JP2003078124A - 放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換装置のフレーム毎のwait期間を無く
して、動画撮影を容易にする放射線撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 Ｃｉ、Ｃ_SiN、Ｄ１の３つで光電変換素
子を表し、Ｖsは光電変換素子のＤ電極のバイアス電
源、ＴＦＴはスイッチ素子、Ｃ2は信号配線に付加され
る読み出し容量、スイッチＳＷ−ＣはＣ2をＧＮＤ電位
にリセットするスイッチ、Ｖｇ（ｏｎ１）はＴＦＴをオ
ンさせ信号電荷をＣ2に転送する電源、Ｖｇ（ｏｎ２）
は光電変換素子をリフレッシュする電源、Ｖｇ（ｏｆ
ｆ）はＴＦＴをオフさせる電源である。Ｘ-ray照射期間
は、ＳＷ−ＤはＶ（ｏｆｆ）側に、ＳＷ−Ｃはオフして
いる。転送動作は、ＳＷ−ＤをＳＷ−Ｅ側、ＳＷ−Ｅを
Ｖｇ（ｏｎ１）側にして、ＴＦＴをオン状態にする。リ
フレッシュ動作は、ＳＷ−ＤをＳＷ−Ｅ側、ＳＷ−Ｅを
Ｖｇ（ｏｎ２）側、そしてＳＷ−Ｃを導通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用の診断や工
業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置に関す
る。なお、本明細書では、Ｘ線、γ線などの電磁波やα
線、β線も放射線に含めるものとして説明する。

【０００２】

【従来の技術】従来、病院内などに設置されているＸ線
撮影システムは、患者にＸ線を照射させ、患者を透過し
たＸ線をフィルムに露光するフィルム撮影方式と、患者
を透過したＸ線を電気信号に変換してディジタル画像処
理する画像処理方式とがある。

【０００３】画像処理方式のひとつに、Ｘ線を可視光に
変換する蛍光体と可視光を電気信号に変換する光電変換
装置とで構成された放射線撮像装置がある。患者を透過
したＸ線が、蛍光体に照射され、そこで可視光に変換さ
れた患者の体内情報を光電変換装置により電気信号とし
て出力する。電気信号に変換されればＡＤコンバータで
ディジタル変換し、記録、表示、印刷、診断などを行う
ためのＸ線画像情報はディジタル値として扱うことが出
来る。

【０００４】最近では、光電変換装置にアモルファスシ
リコン半導体薄膜を用いた放射線撮像装置が実用化され
ている。

【０００５】図１４は、ＭＩＳ型光電変換素子とスイッ
チ素子の材料にアモルファスシリコン半導体薄膜を用い
て構成した従来の光電変換基板の上面図であり、それら
を結線する配線を含めて表している。図１５は図１４内
Ａ−Ｂでの断面を示す。以後の説明では、簡単化のため
に、ＭＩＳ型光電変換素子は、単に光電変換素子と呼ぶ
ことにする。

【０００６】光電変換素子１０１及びスイッチ素子１０
２（アモルファスシリコンＴＦＴ、以下単にＴＦＴと記
す）は同一基板１０３上に形成されており、光電変換素
子の下部電極は、ＴＦＴの下部電極（ゲート電極）と同
一の第１の金属薄膜層１０４で共有されており、光電変
換素子の上部電極は、ＴＦＴの上部電極（ソース電極、
ドレイン電極）と同一の第２の金属薄膜層１０５で共有
されている。また、第１及び第２の金属薄膜層は、光電
変換回路部内の、ゲート駆動用配線１０６、マトリクス
信号配線１０７も共有している。図１４においては、画
素数として２×２の計４画素分が記載されている。図１
４のハッチング部は、光電変換素子の受光面である。１
０９は光電変換素子にバイアスを与える電源ラインであ
る。また、１１０は光電変換素子とＴＦＴを接続するた
めのコンタクトホールである。

【０００７】アモルファスシリコン半導体を主たる材料
にした図１４で示されるような構成を用いれば、光電変
換素子、スイッチ素子、ゲート駆動用配線、マトリクス
信号配線を、同一基板上に同時に作製することができ、
大面積の光電変換回路部が容易に、しかも安価に提供す
ることができる。

【０００８】次に、光電変換素子単体のデバイス動作に
ついて説明する。図１６（ａ）〜（ｃ）は図１４、図１
５の光電変換素子のデバイス動作を説明するためのエネ
ルギーバンド図である。

【０００９】図１６（ａ）、（ｂ）は、それぞれリフレ
ッシュモードおよび光電変換モードの動作を示してお
り、図１５で示される各層の膜厚方向の状態を表してい
る。Ｍ１は第１の金属薄膜層（例えばＣｒ）で形成され
た下部電極（Ｇ電極）である。アモルファス窒化シリコ
ン（ａ−ＳｉＮｘ）層は、電子、ホール共にその通過を
阻止する絶縁層であり、トンネル効果をもたらさない程
度の厚さが必要であり、通常５００オングストローム以
上に設定される。水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）層は意図的にドーパントをドープしていない真
性半導体層（ｉ層）で形成された光電変換半導体層であ
る。Ｎ⁺層は、ａ−Ｓｉ：Ｈ層へのホールの注入を阻止
するために形成されたＮ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層などの非単結
晶半導体からなる単一導電型キャリアの注入阻止層であ
る。またＭ２は第２金属薄膜層（例えばＡｌ）で形成さ
れる上部電極（Ｄ電極）である。

【００１０】図１４では、Ｄ電極はＮ⁺層を完全には覆
っていないが、Ｄ電極とＮ⁺層との間は電子の移動が自
由に行われるためＤ電極とＮ⁺層は常に同電位であり、
以下の説明では、そのことを前提としている。

【００１１】本光電変換素子にはＤ電極やＧ電極への電
圧の印可の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モ
ードという２種類の動作モードがある。

【００１２】リフレッシュモードを示す図１６（ａ）に
おいてＤ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられてお
り、ｉ層中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極
に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層に注入さ
れる。この時、一部のホールと電子はＮ⁺層、ｉ層にお
いて再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続
けばｉ層内のホールはｉ層から掃き出される。

【００１３】この状態から光電変換モードを示す図１６
（ｂ）にするためにはＤ電極にＧ電極に対し正の電位を
与える。するとｉ層中の電子は瞬時にＤ電極に導かれ
る。しかしホールはＮ⁺層が注入阻止層として働くた
め、ｉ層に導かれることはない。この状態でｉ層に光が
入射すると、光は吸収され電子ホール対が発生する。こ
の電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層内を
移動しｉ層とａ−ＳｉＮｘ絶縁層との界面に達する。し
かし、絶縁層内には移動できないため、ｉ層内に留まる
ことになる。この時、電子はＤ電極に移動し、ホールは
ｉ層内の絶縁層界面に移動するため、光電変換素子内の
電気的中性を保つため電流がＧ電極から流れる。この電
流は光により発生した電子・ホール対に対応するため入
射した光に比例する。ある期間光電変換モードである図
１６（ｂ）の状態を保った後、再びリフレッシュモード
の図１６（ａ）の状態になると、ｉ層に留まっていたホ
ールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホール
に対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モ
ード期間に入射した光の総量に対応する。この時、ｉ層
内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、こ
の量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つ
まり、この光電変換素子はリアルタイムに入射する光の
量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も
検出することができる。

