JP2008154957A - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを確保しつつ、オフセット成分の画素毎のばらつきを解消できるようにする。
【解決手段】入射した放射線を電荷に変換する変換素子と前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素１１１が２次元行列状に配設された変換回路１１０と、列方向の複数の画素に接続された信号配線Ｍ１〜Ｍ３と、当該信号配線に接続され各画素１１１からの電気信号を処理する信号処理回路と、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に電圧を供給する可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３と、予め信号処理回路により処理された画像データに基づいて各可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から各信号配線Ｍ１〜Ｍ３に供給する電圧を制御する制御回路１３４とを具備するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の画素が２次元状に配設された撮像装置及びその駆動方法に関する。

近年、ガラス等の絶縁基板上に成膜、形成したアモルファスシリコンやポリシリコンを材料とし、変換素子とスイッチ素子とで構成される画素を２次元状に複数配設したエリアセンサアレーを用いたフラットパネル型の撮像装置や放射線撮像装置が知られている。

一般的な撮像装置では、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素が２次元行列状に配列された変換回路を具備している。画素内には、入射した放射線を電荷に変換する変換素子と、駆動配線に印加される駆動信号によって制御されるスイッチ素子が設けられている。変換素子で得られた電荷に基づく電気信号は、スイッチ素子、並びに、スイッチ素子に繋がれた信号配線を介して信号処理回路に読み出される。

上述の撮像装置では、信号配線と駆動配線が交差する領域に生じる容量成分に、変動する駆動信号が印加されることによって生じるオフセット成分によって、信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを圧迫してしまう恐れがあった。これにより、Ｓ／Ｎ比が低減してしまう恐れがあった。

そこで、下記の特許文献１では、信号配線毎にスイッチ素子と容量で構成されたダミー画素を複数設け、また、ダミー画素のスイッチ素子に印加される駆動信号を画素のスイッチ素子に印加される駆動信号に対して逆位相にしている。このようにして、信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを確保している。

特開２００４−３７３８２号公報

しかしながら、変換素子及びスイッチ素子に起因するオフセット成分には、画素毎にばらつきがある。そのため、特許文献１の方法では、ダミー画素によって取得されるオフセット成分を、画素毎にばらついている画素のオフセット成分のすべてと一致させることは困難であり、オフセット成分の画素毎のばらつきを解消させることは困難であった。特に、絶縁基板に設けられた非単結晶半導体を用いたエリアセンサアレーにおいては、画素毎の変換素子及びスイッチ素子の特性及びオフセット成分のばらつきは大きい。そのため、ダミー画素によって取得されるオフセット成分を、画素毎にばらついている画素のオフセット成分のすべてと一致させることはより困難となる。

本発明は上記背景を鑑みてなされたもので、信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを確保しつつ、オフセット成分の画素毎のばらつきを解消できるようにすることを目的とする。

本発明の撮像装置は、入射した放射線を電荷に変換する変換素子と前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元行列状に配設された変換回路と、列方向の複数の前記画素に接続された信号配線と、前記信号配線に接続され、前記電気信号を処理するための信号処理回路と、前記信号配線に電圧を供給するための供給手段と、予め前記信号処理回路により処理された画像データに基づいて前記供給手段から前記信号配線に供給する電圧を制御する制御手段とを有する。

本発明の撮像装置の駆動方法は、入射した放射線を電荷に変換する変換素子と前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元行列状に配設された変換回路と、列方向の複数の前記画素に接続された信号配線と、前記信号配線に接続され、前記電気信号を処理するための信号処理回路とを具備する撮像装置の駆動方法であって、前記信号配線に電圧を供給する供給ステップと、予め前記信号処理回路により処理された画像データに基づいて前記供給ステップにおいて前記信号配線に供給する電圧を制御する制御ステップとを有する。

本発明によれば、信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを確保しつつ、オフセット成分の画素毎のばらつきを解消することができる。

以下、本発明の諸実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す本発明の諸実施形態の説明においては、放射線として、可視光等の光が含まれるものとし、放射線には、Ｘ線やα線、β線、γ線なども含まれるものとする。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す回路図である。

第１の実施形態における撮像装置は、入射した放射線（ここでは、「光」とする）を電荷に変換する複数の変換素子（光電変換素子）Ｓ１−１〜Ｓ３−３が２次元行列状に配列された光電変換回路１１０を具備している。更に、当該撮像装置には、各光電変換素子に駆動配線Ｇ１〜Ｇ３を介して駆動信号を入力する駆動回路（シフトレジスタ）１２０と、各光電変換素子から信号配線Ｍ１〜Ｍ３を介して電荷に基づく電気信号を読み出す読み出し回路１３０とが構成されている。

