JP2003046877A

JP2003046877A - 画像撮影装置および放射線撮像システム

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Publication number: JP2003046877A
Application number: JP2001230401A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kameshima; 登志男亀島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-14
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP4599001B2

Abstract

(57)【要約】【課題】読み出し装置の基準電位変動に起因するクロ
ストークを防ぐ。【解決手段】入射するエネルギーを電気信号に変換す
るエリアセンサと、基準電位に基づいて動作し、エリア
センサからの前記電気的信号を読み出すための読み出し
手段３と、を、有する画像撮影装置において、読み出し
手段に基準電位を与える電源をエリアセンサに電位を与
える電源とは独立して設けた。エリアセンサは光電変換
素子と薄膜トランジスタとを含む画素を二次元的に配列
して構成され、光電変換素子と薄膜トランジスタのドレ
イン電極、薄膜トランジスタのゲート電極と共通ゲート
ライン、薄膜トランジスタのソース電極と共通データラ
インがそれぞれ接続され、共通データラインが前記読み
出し手段に、共通ゲートラインがゲート駆動手段に接続
され、読み出し手段及び前記ゲート駆動手段を用いてマ
トリクス動作が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像撮影装置および
放射線撮像システムに関するものである。詳しくはマト
リクス駆動を行うエリアセンサと、基準電位を供給して
動作させる読み出し装置とを有する画像撮影装置および
放射線撮像システムに関するものである。さらには単電
源で駆動する画像撮影装置であって、読み出し装置に供
給する基準電位を低インピーダンスで供給する、あるい
は複数のブロックに分割して基準電位を供給することを
特徴とし、クロストークを低減し良好な画像の取得を可
能とする画像撮影装置および放射線撮像システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来技術について図を用いて説明
する。

【０００３】図８は従来の画像撮影装置の模式的回路図
であり、図９は従来の画像撮影装置の動作タイミング図
である。

【０００４】図８に示すように、従来の画像撮影装置は
フォトダイオードＰＤと薄膜トランジスタＴからなる画
素（フォトダイオードＰＤｘと薄膜トランジスタＴｘか
らなる画素を画素Ｍｘとする（ｘは１以上の自然数；こ
こではｘ＝１〜９）。例えばフォトダイオードＰＤ１と
薄膜トランジスタＴ１とで画素Ｍ１を構成する。）を二
次元に配列しマトリクス駆動を行うエリアセンサ１と、
エリアセンサ１からの信号を読み出す読み出し装置３
と、エリアセンサ１の薄膜トランジスタＴのゲートを駆
動するゲート駆動装置２を有している。エリアセンサの
各画素の薄膜トランジスタのゲート電極は共通ゲートラ
インVg1〜VgNに接続されており、共通ゲートラインは図
示しないシフトレジスタなどで構成されるゲート駆動装
置２に接続される。一方各薄膜トランジスタＴのソース
電極は共通データラインsig1〜sigMに接続され、容量Ｃ
ｆが入出力端子間に設けられたプリアンプ、スイッチと
容量で構成されるサンプルホールド回路、アナログマル
チプレクサなどで構成される読み出し装置３に接続され
る。

【０００５】ここで従来の画像撮影装置においては単電
源駆動が行われており、読み出し装置３にプリアンプの
リセット電位となる正の基準電位Vrefが供給されてい
る。また基準電位Vrefは、エリアセンサ１のフォトダイ
オードのカソード側に供給されるセンサバイアスVsを抵
抗Ｒ１と抵抗Ｒ２により抵抗分圧することにより作ら
れ、かつ読み出し装置３の各チャンネルのプリアンプに
対し共通に供給されている。つまり、単一電源により、
基準電位VrefとセンサバイアスVsとが与えられる。

【０００６】さらに上記画像撮影装置の動作について図
９のタイミングを用いて説明する。図中、RESは読み出
し装置３のプリアンプのリセットを、Vg1〜Vg 3は各共
通ゲートラインへのゲートパルスのタイミングを、SMPL
は読み出し装置３のサンプルホールドのサンプリングタ
イミングを、CLKは読み出し装置３内のアナログマルチ
プレクサからのアナログ同期信号をそれぞれ示す。始め
に信号RESがハイレベルとなって、アンプの入出力間が
スイッチにより短絡されてアンプのリセットが行われ、
次にエリアセンサ１の第１行目の共通ゲートラインに接
続される各画素の薄膜トランジスタのゲートに印加され
るゲートパルス（Vg1）をハイレベルとすることによ
り、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の信号電荷が読み
出し装置３のアンプに転送され、サンプルホールドでサ
ンプリングされ、アナログマルチプレクサからアナログ
出力として、CLKに同期して出力される。図中Ｓ１〜Ｓ
９は図８の各画素Ｍ１〜Ｍ９の出力に対応したアナログ
出力である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の画像撮
影装置は単電源駆動を行っている。単電源駆動の場合、
プリアンプのダイナミックレンジの関係で、読み出し装
置３に正の基準電位Vrefを供給する必要がある。図８で
は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２による抵抗分圧によりリセット電
位Vrefを作成し、読み出し装置３へ供給している。

