(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号線と、
複数の信号線と交差する複数の走査線と、
前記信号線と前記走査線との交差点毎に設けられ、Ｘ線を電荷に変換する光電変換膜と、ゲートが対応する走査線に接続されソースが前記光電変換膜に接続されドレインが対応する信号線に接続されるトランジスタからなるスイッチング素子と、前記光電変換膜と前記スイッチング素子に接続され前記光電変換膜で発生された電荷を蓄積する蓄積素子とを有する画素と、
前記走査線を駆動する走査線駆動回路と、
前記信号線に接続され前記蓄積素子に蓄積された電荷を読み取る信号検出回路と、
を備え、
前記蓄積素子に電荷が蓄積されると前記スイッチング素子のゲート・ソース間電圧の絶対値が小さくなるよう前記光電変換膜および前記スイッチング素子の電位が設定され、
前記走査線駆動回路は、前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧を少なくとも２種類出力することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記走査線駆動回路は、ある走査線に、前記スイッチング素子がオン状態となる走査線電圧を供給している場合、その他の走査線に、前記スイッチング素子をオフ状態とする前記少なくとも２種類の電圧のうち前記スイッチング素子のゲート・ソース間電圧の絶対値が大となる走査線電圧を供給することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧のうち前記ゲート・ソース間電圧の絶対値が小となる電圧を供給している期間と、前記信号検出回路の信号検出期間は重ならないことを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記信号検出回路は、積分アンプと、前記積分アンプと並列に接続される積分容量と、前記積分アンプと並列に接続され制御信号によってオン・オフが制御されるリセットスイッチとを備え、前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧のうち前記ゲート・ソース間電圧の絶対値が小となる電圧を供給している期間には前記リセットスイッチは前記制御信号によってオン状態となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
【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撮像装置に係わり、例えば医療用Ｘ線ＣＴの撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイを用いたアプリケーションの１つとしてＸ線撮像装置が提案されている（例えば米国特許第４６８９４８７号明細書参照）。Ｘ線ＣＴ(Computed Tomography)についてもＴＦＴアレイのアプリケーションの有望な候補の1つである。
【０００３】
Ｘ線ＣＴでＴＦＴアレイを用いる利点として、大面積の撮像デバイスが容易に構成可能であるため、撮影時間を短縮し被爆量を低減できる、画素サイズを容易に縮小でき、高精細な画像が得られること等が挙げられる。
【０００４】
高精細な画像を得るためには、画素サイズを小さくするとともに、直接変換方式と呼ばれるＸ線−電荷変換方式を採用することが重要である。Ｘ線を一旦可視光に変換する間接変換方式と異なり、直接変換方式では、Ｘ線を直接電荷に変換する。光電変換膜に高電界を掛けるため、隣接画素への電荷漏れがなく、画素サイズがそのまま解像度を決定することになる。
【０００５】
直接変換方式では、光電変換膜に数ｋＶの高電圧を供給するため、ＴＦＴアレイの絶縁破壊を防止する対策が必要である。
【０００６】
絶縁破壊を防止する技術として、例えば特開平２０００−５８８０４号公報に開示されている技術がある。この特開平２０００−５８８０４号公報に記載の技術では、図６に示すように、光電変換膜２０３の一端に負電源２４０を接続し、他端に蓄積画素容量２０２を接続し、Ｘ線入射時に蓄積画素容量２０２に電子が蓄積されるような構成としている。また、ＴＦＴ２０１のソースが光電変換膜２０３の他端に接続され、ゲートには通常負電位が供給されている。したがって、通常時は、ゲート・ソース間電位Ｖｇｓは負となり、ＴＦＴ２０１はオフ状態となっている。Ｘ線が入射し電子が蓄積画素容量２０２に蓄積されるとゲート・ソース間電位Ｖｇｓは小さくなっていく。一定の信号が蓄積されＶｇｓが０Ｖ近傍になるとＴＦＴ２０１はオン状態となりそれ以上の信号は、リセットスイッチ２５３によって信号線および積分容量２５２を介して排出される。これによって、蓄積画素容量２０２には一定電位以上の電圧が印加することなく、絶縁層の絶縁破壊を防止することが可能となる。なお、ＴＦＴ２０１のドレインは検出アンプ２５１の入力端に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平２０００−５８８０４号公報に示す絶縁破壊防止技術は、Ｘ線をパルス照射している場合には有効であるが、連続照射の場合、雑音の増加となり画像劣化の原因となる。
