KR20110008002A - 의료용 ｘ선 촬상 시스템 - Google Patents

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Abstract

고체 촬상 장치(1A)는 M×N개(M
Figure pct00014
N, M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어지며, 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부(10A)를 갖는다. 이 고체 촬상 장치(1A)는 회전 제어부에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 회전 제어부는 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 수광부(10A)의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향 B와 평행하게 되고, 또한 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 수광부(10A)의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향 B와 직교하도록 고체 촬상 장치(1A)의 회전 각을 제어한다.

Description

의료용 Ｘ선 촬상 시스템{X-RAY IMAGING SYSTEM FOR MEDICAL USE}
본 발명은 의료용 X선 촬상 시스템에 관한 것이다.
의료용의 X선 촬영에 있어서, 최근 X선 감광 필름 대신에, X선 촬상 장치를 이용한 X선 이미징 시스템이 널리 이용되게 되었다. 이러한 X선 이미징 시스템은 X선 감광 필름과 같이 현상할 필요 없이, 실시간으로 X선 화상을 확인할 수 있는 등 편리성이 높고, 데이터의 보존성이나 취급의 용이성 면에서도 우위의 점을 갖는다. 치과의 진단에 있어서 X선 촬영에서도, 파노라마, 세팔로(cephalo), CT와 같은 각종 촬상 모드에 있어서 이와 같은 X선 이미징 시스템이 이용되고 있다.
치과용 X선 촬상 시스템의 경우, X선 촬상 장치에 요구되는 촬상 영역의 형상이, 상술한 각종 촬상 모드에 의해 달라지는 경우가 있다. 즉, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영에 이용되는 촬상 영역에는 상하 방향으로 충분한 폭이 요구된다.또, CT 촬영에 이용되는 촬상 영역에는 횡 방향으로 충분한 폭이 요구되며, 상하 방향으로도 어느 정도의 폭이 요구된다. 그러나 이러한 요구를 충족하는 복수의 X선 촬상 장치를 준비하면, X선 촬상 시스템이 대형화하거나 또는 촬상 모드를 변경할 때에 X선 촬상 장치의 교환이 필요하게 되어, 시간이 걸린다고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 제1 및 제2 촬상 영역에 관한 이러한 요구를 1개의 X선 촬상 장치에 의해 해결할 수 있는 것이 바람직하다.
예를 들어 특허 문헌 1에는 X선 발생부와 X선 검출부를 구비한 치과 진단용의 X선 촬영 장치가 개시되어 있다. 이 X선 촬영 장치에서는 X선 세극(細隙) 빔과 X선 광역 빔을 선택적으로 전환하여 발생할 수 있도록, 가는 홈 형상 슬릿 또는 직사각 형상 슬릿을 통하여 X선이 조사된다. X선 세극 빔은 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영 등에 이용되며, X선 광역 빔은 CT 촬영 등에 이용된다. 그리고 이 특허 문헌 1에는 가는 홈 형상 슬릿을 통과한 X선 세극 빔, 및 직사각 형상 슬릿을 통과한 X선 광역 빔의 쌍방을 1개의 고체 촬상 소자에 의해 촬영하는 것이 기재되어 있다.
또, 이와 같은 의료용의 X선 촬상 시스템에 이용되는 고체 촬상 장치로는 CMOS 기술을 이용한 것이 알려져 있으며, 그 중에서도 패시브 픽셀 센서(PPS: Passive Pixel Sensor) 방식의 것이 알려져 있다. PPS 방식의 고체 촬상 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드를 포함하는 PPS형의 화소가 M행 N열로 2차원 배열된 수광부를 구비하고, 각 화소에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하를 적분 회로에 있어서 용량 소자에 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하는 것이다.
