撮像装置及び撮像方法
【課題】本発明は、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に抑制し、安定して撮像を行うことができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【解決手段】撮像面に入射した光Ｌを電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜２３を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置１００、１００ａ〜１００ｃであって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段５０を有することを特徴とする。
【解決手段】撮像面に入射した光Ｌを電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜２３を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置１００、１００ａ〜１００ｃであって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段５０を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、特に、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を撮像素子に用いた撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セレン（Ｓｅ）を主体とし且つアバランシェ増倍機能を持つ非晶質（アモルファス）半導体層と、セレンとテルル（Ｔｅ）を含み且つ入射光の大部分を吸収して電荷に変換し得る機能を持つ非晶質光電変換層とを少なくとも有する光電変換膜と、光電変換膜で生成される信号電荷を読み出す電荷読み出し手段とを有する撮像装置であって、光電変換膜の温度を、非晶質光電変換層のガラス転移温度以上であって、ガラス転移温度＋３０℃以下に制御する温度制御手段と、光電変換層の電界が０．８×１０８〜１．１×１０８〔Ｖ／ｍ〕となるように、電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、セレンとテルルを含む光電変換膜においては、高輝度のスポット光を撮像することで発生するハイライトキズの発生を抑制することが困難であるが、上述の特許文献１に記載の撮像装置によれば、かかるハイライトキズの発生を抑制することが可能となることが知られている。
【特許文献１】特開２００６−４９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の光電変換膜よりも、もっとハイライトキズの発生し易い光電変換膜が撮像装置に用いられる場合があり、例えば、ヒ素（Ａｓ）を含んだ光電変換膜は、ヒ素を含まない光電変換膜よりもハイライトキズが発生し易い。このような、ハイライトキズが発生し易い光電変換膜を用いる場合には、上述の特許文献１に記載の構成では、ハイライトキズの発生を十分に抑制できない場合があるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このようなよりハイライトキズが発生し易い光電変換膜も含めて、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に抑制し、安定して撮像を行うことができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る撮像装置は、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、撮像前に光電変換膜に紫外線を照射することにより、光電変換膜にエネルギーを付与し、光電変換膜内で自然発生的に起こった電子の捕獲による内部の電界変動を是正することができ、良好な電荷状態で撮像を行うことができ、撮像時に発生するハイライトキズを効果的に防止することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係る撮像装置において、
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする。
【０００９】
これにより、ハイライトキズの発生が生じ易い光電変換膜を用いた場合であっても、ハイライトキズを効果的に防止することができるので、より高感度な種々の光電変換膜を適用可能な撮像装置とすることができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る撮像装置において、
前記光電変換膜の温度を調整し、前記撮像を行っている間は、前記光電変換膜の温度を所定の温度に保つ温度制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、撮像を行っている間は、温度制御により光電変換膜の保護を行うことができ、更にハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明に係る撮像装置において、
前記温度制御手段は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に前記光電変換膜を調整することを特徴とする。
【００１３】
これにより、温度制御による光電変換膜の保護をより効果的に行うことができ、ハイライトキズの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００１４】
第５の発明に係る撮像方法は、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像方法であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、光電変換膜内で自然的に発生して捕獲された電子を、撮像前の紫外線エネルギーの付与により伝導帯に戻すことができ、良好な電荷状態で撮像を行うことにより、ハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【００１６】
第６の発明は、第５の発明に係る撮像方法において、
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする。
【００１７】
これにより、ハイライトキズの発生が起こりやすい光電変換膜も使用することができ、ハイライトキズに対する耐性に制約を受けず、用途に応じた適切な光電変換膜の選択が可能となる。
【００１８】
第７の発明は、第５又は第６の発明に係る撮像方法において、
前記光電変換膜の温度を、所定の温度に保った状態で前記撮像を行うことを特徴とする。
【００１９】
これにより、撮像中は光電変換膜の温度を適切に保って光電変換膜の保護を行うことができ、紫外線の利用と相俟って効果的にハイライトキズの発生を抑制できる。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明に係る撮像方法において、
前記温度は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に保たれることを特徴とする。
【００２１】
これにより、適切な温度設定として光電変換膜を保護することができ、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２４】
図１は、本発明を適用した撮像装置の動作原理を説明するための図であり、光電変換膜１０３を含む部分を概略的に示した断面図である。図１において、撮像装置の光電変換膜１０３は、例えば非晶質セレンを主成分とする半導体層からなる。光電変換膜１０３の光入射面Ｅ、つまり撮像面には、正孔が光電変換膜１０３に注入されることを防止するバリア層１０２が形成されている。また、光電変換膜１０３の光入射面Ｅに対向する信号読み取り面Ｓには、電子が光電変換膜１０３に注入されることを防止するバリア層１０４が形成されている。
【００２５】
バリア層１０２上には、電圧印加手段１０５に接続された透光性電極１０１が形成され、バリア層１０２を介して光電変換膜１０３に電圧を印加することが可能となっている。
【００２６】
例えば、可視光などの入射光Ｌが、透光性電極１０１の側から光電変換膜１０３に入射すると、光電変換膜１０３内で、正孔と電子が発生する。光電変換膜１０３には、透光性電極１０１を介して、電圧印加手段１０５から正電圧が印加されているため、発生した電子は透光性電極１０１の方向へ、正孔はバリア層１０４方向へ移動する。
【００２７】
このとき、バリア層１０４は、図示しない電子ビーム源より発する電子ビームＥＢによって走査され、バリア層１０４内に到達した正孔は、電子ビームＥＢの照射により供給される電子と再結合する。このようにして、入射光Ｌから変換された信号電荷の読み取りが行われ、入射光Ｌが画像信号に変換される。
【００２８】
この場合、光電変換膜１０３に印加される電圧を、例えば光電変換膜１０３の電界が０．８×１０８〔Ｖ／ｍ〕以上となる電圧付近まで上昇させると、入射光Ｌによって発生した電子と正孔のうち、特に正孔が、高い電圧で加速される。加速された正孔は、光電変換膜１０３内の半導体層の原子に衝突し、これにより衝突電離が生じ、電子と正孔の対が更に発生する現象が起きる。
【００２９】
このような衝突電離により発生した電子と正孔のうち、特に正孔が高い速度で移動することにより、さらに新たな衝突電離が生じて電子と正孔を次々に発生させるというイオン化連鎖反応が生じる。この現象はアバランシェ増倍現象と呼ばれ、このアバランシェ増倍現象を利用することにより、高い電荷増倍率が得られ、撮像装置の感度を増大させることが可能となっている。
【００３０】
撮像装置の感度をさらに上げるためには、アバランシェ増倍現象が生じる領域を大きくする、すなわち光電変換膜１０３の厚さＴを大きくする必要がある。しかし、厚さＴを大きくした光電変換膜１０３を撮像装置に用いると、例えば撮像装置により撮像された画像に、白キズが発生してしまう場合があった。このようなキズが発生する原因としては、以下のような現象が起きている可能性があると考えられる。
【００３１】
図２は、図１において説明した光電変換膜１０３を含む概略構成を、光電変換膜１０３のエネルギー準位を考慮して示したバンドモデルの模式図である。図２において示された構成要素は、図１とほぼ同様であるが、光電変換膜１０３に非晶質セレン（ａ−Ｓｅ）、バリア層１０２に酸化セリウム（ＣｅＯ２）、透光性電極１０１に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）、バリア層１０４に三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を適用した例が示されている。バリア層１０２は、外部から正孔を通さない正孔ブロッキング構造を有し、バリア層１０４は、外部から電子を通さない電子ブロッキング構造を有している。
【００３２】
また、図２において、光電変換膜１０３を形成する非晶質セレンのエネルギー準位が、負電位が大きくなる程高くなり、正電位が大きくなる程小さくなるように示されている。つまり、電圧印加手段１０５から正電圧の供給を受ける光電変換膜１０３の左側（光入射面側）が、エネルギー準位が低くなり、右側の読み取り面側の、電子ビームＥＢによって走査される部分のエネルギー準位が高く示されている。光電変換膜１０３の傾斜は、光電変換膜１０３内の電界の大きさを示しており、傾斜が大きい程、光電変換膜１０３内に発生している電界が大きい状態を示している。
【００３３】
かかる構成において、光電変換膜１０３を形成する主成分である非晶質セレンには、電子を捕獲する局在準位（捕獲準位）１０６が存在し、局在準位は光電変換膜１０３内の電子の移動を阻害し、その一部を捕獲すると考えられる。つまり、光電変換膜１０３内を電子が移動するためには、電子が上のエネルギー準位の伝導帯に存在することが必要であるが、捕獲準位で電子が捕獲されてしまうと、その電子は移動が出来なくなってしまう。また、光電変換膜１０３の厚さを増大させた場合、電子を捕獲する局在準位の数が多くなり、局在準位に捕獲される電子の数も増大してしまう。そして、局在準位に捕獲された電子は空間電荷として作用するため、光電変換膜１０３内の電荷分布を変化させ、光電変換膜１０３内の電界を変化させる。また、このような非晶質セレンによる電子の捕獲は、撮像中に限らず、何ら電源が入っていない待機中の非動作状態においても、自然光等から付与されるエネルギーにより、自然的に発生し、進行してしまうと考えられている。
【００３４】
図３は、上述のような電子捕獲が発生し、光電変換膜１０３内の電界が変化した状態を模式的に示した図である。図３において、電界を示す光電変換膜１０３の傾斜が特に大きくなった部分が光電変換膜１０３の左側（光入射側）に生じ、電界バランスが本来の状態よりも崩れた状態を示している。そして、電子捕獲が特に多い部分では電界集中が生じて、この状態で撮像を行うと、例えば、高輝度の光が所定時間以上照射された場合には、バリア層１０２の正孔ブロッキング構造の限界を超えてこれを破壊し、電界集中が生じた位置で光電変換膜１０３の膜破壊を引き起こし、上述のような画像への白キズの発生となって現れると考えられている。
【００３５】
図４は、光電変換膜１０３に発生した白キズ９５の一例を示した図である。これらの白キズは、撮像中に高輝度の光を照射したときに生じるいわゆるハイライトキズであり、一旦発生すると、撮像を中止しても、画像中に白キズ９５が永久的に残ってしまう。また、白キズ９５が生じると、その部分は、光が入射されなくても常に電流が流れた状態となり、従って、撮像時に黒く表示されるべき時にも白い表示となってしまう。本実施形態に係る撮像装置及び撮像方法においては、このようなハイライトキズを効果的に防ぐことができる。なお、ハイライトキズとは異なり、光の照射と無関係に生じるキズは、ランニングキズと呼ばれている。
