(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置とＸ線発生装置とを備え、前記Ｘ線発生装置から出力されて検査対象物を透過したＸ線を前記固体撮像装置により撮像して該検査対象物を検査するＸ線検査システムであって、
前記固体撮像装置が、
入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列された受光部と、
前記受光部における第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの読出用スイッチと接続され、前記Ｍ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎのうちの何れかの画素部のフォトダイオードで発生した電荷を、該画素部の読出用スイッチを介して読み出す読出用配線ＬＯ,ｎと、
前記読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれと接続され、前記読出用配線ＬＯ,ｎを経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、
前記受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれの読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、前記信号読出部における電圧値の出力動作を制御して、前記受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記信号読出部から出力させる制御部と、
を備え、
前記制御部が、
第１撮像モードのときに、前記受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記信号読出部から出力させ、
第２撮像モードのときに、前記受光部における連続するＭ１行の特定範囲に含まれる各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記信号読出部から出力させ、
前記固体撮像装置および前記Ｘ線発生装置が対向した状態で前記検査対象物の周りに旋回が可能であり、または、前記固体撮像装置が前記検査対象物に対して直線変位が可能であり、その旋回または直線変位の際の前記固体撮像装置の移動方向に対して前記第２撮像モードのときの前記受光部における前記特定範囲の長手方向が垂直になるように配置されており、
前記特定範囲の一方の側において前記読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれに前記信号読出部が接続され、
前記特定範囲の他方の側において前記読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれに各画素部のフォトダイオードの接合容量部を放電する為の放電用スイッチが設けられている、
ことを特徴とするＸ線検査システム（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数、Ｍ１はＭ未満の整数、ｍは１以上Ｍ以下の整数、ｎは１以上Ｎ以下の整数）。
【請求項２】
前記制御部が、前記第２撮像モードのときに、前記受光部におけるＭ行のうち前記信号読出部に最も近い行から順に数えてＭ１行の範囲を前記特定範囲として、この特定範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記信号読出部から出力させる、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査システム。
【請求項３】
前記受光部における前記特定範囲と、この特定範囲を除く他の範囲との間に、各読出用配線ＬＯ,ｎ上に設けられた切離用スイッチを更に備え、
前記制御部が、前記第１撮像モードのときに前記切離用スイッチを閉じ、前記第２撮像モードのときに前記切離用スイッチを開く、
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査システム。
【請求項４】
前記制御部が、前記信号読出部における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを、前記第１撮像モードと前記第２撮像モードとで異ならせる、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査システム。
【請求項５】
前記受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを覆うように設けられるシンチレータ部を更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＸ線検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置を備えるＸ線検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ技術を用いたものが知られており、その中でもパッシブピクセルセンサ（ＰＰＳ: Passive Pixel Sensor）方式のものが知られている。ＰＰＳ方式の固体撮像装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むＰＰＳ型の画素部がＭ行Ｎ列に２次元配列された受光部を備え、各画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を積分回路において容量素子に蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力するものである。
【０００３】
一般に、各列のＭ個の画素部それぞれの出力端は、その列に対応して設けられている読出用配線を介して、その列に対応して設けられている積分回路の入力端と接続されている。そして、第１行から第Ｍ行まで順次に行毎に、画素部のフォトダイオードで発生した電荷は、対応する読出用配線を通って、対応する積分回路に入力されて、その積分回路から電荷量に応じた電圧値が出力される。
【０００４】
ＰＰＳ方式の固体撮像装置は、様々な用途で用いられ、例えば、シンチレータ部と組み合わされてＸ線フラットパネルとして医療用途や工業用途でも用いられ、更に具体的にはＸ線ＣＴ装置やマイクロフォーカスＸ線検査装置等においても用いられる。特許文献１に開示されたＸ線検査システムは、Ｘ線発生装置から出力されて検査対象物を透過したＸ線を固体撮像装置により撮像して該検査対象物を検査するシステムであって、検査対象物を透過したＸ線を固体撮像装置により複数種類の撮像モードで撮像することが可能であるとされている。これら複数種類の撮像モードの間では、受光部における撮像領域が互いに異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／１０９８０８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、固体撮像装置の受光部における撮像領域を撮像モードによって異ならせる旨の記載があるものの、固体撮像装置の構成や動作については何ら開示がない。しかし、本発明者は、固体撮像装置の構成によっては該固体撮像装置が高速動作をすることができない等の問題点が存在することを見出した。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高速動作をすることができる固体撮像装置を備えるＸ線検査システム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】
本発明に係るＸ線検査システムは、固体撮像装置とＸ線発生装置とを備え、Ｘ線発生装置から出力されて検査対象物を透過したＸ線を固体撮像装置により撮像して該検査対象物を検査するＸ線検査システムである。固体撮像装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードと接続された読出用スイッチと、を各々含むＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列された受光部と、(2) 受光部における第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの読出用スイッチと接続され、Ｍ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎのうちの何れかの画素部のフォトダイオードで発生した電荷を、該画素部の読出用スイッチを介して読み出す読出用配線ＬＯ,ｎと、(3) 読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれと接続され、読出用配線ＬＯ,ｎを経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、(4) 受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれの読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、信号読出部における電圧値の出力動作を制御して、受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部から出力させる制御部と、を備えることを特徴とする。