(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量対応の電気信号に変換するための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各薄膜トランジスタをスイッチング制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る光検出装置において、
各画素毎に、時定数を切り替えるための補助容量と開閉スイッチとの直列回路を画素容量に並列接続し、
開閉スイッチの制御により、画素毎の信号読み出しの時間に応じて、薄膜トランジスタのオン抵抗と画素容量の両端間の容量値で決まる時定数を制御するようにしたことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
入射光量対応の電気信号に変換するための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各薄膜トランジスタを駆動信号によりスイッチング駆動制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る光検出装置において、
信号読み出しモードとして、１枚の画像を取り込むのに必要な時間が異なる複数のモードを備え、
【請求項３】
前記信号読み出しモードとして、静止画モードと動画モードの２つを有することを特徴とする請求項２記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号を電気信号に変換する光検出装置に係わり、例えば医療用Ｘ線診断装置の撮像装置に用いて最適な光検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の適用例として医療用Ｘ線診断装置の撮像装置について述べる。
【０００３】
近年、医療分野において治療を迅速的確に行う目的で患者の医療データをデータベース化する方向に進んでいる。これは患者は複数の医療機関を利用することが一般的であり、この様な場合、他の医療機関のデータが無いと的確な治療行為が行えない可能性があるためである。例えば、他の医療機関で投与された薬剤との副作用の心配があるといったことなどである。患者が、複数の医療機関でそれぞれ治療を受けている場合、それぞれで投薬を受けていたとすると、本来同時に与えてはいけない薬剤を与えて思わぬ副作用を招く心配があることから、他の医療機関で投与された薬剤を考慮した上で適切な治療を行うことが必要となる。
【０００４】
ところで、Ｘ線撮影の画像データについてもデータベース化の要求があり、Ｘ線撮影画像のディジタル化が望まれている。
医療用Ｘ線診断装置では従来、銀塩フィルムを使用して撮影してきたが、これをディジタル化するためには撮影したフィルムを現像した後、再度スキャナ等で走査する必要があり、手間と時間がかかっていた。
【０００５】
一方、最近は１インチ程度のＣＣＤカメラを使用し、直接、画像をディジタル化する方式が実現されている。
しかし、例えば肺の撮影をする場合、２０ｃｍ×３０ｃｍ程度の領域を撮影するため、１インチ程度の撮像画面しか持たないＣＣＤカメラで、このような広い撮影野を対象として撮影しようとすると、どうしても、光を集光するための光学装置が必要となり、装置の大型化が問題になっている。
【０００６】
従来のこれら２方式の画像診断装置の持つ問題を解決する方式として、ａ−ＳｉＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜トランジスタ）を用いた撮像装置が提案されている（例えば、米国特許であるＵＳＰ４６８９４８７号参照）。この撮像装置の構成を図９に示す。
【０００７】
図９において１００ａ〜１００ｎは走査線（走査信号配線；ゲート線）、１１０ａ〜１１０ｍは信号線（読出し配線）であり、これらは格子状に配設されている。これら走査線１００ａ〜１００ｎと信号線１１０ａ〜１１０ｍとで囲まれる領域はそれぞれ画素の領域であり、ｅ１，１〜ｅ１，２０００〜ｅ，１〜ｅ２０００，２０００の各画素を形成している。各画素ｅ１，１〜ｅ１，２０００〜ｅ，１〜ｅ２０００，２０００は、画素容量１４２と光電変換膜１４０およびそのスイッチング用のａ−ＳｉＴＦＴ  １４４を有しており、走査線１００ａ〜１００ｎのうちの各画素対応の１本の走査線がａ−ＳｉＴＦＴ  １４４のゲートに接続され、走査線に走査信号が与えられることによって、このａ−ＳｉＴＦＴ  １４４のゲートに当該走査信号が印加されると、ａ−ＳｉＴＦＴ  １４４は導通し、光電変換膜１４０にて変換されて画素容量１４２に充電されていた入射光量対応の電荷が、当該導通したａ−ＳｉＴＦＴ  １４４のソースドレインを介して信号線１１０ａ〜１１０ｍのうち、その画素対応の信号線に出力される構成である。
【０００８】
