JP2002344809A - Image pick up unit, its drive method, radiographic device and radiographic system - Google Patents

Image pick up unit, its drive method, radiographic device and radiographic system

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和昭 田代
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the corelation of images is eliminated in the connection part of imaging elements in the case of using an amplifying imaging element such as a CMOS imaging element. SOLUTION: Sample-and-hold circuits are provided in pixel for an optical signal and a noise signal. The optical signal and the noise signal are preserved independent of exposure and simultaneously outputted from the sample-and-hold circuits (two-line output in each string) in structure. Thus, batch exposure (an electronic shutter function) is realized between the imaging elements and between the pixels and also noise is surely corrected.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、その駆動方法、放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像装置システムに関し、特に、X線やガンマ線等の高エネルギー放射線を使って画像を読み取る大面積の放射線撮像装置及びそれを用いたシステムに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an imaging device, a driving method, a radiation imaging system using the radiation imaging apparatus and the same, in particular, large-reading an image using the high-energy radiation such as X-rays or gamma rays to a system that uses radiation imaging device area and the same.

【0002】 [0002]

【従来の技術】近年、医療の様々な分野でディジタル化が進んでいる。 In recent years, digitization has progressed in various fields of medicine. X線診断の分野でも、画像のディジタル化のために、入射するX線をシンチレータ(蛍光体)により可視光に変換し、更に、撮像素子でかかる可視光像を撮像する2次元X線撮像装置が開発されてきている。 In the field of X-ray diagnosis, for digitizing the image, the X-rays incident converted into visible light by a scintillator (phosphor), further, the two-dimensional X-ray imaging apparatus for capturing a visible light image according pickup element There have been developed.

【0003】2次元X線撮像装置としては、例えば、歯科用に小型CCD型撮像素子が実用化されており、乳房撮影用、胸部撮影用には最大43cm□のアモルファスシリコン(a−Si)を用いた大面積の静止画撮像装置が実用化されている。 [0003] As the two-dimensional X-ray imaging apparatus has, for example, a dental small CCD type imaging element is practically, for mammography, up to 43cm □ amorphous silicon for chest photographing (a-Si) large area of ​​the still image capturing apparatus has been practically used. ガラス基板上のアモルファスシリコン半導体を使った撮像素子は大面積のものを作製し易く、このパネルを4枚タイル貼りして、大面積のX線撮像装置を実現しているものがある。 Imaging device using the amorphous silicon semiconductor on a glass substrate is easy to produce those having a large area, the panel four tiled to include those that achieve an X-ray imaging device having a large area. この種の技術の例として、米国特許5315101号に記載のものがある。 As an example of this type of technology is disclosed in U.S. Patent No. 5,315,101.

【0004】また、複数の単結晶撮像素子(シリコン撮像素子等)を用いて大面積のX線撮像装置を構成する提案がなされている。 Further, proposals to constitute the X-ray imaging device having a large area by using a plurality of single crystal imaging element (silicon imaging device, etc.) have been made. この種の技術の例として、米国特許4323925号や米国特許6005911号に記載のものがある。 As an example of this type of technology is disclosed in U.S. Patent 4323925 Patent and U.S. Patent 6,005,911. 単結晶撮像素子としては、シリコンを使ったCCD型撮像素子やMOS型、CMOS型撮像素子等がある。 The single crystal imaging device, CCD type imaging device or a MOS type with silicon, there is a CMOS-type image pickup element or the like. このようにディジタル化の進む医療X線診断分野では、静止画像撮像装置の次世代の動画像撮像装置(透視等)が期待されている。 Such medical X-ray diagnostic field of travel of digitization, the next-generation moving picture imaging apparatus of the still image capturing apparatus (fluoroscopy, etc.) is expected.

【0005】ここでの技術的課題としては、(1)高感度、高速読取り技術、(2)大型化、(3)低コスト化等が挙げられる。 [0005] The technical problem here is, (1) high sensitivity, high speed reading techniques, (2) large, and (3) low cost, and the like. (1)高感度、(2)高速読取りの課題に関しては、動画を撮像するにはアモルファスシリコンを用いた撮像装置に比較して、10倍以上の高感度性と読取り速度が求められる。 (1) high sensitivity, (2) with respect to an object of high-speed reading, the images the video as compared to imaging devices using amorphous silicon, high sensitivity and reading speed ten times or more is obtained. 動画を撮像するにはX線を連続的に人間に照射することになるが、X線照射による影響を考慮するとX線の照射量を数十から百分の1に、 Although in taking a moving it will be irradiated continuously human X-rays, the irradiation amount of X-rays from tens to hundredths of considering the influence of X-ray irradiation,
読取速度としては60から90フレーム/秒が求められており、この読取りを行うには数十倍の高感度と数十倍の高速性が要求される。 The reading speed has been required of 60 to 90 frames / sec, several tens of times higher sensitivity and several tens times faster of the is required to do this read.

【0006】アモルファスシリコンは、高速動作に対しての半導体特性が十分でなく、これを用いた大面積の撮像装置では、単結晶シリコン半導体基板に比べガラス基板上の半導体の微細加工が難しく、その結果、出力信号線の容量が大きくなる。 [0006] Amorphous silicon semiconductor properties with respect to high-speed operation is not sufficient, the imaging device having a large area using this, it is difficult to semiconductor microfabrication on a glass substrate compared with the single crystal silicon semiconductor substrate, the result, the capacity of the output signal lines is increased. この容量は最も大きなノイズの原因(kTCノイズ)となる。 This volume will be the most responsible for the big noise (kTC noise). アモルファスシリコン型大板撮像装置の製造プロセスはCCD型撮像素子やCM Manufacturing process of the amorphous silicon large-chip imaging device CCD type image pickup device and CM
OS型撮像素子に比較して大面積のものを得ると言う点で有利である。 Compared to the OS type imaging device it is advantageous in that say get what large area. しかし、光電変換部が完全空乏型でなく、撮像素子の駆動回路とアンプが外部に必要であり(特開平8−116004号公報の図52参照)、撮像素子の良品判定も周辺部品を組込後行う必要があるため、撮像素子そのものは割と低価格であるが、最終的にコストは高くなっていた。 However, instead of the photoelectric conversion portion is fully depleted, the driving circuit and the amplifier of the image pickup device is required to the outside (see FIG. 52 of JP-A-8-116004 discloses), Embedded also peripheral components good determination of the imaging device It needs to be performed after the image pickup device itself is comparatively low price, but the final cost was high. 以上により前述のような要求の実現は困難である。 Realization of such as mentioned above required by more is difficult.

【0007】また、CCD型撮像素子については、完全空乏型で高感度であるが、大面積の撮像装置としては不向きである。 [0007] The CCD type image pickup device, is a highly sensitive complete depletion type, is not suitable as an image pickup device having a large area. CCD型撮像素子は電荷転送型であるが故に、大面積になり転送段数が増加する(高画素になる) CCD-type imaging device because it is a charge transfer type, the number of transfer stages becomes large area increases (becomes high pixel)
程転送が問題になる。 Degree transfer becomes a problem. 即ち、駆動電圧が駆動端と中心付近では異なり完全転送が困難になる。 That is, the drive voltage is different complete transfer becomes difficult in the vicinity of the center and driving end. また、消費電力はCVf 2 (Cは基板とウエル間の容量、Vはパルス振幅、fはパルス周波数)で表されるが、大面積である程、CとVが大きくなり、消費電力がCMOS型撮像素子に比較して10倍以上大きくなる。 Further, power consumption CVf 2 (C is the capacitance between the substrate and the well, V is pulse amplitude, f is the pulse frequency) is represented by, enough is large area, C and V are increased, power consumption CMOS compared to the type imaging device increases 10 times or more. この結果、周辺の駆動回路が発熱源、ノイズ源となり高S/Nではなくなる。 As a result, the peripheral drive circuit is a heat source, not a noise source and becomes high S / N. この様にCCD型撮像素子は大型撮像素子には適さない面を持っている。 The CCD type imaging element as has a surface that is not suitable for large imaging device.

【0008】更に、単結晶撮像素子を多数用いた単純な大面積撮像装置の構成では各撮像素子の合わせ部に必ずデッドスペースができ(シフトレジスタ、アンプ等の周辺回路や外部との信号や電源のやり取りのための外部端子や保護回路を設けるための領域が領域とは別に必ず必要)、この部分がライン欠陥になり、画質が落ちる。 Furthermore, always dead space portion mating of each imaging device in the configuration of a simple large-area imaging apparatus using a large number of single crystal imaging element can be (a shift register, the signal or power to peripheral circuits and external amplifier such as separately absolutely necessary) from the region for providing the external terminal and the protection circuit region for interaction, this portion becomes the line defect, the image quality is lowered. そのため、テーパ状FOP(ファイバーオプティックプレート)を用いて、シンチレータからの光を、デッドスペースを避けて撮像素子に導く構成が採られているが、余計なFOPが必要で製造コストがかかる。 Therefore, by using a tapered FOP (fiber optic plate), the light from the scintillator, but configured for guiding the imaging element to avoid dead space is taken, such need manufacturing costs extra FOP. 特に、テーパ状FOPは非常にコストがかかる。 In particular, the tapered FOP is very costly. 更に、テーパ状FO In addition, tapered FO
Pではテーパ角度に応じてシンチレータからの光がFO Light from the scintillator is FO according to the P in the taper angle
Pに入射しにくくなり、出力光量低下が起こり撮像素子の感度を相殺して装置全体の感度が悪くなる問題がある。 Hardly incident to P, the sensitivity sensitivity of the entire cancellation to the equipment of the output light intensity decreases occurs imaging device there is a problem that deteriorates.

【0009】以上のようなアモルファスシリコン撮像素子やCCD型撮像素子の欠点を補うために大面積のCM [0009] To overcome the problems of amorphous silicon image sensor or CCD type image pickup element such as a more large area CM
OS型撮像素子をタイル貼りした構成が提案されている(特開2000−184282号公報)。 Configuration in which tiling the OS type imaging device has been proposed (JP 2000-184282).

【0010】 [0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のCMOS型撮像素子等の増幅型撮像素子には、以下のような不都合があった。 However [0007], the amplifying imaging device, such as a conventional CMOS-type image sensor, there is the following problem. (a)一般的な増幅型撮像素子の駆動方法では、同一行の水平走査線を単位として1水平走査線づつの蓄積電荷が順次読み出される。 (A) In a typical driving method of amplifying imaging device, the accumulated charge of one horizontal scanning line by one horizontal scanning line in the same row as the unit are sequentially read. ある水平走査線から蓄積電荷を読み出している間に残りの水平走査線では電荷の蓄積が行われる。 The accumulation of charge in the remaining horizontal scanning lines is carried out while reading out the accumulated charges from one horizontal scan line. この場合水平走査線毎に電荷の蓄積時間が異なってしまう。 Thus different charge storage time for each this case horizontal scanning lines. この電荷を読み出して画像に再生すると走査期間毎に異なるタイミングの映像となってしまう。 Becomes reading and reproducing the electric charge in the image is different from timing of the video for each scanning period. 静止画の撮影では、この蓄積時間の違いが問題になることは少ないが、動画の撮影では画像が流れてしまい問題となる。 In still image shooting, it is less difference between the accumulation time is a problem, the image will issue flow in the video shooting. 特に、複数枚の撮像素子(複数の画素が形成された撮像素子パネル)をタイル貼りした撮像装置では、後述するように各撮像素子間の画像にも不連続性が生じ大きな問題となる。 In particular, in a plurality imaging device were tiling the image pickup element (image pickup element panel in which a plurality of pixels are formed) of, a major problem occurs discontinuity in images between the image pickup elements as described below. また、X線動画撮影では、ある水平走査線の読み出し時間中は他の水平走査線の露光時間であり、部分的に不用なX線照射をしなければならず、被爆線量を極力減らすべき医療分野ではこの方法の適用は困難である。 Further, in the X-ray moving image, during the read time of a horizontal scan line is an exposure time of the other horizontal scanning lines, it is necessary to partially useless X-ray irradiation, should be reduced as much as possible the exposure dose medical in the field application of this method it is difficult. (b)最初に読み出しを行う水平走査線と後から読み出しを行う水平走査で電荷の蓄積期間が異なってしまうことを防止するために、機械式のシャッタを設けて各水平走査線における電荷の蓄積期間を一定にする方法があるが、この方法では装置が大型になってしまうという欠点がある。 (B) to initially prevent the accumulation period of charges in the horizontal scanning for reading from and after the horizontal scanning line to be read becomes different, the accumulation of charge in each horizontal scanning line is provided with a mechanical shutter there is a method of the period constant, this method has the disadvantage that the apparatus becomes large.

【0011】このような大面積CMOS型撮像素子を4 [0011] Such a large-area CMOS type imaging element 4
枚タイル貼りした撮像装置を用いて高速動画撮影する場合の、特に上記(a)に関する問題点を以下に説明する。 Single tiled and in the case of high-speed moving picture imaging using the imaging apparatus, particularly illustrating the related problems (a) below. 図14は撮像素子を4枚タイル貼りした撮像装置の平面図を示す。 Figure 14 shows a plan view of the imaging apparatus attached four tiles an image pickup device. 撮像領域(撮像素子パネル)A1、A Imaging area (imaging element panel) A1, A
2、B1、B2は、画素部が水平及び垂直方向に複数配置することで構成されている。 2, B1, B2 are constituted by a pixel portion is more arranged in horizontal and vertical directions. 撮像領域中Hnは列走査回路で走査される列を、Vnは行走査回路で走査される行を示す。 Imaging region in Hn indicates a line that the columns are scanned by the column scanning circuit are scanned by Vn row scanning circuit. また、撮像領域毎に列走査回路、行走査回路、メモリ回路、出力アンプが設けられている。 The column scanning circuit, row scanning circuit, a memory circuit, an output amplifier is provided for each imaging area.

