(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を有する基板と、前記光電変換素子に光を照射する光源と、を備える光電変換装置と、
前記光電変換装置に放射線を照射する放射線源と、前記光源を備える前記光電変換装置と、を制御するための制御手段と、
を有する撮像装置において、
前記光電変換装置は、
前記光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第１の光電変換期間と、前記光によって発生した電荷を前記光電変換素子から読み出す第１の読み出し期間と、を有する非読み取り期間と、
前記放射線が変換された光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第２の光電変換期間と、前記光電変換素子から前記電荷を読み出す第２の読み出し期間と、を有する読み取り期間と、を有し、
前記非読み取り期間は、前記光電変換素子へバイアスが与えられてから前記読み取り期間までの間に設けられており、
前記制御手段は、前記光電変換素子に流れるダーク電流を低減させるため前記第２の光電変換期間に前記放射線を照射する時間よりも長い時間、前記第１の光電変換期間に前記光源から前記光を出射させ、前記第２の光電変換期間に前記放射線源から前記放射線を出射させ、
前記第１の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られず、前記第２の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換装置は、前記基板に前記光電変換素子とスイッチング素子を有する画素が２次元状に複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換素子及びスイッチング素子の材料として、アモルファスシリコン半導体を用いることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光源は、前記光電変換素子の光吸収波長領域に発光波長を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光又は前記放射線が変換された光によらず前記光電変換素子に電荷を発生させる第３の光電変換期間と、前記光電変換素子から前記電荷を読み出す第３の読み出し期間と、を有する第２の読み取り期間を更に有し、
前記第２の読み取り期間は前記読み取り期間の後に設けられており、前記第３の読み出し期間に読み出された電荷は、前記画像信号を補正するための信号として読み取られることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記放射線源にＸ線源を用い、前記光電変換装置はＸ線を可視光に変換するための蛍光体を具備し、前記蛍光体として、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ又はＣｓＩを用いたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記基板は前記光を透過する絶縁基板上に複数の前記光電変換素子を有しており、前記光源は前記絶縁基板の下に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換装置は導光体を更に有し、前記光源は前記導光体の側面に具備されることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換装置は、少なくとも前記基板と前記光源と前記蛍光体を覆うシャーシを有することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記放射線源を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
複数の光電変換素子を有する基板と、前記光電変換素子に光を照射するための光源と、を備える光電変換装置を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子へバイアスが与えられた後に、前記光源から出射された光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第１の光電変換工程と、
前記第１の光電変換工程の後に、前記光源から出射された光によって発生した電荷を前記光電変換素子から読み出す第１の読み出し工程と、
前記第１の読み出し工程の後に、放射線が変換された光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第２の光電変換工程と、
前記第２の光電変換工程の後に、前記放射線が変換された光によって発生した電荷を前記光電変換素子から読み出す第２の読み出し工程と、
を有し、
前記光電変換素子に流れるダーク電流を低減させるため前記第２の光電変換期間に前記放射線を照射する時間よりも長い時間、前記第１の光電変換期間に前記光源から前記光が出射されて前記第１の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られず、前記第２の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、撮像装置及びその駆動方法に関し、特に、病院内の撮影、診断に用いられる医療用Ｘ線撮像装置、又は非破壊検査装置に利用されるＸ線撮像装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、病院における患者のＸ線直接撮影は、患者にＸ線を照射させてその透過Ｘ線を、可視変換蛍光体を介して感光フィルムに転写させる、いわゆるフィルム方式が主流となっている。このフィルム方式は、撮影から現像までに時間がかかるという不具合や、膨大な撮影フィルムの保管、検索が必要であるなど、病院内の管理、運営の面で不具合が残っている。
【０００３】
ところで、このフィルムの代わりに輝尽性蛍光体を用い、いったん患者のＸ線像をこの輝尽性蛍光体に蓄像し、その後レーザー光でスキャンさせ、Ｘ線像をデジタル値として読み取る方式がある。画像をデジタル化すれば、種々の媒体に記録できるため、画像の保管、検索、転送が容易に行われ、病院内の管理、運営の面で効率がよくなる。又、画像情報をデジタル値として得ることは、コンピュータによって高度な画像処理を高速で行うことができるため、診断の向上が期待される。しかし、この輝尽性蛍光体を用いる方式も、フィルム方式と同様に、撮影から現像にいたるまでに時間がかかるという不具合を有している。
【０００４】
一方、ＣＣＤやアモルファスシリコン半導体のような固体撮像素子を用いたＸ線撮像装置が提案されている。これは、フィルム方式と同様に、Ｘ線そして可視変換蛍光体を介し、患者のＸ線像を、多数個の２次元アレー上に配列された撮像素子で直接デジタル化して読み取る方式である。ほぼリアルタイムでデジタル画像が得られるため、上述したフィルム方式や輝尽性蛍光体を用いる方式に比べて、大きなメリットがある。特に、アモルファスシリコンは大面積で作成できるため、そのようなものを用いたＸ線撮像装置では、胸部撮影のような大きな部位が等倍で撮像される。従って、光の利用効率も良く、高Ｓ／Ｎ比が期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、医療用のＸ線撮像装置において、人体胸部を等倍で撮影するためには、４０ｃｍ×４０ｃｍ以上の大面積を有する固体撮像素子を用意しなければならず、画素の数も５００万〜１０００万個と多数になる。
【０００６】
