CN1267999C

CN1267999C - 摄像装置

Info

Publication number: CN1267999C
Application number: CN02140121.7A
Authority: CN
Inventors: 田代和昭; 海部纪之; 结城修
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: EP1259066A2; US20020190215A1; EP2479983A3; US20050018065A1; EP2242248A2; US6855937B2; CN1387264A; EP2242248A3; EP1259066A3; EP2479983A2; US7129500B2; EP1259066B1

Abstract

一种摄像装置，包括一具有多个以二维状态排列的像素的摄像元件，每个象素有一光电转换部分、一用于保持光电转换部分中产生的光电转换信号第一保持部分，和一用于保持像素中产生的噪声信号第二保持部分。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及一种用于摄取物体图像的摄像装置。

背景技术

最近几年来，数字化在医疗护理的多种领域都取得了很大的进步。在X射线诊断领域，为图像数字化，已开发出用于利用一闪烁体(荧光粉)将入射的X射线转变为可见光，并进一步利用摄像元件摄取该可见光的图像的二维X射线摄像装置。

作为一个二维X射线摄像装置，如，小型CCD摄像元件已经在实际中被用于牙科，利用最大为43cm×43cm的非晶硅的大型静止图像摄取装置也已经被实际用于乳腺和胸的照相上。在将非晶硅半导体用于玻璃基片上的摄像元件中，制造一个大型的摄像装置变得很容易。一些大型X射线摄像装置通过将四个摄像装置的板拼接而实现。作为这种类型的技术的一个例子，u.s.专利5315101中公开了一种这样的装置。

另外，我们还可以利用多个单晶摄像元件(硅摄像元件等)构成一大型X射线摄像装置。作为这种技术的例子，有US4323925和US6005911中描述的装置。作为单晶摄像元件，有利用硅制成的CCD型摄像装置和MOS和CMOS型摄像元件等。在医用X射线诊断领域中，数字化已在该领域取得极大的进步，相信静止图像摄取装置的下一代--活动图像摄取装置(透视等)将被实现。

该领域中的技术目标有：(1)高灵敏度和高速读取技术；(2)面积尺寸的增加；(3)减小成本等。对于高灵敏度和高速读取的目标，要求摄取活动图像时，实现的高灵敏度和读取速度是使用非晶体硅的摄像装置的灵敏度和读取速度的十倍以上。为了摄取一活动图像，X射线要不断照射在人体上。这样，考虑到X射线辐射造成的影响，辐射量需要被降低到几十分之一到百分之一，读取速度需要增加到60到90帧/秒。为了在这样一个速度下进行读取，灵敏度和速度需要是利用非晶体硅的摄像装置的几十倍。

非晶体硅并不具有足够的用于高速操作的半导体特性。对于利用非晶体硅的大型摄像装置来说，玻璃基片上的半导体的显微机械加工与单晶体硅半导体基片相比要复杂的多。结果是，输出信号线的电容增加。该电容变为噪音(kTC噪音)的最大导因。非晶体硅大型摄像装置的制造过程更为有利的是，与CCD型的摄像元件和CMOS型摄像元件相比，得到了更大面积的元件。但是，它的光电转换部分并不是一全耗尽型，其外部需要摄像元件的驱动电路和放大器(见日本专利申请公开第8-116004号的图52)且需要在安装了外围部分后进行产品质检。因此，当摄像元件自身相对较便宜的情况下，最终的价格却很高。由于这些原因，很难符合上述的要求。

另外，CCD型摄像元件为全耗尽型且具有高灵敏度但并不适合作大型摄像装置。CCD型摄像元件为一电荷转移类型，因此，它变的越大，由于转移步骤数的增加(像素更多)，转移就变得越困难。即，驱动电压在驱动端和中心周围不同，这使完全转移变的困难。另外，能量消耗由CVf2来表示(C为基片和阱之间的电容，V为脉冲幅度，f为脉冲频率)。元件越大，C和V就越大，这样能耗就变为CMOS型摄像元件的十倍或更多倍。因此，外围的驱动电路就变为发热源和噪音源，这样就不能获得高的信噪比S/N。因此，从某些方面说，CCD型摄像元件不适合作为大的摄像元件。

另外，在利用了多个单晶体摄像元件的一简单大型摄像装置的结构中，各摄像元件的连接部分中不可避免的将产生一无效空间(因为设置用于与外围电路如移位寄存器和放大器或与外部交换信号的外部端子和保护电路的区域也总是必需的，且与用于摄像元件的区域分离)。这部分成为一线形的缺陷，降低了图像的质量。因此，使用一种利用一种锥形的FOP(纤维光学板)的结构来引导光从闪烁体到摄像元件，以避免无效空间。但是，需要的额外的FOP使制造成本增加。特别是该锥形FOP非常贵。另外，由于锥形FOP的锥形角使从闪烁体来的光不易辐射在FOP上，从而且发生输出光亮的减少，这改变了摄像元件的灵敏度并降低了整个装置的灵敏度。

为了弥补上述非晶体硅摄像元件和CCD型摄像元件的上述缺点，提出了一种将大型CMOS型摄像元件嵌在其中的结构中。(日本专利申请公开第2000-184282号)

但是，传统的放大类型摄像元件，如CMOS型摄像元件，具有下述不便：

(a)在放大类型摄像元件的传统驱动方法中，一行扫描线的累积电荷作为一单元由同一列的行扫描线顺序读出。当累积的电荷从特定的行扫描线中被读出时，电荷在剩下的行扫描线中被累积。这种情况下，每条扫描线的电荷累积时间不同。如果电荷被读出并重现为一图像，则可获得各扫描时段的不同时间的图像。在对一静止图像照相时，累积时间的不同将不太可能导致问题。但是，在对活动图像照相时，图像会模糊导致出现问题。实际上，在具有多个嵌联的摄像元件的摄像装置中(一摄像元件板，其中形成多个像素)，发生在各摄像元件之间的图像中的不连续性导致下述的重要问题。另外，在X射线活动图像照相中，某一确定行扫描线的读出时间对应其它行扫描线的曝光时间并且非必要的X射线辐射必须执行到某种程度。因此，很难将这种方法应用到幅射所需曝光量应减小到尽可能小的医学领域。

(b)这里有一种通过提供一种机械快门固定各行扫描线中的电荷累积时段，从而避免电荷的累积时间段在首先用于读出的行扫描中和后来用于读出的行扫描中不同的方法。但是，该方法的不利在于使装置的尺寸变大。

利用有四个上述大型CMOS型摄像元件嵌连组成的摄像装置执行高速移动图像照相时出现的问题，尤其是涉及上述(a)条中所述的问题将在下面进行说明。图1示出一摄像装置的平面图，该装置中嵌连着四个摄像元件。摄像区域(摄像元件板)A1、A2、B1和B2通过将多个像素部分以水平和垂直方向排列而组成。摄像区域中的附图标记Hn表示行扫描电路扫描的行，Vn表示列扫描电路扫描的列。另外，每一个摄像区域中包括一行扫描电路、一列扫描电路、一存储电路和一输出放大电路。

