JP7394655B2 - Imaging devices and radiation imaging devices - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置及び放射線撮像装置に係り、特に画素内に増幅トランジスタを備えた撮像装置及び当該撮像装置を用いた放射線撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and a radiation imaging device, and more particularly to an imaging device including an amplification transistor in a pixel and a radiation imaging device using the imaging device.
従来から、各画素に増幅トランジスタを設けた、いわゆるAPS(アクティブピクセルセンサ)撮像素子において、信号を増幅する増幅トランジスタとして多結晶SiTFTを用いた例(特許文献1)、a-SiTFTを用いた例(特許文献2)、及びアモルファス酸化物半導体TFTを用いた例(特許文献3)が知られている。 Conventionally, in so-called APS (active pixel sensor) imaging devices in which each pixel is provided with an amplification transistor, there are examples in which polycrystalline Si TFTs are used as amplification transistors for amplifying signals (Patent Document 1), and examples in which a-Si TFTs are used. (Patent Document 2) and an example using an amorphous oxide semiconductor TFT (Patent Document 3) are known.
画素内に増幅トランジスタを設けたAPS撮像素子では、薄膜トランジスタ(TFT)の製造上のばらつきに起因するしきい値電圧のばらつきの影響が大きく、これがソースフォロワ回路の動作不良につながり、素子の歩留まりが低下するという課題があった。 APS image sensors that have amplification transistors in their pixels are greatly affected by variations in threshold voltage caused by manufacturing variations in thin film transistors (TFTs), which leads to malfunction of the source follower circuit and reduces device yield. There was a problem with the decline.
本発明は、画素内に増幅トランジスタを備えた撮像装置において、TFTの製造上のばらつきに起因するしきい値電圧のばらつきによる素子の歩留まり低下を防ぐことが可能な撮像装置及び当該撮像装置を用いた放射線撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention provides an imaging device including an amplification transistor in a pixel, which can prevent a decrease in device yield due to variations in threshold voltage caused by manufacturing variations in TFTs, and the use of the imaging device. The purpose of the present invention is to provide a radiographic imaging device that has the following characteristics.
(1)本発明の第1の態様は、複数の行及び複数の列を構成する複数の画素が配置された画素アレイと、前記複数の列に対応して設けられた複数の信号線と、を備えた撮像装置であって、
各画素は、光電変換素子と、前記光電変換素子から出力される電気信号を増幅する増幅トランジスタと、増幅された電気信号を前記信号線に出力する選択トランジスタとを有し、
前記増幅トランジスタは薄膜トランジスタであって、該薄膜トランジスタは第1の制御電極と第2の制御電極とを有し、
前記第1の制御電極と前記第2の制御電極との一方に、前記薄膜トランジスタのしきい値を調整する調整電圧を画素ごとに生成して印加する調整電圧生成部を備える撮像装置である。
(1) A first aspect of the present invention includes a pixel array in which a plurality of pixels forming a plurality of rows and a plurality of columns are arranged, a plurality of signal lines provided corresponding to the plurality of columns, An imaging device comprising:
Each pixel includes a photoelectric conversion element, an amplification transistor that amplifies the electrical signal output from the photoelectric conversion element, and a selection transistor that outputs the amplified electrical signal to the signal line,
The amplification transistor is a thin film transistor, the thin film transistor has a first control electrode and a second control electrode,
The imaging device includes an adjustment voltage generation unit that generates and applies an adjustment voltage for each pixel to adjust the threshold value of the thin film transistor to one of the first control electrode and the second control electrode.
(2)上記(1)の撮像装置において、前記複数の信号線はそれぞれ薄膜トランジスタで構成される負荷トランジスタを備えていてもよい。 (2) In the imaging device of (1) above, each of the plurality of signal lines may include a load transistor formed of a thin film transistor.
(3)上記(2)の撮像装置において、前記負荷トランジスタは、第3の制御電極と第4の制御電極とを有し、
前記調整電圧を第1調整電圧としたとき、前記第3の制御電極と前記第4の制御電極との一方に、前記負荷トランジスタのしきい値を調整する第2調整電圧を前記信号線ごとに印加する調整電圧印加部を備えていてもよい。
(3) In the imaging device according to (2) above, the load transistor has a third control electrode and a fourth control electrode,
When the adjustment voltage is a first adjustment voltage, a second adjustment voltage for adjusting the threshold value of the load transistor is applied to one of the third control electrode and the fourth control electrode for each signal line. It may be provided with an adjustment voltage application section that applies the adjustment voltage.
(4)上記(1)から(3)のいずれかの撮像装置において、前記画素アレイの複数の画素行を順次選択して前記画素アレイから前記複数の信号線に信号を出力する走査回路部を備え、
前記調整電圧生成部は、前記走査回路部が前記画素アレイの一画素行を選択する行選択期間と同時のタイミングで、前記一画素行の各増幅トランジスタに前記調整電圧を印加してもよい。
(4) In the imaging device according to any one of (1) to (3) above, a scanning circuit unit that sequentially selects a plurality of pixel rows of the pixel array and outputs signals from the pixel array to the plurality of signal lines. Prepare,
The adjustment voltage generation section may apply the adjustment voltage to each amplification transistor of the one pixel row at the same timing as a row selection period in which the scanning circuit section selects one pixel row of the pixel array.
