(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の操作方法であって、
前記装置はセンサアレイを備え、
前記センサアレイは、データライン、走査ライン、および各データライン／走査ライン対に関するセル回路構成を備えるアレイ回路構成を有し、
各データライン／走査ライン対の前記セル回路構成は、刺激を受け取るためおよび受け取られた前記刺激の測度を示す電気信号を与えるためのセンシング素子を備え、
前記センシング素子は電荷収集電極を備え、
また、当該セル回路構成は、
前記走査ライン上の走査信号に応答して、前記データラインと前記電荷収集電極とを電気的に接続し、前記センシング素子からの前記電気信号を前記データラインに与えるためのスイッチング素子を備え、
前記方法は、
第一インターバルの間においては、前記センシング素子を刺激し一組の前記データラインを固定電位に電気的に接続すること、および、
前記第一インターバルの後の第二インターバルの間においては、一組の前記走査ラインのそれぞれに、デューティインターバルを含む走査信号を与え、また、前記の一組中のひとつの走査ライン上の前記走査信号の前記デューティインターバルの後で、前記の一組のデータラインの少なくともひとつから信号を読み出すこと、
を含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記装置が、さらに、各データラインに関して、固定電位信号に応じて前記データラインを前記固定電位に電気的に接続するための固定電位スイッチング素子を備え、
前記センシング素子を刺激し一組の前記データラインを固定電位に電気的に接続する動作は、前記固定電位信号を前記の一組中の前記データラインの前記固定電位スイッチング素子に与えることを含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記装置が、さらに、各データラインに関して、信号を前記データラインから受け取るために前記データラインに電気的に接続される読み出し増幅器を備え、
各読み出し増幅器は、その入力および出力リードが電気的に接続されるリセットモードを有し、
前記センシング素子を刺激し一組の前記データラインを固定電位に電気的に接続する動作は、前記の一組中の前記データラインの前記読み出し増幅器を前記リセットモードに保持することを含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記の一組のデータラインがすべての前記データラインを含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記の一組の走査ラインがすべての前記走査ラインを含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記センシング素子を刺激し一組の前記データラインを固定電位に接続する動作は、
前記センシング素子を刺激する間に、前記の一組の前記データラインを前記固定電位に接続すること、
前記センシング素子を刺激することを終了した後も、引き続き前記の一組の前記のデータラインを前記固定電位に電気的に接続すること、および
前記第二インターバルの前に、前記の一組の前記のデータラインを前記固定電位に電気的に接続することを終了すること、
を含むことを特徴とする装置の操作方法。
【請求項７】
データライン、走査ライン、および各データライン／走査ライン対に関するセル回路構成を備えるアレイ回路構成を有するセンサアレイを含む装置であって、
各データライン／走査ライン対の前記セル回路構成は、刺激を受け取るためおよび受け取られた前記刺激の測度を示す電気信号を与えるためのセンシング素子を備え、
前記センシング素子は電荷収集電極を備え、
また、当該セル回路構成は、
前記走査ライン上の走査信号に応答して、前記データラインと前記電荷収集電極とを電気的に接続し、前記センシング素子からの前記電気信号を前記データラインに与えるためのスイッチング素子を備え、
当該装置は、さらに、
前記走査ラインおよび前記データラインに接続される読み出し回路構成と、
前記センシング素子を刺激するための刺激回路構成と、を備え、
前記刺激回路構成は、前記センシング素子が刺激されるオン状態と、前記センシング素子が刺激されないオフ状態とに切り換えることが可能であり、
また、該装置は、さらに、
前記読み出し回路構成および前記刺激回路構成を制御するための制御回路構成を備え、
前記制御回路構成によって、
前記刺激回路構成を前記オン状態に切り換え、前記センシング素子の刺激を開始することと、
前記センシング素子が刺激されている間に、前記読み出し回路構成を作動させ、一組の前記データラインを固定電位に電気的に接続することと、
前記刺激回路構成を前記オフ状態に切り換え、前記センシング素子を刺激することを中止することと、
前記読み出し回路構成を作動させ、前記の一組の前記データラインを前記固定電位に電気的に接続することを中止することと、
前記の一組の前記データラインを前記固定電位に電気的に接続することを中止した後、前記読み出し回路構成を作動させ、一組の前記走査ラインのそれぞれに、デューティインターバルを含む走査信号を与え、前記の一組中のひとつの走査ライン上の前記走査信号の前記デューティインターバルの後で、前記の一組のデータラインの少なくともひとつから信号を読み出すことと、
が操作されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、各データライン／走査ライン対の前記セル構成回路の前記電荷収集電極が前記データラインと重複することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、前記制御回路構成によって、前記読み出し回路構成が作動され前記の一組の前記データラインを前記固定電位に電気的に接続した後、前記制御回路構成によって前記刺激回路構成が前記オン状態に切り換えられることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置において、各センシング素子は、電磁放射線を受け取ることおよび受け取られた前記電磁放射線の測度を示す電気信号を与えることを目的とし、
