KR20100047825A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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하루미치 모리
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마사히코 혼다
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

고체 촬상 장치(1)는 수광부(10), 신호 독출부(20), 제어부(30) 및 보정 처리부(40)를 구비한다. 수광부(10)에서는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열되어 있다. 각 화소부(PM,N)에서 발생한 전하는 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 적분 회로(Sn)에 입력되고, 그 전하량에 따라 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값은 홀딩 회로(Hn)를 거쳐 출력용 배선(Lout)에 출력된다. 보정 처리부(40)에서는 신호 독출부(20)로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터에 대해 보정 처리하고, 그 보정 처리 후의 프레임 데이터가 출력된다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 장치로서 CMOS 기술을 이용한 것이 알려져 있고, 그 중에서도 패시브 픽셀 센서(PPS: Passive Pixel Sensor) 방식이 알려져 있다(특허 문헌 1을 참조). PPS 방식의 고체 촬상 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드를 포함하는 PPS형 화소부가 M행 N열에 2차원 배열되어 있고, 각 화소부에 있어서 광입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하를, 적분 회로에 있어서 용량 소자에 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하는 것이다.
일반적으로, 각 열의 M개의 각 화소부의 출력단은 그 열에 대응하여 마련되어 있는 독출용 배선을 통해, 그 열에 대응하여 마련되어 있는 적분 회로의 입력단과 접속되어 있다. 그리고, 제1행으로부터 제M행까지 순차적으로 행마다, 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하는 대응하는 독출용 배선을 거쳐서, 대응되는 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 출력된다.
PPS 방식의 고체 촬상 장치는 여러가지 용도로 이용되고, 예를 들어 신틸레이터 패널과 조합되어 X선 플랫 패널로서 의료용이나 공업용으로도 이용되고, 보다 구체적으로는 X선 CT 장치나 마이크로 포커스 X선 검사 장치 등에 있어서도 이용된 다. 이러한 용도로 이용되는 고체 촬상 장치는 M×N개의 화소부가 2차원 배열된 수광부의 면적이 커서, 각 변의 길이가 10cm를 넘는 크기의 반도체 기판에 집적화되는 경우가 있다. 따라서, 1장의 반도체 웨이퍼로부터 1개의 고체 촬상 장치 밖에 제조할 수 없는 경우가 있다.
특허 문헌 1 특개 2006－234557호 공보
상기와 같은 고체 촬상 장치에 있어서, 어느 하나의 열에 대응되는 독출용 배선이 제조 도중에 단선(斷線)된 경우, 그 열의 M개 화소부 중, 적분 회로에 대해 단선 위치로부터 가까운 곳에 있는 화소부는 독출용 배선에 의해 적분 회로와 접속되어 있으나, 적분 회로에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 있는 화소부는 적분 회로와 접속되어 있지 않다. 따라서, 적분 회로에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 있는 화소부에 있어서 광입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하는 적분 회로로 독출지 않으며, 그 포토다이오드의 접합 용량부에 축적될 뿐이다.
포토다이오드의 접합 용량부에 축적되는 전하의 양이 포화 레벨을 넘으면, 포화 레벨을 넘은 만큼의 전하가 이웃의 화소부로 흘러간다. 따라서, 1개의 독출용 배선이 단선되면, 그 영향은 독출용 배선과 접속된 열의 화소부에 미칠 뿐만 아니라, 양 이웃의 열의 화소부에도 미쳐서, 결국 연속한 3열의 화소부에 대해 결함 라인이 발생하게 된다.
결함 라인이 연속되어 있지 않고, 1개 결함 라인의 양 이웃이 정상 라인이면, 이들 양 이웃의 정상 라인의 각 화소 데이터를 이용하여 결함 라인의 화소 데이터를 보간(補間)하는 것도 가능하다. 그러나 연속한 3열의 화소부에 대해 결함 라인이 생긴 경우에는 상기와 같은 보간을 하기가 곤란하다. 특히, 상기와 같이 대면적의 수광부를 가지는 고체 촬상 장치는 독출용 배선이 길어서 단선이 생길 확률이 높아진다.
특허 문헌 1에는 이러한 문제점을 해결하는 것을 의도로 한 발명이 제안되어 있다. 이 발명에서는 결함 라인에 인접하는 인접 라인의 전(全) 화소 데이터의 평균값을 구함과 아울러, 또한 이웃에 있는 정상적인 라인 개수만큼의 전 화소 데이터의 평균값을 구하고, 이들 2개 평균값의 차가 일정값 이상이면 인접 라인도 결함으로 판정하고, 그 인접 라인의 화소 데이터를 보정하고, 추가로 그 인접 라인의 화소 데이터의 보정 후 값을 기초하여 결함 라인의 화소 데이터를 보정한다.
특허 문헌 1에 기재된 발명에서, 결함으로 판정된 인접 라인의 화소 데이터의 보정시에는 그 인접 라인에 대해 양측의 바로 가까이의 정상 라인 상의 2개 화소 데이터의 평균값을 구하고, 그 평균값을 그 인접 라인의 화소 데이터로 한다. 그리고, 결함 라인의 화소 데이터의 보정시에는 그 결함 라인에 대해 양측의 인접 라인 상의 2개 화소 데이터의 평균값을 구하고, 그 평균값을 그 결함 라인의 화소 데이터로 한다.
