(実施例1)
図1は、本発明の第一の実施例における放射線撮像システムのブロック図の一例を示す図である。
まず、図1を用いて放射線撮像システムの全体構成を説明する。図1は、本実施例を示す放射線撮像システムのブロック図の一例である。
放射線撮像システム1は、放射線撮像装置100、画像処理およびシステム制御を行う処理部101、ディスプレイ等を含む表示部102、放射線制御部103、放射線を発生する放射線源104を有する。放射線撮像を行う際には、処理部101により、放射線撮像装置100と放射線制御部103が同期制御され得る。被写体を透過した放射線(X線、α線、β線、γ線等)は放射線撮像装置100によって検出され、処理部101等で所定の処理が行われた後、被写体の画像データが生成される。画像データは、表示部102に放射線画像として表示される。本実施例における放射線撮像システム1は、本発明における撮像システムに相当する。
次に放射線撮像装置100の全体構成を説明する。本実施例における放射線撮像装置100は、センサアレイ105と、複数の温度センサ127と、を有する。センサアレイ105は、複数のサブアレイ120を有している。各々のサブアレイ120は、放射線叉は光に応じた信号を出力するセンサが複数配列されている。温度センサ127は、センサアレイ105の温度に応じた信号を出力する。複数のサブアレイ120のうちの1つのサブアレイ120から出力される信号と、当該1つのサブアレイに配置された温度センサ127の信号とが、共通の配線を介して読み出される。本実施例における放射線撮像装置100は、本発明における撮像装置に相当する。以下、各部について詳述する。
センサアレイ105は、複数のサブアレイ120が板状の基台の上にタイリング(2次元配列)されて構成されている。このような構成により大型のセンサアレイ105が形成され得る。なお、サブアレイ120毎に複数のセンサが配列されている。また、ここでは、サブアレイ120が7列×2行を形成するように半導体基板がタイリングされた構成が例示されているが、この構成に限られるものではない。本実施例において、サブアレイ120は、センサアレイ105における複数のセンサが配置された領域を複数に分けた領域のうちの1つの領域である。また、当該複数に分けた領域は、互いに隣接して配置されている。そのため、タイリングされた各々の半導体基板に1つのサブアレイ120を規定してもよいし、当該半導体基板内に複数のサブアレイ120を規定してもよい。以下、サブアレイ120は、センサパネル105のうち1つの半導体基板毎に分離した領域として説明する。
サブアレイ120の上には、例えば、放射線を光に変換するシンチレータ(不図示)が設けられ得る。当該シンチレータの放射線の入射側と逆側に複数の光電変換素子(センサ)が配置されている。各センサには、MIS型、PIN型等の光電変換を行う変換素子が用いられる。これにより、照射された放射線量に基づく電気信号が得られる。すなわち、本実施例では、各センサとそれに対応するシンチレータとによって、放射線に応じた電荷を生成する変換素子が構成され得る。なお、当該変換素子は、放射線を直接電荷に変換するものであってもよい。
駆動部210は、後述する行走査回路203および列走査回路204を含む。
信号読出部20は、差動アンプ等を含む信号増幅部107と、アナログデジタル変換(AD変換)を行うAD変換部108とを少なくとも有している。信号読出部20は、後述する行走査回路203、列走査回路204で選択されたセンサの信号を読み出し得る。そして、センサアレイ105の上辺部および下辺部には、信号の入出力又は電源の供給を行うための複数の電極が配列されている。電極は、外部回路に接続され、接続には例えばフライングリード式プリント配線板(不図示)が用いられる。そして、サブアレイ120からの信号は、電極を介して信号読出部20により読み出される。制御部109からの制御信号は、電極を介してサブアレイ120に入力される。
制御部109は、処理部101との間で、制御コマンドの通信を行い、同期信号の通信を行い、また、処理部101への画像データの出力を行う。また、制御部109は、サブアレイ120ないし各ユニットを制御し、各センサと温度センサの駆動制御や動作モード制御を行う。また、制御部109は、信号読出部20のAD変換部108によりAD変換された各サブアレイ120の画像データ(デジタルデータ)を用いて1つのフレームデータに合成し、処理部101に出力する。更に、制御部109は、サブアレイ120における1フレーム分の読み出し対象のセンサ202から信号を読み出す期間に、温度センサ127から1フレーム毎に温度データを読み出すように制御し得る。制御部109は、取得した温度センサ127のデータからセンサアレイ105の温度叉は、センサアレイ105の温度の変化量を算出し得る。
