JP2003134396A - Imaging device, driving method thereof, radiation imager using the element, and radiation imaging system using the device - Google Patents

Imaging device, driving method thereof, radiation imager using the element, and radiation imaging system using the device

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JP2003134396A
JP2003134396A JP2001331124A JP2001331124A JP2003134396A JP 2003134396 A JP2003134396 A JP 2003134396A JP 2001331124 A JP2001331124 A JP 2001331124A JP 2001331124 A JP2001331124 A JP 2001331124A JP 2003134396 A JP2003134396 A JP 2003134396A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high speed high sensitivity moving image photographing and wide dynamic range low noise still image photographing by using one imaging device. SOLUTION: A plurality of picture elements are provided which comprise; a photodiode PD for converting optical energy to an electric signal; MOS transistors M6, M7 which are connected with the photodiode PD and in which the electric signal outputted from the photodiode PD is inputted; and a MOS transistor M3 arranged between the photodiode PD and the MOS transistor M7 or a MOS transistor M2 and the MOS transistor M3 which are arranged between the photodiode PD and the MOS transistor M6 and between the photodiode PD and the MOS transistor M7, respectively.

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】本発明は撮像素子、撮像素子
の駆動方法、その撮像素子を用いた放射線撮像装置及び
それを用いた放射線撮像システムに関する。本発明は、
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放射線(X線)撮像装置とそのシ
ステム、それに用いることができる撮像素子、撮像素子
の駆動方法に好適に用いられるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device, a method for driving the image pickup device, a radiation image pickup apparatus using the image pickup device, and a radiation image pickup system using the same. The present invention is
In particular, it is preferably used for a large area radiation (X-ray) image pickup device and system for reading an image by using high-energy radiation such as X-rays and gamma rays, an image pickup element that can be used for the same, and an image pickup element driving method. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】医療のさまざまな分野でディジタル化が
進んでいる。X線診断の分野では、入射するX線をシンチ
レータ(蛍光体)とI.I.(イメージインテンシファイ
ア)により可視光に変換し、TVカメラでかかる可視光像
を撮像する2次元のディジタルX線高感度透視装置が開発
されている。
2. Description of the Related Art Digitization is progressing in various fields of medicine. In the field of X-ray diagnosis, incident X-rays are converted into visible light by a scintillator (phosphor) and II (image intensifier), and a two-dimensional digital X-ray with high sensitivity is used to capture the visible light image captured by a TV camera. Fluoroscopes have been developed.

【0003】さらにこの透視システムとフィルム撮影シ
ステムを組み合わせて透視(動画)と撮影(静止画)の
システムを構成したものがある。
Further, there is a system in which a fluoroscopic (moving image) and photographing (still image) system is configured by combining the fluoroscopic system and the film photographing system.

【0004】また静止画の撮像装置としては2次元X線撮
像装置が開発されてきている。
A two-dimensional X-ray image pickup device has been developed as a still image pickup device.

【0005】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)を用いた大板の静止画撮像装置が作られてい
る。ガラス基板上のアモルファスシリコン半導体を使っ
た撮像素子は大板のものを得やすく、このパネルを4枚
タイル貼りして、大板の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、米国特許第531510
1号に記載のものがある。
As a two-dimensional X-ray image pickup device, for example, a small CCD image pickup device has been put into practical use for dentistry, and a maximum of 43 cm □ of amorphous silicon (a -Si) is used for mammography and chest imaging. A large still image pickup device has been made. An image sensor using an amorphous silicon semiconductor on a glass substrate can be easily obtained as a large plate, and there is one that realizes a large plate X-ray imaging device by laminating four panels. An example of this type of technology is US Pat. No. 5,315,10.
There is one described in No. 1.

【0006】また複数の単結晶撮像素子(シリコン撮像
素子など)を用いて大板のX線撮像装置を構成する提案
がある。この種の技術の例として、米国特許第4323925
号や米国特許第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型撮像素子撮像
素子やMOS型、CMOS型撮像素子などがある。
There is also a proposal to construct a large X-ray image pickup device using a plurality of single crystal image pickup devices (silicon image pickup device, etc.). An example of this type of technology is U.S. Pat.
And US Pat. No. 6,0059,111. As a single crystal image pickup device, there are a CCD type image pickup device using silicon, a MOS type image pickup device, a CMOS type image pickup device and the like.

【0007】このようにディジタル化の進む医療のX線
診断分野では、静止画像撮像装置の更なる高感度化、次
世代の動画像撮像装置(透視等)が期待されている。
As described above, in the field of medical X-ray diagnosis, which is being digitized, it is expected that the still image pickup device will have higher sensitivity and the next-generation moving image pickup device (such as fluoroscopy).

【0008】ところで、撮像素子を用いたX線撮像装置
は、X線源から放射されたX線に反応して光を発生する蛍
光板、および蛍光板の発光を撮像する撮像素子を備えて
いる。このようなX線撮像装置を用いて撮影を行う場合
には、本撮影の前の位置決めの際には人体に影響の少な
い微量のX線を照射し、本撮影では精細度の高い画像を
撮影するために、より強いX線を照射する。このため、
位置決め時は画像は多少劣っても感度の高い画像が必要
となり、本撮影の際にはより大きな階調表現が可能でノ
イズの少ない画像を得る必要がある。単純なやり方とし
ては、出力をセンサチップ外の回路でゲインをかける方
法や、センサ内で出力段にゲインをかける方法がある。
しかしながら、この方法ではセンサチップ内で発生する
ノイズ自体も増幅されてしまうというデメリットがあ
り、また、撮影モード毎にダイナミックレンジを変える
ことも困難である。
An X-ray image pickup device using an image pickup device is provided with a fluorescent plate that emits light in response to X-rays emitted from an X-ray source, and an image pickup device that picks up the light emitted from the fluorescent plate. When shooting with such an X-ray imaging device, a small amount of X-rays that have little effect on the human body are emitted during positioning before the main shooting, and high-definition images are shot during the main shooting. In order to do so, emit a stronger X-ray. For this reason,
At the time of positioning, an image that is slightly inferior to the image is required, but an image with high sensitivity is required, and at the time of actual shooting, it is necessary to obtain an image with larger gradation and less noise. As a simple method, there is a method in which the output is gained by a circuit outside the sensor chip, or a method in which the output stage is gained in the sensor.
However, this method has a demerit that noise itself generated in the sensor chip is also amplified, and it is also difficult to change the dynamic range for each shooting mode.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】(第1の課題)上述し
たX線診断分野において、透視(動画)を行う場合と静
止画撮影を行う場合とでは、X線の照射条件が大きく異
なり、これらの性能を同一の撮像装置で実現することは
困難であった。
(First Problem) In the field of X-ray diagnosis described above, X-ray irradiation conditions greatly differ between fluoroscopy (moving image) and still image shooting. It was difficult to realize the above performance with the same imaging device.

【0010】図11に医療分野における透視(動画)、
撮影(静止画)時のX線量と出力の関係を示す。透視
(動画)を撮像するにはX線を連続的に人間に照射する
ことになり、X線の被曝線量を極力減らすために、静止
画撮影に比べX線の照射量を数10から100分の1にする必
要がある。また読取速度としては最大で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、静止
画撮影に比べ透視(動画)用撮像装置には数10倍の高感
度と数10倍の高速性が求められる。また静止画撮影では
4桁近いダイナミックレンジが要求されるが、透視(動
画)では2桁程度のダイナミックレンジでよい。
FIG. 11 is a perspective view (moving image) in the medical field,
The relationship between the X-ray dose and the output during shooting (still image) is shown. To capture fluoroscopy (moving images), humans are continuously irradiated with X-rays, and in order to reduce the X-ray exposure dose as much as possible, the irradiation dose of X-rays is several tens to 100 minutes compared to still image shooting. Need to be 1. In addition, a maximum reading speed of 60 to 90 frames / second is required. To perform this reading, a fluoroscopic (moving image) imaging device is several tens times more sensitive and several tens of times faster than still image shooting. High speed is required. Also for still image shooting
A dynamic range close to 4 digits is required, but for fluoroscopy (video), a dynamic range of about 2 digits is sufficient.

【0011】従来のI.I.(イメージインテンシファイ
ア)とTVカメラのX線撮像装置は、高感度だがTVカメラ
のダイナミックレンジは、フィルムのダイナミックレン
ジに比べ小さく診断用静止画撮影に用いることは難し
い。またI.I.(イメージインテンシファイア)の解像度
は診断用静止画撮影には十分ではないので、一般に透視
(動画)に用いられる。さらに装置、システムが大きく
なりコストが嵩む。またI.I.(イメージインテンシファ
イア)/TVカメラにフィルムシステムを組み合わせた透
視/撮影システムは同様に装置、システムが大きくなり
コストが嵩む。
The conventional II (image intensifier) and the X-ray image pickup device of the TV camera have high sensitivity, but the dynamic range of the TV camera is smaller than the dynamic range of film, and it is difficult to use it for photographing a still image for diagnosis. Moreover, since the resolution of II (Image Intensifier) is not sufficient for diagnostic still image shooting, it is generally used for fluoroscopy (moving images). Further, the device and system become large and the cost increases. In addition, a perspective / imaging system in which a film system is combined with an II (image intensifier) / TV camera also requires a large device and system, which increases the cost.

