KR101484345B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

고체 촬상 장치(1)는 수광부(10), 신호 독출부(20), 제어부(30), 더미용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부(11, 12), 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단, 및 수광부(10)를 덮도록 마련된 신틸레이터층(50)을 구비한다. 더미용 수광부(11)는 수광부(10)의 제1행(수광부(10)의 상변측)에 인접하여 배치되어 있고, 좌우 방향으로 수광부(10)와 동일한 정도의 길이를 가지고 있다. 더미용 수광부(12)는 수광부(10)의 제M행(수광부(10)의 하변측)에 인접하여 배치되어 있고, 좌우 방향으로 수광부(10)와 동일한 정도의 길이를 가지고 있다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 장치는 X선 등의 방사선을 촬상할 때에도 이용되며, 예를 들어 치과 등의 의료용으로도 이용된다. 이러한 고체 촬상 장치는 포토다이오드를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와, 이 수광부를 덮도록 마련된 신틸레이터층과, 수광부의 각 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양(量)에 따른 전압값을 출력하는 신호 독출부와, 수광부 및 신호 독출부 등의 동작을 제어하는 제어부를 구비한다. 또, 고체 촬상 장치에서는 수광부, 신호 독출부 및 제어부 등이 반도체 기판 상에 형성되는 경우도 있다.
이 고체 촬상 장치에서는 신틸레이터층으로의 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광(scintillation light)이 발생하고, 수광부의 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드로의 신틸레이션 광의 입사에 따라, 그 포토다이오드에서 전하가 발생한다. 그리고, 수광부의 각 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부로부터 출력된다. 이와 같이 하여 방사선상(放射線像)이 얻어진다.
그런데 이와 같은 고체 촬상 장치에서는 신틸레이터층을 투과한 방사선이나 신틸레이션 광이 수광부 이외의 영역(예를 들어 신호 독출부나 제어부의 영역, 와이어 본딩을 위한 필드 영역 등. 이하, 이 영역을 「주변 영역」이라고 함)에 입사되면, 그 입사 위치에 있어서도 전하가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 그 주변 영역에서 발생한 전하는 발생 위치로부터 이동해 가서, 수광부의 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드의 접합 용량부에 축적되는 경우가 있다. 이러한 경우, 수광부의 당해 화소부로부터 출력되는 전하에는 그 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하뿐만 아니라, 주변 영역에서 발생한 전하도 노이즈로서 포함되게 된다. 따라서, 정확한 방사선상을 얻을 수 없다.
이러한 문제를 해소하는 것을 의도한 발명이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 문헌에 개시된 발명의 고체 촬상 장치는 주변 영역으로의 방사선의 입사를 저지하는 차폐 부재를 구비하고 있다. 이 차폐 부재는 수광부의 위에 개구부를 가지고 있어 수광부의 위에 마련된 신틸레이터층에 방사선을 입사시킬 수 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2004－177217호 공보
그러나 상기 특허 문헌 1에 개시된 발명의 고체 촬상 장치에서는 차폐 부재가 마련되어 있어도, 방사선이 신틸레이터층 또는 차폐 부재에 입사했을 때에 콤프턴 효과(Compton effect)에 의해 산란 방사선이 발생한다. 콤프턴 효과에 의해 발생하는 산란 방사선은 입사하는 방사선보다 저에너지이기 때문에, 고체 촬상 장치의 회로를 구성하는 실리콘에서의 흡수가 크다. 그러므로, 이와 같은 산란 방사선이나 신틸레이션 광의 주변 영역으로의 입사에 따른 노이즈의 발생을 충분히 막을 수 없다. 주변 영역의 면적이 큰 경우에는 특히 노이즈가 발생하기 쉽다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 주변 영역에 있어서 전하 발생의 영향을 충분히 억제할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, (1) 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생시키는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열되고, 각 화소부(Pm,n)에 있어서 포토다이오드가 스위치를 통하여 독출용 배선(LO,n)에 접속된 수광부와, (2) 수광부를 덮도록 마련되어, 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광을 발생시키는 신틸레이터층과, (3) 수광부의 제1행 및 제M행 각각의 외측에 인접하여 배치된 더미(dummy)용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부와, (4) 수광부의 제1행 또는 제M행의 외측에 마련되어, N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 포함하고, 각 적분 회로(Sn)에 있어서 독출용 배선(LO,n)를 거쳐 입력된 전하를 용량 소자에 축적하여 당해 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하고, 각 홀딩 회로(Hn)에 있어서 적분 회로(Sn)로부터 출력된 전압값을 홀딩하여 출력하는 신호 독출부와, (5) 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 단, M, N은 2 이상의 정수이고, m는 1 이상 M 이하의 정수이고, n는 1 이상 N 이하의 정수이다. 또, M은 N보다 작고, 수광부는 한 방향으로 길게 되어 있다.
