KR101552367B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

고체 촬상 장치(1)는 화소가 M행 NA열에 배열되어 이루어지는 화소 배열(10A)을 가지는 반도체 기판(3A)와, 화소가 M행 NB열에 배열되어 이루어지고, 그 제1열이 화소 배열(10A)의 제NA열을 따라 배치된 화소 배열(10B)을 가지는 반도체 기판(3B)과, 신호 출력부(20)를 구비한다. 신호 출력부(20)는 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열(2
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n
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NA)까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제n열로부터 제1열까지 순차로 출력함과 아울러, 이 출력과 병행하여, 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터 화소 배열(10B)의 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 화소 배열(10A)의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력한다. 이로 인해, 2매의 기판 상에 형성된 각 화소 배열이 행 방향에 타일링된 구성을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간이 단축된다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE}
본 발명은 입사한 X선상(線像)에 따른 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
X선 촬영 기술에 있어서, 최근, X선 감광 필름 대신에, 고체 촬상 소자를 사용한 X선 촬상 시스템이 광범위하게 사용되어 왔다. 이러한 X선 촬상 시스템은 X선 감광 필름과 같이 현상할 필요가 없고, 실시간으로 X선 화상을 확인할 수 있는 등 편리성이 높고, 데이터의 보존성이나 취급의 용이성 면에서도 우위인 점을 갖는다. 예를 들어 치과의 진단에 있어서 X선 촬영에서도, 파노라마, 세팔로(cephalo), CT라고 하는 각종 촬상 모드에서 이와 같은 X선 촬상 시스템이 보급되고 있다. 일례로서, 특허 문헌 1에 개시된 치과용 X선 촬영 장치는 X선원으로부터 출력되어 피사체를 투과한 X선을, CCD 방식을 구비하는 X선 검출 소자에 의해 촬상한다.
또, 이와 같은 X선 촬상 시스템에 사용되는 고체 촬상 장치로서는 CMOS 기술을 사용한 것이 알려져 있고, 그 중에서도 패시브 픽셀 센서(PPS: Passive Pixel Sensor) 방식의 것이 알려져 있다. PPS 방식의 고체 촬상 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드를 포함하는 PPS형의 화소가 M행 N열에 2차원 배열된 화소 배열을 구비하고, 각 화소에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하를 적분 회로에 있어서 전압값으로 변환하고, 다시 이 전압값을 디지털값으로 변환하여 출력하는 것이다.
일반적으로, 각 열의 M개의 화소 각각의 출력단은 그 열에 대응하여 마련되어 있는 독출용 배선을 통해, 그 열에 대응하여 마련되어 있는 적분 회로의 입력단과 접속되어 있다. 그리고 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하는 제1행으로부터 제M행까지 순차로 행마다, 당해 열에 대응하는 독출용 배선을 통해 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 제1열로부터 제N열까지 순차로 아날로그/디지털 변환기에 입력된다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1: 일본 특개 2004-208754호 공보
상술한 X선 촬상 시스템에 있어서, 고체 촬상 장치의 화소 배열에 요구되는 크기는 그 촬상 용도에 따라 다양하지만, 예를 들어 치과의 진단에 있어서 X선 촬영에서는 세팔로 촬영에 있어서 화소 배열의 긴 방향의 폭이 22cm 이상이라고 한 장척(長尺)의 고체 촬상 장치가 요구된다. 이와 같은 장척의 고체 촬상 장치가 요구되면, 그 고체 촬상 장치의 생산에 사용되는 반도체 웨이퍼의 직경에 의해서는 단일의 기판 상에 당해 고체 촬상 장치를 제작하는 것이 곤란한 경우가 있다. 이와 같은 경우, 고체 촬상 장치에 요구되는 치수보다 짧은 2매의 기판을 장척 방향에 늘어놓고, 각각의 화소 배열을 합쳐서 하나의 고체 촬상 장치로서 사용(이른바 타일링(tiling))함으로써, 요구 치수를 만족시킬 수 있다.
그렇지만 기판의 단부와, 이 기판 상에 제작되는 화소 배열의 단부와의 사이의 틈새를 없애는 것은 제조 상 곤란하므로, 2매의 기판을 늘어놓고 사용하는 경우, 이 화소 배열끼리의 경계 부분(이음매)에는 X선상이 촬상되지 않는 영역(데드 에어리어)이 생기고 만다. 촬상 용도에 따라서는 이와 같은 데드 에어리어의 위치에 제한이 있는 경우가 있다. 예를 들어 치과의 세팔로 촬영에 있어서는 고체 촬상 장치의 장척 방향을 상하 방향(연직(鉛直) 방향)과 일치시킨 상태에서 고체 촬상 장치를 횡 방향(수평 방향)으로 이동시키면서 촬상을 행하지만, X선상의 중심 부근에 턱관절이 존재하기 때문에, 타일링된 화소 배열 전체의 중심 부근에 데드 에어리어가 존재하면, 진단 상 중요한 부분의 화상 데이터가 결손할 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 경우에는 2매의 기판에 있어서 화소 배열 각각의 장척 방향의 폭을 서로 다르게 함으로써, 데드 에어리어의 위치를 중심 부근으로부터 벗어나도록 하는 것이 필요하게 된다.
여기서, 상술한 PPS 방식의 고체 촬상 장치를 구성하는 2매의 기판을 각 화소 배열의 행 방향에 병치(竝置)한 경우, 각 기판의 화소 배열의 장척 방향의 폭이 서로 다르면, 각 기판의 화소 배열의 열수가 서로 다르게 되어, 다음의 문제가 생긴다. 즉, PPS 방식의 고체 촬상 장치에서는 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하가 각 열마다 전압값으로 변환되고, 다시 디지털값으로 변환되지만, 그 디지털값을 2매의 기판으로부터 병행하여 출력하면, 모든 열의 디지털값을 출력이 종료되기까지 필요한 시간이 각 기판에서 다르며, 열수가 많은 쪽의 기판으로부터 디지털값을 출력이 종료되기까지의 동안, 열수가 적은 쪽의 기판은 대기 상태로 되지 않을 수 없고, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간이 길어지고 만다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 2매의 기판 상에 형성된 각 화소 배열이 행 방향에 타일링된 구성을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을 단축시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, 입사한 X선상에 따라 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치로서, 포트다이오드를 각각 포함하는 M×NA개(M 및 NA는 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NA열에 2차원 배열되어 이루어지는 제1 화소 배열을 가지는 제1 기판과; 포트다이오드를 각각 포함하는 M×NB개(NB는 NA보다 작은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NB열에 2차원 배열되어 이루어지고, 그 제1열이 제1 화소 배열의 제NA열을 따라 배치된 제2 화소 배열을 가지는 제2 기판과; 제1 및 제2 화소 배열의 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포트다이오드와 독출용 스위치를 통해 접속된 (NA+NB)개의 독출용 배선과; 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 하나 또는 복수의 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털값으로 변환하여 출력하는 신호 출력부와; 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 제1 및 제2 화소 배열에 출력하는 신틸레이터를 구비하고, 제1 화소 배열의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열, 및 제2 화소 배열의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열이, 입사 X선으로부터 차폐(遮蔽)된 불감(不感)영역으로 되어 있고, 신호 출력부는 제1 화소 배열의 제1열로부터 제n열(2
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n
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NA)까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1열로부터 개시되어 제n열까지, 또는 제n열로부터 개시되어 제1열까지 순차로 출력함과 아울러, 이 출력과 병행하여, 제1 화소 배열의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 제2 화소 배열의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1 화소 배열의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서는, 제1 화소 배열을 가지는 제1 기판과, 제1 화소 배열보다 열수가 적은 제2 화소 배열을 가지는 제2 기판이, 제1 화소 배열의 제NA열과 제2 화소 배열의 제1열이 서로를 따르도록 타일링되어 있다. 즉, 이 고체 촬상 장치는 제1 화소 배열의 제1열로부터 제NA열에 제2 화소 배열의 제1열로부터 제NB(
Figure 112010050087409-pct00003
NA)열을 더한 (NA+NB)열의 화소 배열을 가지고 있다.
그리고 신호 출력부는 디지털값을 데이터 버스 등에 출력할 때, 제1 화소 배열의 제n열 이전의 각 열(즉 제1열로부터 제n열까지)에 대응하는 디지털값과, 제(n+1)열 이후의 각 열 및 제2 화소 배열의 제1열 내지 제NB열(즉, 제1 화소 배열의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 제2 화소 배열의 제1열을 경유하여 제NB열까지)에 대응하는 디지털값을 병행하여 출력한다. 이와 같이, 열수가 많은 제1 화소 배열의 제1열과 제NA열 사이의 열(제n열)을 경계로 출력 동작을 분할하고 디지털값을 병행하여 출력시킴으로써, 분할된 일방 영역의 열수와 타방 영역의 열수를 서로 같거나 또는 가까운 열수로 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 의하면, 예를 들어 제1 화소 배열의 제1열 내지 제NA열로부터 디지털값을 출력시키고, 이와 병행하여 제2 화소 배열의 제1열 내지 제NB열로부터 디지털값을 출력시키는 방식에 비해, 출력 동작에 있어서 대기 시간을 제로(0)에 근접시킬 수 있어, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서는, 제1 화소 배열의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열, 및 제2 화소 배열의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열이, 입사 X선으로부터 차폐된 불감 영역으로 되어 있다. 입사한 X선상에 따른 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치에 있어서는 화소 배열의 옆에 배치되는 시프트 레지스터 등의 회로 부분을 X선으로부터 보호하기 위해, X선 차폐 부재에 의해 화소 배열의 주위가 덮이는 경우가 많다. 그리고 X선 차폐 부재가 화소 배열의 일부까지 걸리면, 상기한 불감 영역이 화소 배열에 생긴다. 신호 출력부로부터 출력되는 디지털값 중에서, 이 불감 영역에 포함되는 화소와 대응하는 디지털값은 X선상과 관계 없는 무효 데이터로 된다.
