JP2006128644A - 撮像装置、放射線撮像装置、及び放射線撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 センサリセット方法を改善し、高速動画読み取りを実現する。
【解決手段】 基板上に行方向および列方向に配置された変換素子と転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を含み、前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されている撮像装置及び放射線撮像装置。
【選択図】 図1
【解決手段】 基板上に行方向および列方向に配置された変換素子と転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を含み、前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されている撮像装置及び放射線撮像装置。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像を電気信号に変換する撮像装置、特に、X線、γ線などの放射線を検出する放射線撮像装置に関する。放射線撮像装置は、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用されている。
従来、医療画像診断で用いられる撮影方法は、静止画像を得る一般撮影と動画像を得る透視撮影に大きく分類される。夫々の撮影方法は必要に応じて、撮影装置を含めて選択される。
一般撮影、即ち、静止画を得る方法は、蛍光板とフィルムを組み合わせたスクリーンフィルム系(以下、S/Fと略記)を用い、フィルムを露光、現像した後、定着させる方法がある。或いは、放射線画像を輝尽性蛍光体に潜像として記録した後、輝尽性蛍光体にレーザーを走査し、出力された光出力情報をセンサで読み取る(コンピューティッドラジオグラフィ、以下、CRと略記)方法が一般的である。しかしながら、両方法は、放射線画像を得るためのワークフローが煩雑であると言った欠点がある。また、両方法において放射線画像のディジタル化は、間接的には可能であるが、即時性に欠ける。更に、他の医療画像診断で用いられるCT、MRIなどのディジタル化された環境を考慮すると、両方法はCT、MRIなどと整合性が十分ある状況とは言い難い。
また、透視撮影、即ち、動画像は、電子管を用いたイメージインテンシファイア(以下、I.Iと略記)が主に使用されている。しかしながら、電子管を用いるため装置が大規模となるばかりか、未だ、視野領域、即ち、検出面積が小さく、医療画像診断分野においては大面積化が切望されている。更に、装置構成上の問題から、得られた動画像はクロストークが多く、鮮明な画像への改善が期待されている。
一方、液晶TFT技術の進歩、情報インフラの整備が充実した現在では、非単結晶シリコン、例えば、非晶質シリコン(以下、a−Siと略記)を用いた光電変換素子とスイッチTFTにより構成されたセンサアレーと、放射線を可視光などに変換する蛍光体とを組み合わせたフラットパネル検出器(以下、FPDと略記)が特許文献1などで提案されている。このようなFPDによって、大面積の放射線画像のディジタル化の可能性が出てきている。
このFPDは、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものであり、また、画像は、ディジタル情報として直接取り出すことが可能である。そのため、データの保管、或いは、加工、転送など取り扱いが便利であると言った特徴がある。また、感度などの諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のS/F系撮影法、CR撮影法に比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。
図12は、このFPDの模式的等価回路図である。
図中、101は光電変換素子を用いた変換素子、102はTFTからなる転送用スイッチング素子、103は転送用スイッチング素子に駆動信号を与えるために転送用スイッチング素子102のゲート電極に接続された駆動配線である。104は変換素子101から転送用スイッチング素子102によって転送された信号を伝送するための信号配線、105は変換素子101を動作させるバイアスを与えるために複数の変換素子101に接続されたセンサバイアス配線である。106は信号配線104によって伝送された信号を処理する信号処理回路、107は転送用スイッチング素子102を駆動させるための駆動信号を与える駆動回路である。また、108はA/D変換部である。
X線などの放射線は紙面上部より入射し、不図示の蛍光体などの波長変換体により変換素子101が感知可能な波長帯域の光に変換される。変換された光は、光電変換素子である変換素子101により電荷に変換され、変換素子101内に蓄積される。その後、駆動回路107より駆動信号を駆動配線103から転送用スイッチング素子102に与えて動作させ、変換素子101に蓄積された電荷を信号配線104に転送する。転送された電荷は信号処理回路106にて処理され、更に、108にてA/D変換され画像信号として出力される。
