JP3847918B2

JP3847918B2 - 光電変換装置

Info

Publication number: JP3847918B2
Application number: JP26862697A
Authority: JP
Inventors: 登志男亀島; 紀之海部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11112888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージスキャナー、Ｘ線撮影装置などに用いられる光電変換装置に関し、特に複数の光電変換アレーを相互に隣接するように貼り合わせて受光領域を拡大した光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の光電変換装置の構成を示したものである。本図においてはＸ線撮影に用いた例を示している。図中、１は光源すなわち被写体２（本図では人体）にＸ線を照射するＸ線源である。３は透過Ｘ線すなわち被写体情報を有するＸ線を可視光に変換する蛍光体である。４は蛍光体３からの被写体情報光（可視光）を読み取り、電気信号に変換する第１の光電変換アレー、５は第２の光電変換アレーである。４および５の光電変換アレーは光電変換素子を２次元的に規則的に配列したものである。また４の第１の光電変換アレーと５の第２の光電変換アレーは６のシャーシ上に相互に隣接するように配置されている。シャーシ６には散乱などによる悪影響を防ぐために、Ｘ線の吸収率の大きい材料（鉛など）を用いるのが一般的である。
【０００３】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、図８の４および５の光電変換アレー上の光電変換素子の構成を示す概略図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）を図中ＡＢで切り取った場合の断面図である。本図において光電変換素子はガラス基板７上のセンサ８と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９で構成されている。本図においてセンサ８およびＴＦＴ９はアモルファスシリコン薄膜プロセスで同時に形成される。また本説明図ではセンサ８はＭＩＳ型センサである。センサ８およびＴＦＴ９はガラス基板７上に下メタル層１０、絶縁層１１、半導体層１２、ｎ＋層１３、上メタル層１４および図示しない保護層（アモルファスシリコン窒化膜またはポリイミドなど）を順次成膜、パターニングすることにより形成される。
【０００４】
図１０は、図９の光電変換素子の働きを示す等価回路である。センサ８に入射した光量に応じて電荷が発生し、その電荷をＴＦＴ９で図示しない読み取り装置に転送することによって読み取り動作を行うものである。
【０００５】
図１１は、図８に示す従来の光電変換装置の光電変換アレーをＸ線源１の側から見たものである。本図において第１の光電変換アレー４および第２の光電変換アレー５はそれぞれ５×５の光電変換素子により構成されている。図のように第１の光電変換アレー４と第２の光電変換アレー５を相互に隣接するように、シャーシ６上で貼り合わせた構成となっており、従来の光電変換装置が２つの光電変換アレー４，５にまたがった被写体１５を読み取る様子を示したものである。８は各光電変換素子におけるセンサを表している。
【０００６】
また、図１２は、図１１の従来の光電変換装置で読み取った画像をディスプレイ上に再現した様子を簡易的に表現したものである。
【０００７】
図１２のように、従来の光電変換装置では、再現された画像が実際の画像と異なり、貼り合わせの境界で段差を生じてしまうという問題点を有していた。
【０００８】
また従来の光電変換装置は、図１３のように、ガラス基板７上に成膜、パターニングされた光電変換アレーを、スライスライン１６に沿って切断し、相互に貼り合わせるのが一般的である。
【０００９】
上述のような画像の段差という問題点を回避しようとすれば、図１４のように、光電変換素子（センサ８）とスライスライン１６の距離ｄを小さくしなければならない。この場合には切断時のガラスあるいは保護層の欠けや傷１７によりスライスライン近傍の光電変換素子（センサ８）が欠陥となる、あるいは保護層の傷などから水分や不純物が侵入し腐蝕などの原因となる、などの問題点を有していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の複数の光電変換アレーを相互に隣接するように構成する光電変換装置においては、下記のような問題点が生じていた。
▲１▼画像を再現した時に、貼り合わせの境界で画像に段差が生じ、画像品質を低下させる。
▲２▼切断時の傷などにより光電変換素子に欠陥が生じる。あるいは切断面から水分や不純物が侵入し腐蝕や特性変化を引き起こす。
【００１１】
［発明の目的］
本発明の目的は、光電変換アレーの貼り合わせによる画質の低下を改善し、かつ耐久性に優れた光電変換装置を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するための手段として、複数のセンサを規則的に配列した第１の光電変換アレーと、複数のセンサを規則的に配列した第２の光電変換アレーとを相互に隣接させて配置した光電変換装置において、
