JP2013205140A - 撮像装置および撮像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、複数の画素を有する撮像部と、複数の画素のそれぞれに蓄積された信号電荷の読み出しを行う駆動部とを備える。各画素は、電界効果型トランジスタ、信号線および保持容量素子を含む回路層と、回路層上に画素毎に配設された第1電極と、第1電極上に複数の画素にわたって形成されると共に、入射した放射線に基づいて信号電荷を発生させる半導体層と、半導体層上に設けられた第2電極と、回路層と半導体層との間の第1電極に非対向な領域に配置され、駆動部により電圧制御される第3電極とを有する。回路層と半導体層との間の第1電極に非対向な領域に第3電極が配置され、この第3電極が駆動部によって電圧制御されることにより、半導体層のうちの特に第1電極間(画素間)の領域等、電界が及びにくい領域における信号電荷の残存が抑制される。
【選択図】図1
Description
1.実施の形態(画素間に電荷制御電極を配設し、そのインピーダンスの高低を切り替える電圧制御を行う放射線撮像装置の例)
2.変形例(低インピーダンス時の電荷制御電極の電圧制御動作の他の例)
3.適用例(撮像表示システムの例)
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の全体のブロック構成を表すものである。撮像装置1は、放射線(例えばX線)に基づいて被写体の情報を読み取る(被写体を撮像する)ものであり、いわゆる直接変換型の放射線撮像装置である。この撮像装置1は、撮像部11、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15、インピーダンス制御部18およびシステム制御部16を備えている。これらのうち、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15、インピーダンス制御部18およびシステム制御部16が、本開示における「駆動部」の一具体例に相当する。尚、以下では、図1中に示したように、撮像部11内における水平方向(行方向)を「H」方向とし、垂直方向(列方向)を「V」方向として説明する。
図2は、撮像部11の断面構成を隣接する2つの画素について表したものである。図3は、画素回路と電極レイアウトの一例を、インピーダンス制御部18および後述する列選択部17内のチャージアンプ回路171と共に例示したものである。模式的に表したものである。撮像部11は、入射した放射線に基づいて電気信号を発生させるものである。この撮像部11では、画素(撮像画素,単位画素)20が、行列状(マトリクス状)に2次元配置されており、撮像部11では、基板210上に、回路層211を介して画素電極21(第1電極)が配設されており、この画素電極21上には、複数の画素20にわたって(全画素にわたって)、半導体層25が形成されている。半導体層25上には、例えば全画素にわたって上部電極26(第2電極)が設けられている。
行走査部13は、図示しないシフトレジスタ回路や論理回路等を含んで構成されており、撮像部11内の複数の画素20に対して行単位(水平ライン単位)での駆動(線順次走査)を行う画素駆動部(行走査回路)である。具体的には、後述する読み出し動作等の撮像動作を例えば線順次走査により行う。尚、この線順次走査は、読み出し制御線Lreadを介して前述した行走査信号を各画素20へ供給することによって行われるようになっている。
A/D変換部14は、複数(ここでは4つ)の信号線Lsigごとに1つ設けられた複数の列選択部17を有しており、信号線Lsigを介して入力した信号電圧(信号電荷)に基づいてA/D変換(アナログ/デジタル変換)を行うものである。これにより、デジタル信号からなる出力データDout(撮像信号)が生成され、外部へ出力されるようになっている。
列走査部15は、例えば図示しないシフトレジスタやアドレスデコーダ等を含んで構成されており、上記した列選択部17内の各スイッチSW2を走査しつつ順番に駆動するものである。このような列走査部15による選択走査によって、信号線Lsigの各々を介して読み出された各画素20の信号(上記した出力データDout)が、順番に外部へ出力されるようになっている。
インピーダンス制御部18は、図示しない論理回路等を含んで構成されており、撮像部11内の複数の電荷制御電極24A,24Bを電圧制御し、電荷制御電極24A,24Bのインピーダンスの高低を制御するものである。このインピーダンス制御部18には、少なくとも1本の制御線L1が接続されていればよく、この1本の制御線L1が、TFT32A,32Bを介して各電荷制御電極24A,24Bに接続されている。これにより、インピーダンス制御部18は、撮像部11内に設けられた電荷制御電極24A,24Bの全てを一括して電圧制御する。
