(57)【要約】【課題】  撮像装置及び放射線撮像装置において、変換素子のリセット方法を改善し、また配線の簡略化と開口率の向上を図る。【解決手段】  変換素子と、該変換素子で得られた電気信号を転送するために前記変換素子に接続された第１のスイッチング素子と、前記変換素子に定電位を与えることにより前記変換素子をリセットするために前記変換素子に接続された第２のスイッチング素子と、をそれぞれ含む絶縁性基板上に配置された複数の画素を含み、前記第２のスイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極の一方と前記ゲート電極が電気的に接続される撮像装置及び放射線撮像装置。【選択図】  図１
2006128645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に配置された複数の画素を有する撮像装置であって、
前記画素はそれぞれ、変換素子と、該変換素子で得られた電気信号を転送するために前記変換素子に接続された第１のスイッチング素子と、前記変換素子に定電位を与えることにより前記変換素子をリセットするために前記変換素子に接続された第２のスイッチング素子と、を含み、
前記第２のスイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極の一方と前記ゲート電極が電気的に接続されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記変換素子は第１の電極と第２の電極と前記第１の電極と第２の電極の間に配置された半導体層とを少なくとも含む請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチング素子はゲート電極とソースまたはドレイン電極を有する請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチング素子のソースまたはドレイン電極の一方と前記第２のスイッチング素子のソースまたはドレイン電極の他方が前記変換素子の第１の電極に接続されている請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記絶縁基板上に前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子が配置され、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子上に絶縁層をはさんで前記変換素子が配置されている請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
複数の前記画素は複数の行を有するアレイ状に配置され、所定の行の前記第１のスイッチング素子のゲート電極と先の行の前記第２のスイッチング素子のゲート電極とが同一の駆動配線に接続されている請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記駆動配線に印加される駆動電圧が複数のオン電圧値を有する請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記変換素子は前記半導体層に非単結晶シリコンを用いた光電変換素子であり、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は非単結晶シリコンにより構成された薄膜トランジスタである請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記変換素子は前記半導体層に放射線を直接電荷に変換可能な半導体材料を用いたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
絶縁性基板上に配置された複数の画素を有する放射線撮像装置であって、
前記画素はそれぞれ、入射した放射線を該放射線に応じた電気信号に変換する変換素子と、前記電気信号を転送するために前記変換素子に接続された第１のスイッチング素子と、前記変換素子に定電位を与えることにより前記変換素子をリセットするために前記変換素子に接続された第２のスイッチング素子と、を含み、
