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JPS6030059B2 - Electron impact multiplier using solid-state image sensor - Google Patents
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JPS6030059B2 - Electron impact multiplier using solid-state image sensor - Google Patents

Electron impact multiplier using solid-state image sensor

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Publication number
JPS6030059B2
JPS6030059B2 JP57014862A JP1486282A JPS6030059B2 JP S6030059 B2 JPS6030059 B2 JP S6030059B2 JP 57014862 A JP57014862 A JP 57014862A JP 1486282 A JP1486282 A JP 1486282A JP S6030059 B2 JPS6030059 B2 JP S6030059B2
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JP
Japan
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solid
image
electron beam
image sensor
pixel
Prior art date
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Application number
JP57014862A
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Japanese (ja)
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JPS58133747A (en
Inventor
望 原田
興夫 吉田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は団体撮像素子を用いた電子衝撃型増情管に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to an electron impact intensifier tube using a collective image sensor.

〔従来技術とその問題点〕 固体撮像素子は撮像管の応用分野に次々と入り込んで使
われようとしている。
[Prior art and its problems] Solid-state image sensors are being used one after another in the application fields of image pickup tubes.

通常の撮像カメラの他の特殊な用途として電子衝撃型増
倍管への応用がある。第1図に示す如く、光電面1に入
射した光学像により放射された光電子2を電極3で形成
する電界で加速し、集東して固体撮像素子4に入射させ
、電子増情効果により多数の電子一正孔対に変換する。
固体撮像素子では通常の入射光の代わりに電子ビームの
光電子が入射した事に相当し、変換された信号電荷(通
常は電子)をポテンシャル井戸に集めて一定時間後に読
み出す。この種の電子衝撃型増倍管5では固体撮像素子
4には通常はフレーム転送形CCDが用いられる。光電
面をX線あるいは放射線用にかえる事により、光学像の
みならずX線像あるいは放射線像に用いる事ができる。
第2図は電子衝撃型増情管に用いられるフレーム転送形
CCDの従来例の垂直方向の断面図を示す。
Another special use of ordinary imaging cameras is their application to electron impact multiplier tubes. As shown in FIG. 1, the photoelectrons 2 emitted by the optical image incident on the photocathode 1 are accelerated by the electric field formed by the electrode 3, concentrated, and incident on the solid-state image sensor 4, resulting in a large number of photoelectrons due to the electron enhancement effect. Converts into an electron-hole pair.
In a solid-state image sensor, this corresponds to the incident of photoelectrons from an electron beam instead of normal incident light, and the converted signal charges (usually electrons) are collected in a potential well and read out after a certain period of time. In this type of electron impact multiplier tube 5, a frame transfer type CCD is usually used as the solid-state image sensor 4. By changing the photocathode to one for X-rays or radiation, it can be used not only for optical images but also for X-ray or radiation images.
FIG. 2 shows a vertical sectional view of a conventional example of a frame transfer type CCD used in an electron impact intensifier tube.

電子ビーム6はフレーム転送形CCDの裏面から入射さ
せる。ここで裏面とはCCDの転送電極7ーー,2,3
,4の形成されていないSi基板8側である。入射した
電子はSi基板内で電子衝撃により電子一正孔対を形成
し、信号電荷は点線で示すポテンシャル井戸9に蓄積さ
れ、一定時間後に読み出される。裏面入射形となるため
、Si基板が厚いと、生成された電子がポテンシャル井
戸に到達する前に基板内で正孔と再結合する確率が増え
て、感度が悪い欠点となる。さらに、生成された電子は
色々の方向へ拡散するので、隣接のポテンシャル井戸や
少し離れたポテンシャル井戸へも到達し、解像度が劣化
する欠点がある。これらの欠点を除くため、Si基板を
Siビジコンの夕−ゲットのように裏面をエッチングし
て第2図のように薄くする方法がとられている。周辺は
補強のためエッチングしないで残しておく。この方法は
感度解像度の点で欠点を改善する事が出来るが完全とは
言えない。さらに薄く残すために高度の技術を必要とす
る事、薄くしたために転送電極側にある歪の影響を受け
て、基板が曲りやすし、などの新たな欠点が生ずる。ポ
テンシャル井戸は通常は転送電極7−1,2,3,4の
4電極のうち2電極の下に形成される。
The electron beam 6 is made incident on the back surface of the frame transfer type CCD. Here, the back surface refers to the transfer electrodes 7, 2, and 3 of the CCD.
, 4 is not formed on the Si substrate 8 side. The incident electrons form electron-hole pairs in the Si substrate due to electron impact, and signal charges are accumulated in the potential well 9 indicated by the dotted line and read out after a certain period of time. Since it is a back-illuminated type, if the Si substrate is thick, the probability that generated electrons will recombine with holes within the substrate before reaching the potential well increases, resulting in poor sensitivity. Furthermore, since the generated electrons diffuse in various directions, they also reach adjacent potential wells or potential wells slightly distant, resulting in a disadvantage that the resolution deteriorates. In order to eliminate these drawbacks, a method has been adopted in which the back surface of the Si substrate is etched like the etched surface of a Si vidicon to make it thin as shown in FIG. The surrounding area is left unetched for reinforcement purposes. Although this method can improve the drawbacks in terms of sensitivity and resolution, it cannot be said to be perfect. Furthermore, new drawbacks arise, such as the need for advanced technology to remain thin, and the fact that the substrate is easily bent due to the effects of distortion on the transfer electrode side. The potential wells are normally formed under two of the four transfer electrodes 7-1, 2, 3, and 4.