【００１４】しかしながら、何らかの理由により光電変
換モードの期間が長くなった場合や入射する光の照度が
強い場合、光の入射があるにもかかわらず電流が流れな
いことがある。これは図１６（ｃ）のようにｉ層内にホ
ールが多数留まり、このホールのためｉ層内の電界が小
さくなり、発生した電子が導かれなくなりｉ層内でホー
ルと再結合してしまうからである。この状態を光電変換
素子の飽和状態と称する。この状態で光の入射の状態が
変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再び
リフレッシュモードにすればｉ層内のホールは掃き出さ
れ次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が流れ
る。

【００１５】また、前述の説明において、リフレッシュ
モードでｉ層内のホールを掃き出す場合、すべてのホー
ルを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出
すだけで効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題
はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会にお
いて図１６（ｃ）の飽和状態になっていなければよく、
リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、
リフレッシュモードの期間およびＮ⁺層の注入阻止層の
特性を決めればよい。また、更にリフレッシュモードに
おいてｉ層への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極の
Ｇ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホ
ールが多数ｉ層に留まっている場合には、たとえＤ電極
のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電
界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ま
た、注入阻止層であるＮ⁺層の特性も同様に電子をｉ層
に注入できることが必要条件ではない。

【００１６】図１７は、光電変換素子とＴＦＴで構成さ
れる従来の光電変換回路の１画素分の回路を示してい
る。図１７において光電変換素子は、ｉ層からなる容量
成分のＣｉと注入阻止層からなる容量成分のＣ_SiNとで
表記している。また、ｉ層と注入阻止層との接合点（図
１７中のノードＮ）は、光電変換素子が飽和状態になっ
た時、すなわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界が
ない（小さい）状態になった時、光によって生成された
電子とホールは再結合するために、ホールキャリアがＮ
部に蓄えることが出来なくなる。つまり、ノードＮの電
位はＤ電極の電位より高くなることはない。この飽和状
態における動作を具現化するために、図１７ではダイオ
ード（Ｄ1）をＣｉに並列に接続している。すなわち図
１７において光電変換素子をＣｉ、Ｃ_SiN、Ｄ1の３つの
コンポーネントで表記している。

【００１７】図１８は、図１７に示される１画素分の回
路の動作を示すタイムチャートである。図１７、図１８
を用いて、光電変換素子とＴＦＴで構成される１画素分
の回路動作を説明する。

【００１８】まず、リフレッシュ動作を説明する。Ｖs
は９Ｖ、Ｖrefは３Ｖとする。リフレッシュ動作は、ス
イッチＳＷ−ＡをＶref、スイッチＳＷ−ＢをＶｇ（ｏ
ｎ）、スイッチＳＷ−Ｃをオンにする。この状態にする
ことにより、Ｄ電極はＶref（６Ｖ）にバイアスされ、
Ｇ電極は、ＧＮＤ電位にバイアスされ、ノードＮは、最
大Ｖref（６Ｖ）にバイアスされる。最大というのは、
今回のリフレッシュ動作以前の光電変換動作により、ノ
ードＮの電位が既にＶref以上の電位まで蓄積されてい
た場合、Ｄ１を介しＶrefにバイアスされる。しかし、
以前の光電変換動作によりノードＮの電位がＶref以下
であった場合、本リフレッシュ動作によりＶrefの電位
にバイアスされることはない。実際の使用にあたって
は、複数回の光電変換動作を過去に繰り返していれば、
ノードＮは、本リフレッシュ動作により事実上Ｖref
（６Ｖ）にバイアスされると言ってよい。ノードＮがＶ
refにバイアスされた後に、ＳＷ−ＡをＶs側に切り替え
る。これにより、Ｄ電極はＶs（９Ｖ）にバイアスされ
る。このリフレッシュ動作により、光電変換素子のノー
ドＮに蓄えられていたホールキャリアがＤ電極側へ一掃
されたことになる。

【００１９】次にＸ-ray照射期間について説明する。Ｘ
線は図示したようにパルス状に照射する。検出体を透過
したＸ線が蛍光体Ｆｌに照射され、可視光に変換され
る。蛍光体からの可視光は半導体層（ｉ層）に照射され
光電変換される。光電変換により生成されたホールキャ
リアはノードＮに蓄積され電位を上昇させる。ＴＦＴは
オフした状態なのでＧ電極側の電位も同じ分だけ上昇さ
せる。

【００２０】wait期間はリフレッシュ期間とＸ-ray照射
期間の間に設けている。特に何かを動作させているわけ
ではなく、リフレッシュ動作直後の暗電流などで光電変
換素子の特性が不安定な状態にある場合、緩和するまで
に何も動作させない待機期間である。光電変換素子がリ
フレッシュ動作直後に不安定な特性がない場合、特にwa
it期間を設ける必要はない。

【００２１】次に転送動作の説明をする。転送動作は、
ＳＷ−ＢをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴをオン状態に
する。これによりＸ-ray照射により蓄えられたホールキ
ャリアの量（Ｓ_h）に対応する電子キャリア（Ｓ_e）が、
Ｃ2側からＴＦＴを介しＧ電極の側に流れ、それにより
読み出し容量Ｃ2の電位を上昇させる。この時、Ｓ_eとＳ
_hの関係は、Ｓ_e＝Ｓ_h×Ｃ_SiN／（Ｃ_SiN＋Ｃ_i）である。
Ｃ2の電位は同時にアンプを介し増幅して出力される。
ＴＦＴは信号電荷を充分に転送するに足りる時間だけオ
ンさせ、やがてオフさせる。

【００２２】最後にリセット動作について説明する。リ
セット動作はＳＷ−Ｃをオンさせ、Ｃ2をＧＮＤ電位に
リセットし次回の転送動作に備える。

【００２３】図１９は、従来の光電変換装置の２次元的
回路図である。説明を簡単化するために３×３＝９画素
分のみを記載してある。Ｓ1-1〜Ｓ3-3は光電変換素子、
Ｔ1-1〜Ｔ3-3はスイッチ素子（ＴＦＴ）、Ｇ１〜Ｇ３は
ＴＦＴをオン・オフさせるためのゲート配線、Ｍ１〜Ｍ
３は信号配線、Ｖs線は光電変換素子に蓄積バイアスを
与えたり、リフレッシュバイアスを与えたりするための
配線である。光電変換素子の黒く塗りつぶされた側の電
極はＧ電極であり、対向側はＤ電極である。Ｄ電極は、
Ｖs線の一部と共有しているが、光を入射させる都合
上、薄いＮ⁺層をＤ電極として利用している。Ｓ1-1〜Ｓ
3-3、Ｔ1-1〜Ｔ3-3、Ｇ１〜Ｇ３、Ｍ１〜Ｍ３、Ｖs線、
これらを総じて光電変換回路部と称する。

【００２４】Ｖs線は、電源Ｖsや電源Ｖrefによりバイ
アスされ、それらはＶＳＣのコントロ−ル信号により切
り替えられる。ＳＲ２はＧ１〜Ｇ３に駆動用のパルス電
圧を与えるシフトレジスタであり、ＴＦＴをオンさせる
電圧は外部から供給する。電源Ｖｇ（ｏｎ）により決定
される。読み出し用回路部は、光電変換回路部内のＭ１
〜Ｍ３の並列信号出力を増幅し、直列変換して出力す
る。

