JP4800045B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、各々入射光量に応じた量の電荷を発生する複数のフォトダイオードが２次元配置された受光部を有する固体撮像装置に関するものであり、特に、口腔内におけるＸ線撮像に好適に用いられ得る固体撮像装置に関する。
口腔内におけるＸ線撮像に用いられることを意図した固体撮像装置が特許文献１に開示されている。このような用途では、撮像すべきＸ線の入射期間が極めて短く、固体撮像装置はＸ線入射タイミングを捉えて該Ｘ線を撮像しなければならない。そこで、特許文献１に開示された固体撮像装置は、Ｘ線像を撮像するために２次元配列された複数のフォトダイオードを含む撮像用受光部とは別に、Ｘ線入射を検知するためのトリガ用フォトダイオードをも備えている。そして、この固体撮像装置は、トリガ用フォトダイオードから出力される電気信号をモニタすることでＸ線入射を検知し、その後、撮像用受光部から出力される電気信号に基づいてＸ線像を得る。
特表２００２−５０５００２号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示された固体撮像装置は、外部機器との間で信号等を入出力するための配線の本数が多く、口腔内において用いられるものとしては信頼性が低い。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信頼性を高くすることができ口腔内においても好適に用いられ得る固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明に係る固体撮像装置は、(1) 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを各々有しＭ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを含む撮像用受光部と、(2) 入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光部と、(3) 画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎのうちの何れかの画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データと、トリガ用フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値のトリガ用データとを、各々デジタルデータとして時分割で共通の出力信号線へ出力する出力部と、を備えることを特徴とする。ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。
本発明に係る固体撮像装置では、撮像用受光部に含まれる画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎのうちの何れかの画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データと、トリガ用受光部に含まれるトリガ用フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値のトリガ用データとが、出力部から共通の出力信号線へ出力される。この固体撮像装置と接続されて用いられる外部機器においては、固体撮像装置の出力部から出力信号線へ出力されるトリガ用データに基づいて、固体撮像装置への光の入射の有無が識別され、また、固体撮像装置の出力部から出力信号線へ出力される画素データに基づいて、固体撮像装置へ入射する光の像が得られる。
この固体撮像装置では、画素データおよびトリガ用データが共通の出力信号線へ時分割で出力されるので、外部機器との間で信号等を入出力するための配線の本数が少なくてよく、口腔内において用いられるものとして信頼性が高いものとなる。なお、出力部から共通の出力信号線へ出力される画素データおよびトリガ用データは、シリアルデータであるのが好適である。
本発明に係る固体撮像装置では、出力部は、撮像用受光部における何れかの第ｍ1行のＮ個の画素部Ｐｍ1,１〜Ｐｍ1,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する第１期間と、他の第ｍ2行のＮ個の画素部Ｐｍ2,１〜Ｐｍ2,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する第２期間との間に、第１期間にトリガ用フォトダイオードで発生した電荷によるトリガ用データを出力するのが好適である。ただし、ｍ1，ｍ2は１以上Ｍ以下の整数である。このように、各行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれの画素データを出力する期間の間に、トリガ用データが出力されることにより、固体撮像装置への光入射タイミングが的確に識別され得る。
本発明に係る固体撮像装置では、出力部は、撮像用受光部における何れかの第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する期間の前に、該第ｍ行を表す行識別用データをデジタルデータとして画素データおよびトリガ用データに対して時分割で出力信号線へ出力するのが好適である。このように、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれの画素データを出力する期間の前に、該第ｍ行を表す行識別用データが出力されることにより、どの行の画素データが送られているのかを、信号の送り先である外部機器が明確に区別できるようになリ、固体撮像装置へ入射する光の像が的確に得られる。
本発明に係る固体撮像装置では、トリガ用受光部は、撮像用受光部を取り囲んで設けられている１つのトリガ用フォトダイオードを含むのが好適である。また、トリガ用受光部は、撮像用受光部の周囲に設けられ互いに接続されている複数のトリガ用フォトダイオードを含むのも好適である。このようにトリガ用受光部が構成されていることにより、固体撮像装置への光の入射が高感度に検知され得る。