走査線１００ａ〜１００ｎにはそれぞれに所定タイミングで順次、走査信号を与えるための走査線駆動回路１６０があり、信号線１１０ａ〜１１０ｍにはそれぞれに所定タイミングで順次、読み出し信号を与えるための信号線駆動回路１７０があり、この信号線駆動回路１７０による読み出し信号によりスイッチングされる切り替えスイッチ１４６がそれぞれ信号線１１０ａ〜１１０ｍに一つずつ設けられていて、これらの連携動作で、撮像画面を構成する各画素をアクセスして画素別に画像信号を得ることができるようにしている。
【０００９】
この構成の場合、画素ｅ１，１〜ｅ２０００，２０００はａ−ＳｉＴＦＴ  １４４、光電変換膜１４０及び画素容量１４２で構成されて、横２０００×縦２０００個のアレイ状（以下、ＴＦＴアレイと呼ぶ）になっている。
【００１０】
光が入射するとその光が入射した画素の光電変換膜１４０に電流が流れ、その画素の画素容量１４２に電荷が蓄積される。走査線駆動回路１６０で走査線１００ａ〜１００ｎに順次走査信号を与えて各画素のａ−ＳｉＴＦＴ  １４４を順次駆動する。このとき、走査信号はその走査信号が与えられた１つの走査線に接続している全てのＴＦＴ  １４４に与えられ、これらをオンにする。すると、このオンとなった全てのＴＦＴ  １４４対応画素の画素容量１４２に蓄積されている電荷はそれらの画素対応の信号線に印加され、信号線駆動回路１７０により、信号線１１０ａ〜１１０ｍに順次、読み出し信号が与えられることにより、切り替えスイッチ１４６がそれぞれ順にオンされることにより、信号線１１０ａ〜１１０ｍからの信号が読み出されて、増幅器１５４側に転送される。
【００１１】
このようにして切り替えスイッチ１４６で１画素毎にその画素の電荷を増幅器１５４に入力し、ＣＲＴ（ブラウン管）等に表示できるような点順次信号に変換する。画素に入射する光の量によって電荷量が異なり、増幅器１５４の出力振幅は変化することから、図９に示す方式は増幅器１５４の出力信号をＡ／Ｄ変換することで、直接、ディジタル画像にすることが出来る。
【００１２】
従って、この方式によれば、撮像した画像は直接、ディジタルデータとして得ることができ、診断画像を容易に画像データとして得ることができるようになるという利点が得られる。
【００１３】
更にこの方式の場合、画素領域はノートパソコンに使用されているＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ駆動方式の液晶ディスプレイ）と同様な構造で良いため、薄型、大画面の検出装置が容易に製作可能である。そのため、光学系を用いることなく、胸部Ｘ線写真などを実サイズで撮像することができる大型サイズの２次元撮像装置が得られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ａ−ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置が提案されており、この方式によれば、撮像した画像は直接、ディジタルデータとして得ることができ、診断画像を容易に画像データとして得ることができるようになるという利点が得られ、また、この方式の場合、画素領域はノートパソコンに使用されているＴＦＴ−ＬＣＤと同様な構造で良いため、薄型、大画面の検出装置が容易に製作可能であることから、光学系を用いることなく、胸部Ｘ線写真などを実サイズで撮像することができる大型サイズの２次元撮像装置が得られるようになる。
【００１５】
そのため、小型、軽量で低コスト化が可能なＸ線画像収集用の撮像装置として、ａ−ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置の応用が注目されている。
【００１６】
ところで、医用の撮像装置においては雑音が大敵である。すなわち、雑音は、画質劣化の原因となり、時として診断を誤まる危険性に繋がることから、雑音を極力減らす事が必須である。
【００１７】
そして、ＴＦＴアレイを利用した上述のような撮像装置において、問題となる雑音としては、ＴＦＴアレイ特有の雑音である読み出し誤差と、リーク電流の２つがある。
【００１８】
ＴＦＴアレイを利用した上述のような撮像装置は、画素毎に、蓄積された電荷を、一画素ずつ順次、読み出して画像信号として得る構成であり、読み出しにあたって画素位置毎に読み出しの特性が微妙に異なる。
【００１９】
すなわち、画素に蓄積された電荷を読み出す場合、必要とする読み出し時間（駆動時間）はスイッチングに用いられるＴＦＴのオン抵抗と画素容量の時定数によって決定される。そして、時定数に比較して読み出し時間が短いと画素に蓄積された電荷を十分に読み出せず、蓄積電荷と読み出し信号の誤差（雑音）が発生する。これがＴＦＴアレイ特有の雑音の一つである読み出し誤差である。
【００２０】
一方、ＴＦＴアレイ特有のもう一つの雑音であるリーク電流は、ＴＦＴがオフの時に微少な電流が流れる現象である。
これはＴＦＴのオフ抵抗が十分でないことが原因である。この場合、画素に保持している電荷が外部に流れることになり、蓄積した電荷を正しく読み出せず、誤差（雑音）となる。
【００２１】