前記第２のスイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極の一方と前記ゲート電極が電気的に接続されることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記変換素子は第１の電極と第２の電極と前記第１の電極と第２の電極の間に配置された半導体層とを少なくとも含み、前記第１のスイッチング素子はゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記第１のスイッチング素子のソースまたはドレイン電極の一方と前記第２のスイッチング素子のソースまたはドレイン電極の他方が前記変換素子の第１の電極に接続されている請求項１０に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記変換素子は前記半導体層に非単結晶シリコンを用いた光電変換素子と、入射した放射線を前記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、を含み、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子は非単結晶シリコンにより構成された薄膜トランジスタである請求項１０又は１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する処理手段と、前記処理手段からの信号を記憶する記憶手段と、前記処理手段からの信号を伝送する伝送手段と、前記処理手段からの信号を画像として表示する表示手段と、前記放射線撮像装置に照射される前記放射線を発生する放射線源と、を含む放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を電気信号に変換する撮像装置、特に、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線撮像装置に関する。放射線撮像装置は、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用されている。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療画像診断で用いられる撮影方法は、静止画像を得る一般撮影と動画像を得る透視撮影に大きく分類される。夫々の撮影方法は必要に応じて、撮影装置を含めて選択される。
【０００３】
一般撮影、即ち、静止画を得る方法は、蛍光板とフィルムを組み合わせたスクリーンフィルム系（以下、Ｓ／Ｆと略記）を用い、フィルムを露光、現像した後、定着させる方法がある。或いは、放射線画像を輝尽性蛍光体に潜像として記録した後、輝尽性蛍光体にレーザーを走査し、出力された光出力情報をセンサで読み取る（コンピューティッドラジオグラフィ、以下、ＣＲと略記）方法が一般的である。しかしながら、両方法は、放射線画像を得るためのワークフローが煩雑でると言った欠点がある。また、両方法において放射線画像のディジタル化は、間接的には可能であるが、即時性に欠ける。更に、他の医療画像診断で用いられるＣＴ、ＭＲＩなどのディジタル化された環境を考慮すると、両方法はＣＴ、ＭＲＩなどと整合性が十分ある状況とは言い難い。
【０００４】
また、透視撮影、即ち、動画像は、電子管を用いたイメージインテンシファイア（以下、Ｉ．Ｉと略記）が主に使用されている。しかしながら、電子管を用いるため装置が大規模となるばかりか、未だ、視野領域、即ち、検出面積が小さく、医療画像診断分野においては大面積化が切望されている。更に、装置構成上の問題から、得られた動画像はクロストークが多く、鮮明な画像への改善が期待されている。
【０００５】
一方、液晶ＴＦＴ技術の進歩、情報インフラの整備が充実した現在では、特許文献１において下記のような提案がなされている。非単結晶シリコン、例えば、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと略記）を用いた光電変換素子とスイッチＴＦＴにより構成されたセンサアレーが用いられている。そのセンサアレーに、放射線を可視光などに変換する蛍光体とを組み合わせた放射線撮像装置としてフラットパネル検出器（以下、ＦＰＤと略記）が提案されている。このようなＦＰＤによって、大面積の放射線画像のディジタル化の可能性が出てきている。
【０００６】
このＦＰＤは、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものであり、また、画像はディジタル情報として直接取り出すことが可能である。そのため、画像データの保管、或いは、加工、転送など取り扱いが便利であると言った特徴がある。また、感度などの諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のＳ／Ｆ系撮影法、ＣＲ撮影法に比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。
【０００７】
図１６は、このＦＰＤの模式的等価回路図である。
【０００８】
図中、１０１は光電変換素子部、１０２は転送ＴＦＴ、１０３は転送ＴＦＴ駆動配線、１０４は信号線、１０５はセンサバイアス配線、１０６は信号処理回路、１０７はＴＦＴ駆動回路、１０８はＡ／Ｄ変換部である。
【０００９】