【０００８】ここで、画像撮影装置の読み出し装置３は
プリアンプの入力と出力の間にＣｐで示される寄生容量
を有する場合がある。この寄生容量Ｃｐにより、従来の
画像撮影装置ではクロストークという画像の劣化が生じ
る場合があった。

【０００９】寄生容量Ｃｐによるクロストークについ
て、図１０を用いて説明する。図１０の（ａ）〜（ｅ）
はそれぞれ以下の波形を示す。

【００１０】（ａ）．アナログ同期クロック（CLK）（ｂ）．画素Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入力（光）が入射した
場合のアナログ出力（ｃ）．画素Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入力（光）が入射しな
い場合のアナログ出力（ｄ）．画素Ｍ１，Ｍ２に入力（光）が入射し、画素Ｍ
３には入射しない場合のアナログ出力（ｅ）．画素Ｍ１に入力（光）が入射し、画素Ｍ２，Ｍ
３には入射しない場合のアナログ出力図１０の（ｄ）、（ｅ）、例えば、図１０の（ｄ）では
画素Ｍ１，Ｍ２の出力が寄生容量Ｃｐを介して読み出し
装置３の基準電位Vrefを変動させ、結果として画素Ｍ３
の出力にクロストークが現れている。このように従来の
画像撮影装置は基準電位Vrefを共通にアンプに供給し、
かつ抵抗Ｒ１、Ｒ２のインピーダンスを介して供給して
いるため、寄生容量Ｃｐの影響で基準電位Vrefが変動を
受けクロストークを生じる場合があった。またこのクロ
ストークが画像の正確な再現の妨げとなる場合があっ
た。

【００１１】特にＸ線画像撮影装置への応用など、高い
精度での画像データ再現が必要とされる場合、これらの
クロストークが大きな問題となる場合があった。

【００１２】すなわち従来の画像撮影装置は、基準電位
を共通かつインピーダンスを介して供給するためクロス
トークを生じ、画質を劣化させる場合があるという課題
を有していた。

【００１３】さらに従来の画像撮影装置は、このクロス
トークにより高画質の撮影システムの構築が困難である
といる課題を有していた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の画像撮影装置は、入射するエネルギー（例え
ば可視光、赤外光等の光、Ｘ線等の放射線）を電気信号
に変換するエリアセンサと、基準電位に基づいて動作
し、前記エリアセンサからの前記電気的信号を読み出す
ための読み出し手段と、を、有する画像撮影装置におい
て、前記読み出し手段に前記基準電位を与える電源を前
記エリアセンサに電位を与える電源とは独立して設けた
ことを特徴とする画像撮影装置である。

【００１５】本発明においては、単電源で駆動され、エ
リアセンサと、基準電位を供給して動作する読み出し手
段とを有し、基準電位をオペアンプなどを用い低インピ
ーダンスで供給可能な構成であることが望ましい。ある
いは読み出し手段を複数のブロックに分割し、それぞれ
のブロックに対して個別に基準電位を供給可能な構成で
あることが望ましい。

【００１６】また、読み出し手段を複数のブロックに分
割し、それぞれのブロックに対して個別にかつ低インピ
ーダンスで基準電位を供給可能な構成とすることは、よ
り望ましい。

【００１７】また分割するブロックの単位は、基準電位
を供給するオペアンプなどの電流供給能力で定めること
が望ましく、各チャンネル、各IC、各パネル単位などが
選択可能である。

【００１８】またその際のアンプは低ノイズタイプが選
択されることがより望ましい。

【００１９】なお、放射線とはＸ線やα，β，γ線等を
いい、光は光電変換素子により検出可能な波長領域の電
磁波であり、赤外光，可視光を含む。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて詳
しく説明する。

【００２１】＜第１の実施例＞図１は本発明の画像撮影
装置の第１実施例の模式的回路図である。図２は本実施
例のアナログ出力の説明図である。なお、図１におい
て、図８に示す構成部材と同一構成部材については同一
符号を付して説明を省略する。また図８と比べてエリア
センサ１の領域の図示も省略している。エリアセンサの
画素構成はフォトダイオードと薄膜トランジスタからな
る画素に限られ、必要に応じてフォトダイオードからの
電荷を蓄積する容量や、該電荷に基づき増幅して信号を
出力するアンプ、画素をリセットするためのリセット手
段等を画素に設けてもよい。