このように、ＴＦＴアレイ特有の雑音には、読み出し誤差と、リーク電流の２つがあるが、これらの雑音対策にあたっての大きな問題は、これら２つの誤差はトレードオフの関係にあるという点にある。すなわち、読み出し時間を長くすれば読み出し誤差は小さくなるが、反面、読み出し時間が長く（即ちオフ時間が長く）なるとリーク電流による誤差は大きくなる。
【００２２】
また、これらの誤差はＴＦＴのチャネル幅とチャネル長の比（Ｗ／Ｌ）とも関係する。つまり、Ｗ／Ｌが大きくなるとオン／オフの抵抗が小さくなるため、読み出し誤差は小さくなるが、リーク電流は大きくなる。
【００２３】
従って、駆動時間を考慮して、読み出し誤差とリーク電流の２つの誤差が最小になるようにＴＦＴを設計することが重要である。
【００２４】
ところで、Ｘ線診断装置の使用方法にはＸ線写真の“撮影”（静止画）のモードと患部の様子を見る“透視”（動画）のモードの２種類がある。１枚の写真を撮る“撮影”では駆動時間は１秒程度であるのに対し、“透視”では１／３０秒程度の繰り返し駆動が必要なる。従って、それぞれの場合で最適なＴＦＴは異なっており、どちらか一方のモードに的を絞って最適化すると他方のモードでは誤差が大きくなって実用に耐えられない特性になってしまう。
【００２５】
以上のことから、ＴＦＴアレイを用いた撮像装置では、同じものを駆動時間が異なる“撮影”と“透視”を兼用して使用する構成とすることは難しかった。また“撮影”用と“透視”用の２種類のアレイを設けて、モードに応じ、切り替えて使用する装置構成を採用する手もあるが、それではシステムコストが増大し、また、小型軽量化の趣旨に背くことになる問題がある。
【００２６】
そこで、この発明の目的とするところは、小型軽量化を図ることができると共に、システムコストアップを招くことなく、“撮影”と“透視”の２つのモードに対応でき、しかも、画質劣化の原因となる誤差（雑音）を抑制できるようにした光検出装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００２８】
すなわち、入射光量対応の電気信号に変換するための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各薄膜トランジスタをスイッチング制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る光検出装置において、各画素毎に、時定数を切り替えるための補助容量と開閉スイッチとの直列回路を画素容量に並列接続し、開閉スイッチの制御により、画素毎の信号読み出しの時間に応じて、薄膜トランジスタのオン抵抗と画素容量の両端間の容量値で決まる時定数を制御するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
さらには、入射光量対応の電気信号に変換するための光電変換膜による画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタを配設し、各薄膜トランジスタを駆動信号によりスイッチング駆動制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る光検出装置において、信号読み出しモードとして、１枚の画像を取り込むのに必要な時間が異なる複数のモードを備え、
前記薄膜トランジスタを駆動状態にする際の駆動信号としてレベルの異なる少なくとも２種の駆動信号を用意し、画素毎の信号読み出しのモードに応じて駆動信号のレベルを選択する手段を設けたことを特徴とする。
【００３０】
このように、時定数を変化させる手段を有することにより、Ｘ線診断装置の“撮影”と“透視”のように２つの異なる駆動時間で使用する場合においても時定数を変えることで、ＴＦＴアレイ特有の誤差である読み出し誤差とリーク電流を最小限に抑えることが出来る。従って、例えば医療用撮像装置として使用した場合に誤差（雑音）による診断を防ぐことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。
（第一の具体例）
図１は、本発明の第一の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロック図である。本具体例ではＸ線源およびＸ線‐可視光変換部は省略して示してある。また本具体例ではＸ線診断装置を例としてあげているが、本発明はＸ線診断装置に限らずＴＦＴアレイを利用した光検出装置全てに適用できる。
【００３２】
図１において、１は制御回路、２は走査駆動回路、３は信号読み出し回路、１１はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１２は補助容量切り替え用ＴＦＴ、２１は光電変換膜、２２は光電変換膜‐画素電極間容量、２３は画素電極‐補助電極間容量、３１は電源、３３，３４，３５はそれぞれ制御信号線である。
【００３３】