さらに、制御部は、(a) 第１撮像モードのときに、受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部から出力させ、(b) 第２撮像モードのときに、受光部における連続するＭ１行の特定範囲に含まれる各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部から出力させる、ことを特徴とする。さらに、固体撮像装置およびＸ線発生装置が対向した状態で検査対象物の周りに旋回が可能であり、または、固体撮像装置が検査対象物に対して直線変位が可能であり、その旋回または直線変位の際の固体撮像装置の移動方向に対して第２撮像モードのときの受光部における特定範囲の長手方向が垂直になるように配置されていることを特徴とする。また、特定範囲の一方の側において読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれに信号読出部が接続され、特定範囲の他方の側において読出用配線ＬＯ,１〜ＬＯ,Ｎそれぞれに各画素部のフォトダイオードの接合容量部を放電する為の放電用スイッチが設けられていることを特徴とする。ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数であり、Ｍ１はＭ未満の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。
【０００９】
本発明に係るＸ線検査システムの固体撮像装置では、制御部による制御の下、各画素部Ｐｍ,ｎにおいてフォトダイオードへの光入射に応じて発生した電荷は、該画素部の読出用スイッチが閉じているときに、その読出用スイッチおよび読出用配線ＬＯ,ｎを通って信号読出部に入力される。信号読出部では、入力電荷量に応じた電圧値が出力される。この固体撮像装置は、第１撮像モードおよび第２撮像モードを有している。制御部による制御の下、第１撮像モードのときには、受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値が信号読出部から出力される。一方、第２撮像モードのときには、受光部における連続するＭ１行の特定範囲に含まれる各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値が信号読出部から出力される。
【００１０】
本発明に係るＸ線検査システムの固体撮像装置では、制御部は、第２撮像モードのときに、受光部におけるＭ行のうち信号読出部に最も近い行から順に数えてＭ１行の範囲を上記特定範囲として、この特定範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部から出力させるのが好適である。
【００１１】
本発明に係るＸ線検査システムの固体撮像装置は、受光部における上記特定範囲と、この特定範囲を除く他の範囲との間に、各読出用配線ＬＯ,ｎ上に設けられた切離用スイッチを更に備え、制御部は、第１撮像モードのときに切離用スイッチを閉じ、第２撮像モードのときに切離用スイッチを開くのが好適である。
【００１３】
本発明に係るＸ線検査システムの固体撮像装置では、制御部は、信号読出部における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを、第１撮像モードと第２撮像モードとで異ならせるのが好適である。
【００１４】
本発明に係るＸ線検査システムの固体撮像装置は、受光部におけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを覆うように設けられるシンチレータ部を更に備えるのが好適である。
【００１５】
また、本発明に係るＸ線検査システムでは、Ｘ線発生装置が、第１出力モードのときに所定の拡がり角でＸ線を出力し、第２出力モードのときに前記の所定の拡がり角より狭い拡がり角でＸ線を出力し、Ｘ線発生装置が第１出力モードでＸ線を出力するときに固体撮像装置が第１撮像モードで動作し、Ｘ線発生装置が第２出力モードでＸ線を出力するときに固体撮像装置が第２撮像モードで動作するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＸ線検査システムは高速動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの断面を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの画素部Ｐｍ,ｎ，積分回路Ｓｎおよび保持回路Ｈｎそれぞれの回路図である。
【図４】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂの構成を示す図である。
【図８】本実施形態に係るＸ線検査システム１００の構成図である。
【図９】本実施形態に係る固体撮像装置１Ａ，１Ｂの構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
先ず、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの構成を示す図である。この図に示される固体撮像装置１Ａは、受光部１０Ａ，信号読出部２０，ＡＤ変換部３０および制御部４０Ａを備える。また、Ｘ線検出用として用いられる場合には、固体撮像装置１Ａの受光部１０Ａを覆うようにシンチレータ部が設けられる。
【００２０】
受光部１０Ａは、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列されたものである。画素部Ｐｍ,ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。各画素部Ｐｍ,ｎは例えば１００μｍピッチで配列されている。ここで、Ｍ，Ｎそれぞれは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。各画素部Ｐｍ,ｎは、ＰＰＳ方式のものであって、共通の構成を有している。
【００２１】
なお、受光部１０Ａは、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎの周囲に、フォトダイオードを含む画素部を有する場合がある。しかし、これら周囲の画素部は、信号読出部２０等へのＸ線の入射を防止する遮蔽部により覆われていて、光が入射せず電荷が発生しないので、撮像には寄与しない。受光部１０Ａは、撮像の為の有効な画素部として少なくともＭ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを含む。
【００２２】
第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれは、第ｍ行選択用配線ＬＶ,ｍにより制御部４０Ａと接続されている。第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの出力端は、第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎにより、信号読出部２０の積分回路Ｓｎと接続されている。
【００２３】
信号読出部２０は、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮおよびＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを含む。各積分回路Ｓｎは共通の構成を有している。また、各保持回路Ｈｎは共通の構成を有している。
【００２４】
各積分回路Ｓｎは、読出用配線ＬＯ,ｎと接続された入力端を有し、この入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から保持回路Ｈｎへ出力する。Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれは、リセット用配線ＬＲにより制御部４０Ａと接続され、また、ゲイン設定用配線ＬＧにより制御部４０Ａと接続されている。
【００２５】
各保持回路Ｈｎは、積分回路Ｓｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から電圧出力用配線Ｌoutへ出力する。Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれは、保持用配線ＬＨにより制御部４０Ａと接続されている。また、各保持回路Ｈｎは、第ｎ列選択用配線ＬＨ,ｎにより制御部４０Ａと接続されている。
【００２６】
ＡＤ変換部３０は、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれから電圧出力用配線Ｌoutへ出力される電圧値を入力し、その入力した電圧値（アナログ値）に対してＡＤ変換処理して、その入力電圧値に応じたデジタル値を出力する。
【００２７】
制御部４０Ａは、第ｍ行選択制御信号Vsel(m)を第ｍ行選択用配線ＬＶ,ｍへ出力して、この第ｍ行選択制御信号Vsel(m)を第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれに与える。Ｍ個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)は順次に有意値とされる。制御部４０Ａは、Ｍ個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)を順次に有意値として出力するためにシフトレジスタを含む。