일반적으로, 각 열의 M개의 화소 각각의 출력단은 그 열에 대응하여 마련되어 있는 독출용 배선을 통하여, 그 열에 대응하여 마련되어 있는 적분 회로의 입력단과 접속되어 있다. 그리고 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하는 제1행으로부터 제M행까지 순차적으로 행마다, 당해 열에 대응하는 독출용 배선을 통하여 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 출력된다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1: 국제 공개 제2006/109808호 팜플릿
전술한 바와 같이, 치과용 X선 촬상 시스템의 경우, 고체 촬상 장치에 요구되는 촬상 영역의 형상이 파노라마나 CT와 같은 각종의 촬상 모드에 따라서 다른 경우가 있고, 이러한 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현할 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지만 특허 문헌 1에 기재된 구성에서는 이러한 촬상 모드에 있어서 X선 빔을 1개의 고체 촬상 장치에 의해 촬영하지만, 상하 방향으로 충분한 폭을 가지는 파노라마용의 촬상 영역과, 횡 방향으로 충분한 폭을 가지는 CT용의 촬상 영역을 1개의 수광면 내에 수용하기 위해서는 상하 방향 및 횡 방향의 쌍방에 있어서 충분한 폭을 가지는 넓은 수광면이 필요하다. 그러나 고체 촬상 장치의 수광부의 재료가 되는 반도체 웨이퍼의 크기 등의 제약에 의해, 이와 같은 넓은 수광면을 가지는 고체 촬상 장치를 생산할 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용의 X선 촬상 시스템에 있어서, 이 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현하며, 또한 고체 촬상 장치의 수광면에 요구되는 면적의 증가를 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템은, 피검자 턱부(顎部)의 주위를 이동하면서 X선상(線像)을 촬상하는 고체 촬상 장치를 구비하고, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용 X선 촬상 시스템으로서, 고체 촬상 장치가 포토다이오드를 각각 포함하는 M×N개(M
Figure pct00001
N, M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어지며, 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부와; 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토다이오드와 독출용 스위치를 통하여 접속된 N개의 독출용 배선과; 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와; 각 화소의 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하여, 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부와; 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선 상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 수광부에 출력하는 신틸레이터를 가지고, 고체 촬상 장치를 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지함과 아울러, 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 수광부의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향과 평행하게 되고, 또한 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 수광부의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향과 직교하도록, 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어하는 회전 제어부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템에 있어서는, 고체 촬상 장치의 수광부가 직사각 형상의 수광면을 가지고 있다. 또, 이 고체 촬상 장치는 회전 제어부에 의해 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드(예를 들어 CT 촬상 모드)시에는 수광부의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향과 평행하게 되고, 또한 타방 촬영 모드(예를 들어 파노라마 촬상 모드)시에는 수광부의 긴 쪽 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향과 직교하도록, 고체 촬상 장치의 회전 각이 제어된다. 이러한 구성에 의해, 고체 촬상 장치의 이동 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역(예를 들어 CT용의 촬상 영역)을 필요로 하는 경우, 및 고체 촬상 장치의 이동 방향과 직교하는 방향으로 하는 촬상 영역(예를 들어 파노라마용의 촬상 영역)을 필요로 하는 경우 각각에 있어서, 촬상 영역의 긴 쪽 방향과 수광부의 긴 쪽 방향을 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 상기한 의료용 X선 촬상 시스템에 의하면, 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현함과 아울러, 각 촬상 모드에 있어서 필요하게 되는 다른 형상의 촬상 영역을 1개의 수광면 내에 넣기 위해 필요한 수광면 면적의 증가를 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템에서는, 복수의 화소가 M행 N열로 2차원 배열된 고체 촬상 장치의 수광면의 형상이 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상이며, M
Figure pct00002
N, 즉 화소의 열수가 행수보다 많다. 그리고 전술한 바와 같이, 각 촬상 모드에 있어서 촬상 영역의 긴 쪽 방향과 수광면의 긴 쪽 방향이 서로 일치한다. 또, 이 의료용 X선 촬상 시스템에서는, 이와 같은 구성에 더하여, 독출용 배선이 각 열마다 배치되어 있기 때문에, 독출용 배선의 배치 방향과 촬상 영역의 짧은 쪽 방향이 각 촬상 모드에 있어서 항상 일치하게 된다. 따라서, 어느 촬상 모드에서도, 각 프레임에 있어서 독출용 배선으로부터 전하를 독출하는 대상이 되는 화소(포토다이오드)의 수를 줄일 수 있으므로, 프레임 레이트(단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수)를 보다 빠르게 할 수 있다.