図１の例では、便宜上、光電変換回路１１０に３×３個の計９個の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３が構成された例を示している。実際の撮像装置の一例では、２０００×２０００程度の光電変換素子が存在していてもよい。

図１に示すように、１つの光電変換素子（Ｓ１−１〜Ｓ３−３）と、１つのスイッチ素子（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）と、１つの容量素子（Ｃ１）とを有して、１つの画素１１１が構成されている。即ち、光電変換回路１１０には、画素１１１が２次元行列状に配設されて構成されている。また、各光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は、バイアス源１１２によりバイアスされている。各光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に対応して、当該各光電変換素子で生成された電荷に基づく電気信号を転送する、例えばＴＦＴからなるスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３が設けられている。

読み出し回路１３０は、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３及び容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３からなる電圧供給手段、メモリ（記憶手段）１３２、演算回路１３３及び制御回路１３４からなる制御手段、及び、信号処理回路１３５から構成されている。

読み出し回路１３０内の信号処理回路１３５は、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に接続され、各スイッチ素子から転送される電気信号を処理するものである。信号処理回路１３５は、アンプＡ１〜Ａ３、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３、サンプルホールド用容量ＣＬ１〜ＣＬ３、マルチプレックス用スイッチＳｒ４、バッファアンプＢ、及びＡ／Ｄコンバータ１３１を含むものである。また、信号処理回路１３５は、アンプＡ１〜Ａ３の帰還容量Ｃｆ１〜Ｃｆ３、帰還容量Ｃｆ１〜Ｃｆ３をリセットするためのスイッチＳｗ１〜Ｓｗ３、バッファアンプＢの帰還容量Ｃｆ４、帰還容量Ｃｆ４をリセットするためのスイッチＳｗ４を更に含んでもよい。

読み出し回路１３０内の電圧供給手段は、アンプ（演算増幅器）Ａ１〜Ａ３の差動入力段と接続する信号配線Ｍ１〜Ｍ３に制御電圧を供給する（所定電位を与える）ものである。メモリ１３２は、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の適切な電圧を決定するための画像（以下、「電圧値決定用画像」と称する）の画像データを含む各種の画像データを記憶する。読み出し回路１３０内の制御手段は、予め信号処理回路１３５により処理され、メモリ１３２に記憶されている電圧値決定用画像の画像データに基づいて、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から各信号配線Ｍ１〜Ｍ３に供給する電圧を制御する。

撮影により光電変換回路１１０に光が照射されると、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の光電変換部において光電変換が起きる。図１に示す例では、各光電変換素子の光電変換により発生した電荷は、当該光電変換素子の容量素子Ｃ１に蓄積される。また、各光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３における各容量素子Ｃ１の容量は、ここでは同じと考えるが、実際の撮像装置の一例では、各光電変換素子で若干異なる場合がある。

図２は、第１の実施形態に係る撮像装置において、固定パターンノイズ画像（以下、「ＦＰＮ画像」と称する）或いは撮影画像を取得する際のタイミングチャートである。ここで、図２では、説明の簡略化のために、駆動配線Ｇ１に接続された１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３から、電荷に基づく電気信号の読み取りを行う場合のみを示している。以下、撮影画像或いはＦＰＮ画像の取得方法を図２のタイミングチャートに従って説明する。

具体的に、図２では、ＦＰＮ画像を取得する場合を示しており、ＦＰＮ画像の取得の際は図２に示すように光入射を行わない状態で撮影が行われ、撮影画像の取得の際は光入射を行った状態で撮影される。また、撮影画像及びＦＰＮ画像の撮影に関しては、光入射を行うか否かのみが異なり、他の構成部のタイミングは同じである。また、撮影画像の取得の際における光入射のタイミングについては、例えば、図５に示すものとなる。

各光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３で発生した電荷を読み出す際の順番は、駆動回路１２０により、各画素１１１を行方向に接続する駆動配線Ｇ１〜Ｇ３を介して制御される。具体的に読み出しは、駆動配線Ｇ１により駆動される１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、駆動配線Ｇ２により駆動される２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、駆動配線Ｇ３により駆動される３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順番で行われる。

