KR101461702B1

KR101461702B1 - 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법

Info

Publication number: KR101461702B1
Application number: KR1020110098161A
Authority: KR
Inventors: 다까시 야마자끼; 가즈마사 마쯔모또; 히데히꼬 사이또; 가나꼬 도와끼
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-11-13
Also published as: EP2437485A2; EP2437485A3; JP2012075033A; JP5576754B2; KR20120033265A; CN102447850A; US8836836B2; US20120075507A1

Abstract

방사선 촬상 장치는 촬상 유닛 및 촬상 제어 유닛을 포함한다. 촬상 제어 유닛은, 스위치 유닛을 통해 접속되는 전원의 미리 결정된 전압으로, 축적 유닛, 제거 유닛, 유지 유닛 및 가산 유닛의 불안정한 전압을 고정시키도록, 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서, 촬상 유닛의 화소 회로를 구성하는 스위치 유닛, 축적 유닛, 제거 유닛, 유지 유닛 및 가산 유닛을 동작시킨다.

Description

방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법 {RADIATION IMAGING APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR RADIATION IMAGING APPARATUS}

본 발명은, 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 디지털 방사선 촬상 장치의 분야에서, 화상 인텐시파이어(intensifier) 대신에, 해상도 향상, 체적 소형화 및 화상 왜곡 억제를 목적으로 광전 변환 소자를 사용하는 1X 광학계에 기초한 대면적(large-area) 플랫 패널 센서가 광범위하게 사용되고 있다. 광전 변환 소자를 사용하는 촬상 장치는, 비정질(amorphous) 실리콘형 장치, CCD형 장치 및 CMOS형 장치를 포함한다. 유리 기판 상의 비정질 실리콘 반도체를 사용하는 촬상 소자는 용이하게 대면적 촬상 장치를 형성하게 할 수 있다. 한편, 단결정 실리콘 반도체 기판에 비해, 비정질 실리콘은 유리 기판 상의 반도체 기판을 미세 가공하기 어렵게 한다. 따라서, 출력 신호선의 커패시턴스가 더 커질수록 반도체 특성이 더 불충분해진다. CCD형 촬상 장치는, 완전 공핍형이고 높은 감도를 갖지만 대면적 촬상 장치로서 이러한 장치를 사용하는 것은 전하 전송을 위한 전송 단계의 수를 증가시키게 되고, 그에 따라 CMOS형 촬상 소자를 사용하는 장치의 전력 소비보다 10배 많은 전력을 소비하게 된다. 즉, 이러한 기술은 대면적 촬상 장치에는 적합하지 않다.

일본 특허 공개 공보 제2002-344809호는, 광전 변환 소자로서 CMOS형 촬상 소자를 사용함으로써, 보다 구체적으로는 실리콘 반도체 웨이퍼로부터 잘려진 사각형의 CMOS형 광전 변환 소자인 사각형의 촬상 소자를 타일링(tiling)함으로써 대면적 촬상을 구현하는 대면적 플랫 패널형 센서를 개시한다. CMOS형 촬상 소자는 비정질 실리콘에 비해 미세 가공으로 인해 고속으로 판독할 수 있어, 보다 높은 감도를 취득하게 한다. 또한, CMOS형 촬상 소자는 대면적 플랫 패널형 센서를 구현할 때 매우 유리한 것으로 알려져 있다. 이는, 이러한 소자는 CCD 촬상 소자와는 달리 전하 전송에 대한 전송 단계의 개수와 전력 소비의 문제가 없어, 대면적 촬상의 구현을 용이하게 하기 때문이다.

또한, 일본 특허 공개 공보 제2006-319529호는 CMOS형 촬상 소자 내의 화소 가산 회로와 감도 스위치를 사용한 구성을 개시한다.

화소 가산 및 감도 스위칭 모두를 구현하는 CMOS형 촬상 소자를 고려한다. 이 경우에, 예를 들면, 이 소자가 고감도 모드로 구동되는 경우에, 감도 스위치는 오프되고, 동적 범위 확대 커패시터의 일단이 개방되어 플로팅(floating)된다. 이 플로팅 커패시터에 축적된 전하는 불안정하므로, 불안정 전압이 CMOS형 촬상 소자의 회로 내에 발생된다. 동화상 촬상 동작에서 CMOS형 촬상 소자의 회로 내에 불안정 전압이 발생되면, CMOS형 촬상 소자의 회로 내의 각 MOS 트랜지스터 게이트와 소스 사이의 소량의 누설(leak)이 불안정해져서 각 프레임에 영향을 주는 랜덤 노이즈(random noise)가 된다.

또한, CMOS형 촬상 소자는 오프셋값을 갖고, 각 화소는 광의 인가 없이도 광 신호로서 0이 아닌 값을 출력한다. CMOS형 촬상 소자의 고정 패턴 노이즈(FPN: fixed pattern noise) 패턴으로서 광의 인가 없이 취득된 광 신호 데이터를 규정하고, 동화상을 취득할 때 얻은 광 신호 데이터로부터 FPN 패턴을 감산하는 방법을 이용할 수 있다. 그러나, 각 동화상 촬상 동작에 대한 각 플로팅부의 전위가 시간에 따라 변하므로, 촬상 동작 전에 FPN 패턴을 취득한 CMOS형 촬상 소자의 플로팅부의 전위는 동화상이 실제로 취득될 때 설정되는 플로팅부의 전위와 상이하다. 이는 FPN 보정을 받는 동화상 데이터의 플로팅부의 불안정 전압으로부터 도출된 노이즈 성분과 FPN 패턴 사이의 차이를 야기하여, 적절한 FPN 보정을 수행할 수 없게 한다.

본 발명은, 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서 전원의 소정의 전압으로 화소 회로의 각 플로팅부의 불안정한 전압을 고정하는 구동 동작을 수행하는 전위 고정 구동(전위 고정 구동 동작)에 의해 CMOS형 촬상 소자의 화소 회로 내의 각 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있는 방사선 촬상 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 방사선 촬상 장치이며, 동작시에는 미리 결정된 전압을 인가하도록 구성되는 전원에 접속되고 비동작시에는 상기 전원으로부터 접속해제되도록 구성되는 스위치 유닛, 입력된 방사선 신호에 대응하는 1개 화소에 대응하는 신호를 축적하도록 구성되는 축적 유닛, 상기 신호로부터 노이즈를 제거하도록 구성되는 제거 유닛, 상기 노이즈가 제거된 신호를 유지하고 상기 신호를 출력하도록 구성되는 유지 유닛, 및 상기 유지 유닛에 의해 유지되는 신호와, 다른 화소 회로에 인접하는 a개(a는 2 이상의 자연수)의 유지 유닛에 의해 유지되는 신호의 가산 처리를 수행하도록 구성되는 가산 유닛을 각각 포함하는 화소 회로를, 2차원 영역 내에서 m행×n열(m 및 n은 2 이상의 자연수)로 배열함으로써 형성된 촬상 유닛; 및 상기 촬상 유닛을 구성하는 각각의 상기 화소 회로의 동작을 제어하도록 구성되는 촬상 제어 유닛을 포함하고, 상기 촬상 제어 유닛은, 상기 스위치 유닛을 통해 접속되는 상기 전원의 상기 미리 결정된 전압으로, 상기 축적 유닛, 상기 제거 유닛, 상기 유지 유닛 및 상기 가산 유닛의 불안정한 전압을 고정시키도록, 상기 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서, 상기 화소 회로를 구성하는 상기 스위치 유닛, 상기 축적 유닛, 상기 제거 유닛, 상기 유지 유닛 및 상기 가산 유닛을 동작시키는, 방사선 촬상 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법이며, 상기 방사선 촬상 장치는, 동작시에는 미리 결정된 전압을 인가하도록 구성되는 전원에 접속되고 비동작시에는 상기 전원으로부터 접속해제되도록 구성되는 스위치 유닛, 입력된 방사선 신호에 대응하는 1개 화소에 대응하는 신호를 축적하도록 구성되는 축적 유닛, 상기 신호로부터 노이즈를 제거하도록 구성되는 제거 유닛, 상기 노이즈가 제거된 신호를 유지하고 상기 신호를 출력하도록 구성되는 유지 유닛, 및 상기 유지 유닛에 의해 유지되는 신호와, 다른 화소 회로에 인접하는 a개(a는 2 이상의 자연수)의 유지 유닛에 의해 유지되는 신호의 가산 처리를 수행하도록 구성되는 가산 유닛을 각각 포함하는 화소 회로를, 2차원 영역 내에서 m행×n열(m 및 n은 2 이상의 자연수)로 배열함으로써 형성된 촬상 유닛, 및 상기 촬상 유닛을 구성하는 각각의 상기 화소 회로의 동작을 제어하도록 구성되는 촬상 제어 유닛을 포함하고, 상기 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법은, 상기 촬상 제어 유닛이, 상기 스위치 유닛을 통해 접속되는 상기 전원의 상기 미리 결정된 전압으로, 상기 축적 유닛, 상기 제거 유닛, 상기 유지 유닛 및 상기 가산 유닛의 불안정한 전압을 고정시키도록, 상기 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서, 상기 화소 회로를 구성하는 상기 스위치 유닛, 상기 축적 유닛, 상기 제거 유닛, 상기 유지 유닛 및 상기 가산 유닛을 동작시키게 하는 단계를 포함하는, 방사선 촬상 장치에 대한 제어 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 촬상 유닛에 의해 촬상 동작 전의 타이밍에서 전원의 소정의 전압으로 화소 회로 내의 각 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징은 (첨부 도면을 참조하여) 후술하는 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 제1 실시예에 있어서의 화소 회로의 구동 타이밍을 나타내는 타이밍도.
도 2는 제2 실시예에 있어서의 화소 회로의 구동 타이밍을 나타내는 타이밍도.
도 3은 제3 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 제4 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 제4 실시예에 따른 방사선 촬상 장치에 있어서의 촬상 제어 유닛의 구동 절차를 나타내는 도면.
도 6은 CMOS 촬상 소자의 화소 회로의 구성의 예를 나타내는 회로도.
도 7은 CMOS 촬상 소자의 화소 회로의 구동 타이밍의 타이밍도.
도 8의 (a)는 CMOS형 촬상 소자의 화소 회로에 있어서의 가산 회로의 구성의 예를 나타내는 회로도.
도 8의 (b)는 가산 회로를 통해 접속된 CMOS형 촬상 소자의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 9a는 제1 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 구성의 예를 나타내는 블록도.
도 9b는 CMOS형 촬상 소자의 1개 화소에 대응하는 화소 회로의 기능 구성을 나타내는 블록도.