【００２８】
制御部４０Ａは、第ｎ列選択制御信号Hsel(n)を第ｎ列選択用配線ＬＨ,ｎへ出力して、この第ｎ列選択制御信号Hsel(n)を保持回路Ｈｎに与える。Ｎ個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)も順次に有意値とされる。制御部４０Ａは、Ｎ個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)を順次に有意値として出力するためにシフトレジスタを含む。
【００２９】
また、制御部４０Ａは、リセット制御信号Resetをリセット用配線ＬＲへ出力して、このリセット制御信号ResetをＮ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれに与える。制御部４０Ａは、ゲイン設定信号Gainをゲイン設定用配線ＬＧへ出力して、このゲイン設定信号GainをＮ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれに与える。制御部４０Ａは、保持制御信号Holdを保持用配線ＬＨへ出力して、この保持制御信号HoldをＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれに与える。さらに、図示してはいないが、制御部４０Ａは、ＡＤ変換部３０におけるＡＤ変換処理をも制御する。
【００３０】
制御部４０Ａは、以上のように、受光部１０ＡにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１の開閉動作を制御するとともに、信号読出部２０における電圧値の保持動作および出力動作を制御する。これにより、制御部４０Ａは、受光部１０ＡにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値をフレームデータとして信号読出部２０から繰り返し出力させる。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの断面を示す図である。固体撮像装置１Ａは、平板状の基材２に半導体基板３が貼り付けられ、半導体基板３の上にシンチレータ部４が設けられている。半導体基板３の主面上には、画素部Ｐｍ,ｎが配列された受光部１０Ａ，信号読出部２０，ＡＤ変換部３０および制御部４０Ａが形成されて集積化されており、また、信号入出力や電力供給の為のボンディングパッド５０が形成されている。シンチレータ部４は、受光部１０ＡにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを覆うように設けられている。シンチレータ部４は、半導体基板３上に蒸着により設けられていてもよい。なお、信号読出部２０，ＡＤ変換部３０および制御部４０Ａのそれぞれは、受光部１０Ａが集積化される半導体基板３に集積化せず、これとは別の半導体基板に集積化する構成でもあってよい。
【００３２】
図３は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの画素部Ｐｍ,ｎ，積分回路Ｓｎおよび保持回路Ｈｎそれぞれの回路図である。ここでは、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを代表して画素部Ｐｍ,ｎの回路図を示し、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮを代表して積分回路Ｓｎの回路図を示し、また、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを代表して保持回路Ｈｎの回路図を示す。すなわち、第ｍ行第ｎ列の画素部Ｐｍ,ｎおよび第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎに関連する回路部分を示す。
【００３３】
画素部Ｐｍ,ｎは、フォトダイオードＰＤおよび読出用スイッチＳＷ１を含む。フォトダイオードＰＤのアノード端子は接地され、フォトダイオードＰＤのカソード端子は読出用スイッチＳＷ１を介して第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎと接続されている。フォトダイオードＰＤは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。読出用スイッチＳＷ１は、制御部４０Ａから第ｍ行選択用配線ＬＶ,ｍを通った第ｍ行選択制御信号Vsel(m)が与えられる。第ｍ行選択制御信号Vsel(m)は、受光部１０Ａにおける第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１の開閉動作を指示するものである。
【００３４】
この画素部Ｐｍ,ｎでは、第ｍ行選択制御信号Vsel(m)がローレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ１が開いて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は、第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎへ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、第ｍ行選択制御信号Vsel(m)がハイレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ１が閉じて、それまでフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチＳＷ１を経て、第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎへ出力される。
【００３５】
第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎは、受光部１０Ａにおける第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１と接続されている。第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎは、Ｍ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎのうちの何れかの画素部のフォトダイオードＰＤで発生した電荷を、該画素部の読出用スイッチＳＷ１を介して読み出して、積分回路Ｓｎへ転送する。
【００３６】
積分回路Ｓｎは、アンプＡ２，積分用容量素子Ｃ２１，積分用容量素子Ｃ２２，放電用スイッチＳＷ２１およびゲイン設定用スイッチＳＷ２２を含む。積分用容量素子Ｃ２１および放電用スイッチＳＷ２１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ２の入力端子と出力端子との間に設けられている。また、積分用容量素子Ｃ２２およびゲイン設定用スイッチＳＷ２２は、互いに直列的に接続されて、ゲイン設定用スイッチＳＷ２２がアンプＡ２の入力端子側に接続されるようにアンプＡ２の入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプＡ２の入力端子は、第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎと接続されている。
【００３７】
放電用スイッチＳＷ２１は、制御部４０Ａからリセット用配線ＬＲを経たリセット制御信号Resetが与えられる。リセット制御信号Resetは、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれの放電用スイッチＳＷ２１の開閉動作を指示するものである。ゲイン設定用スイッチＳＷ２２は、制御部４０Ａからゲイン設定用配線ＬＧを経たゲイン設定信号Gainが与えられる。ゲイン設定信号Gainは、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれのゲイン設定用スイッチＳＷ２２の開閉動作を指示するものである。
【００３８】
この積分回路Ｓｎでは、積分用容量素子Ｃ２１，Ｃ２２およびゲイン設定用スイッチＳＷ２２は、容量値が可変である帰還容量部を構成している。すなわち、ゲイン設定信号Gainがローレベルであってゲイン設定用スイッチＳＷ２２が開いているときには、帰還容量部の容量値は積分用容量素子Ｃ２１の容量値と等しい。一方、ゲイン設定信号Gainがハイレベルであってゲイン設定用スイッチＳＷ２２が閉じているときには、帰還容量部の容量値は、積分用容量素子Ｃ２１，Ｃ２２それぞれの容量値の和と等しい。リセット制御信号Resetがハイレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ２１が閉じて、帰還容量部が放電され、積分回路Ｓｎから出力される電圧値が初期化される。一方、リセット制御信号Resetがローレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ２１が開いて、入力端に入力された電荷が帰還容量部に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路Ｓｎから出力される。
【００３９】