그러나 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는 결함 라인(및 결함 라인에 인접하는 결함으로 판정된 라인)의 화소 데이터를 보정하기 위해, 2개 화소 데이터의 평균을 구하는 처리를 복수 회 반복하게 되므로, 보정 후의 화상에 있어서 결함 라인 이웃에서는 해상도가 낮아진다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 어느 하나의 독출 용 배선이 단선되어 있는 경우에 화소 데이터를 보정하여 해상도가 높은 화상을 얻을 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, (1) 입사광의 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와, (2) 수광부에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속되고, M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를, 그 화소부에 포함되는 독출용 스위치를 통해 독출하는 독출용 배선(LO,n)과, (3) 독출용 배선(LO,1~LO,N) 각각과 접속되고, 독출용 배선(LO,n)을 거쳐서 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와, (4) 수광부에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하고, 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부로부터 반복 출력시키는 제어부를 구비한다. 단, M, n은 2 이상의 정수이고, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, 상기의 수광부, 독출용 배선(LO,n), 신호 독출부 및 제어부에 더하여, 신호 독출부로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터를 취득하여 보정 처리를 행하는 보정 처리부를 추가로 구비한다. 또한, 본 발명에 관한 프레임 데이터 보정 방법은 상기 수광부, 독출용 배선(LO,n), 신호 독출부 및 제어부를 구비하는 고체 촬상 장치로부터 출력되는 프레임 데이터를 보정하는 방법이다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 포함되는 보정 처리부, 또는 본 발명에 관한 프레임 데이터 보정 방법은, (a) 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나의 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)이 단선되어 있을 때, 제n1열의 M개의 화소부(P1,n1~PM,n1) 중 독출용 배선(LO,n1)의 단선에 기인하여 신호 독출부에 접속되지 않은 화소부를 화소부(Pm1,n1)로 하고, 제n1열 이웃의 제n2열에 있고 화소부(Pm1,n1)에 인접하는 화소부를 화소부(Pm1,n2)로 하고, (b) 신호 독출부로부터 출력되는 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값을, 그 전압값을 입력 변수로 하는 함수식에 따라 변환하여 보정함과 아울러, (c) 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n1)에 대응되는 전압값을, 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값의 보정 후 값에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 한다. 단, m1은 1 이상 M 이하의 정수이고, n1, n2는 1 이상 N 이하의 정수이다.
본 발명에 의하면 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나의 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)이 단선되어 있을 때, 제n1열의 M개의 화소부(P1,n1~PM,n1) 중 독출용 배선(LO,n1)의 단선에 기인하여 신호 독출부에 접속되지 않은 화소부가 화소부(Pm1,n1)로 되고, 또한 제n1열 이웃의 제n2열에 있고 화소부(Pm1,n1)에 인접하는 화소부가 화소부(Pm1,n2)로 된다. 그리고, 신호 독출부로부터 출력되는 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값은 그 전압값을 입력 변수로 하는 함수식에 따라 변환되어 보정된다. 그 후, 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n1)에 대응되는 전압값은 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값의 보정 후 값에 기초하여 결정된다.
이와 같이, 단선되어 있는 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)에 인접하는 제n2열의 독출용 배선(LO,n2) 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값 Vk를 보정할 때, 정상 라인 상의 화소부에 대응되는 전압값을 이용할 필요가 없다. 따라서, 특허 문헌 1에 기재된 발명과 비교하여, 본 발명에서는 보정 후의 화상에 대해 결함 라인 이웃에 있어서 해상도가 높아진다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 포함되는 보정 처리부, 또는 본 발명에 관한 프레임 데이터 보정 방법은 함수식으로서 다항식을 이용하는 것이 바람직하고, 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응되는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정되는 값을 상기 다항식의 계수로서 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 포함되는 보정 처리부, 또는 본 발명에 관한 프레임 데이터 보정 방법은 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 복수의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 복수의 독출용 배선 각각에 따라 계수를 설정하고, 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값을 보정하는 것이 바람직하다.
고체 촬상 장치가 복수 조(組)의 수광부 및 신호 독출부를 구비하는 경우에, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 포함되는 보정 처리부, 또는 본 발명에 관한 프레임 데이터 보정 방법은, 복수의 수광부 중 어느 하나의 수광부에 포함되는 어느 하나의 열의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 수광부에 포함되는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응되는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응되는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 구한 계수를 이용하는 것이 바람직하다. 보정 계수는 제품 이용 전의 검사에 의해 측정한 「정상 화소」 및 「인접 화소」의 전압 출력의 입사광 강도 의존성에 따라 미리 설정된다.
또한, 본 발명에 관한 X선 CT 장치는, (1) 피사체를 향해 X선을 출력하는 X선 출력부와, (2) X선 출력부로부터 출력되어 피사체를 거쳐 도달한 X선을 수광하여 촬상하는 상기의 본 발명에 관한 고체 촬상 장치와, (3) X선 출력부 및 고체 촬상 장치를 피사체에 대해 상대 이동시키는 이동 수단과, (4) 고체 촬상 장치로부터 출력되는 보정 처리 후의 프레임 데이터를 입력하고, 그 프레임 데이터에 기초하여 피사체의 단층 화상을 생성하는 화상 해석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 어느 하나의 독출용 배선이 단선되어 있는 경우에 화소 데이터를 보정하여 해상도가 높은 화상이 얻어진다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에 포함되는 화소부(Pm,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 4는 신호 독출부(2)로부터 출력되는 프레임 데이터 중 정상 라인 및 인접 라인 각각의 화소부에 대응되는 전압값의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(2)의 구성도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 X선 CT 장치(100)의 구성도이다.