第2図においては7−1と7−2の2電極下に形成され
ている。飛び込し走査の場合には、次のフィールドでは
7−3と7一4の2電極下にポテンシャル井戸が形成さ
れる。標準テレビ方式では、垂直方向で各フィールド毎
に256走査線に相当する画素数がポテンシャル井戸に
よって形成される。第3図はフレーム転送形CCDの全
体構成図を示す。
In FIG. 2, they are formed under two electrodes 7-1 and 7-2. In the case of jump scanning, potential wells are formed under two electrodes 7-3 and 7-4 in the next field. In standard television systems, the number of pixels corresponding to 256 scanning lines in each field in the vertical direction is formed by potential wells. FIG. 3 shows an overall configuration diagram of a frame transfer type CCD.

第2図の各画素は水平方向ではチャンネル・ストッパー
11で区切られており、垂直方向は転送電極のポテンシ
ャル井戸で区切られる。最初のAフィールドではイメー
ジ部12のA−1〜A−256の部分にポテンシャル井
戸が形成され、信号電荷は垂直プランキング期間に高速
で蓄積部13に垂直転送された後に、一水平走査線相当
の信号が水平転送レジスタ14に転送される。水平転送
により出力部15を通して信号が外部へ読み出される。
一方Aフィールドの信号の垂直転送終了後にBフィール
ドの信号蓄積を行なうために、イメージ部12のB−1
〜B−256にポテンシャル井戸が形成され、Aフィー
ルドと同じ動作が繰り返される。
Each pixel in FIG. 2 is horizontally separated by a channel stopper 11 and vertically separated by a potential well of a transfer electrode. In the first A field, a potential well is formed in the portions A-1 to A-256 of the image section 12, and the signal charge is vertically transferred to the storage section 13 at high speed during the vertical blanking period, and then is transferred to the storage section 13 corresponding to one horizontal scanning line. The signal is transferred to the horizontal transfer register 14. The signal is read out to the outside through the output section 15 by horizontal transfer.
On the other hand, in order to accumulate the B field signal after the vertical transfer of the A field signal, the B-1 of the image section 12 is
A potential well is formed in ~B-256, and the same operation as in the A field is repeated.

このようなフレーム転送形CCDではイメージ部と蓄積
部に同数の画素が形成されるため、チップ面積が大きく
なり、電子衝撃型増倍管に適用する場合に空間占有率が
高くなる欠点がある。現状のフレーム転送形CCDで標
準撮像方式に適合するものは500V×340日画素や
狭チャンネルフレーム転送形CCDと呼ばれる500V
×570日画素があるが、解像度は末だ撮像管のそれに
及ばない。そのためには画素数の増加が必要であるが、
BIなどの製造技術の進歩がなければ実現する事ができ
ない。〔発明の目的〕 この発明は上述した従来の園体撮像素子を用いた電子衝
撃型増倍管の欠点を改良し、高解像度の画像を再生する
ことのできる電子衝撃型増倍管を提供することを目的と
する。
In such a frame transfer type CCD, since the same number of pixels are formed in the image section and the storage section, the chip area becomes large, and when applied to an electron impact multiplier, the space occupancy rate becomes high. Current frame transfer type CCDs that are compatible with standard imaging methods are 500V x 340 day pixels and 500V narrow channel frame transfer type CCDs.
Although it has 570 pixels, its resolution is still nowhere near that of an image pickup tube. To achieve this, it is necessary to increase the number of pixels, but
This cannot be achieved without advances in manufacturing technology such as BI. [Objective of the Invention] The present invention improves the drawbacks of the above-mentioned conventional electron impact multiplier tube using an image pickup device, and provides an electron impact multiplier tube capable of reproducing high-resolution images. The purpose is to

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は電子ビームの入射に対して、離散的に有効領域
を有する固体撮像素子を用い、光学像、X線像あるいは
放射線像に対応して光電面から放射された電子ビームを
適当な時間で所望の方向に偏向せしめる作用を有する電
子衝撃型増情管である。
The present invention uses a solid-state imaging device having discrete effective areas for incident electron beams, and captures electron beams emitted from a photocathode at appropriate times in accordance with optical images, X-ray images, or radiation images. This is an electron impact intensifier tube that has the function of deflecting the beam in a desired direction.

すなわち、最初の信号読み取り期間では、離散した有効
領域に相当する信号を読みとり、次の信号読み取り期間
では、電子ビームを偏向せしめて、以前の信号読み取り
では無効領域に入射していた電子ビームを有効領域に導
き信号変換させる事により、偽似的に画素を増加せしめ
て、高解像度化を計るというものである。〔発明の効果
〕 従来の固体撮像素子の画素数は通常500V×400日
であり、撮像管より限界解像度が悪かったが、本発明に
よれば最低で2倍の画素数による撮像と同等となり、撮
像管と同等またはそれ以上の限界解像度が得られる。
That is, in the first signal reading period, signals corresponding to discrete effective areas are read, and in the next signal reading period, the electron beam is deflected to enable the electron beam that was incident on the invalid area in the previous signal reading. By guiding the signal to the area and converting the signal, the number of pixels is increased in a pseudo manner, and the resolution is increased. [Effects of the Invention] Conventional solid-state imaging devices usually have a pixel count of 500V x 400 days, which has a lower resolution limit than that of an image pickup tube, but according to the present invention, the resolution is equivalent to imaging with at least twice the number of pixels. A marginal resolution equivalent to or better than that of an image pickup tube can be obtained.

