(57)【要約】  短い撮像動作間隔でありながら残像が抑制され、且つ、良好なＳ／Ｎ比の画像を取得可能な撮像装置を提供する  第１電極と第２電極との間に配置された半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子２０１を複数有し、電荷に基づく電気信号を出力する撮像動作を行う検出器１０４と、撮像動作において変換素子２０１が放射線又は光を電荷に変換するための第１電圧を変換素子２０１に供給する電源部１０７と、検出器１０４及び電源部１０７を制御する制御部１０６と、を有する撮像装置であって、第１撮像動作と第２撮像動作との間の期間内に変換素子２０１に第１電圧とは異なる第２電圧が与えられる第１撮像間動作と、第１撮像間動作の後に変換素子２０１に第１電圧及び第２電圧とは異なる第３電圧が与えられる第２撮像間動作と、を行い、第３電圧と第１電圧との差分の絶対値が、第２電圧と第１電圧との差分の絶対値よりも小さい。
2013046385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極と前記第１電極と前記第２電極との間に配置された半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子を複数有し、前記電荷に基づく電気信号を出力する撮像動作を行う検出器と、
前記撮像動作において前記変換素子が放射線又は光を電荷に変換するための第１電圧を前記変換素子に供給する電源部と、
前記検出器及び前記電源部を制御する制御部と、
を有する撮像装置であって、
前記制御部は、複数回行われる前記撮像動作のうちの第１撮像動作と該第１撮像動作の後に行われる第２撮像動作との間の期間内に、前記変換素子に前記第１電圧とは異なる第２電圧が与えられる第１撮像間動作と、前記第１撮像間動作の後の前記期間内に前記変換素子に前記第１電圧及び前記第２電圧とは異なる第３電圧が与えられる第２撮像間動作と、を行うように、前記検出器及び前記電源部を制御し、
前記第３電圧と前記第１電圧との差分の絶対値が、前記第２電圧と前記第１電圧との差分の絶対値よりも小さいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記変換素子は、フォトダイオードを含み、
前記第１電圧は、逆方向電圧であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも大きい逆方向電圧であり、
前記第３電圧は、前記第１電圧よりも小さい逆方向電圧、又は、前記第１電圧よりも大きく且つ前記第２電圧よりも小さい逆方向電圧であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも小さい逆方向電圧であり、
前記第３電圧は、前記第１電圧よりも小さい逆方向電圧、又は、前記第１電圧よりも大きい逆方向電圧であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第２電圧は、順方向電圧であり、
前記第３電圧は、前記第１電圧よりも小さい逆方向電圧、又は、前記第１電圧よりも大きい逆方向電圧であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記検出器は、前記変換素子と前記第１電極に接続されたスイッチ素子とを含む画素が行列状に複数配置された検出部と、前記電気信号を前記検出部から出力するために前記スイッチ素子を導通状態とする駆動回路と、前記電気信号を伝送する信号配線と、前記信号配線を介して前記電気信号を読み出す読出回路と、を含み、
前記電源部は、前記第２電極に接続された第１電源と、前記読出回路を介して前記信号配線に接続された第２電源と、を含み、
前記第２電源は、前記信号配線に基準電位を供給し、
前記第１電源は、前記撮像動作において第１電位を前記第２電極に供給し、前記第１撮像間動作において前記第１電位と異なる第２電位を前記第２電極に供給し、前記第２撮像間動作において前記第１電位及び前記第２電位とは異なる第３電位を供給することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記変換素子は、前記第１電極と、前記第２電極と、前記半導体層と、前記第１電極と前記半導体層との間に配置された絶縁層と、前記半導体層と前記第２電極との間に配置された不純物半導体層と、を有するＭＩＳ型変換素子であり、
前記電源部は、前記変換素子に前記第１電圧が与えられて前記半導体層で発生した電荷のうち前記半導体層と前記絶縁層との間に蓄積された電子正孔対の一方を前記第２電極に向けて移動させて消滅させるリフレッシュ動作を前記検出器が行うために、前記第１電極と第２電極との間に前記第２電圧又は前記第３電圧を与えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記変換素子と前記第１電極に接続されたスイッチ素子とを含む画素が行列状に複数配置された検出部と、前記電気信号を前記検出部から出力するために前記スイッチ素子を導通状態とする駆動回路と、前記電気信号を伝送する信号配線と、前記信号配線を介して前記電気信号を読み出す読出回路と、を含み、
前記電源部は、前記第２電極に接続された第１電源と、前記読出回路を介して前記信号配線に接続された第２電源と、を含み、
前記第２電源は、前記信号配線に基準電位を供給し、
前記第１電源は、前記撮像動作において第１電位を前記第２電極に供給し、前記第１撮像間動作において前記第１電位と異なる第２電位を前記第２電極に供給し、前記第２撮像間動作において前記第１電位及び前記第２電位とは異なる第３電位を供給することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記不純物半導体層は、ｎ型の不純物半導体層であり、
前記第１電位をＶｓ、前記第２電位をＶｒ２、前記第３電位をＶｒ１、前記第２電源が前記信号配線に供給する電位をＶｒｅｆとすると、
Ｖｓ−Ｖｒｅｆ＞０
Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ＞０
Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ≦０
Ｖｓ＞Ｖｒ１＞Ｖｒｅｆ＞Ｖｒ２
を満たすことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記不純物半導体層は、ｎ型の不純物半導体層であり、
前記第１電位をＶｓ、前記第２電位をＶｒ２、前記第３電位をＶｒ１、前記第２電源が前記信号配線に供給する電位をＶｒｅｆとすると、
Ｖｓ−Ｖｒｅｆ＞０
Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ＞０
Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ＞０
Ｖｓ＞Ｖｒ１＞Ｖｒ２＞Ｖｒｅｆ
０．８×｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜≦｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜＜｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜
｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜＜０．５×｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜
を満たすことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記制御部に制御信号を送信する制御コンピュータと、
を含む撮像システム。
【請求項１２】
第１電極と第２電極と前記第１電極と前記第２電極との間に配置された半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子を複数有する検出器と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記変換素子が放射線又は光を電荷に変換するための第１電圧が与えられた前記変換素子が放射線又は光を変換した電荷に基づく電気信号を前記検出器が出力する第１撮像動作を行う工程と、
前記第１撮像動作の後に前記変換素子に前記第１電圧とは異なる第２電圧が与えられる第１撮像間動作を行う工程と、
前記第１撮像間動作の後に前記変換素子に前記第１電圧及び前記第２電圧とは異なる第３電圧が与えられる第２撮像間動作を行う工程と、
前記第２撮像間動作の後に前記第１電圧が与えられた前記変換素子が放射線又は光を変換した電荷に基づく電気信号を前記検出器が出力する第２撮像動作を行う工程と、