【0012】図15は各撮像素子の1画素部及び信号読み出し回路の概略構成を示す。 [0012] Figure 15 shows a schematic configuration of one pixel portion and a signal reading circuit in the imaging device. 図15では行毎に走査し、読み出す方法が採られている。 Figure 15 is scanned in each row, a method of reading is adopted. また、図15の従来回路では、詳しく後述するように信号読み出し回路は2 Further, in the conventional circuit of FIG. 15, the signal reading circuit as will be described later in detail 2
重サンプリング回路になっている。 It has become a heavy sampling circuit. 図15において、V In Figure 15, V
SRは行走査回路、HSRは列走査回路である。 SR row scanning circuit, HSR is a column scanning circuit. また、 Also,
PDはフォトダイオード、TR1は転送スイッチ、TR PD is a photodiode, TR1 is a transfer switch, TR
2はリセットスイッチ、TR3は行選択スイッチ、TR 2 is reset switch, TR3 row selection switch, TR
4は増幅トランジスタ、TR5は信号線をリセットするスイッチ、TR6,7はサンプルスイッチ、TR8,T 4 amplification transistor, the switch TR5 is to reset the signal line, TR6,7 sample switch, TR8, T
R9は読み出しスイッチである。 R9 is a read switch. TR1〜TR9はMO TR1~TR9 is MO
Sトランジスタである。 Is S transistor. また、C TSは光信号保持容量、 Also, C TS optical signal holding capacitor,
TNはリセット信号保持容量である。 C TN is a reset signal holding capacitor.

【0013】図15の従来回路では詳しくは後述するが、リセット信号(ノイズ成分、暗電流成分)をリセット信号保持容量C TNに保持し、光信号(光信号成分、ノイズ成分、暗電流成分)を光信号保持容量C TSに保持する。 [0013] Specifically in the prior art circuit of FIG. 15 will be described later, a reset signal (noise component, the dark current component) holds the reset signal holding capacitor C TN, optical signal (optical signal component, the noise component, the dark current component) the retaining the optical signal holding capacitor C TS. その後、各々の保持容量C Thereafter, each of the storage capacitor C TN ,C TSに保持された信号を読み出し、差動回路(図示せず)で差動検出することにより、ノイズ成分を取り除いた光信号が出力される。 TN, reading the signals held in the C TS, by differential detection by the differential circuit (not shown), an optical signal by removing the noise component is output. このような複数の撮像素子を貼り合わせた撮像装置は、動く被写体を撮像する場合、撮像素子間の動画像の“つなぎ”が重要になる。 Such a plurality of imaging devices formed by bonding imaging device, when imaging a moving subject, "bridging" of the moving image between the image pickup device is important.

【0014】図16は4枚の撮像素子を貼り合わせ場合の画像合成を示す。 [0014] Figure 16 shows an image synthesis when bonded to four imaging devices. 図16に矢印で示すような走査方向で、4枚の撮像素子を別々に独立に駆動すると、4枚の画面のつなぎ部(撮像領域A1とB2の接続部、撮像領域B1とA2の接続部、撮像領域A1とB1の接続部、 In the scanning direction as shown by arrows in FIG. 16, when driving the four image pickup device separately and independently, joint portions of four screens (connecting portion of the image pickup area A1 and B2, the connecting portion of the imaging area B1 and A2 , the connecting portion of the image pickup area A1 and B1,
撮像領域B2とA2の接続部)で画像の相関性がなくなる。 Correlation of images is eliminated by the imaging connections area B2 and A2). 例えば、撮像領域A1とB2の接続部近傍の隣接する、撮像領域A1の行(走査の終了となる行)と撮像領域B2の行(走査の開始となる行)とでは、行方向の走査期間分の時間的なずれを生じるので、画像の相関性がなくなることになる。 For example, adjacent the connection part near the image pickup area A1 and B2, than the row of the imaging area A1 (the scanning end and comprising rows) row of the imaging area B2 (scanning start until the row of) the row direction of the scanning period since it produces time shift of the frequency, so that the correlation of the images is eliminated. その時、動画像の“つなぎ”が懸念されるのは、基本的には、画像が接続される撮像領域A1とB1、撮像領域A1とB2、撮像領域B2とA Then, of concern is "joint" of a moving image is basically an imaging area A1 image is connected to B1, the imaging region A1 B2, the image pickup area B2 and A
2、撮像領域B1とA2の部分である。 2, a portion of the imaging area B1 and A2. このようにCM In this way CM
OS型撮像素子等の増幅型撮像素子を用いた撮像素子を貼り合わせた構成では、撮像素子間のつなぎ目で画像の相関がなくなり、画質が低下する問題があった。 The bonding configuration in which the imaging device using an amplification-type image pickup element such as OS type imaging element, the correlation of the image is eliminated by joint between the image pickup device, image quality is a problem of decrease.

【0015】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、複数の撮像素子を貼り合わせても、高速高感度で繋ぎ目のない画像を得ることが可能な撮像装置、撮像装置の駆動方法、放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システムを提供することにある。 [0015] The present invention is the made in view of the conventional problems, and its object is also bonded a plurality of imaging devices, high-speed and high-sensitivity joint could be obtained no image imaging apparatus to provide a radiation imaging system using the driving method, a radiation imaging apparatus and that of the imaging device.

【0016】 [0016]

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、2 Means for Solving the Problems An imaging device of the present invention, 2
次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を含み、 Comprising an image sensor having a plurality of pixels arranged in dimension,
前記画素は、光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段と、ノイズ信号を蓄積するノイズ信号蓄積手段とを有することを特徴とする。 The pixel is characterized by having a photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion, a light signal storing means for storing an optical signal generated by the photoelectric conversion means and noise signal storing means for storing a noise signal.

【0017】また、本発明の撮像装置は、2次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を複数含み、前記画素毎に光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段を有し、 Further, the imaging apparatus of the present invention includes a plurality of imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion on each pixel, light generated by the photoelectric conversion means It has an optical signal storage means for storing signals,
且つ、前記複数の撮像素子の画素の光信号を一括して前記光信号蓄積手段に転送する手段と、前記光信号蓄積手段に蓄積された光信号を画素毎に順次出力線に出力する手段と、を有することを特徴とする。 And, means for outputting an optical signal of a pixel of said plurality of image pickup elements and means for transferring the optical signal storage means collectively, the optical signals stored in the optical signal storage means sequentially output line for each pixel , characterized by having a.

【0018】更に、本発明の放射線撮像装置は、請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の撮像装置と、 Furthermore, radiation imaging apparatus of the present invention includes an imaging device according to any one of claims 1 to 14,
シンチレータと、等倍光学伝達手段とを備えたことを特徴とする。 Characterized by comprising a scintillator and an equal magnification optical transmission means.

【0019】また、本発明の放射線撮像システムは、請求項15乃至16のいずれか1項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする。 [0019] The radiation imaging system of the present invention, a radiation imaging apparatus according to any one of claims 15 to 16, and a signal processing unit for processing a signal from the radiation imaging apparatus, the signal processing means and recording means for recording a signal from a display unit for displaying the signal from said signal processing means, and transmission processing means for transmitting a signal from said signal processing means, to generate the radiation characterized by comprising a radiation source for.

【0020】更に、本発明の撮像装置の駆動方法は、2 Furthermore, the driving method of the imaging apparatus of the present invention, 2
次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を複数有し、前記画素は光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段とを有する撮像装置の駆動方法であって、前記複数の撮像素子を同一のタイミングで一括リセットし、前記複数の撮像素子を同一のタイミングで一括露光し、露光後の信号を前記光信号蓄積手段に蓄積することを特徴とする。 Has a plurality of imaging device having a plurality of pixels arranged in dimension, the pixel is an image pickup apparatus and an optical signal storage means for storing a photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion, an optical signal generated by the photoelectric conversion means a driving method that collectively resetting the plurality of image pickup elements at the same timing, the plurality of imaging elements collectively exposed at the same timing, stores the signal after exposure to the optical signal storage means and features.

【0021】本発明においては、画素内に光信号用、ノイズ信号用のサンプルホールド回路を設けているので、 In the present invention, for an optical signal in a pixel, since there is provided a sample-and-hold circuit for noise signal,
一括露光とし、このタイミングに放射線露光をパルス照射することで被爆線量を適正にできる。 The collective exposure, can be properly the exposure dose by pulse irradiation of the radiation exposure to this timing. また、複数枚の撮像素子で高速撮影しても、画像の繋ぎ目や流れ等が起こらない。 Further, even when high-speed imaging with a plurality of image pickup elements, joints and the flow of the image does not occur. また、各トランジスタ等のばらつきによるF Further, F due to variations such as the transistors
PNの補正を画素毎に行うことができる。 It is possible to perform PN correction for each pixel.

【0022】 [0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.

【0023】(第1の実施形態)図1は本発明による撮像装置の第1の実施形態を示す回路図である。 [0023] (First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. 図1は1 Figure 1 1
画素の回路図である。 It is a circuit diagram of a pixel. 本実施形態では、撮像素子を貼り合わせて時間的、空間的に繋ぎ目のない高速、高感度の動画像を実現している。 In the present embodiment, temporal bonding a imaging element, spatially joint-free high speed, thereby realizing a moving image of high sensitivity. また、CMOS型撮像素子を用いて全ての素子から共通の時間に蓄積した電荷を高信号対ノイズ比(S/N)で読み出せるようにしている。 Also to be read charges accumulated in the common time from all the elements using a CMOS image sensor with a high signal-to-noise ratio (S / N). なお、本願明細書でいう撮像素子とは、複数の画素が2次元に配列された撮像素子パネルをいう。 Note that the imaging element referred to herein, refers to an image sensor panel having a plurality of pixels arranged two-dimensionally. この撮像素子パネルは全面が画素領域になっていて、複数の撮像素子パネルを基台上に貼り合わせることによって、大面積の撮像装置を実現するものである(図4参照)。 The imaging element panel have entirely becomes the pixel region, by bonding a plurality of imaging devices panel on the base, and realizes the imaging device having a large area (see Figure 4).

【0024】図1において、PDは光電変換を行うフォトダイオード、C PDはフォトダイオードの接合容量(破線で表示)、C FDは電荷を蓄積するフローティングディフュージョン(浮遊拡散領域)の容量(破線で表示)、 [0024] In FIG 1, PD is a photodiode for performing photoelectric conversion, C PD is (indicated by dashed lines) the junction capacitance of the photodiode, C FD is displayed in capacity (broken line of the floating diffusion (floating diffusion region) for storing charge ),
M1はフォトダイオードPDで生成された電荷をフローティングディフュージョンに転送する転送MOSトランジスタ(転送スイッチ)、M2はフローティングディフュージョンに蓄積された電荷を放電するためのリセットMOSトランジスタ(リセットスイッチ)、M3は光電変換部を選択するための選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M4はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ1)である。 M1 transfers charges generated by the photodiode PD to the floating diffusion transfer MOS transistor (transfer switch), M2 is reset MOS transistor for discharging the charge accumulated in the floating diffusion (reset switch), M3 is a photoelectric conversion selection MOS transistor for selecting the section (selecting switch), M4 is an amplification MOS transistor functioning as a source follower (pixel amplifier 1).

【0025】また、M8は本実施形態の特徴である光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルスイッチとしてのMOSトランジスタ、CH1は光信号用ホールド容量である。 Further, M8 are MOS transistors, CH1 is hold capacitor for the optical signal as a sample switches constituting the sample-and-hold circuit for the optical signal accumulation, which is a feature of this embodiment. M11はノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルスイッチとしてのMOSトランジスタ、CH2はノイズ信号用ホールド容量である。 M11 is a MOS transistor, CH2 is hold capacitor for noise signal as a sample switches constituting the sample-and-hold circuit for noise signal accumulation. M10は光信号用サンプルホールドからの出力を増幅して信号線に出力するためのソースフォロワーとしての増幅トランジスタ(画素アンプ2)である。 M10 is an amplification transistor as a source follower for amplifying and outputting an output from sample and hold optical signal to the signal line (pixel amplifier 2). M
13はノイズ信号用サンプルホールドからの出力を増幅して信号線に出力するためのソースフォロワーとしての増幅トランジスタ(画素アンプ3)である。 13 is an amplification transistor as a source follower for outputting to the signal line to amplify the output from the sample-hold noise signal (pixel amplifier 3). 更に、M In addition, M
9,M12は画素アンプ2,3の選択スイッチとしてのMOSトランジスタである。 9, M12 is a MOS transistor as a selection switch of the pixel amplifier 2.

【0026】本実施形態においては、各撮像素子を同じタイミングで一括リセット、一括露光を行うために、これらの光信号、ノイズ信号用サンプルホールド回路を用いている。 In the present embodiment, concurrently reset each image pickup element at the same time, in order to perform one-shot exposure, are used these optical signals, the sample and hold circuit for noise signal. また、このサンプルホールド回路の部分に画像信号を露光と独立に保存できるため、非破壊で露光期間中に何度でも光信号、ノイズ信号を読み出すことができる。 Moreover, because this image signal to the portion of the sample-and-hold circuit can be stored independently of the exposure, it can be read many times optical signal during the exposure period in a non-destructive manner, the noise signal. この機能を使って露光を行いながら自動露光のための信号読み出しを行うこともできる。 It is also possible to perform signal readout for automatic exposure while performing exposure using this feature.

【0027】次に、ノイズについて説明する。 [0027] Next, a description will be given of noise. 一般に、 In general,
CMOS型撮像素子等の増幅型撮像素子では、読み出し時の信号対ノイズ比(S/N)を改善するために内部に増幅手段(画素内アンプ)を設けて信号の利得を増大させている。 The amplification type image pickup device such as CMOS type image pickup element, and increases the gain of the signal is provided amplifying means in the interior (pixel amplifier) ​​in order to improve the signal-to-noise ratio during reading (S / N). この増幅手段として一般に用いられるMOS MOS generally used as the amplifier means
トランジスタのソースフォロワーでは、MOSトランジスタの閾値Vthがばらつき易い。 In the source follower of the transistor, the threshold voltage Vth of the MOS transistor is liable to variation. このばらつきは素子の設計及び製造に固有のものであり、画素毎、素子毎に変化するという点で悪質である。 This variation is inherent in the design and manufacture of devices, each pixel is a malicious in that changes for each element. 特に、X線撮像装置用の撮像素子は大型であり、素子内のばらつきが大きくなりがちである。 In particular, the imaging device for X-ray imaging apparatus are large, it tends large variations in the element. また、複数枚の撮像素子を用いる場合、 In the case of using a plurality of image pickup device,
素子間のばらつきも大きい。 Variation between elements is large. このばらつきは、固定的な出力のばらつき、いわゆる固定パターンノイズ(FP This variation, variation in fixed output, so-called fixed pattern noise (FP
N)、不均一なバックグラウンド画像として現われる。 N), appear as non-uniform background image.

