JPH09261538A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＦＴアレイを用いた光検出装置における読み
出しの駆動速度を変えても読み出し誤差が生じないよう
にすること。 【解決手段】ＴＦＴアレイを用いた光検出装置におい
て、光電変換膜‐画素電極間、及び画素電極‐補助電極
間に形成される画素容量22とＴＦＴ11のオン抵抗の時定
数を、走査線の駆動周波数によって変化させることによ
り、読み出しの駆動速度を変えても読み出し誤差が生じ
ないようにしたことを特徴とする。そのために、各画素
毎に時定数を切り替えるための補助容量23と、この補助
容量を前記画素容量に対して回路接続制御する開閉スイ
ッチ12とを設け、この開閉スイッチの制御により、画素
毎の信号読み出しの時間に応じて補助容量を接離制御す
ることにより、前記薄膜トランジスタを介しての、各画
素容量の蓄積電荷の読み出しの際の時定数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光信号を電気信号に
変換する光検出装置に係わり、例えば医療用Ｘ線診断装
置の撮像装置に用いて最適な光検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の適用例として医療用Ｘ線診断装
置の撮像装置について述べる。

【０００３】近年、医療分野において治療を迅速的確に
行う目的で患者の医療データをデータベース化する方向
に進んでいる。これは患者は複数の医療機関を利用する
ことが一般的であり、この様な場合、他の医療機関のデ
ータが無いと的確な治療行為が行えない可能性があるた
めである。例えば、他の医療機関で投与された薬剤との
副作用の心配があるといったことなどである。患者が、
複数の医療機関でそれぞれ治療を受けている場合、それ
ぞれで投薬を受けていたとすると、本来同時に与えては
いけない薬剤を与えて思わぬ副作用を招く心配があるこ
とから、他の医療機関で投与された薬剤を考慮した上で
適切な治療を行うことが必要となる。

【０００４】ところで、Ｘ線撮影の画像データについて
もデータベース化の要求があり、Ｘ線撮影画像のディジ
タル化が望まれている。医療用Ｘ線診断装置では従来、
銀塩フィルムを使用して撮影してきたが、これをディジ
タル化するためには撮影したフィルムを現像した後、再
度スキャナ等で走査する必要があり、手間と時間がかか
っていた。

【０００５】一方、最近は１インチ程度のＣＣＤカメラ
を使用し、直接、画像をディジタル化する方式が実現さ
れている。しかし、例えば肺の撮影をする場合、２０ｃ
ｍ×３０ｃｍ程度の領域を撮影するため、１インチ程度
の撮像画面しか持たないＣＣＤカメラで、このような広
い撮影野を対象として撮影しようとすると、どうして
も、光を集光するための光学装置が必要となり、装置の
大型化が問題になっている。

【０００６】従来のこれら２方式の画像診断装置の持つ
問題を解決する方式として、ａ−ＳｉＴＦＴ（アモルフ
ァスシリコン薄膜トランジスタ）を用いた撮像装置が提
案されている（例えば、米国特許であるＵＳＰ４６８９
４８７号参照）。この撮像装置の構成を図９に示す。

【０００７】図９において１００ａ〜１００ｎは走査線
（走査信号配線；ゲート線）、１１０ａ〜１１０ｍは信
号線（読出し配線）であり、これらは格子状に配設され
ている。これら走査線１００ａ〜１００ｎと信号線１１
０ａ〜１１０ｍとで囲まれる領域はそれぞれ画素の領域
であり、ｅ１，１〜ｅ１，２０００〜ｅ，１〜ｅ２００
０，２０００の各画素を形成している。各画素ｅ１，１
〜ｅ１，２０００〜ｅ，１〜ｅ２０００，２０００は、
画素容量１４２と光電変換膜１４０およびそのスイッチ
ング用のａ−ＳｉＴＦＴ １４４を有しており、走査線
１００ａ〜１００ｎのうちの各画素対応の１本の走査線
がａ−ＳｉＴＦＴ １４４のゲートに接続され、走査線
に走査信号が与えられることによって、このａ−ＳｉＴ
ＦＴ １４４のゲートに当該走査信号が印加されると、
ａ−ＳｉＴＦＴ １４４は導通し、光電変換膜１４０に
て変換されて画素容量１４２に充電されていた入射光量
対応の電荷が、当該導通したａ−ＳｉＴＦＴ １４４の
ソースドレインを介して信号線１１０ａ〜１１０ｍのう
ち、その画素対応の信号線に出力される構成である。

【０００８】走査線１００ａ〜１００ｎにはそれぞれに
所定タイミングで順次、走査信号を与えるための走査線
駆動回路１６０があり、信号線１１０ａ〜１１０ｍには
それぞれに所定タイミングで順次、読み出し信号を与え
るための信号線駆動回路１７０があり、この信号線駆動
回路１７０による読み出し信号によりスイッチングされ
る切り替えスイッチ１４６がそれぞれ信号線１１０ａ〜
１１０ｍに一つずつ設けられていて、これらの連携動作
で、撮像画面を構成する各画素をアクセスして画素別に
画像信号を得ることができるようにしている。

