１００％近い光電変換効率を有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）製の薄膜を、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側に接合することにより、長波長光に対する光電変換効率を改善する手段が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１７４４８０号公報
【特許文献２】特開平７−１９２６６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２００４年映像情報メディア学会年次大会、１２−３
【非特許文献２】２００２年映像情報メディア学会年次大会、１４−２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、さらにアバランシェ増倍率を高めて高感度化を図るために光導電膜を厚くすると、膜内に捕獲される電荷（電子）の総数が増加するため、特に光導電膜の光入射側近傍の電界が、外部からの電荷の注入を阻止する機能を超えるほどに高まり、光導電膜に欠陥が生じやすくなるという問題があった。
【０００９】
また、光導電膜を厚くすると、光導電膜に印加する電圧も高くなるため、撮像管では高耐圧なカップリングコンデンサが必要となり、浮遊容量が増加して、信号のＳ／Ｎが劣化するという問題や、厚膜化による膜の静電容量の減少に伴って、膜の走査側表面に蓄積される信号電荷による表面電位の変化が大きくなるため、走査電子ビームのベンディングに起因する画像歪が生じ易くなる等の問題があった。
【００１０】
さらに、アバランシェ増倍現象を利用した固体撮像素子では、高輝度光が入射した場合や光導電膜に欠陥が生じた場合に、光導電膜に印加するバイアス電圧がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor; 相補型金属酸化膜半導体）素子に直接印加されるため、何らかの耐電圧保護手段を付加しなければならないという問題があった。
【００１１】
一方、さらに高Ｓ／Ｎ化を図るために、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側にセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）製の薄膜を、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側に接合した場合には、両方の膜に印加する電界を独立的に制御することが難しく、セレン化カドミウム製薄膜内での高い光電変換効率と非晶質セレン膜内での安定したアバランシェ増倍との両立が困難になるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の第１の目的は、光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を向上させた高品質のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供することである。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できる新構造のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一局面の撮像デバイスは、光入射側に配設される第１透光性電極と、前記第１透光性電極に積層され、前記第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部に積層され、前記第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、前記第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、前記第２透光性電極に積層され、前記第１電界発光薄膜部で発光され前記第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部とを含み、且つ前記第１光電変換部又は前記第２光電変換部の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う。
【００１５】
また、前記第１光電変換部及び前記第２透光性電極の面積が、前記第１電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第１電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されてもよい。
【００１６】
また、前記第２光電変換部に積層され、前記第２光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第２電界発光薄膜部と、前記第２電界発光薄膜部に積層される第３透光性電極と、前記第３透光性電極に積層され、前記第２電界発光薄膜部で発光され前記第３透光性電極を透過した光を光電変換する第３光電変換部とをさらに含み、且つ前記第３光電変換部が、該第３光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行い、前記信号読み出し部は、前記第３光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出してもよい。
【００１７】
また、前記第２光電変換部及び前記第３透光性電極の面積が、前記第２電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されてもよい。
【００１８】
また、前記第３光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成されてもよい。
【００１９】
また、前記第２光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成されてもよい。
【００２０】
また、前記第２透光性電極は、オプティカルファイバープレートの一方の面に形成される一の第２透光性電極と、前記オプティカルファイバープレートの他方の面に形成される他の第２透光性電極とで構成されており、前記第２光電変換部は、前記他の第２透光性電極に積層されてもよい。
【００２１】
また、前記信号読み出し部は、シリコンウェハの片面に整列配備されたＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型又はＴＦＴ型スイッチング素子アレイで構成されてもよい。
【００２２】
本発明によれば、光電変換部内での電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの電界を、すべての光電変換部ないしは第１光電変換部以外の光電変換部に印加することにより、従来技術の課題であった光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を高めた高品質のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できるほか、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍が両立するアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る撮像デバイスの概念を示す図である。
【図２】実施の形態１の撮像デバイス４０の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態２の撮像デバイス５０のターゲット部とＣＭＯＳ素子アレイの構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の撮像デバイス６０の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態４の撮像デバイス７０の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２５】
図１は、本発明に係る撮像デバイスの概念を示す図であり、光の入射面から順に、第１透光性電極１、第１光電変換部２、電界発光薄膜部３、第２透光性電極４、第２光電変換部５の順序で積層された積層構造を有するターゲット部９と、信号読み出し部６から構成される。
【００２６】
第１光電変換部２は、第１透光性電極１に積層され、第１透光性電極１を介して入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【００２７】
電界発光薄膜部３は、第１光電変換部２に積層され、第１光電変換部２で生成された電荷（図１では正孔）が注入されるとともに、第２透光性電極４を介して、第１光電変換部２から注入された電荷と反対の極性を有する電荷（図１では電子）が注入され、両者が再結合した際に発光する。
【００２８】
第２光電変換部５は、電界発光薄膜部３の中で発光した光を、電界発光薄膜部３に積層された第２透光性電極４を介して吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【００２９】
信号読み出し部６は、第２光電変換部５で生成された信号電荷を２次元の画像信号として読み出す。
【００３０】
なお、第１光電変換部２ないしは第２光電変換部５の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行ってもよい。
【００３１】
［実施の形態１］
図２は、実施の形態１の撮像デバイスの構成を示す図であり、（Ａ）は撮像デバイスのガラス管の中心軸を含む断面を示し、（Ｂ）は撮像デバイスのガラス管の径方向の断面を示す。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、実施の形態１の撮像デバイス４０は、撮像管である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０は、透光性基板１０、金属ピン１１、インジウムリング１２、ターゲット部２０、電子ビーム源３１、及びガラス管３２を含む。
【００３３】
透光性基板１０は、光を透過する基板であり、例えば、ガラス基板を用いてもよいし、その他、透明な樹脂等の光を透過する種々の材料を用いてもよい。
【００３４】
金属ピン１１は、透光性基板１０を貫通して設けられており、一端が透光性電極２１と電気的に接続され、他端は電源３４に接続されている。金属ピン１１は、電源３４が出力するバイアス電圧を光導電膜２２に印加するために設けられている。
【００３５】
なお、図２（Ｂ）に示すように、金属ピン１１は、平面視で、光導電膜２５の走査領域２５Ｃから外れた位置に配設されている。
【００３６】
インジウムリング１２は、透光性基板１０とガラス管３２の間をシールするとともに、電源３５に接続されている。
【００３７】
ターゲット部２０は、光が入射される入射面２１Ａ側から順に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５の順序で積層された積層構造を有する。なお、ターゲット部２０は、図１に示す状態とは天地を逆にした状態で、透光性基板１０の上に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５を順番に積層することによって作製することができる。
【００３８】
透光性電極２１は、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂに形成される第１透光性電極の一例である。透光性電極２１は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）製の薄膜電極であればよい。
【００３９】
光導電膜２２は、透光性電極２１に積層される第１光電変換部の一例である。光導電膜２２には、透光性電極２１及び金属ピン１１を介して電源３４が接続されている。
【００４０】
光導電膜２２は、入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源３４から印加されるバイアス電圧により、アバランシェ増倍現象による電荷の増倍を行う。光導電膜２２は、アバランシェ増倍現象を実現できるのであれば、種々の材料から構成されてもよい。例えば、光導電膜２２は、非晶質セレンで構成することができ、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。
【００４１】
光導電膜２２として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜の内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【００４２】
電界発光薄膜２３は、光導電膜２２に積層され、正孔と電子の再結合によって発光する電界発光薄膜の一例である。電界発光薄膜２３には、光導電膜２２で増倍された電荷（正孔）が注入されるとともに、透光性電極２４を介して電荷（電子）が注入され、電荷（正孔）と電荷（電子）が再結合した際に発光する。
【００４３】
電界発光薄膜２３を構成する材料は、電界印加時に光導電膜２２から正孔を、また透光性電極２４から電子を注入することができる注入機能や、注入された電荷（電子ないしは正孔の少なくとも一方）を電界により移動させる輸送機能、電子と正孔の再結合の場を提供してこれを発光につなげる発光機能等を有するものであればよい。また電界発光薄膜の材料構成は、電界印加時に透光性電極２４から電界発光薄膜に注入された電荷（電子）が光導電膜２２に流入し難いことが好ましい。
【００４４】