前記刺激回路構成は電磁放射線の供給源を備え、前記刺激回路構成は前記供給源から放射線を与えることによって前記センシング素子を刺激することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記の電磁放射線源がＸ線源であることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサアレイに関する。特に、本発明は、センサアレイから信号を読み出す技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｌｅｅらの米国特許第５，３１９，２０６号には固体デバイスを使用しＸ線画像を得る技術が開示されている。図２〜８に示し説明するように、バイアス電圧がすべてのアドレスラインにかけられ、これによって各画素のトランジスタが導通状態とされ、また、電圧がアレイリセットラインにかけられ、これによってアレイリセットトランジスタが各読み出し線に接続され、読み出し線に接続される電荷蓄積キャパシタが大地に短絡される。次に、異なる電圧がすべてのアドレスラインにかけられ、これによって各画素のトランジスタが非導通状態となり、またアレイリセットトランジスタも同様に非導通状態となる。所定期間後、Ｘ線束は中断され、各アドレスラインは順次アドレスされる。電荷が、読み出し線に流れ、それから増幅電荷検波器の入力に流れる。アドレスラインに沿う画素のひとつのラインからの信号が読み出された後、電荷増幅器はリセットされ、次のアドレスラインがアドレスされ、その他同様にして、電荷蓄積キャパシタが標本化されるまで続く。次に、信号が適用されトラップされる電荷を消去してから別の画像を撮像する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性電荷収集電極および信号をアレイのセルからアレイの周辺に運ぶラインを有するセンサアレイにおいて発生することがある基本問題の認識に基づく。以下本明細書においては、このラインを「データライン」という。蓄積電荷の読み出し中に、データラインは一度にひとつずつの電荷収集電極に電気的に接続される。しかし、データラインと他の隣接する素子、特に電荷収集電極との間の容量結合は、結果として読み出しエラーを生じることがある。
【０００４】
容量結合は、「クロストーク」を生じる結果となり、クロストークはデータライン上の誘導電荷、特にデータラインに容量結合される電荷収集電極に由来するエラーオフセットであるが、他の容量結合素子に由来する可能性もある。クロストークによって、データラインから読み出される電荷が変化される。クロストークによって、容量結合される電極に蓄積される電荷も変更され、その結果、蓄積電荷が読み出されるときにエラーを生じる恐れがある。したがって、クロストークによって、アレイから得られる画像が劣化させられる。
【０００５】
クロストークが発生する場合は、スイッチングによって、データラインが電荷収集電極に電気的に接続された後で、データライン上の電荷が電荷の合計となる。この合計には、切り換えられた電極によって蓄積された電荷だけでなく、他の隣接する電荷収集電極との容量結合に由来する誘導電荷も含まれる。読み出し中に、アレイが照明される場合（「連続照明」と呼ぶ）、または他の刺激を受ける場合は、容量結合に由来する誘導電荷は読み出し中は変動するが、たとえば、前述のＬｅｅらの技術におけるように、読み出し中にアレイが刺激を受けないときでさえも、誘導電荷は存在することがある。
【０００６】
クロストーク問題は、将来、一層重要になると予測され、それは電荷収集電極がデータラインと重複し、容量結合が増加される技術が提案されたためである。さらに、アレイのセルは寸法が縮小され、各セルの合計キャパシタンスは減少する見込みであるので、電極、および走査ライン、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような他の素子との容量結合に起因するエラーオフセット、ならびに金属バイアスとの容量結合に起因するエラーオフセットは、それに見合って大きくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、クロストーク問題を軽減する技術の発見に基づく。この技術によって、アレイのセンシング素子が、たとえば照明されることによって、刺激される期間中は、データラインは固定電位に電気的に接続される。これによって、容量結合に由来するデータライン上の誘導電荷は、大地に流れることになる。刺激の終了後は、各電荷収集電極によって蓄積される電荷は、一定のままである。したがって、さらに、容量結合電荷がデータラインに流れ込むことは全くない。固定電位に接続されたデータラインを使用して、電荷収集電極から信号をクロストークなしに読み出すことができる。
【０００８】
読み出し技術は、センサアレイを含む装置を操作する方法として実施することができる。センサアレイは、データライン、走査ライン、および各データライン／走査ライン対に関するセル回路構成を有するアレイ回路構成を備える。各データライン／走査ライン対に関するセル回路構成は、センシング素子およびスイッチング素子を備える。センシング素子は、電荷収集電極を備え、刺激を受け取り受け取られた信号の測度を示す電気信号を与える。スイッチング素子は、データラインと電荷収集電極のリードとを電気的に接続することによって、走査ラインの走査信号に応答し、センシング素子からの電気信号をデータラインに与える。
【０００９】
第一のインターバル中に、本方法によって、センシング素子が刺激され、一組のデータラインが固定電位に電気的に接続される。第一インターバル後の第二インターバル中に、本方法によって、一組の走査ラインのそれぞれに、デューティインターバルを含む走査信号が与えられる。その一組の各走査ラインの走査信号のデューティインターバルの後で、本方法によって、少なくともひとつのデータラインから信号が読み出される。たとえば、その一組のデータラインはすべてのデータラインを含むことが可能であり、また、その一組の走査ラインはすべての走査ラインを含むことが可能である。
【００１０】
データラインを固定電位に電気的に接続することによって、容量結合に起因する誘導電荷が防止される。したがって、本方法によって、クロストーク問題が軽減される。
【００１１】
装置が、固定電位信号に応じて各データラインを固定電位に電気的に接続する固定電位スイッチング素子を備える場合は、本方法によって、固定電位信号をその一組のデータラインの固定電位スイッチング素子に与え、データラインを固定電位に接続することができる。装置が、各データラインに関して、データラインに電気的に接続される読み出し増幅器を備える場合は、本方法によって、その一組のデータラインの読み出し増幅器をリセットモードに保持しデータラインを固定電位に接続することができる。
【００１２】