【００２５】ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３はＭ１〜Ｍ３をリセッ
トするスイッチ、Ａ１〜Ａ３はＭ１〜Ｍ３の信号を増幅
するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅
された信号を一時的に記憶するサンプルホールド容量、
Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルホールドするためのスイッ
チ、Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並
列信号を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２はＳｒ１
〜Ｓｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレ
ジスタ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファ
アンプである。

【００２６】図２０は図１９の光電変換装置の動作を示
すタイムチャートである。図１９の光電変換装置の動作
について図２０のタイムチャートを用いて説明する。制
御信号ＶＳＣは、光電変換素子のＶｓ線すなわち光電変
換素子のＤ電極に、２種類のバイアスを与えるためのも
のである。Ｄ電極は、ＶＳＣが“Ｈｉ”の時にＶref
（Ｖ）になり、“Ｌｏ”の時にＶs（Ｖ）になる。読み
取り用電源Ｖs（Ｖ）、リフレッシュ用電源Ｖref（Ｖ）
は、それぞれ直流電源である。

【００２７】まず、リフレッシュ期間の動作について説
明する。シフトレジスタＳＲ１の信号をすべて“Ｈｉ”
で、かつ読み出し用回路部のＣＲＥＳ信号を“Ｈｉ”の
状態にする。するとスイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ1-1
〜Ｔ3-3）が導通し、かつ読み出し用回路内のスイッチ
素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３も導通し、全光電変換素子のＧ
電極がＧＮＤ電位になる。そしてＶＳＣ信号が“ＨＩ”
になると全光電変換素子のＤ電極がリフレッシュ用電源
Ｖrefにバイアスされた状態（負電位）になる。する
と、全光電変換素子Ｓ1-1〜Ｓ3-3はリフレッシュモード
になり、リフレッシュが行われる。

【００２８】次に、光電変換期間について説明する。Ｖ
ＳＣが“Ｌｏ”の状態に切り替わり、全光電変換素子の
Ｄ電極は読み取り用電源Ｖsにバイアスされた状態（正
電位）になる。すると光電変換素子は光電変換モードに
なる。この状態でシフトレジスタＳＲ１の信号をすべて
“Ｌｏ”で、かつ読み出し用回路部のＣＲＥＳ信号を
“Ｌｏ”の状態にする。するとスイッチング用の全ＴＦ
Ｔ（Ｔ1-1〜Ｔ3-3）がオフし、かつ読み出し用回路内の
スイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３もオフし、全光電変換
素子のＧ電極は、直流的にはオープン状態になるが光電
変換素子はコンデンサでもあるため電位は保持される。
しかし、この時点では、光電変換素子に光は入射されて
いないため、電荷は発生しない。すなわち電流は流れな
い。この状態で光源がパルス的にオンすると、それぞれ
の光電変換素子のＤ電極（Ｎ⁺電極）に光が照射され、
いわゆる光電流が流れる。光源については、図１９中特
に記載はしていないが、例えば、複写機であれば蛍光
灯、ＬＥＤ、ハロゲン灯等である。Ｘ線撮影装置であれ
ば文字通りＸ線源であり、この場合Ｘ線可視変換用のシ
ンチレータを用いればよい。光によって流れた光電流は
電荷としてそれぞれの光電変換素子内に蓄積され、光源
がオフ後も保持される。

【００２９】次に読み出し期間について説明する。読み
出し動作は、1行目のＳ1-1〜Ｓ1-3、次に２行目のＳ2-1
〜Ｓ2-3、次に３行目のＳ3-1〜Ｓ3-3の順で行われる。
まず、1行目のＳ1-1〜Ｓ1-3を読み出しするためにスイ
ッチ素子（ＴＦＴ）Ｔ1-1〜Ｔ1-3のゲート配線Ｇ１にＳ
Ｒ１からゲートパルスを与える。この時ゲートパルスの
ハイレベルは、外部から供給されている電圧Ｖｃｏｍで
ある。これにより、Ｔ1-1〜Ｔ1-3がオン状態になり、Ｓ
1-1〜Ｓ1-3に蓄積されていた信号電荷が、信号配線Ｍ１
〜Ｍ３に転送される。信号配線Ｍ１〜Ｍ３には、特に図
１９中記載していないが読み出し容量が付加されてお
り、信号電荷はＴＦＴを介し、読み出し容量に転送され
ることになる。例えば信号配線Ｍ１の付加されている読
み出し容量は、Ｍ１に接続されているＴ1-1〜Ｔ3-1各Ｔ
ＦＴのゲート／ソース間の電極間容量（Ｃｇｓ）の総和
（３個分）であり、図１７におけるＣ2に相当する。Ｍ
１〜Ｍ３に転送された信号電荷は、アンプＡ１〜Ａ３で
増幅される。そしてＣＲＥＳ信号をオンさせることによ
り、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送され、
ＣＲＥＳ信号をオフするとともにホールドされる。次に
シフトレジスタＳＲ２からスイッチＳｒ１、Ｓｒ２、Ｓ
ｒ３の順番で、パルスを印加することにより、ＣＬ１〜
ＣＬ３にホールドされていた信号が、ＣＬ１、ＣＬ２、
ＣＬ３の順でアンプＡｂから出力される。結果としてＳ
1-1、Ｓ1-2、Ｓ1-3の１行分の光電変換信号が順次出力
される。２行目のＳ2-1〜Ｓ2-3の読み出し動作、３行目
のＳ3-1〜Ｓ3-3の読み出し動作も同様に行われる。

【００３０】１行目のＳＭＰＬ信号によりＭ１〜Ｍ３の
信号をＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルホールドすれば、Ｍ１
〜Ｍ３をＣＲＥＳ信号によりＧＮＤ電位にリセットしそ
の後Ｇ２のゲートパルスを印加することができる。すな
わち１行目の信号をＳＲ２により直列変換動作をする間
に、同時に２行目の光電変換素子Ｓ2−1〜Ｓ2−3の信号
電荷をＳＲ１により転送することができる。

【００３１】以上の動作により、第１行から第３行全て
の光電変換素子の信号電荷を出力することができる。以
上述べてきたＸ線撮像装置の動作は、リフレッシュ動作
を行い、Ｘ線を照射し、そして読み出し動作を行うこと
により、いわば１枚の静止画像を取得するための動作で
ある。連続した動画像を取得する場合、図２０で記載し
たタイムチャートで、取得したい動画の枚数分、繰り返
して動作させればよい。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に画
素数が多くなってきたときに動画像を得ようとした場合
には、更なるフレーム周波数の改善が必要となってく
る。光電変換素子のリフレッシュ動作が全光電変換素子
共通のＶｓ線を介して行われる場合には、１フレ−ムに
１回のリフレッシュ期間を設けることが必須となる。こ
のことは、特に、動画画像を取得する際、フレ−ム周波
数が小さくなる、すなわちスピ−ドが遅くなるという課
題を有している。一般的に、胸部の単純撮影において必
要とされるスペックとして、撮影領域が４０ｃｍ角以
上、画素ピッチが２００μｍ以下と言われている。仮に
４０ｃｍ角、２００μｍで作成した場合、光電変換素子
の数は４百万個にも及ぶ。こういった大多数の画素を、
一括でリフレッシュすることは、リフレッシュ時に流れ
る電流も大きくなるため、Ｘ線撮像装置のＧＮＤや電源
ラインの電圧変動も大きくなる。要求される画像によっ
てはこれらの変動分を緩和するまで、Ｘ線の照射までの
待ち時間を設ける必要もある。図２０では記載していな
いが図１８におけるwait期間がそれに相当する。つま
り、光電変換装置を一括でリフレッシュすることは、１
フレ−ムに１回のリフレッシュ期間を設けるだけでな
く、１フレ−ムに１回のwait期間をも必要となる。