이와 같은 경우, 제n열을 경계로 분할된 일방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순과, 타방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순을 같은 순서로 하면, 다음과 같은 문제가 생긴다. 신호 출력부로부터 출력된 디지털값은 데이터 버스 등을 통해 다른 전자 회로(CPU 등)에 보내지지만, 이 때 일방의 영역에서는 불감 영역에 상당하는 디지털값(무효 데이터)이 최초로 출력되고, 타방의 영역에서는 무효 데이터가 마지막에 출력되는 것으로 된다. 이와 같이, 디지털값의 출력순에 있어서 무효 데이터의 위치가 각 영역에서 다르면, 다른 전자 회로에서 실시간 처리를 행할 때 장벽이 된다.
이와 같은 과제를 아울러 해결하기 위해, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서는 제n열을 경계로 분할된 일방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순과 타방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순이, 서로 역순으로 되어 있다. 즉, 신호 출력부는 제1 화소 배열의 제1 열로부터 제n열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1열로부터 개시되어 제n열까지, 또는 제n열로부터 개시되어 제1열까지 순차로 출력함과 아울러, 제1 화소 배열의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 제2 화소 배열의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1 화소 배열의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력한다. 신호 출력부가 디지털값을 이와 같은 순서로 데이터 버스 등에 출력함으로써, 디지털값의 출력순에 있어서 무효 데이터의 위치를 각 영역에서 서로 일치시킬 수 있고, 다른 전자 회로에서 실시간 처리를 용이하게 행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 2매의 기판 상에 형성된 각 화소 배열이 행 방향에 타일링된 구성을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 X선 촬상 시스템(100)의 구성도이다.
도 2는 피사체(A; 피검사자의 머리 부분)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1) 및 X선 발생 장치(106)가 피사체(A)에 대해 직선 변위하는 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 고체 촬상 장치(1)의 평면도.
도 4는 (a) 도 3의 IVa-IVa 선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도, 및 (b) 도 3의 IVb-IVb 선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도이다.
도 5는 고체 촬상 장치(1)의 내부 구성을 나타내는 도면으로서, 복수의 신호 독출부(21A ~ 21L) 중 하나의 신호 독출부에 대응하는 화소 배열(10A(10B))의 부분(화소 블록)을 대표하여 나타내고 있다.
도 6은 고체 촬상 장치(1)의 상기 화소 블록에 포함되는 화소(Pm ,j), 적분 회로(Sj) 및 홀딩 회로(Hj) 각각의 회로도이다.
도 7은 화소 배열(10A)의 제1열 ~ 제n열에 포함되는 화소 블록의 동작과, 이 화소 블록에 대응하는 신호 출력부(20)의 동작을 설명하는 타이밍차트이다.
도 8은 화소 배열(10A)의 제(n+1)열 ~ 제NA열, 및 화소 배열(10B)의 제1열 ~ 제NB열에 포함되는 화소 블록의 동작과, 이 화소 블록에 대응하는 신호 출력부(20)의 동작을 설명하는 타이밍차트이다.
도 9는 화소 배열(10A)의 제1열 ~ 제n열에 포함되는 화소 블록에 대응하여 마련된 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)의 입출력 동작을 설명하는 타이밍차트이다.
도 10은 화소 배열(10A)의 제(n+1)열 ~ 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열 ~ 제NB열에 포함되는 화소 블록에 대응하여 마련된 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)의 입출력 동작을 설명하는 타이밍차트이다.
도 11은 (a) 2개의 화소 배열(110A, 110B)가 상하 방향에 타일링되어 수평 방향에 평행 이동하면서 촬상을 행하는 형태를 나타내는 도면, 및 (b) 2개의 화소 배열(120A, 120B)가 상하 방향에 타일링되어 수평 방향에 평행 이동하면서 촬상을 행하는 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 (a) 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서, 장척 방향의 폭이 넓은 복수의 화소 배열(120A) 및 장척 방향의 폭이 좁은 복수의 화소 배열(120B)의 면붙임(面付)을 행한 형태를 나타내는 도면, 및 (b) 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 장척 방향의 폭이 같은 복수의 화소 배열(110)의 면붙임을 행한 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은 (a) ~ (h) 일방의 화소 배열의 8개 화소 블록에 각각 대응하는 8개 FIFO 데이터 버퍼(1 ~ 8)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트, 및 (i) ~ (l) 타방의 화소 배열의 4개 화소 블록에 각각 대응하는 4개 FIFO 데이터 버퍼(9 ~ 12)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트이다.
도 14는 (a) ~ (h) 일방의 화소 배열의 8개 화소 블록에 각각 대응하는 8개 FIFO 데이터 버퍼(1 ~ 8)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트, 및 (i) ~ (l) 타방의 화소 배열의 4개 화소 블록에 각각 대응하는 4개 FIFO 데이터 버퍼(9 ~ 12)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트이다.
도 15는 각 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)로부터의 디지털값의 출력순을 나타내는 타이밍차트이다.
도 16은 (a) 막 형상의 신틸레이터(4A, 4B)가 표면에 각각 증착된 반도체 기판(3A, 3B)을 동일 평면 상에서 인접시켜 늘어놓는 방식을 나타내는 도면, (b) 동일 평면 상에 반도체 기판(3A, 3B)을 인접시켜 늘어놓고, 반도체 기판(3A, 3B)이 병치된 후에 신틸레이터(4A, 4B)가 일괄하여 증착되는 방식을 나타내는 도면, 및 (c) 반도체 기판(3A)의 단부(端部)에 반도체 기판(3B)의 단부가 겹치도록 반도체 기판(3A, 3B)을 늘어놓는 방식을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 구비한 의료용 X선 촬상 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 X선 촬상 시스템(100)은 주로 치과 의료에 있어서 파노라마 촬영, 세팔로 촬영, CT 촬영이라고 한 촬상 모드를 구비하고 있고, 피검자의 턱부의 X선상을 촬상한다. X선 촬상 시스템(100)은 고체 촬상 장치(1)와 X선 발생 장치(106)를 구비하고 있고, X선 발생 장치(106)로부터 출력되어 피사체(A; 즉 피검자의 턱부)를 투과한 X선을 고체 촬상 장치(1)에 의해 촬상한다.
X선 발생 장치(106)는 피사체(A)에 향해 X선을 발생한다. X선 발생 장치(106)로부터 발생한 X선의 조사 영역은 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선 발생 장치(106)에는 X선관이 내장되어 있고, 그 X선관의 관(管) 전압, 관 전류 및 통전 시간 등의 조건이 조정됨으로써, 피사체(A)로의 X선 조사량이 제어된다. 또, X선 발생 장치(106)는 1차 슬릿판(106b)의 개구 범위가 제어됨으로써, 어느 촬상 모드시에는 소정의 분기각에서 X선을 출력하고, 다른 촬상 모드에서는 이 소정의 분기각보다 좁은 분기각에서 X선을 출력할 수 있다.
고체 촬상 장치(1)는 2차원 배열된 복수의 화소를 가지는 CMOS형의 고체 촬상 장치이고, 피사체(A)를 통과한 X선상을 전기적인 화상 데이터(D)로 변환한다. 고체 촬상 장치(1)의 전방에는 X선 입사 영역을 제한하는 2차 슬릿판(107)이 마련된다.
X선 촬상 시스템(100)은 선회(旋回) 암(104)을 추가로 구비하고 있다. 선회 암(104)은 X선 발생 장치(106)와 고체 촬상 장치(1)를 서로 대향시키도록 홀딩하고, CT 촬영이나 파노라마 촬영 시에 이를 피사체(A)의 주위에 선회시킨다. 또, 세팔로 촬영이나 리니어 단층 촬영 시에는 고체 촬상 장치(1) 및 X선 발생 장치(106)를 피사체(A)에 대해 직선 변위시키기 위한 슬라이드 기구(113)가 마련된다. 선회 암(104)은 회전 테이블을 구성하는 암 모터(109)에 의해 구동되고, 그 회전 각도가 각도 센서(112)에 의해 검출된다. 또, 암 모터(109)는 XY 테이블(114)의 가동부에 탑재되어 회전 중심이 수평면 내에서 임의로 조정된다.
고체 촬상 장치(1)로부터 출력되는 화상 데이터(D)는 CPU(중앙 처리 장치; 121)에 일단 취입된 후, 프레임 메모리(122)에 격납된다. 프레임 메모리(122)에 격납된 화상 데이터로부터, 소정의 연산 처리에 의해 임의의 단층면을 따른 단층 화상이나 파노라마 화상, 세팔로 화상 등이 재생된다. 재생된 이 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되어, DA 변환기(125)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후, CRT(음극선관)등의 화상 표시부(126)에 의해 표시되어, 각종 진단에 제공된다.
CPU(121)에는 신호 처리에 필요한 워크 메모리(123)가 접속되고, 또 패널 스위치나 X선 조사 스위치 등을 구비한 조작 패널(119)이 접속되어 있다. 또, CPU(121)는 암 모터(109)를 구동하는 모터 구동 회로(111), 1차 슬릿판(106b) 및 2차 슬릿판(107)의 개구 범위를 제어하는 슬릿 제어 회로(115 및 116), 및 X선 발생 장치(106)를 제어하는 X선 제어 회로(118)에 각각 접속되고, 추가로 고체 촬상 장치(1)를 구동하기 위한 클록 신호를 출력한다. X선 제어 회로(118)는 고체 촬상 장치(1)에 의해 촬상된 신호에 기초하여, 피사체로의 X선 조사량을 귀환 제어한다.
도 2는 피사체(A; 피검자의 머리 부분)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1) 및 X선 발생 장치(106)가 피사체(A)에 대해 직선 변위하는 형태를 나타내는 도면이다. 세팔로 촬영시, 고체 촬상 장치(1) 및 X선 발생 장치(106)는 슬라이드 기구(113)에 의해, 피사체(A)를 끼운 양측에 있어서 서로 대향한 상태를 홀딩하면서 동일 방향(도면 중 화살표 B)에 직선 이동하면서, 피사체(A)에 X선을 조사하고, 피사체(A)를 통과한 X선상의 촬상을 연속하여 행한다.