부호의 설명
1, 2 고체 촬상 장치
10, 10A, 10B 수광부
20, 20A, 20B 신호 독출부
30 제어부
40 보정 처리부
P1,1~PM,N 화소부
PD 포토다이오드
SW1 독출용 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
LV,m 제m행의 선택용 배선
LH,n 제n열의 선택용 배선
LO,n 제n열의 독출용 배선
LR 방전용 배선
LH 홀딩용 배선
Lout 전압 출력용 배선
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 행하기 위한 최선의 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 개략적인 구성도이다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)는 수광부(10), 신호 독출부(20), 제어부(30) 및 보정 처리부(40)를 구비한다. 또, X선 플랫 패널로서 이용되는 경우, 고체 촬상 장치(1)의 수광면(10) 상에 신틸레이터 패널이 겹치게 된다.
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 1 이상 M 이하의 각 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 각 화소부(Pm,n)는 PPS 방식의 것이며, 공통 구성을 가지고 있다.
제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각은 제m행의 선택용 배선(LV,m)에 의해 제어부(30)과 접속되어 있다. 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각의 출력단은 제n열의 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 포 함한다. 각 적분 회로(Sn)는 공통 구성을 가지고 있다. 또는 각 홀딩 회로(Hn)는 공통 구성을 가지고 있다.
각 적분 회로(Sn)는 독출용 배선(LO,n)과 접속되는 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(Hn)로 출력한다. N개의 적분 회로(S1~SN) 각각은 방전용 배선(LR)에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다.
각 홀딩 회로(Hn)는 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되는 입력단을 가지고 있고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 출력용 배선(Lout)으로 출력한다. N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각은 홀딩용 배선(LH)에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다. 또한, 각 홀딩 회로(Hn)는 제n열의 선택용 배선(LH,n)에 의해 제어부(30)와 접속되어 있다.
제어부(30)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 선택용 배선(LV,m)으로 출력하여, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 부여한다. M개의 행선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))는 순차적으로 유의값(有意値)이 된다. 제어부(30)는 M개의 행선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 순차적으로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터(shift register)를 포함한다.
제어부(30)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열의 선택용 배선(LH,n)으 로 출력하여, 이 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(Hn)에 부여한다. N개의 열선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))도 순차적으로 유의값이 된다. 제어부(30)는 N개의 열선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))를 순차적으로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트 레지스터를 포함한다.
또, 제어부(30)는 방전 제어 신호(Reset)를 방전용 배선(LR)으로 출력하여, 이 방전 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 부여한다. 제어부(30)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(LH)으로 출력하여, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 부여한다.
제어부(30)는 이상과 같이, 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 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)에 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복 출력시킨다.
보정 처리부(40)는 신호 독출부(20)로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터를 취득하여 보정 처리를 행하고, 그 보정 처리 후의 프레임 데이터를 출력한다. 이 보정 처리부(40)에 있어서 보정 처리 내용에 대해서는 다음에 상술한다.
도2는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에 포함되는 화소부(Pm,n), 적 분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다. 여기서는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)를 대표하여 화소부(Pm,n)의 회로도를 나타내고, N개의 적분 회로(S1~SN)를 대표하여 적분 회로(Sn)의 회로도를 나타내고, 또 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 대표하여 홀딩 회로(Hn)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m행 제n열의 화소부(Pm,n) 및 제n열의 독출용 배선(LO,n)에 관련되는 회로부를 나타낸다.
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 통해 제n열의 독출용 배선(LO,n)과 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW1)는 제어부(30)로부터 제m행의 선택용 배선(LV,m)을 거쳐 제m행 선택 제어 신호가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호는 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 화소부(Pm,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때, 독출용 스위치(SW1)가 열리고, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열의 독출용 배선(LO,n)에 출력되지 않고, 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신 호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때, 독출용 스위치(SW1)가 닫히고, 지금까지 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하는 독출용 스위치(SW1)를 거쳐, 제n열의 독출용 배선(LO,n)으로 출력된다.
제n열의 독출용 배선(LO,n)은 수광부(10)에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)와 접속되어 있다. 제n열의 독출용 배선(LO,n)은 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 그 화소부에 포함되는 독출용 스위치(SW1)를 통해 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 병렬 접속되고, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제n열의 독출용 배선(LO,n)과 접속되어 있다. 방전용 스위치(SW2)는 제어부(30)로부터 방전용 배선(LR)를 거쳐 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 것이다.
이 적분 회로(Sn)에서는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때, 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 때, 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 통해 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되고, 출력용 스위치(SW32)를 통해 전압 출력용 배선(Lout)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)는 제어부(30)로부터 홀딩용 배선(LH)를 거쳐 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 제n열의 선택용 배선(LH,n)을 거쳐 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 것이다.
이 홀딩 회로(Hn)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고, 그 때 입력단 에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다. 또한, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW32)가 닫히고, 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력된다.
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 독출용 스위치(SW1)를 소정 기간에 걸쳐서 닫히도록 지시한다. 제어부(30)는 그 소정 기간에, 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 입력용 스위치(SW31)를 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하도록 지시한다. 그리고, 제어부(30)는 그 소정 기간 후에, 열선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 포함되는 출력용 스위치(SW32)를 순차적으로 일정 기간만 닫히도록 지시한다. 제어부(30)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 순차적으로 행한다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(30)에 의한 제어하에, M개의 행선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 방전 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에 레벨 변화하는 것에 의해, 수광면(10)에 입사된 광의 상(像)을 촬상하여 프레임 데이터를 얻을 수 있고, 또한 보정 처리부(40)에 의해 프레임 데이터를 보정할 수 있다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 이 도면에는 위로부터 순차적으로, (a) N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 포함되는 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 독출용 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 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)를 나타낸 것이다.
