JP3897389B2 - 光電変換装置の駆動方法及び光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置の駆動方法及び光電変換装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置及びその駆動方法に関し、例えばファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等の画像情報を読み取るために好適な二次元に読取画素が配置された光電変換装置及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等の読み取り系としては縮小光学系とＣＣＤ型センサを用いた読み取り系が用いられていたが、近年、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）に代表される光電変換半導体材料の開発により、光電変換素子及び信号処理部を大面積の基板に形成し、情報源と等倍の光学系で読み取るいわゆる密着型センサの開発がめざましい。特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけでなく、薄膜電界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）としても用いることができるので光電変換半導体層とＴＦＴの半導体層とを同時に形成することができる利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次元で多数画素を有する光電変換装置では、部分的な面積を読み出したい場合は、全ライン（駆動線）を駆動即ち全画素を駆動し、全画素の出力を読み取った後、必要となるある面積に対応する信号出力を抽出するという信号処理が必要となる。その為、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間がかかるという不都合が生じる。
【０００４】
この問題は、特に光電変換装置がＸ線撮像装置に用いる場合のように、大面積で高精細画素を有する場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見る場合のように、高精細で高画素数の情報をいわゆる動画として得る場合の処理時間、及びＸ線撮影では、撮像する場合に、照射Ｘ線量が増えるということで問題になる。
【０００５】
（発明の目的）
本発明は、複数の光電変換素子を２次元に配列した光電変換装置において、信号読取りを高速に行ない得る光電変換装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
又、本発明の目的は、複数の光電変換素子を配列した光電変換装置において、部分的な面積の光電変換素子の信号を読み出したい場合（以下、トリミングという）に、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間がかからない光電変換装置を実現することにある。
【０００７】
また、本発明はＸ線照射量の少ないＸ線撮像装置、すなわち、より高感度読取りが可能な光電変換装置及びその駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は前記任意の駆動線とは異なるタイミングで前記残りの複数の駆動線のうちの二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置を提供するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に適用可能な光センサ素子の一例について説明する。
【００２４】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、夫々光センサの構成を示す図であり、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は二種類の光センサの層構成を示し、図１４（ｃ）は共通した代表的な駆動方法を示している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）共にフォト・ダイオード型の光センサであり、図１４（ａ）は、ＰＩＮ型、図１４（ｂ）はショットキー型と称されている。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）中、１は少なくとも表面が絶縁性の基板、２は下部電極、３はｐ型半導体層（以下ｐ層と記す）、４は真性半導体層（以下、ｉ層と記す）、５はｎ型半導体層（以下ｎ層と記す）、６は透明電極である。図１４（ｂ）のショットキー型では下部電極２の材料を適当に選び、下部電極２からｉ層４に電子が注入されないようショットキーバリア層が形成されている。図１４（ｃ）において、１０は上記光センサを記号化して表わした光センサを示し、１１は電源、１２は電流アンプ等の検出部を示している。光センサ１０中Ｃで示された方向は図１４（ａ）及び図１４（ｂ）中の透明電極６側、Ａで示された方向が下部電極２側であり、電極１１はＡ側に対しＣ側に正の電圧が加わる様に設定されている。
【００２５】
ここで動作を簡単に説明する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、矢印で示された方向から光が入射され、ｉ層４に達すると、光は吸収され電子とホールが発生する。ｉ層４には電源１１により電界が印加されているため電子はＣ側、つまりｎ層５を通過して透明電極６に移動し、ホールはＡ側つまり下部電極２に移動する。よって、光センサ１０に光電流が流れたことになる。また、光が入射しない場合、ｉ層４で電子もホールも発生せず、また、透明電極内６のホールはｎ層５がホールの注入阻止層として働き、下部電極２内の電子は図１４（ａ）のＰＩＮ型ではｐ層３が、図１４（ｂ）のショットキー型ではショットキーバリア層が、電子の注入阻止層として働き、電子、ホール共に移動できず、電流は流れない。したがって光の入射の有無で電流が変化し、これを図１４（ｃ）の検出部１２で検出すれば光センサとして動作する。
【００２６】
しかしながら、上記構成の光センサで充分ＳＮ比が高く、低コストの光電変換装置を実際に生産するのは簡単ではない。以下その理由について説明する。
【００２７】
第一の理由は、図１４（ａ）のＰＩＮ型、図１４（ｂ）のショットキー型共に２カ所に注入阻止層が必要なところにある。図１４（ａ）のＰＩＮ型において注入阻止層であるｎ層５は電子を透明電極６に導くと同時にホールがｉ層４に注入するのを阻止する特性が必要である。どちらかの特性を逸すれば光電流が低下したり、光が入射しない時の電流（以下「暗電流」と記す）が発生、増加することになりＳＮ比の低下の原因になる。この暗電流はそれ自身がノイズと考えられると同時にショットノイズと呼ばれるゆらぎ、いわゆる量子ノイズを含んでおりたとえ検出部１２で暗電流を差し引く処理をしても、暗電流に伴う量子ノイズを小さくすることはできない。通常この特性を向上させるためｉ層４やｎ層５の成膜の条件や、作成後のアニールの条件の最適化を図る必要がある。しかし、もう一つの注入阻止層であるｐ層３についても電子、ホールが逆ではあるが同等の特性が必要であり、同様に各条件の最適化が必要である。通常、前者ｎ層の最適化と後者ｐ層の最適化の条件は同一でなく、両者の条件を同時に満足させるのは簡単ではない。つまり、同一光センサ内に二カ所の相対する特性の注入阻止層が必要なことは高ＳＮ比の光センサの形成を難しくする。これは図１４（ｂ）のショットキー型においても同様である。また図１４（ｂ）のショットキー型においては片方の注入阻止層にショットキーバリア層を用いている。これは下部電極２とｉ層４の仕事関数の差を利用するもので、下部電極２の材料が限定されたり、界面の局在準位の影響が特性に大きく影響する。従って、これら条件の全てを理想的に満足させるのは簡単ではない。また、さらにショットキーバリア層の特性を向上させるために、下部電極２とｉ層４の間に１００オングストローム前後の薄いシリコンや金属の酸化膜、窒化膜を形成することも報告されている。これはトンネル効果を利用し、ホールを下部電極２に導き、電子のｉ層４への注入を阻止する効果を向上させるもので、やはり仕事関数の差を利用している。このため下部電極２の材料の限定は必要である。また電子の注入の阻止とトンネル効果によるホールの移動という逆の性質を利用するため酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後と非常に薄いところに限定され、かつ、厚さや膜質の制御は難しく生産性を上げることは簡単ではない。
【００２８】
また、注入阻止層が２カ所必要なことは生産性を低下させコストアップの要因となる。これは注入阻止層が特性上重要な為２カ所中１所でもゴミ等で欠陥が生じた場合、光センサとしての特性が得られないからである。
【００２９】
第二の理由を図１５を用いて説明する。図１５は薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）の層構成を示している。ＴＦＴは光電変換装置を形成するうえで制御部の一部として利用することがある。図中図１４と同一なものは同番号で示してある。図１５において、７はゲート絶縁膜であり、６０は上部電極である。形成法を順を追って説明する。絶縁基板１上にゲート電極（Ｇ）として働く下部電極２、ゲート絶縁膜７、ｉ層４、ｎ層５、ソース、ドレイン電極（Ｓ、Ｄ）として働く上部電極６０を順次成膜し、上部電極６０をエッチングしてソース、ドレイン電極を形成し、その後ｎ層５をエッチングしてチャネル部を構成している。ＴＦＴの特性はゲート絶縁膜７とｉ層４の界面の状態に敏感で通常その汚染を防ぐために同一真空内で連続に堆積する。
【００３０】
光センサをこのＴＦＴと同一基板上に形成する場合、この層構成が問題となりコストアップや特性の低下を招く。この理由は図１４に示した光センサの構成が、図１４（ａ）のＰＩＮ型が基板側から順に電極／ｐ層／ｉ層／ｎ層／電極、図１４（ｂ）のショットキー型が基板側から順に電極／ｉ層／ｎ層／電極という構成であるのに対し、ＴＦＴは基板側から順に電極／絶縁膜／ｉ層／ｎ層／電極という構成で両者が異なるからである。これは各成膜を同一プロセス順で形成できないことを示す。つまり、プロセスの複雑化による歩留まりの低下、コストアップを招く。また、ｉ層／ｎ層を共通の工程で同時に形成するにはゲート絶縁膜７やｐ層３のエッチング工程が必要となる。これは、先に述べた光センサの重要な層である注入阻止層のｐ層３とｉ層４が同一真空内で連続的に成膜できなかったり、ＴＦＴの重要なゲート絶縁膜７とｉ層４の界面がゲート絶縁膜のパターンニングのためのエッチングにより汚染される可能性を意味するとともに、特性の劣化やＳＮ比の低下の原因となり得る。
【００３１】
また、前述した図１４（ｂ）のショットキー型の特性を改善するため下部電極２とｉ層４の間に酸化膜や窒化膜を形成する場合は膜構成の順を同一とすることができる。しかしながら先に述べたように酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後とする必要がありゲート絶縁膜と共用することはできない。図１６にゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まりについて、我々が実験した結果の一例を示す。ゲート絶縁膜厚が１０００オングストローム以下で歩留まりは急激に低下し、８００オングストロームで歩留まりは約３０％、５００オングストロームで歩留まりは０％、２５０オングストロームではＴＦＴの動作すら確認できなかった。トンネル効果を利用した光センサの酸化膜や窒化膜と、電子やホールを絶縁しなければならないＴＦＴのゲート絶縁膜を共用化することが通常できないことはデータが示している。
【００３２】
またさらに、図示していないが電荷や電流の積分値を得るのに必要となる素子である容量素子（以下「コンデンサ」と記す）を光センサと同一の構成でリークが少ない良好な特性のものを作るのは難しい。コンデンサは２つの電極間に電荷を蓄積するのが目的なため電極間の中間層には必ず電子とホールの移動を阻止する層が必要であるのに対し、従来の光センサは電極間に半導体層のみまたは、電子又はホールが移動可能な層を利用しているため熱的にリークの少ない良好な特性の中間層を得るのは難しいからである。
【００３３】
このように光電変換装置を構成するうえで重要な素子であるＴＦＴやコンデンサとプロセス的にまたは特性的にマッチングがよくないことは複数の光センサを二次元に多数配置し、この光信号を順次検出するようなシステム全体を構成するうえで工程が多くかつ複数になるため歩留まりを上げることは簡単ではなく、低コストで高性能多機能な装置を作るうえで問題になると考えられる。
【００３４】
次に、上記問題点を解決する光センサの一例を有する光電変換装置について説明する。
【００３５】
図１７は光電変換装置の一例を示す全体回路図、図１８（ａ）は該光電変換装置の１画素に相当する各構成素子の一例を説明するための模式的平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ−Ｂ線における模式的断面図である。図１７において、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子で下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがｏｎするよう制御されている。１画素は１個の光電変換素子とコンデンサ、およびＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。この光電変換装置は計９個の画素を３つのブロックに分け１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送しこの信号配線ＳＩＧを通して検出用集積回路ＩＣによって順次出力に変換され出力される（Ｖｏｕｔ）。また１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００３６】
図中破線で囲んだ部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されているが、このうち第１画素に相当する部分の模式的平面図を図１８（ａ）に示す。また図中破線Ａ−Ｂで示した部分の模式的断面図を図１８（ｂ）に示す。Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、およびＳＩＧは信号配線である。この光電変換装置においてはコンデンサＣ１１と光電変換素子Ｓ１１は特別に素子を分離しておらず、光電変換素子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデンサＣ１１を形成している。これは光電変換素子とコンデンサが同じ層構成であるから可能なことでこの光電変換装置の特徴でもある。また、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜ＳｉＮとヨウ化セシウム等の蛍光体ＣｓＩが形成されている。上方よりＸ線（Ｘ−ｒａｙ）が入射すると蛍光体ＣｓＩにより光（破線矢印）に変換され、この光が光電変換素子に入射される。
【００３７】
次に図１７と図１９によって上述した光電変換装置の動作について説明する。図１９は図１７の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００３８】
はじめにシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳＷｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。しかしこの時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。この状態でＸ線がパルス的に出射され人体等を通過し蛍光体ＣｓＩに入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光は人体等の内部構造の情報が含まれている。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。つぎにシフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ１にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシフトレジスタＳＲ１、ＳＲ２の制御により他の光信号も順次出力される。これにより人体等の内部構造の二次元情報がｖ１〜ｖ９として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【００３９】
上述した光電変換装置では光電変換素子のＧ電極が共通に接続され、この共通の配線をスイッチＳＷｇとスイッチＳＷｓを介してリフレッシュ用電源Ｖｇと読み取り用電源Ｖｓの電位に制御している為、全光電変換素子を同時にリフレッシュモードと光電変換モードとに切り換えることができる。このため複雑な制御なくして１画素あたり１個のＴＦＴで光出力を得ることができる。
【００４０】
また、上述した光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し３画素ずつ同時に、３回に分割して転送・出力したがこれに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個の画素として二次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍのＸ線検出器が得られる。これをＸ線フィルムの代わりにＸ線発生器と組み合わせＸ線レントゲン装置を構成すれば胸部レントゲン検診や乳ガン検診あるいは躯体の非破壊検査に使用できる。するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴなどの画像出力機で映し出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることができる。
【００４１】
図２０、図２１に２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装置の実装の一例を示す模式的平面図を示す。２０００×２０００個の検出器を構成する場合、図１７で示した破線内の素子を縦・横に数を増やせばよいが、この場合、制御配線ｇ１〜ｇ２０００と２０００本になり信号配線ＳＩＧもｓｉｇ１〜ｓｉｇ２０００と２０００本になる。またシフトレジスタＳＲ１や検出用集積回路ＩＣも２０００本の制御・処理をしなければならず大規模となる。これをそれぞれ１チップの素子で行うことは１チップが非常に大きくなり製造時の歩留まりや価格等で不利である。そこで、シフトレジスタＳＲ１は例えば１００段ごと１個のチップに形成し、２０個（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）を使用すれば良い。また検出用集積回路も１００個の処理回路ごと１個のチップに形成し、２０個（ＩＣ１〜ＩＣ２０）を使用する。
【００４２】
図２０には左側（Ｌ）に２０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）と下側（Ｄ）に２０チップ実装し、１チップあたり１００本の制御配線、信号配線を各々ワイヤーボンディングでチップと接線している。図２０中破線部は図１７の破線部に相当する。また外部への接続は省略している。また、ＳＷｇ、ＳＷｓ、Ｖｇ、Ｖｓ、ＲＦ等も省略している。検出集積回路ＩＣ１〜ＩＣ２０からは２０本の出力（Ｖｏｕｔ）があるが、これらはスイッチ等を介して１本にまとめたり、２０本をそのまま出力し並列処理すればよい。
【００４３】
図２１には別の例を示す。左側（Ｌ）に１０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０）と右側（Ｒ）に１０チップ（ＳＲ１−１１〜ＳＲ１−２０）と上側（Ｕ）に１０チップ（ＩＣ１〜１０）、下側（Ｄ）に１０チップ（ＩＣ１１〜２０）を実装している。この構成は上・下・左・右側（Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ）にそれぞれ各配線を１０００本ずつに振り分けているため、各辺の配線の密度が小さくなり、また各辺のワイヤーボンティングの密度も小さく、歩留まりが向上する。配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１，ｇ３，ｇ５，…，ｇ１９９９、右側（Ｒ）にｇ２，ｇ４，ｇ６，…，ｇ２０００とし、つまり奇数番目の制御線を左側（Ｌ）、偶数番目の制御線を右側（Ｒ）に振り分ける。こうすると各配線は等間隔に引き出され配線されるので密度の集中なく歩留まりが向上する。また、上側（Ｕ）下側（Ｄ）への配線も同様に振り分ければよい。
【００４４】
また、図示していないが別の例として配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１〜ｇ１００，ｇ２０１〜ｇ３００，…，ｇ１８０１〜ｇ１９００、右側（Ｒ）にｇ１０１〜ｇ２００，ｇ３０１〜ｇ４００，…，ｇ１９０１〜ｇ２０００を振り分け、つまり、１チップごと連続な制御線を振り分け、これを左・右側（Ｌ・Ｒ）交互に振り分ける。こうすると、１チップ内は連続に制御でき、駆動タイミングが楽で回路を複雑にしなくてよく安価なものが使用できる。上・下側（Ｕ・Ｄ）についても同様で、連続な処理が可能で安価な回路が使用できる。
【００４５】
また図２０、図２１共に１枚の基板上に破線部の回路を形成した後、その基板上にチップを実装してもよいし、別の大きな基板上に破線部の回路基板とチップを実装してもよい。また、チップをフレキシブル基板上に実装して破線部の回路基板に貼り付け接続してもよい。
【００４６】
またこのような非常に多くの画素をもつ大面積の光電変換装置は各素子を共通な膜で同時に形成することで工程数が少なく、簡易的な工程ですむため高歩留まりが可能で低コストで大面積・高性能の光電変換装置の生産を可能としている。また、コンデンサ及びＴＦＴと光電変換素子とが同じ画素内で構成でき、実質上素子を半減することが可能でさらに歩留まりを向上できる。
【００４７】
以上説明したように、上記光電変換装置によれば、光電変換装置内の光電変換素子は、注入阻止層が一カ所のみで光の入射量を検出することができ、プロセスの最適化が容易で、歩留まりの向上が図れ、製造コストの低減が可能で、ＳＮ比の高い低コストの光電変換装置を提供することができる効果がある。また、基板上に第一の電極層／絶縁層／光電変換半導体装置をこの順で有する構成においてトンネル効果や、ショットキーバリアを利用していないため、電極材料は自由に選択でき、絶縁層の厚さやその他の制御も自由度が高い。
【００４８】
また同時に形成する薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチ素子または／および容量素子とはマッチングが良く、同一膜構成のため共通な膜として同時に形成可能で、かつ光電変換素子、ＴＦＴ共に重要な膜構成は同一真空内で同時に形成可能であり、さらに光電変換装置を高ＳＮ化、低コスト化することができる。またコンデンサも中間層に絶縁層を含んでおり良好な特性で形成でき複数の光電変換素子で得られた光情報の積分値を簡単な構成で出力できる高機能の光電変換装置が提供できる。また低コストで大面積・高機能・高特性のファクシミリやＸ線レントゲン装置を提供できる。
【００４９】
いずれにせよ、光センサー（光電変換素子）を２次元に多数配置した光電変換装置においてはより高速に必要な情報を得られることが重要である。
【００５０】
そのための一つの方法としては、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、上記複数の光電変換素子の任意の上記駆動線のみを順次スキャンし、残りの上記駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで同時に駆動して信号電荷を転送することである。
【００５１】
また、上記複数の光電変換素子の任意の上記駆動線のみを順次スキャンし、残りの上記駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで同時に駆動して信号電荷を転送してもよい。
【００５２】
このように、不必要な駆動線は、順次駆動せずに同時に駆動してしまうことで、駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる。結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にもまた環境的にも多大な効果をもたらすと考えられる。
【００５３】
又、不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、その結果得られる情報の信頼性の高い光電変換装置を得ることが可能となる。
【００５４】
また、別の方法としては、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しないことである。
【００５５】
こうした場合も、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となるように作用する。したがって先述したのと同様に、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらすと考えられる。
【００５６】
ところでＸ線撮像装置では、前述したように、Ｘ線源から医療患者のような被分析対象（被検体）を通してＸ線ビームを投射する。Ｘ線ビームが被検体を通過した後、通常イメージ増倍管によりＸ線像を可視光像に変換し、ビデオカメラにより可視光像からアナログビデオ信号を作成し、モニタに表示するという方法も知られている。この場合、アナログビデオ信号を作成するので、自動輝度調節および画像強調のための画像処理がアナログ領域で行われる。
【００５７】
そして上述したような高分解能の固体Ｘ線検出器には一ラインに３０００〜４０００個の、フォトダイオードなどに代表される検出素子を用いた２次元アレー（以下、「検出素子アレー」または「検出器アレー」ともいう）を有する。各素子は検出器に投射されるＸ線像の画素輝度に対応する電気信号を作成する。各検出素子からの信号は個別に読出されてディジタル化され、その後で画像処理、記憶および表示される。
