KR101514857B1 - 고체 촬상 장치 및 그것을 포함하는 ｘ선 ｃｔ 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 그것을 포함하는 ｘ선 ｃｔ 장치 Download PDF

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류지 규시마
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우라도 높은 해상도의 화상을 얻기 위한 구조를 구비한 고체 촬상 장치 등에 관한 것이다. 고체 촬상 장치(1)는 수광부(10), 신호 독출부(20), 행 선택부(30), 열 선택부(40), 오버플로우 방지부(50) 및 제어부(60)를 구비한다. 수광부(10)는 M행 N열의 매트릭스 형상으로 2차원 배열된 M×N개의 화소부(P1.1~PM,N)를 갖고, 화소부(P1.1~PM,N) 각각은 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 포함한다. 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각은 제m행 선택용 배선(LV,m)에 의해 행 선택부(30) 및 오버플로우 방지부(50)와 접속되어 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그것을 포함하는 Ｘ선 ＣＴ 장치{SOLID IMAGING DEVICE AND X-RAY CT DEVICE INCLUDING THE SOLID IMAGING DEVICE}
본 발명은 2차원적으로 배치된 복수의 수광부를 구비한 고체 촬상 장치, 및 그것을 포함하는 X선 CT 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 장치로서, CMOS 기술을 이용한 고체 촬상 장치가 알려져 있고, 그 중에서도 패시브 픽셀 센서(PPS: Passive Pixel sensor) 방식의 고체 촬상 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1을 참조). PPS 방식의 고체 촬상 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드를 포함하는 PPS형의 화소부가 M행 N열에 2차원 배열된 구조를 가진다. 각 화소부에서는 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하가 적분 회로의 용량 소자에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 출력된다.
일반적으로, 각 열에 속하는 M개의 화소부 각각의 출력단은 그 열에 대응하여 마련되어 있는 독출용 배선을 통하여, 그 열에 대응하여 마련되어 있는 적분 회로의 입력단과 접속되어 있다. 그리고 제1행으로부터 제M행까지의 순서대로, 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하는 대응하는 독출용 배선을 거쳐 대응하는 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 출력된다.
또, 각 행에 속하는 N개의 화소부 각각은 그 행에 대응하여 마련되어 있는 행 선택용 배선을 통하여 제어부와 접속되어 있다. 이 제어부로부터 행 선택용 배선을 통하여 전달되는 행 선택 제어 신호에 따라서, 각 화소부는 포토다이오드에서 발생한 전하를 독출용 배선에 출력한다.
PPS 방식의 고체 촬상 장치는 다양한 용도로 이용된다. 예를 들어, PPS 방식의 고체 촬상 장치는 신틸레이터 패널과 편성되어서 X선 플랫 패널로서 의료 용도나 공업 용도로도 이용된다. 또한, PPS 방식의 고체 촬상 장치는 구체적으로 X선 CT 장치나 마이크로 포커스 X선 검사 장치 등에 있어서도 이용된다. 이와 같은 용도로 이용되는 고체 촬상 장치는 M×N개의 화소부가 2차원 배열된 대면적의 수광부를 구비하고, 그 수광부는 각 변의 길이가 10cm를 넘는 크기의 반도체 기판에 집적화되는 경우가 있다. 따라서, 1매의 반도체 웨이퍼로부터 1개의 고체 촬상 장치 밖에 제조될 수 없는 경우가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2006-234557호 공보
발명자들은 종래의 고체 촬상 장치에 대해 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견하였다. 즉, 종래의 고체 촬상 장치에 있어서, 어느 행에 대응하는 행 선택용 배선이 제조 도중에 단선(斷線)된 경우, 그 행의 N개의 화소부 중에서, 행 선택부에 대해 단선 위치로부터 가까운 곳에 위치하는 화소부는 행 선택용 배선에 의해 행 선택부와 접속되어 있으나, 행 선택부에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 위치하는 화소부는 행 선택부와 접속되어 있지 않다.
즉, 종래의 고체 촬상 장치에서는 행 선택부에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 위치하는 화소부에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하는 적분 회로에 독출되는 일 없이, 그 포토다이오드의 접합 용량부에 축적되어 갈 뿐이다. 포토다이오드의 접합 용량부에 축적되는 전하의 양이 포화 레벨을 넘으면, 포화 레벨을 넘은 만큼의 전하가 인접 화소부로 오버플로우(overflow)된다.
따라서, 종래의 고체 촬상 장치에서, 1개의 행 선택용 배선이 단선되면, 그 영향은 그 행 선택용 배선과 접속된 행의 화소부에 미칠 뿐만 아니라, 양 이웃의 행의 화소부에도 미치며, 결국, 연속된 3행의 화소부에 대하여 결함 라인이 발생하게 된다.
한편, 결함 라인이 연속되어 있지 않고, 1개의 결함 라인의 양 이웃이 정상 라인이라면, 이들 양 이웃의 정상 라인의 각 화소 데이터를 이용하여 결함 라인의 화소 데이터를 보간(補間)하는 것도 가능하다. 그렇지만 연속된 3행의 화소부에 대하여 결함 라인이 발생한 경우에는 상기와 같은 보간을 하는 것이 곤란하다. 특히, 상술한 바와 같이 대면적의 수광부를 갖는 고체 촬상 장치는 행 선택용 배선이 길기 때문에 단선이 발생하는 확률이 높아진다.