保持回路Ｈｎは、入力用スイッチＳＷ３１，出力用スイッチＳＷ３２および保持用容量素子Ｃ３を含む。保持用容量素子Ｃ３の一端は接地されている。保持用容量素子Ｃ３の他端は、入力用スイッチＳＷ３１を介して積分回路Ｓｎの出力端と接続され、出力用スイッチＳＷ３２を介して電圧出力用配線Ｌoutと接続されている。入力用スイッチＳＷ３１は、制御部４０Ａから保持用配線ＬＨを通った保持制御信号Holdが与えられる。保持制御信号Holdは、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの入力用スイッチＳＷ３１の開閉動作を指示するものである。出力用スイッチＳＷ３２は、制御部４０Ａから第ｎ列選択用配線ＬＨ,ｎを通った第ｎ列選択制御信号Hsel(n)が与えられる。第ｎ列選択制御信号Hsel(n)は、保持回路Ｈｎの出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示するものである。
【００４０】
この保持回路Ｈｎでは、保持制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ３１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ３に保持される。また、第ｎ列選択制御信号Hsel(n)がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ３２が閉じて、保持用容量素子Ｃ３に保持されている電圧値が電圧出力用配線Ｌoutへ出力される。
【００４１】
制御部４０Ａは、受光部１０Ａにおける第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれの受光強度に応じた電圧値を出力するに際して、リセット制御信号Resetにより、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれの放電用スイッチＳＷ２１を一旦閉じた後に開くよう指示した後、第ｍ行選択制御信号Vsel(m)により、受光部１０Ａにおける第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１を所定期間に亘り閉じるよう指示する。制御部４０Ａは、その所定期間に、保持制御信号Holdにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの入力用スイッチＳＷ３１を閉状態から開状態に転じるよう指示する。そして、制御部４０Ａは、その所定期間の後に、列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)により、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの出力用スイッチＳＷ３２を順次に一定期間だけ閉じるよう指示する。制御部４０Ａは、以上のような制御を各行について順次に行う。
【００４２】
特に本実施形態に係る固体撮像装置１Ａは、第１撮像モードおよび第２撮像モードを有する。第１撮像モードと第２撮像モードとの間では、受光部１０Ａにおける撮像領域が互いに異なる。制御部４０Ａは、第１撮像モードのときに、受光部１０ＡにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させる。また、制御部４０Ａは、第２撮像モードのときに、受光部１０Ａにおける連続するＭ１行の特定範囲に含まれる各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させる。なお、Ｍ１はＭ未満の整数である。
【００４３】
制御部４０Ａは、第２撮像モードのときに、受光部１０ＡにおけるＭ行のうち信号読出部２０に最も近い行から順に数えてＭ１行の範囲を上記特定範囲として、この特定範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させるのが好ましい。すなわち、図１に示されるように受光部１０Ａにおいて信号読出部２０に最も近い行が第１行となっている場合に、制御部４０Ａは、第２撮像モードのときに、受光部１０Ａにおける第１行から第Ｍ１行までの範囲を上記特定範囲として、この特定範囲（第１行〜第Ｍ１行）の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させるのが好ましい。このようにすることにより、第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎが断線している場合であっても、第２撮像モードのときに、上記特定範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から正常に出力させることができる確率が高くなる。
【００４４】
制御部４０Ａは、信号読出部２０における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを、第１撮像モードと第２撮像モードとで異ならせるのが好ましい。すなわち、図３に示されるように各積分回路Ｓｎが構成される場合に、制御部４０Ａは、ゲイン設定信号Gainによりゲイン設定用スイッチＳＷ２２を開閉制御することにより、各積分回路Ｓｎの帰還容量部の容量値を適宜設定して、第１撮像モードと第２撮像モードとでゲインを異ならせるのが好ましい。このようにすることにより、例えば、第１撮像モードと第２撮像モードとの間で単位時間当たりに信号読出部２０から出力されるフレームデータの個数（フレームレート）が異なる場合や、第１撮像モードおよび第２撮像モードの何れかにおいて複数の画素部のデータを纏めて１つの画素データとするビニング読み出しを行う場合に、第１撮像モードと第２撮像モードとの間で各画素データを互いに近い値とすることができる。
【００４５】
例えば、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときにフレームレートが速い場合や、第１撮像モードのときにビニング読み出しを行う場合には、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときのゲインが大きいことが好ましい。そこで、第１撮像モードのときに、ゲイン設定用スイッチＳＷ２２を閉じることにより、帰還容量部の容量値を積分用容量素子Ｃ２１および積分用容量素子Ｃ２２の各容量値の和に等しくする。その一方で、第２撮像モードのときに、ゲイン設定用スイッチＳＷ２２を開くことにより、帰還容量部の容量値を積分用容量素子Ｃ２１の容量値に等しくする。このようにすることで、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときに、各積分回路Ｓｎの帰還容量部の容量値を小さくして、ゲインを大きくすることができる。これにより、第１撮像モードと第２撮像モードとの間で各画素データを互いに近い値とすることができる。
【００４６】
次に、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置１Ａでは、制御部４０Ａによる制御の下で、Ｍ個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)，Ｎ個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)，リセット制御信号Resetおよび保持制御信号Holdそれぞれが所定のタイミングでレベル変化することにより、受光部１０Ａに入射された光の像を撮像してフレームデータを得ることができる。
【００４７】
図４は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。なお、ここではビニング読み出しをしない場合の動作について説明する。この図には、上から順に、(a) Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれの放電用スイッチＳＷ２１の開閉動作を指示するリセット制御信号Reset、(b) 受光部１０Ａにおける第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１の開閉動作を指示する第１行選択制御信号Vsel(1)、(c) 受光部１０Ａにおける第２行のＮ個の画素部Ｐ２,１〜Ｐ２,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１の開閉動作を指示する第２行選択制御信号Vsel(2)、および、(d) Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの入力用スイッチＳＷ３１の開閉動作を指示する保持制御信号Hold が示されている。
【００４８】
また、この図には、更に続いて順に、(e) 保持回路Ｈ１の出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示する第１列選択制御信号Hsel(1)、(f) 保持回路Ｈ２の出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示する第２列選択制御信号Hsel(2)、(g) 保持回路Ｈ３の出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示する第３列選択制御信号Hsel(3)、(h) 保持回路Ｈｎの出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示する第ｎ列選択制御信号Hsel(n)、および、(i) 保持回路ＨＮの出力用スイッチＳＷ３２の開閉動作を指示する第Ｎ列選択制御信号Hsel(N) が示されている。