基本的には、上述の様な素子構成が一般的であり、特に変換素子はPIN型フォトダイオード、或いは、MIS型フォトセンサなどの光電変換素子が提案されている。
図13は、変換素子である光電変換素子をMIS型フォトセンサとした場合の1画素の模式的平面図である。
201はMIS型フォトセンサ、202はTFTからなる転送用スイッチング素子、203は駆動配線、204は信号配線、205はセンサバイアス配線である。211はTFTからなる転送用スイッチング素子のゲート電極、212は転送用スイッチング素子のソース/ドレイン電極、213はコンタクトホールである。
また、図14に、図13に示した1画素内の各素子を模式的に配列した断面図を示す。
301はガラス基板などの絶縁性基板、302は駆動配線、303はMIS型フォトセンサである変換素子の下電極、304は転送用スイッチング素子のゲート電極である。305はゲート絶縁膜、306は真性のa−Si膜である半導体層、307は不純物半導体層、308はセンサバイアス配線、309は転送転送用スイッチング素子のソース/ドレイン電極である。310は信号配線、320は保護膜、321は有機樹脂などからなるパッシベーション層、322は蛍光体層である。
図13及び図14より明らかな様に、MIS型フォトセンサとTFTからなる転送用スイッチング素子は層構成が同一であるため、製造方法が簡便で、高歩留り、低価格を実現できる利点があり、且つ、感度などの諸特性も十分満足できるものと評価されている。そのため、現在一般撮影に用いられる装置としては、従来のS/F法及びCR法に代わって、上述のFPDが採用されるに至っている。
特開平08−116044号公報
しかしながら、上述のFPDにおいては、大面積で、且つ、完全ディジタル化が達成され、一般撮影に主に使用され始めている状況であるが、透視撮影には、未だ、読み取り速度と言った点で十分でない状況である。
図15は、MIS型フォトセンサを変換素子として用いたFPDの1ビットの等価回路図である。
図中、C1はMIS型フォトセンサである変換素子の合成容量、C2は信号配線に形成される寄生容量、Vsは変換素子を動作させるためのセンサバイアス電位、Vrは変換素子をリセットするためのセンサリセット電位である。SW1はMIS型フォトセンサである変換素子に与えられるセンサバイアス電位とセンサリセット電位を切り換えるVs/Vr切り替えスイッチである。SW2は転送用スイッチング素子のON/OFFを切り換えるためのON/OFF切り替えスイッチ、SW3は信号配線をリセットするためのリセットスイッチ、Voutは出力電圧である。
MIS型フォトセンサには半導体層が空乏化するセンサバイアス電位VsがSW1により与えられる。この状態で、蛍光体などの波長変換体からの光が半導体層に入射すると、不純物半導体層で阻止されていた正電荷が半導体層内に蓄積され、電位差Vtが発生する。その後、SW2より転送用スイッチング素子のON電圧が印加されて転送用スイッチング素子が導通し、電圧Voutとして出力される。出力Voutは不図示の読出し回路により読み出され、その後SW3により信号配線がリセットされる。上述の工程が行ごとに行われることにより、順次読出しが行われる。
上述の駆動方法に従って、転送用スイッチング素子を行毎に順次ONすることにより、1フレーム分の画像信号の読出しが完了する。その後、SW1よりMIS型フォトセンサである変換素子にリセット電位Vrを与え、すべての変換素子を一括にリセットし、再度、バイアス電位Vsを与え、画像読み取りの蓄積動作に入る。
例えば、画素サイズ160μm、画素領域43cm×43cmのFPDでは、MIS型フォトセンサの合成容量C1は、1pf程度、寄生容量C2は、50pf程度であり、この時、転送時のチャージシェアとして、C1に2%程度の転送残りが発生する。そのため、撮影時には、上述のリセット動作が、画像品質を維持するために必要不可欠となる。
具体的には、このリセット動作は、一括リセットであるため、センサ電位等の安定化時間を考慮すると1フレーム毎に10msec程度から数10msec必要となる。当然、リセット条件に依存する。言い換えれば、1秒間に30フレーム(以下、30FPSと略記)程度、或いは、それ以上の高速読み取りを必要とする透視撮影を実現するためには、1フレーム33msec(30FPS)内に全ラインの読み取り処理等と上記リセット処理等を行う必要がある。
図16は、駆動方法を説明した模式図である。
図中、T1は1ラインの読み取り処理時間、T2は全ラインの読み取り処理時間、T3はリセット処理時間、Tは1フレーム処理時間である。