【００２２】図８の従来例の構成と比較して、本実施例
では読み出し装置３の各プリアンプに供給される基準電
位Vrefを与える電源が、エリアセンサにバイアス電位Ｖ
ｓを与える電源とは独立に設けられており、かつインピ
ーダンスを経ないでプリアンプの一方の入力端子に接続
されていることである。このような構成により、図８の
従来例の構成とは異なり、寄生容量Ｃｐがあってもプリ
アンプの出力により基準電位Vrefが変動することがな
い。すなわち、図２の（ｄ）に示す、画素Ｍ１，Ｍ２に
入力（光）が入射し、画素Ｍ３には入射しない場合のア
ナログ出力、図２の（ｅ）に示す、画素Ｍ１に入力
（光）が入射し、画素Ｍ２，Ｍ３には入射しない場合の
アナログ出力のように、クロストークのない、又は低減
された画像を取得することができる。

【００２３】＜第２の実施例＞図３は本発明の画像撮影
装置の第２実施例の模式的回路図である。図１に示す第
１実施例の構成との差異は基準電位VrefをオペアンプＡ
ｍで供給している点である。動作および効果については
図２に示す第1実施例と同じである。すなわち、基準電
位Vrefは出力インピーダンスが十分低いボルテージホロ
ア回路としてのオペアンプＡｍｐの出力としてアンプに
供給されているので、寄生容量Ｃｐの影響で基準電位Vr
efが変動することはなく、又はその変動は低減されるの
で、クロストークのない、又は低減された画像を取得す
ることができる。ここで用いるオペアンプはノイズ密度
が3.0nV/√Hz以下（特に100Hz〜100kHzの周波数領域に
おいて）であることが望ましい。これは画像撮影装置の
ノイズを低減するためである。

【００２４】＜第３の実施例＞図４は本発明の画像撮影
装置の第３実施例の模式的回路図である。第１、２実施
例との差異は読み出し装置３を各チャンネル毎（プリア
ンプ毎）に分割し、それぞれに対して独立したオペアン
プＡｍ１〜Ａｍ３で基準電位Vref1〜Vref3を供給してい
る点である。効果については図２に示す第１実施例と同
じである。第２の実施例と同様に、この際用いるオペア
ンプのノイズ密度は3.0nV/√Hz以下であることが望まし
い。

【００２５】図４では読み出し装置をチャンネル毎に分
割し、それぞれに対して基準電位を個別に供給している
が、分割のパターンはいくつか考えられる。

【００２６】たとえばアンプIC単位、パネル単位などと
しても良い。

【００２７】パネル単位はセンサモジュール単位を意味
する。センサモジュールの定義については以下に記す。

【００２８】分割の方法についてまず図１１を用いて説
明する。図１１において、読み出し装置は結晶シリコン
の２つの集積回路（アンプIC）で構成されている。各集
積回路はデータラインに接続されたプリアンプなどで構
成されている。本実施例では読み出し装置が結晶シリコ
ンを材料とする複数の集積回路で構成され、かつそれぞ
れの集積回路に対応するオペアンプなどで基準電位を供
給している。

【００２９】さらに分割方法の別の例について図１２及
び図１３を用いて説明する。図１２はエリアセンサ、集
積回路（アンプIC）、ドライブIC、プリント基板Aおよ
びプリント基板Dにより構成されるセンサモジュールの
模式図である。本実施例ではこのセンサモジュールを図
１３に示すように複数枚（ここでは4枚）貼り合わせて
受光部を拡大している。このような構成はＸ線撮影装置
などに用いられる場合がある。本実施例では各センサモ
ジュールに対応する図示しないオペアンプなどで基準電
位が供給される。すなわち本実施例ではセンサモジュー
ルを複数枚貼り合わせる構成において、各センサモジュ
ールに対応するオペアンプなどで基準電位を供給してい
る。

【００３０】さらに読み出し装置を複数のブロックに分
割し、それぞれのブロックに独立した電源で基準電位を
供給する際には、以下の関係を満たしていることが望ま
しい。

【００３１】すなわち、プリアンプの出力の最大振幅を
ΔV、プリアンプの出力端子と基準電位入力端子間の寄
生容量をCp、ひとつのブロックに含まれるデータライン
数（チャンネル数）をN、基準電位を供給する各電源の
出力電流をImax、1ラインの読み出しに必要な時間をT
l、としたとき、これらの間に以下の関係式が成り立つ
ことが望ましい。