【0012】CCD型撮像素子は完全空乏型で高感度であ
るが、大面積の撮像素子としては不向きになる。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CVf 2(Cは基板とウエ
ル間の容量、Vはパルス振幅、fはパルス周波数)で表
されるが、大面積である程、CとVが大きくなり、消費電
力がCMOS型撮像素子に比較して10倍以上大きくなる。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もっている。
Although the CCD type image pickup device is a complete depletion type and has high sensitivity, it is not suitable for a large area image pickup device. Since the CCD type image pickup device is a charge transfer type, the transfer becomes a problem as the area becomes larger and the number of transfer stages increases (the number of pixels becomes higher). That is, the drive voltage is different between the drive end and the vicinity of the center, and complete transfer becomes difficult. The power consumption is expressed 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 C and V, and the CMOS power consumption. It is more than 10 times larger than the image sensor. As a result, the peripheral drive circuit becomes a heat source and noise source, and high S
It will not be / N. Thus, the CCD type image pickup device has a surface that is not suitable for a large image pickup device.

【0013】単結晶撮像素子を多数用いた単純な大板撮
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、マルチプレクサ、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
ための外部端子や静電気に対する保護ダイオードや保護
抵抗からなる保護回路を設けるための領域が画素領域と
は別に必ず必要となる)、この部分がライン欠陥(画像
の繋ぎ目)になり、画質が落ちる。そのためテーパ状FO
P(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
の画素領域に導く構成がとられているが、非常に高価な
テーパ状FOPが必要となり製造コストを高める。更にテ
ーパ状FOPではテーパ角度に応じてシンチレータからの
光がFOP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。
In the structure of a simple large plate image pickup device using a large number of single crystal image pickup devices, a dead space is always formed at the alignment portion of each image pickup device (peripheral circuits such as shift registers, multiplexers and amplifiers, and signals from the outside). Area for connecting external terminals for power supply and power supply, protection diode against static electricity and protection circuit for protection resistance is required separately from the pixel area), and this area is a line defect (image joint). And the image quality is degraded. Therefore tapered FO
The P (fiber optic plate) is used to guide the light from the scintillator to the pixel area of the image sensor while avoiding the dead space, but it requires a very expensive tapered FOP and increases the manufacturing cost. . Further, in the tapered FOP, it becomes difficult for light from the scintillator to enter the FOP depending on the taper angle, the output light amount is reduced, the sensitivity of the image sensor is canceled, and the sensitivity of the entire apparatus deteriorates.

【0014】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CMOS型撮像素子に比較し
大板のものを得ると言う点で有利であるが、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)となり
感度の向上には限界がある。さらに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、大
板での30フレーム/秒以上の動画撮影は困難になってく
る。
The manufacturing process of the amorphous silicon type large plate image pickup device is advantageous in that a large plate is obtained as compared with the CCD type image pickup device or the CMOS type image pickup device, but the glass substrate is more preferable than the single crystal silicon semiconductor substrate. The fine processing of the upper semiconductor is difficult, and as a result, the capacitance of the output signal line becomes large. This capacitance causes the largest noise (kTC noise) and limits the improvement of sensitivity. In addition, amorphous silicon does not have sufficient semiconductor characteristics for high-speed operation, making it difficult to record moving images at 30 frames / sec or more on large plates.

【0015】(第2の課題)位置決め時の撮影と本撮影
とで、求められる画像の違いを解決する一つの方法とし
て、センサ内の画素セルにおいて、ダイナミックレンジ
およびゲインを切り替える手段がある。その例を図12
で説明する。PDはフォトダイオードであり、あらかじめ
リセット電位VrにMOSトランジスタM1を介してリセット
されている。高感度の撮影時には、蓄積期間(もしくは
X線照射時間)にフォトダイオードPDに発生した電荷はP
Dおよび寄生容量C1に蓄積され、転送トランジスタM2に
よって読み出され、容量C3に溜められる。この時の電位
変化をトランジスタM6で構成されるソースフォロワア
ンプによって電流増幅し出力される。なお、トランジス
タM4は画素の行選択スイッチである。この際、容量C3を
小さく設計することで光電荷に対するC3の電位変化を大
きくすることが可能であり、高い感度での読み出しが可
能である。一方、本撮影においてはトランジスタM3をオ
ンすることにより転送トランジスタM2から転送された光
電荷を受ける容量はC2+C3となり、より大きなダイナミ
ックレンジを得ることが可能となる。
(Second Problem) As one method for solving the difference in the required images between the photographing at the time of positioning and the actual photographing, there is a means for switching the dynamic range and the gain in the pixel cell in the sensor. An example is shown in FIG.
Described in. PD is a photodiode, which is previously reset to the reset potential Vr via the MOS transistor M1. When shooting with high sensitivity, the accumulation period (or
The charge generated in the photodiode PD during the X-ray irradiation time is P
It is accumulated in D and the parasitic capacitance C1, read by the transfer transistor M2, and accumulated in the capacitance C3. The potential change at this time is current-amplified by the source follower amplifier composed of the transistor M6 and output. The transistor M4 is a pixel row selection switch. At this time, by designing the capacitor C3 to be small, it is possible to increase the potential change of C3 with respect to the photocharge, and it is possible to read with high sensitivity. On the other hand, in the actual photographing, by turning on the transistor M3, the capacity for receiving the photocharges transferred from the transfer transistor M2 becomes C2 + C3, and a larger dynamic range can be obtained.

【0016】以上の方法では、感度の切り替えおよびダ
イナミックレンジの切り替えは実現することができる
が、画素ソースフォロワのトランジスタ(図12のM6)
のサイズは高感度撮影モードに適したサイズに設計する
必要がありゲート電極の大きさは小さい方が好ましい。
しかしながら、この場合MOSトランジスタの1/fノイズが
画質を劣化させてしまう。一般にMOSトランジスタの1/f
ノイズはゲート電極の面積に反比例すると言われてお
り、小さいゲートサイズの場合には1/fノイズの影響は
大きくなる。
Although the switching of the sensitivity and the switching of the dynamic range can be realized by the above method, the transistor of the pixel source follower (M6 in FIG. 12).
It is necessary to design a size suitable for the high-sensitivity shooting mode, and it is preferable that the size of the gate electrode is small.
However, in this case, the 1 / f noise of the MOS transistor deteriorates the image quality. Generally 1 / f of MOS transistor
It is said that noise is inversely proportional to the area of the gate electrode, and the influence of 1 / f noise becomes large when the gate size is small.

【0017】(本発明の目的)本発明の目的は、高速・
高感度での透視(動画)、高精細・広ダイナミックレン
ジでの静止画撮影を可能とし、繋ぎ目のない全面画像を
提供できる大面積薄型の放射線撮像装置、特にX線撮像
装置を提供することである。
(Purpose of the present invention)
To provide a large-area thin-type radiation imaging device, especially an X-ray imaging device, which enables transparent (moving image) with high sensitivity, still image shooting with high definition and wide dynamic range, and can provide a seamless whole image. Is.

【0018】また本発明の他の目的は、ゲイン切り替え
およびダイナミックレンジの切り替えを行うことができ
る撮像素子を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an image pickup device capable of performing gain switching and dynamic range switching.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の撮像素子は、光
エネルギーを電気信号に変換する光電変換手段と、前記
光電変換手段と電気的に接続され、前記光電変換手段か
ら出力される前記電気信号が入力される第1及び第2の
増幅手段と、前記光電変換手段と前記第1若しくは前記
第2の増幅手段との間に、又は前記光電変換手段と前記
第1及び前記第2の増幅手段との間にそれぞれ、設けら
れたスイッチ手段と、を有する画素を複数備えたもので
ある。
An image pickup device of the present invention comprises a photoelectric conversion means for converting light energy into an electric signal, and an electric signal electrically connected to the photoelectric conversion means and outputted from the photoelectric conversion means. Between the first and second amplification means to which a signal is input and the photoelectric conversion means and the first or second amplification means, or between the photoelectric conversion means and the first and second amplification means. A plurality of pixels each having switch means provided between the means and the means.

【0020】また本発明の放射線撮像装置は、上記本発
明の撮像素子を複数枚配置して形成した撮像装置と、放
射線を光に変換するシンチレータとを備えたことを特徴
とするものである。
The radiation image pickup apparatus of the present invention is characterized by including an image pickup apparatus formed by arranging a plurality of the image pickup elements of the present invention, and a scintillator for converting radiation into light.

【0021】本発明の放射線撮像システムは上記本発明
の放射線撮像装置を用いたものであり、本発明の撮像素
子の駆動方法は上記本発明の撮像素子を駆動する方法に
関するものである。
A radiation image pickup system of the present invention uses the radiation image pickup apparatus of the present invention, and a driving method of the image pickup element of the present invention relates to a method of driving the image pickup element of the present invention.