従って特に医学用のX線撮像で要求される高解像度の再
生画像を本発明によって得ることができる。また固体撮
像素子を用いるために、残像や焼き付きが無いなどの高
画質の画像再生が可能になる。
Therefore, high-resolution reproduced images required especially in medical X-ray imaging can be obtained by the present invention. Furthermore, since a solid-state image sensor is used, it is possible to reproduce high-quality images without image retention or burn-in.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図は本発明の重要な構成要素である固体撮像素子で
あって、本発明の目的のために改良したインターライン
転送形CCDの例である。図は水平方向の断面図を示す
。p型Si基板21に拡散やイオン・ィンプランテーシ
ョンにより形成したn形領域からなるホト・ダイオード
22a,b,cと垂直転送CCD23a,b,cが各画
素を構成している。
FIG. 4 shows an example of an interline transfer type CCD which is a solid-state image sensing device which is an important component of the present invention and has been improved for the purpose of the present invention. The figure shows a horizontal cross-section. Each pixel is composed of photodiodes 22a, b, c consisting of n-type regions formed on a p-type Si substrate 21 by diffusion or ion implantation, and vertical transfer CCDs 23a, b, c.

垂直転送CCD23a,b,c上にはポリSiなどの転
送電極24が配置されている。図では二層ポリSi電極
の例である。ボリSi電極24はSi02などの絶縁膜
25により基板21から電気的に分離されている。従来
の光電変換用の固体撮像素子では絶縁膜に光に対して透
明であり感光部であるホト・ダイオード22a,b,c
上にも形成されている。しかるに本発明ではホト・ダイ
オード上の絶縁膜をエッチングにより所望の面積にわた
って各画素について除去し、n形領域を露出させて開□
部とする。図では開□部のエッチングをなるべく垂直に
行なった上で、全面に薄い山膜を蒸着する。ホト・ダイ
オード上では露出したn形Siの表面保護用AI膜26
,a,b,cとなり、絶縁膜25上では後述するような
帯電防止用山膜27となる。光電面から放射された電子
ビームは加速されて間体撮像素子に到達するが、閉口部
に入射する電子28−1は薄いAI膜26a,b,cを
通過して、直接ホト・ダイオード部に入り、電子衝撃に
より多数の電子一正孔対を発生する。
Transfer electrodes 24 made of poly-Si or the like are arranged on the vertical transfer CCDs 23a, b, and c. The figure shows an example of a two-layer poly-Si electrode. The poly-Si electrode 24 is electrically isolated from the substrate 21 by an insulating film 25 such as Si02. In a conventional solid-state image sensor for photoelectric conversion, photodiodes 22a, b, and c, which are transparent to light and serve as photosensitive parts, are formed in an insulating film.
It is also formed on top. However, in the present invention, the insulating film on the photodiode is removed over a desired area for each pixel by etching, and the n-type region is exposed and opened.
Department. In the figure, the opening □ is etched as vertically as possible, and then a thin mountain film is deposited over the entire surface. On the photodiode, the exposed n-type Si surface protection AI film 26
, a, b, and c, and on the insulating film 25 becomes an antistatic mountain film 27 as described later. The electron beam emitted from the photocathode is accelerated and reaches the interbody image sensor, but the electrons 28-1 that enter the closed part pass through the thin AI films 26a, b, and c and directly enter the photodiode part. The electron bombardment generates a large number of electron-hole pairs.

信号電荷として発生した電子がホト・ダイオード部に有
効に蓄積される。一方、開口部以外に到達した電子ビー
ムの電子28一2はSi基板内に入らず無効信号となる
。無効部分のAI膜はこの部分に電子が蓄積して帯電し
、その後の入射ビームの到達を阻害する効果を防ぐ。蓄
積された信号電荷は一定時間後に垂直転送CCD23a
,b,cに転送される。
Electrons generated as signal charges are effectively stored in the photodiode section. On the other hand, the electrons 28-2 of the electron beam that reach areas other than the opening do not enter the Si substrate and become invalid signals. The AI film in the ineffective area prevents the effect of electrons accumulating in this area and becoming electrically charged, which obstructs the subsequent arrival of the incident beam. The accumulated signal charges are transferred to the vertical transfer CCD 23a after a certain period of time.
,b,c.

第5図はインターライン転送形CCDの全体の構成を示
す。図ではオーバー・スロー・ドレィンを省略して示し
てある。電子ビームに対する閉口部となり、かつ、信号
電荷蓄積部となるP,.〜PMN′のホト・ダイオード
とそれらのホト・ダイオードからフィールド・シフト・
ゲート31により転送された信号電荷を読み出すための
C,〜CMの垂直転送CCDが主としてイメージ部を構
成する。垂直CCDの信号電荷は水平走査線に相当する
一段ごとに水平CCDレジスタ32に転送され、水平有
効期間にレジスタ内に転送されて、順次、出力部33よ
り読み出される。なお、フィールド・シフト・ゲート3
1は第4図のポリSi電極24の一部併用している。第
6図は第4図と第5図の改良されたインターライン転送
形CCDにおける一画素の構成説明図である。
FIG. 5 shows the overall structure of an interline transfer type CCD. In the figure, over slow drain is omitted. P, . ~ PMN' photodiodes and field shift from those photodiodes.
Vertical transfer CCDs C to CM for reading signal charges transferred by the gate 31 mainly constitute an image section. The signal charges of the vertical CCD are transferred to the horizontal CCD register 32 for each stage corresponding to a horizontal scanning line, transferred into the register during the horizontal valid period, and sequentially read out from the output section 33. In addition, field shift gate 3
1 uses a part of the poly-Si electrode 24 shown in FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of the configuration of one pixel in the improved interline transfer type CCD of FIGS. 4 and 5. FIG.

