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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JP2002344809A
JP2002344809A JP2001149463A JP2001149463A JP2002344809A JP 2002344809 A JP2002344809 A JP 2002344809A JP 2001149463 A JP2001149463 A JP 2001149463A JP 2001149463 A JP2001149463 A JP 2001149463A JP 2002344809 A JP2002344809 A JP 2002344809A
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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 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging apparatus, a driving method thereof, a radiation imaging apparatus, and a radiation imaging apparatus system using the same, and more particularly, to a large-sized image reading apparatus using high-energy radiation such as X-rays and gamma rays. The present invention relates to a radiation imaging apparatus having a large area and a system using 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。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。
2. Description of the Related Art In recent years, digitalization has been advanced in various fields of medical treatment. In the field of X-ray diagnostics as well, a two-dimensional X-ray imaging apparatus that converts incident X-rays into visible light with a scintillator (phosphor) and digitizes the visible light image with an image sensor for digitizing images. Are being 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。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。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。
[0003] As a two-dimensional X-ray imaging apparatus, for example, a small CCD type imaging element has been put to practical use for dentistry. For mammography and chest imaging, amorphous silicon (a-Si) of a maximum of 43 cm □ is used. The used large-area still image pickup device has been put to practical use. An imaging element using an amorphous silicon semiconductor on a glass substrate can be easily manufactured in a large area, and there is an imaging element in which a large area X-ray imaging apparatus is realized by attaching four panels to each other as tiles. An example of this type of technology is described in US Pat. 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。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。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。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。
[0004] Proposals have been made to construct a large-area X-ray imaging apparatus using a plurality of single-crystal imaging elements (such as silicon imaging elements). Examples of this type of technology are described in US Pat. No. 4,323,925 and US Pat. No. 6,0059,911. Examples of the single crystal image sensor include a CCD image sensor using silicon, a MOS image sensor, and a CMOS image sensor. As described above, in the field of medical X-ray diagnostics that are being digitized, next-generation moving image capturing apparatuses (such as fluoroscopy) are expected as still image capturing apparatuses.

【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。(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。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、
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 technical problems here include (1) high sensitivity and high-speed reading technology, (2) enlargement, and (3) cost reduction. With respect to the issues of (1) high sensitivity and (2) high-speed reading, a moving image is required to have 10 times or more higher sensitivity and reading speed than an imaging device using amorphous silicon. To capture a moving image, humans are continuously irradiated with X-rays. However, taking into account the effects of X-ray irradiation, the dose of X-rays is reduced from several tens to one hundredth.
The reading speed is required to be 60 to 90 frames / sec. To perform this reading, several tens times higher sensitivity and several tens times higher speed are required.

【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。この容量は最も大きなノイズの
原因(kTCノイズ)となる。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
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。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。以上により前述のような要求
の実現は困難である。
[0006] Amorphous silicon does not have sufficient semiconductor characteristics for high-speed operation, and it is more difficult to finely process a semiconductor on a glass substrate with a large-area imaging device using the same than a single-crystal silicon semiconductor substrate. As a result, the capacity of the output signal line increases. This capacitance causes the largest noise (kTC noise). The manufacturing process of the amorphous silicon type large plate imaging device is a CCD type imaging device or CM
This is advantageous in that a large-area one can be obtained as compared with the OS-type imaging device. However, the photoelectric conversion unit is not a complete depletion type, and a drive circuit and an amplifier for the image sensor are required outside (see FIG. 52 of JP-A-8-116004). Since it is necessary to perform the operation later, the image pickup device itself is relatively low in price, but the cost has finally increased. As described above, it is difficult to fulfill the above-mentioned requirements.

【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。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)
程転送が問題になる。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。また、消費電力は
CVf2 (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。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。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。
Further, the CCD type image pickup device is a fully depleted type and has high sensitivity, but is not suitable for a large area image pickup device. Since the CCD type image pickup device is a charge transfer type, it has a large area and the number of transfer stages increases (the number of pixels increases).
The transfer becomes more problematic. In other words, the drive voltage differs between the drive end and the center, and complete transfer becomes difficult. The power consumption is represented by CVf 2 (C is the capacitance between the substrate and the well, V is the pulse amplitude, and f is the pulse frequency). The larger the area, the larger the C and V, and the lower the power consumption. 10 times or more larger than that of the image sensor. As a result, the peripheral drive circuit becomes a heat source and a noise source, and is not high S / N. Thus, the CCD type imaging device has a surface that is not suitable for a large-sized 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。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。特に、テーパ
状FOPは非常にコストがかかる。更に、テーパ状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
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。
Further, in the configuration of a simple large-area imaging device using a large number of single-crystal imaging devices, dead space is always created in a joint portion of each imaging device (peripheral circuits such as shift registers and amplifiers, external signals and power supplies). (A region for providing an external terminal and a protection circuit for the exchange is always required separately from the region.) This portion becomes a line defect, and the image quality is deteriorated. For this reason, a configuration is adopted in which light from the scintillator is guided to the image sensor while avoiding a dead space by using a tapered FOP (fiber optic plate), but an extra FOP is required and the manufacturing cost is increased. In particular, tapered FOPs are very costly. Furthermore, tapered FO
In P, the light from the scintillator is FO according to the taper angle.
There is a problem that it becomes difficult for the light to enter the P, the output light quantity is reduced, and the sensitivity of the image pickup device is offset, and the sensitivity of the entire apparatus is deteriorated.

【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
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)。
In order to compensate for the above-mentioned drawbacks of the amorphous silicon image sensor and the CCD type image sensor, a large area CM is used.
A configuration in which an OS type image sensor is tiled has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 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。 (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。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。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。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。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。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。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。 (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。
However, the conventional amplification type image pickup device such as a CMOS type image pickup device has the following inconveniences. (A) In a general driving method of an amplification type image pickup device, stored charges of one horizontal scanning line are sequentially read in units of horizontal scanning lines in the same row. While reading out the stored charges from a certain horizontal scanning line, the charges are stored in the remaining horizontal scanning lines. In this case, the charge accumulation time differs for each horizontal scanning line. If this charge is read out and reproduced as an image, the image will be different in timing for each scanning period. This difference in storage time rarely causes a problem in still image shooting, but causes a problem in moving image shooting because images flow. In particular, in an imaging apparatus in which a plurality of imaging elements (an imaging element panel in which a plurality of pixels are formed) are tiled, discontinuity occurs in images between the imaging elements as described later, which is a serious problem. In addition, in X-ray moving image shooting, during the reading time of a certain horizontal scanning line, it is the exposure time of another horizontal scanning line, and it is necessary to irradiate partially unnecessary X-rays. The application of this method is difficult in the field. (B) In order to prevent a charge accumulation period from being different between a horizontal scanning line to be read first and a horizontal scan to read later, a mechanical shutter is provided to accumulate charges in each horizontal scanning line. There is a method for keeping the period constant, but this method has a disadvantage that the apparatus becomes large.

【0011】このような大面積CMOS型撮像素子を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。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。撮像領域(撮像素子パネル)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。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。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。
[0011] Such a large area CMOS type image pickup device is
The following is a description of the problem (a) in particular when a high-speed moving image is shot using an imaging device with tiles attached. FIG. 14 is a plan view of an imaging device in which four imaging elements are tiled. Imaging area (imaging element panel) A1, A
2, B1, and B2 are configured by arranging a plurality of pixel units in the horizontal and vertical directions. In the imaging region, Hn indicates a column scanned by the column scanning circuit, and Vn indicates a row scanned by the row scanning circuit. Further, a column scanning circuit, a row scanning circuit, a memory circuit, and an output amplifier are provided for each imaging region.