【0028】また、MOSトランジスタには1/fノイズ(フリッカ・ノイズ)や熱雑音が発生し易く、これはランダムノイズであるため、ランダムなバックグラウンド画像を生じる。 Further, the MOS transistor 1 / f noise (flicker noise) or thermal noise liable to occur, this is a random noise, resulting in random background image. デバイス設計的にはMOSトランジスタのチャネル長をL、チャネル幅をWとすると、熱雑音は(L/W)・1/2に比例し、1/f雑音はL・Wに反比例するので、MOSトランジスタの雑音を小さくするにはチャネル長Lを最小とし、チャネル幅Wを大きく設定すればよいが、特に大きなノイズ源となるアンプとしてのソースフォロワーのチャネル幅Wを大きく設定すると、ゲート・ドレイン間の寄生容量が大きくなり、ゲインを落としてしまい感度の低下を招いてしまうので実施が難しい。 When the device design the channel length of the MOS transistor L, and the channel width is W, the thermal noise is proportional to (L / W) · 1/2, since 1 / f noise is inversely proportional to L · W, MOS the minimum channel length L to reduce the noise of the transistor, when it is sufficient to set large the channel width W is, in particular setting a large channel width W of the source follower as amplifier becomes a large noise source, gate-drain the parasitic capacitance is increased, implementation is difficult because thereby causing a reduction in sensitivity will drop the gain.

【0029】本実施形態では、本質的に1/fノイズが小さいPMOSトランジスタを少なくともソースフォロワーとして使用している。 [0029] In this embodiment, is used as at least a source follower essentially 1 / f noise is small PMOS transistor. これにより、NMOSトランジスタに比べ1/10程度の大きさに低減できる。 This reduces a size of about 1/10 compared with the NMOS transistors. また、シンチレータを通り抜けたX線が直接トランジスタに当たってもPMOSトランジスタはNMOSトランジスタに比べX線耐久性が強い(リーク電流増加、閾値V Moreover, PMOS transistors may hit the X-ray is directly transistors passing through the scintillator has strong X-ray durability compared to NMOS transistor (leakage current increases, the threshold V
th変動が少ない)ので更に好適である。 Is more preferable th variation is small) because.

【0030】一般に、1/fノイズや閾値のばらつきによる固定パターンノイズ(FPN)等の低周波ノイズ成分、電源からのノイズを低減するために、二重サンプリング回路を使用することは公知である。 [0030] Generally, in order to reduce low frequency noise components such as fixed pattern noise due to variations in the 1 / f noise and threshold (FPN), the noise from the power supply, it is known to use double sampling circuit. 図15は前述のように従来の1画素回路と信号読み出し回路における二重サンプリング回路を示す。 Figure 15 shows the double sampling circuit in a conventional 1 pixel circuits and the signal read circuit as described above.

【0031】この回路では、まず、リセット信号ΦRE [0031] In this circuit, first, the reset signal ΦRE
SによってリセットスイッチTr2を閉じ、次にフォトダイオードPDをリセットする。 Close the reset switch Tr2 by S, then resetting the photodiode PD. 次に、行選択MOSトランジスタTr3を閉じ、暗信号は増幅MOSトランジスタTr4を通して出力信号線に現われる。 Then, close the row select MOS transistor Tr3, the dark signal appears at the output signal line through the amplifying MOS transistor Tr4. この際、サンプルスイッチTr6を閉じることで、リセット信号(ノイズ成分、暗電流成分)をリセット信号保持容量C At this time, by closing the sampling switch Tr6, a reset signal (noise component, the dark current component) to the reset signal holding capacitor C
TNに保持した後、サンプルスイッチTr6を開く。 After holding in TN, open the sample switch Tr6. 次いで、リセットスイッチTr2を開き、フォトダイオードPDに蓄積された光信号電荷を転送MOSトランジスタTr1を開いて増幅MOSトランジスタTr4に転送する。 Then, open the reset switch Tr2, transferring the stored optical signal charges in the photodiode PD to the amplifying MOS transistor Tr4 open transfer MOS transistor Tr1. 同時に、行選択MOSトランジスタTr3を閉じ、 At the same time, to close the row selection MOS transistor Tr3,
光信号は増幅MOSトランジスタTr4を通して出力信号線に現われる。 Optical signal appears at the output signal line through the amplifying MOS transistor Tr4. この時、サンプルスイッチTr7を閉じることで、光信号(光信号成分、ノイズ成分、暗電流成分)を光信号保持容量C TSに保持した後、サンプルスイッチTr7を開く。 At this time, by closing the sampling switch Tr7, the optical signal after holding (optical signal component, the noise component, the dark current component) to the optical signal holding capacitor C TS, opening the sampling switch Tr7.

【0032】次いで、読み出しスイッチTr8,Tr9 [0032] Next, the read-out switch Tr8, Tr9
を同時に開き、リセット信号保持容量C TNに保持されたリセット信号、光信号保持容量C TSに保持された光信号を差動回路(図示せず)へ読み出し、リセット信号から光信号を減算することによりノイズを取り除いた光信号が出力される。 Open simultaneously reset signal held to the reset signal holding capacitor C TN, reads the optical signal held in the optical signal holding capacitor C TS to the differential circuit (not shown), by subtracting the optical signal from the reset signal optical signal obtained by removing the noise is outputted by. 次に、全部の行を読み出すために、各列ラインを選択的にサンプリングし、その後、次の行を選択し、再び同じ動作を繰り返し行う。 Next, in order to read the entire line, selectively sampling each column line, then select the next line to repeat the same operation again.

【0033】ここで、光電変換部での熱ノイズ(kTC [0033] Here, the thermal noise in the photoelectric conversion unit (kTC
ノイズ)は画素スイッチで完全空乏転送を行えば発生しない。 Noise) does not occur by performing the complete depletion transfer pixel switch. また、フローティングディフュージョンでのリセットノイズ(kTCノイズ)は、この相関二重サンプリング回路により、1/fノイズ及び閾値VthばらつきによるFPNと共に取り除かれる。 The reset noise (kTC noise) in the floating diffusion by the correlated double sampling circuit, is removed together with the FPN due to 1 / f noise and threshold Vth variations. ところが、列毎の相関二重サンプリング回路用の2個のソースフォロワーや容量は概略的には同一であるが、完全に同一ではないため閾値Vthや容量のばらつき等を生じ、出力差分信号に(各列について)ライン状の固定パターンを生じてしまう。 However, although the two source followers and capacity for correlated double sampling circuit for each column is identical to the schematic, completely occur such variations in the threshold Vth or capacity because they are not identical, the output difference signal ( each the columns) occurs the linear fixing pattern.

【0034】また、閾値Vthは温度によって指数関数的に変化してしまうので、各ソースフォロワーが1℃以下の温度差を持っても出力の変動として現われ、X線透視のように低照射線量で撮影する場合、このわずかの変動も画質を左右するものとなる。 Further, the threshold Vth is varies exponentially with temperature, appears as a fluctuation in the output be the source followers with a temperature difference of 1 ℃ or less, at a low dose as X-ray fluoroscopy when shooting, this slight fluctuation is also assumed that the left and right of the image quality. そのため、サンプルホールド回路の二つのソースフォロワーでは、後述するようにレイアウト的に閾値Vthのばらつきが極力ない配置構造とし、更に動作中に温度差が発生しない機構としなければならない。 Therefore, the sample in the two source follower of the hold circuit, the arrangement is not as much as possible variations in the layout to the threshold Vth, as described below, must be further no temperature difference occurs during operation mechanism. 従来のように光信号とノイズ信号のサンプルホールドからの読み出しタイミングが異なると、この時間差で温度変化が起こる。 When the read timing from the sample hold of the conventional optical signal and a noise signal as is different, the temperature change occurs in the time difference.

【0035】そこで、本実施形態では、前述のように画素内に光信号用とノイズ信号用のサンプルホールド回路を設け、光信号とノイズ信号を露光とは独立して保存すると共に、サンプルホールド回路からは同時に出力(各列2線出力)する構造としている。 [0035] As a solution, in this embodiment, provided with a sample-and-hold circuit for the optical signal and noise signal within the pixel, as described above, stores independently of the exposure light and the noise signal, the sample-and-hold circuit It has a structure that outputs (each column 2 wire output) at the same time from. 一括露光のためには、画素内にメモリを設ける必要があり、このサンプルホールド回路は画素内メモリとしてまず機能する。 For batch exposure, it is necessary to provide a memory in the pixel, the sample-and-hold circuit initially functions as a pixel memory. 更に、ノイズ除去の機能を持たせている。 Further, it provided with the function of noise removal. 光信号とノイズ信号は非常に速い時間差で、画素アンプ1からサンプルホールド回路に取り込まれるので、低周波数で大きい1 Optical signal and noise signal at a very fast time difference, so taken in from the pixel amplifier 1 to the sample-and-hold circuit, larger at low frequencies 1
/fノイズを無視することができる。 / F noise can be ignored.

【0036】また、この回路を利用して画素アンプでの熱ノイズ、1/fノイズ、FPNを除去している。 Further, the thermal noise at the pixel amplifier using this circuit, 1 / f noise, and removing FPN. 2つのサンプルホールド回路素子のばらつきは、コンデンサを極力画素内の近傍に配置し、出力のソースフォロワーは、これを通常のMOS回路レイアウトで用いられるクロス配置とし、閾値Vthのばらつきを極力減らす工夫を行うことで極力減らしている。 Variation of the two sample-and-hold circuit elements located in the vicinity of the utmost pixel capacitor, the source follower output, this was a cross arrangement used in the conventional MOS circuit layout, as much as possible reduce devising variations in the threshold Vth It is reducing as much as possible by performing. このようにこのサンプルホールド回路は一括露光のための画素毎の蓄積手段として働き、また、ノイズ除去のための手段としても働く。 Thus the sample and hold circuit acts as a storage means for each pixel for one-shot exposure, also acts as a means for removing noise.

【0037】図2は簡単のため3×3画素の場合の全体回路の概略図を示す。 [0037] Figure 2 shows a schematic diagram of the entire circuit in the case of 3 × 3 pixels for simplicity. 1画素回路部分の詳細は図1に示す通りである。 1 Details of the pixel circuit section is as shown in FIG. 転送スイッチM1のゲートは垂直走査回路の一種である垂直シフトレジスタVSRからのΦTX ΦTX from the gate of transfer switch M1 is a kind of vertical scanning circuits vertical shift register VSR
に接続され、リセットスイッチM2のゲートは垂直走査回路からのΦRESに接続されている。 It is connected to the gate of the reset switch M2 is connected to ΦRES from the vertical scanning circuit. また、選択スイッチM3のゲートは垂直走査回路からのΦSELに接続されている。 The gate of the selection switch M3 is connected to ΦSEL from the vertical scanning circuit. 簡単のため、制御線はこの三本のみを示している。 For simplicity, control lines shows only the three. 各画素からの光信号とノイズ信号は2本の信号出力線で列走査回路(水平シフトレジスタ、マルチプレクサ)を介して差動アンプA1に出力される。 An optical signal and a noise signal from each pixel is output column scanning circuit with two signal output lines (horizontal shift register, a multiplexer) to the differential amplifier A1 via the. 列選択M Column select M
OSトランジスタM20は水平シフトレジスタHSRからの信号によって動作し、列方向の信号線を選択するためのスイッチである。 OS transistor M20 is operated by a signal from the horizontal shift register HSR, a switch for selecting a column direction of the signal line.

【0038】図3は本実施形態における画素部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 [0038] FIG. 3 is a timing chart showing the operation timing of the pixel portion in this embodiment. 以下、図3 Below, Figure 3
に基づいて回路動作を説明する。 Illustrating a circuit operation based on. まず、光電変換はフォトダイオードPDで行う。 First, photoelectric conversion is performed by the photodiode PD. また、露光は一括露光であり、各撮像素子の全画素で同一のタイミング、期間で行う。 The exposure is shot exposure is performed for all pixels of the imaging element the same timing, the period. よって、撮像素子間、走査線間での画像の時間的ズレは一切生じない。 Therefore, among imaging devices, the time lag of the image between the scanning lines does not occur at all. 光電荷の蓄積期間中は転送スイッチM1はオフ状態であり、発生した光電荷は接合容量C PD Transfer switch M1 during the accumulation period of photocharge is is off, the light charge generated junction capacitance C PD
に蓄積される。 It is stored in. 画素アンプ1(M4)を構成するソースフォロワーのゲート部に形成されるフローティングディフュージョンC FDには、この間光電荷は転送されない。 The floating diffusion C FD, which is formed in the gate of the source follower constituting the pixel amplifier 1 (M4), this while light charges are not transferred.

【0039】フォトダイオードPDの蓄積を終了すると、図3(c)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦTXをハイレベルとし、転送スイッチM1をオンすることでフォトダイオードPDに蓄積されていた電荷を画素アンプ1を構成するソースフォロワーM4のゲート部に形成されたフローティングディフュージョンC FDに完全転送する。 [0039] Upon completion of the accumulation of the photodiode PD, and a high level signal ΦTX from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in FIG. 3 (c), the photodiode PD by turning on the transfer switch M1 completely transferring stored charge in the floating diffusion C FD formed in the gate of the source follower M4 constituting the pixel amplifier 1. その後、全画素一括で信号ΦTXをローレベルとし、転送スイッチM1をオフし、図3(d)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦSEL1をハイレベルとする。 Thereafter, a low level signal ΦTX in all pixels, and turns off the transfer switch M1, the a high level signal ΦSEL1 from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in Figure 3 (d). これにより選択スイッチM3がオンし、負荷電流源Iと画素アンプ1で構成されたソースフォロワー回路を動作状態とする。 Thus selection switch M3 is turned on, the source follower circuit composed of a load current source I and the pixel amplifier 1 and operational state.