Ｘ線などの放射線は紙面上部より入射し、不図示の蛍光体により可視光に変換される。変換された可視光は、光電変換素子部１０１により電荷に変換され、光電変換素子部１０１内に蓄積される。その後、ＴＦＴ駆動回路１０７より、ＴＦＴ駆動配線から転送ＴＦＴ１０２を動作させ、この蓄積電荷を信号線１０４に転送し、信号処理回路１０６にて処理され、更に、１０８にてＡ／Ｄ変換され出力される。
【００１０】
基本的には、上述の様な素子構成が一般的であり、特に、前記光電変換素子はＰＩＮ型フォトダイオード、或いは、本発明者等が採用しているＭＩＳ型フォトセンサなど様々な素子が提案されている。
【００１１】
図１７は、光電変換素子をＭＩＳ型フォトセンサとした場合の１画素の模式的平面図である。
【００１２】
２０１はＭＩＳ型フォトセンサ、２０２は転送ＴＦＴ、２０３は転送ＴＦＴ駆動配線、２０４は信号線、２０５はセンサバイアス配線、２１１は転送ＴＦＴゲート電極、２１２は転送ＴＦＴソースドレイン電極（以下、ＳＤ電極と略記）、２１３はコンタクトホールである。
【００１３】
また、図１８に、図１７に示した１画素内の各素子を模式的に配列した断面図を示す。
【００１４】
３０１はガラス基板などの絶縁性基板、３０２は転送ＴＦＴ駆動配線、３０３はＭＩＳ型フォトセンサの下電極、３０４は転送ＴＦＴゲート電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜、３０７はホールブロッキング層、３０８はセンサバイアス配線、３０９は転送ＴＦＴのＳＤ電極、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層である。
【００１５】
図１７及び図１８より明らかな様に、ＭＩＳ型フォトセンサと転送スイッチング素子であるＴＦＴは層構成が同一であるため、製造方法が簡便で、高歩留り、低価格を実現できる利点がある。さらに、感度などの諸特性も十分満足できるものと評価されている。そのため、現在、一般撮影に用いられる装置としては、従来のＳ／Ｆ法及びＣＲ法に代わって、上述のＦＰＤが採用されるに至っている。
【００１６】
しかしながら、上述のＦＰＤにおいては、大面積で、且つ、完全ディジタル化が達成され、一般撮影に主に使用され始めている状況であるが、透視撮影には、未だ、読み取り速度と言った点で十分でない状況である。
【００１７】
図１９は、ＭＩＳ型フォトセンサを用いたＦＰＤの１ビットの等価回路図である。
【００１８】
図中、Ｃ１はＭＩＳ型フォトセンサの合成容量、Ｃ２は信号線に形成される寄生容量、Ｖｓはセンサバイアス電位、Ｖｒはセンサリセット電位、ＳＷ１はＭＩＳ型フォトセンサのＶｓ／Ｖｒ切り替えスイッチ、ＳＷ２は転送ＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ、ＳＷ３は信号線リセットスイッチ、Ｖｏｕｔは出力電圧である。
【００１９】
ＭＩＳ型フォトセンサにはバイアス電位として半導体層が空乏化する様、ＳＷ１により電位Ｖｓが与えられる。この状態で、蛍光体からの変換光が半導体層に入射すると、ホールブロッキング層で阻止されていた正電荷がａ−Ｓｉ層内に蓄積され、電位差Ｖｔが発生する。その後、ＳＷ２より転送ＴＦＴのＯＮ電圧が印加され、電圧Ｖｏｕｔとして出力される。出力Ｖｏｕｔは不図示の読出し回路により読み出され、その後ＳＷ３により信号配線がリセットされ、順次読出しが行われる。
【００２０】
上述の駆動方法に従って、転送ＴＦＴをライン（行）毎に順次ＯＮすることにより、１フレームの全読出しが完了する。その後、ＳＷ１よりＭＩＳ型フォトセンサにリセット電位Ｖｒを与え、リセットを行い、再度、バイアス電位Ｖｓを与え、画像読み取りの蓄積動作に入る。
【００２１】
例えば、画素サイズ１６０μｍ、画素領域４３ｃｍ×４３ｃｍのＦＰＤでは、ＭＩＳ型フォトセンサの合成容量Ｃ１は、１ｐｆ程度、寄生容量Ｃ２は、５０ｐｆ程度であり、この時、転送時のチャージシェアとして、Ｃ１に２％程度の転送残りが発生する。そのため、撮影時には、上述のリセット動作が、画像品質を維持するために必要不可欠となる。
【００２２】
具体的には、このリセット動作は、１フレーム毎に１０ｍｓｅｃ程度から数１０ｍｓｅｃ必要となる。当然、リセット条件に依存する。言い換えれば、１秒間に３０フレーム（以下、３０ＦＰＳと略記）程度、或いは、それ以上の高速読み取りを必要とする透視撮影を実現するためには、１フレーム３３ｍｓｅｃ（３０ＦＰＳ）内に全ラインの読み取り処理等とリセット処理等を行う必要がある。
【００２３】
図２０は、駆動方法を説明した模式図である。
【００２４】
図中、Ｔ１は１ラインの読み取り等処理時間、Ｔ２は全ラインの読み取り等処理時間、Ｔ３はリセット等処理時間、Ｔは１フレーム処理時間である。
【００２５】