【００３６】
このように、捕獲準位による電子捕獲が生じた場合には、エネルギーを付与しないと、電子は移動可能なエネルギー準位にある伝導帯に移動できず、上述のようなハイライトキズを発生させる要因となってしまう。そこで、本発明においては、撮像前に光電変換膜１０３に紫外線を照射してエネルギーを付与し、捕獲準位で捕獲されている電子を伝導帯に移動させ、電子の移動を可能にすることにより、ハイライトキズを抑制することを行う。
【００３７】
＜実施形態１＞
次に、図５を用いて、本発明を適用した実施形態１に係る撮像装置の構成の一例について説明する。図５は、実施形態１に係る撮像装置１００の全体構成の一例を示した断面図である。
【００３８】
図５において、実施形態１に係る撮像装置１００は、主要構成要素として、撮像管１０と、紫外線照射手段５０とを備える。また、本実施形態に係る撮像装置１００は、関連構成要素として、レンズ１５を備える。撮像管１０は、受光部２０と、電子ビーム発生部３０とを備え、必要に応じて温度制御手段４０を備えてよい。撮像管１０は、更にその他の構成要素として、信号ピン１２、負荷抵抗１３、電源１４等を備えてよい。
【００３９】
紫外線照射手段５０は、図５においては、受光部２０を覆う状態で示されているが、撮像開始前には図５に示すような状態となり、撮像を開始する際には移動して取り除かれる。よって、撮像時には、本実施形態に係る撮像装置１００は、例えば、可視光などからなる入射光Ｌがレンズ１５を介して、さらに透光性面板１１を通過して光電変換膜２３を含む受光部２０に入射する構造になっている。なお、紫外線照射手段５０の移動機能の構成については、後述する。
【００４０】
受光部２０は、入射光Ｌを受光し、入射光Ｌに応じて電荷を発生し、電荷を増倍させるための手段である。受光部２０は、例えば、透光性電極２１、バリア層２２、光電変換膜２３、増し付け層２４およびバリア層２５を含むが、この構成の詳細については、後述する。
【００４１】
受光部２０のバリア層２５は、電荷読み取り手段である電子ビーム発生部３０から発する電子ビームＥＢによって走査され、入射光から変換された信号電荷の読み取りが行われる構造になっている。つまり、電子ビーム発生部３０は、電荷読み取り手段の機能を有する。
【００４２】
電子ビーム発生部３０は、例えば、電子銃筐体３６、カソード電極３５、集束偏向電極３４、メッシュ電極３３、インジウムリング３２、金属リング３１を含む。集束偏向電極３４は、カソード電極３５より射出される電子ビームＥＢを集束偏向するために設けられたものである。
【００４３】
透光性電極２１には、負荷抵抗１３を介して電源１４が接続され、光電変換膜２３に電圧が印加される構造になっている。本実施形態に係る撮像装置１００によって撮像が行われる場合には、電圧が印加された光電変換膜２３に発生した信号電荷を、電子ビーム発生部３０によって走査された電子ビームＥＢによって読み取り、信号電荷は信号ピン１２を介して転送される構造になっている。
【００４４】
紫外線照射手段５０は、撮像前に、受光部２０に紫外線を照射する手段である。図２〜４において説明したように、光電変換膜２３の主成分である非晶質セレンによる電子捕獲は、通常の待機状態で進行する。よって、紫外線照射手段５０は、撮像を開始する前に、光電変換膜２３に紫外線を照射し、電子捕獲状態が多数発生している光電変換膜２３に紫外線エネルギー付与し、捕獲された電子を放出させて伝導帯に移動させ、電子捕獲状態を抑制する。つまり、紫外線照射手段５０は、光電変換膜２３内で発生した電子捕獲状態を、電子が捕獲準位に捕獲されておらず、伝導帯に存在する元の状態に戻す機能を有する。
【００４５】
紫外線照射手段５０は、紫外線源５１を備える。紫外線源５１は、紫外線を発生させる手段であり、例えば、紫外線を発する蛍光灯が適用されてもよいし、紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）が適用されてもよい。紫外線源５１は、用途に応じて適切な種類の紫外線光源が用いられてよい。また、光電変換膜２３に照射する紫外線は、エネルギーが高い程、電子捕獲された電子を伝導帯に引き上げる効果が高いので、より波長の短い、エネルギーの高い紫外線源５１が用いられることが好ましい。なお、この点の詳細については、後述する。
【００４６】
また、本実施形態においては、光電変換膜２３の温度制御を行う温度制御手段４０が設けられ、光電変換膜２３の温度制御を可能とする構成になっていてもよい。温度制御手段４０は、例えば、ペルチェ素子からなる温度制御素子４４と、透光性面板１１に取り付けられた温度測定手段４１と、制御装置４３とを含んでもよい。
【００４７】
温度測定手段４１によって測定された温度データは、フィードバック回路４２を介して制御装置４３に送られ、制御装置４３は、温度データに応じて温度制御素子４４を制御する。温度制御素子４４は、例えば電子銃筐体３６の外壁に、金属リング３１を覆うように設置されてもよい。
【００４８】
温度制御素子４４に、例えばペルチェ素子を用いた場合には、前記光電変換膜２３を冷却することと加熱することの双方が可能になる。なお、ペルチェ素子の構造については後述する。また、前記温度制御素子４４は、ペルチェ素子に限定されるものではなく、通常のヒータを用いることも可能であり、また送風機とヒータを組み合わせたものを用いることも可能である。
【００４９】
次に、受光部２０の構造について、図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図６は、実施形態１における撮像管１０の受光部２０の概略構成を示した図である。図６（Ａ）は、受光部２０を電子ビーム走査側から見た平面図であり、図６（Ｂ）は、受光部２０の概略断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）においては、図５とは上下の位置関係が逆に示されていることになる。
【００５０】
図６（Ａ）、（Ｂ）において、受光部２０は、透光性面板１１の、入射光Ｌが入射する面と対向する面に形成されている。透光性面板１１上には透光性電極２１が形成され、透光性電極２１上には、バリア層２２が形成され、更にバリア層２２上には、非晶質セレンを主成分とする光電変換膜２３が形成されている。光電変換膜２３は、非晶質セレンを主成分とするので、当然に非晶質セレンの含有量が構成成分の中で最も多いが、例えば、耐熱性強化のためにヒ素が数％、例えば１〜２％程度添加されていてもよい。光電変換膜２３は、ヒ素を含むと、更に電子捕獲が発生し易くなり、その使用が難しくなるが、本実施形態に係る撮像装置１００では、電子捕獲に対する十分な対策がなされているので、ヒ素を含む光電変換膜２３も問題無く適用できる。また、光電変換膜２３は、赤色増感のためのテルルを含まない光電変換膜２３が適用されてもよいし、テルルを含む光電変換膜２３が適用されてもよい。一般的に、テルルを含むと、電子捕獲準位が増加するため、更に電子捕獲が発生し易くなり、ハイライトキズの防止が困難となる。本実施形態に係る撮像装置１００によれば、紫外線照射や温度制御の条件を調整することにより、そのようなヒ素及び／又はテルルを含んだハイライトキズの発生し易い光電変換膜２３を使用した場合も、ハイライトキズの発生を抑制することができる。
【００５１】
光電変換膜２３上には、電子ビームＥＢによって走査される、走査領域２０Ａと、電子ビームＥＢが走査されない非走査領域２０Ｂが存在する。非走査領域上には、非走査領域の表面電位を安定させるための増し付け層２４が形成され、増し付け層２４及び光電変換膜２３を覆うように、バリア層２５が形成されて、受光部２０を構成している。また、増し付け層２４は、省略した構造とすることも可能である。
【００５２】
光入射面側のバリア層２２は、正孔が光電変換膜２３に注入されることを防止する正孔注入阻止層であり、正孔ブロッキング構造を有し、光電変換によって発生する以外の正孔が光電変換膜２３に注入されることを防止している。
【００５３】
電荷読み取り手段３０側のバリア層２５は、電子ビームＥＢのランディング層であると共に、電子が光電変換膜２３に注入されることを防止する電子注入阻止層であり、光電変換によって発生する以外の電子が光電変換膜２３に注入されることを防止している。つまり、バリア層２５は、電子ブロッキング構造を有している。
【００５４】
光電変換膜２３中では、透光性面板１１側から入射する入射光Ｌによって電子と正孔が発生する。光電変換膜２３には、透光性電極２１を介して電源１４により電圧が印加されているため、図１で説明したように、アバランシェ増倍現象が起こる。そして、アバランシェ増倍現象を利用することにより、高い電荷増倍率が得られ、撮像装置１００の感度を増大させることができる。
【００５５】
また、光電変換膜２３に印加する電圧を大きくすると、電荷増倍率は大きくなるが、過大な電圧を印加すると光電変換膜２３がブレークダウンしてしまうため、撮像を行う場合には、アバランシュ増倍を生じさせて、かつ光電変換膜がブレークダウンしない適正な電圧値とすることが必要である。例えば、電圧印加によって光電変換膜にかかる電界を、０．８×１０8〜１．１×１０8〔Ｖ／ｍ〕とすることが好ましい。
【００５６】
受光部２０は、例えば、以下に示す製造方法によって製造される。以下の製造方法は、増し付け層２４を省略した構造の場合の製造方法について示している。まず、透光性ガラスからなる透光性面板１１の片面に高周波スパッタリング蒸着法を使用して、直径１４〔ｍｍ〕、厚さ３０〔ｎｍ〕の酸化インジウムスズを主体とする透光性電極２１を形成する。
【００５７】
次に、透光性電極２１上に真空蒸着法によって、直径１４〔ｍｍ〕、厚さ２０〔ｎｍ〕の酸化セリウムからなる、正孔注入阻止層となるバリア層２２を形成する。そして、形成したバリア層２２上に、一例として、非晶質セレンを最も多く成分として含む厚さ３５〔μｍ〕の光電変換膜２３を形成する。光電変換膜２３には、必要に応じてヒ素を添加してもよい。
【００５８】
次に、真空蒸着法によって、電子ビーム走査側表面の全域に、圧力０．３〔Ｔｏｒｒ（０．３×１．３３３２２×１０２Ｐａ）〕の不活性ガス雰囲気中で、三硫化アンチモンからなる直径１４〔ｍｍ〕、厚さ０．２〔μｍ〕のバリア層２５を形成し、受光部２０を得る。
【００５９】
このようにして得られた受光部２０は、インジウムリング３２、金属リング３１を使用して電子銃筐体３６に装着し、内部を真空封止して撮像管１０を得る。
【００６０】
また、温度制御に用いる温度制御素子４４には、例えばペルチェ素子など加熱と冷却の双方の機能を有する素子を用いることにより、例えば寒冷地での使用や、高温化での過酷な条件での使用など加熱と冷却が必要な双方の場合において、光電変換層の温度を保持することが可能となる効果を奏する。
【００６１】
次に、図７乃至図９を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００の紫外線照射手段５０の具体的な態様について説明する。
【００６２】
図７は、実施形態１に係る撮像装置１００の紫外線照射手段５０の一例について示した概略構成図である。図７において、実施形態１に係る撮像装置１００は、図５において説明した撮像管１０と、レンズ１５と、紫外線照射手段５０とを有する他、撮像装置筐体１１０を備える。そして、紫外線照射手段５０は、撮像装置筐体１１０に設置されている。
【００６３】
撮像装置筐体１１０は、撮像管１０を収容するとともに、レンズ１５を支持し、撮像装置１００を実用的なカメラとして利用するための筐体である。
【００６４】
紫外線照射手段５０は、例えば、図７に示すように、撮像装置筐体１１０に設置され、撮像を開始する前には撮像管１０を光入射面側から覆って、紫外線を光電変換膜２３に受光面側から照射し、撮像を行うときには、撮像装置筐体１１０の側部に固定し、撮像管１０の受光面を開放するようにしてもよい。図７においては、紫外線照射手段５０は、回転機構５２により撮像装置筐体１１０に固定され、回転移動可能に設置されている。また、紫外線照射手段５０は、紫外線源５１を中央部に備え、撮像管１０の正面から紫外線照射が可能なように構成されている。
【００６５】
なお、図７の態様においては、紫外線の光電変換膜２３への照射を行うときにはレンズ１５を取り外し、撮像を行うときに、レンズ１５を取り付けるようにしてもよい。図７の態様の場合には、紫外線源５１の大きさを、必ずしも小型にすることに拘る必要は無いので、例えば、紫外線用の蛍光灯等、消費電力が大きく、波長の短い高エネルギーの光源を紫外線源５１として用いるようにしてもよい。照射する紫外線の波長は、例えば、３００〔ｎｍ〕台以下であることが好ましく、照射時間は、1時間前後行うことが好ましい。但し、これらの照射する紫外線の特性は、種々の波長の紫外線を照射でき、また照射時間も用途等に応じて適宜調整してよい。
【００６６】
このように、図７に係る撮像装置１００によれば、高エネルギーの紫外線を確実に光電変換膜２３に照射して十分な保護効果を果たすことができる。
【００６７】
図８は、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａの概略構成を示した図である。図８において、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａは、撮像管１０が撮像装置筐体１１０内に収容され、レンズ１５が撮像装置筐体１１０に支持されている点で図７に係る撮像装置１００と同様であるが、紫外線照射手段５０ａが、複数の紫外線源５１ａから構成され、撮像装置筐体１１０内に設けられている点で、図７に係る撮像装置１００と異なっている。
