JP2003329777A - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP2003329777A
JP2003329777A JP2002132810A JP2002132810A JP2003329777A JP 2003329777 A JP2003329777 A JP 2003329777A JP 2002132810 A JP2002132810 A JP 2002132810A JP 2002132810 A JP2002132810 A JP 2002132810A JP 2003329777 A JP2003329777 A JP 2003329777A
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Kazuaki Tashiro
和昭 田代
Noriyuki Umibe
紀之 海部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the degradation of image quality due to the effect of radiation. <P>SOLUTION: An imaging device generates radiation pulse with a specific intervals in turn. It comprises an imaging region having a plurality of pixels for imaging a subject, a scanning means for scanning the imaging region, and a control means for controlling a scanning circuit so as to scan the imaging region while the radiation pulse is not generated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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】本発明は放射線医療機器等に
用いられる撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus used for radiation medical equipment and the like.

【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線診断の分野でも、画像のディジタル化
のために、入射するX線をシンチレータ(蛍光体)によ
り可視光に変換し、さらに撮像素子でかかる可視光像を
撮像する2次元X線撮像装置が開発されてきている。デ
ィジタル化されたX線撮影装置のアナログ写真技術に対
する利点として次が挙げられる。フィルムレス化、画像
処理による取得情報の拡大、データベース化等である。
又、撮影した画像をその場で瞬時に表示出来ることは緊
急を要する医療現場においては有用である。なお放射線
とはX線やα、β、γ線、あるいは被写体の内部構造を
検出できる高エネルギー線を言い、光はフォトダイオー
ド等の光電変換手段により容易に検出可能な波長領域の
電磁波であり、可視光、赤外光を含む。以下放射線とし
てX線の場合を取り上げて説明する。
2. Description of the Related Art Digitization is progressing in various fields of medicine. Also in the field of X-ray diagnosis, a two-dimensional X-ray imaging apparatus that converts incident X-rays into visible light with a scintillator (phosphor) and further captures the visible light image with an image sensor is used for digitizing images. Has been developed. The advantages of digitized X-ray equipment over analog photography are: It is filmless, expanding acquired information by image processing, and creating a database.
In addition, the ability to instantly display a photographed image on the spot is useful in an urgent medical field. Radiation means X-rays, α, β, γ-rays, or high-energy rays that can detect the internal structure of a subject, and light is an electromagnetic wave in a wavelength region that can be easily detected by photoelectric conversion means such as a photodiode. Includes visible light and infrared light. Hereinafter, the case of X-rays as radiation will be described.

【0003】X線静止画の分野では、2次元X線撮像装
置としては、例えば乳房撮影用、胸部撮影用には最大4
3cm□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(フラットパネルディテクタ)が
作られている。この種の技術の例として、米国特許53
15101号に記載のものがある。この従来の技術を図
14に示す。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。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、図15に示し
た米国特許4323925、5159455号がある。
単結晶撮像素子としてはシリコンを使ったCCD型撮像
素子やMOS型撮像素子、CMOS型撮像素子などがあ
る。X線変換体として蛍光体のついたファイバーオプテ
ィックプレート(FOP)が用いられている。ファイバ
ーオプティックプレートの素材にはX線を透過しにくい
鉛ガラス等を含んだ材料を用いる。一般に、CCDのよ
うな単結晶シリコンのデバイスは、X線のような放射線
によりダメージを受けやすく、暗電流の増加や光電変換
効率の低下などの劣化を生じるので、ファイバーオプテ
ィックプレートをX線遮蔽材として利用することによ
り、耐X線性が高まって信頼性が向上する。従来のCC
D型撮像素子やMOS型撮像素子、CMOS型撮像素子
では素子を駆動する回路(シフトレジスタ、デコーダ、
マルチプレクサ等)やメモリ回路は素子の画素領域の外
周部に配置される。図13に4枚CMOS型撮像素子を
張り合わせた場合を示す。これらの回路も画素部と同様
にX線が直接進入すると、誤動作や劣化を起こすので、
一般に鉛等を使ってX線を遮蔽する構造とする。
In the field of X-ray still images, as a two-dimensional X-ray imaging apparatus, for example, for mammography and chest imaging, a maximum of four can be used.
A large-sized still image pickup device (flat panel detector) using 3 cm square amorphous silicon (a-Si) is manufactured. As an example of this type of technology, US Pat.
There is one described in No. 15101. This conventional technique is shown in FIG. It is easy to obtain a large image pickup device using an amorphous silicon semiconductor on a glass substrate, and there is one that realizes a large-plate X-ray image pickup device by laminating four panels. There is also a proposal to configure 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 US Pat. No. 4,323,925, 5,159,455 shown in FIG.
As the 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. As an X-ray converter, a fiber optic plate (FOP) with a phosphor is used. As the material of the fiber optic plate, a material containing lead glass or the like that does not easily transmit X-rays is used. In general, a single crystal silicon device such as a CCD is easily damaged by radiation such as X-rays and deteriorates such as an increase in dark current and a decrease in photoelectric conversion efficiency. As a result, the X-ray resistance is enhanced and the reliability is improved. Conventional CC
In the D-type image pickup element, the MOS-type image pickup element, and the CMOS type image pickup element, a circuit for driving the element (shift register, decoder,
The multiplexer and the like) and the memory circuit are arranged on the outer peripheral portion of the pixel area of the device. FIG. 13 shows a case where four CMOS image pickup elements are bonded together. Similar to the pixel part, these circuits cause malfunction and deterioration when X-rays directly enter, so
In general, lead is used to shield X-rays.

【0004】X線動画の分野では、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、CCD型撮像素子を用
いた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線透視装置が開発されている。ただしこれは
フラットパネルディテクタではない。
In the field of X-ray moving images, incident X-rays are transmitted through a scintillator (phosphor) and an I.D. I. A two-dimensional digital X-ray fluoroscopic apparatus has been developed which converts visible light by an (image intensifier) and captures the visible light image with a TV camera using a CCD type image sensor. However, this is not a flat panel detector.

【0005】ディジタル化の進む医療のX線診断分野で
は、フラットパネルによる小型化、高感度化、高速化さ
れた次世代の動画像撮像装置(透視等)が期待されてい
る。
In the field of medical X-ray diagnosis, which is becoming more digital, there are expectations for a next-generation moving image pickup device (such as fluoroscopy) that is miniaturized, has a high sensitivity, and has a high speed due to a flat panel.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】アモルファスシリコン
(a−Si)を用いた放射線撮像装置(フラットパネル
ディテクタ)は、大板化が容易だがアモルファスシリコ
ンの材料の特性上、高感度化、高速化は困難である。よ
って静止画用に限定される。単結晶シリコンとFOPを
組み合わせた放射線撮像装置は高速化、高感度化は容易
だが大板化のためには非常な高価なテーパー状のFOP
を使わざるをえないのでコストを減らすことができな
い。よって大板、高速、高精細、高感度、低コストの全
てを完備するX線撮像装置はなかった。さらに単結晶シ
リコンにおけるX線の影響を低減するためにX線パルス
の駆動と直接入射によるX線ノイズの関係を考慮した駆
動はなかった。
A radiation image pickup device (flat panel detector) using amorphous silicon (a-Si) can be easily made into a large plate, but due to the characteristics of the material of amorphous silicon, high sensitivity and high speed cannot be achieved. Have difficulty. Therefore, it is limited to still images. A radiation imaging device that combines single-crystal silicon and FOP is easy to achieve high speed and high sensitivity, but it is a very expensive taper-shaped FOP for making a large plate.
Since we cannot help but use it, we cannot reduce the cost. Therefore, there has been no X-ray imaging device that is fully equipped with a large plate, high speed, high definition, high sensitivity, and low cost. Further, in order to reduce the influence of X-rays on single crystal silicon, there has been no driving that considers the relationship between the driving of X-ray pulses and the X-ray noise due to direct incidence.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、放射線パルスが所定の間隔で順次発生される撮像装
置であって、被写体像を撮像する複数の画素を有する撮
像領域と、前記撮像領域を走査するための走査手段と、
前記放射線パルスが発生していない期間に、前記走査回
路が前記撮像領域を走査するように駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, an imaging device in which radiation pulses are sequentially generated at predetermined intervals, the imaging region having a plurality of pixels for picking up a subject image, and the imaging device. Scanning means for scanning the area,
An imaging apparatus comprising: a driving unit that drives the scanning circuit to scan the imaging region during a period in which the radiation pulse is not generated.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、走査
手段である水平、垂直シフトレジスタなどの周辺回路を
有効画素領域内に作りこんだ撮像素子の構成を示す図で
ある。図2は有効画素領域内の画素及びシフトレジス
タ、保護回路、外部端子などのレイアウトを示す図であ
る。図3、4、5は該撮像素子を9個張り合わせた撮像
モジュ−ルを説明するための図である。図11は本実施
の形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an image pickup device in which peripheral circuits such as horizontal and vertical shift registers as scanning means are incorporated in an effective pixel region. FIG. 2 is a diagram showing a layout of pixels in an effective pixel area, a shift register, a protection circuit, external terminals, and the like. 3, 4 and 5 are views for explaining an image pickup module in which nine image pickup elements are stuck together. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the image pickup apparatus according to this embodiment.