センシング素子の刺激中および一組のデータラインの電気的接続中に、本方法によって、センシング素子を刺激すると同時に、一組のデータラインを固定電位に電気的に接続することができる。本方法によって、センシング素子を刺激することが終了した以後も、引き続き一組のデータラインを固定電位に電気的に接続することができる。次に、本方法によって、一組のデータラインを固定電位に電気的に接続することを終了してから、第二インターバルを開始することができる。
【００１３】
また、読み出し技術は、前述のようなセンサアレイ、走査ラインおよびデータラインに接続される読み出し回路構成、センシング素子を刺激するための刺激回路構成、および制御回路構成を備える装置によって実施することができる。制御回路構成によって、刺激回路構成をセンシング素子の刺激を開始するオン状態に切り換えること、センシング素子が刺激されている間に読み出し回路を操作し一組のデータラインを固定電位に接続すること、刺激回路構成を刺激を終了するオフ状態に切り換えること、読み出し回路構成を操作し一組のデータラインを固定電位に電気的に接続することを終了すること、次いで、読み出し回路構成を操作し一組の走査ラインのそれぞれにデューティインターバルを含む走査信号を与えること、および、デューティインターバルの後で読み出し回路構成を操作し一組のデータラインの少なくともひとつから信号を読み出すことが可能である。
【００１４】
たとえば、この技術は、各セル回路構成の電荷収集電極がデータラインと重複する装置に適用することができる。制御回路構成によって、読み出し回路構成を操作しデータラインを固定電位に接続してから、刺激回路構成に切り換えることができる。センシング素子は電磁放射線を感知することが可能であり、また刺激回路構成はＸ線源のような電磁放射線源を備えることが可能である。
【００１５】
前述の技術によって、センサアレイにおいてデータラインと他の隣接する導電素子、特に電荷収集電極との間のクロストークが軽減されるので、この技術は有利である。したがって、本技術によって、センサアレイにおいて、一層正確なグレイスケール解像度を得ることが可能となる。本技術は、縦方向集積センサアレイにおいて特に有利である。
【００１６】
以下の説明、図面、および特許請求の範囲によって、本発明の前述およびその他の観点、目的、態様、および利点がさらに明らかにされる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
Ａ．概念構成
下記の概念構成は、広範囲の本発明を理解するために有用であり、また、以下に定義される述語は、特許請求の範囲を含めて本出願を通じて定義された意味を有する。
【００１８】
「回路構成」または「回路」は、別の位置または時間における第二信号を与えることによって、ある位置または時間において、第一信号に応答することができる物体の任意の物理的配列であり、この場合、第二信号のタイミングまたは内容によって、第一信号のタイミングまたは内容に関する情報が与えられる。回路構成が、第一信号を第一位置において受け取り、これに応じて、第二信号を第二位置において与えるとき、回路構成は、第一信号を「転送する」という。
【００１９】
人間による同時制御と無関係に、回路構成の素子が操作または機能を実施するとき、回路構成の素子は操作または機能を「自動的に」実施するという。
【００２０】
信号をひとつの素子から別の素子に転送することができる回路構成の組合せが存在するとき、二つの素子は「接続」されているという。たとえば、二つの素子は、２素子間の接続の任意の組合せによって「接続」され、この接続によって、信号を素子のひとつからもうひとつに転送できる。電気信号をひとつの素子からもう一つの素子に転送することができる回路構成の組合せが存在するとき、二つの素子は「電気的に接続される」という。二つの素子は、たとえば容量結合を経由する場合のように、物理的に接続されないときでも、電気的に接続されることができる。
【００２１】
回路構成によって、信号が第一素子から第二素子に転送されるとき、第一素子は信号を「与える」ことになり、第二素子はその信号を「受け取る」ことになる。「信号インターバル」は、信号が与えられる期間、または受け取られる期間である。
【００２２】
「電気回路」は、その中で素子が電気的に結合される回路である。「電気構造」は、ひとつ以上の電気回路を含む物理構造である。
【００２３】
「基板」または「チップ」は、回路構成を形成することができる表面または取り付けることができる表面を有する材料よりなるユニットである。「絶縁基板」は、電流を全く流すことができない基板である。
【００２４】
「層」は、表面を覆って形成され、通常、表面に平行に拡大され、表面に対向する一面と表面から離隔される他面とを有し、厚さを有する素材である。層は、その中に二つ以上の層を含むことがあり、これを「下位層（sublayer）」という。層は、同質であることもあり、その組成が変化することもある。
【００２５】
電気構造の層が、機能を実施できるような厚さおよび構成を有するとき、その層は機能を実施する「ための構造を有する」という。たとえば、同質層の材料の特性およびその厚さによって、層は機能を実行することができる。または、層の下位層の特性によって、層はその機能を実行できる。
【００２６】
たとえば、物理的または化学的蒸着によって、材料を付着させ、層を形成する操作を、層を「付着させる」という。
【００２７】
「パターン化層」は、パターンを形成する層である。たとえば、パターン化層は、層の一部を除去してパターンを形成することによって、または層をパターンとして付着させることによって、形成することができる。
【００２８】
「リソグラフィ」を実施すること、または「リソグラフィでパターン化」することは、放射線源を使用しマスクパターンを放射線感受性素材の層に転送し、次に、放射線感受性素材を現像し、マスクパターンのポジティブコピーまたはネガティブコピーを得ることである。
【００２９】
「薄膜構造」は、絶縁基板の表面に形成される電気構造である。薄膜構造は、たとえば、絶縁基板の表面に膜を付着させ、膜をリソグラフィによりパターン化することによって形成することができる。
【００３０】
「集積回路」は、基板表面に、付着、リソグラフィ、エッチング、酸化、拡散、注入、アニーリングのようなバッチ処理によって形成することができる回路である。
【００３１】
表面の電気構造において、第一層の一部と表面との間に第二層の一部が存在するときは、第一層の一部は第二層の一部を「被覆する」または「被覆する形状を有する」または「上にある」という。
【００３２】
「リード」は、素子の一部であり、素子が別の素子と電気的に接続される点である。「ライン」は、二つ以上のリードの間に伸びて、二つを電気的に接続する簡単な構成要素である。ラインは、素子またはリードの「間に接続される」ものであり、素子またはリードを電気的に接続する。リードとラインとの組合せによって二つのリードが電気的に接続されるとき、素子のリードは、別の素子のリードに「接続される」という。集積回路においては、二つの素子のリードが両方の素子の一部である単一のリードとして形成されることによって、二つの素子のリードが「接続される」場合もある。