【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。図15では行毎に走査
し、読み出す方法が採られている。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
重サンプリング回路になっている。図15において、V
SRは行走査回路、HSRは列走査回路である。また、
PDはフォトダイオード、TR1は転送スイッチ、TR
2はリセットスイッチ、TR3は行選択スイッチ、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
R9は読み出しスイッチである。TR1〜TR9はMO
Sトランジスタである。また、CTSは光信号保持容量、
TNはリセット信号保持容量である。
FIG. 15 shows a schematic configuration of one pixel unit and a signal readout circuit of each image sensor. FIG. 15 employs a method of scanning and reading out each row. In addition, in the conventional circuit of FIG.
It is a double sampling circuit. In FIG.
SR is a row scanning circuit, and HSR is a column scanning circuit. Also,
PD is a photodiode, TR1 is a transfer switch, TR
2 is a reset switch, TR3 is a row selection switch, TR
4 is an amplifying transistor, TR5 is a switch for resetting a signal line, TR6 and 7 are sample switches, TR8 and T
R9 is a read switch. TR1 to TR9 are MO
It is an S transistor. CTS is an optical signal holding capacity,
C TN is a reset signal holding capacity.

【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CTN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CTSに保持す
る。その後、各々の保持容量C TN,CTS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。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。
The details of the conventional circuit shown in FIG. 15 will be described later.
Resets the reset signal (noise component, dark current component)
Signal holding capacity CTNAnd the optical signal (optical signal component,
Noise component and dark current component)TSKeep in
You. Then, each storage capacity C TN, CTSFaith held in
Signal, and differentially detected by a differential circuit (not shown).
As a result, an optical signal from which noise components have been removed is output.
You. An imaging device in which such a plurality of imaging elements are bonded.
When capturing a moving subject,
"Connecting" becomes 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。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、
撮像領域B2とA2の接続部)で画像の相関性がなくな
る。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。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
2、撮像領域B1とA2の部分である。このように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。
FIG. 16 shows an image synthesis in a case where four image sensors are stuck together. When the four image sensors are separately and independently driven in the scanning direction indicated by the arrows in FIG. 16, a connection portion of the four screens (a connection portion between the imaging regions A1 and B2, a connection portion between the imaging regions B1 and A2). Connection part between the imaging areas A1 and B1,
The image is no longer correlated at the connection between the imaging areas B2 and A2). For example, a scanning period in the row direction is adjacent to the row of the imaging area A1 (the row where scanning ends) and the row of the imaging area B2 (the row where scanning starts) adjacent to the vicinity of the connection between the imaging areas A1 and B2. Since a time shift of minutes occurs, the correlation of the images is lost. At this time, the “connection” of the moving images is concerned about basically, the imaging regions A1 and B1, the imaging regions A1 and B2, and the imaging regions B2 and A2 to which the images are connected.
2. These are the imaging areas B1 and A2. Like this
In a configuration in which an image pickup device using an amplification type image pickup device such as an OS type image pickup device is bonded, there is a problem that image correlation is lost at a joint between the image pickup devices and image quality is deteriorated.

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an imaging apparatus capable of obtaining a seamless image with high speed and high sensitivity even when a plurality of imaging elements are bonded. An object of the present invention is to provide a driving method of an imaging apparatus, a radiation imaging apparatus, and a radiation imaging system using the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】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。
According to the present invention, there is provided an imaging apparatus comprising:
Including an image sensor having a plurality of pixels arranged in a dimension,
The pixel includes a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion, an optical signal storage unit that stores an optical signal generated by the photoelectric conversion unit, and a noise signal storage unit that stores 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、
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。
Further, the image pickup apparatus of the present invention includes a plurality of image pickup devices having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion for each pixel, and light generated by the photoelectric conversion means. Having optical signal storage means for storing a signal,
A unit that collectively transfers the optical signals of the pixels of the plurality of imaging elements to the optical signal storage unit; and a unit that sequentially outputs the optical signals stored in the optical signal storage unit to an output line for each pixel. , Is characterized by having.

【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、
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。
Further, a radiation imaging apparatus according to the present invention comprises: an imaging apparatus according to any one of claims 1 to 14;
A scintillator and an equal-magnification optical transmission unit are provided.

【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。
Further, a radiation imaging system according to the present invention is a radiation imaging apparatus according to any one of claims 15 to 16, a signal processing means for processing a signal from the radiation imaging apparatus, and the signal processing means. A recording unit for recording a signal from the signal processing unit; a display unit for displaying a signal from the signal processing unit; a transmission processing unit for transmitting a signal from the signal processing unit; and generating the radiation. And a radiation source.

【0020】更に、本発明の撮像装置の駆動方法は、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。
Further, the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention is as follows.
An imaging apparatus having a plurality of imaging elements having a plurality of pixels arranged in a dimension, the pixels having photoelectric conversion means for performing photoelectric conversion, and optical signal accumulation means for accumulating optical signals generated by the photoelectric conversion means Wherein the plurality of imaging devices are collectively reset at the same timing, the plurality of imaging devices are collectively exposed at the same timing, and a signal after exposure is stored in the optical signal storage unit. 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、
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。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。また、各トランジスタ等のばらつきによるF
PNの補正を画素毎に行うことができる。
In the present invention, a sample and hold circuit for an optical signal and a noise signal is provided in a pixel.
The exposure dose can be adjusted appropriately by performing the batch exposure and irradiating the pulsed radiation exposure at this timing. Further, even when high-speed shooting is performed using a plurality of image pickup devices, no seam or flow of images occurs. Further, F
PN correction can be performed 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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【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。図1は1
画素の回路図である。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。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。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。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)。
(First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. FIG.
It is a circuit diagram of a pixel. In the present embodiment, a high-speed, high-sensitivity moving image with no temporal and spatial seamlessness is realized by bonding image sensors. In addition, the charge accumulated at a common time from all the elements using a CMOS image sensor can be read at a high signal-to-noise ratio (S / N). It should be noted that the image sensor described in the specification of the present application refers to an image sensor panel in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged. This imaging element panel has a pixel area on the entire surface, and realizes a large-area imaging device by bonding a plurality of imaging element panels on a base (see FIG. 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、CPDはフォトダイオードの接合容量(破
線で表示)、CFD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)、
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。
In FIG. 1, PD is a photodiode for performing photoelectric conversion, C PD is a junction capacitance of the photodiode (indicated by a broken line), and C FD is a capacitance of a floating diffusion (floating diffusion region) for accumulating electric charges (indicated by a broken line). ),
M1 is a transfer MOS transistor (transfer switch) for transferring the charge generated by the photodiode PD to the floating diffusion, M2 is a reset MOS transistor (reset switch) for discharging the charge accumulated in the floating diffusion, and M3 is a photoelectric conversion. A selection MOS transistor (selection switch) for selecting a section, and M4 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier 1) functioning as a source follower.

【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。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。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。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。更に、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。
M8 is a MOS transistor as a sample switch constituting a sample and hold circuit for storing an optical signal, which is a feature of the present embodiment, and CH1 is a hold capacitor for an optical signal. M11 is a MOS transistor as a sample switch constituting a sample and hold circuit for storing a noise signal, and CH2 is a noise signal hold capacitor. M10 is an amplification transistor (pixel amplifier 2) as a source follower for amplifying the output from the optical signal sample hold and outputting the amplified signal to the signal line. M
Reference numeral 13 denotes an amplification transistor (pixel amplifier 3) as a source follower for amplifying an output from the noise signal sample hold and outputting the amplified signal to a signal line. Further, M
Reference numerals 9 and M12 denote MOS transistors as selection switches for the pixel amplifiers 2 and 3.

【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。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。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。
In this embodiment, these optical signals and noise signal sample-and-hold circuits are used in order to perform batch reset and batch exposure of each image sensor at the same timing. Further, since the image signal can be stored in the sample and hold circuit independently of the exposure, the optical signal and the noise signal can be read out many times during the exposure period without destruction. Using this function, signal reading for automatic exposure can be performed while performing exposure.