【０００８】
図７（ａ），（ｂ）にパルス照射と連続照射の場合のＸ線照射期間と信号読み出し期間を示す。図７（ａ）がパルス照射、図７（ｂ）が連続照射の場合のタイミングチャートである。
【０００９】
パルス照射の場合、図７（ａ）に示すように、Ｘ線照射期間と信号読み出し期間は時間的に分離されている。この場合、過大なＸ線が入射すると一定以上の信号(不要信号)は信号線を通して検出アンプ２５１側に流れるが、不要信号が流れる期間はＸ線照射期間のみであり信号読み出し期間と時間的に異なるため、検出アンプ２５１はリセット状態になっており、不要信号が検出アンプ２５１で検出されることはない。
【００１０】
これに対し連続照射の場合、図７（ｂ）に示すように、Ｘ線照射と信号読み出しが同時におこなわれるため、不要信号は常に発生し検出アンプ２５１に流れ込む。このため、画素信号と不要信号が同時に検出アンプ２５１で検出され、不要信号は雑音となり画像劣化の原因となる。
【００１１】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、Ｘ線を連続照射した場合でも、良好な画像を得ることのできる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置は、複数の信号線と、複数の信号線と交差する複数の走査線と、前記信号線と前記走査線との交差点毎に設けられ、Ｘ線を電荷に変換する光電変換膜と、ゲートが対応する走査線に接続されソースが前記光電変換膜に接続されドレインが対応する信号線に接続されるＴＦＴからなるスイッチング素子と、前記光電変換膜と前記スイッチング素子に接続され前記光電変換膜で発生された電荷を蓄積する蓄積素子とを有する画素と、前記走査線を駆動する走査線駆動回路と、前記信号線に接続され前記蓄積素子に蓄積された電荷を読み取る信号検出回路と、を備え、前記蓄積素子に電荷が蓄積されると前記スイッチング素子のゲート・ソース間電圧の絶対値が小さくなるよう前記光電変換膜および前記スイッチング素子の電位が設定され、前記走査線駆動回路は、前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧を少なくとも２種類出力することを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明の撮像装置によれば、スイッチング素子をオフ状態とする電位を２種類持つことにより、Ｘ線を連続照射した場合でも信号読み出し期間と不要信号排出期間を時間的に分離することが可能であり、画素信号と不要信号を同時に読み出すことがなく良好な画像を得ることができる。
【００１４】
なお、前記走査線駆動回路は、ある走査線が選択状態の場合、その他の走査線では前記スイッチング素子をオフ状態とする前記少なくとも２種類の電圧のうち前記スイッチング素子のゲート・ソース間電圧の絶対値が大となる走査線電圧を供給することが好ましい。
【００１５】
なお、前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧のうち前記ゲート・ソース間電圧の絶対値が小となる電圧を供給している期間と、前記信号検出回路の信号検出期間は重ならないことが好ましい。
【００１６】