を含み、
前記第３電圧と前記第１電圧との差分の絶対値が、前記第２電圧と前記第１電圧との差分の絶対値よりも小さいことを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像システム、その制御方法に関するものである。より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる、放射線撮像装置及び放射線撮像システム、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下、検出器と略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。検出器としては、非晶質シリコンを用いた光電変換素子と、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体とを組み合わせた変換素子が用いられた間接変換型の検出器が知られている。また、非晶質セレン等の材料を用いて放射線を直接電荷に変換する変換素子が用いられた直接変換型の検出器が知られている。【０００３】
このような撮像装置では、非晶質半導体からなる半導体層を有する変換素子の、半導体層のダングリングボンドや欠陥がトラップ準位として働く。複数回の撮像を行う際に、先の撮像動作の際に照射された放射線又は光によって発生した電荷が、トラップ準位にトラップされる場合がある。そのような場合、後の撮像動作で得られた画像にトラップされた電荷が影響を与える、所謂、残像（ラグ）が、後の撮像動作で得られた画像に発生する可能性がある。残像は、先の撮像動作と後の撮像動作との間の時間（以下、撮像動作間隔と称する）を長くすれば抑制できるが、撮像動作間隔を長くすると使い勝手が悪くなる。そのため、撮像動作間隔を短くしつつ後の撮像に発生し得る残像を抑制することが撮像装置には求められる。【０００４】
特許文献１及び２では、残像を抑制するために、複数の撮像動作の間にフォトダイオードやＭＩＳ型光電変換素子等の変換素子に、撮像動作時とは異なる電圧を与えるリセット動作が開示されている。具体的には、特許文献１では、撮像動作時のフォトダイオードの逆方向電圧よりも大きな逆方向電圧を、又は、小さな逆方向電圧を、又は、リセット動作時に順方向電圧を、リセット動作時にフォトダイオードに与える。特許文献２では、スリープ（リセット）動作時にＭＩＳ型光電変換素子の両電極がグランドとなるように、撮像動作時とは異なる電圧をＭＩＳ型光電変換素子に与える。このようなリセット動作により残像となり得る電荷が変換素子から除去されることが、特許文献１及び２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５３７６１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９９２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に述べた従来のリセット動作では、残像を抑制することは可能であるが、リセット動作において変換素子に流入する電流によりノイズが増大し、Ｓ／Ｎ比を低下させるおそれがあった。特許文献２には、残像抑制の効果とリセット動作後に変換素子に流入する電流を抑えるようにリセット動作の時間やリセット動作時の電圧を最適化された値とすることが示唆されている。しかしながら、リセット動作の時間やリセット動作時の電圧を最適化するだけでは、残像の抑制と十分なＳ／Ｎ比の確保との両立が困難となる場合があった。【０００７】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、短い撮像動作間隔でありながら残像が抑制され、且つ、良好なＳ／Ｎ比の画像を取得可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、第１電極と第２電極と前記第１電極と前記第２電極との間に配置された半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子を複数有し、前記電荷に基づく電気信号を出力する撮像動作を行う検出器と、前記撮像動作において前記変換素子が放射線又は光を電荷に変換するための第１電圧を前記変換素子に供給する電源部と、前記検出器及び前記電源部を制御する制御部と、を有する撮像装置であって、前記制御部は、複数回行われる前記撮像動作のうちの第１撮像動作と該第１撮像動作の後に行われる第２撮像動作との間の期間内に前記変換素子に前記第１電圧とは異なる第２電圧が与えられる第１撮像間動作と、前記第１撮像間動作の後の前記期間内に前記変換素子に前記第１電圧及び前記第２電圧とは異なる第３電圧が与えられる第２撮像間動作と、を行うように、前記検出器及び前記電源部を制御し、前記第３電圧と前記第１電圧との差分の絶対値が、前記第２電圧と前記第１電圧との差分の絶対値よりも小さいことを特徴とする。【０００９】
本発明の撮像システムは、上記撮像装置と、前記制御部に制御信号を送信する制御コンピュータと、を含む。【００１０】
本発明の撮像装置の制御方法は、第１電極と第２電極と前記第１電極と前記第２電極との間に配置された半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子を複数有する検出器と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記変換素子が放射線又は光を電荷に変換するための第１電圧が与えられた前記変換素子が放射線又は光を変換した電荷に基づく電気信号を前記検出器が出力する第１撮像動作を行う工程と、前記第１撮像動作の後に前記変換素子に前記第１電圧とは異なる第２電圧が与えられる第１撮像間動作を行う工程と、前記第１撮像間動作の後に前記変換素子に前記第１電圧及び前記第２電圧とは異なる第３電圧が与えられる第２撮像間動作を行う工程と、前記第２撮像間動作の後に前記第１電圧が与えられた前記変換素子が放射線又は光を変換した電荷に基づく電気信号を前記検出器が出力する第２撮像動作を行う工程と、を含み、前記第３電圧と前記第１電圧との差分の絶対値が、前記第２電圧と前記第１電圧との差分の絶対値よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、短い撮像動作間隔でありながら残像が抑制され、且つ、良好なＳ／Ｎ比の画像を取得可能な撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る、変換素子の残像量の電圧変動依存性を説明するための特性図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る、変換素子のノイズ量の電圧変動依存性を説明するための特性図である。
【図３】本発明に係る撮像システムの概略的ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略的等価回路図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図６Ａ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略的等価回路図である。
【図６Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略的等価回路図である。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態に係る、変換素子の残像量の電圧変動依存性を説明するための特性図である。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る、変換素子のノイズ量の電圧変動依存性を説明するための特性図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図９Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。
【図１０Ａ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートの別の例である。
【図１０Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートの別の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。
【００１４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の概念を説明するために、図２Ａを用いて本発明の第１の実施形態に係る変換素子が有する残像量の特性を、図２Ｂを用いてノイズ量の特性を、説明する。