上述の様に、1フレーム処理時間Tが33msec以下が必要であれば、リセット処理時間T3が15msecとすれば、T2は18msecとなり、1500ラインを読み込むとすると1ラインに割り当てられる読み取り処理時間T1は12μsecとなる。また、放射線曝射時間、即ち、センサ蓄積時間を入れると、更に、読み取り処理時間T1は制限される。その結果、転送用スイッチング素子の能力を向上させる必要がある。そのために、開口率を犠牲にして、転送用スイッチング素子のサイズを大きくすることが必要となり、逆に、感度低下、画像品位の低下、放射線量の増加など問題点が生じる。
即ち、高速動画駆動と画像品位はトレードオフの関係にあり、現状では、高品位な高速動画像が得られない状況にある。
以上、変換素子としてMIS型フォトセンサを用いた場合について述べたが、基本的には、PIN型フォトダイオードにおいても同様に、リセット処理時間が動画駆動に対して課題となる。
そこで、本発明は、高速動画読み取りを実現する方法として、従来より課題であった、変換素子のリセット方法を改善し、高速動画読み取りを実現することを目的とするものである。
上述の課題を解決するため、本発明の撮像装置は、基板上に行方向および列方向に配置された変換素子と転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を含み、前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されていることを特徴とするものである。
また、本発明の放射線撮像装置は、基板上に行方向および列方向に配置された放射線を電気信号に変換する変換素子と前記電気信号を転送する転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を含み、前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されていることを特徴とするものである。
本発明により、2次元的に配列された画素において、各ライン毎に電荷転送後、各ライン毎に変換素子をリセットさせ、再度、蓄積状態に戻すことが可能になる。それによって、従来の一括リセットに関わる問題である長時間必要であったリセット動作を短縮し、動画駆動を達成する。その結果、30FPS以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく、簡便に低価格で実現できる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下、各実施形態は放射線撮像装置として応用した例であるが、実施形態1,2,4は、放射線以外の光画像を電気信号に変換する撮像装置として応用することもできる。
まず、本発明の放射線撮像装置の読み取り方式の概要を説明する。変換素子と転送用スイッチング素子から構成された画素が、行及び列の2次元に配列され、各行毎に転送用スイッチング素子を動作させて各列毎に信号を読み取る方式である。ここで行ごとの複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、変換素子を動作させるバイアスを与えるために複数の変換素子に接続されたセンサ駆動配線配線とが平行に配置されている。更に、第1行目のセンサ駆動配線と第2行目以降の駆動配線に接続された第2のスイッチング素子が設けられている。この第2のスイッチング素子を第1行の前記転送用スイッチング素子による信号転送後、第2行目以降の転送用スイッチング素子を駆動させる駆動信号を用いて動作させ、第1行目の変換素子に変換素子をリセットするためのリセット電位が与えられる。その後、再びバイアス電位が与えられ、信号蓄積状態になる。その結果、各行毎に転送、リセット、蓄積とサイクリックに動作させ動画駆動を達成することが可能となる。
[実施形態1]
本実施形態では、変換素子としてMIS型フォトセンサを用いた放射線撮像装置について述べる。
本実施形態では、変換素子としてMIS型フォトセンサを用いた放射線撮像装置について述べる。
図1は、本実施形態の4×2画素の模式的等価回路図である。図中、11はMIS型フォトセンサである変換素子、12はTFTからなる転送用スイッチング素子、13は転送用スイッチング素子に駆動信号を与えるために転送用スイッチング素子12のゲート電極に接続される駆動配線である。14は変換素子11から転送用スイッチング素子12によって転送された信号を伝送するための信号配線、15は変換素子11を動作させるバイアスを与えるために複数の変換素子11に接続されたセンサ駆動配線である。16は信号配線14によって伝送された信号を処理する信号処理回路、17は転送用スイッチング素子12などを駆動させるための駆動信号を与える駆動回路である。また、18はA/D変換部、19は変換素子12を動作させるバイアス電圧を与えるためのバイアス配線、20は変換素子11をリセットするためのリセット電圧を与えるためのリセット配線である。21は駆動配線15とリセット配線20とを接続するTFTからなるリセット用スイッチング素子、22は前の行の駆動配線13からの駆動信号を受けて導通し、変換素子11にバイアス電圧を供給するためにバイアス配線とセンサ駆動配線との間に配置されたTFTからなる前バイアス用スイッチング素子である。そして、23は後の行の駆動配線13からの駆動信号を受けて導通し、変換素子11に再びバイアス電圧を供給するためにバイアス配線とセンサ駆動配線との間に配置されたTFTからなる後バイアス用スイッチング素子である。