制御回路１は、システムの制御の中枢であって、読み出し時間を制御し、各ブロックに制御信号を供給するためのものであり、走査駆動回路２は、ゲート駆動線対応の出力端子を持ち、順にこれらの出力端子からゲート駆動信号を出力してＴＦＴ  １１のオン・オフを制御するものであり、信号読み出し回路３は、各画素からの信号を検出し、画像信号に変換して出力するためのものである。
【００３４】
Ｇ１〜Ｇｎはゲート駆動線（ゲート走査信号配線）、Ｓ１〜Ｓｍは信号線（読出し配線）であり、これらは格子状に配設されている。ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎはゲート線駆動を行う走査駆動回路２の複数ある出力端子に、１対１で対応させて接続されていて、上述のように、ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎに順にゲート駆動信号を与える構成である。
【００３５】
これらゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎと信号線Ｓ１〜Ｓｍとで囲まれる方形の領域はそれぞれ画素の領域であり、ｅ  １，１〜ｅ  ｍ，１〜ｅ  １，ｎ〜ｅ  ｍ，ｎの各画素を形成している。各画素ｅ  １，１〜ｅ  ｍ，ｎは、光電変換膜‐画素電極間容量２２と光電変換膜２１およびそのスイッチング用のａ−ＳｉＴＦＴ  １１および画素電極‐補助電極間容量２３とそのスイッチング用のＴＦＴである補助容量切り替え用ＴＦＴ１２を有していて、これらには電源３１より直流電圧が供給されている。但し、画素電極‐補助電極間容量２３にはスイッチング用のＴＦＴ  １２を介して電源３１より直流電圧が供給されている。
【００３６】
また、ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎのうちの各画素対応の１本のゲート駆動線がａ−ＳｉＴＦＴ  １１のゲートに接続され、ゲート駆動線にゲート駆動信号が与えられることによって、当該ゲート駆動線にゲートが接続されたａ−ＳｉＴＦＴ  １１のゲートに当該ゲート駆動信号が印加され、当該ａ−ＳｉＴＦＴ  １１は導通し、光電変換膜２１にて電気信号に変換されて光電変換膜‐画素電極間容量２２に充電されていた入射光量対応の電荷が、当該導通したａ−ＳｉＴＦＴ  １１のソースドレインを介して信号線Ｓ１〜Ｓｍのうち、その画素対応の信号線に出力される構成である。
【００３７】
画素電極‐補助電極間容量２３は、時定数制御用の容量であり、補助容量切り替え用ＴＦＴ  １２をオン・オフにより、充電制御されてその電荷対応に時定数の調整をするようにしたものであり、撮像装置の駆動周波数に応じて制御回路１から出力される駆動信号によりゲート駆動信号が与えられることで補助容量切り替え用ＴＦＴ  １２のオン・オフが制御される仕組みである。
【００３８】
補助容量切り替え用ＴＦＴ  １２のオン・オフ制御は、制御回路１により行われる。すなわち、本発明では制御回路１は、駆動時間（ＴＦＴ  １１のオン時間）が長い“撮影”のモードの場合にはＴＦＴ  １２をオンに制御するようにして時定数を通常値より長くし、駆動時間が短い“透視”のモードの場合、ＴＦＴ  １２をオフに制御するように構成してある。
【００３９】
このような構成の本装置は、画素がｍ×ｎ個のマトリックス状配設となっており、これらの画素に対して光学像が結像されると、各画素を構成する光電変換膜２１はその光学像の光量対応に電荷を発生する。そして、その光電変換膜２１の変換した入射光量対応の電荷がＣｐｄなる容量値の光電変換膜‐画素電極間容量２２に蓄積されることになる。
【００４０】
そして、制御回路１は“撮影”、“透視”のモードに応じて所要の制御信号をこれらに出力することにより、次のような動作が行われることになる。
【００４１】
まず、制御回路１は“撮影”モードであれば、ＴＦＴ  １２をオンに制御し、“透視”のモードの場合にはＴＦＴ  １２をオフにするようにＴＦＴ  １２のゲート信号を制御する。
【００４２】
また、制御回路１から制御信号が与えられると、走査駆動回路２は順次ゲート駆動線Ｇをオン（レベル“Ｈ”の信号）にする。この走査駆動回路２はｎ本の端子を有してそれぞれの端子に１対１でゲート駆動線Ｇ１  〜Ｇｎ  を接続しており、これらのゲート駆動線Ｇ１  〜Ｇｎ  に順次ゲート信号を与えるので、順次ゲート駆動線Ｇ１  〜Ｇｎ  は一つづつオンとなり、オンとなったゲート駆動線にゲートが接続されているＴＦＴ  １１はそのゲート駆動線がオンとなっている期間、オンとなる。そのため、画素の電荷はこのオンとなったＴＦＴ  １１を介して信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  のうちの対応の信号線に伝達されることになる。
【００４３】
一方、制御回路１から制御信号が与えられることにより、信号読み出し回路３は順に信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  を１本ずつ、スキャンして所定時間分ずつその信号線からの出力信号を読み込む。そして、読み込んだ信号を出力端子より出力する。
