KR20100135705A

KR20100135705A - 고체 촬상 장치 및 ｘ선 검사 시스템

Info

Publication number: KR20100135705A
Application number: KR1020107015106A
Authority: KR
Inventors: 하루미치 모리; 류지 규시마; 가즈키 후지타
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-12-27
Also published as: EP2276237A1; US20140037060A1; TWI475979B; KR101598233B1; JP5094530B2; US8576984B2; TW201008260A; US8953745B2; CN102017610B; US20110299654A1; CN102017610A; JP2009267715A; EP2276237A4; WO2009131153A1

Abstract

고체 촬상 장치(1A)는 수광부(10A) 및 신호 독출부(20) 등을 구비한다. 수광부(10A)에서는 M×N개의 화소부(P_1,1∼P_M,N)가 M행 N열로 배열되어 있다. 제1 촬상 모드시, 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소부 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다. 제2 촬상 모드시, 수광부(10A)에 있어서 연속하는 M₁행에 포함되는 각 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다. 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치가 작고, 프레임 레이트가 빠르고, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인이 크다.

Description

고체 촬상 장치 및 Ｘ선 검사 시스템{SOLID-STATE IMAGE PICKUP APPARATUS AND X-RAY INSPECTION SYSTEM}

본 발명은 고체 촬상 장치 및 X선 검사 시스템에 관한 것이다.

고체 촬상 장치로서, CMOS 기술을 이용한 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 화소부가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부를 구비하고, 각 화소부에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하를 적분 회로에 있어서 캐패시터에 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하는 것이다.

일반적으로, 각 열의 M개의 화소부 각각의 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 통해, 대응하는 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 출력된다.

PPS 방식의 고체 촬상 장치는 다양한 용도로 이용되며, 예를 들어 신틸레이터부와 조합되어 X선 플랫 패널로서 의료 용도나 공업 용도로도 이용되고, 더욱 구체적으로는 X선 CT 장치나 마이크로포커스 X선 검사 장치 등에 있어서도 이용된다. 특허 문헌 1에 개시된 X선 검사 시스템은 X선 발생 장치로부터 출력되어 검사 대상물을 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 촬상(撮像)하여 이 검사 대상물을 검사하는 시스템으로서, 검사 대상물을 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 복수 종류의 촬상 모드에서 촬상하는 것이 가능하다고 되어 있다. 이러한 복수 종류의 촬상 모드 사이에서는 수광부에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 제2006/109808호 팜플렛

특허 문헌 1에는 고체 촬상 장치의 수광부에 있어서 촬상 영역을 촬상 모드에 따라 달라지게 하는 취지의 기재가 있기는 하나, 고체 촬상 장치의 구성이나 동작에 대해서는 아무런 개시가 없다. 그러나 본 발명자는 고체 촬상 장치의 구성이나 동작에 의해서는 이 고체 촬상 장치가 복수 종류의 촬상 모드 중 어느 것에 있어서 바람직한 동작을 할 수 없는 경우가 있다고 하는 문제점이 존재하는 것을 발견하였다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 복수 종류의 촬상 모드 각각에 있어서 바람직한 동작을 할 수 있는 고체 촬상 장치 및 X선 검사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, (1) 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와, (2) 수광부에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 각각의 독출용 스위치와 접속되고, M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 중 어느 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하를, 이 화소부의 독출용 스위치를 통해 독출하는 독출용 배선(L_O _,n)과, (3) 독출용 배선(L_O _,1~L_O _,N) 각각과 접속되고, 독출용 배선(L_O _,n)을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와, (4) 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하여, 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 제어부는 (a) 제1 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _.N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키고, (b) 제2 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 연속하는 M₁행 또는 N₁열의 특정 범위에 포함되는 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키고, (c) 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초하는 프레임 데이터에 있어서 독출화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 하는 것을 특징으로 한다. 단, M, N은 2 이상의 정수이고, M₁은 M 미만의 정수이고, N₁은 N 미만의 정수이고, m은 1 이상 M 이하의 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 정수이다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서는, 제어부에 의한 제어 하에서, 각 화소부(P_m _,n)에 있어서 포토다이오드로의 광 입사에 따라 발생한 전하는 이 화소부의 독출용 스위치가 닫혀 있을 때에, 그 독출용 스위치 및 독출용 배선(L_O _,n)을 통해 신호 독출부에 입력된다. 신호 독출부에서는 입력 전하량에 따른 전압값이 출력된다. 이 고체 촬상 장치는 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 가지고 있다. 제어부에 의한 제어 하에서, 제1 촬상 모드시에는 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부로부터 출력된다. 한편, 제2 촬상 모드시에는 수광부에 있어서 연속하는 M₁행 또는 N₁열의 특정 범위에 포함되는 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부로부터 출력된다. 또한, 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 독출 화소 피치가 작게 되고, 프레임 레이트가 빠르게 되며, 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인이 크게 된다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치에서, 제어부는 제2 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 M행 중 신호 독출부에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M₁행의 범위를 상기 특정 범위로 하고, 이 특정 범위의 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 수광부에 있어서 상기 특정 범위와, 이 특정 범위를 제외한 다른 범위의 사이에, 각 독출용 배선(L_O _,n) 상에 마련된 절리용(切離用) 스위치를 추가로 구비하고, 제어부는 제1 촬상 모드시에 절리용 스위치를 닫고, 제2 촬상 모드시에 절리용 스위치를 여는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 제2 촬상 모드시에 수광부에 있어서 상기 특정 범위를 제외한 다른 범위의 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N)를 덮도록 마련되는 신틸레이터부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 관한 X선 검사 시스템은 상기의 본 발명에 관한 고체 촬상 장치와 X선 발생 장치를 구비하고, X선 발생 장치로부터 출력되어서 검사 대상물을 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 촬상하여 이 검사 대상물을 검사하는 것을 특징으로 한다. 또, X선 발생 장치가, 제1 출력 모드시에 소정의 분기각에서 X선을 출력하고, 제2 출력 모드시에 상기 소정의 분기각보다 좁은 분기각에서 X선을 출력하고, X선 발생 장치가 제1 출력 모드에서 X선을 출력할 때에 고체 촬상 장치가 제1 촬상 모드에서 동작하고, X선 발생 장치가 제2 출력 모드에서 X선을 출력할 때에 고체 촬상 장치가 제2 촬상 모드에서 동작하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 복수 종류의 촬상 모드 각각에 있어서 바람직한 동작을 할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 화소부(P_m _,n), 적분 회로(S_n) 및 홀딩 회로(H_n) 각각의 회로도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 7은 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 X선 검사 시스템(100)의 구성도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A, 1B)의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

먼저, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 고체 촬상 장치(1A)는 수광부(10A), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 제어부(40A)를 구비한다. 또, X선 검출용으로서 이용되는 경우에는, 고체 촬상 장치(1A)의 수광부(10A)를 덮도록 신틸레이터부가 마련된다.