本発明に係る固体撮像装置は、信頼性を高くすることができて、口腔内においても好適に用いられ得る。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置１の構成図である。この図に示される固体撮像装置１は、撮像用受光部１０、トリガ用受光部２０、行選択部３０、列選択部４０、電圧保持部５０、出力部６０および制御部７０を備える。なお、この図では、要素間の配線については省略または簡略化されている。
撮像用受光部１０は、入射した光の像を撮像するためのものであり、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを含む。画素部Ｐｍ,ｎは第ｍ行第ｎ列に位置している。Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎは、共通の構成を有していて、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含んでいる。なお、Ｍ，Ｎは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。
トリガ用受光部２０は、光の入射を検知するためのものであり、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含む。トリガ用受光部２０に含まれるトリガ用フォトダイオードの個数や配置については種々の態様があり得るが、光の入射を高感度に検知するためには、撮像用受光部１０を取り囲むようにトリガ用フォトダイオードが設けられているのが好適であり、また、受光面積が広いのが好適である。トリガ用受光部２０は、図示の如く撮像用受光部１０を取り囲んで設けられている１つのトリガ用フォトダイオードを含むのが好適であり、或いは、撮像用受光部１０の周囲に設けられ互いに並列接続されている複数のトリガ用フォトダイオードを含むのも好適である。
行選択部３０は、撮像用受光部１０における各行を順次に指定して、その指定した第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを電圧保持部５０へ出力させる。行選択部３０は、Ｍ段のシフトレジスタ回路を含み、このシフトレジスタ回路の各段の出力ビットにより、撮像用受光部１０における各行を順次に指定することができる。
電圧保持部５０は、共通の構成を有するＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを含む。保持回路Ｈｎは、撮像用受光部１０における第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎと接続されていて、これらのうちの何れかの画素部Ｐｍ,ｎから出力された画素データを入力し、その入力した画素データを保持して出力する。保持回路Ｈｎは、雑音成分が重畳された信号成分を表す画素データを保持するとともに、雑音成分を表す画素データも保持することができる。
列選択部４０は、電圧保持部５０に含まれるＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを順次に指定して、その指定した第ｎの保持回路Ｈｎにより保持されている画素データを出力部６０へ出力させる。列選択部４０は、Ｎ段のシフトレジスタ回路を含み、このシフトレジスタ回路の各段の出力ビットにより、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮを順次に指定することができる。
出力部６０は、撮像用受光部１０に含まれる画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎのうちの何れかの画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データと、トリガ用受光部２０に含まれるトリガ用フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値のトリガ用データとを、共通の出力信号線Ｌoutへ出力する。なお、出力部６０は、電圧保持部５０から画素データを入力し、トリガ用受光部２０からトリガ用データを入力する。
出力部６０は、撮像用受光部１０における何れかの第ｍ1行のＮ個の画素部Ｐｍ1,１〜Ｐｍ1,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する期間と、他の第ｍ2行のＮ個の画素部Ｐｍ2,１〜Ｐｍ2,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する期間との間に、トリガ用データを出力するのも好適である。ただし、ｍ1，ｍ2は１以上Ｍ以下の整数である。
出力部６０は、撮像用受光部１０における何れかの第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する期間の前に、該第ｍ行を表す行識別用データを出力信号線Ｌoutへ出力するのも好適である。なお、出力部６０は、行選択部３０から行識別用データを入力する。
出力部６０は、差演算回路６１、積分回路６２、ＡＤ変換回路６３およびスイッチＳＷ６１〜ＳＷ６４を含む。スイッチＳＷ６１は、sel_data信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ６２は、sel_trig信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ６３は、sel_sig1信号により制御されて開閉動作する。また、スイッチＳＷ６４は、sel_sig2信号により制御されて開閉動作する。
差演算回路６１は、雑音成分が重畳された信号成分を表す画素データを保持回路Ｈｎから入力するとともに、雑音成分を表す画素データをも保持回路Ｈｎから入力して、両者の差に応じた値の画素データを出力する。この差演算回路６１から出力される画素データは、雑音成分が除去された信号成分を表す。積分回路６２は、トリガ用受光部２０から出力される電荷を入力して蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値をトリガ用データとして出力する。スイッチＳＷ６１およびＳＷ６２は、差演算回路６１から出力される画素データ、および、積分回路６２から出力されるトリガ用データのうち、何れかを選択してＡＤ変換回路６３へ入力させる。