도 3 및 도 4는 본 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3은 고체 촬상 장치(1)의 평면도이다. 도 4(a)는 도 3의 IVa-IVa 선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도이고, 도 4(b)는 도 3의 IVb-IVb 선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도이다. 또한, 도 3 및 도 4에는 이해를 용이하게 하기 위해 XYZ 직교 좌표계를 아울러 나타내고 있다.
도 3 및 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 반도체 기판(3A; 제1 기판) 및 반도체 기판(3B; 제2 기판)을 구비하고 있고, 이 2매의 반도체 기판(3A, 3B)에 의해 하나의 촬상 영역이 구성되어 있다. 고체 촬상 장치(1)의 촬상 영역에 요구되는 크기는 그 촬상 용도에 따라 여러 가지이지만, 치과의 진단에 있어서 X선 촬영에서는 세팔로 촬영에 있어서 촬상 영역의 긴 방향의 폭이 22cm 이상이라고 한 장척의 것이 요구된다. 그래서, 본 실시 형태와 같이, 고체 촬상 장치(1)에 요구되는 치수보다 짧은 2매의 반도체 기판(3A, 3B)을 장척 방향에 늘어놓고, 각각의 화소 배열(10A, 10B)을 합쳐서 하나의 촬상 영역으로서 사용(이른바 타일링)함으로써, 요구 치수를 만족시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 2매의 반도체 기판(3A, 3B)을 늘어놓고 사용하는 경우, 이 화소 배열의 경계 부분(이음매)에는 X선상이 촬상되지 않는 영역(데드 에어리어(C))이 생기고 만다. 이는 반도체 기판(3A 및 3B) 각각의 단부와, 이 반도체 기판(3A, 3B) 상에 제작되는 화소 배열(10A, 10B) 각각의 단부와의 틈새를 없애는 것이 제조 상 곤란하기 때문이다.
고체 촬상 장치(1)는 반도체 기판(3A)의 주면(主面)에 각각 형성된 화소 배열(10A; 제1 화소 배열) 및 주사 시프트 레지스터(30)와, 반도체 기판(3B)의 주면에 각각 형성된 화소 배열(10B; 제2 화소 배열) 및 주사 시프트 레지스터(30B)를 구비하고 있다. 또, 고체 촬상 장치(1)는 신호 출력부(20)를 추가로 구비하고 있고, 이 신호 출력부(20)는 반도체 기판(3A)의 주면에 형성된 복수의 신호 독출부(21A ~ 21H)와, 반도체 기판(3B)의 주면에 형성된 복수의 신호 독출부(21I~ 21L)와, 각 신호 독출부(21A ~ 21L)에 대응하는 복수의 아날로그/디지털(A/D) 변환기(22A ~ 22L)와, 각 A/D 변환기(22A ~ 22L)에 대응하는 복수의 FIFO(First-In-First-Out) 데이터 버퍼(23A ~ 23L)를 가지고 있다.
또, 고체 촬상 장치(1)는 평판 형상의 기재(基材; 2), 신틸레이터(4A, 4B) 및 X선 차폐 부재(5)를 구비하고 있다. 상술한 반도체 기판(3A, 3B)는 기재(2)에 첩부(貼付)되고, 신틸레이터(4A 및 4B)는 반도체 기판(3A) 상 및 반도체 기판(3B) 상에 각각 배치되어 있다. 신틸레이터(4A 및 4B)는 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선상을 광상으로 변환하고, 이 광상을 화소 배열(10A 및 10B)에 각각 출력한다. 신틸레이터(4A, 4B)는 화소 배열(10A, 10B)을 덮도록 각각 설치되거나, 또는 화소 배열(10A, 10B) 상에 증착에 의해 각각 마련된다. X선 차폐 부재(5)는 X선의 투과율이 극히 낮은 납 등의 재료로 이루어진다. X선 차폐 부재(5)는 반도체 기판(3A, 3B)의 주연부(周緣部), 특히 주사(走査) 시프트 레지스터(30A, 30B) 및 신호 독출부(21A ~ 21L)가 배치된 영역을 덮고 있고, 주사 시프트 레지스터(30A, 30B) 및 신호 독출부(21A ~ 21L)로의 X선의 입사를 방지한다.
화소 배열(10A)은 M×NA개의 화소(P; 도 4(a), (b)를 참조)가 M행 NA열에 2차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 또, 화소 배열(10B)은 M×NB개의 화소(P)가 M행 NB열에 2차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 또한, 도 3에 있어서, 열 방향은 X축 방향과 일치하고, 행 방향은 Y축 방향과 일치한다. M, NA, NB 각각은 2 이상의 정수이고, NA>NB를 만족한다. 또, 화소 배열(10A, 10B)에 있어서 행 방향의 화소(P)의 수 (NA+NB)는 열 방향의 화소(P)의 수 M보다 많은 것이 바람직하다. 그 경우, 화소 배열(10A 및 10B)로 이루어지는 촬상 영역은 행 방향(Y축 방향)을 긴 방향으로 하고, 열 방향(X축 방향)을 짧은 방향으로 하는 장방 형상을 나타낸다. 각 화소(P)는 예를 들어 100㎛ 피치로 배열되어 있고, PPS 방식의 것으로서 공통의 구성을 가지고 있다.
여기서, 도 3에 있어서, 화소 배열(10A)에 포함되는 NA열 중 가장 좌단에 위치하는 열(즉 Y 좌표가 가장 작은 열)을 제1열로 하고, 반대측의 우단에 위치하는 열을 제NA열로 한다. 또, 동일 도면에 있어서, 화소 배열(10B)에 포함되는 NB열 중 가장 좌단에 위치하는 열(Y 좌표가 가장 작은 열)을 제1열로 하고, 반대측의 우단에 위치하는 열을 제NB열로 한다. 이 경우, 본 실시 형태에서는 화소 배열(10B)의 제1열과 화소 배열(10A)의 제NA열이 서로를 따르도록 화소 배열(10A 및 10B)이 배치된다.
또, 화소 배열(10A)의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열은 X선 차폐 부재(5)에 의해 덮여 있어서, 입사 X선으로부터 차폐된 불감 영역으로 되어 있다. 즉, 이 열에는 광이 입사하지 않고 전하가 발생하지 않으므로, 촬상에는 기여하지 않는다. 동일하게, 화소 배열(10B)의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열도 또 X선 차폐 부재(5)에 의해 덮여 있고, 불감 영역으로 되어 있다. 따라서, 화소 배열(10A, 10B)에 있어서는 X선 차폐 부재(5)에 의해 덮인 이 화소 열을 제외한 다른 화소 열에 의해 촬상을 위한 유효한 영역이 구성된다. 환언하면, 고체 촬상 장치(1)에 있어서 유효 촬상 영역은 X선 차폐 부재(5)의 개구(5a)에 의해 규정된다.
신호 출력부(20)는 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 디지털값으로 변환하여 데이터 버스(DB)에 출력한다. 복수의 신호 독출부(21A ~ 21H)는 하나의 신호 독출부에 대해 화소 배열(10A)에 있어서 2 이상의 화소 열에 대응하여 마련되어 있고, 대응하는 화소열의 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 이 전압값을 대응하는 A/D 변환기(22A ~ 22H)에 각각 출력한다. 동일하게, 복수의 신호 독출부(21I~ 21L)는 하나의 신호 독출부에 대해 화소 배열(10B)에 있어서 2 이상의 화소 열에 대응하여 마련되어 있고, 대응하는 화소 열의 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 이 전압값을 대응하는 A/D 변환기(22I ~ 22L)에 각각 출력한다. 이 때, 주사 시프트 레지스터(30A 및 30B)는 각 화소(P)에 축적된 전하가 행마다 신호 독출부(21A ~ 21L)에 순차 출력되도록 각 화소(P)를 제어한다.
복수의 A/D 변환기(22A ~ 22L)는 대응하는 신호 독출부(21A ~ 21L)로부터 출력된 전압값을 입력하고, 그 입력된 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리를 실시하고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 생성한다. 복수의 A/D 변환기(22A ~ 22L)는 생성한 디지털값을 당해 A/D 변환기(22A ~ 22L)에 대응하는 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)에 출력한다.
복수의 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)는 화소 배열(10A)에 포함되는 NA열, 및 화소 배열(10B)에 포함되는 NB열의 각각에 대응하는 모든 디지털값이 갖추어진 후, 당해 디지털값을 데이터 버스(DB)에 출력한다. 이 때, FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)는 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열(22
Figure 112010050087409-pct00004
n〈NA)까지의 각 열에 대응하는 디지털값(도 3의 경계선(E)으로부터 좌측에 배치된 6개의 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 격납된 디지털값)을 순차로 데이터 버스(DB)에 출력한다. 그리고 이 출력 동작과 병행하여, FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)는 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값(도 3의 경계선(E)으로부터 우측에 배치된 6개의 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 격납된 디지털값)을 순차로 데이터 버스(DB)에 출력한다. 즉, 데이터 버스(DB)를 제어하는 CPU 등의 처리 장치로부터 본 경우, 경계선(E)으로부터 좌측에 배치된 6개의 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)가 하나의 출력 포트를 구성하고, 경계선(E)으로부터 우측에 배치된 6개의 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)가 별도의 출력 포트를 구성한다.