이 고체 촬상 장치에서는 신틸레이터층으로의 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광이 발생하고, 수광부의 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드로의 신틸레이션 광의 입사에 따라, 그 포토다이오드에서 전하가 발생한다. 그리고, 수광부의 각 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값은 적분 회로 및 홀딩 회로를 포함하는 신호 독출부로부터 출력된다. 이와 같이 하여 방사선상이 얻어진다. 이와 같은 촬상이 행해지고 있는 동안에, 신틸레이터층을 투과한 방사선이나 신틸레이션 광이 수광부 이외의 주변 영역(예를 들어 신호 독출부, 제어부 등)에 입사되면, 그 입사 위치에 있어서도 전하가 발생하는 경우가 있다. 이들 주변 영역에서 발생하는 노이즈 전하는 발생 위치로부터 이동하여 수광부로 향하는 경우도 있다. 그러나 본 발명에서는 더미용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부가 마련되어 있기 때문에, 그 노이즈 전하는 더미용 포토다이오드의 접합 용량부에 축적된다. 그리고, 방전 수단에 의해 더미용 포토다이오드의 접합 용량부가 방전되어 초기화되므로, 노이즈 전하가 수광부에 진입하는 것이 억제된다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서, 방전 수단은 더미용 포토다이오드에 대하여 일정 전압을 인가함으로써, 이 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것이 바람직하다. 또한, 또는 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서, 더미용 수광부는 더미용 포토다이오드와 접속된 더미용 스위치를 추가로 포함하고, 더미용 포토다이오드가 더미용 스위치를 통하여 N개의 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나에 의해 N개의 적분 회로(S1~SN) 중 어느 하나에 접속되어 있고, 방전 수단은 더미용 스위치를 닫힘 상태로 함과 아울러, N개의 적분 회로(S1~SN) 중 접속되어 있는 적분 회로의 용량 소자를 방전함으로써, 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서, 더미용 수광부는 수광부의 제1행 및 제M행 각각에 인접하여 복수 행으로 배치된 더미용 포토다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. 하나의 더미용 포토다이오드의 광감응 영역의 면적은 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드의 광감응 영역의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 또, 더미용 수광부는 수광부의 제1열 또는 제N열의 외측에 인접하여 배치된 더미용 포토다이오드를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는 수광부로의 노이즈 전하의 진입이 더욱 억제될 수 있다.
본 발명에 의하면, 주변 영역에 있어서 전하 발생의 영향을 충분히 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 평면도 및 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 구성도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제1 형태의 회로도이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제1 형태의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제2 형태의 회로도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제2 형태의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 변형예를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
1 촬상 장치
2 반도체 기판
3 기재(基材)
10 수광부
11, 12 더미용 수광부
20 신호 독출부
30 제어부
31 행 선택부
40 본딩 패드부
50 신틸레이터층
P1,1~PM,N 화소부
PD 포토다이오드
SW1 스위치
D-P1,1~D-P4,N 더미용 화소부
D-PD 더미용 포토다이오드
D-SW 더미용 스위치
S1~SN 적분 회로
C2 적분용 용량 소자
SW2 방전용 스위치
A2 앰프
H1~HN 홀딩 회로
C3 홀딩용 용량 소자
SW31 입력용 스위치
SW32 출력용 스위치
LO,n 제n열 독출용 배선
Lbias 바이어스 전압 공급용 배선
Lout 전압 출력용 배선
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 평면도 및 단면도이다. 동일 도면 (a)는 평면도를 나타내며, 동일 도면 (b), (c)는 단면도를 나타낸다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 반도체 기판(2)의 이면에 기재(3)가 첩합(貼合)되어, 반도체 기판(2)이 보강(補强)되고 있다. 그 반도체 기판(2)의 표면에 수광부(10), 더미용 수광부(11, 12), 신호 독출부(20), 행 선택부(31) 및 본딩 패드부(40) 등이 형성되어 있다. 반도체 기판(2)의 표면에 있어서 각 회로는 CMOS 기술에 의해 형성될 수 있다. 또, 그 표면에 신틸레이터층(50)이 마련되어 있다.
수광부(10)는 포토다이오드 및 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 것이다. 여기서, 동일 도면 (a)의 평면도에 있어서, 수광부(10)에 있어서 제1행은 수광부(10)의 상변측에 있고, 수광부(10)에 있어서 제M행은 수광부(10)의 하변측에 있고, 수광부(10)에 있어서 제1열은 수광부(10)의 좌변측에 있고, 또 수광부(10)에 있어서 제N열은 수광부(10)의 우변측에 있다. M, N은 2 이상의 정수이다. M은 N보다 작고, 동일 도면 (a)의 평면도에 있어서, 수광부(10)는 좌우 방향으로 길며, 예를 들어 수광부(10)의 좌우 방향의 길이 는 148㎜이고, 수광부(10)의 상하 방향의 폭은 6㎜이다.