処理部101は、取得した1つのフレームデータからオフセット用のフレームデータを差し引くことでオフセット補正を行い得る。サブアレイ120は、撮影のための放射線が照射されていない期間においても暗電流が発生する。このため、サブアレイ120は画像データにオフセット値を持っている。処理部101は、所定の期間に放射線が照射されていない状態で取得した画像データをサブアレイ120のオフセット用のフレームデータとして有している。そして、処理部101は、前記所定の期間とは別の期間にて取得した画像データから、オフセット用のフレームデータを減算しオフセット補正を行え得る。また、処理部101は、センサアレイ120のオフセット補正データを温度データに対応して用意しておくことができる。更に、複数のセンサアレイ120を有する場合においては、各センサアレイ120でオフセット補正データを有していてもよい。処理部101は、温度データに基づいてオフセット補正データを選択し、オフセット補正を行うこともできる。このように、画像データは、センサアレイ120の温度に対応してオフセット補正を行うことができる。
制御部109と処理部101との間では、各種インターフェースを介して、制御コマンドないし制御信号および画像データの授受が行われる。処理部101は、制御用インターフェース110を介して、動作モードや各種パラメータなどの設定情報ないし撮影情報を制御部109に出力する。また、制御部109は、制御用インターフェース110を介して、放射線撮像装置100の動作状態などの装置情報を処理部101に出力する。また、制御部109は、画像データインターフェース111を介して、放射線撮像装置100で得られた画像データを処理部101に出力する。また、制御部109は、READY信号112を用いて、放射線撮像装置100が撮影可能な状態になったことを処理部101に通知する。また、処理部101は、外部同期信号113を用いて、制御部109からのREADY信号112に応答して制御部109に、放射線の照射開始(曝射)のタイミングを通知する。また、制御部109は、曝射許可信号114がイネーブル状態の間に、放射線制御部103に制御信号を出力して放射線照射を開始させる。
温度センサ127は、センサアレイ105の温度を取得するために、各サブアレイ120に配置されている。温度センサ127とサブアレイ120とは、共通の配線で接続されている。なお、温度センサ127の位置は、表面端部としているが、これに限られない。放射線又は光が入射されない箇所であれば、サブアレイ120の表面のどの位置でも配置可能である。少なくとも、サブアレイ120及び温度センサ127は、共通の半導体基板に配置されている。更に、温度センサ127は、半導体基板においてサブアレイ120とは異なる領域に配置されていてもよい。なお、共通の半導体基板に配置する構成には、サブアレイ120と温度センサ137が共通の半導体基板に形成される構成も含まれるものとする。
冷却パネル133は、センサアレイ105を冷却する機能を有する。センサアレイ105の温度変化を少なくし、センサアレイの特性の変動を抑えることができる。冷却パネル133はセンサアレイ105の全面を均一の温度にするため、熱伝導率が高い物質が用いられる。
冷却装置131は、冷却パネル133の温度を一定に制御する機能を有する。冷却ホース132は、冷却装置131と冷却パネルとに接続され、冷却液を循環させる経路としての機能を有する。冷却装置131は、温度管理された冷却液を循環させることで、例えば、27℃に保つことができる。
次に図2を用いて、センサの一例を示す。図2は、サブアレイ120を形成する1個当たりセンサ202の回路構成の一例を示す等価回路図である。
図2に示すように、複数のセンサの夫々は、例えば、第1部分ps1と第2部分ps2と第3部分ps3とを含み得る。なお、各部分に構成されるトランジスタであるM1〜M13は、制御部109によって導通の可否が制御され得る。
第1部分ps1は、フォトダイオードPDと、トランジスタM1〜M3と、フローティングディフュージョン容量CFD(以下、FD容量CFD)と、感度切り替え用の容量CFD1とを有し得る。フォトダイオードPDは光電変換素子であり、放射線叉は光に応じた電荷を生成し得る。フォトダイオードPDは、照射された放射線に応じて前述のシンチレータで生じた光を電気信号に変換する。なお、フォトダイオードPDは、放射線を直接検出し電荷を生成し得るものであってもよい。そして、当該放射線叉は光に応じた量の電荷がフォトダイオードPDで発生し、発生した電荷量に応じたFD容量CFDの電圧が第2部分ps2に出力される。また、感度切り替え用の容量CFD1は、センサ202の放射線に対する感度を切り替えるために用いられ、トランジスタM1(スイッチ素子)を介してフォトダイオードPDに接続されている。制御部109が、WIDE信号を活性化することによってトランジスタM1が導通状態になり、FD容量CFDと容量CFD1との合成容量の電圧が第2部分ps2に出力される。このように、センサ202では、容量CFD1を用いるか否かで放射線に対する感度を変更している。また、トランジスタM2は、PRES信号が活性化されることによってフォトダイオードPDの電荷を初期化し、第2部分ps2に出力される電圧をリセットする。なお、感度切り替え機能を有しない場合、M1およびCFD1はps1に含まれない。