これら多数の画素の特性を、すべて均一に、そして高信頼性で作り込むことは容易ではない。例えば、光電変換素子や電荷転送用のスイッチング素子にアモルファスシリコンを用いる場合には、長い年月の間、連続動作をさせれば、光電変換素子のダーク電流の上昇やスイッチング素子としての特性の変化が起こる。この場合の対策としては、撮影のときにのみ光電変換素子やスイッチング素子を動作させ、撮影しないときは光電変換素子及びスイッチング素子を動作させない設計が施される。例えば患者が撮影室にいないときは、光電変換素子のバイアス線、スイッチング素子のゲート線及び読み出し線が零電位にバイアスされ、アモルファス素子内部に電界を与えず、長期間の使用における素子の特性変動を低減させている。しかしこの場合、撮像装置付近の患者の有無を撮影技師が認識した後、光電変換素子やスイッチング素子を動作させ、更に撮影操作に移る、といった煩雑さが残る。すなわち装置の操作性が損なわれる。患者の有無を自動的に認識させる設計も考えられるが、装置のコストアップにもつながるという問題もある。
【０００７】
一方、アモルファスシリコン薄膜を用いて、大面積で多数の光電変換素子を作る場合には、製造過程に混入する微量の不純物やダングリングボンドの増加等により、それらが膜中に欠陥準位として形成されるという問題がある。これらはトラップ準位として働き、光電変換過程において不必要なダーク電流となってＳ／Ｎ比の低下をもたらす。これらのダーク電流を軽減させる光電変換装置の駆動法としては、光電変換素子（やスイッチング素子）にバイアスしてから数秒から数１０秒程度待って、ダーク電流が緩和された後に光電変換するという方法が考えられる。しかし、Ｘ線撮像装置にこの方法を適用すると、複数の患者を撮影するサイクルが長くなったり、装置の操作性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
以上述べてきたように、アモルファスシリコンを用いた大面積の光電変換装置においては、長期間の使用における特性変動や、膜中の欠陥準位によるＳ／Ｎ比の低下という問題があった。そして、それを補うために施された駆動方法は、装置の使い勝手を犠牲にするものであった。
【０００９】
そこで、本発明は、撮像装置及びその駆動方法において、長期間の使用における特性変動や、ダーク電流によるＳ／Ｎ比の低下を低減し、更に撮影サイクルを短くし、装置の使い勝手を向上させることを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の撮像装置は、複数の光電変換素子を有する基板と、前記光電変換素子に光を照射する光源と、を備える光電変換装置と、前記光電変換装置に放射線を照射する放射線源と、前記光源を備える前記光電変換装置と、を制御するための制御手段と、有する撮像装置において、前記光電変換装置は、前記光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第１の光電変換期間と、前記光によって発生した電荷を前記光電変換素子から読み出す第１の読み出し期間と、を有する非読み取り期間と、前記放射線が変換された光によって前記光電変換素子に電荷を発生させる第２の光電変換期間と、前記光電変換素子から前記電荷を読み出す第２の読み出し期間と、を有する読み取り期間と、を有し、前記非読み取り期間は、前記光電変換素子へバイアスが与えられてから前記読み取り期間までの間に設けられており、前記制御手段は、前記光電変換素子に流れるダーク電流を低減させるため前記第２の光電変換期間に前記放射線を照射する時間よりも長い時間、前記第１の光電変換期間に前記光源から前記光を出射させ、前記第２の光電変換期間に前記放射線源から前記放射線を出射させ、前記第１の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られず、前記第２の読み出し期間に読み出された電荷は画像信号として読み取られることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光電変換装置の実施形態１を示す断面図である。本実施形態は、本発明の光電変換装置をＸ線撮像装置として実施したものである。
【００１６】
図１において、Ｘ線源から出射したＸ線は、被読み取り物体に入射される。被読み取り物体を透過した透過Ｘ線は、蛍光体に到達する。蛍光体では、Ｘ線を吸収して蛍光体内部の発光中心を励起し、可視光を放出する。蛍光体からの可視光は、絶縁基板上に配置された光電変換素子の受光面に照射され、その受光面で光電変換される。光電変換素子は、耐湿性向上を目的とした保護膜で覆われている。
【００１７】
絶縁基板の材料としては、主に、アルカリ成分の少ない透明なガラスが用いられる。又、蛍光体の材料としては、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：ＴｂやＣSＩ：Ｔｌ等が用いられる。
【００１８】
一方、絶縁基板の下に配置されたＬＥＤから出射された光（可視光）は、絶縁基板を透過し、光電変換素子の側面を通過した後、蛍光体で反射し、光電変換素子の受光面に照射される。蛍光体は、その材料によって、ＬＥＤからの光の反射特性が異なるが、完全に吸収するものでなければよく、数％程度の光が光電変換素子に到達するものであればよい。
【００１９】
図１では、ＬＥＤからの光が蛍光体に垂直に照射されているように表記されているが、実質上、斜め方向から入射する光もあるため、蛍光体面での鏡面反射成分を含めれば、蛍光体で光をすべて吸収することはない。
【００２０】
図１において、本実施形態の光電変換装置は、蛍光体、光電変換素子及びＬＥＤ等をシャーシで覆ったものになっている。このシャーシは、Ｘ線の吸収が極めて少ない材料を用いればよく、アルミニウムやステンレススチール等の金属が、安価で強度的にも優れており、適している。
【００２１】
上記光電変換装置を実施するＸ線撮像装置が医療用であれば、被読み取り物体とは患者（人体）のことであり、又、被破壊検査用のＸ線撮像装置であれば、例えば飛行機や船などに使用されている部品のような、検査をする物体である。
【００２２】
又、図１は、光電変換装置の断面構成の図として表記してあるが、紙面奥行き方向にも光電変換素子やＬＥＤが２次元状に配置されている。又、図１では省略しているが、絶縁基板上に光電変換素子と一対でスイッチング素子が配置されていてもよい。
【００２３】
図２は、図１に示した光電変換装置に用いる光電変換素子１個分の信号検出回路を示す図である。
【００２４】
図２において、光電変換素子は、アモルファスシリコン半導体を材料とするＭＩＳ型光電変換素子である。ＭＩＳ型の光電変換素子は、下部の金属電極層（Ｍｅｔａｌ）の上に絶縁層（Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）と半導体層（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｕｒ）を積層したものである。通常、半導体層の上には注入素子層（Ｎ層又はＰ層）と上部電極が配置される。ＭＩＳ型光電変換素子の詳細な作成方法及び動作原理は後述する。
【００２５】
図２において、ＭＩＳ型光電変換素子には、光電変換するためのバイアス（Ｖｓ）を与える電源と、ＭＩＳ型光電変換素子の容量内の蓄積電荷をリセットするための電源（ＶREF ）と、光電変換素子を動作させない時の零バイアス（ＶGND ）を与えるための接地点（ＧＮＤ）とが、ＳＷ１を介して接続されている。
【００２６】
第１の光源であるＸ線源から出射したＸ線は、図示しない被検体（病院では患者）に照射され、そこを通過したＸ線は蛍光体にあたる。
【００２７】