더미용 수광부(11)는 수광부(10)의 제1행(수광부(10)의 상변측)에 인접하여 배치되어 있고, 좌우 방향으로 수광부(10)와 동일한 정도의 길이를 가지고 있다. 또, 더미용 수광부(12)는 수광부(10)의 제M행(수광부(10)의 하변측)에 인접하여 배치되어 있고, 좌우 방향으로 수광부(10)와 동일한 정도의 길이를 가지고 있다. 이들 더미용 수광부(11, 12) 각각은 더미용 포토다이오드를 포함한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 더미용 포토다이오드는 수광 소자로서 이용되는 것이 아니기 때문에, 더미용 수광부의 전부 또는 일부의 위에는 신호 독출부(20) 등을 차광하는 차광막이 마련되어 있어도 된다. 이 차광막은 절연막을 개재하여 형성된 예를 들어 Al막으로 이루어진다.
신호 독출부(20)는 수광부(10)의 제M행의 외측에 마련되어 있다. 신호 독출부(20)와 수광부(10) 사이에 더미용 수광부(12)가 배치되어 있다. 행 선택부(31)는 수광부(10)의 제1열(수광부(10)의 좌변측)의 외측 및 수광부(10)의 제N열(수광부(10)의 우변측)의 외측의 쌍방 또는 어느 한쪽에 마련되어 있다. 본딩 패드부(40)는 신호 독출부(20)의 아랫쪽에 마련되어 있다.
신틸레이터층(50)은 적어도 수광부(10)를 덮도록 마련되어 있고, X선 등의 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광을 발생시킨다. 신틸레이터층(50)은 수광부(10)뿐만 아니라, 더미용 수광부(11, 12), 신호 독출부(20) 및 행 선택부(31)도 덮도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 신틸레이터층(50)은 예를 들어 CsI로 이루어지며, 반도체 기판(2)의 표면에 증착에 의해 형성된다. 또한, 도 1(a)에는 신틸 레이터층(50)은 도시되어 있지 않다.
이 고체 촬상 장치(1)에서는 행 선택부(31)를 포함하는 제어부에 의한 제어하에서, 개략적으로는 이하와 같이 동작한다. 신틸레이터층(50)으로의 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광이 발생하고, 수광부(10)의 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드로의 신틸레이션 광의 입사에 따라, 그 포토다이오드에서 전하가 발생한다. 그리고, 수광부(10)의 각 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력되고, 그 전압값은 본딩 패드부(40)를 거쳐 외부로 출력된다. 이와 같이 하여 방사선상이 얻어진다.
만일, 신틸레이터층(50)을 투과한 방사선이나 신틸레이션 광이 수광부(10) 이외의 영역(주변 영역)에 입사되면, 그 입사 위치에 있어서도 전하가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 그 주변 영역에서 발생한 전하가 발생 위치로부터 이동해 가서 수광부(10) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드의 접합 용량부에 축적되면, 당해 화소부로부터 출력되는 전하에는 그 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하뿐만 아니라, 주변 영역에서 발생한 전하도 노이즈로서 포함되게 되어 정확한 방사선상을 얻을 수 없다. 따라서, 본 실시 형태에서는 이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 더미용 포토다이오드를 각각 포함하는 더미용 수광부(11, 12)가 마련되어 있다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 구성도이다. 이 도면에는 수광부(10), 더미용 수광부(11, 12), 신호 독출부(20) 및 제어부(30)가 도시되어 있다.
수광부(10)는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 것이다. 화소부(Pm,n)는 제m행 제n열에 위치한다. 여기서, M, N 각각은 2 이상의 정수이고, M은 N보다 작다. 또, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 각 화소부(Pm,n)는 PPS(Passive Pixel Sensor) 방식의 것으로, 공통의 구성을 가지고 있고, 포토다이오드 및 스위치를 포함한다. 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N)는 공통의 제어선에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다. 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각의 출력단은 제n열 독출용 배선(LO,n)에 의해, 신호 독출부(20)에 포함되는 적분 회로(Sn)와 접속되어 있다.
신호 독출부(20)는 N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 포함한다. 각 적분 회로(Sn)는 공통의 구성을 가지고 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 공통의 구성을 가지고 있다.
각 적분 회로(Sn)는 독출용 배선(LO,n)과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(Hn)로 출력한다. N개의 적분 회로(S1~SN)는 공통의 제어선에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다.
각 홀딩 회로(Hn)는 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 출력용 배선(Lout)으로 출력한다. N개의 홀딩 회로(H1~HN)는 공통의 제어선에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 개별의 제어선에 의해서도 제어부(30)와 접속되어 있다.
더미용 수광부(11)와 더미용 수광부(12)는 수광부(10)를 사이에 두고 마련되어 있다. 더미용 수광부(11)는 수광부(10)에 대해 신호 독출부(20)와 반대의 측에 마련되어 있고, 2×N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P2,N)가 2행 N열에 2차원 배열된 것이다. 또, 더미용 수광부(12)는 수광부(10)와 신호 독출부(20) 사이에 마련되어 있고, 2×N개의 더미용 화소부(D-P3,1~D-P4,N)가 2행 N열에 2차원 배열된 것이다. 이들 4×N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N)는 공통의 구성을 가지고 있고, 더미용 포토다이오드를 포함한다. 또한, 도면 중에 나타난 제어 신호(D-Vsel(1)~D-Vsel(4))는 후술하는 제1 형태의 경우에는 불필요하지만, 후술하는 제2 형태의 경우에는 필요하다.