【００１５】
変換素子は、対向する２つの電極の間に半導体層を有し、２つの電極の間に電圧が与えられることによって、放射線又は光を電荷に変換することが可能となる。ここで、変換素子の２つの電極の間に与えられる電圧が、変換素子に与えられる電圧である。放射線又は光が照射される期間を含む撮像動作時には、変換素子に与えられる電圧として、半導体層を空乏化するための電圧（以下、第１電圧と称する）が２つの電極の間に与えられる。それにより、変換素子は放射線又は光を電荷に変換することができる。
【００１６】
複数の変換素子を備える検出部から出力される電気信号、及び、検出部を含む検出器から出力される画像データの質を決定する指標として、ノイズ量と残像量が挙げられる。ノイズとは、信号の中に本来の情報とは別に混じっている不規則なゆらぎ成分であり、変換素子のノイズの原因としては暗電流が主に挙げられる。暗電流の原因としては、変換素子に与えられる電圧が変動した際に変換素子に電流が流れ、その電流による電荷の移動が欠陥準位に影響を与えることが挙げられる。また、残像とは、複数回行われる撮像動作のうちの先の撮像動作においてなされた放射線又は光の照射に基づく電気信号が、後の撮像動作で出力される電気信号及び画像データに影響をおよぼすものである。残像の原因としては、欠陥準位に捕獲された電荷や、変換素子から出力しきれず変換素子に残留した電荷が、主に挙げられる。
【００１７】
背景技術で説明されたように、第１電圧とは異なる電圧（以下、第２電圧と称する）を、複数の撮像動作の間に変換素子に与えることにより、残像を抑制することが可能である。図２Ａに示すように、複数の撮像動作の間に変換素子に与えられる第２電圧と第１電圧との差分（以下、電圧変動量と称する）を大きくすればするほど、残像の量である残像量は低減される。ここで、図２Ａは、横軸が電圧変動量の絶対値であり、縦軸が残像量である。これは、変換素子に与えられる電圧の変動に伴って変換素子に流入する電流により、変換素子に電荷が注入される。それにより、欠陥準位に予め電荷を捕獲させ、放射線や光によって変換された電荷が新たに捕獲されることを防ぐことができるためと考えられる。また、変換素子内に残留した電荷が、変換素子に流入する電流によって変換素子に注入される電荷によって再結合等されることにより、除去されるためと考えられる。つまり、電位変動量が大きくなればなるほど、変換素子に注入される電荷の量（電荷量）が多くなり、残像量は小さくなる。一方、図２Ｂに示すように、電圧変動量を大きくすればするほど、ノイズの量であるノイズ量が増加する。ここで、図２Ｂは、横軸が電圧変動量の絶対値であり、縦軸がノイズ量である。これは、変換素子に与えられる電圧の変動に伴って変換素子に流入する電流が多くなればなるほど、それにより発生する暗電流量が増大するためと考えられる。つまり、電位変動量が大きくなればなるほど、変換素子に注入される電荷量が多くなり、ノイズ量が大きくなる。
【００１８】
このように、残像量を低減させるために電圧変動量を大きくすればするほど、変換素子に注入される電荷量が増大し、ノイズ量が増大してしまい、撮像装置のＳ／Ｎ比を低下させてしまう。この際に、ノイズ量の低減のためノイズが落ち着くまで待ってから次の撮像を行うと、次の撮像までの時間が長くなってしまい、撮像装置の使い勝手が低下してしまう。一方、電圧変動量を小さくすればするほど、変換素子に注入される電荷量が減少し、残像量が増大してしまい、残像の抑制が不十分となってしまう。
【００１９】
そこで本願発明者は、誠意検討の結果、以下に説明することを見出した。図１に示すように、第１撮像動作と、第１撮像動作の後に行われる第２撮像動作と、を含む複数回の撮像動作にあっては、第１撮像動作と第２撮像動作との間に検出器が撮像間動作を行うように検出器を制御する。この撮像間動作では、まず第１撮像動作と第２撮像動作との間の期間内に、第１撮像間動作を検出器が行うように検出器を制御する。第１撮像間動作では、変換素子に各撮像動作時に与えられる第１電圧とは異なる第２電圧が変換素子に与えられ、検出器が変換素子を初期化するための初期化動作を少なくとも行うように検出器を制御する。ここで、初期化動作とは、変換素子に所望の電圧を与えるための動作であり、図３に示すような変換素子とスイッチ素子とを含む画素の構成にあっては、後述する画像出力動作や暗画像出力動作とは別に、スイッチ素子を導通状態にする動作である。この第２電圧と第１電圧との差分の絶対値を第１電圧変動量とする。ここで、第１電圧変動量は、後述する第２電圧変動量より大きく設定されている。このように、第１撮像間動作では、大きい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、残像を好適に低減できる。しかしながら、第１撮像間動作では、大きい電圧変動が変換素子に与えられることにより、変換素子に注入される電荷量が多くなり、ノイズが増大してしまう。次に、第１撮像間動作と第２撮像動作の間の期間内に、第２撮像間動作を検出器が行うように検出器を制御する。第２撮像間動作では、変換素子に第１電圧及び第２電圧とは異なる第３電圧が与えられ、検出器が初期化動作を行うように検出器を制御する。この第３電圧と第１電圧との差分の絶対値を第２電圧変動量とする。ここで、第２電圧変動量は第１電圧変動量よりも小さく設定されている。この第２撮像間動作により、変換素子に注入される電荷量が少なくなり、第１撮像間動作によって増大したノイズが低減される。このように、第１撮像間動作と、第１撮像間動作の後に行われる第２撮像間動作と、を第１撮像動作と第２撮像動作との間に行うことにより、先の撮像動作で発生した残像を低減しつつノイズの増大を抑制することが可能となることを、本願発明者は見出した。各動作については後で詳細に説明する。
【００２０】
次に、図３を用いて第１の実施形態の放射線撮像システムについて説明する。図１に示す本発明の放射線撮像システムは、撮像装置１００、制御コンピュータ１０８、放射線制御装置１０９、放射線発生装置１１０、表示装置１１３、制御卓１１４を含む。撮像装置１００は、放射線又は光を電気信号に変換する画素を複数有する検出部１０１と、検出部１０１を駆動する駆動回路１０２と、駆動された検出部１０１からの電気信号を画像データとして出力する読出回路１０３と、を有する平面検出器１０４を含む。撮像装置１００は更に、平面検出器（検出器）１０４からの画像データを処理して出力する信号処理部１０５と、各構成要素に夫々制御信号を供給して検出器１０４の動作を制御する制御部１０６と、各構成要素に夫々バイアスを供給する電源部１０７を含む。信号処理部１０５は、後述する制御コンピュータ１０８から制御信号を受けて制御部１０６に提供する。制御部１０６は、制御コンピュータ１０８からの制御信号を受けて、駆動回路１０２、読出回路１０３、信号処理部１０５、及び、電源部１０７のうちの少なくとも一つを制御する。電源部１０７は、不図示の外部電源や内蔵バッテリーから電圧を受けて検出部１０１、駆動回路１０２、読出回路１０３で必要な電圧を供給するレギュレータ等の電源回路を内包する。本実施形態の電源部１０７は、検出部１０１の変換素子に少なくとも第１電圧、第２電圧、及び第３電圧を切り替えて供給できる可変電源となっている。
【００２１】
制御コンピュータ１０８は、放射線発生装置１１０と撮像装置１００との同期や、撮像装置１００の状態を決定する制御信号の送信、撮像装置１００からの画像データに対する補正・保存・表示のための画像処理を行う。また、制御コンピュータ１０８は、制御卓１１４からの情報に基づき放射線の照射条件を決定する制御信号を放射線制御装置１０９に送信する。
【００２２】
放射線制御装置１０９は、制御コンピュータ１０８からの制御信号を受けて、放射線発生装置１１０に内包される放射線源１１１から放射線を照射する動作や、照射野絞り機構１１２の動作の制御を行う。照射野絞り機構１１２は、検出器１０４の検出部１０１に放射線又は放射線に応じた光が照射される領域である所定の照射野を変更することが可能な機能を有している。制御卓１１４は、制御コンピュータ１０８の各種制御のためのパラメータとして被検体の情報や撮像条件の入力を行い制御コンピュータ１０８に伝送する。表示装置１１３は、制御コンピュータ１０８で画像処理された画像データを表示する。
【００２３】
次に、図４を用いて本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を説明する。なお、図３を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。
【００２４】
