(57)【要約】【課題】スイッチ素子の撮影時の転送効率の向上と、スイッチ素子の長寿命化の両立を図った光電変換装置、及び放射線撮影装置を提供する。【解決手段】画素に対応する光電変換素子１０１を複数個一次元又は二次元に配列し、前記光電変換素子に画素情報を読み出すスイッチ素子１０５を備えた光電変換装置において、撮影時とアイドリング時とで、前記スイッチ素子１０５のＯＮ時の駆動条件を切り替える。すなわち、スイッチ素子１０５には、第２の切り替えスイッチ１１０が撮影許可信号により切り替わり、電圧Ｖ１が印加され、撮影時以外のアイドリング中は、スイッチ素子１０５に対する負担の少ない電圧Ｖ２に、切り替わる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素に対応する光電変換素子を複数個一次元又は二次元に配列し、前記光電変換素子に画素情報を読み出すスイッチ素子を備えた光電変換装置において、撮影時とアイドリング時とで、前記スイッチ素子のＯＮ時の駆動条件を切り替えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記複数個の光電変換素子は、センサパネルに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、薄膜電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記駆動条件の切り替えは、前記スイッチ素子に印加するＯＮ電圧の切り替えにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記スイッチ素子に印加するＯＮ電圧の切り替えは、撮影時に比べてアイドリング時に、しきい値電圧のシフト量が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記スイッチ素子に印加するＯＮ電圧の切り替えは、撮影許可信号により行うように設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記スイッチ素子に印加するＯＮ電圧の切り替えは、前記撮影許可信号に先だって発せられる電気信号により設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の光電変換装置。
【請求項８】
請求項２に記載の光電変換装置における前記センサパネルの撮影面側に、放射線を可視光に変換する波長変換体を有することを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項９】
前記放射線はＸ線であることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子にスイッチ素子を備えた光電変換装置及び放射線撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス又は半導体基板上に微少な光電変換素子を多数１次元又は２次元に配列形成してなる撮像素子を有する光電変換装置において、与えられた画像情報を読み取り該光電変換素子からの出力を信号処理回路で適宜処理し、前記光電変換素子に対する画素信号の集合として電気的に画像情報信号を得ることが行われている。
【０００３】
図６に、従来の技術における、光電変換装置の等価回路の一例を示す。ここで、６０１は、入射した光によりキャリアを発生する一つの光電変換素子を示し、６０２は、光電変換素子６０１の容量部を示し、６０３は、光電変換素子６０１へ電源を供給する電源ラインを示し、６０４は、光電変換素子６０１から出力を取り出す出力ラインを示す。また、６０５は、容量部６０２に蓄積されたキャリアを読み出す、例えば薄膜電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）であるスイッチ素子を示す。６０６は、スイッチ素子６０５を駆動するためのゲートラインを示す。また、６１０は、スイッチ素子６０５を駆動する行を順次又はランダムに選択するための垂直走査回路を示し、６０７は、出力ライン６０４に読み出されたキャリア又は電圧を順次又はランダムに出力アンプ６０８に供給するための水平走査回路を示す。
【０００４】
光電変換素子６０１内においては、外部から与えられた光により生成されたキャリアが容量部６０２に蓄積される。また、そのキャリアは出力ライン６０４から画素情報として水平走査回路６０７を通して取り出される。
【０００５】
６０９は、垂直走査回路６１０内にあり、スイッチ素子６０５へのＯＮ電圧Ｖ１とＯＦＦ電圧Ｖ３を切り替えるスイッチである。
【０００６】
ここで、スイッチ素子６０５に注目すると、スイッチ素子６０５は、スイッチＯＮ時に印加される電圧Ｖ１が大きいほど前記キャリアを読み出す効率（以下、転送効率）が高くなることが知られている。しかし一方、電圧Ｖ１を大きくすると６０５への注入電荷量が増え、結果としてスイッチ素子６０５のしきい値電圧であるＶｔｈがシフトし、スイッチ素子としての寿命は短くなることもまた知られている。
【０００７】
これらの制約条件から通常は転送効率と該スイッチ素子の寿命との折り合い（トレードオフ）から製品に求められる性能に即した電圧を選定し、スイッチ素子６０５を駆動させている。
【０００８】