【0040】同時に、図3(f)に示すように垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦSH1をハイレベルとし、サンプルスイッチM8をオンすることでフォトダイオードPDからの信号を画素アンプ1(M4)を通して容量CH1に一括転送する。 [0040] Simultaneously, the signal ΦSH1 from the vertical shift register VSR as shown in FIG. 3 (f) and the high level, the capacitance signal from the photodiode PD by turning on the sampling switch M8 through the pixel amplifier 1 (M4) to batch transfer to CH1. 同時に、図3(c)に示すように全画素一括で信号ΦTXをローレベルとすることで、フォトダイオードPDは次のフレームの露光が可能な状態となる。 At the same time, by the signal ΦTX at all pixels as shown in FIG. 3 (c) and a low level, the photodiode PD is in a state capable of exposure of the next frame. 同時に、図3(d)に示すように全画素一括で信号ΦSH1をローレベルとし、サンプルスイッチM8をオフすることで、サンプルホールド回路への光信号電荷の保持動作を終了する。 At the same time, the signal ΦSH1 a low level at all pixels as shown in FIG. 3 (d), by turning off the sample switch M8, and ends the holding operation of the optical signal charges to the sample-and-hold circuit.

【0041】次に、図3(b)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦRESをハイレベルとし、リセットスイッチM2をオンすることでフローティングディフュージョンC FDがリセットされる。 Next, a signal ΦRES from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in FIG. 3 (b) to a high level, the floating diffusion C FD is reset by turning on the reset switch M2.
すかさず、図3(g)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦSH2をハイレベルとし、サンプルスイッチM11をオンすることでリセット信号を容量CH2に転送する。 Sukasazu, and high level signals ΦSH2 from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in FIG. 3 (g), and transfers a reset signal to the capacitor CH2 by turning on the sampling switch M11. 次いで、全画素一括で信号ΦSH2をローレベルとし、サンプルスイッチM11 Then, a signal ΦSH2 a low level in all pixels, the sampling switch M11
をオフすることで、光信号、ノイズ信号のサンプルホールド回路への転送保持を終了する。 By turning off the optical signal, and ends the transfer holding to sample and hold circuit of the noise signal.

【0042】また、垂直シフトレジスタVSRに入力される信号により図3(e)に示すように信号ΦSEL2 Further, the signal as shown in FIG. 3 (e) by a signal input to the vertical shift register VSR FaiSEL2
を各行毎にハイレベルとし、選択スイッチM9,M12 A high level in each row, selection switch M9, M12
をオンすることで負荷電流源と画素アンプ2,3(M1 Load current source by turning on the pixel amplifier 2,3 (M1
0,M13)で構成されたソースフォロワー回路を動作状態とする。 0, M13) to the operating state of the source follower circuit constructed in. これにより、ホールド容量CH1,CH2 As a result, the hold capacitor CH1, CH2
に保持された光信号とノイズ信号とを画素アンプ2,3 The pixel amplifier and an optical signal and the noise signal held in the 2,3
を通して同時にノイズ信号出力線と光信号出力線に転送する。 At the same time transferred to the noise signal output line and an optical signal output line through. ノイズ信号出力線と光信号出力線に転送された信号は、ノイズ信号出力線と光信号出力線とに接続された減算出力アンプで(図示せず)、(信号−ノイズ)の減算処理を行い、熱雑音、1/fノイズ、FPNが除去された信号が出力される。 The signal transferred to the noise signal output line and an optical signal output line is a subtraction output amplifier connected to the noise signal output line and an optical signal output line (not shown), (signal - noise) performs a subtraction process of , thermal noise, 1 / f noise, signal FPN is removed is output. なお、減算出力アンプは図2の差動アンプに対応する。 Note that subtraction output amplifier corresponding to the differential amplifier of FIG.

【0043】以上の動作においては、フォトダイオードPDからの電荷はフローティングディフュージョンC FD The above In operation, the charge from the photodiode PD floating diffusion C FD
に完全転送されるので、kTCノイズは発生しない。 Because it is completely transferred to, kTC noise is not generated. しかし画素の大きさが160μm□と大きい場合、完全転送が困難になる。 However, if the pixel size is as large as 160 .mu.m □, complete transfer is difficult. この場合はkTCノイズが発生し、上記読出しでは光信号、ノイズ信号に含まれるフローティングディフュージョンでのリセットノイズ(kTCノイズ)は相関がないのでランダムノイズとして出力される。 In this case, by kTC noise generated, the optical signal in the read, reset noise at the floating diffusion included in the noise signal (kTC noise) is outputted as the random noise since there is no correlation. しかしながら、動画撮影時には、ランダムノイズよりも、固定パターンノイズが画質を大きく左右するので、本実施形態では完全転送が困難な場合も十分な高画質が得られる。 However, at the time of moving image shooting, than random noise, since fixed pattern noise is largely the quality, sufficient image quality can be obtained even if the complete transfer is difficult in this embodiment. リセットノイズを更に除去する例は後述する。 Examples of further removing reset noise will be described later.

【0044】このようにしてフォトダイオードPDの一括リセットを行った後に一括露光を行い、画素内のサンプルホールド回路に光信号、ノイズ信号を蓄積することで、次のフレームの露光とこれらの信号の読み出しを独立で行うことができる。 [0044] performs batch exposure after the bulk reset of the photodiodes PD in this manner, the optical signal to the sample-and-hold circuit in the pixel, by accumulating the noise signal, the next frame exposure and these signals it can be read independently. これにより、高速読み出しを行いながら、露光が行えるので大面積のX線撮像装置のように低照射線量下での多画素駆動、高速動作でも蓄積時間を可能な限り長くとれ、光信号強度を大きくでき、更にノイズ低減を行い、信号対ノイズ比(S/N)を改善することができる。 Thus, while high-speed reading, so allows exposure multi pixel driving under low radiation dose as X-ray imaging apparatus of large area, take as long as possible the accumulation time in a high speed operation, the optical signal intensity greater can further performs noise reduction, it is possible to improve the signal-to-noise ratio (S / N).

【0045】更に、複数枚の撮像素子は共通の駆動パルスで駆動できるので、周辺の駆動パルス発生回路も簡単になる。 [0045] Further, since the plurality of the imaging element can be driven by a common driving pulse, the drive pulse generation circuit near also simplified. また、共通駆動により撮像素子駆動回路の共通化も図れ、実装的にも優れていることが分かる。 Further, Hakare also common for the imaging device driver by a common drive, it can be seen that excellent implementation manner.

【0046】図4は図1の画素を有する136mm□の撮像素子を、9枚貼り合わせることにより408mm□ [0046] Figure 4 is an image sensor 136 mm □ having the pixel of FIG. 1, 408 mm by laminating nine □
の大面積放射線動画撮像装置を構成した場合の例を示す。 An example of a case where the large-area radiation moving image capturing apparatus. 撮像素子100は基台上に9枚貼り合わされ、全体で大画面の撮像装置が構成されている。 Image sensor 100 is bonded nine on a base, an imaging device having a large screen in the whole is constituted.

【0047】図5は図4のA−A線における断面図を示す。 [0047] Figure 5 shows a sectional view along line A-A of FIG. シンチレータ101は、ユウロピウム、テルビウム等を付活性体として用いたGd 22 SやCsI等から構成され、FOP(Fiber Optic Plat The scintillator 101, europium, consists Gd 2 O 2 S or CsI or the like used as with an active body Terbium, FOP (Fiber Optic Plat
e)102上に設置されている。 e) it is placed in 102. FOP102はシンチレータ101で発生した光を等倍で撮像素子に導くための等倍光学伝達手段である。 FOP102 are magnification optical transmission means for directing the imaging device at the same magnification the light generated by the scintillator 101. また、FOP102はシンチレータ101で吸収されなかったX線を吸収し、撮像素子をX線ダメージから守る働きをするものである。 Further, FOP102 absorbs X-rays not absorbed by the scintillator 101 is intended to serve to protect the image sensor from the X-ray damage.

【0048】X線はシンチレータ101に当たり可視光に変換され、この可視光はFOP102で伝達され、撮像素子で検出される。 [0048] X-rays are converted into visible light strikes the scintillator 101, the visible light is transmitted by FOP102, it is detected by the image sensor. シンチレータはその発光波長が撮像素子の感度に適合するように選択するのが好ましい。 The scintillator is preferably chosen so that the emission wavelength is adapted to the sensitivity of the imaging element.
外部処理基板103は撮像素子の電源、クロック等を供給し、又、撮像素子から信号を取り出して処理する回路を有する基板である。 External processing substrate 103 supplies power of the imaging device, a clock, etc., also, it is a substrate having a circuit for processing taking out the signal from the image sensor. フレキシブル基板104は、各撮像素子と外部処理基板とのTAB(Tape Auto The flexible substrate 104, TAB and the imaging element and the external substrate (Tape Auto
mated Bonding)による電気的接続を行う配線基板である。 A wiring board for electrically connecting by mated Bonding). なお、放射線としてX線を用いているが、α線、β線、γ線等を用いることもできる。 Although using X-rays as radiation, it can be α-rays, beta rays, also be used γ-rays or the like.

【0049】9枚の撮像素子100は基台105上に実質的に撮像素子間に隙間ができないように貼り合わされており、実質的に隙間ができないこととは、9枚の撮像素子により形成される画像に撮像素子間の欠落ができないということである。 The nine imaging element 100 is bonded to prevent a gap between substantially the imaging element on the base 105, substantially the no gap is formed by nine of the imaging device that is that can not be missing between the imaging device to image. 撮像素子のクロック等や電源の入力や撮像素子からの信号の出力は、撮像素子の端部における電極パッドに接続されたフレキシブル基板104を通して、撮像素子の裏側に配置された外部処理基板10 The output signals from the clock such or power input and the image pickup element of the image pickup device, through the flexible board 104 connected to the electrode pads at the ends of the imaging device, the external substrate 10 disposed on the back side of the imaging device
3との間で行う。 Performed with the 3. TABフレキシブル基板104の厚さはサイズに対して十分薄く撮像素子の間の隙間を通しても、画像上の欠陥は生じない。 Also through the gap between the sufficiently thin imaging element thickness relative to the size of the TAB flexible substrate 104, the defect on the image does not occur.

【0050】図6は現在主流の8インチウエハ301から一個の撮像素子を取り出す場合の例を示す。 [0050] Figure 6 shows an example of a case where the current mainstream 8-inch wafer 301 taken out one of the image pickup device. CMOS CMOS
プロセスによって136mm□のCMOS型撮像素子基板を1枚取りで作成する。 To create a CMOS type imaging element substrate 136 mm □ in one take-up by the process. 医療用のX線撮像装置では画素の大きさは、100μm□〜200μm□程度に大きくてよい。 The size of the pixels in the X-ray imaging apparatus for medical may be greater in extent 100μm □ ~200μm □. 本実施形態では画素サイズは160μm□としている。 Pixel size in this embodiment is set to 160 .mu.m □. また、図6に示すように撮像素子内には垂直シフトレジスタ、水平シフトレジスタが形成され、水平シフトレジスタの近傍の素子端部には外部端子(電極パッド)が設けられている。 The vertical shift register in the imaging device as shown in FIG. 6, the horizontal shift register is formed, the external terminal is the element end portions in the vicinity of the horizontal shift register (electrode pads) are provided. この電極パッドは前述のようにフレキシブル基板との接続に用いられる。 The electrode pads are used for connection with the flexible substrate as described above.

【0051】図7は垂直シフトレジスタの単位ブロック(一行を選択し駆動するための単位)を1領域(1セル)に1画素回路と共に配置した様子を示す。 [0051] Figure 7 shows a state in which arranged with one pixel circuit unit block of the vertical shift register (units for selecting the row driving) the first region (1 cell). 1画素回路は図1に示すものである。 1 pixel circuits are those shown in FIG. 単位ブロックと画素回路の面積は、模式図のため実際の素子レイアウトを反映してない。 Area of ​​the unit block and the pixel circuit does not reflect the actual layout of elements for schematic diagram. 垂直シフトレジスタは転送信号ΦTX、リセット信号ΦRES、選択信号ΦSELを作成するためにスタティック型シフトレジスタと転送ゲートで構成した簡単な回路を示す。 The vertical shift register shown transfer signal .phi.TX, a reset signal .phi.RES, a simple circuit constructed by a static type shift register and a transfer gate to create a selection signal .phi.SEL. これらはクロック信号線(不図示)からの信号により駆動される。 These are driven by a signal from the clock signal line (not shown). シフトレジスタの回路構成は、この限りではなく、加算や間引き読み出し等の様々な駆動方法により任意の回路構成をとることができる。 Circuit configuration of the shift register is not limited to this, it may take any of the circuit configurations by various driving methods such as addition or thinning reading.
但し、本実施形態のように機能ブロックを一つのセルの中に画素回路と共に配置し、有効領域にシフトレジスタを設け、全面有効領域の撮像素子を実現するものとする。 However, placed together with the pixel circuits in one cell functional blocks as in this embodiment, the shift register provided in the effective field, and realizes the imaging element entire effective region.

【0052】また、走査回路としてシフトレジスタではなく、n対2 nデコーダを使用することもできる。 [0052] Further, instead of the shift register as a scan circuit, it is also possible to use n-to-2 n decoder. この場合、デコーダの入力に順次インクリメントするカウンタの出力を接続することによりシフトレジスタと同様に順次走査することが可能となり、一方、デコーダの入力に画像を得たい領域のアドレスを入力することによりランダム走査による任意の領域の画像を得ることができる。 Random In this case, it is possible to sequentially scan in the same manner as the shift register by connecting the output of the counter to be sequentially incremented to the input of the decoder, whereas, by entering the address of the area to be obtained an image to an input of the decoder images of an arbitrary region by the scanning can be obtained. 有効領域内の各領域(セル)内に配置する共通処理回路とは、最終信号出力アンプ、シリアル・パラレル変換マルチプレクサ、バッファ、各種ゲート回路等の複数を一括して共通に処理する回路を意味する。 The common processing circuit arranged in each area (cell) within the effective region, which means the final signal output amplifier, serial-parallel conversion multiplexer, a buffer, a circuit for processing a common multiple collectively of various gate circuits .