图2示出每个摄像元件的一像素部分和一信号读出电路的示意性结构。图2中，使用了一扫描各列以读出一信号的方法。另外，在图2所示的传统电路中，一信号读出电路为一双采样电路，下面将详细说明。在图2中，附图标记VSR表示一列扫描电路，HSR表示一行扫描电路。另外，附图标记PD表示一光电二极管，TR1表示一转接开关，TR2表示一复位开关，TR3表示一列选择开关，TR4表示一放大晶体管，TR5表示一用于复位一信号线的开关，TR6和TR7表示采样开关，TR8和TR9表示读出开关。附图标记TR1到TR9为MOS晶体管。另外，附图标记C_TS表示一光信号保持电容，C_TN表示一复位信号保持电容。

在附图2所示的传统电路中，一复位信号(一噪音部分和一暗电流部分)被保持在复位信号保持电容C_TN，一光信号(一光信号部分、一噪音部分和一暗电流部分)被保持在光信号保持电容C_TS中，如下所述。之后，分别保持在电容C_TN、C_TS中的信号被读出并通过差动电路(未示出)检测其差值，这样，去除了噪音部分的光信号就被输出。在多个摄像元件嵌接在一起形成的摄像装置中，当摄取运动物体的图像时，摄像元件之间的活动图像的“结合点或接缝”很重要。

图3示出当四个摄像元件被嵌接在一起时的图像结构。当四个摄像元件分别在图3中箭头所示的扫描方向上被驱动时，四个图像的边缘位置(摄像区域A1和B2的连接部分、摄像区域B1和A2的连接部分、摄像区域A1和B1的连接部分、摄像区域A2和B2的连接部分)处的图像相互关系被消除。例如，当在摄像区域A1和B2的连接部分的区域中彼此相邻的摄像区域A1的列(扫描结束处的列)和摄像区域B2的列(扫描开始处的列)之间发生列方向上的扫描期间的时间偏离时，图像的相互关系被丢失。这里，活动图像的“结合点”基本上集中在摄像区域A1和B1、摄像区域A1和B2、摄像区域A2和B2、摄像区域A2和B1的部分中，在这些部分中图像被连接。对于利用放大类型摄像元件如CMOS型摄像元件的摄像元件以这种方式被嵌连在一起的结构来说，图像的相互关系在摄像元件之间的结合点被丢失，从而降低了图像的质量。

发明内容

本发明的一个目的是获得高质量的图像。

为了实现上述目，根据一个实施例，提供一种摄像装置，该装置包括一摄像元件，其中像素以二维状态排列，每个像素具有一光电转换部分、一用于保持光电转换部分产生的光电转换信号的第一保持部分和一用于保持像素中产生的噪音信号的第二保持部分，其中所述像素还具有用于放大从所述光电转换部分中输出的信号的放大元件，其中所述第一和第二保持部分相互平行排列，且位于所述放大元件的输出端，以及其中在所述放大元件和所述第一和第二保持部分之间，所述像素具有一箝位电路，该箝位电路具有一电容和一用于向所述电容的一端提供预定电压的开关。

另外，还提供一种摄像装置，该装置包括：多个摄像元件，每个元件具有以二维状态排列的像素，其中，每个摄像元件分割并摄取一目标图像，每个像素具有一光电转换部分和一用于保持光电转换部分产生的信号的保持部分；一驱动电路，用于将第一信号和第二信号共同施加至所述多个摄像元件的各像素；其中，所述第一信号被共同施加至所述多个摄像元件的各像素，用于将每个像素的光电部分中产生的光电转换信号传送到每个像素的第一保持部分，以及第二信号被共同施加至所述多个摄像元件的各像素，用于将每个像素的光电部分中产生的噪声信号传送到每个像素的第二保持部分。

本发明其它特征和效果将在参照附图的说明后变得更加明显。

附图说明

图1为一平面图，示出了一传统方案中的摄像装置；

图2为一电路图，示出了传统方案中的摄像装置的一像素电路；

图3为一用于说明图1所示的摄像装置的图像合成的示图；

图4示出了摄像元件的布局；

图5为图4中5-5线的截面图；

图6示出当摄像元件由一片晶片制成时的例子；

图7示出当一垂直移位寄存器单元块与一像素电路置于同一区域(盒)中时的状态；

图8示出包括一移位寄存器的区域(盒)的布局；

图9示出像素排列时的状态；

图10示出本发明摄像装置的第一实施例的像素电路；

图11示出图10实施例中摄像元件的整个电路；

图12为图10所示实施例中的像素电路的操作时序图；

图13为图10所示实施例中像素电路的操作时序图；

图14示出本发明摄像装置的第二实施例的像素电路；

图15示出图14实施例的操作时序图；

图16示出图14实施例的操作时序图；

图17示出本发明摄像装置的第三实施例的时序图；

图18示出组成CMOS型摄像元件的每个像素的像素部分的结构；

图19示出图18摄像元件的驱动时序；

图20示出利用九个摄像元件组成大型的摄像装置；

图21示出图18的摄像元件的驱动时序图；

图22示出图18的摄像元件的驱动时序图；

图23示出本发明X光照像装置的实施例的方块图；

图24示出本发明X光照像系统的实施例。

具体实施方式

本发明实施例将参照附图在下面进行说明。首先，说明通用于第一到第五实施例的结构。

图4示出了一实施例，其中九个具有以二维状态排列象素的136mm×136mm摄像元件被嵌连在一起，组成一408mm×408mm的大型的辐射活动图像摄取装置。九个摄像元件100在同一基底上嵌接在一起以组成一整体的大屏幕摄像装置。

图5示出沿图4中5-5线的截面图。一闪烁体101由Gd₂O₂s、CsI等组成，使用了铕、铽等作为催化剂，并被置于FOP(纤维光学板)102上。FOP102为用于非放大的将闪烁体101发射的光引导到摄像元件的非放大光学发射装置。另外，FOP102用于吸收没有被闪烁体101吸收的X射线，以保护摄像元件免受X射线的损害。

X射线辐射在闪烁体101上，并被转换为可见光，它由FOP102发射并被摄像元件检测。闪烁体101最好选择为其所发射的光的波长可与摄像元件的灵敏度相匹配。外部处理基片103为有用于向摄像元件提供电源、时钟等的电路，并从摄像元件提取一信号以处理的基片。柔性基片104为一配线基片，用于通过TAB(带自动结合)执行摄像元件和外部处理基片之间的电连接。请注意，虽然本说明中用X射线作为射线，α射线，β射线或γ射线等都可以被用作射线。

九个摄像元件100被一起嵌连在基底105上，从而摄像元件间基本上没有形成沟，这意味着在一幅由九个摄像元件形成的图像中，摄像元件间没有空白空间。摄像元件的时钟、电源等的输入和摄像元件的输出在摄像元件和位于摄像元件的背面、通过柔性基片104与摄像元件的端部的电极垫外部相连的处理基片103之间被执行。TAB柔性基片104的厚度相对于其尺寸很小，从而即使当它通过摄像元件之间的缝隙时，也不会在图像上造成缺陷。

图6示出一例子，其中摄像元件由一当前经常使用的8英寸晶片301制成。一CMOS型136mm×136mm的摄像元件基片通过一CMOS步骤由一片去除法制成。医用X射线摄像装置中的像素的大小大约为100um×100um到200um×200um。在该结构中，像素大小假设为160um×160um。另外，如图6所示，垂直移位寄存器和水平移位寄存器在摄像元件中形成，外部端子(电极垫)在水平移位寄存器的临近区域中的元件端部。这些电极垫被用来与上述的柔性基片相连接。