(제1 실시예)

도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬상 장치(204)의 구성을 나타낸다. 도 9a에 나타낸 방사선 촬상 장치(204)는, 복수의 CMOS형 촬상 소자(202)로 구성되는 촬상 유닛(210)과, 복수의 CMOS형 촬상 소자(202) 각각의 동작을 제어하는 촬상 제어 유닛(201)을 포함한다. 도 9b는, CMOS형 촬상 소자를 웨이퍼로부터 사각형 형태로 잘라냄으로써 얻어지는 사각형 촬상 소자의 타일링에 사용되는 CMOS형 촬상 소자의 1개 화소에 대응하는 화소 회로의 기능 구성을 나타낸다. 촬상 유닛(210)은 m행×n열(m 및 n은 2 이상의 자연수)로 배치된 화소 회로로 구성된다. 각 화소 회로의 스위치 유닛(910)은 동작시에 소정의 전압을 인가하기 위한 전원에 접속되고, 비동작시에 전원으로부터 접속해제된다. 축적 유닛(920)은 입력된 방사선 신호에 대응하는 1개의 화소에 대응하는 신호를 축적한다. 제거 유닛(930)은 축적 유닛(920)에 축적된 신호로부터 노이즈를 제거한다. 유지 유닛(940)은 제거 유닛(930)에 의해 노이즈가 제거된 신호를 유지하고 그 신호를 출력할 수 있다. 가산 유닛(950)은 유지 유닛(940)에 의해 유지된 신호와, 다른 화소 회로에 인접한 a개의(a는 2 이상의 자연수) 유지 유닛에 의해 유지된 신호에 대한 가산 처리를 수행한다. 촬상 제어 유닛(201)은 촬상 유닛(210)을 구성하는 각각의 화소 회로의 동작을 제어할 수 있다. 촬상 유닛(210)에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서, 촬상 제어 유닛(201)은, 각 화소 회로를 구성하는 스위치 유닛(910), 축적 유닛(920), 제거 유닛(930), 유지 유닛(940) 및 가산 유닛(950)을 동작시킨다. 촬상 제어 유닛(201)은, 스위치 유닛(910)을 통해 접속되는 전원의 소정의 전압을, 축적 유닛(920), 제거 유닛(930), 유지 유닛(940) 및 가산 유닛(950)에 설정한다(전위 고정 구동 동작). 전위 고정 구동 동작을 촬상 유닛(210)에 의한 촬상 전의 타이밍에서 수행함으로써, 전원의 소정의 전압으로 화소 회로 내의 축적 유닛(920), 제거 유닛(930), 유지 유닛(940) 및 가산 유닛(950)의 불안정한 전압을 고정함으로써, 노이즈 성분을 감소시키고 고정 패턴 노이즈를 정확하게 보정할 수 있다. 이하, CMOS 촬상 소자의 구체적인 회로 구성을 참조해서 전위 고정 구동 동작에 대해 설명한다.

(CMOS 촬상 소자의 회로 구성의 예)

도 6은 CMOS형 촬상 소자를 웨이퍼로부터 사각형 형태로 잘라냄으로써 사각형 촬상 소자의 타일링에 사용되는 CMOS형 촬상 소자의 1개 화소에 대응하는 화소 회로의 예를 나타내는 회로도이다. 도 6을 참조하면, 참조부호 PD는 광전 변환을 수행하는 포토다이오드를 나타내고, Cfd는 포토다이오드 PD에 의해 방사선 신호로부터 변환된 광 신호에 따라 전하를 축적하는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스이고, M2는 플로팅 확산 영역에 축적된 전하를 제거하기 위한 리셋 MOS 트랜지스터(리셋 스위치)이다. 리셋 스위치 M2는 동작시에 소정의 전압으로서 리셋 전압 VRES를 인가하기 위한 제1 전원에 접속되고, 비동작시에, 제1 전원으로부터 접속해제된다.

참조부호　M1은 큰 동적 범위 모드와 고감도 모드를 스위칭 및 설정하기 위한 감도 스위칭 MOS 트랜지스터(감도 스위치)를 나타내고, C1은 감도 스위치 M1이 온되면 전하를 축적할 수 있는 동적 범위 확대 커패시터이다. 감도 스위치 M1이 온되면 전하 축적 유닛(플로팅 확산 영역)의 커패시턴스 Cfd가 증가한다. 이는 감도는 감소시키지만 동적 범위를 확대시킨다. 예를 들면, 고감도를 요구하는 형광투시 촬상 동작을 수행할 때에는, 감도 스위치 M1이 오프된다. 큰 동적 범위를 요구하는 DSA 촬상 동작을 수행할 때에는 감도 스위치 M1이 온된다. 참조부호 M4는 소스 팔로워로서 동작하는 증폭 MOS 트랜지스터(제1 화소 증폭기)이고, M3은 제1 화소 증폭기 M4를 활성화시키기 위한 선택 MOS 트랜지스터(선택 스위치)이다.

제1 화소 증폭기 M4의 후단에는, 리셋 스위치 M2의 온 동작에 의해 리셋 전압 VRES와의 접속으로 발생되는 리셋 노이즈(kTC 노이즈)를 제거하는 클램프 회로(노이즈 제거 회로)가 제공된다.　참조부호 Ccl은 클램프 커패시터를 나타내고, M5는 클램프 MOS 트랜지스터(클램프 스위치)를 나타낸다. 클램프 스위치 M5는, 동작시에 소정의 전압으로서 클램프 전압 VCL을 인가하기 위한 제2 전원에 접속되고, 비동작시에는 제2 전원으로부터 접속해제된다. 참조부호 M7은 소스 팔로워로서 동작하는 증폭 MOS 트랜지스터(제2 화소 증폭기)를 나타내고,　M6은 제2 화소 증폭기 M7을 활성화시키기 위한 선택 MOS 트랜지스터(선택 스위치)를 나타낸다.

제2 화소 증폭기 M7의 후단에는 2개의 샘플 및 홀드 회로가 제공된다. 참조부호 M8은 광 신호 축적용의 샘플 및 홀드 회로(제1 샘플 및 홀드 회로)를 형성하는 샘플 및 홀드 MOS 트랜지스터(샘플 및 홀드 스위치)를 나타내고, CS는 광 신호 홀드 커패시터를 나타내고, M11은 노이즈 신호 축적 샘플 및 홀드 회로(제2 샘플 및 홀드 회로)를 형성하는 샘플 및 홀드 MOS 트랜지스터(샘플 및 홀드 스위치)를 나타내고, CN은 노이즈 신호 홀드 커패시터를 나타내고, M10은 소스 팔로워로서 동작하는 광 신호 증폭 MOS 트랜지스터(화소 증폭기)를 나타낸다. 화소 증폭기 M10(제3 화소 증폭기)은 광 신호 축적 샘플 및 홀드 회로(제1 샘플 및 홀드 회로)에 의해 유지되는 광 신호 전압을 출력한다.

참조부호 M9는 화소 증폭기　M10으로 증폭된 광 신호를 S 신호 출력선에 출력하기 위한 아날로그 스위치(전송 스위치)를 나타내고, M13은 소스 팔로워로서 동작하는 노이즈 신호 증폭 MOS 트랜지스터(화소 증폭기)를 나타낸다. 화소 증폭기 M13(제4 화소 증폭기)은 노이즈 신호 축적 샘플 및 홀드 회로(제2 샘플 및 홀드 회로)에 의해 유지된 노이즈 신호 전압을 출력한다. 참조부호 M12는 화소 증폭기 M13으로 증폭된 노이즈 신호를 N 신호 출력선에 출력하기 위한 아날로그 스위치(전송 스위치)를 나타낸다.

EN　신호 입력 유닛은 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6의 게이트에 접속된다. EN 신호 입력 유닛으로부터 입력되는 EN 신호는 제1 화소 증폭기 M4 및 제2 화소 증폭기 M7의 동작 상태를 제어한다. EN 신호가 하이 레벨로 설정되면, 제1 화소 증폭기 M4 및 제2 화소 증폭기 M7은 동시에 활성화된다. EN 신호가 로우 레벨로 설정된 경우, 제1 화소 증폭기 M4 및 제2 화소 증폭기 M7은 동시에 비활성화된다. WIDE 신호 입력 유닛은, 감도 스위치 M1의 게이트에 접속된다. WIDE 신호 입력 유닛에서 입력되는 WIDE 신호는 감도 스위칭을 제어한다. WIDE 신호가 로우 레벨로 설정되는 경우에, 감도 스위치는 오프되어 고감도 모드로 설정한다. WIDE 신호가 하이 레벨로 설정되는 경우에, 감도 스위치는 온되어 저감도 모드로 설정한다. PRES 신호는, 리셋 스위치 M2를 온시켜 플로팅 확산 커패시터 Cfd에 축적된 전하를 방전시키는 리셋 신호이다. PCL 신호는 클램프 스위치 M5를 제어하기 위한 신호이다. PCL 신호가 하이 레벨로 설정되는 경우, 클램프 스위치 M5가 온되어, 클램프 커패시터 Ccl을 기준 전압으로서 클램프 전압 VCL로 설정한다.　TS 신호는 광 신호 샘플 및 홀드 제어 신호이다. TS 신호를 하이 레벨로 설정하여 샘플 및 홀드 스위치　M8을 온시키는 것은 이 광 신호를 제2 화소 증폭기 M7을 통해 커패시터 CS로 일괄적으로 전송시킬 것이다.