【０００９】この構成の場合、画素ｅ１，１〜ｅ２００
０，２０００はａ−ＳｉＴＦＴ １４４、光電変換膜１
４０及び画素容量１４２で構成されて、横２０００×縦
２０００個のアレイ状（以下、ＴＦＴアレイと呼ぶ）に
なっている。

【００１０】光が入射するとその光が入射した画素の光
電変換膜１４０に電流が流れ、その画素の画素容量１４
２に電荷が蓄積される。走査線駆動回路１６０で走査線
１００ａ〜１００ｎに順次走査信号を与えて各画素のａ
−ＳｉＴＦＴ １４４を順次駆動する。このとき、走査
信号はその走査信号が与えられた１つの走査線に接続し
ている全てのＴＦＴ １４４に与えられ、これらをオン
にする。すると、このオンとなった全てのＴＦＴ １４
４対応画素の画素容量１４２に蓄積されている電荷はそ
れらの画素対応の信号線に印加され、信号線駆動回路１
７０により、信号線１１０ａ〜１１０ｍに順次、読み出
し信号が与えられることにより、切り替えスイッチ１４
６がそれぞれ順にオンされることにより、信号線１１０
ａ〜１１０ｍからの信号が読み出されて、増幅器１５４
側に転送される。

【００１１】このようにして切り替えスイッチ１４６で
１画素毎にその画素の電荷を増幅器１５４に入力し、Ｃ
ＲＴ（ブラウン管）等に表示できるような点順次信号に
変換する。画素に入射する光の量によって電荷量が異な
り、増幅器１５４の出力振幅は変化することから、図９
に示す方式は増幅器１５４の出力信号をＡ／Ｄ変換する
ことで、直接、ディジタル画像にすることが出来る。

【００１２】従って、この方式によれば、撮像した画像
は直接、ディジタルデータとして得ることができ、診断
画像を容易に画像データとして得ることができるように
なるという利点が得られる。

【００１３】更にこの方式の場合、画素領域はノートパ
ソコンに使用されているＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジ
スタ駆動方式の液晶ディスプレイ）と同様な構造で良い
ため、薄型、大画面の検出装置が容易に製作可能であ
る。そのため、光学系を用いることなく、胸部Ｘ線写真
などを実サイズで撮像することができる大型サイズの２
次元撮像装置が得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ａ−
ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置が提案されており、この方
式によれば、撮像した画像は直接、ディジタルデータと
して得ることができ、診断画像を容易に画像データとし
て得ることができるようになるという利点が得られ、ま
た、この方式の場合、画素領域はノートパソコンに使用
されているＴＦＴ−ＬＣＤと同様な構造で良いため、薄
型、大画面の検出装置が容易に製作可能であることか
ら、光学系を用いることなく、胸部Ｘ線写真などを実サ
イズで撮像することができる大型サイズの２次元撮像装
置が得られるようになる。

【００１５】そのため、小型、軽量で低コスト化が可能
なＸ線画像収集用の撮像装置として、ａ−ＳｉＴＦＴを
用いた撮像装置の応用が注目されている。

【００１６】ところで、医用の撮像装置においては雑音
が大敵である。すなわち、雑音は、画質劣化の原因とな
り、時として診断を誤まる危険性に繋がることから、雑
音を極力減らす事が必須である。

【００１７】そして、ＴＦＴアレイを利用した上述のよ
うな撮像装置において、問題となる雑音としては、ＴＦ
Ｔアレイ特有の雑音である読み出し誤差と、リーク電流
の２つがある。

【００１８】ＴＦＴアレイを利用した上述のような撮像
装置は、画素毎に、蓄積された電荷を、一画素ずつ順
次、読み出して画像信号として得る構成であり、読み出
しにあたって画素位置毎に読み出しの特性が微妙に異な
る。

【００１９】すなわち、画素に蓄積された電荷を読み出
す場合、必要とする読み出し時間（駆動時間）はスイッ
チングに用いられるＴＦＴのオン抵抗と画素容量の時定
数によって決定される。そして、時定数に比較して読み
出し時間が短いと画素に蓄積された電荷を十分に読み出
せず、蓄積電荷と読み出し信号の誤差（雑音）が発生す
る。これがＴＦＴアレイ特有の雑音の一つである読み出
し誤差である。

【００２０】一方、ＴＦＴアレイ特有のもう一つの雑音
であるリーク電流は、ＴＦＴがオフの時に微少な電流が
流れる現象である。これはＴＦＴのオフ抵抗が十分でな
いことが原因である。この場合、画素に保持している電
荷が外部に流れることになり、蓄積した電荷を正しく読
み出せず、誤差（雑音）となる。

【００２１】このように、ＴＦＴアレイ特有の雑音に
は、読み出し誤差と、リーク電流の２つがあるが、これ
らの雑音対策にあたっての大きな問題は、これら２つの
誤差はトレードオフの関係にあるという点にある。すな
わち、読み出し時間を長くすれば読み出し誤差は小さく
なるが、反面、読み出し時間が長く（即ちオフ時間が長
く）なるとリーク電流による誤差は大きくなる。

【００２２】また、これらの誤差はＴＦＴのチャネル幅
とチャネル長の比（Ｗ／Ｌ）とも関係する。つまり、Ｗ
／Ｌが大きくなるとオン／オフの抵抗が小さくなるた
め、読み出し誤差は小さくなるが、リーク電流は大きく
なる。

