(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子からの電気信号の転送制御を行う薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタの制御電極に転送制御信号を印加する駆動手段と、を有する光電変換装置において、
前記光電変換素子又は／及び前記薄膜トランジスタの温度を検出し、検出された温度に応じて前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間が変化するよう前記駆動手段を制御する制御手段を有する光電変換装置。
【請求項２】
前記光電変換装置及び前記薄膜トランジスタは同一基板上に設けられ、前記制御手段は前記基板の温度を検出し、検出された温度に応じて前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間が変化するよう前記駆動手段を制御してなる請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記制御手段は、検出された温度が高い場合には前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間を短くし、検出された信号が低い場合には前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間を長くするように制御する手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は前記光電変換素子及び前記薄膜トランジスタと同じ基板上に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記薄膜トランジスタから転送された電気信号を読み出す読み出し手段を有し、前記制御手段は該読み出し手段からの出力信号により温度を決定することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記制御手段はダーク状態における前記読み出し手段からの出力信号により温度を決定することを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記光電変換素子に入射する光信号を与える光源と、該光源のオン・オフを制御する手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの請求項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記光電変換装置は、温度検出モードと読み取りモードとを切り替える手段を有し、該温度検出モードにおいては前記光源をオフとして、ダーク状態にすることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記光源はＸ線源と該Ｘ線源から放出されたＸ線の少なくとも一部を光に変換する蛍光体とを有することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子および前記薄膜トランジスタはアモルファスシリコンプロセスにより形成されていることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかの請求項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記光電変換素子はフォトダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記光電変換素子はＭＩＳ型のセンサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線撮影などに好適に用いられる光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の光電変換装置の概略の構成を示す模式的回路図である。図１０において、Ｓ１は光電変換素子であり、ここではフォトダイオードＰ１とコンデンサＣ１で構成されている。１は光電変換素子に接続され、フォトダイオードにバイアスを印加する電源である。Ｔ１は光電変換素子Ｓ１で入射光量に応じて発生した電荷を読み出し回路２に転送する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）である。読み出し回路２はコンデンサＣ２、アンプＡ１およびコンデンサリセット用スイッチＳＷ１により構成されている。さらに３はＴＦＴ  Ｔ１のゲート電極に電圧（ゲートパルスＶｇ）を印加するゲート駆動回路である。なお、光電変換素子Ｓ１およびＴＦＴ  Ｔ１はアモルファスシリコンプロセスで同時に形成するのが一般的である。
【０００３】
図１１は上記従来の光電変換装置の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。図１１中のａに示されているように、光はＴ（ｌｉｇｈｔ）の時間照射されるパルス光である。光照射により光電変換素子Ｓ１に光電荷が蓄積された後に、ｂのようにゲート駆動回路３からゲートパルスＶｇ１（パルス幅Ｔ（Ｖｇ））が印加され、ＴＦＴ  Ｔ１がＯＮして光による電荷が読み出し回路２へ転送される。転送された電荷は読み出し回路２で増幅され、アナログ画像信号Ｓｉｇ（図中ｃ）として出力される。アナログ画像信号が出力された後で、読み出し回路２のコンデンサＣ２の電位はリセットスイッチＳＷ１によりリセットされる（図中ｄ）。