제어부(30)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 준다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))는 차례로 유의값(有意値)으로 된다. 제어부(30)는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 차례로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터(shift register)를 포함한다. 또한, 도 1 중에 나타난 행 선택부(31)는 이들 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 출력하는 것이다.
제어부(30)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(Hn)에 준다. N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))도 차례로 유의값으로 된다. 제어부(30)는 N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))를 차례로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터를 포함한다. 또한, N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))를 출력하는 열 선택부는 도 1(a)의 평면도에 있어서, 신호 독출부(20)와 본딩 패드부(40) 사이에 배치되어도 된다.
제어부(30)는 방전 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 주고, 또 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 준다.
제어부(30)는 이상과 같이, 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각 포함되는 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(20)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(30)는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복해서 출력시킨다.
또, 고체 촬상 장치(1)는 더미용 수광부(11, 12)의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N)에 포함되는 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하고 있다. 이 방전 수단은 더미용 포토다이오드에 대해 일정 전압을 인가하는 것에 의해, 이 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것(제1 형태)이어도 되며, 또 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것과 동양(同樣)으로 하여 제어부(30)에 의한 제어에 의해 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것(제2 형태)이라도 된다. 이하에서는 방전 수단의 제1 형태 및 제2 형태 각각에 대해 설명한다.
처음에, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제1 형태에 대해, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제1 형태의 회로도이다. 이 도면에는 더미용 화소부(D-P1,n), 화소부(Pm,n), 더미용 화소부(D-P3,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도가 도시되어 있다. 여기서는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 대표해서 화소부(Pm,n)의 회로도가 도시되고, N개의 적분 회로(S1~SN)를 대표해서 적분 회로(Sn)의 회로도가 도시되며, 또 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 대표해서 홀딩 회로(Hn)의 회로도가 도시되어 있다. 즉, 제m행 제n열의 화소부(Pm,n) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)에 관련된 회로 부분이 도시되어 있다. 또한, 더미용 수광부(11)에 포함되는 2×N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P2,N)를 대표해서 더미용 화소부(D-P1,n)가 도시되고, 또 더미용 수광부(12)에 포함되는 2×N개의 더미용 화소부(D-P3,1~D-P4,N)를 대표해서 더미용 화소부(D-P3,n)가 도시되어 있다.
화소부(Pm,n)는 포토다이오드(PD) 및 스위치(SW1)를 포함한다. 포토다이오 드(PD)의 애노드 단자는 접지되어 있다. 제n열에 있는 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 스위치(SW1)를 통하여 제n열 독출용 배선(LO,n)과 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생시키고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 화소부(Pm,n)의 스위치(SW1)는 제어부(30)로부터 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 화소부(Pm,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때에, 스위치(SW1)가 열리고, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열 독출용 배선(LO,n)으로 출력되는 일 없이 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때에, 스위치(SW1)가 닫히고, 그 때까지 포토다이오드(PD)에 발생하여 접합 용량부에 축적되고 있던 전하는 스위치(SW1)를 거쳐 제n열 독출용 배선(LO,n)으로 출력된다.
제n열 독출용 배선(LO,n)은 수광부(10)에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 스위치(SW1)와 접속되어 있다. 제n열 독출용 배선(LO,n)은 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오 드(PD)에서 발생한 전하를, 이 화소부에 포함되는 스위치(SW1)를 통하여 독출하여 적분 회로(Sn)로 전송한다.
적분 회로(Sn)는 앰프(A2), 적분용 용량 소자(C2) 및 방전용 스위치(SW2)를 포함한다. 적분용 용량 소자(C2) 및 방전용 스위치(SW2)는 서로 병렬적으로 접속되어, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제n열 독출용 배선(LO,n)과 접속되어 있다. 방전용 스위치(SW2)는 제어부(30)로부터 방전 제어 신호(Reset)가 주어진다. 방전 제어 신호(Reset)는 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 방전용 스위치(SW2)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 적분 회로(Sn)에서는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW2)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C2)가 방전되어, 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW2)가 열리고, 입력단에 입력된 전하가 적분용 용량 소자(C2)에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)로부터 출력된다.
홀딩 회로(Hn)는 입력용 스위치(SW31), 출력용 스위치(SW32) 및 홀딩용 용량 소자(C3)를 포함한다. 홀딩용 용량 소자(C3)의 일단은 접지되어 있다. 홀딩용 용량 소자(C3)의 타단은 입력용 스위치(SW31)를 통하여 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되 고, 출력용 스위치(SW32)를 통하여 전압 출력용 배선(Lout)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)는 제어부(30)로부터 홀딩 제어 신호(Hold)가 주어진다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 출력용 스위치(SW32)는 제어부(30)로부터 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 주어진다. 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))는 홀딩 회로(Hn)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 홀딩 회로(Hn)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀌면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 바뀌고, 그 때에 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다. 또, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때에, 출력용 스위치(SW32)가 닫히고, 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력된다.