図２において、蛍光体でＸ線は吸収され、可視光に変換される。蛍光体からの可視光は光電変換素子に照射される。図２は、１画素分の図であるで、光電変換素子と蛍光体の位置関係は図示されていないが、図１をみてわかるように、両者を実質上密着させることにより、画像の解像度特性を向上させている。一方、第２の光源であるＬＥＤ光源からの可視光は、Ｘ線とは別の光路で光電変換素子に照射される。ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれ、Ｘ線源、ＬＥＤ光源を点灯させるスイッチである。
【００２８】
図３は、図２で示した回路における動作のタイミングチャートであり、Ｘ線源、ＬＥＤ光源、光電変換素子のバイアス及び光電変換素子の出力が記載されている。
【００２９】
図３では、光電変換素子のダーク出力（ダーク電流）の様子を示すために、敢えて、Ｘ線やＬＥＤを点灯させていない。図３では、（Ｆ１）〜（Ｆ６）までの６サイクル分のタイムチャートを図示している。
【００３０】
サイクル（Ｆ１）において、光電変換素子にバイアスを与えると、ダーク電流が流れる。このダーク電流は、理想的には零であればよいが、実際には零ではない。又、電源をオンすると同時に一定の電流が流れるのではなく、オン直後のダーク電流は、オン直後は大きく、時間と共に減衰する。
【００３１】
この原因として、以下に示す２つのことが考えられる。
【００３２】
一つは、一般に、光電変換素子をアモルファスシリコン半導体の主たる材料に形成する場合には、アモルファス半導体膜中のダングリングボンドや作成過程で混入した不純物によって、欠陥準位が形成される。それらは、トラップ準位として働き、電源をオンした直後あるいはオンさせる前においても、電子又は正孔をトラップしており、数ミリ秒〜数十秒間の時間を経てから、伝導帯あるいは価電子帯に熱的に励起され、伝導電流（ダーク電流）が流れる。特に半導体層（Ｉ層）と注入阻止層（例えばＮ層）との界面部分は、トラップ準位が多いと言われている。アモルファス半導体膜を用いずに、結晶型のＭＩＳ型光電変換素子を用いる場合には、作成するプロセス条件や装置にも依存するが、アモルファスほどトラップ準位は多くないと言われる。しかし、半導体層（Ｉ層）と注入阻止層（例えばＮ層）との界面部分は、結晶格子のミスマッチが多く、トラップ準位は零ではなく、図３で示した光電変換素子の出力の傾向をもつ。
【００３３】
もう一つの原因は、注入阻止層の特性に関係しているものであると考えられる。例えば、注入阻止層のＮ型のアモルファスシリコンで構成した場合には、理想的には、正孔を半導体層側に注入することはない。しかしながら、現実には、特にアモルファスの場合には、Ｎ層が正孔を完全にブロックすることはない。Ｎ層を通って半導体層（Ｉ層）に注入した正孔はダーク電流になる。正孔は半導体層（Ｉ層）と絶縁層との界面に蓄えられ、Ｉ層の内部電界は正孔の蓄積と共に緩和される。その電界の緩和と共に、Ｎ層からＩ層に注入される正孔の量が減少するため、ダーク電流が減衰する。
【００３４】
図３で示される光電変換素子のダーク出力が十分減衰したのを待てば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。しかし、目標とするダーク出力レベルに減衰するまでに数秒〜数１０秒の長い時間を要する場合には、非常に使い勝手が良くない装置となる。なぜならば、例えば、病院で使用するＸ線撮像装置の場合、撮影室に患者を誘導して、光電変換素子を投入し、数秒〜数十秒待ってからＸ線を爆射させなければならないからである。
【００３５】
患者が撮影室に入る前から光電変換素子の電源を投入させておけばよいが、その場合には、光電変換素子の劣化（特性変化、腐食等）が促進され、長寿命の装置の提供が困難である。
【００３６】
ＭＩＳ型の光電変換素子は、内部の絶縁層に電子も正孔も通らず、発生したキャリアは半導体層と絶縁層の界面に蓄えられる。図２に示した光電変換用のバイアス（Ｖｓ）がプラス（＋）バイアスの場合には、蓄積キャリアは正孔であり、上部電極と半導体層との間には、正孔に半導体層への注入を阻止するＮ層が配置される。半導体層と絶縁層との界面に蓄えられた正孔のキャリアと等量の電子が、電流計が配置された電極側に、ＧＮＤから供給される。蓄積された正孔は、やがて、センサのバイアスをＶREFとすることによって、全部又は一部が掃き出される。通常、ＶREFの電位はＶSの電位より小さく設定されている。図３のタイミングチャート上では、ＶREFの電位はＧＮＤに設定されている。サイクル（Ｆ２）において、再びＶSの電位を与えることにより、サイクル（Ｆ１）と同様なダーク電流が流れる。
【００３７】
この時、ダーク電流は、サイクル（Ｆ１）のときのそれと比べて、小さくなっている。これは、Ｉ層内の、特に絶縁層界面近傍に存在するトラップ準位に捕獲されていたダーク電流に寄与するキャリアが、サイクル（Ｆ１）のときと比べて、サイクル（Ｆ２）のときの方が少なくなっているためと考えられる。又、サイクル（Ｆ１）のリセット電位ＶREFで、蓄積されていた正孔が完全に追い払われず、その一部が半導体層に残ることにより、サイクル（Ｆ２）における半導体内部の電界がサイクル（Ｆ１）より緩和されているためとも考えられる。
【００３８】
同様に、サイクル（Ｆ３）〜サイクル（Ｆ６）へと進むにつれて、ダーク電流は小さくなっていき、やがて、飽和する。但し、飽和するといっても、ＶREF→ＶSにバイアスを切り替える際には、突入電流が流れるため、切り替えた直後は、一定の電流値にはならない。一つのサイクルの中でも、後半、特にＶREFに切り替える直前では、時間的に変化しない一定の電流値になっている。Ｘ線撮像装置として高いＳ／Ｎ比を確保するためには、ダーク電流が十分に小さくなってから、Ｘ線を照射しなければならない。
【００３９】
図４は、十分時間をおいたサイクル（Ｆ６）でＸ線を照射したタイムチャートである。サイクル（Ｆ５）とサイクル（Ｆ６）のダーク電流の特性はほぼ等しいので、サイクル（Ｆ６）のＸ線による電流出力に重畳している固定的な部分は、サイクル（Ｆ５）の出力をメモリしておいて、後で引き算処理で容易に補正される。尚、図示してはいないサイクル（Ｆ７）の出力を用いてもよい。
【００４０】
光電変換素子のダーク電流の特性や装置の駆動条件などにもよるが、（Ｆ１）〜（Ｆ６）の各サイクルの周期は、通常０.１秒〜３秒程度必要となる。仮に２秒／サイクルとすると、６サイクルで１２秒必要となる。つまり、バイアスをオンしてから、Ｘ線を撮影するまでに１０秒以上の時間が必要となる。これは、先に述べたように、使い勝手を大きく損なうものである。
【００４１】
図５は、図２の動作を示す別の例のタイムチャートである。
【００４２】
図５において、読み取り期間と非読み取り期間という、２つの動作期間があり、第１の光源は、読み取り期間に点灯し、第２の光源は非読み取り期間に点灯する。医療用のＸ線撮像装置の場合には、第１の光源はＸ線源である。非破壊検査装置の場合の第１の光源は、Ｘ線や他の放射線である。一方、第２の光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等で、光電変換素子の光吸収波長領域に発光波長を有する光源である。
【００４３】
第１の光源からの光は、図示していないが、撮影体（被写体）の画像情報を得るために、撮影体に照射される光である。医療用Ｘ線撮像装置であれば、撮影体とは、来院患者の体である。第２の光源からの光は、特に撮影体（被写体）に照射される必要はなく、何らかの光路を経て、光電変換素子に到達されればよい。
【００４４】
図５において、サイクル（Ｆ２）でＬＥＤ（第２の光源）を点灯させ、サイクル（Ｆ３）でＸ線源（第１の光源）を点灯させている。図５に示す例では、サイクル（Ｆ１）及びサイクル（Ｆ２）を非読み取り期間、サイクル（Ｆ３）を読み取り期間としている。
【００４５】
ＬＥＤ光の照射によって流れる光電流は、画像信号として読み取らない。すなわち非読み取り期間サイクル（Ｆ２）でＬＥＤを点灯させている。
【００４６】