【０００４】
一般に従来の光電変換装置において、ＴＦＴのゲートをＯＮする時間Ｔ（Ｖｇ）は、
▲１▼  光電変換素子の容量Ｃ１、及び読み出し回路の容量Ｃ２
▲２▼  ＴＦＴのＯＮ抵抗Ｒｏｎ
の値によって決まる時定数を基に設定される。
【０００５】
図１２に示すように、アモルファスシリコンのＴＦＴのＯＮ抵抗Ｒｏｎ（移動度を反映）は温度に大きく依存し、特に低温において抵抗値は高くなる（すなわち移動度は低下する。）。
【０００６】
図１３に光電変換素子で発生した電荷、すなわちコンデンサＣ１に蓄積される電荷を読み出し回路のコンデンサＣ２に転送する際の電荷転送効率と、ゲートパルス時間の関係および、温度依存を示す。温度によって、光電変換素子で発生した電荷を転送するのに必要なゲートパルス時間が異なり、温度が低下すると電荷転送に必要なゲートパルスの時間は長くなる。図１３では高温時に９９％転送（転送残り１％）に必要なゲートパルス時間をＴ（Ｖｇ）Ｈ、低温時に９９％転送に必要なゲートパルス時間をＴ（Ｖｇ）Ｌとしている。各温度のゲートパルス時間には、
Ｔ（Ｖｇ）Ｌ  ＞  Ｔ（Ｖｇ）Ｈ
のような関係がある。
【０００７】
従って従来の光電変換装置では、低温においても十分に電荷転送が可能なようにＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように設定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の光電変換装置には以下に示すような問題点があった。光電変換素子では常にダーク電流が流れる。図１４に示すように、センサのダーク電流Ｉｄも温度に依存し、温度が上昇するとダーク電流は増大する。すなわち、
Ｉｄ（ＨＴ）  ＞  Ｉｄ（ＬＴ）
の関係がある。
【０００９】
光照射中および、光照射後ＴＦＴがＯＮして電荷が読み出される間も光電変換素子ではダーク電流Ｉｄが流れ続け、読み出される信号にノイズとして影響を与える。従って従来の光電変換装置のように、低温時の電荷転送を考慮して、ＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように長く設定すると、高温時と低温時におけるダーク電流による電荷は、
高温                                低温
Ｉｄ（ＨＴ）×（Ｔ（Ｖｇ）Ｌ＋Ｔ（Ｌｉｇｈｔ））  ＞  Ｉｄ（ＬＴ）×（Ｔ（Ｖｇ）Ｌ＋Ｔ（Ｌｉｇｈｔ））
のようになり、光照射による電荷に対し、ダーク電流による電荷の量が異なる。
【００１０】
これは高温時のＳ／Ｎ比の低下として表れる。また光照射時間Ｔ（Ｌｉｇｈｔ）と、ＴＦＴをｏｎするＴ（Ｖｇ）の関係が
Ｔ（Ｖｇ）    ＞  Ｔ（Ｌｉｇｈｔ）
の場合に特にＳ／Ｎ比の低下が顕著になる。
【００１１】
さらにダーク電流による問題（Ｓ／Ｎ比の低下）は図１５のように複数の光電変換素子およびＴＦＴを設けて、シフトレジスタなどを用いて順次読み出す構成とした場合、さらに顕著になる。
【００１２】
図１５において、Ｓ１〜Ｓｎは光電変換素子、ここではフォトダイオードＰ１〜ＰｎとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎで構成されている。１は光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎに接続され、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにバイアスを印加する電源である。Ｔ１〜Ｔｎは光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎで入射光量に応じて発生した電荷を読み出し回路２に転送するＴＦＴである。ここでは読み出し回路２はコンデンサＣ２−１〜Ｃ２−ｎとアンプＡ１−１〜Ａ１−ｎとコンデンサリセット用スイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−ｎにより構成されている。４は読み出し回路２の出力を順次選択し、アナログ画像信号として出力するアナログマルチプレクサである。さらに５は各画素のＴＦＴ  Ｔ１〜Ｔｎにゲートパルスを印加するシフトレジスタである。
【００１３】
図１６は従来の光電変換装置の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。図１６中のａに示されているように、光はＴ（ｌｉｇｈｔ）の時間照射されるパルス光である。光照射により光電変換素子に光電荷が蓄積された後に、図１６のｂ〜ｅのようにシフトレジスタ５からゲートパルスＶｇ１〜ＶｇＮが印加され、ＴＦＴ  Ｔ１〜Ｔｎが順次ＯＮして光による電荷が読み出し回路２へ転送される。転送された電荷は読み出し回路２で増幅され、アナログマルチプレクサ４により順次アナログ画像信号Ｓｉｇ（図１６中ｆ）として出力される。
【００１４】
図１５のように、シフトレジスタ５を用いてｎ個のＴＦＴ  Ｔ１〜Ｔｎを順次ＯＮして信号を読み出す構成の場合、読み出しに必要な時間はＴ（Ｖｇ）×ｎとなり、この時間は駆動するライン数が増えると比例して増大する。
【００１５】
光照射後ＴＦＴがＯＮして電荷が読み出されるまでに各光電変換素子では、光による電荷Ｑｐだけでなく、ダーク電流Ｉｄによる電荷Ｑｄも蓄積される。たとえば図１５の光電変換素子ＳｎにはＴＦＴ  ＴｎにＶｇｎが印加されるまでに、