なお、前記信号検出回路は、積分アンプと、前記積分アンプと並列に接続される積分容量と、前記積分アンプと並列に接続され制御信号によってオン・オフが制御されるリセットスイッチとを備え、前記スイッチング素子をオフ状態とする走査線電圧のうち前記ゲート・ソース間電圧の絶対値が小となる電圧を供給している期間には前記リセットスイッチは前記制御信号によってオン状態となっていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による撮像装置の構成を図１に示す。この実施形態の撮像装置は、ＴＦＴアレイ１００と、走査線駆動回路１１０と、検出アンプ回路１１１とを備えている。ＴＦＴアレイ１００は、ｍ個の信号線Ｓ１，・・・，Ｓｍと、ｎ個の走査線Ｇ１，・・・，Ｇｎと、マトリクス状に配列されたｍ×ｎ個の画素ｅ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，・・・，ｍ、ｊ＝１，・・・，ｎ）と、容量配線Ｃｓとを有している。各走査線Ｇｊ（ｊ＝１，・・・，ｎ）は走査線駆動回路１１０に接続され、各信号線Ｓｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）はｎ個の走査線Ｇ１，・・・，Ｇｎと直交するように配置されて検出アンプ回路１１１に接続されている。
【００１９】
各画素ｅ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，・・・，ｍ、ｊ＝１，・・・，ｎ）は、信号線Ｓｉと走査線Ｇｊとの交差点の近傍に設けられ、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)からなるスイッチング素子１０１と、画素蓄積容量１０２と、光電変換膜１０３とを有している。スイッチング素子１０１は、ゲートが対応する走査線Ｇｊに接続され、ドレインが対応する信号線Ｓｉに接続され、ソースが画素蓄積容量１０２の一端に接続された構成となっている。画素蓄積容量１０２の他端は容量配線Ｃｓを介して電源１４１に接続された構成となっている。光電変換膜１０３は一端がスイッチング素子１０１のソースに接続され、他端が負電源１４０に接続された構成となっている。
【００２０】
本実施形態においては、走査線駆動回路１１０には、外部からゲートオン電圧Ｖｏｎと、ゲートオフ電圧Ｖｏｆｆが供給される。またゲートオフ電圧Ｖｏｆｆは、Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２の２種類の電位を有している。そして、これらの電圧は走査線駆動回路１１０によって選択された走査線Ｇｊ（ｊ＝１，・・・，ｎ）に供給される。
【００２１】
次に、本実施形態による撮像装置の動作を図２乃至図３を参照して説明する。図２は、走査線Ｇｊ、Ｇｊ＋１、Ｇｊ＋２の走査線電位を示すタイミングチャートである。光電変換膜１０３に、Ｘ線が入射すると、Ｘ線量に対応した電子-正孔対を発生し、電子が画素蓄積容量１０２に蓄積される。なお、Ｘ線は常に照射されている。図２において、走査線Ｇｊ（ｊ＝１，・・・，ｎ）の走査線電位は、走査線Ｇｊに接続された画素の信号を読み出す期間ではゲートオン電圧Ｖｏｎに、それ以外の期間ではゲートオフ電圧Ｖｏｆｆ(Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２)に設定される。信号を読み出す走査線は、走査線Ｇｉ、Ｇｉ＋１、Ｇｉ＋２、 ・・・・の順序で順次選択されて、ゲートオン電圧Ｖｏｎが順次印加される。走査線Ｇｊにおいて、信号読み出し期間以外の期間は、走査線Ｇｊにはゲートオフ電圧Ｖｏｆｆ（Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２）が与えられる。走査線Ｇｊの電位がゲートオフ電圧Ｖｏｆｆ２となる期間は、この走査線Ｇｊ以外の走査線Ｇｋ（ｋ≠ｊ）うちの少なくとも１本の走査線の電位がゲートオン電圧Ｖｏｎとなる期間と一致しており、この期間を除く信号読み出し期間以外の期間はゲートオフ電圧Ｖｏｆｆ１が与えられる。なお、走査線Ｇｊの電位がゲートオフ電圧Ｖｏｆｆ２となる期間は、この走査線Ｇｊ以外の走査線Ｇｋ（ｋ≠ｊ）のうちの少なくとも１本の走査線の電位がゲートオン電圧Ｖｏｎとなる期間を含む期間に設定しても良い。
【００２２】
図３に、ある走査線Ｇｊ（ｊ＝１，・・・，ｎ）の走査線電位Ｖｇａｔｅと、この走査線Ｇｊに接続された画素ｅ（ｉ,ｊ)（ｉ＝１，・・・，ｍ）の画素電位、すなわちスイッチング素子１０１のソース電位Ｖｓの波形図を示す。上記画素ｅ（ｉ，ｊ）の画素電位Ｖｓは、この画素のスイッチング素子１０１がゲートオンとなる期間、すなわちゲートにゲートオン電圧Ｖｏｎが印加される期間に読み出され、信号線電位Ｖｓｉｇと同電位になる。スイッチング素子１０１がオフとなる期間、すなわちゲートにゲートオフ電圧Ｖｏｆｆが印加される期間に画素蓄積容量１０２に、読み出された信号が蓄積され、スイッチング素子１０１のゲート・ソース間電位Ｖｇｓの絶対値|Ｖｇｓ|が小さくなる方向に画素電位Ｖｓが変化する。図３においては、スイッチング素子１０１がｎ型であるため、信号線電位Ｖｓｉｇより負となる方向に信号が蓄積される。