【0009】図11に示すように、被写体の動画像を得
る場合は、放射線源であるパルスX線発生器100から
X線パルスを発生させ、被写体を透過した撮像パネル1
01内のX線がシンチレータによって可視光に変換され
る。この光を撮像パネル101内の撮像素子で電気信号
に変換する。アナログ量の電気信号はA/D変換器10
2によりディジタル信号に変換された後、画像処理回路
103で画像処理が行われ、動画像を複数フレーム蓄積
する記憶部106に蓄積される。そして、表示部105
に画像が表示される。また、撮像素子は、センサ駆動部
107によって、パルスX線装置100は、X線駆動部
108によって駆動される。パルスX線発生器、撮像モ
ジュ−ルの各撮像素子、画像処理装置の制御は制御手段
であるコントローラ109で行っている。このコントロ
ーラへの入力操作には、操作装置、および操作モニタが
用いられる。
As shown in FIG. 11, when a moving image of a subject is obtained, an X-ray pulse is generated from a pulse X-ray generator 100, which is a radiation source, and the image pickup panel 1 which has transmitted the subject.
X-rays inside 01 are converted into visible light by the scintillator. This light is converted into an electric signal by the image pickup element in the image pickup panel 101. A / D converter 10 converts analog electric signals
After being converted into a digital signal by 2, the image processing circuit 103 performs image processing and stores the moving image in the storage unit 106 that stores a plurality of frames. Then, the display unit 105
The image is displayed on. The image sensor is driven by the sensor drive unit 107, and the pulsed X-ray device 100 is driven by the X-ray drive unit 108. The control of the pulse X-ray generator, each image pickup device of the image pickup module, and the image processing device is performed by the controller 109 which is a control means. An operation device and an operation monitor are used for the input operation to this controller.

【0010】図4は138mm□の撮像素子を9枚タイ
ル状に張り合わせて形成した414mm□の大面積撮像
モジュ−ルの撮像素子部分を示す。
FIG. 4 shows an image pickup element portion of a large area image pickup module of 414 mm square formed by laminating nine 138 mm square image pickup elements in a tile shape.

【0011】図5は図4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Gd
SやCsIなどのシンチレータからなるシンチレータ
板をFOPの上に設置する。X線はシンチレータに当た
り、可視光に変換される。この可視光を撮像素子で検出
する。シンチレータは、その発光波長が撮像素子の感度
に適合するように選択するのが好ましい。外部処理基板
は撮像素子の電源、クロック等を供給し、又、撮像素子
から信号を取り出して処理する回路を有する。TAB
(Tape Automated Bonding)
は、各撮像素子と外部処理基板とを電気的に接続する。
FIG. 5 shows a cross section taken along the line AA 'of FIG. Gd 2 O using europium, terbium, etc. as active substances
2 A scintillator plate made of scintillator such as S or CsI is installed on the FOP. The X-rays hit the scintillator and are converted into visible light. This visible light is detected by the image sensor. The scintillator is preferably selected so that its emission wavelength matches the sensitivity of the image sensor. The external processing board supplies a power supply, a clock, and the like for the image pickup device, and has a circuit for extracting a signal from the image pickup device and processing it. TAB
(Tape Automated Bonding)
Electrically connects each image sensor to the external processing substrate.

【0012】9枚の撮像素子は、実質的に撮像素子間に
隙間ができないように貼り合わせる。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。撮像素子のクロック等や電源の入力、画素からの信
号の出力は撮像素子端部に設けた電極パッドに接続した
TAB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の厚さは画素サイズに対して十
分薄く撮像素子の間の隙間を通しても、画像上の欠陥は
生じない。
The nine image pickup devices are attached so that there is substantially no gap between the image pickup devices. The fact that there is substantially no gap here means that there is no gap between the image pickup elements in the image formed by the nine image pickup elements. Input of a clock or the like of the image pickup device, power supply, and output of a signal from the pixel are performed through an TAB connected to an electrode pad provided at an end portion of the image pickup device with an external processing substrate arranged on the back side of the image pickup device. The thickness of the TAB is sufficiently thin with respect to the pixel size, and even if it passes through the gap between the image pickup elements, no defect on the image occurs.

【0013】図3は現在主流の8インチウエハから一個
の撮像素子を取り出す場合を示す。8インチウエハはN
型ウエハであり、これを用い、CMOSプロセスによっ
て138mm□のCMOS型撮像素子を1枚取りで作成
する。
FIG. 3 shows a case where one image pickup element is taken out from the currently mainstream 8-inch wafer. 8-inch wafer is N
This is a mold wafer, and using this, a CMOS type 138 mm square CMOS image sensor is prepared in one sheet.

【0014】図6にCMOS型撮像素子の各画素を構成
する画素部の構成図を示す。光電変換をするフォトダイ
オードPD、電荷を蓄積するフローティングディフュー
ジョンCFD、フォトダイオードが生成した電荷をフロ
ーティングディフュージョンに転送する転送MOSトラ
ンジスタ(転送スイッチ)、フローティングディフュー
ジョンに蓄積された電荷を放電するためのリセットMO
Sトランジスタ(リセットスイッチ)、行選択をするた
めの行選択MOSトランジスタ(行選択スイッチ)、ソ
ースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ
(画素アンプ)を有する。
FIG. 6 shows a block diagram of a pixel portion constituting each pixel of the CMOS type image pickup device. A photodiode PD for photoelectric conversion, a floating diffusion C FD for accumulating charges, a transfer MOS transistor (transfer switch) for transferring the charges generated by the photodiode to the floating diffusion, and a reset for discharging the charges accumulated in the floating diffusion. MO
It has an S transistor (reset switch), a row selection MOS transistor (row selection switch) for selecting a row, and an amplification MOS transistor (pixel amplifier) that functions as a source follower.

【0015】図7に3×3画素での全体回路の概略図を
示す。
FIG. 7 shows a schematic diagram of the whole circuit of 3 × 3 pixels.

【0016】転送スイッチのゲートは垂直走査回路の一
種である垂直シフトレジスタからのφTXに接続され、
リセットスイッチのゲートは垂直走査回路からのφRE
Sに接続され、行選択スイッチのゲートは垂直走査回路
からのφSELに接続されている。
The gate of the transfer switch is connected to φTX from a vertical shift register which is a kind of vertical scanning circuit,
The gate of the reset switch is φRE from the vertical scanning circuit.
It is connected to S and the gate of the row selection switch is connected to φSEL from the vertical scanning circuit.