Ｑｄ＝（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ））×Ｉｄ
のようなダーク電流による電荷が蓄積される。
【００１６】
従って前述の図１０で説明した場合と同様に、低温時の電荷転送を考慮して、ＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように長く設定すると、高温時と低温時では読み出される光信号（光による電荷Ｑｐ）に対し、ダーク電流による電荷Ｑｄの量が異なる。たとえば高温時のダーク電流をＩｄ（ＨＴ）、低温時のダーク電流をＩｄ（ＬＴ）とした場合の各温度における、光電変換素子ＳｎでのＳ／Ｎは、
Ｓ／Ｎ（高温）＝（Ｑｐ／Ｑｄ（ＨＴ））＝Ｑｐ／（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ）Ｌ）×Ｉｄ（ＨＴ）
Ｓ／Ｎ（低温）＝（Ｑｐ／Ｑｄ（ＬＴ））＝Ｑｐ／（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ）Ｌ）×Ｉｄ（ＬＴ）
のようになる。ここで、
0003630832.tif 000002
すなわち高温時には低温時に比べて、コンデンサＣ１に蓄積される電荷のうちダーク電流による成分が大きく、さらにライン数ｎが大きくなるとダーク電流による成分の割合はさらに増す。従って高温時にライン数の多い場合にもっともＳ／Ｎが不利となる。
【００１７】
すなわち従来の光電変換装置においては、高温時と低温時でＳ／Ｎが異なり、特に高温においては十分なＳ／Ｎが得られないという問題点が生じていた。
【００１８】
本発明は従来の光電変換装置における上述の問題点を鑑みてなされたものであり、温度変化による影響のない、良好なＳ／Ｎを有する光電変換装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、入射した光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子からの電気信号の転送制御を行うトランジスタと、該トランジスタの制御電極に転送制御信号を印加する駆動手段と、を有する光電変換装置において、前記光電変換素子又は／及び前記トランジスタの温度を検出し、検出された温度に応じて前記トランジスタの導通時間が変化するように、前記駆動手段を制御する制御手段を有するものである。
また、本発明は、入射した光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子からの電気信号の転送制御を行う薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタの制御電極に転送制御信号を印加する駆動手段と、を有する光電変換装置において、前記光電変換素子又は／及び前記薄膜トランジスタの温度を検出し、検出された温度に応じて前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間が変化するよう前記駆動手段を制御する制御手段を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳しく説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１に本発明の光電変換装置の第１の実施形態の模式的回路図を示す。図１０に示した従来例と同じ機能のものに対しては同一の符号を用いて説明している。図１において、Ｓ１は光電変換素子であり、ここではフォトダイオードＰ１とコンデンサＣ１で構成され、電源１によりバイアスが印加されている。Ｔ１は光電変換素子Ｓ１で生じた電荷を読み出し回路２に転送するためのＴＦＴである。通常光電変換素子Ｓ１とＴＦＴ  Ｔ１はアモルファスシリコンプロセスなどで同時に成膜、形成される。ここでは読み出し回路２はコンデンサＣ２、アンプＡ１、コンデンサリセット用のスイッチＳＷ１で構成されている。一般にはこの読み出し回路は外付けのＩＣである。さらにＴＦＴ  Ｔ１のゲート電極（制御電極）には、ゲートをＯＮ／ＯＦＦするゲートパルスＶｇを印加するゲート駆動回路３（駆動手段）が接続されている。
【００２２】
光電変換素子Ｓ１または／及びＴＦＴ  Ｔ１の近傍には温度を検出し、温度信号を出力する温度センサ７（温度検出手段）が配置されている。制御回路６には温度センサ７からの温度信号が入力され、温度に応じてＴＦＴのゲートパルス時間を変化させるゲート制御信号をゲート駆動回路３へ出力する。ゲート駆動回路３は前述のゲート制御信号に従い、光電変換素子Ｓ１あるいはＴＦＴ  Ｔ１で検出された温度に応じてＴＦＴをＯＮする時間、すなわちゲートパルス時間を変化させる。具体的には、
0003630832.tif 000003
このように高温時にはＴＦＴのゲートをＯＮする時間を短くし、低温時には長くなるように制御回路６ではゲート制御信号を発生させる。本実施形態では制御回路６及び温度センサ７が制御手段を構成する。
【００２３】
図２は図１で説明した本発明の実施形態におけるタイミング図である。図２中のａは光電変換素子で読みとる被写体に光を照射するタイミングを示している（本図においてはパルス光で説明している。）。図２中のｂ，ｃはそれぞれ温度センサで検出された温度が低温の場合のゲートパルスＶｇ１、および読み出し回路からのアナログ画像信号Ｓｉｇを示したものである。同様に図２中のｂ’、ｃ’は高温の場合のゲートパルスおよびアナログ画像信号を示している。図２のｄは図１の読み出し回路２におけるコンデンサＣ２をリセットするタイミングを示している。図２のタイミング図ではコンデンサＣ２のリセットのタイミングは温度センサ７で検出された温度に対し不変としているが、ゲートパルス時間と同様にＣ２リセットの間隔を変化させる構成としてもよい。