상기 특허 문헌 1에는 이와 같은 문제점을 해소하는 것을 의도한 기술이 제안되어 있다. 즉, 상기 특허 문헌 1로 제안된 기술로는 결함 라인의 이웃에 있는 인접 라인의 전체 화소 데이터의 평균값과, 또한 이웃에 있는 정상적인 수(數) 라인 분의 전체 화소 데이터의 평균값이 구해진다. 이들 2개의 평균값의 차가 일정값 이상이면 인접 라인도 결함이라고 판정하여, 그 인접 라인의 화소 데이터가 보정되고, 또한 그 인접 라인의 화소 데이터의 보정 후의 값에 기초하여 결함 라인의 화소 데이터가 보정된다.
상기 특허 문헌 1에서 제안된 기술로는 결함이라고 판정된 인접 라인의 화소 데이터의 보정시에, 그 인접 라인에 대하여 양측의 바로 근처의 정상 라인 상의 2개의 화소 데이터의 평균값이 구해지고, 그 평균값을 그 인접 라인의 화소 데이터로 한다. 또, 결함 라인의 화소 데이터의 보정시에는 그 결함 라인에 대해 양측의 인접 라인 상의 2개의 화소 데이터의 평균값이 구해지고, 그 평균값을 그 결함 라인의 화소 데이터로 한다.
그렇지만 상기 특허 문헌 1에서 제안된 기술로는 결함 라인(및, 결함 라인의 근방에 있는 결함으로 판정된 라인)의 화소 데이터를 보정하기 위해, 2개의 화소 데이터의 평균을 구하는 처리가 복수 회 반복하게 되므로, 보정 후의 화상에 있어서 결함 라인 근방에서는 해상도가 낮아진다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우라도 높은 해상도의 화상을 얻기 위한 구조를 구비한 고체 촬상 장치, 및 그것을 포함하는 X선 CT 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, M(2 이상의 정수)행 N(2 이상의 정수) 열의 매트릭스를 구성하도록 2차원 배열된 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 갖는 수광부와, 수광부에 있어서 제n(1 이상 N 이하의 정수)열에 속하는 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속된 독출용 배선(Lo,n)과, 독출용 배선(LO,1~LO,N) 각각에 접속된 신호 독출부와, 수광부에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속된 행 선택용 배선(LV,m)과, 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 일단과 접속된 행 선택부와, 행 선택용 배선(LL,1 ~LV,m) 각각의 타단과 접속된 오버플로우 방지부를 구비한다.
수광부를 구성하는 화소부(P1,1~PM,N) 각각은 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 포함하고 있다. 독출용 배선(LO,n)은 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를, 대응하는 독출용 스위치를 통하여 독출한다. 신호 독출부는 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 일단 홀딩한 후, 그 홀딩한 전압값을 순차 출력한다. 행 선택용 배선(LV,m)은 이들 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호를 이들 독출용 스위치에 전달한다. 행 선택부는 수광부에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 행 선택 제어 신호를 행마다 순차적으로 행 선택용 배선(LV,m)에 출력하여, 그 행 선택용 배선에 의해 접속된 그 각 화소부(Pm,n)에 있어서 독출용 스위치를 닫는 것에 의해, 그 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를 독출용 배선(LO,n)에 출력시킨다. 오버플로우 방지부는 수광부에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 오버플로우 방지 신호를 어느 행 선택용 배선(LV,m)에 출력하여, 그 행 선택용 배선에 의해 접속된 그 각 화소부(Pm,n)에 있어서 독출용 스위치를 닫는 것에 의해, 그 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하가 그 화소부의 밖으로 오버플로우되는 것을 방지한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서, 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 일단은 행 선택부에 접속되어 있고, 이 행 선택부로부터 행 선택 제어 신호가 입력된다. 또, 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 타단은 오버플로우 방지부에 접속되어 있고, 이 오버플로우 방지부로부터 오버플로우 방지 신호가 입력된다. 행 선택 제어 신호 및 오버플로우 방지 신호의 어느 쪽도, 수광부에 있어서 각 화소부에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호이다. 단, 행 선택부로부터 출력되는 행 선택 제어 신호는 수광부에 있어서 각 화소부로부터 전하를 독출하기 위한 신호이다. 이것에 대하여, 오버플로우 방지부로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 수광부에 있어서 행 선택용 배선 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 접속되는 화소부 중 행 선택부에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 있는 화소부에 있어서 독출용 스위치를 닫는 것에 의해, 그 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하가 그 화소부의 밖으로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 신호이다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서, 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 선택적으로 오버플로우 방지 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서, 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선 및 이것에 인접하는 행 선택용 배선 각각으로 오버플로우 방지 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서, 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선에 오버플로우 방지 신호를 출력할 때에, 행 선택부로부터 그 행 선택용 배선으로의 행 선택 제어 신호의 출력과 동일 타이밍으로 오버플로우 방지 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 X선 CT 장치는 X선 출력부와 상술한 바와 같은 구조를 갖는 고체 촬상 장치(본 발명에 관한 고체 촬상 장치)와, 이동 수단과, 화상 해석부를 구비한다. X선 출력부는 피사체를 향하여 X선을 출력한다. 고체 촬상 장치는 X선 출력부로부터 출력되어서 피사체를 거쳐 도달한 X선을 수광하여 촬상한다. 이동 수단은 X선 출력부 및 고체 촬상 장치를 피사체에 대하여 상대 이동시킨다. 화상 해석부는 고체 촬상 장치로부터 출력되는 프레임 데이터를 입력하고, 그 프레임 데이터에 기초하여 피사체의 단층 화상을 생성한다.
또한, 본 발명에 관한 각 실시예는 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분히 이해 가능하게 된다. 이들 실시예는 단지 예시를 위해 예시되는 것으로서, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해야 하는 것은 아니다.