検出部１０１は、行列状に複数配置された画素を有する。画素は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子２０１と、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子２０２と、を有する。変換素子としては、光を電荷に変換する光電変換素子とその放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体とを備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。本実施形態では、光電変換素子の一種であるフォトダイオードとして、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードを用いる。スイッチ素子２０２としては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、本実施形態では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子２０１の１方の電極（第１電極）はスイッチ素子２０２の２つの主端子の１方に電気的に接続され、他方の電極（第２電極）は共通のバイアス配線Ｂｓを介して第１電源１０７ａと電気的に接続される。行方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ１ｎは、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔｍ１は、他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ１に電気的に接続されており、スイッチ素子が導通状態である間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎは、複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路１０３に伝送する。
【００２５】
読出回路１０３は、検出部１０１から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路２０７を信号配線毎に対応して設けられている。また、各増幅回路２０７は、出力された電気信号を増幅する積分増幅器２０３と、積分増幅器２０３からの電気信号を増幅する可変増幅器２０４と、増幅された電気信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路２０５と、バッファアンプ２０６とを含む。積分増幅器２０３は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器と、積分容量と、リセットスイッチと、を有する。積分増幅器２０３は、積分容量の値を変えることで増幅率を変更することが可能である。演算増幅器の反転入力端子には出力された電気信号が入力され、正転入力端子には第２電源１０７ｂから基準電位Ｖｒｅｆが入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、積分容量が演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に配置される。サンプルホールド回路２０５は、各増幅回路に対応して設けられ、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成される。また読出回路１０３は、各増幅回路２０７から並列に読み出された電気信号を順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ２０８と、画像信号をインピーダンス変換して出力するバッファ増幅器２０９と、を有する。バッファ増幅器２０９から出力されたアナログ電気信号である画像信号Ｖｏｕｔは、Ａ／Ｄ変換器２１０によってデジタルの画像データに変換されて信号処理部１０５へ出力され、信号処理部１０５で処理された画像データが制御コンピュータ１０８へ出力される。
【００２６】
駆動回路１０２は、制御部１０６から入力された制御信号（Ｄ−ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯ）に応じて、スイッチ素子を導通状態にする導通電圧Ｖｃｏｍと非道通状態とする非導通電圧Ｖｓｓを有する駆動信号を、各駆動配線に出力する。これにより、駆動回路１０２はスイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御し、検出部１０１を駆動する。
【００２７】
電源部１０７は、第１電源１０７ａ、増幅回路の第２電源１０７ｂを含む。第１電源１０７ａは、バイアス配線Ｂｓを介して各変換素子の第２電極に共通に電位Ｖｓを供給するもので、本発明の第１電源に相当する。第２電源１０７ｂは、各演算増幅器の正転入力端子に基準電位Ｖｒｅｆを供給するもので、本発明の第２電源に相当する。基準電位Ｖｒｅｆはスイッチ素子が導通状態であると信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎとスイッチ素子２０２を介して変換素子２０１の第１電極に供給される。なお、本実施形態では、第１電源１０７ａが、検出部１０１の画素に少なくとも第１電位Ｖｓ１、第２電位Ｖｓ２、及び第３電位Ｖｓ３を切り替えて供給できる可変電源となっている。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、第２電源１０７ｂが画素に少なくとも第１基準電位Ｖｒｅｆ１、第２基準電位Ｖｒｅｆ２、及び第３基準電位Ｖｒｅｆ３を切り替えて供給できる可変電源であってもよい。
【００２８】
制御部１０６は、信号処理部１０５を介して装置外部の制御コンピュータ１０８等からの制御信号を受けて、駆動回路１０２、電源部１０７、読出回路１０３に各種の制御信号を与えて検出器１０４の動作を制御する。制御部１０６は、駆動回路１０２に制御信号Ｄ−ＣＬＫと制御信号ＯＥ、制御信号ＤＩＯを与えることによって、駆動回路１０２の動作を制御する。ここで、制御信号Ｄ−ＣＬＫは駆動回路として用いられるシフトレジスタのシフトクロックであり、制御信号ＤＩＯはシフトレジスタが転送するパルス、ＯＥはシフトレジスタの出力端を制御するものである。また、制御部１０６は、読出回路１０３に制御信号ＲＣ、制御信号ＳＨ、及び制御信号ＣＬＫを与えることによって、読出回路１０３の各構成要素の動作を制御する。ここで、制御信号ＲＣは積分増幅器のリセットスイッチの動作を、制御信号ＳＨはサンプルホールド回路２０５の動作を、制御信号ＣＬＫはマルチプレクサ２０８の動作を制御するものである。
【００２９】
次に、図１、図５Ａ、及び図５Ｂを用いて、本発明の撮像装置の動作を説明する。ここで、図５Ａは図１のＡ−Ａ’箇所を詳細に示したもの、図５Ｂは図１のＢ−Ｂ’箇所を詳細に示したものである。
【００３０】
図１に示すように、時刻ｔ１において変換素子２０１に第１電位Ｖｓ１が与えられると、撮像装置１００は撮像準備期間に撮像準備動作を行う。ここで、撮像準備動作とは、第１電位Ｖｓ１の印加開始に起因する検出器１０４のノイズを安定化させるために、初期化動作Ｋを少なくとも１回行う動作であり、本実施形態では初期化動作Ｋ１を複数回繰り返し行っている。なお、検出器１０４の特性変動が安定している場合には、この撮像準備動作は行わなくてもよい。ここで、初期化動作とは、後述する画像出力動作や暗画像出力動作とは別に、検出部内の変換素子に所望の電圧を与えて初期化するために、検出部内の複数のスイッチ素子を行単位で順次に又は複数の行を一度に導通状態にする動作である。本実施形態の初期化動作Ｋ１では、蓄積動作前の初期の電圧、つまり第１電圧｜Ｖｓ１−Ｖｒｅｆ｜を変換素子に与えてなされる。なお、図１では、撮像準備動作として初期化動作Ｋ１及び蓄積動作Ｗ１の一組を複数回繰り返し行う動作を行っている。なお、本発明において、蓄積動作は、変換素子内に電荷が蓄積される動作であり、本実施形態では複数の画素のスイッチ素子が全て非導通状態であることによって行われる。なお、本実施形態ではＶｓ１＝−８（Ｖ）、Ｖｒｅｆ＝３（Ｖ）で、変換素子２０１には逆方向電圧が与えられているものとする。
【００３１】
