JP2005175418A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 寄生容量によるノイズの影響を低減することが可能であり、また、簡素な構成で低消費電力の読み出し回路で読み出し可能な光電変換装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る光電変換装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子にソースが接続され、ドレインにリセット用電源が接続されるリセット用トランジスタと、前記光電変換素子にゲートが接続され、ドレインに読み出し用電源が接続される読み出し用トランジスタと、前記読み出し用トランジスタのソースに接続された信号線と、前記読み出し用電源又は前記信号線と前記読み出し用トランジスタとの間に接続された選択用トランジスタと、前記信号線に接続された定電流源と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線撮影装置等の光電変換装置に関し、特に、寄生容量による感度低下の低減を図った光電変換装置に関する。

従来、アモルファスシリコンやポリシリコンを用いたセンサアレイの光電変換素子で光電変換された電荷を、マトリクス駆動によって容量へ転送して読み出す放射線撮影装置等の光電変換装置が知られている。

図９は、従来の光電変換装置（放射線撮像装置）を示す模式的回路図である。図９に示すように、従来の光電変換装置では、図中破線で囲まれた画素に、ＰＩＮ型フォトダイオードＰＤと選択用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＳＴとが設けられており、このような画素が２次元に配列してセンサアレイ１０１が構成されている。これらの素子は、ガラス基板１０２上に形成されたアモルファスシリコン層及びポリシリコン層等を用いて構成されている。各画素のＰＩＮ型フォトダイオードＰＤの共通電極には電源からバイアス電圧Ｖｓが印加されている。

また、各画素の選択用ＴＦＴ ＳＴのゲート電極は共通ゲート線Ｖｇ１〜ＶｇＭに接続されている。共通ゲート線Ｖｇ１〜ＶｇＭはシフトレジスタ（図示せず）等を備えたゲートドライバ１０４に接続されている。各選択用ＴＦＴ ＳＴのソース電極は共通信号線Ｓｉｇ１〜ＳｉｇＮに接続されている。共通信号線Ｓｉｇ１〜ＳｉｇＮは、アンプＡｍｐ１〜ＡｍｐＮ、アナログマルチプレクサＭＵＸ及びＡ／Ｄコンバータ（図示せず）等を備えた読み出し回路１０３に接続されている。

このように構成された従来の光電変換装置では、ゲートドライバ１０４によるマトリクス駆動が行われ、撮影画像データが読み出し回路１０３に出力されて読み出される。

次に、従来の放射線撮影装置等の光電変換装置に用いられるセンサアレイの画素の断面構造について説明する。図１０は、従来の光電変換装置（Ｘ線撮像装置）の画素を示す断面図である。

各画素において、ガラス基板２０１上に、ゲート電極層（下電極）２０２、絶縁層（アモルファスシリコン窒化膜）２０３、アモルファスシリコン半導体層２０４、ｎ型アモルファスシリコン層２０５、ソース・ドレイン電極層（上電極）２０６が積層されて選択用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２２が構成されている。また、ガラス基板上に、ソース・ドレイン電極層２０６の延出した部分（下電極層）、ｐ型アモルファスシリコン層２０７、アモルファスシリコン半導体層２０８、ｎ型アモルファスシリコン層２０９、上電極層２１０が積層されてフォトダイオード２２１が構成されている。更に、ガラス基板２０１上には、絶縁層２０３、アモルファスシリコン半導体層２０４、ｎ型アモルファスシリコン層２０５、ソース・ドレイン電極層２０６が積層されて構成された配線部２２３も存在する。更に、これらを覆うアモルファスシリコン窒化膜等からなる保護層２１１が形成され、この上に接着層２１２を用いて蛍光体層２１３が接着されている。このような構造は、例えば特許文献１（特開平０８−１１６０４４号公報）に記載されている。

なお、蛍光体層２１３は、放射線（Ｘ線）を可視光に変換するために設けられている。一般的に、アモルファスシリコンを用いて構成されたフォトダイオードはＸ線に対する感度が極めて低い。蛍光体層２１３はガドリニウム系材料又はＣｓＩ（ヨウ化セシウム）等から構成される。