【００３３】以上述べてきたように、１枚の読み出し動
作毎に、１回の全素子リフレッシュ動作を行う従来技術
において動画撮影を困難にしているといった課題を有し
ている。

【００３４】そこで本発明は、光電変換画素を各ライン
単位で順次リフレッシュしていくことによりＧＮＤや電
源ラインの電圧変動を抑え、フレーム毎の待機（wait）
期間を無くして、動画撮影を容易にする放射線撮像装置
を提供することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、基板上に２次元状に配置されたＭＩＳ型
光電変換素子と第１のスイッチ素子を含む画素の複数
と、前記第１のスイッチ素子の制御電極に接続された制
御配線の複数と、前記ＭＩＳ型光電変換素子からの信号
を読み出す信号配線とを備えた光電変換素子アレイと、
前記第１のスイッチ素子を導通するバイアスを、少なく
とも第１または第２のバイアスに切り替える第２のスイ
ッチ素子と、を有することを特徴とする。

【００３６】本発明によれば、蓄積電荷をシフトレジス
タにより任意の１ライン分（1行分）の信号電荷を転送
した後から、次のラインの信号電荷を転送する前までの
間に、その転送が終了したラインのＭＩＳ型光電変換素
子をリフレッシュすることができる。リフレッシュは、
同じシフトレジスタを用いてＴＦＴのゲート配線に高い
電圧パルスを印加することにより、ＴＦＴのゲート絶縁
膜の容量を介してＭＩＳ型光電変換素子をリフレッシュ
する。そして、本発明では、このリフレッシュ動作を、
各ラインの走査単位で、順次行うことができる。

【００３７】本発明では、読み取りフレームごとに全画
素を一括でリフレッシュ動作を行うのではなく各ライン
単位で順次リフレッシュしていくことができるため、リ
フレッシュされるＭＩＳ型光電変換素子の数は大変少な
く１ライン分の画素数である。そのため各リフレッシュ
単位で直後に流れる過渡電流の量は従来に比べて大変少
なく、Ｘ線撮像装置のＧＮＤや電源ラインの電圧変動が
ほとんどない。その結果、１ラインごとに順次繰り返し
て動作させることができる。更に、フレームの読み出し
走査を同様に繰り返すことにより、動画像を得ることが
できる。

【００３８】こうして得られた動画像は、Ｘ線の照射ま
での待ち時間が少ないため動画のフレーム周波数が大き
くなる。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、ここでは、放射線撮
像装置として、従来例と同様のＭＩＳ型光電変換素子と
スイッチ素子の半導体材料にアモルファスシリコン半導
体薄膜を用た光電変換素子アレイが形成された基板を有
する装置を例に挙げて説明する。

【００４０】（実施形態１）図１は本発明の実施形態１
を示すＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。光
電変換素子は、半導体光電変換層としての水素化アモル
ファスシリコンなどからなるｉ層による容量成分のＣｉ
とアモルファス窒化シリコンなどの絶縁層（両導電型の
キャリアの注入阻止層）による容量成分のＣ_SiNとで表
記している。また、ｉ層と絶縁層との接合点（図１中の
ノードＮ）は、光電変換素子が飽和状態になった時、す
なわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界がない（小
さい）状態になった時、光によって生成された電子とホ
ールは再結合するために、ホールキャリアがＮ部に蓄え
ることが出来なくなる。つまり、ノードＮの電位はＤ電
極の電位より高くなることはない。この飽和状態におけ
る動作を具現化するために、図１ではダイオード（Ｄ
１）をＣｉに並列に接続している。すなわち図１におい
て光電変換素子をＣｉ、Ｃ_SiN、Ｄ１の３つのコンポー
ネントで表している。

【００４１】Ｖｓは光電変換素子のＤ電極にバイアスを
与えるための電源である。ＴＦＴは薄膜トランジスタ(T
hin Film Transistor)でスイッチ素子である。Ｃ2は信
号配線に付加される読み出し容量である。

【００４２】ＦｌはＸ線波長を可視領域波長に変換する
ための波長変換用の蛍光体であり、直接又は間接的にＴ
ＦＴと密着した位置に配置されている。蛍光体の母体材
料にはＧｄ₂Ｏ₂ＳやＧｄ₂Ｏ₃などを用い、発光中心には
Ｔｂ³⁺やＥｕ³⁺など希土類元素が用いられる。またはＣ
ｓＩ：ＴｌやＣｓＩ：Ｎａ等、ＣｓＩを母体材料に用い
た蛍光体も用いられる。

【００４３】スイッチＳＷ−ＣはＣ2をＧＮＤ電位にリ
セットするためのスイッチであり、ＲＣ信号により制御
される。Ｖｇ（ｏｎ１）はＴＦＴをオンさせ信号電荷を
Ｃ2に転送するための電源、Ｖｇ（ｏｎ２）は光電変換
素子をリフレッシュするための電源、Ｖｇ（ｏｆｆ）は
ＴＦＴをオフさせるための電源である。

【００４４】ＳＷ−ＥはＶｇ（ｏｎ１）とＶｇ（ｏｎ
２）を切り替えるスイッチ、ＳＷ−ＤはＶｇ（ｏｎ１）
又はＶｇ（ｏｎ２）とＶ（ｏｆｆ）とを切り替えるスイ
ッチである。ＣｇはＴＦＴのゲート電極とドレイン電極
（光電変換素子側）の間に形成される容量である。

【００４５】図２は、図１に示される１画素分の回路動
作を示すタイムチャートである。図１、図２を用いて、
光電変換素子とＴＦＴで構成される１画素分の回路動作
を説明する。

【００４６】まず、Ｘ-ray照射期間について説明する。
Ｘ線は図示したようにパルス状に照射する。被検体を透
過したＸ線が蛍光体Ｆｌに照射され、可視光に変換され
る。蛍光体からの可視光は半導体層（ｉ層）に照射され
光電変換される。光電変換により生成されたホールキャ
リアはｉ層と絶縁層（注入阻止層）界面に蓄えられ、ノ
ードＮの電位を上昇させる。ＴＦＴはオフした状態なの
でＧ電極側の電位も同じ分だけ上昇させる。なお、Ｘ-r
ay照射期間では、ＳＷ−ＤはＶ（ｏｆｆ）側に、ＳＷ−
Ｃはオフしている。

【００４７】次に転送期間について説明する。転送動作
は、ＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｆｆ）の反対側すなわちＳＷ−
Ｅ側にして、ＳＷ−ＥをＶｇ（ｏｎ１）側にすることに
より、ＴＦＴをオン状態にする。これによりＸ-ray照射
により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓｈ）に対応す
る電子キャリア（Ｓｅ）が、Ｃ2側からＴＦＴを介しＧ
電極側に流れ、それにより読み出し容量Ｃ2の電位を上
昇させる。この時、ＳｅとＳｈの関係は、Ｓｅ＝Ｓｈ×
Ｃ_SiN／（Ｃ_SiN＋Ｃｉ）である。Ｃ2の電位は同時にア
ンプを介し増幅して出力される。ＴＦＴは信号電荷を充
分に転送するに足りる時間だけオンさせ、やがてオフさ
せる。