또, 의료용 X선 촬상 시스템은, 고체 촬상 장치의 회전 중심이 직사각 형상의 수광부에 있어서 4개의 각부(角部) 중 1개의 각부에 위치하고 있고, 이 1개의 각부가 2개의 촬상 모드의 쌍방에 있어서 피검자에 대해 아래턱측에 위치하도록 고체 촬상 장치가 회전하는 것을 특징으로 해도 된다. 고체 촬상 장치가 피검자의 턱부의 주위를 이동하면서 X선상을 촬상할 때, 피검자의 아래턱부를 지지대의 위에 얹음으로써 피검자의 머리 부분의 위치를 고정하는 경우가 많아, 이와 같은 경우에는 피검자 턱부의 높이 위치의 기준은 턱의 하단(下端)이 된다. 이 의료용 X선 촬상 시스템에 의하면, 2개의 촬상 모드에 있어서 수광면의 하단의 높이를, 회전 중심이 되는 각부의 높이로 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 2개의 촬상 모드에 있어서 수광면의 높이와 피검자의 턱부의 높이를 정밀도 좋게 맞출 수 있다.
또, 의료용 X선 촬상 시스템은, 제어부가, 일방의 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 M×N개의 화소 각각의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키고, 타방의 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 연속하는 M1행(M1
Figure pct00003
M)의 특정 범위에 포함되는 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 것을 특징으로 해도 된다. 이로 인해, 각 촬상 모드마다 폭이 다른 촬상 영역, 예를 들어 CT 촬상 모드에 있어서 횡 방향으로 약간 길고 폭이 넓은 형상의 촬상 영역과, 파노라마 촬상 모드에 있어서 상하 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 가늘고 긴 형상의 촬상 영역을 바람직하게 실현할 수 있다.
이 경우, 제어부는 타방의 촬상 모드시에, 수광부에 있어서 M행 중 신호 독출부에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M1행의 범위를 특정 범위로 하고, 이 특정 범위의 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 것이 바람직하다. 이로 인해, 독출용 배선에 단선 등의 고장이 생긴 경우에 특정 범위(즉 촬상 영역)가 독출 불능으로 될 확률을 저감시킬 수 있다. 또, 고체 촬상 장치는 수광부에 있어서 특정 범위와, 이 특정 범위를 제외한 다른 범위의 사이에, 각 독출용 배선 상에 마련된 절리용(切離用) 스위치를 추가로 가져서, 제어부가 일방의 촬상 모드시에 절리용 스위치를 닫고, 타방의 촬상 모드시에 절리용 스위치를 여는 것이 바람직하다. 이로 인해, 각 촬상 모드에 따른 촬상 영역의 전환을 바람직하게 행할 수 있다.
또, 제어부가, 타방의 촬상 모드시에 상기 특정 범위에 포함되는 각 화소의 전하량에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 경우, 고체 촬상 장치는 타방의 촬상 모드시에 수광부에 있어서 특정 범위를 제외한 다른 범위의 각 화소의 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 추가로 가지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 타방의 촬상 모드시에, 특정 범위를 제외한 다른 범위에 포함되는 각 화소의 포토다이오드에 축적한 전하를 용이하게 배출할 수 있다.
또, 의료용 X선 촬상 시스템은, 제어부가, 타방의 촬상 모드시에, 일방의 촬상 모드와 비교하여, 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 하는 것을 특징으로 해도 된다. 이로 인해, CT나 파노라마와 같은 각 촬상 모드에 적합한 동작을 행할 수 있다.
또, 의료용 X선 촬상 시스템은, 일방의 촬상 모드가 치과용 X선 촬영에 있어서 CT 촬영을 행하는 촬상 모드이며, 타방의 촬상 모드가 치과용 X선 촬영에 있어서 파노라마 촬영을 행하는 촬상 모드인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용의 X선 촬상 시스템에 있어서, 이 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현되며, 또한 고체 촬상 장치의 수광면에 요구되는 면적을 작게 할 수가 있다
도 1은 제1 실시 형태에 관한 X선 촬상 시스템(100)의 구성도이다.
도 2는 피사체(A; 피검자의 턱부)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1A)가 피사체(A)의 주위를 선회(旋回) 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 고체 촬상 장치(1A)의 일부를 잘라 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 고체 촬상 장치(1A)의 측단면도이다.
도 5(a)는 촬상 모드에 따른 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치, 및 수광부(10A)에 있어서 촬상 영역을 나타내는 도면으로서, CT 촬영과 같은 촬상 모드(제1 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치와 수광부(10A)의 촬상 영역(10a)을 나타내는 도면이고, 도 5(b)는 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드(제2 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치와 수광부(10A)의 촬상 영역(10b)을 나타내는 도면.