더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N) 각각은 더미용 포토다이오드(D-PD)를 포함한다. 더미용 포토다이오드(D-PD)의 애노드 단자는 접지되어 있다. 더미용 포토다이오드(D-PD)의 캐소드 단자는 바이어스 전압 공급용 배선(Lbias)과 접속되어 있고, 일정 전압값인 바이어스 전압값(Vbias)이 인가된다. 이 바이어스 전압값(Vbias)의 인가에 의해, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부는 방전되어 초기화된다.
제어부(30)는 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 방전 제어 신호(Reset)에 의해, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 방전용 스위치(SW2)를 일단 닫은 후에 열리도록 지시한 후, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))에 의해, 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)를 소정 기간에 걸쳐 닫도록 지시한다. 제어부(30)는 그 소정 기간에 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 바뀌도록 지시한다. 그리고, 제어부(30)는 그 소정 기간의 뒤에, 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)를 차례로 일정 기간만 닫도록 지시한다. 제어부(30)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 차례로 행한다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제1 형태의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(30)에 의한 제어하에서 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 방전 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에 레벨 변화하는 것에 의해, 수광부(10)에 입사된 광의 상을 촬상하여 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되 는 방전용 스위치(SW2)의 개폐 동작을 지시하는 방전 제어 신호(Reset), (b) 수광부(10)에 있어서 제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 수광부(10)에 있어서 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (d) 수광부(10)에 있어서 제3행의 N개의 화소부(P3,1~P3,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3)), (e) 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m)), 및 (f) 수광부(10)에 있어서 제M행의 N개의 화소부(PM,1~PM,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제M행 선택 제어 신호(Vsel(M))가 나타나 있다.
또, 이 도면에는 또한 계속해서 차례대로, (g) N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold), (h) 홀딩 회로(H1)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (i) 홀딩 회로(H2)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (j) 홀딩 회로(H3)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (k) 홀딩 회로(Hn)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (l) 홀딩 회로(HN)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.
제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t10 전에는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다. 시각 t10 전에는 제어부(30)로부터 출력되는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인하여, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C2)가 방전되어, 출력 전압값이 초기화된다.
시각 t10로부터 시각 t11까지의 기간, 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 열리고, 적분용 용량 소자(C2)에 전하가 축적될 수 있는 상태가 된다. 시각 t10으로부터 시각 t11까지의 기간 내의 일정 기간에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 스위치(SW1)가 닫힌다. 또, 이 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되어 있는 기간 내의 일정 기간에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t10~t11) 중 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨이고 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨인 기간에서는 제1행의 각 화소부(P1,n)에 포함되는 스위치(SW1)가 닫혀 있고, 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW2)가 열려 있으므로, 그때까지 각 화소부(P1,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되고 있던 전하는 그 화소부(P1,n)의 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)을 통과하여 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 전송되어 축적된다. 그리고, 각 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력된다.
기간(t10~t11) 내에 있어서 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀌는 것에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 바뀌고, 그 때에 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되어 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고, 그 기간 뒤의 기간(t11~t20) 내에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되 는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 차례로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)가 차례로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(Hn)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 거쳐 전압 출력용 배선(Lout)으로 차례로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되는 전압값(Vout)은 제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다.
계속해서, 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.
시각 t20으로부터 시각 t21까지의 기간, 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 열리고, 적분용 용량 소자(C2)에 전하가 축적될 수 있는 상태가 된다. 시각 t20으로부터 시각 t21까지의 기간 내의 일정 기간에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각 포함되는 스위치(SW1)가 닫힌다. 또, 이 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고 있는 기간 내의 일정 기간에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t20~t21) 중 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨이고 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨인 기간에서는 제2행의 각 화소부(P2,N)에 포함되는 스위치(SW1)가 닫혀 있고, 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW2)가 열려 있으므로, 그때까지 각 화소부(P2,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되고 있던 전하는 그 화소부(P2,n)의 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)을 통과하여 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 전송되어 축적된다. 그리고, 각 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 축적되고 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력된다.
기간(t20~t21) 내에 있어서 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀌는 것에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 바뀌고, 그 때에 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되어 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고, 그 기간 뒤의 기간(t21~t30) 내에 있어서, 제어부(30)로부터 출력되 는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 차례로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)가 차례로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(Hn)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 거쳐 전압 출력용 배선(Lout)으로 차례로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되는 전압값(Vout)은 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다.