図７に、従来の撮影シーケンスの例を示す。
【０００９】
ここで、撮影時間は、一般に数ｍｓから数ｓであるのに対し、待機中のアイドリング時間は、撮影準備時間全てに相当するため数ｓから長い時には数時間に及ぶことがある。
【００１０】
アイドリングは、立ち上げ直後のセンサバイアスの安定化をはかるため、また、素子内の容量に貯められた電荷を吐き出すことにより暗電流の低減を目的として実施されている。
【００１１】
従来は、前記アイドリング時間の間、上記理由に基づき、撮影時と同じ電圧であるＶ１で作動し続けていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように撮影と撮影の間にアイドリング駆動を伴うセンサにおいて撮影時の転送効率を上げようとしてＯＮ時の電圧を上げてしまうと、該撮影時と同等の電圧が、撮影に要する期間よりはるかに長いアイドリング期間にもスイッチ素子に印加され続けることになる。
【００１３】
よって、アイドリング時に撮影時と同じ電圧を与え続けることは、該スイッチ素子に過剰な電圧を与えることになり、劣化を進めてしまうことになる。
【００１４】
一方、スイッチ素子の寿命を優先すると撮影時の印加電圧を低くせざるを得ないため、転送効率が下がってセンサの性能に影響が生ずることがあるといった問題を有していた。
【００１５】
そこで、本発明は、スイッチ素子の撮影時の転送効率の向上と、スイッチ素子の長寿命化の両立を図った光電変換装置及び放射線撮影装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の光電変換装置は、画素に対応する光電変換素子を複数個一次元又は二次元に配列し、前記光電変換素子に画素情報を読み出すスイッチ素子を備えた光電変換装置において、撮影時とアイドリング時とで、前記スイッチ素子のＯＮ時の駆動条件を切り替える。さらに、本発明の放射線撮影装置は、本発明の光電変換装置における複数個の光電変換素子が設けられたセンサパネルの撮影面側に、放射線を可視光に変換する波長変換体を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１に、本発明にて供される光電変換装置の等価回路の一例を示す。ここで、１０１は、入射した光によりキャリアを発生する一つの光電変換素子を示し、画素に対応している。１０２は、光電変換素子１０１の容量部を示し、１０３は、光電変換素子１０１へ電源を供給する電源ラインを示し、１０４は、光電変換素子１０１から出力を取り出す出力ラインを示す。また、１０５は、容量部１０２に蓄積されたキャリアを読み出す、例えば薄膜電界効果型トランジスタ（ＴＦＴ）であるスイッチ素子を示す。１０６は、スイッチ素子１０５を駆動するためのゲートラインを示す。また、１１１は、スイッチ素子１０５を駆動する行を順次又はランダムに選択するための垂直走査回路を示し、１０７は、出力ライン１０４に読み出されたキャリア又は電圧を順次又はランダムに出力アンプ１０８に供給するための水平走査回路を示す。
【００１８】
光電変換素子１０１内においては、外部から与えられた光により生成されたキャリアが容量部１０２に蓄積される。また、そのキャリアは出力ライン１０４から画素情報として水平走査回路１０７を通して取り出される。
【００１９】
ここで、撮影時と待機中のアイドリング時とで、スイッチ素子のＯＮ時の駆動条件を切り替える必用があり、アイドリング中のスイッチ素子１０５の印加電圧を下げるような駆動回路を追加する。すなわち、スイッチ素子１０５に印加する電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を切り替えているのが垂直走査回路１１１上の、第１、第２の切り替えスイッチ１０９、１１０である。ここでＶ１、Ｖ２は、スイッチ素子のＯＮ電圧を、Ｖ３は、ＯＦＦ電圧を表している。
【００２０】
光電変換装置には、センサパネルがあり、そこに複数の光電変換換素子１０１が、１次元又は２次元のマトリクス状に配列されている。さらに、光電変換素子１０１への入力信号を制御する回路、又はそこからの出力信号を処理する回路のうち少なくとも一方を備えた回路基板が有り、回路基板と一体又は別体で接続されたスイッチ部電源供給／電圧切り替え部とを備えている。
【００２１】
図２に、本実施形態による撮影シーケンスの例を示す。読み出しパルスに応じてスイッチ素子１０５には、Ｖ１又はＶ２が印加され、撮影許可信号の入力により撮影が実施される。本実施形態では、第２の切り替えスイッチ１１０が撮影許可信号により切り替わり、電圧Ｖ１が印加される。撮影時以外のアイドリング中は、スイッチ素子に対する負担の少ない電圧Ｖ２に、切り替わる。撮影時に比べてアイドリング時に、しきい値電圧であるＶｔｈのシフト量が小さくなるように設定されている。
【００２２】
アイドリングでは、暗電流を抑えるために転送すべき電荷量は、撮影時に比べて１００分の一以下であるため、転送効率が撮影時に比して低くても、その影響は取得画像への影響が少ない。
［第２の実施形態］
第１の実施形態においては、駆動電源の変更直後に画像を取得することになり、回路時の時定数やサンプリング周波数、又は電源の駆動能力などによっては画像にノイズなどの影響を与えたり、また、画像の出力レベルが安定しないなどといった問題が発生することがある。