【００４４】
すなわち、信号読み出し回路３はｍ本の信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  と接続しており、信号読み出し回路３は順に信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  を１本ずつ、スキャンして所定時間分ずつその信号線からの出力信号を読み込むことにより、対応する各画素からの電荷を蓄積し、それを画像信号として出力する。
【００４５】
したがって、ゲート駆動線Ｇ１  〜Ｇｎ  と信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  を順次、所定時間ずつ切り替えて駆動することで、マトリックス配列された画素は順にＸ‐Ｙスキャンされるかたちでアクセスされ、画素に蓄積された電荷を信号として画素順に読み出すことができることになる。
【００４６】
ところで、制御回路１は“撮影”または“透視”のモードを判断し、走査駆動回路２と信号読み出し回路３に適切な制御信号を供給する。
【００４７】
一例として、走査駆動回路２に供給する信号を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は“撮影”用の制御信号を、また、図２（ｂ）は“透視”用の制御信号を示しており、ＣＰＶは走査駆動回路２のクロック信号を、また、ＳＴＶはスタート信号を示していて、制御回路１からスタート信号ＳＴＶを発生させて走査駆動回路２と信号読み出し回路３にこれを入力した瞬間からこれら走査駆動回路２と信号読み出し回路３はこれをトリガにして所定の動作してＴＦＴアレイの走査を行う。この所定の動作はトリガされる毎に行われる。
【００４８】
“撮影”のモードの場合、一枚の画像を撮るだけであるので、スタート信号ＳＴＶは一回のみ、出力される。また、クロック信号ＣＰＶも１秒程度で画像が取り込めれば良く、それに十分な周波数、例えば、画素構成が１０００×１０００画素の場合、１ｋＨｚ程度で良い。
【００４９】
これに対し“透視”のモードの場合、１秒間に３０枚程度の画像を取り込む必要があるため、スタート信号ＳＴＶは１／３０秒程度の周期で発生されて繰り返し動作されるようにする。従って、“透視”のモードの場合でのスタート信号ＳＴＶは高速（３０ｋＨｚ程度）になる。
【００５０】
画像信号を読み出すにはゲート駆動線にレベル“Ｈ”なる信号を与えてＴＦＴ１１をオンさせれば良いわけであり、“透視”のモードの場合には、上述のように、３０ｋＨｚ程度のクロック信号ＣＰＶを走査駆動回路２にて発生させ、当該走査駆動回路２の各出力端子に順に１クロックずつ振り分けて出力させることにより、各ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｍ  を順に駆動させ、その駆動されたゲート駆動線に繋がる画素のＴＦＴ  １１をオンさせる。そして、それらの画素に蓄積されていた電荷を信号読み出し回路３に送る。
【００５１】
例えば、ゲート駆動線Ｇ１を駆動すると、画素ｅ  １，１〜ｅ  ｍ，ｎのＴＦＴがオンになり、蓄積されていた電荷が信号読み出し回路３に移動する。このとき、ＴＦＴのオン抵抗をＲＴ、画素容量をＣｐｉｘ  （但し、Ｃｐｉｘ  ＝Ｃｐｄ＋Ｃｃｓ）
とすると時定数τ
τ＝ＲＴ×Ｃｐｉｘ  
で示すことができる。
【００５２】
Ｃｃｓは画素電極‐補助電極間容量２３の持つ容量であり、この画素電極‐補助電極間容量２３は補助電極切り替え用ＴＦＴ  １２と接続しており、駆動周波数によってＴＦＴ  １２をオン・オフする。ＴＦＴ  １２がオンの時は補助容量Ｃｃｓは電源３１と接続されてこの電源３１より直流電圧が供給されるので、これにより補助容量Ｃｃｓには電荷が蓄積されることになる。そして、この時に画素の持つ時定数τは
τ＝ＲＴ×Ｃｐｄ＋Ｃｃｓ
で表せる。
【００５３】
一方、ＴＦＴ  １２がオフの場合、Ｃｃｓはフローティング状態であり、このときに画素の持つ時定数τは
τ＝ＲＴ×Ｃｐｄ
で示すことができる。
【００５４】
つまり、Ｃｃｓをフローティングにするか、接続状態にするかにより画素の持つ時定数τはＲＴ×Ｃｐｄとしたり、ＲＴ×Ｃｐｄ＋Ｃｃｓとすることができ、Ｃｃｓ分の時定数調整ができることになる。
【００５５】
画素に蓄積された電荷を読み出す場合、必要とする読み出し時間（駆動時間）はスイッチングに用いられるＴＦＴのオン抵抗と画素容量の時定数によって決定されるが、時定数に比較して読み出し時間が短いと画素に蓄積された電荷を十分に読み出せず、蓄積電荷と読み出し信号の誤差（雑音）が発生するが、これがＴＦＴアレイ特有の雑音の一つである読み出し誤差であるから、読み出し時間（駆動時間）が短い場合には読み出し時間が長い場合に比べて時定数を長くできれば読み出し誤差は抑制することが可能になる。
【００５６】