그 후에, 모든 화소에 대해 한꺼번에 TS 신호를 로우 레벨로 설정하여 샘플 스위치　M8을 오프시키는 것은 샘플 및 홀드 회로에서의 광 신호 전하의 유지를 중지시킬 것이다. TN 신호는 노이즈 신호 샘플 및 홀드 제어 신호이다. TN 신호를 하이 레벨로 설정하여 샘플 및 홀드 스위치　M11을 온시키는 것은 이 노이즈 신호를 제2 화소 증폭기 M7을 통해 커패시터 CN으로 일괄적으로 전송시킬 것이다. 모든 화소에 대해 한꺼번에 TN 신호를 로우 레벨로 설정하여 샘플 스위치　M11을 오프시키는 것은 샘플 및 홀드 회로에서의 노이즈 신호 전하를 유지하는 것을 중지시킬 것이다.

(CMOS 촬상 소자의 구동 동작의 예)

도 7은 도 6의 화소 회로가 전위 고정 구동 동작을 실행하지 않을 경우에 동화상 촬상 동작에서의 구동 타이밍을 예시하는 타이밍도이다. 도 7을 참조하여 동화상 촬상 동작에 있어서, 광 신호 홀드 커패시터 CS 및 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 전하가 샘플 및 홀드될 때까지의 제어 신호의 상승 및 하강 타이밍에 대해 설명한다.

시간 t0에서, 축적 개시 구동 동작이 개시된다. 축적 개시 구동 동작은 리셋과 클램핑을 수행하는 구동 동작이다. 우선, 시간 t0에서, 이 장치는 EN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 제1 화소 증폭기 M4 및 제2 화소 증폭기 M7을 활성화시킨다. 다음으로, 장치는 PRES 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 포토다이오드 PD를 리셋 전압 VRES에 접속시켜 리셋을 수행한다. 장치는 PRES 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 리셋을 중지함으로써, 클램프 커패시터 Ccl의 제1 화소 증폭기 M4에 리셋 전압 VRES를 설정한다.

시간 t1에서, 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 클램프 스위치 M5를 온시키고 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측에 클램프 전압 VCL을 설정한다. 시간　t2에서, 장치는 PCL 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 클램프 스위치 M5를 오프시킨다. 클램프 전압 VCL과 리셋 전압 VRES 사이의 전압차에 대응하는 전하가 클램프 커패시터 Ccl에 축적되어 클램프를 중지시킨다. 시간 t2에서, 축적 개시 구동 동작이 종료된다.

축적 개시 구동 동작이 종료되면, 시간　t2로부터 광전 변환 유닛의 플로팅 확산 커패시터 Cfd가 축적을 개시한다.　타일링된 CMOS형 촬상 소자는, 동화상 촬상 동작시의 촬상 소자와 주사선 사이의 시간적 스위칭 오프셋에 의해 발생되는 화상 미스레지스트레이션을 방지하기 위해, 동일한 기간의 동일한 타이밍에서 각 촬상 소자의 모든 화소의 축적 개시 구동 동작을 일괄적으로 수행하도록 구성된다. 그 후에, 포토다이오드 PD에 의해 발생된 광 전하가 플로팅 확산 커패시터 Cfd에 일괄적으로 축적된다. 시간 t0으로부터 t2까지의 축적 개시 구동 동작에 있어서, 리셋 스위치 M2가 온되어 리셋 전압 VRES에 접속되면, 리셋 노이즈(kTC 노이즈)가 발생된다. 장치는 클램프 회로의 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측을 클램프 전압 VCL로 고정함으로써 이러한 리셋 노이즈(kTC)를 제거한다.

시간　t3에서 초기 구동 동작을 개시한다. 장치는 EN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜, 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6을 온시킨다. 이것에 의해, 플로팅 확산 커패시터 Cfd에 축적되어 있는 전하를 전압으로 변환시켜 변환된 전압을 소스 팔로워로서 동작하는 제1 화소 증폭기 M4로부터 클램프 커패시터 Ccl에 출력한다. 제1 화소 증폭기 M4로부터 출력되는 전압은 리셋 노이즈를 포함한다. 클램프 회로에 의해 리셋되는 때에 제2 화소 증폭기 M7측이 클램프 전압 VCL로 설정되므로, 리셋 노이즈를 포함하는 전압이, 리셋 노이즈가 제거된 광 신호 전압으로서 제2 화소 증폭기 M7에 출력된다. 다음에 장치는 샘플 및 홀드 제어 신호 TS를 하이 레벨로 설정해서 샘플 및 홀드 스위치　M8을 온시킴으로써 광 신호 전압을 제2 화소 증폭기 M7을 통해 광 신호 홀드 커패시터 CS로 일괄 전송한다.

시간　t4에서, 장치는 TS 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경해서 샘플 및 홀드 스위치　M8을 오프시킴으로써 광 신호 홀드 커패시터 CS에 광 신호 전압에 대응하는 전하(광 신호 전하)를 샘플 및 홀드한다.

시간　t4에서, 장치는 플로팅 확산 커패시터 Cfd를 리셋 전압 VRES에 대응하는 전위로 리셋하기 위해, 리셋 신호 PRES를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 리셋 스위치 M2를 온시킨다. 시간　t5에서 장치는 리셋 신호 PRES를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 리셋을 완료한다. 이 때, 클램프 커패시터 Ccl의 제1 화소 증폭기 M4측에 리셋 전압 VRES가 설정된다.

시간 t5에서, 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시킨다. 이것에 의해, 클램프 스위치 M5를 온시켜, 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측에 클램프 전압 VCL을 설정한다. 장치는 클램프 전압 VCL과 리셋 전압 VRES 사이의 전압차에 대응하는 전하를 클램프 커패시터 Ccl에 축적시킨다.

시간　t5에서, 장치는 TN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M11을 온시킨다. 이는 클램프 전압 VCL이 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 설정되었을 때 발생된 노이즈 신호 전압을 전송한다.

시간 t6에서, 장치는 TN　신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경해서 샘플 및 홀드 스위치　M11을 오프시킨다. 이것은 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN이 노이즈 신호 전압에 대응하는 전하(노이즈 신호 전하)를 샘플 및 홀드하게 한다. 시간　t6에서, 장치는 EN 신호 및　PCL 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 초기 구동 동작을 종료한다. 장치는 초기 구동 동작을 모든 화소에 대해 일괄적으로 수행한다.

초기 구동 동작 후에, 장치는 시간　t7에서 다시 축적 개시 구동 동작을 수행하여, 포토다이오드 PD의가 현재 프레임(N번째 프레임(N: 자연수))의 다음 프레임((N+1)번째 프레임)의 축적을 개시시킨다. 광 신호 및 노이즈 신호 주사는 각 화소에 대해 수행된다. 전송 스위치　M9와 전송 스위치 M12를 온시키는 것은, 광 신호 홀드 커패시터 CS의 전하에 대응하는 광 신호 전압과, 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN의 전하에 대응하는 노이즈 신호 전압을 출력시킨다. 광 신호 홀드 커패시터 CS의 전하에 대응하는 광 신호 전압은, 화소 증폭기 M10을 통해 광 신호 출력선으로 전송된다. 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN의 전하에 대응하는 노이즈 신호 전압은 화소 증폭기　M13을 통해 노이즈 신호 출력선으로 전송된다.

광 신호 출력선과 노이즈 신호 출력선에 접속된 (도면에 나타내지 않은) 차동 입력 증폭기는 광 신호 출력선에 전송된 광 신호 전압과, 노이즈 신호 출력선에 전송된 노이즈 신호 전압을 서로 감산하여 이들 사이의 차분을 취득한다. 노이즈 신호 전압은, 예를 들면 화소 증폭기에 의해 발생된 열 노이즈, 1/f 노이즈, 온도차, 또는 프로세스 편차로 의한 고정 패턴 노이즈(FPN)에 대응한다. 차동 입력 증폭기에서의 감산 처리는 광 신호 전압으로부터 고정 패턴 노이즈(FPN)를 제거한다. 현재 프레임에 연관된 노이즈 신호 전압 및 광 신호 전압이 전송될 수 있는 기간은, 샘플 및 홀드 종료시 t6으로부터, 다음 프레임에 연관된 광 신호 전하가 샘플 및 홀드되는 시간　t9까지의 기간이다.

도 6의 회로에 있어서, 플로팅 확산 커패시터 Cfd의 축적 개시 타이밍은, 도 7의 시간　t2나 시간　t8이며, 여기에서 PCL　신호가 로우 레벨로 설정되어 클램핑을 완료한다. 축적 종료 타이밍은, 시간　t4나 시간 t10이며, 여기에서 TS 신호가 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경되어 광 신호 전압을 샘플 및 홀드한다. 광 신호 전압 및 노이즈 신호 전압을 샘플 및 홀드하기 위한 초기 구동 동작(701)과 초기 구동 동작(702) 사이에, 축적 시간 개시를 위한 축적 개시 구동 동작 또는 초기 구동 동작을 삽입함으로써 축적 시간을 제한할 수 있다. 도 7에 나타낸 경우에,　시간 t7에서 장치는 축적 개시 구동 동작(703)을 삽입한다. 광 신호 전압을 샘플 및 홀드하는 주기는 시간　t4로부터 시간 t10까지의 범위이지만, 장치는 축적 시간을, 시간　t2로부터 시간　t4까지의 기간과 같은, 시간 t8로부터 시간 t10까지의 기간으로 제한한다.

각각의 화소 회로는 광 신호 축적 샘플 및 홀드 회로(제1 샘플 및 홀드 회로)를 다른 화소 회로의 광 신호 축적 샘플 및 홀드 회로(제3 샘플 및 홀드 회로)에 접속하여 광 신호 전압을 가산하기 위한 제1 가산 회로를 포함한다. 화소 회로는, 노이즈 신호 샘플 및 홀드 회로(제2 샘플 및 홀드 회로)를 다른 화소 회로의 노이즈 신호 샘플 및 홀드 회로(제4 샘플 및 홀드 회로)에 접속하여 노이즈 신호 전압을 가산하기 위한 제2 가산 회로를 포함한다.