【００３３】
術語「アレイ」と「セル」は関係がある。「アレイ」は、「セル」の配列を含む製造品である。たとえば、「二次元アレイ」または「２Ｄアレイ」は、セルの二次元の配列を含む。回路の２Ｄアレイは、行および列を含むことがあり、各行には列があり、各列には行がある。ひとつの方向のラインは「データライン」であることがあり、これを通してセルは「データ信号」と呼ばれる信号を受け取りまたは与え、この信号によってセルの状態が決定または表示される。他の方向のラインは「走査ライン」であることがあり、これを通してセルは「走査信号」と呼ばれる信号を受け取り、この信号によってセルはそのデータラインから信号を受け取りまたはそのデータラインに信号を与えることができる。
【００３４】
回路構成のアレイにおいて、「セル回路構成」は、セルの走査ラインおよびデータラインに接続される回路構成である。
【００３５】
走査信号の「デューティインターバル」は信号インターバルであり、その間は、走査信号を受け取るために接続されるセルが、そのデータラインを通じてデータ信号を受け取ることまたは与えることが可能とされる。
【００３６】
「チャネル」は、素子の一部であり、これを通して電流が流れることができる。チャネルが、チャネルを通って電流が流れることができる状態にあるとき、チャネルは、「導通状態」であるという。
【００３７】
「チャネルリード」は、チャネルに接続するリードである。チャネルは、たとえば、二つのチャネルリードの間に伸びることができる。
【００３８】
「スイッチング素子」は、二つのチャネルリードの間に伸び、高インピーダンスと低インピーダンスとを切り換えるように制御されることができるチャネルを含む素子である。
【００３９】
「センシング素子」は、刺激を受け取ること、および受け取った刺激の測度を表示する電気信号を与えることができる素子である。受け取られる刺激は、電磁放射線、圧力、温度、化学薬品、またはその他の感知および測定することが可能な刺激である。
【００４０】
センシング素子は、「電荷収集電極」を備えることがあり、電荷収集電極は、受け取られた刺激に由来する電荷を収集するように機能する導電素子を意味する。
【００４１】
「導電層」は、導電性物質によって形成される層である。
【００４２】
「絶縁層」は、非導電性物質によって形成される層である。
【００４３】
層の一部が「エッジを有する」ということは、言い換えれば、層の相補部分が、ひとつ以上の操作によって除去され、層の部分を離れたということである。エッジは、層の部分とその相補部分との境界である。
【００４４】
第一層の一部が、第二層の一部のエッジの上にあり、それを超えて伸びるが、第二層の一部のエッジの内側にエッジを有するとき、第一層の一部は、第二層の一部と「重複する」と言い、また逆にも言う。第一層および第二層の重複する部分が第三層によって分離されるとき、重複する部分の「間」にある第三層の一部は、第一部分の重複するエッジの第三層上への投影と第二部分の重複するエッジの第三層上への投影との間の部分である。
【００４５】
「容量素子」または「キャパシタ」は、電荷を蓄積することによって電圧レベルを保持する素子である。容量素子は、二つの導電素子を含むことがあり、これは「電極」と呼ばれ、絶縁層で分離される。「誘電層」は、容量素子の電極を分離する絶縁層である。
【００４６】
「容量結合信号」は、素子が、その素子への直流電流または素子からの直流電流のような他のイベントではなく、容量として受け取る信号である。
【００４７】
「容量結合」は、ひとつの素子が、他の素子から容量結合信号を受け取るとき、二つの素子の間に発生する。
【００４８】
「結合防止層」は、二つの素子の間の容量結合を減少させるように機能する層である。
【００４９】
回路の作動中に、素子がリードとラインとの組合せを通じて低インピーダンス素子に接続されるときは、素子は「固定電位に」あるという。この低インピーダンス素子は、固定電位にあるとして処理され、以下「固定電位回路構成」と呼ぶ。たとえば、通常、集積回路は、ゼロ電位として処理される外部接地接続を有する。リードとラインとの組合せによって外部接地接続に接続される素子は固定電位にあり、さらに厳密にいえば、地電位にある。
【００５０】
Ｂ．態様の概要
図１〜３に、本発明の態様の概要を示す。図１に、センサアレイを有する装置を作動させ、刺激中にデータラインを固定電位に接続することができる方法を示す。図２に、図１のように作動する装置を示す。図３に、固定電位スイッチング素子および読み出し増幅器を使用し、データラインを固定電位に接続することができる方法を示す。
【００５１】
図１の囲み１０に示す動作は、装置のセンサアレイのセンシング素子が刺激されている第一インターバルの間に実施される。第一インターバルの間に、囲み１０の動作によって、センサアレイの一組のデータラインが固定電位に接続される。
【００５２】
囲み１２の動作は、第一インターバルの後の第二インターバルの間に実施される。走査信号は、デューティインターバルと同時に、一組の走査ラインのそれぞれに与えられる。デューティインターバルの後で、囲み１２の動作によって、信号が一組のデータラインの少なくともひとつから読み出される。その一組中のデータラインは第一インターバルの間は固定電位に接続されるので、クロストークに由来するエラーオフセットは、有意に減少される。
【００５３】
図２に示す装置は、走査ライン、データライン、および、各データライン／走査ライン対に関して、詳細に前述したようなセル回路構成３０を有するセンサアレイ２２を備える。セル回路構成３０は、走査ライン３２およびデータライン３４に接続される。
【００５４】
セル回路構成３０は、電荷収集電極４２を有するセンシング素子４０を備える。センシング素子４０は、刺激を受け取り、受け取られた刺激の測度を示す電気信号を与える。
【００５５】
セル回路構成３０は、スイッチング素子４４も備える。スイッチング素子４４は、データライン３４と電荷収集電極４２とを接続することによって、走査ライン３２上の走査信号に応答し、センシング素子４０からの信号をデータライン３４に与える。
【００５６】
また、装置は、読み出し回路構成５０、刺激回路構成５２、および制御回路構成５４を備える。読み出し回路構成５０は、センサアレイ２２の走査ラインおよびデータラインに接続される。刺激回路構成５２は、センサアレイ２２のセンシング素子を刺激し、またセンシング素子が刺激されるオン状態と、刺激されないオフ状態とに切り換えることができる。制御刺激源５６として図示されるが、刺激回路構成５２は、刺激供給源のほかに、センサアレイ２２と刺激供給源との間に電気機械シャッタまたは電気光学シャッタを備えることができる。