图7示出这样一种状态，其中垂直移位寄存器的单元块(用于选择和驱动一列的单元)与一像素电路一起被置于一个区域(一个单元)中。该像素电路将在下面说明。由于图7是一个示意性示图，单元块和像素电路的区域并未反应出实际的元件布局。该垂直移位寄存器为由一静态移位寄存器和一传输门组成的简单电路，从而可产生传输信号ΦTX、休眠信号ΦRES和一选择信号ΦSEL。这些由时钟信号线(未示出)发出的信号驱动。移位寄存器的电路结构并未限定，它可根据驱动方法如添加、简略读出等方法而为任何结构。但是，假设功能模块与像素电路一起位于同一单元中，则移位寄存器位于有效区域从而可实现本实施例中有效区域覆盖其整个表面的摄像元件。

另外，n-2ⁿ的解码器可被用作扫描电路以替代移位寄存器。此时，一时序增量计数器的输出与解码器的输入相连，从而，使按照与移位寄存器相同的方式顺序执行扫描成为可能。另一方面，在解码器的输入中，图像希望被获取的区域地址被输入，这样随机扫描执行的随机区域的图像可被获得。位于有效区域中的各区域(单元)中的普通处理电路意味着一用于普通全部处理多部分如最终信号输出放大器、一串行/并行转换多路器、一缓存器和多门电路的电路。

图8示出具有一移位寄存器的区域(一单元)的布局。一光接收区域位于中心，一扫描电路，如一移位寄存器、区域、一像素放大器、配线区域、和信号、噪声S/H电路区域置于它周围。

另外，我们进行下面的假设：

盒大小：160um×160um

S/H电路区域：15um×320um

像素的光接收区域：130um×130um

像素放大器或配线区域：15um×320um

移位寄存器模块：15um×160um

这样，开通率为66％。

图8示出了没有布置移位寄存器的区域的布局，即去除了移位寄存器模块的布局。至少，无移位寄存器的区域中的光接收区域与具有移位寄存器的一区域(盒)的光接收区域一致。

图9示出本实施例的摄像元件的结构(平面图)。在该实施例中，垂直移位寄存器和水平移位寄存器位于摄像元件的有效区域中，多个像素在摄像元件中以垂直和水平方向二维的排列。另外，用于处理一线的一组移位寄存器被置于包含在一节距中。多个这样的组排列形成一套垂直移位寄存器组和水平移位寄存器组。这些组在垂直和水平方向上线性的延伸。

另外，假设在所有像素中，至少光接收区域具有相等的面积。在图9中，单像素电路的面积和单像素电路中的一光接收区域的面积在不同盒中相等。另外，虽然最好使光接收区域的面积在所有盒中相等，但摄像元件的端部处的同一线上的盒中的光接收区域的面积与摄像元件的内部部分中的盒中的光接收区域的面积不同，从而得到一用于切割的边缘。另外，在图9中，外部端子上具有一凸起，用于使内部电路避免静电的一保护电阻和保护二极管与该凸起相连。

在该实施例中，光接收区域为等面积，且光接收区域的中心以相等的孔距位于各摄像元件中，这样即使当转移电阻等位于有效区域中，各摄像元件中和摄像元件间也不会发生灵敏性的差异和光接收区域的重心的差异。因此，就可能得到这样一幅图像，即使结构为摄像元件嵌连在一起时，该图像也基本上无接缝。另外，由于摄像元件的外围没有无效空间，因此摄像元件的整个表面都为有效区域。

通过将这些摄像元件像排列瓦片一样进行排列，从而使其基本上无缝隙，可形成一大型的摄像装置。另外，通过上述的电路结构，可获得在时间和空间上都基本上无缝连接的一大型图像。这里，在医用的X射线摄像装置中，一像素的大小大体为100um×100um到200um×200um之间。因此，即使当转移电阻位于有效像素区域中或采样保持电路位于一像素中时，由于可实现足够大的开通率，因此不会发生任何问题。

另外，在本实施例中，由于移位寄存器位于有效区域中，因此即使穿过闪烁体的X射线被直接射在移位寄存器上，静态移位寄存器也可被用作避免受X射线影响的移位寄存器。移位寄存器电路用于顺序转移脉冲信号。这就是说，由于静态移位寄存器在理论上相对不易被X射线影响，因此在本实施例中它可位于X射线直接辐射的位置。因此，如果使用了静态移位寄存器，则可实现摄像装置几乎没有X射线的损害和错误，并改善的可靠性。

另外，由于CMOS类型摄像元件被用作本实施例中的摄像元件，因此功耗很小。这样，它很适于制造大型摄像装置。请注意，这是为了使摄像元件中的操作足够快，在摄像元件中装有复用器。另外，通过一电极垫将一信号从摄像元件中提取到外部，该电极垫周围具有很大的流动电容。因此，信号的传输特性可通过在电极垫的前端提供一放大器得到补偿。

本实施例中虽然FOP被用于非放大光学传输装置，但也可使用非放大透镜光学系统，如SELFOC透镜。即使与光利用率与FOP相比有所降低，但该透镜光学系统具有摄像装置的制造成本可被显著降低的优点。另外，如果X射线的影响可被忽视，如当使用低能的X射线时，闪烁体板可利用粘合剂被直接粘合到摄像元件上。

<第一实施例>

图10为一电路图，示出了本发明摄像装置的第一实施例。图10为一像素的电路图。在该实施例中，摄像元件被嵌连在一起以实现一运动的、在时间和空间上无缝连接的高速高灵敏度的图像。另外，CMOS型摄像元件被用于从所有元件中按固定时间高信噪比(S/N)的读出累积的电荷。请注意，该特定的摄像元件指一摄像元件板，在该板上具有多个二维排列的像素。该摄像元件板的整个表面为一像素区域。通过将多个摄像元件板在一基底上嵌连在一起，实现了一大型摄像装置(见图4)。

在图10中，附图标记PD表示一光电二极管，用于执行光电转换，C_PD表示一光电二极管PD的接地电容(由虚线表示)，C_FD表示用于累积电荷(浮动扩散区域)的浮动扩散的电容(虚线表示)，M1表示用于将光电二极管PD产生的电荷传输到浮动扩散电容C_FD的一传输MOS晶体管(转接开关)，M2表示用于释放浮动扩散电容C_FD中累积的电荷的复位MOS晶体管(复位开关)，M3表示用于选择光电转换部分的选择MOS晶体管(选择开关)，M4表示一用作源极跟随器的放大MOS晶体管(像素放大器1)。

另外，附图标记M8表示作为一采样开关、组成第一采样保持电路的MOS晶体管，用于累积光信号，这是本实施例的一个特点，CH1表示光信号的保持电容。附图标记M11表示一作为一采样开关、组成第二采样保持电路的MOS晶体管，用于累积噪音信号，CH2表示一噪音信号的保持电容。附图标记M10表示一作为源极跟随器的放大晶体管(像素放大器2)，用于放大采样保持电路输出的光信号并将它输出到一信号线。附图标记M13为一作为源极跟随器的放大晶体管(像素放大器3)，用于放大采样保持电路输出的噪音信号并将其输出到信号线。另外，附图标记M9和M12为MOS晶体管，用作像素放大器2和3的选择开关。

在该实施例中，使用这些光信号和噪音信号的采样保持电路，以便于同时全部复位和全部将摄像元件曝光。另外，由于图像信号可被保持在该采样保持电路的一部分中而不考虑曝光，因此一光学信号和一噪音信号可在一次曝光期间内多次被非破坏的读出。自动曝光的信号的读出可在执行曝光时利用该功能来执行。