ＡＤ変換回路６３は、差演算回路６１から出力されてスイッチＳＷ６１を経て到達した画素データを入力し、この入力した画素データ（アナログデータ）をＡＤ変換して、デジタルデータとして画素データを出力する。また、ＡＤ変換回路６３は、積分回路６２から出力されてスイッチＳＷ６２を経て到達したトリガ用データを入力し、この入力したトリガ用データ（アナログデータ）をＡＤ変換して、デジタルデータとしてトリガ用データを出力する。スイッチＳＷ６３およびＳＷ６４は、ＡＤ変換回路６３から出力される画素データまたはトリガ用データ、および、行選択部３０から出力される行識別用データのうち、何れかを選択して、その選択した出力データＤoutを出力信号線Ｌoutへ出力させる。なお、配線数削減の観点から、出力信号線Ｌoutへ出力される出力データＤoutはシリアルデータであるのが好適である。
制御部７０は、固体撮像装置１の全体の動作を制御するものである。例えば、制御部７０は、行選択部３０における行選択動作、列選択部４０における列選択動作、電圧保持部５０におけるデータ保持動作、出力部６０に含まれるスイッチＳＷ６１〜ＳＷ６４の開閉動作、積分回路６２における電荷蓄積動作、および、ＡＤ変換回路６３におけるＡＤ変換動作、を制御する。
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる画素部Ｐｍ,ｎおよび保持回路Ｈｎそれぞれの回路構成を示す図である。なお、この図では、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎのうち代表して画素部Ｐｍ,ｎが示され、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮのうち代表して保持回路Ｈｎが示されている。
画素部Ｐｍ,ｎは、ＡＰＳ（Active Pixel Sensor）方式のものであって、フォトダイオードＰＤおよび４つのトランジスタＴ１〜Ｔ４を含む。この図に示されるように、トランジスタＴ１，トランジスタＴ２およびフォトダイオードＰＤは順に直列的に接続されていて、基準電圧Ｖb1がトランジスタＴ１のドレイン端子に入力され、フォトダイオードＰＤのアノ−ド端子が接地されている。トランジスタＴ３およびトランジスタＴ４は直列的に接続されていて、基準電圧Ｖb2がトランジスタＴ３のドレイン端子に入力され、トランジスタＴ４のソース端子が配線Ｖline(n)に接続されている。トランジスタＴ１とトランジスタＴ２との接続点がトランジスタＴ３のゲート端子に接続されている。また、配線Ｖline(n)には定電流源が接続されている。
行選択部３０から供給されるReset(m)信号がトランジスタＴ１のゲート端子に入力され、行選択部３０から供給されるTrans(m)信号がトランジスタＴ２のゲート端子に入力され、行選択部３０から供給されるAddress(m)信号がトランジスタＴ４のゲート端子に入力される。これらReset(m)信号，Trans(m)信号およびAddress(m)信号は、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎに対して共通に入力される。Reset(m)信号およびTrans(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードＰＤの接合容量部が放電される。放電された後にReset(m)信号およびTrans(m)信号をローレベルにし、更にAddress(m)信号をハイレベルにすると、画素部Ｐｍ,ｎから配線Ｖline(n)へノイズ成分が出力される。Reset(m)信号がローレベルであって、Trans(m)信号およびAddress(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が配線Ｖline(n)へ信号成分として出力される。
保持回路Ｈｎは、２つの容量素子Ｃ１，Ｃ２、および、４つのスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２を含む。このホールド回路Ｈｎでは、スイッチＳＷ１１およびスイッチＳＷ１２は、直列的に接続されて配線Ｖline(n)と配線Ｈline_sとの間に設けられ、容量素子Ｃ１の一端は、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２との間の接続点に接続され、容量素子Ｃ１の他端は接地されている。また、スイッチＳＷ２１およびスイッチＳＷ２２は、直列的に接続されて配線Ｖline(n)と配線Ｈline_nとの間に設けられ、容量素子Ｃ２の一端は、スイッチＳＷ２１とスイッチＳＷ２２との間の接続点に接続され、容量素子Ｃ２の他端は接地されている。
このホールド回路Ｈｎでは、スイッチＳＷ１１は、制御部７０から供給されるset_s信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ２１は、制御部７０から供給されるset_n信号のレベルに応じて開閉する。set_s信号およびset_n信号は、Ｎ個のホールド回路Ｈ１〜ＨＮに対して共通に入力される。スイッチＳＷ１２，ＳＷ２２は、制御部７０から供給されるhshiht(n)信号のレベルに応じて開閉する。
このホールド回路Ｈｎでは、set_n信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチＳＷ２１が開くときに画素部Ｐｍ,ｎから配線Ｖline(n)へ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子Ｃ２により電圧値out_n(n)として保持される。set_s信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチＳＷ１１が開くときに画素部Ｐｍ,ｎから配線Ｖline(n)へ出力されていた信号成分が、それ以降、容量素子Ｃ１により電圧値out_s(n)として保持される。そして、hshiht(n)信号がハイレベルになると、スイッチＳＷ１２が閉じて、容量素子Ｃ１により保持されていた電圧値out_s(n)が配線Ｈline_sへ出力され、また、スイッチＳＷ２２が閉じて、容量素子Ｃ２により保持されていた電圧値out_n(n)が配線Ｈline_nへ出力される。これら電圧値out_s(n)と電圧値out_n(n)との差が、画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた画素データを表す。