電子ビームに対して有効領域となる関口部4 1の隣り
には垂直転送でCD42が設けられている。開○部以外
の斜線で示された部分は信号変換に対して無効部43と
なる。第7図は本発明の電子衝撃型増倍管である。光電
面51に入射した光学像により放射された光電子52を
電極53で形成する電界で加速し集東して固体撮像素子
54に入射させ、電子増倍効果により多数の電子一正孔
対に変換する。本発明の亀子衝撃型増倍管が第1図で示
した従来の管と異なるのは第7図に示す如く、偏向電極
55が設けられており、偏向パルス56により制御され
る点である。この偏向電極の動作を固体撮像素子の動作
と結びつけて第8図と共に説明する。第8図aは改良し
たインターライン転送形CCDの単位画素を示したもの
で、斜線部は電子衝撃効果に対しての無効の部分、白部
は有効部となる開□部を示す。
A CD 42 is provided by vertical transfer adjacent to the entrance part 41 which is an effective area for the electron beam. The hatched portion other than the open circle portion becomes an invalid portion 43 for signal conversion. FIG. 7 shows an electron impact multiplier according to the present invention. Photoelectrons 52 emitted by the optical image incident on the photocathode 51 are accelerated by the electric field formed by the electrode 53, focused, and incident on the solid-state image sensor 54, where they are converted into a large number of electron-hole pairs by the electron multiplication effect. do. The Kameko impact multiplier tube of the present invention differs from the conventional tube shown in FIG. 1 in that it is provided with a deflection electrode 55 and is controlled by a deflection pulse 56, as shown in FIG. The operation of this deflection electrode will be explained in conjunction with the operation of the solid-state image sensor with reference to FIG. FIG. 8a shows a unit pixel of the improved interline transfer type CCD, in which the hatched area shows the area ineffective against the electron impact effect, and the white area shows the open area which is the effective area.

最初のフィールドであるAフィールド‘こおいて、偏向
電極には同図bに示すように偏向電圧日。EFは印加し
ない状態とし、この時に同図cに示す電子ビーム像が同
図aの画素に照射されている。Aフィールド間の蓄積後
に同図dに示すようにフィールド・シフト・ゲート電圧
(ぐFsG)にVHを与えて転送を行なって画素から得
られる信号は同図eに示す如く、白黒画像の白に対応す
る値となる。次のBフィールド‘こ入る時に、偏向電極
の偏向電圧HoEFにVM′の電圧を印加し水平方向に
電子ビームの偏向を行なう。この操作により光覆面から
の電子ビーム像は水平方向に移動する。VM′の電圧値
を適当に設定しておき、同図fのように半画素分だけ右
へずれるようにして、信号蓄積を行なうと、Bフィール
ドのフィールド・シフト・ゲートによる転送後に得られ
る信号は、同図gの如く、前回のAフィールドで得られ
なかった白黒の黒に対応する値となる。再生画像におい
ては、点線の矢印で示すようにBフィールドの信号の位
置ずれを調整しておき、同図h‘こ示す白黒画像とする
。なお、移動はHoEFにて0とVM′間となるが、1
/2VM′に中心があって左右に移動したと考えても良
い事は明らかである。また、電子ビーム像を移動させる
時に電子的なシャツ夕を用いて電子ビームが固体撮像素
子に到達しないようにしても良い。なお、水平方向で画
素数が偽似的に2倍となったが、通常の標準テレビ方式
に合わせるには垂直方向の画素については信号読み出し
方法をフィールド蓄積形のインターライン転送形CCD
動作とすることが必要である。すなわち、第5図におい
てAフィールドの読み出しは、P,.とP′,.,P,
2とP′,2,・・・・・・・・…・の如く右端の実線
で示す2画素の信号を読み出す。Bフイールドにおいて
はP′,.とP,2,P′,2とP,3……・・・・・
・の如く、右端の点線で示す2画素の信号を読み出す。
本発明の電子衝撃型増倍管では、従来の固体撮像素子の
水平画素数で決まっていた限界解像度を一挙に倍増する
事ができる。
In the first field, A field, a deflection voltage is applied to the deflection electrode as shown in Figure b. EF is not applied, and at this time, the electron beam image shown in c in the figure is irradiated onto the pixel in a in the figure. After the accumulation between fields A, the signal obtained from the pixel by applying VH to the field shift gate voltage (FsG) and transferring it as shown in d of the same figure is the white of the monochrome image, as shown in e of the same figure. will be the corresponding value. When entering the next B field, a voltage VM' is applied to the deflection voltage HoEF of the deflection electrode to deflect the electron beam in the horizontal direction. This operation causes the electron beam image from the light masking surface to move in the horizontal direction. If the voltage value of VM' is set appropriately and the signal is accumulated by shifting it to the right by half a pixel as shown in the figure f, the signal obtained after being transferred by the field shift gate of the B field is As shown in g in the figure, is a value corresponding to black and white, which was not obtained in the previous A field. In the reproduced image, the positional shift of the B field signal is adjusted as shown by the dotted arrow, and a black and white image is obtained as shown in h' in the figure. Note that the movement is between 0 and VM' in HoEF, but 1
It is clear that it can be considered that the center is at /2VM' and moved left and right. Further, when moving the electron beam image, an electronic shield may be used to prevent the electron beam from reaching the solid-state image sensor. Although the number of pixels in the horizontal direction has been pseudo-doubled, in order to comply with the normal standard television system, the signal readout method for pixels in the vertical direction has been changed to a field accumulation type interline transfer type CCD.
It is necessary to make it a movement. That is, in FIG. 5, reading of the A field is performed by P, . and P′, . ,P,
2 and P', 2, . . . , the signals of the two pixels shown by the solid line at the right end are read out. In the B field, P', . and P, 2, P', 2 and P, 3...
・Read out the signals of the two pixels indicated by the dotted line at the right end.
With the electron impact multiplier tube of the present invention, the limit resolution determined by the number of horizontal pixels of a conventional solid-state image sensor can be doubled at once.