【００２４】
ここで各温度におけるゲートパルス時間は図１３の転送効率の温度依存性および図１４に示すセンサダーク電流の温度依存性を鑑みて決定されるものである。以上のように光電変換素子およびＴＦＴの近傍に設けた温度センサからの温度情報により、ＴＦＴのゲートパルス時間を変化させれば、温度変化があっても光電変換素子のダーク電流によるＳ／Ｎ低下が小さい光電変換装置を実現できる。
【００２５】
以下、光電変換装置の具体的な光電変換素子，ＴＦＴの層構成及び温度センサの配置、及び模式的回路構成について説明する。
【００２６】
図１７は光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び温度センサを示す断面図、図１８は温度センサを具体化した模式的回路図である。
【００２７】
図１７からわかるように本実施形態の光電変換素子とＴＦＴは同一の層構成を有しており、従ってアモルファスシリコン成膜プロセスで同時に形成することができる。そして光電変換素子等が設けられた基板面とは反対側の面（裏面）に温度センサとして熱電対が（接着して）取付けられている。この熱電対により基板温度を電圧（熱起電力）に変換し、温度を検出し制御回路６に温度信号を入力する。なお、熱電対は光電変換素子等が設けられた基板面に設けることも可能である。
【００２８】
図１９は光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び他の温度センサを示す断面図、図２０は温度センサを具体化した模式的回路図である。ここでは、光電変換素子等が設けられた基板面に温度センサとして側温用ダイオード（ｐｉｎダイオード）が取付けられている。この側温用ダイオードのＶＦの温度依存性を利用して基板の温度が検出される。側温用ダイオードには光入射されないように（上部メタル電極を設けて）遮光される。光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成は図１７の層構成と同じである。なお、図１７及び図１９に示した光電変換素子の動作については第４の実施形態において説明する。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３に本発明の光電変換装置の第２の実施形態の模式的回路図を示す。また図４は第２の実施形態の光電変換装置の駆動を説明するタイミング図である。本実施形態の構成では、光電変換素子ならびにＴＦＴの温度検出には別体の温度センサを用いていない。かわりに光電変換素子自体のダーク電流が温度によって変化するのを読み取り、温度信号として用いている。図３において、図１の第１の実施形態ならびに図１０の従来例と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３０】
図３の本発明第２の実施形態の光電変換装置においては、図４のタイミング図に示すように、光電変換素子ならびにＴＦＴの温度を検出する「温度検出モード」と被写体からの画像情報を読み取る「読み取りモード」の２通りの駆動モードを有している。このような駆動を実現するために図３の制御回路６は読み出し回路２に接続され、さらに光源８に対し光源制御信号を出力し、光のＯＮ／ＯＦＦを制御する構成となっている。本実施形態では制御回路６が制御手段を構成する。
【００３１】
まず、「温度検出モード」では、以下のステップで光電変換素子およびＴＦＴの温度を検出する。
（１）  制御回路６から光源８に対し光源制御信号を与え、図４のａのように光をＯＦＦとする。光電変換素子にとってはダーク状態となる。
（２）  ダーク状態で一定期間光電変換素子Ｓ１にダーク電流による電荷を蓄積させる。
（３）  図４のｂのようにＴＦＴのゲートをＴ（Ｖｇ）ｐｒｅの期間ＯＮして、ダーク電流による電荷を読み出し回路２で読み取る。図１４に示すように光電変換装置のダーク電流は温度依存性を持つ。従って図４のｃで示すように、高温の場合（図中ｃの破線）は蓄積される電荷量が大きく、低温の場合（図中ｃの実線）は小さい。すなわちダーク時の画像信号は温度信号として利用することができる。
（４）  制御回路６に上記（３）で得られたダーク時の画像信号を入力する。制御回路６では画像信号の大きさによって光電変換素子の温度を判断する。
【００３２】
次に「読み取りモード」は以下のステップで行われる。
（１）    制御回路６より光源８に対し光源制御信号を出力し、被写体をＴ（Ｌｉｇｈｔ）の期間照明する。光電変換素子Ｓ１には被写体からの情報光に応じた電荷が蓄積される。
（２）    前述の「温度検出モード」で制御回路６において判断された温度に応じて、ゲート駆動回路３によりＴＦＴ  Ｔ１のゲート電極に、
高温  →  ゲートＯＮ短
低温  →  ゲートＯＮ長
となるようにゲートパルスが印加される。
（３）  ＴＦＴ  Ｔ１がＯＮすることにより、被写体情報光により光電変換素子Ｓ１に蓄積された電荷が読み出し回路２に転送され、アナログ画像信号Ｓｉｇ（図４のｃ）として出力される。
【００３３】