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる差演算回路６１および積分回路６２それぞれの回路構成を示す図である。
差演算回路６１は、アンプＡ６４〜Ａ６６、スイッチＳＷ６４、ＳＷ６５、および、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を含む。アンプＡ６６の反転入力端子は、抵抗器Ｒ１を介してバッファアンプＡ６４の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ３を介して自己の出力端子と接続されている。アンプＡ６６の非反転入力端子は、抵抗器Ｒ２を介してバッファアンプＡ６５の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ４を介して接地電位と接続されている。アンプＡ６６の出力端子はスイッチＳＷ６１と接続されている。バッファアンプＡ６４の入力端子は、配線Ｈline_sを介してＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮと接続され、スイッチＳＷ６４を介して接地電位と接続されている。バッファアンプＡ６５の入力端子は、配線Ｈline_nを介してＮ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮと接続され、スイッチＳＷ６５を介して接地電位と接続されている。
差演算回路６１のスイッチＳＷ６４，ＳＷ６５は、hreset信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ６４が閉じることで、バッファアンプＡ６４の入力端子に入力される電圧値が初期化される。スイッチＳＷ６５が閉じることで、バッファアンプＡ６５の入力端子に入力される電圧値が初期化される。スイッチＳＷ６４，ＳＷ６５が開いているときに、Ｎ個の保持回路Ｈ１〜ＨＮのうちの何れかの保持回路Ｈｎから配線Ｈline_s，Ｈline_nへ出力された電圧値out_s(n)，out_n(n)が、バッファアンプＡ６４，Ａ６５の入力端子に入力される。バッファアンプＡ６４，Ａ６５それぞれの増幅率を１とし、４個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、差演算回路６１の出力端子から出力される電圧値は、配線Ｈline_sおよび配線Ｈline_nそれぞれを経て入力される電圧値の差を表す。
積分回路６２は、アンプＡ６７、容量素子Ｃ６７およびスイッチＳＷ６７を含む。容量素子Ｃ６７およびスイッチＳＷ６７は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ６７の非反転入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプＡ６７の非反転入力端子はトリガ用受光部２０と接続されている。アンプＡ６７の反転入力端子は基準電位Ｖｂと接続されている。アンプＡ６７の出力端子はスイッチＳＷ６２と接続されている。積分回路６２のスイッチＳＷ６７は、reset_trig信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ６７が閉じることで、容量素子Ｃ６７が放電され、積分回路６２から出力される電圧値が初期化される。スイッチＳＷ６７が開いているときに、トリガ用受光部２０から出力された電荷が容量素子Ｃ６７に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路６２から出力される。
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作の一例について説明する。図４は、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作の一例を示すタイミングチャートであり、１回のトリガ用データと１行分のＮ個の画素データとを取得する期間に相当する。固体撮像装置１は、制御部７０による制御の下に動作する。この図には、上から順に、(a) 積分回路６２のスイッチＳＷ６７の開閉動作を制御するreset_trig信号、(b) 出力部６０のスイッチＳＷ６１の開閉動作を制御するsel_data信号、(c) 出力部６０のスイッチＳＷ６２の開閉動作を制御するsel_trig信号、(d) 出力部６０のスイッチＳＷ６３の開閉動作を制御するsel_sig1信号、(e) 出力部６０のスイッチＳＷ６４の開閉動作を制御するsel_sig2信号、(f) ＡＤ変換回路６３におけるＡＤ変換の対象となる電圧値、(g) 出力部６０から出力信号線Ｌoutへ出力されるデータＤout、および、(h) 固体撮像装置１のステータス、が示されている。
また、この図では、保持回路Ｈｎから出力されてＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換されるべき画素データ（アナログデータ）をＡdata(n)と表し、トリガ用受光部２０から出力されてＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換されるべきトリガ用データ（アナログデータ）をＡtrigと表している。ＡＤ変換回路６３により画素データ（アナログデータ）Ａdata(n)がＡＤ変換されて出力される画素データ（デジタルデータ）をＤdata(n)と表し、ＡＤ変換回路６３によりトリガ用データ（アナログデータ）ＡtrigがＡＤ変換されて出力されるトリガ用データ（デジタルデータ）をＤtrigと表し、行選択部３０から出力される行識別用データをＤrowと表している。