【0022】本発明の好適な態様は、例えば、画像取り
込みモードにより異なるゲートサイズのソースフォロワ
アンプを選択することで1/fノイズに対しても対策を施
すものである。すなわち、画素毎に複数のゲート面積の
異なるソースフォロワアンプをもち、また、そのソース
フォロワアンプのゲートの寄生容量を用いて、光電荷を
受け取る容量値を選択的に変化させる。高感度撮影の場
合(前述のX線センサの場合の位置決め撮影)、ゲート
サイズの小さいソースフォロワアンプを選択することに
より高感度の撮影が可能となり、また、広いダイナミッ
クレンジの撮影を行う場合(前述のX線センサの場合の
本撮影)、ゲートサイズの大きなソースフォロワアンプ
を選択することにより、1/fノイズが小さく、広いダイ
ナミックレンジをもつ撮影が可能となる。
In a preferred aspect of the present invention, for example, a source follower amplifier having a different gate size is selected depending on the image capturing mode to take countermeasures against 1 / f noise. That is, each pixel has a plurality of source follower amplifiers having different gate areas, and the parasitic capacitance of the gate of the source follower amplifier is used to selectively change the capacitance value for receiving photocharge. In the case of high-sensitivity imaging (positioning imaging in the case of the X-ray sensor described above), high-sensitivity imaging becomes possible by selecting a source follower amplifier with a small gate size, and in the case of wide dynamic range imaging (described above). The main shooting with the X-ray sensor), and by selecting a source follower amplifier with a large gate size, 1 / f noise is small and shooting with a wide dynamic range is possible.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0024】(第1の実施形態)図1は本発明による第
1の実施形態の撮像素子の画素セルの等価回路図であ
る。
(First Embodiment) FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of an image sensor according to the first embodiment of the present invention.

【0025】図1において、PDはフォトダイオード、
C1はフォトダイオードPDのカソード側に接続され
る、寄生容量もしくは付加容量によって形成される容
量、M1はフォトダイオードPD及び容量C1〜C3を
リセットするリセットトランジスタである。M2は容量
C1に接続される転送スイッチとなるトランジスタ、C
2はフォトダイオードPDおよび容量C1から転送され
る電荷を蓄積する容量、M4は選択スイッチ、M6はゲ
ートが容量C2に接続されるソースフォロワトランジス
タである。またM3は容量C1に接続される転送スイッ
チとなるトランジスタ、C3はフォトダイオードPDお
よび容量C1から転送される電荷を蓄積する容量、M5
は選択スイッチ、M7はゲートが容量C2に接続される
ソースフォロワトランジスタである。このように、フォ
トダイオードPDおよび容量C1に蓄積された電荷は2
系統の出力手段を介して出力されるようになっている。
In FIG. 1, PD is a photodiode,
C1 is a capacitance formed by parasitic capacitance or additional capacitance connected to the cathode side of the photodiode PD, and M1 is a reset transistor that resets the photodiode PD and the capacitances C1 to C3. M2 is a transistor serving as a transfer switch connected to the capacitor C1, and C
Reference numeral 2 is a capacitance for accumulating charges transferred from the photodiode PD and the capacitance C1, M4 is a selection switch, and M6 is a source follower transistor whose gate is connected to the capacitance C2. Further, M3 is a transistor serving as a transfer switch connected to the capacitor C1, C3 is a capacitor for accumulating charges transferred from the photodiode PD and the capacitor C1, and M5.
Is a selection switch, and M7 is a source follower transistor whose gate is connected to the capacitor C2. Thus, the charge accumulated in the photodiode PD and the capacitor C1 is 2
It is designed to be output via the output means of the system.

【0026】図1の画素セルの動作を説明する。フォト
ダイオードPD、寄生容量もしくは付加容量によって形
成される容量C1の電位はリセットトランジスタM1に
よってリセット電位Vrにリセットされる。蓄積期間に
フォトダイオードPDに光が入射すると、発生した光電
荷はフォトダイオードPDおよび容量C1に溜められ
る。転送スイッチとなるトランジスタM2もしくは転送
スイッチとなるトランジスタM3をONすることで容量
C2もしくは容量C3の電位は発生した光電荷に応じて
変化する。
The operation of the pixel cell of FIG. 1 will be described. The potential of the photodiode PD and the capacitance C1 formed by the parasitic capacitance or the additional capacitance is reset to the reset potential Vr by the reset transistor M1. When light is incident on the photodiode PD during the accumulation period, the generated photocharge is stored in the photodiode PD and the capacitor C1. By turning on the transistor M2 serving as the transfer switch or the transistor M3 serving as the transfer switch, the potential of the capacitor C2 or the capacitor C3 changes according to the generated photocharge.

【0027】ここで容量C2および容量C3はそれぞれ
トランジスタM6、M7のゲート電極の寄生容量が支配
的である。トランジスタM4、M5は行選択スイッチで
あり、2次元にアレイされている画素セルのある行を選
択するためのスイッチである。トランジスタM4、M5
は電源Vに接続されている。出力のノードOUTは、図
には示していないが定電流源に接続されており、トラン
ジスタM4、M6と共に、ソースフォロワアンプを形成
している。トランジスタM5、M7もトランジスタM
4、M6と同様に定電流源とでソースフォロワアンプを
形成しており、トランジスタM2とM4を選択するか、
トランジスタM3とM5を選択することで、いずれかの
ソースフォロワアンプを選択することができる。
Here, the capacitances C2 and C3 are dominated by the parasitic capacitances of the gate electrodes of the transistors M6 and M7, respectively. The transistors M4 and M5 are row selection switches, and are switches for selecting a certain row of pixel cells that are two-dimensionally arrayed. Transistors M4 and M5
Is connected to the power supply V. Although not shown, the output node OUT is connected to a constant current source and forms a source follower amplifier together with the transistors M4 and M6. Transistors M5 and M7 are also transistor M
4 and M6 form a source follower amplifier with a constant current source and select transistors M2 and M4.
By selecting the transistors M3 and M5, either source follower amplifier can be selected.

【0028】本実施形態ではトランジスタM6に対して
トランジスタM7のゲート電極サイズを大きくすること
で容量C2に対して容量C3を大きくすることが可能で
ある。回路動作上、寄生容量はゲート−ドレイン間の寄
生容量の影響が大きいため、具体的にはトランジスタM
6、M7のゲート幅Wを変えることで容量C2、C3を
調整することが可能である。また、トランジスタM6、
M7のゲート幅Wとゲート長Lを同じ比率で変えた場合
には、トランジスタの電流駆動能力は変化しないため、
同様なソースフォロワのDC特性を得ることができ、設
計が容易になる。
In the present embodiment, it is possible to increase the capacitance C3 with respect to the capacitance C2 by increasing the gate electrode size of the transistor M7 with respect to the transistor M6. In terms of circuit operation, the parasitic capacitance is greatly influenced by the parasitic capacitance between the gate and the drain.
It is possible to adjust the capacitances C2 and C3 by changing the gate width W of M6 and M7. Also, the transistor M6,
When the gate width W and the gate length L of M7 are changed at the same ratio, the current driving capability of the transistor does not change,
Similar DC characteristics of the source follower can be obtained, which facilitates the design.

【0029】読み出しの容量C2、C3を場合によって
選べることの利点は従来技術で説明した通りであり、撮
影条件によって、ダイナミックレンジ(D−rang
e)を選択できることにある。さらに本発明では、以下
の利点がある。
The advantage of being able to select the read capacities C2 and C3 depending on the case is as described in the prior art, and the dynamic range (D-range) depends on the photographing conditions.
e) can be selected. Further, the present invention has the following advantages.

【0030】一般に、MOSトランジスタによって形成
される撮像素子(CMOSセンサ)のSN劣化の原因と
して1/fノイズがある。1/fノイズはMOSトラン
ジスタの微細化によりゲート電極面積が小さくなると影
響が大きくなる。1/fノイズのパワー密度はMOSト
ランジスタのW×Lに反比例すると言われている。SN
を向上させるために従来の方法でダイナミックレンジを
広げ、蓄積時間を長く、あるいは光量を多くして撮影し
た場合、KTCノイズ、光ショットノイズは向上するも
のの1/fノイズに関しては、改善が見込めない。本発
明によれば、ダイナミックレンジを広げて撮影するモー
ドの際には、従来技術で得られるSN向上の効果に加え
て、1/fノイズの改善も得ることができる。
Generally, 1 / f noise is a cause of SN deterioration of an image pickup device (CMOS sensor) formed by MOS transistors. The influence of 1 / f noise increases as the gate electrode area decreases due to the miniaturization of MOS transistors. It is said that the power density of 1 / f noise is inversely proportional to W × L of the MOS transistor. SN
When the dynamic range is widened by the conventional method to improve the image quality, and the shooting time is increased or the light amount is increased, the KTC noise and the optical shot noise are improved, but the 1 / f noise cannot be improved. . According to the present invention, in the mode of shooting with a wide dynamic range, in addition to the effect of improving SN obtained by the conventional technique, the improvement of 1 / f noise can also be obtained.

【0031】仮に、トランジスタM6のゲートサイズを
W=1μm、L=1μm、トランジスタM7のゲートサ
イズをW=10μm、L=10μmとすると、トランジ
スタM7のゲート−ソース容量は10倍となる。すなわ
ち容量C3はC2の10倍となり、ダイナミックレンジ
は10倍となる。よって、同一光量の撮像をする場合、
蓄積時間10倍までダイナミックレンジ内で動作するこ
とが可能である。一方、1/fノイズに関しては、ゲー
ト電極面積の影響(100分の1)により、1/100に
低減することが可能である。
If the gate size of the transistor M6 is W = 1 μm and L = 1 μm, and the gate size of the transistor M7 is W = 10 μm and L = 10 μm, the gate-source capacitance of the transistor M7 is 10 times. That is, the capacity C3 is 10 times larger than C2, and the dynamic range is 10 times larger. Therefore, when imaging with the same amount of light,
It is possible to operate within the dynamic range up to 10 times the storage time. On the other hand, 1 / f noise can be reduced to 1/100 due to the influence of the gate electrode area (1/100).

