JP2004532592A - 感光装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に半導体物質の蒸着技術により生成される種類の感光画素からなるマトリクスを備えた感光装置の駆動方法に関する。より具体的には（但し非限定的に）、本発明は放射線画像の検出に使用される装置の駆動に関する。
本方法は、読み取り段階の間に、開始の時点で取得した少なくとも１つのオフセット画像とそれに続く有用画像とからなる連続画像に感光画素を曝すことからなる。有用画像には、開始時点で取得したオフセット画像と、該オフセット画像と有用画像を隔てる時間（ｔｉ）とに基づく修正が行われる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体物質の蒸着技術により生成される種類の感光画素からなるマトリクスを備えた感光装置の駆動方法に関する。より具体的には（但し非限定的に）、本発明は放射線画像の検出に使用される装置の駆動に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素添加アモルファスシリコン（ａ−ＳｉＨ）などの半導体物質の薄膜を、ガラス等の絶縁支持体に蒸着する技術は、可視または半可視放射線から画像を生成することが可能な感光画素のマトリクスを生成するために使用される。このようなマトリクスを放射線画像の検出に使用するには、Ｘ線とマトリクスの間に、感光画素が感応する波長帯域でＸ線を可視光に変換するシンチレータスクリーンを重ね合わせるだけでよい。
【０００３】
このようなマトリクスを形成する感光画素は、通常、スイッチ機能を提供する要素に関連付けられた感光要素を備える。感光領域は導体の行と列の間に配置される。要件に応じて、感光装置はマトリクス又は線形アレイに配列された複数の感光画素を備える。
【０００４】
通常感光要素はスイッチ要素と直列接続されたダイオードからなる。スイッチ要素は、例えば、「閉」又は「オン」状態が前方への伝導に駆動するためのバイアスに相当し、「開」又は「オフ」状態がそれと反対のバイアスに相当する、スイッチダイオードである。伝導方向が反対である２つのダイオードを、「逆並列」と呼ばれる構成に接続する。このような配列は、例えば、「逆並列」接続された２つのダイオードを有する種類の感光画素のマトリクスと、感光画素の読み取り方法と、そのような感光装置の製造方法を開示した特許文献１に公知である。アモルファス半導体材料は残像を生む。これは、結晶質材料よりはるかに多い、大量のトラップを含むというアモルファスの構造によるものである。これらのトラップは、禁止帯全体に亘る構造的欠陥であり、そこには画像取得の間に生成された電荷が保持される。該材料は一定量の照射に相当する画像を保存し、次の１、又は場合によっては複数の画像が読み取られている間にこの画像に関する電荷を復元する。これにより画像の質が劣化する。
【０００５】
欠損は画像の質に影響する。このような感光装置に使用される半導体構成要素はすべて同一ではなく、感光装置は、欠損を含む領域で現れ、時間と共に変化する固有の不均質性を有する。
【０００６】
最良の質の有用画像を得るために、有用画像は「オフセット画像」と呼ばれるものに基づいて修正される。「オフセット画像」は、一般に稼動周期の開始時に取得されて保存される「ダーク画像」とも呼ばれる。このオフセット画像は、感光装置が強度０の信号を受信した時に取得される画像であり、一種の背景画像に相当する。オフセット画像は、感光画素の構成要素の電気状態と、その電気的特徴のばらつきによって変化する。有用画像は、Ｘ線の照射を受けたことに対応する有用信号を感光装置が受信する度に読み取られる。該信号はオフセット画像を含んでいる。修正は、有用画像からオフセット画像を差し引くことからなる。このような修正は、オフセット画像の取得時と有用画像取得時との間にオフセット画像が変化していない場合にのみ信頼性がある。感光画素の電気状態は、オフセット画像の取得直前と有用画像の取得直前でのみ同じである。駆動されていない時、半導体構成要素は常に平衡状態を探しているが、保存されたトラップを排出するのに数マイクロ秒から数時間に亘る時間が掛かるため、そのような平衡状態は数時間後にしか達成できない。この時間が経過した後も、半導体構成要素の状態は残存する放射の温度又は微少な変化により一定でない。
【０００７】
オフセット画像は一般に感光装置の稼動周期の開始時に取得され、有用画像は技師の決定により開始されて必要に応じてランダムに取得されるので、一定でない間隔を置いた任意の２つの時点で半導体構成要素が同じ状態にあるという保証は当然ながらない。
【０００８】