電界発光薄膜２３は、具体的には、例えば、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の系の蛍光増白剤や、金属キレート化オキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物、ジスチリルピラジン誘導体、ポリフェニル系化合物、１２−フタロペリノン、１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン、１，１，４，４−テトラフェニル−１，３−ブタジエン、ナフタルイミド誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン系化合物、芳香族ジメチリディン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体等の有機材料で構成することができる。
【００４５】
透光性電極２４は、電界発光薄膜２３に積層される第２透光性電極の一例であり、インジウムリング１２を介して、電源３５及び信号読み出し装置３６に接続される。透光性電極２４は、光導電膜２２と電界発光薄膜２３の側壁を覆い、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂまで形成されている。透光性電極２４は、例えば、酸化インジウムスズから構成される。
【００４６】
なお、電界発光薄膜２３は、光導電膜２２と透光性電極２４によって外気と触れないように密封されている。
【００４７】
また、光導電膜２２と透光性電極２４の平面視での面積は、電界発光薄膜２３の平面視での面積より大きく、透光性電極２４の平面視での面積は、光導電膜２２の平面視での面積より大きい。
【００４８】
この場合に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５の平面視での円形の中心は、略一致しているものとする。
【００４９】
光導電膜２５は、透光性電極２４に積層される第２光電変換部の一例である。光導電膜２５には、透光性電極２４及びインジウムリング１２を介して電源３５が接続されている。
【００５０】
光導電膜２５は、電界発光薄膜２３の中で発光した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源３５から印加されるバイアス電圧により、アバランシェ増倍現象により電荷の増倍を行う。光導電膜２５は、光導電膜２２と同様に、アバランシェ増倍現象を実現できれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２５は、非晶質セレンで構成することができ、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２５として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜２５の膜厚に応じて、光導電膜の内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧を電源３５から印加すればよい。
【００５１】
電子ビーム源３１は、ガラス管３２内に配置される電子放出源の一例であり、陰極材料をヒータで加熱して電子雲を励起する装置である。電子雲として励起された電子は、電子ビーム３０として出射される。
【００５２】
ガラス管３２は、ガラス製の管状部材であり、インジウムリング１２によって透光性基板１０とシールされることにより、内部空間は真空に保持される。このガラス管３２の内部には、電子ビーム源３１が配置される。なお、ガラス管３２の外側には、図示しない偏向コイル及び集束コイルが配置され、電子ビーム３０を偏向・集束させる。
【００５３】
電源３４は、光導電膜２２にバイアス電圧を印加する第１電源の一例である。電源３４の正極性端子は、金属ピン１１を介して透光性電極２１に接続されている。また、電源３４の負極性端子はインジウムリング１２に接続されている。このため、電源３４、金属ピン１１、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及びインジウムリング１２によって閉回路が形成される。
【００５４】
電源３５は、光導電膜２５にバイアス電圧を印加する第２電源の一例である。電源３５の正極性端子は、インジウムリング１２を介して透光性電極２４に接続されている。また、電源３５の負極性端子は電子ビーム源３１に接続されている。このため、電源３５、インジウムリング１２、透光性電極２４、光導電膜２５、走査用の電子ビーム３０、及び電子ビーム源３１によって閉回路が形成される。
【００５５】
信号読み出し装置３６は、光導電膜２５内で発生した電荷を撮像信号として読み出すための装置である。
【００５６】
次に、実施の形態１の撮像デバイスの動作について、一例として、光導電膜２２、及び光導電膜２５に非晶質セレンを用いた場合を取り上げて、以下に説明する。
【００５７】
透光性電極２１を透過した入射光は、光導電膜２２に吸収されて光電変換により電子−正孔対を生成する。透光性電極２１には電源３４の正極性端子が接続されているので、生成された電子−正孔対のうちの正孔は、電界に沿って電界発光薄膜２３の方向に移動する。
【００５８】
この際、光導電膜２２に内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源３４から印加されているので、電界発光薄膜２３の方向へ移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、増倍された正孔が電界発光薄膜２３へ注入される。
【００５９】
光導電膜２２から電界発光薄膜２３へ注入された正孔は、透光性電極２４から電界発光薄膜２３に注入される電子と再結合して、電界発光薄膜２３内で光に変換される。この際、電界発光薄膜２３内へ電子が十分に注入される構造となっていれば、電界発光薄膜２３の中で発光する光の強度は光導電膜２２から注入される正孔の数に比例する。
【００６０】
光導電膜２５のビーム走査面２５Ａの電位は、走査終了直後は電子ビーム源３１と同じ電位となり、光導電膜２５には電源３５で設定された電圧と同じバイアス電圧が印加される。
【００６１】
その後、光導電膜２２から注入された正孔により電界発光薄膜２３の中で発光した光が光導電膜２５に入射すると、吸収された光で光導電膜２５内に電子−正孔対が生成される。
【００６２】
透光性電極２４には電源３５の正極性端子が接続されているので、光導電膜２５内で生成された電子−正孔対のうち正孔は、電源３５による電界に沿って光導電膜２５のビーム走査面２５Ａまで移動する。
【００６３】
この際、光導電膜２５に内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源３５から印加されているので、ビーム走査面２５Ａに移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、その正孔が光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに到達すると、ビーム走査面２５Ａの電位は正方向に変化する。
【００６４】
正方向に上昇したビーム走査面２５Ａの電位は、次の電子ビーム走査によって再び電子ビーム源３１と同じ電位に戻るが、その際に閉回路に流れる電流変化が透光性電極２４及びインジウムリング１２を経て信号読み出し装置３６から撮像信号として取り出される。
【００６５】
以上の動作において、実施の形態１の撮像デバイス４０の全体としての電荷増倍率は、光導電膜２２のアバランシェ増倍率と、電界発光薄膜２３の発光効率と、光導電膜２５の光電変換効率と、光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積に比例する。
【００６６】
従って、実施の形態１の撮像デバイス４０の電荷増倍率を向上するためには、電界発光薄膜２３の発光効率と、発光した光の光導電膜２５への導入効率、及び光導電膜２５の光電変換効率とを向上させる必要がある。
【００６７】
まず、電界発光薄膜２３の発光効率を向上させるには、電界発光薄膜２３からの光の取り出し効率が重要な要素となる。電界発光薄膜２３内で電荷の再結合により生じた光は等方的に放射されるため、正孔の進行方向に対して逆向きに放射された光は信号光に寄与しない。
【００６８】
そこで、電界発光薄膜２３の材料として、光導電膜２２で吸収されやすい波長の光を発する電界発光材料を選択すればよい。これにより、光導電膜２２側に放射された発光は光導電膜２２に吸収されて再度電荷に変換されるため、再び電界発光薄膜２３に注入されることになり、電界発光薄膜２３の発光効率を向上させることができる。
【００６９】
ここで、電界発光薄膜を用いた一般的な発光デバイスでは、電界発光薄膜内で生じた光を空気中に取り出す際、界面での反射により光の取り出し効率が大幅に低下してしまう。
【００７０】
このような光の取り出し効率の低下を抑制するために、実施の形態１の撮像デバイス４０は、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５の間に空気層が形成されないように電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５を積層し、かつ、光導電膜２５を透光性電極２４よりも屈折率の高い材料で作製する。
【００７１】
このような構成により、電界発光薄膜２３内における光の反射による閉じ込め効果を回避でき、電界発光薄膜２３における光の取り出し効率の低下を抑制することが可能になり、その結果、発光した光の光導電膜２５への導入効率を向上させることができる。
【００７２】
なお、電界発光薄膜２３の膜厚を１００ｎｍオーダーにすることで、電界発光薄膜２３内での光の散乱による解像度の劣化や自己吸収による光の減衰は無視できる。
【００７３】
また、光導電膜２５の光電変換効率を向上させるためには、電界発光薄膜２３の発光波長が光導電膜２５で吸収されやすくなるように、光導電膜２５と電界発光薄膜２３の材料を選択すればよい。これにより、光導電膜２５の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００７４】
以上のように構成した実施の形態１の撮像デバイス４０の全体での電荷増倍率は、光導電膜２２と光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積にほぼ等しくなる。このため、光導電膜２２又は光導電膜２５を厚くすることなく、光導電膜２２又は光導電膜２５に印加するバイアス電圧を特に向上させることなしに、高い電荷増倍率を実現することが可能となる。
【００７５】
以上に説明したように光導電膜２２又は光導電膜２５を厚くすることなく、バイアス電圧を特に向上させることなしに、高い電荷増倍率を実現するには、光導電膜２２、光導電膜２５がそれぞれダイオード構造をなし、電源３４、電源３５が接続された状態で膜内への電荷の注入が抑止されていることが必要である。
【００７６】
また、電界発光薄膜２３については、光導電膜２２及び透光性電極２４から電界発光薄膜２３への電荷の注入が容易であり、かつ、電界発光薄膜２３から光導電膜２２及び透光性電極２４への電荷の流出が抑止されていることが重要である。
【００７７】
なお、以上では、二層の光導電膜２２、２５を含む撮像デバイス４０について説明したが、電界発光薄膜を介してさらに多段の光導電膜を積層し、それぞれにアバランシェ増倍が生じるほどのバイアス電圧を印加して動作させれば、撮像デバイスに含まれる全ての光導電膜の増倍率の積に比例する高い増倍率を実現することができる。
【００７８】
［実施例］
次に、実施の形態１のターゲット部２０の具体的な実施例について説明する。
【００７９】
実施の形態１の実施例のターゲット部２０は、図２に示すターゲット部２０と同一の構成を有する。このため、実施の形態１の実施例のターゲット部２０を説明するにあたっては、図２を援用するものとする。
【００８０】
透光性基板１０は、直径が２６．４ｍｍの透光性ガラス製の円板状の基板である。透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂに、第１透光性電極として、直径２０ｍｍ、膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズ製の透光性電極２１をスパッタ蒸着法により形成し、その上に第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、第２光電変換部として、順次、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５を形成した。
【００８１】
光導電膜２２は、直径２２ｍｍ、膜厚４μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。電界発光薄膜２３は、直径２０ｍｍのα−ＮＰＤ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｌｑ３（膜厚５０ｎｍ）接合膜を真空蒸着法により形成した。
【００８２】
透光性電極２４は透光性電極２１と同様に膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズで形成したが、インジウムリング１２と接続するため、直径が２２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲となるように形成した。
【００８３】
光導電膜２５は、光導電膜２２と同様に、直径２２ｍｍ、膜厚４μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。また、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに、膜厚０．１μｍの三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を圧力０．１〜０．４Ｔｏｒｒのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で蒸着した。三硫化アンチモン層は、電子ビーム３０で光導電膜２５から電荷（正孔）を読み取るときに、電子ビーム３０の照射による二次電子の放出を抑制するためと、電子ビーム３０の電子が光導電膜２５に入るのを抑制するために設けられる。