또, 본 발명의 또다른 응용 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다. 그렇지만 상세한 설명 및 특정의 사례는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 것이지만, 예시를 위한 것이고, 본 발명의 범위에 있어서 다양한 변형 및 개량은 이 상세한 설명으로부터 당업자에게는 자명함은 물론이다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치 등에 의하면, 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우라도 높은 해상도의 화상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치에 있어서 화소부(Pm,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 4는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치에 있어서 행 선택부 및 오버플로우 방지부의 제1 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 행 선택부에 포함되는 시프트 레지스터의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치에 있어서 행 선택부 및 오버플로우 방지부의 제2 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 관한 X선 CT 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치 및 그것을 포함하는 X선 CT 장치의 각 실시예를, 도 1 ~ 7을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일 부위, 동일 요소에는 동일 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치(1)는 수광부(10), 신호 독출부(20), 행 선택부(30), 열 선택부(40), 오버플로우 방지부(50) 및 제어부(60)를 구비한다. 또, X선 플랫 패널로서 이용되는 경우, 고체 촬상 장치(1)의 수광면(10) 상에는 신틸레이터 패널이 겹쳐진다.
수광부(10)는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열의 매트릭스 형상으로 2차원 배열된 것이다. 화소부(Pm,n)는 제m행 제n열에 위치한다. 여기서, M, N 각각은 2 이상의 정수이며, m은 1이상 M이하의 각 정수이며, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 각 화소부(Pm,n)는 PPS 방식의 화소부로서, 공통의 구성을 갖고 있다.
제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각은 제m행 선택용 배선(LV,m)을 통하여 행 선택부(30) 및 오버플로우 방지부(50)에 접속되어 있다. 제n열에 속하는 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각의 출력단은 제n렬 독출용 배선(LO,n)을 통하여, 신호 독출부(20)에 포함되는 적분 회로(Sn)에 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 갖고 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)도 공통의 구성을 갖고 있다.
각 적분 회로(Sn)는 독출용 배선(LO,n)에 접속된 입력단을 가진다. 또, 각 적분회로(Sn)는 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(Hn)로 출력한다. N개의 적분 회로(S1~SN) 각각은 방전 제어용 배선(LR)에 의해 제어부(60)에 접속되어 있다.
각 홀딩 회로(Hn)는 적분 회로(Sn)의 출력단에 접속된 입력단을 가진다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 출력용 배선(Lout)에 출력한다. N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각은 홀딩 제어용 배선(LH)을 통하여 제어부(60)에 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 제n열 선택용 배선(LH,n)을 통하여 제어부(60)에 접속되어 있다.
행 선택부(30)는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 일단에 접속되어 있다. 도 1에 있어서, 행 선택부(30)는 수광부(10)의 왼쪽에 마련되어 있다. 행 선택부(30)는 수광부(10)에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 행마다 순차적으로 행 선택용 배선(LV,m)에 출력한다. 이 출력을 받아, 행 선택용 배선(LV,m)을 통하여 접속된 화소부에 있어서 독출용 스위치가 닫히는 것에 의해, 그 화소부에 포함되는 포토다이오에서 발생한 전하가 독출용 배선(LO,n)에 출력된다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))는 순차 유의값(有意値)으로 된다. 행 선택부(30)는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))를 순차 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터를 포함한다.
열 선택부(40)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(LH,n)에 출력하여, 이 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(Hn)에 부여한다, N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(N))도 순차 유의값으로 된다. 열 선택부(40)는 N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(N))를 순차 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터를 포함한다.
오버플로우 방지부(50)는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 타단에 접속되어 있다. 도 1에 있어서, 오버플로우 방지부(50)는 수광부(10)의 오른쪽에 마련되어 있다. 오버플로우 방지부(50)는 수광부(10)에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 오버플로우 방지 신호를 어느 행 선택용 배선(LV,m)에 출력한다. 이 출력을 받아 행 선택용 배선(LV,m)을 통하여 접속된 화소부에 있어서 독출용 스위치가 닫히는 것에 의해, 그 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하가 그 화소부의 밖으로 오버플로우되는 것이 방지된다.
제어부(60)는 고체 촬상 장치(1) 전체의 동작을 제어한다. 제어부(60)는 행 선택부(30), 열 선택부(40) 및 오버플로우 방지부(50) 각각에 대해, 이들의 동작을 제어하는 제어 신호를 부여한다. 제어부(60)는 방전 제어 신호(Reset)를 방전 제어용 배선(LR)에 출력하여, 이 방전 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 부여한다. 또, 제어부(60)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩 제어용 배선(LH)에 출력하여, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 부여한다.
제어부(60)는 이상과 같이, 행 선택부(30) 또는 오버플로우 방지부(50)를 통하여 수광부(10)에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 열 선택부(40)를 통하여 또는 직접 신호 독출부(20)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(60)는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복 출력시킨다.
도 2는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치(1)에 포함되는 화소부(Pm,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다. 또한, 도 2에서는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 대표하여 화소부(Pm,n)의 회로도, N개의 적분 회로(S1~SN)를 대표하여 적분 회로(Sn)의 회로도, 또 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 대표하여 홀딩 회로(Hn)의 회로도의 각각이 나타나 있다. 즉, 도 2에는 제m행 제n열의 화소부(Pm,n) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)에 관련하는 회로 부분이 나타나 있다.
화소부(Pm,n)는 포토다이오드(PD) 및 독출용 스위치(SW1)를 포함한다. 포토다이오드(PD)의 애노드 단자는 접지되고, 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 독출용 스위치(SW1)를 통하여 제n열 독출용 배선(LO,N)에 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW1)는 행 선택부(30)로부터 제m행 선택용 배선(LV,m)을 통하여 제m행 선택 제어 신호가 부여된다. 제m행 선택 제어 신호는 수광부(10)에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 전기 신호이다.