이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 이후, 제3행으로부터 제M행까지 동양의 동작이 행해져서, 1회의 촬상에 의해 얻어지는 화상을 표시하는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료하면, 다시 제1행부터 동양의 동작이 행해져서, 다음의 화상을 표시하는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 이와 같이, 일정 주기에 동양의 동작을 반복하는 것에 의해, 수광부(10)가 수광한 광의 상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되어, 반복해서 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
이상과 같이 하여 반복해서 프레임 데이터가 얻어지고 있는 동안에, 신틸레이터층(50)을 투과한 방사선이나 신틸레이션 광이 수광부(10) 이외의 주변 영역(예를 들어 신호 독출부(20), 제어부(30), 와이어 본딩부(40) 등)에 입사되면, 그 입사 위치에 있어서도 전하가 발생하는 경우가 있다. 특히, 신틸레이터층(50)이 반도 체 기판(2)의 표면 상에 증착되어 형성되는 경우, 신틸레이터층(50)의 주연부에서는 얇아지므로 방사선을 투과시키기 쉬우며, 노이즈 전하가 생기기 쉽다. 또, 도 1(a)의 평면도에 나타난 바와 같이, 수광부(10)가 상하 방향보다 좌우 방향으로 긴 경우, 수광부(10)의 상측 또는 하측의 주변 영역에 신호 독출부(20)나 와이어 본딩부(40)가 배치되고, 이것들이 배치된 주변 영역의 부분 면적이 수광부(10)의 면적보다 커지며, 이로 인해서도, 이 주변 영역에 있어서 노이즈 전하가 생기기 쉽다. 또한, 신호 독출부(20)에 포함되는 앰프에서의 발열에 의해 노이즈 전하가 생기는 경우가 있다.
이들 주변 영역에서 발생하는 노이즈 전하는 발생 위치로부터 이동하여, 수광부(10)로 향하는 경우도 있다. 그러나 본 실시 형태에서는 더미용 포토다이오드(D-PD)를 각각 포함하는 더미용 수광부(11, 12)가 마련되어 있기 때문에, 그 노이즈 전하는 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부에 축적된다. 그리고, 제1 형태에서는 더미용 포토다이오드에 대해 일정 전압이 인가되고, 이 더미용 포토다이오드의 접합 용량부가 방전되어 초기화되므로, 노이즈 전하가 수광부(10)에 진입하는 것이 억제된다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 정확한 방사선상이 얻어진다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제2 형태에 대해, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제2 형태의 회로도이다. 이 도면에는 더미용 화소부(D-P1,n), 화소부(Pm,n), 더미용 화소부(D-P3,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도가 도시되어 있다. 여기서는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 대표해서 화소부(Pm,n)의 회로도가 도시되고, N개의 적분 회로(S1~SN)를 대표해서 적분 회로(Sn)의 회로도가 도시되며 또, N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 대표해서 홀딩 회로(Hn)의 회로도가 되시되어 있다. 즉, 제m행 제n열의 화소부(Pm,n) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)에 관련된 회로 부분이 도시되어 있다. 또한, 더미용 수광부(11)에 포함되는 2×N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P2,N)를 대표해서 더미용 화소부(D-P1,n)가 도시되고 또, 더미용 수광부(12)에 포함되는 2×N개의 더미용 화소부(D-P3,1~D-P4,N)를 대표해서 더미용 화소부(D-P3,n)가 도시되어 있다.
도 3에 나타난 제1 형태의 구성과 비교하면, 이 도 5에 나타난 제2 형태의 구성에서는 4×N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N) 각각의 구성의 점에서 상위하고, 또 이들 더미용 화소부의 접속 관계의 점에서 상위하다. 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N) 각각은 더미용 포토다이오드(D-PD) 및 더미용 스위치(D-SW)를 포함한다. 더미용 포토다이오드(D-PD)의 애노드 단자는 접지되어 있다. 제n열에 있는 4개의 더미용 화소부(D-P1,n~D-P4,n) 각각에 포함되는 더미용 포토다이오드(D-PD)의 캐소드 단자는 더미용 스위치(D-SW)를 통하여 제n열 독출용 배선(LO,n)과 접속되어 있다.
N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P1,N) 각각의 더미용 스위치(D-SW)의 개폐 동작은 제어부(30)로부터 출력되는 제어 신호(D-Vsel(1))에 의해 제어된다. N개의 더미용 화소부(D-P2,1~D-P2,N) 각각의 더미용 스위치(D-SW)의 개폐 동작은 제어부(30)로부터 출력되는 제어 신호(D-Vsel(2))에 의해 제어된다. N개의 더미용 화소부(D-P3,1~D-P3,N) 각각의 더미용 스위치(D-SW)의 개폐 동작은 제어부(30)로부터 출력되는 제어 신호(D-Vsel(3))에 의해 제어된다. 또, N개의 더미용 화소부(D-P4,1~D-P4,N) 각각의 더미용 스위치(D-SW)의 개폐 동작은 제어부(30)로부터 출력되는 제어 신호(D-Vsel(4))에 의해 제어된다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제2 형태의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(30)에 의한 제어하에서, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 방전 제어 신호(Reset), 홀딩 제어 신호(Hold) 및 4개의 제어 신호(D-Vsel(1)~D-Vsel(4)) 각각이 소정의 타이밍에 레벨 변화하는 것에 의해, 수광부(10)에 입사된 광의 상을 촬상하여 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
이 도 6에 나타난 제2 형태의 플로차트에서는 도 4에 나타난 제1 형태의 타이밍 차트와 비교하면, 4개의 제어 신호(D-Vsel(1)~D-Vsel(4)) 각각이 추가로 도시되어 있다. 또, 이 도 6에 나타난 제2 형태의 플로차트에 있어서 시각 t10으로부터 시각 t0까지의 동작은 도 4에 나타난 제1 형태의 플로차트에 있어서 수광부(10)의 제1행으로부터 제M행까지의 동작과 동양이다.