ＬＥＤの光照射によって光電流が流れるが、光のオフと同時にダーク電流が流れる状態にもどる。しかしながら、ＬＥＤをオフした後は、図５に示したように、ＬＥＤをサイクル（Ｆ２）で照射しなかった場合のダーク出力（破線）よりも小さく安定したダーク出力（ダーク電流）を示す。
【００４７】
これは、半導体層でＬＥＤの光エネルギーを吸収し、生成したキャリアが絶縁層界面に溜まり、半導体層の内部電界が緩和されて注入阻止層から流入キャリアが減少したことによる。次のサイクル（Ｆ３）においては、図３に示したように、サイクル（Ｆ２）のＬＥＤ光による生成キャリアが、ダーク状態で数サイクル分駆動させた効果があるため、ダーク電流は安定した状態になっている。更に、予めトラップされていたダーク電流に寄与する電子又は正孔が、光照射によって減少したとも考えられる。
【００４８】
このダーク電流の低い状態において、Ｘ線を照射すれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。
【００４９】
つまり、Ｘ線撮影前にＬＥＤ光を照射してダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなくＳ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【００５０】
この非読み取り期間サイクル（Ｆ２）の操作によって、次のサイクル（Ｆ３）は、ダーク電流が小さいサイクルとなっている。図３におけるサイクル（Ｆ６）以降のダーク電流の挙動が飽和したサイクルと同じであると考えてよい。読み取り期間サイクル（Ｆ３）にＸ線を爆射させれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。図示していないがサイクル（Ｆ４）の信号を取り込み、サイクル（Ｆ３）のＸ線出力から減算処理を施せば、サイクル（Ｆ３）の信号Ｘ線に含まれるダーク電流の固定成分が補正される。結果として、Ｘ線撮影前にＬＥＤ光を照射してダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなく、Ｓ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【００５１】
図５は、サイクル（Ｆ１）及びサイクル（Ｆ２）を非読み取り期間に、サイクル（Ｆ３）を読み取り期間にしたタイミングチャートであるが、もちろんサイクル（Ｆ１）を非読み取り期間に、サイクル（Ｆ２）を読み取り期間にしてもよい。その場合、Ｘ線爆射までの時間は更に短縮される。
【００５２】
図６は、図１に示した絶縁基板上に配置した光電変換素子及びスイッチング素子を、アモルファスシリコン半導体薄膜を用いて構成した場合の光電変換基板の平面図であり、それらを結線する配線を含めて記載したものである。又、図７は、図６に示したＡ−Ｂ線における断面図である。
【００５３】
図６及び図７において、光電変換素子３０１及びスイッチング素子３０２（アモルファスシリコンＴＦＴ、以下、ＴＦＴ）は、同一の光電変換基板（絶縁基板）３０３上に形成されており、光電変換素子３０１の下部電極は、ＴＦＴ３０２の下部電極（ゲート電極）と同一の第１の金属薄膜層３０４とで共有されており、光電変換素子３０１の上部電極は、ＴＦＴ３０２の上部電極（ソース電極、ドレイン電極）と同一の第２の金属薄膜層３０５とで共有されている。又、第１、第２の金属薄膜層３０４、３０５は、光電変換回路部内の、ゲート駆動用配線３０６、マトリクス信号配線３０７も共有している。
【００５４】
図６において、画素数は、２×２の計４画素分である。図６に示したハッチング部は、光電変換素子３０１の受光面である。３０９は、光電変換素子にバイアスを与える電源ラインである。又、３１０は、光電変換素子３０１とＴＦＴ３０２とを接続するためのコンタクトホールである。光電変換基板３０３下に配置されたＬＥＤ光源からの光は、光電変換素子３０１の周囲で、第１の金属薄膜層３０４や第２の金属薄膜層３０５が存在していない領域から、蛍光体側に導かれる。光電変換素子３０１の直下からは、第１の金属薄膜層３０５で遮光されているため、ＬＥＤ光は入り込めない。
【００５５】
次に、本実施形態を示す光電変換装置の回路部の形成方法を説明する。
【００５６】
図７は、上述したように、光電変換基板の平面図である図６に示したＡ−Ｂ線における断面図である。
【００５７】
図７において、まず、絶縁基板３０３上にスパッタ法や抵抗加熱法を用いて、クロム（Ｃｒ）を、第１の金属薄膜層３０４として約５０ｎｍ蒸着し、フォトリソグラフィーによりパターニングして不必要なエリアをエッチングする。この第１の金属薄膜層３０４は、光電変換素子３０１の下部電極及びスイッチング素子３０２のゲート電極となる。次に、ＣＶＤ法によってり、同一真空内でａ−ＳｉＮｘ（３１１）、ａ−Ｓｉ：Ｈ（３１２）及びＮ+層（３１３）をそれぞれ、３００ｎｍ、５００ｎｍ及び１００ｎｍずつ順次積層させる。これらの各層３１１〜３１３は、それぞれ光電変換素子３０１の絶縁層／光電変換半導体層／ホール注入阻止層であり、そして、スイッチング素子３０２（ＴＦＴ）のゲート絶縁膜／半導体層／オーミックコンタクト層となる。又、第１の金属薄膜層３０４と第２の金属薄膜層３０５とのクロス部（図６の３１４）の絶縁層としても利用される。各層３１１〜３１３の膜厚は、上述した厚さに限らず、光電変換装置として使用する電圧、電荷や、光電変換素子受光面の入射光量などによって最適に設計される。少なくとも、ａ−ＳｉＮｘ３１１は、エレクトロンとホールが通過できず、更に、ＴＦＴのゲート絶縁膜として十分機能できる５０ｎｍ以上のものが望ましい。
【００５８】
各層３１１〜３１３を堆積した後、コンタクトホール（図６の３１０参照）となるエリアをＲＩＥ又はＣＤＥ等でドライエッチングし、その後、第２の金属薄膜層３０５としてアルミニウム（Ａｌ）を、スパッタ法や抵抗加熱法で約１０００ｎｍ堆積させる。更に、フォトリソグラフィーによってパターニングして、不必要なエリアをエッチングする。第２の金属薄膜層３０５は光電変換素子３０１の上部電極、スイッチングＴＦＴ３０２のソース、ドレイン電極、その他の配線等となる。又、第２の金属薄膜層３０５の成膜と同時に、コンタクトホール部３１０で上下の金属薄膜層が接続される。更に、ＴＦＴ３０２のチャネル部を形成するために、ソース電極、ドレイン電極間の一部をＲＩＥ法でエッチングし、その後、不必要なａ−ＳｉＮｘ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ層及びＮ+層を、ＲＩＥ法でエッチングして各素子を分離する。これで、光電変換素子３０１、スイッチングＴＦＴ３０２、他の配線類（３０６、３０７、３０９）及びコンタクトホール部３１０が形成される。
【００５９】
尚、図６においては４画素分のみしか図示されていないが、多数の画素が同時に絶縁基板３０３上に形成される。最後に、耐湿性向上を目的として、各素子、配線類を、ＳｉＮｘのパッシベーション膜（保護膜）３１５で被覆する。
【００６０】
以上の説明の通り、光電変換素子、スイッチングＴＦＴ、配線類が同時に堆積された共通の第１の金属薄膜層、ａ−ＳｉＮｘ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｎ+層及び第２の金属薄膜層と各層のエッチングのみで本実施形態の光電変換装置は形成される。
【００６１】
図７において、蛍光体は、保護膜３１５の上に直接、真空蒸着してもよいが、ある程度の厚さを確保しなければならないため（０.１〜１ｍｍ）、別個のプロセスでシート状に形成した後、接着剤を用いて貼りあわせたほうが容易である。
【００６２】
以上述べたような、アモルファスシリコン半導体を主たる材料にしたプロセスを用いれば、光電変換素子、スイッチング素子、ゲート駆動用配線、マトリクス信号配線が、同一基板上に同時に作製され、大面積の光電変換回路部が、容易に、しかも安価で提供される。