前記第１の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ１、
前記第２の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ２、
前記第１の光電変換アレーと前記第２の光電変換アレーとの境界における、第１の光電変換アレーのセンサの重心と、前記第２の光電変換アレーのセンサの重心の間の距離で規定されるＰ３に、以下の関係、
Ｐ１＝Ｐ２
Ｐ３はＰ１またはＰ２の概ねｎ倍
（ただしｎは２以上の自然数（２，３，・・・））が成り立つことを特徴とする光電変換装置を提供するものである。
【００１３】
また、本発明が目的とするような良好な画像を得るためには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して３０％以内のバラツキすなわち、
（ｎ−０．３）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．３）×Ｐ１
であることが望ましい。
【００１４】
さらに、Ｘ線撮影装置などに応用し、画像を再現した際、貼り合わせ境界における段差などのない画像を得るには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して２０％以内のバラツキすなわち、
（ｎ−０．２）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．２）×Ｐ１
であるのが理想的である。
【００１５】
また、本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を有する。
【００１６】
前記ｎ＝２であることを特徴とする光電変換装置。
【００１７】
また、前記第１の光電変換アレー及び前記第２の光電変換アレーの画素の重心を、それぞれ貼り合わせ部の方向へ偏位させることを特徴とする光電変換装置。
【００１８】
また、前記第１の光電変換アレーの画素形状と、前記第２の光電変換アレーの画素形状は、同一であることを特徴とする光電変換装置。
【００１９】
また、前記第１の光電変換アレーの画素形状と、前記第２の光電変換アレーの画素形状は、貼り合わせ境界に対して鏡像の関係であることを特徴とする光電変換装置。
【００２０】
また、前記第１の光電変換アレー及び前記第２の光電変換アレーの各画素は、光電変換素子と薄膜トランジスタを有することを特徴とする光電変換装置。
【００２１】
また、前記光電変換素子および薄膜トランジスタは、非晶質シリコンプロセスで形成されたことを特徴とする光電変換装置。
【００２２】
また、前記薄膜トランジスタは、前記貼り合わせ境界から遠い位置に配置されることを特徴とする光電変換装置。
【００２３】
また、前記光電変換素子は、ＰＩＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする光電変換装置。
【００２４】
また、前記光電変換素子は、ＭＩＳ型フォトダイオードであることを特徴とする光電変換装置。
【００２５】
また、前記光電変換アレーは、４枚相互に隣接するように貼り合わされることを特徴とする光電変換装置。
【００２６】
また、前記画素形状は、正像、鏡像、正像の１／２回転、鏡像の１／２回転の４枚を相互に隣接するように貼り合わせることを特徴とする光電変換装置。
【００２７】
また、前記貼り合わせ境界の画素重心間の距離Ｐ３は、前記Ｐ１またはＰ２の概ね２倍であり、かつ貼り合わせ境界部に相当する画素の情報を、周囲の画素情報を元に計算し、補間する手段を有することを特徴とする光電変換装置。
【００２８】
［作用］
本発明の上記、各手段によれば、光電変換アレーの貼り合わせによる画質の低下を改善し、かつ耐久性に優れた光電変換装置を実現することができる。
【００２９】
すなわち、本発明によれば、上述したＰ１，Ｐ２，Ｐ３において、
Ｐ１＝Ｐ２
Ｐ３はＰ１またはＰ２の概ねｎ倍
（ただしｎは自然数（１，２，３，・・・・））
とすることにより、光電変換アレーの貼り合わせによる画質の低下を改善し、かつ耐久性に優れた光電変換装置を実現することができる。
【００３０】
また、本発明が目的とするような良好な画像を得るためには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して３０％以内のバラツキすなわち、
（ｎ−０．３）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．３）×Ｐ１
であることが望ましい。
【００３１】
さらにＸ線撮影装置などに応用し、画像を再現した際、貼り合わせ境界における段差などのない画像を得るには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して２０％以内のバラツキすなわち、
（ｎ−０．２）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．２）×Ｐ１