【0032】このため、本発明によれば、ソースフォロ
ワアンプの1/fノイズが改善されることによりSNの
良好な撮像素子を得ることができる。さらに、容量形成
とソースフォロワのゲート電極を共通化しているため
に、集積度を向上することができ、ひいては、フォトダ
イオードの面積の増大による感度の向上、SN比の向上
の効果を得ることもできる。
Therefore, according to the present invention, the 1 / f noise of the source follower amplifier is improved, so that an image pickup device having a good SN can be obtained. Further, since the capacitance and the gate electrode of the source follower are commonly used, the degree of integration can be improved, and the sensitivity of the photodiode can be increased and the SN ratio can be improved. it can.

【0033】なお、上記説明および等価回路ではソース
フォロワトランジスタのMOSの特性はNMOSの場合
について述べているが、トランジスタをPMOSで構成
した場合にも同様な効果を得ることができる。また、駆
動のタイミングに関しては、上述の例にとらわれる事な
く、あらかじめトランジスタM2、M4(あるいはトラ
ンジスタM3,M5)をONした状態で、フォトダイオ
ードPD、容量C1、容量C2(あるいは容量C3)を
リセットし、リセットトランジスタM1を閉じた後に蓄
積を開始しても構わない。この場合にはトランジスタM
2,M3,M4,M5のゲートの開閉によるフィードス
ルーを無くすことが可能である。
Although the MOS characteristics of the source follower transistor are NMOS in the above description and the equivalent circuit, similar effects can be obtained when the transistor is PMOS. The driving timing is not limited to the above example, and the photodiode PD, the capacitor C1, and the capacitor C2 (or the capacitor C3) are reset while the transistors M2 and M4 (or the transistors M3 and M5) are turned on in advance. However, the accumulation may be started after the reset transistor M1 is closed. In this case the transistor M
It is possible to eliminate the feedthrough caused by opening and closing the gates of 2, M3, M4 and M5.

【0034】また、トランジスタM2のゲートとトラン
ジスタM4のゲート配線を共通化し、配線を減らすこと
が可能である。同様にトランジスタM3とトランジスタ
M5のゲート配線を共通化することも可能である。
The gate of the transistor M2 and the gate wiring of the transistor M4 can be made common to reduce the wiring. Similarly, the gate wirings of the transistor M3 and the transistor M5 can be shared.

【0035】本発明をX線撮像装置に応用した場合、従
来技術で述べた通り、X線撮像装置では感度、ダイナミ
ックレンジの切り替えが行えるメリットが大きいこと
と、X線撮像装置では大判の撮像装置を用いる事が携帯
型のカメラに比べ容易であることから、画素サイズを大
きくするデメリットは小さく、画素の構成を本発明によ
る構成とすることが容易である。よって、本発明による
撮像素子はX線撮像装置に応用した場合に特に効果的で
ある。
When the present invention is applied to an X-ray image pickup device, as described in the prior art, the X-ray image pickup device has a large merit that the sensitivity and the dynamic range can be switched, and the X-ray image pickup device has a large format. Since it is easier to use than in a portable camera, the disadvantage of increasing the pixel size is small, and it is easy to configure the pixel according to the present invention. Therefore, the image pickup device according to the present invention is particularly effective when applied to an X-ray image pickup apparatus.

【0036】(第2の実施形態)本発明による第2の実
施形態を図2で説明する。図2は本発明による第2の実
施形態の撮像素子の画素セルの等価回路図である。
(Second Embodiment) A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of the image sensor of the second embodiment according to the present invention.

【0037】本実施形態ではトランジスタM2を介さ
ず、容量C1は直接、トランジスタM6のゲートに接続
されている。高感度を必要とする場合トランジスタM4
を選択する。このとき容量はC1+C2となる。広いダ
イナミックレンジが必要な場合はM3とM5を選択す
る。このときの容量はC1+C2+C3となる。このと
きの容量比を10とする。つまりC1+C2+C3=1
0(C1+C2)となる。よってC3=9(C1+C
2)となる。本実施形態を用いた撮像装置を第4の実施
形態で説明する。そこで詳述しているが、フォトダイオ
ードの接合容量C1は高感度を実現するために極力小さ
くする。本実施形態では、トランジスタM6のゲートサ
イズをW=1μm、L=1μm、トランジスタM7のゲ
ートサイズをW=9μm、L=9μmとすると、トラン
ジスタM7のゲート−ソース容量C3は容量C2の9倍
となる。トランジスタM4を選択する場合とM3、M5
を選択する場合でダイナミックレンジは10倍になる。
1/fノイズ低減の効果は第1の実施形態と同様に考え
ると1/81程度に改善され、本発明の効果は本実施形
態においても有効である。
In the present embodiment, the capacitor C1 is directly connected to the gate of the transistor M6 without passing through the transistor M2. When high sensitivity is required Transistor M4
Select. At this time, the capacity is C1 + C2. If a wide dynamic range is required, select M3 and M5. The capacity at this time is C1 + C2 + C3. The capacity ratio at this time is 10. That is, C1 + C2 + C3 = 1
It becomes 0 (C1 + C2). Therefore, C3 = 9 (C1 + C
2). An image pickup apparatus using this embodiment will be described in the fourth embodiment. Therefore, as described in detail, the junction capacitance C1 of the photodiode is made as small as possible in order to realize high sensitivity. In this embodiment, when the gate size of the transistor M6 is W = 1 μm and L = 1 μm, and the gate size of the transistor M7 is W = 9 μm and L = 9 μm, the gate-source capacitance C3 of the transistor M7 is 9 times the capacitance C2. Become. When selecting the transistor M4 and M3, M5
When is selected, the dynamic range becomes 10 times.
The effect of 1 / f noise reduction is improved to about 1/81 in the same way as in the first embodiment, and the effect of the present invention is also effective in this embodiment.

【0038】(第3の実施形態)本発明は完全転送タイ
プのフォトダイオードをもつ撮像素子においても同様の
効果を得ることができる。本発明による第3の実施形態
を図3で説明する。図3は本発明による第3の実施形態
の撮像素子の画素セルの等価回路図である。
(Third Embodiment) According to the present invention, the same effect can be obtained in an image pickup device having a complete transfer type photodiode. A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of an image sensor according to the third embodiment of the present invention.

【0039】本実施形態ではフォトダイオードPD部
を、リセット動作により完全に空乏化させてから光電荷
の蓄積を開始する。リセットの方法としては、トランジ
スタM1とトランジスタM8を同時にON状態にするこ
とでフォトダイオードPDの完全空乏化が可能である。
蓄積後、発生した光電荷は転送スイッチM8によって容
量C1に転送される。再びフォトダイオードPDが再び
完全空乏化するように設計することにより、発生した光
電荷の全てを容量C1に転送することが可能であり、感
度の良いセンサを得ることが可能である。トランジスタ
M2〜M7の動作については第1の実施形態と同様であ
る。これにより、ダイナミックレンジの選択を行うこと
が可能であり、かつノイズの少ない画像を得ることが可
能である。また、第2の実施形態と同様にトランジスタ
M2を省略した場合にも本実施例の効果は有効である。
In this embodiment, the photodiode PD section is completely depleted by the reset operation, and then the accumulation of photocharges is started. As a resetting method, it is possible to completely deplete the photodiode PD by turning on the transistors M1 and M8 at the same time.
After the accumulation, the generated photocharge is transferred to the capacitor C1 by the transfer switch M8. By designing the photodiode PD to be completely depleted again, it is possible to transfer all the generated photocharges to the capacitor C1, and it is possible to obtain a sensor with high sensitivity. The operations of the transistors M2 to M7 are the same as in the first embodiment. This makes it possible to select the dynamic range and obtain an image with less noise. Further, the effect of this embodiment is effective when the transistor M2 is omitted as in the second embodiment.

【0040】(第4の実施形態)図4は実施形態2の1画
素回路を有するCMOS型撮像素子をX線撮像装置に用いた
場合の1個の撮像素子の部分平面図を示す。各画素は後
述するように動画モード(高感度モード)用の増幅MOS
型トランジスタ(図2のM6)と、これに比べ光量が10
0倍以上になり、広いダイナミックレンジを要求される
静止画モード(通常モード)時の面積の大きい増幅MOS
型トランジスタ(図2のM7)とを有する。さらに各画
素は、これらの動作モードの切替えに応じて感度を切替
える手段を有する。これにより静止画撮影時には広ダイ
ナミックレンジ、動画撮影時には高感度で撮影できる撮
像素子を実現する。本実施形態では、後述するように、
この撮像素子を9枚タイル貼りして大板の撮像装置を構
成する。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a partial plan view of one image pickup element when the CMOS type image pickup element having the one pixel circuit of the second embodiment is used in an X-ray image pickup apparatus. Each pixel is an amplification MOS for movie mode (high sensitivity mode) as described later.
-Type transistor (M6 in Fig. 2) and the light intensity is 10
Amplification MOS with a large area in the still image mode (normal mode), which is 0 times or more and requires a wide dynamic range
Type transistor (M7 in FIG. 2). Further, each pixel has a means for switching the sensitivity according to the switching of these operation modes. As a result, an image sensor capable of capturing a wide dynamic range when capturing a still image and high sensitivity when capturing a moving image is realized. In this embodiment, as described later,
Nine tiles of this image sensor are attached to form a large-scale image sensor.