図１ａ及び１ｂは、一定の時間に亘って本発明を適用した感光装置の感光画素の構成要素のトラップの充填状態を象徴的に示している。矢印は画像周期を表す。「画像周期」という表現は、特許文献２に説明されているような、１回の画像取得段階と、それに続く読み取り段階、さらには消去及びリセット段階からなる一連の段階を意味する。画像取得段階では、信号が最大照射信号であるかダーク信号であるかに関係なく、感光画素は取得すべき信号を受ける。読み取り段階では、画像取得の間に蓄積された電荷の量を読み取るための行導体に、読み取りパルスが流される。消去及びリセット段階では、感光画素はデータを消去され、新規画像取得を行える状態にリセットされる。
【０００９】
２つの連続する画像周期の間、感光画素は休止状態にあるが、その電気状態は変化している。図中の第一画像周期はオフセット画像を提供し、その他の周期はオフセット画像によって修正される有用画像を提供していると推測される。
【００１０】
画像周期が図１ａに示すように不定期に起こる場合、感光画素の電気状態は各周期の開始時で異なっているため、オフセット画像により修正される有用画像の信頼性は高くないことが明瞭に分かる。
【００１１】
対照的に、図１ｂでは画像周期が定期的に、例えば５秒毎に起こり、各周期の開始時で感光画素の電気状態はほぼ同じである。
【００１２】
オフセット画像は変動しておらず、１周期の間に取得された有用画像に対する、それ以前の別の周期中に取得されたオフセット画像による修正は、信頼性が高い。この操作方法の主な欠点は、所望の結果を得るためには複数の周期を順次定期的に続ける必要があるため制約が多くなる点である。
【特許文献１】
仏国特許出願公開第２６０５１６６号明細書
【特許文献２】
仏国特許出願公開第２７６０５８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このような使用は非常に制約的であり、必要な有用画像を必要に応じて取得できることを所望する技師の希望を満たさない。本発明の目的は、最良の品質の画像を保証しながら、前記主な欠点を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このために、本発明では、スイッチ要素に接続されたフォトダイオードを有する感光画素を少なくとも１つ備えた感光装置を駆動する方法であって、読み取り段階において、感光画素に、開始時に生成された少なくとも１つのオフセット画像とそれに続く有用画像からなる連続する画像の１周期を送ることを含み、開始時に取得されたオフセット画像に基づく、且つ該オフセット画像と有用画像とを隔てる時間に直接的に基づく修正を、有用画像に対して加えることを特徴とする方法を目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実行するいくつかの例示的方法の詳細な説明と、添付図に図解する実施例により、本発明の理解を深めることができる。
【実施例１】
【００１６】
図２は、従来通りに配列されたマトリクス２を備える感光装置１の概略図である。マトリクス２は、それぞれが逆並列接続された感光ダイオードＤｐとスイッチダイオードＤｃから形成される、感光画素Ｐ１ないしＰ９を備える。マトリクスは、行導体Ｙ１ないしＹ３と、それと交差する列導体Ｘ１ないしＸ３とを含み、各交差点において感光画素が１つの行導体と１つの列導体に接続されている。従って、感光画素Ｐ１ないしＰ９は、行Ｒ１ないしＲ３と列ＣＬ１ないしＣＬ３に沿って配列されている。
【００１７】
図２の実施例には、９の感光画素を画定する３行３列しか示されていないが、このようなマトリクスの容量を、場合によっては数百万画素まで、さらに大きくすることも可能である。例えば、（４０ｃｍ×４０ｃｍの面積に）３０００行×３０００列、線形検出アレイを構成する一行複数列、又は単一感光画素を構成する１行１列に配列された感光画素を有するマトリクスを生成することが一般に行われている。
【００１８】
感光装置はラインドライバ３を含み、出力ＳＹ１，ＳＹ２，ＳＹ３はそれぞれ行導体Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３に接続されている。ラインドライバ３は、時計回路、スイッチ回路及びシフトレジスタ等の様々な要素（図示せず）からなっており、それにより行導体Ｙ１ないしＹ３に順次アドレスできる。感光装置は、電圧ＶＰ１をラインドライバ３に送ることにより行導体に加えるバイアスパルスの振幅を決定する電圧源４と、電圧ＶＰ２をラインドライバ３に送ることにより行導体に加える読み取りパルスの振幅を決定する電圧源１３とをさらに含む。これら２つの電圧源は、単一の電源とすることもできる。