第2部分ps2は、トランジスタM3〜M7とクランプ容量CCLと定電流源とを有し得る。トランジスタM3とトランジスタM4と定電流源(例えばカレントミラー構成のトランジスタ)とは電流経路を形成するように直列に接続されている。制御部109が、トランジスタM3のゲートに入力されるイネーブル信号ENが活性化されることによって、第1部分ps1からの電圧を受けるトランジスタM4が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、第1部分ps1からの電圧に応じた電圧が出力される。その後段には、トランジスタM5〜7とクランプ容量CCLとで構成されたクランプ回路が設けられている。具体的には、クランプ容量CCLの一方の端子n1が、第1部分ps1のトランジスタM3とトランジスタM4との間のノードに接続されており、他方の端子n2が、クランプスイッチとして機能するトランジスタM5に接続されている。また、トランジスタM6とトランジスタM7と定電流源とは電流経路を形成するように直接に接続されており、当該他方の端子n2は、トランジスタM7のゲートに接続されている。この構成により、第1部分ps1のフォトダイオードPDで生じるkTCノイズ(いわゆるリセットノイズ)の影響が低減され得る。具体的には、前述のリセット時における第1部分ps1からの電圧に応じた電圧がクランプ容量CCLの端子n1に入力される。また、クランプ信号PCLが活性化されることによりトランジスタM5が導通状態になり、クランプ電圧VCLがクランプ容量CCLの端子n2に入力される。このようにして、端子n2の電位をノイズ成分としてクランプし、その後のフォトダイオードPDでの電荷の発生および蓄積に伴う電圧の変化分を信号成分として出力する。また、イネーブル信号ENはトランジスタM6のゲートにも入力され、イネーブル信号ENが活性化されることによってトランジスタM7が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、トランジスタM7のゲート電圧に応じた電圧が第3部分ps3に出力される。
第3部分ps3は、トランジスタM8、M10、M11、M13と、アナログスイッチSW9、SW12と、容量CSおよびCNとを有し得る。第3部分ps3は、本発明における保持部に相当する。保持部は、信号保持部と、基準信号部を有する。信号保持部は、光電変換素子で発生した電荷の量に応じた信号を保持する機能を有する。具体的には、M8、M10、SW9、容量CSを有する。基準信号部は、発生した電荷の量の基準となる基準信号を保持する機能を有する。具体的には、M9、M11、SW12、容量CNを有する。
トランジスタM8と容量CSとはサンプルホールド回路を形成しており、第2部分ps2からの出力値を保持する信号保持部として機能する。まず、信号保持部で信号が保持される動作について説明する。具体的には、制御部109が、制御信号TS1を用いてトランジスタM8の状態(導通状態または非導通状態)を切り替えることにより、第2部分ps2から得られる信号(光成分にしたがう信号)を容量CSに保持し、即ち、サンプリングを行う。また、トランジスタM10は、そのソースフォロワ動作によってアンプとして機能し、これによって当該信号は増幅される。当該増幅された信号は、制御信号VSRを用いてアナログスイッチSW9を導通状態にすることより、端子Sから出力される。次に、基準保持部により、基準信号が保持される動作について説明する。同様に、トランジスタM11およびM13とアナログスイッチSW12と容量CNとは、基準信号が保持され得る。
次に、図3を用いて第一の実施例における温度センサの構成について詳細に説明する。図3は、第一の実施例における温度センサの構成の一例を示す図である。
はじめに、温度センサの全体構成について説明する。図3における温度センサ127は、少なくとも1又は複数のダイオードを含んでいる。さらに、当該ダイオードの信号を増幅する信号増幅部と、信号増幅部から出力された信号を保持する信号保持部と、を有している。さらに、温度センサ127は、サブアレイ120の温度の基準となる基準信号を保持する基準保持部と、を有している。そして、温度センサ127は、サブアレイ120の温度の基準となる基準信号を増幅する第2の信号増幅部と、第2の信号増幅部から出力された信号を保持する基準保持部と、を更に有している。以下、各構成について具体的に説明する。
まず、温度センサ127のダイオードについて説明する。D1〜D4はPN接合によるダイオードである。当該ダイオードの材料はシリコン半導体で構成されている。以下の順方向電圧と温度特性はシリコン半導体で構成されたPN接合型のダイオードを使用する場合について説明する。PN接合ダイオードに流れる電流Iと印加される電圧Vの関係は、数式(1)で表わされる。
I=Io(exp(qV/nkT)−1)) (1)
ここで、qは単位電荷、nは理想因子、kはボルツマン定数、Tは温度、Ioは飽和電流を示す。数式(1)に基づく特性の一例として、PN接合ダイオードは常温で約0.6Vの順方向電圧特性、さらに順方向電圧は約−2.5mV/℃の温度特性を持つ温度センサとして機能する。本実施例では、ダイオードを4段直列に接続し、常温で約2.4Vの順方向電圧、約−10mV/℃の出力特性を持たせている。温度センサの出力は、図2に示したセンサと同等の出力レンジ内に収めることが可能なため、センサ202と同様に図1に示した信号読出部20を用いて読み出しが可能となっている。