【0041】図4において、11は撮像素子の端部、1
2は画素セルの境界、13は走査回路としての垂直シフ
トレジスタのブロック、14はマルチプレクサ、水平シ
フトレジスタ、共通アンプ等の共通処理回路のブロッ
ク、15は外部端子、16は外部端子15上に設けられ
たバンプ、17は保護抵抗、18は保護ダイオードを示
す。
In FIG. 4, 11 is an end portion of the image pickup device, 1
2 is a boundary of pixel cells, 13 is a block of a vertical shift register as a scanning circuit, 14 is a block of a common processing circuit such as a multiplexer, a horizontal shift register, a common amplifier, 15 is an external terminal, and 16 is provided on an external terminal 15. The bumps, 17 are protective resistors, and 18 are protective diodes.

【0042】図7は現在主流の8インチウエハから1個の
撮像素子を取り出す場合を示す。CMOSプロセスによって
136mm□のCMOS型撮像素子を1枚取りで作成する。
FIG. 7 shows a case where one image pickup element is taken out from the currently mainstream 8-inch wafer. By CMOS process
Create a single 136 mm square CMOS image sensor.

【0043】医療用のX線撮像装置では画素(画素セ
ル)の大きさは、100μm□〜200μm□程度に大きくてよ
い。本実施形態でのサイズは160μm□とした。
In a medical X-ray image pickup device, the size of a pixel (pixel cell) may be as large as about 100 μm □ to 200 μm □. The size in this embodiment is 160 μm □.

【0044】図8はこの撮像素子を9枚張り合わせて形
成した408mm□の大面積X線動画撮像装置の撮像素子部分
を示す。
FIG. 8 shows an image pickup element portion of a 408 mm square large area X-ray moving image pickup apparatus formed by laminating nine such image pickup elements.

【0045】図9は図8のA−A’断面を示す。ユウロピ
ウム、テルビウム等を付活性体として用いたGd2O2SやCs
Iなどからなるシンチレータ21をFOP(等倍光学伝達手
段)22の上に設置する。X線はシンチレータ21に当
たり可視光等の光に変換される。この可視光等の光を撮
像素子23で検出する。シンチレータ21はその発光波
長が撮像素子23の感度に適合するように選択するのが
好ましい。本実施形態ではシンチレータ21を透過した
X線が撮像素子23に当たるのを防ぐためにFOP22を用
いているが、低いエネルギーのX線を用いるなどシンチ
レータ21で十分X線が吸収される場合はFOPを用いる必
要はない。基台24は撮像素子23を搭載するものであ
り、基板25は撮像素子23の電源、クロック等を供給
し、又、撮像素子23から信号を取り出して処理する回
路を有する外部処理基板である。フレキ26は各撮像素
子と外部処理基板とのTAB(Tape Automated Bonding)に
よる電気的接続部である。
FIG. 9 shows a cross section taken along the line AA 'of FIG. Gd 2 O 2 S and Cs using europium, terbium, etc. as active substances
A scintillator 21 made of I or the like is installed on a FOP (equal magnification optical transmission means) 22. The X-rays strike the scintillator 21 and are converted into light such as visible light. The image sensor 23 detects light such as visible light. The scintillator 21 is preferably selected so that its emission wavelength matches the sensitivity of the image sensor 23. In this embodiment, the light passes through the scintillator 21.
The FOP 22 is used to prevent the X-rays from hitting the image sensor 23. However, if the scintillator 21 absorbs the X-rays sufficiently, such as using the X-rays with low energy, it is not necessary to use the FOP. The base 24 mounts the image pickup device 23, and the substrate 25 is an external processing substrate having a circuit for supplying a power source, a clock, and the like of the image pickup device 23, and for extracting and processing a signal from the image pickup device 23. The flex 26 is an electrical connection portion of each image pickup device and an external processing substrate by TAB (Tape Automated Bonding).

【0046】本実施形態では、従来撮像素子の外周部に
配置していた垂直シフトレジスタ、水平シフトレジス
タ、マルチプレクサ、出力アンプ、外部端子、静電気保
護回路等(保護ダイオードと保護抵抗)を撮像素子の画
素領域に配置する。この構成により撮像素子全面が画素
領域となるので、この撮像素子をタイル貼りする場合、
周辺に画素欠陥になるデッドスペースを生じない。
In this embodiment, a vertical shift register, a horizontal shift register, a multiplexer, an output amplifier, an external terminal, an electrostatic protection circuit, etc. (protection diode and protection resistor), which are conventionally arranged on the outer peripheral portion of the imaging device, are provided in the imaging device. It is arranged in the pixel area. With this configuration, the entire surface of the image sensor becomes the pixel area.
There is no dead space around the pixel that causes pixel defects.

【0047】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、大板の撮像装置を形成で
きる。ここで、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。さらに前記回路構成とする
ことで繋ぎ目のない大板の画像を得ることができる。さ
らに1つのラインを処理するシフトレジスタの1ブロック
を1ピッチ内に収まるように配置する。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。
A large plate image pickup device can be formed by arranging these image pickup elements in a tile shape so that there is substantially no gap. Here, the fact that there is substantially no gap means that there is no gap between the image pickup elements in the image formed by the nine image pickup elements. Further, with the above circuit configuration, it is possible to obtain a seamless large plate image. Furthermore, one block of the shift register that processes one line is placed so that it fits within one pitch. These blocks are arranged side by side to form a series of vertical shift register blocks and horizontal shift register blocks. These blocks extend linearly in the vertical and horizontal directions.

【0048】撮像素子のクロック等や電源の入力、撮像
素子からの信号の出力は撮像素子端部に設けた外部端子
に接続したTABフレキを通して、撮像素子の裏側に配置
した外部処理基板との間で行う。TABフレキの厚さはサ
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。
Input of a clock or the like of the image pickup device, power supply, and output of a signal from the image pickup device pass through a TAB flex connected to an external terminal provided at the end of the image pickup device, and between the external processing substrate arranged on the back side of the image pickup device. Done in. The thickness of the TAB flex is thin enough for the size, even if it passes through the gap between the image sensors.
No image defects occur.

【0049】図5は図4中の垂直シフトレジスタの単位
ブロック(1行を選択し駆動するための単位)を1領域
(1画素セル)に1画素回路と共に配置した画素セルの様
子を示す。1画素回路は実施形態2に示すものである。単
位ブロックと画素回路の面積は、模式図のため実施形を
反映してない。また実際のレイアウトでは画素回路のフ
ォトダイオード以外は遮光層(不図示)で覆われてお
り、シンチレータからの光がフォトダイオード以外に入
射するのを防止している。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を作り出す
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する。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
さまざまな駆動のさせ方により、任意の回路構成をとる
ことができる。ただし本実施形態のように機能ブロック
を一つの画素セルの中に画素回路と共に配置し、画素領
域内にシフトレジスタを設け、全面画素領域の撮像素子
を実現する。
FIG. 5 shows a state of a pixel cell in which the unit block (unit for selecting and driving one row) of the vertical shift register in FIG. 4 is arranged in one region (one pixel cell) together with one pixel circuit. The one-pixel circuit is the one shown in the second embodiment. The area of the unit block and the pixel circuit does not reflect the embodiment because it is a schematic diagram. Further, in the actual layout, the light except the photodiode of the pixel circuit is covered with a light shielding layer (not shown) to prevent the light from the scintillator from entering other than the photodiode. The vertical shift register shows a simple circuit composed of a static shift register and a transfer gate to generate a transfer signal ΦTX, a reset signal ΦRES, and a selection signal ΦSEL. These are driven by a signal 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 depending on various driving methods such as addition and thinning-out reading. However, as in the present embodiment, the functional block is arranged in one pixel cell together with the pixel circuit, the shift register is provided in the pixel region, and the image sensor of the entire pixel region is realized.

【0050】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。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。
As a scanning circuit, not a shift register
An n to 2 n decoder can also be used. By connecting the output of the counter that increments sequentially to the input of the decoder, it becomes possible to perform sequential scanning in the same way as the shift register, while by inputting the address of the area where the image is to be obtained to the input of the decoder, random scanning can be performed. An image of the area can be obtained.

【0051】画素領域内の各領域(画素セル)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、バッファは、各種ゲー
ト回路等の複数を一括して共通に処理する回路を意味す
る。
The common processing circuit arranged in each area (pixel cell) in the pixel area is a final signal output amplifier, a serial-parallel conversion multiplexer, and a buffer that collectively process a plurality of gate circuits and the like in common. Means a circuit that does.