水平方向に超LSI技術を用いて無理に2倍の画素を組
み込んだ場合の高解像変化では閉口面積や垂直転送CC
Dの面積が半分となり、感度やダイナミック・レンジが
半分となるのに対して、本発明ではこれらの欠点を除い
て簡単に高解像度化ができる。また固体撮像素子の外部
回路は殆んど従来と同じものが使える利点がある。従来
、無効領域として捨てられていた部分の情報が有効に利
用される点に本発明の大きな特徴がある。〔発明の他の
実施例〕第8図にて電子ビーム像を水平方向にパルス状
に矩形波で移動させたが、その移動方法は以下の第9図
から第11図に示す方法によっても良い。
High-resolution changes when twice as many pixels are forcibly incorporated in the horizontal direction using VLSI technology will result in closed area and vertical transfer CC.
While the area of D is halved and the sensitivity and dynamic range are halved, the present invention eliminates these drawbacks and can easily achieve high resolution. Another advantage is that the external circuit for the solid-state image sensor can be almost the same as the conventional one. A major feature of the present invention is that information in a portion conventionally discarded as an invalid area is effectively utilized. [Other Embodiments of the Invention] In FIG. 8, the electron beam image is moved in the horizontal direction in a pulsed manner with a rectangular wave, but the method of movement may also be the method shown in FIGS. 9 to 11 below. .

すなわち、第9図は三角波で移動させる例で、同図aは
めFscを、同図bはHoEFを示し、第10図a,b
は台形で移動させる例及び第11図a,bは正弦波で移
動させる例である。いずれの場合にても移動の中心を考
慮して、左右に振る例を示すが、フィールド・シフト・
ゲートによる転送のタイミングを移動中心とした例であ
る。さらに第12図a,bは、第9図と同じく三角波で
振った例であるが、蓄積された信号電荷の転送のタイミ
ングを移動中心からずらした例である。
That is, Fig. 9 shows an example of movement using a triangular wave, and Fig. 9a shows Fsc, Fig. 9b shows HoEF, and Fig. 10a and b.
11A and 11B are examples of moving in a trapezoidal manner, and FIGS. 11a and 11b are examples of moving in a sine wave. In either case, we will show an example of swinging left and right, taking into account the center of movement.
This is an example in which the timing of transfer by the gate is the center of movement. Furthermore, FIGS. 12a and 12b are examples in which a triangular wave is used as in FIG. 9, but the timing of transferring the accumulated signal charges is shifted from the center of movement.

タイミングずれにより、左右の偽似画素の感度重なりが
多くなり、偽信号の少ない画像が得られる利点がある。
転送のタイミングをずらす事は三角波のみによらず、程
度の違いはあるが台形や正弦波の振動にも応用できる。
第8図以下の電子ビーム像の移動距離は偽似画素が成る
可〈等距離に配置されるように設定する事が再生画像を
見やすくする意味で重要である。
Due to the timing shift, the sensitivities of the left and right pseudo pixels increase, and there is an advantage that an image with fewer pseudo signals can be obtained.
Shifting the timing of transfer is not only applicable to triangular waves, but can also be applied to trapezoidal and sine wave vibrations, although there are differences in degree.
It is important to set the movement distance of the electron beam image in FIG. 8 and subsequent figures so that the pseudo pixels are arranged at an equidistant distance from each other in order to make the reproduced image easier to see.

水平のみならず、以下に述べる各種の方向への移動の場
合にも同様の事が言える。第13図aは斜め方向に電子
ビーム像を移動させた例である。
The same can be said for movement not only horizontally but also in various directions described below. FIG. 13a shows an example in which the electron beam image is moved in an oblique direction.

同図b水平の偏向HoEFと同図cの垂直の偏向V岬F
を同期させて斜め方向に移動し各場所からの信号を読み
出す。画素が市松状に4配置され、水平、垂直ともに画
素数が倍増する利点がある。信号の読み出し方は第8図
で説明した方式によるか、あるいは垂直転送CCDに工
夫をして、各フィールド‘こて各画素から読み出せるよ
うにすれば極めて高解像度の画像が得られる。第14図
a〜dは有効な関口部を偽似的に画素の4ケ所で感度を
もたせた例であり、水平と垂直の電子ビーム像の偏向を
行なった例である。Aフィールド‘こおいては、画素の
右下が有効部となるように、水平はVM、垂直は−VN
の偏光電圧を印加し、蓄積した信号電荷をフィールド・
シフト・ゲートにより転送すると同時に垂直の偏向電圧
をVNと切換えて、有効部を画素の右上に移動し、Bフ
ィールドとする。同様の操作を繰り返し、画素の左上、
右下と走査をし元に戻る。この操作により同図aで示し
た右下のみの有効閉口部が、同図eで示すように合計4
画素となり高解像度の撮像を可能にする。同図eには隣
接の画素を考慮して、偽似画素が水平、垂直に等配され
ている様子を示す。この方法では標準テレビ方式と異な
りA〜Dの4フィールドで1フレームを構成する。撮像
画像に大きな動きが無い場合には1フィールドは通常の
1/6硯砂としても良いが、動きの遠い画像の場合には
フィールド時間を適当に合わせる必要がある。第15図
は標準テレビ方式から離れて、間欠露光方式による本発
明の電子衝撃型撮像管の動作例を示す。
Horizontal deflection HoEF in figure b and vertical deflection V Cape F in figure c.
synchronize and move diagonally to read out signals from each location. Four pixels are arranged in a checkered pattern, which has the advantage of doubling the number of pixels both horizontally and vertically. Signals can be read out using the method described in FIG. 8, or by modifying the vertical transfer CCD so that signals can be read out from each pixel in each field, an extremely high-resolution image can be obtained. FIGS. 14a to 14d are examples in which the effective gateway portions are pseudo-sensitized at four locations in the pixel, and the electron beam images are deflected horizontally and vertically. In the A field, the horizontal is VM and the vertical is -VN so that the bottom right of the pixel is the effective part.
Apply a polarized voltage of
At the same time as the data is transferred by the shift gate, the vertical deflection voltage is switched to VN to move the effective part to the upper right of the pixel, making it a B field. Repeat the same operation until the top left of the pixel,
Scan the bottom right and return. By this operation, the effective closing part only in the lower right shown in figure a is increased to 4 in total as shown in figure e.
It becomes a pixel and enables high-resolution imaging. Figure e shows how pseudo pixels are equally distributed horizontally and vertically, taking into account adjacent pixels. In this method, one frame is made up of four fields A to D, unlike the standard television system. If there is no large movement in the captured image, one field may be set to 1/6 of the usual inkstone sand, but in the case of an image with far movement, it is necessary to adjust the field time appropriately. FIG. 15 shows an example of the operation of the electron impact type image pickup tube of the present invention using an intermittent exposure method, apart from the standard television method.