【００１９】
感光画素Ｐ１ないしＰ９のそれぞれにおいて、２つのダイオードＤｐ，Ｄｃは、陰極か、又は図示するように陽極で、相互に接続されている。フォトダイオードＤｐの陰極は列導体Ｘ１ないしＸ３に接続されており、スイッチダイオードＤｃの陰極は行導体Ｙ１ないしＹ３に接続されている。
【００２０】
画像取得又は画像取り込み段階、つまりマトリクス２に「有用な」光信号を照査する段階において、各感光画素Ｐ１ないしＰ９の２つのダイオードＤｐ，Ｄｃは逆バイアスを掛けられ、この状態においてダイオードの各々がコンデンサを構成する。一般に、２つのダイオードＤｐ，Ｄｃは、フォトダイオードＤｐの方が高い（例えば約５０倍の）キャパシタンスを示すように設計されている。
【００２１】
有用光信号に曝されたとき、感光画素Ｐ１ないしＰ９の照射により各画素に属するフォトダイオードに電荷が生じる。この電荷の数は、２つのダイオードＤｐ，Ｄｃの交差点に形成された（浮遊）ノード上の点「Ａ」に蓄積される照射の強度により決まる。感光画素Ｐ１ないしＰ９は一行ずつ、同じ行導体Ｙ１ないしＹ３に接続されている感光画素はすべて同時に、読み取られる。このために、ラインドライバ３はアドレスする各行導体Ｙ１ないしＹ３に所定の振幅の読み取りパルスを送る。アドレスされない行導体は、基準又は休止時の電位Ｖｒに保たれる。該電位は例えば地電位であり、また列導体Ｘ１ないしＸ３に加えられる電位と同一でもよい。
【００２２】
感光画素Ｐ１ないしＰ９の点「Ａ」に少しでも電荷が蓄積されると、この点における電圧、つまり、フォトダイオードＤｐの逆バイアス電圧が低下する。特定の操作モードでは、行導体Ｙ１ないしＹ３に読み取りパルスを送ることには、この行導体に接続されたすべての感光画素の点「Ａ」の電位まで、有用光信号に曝される前のバイアスレベルを回復するという効果がある。この結果、各列導体Ｘ１ないしＸ３に、対応する点「Ａ」に蓄積した電荷に比例する電流の流れが生じる。
【００２３】
列導体Ｘ１ないしＸ３は、本実施例では積算器回路５とマルチプレクサ回路６とを備える、読み取り回路ＲＣに接続されている。このマルチプレクサ回路６は、例えば、ＣＣＤ（荷電結合デバイス）型等の、並列入力と直列出力を有するシフトレジスタにより形成されている。各列導体は、積算器として接続された増幅器Ｇ１ないしＧ３のネガティブ入力「−」に接続されている。積分コンデンサＣ１ないしＣ３は、ネガティブ入力「−」と各増幅器の出力Ｓ１ないしＳ３の間に接続されている。各増幅器Ｇ１ないしＧ３の第二の入力「＋」は、本実施例においては基準電位Ｖｒである電位に接続されており、よって該基準電位Ｖｒがすべての列導体Ｘ１ないしＸ３に強制的に印加される。各増幅器は、各積分コンデンサＣ１ないしＣ３と並列接続された、（例えばＭＯＳ型のトランジスタで形成された）リセットスイッチ要素Ｉ１ないしＩ３を含む。
【００２４】
増幅器の出力Ｓ１ないしＳ３はマルチプレクサ６の入力Ｅ１ないしＥ３に接続されている。この従来型の構成により、マルチプレクサ６の出力ＳＭとして、全ての感光画素Ｐ１ないしＰ９の点「Ａ」に蓄積された電荷に対応する信号を、一行ずつ（Ｒ１ないしＲ３）「連続的」に伝送することができる。
【００２５】
図２の実施例ではスイッチダイオードＤｃにより提供されているスイッチ機能を実現するために、トランジスタを使用することも知られている。ダイオードと比較して、トランジスタは接続が複雑であるが、「オン」状態の質について利点を有する。該利点について以降説明する。
【実施例２】
【００２６】
図３に概略的に示す感光装置１＃は、主にマトリクス２０のスイッチダイオードＤｃの代わりに、例えば薄膜蒸着技術により生成されたトランジスタＴが使用されている点で図２と異なっている。このような技術はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）技術として知られている。図２に示すマトリクス２の製造にこの技術を使用することもできる。
【００２７】
実施例として示す図３では、各感光画素Ｐ１ないしＰ９のトランジスタＴがそのソースＳによりフォトダイオードＤｐの陰極に接続されている。つまり、点「Ａ」において、感光画素が属する行導体Ｙ１ないしＹ３にそのゲートＧが、感光画素が属する列導体Ｘ１ないしＸ３にそのドレインＤが、それぞれ接続されている。全てのフォトダイオードＤｐの陽極は、まとめてラインドライバ３の出力ＳＹ４に接続されている。出力ＳＹ４は、基準電位Ｖｒ又は地電位に対してネガティブな、例えば−５ボルトのバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓを出力し、それによりフォトダイオードＤｐに逆バイアスが掛かる。例えば、ラインドライバ３はこのバイアス電圧を電圧源４＃から受け取る。