또 이 도면에는 이어서 순차적으로, (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 스 위치(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))를 나타내어 있다.
제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되는 전하의 독출 동작은 이하와 같이 실행된다. 시각 t10 전에는 M개의 행선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 방전 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.
시각 t10부터 시각 t11까지의 기간에 제어부(30)로부터 방전용 배선(LR)으로 출력되는 방전 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW2)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C2)가 방전된다. 또한, 시각 t11보다 이후인 시각 t12부터 시각 t15까지의 기간, 제어부(30)로부터 제1행의 선택용 배선(LV,1)으로 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 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t12~t15) 내에 있어서, 시각 t13부터 시각 t14까지의 기간, 제어부(30)로부터 홀딩용 배선(LH)으로 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 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 있고, 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW2)가 열려 있으므로, 그 때까지 각 화소부(P1,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하는 그 화소부(P1,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열의 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.
그 기간(t12~t15) 내의 시각 t14에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하는 것에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 바뀌고, 그 때에 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되고, 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고, 기간(t12~t15) 이후에, 제어부(30)로부터 열선택용 배선(LH,1~LH,N)에 출력되는 열선택 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 차 례로 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)에 차례로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값 Vout는 제1행의 N개의 화소부(P1,1~P1,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다. N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각으로부터 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되는 전압값(Vout)은 전압 출력용 배선(Lout)을 통과하여 보정 처리부(40)에 입력된다.
계속하여, 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 행해진다.
시각 t20부터 시각 t21까지의 기간, 제어부(30)에서 방전용 배선(LR)에 출력되는 접합 용량부(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~Sn) 각각에 있어서 방전용 스위치(SW2)가 닫히고, 적분용 용량 소자(C2)가 방전된다. 또, 시각 t21보다 이후인 시각 t22부터 시각 t25까지의 기간, 제어부(30)로부터 제2행의 선택용 배선(LV,2)로 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t22~t25) 내에 있어서 시각 t23부터 시각 t24까지의 기간, 제어부(30) 로부터 홀딩용 배선(LH)으로 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
그리고, 기간(t22~t25) 이후에, 제어부(30)로부터 열선택용 배선(LH,1~LH,N)에 출력되는 열선택 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 닫힌다.
이상과 같이, 제2행의 N개의 화소부(P2,1~P2,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)의 수광 강도를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력된다. N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각으로부터 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되는 전압값(Vout)은 전압 출력용 배선(Lout)을 통과하여 보정 처리부(40)에 입력된다.
이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 계속하여, 이후 제3행으로부터 제M행까지 동양(同樣)의 동작이 행해지고, 1회의 촬상에 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료하면, 다시 제1행부터 동양의 동작이 행해지고, 다음 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동양의 동작을 반복하는 것에 의해, 수광부(10)가 수광한 광의 상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되어, 반복적으로 프레임 데이터가 얻어진다. 이러한 프레임 데이터는 보정 처리 부(40)에 입력된다.
그러나 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)가 닫혀 있는 기간에 있어서, 제m행 각 화소부(Pm,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하는 그 화소부(Pm,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열의 독출용 배선(LO,n)을 거쳐서, 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C2)에 전송된다. 이 때, 제m행의 각 화소부(Pm,n)의 포토다이오드(PD) 접합 용량부의 축적 전하가 초기화된다.
그러나 어느 제n열의 독출용 배선(LO,n)이 도중의 위치에서 단선되어 있는 경우에는, 그 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중, 적분 회로(Sn)에 대해 단선 위치로부터 먼 곳에 있는 화소부는 적분 회로(Sn)와 접속되지 않고, 적분 회로(Sn)에 전하를 전송할 수 없기 때문에, 이 전하 전송에 기인하는 포토다이오드(PD) 접합 용량부의 축적 전하를 초기화를 할 수 없다. 이 상태에서, 이러한 화소부에 있어서 광입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하는 이 포토다이오드의 접합 용량부에 축적될 뿐이며, 포화 레벨을 초과하면 양 이웃 열의 화소부로 넘쳐나와, 연속된 3열의 화소부에 대해 결함 라인을 발생시키게 된다.
그래서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서, 보정 처리부(40)는 신호 독출부(20)로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터를 취득하여, 그 프레임 데이터에 대해 이하와 같은 보정 처리를 행한다.
이하에서는 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나의 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)이 단선되어 있는 것으로 한다. 그리고, 제n1열의 M개의 화소부(P1,n1~PM,n1) 중 독출용 배선(LO,n1)의 단선에 기인하여 신호 독출부(20)에 접속되지 않은 결함 라인 상의 화소부를 화소부(Pm1,n1)로 한다. 또, 제n1열 이웃의 제n2열에 있고 화소부(Pm1,n1)에 인접하는 인접 라인 상의 화소부를 화소부(Pm1,n2)로 한다. 여기서, m1은 1 이상 M 이하의 정수이고, n1, n2는 1 이상 N 이하의 정수이고, n1와 n2의 차는 1이다.
보정 처리부(40)는 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을, 이 전압값을 입력 변수로 하는 함수식에 따라 변환하여 보정한다. 이 때, 보정 처리부(40)는 상기 함수식으로서 임의의 것을 이용할 수 있지만, 다항식을 이용하는 것이 간편하다. 또, 보정 처리부(40)는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성을 기초하여 결정되는 값을 상기 다항식의 계수로서 이용할 수 있다.
또, 보정 처리부(40)는 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 복수의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 복수의 독출용 배선 각각에 따라 상기 계수를 설정하고, 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을 보정하는 것도 바 람직하다.
