(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された複数のスイッチ素子と、前記光電変換素子のそれぞれの光電変換により得られた電気信号を出力する複数の信号線と、前記光電変換素子を駆動する複数の駆動配線とを配列した光電変換装置において、
前記駆動配線は、前記信号線の間において前記信号線と平行に配列し、前記駆動配線は、その中心線が前記信号線の間の中央の第１位置と前記光電変換素子の領域の重心点である第２位置との間に位置していることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記駆動配線の中心線は、前記第１位置と前記第２位置との中央に位置した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】
前記光電変換素子の光入射側に光通過性電極を設け、該光通過性電極は前記光電変換素子のそれぞれ領域内の１部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された複数のスイッチ素子と、前記光電変換素子のそれぞれの光電変換により得られた電気信号を出力する複数の信号線と、前記光電変換素子を駆動する複数の駆動配線とを配列した光電変換装置、及び、前記光電変換装置に光入射側に配置した入射Ｘ線を可視光に変換し該可視光を前記光電変換装置に入射させるＸ線−光変換手段を備えているＸ線撮像装置において、
前記駆動配線は、前記信号線の間において前記信号線と平行に配列し、前記駆動配線は、その中心線が前記信号線の間の中央の第１位置と前記光電変換素子の領域の重心点である第２位置との間に位置していることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記駆動配線の中心線は、前記第１位置と前記第２位置との中央に位置したことを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換素子の光入射側に光通過性電極を設け、該光通過性電極は前記光電変換素子のそれぞれ領域内の１部に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記Ｘ線−光変換手段は、蛍光板であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換装置、詳しくはスキャナー、デジタル複写機などに用いられ、光電変換素子とスイッチ素子とから構成される画素を１次元的、あるいは２次元的に配列してなる光電変換装置、及びそれを用いたＸ線撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等の読み取り系としては縮小光学系とＣＣＤ型センサを用いた読み取り系が用いられており、一方、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）に代表される光電変換半導体材料を用いた光電変換素子及びスイッチ素子からなる画像読みとり装置が広く利用されている。
【０００３】
特に、ａ−Ｓｉは、大面積基板に均一に、しかも、低温で形成できる。そのため、安価なガラス基板に形成することができるという利点があり、広く応用されている。
【０００４】
そして、上記のような光電変換装置の光電変換素子には、ＰＩＮ型フォトダイオードが用いられるのが一般的であり、スイッチ素子には、ＴＦＴが用いられるのが一般的である。
【０００５】
例えば、９４′ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．２１２７，Ｐ１４４〜Ｐ１５１には、光電変換装置は、微弱な光にも感度があり、ダイナミックレンジ（ＤＲ）として１０4 〜１０5 が達成された、と述べられている。ただし、ＤＲはランダムノイズ、熱ノイズなどのノイズにより大きく影響を受けるものと記述されている。さらに、９７′ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３０３２，Ｐ２〜Ｐ１３には、この種の光電変換装置の応用例としてＸ線デジタル検出器が示されている。
【０００６】
Ｘ線デジタル検出器は、Ｘ線像を可視画像に変換するＣｓＩなどの蛍光体または、Ｇｄ2Ｏ2Ｓなどの蛍光板と、その蛍光板から発せられる光を受光する光電変換装置とを備えている。
【０００７】