【００８４】
このようにして形成した実施の形態１の実施例のターゲット部２０を、図２に示す撮像デバイス４０に組み込み、テレビカメラに実装し、光導電膜２２及び光導電膜２５に約４８０Ｖのバイアス電圧を印加したところ、光導電膜２２と光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積に相当する増倍率１０００倍を得ることができた。実施の形態１の実施例におけるバイアス電圧は、非特許文献１に記載の約３５００Ｖのバイアス電圧に比べて大幅に低い値である。
【００８５】
このように、実施の形態１の実施例のターゲット部２０を用いれば、光導電膜２２、２５の厚膜化や光導電膜２２、２５に印加するバイアス電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を高めたアバランシェ増倍方式の撮像デバイス４０を提供できることが分かった。
【００８６】
なお、以上では、透光性基板１０に、第１透光性電極、第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、及び第２光電変換部としての透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５をそれぞれ形成したが、電界発光薄膜部、透光性電極、及び光電変換部の組をさらにもう一段積層してもよい。
【００８７】
すなわち、透光性基板１０に、第１透光性電極、第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、及び第２光電変換部としての透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５をそれぞれ形成し、さらに、第２電界発光薄膜部、第３透光性電極、及び第３光電変換部を形成してもよい。
【００８８】
この場合に、第２光電変換部及び第３透光性電極の平面視での面積が、第２電界発光薄膜部の平面視での面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されていてもよい。また、第３光電変換部で生成される信号電荷を信号読み出し装置３６が２次元の画像信号として読み出すように構成すればよい。この場合、第２光電変換部で光電変換により生成された正孔は第２電界発光薄膜部に注入され、第３透光性電極から第２電界発光薄膜部に注入される電子と再結合して発光し、この発光が第３光電変換部で光電変換される。
【００８９】
［実施の形態２］
図３は、実施の形態２の撮像デバイスの構成を示す断面図である。
【００９０】
図３に示すように、実施の形態２の撮像デバイス５０は、透光性基板１０、ターゲット部２００、絶縁層２１０、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０、及び電源２３４を含む。以下、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
ターゲット部２００は、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４を含む。透光性電極２１と透光性電極２４との間には、電源２３４からバイアス電圧が印加される。
【００９２】
絶縁層２１０は、ターゲット部２００とＣＭＯＳ素子アレイ２２０とを密着させ、且つ両者の間の絶縁を確保するために配設される。また、絶縁層２１０は、電界発光薄膜２３の発光を透過させてＣＭＯＳ素子アレイ２２０に入射させることが必要であるため、透過性の高い絶縁材料で作製される必要がある。
【００９３】
また、光の取り出し効率の低下を抑制するために、実施の形態２の撮像デバイス５０は、電界発光薄膜２３及び透光性電極２４の間に空気層が形成されないように電界発光薄膜２３、透光性電極２４、絶縁層２１０、及びＣＭＯＳ素子アレイ２２０を積層し、かつ、絶縁層２１０を透光性電極２４よりも屈折率の高い材料で作製している。
【００９４】
ＣＭＯＳ素子アレイ２２０は、絶縁層側表面に整列配備されたフォトダイオードアレイ２２１で構成される第２光電変換部と、フォトダイオードアレイ２２１内で生成された信号電荷を読み取るためのＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２で構成される信号読み出し部を含み、それぞれは実施の形態１の光導電膜２５及び信号読み出し装置３６の代わりに配設される。
【００９５】
なお、第２光電変換部の一例であるフォトダイオードアレイ２２１は、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。また、信号読み出し部の一例であるＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２は、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。
【００９６】
なお、実施の形態２の撮像デバイス５０のＣＭＯＳ素子アレイ２２０は、第２光電変換部と信号読み出し部とを含む素子の一例である。
【００９７】
図２において、実施の形態２のターゲット部２００は、光が入射される入射面２１Ａ側から順に、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４の順序で積層された配置構成となっている。
【００９８】
透光性電極２１は、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面１０Ｂに形成される第１透光性電極の一例である。
【００９９】
光導電膜２０２は、入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源２３４からバイアス電圧が印加され、アバランシェ増倍現象による電荷の増倍を行う。
【０１００】
光導電膜２０２は、アバランシェ増倍現象を実現できれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２０２は、非晶質セレンから構成されてよく、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２０２として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜２０２の膜厚に応じて、内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源２３４から印加される。
【０１０１】
電界発光薄膜２３は、光導電膜２０２に積層され、光導電膜２０２で増倍されて注入される電荷（正孔）と、透光性電極２４を介して注入される電荷（電子）とが再結合した際に発光する電界発光薄膜部の一例である。
【０１０２】
透光性電極２４は、電界発光薄膜２３に積層される第２透光性電極の一例である。
【０１０３】
電源２３４は、第１電源の一例であり、電源２３４の正極性端子は透光性電極２１に接続されている。また、電源２３４の負極性端子は透光性電極２４に接続されており、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４を介して閉回路が形成される。
【０１０４】
透光性電極２４を介して電界発光薄膜２３の発光がフォトダイオードアレイ２２１に入射すると、光電変換によって電荷が発生し、フォトダイオードアレイ２２１に信号電荷として蓄積される。
【０１０５】
フォトダイオードアレイ２２１に蓄積された信号電荷は、ＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２により、所定のタイミングで信号電圧に変換された後、外部に読み出され、撮像信号として取り出される。
【０１０６】
次に、実施の形態２の撮像デバイスの動作について、一例として、光導電膜２０２に非晶質セレンを用いた場合を取り上げて、以下に説明する。
【０１０７】
透光性電極２１を透過した入射光は、光導電膜２０２に吸収され、光導電膜２０２内で光電変換されて、電子−正孔対が生成される。
【０１０８】
透光性電極２１には、電源２３４の正極性端子が接続されていることから、生成された電子−正孔対のうち正孔は、電界に沿って電界発光薄膜２３の方向に移動する。
【０１０９】
ここで、光導電膜２０２には、内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源２３４から印加されているので、移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、増倍された正孔が電界発光薄膜２３へ注入される。
【０１１０】
光導電膜２０２から電界発光薄膜２３へ注入された正孔は、透光性電極２４から電界発光薄膜２３に注入される電子と再結合して、電界発光薄膜２３内で光に変換される。
【０１１１】
電界発光薄膜２３の中で発光した光は、透光性電極２４及び絶縁層２１０を透過して、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０内の絶縁層側表面に整列配備されたフォトダイオードアレイ２２１に入射し、信号電荷として蓄積される。
【０１１２】
ＣＭＯＳ素子アレイ２２０内のフォトダイオードアレイ２２１に蓄積された電荷は、読み出し回路２２２により、所定のタイミングで信号電圧に変換された後、外部に読み出され、撮像信号として取り出される。
【０１１３】
以上のように、実施の形態２の撮像デバイス５０は、光導電膜２０２に印加されるバイアス電圧がＣＭＯＳ素子アレイ２２０に印加されることはないので、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０をバイアス電圧から保護するための新たな耐電圧保護手段を付加する必要がなくなる。
【０１１４】
なお、以上では、第２光電変換部及び信号読み出し部をＣＭＯＳ素子アレイ２２０で実現する撮像デバイス５０について説明したが、第２光電変換部及び信号読み出し部を一つの素子として実現する素子は、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０に限られるものではない。例えば、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０の代わりに、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子アレイを用いてもよい。ここで、ＣＣＤ素子アレイは、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。
【０１１５】
また、裏面照射型のＣＣＤ素子アレイを用いてもよい。さらにまた、信号読み出し部を信号電荷を読み取るためのＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２又はＴＦＴ（Thin Film Transistor）型スイッチング素子アレイのみで構成し、透光性電極２４と該信号読み出し部の間に、膜内で電荷のアバランシェ増倍現象が生じうるような光導電膜で構成される第２光電変換部と、第２電界発光薄膜部と、第３透光性電極を、順次積層して、アバランシェ増倍率を向上させてもよい。
【０１１６】
［実施の形態３］
図４は、実施の形態３の撮像デバイス６０の構成を示す断面図である。
【０１１７】
実施の形態３の撮像デバイス６０は、電子ビーム源とガラス管の構成が実施の形態１の撮像デバイス４０と異なるが、その他の構成要素は、光導電膜２２の材質を除いて実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１８】
実施の形態３の撮像デバイス６０は、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一の透光性基板１０、金属ピン１１、インジウムリング１２、ターゲット部２０、電源３４、及び電源３５の他に、冷陰極アレイ６１、カップ状のガラス管６３を含む。
【０１１９】
実施の形態３の光導電膜２２としては、種々の材料を用いることができるが、撮像デバイス６０に用いるためには、可視光波長の全領域について、高い光電変換効率を有することが望ましい。
【０１２０】
例えば、非晶質セレンは、バンドギャップが約２ｅＶで、波長６２０ｎｍよりも長波長の光は吸収されず、光電変換が生じない。一方、例えば、セレン化カドミウムは、可視光波長のほぼすべての領域において、１００％に近い光電変換効率を有している。
【０１２１】
このため、実施の形態３の撮像デバイス６０の光導電膜２２には、セレン化カドミウムを用いる。
【０１２２】
セレン化カドミウムのように、可視光のすべての波長領域において高い光電変換効率を有する材料を用いることにより、結果としてターゲット部２０の光電変換効率を可視光全域において高めることができる。なお、実施の形態３では、光導電膜２２にセレン化カドミウムを用いる形態について説明するが、可視光波長領域のほぼ全域において、高い光電変換効率を有する材料であれば、セレン化カドミウム以外の種々の材料を用いてもよい。
【０１２３】
なお、セレン化カドミウムの最適な動作電界は約１×１０７［Ｖ／ｍ］であるので、この動作電界となるようなバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【０１２４】
冷陰極アレイ６１は、複数の微小なカソードがマトリクス状に配列された電子ビーム源であり、任意のカソードを選択して電子ビーム６４を発射させることができる。
【０１２５】
ここで、実施の形態３のターゲット部２０の動作は、光導電膜２２の材料及び印加電界が異なるだけで実施の形態１と同じであるので省略する。
【０１２６】