図２に沿って、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３における撮影画像或いはＦＰＮ画像を取得する際のタイミングについて説明する。
１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の各容量素子Ｃ１に蓄積された信号電荷を読み出すために、駆動回路１２０から駆動配線Ｇ１に駆動信号（ゲート信号）を与える。これにより、１行目のスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３がＯＮ状態になり、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の各容量素子Ｃ１に蓄積されていた信号電荷が、各画素１１１を列方向に接続する信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送される。

読み出し回路１３０内に設けられた可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧パルスは、後述の図３に示す駆動タイミングで予め取得された電圧値決定用画像の画像データに基づいて、制御回路１３４により決定される。具体的に、制御回路１３４は、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給される電圧パルスが、ゲート容量Ｃｇによる各信号配線の電圧変化（電位変化）やダーク電流によるオフセット成分をキャンセルする（緩和する）ように、当該電圧パルスを制御する。ここで、上述したゲート容量Ｃｇは、各スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３のゲートと当該スイッチ素子のソース又はドレインのうちの信号配線Ｍ１〜Ｍ３側の部位との間に形成される容量に相当する。可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から出力された電圧パルスは、各容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３を介して各信号配線に供給される。

また、電圧パルスの供給のタイミングは、図２に示すように、駆動配線（Ｇ１）の電圧変化に合わせて行うことが望ましい。本実施形態の各可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給する電圧パルスは、対応する信号配線の駆動信号に基づくオフセット成分による電位変化とは、逆位相となる。また、各可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給する電圧パルスにより、各駆動配線の電位変化に基づく各信号配線の電荷移動が緩和される。一般に、ゲート容量Ｃｇによる各信号配線の電位変化やダーク電流によるオフセット成分は各駆動配線毎に異なると考えられるため、この場合、各可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給される電圧の振幅は、電圧値決定用画像の画像データに基づき各駆動配線毎に異なる。

その後、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３等をＯＦＦ状態にして、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３をＯＮさせてサンプルホールドを行う。その後、マルチプレックス用スイッチＳｒ４を介したマルチプレックスを行い、Ａ／Ｄコンバータ１３１を介して電気信号を読み出す。

ここで、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３について、以下に詳しく述べる。
可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の制御は、上述したように制御回路１３４により行われる。可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧値は、メモリ１３２に保存されている予め取得された電圧値決定用画像の画像データに基づいて、演算回路１３３で演算処理され制御回路１３４で適切な値が決定されて制御される。

メモリ１３２に保存されている電圧値決定用画像の画像データは、デジタル化された画像データであり、光電変換回路１１０に光（放射線）を入射させず、且つ、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３をＶｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３と同じ電圧に固定し撮像されたものである。

図３は、第１の実施形態に係る撮像装置において、電圧値決定用画像を取得する際のタイミングチャートである。ここで、図３では、図２と同様に、説明の簡略化のために、駆動配線Ｇ１に接続された１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３から、電荷に基づく電気信号の読み取りを行う場合のみを示している。また、Ｖｐ１〜Ｖｐ３は一定電圧であるため、図３に示すタイミングチャート中には記載していない。

以下に、図３のタイミングチャートを説明する。
光を入射せずに、駆動配線Ｇ１の電圧を上げ、スイッチ素子Ｔ１−１〜３をＯＮ状態にする。この段階で、図１のアンプＡ１の出力は、駆動配線Ｇ１の電圧の変化分や、光電変換素子Ｓ１−１〜３からのダーク出力等の様々なオフセット成分によって変化する。電圧値決定用画像の取得では、このスイッチ素子Ｔ１−１〜３のＯＮ状態で、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３をＯＮさせてサンプルホールドを行う。その後、マルチプレックス用スイッチＳｒ４でマルチプレックスを行い、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３の電気信号を読み出す。また、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３は、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３を用いたサンプルホールド終了後にＯＦＦされる。

図３に示す動作を各駆動配線（Ｇ２及びＧ３）について行い、得られた電気信号から補正用画像である電圧値決定用画像を得る。この電圧値決定用画像には、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３と信号配線Ｍ１〜Ｍ３が容量を持つことによって、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３の電圧が変化する際に容量Ｃｆ１〜Ｃｆ３に流れる電荷や光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のダーク出力等の各種オフセット成分が含まれている。