제2 형태에서는 수광부(10)의 제1행의 동작이 시작되는 시각 t10보다 전이고 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨인 기간에, 제어 신호(D-Vsel(1)) 및 제어 신호(D-Vsel(2)) 각각이 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 또, 제2 형태에서는 수광부(10)의 제M행의 동작이 끝나는 시각 t0보다 후이고 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨인 기간에, 제어 신호(D-Vsel(3)) 및 제어 신호(D-Vsel(4)) 각각이 일정 기간만 하이 레벨로 된다.
방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨이면, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C2)가 방전되어, 출력 전압값이 초기화된다. 이 때, 제어 신호(D-Vsel(1))가 하이 레벨로 되면, 더미용 수광부(11)의 N개의 더미용 화소부(D-P1,1~D-P1,N) 각각에 있어서, 더미용 스위치(D-SW)가 닫히고, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부가 방전되어 초기화된다. 제어 신호(D-Vsel(2))가 하이 레벨로 되면, 더미용 수광부(11)의 N개의 더미용 화소부(D-P2,1~D-P2,N) 각각에 있어서, 더미용 스위치(D-SW)가 닫히고, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부가 방전되어 초기화된다. 제어 신호(D-Vsel(3))가 하이 레벨로 되면, 더미용 수광부(12)의 N개의 더미용 화소부(D-P3,1~D-P3,N) 각각에 있어서, 더미용 스위치(D-SW)가 닫히고, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부가 방전되어 초기화된다. 또, 제어 신호(D-Vsel(4))가 하이 레벨로 되면, 더미용 수광 부(12)의 N개의 더미용 화소부(D-P4,1~D-P4,N) 각각에 있어서, 더미용 스위치(D-SW)가 닫히고, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부가 방전되어 초기화된다.
제2 형태에 있어서도, 주변 영역에서 발생하는 노이즈 전하는 발생 위치로부터 이동하여 수광부(10)로 향하는 경우도 있다. 그러나 본 실시 형태에서는 더미용 포토다이오드(D-PD)를 각각 포함하는 더미용 수광부(11, 12)가 마련되어 있기 때문에, 그 노이즈 전하는 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부에 축적된다. 그리고, 제2 형태에서는 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N) 각각의 더미용 스위치(D-SW)가 닫힘 상태로 됨과 아울러, 적분 회로(Sn)의 용량 소자(C2)가 방전됨으로써, 더미용 포토다이오드(D-PD)의 접합 용량부가 방전되어 초기화되므로, 노이즈 전하가 수광부(10)에 진입하는 것이 억제된다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 정확한 방사선상이 얻어진다.
또, 제1 형태에서는 더미용 화소부(D-P1,1~D-P4,N) 각각의 더미용 포토다이오드(D-PD)에 대해 일정한 바이어스 전압값(Vbias)을 인가하기 위한 바이어스 전압 공급용 배선(Lbias)이 필요하였으나, 제2 형태에서는 이러한 바이어스 전압 공급용 배선(Lbias)은 불필요하다. 따라서, 제1 형태와 비교해서, 제2 형태에서는 수광부(10)에 있어서 개구율을 높게 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들어 더미용 수광부(11, 12) 각각은 상기 실시 형태에서는 2×N개의 더미용 화소부가 2행 N열에 2차원 배열된 것이었으나, 2행으로 한정되지 않고, 1행이어도 되고, 더욱 많은 행이어도 된다.
더미용 수광부(11, 12) 각각은 상기 실시 형태에서는 각 행에 N개의 더미용 화소부가 배열된 것이었으나, 각 행에 대해 N개로 한정되지 않고, N개보다 적어도 되며, N개보다 많아도 된다. 더미용 수광부(11, 12) 각각에 있어서, 각 행에 N개 미만의 더미용 화소부가 배열되는 경우, 각 더미용 화소부(D-P)에 포함되는 더미용 포토다이오드(D-PD)의 광감응 영역의 면적은 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 하나의 포토다이오드(PD)의 광감응 영역의 면적보다 큰 것이 바람직하다(도 7 참조). 또, 더미용 수광부(11, 12) 각각에 있어서, 각 행에 1개의 더미용 화소부(D-P)가 마련되고, 그 더미용 화소부(D-P)에 포함되는 더미용 포토다이오드(D-PD)의 광감응 영역이 좌우 방향으로 연재(延在)되어도 된다(도 8 참조).