X線は、不図示の蛍光体などの波長変換体により変換素子11が感知可能な波長帯域の光に変換され、MIS型フォトセンサからなる変換素子11に入射する。入射された光は変換素子によって電荷に変換され、変換素子11内に蓄積される。
先ず、Fig.1において第0段と記載しているダミーラインに駆動回路17から駆動信号を与え1行目の前バイアス用スイッチング素子22をONとし、センサ駆動配線15にセンサバイアス電位Vsを印加する。次に、1行目の駆動配線13に駆動信号を与えて1行目の転送用スイッチング素子12をONすることにより、蓄積電荷が読み出される。この時、2行目の前バイアス用スイッチング素子22のゲート電極が1行目の駆動配線と接続しているため、2行目のセンサ駆動配線15に2行目の前バイアス用スイッチング素子22よりセンサバイアス電位Vsが与えられる。
その後、2行目の駆動配線13に駆動信号を与えて転送用スイッチング素子12がONされる。その際に、2行目の駆動配線13に1行目のリセット用スイッチング素子21のゲート電極が接続されているため、1行目のリセット用スイッチング素子21がON状態となる。そのため、1行目の変換素子11にリセット電位Vrが与えられ、1行目の変換素子11がリセットされる。そして2行目の転送が終了し2行目の信号配線13に2行目の転送用スイッチング素子12がOFF状態となる駆動信号があたえられると、1行目のリセット用スイッチング素子21はOFFとなり1行目の変換素子11のリセットが終了となる。
次に、3行目の駆動配線13に駆動信号を与えて3行目の転送用スイッチング素子12がONされる。この時、3行目の信号配線13に1行目の後バイアス用スイッチング素子23のゲート電極が接続されているため、サ後バイアス用スイッチング素子23はON状態となり、1行目の変換素子11にセンサバイアス電位Vsが与えられ蓄積状態となる。
以上の動作がサイクリックに行われ、電荷読出し、リセット、蓄積が行ごとに逐次行われる。
図2は、駆動タイミングを説明した図である。
図3は、1フレームの動作を説明した図である。
図中、S1は1ラインの読出し処理等時間、S2は1ラインのリセット処理等時間、S3は1ラインの転送、リセット処理等時間、S4は1ラインのセンサ蓄積時間、Sは1フレーム処理時間である。
本実施形態と従来の方法と比較すると、各行毎に読出し、リセット、蓄積を行うことが可能となる。そのため、実質的には、読出し時間の総和で駆動できる。即ち、1行が読み出し動作をしていると同時に、既に読み出された行の変換素子をリセットしていることになる。その結果、30FPS以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく実現できる。
図4は、本実施形態の1画素の模式的平面図である。
図中、符号は図1と同様である。
図5は、図4のA―A部の模式的断面図である。
図中、31は絶縁基板、32は転送用スイッチング素子のゲート電極、33はゲート絶縁層(SiN)、34は真性半導体層(a−Si)、35はオーミックコンタクト機能を有する不純物半導体層(n+)、36はソース/ドレイン電極、37は第1の保護層、38は平坦化膜となる層間絶縁層、39はMIS型フォトセンサの下電極、40はMIS型フォトセンサの絶縁層(SiN)、41はMIS型フォトセンサの真性半導体層(a−Si)、42はMIS型フォトセンサのキャリアブロッキング機能を有する不純物半導体層(n+)、43はMIS型フォトセンサのセンサ駆動配線、44は第2の保護層、45は接着層、46は蛍光体層(CsI、GOS)である。本例では、TFTなどのスイッチング素子と、光電変換素子などの変換素子共に非晶質シリコン系薄膜で構成されている。
本実施形態の構成によれば、MIS型フォトセンサのセンサ駆動配線43は、ソース/ドレイン電極36に接続された信号配線と第1の保護層37、層間絶縁層38、MIS型フォトセンサの絶縁層40、MIS型フォトセンサの真性半導体層41を介して交差している構成であるため、信号配線の寄生容量の増加は無視できる構成となっている。
図6は、実施形態1のパネルの変形例を示す平面図である。
TFTからなるリセット用スイッチング素子、前バイアス用スイッチング素子及び後バイアス用スイッチング素子は、夫々各行の変換素子が接続されている。そのため、高速駆動においては、各スイッチング素子のON抵抗が小さいことが必要であることは言うまでも無い。しかしながら、更に、図6に示すように、センサパネルの基板10を両側から駆動させ、両側から読み出す方式を採用すれば、前述のリセット用スイッチング素子、前バイアス用スイッチング素子及び後バイアス用スイッチング素子の寄生容量が半分になり、容易な駆動が可能となる。