この電圧値決定用画像は、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３の電圧変化量やＣｆ１の容量や得られた電気信号をデジタル信号に置き換えるまでのゲインを決定する各種容量ＣＬ１、Ｃｆ４等を変化させない限り、必ずしも測定毎に取得する必要はない。例えば、工場出荷時に、駆動配線の電圧変化量、各種設定した容量毎に電圧値決定用画像を予め取得し。撮影時に使用してもよいし、撮影直前に図３のタイミングに従って動作を行い取得してもよい。

本実施形態では、１枚の画像を取得するために、最低３回の測定を行うことが望ましい。まずは、図１及び図２に示す可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧値を決定するために、図３のタイミングに従って、光電変換回路１１０に光を照射せずに、電圧値決定用画像を取得する。次に、光を照射せずに、図２のタイミングに従って、ＦＰＮ画像を取得する。この際、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧値は、電圧値決定用画像を利用して決定する。そして最後に、再び、図２のタイミング（この場合、光入射は行う）に従って、撮影画像を取得する。ただし、撮影画像の取得とＦＰＮ画像の取得の順番は逆でも構わない。実際に、撮影者が見る表示画像は、撮影画像をＦＰＮ画像で減算処理した画像が望ましい。また、白補正等の他の補正方法を更に行うために、他の画像を用いて、さらに補正処理を行ってもよい。

実際の撮像装置に関して、光電変換素子を含む画素が２０００×２０００以上配列される場合も考えられる。このため、図１の可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３に相当する部分は、複数の信号配線に対して共通であってもよい。例えば、信号配線がＭ本有して構成されている場合に、各信号配線に対応して接続されている各容量Ｃｐを、複数のＮ（Ｎ＜Ｍ）個のブロックからなる容量群に分け、当該容量群に対応して１つの可変電圧源Ｖｐを設けるようにする。また、同じ信号配線を用いて異なる駆動配線に接続された光電変換素子からの信号を読み出す（即ち、画像を加算して読み出す）際に、可変電圧源Ｖｐの印加電圧が当該複数の駆動配線による読み出し時で共通であってもよい。

上記のような、複数の画素で共通した可変電圧源Ｖｐの電圧を用い、図２のタイミングチャートに従って読み出す場合において、その印加電圧は、前記複数の画素で電圧値決定用画像を平均化して得た値から決定するとよい。

例えば、図１に示す撮像装置において、前述の図３のタイミングに従って得られた電圧値決定用画像の出力値を、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の画素について、Ａ１１〜Ａ３３とする。以下に、このＡ１１〜Ａ３３からなる電圧値決定用画像の画像データの一部或いは画像全体を平均化処理して、当該平均化処理により得られた補正用画像を用いる場合について説明する。

一例として、１画素ずつ通常の読み出しを行う場合、図２のタイミングチャートの可変電圧源Ｖｐ１、Ｖｐ２及びＶｐ３の印加電圧は、Ａ１１、Ａ１２及びＡ１３それぞれのデジタル信号値に基づいて決定される。また、駆動配線Ｇ２及びＧ３に接続された光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３及びＳ３−１〜Ｓ３−３からの電荷を読み出す際も、それぞれＡ２１〜Ａ２３、Ａ３１〜Ａ３３によって印加電圧が決定される。

ここで、簡易化のために可変電圧源Ｖｐ１及びＶｐ２が共通であったとすると、光電変換素子Ｓ１−１、Ｓ２−１の読み出し時の可変電圧源Ｖｐ１と可変電圧源Ｖｐ２の共通の電圧値は、電圧値決定用画像中のＡ１１及びＡ１２を平均した値を用いて決定される。同様に、光電変換素子Ｓ２−２とＳ２−３、及び、光電変換素子Ｓ３−２とＳ３−３の電圧値を決定する際は、それぞれ、電圧値決定用画像中のＡ２１とＡ２２、及び、Ａ３１とＡ３２を平均化処理した値を用いる。

また、各駆動配線Ｇ１〜Ｇ３に駆動信号を供給して読み出す際に、可変電圧源Ｖｐ１の入力電圧の振幅を読み出す画素に関わらず共通にする場合、電圧値決定用画像のＡ１−１〜Ａ１−３の値を平均化して、可変電圧源Ｖｐ１の電圧値を決定するのに用いるとよい。

また、画素の電気信号が複数の画素毎に加算、或いは、増幅されて読み出された場合、加算した画素の数或いは増幅量毎に、複数の電圧値決定用画像の画像データを使いわけて、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給する電圧値を決定する形態であってもよい。