上述の様に、１フレーム処理時間Ｔが３３ｍｓｅｃ以下が必要であれば、リセット等処理時間Ｔ３が１５ｍｓｅｃとすれば、Ｔ２は１８ｍｓｅｃとなり、１５００ラインを読み込むとすると１ラインに割り当てられる読み取り等処理時間Ｔ１は１２μｓｅｃとなる。また、放射線曝射時間、即ち、センサ蓄積時間を入れると、更に、読み取り等処理時間Ｔ１は制限される。その結果、転送ＴＦＴの能力を向上させる必要があり、それは、開口率を犠牲にして、ＴＦＴのサイズを大きくすることにつながり、逆に、感度低下、画像品位の低下、放射線量の増加など問題点が多発する。
【００２６】
即ち、高速動画駆動と画像品位はトレードオフの関係にあり、現状では、高品位な高速動画像が得られない状況にある。
【００２７】
以上、ＭＩＳ型フォトセンサを用いた場合について述べたが、基本的には、ＰＩＮ型フォトダイオードにおいても同様に、リセット等処理時間が動画駆動に対しての課題である。
【００２８】
そこで、放射線を電気信号に変換する変換素子と、変換素子に接続された信号転送用素子と、変換素子に一定電位を印加してリセット動作を行うリセット用素子とを含む画素を複数有している。そして信号転送用素子及びリセット用素子は、変換素子の画素電極にともに接続されたＦＰＤが特許文献２に開示されている。これは、従来のＦＰＤにおけるセンサリセット方式を改善し、一般撮影のみならず透視撮影においても大面積で且つ完全ディジタル化を達成することを目的としている。それに加えて、開口率を向上させて確実な高速動画読み取りを実現し、信頼性の高い放射線撮像装置、特に、最適なセンサリセットスイッチの配置を提供することを目的としているものである。
【特許文献１】特開平０８−１１６０４４号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
特許文献２に開示されている装置において、複数の画素の各ライン毎にリセットが行われ、１ラインの読出し中に、既に読出したラインのセンサをリセットすることが可能となり、開口率を向上させて高速動画駆動を実現している。しかしながら、更に、開口率を向上させて確実な高速動画駆動などの高機能化を低価格で実現することが望まれている。
【００３０】
本発明の目的は、センサリセット方式を改善し、高速動画読み取りを実現する際、配線を簡略化し、更に開口率の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の撮像装置は、絶縁性基板上に配置された複数の画素を有する撮像装置であって、前記画素はそれぞれ、変換素子と、該変換素子で得られた電気信号を転送するために前記変換素子に接続された第１のスイッチング素子と、前記変換素子に定電位を与えることにより前記変換素子をリセットするために前記変換素子に接続された第２のスイッチング素子と、を含み、前記第２のスイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極の一方と前記ゲート電極が電気的に接続されることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の放射線撮像装置は、絶縁性基板上に配置された複数の画素を有する放射線撮像装置であって、前記画素はそれぞれ、入射した放射線を該放射線に応じた電気信号に変換する変換素子と、前記電気信号を転送するために前記変換素子に接続された第１のスイッチング素子と、前記変換素子に定電位を与えることにより前記変換素子をリセットするために前記変換素子に接続された第２のスイッチング素子と、を含み、前記第２のスイッチング素子は、ゲート電極とソースまたはドレイン電極を有し、前記ソースまたはドレイン電極の一方と前記ゲート電極が電気的に接続されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、複数の画素の各ライン毎にリセットが行われ、１ラインの読出し中に、既に読出しが完了したラインのセンサをリセットすることが可能になる。それと同時に、リセット用スイッチング素子はゲート電極とソース電極またはドレイン電極の一方が接続されているために、リセット電圧をゲート配線から供給させる。このことにより、配線を簡略化して開口率を向上させ、高速動画駆動などの高機能化を低価格で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
以下、各実施形態は放射線撮像装置をＦＰＤとして応用した例であるが、実施形態１，２，４は、放射線以外の光画像を電気信号に変換する固体撮像装置として応用することもできる。また、信号変換素子と転送ＴＦＴとリセットＴＦＴとを有する画素が、２次元状（行列状）に配置されている固体撮像装置に応用することが可能である。
【００３６】
［実施形態１］
本実施形態では、ＭＩＳ型フォトセンサを用いた放射線撮像装置について述べる。
【００３７】