このような従来の光電変換装置（Ｘ線撮像装置）では、被写体を透過したＸ線が蛍光体層に入射すると、可視光に変換される。そして、可視光がフォトダイオードに入射する。フォトダイオードでは、半導体層で電荷が発生し、ＴＦＴがオンになると、順次読み出し回路に転送され、読み出される。

しかしながら、従来の放射線撮影装置等の光電変換装置では、２次元的に配列した画素の数が多くなるに従って、共通信号線に大きな寄生容量が寄生し、出力電圧が大幅に低下することがある。つまり、図９に示すように、寄生容量Ｃｇｓは、選択用ＴＦＴ ＳＴのゲートとソース電極との間に寄生し、１本の共通信号線に寄生する寄生容量の大きさは、当該共通信号線に接続される画素の数に比例して大きくなる。例えば、Ｘ線フィルム相当のエリアセンサを１画素２００μｍ×２００μｍで縦横に２０００個×２０００個配置し、４０ｃｍ×４０ｃｍのエリアセンサを作製した場合、１箇所の寄生容量Ｃｇｓの大きさが０．０５ｐＦであるとしても、１本の共通信号線には０．０５×２０００＝１００ｐＦの寄生容量が生じてしまう。

一方、フォトダイオードＰＤのセンサ容量Ｃは１ｐＦ程度である。このため、可視光の入射によりフォトダイオードで発生した信号電圧をＶ１とすると、共通信号線上で観察できる出力電圧Ｖｏは「Ｖｏ＝Ｖ１×Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｇｓ）×２０００」となり、出力電圧Ｖｏは信号電圧Ｖ１の約１／１００になってしまう。

従って、従来の放射線撮像装置等の光電変換装置では、このような出力電圧の大幅な低下のために、大面積のセンサを構成することができない。また、出力電圧の大幅な低下のために、読み出し回路のアンプで発生するノイズや外来ノイズの影響を受けやすく、高感度の光電変換装置を構成するのが困難な場合もある。定電流源や低ノイズアンプ等を読み出し回路に設ければノイズの影響を低減することが可能な場合もあるが、低ノイズアンプは特殊な回路であるため、コストの上昇等の問題が引き起こされてしまう。更に、低ノイズアンプは一般に消費電力が大きいため、読み出し回路の発熱の問題も無視できない。

特開平８−１１６０４４号公報

本発明は、寄生容量によるノイズの影響を低減することが可能であり、また、簡素な構成で低消費電力の読み出し回路で読み出し可能な光電変換装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係る光電変換装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子にソースが接続され、ドレインにリセット用電源が接続されるリセット用トランジスタと、前記光電変換素子にゲートが接続され、ドレインに読み出し用電源が接続される読み出し用トランジスタと、前記読み出し用トランジスタのソースに接続された信号線と、前記読み出し用電源又は前記信号線と前記読み出し用トランジスタとの間に接続された選択用トランジスタと、前記信号線に接続された定電流源と、を有することを特徴とする。

本発明に係るＸ線撮影システムは、上記の光電変換装置と、Ｘ線発生装置と、制御手段とを有し、前記制御手段は、Ｘ線発生装置および光電変換装置の動作を制御することにより、被写体を透過したＸ線画像を読み取ることを特徴とする。

本発明によれば、大面積のセンサを構成しても、寄生容量の増大による出力電圧の低下を抑えることができる。このため、ノイズの影響を受けにくくなり、高い感度が得られる。更に、低ノイズアンプや定電流源等の特殊な回路を用いなくても読み出し手段を構成することができる。また低消費電力で発熱の影響の小さい読み出し手段を構成することができる。更に、本発明に設けられる定電流源はガラス基板上に薄膜トランジスタを用いて形成することが可能である。このため、光電変換素子や他の薄膜トランジスタと同時に成膜形成することができ、コストの面で有利である。また、定電流源はガラス基板上において、読み出し手段から離間した場所に設けることができるため、信号線の抵抗の影響を低減することも可能である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。