であるのが理想的である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について図を用いて詳しく説明する。
【００３３】
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例の光電変換装置を示す上面模式図である。従来例と同じ機能のものに対しては同一の符号を用いて説明している。図１において、８はＰＩＮ型フォトダイオードやＭＩＳ型フォトダイオードなどのセンサを示す。４，５は光電変換素子を２次元状に配列した構成を有する光電変換アレーであり、シャーシ６上に相互に隣接するように貼り合わされている。
【００３４】
図２は、図１の光電変換装置の貼り合わせ境界の拡大図である。Ｐ１は第１の光電変換アレー４のセンサの重心間の距離で規定されるピッチである。同様にＰ２は第２の光電変換アレー５のセンサの重心間の距離で規定されるピッチである。図９のようなＭＩＳ型センサの場合は、センサ８のｎ＋層の部分の重心がセンサ重心である。またＰ３は貼り合わせ境界のセンサの重心間の距離である。本実施例では、
Ｐ１＝Ｐ２
Ｐ３はＰ１またはＰ２と概ね同じ（すなわち、Ｐ３＝ｎ×Ｐ１＝１×Ｐ１，ｎ＝１の場合）となるように光電変換装置を構成している。
【００３５】
また、貼り合わせ工程のバラツキなどによりＰ３が変動する場合でも画像に影響を与えないためには、Ｐ３の誤差はＰ１またはＰ２の３０％以内であることが望ましい。
【００３６】
さらにＸ線撮影装置などに応用した場合、画像を再現した際、貼り合わせ境界における段差などのない良好な画像を得るにはＰ３の誤差はＰ１およびＰ２の２０％以内であるのが理想的である。
【００３７】
図３は、本実施例に基づき図１の被写体１５を読み取り、その画像を再現した様子を示すものである。光電変換アレーの境界においてもピッチＰ１＝Ｐ２＝Ｐ３が概ね成り立つため、図３に示すように、画像再現後も貼り合わせ境界において段差は生じない。
【００３８】
［第２の実施例］
図４は、本発明の光電変換装置の第２の実施例の概略図であり、第１の光電変換アレーと第２の光電変換アレーの貼り合わせ境界を拡大して示すものである。本実施例においては、図のように光電変換アレーの境界において、センサ重心間の距離は、概ね、
Ｐ３＝２×Ｐ１（またはＰ２）（すなわち、ｎ＝２の場合）
となっている。前述の第１の実施例と同様に貼り合わせ工程によりＰ３が変動する場合でも画像に影響を与えないためには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して３０％以内のバラツキすなわち
１．７×Ｐ１≦Ｐ３≦２．３×Ｐ１
であることが望ましい。
【００３９】
さらにＸ線撮影装置などに応用した場合、画像を再現した際、貼り合わせ境界における段差などのない良好な画像を得るには、Ｐ３はＰ１（またはＰ２）に対して２０％以内のバラツキすなわち、
１．８×Ｐ１≦Ｐ３≦２．２×Ｐ１
であるのが理想的である。
【００４０】
また、図４および図５のＥに相当する画像は同図ＤおよびＦのセンサ出力を元に図示しない画像処理装置によって計算、補間される。画像処理を適当に施すことにより、図５のように段差の軽減された画像を再現することができる。
【００４１】
このような、補間する手段としては、
▲１▼ 隣接する画素データで補間する；
▲２▼ 周囲画素の平均値又は重み付き平均値で補間する；
などの手段がある。
【００４２】
［第３の実施例］
図６は、本発明の光電変換装置の第３の実施例の構成図である。本図において８は光電変換素子中のセンサ（図９のセンサ８相当）、９は光電変換素子中のＴＦＴ（図９のＴＦＴ９相当）を模式的に示したものである。本実施例では前述の第２の実施例と同様に、Ｐ３を概ね２×Ｐ１（またはＰ２）とするとともに、第１の光電変換アレーと第２の光電変換アレーでは光電変換素子の形状が貼り合わせ境界に対して鏡映反転の関係としている。このような構成とすることにより、スライスラインからセンサ８までの距離ｄを減ずることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、前記光電変換アレーを４枚相互に隣接するように貼り合わせる場合に、同様に、前記センサ形状は、正像、鏡像、正像の１／２回転、鏡像の１／２回転の４枚を相互に隣接するように貼り合わせることによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４４】
［第４の実施例］
図７は、本発明の光電変換装置の第４の実施例の構成図である。図示するように本発明においては光電変換アレーは４枚貼り合わせた構成となっている。本実施例においては図示するようにセンサ８に対してＴＦＴ９が基板の内側に配置している。一般にＴＦＴはセンサに比してかかる電界が大きく腐蝕などの問題が発生しやすく、かつ発生した場合には点欠陥ではなく線欠陥となる。本実施例のように、貼合せ境界からＴＦＴを遠ざける構成により、境界における画質および信頼性の低下のない光電変換装置を実現できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光電変換素子によるセンサを規則的に多数配列した複数の光電変換アレーを相互に隣接するように貼り合わせて構成する光電変換装置において、光電変換アレーの貼り合わせによる画質の低下を改善し、かつ耐久性に優れた光電変換装置を実現できる。