계속해서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 5는 고체 촬상 장치(1)의 내부 구성을 나타내는 도면으로서, 복수의 신호 독출부(21A ~ 21L) 중 하나의 신호 독출부에 대응하는 화소 배열(10A(10B))의 부분(화소 블록)을 대표하여 나타내고 있다. 화소 배열(10A(10B))에 있어서 당해 화소 블록은 화소(P1 ,i ~ PM ,k)가 M행(k-i+1)열에 2차원 배열되어 이루어진다. 화소(Pm ,j)는 제m행 제j열에 위치한다. 여기서, i, k는 1 이상의 정수이고, 1
Figure 112010050087409-pct00005
i
Figure 112010050087409-pct00006
k
Figure 112010050087409-pct00007
NA(또는 NB)를 만족시킨다. 또, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이고, j는 i 이상 k 이하의 각 정수이다. 제m행의 (k-i+1)개의 화소(Pm ,i ~ Pm ,k) 각각은 제m행 선택용 배선(LV ,m)에 의해 주사 시프트 레지스터(30A(또는 30B))와 접속되어 있다. 또한, 도 5에 있어서, 주사 시프트 레지스터(30A 및 30B)는 제어부(6)에 포함되어 있다.제j열의 M개의 화소(P1 ,j ~ PM ,j) 각각의 출력단은 제j열 독출용 배선(LO ,j)에 의해, 신호 독출부(21A ~ 21L)의 적분 회로(Sj)와 접속되어 있다.
신호 독출부(21A ~ 21L)의 각각은 (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 및 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk)를 포함한다. 각 적분 회로(Sj)는 공통의 구성을 가지고 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hj)는 공통의 구성을 가지고 있다. 각 적분 회로(Sj)는 독출용 배선(LO ,j)과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(Hj)에 출력한다. (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk)는 리셋용 배선(LR)에 의해 제어부(6)와 접속되고, 또 게인 설정용 배선(LG)에 의해 제어부(6)와 접속되어 있다. 각 홀딩 회로(Hj)는 적분 회로(Sj)의 출력단과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력한다. (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각은 홀딩용 배선(LH)에 의해 제어부(6)와 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hj)는 제j열 선택용 배선(LH ,j)에 의해 제어부(6)의 독출 시프트 레지스터(31A(또는 31B))와 접속되어 있다.
A/D 변환기(22A ~ 22L)는 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각으로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값을 입력하고, 그 입력한 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리를 행하고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)에 각각 출력한다.
제어부(6)의 주사 시프트 레지스터(30A(30B)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(LV ,m)에 출력하고, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 (k-i+1)개의 화소(Pm ,i ~ Pm ,k) 각각에 준다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))는 순차로 유의값(有意値)이 된다. 또, 제어부(6)의 독출 시프트 레지스터(31A(31B))는 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j))를 제j열 선택용 배선(LH ,j)에 출력하고, 이 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j))를 홀딩 회로(Hj)에 준다. (k-i+1)개의 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))도 순차로 유의값이 된다.
또, 제어부(6)는 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(LR)에 출력하고, 이 리셋 제어 신호(Reset)를 (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 각각에 준다. 제어부(6)는 게인 설정 신호(Gain)을 게인 설정용 배선(LG)에 출력하고, 이 게인 설정 신호(Gain)를 (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 각각에 준다. 제어부(6)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(LH)에 출력하고, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각에 준다. 또한, 제어부(6)는 도시하고 있지는 않으나, A/D 변환기(22A ~ 22L)에 있어서 A/D 변환 처리까지도 제어한다.
도 6은 고체 촬상 장치(1)의 상기 화소 블록에 포함되는 화소(Pm ,j), 적분 회로(Sj) 및 홀딩 회로(Hj) 각각의 회로도이다. 여기서는 화소(P1 ,i ~ PM ,k)를 대표하여 화소(Pm ,j)의 회로도를 나타내고, (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk)를 대표하여 적분 회로(Sj)의 회로도를 나타내고, 또 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk)를 대표하여 홀딩 회로(Hj)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m 행 제j열의 화소(Pm ,j) 및 제j열 독출용 배선(LO ,j)에 관련하는 회로 부분을 나타낸다.
화소(Pm ,j)는 포토다이오드(PD) 및 독출용 스위치(SW1)를 포함한다. 포토다이오드(PD)의 애노드 단자는 접지되고, 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 독출용 스위치(SW1)를 통해 제j열 독출용 배선(LO ,j)과 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW1)는 제어부(6)로부터 제m행 선택용 배선(LV ,m)을 통과한 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 화소 배열(10A)에 있어서 제m행의 NA개의 화소(Pm ,1 ~ Pm , NA), 및 화소 배열(10B)에 있어서 제m행의 NB개의 화소(Pm ,1 ~ Pm , NB) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 화소(Pm ,j)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때에 독출용 스위치(SW1)가 열리고, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제j열 독출용 배선(Lo ,j)에 출력되는 일 없이 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때에 독출용 스위치(SW1)가 닫히고, 그 때까지 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 독출용 스위치(SW1)를 경유하여 제j열 독출용 배선(Lo ,j)에 출력된다.
제j열 독출용 배선(Lo ,j)은 화소 배열(10A(또는 10B))에 있어서 제j열의 M개의 화소(P1 ,j ~ PM ,j) 각각의 독출용 스위치(SW1)와 접속되어 있다. 제j열 독출용 배선(Lo ,j)은 M개의 화소(P1 ,j ~ PM ,j) 중 어느 화소의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 이 화소의 독출용 스위치(SW1)를 통해 독출하고, 적분 회로(Sj)에 전송한다.
적분 회로(Sj)는 앰프(A2), 적분용 용량 소자(C21), 적분용 용량 소자(C22), 방전용 스위치(SW21) 및 게인 설정용 스위치(SW22)를 포함한다. 적분용 용량 소자(C21) 및 방전용 스위치(SW21)는 서로 병렬적으로 접속되어, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 또, 적분용 용량 소자(C22) 및 게인 설정용 스위치(SW22)는 서로 직렬적으로 접속되어, 게인 설정용 스위치(SW22)가 앰프(A2)의 입력 단자측에 접속되도록 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제j열 독출용 배선(LO ,j)과 접속되어 있다.
방전용 스위치(SW21)에는 제어부(6)로부터 리셋용 배선(LR)을 경유한 리셋 제어 신호(Reset)가 주어진다. 리셋 제어 신호(Reset)는 화소 배열(10A)에 대응하는 NA개의 적분 회로(S1 ~ SNA), 및 화소 배열(10B)에 대응하는 NB개의 적분 회로(S1 ~ SNB) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 게인 설정용 스위치(SW22)는 제어부(6)로부터 게인 설정용 배선(LG)을 경유한 게인 설정 신호(Gain)가 주어진다. 게인 설정 신호(Gain)는 화소 배열(10A)에 대응하는 NA개의 적분 회로(S1 ~ SNA), 및 화소 배열(10B)에 대응하는 NB개의 적분 회로(S1 ~ SNB) 각각의 게인 설정용 스위치(SW22)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 적분 회로(Sj)에서, 적분용 용량 소자(C21, C22) 및 게인 설정용 스위치(SW22)는 용량값이 가변인 귀환 용량부를 구성하고 있다. 즉, 게인 설정 신호(Gain)가 로 레벨이고 게인 설정용 스위치(SW22)가 열려 있을 때는 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C21)의 용량값과 같다. 한편, 게인 설정 신호(Gain)가 하이 레벨로서 게인 설정용 스위치(SW22)가 닫혀져 있을 때는 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C21, C22) 각각의 용량값의 합과 같다. 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW21)가 닫히고, 귀환 용량부가 방전되어, 적분 회로(Sj)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 리셋 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW21)가 열리고, 입력단에 입력된 전하가 귀환 용량부에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(Sj)로부터 출력된다.
홀딩 회로(Hj)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 통해 적분 회로(Sj)의 출력단과 접속되고, 출력용 스위치(SW32)를 통해 전압 출력용 배선(Lout)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)에는 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(LH)을 통과한 홀딩 제어 신호(Hold)가 주어진다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 화소 배열(10A)에 대응하는 NA개의 홀딩 회로(H1 ~ HNA), 및 화소 배열(10B)에 대응하는 NB개의 홀딩 회로(H1 ~ HNB)의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 신호이다. 출력용 스위치(SW32)에는 제어부(6)로부터 제j열 선택용 배선(LH ,j)을 통과한 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j))가 주어진다. 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j))는 홀딩 회로(Hj)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 신호이다.
이 홀딩 회로(Hj)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다. 또, 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j))가 하이 레벨일 때에, 출력용 스위치(SW32)가 닫히고, 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
제어부(6)는 화소 배열(10A(또는 10B))에 있어서 제m행의 (k-i+1)개의 화소(Pm ,i ~ Pm ,k) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 리셋 제어 신호(Reset)에 의해, (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 각각의 방전용 스위치(SW21)를 일단 닫은 후에 열도록 지시한 후, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))에 의해, 화소 배열(10A(10B))에 있어서 제m행의 (k-i+1)개의 화소(Pm ,i ~ Pm ,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)를 소정 기간에 걸쳐 닫도록 지시한다. 제어부(6)는 그 소정 기간에 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해, (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 입력용 스위치(SW31)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하도록 지시한다. 그리고 제어부(6)는 그 소정 기간 뒤에, 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))에 의해, (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 출력용 스위치(SW32)를 순차로 일정 기간만 닫도록 지시한다. 제어부(6)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 순차로 행한다.
이와 같이, 제어부(6)는 화소 배열(10A(10B))의 각 화소 블록에 포함되는 화소(P1 ,i ~ PM ,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(21A ~ 21L)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(6)는 M×(k-i+1)개의 화소(P1 ,i ~ PM ,k) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 각 프레임마다 신호 독출부(21A ~ 21L)로부터 반복하여 출력시킨다.
다음에, 고체 촬상 장치(1)의 동작에 대해 상세하게 설명한다. 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(6)에 의한 제어 하에서, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M)), (NA+NB)개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1) ~ Hsel(NA)) 및 Hsel(1) ~ Hsel(NB), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에서 레벨 변화함으로써, 화소 배열(10A 및 10B)에 입사된 광의 상을 촬상하여 프레임 데이터가 얻어진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW22)는 닫혀 있는 것으로 한다.