【００５７】
制御回路構成５４によって、読み出し回路構成５０および刺激回路構成５２が制御される。このようにしながら、制御回路構成５４は前述のような操作を実施する。制御回路構成５４によって、刺激回路構成５２がオン状態に切り換えられ、センサアレイ２２のセンシング素子の刺激が開始される。制御回路構成５４によって、センシング素子が刺激されている間に、読み出し回路構成５０が作動されて一組のデータラインが固定電位に電気的に接続される。制御回路構成５４によって、刺激回路構成５２がオフ状態に切り換えられ、刺激が終了される。刺激の終了後、制御回路構成５４によって、読み出し回路構成５０が作動され、一組のデータラインと固定電位との電気的接続が終了される。次に、制御回路構成５４によって、読み出し回路構成５０が作動され、一組の走査ラインのそれぞれに、デューティインターバルを含む走査信号が与えられ、デューティインターバル後に、その一組のデータラインの少なくともひとつから信号が読み出される。
【００５８】
図３に、データライン７０を固定電位に接続させ、クロストークを減少させることができる方法の概略を示す。データライン７０および走査ライン７２に接続されるひとつのセル回路構成が、概略図として表示されている。センシング素子はいかなる測定可能な物理的刺激も受け取ることができるが、図３には、電磁気放射線を受け取り、受け取られた放射線の測度を示す信号を与えるセンシング素子の特定の例を示す。さらに厳密に言えば、図３に示すセンシング素子は、光を受け取るためのフォトダイオード８０を例として備えるが、フォトダイオード８０は電磁放射線および他の入射刺激を受け取ることができる広範囲な素子の代表例であるに過ぎない。また、図３には、スイッチング素子として機能することができるトランジスタ８２を例として示す。フォトダイオード８０が適切な周波数で刺激を受け取ると、バイアス電圧ＶDのために、電流が流れ、電荷が電荷収集電極に蓄積される。必要により、センシング素子は、ＣSTのキャパシタンスを有する蓄積キャパシタ８４を備えることができる。図に示すように、電荷収集電極は、蓄積キャパシタ８４の電極のひとつであることが可能であり、または蓄積電極のひとつに電気的に接続され、他の電極は従来通り固定電位に接続されることが可能である。フォトダイオード８０は、ＣPDのキャパシタンスを有するそれ自体の静電容量８６を有し、ＣPDによって十分な電荷蓄積が与えられ操作の必要条件が満足されるときは、蓄積キャパシタ１６は不必要であるので削除することができる。
【００５９】
電荷収集電極とデータライン７０との間にＣXのキャパシタンスを有する結合容量８８が発生する。電荷収集電極がデータライン７０と重複するときは、ＣXは、電荷収集電極およびデータライン７０が同一平面上に存在する場合に発生するフリンジングキャパシタンスから著しく増加する。厳密に言うと、ＣX＝ＣINS・ｗ・Ｌであり、ここで、ＣINSは電荷収集電極とデータライン７０との間の絶縁層の単位面積当たりのキャパシタンスであり、ｗは重複の幅であり、データライン７０の幅に等しくすることが可能であり、またＬは重複の長さであり、セルの長とすることが可能である。対照的に、辺の長さＬを有する正方形セルの場合は、ＣPD＝ＣS・Ｌ2となり、ここで、ＣSはセンサ層の単位面積当たりのキャパシタンスであり、これはセル面積Ｌ2のほぼ全体を占める。
【００６０】
データライン７０に沿うセルにおいて生成される誘導信号の全体によって、デューティインターバルが走査ライン７２の走査信号に発生するときに、データライン電圧が予測される直接信号から変化される。デューティインターバル中は、トランジスタ８２は導通状態であるので、フォトダイオード８０からの直接信号はデータライン７０に与えられるが、静電容量８８のキャパシタンスに由来する誘導信号およびデータライン７０に沿う他のセルの結合容量に由来する同様な誘導信号もデータライン７０に存在し、エラーオフセットを生成する。
【００６１】
従来は、読み出し回路構成によって、各読み出しサイクルの間にデータライン７０が接地にリセットされ、容量結合の効果が消去される。この消去は、トランジスタ９０のような固定電位スイッチング素子に信号を与えることによって実施される。その結果として、特定のデータラインに対する最大クロストーク信号電荷は、ＱX＝ＮGATEＩMAXτGATE（ＣX／ＣT）となり、ここで、ＮGATEは走査ラインの数であり、ＩMAXは全照明下の光電流のような最大刺激において各電荷収集電極に流れる電流であり、τGATEは読み出しサイクル間の時間であり、また、ＣTはＣX以外の電荷収集電極の全キャパシタンスであり、ほぼＣSTとＣPDとの合計とすることができる。対照的に、連続最大刺激中に、各電荷収集電極によって蓄積される直接信号電荷は、ＱT＝ｌMAXτFRAMEであり、ここで、フレーム集積時間τFRAMEもＮGATEτGATEに等しい。したがって、最大クロストークエラーはＱX／ＱTであり、連続最大刺激の場合は、これはＣX／ＣTに等しい。さらに一般的な表現においては、ＱX＝Σ｛∫ＩTn（ｔ）ｄｔ（ＣXn／ＣTn）｝であり、ここで、求和はｎ＝１からＮGATEまで実施され、積分は０からτGATEまでの区間で実施され、またＩTnは特定のデータラインに関連するｎ番目の電荷収集電極に流れ込む電流であり、またＣXnおよびＣTnは、それぞれｎ番目の電荷収集電極に関するクロストークキャパシタンスおよび他のキャパシタンスである。
【００６２】
クロストーク問題の重大性を説明するために、例が有用である。インチ当たり４００点（４００ｓｐｉ）のセンサアレイは辺の長さ６３．５μｍである正方形セルを有し、６μｍの幅のデータラインは隣接する各電荷収集電極によって１μｍ重複され、センサ層の厚さは１．３μｍであり、またＳｉＯＮX絶縁層は誘電率Ｋ＝６および０．６μｍの厚さを有すると仮定すると、ＣX＝０．０１５ｐＦおよびＣT＝０．３３ｐＦとなり、最大クロストークエラーオフセットは０．０１５／０．３３＝４．５％となり、これは通常は許容されない。
【００６３】
また、各セルが十分に小さいのでＣTが非常に小さくなりＣXが一層重要になる場合は、クロストーク問題は、重複がないときでも重大である場合がある。クロストーク問題は、蓄積キャパシタを追加することによって、ある程度まで軽減できるが、これによって工程が複雑になり、歩留まりが影響を受けることがあり、また読み出しが遅くなることがある。
【００６４】