【0027】次に、ノイズについて説明する。一般に、
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。この増幅手段として一般に用いられるMOS
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。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。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。また、複数枚の撮像素子を用いる場合、
素子間のばらつきも大きい。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
N)、不均一なバックグラウンド画像として現われる。
Next, noise will be described. In general,
In an amplification type imaging device such as a CMOS type imaging device, amplifying means (in-pixel amplifier) is provided inside to improve a signal gain in order to improve a signal-to-noise ratio (S / N) at the time of reading. MOS generally used as this amplification means
The threshold value Vth of the MOS transistor tends to vary at the source follower of the transistor. This variation is peculiar to the design and manufacture of the device and is bad in that it varies for each pixel and each device. In particular, an imaging element for an X-ray imaging apparatus is large and tends to have large variations within the element. When using a plurality of image sensors,
The variation between elements is large. This variation is a fixed output variation, so-called fixed pattern noise (FP).
N), appears as a 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。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。
Further, 1 / f noise (flicker noise) and thermal noise are liable to occur in the MOS transistor. Since this noise is random noise, a random background image is generated. Assuming that the channel length of the MOS transistor is L and the channel width is W in device design, thermal noise is proportional to (L / W) ・, and 1 / f noise is inversely proportional to L · W. In order to reduce the noise of the transistor, the channel length L should be minimized and the channel width W should be set large. In particular, if the channel width W of the source follower as an amplifier serving as a large noise source is set large, the gate-to-drain This is difficult to implement because the parasitic capacitance of the device becomes large, the gain is reduced, and the sensitivity is reduced.

【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。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。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
th変動が少ない)ので更に好適である。
In this embodiment, a PMOS transistor having essentially small 1 / f noise is used as at least a source follower. Thereby, the size can be reduced to about 1/10 of that of the NMOS transistor. Further, even if X-rays passing through the scintillator directly hit the transistor, the PMOS transistor has higher X-ray durability than the NMOS transistor (increase in leakage current, threshold V
th variation is small).

【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。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。
In general, it is known to use a double sampling circuit to reduce low-frequency noise components such as 1 / f noise and fixed pattern noise (FPN) due to variations in threshold and noise from a power supply. FIG. 15 shows a conventional one-pixel circuit and a double sampling circuit in a signal readout circuit as described above.

【0031】この回路では、まず、リセット信号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。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。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
TNに保持した後、サンプルスイッチTr6を開く。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。同時に、行選択MOSトランジスタTr3を閉じ、
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。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CTSに保持した後、サンプルス
イッチTr7を開く。
In this circuit, first, the reset signal ΦRE
The reset switch Tr2 is closed by S, and then the photodiode PD is reset. Next, the row selection MOS transistor Tr3 is closed, and the dark signal appears on the output signal line through the amplification MOS transistor Tr4. At this time, by closing the sample switch Tr6, the reset signal (noise component and dark current component) is transferred to the reset signal holding capacitor C.
After holding at TN , the sample switch Tr6 is opened. Next, the reset switch Tr2 is opened, and the optical signal charges accumulated in the photodiode PD are transferred to the amplification MOS transistor Tr4 by opening the transfer MOS transistor Tr1. At the same time, the row selection MOS transistor Tr3 is closed,
The optical signal appears on the output signal line through the amplification MOS transistor Tr4. 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
を同時に開き、リセット信号保持容量CTNに保持された
リセット信号、光信号保持容量CTS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。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, the read switches Tr8, Tr9
At the same time, read the reset signal held in the reset signal holding capacitor CTN and the optical signal held in the optical signal holding capacitor CTS into a differential circuit (not shown), and subtract the optical signal from the reset signal. As a result, an optical signal from which noise has been removed is output. Next, in order to read all rows, each column line is selectively sampled, and then the next row is selected, and the same operation is repeated again.

【0033】ここで、光電変換部での熱ノイズ(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。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。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。
Here, the thermal noise (kTC) in the photoelectric conversion unit
Noise) does not occur if complete depletion transfer is performed by the pixel switch. The reset noise (kTC noise) in the floating diffusion is removed by the correlated double sampling circuit together with the 1 / f noise and the FPN due to the variation in the threshold Vth. However, although the two source followers and the capacity for the correlated double sampling circuit for each column are roughly the same, they are not completely the same, causing variations in the threshold Vth and the capacity, etc. A linear fixed pattern is generated (for each column).

【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。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。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。
Further, since the threshold value Vth changes exponentially with temperature, even if each source follower has a temperature difference of 1 ° C. or less, it appears as a fluctuation in output, and as shown in X-ray fluoroscopy, a low irradiation dose. In the case of photographing, even a slight change affects the image quality. For this reason, the two source followers of the sample-and-hold circuit must have an arrangement structure in which the variation of the threshold value Vth is as small as possible, as described later, and a mechanism that does not cause a temperature difference during operation. If the read timing of the optical signal and the noise signal from the sample hold is different as in the related art, the time difference causes a temperature change.

【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。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。更
に、ノイズ除去の機能を持たせている。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
/fノイズを無視することができる。
Therefore, in this embodiment, as described above, the sample and hold circuits for the optical signal and the noise signal are provided in the pixel, and the optical signal and the noise signal are stored independently of the exposure. Are output at the same time (two lines per column). For batch exposure, it is necessary to provide a memory in the pixel, and this sample and hold circuit first functions as a memory in the pixel. Furthermore, it has a function of removing noise. Since the optical signal and the noise signal are taken into the sample hold circuit from the pixel amplifier 1 with a very fast time difference, a large 1
/ 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。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。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。
Further, the thermal noise, 1 / f noise, and FPN in the pixel amplifier are removed by using this circuit. The variation between the two sample-and-hold circuit elements is determined by reducing the variation of the threshold Vth as much as possible by arranging a capacitor as close to the pixel as possible and using the output source follower as a cross arrangement used in a normal MOS circuit layout. By doing so, it is reduced as much as possible. As described above, the sample and hold circuit functions as a storage unit for each pixel for batch exposure, and also functions as a unit 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。1画素回路部分の詳細は図1に示
す通りである。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
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。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。簡単のため、制御線はこの三本のみを示し
ている。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。列選択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。
FIG. 2 is a schematic diagram of an entire circuit for 3 × 3 pixels for simplicity. Details of one pixel circuit portion are as shown in FIG. The gate of the transfer switch M1 is ΦTX from a vertical shift register VSR which is a kind of vertical scanning circuit.
And the gate of the reset switch M2 is connected to ΦRES from the vertical scanning circuit. The gate of the selection switch M3 is connected to ΦSEL from the vertical scanning circuit. For simplicity, only three control lines are shown. An optical signal and a noise signal from each pixel are output to a differential amplifier A1 via two signal output lines via a column scanning circuit (horizontal shift register, multiplexer). Column selection M
The OS transistor M20 is operated by a signal from the horizontal shift register HSR, and is a switch for selecting a signal line in a column direction.