【００２３】従って、駆動時間を考慮して、読み出し誤
差とリーク電流の２つの誤差が最小になるようにＴＦＴ
を設計することが重要である。

【００２４】ところで、Ｘ線診断装置の使用方法にはＸ
線写真の“撮影”（静止画）のモードと患部の様子を見
る“透視”（動画）のモードの２種類がある。１枚の写
真を撮る“撮影”では駆動時間は１秒程度であるのに対
し、“透視”では１／３０秒程度の繰り返し駆動が必要
なる。従って、それぞれの場合で最適なＴＦＴは異なっ
ており、どちらか一方のモードに的を絞って最適化する
と他方のモードでは誤差が大きくなって実用に耐えられ
ない特性になってしまう。

【００２５】以上のことから、ＴＦＴアレイを用いた撮
像装置では、同じものを駆動時間が異なる“撮影”と
“透視”を兼用して使用する構成とすることは難しかっ
た。また“撮影”用と“透視”用の２種類のアレイを設
けて、モードに応じ、切り替えて使用する装置構成を採
用する手もあるが、それではシステムコストが増大し、
また、小型軽量化の趣旨に背くことになる問題がある。

【００２６】そこで、この発明の目的とするところは、
小型軽量化を図ることができると共に、システムコスト
アップを招くことなく、“撮影”と“透視”の２つのモ
ードに対応でき、しかも、画質劣化の原因となる誤差
（雑音）を抑制できるようにした光検出装置を提供する
ことにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、複数の画
素を配列してなり、各画素が光電変換膜及び画素容量と
その画素容量の蓄積電荷を読み出すスイッチング用の薄
膜トランジスタとから構成されるアレイ状の光検出装置
において、各画素の時定数を切り替える手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００２８】また、入射光量対応の電気信号に変換する
ための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素
毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画
素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設
し、各薄膜トランジスタをスイッチング制御することに
より各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を
得る光検出装置において、各画素毎に時定数を切り替え
るための補助容量と、この補助容量を前記画素容量に対
して回路接続制御する開閉スイッチとを設け、この開閉
スイッチの制御により、画素毎の信号読み出しの時間に
応じて補助容量を接離制御することにより、前記薄膜ト
ランジスタを介しての、各画素容量の蓄積電荷の読み出
しの際の時定数を制御するようにしたことを特徴とす
る。

【００２９】さらには、入射光量対応の電気信号に変換
するための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各
画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこ
の画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配
設し、各薄膜トランジスタを駆動信号によりスイッチン
グ駆動制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次
読み出して画像信号を得る光検出装置において、前記薄
膜トランジスタを駆動状態にする際の駆動信号としてレ
ベルの異なる少なくとも２種の駆動信号を用意し、画素
毎の信号読み出しの時間に応じて駆動信号のレベルを選
択する手段を設けたことを特徴とする。

【００３０】このように、時定数を変化させる手段を有
することにより、Ｘ線診断装置の“撮影”と“透視”の
ように２つの異なる駆動時間で使用する場合においても
時定数を変えることで、ＴＦＴアレイ特有の誤差である
読み出し誤差とリーク電流を最小限に抑えることが出来
る。従って、例えば医療用撮像装置として使用した場合
に誤差（雑音）による診断を防ぐことができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面を参照
して説明する。 （第一の具体例）図１は、本発明の第一の具体例に係わ
る撮像装置の主要部分を示すブロック図である。本具体
例ではＸ線源およびＸ線‐可視光変換部は省略して示し
てある。また本具体例ではＸ線診断装置を例としてあげ
ているが、本発明はＸ線診断装置に限らずＴＦＴアレイ
を利用した光検出装置全てに適用できる。

【００３２】図１において、１は制御回路、２は走査駆
動回路、３は信号読み出し回路、１１はＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）、１２は補助容量切り替え用ＴＦＴ、２１
は光電変換膜、２２は光電変換膜‐画素電極間容量、２
３は画素電極‐補助電極間容量、３１は電源、３３，３
４，３５はそれぞれ制御信号線である。

【００３３】制御回路１は、システムの制御の中枢であ
って、読み出し時間を制御し、各ブロックに制御信号を
供給するためのものであり、走査駆動回路２は、ゲート
駆動線対応の出力端子を持ち、順にこれらの出力端子か
らゲート駆動信号を出力してＴＦＴ １１のオン・オフ
を制御するものであり、信号読み出し回路３は、各画素
からの信号を検出し、画像信号に変換して出力するため
のものである。

【００３４】Ｇ１〜Ｇｎはゲート駆動線（ゲート走査信
号配線）、Ｓ１〜Ｓｍは信号線（読出し配線）であり、
これらは格子状に配設されている。ゲート駆動線Ｇ１〜
Ｇｎはゲート線駆動を行う走査駆動回路２の複数ある出
力端子に、１対１で対応させて接続されていて、上述の
ように、ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎに順にゲート駆動信号
を与える構成である。