【００４９】
第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しは、以下のようにして行われる。時刻ｔ１０前には、Ｍ個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)，Ｎ個の列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)，リセット制御信号Resetおよび保持制御信号Holdそれぞれは、ローレベルとされている。
【００５０】
時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、制御部４０Ａからリセット用配線ＬＲに出力されるリセット制御信号Resetがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ２１が放電される。また、時刻ｔ１１より後の時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間、制御部４０Ａから第１行選択用配線ＬＶ,１に出力される第１行選択制御信号Vsel(1)がハイレベルとなり、これにより、受光部１０Ａにおける第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。
【００５１】
この期間（ｔ１２〜ｔ１５）内において、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間、制御部４０Ａから保持用配線ＬＨへ出力される保持制御信号Holdがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ３１が閉じる。
【００５２】
期間（ｔ１２〜ｔ１５）内では、第１行の各画素部Ｐ１,ｎの読出用スイッチＳＷ１が閉じており、各積分回路Ｓｎの放電用スイッチＳＷ２１が開いているので、それまでに各画素部Ｐ１,ｎのフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素部Ｐ１,ｎの読出用スイッチＳＷ１および第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎを通って、積分回路Ｓｎの積分用容量素子Ｃ２１に転送されて蓄積される。そして、各積分回路Ｓｎの積分用容量素子Ｃ２１に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路Ｓｎの出力端から出力される。
【００５３】
その期間（ｔ１２〜ｔ１５）内の時刻ｔ１４に、保持制御信号Holdがハイレベルからローレベルに転じることにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれにおいて、入力用スイッチＳＷ３１が閉状態から開状態に転じ、そのときに積分回路Ｓｎの出力端から出力されて保持回路Ｈｎの入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ３に保持される。
【００５４】
そして、期間（ｔ１２〜ｔ１５）の後に、制御部４０Ａから列選択用配線ＬＨ,１〜ＬＨ,Ｎに出力される列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの出力用スイッチＳＷ３２が順次に一定期間だけ閉じて、各保持回路Ｈｎの保持用容量素子Ｃ３に保持されている電圧値は出力用スイッチＳＷ３２を経て電圧出力用配線Ｌoutへ順次に出力される。この電圧出力用配線Ｌoutへ出力される電圧値Ｖoutは、第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を表すものである。
【００５５】
続いて、第２行のＮ個の画素部Ｐ２,１〜Ｐ２,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しが以下のようにして行われる。
【００５６】
時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間、制御部４０Ａからリセット用配線ＬＲに出力されるリセット制御信号Resetがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ２１が放電される。また、時刻ｔ２１より後の時刻ｔ２２から時刻ｔ２５までの期間、制御部４０Ａから第２行選択用配線ＬＶ,２に出力される第２行選択制御信号Vsel(2)がハイレベルとなり、これにより、受光部１０Ａにおける第２行のＮ個の画素部Ｐ２,１〜Ｐ２,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。
【００５７】
この期間（ｔ２２〜ｔ２５）内において、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの期間、制御部４０Ａから保持用配線ＬＨへ出力される保持制御信号Holdがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ３１が閉じる。
【００５８】
そして、期間（ｔ２２〜ｔ２５）の後に、制御部４０Ａから列選択用配線ＬＨ,１〜ＬＨ,Ｎに出力される列選択制御信号Hsel(1)〜Hsel(N)が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの出力用スイッチＳＷ３２が順次に一定期間だけ閉じる。以上のようにして、第２行のＮ個の画素部Ｐ２,１〜Ｐ２,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を表す電圧値Ｖoutが電圧出力用配線Ｌoutへ出力される。
【００５９】
第１撮像モードのときには、以上のような第１行および第２行についての動作に続いて、以降、第３行から第Ｍ行まで同様の動作が行われて、１回の撮像で得られる画像を表すフレームデータが得られる。また、第Ｍ行について動作が終了すると、再び第１行から第Ｍ行までの範囲で同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部１０Ａが受光した光の像の２次元強度分布を表す電圧値Ｖoutが電圧出力用配線Ｌoutへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。
【００６０】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置１Ａは、第１撮像モードのときにビニング読み出しをする場合には、図５に示されるような動作を行う。図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。この図は、２行２列のビニング読み出しをする場合の動作、すなわち、フレームデータにおける読出し画素ピッチを画素部のピッチの２倍とする場合の動作を示している。なお、ビニング読み出しをする場合、各積分回路Ｓｎにおいて、ゲイン設定用スイッチＳＷ２２が閉じていて、帰還容量部の容量値が大きい値に設定され、ゲインが小さくされているのが好ましい。
【００６１】
この図には、上から順に、(a) リセット制御信号Reset、(b)第１行選択制御信号Vsel(1)および第２行選択制御信号Vsel(2)、(c) 第３行選択制御信号Vsel(3)および第４行選択制御信号Vsel(4)、(d) 保持制御信号Hold、(e) 第１列選択制御信号Hsel(1)、(f) 第２列選択制御信号Hsel(2)、(g) 第３列選択制御信号Hsel(3)、(h) 第ｎ列選択制御信号Hsel(n)、ならびに、(i) 第Ｎ列選択制御信号Hsel(N) が示されている。
【００６２】
２行２列のビニング読み出しをする場合、この図に示されるように、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間、制御部４０Ａから第１行選択用配線ＬＶ,１に出力される第１行選択制御信号Vsel(1)がハイレベルとなって、受光部１０Ａにおける第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。また、この同じ期間に、制御部４０Ａから第２行選択用配線ＬＶ,２に出力される第２行選択制御信号Vsel(2)がハイレベルとなって、受光部１０Ａにおける第２行のＮ個の画素部Ｐ２,１〜Ｐ２,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。
【００６３】
これにより、画素部Ｐ１,ｎおよび画素部Ｐ２,ｎそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、各画素部の読出用スイッチＳＷ１および第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎを通って、積分回路Ｓｎの積分用容量素子Ｃ２１，Ｃ２２に転送されて蓄積される。そして、各積分回路Ｓｎの積分用容量素子Ｃ２１，Ｃ２２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路Ｓｎの出力端から出力される。Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮおよびＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれの動作は、前述したものと同様である。