また、図３に、読み出し回路構成を使用し、刺激中に、データライン７０を固定電位に電気的に接続する異なる二つの方法を示す。第一の方法によって、刺激中に接地信号を与えてトランジスタ９０を導通状態とすることができるので、データライン７０は直接に大地に接続される。第二の方法によって、刺激中に、リセット信号を増幅器９２に与えることができる。図示の実施形態においては、増幅器９２はフィードバックキャパシタ９４を有し、またリセット信号によってトランジスタ９６は導通状態とされるので、データライン７０は接地に駆動され、「仮想接地」と呼ばれる状態となる。
【００６５】
Ｃ．実施形態
前述した態様の概要は、多くの方法によって実施することができる。以下に述べる実施形態においては、Ｘ線センサアレイによって読み出しを実施する。
【００６６】
Ｃ．１．装置
図４に、前述の態様の概要を実施することができる装置を示す。
【００６７】
装置１５０はセンサアレイ１５２を備え、センサアレイ１５２は基板の表面に形成される回路構成を備える。センサアレイ１５２は、データラインおよび走査ラインを備える。各データライン／走査ライン対に対して、センサアレイ１５２はセル回路構成を備え、例としてその実施形態を、一部の素子は断面図として、他は概略図として示す。
【００６８】
断面として示されるデータライン１６０および概略図として示される走査ライン１６２はセル回路構成を備え、セル回路構成は電荷収集電極１６４を有するセンシング素子を備え、これも断面図として示す。大部分の点において、センサアレイ１５２は、同時係属、同時譲渡の米国特許出願第０８／４７４，８４５号、発明の名称「高導電性金属を含む層にすべて形成される導電性ライン、接点リード、および蓄積キャパシタ電極を有するアレイ回路構成」（単一層出願）によって開示される技術に従って生成され、この出願は参考文献として本明細書に組み込まれる。しかし、図４に示すように、電荷収集電極１６４とデータライン１６０は重複し、これらの間に層１６６があり、この層は、絶縁物質である場合は、誘電体のキャパシタとして機能し、キャパシタの電極はデータライン１６０および電極１６４である。データライン１６０、電極１６４、および層１６６は、同時係属、同時譲渡の米国特許出願第０８／ＡＡＡ，ＡＡＡ号（弁理士事件整理番号Ｄ／９６３０３号）、発明の名称「データラインと電荷収集電極との間に結合防止層を有するセンサアレイ」に開示される任意の方法によって実施することが可能であり、この出願は参考文献として本明細書に組み込まれる。
【００６９】
「単一層出願」には、アレイが、アルミニウムまたは合金のような高導電性金属よりなる層の上にありＳｉＯＮまたは他の適切な物質よりなる絶縁層によって離隔される導電素子を有する技術が開示されている。高導電層は、データライン、ＴＦＴのリード、および蓄積キャパシタ電極を備える。Ｘ線センサにおいては、導電素子は、電荷収集電極として作用することができる。図４に関して述べたように、データラインと導電性素子との間にＳｉＯＮよりなる層を有する場合は、データラインは、ＴｉＷの上下の下位層の間に挟まれるアルミニウムの下位層を有する層に形成することが可能であり、導電素子は、ＩＴＯ層に形成することが可能である。結合を減少させる必要があるときは、ＳｉＯＮ層は６０００オングストローム（６μｍ）を超える厚さに付着させることが可能である。
【００７０】
図４によれば、走査ライン１６２がトランジスタ１６８のゲートに接続されるので、走査ライン１６２上の走査信号によってトランジスタ１６８が導通状態とされ、電荷収集電極１６４に由来する電荷をデータライン１６０に流すことができる。左走査ドライバ１７０および右走査ドライバ１７２によって、走査信号をインターリーブされた走査ラインに与えることができる。たとえば、センサアレイ１５２が１９２０本の走査ラインを備えるときは、左走査ドライバ１７０および右走査ドライバ１７２は、それぞれ、ＴＭＳ５７２０２のような従来型の６個のシフトレジスタ集積回路を備え、それぞれ、１６０本の走査ラインにワイヤ結合またはＴＡＢ接続され、それらをドライブする。
【００７１】
データ読み出しＩＣ１７４は、装置１５０の読み出し回路構成の別の重要な部分であり、同様に、ワイヤ結合またはＴＡＢ結合される従来型の集積回路構成とし、データラインから信号を受け取ることが可能である。たとえば、センサアレイ１５２が１５３６本のデータラインを備えるときは、データ読み出しＩＣ１７４は１２個のＭＸ４  ＩＣを備え、それぞれが１２８本のデータラインから電荷を受け取ることが可能である。ＭＸ４ ＩＣは英国、オックスフォードシャー州のＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ａｐｐｅｌｅｔｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｏｆ  Ｃｈｉｌｔｏｎ  Ｄｉｄｃｏｔから得られる。
【００７２】
従来型のＭＸ４  ＩＣ以外に、ＭＸ４の最適化型であるカスタムＩＣを使用することができるが、比較的低いノイズ増幅器を有する。または、読み出しＩＣを作動させ、データラインを固定電位に接続させる方法が存在する場合は、他の任意の適切な読み出しＩＣを使用することは可能である。一部の従来型読み出しＩＣは、読み出し過程中にすべてのデータラインを自動的に接地またはリセットさせる回路構成を備え、一方、他の読み出しＩＣは、信号を送られデータラインを接地またはリセットさせることができる回路構成を備える。いかなる従来型読み出しＩＣもほとんどは、本発明を実施するために使用することができるが、一部のものは他のものより便利である。
【００７３】
一部の従来型読み出しＩＣは、二重相関サンプリングを自動的に実施し、内部で第二標本を第一標本から減算し差を得る。しかし、ＭＸ４は、内部で減算せず、その代わり、各一組の標本を利用して１２８個のチャネルシフトレジスタからクロックアウトされることが可能である場合は、センシングおよび増幅を実施後、両方の標本を制御ロジック１８０に与える。また、ＭＸ４は、図３のトランジスタ９６によって図示されるように、各センス増幅器のフィードバックループにリセットスイッチを備えるので、ＭＸ４によって、データラインリセット信号に応じて、データラインが仮想接地に接続される。
【００７４】
制御ロジック１８０は、オンおよびオフ信号をＸ線源１８２に、左走査ドライブ信号を左走査ドライバ１７０に、右走査ドライブ信号を右走査ドライブ１７２に、また読み出し信号を読み出しＩＣ１７４に与える。これに応じて、データ読み出しＩＣ１７４は、センサアレイ１５２によって感知される画像を定めるデータを与える画像信号を生成することができる。
【００７５】