実施の形態１と同様に、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに到達した正孔によって正方向に上昇したビーム走査面２５Ａの電位が、冷陰極アレイ６１から発射された電子ビーム６４により、再び冷陰極アレイ６１と同じ電位に戻る際に、光導電膜２５、透光性電極２４、インジウムリング１２、電源３５、冷陰極アレイ６１、及び電子ビーム６４によって実現される閉回路に流れる電流変化が信号読み出し装置３６から撮像信号として取り出される。
【０１２７】
このように、実施の形態３のターゲット部２０は、光導電膜２２及び光導電膜２５の印加電圧を、それぞれ電源３４、電源３５により独立に制御することが可能であるため、最適な動作電界が異なる２種類以上の光導電膜を組み合わせて使用する場合に好適である。
【０１２８】
［実施例］
次に、実施の形態３のターゲット部２０の具体的な実施例について説明する。
【０１２９】
実施の形態３の実施例のターゲット部２０は、図４に示すターゲット部２０と同一の構成であるため、実施の形態３の実施例において、図４に対応する構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。
【０１３０】
透光性基板１０は、直径が２６．４ｍｍの透光性ガラス製の円板状の基板である。透光性基板１０の一方の面上には、直径２０ｍｍ、膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズ製の透光性電極２１をスパッタ蒸着法により形成し、その上に順次、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５を形成した。なお、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５は、平面視で円形である。
【０１３１】
光導電膜２２は、直径２２ｍｍ、膜厚１μｍのセレン化カドミウムを真空蒸着法により形成した。
【０１３２】
電界発光薄膜２３は、直径２０ｍｍのα−ＮＰＤ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｌｑ３（膜厚５０ｎｍ）接合膜を真空蒸着法により形成した。
【０１３３】
透光性電極２４は、透光性電極２１と同様に膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズで形成したが、インジウムリング１２と接続させるため、直径が２２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲となるように形成した。
【０１３４】
光導電膜２５は、直径２２ｍｍ、膜厚１５μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。
【０１３５】
また、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａには、膜厚０．１μｍの三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を圧力０．１〜０．４Ｔｏｒｒのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で蒸着した。
【０１３６】
以上のようにして形成した実施の形態３の実施例のターゲット部２０を、図３に示した撮像デバイス６０に組み込み、テレビカメラに実装し、光導電膜２２及び光導電膜２５にそれぞれ約１０Ｖ、約１５００Ｖの電圧を印加したところ、可視光波長のほぼすべての領域における１００％に近い光電変換効率と、光導電膜２５でのアバランシェ増倍率２００倍を両立することができた。
【０１３７】
このように、実施の形態３の実施例のターゲット部２０を含む撮像デバイス６０では、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できることが分かった。
【０１３８】
なお、以上では、光導電膜２２にセレン化カドミウムを用いることで、可視光領域全域での高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイス６０が実現できることを説明したが、光導電膜２２を赤外光に感度を有する材料、例えば硫化鉛（ＰｂＳ）で構成することにより、高感度なアバランシェ増倍方式の赤外光撮像デバイスを容易に実現することもできる。
【０１３９】
[実施の形態４]
図５は、実施の形態４の撮像デバイス７０の構成を示す断面図である。
【０１４０】
図５に示すように、実施の形態４の撮像デバイス７０は、透光性電極２４の構成が実施の形態１と異なるが、その他の構成要素は実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
実施の形態４の撮像デバイス７０は、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一のインジウムリング１２、電子ビーム源３１、ガラス管３２、電源３４、及び電源３５を含む。
【０１４２】
光導電膜２２は、入射したＸ線を吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【０１４３】
光導電膜２２は、Ｘ線を吸収する材料であれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２２は、非晶質セレンから構成されてよく、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２２として非晶質セレンを用いる場合には、最適な動作電界は約１×１０７[Ｖ／ｍ]であるので、この動作電界となるようなバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【０１４４】
ファイバーオプティックプレート３１０は、直径数μｍの透光性ガラスファイバーを円形状に束ねた光学デバイスであり、片面に投影された光学像をそのまま反対の面に伝達することができる。ファイバーオプティックプレート３１０は、オプティカルファイバープレートの一例である。
【０１４５】
実施の形態４の透光性電極２４Ａ及び２４Ｂは、ファイバーオプティックプレート３１０の一方の面に形成される一の第２透光性電極と、ファイバーオプティックプレート３１０の他方の面に形成される他の第２透光性電極との一例であり、外部で電気的に接続されている。光導電膜２５は、透光性電極２４Ｂに積層されている。
【０１４６】
実施の形態４のターゲット部３２０は、ファイバーオプティックプレート３１０の片面３１０Ａ側に、透光性電極２４Ａ、電界発光薄膜２３、光導電膜２２、透光性電極２１の順序で積層され、ファイバーオプティックプレート３１０の片面３１０Ａと反対の面３１０Ｂ側に、透光性電極２４Ｂ、光導電膜２５の順序で積層された配置構成となっている。
【０１４７】
ここで、実施の形態４のターゲット部３２０の動作は、光導電膜２２の印加電界と、実施の形態１では、電界発光薄膜２３で発光した光は、透光性電極２４のみを介して光導電膜２５に入射していたのに対し、実施の形態４では、電界発光薄膜２３で発光した光は、透光性電極２４Ａ、ファイバーオプティックプレート３１０、及び透光性電極２４Ｂを介して光導電膜２５に入射する点が異なるだけで実施の形態１と同じであるので省略する。
【０１４８】
以上のように、実施の形態４のターゲット部３２０は、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４Ａをファイバーオプティックプレート３１０上に形成することができ、透光性基板が不要となるため、透光性基板でのＸ線の吸収が生じず、Ｘ線像を撮影する場合に好適である。
【０１４９】
また、非晶質セレンを主体とする光導電膜を用いたＸ線用撮像デバイスでは、入射Ｘ線の吸収量を高めるために光導電膜を厚くする必要があり、該光導電膜で同時にアバランシェ増倍現象を生じさせるほどの極めて高いバイアス電圧を該光導電膜に印加することは困難であったが、実施の形態４の撮像デバイス７０では、膜厚の厚い光導電膜２２では入射Ｘ線の吸収と光電変換だけを行い、アバランシェ増倍は膜厚の薄い光導電膜２５で行えばよいため、高感度なアバランシェ増倍方式のＸ線撮像デバイスを容易に実現することができる。
【０１５０】
以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像デバイスについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、高画質が要求されるテレビカメラの撮像デバイスに最適であり、産業、医療、理化学分野等の画像解析システムに適用すれば、高感度、高品質、高Ｓ／Ｎでの信号処理が可能になる等の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 第１透光性電極
２ 第１光電変換部
３ 電界発光薄膜部
４ 第２透光性電極
５ 第２光電変換部
６ 信号読み出し部
７ 第１電源
８ 第２電源
９ ターゲット部
１０ 透光性基板
１１ 金属性ピン
１２ インジウムリング
２０ ターゲット部
２１ 透光性電極
２２ 光導電膜
２３ 電界発光薄膜
２４ 透光性電極
２５ 光導電膜
３０、６４ 電子ビーム
３１ 電子ビーム源
３２ ガラス管
３４、３５ 電源
３６ 信号読み出し装置
４０、５０、６０、７０ 撮像デバイス
６１ 冷陰極アレイ
６３ ガラス管
２００ ターゲット部
２０２ 光導電膜
２１０ 絶縁層
２２０ ＣＭＯＳ素子アレイ
２２１ フォトダイオードアレイ
２２２ ＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ
２３４ 電源
３１０ ファイバーオプティックプレート
３２０ ターゲット部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を信号電荷に変換するための光電変換部に高電界を印加した際に生じるアバランシェ増倍現象を利用した高感度な撮像デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非晶質セレン（ａ−Ｓｅ）を主体とする光導電膜に高電界を印加すると、内部でアバランシェ増倍現象が生じることが知られており、この現象を利用した高感度撮像管や高感度固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
このようなアバランシェ増倍現象を利用した撮像デバイスは、個々の使用目的に応じて効果を上げているが、より高品位な画像を得るために、さらなる高感度化、高Ｓ／Ｎ化を図ることが求められている。
【０００４】
これまで高感度化を図る手段としては、光導電膜を厚くして電荷（正孔）の走行距離を長くすることにより、光導電膜内の原子と電荷の衝突によるイオン化の回数を増やしてアバランシェ増倍率を向上させる手段が知られている。例えば、約３５００Ｖのバイアス電圧を印加した厚さ３５μｍの非晶質セレンを主体とする光導電膜において１０００倍のアバランシェ増倍率が得られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、さらに高Ｓ／Ｎ化を図る手段としては、可視光波長領域のほぼ全域に亘り１００％近い光電変換効率を有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）製の薄膜を、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側に接合することにより、長波長光に対する光電変換効率を改善する手段が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１７４４８０号公報
【特許文献２】特開平７−１９２６６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２００４年映像情報メディア学会年次大会、１２−３
【非特許文献２】２００２年映像情報メディア学会年次大会、１４−２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、さらにアバランシェ増倍率を高めて高感度化を図るために光導電膜を厚くすると、膜内に捕獲される電荷（電子）の総数が増加するため、特に光導電膜の光入射側近傍の電界が、外部からの電荷の注入を阻止する機能を超えるほどに高まり、光導電膜に欠陥が生じやすくなるという問題があった。
【０００９】
また、光導電膜を厚くすると、光導電膜に印加する電圧も高くなるため、撮像管では高耐圧なカップリングコンデンサが必要となり、浮遊容量が増加して、信号のＳ／Ｎが劣化するという問題や、厚膜化による膜の静電容量の減少に伴って、膜の走査側表面に蓄積される信号電荷による表面電位の変化が大きくなるため、走査電子ビームのベンディングに起因する画像歪が生じ易くなる等の問題があった。
【００１０】
さらに、アバランシェ増倍現象を利用した固体撮像素子では、高輝度光が入射した場合や光導電膜に欠陥が生じた場合に、光導電膜に印加するバイアス電圧がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor; 相補型金属酸化膜半導体）素子に直接印加されるため、何らかの耐電圧保護手段を付加しなければならないという問題があった。
【００１１】