(5)上記(3)の撮像装置において、前記画素アレイの複数の画素行を順次選択して前記画素アレイから前記複数の信号線に信号を出力する走査回路部を備え、
前記調整電圧印加部は、前記走査回路部が前記画素アレイの一画素行を選択する行選択期間と同時のタイミングで、前記信号線の前記負荷トランジスタに前記第2調整電圧を印加してもよい。
(5) The imaging device according to (3) above, including a scanning circuit section that sequentially selects a plurality of pixel rows of the pixel array and outputs signals from the pixel array to the plurality of signal lines;
The adjustment voltage applying section may apply the second adjustment voltage to the load transistor of the signal line at the same timing as a row selection period in which the scanning circuit section selects one pixel row of the pixel array. .
(6)本発明の第2の態様は、上記(1)から(5)のいずれかの撮像装置と、少なくとも前記光電変換素子上に設けられた、放射線を光に変換するシンチレータとを備える放射線撮像装置である。 (6) A second aspect of the present invention is a radiation radiation source comprising the imaging device according to any one of (1) to (5) above, and a scintillator that converts radiation into light, which is provided on at least the photoelectric conversion element. It is an imaging device.
本発明によれば、撮像装置の画素アレイのTFTの製造上のばらつきに起因するしきい値電圧を画素単位で調整することが可能となり、しきい値電圧のばらつきによる素子の歩留まりを向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to adjust the threshold voltage caused by manufacturing variations of TFTs in a pixel array of an imaging device on a pixel-by-pixel basis, thereby improving the yield of elements due to variations in threshold voltage. I can do it.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図2は撮像素子部の一画素の回路構成を示す回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail using the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing the circuit configuration of one pixel of the image sensor section.
図1に示すように、撮像装置10は、撮像素子部100と、撮像素子部100の画素の走査を行う走査回路部110と、撮像素子部100から信号を読みだす読み出し回路部120と、走査回路部110、読み出し回路部120及び調整電圧生成部140を制御するとともに、調整電圧値を出力する制御部130と、制御部130から調整電圧値を受け、調整電圧値に基づいて調整電圧を生成して撮像素子部100に出力する調整電圧生成部140とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
撮像素子部100は、j行及びk列(j及びkは2以上の自然数)を構成する複数の画素が配置された画素アレイ、j行に対応して設けられたj本の行選択線Rsとj本の行リセット線Rr、及びk列に対応して設けられたk本の列信号線Cs(信号線となる)とk本の列配線Cvを備えている。図2に示すように、撮像素子部100の一画素は、光電変換素子PD、選択トランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、及び増幅トランジスタTr3を備えている。選択トランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、及び増幅トランジスタTr3は、多結晶Si、アモルファスSi、又はアモルファス酸化物半導体等を用いた薄膜トランジスタ(TFT)で構成される。
The
光電変換素子PDは光電変換膜を有し、光電変換膜はトランジスタ回路上に蒸着やCVD(Chemical Vapor Deposition)、スパッタ等の成膜法で形成される。光電変換膜の光電変換材料としては、例えば有機光導電膜やSi等の無機材料がある。光電変換膜上に電極を形成し、この電極にバイアス電圧Vfを印加することで、光により発生した電荷がトランジスタ回路側の増幅トランジスタTr3のゲート電極に読み出される。 The photoelectric conversion element PD has a photoelectric conversion film, and the photoelectric conversion film is formed on the transistor circuit by a film forming method such as vapor deposition, CVD (Chemical Vapor Deposition), or sputtering. Examples of the photoelectric conversion material of the photoelectric conversion film include an organic photoconductive film and an inorganic material such as Si. By forming an electrode on the photoelectric conversion film and applying a bias voltage Vf to this electrode, charges generated by light are read out to the gate electrode of the amplification transistor Tr3 on the transistor circuit side.
選択トランジスタTr1は、行選択線Rsにゲート電極が接続され、光電変換素子PDで発生した電荷により変動したゲート電位(電気信号)に基づき、増幅トランジスタTr3で増幅された電気信号(以下、信号という)を、列信号線Csに転送する。
リセットトランジスタTr2は、行リセット線Rrにゲート電極が接続され、光電変換素子PD及び増幅トランジスタTR3のゲート電極に残留した電荷をリセットして、光電変換素子PD及び増幅トランジスタTR3のゲート電極のゲート電位をリセット電圧Vrstにする。
増幅トランジスタTr3は、光電変換素子PDで発生した電荷により変動したゲート電位(電気信号となる)を増幅して、増幅された信号を出力する。
The selection transistor Tr1 has a gate electrode connected to the row selection line Rs, and generates an electric signal (hereinafter referred to as a signal) amplified by the amplification transistor Tr3 based on a gate potential (electrical signal) that fluctuates due to the charge generated in the photoelectric conversion element PD. ) is transferred to the column signal line Cs.