또한, 보정 처리부(40)는 프레임 데이터 중 결함 라인 상의 화소부(Pm1,n1)에 대응하는 전압값을, 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 보정 후 값에 기초하여 결정한다. 이러한 결정을 할 때에는, 양 이웃의 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값에 기초하여 보간 계산을 하여 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어 양 이웃의 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 평균값을 구하는 것도 가능하다.
그리고, 보정 처리부(40)는 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2) 및 결함 라인 상의 화소부(Pm1,n1) 각각에 대응하는 전압값을 상기와 같이 보정한 후의 프레임 데이터를 출력한다.
인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 보정 처리에 대해 보다 상세히 설명하면 이하와 같다.
도 4는 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터 중 정상 라인 및 인접 라인 각각의 화소부에 대응하는 전압값의 관계를 나타낸 도면이다. 여기서는 수광부(10) 전체에 균일한 강도의 광을 입사시켜, 그 입사광 강도를 변화시키고, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V1과 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V2와의 관계를 구하여 도면에 실선으로 나타냈다. 도면에는 「V2=V1」의 라인 을 점선으로 나타냈다. 또한, 이러한 전압값 V1, V2는 다크 보정 후의 것이다. 정상 라인은 독출용 배선이 단선되어 있는 결함 라인도 아니고, 결함 라인 상의 화소부로부터 전하가 유입되는 인접 라인도 아니다.
이 도면에 나타나 있는 바와 같이, 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V2는 일반적으로 하기 (1) 식에서 나타나 있는 바와 같이, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V1을 입력 변수로 하는 함수로 나타낸다. 또, 간편하게는 하기 (2) 식에서 나타나 있는 바와 같이, 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V2는 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V1을 입력 변수로 하는, 예를 들어 4차 다항식으로 나타낸다.
도 4에서는 수광부(10) 전체에 균일한 강도의 광을 입사시키고 있기 때문에, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V1은 결함 라인 상의 화소부로부터 전하 유입 등이 없으면, 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값 V2와 동일한 값이 되어야 하지만, 결함 라인 상의 화소부로부터 전하 유입 등에 의해 다른 값이 되고 있다.
여기서, 동일한 강도의 광이 닿고 있는 경우에, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값이 V1, 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값이 V2를 관계짓는 식으로서 (1) 식을 정의한다. 보다 구체적으로는 다항식인 (2) 식으로서, 제품 검사시에 계수 a~e를 정한다. 즉, 인접 라인 상의 화소부에서 전압값 V1이 얻어진 경우 는, (2) 식에 V1를 대입하여 V2를 구한다. (1) 식 및 (2) 식은 어디까지나, 균일한 강도의 광을 조사했을 때의 인접 라인과 정상 라인 상의 화소부가 출력하는 전압값의 관계를 나타내는 식이기 때문에, (3) 식을 인접 라인 상 화소부의 전압값 V1로부터 보정값 V1'를 구하는 식으로 한다.
구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값이 V1인 경우에, (1) 식(보다 구체적으로는, 계수가 결정된 (2) 식)으로 구해지는 값 V2가 결함 라인 상의 화소부로부터 전하 유입 등이 없는 경우의, 인접 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값이 V1의 값으로 되기 때문에, 보정값 V1'로서 이를 채택한다.
즉, (1) 식 및 (2) 식을 인접 라인의 전압값과 정상 라인의 전압값을 관계짓는 식으로 생각하여, 인접 라인의 전압값으로부터 정상 라인의 전압값을 구하고, 이를 결함 라인 상의 화소부로부터의 전하 유입 등이 없는 경우의 인접 라인의 전압값으로 한다.
[식 1]
V2=f(V1)ㆍㆍㆍ(1)
[식 2]
V2=aV1 4+bV1 3+cV1 2+dV1+eㆍㆍㆍ(2)
이와 같이, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터 중 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값 V1은 이 전압값을 입력 변수로 하는 하기 (3) 식의 다항식에 따라 변환하여 보정된다. 그리고, 보정 처리부(40)는 이 보정 후의 전압값 V1'에 기초하여, 결함 라인 상의 화소부(Pm1,n1)에 대응하는 전압값을 결정한다.
[식 3]
V1'=aV1 4+bV1 3+cV1 2+dV1+eㆍㆍㆍ(3)
보정 처리부(40)는 이상과 같은 처리를 할 때에 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터의 각 화소부에 대응하는 전압값에 대해 다크 보정을 미리 행하는 것이 바람직하다. 또, 보정 처리부(40)는 이상과 같은 처리를 아날로그 처리로 행해도 되지만, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터를 디지털 변환한 후에 디지털 처리를 행하는 것이 바람직하고, 프레임 데이터를 디지털값으로서 기억하는 프레임 메모리를 구비하는 것이 바람직하다.
보정 처리부(40)는 이상과 같은 처리를 하기 위해, 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 단선되어 있는 독출용 배선, 및 단선되어 있는 독출용 배선에 있어서 단선 위치를 미리 기억하는 기억부를 구비하는 것이 바람직하다. 또, 고체 촬상 장치(1)의 제조 도중 또는 제조 후의 검사에 있어서 얻어진 단선 정보를 외부로부터 상기 기억부에 기억시킬 수 있는 것이 바람직하다.