下面，将说明噪音。通常，放大类型摄像元件，如CMOS型摄像元件中，信号增益通过在其中放置放大装置(像素内放大器)来得到，以便于提高读出时的信噪比(S/N)。通过通常用作放大装置的MOS晶体管的源极跟随器，MOS晶体管的阈值Vth趋向于分散。这种分散使该元件很难设计和制造，且由于它对每个像素和各元件有所改变而变得有害。特别是，由于X射线摄像装置的摄像元件很大，因此该元件中的扩散也会很大。另外，如果使用了多个摄像元件，则这些元件间的扩散也会很大。该扩散作为输出的固定扩散，所谓的固定图形噪声(FPN)，以及一不均匀的背景图像出现。

另外，一1/f噪音(闪烁噪声)或热噪声都要在MOS晶体管中产生。由于它是一随机噪声，因此产生一随机背景图像。假设根据该装置的设计，MOS晶体管的沟道长度为L，沟道宽度为W，则由于热噪声与(L/W)·1/2成比例，1/f噪声与L·W成反比，因此，最好将沟道长度L设为最小、沟道宽度W很大，从而使MOS晶体管的噪声最小化。但是，特别是，如果作为一大噪声源的放大器的源极跟随器的沟道宽度W被设为很大，则栅极和漏极之间的寄生电容将增加，从而降低栅极和漏极的灵敏性。这样，很难实施。

在本实施例中，本质上具有小的1/f噪声的PMOS晶体管至少被用作源极跟随器。因此，源极跟随器的大小可被减小到NMOS晶体管的十分之一。另外，由于即使通过闪烁体发射的X射线直接辐射在PMOS晶体管上，但它具有比NMOS晶体管更强的X射线抵抗力(漏电流增加，阈值Vth的变化很小)，因此PMOS晶体管更佳。

通常，我们都知道使用双采样电路是为了降低低频率噪声分量，如由于阈值的扩散产生的1/f噪声和一固定图形噪声(FPN)以及电源产生的噪声。图2示出如上所述的传统单像素电路和信号读出电路中的双采样电路。

在该电路中，复位开关TR2首先由复位信号ΦRES闭合，然后光电二极管PD被复位。然后，列选择MOS晶体管TR3闭合，一暗信号通过放大MOS晶体管TR4出现在输出线中。这里，在通过闭合采样开关TR6将复位信号(噪声分量和暗电流分量)保持在复位信号保持电容C_TN中后，采样开关TR6被打开。随后，复位开关TR2被打开，转移MOS晶体管TR1打开将光电二极管PD中累积的光信号电荷转移到放大MOS晶体管TR4中。同时，列选择MOS晶体管TR3闭合，一光信号通过放大MOS晶体管TR4出现在输出信号线中。此时，当通过闭合采样开关TR7将光信号保持电容C_TS中保持了光信号(一光信号分量、一噪声分量和一黑电流分量)后，打开采样开关TR7。

随后，同时打开读出开关TR8和TR9以读出保持在复位信号保持电容C_TN中的复位信号和保持在光信号保持电容C_TS中的光信号，输出到一差动电路(未示出)并从光信号中减去复位信号，这样输出去除了噪声的光信号。然后，为了执行从所有列中的读出，各行线被有选择的采样，然后，选择下一列并重复相同的操作。

这里，如果像素开关执行了全耗尽转移，则光电转换部分中不会产生热噪声(kTC噪声)。另外，浮动扩散中的复位噪声(kTC噪声)与1/f噪声和阈值Vth的扩散产生的FPN一起被相关的双采样电路去除。但是，由于对应各行的相关双采样电路的两个源极跟随器和电容原理上是同样的、但不完全一样，因此阈值Vth的扩散和电容等被产生，导致在一输出差动信号的线样固定图形。

另外，由于由于阈值Vth根据温度呈指数变化，因此，各源极跟随器表现为与1℃或更小的温度差一致的输出的变化。因此，如果光电照相以与荧光透视法相似的低曝光辐射量来执行，则该微小的改变会影响图像的质量。这样，采样保持电路的两个源极跟随器就必须按照下述的设计构造，使阈值Vth的扩散尽量小，并具有在操作过程中不会造成温度差别的机构。如果从采样保持电路中读出光信号和噪声信号的时序与传统的例子不同，则该时序差别会引起温度变化。

因此，在本实施例中，在如上所述的像素中设置光信号和噪声信号的采样保持电路，它们的结构可使光信号和噪声信号的保持与曝光无关，同时，可从采样保持电路中一起输出(各行两线输出)。有必要在像素中提供一用于集体曝光的存储器，且该采样保持电路的功能是作为内像素内存。另外，采样保持电路还具有去除噪声的功能。由于光信号和噪声信号在采样保持电路中以非常小的时差被从像素放大器1中取出，因此低频时变大的1/f噪声可被忽略。

另外，像素放大器中的热噪声、1/f噪声和FPN利用这些电路被去除。这两个采样保持电路的元件的扩散通过在像素中将电容放置尽量近、将输出源输出极以与普通MOS电路设计中相同的交叉的方式放置和设计尽量降低阈值Vth的扩散被降低到最小程度。这样，这些采样保持电路就可作为每个像素集体曝光的累积装置，也可作为去除噪声的装置。

为简单起见，图11示出其中具有3×3个像素整个电路的示意性图。一个像素电路部分的描述如图10所示。转接开关M1的栅极与来自作为一种垂直扫描电路的垂直移位寄存器VSR的ΦTX相连，复位开关M2的栅极与来自垂直扫描电路的ΦRES相连。另外，选择开关M3的栅极与垂直扫描电路的ΦSEL相连。为了简便，只示出这三条线作为控制线。每个像素的光信号和噪声信号通过一行扫描电路(一水平移位寄存器和一复用器)由两条信号输出线被输出到差分放大器A1中。一行选择MOS晶体管M20为一开关，它由水平移位寄存器HSR发出的信号触发以选择行方向上的信号线。

图12为一时序图，示出了本实施例像素部分的操作时序。下面将参照图12说明电路操作。首先由光电二极管PD执行光电转换。另外，曝光为集体曝光，是在同一周期同一时间各摄像元件中的所有像素上执行的。因此，摄像元件和扫描线间的图像的时间偏移根本不会发生。转接开关M1在照相电荷聚集时间段中处于关闭状态，且产生的照相电荷聚集在接地电容C_PD中。在该时间段中，照相电荷并未转移到形成在组成像素放大器1(M4)的源极跟随器的栅极部分中的浮动扩散C_FD中。

当光电二极管PD中累积结束时，如图12所示，垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦTX变为高电平以对应所有像素。转接开关M1打开以将光电二极管PD中累积的电荷全部转移到形成在组成像素放大器1的源极跟随器M4的栅极部分中的浮动扩散C_FD中。之后，信号ΦTX变为低电平以对应所有的像素。然后，转接开关M1关闭从而将垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦSEL1变为高电平，以全部对应图12所示的所有像素。因此，选择开关M3被打开从而将由负载电流源和像素放大器1组成的源极跟随器电路变为工作状态。

同时，如图12所示，垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦSH1变为高电平。然后，采样开关M8被打开从而将光电二极管PD发出的信号通过像素放大器1(M4)全部转移到电容CH1中。同时，如图12所示，信号ΦTX变为低电平，以对应所有的像素，因此，使光电二极管PD处于下一帧的曝光状态成为可能。同时，如图12所示，信号ΦSH1变为低电平，对应所有的像素。然后采样开关M8关闭以结束向采样保持电路的光信号保持操作。