時刻ｔ０前は、固体撮像装置１は、初期の状態、または、出力データＤoutが連続してローレベルとなった一定期間を経過した後の状態であり、ステータスがwait状態にある。その後、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの一定期間は、固体撮像装置１は、ステータスがbusy状態にあり、ＡＤ変換回路６３から出力される出力データＤoutが連続してハイレベルとなる。時刻ｔ２から時刻ｔ７までの期間は、固体撮像装置１は、ステータスがacquisition状態にあり、出力データＤoutとして有意のデータを出力する。時刻ｔ７以降は、固体撮像装置１は、ステータスが再びwait状態となり、ＡＤ変換回路６３から出力される出力データＤoutが連続してローレベルとなる。
固体撮像装置１は、以上のような動作を繰り返し、ステータスがacquisition状態にある各期間に、撮像用受光部１０における各行について順次に、Ｎ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データ等を出力する。すなわち、ステータスがacquisition状態にある或る期間に、撮像用受光部１０における或る第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データが出力される。ステータスがacquisition状態にある次の期間に、撮像用受光部１０における第(ｍ＋１)行のＮ個の画素部Ｐｍ＋１,１〜Ｐｍ＋１,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データが出力される。また、第Ｍ行の次には、第１行のＮ個の画素部Ｐ１,１〜Ｐ１,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データが出力される。
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、sel_trig信号がハイレベルとなって、出力部６０のスイッチＳＷ６２が閉じ、トリガ用受光部２０から出力されたトリガ用データ（アナログデータ）ＡtrigがＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換される。続く時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間、sel_sig1信号がハイレベルとなって、出力部６０のスイッチＳＷ６３が閉じ、トリガ用データ（アナログデータ）ＡtrigがＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換されて出力されたトリガ用データ（デジタルデータ）Ｄtrigが、出力信号線Ｌoutへ出力データＤoutとして出力される。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、reset_trig信号がハイレベルとなって、積分回路６２のスイッチＳＷ６７が閉じ、積分回路６２の容量素子Ｃ６７が放電され、積分回路６２の出力電圧が初期化される。
時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、sel_sig2信号がハイレベルとなって、出力部６０のスイッチＳＷ６4が閉じ、行選択部３０から出力される行識別用データＤrowが、出力信号線Ｌoutへ出力データＤoutとして出力される。
時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間、sel_data信号がハイレベルとなって、出力部６０のスイッチＳＷ６１が閉じ、保持回路Ｈ１〜Ｈｎから順次に出力された画素データ（アナログデータ）Ａdata(1)〜Ａdata(N)がＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換される。そして、時刻ｔ５から時刻ｔ7までの期間、sel_sig1信号がハイレベルとなって、出力部６０のスイッチＳＷ６３が閉じ、画素データ（アナログデータ）Ａdata(1)〜Ａdata(N)がＡＤ変換回路６３によりＡＤ変換されて出力された画素データ（デジタルデータ）Ｄdata(1)〜Ｄdata(N)が、出力信号線Ｌoutへ出力データＤoutとして順次に出力される。
このようにして、acquisition期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ７）に、トリガ用データＤtrig、行識別用データＤrow、および、この行識別用データＤrowが表す第ｍ行の画素データＤdata (1)〜Ｄdata(N)が、固体撮像装置１の出力部６０から共通の出力信号線Ｌoutへ出力される。以上のように本実施形態に係る固体撮像装置１では、これらのデジタルデータＤtrig，ＤrowおよびＤdata (1)〜Ｄdata(N)が共通の出力信号線Ｌoutへ時分割で出力される。したがって、この固体撮像装置１は、外部機器との間で信号等を入出力するための配線の本数が少なくてよく、口腔内において用いられるものとして信頼性が高いものとなる。
また、acquisition期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ７）の前に、その期間が始まる旨を通知するbusy期間（時刻ｔ０〜時刻ｔ２）があり、また、acquisition期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ７）の後に、その期間が終了した旨を通知するwait期間（時刻ｔ７以降）がある。したがって、固体撮像装置１と接続されて用いられる外部機器は、出力信号線Ｌoutへ出力されるステータスの情報を識別することで、デジタルデータＤtrig，ＤrowおよびＤdata (1)〜Ｄdata(N)を確実に取得することができる。なお、busy状態およびwait状態それぞれは、ＡＤ変換回路６３から出力される出力データＤoutが一定期間だけ連続してハイレベルまたはローレベルであることにより識別され得る。例えば、この一定期間は、２データ分以上の期間であるのが好適である。