【００６３】
図８は、図１に示した光電変換装置の２次元的回路図である。この回路では、説明を簡単化するために３×３＝９画素分のみを記載してある。
【００６４】
図８において、光電変換素子やスイッチング素子（ＴＦＴ）等の平面図、断面図は図６や図７に示したものと同一である。光電変換素子は、スイッチング素子と同一の層構成であり、ＭＩＳ型のコンデンサとして構成されている。但し、光を入射させる都合上、通常のＭＩＳコンデンサと異なるのは、Ｎ+層を光電変換素子の上部電極として利用していることである。光電変換素子は容量素子でもあり、光電変換された信号電荷は、自らの容量に蓄積される。
【００６５】
次に、図１〜図８に示した本実施形態において、外部に設けたバイアス回路を用いてコンデンサでもある光電変換素子のリセットを行った上で、光電変換電荷の蓄積、ＴＦＴによる転送、信号の読み出し、といった動作を行う方法について説明する。尚、前述した光電変換素子のリセット動作を、今後「リフレッシュ」と称する。又、図８において、光電変換素子はＳ１−１〜Ｓ３−３であり、図６における第１の金属薄膜層は、光電変換素子の「Ｇ」電極、第２の金属薄膜層は「Ｄ」電極である。但し、Ｄ電極は、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３にとっては、前述したようにＮ+層も含めて電極として機能する。
【００６６】
次に、光電変換素子単体のデバイス動作について説明する。
【００６７】
図９（ａ）、〜図９（ｃ）は、その光電変換素子単体のデバイス動作を説明するためのエネルギーバンド図である。
【００６８】
図９（ａ）、図９（ｂ）は、それぞれ、本実施形態のリフレッシュモード及び光電変換モードの動作を示す図であり、図７に示した各層の膜厚方向の状態を表している。
【００６９】
Ｍ１は、第１の金属薄膜層（Ｃｒ）で形成された下部電極（Ｇ電極）である。ａ−ＳｉＮｘ層は、電子及びホール両者の通過を阻止する絶縁層である。トンネル効果をもたらさない程度の厚さが必要であり、５０ｎｍ以上に設定される。ａ−Ｓｉは、真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層である。Ｎ+層は、ａ−Ｓｉ層へのホールの注入を阻止するために形成されたＮ型ａ−Ｓｉ層の注入阻止層である。又、Ｍ２は、第２金属薄膜層（Ａｌ）で形成される上部電極（Ｄ電極）である。
【００７０】
本実施形態では、Ｄ電極はＮ+層を完全には覆っていないが、Ｄ電極とＮ+層との間は電子の移動が自由に行われるため、Ｄ電極とＮ+層とは常に同電位であり、以下の説明では、そのことを前提としている。
【００７１】
本実施形態の光電変換素子には、Ｄ電極、Ｇ電極の電圧の印可方法によって、リフレッシュモードと光電変換モードという２種類のモードがある。
【００７２】
図９（ａ）（リフレッシュモード）において、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層中の黒丸で示されたホールは、電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子は、ｉ層に注入される。このとき、一部のホールと電子は、Ｎ+層、ｉ層において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けば、ｉ層内のホールはｉ層から掃き出される。
【００７３】
この図９（ａ）の状態（リフレッシュモード）から図９（ｂ）の状態（光電変換モード）にするためには、Ｄ電極に、Ｇ電極に対して正の電位を与える。すると、ｉ層中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールは、Ｎ+層が注入阻止層として働くため、ｉ層に導かれることはない。この状態でｉ層に光が入射すると、光が吸収されて電子ホール対が発生する。この電子は、電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層内を移動し、ｉ層とａ−ＳｉＮｘ絶縁層との界面に達する。しかし、絶縁層内には移動できないため、ｉ層内に留まることになる。このとき、電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層内の絶縁層界面に移動するため、光電変換素子内の電気的中性を保つために、電流がＧ電極から流れる。この電流は、光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。
【００７４】
ある期間、光電変換モードである図９（ｂ）の状態を保った後、再びリフレッシュモードの図９（ａ）の状態になると、ｉ層に留まっていたホールは、前述したようにＤ電極に導かれ、同時に、このホールに、対応した電流が流れる。このホールの量は、光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。このとき、ｉ層内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定であるため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施形態において、この光電変換素子は、リアルタイムで入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も検出する。
【００７５】
しかしながら、何らかの理由によって光電変換モードの期間が長かったり、入射する光の照度が強い場合には、光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。この原因は、図９（ｃ）のように、ｉ層内にホールが多数留まり、このホールのためにｉ層内の電界が小さくなり、発生した電子が導かれなくなり、ｉ層内でホールと再結合してしまうことにある。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードにすれば、ｉ層内のホールは掃き出されて、次の光電変換モードでは、再び光に比例した電流が流れる。
【００７６】
又、前述した説明において、リフレッシュモードでｉ層内のホールを掃き出す場合には、すべてのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、すべてのホールを掃き出すのと等しい電流が得られる。
【００７７】
つまり、次の光電変換モードでの検出機会において、図９（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードにおけるＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間及びＮ+層の注入阻止層の特性を決めればよい。又、更にリフレッシュモードにおいて、ｉ層への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。その理由は、ホールが多数ｉ層に留まっている場合には、たとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であっても、ｉ層内の電界は、ホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。又、Ｎ+層の注入阻止層の特性も、同様に、電子をｉ層に注入できることが必要条件ではない。
【００７８】
次に、本実施形態の光電変換装置の動作について、前述した図８と、図１０とを用いて説明する。
【００７９】
図１０は、図８の光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００８０】