下面，如图12所示，垂直移位寄存器VSR发出的信号ΦRES变为高电平，对应所有的像素。然后，复位开关M2被打开以复位浮动扩散电容C_FD。如图12所示，没有时延，垂直移位寄存器VSR发出的信号ΦSH2变为高电平，对应所有的像素。然后，采样开关M11被打开从而向电容CH2转移复位信号。接着，信号ΦSH2变为低电平，对应所有的像素，采样开关M11被关闭以结束向采样保持电路转移光信号和噪声信号，和保持它们。

另外，如图12所示，通过垂直移位寄存器VSR输入的信号使对应各列的信号ΦSEL2变为高电平。然后，选择开关M9和M12被打开从而使负载电流源和像素放大器2和3(M10和M13)组成的源极跟随器电路处于操作状态。随后，保持在保持电容CH1和CH2中的光信号和噪声信号通过像素放大器2和3被转移到噪声信号输出线和光信号输出线中。转移到噪声信号输出线和光信号输出线中的信号输入与噪声信号输出线和光信号输出线相连的减法输出放大器中执行减法操作(信号-噪声)，从而输出去除了热噪声、1/f噪声和FPN的信号。另外，减法输出放大器对应于图2中的差分放大器。

在上述操作中，由于光电二极管PD输出的电荷完全被转移到浮动扩散电容C_FD中，因此，产生一kTC噪声。但是，如果像素的大小为160um×160um，则全部转移变得很困难。此时，由于包含在光信号和噪声信号中的浮动扩散中的静止噪声(kTC噪声)与上述读出并无关系，因此kTC噪声作为一随机噪声产生并被输出。但是，当对一活动图像进行照相时，由于固定图形的噪声对图像的质量的影响大于随机噪声，因此即使本实施例中完全转移很困难，也可获得足够高质量的图像。下面将说明进一步去除复位噪声的例子。

以这种方法，上述一系列操作被重复。在累积时间段，对各列，信号ΦSEL2变为高电平，对各行，信号SELH(未示出)变为高电平，这样前一帧中的噪声信号和光信号被输出。噪声信号通过未示出的减法放大器被从光信号中减去，这样，温度变化和处理过程的扩散引起的热噪声、1/f噪声、固定类型噪声(FPN)可被去除。

如上所述，在光电二极管PD被全部复位、光信号和噪声信号被累积在像素中的采样保持电路中以后，执行全部曝光，这样，下一帧的曝光和信号的读出可分别执行。因此，由于可以在执行高速读出的同时执行曝光，因此即使在大型X射线摄像装置中的低曝光辐射量下的多像素驱动和高速操作中，也可能使累积时间变的尽可能的长，使光信号密度变大，进一步使噪声降低并提高信噪比(S/N)。

另外，由于多个摄像元件可由同一驱动脉冲驱动，因此它们临近区域中的驱动脉冲产生电路被简化。另外，可以看到由于摄像元件被共同驱动，因此一摄像元件驱动电路可由多个摄像元件共享，这在安装过程中非常好。

虽然上面描述了在活动图像照相过程中连续输出X射线的结构，但还可能通过脉冲辐射X射线执行照相。即，如图13所示，X射线在曝光时间段被辐射。

<第二实施例>

下面，将说明本发明的第二实施例。第二实施例的摄像装置的基本结构与第一实施例中基本相同，除了像素的电路结构有所不同。图14示出了第二实施例中的像素电路。在本实施例中，在像素中执行光电转换部分中的kTC校正，灵敏性开关装置也提供一像素，因此静止图像照相和高速活动图像照相可通过模式开关来实现。

这里，将说明既用于静止图像照相又用于活动图像照相的X射线摄像元件中的光线转换部分所需的特有的条件。在对一活动图像照相中的辐射的X射线的量大约为对静止图像照相时的1/100，且最多是每个像素的X射线光子的量(事实上像素上照射的是X射线转换成的可见光)。因此，作为一摄像元件需要最大的灵敏度。但是，在一动态范围内没有问题。另外，读出速度需要为60-90帧/秒。像素的分辨率大体在200um×200um到400um×400um之间。另一方面，对静止图像的照相中需要的动态范围接近于80dB。作为像素的分辨率，100um×100um到200um×200um是需要的。同时符合上述要求的摄像元件直到现在还没有出现。

因此，在本实施例中，通过在CMOS型摄像元件中使用如图14所示的像素电路结构，可以实现符合上述要求的摄像元件。在图14中，附图标记PD表示一嵌入的光电二极管，它与用于CCD等中作为光电转换部件的器件相同。该嵌入的光电二极管控制通过在SiO₂表面上提供具有高杂质浓度的P⁺层而在SiO₂表面上产生的暗电流。另外，光电二极管PD的电容C_PD被设计具有最小的电容量，从而可在活动图像照相中获得最大灵敏度。如下所述，当光电二极管PD的电容很小时，动态范围缩小。由于当辐射的X射线量为活动图像照相中辐射量的上百倍，因此，动态范围在对静态图像照相时的不够充足，因此提供与光电二极管PD平行的用于增大动态范围的电容C1。

附图标记M14表示一转换开关，用于转换静态图像模式(高动态范围)和动态图像模式(高灵敏度模式)。一用于累积电荷的浮动扩散电容C_FD(未示出)被设计为具有最小的电容量，从而获得对动态图像照相时具有最大灵敏度。浮动扩散与放大MOS晶体管M4的栅极部分相连。附图标记M2表示一用于释放累积在浮动扩散中的电荷的复位MOS晶体管(复位开关)，M3表示一用于选择像素放大器1的选择MOS晶体管(选择开关)，M4表示作为源极跟随器的放大MOS晶体管(像素放大器1)。

本发明的一个特点就是在像素放大器1的后级具有一箝位电路。光转换部分中产生的kTC噪声由箝位电路去除。附图标记C_CL表示一箝位电容，M5表示一箝位开关。与第一实施例中一样，采样保持电路位于箝位电路的后级。附图标记M6表示一用于选择像素放大器2的选择MOS晶体管(选择开关)，M7表示作为一源极跟随器的放大MOS晶体管(像素放大器2)。附图标记M8表示一组成一采样保持电路的采样MOS晶体管开关，用于累积光信号，CH1表示一保持电容。

另外，附图标记M9表示一选择MOS晶体管(选择开关)，用于选择像素放大器3，M10表示一放大器MOS晶体管(像素放大器3)，用作一源极跟随器。附图标记M11表示一组成采样保持电路的采样MOS晶体管开关，用于累积噪声信号，附图标记CH2表示一保持电容，附图标记M12表示一选择MOS晶体管(选择开关)，用于选择像素放大器3，M13表示一放大MOS晶体管(像素放大器3)，用作一源极跟随器。

在本实施例中，由于如第一实施例中摄像元件被同时全部复位和全部曝光，因此使用这些用于光信号和噪声信号的内像素采样保持电路。另外，由于图像信号可被保持在该部分而与曝光无关，因此光信号和噪声信号可在曝光期间被多次无损坏的读出。用于自动曝光的信号的读出可利用该功能在执行曝光时执行。

