JP2006060362A - 光電変換装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子に残る電荷を確実に放電させ、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくできる光電変換装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】光電変換装置は、複数の光電変換素子をマトリクス状に配列し、複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数の駆動線および複数の信号線を交差状に配列する。全ての駆動線を同時に駆動し、全ての光電変換素子の電荷信号を複数の信号線に転送して放電させる状態を初期状態とする。初期状態でスキャン信号が入れば、全ての駆動線の同時駆動を解除し、複数の駆動線を順次駆動して各光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送し、複数の信号線に転送した電荷信号を順次読み出す。初期状態のときに光電変換素子に残る電荷を確実に放電させ、初期状態でスキャン信号が入れば、直ぐに電荷信号の読み出しを実施し、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光電変換素子から電荷信号を読み出す光電変換装置の駆動方法に関する。

従来、Ｘ線撮像装置やファクシミリの画像読取装置としてＣＣＤが用いられていたが、近年、液晶ディスプレイで開発された水素化アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）による電界効果型の薄膜トランジスタをスイッチング素子とする光電変換素子を大面積の基板上に配列した光電変換装置の開発が行われている。光電変換の方式としては、α−Ｓｅなどの光導電膜でＸ線を直接電荷信号に変換する直接変換方式と、Ｘ線をシンチレータで一旦光に変換してフォトダイオードで光を電荷信号に変換する間接変換方式との２方式がある。

光電変換装置では、基板上に、マトリクス状に配列された複数の光電変換素子と、交差状に配列されて複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数の駆動線および複数の信号線とを有するアクティブマトリクス基板が用いられ、複数の駆動線を順次駆動して各光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送するとともにこれら複数の信号線に転送された電荷信号を順次読み出し、撮影画像を出力する。

図５は従来の光電変換装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。この例では、光電変換素子のＸ方向およびＹ方向の画素数を共に１５３６画素とした場合で、駆動線のクロック信号の１クロック中に信号線のクロック信号がさらに１５３６クロックある例である。

そして、撮影開始信号が入ると、まず最初に、実際に画像取込みするスキャン処理に先だって光電変換素子に蓄積されている電荷を放電させるための放電処理を行う。次に、放電処理の後、Ｘ線を照射し、画像取込み信号の検知により、先頭のアドレスの駆動線から順次駆動して各光電変換素子に蓄積された電荷を複数の信号線に転送するとともにこれら複数の信号線に転送された電荷信号を順次読み出し、撮影画像を出力する。

放電処理では、特に大面積や動画像の場合に、光電変換素子から電荷信号を信号線に転送する処理時間が制限され、電荷の一部が転送されずに光電変換素子に残るため、実際に画像取込みするスキャン処理に先だって光電変換素子に蓄積されている電荷を放電させることにより、実際に画像取込みした際に光電変換素子に残る電荷の影響を受けないようにできる。図５に示す放電処理の方法では、通常のスキャン処理と同様に、先頭のアドレスの駆動線から順次駆動して各光電変換素子に蓄積されている電荷を複数の信号線に転送し、これら信号線から放電させている。また、別の放電処理の方法としては、全ての駆動線を同時に駆動し、全ての光電変換素子に蓄積されている電荷を信号線に転送して同時に放電させたり、複数の駆動線を順次駆動し、各光電変換素子に蓄積されている電荷を複数の信号線に転送して同時に放電させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−７４５５１号公報（第３−４頁、図１、図５）

しかしながら、従来の光電変換装置では、撮影開始信号が入っても、実際に画像取込みするスキャン処理に先だって光電変換素子に蓄積されている電荷を放電させるための放電処理を行うため、実際にスキャン処理によって画像取込みするタイミングが大きく遅れる問題がある。