이 화소부(Pm,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때, 독출용 스위치(SW1)가 열린다. 이로 인해, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열 독출용 배선(LO,n)에 출력되는 일 없이, 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때, 독출용 스위치(SW1)이 닫힌다. 이 경우, 이제까지 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 독출용 스위치(SW1)를 거쳐 제n열 독출용 배선(LO,n)에 출력된다.
제n열 독출용 배선(LO,n)은 수광부(10)에 있어서 제n열에 속하는 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)에 접속되어 있다. 제n열 독출용 배선(LO,n)은 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 화소부에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 그 화소부에 포함되는 독출용 스위치(SW1)를 통하여 독출하고, 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 접속된 상태로, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제n열 독출용 배선(LO,n)에 접속되어 있다. 방전용 스위치(SW2)는 제어부(60)로부터 방전 제어용 배선(LR)을 통하여 방전 제어 신호(Reset)가 부여된다. 방전 제어 신호(Reset)는 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 방전용 스위치(SW2)의 개폐 동작을 지시하는 전기 신호이다.
이 적분 회로(Sn)에서는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때, 방전용 스위치(SW2)가 닫힌다. 이로 인해, 적분용 용량 소자(C2)가 방전되어, 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 방전 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때, 방전용 스위치(SW2)가 열린다. 이 경우, 입력단에 입력된 전하가 적분용 용량 소자(C2)에 축적되며, 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 접속되고, 출력용 스위치(SW32)를 통하여 전압 출력용 배선(Lout)에 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)는 제어부(60)로부터 홀딩 제어용 배선(LH)을 통하여 홀딩 제어 신호(Hold)가 부여된다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 전기 신호이다. 출력용 스위치(SW32)는 열 선택부(40)로부터 제n열 선택용 배선(LH,n)을 통하여 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 부여된다. 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))는 홀딩 회로(Hn)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 전기 신호이다.
이 홀딩 회로(Hn)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변한다. 그 때, 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다. 또, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW32)가 닫힌다. 이 경우, 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
제어부(60)는 수광부(10)에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 방전 제어 신호(Reset)를 출력하여, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 방전용 스위치(SW2)를 일단 닫은 후에 열도록 지시하고, 그 후, 제어부(60)는 행 선택부(30)로부터 출력되는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 출력하여, 수광부(10)에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)를 소정 기간에 걸쳐 닫도록 지시한다. 제어부(60)는 그 소정 기간에 홀딩 제어 신호(Hold)를 출력하여, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)를 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하도록 지시한다. 그리고 제어부(60)는 그 소정 기간의 후에, 열 선택부(40)로부터 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(N))를 출력하여, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)를 순차적으로 일정 기간만 닫히도록 지시한다. 제어부(60)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대하여 순차적으로 행한다.
다음에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작에 대해 설명한다.그 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(60)의 제어 하에서, 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 타이밍으로 레벨 변화하는 것에 의해, 수광면(10)에 입사된 광의 영상을 촬상하여 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 이 도 3에는 (a) N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 방전용 스위치(SW2)의 개폐 동작을 지시하는 방전 제어 신호(Reset), (b) 수광부(10)에 있어서 제1행에 속하는 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 수광부(10)에 있어서 제2행에 속하는 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), 및 (d) N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다.
또, 이 도 3에는 계속하여, (e) 홀딩 회로(H1)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 홀딩 회로(H2)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 홀딩 회로(H3)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 홀딩 회로(Hn)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 홀딩 회로(HN)에 포함되는 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.
제1행에 속하는 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 행해진다.
즉, 시각 t10 전에는 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) 각각은 로 레벨로 되어 있다. 시각 t10로부터 시각 t11까지의 기간, 제어부(60)로부터 방전 제어용 배선(LR)에 출력되는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 된다. 이로 인해, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 닫힌다(적분용 용량 소자(C2)가 방전된다). 또, 시각 t11보다 후의 시각 t12로부터 시각 t15까지의 기간, 행 선택부(30)로부터 제1행 선택용 배선(LV,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 수광부(10)에 있어서 제1행에 속하는 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
기간(t12~t15) 내에 있어서, 시각 t13 부터 시각 t14까지의 기간, 제어부(60)로부터 홀딩 제어용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 된다. 이 경우, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t12~t15) 내에서는 제1행의 각 화소부(P1,n)에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫혀 있다. 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW2)가 열려 있으므로, 그때까지 각 화소부(P1,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소부(P1,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)을 거쳐, 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(t12~t15) 내의 시각 t14에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 바뀐다. 이로 인해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 바뀐다. 그 때, 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되어 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고 기간(t12~t15)의 후에, 열 선택부(40)로부터 열 선택용 배선(LH,1~LH,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이 때, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 출력용 스위치(SW32)가 닫히면, 각 홀딩 회로(Hn)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 거쳐 전압 출력용 배선(Lout)에 순차 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값 Vout은 제1행에 속하는 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값이다.
계속하여, 제2행에 속하는 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 행해진다.
즉, 시각 t20로부터 시각 t21까지의 기간, 제어부(60)로부터 방전 제어용 배선(LR)에 출력되는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 된다. 이로 인해, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 닫히고 적분용 용량 소자(C2)가 방전된다. 또, 시각 t21보다 후의 시각 t22로부터 시각 t25까지의 기간, 행 선택부(30)로부터 제2행 선택용 배선(LV,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 수광부(10)에 있어서 제2행에 속하는 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
기간(t22~t25)내에 있어서, 시각 t23로부터 시각 t24까지의 기간, 제어부(60)로부터 홀딩 제어용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 된다. 이 경우, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
그리고 기간(t22~t25)의 후에, 열 선택부(40)로부터 열 선택용 배선(LH,1~LH,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만, 하이 레벨로 된다. 이로 인해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다.