도 8의 (a)는 CMOS형 촬상 소자의 화소 회로에 있어서의 가산 회로(제1 및 제2 가산 회로)의 구성의 예를 나타내는 회로도이다. 도 8의 (a)는, 2개 회로에 대응하는 화소 회로(801, 802)를 간략한 양식으로 나타내는 회로 구성에 가산 회로(제1 및 제2 가산 회로)가 삽입되는 회로 구성의 예를 나타낸다. 포토다이오드(160, 161)의 각각은 도 6의 포토다이오드 PD에 대응한다. 참조부호 162, 163, 166, 167, 172 및 173 각각은 각 회로에서 소스 팔로워로서 동작하는 증폭 MOS 트랜지스터(화소 증폭기)를 나타낸다. 각각의 화소 증폭기(162, 163)는 도 6의 제1 화소 증폭기 M4에 대응한다. 각각의 화소 증폭기(166, 167)는 도 6의 제2 화소 증폭기 M7에 대응한다. 화소 증폭기(172, 173)는 도 6의 화소 증폭기 M10(제3 화소 증폭기) 및 화소 증폭기 M13(제4 화소 증폭기)에 대응한다. 참조부호 164 및 165는 각각의 화소 회로의 클램프 커패시터를 나타내고, 각각 도 6의 클램프 커패시터 Ccl에 대응한다. 참조부호 168 및 169는 각각 대응하는 화소 회로의 광 신호 전압 또는 노이즈 신호 전압을 축적하기 위한 샘플 및 홀드 회로의 구성 요소로서 샘플 MOS 트랜지스터(샘플 및 홀드 스위치)를 나타낸다. 각각의 샘플 및 홀드 스위치(168, 169)는 도 6의 샘플 및 홀드 스위치　M8 또는 샘플 및 홀드 스위치　M11에 대응한다. 참조부호 170 및 171은 각각 광 신호 홀드 커패시터 또는 노이즈 신호 홀드 커패시터를 나타내고, 이는 도 6의 광 신호 홀드 커패시터 CS 또는 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 대응한다. 가산 회로(150)는 화소 회로(801)의 광 신호 홀드 커패시터(노이즈 신호 홀드 커패시터)를 가산 회로(151)에 접속한다. 가산 회로(151)는, 화소 회로(802)의 광 신호 홀드 커패시터(노이즈 신호 홀드 커패시터)를 가산 회로(150)에 접속한다. 간략하게 나타내기 위해, 도 8의 (a)는, 각각의 가산 회로(150, 151)를 회로 소자로서 나타낸다. 장치 구성은 광 신호 전압을 가산하기 위한 제1 가산 회로와, 노이즈 신호 전압을 가산하기 위한 제2 가산 회로에 대응하는 회로 소자를 실제로 포함한다.

도 8의 (b)는 가산 회로(제1 및 제2 가산 회로)를 통해 접속된 CMOS형 촬상 소자의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 6에 나타낸 각각의 화소 회로는 사각형 "□"에 의해 나타내어진다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)의 점선에 의해 둘러싸인 부분은 동일한 회로 부분을 나타낸다.

도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 인접하는 화소의 광 신호 홀드 커패시터 또는 노이즈 신호 홀드 커패시터는 서로 접속되어 화소 가산을 수행한다. 이것은 화소 정보를 폐기하지 않고도 주사되는 화소의 수를 감소시킴으로써 보다 높은 프레임 레이트에서 신호를 판독할 수 있게 한다. 가산 신호를 Low level(로우 레벨)로부터 High level(하이 레벨)로 변경시키는 것은, 가산 신호선에 접속된 모든 가산 MOS 트랜지스터를 활성화(온시킴)시킨다. 도 8의 (b)를 참조하면, ADD 신호를 하이 레벨로 설정하고, ADD1 신호를 로우 레벨로 설정하는 것은, 2×2 화소에 대한 화소 가산을 수행할 수 있다. 또한, ADD 신호를 하이 레벨로 설정하고, ADD1 신호를 하이 레벨로 설정하는 것은, 4×4 화소에 대한 화소 가산을 수행할 수 있다. 또한, 하이 레벨의 ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호는, 8×8 화소에 대한 화소 가산을 수행할 수 있다.

(CMOS 촬상 소자의 구동 제어)

본 발명의 특징이 되는 전위 고정 구동 동작을 수행하는 CMOS　촬상 소자의 구동 제어에 대해 도 1의 타이밍도를 참조하여 설명한다. 도 1은, 도 6, 8의 (a) 및　8의 (b)에 나타낸 CMOS형 촬상 소자의 1개 화소에 대응하는 화소 회로에 있어서, 동화상 촬상 동작을 첫번째 프레임으로부터 2번째 프레임까지 수행할 때의 구동 파형의 타이밍도이다. 화소 회로 설정은, 고감도로, 화소 가산 없음으로, 도 1에 나타낸 구동 동작을 CMOS형 촬상 소자 내에서 모든 화소에 대해 일괄적으로 수행하는 것으로 이루어진다.

도 1의 타이밍도에 대해 시계열적 순서로 설명한다. 본 실시예는 CMOS형 촬상 소자의 화소 회로의 각 플로팅부의 불안정한 전압을 고정하기 위해서 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서 전원의 소정의 전압으로 불안정한 전압을 고정하는 구동 동작을 수행한다(전위 고정 구동 동작). 우선, 시간 t11에서, 장치는 EN 신호, TS 신호, PRES 신호, PCL 신호, TN 신호 및 WIDE 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시킨다. 이는, 리셋 스위치 M2, 클램프 스위치 M5, 샘플 및 홀드 스위치　M8, 샘플 및 홀드 스위치　M11, 감도 스위치 M1, 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6을 온시킨다. 도 6을 참조하면, 화소 회로의 입력측의 전송 스위치　M9와 출력측의 전송 스위치　M12 사이의 각 플로팅부에 안정된 전위가 인가된다. 화소 회로의 모든 플로팅부를 안정한 전위로 고정한 후에, 장치는 시간　t12에서, EN　신호, TS 신호, PRES 신호, PCL 신호, TN 신호 및 WIDE 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 이는, 리셋 스위치 M2, 클램프 스위치 M5, 샘플 및 홀드 스위치　M8, 샘플 및 홀드 스위치　M11, 감도 스위치 M1, 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6을 오프시킨다. 이러한 동작으로, 도 6을 참조하면, 화소 회로의 입력측의 전송 스위치　M9와, 출력측의 전송 스위치　M12 사이의 모든 플로팅부가 안정된 전위로 고정(클램프)된다.

시간 t12에서, 장치는 ADD, ADD1 및 ADD2를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜, 가산 회로(150) 및 가산 회로(151)(도 8의 (b))를 온시킨다. 이는, 도 8의 (b)에 나타낸 화소 회로의 모든 플로팅부에서 안정된 전위를 설정한다. 도 8의 (b)에 나타낸 화소 회로의 모든 플로팅부를 안정한 전위로 고정시키기 위해서, 장치는 시간 t13에서,　ADD, ADD1 및 ADD2를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 이는, 도 8의 (b)에 나타낸 화소 회로의 플로팅부를 안정한 전위로 고정시킨다.　CMOS형 촬상 소자 내의 화소 회로의 모든 플로팅부는 고정된 전위로 설정된다. 도 1의 시간 t11로부터 시간 t12까지 전위 고정 구동 동작이 실행된다.

그 다음에 장치는 축적 개시 구동 동작을 수행한다. 축적 개시 구동 동작은, 도 1의 시간 t14로부터 시간 t16까지 리셋과 클램프를 수행하는 구동 동작이다. 우선, 시간 t14에서, 장치는 EN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 제1 화소 증폭기 M4 및 제2 화소 증폭기 M7을 활성화시킨다. 다음으로, 장치는 리셋 신호(PRES 신호)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 리셋 스위치를 온시킨다. 플로팅 확산 커패시터 Cfd는 리셋 전압 VRES에 접속됨으로써 리셋된다. 시간 t15에서, 장치는 PRES 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 리셋을 중지한다. 이는 클램프 커패시터 Ccl의 제1 화소 증폭기 M4측에 리셋 전압 VRES를 설정한다.

시간 t15에서, 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 클램프 스위치 M5를 온시킨다. 이는 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측에 클램프 전압 VCL을 설정한다.

시간 t16에서, 장치는 PCL 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 클램프 스위치 M5를 오프시키고, 클램프 전압 VCL과 리셋 전압 VRES 사이의 전압차에 대응하는 전하를 클램프 커패시터 Ccl에 축적하여 클램프 동작을 완료한다. 시간 t16에서 축적 개시 구동 동작은 종료된다.

시간 t16으로부터 장치는 플로팅 확산 커패시터 Cfd에서의 축적을 개시한다. 타일링된 CMOS형 촬상 소자는 동화상 촬상 동작시에 촬상 소자와 주사선 사이의 시간적 스위칭 오프셋에 의해 발생되는 화상 미스레지스트레이션을 방지하기 위해서, 각 촬상 소자의 모든 화소의 축적 개시 구동 동작을 동일한 타이밍과 동일한 기간에서 일괄적으로 수행하도록 구성된다. 그 후에 포토다이오드 PD에 의해 발생된 광 전하가 플로팅 확산 커패시터 Cfd에 일괄적으로 축적된다. 시간 t14로부터 시간 t16까지의 축적 개시 구동 동작에 있어서, 리셋 스위치 M2가 온되어 리셋 전압 VRES에 접속되고, 리셋 노이즈(kTC 노이즈)가 발생된다. 장치는 이 리셋 노이즈(kTC 노이즈)를, 클램프 회로의 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측을 클램프 전압 VCL로 고정함으로써 제거한다.

시간 t17에서 개시되는 초기 구동 동작에 대해 설명한다. 장치는, EN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜, 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6을 온시킨다. 이는, 플로팅 확산 커패시터에 Cfd에 축적되어 있는 전하를 전압으로 변환시키고, 변환된 전압을 소스 팔로워로서 동작하는 제1 화소 증폭기 M4로부터 클램프 커패시터 Ccl로 출력한다. 제1 화소 증폭기 M4로부터 출력되는 전압은 리셋 노이즈를 포함한다. 제2 화소 증폭기 M7측이 클램프 전압 VCL로 고정되므로, 리셋 노이즈는 제거된다. 리셋 노이즈가 제거된 광 신호 전압은 제2 화소 증폭기 M7에 출력된다.

시간 t17에서, 장치는, 샘플 및 홀드 제어 신호 TS를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M8을 온시킴으로써 광 신호 전압을 제2 화소 증폭기 M7을 통해 광 신호 홀드 커패시터 CS에 일괄적으로 전송한다.