本実施形態では、変換素子をMIS型フォトセンサとした例であるが、当然、PIN型フォトダイオードにおいても、同様に適応可能であり、高速駆動に最適である。言い換えれば、変換素子の動作においてリセット動作が必要であるならば、本発明は有効に適応できる。
[実施形態2]
本実施形態では、スイッチング素子としてPoly−SiTFTを、変換素子としてMIS型フォトセンサを用いた放射線撮像装置について述べる。
本実施形態では、スイッチング素子としてPoly−SiTFTを、変換素子としてMIS型フォトセンサを用いた放射線撮像装置について述べる。
図7は、本実施形態の3×3画素の模式的等価回路図である。
図中、11はMIS型フォトセンサである変換素子、12はPoly−SiTFTからなる転送用スイッチング素子、13は転送用スイッチング素子12に駆動信号を与えるために転送用スイッチング素子12のゲート電極に接続される駆動配線である。14は変換素子11から転送用スイッチング素子12によって転送された信号を伝送するための信号配線、15は変換素子11を動作させるバイアスを与えるために複数の変換素子11に接続されたセンサ駆動配線である。16は信号配線14によって伝送された信号を処理する信号処理回路、17は転送用スイッチング素子12などを駆動させるための駆動信号を与える駆動回路である。また、19は変換素子11を動作させるバイアス電圧を与えるためのバイアス配線、20は変換素子11をリセットするためのリセット電圧を与えるためのリセット配線である。また、24は駆動配線15とリセット配線20とを接続するリセット用スイッチング素子(本例ではNチャネルTFT)、25は変換素子11にバイアス電圧を供給するためにバイアス配線とセンサ駆動配線との間に配置されたバイアス用スイッチング素子(本例ではPチャネルTFT)である。
X線は、不図示の蛍光体などの波長変換体により変換素子11が感知可能な波長帯域の光に変換され、MIS型フォトセンサからなる変換素子11に入射する。入射された光は変換素子11によって光電変換され変換素子11内に蓄積される。
先ず、1行目の駆動配線13に駆動回路17から駆動信号を与えて転送用スイッチング素子12をONすることにより、変換素子11内に蓄積された電荷が読み出される。その後、2行目の駆動配線13に駆動信号を与えて転送用スイッチング素子12がONされる。その際に、2行目の駆動配線13に1行目のリセット用スイッチング素子24のゲート電極が接続されているため、1行目のリセット用スイッチング素子24がON状態となる。それにより、1行目の変換素子11にリセット電位Vrが与えられ、リセットされる。この時、センサバイアス用スイッチング素子25はOFFとなる。
次に、2行目の駆動配線13に2行目の転送用スイッチング素子12がOFF状態となる駆動信号が与えられ、2行目の転送用スイッチング素子12がOFFされろ。その際、2行目の駆動配線13にゲート電極が接続されたリセット用スイッチング素子24がOFF状態となり、バイアス用スイッチング素子25がON状態となる。それにより、1行目の変換素子11にバイアス電位Vsが与えられ蓄積状態となる。
以上の動作がサイクリックに行われ、電荷読出し、リセット、蓄積が行ごとに逐次行われる。
図8は、本実施形態の駆動タイミングを説明した図を示す。
本実施形態と従来の方法と比較すると、各行毎に読出し、リセット、蓄積を行うことが可能となる。そのため、実質的には、読出し時間の総和で駆動できる。その結果、30FPS以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく実現できる。また、リセット用スイッチング素子としてNチャネルTFTを、バイアス用スイッチング素子PチャネルTFTを用いることで、周辺回路を大きく変更することなく、単純な回路構成で高速動画が可能となる。
本実施形態でも、変換素子にMIS型フォトセンサを例としているが、当然、PIN型フォトダイオードにおいても、同様に適応可能であり、高速駆動に最適である。言い換えれば、変換素子の動作において、リセット動作が必要であるならば、本発明は有効に適応できる。
[実施形態3]
本実施形態は、放射線を直接電荷に変換し、蓄積し、転送用スイッチング素子を用いて読み出す、所謂、直接変換方式に応用した場合について述べる。
本実施形態は、放射線を直接電荷に変換し、蓄積し、転送用スイッチング素子を用いて読み出す、所謂、直接変換方式に応用した場合について述べる。
図9は、本実施形態の3×3画素の模式的等価回路図である。