【0052】図6に実施形態2に対応する1画素回路のレ
イアウト(模式図)を示す。画素セルの大きさは160μm
□である。
FIG. 6 shows a layout (schematic diagram) of a one-pixel circuit corresponding to the second embodiment. Pixel cell size is 160 μm

【0053】図6において、31は光電変換部としての
フォトダイオード、32は動画モード(高感度モード)
対応の第1の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ1)、
33は撮影モード(通常モード)対応の第2の増幅MOS型
トランジスタ(画素アンプ2)、34は動画モード(高
感度モード)と撮影モード(通常モード、広ダイナミッ
クレンジモード)の切替えMOS型トランジスタ(モード
切替えスイッチ)、35は光電変換部を選択をするため
の選択MOS型トランジスタ、36は光電変換部に蓄積さ
れた電荷を放電するためのリセットMOS型トランジスタ
(リセットスイッチ)、37は出力信号線である。第1
の増幅MOS型トランジスタのサイズをW=1μm、L=1μmと
する。第2の増幅MOS型トランジスタのサイズをW=10μ
m、L=10μmとする。
In FIG. 6, reference numeral 31 is a photodiode as a photoelectric conversion portion, and 32 is a moving image mode (high sensitivity mode).
Corresponding first amplification MOS transistor (pixel amplifier 1),
Reference numeral 33 is a second amplification MOS transistor (pixel amplifier 2) compatible with the shooting mode (normal mode), and 34 is a switching MOS transistor (switching between the moving image mode (high sensitivity mode) and the shooting mode (normal mode, wide dynamic range mode) ( Mode selector switch), 35 is a selection MOS type transistor for selecting the photoelectric conversion unit, 36 is a reset MOS type transistor (reset switch) for discharging the charges accumulated in the photoelectric conversion unit, and 37 is an output signal line Is. First
The size of the amplification MOS type transistor of is W = 1 μm and L = 1 μm. The size of the second amplification MOS transistor is W = 10μ
m, L = 10 μm.

【0054】画素部では、フォトダイオードで発生した
信号電荷を接合寄容量に蓄積する。蓄積された電荷はソ
ースフォロワーとして機能する増幅MOS型トランジスタ
(画素アンプ)により電荷/電圧変換され電圧として出
力される。
In the pixel portion, the signal charge generated by the photodiode is stored in the junction capacitance. The accumulated charge is converted into a charge / voltage by an amplification MOS transistor (pixel amplifier) that functions as a source follower, and is output as a voltage.

【0055】透視(動画)、撮影(静止画)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とった本実施形態について
詳述する。
There are peculiar conditions required for the photoelectric conversion unit in the X-ray image pickup device for both fluoroscopy (moving image) and photographing (still image). The present embodiment taken to satisfy this condition will be described in detail.

【0056】(動画モード)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C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 /C ・・・・ (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 = √(kT C) ・・・・ (2) (k:ボルツマン定数、T:温度(K)) となる。S/N比は、 VP /VN = QP ・√(1/(kT C)) ・・・・ (3) となる。動画撮影時に最高感度(S/N比)を得るために
は、蓄積容量Cをできるだけ小さくすることが望まし
い。
(Motion Picture Mode) In a photodiode having a pn junction, when the photo-generated carrier Q P is accumulated in the capacitance C of the photodiode and converted into a voltage, the photo-signal voltage V P due to the photo-generated carrier is V P = Q P / C ・ ・ ・ ・ (1) There is reset noise generated every time the photodiode is reset. This appears as random noise. The reset noise V N is V N = √ (kTC) ··· (2) (k: Boltzmann constant, T: temperature (K)). The S / N ratio is V P / V N = Q P · √ (1 / (kTC)) ··· (3). In order to obtain the maximum sensitivity (S / N ratio) when shooting movies, it is desirable to make the storage capacity C as small as possible.

【0057】またソースフォロワ(画素アンプ)出力の
大きさΔVは以下のように表わせる。
The magnitude ΔV of the output of the source follower (pixel amplifier) can be expressed as follows.

【0058】ΔV = G・QP/CMOS ここで、Gはソースフォロワーの利得、CMOSは画素アン
プの寄生容量を、QPはCMO Sに蓄積された信号電荷とす
る。同じ信号電荷QP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、容量CMOSを極力小さくする。
ΔV = G · Q P / C MOS Here, G is the gain of the source follower, C MOS is the parasitic capacitance of the pixel amplifier, and Q P is the signal charge accumulated in C MO S. As ΔV increases for the same signal charge Q P , the charge /
The voltage conversion gain becomes large, which is advantageous from the viewpoint of S / N and the like. To increase ΔV for the same signal charge Q,
Since the gain G of the source follower is usually about 0.7 to 0.9 and hardly changes, the capacitance C MOS is made as small as possible.

【0059】本実施形態の動画モード(高感度モード)
ではモード切替スイッチ(図2のM3)をOFFすること
によりフォトダイオードと第1の増幅MOS型トランジスタ
(画素アンプ1)が直結される。このとき信号蓄積容量
はフォトダイオードの接合容量CPD(図2のC1)と第1
の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ1)に寄生する容
量C1(図2のC2)の合成容量となる。動画モード(高
感度モード)で最高感度を得るために、CPDを最小容量
となるように設定する。光利用率を大きくとるためには
フォトダイオード面積が大きい方がよいが、フォトダイ
オード面積を大きくとると容量CPDが大きくなりやすい
ので電極部(不図示)を極力小さい面積とすることで、
CPDが増加しないような構造とする。同様に第1の増幅MO
S型トランジスタ(画素アンプ1)寄生する容量C1(図2
のC2)も同様に最小容量となるように設定する。寄生
容量は、第1の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ1)
の面積に依存するので、極力小さな面積となるようにす
る。
Movie mode (high sensitivity mode) of this embodiment
Then, the photodiode and the first amplification MOS transistor (pixel amplifier 1) are directly connected by turning off the mode changeover switch (M3 in FIG. 2). At this time, the signal storage capacitance is equal to the junction capacitance C PD of the photodiode (C1 in FIG. 2) and the first capacitance.
This is a combined capacitance of the capacitance C1 (C2 in FIG. 2) parasitic on the amplification MOS type transistor (pixel amplifier 1). In order to obtain the highest sensitivity in the movie mode (high sensitivity mode), set the C PD to the minimum capacity. In order to increase the light utilization rate, it is better to have a larger photodiode area, but if the photodiode area is made large, the capacitance C PD tends to increase, so by making the electrode section (not shown) as small as possible,
Use a structure that does not increase C PD . Similarly the first amplification MO
S-type transistor (pixel amplifier 1) parasitic capacitance C1 (Fig. 2
Similarly, C2) is set to the minimum capacity. The parasitic capacitance is the first amplification MOS transistor (pixel amplifier 1)
Since it depends on the area of, the area should be as small as possible.

【0060】(静止画モード)蓄積容量に蓄積できる電
荷量は、 QP = VP・C ・・・・ (1) となる。蓄積できる電荷量に比例してダイナミックレン
ジは大きくなるので、静止画撮影時にダイナミックレン
ジを広くするには、蓄積容量Cを必要に応じて大きくす
る必要がある。本発明では、この大きい蓄積容量のみを
画素内に別途設けず、静止画モード用の大きい面積の第
2の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ2)を設け、こ
のトランジスタの寄生容量を蓄積容量として利用する。
(Still image mode) The amount of charge that can be stored in the storage capacitor is Q P = V P · C (1) Since the dynamic range increases in proportion to the amount of charge that can be stored, it is necessary to increase the storage capacity C as necessary to widen the dynamic range during still image shooting. In the present invention, only this large storage capacitor is not separately provided in the pixel, and a large area for still image mode is used.
Two amplification MOS type transistors (pixel amplifier 2) are provided, and the parasitic capacitance of this transistor is used as the storage capacitance.

【0061】またMOS型トランジスタには1/fノイズ
(フリッカ・ノイズ)や熱ノイズが発生しやすく、これ
はランダムノイズであり、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型トランジスタ
のチャネル長をL、チャネル幅をWとすると、熱ノイズ
は√(L/W)に比例し、1/fノイズはL・Wに反比例する
のでMOS型トランジスタのノイズ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。特に大きなノイズ源となるアンプとしてのソースフ
ォロワでの低周波で大きくなる1/fノイズは、静止画モ
ードでは特に問題となる。動画モードで高感度となるよ
うに設計された第1の増幅MOS型トランジスタ(画素アン
プ1)を静止画モードで共用し、広ダイナミックレンジ
用の大きい蓄積容量を画素内に別途設ける構造では、こ
の画素アンプの1/fノイズが大きく画質に悪影響を及ぼ
してしまう。一方高速動画撮影時は1/fノイズは問題と
ならない。そこで静止画モード用の大きい面積の第2の
増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ2)を設け、これを
静止画モードに選択するモード切替えスイッチを設ける
構造とする。静止画モードでは低ノイズ画素アンプを使
うこと画質の向上を図り、さらにこのトランジスタの寄
生容量を静止画モードの蓄積容量として利用することで
広ダイナミックレンジを確保することができる。
Further, 1 / f noise (flicker noise) and thermal noise are likely to occur in the MOS type transistor, which is random noise and produces a random background image. In terms of device design, assuming that the channel length of a MOS transistor is L and the channel width is W, thermal noise is proportional to √ (L / W) and 1 / f noise is inversely proportional to L · W. To reduce noise, the channel length L should be minimized and the channel width W should be set large. 1 / f noise, which becomes large at low frequencies in a source follower as an amplifier that becomes a particularly large noise source, becomes a particular problem in the still image mode. In the structure where the first amplification MOS type transistor (pixel amplifier 1) designed to have high sensitivity in the moving image mode is shared in the still image mode and a large storage capacity for a wide dynamic range is separately provided in the pixel, The 1 / f noise of the pixel amplifier is large and adversely affects the image quality. On the other hand, 1 / f noise is not a problem when shooting high-speed movies. Therefore, a large area second amplification MOS transistor (pixel amplifier 2) for the still image mode is provided, and a mode changeover switch for selecting the second amplification MOS transistor (pixel amplifier 2) is provided. In the still image mode, a low noise pixel amplifier is used to improve the image quality, and the parasitic capacitance of this transistor is used as a storage capacitor in the still image mode to ensure a wide dynamic range.