수광부(10A)는 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 것이다. 화소부(P_m,n)는 제m행 제n열에 위치한다. 각 화소부(P_m,n)는 예를 들어 100㎛ 피치로 배열되어 있다. 여기서, M, N 각각은 2 이상의 정수이고, m은 1 이상 M 이하의 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 정수이다. 각 화소부(P_m _,n)는 PPS 방식의 것으로서 공통의 구성을 가지고 있다.

또한, 수광부(10A)는 M행 N열에 2차원 배열된 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)의 주위에, 포토다이오드를 포함하는 화소부를 가지는 경우가 있다. 그러나 이러한 주위의 화소부는 신호 독출부(20) 등으로의 X선 입사를 방지하는 차폐부에 의해 덮여 있어, 광이 입사되지 않아 전하가 발생하지 않으므로, 촬상에는 기여하지 않는다. 수광부(10A)는 촬상을 위한 유효한 화소부로서 적어도 M행 N열에 2차원 배열된 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M _,N)를 포함한다.

제m행의 N개의 화소부(P_m _,1~P_m _,N) 각각은 제m행 선택용 배선(L_V _,m)에 의해 제어부(40A)와 접속되어 있다. 제n열의 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 각각의 출력단은 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 의해, 신호 독출부(20)의 적분 회로(S_n)와 접속되어 있다.

신호 독출부(20)는 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 및 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 포함한다. 각 적분 회로(S_n)는 공통의 구성을 가지고 있다. 또, 각 홀딩 회로(H_n)는 공통의 구성을 가지고 있다.

각 적분 회로(S_n)는 독출용 배선(L_O _,n)과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(H_n)에 출력한다. N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각은 리셋용 배선(L_R)에 의해 제어부(40A)와 접속되고, 또 게인 설정용 배선(L_G)에 의해 제어부(40A)와 접속되어 있다.

각 홀딩 회로(H_n)는 적분 회로(S_n)의 출력단과 접속된 입력단을 가지며, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩된 전압값을 출력단으로부터 전압 출력용 배선(L_out)에 출력한다. N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각은 홀딩용 배선(L_H)에 의해 제어부(40A)와 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(H_n)는 제n열 선택용 배선(L_H _,n)에 의해 제어부(40A)와 접속되어 있다.

A/D 변환부(30)는 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각으로부터 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값을 입력하고, 그 입력된 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리하여, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 출력한다.

제어부(40A)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(L_V _,m)에 출력하고, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 N개의 화소부(P_m _,1~P_m _,N) 각각에 준다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))는 순차적으로 유의값(有意値)이 된다. 제어부(40A)는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 순차적으로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트레지스터를 포함한다.

제어부(40A)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(L_H _,n)에 출력하고, 이 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(H_n)에 준다. N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))도 순차적으로 유의값이 된다. 제어부(40A)는 N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))를 순차적으로 유의값으로서 출력하기 위해 시프트레지스터를 포함한다.

또, 제어부(40A)는 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(L_R)에 출력하고, 이 리셋 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 준다. 제어부(40A)는 게인 설정 신호(Gain)를 게인 설정용 배선(L_G)에 출력하고, 이 게인 설정 신호(Gain)를 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 준다. 제어부(40A)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(L_H)에 출력하고, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 준다. 또한, 제어부(40A)는 도시하고 있지는 않으나, A/D 변환부(30)에 있어서 A/D 변환 처리도 제어한다.

제어부(40A)는 이상과 같이 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(20)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(40A)는 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복하여 출력시킨다.

도 2는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 단면을 나타내는 도면이다. 고체 촬상 장치(1A)는 평판 형상의 기재(基材; 2)에 반도체 기판(3)이 첩부되고, 반도체 기판(3) 상에 신틸레이터부(4)가 마련되어 있다. 반도체 기판(3)의 주면 상에는 화소부(P_m,n)가 배열된 수광부(10A), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30; 도 1 참조) 및 제어부(40A; 도 1 참조)가 형성되어서 집적화되어 있고, 또 신호 입출력이나 전력 공급을 위한 본딩 패드(50)가 형성되어 있다. 신틸레이터부(4)는 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N)를 덮도록 마련되어 있다. 신틸레이터부(4)는 반도체 기판(3) 상에 증착에 의해 마련되어 있어도 좋다. 또한, 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 제어부(40A)의 각각은 수광부(10A)가 집적화되는 반도체 기판(3)에 집적화되지 않고, 이와는 다른 반도체 기판에 집적화하는 구성이어도 좋다.

도 3은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 화소부(P_m _,n), 적분 회로(S_n) 및 홀딩 회로(H_n) 각각의 회로도이다. 여기서는 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)를 대표하여 화소부(P_m,n)의 회로도를 나타내고, N개의 적분 회로(S₁~S_N)를 대표하여 적분 회로(S_n)의 회로도를 나타내고, 또 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 대표하여 홀딩 회로(H_n)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m행 제n열의 화소부(P_m _,n) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 관련하는 회로 부분을 나타낸다.

화소부(P_m,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 제n열 독출용 배선(L_O,n)와 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 포토다이오드 자신의 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW₁)는 제어부(40A)로부터 제m행 선택용 배선(L_V _,m)을 통한 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(P_m _,1~P_m _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 화소부(P_m,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때에, 독출용 스위치(SW₁)가 열려서, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 출력되는 일 없이, 포토다이오드 자신의 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 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 출력된다.