【0017】光電変換はフォトダイオードでおこなわ
れ、光量電荷の蓄積期間中は、転送スイッチはオフ状態
であり、画素アンプを構成するソースフォロアのゲート
にはこのフォトダイオードで光電変換された電荷は転送
されない。該画素アンプを構成するソースフォロアのゲ
ートは、蓄積開始前にリセットスイッチがオンし、適当
な電圧に初期化されている。すなわちこれがダークレベ
ルとなる。次に又は同時に行選択スイッチがオンになる
と、負荷電流源と画素アンプで構成されるソースフォロ
ワー回路が動作状態になり、ここで転送スイッチをオン
させることで該フォトダイオードに蓄積されていた電荷
は、該画素アンプを構成するソースフォロアのゲートに
転送される。
Photoelectric conversion is carried out by the photodiode, and the transfer switch is in the OFF state during the accumulation period of the light quantity charge, and the charge photoelectrically converted by the photodiode is transferred to the gate of the source follower constituting the pixel amplifier. Not done. The gate of the source follower that constitutes the pixel amplifier is initialized to an appropriate voltage by turning on the reset switch before the start of accumulation. That is, this is the dark level. Next or at the same time, when the row selection switch is turned on, the source follower circuit composed of the load current source and the pixel amplifier is activated, and by turning on the transfer switch here, the charge accumulated in the photodiode is changed. , To the gate of the source follower that constitutes the pixel amplifier.

【0018】ここで選択行の出力が垂直出力線(信号出
力線)上に発生する。この出力は列選択スイッチ(マル
チプレクサ)を水平走査回路の一種である水平シフトレ
ジスタによって駆動することにより順次出力部アンプへ
読み出される。
Here, the output of the selected row is generated on the vertical output line (signal output line). This output is sequentially read out to the output section amplifier by driving the column selection switch (multiplexer) by a horizontal shift register which is a kind of horizontal scanning circuit.

【0019】図2は垂直シフトレジスタの単位ブロック
(一行を選択し駆動するための単位)を1画素領域(1
セル)に1画素回路と共に配置した様子を示す。1画素
回路は図6に示すものである。垂直シフトレジスタは転
送信号φTX、リセット信号φRES、行選択信号φS
EL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、画素加算や
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セルの中に画素回路と共に
配置し、有効画素領域内にシフトレジスタを設け、全面
有効画素領域の撮像素子を実現する。
FIG. 2 shows a unit block (unit for selecting and driving one row) of the vertical shift register as one pixel area (1
A cell is shown together with one pixel circuit. The one-pixel circuit is shown in FIG. The vertical shift register has a transfer signal φTX, a reset signal φRES, and a row selection signal φS.
A simple circuit composed of a static shift register and a transfer gate for producing EL is shown. 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 taken according to various driving methods such as pixel addition and thinning-out reading. However, as in the present embodiment, the functional block is arranged in one cell together with the pixel circuit, and the shift register is provided in the effective pixel area to realize an image sensor in the entire effective pixel area.

【0020】本実施の形態においては、垂直シフトレジ
スタやn対2デコーダ等の垂直走査回路、水平シフト
レジスタやn対2デコーダ等の水平走査回路を有効画
素領域内の各画素領域(セル)内に配置することを特徴
とする。
[0020] In this embodiment, the vertical shift register and n pairs 2 n vertical scanning circuit such as a decoder, the horizontal shift register and n pairs 2 n each pixel region (cell inside the effective pixel area horizontal scanning circuit such as the decoder ) Is placed inside.

【0021】同様に本実施の形態においては、共通処理
回路を有効画素領域内の各画素領域(セル)内に配置す
ることを特徴とする。ここで共通処理回路とは、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、バッファー、各種ゲート回路等の複数画素を一括し
て共通に処理する回路を意味する。
Similarly, the present embodiment is characterized in that the common processing circuit is arranged in each pixel area (cell) in the effective pixel area. Here, the common processing circuit means a circuit for collectively processing a plurality of pixels in common such as a final signal output amplifier, a serial / parallel conversion multiplexer, a buffer, and various gate circuits.

【0022】これに対して個別回路とは、フォトダイオ
ード、転送スイッチ、画素選択スイッチ、画素出力増幅
回路等の1画素のみを処理する回路を意味する。
On the other hand, the individual circuit means a circuit that processes only one pixel, such as a photodiode, a transfer switch, a pixel selection switch, and a pixel output amplifier circuit.

【0023】図1に本実施形態の撮像素子の構成(平面
図)を示す。本実施形態では垂直シフトレジスタと水平
シフトレジスタを撮像素子の有効画素領域に配置する。
1つのラインを共通処理するシフトレジスタの1ブロッ
クを1画素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。これ
らのシフトレジスタブロックのある画素の受光部の面積
と、他の画素の受光部の面積は同じにし、感度のばらつ
きをなくす。さらに全ての受光部の重心(画素の重心)
は同一とする。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。シフトレジスタの回路構成は、設
計でいろいろなものが適用できる。この実施形態では一
般的な回路例を取り上げた。
FIG. 1 shows the configuration (plan view) of the image pickup device of this embodiment. In this embodiment, the vertical shift register and the horizontal shift register are arranged in the effective pixel area of the image sensor.
One block of the shift register that commonly processes one line is arranged so as to fit within one pixel 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. The area of the light-receiving portion of one pixel of these shift register blocks and the area of the light-receiving portion of another pixel are made equal to eliminate variations in sensitivity. Furthermore, the center of gravity of all light-receiving parts (center of gravity of pixels)
Are the same. A static shift register is used as the shift register. Various circuit configurations of the shift register can be applied by design. In this embodiment, a general circuit example is taken up.

【0024】本実施の形態によれば、撮像素子の周辺に
デッドスペースが生じないので、撮像素子全面が有効画
素領域となる。
According to this embodiment, since no dead space is generated around the image sensor, the entire surface of the image sensor becomes the effective pixel area.

【0025】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(フラ
ットパネルディテクタ)を形成できる。実質的に繋ぎ目
のない大板の画像を得ることができる。
By arranging these image pickup devices in a tile shape so that there is substantially no gap, a large-plate image pickup device (flat panel detector) can be formed. It is possible to obtain an image of a large plate that is substantially seamless.

【0026】医療用のX線撮像装置では、画素の大きさ
は、100μm□〜200μm□程度に大きくてよいの
で、構成素子数の多いスタティックシフトレジスタを配
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 100 μm □ to 200 μm □, so that a sufficiently large aperture ratio can be realized even if a static shift register having a large number of constituent elements is arranged. it can.

【0027】また走査手段として、シフトレジスタでは
なく、n対2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。
Further, as the scanning means, an n to 2 n decoder can be used instead of the shift register. By connecting the output of the counter that increments sequentially to the input of the decoder, it is possible to perform sequential scanning in the same way as a 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 It is possible to obtain an image of an arbitrary region by.

【0028】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。
In this embodiment, a CMOS is used as an image pickup device.
Since the image pickup device is used, it consumes less power and is suitable for forming a large image pickup device.

【0029】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 accelerate the operation of the image pickup device.

【0030】また撮像素子からは電極パッドを経由して
外部に信号を取り出すが、この電極パッド周りには大き
な浮遊容量がある。従って電極パッドの前段にアンプを
設けることにより、信号の伝送特性を補償することがで
きる。
A signal is taken out from the image pickup device to the outside via the electrode pad, but there is a large stray capacitance around this electrode pad. Therefore, by providing an amplifier in the preceding stage of the electrode pad, the signal transmission characteristics can be compensated.

【0031】本実施形態では、垂直、水平シフトレジス
タを有効画素領域内に配置するので、シンチレータ板を
抜けたX線が直接シフトレジスタに当たる。X線は、こ
れらの回路中の素子にダメージを与えたりや回路中にエ
ラーやノイズを生じたりするので問題である。
In this embodiment, since the vertical and horizontal shift registers are arranged in the effective pixel area, the X-rays passing through the scintillator plate directly hit the shift register. X-rays are a problem because they damage the elements in these circuits and cause errors and noise in the circuits.