【００６８】
このように、紫外線照射手段５０ａを、撮像装置筐体１１０内に設けるようにしてもよい。これにより、撮像装置１００ａを省スペースで構成できるとともに、撮像前後でレンズ１５の取り外し及び設置を行う必要が無くなり、撮像のための準備を簡素化することができる。
【００６９】
この場合、例えば、紫外線源５１ａは、撮像装置筐体１１０の前方（撮像面側）にコンパクトに設置する必要があるので、より省スペース化に適した紫外線発光ＬＥＤを用いるようにしてもよい。また、図８においては、紫外線源５１ａが２個だけ示された例が挙げられているが、必要に応じて、更に多くの紫外線源５１ａを設置するようにしてもよい。
【００７０】
このように、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａによれば、省スペースかつ容易な撮像操作で光電変換膜２３の保護を行いつつ、撮像を行うことができる。
【００７１】
図９は、実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂの概略構成を示した図である。図９において、実施形態１の第２の変形例に係る撮像装置１００ｂにおいては、紫外線照射手段５０ｂが撮像装置筐体１１０内に収容されている点では、図８の第１変形例に係る撮像装置１００ａと同様であるが、紫外線源５１ｂが撮像管１０の後方に設置され、紫外線照射手段５０ｂが鏡で構成されている点で、第１変形例に係る撮像装置１００ａとは異なっている。このように、紫外線源５１ｂを撮像管１０の後方に設け、鏡を利用して、鏡の反射光により、光電変換膜２３に紫外線を照射するようにしてもよい。
【００７２】
図９に係る実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂにおいては、撮像前に紫外線を光電変換膜２３に照射する場合には、鏡で構成された紫外線照射手段５０ｂを撮像管１０の前方に移動させ、撮像時には、紫外線照射手段５０ｂは、側方に移動させ、レンズ１５と撮像管１０の入射面との間を遮らないようにするとよい。この場合、移動は、モータ等の駆動源を用いて、スイッチ５３により紫外線照射手段５０ｂである鏡の位置移動を行うようにしてもよい。
【００７３】
図９の態様においては、紫外線源５１ｂを、比較的スペースのある撮像装置筐体１１０内の中央付近に設置することができるので、省スペース等にあまり配慮せず、高エネルギーの紫外線発射が可能な紫外線源５１ｂを適用することができる。また、全体としては、紫外線照射手段５０ｂは、撮像装置筐体１１０の内部に設置されているので、撮像装置１００ｂを省スペースに構成することができるとともに、撮像前後におけるレンズ１５の着脱も行わなくてよく、簡単な操作が可能となる。
【００７４】
このように、図７乃至図９において説明したように、紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂの設置方法及び紫外線源５１、５１ａ、５１ｂの種類は種々の形態が考えられ、用途に応じて適切な形態を適用するようにしてもよい。
【００７５】
次に、図１０を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００の温度制御手段４０の温度制御素子４４に適用され得るペルチェ素子の構成の一例について説明する。図１０は、ペルチェ素子の構造を模式的に示した図である。
【００７６】
図１０において、Ｐ型半導体４６ａと、Ｎ型半導体４６ｂを図のように電極４５、４７ａ、４７ｂで接続し、電源４８を用いて電極４７ａ側から電流を流すと、電極４５側では発熱作用が、電極４７ａ、４７ｂ側では吸熱作用が起こる。また、電圧の正負を逆にすると、発熱作用と吸熱作用が生じる部分が入れ替わる。
【００７７】
そのため、本実施形態では、例えばこのようなペルチェ素子を用いることで、光電変換層の冷却と加熱の双方を可能としており、広範囲な外気条件のもとで撮像素子を使用することが可能となる。
【実施例】
【００７８】
次に、図１１乃至図１４を用いて、実施形態１に係る撮像装置に近似した条件で実験を行った実施例について説明する。
【００７９】
図１１は、本実施例で用いた撮像管１０の概略寸法を示した図である。図１１に示すように、直径２〔ｃｍ〕、厚さ１０〔ｃｍ〕の撮像管１０を使用した。これに用いられた光電変換膜２３は、３５〔μｍ〕の厚さＴを有するものである。また、光電変換膜２３は、非晶質セレンを主成分とし、テルルは含まれておらず、ヒ素が２％含まれているものである。
【００８０】
図１２は、光電変換膜２３を含む撮像管１０に、紫外線照射手段５０を用いて紫外線を照射した状態を示した平面図である。図１２に示すように、光電変換膜２３の入射面側から、紫外線照射手段５０により、紫外線を照射した。紫外線源５１には、２０Ｗの紫外線蛍光灯を用い、１００〔Ｖ〕の電圧を印加した。また、紫外線の照射時間は１時間とした。
【００８１】
図１３は、紫外線照射後に、ハイライト光を照射した場合の撮像画像を示した図である。ハイライト光は、図１３に示すように、３×４＝１２個の白色光を、１０分間照射した。このとき、光電変換膜２３は、増倍率が１０００になるようにターゲット電圧を調整した。このようなハイライト光の入射を行った場合、撮像装置１００で取得した撮像画像には、暗い画像に小さな１２個の白点９０が表示されることになる。また、ハイライトキズが発生する瞬間、小さな白点９０が破裂したようになり、白キズ９５のように面積が拡大し、入射光Ｌ（被写体）の変化に関わらず、その後永続的に表示されて、常に画像に残った状態となる。
【００８２】
図１４は、図１１乃至図１３において説明した実験の結果を示す図である。横軸は光電変換膜２３の動作温度〔℃〕、縦軸はハイライトキズの発生確率〔％〕が示されている。つまり、紫外線を１時間照射した後、光電変換膜２３の温度を上昇させ、温度を一定温度に保った結果が図１４に示されている。
【００８３】
図１４において、紫外線照射の無い結果を、黒丸を結んだ特性Ａ、３６５〔ｎｍ〕の波長の紫外線を照射した結果を、四角形を結んだ特性Ｂ、３１２〔ｎｍ〕の波長の紫外線を照射した結果を、三角形を結んだ特性Ｃで示している。図１４より、紫外線の照射が無かった場合の特性Ａは、いずれの温度においてもハイライトキズの発生確率は１００〔％〕となっている。一方、３６５〔ｎｍ〕の波長の紫外線を光電変換膜２３に照射した場合の特性Ｂは、温度が３５〔℃〕ではハイライトキズの発生確率が１００〔％〕であるが、温度が高い状態となるにつれてハイライトキズの発生確率が減少し、温度４０〔℃〕で発生確率が約４０〔％〕となり、温度４２．５〔℃〕で発生確率０〔％〕に達している。また、３１２〔ｎｍ〕の波長の紫外線を光電変換膜２３に照射した場合の特性Ｃでは、温度が３５〔℃〕ではハイライトキズの発生確率が１００〔％〕であるが、温度が高い状態となるにつれてハイライトキズ発生確率が減少し、温度３７．５〔℃〕のときには発生確率が約４０〔％〕に達し、温度４０〔℃〕のときに発生確率０〔％〕に達している。同一温度で比較すると、３６５〔ｎｍ〕の特性Ｂよりも３１２〔ｎｍ〕の特性Ｃの方がハイライトキズの発生確率が低くなっている。
【００８４】
このように、特性Ａ、Ｂ、Ｃの比較により、紫外線の照射を撮像前に行うことにより、ハイライトキズの発生を抑制できることが分かる。また、紫外線の波長が短い程、つまり紫外線のエネルギーが大きい程、ハイライトキズの発生を効果的に抑制できることが分かる。また、温度に着目すると、光電変換膜２３の温度が高く保たれている方が、ハイライトキズの発生確率が減少することが、特性Ｂ、Ｃの各々が示す傾向から分かる。
【００８５】
図１４においては、撮像前に光電変換膜２３に照射する紫外線の波長が、３１２〔ｎｍ〕、３６５〔ｎｍ〕の場合が例として挙げられているが、これを目安として、用途に応じて種々の波長の紫外線を適用することができる。例えば、より電子捕獲抑制及びハイライトキズの効果を強くしたい場合には、紫外線の波長をもっと短くし、例えば、２００〔ｎｍ〕台の波長の紫外線を用いれば、更に高いハイライトキズ抑制効果を期待できる。例えば、光電変換膜２３の主成分が非晶質セレンであり、ヒ素が添加され、更にテルルが添加されているような場合には、このようなより短波長の紫外線を用いることにより、ハイライトキズを抑制することができると考えられる。また、逆に、非晶質セレンにヒ素もテルルも添加されておらず、図１４よりも弱い紫外線の照射でハイライトキズを防止できる場合には、例えば、３６５〔ｎｍ〕よりも波長の長い３００〔ｎｍ〕台後半、又は４００〔ｎｍ〕台の波長を適用してもハイライトキズ抑制の効果を奏し得ると考えられる。このように、紫外線の波長、更に照射強度、照射時間等の諸条件は、用途に応じて適宜変化させてよく、適切な条件で紫外線照射工程を行うようにしてよい。
【００８６】
また、光電変換膜２３の温度については、非晶質セレンのガラス転移温度は３１〔℃〕であることが知られており、ヒ素を添加すると、ガラス転移温度がヒ素添加濃度１原子％当り５〔℃〕上昇することが知られている。よって、本実施例の実験においては、ヒ素は２〔％〕添加されているから、光電変換膜２３のガラス転移温度は、４１〔℃〕となる。また、図１４より、ハイライトキズ抑制の効果が発生し始めるのが、３５〔℃〕よりも高い略３６〔℃〕の付近からであり、温度が高くなるにつれてハイライトキズの発生確率は抑制され、特性Ｃでは４０〔℃〕、特性Ｂでは４２．５〔℃〕で発生確率が０〔％〕となっている。温度は、更に高くても問題無いと考えられるが、光電変換層１０３のガラス転移温度＋３０〔℃〕程度の温度以上で、当該光電変換膜２３が波状に変形する、いわゆる膜しわが発生し、正常な画像信号が得られなくなってしまう場合がある。よって、光電変換膜２３の温度は、光電変換膜２３のガラス転移温度＋３０〔℃〕未満とした方がよい。また、図１４の実験結果によれば、特性Ｂでは４２．５〔℃〕以上、特性Ｃでは４０〔℃〕以上でその効果は変わらないことになるので、無用な温度上昇エネルギー消費を低減し、また光電変換膜２３に余分な負担を与えない観点からも、ハイライトキズの発生確率が０〔％〕となる温度を確実に超えるレベルであれば十分である。よって、例えば、光電変換膜２３の温度は、ガラス転移温度±５〔℃〕の範囲内にあれば、十分なハイライトキズ抑制の効果が得られると考えられる。図１４の場合であれば、４１〔℃〕±５〔℃〕、つまり３６〔℃〕以上４６〔℃〕以下の範囲でハイライトキズ抑制の効果が得られることになる。この場合、紫外線の波長がもっと長い場合には、ハイライトキズの発生確率が０〔％〕となる温度は更に高くなることが予想されるので、温度の上限については、例えば、ガラス転移温度＋１０〔℃〕としてもよい。
【００８７】
このように、撮像時の光電変換膜２３の設定温度については、紫外線の波長との関係から、用途に応じて適宜変更するようにしてよい。なお、撮像中に光電変換膜２３の温度を上昇させた状態に保つことにより、ハイライトキズの発生を抑制できるのは、光電変換膜２３の主成分である、非晶質セレンが、非晶質セレンのガラス転移温度以上になると、ガラス転移温度未満の温度では束縛されていた原子の状態が変化し、光電変換膜２３内部の電子の走行性が向上して捕獲される電子の数が減少するためと考えられる。
【００８８】
なお、本実施例で説明した紫外線の照射は、実施形態１における紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂで実現されてよく、温度制御は、温度制御手段４０により実現されてよい。
【００８９】
次に、図１５を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂを用いた撮像方法について説明する。図１５は、実施形態１に係る撮像方法の処理フローを示した図である。
【００９０】
ステップ１００では、撮像を行う前に、撮像管１０の光電変換膜２３を含む受光部２０に、紫外線照射手段５０を用いて紫外線が照射される、紫外線照射工程が行われる。紫外線の照射は、紫外線源５１を用いて、実施例において説明したように、例えば、３００〔ｎｍ〕台の波長の紫外線を１時間程度照射してもよい。紫外線の照射強度、波長、照射時間等の条件は、用途に応じて適宜適切な条件が定められてよい。例えば、照射強度の高い紫外線を発生させる紫外線源５１や、波長が短い高エネルギーの紫外線源５１を用いることにより、照射時間をより短くすることができると考えられるので、単位時間当たりの紫外線照射のエネルギー量又は照射量を高め、より短い時間で紫外線照射工程を終えるようにしてもよい。
【００９１】
紫外線照射工程を終了したら、紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂは、撮像管１０での撮像が可能な撮像面を遮らない位置に移動される。また、紫外線源５１の点灯も終了してよい。
【００９２】
ステップ１１０では、光電変換膜２３の温度が温度制御手段４０により制御され、光電変換膜２３が適切な設定温度となるように調整される温度調整工程が行われる。図１４で説明したように、例えば、光電変換膜２３の設定温度は、光電変換膜２３のガラス転移温度の±５〔℃〕程度の範囲で設定してもよいし、ガラス転移温度−５〔℃〕〜ガラス転移温度＋１０〔℃〕の範囲で設定してもよい。ステップ１００で照射された紫外線の特性に応じて、ハイライトキズを防ぐのに適切な温度に調整されてよい。通常、温度調整は、温度制御素子４４にペルチェ素子を用いた場合には、３０〔秒〕〜１〔分〕というレベルで調整が可能であり、また、他の手段によった場合でも、数分間で調整が可能である。
【００９３】