次に、時刻ｔ１から所定時間経過した後の時刻ｔ２において、撮像装置１００は、第１撮像動作を開始する。時刻ｔ２から時刻ｔ４の間の撮像期間のうち時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、撮像装置１００は、初期化動作Ｋ１と、蓄積動作Ｗ１と、画像出力動作Ｘ１と、を行う。撮像動作において、蓄積動作Ｗ１は変換素子が電荷を生成するために放射線の照射に応じた期間で行われる動作であり、画像出力動作Ｘは蓄積動作Ｗで生成された電荷に応じた電気信号に基づいて画像データを出力する動作である。ここで本実施形態において各撮像動作の蓄積動作は、撮像準備動作の蓄積動作と同じ時間の長さで行っているが、本発明はそれに限定されるものではない。撮像準備動作の短縮化のためには撮像準備動作の蓄積動作の時間の長さが、撮像動作の蓄積動作の時間の長さより短い方が好ましい。また、本実施形態において撮像動作の初期化動作は、撮像準備動作の初期化動作と同じ電圧で同じ時間の長さで行っているが、本発明はそれに限定されるものではない。撮像準備動作の短縮化のためには撮像準備動作の初期化動作の時間の長さが、撮像動作の初期化動作の時間の長さより短い方が好ましい。次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間では、画像出力動作Ｘ１の前の蓄積動作Ｗ１と同じ時間の長さで行われる蓄積動作Ｗ１と、その蓄積動作Ｗ１で生成された電荷に基づいて暗画像データを出力する暗画像出力動作Ｆ１と、を行う。これは、放射線の照射が行われない暗状態で変換素子が電荷を生成するために行われるものである。暗画像出力動作Ｆ１では、画像出力動作Ｘ１と同様の動作が撮像装置１００で行われる。
【００３２】
そして、時刻ｔ４で第１撮像動作が終了すると、撮像装置１００は、次の撮像動作が開始される時刻ｔ６まで撮像間動作を行う。この撮像間動作には、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に行われる第１撮像間動作と、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に行われる第２撮像間動作と、を含む。時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に行われる第１撮像間動作では、変換素子２０１に第２電圧｜Ｖｓ２−Ｖｒｅｆ｜が与えられ、少なくとも初期化動作Ｋ２が行われる。なお、本実施形態では、第１撮像間動作では、初期化動作Ｋ２と蓄積動作Ｗ２とが行われている。ここで、第２電圧と第１電圧との差分である第１電圧変動量｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜は、後述する第３電圧と第１電圧との差分である第２電圧変動量｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜より大きい。このように、第１撮像間動作では、大きい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、残像を好適に低減できる。しかしながら、第１撮像間動作では、大きい電圧変動が変換素子に与えられることにより、ノイズが増大してしまう。そこで、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、第２撮像間動作が行われる。第２撮像間動作では、変換素子２０１に第１電圧変動量｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜より小さい第２電圧変動量｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜で、が与えられ、少なくとも初期化動作Ｋ３が行われる。なお、本実施形態では、第２撮像間動作では、初期化動作Ｋ３と蓄積動作Ｗ３とが行われている。ここで、初期化動作Ｋ２及びＫ３は、先に説明した初期化動作Ｋ１と変換素子に与えられる電圧が異なるだけで、他は初期化動作Ｋ１と同様の動作を行う。また、蓄積動作Ｗ２及びＷ３も、先に説明した蓄積動作Ｗ１と変換素子に与えられる電圧が異なるだけで、他は蓄積動作Ｗ１と同様の動作を行う。このように、第２撮像間動作では、第１撮像間動作よりも小さい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、第１撮像間動作で増大したノイズを低減できる。このように、第１撮像間動作と、第１撮像間動作の後に行われる第２撮像間動作と、を第１撮像動作と第２撮像動作との間に行うことにより、第１撮像動作で発生した残像を低減しつつノイズの増大を抑制することが可能となる。なお、本実施形態ではＶｓ２＝−１３（Ｖ）、Ｖｓ３＝−６（Ｖ）で、｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜＝５（Ｖ）、｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜＝２（Ｖ）としている。
【００３３】
次に、図５Ａを用いて、各撮像動作を詳細に説明する。なお、先に説明した動作については割愛する。図５Ａに示すように、初期化動作Ｋ１では、まず制御部１０６からリセットスイッチに制御信号ＲＣが与えられて積分増幅器２０３の積分容量及び信号配線がリセットされる。次に、変換素子２０１に第１電位Ｖｓ１が与えられた状態で、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目の画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。このスイッチ素子の導通状態により、変換素子に与えられる電圧が｜Ｖｓ１−Ｖｒｅｆ｜となり、変換素子が初期化される。その際に変換素子の電荷がスイッチ素子により電気信号として出力されるが、本実施形態では制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されずサンプルホールド回路以降の回路を動作させていないため、読出回路１０３からその電気信号に応じたデータは出力されない。その後に再び積分容量及び信号配線がリセットされることにより、出力された電気信号は処理される。ただし、そのデータを補正などに使用したい場合には、制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されてサンプルホールド回路以降の回路を後述する画像出力動作や暗画像出力動作と同様に動作させてもよい。このようなスイッチ素子の導通状態の制御とリセットがｍ行目まで繰り返し行われることにより、検出器１０４の初期化動作Ｋ１がなされる。ここで、初期化動作Ｋ１においては、少なくともスイッチ素子の導通状態の間もリセットスイッチを導通状態に保ちリセットし続けていてもよい。また、初期化動作Ｋ１におけるスイッチ素子の導通時間は、後述する画像出力動作Ｘ１におけるスイッチ素子の導通時間より短くてもよい。また、初期化動作Ｋ１では複数行のスイッチ素子を同時に導通させてもよい。これらの場合には、初期化動作Ｋ１全体にかかる時間を短くすることが可能となり、より早く検出器の特性の変動を安定化させることが可能となる。次に、蓄積動作Ｗ１では、変換素子２０１に電圧｜Ｖｓ１−Ｖｒｅｆ｜が与えられた状態で、スイッチ素子２０２には非導通電圧Ｖｓｓが与えられており、全ての画素のスイッチ素子は非導通状態とされる。この状態で変換素子に放射線が照射されることにより、放射線に応じた電荷が変換素子に蓄積される。次に、画像出力動作Ｘ１では、まず制御部１０６から制御信号ＲＣが出力されて積分容量及び信号配線がリセットされる。そして、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１ｎが導通状態とされる。これにより１行目の変換素子Ｓ１１〜Ｓ１ｎで発生された電荷に基づく電気信号が各信号配線に出力される。各信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ各増幅回路２０７の積分増幅器２０３及び可変増幅器２０４で増幅される。増幅された電気信号はそれぞれ、制御信号ＳＨによりサンプルホールド回路が動作され、各増幅回路２０７内のサンプルホールド回路２０５に並列に保持される。保持された後、制御部１０６から制御信号ＲＣが出力されて積分増幅器２０３の積分容量及び信号配線がリセットされる。リセットされた後、１行目と同様に２行目の駆動配線Ｇ２に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２ｎが導通状態とされる。２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２ｎが導通状態とされている期間内に、マルチプレクサ２０８がサンプルホールド回路２０５に保持された電気信号を順次出力する。これにより並列に読み出された１行目の画素からの電気信号は直列の画像信号に変換して出力され、Ａ／Ｄ変換器２１０が１行分の画像データに変換して出力する。以上の動作を１行目からｍ行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の画像データが撮像装置から出力される。