図１は、本実施形態の放射線撮像装置における３×３画素の模式的等価回路図である。図中、１１はＭＩＳ型フォトセンサである変換素子、１２はＴＦＴなどの転送用スイッチング素子、１３は転送用スイッチング素子の駆動配線、１４は信号配線、１５はセンサバイアス配線、１６は信号処理回路、１７は駆動回路、１８はＡ／Ｄ変換部、１９はＴＦＴなどのリセット用スイッチング素子、２０はリセット用スイッチング素子の駆動配線である。
【００３８】
Ｘ線などの放射線は、不図示の波長変換体により可視光に変換され、変換素子１１に入射する。波長変換体は、ＣｓＩ或いはＧＯＳのようなシンチレータである。入射された光は変換素子にて光電変換され、信号電荷が変換素子内に蓄積される。その後、転送用スイッチング素子１２をＯＮすることにより信号電荷に応じた画像信号が読み出される。その後、リセット用スイッチング素子１９をＯＮして、変換素子をリセットする。
【００３９】
図２は、本実施形態における放射線撮像装置の３×１画素の等価回路図である。図中、符号は図１と同様である。Ｖｇｔ（１）により転送用スイッチング素子（ＴＴ１）のＯＮ電圧が印加され、信号配線１４を介して画像信号として出力される。次に、Ｖｇｒ（１）によりリセット用スイッチング素子（ＴＲ１）のＯＮ電圧が印加され、変換素子がリセットされる。同様に、Ｖｇｔ（２）により次の転送用スイッチング素子（ＴＴ２）のＯＮ電圧が印加され、信号配線１４を介して出力される。次に、Ｖｇｒ（２）よりリセット用スイッチング素子（ＴＲ２）のＯＮ電圧が印加され、変換素子がリセットされる。以上の動作を図２においては、紙面上方から下方に繰り返すことにより、動画読み取りが可能となる。
【００４０】
図３は、本実施形態における駆動方法を説明した模式図である。図中、Ｓ１は１ラインの読出し処理等時間、Ｓ２は１ラインのリセット処理等時間、Ｓ３は１ラインの転送、リセット処理等時間、Ｓ４は１ラインの変換素子の蓄積時間、Ｓは１フレーム処理時間である。
【００４１】
本実施形態と、従来の順次読出し後に全変換素子を一括してリセットして放射線曝射を繰り返す方法とを比較して、各ライン毎に読出しと変換素子のリセットと蓄積を行うことができる。そのため、実質的には、読出し時間の総和で駆動できる。即ち、１ラインが読み出し動作をしていると同時に、既に読み出されたラインのセンサをリセットしていることになる。その結果、３０ＦＰＳ以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく実現できる。
【００４２】
また、リセット用スイッチング素子のゲート電極とソース又はドレイン電極とを直結させて、変換素子の画素電極のリセット電位Ｖｒｒが与えられる。即ち、リセット用スイッチング素子のゲート電極とソース又はドレイン電極の一方が直結構造であるため、リセット電位Ｖｒｒを与えるリセット配線を更に配置する必要が無いため、開口率の低下を防止することが可能となる。また、リセット電位Ｖｒｒは複数の電位により構成されていても良い。たとえば、変換素子を十分リセットするために高電位Ｖｒｒを印加し、その後、蓄積のために所定のＶｒｒを印加するなど、複数のリセット電位、即ち、複数のリセット用スイッチング素子の駆動電圧から構成される場合もある。
【００４３】
図４は、本実施形態の１画素の平面図である。図中、符号は図１と同様である。転送用スイッチング素子１２とリセット用スイッチング素子１９は駆動配線、信号配線などのレイアウトの効率化の観点上、画素対角位置に配置している。
【００４４】
図５は、図４のＡ―Ａ部の模式的断面図である。
【００４５】
次に、本実施形態のＦＰＤの製造方法について述べる。
【００４６】
図６Ａ〜図６Ｄは、本実施形態におけるＦＰＤの製造方法を説明した図である。
【００４７】
第１の工程で、ガラス基板などの絶縁性基板上に、ＴＦＴである転送用スイッチング素子の駆動配線１３、転送用スイッチング素子のゲート電極、及びＭＩＳ型フォトセンサである変換素子の画素電極２１、更に、ＴＦＴであるリセット用スイッチング素子の駆動配線２０、リセット用スイッチング素子のゲート電極としてのクロム薄膜をスパッタ装置により成膜し、フォトリソグラフィによりパターンを形成する。図６Ａに１画素の模式的平面図を示す。
【００４８】
第２の工程で、ＴＦＴである転送用スイッチング素子、リセット用スイッチング素子とＭＩＳ型フォトセンサである変換素子の、ＳｉＮからなるゲート絶縁膜、ａ−Ｓｉ膜からなる半導体層、リンドープｎ＋膜からなる不純物半導体層を、プラズマＣＶＤ装置により夫々成膜する。
【００４９】
第３の工程で、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）或いはＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いたフォトリソグラフィにより、コンタクトホール２２及び２３を形成する。図６Ｂに１画素の模式的平面図を示す。