ステップ１２０では、光電変換膜２３が所定の温度に到達したか否かが判定される。光電変換膜２３の温度の測定は、温度測定手段４１により行われてよい。また、温度測定手段４１によって測定された温度データは、フィードバック回路４２を介して制御装置４３に送られ、制御装置４３は、温度データに応じて温度制御素子４４を制御する。そして、光電変換膜２３が所定温度に到達した場合には、ステップ１３０に進む。一方、所定温度に到達しなければ、ステップ１１０に戻り、所定温度に到達するまで上述のフィードバック制御が繰り返される。
【００９４】
ステップ１３０では、撮像が開始され、撮像工程が行われる。撮像中は、ステップ１１０及びステップ１２０において調整及び設定された温度を保ち、温度一定の状態で撮像を行う。撮像前の紫外線照射及び撮像中の温度制御により、光電変換膜２３は、電子捕獲が少なく、ハイライトキズが発生し難い状態に保たれ、安定して撮像を行うことができる。そして、撮像が終了したら、図１５の処理フローを終了する。
【００９５】
なお、図１５においては、紫外線照射と光電変換膜２３の温度制御の双方を実行した処理フローが示されているが、紫外線の照射のみで良い場合には、ステップ１００を実行したら、ステップ１１０とステップ１２０を行わずに、直接ステップ１３０の撮像工程に入るようにすればよい。
【００９６】
また、図１５の処理フローにおいては、ステップ１００の紫外線照射工程を終えてから、ステップ１１０の温度調整工程に入っているが、ステップ１００の紫外線照射工程の後半からステップ１１０の温度調整工程を同時に開始し、迅速にステップ１３０の撮像工程に移れるような処理を行うようにしてもよい。
【００９７】
実施形態１に係る撮像方法によれば、撮像前に光電変換膜２３に紫外線を照射する紫外線工程を設けたことにより、光電変換膜２３内の電子捕獲状態を減少させ、電子の走行性を高め、ハイライトキズの発生を抑制することができる。また、更に、必要に応じて、撮像中には温度制御を行うことにより、撮像中においても電子捕獲状態を減少させ、ハイライトキズの発生を防止することができる。
【００９８】
＜実施形態２＞
実施形態１においては、光電変換膜で発生した信号電荷の読み取り手段として電子ビーム発生部３０を用いた場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、固体基板を用いた平板型の撮像装置を形成することが可能である。実施形態２においては、本発明を、固体基板を用いた撮像装置１００ｃの実施形態に適用した例について説明する。
【００９９】
図１６は、実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成を示した図である。図１６（Ａ）は、電荷読み取り手段に固体素子を用いた平板型の撮像装置１００ｃの構成を概略的に示した斜視図であり、図１６（Ｂ）はその１画素の等価回路を示した図である。なお、実施形態２において、実施形態１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１００】
図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）において、撮像装置１００ｃは、紫外線照射手段５０と、受光部２０ａと、受光部２０ａの信号電荷の読み取り手段である、基板に素子が形成された固体素子部６０と、光電変換膜２３の温度制御を行う温度制御手段４０とを有する。但し、紫外線照射手段５０は、撮像前は受光部２０ａの前方に設けられるが、撮像時には受光部２０ａの前方からは除去される。実施形態２においては、光電変換膜２３より下方の奥側の構成が実施形態１と異なるだけであり、実施形態１で説明した紫外線照射手段５０の構成及び機能、温度制御手段４０の構成及び機能と同様であり、そのまま実施形態２に適用することができるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０１】
受光部２０ａは、図５及び図６に示した受光部２０と略同一の構造をしており、信号電荷の読み取りを固体素子で行うために、受光部２０の増し付け層２４を省略した構造になっている。受光部２０ａは、バリア層２２、２５に挟まれるように形成される光電変換膜２３と、バリア層２２上に形成される透光性電極２１を備える。
【０１０２】
撮像装置１００ｃは、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂの場合と同様に、温度制御機構４０により、受光部の光電変換膜の温度制御を行う事が可能な構成となっている。
【０１０３】
受光部２０ａで発生した信号電荷を読み取るための固体素子部６０は、基板上に形成された素子形成部６１と、素子形成部６１に形成された素子を走査するための回路である垂直画素選択回路６２及び水平画素選択回路６３と、画像信号を増幅する出力アンプ６４とを有する。
【０１０４】
素子形成部６１には複数の、信号読み取りのための素子が配列されているが、図１６（Ａ）中のＸ部の１画素の等価回路を例にとって、図１６（Ｂ）に示す。これは、信号読み取りのための素子にＭＯＳトランジスタ６１Ａを使用した例で、図中、接続ａは前記受光部２０ａに、接続ｂは垂直画素選択回路６２に、接続ｃは前記水平画素選択回路６３に接続される構造になっている。受光部２０ａで発生した信号電荷は、ＭＯＳトランジスタ６１Ａのドレイン部分（蓄積ダイオード）に蓄積され、垂直画素選択回路６２と水平画素選択回路６３によって読み出し対象となる画素が選択されると、信号電荷が読み出される構造になっている。
【０１０５】
図１７は、受光部２０ａと、ＭＯＳトランジスタ６１Ａが接続された状態を模式的に示した断面図である。但し、図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略するものとする。
【０１０６】
ＭＯＳトランジスタ６１Ａは、Ｐ型基板７１に形成され、Ｎ型不純物拡散層であるドレイン拡散層７４ａとソース拡散層７４ｂを有する。ドレイン拡散層７４ａ及びソース拡散層７４ｂに挟まれるように形成されるチャネル領域上には、ゲート絶縁膜７２が形成され、ゲート絶縁膜７２上にはゲート電極７３が形成されて、信号電荷の読み出しゲート部が形成されている。
【０１０７】
ドレイン拡散層７４ａ及びソース拡散層７４ｂには、例えばタングステン（Ｗ）などからなるコンタクトプラグ７５ａ、７５ｂが接続され、コンタクトプラグ７５ａは、画素電極７６を介して受光部２０ａのバリア層２５に接続される構造になっている。また、前記ＭＯＳトランジスタ６１Ａと受光部２０ａの間は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）などからなる絶縁膜７７で絶縁されている。
【０１０８】
本実施形態の場合、信号電荷の読み出し回路に、例えばＭＯＳトランジスタ６１Ａなどの固体素子を用いている。そのため、Ｓ／Ｎ（Signal／Noise）が大きくなり、高画質でかつ高感度な撮像装置を実現することが可能となる。本実施形態の動作の概要は概ね以下のようになる。
【０１０９】
まず、入射光Ｌが光電変換膜２３に入射し、光電変換膜２３には、電源１４より電圧が印加され、アバランシュ増倍現象を発生させる動作は、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂの場合と同一である。
【０１１０】
増幅された正孔は、ＯＦＦ状態のＭＯＳトランジスタ６１Ａのドレイン拡散層７４ａに移動し、電子と結合してドレイン拡散層７４ａの電位が上昇する。図１７に示した画素が、水平画素選択回路６３及び垂直画素選択回路６２によって選択され、画素スイッチ６５が閉じられると、ドレイン拡散層７４ａで結合して失われた電子を補うための電流が負荷抵抗６６に流れ、信号を取り出すことができる構造になっている。
【０１１１】
そして、実施形態２に係る撮像装置１００ｃにおいては、光電変換膜２３の下方の構造が異なるだけであるので、図１６に示したように、撮像前には紫外線照射手段５０により光電変換膜２３の入射光側の面から紫外線を照射し、必要により温度制御装置４０により光電変換膜２３の温度制御が可能な構成となっている。
【０１１２】
このように、実施形態２に係る撮像装置１００ｃによれば、固体素子を適用して光電変換膜２３に蓄積された電荷の読み取りを行う撮像装置１００ｃについても、紫外線照射手段５０により撮像前に電子捕獲の電子を伝導帯に移動させ、必要に応じて撮像中に光電変換膜２３の温度を温度制御手段４０により制御することにより、電子の走行性を向上させ、ハイライトキズを効果的に抑制することができる。また、実施形態１において説明した図１５の撮像方法についても、当然に実施形態２に係る撮像装置１００ｃに適用することができる。
【０１１３】
更に、本実施形態の場合と同様にして、信号電荷読み出し手段として電界放出素子を２次元に配列した平面電子源を用いた平板型撮像装置や、Ｘ線検出用の撮像装置、さらには非晶質セレンを用いたその他のデバイスを形成して、本発明を広く適用することが可能となることは明らかである。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０１１５】
特に、本発明においては、光電変換膜２３が、非晶質セレンを主成分とする場合について説明したが、電子捕獲が発生し易い光電変換膜２３であれば、総ての光電変換膜２３について、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の撮像装置の動作原理を説明する光電変換膜１０３を含む断面図である。
【図２】光電変換膜１０３のバンドモデルの模式図である。
【図３】電子捕獲により光電変換膜１０３内の電界が変化した状態を示した模式図である。
【図４】光電変換膜１０３に発生した白キズの一例を示した図である。
【図５】実施形態１に係る撮像装置１００の全体構成の一例を示した断面図である。
【図６】実施形態１における撮像管１０の受光部２０の概略構成を示した図である。図６（Ａ）は、受光部２０を電子ビーム走査側から見た平面図である。図６（Ｂ）は、受光部２０の概略断面図である。
【図７】実施形態１の紫外線照射手段５０の一例を示した概略構成図である。
【図８】実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａの概略構成を示した図である。
【図９】実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂの概略構成を示した図である。
【図１０】ペルチェ素子の構造を模式的に示した図である。
【図１１】本実施例で用いた光電変換膜２３の条件を示した図である。
【図１２】光電変換膜２３に紫外線を照射した状態を示した平面図である。
【図１３】紫外線照射後に、ハイライト光を照射した場合の撮像画像を示した図である。
【図１４】図１１乃至図１３において説明した実験の結果を示す図である。
【図１５】実施形態１に係る撮像方法の処理フローを示した図である。
【図１６】実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成図である。図１６（Ａ）は、実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成を概略的に示した斜視図である。図１６（Ｂ）は１画素の等価回路を示した図である。
【図１７】受光部２０ａと、ＭＯＳトランジスタ６１Ａを示した断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ 撮像管
１１ 透光性面板
１２ 信号ピン
１３、６６ 負荷抵抗
１４ 電源
１５ レンズ
２０、２０ａ 受光部
２０Ａ 走査領域
２０Ｂ 非走査領域
２１ 透光性電極
２２、２５ バリア層
２３、１０３ 光電変換膜
２４ 増し付け層
３０ 電子ビーム発生部（電荷読み取り手段）
３１ 金属リング
３２ インジウムリング
３３ メッシュ電極
３４ 集束偏向電極
３５ カソード電極
３６ 電子銃筐体
４０ 温度制御手段
４１ 温度測定手段
４２ フィードバック回路
４３ 制御装置
４４ 温度制御素子
４５、４７ａ、４７ｂ 電極
４６ａ、４６ｂ 半導体
４８ 電源
５０、５０ａ、５０ｂ 紫外線照射手段
５１、５１ａ、５１ｂ 紫外線源
５２ 回転機構
５３ スイッチ
６０ 固体素子部（電荷読み取り手段）
６１ 素子形成部
６１Ａ ＭＯＳトランジスタ
６２ 垂直画素選択回路
６３ 水平画素選択回路
６４ 出力アンプ
６５ 画素スイッチ
７１ Ｐ型基板
７２ ゲート絶縁膜
７３ ゲート電極
７４ａ、７４ｂ 拡散層
７５ａ、７５ｂ コンタクトプラグ
７６ 画素電極
７７ 絶縁膜
９０ 白点
９５ 白キズ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 撮像装置
１０６ 局在準位
１１０ 撮像装置筐体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、特に、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を撮像素子に用いた撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セレン（Ｓｅ）を主体とし且つアバランシェ増倍機能を持つ非晶質（アモルファス）半導体層と、セレンとテルル（Ｔｅ）を含み且つ入射光の大部分を吸収して電荷に変換し得る機能を持つ非晶質光電変換層とを少なくとも有する光電変換膜と、光電変換膜で生成される信号電荷を読み出す電荷読み出し手段とを有する撮像装置であって、光電変換膜の温度を、非晶質光電変換層のガラス転移温度以上であって、ガラス転移温度＋３０℃以下に制御する温度制御手段と、光電変換層の電界が０．８×１０８〜１．１×１０８〔Ｖ／ｍ〕となるように、電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、セレンとテルルを含む光電変換膜においては、高輝度のスポット光を撮像することで発生するハイライトキズの発生を抑制することが困難であるが、上述の特許文献１に記載の撮像装置によれば、かかるハイライトキズの発生を抑制することが可能となることが知られている。