또 보정 처리부(40)는 수광부(10), 신호 독출부(20) 및 제어부(30)과 함께 일체적으로 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 고체 촬상 장치(1) 전체가 반도체 기판 상에 집적화되어 있는 것이 바람직하다. 또, 수광부(10), 신호 독출부(20) 및 제어부(30)가 일체적으로 되어 있는 반면, 이들과는 별도로 보정 처리부(40)가 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 보정 처리부(40)는 예를 들어 컴퓨터에 의해 실현될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1), 또는 고체 촬상 장치(1)의 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터를 보정하는 방법에서는 프레임 데이터 중 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을 함수식에 따라 보정한다. 즉, 인접 라인 상의 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을 보정할 때에, 정상 라인 상의 화소부에 대응하는 전압값을 이용할 필요가 없다. 따라서, 특허 문헌 1에 기재된 발명과 비교하여, 본 실시 형태에서는 보정 후의 화상에 있어서 결함 라인 이웃에서 해상도가 높아진다.
또한, 신호 독출부(20)에 의한 프레임 데이터의 출력 동작과, 보정 처리부(40)에 의한 보정 처리는 교대로 행해져도 되고, 또 병렬적으로 행해져도 된다. 전자의 경우, 신호 독출부(20)에 의한 프레임 데이터 Fk의 출력 동작 후에 보정 처리부(40)에 의한 프레임 데이터 Fk의 보정 처리가 행해지고, 그 보정 처리가 종료한 후에 신호 독출부(20)로부터 다음의 프레임 데이터 Fk+1이 보정 처리부(40)로 출력 된다. 한편, 후자의 경우, 신호 독출부(20)에 의한 프레임 데이터 Fk의 출력 동작 후, 보정 처리부(40)에 의한 프레임 데이터 Fk의 보정 처리가 행해지고, 그 보정 처리 기간과 적어도 일부 중복되는 기간에 있어서, 신호 독출부(20)로부터 다음 프레임 데이터 Fk+1이 보정 처리부(40)로 출력된다.
또, 결함 라인 상의 화소부로부터 인접 라인 상의 화소부로의 전하 누출은 결함 라인의 양측 인접 라인 상의 화소부에 대해 발생한다. 따라서, 결함 라인의 양측 인접 라인 상의 화소부에 대해, 이전의 프레임 데이터 전압값을 이용한 보정을 행하는 것이 바람직하다. 단, 결함 라인에 대해 일방측에 인접하는 인접 라인 상 화소부의 전압값과, 같은 측에서 또한 인접하는 정상 라인 상 화소부의 전압값을 비닝(binning; 가산)하여 독출하는 경우에는, 결함 라인에 대해 타방측에 인접하는 인접 라인 상 화소부의 전압값에 대해서만, 이전 프레임 데이터의 전압값을 이용한 보정을 행한다. 이 경우에도, 특허 문헌 1에 기재된 발명과 비교하여 높은 해상도가 얻어진다.
다음으로, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 다른 실시 형태에 대해 설명하기로 한다. 도 5는 다른 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(2)의 구성도이다. 이 고체 촬상 장치(2)는 수광부(10A, 10B), 신호 독출부(20A, 20B), 제어부(30), 보정 처리부(40), 및 버퍼부(50A, 50B)를 구비한다. 또, X선 플랫 패널로서 이용되는 경우, 고체 촬상 장치(2)의 수광면(10A, 10B) 상에 신틸레이터 패널이 겹쳐진다.
고체 촬상 장치(2)에 포함되는 수광부(10A, 10B) 각각은 고체 촬상 장치(1) 에 포함되는 수광부(10)와 동양의 것이다. 또, 고체 촬상 장치(2)에 포함되는 신호 독출부(20A, 20B) 각각은 고체 촬상 장치(1)에 포함되는 신호 독출부(20)와 동양의 것이다.
고체 촬상 장치(2)에 포함되는 제어부(30)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 선택용 배선(LV,m)에 출력하여, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 수광부(10A, 10B) 각각에 포함되는 제m행의 화소부(Pm,1~Pm,N)에 부여한다. 제어부(30)는 신호 독출부(20A)에 포함되는 각 홀딩 회로(Hn)에 부여해야 할 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열의 선택용 배선(LHA,n)으로 출력함과 아울러, 신호 독출부(20B)에 포함되는 각 홀딩 회로(Hn)에 부여해야 할 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열의 선택용 배선(LHB,n)으로 출력한다.
또 제어부(30)는 신호 독출부(20A, 20B) 각각에 포함되는 각 적분 회로(Sn)에 부여해야 할 방전 제어 신호(Reset)를 방전용 배선(LR)으로 출력한다. 제어부(30)는 신호 독출부(20A, 20B) 각각에 포함되는 각 홀딩 회로(Hn)에 부여해야 할 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(LH)으로 출력한다.
제어부(30)는, 이상과 같이, 수광부(10A, 10B) 각각에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(20A, 20B)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한 다. 이에 따라 제어부(30)는 수광부(10A, 10B) 각각에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20A, 20B)로부터 반복 출력시킨다.
이와 같이 고체 촬상 장치(2)는 복수 조의 수광부 및 신호 독출부를 구비하는 것에 의해, 수광 영역을 확대할 수 있거나 또는 화소수를 증가시킬 수 있다. 또 복수의 신호 독출부를 서로 병렬적으로 동작시킬 수 있고, 화소 데이터의 고속 독출이 가능하다.
또한, 버퍼부는 복수 조의 수광부 및 신호 독출부의 각 조로부터, 보정 처리부에 신호를 보내기 위한 신호 출력부가 된다. 수광부 및 신호 독출부의 각 조는 각각 다른 반도체 기판 상에 형성할 수 있고, 이 경우 보정 처리부는 수광부 및 신호 독출부가 형성된 어느 하나의 반도체 기판 상 또는 또다른 반도체 기판 상에 형성하는 것이 가능하다. 또, 버퍼부는 버퍼 앰프만으로 구성해도 된다.