そこで、本発明では制御回路１により、駆動時間（ＴＦＴ  １１のオン時間）が長い“撮影”のモードの場合にはＴＦＴ  １２をオンに制御するようにして時定数を通常値より長くし、駆動時間が短い“透視”のモードの場合、ＴＦＴ  １２をオフに制御するようにして、時定数を通常値にし、読み出し誤差を一定に保つことができるようにした。さらにＴＦＴ  １１はどちらのモードの場合も同じものを使用するため、リーク電流も一定である。
【００５７】
従って、“撮影”、“透視”の各モードにより、駆動時間（読み出し時間）が変化してもＴＦＴ  １２のオンオフ制御により、画素電極‐補助電極間容量２３の持つ容量Ｃｃｓ分の要素について制御する時定数制御を採用することによって、ＴＦＴアレイ特有の雑音である読出し誤差とリーク電流を適切に制御することができるようになる。
【００５８】
図３に本発明を適用した画素の平面図の一例を示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００５９】
ＴＦＴ  １１、信号線Ｓ、走査線Ｇ、画素電極２４は一般的なＴＦＴ‐ＬＣＤ（ＴＦＴ液晶表示装置）の場合と同様の構成をしている。補助電極２５は画素電極２４の下に絶縁膜を挟んで存在する構成とし、補助電極２５と画素電極２４間に補助容量２３が形成される。なお、図では省略するが光電変換膜２１は画素電極上を覆っており、画素電極２４と光電変換膜２１間に光電変換膜‐画素電極間容量２２が形成されている。
【００６０】
補助電極２５は補助容量切り替え用ＴＦＴ  １２のドレイン電極と接続され、ＴＦＴ  １２のソース電極はバイアス線３２に接続されている。さらにゲート電極は制御信号線３３と接続している。“撮影”モードの場合、制御信号線３３はレベル“Ｈ”が与えられ、ＴＦＴ  １２をオンにし、補助電極２５の電位を電源３１の電位Ｖｂｉａｓに固定する。これにより、Ｃｃｓなる容量値の画素電極‐補助電極間容量２３が回路に挿入される。“透視”モードの場合、制御信号線３３にはレベル“Ｌ”が与えられ、ＴＦＴ  １２はオフになる。この時、画素電極‐補助電極間容量２３はフローティング状態となるので、オフ直前の電荷量から電荷の移動はない。従って、電荷を蓄積する容量はＣｐｄなる容量値を持つ光電変換膜‐画素電極間容量２２のみとなる。
【００６１】
これにより、“撮影”と“透視”のモード別に、時定数を切り替えることができ、モードを切り替えても読み出し誤差が抑制できる構成となる。
【００６２】
なお、本具体例では補助容量であるＣｐｄの切り替えを１個のみ画素電極‐補助電極間容量２３で示したが、補助容量を数個に分割し、それぞれＴＦＴと接続して切り替え制御することも可能であり、この場合、時定数を細かく調整制御することができる構成となる。
【００６３】
ここで、上述した制御回路１、走査駆動回路２、信号読み出し回路３の具体的な回路構成を示しておく。
【００６４】
図４に制御回路１の構成を示す。制御回路１は“撮影”と“透視”のモード切り替えスイッチ４１、タイミング調整用カウンタ４２，４４および駆動信号発生回路４３，４５、セレクタ４６、補助容量切り替え回路４７で構成されている。
【００６５】
タイミング調整用カウンタ４２は撮影のためのタイミングでタイミング信号を発生し、駆動信号発生回路４３はこの信号により駆動信号を発生するものでこれらタイミング調整用カウンタ４２および駆動信号発生回路４３により図２（ａ）に示す如きの“撮影”用の制御信号（単発のスタート信号ＳＴＶと所定周波数のクロック信号ＣＰＶ）を発生する。また、タイミング調整用カウンタ４４は透視のためのタイミングでタイミング信号を繰り返し発生し、駆動信号発生回路４５はこの信号により駆動信号を発生するものでこれらタイミング調整用カウンタ４４および駆動信号発生回路４５により図２（ｂ）に示す如きの“透視”用の制御信号（繰り返し周期のスタート信号ＳＴＶと高い所定周波数のクロック信号ＣＰＶ）を発生する。
【００６６】
切り替えスイッチ４１は“撮影”または“透視”のモード切り替え設定の入力操作を行うものであり、セレクタ４６は切り替えスイッチ４１の信号によって“撮影”用または“透視”用の制御信号を出力する。また補助容量切り替え回路４７も切り替えスイッチ４１による設定操作に従って、“撮影”の時はＴＦＴ  １２をオフするように、“透視”の時はオンするようにＴＦＴ  １２のゲート制御用の信号を発生する構成である。
【００６７】
図５に走査駆動回路２の構成を示す。走査駆動回路２は一般的なＴＦＴ−ＬＣＤと同様の構造であり、シフトレジスタ５１とアナログスイッチ５２で構成される。シフトレジスタ５１はクロック信号ＣＰＶを受ける毎にシフト動作するものであり、制御回路１からクロック信号ＣＰＶとスタート信号ＳＴＶを入力することにより、シフトレジスタ５１はクロックの立ち上がりのタイミングでスタート信号ＳＴＶを順次シフトさせ、アナログスイッチ５２をオンにする。
【００６８】