本実施形態においては、ガラス基板２上に２行２列（４個）の画素ＰＥ１１、ＰＥ２１、ＰＥ２１及びＰＥ２２が設けられてセンサアレイ１が構成されているが、センサアレイ１を構成する画素の数はこれに限定されるものではない。各画素には、アモルファスシリコンを用いて形成されたＰＩＮ型フォトダイオードからなる光電変換素子ＰＤ及び光電変換素子ＰＤが生成した信号電荷を蓄積する蓄積容量Ｃｓが設けられている。光電変換素子ＰＤ及び蓄積容量Ｃｓの一端は接地されており、他端は互いに接続されている。各画素には、更に、リセット用ＭＯＳトランジスタＲＴ、選択用ＭＯＳトランジスタＳＴ及びソースフォロアＭＯＳトランジスタ（読み出し用トランジスタ）ＦＴが設けられている。リセット用ＭＯＳトランジスタＲＴ、選択用ＭＯＳトランジスタＳＴ及びソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴは、例えばアモルファスシリコン又はポリシリコンを用いて形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から構成されている。なお、蓄積容量Ｃｓは、光電変換素子ＰＤ自体に存在する容量の大きさが十分なものであれば設けられていなくてもよい。

画素ＰＥ１１及びＰＥ１２のリセット用ＭＯＳトランジスタＲＴのゲートには、共通の共通リセット線Ｒ１が接続され、画素ＰＥ２１及びＰＥ２２のリセット用ＭＯＳトランジスタＲＴのゲートには、共通の共通リセット線Ｒ２が接続されている。また、各リセット用ＭＯＳトランジスタＲＴの一端はリセット用電源５に接続され、他端は光電変換素子ＰＤ及び蓄積容量Ｃｓに接続されている。

画素ＰＥ１１及びＰＥ１２の選択用ＭＯＳトランジスタＳＴのゲートには、共通の共通選択線Ｓ１が接続され、画素ＰＥ２１及びＰＥ２２の選択用ＭＯＳトランジスタＳＴのゲートには、共通の共通選択線Ｓ２が接続されている。また、各選択用ＭＯＳトランジスタＳＴの一端はソースフォロア用電源（読み出し用電源）６に接続され、他端は当該画素内でソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのドレインに接続されている。

画素ＰＥ１１及びＰＥ２１のソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのソースには、共通の共通信号線Ｓｉｇ１が接続され、画素ＰＥ１２及びＰＥ２２のソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのソースには、共通の共通信号線Ｓｉｇ２が接続されている。また、各ソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのゲートは、当該画素内で光電変換素子ＰＤ及び蓄積容量Ｃｓに接続されている。

共通リセット線Ｒ１及びＲ２並びに共通選択線Ｓ１及びＳ２は、結晶シリコンを用いて形成されたシフトレジスタを備えた走査回路４に接続されている。また、共通信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２は、結晶シリコンを用いて形成された読み出し回路３に接続されている。更に、共通信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２には、ガラス基板２上に形成された定電流源Ｉが接続されている。読み出し回路３には、共通信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２毎に、増幅器Ａｍｐ１及びＡｍｐ２が設けられており、これらの出力信号を外部に順次出力するアナログマルチプレクサＭＵＸも設けられている。また、センサアレイ１の受光面には、従来のものと同様に蛍光体層が設けられている。

次に、第１の実施形態に係る光電変換装置（Ｘ線撮像装置）の動作について説明する。図２は、第１の実施形態に係る光電変換装置（Ｘ線撮像装置）の動作を示すタイミングチャートである。図２中のＲ１及びＲ２は、夫々共通リセット線Ｒ１、Ｒ２を介してリセット用ＭＯＳトランジスタＲＴのゲートに印加されるリセットパルスを示し、Ｓ１、Ｓ２は、夫々共通選択線Ｓ１、Ｓ２を介して選択用ＭＯＳトランジスタＳＴのゲートに印加される選択パルスを示し、ＭＵＸ＿ＣＬＫはアナログマルチプレクサＭＵＸに印加されるパルスを示す。

放射線（Ｘ線）が光電変換装置に連続して照射されている状態で、走査回路４が共通リセット線Ｒ１にリセットパルスを印加すると、画素ＰＥ１１及びＰＥ１２の光電変換素子ＰＤの電位がリセットされた後、画素ＰＥ１１及びＰＥ１２の光電変換素子ＰＤが光電変換を開始し、蓄積容量Ｃｓに信号電荷が蓄積される。また、走査回路４が共通リセット線Ｒ２にリセットパルスを印加すると、画素ＰＥ２１及びＰＥ２２の光電変換素子ＰＤの電位がリセットされた後、画素ＰＥ２１及びＰＥ２２の光電変換素子ＰＤが光電変換を開始し、蓄積容量Ｃｓに信号電荷が蓄積される。