図中、28は放射線を直接電荷に変換する変換素子、27は変換素子28で変換された電荷を蓄積するコンデンサ、12はTFTからなる転送用スイッチング素子、13は転送用スイッチング素子12に駆動信号を与えるために転送用スイッチング素子12のゲート電極に接続される駆動配線である。14は変換素子28から転送用スイッチング素子12によって転送された信号を伝送するための信号配線、15は変換素子28を動作させるバイアスを与えるために複数の変換素子28に接続されたセンサ駆動配線である。16は信号配線14によって伝送された信号を処理する信号処理回路、17は転送用スイッチング素子12などを駆動させるための駆動信号を与える駆動回路である。また、19は変換素子28を動作させるバイアス電圧を与えるためのバイアス配線、20は変換素子28をリセットするためのリセット電圧を与えるためのリセット配線である。また、24は駆動配線15とリセット配線20とを接続するリセット用スイッチング素子、25は変換素子28にバイアス電圧を供給するためにバイアス配線とセンサ駆動配線との間に配置されたバイアス用スイッチング素子である。本実施形態において、リセット用スイッチング素子24は、Nチャネル型TFTであり、一方、バイアス用スイッチング素子25はPチャネル型TFTである。なお、変換素子28は、非晶質セレン或いはGaAsにより構成されている。
X線は、変換素子28に入射する。入射された放射線は変換素子28にて直接電荷に変換されコンデンサ27に蓄積される。
先ず、1行目の駆動配線13に駆動回路17から駆動信号を与えて転送用スイッチング素子12をONすることにより、変換素子28内に蓄積された電荷が読み出される。その後、2行目の駆動配線13に駆動信号を与えて転送用スイッチング素子12がONされる。その際に、2行目の駆動配線13に1行目のリセット用スイッチング素子24のゲート電極が接続されているため、1行目のリセット用スイッチング素子24がON状態となる。それにより、1行目の変換素子28にリセット電位Vrが与えられ、リセットされる。この時、センサバイアス用スイッチング素子25はOFFとなる。
次に、2行目の駆動配線13に2行目の転送用スイッチング素子12がOFF状態となる駆動信号が与えられ、2行目の転送用スイッチング素子12がOFFされろ。その際、2行目の駆動配線13にゲート電極が接続されたリセット用スイッチング素子24がOFF状態となり、バイアス用スイッチング素子25がON状態となる。それにより、1行目の変換素子28にバイアス電位Vsが与えられ蓄積状態となる。
以上の動作がサイクリックに行われ、電荷読出し、リセット、蓄積が行ごとに逐次行われる。基本的な駆動方法は実施形態2と同様に行われる。
図10に、本実施形態の1画素の模式的断面図を示す。
図中、31は絶縁基板、32は転送用スイッチング素子のゲート電極、33はゲート絶縁層(SiN)、34は真性半導体層(a−Si)、35はオーミックコンタクトの機能を有する不純物半導体層(n+)、36はソース/ドレイン電極、37は第1の保護層、38は平坦化膜となる層間絶縁層、39は変換素子28の下電極、51は変換素子28の半導体層(本例ではa−Se)、52は変換素子28の上電極、43はセンサ駆動配線、44は第2の保護層である。53はコンデンサの下電極である。
本実施形態では、画素内の転送用スイッチング素子はアモルファスシリコンによって形成されたTFTを用い、リセット用スイッチング素子、及びバイアス用スイッチング素子は多結晶シリコンTFTを用いている。これは、画素内は低リーク電流特性を重視し、画素外は低抵抗を重視したためである。勿論、画素内の転送用スイッチング素子に多結晶シリコンTFTを用い、直列に接続し、LDD構造にすることでも同様の効果が得られる。
本実施形態においても、先述の実施形態1,2と同様な効果があり、各行毎に読出し、リセット、蓄積を行うことが可能となる。そのため、実質的には、読出し時間の総和で駆動できる。その結果、30FPS以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく実現できる。また、リセット用スイッチング素子としてNチャネルTFTを、バイアス用スイッチング素子PチャネルTFTを用いることで、周辺回路を大きく変更することなく、単純な回路構成で高速動画が可能となる。
本発明の放射線検出装置は、変換素子と転送用スイッチング素子とから構成される画素が2次元に配置された2次元フラットパネルディテクタである。2次元フラットパネルディテクタにおいて高速化、高品位化を目指した場合においては、変換素子が如何なるものであれバイアス印加しているものであればリセットが必要となる。そのため本発明の方法が有効に機能すると言える。
また、本発明では、1ライン毎にリセット動作を入れているが、数ライン同時、或いは、奇数、偶数ラインでの動作に対応した場合などが他にも想定される。本発明はそのような他の想定される形態を除外するものではなく、基本的にセンサ駆動配線を転送用スイッチング素子と略平行に配置し、ゲート配線駆動を利用した場合には同様な効果がある。
更に、駆動回路から行毎、或いは、複数行毎にリセット電位またはバイアス電位が変換素子に与えられる場合もあるが、実質的に本発明と同様である。