次に、第１の実施形態の作用・効果について説明する。
第１の実施形態の撮像装置では、読み出し回路１３０において、光電変換素子から信号電荷に基づく電気信号を読み出す途中で、オフセット成分を適確に削減することを可能としている。これにより、アンプＡ１〜Ａ３及びその後段のアンプＢのダイナミックレンジが各種オフセット成分により狭まることを抑制することができる。特に、画素加算や高ゲインで画像撮影を行う際に非常に有効である。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す回路図である。

図４では、光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ３−３は、ＭＩＳ型の光電変換素子である。第２の実施形態の画素２１１では、第１の実施形態における画素１１１に対して、光電変換素子（ＭＳ１−１〜ＭＳ３−３）を初期化するための初期化用スイッチ素子であるスイッチ素子（ＴＲ１−１〜ＴＲ３−３）が追加されて構成されている。

また、第２の実施形態では、各スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３は、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３を介して第１の駆動回路２２０ａにより駆動され、各スイッチ素子ＴＲ１−１〜ＴＲ３−３は、駆動配線ＧＲ１〜ＧＲ３を介して第２の駆動回路２２０ｂにより駆動される。即ち、駆動回路としては、第１の実施形態に対して、第２の駆動回路２２０ｂが追加された形態となっている。

図４の例では、便宜上、光電変換回路２１０に３×３個の計９個の光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ３−３が構成された例を示している。実際の撮像装置の一例では、２０００×２０００程度の光電変換素子が存在していてもよい。各光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ３−３は、バイアス源２１２によりバイアスされている。各光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ３−３に対応して、当該各光電変換素子で生成された電荷に基づく電気信号を転送する、例えばＴＦＴからなるスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３が設けられている。

読み出し回路２３０は、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３及び容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３からなる電圧供給手段、メモリ（記憶手段）２３２、演算回路２３３及び制御回路２３４からなる制御手段、及び、信号処理回路２３５から構成されている。読み出し回路２３０の各構成部における主要な機能については、第１の実施形態と同様である。

図５は、第２の実施形態に係る撮像装置において、ＦＰＮ画像或いは撮影画像を取得する際のタイミングチャートである。ここで、図５では、説明の簡略化のために、駆動配線Ｇ２に接続された２行目の光電変換素子ＭＳ２−１〜ＭＳ２−３から、電荷に基づく電気信号の読み取りを行う場合のみを示している。

具体的に、図５では、撮影画像を取得する場合を示しており、撮影画像の取得の際は図５に示すように光入射を行った状態で撮影が行われ、ＦＰＮ画像の取得の際は光入射を行わない状態で撮影が行われる。また、撮影画像及びＦＰＮ画像の撮影に関しては、光入射を行うか否かのみが異なり、他の構成部のタイミングは同じである。また、ＦＰＮ画像の取得の際における光入射のタイミングについては、例えば、図２に示すものとなる。

また、図６は、第２の実施形態に係る撮像装置において、電圧値決定用画像を取得する際のタイミングチャートである。ここで、図６では、図５と同様に、説明の簡略化のために、駆動配線Ｇ２に接続された２行目の光電変換素子ＭＳ２−１〜ＭＳ２−３から、電荷に基づく電気信号の読み取りを行う場合のみを示している。また、Ｖｐ１〜Ｖｐ３は一定電圧であるため、図６に示すタイミングチャート中には記載していない。

本実施形態においては、１つの画素に２つのスイッチ素子を有し、各々を別に動作させている。そのため、画素のオフセット成分は駆動配線方向に、図７で示すようなシェーディングを持つことが見出された。図７は、駆動配線方向に２０００個の光電変換素子が配置された撮像装置におけるオフセットの一例を示す図である。この駆動配線方向にシェーディングを持ったオフセット量の計算による正確な導出は極めて困難であり、ダイナミックレンジを確保しつつシェーディングを抑制することが困難であった。

そこで本実施形態では、図６に示す電圧値決定用画像を取得することにより、ダイナミックレンジを確保しつつシェーディングを抑制することを達成する。以下に、図６の電圧値決定用画像を取得する際のタイミングチャートから説明を行う。

スイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３は、第１の駆動回路２２０ａから駆動配線Ｇ２に供給される駆動信号によって制御される。スイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３の動作中に、既に読み出し動作が終了している前段の駆動配線Ｇ１に接続された、光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ１−３中の電位を初期条件に戻す動作を同時に行う。