The reset transistor Tr2 has a gate electrode connected to the row reset line Rr, resets the charges remaining in the gate electrodes of the photoelectric conversion element PD and the amplification transistor TR3, and sets the gate potential of the gate electrodes of the photoelectric conversion element PD and the amplification transistor TR3. is set to the reset voltage Vrst.
The amplification transistor Tr3 amplifies the gate potential (which becomes an electrical signal) that fluctuates due to the charge generated by the photoelectric conversion element PD, and outputs the amplified signal.
撮像素子部100の行方向に配列された画素において、各画素の選択トランジスタTr1のゲート電極は共通の行選択線Rsに接続され、各画素のリセットトランジスタTr2のゲート電極は共通の行リセット線Rrに接続される。撮像素子部100の列方向に配列された各画素から転送された信号は共有の列信号線Csから行ごとに出力される。列信号線Csには列ごとに負荷トランジスタTr4が設けられ、増幅トランジスタTr3と負荷トランジスタTr4はソースフォロワ回路として働き、増幅した信号を画素外で読み出すことで高いS/N比で信号を読み出すことができる。
In the pixels arranged in the row direction of the
走査回路部110は、撮像素子部100の画素アレイの画素行ごとに行選択信号を行選択線Rsに加え、行選択線Rsにゲート電極が接続された選択トランジスタTr1をオンさせる。選択トランジスタTr1がオンすることで、上述したように、増幅トランジスタTr3で増幅された信号が、列信号線Csに転送される。
また、走査回路部110は、選択トランジスタTr1をオンすることで、増幅トランジスタTr3で増幅された信号を読み出した後に、撮像素子部100の行ごとに行リセット信号を行リセット線Rrに加え、行リセット線Rrにゲート電極が接続されたリセットトランジスタTr2をオンさせる。リセットトランジスタTr2がオンすることで、上述したように、光電変換素子PD及び増幅トランジスタTR3に残留した電荷がリセットされる。
以上の動作で、走査回路部110は画素アレイの複数の画素行を順次選択して画素アレイからk本の列信号線Csに信号を出力する。
The
In addition, the
Through the above operations, the
読み出し回路部120は、各列信号線Csに現れた信号に対して所定の信号処理、例えば、増幅処理やA/D変換処理等の信号処理を実施し、信号処理された信号を列ごとに順次出力する。読み出し回路部120は、行選択期間中にリセットトランジスタTr2をオンすることで、光電変換素子PDで発生した電荷による蓄積電圧をリセットし、リセット前後の電圧差から信号出力を検出することができる。
The
制御部130は、走査回路部110及び読み出し回路部120が上述した動作を行うようにタイミングを制御する制御信号を走査回路部110及び読み出し回路部120に送る。また制御部130は、行選択信号が行選択線Rsに加えられるタイミングと同じタイミングで調整電圧生成部140が調整電圧を撮像素子部100に出力できるように、制御信号を調整電圧生成部140に送る。さらに制御部130は調整電圧を生成するための調整電圧値を調整電圧生成部140に出力する。制御部130は各画素の調整電圧値を各画素と対応づけた補正テーブル131を備えている。
補正テーブル131には、あらかじめ均一光下で撮像した際の撮像素子部100から出力される信号が均一となるような調整電圧値を求めて記録されている。
The
In the correction table 131, an adjustment voltage value is calculated and recorded in advance so that the signal output from the
調整電圧生成部140は、制御部130から調整電圧値を受けて調整電圧を生成し、選択信号が行選択線Rsに加えられるタイミングと同じタイミングで、撮像素子部100の増幅トランジスタTr3のしきい値調整のための電極に、列配線Cvを介して調整電圧を印加する。列状に配列された複数の画素における増幅トランジスタTr3のしきい値調整のための電極は共通の列配線Cvに接続され、調整電圧は列配線Cvごとに印加される。列配線Cvに印加される調整電圧は、行選択信号により選択される画素の増幅トランジスタTr3のしきい値を調整するように、各画素ごとに設定される。
調整電圧生成部140は、例えば特開2011-102876号公報に記載のような既知の電圧生成部を用いることで、各画素の調整電圧を設定することができる。調整電圧生成部140は、調節電圧値に基づいて調整電圧を生成する電源であってもよいし、他の電源から供給された電圧を調節電圧値に基づいて調整電圧に変換する回路であってもよい。
The adjustment
The adjustment
以下、しきい値調整のための電極を有する増幅トランジスタTr3について説明する。
図3は、増幅トランジスタTr3の構造を示す断面図である。図3において、基板201上に、第1の制御電極となる第1ゲート電極202が設けられ、第1ゲート電極202上に第1絶縁膜203が設けられ、第1絶縁膜203上に半導体層204、一方の主電極となるソース電極205、他方の主電極となるドレイン電極206が設けられる。半導体層204、ソース電極205、ドレイン電極206上に第2絶縁膜207が設けられ、半導体層204に対向するように第2の制御電極となる第2ゲート電極208が設けられる。第2ゲート電極208と第2絶縁膜207上には第3絶縁膜209が設けられる。第3絶縁膜209中には、ソース電極205とビアホール211を介して接続される配線層210、第2ゲート電極208とビアホール213を介して接続される配線層212、及びドレイン電極206とビアホール215を介して接続される配線層214が設けられる。第3絶縁膜209上には第4絶縁膜216が設けられる。