【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。以下、図3
に基づいて回路動作を説明する。まず、光電変換はフォ
トダイオードPDで行う。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。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。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CPD
に蓄積される。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CFDには、この間光電荷は転送されない。
FIG. 3 is a timing chart showing the operation timing of the pixel section in this embodiment. Hereinafter, FIG.
The circuit operation will be described based on FIG. First, photoelectric conversion is performed by the photodiode PD. Exposure is batch exposure, and is performed at the same timing and period for all pixels of each image sensor. Therefore, there is no time lag between images between the imaging elements and between the scanning lines. During the photocharge accumulation period, the transfer switch M1 is in the off state, and the generated photocharge is transferred to the junction capacitance C PD.
Is accumulated in 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CFDに完全転送する。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。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。
When the accumulation of the photodiode PD is completed, as shown in FIG. 3C, the signal ΦTX from the vertical shift register VSR is set to the high level for all the pixels at once, and the transfer switch M1 is turned on to store the photodiode PD. completely transferring stored charge in the floating diffusion C FD formed in the gate of the source follower M4 constituting the pixel amplifier 1. Thereafter, the signal ΦTX is set to the low level for all the pixels at once, the transfer switch M1 is turned off, and the signal ΦSEL1 from the vertical shift register VSR is set to the high level for all the pixels as shown in FIG. As a result, the selection switch M3 is turned on, and the source follower circuit including the load current source I and the pixel amplifier 1 is brought into an operating 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。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。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, as shown in FIG. 3 (f), the signal .phi.SH1 from the vertical shift register VSR is set to the high level, and the sample switch M8 is turned on, whereby the signal from the photodiode PD is transferred to the capacitor through the pixel amplifier 1 (M4). Batch transfer to CH1. At the same time, as shown in FIG. 3C, by setting the signal ΦTX to the low level for all the pixels at once, the photodiode PD is ready for exposure in the next frame. At the same time, as shown in FIG. 3D, the signal ΦSH1 is set to the low level at once for all the pixels, and the sample switch M8 is turned off, thereby completing the operation of holding the optical signal charges in 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CFDがリセットされる。
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。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
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。
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.
Immediately, as shown in FIG. 3 (g), the signal ΦSH2 from the vertical shift register VSR is set to the high level at once for all the pixels, and the reset signal is transferred to the capacitor CH2 by turning on the sample switch M11. Next, the signal ΦSH2 is set to low level for all pixels at once, and the sample switch M11
Is turned off, the transfer and holding of the optical signal and the noise signal to the sample and hold circuit are completed.

【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
を各行毎にハイレベルとし、選択スイッチM9,M12
をオンすることで負荷電流源と画素アンプ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。これにより、ホールド容量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
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。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。なお、減算出力アンプは図2の
差動アンプに対応する。
Also, as shown in FIG. 3 (e), the signal ΦSEL2
To a high level for each row, and select switches M9 and M12
Is turned on, the load current source and the pixel amplifiers 2 and 3 (M1
(0, M13) is activated. Thereby, the hold capacities CH1, CH2
The optical signal and the noise signal held in the pixel amplifiers 2 and 3
At the same time to the noise signal output line and the optical signal output line. The signals transferred to the noise signal output line and the optical signal output line are subjected to (signal-noise) subtraction processing by a subtraction output amplifier (not shown) connected to the noise signal output line and the optical signal output line. , Thermal noise, 1 / f noise, and a signal from which FPN has been removed. Note that the subtraction output amplifier corresponds to the differential amplifier in 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CFD
に完全転送されるので、kTCノイズは発生しない。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。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。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。リセットノイズを更に除去する例は後述
する。
In the above operation, the charge from the photodiode PD is transferred to the floating diffusion C FD
, No kTC noise is generated. However, when the size of the pixel is as large as 160 μm square, complete transfer becomes difficult. In this case, kTC noise is generated, and in the above readout, the reset noise (kTC noise) in the floating diffusion included in the optical signal and the noise signal has no correlation and is output as random noise. However, at the time of shooting a moving image, fixed pattern noise has a greater effect on image quality than random noise. Therefore, in the present embodiment, sufficiently high image quality can be obtained even when complete transfer is difficult. An example of further removing the 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。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。
After performing the batch reset of the photodiode PD in this manner, the batch exposure is performed, and the optical signal and the noise signal are stored in the sample and hold circuit in the pixel, so that the exposure of the next frame and the signal of these signals are performed. Reading can be performed independently. As a result, exposure can be performed while performing high-speed reading, so that a multi-pixel drive under a low irradiation dose as in a large-area X-ray imaging apparatus, the accumulation time can be as long as possible even in high-speed operation, and the optical signal intensity can be increased. It is possible to further reduce the noise and 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。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, since a plurality of image pickup devices can be driven by a common drive pulse, peripheral drive pulse generation circuits can be simplified. In addition, it can be seen that the common drive enables the common use of the imaging element drive circuit, and is excellent in mounting.

【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□
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。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。
FIG. 4 shows a 408 mm square image sensor having nine pixels of 136 mm square having the pixels of FIG.
An example in the case of configuring the large-area radiation moving image capturing apparatus of FIG. Nine imaging elements 100 are bonded on a base, and a large-screen imaging device is configured as a whole.

【0047】図5は図4のA−A線における断面図を示
す。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Gd22 SやCsI等から
構成され、FOP(Fiber Optic Plat
e)102上に設置されている。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。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。
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. The scintillator 101 is made of Gd 2 O 2 S, CsI, or the like using europium, terbium, or the like as an activator, and is a FOP (Fiber Optic Platform).
e) installed on 102; The FOP 102 is an equal-magnification optical transmission unit for guiding the light generated by the scintillator 101 to the image sensor at equal magnification. The FOP 102 serves to absorb X-rays not absorbed by the scintillator 101 and protect the image sensor from 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。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。
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。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
mated Bonding)による電気的接続を行う
配線基板である。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。
X-rays strike the scintillator 101 and are converted into visible light, which is transmitted by the FOP 102 and detected by the image sensor. Preferably, the scintillator is selected such that its emission wavelength matches the sensitivity of the imaging device.
The external processing substrate 103 is a substrate having a circuit for supplying a power source, a clock, and the like of the image sensor, and extracting and processing signals from the image sensor. The flexible substrate 104 includes a TAB (Tape Auto) between each image sensor and the external processing substrate.
This is a wiring board for performing an electrical connection by using a “bonded bonding”. Although X-rays are used as radiation, α-rays, β-rays, γ-rays, and the like can be used.

【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。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
3との間で行う。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。
The nine image sensors 100 are adhered on the base 105 so that substantially no gap is formed between the image sensors. The fact that there is substantially no gap means that the nine image sensors are formed by the nine image sensors. That is, there is no lack of an image between image sensors. The input of the clock and the like of the image sensor, the input of the power supply, and the output of the signal from the image sensor are performed through the flexible substrate 104 connected to the electrode pad at the end of the image sensor, and the external processing board 10 disposed on the back side of the image sensor.
Perform between 3. Even if the thickness of the TAB flexible substrate 104 is sufficiently small with respect to the size and passes through the gap between the imaging elements, no defect on the image occurs.

【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。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。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。本実施形態では画素サイズは160μm□と
している。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。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。
FIG. 6 shows an example in which one image pickup element is taken out from the currently mainstream 8-inch wafer 301. CMOS
A single 136 mm square CMOS imaging device substrate is formed by a process. In a medical X-ray imaging apparatus, the size of a pixel may be as large as about 100 μm to 200 μm. In the present embodiment, the pixel size is 160 μm □. As shown in FIG. 6, a vertical shift register and a horizontal shift register are formed in the image sensor, and an external terminal (electrode pad) is provided at an element end near the horizontal shift register. This electrode pad is 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。1画素回
路は図1に示すものである。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。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。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。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。
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。
FIG. 7 shows a state in which a unit block (a unit for selecting and driving one row) of the vertical shift register is arranged together with one pixel circuit in one area (one cell). One pixel circuit is as shown in FIG. The area of the unit block and the pixel circuit do not reflect the actual element layout because of the schematic diagram. The vertical shift register is a simple circuit composed of a static shift register and a transfer gate for generating the transfer signal ΦTX, the reset signal ΦRES, and the selection signal ΦSEL. These are driven by signals from a clock signal line (not shown). The circuit configuration of the shift register is not limited to this, and an arbitrary circuit configuration can be adopted by various driving methods such as addition and thinning-out reading.
However, as in the present embodiment, it is assumed that the functional blocks are arranged together with the pixel circuits in one cell, the shift register is provided in the effective area, and the image sensor in the entire effective area is realized.