도 6(a)는 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10A)를 위해 정사각형의 규격에 맞춘 상태, 도 6(b)는 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10A)를 위해 직사각형의 규격에 맞춘 상태를 나타내는 도면이다.
도 7(a), 도 7(b)는 수광부를 회전시키지 않고 이용하는 종래의 고체 촬상 장치에 있어서 전하 독출 방식을 나타내는 도면으로서, (a)는 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치한 경우를 나타내고 있고, (b)는 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치한 경우를 나타내고 있다.
도 8(a)는 수광부(130)의 짧은 쪽 방향을 따라서 신호 독출부(140)를 배치한 경우에 있어서 제1 촬상 모드를 나타내고, 도 8(b)는 제2 촬상 모드 각각의 전하 독출 방식을 나타내는 도면이다.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 전하 독출 방식을 나타내는 도면이다.
도 10(a), 도 10(b)는 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심(도 1에 나타낸 축선(C))의 위치에 따른, 수광부(10A)의 회전 상태를 나타내는 도면으로서, (a)는 수광부(10A)의 중심(E)을 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심으로 한 경우를 나타내고, 도 10(b)는 직사각 형상의 수광부(10A)에 있어서 4개의 각부 중 1개의 각부(F)를 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심으로 하여, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 통하여 각부(F)가 다른 각부에 대해 아랫쪽에 위치하도록 고체 촬상 장치(1A)를 회전시킨 경우를 나타내고 있다.
도 11은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 화소(Pm,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다.
도 13(a), 도 13(b)는 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10b)을 신호 독출부(20)쪽에 배치하는 이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 15는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 16은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 17은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서, 의료용 X선 촬상 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 X선 촬상 시스템(100)은 주로 치과 의료에 있어서 파노라마 촬영, 세팔로 촬영, CT 촬영과 같은 촬상 모드를 구비하고 있고, 피검자 턱부의 X선상을 촬상한다. X선 촬상 시스템(100)은 고체 촬상 장치와 X선 발생 장치를 구비하고 있고, X선 발생 장치로부터 출력되어 피사체(A; 즉, 피검자의 턱부)를 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 촬상한다.
이 도면에 도시된 X선 촬상 시스템(100)은 고체 촬상 장치(1A)와, X선 발생 장치(106)와, 고체 촬상 장치(1A)를 회전 가능하게 지지하는 회전 제어부(108)를 구비하고 있다.
X선 발생 장치(106)는 피사체(A)를 향하여 X선을 발생한다. X선 발생 장치(106)로부터 발생한 X선의 조사 영역은 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선 발생 장치(1O6)에는 X선관(線管)이 내장되어 있고, 그 X선관의 관(管) 전압, 관 전류 및 통전 시간 등의 조건이 조정됨으로써 피사체(A)로의 X선 조사량이 제어된다. 또, X선 발생 장치(1O6)는 1차 슬릿판(1O6b)의 개구 범위가 제어됨으로써, 어느 한 촬상 모드일 때에 소정의 확산 각으로 X선을 출력하고, 다른 촬상 모드에서는 이 소정의 확산 각보다 좁은 확산 각으로 X선을 출력할 수 있다.
고체 촬상 장치(1A)는 2차원 배열된 복수의 화소를 가지는 CMOS형의 고체 촬상 장치이며, 피사체(A)를 통과한 X선상을 전기적인 화상 데이터(D)로 변환한다. 고체 촬상 장치(1A)의 전방에는 X선 입사 영역을 제한하는 2차 슬릿판(1O7)이 마련된다. 회전 제어부(1O8)는 고체 촬상 장치(1A)를 고체 촬상 장치(1A)의 수광면(11)에 수직인 축선(C) 주위로 회전 가능하게 지지하여, CT 촬영이나 파노라마 촬영, 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드에 따른 소정의 각도 위치로 고체 촬상 장치(1A)를 회전시킨다.
X선 촬상 시스템(100)은 선회 암(104)을 추가로 구비하고 있다. 선회 암(104)은 X선 발생 장치(106)와 고체 촬상 장치(1A)를 서로 대향시키도록 홀딩하고, CT 촬영이나 파노라마 촬영, 또는 세팔로 촬영시에 이것들을 피사체(A)의 주위로 선회시킨다. 또, 리니어 단층 촬영시에는 고체 촬상 장치(1A)를 피사체(A)에 대해 직선 변위시키기 위한 슬라이드 기구(113)가 마련된다. 선회 암(104)은 회전 테이블을 구성하는 암 모터(109)에 의해 구동되며, 그 회전 각도가 각도 센서(112)에 의해 검출된다. 또, 암 모터(109)는 XY 테이블(114)의 가동부에 탑재되어, 회전 중심이 수평면 내에서 임의로 조정된다.