더미용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부는 수광부(10)의 제1행 및 제M행의 외측에 인접하여 마련될뿐만 아니라, 수광부(10)의 제1열 또는 제N열의 외측에 인접하여 마련되어도 된다. 또, 수광부(10)의 주위를 둘러싸도록 더미용 수광부(13)가 배치되어 있어도 된다(도 9 참조). 수광부(10)의 제1열 또는 제N열의 외측에 인접하여 마련되는 더미용 수광부에 있어도, 배열되는 더미용 포토다이오드의 행 수나 열 수는 임의이고, 더미용 포토다이오드의 광감응 영역의 크기나 형상도 임의이다. 하나의 더미용 포토다이오드의 광감응 영역이 수광부(10)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 주변 영역에 있어서 전하 발생의 영향을 충분히 억제할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열로 2차원 배열되고, 각 화소부(Pm,n)에 있어서 상기 포토다이오드가 상기 스위치를 통하여 독출용 배선(LO,n)에 접속된 수광부와,
    상기 수광부를 덮도록 마련되어, 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광을 발생시키는 신틸레이터층과,
    상기 수광부의 제1행 및 제M행 각각의 외측에 인접하여 배치된 더미용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부와,
    상기 수광부의 제1행 또는 제M행의 외측에 마련되어, N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 포함하고, 각 적분 회로(Sn)에 있어서 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하를 용량 소자에 축적하여 당해 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하고, 각 홀딩 회로(Hn)에 있어서 적분 회로(Sn)로부터 출력된 전압값을 홀딩하여 출력하는 신호 독출부와,
    상기 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치(M, N은 2 이상의 정수, M<N, m은 1 이상 M 이하의 정수, n은 1 이상 N 이하의 정수로 함).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전 수단은 바이어스 전압 공급용 배선을 통하여 상기 더미용 포토다이오드에 대해 일정 전압을 인가함으로써, 이 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미용 수광부는 상기 더미용 포토다이오드와 접속된 더미용 스위치를 추가로 포함하고, 상기 더미용 포토다이오드가 상기 더미용 스위치를 통하여 N개의 독출용 배선(LO,1~LO,N)의 어느 하나에 의해 N개의 적분 회로(S1~SN)의 어느 하나에 접속되어 있고,
    상기 방전 수단은 상기 더미용 스위치를 닫힘 상태로 함과 아울러, N개의 적분 회로(S1~SN) 중 접속되어 있는 적분 회로의 용량 소자를 방전함으로써, 상기 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미용 수광부는 상기 수광부의 제1행 및 제M행 각각에 인접하여 복수 행으로 배치된 더미용 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    하나의 상기 더미용 포토다이오드의 광감응 영역의 면적은 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 하나의 포토다이오드의 광감응 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미용 수광부는 상기 수광부의 제1열 또는 제N열의 외측에 인접하여 배치된 더미용 포토다이오드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열로 2차원 배열되고, 각 화소부(Pm,n)에 있어서 상기 포토다이오드가 상기 스위치를 통하여 독출용 배선(LO,n)에 접속된 수광부와,
    상기 수광부를 덮도록 마련되어, 방사선의 입사에 따라 신틸레이션 광을 발생시키는 신틸레이터층과,
    상기 수광부의 제1행 또는 제M행의 외측에 마련되어, N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 포함하고, 각 적분 회로(Sn)에 있어서 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하를 용량 소자에 축적하여 당해 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하고, 각 홀딩 회로(Hn)에 있어서 적분 회로(Sn)로부터 출력된 전압값을 홀딩하여 출력하는 신호 독출부와,
    상기 신호 독출부와 상기 수광부 사이에 배치되고, 더미용 포토다이오드를 포함하는 더미용 수광부와,
    상기 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치(M, N은 2 이상의 정수, M<N, m은 1 이상 M 이하의 정수, n은 1 이상 N 이하의 정수로 함).
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 방전 수단은 바이어스 전압 공급용 배선을 통하여 상기 더미용 포토다이오드에 대해 일정 전압을 인가함으로써, 이 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 더미용 수광부는 상기 더미용 포토다이오드와 접속된 더미용 스위치를 추가로 포함하고, 상기 더미용 포토다이오드가 상기 더미용 스위치를 통하여 N개의 독출용 배선(LO,1~LO,N)의 어느 하나에 의해 N개의 적분 회로(S1~SN)의 어느 하나에 접속되어 있고,
    상기 방전 수단은 상기 더미용 스위치를 닫힘 상태로 함과 아울러, N개의 적분 회로(S1~SN) 중 접속되어 있는 적분 회로의 용량 소자를 방전함으로써, 상기 더미용 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 더미용 포토다이오드는 복수 행 배치되고, 상기 수광부에 인접하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    하나의 상기 더미용 포토다이오드의 광감응 영역의 면적은 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 하나의 포토다이오드의 광감응 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 더미용 수광부는 상기 수광부의 제1열 또는 제N열의 외측에 인접하여 배치된 더미용 포토다이오드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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