【００２３】
上記問題を回避するため、撮影許可信号に先だって電気信号（プリ撮影信号）を発せられる回路を追加したものが、以下に述べる第２の実施形態である。第１の実施形態と共通部分については説明を省略する。
【００２４】
図３に、本実施形態による撮影シーケンスの一例を示す。読み出しパルスに応じてスイッチ素子にはＶ１又はＶ２が印加され、撮影許可信号の入力により撮影が実施される。
【００２５】
本実施形態ではプリ撮影信号により第２の切り替えスイッチ１１０が切り替わり、Ｖ１が印加される。あらかじめ設定された撮影前の期間と撮影時以外のアイドリング中は、スイッチ素子に対する負担の少ない電圧Ｖ２に、切り替えスイッチ１０９が切り替わる。
【００２６】
図４に、本実施形態で用いられる、プリ撮影信号を発生させる機構と回路構成の一例を示す。
【００２７】
図中、４０１は、鍔部４０１ａを有する押ボタン、４０２は、押ボタン４０１を保持するばね、４０３、４０４は、電気信号をＯＮ−ＯＦＦさせる第１、第２のスイッチ、４０５、４０６は、伝送回路、４０７は、操作者の指、４０９は、ランプ、ＬＥＤ、又は音などによる表示・伝達装置、４０８、４１０は、それぞれ、演算回路、撮影システムを表す。
【００２８】
指４０７にて押し込まれた押ボタン４０１は、まず第１のスイッチ４０３をＯＮさせる。これにより伝送回路４０５を介して演算回路４０８に信号が伝達され、撮影しようとしている状態、すなわちプリ撮影信号が発せられる。
【００２９】
演算回路４０８であらかじめ設定された準備時間、又はシステムの準備状況があらかじめ定められた状態になった後、表示・伝達装置４０９が起動されて操作者に準備完了を知らせる。操作者は、表示・伝達装置４０９の状態を確認後さらに押ボタン４０１を押し込むと、鍔部４０１ａにより第２のスイッチ４０４がＯＮされて伝送回路４０６を介して撮影システム４１０に撮影信号が発せられることになる。
【００３０】
又は、演算回路４０８、撮影システム４１０により撮影準備時間の前には第２のスイッチ４０４の入力がキャンセルされるような機構を追加してもよい。
【００３１】
また、必要とされる撮影準備時間が十分に短い場合にはこのまま押ボタン４０３を押し込むことにより、第２のスイッチ４０４が作動して撮影されるような簡便な機構でもよい。
［第３の実施形態］
本実施形態は、第１、第２の実施形態のセンサパネルを用いた放射線撮影装置に関するものである。放射線は、Ｘ線以外にも、α線、β線、γ線を含むものであるが、ここでは、Ｘ線を用いた装置について説明する。
【００３２】
図５に、本実施形態のＸ線撮影装置を利用したＸ線撮影システムの概略構成を示す。図５において、５０５は、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置であり、光電変換装置のセンサパネル５０１とは相対して配置されている。また、センサパネル５０１の撮影面側に、Ｘ線を可視光に変換する波長変換体としてのＸ線可視変換蛍光体５０２が配設されている。
【００３３】
センサパネル５０１での出力は、処理システム５０３に送られ適宜記憶処理される。又は、システムの表示装置５０６に画面表示される。
【００３４】
図５のように、センサパネル５０１のＸ線発生装置側にＸ線可視変換蛍光体５０２を配設することで、被検体５０４を透過したＸ線の出力を可視光として取り出すことができ、その可視光をセンサパネルで電気信号に変換し画像として取込めるようになる。
【００３５】
このように光電変換装置の応用を図ることにより、人体用Ｘ線装置や、また、非破壊検査装置として利用することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スイッチ素子に読み出しパルスを与えて画像情報を取り出すセンサに於いて、撮影時の電圧と、その前後の待機中のアイドリング時の電圧を、アイドリング時にスイッチ素子の負荷が軽減され、しきい値電圧のシフトの進行を抑制するように設定し切り替えて使用することにより、スイッチ素子の撮影時の転送効率の向上と、スイッチ素子の長寿命化の両立を図った光電変換装置を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における、光電変換装置の等価回路を示す図
【図２】実施形態１における、撮影シーケンスを示す図
【図３】実施形態２における、撮影シーケンスを示す図
【図４】実施形態２における、プリ撮影信号を発する機構と回路構成を示す図
【図５】実施形態３における、Ｘ線撮影システムを示す図
【図６】従来の技術における、光電変換装置の等価回路を示す図
【図７】従来の技術における、撮影シーケンスを示す図
【符号の説明】
１０１　光電変換素子
１０２　容量部
１０５　スイッチ素子
１０７　水平走査回路
１０９、１１０　第１、第２の切り替えスイッチ
１１１　垂直走査回路
Ｖ１　ＯＮ電圧（撮影時）
Ｖ２　ＯＮ電圧（アイドリング時）
Ｖ３　ＯＦＦ電圧
４０１　押ボタン
４０３、４０４　第１、第２のスイッチ
４０８　演算回路
４０９　表示・伝達装置
４１０　撮影システム
【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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