시간 t18에서, 장치는 TS 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M8을 오프시킨다. 이는, 광 신호 홀드 커패시터 CS가 광 신호 전압에 대응하는 광 신호 전하를 샘플 및 홀드하게 한다.

시간 t18에서, 장치는 리셋 신호 PRES를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 리셋 스위치 M2를 온시킨다. 이는, 플로팅 확산 커패시터 Cfd를 리셋 전압 VRES에 대응하는 전하로 리셋시킨다. 시간 t19에서, 장치는 리셋 신호 PRES를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 리셋 동작을 완료한다. 이는, 클램프 커패시터 Ccl의 제1 화소 증폭기 M4측에 리셋 전압 VRES를 설정한다.

시간 t19에서, 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시킨다. 이는, 클램프 스위치 M5를 온시켜, 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측에 클램프 전압 VCL을 설정한다. 클램프 커패시터 Ccl은 클램프 전압 VCL과 리셋 전압 VRES 사이의 전압차에 대응하는 전하를 축적한다.

시간 t19에서, 장치는 TN 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M11을 온시킴으로써 커패시터가 클램프 전압 VCL로 설정되었을 때에 발생된 노이즈 신호 전압을 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 전송한다.

시간 t20에서, 장치는 TN 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M11을 오프시킨다. 이는, 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN이 노이즈 신호 전압에 대응하는 노이즈 신호 전하를 샘플 및 홀드하게 한다. 시간 t20에서, 장치는 EN 신호 및 PCL 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 초기 구동 동작을 종료한다. 장치는 모든 화소에 대해 초기 구동 동작을 일괄적으로 수행한다.

초기 구동 동작 후에, 장치는 시간 t21에서 다시 축적 개시 구동 동작을 수행하여, 현재 프레임(N번째 프레임(N: 자연수))의 다음 프레임((N+1)번째 프레임)에서 플로팅 확산 커패시터 Cfd가 축적을 개시하게 한다. 장치는 각 화소에 대해 광 신호 및 노이즈 신호 주사를 수행한다. 전송 스위치 M9와 전송 스위치　M12를 온시키는 것은, 광 신호 홀드 커패시터 CS와 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN이 각각 광 신호 전압과, 노이즈 신호 전압을 출력하게 한다. 즉, 광 신호 홀드 커패시터 CS로부터의 광 신호 전압은, 화소 증폭기 M10(제3 화소 증폭기)를 통해, 광 신호 출력선에 전송된다. 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN으로부터의 노이즈 신호 전압은 화소 증폭기 M13(제4 화소 증폭기)을 통해 노이즈 신호 출력선에 전송된다.

노이즈 신호 출력선과 광 신호 출력선에 접속된 (도면에 나타내지 않은) 차동 입력 증폭기는 노이즈 신호 출력선에 전송된 노이즈 신호 전압과 광 신호 출력선에 전송된 광 신호 전압을 서로 감산시켜 이들 사이의 차분을 취득한다. 노이즈 신호 전압은, 예를 들면, 화소 증폭기에 의해 발생된 열 노이즈, 1/f 노이즈, 온도차, 또는 프로세스 편차로 인한 고정 패턴 노이즈(FPN)에 대응한다. 차동 입력 증폭기에 의해 수행된 감산 처리는 광 신호 전압으로부터 고정 패턴 노이즈(FPN)를 제거한다.

현재 프레임에 연관된 노이즈 신호 전압 및 광 신호 전압이 전송될 수 있는 기간은, 샘플 및 홀드 종료시 t20으로부터, 다음 프레임에 연관된 광 신호 전하가 다시 샘플 및 홀드되는 시간 t23까지의 기간이다.

차동 입력 증폭기에 의한 감산 처리에 의해 취득된 광 신호는, 광의 인가가 없는 조건에서 미리 취득된 광 신호의 FPN 패턴으로 추가적으로 FPN 보정을 거친다.

도 1의 구동 동작에서, 고감도가 설정되고 화소 가산이 수행되지 않으므로, 장치는 축적 개시 구동 동작 후에는 감도 스위치 M1, 가산 회로(150) 및 가산 회로(151)를 온시키지 않고, 커패시터 C1, 가산 회로(150) 및 가산 회로(151) 사이의 플로팅부는 변하지 않고 유지된다. 그러나, 장치가 커패시터 C1, 가산 회로(150) 및 가산 회로(151) 사이의 전위를 동화상 촬상 동작 전의 전위로 고정하여 회로 내의 불안정한 전압에 의해, 촬상된 소자의 백그라운드(background)에서 발생되는 랜덤 노이즈의 일부를 고정한다. 랜덤 노이즈의 일부를 고정하는 것은 FPN　보정을 정확하게 수행할 수 있게 하는데, 이는 FPN 패턴을 취득했을 때의 CMOS형 촬상 소자 회로 내의 플로팅부의 전위와, 동화상이 실제로 취득될 때의 플로팅부의 전위 사이에 차이가 없기 때문이다.

도 6의 회로에서, 플로팅 확산 커패시터 Cfd의 축적 개시 타이밍은 도 1의 시간 t16 또는 t22이며, 여기에서 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로 설정하여 클램프를 완료한다. 축적 종료 타이밍은 시간 t18 또는 시간 t24이며, 여기에서 장치는 TS 신호를 로우 레벨로 설정하여 광 신호를 샘플 및 홀드한다. 광 신호 및 노이즈 신호를 샘플 및 홀드하기 위한 초기 구동 동작(101)과 초기 구동 동작(102) 사이에, 축적 시간 개시를 위한 축적 개시 구동 동작 또는 초기 구동 동작을 삽입함으로써 축적 시간을 제한할 수 있다.

도 1에 나타낸 경우에서, 장치는 시간 t21에서 축적 개시 구동 동작(103)을 삽입한다. 광 신호의 샘플 및 홀드의 기간은 시간 t18로부터 시간 t24까지의 범위에 있지만, 장치는 축적 시간을, 시간 t16으로부터 시간 t18까지와 동일한 기간인 시간 t22로부터 시간 t24까지의 시구간으로 제한한다. 시간 t21에서 초기 구동 동작을 삽입하는 경우에, 장치는 주사 기간을, 시간 t20으로부터, 장치가 초기 구동 동작을 개시하여 광 신호 전하를 샘플 및 홀드하는 시간 전의 시간 t21까지의 구간으로 제한한다. 요구되는 축적 시간이 샘플 기간과 일치하는 경우에는, 장치는 시간 t21로부터 시간　t22까지의 축적 개시 구동 동작을 삽입하지 않고, 시간 t21로부터 초기 구동 동작을 개시한다.

(화소 가산이 없는 저감도 모드)

이하, 화소 회로에서 낮은 감도로 설정되고, 동적 범위가 확장되는 화소 회로의 동작 모드(저감도 모드(높은 동적 범위 모드))에 대해 설명한다. 화소 가산은 수행되지 않는 것으로 상정한다. 장치는 WIDE 신호의 타이밍 외에는 도 1에 나타낸 타이밍도에서와 동일한 구동 타이밍으로 동작하므로, 도 1과의 차이점에 대해 도 1 및 6을 참조하여 설명한다. 시간 t14에서 장치는 WIDE 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 감도 스위치 M1을 온시킨다. 이것은, 플로팅 확산 커패시터 Cfd를 커패시터 C1과 병렬로 접속시켜 플로팅 노드부의 커패시턴스를 증가시키고, 그에 따라 감도를 저하시키는 대신에 동적 범위를 확장시킨다. WIDE 신호가 도 1의 시간 t14에서 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경된 후에, 촬상의 종료까지 신호는 하이 레벨로 유지된다. 이것은, 촬상 동작 중에 감도를 저하시키는 대신 동적 범위를 확장시킨다. 감도가 저하되는 경우에, 가산 회로(150)와 가산 회로(151) 사이에 플로팅부가 형성된다. 하지만, 촬상 유닛에 의한 촬상 동작 전의 타이밍에서, 전원의 소정의 전압으로 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 저감시킬 수 있다.

(화소 가산이 있는 고감도 모드)

2×2의 화소의 화소 가산을 예로 들어, 화소 가산의 예에 대해 설명한다. 고감도 모드가 설정되었다고 상정한다. 2×2 화소의 화소 가산의 예에서, 장치는 ADD 신호 이외에는 도 1에 나타낸 타이밍도에 의해 나타낸 것과 동일한 방식으로 동작하므로, 도 1과의 차이점을, 도 1, 6, 8의 (a) 및 8의 (b)를 참조하여 설명한다. 시간 t20에서, 촬상 제어 유닛(201)은, TN 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 샘플 및 홀드 스위치　M11을 온시켜 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에서 노이즈 신호 성분의 축적을 완료한다. 그 후에, 촬상 제어 유닛(201)은 ADD 신호를 하이 레벨로 설정하여 가산 회로(150) 및 가산 회로(151)를 온시킨다. 이 때, 촬상 제어 유닛(201)은 도 8의 (b)의 ADD 신호선에 접속된 모든 MOS 트랜지스터를 온시킨다. 이러한 동작으로, 시간 t18에서, 촬상 제어 유닛(201)은 광 신호 홀드 커패시터 CS에 축적이 종료된 광 신호와, 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 축적이 종료된 노이즈 신호 모두에 대해, 2×2 화소의 화소 가산을 수행한다. 촬상 제어 유닛(201)은 ADD 신호를 시간 t23에서 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 광 신호와 노이즈 신호에 대한 주사 기간에서, 인접하는 2×2 화소가 화소 가산을 거친다.

도 7의 타이밍도에 따라 고감도 모드에 있어서의 2×2 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 커패시터 C1, 도 8의 (b)의 4×4화소의 화소 가산, 8×8 화소의 화소 가산에 사용되는 가산 회로가 플로팅부가 된다. 하지만, 도 1의 타이밍도에 따라 동화상 촬상 동작 전에, 전위 고정 구동 동작을 수행함으로써 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있다.