【００３２】ΔV・Cp・N ≦ Imax・Tl このような関係を成り立たせることによりブロック内で
発生するクロストークを防ぐことができ、ブロック間の
段差などが生じないようにすることができる。

【００３３】＜第４の実施例＞図５は本発明の画像撮影
装置を用いたＸ線撮像システムへの応用例である。Ｘ線
発生源としてのＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６
０６０は患者あるいは被検体６０６１の胸部などの観察
部分６０６２を透過し、第１〜第３の実施例で説明した
画像撮影装置たる光電変換装置６０４０に入射する。こ
の入射したＸ線には被検体６０６１の内部の情報が含ま
れている。Ｘ線の入射に対応して画像撮影装置は電気的
情報を得る。この情報はデジタルに変換されイメージプ
ロセッサ６０７０により画像処理され制御室（コントロ
ールルーム）のディスプレイ６０８０で観察できる。

【００３４】また、この情報は電話回線や無線６０９０
等の伝送手段により遠隔地などへ転送でき、別の場所の
ドクタールームなどでディスプレイ６０８１に表示もし
くはフィルムなどの出力により遠隔地の医師が診断する
ことも可能である。得られた情報はフィルムプロセッサ
などの記録手段６１００により光ディスク、光磁気ディ
スク、磁気ディスクなどの各種記録材料を用いた記録媒
体、フィルムや紙などの記録媒体６１１０に記録や保存
することもできる。

【００３５】医療診断用や内部検査用のような非破壊検
査に用いられているＸ線撮像システムに用いられる画像
撮影装置は高精度で画像を読み取ることが必要である。
本発明の画像撮影装置はラインノイズの影響を低減して
いるため、このような応用例に好適である。

【００３６】図６は本実施例の画像撮影装置の画素の一
例の断面図である。画素はガラス基板１０上にフォトダ
イオード１１と薄膜トランジスタ（TFT）１２で構成さ
れている。また画素上には保護層１４を介して入射した
Ｘ線を可視光に変換するための蛍光体１３が設けられて
いる。フォトダイオード１１と薄膜トランジスタ（TF
T）１２はアモルファスシリコンやポリシリコンを材料
にすることが好ましく、蛍光体はヨウ化セシウムやガド
リニウム系の材料を用いるのが好ましい。

【００３７】フォトダイオード１１はｐｉｎ型フォトダ
イオードあるいはＭＩＳ型センサで構成することができ
る。具体的な構成を示す公報としては、特開平09-26655
2号公報、特開2000-131444号公報などがある。

【００３８】図７は本実施例の画像撮影装置の別の画素
の例の断面図である。この例では画素はＸ線を直接電荷
に変換する半導体材料（Ｘ線−電子変換層）２５と、そ
れに接続用バンプ２３を介して接続された蓄積容量２１
及び薄膜トランジスタ（TFT）２２で構成されている。
Ｘ線−電子変換層２５は下電極２４と上電極２６とに挟
まれている。図６の例と同様にTFTはアモルファスシリ
コンやポリシリコンを材料にすることが好ましい。さら
にＸ線−電子変換層の材料は例えばガリウム砒素、ガリ
ウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、アモルファスセレ
ン、CdZn、CdZnTeなどを用いることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果を得ることができる。・単電源駆動であって
も、読み出し手段の基準電位変動に起因するクロストー
クを防ぐことができる。・Ｘ線画像撮影装置のように、
高い画像再現性が求められる用途であっても、クロスト
ークの影響が小さく高画質な撮影システムを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の模式的回路図である。

【図２】本発明の第１実施例の動作説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の模式的回路図である。