図８は、上述のＸ線デジタル検出器の等価回路図である。図９は、Ｘ線デジタル検出器を構成する光電変換装置の１画素分の模式平面図であり、図１０は、その模式断面図である。図８のドライバ１は、ゲート線２を介してスイッチであるＴＦＴ３と接続されている。照射Ｘ線は、蛍光板により光に変換され、図１０に示されるように、ＰＩＮ型フォトダイオード４に入射する。
【０００８】
フォトダイオード４に入射した光は、透明電極９を透過し、さらに、Ｐ層を透過してＩ型ａ−Ｓｉ層で光電変換され、光信号が電気信号に変換される。電荷が蓄積される。
【０００９】
フォトダイオード４に蓄積された電荷は、ドライバ１からの制御信号により、順次ＴＦＴ３をオンすることにより、信号線５を介してアンプ７に出力される。そして、アンプ７において、電気信号は増幅され、Ａ／Ｄコンバータ８において、Ａ／Ｄ変換され図示しないコンピュータなどに出力される。なお、バイアス線６により、フォトダイオード４には、逆バイアスが印加されている。
【００１０】
コンピュータでは、入力された画像信号をモニタなどに表示したり、記録媒体などに記録するという画像処理を行う。
【００１１】
図９、図１０に示すように、ＰＩＮ型フォトダイオード４の上部に設けられている透明電極９の上部には、フォトダイオード４にバイアスを印加するためのバイアス線６が備えられている。バイアス線６を設ける位置は、透明電極９の上部であればよく、特に定められていなかった。
【００１２】
ところで、上記のような光電変換装置においては、フォトダイオードの受光感度を向上させることが強く求められている。特に、Ｘ線撮像装置においては、感度アップは、直接、Ｘ線線量を低減できる大きな利点となり、早急に解決すべき課題である。図１１にフォトダイオードの受光光量とセンサからの電気信号の出力との関係の１例を示す。本図においては、光量１０-3〜１の範囲で使用できるセンサであるが、これを例えは１０-4〜１の範囲で使用できるようにすることが求められている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
フォトダイオードの受光感度を向上させるために、画素の開口率を増加させることや、配線容量を低くすることにより、電気信号のノイズ成分を抑制することなどが種々検討されている。
【００１４】
しかしながら、蓄積電荷の転送能力を考慮してＴＦＴのサイズが決定されているため、画素の開口率を高めることには限界がある。また、ゲート線と信号線とのクロス部の面積は、製造歩留まりなどを考慮して決定されているため、配線幅低減により、配線間容量を低くすることにも限界があった。
【００１５】
（発明の目的）
そこで本発明は、フォトダイオードの受光感度を向上させることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された複数のスイッチ素子と、前記光電変換素子のそれぞれの光電変換により得られた電気信号を出力する複数の信号線と、前記光電変換素子を駆動する複数の駆動配線とを配列した光電変換装置において、前記駆動配線は、前記信号線の間において前記信号線と平行に配列し、前記駆動配線は、その中心線が前記信号線の間の中央の第１位置と前記光電変換素子の領域の重心点である第２位置との間に位置していることを特徴とする。
【００１７】
また、複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に接続された複数のスイッチ素子と、前記光電変換素子のそれぞれの光電変換により得られた電気信号を出力する複数の信号線と、前記光電変換素子を駆動する複数の駆動配線とを配列した光電変換装置、及び、前記光電変換装置に光入射側に配置した入射Ｘ線を可視光に変換し該可視光を前記光電変換装置に入射させるＸ線−光変換手段を備えているＸ線撮像装置において、前記駆動配線は、前記信号線の間において前記信号線と平行に配列し、前記駆動配線は、その中心線が前記信号線の間の中央の第１位置と前記光電変換素子の領域の重心点である第２位置との間に位置していることを特徴とする。
【００１８】
（作用）
バイアス配線の配置を適切に設定することにより、透明電極の膜厚を薄くし、または、透明電極の面積を小さくすることを可能とし、センサの受光感度を高める。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の光電変換装置の第１の実施形態について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の光電変換装置の画素を示した図である。画素は、スイッチであるＴＦＴ３とフォトダイオード４とを含んで構成されている。画素は、２次元に配列され、その配列ピッチは、たとえば、１６０μである。