【0062】さらに本実施形態では、本質的に1/fノイ
ズが小さいPMOS型トランジスタをソースフォロワとして
利用している。これによりNMOS型トランジスタに比べ1
/10程度の大きさに低減できる。また本発明になる撮像
素子をX線撮像装置に用いる場合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る。PMOS型トランジ
スタはNMOS型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Vth変動が少ない)のでさらに好適
である。
Further, in the present embodiment, the PMOS type transistor whose intrinsic 1 / f noise is small is used as the source follower. This makes it 1 compared to NMOS type transistors.
It can be reduced to about 10/10. When the image pickup device of the present invention is used in an X-ray image pickup device, X-rays passing through the scintillator directly hit the transistor. The PMOS transistor is more preferable than the NMOS transistor because it has higher X-ray durability (increase in leak current and less variation in threshold Vth).

【0063】本実施形態の画素回路では転送スイッチは
設けず、フォトダイオードと増幅トランジスタのゲート
を直結し光電変換部とした。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
するが、このノイズを除去するために、二重サンプリン
グ回路を使用することは公知である。
In the pixel circuit of this embodiment, the transfer switch is not provided, and the photodiode and the gate of the amplification transistor are directly connected to each other to form a photoelectric conversion section. In this embodiment, kTC noise is generated when the photoelectric conversion unit is reset because it is not a complete transfer, but it is known to use a double sampling circuit to remove this noise.

【0064】医療用のX線撮像装置では、画素の大きさ
は、50μm□〜200μm□程度に大きくてよいので、画素
セル内に動作モードに応じた2個の増幅MOSトランジスタ
を配置しても十分大きい開口率を実現できる。
In the medical X-ray image pickup device, the size of the pixel may be as large as about 50 μm □ to 200 μm □, so that two amplification MOS transistors corresponding to the operation mode may be arranged in the pixel cell. A sufficiently large aperture ratio can be realized.

【0065】本実施形態ではシフトレジスタを画素領域
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。シフトレジスタ回路はパルス信
号を順次転送するために用いられている。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。原理的
にはスタティック型はX線の影響を比較的受けにくく、
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く、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 pixel area, the X-rays passing through the scintillator directly hit the shift register. The shift register circuit is used to sequentially transfer pulse signals. A static shift register is used as the shift register. In principle, the static type is relatively insensitive to X-rays,
It can be used in a place where the X-ray directly hits as in this embodiment. Therefore, if a static shift register is used, it is possible to realize an image pickup device with less reliability and less X-ray damage and errors.

【0066】本実施形態は撮像素子としてCMOS型撮像素
子を用いているので消費電力が少なく、大板の撮像装置
を構成する場合に好適である。
Since this embodiment uses a CMOS type image pickup device as an image pickup device, it consumes less power and is suitable for a large-sized image pickup device.

【0067】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。
The reason why the multiplexer is built in the image pickup device is to speed up the operation of the image pickup device.

【0068】また撮像素子からは外部端子を経由して外
部に信号を取り出すが、この外部端子周りには大きな浮
遊容量がある。従って外部端子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。さ
らに9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容易になる。また、共
通駆動により撮像素子駆動回路の共通化もでき、従って
実装的にも優れていることが分かる。
A signal is taken out from the image pickup device to the outside through an external terminal, but there is a large stray capacitance around this external terminal. Therefore, the transmission characteristic of the signal can be compensated by providing the amplifier in the preceding stage of the external terminal. Further, the nine image pickup elements can be driven by a common drive pulse, so that the peripheral drive pulse generation circuit is also easy. Further, it can be seen that the common driving allows the image pickup element driving circuit to be made common, which is also excellent in mounting.

【0069】(第5の実施形態)図10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応用例を示した
ものである。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、図9に示したようなシンチレータ21、FOP2
2、撮像素子23、外部処理基板25を備える放射線撮
像装置6040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いる。X線の入射に
対応してシンチレータは発光し、これを撮像素子が光電
変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに
変換されイメージプロセッサ6070により画像処理さ
れ制御室のディスプレイ6080で観察できる。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 shows an application example of the radiation imaging apparatus according to the present invention to an X-ray diagnostic system. X-ray 60 generated by X-ray tube 6050
60 passes through the chest 6062 of the patient or subject 6061, and the scintillator 21, FOP2 as shown in FIG.
2, the radiation enters the radiation imaging device 6040 including the imaging element 23 and the external processing substrate 25. The incident X-ray contains information on the inside of the body of the patient 6061. The scintillator emits light in response to the incidence of X-rays, and the image sensor photoelectrically converts the light to obtain electrical information. This information is converted to digital, image-processed by the image processor 6070, and can be viewed on the display 6080 in the control room.

【0070】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
ームなどディスプレイ6081に表示もしくは光ディス
ク等の記録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6
100によりフィルム6110に記録することもでき
る。
Further, this information can be transferred to a remote place by a transmission means such as a telephone line 6090, can be displayed on a display 6081 such as a doctor room at another place, or can be stored in a recording means such as an optical disc. It is also possible to diagnose. Also the film processor 6
It is also possible to record by 100 on the film 6110.

【0071】以上説明したように、本発明は医療用のX
線センサに応用することが可能であるが、それ以外の用
途に応用した場合にも有効である。
As described above, the present invention is a medical X
Although it can be applied to a line sensor, it is also effective when applied to other uses.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を得ること
ができる。 (1) 各画素内に画像取り込みモードに応じたサイズ
の異なる増幅MOSトランジスタ等の増幅手段とモード切
替え手段(スイッチ手段)を設けることで、高速・高感
度動画像撮影/広ダイナミックレンジ・低ノイズ静止画
撮影が1つの撮像素子で可能となる。 (2) 上記効果を有する複数の撮像素子を配置するこ
とで繋ぎ目のない全面画像を提供でき、高速・高感度動
画像撮影/広ダイナミックレンジ・低ノイズ静止画撮影
を兼用できる大板薄型X線撮像装置を提供することがで
きる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. (1) High-speed / high-sensitivity moving image shooting / wide dynamic range / low-noise by providing amplification means such as amplification MOS transistors of different sizes according to the image capture mode and mode switching means (switch means) in each pixel Still images can be captured with a single image sensor. (2) By arranging multiple image sensors with the above effects, a seamless full-screen image can be provided, and high-speed / high-sensitivity moving image shooting / wide dynamic range / low-noise still image shooting can be combined. A line imaging device can be provided.

【0073】(3) また本発明による撮像素子では、M
OSトランジスタ等の増幅手段を各画素に2種類もち、
いずれかを選択することでゲイン切り替えおよびダイナ
ミックレンジの切り替えを行うことができる。また、そ
れらを異なるゲートサイズのソースフォロワとすること
で、1/fノイズを抑制することができ、撮影モードの切
り替えによって高感度の画像の撮影をする場合と、広い
ダイナミックレンジをもち、低ノイズの画像の撮影をす
る場合を選択できる。
(3) In the image sensor according to the present invention, M
Each pixel has two kinds of amplification means such as OS transistors,
Gain selection and dynamic range switching can be performed by selecting either one. Also, by using them as source followers with different gate sizes, 1 / f noise can be suppressed, and when shooting high-sensitivity images by switching shooting modes, it has a wide dynamic range and low noise. You can select when you want to take a picture of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の撮像素子の画素セル
の等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of an image sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態の撮像素子の画素セル
の等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of an image sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態の撮像素子の画素セル
の等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of an image sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態の撮像素子の部分平面
図である。
FIG. 4 is a partial plan view of an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】図4中の画素回路と垂直シフトレジスタの単位
ブロックの関係を示す図である。
5 is a diagram showing the relationship between the pixel circuit in FIG. 4 and a unit block of a vertical shift register.

【図6】図4中の画素セルにおける光電変換部と画素ア
ンプの関係を示した概念的平面図である。
6 is a conceptual plan view showing the relationship between a photoelectric conversion unit and a pixel amplifier in the pixel cell in FIG.

【図7】本発明の実施形態による撮像素子とその元とな
るウエハを示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing an image sensor according to an embodiment of the present invention and a wafer serving as an original thereof.

【図8】本発明の実施形態による撮像素子の3×3配列
及び走査回路の配列を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a 3 × 3 array of image pickup devices and an array of scanning circuits according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態による撮像装置の構成を示す
断面図であり、図8のA−A’断面を示す。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the image pickup device according to the embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG. 8.

【図10】本発明の実施形態5による放射線撮影システ
ムの構成を示す概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a configuration of a radiation imaging system according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.

【図11】医療分野における透視(動画)、撮影(静止
画)時のX線量と出力の関係を示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between X-ray dose and output during fluoroscopy (moving image) and imaging (still image) in the medical field.