以上のように「温度検出モード」で光電変換装置の温度を検出し、「読み取りモード」で温度に応じてＴＦＴのゲートをＯＮする時間を変化させることによって、十分なＴＦＴの電荷転送効率を確保しつつ、光電変換素子のダーク電流による影響の小さい光電変換装置を実現することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図５に本発明の光電変換装置の第３の実施形態の模式的回路図を示す。本実施形態において、Ｓ１〜ＳｎおよびＴ１〜Ｔｎは１次元あるいは２次元状に多数配列された光電変換素子とＴＦＴである。各ＴＦＴのゲート電極にはシフトレジスタ５が接続され、また各画素からの出力はアナログマルチプレクサ４に接続され、順次選択されて画像信号Ｓｉｇとして出力される。図５において、図３の第２の実施形態ならびに図１５の従来例と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３５】
第２の実施形態と同様に本実施形態では、光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎにダーク時に蓄積される電荷を読み取ることによって、温度を検出し各ＴＦＴ  Ｔ１〜ＴｎのゲートをＯＮする時間を変化させる構成である。各ＴＦＴのゲートをＯＮする時間はＴＦＴ毎に変えてもよい。また制御回路６に入力する温度信号は図５のように読み出し回路２の各Ａｍｐからの出力としてもよいし、アナログマルチプレクサ４からの出力としてもよい。
【００３６】
（第４の実施形態）
図６に本発明の光電変換装置の第４の実施形態の模式的回路図を示す。本実施形態における光電変換装置は光源としてＸ線を用いている。また光電変換素子としてＭＩＳ構造のセンサを用いている。図７に本実施形態の光電変換装置の１画素の
等価回路を示す。また図８は本実施形態の光電変換素子およびＴＦＴの層構成を示す断面図である。図６及び図７において、図５の第３の実施形態と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３７】
図６において、９はＸ線用電源であり、スイッチがオンすると陰極から熱電子が放出されるようになっている。１０はＸ線ターゲット（陽極）であり熱電子が衝突することでＸ線が発生する。発生したＸ線は被写体１１に照射され、被写体１１を透過したＸ線は蛍光体１２で可視光に変換され、光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎに入射される。Ｘ線用電源９は制御回路６から出力されるＸ線制御信号により制御される。
【００３８】
図８からわかるように本実施形態の光電変換素子とＴＦＴは同一の層構成を有しており、従ってアモルファスシリコン成膜プロセスで同時に形成することができる。
【００３９】
ここで本実施形態で使用しているＭＩＳ型光電変換素子の動作について説明する。図９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態のリフレッシュモードおよび光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギバンド図で、図７（ｂ）の各層の厚さ方向の状態を表している。１０２はＣｒで形成された下部電極（以下Ｇ電極と記す）である。１０７は電子、ホール共に通過を阻止するＳｉＮで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。１０４は水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉの真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層、１０５は光電変換半導体層１０４にホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層、１０６はＡｌで形成される上部電極（以下Ｄ電極と記す）である。本実施形態ではＤ電極はｎ層を完全には覆っていないが、Ｄ電極とｎ層との間は電子の移動が自由に行われるためＤ電極とｎ層の電位は常に同電位であり以下説明ではそれを前提としている。本光電変換素子にはＤ電極、Ｇ電極の電圧の印加の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作がある。
【００４０】
図９（ａ）に示すリフレッシュモードにおいて、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層１０４中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層１０４に注入される。このとき一部のホールと電子はｎ層１０５、ｉ層１０４において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばｉ層１０４内のホールはｉ層１０４から掃き出される。
【００４１】