時刻りこおいて電子ビームの水平偏向の日。EFをVM
として、画素を右方向に移動させる。時刻t2からt3
において露光(Exp)を行なう。この露光は例えば光
、X線または放射線像を瞬間露光させても良く、あるい
は連続露光しておき、変換された電子ビームを常時はO
FFとしておき、この時刻だけONとする方法によって
も良い。この一回の露光で第5図の各画素には信号が蓄
積されるが、時刻けこおけるフィールド・シフト・ゲー
トの転送をP,.〜PMNの垂直方向で一つ置きの画素
にて行なう。これらの画素からの信号を全部読み取った
後に時刻klこおいて、残りのP′,.〜PMN′の画
素の信号を転送して読み出す。すなわち、1回の露光に
対して2回の信号読み出しを行なう。さらに、時刻t7
において、電子ビームの偏向電圧を−VMとし、画素を
左方向に移動させる。次に時亥Ut8〜t9において露
光を行ない、上述の方法によって、時亥比,.とt,2
に2回の信号読み出しを行なう。1フレームは2回露光
、4回信号読み出し(4フィールド)で構成され、高解
像度の画像が得られる。
At the time of the horizontal deflection of the electron beam. EF to VM
, move the pixel to the right. From time t2 to t3
Exposure (Exp) is performed at . This exposure may be performed, for example, by instantaneous exposure to light, X-rays, or a radiation image, or by continuous exposure, and the converted electron beam is constantly
It is also possible to set it as FF and turn it ON only at this time. A signal is accumulated in each pixel in FIG. 5 through this one exposure, and the transfer of the field shift gate at different times is performed by P, . ~Performed at every other pixel in the vertical direction of PMN. After reading all the signals from these pixels, the remaining P', . -PMN' pixel signals are transferred and read out. That is, signal reading is performed twice for one exposure. Furthermore, time t7
In this step, the deflection voltage of the electron beam is set to -VM, and the pixel is moved to the left. Next, exposure is performed at times Ut8 to Ut9, and the time ratios, . and t,2
The signal is read out twice. One frame consists of two exposures and four signal readouts (4 fields), resulting in a high-resolution image.

この方法は第8図で述べた垂直方向について2画素から
信号を得る事による垂直方向の解像度の劣化を防ぐ効果
がある。なお、電子ビームの偏向のタイミングは実線で
示す例ばかりでなく、一点鎖線で示す、時刻t4,Lo
及びt,6でも良い。すなわち、露光する時に有効画素
の位置が移動していれば良い。第16図では水平の位置
移動のみを説明したが、第13図で述べた斜め方向の移
動を含めて種々の方向の移動について適用できる事は明
らかである。
This method has the effect of preventing deterioration of resolution in the vertical direction due to obtaining signals from two pixels in the vertical direction as described in FIG. Note that the timing of deflection of the electron beam is not limited to the example shown by the solid line, but also the timing t4 and Lo shown by the dashed line.
and t, 6 may also be used. In other words, it is sufficient that the position of the effective pixel is moved during exposure. In FIG. 16, only horizontal positional movement has been explained, but it is clear that the invention can be applied to movement in various directions, including the diagonal movement described in FIG. 13.

上言己実施例において、固体撮像素子は第4図の例で説
明したが、これに限らず、入射電子に対して信号となる
有効部分と信号とならない無効部分とからなる園体撮像
素子であれば、本発明の目的に使用できる。
In the above embodiments, the solid-state image sensor is explained using the example shown in FIG. 4, but the solid-state image sensor is not limited to this. If so, it can be used for the purposes of the present invention.

それらの例について第16図から第20図に説明する。
第16図は第4図の実施例とほぼ同じであるが、第4図
で帯電防止用AI膜27とした部分で無効信号となった
ものを積極的に利用し、外部へ導いて入射画像の全体の
背景の明るさをモニターする信号として利用する構造の
素子例である。
Examples of these will be explained with reference to FIGS. 16 to 20.
Fig. 16 is almost the same as the embodiment shown in Fig. 4, but the ineffective signal in the part of the antistatic AI film 27 in Fig. 4 is actively used and guided to the outside to image the incident image. This is an example of an element having a structure that is used as a signal to monitor the brightness of the entire background.