The amplification transistor Tr3 having an electrode for threshold adjustment will be described below.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the amplification transistor Tr3. In FIG. 3, a
増幅トランジスタTr3のしきい値電圧が各画素でばらついた場合、画素ごとの入力に対する増幅の特性がばらつくこととなり、これがソースフォロワ回路の動作不良につながり、素子の歩留まりが低下する。
このようなしきい値電圧のばらつきを補正する手段として、図3に示すように、増幅トランジスタTr3の半導体層204の上下両側に絶縁層を介した第2ゲート電極208、第1ゲート電極202をそれぞれ設ける。本実施形態では、これらの第1ゲート電極202及び第2ゲート電極208のうち、一方をしきい値調整のためのしきい値調整電極とする。
その他の選択トランジスタTr1、リセットトランジスタTr2及び負荷トランジスタTr4は、しきい値調整電極を備えなくて良い。ただし、後述する第2実施形態で説明するように、補正の精度を上げるため、負荷トランジスタTr4も増幅トランジスタTr3と同様の構造であることが望ましい。
If the threshold voltage of the amplification transistor Tr3 varies from pixel to pixel, the amplification characteristics for the input of each pixel will vary, which will lead to malfunction of the source follower circuit and reduce the yield of the device.
As a means of correcting such variations in threshold voltage, as shown in FIG. 3, a
The other selection transistors Tr1, reset transistor Tr2, and load transistor Tr4 do not need to have threshold adjustment electrodes. However, as will be explained later in the second embodiment, in order to improve the accuracy of correction, it is desirable that the load transistor Tr4 has the same structure as the amplification transistor Tr3.
次に、しきい値調整電極を有する増幅トランジスタTr3のTFTの作製方法について図3を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a TFT of the amplification transistor Tr3 having a threshold adjustment electrode will be described using FIG. 3.
まず、ガラス又はSi等の基板201上にCu,Al,Mo,Cr,Au,Ni,Ti,W等の金属、又はITO、有機材料等の導電性材料からなる第1ゲート電極202を形成する。この第1ゲート電極202はスパッタ・蒸着等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。第1ゲート電極202の厚みは10~1000nm程度が望ましい。
First, a
次に、第1ゲート電極202を形成した基板上にSiO2,SiN,Al2O2等の酸化物、窒化物、又は有機材料等からなる第1絶縁膜203を形成する。この第1絶縁膜203はスパッタ、CVD等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。第1絶縁膜203の形成後、平坦化のために表面を研磨することが望ましく、研磨後の厚みとしては500nm以下が望ましい。
Next, a first
次に、第1絶縁膜203上にIGZO (インジウム(Indium)、ガリウム(Gallium)、亜鉛(Zinc)、酸素(Oxygen)から構成される物質)等の酸化物半導体、Si、有機材料等からなる半導体層204を形成する。この半導体層204はスパッタ、CVD等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。半導体層204の厚みは5nm~100nm程度が望ましい。半導体層204を形成後、活性化のために基板加熱や光照射によるアニール処理を施しても良い。
Next, an oxide semiconductor made of an oxide semiconductor such as IGZO (a substance made of indium, gallium, zinc, and oxygen), Si, an organic material, etc. is formed on the first insulating
次に、半導体層204上にCu,Al,Mo,Cr,Au,Ni,Ti,W等の金属、又はITO(Indium Tin Oxide)、有機材料等の導電性材料からなるソース電極205及びドレイン電極206を形成する。これらのソース電極205及びドレイン電極206はスパッタ・蒸着等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。ソース電極205及びドレイン電極206の厚みは10nm~500nm程度が望ましい。ソース電極205及びドレイン電極206は後述の配線層210、214へのコンタクトのため、半導体層204だけでなく第1絶縁膜203上にも形成されても良い。
Next, a