【００２３】
ゲート・ソース間電位の絶対値|Ｖｇｓ|がほぼ零Ｖとなるとそれ以上の信号は不要信号として対応する信号線に排出される。このとき、ゲートオフ電圧としてＶｏｆｆ１とＶｏｆｆ２の２種類の電位を設定することで、|Ｖｇｓ|＝０となる画素電位を変化させることができ、蓄積可能な信号量を調整することが可能となる。
【００２４】
したがって、Ｖｏｆｆ１となる期間Ｔｏｆｆ１で|Ｖｇｓ|＝０となり、スイッチング素子１０１がオンする(不要信号を排出する)だけの信号が蓄積されても、Ｖｏｆｆ２となる期間Ｔｏｆｆ２では、スイッチング素子１０１がオフとなり、さらに信号を蓄積することが可能となる。このため、Ｖｏｆｆ２となる期間Ｔｏｆｆ２は不要信号が信号線に流れ込むことがなくなるため、Ｖｏｆｆ２となる期間Ｔｏｆｆ２に、任意の走査線の電位をＶｏｎにして信号を読み出すようにすることで、その走査線に接続された画素信号のみを検出アンプ回路１１１で検出することが可能となる。これにより、雑音(不要信号)の少ない良好な画像を得ることが可能となる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による撮像装置の構成を図４に示す。この実施形態の撮像装置は、図１に示す第１実施形態の撮像装置において、検出アンプ回路１１１をより具体的にした構成となっている。この実施形態の検出アンプ回路１１１は、各信号線Ｓｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）毎に、積分アンプ１５１と、積分容量１５２と、リセットスイッチ１５３とを備えた構成となっている。積分容量１５２とリセットスイッチ１５３は、積分アンプ１５１に並列に接続されている。リセットスイッチ１５３は外部からの制御信号Ｖｓｗによりオン・オフが制御される。
【００２６】
この第２実施形態の動作を図５を参照して説明する。図５は、走査線Ｇｊ（ｊ＝１，・・・，ｎ）の電位と、リセットスイッチ１５３の制御信号Ｖｓｗのタイミングを示すタイミングチャートである。図５において、リセットスイッチ１５３は、制御信号Ｖｓｗが“Ｈ”レベルのとき、オフし、“Ｌ”レベルのときオンとなるように構成されている。
【００２７】
この実施形態においては、制御信号Ｖｓｗが“Ｈ”レベルとなる期間は、走査線電位がＶｏｆｆ１となる期間以外の期間とし、走査線電位がＶｏｆｆ１となる期間は、制御信号Ｖｓｗを“Ｌ”レベルとする。このようにすることにより、寄生容量によるノイズの影響をなくすことができる。図５では走査線電位がＶｏｆｆ１となる期間と制御信号Ｖｓｗが“Ｌ”レベルとなる期間が一致しているが、走査線電位がＶｏｆｆ２となる期間を超えて制御信号Ｖｓｗを“Ｌ”レベルとしてもかまわない。
【００２８】
図５のタイミングとすることで、信号線に流れ込む不要信号は積分容量１５２に蓄積されず、検出アンプ１５１は画素信号のみを検出することが可能となる。
【００２９】
従って、図５に示すようなタイミングで信号を検出することにより、雑音の少ない良好な画像を得ることが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、Ｘ線を連続照射した場合でも、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の走査線駆動信号のタイミングチャート。
【図３】第１実施形態における走査線駆動信号と画素電位のタイミングチャート。
【図４】本発明の第２実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図。
【図５】第２実施形態における走査線駆動信号と検出アンプのリセット信号のタイミングチャート。
【図６】従来例の構成を示す図。
【図７】Ｘ線照射期間と信号読み出し期間のタイミングチャート。
【符号の説明】
１００  ＴＦＴアレイ
１０１  スイッチング素子（ＴＦＴ）
１０２  画素蓄積容量
１０３  光電変換膜
１１０  走査線駆動回路
１１１  検出アンプ回路
１４０  負電源
１４１  電源
１５１  積分アンプ
１５２  積分容量
１５３  リセットスイッチ
２５１  検出アンプ
２５２  積分容量
２５３  リセットスイッチ
【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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