【特許文献１】特開２００６−４９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の光電変換膜よりも、もっとハイライトキズの発生し易い光電変換膜が撮像装置に用いられる場合があり、例えば、ヒ素（Ａｓ）を含んだ光電変換膜は、ヒ素を含まない光電変換膜よりもハイライトキズが発生し易い。このような、ハイライトキズが発生し易い光電変換膜を用いる場合には、上述の特許文献１に記載の構成では、ハイライトキズの発生を十分に抑制できない場合があるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このようなよりハイライトキズが発生し易い光電変換膜も含めて、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に抑制し、安定して撮像を行うことができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る撮像装置は、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、撮像前に光電変換膜に紫外線を照射することにより、光電変換膜にエネルギーを付与し、光電変換膜内で自然発生的に起こった電子の捕獲による内部の電界変動を是正することができ、良好な電荷状態で撮像を行うことができ、撮像時に発生するハイライトキズを効果的に防止することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係る撮像装置において、
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする。
【０００９】
これにより、ハイライトキズの発生が生じ易い光電変換膜を用いた場合であっても、ハイライトキズを効果的に防止することができるので、より高感度な種々の光電変換膜を適用可能な撮像装置とすることができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る撮像装置において、
前記光電変換膜の温度を調整し、前記撮像を行っている間は、前記光電変換膜の温度を所定の温度に保つ温度制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、撮像を行っている間は、温度制御により光電変換膜の保護を行うことができ、更にハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明に係る撮像装置において、
前記温度制御手段は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に前記光電変換膜を調整することを特徴とする。
【００１３】
これにより、温度制御による光電変換膜の保護をより効果的に行うことができ、ハイライトキズの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００１４】
第５の発明に係る撮像方法は、撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像方法であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、光電変換膜内で自然的に発生して捕獲された電子を、撮像前の紫外線エネルギーの付与により伝導帯に戻すことができ、良好な電荷状態で撮像を行うことにより、ハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【００１６】
第６の発明は、第５の発明に係る撮像方法において、
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする。
【００１７】
これにより、ハイライトキズの発生が起こりやすい光電変換膜も使用することができ、ハイライトキズに対する耐性に制約を受けず、用途に応じた適切な光電変換膜の選択が可能となる。
【００１８】
第７の発明は、第５又は第６の発明に係る撮像方法において、
前記光電変換膜の温度を、所定の温度に保った状態で前記撮像を行うことを特徴とする。
【００１９】
これにより、撮像中は光電変換膜の温度を適切に保って光電変換膜の保護を行うことができ、紫外線の利用と相俟って効果的にハイライトキズの発生を抑制できる。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明に係る撮像方法において、
前記温度は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に保たれることを特徴とする。
【００２１】
これにより、適切な温度設定として光電変換膜を保護することができ、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光電変換膜のハイライトキズの発生を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２４】
図１は、本発明を適用した撮像装置の動作原理を説明するための図であり、光電変換膜１０３を含む部分を概略的に示した断面図である。図１において、撮像装置の光電変換膜１０３は、例えば非晶質セレンを主成分とする半導体層からなる。光電変換膜１０３の光入射面Ｅ、つまり撮像面には、正孔が光電変換膜１０３に注入されることを防止するバリア層１０２が形成されている。また、光電変換膜１０３の光入射面Ｅに対向する信号読み取り面Ｓには、電子が光電変換膜１０３に注入されることを防止するバリア層１０４が形成されている。
【００２５】
バリア層１０２上には、電圧印加手段１０５に接続された透光性電極１０１が形成され、バリア層１０２を介して光電変換膜１０３に電圧を印加することが可能となっている。
【００２６】
例えば、可視光などの入射光Ｌが、透光性電極１０１の側から光電変換膜１０３に入射すると、光電変換膜１０３内で、正孔と電子が発生する。光電変換膜１０３には、透光性電極１０１を介して、電圧印加手段１０５から正電圧が印加されているため、発生した電子は透光性電極１０１の方向へ、正孔はバリア層１０４方向へ移動する。
【００２７】
このとき、バリア層１０４は、図示しない電子ビーム源より発する電子ビームＥＢによって走査され、バリア層１０４内に到達した正孔は、電子ビームＥＢの照射により供給される電子と再結合する。このようにして、入射光Ｌから変換された信号電荷の読み取りが行われ、入射光Ｌが画像信号に変換される。
【００２８】
この場合、光電変換膜１０３に印加される電圧を、例えば光電変換膜１０３の電界が０．８×１０８〔Ｖ／ｍ〕以上となる電圧付近まで上昇させると、入射光Ｌによって発生した電子と正孔のうち、特に正孔が、高い電圧で加速される。加速された正孔は、光電変換膜１０３内の半導体層の原子に衝突し、これにより衝突電離が生じ、電子と正孔の対が更に発生する現象が起きる。
【００２９】
このような衝突電離により発生した電子と正孔のうち、特に正孔が高い速度で移動することにより、さらに新たな衝突電離が生じて電子と正孔を次々に発生させるというイオン化連鎖反応が生じる。この現象はアバランシェ増倍現象と呼ばれ、このアバランシェ増倍現象を利用することにより、高い電荷増倍率が得られ、撮像装置の感度を増大させることが可能となっている。
【００３０】
撮像装置の感度をさらに上げるためには、アバランシェ増倍現象が生じる領域を大きくする、すなわち光電変換膜１０３の厚さＴを大きくする必要がある。しかし、厚さＴを大きくした光電変換膜１０３を撮像装置に用いると、例えば撮像装置により撮像された画像に、白キズが発生してしまう場合があった。このようなキズが発生する原因としては、以下のような現象が起きている可能性があると考えられる。
【００３１】
図２は、図１において説明した光電変換膜１０３を含む概略構成を、光電変換膜１０３のエネルギー準位を考慮して示したバンドモデルの模式図である。図２において示された構成要素は、図１とほぼ同様であるが、光電変換膜１０３に非晶質セレン（ａ−Ｓｅ）、バリア層１０２に酸化セリウム（ＣｅＯ２）、透光性電極１０１に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）、バリア層１０４に三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）を適用した例が示されている。バリア層１０２は、外部から正孔を通さない正孔ブロッキング構造を有し、バリア層１０４は、外部から電子を通さない電子ブロッキング構造を有している。
【００３２】
また、図２において、光電変換膜１０３を形成する非晶質セレンのエネルギー準位が、負電位が大きくなる程高くなり、正電位が大きくなる程小さくなるように示されている。つまり、電圧印加手段１０５から正電圧の供給を受ける光電変換膜１０３の左側（光入射面側）が、エネルギー準位が低くなり、右側の読み取り面側の、電子ビームＥＢによって走査される部分のエネルギー準位が高く示されている。光電変換膜１０３の傾斜は、光電変換膜１０３内の電界の大きさを示しており、傾斜が大きい程、光電変換膜１０３内に発生している電界が大きい状態を示している。
【００３３】
かかる構成において、光電変換膜１０３を形成する主成分である非晶質セレンには、電子を捕獲する局在準位（捕獲準位）１０６が存在し、局在準位は光電変換膜１０３内の電子の移動を阻害し、その一部を捕獲すると考えられる。つまり、光電変換膜１０３内を電子が移動するためには、電子が上のエネルギー準位の伝導帯に存在することが必要であるが、捕獲準位で電子が捕獲されてしまうと、その電子は移動が出来なくなってしまう。また、光電変換膜１０３の厚さを増大させた場合、電子を捕獲する局在準位の数が多くなり、局在準位に捕獲される電子の数も増大してしまう。そして、局在準位に捕獲された電子は空間電荷として作用するため、光電変換膜１０３内の電荷分布を変化させ、光電変換膜１０３内の電界を変化させる。また、このような非晶質セレンによる電子の捕獲は、撮像中に限らず、何ら電源が入っていない待機中の非動作状態においても、自然光等から付与されるエネルギーにより、自然的に発生し、進行してしまうと考えられている。
【００３４】
図３は、上述のような電子捕獲が発生し、光電変換膜１０３内の電界が変化した状態を模式的に示した図である。図３において、電界を示す光電変換膜１０３の傾斜が特に大きくなった部分が光電変換膜１０３の左側（光入射側）に生じ、電界バランスが本来の状態よりも崩れた状態を示している。そして、電子捕獲が特に多い部分では電界集中が生じて、この状態で撮像を行うと、例えば、高輝度の光が所定時間以上照射された場合には、バリア層１０２の正孔ブロッキング構造の限界を超えてこれを破壊し、電界集中が生じた位置で光電変換膜１０３の膜破壊を引き起こし、上述のような画像への白キズの発生となって現れると考えられている。
【００３５】
図４は、光電変換膜１０３に発生した白キズ９５の一例を示した図である。これらの白キズは、撮像中に高輝度の光を照射したときに生じるいわゆるハイライトキズであり、一旦発生すると、撮像を中止しても、画像中に白キズ９５が永久的に残ってしまう。また、白キズ９５が生じると、その部分は、光が入射されなくても常に電流が流れた状態となり、従って、撮像時に黒く表示されるべき時にも白い表示となってしまう。本実施形態に係る撮像装置及び撮像方法においては、このようなハイライトキズを効果的に防ぐことができる。なお、ハイライトキズとは異なり、光の照射と無関係に生じるキズは、ランニングキズと呼ばれている。
【００３６】
このように、捕獲準位による電子捕獲が生じた場合には、エネルギーを付与しないと、電子は移動可能なエネルギー準位にある伝導帯に移動できず、上述のようなハイライトキズを発生させる要因となってしまう。そこで、本発明においては、撮像前に光電変換膜１０３に紫外線を照射してエネルギーを付与し、捕獲準位で捕獲されている電子を伝導帯に移動させ、電子の移動を可能にすることにより、ハイライトキズを抑制することを行う。
【００３７】
＜実施形態１＞
次に、図５を用いて、本発明を適用した実施形態１に係る撮像装置の構成の一例について説明する。図５は、実施形態１に係る撮像装置１００の全体構成の一例を示した断面図である。
【００３８】
図５において、実施形態１に係る撮像装置１００は、主要構成要素として、撮像管１０と、紫外線照射手段５０とを備える。また、本実施形態に係る撮像装置１００は、関連構成要素として、レンズ１５を備える。撮像管１０は、受光部２０と、電子ビーム発生部３０とを備え、必要に応じて温度制御手段４０を備えてよい。撮像管１０は、更にその他の構成要素として、信号ピン１２、負荷抵抗１３、電源１４等を備えてよい。
【００３９】
紫外線照射手段５０は、図５においては、受光部２０を覆う状態で示されているが、撮像開始前には図５に示すような状態となり、撮像を開始する際には移動して取り除かれる。よって、撮像時には、本実施形態に係る撮像装置１００は、例えば、可視光などからなる入射光Ｌがレンズ１５を介して、さらに透光性面板１１を通過して光電変換膜２３を含む受光部２０に入射する構造になっている。なお、紫外線照射手段５０の移動機能の構成については、後述する。
【００４０】
受光部２０は、入射光Ｌを受光し、入射光Ｌに応じて電荷を発生し、電荷を増倍させるための手段である。受光部２０は、例えば、透光性電極２１、バリア層２２、光電変換膜２３、増し付け層２４およびバリア層２５を含むが、この構成の詳細については、後述する。