アナログスイッチ５２はシフトレジスタ５１のビット対応にトランジスタを配設し、その出力をゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎのうちのそれぞれ対応する一つのゲート駆動線に与える構成であり、シフトレジスタ５１の対応のビットが例えば、“Ｈ”のときに“Ｈ”信号を出力するもので、これがゲート駆動信号となる。すなわち、アナログスイッチ５２がオンのとき、ゲート駆動線Ｇ１〜Ｇｎのうちの対応するものにトランジスタを介してオン電位Ｖｃｃを供給する仕組みである。
【００６９】
図６（ａ）、（ｂ）に信号読み出し回路３の構成を示す。図６（ａ）は信号線Ｓ１〜Ｓｍ毎に増幅器６１を接続し、パラレルに信号処理する構成を、図６（ｂ）は増幅器を最終段に接続し、シリアルに信号処理する構成を示している。図示はしないがこの他にも信号線数本毎に増幅器を接続する方法もある。
【００７０】
信号読み出し回路３は、増幅器６１、Ａ／Ｄ変換器６２、マルチプレクサ６３で構成される。増幅器６１は信号線Ｓ１〜Ｓｍを介して各画素の電荷を取り込み、その電圧レベルを増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換器６２は増幅器６１のアナログ信号出力をディジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器６２の量子化誤差も画質に影響することになるため、ビット数の大きな（例えば１２ビット以上）Ａ／Ｄ変換器を使用することが望ましい。
【００７１】
以上、第一の具体例においては、入射光量対応の電気信号に変換するための光電変換膜を積層した画素電極を複数配列し、各画素毎に前記光電変換膜の出力を蓄積する画素容量とこの画素容量の蓄積電荷を読み出す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配設し、各薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング制御することにより各画素容量の蓄積電荷を順次読み出して画像信号を得る撮像装置において、各画素毎に時定数を切り替えるための補助容量と、この補助容量を前記画素容量に対して回路接続制御する開閉スイッチとを設け、この開閉スイッチの制御により、画素毎の信号読み出しの時間に応じて補助容量を接離制御することにより、前記ＴＦＴを介しての、各画素容量の蓄積電荷の読み出しの際の時定数を制御するようにした。画像の品位を左右する読み出し誤差は、読み出し時間の短い時における時定数の大小に応じて変わる。読み出し誤差を決める時定数は、ＴＦＴの抵抗値と画素容量とによるから、補助容量を回路に接離制御することができるようにして、この接離制御により時定数を変えるようにすることで、読み出し時間に応じ（モードに応じ）、時定数を変えて使用できるようにした。そのため、読み出し誤差を抑制できるようになり、また、モードが変わっても同じＴＦＴを使用して画素容量の蓄積電荷の読み出しを行うのでリーク電流は同一とすることができる。
【００７２】
以上は、補助容量を各画素に設けて時定数の切り替えをこの補助容量により行うようにしたものであったが、補助容量を使用せずとも時定数をモードに応じていて切り替えることができる。その例を第二の具体例として次に説明する。
【００７３】
（第二の具体例）
第二の具体例は、ＴＦＴ  １１のオンオフ制御用のゲート駆動信号のレベルと、高電位側２種類、低電位側１種類の計、３種類用い、オン時のＴＦＴ  １１の駆動レベルを２種選択できるようにして、これにより時定数を切り替えるようにするものであり、以下、詳細を説明する。
【００７４】
図７は、本発明の第二の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロック図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。また、本具体例では、Ｘ線源およびＸ線‐可視光変換部を省略してある。また、Ｘ線診断装置を例としてあげているが、本発明はＸ線診断装置に限らずＴＦＴアレイを利用した光検出装置全般に適用できる。また、図７では除いているが、第一の具体例で示した画素容量の制御についても併用することは可能である。
【００７５】
本具体例では第一の具体例で用いていた画素電極‐補助電極間容量２３（Ｃｃｓ）と補助容量切り替え用ＴＦＴ  １２を廃止し、代わりに走査駆動回路２から出力する電位を制御する回路７１を付加したことを特徴とする。
走査駆動回路２の出力は通常、ＴＦＴ  １１のオン・オフを制御する２種類の電位Ｖｇｈ（レベル“Ｈ”）とＶｇｌ（レベル“Ｌ”）である。この時、ＴＦＴ１１のオン抵抗は高電位側の出力Ｖｇｈで決定される。本発明では高電位側としてＶｇｇ１とＶｇｇ２の２種の電圧を、また、低電位側としてレベル“Ｌ”該当のＶｓｓ、１種類を電位制御回路７１に入力し、駆動周波数によってオン制御用のレベル“Ｈ”の信号である高電位側の電位を、Ｖｇｇ１またはＶｇｇ２に切り替えることによってＴＦＴ  １１のオン抵抗を変化させ、最適な時定数に調整する。この切り替え制御は制御回路１により、“撮影”、“透視”のモード対応に行う。
【００７６】