【0032】エラーの例としてあげられるのは、絶縁酸
化膜SiOとシリコンの界面に電荷が蓄積され、閾値
の変動やリーク電流の増加が起きる現象である。またダ
メージの例としてあげられるのは、pn接合面に生じる
欠陥であり、この欠陥がリーク電流の増大を引き起こ
す。エラーの他の例としてあげられるのは、MOS型ダ
イナミックRAMでの誤動作として知られるホットエレ
クトロンの作用によるエラー(ソフトエラー)と同様な
ものである。例えば駆動用回路ではリセット回路にノイ
ズが発生し、走査が一時的に停止したり、またシフトパ
ルスがずれたりする。他の周辺回路では主にノイズとな
る場合が多い。電界により発生するホットエレクトロン
は、電界が高くなる短チャンネル構造で起こりやすい
が、X線により発生するホットエレクトロンはサイズに
よらず発生するので、平面的なサイズによらずX線が当
たると撮像装置は不安定になりやすい。ノイズとして
は、単結晶シリコン中に進入したX線により、シリコン
中に電子・ホール対を生成する。これらキャリアが回路
中に侵入することにより生じるノイズがあり、回路が持
つ固有のシステムノイズに付加される。このような現象
はシフトレジスタばかりでなく、X線が直接の照射され
る可能性のあるデコーダや共通アンプなどの等の回路を
用いる場合も発生する。
An example of the error is a phenomenon in which electric charges are accumulated at the interface between the insulating oxide film SiO 2 and silicon, and the threshold value varies and the leak current increases. Another example of damage is a defect that occurs in the pn junction surface, and this defect causes an increase in leak current. Another example of the error is similar to the error (soft error) due to the action of hot electrons known as a malfunction in the MOS dynamic RAM. For example, in the driving circuit, noise is generated in the reset circuit, the scanning is temporarily stopped, and the shift pulse is displaced. In other peripheral circuits, it often becomes noise. Hot electrons generated by an electric field are likely to occur in a short channel structure in which the electric field is high, but hot electrons generated by X-rays are generated regardless of size, and therefore, when an X-ray hits regardless of a planar size, an imaging device Is prone to instability. As noise, electron-hole pairs are generated in silicon by X-rays that have penetrated into single crystal silicon. There is noise generated when these carriers enter the circuit, and is added to the inherent system noise of the circuit. Such a phenomenon occurs not only in the case of using the shift register but also in the case of using a circuit such as a decoder or a common amplifier that may be directly irradiated with X-rays.

【0033】FOPを用いることにより、撮像素子に直
接進入するX線の量(X線フォトン数)を数十分の1以
下にすることができる。X線のダメージは吸収したX線
の総量に比例するので、FOPによりX線のダメージは
相当低減することができる。一方X線によるエラーやノ
イズは、X線の総量ばかりでなく、X線のエネルギーに
も依存する。80kVpの管電圧で発生したX線のエネ
ルギーは、最大で80keV、平均で60keV程度と
非常に大きい。この高エネルギーX線フォトンが1個で
も吸収されると、数万個の電子・ホール対が発生する。
これらが受光部に侵入すると、スパイク状の信号とな
り、同時にこの信号の揺らぎがノイズとして付加され
る。受光部以外の容量、信号線、トランジスタに侵入す
ると、ノイズ成分となり付加される。またシフトレジス
タなどのロジック回路に侵入すると動作エラーの原因と
なる。つまりFOPのみでは、ダメージを低減すること
はできるが、エラーやノイズを低減することは難しい。
By using the FOP, it is possible to reduce the amount of X-rays (X-ray photons) directly entering the image pickup device to several tenths or less. Since the X-ray damage is proportional to the total amount of absorbed X-rays, the FOP can considerably reduce the X-ray damage. On the other hand, errors and noise due to X-rays depend not only on the total amount of X-rays but also on the energy of X-rays. The energy of X-rays generated at a tube voltage of 80 kVp is 80 keV at maximum and about 60 keV on average, which is very large. If even one high-energy X-ray photon is absorbed, tens of thousands of electron-hole pairs are generated.
When these enter the light receiving portion, a spike-like signal is generated, and at the same time, fluctuations of this signal are added as noise. If it enters the capacitance, signal line, or transistor other than the light receiving part, it becomes a noise component and is added. Further, if it enters a logic circuit such as a shift register, it may cause an operation error. In other words, FOP alone can reduce damage, but it is difficult to reduce errors and noise.

【0034】本発明では以下のような駆動を考慮するこ
とにより、直接的なX線によるノイズに強いX線撮像装
置を実現できた。図8は本実施形態の撮像装置の動作を
示すタイミングチャートである。3×3画素の動作で説
明する。
In the present invention, an X-ray image pickup device which is resistant to noise due to direct X-rays can be realized by considering the following driving. FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the image pickup apparatus of this embodiment. The operation of 3 × 3 pixels will be described.

【0035】T1でリセット信号φRESがハイレベル
になり、全画素のリセットMOSトランジスタがオンに
なることで、フローティングディフュージョンCFD
リセットされる。被写体撮像のためのX線パルスを照射
し、フォトダイオードを露光する。全画素一括で転送信
号φTXをハイレベルとし転送スイッチをオンすること
で、フォトダイオードに蓄積されていた電荷を画素アン
プを構成するソースフォロワーのゲート部に形成される
フローティングディフュージョンCFDに完全転送す
る。行選択信号SEL1がハイレベルになることで該当
行の行選択MOSトランジスタがオンとなり、増幅MO
Sを介して信号出力線に撮像信号が読み出される。こう
して読み出された1行分の撮像信号は、水平シフトレジ
スタにより列選択信号φSH1、φSH2、φSH3が
順次オンになることで共通アンプを介して撮像素子の外
部へ読み出される。同様に各行の信号が読み出される。
本実施例ではX線のパルスはリセット信号φRESと転
送信号φTXの間に照射する。X線がFOS画素領域全
面に照射されている間、画素領域内に設置された水平シ
フトレジスタ、垂直シフトレジスタで駆動用信号を作り
出すことはないので、これらが誤動作することはない。
またX線によるノイズがこれらの回路に付加されること
もない。
At T1, the reset signal φRES becomes high level and the reset MOS transistors of all pixels are turned on, whereby the floating diffusion C FD is reset. An X-ray pulse for imaging a subject is emitted to expose the photodiode. By setting the transfer signal φTX to a high level and turning on the transfer switch for all pixels at once, the charges accumulated in the photodiode are completely transferred to the floating diffusion C FD formed in the gate part of the source follower forming the pixel amplifier. . When the row selection signal SEL1 becomes high level, the row selection MOS transistor of the corresponding row is turned on, and the amplification MO
The image pickup signal is read out to the signal output line via S. The image pickup signal for one row thus read is read out to the outside of the image pickup device via the common amplifier when the column selection signals φSH1, φSH2, and φSH3 are sequentially turned on by the horizontal shift register. Similarly, the signal of each row is read.
In this embodiment, the X-ray pulse is emitted between the reset signal φRES and the transfer signal φTX. While the X-rays are irradiated on the entire surface of the FOS pixel area, the horizontal shift register and the vertical shift register provided in the pixel area do not generate driving signals, so that they do not malfunction.
Also, noise due to X-rays is not added to these circuits.

【0036】これらの動作を行っているのは画素領域内
に設置した垂直、水平シフトレジスタであり、これらの
回路を駆動している間はX線は照射されず、これらが誤
動作することはない。またこの間シリコンバルクに進入
したX線によるキャリアの発生もなく、回路動作中にノ
イズが付加されることはない。また 画素加算等を画素
毎に行うために、画素信号を加算して出力するための加
算スイッチを設ける場合もある。このような場合には画
素を共通に処理するため共通処理回路を画素領域内に設
ける。この共通処理回路で加算等の動作を行う場合も、
X線がオフの場合に行う。加算時、加算後の信号に直接
X線によるノイズが付加されることはなく、共通処理回
路が誤動作を起こすこともない。
It is the vertical and horizontal shift registers installed in the pixel area that perform these operations. X-rays are not emitted while these circuits are being driven, and they do not malfunction. . Further, during this period, carriers are not generated by X-rays that have entered the silicon bulk, and noise is not added during the circuit operation. In addition, an addition switch for adding and outputting pixel signals may be provided in order to perform pixel addition or the like for each pixel. In such a case, a common processing circuit is provided in the pixel region in order to commonly process the pixels. When performing operations such as addition with this common processing circuit,
Perform when X-ray is off. During addition, noise due to X-rays is not added directly to the signal after addition, and the common processing circuit does not malfunction.