제n열 독출용 배선(L_O _,n)은 수광부(10A)에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 각각의 독출용 스위치(SW₁)와 접속되어 있다. 제n열 독출용 배선(L_O _,n)은 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 중 어느 화소부의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 이 화소부의 독출용 스위치(SW₁)를 통해 독출하여 적분 회로(S_n)에 전송한다.

적분 회로(S_n)는 앰프(A₂), 적분용 캐패시터(C₂₁), 적분용 캐패시터(C₂₂), 방전용 스위치(SW₂₁) 및 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 포함한다. 적분용 캐패시터(C₂₁) 및 방전용 스위치(SW₂₁)는 서로 병렬적으로 접속되고, 앰프(A₂)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 또, 적분용 캐패시터(C₂₂) 및 게인 설정용 스위치(SW₂₂)는 서로 직렬적으로 접속되고, 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 제n열 독출용 배선(L_O _,n)과 접속되어 있다.

방전용 스위치(SW₂₁)는 제어부(40A; 도 1 참조)로부터 리셋용 배선(L_R)을 경유한 리셋 제어 신호(Reset)가 주어진다. 리셋 제어 신호(Reset)는 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 방전용 스위치(SW₂₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 게인 설정용 스위치(SW₂₂)는 제어부(40A)로부터 게인 설정용 배선(L_G)을 경유한 게인 설정 신호(Gain)가 주어진다. 게인 설정 신호(Gain)는 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 게인 설정용 스위치(SW₂₂)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 적분 회로(S_n)에서는 적분용 캐패시터(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 때, 귀환 용량부의 용량값은 적분용 캐패시터(C₂₁)의 용량값과 동일하다. 한편, 게인 설정 신호(Gain)가 하이 레벨이고 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 닫혀 있을 때, 귀환 용량부의 용량값은 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂) 각각의 용량값의 합과 같다. 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 귀환 용량부가 방전되고, 적분 회로(S_n)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 리셋 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려서, 입력단에 입력된 전하가 귀환 용량부에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)로부터 출력된다.

홀딩 회로(H_n)는 입력용 스위치(SW₃₁), 출력용 스위치(SW₃₂) 및 홀딩용 캐패시터(C₃)를 포함한다. 홀딩용 캐패시터(C₃)의 일단은 접지되어 있다. 홀딩용 캐패시터(C₃)의 타단은 입력용 스위치(SW₃₁)를 통해 적분 회로(S_n)의 출력단과 접속되고, 출력용 스위치(SW₃₂)를 통해 전압 출력용 배선(L_out)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW₃₁)는 제어부(40A)로부터 홀딩용 배선(L_H)을 통한 홀딩 제어 신호(Hold)가 주어진다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 출력용 스위치(SW₃₂)는 제어부(40A)로부터 제n열 선택용 배선(L_H _,n)을 통한 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 주어진다. 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))는 홀딩 회로(H_n)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 홀딩 회로(H_n)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 캐패시터(C₃)에 홀딩된다. 또, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때에, 출력용 스위치(SW₃₂)가 닫히고, 홀딩용 캐패시터(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

도 1에 나타낸 제어부(40A)는 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(P_m _,1~P_m _,N) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 리셋 제어 신호(Reset)에 의해, N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 방전용 스위치(SW₂₁)를 일단 닫은 후에 열리도록 지시한 후, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))에 의해, 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소부(P_m,1~P_m,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)를 소정 기간에 걸쳐서 닫도록 지시한다. 제어부(40A)는 그 소정 기간에, 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하도록 지시한다. 그리고 제어부(40A)는 그 소정 기간 후에, 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))에 의해, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)를 순차적으로 일정 기간만 닫도록 지시한다. 제어부(40A)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 순차적으로 행한다.

특히 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)는 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 가진다. 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드 사이에서는 수광부(10A)에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다. 제어부(40A)는 제1 촬상 모드시에, 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또, 제어부(40A)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10A)에 있어서 연속하는 M₁행 또는 N₁열의 특정 범위에 포함되는 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또한, M₁은 M 미만의 정수이고, N₁은 N 미만의 정수이다.

제어부(40A)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10A)에 있어서 연속하는 M₁행의 범위를 상기 특정 범위로 하는 것이 바람직하고, 또한 수광부(10A)에 있어서 M행 중 신호 독출부(20)에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M₁행의 범위를 상기 특정 범위로 하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이 수광부(10A)에 있어서 신호 독출부(20)에 가장 가까운 행이 제1행으로 되어 있는 경우에, 제어부(40A)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10A)에 있어서 제1행으로부터 제M₁행까지의 범위를 상기 특정 범위로 하고, 이 특정 범위(제1행~제M₁행)의 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 제n열 독출용 배선(L_O _,n)이 단선(斷線)되어 있는 경우에도, 제2 촬상 모드시에, 상기 특정 범위의 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 정상적으로 출력시킬 수 있는 확률이 높아진다.

또, 제어부(40A)는 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 전압값에 기초하는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 한다.

예를 들어 특허 문헌 1에 개시된 X선 검사 시스템에 있어서 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)가 이용되며, 이 X선 검사 시스템이 치과용으로 이용되는 경우를 상정하면, 이하와 같다. 이 때, 제1 촬상 모드는 특허 문헌 1에 기재된 CT촬영 모드에 상당하고, 제2 촬상 모드는 특허 문헌 1에 기재된 파노라마 모드 또는 세팔로 모드에 상당한다. 제1 촬상 모드시, 화소 피치는 200㎛이고, 프레임 레이트(1초(s)당 프레임(F)의 수)는 30F/s이다. 한편, 제2 촬상 모드시, 화소 피치는 100㎛이고, 프레임 레이트는 300F/s이다.

이와 같이, 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에는 화소 피치가 작고, 프레임 레이트가 빠르다. 따라서, 제1 촬상 모드시에는 제2 촬상 모드시보다 화소 피치를 크게 하기 위해, 비닝(binning) 독출을 할 필요가 있다. 또, 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에는 각 프레임 데이터의 각 화소가 받는 광의 양은 적다.