【００４８】次にリフレッシュ動作について説明する。
図３はノードＮとＧ電極およびＴＦＴのゲート電極の電
位を表すタイムチャートである。例として、Ｖｓ＝９
（Ｖ）、Ｖｇ（ｏｆｆ）＝−５（Ｖ）、Ｖｇ（ｏｎ１）
＝１２（Ｖ）、Ｖｇ（ｏｎ２）＝３０（Ｖ）とする。

【００４９】リフレッシュ動作は、ＳＷ−ＤをＳＷ−Ｅ
側、ＳＷ−ＥをＶｇ（ｏｎ２）側、そしてＳＷ−Ｃを導
通させる。ＴＦＴのゲートバイアスがＶｇ（ｏｆｆ）＝
−５（Ｖ）からＶｇ（ｏｎ２）＝３０（Ｖ）に、ΔＶ＝
３５Ｖの電位差を与えた場合、瞬間的に光電変換素子の
Ｇ電極、ノードＮの電位は上昇する。これは、Ｃｇ、Ｃ
_SiN、Ｃｉの容量により３５Ｖのバイアス印加により電
荷が各容量に分配される（チャージシェア）。Ｇ電極、
ノードＮの電位の上昇量は、Ｃｇ、Ｃ_SiN、Ｃｉの容量
により決定されるが、ノードＮの電位は、Ｄ１により９
Ｖ以上に上昇することはない。ノードＮの電位が９Ｖを
上回るようなＶｇ（ｏｎ２）電圧を与えた場合、ノード
Ｎは９Ｖを維持しながらホールキャリアがＤ電極側にリ
フレッシュされることになる。チャージシェアにより一
度上昇したＧ電極は、その後ＴＦＴのオン抵抗Ｒｏｎと
光電変換素子の容量（（Ｃ_SiN//Ｃｉ）：Ｃ_SiNとＣｉの
直列合成容量）で決定される時定数でＧＮＤ電位に減衰
する。同時にノードＮもＧ電極と同様に減衰する。ノー
ドＮの減衰量ΔＶＮはＧ電極の減衰量ΔＶＧに対しΔＶ
Ｎ／ΔＶＧ＝Ｃ_SiN／（Ｃ_SiN＋Ｃｉ）となる。ノードＮ
の減衰量ΔＶＮは、次回の光電変換動作で蓄えられるホ
ールキャリアの量を決定する。ノードＮとＧ電極および
ＴＦＴのゲート電極の電位を表すタイムチャートを図３
に示しておく。

【００５０】最後にリセット動作について説明する。リ
セット動作はＳＷ−Ｃをオンさせ、Ｃ2をＧＮＤ電位に
リセットし、次回の転送動作に備える。なお、図1８で
はwait期間を記述しているが図２では記述していない。
その理由について図３、４を用いて説明する。

【００５１】図４は、本発明の実施形態１を示すＸ線撮
像装置に含まれる光電変換装置の２次元的回路図であ
る。説明を簡単化するために３×３＝９画素分で記載し
てある。Ｓ1-1〜Ｓ3-3は光電変換素子、Ｔ1-1〜Ｔ3-3は
スイッチ素子（ＴＦＴ）、Ｇ１〜Ｇ３はＴＦＴをオン／
オフさせるためのゲート配線、Ｍ１〜Ｍ３は信号配線、
Ｖｓ線は光電変換素子に蓄積バイアスを与えるための配
線である。光電変換素子の黒く塗りつぶされた側の電極
はＧ電極であり、対向側はＤ電極である。Ｄ電極は、Ｖ
ｓ線の一部と共有しているが、光を入射させる都合上、
薄いＮ⁺層をＤ電極として利用している。Ｓ1-1〜Ｓ3-
3、Ｔ1-1〜Ｔ3-3、Ｇ１〜Ｇ３、Ｍ１〜Ｍ３、Ｖｓ線、
これらを総じて光電変換回路部と称する。Ｖｓ線は、電
源Ｖsによりバイアスされる。ＳＲ１はＧ１〜Ｇ３に駆
動用のパルス電圧を与えるシフトレジスタであり、ＴＦ
Ｔをオンさせる電圧は外部から供給され、２種類の外部
電源であるＶｇ（ｏｎ１）、Ｖｇ（ｏｎ２）がＳＷ−Ｅ
により選択される。読み出し用回路部は、光電変換回路
部内のＭ１〜Ｍ３の並列信号出力を増幅し、直列変換し
て出力する。ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３はＭ１〜Ｍ３をリセッ
トするスイッチ、Ａ１〜Ａ３ははＭ１〜Ｍ３の信号を増
幅するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はＡ１〜Ａ３で増幅され
た信号を一時的に記憶するサンプルホールド容量、Ｓｎ
１〜Ｓｎ３はサンプルホールドするためのスイッチ、Ｂ
１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列信号
を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２は、Ｓｒ１〜Ｓ
ｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレジス
タ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファアン
プである。

【００５２】図５は、図４の光電変換装置の動作を示す
タイムチャートであり、２フレーム分の動作を表してい
る。図４の光電変換装置の動作について図５のタイムチ
ャートを用いて説明する。

【００５３】まず、光電変換期間について説明する。全
光電変換素子のＤ電極は読み取り用電源Ｖs（正電位）
にバイアスされた状態にある。シフトレジスタＳＲ１の
信号はすべて“Ｌｏ”であり、スイッチング用の全ＴＦ
Ｔ（Ｔ1-1〜Ｔ3-3）がオフしている。この状態で光源が
パルス的にオンすると、それぞれの光電変換素子のＤ電
極（Ｎ⁺電極）に光が照射され、光電変換素子のｉ層内
で電子とホールのキャリアが生成される。電子はＶsに
よりＤ電極に移動するが、ホールは光電変換素子内のｉ
層と絶縁層の界面に蓄えられ、電源がオフ後も保持され
る。

【００５４】次に読み出し期間について説明する。読み
出し動作は、1行目のＳ1-1〜Ｓ1-3、次に２行目のＳ2-1
〜Ｓ2-3、次に３行目のＳ3-1〜Ｓ3-3の順で行われる。
まず、1行目のＳ1-1〜Ｓ1-3を読み出しするためにＴ1-1
〜Ｔ1-3のスイッチ素子（ＴＦＴ）のゲート配線Ｇ１に
ＳＲ１からゲートパルスを与える。この時ゲートパルス
のハイレベルは、外部から供給されているＶｇ（ｏｎ
１）の電圧である。これにより、Ｔ1-1〜Ｔ1-3がオン状
態になり、Ｓ1-1〜Ｓ1-3に蓄積されていた信号電荷が、
信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送される。信号配線Ｍ１〜Ｍ３
には、特に図４中記載していないが読み出し容量が付加
されており、信号電荷はＴＦＴを介し、読み出し容量に
転送されることになる。例えば信号配線Ｍ１に付加され
ている読み出し容量は、Ｍ１に接続されているＴ1-1〜
Ｔ3-1各ＴＦＴのゲートソース間の電極間容量（Ｃｇ
ｓ）の総和（３個分）であり、図１におけるＣ2に相当
する。Ｍ１〜Ｍ３に転送された信号電荷は、アンプＡ１
〜Ａ３で増幅される。そしてＣＲＥＳ信号をオンさせる
ことにより、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転
送され、ＣＲＥＳ信号をオフするとともにホールドされ
る。次にシフトレジスタＳＲ２からスイッチＳｒ１、Ｓ
ｒ２、Ｓｒ３の順番で、パルスを印加することにより、
ＣＬ１〜ＣＬ３にホールドされていた信号が、ＣＬ１、
ＣＬ２、ＣＬ３の順でアンプＡｂから出力される。結果
としてＳ1-1、Ｓ1-2、Ｓ1-3の１行分の光電変換信号が
順次出力される。２行目のＳ2-1〜Ｓ2-3の読み出し動
作、３行目のＳ3-1〜Ｓ3-3の読み出し動作も同様に行わ
れる。