【0037】なお、以上説明した実施形態では、X線を
可視光に変換するのに蛍光体を用いたが、一般的なシン
チレータ、つまり波長変換体であればよい。また蛍光体
がなくとも光電変換素子自身が直接放射線を検知し、電
荷を発生するものでもよい。
In the embodiment described above, the phosphor is used to convert the X-ray into visible light, but a general scintillator, that is, a wavelength converter may be used. Alternatively, the photoelectric conversion element itself may directly detect radiation and generate an electric charge without a phosphor.

【0038】また、X線を用いた場合を例に説明した
が、α、β、γ線等の放射線を用いることができる。
Although the case of using X-rays has been described as an example, radiation such as α, β and γ rays can be used.

【0039】(第2の実施形態)次に本発明の第2の実
施形態について説明する。第2の実施形態で用いられる
撮像素子は、基本構成は第1の実施形態と同じである
が、1画素の回路構成が第1の実施形態と異なってい
る。図9は本発明の第2の実施形態の1画素回路を示
す。本実施形態では、光電変換部でのkTC補正を画素
内で行うようにし、更に感度切替え手段を画素内に設け
ることで、静止画撮影と高速動画撮影をモード切替で実
現している。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The image sensor used in the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but the circuit configuration of one pixel is different from that of the first embodiment. FIG. 9 shows a one-pixel circuit according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the kTC correction in the photoelectric conversion unit is performed in the pixel, and the sensitivity switching unit is further provided in the pixel, whereby still image shooting and high-speed moving image shooting are realized by mode switching.

【0040】ここで静止画撮影、動画撮影兼用の撮像素
子での光電変換部に求められる特有の条件について説明
する。動画撮影時の照射X線量は静止画撮影時の1/1
00程度であり、画素当たり高々数個のX線ホトンの量
(実際画素に入射するのはこのX線が変換された可視
光)であり、撮像素子としては最大の感度が求められ
る。但し、ダイナミックレンジは問題ない。更に、読取
速度としては60から90フレーム/秒が求められる。
画素の解像度は200μm□から400μm□と粗くと
もよい。一方、静止画撮影時には、80dB近いダイナ
ミックレンジが要求される。画素の解像度は100μm
□から200μm□が必要である。これらの仕様を同時
に満たす撮像素子はこれまでなかった。
Now, the specific conditions required for the photoelectric conversion unit in the image pickup device for both still image shooting and moving image shooting will be described. The irradiation X-ray dose during movie shooting is 1/1 as compared with still image shooting
The number of X-ray photons per pixel is at most about 00 (actually incident visible light obtained by converting the X-rays into the pixel), and the maximum sensitivity is required for the image sensor. However, there is no problem with the dynamic range. Further, a reading speed of 60 to 90 frames / second is required.
The pixel resolution may be as coarse as 200 μm □ to 400 μm □. On the other hand, when capturing a still image, a dynamic range close to 80 dB is required. Pixel resolution is 100 μm
□ to 200 μm □ is required. Until now, there has been no image sensor that simultaneously satisfies these specifications.

【0041】そこで本実施形態では、CMOS型撮像素
子において図9に示すような画素回路構成とすること
で、これらの仕様を満たす撮像素子を実現している。図
9において、PDは光電変換部としてのCCD等で用い
られているものと同じ埋め込み型のフォトダイオードで
ある。埋め込み型のフォトダイオードは表面に不純物濃
度が高いp層を設けることで、SiO面で発生する
暗電流を抑制するものである。またフォトダイオードP
Dの容量CPDは、動画撮影時に最大感度を得るために
最小となるように設計している。後述するようにフォト
ダイオードPDの容量を小さくすると、ダイナミックレ
ンジが縮小する。動画時に比べて照射X線量が100倍
以上になる静止画撮影時にはダイナミックレンジが不足
するので、ダイナミックレンジ拡大用の容量C1をフォ
トダイオードFDと並列に設けている。
Therefore, in this embodiment, the CMOS type image pickup device has a pixel circuit configuration as shown in FIG. 9 to realize an image pickup device satisfying these specifications. In FIG. 9, PD is an embedded photodiode that is the same as that used in a CCD or the like as a photoelectric conversion unit. The buried photodiode suppresses a dark current generated on the SiO 2 surface by providing a p + layer having a high impurity concentration on the surface. In addition, the photodiode P
The capacity C PD of D is designed to be minimum in order to obtain maximum sensitivity when shooting a moving image. As will be described later, when the capacitance of the photodiode PD is reduced, the dynamic range is reduced. Since the dynamic range is insufficient when capturing a still image in which the irradiation X-ray dose is 100 times or more that of a moving image, the capacitance C1 for expanding the dynamic range is provided in parallel with the photodiode FD.

【0042】M1は静止画モード(高ダイナミックレン
ジ)と動画モード(高感度モード)を切り替える切り替
えスイッチである。電荷を蓄積するフローティングディ
フュージョン(浮遊拡散領域)容量CFD(不図示)も
動画時に最大感度となるよう最小容量に設計する。フロ
ーティングディフュージョン(浮遊拡散領域)は増幅M
OSトランジスタM4のゲート部に接続して形成されて
いる。M2はフローティングディフュージョンに蓄積さ
れた電荷を放電するためのリセットMOSトランジスタ
(リセットスイッチ)、M3は画素アンプ1を選択をす
るための選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M
4はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトラン
ジスタ(画素アンプ1)である。
M1 is a switch for switching between the still image mode (high dynamic range) and the moving image mode (high sensitivity mode). The floating diffusion (floating diffusion region) capacitance C FD (not shown) for accumulating electric charges is also designed to have the minimum capacitance so as to have the maximum sensitivity during a moving image. Floating diffusion (floating diffusion area) is amplified M
It is formed so as to be connected to the gate portion of the OS transistor M4. M2 is a reset MOS transistor (reset switch) for discharging the charges accumulated in the floating diffusion, M3 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 1, and M
Reference numeral 4 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier 1) that functions as a source follower.

【0043】この画素アンプ1の後段に本実施形態の特
徴であるクランプ回路が設けられている。このクランプ
回路により光電変換部で発生するkTCノイズを除去す
る。CCLはクランプ容量、M5はクランプスイッチで
ある。クランプ回路の後に第1の実施形態と同様にサン
プルホールド回路を設けている。M6は画素アンプ2を
選択するための選択MOSトランジスタ(選択スイッ
チ)、M7はソースフォロワーとして機能する増幅MO
Sトランジスタ(画素アンプ2)である。M8は光信号
蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルMO
Sトランジスタスイッチ、CH1はホールドコンデンサ
である。
A clamp circuit, which is a feature of this embodiment, is provided at the subsequent stage of the pixel amplifier 1. This clamp circuit removes kTC noise generated in the photoelectric conversion unit. C CL is a clamp capacitance, and M5 is a clamp switch. A sample hold circuit is provided after the clamp circuit as in the first embodiment. M6 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 2, and M7 is an amplification MO functioning as a source follower.
It is an S transistor (pixel amplifier 2). M8 is a sample MO that constitutes a sample hold circuit for accumulating an optical signal.
The S-transistor switch and CH1 are hold capacitors.

【0044】またM9は画素アンプ3を選択するための
選択MOSトランジスタ(選択スイッチ)、M10はソ
ースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ
(画素アンプ3)である。M11はノイズ信号蓄積用の
サンプルホールド回路を構成するサンプルMOSトラン
ジスタスイッチ、CH2はホールドコンデンサである。
M12は画素アンプ3を選択をするための選択MOSト
ランジスタ(選択スイッチ)、M13はソースフォロワ
ーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ
3)である。
Further, M9 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 3, and M10 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier 3) functioning as a source follower. M11 is a sample MOS transistor switch that constitutes a sample hold circuit for accumulating noise signals, and CH2 is a hold capacitor.
M12 is a selection MOS transistor (selection switch) for selecting the pixel amplifier 3, and M13 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier 3) that functions as a source follower.