이상과 같이, 제2행에 속하는 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값 Vout이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 이후, 제3행으로부터 제M행까지 동양(同樣)의 동작이 행해짐으로써, 1회의 촬상에 얻을 수 있는 화상을 나타내는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 동일한 동작이 행해지며, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10)가 수광한 광의 영상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값 Vout이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다(반복 프레임 데이터가 얻어진다).
그런데 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫혀져 있는 기간에 있어서, 제m행의 각 화소부(Pm,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소부(Pm,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)을 거쳐, 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 전송된다. 이 때에, 제m행에 속하는 각 화소부(Pm,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부의 축적 전하가 초기화된다.
그렇지만 어떤 제m행 선택용 배선(LV,m)이 도중의 위치에서 단선되어 있는 경우, 그 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 중 행 선택부(30)에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 위치하는 화소부는 행 선택부(30)로부터 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 전달되지 않고, 독출용 스위치(SW1)가 열린 채로 된다. 그 때문에, 적분 회로(Sn)에 전하를 전송할 수 없으므로, 이 전하 전송에 의한 포토다이오드(PD)의 접합 용량부의 축적 전하의 초기화를 할 수 없다. 이대로는 이들의 화소부에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하는 그 포토다이오드의 접합 용량부에 축적되어 갈 뿐이다. 이 경우, 포화 레벨을 넘으면 양 이웃의 행의 화소부로 오버플로우되어, 연속한 3행의 화소부에 대하여 결함 라인을 만들게 된다.
당해 고체 촬상 장치(1)는 이와 같은 문제에 대처하기 위하여 오버플로우 방지부(50)를 구비하고 있다. 행 선택부(30)는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 일단에 접속되어 있는 것에 대하여, 오버플로우 방지부(50)는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 타단에 접속되어 있다. 즉, 제m행 선택용 배선(LV,m)은 행 선택부(30)와 오버플로우 방지부(50) 사이에 연재(延在)되어 있다. 또, 제m행 선택용 배선(LV,m)은 수광부(10)에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)에 접속되어 있고, 이들 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어하는 신호를 이들 독출용 스위치(SW1)에 전달한다. 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어하는 신호는 행 선택부(30)로부터는 행 선택 제어 신호(Vsel(m))로서 부여되고, 오버플로우 방지부(50)로부터는 오버플로우 방지 신호로서 부여된다.
오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 제m행 선택용 배선(LV,m)에 출력되므로, 화소부(Pm,n)의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어하는 점에서, 행 선택부(30)로부터 출력되는 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))와 동일하다.
그렇지만 행 선택부(30)로부터 출력되는 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))는 수광부(10)에 있어서 각 화소부(Pm,n)로부터 전하를 독출하기 위한 전기 신호이다. 이에 대해, 오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 수광부(10)에 있어서 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 접속되는 화소부 중 행 선택부(30)에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 위치하는 화소부에 있어서 독출용 스위치(SW1)를 닫는 것에 의해, 그 화소부에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하가 그 화소부의 밖으로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 전기 신호이다.
따라서, 행 선택부(30)로부터 출력되는 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))는 행마다 순차적으로 일정 주기로 출력된다. 이에 대하여, 오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 선택적으로 출력되고, 또는 그 단선되어 있는 행 선택용 배선 및 이에 인접하는 행 선택용 배선 각각에 출력된다. 오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 단선되어 있지 않는 행 선택용 배선에는 반드시 출력될 필요는 없다.
오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 행 선택부(30)로부터 행 선택용 배선으로의 행 선택 제어 신호의 출력과 다른 타이밍으로 출력되어도 된다. 예를 들어, 행 선택부(30)로부터 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))가 한 차례 출력되어서 1 프레임 분의 전압값 Vout이 신호 독출부(20)로부터 출력된 후이고, 다음의 1 프레임 분의 전압값 Vout이 신호 독출부(20)로부터 출력되기 전인 것이 바람직하다. 이 경우, 복수 개의 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우에는 이들 복수 개의 행 선택용 배선에 대하여 동시에 오버플로우 방지부(50)로부터 오버플로우 방지 신호가 출력되는 것이 바람직하다.
또, 오버플로우 방지부(50)로부터 출력되는 오버플로우 방지 신호는 행 선택부(30)로부터 행 선택용 배선으로의 행 선택 제어 신호의 출력과 동일 타이밍으로 출력되어도 된다. 즉, 단선되어 있는 제m행 선택용 배선(LV,m)에 대하여, 행 선택부(30)로부터 행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 출력되는 타이밍과 같은 타이밍으로, 오버플로우 방지부(50)로부터 오버플로우 방지 신호가 출력된다. 이 경우, 단선되어 있는 제m행 선택용 배선(LV,m)에 접속되어 있는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 중, 행 선택부(30)에 대해 단선 위치로부터 가까운 곳에 위치하는 화소부에 대해서는 행 선택부(30)로부터 행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 부여된다. 또, 이와 동일 타이밍으로, 행 선택부(30)에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 위치하는 화소부에 대해서는 오버플로우 방지부(50)로부터 오버플로우 방지 신호가 부여된다.