마찬가지로, 4×4 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 촬상 제어 유닛(201)은 시간 t20에서 ADD 신호 및 ADD1 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 ADD 신호선 및 ADD1 신호선에 접속된 모든 MOS 트랜지스터를 온시킨다. 이러한 동작으로, 촬상 제어 유닛(201)은 시간 t18에서 광 신호 홀드 커패시터 CS에 축적이 종료된 광 신호와, 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 축적이 종료된 노이즈 신호에 모두에 대해 4×4 화소의 화소 가산을 수행한다. 시간 t23에서, 촬상 제어 유닛(201)은, ADD　신호 및 ADD1 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 도 7의 타이밍도에 따라 고감도 모드에 있어서의 4×4 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 커패시터 C1 및 도 8의 (b)의 8×8 화소의 화소 가산 회로가 플로팅부가 된다. 하지만, 도 1의 타이밍도에 따라 동화상 촬상 동작 전에, 전위 고정 구동 동작을 수행함으로써 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있다.

마찬가지로 8×8 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 시간 t20에서 촬상 제어 유닛(201)은, ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 ADD 신호선, ADD1 신호선 및 ADD2 신호선에 접속된 모든 MOS 트랜지스터를 온시킨다. 이러한 동작으로, 촬상 제어 유닛(201)은 시간 t18에서 광 신호 홀드 커패시터 CS에 축적이 종료된 광 신호와, 노이즈 신호 홀드 커패시터 CN에 축적이 종료된 노이즈 신호 모두에 대해, 8×8 화소의 화소 가산을 수행한다. 촬상 제어 유닛(201)은, 시간 t23에서 ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 도 7의 타이밍도에 따라 고감도 모드에 있어서의 8×8 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 커패시터 C1이 플로팅부가 된다. 하지만, 도 1의 타이밍도에 따라 동화상 촬상 동작 전에, 전위 고정 구동 동작을 수행함으로써 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있다. 또한, 이는 FPN 보정을 정확하게 수행할 수 있게 한다.

고감도 모드에 있어서, 커패시터 C1이 플로팅부가 된다. 감도를 낮게 할 경우, 촬상 제어 유닛(201)은 WIDE 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 감도 스위치 M1을 온시킨다. 이는, 플로팅 확산 커패시터 Cfd를 커패시터 C1에 병렬로 접속시켜 플로팅 노드부의 커패시턴스를 증가시키고, 그 결과 감도를 감소시키는 대신 동적 범위를 확장시킨다. 감도를 감소시키고, 2×2, 4×4 및 8×8 화소의 화소 가산을 수행하는 경우에, 커패시터 C1은 플로팅부가 되지 않는다.

감도를 감소시키고 2×2 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 4×4 화소의 화소 가산 및 8×8 화소의 화소 가산에 사용되는 각 가산 회로가 플로팅부가 된다. 감도를 감소시키고 4×4 화소의 화소 가산을 수행할 경우, 8×8 화소의 화소 가산에 사용되는 각 가산 회로가 플로팅부가 된다. 이들 경우에도, 동화상 촬상 동작 전에, 전위 고정 구동 동작(도 1)을 수행함으로써 화소 회로의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시킬 수 있다. 또한, 이는 FPN 보정을 정확하게 수행할 수 있게 한다.

전위 고정 구동 동작에 있어서, 장치는 EN 신호, TS 신호, PRES　신호, PCL 신호, TN　신호, WIDE 신호, ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시킨다는 것에 유의해야 한다. 모든 플로팅부를 안정한 전위로 설정하려는 목적을 달성할 수 있는 한, 장치가 각 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시키고, 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시키는 타이밍을 변경할 수 있다. 예를 들면, 장치는 EN 신호, TS 신호, PRES 신호, PCL 신호 및 TN 신호를 초기 구동 동작에서와 동일한 구동 패턴을 구현하기 위해서 로우 레벨로부터 하이 레벨로 설정하는 타이밍을 변경할 수도 있다. 또한, 하이 레벨로부터 로우 레벨로 하나의 신호를 반복적으로 변경하는 것도 가능하다.

도 1에 나타낸 축적 개시 구동 동작과 초기 구동 동작은 다른 구동 패턴을 나타내지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 축적 개시 구동 동작을 초기 구동 동작에 대한 것과 유사한 구동 패턴에 따라 수행할 수 있다. 이는, 장치가 1개의 구동 패턴만을 구현할 수 있게 한다. 이는 구현의 간이화로 연결된다. 또한, 장치는 시간 t21로부터의 축적 개시 구동 동작 및 t23으로부터의 초기 구동 동작을 행할 필요가 없다. 이는 하나의 프레임의 화상만을 촬상할 수 있게 한다.

본 실시예에 따르면, 촬상 유닛에 의한 동화상 촬상 동작 전의 타이밍에서 전원의 소정의 전압으로 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시키고 고정 패턴 노이즈를 정확하게 보정할 수 있다.

(제2 실시예)

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS 촬상 소자의 구동 제어를 도 2의 타이밍도를 참조하여 설명한다. 도 2는, 도 1과 마찬가지로, 도 6, 8의 (a) 및　8의 (b)에 나타낸 CMOS형 촬상 소자의 1개 화소에 대응하는 화소 회로에 있어서 첫번째 프레임으로부터 2번째 프레임에 대해 동화상 촬상 동작을 수행할 때 구동 파형의 타이밍도이다. 화소 회로 설정은, 고감도로, 화소 가산이 수행되지 않게 설정되는 것으로 이루어진다. 본 실시예는 도 2에 나타낸 구동 동작을 CMOS형 촬상 소자 내에서 모든 화소에 대해 일괄적으로 수행한다.

도 2의 타이밍도는, 전위 고정 구동 동작이 동화상 촬상 동작의 개시에서 첫번째 프레임에 대한 축적 개시 구동을 포함하는 것에서 도 1의 타이밍도와 상이하다. 이하, 도 2를 시계열적 순서로 설명한다. 제1 실시예에서와 같이, 모든 플로팅부를 각각 안정한 전위(고정된 전위)로 설정하기 위해, 장치는 구동(전위 고정 구동 동작)을 수행한다. 시간 t25에서, 장치는 EN 신호, TS 신호, PRES 신호, PCL 신호, TN 신호 및 WIDE 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시킨다. 이는, 리셋 스위치 M2, 클램프 스위치 M5, 샘플 및 홀드 스위치　M8, 샘플 및 홀드 스위치 M11, 감도 스위치 M1, 선택 스위치 M3 및 선택 스위치 M6을 온시킨다. 도 6을 참조하면, 화소 회로의 입력측의 전송 스위치　M9와 출력측의 전송 스위치　M12 사이의 모든 부분에 각각 안정한 전위가 인가된다.

CMOS형 촬상 소자 내의 모든 전위가 고정된 후에, 장치는 시간 t26에서, TS 신호, PCL 신호, TN 신호 및 WIDE 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시킨다. 선택 스위치 M3 및 리셋 스위치 M2를 온 상태로 유지하면서, 장치는 시간 t26으로부터 축적 개시 구동 동작을 개시한다.

시간 t26에서, 장치는 ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 도 8의 (b)에 나타낸 화소 가산 회로의 전위를 고정한다.

시간 t27에서, 장치는 PRES 신호를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 리셋을 완료한다. 그 결과, 클램프 커패시터 Ccl의 제1 화소 증폭기 M4측에 리셋 전압 VRES가 설정된다. 시간 t27에서, 장치는 PCL 신호를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경시켜 클램프 스위치 M5를 온시킴으로써 클램프 커패시터 Ccl의 제2 화소 증폭기 M7측에 클램프 전압 VCL을 설정한다. 장치는 클램프 전압 VCL과 리셋 전압 VRES의 전압차에 대응하는 전하를 축적하고 클램프 동작을 종료한다.

시간 t28에서, 장치는 EN 신호, PCL 신호, ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호가 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경시켜 전위 고정 구동 동작을 종료한다. 시간 t28에서, 장치는 ADD 신호, ADD1 신호 및 ADD2 신호를 EN 신호 및 PCL 신호와 g함께 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경되도록 제어한다. 이 경우에, 도 8의 (b)에 나타낸 화소 가산 회로, 클램프 커패시터 Ccl 및 플로팅 확산 커패시터 Cfd는, 장치가 TS 신호 및 TN 신호를 하이 레벨로 설정하지 않는 한 전기적으로 접속해제되어 있다. 따라서, 이러한 구동 방식은 문제점을 갖고 있지 않다.

시간 t28 이후에, 장치는 제1 실시예에 있어서의 도 1의 시간 t13 이후의 동작과 유사한 구동 패턴에 따라 동작한다.

전위 고정 구동 동작 및 축적 개시 구동 동작의 조합에 따라 각 화소 회로를 동작시키는 것은, 전위 고정 구동 동작이 종료함과 동시에, 축적 개시 구동 동작을 수행할 수 있게 한다. 이는, 각각의 광전 변환 소자가 전위 고정 구동 동작을 개시한 후에 첫번째 프레임의 화상을 취득하는 데 필요한 시간을 단축시킬 수 있게 한다.

촬상 유닛에 의한 동화상 촬상 동작 전의 타이밍에서 전원의 소정의 전압으로 화소 회로 내의 플로팅부의 불안정한 전압을 고정함으로써 노이즈 성분을 감소시키고 고정된 패턴 노이즈를 정확하게 보정할 수 있다.

(제3 실시예)

도 3은 제3 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 방사선 촬상 장치(204) 내의 모든 CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)는 촬상 제어 유닛(201)에 접속된다. 촬상 제어 유닛(201)으로부터의 제어 신호는 CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)를 제어한다. 방사선 촬상 장치(204)는 시간을 측정하기 위한 타이머(205)(시간 측정 유닛)를 포함한다. 촬상 제어 유닛(201)은, 전위 고정 구동 동작을 수행하기 위해 CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)에 제어 신호를 송신한 시간을 촬상 제어 유닛(201)에 접속되어 있는 메모리(203)에 저장한다.

조작자가 방사선 촬상 장치(204)의 전원을 온시킨 후에, 장치는 제1 설정 하에서 동작을 구동함으로써 동화상을 취득한 후, 곧 제1 설정을 제2 설정으로 변경해서 동화상을 취득하는 것으로 상정한다. 방사선 촬상 장치(204)의 전원이 온된 후에 최초로 동화상을 취득하는 경우에, CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로) 내의 각 플로팅부 사이의 전위차는 불안정하게 된다. 이는, 플로팅부의 전위가 안정하게 될 때까지의 시간을 필연적으로 연장시킨다. 동화상을 촬상한 후에 동화상을 다시 촬상하는 경우에는, 장치가 한번 전위 고정 구동 동작을 수행하였기 때문에, 플로팅부의 전위가 보다 짧은 기간에 고정된다. 몇몇 경우에, 전위 고정 구동 동작을 수행할 필요가 없다. 전위 고정 구동 동작을 수행할지 여부 또는 어느 정도의 시간으로 전위 고정 구동 동작을 수행해야만 할지 여부는 상술한 전위 고정 구동 동작이 수행된 후 경과된 시간에 달려 있다.