一方、さらに高Ｓ／Ｎ化を図るために、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側にセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）製の薄膜を、非晶質セレンを主体とする光導電膜の光入射側に接合した場合には、両方の膜に印加する電界を独立的に制御することが難しく、セレン化カドミウム製薄膜内での高い光電変換効率と非晶質セレン膜内での安定したアバランシェ増倍との両立が困難になるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の第１の目的は、光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を向上させた高品質のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供することである。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できる新構造のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一局面の撮像デバイスは、光入射側に配設される第１透光性電極と、前記第１透光性電極に積層され、前記第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部に積層され、前記第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、前記第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、前記第２透光性電極に積層され、前記第１電界発光薄膜部で発光され前記第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部とを含み、且つ前記第１光電変換部又は前記第２光電変換部の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う。
【００１５】
また、前記第１光電変換部及び前記第２透光性電極の面積が、前記第１電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第１電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されてもよい。
【００１６】
また、前記第２光電変換部に積層され、前記第２光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第２電界発光薄膜部と、前記第２電界発光薄膜部に積層される第３透光性電極と、前記第３透光性電極に積層され、前記第２電界発光薄膜部で発光され前記第３透光性電極を透過した光を光電変換する第３光電変換部とをさらに含み、且つ前記第３光電変換部が、該第３光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行い、前記信号読み出し部は、前記第３光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出してもよい。
【００１７】
また、前記第２光電変換部及び前記第３透光性電極の面積が、前記第２電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されてもよい。
【００１８】
また、前記第３光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成されてもよい。
【００１９】
また、前記第２光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成されてもよい。
【００２０】
また、前記第２透光性電極は、オプティカルファイバープレートの一方の面に形成される一の第２透光性電極と、前記オプティカルファイバープレートの他方の面に形成される他の第２透光性電極とで構成されており、前記第２光電変換部は、前記他の第２透光性電極に積層されてもよい。
【００２１】
また、前記信号読み出し部は、シリコンウェハの片面に整列配備されたＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型又はＴＦＴ型スイッチング素子アレイで構成されてもよい。
【００２２】
本発明によれば、光電変換部内での電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの電界を、すべての光電変換部ないしは第１光電変換部以外の光電変換部に印加することにより、従来技術の課題であった光導電膜の厚膜化や光導電膜への印加電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を高めた高品質のアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できるほか、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍が両立するアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る撮像デバイスの概念を示す図である。
【図２】実施の形態１の撮像デバイス４０の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態２の撮像デバイス５０のターゲット部とＣＭＯＳ素子アレイの構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の撮像デバイス６０の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態４の撮像デバイス７０の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２５】
図１は、本発明に係る撮像デバイスの概念を示す図であり、光の入射面から順に、第１透光性電極１、第１光電変換部２、電界発光薄膜部３、第２透光性電極４、第２光電変換部５の順序で積層された積層構造を有するターゲット部９と、信号読み出し部６から構成される。
【００２６】
第１光電変換部２は、第１透光性電極１に積層され、第１透光性電極１を介して入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【００２７】
電界発光薄膜部３は、第１光電変換部２に積層され、第１光電変換部２で生成された電荷（図１では正孔）が注入されるとともに、第２透光性電極４を介して、第１光電変換部２から注入された電荷と反対の極性を有する電荷（図１では電子）が注入され、両者が再結合した際に発光する。
【００２８】
第２光電変換部５は、電界発光薄膜部３の中で発光した光を、電界発光薄膜部３に積層された第２透光性電極４を介して吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【００２９】
信号読み出し部６は、第２光電変換部５で生成された信号電荷を２次元の画像信号として読み出す。
【００３０】
なお、第１光電変換部２ないしは第２光電変換部５の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行ってもよい。
【００３１】
［実施の形態１］
図２は、実施の形態１の撮像デバイスの構成を示す図であり、（Ａ）は撮像デバイスのガラス管の中心軸を含む断面を示し、（Ｂ）は撮像デバイスのガラス管の径方向の断面を示す。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、実施の形態１の撮像デバイス４０は、撮像管である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０は、透光性基板１０、金属ピン１１、インジウムリング１２、ターゲット部２０、電子ビーム源３１、及びガラス管３２を含む。
【００３３】
透光性基板１０は、光を透過する基板であり、例えば、ガラス基板を用いてもよいし、その他、透明な樹脂等の光を透過する種々の材料を用いてもよい。
【００３４】
金属ピン１１は、透光性基板１０を貫通して設けられており、一端が透光性電極２１と電気的に接続され、他端は電源３４に接続されている。金属ピン１１は、電源３４が出力するバイアス電圧を光導電膜２２に印加するために設けられている。
【００３５】
なお、図２（Ｂ）に示すように、金属ピン１１は、平面視で、光導電膜２５の走査領域２５Ｃから外れた位置に配設されている。
【００３６】
インジウムリング１２は、透光性基板１０とガラス管３２の間をシールするとともに、電源３５に接続されている。
【００３７】
ターゲット部２０は、光が入射される入射面２１Ａ側から順に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５の順序で積層された積層構造を有する。なお、ターゲット部２０は、図１に示す状態とは天地を逆にした状態で、透光性基板１０の上に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５を順番に積層することによって作製することができる。
【００３８】
透光性電極２１は、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂに形成される第１透光性電極の一例である。透光性電極２１は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）製の薄膜電極であればよい。
【００３９】
光導電膜２２は、透光性電極２１に積層される第１光電変換部の一例である。光導電膜２２には、透光性電極２１及び金属ピン１１を介して電源３４が接続されている。
【００４０】
光導電膜２２は、入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源３４から印加されるバイアス電圧により、アバランシェ増倍現象による電荷の増倍を行う。光導電膜２２は、アバランシェ増倍現象を実現できるのであれば、種々の材料から構成されてもよい。例えば、光導電膜２２は、非晶質セレンで構成することができ、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。
【００４１】
光導電膜２２として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜の内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【００４２】
電界発光薄膜２３は、光導電膜２２に積層され、正孔と電子の再結合によって発光する電界発光薄膜の一例である。電界発光薄膜２３には、光導電膜２２で増倍された電荷（正孔）が注入されるとともに、透光性電極２４を介して電荷（電子）が注入され、電荷（正孔）と電荷（電子）が再結合した際に発光する。
【００４３】
電界発光薄膜２３を構成する材料は、電界印加時に光導電膜２２から正孔を、また透光性電極２４から電子を注入することができる注入機能や、注入された電荷（電子ないしは正孔の少なくとも一方）を電界により移動させる輸送機能、電子と正孔の再結合の場を提供してこれを発光につなげる発光機能等を有するものであればよい。また電界発光薄膜の材料構成は、電界印加時に透光性電極２４から電界発光薄膜に注入された電荷（電子）が光導電膜２２に流入し難いことが好ましい。
【００４４】
電界発光薄膜２３は、具体的には、例えば、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の系の蛍光増白剤や、金属キレート化オキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物、ジスチリルピラジン誘導体、ポリフェニル系化合物、１２−フタロペリノン、１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン、１，１，４，４−テトラフェニル−１，３−ブタジエン、ナフタルイミド誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン系化合物、芳香族ジメチリディン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体等の有機材料で構成することができる。
【００４５】
透光性電極２４は、電界発光薄膜２３に積層される第２透光性電極の一例であり、インジウムリング１２を介して、電源３５及び信号読み出し装置３６に接続される。透光性電極２４は、光導電膜２２と電界発光薄膜２３の側壁を覆い、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂまで形成されている。透光性電極２４は、例えば、酸化インジウムスズから構成される。
【００４６】
なお、電界発光薄膜２３は、光導電膜２２と透光性電極２４によって外気と触れないように密封されている。
【００４７】
また、光導電膜２２と透光性電極２４の平面視での面積は、電界発光薄膜２３の平面視での面積より大きく、透光性電極２４の平面視での面積は、光導電膜２２の平面視での面積より大きい。
【００４８】
この場合に、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５の平面視での円形の中心は、略一致しているものとする。
【００４９】
光導電膜２５は、透光性電極２４に積層される第２光電変換部の一例である。光導電膜２５には、透光性電極２４及びインジウムリング１２を介して電源３５が接続されている。
【００５０】
光導電膜２５は、電界発光薄膜２３の中で発光した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源３５から印加されるバイアス電圧により、アバランシェ増倍現象により電荷の増倍を行う。光導電膜２５は、光導電膜２２と同様に、アバランシェ増倍現象を実現できれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２５は、非晶質セレンで構成することができ、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２５として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜２５の膜厚に応じて、光導電膜の内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧を電源３５から印加すればよい。