この操作によって駆動周波数に関係なく、読み出し誤差を一定に保つことができるようになり、また、モードが変わってもＴＦＴは同じものを使用することから、リーク電流も状態が同じとなって、読み出し誤差とリーク電流による雑音の影響を小さくすることができる。
【００７７】
電位制御回路７１の具体的な構成を図８に示す。電位制御回路７１には高電位側の電圧としてＶｇｈ（＝Ｖｇｇ１）とＶｇｌ（＝Ｖｇｇ２）の２種の電圧を与え、これを制御回路１の信号３６により切り替え回路７１ａにより、切り替えてＶｇｇとして出力する構成とする。Ｖｓｓはレベル“Ｌ”で、通常は零電位（接地電位）であり、このＶｓｓとＶｇｇとを走査駆動回路２に与える構成とする。
【００７８】
このような構成において、走査駆動回路２に供給する高電位側の電源Ｖｇｇを、切り替え回路７１ａを制御回路１の信号にて切り替え制御することにより切り替える。走査駆動回路２はＶｇｇとＶｓｓとを受け、出力信号のレベルとしてはこのＶｇｇかＶｓｓのレベルのいずれかとなる構成であれば、高電位側の出力の時にはＶｇｇ＝Ｖｇｈとなる。
【００７９】
このように、通常、走査駆動回路２の高電位側信号出力レベルはＶｇｇ＝Ｖｇｈとなっているため、電源ＶｇｇをＶｇｇ１（＝Ｖｇｈ）かＶｇｇ２（＝Ｖｇｌ）に切り替えることができるようにしたことで、レベル“Ｈ”出力をＶｇｈかＶｇｌに変化させることができる。そして、これにより、時定数を切り替えることができることになる。
【００８０】
以上２つの具体例において、画素が光電変換膜及び画素容量とスイッチング用のＴＦＴとから構成されるアレイ状の撮像装置において、読み出し誤差やリーク電流の抑制対策の対象として、ａ−ＳｉＴＦＴを用いたシステムを主に説明してきたが、これはａ−ＳｉＴＦＴに限らない。ポリシリコンＴＦＴを用いた構成でも同様に適用して効果がある。また、本発明は二次元の撮像装置（光検出装置）として説明したが、一次元の撮像装置（光検出装置）すなわち、直線状に画素を配設することで大型のラインセンサとしての応用も可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明は、画素が光電変換膜及び画素容量とスイッチング用のＴＦＴとから構成されるアレイ状の撮像装置において、時定数を切り替える手段を設けたことにより、Ｘ線診断装置の“撮影”と“透視”のように２つ以上の異なる駆動時間で使用する場合においてもＴＦＴアレイ特有の誤差である読み出し誤差とリーク電流を最小限に抑えることが出来るようになり、画質の向上を図って医用装置に利用可能となる撮像装置が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の第一の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロック図。
【図２】本発明を説明するための図であって、本発明システムにおける制御回路１から走査線駆動回路２へ供給する制御信号の一例を示す図。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の第一の具体例に係わるＴＦＴアレイの１つの画素の平面図を示す図。
【図４】本発明を説明するための図であって、本発明システムにおける制御回路１の具体的な構成例を示す図。
【図５】本発明を説明するための図であって、本発明システムにおける走査線駆動回路２の具体的な構成例を示す図。
【図６】本発明を説明するための図であって、本発明システムにおける信号読み出し回路３の具体的な構成例を示す図。
【図７】本発明を説明するための図であって、本発明の第二の具体例に係わる撮像装置の主要部分を示すブロック図。
【図８】本発明を説明するための図であって、本発明システムにおける電位制御回路７１の具体的な構成を示す図。
【図９】ａ−ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置の従来例を示す図。
【符号の説明】
１…制御回路
２，１５２…走査駆動回路
３，１５０…信号読み出し回路
１１，１２，１４４…ＴＦＴ
２１，１４０…光電変換膜
２２，１４２…光電変換膜‐画素電極間容量（Ｃｐｄ）
２３…画素電極‐補助電極間容量（Ｃｃｓ）
２４…画素電極
２５…補助電極
３１，１４８…電源
３２，１３４…バイアス線
３３，３４，３５…制御信号
４１，５２，１４６…切り替えスイッチ
４２，４４…タイミング調整用カウンタ
４３，４５…駆動信号発生回路
４６…セレクタ
４７…補助容量切り替え回路
５１…シフトレジスタ
６１…増幅器
６２…Ａ／Ｄ変換器
６３…マルチプレクサ
７１…電源電位制御回路
７１ａ…切り替え回路
ｅ  １，１〜ｅ  ｎ，ｍ…画素
Ｓ１  〜Ｓｍ  …信号線
Ｇ１  〜Ｇｎ  …ゲート駆動線。
【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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