【００５８】
固体検出素子アレーは、検出素子にセットされたバイアス電荷が、トランジスタ電流漏洩により、また一般に「暗電流」として知られる機構により、部分的に放電される場合がある。暗電流および電流漏洩の影響による電荷空乏は、画像信号のオフセットを生じる。これらの電流によって除去される電荷の量は一定でないので、信号オフセットが変動し、検出器出力に不確定要素が加わることになる。
【００５９】
これらの電流によって検出素子から除去される電荷の量は、検出素子のバイアスリセットから検出素子の電荷検知までの時間の長さの関数である。従って、これらの電流の影響を最小限にするためには、検出素子アレーの素子の読出しに必要な時間を最小限にすることが望ましい。一方、回路により検出器信号に加わる電気雑音を小さくするために、画像信号処理回路の帯域幅を小さくし、読出し期間を大きくすることも望ましい。
【００６０】
ところで、行列形式の光検出器アレーでは、行方向または列方向に相当する対向する２つの辺（すなわち周辺部）のうちの一方から他方へと一様に単調に検出素子の読出しがなされている。
【００６１】
しかし、多くの場合、撮影者あるいは観察者の最も関心のある画像領域は撮像領域の中心部であり、この部分の画質を最も向上させることが望まれる。さらに、高分解能光検出素子アレーの場合、特に上記関心領域に対応する検出素子のみを用いての撮像を行い撮像速度を向上させることも望まれる。
【００６２】
そこで、撮像者の最も関心のある画像部分の画質の劣化を小さくする画像データ読出しを行なえるようにすることはより好ましいことである。
【００６３】
たとえば、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置から画像データを読出す時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの一方側から少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｃ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの他方側から少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｄ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の中心部の行の受光要素の信号が検知されるまで、ステップｂ及びステップｃを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質をより高画質に得ることができる。
【００６４】
あるいは、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置から画像データを読出す時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の中心部の少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｃ）既に検知された行の両側のうちの一方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｄ）既に検知された行の両側のうちの他方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｅ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の行方向の１組の対向する辺の行の受光要素の信号が検知されるまで、ステップｃ及びステップｄを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質をより高画質に得ることができる。
【００６５】
また、別の方法としては、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各列の受光要素の少なくとも一部の信号をスイッチ素子を介して共通の列出力線から取り出す様にした光電変換装置を駆動する時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの一方側から少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｃ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの他方側から少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｄ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の中心部の行の受光要素に対応するスイッチ素子が駆動されるまで、ステップｂ及びステップｃを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質を劣化されることなく情報を得ることができる。
【００６６】
あるいはまた受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各列の受光要素の少なくとも一部の信号をスイッチ素子を介して共通の列出力線から取り出す様にした光電変換装置を駆動する時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の中心部の少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｃ）既に検知された行の両側のうちの一方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｄ）既に検知された行の両側のうちの他方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｅ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の行方向の１組の対向する辺の行の受光要素に対応するスイッチ素子が駆動されるまで、ステップｃ及びステップｄを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質を劣化させることなく情報を得ることができる。
【００６７】
また、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各受光要素に対応して信号電荷蓄積部と該信号電荷蓄積部からの信号取り出し経路中に介在するスイッチ部とを有してなる光電変換装置において、
光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定する関心領域決定手段と、該関心領域決定手段の出力に基づいて前記光電変換装置の駆動信号を生成する駆動手段とを備えており、
該駆動手段は、前記光電変換装置を前記関心領域の周辺部の行から中心部の行に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部の電荷をリセットし、露光後に前記光検出器アレーを前記関心領域の中心部から周辺に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部の信号電荷読出しを行うように、前記光検出器アレーの駆動信号を生成するようにした光電変換装置によって関心領域の良好な読取りを行なうことができる。
【００６８】
なお、読取指令を検出する読取指令検出手段と、該読取指令検出手段の出力に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段は前記読取指令検出手段の出力に基づき前記リセット、該リセット終了後の露光及び該露光後の前記信号電荷読出しを行うように前記駆動手段を制御するようにしてもよい。
【００６９】
また、前述したようにたとえばＸ線照明手段から照射されたＸ線を可視光に変換するような波長変換手段を有しており、該変換手段から発せられる可視光を前記光検出器アレーにより検出する様にしてもよい。
【００７０】
前記駆動手段は、前記光電変換装置を前記関心領域の周辺部の行から中心部の行に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部をリフレッシュするように、前記光検出器アレーの駆動信号を生成するようにしても良い。
【００７１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置を説明するための概略的回路図であり、図２は、その動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００７２】
ここで、実施形態１の動作説明を、図１及び図２を用いて行う。
【００７３】
はじめにシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。
【００７４】
同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳＷｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。
【００７５】
つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。
【００７６】
しかし、この時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。この状態でＸ線がパルス的に出射され人体等を通過し蛍光体ＣｓＩに入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光は人体等の内部構造の情報が含まれている。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。
【００７７】
ここまでの動作は前述した動作と同じである。しかしながら実施形態１においてはＳ１１〜Ｓ３３までのすべての光電変換素子の出力信号を必要とせず、部分的な光電変換素子の出力信号のみを必要とする場合、すなわちトリミングを行う時の駆動方法ではこの後の駆動方法が異なるのである。
【００７８】
実施形態１においては、一つの例として光電変換素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の出力信号のみを読み出す場合を以下に示す。
【００７９】
図１に示すように、シフトレジスタＳＲ１及びシフトレジスタＳＲ２を制御する制御回路Ａに所望の素子に係わる制御配線、すなわち制御配線ｇ２、及び制御配線ｓ１〜ｓ３を入力することにより、シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ２にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ２１〜Ｔ２３及びスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。
【００８０】
そしてこの場合、必要でない光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の出力信号を転送するｇ１、ｇ３へのＨｉの制御パルスは、ｇ２パルスがＨｉになった後に、同時に印加する。これにより、制御パルスを順次印加して駆動する方法に対して短時間で不要な信号電荷を転送して初期状態にすることができる。すなわち、不必要とするＳ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことによりＳ１１〜Ｓ３３全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となる。その結果非読取り画素の状態に左右されずに常に信頼性の高い光電変換情報を得ることが可能となる。
【００８１】
その後、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルスの印加によって、スイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ４〜ｖ６が順次出力されるがｖ４〜ｖ６の出力は特に必要とされない。
【００８２】
これにより、人体等の内部構造のこの場合に必要とする二次元情報がｖ１〜ｖ３として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【００８３】
このような制御を可能とするため、本実施形態では、図１に示すような、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置してある。この制御回路Ａは、具体的には、シフトレジスタＳＲ１を指定された任意のアドレスからスタートさせ、指定された任意のアドレスでストップさせることが可能な信号を出す。また、同様に、制御回路Ａは、ＳＲ１を駆動したアドレスの数に応じて、ＳＲ２のアドレス及び繰り返し数を決定するスタート及びストップ信号を出す。これにより、必要とする光電変換素子の出力信号を得ることが可能となる。このような制御回路は、入力されるセンサのビット番号を認識し、判断することが可能な回路であり、論理回路により構成されるが、最近では、マイコンを用いた回路で構成することができる。
【００８４】
本例の光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し、その中の３画素のみを１度転送・出力したが、トリミングの方法としては必要となる任意の複数の駆動線をシフトレジスタによって順次駆動することができる。
【００８５】
ここでは、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しない。このような光電変換装置は、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。
【００８６】
この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合は実質的にセンサ感度が上がったことと同じになるので（削減された時間を露光にあてられるため）、照射Ｘ線量を減らすことも可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらす。
【００８７】
又、不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、その結果信頼性の高い光電変換装置を得ることが可能となる。
【００８８】
なお、前記光電変換素子は、基板側から順に、第一の電極層、第一の型のキャリア及び前記第一の型のキャリアとは正負の異なる第二のキャリア双方のキャリアの通過を阻止する第一の絶縁層、非単結晶の光電変換半導体層、第二の電極層、及び前記第二の電極層と前記光電変換半導体層の間にあって前記光電変換半導体層に第一の型のキャリアの注入を阻止する注入阻止層を有するものを使用した。
【００８９】
また、リフレッシュモードでは前記第一のキャリアを前記光電変換半導体層から前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
光電変換モードでは前記光電変換半導体層に入射した光により発生した前記第一の型のキャリアを前記光電変換半導体層内に留まらせ前記第二の型のキャリアを前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
前記光電変換モードにより前記光電変換半導体層に蓄積される前記第一の型のキャリアもしくは前記第二の電極層に導かれた第二の型のキャリアを光信号として検出するように、スイッチ素子を制御する制御部、電源部および検出部を設けた。
【００９０】
同様に、前記スイッチ素子は基板側から順にゲート電極層、第二の絶縁層、非単結晶の半導体層、前記半導体層のチャネル領域となる部分を隔てた一対の第一および第二の主電極層、および前記主電極層と前記半導体層との間にオーミックコンタクト層を有するものを使用した。
【００９１】
なお、前記光電変換半導体層および前記半導体層の少なくとも一部は水素化アモルファスシリコンとした。
［第２の実施形態］
本例は、図１に示す光電変換装置の等価回路において、図２のタイミングチャートでトリミングを行う場合の駆動方法と図１９に示す全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動する例である。
【００９２】
このような光電変換装置においては、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りを切り替えて選択でき使い勝手が良い。
【００９３】
また、このような制御を可能とするため、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置する。制御回路Ａに、トリミングを行なう場合の、必要とする出力信号の名称の入力、及び全画素を読み取る場合の必要とする全画素出力信号の名称の入力を行なうことにより、必要に応じて部分的な読取り、又は全画素での読取りを切り替えて選択することが可能となる。
【００９４】
もちろん、全画素読取りとトリミングを交互に、あるいは必要に応じて切換えて行なうことで、トリミング部の周囲を読取りながら関心領域を高精細な動画情報として得ることができる。
【００９５】
このことは、トリミング部の周囲の情報は充分な動画とはならない場合があるが、必要部位である関心領域を容易にかつ確実に行なうことができる。
［第３の実施形態］
本例においては、一つの例として図１に示される光電変換装置の光電変換素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の出力信号のみを読み出す場合の別の一例を以下に示す。尚、光電変換されて電荷が蓄積されるまでは実施形態１と同様に駆動される。また、光電変換装置の構成も基本的に同じものを使用し得る。
【００９６】
蓄積された電荷はシフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ２にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ２１〜Ｔ２３及びスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３として順次出力される。そしてこの場合、必要でない光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の出力信号を転送するｇ１、ｇ３へのＨｉの制御パルスは印加されない。
【００９７】
このことを図３のタイミングチャートに示す。図示されるように、制御配線ｇ１〜ｇ３は、Ｘ線照射による露光後に全てが駆動されるわけでなく、読取りたい領域に該当する制御配線ｇ２のみが駆動される。他の制御配線ｇ１とｇ３は駆動されない。
【００９８】
図３では制御配線ｇ１とｇ３も駆動される部分がある。しかしながらこの駆動のタイミングには制御配線ｇ２も駆動されている。つまり、制御配線ｇ１とｇ３は初期化のために駆動される。これによって、常に安定した特性で関心領域の情報を得ることができる。
【００９９】
このような制御を可能とするため、本実施形態では、図１に示すような、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置してある。この制御回路Ａは、具体的には、シフトレジスタＳＲ１を指定された任意のアドレスからスタートさせ、指定された任意のアドレスでストップさせることが可能な信号を出す。また、同様に、制御回路Ａは、ＳＲ１を駆動したアドレスの数に応じて、ＳＲ２のアドレス及び繰り返し数を決定するスタート及びストップ信号を出す。これにより、必要とする光電変換素子の出力信号を得ることが可能となる。このような制御回路は、入力されるセンサのビット番号を認識し、判断することが可能な回路であり、論理回路により構成されるが、最近では、マイコンを用いた回路で構成することができる。
【０１００】
このように、制御回路ＡによりシフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御し、駆動することにより、人体等の内部構造のこの場合に必要とする二次元情報がｖ１〜ｖ３として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【０１０１】
本例では光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し、その中の３画素のみを１度転送・出力したが、トリミングの方法としては必要となる任意の複数の駆動線をシフトレジスタによって順次駆動することができる。
【０１０２】
このように、本例では、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しないようにしている。このようにすることで、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合には、単位時間あたりの撮影回数を同じにすれば露光時間を長くすることができるので、実質的に高感度化が果せたのと同じことにより、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらす。
［第４の実施形態］
本例では、実施形態３で説明した光電変換装置を用いて、図３のタイミングチャートでトリミングを行う場合の駆動方法と図１９に示す全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動した。
【０１０３】
本例の場合も実施形態２と同様に、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りを切り替えて選択でき使い勝手が良いものであった。
【０１０４】
このような制御を可能とするため、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、シフトレジスタＳＲ１及びシフトレジスタＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置する。制御回路Ａに、トリミングを行なう場合の必要とする出力信号の名称の入力及び、全画素を読み取る場合の必要とする全画素出力信号の名称の入力を行なうことにより、必要に応じて部分的な読取り又は全画素での読取りを切り替えて選択することが可能と成る。
【０１０５】
もちろん、本例においても実施形態２と同様な交互読取りによる動画読取動作することで同様な効果を得ることができる。
［第５の実施形態］
図４を用いて、本例の画像信号読出方法である光電変換装置の駆動方法及び該駆動を行ない得る光電変換装置を利用したＸ線撮像システムの一例を説明する。
【０１０６】
もちろん、このシステムは前出の実施形態にももちろん適用し得るものである。
【０１０７】
図４において、１０１はＸ線室であり、１０２はＸ線制御室であり、１０３は診断室である。これにより、Ｘ線撮像システムが構成される。尚、診断室１０３を除いてＸ線撮像システムを構成し、１０３を該Ｘ線撮像システムに接続されたＬＡＮとすることもできる。
【０１０８】
本Ｘ線撮像システムの全体的な動作はシステム制御部１１０によって支配される。システム制御部１１０の機能は、主に以下に述べるものである。まず、操作者インターフェース１１１を介して撮影操作者１０５からの指示を受ける。操作者インターフェース１１１には、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。指示内容は、撮影条件（静止画、動画、Ｘ線管電圧、管電流、Ｘ線照射時間など）および撮影タイミング、画像処理条件、被検者ＩＤ、取込画像の処理方法などがある。そして、システム制御部１１０はＸ線撮影シーケンスを司る撮像制御部１１２に、撮影操作者１０５の指示に基づいた撮影条件を指示し、データを取り込む。すなわち、撮像制御部１１２は、システム制御部１１０の指示に基づき、Ｘ線発生装置１２０、撮像用寝台（被検査体配置台）１３０、Ｘ線検出器１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１５０に転送し、その後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイドライブ回路１５１を介してディスプレイ１６０に表示し、同時に基本画像処理データを外部記憶装置１６１に保存する。さらに、システム制御部１１０は、撮影操作者１０５の指示に基づいて、再画像処理や再生表示、ネットワーク（ＬＡＮ）上の装置への画像データの転送及び該画像データの保存、ディスプレイ表示、フィルムへの印刷などを行う。
【０１０９】
次に、信号の流れを追って順次説明を加える。
【０１１０】
Ｘ線発生装置１２０はＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とを有する。Ｘ線管球１２１は、撮像制御部１１２により制御される高圧発生電源１２４によって駆動され、Ｘ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は、撮像制御部１１２により駆動され、撮像領域の変更に伴い不必要な領域へのＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮影用寝台１３０の上に横たわった被検体（被検査体）１２６に向けられる。撮影用寝台１３０は、撮像制御部１１２の指示に基づいてＸ線ビーム１２５の照射方向と直交する２次元方向に駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮影用寝台１３０を透過した後にＸ線検出器１４０に照射される。
【０１１１】