【００６４】
Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮそれぞれから順次に出力された電圧値はＡＤ変換部３０に入力されて、その入力電圧値に応じたデジタル値に変換される。そして、ＡＤ変換部３０から出力されたＮ個のデジタル値のうち第１列および第２列それぞれに対応するデジタル値が加算され、その後も２個ずつのデジタル値が加算されていく。
【００６５】
同様にして、時刻ｔ２２から時刻ｔ２５までの期間、制御部４０Ａから第３行選択用配線ＬＶ,３に出力される第３行選択制御信号Vsel(3)がハイレベルとなって、受光部１０Ａにおける第３行のＮ個の画素部Ｐ３,１〜Ｐ３,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。また、この同じ期間に、制御部４０Ａから第４行選択用配線ＬＶ,４に出力される第４行選択制御信号Vsel(4)がハイレベルとなって、受光部１０Ａにおける第４行のＮ個の画素部Ｐ４,１〜Ｐ４,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。信号読出部２０およびＡＤ変換部３０では同様の処理が行われる。そして、ＡＤ変換部３０から出力されたＮ個のデジタル値のうち第１列および第２列それぞれに対応するデジタル値が加算され、その後も２個ずつのデジタル値が加算されていく。
【００６６】
このように、受光部１０Ａにおいて第１行から順に２行ずつ同時に処理が行われ、ＡＤ変換部３０から出力されるＮ個のデジタル値が順に２個ずつ加算されることで、２行２列のビニング読み出しをすることができる。
【００６７】
一方、第２撮像モードのときには、以上のような第１行から第Ｍ１行までの範囲で同様の動作が行われて、１回の撮像で得られる画像を表すフレームデータが得られる。第Ｍ１行について動作が終了すると、再び第１行から第Ｍ１行までの範囲で同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部１０Ａが受光した光の像の２次元強度分布を表す電圧値Ｖoutが電圧出力用配線Ｌoutへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。
【００６８】
第２撮像モードのときには、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、信号読出部２０から電圧出力用配線Ｌoutへの電圧値の出力は行われない。しかし、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎにおいても、フォトダイオードＰＤへの光入射によって発生した電荷は、該フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていき、やがて、接合容量部の飽和レベルを越える。フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積される電荷の量が飽和レベルを越えると、飽和レベルを越えた分の電荷が隣の画素部へ溢れ出す。隣の画素部が第Ｍ１行に属するとすると、隣の画素部について信号読出部２０から電圧出力用配線Ｌoutへ出力される電圧値は不正確なものとなってしまう。
【００６９】
そこで、第２撮像モードのときに第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部を放電する放電手段が設けられるのが好適である。本実施形態に係る固体撮像装置１Ａは、このような放電手段として、第２撮像モードのときに図６に示されるような動作を行って、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積された電荷を積分回路Ｓｎへ転送することで、該フォトダイオードＰＤの接合容量部を放電する。
【００７０】
図６は、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの動作を説明するタイミングチャートである。この図は、第２撮像モードにおける第Ｍ１行および第(Ｍ１＋１)行それぞれについての動作を示している。
【００７１】
この図には、上から順に、(a) リセット制御信号Reset、(b)第Ｍ１行選択制御信号Vsel(M1)、(c) 第(Ｍ１＋１)行選択制御信号Vsel(M1+1)、(d) 保持制御信号Hold、(e)第１列選択制御信号Hsel(1)、(f) 第２列選択制御信号Hsel(2)、(g) 第３列選択制御信号Hsel(3)、(h) 第ｎ列選択制御信号Hsel(n)、および、(i) 第Ｎ列選択制御信号Hsel(N) が示されている。
【００７２】
この図６に示される時刻ｔ４０から時刻ｔ５０までの期間における第Ｍ１行についての動作は、図４に示された時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間における第１行についての動作と同様である。ただし、時刻ｔ４２から時刻ｔ４５までの期間、制御部４０Ａから第Ｍ１行選択用配線ＬＶ,Ｍ1に出力される第Ｍ１行選択制御信号Vsel(M1)がハイレベルとなり、これにより、受光部１０Ａにおける第Ｍ１行のＮ個の画素部ＰＭ1,１〜ＰＭ1,Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。
【００７３】
第２撮像モードのとき、第Ｍ１行についての動作が終了すると、時刻ｔ５０以降、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲についての動作が行われる。すなわち、時刻ｔ５０以降、制御部４０Ａからリセット用配線ＬＲに出力されるリセット制御信号Resetがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ２１が閉じる。また、時刻ｔ５０以降の放電用スイッチＳＷ２１が閉じている期間に、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)がハイレベルとなり、これにより、受光部１０Ａにおける第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎの読出用スイッチＳＷ１が閉じる。
【００７４】
このように、第２撮像モードのときに、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎの読出用スイッチＳＷ１が閉じることにより、当該画素部のフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷が積分回路Ｓｎへ転送され、また、各積分回路Ｓｎにおいて放電用スイッチＳＷ２１が閉じることにより、各積分回路Ｓｎの積分用容量素子Ｃ２１は常に放電された状態となる。このようにして、第２撮像モードのときに、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部が放電され得る。
【００７５】
このとき、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)が順次にハイレベルとなってもよいが、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)のうちの複数の行選択制御信号が同時にハイレベルとなってもよく、また、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)の全てが同時にハイレベルとなってもよい。このように、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、複数または全ての行選択制御信号が同時にハイレベルとなることにより、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部が更に短時間に放電され得る。
【００７６】
ところで、第１撮像モードと比べて少ない個数の画素部のデータを信号読出部２０から出力させる他の撮像モードとして、受光部１０Ａにおける連続するＮ１列に含まれる各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させることも考えられる。ここで、Ｎ１はＮ未満の整数である。しかし、このようにＮ１列の各画素部Ｐｍ,ｎのデータを信号読出部２０から出力させる撮像モードでは、１フレームデータを得るために、制御部４０ＡからＭ個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M)を出力させる必要がある。これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置１Ａでは、Ｍ１行の各画素部Ｐｍ,ｎのデータを信号読出部２０から出力させる第２撮像モードのときに、１フレームデータを得るために、制御部４０ＡからＭ１個の行選択制御信号Vsel(1)〜Vsel(M1)を出力させればよいので、高速動作をすることができる。
【００７７】