システム制御部16は、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15およびインピーダンス制御部18の動作を制御するものである。具体的には、システム制御部16は、前述した各種のタイミング信号(制御信号)を生成するタイミングジェネレータを有しており、このタイミングジェネレータにおいて生成される各種のタイミング信号を基に、行走査部13、A/D変換部14、列走査部15およびインピーダンス制御部18の駆動制御を行う。詳細は後述するが、撮影時には、このシステム制御部16の制御に基づいて、行走査部13、A/D変換部14および列走査部15が各画素20の撮像駆動を行うと共に、インピーダンス制御部18が電荷制御電極24A,24Bの電圧制御を行うようになっている。
本実施の形態の撮像装置1では、放射線が撮像部11へ入射すると、各画素20内の半導体層25において、この放射線が信号電荷に変換される(半導体層25において放射線に基づく信号電荷が発生する)。詳細には、放射線照射時には、半導体層25内に、入射した放射線量に応じたホールおよび電子の対が発生する。この際、上部電極26へ所定のバイアス電圧(マイナス電圧)が印加されることにより、例えば信号電荷としての電子が画素電極21側、ホールが上部電極26側へそれぞれ移動する。これらのうち信号電荷は、画素電極21を通じて保持容量素子23に蓄積された後、読み出し動作時にTFT22がオン状態となることによって信号線Lsigへ読み出される。読み出された信号電荷は、Q−V変換およびA/D変換がなされた後、外部へ出力される。以下、この撮像駆動動作について詳細に説明する。
ここで、図8に、比較例に係る撮像装置の照射期間Texにおける画素内の電荷の挙動について示す。この比較例の撮像装置は、本実施の形態と同様、各画素において、基板101上に、TFT106、信号線電極106bおよび保持容量素子107を含む回路層102が設けられ、この回路層102上に画素電極103が配設されている。画素電極103上には、全画素にわたって半導体層104が形成され、この半導体層104上に上部電極105が設けられている。但し、比較例では、画素間の領域(信号線電極106bおよび保持容量素子107に対向する領域)には、画素電極103の形成されていない領域(画素電極103に非対向の領域)Bが存在する。
図10は、変形例に係る撮像装置の電荷制御電極24A,24Bに対する電圧制御動作について説明するための模式図である。本変形例においても、上記実施の形態と同様、半導体層25と回路層211との間の画素電極21に非対向な領域に、電荷制御電極24A,24Bが設けられている。また、撮像駆動動作の際には、照射期間Texにおいて電荷制御電極24Aを低インピーダンス、読み出し期間Trにおいて電荷制御電極24Bを高インピーダンスとなるようにインピーダンスの高低を切り替える制御を行う。
これにより、半導体層25内において発生した信号電荷は、画素電極21へ向けて集まり易くなる。従って、信号電荷が領域Aに溜まりにくくなり、画素電極21からの電荷収集効率も高まる。
続いて、上記実施の形態および変形例に係る撮像装置は、以下に説明するような撮像表示システムへ適用可能である。
(1)
複数の画素を有する撮像部と、
前記複数の画素のそれぞれに蓄積された信号電荷の読み出しを行う駆動部とを備え、
各画素は、
電界効果型トランジスタ、信号線および保持容量素子を含む回路層と、
前記回路層上に前記画素毎に配設された第1電極と、
前記第1電極上に前記複数の画素にわたって形成されると共に、入射した放射線に基づいて信号電荷を発生させる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第2電極と、
前記回路層と前記半導体層との間の前記第1電極に非対向な領域に配置され、前記駆動部により電圧制御される第3電極とを有する
撮像装置。
(2)
前記駆動部は、前記第3電極を電圧制御して、前記第3電極のインピーダンスの高低を切り替える
上記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記駆動部は、前記第3電極の前記信号電荷の読み出し期間におけるインピーダンスが、前記放射線の照射期間におけるインピーダンスよりも高くなるように、前記第3電極を電圧制御する
上記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記駆動部は、前記第3電極を、前記読み出し期間には電圧無印加状態に保持し、前記照射期間には電圧印加状態に保持する
上記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記駆動部は、前記照射期間において、前記半導体層のうちの前記第3電極に対向する領域内で生じた前記信号電荷が前記第1電極へ向かって移動するように、前記第3電極を電圧制御する
上記(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記第3電極は、前記第1電極と同層に配置されている