【００３５】これらゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎと信号線Ｓ
１〜Ｓｍとで囲まれる方形の領域はそれぞれ画素の領域
であり、ｅ 1,1〜ｅ m,1〜ｅ 1,n〜ｅ m,nの各画素を形
成している。各画素ｅ 1,1〜ｅ m,nは、光電変換膜‐画
素電極間容量２２と光電変換膜２１およびそのスイッチ
ング用のａ−ＳｉＴＦＴ １１および画素電極‐補助電
極間容量２３とそのスイッチング用のＴＦＴである補助
容量切り替え用ＴＦＴ１２を有していて、これらには電
源３１より直流電圧が供給されている。但し、画素電極
‐補助電極間容量２３にはスイッチング用のＴＦＴ １
２を介して電源３１より直流電圧が供給されている。

【００３６】また、ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎのうちの各
画素対応の１本のゲート駆動線がａ−ＳｉＴＦＴ １１
のゲートに接続され、ゲート駆動線にゲート駆動信号が
与えられることによって、当該ゲート駆動線にゲートが
接続されたａ−ＳｉＴＦＴ１１のゲートに当該ゲート駆
動信号が印加され、当該ａ−ＳｉＴＦＴ １１は導通
し、光電変換膜２１にて電気信号に変換されて光電変換
膜‐画素電極間容量２２に充電されていた入射光量対応
の電荷が、当該導通したａ−ＳｉＴＦＴ １１のソース
ドレインを介して信号線Ｓ１〜Ｓｍのうち、その画素対
応の信号線に出力される構成である。

【００３７】画素電極‐補助電極間容量２３は、時定数
制御用の容量であり、補助容量切り替え用ＴＦＴ １２
をオン・オフにより、充電制御されてその電荷対応に時
定数の調整をするようにしたものであり、撮像装置の駆
動周波数に応じて制御回路１から出力される駆動信号に
よりゲート駆動信号が与えられることで補助容量切り替
え用ＴＦＴ １２のオン・オフが制御される仕組みであ
る。

【００３８】補助容量切り替え用ＴＦＴ １２のオン・
オフ制御は、制御回路１により行われる。すなわち、本
発明では制御回路１は、駆動時間（ＴＦＴ １１のオン
時間）が長い“撮影”のモードの場合にはＴＦＴ １２
をオンに制御するようにして時定数を通常値より長く
し、駆動時間が短い“透視”のモードの場合、ＴＦＴ１
２をオフに制御するように構成してある。

【００３９】このような構成の本装置は、画素がｍ×ｎ
個のマトリックス状配設となっており、これらの画素に
対して光学像が結像されると、各画素を構成する光電変
換膜２１はその光学像の光量対応に電荷を発生する。そ
して、その光電変換膜２１の変換した入射光量対応の電
荷がＣ_pdなる容量値の光電変換膜‐画素電極間容量２２
に蓄積されることになる。

【００４０】そして、制御回路１は“撮影”、“透視”
のモードに応じて所要の制御信号をこれらに出力するこ
とにより、次のような動作が行われることになる。

【００４１】まず、制御回路１は“撮影”モードであれ
ば、ＴＦＴ １２をオンに制御し、“透視”のモードの
場合にはＴＦＴ １２をオフにするようにＴＦＴ １２
のゲート信号を制御する。

【００４２】また、制御回路１から制御信号が与えられ
ると、走査駆動回路２は順次ゲート駆動線Ｇをオン（レ
ベル“Ｈ”の信号）にする。この走査駆動回路２はｎ本
の端子を有してそれぞれの端子に１対１でゲート駆動線
Ｇ1 〜Ｇn を接続しており、これらのゲート駆動線Ｇ1
〜Ｇn に順次ゲート信号を与えるので、順次ゲート駆動
線Ｇ1 〜Ｇn は一つづつオンとなり、オンとなったゲー
ト駆動線にゲートが接続されているＴＦＴ １１はその
ゲート駆動線がオンとなっている期間、オンとなる。そ
のため、画素の電荷はこのオンとなったＴＦＴ １１を
介して信号線Ｓ1 〜Ｓm のうちの対応の信号線に伝達さ
れることになる。

【００４３】一方、制御回路１から制御信号が与えられ
ることにより、信号読み出し回路３は順に信号線Ｓ1 〜
Ｓm を１本ずつ、スキャンして所定時間分ずつその信号
線からの出力信号を読み込む。そして、読み込んだ信号
を出力端子より出力する。

【００４４】すなわち、信号読み出し回路３はｍ本の信
号線Ｓ1 〜Ｓm と接続しており、信号読み出し回路３は
順に信号線Ｓ1 〜Ｓm を１本ずつ、スキャンして所定時
間分ずつその信号線からの出力信号を読み込むことによ
り、対応する各画素からの電荷を蓄積し、それを画像信
号として出力する。

【００４５】したがって、ゲート駆動線Ｇ1 〜Ｇn と信
号線Ｓ1 〜Ｓm を順次、所定時間ずつ切り替えて駆動す
ることで、マトリックス配列された画素は順にＸ‐Ｙス
キャンされるかたちでアクセスされ、画素に蓄積された
電荷を信号として画素順に読み出すことができることに
なる。