なお、これまでに説明してきた図４〜図６に示されたタイミングチャートでは、各保持回路Ｈｎから電圧値の読み出しが終了した後に各積分回路Ｓｎを初期化した。しかし、各積分回路Ｓｎの出力電圧値を保持回路Ｈｎにより保持した後であれば、各保持回路Ｈｎから電圧値を読み出している期間に、リセット制御信号Resetをハイレベルとして各積分回路Ｓｎを初期化してもよい。これにより更に高速な動作をすることができる。
【００７８】
次に、第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂについて説明する。図７は、第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂの構成を示す図である。この図に示される固体撮像装置１Ｂは、受光部１０Ｂ，信号読出部２０，ＡＤ変換部３０および制御部４０Ｂを備える。また、Ｘ線検出用として用いられる場合には、固体撮像装置１Ｂの受光部１０Ｂを覆うようにシンチレータ部が設けられる。
【００７９】
図１に示された第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａの構成と比較すると、この図７に示される第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂは、各第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎ上に切離用スイッチＳＷ１ｎおよび放電用スイッチＳＷ２ｎが設けられている点で相違し、また、制御部４０Ａに替えて制御部４０Ｂを備える点で相違する。
【００８０】
各切離用スイッチＳＷ１ｎは、読出用配線ＬＯ,ｎ上であって、受光部１０Ｂにおける第Ｍ１行と第(Ｍ１＋１)行との間に設けられている。すなわち、切離用スイッチＳＷ１ｎが閉じているときには、第１行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは読出用配線ＬＯ,ｎを介して信号読出部２０と接続されている。一方、切離用スイッチＳＷ１ｎが開いているときには、第１行から第Ｍ１行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは読出用配線ＬＯ,ｎを介して信号読出部２０と接続されているが、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは信号読出部２０と切り離される。各切離用スイッチＳＷ１ｎは、切離用配線ＬＤ１を介して制御部４０Ｂと接続されていて、制御部４０Ｂから切離用配線ＬＤ１を通った切離制御信号Disconnectが与えられる。切離制御信号Disconnectは、各切離用スイッチＳＷ１ｎの開閉動作を指示するものである。
【００８１】
各放電用スイッチＳＷ２ｎは、読出用配線ＬＯ,ｎ上であって、切離用スイッチＳＷ１ｎが設けられている位置に対して信号読出部２０より遠い側に設けられている。放電用スイッチＳＷ２ｎの一端は、読出用配線ＬＯ,ｎを介して、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎに接続されている。放電用スイッチＳＷ２ｎの他端は接地される。各放電用スイッチＳＷ２ｎは、放電用配線ＬＤ２を介して制御部４０Ｂと接続されていて、制御部４０Ｂから放電用配線ＬＤ２を通った放電制御信号Dischargeが与えられる。放電制御信号Dischargeは、各放電用スイッチＳＷ２ｎの開閉動作を指示するものである。
【００８２】
制御部４０Ｂは、第１実施形態における制御部４０Ａと同様に、第ｍ行選択制御信号Vsel(m)を第ｍ行選択用配線ＬＶ,ｍへ出力し、第ｎ列選択制御信号Hsel(n)を第ｎ列選択用配線ＬＨ,ｎへ出力し、放電制御信号Resetを放電用配線ＬＲへ出力し、ゲイン設定信号Gainをゲイン設定用配線ＬＧへ出力し、また、保持制御信号Holdを保持用配線ＬＨへ出力する。
【００８３】
加えて、制御部４０Ｂは、切離制御信号Disconnectを切離用配線ＬＤ１へ出力して、この切離制御信号DisconnectをＮ個の切離用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１Ｎそれぞれに与える。また、制御部４０Ｂは、放電制御信号Dischargeを放電用配線ＬＤ２へ出力して、この放電制御信号DischargeをＮ個の放電用スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎそれぞれに与える。
【００８４】
第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂも、第１撮像モードおよび第２撮像モードを有する。第１撮像モードと第２撮像モードとの間では、受光部１０Ｂにおける撮像領域が互いに異なる。制御部４０Ｂは、第１撮像モードのときに、受光部１０ＢにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させる。また、制御部４０Ｂは、第２撮像モードのときに、受光部１０Ｂにおける第１行から第Ｍ１行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させる。
【００８５】
第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂでは、第１撮像モードのときに、制御部４０Ｂから切離用配線ＬＤ１を経て各切離用スイッチＳＷ１ｎに与えられる切離制御信号Disconnectはハイレベルとなって、各切離用スイッチＳＷ１ｎは閉じる。また、制御部４０Ｂから放電用配線ＬＤ２を経て各放電用スイッチＳＷ２ｎに与えられる放電制御信号Dischargeはローレベルとなって、各放電用スイッチＳＷ２ｎは開く。この状態では、第１行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは読出用配線ＬＯ,ｎを介して信号読出部２０と接続されている。そして、第１実施形態の場合と同様の動作が行われて、受光部１０ＢにおけるＭ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値が信号読出部２０から出力される。
【００８６】
一方、第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂでは、第２撮像モードのときに、制御部４０Ｂから切離用配線ＬＤ１を経て各切離用スイッチＳＷ１ｎに与えられる切離制御信号Disconnectはローレベルとなって、各切離用スイッチＳＷ１ｎは開く。また、制御部４０Ｂから放電用配線ＬＤ２を経て各放電用スイッチＳＷ２ｎに与えられる放電制御信号Dischargeはハイレベルとなって、各放電用スイッチＳＷ２ｎは閉じる。この状態では、第１行から第Ｍ１行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは読出用配線ＬＯ,ｎを介して信号読出部２０と接続されているが、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎは信号読出部２０と切り離されて接地されている。
【００８７】
そして、第２撮像モードのときに、第１行から第Ｍ１行までの範囲については、第１実施形態の場合と同様の動作が行われて、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値が信号読出部２０から出力される。一方、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)がハイレベルとなり、これにより、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤのカソード端子は、読出用スイッチＳＷ１および放電用スイッチＳＷ２ｎを介して接地されるので、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部は放電される。すなわち、この場合、各放電用スイッチＳＷ２ｎは、第２撮像モードのときに第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲の各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部を放電する放電手段として作用する。
【００８８】
第２撮像モードのときに、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)が順次にハイレベルとなってもよいが、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)のうちの複数の行選択制御信号が同時にハイレベルとなってもよく、また、行選択制御信号Vsel(M1+1)〜Vsel(M)の全てが同時にハイレベルとなってもよい。このように、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲については、複数または全ての行選択制御信号が同時にハイレベルとなることにより、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部が更に短時間に放電され得る。
【００８９】
また、第２撮像モードのときに、第１行から第Ｍ１行までの範囲について各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値が信号読出部２０から出力される期間と、第(Ｍ１＋１)行から第Ｍ行までの範囲について各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤの接合容量部が放電される期間とは、互いに一部が重なっていてもよい。このような場合には、更に高速な動作が可能となる。