左および右走査ドライバ信号は、クロック信号および走査ドライバ１７０および１７２の検査および操作のために必要とされる他の信号を含む。読み出し信号は、クロック、開始、クリア、および抑止信号、ならびにデータ読み出しＩＣ１７４の検査および操作に必要とされるその他の信号を含むことができる。また、制御ロジック１８０によって、電源および適切なレベルの電圧を接地回路構成およびバイアスラインに与えることが可能となる。
【００７６】
Ｃ．２．操作
図５に、センサアレイ１５２の照明および読み出し中に発生する可能性のある信号を示す。
【００７７】
図５に示す信号は、第一および第二インターバルにおいて与えられ、これらのインターバルは照明／接地インターバルおよび読み出しインターバルとも呼ばれる。上部の線によって示されるように、制御ロジック１８０は、第一インターバルの開始直後にオン信号をＸ線源１８２に与えることを開始し、また第一インターバルの終了直前にオフ信号を与えることを開始し、一方、Ｘ線源１８２は第二インターバルを通じてオフのままである。この種類の照明信号は、「パルス照明」と呼ばれることがある。Ｘ線撮像においては、照明のパルスの持続時間はマイクロ秒からミリ秒までの範囲であることが可能である。
【００７８】
図５の第二の線で示されるように、また、制御ロジック１８０は、第一インターバル中に信号を与えるので、照明の開始前から照明の終了後まで、データラインは固定電位に電気的に接続される。たとえば、制御ロジック１８０は、各読み出しＩＣを、すべてのデータラインが接地に接続される状態またはすべての走査増幅器のリセットスイッチが閉じられる状態に保持する信号を与えることができる。一部の読み出しＩＣの場合は、代わりにクロック信号を与えて、読み出しＩＣを、その読み出しサイクル中に読み出しＩＣがデータラインを接地またはリセットさせている時間に進めることが必要である場合がある。
【００７９】
データラインを接地またはリセットする信号の結果として、データライン上の誘導電荷が除去され、照明の結果としてアレイのセンシング素子を流れる電流はデータラインに容量結合することはできない。それにも拘わらず、センシング素子を流れる電流は電荷収集電極に電荷を蓄積することになり、この電荷が、次に、図５に示す第二インターバル中に読み出されることになり、その時間中はデータラインは、リセットされる時を除いて、通常は自由に浮動できる。データラインが自由に浮動できるときは、データラインに蓄積される電荷は不確定であるが、幾分は予測できるパターンに従い、通常は、容量結合に由来する誘導電荷の結果として徐々に増加するが、走査ラインが高い電圧になるときは、以下に述べるように、データラインが電気的に接続される電荷収集電極からの直接信号のために、データラインの電荷は急速に増加する。
【００８０】
図５の第三から第五までの線は、読み出し操作を実行する信号を示す。
【００８１】
第三の線は走査信号を示し、この信号は第一インターバルの間はオフのままであるが、第二インターバル中にただひとつのデューティインターバルを有する。デューティインターバル中は、データライン１６０は電荷収集電極１６４によって蓄積された電荷をトランジスタ１６８を通じて受け取る。したがって、データライン１６０は浮動していても、データラインは、第一インターバル中にセンシング素子によって受け取られた照明の測度を示すレベルの電荷を蓄積する。
【００８２】
第四の線はサンプル信号を示し、この信号によって、データライン１６０に接続されるセンサ増幅器の出力が、その後の使用のために蓄積されるようになる。二重相関サンプリング技術に従って、サンプル信号は二つのデューティインターバルを有し、ひとつは走査信号のデューティインターバルの直後であり、もう一つはデータラインがリセットされた後である。これらのデューティインターバルは両方ともデータラインが浮動している間に与えられるが、第一デューティインターバルによって得られるサンプルは、第一インターバル中にセンシング素子によって受け取られた照明の測度を示し、一方、第二デューティインターバルによって得られるサンプルは、データラインがリセットされる以後のデータライン上の誘導電荷の測度を示す。
【００８３】
二重相関サンプリングの目的は、信号のエラーオフセットを補償することである。したがって、サンプリング信号の第二デューティインターバルは、ほぼ等しい二つのインターバルを得るように時機を合わせることができる。このインターバルは、ひとつは先行する照明〜読み出しサイクルにおける第二デューティインターバルとこのサイクルの第一デューティインターバルとの間であり、もう一つはこのサイクルの第一および第二インターバルの間である。通常は、二重相関サンプリングのタイミングは、信号とノイズの比を最適化し、クロストークを最小化するように調整することができる。
【００８４】
第五の線は、データラインリセット信号を示す線である。第一インターバル中は、データラインリセットを使用しデータラインを固定電位に接続することが可能であり、これは符号“Ａ”で図示され、またはその目的に他の回路構成を使用することが可能であり、この場合はデータラインリセット信号は符号“Ｂ”で示される線に従う。第二インターバルの間は、データラインリセット信号は、サンプル信号の二つのデューティインターバルの間に与えられる。
【００８５】
Ｃ．３．異形
前述の実施形態は、本発明の範囲内において、多くの方法によって変更することが可能である。
【００８６】
前述の実施形態においては、二重相関サンプリング技術を使用するが、他のサンプリング技術を使用することは可能であり、またサンプリングのタイミングは最適の結果を得るために変更することが可能である。
【００８７】
前述の実施形態においては、センサアレイを照明するＸ線源を点滅することによって刺激が実行されるが、他の刺激技術を使用することは可能であり、たとえば、放射線の周波数の変更、光フラッシュランプまたはＬＥＤのような可視光源の使用、または、レンズの焦点または刺激供給源の直前に位置する電気機械シャッタまたは電気光学シャッタの使用のような技術を使用することができる。さらに、化学薬品、圧力、および温度のような電磁放射線以外の電荷を生成する刺激を使用することは可能である。前述の実施形態においては、データラインを固定電位に保持する信号は、照明の開始前から照明の終了後まで与えられる。しかし、照明中に各データラインが固定電位に数回接続されるならば、定期的にデータラインを固定電位に接続することによって十分な結果を得ることは可能である。読み出しＩＣの一部の種類においては、定期的リセットまたは接地が一層容易である場合があるが、別の種類は、データラインを固定電位に保持させることができるリセット機能を有し、また別の種類は、データラインの読み出しサイクル中にデータラインを適切な点に動かすことによって、データラインを固定電位に保持させることができる。