図１０において、制御信号ＶＳＣは、光電変換素子のバイアスラインＲＥＦすなわち光電変換素子のＤ電極に、２種類のバイアスを与えるためのものである。Ｄ電極は、ＶＳＣが「Ｈｉ」のときにＶＲＥＦ（Ｖ）になり、「Ｌｏ」のときにＶＳ（Ｖ）になる。符号１０６Ａ及び符号１０６Ｂの示すものは、直流電源であり、それぞれ、読み取り用電源ＶＳ（Ｖ）、リフレッシュ用電源ＶＲＥＦ（Ｖ）である。
【００８１】
まず、リフレッシュ期間の動作について説明する。
【００８２】
シフトレジスタ１０２の信号をすべて「Ｈｉ」の状態にし、読み出し用回路部のＣＲＥＳ信号を「Ｈｉ」の状態にする。そうすると、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）が導通し、読み出し用回路内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３も導通し、全光電変換素子のＧ電極が、ＧＮＤ電位になる。そして、制御信号ＶＳＣが「Ｈｉ」になると、全光電変換素子のＤ電極がリフレッシュ用電源ＶＲＥＦにバイアスされた状態（負電位）になる。すると、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３はリフレッシュモードになり、いわゆるリフレッシュが行われる。
【００８３】
次に、光電変換期間について説明する。
【００８４】
制御信号ＶＳＣが「Ｌｏ」の状態に切り替わると、全光電変換素子のＤ電極は読み取り用電源ＶＳにバイアスされた状態（正電位）になる。すると、光電変換素子は、光電変換モードになる。この状態でシフトレジスタ１０２の信号をすべて「Ｌｏ」の状態にし、読み出し用回路部のＣＲＥＳ信号を「Ｌｏ」の状態にする。すると、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフし、読み出し用回路内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３もオフし、全光電変換素子のＧ電極は、直流的にはオープン状態になるが、光電変換素子はコンデンサでもあるため電位は保持される。
【００８５】
しかし、この時点では、光電変換素子に光は入射されていないため、電荷は発生しない。すなわち電流は流れない。この状態で光源がパルス的に（交流的に）オンすると、それぞれの光電変換素子のＤ電極（Ｎ＋電極）に光が照射され、いわゆる光電流が流れる。光源については、図８において、特に記載はしていないが、例えば、複写機であれば、蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲン灯等である。Ｘ線撮像装置であれば文字通りＸ線源であり、Ｘ線可視変換用のシンチレータを用いればよい。これらの光によって流れた光電流は、電荷として、それぞれの光電変換素子内に蓄積され、光源がオフ後も保持される。
【００８６】
次に読み出し期間に移行するが、その動作については、上述した内容と全く同じであるため、説明はここでは省略する。
【００８７】
リフレッシュ期間、光電変換期間及び読み出し期間を経て、１枚の画像が得られるが、動画のような複数枚の画像を得る場合には、上述した動作を繰り返せば良い。本実施形態では、光電変換素子のＤ電極が共通に接続され、この共通の配線を制御信号ＶＳＣで、リフレッシュ用電源ＶＲＥＦと読み取り用電源ＶＳの電位に制御しているため、全光電変換素子を、同時に、リフレッシュモードと光電変換モードとに切り替えることができる。このため、複雑な制御をすることなしに、１画素あたり１個のＴＦＴで、光出力が得られる。
【００８８】
（実施形態２）
図１１は、本発明に係る光電変換装置の実施形態２を示す断面図である。
【００８９】
図１に示した実施形態１の光電変換装置と異なる点は、光電変換基板（絶縁基板）の下に導光体が配置されており、ＬＥＤが導光体の側面に具備されていることである。導光体の材質は、アクリルやガラスなど、屈折率が空気と異なる透明なものを用いている。
【００９０】
図１１は、光電変換装置の断面構成の図として表記しているが、紙面奥行き方向にも光電変換素子は２次元状に配置されている。又、ＬＥＤも紙面奥行き方向に１次元状に配置されている。導光体の側面から入射した光は、導光体内部に進入する。このとき、導光体の屈折率と周囲の空気の屈折率とで決まる臨界角よりも浅い角度で進む光は、導光体界面で全反射して、更に内部に進入する。しかし、導光体上面で臨界角よりも深い角度で入った光は、一部が屈折して光電変換基板側へ導かれる。
【００９１】
図１１で示した導光体の上面及び下面は平面状に書かれているが、粗面状に加工しておけば、そこでの拡散性も増し、導光体から光電変換基板の側へ出射する光が多くなる。絶縁基板側へ出た光は、光電変換素子の側面を抜け、蛍光体面で反射し、光電変換素子の受光面に到達する。本実施形態での光電変換装置は、ＬＥＤの数を大幅に減らすことができるため、コスト的に有利に働き、又、消費電力が軽減される。
【００９２】
（実施形態３）
図１２は、本発明に係る光電変換装置の実施形態３を示す断面図である。
【００９３】
図１に示した実施形態１の光電変換装置と異なる点は、光電変換素子が配置されている絶縁基板と導光体とを兼用している点である。導光体兼絶縁基板の材質は、ガラスなどの、屈折率が空気と異なる透明なものを用いる。図１２は、光電変換装置の断面構成の図として表記しているが、紙面奥行き方向にも光電変換素子は２次元状に配置されている。又、ＬＥＤも紙面奥行き方向に１次元状に配置されている。
【００９４】
図１２において、導光体兼絶縁基板の側面から入射した光は、内部に進入する。このとき、導光体兼絶縁基板の下面において周囲の空気の屈折率で決まる臨界角よりも浅い角度で進む光は、導光体界面で全反射して、更に内部に進入する。しかし、導光体兼絶縁基板下面で臨界角よりも深い角度で入った光は、一部が屈折し、光電変換基板側へ導かれる。図１２内で示した導光体兼絶縁基板の下面は平面状に書かれているが、租面状に加工しておけば、そこでの拡散性も増し、導光体兼絶縁基板から蛍光体側へ出射する光が多くなる。蛍光体側へ出た光は、光電変換素子の側面を抜け、蛍光体面で反射し、光電変換素子の受光面に到達する。一方、導光体兼絶縁基板の上面においては、光電変換素子（やスイッチング素子）の第１の金属薄膜層に衝突した光は、すべて反射される。又、第１の金属薄膜層以外の保護層に衝突した光は、保護層の屈折率と導光体兼絶縁基板の屈折率で決定される光の進行条件に基づいて、反射あるいは屈折する。
【００９５】
本実施形態での光電変換装置は、ＬＥＤの数を大幅に減らすことができるため、コスト的に有利に働き、又、消費電力を軽減させることができる。又、導光体を絶縁基板と兼用するため光電変換装置を軽量、小型にすることができる。
【００９６】
（実施形態４）
図１３は、本発明に係る光電変換装置の実施形態４を示す断面図である。
【００９７】
図１に示した実施形態１の光電変換装置と異なる点は、ＬＥＤ光源を用いず、外光を用いている点である。シャーシは、外光を導光体側に取り入れるときに開き、そうでないときには閉じている。この開閉は、モータなどを用いて自動的に制御すればよい。上述した実施形態３に比べて、ＬＥＤを配置するスペース分だけ、装置が小型化される。又、モータの消費電力にもよるが、ＬＥＤを並べた実施形態３よりも消費電力が軽減される可能性がある。又、外光が、ＬＥＤよりも光量が大きい場合には有効である。
【００９８】
（実施形態５）
図１４は、本発明に係る光電変換装置の実施形態５を示す断面図である。
【００９９】
本実施形態の光電変換装置は、今までの説明に使用した医療用Ｘ線撮像装置や被破壊検査装置など、被読み取り物体にＸ線を照射する形態ではなく、原稿を読み取る複写機やファクシミリなどへ応用した形態である。
【０１００】