【0052】また、走査回路としてシフトレジスタでは
なく、n対2n デコーダを使用することもできる。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。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。
Also, instead of a shift register, an n-to- 2n decoder can be used as the scanning circuit. In this case, by connecting the output of the counter that sequentially increments to the input of the decoder, sequential scanning can be performed in the same manner as the shift register. On the other hand, by inputting the address of the area where the image is desired to be obtained to the input of the decoder, An image of an arbitrary area can be obtained by scanning. The common processing circuit arranged in each area (cell) in the effective area means a circuit that collectively processes a plurality of components such as a final signal output amplifier, a serial / parallel conversion multiplexer, a buffer, and 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。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。
FIG. 8 shows a layout of one area (cell) in which the shift register is arranged. A light receiving area is arranged in the center, and a scanning circuit (shift register or the like) area, a pixel amplifier, a wiring area, a signal / noise S / H circuit area are provided around the light receiving area.

【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。よって、開口率は66%である。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。
Cell size: 160 μm □ S / H circuit area: 15 μm × 320 μm Pixel light receiving area: 130 μm □ Pixel amplifier, wiring area: 15 μm × 320 μm Shift register block: 15 μm × 160 μm Therefore, the aperture ratio is 66%. The layout of one area where the shift register is not arranged is the one shown in FIG. 8 from which the shift register block is deleted, and at least the light receiving area of the one area where the shift register is not arranged is one where the shift register is arranged. It 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。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。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。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。
FIG. 9 shows the configuration (plan view) of the image pickup device of this embodiment. In the present embodiment, a vertical shift register and a horizontal shift register are arranged in an effective area of the image sensor, and a plurality of pixels are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions in the image sensor. Further, one block of the shift register for processing one line is arranged so as to fit within one pitch, and these blocks are arranged to form a series of vertical shift register blocks to form a horizontal shift register block. These blocks extend linearly in the vertical and horizontal directions.

【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。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。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。
また、図9において、外部端子上にバンプが設けられ、
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。
Further, at least the light receiving region has the same area for all the pixels. In FIG. 9, the area of one pixel circuit and the area of a light receiving region in one pixel circuit are equal between cells. In addition, it is preferable that the area of the light receiving region is equal between all the cells. However, the area of the light receiving region in a cell in one line at the end of the image sensor is set to be equal to the internal cell in order to take a margin for slicing. May be different from the area of the light receiving region.
Also, in FIG. 9, bumps are provided on the external terminals,
A protection resistor and a protection diode for protecting the internal circuit from static electricity are connected to these bumps.

【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。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。
In this embodiment, the light receiving areas are uniformly sized and the centers of gravity are arranged at equal pitches in each image pickup element and between the image pickup elements. Since there is no variation in sensitivity between the elements or within the imaging element and no variation in the center of gravity of the light receiving region, a substantially seamless image can be obtained even with a tiled configuration. Further, since no dead space is generated around the image sensor, the entire area of the image sensor becomes an 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。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。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。
By arranging these image pickup devices in a tile shape with substantially no gap, an image pickup device having a large area can be formed. Further, by adopting the circuit configuration as described above, it is possible to obtain a large-area image which is substantially seamless in time and space. Here, in a medical X-ray imaging apparatus, the size of a pixel may be as large as about 100 μm □ to 200 μm □. Therefore, even if a shift register is arranged in an effective pixel area, a circuit such as a sample hold circuit is provided in a pixel. However, since a sufficiently large aperture ratio can be realized even if the above is arranged, there is no 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。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。即ち、
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。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。
In this embodiment, since the shift register is arranged in the effective area, the X-rays passing through the scintillator directly hit the shift register. However, the use of a static shift register as the shift register causes the influence of the X-rays. I try not to. The shift register circuit is used to sequentially transfer pulse signals. That is,
In principle, the static type is relatively insensitive to X-rays, so that it can be used in a place where X-rays directly hit as in this embodiment. Therefore, the use of the static shift register makes it possible to realize an imaging device with reduced X-ray damage and errors and improved reliability.

【0060】更に、本実施形態では撮像素子としてCM
OS型撮像素子を用いているので、消費電力が少なく、
大面積の撮像装置を構成する場合に好適である。なお、
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。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。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。
Further, in this embodiment, a CM is used as an image pickup device.
Since the OS type image sensor is used, power consumption is low,
This is suitable for forming a large-area imaging device. In addition,
The reason why the multiplexer is formed in the image sensor is to speed up the operation of the image sensor. In addition, a signal is taken out from the image sensor through an electrode pad, and there is a large stray capacitance around the electrode pad. Therefore, the signal transmission characteristics can be compensated for by providing an amplifier before the electrode pad.

【0061】本実施形態では、等倍光学伝達手段にFO
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。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。
In this embodiment, FO is used as the unity optical transmission means.
Although P is used, an equal-magnification lens optical system such as a Selfoc lens may be used. Although the use efficiency of light is lower in the lens optical system than in the FOP, there is an advantage that the manufacturing cost of the imaging device can be significantly reduced.

【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。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。図10は
本発明の第2の実施形態の1画素回路を示す。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。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The imaging apparatus according to the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the circuit configuration of one pixel. FIG. 10 shows a one-pixel circuit according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the still image shooting and the high-speed moving image shooting are realized by mode switching by performing the kTC correction in the photoelectric conversion unit in the pixel and further providing the sensitivity switching unit in the pixel.

【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。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。但し、ダイナミックレンジは問題ない。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。画素の解像度は200μm□から400μm□と粗
くともよい。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。画素の解像度は100
μm□から200μm□が必要である。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。
Here, the specific conditions required for the photoelectric conversion unit in the X-ray imaging device for both still image shooting and moving image shooting will be described. The irradiation X-ray dose at the time of shooting a moving image is about 1/100 of that at the time of shooting a still image, and the amount of at most several X-ray photons per pixel (actually incident on the pixel is the visible light converted from this X-ray). Therefore, the maximum sensitivity is required for the image sensor. However, there is no problem with the dynamic range. Further, a reading speed of 60 to 90 frames / second is required. The pixel resolution may be as coarse as 200 μm □ to 400 μm □. On the other hand, when photographing a still image, a dynamic range close to 80 dB is required. Pixel resolution is 100
μm □ to 200 μm □ is required. There has been no imaging device that satisfies these specifications at the same time.

【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。
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。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、SiO2 面で発生
する暗電流を抑制するものである。また、フォトダイオ
ードPDの容量CPD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。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。動画時に比べて照射X線量が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。
Therefore, in the present embodiment, an image sensor satisfying these specifications is realized by adopting a pixel circuit configuration as shown in FIG. 10 in the CMOS image sensor.
In FIG. 10, PD is the same buried photodiode as that used in a CCD or the like as a photoelectric conversion unit. The buried photodiode suppresses dark current generated on the SiO 2 surface by providing a p + layer having a high impurity concentration on the surface. Further, the capacitance C PD of the photodiode PD is designed to be minimum in order to obtain the maximum sensitivity at the time of capturing a moving image. As will be described later, reducing the capacitance of the photodiode PD reduces the dynamic range. Irradiation X dose is 10 compared to video
Since the dynamic range is insufficient at the time of shooting a still image of 0 times or more, a capacitor C1 for expanding the dynamic range is provided 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。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CFD(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。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
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。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
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。
M14 is a switch for switching between a still image mode (high dynamic range) and a moving image mode (high sensitivity mode). The floating diffusion (floating diffusion region) capacitance C FD (not shown) for accumulating electric charges is also designed to have the minimum capacitance so that the sensitivity becomes maximum during moving images. Floating diffusion (floating diffusion region) is amplified M
It is formed so as to be connected to the gate of the OS transistor M4. M2 is a reset MOS transistor (reset switch) for discharging electric charges accumulated in the floating diffusion, M3 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 1, and M
Reference numeral 4 denotes an amplification MOS transistor (pixel amplifier 1) functioning as a source follower.