【0053】図8はシフトレジスタが配される1領域(セル)のレイアウトを示す。 [0053] Figure 8 shows the layout of a first region in which the shift register is arranged (cell). 中央に受光領域が配置され、その周囲に走査回路(シフトレジスタ等)領域、画素アンプ、配線領域、信号用、ノイズ用S/H回路領域が設けられている。 Is arranged receiving regions in the center, the scanning circuit (shift register or the like) region around the pixel amplifier, the wiring area, the signal, the noise for the S / H circuit region is provided.

【0054】また、セルサイズ:160μm□ S/H回路領域:15μm×320μm 画素の受光領域:130μm□ 画素アンプ、配線領域:15μm×320μm シフトレジスタブロック:15μm×160μm としている。 [0054] Also, cell size: 160 .mu.m □ S / H circuit region: 15 [mu] m × 320 .mu.m pixels of the light receiving area: 130 .mu.m □ pixel amplifier, wiring area: 15 [mu] m × 320 .mu.m shift register block: is a 15 [mu] m × 160 .mu.m. よって、開口率は66%である。 Thus, the opening ratio is 66%. シフトレジスタが配されない1領域のレイアウトは、図8に示すものからシフトレジスタブロックが削除されたものであり、シフトレジスタが配されない1領域のうちの少なくとも受光領域は、シフトレジスタが配される1領域(セル)の受光領域と同一である。 1 region of the layout of the shift register is not arranged is for the shift register block is removed from that shown in FIG. 8, at least the light receiving region of the first region where the shift register is not arranged, the shift register is arranged 1 is the same as the light receiving area of ​​the area (cell).

【0055】図9は本実施形態の撮像素子の構成(平面図)を示す。 [0055] Figure 9 shows the configuration (plan view) of the imaging device according to the embodiment. 本実施形態では垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタが撮像素子の有効領域に配置され、撮像素子内に複数の画素が垂直、水平方向に2次元に配置されている。 In this embodiment the vertical shift registers and the horizontal shift register is arranged in the effective region of the imaging device, a plurality of pixels vertically, are disposed two-dimensionally in the horizontal direction in the imaging device. また、1つのラインを処理するシフトレジスタの1ブロックが1ピッチ内に収まるように配置されており、これらのブロックを並べて一連の垂直シフトレジスタブロックとし、水平シフトレジスタブロックとする。 Moreover, they are arranged one block shift register for processing one line to fit within one pitch, by arranging these blocks as a series of vertical shift register block, and the horizontal shift register block. これらのブロックは垂直方向、水平方向に直線状に伸びている。 These blocks vertically extends horizontally in a straight line.

【0056】更に、少なくとも受光領域は全画素で等しい面積とする。 [0056] Furthermore, at least the light receiving region is an area equal to all the pixels. 図9においては1画素回路の面積、1画素回路内の受光領域の面積はセル間で等しい。 Area of ​​one pixel circuit in FIG. 9, the area of ​​the light receiving area of ​​one pixel circuit is equal between cells. また、全てのセル間で受光領域の面積を等しくするのが好ましいが、撮像素子の端部の1ライン内のセル内における受光領域の面積はスライス用のマージンをとるために、内部のセル内の受光領域の面積とは異なることはありうる。 Further, it is preferable to equalize the area of ​​the light-receiving area between all of the cells, the area of ​​the light receiving region in the cells in one line of the end of the imaging device to take a margin for slices, in the interior of the cell It may be the different from the area of ​​the light receiving area of.
また、図9において、外部端子上にバンプが設けられ、 Further, in FIG. 9, the bumps are provided on the external terminal,
このバンプには静電気から内部回路を保護するための保護抵抗と保護ダイオードが接続されている。 Protection resistors and protection diodes for protecting the internal circuit from static electricity is connected to the bump.

【0057】本実施形態においては、各撮像素子内、撮像素子間で受光領域を均一サイズ、且つ、重心を等ピッチの配置にすることで、シフトレジスタ等を有効領域に配置しても各撮像素子間、撮像素子内での感度ばらつきや、受光領域の重心のばらつきを生じないので、タイル貼りした構成でも実質的に繋ぎ目のない画像を得ることができる。 [0057] In this embodiment, in the imaging elements, uniform size light receiving area between the image pickup device, and, by the arrangement of equal pitch centroid, each imaging be arranged shift registers or the like in the effective region between the elements, and the sensitivity variation in the imaging device, does not cause variations in the center of gravity of the light receiving area, it is possible to obtain a substantially joint-free image even in a configuration that is tiled. また、撮像素子の周辺にデッドスペースが生じないので、撮像素子全面が有効領域となる。 Further, since no dead space is generated around the imaging element, the imaging element entirely becomes effective area.

【0058】これらの撮像素子をタイル状に実質的に隙間がないように並べることで、大面積の撮像装置を形成できる。 [0058] By arranging these imaging element so that substantially no gap tiled to form a imaging device having a large area. 更に、前述のような回路構成とすることで実質的に時間的、空間的に繋ぎ目のない大面積の画像を得ることができる。 Furthermore, it is possible to obtain an image substantially temporally, large area without first joint spatially by a circuit configuration as described above. ここで、医療用のX線撮像装置では、画素の大きさは、100μm□〜200μm□程度に大きくてよいので、有効画素領域にシフトレジスタを配置しても画素内にサンプルホールドのような回路を配置しても十分大きい開口率を実現できるので、何等問題とならない。 Here, the X-ray imaging apparatus for medical use, the size of the pixels, 100μm □ ~200μm □ so be large enough, the circuit such as a sample-and-hold in the pixel be arranged shift registers in the effective pixel region since the can also realize a sufficiently large numerical aperture arranged, not a any problem.

【0059】また、本実施形態では、シフトレジスタを有効領域内に配置するので、シンチレータを抜けたX線が直接シフトレジスタに当たるが、シフトレジスタとしてスタティックシフトレジスタを用いることでX線による影響を受けないようにしている。 [0059] In the present embodiment, since placing the shift register in the effective region, the X-rays passed through the scintillator strikes directly shift register, affected by X-rays by using a static shift register as a shift register It is as in no. シフトレジスタ回路は、パルス信号を順次転送するのに用いられる。 Shift register circuit is used to sequentially transfer the pulse signal. 即ち、 In other words,
原理的にスタティック型はX線の影響を比較的受けにくいので、本実施形態のようにX線が直接当たる場所に用いることができる。 Since in principle the static type is relatively insensitive to X-rays, it can be used in a location that X-ray impinges directly as in this embodiment. 従って、スタティック型シフトレジスタを用いれば、X線ダメージやエラーの少ない、信頼性が向上した撮像装置を実現できる。 Therefore, the use of the static shift register, less X-ray damage or error, can realize an imaging device with improved reliability.

【0060】更に、本実施形態では撮像素子としてCM [0060] Further, as an image pickup device in the present embodiment CM
OS型撮像素子を用いているので、消費電力が少なく、 Because of the use of OS type imaging device, low power consumption,
大面積の撮像装置を構成する場合に好適である。 It is suitable for a case constituting the imaging device having a large area. なお、 It should be noted that,
撮像素子内にマルチプレクサを作りこむのは、撮像素子での動作を早くするためである。 The build in the multiplexer in the imaging device, in order to speed up operation of the imaging element. また、撮像素子からは電極パッドを経由して外部に信号を取り出すが、この電極パッドの周りには大きな浮遊容量がある。 Further, from the image pickup device is taken out signals to the outside via the electrode pad, it is around the electrode pad is a large stray capacitance. 従って、電極パッドの前段にアンプを設けることにより信号の伝送特性を補償することができる。 Therefore, it is possible to compensate for the transmission characteristics of the signal by providing an amplifier in front of the electrode pads.

【0061】本実施形態では、等倍光学伝達手段にFO [0061] In the present embodiment, FO to power optical transmission means
Pを用いたが、セルフォックレンズ等の等倍レンズ光学系を用いても良い。 Was used P, it may be used magnification lens optical system of SELFOC lens or the like. FOPに比べレンズ光学系では光の利用効率が落ちるが、撮像装置の製造コストを大幅に低減できる利点がある。 The light utilization efficiency is lowered in the lens optical system than in the FOP, but has an advantage of greatly reducing the manufacturing cost of the imaging apparatus.

【0062】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 [0062] (Second Embodiment) Next, a description will be given of a second embodiment of the present invention. 第2の実施形態の撮像装置は、基本構成は第1の実施形態と同じであるが、1画素の回路構成が第1の実施形態と異なっている。 The imaging device of the second embodiment, although the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the circuit configuration of one pixel is different from the first embodiment. 図10は本発明の第2の実施形態の1画素回路を示す。 Figure 10 shows a pixel circuit of the second embodiment of the present invention. 本実施形態では、光電変換部でのkTC補正を画素内で行うようにし、更に感度切替え手段を画素内に設けることで、静止画撮影と高速動画撮影をモード切替で実現している。 In the present embodiment, the kTC correction in the photoelectric conversion unit to perform in a pixel is realized by further by providing the sensitivity switching means in the pixel, the mode switching a still image photographing and high-speed moving image.

【0063】ここで、静止画撮影、動画撮影兼用のX線撮像素子での光電変換部に求められる特有の条件について説明する。 [0063] Here, the still image shooting, the specific conditions required for the photoelectric conversion unit in the X-ray imaging device moving image capturing combined will be described. 動画撮影時の照射X線量は静止画撮影時の1/100程度であり、画素当たり高々数個のX線ホトンの量(実際画素に入射するのはこのX線が変換された可視光)であり、撮像素子としては最大の感度が求められる。 Irradiation X-ray dose for movie recording is about 1/100 of the time of still image shooting, in an amount of at most several X-ray photon per pixel (actually being incident on pixels visible light X-ray is converted) There, the maximum sensitivity is required as an image pickup device. 但し、ダイナミックレンジは問題ない。 However, the dynamic range is no problem. 更に、読取速度としては60から90フレーム/秒が求められる。 Furthermore, as the reading speed is required 60 to 90 frames / sec. 画素の解像度は200μm□から400μm□と粗くともよい。 Pixel resolution may even rougher from 200 [mu] m □ and 400 [mu] m □. 一方、静止画撮影時には、80dB近いダイナミックレンジが要求される。 On the other hand, at the time of still image shooting, 80 dB near the dynamic range is required. 画素の解像度は100 The resolution of the pixel 100
μm□から200μm□が必要である。 μm □ from it is necessary to 200μm □. これらの仕様を同時に満たす撮像素子はこれまでなかった。 Imaging device that meets these specifications simultaneously like never before.

【0064】そこで、本実施形態では、CMOS型撮像素子において図10に示すような画素回路構成とすることで、これらの仕様を満たす撮像素子を実現している。 [0064] Therefore, in this embodiment, by a pixel circuit configuration as shown in FIG. 10 in the CMOS type image pickup device, and realize an imaging device that meets these specifications.
図10において、PDは光電変換部としてのCCD等で用いられているものと同じ埋め込み型のフォトダイオードである。 In FIG. 10, PD is a photodiode having the same embedded as those used in CCD or the like as a photoelectric conversion unit. 埋め込み型のフォトダイオードは表面に不純物濃度が高いp +層を設けることで、SiO 2面で発生する暗電流を抑制するものである。 Buried type photodiode is that the impurity concentration in the surface providing the high p + layer is intended to suppress the dark current generated in the SiO 2 surface. また、フォトダイオードPDの容量C PDは、動画撮影時に最大感度を得るために最小となるように設計している。 Further, capacitance C PD of photodiode PD is designed to be minimized to obtain the maximum sensitivity during moving image shooting. 後述するようにフォトダイオードPDの容量を小さくすると、ダイナミックレンジが縮小する。 Reducing the capacitance of the photodiode PD as described later, the dynamic range is reduced. 動画時に比べて照射X線量が10 Irradiation X-ray dose than at the time of the video is 10
0倍以上になる静止画撮影時にはダイナミックレンジが不足するので、ダイナミックレンジ拡大用の容量C1をフォトダイオードPDと並列に設けている。 Since the dynamic range is insufficient at the time of still image shooting becomes 0 times, are provided capacitor C1 for dynamic range expansion in parallel with the photodiode PD.

【0065】M14は静止画モード(高ダイナミックレンジ)と動画モード(高感度モード)を切り替える切り替えスイッチである。 [0065] M14 is a changeover switch for switching the still image mode (high dynamic range) and moving image mode (high sensitivity mode). 電荷を蓄積するフローティングディフュージョン(浮遊拡散領域)容量C FD (不図示)も動画時に最大感度となるよう最小容量に設計する。 A floating diffusion for storing charges (floating diffusion region) capacitance C FD (not shown) is also designed to minimize capacity to the maximum sensitivity during video. フローティングディフュージョン(浮遊拡散領域)は増幅M Floating diffusion (floating diffusion region) is amplified M
OSトランジスタM4のゲート部に接続して形成されている。 It is formed connected to the gate of the OS transistor M4. M2はフローティングディフュージョンに蓄積された電荷を放電するためのリセットMOSトランジスタ(リセットスイッチ)、M3は画素アンプ1を選択をするための選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M M2 is reset MOS transistor for discharging the charge accumulated in the floating diffusion (reset switch), the selecting MOS transistors (selection switches) for the selected pixel amplifier 1 M3, M
4はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ1)である。 4 is an amplification MOS transistor functioning as a source follower (pixel amplifier 1).

【0066】この画素アンプ1の後段に本実施形態の特徴であるクランプ回路が設けられている。 [0066] clamping circuit is provided, which is a feature of this embodiment downstream of the pixel amplifier 1. このクランプ回路により光電変換部で発生するkTCノイズを除去する。 It removes kTC noise generated in the photoelectric conversion portion by the clamp circuit. CLはクランプ容量、M5はクランプスイッチである。 C CL clamp capacitance, M5 is clamp switch. クランプ回路の後に第1の実施形態と同様にサンプルホールド回路を設けている。 It is provided with a sample-and-hold circuit in the same manner as in the first embodiment after the clamp circuit. M6は画素アンプ2を選択するための選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M7はソースフォロワーとして機能する増幅MO M6 is selected for selecting the pixel amplifier 2 MOS transistors (selection switches), amplification MO functioning as a source follower M7
Sトランジスタ(画素アンプ2)である。 It is S transistor (pixel amplifier 2). M8は光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルMO M8 samples constituting the sample-and-hold circuit of the optical signal accumulation MO
Sトランジスタスイッチ、CH1はホールドコンデンサである。 S transistor switch, CH1 is a hold capacitor.