具体的には、第２の駆動回路２２０ｂから駆動配線ＧＲ１に駆動信号を供給してスイッチ素子ＴＲ１−１〜ＴＲ1−３をＯＮし、光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ１−３の当該スイッチ素子側の電位を、光電変換回路２１０内の電圧Ｖｒｅｆにする。ここで、スイッチ素子ＴＲ１−１〜ＴＲ１−３のＯＮ／ＯＦＦのタイミングは、図６に示すようにスイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３と同じタイミングでもよいし、若干ずれていてもよい。また、電圧値決定用画像を取得する際は、第１の実施形態の図３で示されたタイミングと同様に、スイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３をＯＦＦする前に、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３を用いたサンプルホールドを行う。

次に、図５のＦＰＮ画像或いは撮影画像を取得する際のタイミングチャートについて説明する。

２行目の光電変換素子ＭＳ２−１〜ＭＳ２−３の各容量素子Ｃ１に蓄積された信号電荷に基づく電気信号を読み出すために、第１の駆動回路２２０ａから駆動配線Ｇ２に駆動信号（ゲート信号）を与える。これにより、２行目のスイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３がＯＮ状態になり、２行目の光電変換素子ＭＳ２−１〜ＭＳ２−３の各容量素子Ｃ１に蓄積されていた信号電荷に基づく電気信号が、各画素２１１を列方向に接続する各信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送される。

また、同時に、読み出し動作が終了している１行目の光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ１−３に接続されたスイッチ素子ＴＲ１−１〜ＴＲ１−３をＯＮし、当該各光電変換素子内の電位を初期状態に戻す。ただし、最初の読み出し行である１行目の光電変換素子ＭＳ１−１〜ＭＳ１−３を読み出す際は、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３をＯＮ状態にするだけである。

読み出し回路２３０内に設けられた可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧パルスは、図６に示す駆動タイミングで予め取得された電圧値決定用画像の画像データに基づいて、制御回路２３４により決定される。具体的に、制御回路２３４は、ゲート容量Ｃｇによる各信号配線の電圧変化（電位変化）やダーク電流によるオフセット成分、２つのスイッチ素子が動作することで生じるオフセット成分等をキャンセルする（緩和する）ように、当該電圧パルスを制御する。可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から出力された電圧パルスは、各容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３を介して各信号配線に供給される。

また、電圧パルスの供給のタイミングは、図５に示すように、駆動配線（Ｇ２）の電圧変化に合わせて行うことが望ましい。また、本実施形態の各可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給する電圧パルスは、対応する信号配線の駆動信号に基づくオフセット成分による電位変化とは、逆位相となる。

その後、スイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３等をＯＦＦ状態にして、サンプルホールド用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３をＯＮさせてサンプルホールドを行う。その後、マルチプレックス用スイッチＳｒ４を介したマルチプレックスを行い、Ａ／Ｄコンバータ２３１を介して電気信号を読み出す。

ここで、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３について、以下に詳しく述べる。可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の制御は、上述したように制御回路２３４により行われる。可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧値は、メモリ２３２に保存されている予め取得された電圧値決定用画像の画像データに基づいて、演算回路２３３で演算処理され制御回路２３４で適切な値が決定されて制御される。

オフセットがどの程度生じるのかの計算は困難であるが、図６のタイミングに従って得られた電圧値決定用画像を用いることで的確に、オフセット成分を可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３から供給する電圧により削減することが可能となる。また、ＦＰＮ取得画像と撮影画像の補正方法や、電圧値決定用画像から可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の電圧値を決定する方法は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、駆動配線方向のオフセット成分のシェーディングのため、可変電圧源Ｖｐ１〜Ｖｐ３の印加電圧は当該撮像装置全体で共通の値を用いるのではなく、信号配線毎に異なる値を印加するとよい。或いは、第１の実施形態と同様に、各信号配線に対応して接続されている各容量Ｃｐを、信号配線の本数Ｍに対して複数のＮ（Ｎ＜Ｍ）個のブロックからなる容量群に分け、当該容量群に対応して１つの可変電圧源Ｖｐを設けるようにするとよい。この際のＶｐの決定方法は、第１の実施形態と同様でよい。