【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。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。CCLはクランプ容量、M5はクランプスイッチであ
る。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。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
Sトランジスタ(画素アンプ2)である。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
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。
A clamp circuit, which is a feature of the present embodiment, is provided at a stage subsequent to the pixel amplifier 1. This clamp circuit removes kTC noise generated in the photoelectric conversion unit. C CL is a clamp capacitance, and M5 is a clamp switch. A sample and hold circuit is provided after the clamp circuit as in the first embodiment. M6 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 2, and M7 is an amplification MO functioning as a source follower.
This is an S transistor (pixel amplifier 2). M8 is a sample MO constituting a sample-and-hold circuit for storing an optical signal.
The S transistor switch and CH1 are hold capacitors.

【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。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。M12は画素アンプ3を選択をするための選択MO
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。
M9 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 3, and M10 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier 3) functioning as a source follower. M11 is a sample MOS transistor switch constituting a sample and hold circuit for storing a noise signal, and CH2 is a hold capacitor. M12 is a selection MO for selecting the pixel amplifier 3.
The S transistor (selection switch) and M13 are amplification MOS transistors (pixel amplifiers 3) that function as source followers.

【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。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。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。
In the present embodiment, as in the first embodiment, these optical signals and a sample-and-hold circuit in a pixel for noise are used to perform batch reset and batch exposure of each image pickup device at the same timing. Further, since an image signal can be stored in this portion independently of exposure, an optical signal and a noise signal can be read out many times during the exposure period without destruction. Using this function, signal reading for automatic exposure can be performed while performing exposure.

【0069】次に、画素部の構成について説明する。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。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。この場合、完全転送のためkTCノ
イズは発生しない。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。この条件を満たすために、
本実施形態では以下に説明するような構成としている。
Next, the configuration of the pixel section will be described. In a conventional pixel unit, signal charges generated in a photodiode are transferred to a floating diffusion by a transfer switch, and charges accumulated in the floating diffusion are converted into charges / voltages, and the amplified MOS transistors (pixel amplifiers) function as source followers. It is output as a voltage. In the case of a photodiode having a small area, a signal charge can be completely transferred to the floating diffusion by applying a sufficiently large voltage to the gate of the transfer transistor, and the photodiode can be completely depleted. In this case, no kTC noise occurs due to complete transfer. However, as described above, there is a specific condition required for the photoelectric conversion unit in the X-ray imaging device for both still image shooting and moving image shooting. To satisfy this condition,
In the present embodiment, the configuration is as described below.

【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QP をフォトダイオード部の
容量CPD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VP は、 VP =QP /CPD …(1) となる。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。これは、ランダムノイズとして
現われる。リセットノイズVN は、 VN =√(kTCPD) …(2) となる。k:ボルツマン定数、T:温度(K)である。
First, in a photodiode having a pn junction, when the photo-generated carriers Q P are stored in the capacitance C PD of the photodiode portion and converted into a voltage, the optical signal voltage V P due to the photo-generated carriers is V P = Q P / C PD (1) There is a reset noise generated each time the photodiode is reset. This appears as random noise. The reset noise V N is as follows: V N = √ (kTC PD ) (2) k: Boltzmann's constant, T: temperature (K).

【0071】また、S/N比は、 VP /VN =QP ・√(1/(kTCPD)) …(3) となる。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CPDも大きくなる。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CPDをできるだけ小さくすることが望ましい。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。
[0071] In addition, S / N ratio, V P / V N = Q P · √ (1 / (kTC PD)) ... is (3). In order to increase the light utilization factor, it is better to increase the area of the photodiode. However, when the area of the photodiode is increased, the capacitance CPD also increases. In order to obtain the highest sensitivity (S / N ratio) at the time of capturing a moving image, it is desirable to reduce the capacitance C PD of the photodiode as much as possible. Further, the magnitude ΔV of the output of the pixel amplifier having the floating diffusion amplifier structure is expressed as follows.

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

【0073】(4)式から明らかなように同じ信号電荷
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。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CFD
極力小さくする必要がある。
As is apparent from the equation (4), as ΔV increases with respect to the same signal charge Q P , the charge / voltage conversion gain increases, which is advantageous from the viewpoint of the S / N surface and the like. In order to increase ΔV with respect to the same signal charge Q, the gain G of the source follower usually hardly changes to about 0.7 to 0.9, so it is necessary to minimize the capacitance C FD as in 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CPDを小さくするには限界がある。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CPD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。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。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CPDとフローティングディフュージョン
の容量CFDは最小となるように設計している。
[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. The capacitance CPD can be reduced by reducing the electrode area while keeping the area of the photodiode unchanged. However, in this method, the charge collection efficiency of the electrode is reduced, and the signal charge is completely transferred to the floating diffusion by the transfer switch. It becomes difficult. In the present embodiment, complete transfer is not performed, no transfer switch is provided, and a photodiode and a floating diffusion are directly connected to form a photoelectric conversion unit. Further, the capacitance C PD of the photodiode and the capacitance C FD of the floating diffusion are designed to be minimized so that the sensitivity becomes maximum when capturing a moving image.

【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。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。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。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。
In the present embodiment, since the transfer is not complete, kTC noise is generated at the time of resetting the photoelectric conversion unit. However, removing this kTC noise (reset noise) in a circuit requires high S / N of the photoelectric conversion device. This is an important point of N-Nation. For this reason, the present embodiment has a configuration in which a clamp circuit is provided for each pixel. It is known to use a clamp circuit for removing kTC noise. If the pixel size is relatively small, 50 to 100 μm square, and complete transfer is possible, this is not the case because kTC noise does not occur in the photoelectric conversion unit.

【0076】第1の実施形態のように動画撮影時は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。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
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。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。
As in the first embodiment, when shooting a moving image, kT
The case where the FPN is more important than the C noise is not limited to this. However, in order to obtain an image sensor that can be used in both the still image mode and the moving image mode, even in the still image mode, k
It is necessary to remove TC noise, and it is essential to provide a clamp circuit in the pixel. In the present embodiment, a clamp circuit is provided before the sample exposure circuit for batch exposure so that kTC noise can be removed even in the moving image mode of batch 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CPD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。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。静止画撮影時は容量が増えるのでS/
Nが悪くなってしまうが、S/Nをよくするためには、
特にkTCノイズを除去するクランプ回路が必要であ
る。
[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. In order to widen the dynamic range at the time of still image shooting while maintaining the highest sensitivity at the time of moving image shooting, a sensitivity (dynamic range) switching circuit is provided, and a capacitor and a switch are provided for each pixel in the present embodiment. S / S
N becomes worse, but in order to improve S / N,
In particular, a clamp circuit for removing kTC noise is required.

【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。以下、図
11を用いて回路動作を説明する。まず、光電変換はフ
ォトダイオードPDで行う。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。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。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。フ
ォトダイオードPDで発生した光電荷は容量CPDとCFD
に蓄積される。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。この状
態からの動作を説明する。なお、動画モードでは信号Φ
SCをローレベルとする。
FIG. 11 is a timing chart showing the operation timing of the pixel section in this embodiment. Hereinafter, the circuit operation will be described with reference to FIG. First, photoelectric conversion is performed by the photodiode PD. Exposure is collective exposure, and is performed at the same timing and period for all pixels of each image sensor. Therefore, there is no time lag between images between the imaging elements and between the scanning lines. In the present embodiment, the structure is such that the charge of the photodiode PD is not completely transferred to the floating diffusion, and there is no transfer switch. The photocharge generated by the photodiode PD is represented by capacitances C PD and C FD
Is accumulated in This photocharge includes reset noise (kTC noise) at the end of the previous frame. The operation from this state will be described. In the movie mode, the signal Φ
SC is set to 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CPDとCFD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CCLに保持する。このクランプ容量
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CCL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。
[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 electric charge is converted into a voltage by a source follower constituting the pixel amplifier 1 (M4) and is stored in the clamp capacitor CCL . The clamp capacitor C CL is clamped to a reset level including reset noise of the photoelectric conversion unit at the time of reset of the previous frame, and by holding the photoelectric charge including reset noise here, reset noise is generated from the clamp capacitor C CL. 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
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。次いで、全画一括で信号Φ
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。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
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CFDがリセット
される。
As shown in FIG. 11F, the signal ΦSEL1 from the vertical shift register VSR and the signal ΦSEL simultaneously
By setting SH1 to the high level and turning on the sample switch M8, this optical signal is collectively transferred to the capacitor CH1 through the pixel amplifier 2 (M7). Next, the signal Φ
By setting SH1 to low level and turning off the sample switch M8, the holding of the optical signal charge in the sample and hold circuit is completed. Immediately, as shown in FIG. 11B, the signal ΦRE from the vertical shift register
By setting S to the high level and turning on the reset switch M2, the floating diffusion CFD is reset.