Ｘ線検出器１４０は、グリッド１４１、シンチレータ（蛍光体）１４２、光電変換素子アレー（光検出アレー）１４３、Ｘ線露光量モニタ１４４および駆動回路１４５を有する。グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１は、Ｘ線低吸収部材とＸ線高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をなしている。そして、光検出器アレー１４３とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないように、Ｘ線照射時には撮像制御部１１２の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。シンチレータ１４２では、エネルギーの高いＸ線によって蛍光体の母体物質が励起され（吸収）され、再結合する際の再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が得られる。その蛍光は、ＣａＷＯ4 やＣｄＷＯ4 などの母体自身によるものや、ＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付活された発光中心物質によるものがある。このシンチレータ１４２に隣接して光検出器アレー１４３が配置されている。この光検出器アレー１４３は、光子を電気信号に変換する。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するためのものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は、結晶シリコンの受光素子などを用いて直接Ｘ線を検出するものでもよいし、シンチレータ１４２からの光を検出するものでもよい。一例として、光検出器アレー１４３を透過した可視光（Ｘ線量に比例）を光検出器アレー１４３の基板上に成膜されたアモルファスシリコン受光要素子で検知するものが挙げられる。Ｘ線露光量モニタ１４４での検知信号は撮像制御部１１２に送られ、これに基づき撮像制御部１１２は高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。駆動回路１４５は、撮像制御部１１２の制御下で、光検出器アレー１４３を駆動し各検出素子から信号を読出す。光検出器アレー１４３および駆動回路１４５については後で詳述する。
【０１１２】
Ｘ線検出部１４０からの画像信号（画像データ）は、Ｘ線室１０１からＸ線制御室１０２内の画像処理部１５０へ転送される。この転送の際、Ｘ線室１０１内ではＸ線発生に伴ってノイズが発生しやすく、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有るため、転送路の耐雑音性を高くするのが好ましい。誤り訂正機能を持たせた伝送系を用いたり、その他、例えば差動ドライバによるシールド付き対より線や光ファイバによる転送路を用いたりすることが望ましい。画像処理部１５０では、画像データの補正、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行う。その他、階調処理、散乱線補正、ＤＲ圧縮処理などを行うことも可能である。処理された画像はディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行われた基本画像は高速記憶装置１６１に保存される。高速記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。
【０１１３】
また、操作者１０５の指示に基づいて、高速記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。本Ｘ線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮ１０３に接続することも可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数のＸ線撮像システムを接続することは勿論のこと、画像を動画・静止画表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本Ｘ線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮影時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。
【０１１４】
図５は光検出器アレー１４３の一例として４つの検出素子の部分（４画素分）を示す模式的平面図であり、図６はそのＡ−Ｂ断面図である。
【０１１５】
各検出素子は光電変換素子４０１とスイッチング素子４０２とを有する。図５中のハッチング部はシンチレータ１４１からの蛍光を受光する光電変換素子４０１の受光面である。光電変換素子４０１での光電変換により得られた信号電荷はスイッチング素子４０２を介して処理回路側へ転送される。７０８はスイッチング素子４０２を制御するコントロール線であり、７０９は処理回路へ結線される信号線である。７１０は光電変換素子にバイアスを与える電源ラインである。また、７２０は光電変換素子４０１とスイッチング素子４０２を接続するためのコンタクトホールである。
【０１１６】
次に、光電変換素子及びスイッチング素子を含む検出素子の形成方法の一例を説明する。
【０１１７】
まず、絶縁基板４００上にスパッタ法や抵抗加熱法によりクロム（Ｃｒ）を蒸着して第１の金属薄膜層７２１を約５００オングストローム厚に形成し、フォトリソグラフィーによりパターニングして必要なエリアをエッチングする。この第１の金属薄膜層７２１は、光電変換素子４０１の下部電極及びスイッチング素子４０２のゲート電極となる。次に、ＣＶＤ法により、同一真空内でａ−ＳｉＮｘ（７２５）、ａ−Ｓｉ：Ｈ（７２６）、ｎ+ 層（７２７）をそれぞれ２０００、５０００、５００オングストロームづつ順次堆積させる。これらの各層は、それぞれ光電変換素子４０１の絶縁層／光電変換半導体層／ホール注入阻止層となり、そして、それぞれスイッチング素子（ＴＦＴ）４０２のゲート絶縁層／半導体層／オーミックコンタクト層となる。また、第１の金属薄膜層７２１と第２の金属薄膜層７２２のクロス部（図５の７３０）との絶縁層としても利用される。各層の膜厚は、上記厚さに限らず検出素子として使用する電圧、電荷、シンチレータからの入射蛍光量等により最適に設計される。少なくとも、ａ−ＳｉＮｘ層７２５は、エレクトロンとホールとが通過できず、また、ＴＦＴ４０２のゲート絶縁膜として十分機能できる様に、５００オングストローム以上が望ましい。
【０１１８】
以上の各層を堆積した後、コンタクトホール（図５の７２０）となるエリアをＲＩＥまたはＣＤＥなどでドライエッチングし、その後、第２の金属薄膜層７２２としてアルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法や抵抗加熱法で約１００００オングストローム堆積させる。さらに、フォトリソグラフィーによりパターニングし不必要なエリアをエッチングする。この第２の金属薄膜層７２２は、光電変換素子４０１の上部電極、スイッチングＴＦＴ４０２のソース・ドレイン電極、その他の配線等となる。また、第２の金属薄膜層７２２の成膜と同時に、コンタクトホール部で上下の金属薄膜層（第１及び第２の金属薄膜層７２１，７２２）が接続される。更に、ＴＦＴ４０２のチャンネル部を形成するために、ソース電極・ドレイン電極間の一部をＲＩＥ法でエッチングし、その後、不必要なａ−ＳｉＮｘ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ層、ｎ+ 層をＲＩＥ法でエッチングすることにより、各素子が分離される。これにより、光電変換素子４０１、スイッチングＴＦＴ４０２、他の配線類（７０８，７０９，７１０）、コンタクトホール部７２０が形成される。
【０１１９】
図６の断面図においては、２画素分のみしか図示されていないが、多数の画素分が同時に絶縁基板４００上に形成されることは言うまでもない。最後に耐湿性向上の目的として、各素子、配線類をたとえばＳｉＮｘ（シリコン原子と窒素原子を有する非晶質材料）のパッシベーション膜（保護膜）４１０で被覆する。
【０１２０】
以上説明した通り、光電変換素子４０１、スイッチングＴＦＴ４０２及び配線類が、同時に堆積された共通の第１の金属薄膜層、ａ−ＳｉＮｘ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ層（シリコン原子を母体とし水素原子を有する非晶質材料の層）、ｎ+ 層（たとえばシリコン原子を母体とし、水素原子と、燐原子またはヒ素原子を有する非晶質材料の層）及び第２の金属薄膜層を適宜エッチングするのみで形成される。また、光電変換素子内には注入阻止層が１ケ所しかなく、かつ、他の層と同一真空槽内で形成される。
【０１２１】
次に、光電変換素子４０１単体のデバイス動作について説明する。
【０１２２】
図７は、光電変換素子４０１のエネルギバンド図であり、図６の各層の厚さ方向の状態を表している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれリフレッシュモードおよび光電変換モードの動作状態を表している。７２１はＣｒで形成された下部電極（以下「Ｇ電極」と記す）である。７２５は電子及びホールの通過を阻止するＳｉＮｘで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果によっても電子及びホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。７２６は水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈの真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層であり、７２７は光電変換半導体層７２６へのホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層であり、７２２はＡｌで形成された上部電極（以下「Ｄ電極」と記す）である。Ｄ電極はｎ層を完全には覆っていないがＤ電極とｎ層との間では電子の移動が自由に行われるため、Ｄ電極とｎ層との電位は常に同電位であり、以下の説明ではそれを前提としている。光電変換素子にはＤ電極及びＧ電極への電圧の印加の仕方により、リフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作状態がある。
【０１２３】
リフレッシュモードでは、図７（ａ）に示されている様に、Ｄ電極にＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層７２６中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層７２６に注入される。このとき、一部のホールと電子とはｎ層７２７及びｉ層７２６において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けば、ｉ層７２６内のホールは該ｉ層７２６から掃き出される。
【０１２４】
このリフレッシュモード状態から光電変換モード状態にするには、図７（ｂ）に示されている様に、Ｄ電極にＧ電極に対して正の電位を与える。すると、ｉ層７２６中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールはｎ層７２６が注入阻止層として働くため該ｉ層７２６に導かれることはない。この状態で、ｉ層７２６に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層７２６内を移動しｉ層７２６と絶縁層７２５との界面に達する。しかし、ホールは絶縁層７２５内へは移動できないため、ｉ層７２６内の絶縁層７２５との界面に集中する。このため、素子内の電気的中性を保つ様に、Ｇ電極から電流が流れ出る。この電流は、光により発生した電子・ホールに対応しているため、入射した光に比例する。ある期間、図７（ｂ）の光電変換モード状態を保った後、再び図７（ａ）のリフレッシュモード状態にすると、ｉ層７２６に溜っていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時、ｉ層７２６内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定であるため、差し引いて検出すればよい。つまり、光電変換素子は、リアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量を出力することもできる。
【０１２５】
ところで、何等かの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは、図７（ｃ）に示されている様に、ｉ層７２６内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層７２６内のホールと発生した電子とが再結合してしまうからである。この状態で、光の入射状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードすればｉ層７２６内のホールは掃き出され、次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が流れる。
【０１２６】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層７２６内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを引き出すだけでも効果は有り、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において、図７（ｃ）の状態になっていなければよく、その様にリフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間および注入阻止ｎ層７２７の特性を決めればよい。また、更にリフレッシュモードにおいてｉ層７２６への電子の注入は必要条件ではなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものではない。ホールが多数ｉ層７２６に留まっている場合には、たとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正であっても、ｉ層７２６内の電界はホールをＤ電極へと導く方向に加わるからである。注入阻止ｎ層７２７の特性も同様に電子をｉ層７２６に注入できることが必要条件ではない。なお、この光電変換素子の説明は基本的に前出の実施態様に適用される。
【０１２７】
次に、図８及び図９を用いて、Ｘ線撮像装置における１画素分の検出素子の動作について説明する。
【０１２８】
図８は、１画素分の光電変換素子４０１およびスイッチングＴＦＴ４０２を含んだ等価回路であり、図９はその動作を表すタイミングチャートである。前述のとおり、本検出素子には２つのモード（リフレッシュモード／光電変換モード）がある。リフレッシュモードとは光電変換素子４０１を初期化するためのモードであり、光電変換モードとは主に受光した光を電荷として蓄積するモードである。
【０１２９】
さて、電源投入直後に、光電変換素子４０１を初期化するためにリフレッシュモードへ移行する。７０１はバイアス電源であり、モード（リフレッシュモード／光電変換モード）に対応した電圧を印加する。リフレッシュモードでは、このバイアス電源７０１をリフレッシュモード用のある電圧値Ｖｒに設定した状態で、スイッチングＴＦＴ４０２のゲート７３０にＶｇｈを印加し、ＴＦＴ４０２をＯＮする。同時にリセット用スイッチング素子７０５をＯＮする。これにより光電変換素子４０１のＤ電極がＶｒに、Ｇ電極がリセット用電源７０７のバイアスＶＢＴにセットされる（Ｖｒ＜ＶＢＴ）。
【０１３０】
所定時間経過後、リフレッシュモードから光電変換モードへ移行する。その際には、バイアス用電源７０１を光電変換モード用の電圧値Ｖｓに設定し、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＦＦする。この時、リセット用スイッチング素子７０５も同時にＯＦＦする。この直後から４０１内のＣ１及びＣ２に電荷蓄積が開始される。
【０１３１】
リフレッシュモードから光電変換モードへ移行した直後には、光電変換部の暗電流Ｉｄが大きい。この暗電流の影響を抑えるため、光電変換モードへ移行後所定時間経過時に光電変換素子４０１内のＧ電極を再びＶＢＴにセットする。すなわち、バイアス電源７０１電圧をＶｓに維持したまま、リセット用スイッチング素子７０５をＯＮして、容量素子７１３をＶＢＴ電位とし、その後リセット用スイッチング素子７０５をＯＦＦする。次に、バイアス電源７０１電圧をＶｓに維持したまま、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＮすることにより、光電変換素子４０１内のＣ１をリセットする。所定時間の後に、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＦＦした時から光電変換素子４０１内Ｃ１に信号電荷の蓄積が開始される。
【０１３２】
この後、Ｘ線発生装置１２０からＸ線１２５が照射（曝射）され、被検体１２６とグリッド１４１を透過したＸ線はシンチレータ１４２により光電変換素子４０１の感度域（例えば、波長λ＝５５０ｎｍ）にエネルギー変換され、さらに光電変換素子４０１により光電変換される。光電変換素子４０１を構成するａ−ＳｉＮｘ絶縁層７２５及びａ−Ｓｉ：Ｈ光半導体層７２６は誘電性を有するため、光電変換素子４０１は容量素子として機能し、信号電荷を光電変換素子４０１内Ｃ１に蓄積する。
【０１３３】
Ｘ線照射後、ＴＦＴ４０２をＯＮさせ、光電変換素子４０１内Ｃ１から蓄積電荷信号を容量素子７１３に転送する。実際には、容量素子７１３からＣ１に電子が流入することになる。容量素子７１３は、特に図５上に素子として形成されているわけではなく、ＴＦＴ４０２の上下電極間の容量や信号線７０９とゲート線７０８のクロス部７３０等で必然的に形成されている。もちろん、素子として設計し、別途作り込んでもよい。
【０１３４】
以上の動作が、電源供給やＴＦＴ４０２の制御を除いて、絶縁基板上に形成されたアモルファスイデバイス（素子）にて行われる。
【０１３５】
その後、容量性素子７１３の信号電位信号は前置増幅器７２１により１０〜１００倍に増幅され、後段のサンプルホールド部７５０に、図９に示されるタイミングでホールドされる。増幅器の倍率は測定中は固定で、操作者の撮影目的に応じてシステム制御部１１０の指示に基づき切り替えられる。この前置増幅器７２１とサンプルホールド部７５０の部分は電流電圧変換回路を用いても良い。上述のようにサンプルホールド部７５０を設け、サンプルホールド部以降に信号を出力しつつ、光電変換素子４０１では、信号電荷蓄積、容量素子７１３に電荷転送を同時に行う。このようにパイプライン処理を行うことにより、１素子あたりの駆動速度を向上させている。サンプルホールド部７５０の出力はアナログマルチプレクサ７５１を介して増幅器７５２（７５２−１、７５２−２、７５２−３）に接続されている（アナログマルチプレクサ７５１の駆動などについては２次元駆動を説明する際に述べる）。増幅器７５２は３系統（−１、−２、−３）あり増幅率はそれぞれ×１、×２、×４である。この増幅器７５２−１、７５２−２、７５２−３は、それぞれＡ／Ｄ変換器７６０（７６０−１、７６０−２、７６０−３）に接続されている。Ａ／Ｄ変換器７６０は、アナログマルチプレクサ７５１の信号が確定されている間にＡ／Ｄ変換を完了させ、Ａ／Ｄ変換器７６０への入力信号のオーバーフロー信号を元に有効なＡ／Ｄ変換出力を−１、−２、−３の中から選択し、Ａ／Ｄ変換器７６０のオーバーフロー信号と併せて、Ａ／Ｄ変換出力を後段の画像処理部１５０に出力する。このＡ／Ｄ変換器の構成によって、３つのＡ／Ｄ変換器は１つの自動レンジ変換機能をもったＡ／Ｄ変換器として機能する。
【０１３６】
さて、再び光電変換素子４０１内Ｃ１の信号電荷（前回ＴＦＴゲート７３０をＯＦＦしてから蓄積された信号電荷）を読み出すには、ゲート７３０をＯＦＦした状態でリセット用スイッチング素子７０５をＯＮして容量性素子７１３をＶＢＴにリセットする。この状態にした後、リセット用スイッチング素子７０５をＯＦＦし、さらにＴＦＴ４０２のゲート７３０をＯＮする。これにより、前回ＴＦＴ４０２がＯＦＦされてから、今回ＯＮされるまでの間に照射されたＸ線量に応じた信号電荷が容量素子７１３に出力される。以後は、前述の容量性素子７１３からの信号の読みだし操作を繰り返すことにより、続けて信号を読出すことができる。
【０１３７】
信号読出しを続けると光電変換素子４０１内Ｃ２が飽和状態になるので、所定間隔で光電変換モードからリフレッシュモードへ移行し、光電変換素子４０１内Ｃ２の蓄積電荷（正孔）を掃き出してリフレッシュする必要がある。以上の動作を繰り返すことによって、信号の読出しを行う。
【０１３８】
さらに、より高Ｓ／Ｎで電荷信号を取り込むために、暗電流によるオフセット誤差の補正を行っても良い。この光電変換素子４０１の暗電流は時間の関数として指数的に減少することが分かっており、これにより、前述の信号読出しを行った直後にもう一度、所定時間後にＸ線照射を行わないで信号の読出し操作を行う。これによって得られた信号は暗電流によるオフセットに対応しており、この値と電荷蓄積時間、リフレッシュ動作からの経過時間とから、直前に読出したＸ線照射量信号を含む読出し値の暗電流オフセット補正を行うことが可能である。１回の静止画を撮像する場合は、画像データを画像処理部１５０内のＲＡＭなどに取り込んだ後にソフト処理によりデータ補正をすることが可能である。動画の場合は、例えば、所定の蓄積時間毎にＸ線照射信号を含む読出しと暗電流値の読出しとを繰り返し、それぞれをＲＡＭに記憶させたのち、ハード的にディジタル減算を行ってオフセット補正を行う等の方法がある。
【０１３９】
次に、図８で示された検出素子を具体的に２次元に拡張して構成した場合における光電変換動作について述べる。図１０は光電変換素子を２次元に配列した光検出器を表した等価回路図であり、図１１はその動作を示すタイミングチャードである。
【０１４０】
光検出器アレー１４３は、２０００×２０００〜５０００×５０００程度の検出素子（画素）含んで構成され、アレー面積は２００ｍｍ×２００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍ程度である。図１０において、光検出器アレー１４３は４０９６×４０９６の画素から構成され、アレー面積は４３０ｍｍ×４３０ｍｍである。よって、１画素のサイズは１０５μｍである。１ブロック内の４０９６画素を横方向にライン状に配置し、４０９６ラインを順に縦に配置することにより、各画素を２次元的に配置している。
【０１４１】
上記の例では４０９６×４０９６画素の光検出器アレーを１枚の基板上に形成しているが、４０９６×４０９６画素の光検出器アレーを２０４８×２０４８個の画素を持つ４枚の光検出器アレーで構成することもできる。この様に分割して製作することにより、歩留まりが向上するなどの利点がある。
【０１４２】
前述の通り、１画素は１個の光電変換素子４０１とスイッチングＴＦＴ４０２とで構成される。４０１−（１，１）〜４０１−（４０９６，４０９６）は前述の光電変換素子４０１に対応するものであり、下部電極をＧ、上部電極をＤで示している。４０２−（１，１）〜４０２−（４０９６，４０９６）はスイッチングＴＦＴ４０２に対応するものである。２次元光検出器アレーの各列の光電変換素子４０１−（ｍ，ｎ）のＧ電極は、対応するスイッチングＴＦＴ４０２−（ｍ，ｎ）のソース・ドレイン導電路により、その列に対する共通の列信号線（Ｌｃ１〜４０９６）に接続されている。例えば、列１の光電変換素子４０１−（１，１）〜（１，４０９６）は第１の列信号配線Ｌｃ１に接続されている。
【０１４３】
各行の光電変換素子４０１のＤ電極は共通にバイアス配線Ｌｂを通して前述のモードを操作するバイアス電源７０１に接続されている。各行のＴＦＴ４０２のゲート電極は行選択配線（Ｌｒ１〜４０９６）に接続されている。例えば、行１のＴＦＴ４０２−（１，１）〜（４０９６，１）は行選択配線Ｌｒ１に接続される。行選択配線Ｌｒはラインセレクタ部８１０を通して撮像制御部１１２に接続されている。ラインセレクタ部８１０は例えばアドレスデコーダ８１１と４０９６個のスイッチ素子８１２とから構成される。この構成により任意のラインＬｒｎを読出すことが可能である。ラインセレクタ部８１０は、最も簡単には単にシフトレジスタによって構成することも可能である。
【０１４４】
列信号配線Ｌｃは撮像制御部１１２により制御される信号読出し部８２０に接続されている。信号読出し部８２０の例は、１画素単位について上記図８に関し既に述べたものと同様である。
【０１４５】
撮像装置では、４０９６×４０９６個の画素を４０９６個のライン（Ｌｒに対応：図１０中の横方向の行）に分け、１行分の４０９６画素の出力を同時に転送し、列信号配線Ｌｃを通し、前置増幅器７２１−１〜４０９６、サンプルホールド部７５０−１〜４０９６を通して、アナログマルチプレクサ７５１によって順次Ａ／Ｄ変換器７６０へと出力される。図１０では、あたかもＡ／Ｄ変換器７６０が１つで構成されているように表されているが、４〜３２の系統で同時にＡ／Ｄ変換を行うこともできる。これによれば、アナログ信号帯域やＡ／Ｄ変換レートを不必要に大きくすることなく、画像信号の読取り時間を短くすることができる。蓄積時間とＡ／Ｄ変換時間とは密接な関係にあり、電荷転送中にＸ線を照射すると正常な画像が得られないので、蓄積時間よりも全ての画素のＡ／Ｄ変換に要する時間は必ず長くなる。蓄積時間が長くなると、暗電流による蓄積電荷のノイズ等が増加する。しかし、高速にＡ／Ｄ変換を行うとアナログ回路の帯域が広くなり所望のＳ／Ｎを達成することが難しくなる。従って、Ａ／Ｄ変換速度を不必要に速くすることなく、画像信号の読取り時間を短くすることが要求される。そのためには、多くのＡ／Ｄ変換器７６０を用いてＡ／Ｄ変換を行えばよいが、Ａ／Ｄ変換器７６０の数が多くなりすぎるとコスト高となる。よって、上述の点を考慮して適当な値を選択するのが好ましい。
【０１４６】
Ｘ線の照射時間はおよそ１０〜５００ｍｓｅｃであるので、１画面の取込み時間あるいは電荷蓄積時間を１００ｍｓｅｃのオーダーあるいはやや短めにすることが好ましい。例えば、１００ｍｓｅｃで画像を取込むために、アナログ信号帯域を５０ＭＨｚ程度にし、例えば１０ＭＨｚのサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うと、最低でも４系統のＡ／Ｄ変換器７６０が必要になる。本撮像装置では１６系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う様にするのが好ましい。
【０１４７】