【0067】また、M9は画素アンプ3を選択するための選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M10はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ3)である。 [0067] In addition, M9 selection MOS transistor for selecting the pixel amplifier 3 (selection switches), M10 is an amplifying MOS transistor which functions as a source follower (pixel amplifier 3). M11はノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルMOSトランジスタスイッチ、CH2はホールドコンデンサである。 M11 Sample MOS transistor switches constituting the sample-and-hold circuit for noise signal accumulation, CH2 is a hold capacitor. M12は画素アンプ3を選択をするための選択MO M12 is selected MO for the selection of the pixel amplifier 3
Sトランジスタ(選択スイッチ)、M13はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ3)である。 S transistor (selection switches), M13 is an amplifying MOS transistor which functions as a source follower (pixel amplifier 3).

【0068】本実施形態においては、第1の実施形態と同様に各撮像素子を同じタイミングで一括リセット、一括露光を行うためにこれらの光信号、ノイズ用画素内サンプルホールド回路を用いている。 [0068] In this embodiment, as in the first embodiment collectively reset each image pickup element at the same timing, and using these optical signals, noise pixels in the sample and hold circuit in order to perform one-shot exposure. また、この部分に画像信号を露光と独立に保存できるため、非破壊で露光期間中に何度でも光信号、ノイズ信号を読み出すことができる。 Further, since it stores the image signal independent of exposure in this area, many times optical signal during the exposure period in a non-destructive manner, it is possible to read out the noise signal. この機能を使って、露光を行いながら自動露光のための信号読み出しを行うこともできる。 With this feature, it is also possible to perform signal readout for automatic exposure while exposure.

【0069】次に、画素部の構成について説明する。 [0069] Next, the configuration of the pixel portion. 従来の画素部では、フォトダイオードで発生した信号電荷が転送スイッチによりフローティングディフュージョンに転送され、フローティングディフュージョンに蓄積された電荷は電荷/電圧変換され、ソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ)により電圧として出力される。 In the conventional pixel unit, the signal charge generated in the photodiode is transferred to the floating diffusion by the transfer switch, the charge accumulated in the floating diffusion is a charge / voltage conversion by the amplifier MOS transistor which functions as a source follower (pixel amplifier) It is output as a voltage. 面積の小さなフォトダイオードの場合は、転送トランジスタのゲートに十分大きな電圧を加える等して信号電荷をフローティングディフュージョンへ完全転送でき、フォトダイオードを完全空乏化することができる。 For small photodiode area, etc. to the signal charges apply sufficient large voltage to the gate of the transfer transistor can completely transferred to the floating diffusion, it can be completely depleted photodiode. この場合、完全転送のためkTCノイズは発生しない。 In this case, kTC noise is not generated because the complete transfer. しかしながら、前述のように静止画撮影、動画撮影兼用のX線撮像素子での光電変換部に求められる特有の条件がある。 However, there are specific conditions required for the photoelectric conversion unit in the still image shooting, X-rays imaging device moving image shooting combined as described above. この条件を満たすために、 To satisfy this condition,
本実施形態では以下に説明するような構成としている。 In this embodiment, it is a as described below configuration.

【0070】まず、pn接合を有するフォトダイオードにおいて、光生成キャリアQ Pをフォトダイオード部の容量C PDに蓄積し、電圧に変換する場合、光生成キャリアによる光信号電圧V Pは、 V P =Q P /C PD …(1) となる。 [0070] First, in the photodiode having a pn junction, if the photogenerated carriers Q P accumulated in the capacitance C PD of the photodiode portion is converted into a voltage, an optical signal voltage V P by photogenerated carriers, V P = Q P / C PD ... is (1). フォトダイオードをリセットする度に発生するリセットノイズがある。 Is reset noise generated each time the reset photodiode. これは、ランダムノイズとして現われる。 This appears as random noise. リセットノイズV Nは、 V N =√(kTC PD ) …(2) となる。 Reset noise V N becomes V N = √ (kTC PD) ... (2). k:ボルツマン定数、T:温度(K)である。 k: is the temperature (K): Boltzmann's constant, T.

【0071】また、S/N比は、 V P /V N =Q P・√(1/(kTC PD )) …(3) となる。 [0071] In addition, S / N ratio, V P / V N = Q P · √ (1 / (kTC PD)) ... is (3). 光利用率を大きくとるためにはフォトダイオードの面積が大きい方がよいが、フォトダイオードの面積を大きくとると容量C PDも大きくなる。 Although it is a larger area of the photodiode in order to increase the optical efficiency, capacity C PD also increases if a large area of the photodiode. 動画撮影時に最高感度(S/N比)を得るためには、フォトダイオードの容量C PDをできるだけ小さくすることが望ましい。 To obtain maximum sensitivity (S / N ratio) at the time of moving image shooting, it is desirable to minimize the capacitance C PD of the photodiode. また、フローティングディフュージョンアンプ構造を有する画素アンプ出力の大きさΔVは、以下のように表される。 The size ΔV of the pixel amplifier output having a floating diffusion amplifier structure is expressed as follows.

【0072】ΔV=G・Q P /C FD …(4) Gはソースフォロワーの利得、C FDはフローティングディフュージョンの容量、Q Pは容量C FDに蓄積された信号電荷である。 [0072] ΔV = G · Q P / C FD ... (4) G of the source follower gain, C FD is the capacitance of the floating diffusion, Q P is the signal charge accumulated in the capacitor C FD.

【0073】(4)式から明らかなように同じ信号電荷Q Pに対してΔVが大きいほど、電荷/電圧変換利得が大きくなり、S/N面等の観点から有利となる。 [0073] (4) As ΔV is larger than the apparent identical signal charge Q P from equation charge / voltage conversion gain is increased, which is advantageous from the viewpoint of S / N plane. 同じ信号電荷Qに対してΔVを大きくするためには、ソースフォロワーの利得Gは通常0.7〜0.9程度とほとんど変化しないので、フォトダイオードと同様に容量C FDを極力小さくする必要がある。 In order to increase the ΔV with respect to the same signal charge Q is the gain G of the source follower is hardly changed with generally about 0.7 to 0.9, it is necessary to minimize the similarly capacitance C FD and the photodiode is there.

【0074】本実施形態では画素が160μm□と大きいため、適度な開口率(フォトダイオードの面積)で容量C PDを小さくするには限界がある。 [0074] larger and the pixel is 160 .mu.m □ in the present embodiment, in order to reduce the capacitance C PD at a moderate aperture ratio (area of the photodiode) is limited. フォトダイオードの面積はそのままで電極面積を小さくする方法をとることで容量C PDを小さくできるが、この方法では電極への電荷の収集効率が落ち、転送スイッチにより信号電荷をフローティングディフュージョンへ完全転送することが困難になる。 Although the area of the photodiode can reduce the capacitance C PD by taking a method for reducing the electrode area as is, fallen collection efficiency of charge to the electrode in this way, is completely transferred to the floating diffusion the signal charge by the transfer switch it becomes difficult. 本実施形態では完全転送を行わない設計とし、転送スイッチは設けず、フォトダイオードとフローティングディフュージョンを直結し光電変換部としている。 In this embodiment the design is not performed completely transferred, the transfer switch is not provided, and a photoelectric conversion unit is directly connected to the photodiode and the floating diffusion. また、動画撮影時に最高感度となるようにフォトダイオードの容量C PDとフローティングディフュージョンの容量C FDは最小となるように設計している。 The capacitance C FD of the capacitance C PD and floating diffusion photodiode so that maximum sensitivity when moving image shooting is designed to minimize.

【0075】本実施形態では、完全転送ではないので光電変換部のリセット時にkTCノイズが発生してしまうが、回路的にこのkTCノイズ(リセットノイズ)を除去することは光電変換装置の高S/N化の重要なポイントとなる。 [0075] In the present embodiment, because it is not a complete transfer kTC noise at reset of the photoelectric conversion unit occurs, the circuit to the high S of the photoelectric conversion device to remove the kTC noise (reset noise) / It is an important point of N reduction. そのため、本実施形態ではクランプ回路を画素毎に設ける構成としている。 Therefore, in the present embodiment has a configuration providing a clamp circuit for each pixel. kTCノイズ除去のためにクランプ回路を用いることは公知である。 It is known to use a clamping circuit for kTC noise removal. 画素のサイズが50から100μm□と比較的小さく完全転送が可能な場合は光電変換部でのkTCノイズは発生しないのでこの限りではない。 This does not apply since no kTC noise in the photoelectric conversion unit generates If the size of the pixel is capable of relatively small completely transferred from 50 and 100 [mu] m □.

【0076】第1の実施形態のように動画撮影時はkT [0076] when shooting movies as in the first embodiment kT
CノイズよりもFPNの方を重視する場合も、この限りではない。 It may be oriented towards the FPN than C noise, does not apply. しかしながら、静止画モードと動画モードを兼用する撮像素子とするためには、静止画モードでもk However, in order to an imaging device that also serves as a still image mode and moving image mode, still image mode k
TCノイズの除去は必要であり、画素内にクランプ回路を設けることは必須となる。 Removal of TC noise is required, it is essential to provide a clamp circuit in a pixel. 本実施形態では一括露光の動画モードでもkTCノイズを除去できるように一括露光用のサンプルホールド回路の前段にクランプ回路を設けている。 In the present embodiment is provided with the clamp circuit at the preceding stage of the sample-and-hold circuit for batch exposure to allow removal of kTC noise in video mode shot exposure.

【0077】また、静止画撮影用にフォトダイオードのダイナミックレンジを大きくするためには容量C PDが大きい方が良いが、そうすると信号電圧が下がってしまうので、S/Nが下がってしまう。 [0077] In order to increase the dynamic range of the photodiode for still image shooting better large capacitance C PD is defined, but then the signal voltages will be lowered, resulting in lowered S / N. 動画撮影時の最高感度を維持しながら静止画撮影時のダイナミックレンジを広げるために、感度(ダイナミックレンジ)切り替え回路を設け、容量と切り替えスイッチを本実施形態では各画素に設けている。 To broaden the dynamic range at the time of still image shooting while maintaining the best sensitivity during movie recording, sensitivity (dynamic range) switching circuit is provided, it is provided in each pixel in the present embodiment the capacitance and selector switch. 静止画撮影時は容量が増えるのでS/ Since the time of still image shooting capacity increases S /
Nが悪くなってしまうが、S/Nをよくするためには、 N is deteriorated, but in order to improve the S / N is,
特にkTCノイズを除去するクランプ回路が必要である。 Is required clamp circuits in particular removing the kTC noise.

【0078】図11は本実施形態における画素部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 [0078] Figure 11 is a timing chart showing the operation timing of the pixel portion in this embodiment. 以下、図11を用いて回路動作を説明する。 Hereinafter, explaining the circuit operation with reference to FIG. 11. まず、光電変換はフォトダイオードPDで行う。 First, photoelectric conversion is performed by the photodiode PD. 露光は一括露光であり、各撮像素子の全画素で同一のタイミング、期間で行う。 Exposure is shot exposure is performed for all pixels of the imaging element the same timing, the period. よって、撮像素子間、走査線間での画像の時間的ズレは一切生じない。 Therefore, among imaging devices, the time lag of the image between the scanning lines does not occur at all. 本実施形態では、フォトダイオードPDの電荷をフローティングディフュージョンに完全に転送しない構造としており、転送スイッチは有していない。 In the present embodiment, has a structure that does not fully transfer the charges of the photodiode PD to the floating diffusion, the transfer switch does not. フォトダイオードPDで発生した光電荷は容量C PDとC FD Photoelectric charge generated in the photodiode PD capacitance C PD and C FD
に蓄積される。 It is stored in. この光電荷には前のフレーム終了時のリセットノイズ(kTCノイズ)が含まれている。 It contains the previous frame at the end of the reset noise (kTC noise) in the photoelectric charges. この状態からの動作を説明する。 The operation of this state will be described. なお、動画モードでは信号Φ It should be noted that, in the video mode signal Φ
SCをローレベルとする。 SC is referred to as low level.

【0079】まず、図11(c)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦSEL1をハイレベルとし、選択スイッチM3,M6をオンすることで容量C PDとC FDに蓄積されていた電荷を画素アンプ1(M4)を構成するソースフォロワーにより電圧に変換し、クランプ容量C CLに保持する。 [0079] First, a signal ΦSEL1 from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in FIG. 11 (c) to a high level, stored in the capacitance C PD and C FD by turning on the selection switch M3, M6 the which was charged was converted into a voltage by the source follower constituting the pixel amplifier 1 (M4), held by the clamp capacitance C CL. このクランプ容量C CLは、前のフレームのリセット時に光電変換部のリセットノイズを含むリセットレベルにクランプされており、ここにリセットノイズを含む光電荷を保持することによりクランプ容量C CLからはリセットノイズの除去された光信号が出力される。 The clamp capacitor C CL is before the time of resetting the frame is clamped to the reset level including the reset noise of the photoelectric conversion unit, the reset noise from the clamp capacitor C CL by holding here photocharge containing reset noise removing optical signal is output.

【0080】また、図11(f)に示すように垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦSEL1と同時に信号Φ [0080] The signal ΦSEL1 simultaneously signals from the vertical shift register VSR as shown in FIG. 11 (f) Φ
SH1をハイレベルとし、サンプルスイッチM8をオンすることでこの光信号を画素アンプ2(M7)を通して容量CH1に一括転送する。 The SH1 and high level, collectively transfers the optical signal by turning on the sampling switch M8 to the capacitor CH1 through pixel amplifier 2 (M7). 次いで、全画一括で信号Φ Then, the signal Φ in the entire field once
SH1をローレベルとし、サンプルスイッチM8をオフすることで、サンプルホールド回路への光信号電荷の保持を終了する。 The SH1 low level and turning off the sample switch M8, and ends the holding of the optical signal charges to the sample-and-hold circuit. すかさず、図11(b)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦRE Sukasazu, the signal from the vertical shift register VSR in all pixels as shown in FIG. 11 (b) ΦRE
Sをハイレベルとし、リセットスイッチM2をオンすることでフローティングディフュージョンC FDがリセットされる。 The S to the high level, the floating diffusion C FD is reset by turning on the reset switch M2.