次に、ソース電極205及びドレイン電極206を形成した基板上にSiO2,SiN,Al2O2等の酸化物、窒化物、又は有機材料等からなる第2絶縁膜207を形成する。この第2絶縁膜207はスパッタ、CVD等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。第2絶縁膜207の形成後、平坦化のために表面を研磨することが望ましく、研磨後の厚みとしては500nm以下が望ましい。
Next, a second
次に、第2絶縁膜207を形成した基板上にCu,Al,Mo,Cr,Au,Ni,Ti,W等の金属、又はITO、有機材料等の導電性材料からなる第2ゲート電極208を形成する。この第2ゲート電極208はスパッタ・蒸着等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。第2ゲート電極208の厚みは10~1000nm程度が望ましい。
Next, a
次に、第2ゲート電極208を形成した基板上にSiO2,SiN,Al2O2等の酸化物、窒化物、又は有機材料等からなる第3絶縁膜209を形成する。この第3絶縁膜209はスパッタ、CVD等の薄膜形成手法とフォトリソグラフィ・エッチング等によるパターニングにて形成する。第3絶縁膜209の形成後、平坦化のために表面を研磨することが望ましく、研磨後の厚みとしては500nm以下が望ましい。
Next, a third
次に、第3絶縁膜209及び第2絶縁膜207にフォトリソグラフィ・エッチング等でビアホール211、213、215を形成した後、Cu,Al,Mo,Cr,Au,Ni,Ti,W等の金属、又はITO、有機材料等の導電性材料からなる配線層210、212、214を形成する。ビアホール211、213、215内及び配線層210、212、214は平坦化に適したダマシン法により形成することが望ましい。配線層210はビアホール211を介してソース電極205と接続され、配線層212はビアホール213を介して第2ゲート電極に接続され、配線層214はビアホール215を介してドレイン電極206と接続される。続いて、必要であれば表面保護のために第4絶縁膜216を形成しても良い。
Next, after forming via
増幅トランジスタTr3の第1ゲート電極202と第2ゲート電極208は、例えばそれぞれ選択のための通常のゲート電極、しきい値調整電極とする。第1絶縁膜203の厚み>第2絶縁膜207の厚みの場合、しきい値の調整電圧に対する感度が高くなり、第1ゲート電極202に対して比較的低電圧でのしきい値調整が可能になる。一方、第1絶縁膜203の厚み<第2絶縁膜207の厚みの場合、しきい値の調整電圧は上昇するが、調整電圧の変動に対するマージンが大きくなるため、ノイズに強くなる。なお、第1ゲート電極202と第2ゲート電極208の役割が逆になっても良く、その場合は厚みに対する効果も逆になる。
The
次に、撮像素子部100の一画素行の画素の各トランジスタへの入力信号及び出力信号の動作を図4のタイミングチャートに示す。また、撮像素子部100の複数の画素行の画素の各トランジスタへの入力信号及び出力信号の動作を図5のタイミングチャートに示す。
撮像素子部100の各画素の光電変換素子PDに光が照射され、光電変換素子PDで発生した電荷は光電変換信号Vinとして増幅トランジスタTr3のゲート電極に蓄積される。
Next, the timing chart of FIG. 4 shows the operation of input signals and output signals to each transistor of pixels in one pixel row of the
Light is irradiated onto the photoelectric conversion element PD of each pixel of the
次に、走査回路部110は、撮像素子部100の画素アレイの行に順次、行選択信号を送る。例えば、図4に示すように、ある画素行の行選択線Rsに行選択信号が送られる場合について説明する。ある画素行の行選択期間において行選択信号がオンレベルVonとなると、その画素行の画素の選択トランジスタTr1がオンする。増幅トランジスタTr3のゲート電極に蓄積された電荷により変動したゲート電位(光電変換信号Vin)に基づいて、増幅トランジスタTr3で増幅された信号はVsigとして選択トランジスタTr1を介して列信号線Csに読み出される。この行選択期間と同時のタイミングで、その画素行の各画素の増幅トランジスタTr3の第2ゲート電極208には列配線Cvを介して、しきい値の調整電圧Vad1が印加される。この調整電圧Vad1の値は画素行の画素ごとに増幅トランジスタTr3のしきい値のバラツキに合わせて設定される。
Next, the
ある行の行選択期間において、信号出力が終わると、走査回路部110は撮像素子部100の画素アレイの当該行に行リセット信号を送る。例えば、図4に示すように、ある行目の選択期間において行リセット信号がオンレベルVonとなると、当該行の画素のリセットトランジスタTr2がオンする。リセットトランジスタTr2がオンすると、光電変換素子PD及び増幅トランジスタTR3に残留した電荷がリセットされる。行選択期間中にリセットトランジスタTr2をオンすることで、光電変換素子PDで発生した電荷による蓄積電圧をリセットし、リセット前後の電圧差から信号出力を検出することができる。
行選択期間が終了すると、走査回路部110は行選択信号及び行リセット信号をオフレベルVoffとする。
ある行の行選択期間が終了すると、次の行の行選択期間が開始され、ある行の行選択期間と同様な動作が、次の行の画素について行われる。
When signal output ends during the row selection period for a certain row, the
When the row selection period ends, the
When the row selection period of a certain row ends, the row selection period of the next row starts, and the same operation as the row selection period of the certain row is performed for the pixels of the next row.