次に、信号増幅部について説明する。信号増幅部は、少なくとも1つのトランジスタ(M23)を含んでいる。M23はソースフォロアとして動作するトランジスタで、温度信号Sとして温度センサから出力されるダイオードの順方向電圧VFに応じた信号の信号増幅を行う機能を有する。
次に、第2の信号増幅部について説明する。第2の信号増幅部としてのM29はソースフォロアとして動作するトランジスタで、基準信号Nとして温度センサのN端子から出力される基準信号VCLの信号増幅を行う機能を有する。
次に、信号保持部について説明する。信号保持部は、M24とCSと少なくとも含んでおり、温度センサ信号のサンプルホールド回路を構成する。M24は、サンプルホールド用トランジスタ(サンプルホールドスイッチS)である。CSは温度センサ信号用ホールド容量である。さらに信号増幅用のトランジスタM26を有していてもよい。M26はソースフォロアとして動作し、温度センサ信号の増幅用トランジスタとして機能する。
次に、基準保持部について説明する。基準保持部はM30とCNとを少なくとも含んでおり、基準信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する。M30は、サンプルホールド用トランジスタ(サンプルホールドスイッチN)である。CNは基準信号用ホールド容量である。さらに信号増幅用のトランジスタM32を有していてもよい。M32はソースフォロアとして動作し、基準信号の増幅用トランジスタとして機能する。
次に転送スイッチについて説明する。M25はM26で増幅された温度センサ信号をS信号出力線へ出力するための転送スイッチSである。M31はM32で増幅された基準信号をN信号出力線へ出力するための転送スイッチNである。
次に温度センサ127の制御に関連する各信号とその信号に基づく動作について説明する。以下説明する各信号は、制御部109から入力される。
まず、EN信号について説明する。EN信号は制御部109から入力され各トランジスタの動作状態を制御する機能を有する。EN信号は、ダイオード用定電流選択スイッチ(M21)、ダイオード信号アンプ用定電流選択スイッチ(M22)、基準電圧アンプ用定電流選択スイッチ(M28)のゲートに接続される。EN信号がハイレベルの時、これらの選択スイッチM21、M22、M28はオン状態となる。EN信号がハイレベルの時、直列接続のダイオードD1〜D4に定電流が流れ、動作状態となったトランジスタM23からダイオードの順方向電圧VFに応じた信号が温度センサの信号出力として出力される。
PCL信号は、基準電圧選択スイッチM27を制御する信号である。EN信号がハイレベルの時、PCL信号がハイレベルになると基準電圧選択スイッチM27がオン状態となり、動作状態となったトランジスタM29から基準信号VCLが増幅され出力される。
TS信号は、温度センサの信号出力のサンプルホールド制御信号で、TS信号をハイレベルとし、M24をオン状態にすることでダイオードの順方向電圧VFが、M23を通して容量CSに印加される。次いで、信号TSをローレベルとし、M24をオン状態にすることで、サンプルホールド回路への温度センサ信号の保持が完了する。
TN信号は、基準信号VCLのサンプルホールド制御信号で、TN信号をハイレベルとし、M30をオン状態にすることでM29を介して増幅された基準信号VCLが容量CNに印加される。次いで、信号TNをローレベルとし、M30をオフ状態にすることで、サンプルホールド回路への基準信号VCLの保持が完了する。
容量CS、容量CNのサンプルホールド後は、M26、M32がオン状態となり、再度サンプルホールドされるまで保持した信号を非破壊で読み出すことが可能である。
TSEL信号は、温度センサ選択信号で、転送スイッチS(M25)、転送スイッチN(M31)のオン/オフの状態を制御する。そして、温度センサ信号用ホールド容量(CS)の信号S、基準電圧VCLホールド用容量(CN)の信号Nが、それぞれ出力される。
なお、本実施例の温度センサ127は、後述するように温度センサのダイオードの通電時間は、常時通電ではなく図5に示すように離散的な通電がなされる。
図4を用いて、第一の実施例におけるサブアレイ120について説明する。図4はサブアレイ120の構成例を示す図である。図4に示すように、サブアレイ120は、長辺側である縦方向にm個、短辺側である横方向にn個に複数のセンサ202が配列されている。サブアレイ120は、センサが行列状に複数配列されている。本実施例においては、列信号線206、207のうち、1組の列信号線が温度センサ127とサブアレイとの間で共通に用いられる。
サブアレイ120と温度センサ127の各信号は、共通の配線を介して信号読出部20により読み出される。本実施例において、サブアレイ120の複数のセンサを行単位で走査する行走査回路を更に有し、行走査回路は、所定行のセンサと温度センサとを共通に走査する。