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記第3電極は、画素間の領域に設けられている
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記複数の画素はマトリクス状に2次元配置され、
前記第3電極は、前記画素の配列方向に沿ってストライプ状に設けられている
上記(7)に記載の撮像装置。
(9)
前記第3電極は、前記信号線および前記保持容量素子に対向して配置されている
上記(1)〜(8)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記放射線はX線である
上記(1)〜(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え
前記撮像装置は、
各々が光電変換素子を含む複数の画素を有する撮像部と、
前記複数の画素のそれぞれに蓄積された信号電荷の読み出しを行う駆動部とを備え、
各画素は、
電界効果型トランジスタ、信号線および保持容量素子を含む回路層と、
前記回路層上に前記画素毎に配設された第1電極と、
前記第1電極上に前記複数の画素にわたって形成されると共に、入射した放射線に基づいて信号電荷を発生させる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第2電極と、
前記回路層と前記半導体層との間の前記第1電極に非対向な領域に配置され、前記駆動部により電圧制御される第3電極とを有する
撮像表示システム。
Claims (11)
- 複数の画素を有する撮像部と、
前記複数の画素のそれぞれに蓄積された信号電荷の読み出しを行う駆動部とを備え、
各画素は、
電界効果型トランジスタ、信号線および保持容量素子を含む回路層と、
前記回路層上に前記画素毎に配設された第1電極と、
前記第1電極上に前記複数の画素にわたって形成されると共に、入射した放射線に基づいて信号電荷を発生させる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第2電極と、
前記回路層と前記半導体層との間の前記第1電極に非対向な領域に配置され、前記駆動部により電圧制御される第3電極とを有する
撮像装置。 - 前記駆動部は、前記第3電極を電圧制御して、前記第3電極のインピーダンスの高低を切り替える
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記駆動部は、前記第3電極の前記信号電荷の読み出し期間におけるインピーダンスが、前記放射線の照射期間におけるインピーダンスよりも高くなるように、前記第3電極を電圧制御する
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記駆動部は、前記第3電極を、前記読み出し期間には電圧無印加状態に保持し、前記照射期間には電圧印加状態に保持する
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記駆動部は、前記照射期間において、前記半導体層のうちの前記第3電極に対向する領域内で生じた前記信号電荷が前記第1電極へ向かって移動するように、前記第3電極を電圧制御する
請求項4に記載の撮像装置。 - 前記第3電極は、前記第1電極と同層に配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第3電極は、画素間の領域に設けられている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素はマトリクス状に2次元配置され、
前記第3電極は、前記画素の配列方向に沿ってストライプ状に設けられている
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第3電極は、前記信号線および前記保持容量素子に対向して配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記放射線はX線である
請求項1に記載の撮像装置。 - 撮像装置と、この撮像装置により得られた撮像信号に基づく画像表示を行う表示装置とを備え
前記撮像装置は、
各々が光電変換素子を含む複数の画素を有する撮像部と、
前記複数の画素のそれぞれに蓄積された信号電荷の読み出しを行う駆動部とを備え、
各画素は、
電界効果型トランジスタ、信号線および保持容量素子を含む回路層と、
前記回路層上に前記画素毎に配設された第1電極と、
前記第1電極上に前記複数の画素にわたって形成されると共に、入射した放射線に基づいて信号電荷を発生させる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第2電極と、
前記回路層と前記半導体層との間の前記第1電極に非対向な領域に配置され、前記駆動部により電圧制御される第3電極とを有する
撮像表示システム。
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