図5では、n行目の行選択期間(nは1≦n<jの自然数)と(n+1)行目の行選択期間の画素行の動作が示されている。
図5に示すように、n行目の行選択期間において行選択信号がオンレベルVonとなると、n行目の画素行のk個の選択トランジスタTr1Xnがオンし、図4に示した動作と同様な動作で、k個の画素の信号がそれぞれk本の列信号線Csに転送される。図5に示す光電変換信号VinXnYmは、n行の画素行のm列(mは1≦m<kの自然数)の画素の増幅トランジスタTr3のゲート電極に蓄積された電荷により変動したゲート電位を示し、信号がVsigXnYmは、光電変換信号VinXnYmが増幅トランジスタTr3で増幅され、選択トランジスタTr1を介して列信号線Csに読み出された信号を示している。
この行選択期間と同時のタイミングで、その画素行の増幅トランジスタTr3Xn(不図示)の第2ゲート電極208にはしきい値の調整電圧Vad1が印加される。図5に示される調整電圧Vad1(n,m)はn行の画素行のm列の画素の増幅トランジスタの第2ゲート電極208に加えられる電圧である。
FIG. 5 shows the operation of pixel rows during the row selection period of the nth row (n is a natural number of 1≦n<j) and the row selection period of the (n+1)th row.
As shown in FIG. 5, when the row selection signal reaches the on level Von during the row selection period of the nth row, the k selection transistors Tr1Xn of the nth pixel row are turned on, and the operation is similar to that shown in FIG. In this operation, the signals of the k pixels are transferred to the k column signal lines Cs, respectively. The photoelectric conversion signal VinXnYm shown in FIG. 5 indicates the gate potential that fluctuates due to the charge accumulated in the gate electrode of the amplification transistor Tr3 of the pixel in the m column of the n pixel row (m is a natural number of 1≦m<k). , the signal VsigXnYm indicates a signal in which the photoelectric conversion signal VinXnYm is amplified by the amplification transistor Tr3 and read out to the column signal line Cs via the selection transistor Tr1.
At the same timing as this row selection period, the threshold adjustment voltage Vad1 is applied to the
n行目の行選択期間において、信号出力が終わると、走査回路部110は行リセット信号を送り、行リセット信号がオンレベルVonとなると、当該行の画素のk個のリセットトランジスタTr2Xnがオンし、各画素の光電変換素子PD及び増幅トランジスタTr3Xnに残留した電荷がリセットされる。
In the row selection period for the nth row, when the signal output ends, the
n行目の選択期間が終了すると、(n+1)行目の選択期間が開始され、n行目の選択期間と同様な動作が、(n+1)行目の画素について行われる。図5に示される調整電圧Vad1(n+1,m)は(n+1)行の画素行のm列の画素の増幅トランジスタTr3Xn+1の第2ゲート電極208に加えられる電圧である。
When the nth row selection period ends, the (n+1)th row selection period starts, and the same operation as the nth row selection period is performed for the (n+1)th row pixels. The adjustment voltage Vad1 (n+1, m) shown in FIG. 5 is a voltage applied to the
最終行の画素列の行選択期間が終了すると、読み出し回路部120から信号処理された信号を列ごとに順次出力される。こうして、撮像動作が行われる。
When the row selection period for the last pixel column ends, the
本実施形態によれば、しきい値の調整電圧で増幅トランジスタのしきい値を調整することによって、信号の画素ごとのばらつきを低減しているため、画像の歪みを修正するために行う後段での信号処理の負荷を減らすことができる。また、製造上のばらつきを補正することが出来るため、製造歩留りの向上に寄与する。 According to the present embodiment, by adjusting the threshold of the amplification transistor with the threshold adjustment voltage, the variation of the signal from pixel to pixel is reduced, so that the subsequent stage for correcting image distortion is The signal processing load can be reduced. Furthermore, since variations in manufacturing can be corrected, it contributes to improving manufacturing yield.
(第2実施形態)
第1実施形態では、負荷トランジスタTr4にしきい値調整電極を設けない例について説明したが、補正の精度を上げるため、負荷トランジスタTr4も増幅トランジスタTr3と同様にしきい値調整電極を設けてしきい値の調整を行うことが望ましい。第2実施形態では、負荷トランジスタTr4を、しきい値調整電極を有する負荷トランジスタTr5に置き換えて増幅トランジスタTr3と同様にしきい値調整電極を設けた例について説明する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, an example has been described in which the load transistor Tr4 is not provided with a threshold adjustment electrode, but in order to improve the accuracy of correction, the load transistor Tr4 is also provided with a threshold adjustment electrode in the same way as the amplification transistor Tr3, and the threshold value is It is desirable to make adjustments. In the second embodiment, an example will be described in which the load transistor Tr4 is replaced with a load transistor Tr5 having a threshold value adjustment electrode, and the threshold value adjustment electrode is provided similarly to the amplification transistor Tr3.
図6は本発明の第2実施形態の撮像装置の撮像素子部の一画素の回路構成を示す回路図である。図6の回路図において図2の回路図と異なるのは、図6に示す負荷トランジスタTr5は、負荷トランジスタTr4にしきい値調整電極が加えられ、配線Wを介してしきい値調整電極に調整電圧Vad2が印加されることである。 FIG. 6 is a circuit diagram showing the circuit configuration of one pixel in the image sensor portion of the image sensor according to the second embodiment of the present invention. The circuit diagram of FIG. 6 is different from the circuit diagram of FIG. 2 in that the load transistor Tr5 shown in FIG. Vad2 is applied.