【００３４】
その後、図５Ａに示すように、初期化動作Ｋ１が再び行われた後、放射線が変換素子に照射されない状態で蓄積動作Ｗ１が行われ、放射線に応じない電荷が変換素子に蓄積される。その後、暗画像出力動作Ｆ１では、放射線の照射が行われない暗状態で画像出力動作Ｘ１と同様の動作が撮像装置１００で行われ、放射線に応じない暗画像データが得られる。
【００３５】
次に、図５Ｂを用いて、各撮像間動作を詳細に説明する。図５Ｂに示すように、初期化動作Ｋ２では、まず制御部１０６からリセットスイッチに制御信号ＲＣが与えられて積分増幅器２０３の積分容量及び信号配線がリセットされる。次に、変換素子２０１に電圧Ｖｓ２が与えられた状態で、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目の画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。このスイッチ素子の導通状態により、変換素子に与えられる電圧が｜Ｖｓ２−Ｖｒｅｆ｜となり、変換素子の残像が低減される。その際に変換素子の電荷がスイッチ素子により電気信号として出力されるが、本実施形態では制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されずサンプルホールド回路以降の回路を動作させていないため、読出回路１０３からその電気信号に応じたデータは出力されない。その後に再び積分容量及び信号配線がリセットされることにより、出力された電気信号は処理される。ただし、そのデータを補正などに使用したい場合には、制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されてサンプルホールド回路以降の回路を画像出力動作Ｘ１や暗画像出力動作Ｆ１と同様に動作させてもよい。このようなスイッチ素子の導通状態の制御とリセットがｍ行目まで繰り返し行われることにより、検出器１０４の初期化動作Ｋ２がなされる。ここで、初期化動作Ｋ２においては、少なくともスイッチ素子の導通状態の間もリセットスイッチを導通状態に保ちリセットし続けていてもよい。また、初期化動作Ｋ２におけるスイッチ素子の導通時間は、画像出力動作におけるスイッチ素子の導通時間より短くてもよい。また、初期化動作Ｋ２では複数行のスイッチ素子を同時に導通させてもよい。これらの場合には、初期化動作Ｋ２全体にかかる時間を短くすることが可能となり、より早く検出器の残像を安定化させることが可能となる。なお、本実施形態の初期化動作Ｋ２は、画像出力動作Ｘ１と同じ時間間隔で行われている。蓄積動作Ｗ２では、変換素子２０１に電圧｜Ｖｓ２−Ｖｒｅｆ｜が与えられた状態で、スイッチ素子２０２には非導通電圧Ｖｓｓが与えられており、全ての画素のスイッチ素子は非導通状態とされる。
【００３６】
次に、図５Ｂに示すように、初期化動作Ｋ３では、まず制御部１０６からリセットスイッチに制御信号ＲＣが与えられて積分増幅器２０３の積分容量及び信号配線がリセットされる。次に、変換素子２０１に電圧Ｖｓ３が与えられた状態で、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目の画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。このスイッチ素子の導通状態により、変換素子に与えられる電圧が｜Ｖｓ３−Ｖｒｅｆ｜となり、変換素子のノイズが低減される。その際に変換素子の電荷がスイッチ素子により電気信号として出力されるが、本実施形態では制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されずサンプルホールド回路以降の回路を動作させていないため、読出回路１０３からその電気信号に応じたデータは出力されない。その後に再び積分容量及び信号配線がリセットされることにより、出力された電気信号は処理される。ただし、そのデータを補正などに使用したい場合には、制御信号ＳＨ及び制御信号ＣＬＫが出力されてサンプルホールド回路以降の回路を画像出力動作Ｘ１や暗画像出力動作Ｆ１と同様に動作させてもよい。このようなスイッチ素子の導通状態の制御とリセットがｍ行目まで繰り返し行われることにより、検出器１０４の初期化動作Ｋ３がなされる。ここで、初期化動作Ｋ３においては、少なくともスイッチ素子の導通状態の間もリセットスイッチを導通状態に保ちリセットし続けていてもよい。また、初期化動作Ｋ３におけるスイッチ素子の導通時間は、画像出力動作Ｘ１におけるスイッチ素子の導通時間より短くてもよい。また、初期化動作Ｋ３では複数行のスイッチ素子を同時に導通させてもよい。これらの場合には、初期化動作Ｋ３全体にかかる時間を短くすることが可能となり、より早く検出器のノイズを安定化させることが可能となる。なお、本実施形態の初期化動作Ｋ３は、画像出力動作Ｘ１と同じ時間間隔で行われている。蓄積動作Ｗ３では、変換素子２０１に電圧｜Ｖｓ３−Ｖｒｅｆ｜が与えられた状態で、スイッチ素子２０２には非導通電圧Ｖｓｓが与えられており、全ての画素のスイッチ素子は非導通状態とされる。
【００３７】
なお、本実施形態では、Ｖｓ２＝−１３（Ｖ）、Ｖｓ３＝−６（Ｖ）として、いずれの場合でも変換素子には逆方向電圧が与えられるものとなっていたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、Ｖｓ２＝−３（Ｖ）、Ｖｓ３＝−６（Ｖ）で、｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜＝５（Ｖ）、｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜＝２（Ｖ）であってもよい。つまり、第１撮像間動作においては撮像動作時よりも小さな逆方向電圧が、第２撮像間動作においては撮像動作時よりも小さく且つ第１撮像間動作時よりも大きな逆方向電圧が、それぞれ与えられていてもよい。また、例えば、Ｖｓ２＝４（Ｖ）、Ｖｓ３＝−６（Ｖ）で、｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜＝１２（Ｖ）、｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜＝２（Ｖ）であってもよい。この場合、Ｖｓ２＝４（Ｖ）の際には変換素子には順方向電圧が与えられている。つまり、第１撮像間動作においては順方向電圧が、第２撮像間動作においては撮像動作時よりも小さい逆方向電圧が、それぞれ与えられていてもよい。また、例えば、Ｖｓ２＝−１３（Ｖ）、Ｖｓ３＝−９（Ｖ）で、｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜＝５（Ｖ）、｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜＝１（Ｖ）であってもよい。つまり、第１撮像間動作においては撮像動作時よりも大きな逆方向電圧が、第２撮像間動作においては撮像動作時よりも大きく且つ第１撮像間動作時よりも小さな逆方向電圧が、それぞれ与えられていてもよい。また、例えば、Ｖｓ２＝−３（Ｖ）、Ｖｓ３＝−９（Ｖ）で、｜Ｖｓ２−Ｖｓ１｜＝５（Ｖ）、｜Ｖｓ３−Ｖｓ１｜＝１（Ｖ）であってもよい。つまり、第１撮像間動作においては撮像動作時よりも小さな逆方向電圧が、第２撮像間動作においては撮像動作時よりも大きい逆方向電圧が、それぞれ与えられていてもよい。また、各撮像間動作において、各蓄積動作を設けずに各初期化動作のみを行ってもよい。そのような場合に、変換素子に与えられる電圧は徐々に変動するようにしてもよい。つまり、本発明では、第１撮像動作と第２撮像動作の間において、第１撮像動作と第２撮像間動作の間に第１撮像間動作が、第１撮像間動作と第２撮像動作との間に第２撮像間動作が、少なくとも行われていればよい。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、図６Ａ、Ｂを用いて本発明の第２の実施形態に係る撮像装置を説明する。なお、図３に示す第１の実施形態の構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。また、図６Ｂは１画素の概略的等価回路を示すものである。
【００３９】