그래서 제어부(40A)는 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 달라지게 한다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이 각 적분 회로(S_n)가 구성되는 경우에, 제어부(40A)는 게인 설정 신호(Gain)에 의해 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 개폐 제어함으로써, 각 적분 회로(S_n)의 귀환 용량부의 용량값을 적절히 설정하여, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 게인을 달라지게 한다.

보다 구체적으로는, 제1 촬상 모드시에, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 닫음으로써, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 캐패시터(C₂₁) 및 적분용 캐패시터(C₂₂)의 각 용량값의 합에 같게 한다. 그 한편으로, 제2 촬상 모드시에, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 여는 것에 의해, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 캐패시터(C₂₁)의 용량값에 같게 한다. 이와 같이 함으로써, 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 각 적분 회로(S_n)의 귀환 용량부의 용량값을 작게 하여 게인을 크게 한다. 이로 인해, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드 사이에서 각 화소 데이터를 서로 근사값으로 할 수 있어서, 각 촬상 모드에 있어서 적절한 동작을 할 수 있다.

다음에, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에서는 제어부(40A)에 의한 제어 하에서, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)),리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에서 레벨 변화함으로써, 수광부(10A)에 입사된 광의 상(像)을 촬상하여 프레임 데이터가 얻어진다.

제1 촬상 모드시의 고체 촬상 장치(1A)의 동작은 이하와 같다. 도 4는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 여기서는 2행 2열의 비닝 독출을 하는 제1 촬상 모드시의 동작에 대해 설명한다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소부의 피치의 2배로 한다. 각 적분 회로(S_n)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 닫혀 있어서, 귀환 용량부의 용량값이 큰 값으로 설정되고, 게인이 작은 값으로 설정된다.

이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 방전용 스위치(SW₂₁)의 개폐 동작을 지시하는 리셋 제어 신호(Reset), (b) 수광부(10A)에 있어서 제1행 및 제2행의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)) 및 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (c) 수광부(10A)에 있어서 제3행 및 제4행의 화소부(P₃ _,1~P₃ _,N, P_4,1~P_4,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3)) 및 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4)), 및 (d) N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다.

또, 이 도면에는 다시 계속하여 순서대로, (e) 홀딩 회로(H₁)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 홀딩 회로(H₂)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 홀딩 회로(H₃)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 홀딩 회로(H_n)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 홀딩 회로(H_N)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.

제1행 및 제2행의 2N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 행해진다. 시각 t₁₀ 전에는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.

시각 t₁₀로부터 시각 t₁₁까지의 기간, 제어부(40A)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂)가 방전된다. 또, 시각 t₁₁보다 후의 시각 t₁₂로부터 시각 t₁₅까지의 기간, 제어부(40A)로부터 제1행 선택용 배선(L_V _,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제1행의 N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다. 또, 이 같은 기간(t₁₂~t₁₅)에, 제어부(40A)로부터 제2행 선택용 배선(L_V _,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제2행의 N개의 화소부(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이 기간(t₁₂~t₁₅) 내에 있어서, 시각 t₁₃으로부터 시각 t₁₄까지의 기간, 제어부(40A)로부터 홀딩용 배선(L_H)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌다.

기간(t₁₂~t₁₅) 내에서는 제1행 및 제2행의 각 화소부(P_1,n, P_2,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀 있고, 각 적분 회로(S_n)의 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려 있다. 따라서, 그 때까지 화소부(P_1,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소부(P_1,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)을 통해, 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂)에 전송되어 축적된다. 또, 동시에, 그 때까지 화소부(P_2,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하도, 그 화소부(P_2,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)을 통해, 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력된다.

그 기간(t₁₂~t₁₅) 내의 시각 t₁₄에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력되어서 홀딩 회로(H_n)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 캐패시터(C₃)에 홀딩된다.

그리고 기간(t₁₂~t₁₅)의 후에, 제어부(40A)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(H_n)의 홀딩용 캐패시터(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW₃₂)를 경유하여 전압 출력용 배선(L_out)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값(V_out)은 제1행 및 제2행의 2N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향으로 가산한 값을 나타내는 것이다.

N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되어, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.

계속하여, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소부(P₃ _,1~P₃ _,N, P₄ _,1~P₄ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.

시각 t₂₀로부터 시각 t₂₁까지의 기간, 제어부(40A)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 적분용 캐패시터(C₂₁, C₂₂)가 방전된다. 또, 시각 t₂₁보다 후의 시각 t₂₂로부터 시각 t₂₅까지의 기간, 제어부(40A)로부터 제3행 선택용 배선(L_V _,3)에 출력되는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제3행의 N개의 화소부(P₃ _,1~P₃ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다. 또, 이 같은 기간(t₁₂~t₁₅)에, 제어부(40A)로부터 제4행 선택용 배선(L_V _,4)에 출력되는 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제4행의 N개의 화소부(P₄ _,1~P₄ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이 기간(t₂₂~t₂₅) 내에 있어서, 시각 t₂₃으로부터 시각 t₂₄까지의 기간, 제어부(40A)로부터 홀딩용 배선(L_H)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌다.

그리고 기간(t₂₂~t₂₅)의 후에, 제어부(40A)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소부(P₃ _,1~P₃ _,N, P₄ _,1~P₄ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향으로 가산한 값을 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되어서, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.

제1 촬상 모드시에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작, 이것에 계속되는 제3행 및 제4행에 대한 동작에 이어서, 그 후 제5행으로부터 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 주기에서 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10A)가 수광한 광의 상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되고, 반복하여 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 이 때 얻어지는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치는 화소부 피치의 2배로 되어 있다.

한편, 제2 촬상 모드시의 고체 촬상 장치(1A)의 동작은 이하와 같다. 도 5 및 도 6은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 이 제2 촬상 모드에서는 비닝 독출을 하지 않는다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소부의 피치와 같게 한다. 각 적분 회로(S_n)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 열려 있고, 귀환 용량부의 용량값이 작은 값으로 설정되고, 게인이 큰 값으로 설정된다.

도 5는 수광부(10A)에 있어서 제1행 및 제2행 각각에 대한 동작을 나타낸다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (d) 홀딩 제어 신호(Hold), (e) 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.