【図４】本発明の第３実施例の模式的回路図である。

【図５】本発明の第４実施例のシステム図である。

【図６】本発明の第４実施例の画素断面図である。

【図７】本発明の第４実施例の他の構成を示す画素断面
図である。

【図８】従来例の模式的回路図である。

【図９】従来例の駆動タイミング図である。

【図１０】従来例の動作説明図である。

【図１１】分割の方法について説明する図である。

【図１２】分割方法の別の例について説明する図であ
る。

【図１３】分割方法の別の例について説明する図であ
る。

【符号の説明】

１エリアセンサ２ゲートドライバ（ゲート駆動装置）３読み出し装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA05 AB01 CA05 CA19 CB02 CB05 CB11 CB20 FB03 FB09 FB13 FB22 FB25 FB30 GA10 HA22 HA27 HA31 5C024 AX12 CX11 GX03 GY31 HX40 HX46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射するエネルギーを電気信号に変換す
るエリアセンサと、基準電位に基づいて動作し、前記エ
リアセンサからの前記電気的信号を読み出すための読み
出し手段と、を、有する画像撮影装置において、前記読
み出し手段に前記基準電位を与える電源を前記エリアセ
ンサに電位を与える電源とは独立して設けたことを特徴
とする画像撮影装置。
【請求項２】前記エリアセンサは光電変換素子と薄膜
トランジスタとを含む画素を二次元的に配列して構成さ
れ、前記光電変換素子と前記薄膜トランジスタのドレイ
ン電極、前記薄膜トランジスタのゲート電極と共通ゲー
トライン、前記薄膜トランジスタのソース電極と共通デ
ータラインがそれぞれ接続され、前記共通データライン
が前記読み出し手段に、前記共通ゲートラインがゲート
駆動手段に接続され、前記読み出し手段及び前記ゲート
駆動手段を用いてマトリクス動作が行われることを特徴
とする請求項１記載の画像撮影装置。
【請求項３】前記読み出し手段は前記共通データライ
ンのそれぞれに対応するプリアンプを有し、前記プリア
ンプの一方の入力端子が各共通データラインに接続さ
れ、前記プリアンプの別の入力端子は前記基準電位に設
定される構成であることを特徴とする請求項２記載の画
像撮影装置。
【請求項４】前記読み出し手段は複数のブロックに分
割されており、前記読み出し手段に前記基準電位を与え
る電源は複数の電源からなり、これら複数の電源のそれ
ぞれは各ブロックに対し独立した基準電位を供給するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画
像撮影装置。
【請求項５】前記読み出し手段を複数のブロックに分
割する際の分割の単位が各共通データライン毎であり、
前記複数の電源のそれぞれは共通データラインに対応す
るプリアンプそれぞれに対し独立した基準電位を供給す
ることを特徴とする請求項４記載の画像撮影装置。
【請求項６】前記読み出し手段に前記基準電位を与え
る電源はオペアンプで構成されていることを特徴とする
請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
【請求項７】前記読み出し手段は、結晶シリコンを材
料とする複数の集積回路で構成されており、前記複数の
電源のそれぞれは、各集積回路に対応して独立した基準
電位を供給することを特徴とする請求項４又は請求項５
に記載の画像撮影装置。
【請求項８】前記エリアセンサと、ゲート駆動手段
と、基準電位を供給して動作する読み出し手段とで構成
されるセンサモジュールを複数貼り合わせて構成する画
像撮影装置において、各センサモジュールに対し独立し
た基準電位を供給可能な電源を有することを特徴とする
請求項４又は請求項５に記載の画像撮影装置。
【請求項９】前記読み出し手段を複数のブロックに分
割し、それぞれのブロックに独立した電源で基準電位を
供給する際に、プリアンプの出力の最大振幅はΔＶ、プ
リアンプの出力端子と基準電位入力端子間の寄生容量は
Ｃｐ、ひとつのブロックに含まれるデータライン数（チ
ャンネル数）はＮ、基準電位を供給する各電源の出力電
流はＩmax、１ラインの読み出しに必要な時間はＴｌと
したとき、以下の関係を満たしていることを特徴とする
請求項３〜８のいずれか１項に記載の画像撮影装置。 ΔＶ・Ｃｐ・Ｎ ≦ Ｉmax・Ｔｌ
【請求項１０】前記基準電位を供給可能なオペアンプ
のノイズ密度は３．０ｎＶ／√Ｈｚ以下であることを特
徴とする請求項６記載の画像撮影装置。
【請求項１１】前記光電変換素子および前記薄膜トラ
ンジスタはアモルファスシリコンまたはポリシリコンを
材料としていることを特徴とする請求項２〜１０のいず
れか１項に記載の画像撮影装置。
【請求項１２】前記光電変換素子はｐｉｎ型フォトダ
イオードあるいはＭＩＳ型センサであることを特徴とす
る請求項１１記載の画像撮影装置。
【請求項１３】前記エリアセンサは、入射する放射線
を光に変換する蛍光体を有する放射線エリアセンサであ
ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記
載の画像撮影装置。
【請求項１４】前記エリアセンサは半導体層に入射し
た放射線を直接電荷に変換して読み出す光電変換素子を
有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項
に記載の画像撮影装置。
【請求項１５】前記光電変換素子は半導体層の材料と
してガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水
銀、アモルファスセレン、CdZn、CdZnTeから選択される
少なくとも一つ材料を用いていることを特徴とする請求
項１４に記載の画像撮影装置。
【請求項１６】請求項１３〜１５のいずれかの１項に
記載の画像撮影撮像装置と、前記画像撮影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。