下面，将说明一像素部分的结构。在传统的像素部分中，光电二极管中产生的信号电荷利用转接开关被转移到浮动扩散电容中，累积在浮动扩散电容中的电荷经过电荷/电压转换，作为一电压由作为源极跟随器的放大MOS晶体管(像素放大器)输出。当为小面积光电二极管时，可通过，如将足够大的电压加在转移晶体管的栅极，而将信号电荷完全转移到浮动扩散电容中，光电二极管可被完全释放。此时，kTC噪声由于完全转移而不会产生。但是，需要满足某特定的条件，即X射线摄像元件中的光电转换部分用于上述静止图像照相和活动图像照相。为了满足该条件，该实施例中使用了下面讨论的结构。

首先，在一具有一pn节的光电二极管中，如果一光生载流子Qp在光电二极管部分的电容Cpd中被累积并被转换为一电压，则光生载流子形成的光信号电压Vp由下面的公式表示：

Vp＝Qp/C_PD (等式1)

每次当光电二极管被复位时，都产生复位噪声。这表现为一随机噪声。复位噪声VN由下式表示。

V_{N} = \sqrt{(kT C_{PD})}

(等式2)

其中，k为一Boltzmann常数，T为温度(K)。

另外，S/N比由下式表示。

V_{P} / V_{N} = Q_{P} \cdot \sqrt{(1 - / (k {TC}_{PD}))}

(等式3)

最好使光电二极管的区域比较大从而得到高的光利用因子。但是，当光电二极管的区域变大时，电容C_PD的电容也变大。为了在对活动图像照相时得到最大灵敏度(S/N比)，需要使光电二极管的电容C_PD的容量尽量小。

另外，具有浮动扩散放大结构的像素放大器的输出的幅度ΔV由下式表示。

ΔV＝G·Q_P/C_FD (等式4)

其中，G为源极跟随器的增益，C_FD为浮动扩散的电容，Q_P为累积在电容C_FD中的信号电荷。

如等式4所示，相对于相同的信号电荷Q_P，ΔV越大，电子电荷/电压转换增益就越大。这在S/N方面具有优点。由于源极跟随器的增益G变化很小，通常为0.7到0.9，为了使ΔV相对于同样的信号电量Q_P变大，需要使电容C_FD的容量与光电二极管中一样尽量小。

由于本实施例中像素大小为160um×160um，因此在保持适当开通率(光电二极管区域)时，电容C_FD的容量的小有一定限制。虽然可利用在不改变光电二极管区域的情况下使电极变小的方法可使电容C_FD的容量变小，但该方法降低了电极中累积电荷的效率，并使通过转接开关将信号电荷完全转移到浮动扩散变得困难。在本实施例中，使用了不执行完全转移的设计，光电二极管和浮动扩散被直接相连以形成光电转换部分，而不需要提供转换开关。另外，光电二极管的电容C_PD的容量和浮动扩散的电容C_FD的容量被设计为最小，从而在对活动图像照相中实现最大的灵敏度。

在本实施例中，由于没有执行完全转移，因此当光电转换部分被复位时，产生一kTC噪声。但是，实现光电转换部分的高S/N比以去除电路中的kTC噪声(复位噪声)是很重要的一点。因此，在本实施例中，采用了将箝位电路用于每个像素的结构。利用箝位电路去除kTC噪声是公知的常识。如果像素的大小相对较小，大约为50um×50um到100um×100um之间且完全转移是可能的，则不需要使用该电路，因为在光电转换部分中不会产生kTC噪声。

如果与第一实施例中一样，对活动图像照相时更重要的是符合FPN而不是kTC噪声，那么该电路也不需被采用。但是，为了得到既可用于静止图像模式又可用于活动图像模式的摄像元件，则即使在静止图像模式中，去除kTC噪声也是必需的，且在像素中提供箝位电路是必需的。在该实施例中，箝位电路位于用于集体曝光的采样保持电路的前端，从而即使在集体曝光的活动图像模式中，kTC噪声也可被去除。

另外，为了使用于对静态图像照相的光电二极管的动态范围更大，电容C_PD的容量越大越好。但是，如果电容C_PD的容量很大，则由于信号电压降低，S/N比也降低。在本实施例中，为了在保持活动图像照相中的最大灵敏度的同时，扩展静态图像照相中的动态范围，提供了一灵敏度(动态范围)转换电路，且在每个像素中提供一电容和一转换开关。由于静态图像照相中电容增加，因此S/N比降低。为了提高S/N比，尤其需要一用于去除kTC噪声的箝位电路。

图15为一时序图，示出了本实施例中像素部分的操作时序。下面将参照图15说明电路操作。首先，在光电二极管PD中执行光电转换。曝光为集体曝光，且在各摄像元件的所有像素中，在同一时间段的同一时刻执行。因此，根本不会在摄像元件间和扫描线间出现时间偏差。在本实施例中，像素部分具有一结构，其中光电二极管PD的电荷并非完全被转移到浮动扩散电容中，且不具有一转接开关。光电二极管PD中产生的电荷累积在电容C_PD和C_FD中。前一帧的末端处的复位噪声(kTC噪声)被包含在照相电荷中。下面将说明从此状态开始的操作。请注意信号ΦSC在活动图像模式中为低电平。

首先，如图15所示，对所有的像素，垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦSEL1集体变为高电平，选择开关M3和M6被打开，从而由组成像素放大器1(M4)的源极跟随器将累积在电容C_PD和C_FD中的电荷转变为电压，并将其保持在箝位电容C_CL中。该箝位电容C_CL被箝制在复位电平上，此时电荷包括复位前一帧时光电转换部分的复位噪声。该包括复位噪声的电荷被保持在箝位电容C_CL中，因此复位噪声被去除的光信号从箝位电容C_CL输出。

另外，如图15所示，信号ΦSH1与垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦSEL1同时变为高电平，采样开关M8被打开从而通过像素放大器2(M7)将光信号完全转移到电容CH1中。随后，对所有像素信号ΦSH1全部变为低电平，采样开关M8被打开从而结束在采样保持电路中保持光信号电荷。如图15所示，没有时延，对所有像素，垂直移位寄存器VSR输出的RES信号全部变为高电平，复位开关M2被打开以复位浮动扩散电容C_FD。

同时，如图15所示，垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦCL变为高电平。然后，箝位开关M5被打开将箝位电容C_CL设为参考电压。而且，同时，如图15所示，对所有的象素，垂直移位寄存器VSR输出的信号ΦSH2全部变为高电平。然后，当将电容CH2设为参考电压时，采样开关M11被打开从而转移噪声信号。随后，对所有像素，信号ΦSH2变为低电平从而结束将光信号和噪声信号转移并保持在采样保持电路中。

另外，如图15所示，通过垂直移位寄存器VSR中输入的信号，各列的信号ΦSEL2变为高电平。然后，选择开关M9和M12被打开，从而使由负载电流源和像素放大器3和4(M10和M13)组成的源极跟随器电路处于操作状态。随后，保持在保持电容CH1和CH2中的光信号和噪声信号通过像素放大器3和4被转移到一噪声信号输出线和一光信号输出线。

转移到噪声信号输出线和光信号输出线的信号受到与噪声信号输出线和光信号输出线相连的减法输出放大器(未示出)中的减法处理(信号-噪声)。此时，由于光信号和噪声信号以非常小的时差被像素放大器2中得到并保持在采样保持电路，因此低频率时变大的1/f噪声可被去除，高频率分量可被忽略。另外，由于该时间差，不存在由于输出级源输出极的温度差产生的阈值Vth的差值。当复位和输入像素放大器的信号电荷时，累积在保持电容中的输出电量被不断得到。通过进一步比较这两个输出的差，热噪声、1/f噪声和由温度差和像素放大器中的处理分散产生的FPN都可被去除。