次に、第２の実施形態の作用・効果について説明する。
第１の実施形態の撮像装置では、読み出し回路２３０において、光電変換素子から信号電荷に基づく電気信号を読み出す途中で、オフセット成分を適確に削減することを可能としている。これにより、アンプＡ１〜Ａ３及びその後段のアンプＢのダイナミックレンジ、さらにＡＤコンバータ２３１のダイナミックレンジが各種オフセット成分により狭まることを抑制することができる。また、図７に示すような固定パターンノイズのシェーディングを抑えることができる。特に、画素加算や高ゲインで画像撮影を行う際に非常に有効である。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
図８は、第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

図８において、図１に示す第１の実施形態に係る撮像装置と同様の構成については、同様の符号を付している。第３の実施形態の撮像装置は、光電変換回路１１０の各画素１１１上に蛍光体１１３を組み合わせることによって、放射線を検出可能な放射線撮影装置となっている。ここで、放射線としては、上述したように、可視光等の電磁波やＸ線、α線、β線、γ線なども含まれる。

この蛍光体１１３は、入射した放射線を可視光に変換する波長変換体として機能し、例えば、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ及びＣｓＩのうちから選ばれた１種を主材料として形成されている。また、画素１１１内に形成されている光電変換素子は、例えば、ＰＩＮ型又はＭＩＳ型の光電変換素子で形成されている。

また、光電変換回路１１０における各画素１１１は、例えば、アモルファスシリコン（アモルファスＳｉ）を主材料として形成されており、そのサイズは４００ｍｍ四方程度と非常に大きい。この場合、駆動配線の長さは、４００ｍｍ近くなり、駆動回路１２０からゲート信号（駆動信号）が供給されて、当該駆動回路１２０側に対して反対側の端に位置する画素に到達するまでに時間を要する。このため、本実施形態では、駆動のタイミングマージンを長く確保する代わりに、容量Ｃｐと可変電圧Ｖｐを用いて、第１の実施形態と同様の方法で、ゲート容量Ｃｇを介した信号配線の電圧変化（電位変化）による出力変化の影響を低減させる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
図９は、第４の実施形態に係るＸ線撮像システムのシステム構成図である。本実施形態は、第１〜第３の実施形態に係る撮像装置をＸ線撮像システムに適用したものである。

本Ｘ線撮像システムの特徴は、以下の点である。
光電変換回路（１１０、２１０）、駆動回路（１２０、２２０ａ、２２０ｂ）及び読み出し回路（１３０、２３０）を有して構成された撮像装置は、イメージセンサ６０４０内部に設けられている。イメージプロセッサ６０７０は、Ｘ線チューブ（Ｘ線発生装置）６０５０、イメージセンサ６０４０、ディスプレイ（表示装置）６０８０、及び、通信手段６０９０を制御している。

Ｘ線ルームでは、Ｘ線チューブ６０５０からＸ線６０６０が被撮影者６０６１の胴体６０２０に照射され、当該被撮影者６０６１の胴体６０２０を透過したＸ線がイメージセンサ６０４０に入射する。イメージセンサ６０４０は、被撮影者６０６１の画像情報（画像データ）を生成する。

コントロールルームでは、イメージプロセッサ６０７０において、その画像情報をディスプレイ６０８０に表示したり、通信手段６０９０を介してフィルムプロセッサ６１００等に送信したりする制御が行われる。

また、ドクタールームでは、フィルムプロセッサ６１００において、その画像情報をディスプレイ６０８１に表示したり、その画像情報をレーザープリンタによりフィルム６１１０に印刷したりする制御が行われる。

本発明に係る各実施形態によれば、信号処理回路に設けられている演算増幅器などのダイナミックレンジを確保しつつ、オフセット成分の画素毎のばらつきを解消することができる。

本発明に係る各実施形態では、予め取得したデジタル信号の電圧値決定用画像に基づいて、画像撮影時に発生する信号成分以外のオフセット成分をアナログ信号段階で補正するものである。この際、本発明に係る各実施形態によれば、計算による導出が困難なオフセット成分も適確に補正が可能である。

アナログ信号の段階で適確に補正を行うことにより、演算増幅器であるアンプで読み取る際のゲインや当該アンプのダイナミックレンジが変わらないのであれば、補正前に比べて当該アンプが光電変換によって得た信号電荷に基づく電気信号をより多く読み取ることが可能になる。また、信号電荷量が従来と同じである場合には、電気信号をより高いゲインで扱うことが可能になり、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になる。

前述した各実施形態に係る撮像装置を構成する図１及び図４の各手段、並びに撮像装置の制御方法を示した図２、図３、図５及び図６の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。