この状態から図９（ｂ）に示す光電変換モードにするにはＤ電極はＧ電極に対して正の電位を与える。すると、ｉ層１０４中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールはｎ層１０５が注入阻止層として働くためｉ層１０４に導かれることはない。この状態でｉ層１０４内に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層１０４内を移動しｉ層１０４と絶縁層１０７の界面に達する。しかし、絶縁層１０７内には移動できないため、ｉ層１０４内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層１０４内の絶縁層１０７界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つため電流がＧ電極から電流が流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。ある期間、図９（ｂ）の光電変換モードを保った後、再び図９（ａ）のリフレッシュモードの状態になると、ｉ層１０４に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時ｉ層１０４内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施形態においての光電変換素子はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も出力することもできる。このことは本実施形態の光電変換素子の大きな特徴といえる。
【００４２】
しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、Ｄのように光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは図９（ｃ）のように、ｉ層１０４内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層１０４内の電界が小さくなり、発生した電子がＤ電極に導かれなくなりｉ層１０４内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層１０４内のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が得られる。
【００４３】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層１０４内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図９（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間およびｎ層１０５の注入阻止層の特性を決めればよい。また、さらにリフレッシュモードにおいてｉ層１０４への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層１０４に留まっている場合には例えＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ｎ層１０５の注入阻止層の特性も同様に電子をｉ層１０４に注入できることが必要条件ではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で温度変化によるＳ／Ｎの影響が小さく、良好な画像を提供する光電変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の模式的回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明するタイミング図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の模式的回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の動作を説明するタイミング図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の模式的回路図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の模式的回路図である。
【図７】本発明の光電変換装置の１画素の等価回路図である。
【図８】本発明の光電変換装置の１画素の断面図である。
【図９】図８に示した光電変換素子の動作を説明する図である。
【図１０】従来技術の模式的回路図である。
【図１１】従来技術の動作を説明するタイミング図である。
【図１２】ＴＦＴのＯＮ抵抗の温度依存性の説明図である。
【図１３】ＴＦＴの電荷転送効率の温度依存性の説明図である。
【図１４】光電変換素子のダーク電流の温度依存性の説明図である。
【図１５】従来技術の模式的回路図である。
【図１６】従来技術の動作を説明するタイミング図である。
【図１７】光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び温度センサを示す断面図である。
【図１８】温度センサを具体化した模式的回路図である。
【図１９】光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び他の温度センサを示す断面図である。
【図２０】温度センサを具体化した模式的回路図である。
【符号の説明】
１  電源
２  読み出し回路
３  ゲート駆動回路
４  アナログマルチプレクサ
５  シフトレジスタ
６  制御回路
７  温度センサ
８  光源
９  Ｘ線電源
１０  Ｘ線ターゲット
１１  被写体
１２  蛍光体
Ｓ１〜Ｓｎ  光電変換素子
Ｔ１〜Ｔｎ  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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