这样，上述一系列的操作可被重复。在累积时间段内，各列的信号ΦSEL2变为高电平，各行的信号SELH(未示出)变为高电平，这样前一帧中的噪声信号和光信号被输出。未示出的减法放大器从光信号中减去噪声信号，从而热噪声、1/f噪声和由温度差和处理分散产生的固定类型噪声(FPN)都可被去除。

如上所述，集中曝光在光电二极管PD集中复位后执行，光信号和噪声信号累积在像素中的采样保持电路中，因此下一帧的曝光和这些信号的读出可分别执行。因此，由于可以在执行高速读出的同时执行曝光，因此，即使像在大型X射线摄像装置中的多像素驱动和低辐射量高速操作中，也可能使累积时间尽量长，使光信号密度变大，进一步执行噪声降低和提高信噪比(S/N)。

虽然上面描述了在活动图像照相中总是的输出X射线的结构，但还可以通过脉冲辐射X射线的方法执行照相。也就是说，如图16所示，X射线在曝光时间段被辐射。

另一方面，在静态图像模式中，当信号ΦSC变为高电平，电容C1平行与光电二极管PD相连时，执行上述同样的操作。此时，由于电容C1的容量几乎为电容C_FD的十倍，因此可实现比较宽的动态范围。另外，每个像素的光电转换部分中的kTC噪声可通过箝位电路被去除。另外，像素中具有用于累积光信号和噪声信号的采样保持电路，因此热噪声、1/f噪声和由像素放大器中的温度差和处理差产生的FPN都可被去除。因此，在活动图像模式中，由九个摄像元件可实现时间和空间上的基本连续的高速和高灵敏度活动图像照相。另一方面，在静止图像模式中，可以实现高灵敏度和高动态范围的静止图像照相。

<第三实施例>

图17为一时序图，示出具有上述第二实施例中像素结构的摄像装置的驱动时序。

如图17所示，在本实施例中，像素的复位脉冲RS在X射线脉冲之前立刻被加入。本实施例中，暗电流的累积用时会变短。

<第四实施例>

图18示出组成CMOS型摄像元件的每个像素的像素部分结构。附图标记401表示一用于执行光电转换的光电二极管PD，404表示一用于复位累积在光电二极管401中的电荷的MOS晶体管(像素复位开关)，406表示一放大MOS晶体管(像素放大器)作为一源极跟随器放大器，用于将光电二极管产生的电荷转移到垂直转移线505(输出线)中。列选择MOS晶体管405执行像素的列选择，从中读出摄像信号(列选择信号)。行选择MOS晶体管506选择对应各行的列选择中读出的摄像信号(行选择开关)。另外，还具有一作为缓存的放大器508，用于将行选择中读出的摄像信号提供给摄像元件的外部。放大MOS晶体管406和列选择MOS晶体管组成输出装置。

另外，像素复位开关404的栅极、垂直移位寄存器501与复位脉冲503相连。列选择开关405的栅极与列选择脉冲504和作为垂直扫描电路的垂直移位寄存器501相连。行选择开关506与水平移位寄存器507相连。

下面，将参照附图19说明上述的摄像元件的驱动时序。注意，X射线为连续辐射。

首先，列选择脉冲504-1当目标照相曝光时间结束时于T4变为高电平，这样相关列的一组列选择MOS晶体管405被打开，摄像信号通过像素放大器406被读出到垂直转移线505。当行选择脉冲509-1、509-2、509-3被水平移位寄存器507顺序打开时，这样读出的一列的摄像信号通过放大器508被读出到摄像元件的外部。之后，复位脉冲503-1在T1时变为高电平，第一列上的一组复位MOS晶体管404被打开，因此累积在相关列的光电二极管401中的电荷被复位为预定电平。另外，第一列的曝光时间段从前一读出时间的复位脉冲503-1完成开始指导列选择脉冲504-1完成T4结束(与从读出时间的复位脉冲503-1完成T1开始直到列选择脉冲504-1完成T4’为止的时间段相同长)。

通过下一列的列选择脉冲504-2向垂直转移线505中读出摄像信号必须在箝一列的行选择脉冲509结束后才可被执行，就是说，T7之后。另外，第二列的曝光时间是从前一读出时间的复位脉冲503-2结束(未示出)开始，直到T5处的列选择脉冲504-2结束为止(与从读出时间的复位脉冲503-2完成的T2开始直到列选择脉冲504-1的完成T5’为止的时间长度相同)。因此，当复位脉冲503-2在T2变为高电平时，该T2比前一列的T1中的复位脉冲迟，执行第二列中的光电二极管的复位，一组复位MOS晶体管被打开。复位后的读出顺序与第一列相同。

第三列的像素复位由从T2后的T3开始的复位脉冲503-3触发执行。此时曝光时间是从复位脉冲T3”结束直到T6的列选择脉冲504-3的结束。

因此，该摄像元件的图像的曝光对应各线而延时。结果是，当对运动物体照相时发生相对于实际时间的偏移。

另外，为了描述摄像元件在线性连续扫描中活动图像的时间偏移，图20中示出上述由九个摄像元件组成的摄像装置。

这里，附图标记100、110、120、130、140、150、160、170和180表示上述结构的用于执行线性连续扫描的摄像元件。附图标记101到103表示摄像元件100的扫描线，111到113表示摄像元件110的扫描线，121到123表示摄像元件120的扫描线，131到133表示摄像元件130的扫描线，141到143表示摄像元件140的扫描线，151到153表示摄像元件150的扫描线，161到163表示摄像元件160的扫描线，171到173表示摄像元件170的扫描线，181到183表示摄像元件180的扫描线。注意，箭头表示摄像信号的读取方向。另外，对九个摄像元件来说，摄像的曝光是从摄像元件100、110、120、130、140、150、160、170和180的第一扫描线同时(对应于摄像元件100的扫描线101)开始。

当在这些摄像元件中扫描时，第一扫描线和最后扫描线的摄像曝光时间之间发生摄像曝光时序的偏移。例如，在摄像元件100中，扫描线102的摄像曝光时间比扫描线101的摄像曝光时间晚，扫描线103的摄像曝光时间比扫描线101的摄像曝光时间晚几乎一帧时间。因此，发生在用于摄取运动物体图像的摄像元件中的扫描线间的曝光的时间偏移，影响了图像。

另外，由于上述结构中摄像元件130的扫描线131和摄像元件100的扫描线103之间发生了几乎一帧时间的偏差，因此，当活动图像被摄取时，活动图像的连接在摄像元件100和130的连接部分中变得不自然。毫无疑问活动图像在摄像元件130和160之间、摄像元件110和140之间、摄像元件140和170之间、摄像元件120和150之间、摄像元件150和180之间的边界也变得不自然。

如上所述，由于可通过将摄像元件嵌联在一起制成的大型CMOS型摄像元件通常执行线性连续扫描，因此对运动物体时会发生时间偏移。这种时间偏移在摄像元件间尤其明显。

图4示出一种情况的例子，其中408mm×408mm的大型辐射活动图像摄取装置通过将九个136mm×136mm的摄像元件嵌联在一起而形成。九个摄像元件100被粘贴在一个基地上组成一整个的大屏幕摄像装置。