【００５０】
第４の工程で、ＴＦＴである転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子のＳＤ電極２４，２５、信号配線１４、センサバイアス配線１５としてアルミ薄膜１μをスパッタ装置により成膜し、フォトリソグラフィによりパターンを形成する。図６Ｃに１画素の模式的平面図を示す。
【００５１】
第５の工程で、ＴＦＴである転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子のギャップ部の不純物半導体層をＲＩＥで除去する。
【００５２】
第６の工程で、各素子の素子間分離をＲＩＥを用いたフォトリソグラフィにより行う。図６Ｄに１画素の模式的平面図を示す。
【００５３】
第７の工程で、保護膜としてＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ装置により成膜し、配線引き出し部などを、ＲＩＥを用いたフォトリソグラフィにより露出させる。
【００５４】
第８の工程で、シンチレータを接着剤で貼り合わせる等して変換素子上に配置する。以上により、本発明のＦＰＤが製造される。
【００５５】
［実施形態２］
本実施形態は、先の実施形態１に対して、感度向上、言い換えれば、開口率の向上と、ＴＦＴ駆動回路を単純化するためのものである。
【００５６】
図７は、本実施形態における３×３画素の模式的等価回路図である。図中、１１はＭＩＳ型フォトセンサである変換素子、１２はＴＦＴからなる転送用スイッチング素子、３１は転送用スイッチング素子とリセット用スイッチング素子を駆動させるための駆動配線、１４は信号配線、１５はセンサバイアス配線、１６は信号処理回路、１７は駆動回路、１８はＡ／Ｄ変換部、１９はＴＦＴからなるリセット用スイッチング素子である。
【００５７】
Ｘ線は、不図示の蛍光体により可視光に変換され、変換素子１１に入射する。入射光は光電変換され、信号電荷が変換素子内に蓄積される。その後、転送用スイッチング素子１２をＯＮすることにより、信号電荷に応じた画像信号が読み出される。その後、後段の転送用スイッチング素子が動作するタイミングでリセット用スイッチング素子１９がＯＮされ、変換素子をリセットする。
【００５８】
次に、図８は、本実施形態における３×１画素の等価回路図である。図中、符号は図２と同様である。Ｖｇ（１）より転送用スイッチング素子（ＴＴ１）のＯＮ電圧が印加され、信号配線１４を介して画像信号として出力される。次に、Ｖｇ（２）よりリセット用スイッチング素子（ＴＲ１）のＯＮ電圧が印加され、変換素子がリセットされる。この時、同時に、転送用スイッチング素子（ＴＴ２）にＯＮ電圧が印加され、同様に、信号配線１４を介して次の画像信号が出力される。次に、Ｖｇ（３）よりリセット用スイッチング素子（ＴＲ２）のＯＮ電圧が印加され、変換素子がリセットされる。以上の動作繰り返すことにより、動画読み取りが可能となる。
【００５９】
図９は、本実施形態における駆動方法を説明した模式図である。図中、Ｓ１は１ラインの読出し処理等時間、Ｓ２は１ラインのリセット処理等時間、Ｓ３は１ラインの転送、リセット処理等時間、Ｓ４は１ラインの変換素子の蓄積時間、Ｓは１フレーム処理時間である。
【００６０】
本実施形態と、従来の方法と比較すると、読出しとリセットと蓄積を各ライン毎に行うため、１画像の読出し時間は、１行あたりの読出し時間の総和で駆動できる。その結果、３０ＦＰＳ以上の高速動画駆動が画像品位を低下することなく実現できる。即ち、本実施形態の特徴は、上述の様に前段のリセット用スイッチング素子と後段の転送用スイッチング素子が同時に同一の駆動配線からＯＮされる構成であり、且つ、リセット用スイッチング素子のゲート電極とソース又はドレイン電極とが直結した構造である。そのため、１画素に２つのスイッチング素子を有する構造でありながら、１画素に１つのスイッチング素子を有する構造と同様な配線数を実現できることである。その結果、開口率を低下させること無く、機能向上が達成できるものである。
【００６１】
図１０は、本実施形態における１画素の平面図である。図中、符号は図７と同様である。ＴＦＴからなる転送用スイッチング素子１２とリセット用スイッチング素子１９は、駆動配線、信号配線などのレイアウト上、画素対角位置に配置している。また、構造上の特徴から、転送用スイッチング素子とリセット用スイッチング素子の動作時間は同一であるため、夫々の動作能力は必ずしも同一である必要が無く、動作は少なくとも２種類の動作電圧で動作させる必要がある。
【００６２】