【図12】従来の撮像素子の画素セルの等価回路図であ
る。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a pixel cell of a conventional image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PD フォトダイオード C1、C2、C3 容量 M1〜M7 トランジスタ 11 撮像素子の端部 12 画素セルの境界 13 垂直シフトレジスタのブロック 14 水平シフトレジスタを含む共通処理回路のブロッ
ク 15 外部端子 16 バンプ 17 保護抵抗 18 保護ダイオード 21 シンチレータ 22 FOP 23 撮像素子 24 基台 25 基板(外部処理基板) 26 フレキシブル基板(TAB電気的接続部) 31 フォトダイオード 32 第1の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ1) 33 第2の増幅MOS型トランジスタ(画素アンプ2) 34 切替えMOS型トランジスタ(モード切替えスイッ
チ) 35 選択MOS型トランジスタ 36 リセットMOS型トランジスタ(リセットスイッ
チ) 37 出力信号線
PD Photodiodes C1, C2, C3 Capacitances M1 to M7 Transistors 11 Edges of image sensor 12 Borders of pixel cells 13 Vertical shift register blocks 14 Common processing circuit block 15 including horizontal shift registers External terminals 16 Bumps 17 Protection resistors 18 Protection diode 21 Scintillator 22 FOP 23 Image sensor 24 Base 25 Substrate (external processing substrate) 26 Flexible substrate (TAB electrical connection) 31 Photodiode 32 First amplification MOS transistor (pixel amplifier 1) 33 Second amplification MOS type transistor (pixel amplifier 2) 34 Switching MOS type transistor (mode changeover switch) 35 Selection MOS type transistor 36 Reset MOS type transistor (reset switch) 37 Output signal line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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) 5C024 AX11 CX03 CX41 CX43 CY11 GX03 GX09 GY31    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Noriyuki Kaifu             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation F term (reference) 5C024 AX11 CX03 CX41 CX43 CY11                       GX03 GX09 GY31

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光エネルギーを電気信号に変換する光電
変換手段と、 前記光電変換手段と電気的に接続され、前記光電変換手
段から出力される前記電気信号が入力される第1及び第
2の増幅手段とを含む画素を複数備え、 前記光電変換手段と前記第1若しくは前記第2の増幅手
段との間に、又は前記光電変換手段と前記第1及び前記
第2の増幅手段との間にそれぞれ、設けられたスイッチ
手段と、 を有する画素を複数備えた撮像素子。
1. A photoelectric conversion means for converting light energy into an electric signal, and first and second photoelectric conversion means electrically connected to the photoelectric conversion means and inputted with the electric signal output from the photoelectric conversion means. A plurality of pixels including amplification means are provided, and between the photoelectric conversion means and the first or second amplification means, or between the photoelectric conversion means and the first and second amplification means. An image pickup device comprising a plurality of pixels each having a switch means provided therein.
【請求項2】 請求項1に記載の撮像素子において、前
記スイッチ手段は、前記光電変換手段と前記第1若しく
は前記第2の増幅手段との間に設けられ、 第1の画像取り込みモードのときには、前記スイッチ手
段をオフし、第2の画像取り込みモードのときには、前
記スイッチ手段をオンさせることを特徴とする撮像素
子。
2. The image pickup device according to claim 1, wherein the switch means is provided between the photoelectric conversion means and the first or second amplifying means, and in the first image capturing mode. The image pickup device is characterized in that the switch means is turned off, and the switch means is turned on in the second image capturing mode.
【請求項3】 請求項1に記載の撮像素子において、前
記スイッチ手段は、前記光電変換手段と前記第1及び前
記第2の増幅手段との間にそれぞれ設けられ、 第1の画像取り込みモードのときには、前記光電変換手
段と前記第1の増幅手段との間に設けられたスイッチ手
段をオンさせ、第2の画像取り込みモードのときには、
前記光電変換手段と前記第2の増幅手段との間に設けら
れたスイッチ手段をオンさせることを特徴とする撮像素
子。
3. The image pickup device according to claim 1, wherein the switch means is provided between the photoelectric conversion means and the first and second amplifying means, respectively, and is provided in a first image capturing mode. At times, the switch means provided between the photoelectric conversion means and the first amplification means is turned on, and in the second image capturing mode,
An image pickup device characterized in that a switch means provided between the photoelectric conversion means and the second amplification means is turned on.
【請求項4】 請求項2又は請求項3に記載の撮像素子
において、前記第1の画像取り込みモードは高感度モー
ドであり、前記第2の画像取り込みモードは通常モード
であることを特徴とする撮像素子。
4. The image pickup device according to claim 2 or 3, wherein the first image capturing mode is a high sensitivity mode and the second image capturing mode is a normal mode. Image sensor.
【請求項5】 請求項2又は請求項3に記載の撮像素子
において、前記第1の画像取り込みモードは動画モード
であり、前記第2の画像取り込みモードは静止画モード
であることを特徴とする撮像素子。
5. The image pickup device according to claim 2, wherein the first image capturing mode is a moving image mode and the second image capturing mode is a still image mode. Image sensor.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に
記載の撮像素子において、前記第1及び第2の増幅手段
は絶縁ゲート型電界効果トランジスタであり、前記電気
信号は前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート
電極に入力されることを特徴とする撮像素子。
6. The image pickup device according to claim 1, wherein the first and second amplifying means are insulated gate field effect transistors, and the electric signal is the insulated gate. Type field effect transistor is input to the gate electrode of the imaging device.
【請求項7】 請求項6記載の撮像素子において、前記
絶縁ゲート型電界効果トランジスタはソースフォロワア
ンプを形成していることを特徴とする撮像素子。
7. The image pickup device according to claim 6, wherein the insulated gate field effect transistor forms a source follower amplifier.
【請求項8】 請求項6又は請求項7に記載の撮像素子
において、前記第1の増幅手段の絶縁ゲート型電界効果
トランジスタのゲート電極の面積は、前記第2の増幅手
段の絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極の
面積より小さいことを特徴とする撮像素子。
8. The image pickup device according to claim 6, wherein the area of the gate electrode of the insulated gate field effect transistor of the first amplification means is equal to the insulated gate field effect transistor of the second amplification means. An image pickup device having an area smaller than that of a gate electrode of an effect transistor.
【請求項9】 請求項8に記載の撮像素子において、前
記第1及び第2の増幅手段は電荷蓄積部を有し、前記第
1の増幅手段の電荷蓄積部の容量は前記第2の増幅手段
の電荷蓄積部の容量より小さいことを特徴とする撮像素
子。
9. The image pickup device according to claim 8, wherein the first and second amplification means have a charge storage section, and the capacitance of the charge storage section of the first amplification means is the second amplification section. An image pickup device characterized by being smaller than the capacity of the charge storage portion of the means.
【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1項に記載
の撮像素子において、前記光電変換手段と前記スイッチ
手段との間に転送スイッチ手段と容量とを有することを
特徴とする撮像素子。
10. The image sensor according to claim 1, further comprising a transfer switch unit and a capacitor between the photoelectric conversion unit and the switch unit.
【請求項11】 請求項1乃至10のいずれか1項に記
載の撮像素子を複数枚配置して形成した撮像装置と、放
射線を光に変換するシンチレータとを備えたことを特徴
とする放射線撮像装置。
11. A radiation imaging device, comprising: an imaging device formed by arranging a plurality of imaging devices according to claim 1; and a scintillator for converting radiation into light. apparatus.
【請求項12】 請求項11に記載の放射線撮像装置
は、前記シンチレータと前記撮像装置との間に等倍光学
伝達手段を有することを特徴とする放射線撮像装置。
12. The radiation imaging apparatus according to claim 11, further comprising an equal-magnification optical transmission unit between the scintillator and the imaging apparatus.
【請求項13】 請求項12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
クプレートを有することを特徴とする放射線撮像装置。
13. The radiation imaging apparatus according to claim 12, wherein the unity-magnification optical transmission unit includes a fiber optic plate.
【請求項14】 請求項11乃至13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。
14. The radiation imaging apparatus according to claim 11, a signal processing unit that processes a signal from the radiation imaging apparatus, and a signal for recording the signal from the signal processing unit. Recording means, display means for displaying the signal from the signal processing means, transmission processing means for transmitting the signal from the signal processing means, and a radiation source for generating the radiation. A radiation imaging system characterized by:
【請求項15】 光エネルギーを電気信号に変換する光
電変換手段と、前記光電変換手段と電気的に接続され、
前記光電変換手段から出力される前記電気信号が入力さ
れる第1及び第2の増幅手段と、を有する画素を複数備
えた撮像素子の駆動方法において、 第1の画像取り込みモードのときには、前記光電変換手
段からの電気信号を前記第1の増幅手段を通して読み出
し、 第2の画像取り込みモードのときには、前記光電変換手
段からの電気信号を前記第2の増幅手段を通して読み出
すことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
15. A photoelectric conversion means for converting light energy into an electric signal, and electrically connected to the photoelectric conversion means,
In a driving method of an image sensor including a plurality of pixels having first and second amplifying means to which the electric signal output from the photoelectric converting means is input, in the first image capturing mode, the photoelectric converting means is provided. In the image pickup device, the electric signal from the converting means is read out through the first amplifying means, and in the second image capturing mode, the electric signal from the photoelectric converting means is read out through the second amplifying means. Driving method.
【請求項16】 請求項15に記載の撮像素子の駆動方
法において、前記第1の画像取り込みモードは高感度モ
ードであり、前記第2の画像取り込みモードは通常モー
ドであることを特徴とする撮像素子の駆動方法。
16. The image pickup device driving method according to claim 15, wherein the first image capture mode is a high sensitivity mode and the second image capture mode is a normal mode. Device driving method.
【請求項17】 請求項15に記載の撮像素子の駆動方
法において、前記第1の画像取り込みモードは動画モー
ドであり、前記第2の画像取り込みモードは静止画モー
ドであることを特徴とする撮像素子の駆動方法。
17. The image pickup device driving method according to claim 15, wherein the first image capturing mode is a moving image mode, and the second image capturing mode is a still image mode. Device driving method.
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