【００４１】
受光部２０のバリア層２５は、電荷読み取り手段である電子ビーム発生部３０から発する電子ビームＥＢによって走査され、入射光から変換された信号電荷の読み取りが行われる構造になっている。つまり、電子ビーム発生部３０は、電荷読み取り手段の機能を有する。
【００４２】
電子ビーム発生部３０は、例えば、電子銃筐体３６、カソード電極３５、集束偏向電極３４、メッシュ電極３３、インジウムリング３２、金属リング３１を含む。集束偏向電極３４は、カソード電極３５より射出される電子ビームＥＢを集束偏向するために設けられたものである。
【００４３】
透光性電極２１には、負荷抵抗１３を介して電源１４が接続され、光電変換膜２３に電圧が印加される構造になっている。本実施形態に係る撮像装置１００によって撮像が行われる場合には、電圧が印加された光電変換膜２３に発生した信号電荷を、電子ビーム発生部３０によって走査された電子ビームＥＢによって読み取り、信号電荷は信号ピン１２を介して転送される構造になっている。
【００４４】
紫外線照射手段５０は、撮像前に、受光部２０に紫外線を照射する手段である。図２〜４において説明したように、光電変換膜２３の主成分である非晶質セレンによる電子捕獲は、通常の待機状態で進行する。よって、紫外線照射手段５０は、撮像を開始する前に、光電変換膜２３に紫外線を照射し、電子捕獲状態が多数発生している光電変換膜２３に紫外線エネルギー付与し、捕獲された電子を放出させて伝導帯に移動させ、電子捕獲状態を抑制する。つまり、紫外線照射手段５０は、光電変換膜２３内で発生した電子捕獲状態を、電子が捕獲準位に捕獲されておらず、伝導帯に存在する元の状態に戻す機能を有する。
【００４５】
紫外線照射手段５０は、紫外線源５１を備える。紫外線源５１は、紫外線を発生させる手段であり、例えば、紫外線を発する蛍光灯が適用されてもよいし、紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）が適用されてもよい。紫外線源５１は、用途に応じて適切な種類の紫外線光源が用いられてよい。また、光電変換膜２３に照射する紫外線は、エネルギーが高い程、電子捕獲された電子を伝導帯に引き上げる効果が高いので、より波長の短い、エネルギーの高い紫外線源５１が用いられることが好ましい。なお、この点の詳細については、後述する。
【００４６】
また、本実施形態においては、光電変換膜２３の温度制御を行う温度制御手段４０が設けられ、光電変換膜２３の温度制御を可能とする構成になっていてもよい。温度制御手段４０は、例えば、ペルチェ素子からなる温度制御素子４４と、透光性面板１１に取り付けられた温度測定手段４１と、制御装置４３とを含んでもよい。
【００４７】
温度測定手段４１によって測定された温度データは、フィードバック回路４２を介して制御装置４３に送られ、制御装置４３は、温度データに応じて温度制御素子４４を制御する。温度制御素子４４は、例えば電子銃筐体３６の外壁に、金属リング３１を覆うように設置されてもよい。
【００４８】
温度制御素子４４に、例えばペルチェ素子を用いた場合には、前記光電変換膜２３を冷却することと加熱することの双方が可能になる。なお、ペルチェ素子の構造については後述する。また、前記温度制御素子４４は、ペルチェ素子に限定されるものではなく、通常のヒータを用いることも可能であり、また送風機とヒータを組み合わせたものを用いることも可能である。
【００４９】
次に、受光部２０の構造について、図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図６は、実施形態１における撮像管１０の受光部２０の概略構成を示した図である。図６（Ａ）は、受光部２０を電子ビーム走査側から見た平面図であり、図６（Ｂ）は、受光部２０の概略断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）においては、図５とは上下の位置関係が逆に示されていることになる。
【００５０】
図６（Ａ）、（Ｂ）において、受光部２０は、透光性面板１１の、入射光Ｌが入射する面と対向する面に形成されている。透光性面板１１上には透光性電極２１が形成され、透光性電極２１上には、バリア層２２が形成され、更にバリア層２２上には、非晶質セレンを主成分とする光電変換膜２３が形成されている。光電変換膜２３は、非晶質セレンを主成分とするので、当然に非晶質セレンの含有量が構成成分の中で最も多いが、例えば、耐熱性強化のためにヒ素が数％、例えば１〜２％程度添加されていてもよい。光電変換膜２３は、ヒ素を含むと、更に電子捕獲が発生し易くなり、その使用が難しくなるが、本実施形態に係る撮像装置１００では、電子捕獲に対する十分な対策がなされているので、ヒ素を含む光電変換膜２３も問題無く適用できる。また、光電変換膜２３は、赤色増感のためのテルルを含まない光電変換膜２３が適用されてもよいし、テルルを含む光電変換膜２３が適用されてもよい。一般的に、テルルを含むと、電子捕獲準位が増加するため、更に電子捕獲が発生し易くなり、ハイライトキズの防止が困難となる。本実施形態に係る撮像装置１００によれば、紫外線照射や温度制御の条件を調整することにより、そのようなヒ素及び／又はテルルを含んだハイライトキズの発生し易い光電変換膜２３を使用した場合も、ハイライトキズの発生を抑制することができる。
【００５１】
光電変換膜２３上には、電子ビームＥＢによって走査される、走査領域２０Ａと、電子ビームＥＢが走査されない非走査領域２０Ｂが存在する。非走査領域上には、非走査領域の表面電位を安定させるための増し付け層２４が形成され、増し付け層２４及び光電変換膜２３を覆うように、バリア層２５が形成されて、受光部２０を構成している。また、増し付け層２４は、省略した構造とすることも可能である。
【００５２】
光入射面側のバリア層２２は、正孔が光電変換膜２３に注入されることを防止する正孔注入阻止層であり、正孔ブロッキング構造を有し、光電変換によって発生する以外の正孔が光電変換膜２３に注入されることを防止している。
【００５３】
電荷読み取り手段３０側のバリア層２５は、電子ビームＥＢのランディング層であると共に、電子が光電変換膜２３に注入されることを防止する電子注入阻止層であり、光電変換によって発生する以外の電子が光電変換膜２３に注入されることを防止している。つまり、バリア層２５は、電子ブロッキング構造を有している。
【００５４】
光電変換膜２３中では、透光性面板１１側から入射する入射光Ｌによって電子と正孔が発生する。光電変換膜２３には、透光性電極２１を介して電源１４により電圧が印加されているため、図１で説明したように、アバランシェ増倍現象が起こる。そして、アバランシェ増倍現象を利用することにより、高い電荷増倍率が得られ、撮像装置１００の感度を増大させることができる。
【００５５】
また、光電変換膜２３に印加する電圧を大きくすると、電荷増倍率は大きくなるが、過大な電圧を印加すると光電変換膜２３がブレークダウンしてしまうため、撮像を行う場合には、アバランシュ増倍を生じさせて、かつ光電変換膜がブレークダウンしない適正な電圧値とすることが必要である。例えば、電圧印加によって光電変換膜にかかる電界を、０．８×１０8〜１．１×１０8〔Ｖ／ｍ〕とすることが好ましい。
【００５６】
受光部２０は、例えば、以下に示す製造方法によって製造される。以下の製造方法は、増し付け層２４を省略した構造の場合の製造方法について示している。まず、透光性ガラスからなる透光性面板１１の片面に高周波スパッタリング蒸着法を使用して、直径１４〔ｍｍ〕、厚さ３０〔ｎｍ〕の酸化インジウムスズを主体とする透光性電極２１を形成する。
【００５７】
次に、透光性電極２１上に真空蒸着法によって、直径１４〔ｍｍ〕、厚さ２０〔ｎｍ〕の酸化セリウムからなる、正孔注入阻止層となるバリア層２２を形成する。そして、形成したバリア層２２上に、一例として、非晶質セレンを最も多く成分として含む厚さ３５〔μｍ〕の光電変換膜２３を形成する。光電変換膜２３には、必要に応じてヒ素を添加してもよい。
【００５８】
次に、真空蒸着法によって、電子ビーム走査側表面の全域に、圧力０．３〔Ｔｏｒｒ（０．３×１．３３３２２×１０２Ｐａ）〕の不活性ガス雰囲気中で、三硫化アンチモンからなる直径１４〔ｍｍ〕、厚さ０．２〔μｍ〕のバリア層２５を形成し、受光部２０を得る。
【００５９】
このようにして得られた受光部２０は、インジウムリング３２、金属リング３１を使用して電子銃筐体３６に装着し、内部を真空封止して撮像管１０を得る。
【００６０】
また、温度制御に用いる温度制御素子４４には、例えばペルチェ素子など加熱と冷却の双方の機能を有する素子を用いることにより、例えば寒冷地での使用や、高温化での過酷な条件での使用など加熱と冷却が必要な双方の場合において、光電変換層の温度を保持することが可能となる効果を奏する。
【００６１】
次に、図７乃至図９を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００の紫外線照射手段５０の具体的な態様について説明する。
【００６２】
図７は、実施形態１に係る撮像装置１００の紫外線照射手段５０の一例について示した概略構成図である。図７において、実施形態１に係る撮像装置１００は、図５において説明した撮像管１０と、レンズ１５と、紫外線照射手段５０とを有する他、撮像装置筐体１１０を備える。そして、紫外線照射手段５０は、撮像装置筐体１１０に設置されている。
【００６３】
撮像装置筐体１１０は、撮像管１０を収容するとともに、レンズ１５を支持し、撮像装置１００を実用的なカメラとして利用するための筐体である。
【００６４】
紫外線照射手段５０は、例えば、図７に示すように、撮像装置筐体１１０に設置され、撮像を開始する前には撮像管１０を光入射面側から覆って、紫外線を光電変換膜２３に受光面側から照射し、撮像を行うときには、撮像装置筐体１１０の側部に固定し、撮像管１０の受光面を開放するようにしてもよい。図７においては、紫外線照射手段５０は、回転機構５２により撮像装置筐体１１０に固定され、回転移動可能に設置されている。また、紫外線照射手段５０は、紫外線源５１を中央部に備え、撮像管１０の正面から紫外線照射が可能なように構成されている。
【００６５】
なお、図７の態様においては、紫外線の光電変換膜２３への照射を行うときにはレンズ１５を取り外し、撮像を行うときに、レンズ１５を取り付けるようにしてもよい。図７の態様の場合には、紫外線源５１の大きさを、必ずしも小型にすることに拘る必要は無いので、例えば、紫外線用の蛍光灯等、消費電力が大きく、波長の短い高エネルギーの光源を紫外線源５１として用いるようにしてもよい。照射する紫外線の波長は、例えば、３００〔ｎｍ〕台以下であることが好ましく、照射時間は、1時間前後行うことが好ましい。但し、これらの照射する紫外線の特性は、種々の波長の紫外線を照射でき、また照射時間も用途等に応じて適宜調整してよい。
【００６６】
このように、図７に係る撮像装置１００によれば、高エネルギーの紫外線を確実に光電変換膜２３に照射して十分な保護効果を果たすことができる。
【００６７】
図８は、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａの概略構成を示した図である。図８において、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａは、撮像管１０が撮像装置筐体１１０内に収容され、レンズ１５が撮像装置筐体１１０に支持されている点で図７に係る撮像装置１００と同様であるが、紫外線照射手段５０ａが、複数の紫外線源５１ａから構成され、撮像装置筐体１１０内に設けられている点で、図７に係る撮像装置１００と異なっている。
【００６８】
このように、紫外線照射手段５０ａを、撮像装置筐体１１０内に設けるようにしてもよい。これにより、撮像装置１００ａを省スペースで構成できるとともに、撮像前後でレンズ１５の取り外し及び設置を行う必要が無くなり、撮像のための準備を簡素化することができる。
【００６９】
この場合、例えば、紫外線源５１ａは、撮像装置筐体１１０の前方（撮像面側）にコンパクトに設置する必要があるので、より省スペース化に適した紫外線発光ＬＥＤを用いるようにしてもよい。また、図８においては、紫外線源５１ａが２個だけ示された例が挙げられているが、必要に応じて、更に多くの紫外線源５１ａを設置するようにしてもよい。
【００７０】
このように、実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａによれば、省スペースかつ容易な撮像操作で光電変換膜２３の保護を行いつつ、撮像を行うことができる。
【００７１】
図９は、実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂの概略構成を示した図である。図９において、実施形態１の第２の変形例に係る撮像装置１００ｂにおいては、紫外線照射手段５０ｂが撮像装置筐体１１０内に収容されている点では、図８の第１変形例に係る撮像装置１００ａと同様であるが、紫外線源５１ｂが撮像管１０の後方に設置され、紫外線照射手段５０ｂが鏡で構成されている点で、第１変形例に係る撮像装置１００ａとは異なっている。このように、紫外線源５１ｂを撮像管１０の後方に設け、鏡を利用して、鏡の反射光により、光電変換膜２３に紫外線を照射するようにしてもよい。
【００７２】
図９に係る実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂにおいては、撮像前に紫外線を光電変換膜２３に照射する場合には、鏡で構成された紫外線照射手段５０ｂを撮像管１０の前方に移動させ、撮像時には、紫外線照射手段５０ｂは、側方に移動させ、レンズ１５と撮像管１０の入射面との間を遮らないようにするとよい。この場合、移動は、モータ等の駆動源を用いて、スイッチ５３により紫外線照射手段５０ｂである鏡の位置移動を行うようにしてもよい。