【００４６】ところで、制御回路１は“撮影”または
“透視”のモードを判断し、走査駆動回路２と信号読み
出し回路３に適切な制御信号を供給する。

【００４７】一例として、走査駆動回路２に供給する信
号を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は“撮影”
用の制御信号を、また、図２（ｂ）は“透視”用の制御
信号を示しており、ＣＰＶは走査駆動回路２のクロック
信号を、また、ＳＴＶはスタート信号を示していて、制
御回路１からスタート信号ＳＴＶを発生させて走査駆動
回路２と信号読み出し回路３にこれを入力した瞬間から
これら走査駆動回路２と信号読み出し回路３はこれをト
リガにして所定の動作してＴＦＴアレイの走査を行う。
この所定の動作はトリガされる毎に行われる。

【００４８】“撮影”のモードの場合、一枚の画像を撮
るだけであるので、スタート信号ＳＴＶは一回のみ、出
力される。また、クロック信号ＣＰＶも１秒程度で画像
が取り込めれば良く、それに十分な周波数、例えば、画
素構成が１０００×１０００画素の場合、１ｋＨｚ程度
で良い。

【００４９】これに対し“透視”のモードの場合、１秒
間に３０枚程度の画像を取り込む必要があるため、スタ
ート信号ＳＴＶは１／３０秒程度の周期で発生されて繰
り返し動作されるようにする。従って、“透視”のモー
ドの場合でのスタート信号ＳＴＶは高速（３０ｋＨｚ程
度）になる。

【００５０】画像信号を読み出すにはゲート駆動線にレ
ベル“Ｈ”なる信号を与えてＴＦＴ１１をオンさせれば
良いわけであり、“透視”のモードの場合には、上述の
ように、３０ｋＨｚ程度のクロック信号ＣＰＶを走査駆
動回路２にて発生させ、当該走査駆動回路２の各出力端
子に順に１クロックずつ振り分けて出力させることによ
り、各ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇm を順に駆動させ、その駆
動されたゲート駆動線に繋がる画素のＴＦＴ １１をオ
ンさせる。そして、それらの画素に蓄積されていた電荷
を信号読み出し回路３に送る。

【００５１】例えば、ゲート駆動線Ｇ１を駆動すると、
画素ｅ 1,1〜ｅ m,nのＴＦＴがオンになり、蓄積されて
いた電荷が信号読み出し回路３に移動する。このとき、
ＴＦＴのオン抵抗をＲＴ、画素容量をＣ_pix （但し、Ｃ
_pix ＝Ｃ_pd＋Ｃ_cs）とすると時定数τ τ＝ＲＴ×Ｃ_pix で示すことができる。

【００５２】Ｃ_csは画素電極‐補助電極間容量２３の持
つ容量であり、この画素電極‐補助電極間容量２３は補
助電極切り替え用ＴＦＴ １２と接続しており、駆動周
波数によってＴＦＴ １２をオン・オフする。ＴＦＴ
１２がオンの時は補助容量Ｃ_csは電源３１と接続されて
この電源３１より直流電圧が供給されるので、これによ
り補助容量Ｃ_csには電荷が蓄積されることになる。そし
て、この時に画素の持つ時定数τは τ＝ＲＴ×Ｃ_pd＋Ｃ_cs で表せる。

【００５３】一方、ＴＦＴ １２がオフの場合、Ｃ_csは
フローティング状態であり、このときに画素の持つ時定
数τは τ＝ＲＴ×Ｃ_pd で示すことができる。

【００５４】つまり、Ｃ_csをフローティングにするか、
接続状態にするかにより画素の持つ時定数τはＲＴ×Ｃ
_pdとしたり、ＲＴ×Ｃ_pd＋Ｃ_csとすることができ、Ｃ_cs
分の時定数調整ができることになる。

【００５５】画素に蓄積された電荷を読み出す場合、必
要とする読み出し時間（駆動時間）はスイッチングに用
いられるＴＦＴのオン抵抗と画素容量の時定数によって
決定されるが、時定数に比較して読み出し時間が短いと
画素に蓄積された電荷を十分に読み出せず、蓄積電荷と
読み出し信号の誤差（雑音）が発生するが、これがＴＦ
Ｔアレイ特有の雑音の一つである読み出し誤差であるか
ら、読み出し時間（駆動時間）が短い場合には読み出し
時間が長い場合に比べて時定数を長くできれば読み出し
誤差は抑制することが可能になる。

【００５６】そこで、本発明では制御回路１により、駆
動時間（ＴＦＴ １１のオン時間）が長い“撮影”のモ
ードの場合にはＴＦＴ １２をオンに制御するようにし
て時定数を通常値より長くし、駆動時間が短い“透視”
のモードの場合、ＴＦＴ １２をオフに制御するように
して、時定数を通常値にし、読み出し誤差を一定に保つ
ことができるようにした。さらにＴＦＴ １１はどちら
のモードの場合も同じものを使用するため、リーク電流
も一定である。

【００５７】従って、“撮影”、“透視”の各モードに
より、駆動時間（読み出し時間）が変化してもＴＦＴ
１２のオンオフ制御により、画素電極‐補助電極間容量
２３の持つ容量Ｃ_cs分の要素について制御する時定数制
御を採用することによって、ＴＦＴアレイ特有の雑音で
ある読出し誤差とリーク電流を適切に制御することがで
きるようになる。

【００５８】図３に本発明を適用した画素の平面図の一
例を示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付して
その詳しい説明は省略する。