図１１は、各スイッチング素子となるＴＦＴの動作電圧プロファイルの一例を示す図である。図中、Ａ領域は転送用スイッチング素子のために考慮された電圧、また、Ｂ領域はリセット用スイッチング素子のために考慮された電圧である。これは、実施形態１で述べた様に変換素子であるＭＩＳ型フォトセンサの下電極を所定の電位Ｖｒｒにするためのものである。勿論、最終的に所定の電圧になる様に、必ずしもステップ的である必要はない。基本的には、転送用スイッチング素子を動作させる電圧プロファイルに続き、リセット用スイッチング素子が所定の電圧を実現できる電圧プロファイルであれば良い。
【００６３】
本実施形態は、スイッチング素子を駆動させるための駆動配線の数が従来のものと同様であり、周辺回路を大きく変更することなく、高速動画が可能となり、また、製造方法も実施形態１と同様に簡便である。
【００６４】
［実施形態３］
本実施形態は、放射線直接変換部により放射線を直接電荷に変換し、蓄積し、転送用スイッチング素子を用いて読み出す、所謂、直接変換方式に応用した場合について述べる。
【００６５】
図１２は、本実施形態における３×３画素の模式的等価回路図である。図中、４１は、放射線を直接変換する変換素子において発生した電荷を収集する個別電極、４３は蓄積容量、４２はＴＦＴからなる転送用スイッチング素子、４５は転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子を駆動させるための駆動配線、４４は信号配線、４６は信号処理回路、４７は駆動回路、４８はＡ／Ｄ変換部、４９はＴＦＴからなるリセット用スイッチング素子である。
【００６６】
図１３は、本実施形態における模式的断面図を示す。５１はガラス基板などの絶縁性基板、５２は放射線を直接変換する変換素子であるＧａＡｓ、６０は共通電極、４１は個別電極である。また、５３は導電性樹脂によるバンプ接続部、６１は転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子のゲート電極、５５，５６，５７は、夫々両スイッチング素子のゲート絶縁膜、半導体層、不純物半導体層、６２は蓄積容量の下電極である。５４は層間絶縁膜、５８，５９は転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子のソースまたはドレイン電極である。
【００６７】
Ｘ線は、変換素子５２により直接電荷に変換され、個別電極４１に収集され、バンプ接続部５３を介して、蓄積容量４３に蓄積される。その後、転送用スイッチング素子４２をＯＮすることにより、信号配線４４より読み出される。その後、後段の転送用スイッチング素子４２がＯＮされると同時に、リセット用スイッチング素子４９がＯＮして、変換素子及び蓄積容量をリセットする。なお、放射線直接変換部として、非晶質セレンを用いてもよい。
【００６８】
本実施形態においても、先述の実施形態１，２と同様な効果があり、高品位動画像を容易に得ることができる。
【００６９】
［実施形態４］
本実施形態では変換素子としてＰＩＮ型フォトダイオードを用いたＸ線検出装置について述べる。ＭＩＳ型フォトセンサの場合と同様な効果が得られる。本実施形態ではＴＦＴからなるスイッチング素子アレイ上にＰＩＮ型フォトダイオードを積層した構造である。等価回路は実施形態２と同様であり、転送用スイッチング素子と前の行のリセット用スイッチング素子が同一の駆動配線で接続されている構造である。
【００７０】
図１４は、本実施形態における模式的断面図である。図中、７１はガラス基板などの絶縁性基板、７２は転送用スイッチング素子であるＴＦＴのゲート電極、７３はリセット用スイッチング素子であるＴＦＴのゲート電極、７４はゲート絶縁膜、７５はａ−Ｓｉからなる半導体層、７６は不純物半導体層、７７，７８は転送用スイッチング素子及びリセット用スイッチング素子のソースドレイン電極、７９は層間絶縁膜、８０は変換素子の下電極、８１はｎ層、８２はｉ層、８３はｐ層、８４は保護膜、８５はセンサバイアス配線、８６は保護膜、８７は蛍光体である。
【００７１】
本実施形態では、リセット用スイッチング素子の動作を考慮して、変換素子の下電極からＮＩＰ構造としており、駆動方法から限定される構造である。また、積層構造であるため、基本的には配線、或いは、スイッチング素子上に変換素子を配置することが可能であり、高開口率を達成できるが、低誘電率で、且つ、厚膜な層間絶縁膜を配置することにより寄生容量を低減していることによる。その結果、材料の制約、厚膜化の制約などにより、低価格化には課題がある。しかし、本実施形態の様に配線数を低減することにより、寄生容量の低減が可能となり、層間絶縁膜の設計自由度が上がり、且つ、寄生容量も低減され、高機能化と低価格化が同時に達成可能となる。
【００７２】
［実施形態５］
図１５は、本実施形態の放射線撮像システムを示す図である。放射線撮像システムは、上記実施形態１〜４の放射線撮像装置を放射線撮像システムとして応用した例である。
【００７３】