도 7은 화소 배열(10A)의 제1열 ~ 제n열(도 3에 나타낸 경계선(E)으로부터 좌측의 화소 배열)에 포함되는 화소 블록의 동작과, 이 화소 블록에 대응하는 신호 출력부(20)의 동작을 설명하는 타이밍차트이다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 적분 회로(Si ~ Sk) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 리셋 제어 신호(Reset), (b) 당해 화소 블록에 있어서 제1행의 화소(P1 ,i ~ P1 ,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 당해 화소 블록에 있어서 제2행의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), 및 (d) 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다.
또, 이 도면에는 다시 계속해서 순서대로, (e) 홀딩 회로(Hi)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제i열 선택 제어 신호(Hsel(i)), (f) 홀딩 회로(Hj)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j)), (g) 홀딩 회로(Hk -2)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제(k-2)열 선택 제어 신호(Hsel(k-2)), (h) 홀딩 회로(Hk -1)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제(k-1)열 선택 제어 신호 Hsel(k-1), 및, (i) 홀딩 회로(Hk)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 k열 선택 제어 신호(Hsel(k))가 나타나 있다.
제1행의 (k-i+1)개의 화소(P1 ,i ~ P1 ,k) 각각의 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)), (k-i+1)개의 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.
시각 t10으로부터 시각 t11까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C21, C22)가 방전된다. 또, 시각 t11보다 후의 시각 t12로부터 시각 t15까지의 기간, 제어부(6)로부터 제1행 선택용 배선(LV ,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 당해 화소 블록에 있어서 제1행의 (k-i+1)개의 화소(P1 ,i ~ P1,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t12 ~ t15) 내에 있어서, 시각 t13으로부터 시각 t14까지의 기간, 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t12 ~ t15) 내에서는 제1행의 각 화소(P1 ,i)의 독출용 스위치(SW1)가 닫혀 있고, 각 적분 회로(Sj)의 방전용 스위치(SW21)가 열려 있다. 따라서, 그 때까지 화소(P1 ,j)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소(P1 ,j)의 독출용 스위치(SW1) 및 제j열 독출용 배선(LO ,j)을 통해, 적분 회로(Sj)의 적분용 용량 소자(C21, C22)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(Sj)의 적분용 용량 소자(C21, C22)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(Sj)의 출력단으로부터 출력된다.
그 기간(t12 ~ t15) 내의 시각 t14에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(Sj)의 출력단으로부터 출력되어 홀딩 회로(Hj)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고 기간(t12 ~ t15)의 후, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(LH ,i ~ LH ,k)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))가, Hsel(k)로부터 개시되어 역순으로(즉, 열 번호가 내림순으로 되는 순서로) 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 역순으로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(Hj)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 경유하여 전압 출력용 배선(Lout)에 역순으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값(Vout)은 제1행의 (k-i+1)개의 화소(P1 ,i ~ P1 ,k)의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다. (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각으로부터 역순으로 출력된 전압값은 A/D 변환기(22A ~ 22L) 중 어느 것에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다.
계속해서, 제2행의 (k-i+1)개의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.
상술한 동작에 있어서 열 선택 제어 신호(Hsel(k))가 하이 레벨로 되는 시각 t20으로부터, 열 선택 제어 신호(Hsel(i))가 한 번 하이 레벨로 되고 나서 로 레벨로 되는 시각보다 후의 시각 t21까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 적분 회로(Si ~ Sk) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀서, 적분용 용량 소자(C21, C22)가 방전된다. 또, 시각 t21보다 후의 시각 t22로부터 시각 t25까지의 기간, 제어부(6)로부터 제2행 선택용 배선(LV ,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 당해 화소 블록에 있어서 제2행의 (k-i+1)개의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t22 ~ t25) 내에 있어서, 시각 t23으로부터 시각 t24까지의 기간, 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
그리고 기간(t22 ~ t25)의 후에, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(LH ,i ~ LH ,k)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))가 Hsel(k)로부터 개시되어 역순으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 역순으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제2행의 (k-i+1)개의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다. (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각으로부터 역순으로 출력된 전압값은 A/D 변환기(22A ~ 22L) 중 어느 것에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다.
도 8은 화소 배열(10A)의 제(n+1)열 ~ 제NA열, 및 화소 배열(10B)의 제1열 ~ 제NB열(도 3에 나타낸 경계선(E)으로부터 우측의 화소 배열)에 포함되는 화소 블록의 동작과, 이 화소 블록에 대응하는 신호 출력부(20)의 동작을 설명하는 타이밍차트이다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), 및 (d) 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다. 또한, 이 신호의 동작은 도 7(a) ~ (d)에 나타낸 바와 동일하고, 화소(P1 ,i ~ PM ,k), 적분 회로(Si ~ Sk), 및 홀딩 회로(Hi ~ Hk)의 동작도 또, 홀딩 회로(Hi ~ Hk)의 출력순을 제외하고 상술한 동작과 동일하므로, 이에 관한 상세한 설명을 생략한다.
또, 이 도면에는 다시 계속해서 순서대로, (e) 홀딩 회로(Hi)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제i열 선택 제어 신호(Hsel(i)), (f) 홀딩 회로(Hi+1)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제(i+1)열 선택 제어 신호(Hsel(i+1)), (g) 홀딩 회로(Hi +2)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제(i+2)열 선택 제어 신호(Hsel(i+2)), (h) 홀딩 회로(Hj)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제j열 선택 제어 신호(Hsel(j)), 및 (i) 홀딩 회로(Hk)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제k열 선택 제어 신호(Hsel(k))가 나타나 있다.
제1행의 (k-i+1)개의 화소(P1 ,i ~ P1 ,k) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 행해지고, 각 홀딩 회로(Hj)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되는 기간(t10 ~ t15)의 후, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(LH ,i ~ LH,k)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))가, Hsel(i)로부터 개시되어 정순(正順)으로(즉, 열 번호사 오름순으로 되는 순서로) 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 정순으로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(Hj)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 경유하여 전압 출력용 배선(Lout)에 정순으로 출력된다. (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각으로부터 정순으로 출력된 전압값은 A/D 변환기(22A ~ 22L) 중 어느 것에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다.
계속해서, 제2행의 (k-i+1)개의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 행해지고, 각 홀딩 회로(Hj)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되는 기간(t21 ~ t25)의 후, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(LH ,i ~ LH ,k)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(i) ~ Hsel(k))가 Hsel(i)로부터 개시되어 정순으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 정순으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제2행의 (k-i+1)개의 화소(P2 ,i ~ P2 ,k) 각각의 포트다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다. (k-i+1)개의 홀딩 회로(Hi ~ Hk) 각각으로부터 정순으로 가지고 출력된 전압값은 A/D 변환기(22A ~ 22L) 중 어느 것에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다.
도 7 및 도 8에 나타낸 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 그 후 제3행으로부터 제M행까지 동일한 동작이 행해져서, 1회의 촬상에서 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 당해 화소 블록이 수광한 광상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되고, 반복하여 프레임 데이터가 얻어진다.
계속해서, FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)의 동작에 대해 설명한다. 도 9는 화소 배열(10A)의 제1열 ~ 제n열(도 3에 나타낸 경계선(E)으로부터 좌측의 화소 배열)에 포함되는 화소 블록에 대응하여 마련된 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)의 입출력 동작을 설명하는 타이밍차트이다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) A/D 변환기(22A ~ 22F)로부터 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 디지털값이 기입되는 타이밍, (b) FIFO 데이터 버퍼(23A)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (c) FIFO 데이터 버퍼(23B)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (d) FIFO 데이터 버퍼(23C)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (e) FIFO 데이터 버퍼(23D)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (f) FIFO 데이터 버퍼(23E)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, 및 (g) FIFO 데이터 버퍼(23F)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍이 나타나 있다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, A/D 변환기(22A ~ 22F)로부터 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)로의 디지털값의 기입 동작은 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)의 각각에 있어서 동시에 병행하여 행해진다. 그리고 화소 배열(10A, 10B)을 구성하는 제1행 ~ 제M행 중에서, 제m행에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 기입하는 동작이 개시되는 타이밍(도면 중 시각 t30)과 거의 같은 타이밍에서, 그 전의 제(m-1)행에 대응하는 디지털값이, FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)로부터 데이터 버스(DB; 도 3 참조)를 통해 독출되기 시작한다.
이 때, FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 기억된 디지털값은 FIFO 데이터 버퍼(23F)로부터 개시되어 FIFO 데이터 버퍼(23A)까지, 화소 배열(10A, 10B)의 열 번호와 역순으로 독출된다. 구체적으로, FIFO 데이터 버퍼(23F)로부터의 독출 동작(도 9(g))이 종료된 후에 FIFO 데이터 버퍼(23E)로부터의 독출 동작이 개시되고(도 9(f)), FIFO 데이터 버퍼(23E)로부터의 독출 동작이 종료된 후에 FIFO 데이터 버퍼(23D)로부터의 독출 동작이 개시되고(도 9(e)), 그 후 FIFO 데이터 버퍼(23A)의 독출이 종료될 때까지(도 9(b)), 각 FIFO 데이터 버퍼로부터 디지털값이 이 순서로 독출된다.
상술한 바와 같이, 신호 독출부(21A ~ 21F)의 각각에 있어서 홀딩되어 있는 각 열마다의 전압값은 대응하는 A/D 변환기(22A ~ 22F)에 열 번호와는 반대인 순서로 출력된다. 그리고 A/D 변환기(22A ~ 22F)로부터 출력된 디지털값은 동시에 병행하여 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 기입되고, 데이터 버스(DB)를 통해 디지털값이 독출될 때에도, 이 순서로(즉 열 번호와는 역순으로) 독출된다. 따라서, 상기와 같이 FIFO 데이터 버퍼(23F)로부터 독출을 개시함으로써, 신호 출력부(20)는 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제n열로부터 개시되어 제1열까지 순차로, 열 번호와는 역순으로 출력하게 된다.
FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)는 이와 같이 하여 제(m-1)행에 대응하는 디지털값을 데이터 버스(DB)에 출력한 후, 이 디지털값의 출력 동작과 병행하여 입력한 제m행에 대응하는 디지털값을, 도면 중 시각 t31(제m+1행에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 기입하는 동작이 개시되는 타이밍)과 거의 같은 타이밍에서, 또한 제(m-1)행에 대응하는 디지털값을 출력했을 때와 같은 순서로, 데이터 버스(DB)에 출력한다. 이와 같은 동작이 제1행으로부터 제M행까지 행해짐으로써, 프레임 데이터가 데이터 버스(DB)에 출력된다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 출력된다.
도 10은 화소 배열(10A)의 제(n+1)열 ~ 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열 ~ 제NB열(도 3에 나타낸 경계선(E)으로부터 우측의 화소 배열)에 포함되는 화소 블록에 대응하여 마련된 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)의 입출력 동작을 설명하는 타이밍차트이다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) A/D 변환기(22G ~ 22L)로부터 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 디지털값이 기입되는 타이밍, (b) FIFO 데이터 버퍼(23G)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (c) FIFO 데이터 버퍼(23H)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (d) FIFO 데이터 버퍼(23I)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (e) FIFO 데이터 버퍼(23J)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, (f) FIFO 데이터 버퍼(23K)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍, 및 (g) FIFO 데이터 버퍼(23L)에 기억된 디지털값이 독출되는 타이밍이 나타나 있다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이, A/D 변환기(22G ~ 22L)로부터 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)로의 디지털값의 기입 동작은 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)의 각각에 있어서 동시에 병행하여 행해진다. 그리고 화소 배열(10A, 10B)을 구성하는 제1행 ~ 제M행 중에서, 제m행에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 기입하는 동작이 개시되는 타이밍(도면 중 시각 t30)과 거의 같은 타이밍에서, 그 전의 제(m-1)행에 대응하는 디지털값이, FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)로부터 데이터 버스(DB; 도 3 참조)를 통해 독출되기 시작한다.
이 때, FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 기억된 디지털값은 FIFO 데이터 버퍼(23G)로부터 개시되어 FIFO 데이터 버퍼(23L)까지, 화소 배열(10A, 10B)의 열 번호에 대해 정순으로 독출된다. 구체적으로, FIFO 데이터 버퍼(23G)로부터의 독출 동작(도 10(b))이 종료된 후에 FIFO 데이터 버퍼(23H)로부터의 독출 동작이 개시되고(도 10(C)), FIFO 데이터 버퍼(23H)로부터의 독출 동작이 종료된 후에 FIFO 데이터 버퍼(23H)로부터의 독출 동작이 개시되고(도 10(d)), 그 후 FIFO 데이터 버퍼(23L)의 독출이 종료될 때까지(도 10(g)), 각 FIFO 데이터 버퍼로부터 디지털값이 이 순서로 독출된다.
상술한 바와 같이, 신호 독출부(21G ~ 21L)의 각각에 있어서 홀딩되어 있는 각 열마다의 전압값은 대응하는 A/D 변환기(22G ~ 22L)에 열 번호에 대해 정순으로 출력된다. 그리고 A/D 변환기(22G ~ 22L)로부터 출력된 디지털값은 동시에 병행하여 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 기입되고, 데이터 버스(DB)를 통해 디지털값이 독출될 때에도, 이 순서로(즉 열 번호에 대해 정순으로) 독출된다. 따라서, 상기와 같이 FIFO 데이터 버퍼(23G)로부터 독출을 개시함으로써, 신호 출력부(20)는 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을 정순으로, 즉 화소 배열(10A)의 제1열 내지 제n열의 각 열에 대응하는 디지털값의 출력순과는 반대인 순서로 순차 출력한다.
FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)는 이와 같이 하여 제(m-1)행에 대응하는 디지털값을 데이터 버스(DB)에 출력한 후, 이 디지털값의 출력 동작과 병행하여 입력한 제m행에 대응하는 디지털값을, 도면 중 시각 t31(제m+1행에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 기입하는 동작이 개시되는 타이밍)과 거의 같은 타이밍에서, 또한 제(m-1)행에 대응하는 디지털값을 출력했을 때와 같은 순서로, 데이터 버스(DB)에 출력한다. 이와 같은 동작이 제1행으로부터 제M행까지 행해짐으로써, 프레임 데이터가 데이터 버스(DB)에 출력된다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 출력된다.
이상에서 설명한 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의해 얻어지는 효과에 대해, 종래의 고체 촬상 장치에 있어서 과제와 함께 설명한다. 일반적으로, 고체 촬상 장치의 화소 배열에 요구되는 크기는 그 촬상 용도에 따라 다양하지만, 예를 들어 치과의 진단에 있어서 세팔로 촬영에서, 고체 촬상 장치의 화소 배열은 22㎝ 이상의 장척인 것이 요구된다. 세팔로 촬영에서는 환자의 두개골 및 상하 턱뼈의 위치 관계를 파악하고, 어느 부위를 발치(拔齒)할 것인지, 또는 환자의 교정 치료가 간단한지 어려운지 등의 정보를 얻지만, 그와 같은 정보를 얻기 위해서는 화소 배열의 상하 방향의 폭이 성인의 머리 부분의 거의 전체를 커버할 필요가 있기 때문이다.
그러나 이와 같은 장척의 화소 배열이 요구되면, 고체 촬상 장치의 생산에 사용되는 반도체 웨이퍼의 직경에 의해서는 단일의 기판 상에 당해 화소 배열을 제작하는 것이 곤란한 경우가 있다. 이와 같은 경우, 화소 배열에 요구되는 치수보다 짧은 2매의 기판을 장척 방향에 늘어놓고, 각각의 화소 배열을 합쳐서 하나의 고체 촬상 장치로서 사용(이른바 타일링)함으로써, 요구 치수를 만족시킬 수 있다.
그렇지만 2매의 기판을 늘어놓아 사용하는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 화소 배열끼리의 경계 부분(이음매)에 데드 에어리어(C)가 생기고 만다. 그리고 촬상 용도에 따라서는 이와 같은 데드 에어리어(C)의 위치에 제한이 있는 경우가 있다. 치과 진단에 있어서 X선 촬영의 경우, 도 11(a)에 나타나는 바와 같이 2개의 화소 배열(110A, 110B)가 상하 방향에 타일링되어 수평 방향에 평행 이동하면서 촬상을 행하지만, 화소 배열(110A, 110B)의 상하 방향의 폭이 서로 동일한 경우, 동일 도면 나타내는 바와 같이 화소 배열(110A)와 화소 배열(110B)의 경계 부분이 피사체(A)의 귀(耳) 근처를 통과하게 된다. 또한, 도면 중에 나타내는 영역(FA 및 FB)은 각각 화소 배열(110A 및 110B)에 의한 촬상 범위를 나타내고 있다. 세팔로 촬영에 있어서는 도 11(a)에 나타낸 피사체(A)의 턱으로부터 귀를 포함하는 근처까지의 영역(G)에 관한 정보가 중요하지만, 화소 배열(110A)과 화소 배열(110B)의 경계 부분이 영역(G)의 내부를 통과하는 것은 이 영역(G)에 관한 정보의 결핍으로 이어져 바람직하지 않다. 따라서, 이와 같은 경우에는 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 두 화소 배열(120A, 120B) 각각의 장척 방향의 폭을 서로 다르게 함으로써, 화소 배열끼리의 경계 부분, 즉 데드 에어리어의 이동 경로를 영역(G)으로부터 제외할 수 있다.
또, 타일링되는 두개의 화소 배열의 장척 방향의 폭을 서로 다르게 하는 것에는 다음과 같은 이점도 있다. 도 12(a)는 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서, 장척 방향의 폭이 넓은 복수의 화소 배열(120A) 및 장척 방향의 폭이 좁은 복수의 화소 배열(120B)의 면붙임을 행한 형태를 나타내는 도면이다. 또, 도 12(b)는 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 장척 방향의 폭이 동일한 복수의 화소 배열(110)의 면붙임을 행한 형태를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 장척 방향의 폭이 동일한 복수의 화소 배열(110)을 면붙임하는 것보다도, 장척 방향의 폭이 넓은 복수의 화소 배열(120A)과, 장척 방향의 폭이 좁은 복수의 화소 배열(120B)을 조합하여 면붙임하는 쪽이, 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 쓸데없는 부분을 적게 하여, 보다 효율적으로 화소 배열을 취출할 수 있다.
여기서, 상술한 타일링 방식을 실현하기 위해, PPS 방식의 고체 촬상 장치를 구성하는 2매의 기판을 각 화소 배열의 행 방향에 병치한 경우, 각 기판의 화소 배열의 장척 방향의 폭이 서로 다르면, 각 기판의 화소 배열의 열수가 서로 달라지게 되어, 이하에 설명하는 문제가 생긴다.