駆動部210は、各センサ202を駆動するための行走査回路203と、各センサ202から信号読出を行うための列走査回路204と、を有している。
行走査回路203および列走査回路204は、例えばシフトレジスタで構成されており、制御部109からの制御信号に基づいて動作する。行走査回路203は、行信号線205を介して各センサ202に制御信号を入力し、当該制御信号に基づいて各センサ202を行単位で駆動する。例えば、行走査回路203は行選択部として機能し、信号読出を行うべきセンサ202を複数のセンサに対し、行ごとに所定の選択周期で選択する。また、列走査回路204は列選択部として機能し、制御信号に基づいて各センサ202を列ごとに選択して、所定の読み出し周期で当該各センサ202からの信号を順に出力させる。温度センサ127は、行選択信号V0がイネーブルになると、温度センサ127の出力が基準信号出力端子N、信号出力端子Sに出力される。V0に関しては温度センサ専用の行となる。
サブアレイ120は、更に入力端子としてVST、HST、CLKV、CLKHを有する。入力端子VSTは、行走査スタート信号VSTが入力される端子である。入力端子CLKVは、行走査クロック信号CLKVが入力される端子である。入力端子CLKHは、列走査クロック信号CLKHが入力される端子である。入力端子HSTは、列走査スタート信号HSTが入力される端子である。
行走査回路203は行ごとに複数のセンサを選択し、行走査クロックCLKVに同期してセンサを副走査方向である行方向に順次走査する。列走査回路204は行走査回路203により選択された行のセンサの列信号線を列走査クロック信号CLKHに同期して1センサごとに順次選択する。行走査回路203の出力線である行信号線205がイネーブルになることにより、列信号線206、207を介して信号、基準信号は出力される。列信号線206,207に出力された信号を列走査回路204が順次選択することにより、アナログ電圧出力線208,209に各センサの信号が順次出力される。
更に、サブアレイ120は、チップセレクト端子CS、信号出力端子S、基準信号出力端子Nを有する。チップセレクト端子CSは、サブアレイ120から信号を読み出し得る状態にするための端子である。信号出力端子SIGは、各センサ202の容量CSに保持された信号を読み出すための端子であり、基準信号出力端子Nは、容量CNに保持される。
図5を参照しながら、動作モードの一例として、動画撮影モードにおけるセンサ202および温度センサの駆動方法を述べる。以下では、センサ202が駆動される場合について説明するが、温度センサも同一の駆動方法で読み出され得る。以下の駆動方法において図2と図3の同一の信号名については、同じタイミングで駆動される。
まず、図5に示すように、時刻t1で動作モード設定および撮影開始設定がなされる。その後、時刻t2では撮影のための駆動が開始され、リセット駆動RDと、サンプリング駆動SDとが交互に繰り返される。また、サンプリング駆動SDの後でかつ、その次のリセット駆動RDの前に、サブアレイ120から信号読出を行う読出動作ROがなされる。
リセット駆動RDでは、リセット動作と、リセット時の出力成分をノイズ成分としてクランプする動作と、を行う。具体的には、図5に示すように、時刻t2では、イネーブル信号ENをハイレベルにして、トランジスタM3およびM6を導通状態にする。これにより、トランジスタM4およびM7がソースフォロア動作を行える状態になる。
時刻t3では、信号PRESおよびWIDE(不図示)をハイレベルにして、感度切替え用のトランジスタM1を導通状態にした状態で、リセット用のトランジスタM2を導通状態にする。これにより、フォトダイオードPDは基準電圧VRESに接続され、フォトダイオードPDがリセットされると共に容量CFD1および容量CFDの電圧もリセットされる。また、リセット直後のトランジスタM4のゲート電圧に応じた電圧が、クランプ容量CCLの一方の端子n1(トランジスタM4側の端子)に入力される。
時刻t4では、信号PCLをハイレベルにして、前述のクランプを行うためのトランジスタM5を導通状態にする。これにより、クランプ電圧VCLがクランプ容量CCLの他方の端子n2(トランジスタM7側の端子)に入力される。また、時刻t4では、信号TSおよびTNをハイレベルにして、前述のサンプリングを行うためのトランジスタM8を導通状態にする。これにより、容量CSおよびCNはいずれも初期状態(トランジスタM7のゲート電圧が基準電圧VCLのときの第2部分ps2の出力値の電圧)になる。
時刻t5では、信号PRESおよびWIDE(不図示)をローレベルにして、トランジスタM1およびM2を非導通状態にする。これにより、容量CFD1および容量CFDは、トランジスタM1が非導通状態になるため、リセット直後の電圧で固定され、また、クランプ容量CCLの端子n1は、リセット直後のトランジスタM4のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。