【0045】本実施形態においては、画素アンプでの熱
ノイズ、1/fノイズ、温度差、プロセスばらつきによ
るFPNを除去するためにこれらの光信号、ノイズ用画
素内サンプルホールド回路を用いている。
In the present embodiment, in-pixel sample and hold circuits for these optical signals and noise are used to remove FPN due to thermal noise, 1 / f noise, temperature difference and process variation in the pixel amplifier.

【0046】次に画素部の構成について説明する。本実
施形態では画素が160μm□と大きいため、適度な開
口率(フォトダイオードの面積)で容量CPDを小さく
するには限界がある。フォトダイオードの面積はそのま
まで電極面積を小さくする方法をとることで容量CPD
を小さくできるが、この方法では電極への電荷の収集効
率が落ち、転送スイッチにより信号電荷をフローティン
グディフュージョンへ完全転送することが困難になる。
本実施形態では完全転送を行わない設計とし、転送スイ
ッチは設けず、フォトダイオードとフローティングディ
フュージョンを直結し光電変換部としている。また動画
撮影時に最高感度となるようにフォトダイオードの容量
PDとフローティングディフュージョンの容量CFD
は最小となるように設計している。
Next, the structure of the pixel portion will be described. In this embodiment, since the pixel is as large as 160 μm □, there is a limit in reducing the capacitance C PD with an appropriate aperture ratio (photodiode area). By taking the method of reducing the electrode area while keeping the area of the photodiode unchanged, the capacitance C PD
However, this method lowers the efficiency of collecting charges to the electrodes, and makes it difficult to completely transfer the signal charges to the floating diffusion by the transfer switch.
In this embodiment, the design is such that complete transfer is not performed, no transfer switch is provided, and the photodiode and the floating diffusion are directly connected to each other to form a photoelectric conversion unit. Further, the capacitance C PD of the photodiode and the capacitance C FD of the floating diffusion are set so that the maximum sensitivity is obtained when shooting a moving image.
Is designed to be minimal.

【0047】本実施形態では、完全転送ではないので光
電変換部のリセット時にkTCノイズが発生してしまう
が、回路的にこのkTCノイズ(リセットノイズ)を除
去することは光電変換装置の高S/N化の重要なポイン
トとなる。そのため、本実施形態ではクランプ回路を画
素毎に設ける構成としている。kTCノイズ除去のため
にクランプ回路を用いることは公知である。画素のサイ
ズが50から100μm□と比較的小さく完全転送が可
能な場合は光電変換部でのkTCノイズは発生しないの
でこの限りではない。
In this embodiment, since kTC noise is generated when the photoelectric conversion unit is reset because it is not a complete transfer, it is necessary to remove this kTC noise (reset noise) in a circuit in order to improve the S / S ratio of the photoelectric conversion device. This is an important point for N conversion. Therefore, in the present embodiment, the clamp circuit is provided for each pixel. It is known to use a clamp circuit for removing kTC noise. This is not the case because the kTC noise does not occur in the photoelectric conversion unit when the pixel size is relatively small, from 50 to 100 μm □, and complete transfer is possible.

【0048】しかしながら、静止画モードと動画モード
を兼用する撮像素子とするためには、静止画モードでも
kTCノイズの除去は必要であり、画素内にクランプ回
路を設けることは必須となる。本実施形態では一括露光
の動画モードでもkTCノイズを除去できるように一括
露光用のサンプルホールド回路の前段にクランプ回路を
設けている。
However, in order to provide an image pickup device for both the still image mode and the moving image mode, it is necessary to remove kTC noise even in the still image mode, and it is essential to provide a clamp circuit in each pixel. In this embodiment, a clamp circuit is provided in front of the sample hold circuit for collective exposure so that the kTC noise can be removed even in the collective exposure moving image mode.

【0049】また静止画撮影用にフォトダイオードのダ
イナミックレンジを大きくするためには容量CPDが大
きい方が良いが、そうすると信号電圧が下がってしまう
ので、S/Nが下がってしまう。動画撮影時の最高感度
を維持しながら静止画撮影時のダイナミックレンジを広
げるために、感度(ダイナミックレンジ)切り替え回路
を設け、容量と切り替えスイッチを本実施形態では各画
素に設けている。静止画撮影時は容量が増えるのでS/
Nが悪くなってしまうが、S/Nをよくするためには、
特にkTCノイズを除去するクランプ回路が必要であ
る。
Further, in order to increase the dynamic range of the photodiode for still image shooting, it is preferable that the capacitance C PD be large, but if this is done, the signal voltage will drop and the S / N will drop. A sensitivity (dynamic range) switching circuit is provided to increase the dynamic range during still image shooting while maintaining the maximum sensitivity during moving image shooting, and a capacity and a changeover switch are provided in each pixel in this embodiment. When shooting still images, S /
N becomes worse, but in order to improve S / N,
In particular, a clamp circuit that removes kTC noise is required.

【0050】図10は本実施形態を動画モードで駆動し
ている場合の画素部の動作を示すタイミングチャートで
ある。図10を用いて、この撮像素子の駆動タイミング
を説明する。まず全画素一括で垂直シフトレジスタVS
Rからの信号φEN、φCHGをハイレベルとし、選択
スイッチM3、M6をオンすること増幅トランジスタへ
の定電流源をオンし、信号φRESをハイレベルとして
フォトダイオードの電荷をリセット電位にリセットす
る。次に信号φCLをハイレベルとしてMOSトランジ
スタM5をオンすることで、クランプ容量の1端がクラ
ンプ電位にバイアスされる。こうしてフォトダイオード
の電荷のリセットにより生じるkTCノイズ(リセット
ノイズ)をクランプ容量に蓄積する。また信号φTNを
ハイレベルとすると、クランプ容量のクランプ電位がノ
イズ用サンプルホールド容量CH2に蓄積される。以上
がノイズ信号蓄積動作である。
FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the pixel portion when the present embodiment is driven in the moving image mode. The drive timing of this image sensor will be described with reference to FIG. First, all the pixels are grouped together in the vertical shift register VS.
The signals φEN and φCHG from R are set to a high level and the selection switches M3 and M6 are turned on to turn on the constant current source to the amplification transistor, and the signal φRES is set to a high level to reset the electric charge of the photodiode to the reset potential. Next, the signal φCL is set to the high level to turn on the MOS transistor M5, so that one end of the clamp capacitor is biased to the clamp potential. In this way, kTC noise (reset noise) generated by resetting the charge of the photodiode is accumulated in the clamp capacitor. When the signal φTN is set to the high level, the clamp potential of the clamp capacitor is stored in the noise sample hold capacitor CH2. The above is the noise signal accumulation operation.

【0051】次にX線のパルス照射により露光が行わ
れ、光電荷がフォトダイオードに蓄積される(これが露
光動作である)。この後で信号φENをハイレベルにす
ると、クランプ容量の一端の電位は光電荷に対応する信
号成分だけ変動する。すなわち、クランプ容量にはkT
Cノイズ成分が蓄積されているので、kTCノイズ成分
を含む撮像信号からkTCノイズ成分が差し引かれた電
位分クランプ容量の一端の電位が変動することになる。
このkTCノイズのキャンセルされた撮像信号を読み出
すため、信号CHGおよび信号φTSをハイレベル.に
することで、kTCノイズのキャンセルされた撮像信号
(光信号)が信号用サンプルホールド容量に蓄積され
る。以上が光信号蓄積動作である。
Next, exposure is performed by pulse irradiation of X-rays, and photocharges are accumulated in the photodiode (this is the exposure operation). After that, when the signal φEN is set to the high level, the potential at the one end of the clamp capacitor fluctuates by the signal component corresponding to the photocharge. That is, kT is
Since the C noise component is accumulated, the potential at one end of the clamp capacitor fluctuates by the potential obtained by subtracting the kTC noise component from the image pickup signal including the kTC noise component.
In order to read the image pickup signal in which this kTC noise is canceled, the signal CHG and the signal φTS are set to the high level. By doing so, the image pickup signal (optical signal) in which kTC noise has been canceled is accumulated in the signal sample and hold capacitor. The above is the optical signal accumulation operation.