【００５９】ＴＦＴ １１、信号線Ｓ、走査線Ｇ、画素
電極２４は一般的なＴＦＴ‐ＬＣＤ（ＴＦＴ液晶表示装
置）の場合と同様の構成をしている。補助電極２５は画
素電極２４の下に絶縁膜を挟んで存在する構成とし、補
助電極２５と画素電極２４間に補助容量２３が形成され
る。なお、図では省略するが光電変換膜２１は画素電極
上を覆っており、画素電極２４と光電変換膜２１間に光
電変換膜‐画素電極間容量２２が形成されている。

【００６０】補助電極２５は補助容量切り替え用ＴＦＴ
１２のドレイン電極と接続され、ＴＦＴ １２のソー
ス電極はバイアス線３２に接続されている。さらにゲー
ト電極は制御信号線３３と接続している。“撮影”モー
ドの場合、制御信号線３３はレベル“Ｈ”が与えられ、
ＴＦＴ １２をオンにし、補助電極２５の電位を電源３
１の電位Ｖbiasに固定する。これにより、Ｃ_csなる容量
値の画素電極‐補助電極間容量２３が回路に挿入され
る。“透視”モードの場合、制御信号線３３にはレベル
“Ｌ”が与えられ、ＴＦＴ １２はオフになる。この
時、画素電極‐補助電極間容量２３はフローティング状
態となるので、オフ直前の電荷量から電荷の移動はな
い。従って、電荷を蓄積する容量はＣ_pdなる容量値を持
つ光電変換膜‐画素電極間容量２２のみとなる。

【００６１】これにより、“撮影”と“透視”のモード
別に、時定数を切り替えることができ、モードを切り替
えても読み出し誤差が抑制できる構成となる。

【００６２】なお、本具体例では補助容量であるＣ_pdの
切り替えを１個のみ画素電極‐補助電極間容量２３で示
したが、補助容量を数個に分割し、それぞれＴＦＴと接
続して切り替え制御することも可能であり、この場合、
時定数を細かく調整制御することができる構成となる。

【００６３】ここで、上述した制御回路１、走査駆動回
路２、信号読み出し回路３の具体的な回路構成を示して
おく。

【００６４】図４に制御回路１の構成を示す。制御回路
１は“撮影”と“透視”のモード切り替えスイッチ４
１、タイミング調整用カウンタ４２，４４および駆動信
号発生回路４３，４５、セレクタ４６、補助容量切り替
え回路４７で構成されている。

【００６５】タイミング調整用カウンタ４２は撮影のた
めのタイミングでタイミング信号を発生し、駆動信号発
生回路４３はこの信号により駆動信号を発生するもので
これらタイミング調整用カウンタ４２および駆動信号発
生回路４３により図２（ａ）に示す如きの“撮影”用の
制御信号（単発のスタート信号ＳＴＶと所定周波数のク
ロック信号ＣＰＶ）を発生する。また、タイミング調整
用カウンタ４４は透視のためのタイミングでタイミング
信号を繰り返し発生し、駆動信号発生回路４５はこの信
号により駆動信号を発生するものでこれらタイミング調
整用カウンタ４４および駆動信号発生回路４５により図
２（ｂ）に示す如きの“透視”用の制御信号（繰り返し
周期のスタート信号ＳＴＶと高い所定周波数のクロック
信号ＣＰＶ）を発生する。

【００６６】切り替えスイッチ４１は“撮影”または
“透視”のモード切り替え設定の入力操作を行うもので
あり、セレクタ４６は切り替えスイッチ４１の信号によ
って“撮影”用または“透視”用の制御信号を出力す
る。また補助容量切り替え回路４７も切り替えスイッチ
４１による設定操作に従って、“撮影”の時はＴＦＴ
１２をオフするように、“透視”の時はオンするように
ＴＦＴ １２のゲート制御用の信号を発生する構成であ
る。

【００６７】図５に走査駆動回路２の構成を示す。走査
駆動回路２は一般的なＴＦＴ−ＬＣＤと同様の構造であ
り、シフトレジスタ５１とアナログスイッチ５２で構成
される。シフトレジスタ５１はクロック信号ＣＰＶを受
ける毎にシフト動作するものであり、制御回路１からク
ロック信号ＣＰＶとスタート信号ＳＴＶを入力すること
により、シフトレジスタ５１はクロックの立ち上がりの
タイミングでスタート信号ＳＴＶを順次シフトさせ、ア
ナログスイッチ５２をオンにする。

【００６８】アナログスイッチ５２はシフトレジスタ５
１のビット対応にトランジスタを配設し、その出力をゲ
ート駆動線Ｇ１〜Ｇｎのうちのそれぞれ対応する一つの
ゲート駆動線に与える構成であり、シフトレジスタ５１
の対応のビットが例えば、“Ｈ”のときに“Ｈ”信号を
出力するもので、これがゲート駆動信号となる。すなわ
ち、アナログスイッチ５２がオンのとき、ゲート駆動線
Ｇ１〜Ｇｎのうちの対応するものにトランジスタを介し
てオン電位Ｖｃｃを供給する仕組みである。