時刻t6では、信号PCLをローレベルにして、トランジスタM5を非導通状態にする。これにより、端子n1と端子n2との電位差(基準電圧VRESにしたがう電圧と基準電圧VCLとの電位差)に応じた電荷がクランプ容量CCLに保持され、前述のkTCノイズのクランプが完了する。また、時刻t6では、信号TSおよびTNをローレベルにして、トランジスタM8、M11を非導通状態にする。これにより、容量CSおよびCNの電圧が固定される。時刻t6では、前述の曝射許可信号114をハイレベル(許可状態)にする。その後、フォトダイオードPDでは電荷が発生し蓄積される。
時刻t7では、イネーブル信号ENをローレベルにして、トランジスタM3およびM6を非導通状態にする。これにより、トランジスタM4およびM7を非動作状態にする。
以上のようにして、リセット駆動RDの一連の動作が終了する。即ち、リセット駆動RDでは、フォトダイオードPDをリセットすると共に、第1部分ps1のフォトダイオードPDに起因するkTCノイズに相当する電圧がクランプ容量CCLに保持され、また、容量CSおよびCNが初期化される。
なお、リセット駆動RDは、全てのセンサについて一括で行うことができ、その後(例えば時刻t31〜t32)に為されるリセット駆動RDも上述と同様のタイミングでなされ得る。また、制御タイミングのずれを防ぐことによって隣接するセンサ間でデータの連続性が維持され得る。
次に、サンプリング駆動SDでは、センサ202を駆動し、得られる信号を容量CSに保持する動作を行う。具体的には、時刻t11でイネーブル信号ENをハイレベルにしてトランジスタM3およびM6を導通状態にし、トランジスタM4およびM7がソースフォロア動作を行う状態になる。トランジスタM4のゲート電圧(即ち、FD容量CFDの電圧)は、フォトダイオードPDで発生し蓄積された電荷量に応じて変化しており、当該変化したゲート電圧に応じた電圧がクランプ容量CCLの一方の端子n1に入力され、端子n1の電位が変化する。クランプ容量CCLの他方の端子n2の電位変化は、当該端子n1の電位変化にしたがう。ここで、前述のとおり、クランプ容量CCLにはkTCノイズに相当する電圧が保持されているため、この電位変化の量が信号成分として第3部分ps3に出力される。
時刻t12〜t14では、センサ202の信号が、容量CSに保持される。時刻t12では、信号TSをハイレベルにしてトランジスタM8を導通状態にし、第2部分ps2の出力値についてのサンプリングを開始する。具体的には、容量CSは、時刻t11の駆動にしたがう第2部分ps2の出力値の電圧(トランジスタM7のゲート電圧に応じた電圧)になる。次に、時刻t13では、時刻t12でサンプリングを開始したので、曝射許可信号114をローレベル(禁止状態)にする。その後、時刻t14では、信号TSをローレベルにしてトランジスタM8を非導通状態にし、即ち、第2部分ps2の出力値をホールドする。具体的には、容量CSの電圧が第2部分ps2の出力値で固定される。
次に、時刻t15では、信号PRESをHiレベルにして、リセット用のトランジスタM2を導通状態にする。これにより、FD容量CFDおよび容量CFD1の電圧をリセットして基準電圧VRESにし、端子n1の電圧も時刻t3と同じ状態にリセットされる。
時刻t16では、信号PCLをHiレベルにしてトランジスタM5を導通状態にし、クランプ電圧VCLがクランプ容量CCLの他方の端子n2(トランジスタM7側の端子)に入力される。時刻t17では、信号PRESをローレベルにしてトランジスタM1およびM2を非導通状態にする。これにより、容量CFD1および容量CFDはリセット直後の電圧で固定され、また、クランプ容量CCLの端子n1は、リセット直後のトランジスタM4のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。
時刻t18〜t19では、第2部分ps2の回路構成に依存する熱ノイズ、1/fノイズ、温度差、プロセスばらつき等の固定パターンノイズに相当する電圧が容量CNに保持される。時刻t18では、信号TNをハイレベルにしてトランジスタM11を導通状態にする。これにより、容量CNは充電され、トランジスタM7のゲート電圧が基準電圧VCLのときの第2部分ps2の出力値の電圧になる。時刻t19では、信号TNをローレベルにしてトランジスタM11を非導通状態にする。これにより、容量CNの電圧が固定される。最後に、時刻t20では信号PCLをローレベルにしてトランジスタM5を非導通状態にし、時刻t21ではイネーブル信号ENをローレベルにしてトランジスタM3およびM6を非導通状態(トランジスタM4およびM7を非動作状態)にする。
以上のようにして、サンプリング駆動SDの一連の動作が終了する。なお、サンプリング駆動SDは、前述のリセット駆動RDと同様に、各サブアレイ120の制御タイミングのずれを防ぐため、全てのセンサについて一括でなされ得る。なお、各信号レベルのハイレベルおよびローレベルの極性は例示であり、システムに応じて信号レベルは反転され得る。