보정 처리부(40)는 신호 독출부(20A)에 포함되는 각 홀딩 회로(Hn)로부터 차례로 전압 출력용 배선(Lout_A)에 출력되어 버퍼부(50A)를 거친 전압값을 입력함과 아울러, 신호 독출부(20B)에 포함되는 각 홀딩 회로(Hn)로부터 차례로 전압 출력용 배선(Lout_B)으로 출력되어 버퍼부(50B)를 거친 전압값을 입력한다. 그리고, 보정 처리부(40)는 신호 독출부(20A, 20B)로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터를 취득하여 보정 처리를 행하고, 그 보정 처리 후의 프레임 데이터를 출력한다.
이 보정 처리부(40)에 있어서 처리 내용은 상술한 바와 같다. 단, 버퍼부(50A)와 버퍼부(50B)는 동작 특성이 반드시 일치하지 않으며, 입력 전압값이 동일해도 출력 전압값이 다른 경우가 있다. 그래서, 보정 처리부(40)에서는 수광부(20A)에 포함되는 어느 하나의 열의 독출용 배선이 단선되어 있는 경우에, 그 수광부(20A)에 포함되는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부(정상 라인)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2; 인접 라인)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정한 계수 a~e를 이용하는 것이 바람직하다.
동양으로, 보정 처리부(40)에서는 수광부(20B)에 포함되는 어느 하나의 열의 독출용 배선이 단선되어 있는 경우에, 그 수광부(20B)에 포함되는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부 (Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부(정상 라인)에 대응하는 전압값의 입사광강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2; 인접 라인)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정한 계수 a~e를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1), 또는 고체 촬상 장치(1)의 신호 독출부(20)로부터 출력되는 프레임 데이터를 보정하는 방법은 X선 CT 장치에 있어서 적절하게 이용될 수 있다. 그래서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 구비하는 X선 CT 장치의 실시 형태에 대해 다음과 같이 설명한다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 X선 CT 장치(100)의 구성도이다. 이 도면에 나 타나는 X선 CT 장치(100)에서, X선원(X선 출력부, 106)은 피사체를 향해 X선을 발생시킨다. X선원(106)으로부터 발생한 X선의 조사들은 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선원(106)은 X선관이 내장되고, 그 X선관의 관전압, 관전류 및 통전 시간 등의 조건이 보정되는 것에 의해, 피사체로의 X선 조사량이 제어된다. X선 촬상기(107)는 2차원 배열된 복수의 화소부를 가진 CMOS의 고체 촬상 장치를 내장하여, 피사체를 통과한 X선상을 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 대향하도록 홀딩하고, 이들을 파노라마 단층 촬영할 때에 피사체 주위에 선회시킨다. 또, 리니어 단층 촬영할 때에는 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 탑재되어, 회전 중심이 수평면 내에서 임의로 보정된다. 암 모터(110) 및 XY 테이블(114)은 회전 구동 장치(103)를 구성하고 있다. 이와 같이 X선(106) 및 X선 촬상기(107)에 내장된 고체 촬상 장치(1, 2)는 각종 이동 수단(104, 110, 114, 113)에 의해 피사체에 대해 상대 이동된다.
X선 촬상기(107)로부터 출력되는 화상 신호는 AD 변환기(120)에 의해, 예를 들어 10비트(=1024 레벨)의 디지털 데이터로 변환되고, CPU(중앙 처리 장치, 121)에서 일단 받은 후, 프레임 메모리(122)에 격납된다. 프레임 메모리(122)에 격납된 화상 데이터로부터, 소정의 연산 처리에 의해 임의의 단층면을 따른 단층 화상이 재생된다. 재생된 단층 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되고, 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, 또한 패널 스위치나 X선 조사 스위치 등을 구비한 조작패널(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, 추가로 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 제어할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 X선 CT 장치(100)에 있어서, X선 촬상기(107)는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 수광부(10), 신호 독출부(20) 및 제어부(30)에 상당하고, 수광부(10) 전면(前面)에 신틸레이터 패널이 마련되어 있다. 또, CPU(121) 및 워크 메모리(123)는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 보정 처리부(40)에 상당한다.