따라서, 단선되어 있는 제m행 선택용 배선(LV,m)에 접속되어 있는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N)의 모두에 있어서 동일 타이밍으로 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다. 그 때문에, 그때까지에 각 화소부(Pm,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소부(Pm,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO,n)을 통하여, 신호 독출부(20)에 전송된다. 그리고 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값 Vout이, 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
이와 같이, 당해 고체 촬상 장치(1)에서는 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우라도, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 대하여 행 선택부(30)와 반대 측에 마련되어 있는 오버플로우 방지부(50)로부터, 단선에 기인하여 행 선택부(30)와 접속되어 있지 않은 화소부에 대하여 오버플로우 방지 신호가 부여된다. 이로 인해, 단선으로 인해 행 선택부(30)와 접속되어 있지 않은 화소부에 있어서도, 오버플로우 방지부(50)로부터 부여되는 오버플로우 방지 신호에 의해 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다. 그 결과, 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 포화 레벨에 이르기 전에 방전되어서, 인접 화소부로 오버플로우되는 일이 없다. 따라서, 당해 고체 촬상 장치(1)에서는 종래의 고체 촬상 장치와 같은 보정 처리를 행할 필요가 없고, 높은 해상도의 화상을 얻을 수 있다.
특히, 행 선택부(30)로부터 행 선택용 배선에 행 선택 제어 신호를 출력하는 타이밍과 동일한 타이밍에서 오버플로우 방지부(50)로부터 그 행 선택용 배선으로 오버플로우 방지 신호가 출력되는 경우, 그 오버플로우 방지 신호가 도달하는 화소부로부터도 전하를 독출할 수 있다. 그 행 선택용 배선에 있어서 단선이 1개소(箇所)뿐이면, 단선이 없는 경우와 동일하게, 수광부(10)가 수광한 광의 영상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값 Vout이 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
다음에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치(1)에 포함되는 행 선택부(30) 및 오버플로우 방지부(50) 각각의 구성예에 대해 설명한다.
도 4는 행 선택부(30) 및 오버플로우 방지부(50)의 제1 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도 4에 나타내는 제1 구성예에서, 도 1에 있어서 행 선택부(30)로서의 행 선택부(30A)는 P개의 시프트 레지스터(311~31p)를 포함한다. 또, 도 1에 있어서 오버플로우 방지부(50)로서의 오버플로우 방지부(50A)는 P개의 시프트 레지스터(511~51p)를 포함한다. 각 시프트 레지스터(31p) 및 각 시프트 레지스터(51p)는 공통의 구성을 갖고 있으며 도 5에 도시된 바와 같이, Q 비트의 시프트 레지스터이다. 여기서, P, Q는 2 이상의 정수, p는 1 이상 P 이하의 정수, 또 이하에 등장하는 q는 1 이상 Q 이하의 정수이다. P와 Q의 곱은 행수(行數) M과 동등하다.
도 5는 시프트 레지스터(31p)의 구성을 나타내는 도면이다. 시프트 레지스터(31p)는 Q개의 플립플롭(321~32Q)이 직렬적으로 접속되어 있다. 시프트 레지스터(31p)에 포함되는 플리플롭(32q)의 출력 단자는 제m행 선택용 배선(LV,(p-1)Q+q)에 접속되어 있다. 시프트 레지스터(31p)에 포함되는 초단(初段)의 플립플롭(321)의 입력 단자에는 제어부(60)로부터 스타트 신호(Start(p))가 입력된다. 시프트 레지스터(31p)에 포함되는 최종단의 플립플롭(32Q)의 출력 단자로부터는 엔드 신호(End(p))를 제어부(60)로 출력한다.
시프트 레지스터(31p)에 있어서, 제어부(60)로부터 스타트 신호(Start(p))의 펄스가 초단의 플립플롭(321)의 입력 단자에 입력되면, Q개의 플립플롭(321~32Q) 각각에 입력되는 클록 신호에 동기하여, Q개의 플립플롭(321~32Q) 각각의 출력 단자로부터 순차 펄스가, 행 선택 제어 신호로서 출력된다. 그리고 최종단의 플립플롭(32Q)의 출력 단자로부터 출력되는 펄스는 엔드 신호(End(p))로서 제어부(60)에도 출력된다.
행 선택부(30A)에서는 P개의 시프트 레지스터(311~31p)에 대하여 순차 스타트 신호(Start(p))의 펄스가 입력되고, 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))가 순차 일정 주기로 행 선택용 배선에 출력된다.
오버플로우 방지부(50A)에서는 P개의 시프트 레지스터(511~51p)에 대하여 순차 스타트 신호(Start(p))의 펄스가 입력되고, 각각의 행 선택용 배선에 오버플로우 방지 신호가 출력되어도 된다. 또, P개의 시프트 레지스터(511~51p) 중 단선되어 있는 행 선택용 배선에 접속되어 있는 시프트 레지스터(51p)에 대해서만 스타트 신호(Start(p))의 펄스가 입력되어도 된다. 전자의 경우, 소비 전력이 작으므로 매우 적합하다. 또, 후자의 경우, 행 선택용 배선의 양단으로부터의 행 선택 제어 신호 및 오버플로우 방지 신호 각각의 입력 타이밍이 어긋난 경우에 생기는 행 선택부(30A) 또는 오버플로우 방지부(50A)로의 돌입 전류의 영향이 작으므로, 이 점에서도 매우 적합하다.
도 6은 행 선택부(30) 및 오버플로우 방지부(50)의 제2 구성예를 나타내는 도면이다. 도 6의 제2 구성예에서, 도 1에 있어서 행 선택부(30)로서의 행 선택부(30B)는 M 비트의 시프트 레지스타(33) 및 M개의 디지털 버퍼(341~34M)를 포함한다. 또, 도 1에 있어서 오버플로우 방지부(50)로서의 오버플로우 방지부(50B)는 M 비트의 시프트 레지스터(53) 및 M개의 3 스테이트 버퍼(541~54M)를 포함한다.
행 선택부(30B)에서는 제어부(60)로부터 스타트 신호의 펄스가 입력되면, 클록 신호에 동기하여 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))가 순차 일정 주기로 출력된다. 행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 디지털 버퍼(34m)를 거쳐 제m행 선택용 배선(LV,m)에 출력된다.