第１の実施形態の検出部１０１では、変換素子２０１にＰＩＮ型フォトダイオードを用いていたが、本実施形態の検出部１０１’では、変換素子５０１にＭＩＳ型変換素子としてＭＩＳ型光電変換素子を用いている。また、第１の実施形態では、変換素子２０１の他方の電極は共通のバイアス配線Ｂｓを介して第１電源１０７ａと電気的に接続されている。一方、本実施形態では、変換素子５０１の他方の電極は共通のバイアス配線Ｂｓを介して第１電源１０７ａ’と電気的に接続されている。この第１電源１０７ａ’は、変換素子６０１の他方の電極に、変換素子が電荷を生成するための第１電位Ｖｓとは別に変換素子６０１をリフレッシュするための第２電位Ｖｒ１、第３電位Ｖｒ２を多値で供給することが可能な構成となっている。
【００４０】
また、図６Ｂに示すように、変換素子５０１は、第１電極５０２と第２電極５０６の間に半導体層５０４が、第１電極５０２と半導体層５０４との間に絶縁層５０３が、それぞれ設けられている。また、半導体層５０４と第２電極５０６との間に不純物半導体層５０５が設けられている。第２電極５０６は、バイアス配線Ｂｓを介して第１電源１０７ａ’と電気的に接続される。変換素子５０１は、変換素子２０１と同様に、第２電極５０６に第１電源１０７ａ’から第１電位Ｖｓが供給され、第１電極５０２にスイッチ素子２０２を介して基準電位Ｖｒｅｆが供給されて、蓄積動作がなされる。また、第２電極５０６に第１電源１０７ａ’を介してリフレッシュ用の電位Ｖｒ（Ｖｒ１又はＶｒ２）が供給され、変換素子５０１はその電圧｜Ｖｒ−Ｖｒｅｆ｜によりリフレッシュがなされる。なお、このリフレッシュは、ＭＩＳ型変換素子の半導体層５０４で発生し、不純物半導体層５０５を通過できずに半導体層５０４と絶縁層５０３との間に蓄積された電子正孔対の一方を、第２電極５０６に向けて移動させて消滅させることである。なお、リフレッシュに関しては、後で詳細に説明する。
【００４１】
次に、本実施形態における本発明の概念を説明するために、図７Ａを用いて本発明の第２の実施形態に係る変換素子が有する残像量の特性を、図７Ｂを用いてノイズ量の特性を、説明する。
【００４２】
第１の実施形態で説明したものと同様にＭＩＳ型変換素子においても、第１電圧（｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜）とは異なる第２電圧（｜Ｖｒ−Ｖｒｅｆ｜）を、複数の撮像動作の間に変換素子に与えることにより、残像を抑制することが可能である。図７Ａに示すように、複数の撮像動作の間に変換素子に与えられる電圧変動量を大きくすればするほど、残像量は低減される。ここで、図７Ａは、横軸が電圧変動量の絶対値であり、縦軸が残像量である。一方、図７Ｂに示すように、電圧変動量を大きくすればするほど、ノイズ量が増加する。ここで、図７Ｂは、電圧変動量の絶対値であり、縦軸がノイズ量である。
【００４３】
このように、残像量を低減させるために電圧変動量を大きくすればするほどノイズ量が増大してしまい、撮像装置のＳ／Ｎ比を低下させてしまう。この際に、ノイズ量の低減のためノイズが落ち着くまで待ってから次の撮像を行うと、次の撮像までの時間が長くなってしまい、撮像装置の使い勝手が低下してしまう。一方、電圧変動量を小さくすればするほど残像量が増大してしまい、残像の抑制が不十分となってしまう。
【００４４】
そこで本願発明者は、誠意検討の結果、以下に説明することを見出した。図８に示すように、第１撮像動作と、第１撮像動作の後に行われる第２撮像動作と、を含む複数の撮像動作の間に、検出器が撮像間動作を行うように検出器を制御する。この撮像間動作では、まず第１撮像動作と第２撮像動作との間に、第１撮像間動作を検出器が行うように検出器を制御する。第１撮像間動作では、変換素子に第１電圧（｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜）とは異なる第２電圧（｜Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ｜）が与えられ、検出器が変換素子を初期化するための初期化動作（リフレッシュ動作）を行うように検出器を制御する。この第２電圧と第１電圧との差分の絶対値（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）である第１電圧変動量（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）は、後述する第２電圧変動量（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）より大きく設定されている。このように、第１撮像間動作では、大きい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、残像を好適に低減できる。しかしながら、第１撮像間動作では、大きい電圧変動が変換素子に与えられることにより、ノイズが増大してしまう。次に、第１撮像間動作と第３撮像動作の間に、第２撮像間動作を検出器が行うように検出器を制御する。第２撮像間動作では、変換素子に第１電圧及び第２電圧とは異なる第３電圧（｜Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ｜）が与えられ、検出器が初期化動作を行うように検出器を制御する。この第３電圧と第１電圧との差分の絶対値（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）である第２電圧変動量（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）は第１電圧変動量（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）よりも小さく設定されている。このように、第２撮像間動作では、第１撮像間動作よりも小さい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、第１撮像間動作で増大したノイズを低減できる。このように、第１撮像間動作と、第１撮像間動作の後に行われる第２撮像間動作と、を複数回行われる撮像動作の間に行うことにより、先の撮像動作で発生した残像を低減しつつノイズの増大を抑制することが可能となることを、本願発明者は見出した。
【００４５】
次に、図８、図９Ａ、及び図９Ｂを用いて、本発明の撮像装置の動作を説明する。ここで、図９Ａは図８のＣ−Ｃ’箇所を詳細に示したもの、図９Ｂは図８のＤ−Ｄ’箇所を詳細に示したものである。なお、図１、図５Ａ、及び図５Ｂに示す第１の実施形態と同じものは同じ記号及び番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。
【００４６】
第２の実施形態における撮像装置の動作は、以下の点で第１の実施形態における撮像装置の動作と相違する。まず１点目として、蓄積動作前の初期の電圧である第１電圧｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜を変換素子に与えて、初期化動作Ｋ１がなされる。次に２点目として、各初期化動作Ｋ１の前に、初期化動作として第１リフレッシュ動作Ｒ１が行われる。この第１リフレッシュ動作Ｒ１では、まず第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１電位Ｖｓとは異なるリフレッシュ用の第２電位Ｖｒ１が供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子にリフレッシュ用の第２電圧｜Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。これにより、半導体層５０４と絶縁層５０３との間に蓄積された電子−正孔対の一方を、第２電極５０６に向けて移動させて消滅させることができる。その後、第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１バイアス電位Ｖｓが供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に初期の電圧｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。そして３点目として、第１撮像間動作では初期化動作として第２リフレッシュ動作Ｒ２が、第２撮像間動作では初期化動作として第３リフレッシュ動作Ｒ３が、それぞれ行われる。第２リフレッシュ動作Ｒ２及び第３リフレッシュ動作Ｒ３に関しては、以下に説明する。
【００４７】