제1행의 N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t₁₀전에는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)),리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.

시각 t₁₀으로부터 시각 t₁₁까지의 기간, 제어부(40A)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 적분용 캐패시터(C₂₁)가 방전된다. 또, 시각 t₁₁보다 후의 시각 t₁₂로부터 시각 t₁₅까지의 기간, 제어부(40A)로부터 제1행 선택용 배선(L_V _,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제1행의 N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

기간(t₁₂~t₁₅) 내에서는 제1행의 각 화소부(P_1,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀 있고, 각 적분 회로(S_n)의 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려 있으므로, 그 때까지 각 화소부(P_1,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소부(P_1,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)을 통해, 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력된다.

그 기간(t₁₂~t₁₅) 내의 시각 t₁₄에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력되어 홀딩 회로(H_n)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 캐패시터(C₃)에 홀딩된다.

그리고 기간(t₁₂~t₁₅)의 후에, 제어부(40A)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫히고, 각 홀딩 회로(H_n)의 홀딩용 캐패시터(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW₃₂)를 경유하여 전압 출력용 배선(L_out)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값(V_out)은 제1행의 N개의 화소부(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다.

계속하여, 제2행의 N개의 화소부(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.

시각 t₂₀으로부터 시각 t₂₁까지의 기간, 제어부(40A)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 적분용 캐패시터(C₂₁)가 방전된다. 또, 시각 t₂₁보다 후의 시각 t₂₂로부터 시각 t₂₅까지의 기간, 제어부(40A)로부터 제2행 선택용 배선(L_V _,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제2행의 N개의 화소부(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

그리고 기간(t₂₂~t₂₅)의 후에, 제어부(40A)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제2행의 N개의 화소부(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

제2 촬상 모드시에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 이후, 제3행으로부터 제M₁행까지 동일한 동작이 행해져서, 1회의 촬상에서 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M₁행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M₁행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기에서 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10A)가 수광한 광의 상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되고, 반복하여 프레임 데이터가 얻어진다.

제2 촬상 모드시에, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(L_out)으로의 전압값 출력이 행해지지 않는다. 그러나 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)에 있어서도, 포토다이오드(PD)로의 광 입사에 의해 발생한 전하는 이 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되고, 이윽고 접합 용량부의 포화 레벨을 넘는다. 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되는 전하의 양이 포화 레벨을 넘으면, 포화 레벨을 넘은 만큼의 전하가 이웃의 화소부에 오버플로우된다. 이웃의 화소부가 제M₁행에 속한다고 하면, 이웃의 화소부에 대해 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값은 부정확한 것으로 되고 만다.

그래서 제2 촬상 모드시에 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단이 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)는 이와 같은 방전 수단으로서, 제2 촬상 모드시에 도 6에 나타나는 바와 같은 동작을 행하여, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적된 전하를 적분 회로(S_n)에 전송함으로써, 이 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전한다.

도 6은 수광부(10A)에 있어서 제M₁행 및 제(M₁+1)행 각각에 대한 동작을 나타낸다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제M₁행 선택 제어 신호(Vsel(M₁)), (c) 제(M₁+1)행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)), (d) 홀딩 제어 신호(Hold), (e) 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.

이 도 6에 나타나는 시각 t₄₀으로부터 시각 t₅₀까지의 기간에 있어서 제M₁행에 대한 동작은 도 5에 나타난 시각 t₁₀으로부터 시각 t₂₀까지의 기간에 있어서 제1행에 대한 동작과 동일하다. 단, 시각 t₄₂으로부터 시각 t₄₅까지의 기간, 제어부(40A)로부터 제M₁행 선택용 배선(L_V _, _M1)에 출력되는 제M₁행 선택 제어 신호(Vsel(M₁))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제M₁행의 N개의 화소부(P_M1 _,1~P_M1 _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

제2 촬상 모드시, 제M₁행에 대한 동작이 종료되면, 시각 t₅₀ 이후, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대한 동작이 행해진다. 즉, 시각 t₅₀ 이후, 제어부(40A)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫힌다. 또, 시각 t₅₀ 이후의 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀 있는 기간에, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이와 같이, 제2 촬상 모드시에, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힘으로써, 이 화소부의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되어 있던 전하가 적분 회로(S_n)에 전송되고, 또 각 적분 회로(S_n)에 있어서 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫힘으로써, 각 적분 회로(S_n)의 적분용 캐패시터(C₂₁)는 항상 방전된 상태로 된다. 이와 같이 하여, 제2 촬상 모드시에, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 방전될 수 있다.

이 때, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))가 순차적으로 하이 레벨로 되어도 좋지만, 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M)) 중 복수의 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 되어도 좋고, 또 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))의 모두가 동시에 하이 레벨로 되어도 좋다. 이와 같이, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 복수 또는 모든 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 됨으로써, 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 더욱 단시간에 방전될 수 있다.

그런데 제1 촬상 모드에 비해 적은 개수의 화소부의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 다른 촬상 모드로 하여, 수광부(10A)에 있어서 연속하는 N₁열에 포함되는 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시켜도 된다. 여기서, N₁은 N 미만의 정수이다. 그러나 이와 같이 N₁열의 각 화소부(P_m,n)의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 촬상 모드에서는 1 프레임 데이터를 얻기 위해, 제어부(40A)로부터 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 출력시킬 필요가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에서는 M₁행의 각 화소부(P_m,n)의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 제2 촬상 모드시에, 1 프레임 데이터를 얻기 위해, 제어부(40A)로부터 M₁개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M₁))를 출력시키면 되므로, 고속 동작을 할 수 있다.

또한, 지금까지 설명한 도 4 ~ 도 6에 도시된 타이밍 차트에서는 각 홀딩 회로(H_n)로부터 전압값의 독출이 종료된 후에 각 적분 회로(S_n)를 초기화하였다. 그러나 각 적분 회로(S_n)의 출력 전압값을 홀딩 회로(H_n)에 의해 홀딩한 후라면, 각 홀딩 회로(H_n)로부터 전압값을 독출하고 있는 기간에, 리셋 제어 신호(Reset)를 하이 레벨로 하여 각 적분 회로(S_n)를 초기화해도 된다. 이로 인해 더욱 고속 동작을 할 수 있다.