【００４６】
すなわち、本発明によれば、複数のセンサを規則的に配列した第１の光電変換アレーと、複数のセンサを規則的に配列した第２の光電変換アレーとを相互に隣接させて配置した光電変換装置において、
前記第１の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ１、
前記第２の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ２、
前記第１の光電変換アレーと前記第２の光電変換アレーとの境界における、第１の光電変換アレーのセンサの重心と、前記第２の光電変換アレーのセンサの重心の間の距離で規定されるＰ３に、以下の関係、
Ｐ１＝Ｐ２
Ｐ３はＰ１またはＰ２の概ねｎ倍
（ただしｎは２以上の自然数（２，３，・・・））が成り立つことを特徴とする光電変換装置により、光電変換アレーの貼り合わせによる画質の低下を改善し、かつ耐久性に優れた光電変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の光電変換装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施例の光電変換アレーの貼り合わせ境界部拡大図。
【図３】本発明の第１の実施例の光電変換装置の再現画像。
【図４】本発明の第２の実施例の光電変換装置の概略図。
【図５】本発明の第２の実施例の光電変換装置の再現画像。
【図６】本発明の第３の実施例の光電変換装置の概略図。
【図７】本発明の第４の実施例の光電変換装置の概略図。
【図８】従来の光電変換装置の概略図。
【図９】従来の光電変換装置の光電変換素子の構成図および断面図。
【図１０】従来の光電変換素子の等価回路図。
【図１１】従来の光電変換装置の概略図。
【図１２】従来の光電変換装置の再現画像。
【図１３】従来の光電変換アレーの基板イメージ図。
【図１４】従来の光電変換アレーの貼り合わせ境界部拡大図。
【符号の説明】
１光源
２被写体
３蛍光体
４第１の光電変換アレー
５第２の光電変換アレー
６シャーシ
７ガラス基板
８センサ
９ＴＦＴ
１０下メタル層
１１絶縁層
１２半導体層
１３ｎ＋層
１４上メタル層
１６スライスライン
１７保護層の欠け

Claims

複数のセンサを規則的に配列した第１の光電変換アレーと、複数のセンサを規則的に配列した第２の光電変換アレーとを相互に隣接させて配置した光電変換装置において、
前記第１の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ１、
前記第２の光電変換アレーのセンサの重心間の距離で規定されるピッチＰ２、
前記第１の光電変換アレーと前記第２の光電変換アレーとの境界における、第１の光電変換アレーのセンサの重心と、前記第２の光電変換アレーのセンサの重心の間の距離で規定されるＰ３に、以下の関係、
Ｐ１＝Ｐ２
Ｐ３はＰ１またはＰ２の概ねｎ倍
（ただしｎは２以上の自然数（２，３，・・・））が成り立つことを特徴とする光電変換装置。
前記Ｐ３は、以下の関係
（ｎ−０．３）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．３）×Ｐ１
（ただしｎは２以上の自然数（２，３，・・・））
が成り立つことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記Ｐ３は、以下の関係
（ｎ−０．２）×Ｐ１≦Ｐ３≦（ｎ＋０．２）×Ｐ１
（ただしｎは２以上の自然数（２，３，・・・））
が成り立つことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記第１の光電変換アレーのセンサ形状と、前記第２の光電変換アレーのセンサ形状は、同一であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記第１の光電変換アレーのセンサ形状と、前記第２の光電変換アレーのセンサ形状は、前記境界に対して鏡像の関係であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
更に、複数のセンサを規則的に配列した第３の光電変換アレーと、複数のセンサを規則的に配列した第４の光電変換アレーと、を有し、前記第１、第２、第３及び第４の光電変換アレーを相互に隣接させて配置することを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記第１、第２、第３及び第４の光電変換アレーの夫々のセンサ形状は、相互に、正像、鏡像、正像の１／２回転及び鏡像の１／２回転の配置関係で相互に隣接させて配置させたことを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
前記境界のセンサ重心間の距離Ｐ３は、前記Ｐ１またはＰ２の概ね２倍であり、かつ前記境界部に相当する画素の情報を、周囲の画素情報を元に計算し、補間する手段を有することを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。