帯電防止用のAI膜の厚さのままでも良いが、図の例で
は厚いAI膜61として、ここで捕えた電子を外部へ導
き加速電圧等にフィード・バックして常に一定の輝度の
信号が得られるように制御する。第17図はホト・ダイ
オード上の薄いAI膜を絶縁膜上にまで広げて画素を規
定するAI電極62とした例である。
Although the thickness of the antistatic AI film may be used as is, in the example shown in the figure, a thick AI film 61 is used to guide the captured electrons to the outside and feed them back to an accelerating voltage, etc., so that a signal with a constant brightness is always generated. Control what you get. FIG. 17 shows an example in which a thin AI film on a photodiode is extended onto an insulating film to form an AI electrode 62 that defines a pixel.

ホト・ダイオード部が電子増倍効果により王なる感度を
示すのに対して、絶縁膜上の山膜は増倍効果は無いがホ
ト・ダイオード部へ入射電子を導く役割をなし副次的な
感度を示すと共に、絶縁膜の帯電防止の役割を無す。N
膜の切れ目が無効部分となる事は明らかである。第18
図は、いわゆる二階建て固体撮像素子として知られる構
造であるが、第17図と同じような山電極63の上部に
a−Sjなどの光導電膜64を形成しさらに上部に薄い
透明電極65を形成する。
While the photodiode section exhibits the primary sensitivity due to the electron multiplication effect, the mountain film on the insulating film has no multiplication effect but serves to guide incident electrons to the photodiode section and exhibits secondary sensitivity. At the same time, it also plays a role in preventing static electricity on the insulating film. N
It is clear that the cut in the membrane becomes an ineffective area. 18th
The figure shows a structure known as a so-called two-story solid-state image sensor, in which a photoconductive film 64 such as a-Sj is formed on top of a mountain electrode 63 similar to that in FIG. 17, and a thin transparent electrode 65 is further formed on the top. Form.

電子ビームは透明電極65を通過して、a−Si光導電
膜64中で電子増情を行ない、生成された電子はA1電
極63を通してホト・ダイオードに集められた正孔は透
明電極66から外部へ排出される。画素は山電極63に
よって規定され、この電極のない部分に相当するa−S
j光導電膜63には電界が十分に形成されず電子一正孔
の分離が不十分となり信号として無効部分となる。なお
、透明電極65は薄いAI電極などを用いても良い。第
19図は第18図とほぼ同じ構成であるが、無効部分を
さらに際立たせるために、a−Si光導電膜64上に厚
いAI電極66を縞状あるいは井桁状に構成したもので
ある。
The electron beam passes through the transparent electrode 65 and performs electron enrichment in the a-Si photoconductive film 64, and the generated electrons pass through the A1 electrode 63 and are collected in the photodiode. is discharged to. A pixel is defined by a mountain electrode 63, and a-S corresponding to the part without this electrode
j A sufficient electric field is not formed in the photoconductive film 63, and separation of electrons and holes is insufficient, resulting in an ineffective portion as a signal. Note that a thin AI electrode or the like may be used as the transparent electrode 65. FIG. 19 has almost the same structure as FIG. 18, but thick AI electrodes 66 are arranged in a striped or cross-shaped pattern on the a-Si photoconductive film 64 in order to make the ineffective portions more prominent.

表面全体の電極としてグロー放電により形成した低抵抗
のa−Si膜67を用いた例であるが、第18図上に井
桁の電極を形成しても同様の効果が得られる事は明らか
である。第20図は第2図の従来のフレーム転送形に応
用した例であり、電子ビーム入射側にAI電極68等に
より無効部分を形成した例である。
Although this is an example in which a low resistance a-Si film 67 formed by glow discharge is used as the electrode for the entire surface, it is clear that the same effect can be obtained even if a cross-shaped electrode is formed on FIG. . FIG. 20 is an example applied to the conventional frame transfer type shown in FIG. 2, in which an ineffective portion is formed by an AI electrode 68 or the like on the electron beam incident side.

上記実施例では主としてインターライン転送形CCDや
フレーム転送形CCDのように蓄積した信号を適当な時
期に全画素からあるいは全体の半分の画素から同時に垂
直転送にCDまたは蓄積部に転送する形式の頭体撮像素
子について説明した。
The above embodiments mainly use a head of a format such as an interline transfer type CCD or a frame transfer type CCD, in which accumulated signals are vertically transferred from all pixels or half of the pixels at the same time to a CD or a storage section. The body image sensor has been explained.

一方、MOS形やCPU形固体撮像素子のようにX−Y
アドレスあるいはライン・アドレス形の場合には各画素
で転送するタイミングが異なり、前述のいわばフイール
ド・アドレスまたはフレーム・アドレスのCCDのよう
に簡単に本発明の目的に使う事は出来ない。しかし、例
えば第15図で述べた間欠露光では、次の露光が来る前
に、特定の場所における信号を読み出してしまう方式を
採用すれば本発明の目的に使用できる。いずれもホト・
ダイオード部を個別に持っている点でインター転送形C
CDと同機に電子ビームに対して映像信号に対する有効
部分と無効部分が存在するからである。なお、実施例で
は水平、垂直あるいは斜め方向で実質的に2画素の移動
の例を示したが、テレビ方式によっては3画素以上の移
動となっても良い。
On the other hand, X-Y
In the case of an address or line address type, the timing of transfer is different for each pixel, and it cannot be used for the purpose of the present invention as easily as the above-mentioned field address or frame address CCD. However, for example, in the intermittent exposure described in FIG. 15, the purpose of the present invention can be achieved by adopting a method of reading out signals at a specific location before the next exposure. Both are hot
Inter transfer type C in that it has separate diode sections.
This is because, in the same device as a CD, there is an effective part and an ineffective part for the video signal with respect to the electron beam. In the embodiment, an example of movement of substantially two pixels in the horizontal, vertical, or diagonal direction was shown, but depending on the television system, movement of three or more pixels may be possible.