そして、走査回路４が、共通リセット線Ｒ１にリセットパルスを印加した後に共通選択線Ｓ１に選択パルスを印加すると、光電変換素子ＰＤのリセット以降、画素ＰＥ１１及びＰＥ１２の蓄積容量Ｃｓに蓄積されていた信号電荷が信号線Ｓｉｇ１を介して読み出し回路３に読み出される。同様に、走査回路４が、共通リセット線Ｒ２にリセットパルスを印加した後に共通選択線Ｓ２に選択パルスを印加すると、光電変換素子ＰＤのリセット以降、画素ＰＥ２１及びＰＥ２２の蓄積容量Ｃｓに蓄積されていた信号電荷が信号線Ｓｉｇ２を介して読み出し回路３に読み出される。

読み出し回路３は、パルスＭＵＸ＿ＣＬＫに同期して、信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２を介して出力されてきた信号を外部の処理装置等に出力する。

このような第１の実施形態では、全体的な回路の構成がソースフォロア回路となっている。従って、信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２に寄生する寄生容量Ｐの影響を受けずに光電変換素子ＰＤにより得られた信号を増幅して読み出すことができる。従って、大面積化に伴う出力の低下を回避することができる。このため、読み出し回路３内の増幅器Ａｍｐ１及びＡｍｐ２自体で生じるノイズや外来ノイズの影響を受けにくいという効果も得られる。従って、高い感度を得ることもできる。更に、光電変換素子ＰＤにより得られた信号がソースフォロアで増幅されており、また、読み出し回路３に定電流源が不要なので、読み出し回路３の構成は簡素であり、廉価な汎用の素子を用いて構成することが可能である。即ち、従来技術のように、特殊で消費電力の大きい低ノイズアンプや低電流源を要しない簡単な構成の読み出し回路を実現することができる。

なお、上述の動作についての説明では、放射線（Ｘ線）を連続的に照射しているものとしているが、断続的に照射してもよい。また、Ｘ線撮像装置の構成に関し、選択用ＭＯＳトランジスタＳＴがソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのソース側に設けられていてもよい。また、定電流源の回路構成は、特に限定されるものではなく、例えば１又は２以上のＴＦＴを組み合わせることにより構成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。第２の実施形態では、第１の実施形態で用いられている定電流源Ｉの替わりに、アモルファスシリコンを用いて形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＣＴが設けられている。薄膜トランジスタＣＴのゲートには、定電流源用電源７から電圧が供給されている。このような構成では、定電流源を他のトランジスタ（リセット用、選択用、ソースフォロア用）等と同時に成膜して形成することができるため、簡易な製造プロセスで構成することができる。ここで、リセット用、選択用、ソースフォロア用、定電流源用の各薄膜トランジスタは積層する膜厚等を共通にしても良いし、又は個別の膜厚等にしても良い。また、不純物ドープの条件（ｎ型又はｐ型）を共通にしても良いし、又は個別のドープ条件としても良い。更に、レーザーアニール等を用いて、一部をアモルファスシリコンで構成し、他の一部をポリシリコン化しても良い。

なお、図３においては、薄膜トランジスタＣＴ及び定電流源用電源７を備えた定電流源は、図１１に示すように構成されている。この場合、定電流源を構成する薄膜トランジスタＣＴはｎ型、ｐ型のいずれでも良い。

例えば、薄膜トランジスタＣＴがｎ型の薄膜トランジスタである場合、薄膜トランジスタＣＴは、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓ、ソース−ドレイン間電流Ｉｄｓ、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ及びしきい値電圧Ｖｔｈに関し、図４に示すようなＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す。従って、薄膜トランジスタＣＴのゲート電圧を制御して「Ｖｄｓ＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈ」が満たされる飽和領域とすることにより、薄膜トランジスタＣＴを定電流源として用いることができる。