図１１において、電源投入直後、あるいは光電変換素子４０１内Ｃ２の蓄積電荷が飽和する前に、光電変換素子４０１を初期化するためにリフレッシュモードへ移行する。光電変換素子１画素の動作について述べたと同様に、撮像制御部１１２はバイアス配線Ｌｂをリフレッシュモード時のバイアス値Ｖｒにし、まず、第１行の転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１）及びリセット用スイッチング素子７０５をＯＮすることにより、第１行の光電変換素子４０１−（１，１）〜−（４０９６，１）のＧ電極はＶＢＴに、Ｄ電極はＶｒにリフレッシュされる。その後、撮像制御部１１２はバイアス配線Ｌｂを光電変換時のバイアス値Ｖｓにし、第１列〜第４０９６列の列信号配線Ｌｃ１〜４０９６をリセット用電源７０７から開放にし、転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１）をＯＦＦする。次に、同様に第２行以下の光電変換素子４０１をリフレッシュする。第４０９６行までの全ての光電変換素子４０１−（１，４０９６）〜−（４０９６，４０９６）をリフレッシュし終えた時点で、光検出器の２次元に拡張した場合のリフレッシュモードを終了し、光電変換モードへと移行する。なお、前述の例では、光電変換素子４０１を第１行から第４０９６行へリフレッシュしたが、撮像制御部１１２の指示により任意の順番でリフレッシュを行うことが可能である。また、全てのＴＦＴ４０２を同時にＯＮして、全ての光電変換素子４０１（１，１）〜−（４０９６，４０９６）をリフレッシュすることも可能である。
【０１４８】
さて、リフレッシュ動作直後には、光検出素子４０２内ノイズ電荷が大きいので、これを基準電位にリセットする。光電変換素子１画素の動作について述べたと同様に、バイアス配線を光電変換モードのバイアス値Ｖｓのままにし、転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（１，４０９６）をＯＮし、第１列の光電変換素子のＧ電極をＶＢＴにリセットし、ＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（１，４０９６）をＯＦＦする。次に、第２列以下、この動作を順次繰り返し、全ての画素のリセットを行う。以上の動作はアモルファス素子８００にとっては信号電荷の読出し操作と同じであり、信号電荷を取込んでＡ／Ｄ変換を行うのか或いはこれらを行わないのかの差しかない。この各ＴＦＴ４０２を選択するがＡ／Ｄ変換を行わないリセット操作を以後「空読み」と呼ぶ。この空読み動作中で、全てのＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，４０９６）を同時にＯＮにすることは可能であるが、この場合には読出し準備完了的に信号配線電位がリセット電圧ＶＢＴから大きくずれることとなり、高Ｓ／Ｎの信号を得ることが難しい。また、前述の例では、行選択配線Ｌｒを１から４０９６へリセットしたが、撮像制御部１１２の指示により任意の順番でリセットを行うことが可能である。また、それぞれの光電変換素子４０１ではＴＦＴ４０２をＯＦＦした時刻から電荷蓄積が開始されるので、光電変換素子４０２毎に電荷蓄積開始時刻が異なる。
【０１４９】
図１１において７３０′に示したパルス列は１つのパルスが１列のＴＦＴをＯＮにしていることを模擬的に表している。この１つの列パルスに対応するアナログマルチプレクサ７５１の出力（図１０のＢ点）を模擬的に図１１中でＢに表している。Ｂに示されている通り、１つの列パルスに対してアナログ出力が４０９６のパルス列として出力される。実際には、１つの列出力あたり１６系統による読出しであるので、１６パルス信号が同時に出力され、２５６のパルス列をＡ／Ｄ変換することになる。
【０１５０】
さて、全光電変換素子４０１の空読み終了後、撮影者１０５からの撮影開始の指示があるまで所定時間間隔でこの空読み動作を繰返し、さらに長い所定時間間隔でリフレッシュ動作を繰返す。撮影者１０５からの撮影開始の指示を受けると、撮影制御部１１２は空読み動作の終了を待ってＸ線を被検体１２６に曝射する。被検体１２６を透過したＸ線ビーム１２５は、シンチレータ１４２により可視光に変換され、光電変換素子４０１に吸収されると同時に、光検出器アレー１４３を透過した可視光は光量モニタ１４４によって検出される。その検出された信号を元に撮影制御部１１２は適正Ｘ線曝射量に達する時点でＸ線曝射を終了する。
【０１５１】
Ｘ線曝射終了後、光電変換素子４０１内の信号電荷を読出す。まず、空読みと同様に光電変換素子アレーのある行のＴＦＴ４０２（例えばＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１））をＯＮし、蓄積電荷信号を信号配線Ｌｃ１〜４０９６に出力する。列信号配線Ｌｃ１〜４０９６から１列づつ４０９６画素分の信号を同時に読み出す。信号配線Ｌｃのリセット動作を行った後、次に、異なる行のＴＦＴ４０２（例えばＴＦＴ４０２−（１，２）〜−（４０９６，２））をＯＮし、蓄積電荷信号を信号配線Ｌｃ１〜４０９６に出力する。列信号配線Ｌｃ１〜４０９６から１行の４０９６画素分の信号を同時に読み出す。この動作を全ての行について順次繰り返すことにより、すべての画像情報を読出す。
【０１５２】
さて、Ｘ線曝射による信号電荷を読出した後に、その際の信号電荷に含まれる暗電流などの影響を補正するために、Ｘ線曝射を行わずに信号電荷を読込む。この値を利用して、Ｘ線曝射時の画像信号を補正することが可能である。これは次の様にして行うことができる。
【０１５３】
すなわち、上記動作中、各センサの電荷蓄積時間はリセット動作が完了した時、即ち空読み時のＴＦＴ４０２をＯＦＦしてから、次に電荷読み出しが行われるためにＴＦＴ４０２がＯＮするまでの間である。よって、各行選択配線Ｌｒ毎に蓄積時間・時刻が異なる。通常の動作時は、蓄積時間が異なると補正が複雑になるため、Ｘ線曝射画像取込みと補正用画像取り込みとの蓄積時間が等しくなるように撮像制御部１１２は光検出器アレー１４３を駆動する。例えば、行１の蓄積時間はＴ１であり、行４０９６の蓄積時間はＴ２である。蓄積の時刻は異なるが、Ｔ１とＴ２とは同一となるように駆動される。
【０１５４】
勿論、高分解能の画像情報が必要でない場合や、画像データ取込み速度を速くしたい場合には、すべての画像情報を常に取込む必要はなく、操作者の撮影方法の選択により、撮像制御部１１２は、間引き、画素平均、領域抽出を行う。
【０１５５】
間引きを行うには、まず、行選択配線Ｌｒ１を選択し、列信号配線Ｌｃから信号を出力する際に、例えばＬｃ（２ｎ−１）（ｎ：自然数）をｎ＝１から１ずつ増加させるように１列おきに選択して１行の画像信号を画像処理部１５０に転送する。次に、行を選択する際、行選択配線Ｌｒ（２ｍ＋１）（ｍ：自然数）のｍを１から１つづつ増加させて、１行おきに行の信号を読出す。この例では画素数を１／４に間引いたことになるが、撮像制御部１１２の指示に従い、１／９、１／１６などに画素数を間引くことができる。
【０１５６】
また、画素平均を行う場合には、上述の動作中、行選択配線Ｌｒ（２ｍ−１）とＬｒ（２ｍ）とに同時にＶｇｈを印加することにより、ＴＦＴ４０２−（２ｎ，２ｍ−１）とＴＦＴ４０２−（２ｎ，２ｍ）とが同時にターンオンし、列方向の２画素のアナログ加算を行うことが可能である。この画素加算は２画素に限られることはなく、列信号配線Ｌｒ方向の３以上の画素のアナログ加算を容易に行うことができる。更に、行方向の加算は、Ａ／Ｄ変換出力後に隣り合う列（Ｌｃ（２ｎ）とＬｃ（２ｎ＋１））の信号をディジタル加算することにより実現できる。これにより、上述のアナログ加算と合わせて、２×２の正方形画素の加算値を得ることができる。これにより、照射されたＸ線を無駄にすることなく、高速にデータを読出すことが可能である。当然、２×２以外のマトリックスで加算平均することも可能であり、撮像制御部１１２の指示に基づき、３×３、４×４などのマトリックスで画像を高速に取込む様にすることもできる。
【０１５７】
領域抽出は、読出しを行う総画素数を減らして高速化を目指す方法であり、画像の取込領域を制限することにより実現される。これは、撮影者１０５が必要な領域を操作者インターフェース１１１から入力し、それに基づいて撮像制御部１１２は、データ取込範囲を変更して二次元検出器アレー１４３を駆動する。
【０１５８】
上述の駆動の例として、高速取込モードでは１０２４×１０２４の画素を３０Ｆ／Ｓで取り込む。この場合、２次元検出器アレー１４３の全領域に亘って撮像する場合では４×４画素の加算処理を行うことにより画素数を１／１６に間引き、最も小さい範囲で撮像する場合では１０２４×１０２４の領域で間引きなしで撮像する。このように撮像することで、ディジタルズーム画像が得られる。
【０１５９】
次に関心領域について説明する。まず、図１２を用いて本Ｘ線撮像装置の撮像領域の設定法について述べる。
【０１６０】
図１２中、９０１は動画表示用ディスプレイ、９０２はそのディスプレイドライブ回路、同様に９０５は静止画表示用ディスプレイ、９０６はそのディスプレイドライブ回路である。
【０１６１】
撮像領域やＸ線照射を撮像者が指示するためのインターフェース１１１として、撮像位置操作レバー９１１、撮像サイズ選択スイッチ９１２、撮像ズーム・ワイドレバー９１３、手動Ｘ線絞りレバー９１４、透視開始スイッチ９１５、透視像拡大スイッチ９１６、高精細画像撮影スイッチ９１７などがある。
【０１６２】
撮像位置操作レバー９１１は撮像領域の中心位置を操作するためのものである。システム制御部１１０は、このレバー９１１の指示が光検出器アレー１４３の範囲内であれば、撮像寝台１３０を移動させずにＸ線絞り１２３のみを移動してＸ線照射位置を変化させる。指示が光検出器アレー１４３外かつ撮影寝台１３０を動かして対応できる場合には、撮影寝台１３０を移動させる。この際、Ｘ線絞り１２３も同時に移動させて、検出器アレー１４３の中心とＸ線照射の中心とを合わせる。
【０１６３】
撮像サイズ選択スイッチ９１２は撮像領域の大きさを選択するためのものであり、たとえば以下の
の３つの撮像可能サイズのうちから選択可能である。このうちの１つを撮像者１０５が選択すると、システム制御部１１０の指示に基づいて、まず、撮像寝台１３０を移動させて、検出器アレー１４３の中心とＸ線照射の中心とを合わせる。その後に、Ｘ線絞り１２３を作動させてＸ線の照射領域を設定通りの撮影サイズになるように調節する。同時に、システム制御部１１０は光検出器アレー１４３の駆動回路１４５が設定領域の画像を取込むように指示を出す。
【０１６４】
撮像ズーム・ワイドレバー９１３は、撮影者１０５の操作に従い、撮像領域をほぼ任意に変更可能である。先に説明した撮像サイズ選択スイッチ９１２による設定は一時的なものであり、この撮像ズーム・ワイドレバー９１３の設定により画像取込領域を任意に設定する。画像取込領域の変更の際、撮像サイズ選択スイッチ９１２で設定可能な領域を跨いで領域が変化する場合には、その跨ぐ部分で光検出器アレー１４３上の透視撮影時の空間分解能が自動的に変化する。すなわち、以下に示すように分解能を自動的に変化させる：
これは、駆動回路１４５の駆動方法を変化させることにより、分解能１／４の際には４×４の画素を、分解能１／３の際には３×３の画素を、分解能１／２の際には２×２の画素を、それぞれ加算平均することによって行われる。当然、多くの画素を加算平均することにより、分解能が低下する代わりに、表示１画素あたりの感度は向上する。
【０１６５】
手動Ｘ線絞りレバー９１４は、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３によって設定された領域外の不要な部分へのＸ線照射を抑えるため、あるいは、フレアなどの強い光が光検出器アレーに入らないようにするために、撮影者１０５が操作する。この手動Ｘ線絞りレバー９１４により、撮影者１０５はＸ線絞り１２３を直接操作することが可能である。ただし、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３で設定された領域よりも広い範囲を照射することにはならないようにシステム制御部１１０によってＸ線絞り１２３の調節範囲は制限されている。
【０１６６】
透視開始スイッチ９１５は、透視Ｘ線照射を撮影者１０５が指示するためのものであり、フットスイッチを用いることができる。透視開始スイッチ９１５により透視撮影の開始が指示されると、撮像制御部１１２はＸ線露光量モニタ１４４からの出力を元に自動的にＸ線発生条件を調整し、透視撮影を行う。
【０１６７】
透視像拡大スイッチ９１６は、透視観察中に、撮像エリアの中心部の解像度を高めて観察したい時に選択することにより、中心部の分解能を向上させた拡大像を表示するためのものである。透視時には高速に撮像するために空間分解能を落としているが、この透視像拡大スイッチ９１６の選択時には、システム制御部１１０の指示に基づき、空間分解能を最良の状態にしつつ撮像エリアを小さくして、あたかも拡大された像を動画用ディスプレイ９０１に表示すると同時に、Ｘ線絞り１２３も撮像エリアに合わせた大きさに設定される。この選択が解除されると、撮像領域およびＸ線絞り１２３は元の設定に戻り、そのまま透視を続ける。
【０１６８】
高精細画像撮影スイッチＳＷ９１７は、透視撮影中に所望のタイミングで高精細画像を取込む際に選択する。このスイッチは、通常、撮像位置操作レバー９１１上に配置されている。高精細画像撮影スイッチ９１７により静止画の取込が指示されると、予め設定しておいた静止画撮影用のＸ線発生条件でＸ線が被検体１２６めがけて照射され、高精細な静止画像が取込まれ、画像処理部１５０で処理がなされた後に静止画用ディスプレイ９０５に表示される。静止画の取込動作中の間、動画表示用ディスプレイ９０１には、高精細画像撮影スイッチ９１７が押される直前の透視画像がフリーズされている。
【０１６９】
以上のような構成を用いて画像取込領域が決定される訳であるが、所望の行範囲及び所望の列範囲を関心領域の最も簡単な設定は、画像取込領域と関心領域とを同一と定義づけることである。この場合は、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３により関心領域が決定される。撮像領域は、システム制御部１１０が把握している光検出器アレー１４３の中心座標および撮像領域の座標を基準に画像の取込を行う。また、Ｘ線照射領域を関心領域と定義づけることも可能である。この場合は、Ｘ線絞り１２３の位置をシステム制御部１１０が把握しているので、Ｘ線照射領域の中心座標および照射領域は簡単な計算により求められる。システム制御部１１０は、駆動回路１４５に指示して、その座標を基準として画像取込みを行う。画像の取込手順の具体例は後述する。その他、動画表示用ディスプレイ９０１上でマウス等のポインタを用いて、撮影者１０５が直接関心領域の中心を指示するような構成にしてもよいし、撮影者１０５によってマーキングされた領域の特徴を抽出してマーキングされた部位が常に透視画像の中心に来るように自動的にＸ線絞り１２３や撮影寝台１３０を制御して、関心領域の中心を常に撮像領域の中心として駆動回路１４５を駆動することも可能である。
【０１７０】
図１３を用いて、実際の画像取込手順の一例について説明する。
【０１７１】
光検出器アレー１４３において、ＴＦＴ４０２の行選択配線Ｌｒ方向をＸ軸、列信号配線Ｌｃ方向をＹ軸として画素の座標を（ｘ，ｙ）で表す。図１３では、光検出器アレー１４３の上部にＡ／Ｄ変換器７６０などの信号読み出し部８２０、右にラインセレクタ部８１０が配置されており、Ｘ線は紙面の表面から裏面方向に照射されているものとする。この時に、図に示すよう右上を（１、１）とし、左下を（４０９６、４０９６）とする。
【０１７２】
撮像位置操作レバー９１１により撮像可能領域２００の中心が（１７５０、２２５０）に設定され、撮像ズーム・ワイドレバー９１３により撮像可能領域２００が（５００、１０００）〜（３０００、３５００）に設定されている。さらに、手動Ｘ線絞りレバー９１４によりＸ線照射領域２１０が（５００、２０００）〜（３０００、３５００）に設定されている。今、撮影者１０５の関心領域はＸ線照射領域２１０に一致していると定義付けする。この時、関心領域２１０の中心は（１７５０、２７５０）、そして、関心領域は４０９６×４０９６の領域の３／４×３／４以下で１／２×１／２以上なので、前述の通り透視撮影時には３×３の画素を加算平均する。よって、図１３の透視撮影時の読出し行の読込み手順は以下に示すようになる。併せて、選択領域のＹ軸が（ｍ＋１）行〜（ｍ＋ｎ）行に亘る場合［但し、ｎは６の倍数］の透視画像取込みの駆動例も併記する：
＜読出し順序＞
読出し順序Ａと選択される行（2001〜3500行の場合）Ｂ及び選択される行［(m+1）〜（m+n)行の場合］Ｃとの関係は次のとおり
【０１７３】
さて、透視撮影中に高精細画像撮影スイッチ９１７により高精細画像の取込みが指示されると、透視画像取込みを中断するとともに、動画表示用ディスプレイ９０１の画像をフリーズする。そして、Ｘ線照射領域２１０の高精細画像取込みの駆動ルーチンに移る。まず、光検出器アレー１４３をリフレッシュモードに移行してリフレッシュを行う。次に、Ｘ線照射領域２１０の周辺部から中心部に向かう駆動方向で光検出器アレー１４３を初期化する。これは、前出の空読み動作である。その駆動例を、以下に示す：
空読み動作を複数回（２〜３回）行った後に、静止画取込み用の設定でＸ線を曝射する。Ｘ線曝射終了後、Ｘ線照射領域２１０の中心部から周辺部へと向かう駆動方向の駆動順序で画像信号を読出す。その具体例を、以下に示す：
この読込み動作完了後、直ちに透視画撮影モードに移行する。
【０１７４】
上述のように読出しの駆動を行うことにより、高精細画像の関心領域の中心部の信号電荷蓄積時間を最小にすることができ、暗電流によるノイズの影響を抑えることができる。
【０１７５】
もちろん、本例の関心領域外については実施態様例１及び３で説明したように、同時に一括読出ししてもよいし、読出しを行なわないで初期化してもよい。
【０１７６】
また、一括読出しは非読取り領域を全て同時に行なう以外にいくつかに分割して読み出してもよく、あるいは、読み取り領域を読出した後、読み取られた領域を含めてあらためて全画素を一括して読み出すようにしても良い。
【０１７７】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、複数の光電変換素子を２次元に配列した光電変換装置においても信号読み取りを高速に行なうことが可能になる。
【０１７８】
また、本発明によれば、不必要な駆動線を順次駆動する時間及び不必要な信号を出力を読み取る時間を削除でき、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。
【０１７９】
また、本発明によれば不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、より信頼性の高い光電変換情報を得ることが可能となる。
【０１８０】
又、発明によれば、トリミングを行う場合の駆動方法と全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動することにより、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りが選択でき、使い勝手が良い装置を提供できる。
【０１８１】
加えて、本発明によれば、光検出器アレーを用いた画像読取装置の駆動（画像データ読出）において、まず、関心領域を設定し、そして、その関心領域に対して光検出器アレーの駆動を適切に選択することができる。
【０１８２】
また、本発明によれば、特に、高精細画像データの読出において、関心領域の周辺部から中心部に向かって順次光電変換素子をリセットし、中心部から周辺部に向かって画像情報を取出す様にしたことにより、中心部の信号電荷蓄積時間を周辺部の信号電荷蓄積時間より短くすることができる。また、これにより、蓄積時間とともに増加するノイズの影響を抑え、関心領域の中心部のＳ／Ｎの向上を図ることができる。
【０１８３】
更に本発明によれば特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となる。従ってＸ線などの放射線が照射される被検体や装置の操作者及び環境に対して影響を少なくすることができる。
【０１８４】
以上の実施形態はＸ線撮像に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＸＹアドレス駆動方式の光検出器アレーを用いたものであれば、同様に適用することができる。特に、本発明は受光部に対応する光電変換素子が信号電荷蓄積部と信号取り出し経路中のスイッチ部とを有するものであって、電荷蓄積時間と共にＳ／Ｎ低下などの光電変換特性劣化を生ずることがある光検出器アレーを用いたものに適用した場合に、その光電変換特性の向上に大きな効果を発揮する。
【０１８５】
また、本発明は、上述した実施形態及び説明に限定されるわけではなく、本発明の主旨の範囲内において適宜変形及び組合せが可能であるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光電変換装置の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図２】図１に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミング図である。
【図３】図１に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミング図である。
【図４】２次元の光電変換装置を有するＸ線撮像システムの一例を説明するための概略的システム構成図である。
【図５】光電変換素子の画素構造の一例を説明するための模式的平面図である。
【図６】光電変換素子の画素構造の一例を説明するための模式的断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は光電変換素子の動作の一例を説明するため模式的エネルギーバンド図である。
【図８】１つの光電変換素子の駆動の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図９】光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】光電変換素子の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図１１】光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】関心領域を選択する一例を説明するための概略的システム構成図である。
【図１３】関心領域を説明するための概念図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は夫々光電変換素子の一例を説明するための模式的断面図、（ｃ）は（ａ）又は（ｂ）の光電変換素子の概略的駆動回路を説明するための等価回路図である。
【図１５】ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を説明するための模式的断面図である。
【図１６】ＴＦＴのゲート絶縁膜の厚さと歩留りとの関係の一例を説明するためのグラフである。
【図１７】２次元に配された光電変換素子を有する光電変換装置の概略的等価回路図である。
【図１８】（ａ）は光電変換装置の一画素の一例を説明するための模式的平面図、（ｂ）は（ａ）に示される画素を切断した場合の模式的切断面である。
【図１９】図１７に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図２０】夫々読取り領域と、駆動ＩＣの配置の一例を説明するための模式的平面図である。
【図２１】夫々読取り領域と、駆動ＩＣの配置の一例を説明するための模式的平面図である。
【符号の説明】
Ｓ１１〜Ｓ３３ 光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ３３ 転送用ＴＦＴ
Ｃ１１〜Ｃ３３ コンデンサ
Ｍ１〜Ｍ３ スイッチ
ＲＦ リフレッシュ制御回路
ＳＲ１，ＳＲ２ シフトレジスタ
ＳＷｇ スイッチ
ＳＷｓ スイッチ
Ｖｇ リフレッシュ用電源
Ｖｓ 読み取り用電源
ｇ１〜ｇ３ 制御配線
ｓ１〜ｓ３ 制御配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置及びその駆動方法に関し、例えばファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等の画像情報を読み取るために好適な二次元に読取画素が配置された光電変換装置及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等の読み取り系としては縮小光学系とＣＣＤ型センサを用いた読み取り系が用いられていたが、近年、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）に代表される光電変換半導体材料の開発により、光電変換素子及び信号処理部を大面積の基板に形成し、情報源と等倍の光学系で読み取るいわゆる密着型センサの開発がめざましい。特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけでなく、薄膜電界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）としても用いることができるので光電変換半導体層とＴＦＴの半導体層とを同時に形成することができる利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次元で多数画素を有する光電変換装置では、部分的な面積を読み出したい場合は、全ライン（駆動線）を駆動即ち全画素を駆動し、全画素の出力を読み取った後、必要となるある面積に対応する信号出力を抽出するという信号処理が必要となる。その為、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間がかかるという不都合が生じる。
【０００４】
この問題は、特に光電変換装置がＸ線撮像装置に用いる場合のように、大面積で高精細画素を有する場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見る場合のように、高精細で高画素数の情報をいわゆる動画として得る場合の処理時間、及びＸ線撮影では、撮像する場合に、照射Ｘ線量が増えるということで問題になる。
【０００５】
（発明の目的）
本発明は、複数の光電変換素子を２次元に配列した光電変換装置において、信号読取りを高速に行ない得る光電変換装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