지금, 장척 방향의 폭이 넓은 일방의 화소 배열은 열수가 서로 동일한 8개의 화소 블록을 가지는 것으로 하고, 장척 방향의 폭이 좁은 타방의 화소 배열은 열수가 서로 동일한 4개 화소 블록을 가지는 것으로 한다. 도 13(a) ~ (h)는 일방의 화소 배열의 8개 화소 블록에 각각 대응하는 8개 FIFO 데이터 버퍼(1 ~ 8)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트이고, 도 13(i) ~ (l)은 타방의 화소 배열의 4개 화소 블록에 각각 대응하는 4개 FIFO 데이터 버퍼(9 ~ 12)로부터 디지털값이 출력되는 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍차트이다. 통상, 일방의 기판 상에 형성된 화소 배열에 대응하는 FIFO 데이터 버퍼(1 ~ 8)에 의해 다른 하나의 출력 포트(Pa1)를 구성하고, 타방의 기판 상에 형성된 화소 배열에 대응하는 FIFO 데이터 버퍼(9 ~ 12)에 의해 다른 하나의 출력 포트(Pa2)를 구성하는 것이 일반적이지만, 그와 같은 구성으로 한 경우, 각 출력 포트(Pa1, Pa2)로부터 병행하여 디지털값을 출력할 때에, 모든 디지털값을 출력을 종료할 때까지 필요한 시간이 각 출력 포트(Pa1, Pa2)에서 다르다. 도 13에 나타내는 예에서는 시각 t4O에 있어서 출력 포트(Pa1)의 FIFO 데이터 버퍼(1) 및 출력 포트(Pa2)의 FIFO 데이터 버퍼(9)가 출력 동작을 개시하고 있으나, 출력 포트(Pa1)가 출력 포트(Pa2)보다 FIFO 데이터 버퍼의 수가 많기 때문에, 출력 포트(Pa1)의 출력동작이 종료되는 시각 t42는 출력 포트(Pa2)의 출력 동작이 종료되는 시각 t41보다 늦어진다. 따라서, 시각 t41 ~ t42의 동안, 출력 포트(Pa2)는 대기 상태로 되지 않을 수 없고, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간이 길어지고 만다.
이와 같은 문제점은, 일방의 출력 포트에 포함되는 화소 배열의 열수(FIFO 데이터 버퍼의 수)와, 타방의 출력 포트에 포함되는 화소 배열의 열수(FIFO 데이터 버퍼의 수)를 근접하게 함으로써(바람직하게는 동일하게 함으로써) 해결된다. 예를 들어, 도 14에 나타내는 바와 같이, 일방의 출력 포트(Pb1)에 6개의 FIFO 데이터 버퍼(1 ~ 6)를 할당하고, 이와 동수의 FIFO 데이터 버퍼(7 ~ 12)를 타방의 출력 포트(Pb2)에 할당함으로써, 모든 디지털값을 출력을 종료할 때까지 필요한 시간을 각 출력 포트(Pb1, Pb2)에서 동일하게 할 수 있다. 도 14에 나타내는 예에서는 시각 t50에 있어서 출력 포트(Pb1)의 FIFO 데이터 버퍼(1) 및 출력 포트(Pb2)의 FIFO 데이터 버퍼(7)가 출력 동작을 개시하고 있고, 출력 포트(Pb1)의 출력 동작이 종료되는 시각 t51은 출력 포트(Pb2)의 출력 동작이 종료되는 시각과 동일하게 된다.
이와 같은 점에 감안하여, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 있어서는 신호 출력부(20)의 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)가, 각 화소(P)에서 발생한 전하의 양에 따른 디지털값을 데이터 버스(DB)에 출력할 때, 화소 배열(10A)의 제n열 이전의 각 열(즉 제1열로부터 제n열까지)에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)로부터, 제(n+1)열 이후의 각 열 및 화소 배열(10B)의 제1열 내지 제NB열(즉, 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열을 경유하여 제NB열까지)에 대응하는 디지털값을 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)로부터, 각각 병행하여 출력한다. 이와 같이, 열수가 많은 화소 배열(10A)의 제1열과 제NA열 사이의 열(제n열)을 경계로 출력 동작을 분할하고 디지털값을 병행하여 출력시킴으로써, 분할된 일방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 좌측의 영역)의 열수와, 분할된 타방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 우측의 영역)의 열수를 서로 같거나 또는 가까운 열수로 할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 예를 들어 화소 배열(10A)의 제1열 내지 제NA열로부터 디지털값을 출력시키고, 이와 병행하여 화소 배열(10B)의 제1열 내지 제NB열로부터 디지털값을 출력시키는 방식에 비해, 출력 동작에 있어서 대기 시간을 제로에 가깝게 할 수 있고, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
이와 같은 효과는, 화소 배열(10A)에 있어서 제1열 내지 제n열의 열수가 화소 배열(10A)에 있어서 제(n+1)열 내지 제NA열의 열수와, 화소 배열(10B)에 있어서 제1열 내지 제NB열의 열수의 합과 동일한 경우에, 특히 현저하게 된다. 즉, 제n열을 경계로 분할된 일방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 좌측의 영역)의 열수와, 타방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 우측의 영역)의 열수를 동일하게 함으로써, 디지털값의 출력 동작에 있어서 대기 시간이 거의 제로로 되어, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을보다 효과적으로 단축시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 화소 배열(10A)의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열, 및 화소 배열(10B)의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열이, X선 차폐 부재(5)에 의해 입사 X선으로부터 차폐된 불감 영역으로 되어 있다(예를 들어 도 4(b)를 참조). 신호 출력부(20)로부터 출력되는 디지털값 중에서, 이 불감 영역에 포함되는 화소와 대응하는 디지털값은 X선상과 관계 없는 무효 데이터로 된다.
이와 같은 경우, 제n열을 경계로 분할된 일방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순과, 타방의 영역에 있어서 디지털값의 출력순을 같은 순서로 하면, 다음과 같은 문제가 생긴다. 즉, 도 14에 있어서, X선 차폐 부재(5)에 기인하는 무효 데이터는 부호 Q1, Q2로 표시되는 개소(箇所)에 존재하지만, 동일 도면과 같이 각 열의 디지털값의 출력순을 쌍방 모두 정순(오름순)으로 하면, 일방의 포트(Pb1)로부터는 무효 데이터(Q1)가 최초로 출력되고, 타방의 포트(Pb2)에서는 무효 데이터(Q2)가 마지막에 출력되게 된다. 이와 같이, 디지털값의 출력순서에 있어서 무효 데이터(Q1, Q2)의 위치가 각 출력 포트(Pb1, Pb2)에서 서로 다르면, 다른 전자 회로에서 실시간 처리를 행할 때 장벽이 될 수 있다.
이와 같은 문제점에 대해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 제n열을 경계로 분할된 일방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 좌측의 영역)에 있어서 디지털값의 출력순과, 타방의 영역(도 3에 있어서 경계선(E)으로부터 우측의 영역)에 있어서 디지털값의 출력순이 서로 역순으로 되어 있다(도 7(e) ~ (i), 도 8(e) ~ (i), 도 9(b) ~ (g), 및 도 10(b) ~ (g)를 참조). 즉, 신호 출력부(20)는 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제n열로부터 개시되어 제1열까지 순차로 출력시킴과 아울러, 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 화소 배열(10B)의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 화소 배열(10A)의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력시키고 있다.
도 15는 각 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23L)로부터의 이와 같은 디지털값의 출력순을 나타내는 타이밍차트이다. 도 15(a) ~ (f)는 FIFO 데이터 버퍼(23A ~ 23F)에 있어서 출력 타이밍을 나타내고 있고, 도 9(b) ~ (g)와 대응하고 있다. 또, 도 15(g) ~ (l)은 FIFO 데이터 버퍼(23G ~ 23L)에 있어서 출력 타이밍을 나타내고 있고, 도 10(b) ~ (g)와 대응하고 있다. 동일 도면을 참조하면, 시각 t6O에 있어서 출력 포트(Pc1)의 FIFO 데이터 버퍼(23F) 및 출력 포트(Pc2)의 FIFO 데이터 버퍼(23G)가 출력 동작을 개시하고 있고, 시각 t61에 있어서, FIFO 데이터 버퍼(23A 및 23L)의 독출이 완료함으로써 출력 포트(Pc1, Pc2)의 출력 동작이 종료된다. 이와 같은 순서로 신호 출력부(20)가 디지털값을 출력함으로써, 각 출력 포트(Pc1, Pc2)로부터의 무효 데이터(Q1, Q2)의 출력 타이밍을 서로 일치시킬 수 있으므로, 다른 전자 회로에서 실시간 처리를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 반도체 기판(3A 및 3B)를 병치함으로써 화소 배열(10A, 10B)의 타일링을 행하고 있으나, 타일링의 방식으로서는 예를 들어 다음과 같은 것이 있다. 예를 들어 도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 막 형상의 신틸레이터(4A, 4B)가 표면에 각각 증착된 반도체 기판(3A, 3B)을 동일 평면 상에서 인접시켜 늘어놓는다. 이 방식으로는 신틸레이터(4A, 4B)는 반도체 기판(3A, 3B)의 측면(엣지)에 조금 돌아 들어가므로, 데드 에어리어(C)의 폭은 화소 배열(10A, 10B) 각각의 가장 끝에 위치하는 화소(P)로부터 반도체 기판(3A, 3B) 각각의 엣지까지의 거리와, 반도체 기판(3A, 3B)의 엣지에 각각 돌아 들어간 신틸레이터(4A, 4B)의 당해 부분의 두께와, 반도체 기판(3A, 3B)의 사이에 확보되는 틈새(클리어런스)에 의해 결정된다.
또, 도 16(b)는 도 16(a)와 같이 동일 평면 상에 반도체 기판(3A, 3B)을 인접시켜 늘어놓는 방식을 나타내고 있으나, 반도체 기판(3A, 3B)이 병치된 후에 신틸레이터(4A, 4B)가 일괄하여 증착되어 있다는 점에서 도 16(a)에 나타낸 방식과는 다르다. 도 16(b)에 나타내는 방식으로는 반도체 기판(3A, 3B)을 늘어놓은 후에 신틸레이터(4A, 4B)를 증착하므로, 도 16(a)에 나타낸 방식에 비해, 반도체 기판(3A, 3B)의 엣지로의 신틸레이터(4A, 4B)의 돌아 들어감이 없는 분만큼 데드 에어리어(C)의 폭을 좁게 할 수 있다.
또, 도 16(c)는 반도체 기판(3A)의 단부에 반도체 기판(3B)의 단부가 겹치도록 반도체 기판(3A, 3B)을 늘어놓는 방식을 나타내고 있다. 이 방식으로는 반도체 기판(3A, 3B)의 화소 배열(10A, 10B)의 일단의 수평 방향 위치가 서로 일치하도록 반도체 기판(3A, 3B)을 배치하면 된다. 이로 인해, 데드 에어리어(C)를 극히 좁게 할 수 있다.