具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体を用いることができる。また、この際の通信媒体としては、光ファイバ等の有線回線や無線回線などが挙げられる。

また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより各実施形態に係る撮像装置の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して各実施形態に係る撮像装置の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て、或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて各実施形態に係る撮像装置の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る撮像装置において、ＦＰＮ画像或いは撮影画像を取得する際のタイミングチャートである。 第１の実施形態に係る撮像装置において、電圧値決定用画像を取得する際のタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す回路図である。 第２の実施形態に係る撮像装置において、ＦＰＮ画像或いは撮影画像を取得する際のタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る撮像装置において、電圧値決定用画像を取得する際のタイミングチャートである。 駆動配線方向に２０００個の光電変換素子が配置された撮像装置におけるオフセットの一例を示す図である。 第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。 第４の実施形態に係るＸ線撮像システムのシステム構成図である。

符号の説明

１１０ 光電変換回路
１１１ 画素
１１２ バイアス源
１２０ 駆動回路（シフトレジスタ）
１３０ 読み出し回路
１３１ Ａ／Ｄコンバータ
１３２ メモリ
１３３ 演算回路
１３４ 制御回路
１３５ 信号処理回路
Ｓ１−１〜Ｓ３−３ 光電変換素子
Ｔ１−１〜Ｔ３−３ スイッチ素子（ＴＦＴ）
Ｃ１ 容量素子
Ｇ１〜Ｇ３ 駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３ 信号配線
Ａ１〜Ａ３、Ｂ アンプ
Ｓｗ１〜Ｓｗ４ リセット用スイッチ
Ｓｒ１〜Ｓｒ３ サンプルホールド用スイッチ
Ｓｒ４ マルチプレクッス用スイッチ（アナログマルチプレクサ）
Ｃｐ１、Ｃｆ１〜Ｃｆ４、ＣＬ１〜ＣＬ４ 容量
Ｖｐ１〜Ｖｐ３ 可変電圧源
Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４ アンプの基準電源

Claims (15)

1. 入射した放射線を電荷に変換する変換素子と前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元行列状に配設された変換回路と、
   列方向の複数の前記画素に接続された信号配線と、
   前記信号配線に接続され、前記電気信号を処理するための信号処理回路と、
   前記信号配線に電圧を供給するための供給手段と、
   予め前記信号処理回路により処理された画像データに基づいて前記供給手段から前記信号配線に供給する電圧を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。
2. 前記供給手段は、容量を介して前記信号配線に電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記信号処理回路は、演算増幅器を含み、
   前記供給手段は、前記演算増幅器の差動入力段と接続する前記信号配線に電圧を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 行方向の複数の画素に接続された駆動配線と、
   前記駆動配線に駆動信号を印加する駆動回路とを更に有し、
   前記制御手段は、前記駆動信号に基づく前記駆動配線の電位変化と逆位相になるように、前記供給手段から供給する電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記駆動配線の電位変化に基づく前記信号配線の電荷移動を緩和するように、前記供給手段から供給する電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記信号配線をＭ本有し、当該各信号配線に対応して前記供給手段は、Ｎ（Ｎ＜Ｍ）個のブロックに分かれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記供給手段から供給される電圧の振幅は、前記画像データに基づき、前記各駆動配線に対応して異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記画像データは、前記変換素子に前記放射線が入射していない状態で取得されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記画素の電気信号が、複数の画素毎に加算、或いは、増幅されて読み出された場合、加算した画素の数或いは増幅量毎に、複数の前記画像データを使いわけることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、前記画像データの一部或いは、画像全体を平均化処理して得た補正用画像を用いて、前記供給手段から供給する電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記画素は、前記変換素子を初期化するための初期化用スイッチ素子を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記初期化用スイッチ素子を駆動するための第２の駆動回路を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記変換素子は、前記放射線を可視光に変換する波長変換体と、前記可視光を前記電荷に変換する光電変換素子とを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
14. 前記画素は、アモルファスシリコンを主材料として形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
15. 入射した放射線を電荷に変換する変換素子と前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元行列状に配設された変換回路と、列方向の複数の前記画素に接続された信号配線と、前記信号配線に接続され、前記電気信号を処理するための信号処理回路とを具備する撮像装置の駆動方法であって、
    前記信号配線に電圧を供給する供給ステップと、
    予め前記信号処理回路により処理された画像データに基づいて前記供給ステップにおいて前記信号配線に供給する電圧を制御する制御ステップと
    を有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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