【0052】上記の一連の動作が繰り返される。ここで
撮像素子の露光可能時間は、クランプ電位を容量に転送
後、即ち信号ENがロウレベルになってから、信号φR
ESがハイレベルになりリセットMOSトランジスタが
オンになる迄である。本実施形態では、特にこのX線パ
ルスのタイミングと画素領域内に設置したシフトレジス
タの駆動タイミングの関係に注目する。本実施形態では
信号読み出しの間はX線を照射しない。図10に示すよ
うに信号読み出しを終わったあとから次のφENをオン
する前にX線照射を行う。すなわちX線パルスが照射さ
れていいない間に、各行ごとに信号φSELをハイレベ
ルとし、さらに各列ごとに信号φSELHをハイレベル
とすることで、ノイズ信号と光信号とが出力される。こ
れらの駆動信号を作りだしているのは、垂直、水平シフ
トレジスタであり、これらのシフトレジスタが信号を作
り出している間は、X線は照射されない。つまりX線パ
ルスが照射されてフォトダイオードが露光されている間
は、シフトレジスタによる画素内の素子の駆動は行われ
ない。よってX線パルスが撮像素子に直接進入した場
合、シフトレジスタでエラー(誤動作)が起こったり、
信号転送中にノイズが乗ったりすることがない。
The above series of operations are repeated. Here, the exposure possible time of the image pickup device is the signal φR after the clamp potential is transferred to the capacitor, that is, after the signal EN becomes low level.
Until ES becomes high level and the reset MOS transistor is turned on. In the present embodiment, attention is particularly paid to the relationship between the timing of the X-ray pulse and the drive timing of the shift register installed in the pixel area. In this embodiment, X-rays are not emitted during signal reading. As shown in FIG. 10, X-ray irradiation is performed after the signal reading is completed and before the next φEN is turned on. That is, while the X-ray pulse is not being emitted, the signal φSEL is set to the high level for each row, and the signal φSELH is set to the high level for each column, whereby the noise signal and the optical signal are output. It is the vertical and horizontal shift registers that produce these drive signals, and no X-rays are emitted while these shift registers produce the signals. That is, the elements in the pixel are not driven by the shift register while the photodiode is exposed by being irradiated with the X-ray pulse. Therefore, when the X-ray pulse directly enters the image sensor, an error (malfunction) occurs in the shift register,
No noise is generated during signal transfer.

【0053】ノイズ信号出力線と光信号出力線に転送さ
れた信号はノイズ信号出力線と光信号出力線とに接続さ
れた減算出力アンプ(図示せず)で、(信号−ノイズ)
の減算処理を行う。この時、光信号とノイズ信号は非常
に速い時間差で、画素アンプ2からサンプルホールド回
路に取り込まれるので、低周波数で値の大きい1/fノ
イズを除去でき、高周波の成分は無視できる。またこの
時間差では出力段ソースフォロワーの温度差による閾値
Vthのばらつきもない。ホールド容量に蓄えられてい
た出力電荷は、1個の画素アンプについての、リセット
時と信号電荷入力時の両者の場合の出力を時間的に連続
して得たものであり、更にこれら両出力の差分をとるこ
とにより、画素アンプでの熱ノイズ、1/fノイズ、温
度差、プロセスばらつきによるFPNを除去することが
できる。
The signal transferred to the noise signal output line and the optical signal output line is (signal-noise) by a subtraction output amplifier (not shown) connected to the noise signal output line and the optical signal output line.
Is subtracted. At this time, the optical signal and the noise signal are captured by the sample hold circuit from the pixel amplifier 2 with a very fast time difference, so that the 1 / f noise having a large value at low frequency can be removed, and the high frequency component can be ignored. Further, with this time difference, there is no variation in the threshold Vth due to the temperature difference of the output stage source follower. The output charge stored in the hold capacitor is the output of one pixel amplifier at the time of both reset and signal charge input, which is obtained continuously in terms of time. By taking the difference, it is possible to remove FPN due to thermal noise, 1 / f noise, temperature difference, and process variation in the pixel amplifier.

【0054】一方、静止画モードでは、信号φSCをハ
イレベルとし、容量C1をフォトダイオードPDに並列
接続した段階で、上記と同様な動作を行う。この場合、
容量C1には容量CFDの10倍近い容量を持たせてい
るので、広いダイナミックレンジを実現できる。また光
電変換部のkTCノイズはクランプ回路により画素毎に
除去できる。更に、画素中に光信号蓄積用、ノイズ信号
蓄積用のサンプルホールド回路を設けることで、画素ア
ンプでの熱ノイズ、1/fノイズ、温度差、プロセスば
らつきによるFPNを除去することができる。これによ
り、動画モードでは9枚の撮像素子で時間的、空間的に
繋ぎ目のない高速、高感度の動画像撮影を実現できる。
一方、静止画モードでは高感度、高ダイナミックレンジ
の静止画像撮影を実現できる。
On the other hand, in the still image mode, the same operation as described above is performed when the signal φSC is set to the high level and the capacitor C1 is connected in parallel to the photodiode PD. in this case,
Since the capacitance C1 has a capacitance close to 10 times the capacitance C FD , a wide dynamic range can be realized. Further, kTC noise of the photoelectric conversion unit can be removed for each pixel by the clamp circuit. Further, by providing a sample hold circuit for optical signal storage and noise signal storage in the pixel, it is possible to remove thermal noise, 1 / f noise, temperature difference in the pixel amplifier, FPN due to process variation. As a result, in the moving image mode, it is possible to realize high-speed and high-sensitivity moving image shooting that is temporally and spatially seamless with nine image sensors.
On the other hand, in the still image mode, high sensitivity and high dynamic range still image shooting can be realized.

【0055】これらの動作を行っているのは画素領域内
に設置した垂直、水平シフトレジスタであり、これらの
回路を駆動している間はX線は照射されず、これらが誤
動作することはない。またこの間シリコンバルクに進入
したX線によるキャリアの発生もなく、回路動作中にノ
イズが付加されることはない。また 画素加算等を画素
毎に行うために、画素信号を加算して出力するための加
算スイッチを設ける場合もある。このような場合には画
素を共通に処理するため共通処理回路を画素領域内に設
ける。この共通処理回路で加算等の動作を行う場合も、
X線がオフの場合に行う。加算時、加算後の信号に直接
X線によるノイズが付加されることはなく、共通処理回
路が誤動作を起こすこともない。
It is the vertical and horizontal shift registers installed in the pixel area that perform these operations. X-rays are not emitted while these circuits are being driven, and they do not malfunction. . Further, during this period, carriers are not generated by X-rays that have entered the silicon bulk, and noise is not added during the circuit operation. In addition, an addition switch for adding and outputting pixel signals may be provided in order to perform pixel addition or the like for each pixel. In such a case, a common processing circuit is provided in the pixel region in order to commonly process the pixels. When performing operations such as addition with this common processing circuit,
Perform when X-ray is off. During addition, noise due to X-rays is not added directly to the signal after addition, and the common processing circuit does not malfunction.

【0056】本実施例では信号用とノイズ用のサンプル
ホールド回路を有している。これらの回路に信号が蓄積
されている場合に、X線が照射されるとこれらの回路中
でノイズが発生し画質を低下させるおそれがある。よっ
て好適にはこれらのサンプルホールド回路に信号が蓄積
されている間にはX線パルスを照射しないようにする。
The present embodiment has sample and hold circuits for signals and noise. When X-rays are emitted when signals are accumulated in these circuits, noise may occur in these circuits and the image quality may be degraded. Therefore, preferably, the X-ray pulse is not emitted while the signals are accumulated in these sample hold circuits.