【００６９】図６（ａ）、（ｂ）に信号読み出し回路３
の構成を示す。図６（ａ）は信号線Ｓ１〜Ｓｍ毎に増幅
器６１を接続し、パラレルに信号処理する構成を、図６
（ｂ）は増幅器を最終段に接続し、シリアルに信号処理
する構成を示している。図示はしないがこの他にも信号
線数本毎に増幅器を接続する方法もある。

【００７０】信号読み出し回路３は、増幅器６１、Ａ／
Ｄ変換器６２、マルチプレクサ６３で構成される。増幅
器６１は信号線Ｓ１〜Ｓｍを介して各画素の電荷を取り
込み、その電圧レベルを増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換
器６２は増幅器６１のアナログ信号出力をディジタル信
号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器６２の量子化誤差も
画質に影響することになるため、ビット数の大きな（例
えば１２ビット以上）Ａ／Ｄ変換器を使用することが望
ましい。

【００７１】以上、第一の具体例においては、入射光量
対応の電気信号に変換するための光電変換膜を積層した
画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出
力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み
出す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配設し、各薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング制御することにより
各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る
撮像装置において、各画素毎に時定数を切り替えるため
の補助容量と、この補助容量を前記画素容量に対して回
路接続制御する開閉スイッチとを設け、この開閉スイッ
チの制御により、画素毎の信号読み出しの時間に応じて
補助容量を接離制御することにより、前記ＴＦＴを介し
ての、各画素容量の蓄積電荷の読み出しの際の時定数を
制御するようにした。画像の品位を左右する読み出し誤
差は、読み出し時間の短い時における時定数の大小に応
じて変わる。読み出し誤差を決める時定数は、ＴＦＴの
抵抗値と画素容量とによるから、補助容量を回路に接離
制御することができるようにして、この接離制御により
時定数を変えるようにすることで、読み出し時間に応じ
（モードに応じ）、時定数を変えて使用できるようにし
た。そのため、読み出し誤差を抑制できるようになり、
また、モードが変わっても同じＴＦＴを使用して画素容
量の蓄積電荷の読み出しを行うのでリーク電流は同一と
することができる。

【００７２】以上は、補助容量を各画素に設けて時定数
の切り替えをこの補助容量により行うようにしたもので
あったが、補助容量を使用せずとも時定数をモードに応
じていて切り替えることができる。その例を第二の具体
例として次に説明する。

【００７３】（第二の具体例）第二の具体例は、ＴＦＴ
１１のオンオフ制御用のゲート駆動信号のレベルと、
高電位側２種類、低電位側１種類の計、３種類用い、オ
ン時のＴＦＴ １１の駆動レベルを２種選択できるよう
にして、これにより時定数を切り替えるようにするもの
であり、以下、詳細を説明する。

【００７４】図７は、本発明の第二の具体例に係わる撮
像装置の主要部分を示すブロック図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略
する。また、本具体例では、Ｘ線源およびＸ線‐可視光
変換部を省略してある。また、Ｘ線診断装置を例として
あげているが、本発明はＸ線診断装置に限らずＴＦＴア
レイを利用した光検出装置全般に適用できる。また、図
７では除いているが、第一の具体例で示した画素容量の
制御についても併用することは可能である。

【００７５】本具体例では第一の具体例で用いていた画
素電極‐補助電極間容量２３（Ｃ_cs）と補助容量切り替
え用ＴＦＴ １２を廃止し、代わりに走査駆動回路２か
ら出力する電位を制御する回路７１を付加したことを特
徴とする。走査駆動回路２の出力は通常、ＴＦＴ １１
のオン・オフを制御する２種類の電位Ｖｇｈ（レベル
“Ｈ”）とＶｇｌ（レベル“Ｌ”）である。この時、Ｔ
ＦＴ１１のオン抵抗は高電位側の出力Ｖｇｈで決定され
る。本発明では高電位側としてＶｇｇ１とＶｇｇ２の２
種の電圧を、また、低電位側としてレベル“Ｌ”該当の
Ｖｓｓ、１種類を電位制御回路７１に入力し、駆動周波
数によってオン制御用のレベル“Ｈ”の信号である高電
位側の電位を、Ｖｇｇ１またはＶｇｇ２に切り替えるこ
とによってＴＦＴ １１のオン抵抗を変化させ、最適な
時定数に調整する。この切り替え制御は制御回路１によ
り、“撮影”、“透視”のモード対応に行う。

【００７６】この操作によって駆動周波数に関係なく、
読み出し誤差を一定に保つことができるようになり、ま
た、モードが変わってもＴＦＴは同じものを使用するこ
とから、リーク電流も状態が同じとなって、読み出し誤
差とリーク電流による雑音の影響を小さくすることがで
きる。

【００７７】電位制御回路７１の具体的な構成を図８に
示す。電位制御回路７１には高電位側の電圧としてＶｇ
ｈ（＝Ｖｇｇ１）とＶｇｌ（＝Ｖｇｇ２）の２種の電圧
を与え、これを制御回路１の信号３６により切り替え回
路７１ａにより、切り替えてＶｇｇとして出力する構成
とする。Ｖｓｓはレベル“Ｌ”で、通常は零電位（接地
電位）であり、このＶｓｓとＶｇｇとを走査駆動回路２
に与える構成とする。