次に図6を用いて、3枚のサブアレイ120を組み合わせた場合に、温度センサ127とサブアレイ120の各データを1つの信号読出部20により読み出すための読み出し動作について説明する。当該読み出し動作によりサブアレイ120の1フレーム分の読み出し対象のセンサから信号を読み出しつつ、温度センサ127から信号を読み出し得る。
センサアレイ105のうち、タイリングされた3枚のサブアレイ120を1ブロックとし、その1ブロックをAD変換部108のうち1つのAD変換器の変換領域としてAD変換が行われる。
まず、図中の各信号について説明する。CLKHは、センサ信号読み出し用の同期信号であり、CLKHに同期してサブアレイ120のセンサ信号出力が順次切り替わる。CLKADは、AD変換を行うタイミングを制御するADクロック信号である。CS0〜CS2は動作されるサブアレイ120の選択するための信号であり、3つのサブアレイ120にCS0〜CS2が割り当てられている。各選択されたサブアレイ120のセンサ202及び温度センサ127から出力が可能な状態になる。ADINはサブアレイ120からの出力信号で、AD変換部108に入力される信号である。ADOUTは、AD変換部108のAD変換後の16bit出力信号である。VST、CLKV、HST、CLKHは図4と同様の信号である。
まず、制御部109は、サブアレイ120からの信号の読み出しの前に温度センサ127から信号を読み出す。制御部109は、温度センサ127からデータを取得する場合、図4における行選択信号V0をイネーブルにする。
まず、チップセレクトCS0をイネーブルとし、CS0で選択されたサブアレイ120の温度センサの出力ADIN(T0)がAD変換器に入力され、CLKADパルスによりAD変換されADOUT(T0)として出力される。その後同様に、CS1とCS2により各サブアレイ120が選択される。そして、CLKADパルスに同期してAD変換されADOUT(T1)、ADOUT(T2)として出力される。以上で複数の温度センサからの信号の読み出しが完了する。次にサブアレイ120からの読み出しが行われる。
行走査スタート信号VSTがハイの状態で、行走査クロックCLKVが立ち上がると、サブアレイ120の内部では、行走査回路203の行信号線V1がイネーブルとなる。行信号線V1がイネーブルとなると、行信号線V1で選択される図7に示すセンサ行P0(1,1)からP2(n,1)の出力が有効になる。
まず、CS0で動作状態になるサブアレイ120の1行分の読み出し動作について説明する。初めにチップセレクトCS0をイネーブルにし、サブアレイ120の出力を有効とする。サブアレイ120の内部では、列走査スタート信号HSTがハイの状態で、列走査クロックCLKHが立ち上がると、列走査回路204の列選択行信号H1がイネーブルとなる。CLKHの立ち上がりに同期して、列走査回路204の列選択行信号がH2、・・Hnと切り換わる。この信号の切り換わりに同期して、順次、P0(1,1)、P0(2,1)、・・P0(n,1)の信号がADINに出力される。ADINに出力されたセンサ信号は、CLKADパルスに同期してAD変換される。そして、各センサの信号は、ADOUT(P0(1,1))ADOUT(P0(2,1))、・・ADOUT(P0(n,1))として出力される。サブアレイ120のP0(1,1)からP0(n,1)までの列走査が完了すると、チップセレクトCS0をディセーブルにする。以上により1つのサブアレイ120の1行分の読み出し動作が完了する。
同様に、チップセレクトCS1、CS2をイネーブルにし、P1(1,1)からP1(n,1)、P2(1,1)からP2(n,1)までの列走査を行い、チップセレクトCS1、CS2をディセーブルにする。以上で、3枚のサブアレイ120の1行分の列走査が完了する。
次に各サブアレイ120の2行目以降の信号の読み出しについて説明する。制御部109は、サブアレイ120にCLKVを1パルス入力することにより、行走査回路203の行信号線V2がイネーブルとするように制御する。制御部109は、行信号線V2がイネーブルとなると、行信号線V2で選択される図7に示すセンサ行P0(1,2)からP2(n,2)の出力が有効になる。
以降、CLKVによりセンサアレイ105の行走査回路203の行信号線をVmまで順次切り換えながら、P0(1,m)からP2(n,m)の最終センサの行まで列走査を繰り返すことにより、サブアレイ120の3枚分の全センサの読み出しが完了する。このように各サブアレイ120と温度センサ127とに対応したCS信号を使用して読み出しを行うことで、サブアレイ120と温度センサ127との信号を容易に対応させることができる。上記は3つのサブアレイ120と1つのAD変換器108について述べたが、これに限られるものではない。例えば、1つのサブアレイ120と1つのAD変換108としてもよい。また、4つ以上のサブアレイ120と1つのAD変換器108とが対応するものであってもよい。このように、複数のサブアレイ120とAD変換器108を対応づけることにより、より簡易な回路構成でサブアレイのデータと温度センサのデータとの対応づけることができる。
以上により、温度センサを有する撮像装置において、センサアレイの温度を適切に取得することができる。複数の温度センサと複数のサブアレイとを有する撮像装置において、サブアレイのデータと温度センサのデータとの対応を容易にすることができる。