【００９０】
また、第２撮像モードのときに、切離用配線ＬＤ１が開くことにより、信号読出部２０に接続される第ｎ列読出用配線ＬＯ,ｎが短くなるので、ノイズが低減され得る。
【００９１】
次に、上記実施形態に係る固体撮像装置を含むＸ線検査システムの実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係るＸ線検査システム１００の構成図である。本実施形態に係るＸ線検査システム１００は、固体撮像装置とＸ線発生装置とを備え、Ｘ線発生装置から出力されて検査対象物を透過したＸ線を固体撮像装置により撮像して該検査対象物を検査する。
【００９２】
この図に示されるＸ線検査システム１００では、Ｘ線発生装置１０６は被写体（検査対象物）に向けてＸ線を発生する。Ｘ線発生装置１０６から発生したＸ線の照射野は、１次スリット板１０６ｂによって制御される。Ｘ線発生装置１０６は、Ｘ線管が内蔵され、そのＸ線管の管電圧，管電流および通電時間などの条件が調整されることによって、被写体へのＸ線照射量が制御される。Ｘ線撮像器１０７は、２次元配列された複数の画素部を有するＣＭＯＳの固体撮像装置を内蔵し、被写体を通過したＸ線像を検出する。Ｘ線撮像器１０７の前方には、Ｘ線入射領域を制限する２次スリット板１０７ａが設けられる。
【００９３】
旋回アーム１０４は、Ｘ線発生装置１０６およびＸ線撮像器１０７を対向させるように保持して、これらをパノラマ断層撮影の際に被写体の周りに旋回させる。また、リニア断層撮影の際にはＸ線撮像器１０７を被写体に対して直線変位させるためのスライド機構１１３が設けられる。旋回アーム１０４は、回転テーブルを構成するアームモータ１１０によって駆動され、その回転角度が角度センサ１１２によって検出される。また、アームモータ１１０は、ＸＹテーブル１１４の可動部に搭載され、回転中心が水平面内で任意に調整される。
【００９４】
Ｘ線撮像器１０７から出力される画像信号は、ＡＤ変換器１２０によって例えば１０ビット（＝１０２４レベル）のデジタルデータに変換され、ＣＰＵ（中央処理装置）１２１にいったん取り込まれた後、フレームメモリ１２２に格納される。フレームメモリ１２２に格納された画像データから、所定の演算処理によって任意の断層面に沿った断層画像が再生される。再生された断層画像は、ビデオメモリ１２４に出力され、ＤＡ変換器１２５によってアナログ信号に変換された後、ＣＲＴ（陰極線管）などの画像表示部１２６によって表示され、各種診断に供される。
【００９５】
ＣＰＵ１２１には、信号処理に必要なワークメモリ１２３が接続され、さらにパネルスイッチやＸ線照射スイッチ等を備えた操作パネル１１９が接続されている。また、ＣＰＵ１２１は、アームモータ１１０を駆動するモータ駆動回路１１１、１次スリット板１０６ｂおよび２次スリット板１０７ａの開口範囲を制御するスリット制御回路１１５，１１６、Ｘ線発生装置１０６を制御するＸ線制御回路１１８にそれぞれ接続され、さらに、Ｘ線撮像器１０７を駆動するためのクロック信号を出力する。
【００９６】
Ｘ線制御回路１１８は、Ｘ線撮像器１０７により撮像された信号に基づいて、被写体へのＸ線照射量を帰還制御することが可能である。
【００９７】
以上のように構成されるＸ線検査システム１００において、Ｘ線撮像器１０７として本実施形態に係る固体撮像装置１Ａまたは１Ｂが用いられる。
【００９８】
Ｘ線発生装置１０６は、スリット板１６ｂの開口範囲が制御されることで、第１出力モードのときに所定の拡がり角でＸ線を出力し、第２出力モードのときに前記の所定の拡がり角より狭い拡がり角でＸ線を出力することができる。そして、Ｘ線発生装置１０６が第１出力モードでＸ線を出力するときに、固体撮像装置であるＸ線撮像器１０７は第１撮像モードで動作する。一方、Ｘ線発生装置１０６が第２出力モードでＸ線を出力するときに、固体撮像装置であるＸ線撮像器１０７は第２撮像モードで動作する。
【００９９】
ここで、例えば、第１出力モードおよび第１撮像モードは、特許文献１に記載されたＣＴ撮影モードに相当し、第２出力モードおよび第２撮像モードは、特許文献１に記載されたパノラマモードまたはセファロモードに相当する。固体撮像装置１Ａ，１Ｂは、第２撮像モードのときの受光部１０Ａ，１０Ｂにおける撮像領域（第１行〜第Ｍ１行）の長手方向が旋回平面に対して垂直になるように配置される。
【０１００】
本実施形態に係るＸ線検査システム１００は、本実施形態に係る固体撮像装置１Ａまたは１Ｂを備えることから、第２出力モードおよび第２撮像モードのときに高速に撮影を行うことができる。
【０１０１】
なお、固体撮像装置１Ａ，１Ｂを備えるＸ線検査システム１００が歯科用に用いられる場合を想定すると、固体撮像装置１Ａ，１Ｂの受光部１０Ａ，１０Ｂにおいて行数Ｍより列数Ｎが大きいのが好ましい。これは以下の理由に因る。すなわち、ＣＴ撮影モードに相当する第１撮像モードでは、受光部１０Ａ，１０Ｂにおいて撮像に用いられる受光範囲の寸法として例えば８ｃｍ以上×１２ｃｍ以上が要求される。また、パノラマモードに相当する第２撮像モードでは、受光部１０Ａ，１０Ｂにおいて撮像に用いられる特定範囲の寸法として例えば１５ｃｍ以上×７ｍｍ以上が要求される。上記のような寸法に関する要求を満たし、かつ、円形のシリコンウェハから最も効率よく１個の集積化された固体撮像装置１Ａ，１Ｂを作製することを考えると、受光部１０Ａ、１０Ｂの形状は一方向に長い長方形とならざるをえない。そして、受光部１０Ａ、１０Ｂが長方形とならざるをえないことを前提にして、行数Ｍより列数Ｎを大きくして、制御部４０Ａ，４０Ｂから出力される選択制御信号の個数Ｍを少なくする。また、信号読出部２０におけるＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを複数組に分け、その各組に対して個別にＡＤ変換部を設けて、これらのＡＤ変換部を並列動作させるのが好ましい。このようにすることで、画素データの高速読出しを実現することができる。
【０１０２】
例えば、図９に示されるように、Ｎ個の積分回路Ｓ１〜ＳＮおよびＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを４組に分けて、積分回路Ｓ１〜Ｓｉおよび保持回路Ｈ１〜Ｈｉを第１組とし、積分回路Ｓｉ＋１〜Ｓｊおよび保持回路Ｈｉ＋１〜Ｈｊを第２組とし、積分回路Ｓｊ＋１〜Ｓｋおよび保持回路Ｈｊ＋１〜Ｈｋを第３組とし、また、積分回路Ｓｋ＋１〜ＳＮおよび保持回路Ｈｋ＋１〜ＨＮを第４組とする。ここで、「１＜ｉ＜ｊ＜ｋ＜Ｎ」である。そして、第１組の保持回路Ｈ１〜Ｈｉそれぞれから順次に出力される電圧値をＡＤ変換部３１によりデジタル値に変換し、第２組の保持回路Ｈｉ＋１〜Ｈｊそれぞれから順次に出力される電圧値をＡＤ変換部３２によりデジタル値に変換し、第３組の保持回路Ｈｊ＋１〜Ｈｋそれぞれから順次に出力される電圧値をＡＤ変換部３３によりデジタル値に変換し、また、第４組の保持回路Ｈｋ＋１〜ＨＮそれぞれから順次に出力される電圧値をＡＤ変換部３４によりデジタル値に変換する。また、４つのＡＤ変換部３１〜３４それぞれにおけるＡＤ変換処理を並列的に行う。このようにすることで、画素データの高速読出しを実現することができる。
【０１０３】
また、例えば、２行２列のビニング読出しをすることを考慮すると、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮのうち奇数列に対応する保持回路を第１組とし、偶数列に対応する保持回路を第２組として、これら第１組および第２組それぞれに対して個別にＡＤ変換部を設けて、これら２つのＡＤ変換部を並列動作させるのも好ましい。この場合、奇数列に対応する保持回路と、これの隣の偶数列に対応する保持回路とから、同時に電圧値が出力され、これら２つの電圧値が同時にＡＤ変換処理されてデジタル値とされる。そして、ビニング処理される際には、これら２つのデジタル値が加算される。このようにすることでも、画素データの高速読出しを実現することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１Ａ，１Ｂ…固体撮像装置、１０Ａ，１０Ｂ…受光部、２０…信号読出部、３０…ＡＤ変換部、４０Ａ，４０Ｂ…制御部、Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎ…画素部、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＷ１…読出用スイッチ、ＳＷ１１〜ＳＷ１Ｎ…切離用スイッチ、ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎ…放電用スイッチ、Ｓ１〜ＳＮ…積分回路、Ｃ２１，Ｃ２２…積分用容量素子、ＳＷ２１…放電用スイッチ、Ａ２…アンプ、Ｈ１〜ＨＮ…保持回路、Ｃ３…保持用容量素子、ＳＷ３１…入力用スイッチ、ＳＷ３２…出力用スイッチ、ＬＶ,ｍ…第ｍ行選択用配線、ＬＨ,ｎ…第ｎ列選択用配線、ＬＯ,ｎ…第ｎ列読出用配線、ＬＲ…リセット用配線、ＬＧ…ゲイン設定用配線、ＬＨ…保持用配線、Ｌout…電圧出力用配線。
【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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