제1 촬상 동작에 의해 동화상을 촬상한 후에, 제2 촬상에 의해 동화상을 촬상할 때에, 촬상 제어 유닛(201)은, 현재의 시간과 메모리(203)에 저장된 시간을 비교하여, 촬상 제어 유닛(201)이 이전의 전위 고정 구동 동작을 수행한 시간으로부터의 경과된 시간을 산출한다. 예를 들어, 전위 고정 구동 동작의 제어에 대한 기준 시간으로서의 임계 시간을 사전에 메모리(203)에 저장할 수 있다. 또는, (도면에 나타내지 않은) 조작 입력 유닛을 통해 임계 시간을 설정할 수 있다. 또한, 촬상 제어 유닛(201)은 임계 시간 TH와 산출된 경과 시간 TE를 비교하고, 비교 결과에 따라 전위 고정 구동 동작을 제어할 수 있다.

예를 들면, 경과된 시간이 임계 시간 내에 드는 경우(TE≤TH), 촬상 제어 유닛(201)은 전위 고정 구동 동작을 수행하지 않도록 제어를 수행할 수 있다. 경과된 시간 TE가 임계 시간 TH를 초과할 경우(TE>TH), 촬상 제어 유닛(201)은, 전위 고정 구동 동작을 수행하도록 제어를 수행할 수 있다. 촬상 제어 유닛(201)은 화소 회로를 구성하는 스위치 유닛(910), 축적 유닛(920), 제거 유닛(930) 및 유지 유닛(940)을 동작시켜, 스위치 유닛(910)을 통해 접속되는 전원의 소정의 전압에 대응하는 전위를 축적 유닛(920), 제거 유닛(930) 및 유지 유닛(940)에 설정하도록 동작한다.

동화상에 대한 촬상 환경 및 촬상 조건에 따라, 하나 또는 2 이상의 임계 시간(TH1 및 TH2: TH1<TH2)을 사용할 수 있다. 이 경우, 촬상 제어 유닛(201)은 경과된 시간 TE와 제1 임계 시간 TH1 및 제2 임계 시간 TH2를 비교하고, 비교 결과에 따라 전위 고정 구동 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 경과된 시간 TE가 제1 임계 시간 TH1 내에 드는 경우(TE≤TH1), 촬상 제어 유닛(201)은 전위 고정 구동 동작을 수행하지 않도록 제어를 수행할 수 있다. 경과된 시간 TE가 제1 임계 시간 TH1을 초과하고, 제2 임계 시간 TH2 내에 드는 경우(TH1<TE≤TH2), 촬상 제어 유닛(201)은, 제1 전위 고정 시간 TC1에 있어서 전위 고정 구동 동작을 행하도록 제어를 수행할 수 있다. 경과된 시간 TE가 제2 임계 시간 TH2를 초과할 경우, 촬상 제어 유닛(201)은, 제1 전위 고정 시간 TC1보다 긴 제2 전위 고정 시간 TC2에 있어서 전위 고정 구동 동작을 수행하도록 제어를 수행할 수 있다. 상술한 예는, 복수의 임계 시간으로서 제1 임계 시간 TH1 및 제2 임계 시간 TH2의 사용을 예시하였다. 하지만, 본 발명의 요지는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 촬상 제어 유닛(201)은, 경과된 시간 TE와, N(자연수)개의 임계 시간을 사용함으로써 다단계적으로 전위 고정 구동 동작을 제어할 수 있다.

촬상 제어 유닛(201)은 경과된 시간과 임계 시간 사이의 비교 결과에 따라, 전위 고정 구동 동작의 시간을 변화시킨다. 이는, 한번 동화상 촬상 동작이 수행된 후에 다시 촬상 동작이 수행되는 경우에 방사선의 인가를 위해 준비될 때까지의 전위 고정 구동 동작으로 인한 시간 손실을 감소시킬 수 있다.

또한, 촬상 제어 유닛(201)은 제어 신호가 전송되는 시간을 저장하는 메모리(203)를 사용하는 대신에, 전위 고정 구동 동작이 수행될 때 리셋되는 카운터를 사용하는 방법을 사용할 수도 있다. 촬상 제어 유닛(201)은 카운터의 값을 참조함으로써 전위 고정 구동 동작을 제어할 수 있다.

(제4 실시예)

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 개략적인 구성을 나타낸다. 방사선 촬상 장치(204)는, 장치의 동작을 제어하는 시스템 제어 유닛(206), 방사선 사진 화상 표시 유닛(207), 및 X-선 튜브(209)에 접속되는 X선 발생 유닛(208)을 포함한다. 방사선 촬상 장치(204) 내의 모든 CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)는 촬상 제어 유닛(201)에 접속된다. 촬상 제어 유닛(201)으로부터의 제어 신호는 CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)를 제어한다.

시스템 제어 유닛(206)은 화상 처리 기능을 포함하고 있어, CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)에 의해 촬상된 화상을 처리하여 방사선 사진 화상 표시 유닛(207)에 결과적인 데이터를 출력한다. 촬상 동작시에, 시스템 제어 유닛(206)은 방사선 촬상 장치(204)와 X-선 발생 유닛(208)을 동기화하여 제어한다. (도시하지 않은) 신틸레이터는 피사체를 투과한 방사선을 가시광으로 변환시킨다. 그 후에, 방사선 촬상 장치(204)의 CMOS형 촬상 소자(202)는 광량에 따른 광전 변환을 수행한다. 광전 변환 후에, 방사선 촬상 장치(204)는 A/D 변환을 수행한 후에 X-선 인가에 대응하는 프레임 화상 데이터를 시스템 제어 유닛(206)에 전송한다. 시스템 제어 유닛(206)의 화소 처리 기능은 화상 처리를 수행한다. 그 후에, 방사선 사진 화상 표시 유닛(207)은 방사선 사진 화상을 실시간으로 표시한다. 이 경우에, 시스템 제어 유닛(206)은 방사선 사진 촬상 장치(204)의 촬상 제어 유닛(201)과 커맨드를 사용하여 통신한다. 촬상 제어 유닛(201)은 시스템 제어 유닛(206)으로부터 송신된 커맨드에 따라 CMOS형 촬상 소자(202)의 전원에 대한 구동 설정을 제어 및 수행한다. 구동 설정은, 감도, 화소 가산, 프레임 레이트 및 방사선 축적 시간의 설정을 포함한다.

도 5는 제4 실시예에 따른 방사선 촬상 장치(204)에 있어서의 촬상 제어 유닛(201)의 구동 절차를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하여 처리 절차에 대해 설명한다. 촬상 제어 유닛(201)은 시스템 제어 유닛(206)과 유선 또는 무선으로 통신하기 위한 통신 기능을 포함한다. 우선, 시스템 제어 유닛(206)은 방사선 촬상 장치(204)의 초기화를 수행하기 위한 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신한다(c1). 다음으로, 시스템 제어 유닛(206)은, CMOS형 촬상 소자(202)(화소 회로)를 구동하기 위한 설정 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신한다(c2). 설정 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은 감도, 화소 가산, 프레임 레이트 및 방사선 축적 시간을 설정한다.　그 후에, 시스템 제어 유닛(206)은, CMOS형 촬상 소자(202)의 전원을 온시키기 위한 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신한다(c3). 스텝 c3에서 시스템 제어 유닛(206)으로부터 송신된 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은, CMOS형 촬상 소자(202)의 전원을 온시켜 전위 고정 구동 동작을 개시하게 한다. 이 경우에, 스텝 c2 및 c3의 순서는 반대로 될 수도 있다. 그 후에, 시스템 제어 유닛(206)은, 촬상 동작을 개시하기 위한 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신한다(c4). 스텝 c4에서 송신된 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은, CMOS형 촬상 소자(202)가 전위 고정 구동 동작을 종료하고 촬상 구동 동작을 개시하게 한다. 촬상 구동 동작은 도 1의 시간 t13으로부터 개시되는 구동 동작을 나타낸다. 그 후에, 시스템 제어 유닛(206)은, 촬상 동작으로 종료하기 위한 커맨드를 촬상 동작 종료 타이밍에서 촬상 제어 유닛(201)에 송신한다(c5). 스텝 c5에서 송신된 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은, CMOS형 촬상 소자(202)가 촬상 구동 동작을 종료하게 한다.

다음 촬상 동작을 수행하는 경우, 시스템 제어 유닛(206)은, 다시 구동 설정을 수행하기 위한 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신하여(c6), 촬상 제어 유닛(201)에 있어서의 감도, 화소 가산, 프레임 레이트, 및 방사선 축적 시간을 다시 설정한다. 스텝 c6에서 송신된 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은, CMOS형 촬상 소자가 전위 고정 구동 동작을 개시하게 한다. 그 후에, 시스템 제어 유닛(206)은, 촬상 동작 개시 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에 송신하여(c7), CMOS형 촬상 소자가 촬상 구동 동작을 개시하게 한다. 촬상 동작을 종료할 경우, 상술한 스텝 c5에서와 마찬가지로, 시스템 제어 유닛(206)은, 촬상 동작 종료 타이밍에서, 촬상 동작 종료 커맨드를 촬상 제어 유닛(201)에　송신한다. 송신된 촬상 동작 종료 커맨드를 수신할 시에, 촬상 제어 유닛(201)은, CMOS형 촬상 소자(202)가 촬상 구동 동작을 종료하게 한다.