図１４は、光電変換装置の断面構成の図として表記しているが、紙面奥行き方向にも、光電変換素子やＬＥＤが２次元状に配置されている。又、実施形態１を示した図１では省略しているが、絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が配置されていてもよい。
【０１０１】
絶縁基板の下に配置されたＬＥＤから出射された光（可視光）は、絶縁基板を透過し、光電変換素子の側面を通過して被読み取り物体である原稿に到達する。原稿表面に記載されている文字や画像の濃度に応じて、光は原稿面で反射し、光電変換素子の受光面に照射されるようになっている。
【０１０２】
ＬＥＤは、「読み取り期間」及び「非読み取り期間」両方の期間に点灯する。「読み取り期間」でのＬＥＤの点灯は文字どおり、原稿情報を光電変換素子によって読み取るために点灯し、「非読み取り期間」でのＬＥＤの点灯は、「読み取り期間」での原稿情報をＳ／Ｎ比よく光電変換するために点灯させている。「非読み取り期間」内でのＬＥＤ点灯においては、原稿が光電変換素子上部に配置されていても、配置されていなくてもかまわない。すなわち、どちらでも、幾分かの光が光電変換素子の受光面に到達するからである。
【０１０３】
情報が記載されている原稿は、その原稿やインクの原料により、ＬＥＤからの光の反射特性が異なるが、完全に吸収するものでなければよく、数％程度の光が光電変換素子に到達すればよい。実施形態１の光電変換装置を示した図１においては、ＬＥＤ光が蛍光体に垂直に照射されているように表記されているが、実質上、斜め方向から入射する光もあるため、原稿面での鏡面反射成分を含めれば、原稿面で光をすべて吸収することはない。又、原稿が存在しない場合には、垂直方向に昇ったＬＥＤ光は光電変換素子に到達されない。しかし、保護層と周囲空気とでは屈折率が異なるため、ＬＥＤからの斜め方向からの光や、光電変換素子やスイッチング素子の金属薄膜層エッジ部で散乱した斜めの光は、保護層界面で、光電変換素子側へ一部が反射する。
【０１０４】
（実施形態６）
図１５は、本発明に係る実施形態６を示す光電変換素子１画素分の回路図である。
【０１０５】
光電変換素子は、ＰＩＮ型ホトダイオードを示しており、材料としてはアモルファスシリコン、結晶シリコンのどちらでもよい。
【０１０６】
光電変換素子のダイオードのカソード側は、ＳＷ１に、アノード側は電流計に接続されている。ＳＷ１の他方は、光電変換素子にバイアスを与えるための電源（Ｖｓ）に接続されるか、又は零バイアス（ＧＮＤ）に接続されるか、どちらかに切り替えることができる。第１の光源であるＸ線源から照射したＸ線は、図示しない被験体（病院では患者）に照射され、そこを通過したＸ線は蛍光体にあたる。蛍光体でＸ線は吸収され、可視光に変換される。蛍光体からの可視光は、光電変換素子に照射される。
【０１０７】
図１５に示した本実施形態の光電変換素子の回路図は１画素分の回路図なので、光電変換素子と蛍光体との位置関係は表現されていないが、図１に示した実施形態１と同様に、実質上密着させることによって画像の解像度特性を向上させている。一方、第２の光源であるＬＥＤ光源は、Ｘ線とは別の光路で光電変換素子に照射される。ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれ、Ｘ線源、ＬＥＤ光源を点灯させるスイッチである。
【０１０８】
図１６は、図１５で示した実施形態６の回路における動作のタイミングチャートであり、Ｘ線源、ＬＥＤ光源、光電変換素子のバイアス、光電変換素子の出力を記載している。図１６では、光電変換素子のダーク出力の様子を示すために敢えてＸ線やＬＥＤを点灯させていない。
【０１０９】
図１６において、光電変換素子のバイアスを与えると、光電変換素子にダーク電流が流れる。理想的には零でありたいが、実際には零ではない。又、電源をオンすると同時に一定の電流が流れるのではなく、ダーク電流は、オン直後は大きく、時間と共に減衰する。
【０１１０】
一般に、光電変換素子を、アモルファスシリコン半導体を主たる材料にするＰＩＮホトダイオードで形成する場合には、アモルファス半導体膜中のダングリングボンドや作成過程で混入した不純物によって、欠陥準位を形成する。それらは、トラップ準位として働き、電源をオンした直後あるいはオンさせる前においても、電子又は正孔をトラップしており、数ミリ秒〜数十秒間の時間を経てから、伝導帯あるいは価電子帯に熱的に励起され、伝導電流（ダーク電流）が流れる。特に、Ｐ層とＩ層との界面部分やＩ層とＮ層との界面部分は、トラップ準位が多いと言われ、それらがダーク電流に寄与するものと考えられている。
【０１１１】
又、Ｐ層、Ｎ層のブロッキング特性も完全なものではなく、外からＩ層内部へ流入してくるキャリアによるダークの成分も増加するとも考えられている。
【０１１２】
又、アモルファス半導体膜を用いずに、結晶型のＰＩＮ型ホトダイオードを用いる場合には、作成するプロセス条件や装置などにも依存するが、アモルファスほどトラップ準位は多くはないと言われる。しかし、Ｐ層とＩ層との界面部分又はＩ層とＮ層との界面部分は、結晶格子のミスマッチが多く、トラップ準位は零ではなく、やはり、図１６で示した光電変換素子の出力の傾向をもつ。
【０１１３】
光電変換素子のダーク出力（ダーク電流）が十分減衰するのを待てば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。しかし、目標とするダーク出力レベルに減衰するまでに数秒〜数１０秒の長い時間を要する場合には、非常に使い勝手がよくない装置となる。なぜならば、例えば、病院で使用するＸ線撮像装置の場合には、撮影室に患者を誘導して、光電変換素子を投入し、数秒〜数十秒待ってからＸ線を爆射させなければならないからである。患者が撮影室に入る前から光電変換素子の電源を投入させておけばよいが、その場合には、光電変換素子の劣化（特性変化、腐食等）が促進され、長寿命の装置の提供が困難である。
【０１１４】
図１７は、図１５に示した実施形態６の回路における動作のタイミングチャートであり、光電変換素子の電源をオンした後にＬＥＤ光源を点灯した場合を示している。
【０１１５】
ＬＥＤをオンさせることにより、ホトダイオードに光電流が流れ、やがてＬＥＤをオフすると同時に、光電流は絶たれる。このとき、ＬＥＤのオフ後のダーク電流は、ＬＥＤをオンさせなかったとき（タイミングチャートは図１６）に比べて、ダーク電流が時間に対して安定し、場合によって小さくなる。これは、照射したＬＥＤの光エネルギーによって、半導体層内部に生成された過剰なキャリアによって半導体層内の内部状態（特に界面部）が安定化され、電子又は正孔が光を照射したことによって、解き放たれたことによるものである。このダーク電流の低い状態において、Ｘ線を照射すれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。
【０１１６】
つまり、Ｘ線撮影前にＬＥＤ光を照射し、ダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなくＳ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【０１１７】
図１８は、ＬＥＤをオンさせた後にＸ線をオンさせたときの光電変換素子の出力の様子を示したタイミングチャートである。
【０１１８】
ＬＥＤは、短時間でＸ線爆射を行う際に、光電変換素子のダーク電流を小さくするために予め点灯させる。そのときに流れる光電流は、画像情報の読み取りとしてはなんら関係ない。ＬＥＤを点灯させるための期間を、非読み取り期間と称する。一方、Ｘ線は、患者の体内情報を読み取るために照射される。Ｘ線が照射される期間は、読み取り期間と称する。非読み取り期間内にＬＥＤ（第２の光源）が照射され、読み取り期間内にＸ線（第１の光源）が照射される。非読み取り期間と読み取り期間の長さ、あるいはＬＥＤの照射時間などは、光電変換素子のダーク出力（ダーク電流）の特性や光電変換装置として求められるＳ／Ｎ比によって設計される。