図7は本発明の第2実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図7のブロック図において図1のブロック図と異なるのは、図7に示す撮像装置11は図1の撮像装置10に調整電圧印加部150が加えられていることである。調整電圧印加部150は、k本の列信号線Csに接続されるk個の負荷トランジスタTr5のしきい値調整電極に、負荷トランジスタTr5ごとに設定された調整電圧Vad2を印加する。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an imaging device according to a second embodiment of the present invention. The block diagram of FIG. 7 differs from the block diagram of FIG. 1 in that the
しきい値調整電極を有する負荷トランジスタTr5の構造及び作成方法は図3を用いて説明した、増幅トランジスタTr3の構造及び作製方法と同じである。
負荷トランジスタTr5は、図3に示した増幅トランジスタTr3と同様に、負荷トランジスタTr5の半導体層204の上下両側に絶縁層を介した第4の制御電極となる第2ゲート電極208、第3の制御電極となる第1ゲート電極202をそれぞれ備える。そして、これらの第1ゲート電極202及び第2ゲート電極208のうち、一方をしきい値調整のためのしきい値調整電極とする。
また、増幅トランジスタTr3における第1ゲート電極202と第2ゲート電極208の機能、及び第1絶縁膜203と第2絶縁膜207との厚さの関係は、負荷トランジスタTr5についても同様である。
The structure and manufacturing method of the load transistor Tr5 having a threshold value adjustment electrode are the same as the structure and manufacturing method of the amplification transistor Tr3 described using FIG.
Similar to the amplification transistor Tr3 shown in FIG. 3, the load transistor Tr5 has a
Further, the functions of the
負荷トランジスタTr5はk本の列信号線Csに対してそれぞれ設けられ、1本の列信号線Csに対して1つの負荷トランジスタTr5が接続される。そして、負荷トランジスタTr5のしきい値の調整電圧Vad2は画素アレイの行走査に関係なく列ごとに決められる。
調整電圧Vad2は、あらかじめ均一光下で撮像した際の画素データが均一となるように、増幅トランジスタTr3の調整電圧と負荷トランジスタTr5の調整電圧との組み合わせを求めて決められる。
調整電圧Vad2は画素アレイの行走査に関係なく列ごとに決めることができるので固定することができ、調整電圧印加部150では、k本の列信号線Csに対応するk個の負荷トランジスタTr5のしきい値の調整電圧Vad2がそれぞれ固定されている。
The load transistor Tr5 is provided for each of the k column signal lines Cs, and one load transistor Tr5 is connected to one column signal line Cs. The threshold voltage adjustment voltage Vad2 of the load transistor Tr5 is determined for each column regardless of the row scanning of the pixel array.
The adjustment voltage Vad2 is determined in advance by finding a combination of the adjustment voltage of the amplification transistor Tr3 and the adjustment voltage of the load transistor Tr5 so that the pixel data when imaged under uniform light becomes uniform.
Since the adjustment voltage Vad2 can be determined for each column regardless of the row scanning of the pixel array, it can be fixed. The threshold adjustment voltage Vad2 is fixed.
調整電圧印加部150は、制御部130から出力される制御信号に基づいて、各画素行の行選択期間と同時のタイミングで負荷トランジスタTr5に調整電圧Vad2を入力する。1本の列信号線Csに接続される負荷トランジスタTr5に印加される調整電圧Vad2の電圧レベルは、1行目の画素行からj行目の画素行までの各行選択期間で同じである。
The adjustment
上述した、撮像装置の用途は特に限定されないが、上述した撮像装置の撮像素子部の上部にシンチレータを配置し、放射線を検出する放射線撮像装置を構成することができる。放射線撮像装置は、放射線を用いた医療用画像診断装置、非破壊検査装置、分析装置等に用いることができる。放射線とは、X線、放射線崩壊によって放出される粒子(光子を含む)の作るビームであるα線、β線、γ線等の他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えば粒子線、宇宙線等も含まれる。 Although the use of the imaging device described above is not particularly limited, a radiation imaging device that detects radiation can be configured by arranging a scintillator above the imaging element section of the imaging device described above. The radiation imaging device can be used as a medical image diagnostic device, a non-destructive testing device, an analysis device, etc. that use radiation. Radiation includes X-rays, alpha rays, beta rays, gamma rays, etc., which are beams produced by particles (including photons) emitted by radiation decay, as well as beams with energy of the same level or higher, such as particle beams, Also includes cosmic rays, etc.