放電処理に要する時間を短くするには、光電変換素子のスイッチング速度を速める必要があるが、その速度を速めることによって光電変換素子で蓄積された電荷が十分放電されなくなり、放電されなかった電荷が残信号として残り、実際に画像取込みした際に光電変換素子に残る電荷の影響を受ける不都合が生じる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光電変換素子に残る電荷を確実に放電させたうえで、スキャン信号が入れば、直ぐに電荷信号の読み出しを実施可能とし、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくできる光電変換装置の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の光電変換装置の駆動方法は、アクティブマトリクス基板上に、マトリクス状に配列された複数の光電変換素子と、交差状に配列されて複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数の駆動線および複数の信号線とを有する光電変換装置の駆動方法において、全ての駆動線を同時に駆動して全ての光電変換素子の電荷信号を複数の信号線に転送する状態を初期状態とし、この初期状態で電荷信号の読み出しを実施するスキャン信号が入れば、全ての駆動線の同時駆動を解除し、複数の駆動線を順次駆動して各光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送するとともにこれら複数の信号線に転送された電荷信号を順次読み出すものである。

そして、初期状態のときに、全ての駆動線を同時に駆動して全ての光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送し、光電変換素子に残る電荷を確実に放電させる。また、初期状態でスキャン信号が入れば、全ての駆動線の同時駆動を解除して、直ぐに電荷信号の読み出しを実施可能となり、複数の駆動線を順次駆動して各光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送するとともにこれら複数の信号線に転送された電荷信号を順次読み出す。

本発明の光電変換装置の駆動方法によれば、初期状態のときに、全ての駆動線を同時に駆動して全ての光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送し、光電変換素子に残る電荷を確実に放電させておくことができ、この初期状態でスキャン信号が入れば、直ぐに電荷信号の読み出しを実施でき、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくできる。

以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図４を参照して説明する。

図２および図３において、11は光電変換装置で、この光電変換装置11は、マトリクス状に配列された複数の画素12を有するアクティブマトリクス基板13を備えている。

アクティブマトリクス基板13は、ガラスなどで形成された支持基板14を備え、この支持基板14上には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）15、電荷蓄積容量部16、および収電電極17が各画素12毎に形成されている。さらに、アクティブマトリクス基板13上には、例えばＸ線を直接電荷信号に変換する直接変換方式の場合にＸ線を直接電荷信号に変換するα−Ｓｅなどの図示しない光導電膜が形成されている。そして、アクティブマトリクス基板13の各画素12毎の薄膜トランジスタ15、電荷蓄積容量部16、収電電極17および光導電膜などで、マトリクス状に配列された複数の光電変換素子18が構成されている。

さらに、支持基板14上には、交差状に配列されて複数の光電変換素子18にそれぞれ接続された複数の駆動線19および複数の信号線20が形成されている。複数の駆動線19は、一方向であるＸ方向（行方向）に沿って配線されているとともに、一方向と交差する他方向であるＹ方向（列方向）に離間して画素12間に配列されており、各駆動線19にはＸ方向に配列された複数の光電変換素子18の薄膜トランジスタ15のゲート電極21がそれぞれ接続されている。また、複数の信号線20は、他方向であるＹ方向に沿って配線されているとともに、他方向と交差するＸ方向に離間して画素12間に配列されており、各信号線20にはＹ方向に配列された複数の光電変換素子18の薄膜トランジスタ15のソース電極22がそれぞれ接続されている。なお、薄膜トランジスタ15のドレイン電極23は電荷蓄積容量部16および収電電極17に接続されている。

図３に示すように、複数の駆動線19は、これら駆動線19をスイッチ制御するゲートドライバＩＣ24に接続されている。

複数の各信号線20は、例えば１２８本毎に対応して設けられる複数のドライバ部25に接続されている。これら複数のドライバ部25は、複数の電荷増幅器26を有し、これら各電荷増幅器26の一方の入力端子に各信号線20が接続され、他方の入力端子が接地されている。各電荷増幅器26の入力端子と出力端子との間には、電荷を蓄積して電荷信号を電圧に変換するコンデンサ27と、このコンデンサ27に残った電荷を放電させるリセットスイッチ28とが並列に接続されている。各電荷増幅器26の出力端子には、クロック信号の入力に基づいて複数の電荷増幅器26を順次サンプリングホールドして各コンデンサ27に蓄積された電荷信号をドライバ部25の出力部から順次出力させる複数のシフトレジスタ29が接続されている。