【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CCLを基準電圧にセットする。また、同時に図11
(g)に示すように全画素一括で垂直シフトレジスタ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。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。
[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. At the same time, FIG.
As shown in (g), the vertical shift register V
When the signal ΦSH2 from the SR is set to the high level and the sample switch M11 is turned on, the noise signal when set to the reference voltage is transferred to the capacitor CH2. Next, the signal ΦSH2 is set to the low level for all the pixels at once, and the transfer and holding of the optical signal and the noise signal to the sample and hold circuit are completed.

【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
を各行毎にハイレベルとし、選択スイッチM9,M12
をオンすることで負荷電流源と画素アンプ3,4(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。これにより、ホールド容量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
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。
Next, as shown in FIG. 11D, a signal .PHI.SEL2
To a high level for each row, and select switches M9 and M12
Is turned on, the load current source and the pixel amplifiers 3 and 4 (M1
(0, M13) is activated. Thereby, the hold capacities CH1, CH2
The optical signal and the noise signal held in the pixel amplifiers 3 and 4
At the same time to the noise signal output line and the optical signal output line.

【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)
の減算処理を行う。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。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。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、
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。
The signals transferred to the noise signal output line and the optical signal output line are subtracted output amplifiers (not shown) connected to the noise signal output line and the optical signal output line.
Is performed. At this time, since the optical signal and the noise signal are taken into the sample hold circuit from the pixel amplifier 2 with a very fast time difference, 1 / f noise having a large value at a low frequency can be removed, and a high frequency component can be ignored. Further, there is no variation in the threshold value Vth due to the temperature difference between the output stage source followers in this time difference. The output charge stored in the hold capacitor is obtained from the output of one pixel amplifier at the time of both resetting and inputting the signal charge continuously in time. By taking the difference, the thermal noise, 1 / f noise,
FPN due to temperature difference and process variation can be removed.

【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。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。
As described above, the collective exposure of the photodiode PD is performed after the collective reset of the photodiode PD, and the optical signal and the noise signal are accumulated in the sample and hold circuit in the pixel, thereby exposing the next frame and exposing these signals. Reading can be performed independently. As a result, since exposure can be performed while performing high-speed reading, multi-pixel driving under a low irradiation dose as in a large-area X-ray imaging device, the accumulation time can be as long as possible even in high-speed operation, and the optical signal intensity can be increased. Furthermore, noise reduction can be performed 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。この場合、
容量C1には容量CFD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。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。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。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。
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, in the still image mode, the same operation as described above is performed when the signal ΦSC is set to the high level and the capacitor C1 is connected in parallel with the photodiode PD. in this case,
Since the capacitor C1 has a capacity almost ten times as large as the capacity CFD , a wide dynamic range can be realized. Further, the kTC noise of the photoelectric conversion unit can be removed for each pixel by the clamp circuit. Further, by providing a sample-and-hold circuit for storing an optical signal and storing a noise signal in a pixel, it is possible to remove FPN caused by thermal noise, 1 / f noise, temperature difference, and process variation in the pixel amplifier. Accordingly, in the moving image mode, high-speed, high-sensitivity moving image shooting with no temporal or spatial connection can be realized with nine image sensors.
On the other hand, in the still image mode, high-sensitivity, high-dynamic-range still image shooting can be realized.

【0086】(第3の実施形態)図12は図1又は図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。図12におい
て、被写体(例えば人間の胸部)110にはX線源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。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。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。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。
(Third Embodiment) FIG. 12 is a view similar to FIG.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an overall configuration when an imaging device is configured using an imaging element including 0 pixels. In FIG. 12, an X-ray source 11 is attached to a subject (eg, a human chest) 110.
Radiation is irradiated from 1 and the radiation transmitted through the subject 110 enters the image sensor unit 112. The imaging element unit is configured by tiling the nine imaging elements of the first or second embodiment, further comprising a scintillator for converting X-rays into visible light, an X-ray shielding member, a peripheral driving circuit, and the like. The pixels of the image sensor have the configuration of the first or second embodiment. Further, a radiation imaging apparatus can be configured by combining scintillators.

【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
/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。撮像素子駆動部115は撮像素子ユニット1
12に隣接して実装されている。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。その処理信号は、記録部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。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。
The 4 × 8 system signals (signals output from the 9 image sensors via the 9 × 2 output lines) from the image sensor unit 112 are output from the signal A / D converter 113 and the FPN A
The analog signal is converted into a digital signal by the / D converter 114. The image sensor driving unit 115 is an image sensor unit 1
12 and is mounted adjacent to the T.12. The A / D-converted signal is sent to the image processing circuit 116, and the image processing circuit 116 and the memory 117 perform synthesis of image signals of the nine imaging devices, correction of defect noise, and the like. The processed signal is sent to the recording unit 118
Or displayed on a display unit (monitor) 119 and printed as necessary. The overall control of these circuits and devices is performed by the controller 120, and the controller 120 controls the timing of the X-ray source 111 and the image sensor.

【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。撮影が
終わるとともに画像処理は終了となる。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。
The memory signals stored in the temporary storage memory 117 are subjected to image processing (γ processing, interpolation processing, etc.) for synthesizing each image sensor signal as one image (image processing circuit 116), and the output is It is stored in a large image memory, and the memory output is displayed on the display unit 119 and the like. The image processing ends when the photographing ends. The data captured by the imaging device is transferred to a personal computer or the like, where software processing or the like for analyzing the subject is performed.

【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。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。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。
Note that such an image processing method can be performed based on a program stored in a computer such as a personal computer. The present invention also includes an information recording medium such as a CDROM in which such a program is recorded. Then, by reading a program recorded in a CD ROM or the like, the image processing method according to the present invention can be executed.

【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。図13において、X線チューブ60
50で発生したX線6060は患者あるいは被験者60
61の胸部6062を透過し、シンチレータ、FOP、
撮像素子、外部処理基板等を含む放射線撮像装置604
0に入射する。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。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。
(Fourth Embodiment) FIG. 13 is a diagram showing an example in which an X-ray imaging system is configured using the radiation imaging apparatus of the present invention. In FIG. 13, the X-ray tube 60
X-ray 6060 generated at 50 is a patient or subject 60
61 through the chest 6062, scintillator, FOP,
Radiation imaging apparatus 604 including an image sensor, an external processing substrate, and the like
Incident at 0. The incident X-ray contains information on the inside of the body of the patient 6061, and the scintillator emits light in response to the incidence of the X-ray, and this is photoelectrically converted by the imaging device, thereby obtaining electrical information. This information is converted into a digital signal, image-processed by an image processor 6070, and can be observed on a display 6080 in the control room.

【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。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。
This information can be transferred to a remote place by a transmission means such as a telephone line 6090, and can be displayed on a display 6081 such as a doctor's room at another place or stored in a storage means such as an optical disk. It is also possible for a doctor to make a diagnosis. Further, it can be recorded on a film 6110 by a film processor 6100.