又、本発明の目的は、複数の光電変換素子を配列した光電変換装置において、部分的な面積の光電変換素子の信号を読み出したい場合（以下、トリミングという）に、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間がかからない光電変換装置を実現することにある。
【０００７】
また、本発明はＸ線照射量の少ないＸ線撮像装置、すなわち、より高感度読取りが可能な光電変換装置及びその駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は前記任意の駆動線とは異なるタイミングで前記残りの複数の駆動線のうちの二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置を提供するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に適用可能な光センサ素子の一例について説明する。
【００２４】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、夫々光センサの構成を示す図であり、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は二種類の光センサの層構成を示し、図１４（ｃ）は共通した代表的な駆動方法を示している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）共にフォト・ダイオード型の光センサであり、図１４（ａ）は、ＰＩＮ型、図１４（ｂ）はショットキー型と称されている。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）中、１は少なくとも表面が絶縁性の基板、２は下部電極、３はｐ型半導体層（以下ｐ層と記す）、４は真性半導体層（以下、ｉ層と記す）、５はｎ型半導体層（以下ｎ層と記す）、６は透明電極である。図１４（ｂ）のショットキー型では下部電極２の材料を適当に選び、下部電極２からｉ層４に電子が注入されないようショットキーバリア層が形成されている。図１４（ｃ）において、１０は上記光センサを記号化して表わした光センサを示し、１１は電源、１２は電流アンプ等の検出部を示している。光センサ１０中Ｃで示された方向は図１４（ａ）及び図１４（ｂ）中の透明電極６側、Ａで示された方向が下部電極２側であり、電極１１はＡ側に対しＣ側に正の電圧が加わる様に設定されている。
【００２５】
ここで動作を簡単に説明する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、矢印で示された方向から光が入射され、ｉ層４に達すると、光は吸収され電子とホールが発生する。ｉ層４には電源１１により電界が印加されているため電子はＣ側、つまりｎ層５を通過して透明電極６に移動し、ホールはＡ側つまり下部電極２に移動する。よって、光センサ１０に光電流が流れたことになる。また、光が入射しない場合、ｉ層４で電子もホールも発生せず、また、透明電極内６のホールはｎ層５がホールの注入阻止層として働き、下部電極２内の電子は図１４（ａ）のＰＩＮ型ではｐ層３が、図１４（ｂ）のショットキー型ではショットキーバリア層が、電子の注入阻止層として働き、電子、ホール共に移動できず、電流は流れない。したがって光の入射の有無で電流が変化し、これを図１４（ｃ）の検出部１２で検出すれば光センサとして動作する。
【００２６】
しかしながら、上記構成の光センサで充分ＳＮ比が高く、低コストの光電変換装置を実際に生産するのは簡単ではない。以下その理由について説明する。
【００２７】
第一の理由は、図１４（ａ）のＰＩＮ型、図１４（ｂ）のショットキー型共に２カ所に注入阻止層が必要なところにある。図１４（ａ）のＰＩＮ型において注入阻止層であるｎ層５は電子を透明電極６に導くと同時にホールがｉ層４に注入するのを阻止する特性が必要である。どちらかの特性を逸すれば光電流が低下したり、光が入射しない時の電流（以下「暗電流」と記す）が発生、増加することになりＳＮ比の低下の原因になる。この暗電流はそれ自身がノイズと考えられると同時にショットノイズと呼ばれるゆらぎ、いわゆる量子ノイズを含んでおりたとえ検出部１２で暗電流を差し引く処理をしても、暗電流に伴う量子ノイズを小さくすることはできない。通常この特性を向上させるためｉ層４やｎ層５の成膜の条件や、作成後のアニールの条件の最適化を図る必要がある。しかし、もう一つの注入阻止層であるｐ層３についても電子、ホールが逆ではあるが同等の特性が必要であり、同様に各条件の最適化が必要である。通常、前者ｎ層の最適化と後者ｐ層の最適化の条件は同一でなく、両者の条件を同時に満足させるのは簡単ではない。つまり、同一光センサ内に二カ所の相対する特性の注入阻止層が必要なことは高ＳＮ比の光センサの形成を難しくする。これは図１４（ｂ）のショットキー型においても同様である。また図１４（ｂ）のショットキー型においては片方の注入阻止層にショットキーバリア層を用いている。これは下部電極２とｉ層４の仕事関数の差を利用するもので、下部電極２の材料が限定されたり、界面の局在準位の影響が特性に大きく影響する。従って、これら条件の全てを理想的に満足させるのは簡単ではない。また、さらにショットキーバリア層の特性を向上させるために、下部電極２とｉ層４の間に１００オングストローム前後の薄いシリコンや金属の酸化膜、窒化膜を形成することも報告されている。これはトンネル効果を利用し、ホールを下部電極２に導き、電子のｉ層４への注入を阻止する効果を向上させるもので、やはり仕事関数の差を利用している。このため下部電極２の材料の限定は必要である。また電子の注入の阻止とトンネル効果によるホールの移動という逆の性質を利用するため酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後と非常に薄いところに限定され、かつ、厚さや膜質の制御は難しく生産性を上げることは簡単ではない。
【００２８】
また、注入阻止層が２カ所必要なことは生産性を低下させコストアップの要因となる。これは注入阻止層が特性上重要な為２カ所中１所でもゴミ等で欠陥が生じた場合、光センサとしての特性が得られないからである。
【００２９】
第二の理由を図１５を用いて説明する。図１５は薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）の層構成を示している。ＴＦＴは光電変換装置を形成するうえで制御部の一部として利用することがある。図中図１４と同一なものは同番号で示してある。図１５において、７はゲート絶縁膜であり、６０は上部電極である。形成法を順を追って説明する。絶縁基板１上にゲート電極（Ｇ）として働く下部電極２、ゲート絶縁膜７、ｉ層４、ｎ層５、ソース、ドレイン電極（Ｓ、Ｄ）として働く上部電極６０を順次成膜し、上部電極６０をエッチングしてソース、ドレイン電極を形成し、その後ｎ層５をエッチングしてチャネル部を構成している。ＴＦＴの特性はゲート絶縁膜７とｉ層４の界面の状態に敏感で通常その汚染を防ぐために同一真空内で連続に堆積する。
【００３０】
光センサをこのＴＦＴと同一基板上に形成する場合、この層構成が問題となりコストアップや特性の低下を招く。この理由は図１４に示した光センサの構成が、図１４（ａ）のＰＩＮ型が基板側から順に電極／ｐ層／ｉ層／ｎ層／電極、図１４（ｂ）のショットキー型が基板側から順に電極／ｉ層／ｎ層／電極という構成であるのに対し、ＴＦＴは基板側から順に電極／絶縁膜／ｉ層／ｎ層／電極という構成で両者が異なるからである。これは各成膜を同一プロセス順で形成できないことを示す。つまり、プロセスの複雑化による歩留まりの低下、コストアップを招く。また、ｉ層／ｎ層を共通の工程で同時に形成するにはゲート絶縁膜７やｐ層３のエッチング工程が必要となる。これは、先に述べた光センサの重要な層である注入阻止層のｐ層３とｉ層４が同一真空内で連続的に成膜できなかったり、ＴＦＴの重要なゲート絶縁膜７とｉ層４の界面がゲート絶縁膜のパターンニングのためのエッチングにより汚染される可能性を意味するとともに、特性の劣化やＳＮ比の低下の原因となり得る。
【００３１】
また、前述した図１４（ｂ）のショットキー型の特性を改善するため下部電極２とｉ層４の間に酸化膜や窒化膜を形成する場合は膜構成の順を同一とすることができる。しかしながら先に述べたように酸化膜や窒化膜は１００オングストローム前後とする必要がありゲート絶縁膜と共用することはできない。図１６にゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まりについて、我々が実験した結果の一例を示す。ゲート絶縁膜厚が１０００オングストローム以下で歩留まりは急激に低下し、８００オングストロームで歩留まりは約３０％、５００オングストロームで歩留まりは０％、２５０オングストロームではＴＦＴの動作すら確認できなかった。トンネル効果を利用した光センサの酸化膜や窒化膜と、電子やホールを絶縁しなければならないＴＦＴのゲート絶縁膜を共用化することが通常できないことはデータが示している。
【００３２】
またさらに、図示していないが電荷や電流の積分値を得るのに必要となる素子である容量素子（以下「コンデンサ」と記す）を光センサと同一の構成でリークが少ない良好な特性のものを作るのは難しい。コンデンサは２つの電極間に電荷を蓄積するのが目的なため電極間の中間層には必ず電子とホールの移動を阻止する層が必要であるのに対し、従来の光センサは電極間に半導体層のみまたは、電子又はホールが移動可能な層を利用しているため熱的にリークの少ない良好な特性の中間層を得るのは難しいからである。
【００３３】
このように光電変換装置を構成するうえで重要な素子であるＴＦＴやコンデンサとプロセス的にまたは特性的にマッチングがよくないことは複数の光センサを二次元に多数配置し、この光信号を順次検出するようなシステム全体を構成するうえで工程が多くかつ複数になるため歩留まりを上げることは簡単ではなく、低コストで高性能多機能な装置を作るうえで問題になると考えられる。
【００３４】
次に、上記問題点を解決する光センサの一例を有する光電変換装置について説明する。
【００３５】
図１７は光電変換装置の一例を示す全体回路図、図１８（ａ）は該光電変換装置の１画素に相当する各構成素子の一例を説明するための模式的平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ−Ｂ線における模式的断面図である。図１７において、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子で下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがｏｎするよう制御されている。１画素は１個の光電変換素子とコンデンサ、およびＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。この光電変換装置は計９個の画素を３つのブロックに分け１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送しこの信号配線ＳＩＧを通して検出用集積回路ＩＣによって順次出力に変換され出力される（Ｖｏｕｔ）。また１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００３６】
図中破線で囲んだ部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されているが、このうち第１画素に相当する部分の模式的平面図を図１８（ａ）に示す。また図中破線Ａ−Ｂで示した部分の模式的断面図を図１８（ｂ）に示す。Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、およびＳＩＧは信号配線である。この光電変換装置においてはコンデンサＣ１１と光電変換素子Ｓ１１は特別に素子を分離しておらず、光電変換素子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデンサＣ１１を形成している。これは光電変換素子とコンデンサが同じ層構成であるから可能なことでこの光電変換装置の特徴でもある。また、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜ＳｉＮとヨウ化セシウム等の蛍光体ＣｓＩが形成されている。上方よりＸ線（Ｘ−ｒａｙ）が入射すると蛍光体ＣｓＩにより光（破線矢印）に変換され、この光が光電変換素子に入射される。
【００３７】
次に図１７と図１９によって上述した光電変換装置の動作について説明する。図１９は図１７の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００３８】
はじめにシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳＷｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。しかしこの時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。この状態でＸ線がパルス的に出射され人体等を通過し蛍光体ＣｓＩに入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光は人体等の内部構造の情報が含まれている。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。つぎにシフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ１にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシフトレジスタＳＲ１、ＳＲ２の制御により他の光信号も順次出力される。これにより人体等の内部構造の二次元情報がｖ１〜ｖ９として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【００３９】
上述した光電変換装置では光電変換素子のＧ電極が共通に接続され、この共通の配線をスイッチＳＷｇとスイッチＳＷｓを介してリフレッシュ用電源Ｖｇと読み取り用電源Ｖｓの電位に制御している為、全光電変換素子を同時にリフレッシュモードと光電変換モードとに切り換えることができる。このため複雑な制御なくして１画素あたり１個のＴＦＴで光出力を得ることができる。
【００４０】
また、上述した光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し３画素ずつ同時に、３回に分割して転送・出力したがこれに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個の画素として二次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍのＸ線検出器が得られる。これをＸ線フィルムの代わりにＸ線発生器と組み合わせＸ線レントゲン装置を構成すれば胸部レントゲン検診や乳ガン検診あるいは躯体の非破壊検査に使用できる。するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴなどの画像出力機で映し出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることができる。
【００４１】
図２０、図２１に２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装置の実装の一例を示す模式的平面図を示す。２０００×２０００個の検出器を構成する場合、図１７で示した破線内の素子を縦・横に数を増やせばよいが、この場合、制御配線ｇ１〜ｇ２０００と２０００本になり信号配線ＳＩＧもｓｉｇ１〜ｓｉｇ２０００と２０００本になる。またシフトレジスタＳＲ１や検出用集積回路ＩＣも２０００本の制御・処理をしなければならず大規模となる。これをそれぞれ１チップの素子で行うことは１チップが非常に大きくなり製造時の歩留まりや価格等で不利である。そこで、シフトレジスタＳＲ１は例えば１００段ごと１個のチップに形成し、２０個（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）を使用すれば良い。また検出用集積回路も１００個の処理回路ごと１個のチップに形成し、２０個（ＩＣ１〜ＩＣ２０）を使用する。
【００４２】
図２０には左側（Ｌ）に２０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２０）と下側（Ｄ）に２０チップ実装し、１チップあたり１００本の制御配線、信号配線を各々ワイヤーボンディングでチップと接線している。図２０中破線部は図１７の破線部に相当する。また外部への接続は省略している。また、ＳＷｇ、ＳＷｓ、Ｖｇ、Ｖｓ、ＲＦ等も省略している。検出集積回路ＩＣ１〜ＩＣ２０からは２０本の出力（Ｖｏｕｔ）があるが、これらはスイッチ等を介して１本にまとめたり、２０本をそのまま出力し並列処理すればよい。
【００４３】
図２１には別の例を示す。左側（Ｌ）に１０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０）と右側（Ｒ）に１０チップ（ＳＲ１−１１〜ＳＲ１−２０）と上側（Ｕ）に１０チップ（ＩＣ１〜１０）、下側（Ｄ）に１０チップ（ＩＣ１１〜２０）を実装している。この構成は上・下・左・右側（Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ）にそれぞれ各配線を１０００本ずつに振り分けているため、各辺の配線の密度が小さくなり、また各辺のワイヤーボンティングの密度も小さく、歩留まりが向上する。配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１，ｇ３，ｇ５，…，ｇ１９９９、右側（Ｒ）にｇ２，ｇ４，ｇ６，…，ｇ２０００とし、つまり奇数番目の制御線を左側（Ｌ）、偶数番目の制御線を右側（Ｒ）に振り分ける。こうすると各配線は等間隔に引き出され配線されるので密度の集中なく歩留まりが向上する。また、上側（Ｕ）下側（Ｄ）への配線も同様に振り分ければよい。
【００４４】
また、図示していないが別の例として配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１〜ｇ１００，ｇ２０１〜ｇ３００，…，ｇ１８０１〜ｇ１９００、右側（Ｒ）にｇ１０１〜ｇ２００，ｇ３０１〜ｇ４００，…，ｇ１９０１〜ｇ２０００を振り分け、つまり、１チップごと連続な制御線を振り分け、これを左・右側（Ｌ・Ｒ）交互に振り分ける。こうすると、１チップ内は連続に制御でき、駆動タイミングが楽で回路を複雑にしなくてよく安価なものが使用できる。上・下側（Ｕ・Ｄ）についても同様で、連続な処理が可能で安価な回路が使用できる。
【００４５】
また図２０、図２１共に１枚の基板上に破線部の回路を形成した後、その基板上にチップを実装してもよいし、別の大きな基板上に破線部の回路基板とチップを実装してもよい。また、チップをフレキシブル基板上に実装して破線部の回路基板に貼り付け接続してもよい。
【００４６】
またこのような非常に多くの画素をもつ大面積の光電変換装置は各素子を共通な膜で同時に形成することで工程数が少なく、簡易的な工程ですむため高歩留まりが可能で低コストで大面積・高性能の光電変換装置の生産を可能としている。また、コンデンサ及びＴＦＴと光電変換素子とが同じ画素内で構成でき、実質上素子を半減することが可能でさらに歩留まりを向上できる。
【００４７】
以上説明したように、上記光電変換装置によれば、光電変換装置内の光電変換素子は、注入阻止層が一カ所のみで光の入射量を検出することができ、プロセスの最適化が容易で、歩留まりの向上が図れ、製造コストの低減が可能で、ＳＮ比の高い低コストの光電変換装置を提供することができる効果がある。また、基板上に第一の電極層／絶縁層／光電変換半導体装置をこの順で有する構成においてトンネル効果や、ショットキーバリアを利用していないため、電極材料は自由に選択でき、絶縁層の厚さやその他の制御も自由度が高い。
【００４８】
また同時に形成する薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチ素子または／および容量素子とはマッチングが良く、同一膜構成のため共通な膜として同時に形成可能で、かつ光電変換素子、ＴＦＴ共に重要な膜構成は同一真空内で同時に形成可能であり、さらに光電変換装置を高ＳＮ化、低コスト化することができる。またコンデンサも中間層に絶縁層を含んでおり良好な特性で形成でき複数の光電変換素子で得られた光情報の積分値を簡単な構成で出力できる高機能の光電変換装置が提供できる。また低コストで大面積・高機能・高特性のファクシミリやＸ線レントゲン装置を提供できる。
【００４９】
いずれにせよ、光センサー（光電変換素子）を２次元に多数配置した光電変換装置においてはより高速に必要な情報を得られることが重要である。
【００５０】
そのための一つの方法としては、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、上記複数の光電変換素子の任意の上記駆動線のみを順次スキャンし、残りの上記駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで同時に駆動して信号電荷を転送することである。
【００５１】
また、上記複数の光電変換素子の任意の上記駆動線のみを順次スキャンし、残りの上記駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで同時に駆動して信号電荷を転送してもよい。
【００５２】
このように、不必要な駆動線は、順次駆動せずに同時に駆動してしまうことで、駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる。結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にもまた環境的にも多大な効果をもたらすと考えられる。
【００５３】
又、不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、その結果得られる情報の信頼性の高い光電変換装置を得ることが可能となる。
【００５４】
また、別の方法としては、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しないことである。
【００５５】
こうした場合も、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となるように作用する。したがって先述したのと同様に、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらすと考えられる。
【００５６】
ところでＸ線撮像装置では、前述したように、Ｘ線源から医療患者のような被分析対象（被検体）を通してＸ線ビームを投射する。Ｘ線ビームが被検体を通過した後、通常イメージ増倍管によりＸ線像を可視光像に変換し、ビデオカメラにより可視光像からアナログビデオ信号を作成し、モニタに表示するという方法も知られている。この場合、アナログビデオ信号を作成するので、自動輝度調節および画像強調のための画像処理がアナログ領域で行われる。
【００５７】
そして上述したような高分解能の固体Ｘ線検出器には一ラインに３０００〜４０００個の、フォトダイオードなどに代表される検出素子を用いた２次元アレー（以下、「検出素子アレー」または「検出器アレー」ともいう）を有する。各素子は検出器に投射されるＸ線像の画素輝度に対応する電気信号を作成する。各検出素子からの信号は個別に読出されてディジタル化され、その後で画像処理、記憶および表示される。
【００５８】
固体検出素子アレーは、検出素子にセットされたバイアス電荷が、トランジスタ電流漏洩により、また一般に「暗電流」として知られる機構により、部分的に放電される場合がある。暗電流および電流漏洩の影響による電荷空乏は、画像信号のオフセットを生じる。これらの電流によって除去される電荷の量は一定でないので、信号オフセットが変動し、検出器出力に不確定要素が加わることになる。
【００５９】
これらの電流によって検出素子から除去される電荷の量は、検出素子のバイアスリセットから検出素子の電荷検知までの時間の長さの関数である。従って、これらの電流の影響を最小限にするためには、検出素子アレーの素子の読出しに必要な時間を最小限にすることが望ましい。一方、回路により検出器信号に加わる電気雑音を小さくするために、画像信号処理回路の帯域幅を小さくし、読出し期間を大きくすることも望ましい。
【００６０】
ところで、行列形式の光検出器アレーでは、行方向または列方向に相当する対向する２つの辺（すなわち周辺部）のうちの一方から他方へと一様に単調に検出素子の読出しがなされている。
【００６１】
しかし、多くの場合、撮影者あるいは観察者の最も関心のある画像領域は撮像領域の中心部であり、この部分の画質を最も向上させることが望まれる。さらに、高分解能光検出素子アレーの場合、特に上記関心領域に対応する検出素子のみを用いての撮像を行い撮像速度を向上させることも望まれる。
【００６２】
そこで、撮像者の最も関心のある画像部分の画質の劣化を小さくする画像データ読出しを行なえるようにすることはより好ましいことである。
【００６３】
たとえば、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置から画像データを読出す時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの一方側から少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｃ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの他方側から少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｄ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の中心部の行の受光要素の信号が検知されるまで、ステップｂ及びステップｃを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質をより高画質に得ることができる。
【００６４】