このように、上記各実施形態において、30FPS以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく、簡便に低価格で実現できる。また、各スイッチング素子はアモルファスシリコンTFTに限らず、多結晶シリコンTFTのNチャネルTFT、PチャネルTFTを用いることで、周辺回路を大きく変更することなく、単純な回路構成で高速動画が可能とる。即ち、低価格、且つ、高機能化が達成可能となる。
[実施形態4]
図11は、本実施形態の放射線検出システムを示す図である。
図11は、本実施形態の放射線検出システムを示す図である。
放射線検出システムは、上記実施形態1〜3の放射線検出装置を放射線検出システムとして応用した例である。
X線チューブ6050で発生したX線6060は、患者或いは被験者6061の胸部6062を透過し、放射線画像を撮影する放射線検出装置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放射線検出装置6040のシンチレータ(蛍光体層)は発光し、これを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コントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ6080で観察できる。
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、別の場所のドクタルーム等でディスプレイ6081に表示するか又は光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ6100によりフィルム6110に記録することもできる。
本発明は、可視光,赤外線等の光、X線,γ線などの放射線を含む電磁波を検出する電磁波検出装置、特に、X線,γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に好適に用いられ、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される。
11 変換素子
12 転送用スイッチング素子
13 駆動配線
14 信号配線
15 センサ駆動配線
16 信号処理回路
17 駆動回路
18 A/D変換部
19 バイアス配線
20 リセット配線
21 リセット用スイッチング素子
22 前バイアス用スイッチング素子
23 後バイアス用スイッチング素子
12 転送用スイッチング素子
13 駆動配線
14 信号配線
15 センサ駆動配線
16 信号処理回路
17 駆動回路
18 A/D変換部
19 バイアス配線
20 リセット配線
21 リセット用スイッチング素子
22 前バイアス用スイッチング素子
23 後バイアス用スイッチング素子
Claims (14)
- 基板上に行方向および列方向に配置された変換素子と転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を有する撮像装置において、
前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されていることを特徴とする撮像装置。 - 前記リセット用スイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極が所定行の前記配線と前記リセット配線とのいずれか一方と接続し、前記ゲート電極が前記所定行より後の行の前記駆動配線と接続して配置されている請求項1に記載の撮像装置。
- 前記バイアス用スイッチング素子は、第1のバイアス用スイッチング素子と第2のバイアス用スイッチング素子からなり、前記第1のバイアス用スイッチング素子と前記第2のバイアス用スイッチング素子はそれぞれゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記第1のバイアス用スイッチング素子と前記第2のバイアス用スイッチング素子の前記ソースまたはドレイン電極がそれぞれ所定行の前記配線と前記バイアス配線とのいずれか一方と接続し、前記第1のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行より前の行の前記駆動配線と接続し、前記第2のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行より後の前記駆動配線に接続してそれぞれ配置されている請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第2のバイアス用スイッチング素子は、該第2のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行のリセット用スイッチング素子の前記ゲート電極が接続される前記駆動配線より後の行の前記駆動配線と接続して配置されている請求項3に記載の撮像装置。
- 前記バイアス用スイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極と前記リセット用スイッチング素子と異なる導電型のチャネルを有し、前記ソースまたはドレイン電極がそれぞれ所定行の前記配線と前記バイアス配線とのいずれか一方と接続し、前記ゲート電極は前記リセット用スイッチング素子の前記ゲート電極が接続された前記駆動配線と接続して配置されている請求項2に記載の撮像装置。