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者或いは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線画像を撮影する放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して放射線撮像装置６０４０のシンチレータ（蛍光体層）は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報は、ディジタルに変換されイメージプロセッサ６０７０により画像処理されコントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ６０８０で観察できる。
【００７４】
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタルーム等でディスプレイ６０８１に表示するか又は光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、可視光，赤外線等の光、Ｘ線，γ線などの放射線を含む電磁波を検出する電磁波検出装置、特に、Ｘ線，γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に好適に用いられ、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態１における３×３画素の模式的等価回路図である。
【図２】本発明の実施形態１における３×１画素の等価回路図である。
【図３】本発明の実施形態１における駆動方法を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施形態１の１画素の平面図である。
【図５】図４のＡ―Ａ部の模式的断面図である。
【図６】本発明の実施形態１における製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態２における３×３画素の模式的等価回路図である。
【図８】本発明の実施形態２における３×１画素の等価回路図である。
【図９】本発明の実施形態２における駆動方法を説明する模式図である。
【図１０】本発明の実施形態２における１画素の平面図である。
【図１１】本発明の実施形態２におけるＴＦＴの動作電圧プロファイルを説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態３における３×３画素の模式的等価回路図である。
【図１３】本発明の実施形態３における模式的断面図である。
【図１４】本発明の実施形態４における模式的断面図である。
【図１５】本発明の実施形態５の放射線撮像システムを示す図である。
【図１６】従来のＦＰＤの模式的等価回路図である。
【図１７】従来のＭＩＳ型フォトセンサ（光電変換素子）の１画素の模式的平面図である。
【図１８】図１７に示した１画素内の各素子を模式的に配列した断面図である。
【図１９】従来のＦＰＤの１ビットの等価回路図である。
【図２０】従来のＦＰＤの駆動方法を説明した模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１  変換素子
１２  転送用スイッチング素子
１３  転送用スイッチング素子の駆動配線
１４  信号配線
１５  センサバイアス配線
１６  信号処理回路
１７  駆動回路
１８  Ａ／Ｄ変換部
１９  リセット用スイッチング素子
２０  リセット用スイッチング素子の駆動配線
【図１】
2006128645.tif 000003
【図２】
2006128645.tif 000004
【図３】
2006128645.tif 000005
【図４】
2006128645.tif 000006
【図５】
2006128645.tif 000007
【図６】
2006128645.tif 000008
【図７】
2006128645.tif 000009
【図８】
2006128645.tif 000010
【図９】
2006128645.tif 000011
【図１０】
2006128645.tif 000012
【図１１】
2006128645.tif 000013
【図１２】
2006128645.tif 000014
【図１３】
2006128645.tif 000015
【図１４】
2006128645.tif 000016
【図１５】
2006128645.tif 000017
【図１６】
2006128645.tif 000018
【図１７】
2006128645.tif 000019
【図１８】
2006128645.tif 000020
【図１９】
2006128645.tif 000021
【図２０】
2006128645.tif 000022