あるいは、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置から画像データを読出す時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の中心部の少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｃ）既に検知された行の両側のうちの一方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｄ）既に検知された行の両側のうちの他方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素の信号を検知するステップ、
ｅ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の行方向の１組の対向する辺の行の受光要素の信号が検知されるまで、ステップｃ及びステップｄを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質をより高画質に得ることができる。
【００６５】
また、別の方法としては、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各列の受光要素の少なくとも一部の信号をスイッチ素子を介して共通の列出力線から取り出す様にした光電変換装置を駆動する時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの一方側から少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｃ）前記関心領域の行方向の１組の対向する辺のうちの他方側から少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｄ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の中心部の行の受光要素に対応するスイッチ素子が駆動されるまで、ステップｂ及びステップｃを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質を劣化されることなく情報を得ることができる。
【００６６】
あるいはまた受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各列の受光要素の少なくとも一部の信号をスイッチ素子を介して共通の列出力線から取り出す様にした光電変換装置を駆動する時に、
ａ）光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定するステップ、
ｂ）前記関心領域の中心部の少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｃ）既に検知された行の両側のうちの一方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｄ）既に検知された行の両側のうちの他方側に隣接する少なくとも１つの行の受光要素に対応するスイッチ素子を駆動して列出力線へと信号を取り出すステップ、
ｅ）既に検知された行を除いて、前記関心領域の行方向の１組の対向する辺の行の受光要素に対応するスイッチ素子が駆動されるまで、ステップｃ及びステップｄを交互に繰り返すステップ、
を有することで関心部の画質を劣化させることなく情報を得ることができる。
【００６７】
また、受光要素を行列形式で配列した光電変換装置であって各受光要素に対応して信号電荷蓄積部と該信号電荷蓄積部からの信号取り出し経路中に介在するスイッチ部とを有してなる光電変換装置において、
光電変換装置中の所望の行範囲及び所望の列範囲の受光要素により形成される領域を撮影者の関心領域として決定する関心領域決定手段と、該関心領域決定手段の出力に基づいて前記光電変換装置の駆動信号を生成する駆動手段とを備えており、
該駆動手段は、前記光電変換装置を前記関心領域の周辺部の行から中心部の行に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部の電荷をリセットし、露光後に前記光検出器アレーを前記関心領域の中心部から周辺に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部の信号電荷読出しを行うように、前記光検出器アレーの駆動信号を生成するようにした光電変換装置によって関心領域の良好な読取りを行なうことができる。
【００６８】
なお、読取指令を検出する読取指令検出手段と、該読取指令検出手段の出力に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段は前記読取指令検出手段の出力に基づき前記リセット、該リセット終了後の露光及び該露光後の前記信号電荷読出しを行うように前記駆動手段を制御するようにしてもよい。
【００６９】
また、前述したようにたとえばＸ線照明手段から照射されたＸ線を可視光に変換するような波長変換手段を有しており、該変換手段から発せられる可視光を前記光検出器アレーにより検出する様にしてもよい。
【００７０】
前記駆動手段は、前記光電変換装置を前記関心領域の周辺部の行から中心部の行に向かって順に前記スイッチ部を駆動して前記信号電荷蓄積部をリフレッシュするように、前記光検出器アレーの駆動信号を生成するようにしても良い。
【００７１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置を説明するための概略的回路図であり、図２は、その動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００７２】
ここで、実施形態１の動作説明を、図１及び図２を用いて行う。
【００７３】
はじめにシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。
【００７４】
同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳＷｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。
【００７５】
つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３３によって電位は保持される。
【００７６】
しかし、この時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。この状態でＸ線がパルス的に出射され人体等を通過し蛍光体ＣｓＩに入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。この光は人体等の内部構造の情報が含まれている。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。
【００７７】
ここまでの動作は前述した動作と同じである。しかしながら実施形態１においてはＳ１１〜Ｓ３３までのすべての光電変換素子の出力信号を必要とせず、部分的な光電変換素子の出力信号のみを必要とする場合、すなわちトリミングを行う時の駆動方法ではこの後の駆動方法が異なるのである。
【００７８】
実施形態１においては、一つの例として光電変換素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の出力信号のみを読み出す場合を以下に示す。
【００７９】
図１に示すように、シフトレジスタＳＲ１及びシフトレジスタＳＲ２を制御する制御回路Ａに所望の素子に係わる制御配線、すなわち制御配線ｇ２、及び制御配線ｓ１〜ｓ３を入力することにより、シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ２にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ２１〜Ｔ２３及びスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。
【００８０】
そしてこの場合、必要でない光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の出力信号を転送するｇ１、ｇ３へのＨｉの制御パルスは、ｇ２パルスがＨｉになった後に、同時に印加する。これにより、制御パルスを順次印加して駆動する方法に対して短時間で不要な信号電荷を転送して初期状態にすることができる。すなわち、不必要とするＳ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことによりＳ１１〜Ｓ３３全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となる。その結果非読取り画素の状態に左右されずに常に信頼性の高い光電変換情報を得ることが可能となる。
【００８１】
その後、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルスの印加によって、スイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ４〜ｖ６が順次出力されるがｖ４〜ｖ６の出力は特に必要とされない。
【００８２】
これにより、人体等の内部構造のこの場合に必要とする二次元情報がｖ１〜ｖ３として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【００８３】
このような制御を可能とするため、本実施形態では、図１に示すような、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置してある。この制御回路Ａは、具体的には、シフトレジスタＳＲ１を指定された任意のアドレスからスタートさせ、指定された任意のアドレスでストップさせることが可能な信号を出す。また、同様に、制御回路Ａは、ＳＲ１を駆動したアドレスの数に応じて、ＳＲ２のアドレス及び繰り返し数を決定するスタート及びストップ信号を出す。これにより、必要とする光電変換素子の出力信号を得ることが可能となる。このような制御回路は、入力されるセンサのビット番号を認識し、判断することが可能な回路であり、論理回路により構成されるが、最近では、マイコンを用いた回路で構成することができる。
【００８４】
本例の光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し、その中の３画素のみを１度転送・出力したが、トリミングの方法としては必要となる任意の複数の駆動線をシフトレジスタによって順次駆動することができる。
【００８５】
ここでは、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しない。このような光電変換装置は、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。
【００８６】
この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合は実質的にセンサ感度が上がったことと同じになるので（削減された時間を露光にあてられるため）、照射Ｘ線量を減らすことも可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらす。
【００８７】
又、不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、その結果信頼性の高い光電変換装置を得ることが可能となる。
【００８８】
なお、前記光電変換素子は、基板側から順に、第一の電極層、第一の型のキャリア及び前記第一の型のキャリアとは正負の異なる第二のキャリア双方のキャリアの通過を阻止する第一の絶縁層、非単結晶の光電変換半導体層、第二の電極層、及び前記第二の電極層と前記光電変換半導体層の間にあって前記光電変換半導体層に第一の型のキャリアの注入を阻止する注入阻止層を有するものを使用した。
【００８９】
また、リフレッシュモードでは前記第一のキャリアを前記光電変換半導体層から前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
光電変換モードでは前記光電変換半導体層に入射した光により発生した前記第一の型のキャリアを前記光電変換半導体層内に留まらせ前記第二の型のキャリアを前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
前記光電変換モードにより前記光電変換半導体層に蓄積される前記第一の型のキャリアもしくは前記第二の電極層に導かれた第二の型のキャリアを光信号として検出するように、スイッチ素子を制御する制御部、電源部および検出部を設けた。
【００９０】
同様に、前記スイッチ素子は基板側から順にゲート電極層、第二の絶縁層、非単結晶の半導体層、前記半導体層のチャネル領域となる部分を隔てた一対の第一および第二の主電極層、および前記主電極層と前記半導体層との間にオーミックコンタクト層を有するものを使用した。
【００９１】
なお、前記光電変換半導体層および前記半導体層の少なくとも一部は水素化アモルファスシリコンとした。
［第２の実施形態］
本例は、図１に示す光電変換装置の等価回路において、図２のタイミングチャートでトリミングを行う場合の駆動方法と図１９に示す全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動する例である。
【００９２】
このような光電変換装置においては、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りを切り替えて選択でき使い勝手が良い。
【００９３】
また、このような制御を可能とするため、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置する。制御回路Ａに、トリミングを行なう場合の、必要とする出力信号の名称の入力、及び全画素を読み取る場合の必要とする全画素出力信号の名称の入力を行なうことにより、必要に応じて部分的な読取り、又は全画素での読取りを切り替えて選択することが可能となる。
【００９４】
もちろん、全画素読取りとトリミングを交互に、あるいは必要に応じて切換えて行なうことで、トリミング部の周囲を読取りながら関心領域を高精細な動画情報として得ることができる。
【００９５】
このことは、トリミング部の周囲の情報は充分な動画とはならない場合があるが、必要部位である関心領域を容易にかつ確実に行なうことができる。
［第３の実施形態］
本例においては、一つの例として図１に示される光電変換装置の光電変換素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の出力信号のみを読み出す場合の別の一例を以下に示す。尚、光電変換されて電荷が蓄積されるまでは実施形態１と同様に駆動される。また、光電変換装置の構成も基本的に同じものを使用し得る。
【００９６】
蓄積された電荷はシフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ２にＨｉの制御パルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ・Ｔ２１〜Ｔ２３及びスイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３として順次出力される。そしてこの場合、必要でない光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３及びＳ３１〜Ｓ３３の出力信号を転送するｇ１、ｇ３へのＨｉの制御パルスは印加されない。
【００９７】
このことを図３のタイミングチャートに示す。図示されるように、制御配線ｇ１〜ｇ３は、Ｘ線照射による露光後に全てが駆動されるわけでなく、読取りたい領域に該当する制御配線ｇ２のみが駆動される。他の制御配線ｇ１とｇ３は駆動されない。
【００９８】
図３では制御配線ｇ１とｇ３も駆動される部分がある。しかしながらこの駆動のタイミングには制御配線ｇ２も駆動されている。つまり、制御配線ｇ１とｇ３は初期化のために駆動される。これによって、常に安定した特性で関心領域の情報を得ることができる。
【００９９】
このような制御を可能とするため、本実施形態では、図１に示すような、シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置してある。この制御回路Ａは、具体的には、シフトレジスタＳＲ１を指定された任意のアドレスからスタートさせ、指定された任意のアドレスでストップさせることが可能な信号を出す。また、同様に、制御回路Ａは、ＳＲ１を駆動したアドレスの数に応じて、ＳＲ２のアドレス及び繰り返し数を決定するスタート及びストップ信号を出す。これにより、必要とする光電変換素子の出力信号を得ることが可能となる。このような制御回路は、入力されるセンサのビット番号を認識し、判断することが可能な回路であり、論理回路により構成されるが、最近では、マイコンを用いた回路で構成することができる。
【０１００】
このように、制御回路ＡによりシフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２を制御し、駆動することにより、人体等の内部構造のこの場合に必要とする二次元情報がｖ１〜ｖ３として得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であるが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【０１０１】
本例では光電変換装置では９個の画素を３×３に二次元配置し、その中の３画素のみを１度転送・出力したが、トリミングの方法としては必要となる任意の複数の駆動線をシフトレジスタによって順次駆動することができる。
【０１０２】
このように、本例では、基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子をＸ方向の駆動線を順次スキャンしＹ方向の信号線に信号電荷を転送し、順次信号を読み出す光電変換装置において、必要となる任意の駆動線のみを順次スキャンし、残りの駆動線は信号電荷を転送する為には駆動しないようにしている。このようにすることで、不必要な駆動線を駆動する時間及び不必要な信号出力を読み取る時間を削除できる為、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。この為、特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合には、単位時間あたりの撮影回数を同じにすれば露光時間を長くすることができるので、実質的に高感度化が果せたのと同じことにより、照射Ｘ線量を減らすことが可能となり医療的にも環境的にも多大な効果をもたらす。
［第４の実施形態］
本例では、実施形態３で説明した光電変換装置を用いて、図３のタイミングチャートでトリミングを行う場合の駆動方法と図１９に示す全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動した。
【０１０３】
本例の場合も実施形態２と同様に、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りを切り替えて選択でき使い勝手が良いものであった。
【０１０４】
このような制御を可能とするため、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、シフトレジスタＳＲ１及びシフトレジスタＳＲ２を制御できる制御回路Ａを配置する。制御回路Ａに、トリミングを行なう場合の必要とする出力信号の名称の入力及び、全画素を読み取る場合の必要とする全画素出力信号の名称の入力を行なうことにより、必要に応じて部分的な読取り又は全画素での読取りを切り替えて選択することが可能と成る。
【０１０５】
もちろん、本例においても実施形態２と同様な交互読取りによる動画読取動作することで同様な効果を得ることができる。
［第５の実施形態］
図４を用いて、本例の画像信号読出方法である光電変換装置の駆動方法及び該駆動を行ない得る光電変換装置を利用したＸ線撮像システムの一例を説明する。
【０１０６】
もちろん、このシステムは前出の実施形態にももちろん適用し得るものである。
【０１０７】
図４において、１０１はＸ線室であり、１０２はＸ線制御室であり、１０３は診断室である。これにより、Ｘ線撮像システムが構成される。尚、診断室１０３を除いてＸ線撮像システムを構成し、１０３を該Ｘ線撮像システムに接続されたＬＡＮとすることもできる。
【０１０８】
本Ｘ線撮像システムの全体的な動作はシステム制御部１１０によって支配される。システム制御部１１０の機能は、主に以下に述べるものである。まず、操作者インターフェース１１１を介して撮影操作者１０５からの指示を受ける。操作者インターフェース１１１には、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。指示内容は、撮影条件（静止画、動画、Ｘ線管電圧、管電流、Ｘ線照射時間など）および撮影タイミング、画像処理条件、被検者ＩＤ、取込画像の処理方法などがある。そして、システム制御部１１０はＸ線撮影シーケンスを司る撮像制御部１１２に、撮影操作者１０５の指示に基づいた撮影条件を指示し、データを取り込む。すなわち、撮像制御部１１２は、システム制御部１１０の指示に基づき、Ｘ線発生装置１２０、撮像用寝台（被検査体配置台）１３０、Ｘ線検出器１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１５０に転送し、その後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイドライブ回路１５１を介してディスプレイ１６０に表示し、同時に基本画像処理データを外部記憶装置１６１に保存する。さらに、システム制御部１１０は、撮影操作者１０５の指示に基づいて、再画像処理や再生表示、ネットワーク（ＬＡＮ）上の装置への画像データの転送及び該画像データの保存、ディスプレイ表示、フィルムへの印刷などを行う。
【０１０９】
次に、信号の流れを追って順次説明を加える。
【０１１０】
Ｘ線発生装置１２０はＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とを有する。Ｘ線管球１２１は、撮像制御部１１２により制御される高圧発生電源１２４によって駆動され、Ｘ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は、撮像制御部１１２により駆動され、撮像領域の変更に伴い不必要な領域へのＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮影用寝台１３０の上に横たわった被検体（被検査体）１２６に向けられる。撮影用寝台１３０は、撮像制御部１１２の指示に基づいてＸ線ビーム１２５の照射方向と直交する２次元方向に駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮影用寝台１３０を透過した後にＸ線検出器１４０に照射される。
【０１１１】
Ｘ線検出器１４０は、グリッド１４１、シンチレータ（蛍光体）１４２、光電変換素子アレー（光検出アレー）１４３、Ｘ線露光量モニタ１４４および駆動回路１４５を有する。グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１は、Ｘ線低吸収部材とＸ線高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をなしている。そして、光検出器アレー１４３とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないように、Ｘ線照射時には撮像制御部１１２の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。シンチレータ１４２では、エネルギーの高いＸ線によって蛍光体の母体物質が励起され（吸収）され、再結合する際の再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が得られる。その蛍光は、ＣａＷＯ4 やＣｄＷＯ4 などの母体自身によるものや、ＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付活された発光中心物質によるものがある。このシンチレータ１４２に隣接して光検出器アレー１４３が配置されている。この光検出器アレー１４３は、光子を電気信号に変換する。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するためのものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は、結晶シリコンの受光素子などを用いて直接Ｘ線を検出するものでもよいし、シンチレータ１４２からの光を検出するものでもよい。一例として、光検出器アレー１４３を透過した可視光（Ｘ線量に比例）を光検出器アレー１４３の基板上に成膜されたアモルファスシリコン受光要素子で検知するものが挙げられる。Ｘ線露光量モニタ１４４での検知信号は撮像制御部１１２に送られ、これに基づき撮像制御部１１２は高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。駆動回路１４５は、撮像制御部１１２の制御下で、光検出器アレー１４３を駆動し各検出素子から信号を読出す。光検出器アレー１４３および駆動回路１４５については後で詳述する。
【０１１２】
Ｘ線検出部１４０からの画像信号（画像データ）は、Ｘ線室１０１からＸ線制御室１０２内の画像処理部１５０へ転送される。この転送の際、Ｘ線室１０１内ではＸ線発生に伴ってノイズが発生しやすく、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有るため、転送路の耐雑音性を高くするのが好ましい。誤り訂正機能を持たせた伝送系を用いたり、その他、例えば差動ドライバによるシールド付き対より線や光ファイバによる転送路を用いたりすることが望ましい。画像処理部１５０では、画像データの補正、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行う。その他、階調処理、散乱線補正、ＤＲ圧縮処理などを行うことも可能である。処理された画像はディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行われた基本画像は高速記憶装置１６１に保存される。高速記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。