【0081】同時に、図11(e)に示すように垂直シフトレジスタVSRからの信号ΦCLをハイレベルとし、クランプスイッチM5をオンすることでクランプ容量C CLを基準電圧にセットする。 [0081] Simultaneously, the signal ΦCL from the vertical shift register VSR as shown in FIG. 11 (e) to a high level, and sets the reference voltage clamp capacitor C CL by turning on the clamp switch M5. また、同時に図11 In addition, at the same time 11
(g)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタV (G) a vertically all pixels as shown shift register V
SRからの信号ΦSH2をハイレベルとし、サンプルスイッチM11をオンすることで基準電圧に設定されたときのノイズ信号を容量CH2に転送する。 A signal ΦSH2 from SR to a high level, and transfers the noise signal when it is set to the reference voltage by turning on the sampling switch M11 in the capacitor CH2. 次いで、全画素一括で信号ΦSH2をローレベルとし、光信号、ノイズ信号のサンプルホールド回路への転送保持を終了する。 Then, a signal ΦSH2 a low level at all pixels to end the optical signal, transferred to and held in the sample hold circuit of the noise signal.

【0082】次いで、シフトレジスタVSRに入力される信号により図11(d)に示すように信号ΦSEL2 [0082] Then, signals by a signal input to the shift register VSR as shown in FIG. 11 (d) ΦSEL2
を各行毎にハイレベルとし、選択スイッチM9,M12 A high level in each row, selection switch M9, M12
をオンすることで負荷電流源と画素アンプ3,4(M1 Load current source and the pixel amplifier 3, 4 by turning on the (M1
0,M13)で構成されるソースフォロワー回路を動作状態とする。 0, M13) to the operating state of the source follower circuit composed of. これにより、ホールド容量CH1,CH2 As a result, the hold capacitor CH1, CH2
に保持された光信号とノイズ信号とを画素アンプ3,4 Pixels and an optical signal and the noise signal held in the amplifier 3 and 4
を通して同時にノイズ信号出力線と光信号出力線に転送する。 At the same time transferred to the noise signal output line and an optical signal output line through.

【0083】ノイズ信号出力線と光信号出力線に転送された信号はノイズ信号出力線と光信号出力線とに接続された減算出力アンプ(図示せず)で、(信号−ノイズ) [0083] In the noise signal output line and the subtraction output amplifier signal transferred to the optical signal output line is connected to the noise signal output line and an optical signal output line (not shown), (signal - noise)
の減算処理を行う。 Perform subtraction processing. この時、光信号とノイズ信号は非常に速い時間差で、画素アンプ2からサンプルホールド回路に取り込まれるので、低周波数で値の大きい1/fノイズを除去でき、高周波の成分は無視できる。 At this time, the optical signal and noise signal are very fast time difference, so taken in from the pixel amplifier 2 to the sample-and-hold circuit, in the low frequency can remove large 1 / f noise values, components of high frequency is negligible. また、この時間差では出力段ソースフォロワーの温度差による閾値Vthのばらつきもない。 Moreover, there is no variation in the threshold Vth by the temperature difference between the output stage source follower in the time difference. ホールド容量に蓄えられていた出力電荷は、1個の画素アンプについての、リセット時と信号電荷入力時の両者の場合の出力を時間的に連続して得たものであり、更にこれら両出力の差分をとることにより、画素アンプでの熱ノイズ、1/fノイズ、 Output charge stored in the hold capacitor is about one pixel amplifiers, which was obtained by continuously outputting the time in the case of both time during the signal charge input reset, further of both output by taking the difference, thermal noise at the pixel amplifier, 1 / f noise,
温度差、プロセスばらつきによるFPNを除去することができる。 Temperature difference, it is possible to remove the FPN due to process variations.

【0084】このようにしてフォトダイオードPDの一括リセットを行った後に一括露光を行い、画素内のサンプルホールド回路に光信号、ノイズ信号を蓄積することで、次のフレームの露光とこれらの信号の読み出しを独立で行うことができる。 [0084] performs batch exposure after the bulk reset of the photodiodes PD in this manner, the optical signal to the sample-and-hold circuit in the pixel, by accumulating the noise signal, the next frame exposure and these signals it can be read independently. これにより、高速読み出しを行いながら露光が行えるので大面積X線撮像装置のように低照射線量下での多画素駆動、高速動作でも蓄積時間を可能な限り長くとれ、光信号強度を大きくでき、更にノイズ低減を行い、信号対ノイズ比(S/N)を改善することができる。 Thus, the multi-pixel driving under low dose as a large area X-ray imaging apparatus because the exposure can be performed while performing high-speed reading, take as long as possible the accumulation time in a high speed operation, can the optical signal intensity increases, further performs noise reduction, it is possible to improve the signal-to-noise ratio (S / N).

【0085】一方、静止画モードでは、信号ΦSCをハイレベルとし、容量C1をフォトダイオードPDに並列接続した段階で、上記と同様な動作を行う。 [0085] On the other hand, in the still image mode, the signal ΦSC a high level, at the stage connected in parallel to capacitor C1 to the photodiode PD, performs the same operation as. この場合、 in this case,
容量C1には容量C FDの10倍近い容量を持たせているので、広いダイナミックレンジを実現できる。 Since to have a nearly 10 times the capacity of the capacitance C FD in the capacitor C1, it can realize a wide dynamic range. また、光電変換部のkTCノイズはクランプ回路により画素毎に除去できる。 Further, kTC noise of the photoelectric conversion unit can be removed for each pixel by the clamp circuit. 更に、画素中に光信号蓄積用、ノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を設けることで、画素アンプでの熱ノイズ、1/fノイズ、温度差、プロセスばらつきによるFPNを除去することができる。 Furthermore, the optical signal accumulation in the pixels, by providing the sample-and-hold circuit for noise signal storage, it is possible to remove thermal noise of the pixel amplifier, 1 / f noise, the temperature difference, the FPN due to process variations. これにより、動画モードでは9枚の撮像素子で時間的、空間的に繋ぎ目のない高速、高感度の動画像撮影を実現できる。 Thus, time in nine imaging device in the moving image mode, can be realized spatially joint-free high-speed moving image photographing of a high sensitivity.
一方、静止画モードでは高感度、高ダイナミックレンジの静止画像撮影を実現できる。 On the other hand, the high sensitivity in the still image mode, can be realized still image capturing high dynamic range.

【0086】(第3の実施形態)図12は図1又は図1 [0086] (Third Embodiment) FIG. 12 FIG. 1 or FIG. 1
0の画素を含む撮像素子を用いて撮像装置を構成した場合の全体構成を示すブロック図である。 By using an imaging element including a 0 pixel is a block diagram showing the overall configuration of a case where the image pickup device. 図12において、被写体(例えば人間の胸部)110にはX線源11 12, an object (e.g., human breast) in 110 X-ray source 11
1から放射線が照射され、被写体110を透過した放射線は撮像素子ユニット112に入射する。 1 radiation is irradiated from the radiation that has passed through the subject 110 enters the image sensor unit 112. 撮像素子ユニットは第1又は第2の実施形態の9枚の撮像素子をタイリングし、更に、X線を可視光に変換するシンチレータ、X線遮蔽部材及び周辺駆動回路等から構成されている。 Imaging device unit is nine tiling an image pickup device of the first or second embodiment, and a further scintillator for converting X-rays into visible light, X-ray shield member and a peripheral driving circuit. 撮像素子の画素は第1又は第2の実施形態の構成である。 Pixels of the imaging device is the configuration of the first or second embodiment. また、シンチレータを組合わせることで放射線撮像装置を構成することができる。 Further, it is possible to construct a radiation imaging device by combining a scintillator.

【0087】撮像素子ユニット112からの、4×8系統の信号(9つの撮像素子から9×2出力線により出力される信号)は信号用A/D変換器113とFPN用A [0087] from the image sensor unit 112, 4 × 8 (signal output by nine of the imaging element 9 × 2 output lines) line signals signal A / D converter 113 and the FPN for A
/D変換器114でアナログ信号からデジタル信号に変換される。 / D converter 114 is converted from an analog signal to a digital signal. 撮像素子駆動部115は撮像素子ユニット1 The imaging device driving section 115 imaging device unit 1
12に隣接して実装されている。 It is mounted adjacent to 12. A/D変換された信号は画像処理回路116に送られ、画像処理回路116とメモリ117で9枚の撮像素子の画像信号の合成や欠陥ノイズの補正等を行う。 A / D converted signal is sent to the image processing circuit 116 performs image processing circuit 116 and the synthesis and defects noise in the image signals of nine imaging element in memory 117 correction. その処理信号は、記録部118 The processing signal, the recording unit 118
に記録され、あるいは表示部(モニタ)119に表示され、必要に応じてプリントされる。 Recorded on or displayed on the display section (monitor) 119, is printed as necessary. これらの回路や各装置はコントローラ120で全体制御が行われ、更に、コントローラ120ではX線源111と撮像素子のタイミング等の制御を行う。 These circuits and devices overall control is performed by the controller 120, further, it controls the timing of the controller 120 in the X-ray source 111 and the imaging device.

【0088】一時蓄積メモリ117に記憶されたメモリ信号は各撮像素子信号を一枚の画像として合成するための画像処理(γ処理、補間処理等)がなされ(画像処理回路116)、その出力は大型の画像メモリに記憶され、メモリ出力は表示部119等に表示される。 [0088] temporary memory signals stored in the storage memory 117 image processing (gamma processing, interpolation processing, etc.) for synthesizing each image sensor signal as one image is performed (the image processing circuit 116), the output of which stored in the large image memory, the memory output is displayed on the display unit 119 or the like. 撮影が終わるとともに画像処理は終了となる。 Image processing along with the shooting is completed is completed. 撮像装置に取り込まれたデータはパソコン等に転送され、そこで被写体を分析するためのソフト処理等を行う。 Data captured in the imaging device is transferred to a personal computer or the like, where performing software processing, etc. for analyzing the object.

【0089】なお、このような画像処理方法はパソコン等のコンピュータに記憶されたプログラムに基づいて行うことができる。 [0089] Incidentally, it is possible to perform such an image processing method is based on a program stored in a computer such as a personal computer. また、本発明はかかるプログラムを記録したCDROM等の情報記録媒体も含まれる。 Further, the present invention also includes an information recording medium such as CDROM for recording the program. そして、CDROM等に記録されたプログラムを読み込むことで、本発明にかかる画像処理方法を実行することができる。 Then, by reading the program recorded on CDROM or the like, it is possible to execute the image processing method according to the present invention.

【0090】(第4の実施形態)図13は本発明の放射線撮像装置を用いてX線撮像システムを構成した場合の例を示す図である。 [0090] (Fourth Embodiment) FIG. 13 is a diagram showing an example of a case where the X-ray imaging system using the radiation imaging apparatus of the present invention. 図13において、X線チューブ60 In Figure 13, X-ray tube 60
50で発生したX線6060は患者あるいは被験者60 X-rays 6060 generated by 50 patients or subjects 60
61の胸部6062を透過し、シンチレータ、FOP、 Transmitted through the 61 of the chest 6062, scintillator, FOP,
撮像素子、外部処理基板等を含む放射線撮像装置604 The radiation imaging apparatus 604 including the image pickup device, the external substrate or the like
0に入射する。 Incident to 0. この入射したX線には患者6061の体内部の情報が含まれており、X線の入射に対応してシンチレータが発光し、これを撮像素子が光電変換することで電気的情報が得られる。 The incident X-ray includes information on the inside of the body of the patient 6061, the scintillator emits light in response to incidence of the X-ray imaging device of this electrical information by the photoelectrically converting obtained. この情報はディジタル信号に変換され、イメージプロセッサ6070により画像処理され、更に、制御室のディスプレイ6080で観察することができる。 This information is converted into a digital signal, is an image processing by an image processor 6070, further be observed on a display 6080 in the control chamber.

【0091】また、この情報は電話回線6090等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールーム等のディスプレイ6081に表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。 [0091] In addition, this information can be stored in the storage means can be transferred to a remote location, display or optical disk to display 6081, such as a doctor room of another location, such as by the transmission means, such as a telephone line 6090, in remote areas it is also possible that a physician to diagnose. また、フィルムプロセッサ6100によりフィルム6110に記録することもできる。 It is also possible to record by a film processor 6100 to the film 6110.

【0092】 [0092]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、以下の効果を得ることができる。 The present invention described above, according to the present invention can be obtained the following effects. (1)画素内に光信号用、ノイズ信号用のサンプルホールド回路を設けているので、一括露光とすることで貼合わせた各撮像素子の撮像領域の撮像露光時間を同時刻にでき、ノイズ補正回路を画素毎にでき、高画質な高速動画像撮影を行うことができる。 (1) for optical signals in the pixel, since there is provided a sample-and-hold circuit for noise signals, can imaging exposure time of the imaging area of ​​the imaging element laminated With batch exposure at the same time, noise correction can the circuit for each pixel, it is possible to perform high-quality high-speed moving image shooting. (2)複数の撮像素子を同種類の撮像素子で構成できるので、撮像素子ユニット製造までの工程を簡略化することでき、製造が容易になるため、低コスト化を実現できる。 (2) Since a plurality of image sensors can be configured with the same type of image sensor, it can simplify the process to the imaging device unit manufacturing, since the production is facilitated, costs can be reduced. (3)複数の撮像素子を共通の駆動パルスで駆動できるので、周辺の駆動回路が少なくて済み、実装も簡単で、 (3) Since a plurality of imaging devices can be driven by a common driving pulse, it requires less peripheral driving circuit, It is easy to implement,
更に、低消費電力、低ノイズ、低コストを図ることができる。 Furthermore, low-power, low noise, it is possible to reduce the cost. (4)高感度撮像素子で放射線撮像装置を構成でき、一括露光のタイミングに放射線露光をパルス照射することで被爆線量を適正にできるので、放射線照射量をかなり低減でき、人体に優しい装置を実現できる。 (4) with high sensitivity imaging device can be configured a radiation imaging apparatus, it is possible to properly the exposure dose by pulse irradiation of radiation exposure to the timing of the shot exposure, can significantly reduce the radiation dose, achieved friendly device to the human body it can.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明による撮像装置の第1の実施形態の画素回路を示す回路図である。 Is a circuit diagram showing a pixel circuit of the first embodiment of an imaging apparatus according to the invention; FIG.