複数のドライバ部25の出力部には、電荷信号を増幅する増幅器30およびアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器31を介して、複数のドライバ部25から並列に入力される電荷信号を直列信号に変換する並列直列変換器32が接続され、この並列直列変換器32に操作制御回路33が接続されている。操作制御回路33は、並列直列変換器32から入力される電荷信号に基づいて画像を形成する画像制御ＩＣ34、画像を記憶するメモリ35、および画像を表示するモニタ36を有している。

この光電変換装置11および図示しないＸ線照射装置の制御は、外部の制御部37で制御される。

次に、光電変換装置11の駆動方法を説明する。

図１には静止画の撮影モードのタイミングチャートを示す。この例では、光電変換素子18のＸ方向およびＹ方向の画素数を共に１５３６画素とした場合で、駆動線19のクロック信号の１クロック中に信号線20のクロック信号がさらに１５３６クロックある例である。

初期状態では、電荷信号の読み出しを実施するスキャン信号がオフの状態で、全ての駆動線19のクロック信号は常にＨレベルになっていて全ての光電変換素子18の薄膜トランジスタ15のゲート電極21が常に閉じた状態にあるとともに、全ての電荷増幅器26のリセット信号はリセットになっていてリセットスイッチ28がオン状態にある。

そのため、全ての光電変換素子18の光導電膜および電荷蓄積容量部16に残っている電荷信号が複数の信号線20に転送され、これら信号線20に転送された電荷信号および複数の電荷増幅器26のコンデンサ27に残る電荷信号がリセットスイッチ28を介して放電される。したがって、光電変換素子18の光導電膜および電荷蓄積容量部16、電荷増幅器26のコンデンサ27には電荷が残らない。

そして、制御部37に撮影開始信号のパルスが入ると、スキャン信号がオンし、全ての駆動線19のクロック信号がＬレベルになり、複数の駆動線19を順次駆動するスキャン処理が可能な状態になる。

Ｘ線照射装置からＸ線（または光）が被写体に照射され、この被写体を透過したＸ線が光電変換装置11の複数の光電変換素子18に入射する。複数の光電変換素子18の光導電膜に入射したＸ線は電荷に変換され、この電荷が収電電極17に収電されて電荷蓄積容量部16に蓄積される。

Ｘ線の照射後に画像取込み信号がオンすることにより、電荷増幅器26のリセットスイッチ28がオフし、駆動線19および信号線20のスキャン用のクロック信号がそれぞれ駆動し始める。

先頭のアドレスの駆動線19がＨレベルになり、その駆動線19に接続された複数の光電変換素子18の薄膜トランジスタ15のゲート電極21が閉じ、電荷蓄積容量部16に蓄積された電荷が複数の信号線20に転送され、これら複数の信号線20を通じて複数の電荷増幅器26のコンデンサ27に蓄積されるとともに電圧に変換される。

先頭のアドレスの信号線20に接続された電荷増幅器26がシフトレジスタ29でサンプリングされ、その電荷増幅器26のコンデンサ27に蓄積された電荷信号がドライバ部25の出力部から出力される。サンプリング後には、サンプリングした電荷増幅器26のコンデンサ27のリセットスイッチ28が閉じてコンデンサ27に蓄積された電荷が放電される。シフトレジスタ29によるサンプリングが次の信号線20に接続された電荷増幅器26が切り換えられ、同様にサンプリングされる。以後、信号線20の数だけサンプリングが順次繰り返される。

全ての信号線20に対応してサンプリングが完了すれば、次のアドレスの駆動線19をオンし、同様に全ての信号線20に対応してサンプリングする。

このように、複数の駆動線19が順次駆動されて各光電変換素子18で発生した電荷信号が複数の信号線20に転送されるとともにこれら複数の信号線20に転送された電荷信号が順次読み出される。

複数のドライバ部25の出力部から出力される電荷信号が増幅器30およびＡ／Ｄ変換器31を通じて並列直列変換器32に入力され、この並列直列変換器32で複数のドライバ部25から並列に入力される電荷信号が直列信号に変換され、画像制御ＩＣ34で１５３６×１５３６画素の画像が形成される。