【００７３】
図９の態様においては、紫外線源５１ｂを、比較的スペースのある撮像装置筐体１１０内の中央付近に設置することができるので、省スペース等にあまり配慮せず、高エネルギーの紫外線発射が可能な紫外線源５１ｂを適用することができる。また、全体としては、紫外線照射手段５０ｂは、撮像装置筐体１１０の内部に設置されているので、撮像装置１００ｂを省スペースに構成することができるとともに、撮像前後におけるレンズ１５の着脱も行わなくてよく、簡単な操作が可能となる。
【００７４】
このように、図７乃至図９において説明したように、紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂの設置方法及び紫外線源５１、５１ａ、５１ｂの種類は種々の形態が考えられ、用途に応じて適切な形態を適用するようにしてもよい。
【００７５】
次に、図１０を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００の温度制御手段４０の温度制御素子４４に適用され得るペルチェ素子の構成の一例について説明する。図１０は、ペルチェ素子の構造を模式的に示した図である。
【００７６】
図１０において、Ｐ型半導体４６ａと、Ｎ型半導体４６ｂを図のように電極４５、４７ａ、４７ｂで接続し、電源４８を用いて電極４７ａ側から電流を流すと、電極４５側では発熱作用が、電極４７ａ、４７ｂ側では吸熱作用が起こる。また、電圧の正負を逆にすると、発熱作用と吸熱作用が生じる部分が入れ替わる。
【００７７】
そのため、本実施形態では、例えばこのようなペルチェ素子を用いることで、光電変換層の冷却と加熱の双方を可能としており、広範囲な外気条件のもとで撮像素子を使用することが可能となる。
【実施例】
【００７８】
次に、図１１乃至図１４を用いて、実施形態１に係る撮像装置に近似した条件で実験を行った実施例について説明する。
【００７９】
図１１は、本実施例で用いた撮像管１０の概略寸法を示した図である。図１１に示すように、直径２〔ｃｍ〕、厚さ１０〔ｃｍ〕の撮像管１０を使用した。これに用いられた光電変換膜２３は、３５〔μｍ〕の厚さＴを有するものである。また、光電変換膜２３は、非晶質セレンを主成分とし、テルルは含まれておらず、ヒ素が２％含まれているものである。
【００８０】
図１２は、光電変換膜２３を含む撮像管１０に、紫外線照射手段５０を用いて紫外線を照射した状態を示した平面図である。図１２に示すように、光電変換膜２３の入射面側から、紫外線照射手段５０により、紫外線を照射した。紫外線源５１には、２０Ｗの紫外線蛍光灯を用い、１００〔Ｖ〕の電圧を印加した。また、紫外線の照射時間は１時間とした。
【００８１】
図１３は、紫外線照射後に、ハイライト光を照射した場合の撮像画像を示した図である。ハイライト光は、図１３に示すように、３×４＝１２個の白色光を、１０分間照射した。このとき、光電変換膜２３は、増倍率が１０００になるようにターゲット電圧を調整した。このようなハイライト光の入射を行った場合、撮像装置１００で取得した撮像画像には、暗い画像に小さな１２個の白点９０が表示されることになる。また、ハイライトキズが発生する瞬間、小さな白点９０が破裂したようになり、白キズ９５のように面積が拡大し、入射光Ｌ（被写体）の変化に関わらず、その後永続的に表示されて、常に画像に残った状態となる。
【００８２】
図１４は、図１１乃至図１３において説明した実験の結果を示す図である。横軸は光電変換膜２３の動作温度〔℃〕、縦軸はハイライトキズの発生確率〔％〕が示されている。つまり、紫外線を１時間照射した後、光電変換膜２３の温度を上昇させ、温度を一定温度に保った結果が図１４に示されている。
【００８３】
図１４において、紫外線照射の無い結果を、黒丸を結んだ特性Ａ、３６５〔ｎｍ〕の波長の紫外線を照射した結果を、四角形を結んだ特性Ｂ、３１２〔ｎｍ〕の波長の紫外線を照射した結果を、三角形を結んだ特性Ｃで示している。図１４より、紫外線の照射が無かった場合の特性Ａは、いずれの温度においてもハイライトキズの発生確率は１００〔％〕となっている。一方、３６５〔ｎｍ〕の波長の紫外線を光電変換膜２３に照射した場合の特性Ｂは、温度が３５〔℃〕ではハイライトキズの発生確率が１００〔％〕であるが、温度が高い状態となるにつれてハイライトキズの発生確率が減少し、温度４０〔℃〕で発生確率が約４０〔％〕となり、温度４２．５〔℃〕で発生確率０〔％〕に達している。また、３１２〔ｎｍ〕の波長の紫外線を光電変換膜２３に照射した場合の特性Ｃでは、温度が３５〔℃〕ではハイライトキズの発生確率が１００〔％〕であるが、温度が高い状態となるにつれてハイライトキズ発生確率が減少し、温度３７．５〔℃〕のときには発生確率が約４０〔％〕に達し、温度４０〔℃〕のときに発生確率０〔％〕に達している。同一温度で比較すると、３６５〔ｎｍ〕の特性Ｂよりも３１２〔ｎｍ〕の特性Ｃの方がハイライトキズの発生確率が低くなっている。
【００８４】
このように、特性Ａ、Ｂ、Ｃの比較により、紫外線の照射を撮像前に行うことにより、ハイライトキズの発生を抑制できることが分かる。また、紫外線の波長が短い程、つまり紫外線のエネルギーが大きい程、ハイライトキズの発生を効果的に抑制できることが分かる。また、温度に着目すると、光電変換膜２３の温度が高く保たれている方が、ハイライトキズの発生確率が減少することが、特性Ｂ、Ｃの各々が示す傾向から分かる。
【００８５】
図１４においては、撮像前に光電変換膜２３に照射する紫外線の波長が、３１２〔ｎｍ〕、３６５〔ｎｍ〕の場合が例として挙げられているが、これを目安として、用途に応じて種々の波長の紫外線を適用することができる。例えば、より電子捕獲抑制及びハイライトキズの効果を強くしたい場合には、紫外線の波長をもっと短くし、例えば、２００〔ｎｍ〕台の波長の紫外線を用いれば、更に高いハイライトキズ抑制効果を期待できる。例えば、光電変換膜２３の主成分が非晶質セレンであり、ヒ素が添加され、更にテルルが添加されているような場合には、このようなより短波長の紫外線を用いることにより、ハイライトキズを抑制することができると考えられる。また、逆に、非晶質セレンにヒ素もテルルも添加されておらず、図１４よりも弱い紫外線の照射でハイライトキズを防止できる場合には、例えば、３６５〔ｎｍ〕よりも波長の長い３００〔ｎｍ〕台後半、又は４００〔ｎｍ〕台の波長を適用してもハイライトキズ抑制の効果を奏し得ると考えられる。このように、紫外線の波長、更に照射強度、照射時間等の諸条件は、用途に応じて適宜変化させてよく、適切な条件で紫外線照射工程を行うようにしてよい。
【００８６】
また、光電変換膜２３の温度については、非晶質セレンのガラス転移温度は３１〔℃〕であることが知られており、ヒ素を添加すると、ガラス転移温度がヒ素添加濃度１原子％当り５〔℃〕上昇することが知られている。よって、本実施例の実験においては、ヒ素は２〔％〕添加されているから、光電変換膜２３のガラス転移温度は、４１〔℃〕となる。また、図１４より、ハイライトキズ抑制の効果が発生し始めるのが、３５〔℃〕よりも高い略３６〔℃〕の付近からであり、温度が高くなるにつれてハイライトキズの発生確率は抑制され、特性Ｃでは４０〔℃〕、特性Ｂでは４２．５〔℃〕で発生確率が０〔％〕となっている。温度は、更に高くても問題無いと考えられるが、光電変換層１０３のガラス転移温度＋３０〔℃〕程度の温度以上で、当該光電変換膜２３が波状に変形する、いわゆる膜しわが発生し、正常な画像信号が得られなくなってしまう場合がある。よって、光電変換膜２３の温度は、光電変換膜２３のガラス転移温度＋３０〔℃〕未満とした方がよい。また、図１４の実験結果によれば、特性Ｂでは４２．５〔℃〕以上、特性Ｃでは４０〔℃〕以上でその効果は変わらないことになるので、無用な温度上昇エネルギー消費を低減し、また光電変換膜２３に余分な負担を与えない観点からも、ハイライトキズの発生確率が０〔％〕となる温度を確実に超えるレベルであれば十分である。よって、例えば、光電変換膜２３の温度は、ガラス転移温度±５〔℃〕の範囲内にあれば、十分なハイライトキズ抑制の効果が得られると考えられる。図１４の場合であれば、４１〔℃〕±５〔℃〕、つまり３６〔℃〕以上４６〔℃〕以下の範囲でハイライトキズ抑制の効果が得られることになる。この場合、紫外線の波長がもっと長い場合には、ハイライトキズの発生確率が０〔％〕となる温度は更に高くなることが予想されるので、温度の上限については、例えば、ガラス転移温度＋１０〔℃〕としてもよい。
【００８７】
このように、撮像時の光電変換膜２３の設定温度については、紫外線の波長との関係から、用途に応じて適宜変更するようにしてよい。なお、撮像中に光電変換膜２３の温度を上昇させた状態に保つことにより、ハイライトキズの発生を抑制できるのは、光電変換膜２３の主成分である、非晶質セレンが、非晶質セレンのガラス転移温度以上になると、ガラス転移温度未満の温度では束縛されていた原子の状態が変化し、光電変換膜２３内部の電子の走行性が向上して捕獲される電子の数が減少するためと考えられる。
【００８８】
なお、本実施例で説明した紫外線の照射は、実施形態１における紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂで実現されてよく、温度制御は、温度制御手段４０により実現されてよい。
【００８９】
次に、図１５を用いて、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂを用いた撮像方法について説明する。図１５は、実施形態１に係る撮像方法の処理フローを示した図である。
【００９０】
ステップ１００では、撮像を行う前に、撮像管１０の光電変換膜２３を含む受光部２０に、紫外線照射手段５０を用いて紫外線が照射される、紫外線照射工程が行われる。紫外線の照射は、紫外線源５１を用いて、実施例において説明したように、例えば、３００〔ｎｍ〕台の波長の紫外線を１時間程度照射してもよい。紫外線の照射強度、波長、照射時間等の条件は、用途に応じて適宜適切な条件が定められてよい。例えば、照射強度の高い紫外線を発生させる紫外線源５１や、波長が短い高エネルギーの紫外線源５１を用いることにより、照射時間をより短くすることができると考えられるので、単位時間当たりの紫外線照射のエネルギー量又は照射量を高め、より短い時間で紫外線照射工程を終えるようにしてもよい。
【００９１】
紫外線照射工程を終了したら、紫外線照射手段５０、５０ａ、５０ｂは、撮像管１０での撮像が可能な撮像面を遮らない位置に移動される。また、紫外線源５１の点灯も終了してよい。
【００９２】
ステップ１１０では、光電変換膜２３の温度が温度制御手段４０により制御され、光電変換膜２３が適切な設定温度となるように調整される温度調整工程が行われる。図１４で説明したように、例えば、光電変換膜２３の設定温度は、光電変換膜２３のガラス転移温度の±５〔℃〕程度の範囲で設定してもよいし、ガラス転移温度−５〔℃〕〜ガラス転移温度＋１０〔℃〕の範囲で設定してもよい。ステップ１００で照射された紫外線の特性に応じて、ハイライトキズを防ぐのに適切な温度に調整されてよい。通常、温度調整は、温度制御素子４４にペルチェ素子を用いた場合には、３０〔秒〕〜１〔分〕というレベルで調整が可能であり、また、他の手段によった場合でも、数分間で調整が可能である。
【００９３】
ステップ１２０では、光電変換膜２３が所定の温度に到達したか否かが判定される。光電変換膜２３の温度の測定は、温度測定手段４１により行われてよい。また、温度測定手段４１によって測定された温度データは、フィードバック回路４２を介して制御装置４３に送られ、制御装置４３は、温度データに応じて温度制御素子４４を制御する。そして、光電変換膜２３が所定温度に到達した場合には、ステップ１３０に進む。一方、所定温度に到達しなければ、ステップ１１０に戻り、所定温度に到達するまで上述のフィードバック制御が繰り返される。
【００９４】
ステップ１３０では、撮像が開始され、撮像工程が行われる。撮像中は、ステップ１１０及びステップ１２０において調整及び設定された温度を保ち、温度一定の状態で撮像を行う。撮像前の紫外線照射及び撮像中の温度制御により、光電変換膜２３は、電子捕獲が少なく、ハイライトキズが発生し難い状態に保たれ、安定して撮像を行うことができる。そして、撮像が終了したら、図１５の処理フローを終了する。
【００９５】
なお、図１５においては、紫外線照射と光電変換膜２３の温度制御の双方を実行した処理フローが示されているが、紫外線の照射のみで良い場合には、ステップ１００を実行したら、ステップ１１０とステップ１２０を行わずに、直接ステップ１３０の撮像工程に入るようにすればよい。
【００９６】
また、図１５の処理フローにおいては、ステップ１００の紫外線照射工程を終えてから、ステップ１１０の温度調整工程に入っているが、ステップ１００の紫外線照射工程の後半からステップ１１０の温度調整工程を同時に開始し、迅速にステップ１３０の撮像工程に移れるような処理を行うようにしてもよい。
【００９７】
実施形態１に係る撮像方法によれば、撮像前に光電変換膜２３に紫外線を照射する紫外線工程を設けたことにより、光電変換膜２３内の電子捕獲状態を減少させ、電子の走行性を高め、ハイライトキズの発生を抑制することができる。また、更に、必要に応じて、撮像中には温度制御を行うことにより、撮像中においても電子捕獲状態を減少させ、ハイライトキズの発生を防止することができる。
【００９８】
＜実施形態２＞