【０１１３】
また、操作者１０５の指示に基づいて、高速記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。本Ｘ線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮ１０３に接続することも可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数のＸ線撮像システムを接続することは勿論のこと、画像を動画・静止画表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本Ｘ線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮影時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。
【０１１４】
図５は光検出器アレー１４３の一例として４つの検出素子の部分（４画素分）を示す模式的平面図であり、図６はそのＡ−Ｂ断面図である。
【０１１５】
各検出素子は光電変換素子４０１とスイッチング素子４０２とを有する。図５中のハッチング部はシンチレータ１４１からの蛍光を受光する光電変換素子４０１の受光面である。光電変換素子４０１での光電変換により得られた信号電荷はスイッチング素子４０２を介して処理回路側へ転送される。７０８はスイッチング素子４０２を制御するコントロール線であり、７０９は処理回路へ結線される信号線である。７１０は光電変換素子にバイアスを与える電源ラインである。また、７２０は光電変換素子４０１とスイッチング素子４０２を接続するためのコンタクトホールである。
【０１１６】
次に、光電変換素子及びスイッチング素子を含む検出素子の形成方法の一例を説明する。
【０１１７】
まず、絶縁基板４００上にスパッタ法や抵抗加熱法によりクロム（Ｃｒ）を蒸着して第１の金属薄膜層７２１を約５００オングストローム厚に形成し、フォトリソグラフィーによりパターニングして必要なエリアをエッチングする。この第１の金属薄膜層７２１は、光電変換素子４０１の下部電極及びスイッチング素子４０２のゲート電極となる。次に、ＣＶＤ法により、同一真空内でａ−ＳｉＮｘ（７２５）、ａ−Ｓｉ：Ｈ（７２６）、ｎ+ 層（７２７）をそれぞれ２０００、５０００、５００オングストロームづつ順次堆積させる。これらの各層は、それぞれ光電変換素子４０１の絶縁層／光電変換半導体層／ホール注入阻止層となり、そして、それぞれスイッチング素子（ＴＦＴ）４０２のゲート絶縁層／半導体層／オーミックコンタクト層となる。また、第１の金属薄膜層７２１と第２の金属薄膜層７２２のクロス部（図５の７３０）との絶縁層としても利用される。各層の膜厚は、上記厚さに限らず検出素子として使用する電圧、電荷、シンチレータからの入射蛍光量等により最適に設計される。少なくとも、ａ−ＳｉＮｘ層７２５は、エレクトロンとホールとが通過できず、また、ＴＦＴ４０２のゲート絶縁膜として十分機能できる様に、５００オングストローム以上が望ましい。
【０１１８】
以上の各層を堆積した後、コンタクトホール（図５の７２０）となるエリアをＲＩＥまたはＣＤＥなどでドライエッチングし、その後、第２の金属薄膜層７２２としてアルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法や抵抗加熱法で約１００００オングストローム堆積させる。さらに、フォトリソグラフィーによりパターニングし不必要なエリアをエッチングする。この第２の金属薄膜層７２２は、光電変換素子４０１の上部電極、スイッチングＴＦＴ４０２のソース・ドレイン電極、その他の配線等となる。また、第２の金属薄膜層７２２の成膜と同時に、コンタクトホール部で上下の金属薄膜層（第１及び第２の金属薄膜層７２１，７２２）が接続される。更に、ＴＦＴ４０２のチャンネル部を形成するために、ソース電極・ドレイン電極間の一部をＲＩＥ法でエッチングし、その後、不必要なａ−ＳｉＮｘ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ層、ｎ+ 層をＲＩＥ法でエッチングすることにより、各素子が分離される。これにより、光電変換素子４０１、スイッチングＴＦＴ４０２、他の配線類（７０８，７０９，７１０）、コンタクトホール部７２０が形成される。
【０１１９】
図６の断面図においては、２画素分のみしか図示されていないが、多数の画素分が同時に絶縁基板４００上に形成されることは言うまでもない。最後に耐湿性向上の目的として、各素子、配線類をたとえばＳｉＮｘ（シリコン原子と窒素原子を有する非晶質材料）のパッシベーション膜（保護膜）４１０で被覆する。
【０１２０】
以上説明した通り、光電変換素子４０１、スイッチングＴＦＴ４０２及び配線類が、同時に堆積された共通の第１の金属薄膜層、ａ−ＳｉＮｘ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ層（シリコン原子を母体とし水素原子を有する非晶質材料の層）、ｎ+ 層（たとえばシリコン原子を母体とし、水素原子と、燐原子またはヒ素原子を有する非晶質材料の層）及び第２の金属薄膜層を適宜エッチングするのみで形成される。また、光電変換素子内には注入阻止層が１ケ所しかなく、かつ、他の層と同一真空槽内で形成される。
【０１２１】
次に、光電変換素子４０１単体のデバイス動作について説明する。
【０１２２】
図７は、光電変換素子４０１のエネルギバンド図であり、図６の各層の厚さ方向の状態を表している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれリフレッシュモードおよび光電変換モードの動作状態を表している。７２１はＣｒで形成された下部電極（以下「Ｇ電極」と記す）である。７２５は電子及びホールの通過を阻止するＳｉＮｘで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果によっても電子及びホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。７２６は水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉ：Ｈの真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層であり、７２７は光電変換半導体層７２６へのホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層であり、７２２はＡｌで形成された上部電極（以下「Ｄ電極」と記す）である。Ｄ電極はｎ層を完全には覆っていないがＤ電極とｎ層との間では電子の移動が自由に行われるため、Ｄ電極とｎ層との電位は常に同電位であり、以下の説明ではそれを前提としている。光電変換素子にはＤ電極及びＧ電極への電圧の印加の仕方により、リフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作状態がある。
【０１２３】
リフレッシュモードでは、図７（ａ）に示されている様に、Ｄ電極にＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層７２６中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層７２６に注入される。このとき、一部のホールと電子とはｎ層７２７及びｉ層７２６において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けば、ｉ層７２６内のホールは該ｉ層７２６から掃き出される。
【０１２４】
このリフレッシュモード状態から光電変換モード状態にするには、図７（ｂ）に示されている様に、Ｄ電極にＧ電極に対して正の電位を与える。すると、ｉ層７２６中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールはｎ層７２６が注入阻止層として働くため該ｉ層７２６に導かれることはない。この状態で、ｉ層７２６に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層７２６内を移動しｉ層７２６と絶縁層７２５との界面に達する。しかし、ホールは絶縁層７２５内へは移動できないため、ｉ層７２６内の絶縁層７２５との界面に集中する。このため、素子内の電気的中性を保つ様に、Ｇ電極から電流が流れ出る。この電流は、光により発生した電子・ホールに対応しているため、入射した光に比例する。ある期間、図７（ｂ）の光電変換モード状態を保った後、再び図７（ａ）のリフレッシュモード状態にすると、ｉ層７２６に溜っていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時、ｉ層７２６内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定であるため、差し引いて検出すればよい。つまり、光電変換素子は、リアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量を出力することもできる。
【０１２５】
ところで、何等かの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは、図７（ｃ）に示されている様に、ｉ層７２６内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層７２６内のホールと発生した電子とが再結合してしまうからである。この状態で、光の入射状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードすればｉ層７２６内のホールは掃き出され、次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が流れる。
【０１２６】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層７２６内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを引き出すだけでも効果は有り、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において、図７（ｃ）の状態になっていなければよく、その様にリフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間および注入阻止ｎ層７２７の特性を決めればよい。また、更にリフレッシュモードにおいてｉ層７２６への電子の注入は必要条件ではなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものではない。ホールが多数ｉ層７２６に留まっている場合には、たとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正であっても、ｉ層７２６内の電界はホールをＤ電極へと導く方向に加わるからである。注入阻止ｎ層７２７の特性も同様に電子をｉ層７２６に注入できることが必要条件ではない。なお、この光電変換素子の説明は基本的に前出の実施態様に適用される。
【０１２７】
次に、図８及び図９を用いて、Ｘ線撮像装置における１画素分の検出素子の動作について説明する。
【０１２８】
図８は、１画素分の光電変換素子４０１およびスイッチングＴＦＴ４０２を含んだ等価回路であり、図９はその動作を表すタイミングチャートである。前述のとおり、本検出素子には２つのモード（リフレッシュモード／光電変換モード）がある。リフレッシュモードとは光電変換素子４０１を初期化するためのモードであり、光電変換モードとは主に受光した光を電荷として蓄積するモードである。
【０１２９】
さて、電源投入直後に、光電変換素子４０１を初期化するためにリフレッシュモードへ移行する。７０１はバイアス電源であり、モード（リフレッシュモード／光電変換モード）に対応した電圧を印加する。リフレッシュモードでは、このバイアス電源７０１をリフレッシュモード用のある電圧値Ｖｒに設定した状態で、スイッチングＴＦＴ４０２のゲート７３０にＶｇｈを印加し、ＴＦＴ４０２をＯＮする。同時にリセット用スイッチング素子７０５をＯＮする。これにより光電変換素子４０１のＤ電極がＶｒに、Ｇ電極がリセット用電源７０７のバイアスＶＢＴにセットされる（Ｖｒ＜ＶＢＴ）。
【０１３０】
所定時間経過後、リフレッシュモードから光電変換モードへ移行する。その際には、バイアス用電源７０１を光電変換モード用の電圧値Ｖｓに設定し、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＦＦする。この時、リセット用スイッチング素子７０５も同時にＯＦＦする。この直後から４０１内のＣ１及びＣ２に電荷蓄積が開始される。
【０１３１】
リフレッシュモードから光電変換モードへ移行した直後には、光電変換部の暗電流Ｉｄが大きい。この暗電流の影響を抑えるため、光電変換モードへ移行後所定時間経過時に光電変換素子４０１内のＧ電極を再びＶＢＴにセットする。すなわち、バイアス電源７０１電圧をＶｓに維持したまま、リセット用スイッチング素子７０５をＯＮして、容量素子７１３をＶＢＴ電位とし、その後リセット用スイッチング素子７０５をＯＦＦする。次に、バイアス電源７０１電圧をＶｓに維持したまま、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＮすることにより、光電変換素子４０１内のＣ１をリセットする。所定時間の後に、スイッチングＴＦＴ４０２をＯＦＦした時から光電変換素子４０１内Ｃ１に信号電荷の蓄積が開始される。
【０１３２】
この後、Ｘ線発生装置１２０からＸ線１２５が照射（曝射）され、被検体１２６とグリッド１４１を透過したＸ線はシンチレータ１４２により光電変換素子４０１の感度域（例えば、波長λ＝５５０ｎｍ）にエネルギー変換され、さらに光電変換素子４０１により光電変換される。光電変換素子４０１を構成するａ−ＳｉＮｘ絶縁層７２５及びａ−Ｓｉ：Ｈ光半導体層７２６は誘電性を有するため、光電変換素子４０１は容量素子として機能し、信号電荷を光電変換素子４０１内Ｃ１に蓄積する。
【０１３３】
Ｘ線照射後、ＴＦＴ４０２をＯＮさせ、光電変換素子４０１内Ｃ１から蓄積電荷信号を容量素子７１３に転送する。実際には、容量素子７１３からＣ１に電子が流入することになる。容量素子７１３は、特に図５上に素子として形成されているわけではなく、ＴＦＴ４０２の上下電極間の容量や信号線７０９とゲート線７０８のクロス部７３０等で必然的に形成されている。もちろん、素子として設計し、別途作り込んでもよい。
【０１３４】
以上の動作が、電源供給やＴＦＴ４０２の制御を除いて、絶縁基板上に形成されたアモルファスイデバイス（素子）にて行われる。
【０１３５】
その後、容量性素子７１３の信号電位信号は前置増幅器７２１により１０〜１００倍に増幅され、後段のサンプルホールド部７５０に、図９に示されるタイミングでホールドされる。増幅器の倍率は測定中は固定で、操作者の撮影目的に応じてシステム制御部１１０の指示に基づき切り替えられる。この前置増幅器７２１とサンプルホールド部７５０の部分は電流電圧変換回路を用いても良い。上述のようにサンプルホールド部７５０を設け、サンプルホールド部以降に信号を出力しつつ、光電変換素子４０１では、信号電荷蓄積、容量素子７１３に電荷転送を同時に行う。このようにパイプライン処理を行うことにより、１素子あたりの駆動速度を向上させている。サンプルホールド部７５０の出力はアナログマルチプレクサ７５１を介して増幅器７５２（７５２−１、７５２−２、７５２−３）に接続されている（アナログマルチプレクサ７５１の駆動などについては２次元駆動を説明する際に述べる）。増幅器７５２は３系統（−１、−２、−３）あり増幅率はそれぞれ×１、×２、×４である。この増幅器７５２−１、７５２−２、７５２−３は、それぞれＡ／Ｄ変換器７６０（７６０−１、７６０−２、７６０−３）に接続されている。Ａ／Ｄ変換器７６０は、アナログマルチプレクサ７５１の信号が確定されている間にＡ／Ｄ変換を完了させ、Ａ／Ｄ変換器７６０への入力信号のオーバーフロー信号を元に有効なＡ／Ｄ変換出力を−１、−２、−３の中から選択し、Ａ／Ｄ変換器７６０のオーバーフロー信号と併せて、Ａ／Ｄ変換出力を後段の画像処理部１５０に出力する。このＡ／Ｄ変換器の構成によって、３つのＡ／Ｄ変換器は１つの自動レンジ変換機能をもったＡ／Ｄ変換器として機能する。
【０１３６】
さて、再び光電変換素子４０１内Ｃ１の信号電荷（前回ＴＦＴゲート７３０をＯＦＦしてから蓄積された信号電荷）を読み出すには、ゲート７３０をＯＦＦした状態でリセット用スイッチング素子７０５をＯＮして容量性素子７１３をＶＢＴにリセットする。この状態にした後、リセット用スイッチング素子７０５をＯＦＦし、さらにＴＦＴ４０２のゲート７３０をＯＮする。これにより、前回ＴＦＴ４０２がＯＦＦされてから、今回ＯＮされるまでの間に照射されたＸ線量に応じた信号電荷が容量素子７１３に出力される。以後は、前述の容量性素子７１３からの信号の読みだし操作を繰り返すことにより、続けて信号を読出すことができる。
【０１３７】
信号読出しを続けると光電変換素子４０１内Ｃ２が飽和状態になるので、所定間隔で光電変換モードからリフレッシュモードへ移行し、光電変換素子４０１内Ｃ２の蓄積電荷（正孔）を掃き出してリフレッシュする必要がある。以上の動作を繰り返すことによって、信号の読出しを行う。
【０１３８】
さらに、より高Ｓ／Ｎで電荷信号を取り込むために、暗電流によるオフセット誤差の補正を行っても良い。この光電変換素子４０１の暗電流は時間の関数として指数的に減少することが分かっており、これにより、前述の信号読出しを行った直後にもう一度、所定時間後にＸ線照射を行わないで信号の読出し操作を行う。これによって得られた信号は暗電流によるオフセットに対応しており、この値と電荷蓄積時間、リフレッシュ動作からの経過時間とから、直前に読出したＸ線照射量信号を含む読出し値の暗電流オフセット補正を行うことが可能である。１回の静止画を撮像する場合は、画像データを画像処理部１５０内のＲＡＭなどに取り込んだ後にソフト処理によりデータ補正をすることが可能である。動画の場合は、例えば、所定の蓄積時間毎にＸ線照射信号を含む読出しと暗電流値の読出しとを繰り返し、それぞれをＲＡＭに記憶させたのち、ハード的にディジタル減算を行ってオフセット補正を行う等の方法がある。
【０１３９】
次に、図８で示された検出素子を具体的に２次元に拡張して構成した場合における光電変換動作について述べる。図１０は光電変換素子を２次元に配列した光検出器を表した等価回路図であり、図１１はその動作を示すタイミングチャードである。
【０１４０】
光検出器アレー１４３は、２０００×２０００〜５０００×５０００程度の検出素子（画素）含んで構成され、アレー面積は２００ｍｍ×２００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍ程度である。図１０において、光検出器アレー１４３は４０９６×４０９６の画素から構成され、アレー面積は４３０ｍｍ×４３０ｍｍである。よって、１画素のサイズは１０５μｍである。１ブロック内の４０９６画素を横方向にライン状に配置し、４０９６ラインを順に縦に配置することにより、各画素を２次元的に配置している。
【０１４１】
上記の例では４０９６×４０９６画素の光検出器アレーを１枚の基板上に形成しているが、４０９６×４０９６画素の光検出器アレーを２０４８×２０４８個の画素を持つ４枚の光検出器アレーで構成することもできる。この様に分割して製作することにより、歩留まりが向上するなどの利点がある。
【０１４２】
前述の通り、１画素は１個の光電変換素子４０１とスイッチングＴＦＴ４０２とで構成される。４０１−（１，１）〜４０１−（４０９６，４０９６）は前述の光電変換素子４０１に対応するものであり、下部電極をＧ、上部電極をＤで示している。４０２−（１，１）〜４０２−（４０９６，４０９６）はスイッチングＴＦＴ４０２に対応するものである。２次元光検出器アレーの各列の光電変換素子４０１−（ｍ，ｎ）のＧ電極は、対応するスイッチングＴＦＴ４０２−（ｍ，ｎ）のソース・ドレイン導電路により、その列に対する共通の列信号線（Ｌｃ１〜４０９６）に接続されている。例えば、列１の光電変換素子４０１−（１，１）〜（１，４０９６）は第１の列信号配線Ｌｃ１に接続されている。
【０１４３】
各行の光電変換素子４０１のＤ電極は共通にバイアス配線Ｌｂを通して前述のモードを操作するバイアス電源７０１に接続されている。各行のＴＦＴ４０２のゲート電極は行選択配線（Ｌｒ１〜４０９６）に接続されている。例えば、行１のＴＦＴ４０２−（１，１）〜（４０９６，１）は行選択配線Ｌｒ１に接続される。行選択配線Ｌｒはラインセレクタ部８１０を通して撮像制御部１１２に接続されている。ラインセレクタ部８１０は例えばアドレスデコーダ８１１と４０９６個のスイッチ素子８１２とから構成される。この構成により任意のラインＬｒｎを読出すことが可能である。ラインセレクタ部８１０は、最も簡単には単にシフトレジスタによって構成することも可能である。
【０１４４】
列信号配線Ｌｃは撮像制御部１１２により制御される信号読出し部８２０に接続されている。信号読出し部８２０の例は、１画素単位について上記図８に関し既に述べたものと同様である。
【０１４５】
撮像装置では、４０９６×４０９６個の画素を４０９６個のライン（Ｌｒに対応：図１０中の横方向の行）に分け、１行分の４０９６画素の出力を同時に転送し、列信号配線Ｌｃを通し、前置増幅器７２１−１〜４０９６、サンプルホールド部７５０−１〜４０９６を通して、アナログマルチプレクサ７５１によって順次Ａ／Ｄ変換器７６０へと出力される。図１０では、あたかもＡ／Ｄ変換器７６０が１つで構成されているように表されているが、４〜３２の系統で同時にＡ／Ｄ変換を行うこともできる。これによれば、アナログ信号帯域やＡ／Ｄ変換レートを不必要に大きくすることなく、画像信号の読取り時間を短くすることができる。蓄積時間とＡ／Ｄ変換時間とは密接な関係にあり、電荷転送中にＸ線を照射すると正常な画像が得られないので、蓄積時間よりも全ての画素のＡ／Ｄ変換に要する時間は必ず長くなる。蓄積時間が長くなると、暗電流による蓄積電荷のノイズ等が増加する。しかし、高速にＡ／Ｄ変換を行うとアナログ回路の帯域が広くなり所望のＳ／Ｎを達成することが難しくなる。従って、Ａ／Ｄ変換速度を不必要に速くすることなく、画像信号の読取り時間を短くすることが要求される。そのためには、多くのＡ／Ｄ変換器７６０を用いてＡ／Ｄ変換を行えばよいが、Ａ／Ｄ変換器７６０の数が多くなりすぎるとコスト高となる。よって、上述の点を考慮して適当な値を選択するのが好ましい。
【０１４６】
Ｘ線の照射時間はおよそ１０〜５００ｍｓｅｃであるので、１画面の取込み時間あるいは電荷蓄積時間を１００ｍｓｅｃのオーダーあるいはやや短めにすることが好ましい。例えば、１００ｍｓｅｃで画像を取込むために、アナログ信号帯域を５０ＭＨｚ程度にし、例えば１０ＭＨｚのサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うと、最低でも４系統のＡ／Ｄ変換器７６０が必要になる。本撮像装置では１６系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う様にするのが好ましい。
【０１４７】
図１１において、電源投入直後、あるいは光電変換素子４０１内Ｃ２の蓄積電荷が飽和する前に、光電変換素子４０１を初期化するためにリフレッシュモードへ移行する。光電変換素子１画素の動作について述べたと同様に、撮像制御部１１２はバイアス配線Ｌｂをリフレッシュモード時のバイアス値Ｖｒにし、まず、第１行の転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１）及びリセット用スイッチング素子７０５をＯＮすることにより、第１行の光電変換素子４０１−（１，１）〜−（４０９６，１）のＧ電極はＶＢＴに、Ｄ電極はＶｒにリフレッシュされる。その後、撮像制御部１１２はバイアス配線Ｌｂを光電変換時のバイアス値Ｖｓにし、第１列〜第４０９６列の列信号配線Ｌｃ１〜４０９６をリセット用電源７０７から開放にし、転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１）をＯＦＦする。次に、同様に第２行以下の光電変換素子４０１をリフレッシュする。第４０９６行までの全ての光電変換素子４０１−（１，４０９６）〜−（４０９６，４０９６）をリフレッシュし終えた時点で、光検出器の２次元に拡張した場合のリフレッシュモードを終了し、光電変換モードへと移行する。なお、前述の例では、光電変換素子４０１を第１行から第４０９６行へリフレッシュしたが、撮像制御部１１２の指示により任意の順番でリフレッシュを行うことが可能である。また、全てのＴＦＴ４０２を同時にＯＮして、全ての光電変換素子４０１（１，１）〜−（４０９６，４０９６）をリフレッシュすることも可能である。
【０１４８】
さて、リフレッシュ動作直後には、光検出素子４０２内ノイズ電荷が大きいので、これを基準電位にリセットする。光電変換素子１画素の動作について述べたと同様に、バイアス配線を光電変換モードのバイアス値Ｖｓのままにし、転送用スイッチングＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（１，４０９６）をＯＮし、第１列の光電変換素子のＧ電極をＶＢＴにリセットし、ＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（１，４０９６）をＯＦＦする。次に、第２列以下、この動作を順次繰り返し、全ての画素のリセットを行う。以上の動作はアモルファス素子８００にとっては信号電荷の読出し操作と同じであり、信号電荷を取込んでＡ／Ｄ変換を行うのか或いはこれらを行わないのかの差しかない。この各ＴＦＴ４０２を選択するがＡ／Ｄ変換を行わないリセット操作を以後「空読み」と呼ぶ。この空読み動作中で、全てのＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，４０９６）を同時にＯＮにすることは可能であるが、この場合には読出し準備完了的に信号配線電位がリセット電圧ＶＢＴから大きくずれることとなり、高Ｓ／Ｎの信号を得ることが難しい。また、前述の例では、行選択配線Ｌｒを１から４０９６へリセットしたが、撮像制御部１１２の指示により任意の順番でリセットを行うことが可能である。また、それぞれの光電変換素子４０１ではＴＦＴ４０２をＯＦＦした時刻から電荷蓄積が開始されるので、光電変換素子４０２毎に電荷蓄積開始時刻が異なる。