【００７８】このような構成において、走査駆動回路２
に供給する高電位側の電源Ｖｇｇを、切り替え回路７１
ａを制御回路１の信号にて切り替え制御することにより
切り替える。走査駆動回路２はＶｇｇとＶｓｓとを受
け、出力信号のレベルとしてはこのＶｇｇかＶｓｓのレ
ベルのいずれかとなる構成であれば、高電位側の出力の
時にはＶｇｇ＝Ｖｇｈとなる。

【００７９】このように、通常、走査駆動回路２の高電
位側信号出力レベルはＶｇｇ＝Ｖｇｈとなっているた
め、電源ＶｇｇをＶｇｇ１（＝Ｖｇｈ）かＶｇｇ２（＝
Ｖｇｌ）に切り替えることができるようにしたことで、
レベル“Ｈ”出力をＶｇｈかＶｇｌに変化させることが
できる。そして、これにより、時定数を切り替えること
ができることになる。

【００８０】以上２つの具体例において、画素が光電変
換膜及び画素容量とスイッチング用のＴＦＴとから構成
されるアレイ状の撮像装置において、読み出し誤差やリ
ーク電流の抑制対策の対象として、ａ−ＳｉＴＦＴを用
いたシステムを主に説明してきたが、これはａ−ＳｉＴ
ＦＴに限らない。ポリシリコンＴＦＴを用いた構成でも
同様に適用して効果がある。また、本発明は二次元の撮
像装置（光検出装置）として説明したが、一次元の撮像
装置（光検出装置）すなわち、直線状に画素を配設する
ことで大型のラインセンサとしての応用も可能である。

【００８１】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明は、画素が
光電変換膜及び画素容量とスイッチング用のＴＦＴとか
ら構成されるアレイ状の撮像装置において、時定数を切
り替える手段を設けたことにより、Ｘ線診断装置の“撮
影”と“透視”のように２つ以上の異なる駆動時間で使
用する場合においてもＴＦＴアレイ特有の誤差である読
み出し誤差とリーク電流を最小限に抑えることが出来る
ようになり、画質の向上を図って医用装置に利用可能と
なる撮像装置が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
第一の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロッ
ク図。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにおける制御回路１から走査線駆動回路２へ供給
する制御信号の一例を示す図。

【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の
第一の具体例に係わるＴＦＴアレイの１つの画素の平面
図を示す図。

【図４】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにおける制御回路１の具体的な構成例を示す図。

【図５】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにおける走査線駆動回路２の具体的な構成例を示
す図。

【図６】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにおける信号読み出し回路３の具体的な構成例を
示す図。

【図７】本発明を説明するための図であって、本発明の
第二の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロッ
ク図。

【図８】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにおける電位制御回路７１の具体的な構成を示す
図。

【図９】ａ−ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置の従来例を示
す図。

【符号の説明】

１…制御回路 ２，１５２…走査駆動回路 ３，１５０…信号読み出し回路 １１，１２，１４４…ＴＦＴ ２１，１４０…光電変換膜 ２２，１４２…光電変換膜‐画素電極間容量（Ｃ_pd） ２３…画素電極‐補助電極間容量（Ｃ_cs） ２４…画素電極 ２５…補助電極 ３１，１４８…電源 ３２，１３４…バイアス線 ３３，３４，３５…制御信号 ４１，５２，１４６…切り替えスイッチ ４２，４４…タイミング調整用カウンタ ４３，４５…駆動信号発生回路 ４６…セレクタ ４７…補助容量切り替え回路 ５１…シフトレジスタ ６１…増幅器 ６２…Ａ／Ｄ変換器 ６３…マルチプレクサ ７１…電源電位制御回路 ７１ａ…切り替え回路 ｅ 1,1〜ｅ n,m…画素 Ｓ1 〜Ｓm …信号線 Ｇ1 〜Ｇn …ゲート駆動線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素を配列してなり、各画素が光
   電変換膜及び画素容量とその画素容量の蓄積電荷を読み
   出すスイッチング用の薄膜トランジスタとから構成され
   るアレイ状の光検出装置において、 各画素の時定数を切り替える手段を設けたことを特徴と
   する光検出装置。
2. 【請求項２】 入射光量対応の電気信号に変換するため
   の光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に
   前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容
   量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各
   薄膜トランジスタをスイッチング制御することにより各
   画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る光
   検出装置において、 各画素毎に時定数を切り替えるための補助容量と、この
   補助容量を前記画素容量に対して回路接続制御する開閉
   スイッチとを設け、 この開閉スイッチの制御により、画素毎の信号読み出し
   の時間に応じて補助容量を接離制御することにより、前
   記薄膜トランジスタを介しての、各画素容量の蓄積電荷
   の読み出しの際の時定数を制御するようにしたことを特
   徴とする光検出装置。
3. 【請求項３】 入射光量対応の電気信号に変換するため
   の光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に
   前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容
   量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各
   薄膜トランジスタを駆動信号によりスイッチング駆動制
   御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出し
   て画像信号を得る光検出装置において、 前記薄膜トランジスタを駆動状態にする際の駆動信号と
   してレベルの異なる少なくとも２種の駆動信号を用意
   し、画素毎の信号読み出しの時間に応じて駆動信号のレ
   ベルを選択する手段を設けたことを特徴とする光検出装
   置。