上記実施例では電子ビームの偏向を電界で操作した例に
ついて述べたが、外部コイルなどによる磁界で偏向させ
ても良く、また両者を併用しても良い。
In the above embodiment, an example was described in which the deflection of the electron beam was manipulated by an electric field, but the deflection may be performed by a magnetic field from an external coil or the like, or both may be used in combination.

本発明により画像の高解像度化が可能となり、医用を中
心とした診断に大きな寄与をする事ができる。
The present invention makes it possible to increase the resolution of images, making it possible to make a significant contribution to medical diagnosis.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は固体撮像素子を用いた電子衝撃型増倍管の断面
図、第2図は従来の電子衝撃型増倍管用固体撮像素子の
断面図、第3図は第2図の素子であるフレーム転送形C
CDの全体構成図、第4図は本発明に用いる改良したイ
ンターライン転送形CCD固体撮像素子の一実施例の断
面図、第5図は第4図の全体構成図、第6図は同じく画
素の構成説明図、第7図は本発明の−実施例を示す図、
第8図a〜hは本発明の動作説明図、第9図a,b、第
10図a,b、第11図a,b、第12図a,b、第1
3図a〜d、第14図a〜e及び第15図は本発明の他
の動作例の説明図、第16図、第17図、第18図、第
19図及び第20図は本発明に用いる他の固体撮像素子
の実施例の断面図である。 21・・・・・・Si基板、22a,b,c・・・・・
・ホト・ダイオード、23a,b,c・…・・垂直転送
CCD、24・・・…ポリSi転送電極、25・…・・
絶縁膜、26a’b,c,27……山膜、28−1,2
……電子ビーム、31・・・・・・フィールド・シフト
・ゲート、32・…・・水平CCDレジスタ、33・・
・・・・出力部、4 1・・・・・・閉口部、42・・
・…垂直転送にCD、43・・・・・・無効部、51・
・…・光電面、52・・・・・・光電子、53・・・・
・・電極、54・・…・固体撮像素子、55 ・・・…
・偏向電極、56・・・・・・偏向パルス、61・・・
・・・山膜、62,63……AI電極、64……a−S
i光導電膜、65……透明電極、66……AI電極、6
7・・・・・・低抵抗のa−Sj膜、68…・・・AI
電極。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 第12図 第16図 第13図 第14図 第15図 第17図 第18図 第19図 第20図
Figure 1 is a cross-sectional view of an electron impact multiplier tube using a solid-state image sensor, Figure 2 is a cross-sectional view of a conventional solid-state image sensor for an electron impact multiplier tube, and Figure 3 is the element shown in Figure 2. Frame transfer type C
FIG. 4 is a cross-sectional view of one embodiment of the improved interline transfer type CCD solid-state image sensor used in the present invention, FIG. 5 is an overall configuration diagram of FIG. 4, and FIG. 6 is a pixel diagram. 7 is a diagram showing an embodiment of the present invention,
Figures 8a to 8h are explanatory diagrams of the operation of the present invention; Figures 9a and b; Figures 10a and b; Figures 11a and b; Figures 12a and b;
3 a to d, 14 a to e, and 15 are explanatory diagrams of other operation examples of the present invention, and FIGS. 16, 17, 18, 19, and 20 are illustrations of other operation examples of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of a solid-state image sensor used for. 21...Si substrate, 22a, b, c...
・Photodiode, 23a, b, c... Vertical transfer CCD, 24... Poly-Si transfer electrode, 25...
Insulating film, 26a'b, c, 27... Mountain film, 28-1, 2
...Electron beam, 31...Field shift gate, 32...Horizontal CCD register, 33...
...Output part, 4 1...Closing part, 42...
...CD for vertical transfer, 43... Invalid part, 51.
...Photocathode, 52...Photoelectron, 53...
...Electrode, 54...Solid-state imaging device, 55...
- Deflection electrode, 56... Deflection pulse, 61...
... Mountain membrane, 62, 63 ... AI electrode, 64 ... a-S
i photoconductive film, 65...transparent electrode, 66...AI electrode, 6
7...Low resistance a-Sj film, 68...AI
electrode. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 16 Figure 13 Figure 14 Figure 15 Figure 17 Figure 18 Figure 19 Figure 20

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光像、X線像または放射線を電子ビーム像に変換す
る入力部と入射電子ビームを有効に信号変換する部分が
限定されている画素からなる固体撮像素子を出力部とし
て有する電子衝撃型増倍管において、前記電子ビーム像
を所定の時間に任意の方向に偏向する手段を有し、前記
画素の有効成分を該偏向以前には信号変換されなかつた
入射電子ビーム像の部分に前記偏向により相対的に移動
させ、新たに信号変換を行うようにした事を特徴とする
固体撮像素子を用いた電子衝撃型増倍管。
1 Electron impact multiplication device having as an output section a solid-state image sensor consisting of an input section that converts an optical image, an X-ray image, or a radiation image into an electron beam image, and a pixel that has a limited section that effectively converts the incident electron beam into a signal. The tube includes means for deflecting the electron beam image in an arbitrary direction at a predetermined time, and the deflection causes the effective component of the pixel to be relative to a portion of the incident electron beam image that has not undergone signal conversion before the deflection. An electron impact multiplier tube using a solid-state image sensor, which is characterized by moving the tube and performing new signal conversion.
JP57014862A 1982-02-03 1982-02-03 Electron impact multiplier using solid-state image sensor Expired JPS6030059B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999036754A1 (en) 1998-01-16 1999-07-22 Hamamatsu Photonics K. K. Imaging apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999036754A1 (en) 1998-01-16 1999-07-22 Hamamatsu Photonics K. K. Imaging apparatus

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