そして、制御部109は、取得された複数の温度センサに基づいて、オフセット用のフレームデータを変更し補正し得る。例えば、各サブアレイの標準の温度データのオフセットフレームデータを基準として、相対的な温度差とオフセット用のフレームデータの関係を予め取得する。そして、オフセット用フレームデータを適宜変更し補正に用いることができる。このようにすることで、撮像装置は適切にオフセット補正を行え得る。
(実施例2)
図7を用いて第二の実施例について説明する。第二の実施例では、温度センサが1つのサブアレイに複数配置されている点で他の実施例と異なる。
本構成により、1つのサブアレイ内の広範囲の温度情報を測定できるため、より正確にセンサアレイの温度補正を行うことができる。以下、第二の実施例について詳細に説明する。
図7は複数のセンサに対応して温度センサ127を設けた場合のサブアレイ120の内部構造の一例を示す図である。
本実施例のサブアレイ120は、温度センサ127が複数のセンサに併設されている。制御部109は、TSEL信号をイネーブルにし、信号読出部20への出力を切り替えることができる。図7において、温度センサ127は、一部のセンサ202に併設されているがこの限りではない。温度センサ127は、複数の行や列に対応して配置させることも可能である。センサの数よりも多くの温度センサ127が配置されていてもよい。本構成によって、サブアレイ120の全体にわたる温度特性を検出することができる。
次に、本実施例での温度センサ127の配置の一例について説明する。本実施例では、サブアレイ120へ放射線叉は光の入射を遮らないように、温度センサ127はサブアレイ120の裏側に設置することが好ましい。この構成の場合、サブアレイ120と冷却パネル130の間に温度センサ127を配置することが好ましい。
以上により、温度センサを有する撮像装置において、センサアレイの温度をより広範囲に取得できる。
(実施例3)
図8及び図9を用いて第三の実施例について説明する。他の実施例との違いは、センサアレイを動作状態にするための信号とは異なる信号に応じて、温度センサからセンサパネルの温度の変化量に応じた信号の読み出しの可否を決定できる点で異なる。本構成により、温度センサへ電圧を供給するタイミングを任意のタイミングにすることが可能となる。そのため、センサアレイへのEN信号がイネーブルされた時以外においても温度上昇の検出を行うことができる。以下、第三の実施例について詳細に説明する。
図8は、センサアレイとは別のEN信号でダイオードへの電圧印加が制御可能な温度センサである。M91は、EN1信号によって、ダイオードへの電圧印加を制限するスイッチとして機能するトランジスタである。制御部109は、EN1がアサートの場合(以下ハイレベル)、ダイオードへの電圧印加を行うように制御し得る。一方、制御部109は、EN1をネゲートにすることで(以下ローレベル)、電圧印加を行うように制御し得る。
図9を用いて、温度センサ127への定電流を制限した場合における温度センサ127からの信号の読出駆動のタイミングの一例について説明する。
まず、制御部109は、時刻t110においてリセット駆動を行う。この場合に、EN1をローレベルにし、温度センサ127の駆動を制限する。次に、制御部109は、時刻t111において、サンプリング駆動に先駆けてEN1をハイレベルにする。その後、制御部109は、時刻t112においてサンプリング駆動を行い、時刻t113において、データの読み出しが開始される。このため、リセット駆動のタイミング時に温度センサ127を制御させないようにすることができる。
以上により、温度センサを有する撮像装置において、温度センサをセンサアレイとは別に制御しつつ同じ方法で読み出すことが可能となる。このため、温度センサからの信号を所望のタイミングで読みだすことが可能となる。
なお、本発明の実施例は、コンピュータや制御コンピュータがプログラム(コンピュータプログラム)を実行することによって実現することもできる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したCD−ROM等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施例として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施例として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、実施例から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。
以上、本発明を実施例に基づいて詳述してきたが、本発明はこれらの特定の実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明の範疇に含まれる。さらに、上述した実施例は本発明の一実施の形態を示すものにすぎず、上述した実施例から容易に想像可能な発明も本発明の範疇に含まれる。