본 발명에 의한 고체 촬상 장치는 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 실시 형태에서는 신호 출력부(20)가 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을 역순으로 순차 출력시키고, 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터 화소 배열(1B)의 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을 정순으로 순차 출력시키고 있다. 화소 배열(10A, 10B)의 각 열에 대응하는 디지털값의 출력순은 이에 한정되지 않으며, 화소 배열(10A)의 제1열로부터 제n열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을 정순으로 순차 출력시킴과 아울러, 화소 배열(10A)의 제(n+1)열로부터 화소 배열(10B)의 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을 역순으로 순차 출력시켜도 된다. 이 경우, 도15에 나타낸 무효 데이터(Q1, Q2)의 출력 타이밍은 모두 각 행마다의 데이터의 선두(시각 t6O의 직후)로 되지만, 각 출력 보트(Pc1, Pc2)로부터의 무효 데이터(Q1, Q2) 출력 타이밍이 서로 일치하므로, 본 발명의 고체 촬상 장치에 의한 효과를 바람직하게 얻을 수 있다. 또, 각 출력 포트로부터의 데이터를, 하나의 데이터 버스에 동시에 흘리도록 기술하고 있으나, 각 출력 포트마다 분리한 데이터 버스를 마련해도 되고, 각각이 각 출력 포트에 접속된 2개의 데이터 버스를 병렬로 하여 마련해도 된다.
여기서, 상기 실시 형태에 의한 고체 촬상 장치에서는, 입사한 X선상에 따른 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치로서, 포토다이오드를 각각 포함하는 M×NA개(M 및 NA는 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NA열에 2차원 배열되어 이루어지는 제1 화소 배열을 가지는 제1 기판과, 포토다이오드를 각각 포함하는 M×NB개(NB는 NA보다 작은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NB열에 2차원 배열되어 이루어지고, 그 제1열이 제1 화소 배열의 제NA열을 따라 배치된 제2 화소 배열을 가지는 제2 기판과, 제1 및 제2 화소 배열의 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토다이오드와 독출용 스위치를 통해 접속된 (NA+NB)개의 독출용 배선과, 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 하나 또는 복수의 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털값으로 변환하여 출력하는 신호 출력부와, 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선상을 광상으로 변환하고, 이 광상을 제1 및 제2 화소 배열에 출력하는 신틸레이터를 구비하고, 제1 화소 배열의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열, 및 제2 화소 배열의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열이, 입사 X선으로부터 차폐된 불감 영역으로 되어 있고, 신호 출력부는 제1 화소 배열의 제1열로부터 제n열(2
Figure 112010050087409-pct00008
n
Figure 112010050087409-pct00009
NA)까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1열로부터 개시되어 제n열까지, 또는 제n열로부터 개시되어 제1열까지 순차로 출력함과 아울러, 이 출력과 병행하여, 제1 화소 배열의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 제2 화소 배열의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 디지털값을, 제1 화소 배열의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력하는 구성을 사용하고 있다.
또, 상기한 고체 촬상 장치는, 제1 화소 배열에 있어서 제1열 내지 제n열의 열수가, 제1 화소 배열에 있어서 제(n+1)열 내지 제NA열의 열수와, 제2 화소 배열에 있어서 제1열 내지 제NB열의 열수의 합과 동일한 구성으로 해도 된다. 즉, 제n열을 경계로 분할된 일방 영역의 열수와 타방 영역의 열수를 같게 함으로써, 디지털값의 출력 동작에 있어서 대기 시간이 거의 제로로 되어, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간을 보다 효과적으로 단축시킬 수 있다.
본 발명은 두 장의 기판 상에 형성된 각 화소 배열이 행 방향에 타일링된 구성을 구비하는 고체 촬상 장치에 있어서, 1 프레임의 촬상에 필요한 시간이 단축되는 고체 촬상 장치로서 사용 가능하다.
1ㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
2ㆍㆍㆍ기재,
3A, 3Bㆍㆍㆍ반도체 기판,
4A, 4Bㆍㆍㆍ신틸레이터,
5ㆍㆍㆍX선 차폐 부재,
6ㆍㆍㆍ제어부,
10A, 10Bㆍㆍㆍ화소 배열,
20ㆍㆍㆍ신호 출력부,
21A ~ 21Lㆍㆍㆍ신호 독출부,
22A ~ 22LㆍㆍㆍA/D 변환기,
23A ~ 23LㆍㆍㆍFIFO 데이터 버퍼,
30A, 30Bㆍㆍㆍ주사 시프트 레지스터,
31A, 31Bㆍㆍㆍ독출 시프트 레지스터,
10OㆍㆍㆍX선 촬상 시스템,
104ㆍㆍㆍ선회 암,
106ㆍㆍㆍX선 발생 장치,
113ㆍㆍㆍ슬라이드 기구,
Aㆍㆍㆍ피사체,
A2ㆍㆍㆍ앰프,
Bㆍㆍㆍ이동 방향,
Cㆍㆍㆍ데드 에어리어,
C21, C22ㆍㆍㆍ적분용 용량 소자,
C3ㆍㆍㆍ홀딩용 용량 소자,
DBㆍㆍㆍ데이터 버스,
H1 ~ HNA, H1 ~ HNB ㆍㆍㆍ홀딩 회로,
LG ㆍㆍㆍ게인 설정용 배선,
LHㆍㆍㆍ홀딩용 배선,
LH ,jㆍㆍㆍ제j열 선택용 배선,
LO ,jㆍㆍㆍ제j열 독출용 배선,
Loutㆍㆍㆍ전압 출력용 배선,
L Rㆍㆍㆍ리셋용 배선,
LV ,mㆍㆍㆍ제m행 선택용 배선,
P, Pm ,jㆍㆍㆍ화소,
Pa1, Pa2, Pb1, Pb2, Pc1, Pc2ㆍㆍㆍ출력 포트,
PDㆍㆍㆍ포트다이오드,
Q1, Q2ㆍㆍㆍ무효 데이터,
Resetㆍㆍㆍ리셋 제어 신호,
S1 ~ SNA, S1 ~ SNBㆍㆍㆍ적분 회로,
SW1ㆍㆍㆍ독출용 스위치,
SW21ㆍㆍㆍ방전용 스위치,
SW22ㆍㆍㆍ게인 설정용 스위치,
SW31ㆍㆍㆍ입력용 스위치,
SW32ㆍㆍㆍ출력용 스위치,
Wㆍㆍㆍ실리콘 웨이퍼.

Claims (3)

  1. 입사한 X선상(線像)에 따른 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치로서,
    포토다이오드를 각각 포함하는 M×NA개(M 및 NA는 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NA열로 2차원 배열되어 이루어지는 제1 화소 배열을 가지는 제1 기판과,
    포토다이오드를 각각 포함하는 M×NB개(NB는 NA보다 작은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NB열로 2차원 배열되어 이루어지고, 그 제1열이 상기 제1 화소 배열의 제NA열을 따라 배치된 제2 화소 배열을 가지는 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 화소 배열의 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토다이오드와 독출용 스위치를 통해 접속된 (NA+NB)개의 독출용 배선과,
    상기 독출용 배선에 접속되어, 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 하나 또는 복수의 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털값으로 변환하여 출력하는 신호 출력부와,
    입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 생성하여 상기 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 상기 제1 및 제2 화소 배열에 출력하는 신틸레이터를 구비하고,
    상기 제1 화소 배열의 제1열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열, 및 상기 제2 화소 배열의 제NB열을 포함하는 하나 또는 복수의 연속된 열이, 입사 X선으로부터 차폐(遮蔽)된 불감(不感) 영역으로 되어 있고,
    상기 신호 출력부는 상기 제1 화소 배열의 제1열로부터 제n열(2
    Figure 112014116621567-pct00010
    n
    Figure 112014116621567-pct00011
    NA)까지의 각 열에 대응하는 상기 디지털값을, 제1열로부터 개시하여 제n열까지, 또는 제n열로부터 개시하여 제1열까지 순차로 출력함과 아울러, 이 출력과 병행하여, 상기 제1 화소 배열의 제(n+1)열로부터, 제NA열 및 상기 제2 화소 배열의 제1열을 경유하여 제NB열까지의 각 열에 대응하는 상기 디지털값을, 상기 제1 화소 배열의 제1열 내지 제n열과는 반대인 순서로 순차 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 화소 배열에 있어서 제1열 내지 제n열의 열수가, 상기 제1 화소 배열에 있어서 제(n+1)열 내지 제NA열의 열수와, 상기 제2 화소 배열에 있어서 제1열 내지 제NB열의 열수의 합과 같은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 입사한 광에 따른 화상 데이터를 생성하는 고체 촬상 장치로서,
    포토다이오드를 각각 포함하는 M×NA개(M 및 NA는 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NA열로 2차원 배열되어 이루어지는 제1 화소 배열을 가지는 제1 기판과,
    포토다이오드를 각각 포함하는 M×NB개(NB는 NA보다 작은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 NB열로 2차원 배열되어 이루어지고, 그 제1열이 상기 제1 화소 배열의 제NA열을 따라 배치된 제2 화소 배열을 가지는 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 화소 배열의 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토다이오드와 독출용 스위치를 통해 접속된 (NA+NB)개의 독출용 배선과,
    상기 독출용 배선에 접속되어, 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 신호를 홀딩하고, 그 홀딩한 신호를 출력하는 신호 출력부를 구비하고,
    상기 신호 출력부는 상기 제1 화소 배열의 제1열 내지 제n열(2
    Figure 112014116621567-pct00030
    n
    Figure 112014116621567-pct00031
    NA)의 각 열에 대응하는 상기 신호를 순차로 출력함과 아울러, 이 출력과 병행하여, 상기 제1 화소 배열의 제(n+1)열 내지 제NA열 및 상기 제2 화소 배열의 제1열 내지 제NB열의 각 열에 대응하는 상기 신호를 순차 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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