【００８８】
前述の実施形態においては、ワイヤ結合またはＴＡＢによってアレイ回路構成に接続されるＩＣが使用される。しかし、本発明は、アレイ回路構成として同じ基板上に集積される走査ドライバおよび読み出し回路構成を使用して実施することができる。ＩＣを使用する場合においても、ポリシリコンＴＦＴのような外部にアドレスされる周辺ＴＦＴを使用し、データラインを固定電位に接続することは可能であり、また制御ロジックは信号を直接に周辺ＴＦＴに与えることができる。
【００８９】
前述の実施形態には、石英またはガラスのような絶縁基板上の薄膜回路構成が使用される。本発明は、別の種類の基板上の別の回路構成を使用して実施することができる。
【００９０】
前述の実施形態は、特定の幾何学的特性および電気的特性を有する回路構成を使用して実施できるが、本発明は、異なる幾何図形的配列および異なる回路構成を使用して実施することができる。
【００９１】
様々な導電性物質を電荷収集電極に使用することができるが、セレン被覆を有するＸ線センサアレイにおいてはＩＴＯが適切であり、それはＩＴＯによって阻止接触が与えられ、阻止コンタクトによって高い電圧における電荷キャリアのセレン被覆中への注入が阻止されるためである。さらに、ＩＴＯは透明であり、このことは一部の用途においては有用である。クロム、チタン、タングステン、またはモリブデン、あるいはそれらの合金のような高融点金属で形成される電荷収集電極によって、半導体トランスデューサ層との相互作用が防止されることになる。さらに、濃くドープされた導電性半導体層は、半導体トランスデューサ層への電荷注入を阻止することになる。
【００９２】
また、様々な導電性物質を走査ラインおよびデータラインに使用することが可能であり、たとえば、層に構成されたり障壁金属を伴ったりしたＡｌやそうでないＡｌ、ＩＴＯ、ＭｏＴａ、Ｃｒ、ＭｏＣｒ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗのような適切な金属または合金、ＴｉＷ／ＡｌＣｕのような複合多層スタック、および適切な有機導電性物質などであるが、これに限定されるものではない。
【００９３】
前述の実施形態は、特定の順序の階層を備えるが、階層の順序は変更することができる。たとえば、放射線が基板を通過して受け取られるときは、電荷収集電極をデータラインの下に置くことが可能である場合がある。同様に、セル回路構成の各ユニットにおける素子のいかなる適切な配列も使用することができる。
【００９４】
前述の実施形態は、光導電性物質としてセレンが使用されるＸ線センサアレイに対して適切であるが、本発明は、他の光導電性物質を使用して実施することが可能であり、また、他の周波数帯域の放射線用のセンサアレイまたは化学薬品、圧力、および温度のような電荷を生成することができる電磁放射線以外の刺激に対するセンサアレイに使用することが可能である。光導電体としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、臭化タリウム、ヨウ化鉛、または他の適切な物質を使用することができる。たとえば、本発明は、可視光センサアレイのアモルファスシリコン感光層と共に使用することができる。
【００９５】
前述の実施形態においては、スイッチング素子としてＴＦＴを使用したが、本発明は、いずれの適切なスイッチング素子を使用しても実施することができる。
【００９６】
前述の実施形態においては、電荷収集電極はデータラインと重複するが、本発明は、データラインと重複しない電荷収集電極を使用して実施することができる。
【００９７】
Ｄ．応用
本発明は、多くの方面で利用することが可能であり、「単一層出願」に開示されるようなＸ線および同時係属、同時譲渡の米国特許出願第０８／４８３，４０６号、発明の名称「改良固体センサ」に開示されるような可視または近可視の範囲の光を含む様々な帯域の放射線のセンサ用のアレイなどに利用できる。この米国特許出願は参考文献として、本明細書に組み込まれる。
【００９８】
小型、高解像度のＸ線センサアレイは、マンモグラフィ撮像に使用できるが、一方、大型、低解像度のＸ線センサアレイは、別の診断ラジオグラフィにおいてフィルム代替として使用できる。
【００９９】
大型の高解像度光センサアレイは、ドキュメントリーダに使用することができる。
【０１００】
Ｅ．その他
以上、本発明を薄膜実施形態に関して説明したが、本発明は、単結晶技術を使用して実施することは可能である。
【０１０１】
本発明を、様々な実施形態、およびその変形、異形、および拡張に関して説明したが、他の実施形態、変形、異形、および拡張も本発明の範囲内である。従って、本発明は、本明細書に含まれる記述または図面によって制約されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ制約されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  センシング素子が刺激されているインターバルの間に、データラインを固定電位に接続するために、装置を操作する通常の動作を示すフローチャートである。
【図２】  図１に示す動作を実施できる装置を示す概略ブロック図である。
【図３】  データラインを固定電位に電気的に接続するための回路構成を示す概略回路図である。
【図４】  図１に示す通常の態様を実施することが可能である装置を示す図である。
【図５】  図４に示す装置の操作中に生成される可能性のある信号を示すタイミング線図である。
【符号の説明】
１０, １２  囲み、１６, ８４、蓄積キャパシタ、２２, １５２  センサアレイ、３０  セル回路構成、３２, ７２, １６２  走査ライン、３４, ７０, １６０  データライン、４０  センシング素子、４２, １６４  電荷収集電極、４４スイッチング素子、５０  読み出し回路構成、５２  刺激回路構成、５４  制御回路構成、５６  制御刺激源、８０  フォトダイオード、８２, ９０, ９６, １６８  トランジスタ、８６, ８８  静電容量、９２  増幅器、９４  フィードバックキャパシタ、１５０  装置、１６６  層、１７０  左走査ドライバ、１７２  右走査ドライバ、１７４  データ読み出しＩＣ、１８０  制御ロジック、１８２  Ｘ線源。
【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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