【００５１】
電子ビーム源３１は、ガラス管３２内に配置される電子放出源の一例であり、陰極材料をヒータで加熱して電子雲を励起する装置である。電子雲として励起された電子は、電子ビーム３０として出射される。
【００５２】
ガラス管３２は、ガラス製の管状部材であり、インジウムリング１２によって透光性基板１０とシールされることにより、内部空間は真空に保持される。このガラス管３２の内部には、電子ビーム源３１が配置される。なお、ガラス管３２の外側には、図示しない偏向コイル及び集束コイルが配置され、電子ビーム３０を偏向・集束させる。
【００５３】
電源３４は、光導電膜２２にバイアス電圧を印加する第１電源の一例である。電源３４の正極性端子は、金属ピン１１を介して透光性電極２１に接続されている。また、電源３４の負極性端子はインジウムリング１２に接続されている。このため、電源３４、金属ピン１１、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及びインジウムリング１２によって閉回路が形成される。
【００５４】
電源３５は、光導電膜２５にバイアス電圧を印加する第２電源の一例である。電源３５の正極性端子は、インジウムリング１２を介して透光性電極２４に接続されている。また、電源３５の負極性端子は電子ビーム源３１に接続されている。このため、電源３５、インジウムリング１２、透光性電極２４、光導電膜２５、走査用の電子ビーム３０、及び電子ビーム源３１によって閉回路が形成される。
【００５５】
信号読み出し装置３６は、光導電膜２５内で発生した電荷を撮像信号として読み出すための装置である。
【００５６】
次に、実施の形態１の撮像デバイスの動作について、一例として、光導電膜２２、及び光導電膜２５に非晶質セレンを用いた場合を取り上げて、以下に説明する。
【００５７】
透光性電極２１を透過した入射光は、光導電膜２２に吸収されて光電変換により電子−正孔対を生成する。透光性電極２１には電源３４の正極性端子が接続されているので、生成された電子−正孔対のうちの正孔は、電界に沿って電界発光薄膜２３の方向に移動する。
【００５８】
この際、光導電膜２２に内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源３４から印加されているので、電界発光薄膜２３の方向へ移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、増倍された正孔が電界発光薄膜２３へ注入される。
【００５９】
光導電膜２２から電界発光薄膜２３へ注入された正孔は、透光性電極２４から電界発光薄膜２３に注入される電子と再結合して、電界発光薄膜２３内で光に変換される。この際、電界発光薄膜２３内へ電子が十分に注入される構造となっていれば、電界発光薄膜２３の中で発光する光の強度は光導電膜２２から注入される正孔の数に比例する。
【００６０】
光導電膜２５のビーム走査面２５Ａの電位は、走査終了直後は電子ビーム源３１と同じ電位となり、光導電膜２５には電源３５で設定された電圧と同じバイアス電圧が印加される。
【００６１】
その後、光導電膜２２から注入された正孔により電界発光薄膜２３の中で発光した光が光導電膜２５に入射すると、吸収された光で光導電膜２５内に電子−正孔対が生成される。
【００６２】
透光性電極２４には電源３５の正極性端子が接続されているので、光導電膜２５内で生成された電子−正孔対のうち正孔は、電源３５による電界に沿って光導電膜２５のビーム走査面２５Ａまで移動する。
【００６３】
この際、光導電膜２５に内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源３５から印加されているので、ビーム走査面２５Ａに移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、その正孔が光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに到達すると、ビーム走査面２５Ａの電位は正方向に変化する。
【００６４】
正方向に上昇したビーム走査面２５Ａの電位は、次の電子ビーム走査によって再び電子ビーム源３１と同じ電位に戻るが、その際に閉回路に流れる電流変化が透光性電極２４及びインジウムリング１２を経て信号読み出し装置３６から撮像信号として取り出される。
【００６５】
以上の動作において、実施の形態１の撮像デバイス４０の全体としての電荷増倍率は、光導電膜２２のアバランシェ増倍率と、電界発光薄膜２３の発光効率と、光導電膜２５の光電変換効率と、光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積に比例する。
【００６６】
従って、実施の形態１の撮像デバイス４０の電荷増倍率を向上するためには、電界発光薄膜２３の発光効率と、発光した光の光導電膜２５への導入効率、及び光導電膜２５の光電変換効率とを向上させる必要がある。
【００６７】
まず、電界発光薄膜２３の発光効率を向上させるには、電界発光薄膜２３からの光の取り出し効率が重要な要素となる。電界発光薄膜２３内で電荷の再結合により生じた光は等方的に放射されるため、正孔の進行方向に対して逆向きに放射された光は信号光に寄与しない。
【００６８】
そこで、電界発光薄膜２３の材料として、光導電膜２２で吸収されやすい波長の光を発する電界発光材料を選択すればよい。これにより、光導電膜２２側に放射された発光は光導電膜２２に吸収されて再度電荷に変換されるため、再び電界発光薄膜２３に注入されることになり、電界発光薄膜２３の発光効率を向上させることができる。
【００６９】
ここで、電界発光薄膜を用いた一般的な発光デバイスでは、電界発光薄膜内で生じた光を空気中に取り出す際、界面での反射により光の取り出し効率が大幅に低下してしまう。
【００７０】
このような光の取り出し効率の低下を抑制するために、実施の形態１の撮像デバイス４０は、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５の間に空気層が形成されないように電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５を積層し、かつ、光導電膜２５を透光性電極２４よりも屈折率の高い材料で作製する。
【００７１】
このような構成により、電界発光薄膜２３内における光の反射による閉じ込め効果を回避でき、電界発光薄膜２３における光の取り出し効率の低下を抑制することが可能になり、その結果、発光した光の光導電膜２５への導入効率を向上させることができる。
【００７２】
なお、電界発光薄膜２３の膜厚を１００ｎｍオーダーにすることで、電界発光薄膜２３内での光の散乱による解像度の劣化や自己吸収による光の減衰は無視できる。
【００７３】
また、光導電膜２５の光電変換効率を向上させるためには、電界発光薄膜２３の発光波長が光導電膜２５で吸収されやすくなるように、光導電膜２５と電界発光薄膜２３の材料を選択すればよい。これにより、光導電膜２５の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００７４】
以上のように構成した実施の形態１の撮像デバイス４０の全体での電荷増倍率は、光導電膜２２と光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積にほぼ等しくなる。このため、光導電膜２２又は光導電膜２５を厚くすることなく、光導電膜２２又は光導電膜２５に印加するバイアス電圧を特に向上させることなしに、高い電荷増倍率を実現することが可能となる。
【００７５】
以上に説明したように光導電膜２２又は光導電膜２５を厚くすることなく、バイアス電圧を特に向上させることなしに、高い電荷増倍率を実現するには、光導電膜２２、光導電膜２５がそれぞれダイオード構造をなし、電源３４、電源３５が接続された状態で膜内への電荷の注入が抑止されていることが必要である。
【００７６】
また、電界発光薄膜２３については、光導電膜２２及び透光性電極２４から電界発光薄膜２３への電荷の注入が容易であり、かつ、電界発光薄膜２３から光導電膜２２及び透光性電極２４への電荷の流出が抑止されていることが重要である。
【００７７】
なお、以上では、二層の光導電膜２２、２５を含む撮像デバイス４０について説明したが、電界発光薄膜を介してさらに多段の光導電膜を積層し、それぞれにアバランシェ増倍が生じるほどのバイアス電圧を印加して動作させれば、撮像デバイスに含まれる全ての光導電膜の増倍率の積に比例する高い増倍率を実現することができる。
【００７８】
［実施例］
次に、実施の形態１のターゲット部２０の具体的な実施例について説明する。
【００７９】
実施の形態１の実施例のターゲット部２０は、図２に示すターゲット部２０と同一の構成を有する。このため、実施の形態１の実施例のターゲット部２０を説明するにあたっては、図２を援用するものとする。
【００８０】
透光性基板１０は、直径が２６．４ｍｍの透光性ガラス製の円板状の基板である。透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面（図中下側の面）１０Ｂに、第１透光性電極として、直径２０ｍｍ、膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズ製の透光性電極２１をスパッタ蒸着法により形成し、その上に第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、第２光電変換部として、順次、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５を形成した。
【００８１】
光導電膜２２は、直径２２ｍｍ、膜厚４μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。電界発光薄膜２３は、直径２０ｍｍのα−ＮＰＤ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｌｑ３（膜厚５０ｎｍ）接合膜を真空蒸着法により形成した。
【００８２】
透光性電極２４は透光性電極２１と同様に膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズで形成したが、インジウムリング１２と接続するため、直径が２２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲となるように形成した。
【００８３】
光導電膜２５は、光導電膜２２と同様に、直径２２ｍｍ、膜厚４μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。また、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに、膜厚０．１μｍの三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を圧力０．１〜０．４Ｔｏｒｒのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で蒸着した。三硫化アンチモン層は、電子ビーム３０で光導電膜２５から電荷（正孔）を読み取るときに、電子ビーム３０の照射による二次電子の放出を抑制するためと、電子ビーム３０の電子が光導電膜２５に入るのを抑制するために設けられる。
【００８４】
このようにして形成した実施の形態１の実施例のターゲット部２０を、図２に示す撮像デバイス４０に組み込み、テレビカメラに実装し、光導電膜２２及び光導電膜２５に約４８０Ｖのバイアス電圧を印加したところ、光導電膜２２と光導電膜２５のアバランシェ増倍率の積に相当する増倍率１０００倍を得ることができた。実施の形態１の実施例におけるバイアス電圧は、非特許文献１に記載の約３５００Ｖのバイアス電圧に比べて大幅に低い値である。
【００８５】
このように、実施の形態１の実施例のターゲット部２０を用いれば、光導電膜２２、２５の厚膜化や光導電膜２２、２５に印加するバイアス電圧の過度な増大を伴うことなく、大幅に感度を高めたアバランシェ増倍方式の撮像デバイス４０を提供できることが分かった。
【００８６】
なお、以上では、透光性基板１０に、第１透光性電極、第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、及び第２光電変換部としての透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５をそれぞれ形成したが、電界発光薄膜部、透光性電極、及び光電変換部の組をさらにもう一段積層してもよい。
【００８７】
すなわち、透光性基板１０に、第１透光性電極、第１光電変換部、第１電界発光薄膜部、第２透光性電極、及び第２光電変換部としての透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５をそれぞれ形成し、さらに、第２電界発光薄膜部、第３透光性電極、及び第３光電変換部を形成してもよい。
【００８８】
この場合に、第２光電変換部及び第３透光性電極の平面視での面積が、第２電界発光薄膜部の平面視での面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封されていてもよい。また、第３光電変換部で生成される信号電荷を信号読み出し装置３６が２次元の画像信号として読み出すように構成すればよい。この場合、第２光電変換部で光電変換により生成された正孔は第２電界発光薄膜部に注入され、第３透光性電極から第２電界発光薄膜部に注入される電子と再結合して発光し、この発光が第３光電変換部で光電変換される。
【００８９】
［実施の形態２］
図３は、実施の形態２の撮像デバイスの構成を示す断面図である。
【００９０】