【図2】図1の実施形態の撮像素子の全体回路を示す図である。 Is a diagram showing the entire circuit of the image pickup element of the embodiment of FIG. 1;

【図3】図1の実施形態による画素回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 3 is a timing chart for explaining the operation of the pixel circuit according to the embodiment of FIG.

【図4】図1の実施形態の撮像素子のレイアウトを示す図である。 Is a diagram showing a layout of an image sensor of the embodiment of FIG. 1;

【図5】図4のA−A線における断面図である。 5 is a sectional view along line A-A of FIG.

【図6】一枚のウェアから1つの撮像素子を作製する場合の例を示す図である。 6 is a diagram showing an example of a case of manufacturing a single image sensor from a single wear.

【図7】図1の実施形態の垂直シフトレジスタの単位ブロックを1領域(セル)に1画素回路と共に配置した様子を示す図である。 7 is a diagram showing a state of arranging with 1 pixel circuits 1 area unit block of the vertical shift register of the embodiment of FIG. 1 (cell).

【図8】図1の実施形態のシフトレジスタを含む1領域(セル)のレイアウトを示す図である。 It is a diagram showing a layout of a first region (cell) comprising a shift register embodiment of FIG. 8 Fig.

【図9】図1の実施形態の画素が配列された状態を示す図である。 [9] pixel of the embodiment of FIG. 1 is a diagram showing a state of being arranged.

【図10】本発明による第2の実施形態の画素回路を示す回路図である。 10 is a circuit diagram showing a pixel circuit of the second embodiment according to the present invention.

【図11】図10の実施形態の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 11 is a timing chart showing the operation timing of the embodiment of FIG. 10.

【図12】本発明の放射線撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。 12 is a block diagram illustrating an embodiment of a radiation imaging apparatus of the present invention.

【図13】本発明の放射線撮像システムの一実施形態を示す図である。 13 is a diagram showing an embodiment of a radiation imaging system of the present invention.

【図14】従来例の撮像装置を示す平面図である。 14 is a plan view showing an imaging device of a conventional example.

【図15】従来例の撮像装置の画素回路を示す回路図である。 15 is a circuit diagram showing a pixel circuit of a conventional imaging apparatus.

【図16】図14の撮像装置の画像合成を説明するための図である。 16 is a diagram for explaining the image synthesis of the image pickup apparatus of FIG. 14.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

M1 転送スイッチ M2 リセットスイッチ M3 選択スイッチ M4 増幅MOSトランジスタ M5 クランプスイッチ M6 選択スイッチ M7 増幅MOSトランジスタ M8,M11 サンプルスイッチ M9,M12 選択スイッチ M10,M13 増幅トランジスタ M14 モード切り替えスイッチ PD フォトダイオード CH1 光信号用ホールド容量 CH2 ノイズ信号用ホールド容量 C PDフォトダイオードの接合容量 C FDフローティングディフュージョン容量 100 撮像素子 101 シンチレータ 102 FOP 103 外部処理基板 104 フレキシブル基板 105 基台 110 被写体 111 X線源 112 撮像素子ユニット 113、114 A/D変換器 115 撮像素子駆動回路 116 画像処理回路 117 メモリ 118 記録部 11 M1 transfer switch M2 reset switch M3 selection switch M4 amplifying MOS transistor M5 clamp switch M6 selection switch M7 amplifying MOS transistor M8, M11 sampling switch M9, M12 selection switches M10, M13 amplifying transistor M14 mode switch PD photodiodes CH1 hold optical signal capacity CH2 noise signal holding capacitance C PD photodiode junction capacitance C FD floating diffusion capacitance 100 imaging element 101 scintillator 102 FOP 103 external processing board 104 base plate flexible substrate 105 110 subject 111 X-ray source 112 image sensor unit 113 and 114 a of / D converter 115 image sensor driving circuit 116 the image processing circuit 117 memory 118 recording unit 11 9 表示部 120 コントローラ 6040 放射線撮像装置 6050 X線チューブ 6060 X線 6070 イメージプロセッサ 6081 ディスプレイ 6090 電話回線 6100 フィルムプロセッサ 6110 フィルム 9 display unit 120 the controller 6040 the radiation imaging apparatus 6050 X-ray tube 6060 X-ray 6070 image processor 6081 displays 6090 a telephone line 6100 film processor 6110 film

フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/146 H01L 31/00 A 31/09 27/14 A H04N 5/32 K (72)発明者 海部 紀之 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2G088 EE01 FF02 GG15 GG19 GG20 JJ05 JJ09 KK05 KK18 KK32 LL11 LL12 LL15 LL18 4M118 AA05 AA06 AB01 BA14 CA02 CB11 DD04 DD12 FA06 FA33 GA09 HA27 HA31 5C024 AX11 BX02 CX03 DX04 GX03 GY35 GZ01 HX02 JX00 5F088 AA01 AB05 BA03 BB07 EA04 JA14 JA17 KA08 KA10 LA07 LA08 Of the front page Continued (51) Int.Cl. 7 identification mark FI theme Court Bu (Reference) H01L 27/146 H01L 31/00 A 31/09 27/14 A H04N 5/32 K (72) inventor Noriyuki Kaifu Tokyo Ota Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon Co., Ltd. in the F-term (reference) 2G088 EE01 FF02 GG15 GG19 GG20 JJ05 JJ09 KK05 KK18 KK32 LL11 LL12 LL15 LL18 4M118 AA05 AA06 AB01 BA14 CA02 CB11 DD04 DD12 FA06 FA33 GA09 HA27 HA31 5C024 AX11 BX02 CX03 DX04 GX03 GY35 GZ01 HX02 JX00 5F088 AA01 AB05 BA03 BB07 EA04 JA14 JA17 KA08 KA10 LA07 LA08

Claims (18)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 2次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を含み、前記画素は、光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段と、ノイズ信号を蓄積するノイズ信号蓄積手段とを有することを特徴とする撮像装置。 Includes 1. A imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, wherein the pixel includes: a photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion, optical signal storage means for storing an optical signal generated by the photoelectric conversion means When the imaging apparatus characterized by comprising a noise signal storing means for storing a noise signal.
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の撮像装置において、前記撮像素子を複数有することを特徴とする撮像装置。 2. A imaging apparatus according to claim 1, an imaging apparatus characterized by having a plurality of the imaging element.
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の撮像装置において、前記複数の撮像素子の画素の光信号をそれぞれ、対応する前記光信号蓄積手段に一括して転送し、前記複数の撮像素子の画素のノイズ信号をそれぞれ、対応する前記ノイズ信号蓄積手段に一括して転送する手段を有することを特徴とする撮像装置。 3. The imaging apparatus according to claim 2, each optical signal of the pixels of the plurality of imaging elements, and collectively transferred to said corresponding optical signal storage means, the pixels of the plurality of imaging elements each noise signal, an imaging apparatus characterized by comprising means for transferring collectively the corresponding said noise signal storing means.
  4. 【請求項4】 2次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を複数含み、前記画素毎に光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段を有し、且つ、前記複数の撮像素子の画素の光信号を一括して前記光信号蓄積手段に転送する手段と、前記光信号蓄積手段に蓄積された光信号を画素毎に順次出力線に出力する手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 4. A includes a plurality of imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion on each pixel, accumulates optical signal accumulates an optical signal generated by the photoelectric conversion means and means, and, means for transferring the optical signal storage means collectively optical signals of the pixels of the plurality of imaging elements are sequentially output line optical signals stored in the optical signal storage means for each pixel imaging apparatus characterized by having a means for outputting to.
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置において、 前記画素は、 前記光電変換手段からの信号を増幅して出力する増幅手段と、 前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、 前記増幅手段からの信号を蓄積する光信号蓄積手段とノイズ信号蓄積手段とを有することを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of 5. A method according to claim 1 to claim 4, wherein the pixel includes amplifying means for amplifying and outputting a signal from said photoelectric conversion means, the input of said amplifying means and resetting means for resetting the part, an imaging device and having an optical signal accumulation unit and the noise signal storing means for storing a signal from said amplifying means.
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置において、 前記画素は、 前記光電変換手段からの信号を増幅して出力する第1の増幅手段と、 前記第1の増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、 前記第1の増幅手段からの信号をクランプする信号クランプ手段と、 前記信号クランプ手段からの信号を増幅して出力する第2の増幅手段と、 前記第2の増幅手段からの信号を蓄積する光信号蓄積手段とノイズ信号蓄積手段とを有することを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of 6. The method of claim 1 to claim 4, wherein the pixel includes a first amplifying means for amplifying and outputting a signal from said photoelectric conversion means, said first and reset means for resetting an input portion of one of the amplifying means, a signal clamping means for clamping a signal from the first amplifying means, second amplifying means for amplifying and outputting a signal from the signal clamping means , imaging and having an optical signal accumulation unit and the noise signal storing means for storing a signal from the second amplifying means device.
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の撮像装置において、前記光信号蓄積手段と前記ノイズ信号蓄積手段はサンプルホールド回路を有することを特徴とする撮像装置。 7. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the noise signal accumulation unit and the optical signal accumulation unit imaging apparatus characterized by having a sample-and-hold circuit.
  8. 【請求項8】 請求項6乃至請求項7のいずれか1項に記載の撮像装置において、前記画素は、更に前記光電変換手段に接続された感度切替え手段を有することを特徴とする撮像装置。 8. The imaging apparatus according to any one of claims 6 to 7, wherein the pixel includes an imaging apparatus characterized by further having a connection sensitivity switching means to said photoelectric conversion means.
  9. 【請求項9】 請求項8に記載の撮像装置において、 前記感度切替え手段は、 前記光電変換手段に並列に接続された電荷蓄積手段と、 前記光電変換手段と前記電荷蓄積手段の間に配置された感度切替えスイッチとを有することを特徴とする撮像装置。 9. The imaging apparatus according to claim 8, wherein the sensitivity switching means includes charge storage means connected in parallel to said photoelectric conversion means, disposed between the charge storage means and said photoelectric conversion means sensitivity switching imaging apparatus characterized by a switch.
  10. 【請求項10】 請求項6乃至請求項7のいずれか1項に記載の撮像装置において、前記画素は、前記光信号蓄積手段からの信号を増幅して出力する第3の増幅手段と、前記ノイズ信号蓄積手段からのノイズ信号を増幅して出力する第4の増幅手段とを有することを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of 10. The system of claim 6 through claim 7, wherein the pixel includes a third amplifying means for amplifying and outputting a signal from the optical signal storage means, said imaging apparatus characterized by having a fourth amplifying means for amplifying and outputting a noise signal from the noise signal accumulation unit.
  11. 【請求項11】 請求項10に記載の撮像装置において、前記第3の増幅手段と前記第4の増幅手段はクロス配置されていることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 11 claim 10, wherein the third amplifying means and the fourth amplifying means imaging apparatus characterized by being cross-arranged.
  12. 【請求項12】 請求項1乃至請求項11のいずれか1 12. any of claims 1 to 11 1
    項に記載の撮像装置において、前記光信号蓄積手段とノイズ信号蓄積手段は画素内の隣接領域に配置されていることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim, wherein the optical signal storage means and the noise signal accumulation unit imaging apparatus characterized by being arranged in the adjacent area of ​​the pixel.
  13. 【請求項13】 請求項1乃至請求項11のいずれか1 13. any of claims 1 to 11 1
    項に記載の撮像装置において、前記増幅手段はP型MO The imaging apparatus according to claim, wherein the amplifying means P-type MO
    Sトランジスタからなることを特徴とする撮像装置。 Imaging device characterized by comprising the S transistor.
  14. 【請求項14】 請求項1乃至請求項13のいずれか1 14. any of claims 1 to 13 1
    項に記載の撮像装置において、前記光電変換手段は、完全空乏転送形式であることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim, wherein the photoelectric conversion means, the image pickup device which is a fully depleted transfer format.
  15. 【請求項15】 請求項1乃至請求項14のいずれか1 15. any of claims 1 to 14 1
    項に記載の撮像装置と、シンチレータと、等倍光学伝達手段とを備えたことを特徴とする放射線撮像装置。 Radiation imaging apparatus comprising: the imaging device, a scintillator, and a power optical transmission means according to claim.
  16. 【請求項16】 請求項15に記載の放射線撮像装置において、前記等倍光学伝達手段は、ファイバーオプティックプレートであることを特徴とする放射線撮像装置。 The radiographic apparatus according to claim 16 claim 15, wherein the magnification optical transmission means, a radiation imaging apparatus which is a fiber optic plate.
  17. 【請求項17】 請求項15乃至請求項16のいずれか1項に記載の放射線撮像装置と、 前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、 前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、 前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、 前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、 前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。 A radiation imaging apparatus according to any one of 17. claims 15 to 16, a signal processing means for processing the signals from the radiation imaging apparatus, recording a signal from said signal processing means and recording means for, and display means for displaying the signal from said signal processing means, and transmission processing means for transmitting a signal from said signal processing means, a radiation source for generating the radiation radiation imaging system characterized by comprising.
  18. 【請求項18】 2次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を複数有し、前記画素は光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した光信号を蓄積する光信号蓄積手段とを有する撮像装置の駆動方法であって、前記複数の撮像素子を同一のタイミングで一括リセットし、前記複数の撮像素子を同一のタイミングで一括露光し、露光後の信号を前記光信号蓄積手段に蓄積することを特徴とする撮像装置の駆動方法。 18. has a plurality of imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, the pixel is an optical signal accumulation to accumulate the photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion, an optical signal generated by the photoelectric conversion means a driving method of an image pickup apparatus having means, said plurality of image pickup elements and concurrently reset at the same timing, the plurality of imaging elements collectively exposed at the same timing, the optical signal accumulating signal after exposure the driving method of an image pickup apparatus characterized by accumulating the unit.
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