また、busy期間，acquisition期間およびwait期間が一定周期で繰り返されることにより、撮像用受光部１０における各行について、Ｎ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データが順次に出力されるので、各画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードＰＤにおける電荷蓄積時間は一定となる。
また、acquisition期間毎にトリガ用データＤtrigおよび行識別用データＤrowが出力されるので、固体撮像装置１と接続されて用いられる外部機器は、その後に出力される画素データＤdata(1)〜Ｄdata(N)がどの行のものであるのかを識別することができ、また、Ｘ線入射タイミングを捉えて該Ｘ線を撮像したものであるか否かを識別することができる。例えば、第(ｍ−１)行の読み出し期間にＸ線入射が始まると、第ｍ行読み出し時のトリガ用データから、Ｘ線入射に相当する値が出力される。固体撮像装置１と接続されて用いられる外部機器は、第ｍ行読み出し時のトリガ用データの信号からＸ線入射を検出して、第ｍ行から画素データを取得することができる。その後、Ｄdata(m)〜Ｄdata(N) とＤdata(1)〜Ｄdata(m-1)とを整数フレーム分だけ取得して、該画素データを処理することで鮮明なＸ線像を得ることができる。
トリガ用データの値からＸ線入射を検出するため、Ｘ線が照射していない期間の画素データは出力信号線Ｌoutより出力されても、外部機器では処理する必要がない。よって、照射していない期間の画素データをフレームメモリに保存しておく必要がなくなる。また、トリガ用データが行毎に出力されると、Ｘ線が入射しているかを各行の画素データが出力される前に判断することが可能となる。これにより、第１行から入射開始行までのデータをフレームメモリに保存しておく必要もなくなり、外部機器の負荷を小さくすることもできる。
なお、撮像用フォトダイオードおよびトリガ用フォトダイオードの入射部上には、シンチレータをカップリングすることが多い。フォトダイオードの入射部上にシンチレータを貼り付けて固定することが一般的である。こうすることにより、シンチレータがＸ線を可視光に変換し、その可視光をフォトダイオードが光電変換することにより、Ｘ線照射量に対応した電荷がフォトダイオードに蓄積される。
本実施形態に係る固体撮像装置１の構成図である。 本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる画素部Ｐｍ,ｎおよび保持回路Ｈｎそれぞれの回路構成を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる差演算回路６１および積分回路６２それぞれの回路構成を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置１の動作の一例を示すタイミングチャートである。
符号の説明
１…固体撮像装置、１０…撮像用受光部、２０…トリガ用受光部、３０…行選択部、４０…列選択部、５０…電圧保持部、６０…出力部、６１…差演算回路、６２…積分回路、６３…ＡＤ変換回路、７０…制御部、Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎ…画素部。


Claims (5)

  1. 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを各々有しＭ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎを含む撮像用受光部と、
    入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光部と、
    前記画素部Ｐ１,１〜ＰＭ,Ｎのうちの何れかの画素部Ｐｍ,ｎのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データと、前記トリガ用フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値のトリガ用データとを、各々デジタルデータとして時分割で共通の出力信号線へ出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする固体撮像装置（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の整数、ｎは１以上Ｎ以下の整数）。
  2. 前記出力部が、前記撮像用受光部における何れかの第ｍ1行のＮ個の画素部Ｐｍ1,１〜Ｐｍ1,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する第１期間と、他の第ｍ2行のＮ個の画素部Ｐｍ2,１〜Ｐｍ2,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する第２期間との間に、前記第１期間に前記トリガ用フォトダイオードで発生した電荷による前記トリガ用データを出力する、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置（ただし、ｍ1，ｍ2は１以上Ｍ以下の整数）。
  3. 前記出力部が、前記撮像用受光部における何れかの第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた値の画素データを出力する期間の前に、該第ｍ行を表す行識別用データをデジタルデータとして前記画素データおよび前記トリガ用データに対して時分割で前記出力信号線へ出力する、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 前記トリガ用受光部が、前記撮像用受光部を取り囲んで設けられている１つのトリガ用フォトダイオードを含む、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 前記トリガ用受光部が、前記撮像用受光部の周囲に設けられ互いに接続されている複数のトリガ用フォトダイオードを含む、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
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