更に、上式に従えば、薄膜トランジスタＣＴがｎ型の薄膜トランジスタである場合、図１２に示すように、ゲートとソースとを互いに接続することにより、簡単な構成で定電流源を構成することもできる。また、必要な電流値によっては、図１３に示すように、ゲートとソースとの間に抵抗を設けても良い。図１２又は図１３に示す構成によれば、定電流源用電源が不要となる。

更に、定電流源をガラス基板上に形成する場合の別の例を図１４に示す。この例では擬似的な定電流源を、薄膜トランジスタなどを用いずに、ガラス基板上にパターニングされた抵抗で形成している。この場合の抵抗値は選択用ＭＯＳトランジスタＳＴのＯＮ抵抗値より十分大きいことが望ましい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。第２の実施形態では、定電流源を形成する薄膜トランジスタＣＴが画素と読み出し回路３との間に位置しているのに対し、第３の実施形態では、薄膜トランジスタＣＴが共通信号線上において、画素よりも読み出し回路３から離間して位置している。つまり、薄膜トランジスタＣＴと読み出し回路３との間に画素が位置している。

定電流源を読み出し回路から離間して設ける利点について、図１５、図１６、図１７を用いて詳しく説明する。図１５は各信号線に対して、定電流源を読み出し手段から離間して設けた場合の構成であり、図１６は低電流源を読み出し手段側に設けた場合の構成である。図１６のように定電流源を読み出し手段側に設けた場合、各ソースフォロアＭＯＳトランジスタのソース電位Ｖｓに対して、実際に読み出し手段で読み出される電圧Ｖｏｕｔが信号線の抵抗成分Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の影響で低減する。たとえば画素Ｃを読み出す場合はΔＶ＝Ｉ０×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）だけＦＴ３のソース電位より低い電圧が読み出される。

特に大面積の光電変換装置を形成するなど、信号線の抵抗が大きい場合には、この電圧降下は無視できない。図１７に画素による電圧降下の様子を示す。一方、図１５のように定電流源を読み出し手段と離間して設ける場合、上述の信号線抵抗による出力電圧降下を防ぐことができる。例えば画素Ｃを読み出す場合においても、電流はＲ１、Ｒ２、Ｒ３にはほとんど流れないため、ソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴ３のソース電圧を降下させることなく、読み出し手段で読み出すことが可能である。図１７に、定電流源を読み出し手段から離間して設けた場合、電圧降下がほとんどないことを示す。図５及び図１５に示すように、定電流源を読み出し手段から離間して設ける構成にすれば、大面積の光電変換装置のように信号線抵抗が無視できない場合にも、電圧降下などの不具合を生じることがない。

本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態で得られる効果に加えて、共通信号線に抵抗成分が存在しても、読み出し回路３が読み出す信号出力に対する抵抗成分による電圧降下を回避することができるという更なる効果が得られる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。第４の実施形態においては、第３の実施形態に対し、共通信号線Ｓｉｇ１及びＳｉｇ２に、読み出し走査用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＲＤＴが設けられている。読み出し走査用薄膜トランジスタＲＤＴは、ガラス基板２上の画素と読み出し回路３との間に形成されている。また、読み出し回路３には、アナログマルチプレクサＭＵＸが設けられておらず、各信号線からの出力信号は単一の増幅器Ａｍｐに入力されるようになっている。更に、読み出し回路３には、読み出し走査用薄膜トランジスタＲＤＴのゲート電圧を走査する読み出し走査回路８が設けられている。

このように構成された第４の実施形態では、図７に示すように、第１の実施形態と同様にして蓄積容量Ｃｓに信号電荷が蓄積された後、信号線Ｓｉｇ１用のクロック信号ＣＬＫ１及び信号線Ｓｉｇ２用のクロック信号ＣＬＫ２に同期して読み出し走査用薄膜トランジスタＲＤＴがオンとなり、蓄積されていた電荷が順次読み出し回路３により読み出される。