오버플로우 방지부(50B)에서는 제어부(60)로부터 스타트 신호의 펄스가 입력되면, 클록 신호에 동기하여, 오버플로우 방지 신호가 행마다 순차 일정 주기로 출력된다. 제m행 선택용 배선(LV,m)에 대응하여 출력된 오버플로우 방지 신호는 3 스테이트 버퍼(54m)에 입력되고, 제어부(60)로부터 부여되는 인에이블 신호(Enable)가 하이 레벨이면 3 스테이트 버퍼(54m)로부터 제m행 선택용 배선(LV,m)에 출력된다. 그렇지만 인에이블 신호(Enable)가 로 레벨이면, 3 스테이트 버퍼(54m)의 출력 단자는 하이 임피던스 상태로 된다.
따라서, 이 오버플로우 방지부(50B)에서는 단선되어 있는 행 선택용 배선에 오버플로우 방지 신호가 선택적으로 출력 가능하다. 또, 단선되어 있지 않는 행 선택용 배선에 대응하는 3 스테이트 버퍼(54m)의 출력 단자를 하이 임피던스 상태로 함으로써, 행 선택부(30B) 또는 오버플로우 방지부(50B)로의 돌입 전류의 영향이 작다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치(1; 도 1)은 X선 CT 장치에 있어서 매우 적합하게 이용될 수 있다. 그래서 본 발명에 관한 고체 촬상 장치(1)를 구비한 X선 CT 장치의 일 실시예에 대해 이하 설명한다.
도 7은 본 발명에 관한 X선 CT 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도 7에 나타난 X선 CT 장치(100)에 있어서, X선원(106)은 피사체를 향하여 X선을 발생한다. X선원(106)으로부터 발생한 X선의 조사 필드는 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선원(106)은 X선관을 내장하고 있어, 그 X선관의 관전압, 관전류 및 통전 시간 등의 조건이 조정되는 것에 의해, 피사체로의 X선 조사량이 제어된다. X선 촬상기(107)는 2차원 배열된 복수의 화소부를 갖는 CMOS의 고체 촬상 장치를 내장하여, 피사체를 통과한 X선상(線像)을 검출한다. X선 촬상기(107)의 전방(前方)에는 X선 입사 영역을 제한하는 2차 슬릿판(107a)이 마련된다.
선회(旋回) 암(104)은 X선원(106) 및 X선 촬상기(107)를 대향시키도록 홀딩한 상태에서, 이들을 파노라마 단층 촬영시에 피사체의 주위에 선회시킨다. 또, 리니어 단층 촬영 시에는 X선 촬상기(107)를 피사체에 대해 직선 변위시키기 위한 슬라이드 기구(113)가 마련된다. 선회 암(104)은 회전 테이블을 구성하는 암 모터(110)에 의해 구동되고, 그 회전 각도가 각도 센서(112)에 의해 검출된다. 또, 암 모터(110)는 XY 테이블(114)의 가동부에 탑재되며, 회전 중심이 수평면 내에서 임의로 조정된다.
X선 촬상기(107)로부터 출력되는 화상 신호는 AD 변환기(120)에 의해 예를 들어 10 비트(=1024 레벨)의 디지털 데이터로 변환된다. 그리고 이 디지털 데이터는 CPU(중앙 처리 장치; 121)에 일단 수용된 후, 플레임 메모리(122)에 격납된다. 플레임 메모리(122)에 격납된 화상 데이터로부터, 소정의 연산 처리에 의해 임의의 단층면을 따른 단층 화상이 재생된다. 재생된 단층 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되어, DA 변환기(125)에 의해 아날로그 신호로 변환된다. 그 후, 아날로그 신호로 변환된 단층 화상은 CRT(음극 선관) 등의 화상 표시부(126)에 의해 표시되어, 각종 진단에 제공된다.
CPU(121)에는 신호 처리에 필요한 워크 메모리(123)가 접속되고, 추가로 패널 스위치나 X선 조사 스위치 등을 구비한 조작 패널(119)이 접속되어 있다. 또, CPU(121)는 암 모터(110)를 구동하는 모터 구동 회로(111), 1차 슬릿판(106b) 및 2차 슬릿판(107a)의 개구 범위를 제어하는 슬릿 제어 회로(115, 116), X선원(106)을 제어하는 X선 제어 회로(118)에 각각 접속되고, 다시 X선 촬상기(107)를 구동하기 위한 클록 신호를 출력한다.
X선 제어 회로(118)는 X선 촬상기(107)에 의해 촬상된 신호에 기초하여, 피사체로의 X선 조사량을 귀환 제어하는 것이 가능하다.
이상과 같이 구성되는 X선 CT 장치(100)에 있어서, X선 촬상기(107)는 상술한 바와 같은 구조를 갖는 고체 촬상 장치(1; 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 일 실시예)의 수광부(10), 신호 독출부(20), 행 선택부(30), 열 선택부(40), 오버플로우 방지부(50) 및 제어부(60)에 상당하며, 수광부(10)의 전면(前面)에는 신틸레이터 패널이 마련되어 있다.
X선 CT 장치(100)는 도 1에 나타낸 구조를 갖는 고체 촬상 장치(1)를 구비하고 있는 것에 의해, 결함 라인 근방에 있어서도 해상도가 높은 단층 화상을 얻을 수 있다. 특히, X선 CT 장치에서는 단기간에 다수(예를 들어 300)의 프레임 데이터를 연속적으로 취득함과 아울러, 고체 촬상 장치(1)의 수광부(10)로의 입사 광량이 프레임마다 변동한다. 그 때문에, 결함 라인 상의 화소부로부터 인접 라인 상의 화소부로 오버플로우되는 전하의 양은 프레임마다 변동한다. 이와 같은 X선 CT 장치에 있어서, 그 고체 촬상 장치(1)를 구비함으로써, 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있는 경우라도 높은 해상도의 화상을 얻을 수 있다.