다음에, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에 대해 설명한다. 도 7은 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 고체 촬상 장치(1B)는 수광부(10B), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 제어부(40B)를 구비한다. 또, X선 검출용으로서 이용되는 경우에는, 고체 촬상 장치(1B)의 수광부(10B)를 덮도록 신틸레이터부가 마련된다.

도 1에 도시된 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 구성과 비교하면, 이 도 7에 도시되는 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)는 각 제n열 독출용 배선(L_O _,n) 상에 절리용 스위치(SW1_n) 및 방전용 스위치(SW2_n)가 마련되어 있는 점에서 상위하고, 또 제어부(40A) 대신에 제어부(40B)를 구비하는 점에서 상위하다.

각 절리용 스위치(SW1_n)는 독출용 배선(L_O _,n) 상에서, 수광부(10B)에 있어서 제M₁행과 제(M₁+1)행 사이에 마련되어 있다. 즉, 절리용 스위치(SW1_n)가 닫혀 있을 때, 제1행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)는 독출용 배선(L_O _,n)을 통해 신호 독출부(20)와 접속되어 있다. 한편, 절리용 스위치(SW1_n)가 열려 있을 때, 제1행으로부터 제M₁행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)는 독출용 배선(L_O _,n)을 통해 신호 독출부(20)와 접속되어 있으나, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)는 신호 독출부(20)와 분리된다. 각 절리용 스위치(SW1_n)는 절리용 배선(L_D1)을 통해 제어부(40B)와 접속되어 있어서, 제어부(40B)로부터 절리용 배선(L_D1)을 통한 절리 제어 신호(Disconnect)가 주어진다. 절리 제어 신호(Disconnect)는 각 절리용 스위치(SW1_n)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

각 방전용 스위치(SW2_n)는 독출용 배선(L_O _,n) 상에서, 절리용 스위치(SW1_n)가 마련되어 있는 위치에 대해 신호 독출부(20)보다 먼 측에 마련되어 있다. 방전용 스위치(SW2_n)의 일단은 독출용 배선(L_O _,n)을 통해, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)에 접속되어 있다. 방전용 스위치(SW2_n)의 타단은 접지된다. 각 방전용 스위치(SW2_n)는 방전용 배선(L_D2)을 통해 제어부(40B)와 접속되어 있어서, 제어부(40B)로부터 방전용 배선(L_D2)을 통한 방전 제어 신호(Discharge)가 주어진다. 방전 제어 신호(Discharge)는 각 방전용 스위치(SW2_n)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

제어부(40B)는 제1 실시 형태에 있어서 제어부(40A)와 동일하게, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(L_V _,m)에 출력하고, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(L_H _,n)에 출력하고, 방전 제어 신호(Reset)를 방전용 배선(L_R)에 출력하고, 게인 설정 신호(Gain)를 게인 설정용 배선(L_G)에 출력하고, 또 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(L_H)에 출력한다.

더하여, 제어부(40B)는 절리 제어 신호(Disconnect)를 절리용 배선(L_D1)에 출력하고, 이 절리 제어 신호(Disconnect)를 N개의 절리용 스위치(SW1₁~SW1_N) 각각에 준다. 또, 제어부(40B)는 방전 제어 신호(Discharge)를 방전용 배선(L_D2)에 출력하고, 이 방전 제어 신호(Discharge)를 N개의 방전용 스위치(SW2₁~SW2_N) 각각에 준다.

제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)도 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 가진다. 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드 사이에서는 수광부(10B)에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다. 제어부(40B)는 제1 촬상 모드시에, 수광부(10B)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또, 제어부(40B)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10B)에 있어서 제1행으로부터 제M₁행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다.

또, 제어부(40B)는 제1 촬상 모드시에 비해, 제2 촬상 모드시에, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 전압값에 기초하는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 한다.

제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에서는 제1 촬상 모드시에, 제어부(40B)로부터 절리용 배선(L_D1)을 경유하여 각 절리용 스위치(SW1_n)에 주어지는 절리 제어 신호(Disconnect)는 하이 레벨로 되고, 각 절리용 스위치(SW1_n)는 닫힌다. 또, 제어부(40B)로부터 방전용 배선(L_D2)을 경유하여 각 방전용 스위치(SW2_n)에 주어지는 방전 제어 신호(Discharge)는 로 레벨로 되고, 각 방전용 스위치(SW2_n)는 열린다. 이 상태에서, 제1행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)는 독출용 배선(L_O _,n)을 통해 신호 독출부(20)와 접속되어 있다. 그리고 제1 실시 형태의 경우와 동일한 동작이 행해져서, 수광부(10B)에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다.

한편, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에서는, 제2 촬상 모드시에, 제어부(40B)로부터 절리용 배선(L_D1)을 경유하여 각 절리용 스위치(SW1_n)에 주어지는 절리 제어 신호(Disconnect)는 로 레벨로 되고, 각 절리용 스위치(SW1_n)는 열린다. 또, 제어부(40B)로부터 방전용 배선(L_D2)을 경유하여 각 방전용 스위치(SW2_n)에 주어지는 방전 제어 신호(Discharge)는 하이 레벨로 되고, 각 방전용 스위치(SW2_n)는 닫힌다. 이 상태에서, 제1행으로부터 제M₁행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)는 독출용 배선(L_O _,n)을 통해 신호 독출부(20)와 접속되어 있으나, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m,n)는 신호 독출부(20)와 분리되어서 접지되어 있다.

그리고 제2 촬상 모드시에, 제1행으로부터 제M₁행까지의 범위에 대해서는 제1 실시 형태의 경우와 동일한 동작이 행해져서, 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다. 한편, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 독출용 스위치(SW₁) 및 방전용 스위치(SW2_n)를 통해 접지되므로, 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부는 방전된다. 즉, 이 경우 각 방전용 스위치(SW2_n)는 제2 촬상 모드시에 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단으로서 작용한다.