【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。 (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。 (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。 (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、
更に、低消費電力、低ノイズ、低コストを図ることがで
きる。 (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。
As described above, the present invention can provide the following effects. (1) Since the sample and hold circuits for the optical signal and the noise signal are provided in the pixel, the simultaneous exposure makes it possible to make the image pickup exposure time of the image pickup regions of the respective image pickup devices attached at the same time, thereby achieving noise correction. A circuit can be provided for each pixel, and high-speed high-speed moving image shooting can be performed. (2) Since a plurality of image pickup devices can be constituted by the same type of image pickup device, the steps up to the manufacture of the image pickup device unit can be simplified, and the production becomes easy, so that the cost can be reduced. (3) Since a plurality of image sensors can be driven by a common drive pulse, the number of peripheral drive circuits is small, and mounting is simple.
Further, low power consumption, low noise, and low cost can be achieved. (4) A radiation imaging device can be configured with a high-sensitivity imaging device, and the exposure dose can be adjusted appropriately by irradiating radiation exposure at the timing of batch exposure, so that the radiation exposure dose can be considerably reduced and a human-friendly device is realized. 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。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a pixel circuit of a first embodiment of an imaging device according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram illustrating an entire circuit of the image sensor according to 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。
FIG. 3 is a timing chart for explaining an operation of the pixel circuit according to the embodiment of FIG. 1;

【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。
FIG. 4 is a diagram showing a layout of the 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。FIG. 5 is a sectional view taken along line AA 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。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which one image sensor is manufactured from one piece of 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。
FIG. 7 is a diagram showing a state where unit blocks of the vertical shift register of the embodiment of FIG. 1 are arranged together with one pixel circuit in one area (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。
FIG. 8 is a diagram showing a layout of one area (cell) including the shift register of the embodiment of FIG. 1;

【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。
FIG. 9 is a diagram showing a state in which pixels of the embodiment of FIG. 1 are 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。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a pixel circuit according to a second embodiment of 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。
FIG. 11 is a timing chart showing operation timings of the embodiment of FIG.

【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。
FIG. 12 is a block diagram illustrating an embodiment of the radiation imaging apparatus according to 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。
FIG. 13 is a diagram showing one embodiment of the 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。FIG. 14 is a plan view showing a conventional imaging device.

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

【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。
FIG. 16 is a diagram for explaining image composition of the imaging device in FIG. 14;

【符号の説明】[Explanation 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 CPD フォトダイオードの接合容量 CFD 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 119 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M1 transfer switch M2 reset switch M3 selection switch M4 amplification MOS transistor M5 clamp switch M6 selection switch M7 amplification MOS transistor M8, M11 sample switch M9, M12 selection switch M10, M13 amplification transistor M14 mode switching switch PD photodiode CH1 optical signal hold Capacitance CH2 Noise signal hold capacitance CPD Photodiode junction capacitance CFD floating diffusion capacitance 100 Image sensor 101 Scintillator 102 FOP 103 External processing substrate 104 Flexible substrate 105 Base 110 Subject 111 X-ray source 112 Image sensor unit 113, 114 A / D converter 115 Image sensor driving circuit 116 Image processing circuit 117 Memory 118 Recording unit 11 9 Display unit 120 Controller 6040 Radiation imaging device 6050 X-ray tube 6060 X-ray 6070 Image processor 6081 Display 6090 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 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01L 27/146 H01L 31/00 A 31/09 27/14 A H04N 5/32 K (72) Inventor Noriyuki Kaibe Tokyo 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku F-term (reference) in Canon Inc. 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】[Claims] 【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。
1. An image pickup device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, said pixels comprising: a photoelectric conversion unit for performing photoelectric conversion; and an optical signal storage unit for storing an optical signal generated by said photoelectric conversion unit. An image pickup apparatus comprising: a noise signal storage unit configured to store a noise signal.
【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. The imaging device according to claim 1, further comprising a plurality of said imaging elements.
【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 image pickup device according to claim 2, wherein the optical signals of the pixels of the plurality of image sensors are respectively transferred to the corresponding optical signal storage means at a time, and the pixels of the plurality of image sensors are collectively transferred. An image pickup apparatus, comprising: means for collectively transferring noise signals to the corresponding noise signal storage means.
【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 photoelectric conversion unit that includes a plurality of image sensors having a plurality of pixels arranged two-dimensionally and performs photoelectric conversion for each pixel, and an optical signal storage that stores an optical signal generated by the photoelectric conversion unit. Means for transferring the optical signals of the pixels of the plurality of imaging elements to the optical signal storage means at once, and sequentially outputting the optical signals stored in the optical signal storage means for each pixel. And an output unit for outputting the image to the imaging device.
【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。
5. The imaging device according to claim 1, wherein the pixel is configured to amplify a signal from the photoelectric conversion unit and output the amplified signal, and an input of the amplification unit. An imaging apparatus comprising: reset means for resetting a unit; optical signal storage means for storing a signal from the amplification means; and noise signal storage means.
【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。
6. The imaging device according to claim 1, wherein the pixel amplifies a signal from the photoelectric conversion unit and outputs the amplified signal. Reset means for resetting an input section of the first amplifying means, signal clamping means for clamping a signal from the first amplifying means, and second amplifying means for amplifying and outputting a signal from the signal clamping means. An image pickup apparatus comprising: an optical signal storage unit for storing a signal from the second amplification unit; and a noise signal storage unit.
【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 claim 1, wherein said optical signal storage means and said noise signal storage means have a sample hold circuit.
【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 device according to claim 6, wherein the pixel further has a sensitivity switching unit connected to the photoelectric conversion unit.
【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 device according to claim 8, wherein the sensitivity switching unit is disposed between the photoelectric conversion unit and the charge storage unit, the charge storage unit being connected in parallel to the photoelectric conversion unit. An imaging device comprising: a sensitivity changeover switch.
【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。
10. The imaging device according to claim 6, wherein the pixel amplifies a signal from the optical signal accumulating unit and outputs the amplified signal. An imaging device comprising: a fourth amplification unit that amplifies and outputs a noise signal from the noise signal accumulation unit.
【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。
11. The imaging apparatus according to claim 10, wherein the third amplification unit and the fourth amplification unit are arranged in a cross.
【請求項12】 請求項1乃至請求項11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。
12. The method according to claim 1, wherein
13. The imaging device according to claim 1, wherein the optical signal storage unit and the noise signal storage unit are arranged in adjacent regions in a pixel.
【請求項13】 請求項1乃至請求項11のいずれか1
項に記載の撮像装置において、前記増幅手段はP型MO
Sトランジスタからなることを特徴とする撮像装置。
13. The method according to claim 1, wherein
In the imaging device described in the paragraph, the amplification means is a P-type MO.
An imaging device comprising an S transistor.
【請求項14】 請求項1乃至請求項13のいずれか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。
14. The method according to claim 1, wherein
The imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit is of a completely depleted transfer type.
【請求項15】 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、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。
15. The method according to claim 1, wherein:
A radiation imaging apparatus comprising: the imaging apparatus according to any one of the preceding items, a scintillator, and an equal-magnification optical transmission unit.
【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。
16. The radiation imaging apparatus according to claim 15, wherein the equal-magnification optical transmission means is a fiber optic plate.
【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。
17. The radiation imaging apparatus according to claim 15, a signal processing unit that processes a signal from the radiation imaging apparatus, and a signal from the signal processing unit. Recording means for displaying, a display means for displaying a signal from the signal processing means, a transmission processing means for transmitting a signal from the signal processing means, and a radiation source for generating the radiation. A radiation imaging system, comprising:
【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. An image pickup device having a plurality of pixels arranged in a two-dimensional manner, wherein each of the pixels has a photoelectric conversion unit for performing photoelectric conversion, and an optical signal storage for storing an optical signal generated by the photoelectric conversion unit. Means for simultaneously resetting the plurality of image sensors at the same timing, simultaneously exposing the plurality of image sensors at the same timing, and storing the exposed signals in the optical signal storage. A method of driving an imaging device, wherein the driving method is stored in a unit.
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