在该具有上述结构的辐射活动图像摄取装置中，光接收区域被制为相等面积，且光接收区域的重心在各摄像元件中和摄像元件间以相等间距排列，因此即使移位寄存器等被置于有效区域中，各摄像元件中和摄像元件间不会发生光接收区域的灵敏度的离散和重心的离散。因此，可能在摄像元件被嵌联在一起的结构中获得一基本无缝连接的图像。另外，由于像素排列在摄像元件的端部区域，且并未产生因移位寄存器等导致的无效空间，因此摄像元件的整个表面变为有效区域。

根据本实施例，如图21所示，X射线以脉冲形式被产生，因此同一帧中的各列的图像变为整个X1时间段中的一图像，摄像元件同时被曝光。另外，即使在多个摄像元件被嵌联在一起形成的装置中也没有图像偏移。另外，可观察一活动图像，同时，当一个接一个的观察各帧时，很少会有不清晰。因此，即使对心脏等照相时，也可以得到较好的图像。

<第五实施例>

图22为一时序图，示出了本发明第五实施例的驱动时序。摄像元件的结构与第四实施例中结构相似。

如图22中所示，与最后列的复位时间相适应，全部执行每个像素的复位，然后在脉冲中产生X射线。通过这种操作，传感器的暗电流的累积被限制在I1、I2、I3期间，且平均暗电流累积被降低，因此，与暗电流伴随的短噪声变小并使人满意。

<第六实施例>

图23为一方块图，示出了当利用包含在第一到第五实施例中描述的摄像元件组成X光线照相装置的情况下的整个结构。如图23所示，从X射线源111发出的射线照射在物体110(如人体的胸腔)上，穿过物体110的射线照射在摄像元件单元112上。第一到第五实施例中的九个摄像元件被嵌联在一起形成摄像元件单元112。另外，摄像元件单元112由一用于将X射线转换为可见光的闪烁体、一X射线屏蔽部件、一外围驱动电路组成。摄像元件的像素具有第一到第五实施例的结构。另外，X射线照相装置可通过将闪烁体与X光射线照相装置合并组成。

摄像元件单元112发出的4×8系统信号(九个摄像元件的9×2输出线输出的信号)通过一用于信号的A/D转换器113和用于FPN的A/D转换器114被从一模拟信号转换为一数字信号。一摄像元件驱动部分115被置于摄像元件单元112的附近。A/D转换的信号被发送到图像处理电路116。九个摄像元件的图像信号被合成，利用图像处理电路116和内存117执行不良噪声等的校正。处理过的信号被记录在存储部分118中或被显示在显示部分(显示器)119上，如果需要的话并被打印。这些电路和装置都由控制器120控制。另外，控制器120执行X射线源111和摄像元件之间的时序等的控制。

临时存储在存储器117中的存储信号受到用于合成各摄像元件信号成一个图像(图像处理电路116)的图像处理(gamma处理、插入处理等)中，它的输出被存储在一个大图像存储器中，且存储输出被显示在现实部分119等上。当照相结束时图像处理同时结束。摄像装置中得到的数据被转移到个人电脑等中，其中数据受到软件处理以分析物体。

另外，该图像处理方法可基于一存储在一如个人计算机的计算机中的程序来执行。另外，本发明包括一信息记录介质，如一记录由这样一程序的CD-ROM。该计算机可通过读取存储在CD-ROM中的程序来执行本发明的图像处理方法。

图24示出了当利用上述的摄像装置组成X射线摄像系统时的一例子。在图24中，X射线管6050产生的X射线6060穿透一患者的胸腔6062或一物体6061，并照射在X射线照相装置6040上，该装置包括一闪烁体、一FOP、摄像元件、一外部处理层等。辐射的X射线包括患者6061的内部器官的信息。该闪烁体发射对应X射线入射的光，摄像元件对发射的光进行光电转换，从而得到电信息。这些信息被转换为一数字信号，它通过图像处理器6070进行的图像处理，可进一步通过控制室中的显示器6080观察。

另外，该信息可通过发射装置，如电话线6090被转送到远端，并显示在外地的医生房间中的显示器6081上，或被存储在存储装置如一光盘中。这样，远处的医生可对患者进行检查。另外该信息可由一胶片处理器6100被记录在胶片6110上。

Claims

1.一种摄像装置，包括：

一具有二维状态排列的像素的摄像元件，每个像素都具有一光电转换部分、一用于保持所述光电转换部分中产生的光电转换信号的第一保持部分和一用于保持所述像素中产生的噪声信号的第二保持部分，

其中所述像素还具有用于放大从所述光电转换部分中输出的信号的放大元件，

其中所述第一和第二保持部分相互平行排列，且位于所述放大元件的输出端，以及

其中在所述放大元件和所述第一和第二保持部分之间，所述像素具有一箝位电路，该箝位电路具有一电容和一用于向所述电容的一端提供预定电压的开关。

2.如权利要求1所述的摄像装置，还包括一驱动电路，该驱动电路具有一模式，用于将以二维状态排列的每个像素的光电转换部分中产生的光电转换信号全部转移到所述第一保持部分中；还有一模式，用于利用所述箝位电路对通过复位所述放大元件的输入部分而获得的噪声信号进行箝位，并在保持在以二维状态排列的每个像素的第一和第二保持部分中的信号被顺序读出的期间内，在光电转换部分中累积光电荷。

3.如权利要求1所述的摄像装置，还包括一驱动电路，该驱动电路具有一模式，用于将以二维状态排列的每个像素的光电转换部分中产生的光电转换信号全部转移到所述第一保持部分中，还有一模式，用于在保持在以二维状态排列的每个像素的第一和第二保持部分中的信号被顺序读出的期间内，在光电转换部分中累积光电荷。

4.如权利要求3所述的摄像装置，还包括一开关，用于向所述光电转换部分添加一并联的电容。

5.如权利要求1所述的摄像装置，其中，所述摄像装置包括多个所述摄像元件。

6.如权利要求1所述的摄像装置，还包括一用于将辐射转换为可见光的闪烁体。

7.如权利要求6所述的摄像装置，还包括

一图像处理电路，用于对来自所述摄像元件的信号进行图像处理；和

一用于显示图像的显示器，所述图像处理电路对该图像进行图像处理。

8.如权利要求7所述的摄像装置，还包括用于产生辐射的辐射源。

9.一摄像装置，包括：

多个摄像元件，每个元件具有以二维状态排列的像素，其中所述摄像元件的每一个分割并摄取目标图像，每个所述像素具有一光电转换部分和一用于保持光电转换部分中产生的信号的保持部分；和

一驱动电路，用于将第一信号和第二信号共同施加至所述多个摄像元件的各像素；

其中，所述第一信号被共同施加至所述多个摄像元件的各像素，用于将每个像素的光电部分中产生的光电转换信号传送到每个像素的第一保持部分，以及第二信号被共同施加至所述多个摄像元件的各像素，用于将每个像素的光电部分中产生的噪声信号传送到每个像素的第二保持部分。

10.如权利要求9所述的摄像装置，还包括一控制电路，用于以预定间隔连续地产生将辐射在所述各摄像元件上的辐射。

11.如权利要求9所述的摄像装置，还包括一用于将辐射转换为可见光的闪烁体。

12.如权利要求11所述的摄像装置，还包括：

一图像处理电路，用于向摄像元件输出的信号提供图像处理；和

一用于显示图像的显示器，所述图像处理电路向该图像提供图像处理。

13.如权利要求11所述的摄像装置，还包括用于产生辐射的辐射源。