【００２８】
図２及び３に示す装置の操作をさらに理解するために、特許文献２を参照することができる。
【００２９】
さらに具体的には、オフセット修正を向上させるため、上述の装置を以下のように操作することができる。
【００３０】
読み取り段階の間、開始時に取得した少なくとも１つのオフセット画像とそれに続く有用画像からなる連続画像の１周期を、感光装置に送る。本発明に従い、開始時に取得したオフセット画像と、該オフセット画像と有用画像とを隔てる時間に基づく修正を有用画像に加える。
【００３１】
有用画像が現れる期間である、有用可能時間の長さを決定する。有用可能時間の開始時は、（システムによるバックグランドタスクとして取得される）オフセット画像の取得終了時に一致する。有用可能時間の終了時は、次のオフセット画像の取得開始時に一致する。従って、有用可能時間の終了後に有用画像取得が必要となった場合、新規オフセット画像が取得されるまで待たねばならない。この新規オフセット画像の取得終了が新規有用可能時間の開始となる。
【００３２】
さらに具体的には、上記のように規定されたこの時間に基づく修正は、通常感光装置の製造の間に実行される較正段階で生成される。較正段階の後に読み取り段階が続き、この読み取り段階の間に開始時に取得されたオフセット画像と有用画像が生じる。較正段階では、複数組のオフセット画像を取得する。各組を構成する２つのオフセット画像は、一定の時間ｔｉだけ隔たっている。１つの組を構成する２つの画像を図４のタイミング図に示す。オフセット_０と呼ばれる第一画像が参照番号４０で、オフセット_ｔｉと呼ばれる第二画像が同４１で、それぞれ示されている。有用可能時間と同長さの時間ｔｉを、複数のオフセット画像の組について選択する。オフセット画像の各組について、第二オフセット画像４１と第一オフセット画像４０の間の差異を決定し、その後保存する。保存した差異には対応する時間ｔｉを使用して指標を付ける。
【００３３】
読み取り段階では、開始時に取得したオフセット画像、及び、実質的に該オフセット画像と有用画像とを隔てる時間に対応する保存された差異に基づき、現在のオフセット画像を有用画像から差し引く。さらに詳細には、従来通り、第一オフセット画像４０から第二オフセット画像４を差し引いたものと等しくなるように保存する差異を選択した場合、現在のオフセット画像は開始時に取得したオフセット画像から保存した差異を差し引いたものとほぼ等しくなる。
【００３４】
或いは、較正段階において、各組の第二画像４１を単に保存することも可能である。次に読み取り段階において、開始時に取得したオフセット画像と有用画像とを隔てる時間ｔｉにほぼ対応する１組から第二オフセット画像４１を差し引く。
【００３５】
有利には、保存された差異の質を向上させるため、較正段階の間に、使用しないオフセット画像４２を各組について取得する。この画像４２は第一画像４０に先行し、第一オフセット画像４０からほぼ一定の時間だけ隔たっている。有利には、前記ほぼ一定の時間は、読み取り段階で取得される２つのオフセット画像を隔てる時間に等しい。応用分野によっては、読み取り段階のほぼ一定の時間と、較正段階の同時間を異なる長さに（通常読み取り段階の時間を長く）してもよい。
【００３６】
較正段階では、オフセット画像の各組について、保存される差異を装置の感光画素ごとに決定することができる。これにより、複数の感光画素間に存在する可能性のあるトラップの弛緩における一時的差異を考慮することが可能になる。反対に、これは、現在のオフセット画像に対して行われる修正にノイズを加えるという欠点を有する。
【００３７】
較正段階では、装置全体の差異全体を保存することもできる。次いで、第二オフセット画像４１と第一オフセット画像４０とのこの差異を、オフセット画像の組を構成する各画像の平均値に基づいて決定する。これは現在のオフセット画像に加えられる修正にノイズを発生させることはないが、装置の複数の感光画素間の差異を考慮しない。
【００３８】
較正段階では、オフセット画像の各組について、保存する差異を、各オフセット画像の複数の部分の平均値に基づいて決定することもできる。この変形例は、例えば、感光画素を複数の異なる基板上に生成し、該基板の縁と縁を接合することによりマトリクス２を形成するときに有用である。
【００３９】
オフセット画像は温度により変化することが知られている。従って、有用画像取得時の温度に基づいて有用画像に修正を加えることが可能である。具体的には、上述のように決定した差異に、２重の指標、即ち時間ｔｉに基づく第一指標及び温度に基づく第二指標を付けて保存することができる。