【０１４９】
図１１において７３０′に示したパルス列は１つのパルスが１列のＴＦＴをＯＮにしていることを模擬的に表している。この１つの列パルスに対応するアナログマルチプレクサ７５１の出力（図１０のＢ点）を模擬的に図１１中でＢに表している。Ｂに示されている通り、１つの列パルスに対してアナログ出力が４０９６のパルス列として出力される。実際には、１つの列出力あたり１６系統による読出しであるので、１６パルス信号が同時に出力され、２５６のパルス列をＡ／Ｄ変換することになる。
【０１５０】
さて、全光電変換素子４０１の空読み終了後、撮影者１０５からの撮影開始の指示があるまで所定時間間隔でこの空読み動作を繰返し、さらに長い所定時間間隔でリフレッシュ動作を繰返す。撮影者１０５からの撮影開始の指示を受けると、撮影制御部１１２は空読み動作の終了を待ってＸ線を被検体１２６に曝射する。被検体１２６を透過したＸ線ビーム１２５は、シンチレータ１４２により可視光に変換され、光電変換素子４０１に吸収されると同時に、光検出器アレー１４３を透過した可視光は光量モニタ１４４によって検出される。その検出された信号を元に撮影制御部１１２は適正Ｘ線曝射量に達する時点でＸ線曝射を終了する。
【０１５１】
Ｘ線曝射終了後、光電変換素子４０１内の信号電荷を読出す。まず、空読みと同様に光電変換素子アレーのある行のＴＦＴ４０２（例えばＴＦＴ４０２−（１，１）〜−（４０９６，１））をＯＮし、蓄積電荷信号を信号配線Ｌｃ１〜４０９６に出力する。列信号配線Ｌｃ１〜４０９６から１列づつ４０９６画素分の信号を同時に読み出す。信号配線Ｌｃのリセット動作を行った後、次に、異なる行のＴＦＴ４０２（例えばＴＦＴ４０２−（１，２）〜−（４０９６，２））をＯＮし、蓄積電荷信号を信号配線Ｌｃ１〜４０９６に出力する。列信号配線Ｌｃ１〜４０９６から１行の４０９６画素分の信号を同時に読み出す。この動作を全ての行について順次繰り返すことにより、すべての画像情報を読出す。
【０１５２】
さて、Ｘ線曝射による信号電荷を読出した後に、その際の信号電荷に含まれる暗電流などの影響を補正するために、Ｘ線曝射を行わずに信号電荷を読込む。この値を利用して、Ｘ線曝射時の画像信号を補正することが可能である。これは次の様にして行うことができる。
【０１５３】
すなわち、上記動作中、各センサの電荷蓄積時間はリセット動作が完了した時、即ち空読み時のＴＦＴ４０２をＯＦＦしてから、次に電荷読み出しが行われるためにＴＦＴ４０２がＯＮするまでの間である。よって、各行選択配線Ｌｒ毎に蓄積時間・時刻が異なる。通常の動作時は、蓄積時間が異なると補正が複雑になるため、Ｘ線曝射画像取込みと補正用画像取り込みとの蓄積時間が等しくなるように撮像制御部１１２は光検出器アレー１４３を駆動する。例えば、行１の蓄積時間はＴ１であり、行４０９６の蓄積時間はＴ２である。蓄積の時刻は異なるが、Ｔ１とＴ２とは同一となるように駆動される。
【０１５４】
勿論、高分解能の画像情報が必要でない場合や、画像データ取込み速度を速くしたい場合には、すべての画像情報を常に取込む必要はなく、操作者の撮影方法の選択により、撮像制御部１１２は、間引き、画素平均、領域抽出を行う。
【０１５５】
間引きを行うには、まず、行選択配線Ｌｒ１を選択し、列信号配線Ｌｃから信号を出力する際に、例えばＬｃ（２ｎ−１）（ｎ：自然数）をｎ＝１から１ずつ増加させるように１列おきに選択して１行の画像信号を画像処理部１５０に転送する。次に、行を選択する際、行選択配線Ｌｒ（２ｍ＋１）（ｍ：自然数）のｍを１から１つづつ増加させて、１行おきに行の信号を読出す。この例では画素数を１／４に間引いたことになるが、撮像制御部１１２の指示に従い、１／９、１／１６などに画素数を間引くことができる。
【０１５６】
また、画素平均を行う場合には、上述の動作中、行選択配線Ｌｒ（２ｍ−１）とＬｒ（２ｍ）とに同時にＶｇｈを印加することにより、ＴＦＴ４０２−（２ｎ，２ｍ−１）とＴＦＴ４０２−（２ｎ，２ｍ）とが同時にターンオンし、列方向の２画素のアナログ加算を行うことが可能である。この画素加算は２画素に限られることはなく、列信号配線Ｌｒ方向の３以上の画素のアナログ加算を容易に行うことができる。更に、行方向の加算は、Ａ／Ｄ変換出力後に隣り合う列（Ｌｃ（２ｎ）とＬｃ（２ｎ＋１））の信号をディジタル加算することにより実現できる。これにより、上述のアナログ加算と合わせて、２×２の正方形画素の加算値を得ることができる。これにより、照射されたＸ線を無駄にすることなく、高速にデータを読出すことが可能である。当然、２×２以外のマトリックスで加算平均することも可能であり、撮像制御部１１２の指示に基づき、３×３、４×４などのマトリックスで画像を高速に取込む様にすることもできる。
【０１５７】
領域抽出は、読出しを行う総画素数を減らして高速化を目指す方法であり、画像の取込領域を制限することにより実現される。これは、撮影者１０５が必要な領域を操作者インターフェース１１１から入力し、それに基づいて撮像制御部１１２は、データ取込範囲を変更して二次元検出器アレー１４３を駆動する。
【０１５８】
上述の駆動の例として、高速取込モードでは１０２４×１０２４の画素を３０Ｆ／Ｓで取り込む。この場合、２次元検出器アレー１４３の全領域に亘って撮像する場合では４×４画素の加算処理を行うことにより画素数を１／１６に間引き、最も小さい範囲で撮像する場合では１０２４×１０２４の領域で間引きなしで撮像する。このように撮像することで、ディジタルズーム画像が得られる。
【０１５９】
次に関心領域について説明する。まず、図１２を用いて本Ｘ線撮像装置の撮像領域の設定法について述べる。
【０１６０】
図１２中、９０１は動画表示用ディスプレイ、９０２はそのディスプレイドライブ回路、同様に９０５は静止画表示用ディスプレイ、９０６はそのディスプレイドライブ回路である。
【０１６１】
撮像領域やＸ線照射を撮像者が指示するためのインターフェース１１１として、撮像位置操作レバー９１１、撮像サイズ選択スイッチ９１２、撮像ズーム・ワイドレバー９１３、手動Ｘ線絞りレバー９１４、透視開始スイッチ９１５、透視像拡大スイッチ９１６、高精細画像撮影スイッチ９１７などがある。
【０１６２】
撮像位置操作レバー９１１は撮像領域の中心位置を操作するためのものである。システム制御部１１０は、このレバー９１１の指示が光検出器アレー１４３の範囲内であれば、撮像寝台１３０を移動させずにＸ線絞り１２３のみを移動してＸ線照射位置を変化させる。指示が光検出器アレー１４３外かつ撮影寝台１３０を動かして対応できる場合には、撮影寝台１３０を移動させる。この際、Ｘ線絞り１２３も同時に移動させて、検出器アレー１４３の中心とＸ線照射の中心とを合わせる。
【０１６３】
撮像サイズ選択スイッチ９１２は撮像領域の大きさを選択するためのものであり、たとえば以下の
【０１６４】
撮像ズーム・ワイドレバー９１３は、撮影者１０５の操作に従い、撮像領域をほぼ任意に変更可能である。先に説明した撮像サイズ選択スイッチ９１２による設定は一時的なものであり、この撮像ズーム・ワイドレバー９１３の設定により画像取込領域を任意に設定する。画像取込領域の変更の際、撮像サイズ選択スイッチ９１２で設定可能な領域を跨いで領域が変化する場合には、その跨ぐ部分で光検出器アレー１４３上の透視撮影時の空間分解能が自動的に変化する。すなわち、以下に示すように分解能を自動的に変化させる：
【０１６５】
手動Ｘ線絞りレバー９１４は、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３によって設定された領域外の不要な部分へのＸ線照射を抑えるため、あるいは、フレアなどの強い光が光検出器アレーに入らないようにするために、撮影者１０５が操作する。この手動Ｘ線絞りレバー９１４により、撮影者１０５はＸ線絞り１２３を直接操作することが可能である。ただし、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３で設定された領域よりも広い範囲を照射することにはならないようにシステム制御部１１０によってＸ線絞り１２３の調節範囲は制限されている。
【０１６６】
透視開始スイッチ９１５は、透視Ｘ線照射を撮影者１０５が指示するためのものであり、フットスイッチを用いることができる。透視開始スイッチ９１５により透視撮影の開始が指示されると、撮像制御部１１２はＸ線露光量モニタ１４４からの出力を元に自動的にＸ線発生条件を調整し、透視撮影を行う。
【０１６７】
透視像拡大スイッチ９１６は、透視観察中に、撮像エリアの中心部の解像度を高めて観察したい時に選択することにより、中心部の分解能を向上させた拡大像を表示するためのものである。透視時には高速に撮像するために空間分解能を落としているが、この透視像拡大スイッチ９１６の選択時には、システム制御部１１０の指示に基づき、空間分解能を最良の状態にしつつ撮像エリアを小さくして、あたかも拡大された像を動画用ディスプレイ９０１に表示すると同時に、Ｘ線絞り１２３も撮像エリアに合わせた大きさに設定される。この選択が解除されると、撮像領域およびＸ線絞り１２３は元の設定に戻り、そのまま透視を続ける。
【０１６８】
高精細画像撮影スイッチＳＷ９１７は、透視撮影中に所望のタイミングで高精細画像を取込む際に選択する。このスイッチは、通常、撮像位置操作レバー９１１上に配置されている。高精細画像撮影スイッチ９１７により静止画の取込が指示されると、予め設定しておいた静止画撮影用のＸ線発生条件でＸ線が被検体１２６めがけて照射され、高精細な静止画像が取込まれ、画像処理部１５０で処理がなされた後に静止画用ディスプレイ９０５に表示される。静止画の取込動作中の間、動画表示用ディスプレイ９０１には、高精細画像撮影スイッチ９１７が押される直前の透視画像がフリーズされている。
【０１６９】
以上のような構成を用いて画像取込領域が決定される訳であるが、所望の行範囲及び所望の列範囲を関心領域の最も簡単な設定は、画像取込領域と関心領域とを同一と定義づけることである。この場合は、撮像サイズ選択スイッチ９１２または撮像ズーム・ワイドレバー９１３により関心領域が決定される。撮像領域は、システム制御部１１０が把握している光検出器アレー１４３の中心座標および撮像領域の座標を基準に画像の取込を行う。また、Ｘ線照射領域を関心領域と定義づけることも可能である。この場合は、Ｘ線絞り１２３の位置をシステム制御部１１０が把握しているので、Ｘ線照射領域の中心座標および照射領域は簡単な計算により求められる。システム制御部１１０は、駆動回路１４５に指示して、その座標を基準として画像取込みを行う。画像の取込手順の具体例は後述する。その他、動画表示用ディスプレイ９０１上でマウス等のポインタを用いて、撮影者１０５が直接関心領域の中心を指示するような構成にしてもよいし、撮影者１０５によってマーキングされた領域の特徴を抽出してマーキングされた部位が常に透視画像の中心に来るように自動的にＸ線絞り１２３や撮影寝台１３０を制御して、関心領域の中心を常に撮像領域の中心として駆動回路１４５を駆動することも可能である。
【０１７０】
図１３を用いて、実際の画像取込手順の一例について説明する。
【０１７１】
光検出器アレー１４３において、ＴＦＴ４０２の行選択配線Ｌｒ方向をＸ軸、列信号配線Ｌｃ方向をＹ軸として画素の座標を（ｘ，ｙ）で表す。図１３では、光検出器アレー１４３の上部にＡ／Ｄ変換器７６０などの信号読み出し部８２０、右にラインセレクタ部８１０が配置されており、Ｘ線は紙面の表面から裏面方向に照射されているものとする。この時に、図に示すよう右上を（１、１）とし、左下を（４０９６、４０９６）とする。
【０１７２】
撮像位置操作レバー９１１により撮像可能領域２００の中心が（１７５０、２２５０）に設定され、撮像ズーム・ワイドレバー９１３により撮像可能領域２００が（５００、１０００）〜（３０００、３５００）に設定されている。さらに、手動Ｘ線絞りレバー９１４によりＸ線照射領域２１０が（５００、２０００）〜（３０００、３５００）に設定されている。今、撮影者１０５の関心領域はＸ線照射領域２１０に一致していると定義付けする。この時、関心領域２１０の中心は（１７５０、２７５０）、そして、関心領域は４０９６×４０９６の領域の３／４×３／４以下で１／２×１／２以上なので、前述の通り透視撮影時には３×３の画素を加算平均する。よって、図１３の透視撮影時の読出し行の読込み手順は以下に示すようになる。併せて、選択領域のＹ軸が（ｍ＋１）行〜（ｍ＋ｎ）行に亘る場合［但し、ｎは６の倍数］の透視画像取込みの駆動例も併記する：
＜読出し順序＞
読出し順序Ａと選択される行（2001〜3500行の場合）Ｂ及び選択される行［(m+1）〜（m+n)行の場合］Ｃとの関係は次のとおり
さて、透視撮影中に高精細画像撮影スイッチ９１７により高精細画像の取込みが指示されると、透視画像取込みを中断するとともに、動画表示用ディスプレイ９０１の画像をフリーズする。そして、Ｘ線照射領域２１０の高精細画像取込みの駆動ルーチンに移る。まず、光検出器アレー１４３をリフレッシュモードに移行してリフレッシュを行う。次に、Ｘ線照射領域２１０の周辺部から中心部に向かう駆動方向で光検出器アレー１４３を初期化する。これは、前出の空読み動作である。その駆動例を、以下に示す：
【０１７４】
上述のように読出しの駆動を行うことにより、高精細画像の関心領域の中心部の信号電荷蓄積時間を最小にすることができ、暗電流によるノイズの影響を抑えることができる。
【０１７５】
もちろん、本例の関心領域外については実施態様例１及び３で説明したように、同時に一括読出ししてもよいし、読出しを行なわないで初期化してもよい。
【０１７６】
また、一括読出しは非読取り領域を全て同時に行なう以外にいくつかに分割して読み出してもよく、あるいは、読み取り領域を読出した後、読み取られた領域を含めてあらためて全画素を一括して読み出すようにしても良い。
【０１７７】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、複数の光電変換素子を２次元に配列した光電変換装置においても信号読み取りを高速に行なうことが可能になる。
【０１７８】
また、本発明によれば、不必要な駆動線を順次駆動する時間及び不必要な信号を出力を読み取る時間を削除でき、結果的に必要な部分の信号読み出しを高速で行うことが可能となる。
【０１７９】
また、本発明によれば不必要とする光電変換素子の両端の電位を同時に短時間で初期値に戻すことにより、全ての光電変換素子のセンサ特性を等しくすることが可能となり、より信頼性の高い光電変換情報を得ることが可能となる。
【０１８０】
又、発明によれば、トリミングを行う場合の駆動方法と全画素で読み取る場合の駆動方法を切り替えて駆動することにより、必要に応じ全画素での読み取り又は部分的な読み取りが選択でき、使い勝手が良い装置を提供できる。
【０１８１】
加えて、本発明によれば、光検出器アレーを用いた画像読取装置の駆動（画像データ読出）において、まず、関心領域を設定し、そして、その関心領域に対して光検出器アレーの駆動を適切に選択することができる。
【０１８２】
また、本発明によれば、特に、高精細画像データの読出において、関心領域の周辺部から中心部に向かって順次光電変換素子をリセットし、中心部から周辺部に向かって画像情報を取出す様にしたことにより、中心部の信号電荷蓄積時間を周辺部の信号電荷蓄積時間より短くすることができる。また、これにより、蓄積時間とともに増加するノイズの影響を抑え、関心領域の中心部のＳ／Ｎの向上を図ることができる。
【０１８３】
更に本発明によれば特に光電変換装置をＸ線撮像装置に用いる場合、更に言うならば、Ｘ線撮像装置にＸ線を連続的に照射しながら画像を見るいわゆる動画を撮像する場合に、照射Ｘ線量を減らすことが可能となる。従ってＸ線などの放射線が照射される被検体や装置の操作者及び環境に対して影響を少なくすることができる。
【０１８４】
以上の実施形態はＸ線撮像に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＸＹアドレス駆動方式の光検出器アレーを用いたものであれば、同様に適用することができる。特に、本発明は受光部に対応する光電変換素子が信号電荷蓄積部と信号取り出し経路中のスイッチ部とを有するものであって、電荷蓄積時間と共にＳ／Ｎ低下などの光電変換特性劣化を生ずることがある光検出器アレーを用いたものに適用した場合に、その光電変換特性の向上に大きな効果を発揮する。
【０１８５】
また、本発明は、上述した実施形態及び説明に限定されるわけではなく、本発明の主旨の範囲内において適宜変形及び組合せが可能であるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光電変換装置の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図２】図１に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミング図である。
【図３】図１に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミング図である。
【図４】２次元の光電変換装置を有するＸ線撮像システムの一例を説明するための概略的システム構成図である。
【図５】光電変換素子の画素構造の一例を説明するための模式的平面図である。
【図６】光電変換素子の画素構造の一例を説明するための模式的断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は光電変換素子の動作の一例を説明するため模式的エネルギーバンド図である。
【図８】１つの光電変換素子の駆動の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図９】光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】光電変換素子の一例を説明するための概略的等価回路図である。
【図１１】光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】関心領域を選択する一例を説明するための概略的システム構成図である。
【図１３】関心領域を説明するための概念図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は夫々光電変換素子の一例を説明するための模式的断面図、（ｃ）は（ａ）又は（ｂ）の光電変換素子の概略的駆動回路を説明するための等価回路図である。
【図１５】ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を説明するための模式的断面図である。
【図１６】ＴＦＴのゲート絶縁膜の厚さと歩留りとの関係の一例を説明するためのグラフである。
【図１７】２次元に配された光電変換素子を有する光電変換装置の概略的等価回路図である。
【図１８】（ａ）は光電変換装置の一画素の一例を説明するための模式的平面図、（ｂ）は（ａ）に示される画素を切断した場合の模式的切断面である。
【図１９】図１７に示される光電変換装置の駆動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図２０】夫々読取り領域と、駆動ＩＣの配置の一例を説明するための模式的平面図である。
【図２１】夫々読取り領域と、駆動ＩＣの配置の一例を説明するための模式的平面図である。
【符号の説明】
Ｓ１１〜Ｓ３３ 光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ３３ 転送用ＴＦＴ
Ｃ１１〜Ｃ３３ コンデンサ
Ｍ１〜Ｍ３ スイッチ
ＲＦ リフレッシュ制御回路
ＳＲ１，ＳＲ２ シフトレジスタ
ＳＷｇ スイッチ
ＳＷｓ スイッチ
Ｖｇ リフレッシュ用電源
Ｖｓ 読み取り用電源
ｇ１〜ｇ３ 制御配線
ｓ１〜ｓ３ 制御配線
Claims (18)
- 基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法。 - 基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置の駆動方法において、
複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法。 - 請求項１又は２に記載の光電変換装置の駆動方法において、前記残りの駆動線の全て又は二以上の駆動線の前記光電変換素子の両端の電位を同時に初期値に戻す光電変換装置の駆動方法。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置の駆動方法において、前記任意の駆動線及び前記残りの駆動線に前記制御信号が印加され、全画素から前記Ｙ方向の複数の信号線に信号電荷が転送された後、全画素に対応して初期化するために、前記複数の駆動線すべてに前記制御信号を印加する光電変換装置の駆動方法。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置の駆動方法において、前記任意の駆動線に順次前記制御信号を印加し前記複数の信号線に信号電荷を転送するモードと、前記複数の駆動線に順次前記制御信号を印加し前記複数の信号線に信号電荷を転送するモードとを有する光電変換装置の駆動方法。
- 請求項５記載の光電変換装置の駆動方法において、前記２つのモードは交互に行なわれる光電変換装置の駆動方法。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置の駆動方法において、前記任意の駆動線は複数本選択され、選択された複数本の駆動線は内側に配置された駆動線から外側に配置された駆動線へと順に前記制御信号が印加される光電変換装置の駆動方法。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置の駆動方法において、前記任意の駆動線は複数本選択され、初期化のために、選択された複数本の駆動線は外側に配置された駆動線から内側に配置された駆動線へと順に前記制御信号が印加される光電変換装置の駆動方法。
- 請求項７記載の光電変換装置の駆動方法において、前記選択された複数本の駆動線において内側に配置された駆動線から外側に配置された駆動線へと順に前記制御信号が印加される前に、初期化のために、前記選択された複数本の駆動線は外側に配置された駆動線から内側に配置された駆動線へと順に前記制御信号が印加される光電変換装置の駆動方法。
- 基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆 動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの駆動線の全てに、前記任意の駆動線とは異なるタイミングで一括して前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置。 - 基板上に光電変換素子を含む画素が２次元に複数配置され、Ｘ方向の複数の前記画素を駆動するための駆動線が前記Ｘ方向と異なるＹ方向に複数配置され、前記Ｙ方向の複数の前記画素からの信号を読み出すための信号線が前記Ｘ方向に複数配置され、前記駆動線に印加される制御信号により選択された前記Ｘ方向の複数の画素からの電荷を、前記Ｘ方向に配置された複数の信号線に転送する光電変換装置において、
複数の前記駆動線に制御信号を印加する印加手段と、複数の前記駆動線のうち任意の駆動線のみに順次前記制御信号を印加し、残りの複数の駆動線は前記任意の駆動線とは異なるタイミングで前記残りの複数の駆動線のうちの二以上の駆動線に同時に前記制御信号を印加するように、前記印加手段を制御する制御手段とを有する光電変換装置。 - 請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記光電変換素子は、
第一の電極層、
第一導電型のキャリア及び前記第一導電型のキャリアとは正負の異なる第二導電型のキャリア双方のキャリアの通過を阻止する第一の絶縁層、
非単結晶の光電変換半導体層、
第二の電極層、
及び前記第二の電極層と前記光電変換半導体層の間にあって前記光電変換半導体層に第一導電型のキャリアの注入を阻止する注入阻止層、を順に有する光電変換装置。 - 請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記光電変換素子において、
リフレッシュモードでは前記第一導電型のキャリアを前記光電変換半導体層から前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
光電変換モードでは前記光電変換半導体層に入射した光により発生した前記第一導電型のキャリアを前記光電変換半導体層内に留まらせ前記第二導電型のキャリアを前記第二の電極層に導く方向に前記光電変換素子の各層に電界を印加し、
前記光電変換モードにより前記光電変換半導体層に蓄積される前記第一導電型のキャリアもしくは前記第二の電極層に導かれた第二導電型のキャリアを光信号として検出するように、スイッチ素子を制御する制御部、電源部および検出部を有する光電変換装置。 - 請求項１３記載の光電変換装置において、前記スイッチ素子は、ゲート電極層、第二の絶縁層、非単結晶の半導体層、前記半導体層のチャネル領域となる部分を隔てた一対の第一および第二の主電極層、および前記主電極層と前記半導体層との間にオーミックコンタクト層を有する光電変換装置。
- 請求項１４記載の光電変換装置において、前記光電変換素子と前記スイッチ素子の
前記第一の電極層と前記ゲート電極層、
前記第一の絶縁層と前記第二の絶縁層、
前記光電変換半導体層と前記半導体層、
前記第二の電極層と前記主電極層、
および前記注入阻止層と前記オーミックコンタクト層が、
それぞれ共通の膜で構成された光電変換装置。 - 請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記光電変換半導体層および前記半導体層の少なくとも一部が水素化アモルファスシリコンである光電変換装置。
- 請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記制御手段は、前記複数の光電変換素子の全部から信号電荷を転送する状態と、前記任意の駆動線により信号電荷を転送制御がされる光電変換素子から信号電荷を転送する状態とを、切り替える光電変換装置。
- 請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記光電変換素子上に蛍光体を配置した光電変換装置。
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