【００２０】
ゲート線２は、ＴＦＴ３と接続されている。そして、ドライバ（不図示）からゲート線２を介して与えられる信号によりＴＦＴ３がオンされ、これによりフォトダイオード４から光電変換された電荷が信号線５に出力される。
【００２１】
つぎに、本実施形態に示す光電変換装置の画素の動作について説明する。入射光は、ＰＩＮ型フォトダイオード４上に設けられた透明電極（不図示）（以下、ＩＴＯと称する）を透過し、さらに、フォトダイオード４のＰ層を透過してＩ型ａ−Ｓｉ層で光電変換され、光信号が電気信号に変換され、電荷が蓄積される。
【００２２】
フォトダイオード４に蓄積された電荷は、ドライバ（不図示）からの制御信号により、順次ＴＦＴ３をオンすることにより、信号線５を介してアンプ（不図示）に出力される。そして、アンプにおいて、電気信号は増幅され、Ａ／Ｄコンバータ（不図示）でＡ／Ｄ変換され、画像処理装置（不図示）により画像信号が処理される。
【００２３】
光電変換装置を作動させるときには、バイアス線６によって、センサ（フォトダイオード）４にバイアスをかける。そのときに、ＩＴＯ（不図示）の膜厚に依存してセンサ４へのバイアス印加状態が変わる。そのため、受光感度が低くなる場合がある。
【００２４】
ここで、図２は、フォトダイオードの異なる位置にバイアス線を配置した様子を示す図である。図３は、図２における各々のバイアス線配置の場合のセンサ４の受光感度をＩＴＯの膜厚をパラメーターとして測定した測定結果を示す図である。なお、フォトダイオード４入射する光量は、バイアス線６の配線位置に拘わらず同じである。
【００２５】
図２において、バイアス線の配線位置（ａ）は、センサ４の領域の重心Ｂを通っており、配線位置（ｂ）、（ｃ）はセンサ４の領域の重心Ｂから離れた位置を通っている。また、図３に示すように、バイアス線６の配線位置は、フォトダイオード４の重心を通る配線位置（ａ）とすることにより、センサ感度を最も高くすることができる。
【００２６】
つぎに、センサ４の受光感度とバイアス線６の配線レイアウトとの関係について図４、図５を用いて説明する。図４は、バイアス線６をフォトダイオード４の各々異なる位置に配置した様子を示した図である。図５は、図４に示した各々のバイアス線６の位置に対するセンサ４の受光感度を信号線に対する配置位置をパラメータとして測定した結果を表す図である。
【００２７】
図５に示すように、フォトダイオード４は、隣接信号線間におけるバイアス線６の位置により受光感度に影響を受ける。これは、バイアス線６を隣接信号線間の端の方に配置するにつれて、バイアス線６と信号線との間の容量結合が大きくなる。このことにより、信号のノイズ成分が増大しＤＲが低下するからである。
【００２８】
また、バイアス線６を隣接信号線間の端の方に配置するにつれて、リーク電流が大きくなり、これによっても信号のノイズ成分が増大しＤＲが低下するからである。したがって、バイアス線６の位置は隣接信号線間の中央Ａが最も好ましい。
【００２９】
図１において、バイアス線６は、隣接する２つの信号線５間の中央を示す破線Ａと、フォトダイオード４の領域の重心Ｂを通り信号線５と平行な破線との間に中心線が位置するように配置されている。もちろん、最も好ましいのは、破線Ａと点Ｂを通る破線との中央にバイアス線６を配置した場合である。
【００３０】
このようにすることで、ＩＴＯの膜厚が薄く抵抗値が大きい場合でも、センサ４の全体に充分なバイアスを印加できるという第１の効果と、バイアス線と信号線との間の容量を小さくして信号のノイズを低減するという第２の効果とを良好に調和させ、双方ともの効果を良好に得ることで、センサ４の受光感動を向上させることができる。
【００３１】
本実施形態と従来技術とにおけるＩＴＯ膜厚とセンサ感度との関係を図６に示す。本図に示すように、本発明の実施形態は、ＩＴＯの膜厚を薄膜化して、センサの受光感度を従来技術の光電変換装置のセンサの受光感度より向上させることができる。
【００３２】
（実施形態２）
つぎに、本発明の光電変換装置の第２の実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態の光電変換装置は、光電変換素子の受光部より小さな面積の電極（ＩＴＯ９）を用いている。なお、バイアス線６や図示しない信号線などの構成は実施形態１と同様であるため説明を省略する。また、バイアス線６は、実施形態１と同様に、隣接信号線間の中央と光電変換素子の領域の重心との間に配置している。