【００４０】
変形例として、較正段階を実質的に省略し、有用画像の後にオフセット_ｔｉ画像を生成することができる。有用画像の後に、オフセット_０画像４０とそれに続くオフセット_ｔｉ画像４１とから構成される１周期を実行することにより、この変形例を利用することができる。この時、画像４０と４１はほぼ時間ｔｉだけ離間している。さらに単純で高速な手順として、有用画像から時間ｔｉだけ隔たった時点でオフセット_ｔｉ画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１ａ及び１ｂは、従来の方法で使用されているときの感光画素の構成要素のトラップの状態を示す。
【図２】図２は本発明を適用できる感光装置を示す。
【図３】図３は本発明を適用できる感光装置を示す。
【図４】図４は較正段階における複数のオフセット画像の連続例を示すタイミング図である。

Claims (10)

1. スイッチ要素に接続されたフォトダイオード（Ｄｐ）を有する少なくとも１つの感光画素を備えた感光装置の駆動方法であって、読み取り段階の間に、開始時に生成された少なくとも１つのオフセット画像とそれに続く有用画像からなる一連の連続画像を感光画素に送ることを含み、開始時に取得したオフセット画像に基づき、且つ該オフセット画像から有用画像を隔てる時間（ｔｉ）に直接的に基づく修正を、有用画像に加えることを特徴とする方法。
2. 読み取り段階の前に較正段階を有することと、該較正段階において、それぞれが、読み取り段階における有用可能時間以内の一定の時間（ｔｉ）だけ離間する２つの画像からなるオフセット画像の複数組を取得すること、各組の第一オフセット画像（４０）と第二オフセット画像（４１）との差異を決定して保存すること、及び、次の読み取り段階において、開始時に所得したオフセット画像、及び、該オフセット画像と有用画像とを隔てる時間にほぼ対応する差異に基づく現在のオフセット画像を有用画像から差し引くことを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 読み取り段階の前に較正段階を有することと、該較正段階において、それぞれが、読み取り段階における有用可能時間以内の一定の時間（ｔｉ）だけ離間する２つの画像からなるオフセット画像の複数組を取得すること、各組の第二オフセット画像（４１）を保存すること、及び、次の読み取り段階において、開始時に所得したオフセット画像と有用画像とを隔てる時間（ｔｉ）にほぼ対応する組から第二オフセット画像（４１）を差し引くことを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 現在のオフセット画像は開始時に取得したオフセット画像にほぼ等しく、該現在のオフセット画像から、従来技術に従って、第一オフセット画像（４０）から第二オフセット画像（４１）を差し引いたものに等しくなるよう選択した保存差異を差し引くことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 較正段階において、オフセット画像の各組の前に使用しないオフセット画像を取得することと、全ての組について、該不使用オフセット画像と第一オフセット画像とを隔てる時間がほぼ一定であることとを特徴とする、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 較正段階において、第一オフセット画像と第二オフセット画像との差異を各感光画素について決定することを特徴とする、請求項２、４又は５に記載の方法。
7. 較正段階において、第一オフセット画像（４０）と第二オフセット画像（４１）との差異を各オフセット画像の平均値に基づいて決定することを特徴とする、請求項２、４又は５に記載の方法。
8. 較正段階において、第一オフセット画像（４０）と第二オフセット画像（４１）との差異を各オフセット画像の一部の平均値に基づいて決定することを特徴とする、請求項２、４又は５に記載の方法。
9. 有用画像の後に、開始時に取得したオフセット画像と有用画像とを隔てる時間に相当する時間（ｔｉ）だけ有用画像から離間した現在のオフセット画像を取得することと、次に有用画像から現在のオフセット画像を差し引くこととを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 有用画像取得時の温度に基づく修正を有用画像に加えることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。

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