제2 촬상 모드시에, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))가 순차적으로 하이 레벨로 되어도 좋지만, 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M)) 중 복수의 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 되어도 좋고, 또 행 선택 제어 신호(Vsel(M₁+1)~Vsel(M))의 모두가 동시에 하이 레벨로 되어도 좋다. 이와 같이, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 복수 또는 모든 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 됨으로써, 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 더욱 단시간에 방전될 수 있다.

또, 제2 촬상 모드시에, 제1행으로부터 제M₁행까지의 범위에 대해 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력되는 기간과, 제(M₁+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해 각 화소부(P_m,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 방전되는 기간은 서로 일부가 겹치고 있어도 된다. 이와 같은 경우에는 더욱 고속의 동작이 가능하게 된다.

또, 제2 촬상 모드시에, 절리용 배선(L_D1)이 열림으로써, 신호 독출부(20)에 접속되는제n열 독출용 배선(L_O _,n)이 짧아지므로, 노이즈가 경감될 수 있다.

다음에, 상기 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 포함하는 X선 검사 시스템의 실시 형태에 대해 설명한다. 도면 8은 본 실시 형태에 관한 X선 검사 시스템(100)의 구성도이다. 본 실시 형태에 관한 X선 검사 시스템(100)은 고체 촬상 장치와 X선 발생 장치를 구비하고, X선 발생 장치로부터 출력되어서 검사 대상물을 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 촬상하여 이 검사 대상물을 검사한다.

이 도면에 도시되는 X선 검사 시스템(100)에서, X선 발생 장치(106)는 피사체(검사 대상물)를 향하여 X선을 발생한다. X선 발생 장치(106)로부터 발생한 X선의 조사 필드는 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선 발생 장치(106)는 X선관이 내장되어, 그 X선관의 관(管)전압, 관전류 및 통전 시간 등의 조건이 조정됨으로써, 피사체로의 X선 조사량이 제어된다. X선 촬상기(107)는 2차원 배열된 복수의 화소부를 가지는 CMOS의 고체 촬상 장치를 내장하여, 피사체를 통한 X선상을 검출한다. X선 촬상기(107)의 전방에는 X선 입사 영역을 제한하는 2차 슬릿판(107a)이 마련된다.

선회(旋回) 암(104)은 X선 발생 장치(106) 및 X선 촬상기(107)를 대향시키도록 홀딩하여, 이들을 파노라마 단층 촬영시에 피사체의 주위에 선회시킨다. 또, 리니어 단층 촬영시에는 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 조정된다.

X선 촬상기(107)로부터 출력되는 화상 신호는 A/D 변환기(120)에 의해 예를 들어 10비트(=1024 레벨)의 디지털 데이터로 변환되고, 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 화상이 재생된다. 재생된 단층 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되어, DA 변환기(125)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후, CRT(음극 선관) 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 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), X선 발생 장치(106)를 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 제어하는 것이 가능하다.

이상과 같이 구성되는 X선 검사 시스템(100)에 있어서, X선 촬상기(107)로서 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A 또는 1B)가 이용된다.

X선 발생 장치(106)는 슬릿판(16b)의 개구 범위가 제어됨으로써, 제1 출력 모드시에 소정의 분기각에서 X선을 출력하고, 제2 출력 모드시에 상기 소정의 분기각보다 좁은 분기각에서 X선을 출력할 수 있다. 그리고 X선 발생 장치(106)가 제1 출력 모드에서 X선을 출력할 때에, 고체 촬상 장치인 X선 촬상기(107)는 제1 촬상 모드에서 동작한다. 한편, X선 발생 장치(106)가 제2 출력 모드에서 X선을 출력할 때에, 고체 촬상 장치인 X선 촬상기(107)는 제2 촬상 모드에서 동작한다.

여기서, 예를 들어 제1 출력 모드 및 제1 촬상 모드는 특허 문헌 1에 기재된 CT 촬영 모드에 상당하고, 제2 출력 모드 및 제2 촬상 모드는 특허 문헌 1에 기재된 파노라마 모드 또는 세팔로 모드에 상당한다. 고체 촬상 장치(1A, 1B)는 제2 촬상 모드시의 수광부(10A, 10B)에 있어서 촬상 영역(제1행~제M₁행)의 길이 방향이 선회 평면에 대해 수직으로 되도록 배치된다.

본 실시 형태에 관한 X선 검사 시스템(100)은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A, 1B)를 구비함으로써, 각 촬상 모드에 있어서 바람직한 동작을 할 수 있다.

또한, 고체 촬상 장치(1A, 1B)를 구비하는 X선 검사 시스템(100)이 치과용으로 이용되는 경우를 상정하면, 고체 촬상 장치(1A, 1B)의 수광부(10A, 10B)에 있어서 행수 M보다 열수 N이 큰 것이 바람직하다. 이것은 이하의 이유 때문이다. 즉, CT 촬영 모드에 상당하는 제1 촬상 모드에서는 수광부(10A, 10B)에 있어서 촬상에 이용되는 수광 범위의 치수로서 예를 들어 8 cm 이상 × 12cm 이상이 요구된다. 또, 파노라마 모드에 상당하는 제2 촬상 모드에서는 수광부(10A, 10B)에 있어서 촬상에 이용되는 특정 범위의 치수로서 예를 들어 15cm 이상 × 7mm 이상이 요구된다. 상기와 같은 치수에 관한 요구를 만족하고, 또한 원형의 실리콘 웨이퍼로부터 가장 효율적으로 1개의 집적화된 고체 촬상 장치(1A, 1B)를 제작하는 것을 고려하면, 수광부(10A, 10B)의 형상은 한 방향으로 긴 장방형이 되지 않을 수 없다. 그리고 수광부(10A, 10B)가 장방형으로 될 수밖에 없음을 전제로 하여, 행수 M보다 열수 N을 크게 하고, 제어부(40A, 40B)로부터 출력되는 선택 제어 신호의 개수 M을 적게 한다. 또, 신호 독출부(20)에 있어서 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 복수 조로 나누어, 그 각 조에 대해 개별적으로 A/D 변환부를 마련하고, 이러한 A/D 변환부를 병렬 동작시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 화소 데이터의 고속 독출을 실현할 수 있다.