図３に示すように、実施の形態２の撮像デバイス５０は、透光性基板１０、ターゲット部２００、絶縁層２１０、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０、及び電源２３４を含む。以下、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
ターゲット部２００は、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４を含む。透光性電極２１と透光性電極２４との間には、電源２３４からバイアス電圧が印加される。
【００９２】
絶縁層２１０は、ターゲット部２００とＣＭＯＳ素子アレイ２２０とを密着させ、且つ両者の間の絶縁を確保するために配設される。また、絶縁層２１０は、電界発光薄膜２３の発光を透過させてＣＭＯＳ素子アレイ２２０に入射させることが必要であるため、透過性の高い絶縁材料で作製される必要がある。
【００９３】
また、光の取り出し効率の低下を抑制するために、実施の形態２の撮像デバイス５０は、電界発光薄膜２３及び透光性電極２４の間に空気層が形成されないように電界発光薄膜２３、透光性電極２４、絶縁層２１０、及びＣＭＯＳ素子アレイ２２０を積層し、かつ、絶縁層２１０を透光性電極２４よりも屈折率の高い材料で作製している。
【００９４】
ＣＭＯＳ素子アレイ２２０は、絶縁層側表面に整列配備されたフォトダイオードアレイ２２１で構成される第２光電変換部と、フォトダイオードアレイ２２１内で生成された信号電荷を読み取るためのＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２で構成される信号読み出し部を含み、それぞれは実施の形態１の光導電膜２５及び信号読み出し装置３６の代わりに配設される。
【００９５】
なお、第２光電変換部の一例であるフォトダイオードアレイ２２１は、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。また、信号読み出し部の一例であるＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２は、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。
【００９６】
なお、実施の形態２の撮像デバイス５０のＣＭＯＳ素子アレイ２２０は、第２光電変換部と信号読み出し部とを含む素子の一例である。
【００９７】
図２において、実施の形態２のターゲット部２００は、光が入射される入射面２１Ａ側から順に、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４の順序で積層された配置構成となっている。
【００９８】
透光性電極２１は、透光性基板１０の光入射面１０Ａとは反対の面１０Ｂに形成される第１透光性電極の一例である。
【００９９】
光導電膜２０２は、入射した光を吸収し、電荷に変換（光電変換）するとともに、電源２３４からバイアス電圧が印加され、アバランシェ増倍現象による電荷の増倍を行う。
【０１００】
光導電膜２０２は、アバランシェ増倍現象を実現できれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２０２は、非晶質セレンから構成されてよく、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２０２として非晶質セレンを用いる場合には、光導電膜２０２の膜厚に応じて、内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源２３４から印加される。
【０１０１】
電界発光薄膜２３は、光導電膜２０２に積層され、光導電膜２０２で増倍されて注入される電荷（正孔）と、透光性電極２４を介して注入される電荷（電子）とが再結合した際に発光する電界発光薄膜部の一例である。
【０１０２】
透光性電極２４は、電界発光薄膜２３に積層される第２透光性電極の一例である。
【０１０３】
電源２３４は、第１電源の一例であり、電源２３４の正極性端子は透光性電極２１に接続されている。また、電源２３４の負極性端子は透光性電極２４に接続されており、透光性電極２１、光導電膜２０２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４を介して閉回路が形成される。
【０１０４】
透光性電極２４を介して電界発光薄膜２３の発光がフォトダイオードアレイ２２１に入射すると、光電変換によって電荷が発生し、フォトダイオードアレイ２２１に信号電荷として蓄積される。
【０１０５】
フォトダイオードアレイ２２１に蓄積された信号電荷は、ＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２により、所定のタイミングで信号電圧に変換された後、外部に読み出され、撮像信号として取り出される。
【０１０６】
次に、実施の形態２の撮像デバイスの動作について、一例として、光導電膜２０２に非晶質セレンを用いた場合を取り上げて、以下に説明する。
【０１０７】
透光性電極２１を透過した入射光は、光導電膜２０２に吸収され、光導電膜２０２内で光電変換されて、電子−正孔対が生成される。
【０１０８】
透光性電極２１には、電源２３４の正極性端子が接続されていることから、生成された電子−正孔対のうち正孔は、電界に沿って電界発光薄膜２３の方向に移動する。
【０１０９】
ここで、光導電膜２０２には、内部で電荷のアバランシェ増倍現象が生じるほどの高いバイアス電圧が電源２３４から印加されているので、移動する正孔がアバランシェ増倍現象を起こし、増倍された正孔が電界発光薄膜２３へ注入される。
【０１１０】
光導電膜２０２から電界発光薄膜２３へ注入された正孔は、透光性電極２４から電界発光薄膜２３に注入される電子と再結合して、電界発光薄膜２３内で光に変換される。
【０１１１】
電界発光薄膜２３の中で発光した光は、透光性電極２４及び絶縁層２１０を透過して、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０内の絶縁層側表面に整列配備されたフォトダイオードアレイ２２１に入射し、信号電荷として蓄積される。
【０１１２】
ＣＭＯＳ素子アレイ２２０内のフォトダイオードアレイ２２１に蓄積された電荷は、読み出し回路２２２により、所定のタイミングで信号電圧に変換された後、外部に読み出され、撮像信号として取り出される。
【０１１３】
以上のように、実施の形態２の撮像デバイス５０は、光導電膜２０２に印加されるバイアス電圧がＣＭＯＳ素子アレイ２２０に印加されることはないので、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０をバイアス電圧から保護するための新たな耐電圧保護手段を付加する必要がなくなる。
【０１１４】
なお、以上では、第２光電変換部及び信号読み出し部をＣＭＯＳ素子アレイ２２０で実現する撮像デバイス５０について説明したが、第２光電変換部及び信号読み出し部を一つの素子として実現する素子は、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０に限られるものではない。例えば、ＣＭＯＳ素子アレイ２２０の代わりに、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子アレイを用いてもよい。ここで、ＣＣＤ素子アレイは、シリコン基板（シリコンウェハ）に半導体製造工程で作製した半導体素子である。
【０１１５】
また、裏面照射型のＣＣＤ素子アレイを用いてもよい。さらにまた、信号読み出し部を信号電荷を読み取るためのＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ２２２又はＴＦＴ（Thin Film Transistor）型スイッチング素子アレイのみで構成し、透光性電極２４と該信号読み出し部の間に、膜内で電荷のアバランシェ増倍現象が生じうるような光導電膜で構成される第２光電変換部と、第２電界発光薄膜部と、第３透光性電極を、順次積層して、アバランシェ増倍率を向上させてもよい。
【０１１６】
［実施の形態３］
図４は、実施の形態３の撮像デバイス６０の構成を示す断面図である。
【０１１７】
実施の形態３の撮像デバイス６０は、電子ビーム源とガラス管の構成が実施の形態１の撮像デバイス４０と異なるが、その他の構成要素は、光導電膜２２の材質を除いて実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１８】
実施の形態３の撮像デバイス６０は、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一の透光性基板１０、金属ピン１１、インジウムリング１２、ターゲット部２０、電源３４、及び電源３５の他に、冷陰極アレイ６１、カップ状のガラス管６３を含む。
【０１１９】
実施の形態３の光導電膜２２としては、種々の材料を用いることができるが、撮像デバイス６０に用いるためには、可視光波長の全領域について、高い光電変換効率を有することが望ましい。
【０１２０】
例えば、非晶質セレンは、バンドギャップが約２ｅＶで、波長６２０ｎｍよりも長波長の光は吸収されず、光電変換が生じない。一方、例えば、セレン化カドミウムは、可視光波長のほぼすべての領域において、１００％に近い光電変換効率を有している。
【０１２１】
このため、実施の形態３の撮像デバイス６０の光導電膜２２には、セレン化カドミウムを用いる。
【０１２２】
セレン化カドミウムのように、可視光のすべての波長領域において高い光電変換効率を有する材料を用いることにより、結果としてターゲット部２０の光電変換効率を可視光全域において高めることができる。なお、実施の形態３では、光導電膜２２にセレン化カドミウムを用いる形態について説明するが、可視光波長領域のほぼ全域において、高い光電変換効率を有する材料であれば、セレン化カドミウム以外の種々の材料を用いてもよい。
【０１２３】
なお、セレン化カドミウムの最適な動作電界は約１×１０７［Ｖ／ｍ］であるので、この動作電界となるようなバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【０１２４】
冷陰極アレイ６１は、複数の微小なカソードがマトリクス状に配列された電子ビーム源であり、任意のカソードを選択して電子ビーム６４を発射させることができる。
【０１２５】
ここで、実施の形態３のターゲット部２０の動作は、光導電膜２２の材料及び印加電界が異なるだけで実施の形態１と同じであるので省略する。
【０１２６】
実施の形態１と同様に、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａに到達した正孔によって正方向に上昇したビーム走査面２５Ａの電位が、冷陰極アレイ６１から発射された電子ビーム６４により、再び冷陰極アレイ６１と同じ電位に戻る際に、光導電膜２５、透光性電極２４、インジウムリング１２、電源３５、冷陰極アレイ６１、及び電子ビーム６４によって実現される閉回路に流れる電流変化が信号読み出し装置３６から撮像信号として取り出される。
【０１２７】
このように、実施の形態３のターゲット部２０は、光導電膜２２及び光導電膜２５の印加電圧を、それぞれ電源３４、電源３５により独立に制御することが可能であるため、最適な動作電界が異なる２種類以上の光導電膜を組み合わせて使用する場合に好適である。
【０１２８】
［実施例］
次に、実施の形態３のターゲット部２０の具体的な実施例について説明する。
【０１２９】
実施の形態３の実施例のターゲット部２０は、図４に示すターゲット部２０と同一の構成であるため、実施の形態３の実施例において、図４に対応する構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。
【０１３０】
透光性基板１０は、直径が２６．４ｍｍの透光性ガラス製の円板状の基板である。透光性基板１０の一方の面上には、直径２０ｍｍ、膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズ製の透光性電極２１をスパッタ蒸着法により形成し、その上に順次、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、光導電膜２５を形成した。なお、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、透光性電極２４、及び光導電膜２５は、平面視で円形である。
【０１３１】
光導電膜２２は、直径２２ｍｍ、膜厚１μｍのセレン化カドミウムを真空蒸着法により形成した。
【０１３２】
電界発光薄膜２３は、直径２０ｍｍのα−ＮＰＤ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｌｑ３（膜厚５０ｎｍ）接合膜を真空蒸着法により形成した。
【０１３３】
透光性電極２４は、透光性電極２１と同様に膜厚３０ｎｍの酸化インジウムスズで形成したが、インジウムリング１２と接続させるため、直径が２２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲となるように形成した。
【０１３４】
光導電膜２５は、直径２２ｍｍ、膜厚１５μｍの非晶質セレンを真空蒸着法により形成した。
【０１３５】
また、光導電膜２５のビーム走査面２５Ａには、膜厚０．１μｍの三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を圧力０．１〜０．４Ｔｏｒｒのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で蒸着した。
【０１３６】
以上のようにして形成した実施の形態３の実施例のターゲット部２０を、図３に示した撮像デバイス６０に組み込み、テレビカメラに実装し、光導電膜２２及び光導電膜２５にそれぞれ約１０Ｖ、約１５００Ｖの電圧を印加したところ、可視光波長のほぼすべての領域における１００％に近い光電変換効率と、光導電膜２５でのアバランシェ増倍率２００倍を両立することができた。