そして、初期状態のときに、全ての駆動線19を同時に駆動して全ての光電変換素子18で発生した電荷信号を複数の信号線20に転送し、光電変換素子18に残る電荷を確実に放電させておくことができるため、実際に画像取込みした際に光電変換素子18に残る電荷の影響を受けることはない。

しかも、初期状態でスキャン信号が入れば、直ぐに電荷信号の読み出しを実施でき、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくできる。

次に、図４には動画の撮影モードのタイミングチャートを示す。

静止画の撮影モードの場合と同様に、初期状態では、電荷信号の読み出しを実施するスキャン信号がオフの状態で、全ての駆動線19のクロック信号は常にＨレベルになっていて全ての光電変換素子18の薄膜トランジスタ15のゲート電極21が常に閉じた状態にあるとともに、全ての電荷増幅器26のリセット信号はリセットになっていてリセットスイッチ28がオン状態にある。

そのため、全ての光電変換素子18の光導電膜および電荷蓄積容量部16に残っている電荷信号が複数の信号線20に転送され、これら信号線20に転送された電荷信号および複数の電荷増幅器26のコンデンサ27に残る電荷信号がリセットスイッチ28を介して放電される。したがって、光電変換素子18の光導電膜および電荷蓄積容量部16、電荷増幅器26のコンデンサ27には電荷が残らない。

そして、制御部37には動画の１フレームずつ撮影開始信号のパルスが入る。１フレーム目の撮影開始信号のパルスが入ると、スキャン信号がオンし、全ての駆動線19のクロック信号がＬレベルになり、複数の駆動線19を順次駆動するスキャン処理が可能な状態になる。例えば被写体にＸ線（または光）が照射され、被写体を透過したＸ線が光電変換装置11に入射することにより、複数の光電変換素子18で発生した電荷が蓄積される。複数の駆動線19が順次駆動されて各光電変換素子18で発生した電荷信号が複数の信号線20に転送されるとともにこれら複数の信号線20に転送された電荷信号が順次読み出され、画像制御ＩＣ34で１フレーム分の画像が形成される。

１フレーム目の読み出しが完了したら、スキャン信号がオフし、初期状態と同じ状態になって、光電変換素子18の光導電膜および電荷蓄積容量部16、電荷増幅器26のコンデンサ27に残る電荷が放電される。このとき、例えば秒３０フレームの動画像でも、数１０μsec〜２msec程度のゲート電極21のオン時間を確保することができるため、電荷を確実に放電できる。

その後、２フレーム目の撮影開始信号のパルスが入り、１フレーム目と同様にスキャン処理する。このようにして、各フレーム毎に順次スキャン処理し、動画を撮影する。

そして、初期状態のときに、全ての駆動線19を同時に駆動して全ての光電変換素子18で発生した電荷信号を複数の信号線20に転送し、光電変換素子18に残る電荷を確実に放電させておくことができるため、実際に画像取込みした際に光電変換素子18に残る電荷の影響を受けることはない。

しかも、初期状態でスキャン信号が入れば、直ぐに電荷信号の読み出しを実施でき、電荷信号を読み出すタイミングの遅れを少なくできる。

本発明の光電変換装置の駆動方法の一実施の形態を示す静止画の撮影モードのタイミングチャートである。 同上光電変換装置のアクティブマトリクス基板の模式図である。 同上光電変換装置の構成図である。 同上光電変換装置の駆動方法を示す動画の撮影モードのタイミングチャートである。 従来の光電変換装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。

符号の説明

11 光電変換装置
13 アクティブマトリクス基板
18 光電変換素子
19 駆動線
20 信号線

Claims (1)

1. アクティブマトリクス基板上に、マトリクス状に配列された複数の光電変換素子と、交差状に配列されて複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数の駆動線および複数の信号線とを有する光電変換装置の駆動方法において、
   全ての駆動線を同時に駆動して全ての光電変換素子の電荷信号を複数の信号線に転送する状態を初期状態とし、
   この初期状態で電荷信号の読み出しを実施するスキャン信号が入れば、全ての駆動線の同時駆動を解除し、複数の駆動線を順次駆動して各光電変換素子で発生した電荷信号を複数の信号線に転送するとともにこれら複数の信号線に転送された電荷信号を順次読み出す
   ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。

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