【０１１９】
（実施形態７）
図１９は、本発明に係る実施形態７を示す光電変換装置のブロック図である。図１９のブロック図では、病院内で使用されるＸ線撮像装置としての概要を表記している。
【０１２０】
図１９において、Ｘ線源を出射したＸ線は患者に照射され、患者を透過したＸ線がＸ線可視変換蛍光体に到達する。そのＸ線は、Ｘ線可視変換蛍光体で可視光に変換され、その可視光が光電変換素子に照射される。その可視光は、患者の体内の像情報を有する光である。光電変換素子とＸ線可視変換蛍光体とは実質上密着しており、図１９においては、薄い保護層を介在して密着している。又、光電変換素子は、基板上に配置されている。基板の光電変換素子と反対側には、ＬＥＤ光源が配置されている。ＬＥＤの光は、基板を通過して、Ｘ線可視変換蛍光体で反射した後、光電変換素子に到達する。
【０１２１】
Ｘ線の照射（スイッチオン）及びＬＥＤ光源の点灯（スイッチオン）は、制御手段によって制御される。もちろん、この制御手段は、スイッチのオンだけではなくスイッチのオフも制御している。
【０１２２】
図１９においては、光電変換素子を１種類でしか表記していないが、図８に示した２次元的電気回路図のようにＴＦＴと１対で存在していると考えてよい。更に図１９では、基板上に配置された光電変換素子のみが図示されているが、図８に示したような光電変換回路部１０１及び読み出し用回路部１０７が具備されていると考えてもよい。光電変換回路部１０１及び読み出し用回路部１０７などは、図１０で示されるタイミングチャートに基づく信号で駆動されることになる。それらの信号は、ＶＳＣ、ＲＥＦ、ＣＲＥＳ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、ＳＭＰＬ、Ｓｒ1、Ｓｒ2、Ｓｒ3などである。これらは、タイミング発生装置から出力され、そして光電変換装置（図８に示した１０１、１０７）に入力される。つまりタイミング発生装置からの信号は、光電変換装置を駆動させることになる。そして、図１９で示されるように、タイミング発生回路は、制御手段によって制御（オン／オフ）される。つまり、光電変換装置が制御手段によって制御される。制御手段を構成する例としては、コンピュータがあげられる。制御手段は、Ｘ線源、光電変換装置及びＬＥＤを独立に制御でき、そして、その制御手段にコンピュータを用いれば、その制御方法はソフトによるプログラムが可能となる。つまり、使い勝手が向上し、ひいては、病院内で使用されるＸ線撮像装置として付加価値も高くなる。
【０１２３】
又、図１９では図示していないが、、図８に示したＡ／Ｄ変換回路部１０５を、光電変換回路部１０１及び読み出し用回路部１０７の近傍に配置し、Ａ／Ｄ変換回路部１０５のディジタルデータをコンピュータ（制御手段）内のメモリに格納するといった方法も考えられる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、光源からの光を非読み取り期間に照射した後、放射線源からの放射線を変換した光を読み取り期間に照射することによって、撮影時間が大幅に短縮され、ダーク電流が小さくＳ／Ｎ比の高い画像が得られる撮像装置が可能となる。又、撮影時間を大幅に短縮することによって、使い勝手を向上させることができる。又、１枚の撮影において、光電変換素子やスイッチング素子に印加されるバイアスの時間が減少し、装置としての耐久性能も向上する。撮影時間が短縮されれば、医療装置の場合には、患者に対する心的負担が大きく軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態１の光電変換装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態１の光電変換素子を用いた回路図である。
【図３】図２に示した回路のタイミング図（１）である。
【図４】図２に示した回路のタイミング図（２）である。
【図５】図２に示した回路のタイミング図（３）である。
【図６】図１に示した光電変換素子及びスイッチ素子の平面図である。
【図７】図６に示したＡ−Ｂ線における断面図である。
【図８】図１に示した光電変換装置の２次元的電気回路図である。
【図９】図１に示したＭＩＳ型光電変換素子の動作を示すバンド図である。
【図１０】図８の動作を示すタイミング図である。
【図１１】本発明に係る実施形態２の光電変換装置を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る実施形態３の光電変換装置を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る実施形態４の光電変換装置を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る実施形態５の光電変換装置を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る実施形態６の光電変換素子を用いた回路図である。
【図１６】図１５に示した回路のタイミング図（１）である。
【図１７】図１５に示した回路のタイミング図（２）である。
【図１８】図１５に示した回路のタイミング図（３）である。
【図１９】本発明に係る実施形態７の光電変換装置のブロック図である。
【符号の説明】
Ｓ１−１〜Ｓ３−３  光電変換素子
Ｔ１−１〜Ｔ３−３  スイッチング素子
ＳＲ１              シフトレジスタ（スイッチング素子用）
ＳＲ２              シフトレジスタ（読み出しスイッチ用）
Ｇ１〜Ｇ３          ゲート駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３          マトリクス信号配線
１０６Ａ            光電変換素子のバイアス電源
１０６Ｂ            光電変換素子のリフレッシュ電源
１０１              光電変換回路部
１０７              読み出し用回路部
１０５              Ａ／Ｄ変換回路部
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３  Ｍ１〜Ｍ３に形成される負荷容量をリセットするスイッチ
Ａ１〜Ａ３          バッファアンプ
Ｂ１〜Ｂ３          バッファアンプ
Ｓｎ１〜Ｓｎ３      読み出し容量に信号を転送するための転送スイッチ
Ｓｒ１〜Ｓｒ３      読み出し容量の信号を順次読み出すためのスイッチ
３０１              光電変換素子
３０２              スイッチング素子（ＴＦＴ）
３０６              ゲート駆動用配線
３０７              マトリクス信号配線
３１０              コンタクトホール部
３１４              配線クロス部
３０４              第１の金属薄膜層
３０５              第２の金属薄膜層
３１１              ｓ−ＳｉＮ絶縁薄膜層
３１２              ｓ−Ｓｉ半導体薄膜層
３１３              Ｎ+層
３０３              絶縁基板
３１５              保護膜
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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