このような第４の実施形態によれば、読み出し回路３に必要な増幅器の個数は１個であり、他にはロジック回路等は必要なだけである。即ち、読み出し回路３の構成がより一層簡素になっている。従って、ノイズがより一層低くなり、より簡単な構成でより高い感度を得ることができる。本実施形態において、レーザーアニール技術等を用いて走査用薄膜トランジスタＲＤＴをポリシリコンで形成することは、走査速度の観点から望ましい。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は、本発明の第５の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。第４の実施形態では、選択用ＭＯＳトランジスタＳＴがソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのドレインに接続されているのに対し、第５の実施形態では、選択用ＭＯＳトランジスタＳＴがソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのソースと信号線Ｓｉｇ１又はＳｉｇ２との間に接続されている。ソースフォロアＭＯＳトランジスタＦＴのドレインは、ソースフォロア用電源６に直接接続されている。

このような第５の実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、Ｘ線の検出だけでなく、蛍光体層を設けずに可視光をそのまま受光するようにしてもよい。また、光電変換素子としては、ＰＩＮ型フォトダイオードだけでなく、ＭＩＳ型センサ等を用いてもよい。ＭＩＳ型センサを用いる場合は、リセット用トランジスタに接続されたリセット用電源が図示しない制御手段により出力電圧を制御可能な構成としてもよい。

さらには光電変換素子としては、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀など直接放射線（あるいはＸ線）を吸収して電荷を発生するいわゆる直接変換型素子を用いてもよい。この場合、アモルファスシリコンやポリシリコンで薄膜トランジスタを形成したガラス基板に、直接変換型素子を成膜あるいは接続して光電変換装置を構成することができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、本発明の光電変換装置を用いたＸ線撮影システムの例である。図１８は、本発明の第６の実施形態に係るＸ線撮影システムを示す図である。

Ｘ線ルーム（撮影室）内において、Ｘ線チューブ（Ｘ線発生装置）６０５０で発生したＸ線６０６０は患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、イメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体の内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ（蛍光体）は発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。イメージセンサ６０４０は、この情報を電気信号（デジタル信号）としてイメージプロセッサ６０７０に出力する。画像処理手段としてのイメージプロセッサ６０７０は、受信した信号に対して画像処理を施して、コントロールルーム（操作室）の表示手段であるディスプレイ６０８０に出力する。ユーザは、ディスプレイ６０８０に表示された画像を観察して、患者６０６１の体の内部の情報を得ることができる。なお、イメージプロセッサ６０７０は、制御手段の機能も有しており、動画／静止画の撮影モードを切り換えたり、Ｘ線チューブ６０５０の制御を行ったりすることも可能である。

また、イメージプロセッサ６０７０は、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を電話回線６０９０等の伝送処理手段を介して遠隔地へ転送し、ドクタールーム等の別の場所にある表示手段（ディスプレイ）６０８１に表示することもできる。また、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を光ディスク等の記録手段に保存し、この記録手段を用いて遠隔地の医師が診断することも可能である。また、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

本Ｘ線撮影システムの特徴は、以下の点である。即ち、
（１）前述の光電変換装置が図中６０４０のイメージセンサ内部に設けられており、Ａ/Ｄ変換されたデジタル出力はイメージプロセッサ６０７０で目的に応じた画像処理などが施される。
（２）イメージプロセッサ６０７０には図示しない制御手段が設けられており、制御手段はイメージセンサ６０４０、Ｘ線発生装置６０５０、ディスプレイ６０８０・６０８１、フィルムプロセッサ６１００などを制御している。

本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係るＸ線撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。 第２の実施形態における薄膜トランジスタＣＴのＶｄｓ−Ｉｄｓ特性を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。 第４の実施形態に係るＸ線撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る光電変換装置、特にＸ線撮像装置の回路構成を示す回路図である。 従来の光電変換装置（放射線撮像装置）を示す模式的回路図である。 従来の光電変換装置（Ｘ線撮像装置）の画素を示す断面図である。 定電流源の構成の一例を示す回路図である。 定電流源の構成の他の一例を示す回路図である。 定電流源の構成の更に他の一例を示す回路図である。 定電流源の構成の更に他の一例を示す回路図である。 定電流源の配置（離間配置）による出力説明図である。 定電流源の配置（読み出し手段側配置）による出力説明図である。 定電流源の配置による出力差の説明図である。 本発明の光電変換装置を用いたＸ線撮影システム図である。