【０１３７】
このように、実施の形態３の実施例のターゲット部２０を含む撮像デバイス６０では、高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイスを提供できることが分かった。
【０１３８】
なお、以上では、光導電膜２２にセレン化カドミウムを用いることで、可視光領域全域での高い光電変換効率と安定したアバランシェ増倍を両立できるアバランシェ増倍方式の撮像デバイス６０が実現できることを説明したが、光導電膜２２を赤外光に感度を有する材料、例えば硫化鉛（ＰｂＳ）で構成することにより、高感度なアバランシェ増倍方式の赤外光撮像デバイスを容易に実現することもできる。
【０１３９】
[実施の形態４]
図５は、実施の形態４の撮像デバイス７０の構成を示す断面図である。
【０１４０】
図５に示すように、実施の形態４の撮像デバイス７０は、透光性電極２４の構成が実施の形態１と異なるが、その他の構成要素は実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一である。このため、実施の形態１の撮像デバイス４０に含まれる構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
実施の形態４の撮像デバイス７０は、実施の形態１の撮像デバイス４０と同一のインジウムリング１２、電子ビーム源３１、ガラス管３２、電源３４、及び電源３５を含む。
【０１４２】
光導電膜２２は、入射したＸ線を吸収し、電荷に変換（光電変換）する。
【０１４３】
光導電膜２２は、Ｘ線を吸収する材料であれば、種々の材料から構成されてよい。例えば、光導電膜２２は、非晶質セレンから構成されてよく、必要に応じて、他の添加物を含んでもよい。光導電膜２２として非晶質セレンを用いる場合には、最適な動作電界は約１×１０７[Ｖ／ｍ]であるので、この動作電界となるようなバイアス電圧を、光導電膜２２の膜厚に応じて電源３４から印加すればよい。
【０１４４】
ファイバーオプティックプレート３１０は、直径数μｍの透光性ガラスファイバーを円形状に束ねた光学デバイスであり、片面に投影された光学像をそのまま反対の面に伝達することができる。ファイバーオプティックプレート３１０は、オプティカルファイバープレートの一例である。
【０１４５】
実施の形態４の透光性電極２４Ａ及び２４Ｂは、ファイバーオプティックプレート３１０の一方の面に形成される一の第２透光性電極と、ファイバーオプティックプレート３１０の他方の面に形成される他の第２透光性電極との一例であり、外部で電気的に接続されている。光導電膜２５は、透光性電極２４Ｂに積層されている。
【０１４６】
実施の形態４のターゲット部３２０は、ファイバーオプティックプレート３１０の片面３１０Ａ側に、透光性電極２４Ａ、電界発光薄膜２３、光導電膜２２、透光性電極２１の順序で積層され、ファイバーオプティックプレート３１０の片面３１０Ａと反対の面３１０Ｂ側に、透光性電極２４Ｂ、光導電膜２５の順序で積層された配置構成となっている。
【０１４７】
ここで、実施の形態４のターゲット部３２０の動作は、光導電膜２２の印加電界と、実施の形態１では、電界発光薄膜２３で発光した光は、透光性電極２４のみを介して光導電膜２５に入射していたのに対し、実施の形態４では、電界発光薄膜２３で発光した光は、透光性電極２４Ａ、ファイバーオプティックプレート３１０、及び透光性電極２４Ｂを介して光導電膜２５に入射する点が異なるだけで実施の形態１と同じであるので省略する。
【０１４８】
以上のように、実施の形態４のターゲット部３２０は、透光性電極２１、光導電膜２２、電界発光薄膜２３、及び透光性電極２４Ａをファイバーオプティックプレート３１０上に形成することができ、透光性基板が不要となるため、透光性基板でのＸ線の吸収が生じず、Ｘ線像を撮影する場合に好適である。
【０１４９】
また、非晶質セレンを主体とする光導電膜を用いたＸ線用撮像デバイスでは、入射Ｘ線の吸収量を高めるために光導電膜を厚くする必要があり、該光導電膜で同時にアバランシェ増倍現象を生じさせるほどの極めて高いバイアス電圧を該光導電膜に印加することは困難であったが、実施の形態４の撮像デバイス７０では、膜厚の厚い光導電膜２２では入射Ｘ線の吸収と光電変換だけを行い、アバランシェ増倍は膜厚の薄い光導電膜２５で行えばよいため、高感度なアバランシェ増倍方式のＸ線撮像デバイスを容易に実現することができる。
【０１５０】
以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像デバイスについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、高画質が要求されるテレビカメラの撮像デバイスに最適であり、産業、医療、理化学分野等の画像解析システムに適用すれば、高感度、高品質、高Ｓ／Ｎでの信号処理が可能になる等の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 第１透光性電極
２ 第１光電変換部
３ 電界発光薄膜部
４ 第２透光性電極
５ 第２光電変換部
６ 信号読み出し部
７ 第１電源
８ 第２電源
９ ターゲット部
１０ 透光性基板
１１ 金属性ピン
１２ インジウムリング
２０ ターゲット部
２１ 透光性電極
２２ 光導電膜
２３ 電界発光薄膜
２４ 透光性電極
２５ 光導電膜
３０、６４ 電子ビーム
３１ 電子ビーム源
３２ ガラス管
３４、３５ 電源
３６ 信号読み出し装置
４０、５０、６０、７０ 撮像デバイス
６１ 冷陰極アレイ
６３ ガラス管
２００ ターゲット部
２０２ 光導電膜
２１０ 絶縁層
２２０ ＣＭＯＳ素子アレイ
２２１ フォトダイオードアレイ
２２２ ＣＭＯＳ型スイッチング素子アレイ
２３４ 電源
３１０ ファイバーオプティックプレート
３２０ ターゲット部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側に配設される第１透光性電極と、
前記第１透光性電極に積層され、前記第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、
前記第１光電変換部に積層され、前記第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、
前記第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、
前記第２透光性電極に積層され、前記第１電界発光薄膜部で発光され前記第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部と
を含み、
且つ前記第１光電変換部又は前記第２光電変換部の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う撮像デバイス。
【請求項２】
前記第１光電変換部及び前記第２透光性電極の面積が、前記第１電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第１電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封される、請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項３】
前記第２光電変換部に積層され、前記第２光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第２電界発光薄膜部と、
前記第２電界発光薄膜部に積層される第３透光性電極と、
前記第３透光性電極に積層され、前記第２電界発光薄膜部で発光され前記第３透光性電極を透過した光を光電変換する第３光電変換部と
をさらに含み、
且つ前記第３光電変換部が、該第３光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行い、前記信号読み出し部は、前記第３光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す請求項１又は２に記載の撮像デバイス。
【請求項４】
前記第２光電変換部及び前記第３透光性電極の面積が、前記第２電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封される、請求項３に記載の撮像デバイス。
【請求項５】
前記第３光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成される、請求項３又は４に記載の撮像デバイス。
【請求項６】
前記第２光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項７】
前記第２透光性電極は、オプティカルファイバープレートの一方の面に形成される一の第２透光性電極と、前記オプティカルファイバープレートの他方の面に形成される他の第２透光性電極とで構成されており、前記第２光電変換部は、前記他の第２透光性電極に積層される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項８】
前記信号読み出し部は、シリコンウェハの片面に整列配備されたＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型又はＴＦＴ型スイッチング素子アレイで構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項１】
光入射側に配設される第１透光性電極と、
前記第１透光性電極に積層され、前記第１透光性電極を介して入射する入射光を光電変換する第１光電変換部と、
前記第１光電変換部に積層され、前記第１光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第１電界発光薄膜部と、
前記第１電界発光薄膜部に積層される第２透光性電極と、
前記第２透光性電極に積層され、前記第１電界発光薄膜部で発光され前記第２透光性電極を透過した光を光電変換する第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す信号読み出し部と
を含み、
且つ前記第１光電変換部又は前記第２光電変換部の少なくともいずれかが、前記光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行う撮像デバイス。
【請求項２】
前記第１光電変換部及び前記第２透光性電極の面積が、前記第１電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第１電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封される、請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項３】
前記第２光電変換部に積層され、前記第２光電変換部で生成される電荷が注入されて発光する第２電界発光薄膜部と、
前記第２電界発光薄膜部に積層される第３透光性電極と、
前記第３透光性電極に積層され、前記第２電界発光薄膜部で発光され前記第３透光性電極を透過した光を光電変換する第３光電変換部と
をさらに含み、
且つ前記第３光電変換部が、該第３光電変換部内で電荷のアバランシェ増倍を行い、前記信号読み出し部は、前記第３光電変換部で生成される信号電荷を２次元の画像信号として読み出す請求項１又は２に記載の撮像デバイス。
【請求項４】
前記第２光電変換部及び前記第３透光性電極の面積が、前記第２電界発光薄膜部の面積より大きく、且つ前記第２電界発光薄膜部が外気と接触しないように密封される、請求項３に記載の撮像デバイス。
【請求項５】
前記第３光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成される、請求項３又は４に記載の撮像デバイス。
【請求項６】
前記第２光電変換部は、シリコンウェハの片面に整列配備して形成されたフォトダイオードアレイで構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項７】
前記第２透光性電極は、オプティカルファイバープレートの一方の面に形成される一の第２透光性電極と、前記オプティカルファイバープレートの他方の面に形成される他の第２透光性電極とで構成されており、前記第２光電変換部は、前記他の第２透光性電極に積層される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項８】
前記信号読み出し部は、シリコンウェハの片面に整列配備されたＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型又はＴＦＴ型スイッチング素子アレイで構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０４７２９（Ｐ２０１２−１０４７２９Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３５１０（Ｐ２０１０−２５３５１０）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年８月２日 社団法人映像情報メディア学会発行の「映像情報メディア学会 ２０１０年年次大会講演予稿集」に発表
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年８月２日 社団法人映像情報メディア学会発行の「映像情報メディア学会 ２０１０年年次大会講演予稿集」に発表
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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