実施形態１においては、光電変換膜で発生した信号電荷の読み取り手段として電子ビーム発生部３０を用いた場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、固体基板を用いた平板型の撮像装置を形成することが可能である。実施形態２においては、本発明を、固体基板を用いた撮像装置１００ｃの実施形態に適用した例について説明する。
【００９９】
図１６は、実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成を示した図である。図１６（Ａ）は、電荷読み取り手段に固体素子を用いた平板型の撮像装置１００ｃの構成を概略的に示した斜視図であり、図１６（Ｂ）はその１画素の等価回路を示した図である。なお、実施形態２において、実施形態１と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１００】
図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）において、撮像装置１００ｃは、紫外線照射手段５０と、受光部２０ａと、受光部２０ａの信号電荷の読み取り手段である、基板に素子が形成された固体素子部６０と、光電変換膜２３の温度制御を行う温度制御手段４０とを有する。但し、紫外線照射手段５０は、撮像前は受光部２０ａの前方に設けられるが、撮像時には受光部２０ａの前方からは除去される。実施形態２においては、光電変換膜２３より下方の奥側の構成が実施形態１と異なるだけであり、実施形態１で説明した紫外線照射手段５０の構成及び機能、温度制御手段４０の構成及び機能と同様であり、そのまま実施形態２に適用することができるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０１】
受光部２０ａは、図５及び図６に示した受光部２０と略同一の構造をしており、信号電荷の読み取りを固体素子で行うために、受光部２０の増し付け層２４を省略した構造になっている。受光部２０ａは、バリア層２２、２５に挟まれるように形成される光電変換膜２３と、バリア層２２上に形成される透光性電極２１を備える。
【０１０２】
撮像装置１００ｃは、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂの場合と同様に、温度制御機構４０により、受光部の光電変換膜の温度制御を行う事が可能な構成となっている。
【０１０３】
受光部２０ａで発生した信号電荷を読み取るための固体素子部６０は、基板上に形成された素子形成部６１と、素子形成部６１に形成された素子を走査するための回路である垂直画素選択回路６２及び水平画素選択回路６３と、画像信号を増幅する出力アンプ６４とを有する。
【０１０４】
素子形成部６１には複数の、信号読み取りのための素子が配列されているが、図１６（Ａ）中のＸ部の１画素の等価回路を例にとって、図１６（Ｂ）に示す。これは、信号読み取りのための素子にＭＯＳトランジスタ６１Ａを使用した例で、図中、接続ａは前記受光部２０ａに、接続ｂは垂直画素選択回路６２に、接続ｃは前記水平画素選択回路６３に接続される構造になっている。受光部２０ａで発生した信号電荷は、ＭＯＳトランジスタ６１Ａのドレイン部分（蓄積ダイオード）に蓄積され、垂直画素選択回路６２と水平画素選択回路６３によって読み出し対象となる画素が選択されると、信号電荷が読み出される構造になっている。
【０１０５】
図１７は、受光部２０ａと、ＭＯＳトランジスタ６１Ａが接続された状態を模式的に示した断面図である。但し、図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略するものとする。
【０１０６】
ＭＯＳトランジスタ６１Ａは、Ｐ型基板７１に形成され、Ｎ型不純物拡散層であるドレイン拡散層７４ａとソース拡散層７４ｂを有する。ドレイン拡散層７４ａ及びソース拡散層７４ｂに挟まれるように形成されるチャネル領域上には、ゲート絶縁膜７２が形成され、ゲート絶縁膜７２上にはゲート電極７３が形成されて、信号電荷の読み出しゲート部が形成されている。
【０１０７】
ドレイン拡散層７４ａ及びソース拡散層７４ｂには、例えばタングステン（Ｗ）などからなるコンタクトプラグ７５ａ、７５ｂが接続され、コンタクトプラグ７５ａは、画素電極７６を介して受光部２０ａのバリア層２５に接続される構造になっている。また、前記ＭＯＳトランジスタ６１Ａと受光部２０ａの間は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）などからなる絶縁膜７７で絶縁されている。
【０１０８】
本実施形態の場合、信号電荷の読み出し回路に、例えばＭＯＳトランジスタ６１Ａなどの固体素子を用いている。そのため、Ｓ／Ｎ（Signal／Noise）が大きくなり、高画質でかつ高感度な撮像装置を実現することが可能となる。本実施形態の動作の概要は概ね以下のようになる。
【０１０９】
まず、入射光Ｌが光電変換膜２３に入射し、光電変換膜２３には、電源１４より電圧が印加され、アバランシュ増倍現象を発生させる動作は、実施形態１に係る撮像装置１００、１００ａ、１００ｂの場合と同一である。
【０１１０】
増幅された正孔は、ＯＦＦ状態のＭＯＳトランジスタ６１Ａのドレイン拡散層７４ａに移動し、電子と結合してドレイン拡散層７４ａの電位が上昇する。図１７に示した画素が、水平画素選択回路６３及び垂直画素選択回路６２によって選択され、画素スイッチ６５が閉じられると、ドレイン拡散層７４ａで結合して失われた電子を補うための電流が負荷抵抗６６に流れ、信号を取り出すことができる構造になっている。
【０１１１】
そして、実施形態２に係る撮像装置１００ｃにおいては、光電変換膜２３の下方の構造が異なるだけであるので、図１６に示したように、撮像前には紫外線照射手段５０により光電変換膜２３の入射光側の面から紫外線を照射し、必要により温度制御装置４０により光電変換膜２３の温度制御が可能な構成となっている。
【０１１２】
このように、実施形態２に係る撮像装置１００ｃによれば、固体素子を適用して光電変換膜２３に蓄積された電荷の読み取りを行う撮像装置１００ｃについても、紫外線照射手段５０により撮像前に電子捕獲の電子を伝導帯に移動させ、必要に応じて撮像中に光電変換膜２３の温度を温度制御手段４０により制御することにより、電子の走行性を向上させ、ハイライトキズを効果的に抑制することができる。また、実施形態１において説明した図１５の撮像方法についても、当然に実施形態２に係る撮像装置１００ｃに適用することができる。
【０１１３】
更に、本実施形態の場合と同様にして、信号電荷読み出し手段として電界放出素子を２次元に配列した平面電子源を用いた平板型撮像装置や、Ｘ線検出用の撮像装置、さらには非晶質セレンを用いたその他のデバイスを形成して、本発明を広く適用することが可能となることは明らかである。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０１１５】
特に、本発明においては、光電変換膜２３が、非晶質セレンを主成分とする場合について説明したが、電子捕獲が発生し易い光電変換膜２３であれば、総ての光電変換膜２３について、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の撮像装置の動作原理を説明する光電変換膜１０３を含む断面図である。
【図２】光電変換膜１０３のバンドモデルの模式図である。
【図３】電子捕獲により光電変換膜１０３内の電界が変化した状態を示した模式図である。
【図４】光電変換膜１０３に発生した白キズの一例を示した図である。
【図５】実施形態１に係る撮像装置１００の全体構成の一例を示した断面図である。
【図６】実施形態１における撮像管１０の受光部２０の概略構成を示した図である。図６（Ａ）は、受光部２０を電子ビーム走査側から見た平面図である。図６（Ｂ）は、受光部２０の概略断面図である。
【図７】実施形態１の紫外線照射手段５０の一例を示した概略構成図である。
【図８】実施形態１の第１変形例に係る撮像装置１００ａの概略構成を示した図である。
【図９】実施形態１の第２変形例に係る撮像装置１００ｂの概略構成を示した図である。
【図１０】ペルチェ素子の構造を模式的に示した図である。
【図１１】本実施例で用いた光電変換膜２３の条件を示した図である。
【図１２】光電変換膜２３に紫外線を照射した状態を示した平面図である。
【図１３】紫外線照射後に、ハイライト光を照射した場合の撮像画像を示した図である。
【図１４】図１１乃至図１３において説明した実験の結果を示す図である。
【図１５】実施形態１に係る撮像方法の処理フローを示した図である。
【図１６】実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成図である。図１６（Ａ）は、実施形態２に係る撮像装置１００ｃの構成を概略的に示した斜視図である。図１６（Ｂ）は１画素の等価回路を示した図である。
【図１７】受光部２０ａと、ＭＯＳトランジスタ６１Ａを示した断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ 撮像管
１１ 透光性面板
１２ 信号ピン
１３、６６ 負荷抵抗
１４ 電源
１５ レンズ
２０、２０ａ 受光部
２０Ａ 走査領域
２０Ｂ 非走査領域
２１ 透光性電極
２２、２５ バリア層
２３、１０３ 光電変換膜
２４ 増し付け層
３０ 電子ビーム発生部（電荷読み取り手段）
３１ 金属リング
３２ インジウムリング
３３ メッシュ電極
３４ 集束偏向電極
３５ カソード電極
３６ 電子銃筐体
４０ 温度制御手段
４１ 温度測定手段
４２ フィードバック回路
４３ 制御装置
４４ 温度制御素子
４５、４７ａ、４７ｂ 電極
４６ａ、４６ｂ 半導体
４８ 電源
５０、５０ａ、５０ｂ 紫外線照射手段
５１、５１ａ、５１ｂ 紫外線源
５２ 回転機構
５３ スイッチ
６０ 固体素子部（電荷読み取り手段）
６１ 素子形成部
６１Ａ ＭＯＳトランジスタ
６２ 垂直画素選択回路
６３ 水平画素選択回路
６４ 出力アンプ
６５ 画素スイッチ
７１ Ｐ型基板
７２ ゲート絶縁膜
７３ ゲート電極
７４ａ、７４ｂ 拡散層
７５ａ、７５ｂ コンタクトプラグ
７６ 画素電極
７７ 絶縁膜
９０ 白点
９５ 白キズ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 撮像装置
１０６ 局在準位
１１０ 撮像装置筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換膜の温度を調整し、前記撮像を行っている間は、前記光電変換膜の温度を所定の温度に保つ温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に前記光電変換膜を調整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】
撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像方法であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する工程を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像方法。
【請求項７】
前記光電変換膜の温度を、所定の温度に保った状態で前記撮像を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記温度は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に保たれることを特徴とする請求項７に記載の撮像方法。
【請求項１】
撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像装置であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する紫外線照射手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換膜の温度を調整し、前記撮像を行っている間は、前記光電変換膜の温度を所定の温度に保つ温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に前記光電変換膜を調整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】
撮像面に入射した光を電荷に変換するとともに、該電荷をアバランシェ増倍作用により増加させる光電変換膜を有し、該光電変換膜に蓄積された電荷を読み取ることにより撮像を行う撮像方法であって、
前記撮像を行う前に、前記光電変換膜の前記撮像面に紫外線を照射する工程を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
前記光電変換膜は、セレンを最も多く含み、ヒ素を含むことを特徴とする請求項５に記載の撮像方法。
【請求項７】
前記光電変換膜の温度を、所定の温度に保った状態で前記撮像を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記温度は、前記光電変換膜のガラス転移温度を中心として、±５℃の範囲内の所定温度に保たれることを特徴とする請求項７に記載の撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１２３５４４（Ｐ２０１０−１２３５４４Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９８７２５（Ｐ２００８−２９８７２５）
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２１日（２００８．１１．２１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]