X선 CT 장치(100)는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 구비함과 아울러, 고체 촬상 장치로부터 출력되는 보정 처리 후에 기초하여 피사체의 단층화상을 생성하는 화상 해석부로서 CPU(121)를 구비하고 있는 것에 의해, 결함 라인 이웃에 있어서 해상도가 높은 단층 화상을 얻을 수 있다. 이 프레임 데이터를 두께 방향으로 겹치면 3차원 화상 데이터를 생성할 수 있지만, 프레임 데이터 안의 휘도에 따라, 이 휘도를 가지는 특정 조직의 색을 이 휘도를 가지는 화소에 맞출 수도 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 변동하므로, 결함 라인 상의 화소부로부터 인접 라인 상의 화소부로 흘러넘치는 전하의 양은 프레임마다 변동한다. 이러한 X선 CT 장치에 있어서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 구비하는 것에 의해, 프레임 데이터에 대해 유효한 보정을 할 수 있다. 또한, X선 CT 장치(100)는 고체 촬상 장치(1) 대신에 고체 촬상 장치(2)를 구비하고 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 어느 하나의 독출용 배선이 단선되어 있는 경우에 화소 데이터를 보정하여 해상도가 높은 화상을 얻을 수 있는 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와,
    상기 수광부에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속되어, 상기 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를, 그 화소부에 포함되는 독출용 스위치를 통해 독출하는 독출용 배선(LO,n)과,
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 각각과 접속되어, 상기 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 차례로 출력하는 신호 독출부와,
    상기 수광부에 있어서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하여, 상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 상기 신호 독출부로부터 반복 출력시키는 제어부와,
    상기 신호 독출부로부터 반복 출력되는 각 프레임 데이터를 취득하여 보정 처리를 행하는 보정 처리부를 구비하고,
    상기 보정 처리부가
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나의 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)이 단선(斷線)되어 있을 때, 제n1열의 M개의 화소부(P1,n1~PM,n1) 중 상기 독출용 배선(LO,n1)의 단선에 기인하여 상기 신호 독출부에 접속되지 않은 화소부를 화소부(Pm1,n1)로 하고, 제n1열 이웃의 제n2열에 있고 화소부(Pm1,n1)에 인접하는 화소부를 화소부(Pm1,n2)로 하고,
    상기 신호 독출부로부터 출력되는 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을, 그 전압값을 입력 변수로 하는 함수식에 따라 변환하여 보정함과 아울러,
    상기 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n1)에 대응하는 전압값을, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 보정 후 값에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치(여기서 M, N은 2 이상의 정수, m은 1 이상 M 이하의 각 정수, n은 1 이상 N 이하의 각 정수, m1은 1 이상 M 이하의 정수, n1, n2는 1 이상 N 이하의 정수로 함).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정 처리부가
    상기 함수식으로서 다항식을 이용하고,
    화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정되는 값을, 상기 다항식의 계수로서 이용하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보정 처리부가
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 복수의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 복수의 독출용 배선 각각에 따라 상기 계수를 설정하고, 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을 보정하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    복수 조(組)의 상기 수광부 및 상기 신호 독출부를 구비하고,
    상기 보정 처리부에서 이용되는 계수가, 복수의 상기 수광부 중 어느 하나의 수광부에 포함되는 어느 하나의 열의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 수광부에 포함되는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 피사체를 향해 X선을 출력하는 X선 출력부와,
    상기 X선 출력부로부터 출력되어 상기 피사체를 거쳐 도달한 X선을 수광하여 촬상하는 청구항 1에 기재된 고체 촬상 장치와,
    상기 X선 출력부 및 상기 고체 촬상 장치를 상기 피사체에 대해 상대 이동시키는 이동 수단과,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 보정 처리 후의 프레임 데이터를 입력하고, 그 프레임 데이터에 기초하여 상기 피사체의 단층 화상을 생성하는 화상 해석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 CT 장치.
  6. 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와,
    상기 수광부에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 각각에 포함되는 독출용 스위치와 접속되어 상기 M개의 화소부(P1,n~PM,n) 중 어느 하나의 화소부에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하를, 그 화소부에 포함되는 독출용 스위치를 통해 독출하는 독출용 배선(LO,n)과,
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 각각에 접속되어, 상기 독출용 배선(LO,n)을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 차례로 출력하는 신호 독출부와,
    상기 수광부에서 제m행의 N개의 화소부(Pm,1~Pm,N) 각각에 포함되는 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 신호 독출부에서 전압값 출력 동작을 제어하고, 상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P1,1~PM,N) 각각에 포함되는 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 상기 신호 독출부로부터 반복 출력시키는 제어부를 구비하는 고체 촬상 장치로부터 출력되는 프레임 데이터를 보정하는 방법으로서,
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 하나의 제n1열의 독출용 배선(LO,n1)이 단선되어 있을 때, 제n1열의 M개의 화소부(P1,n1~PM,n1) 중 상기 독출용 배선(LO,n1)의 단선에 기인하여 상기 신호 독출부에 접속되지 않은 화소부를 화소부(Pm1,n1)로 하고, 제n1열 이웃의 제n2열에 있고 화소부(Pm1,n1)에 인접하는 화소부를 화소부(Pm1,n2)로 하고,
    상기 신호 독출부로부터 출력되는 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을, 그 전압값을 입력 변수로 하는 함수식에 따라 변환하여 보정함과 아 울러,
    상기 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n1)에 대응하는 전압값을, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 보정 후 값에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 프레임 데이터 보정 방법(M, N은 2 이상의 정수, m은 1 이상 M 이하의 각 정수, n은 1 이상 N 이하의 각 정수, m1은 1 이상 M 이하의 정수, n1, n2는 1 이상 N 이하의 정수로 함).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 함수식으로서 다항식을 이용하고,
    화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 결정되는 값을, 상기 다항식의 계수로서 이용하는 것을 특징으로 하는 프레임 데이터 보정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 독출용 배선(LO,1~LO,N) 중 어느 복수의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 단선되어 있는 복수의 독출용 배선 각각에 따라 상기 계수를 설정하고, 프레임 데이터 중 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값을 보정하는 것을 특징으로 하는 프레임 데이터 보정 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치가 복수 조의 상기 수광부 및 상기 신호 독출부를 구비하고,
    복수의 상기 수광부 중 어느 하나의 수광부에 포함되는 어느 하나의 열의 독출용 배선이 단선되어 있을 때, 그 수광부에 포함되는 화소부(Pm1,n1) 및 화소부(Pm1,n2) 중 어느 쪽도 아닌 화소부에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성과, 화소부(Pm1,n2)에 대응하는 전압값의 입사광 강도 의존성에 기초하여 상기 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 프레임 데이터 보정 방법.
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