- 前記駆動配線に駆動信号を与える駆動回路と、前記列方向の複数のスイッチング素子に接続された前記変換素子からの画像信号を伝送するための信号配線と、前記画像信号を処理する信号処理回路とを更に有する請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 基板上に行方向および列方向に配置された放射線を電気信号に変換する変換素子と前記電気信号を転送する転送用スイッチング素子を有する複数の画素と、前記行方向の複数の転送用スイッチング素子に接続された駆動配線と、前記行方向の複数の前記変換素子に接続された配線と、を有する放射線撮像装置において、
前記変換素子をリセットするためのリセット電位を供給するためのリセット配線と前記配線との間にリセット用スイッチング素子が配置され、前記変換素子を動作させるためのバイアス電位を供給するためのバイアス配線とを前記配線との間にバイアス用スイッチング素子が配置されていることを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記リセット用スイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極が所定行の前記配線と前記リセット配線とのいずれか一方と接続し、前記ゲート電極が前記所定行より後の行の前記駆動配線と接続して配置されている請求項7に記載の放射線撮像装置。
- 前記バイアス用スイッチング素子は、第1のバイアス用スイッチング素子と第2のバイアス用スイッチング素子からなり、前記第1のバイアス用スイッチング素子と前記第2のバイアス用スイッチング素子はそれぞれゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記第1のバイアス用スイッチング素子と前記第2のバイアス用スイッチング素子の前記ソースまたはドレイン電極がそれぞれ所定行の前記配線と前記バイアス配線とのいずれか一方と接続し、前記第1のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行より前の行の前記駆動配線と接続し、前記第2のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行より後の前記駆動配線に接続してそれぞれ配置されている請求項8に記載の放射線撮像装置。
- 前記第2のバイアス用スイッチング素子は、該第2のバイアス用スイッチング素子の前記ゲート電極が前記所定行のリセット用スイッチング素子の前記ゲート電極が接続される前記駆動配線より後の行の前記駆動配線と接続して配置されている請求項9に記載の放射線撮像装置。
- 前記バイアス用スイッチング素子はゲート電極とソースまたはドレイン電極と前記リセット用スイッチング素子と異なる導電型のチャネルを有し、前記ソースまたはドレイン電極がそれぞれ所定行の前記配線と前記バイアス配線とのいずれか一方と接続し、前記ゲート電極は前記リセット用スイッチング素子の前記ゲート電極が接続された前記駆動配線と接続して配置されている請求項8に記載の放射線撮像装置。
- 前記駆動配線に駆動信号を与える駆動回路と、前記列方向の複数のスイッチング素子に接続された前記変換素子からの前記画像信号を伝送するための信号配線と、前記画像信号を処理する信号処理回路とを更に有する請求項7から11のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子は、入射した放射線を光に変換する波長変換体と、前記光を前記電気信号に変換する光電変換素子と、を更に含む請求項7から12のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 請求項7から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処理手段と、前記処理手段からの信号を記憶する記憶手段と、前記処理手段からの信号を伝送する伝送手段と、前記処理手段からの信号を画像として表示する表示手段と、前記放射線撮像装置に照射される前記放射線を発生する放射線源と、を含む放射線撮像システム。
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JP2005275950A JP2006128644A (ja) | 2004-09-30 | 2005-09-22 | 撮像装置、放射線撮像装置、及び放射線撮像システム |
Applications Claiming Priority (2)
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-
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