상술한 바와 같이, 전위 고정 구동 동작은, 촬상 제어 유닛(201)이 시스템 제어 유닛(206)으로부터 커맨드를 수신했을 때에 개시된다(스텝 c2 또는 c6). 촬상 제어 유닛(201)이 촬상 동작 개시 커맨드를 수신한 후에 전위 고정 구동 동작을 수행하는 경우(스텝 c4 또는 c7), 방사선 촬상 장치(204)는 전위 고정 구동 동작 동안 방사선을 인가하도록 허가받지 못한다. 이 때문에, 조작자는, 그/그녀가 촬상 동작을 개시하고 싶은 타이밍에서 방사선 인가를 개시할 수 없고, 전위 고정 구동 동작으로 인한 촬상 동작의 개시의 지연을 고려하여 장치를 조작할 필요가 있다. 하지만, 본 실시예에 따르면, 촬상 동작 개시 커맨드를 수신하기 전에 전위 고정 구동 동작을 개시할 수 있다. 이는, 전위 고정 구동 동작을 위한 충분한 시간을 설정할 수 있게 한다. 또한, 조작자는 전위 고정 구동 동작으로 의한 촬상 동작의 개시의 지연을 고려하지 않고도 방사선 촬상 장치를 조작할 수 있다.

(다른 실시예)

본 발명의 양태들은, 상술한 실시예(들)의 기능을 수행하기 위해 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하는 컴퓨터 시스템 또는 장치(또는 CPU나 MPU와 같은 디바이스)와, 예를 들어, 상술한 실시예(들)의 기능을 수행하기 위해 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행함으로써 컴퓨터 시스템 또는 장치에 의해 그 단계들이 수행되는 방법에 의해 구현될 수도 있다. 이러한 목적으로, 프로그램이 예를 들어 메모리 디바이스로서의 역할을 하는 다양한 종류의 기록 매체(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체) 또는 네트워크를 통해 컴퓨터에 제공된다.

실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형 및 동등한 구성과 기능을 포함하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.

Claims

방사선 촬상 장치이며,
포토다이오드에 의해 생성된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성된 화소 증폭기, 신호 홀드 커패시터가 상기 전압에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하도록 구성된 신호 샘플 및 홀드 스위치, 화소 증폭기와 포토다이오드 사이에 미리 정해진 전압을 인가하도록 구성된 스위치 유닛, 노이즈 홀드 커패시터가 상기 화소 증폭기의 노이즈에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하도록 구성된 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 포토다이오드에 의해 생성된 전하를 축적하도록 구성된 전하 축적 유닛, 상기 전하 축적 유닛에 의해 축적된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성된 다른 화소 증폭기, 상기 신호 홀드 커패시터에 의해 샘플링 및 유지된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성되는 제3 화소 증폭기, 및 상기 노이즈 홀드 커패시터에 의해 샘플링 및 유지된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성되는 제4 화소 증폭기를 각각 포함하는 복수의 화소 회로를 배열함으로써 형성된 촬상 유닛; 및
상기 복수의 화소 회로가 상기 신호 홀드 커패시터에 의해 유지되는 전하에 대응하는 신호를 출력하게 하는 촬상 동작을 수행하도록 상기 복수의 화소 회로의 각각의 동작을 제어하도록 구성되는 촬상 제어 유닛
을 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치 및 상기 스위치 유닛을 동작시킴으로써 상기 신호 홀드 커패시터 및 상기 노이즈 홀드 커패시터가 상기 미리 정해진 전압에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은 상기 복수의 화소 회로 중 미리 정해진 화소 회로의 신호 홀드 커패시터와 상기 복수의 화소 회로 중 상기 미리 정해진 화소 회로와는 다른 화소 회로의 신호 홀드 커패시터를 접속시키도록 구성된 신호 가산 회로, 및 상기 미리 정해진 화소 회로의 노이즈 홀드 커패시터와 상기 다른 화소 회로의 노이즈 홀드 커패시터를 접속시키도록 구성된 노이즈 가산 회로를 더 포함하고,
상기 미리 정해진 화소 회로의 신호 가산 회로와 상기 다른 화소 회로의 신호 가산 회로는 접속되고,
상기 미리 정해진 화소 회로의 노이즈 가산 회로와 상기 다른 화소 회로의 노이즈 가산 회로는 접속되고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 상기 전하 축적 유닛에 리셋 전압을 공급하도록 구성된 리셋 스위치, 및 상기 다른 화소 증폭기와 상기 스위치 유닛 사이와 상기 화소 증폭기와 상기 스위치 유닛 사이에 제공되는 클램프 커패시터를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 화소 증폭기, 상기 리셋 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은 상기 전하 축적 유닛과 동적 범위 확대 커패시터를 접속시키도록 구성된 감도 스위치를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 화소 증폭기, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은 상기 화소 증폭기를 동작시키도록 구성된 선택 스위치, 및 상기 다른 화소 증폭기를 동작시키도록 구성된 다른 선택 스위치를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 선택 스위치, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 선택 스위치, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제5항에 있어서,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 방사선 촬상 장치의 동작을 제어하도록 구성되는 시스템 제어 유닛과 통신하도록 구성되는 통신 유닛을 포함하고,
상기 시스템 제어 유닛으로부터 송신된, 상기 화소 회로의 전원을 온(on)시키라는 커맨드를 수신할 시에, 상기 촬상 제어 유닛은, 상기 선택 스위치, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 선택 스위치, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛을 동작시키는, 방사선 촬상 장치.
제6항에 있어서,
상기 시스템 제어 유닛으로부터 송신된, 상기 화소 회로를 구동하기 위한 설정 커맨드를 수신할 시에, 상기 촬상 제어 유닛은, 상기 선택 스위치, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 선택 스위치, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛을 동작시키는, 방사선 촬상 장치.
방사선 촬상 장치이며,
포토다이오드에 의해 생성된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성된 화소 증폭기, 신호 홀드 커패시터가 상기 전압에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하도록 구성된 신호 샘플 및 홀드 스위치, 및 화소 증폭기와 포토다이오드 사이에 미리 정해진 전압을 인가하도록 구성된 스위치 유닛을 각각 포함하는 복수의 화소 회로를 배열함으로써 형성된 촬상 유닛;
상기 복수의 화소 회로가 상기 신호 홀드 커패시터에 의해 유지되는 전하에 대응하는 신호를 출력하게 하는 촬상 동작을 수행하도록 상기 복수의 화소 회로의 각각의 동작을 제어하도록 구성되는 촬상 제어 유닛;
시간을 측정하도록 구성되는 시간 측정 유닛; 및
복수의 촬상 동작 중에서 제1 촬상 동작이 수행될 때, 상기 스위치 유닛을 동작시키는 제어 신호를 상기 촬상 제어 유닛이 송신한 시간을 저장하도록 구성되는 저장 유닛을 포함하고,
전압이 상기 복수의 화소 회로에 공급되고, 상기 촬상 제어 유닛이 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치 및 상기 스위치 유닛을 동작시킴으로써 상기 신호 홀드 커패시터가 상기 미리 정해진 전압에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하고,
상기 제1 촬상 동작 후에 제2 촬상 동작을 수행할 때, 상기 저장 유닛에 저장된 시간으로부터 상기 시간 측정 유닛에 의해 취득된 현재 시간까지의 경과 시간이 임계 시간을 초과한다면, 상기 촬상 제어 유닛은 상기 제2 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하고,
상기 제2 촬상 동작을 수행할 때, 상기 저장 유닛에 저장된 시간으로부터 현재 시간까지의 경과 시간이 임계 시간 내의 범위에 든다면, 상기 촬상 제어 유닛은 상기 제2 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하지 않는, 방사선 촬상 장치.
제8항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 노이즈 홀드 커패시터가 상기 화소 증폭기의 노이즈에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하도록 구성된 노이즈 샘플 및 홀드 스위치를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치 및 상기 스위치 유닛을 동작시킴으로써 상기 노이즈 홀드 커패시터 및 상기 신호 홀드 커패시터가 상기 미리 정해진 전압에 대응하는 전하를 샘플링 및 유지하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 상기 복수의 화소 회로 중 미리 정해진 화소 회로의 신호 홀드 커패시터와 상기 복수의 화소 회로 중 상기 미리 정해진 화소 회로와는 다른 화소 회로의 신호 홀드 커패시터를 접속시키도록 구성된 신호 가산 회로, 및 상기 미리 정해진 화소 회로의 노이즈 홀드 커패시터와 상기 다른 화소 회로의 노이즈 홀드 커패시터를 접속시키도록 구성된 노이즈 가산 회로를 더 포함하고,
상기 미리 정해진 화소 회로의 신호 가산 회로와 상기 다른 화소 회로의 신호 가산 회로는 접속되고,
상기 미리 정해진 화소 회로의 노이즈 가산 회로와 상기 다른 화소 회로의 노이즈 가산 회로는 접속되고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제10항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 상기 포토다이오드에 의해 생성된 전하를 축적하도록 구성된 전하 축적 유닛, 상기 전하 축적 유닛에 의해 축적된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성된 다른 화소 증폭기, 상기 전하 축적 유닛에 리셋 전압을 공급하도록 구성된 리셋 스위치, 및 상기 다른 화소 증폭기와 상기 스위치 유닛 사이와 상기 화소 증폭기와 상기 스위치 유닛 사이에 제공되는 클램프 커패시터를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 화소 증폭기, 상기 리셋 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제11항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 상기 전하 축적 유닛과 동적 범위 확대 커패시터를 접속시키도록 구성된 감도 스위치를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 화소 증폭기, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 화소 증폭기, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은, 상기 화소 증폭기를 동작시키도록 구성된 선택 스위치, 및 상기 다른 화소 증폭기를 동작시키도록 구성된 다른 선택 스위치를 더 포함하고,
상기 촬상 제어 유닛은, 상기 촬상 동작 전에 상기 선택 스위치, 상기 노이즈 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 샘플 및 홀드 스위치, 상기 신호 가산 회로, 상기 노이즈 가산 회로, 상기 다른 선택 스위치, 상기 리셋 스위치, 상기 감도 스위치 및 상기 스위치 유닛이 동작하게 하는, 방사선 촬상 장치.
제13항에 있어서,
상기 복수의 화소 회로의 각각은,
상기 신호 홀드 커패시터에 의해 샘플링 및 유지된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성되는 제3 화소 증폭기; 및
상기 노이즈 홀드 커패시터에 의해 샘플링 및 유지된 전하에 대응하는 전압을 출력하도록 구성되는 제4 화소 증폭기를 더 포함하는, 방사선 촬상 장치.