【００５５】１行目のＳＭＰＬ信号によりＭ１〜Ｍ３の
信号をＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルホールドすれば、Ｓ1-
1〜Ｓ3-1の信号は、光電変換回路部からは出力されたこ
とになる。従って、読み出し用回路部内でＳｒ１〜Ｓｒ
３により直列変換されている最中に、光電変換回路部内
のＳ1-1〜Ｓ3-1のリフレッシュ動作とＭ１〜Ｍ３のリセ
ット動作を行うことができる。

【００５６】Ｓ1-1〜Ｓ3-1のリフレッシュ動作は、ＣＲ
ＥＳ信号によりＲＥＳ１〜ＲＥＳ３のスイッチを導通状
態にして、ＴＦＴのゲート配線に電圧Ｖｇ（ｏｎ２）を
印加する。電圧Ｖｇ（ｏｎ２）は電圧Ｖｇ（ｏｎ１）よ
りも、高く設定している。その後、ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３
のスイッチを導通状態のまま、ＴＦＴをオフし、信号配
線Ｍ１〜Ｍ３の読み出し容量をＧＮＤ電位にリセットす
る。Ｍ１〜Ｍ３のリセット終了後、Ｇ２のゲートパルス
を印加することができる。すなわち１行目の信号をＳＲ
２により直列変換動作をする間に、光電変換回路部の中
で、同時に光電変換素子Ｓ1-1〜Ｓ1-3をリフレッシュ
し、Ｍ１〜Ｍ３をリセットし、そして２行目のＳ2-1〜
Ｓ2-3の信号電荷をＳＲ１によりＭ１〜Ｍ３に転送する
ことが可能となる。

【００５７】以上の動作により、第１行から第３行全て
の光電変換素子の信号電荷を出力することができる。

【００５８】以上で述べた光電変換期間と読み出し期間
を繰り返すことにより、連続した動画像を取得すること
ができる。本実施形態で示したタイムチャートが、従来
例で示した図２０のタイムチャートと異なるところは、
リフレッシュ期間を設けていないところであり、その分
だけ動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくでき
るメリットがある。また、従来例では、すべての光電変
換素子を一括でリフレッシュしていたため、リフレッシ
ュ時の暗電流成分による、ＧＮＤや電源などの変動を緩
和させるためのwait期間を設ける必要があった。本実施
形態では、各行単位でリフレッシュしているために、一
度にリフレッシュする光電変換素子の数がはるかに少な
いため、特別にwait期間を設ける必要がなく、その分だ
け動画のフレーム周波数を大きくできる可能性がある。

【００５９】（実施形態２）図６は本発明の実施形態２
を示すＸ線撮像装置の動作を示すタイムチャートであ
る。図２のタイムチャートにおいてはＸ線がパルス的な
照射方法であるのに対し、図６では、Ｘ線を連続して
（直流的に）照射している。この場合光電変換期間と
は、リフレッシュが終了してから転送を開始するまでの
間である。実際の医療用Ｘ線撮像装置は（Ｎ行×Ｍ列）
の多数の画素で構成されている。例えば１行目の光電変
換素子にとっては、自らの光電変換素子の転送、リフレ
ッシュ、リセットを除いた、２行目からＮ行目までのＮ
−１行分の読み出し期間が、実質上光電変換期間とな
る。他の行の光電変換素子にとっても同様で、自らの光
電変換素子の転送、リフレッシュ、リセットを除いた、
Ｎ−１行分の読み出し期間が、実質上光電変換期間とな
る。例えば１００行目の光電変換素子にとっては、１０
１行目からＮ行目までの読み出し期間と次フレームにお
ける１行目から９９行目までの読み出し期間の合計、す
なわちＮ−１行分の読み出し期間が、実質上光電変換期
間となる。つまりＸ線を直流的に照射した本実施形態で
は、光電変換期間が２フレーム分にまたがってしまう
が、光電変換期間はすべて同じになり、何ら特異なこと
は生じない。

【００６０】本実施形態においては、Ｘ線照射期間すな
わち図２あるいは図５における光電変換期間が省けるた
めに動画のフレームレートを更に大きくできるメリット
がある。また、パルス照射方法に比べ、Ｘ線の強度を弱
くすることができるためＸ線源の管球や電源への負担を
軽減できるメリットがある。

【００６１】（実施形態３）図７は本発明の実施形態３
を示すＸ線撮像装置の動作を示すタイムチャートであ
る。図６のタイムチャートにおいては光電変換素子をリ
フレッシュしてからその後Ｍ１〜Ｍ３のリセットするの
に対し、図７では、光電変換素子のリフレッシュ動作と
Ｍ１〜Ｍ３のリセット動作を同時に行っている。

【００６２】リフレッシュ動作、リセット動作ともにＣ
ＲＥＳ制御信号（ＲＣ制御信号）により図１におけるス
イッチＳＷ−Ｃ、図４におけるスイッチＲＥＳ１〜ＲＥ
Ｓ３を導通状態にすることが必要条件であるために、リ
フレッシュ動作とリセット動作を同時に行うことができ
る。本実施形態においてもＸ線は直流的に照射している
ため実施形態２と同様、自らの光電変換素子の転送、リ
フレッシュ、リセットを除いたＮ−１行分の読み出し期
間が、実質上の光電変換期間となる。

【００６３】本実施形態においては、図６におけるリセ
ット期間が省けるために、実施形態２に比べて、動画の
フレームレートを更に大きくできるメリットがある。ま
た実施形態２と同様に、実施形態１に比べてＸ線の強度
を弱くすることができるためＸ線源の管球や電源への負
担を軽減できるメリットがある。

【００６４】（実施形態４）図８は本発明の実施形態４
を示すＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。図
１の回路図においては光電変換素子のＤ電極を一定の電
圧Ｖｓでバイアスしているのに対し、図８では、電圧Ｖ
ｓと電圧ＶrefをスイッチＳＷ−Ｆにより切り替え可能
にしている。本実施形態の特徴は、光電変換素子のリフ
レッシュ動作をさせるための印加電圧を、Ｇ電極側から
与えるかＤ電極側から与えるかを選択できる点にある。
例えば、１枚の静止画像を取得する場合は、Ｄ電極側か
らリフレッシュ用バイアスを与える方法すなわち図１８
のタイムチャートで動作させ、一方、複数枚の静止画像
を取得する場合は、Ｇ電極側からリフレッシュ用バイア
スを与える方法すなわち図２で示すタイムチャートで動
作させる。本実施形態では、ひとつのＸ線撮像装置で、
従来の静止画像を撮影するモード（撮影モードまたは静
止画モード）と、動画の画像を取得するモード（透視モ
ードまたは動画モード）の両方の撮影が可能となる。