図8は、放射線撮像装置を含む放射線撮像システムを示す図である。図8では放射線としてX線を用いた例について説明する。放射線撮像システムは放射線撮像装置20及びX線源30から構成される。図8に示すように、放射線撮像装置20は、撮像装置10の撮像素子部100の上部にシンチレータ101を配置して構成される。図8では撮像装置10の走査回路部110、読み出し回路部120、制御部130及び調整電圧生成部140は省略されている。
FIG. 8 is a diagram showing a radiation imaging system including a radiation imaging device. In FIG. 8, an example in which X-rays are used as radiation will be explained. The radiation imaging system includes a
X線源30から放射されるX線は被写体を通して放射線撮像装置20に入射する。X線はシンチレータ101で光に変換され、撮像素子部100の光電変換素子PDでその光を電荷に変換し、既に説明した動作で、撮像が行われる。
シンチレータ101はX線等の放射線を吸収し可視光を発生し、少なくとも光電変換素子PD上に設けられる。シンチレータ101の材料は、放射線の種類、用途等によって適宜決められるが、X線を検出する場合、例えば、ヨウ化セシウム(CsI)を用いることができる。
上述した説明では、放射線撮像装置20は撮像装置10を用いているが、撮像装置11を用いてもよい。
X-rays emitted from the
The
In the above description, the
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
例えば、撮像素子部100の画素構成は図2に示した構成に特に限定されず他の構成であってもよい。具体的には、選択トランジスタTr1は、増幅トランジスタTr3と列信号線Csとの間でなく、増幅トランジスタTr3の電圧Vddの印加側のドレイン電極に接続されてもよい。
Although the embodiments described above are preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to only the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention. It is possible to implement
For example, the pixel configuration of the
10、11 撮像装置
20 放射線撮像装置
30 X線源
100 撮像素子部
101 シンチレータ
110 走査回路部
120 読み出し回路部
130 制御部
131 補正テーブル
140 調整電圧生成部
150 調整電圧印加部
Tr1 選択トランジスタ
Tr2 リセットトランジスタ
Tr3 増幅トランジスタ
Tr4、Tr5 負荷トランジスタ
10, 11
Claims (6)
各画素は、光電変換素子と、前記光電変換素子から出力される電気信号を増幅する増幅トランジスタと、増幅された電気信号を前記信号線に出力する選択トランジスタとを有し、
前記増幅トランジスタは薄膜トランジスタであって、該薄膜トランジスタは第1の制御電極と第2の制御電極とを有し、
前記第1の制御電極と前記第2の制御電極との一方に、前記薄膜トランジスタのしきい値を調整する調整電圧を画素ごとに生成して印加する調整電圧生成部を備える撮像装置。 An imaging device comprising a pixel array in which a plurality of pixels constituting a plurality of rows and a plurality of columns are arranged, and a plurality of signal lines provided corresponding to the plurality of columns, the imaging device comprising:
Each pixel includes a photoelectric conversion element, an amplification transistor that amplifies the electrical signal output from the photoelectric conversion element, and a selection transistor that outputs the amplified electrical signal to the signal line,
The amplification transistor is a thin film transistor, the thin film transistor has a first control electrode and a second control electrode,
An imaging device including an adjustment voltage generation unit that generates and applies an adjustment voltage for each pixel to adjust a threshold value of the thin film transistor to one of the first control electrode and the second control electrode.
前記調整電圧を第1調整電圧としたとき、前記第3の制御電極と前記第4の制御電極との一方に、前記負荷トランジスタのしきい値を調整する第2調整電圧を前記信号線ごとに印加する調整電圧印加部を備える請求項2に記載の撮像装置。 The load transistor has a third control electrode and a fourth control electrode,
When the adjustment voltage is a first adjustment voltage, a second adjustment voltage for adjusting the threshold value of the load transistor is applied to one of the third control electrode and the fourth control electrode for each signal line. The imaging device according to claim 2, further comprising an adjustment voltage application unit that applies an adjustment voltage.
前記調整電圧生成部は、前記走査回路部が前記画素アレイの一画素行を選択する行選択期間と同時のタイミングで、前記一画素行の各増幅トランジスタに前記調整電圧を印加する請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 comprising a scanning circuit section that sequentially selects a plurality of pixel rows of the pixel array and outputs signals from the pixel array to the plurality of signal lines,
2. The adjusting voltage generating section applies the adjusting voltage to each amplification transistor of the one pixel row at the same timing as a row selection period in which the scanning circuit section selects one pixel row of the pixel array. 3. The imaging device according to any one of 3.
前記調整電圧印加部は、前記走査回路部が前記画素アレイの一画素行を選択する行選択期間と同時のタイミングで、前記信号線の前記負荷トランジスタに前記第2調整電圧を印加する請求項3に記載の撮像装置。 comprising a scanning circuit section that sequentially selects a plurality of pixel rows of the pixel array and outputs signals from the pixel array to the plurality of signal lines,
3. The adjustment voltage applying section applies the second adjustment voltage to the load transistor of the signal line at the same timing as a row selection period in which the scanning circuit section selects one pixel row of the pixel array. The imaging device described in .
A radiation imaging device comprising the imaging device according to any one of claims 1 to 5 and a scintillator provided on at least the photoelectric conversion element and converting radiation into light.
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