【0057】なお、以上説明した各実施形態では、X線
を可視光に変換するのに蛍光体を用いたが、一般的なシ
ンチレータ、つまり波長変換体であればよい。また蛍光
体がなくとも光電変換素子自身が直接放射線を検知し、
電荷を発生するものでもよい。また各実施形態では、X
線を用いた場合を例に説明したが、α、β、γ線等の放
射線を用いることができる。
In each of the embodiments described above, a phosphor is used to convert X-rays into visible light, but a general scintillator, that is, a wavelength converter may be used. In addition, the photoelectric conversion element itself directly detects radiation without a phosphor,
It may be one that generates an electric charge. In each embodiment, X
Although the case of using rays has been described as an example, radiation rays such as α, β, and γ rays can be used.

【0058】以上のように、第1、第2の実施の形態で
は、パルスX線発生器100からの所定間隔で発生する
放射線パルスが発生していない期間に、垂直、水平シフ
トレジスタ等の走査手段が撮像領域を走査するように、
センサ駆動部107、X線駆動部108を制御するコン
トロ−ラ119を有することにより、良好な画像を得る
ことが可能となる。
As described above, in the first and second embodiments, the vertical and horizontal shift registers are scanned during the period in which the radiation pulse generated from the pulse X-ray generator 100 is not generated at the predetermined intervals. As the means scans the imaging area,
By having the controller 119 that controls the sensor driving unit 107 and the X-ray driving unit 108, it is possible to obtain a good image.

【0059】(第3の実施形態)図12は、実施の形態
1、2で説明した撮像装置のX線診断システムへの応用
例を示したものである。
(Third Embodiment) FIG. 12 shows an application example of the image pickup apparatus described in the first and second embodiments to an X-ray diagnostic system.

【0060】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、シンチレータ、FOP、撮像素子、外部処理基板
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。
X-ray 60 generated by X-ray tube 6050
Reference numeral 60 passes through the chest 6062 of the patient or subject 6061 and enters a radiation imaging apparatus 6040 including a scintillator, FOP, an image sensor, and an external processing substrate. 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 processor 6070.
The image is processed by and can be observed on the display 6080 in the control room.

【0061】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61
00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 storage means such as an optical disk, so that a doctor at a remote place can use it. It is also possible to diagnose. Also, the film processor 61
00 to record on the film 6110.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる撮
像装置によれば、高品質の動画像を得ることが可能とな
る。
As described above, according to the image pickup apparatus of the present invention, it is possible to obtain a high quality moving image.

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

【図1】撮像素子のレイアウトを示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a layout of an image sensor.

【図2】撮像素子内の1画素回路とシフトレジスタの単
位ブロックの関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between one pixel circuit in an image sensor and a unit block of a shift register.

【図3】撮像素子とその元となるウエハを示す平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view showing an image pickup element and a wafer which is a source thereof.

【図4】撮像モジュ−ルにおける撮像素子の配列及び走
査回路の配列を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement of image pickup devices and an arrangement of scanning circuits in the image pickup module.

【図5】撮像モジュ−ルの構成を示す断面図であり、図
4のA−A’断面を示す。
5 is a cross-sectional view showing a configuration of an imaging module, showing a cross section AA ′ of FIG.

【図6】本発明の第1の実施形態による撮像素子の1画
素回路図である。
FIG. 6 is a one-pixel circuit diagram of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施形態による撮像素子におけ
る等価回路である。
FIG. 7 is an equivalent circuit of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施形態における動作タイミン
グである。
FIG. 8 is an operation timing in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施形態による撮像素子の1画
素回路図である。
FIG. 9 is a one-pixel circuit diagram of the image sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施形態における動作タイミ
ングである。
FIG. 10 is an operation timing in the second embodiment of the present invention.

【図11】撮像装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an imaging device.

【図12】放射線撮影システムの構成を示す概念図であ
る。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration of a radiation imaging system.

【図13】第1の従来の技術をあらわす図である。FIG. 13 is a diagram showing a first conventional technique.

【図14】第2の従来の技術をあらわす図である。FIG. 14 is a diagram showing a second conventional technique.

【図15】第3の従来の技術をあらわす図である。FIG. 15 is a diagram showing a third conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 パルスX線装置 101 撮像モジュ−ル 107 センサ駆動部 108 X線駆動部 109 コントロ−ラ 100 pulse X-ray equipment 101 imaging module 107 sensor drive unit 108 X-ray drive unit 109 controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G088 EE01 FF02 FF04 FF05 FF06 GG19 JJ05 4C093 AA01 EA02 EB12 EB13 EB17 EB20 FA19 FA32 FA43 5C024 AX12 AX16 AX17 GX01 GY31 HX01 JX41    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2G088 EE01 FF02 FF04 FF05 FF06                       GG19 JJ05                 4C093 AA01 EA02 EB12 EB13 EB17                       EB20 FA19 FA32 FA43                 5C024 AX12 AX16 AX17 GX01 GY31                       HX01 JX41

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放射線パルスが所定の間隔で順次発生さ
れる撮像装置であって、 被写体像を撮像する複数の画素を有する撮像領域と、 前記撮像領域を走査するための走査手段と、 前記放射線パルスが発生していない期間に、前記走査回
路が前記撮像領域を走査するように制御する制御手段
と、 を有することを特徴とする撮像装置。
1. An image pickup apparatus in which radiation pulses are sequentially generated at predetermined intervals, the image pickup area having a plurality of pixels for picking up a subject image, a scanning unit for scanning the image pickup area, and the radiation. An image pickup apparatus comprising: a control unit that controls the scanning circuit to scan the image pickup area during a period in which no pulse is generated.
【請求項2】 請求項1において、前記制御手段は、前
記画素をリセットした後に、前記放射線パルスを発生さ
せ、前記放射線パルスの発生が終了した後に、前記走査
手段が前記撮像領域を走査するようにするように制御す
ることを特徴とする撮像装置。
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit generates the radiation pulse after resetting the pixel, and the scanning unit scans the imaging region after the generation of the radiation pulse ends. An image pickup apparatus, which is controlled to
【請求項3】 請求項1又は2において、前記複数の画
素の各々は、光電変換部と前記光電変換部からの信号を
増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部を
リセットするリセット手段とを有し、前記制御手段は、
前記放射線パルスが発生していない期間に、前記増幅手
段の入力部をリセットし、リセット後の信号を前記増幅
手段より読み出し、前記光電変換部で発生した信号を前
記増幅手段より読み出すように制御することを特徴とす
る撮像装置。
3. The photoelectric conversion unit according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of pixels resets an amplification unit that amplifies and outputs a signal from the photoelectric conversion unit and an input unit of the amplification unit. A reset means, the control means,
The input unit of the amplifying unit is reset, the signal after the reset is read from the amplifying unit, and the signal generated in the photoelectric conversion unit is read from the amplifying unit during the period when the radiation pulse is not generated. An imaging device characterized by the above.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項におい
て、前記複数の画素の各々は、光電変換部を有し、前記
制御手段は、前記放射線パルスが発生していない期間
に、複数の光電変換部からの信号を加算するように前記
走査手段を制御することを特徴とする撮像装置。
4. The pixel according to claim 1, wherein each of the plurality of pixels has a photoelectric conversion unit, and the control unit controls the plurality of pixels during a period in which the radiation pulse is not generated. An image pickup apparatus characterized in that the scanning means is controlled so as to add signals from the photoelectric conversion section.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項におい
て、前記走査手段は、前記撮像領域内の画素と画素の間
に配置されていることを特徴とする撮像装置。
5. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the scanning unit is arranged between pixels in the image pickup area.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項におい
て、前記撮像領域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
表示手段とを有することを特徴とする撮像装置。
6. The signal processing unit according to claim 1, wherein the signal processing unit processes a signal from the imaging region, a recording unit records a signal from the signal processing unit, and the signal processing unit. And a display unit for displaying a signal from the unit.
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