예를 들어 도 9에 나타내는 바와 같이, N개의 적분 회로(S₁~S_N) 및 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 4조로 나누어, 적분 회로(S₁~S_i) 및 홀딩 회로(H₁~H_i)를 제1조로 하고, 적분 회로(S_i ₊₁~S_j) 및 홀딩 회로(H_i ₊₁~H_j)를 제2조로 하고, 적분 회로(S_j ₊₁~S_k) 및 홀딩 회로(H_j ₊₁~H_k)를 제3조로 하고, 또 적분 회로(S_k ₊₁~S_N) 및 홀딩 회로(H_k ₊₁~H_N)를 제4조로 한다. 여기서, 「1<i<j<k<N」이다. 그리고 제1조의 홀딩 회로(H₁~H_i) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(31)에 의해 디지털값으로 변환하고, 제2조의 홀딩 회로(H_i ₊₁~H_j) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(32)에 의해 디지털값으로 변환하고, 제3조의 홀딩 회로(H_j ₊₁~H_k) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(33)에 의해 디지털값으로 변환하고, 또 제4조의 홀딩 회로(H_k ₊₁~H_N) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(34)에 의해 디지털값으로 변환한다. 또, 4개의 A/D 변환부(31~34) 각각에 있어서 A/D 변환 처리를 병렬적으로 행한다. 이와 같이 함으로써, 화소 데이터의 고속 독출을 실현할 수 있다.

또, 예를 들어 2행 2열의 비닝 독출을 하는 것을 고려하면, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 중 홀수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제1조로 하고, 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제2조로 하고, 이러한 제1조 및 제2조 각각에 대해 개별적으로 A/D 변환부를 마련하여, 이 2개의 A/D 변환부를 병렬 동작시키는 것도 바람직하다. 이 경우, 홀 열에 대응하는 홀딩 회로와, 이것의 이웃하는 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로로부터 동시에 전압값이 출력되고, 이 2개의 전압값이 동시에 A/D 변환 처리되어 디지털값으로 된다. 그리고 비닝 처리될 때에는 이 2개의 디지털값이 가산된다. 이와 같이 하는 것으로도, 화소 데이터의 고속 독출을 실현할 수 있다.

본 발명은 고체 촬상 장치 및 X선 검사 시스템에 이용할 수 있다.

1A, 1Bㆍㆍㆍ고체 촬상 장치
10A, 10Bㆍㆍㆍ수광부
20ㆍㆍㆍ신호 독출부
30ㆍㆍㆍA/D 변환부
40A, 40Bㆍㆍㆍ제어부
P₁ _,1~P_M _,Nㆍㆍㆍ화소부
PDㆍㆍㆍ포토다이오드
SW₁ㆍㆍㆍ독출용 스위치
SW1₁~SW1_Nㆍㆍㆍ절리용 스위치
SW2₁~SW2_Nㆍㆍㆍ방전용 스위치
S₁~S_Nㆍㆍㆍ적분 회로
C₂₁, C₂₂ㆍㆍㆍ적분용 캐패시터
SW₂₁ㆍㆍㆍ방전용 스위치
A₂ㆍㆍㆍ앰프
H₁~H_Nㆍㆍㆍ홀딩 회로
C₃ㆍㆍㆍ홀딩용 캐패시터
SW₃₁ㆍㆍㆍ입력용 스위치
SW₃₂ㆍㆍㆍ출력용 스위치
L_V _,mㆍㆍㆍ제m행 선택용 배선
L_H _,nㆍㆍㆍ제n열 선택용 배선
L_O _,nㆍㆍㆍ제n열 독출용 배선
L_Rㆍㆍㆍ리셋용 배선
L_Gㆍㆍㆍ게인 설정용 배선
L_Hㆍㆍㆍ홀딩용 배선
L_outㆍㆍㆍ전압 출력용 배선

Claims

입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드와 접속된 독출용 스위치를 각각 포함하는 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)가 M행 N열에 2차원 배열된 수광부와,
상기 수광부에 있어서 제n열의 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 각각의 독출용 스위치와 접속되고, 상기 M개의 화소부(P₁ _,n~P_M _,n) 중 어느 화소부의 포토다이오드에서 발생한 전하를, 이 화소부의 독출용 스위치를 통해 독출하는 독출용 배선(L_O _,n)과,
상기 독출용 배선(L_O _,1~L_O _,N) 각각과 접속되고, 상기 독출용 배선(L_O _,n)을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와,
상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하여, 상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부를 구비하고,
상기 제어부가,
제1 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키고,
제2 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 연속하는 M₁행 또는 N₁열의 특정 범위에 포함되는 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키고,
상기 제1 촬상 모드시에 비해, 상기 제2 촬상 모드시에, 상기 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초하는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 상기 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치(M, N은 2 이상의 정수, M₁은 M 미만의 정수, N₁은 N 미만의 정수, m은 1 이상 M 이하의 정수, n은 1 이상 N 이하의 정수로 함).
청구항 1에 있어서,
상기 제어부가, 상기 제2 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 M행 중 상기 신호 독출부에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M₁행의 범위를 상기 특정 범위로 하고, 이 특정 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 수광부에 있어서 상기 특정 범위와, 이 특정 범위를 제외한 다른 범위의 사이에, 각 독출용 배선(L_O _,n) 상에 마련된 절리용(切離用) 스위치를 추가로 구비하고,
상기 제어부가, 상기 제1 촬상 모드시에 상기 절리용 스위치를 닫고, 상기 제2 촬상 모드시에 상기 절리용 스위치를 여는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 촬상 모드시에 상기 수광부에 있어서 상기 특정 범위를 제외한 다른 범위의 각 화소부(P_m _,n)의 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수광부에 있어서 M×N개의 화소부(P_1,1~P_M,N)를 덮도록 마련되는 신틸레이터부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
청구항 5에 기재된 고체 촬상 장치와 X선 발생 장치를 구비하고,
상기 X선 발생 장치로부터 출력되어 검사 대상물을 투과한 X선을 상기 고체 촬상 장치에 의해 촬상하여 이 검사 대상물을 검사하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 시스템.