【００６５】図９は、本発明の実施形態４を示すＸ線撮
像装置の２次元的回路図である。図９の回路図におい
て、図４と異なる点は、センサのバイアスラインをＶs
電圧とＶref電圧をＶＳＣ制御信号により切り替え可能
にしていることである。図１０は透視モード（動画モー
ド）から撮影モード（静止画モード）へ遷移し、撮影を
行うタイミングチャートの略図である。また、図１１
は、透視モードにおける図９の回路図の動作を示すタイ
ミングチャートである。つまり透視モードにおいては、
図１０のタイミング動作を繰り返している。この期間、
撮影者は、静止画像を撮影のための被写体（患者）の位
置や角度を決めるために、患者の透視画像をモニターし
ている。一般的にこの期間中のＸ線量は弱めに照射して
いる。撮影者が、装置に曝射要求信号（静止画像を撮影
する意思信号）を発令すると、透視モードから撮影モー
ドに遷移する。撮影モードにおける動作タイミングは図
２０で示されるタイミングチャートと同じである。

【００６６】また透視モードと撮影モードの流れは、図
１０に示すのように撮影モードが１回だけとは限らず、
撮影する被写体の撮影構図に応じ、透視モード→撮影モ
ード→透視モード→撮影モード・・・と繰り返してもよ
い。

【００６７】図１２は、図１０の透視モードにおけるタ
イミングチャートが、図１１とは異なる例である。図１
１との違いは、Ｘ線をパルス状に照射させないことであ
る。こうすることにより、読み出し期間と光電変換期間
を同時に行うことができるため、透視モードにおける動
作周波数を大きくできる長所がある。またＸ線をパルス
状に動作させないため、Ｘ線発生源に対する負荷を軽減
できる長所もある。

【００６８】本発明を透視装置に応用した場合におい
て、透視モードにおいてはＴＦＴのゲートからのリフレ
ッシュを行いながら連続画像を取得し、透視によって位
置決めが完了し静止画撮影モードに遷移した際には、Ｓ
Ｗ−Ｆからのリフレッシュを行うことによって高いＳＮ
の静止画像を得るよう構成することができる。つまり、
一般にＴＦＴ側からのリフレッシュよりもＳＷ−Ｆ側か
らのリフレッシュの方が、リフレッシュ効率が高く，Ｓ
／Ｎもよい。Ｓ／Ｎが比較的悪くてもよい透視位置決め
画像を撮影する際にＴＦＴのゲートからのリフレッシュ
を採用し、Ｓ／Ｎが高く高画質を要求される静止画撮影
する際には、ＳＷ−Ｆ側からのリフレッシュを採用する
ことは理にかなっている。

【００６９】（実施形態５）図１３は、本発明による放
射線撮像装置のＸ線診断システムへの適用例を示したも
のである。

【００７０】Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０
６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透
過し、放射線撮像装置（イメージセンサ）６０４０に入
射する。この入射したＸ線には被験者６０６１の体内部
の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体に
よって可視光に変換し、これを光電変換して、電気信号
を得る。この電気信号はディジタル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のディスプ
レイ６０８０で観察できる。

【００７１】また、この画像情報は電話回線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
ールームなどディスプレイ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。

【００７２】以上の実施形態では、Ｘ線撮像システムを
例に説明したが、α，β，γ線等の放射線を光に変換
し、この光を光電変換する装置構成としても、同様であ
る。

【００７３】また、本発明の光電変換素子アレイは、通
常の可視光や赤外光を検出する撮像装置に用いることも
できる。

【００７４】本発明に用いることができるスイッチ素子
としては、水素化アモルファスシリコンなどの非単結晶
半導体を用いてチャネル領域を形成した薄膜トランジス
タが好ましく用いられ、その形態は下ゲートスタガー型
に限定されることはなく、上ゲートスタガー型、上ゲー
トコプラナー型などであってもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放射線撮
像装置によれば、光電変換画素を各ライン単位で順次リ
フレッシュしていくことができ、ＧＮＤや電源ラインの
電圧変動を抑え、フレーム毎のwait期間を無くしたの
で、従来にない高速のＸ線動画撮影が達成できる。しか
も、アモルファスシリコン半導体を主材料に用いれば、
光電変換素子とスイッチ素子を同一基板上に、同時に成
膜するといった非常に簡単なプロセスで作成できるた
め、歩留まりもよく、非常に安価なＸ線撮像装置を提供
できる。しかも得られた動画像は、光電変換された電気
信号として取り出せるためディジタル化が容易である。
ディジタル情報は記録、表示、診断の面で、アナログ情
報を扱う場合と比べて、非常に時間的にもコスト的にも
効率が高くなる効果がある。そして、将来の高齢化社
会、ＩＴ社会の中で、現在より更に質の高い医療環境を
作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示すＸ線撮像装置の１画
素分の等価回路図

【図２】図１に示される１画素分の回路動作を示すタイ
ムチャート

【図３】図１のリフレッシュ期間における光電変換素子
のノードＮとＧ電極およびＴＦＴのゲート電極の電位を
表すタイムチャート

【図４】本発明の実施形態１を示すＸ線撮像装置に含ま
れる光電変換装置の２次元的回路図

【図５】図４の光電変換装置の動作を示すタイムチャー
ト

【図６】本発明の実施形態２を示すＸ線撮像装置の駆動
を示すタイムチャート

【図７】本発明の実施形態３を示すＸ線撮像装置の駆動
を示すタイムチャート

【図８】本発明の実施形態４を示すＸ線撮像装置の１画
素分の等価回路図

【図９】本発明の実施形態４を示すＸ線撮像装置に含ま
れる光電変換回路部の２次元的回路図

【図１０】実施形態４を示す透視モードと撮影モードの
動作タイミングの略図

【図１１】図１０における透視モードのタイミングチャ
ート

【図１２】図１０における透視モードの他のタイミング
チャート

【図１３】本発明による放射線撮像装置のＸ線診断シス
テムへの適用例を示す図

【図１４】光電変換素子とスイッチ素子の材料にアモル
ファスシリコン半導体薄膜を用いて構成した従来の光電
変換基板の上面図

【図１５】図１４のＡ−Ｂでの断面図

【図１６】図１４，１５における光電変換素子のデバイ
ス動作を説明するためのエネルギーバンド図

【図１７】光電変換素子とＴＦＴで構成される従来の光
電変換回路の１画素分の回路図

【図１８】図１７に示される１画素分の回路の動作を示
すタイムチャート

【図１９】従来の光電変換装置の２次元的回路図

【図２０】従来の光電変換装置の動作を示すタイムチャ
ート

【符号の説明】

Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ａｂ バッファアンプ Ｆｌ Ｘ線を可視光に変換する蛍光体 Ｇ１〜Ｇ３ ゲート駆動配線 Ｍ１〜Ｍ３ マトリクス信号配線ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３
Ｍ１〜Ｍ３に形成される負荷容量をリセットするスイッ
チ Ｓ1-1〜Ｓ3-3 光電変換素子 Ｔ1-1〜Ｔ3-3 スイッチ素子 Ｓｎ１〜Ｓｎ３ 読み出し容量に信号を転送するための
転送スイッチ Ｓｒ１〜Ｓｒ３ 読み出し容量の信号を順次読み出すた
めの読み出し用スイッチ ＳＲ１ シフトレジスタ（スイッチ素子用） ＳＲ２ シフトレジスタ（読み出しスイッチ用） Ｖref 光電変換素子のリフレッシュ電源 Ｖs 光電変換素子のバイアス電源 １０１ 光電変換素子 １０２ スイッチ素子（ＴＦＴ） １０３ 絶縁基板 １０４ 第１の金属薄膜層 １０５ 第２の金属薄膜層 １０６ ゲート駆動用配線 １０７ マトリクス信号配線 １１０ コンタクトホール部 １１１ ａ−ＳｉＮ絶縁薄膜層 １１２ ａ−Ｓｉ半導体薄膜層 １１３ Ｎ⁺層 １１４ 配線クロス部 １１５ 保護膜