이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 다양하게 변형할 수 있음은 명백하다. 그와 같은 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로는 인정할 수 없으며, 모든 당업자에 있어서 자명한 개량은 이하의 청구 범위에 포함되는 것이다.
1ㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
1Oㆍㆍㆍ수광부,
20ㆍㆍㆍ신호 독출부,
30ㆍㆍㆍ행 선택부,
40ㆍㆍㆍ열 선택부,
50ㆍㆍㆍ오버플로우 방지부,
60ㆍㆍㆍ제어부,
P1,1~PM,Nㆍㆍㆍ화소부,
PDㆍㆍㆍ포토다이오드,
SW1ㆍㆍㆍ독출용 스위치,
S1~SNㆍㆍㆍ적분 회로,
C2ㆍㆍㆍ적분용 용량 소자,
SW2ㆍㆍㆍ방전용 스위치,
A2ㆍㆍㆍ앰프,
H1~HNㆍㆍㆍ홀딩 회로,
C3ㆍㆍㆍ홀딩용 용량 소자,
SW31ㆍㆍㆍ입력용 스위치,
SW32ㆍㆍㆍ출력용 스위치,
LV,mㆍㆍㆍ제m행 선택용 배선,
LH,nㆍㆍㆍ제n렬 선택용 배선,
LO,nㆍㆍㆍ 제n열 독출용 배선,
LRㆍㆍㆍ방전 제어용 배선,
LHㆍㆍㆍ홀딩 제어용 배선,
Loutㆍㆍㆍ전압 출력용 배선.

Claims (8)

  1. M(2 이상의 정수)행 N(2 이상의 정수)열의 매트릭스를 구성하도록 2차원 배열된 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 갖는 수광부로서, 상기 화소부(P1,1~PM,N)의 각각이 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 포함하고 있는 수광부와,
    상기 수광부에 있어서 제n(1 이상 N 이하의 정수)열에 속하는 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속된 독출용 배선(LO,n)으로서, 상기 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를, 대응하는 독출용 스위치를 통하여 독출하는 독출용 배선(LO,n)과,
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 각각에 접속된 신호 독출부로서, 상기 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 일단 홀딩한 후, 그 홀딩한 전압값을 순차 출력하는 신호 독출부와,
    상기 수광부에 있어서 제m행에 속하는 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속된 행 선택용 배선(LV,m)으로서, 이들 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 신호를 이들 독출용 스위치로 전달하는 행 선택용 배선(LV,m)과,
    상기 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 일단과 접속된 행 선택부로서, 상기 수광부에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 행 선택 제어 신호를 행마다 순차 행 선택용 배선(LV,m)에 출력하고, 그 행 선택용 배선에 의해 접속된 그 각 화소부(Pm,n)에 있어서 독출용 스위치를 닫는 것에 의해, 그 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를 독출용 배선(LO,n)에 출력시키는 행 선택부와,
    상기 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 각각의 타단과 접속된 오버플로우(overflow) 방지부로서, 상기 수광부에 있어서 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어하는 오버플로우 방지 신호를 어느 행 선택용 배선(LV,m)에 출력하고, 그 행 선택용 배선에 의해 접속된 그 각 화소부(Pm,n)에 있어서 독출용 스위치를 닫는 것에 의해, 그 각 화소부(Pm,n)에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하가 그 화소부의 밖으로 오버플로우되는 것을 방지하는 오버플로우 방지부를 구비하고,
    상기 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선에 상기 오버플로우 방지 신호를 출력할 때에, 상기 행 선택부로부터 그 행 선택용 배선으로의 행 선택 제어 신호의 출력과 동일 타이밍으로 상기 오버플로우 방지 신호를 출력하는 고체 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선에 선택적으로 상기 오버플로우 방지 신호를 출력하는 고체 촬상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 오버플로우 방지부는 행 선택용 배선(LV,1~LV,M) 중 어느 행 선택용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 행 선택용 배선 및 이것에 인접하는 행 선택용 배선 각각에 상기 오버플로우 방지 신호를 출력하는 고체 촬상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 독출부는 상기 수광부의 각 열에 대응하도록 각각 마련된 N개의 홀딩 회로를 가지는 고체 촬상 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 행 선택부에 대해서 상기 행 선택 제어 신호를 출력하고, 상기 오버플로우 방지부에 대해서 상기 오버플로우 방지 신호를 출력하고, 그리고 상기 신호 독출부의 상기 N개의 홀딩 회로 각각에 대해서 홀딩 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 구비하는 고체 촬상 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 홀딩 제어 신호의 상승 및 하강이 상기 행 선택 신호 및 상기 오버플로우 방지 신호의 상승 및 하강에 대해서 시간적으로 겹치지 않도록, 상기 제어부는 상기 홀딩 제어 신호의 출력 타이밍을 제어하는 고체 촬상 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 수광부의 각 변은 10cm를 초과하는 길이를 갖는 고체 촬상 장치.
  8. 피사체를 향하여 X선을 출력하는 X선 출력부와,
    상기 X선 출력부로부터 출력되어 상기 피사체를 거쳐 도달한 X선을 수광하여 촬상하는 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치와,
    상기 X선 출력부 및 상기 고체 촬상 장치를 상기 피사체에 대하여 상대 이동시키는 이동 수단과,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 프레임 데이터를 입력하고, 그 프레임 데이터에 기초하여 상기 피사체의 단층 화상을 생성하는 화상 해석부를 구비한 X선 CT 장치.
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