図９Ｂに示すように、第２リフレッシュ動作Ｒ２では、まず第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１バイアス電位Ｖｓ及び第１リフレッシュ電位Ｖｒ１とは異なる第２リフレッシュ電位Ｖｒ２が供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に第２リフレッシュ電圧｜Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。この第２リフレッシュ電圧が、本発明の第２電圧に相当する。この第２電圧と第１電圧との差分（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）である第１電圧変動量（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）は、後述する第２電圧変動量（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）より大きく設定されている。その後、第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１電位Ｖｓが供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に初期の電圧｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。このように、第２リフレッシュ動作Ｒ２では、大きい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、残像を好適に低減できる。しかしながら、第２リフレッシュ動作Ｒ２では、大きい電圧変動が変換素子に与えられることにより、ノイズが増大してしまう。
【００４８】
次に、第３リフレッシュ動作Ｒ３では、まず第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１電位Ｖｓ及び第２電位Ｖｒ２とは異なる第３電位Ｖｒ１が供給される。ここでは、第３電位は、撮像準備動作や撮像動作におけるリフレッシュ用の電位と同じ値であるＶｒ１としている。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に第３リフレッシュ電圧｜Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。この第３リフレッシュ電圧が、本発明の第３電圧に相当する。この第３電圧と第１電圧との差分（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）である第２電圧変動量（｜Ｖｒ１−Ｖｓ｜）は第１電圧変動量（｜Ｖｒ２−Ｖｓ｜）よりも小さく設定されている。その後、第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１電位Ｖｓが供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に初期の電圧｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。このように、第３リフレッシュ動作Ｒ３では、第２リフレッシュ動作Ｒ２よりも小さい電圧変動量が変換素子に与えられることにより、第２リフレッシュ動作Ｒ２で増大したノイズを低減できる。
【００４９】
ここで、不純物半導体層５０５がｎ型の不純物半導体からなる場合、第１電圧は、Ｖｓ−Ｖｒｅｆ＞０、つまり正極性の電圧となる。このような場合、第２電圧は、Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ≦０、つまり０以下の電圧となることが望ましい。この場合、第１電圧変動量は、第１電圧の１倍以上となる。これにより、第２リフレッシュ動作Ｒ２におけるＭＩＳ型変換素子に与えられる電圧と、撮像動作におけるＭＩＳ型変換素子に与えられる電圧と、の極性が反転することとなる。そのため、半導体層５０４と絶縁層５０３との間に蓄積された正孔をすべて第２電極５０６に向かって移動させることが可能となり、残像が大きく低減される。一方、第３電圧は、Ｖｒ１−Ｖｒｅｆ＞０、つまり正極性の電圧となっている。この場合、第２電圧変動量は、第１電圧の１倍未満となり、好ましくは０．５倍未満となる。これにより、第３リフレッシュ動作Ｒ３におけるＭＩＳ型変換素子に与えられる電圧と、撮像動作におけるＭＩＳ型変換素子に与えられる電圧と、の極性が反転しないこととなる。そのため、半導体層５０４と絶縁層５０３との間に蓄積された正孔が第２電極５０６に向かって移動する量を少なくすることが可能となり、ノイズが大きく低減される。このような場合、各電位の大小関係は、Ｖｓ＞Ｖｒ１＞Ｖｒｅｆ＞Ｖｒ２となる。若しくは、第２電圧が、Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ＞０、つまり正極性の電圧であったとしても、第１電圧変動量が第１電圧の０．８倍以上で１倍未満であることが好ましい。このような場合、第２電圧変動量は第１電圧の０．５倍未満となることが好ましく、各電位の大小関係は、Ｖｓ＞Ｖｒ１＞Ｖｒ２＞Ｖｒｅｆとなる。以上のことは、不純物半導体層５０５がｐ型の不純物半導体からなる場合には、符号及び大小関係が全て逆となることは言うまでもない。
【００５０】
なお、本実施形態では、第３電位は撮像準備動作や撮像動作におけるリフレッシュ用の電位と同じ値であるＶｒ１として説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。第３電位は、撮像準備動作や撮像動作におけるリフレッシュ用の電位と第２リフレッシュ電位の間の電位であって、第２電圧変動量が上記の関係を満たす電位であればよい。不純物半導体層５０５がｎ型の不純物半導体からなる場合には、第３電圧は、Ｖｒ３−Ｖｒｅｆ＞０であり、各電位の大小関係はＶｓ＞Ｖｒ１＞Ｖｒ３＞Ｖｒ２となる。このことは、不純物半導体層５０５がｐ型の不純物半導体からなる場合には、符号及び大小関係が全て逆となることは言うまでもない。
【００５１】
また、本実施形態では、第２電位を一つの電位Ｖｒ２として説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１撮像間動作に変換素子５０１の第２電極５０６に与える電位として、Ｖｒ２に加えて、Ｖｒ２とＶｒ１の間の電位（Ｖｒ２’）を別途供給して、第２リフレッシュ動作Ｒ２’を行ってもよい。この場合、第２リフレッシュ動作Ｒ２’では、まず第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第２電圧Ｖｒ２が供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子にリフレッシュ電圧｜Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。次に、第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、電位Ｖｒ２’が供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子にリフレッシュ用の第２’電圧｜Ｖｒ２’−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。この電圧｜Ｖｒ２−Ｖｒｅｆ｜及び｜Ｖｒ２’−Ｖｒｅｆ｜が、本発明の第２電圧に相当する。その後、第１電源１０７ａ’から変換素子５０１の第２電極５０６に、第１バイアス電位Ｖｓが供給される。そして、駆動回路１０２により行単位で順次にスイッチ素子２０２が導通状態とされることにより、変換素子に初期の電圧｜Ｖｓ−Ｖｒｅｆ｜が与えられる。また、各撮像間動作において、各蓄積動作を設けずに各初期化動作のみを行ってもよい。そのような場合に、変換素子に与えられる電圧は徐々に変動するようにしてもよい。
【００５２】
なお、本発明の各実施形態は、例えば制御部１０６に含まれるコンピュータや制御コンピュータ１０８がプログラムを実行することによって実現することもできる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、第１又は第２の実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。
【００５３】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【００５４】
１００  撮像装置
１０１  検出部
１０２  駆動回路
１０３  読出回路
１０４  平面検出器
１０５  信号処理部
１０６  制御部
１０７  電源部
１０８  制御コンピュータ
２０１，５０１  変換素子
２０２  スイッチ素子 
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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