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｎ 5/321 Ｈ０１Ｌ 31/00 Ａ 5/335 27/14 Ｃ Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 FF04 FF05 FF06 GG19 JJ05 KK40 4M118 AA10 AB01 CA07 CB06 CB11 CB14 DB09 DD12 FB09 FB13 GA10 5C024 AX12 AX16 HX13 JX41 5F088 AA04 AB05 BB03 BB06 BB07 EA04 EA08 JA17 KA08 LA08

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に２次元状に配置されたＭＩＳ型
   光電変換素子と第１のスイッチ素子を含む画素の複数
   と、 前記第１のスイッチ素子の制御電極に接続された制御配
   線の複数と、 前記ＭＩＳ型光電変換素子からの信号を読み出す信号配
   線とを備えた光電変換素子アレイと、 前記第１のスイッチ素子を導通するバイアスを、少なく
   とも第１または第２のバイアスに切り替える第２のスイ
   ッチ素子と、を有することを特徴とする放射線撮像装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１のバイアスは前記ＭＩＳ型光電
   変換素子に残留したキャリアを掃き出すリフレッシュ動
   作用のバイアスであり、前記第２のバイアスは前記ＭＩ
   Ｓ型光電変換素子に蓄えられた信号電荷を前記信号配線
   に転送する転送用のバイアスであることを特徴とする請
   求項１記載の放射線撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１、第２のバイアスにおいて、第
   １のバイアス＜第２のバイアス、であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の放射線撮像装置。
4. 【請求項４】 共通の前記制御配線に接続されている前
   記第１のスイッチ素子を、前記第２のバイアスで導通さ
   せて転送動作を行った後、該制御配線に接続されている
   前記第１のスイッチ素子を前記第１のバイアスで導通さ
   せることにより１ラインごとに前記リフレッシュ動作を
   行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載の放射線撮像装置。
5. 【請求項５】 前記基板上に配置したＭＩＳ型光電変換
   素子及びスイッチ素子の材料としてアモルファスシリコ
   ン半導体を用いることを特徴とする請求項１ないし４の
   いずれかに記載の放射線撮像装置。
6. 【請求項６】 前記ＭＩＳ型光電変換素子と前記第１の
   スイッチ素子は、同一基板上に同一工程によって形成さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   に記載の放射線撮像装置。
7. 【請求項７】 前記ＭＩＳ型光電変換素子は、前記基板
   側から下部電極として第１の金属薄膜層、エレクトロン
   およびホールの通過を阻止するアモルファス窒化シリコ
   ン絶縁層、水素化アモルファスシリコン光電変換層、ホ
   ールの注入を阻止するＮ型の注入阻止層、上部電極とし
   て透明導電層または前記注入阻止層上の一部に配置した
   第２の金属薄膜層で構成され、 前記スイッチ素子は、前記ＭＩＳ型光電変換素子と同一
   の基板上に形成されると共に、前記基板側から下部ゲー
   ト電極として第１の金属薄膜層、アモルファス窒化シリ
   コンのゲート絶縁層、水素化アモルファスシリコンの半
   導体層、Ｎ型のオーミックコンタクト層、ソース、ドレ
   インの電極として透明導電層または第２の金属薄膜層で
   構成され、 リフレッシュモードでは、前記ＭＩＳ型光電変換素子に
   対しホールキャリアを前記光電変換層から第２の金属薄
   膜層に導く方向に電界を与え、 光電変換モードでは、前記ＭＩＳ型光電変換素子に対し
   前記光電変換層に入射した光により発生したキャリアを
   前記光電変換層に留まらせエレクトロンを前記第２の金
   属薄膜層に導く方向に電界を与え、 前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される
   ホールもしくは前記第２の金属薄膜層に導かれたエレク
   トロンを光信号として検出することを特徴とする請求項
   １ないし６のいずれかに記載の放射線撮像装置。
8. 【請求項８】 更に、放射線を波長変換する波長変換体
   を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
   に記載の放射線撮像装置。
9. 【請求項９】 前記波長変換体は、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ、Ｇｄ₂
   Ｏ₃、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とす
   る請求項８記載の放射線撮像装置。
10. 【請求項１０】 更に、前記光電変換素子にバイアスを
    印加するバイアス配線を有することを特徴とする請求項
    １ないし９のいずれかに記載の放射線撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記ＭＩＳ型光電変換素子は少なくと
    も２つの電極を有し、第１の電極に前記第１のスイッチ
    素子が接続され、第２の電極に前記バイアス配線が接続
    され、 動画モードでは、前記第２のスイッチ素子によりバイア
    スを切り替えることによって、前記ＭＩＳ型光電変換素
    子のリフレッシュ動作を行い、 静止画モードでは、前記バイアス配線に接続された第３
    のスイッチ素子によりバイアスを切り替えることによっ
    て、前記ＭＩＳ型光電変換素子のリフレッシュ動作を行
    うことを特徴とする請求項１０項記載の放射線撮像装
    置。
12. 【請求項１２】 被験者または被験物に放射線を照射す
    るための放射線源と、 この放射線を検出する請求項１ないし１１のいずれかに
    記載の放射線撮像装置と、 この検出された信号をディジタル変換して画像処理する
    画像処理手段と、 この処理された画像を表示する表示手段とを備えること
    を特徴とする放射線撮像システム。
13. 【請求項１３】 基板上に２次元状に配置されたＭＩＳ
    型光電変換素子とスイッチ素子を含む画素の複数と、 前記スイッチ素子の制御電極に接続された制御配線の複
    数と、 前記ＭＩＳ型光電変換素子からの信号を読み出す信号配
    線とを備えた光電変換素子アレイと、 前記スイッチ素子を導通するバイアスを、少なくとも第
    １または第２のバイアスに切り替える第２のスイッチ素
    子と、を有することを特徴とする撮像装置。
14. 【請求項１４】 ＭＩＳ型光電変換素子とスイッチ素子
    からなる画素を有する撮像装置の駆動方法であって、 動画モードでは、前記スイッチ素子の制御電極に印加す
    るバイアスを切り替えることによって、前記ＭＩＳ型光
    電変換素子からのキャリアの吐き出しを行い、 静止画モードでは、前記ＭＩＳ型光電変換素子に接続さ
    れたバイアス配線に印加するバイアスを切り替えること
    によって、前記ＭＩＳ型光電変換素子のキャリアの吐き
    出しを行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。