【００３３】
上記のように、バイアス線６の位置を変更することにより、ＩＴＯ９へのバイアス印加が充分達成でき、そのため、ＩＴＯの面積を１０μｍ程度までは小さくしても、電界のしみ出しによりフォトダイオード４に所望のバイアスをかけることができる。ＩＴＯ９の面積は、ＩＴＯ９からフォトダイオード４への電界の広がり、またはＰ層の電極として機能を考慮して決定している。具体的には、ＩＴＯ９は、周辺を１０μｍほど小さくすることができる。
【００３４】
図７に示したように、ＩＴＯ９は、フォトダイオード４より小さい面積のものを用いることができる。したがって、ＩＴＯ９により吸収される光量が減少するため、センサ４への入射光の利用効率を高めることができ、受光感度を向上させることができる。
【００３５】
また、ＩＴＯ９における光吸収量を減らすことによりセンサの光吸収量を増やすためには、ＩＴＯ９の形状をメッシュ状にしてもよい。このことにより、上記のようにＩＴＯ９の面積を減らした場合と同様の効果が得られる。具体的には、メッシュの穴の部分の大きさは、１０μｍ四方とすることができる。
【００３６】
同様に、Ｐ層又はＮ層が十分な抵抗値を持つならば、ＩＴＯ９を用いずに直接Ｐ層又はＮ層にバイアス線を配置でき、このとき、さらに、センサをＰ層のみで素子間分離してもよいことになる。すなわち、ＩＴＯ９を設けない構成とすることもできる。したがって、Ｐ層のみで素子間分離してもいいことになる。このことにより、上記と同様に、センサの光吸収量を増やすことができる。また、薄くて、受光感度のよいセンサを用いた光電変換装置を形成することができる。
【００３７】
以上の実施形態の光電変換装置の光入射側にＸ線像を光線像に変換する蛍光板を配置することで、Ｘ線撮像装置を構成することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光電変換素子の駆動配線の中心線を、信号線間の中央と、光電変換素子の重心との間に配置することにより、光電変換素子に均一にバイアスを印加できることができる。そのため、透明電極の膜厚を薄くすることができ、光電変換素子へ入射する入射光の利用効率を高めることができる。したがって、光電変換素子の受光感度を向上させることができる。
【００３９】
よって、このような光電変換装置をＸ線撮像装置に応用した場合には、Ｘ線デジタル撮像装置で必要な照射Ｘ線量を減らすことができる。そのため、Ｘ線照射により人体に与える影響を少なくしたＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の光電変換装置の画素の模式的平面図である。
【図２】フォトダイオードとバイアス線との配置位置を示す図である。
【図３】図２に示したバイアス線の位置によるＩＴＯ膜厚と相対感度との関係を示す図である。
【図４】フォトダイオードとバイアス線との配置位置を示す図である。
【図５】図４に示したバイアス線の位置によるＩＴＯ膜厚と相対感度との関係を示す図である。
【図６】ＩＴＯの膜厚とフォトダイオードの受光感度との関係を示す図である。
【図７】実施形態２の光電変換装置の画素の模式的平面図である。
【図８】従来技術の光電変換装置の等価回路である。
【図９】従来技術の光電変換装置の画素の模式的平面図である。
【図１０】従来技術の光電変換装置の画素の模式的断面図である。
【図１１】従来技術の光電変換装置の入射光量と出力電子数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ドライバ
２  ゲート線
３  ＴＦＴ
４  フォトダイオード（センサ）
５  信号線
６  バイアス線
７  アンプ
８  Ａ／Ｄコンバータ
９  透明電極（ＩＴＯ）
【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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【図１０】
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【図１１】
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