符号の説明

１：センサアレイ
２：ガラス基板
３：読み出し回路
４：走査回路
５：リセット用電源
６：ソースフォロア用電源
７：定電流源用電源
８：読み出し走査回路
ＰＥ１１、ＰＥ１２、ＰＥ２１、ＰＥ２２：画素
ＰＤ：光電変換素子
Ｃｓ：蓄積容量
ＲＴ：リセット用ＭＯＳトランジスタ
ＳＴ：選択用ＭＯＳトランジスタ
ＦＴ：ソースフォロアＭＯＳトランジスタ
ＣＴ：薄膜トランジスタ
ＲＤＴ：読み出し走査用薄膜トランジスタ
Ａｍｐ、Ａｍｐ１、Ａｍｐ２：増幅器
ＭＵＸ：アナログマルチプレクサ
Ｉ：定電流源
Ｒ１、Ｒ２：共通リセット線
Ｓ１、Ｓ２：共通選択線
Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２：共通信号線

Claims (16)

1. 光電変換素子と、
   前記光電変換素子にソースが接続され、ドレインにリセット用電源が接続されるリセット用トランジスタと、
   前記光電変換素子にゲートが接続され、ドレインに読み出し用電源が接続される読み出し用トランジスタと、
   前記読み出し用トランジスタのソースに接続された信号線と、
   前記読み出し用電源又は前記信号線と前記読み出し用トランジスタとの間に接続された選択用トランジスタと、
   前記信号線に接続された定電流源と、
   を有することを特徴とする光電変換装置。
2. 前記光電変換素子、前記読み出し用トランジスタ、前記信号線及び前記定電流源は、単一の絶縁性支持体上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記信号線に接続された読み出し手段を有し、
   前記定電流源は、前記読み出し用トランジスタよりも前記読み出し手段から離間した前記信号線上の位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
4. 前記読み出し手段は、前記信号線が接続されたアナログマルチプレクサを有することを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記アナログマルチプレクサは前記読み出し用トランジスタと同一の絶縁性支持体上に、アモルファスシリコン又はポリシリコンの薄膜トランジスタを用いて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
6. 前記定電流源は、ゲートに定電流源用電源が接続された定電流源用トランジスタを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
7. 前記定電流源用電源は、前記定電流源用トランジスタのゲートに、ドレイン−ソース間電圧をＶｄｓ、ゲート−ソース間電圧をＶｇｓ、しきい値電圧をＶｔｈとしたときに、Ｖｄｓ＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈの関係が成り立つような電圧を供給することを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記定電流源は、ゲートとソースとが相互に接続された定電流源用トランジスタを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
9. 前記定電流源は、ゲートとソースとが抵抗を介して接続された定電流源用トランジスタを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
10. 前記リセット用トランジスタ、前記読み出し用トランジスタ、前記選択用トランジスタ及び前記定電流源からなる群から選択された少なくとも１個は、アモルファスシリコン層又はポリシリコン層を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
11. 放射線を吸収し、前記光電変換素子が検知可能な波長帯域の光を放出する蛍光体層を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
12. 前記光電変換素子は、ＰＩＮ型フォトダイオード又はＭＩＳ型センサであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
13. 前記光電変換素子は放射線を直接電荷に変換する直接型光電変換素子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
14. 前記直接型光電変換素子は、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ及びＣｄＺｎＴｅからなる群から選択された１種を材料とすることを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
15. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子にソースが接続され、ドレインにリセット用電源が接続されるリセット用トランジスタと、
    前記光電変換素子にゲートが接続され、ドレインに読み出し用電源が接続される読み出し用トランジスタと、
    前記読み出し用電源又は前記信号線と前記読み出し用トランジスタとの間に接続された選択用トランジスタと、
    を備えた画素が２次元状に複数配列され、
    前記複数の画素に接続された複数の共通信号線と、
    前記共通信号線に接続された定電流源と、
    を有することを特徴とする光電変換装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、Ｘ線発生装置と、制御手段とを有し、
    前記制御手段は、Ｘ線発生装置および光電変換装置の動作を制御することにより、
    被写体を透過したＸ線画像を読み取ることを特徴とするＸ線撮影システム。

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