고체 촬상 장치(1A)로부터 출력되는 화상 데이터(D)는 CPU(중앙 처리 장치; 121)에 일단 취입된 후, 프레임 메모리(112)에 격납된다. 프레임 메모리(112)에 격납된 화상 데이터로부터, 소정의 연산 처리에 의해 임의의 단층면을 따른 단층 화상이나 파노라마 화상이 재생된다. 재생된 단층 화상이나 파노라마 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되고, DA 변환기(125)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후, CRT(음극선관) 등의 화상 표시부(126)에 의해 표시되고, 각종 진단에 제공된다.
CPU(121)에는 신호 처리에 필요한 워크 메모리(123)가 접속되며, 또한 패널 스위치나 X선 조사 스위치 등을 구비한 조작 패널(119)이 접속되어 있다. 또, CPU(121)는 암 모터(109)를 구동하는 모터 구동 회로(111), 1차 슬릿판(106b) 및 2차 슬릿판(107)의 개구 범위를 제어하는 슬릿 제어 회로(115 및 116), 및 X선 발생 장치(106)를 제어하는 X선 제어 회로(118)에 각각 접속되며, 또한 고체 촬상 장치(1A)를 구동하기 위한 클록 신호를 출력한다. X선 제어 회로(118)는 고체 촬상 장치(1A)에 의해 촬상된 신호에 기초하여, 피사체로의 X선 조사량을 피드백 제어한다.
도 2는 피사체(A; 피검자의 턱부)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1A)가 피사체(A)의 주위를 선회 이동하는 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 이 도면에서는 고체 촬상 장치(1A)의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 고체 촬상 장치(1A)는 선회 암(104)에 의해 피사체(A)를 중심으로 하여 수평면을 따른 둘레 방향(도면 중의 화살표(B))으로 이동하면서, 피사체(A)를 통과한 X선상의 촬상을 행한다. 이 때, 고체 촬상 장치(1A)의 수광면(11)이 항상 피사체(A)와 대향하도록, 고체 촬상 장치(1A)의 방향이 설정된다.
도 3 및 도 4는 본 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치(1A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3은 고체 촬상 장치(1A)의 일부를 잘라 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 고체 촬상 장치(1A)의 측단면도이다. 또한, 도 3 및 도 4에는 이해를 용이하게 하기 위해 XYZ 직교 좌표계를 함께 나타내고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1A)는 반도체 기판(3)의 주면(主面)에 설치된 수광부(10A), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 주사 시프트 레지스터(40)를 구비하고 있다. 또한, 수광부(10A), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 주사 시프트 레지스터(40)는 각각 별개의 반도체 기판 상에 형성되어 있어도 된다. 또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1A)는 반도체 기판(3) 외에, 평판 형상의 기재(其材; 2), 신틸레이터(4) 및 X선 차폐부(5)를 구비하고 있다. 반도체 기판(3)은 기재(2)에 첩부되고, 신틸레이터(4)는 반도체 기판(3) 상에 배치되어 있다. 신틸레이터(4)는 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 수광부(10A)에 출력한다. 신틸레이터(4)는 수광부(10A)를 덮도록 설치되거나, 또는 수광부(10A) 상에 증착에 의해 마련된다. X선 차폐부(5)는 X선의 투과율이 매우 낮은 납 등의 재료로 이루어진다. X선 차폐부(5)는 반도체 기판(3)의 주연부를 덮고 있어, 신호 독출부(20) 등으로 X선의 입사를 방지한다.
수광부(10A)는 M×N개의 화소(P)가 M행 N열로 2차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 또한, 도 3에 있어서 열 방향은 X축 방향과 일치하고, 행 방향은 Y축 방향과 일치한다. M, N 각각은 2 이상이며, M
Figure pct00004
N을 만족하는 정수이다. 즉, 수광부(10A)에 있어서 행 방향의 화소(P)의 수는 열 방향의 화소(P)의 수보다 많다. 그래서, 수광부(10A)의 수광면은 행 방향(Y축 방향)을 긴 쪽 방향으로 하고, 열 방향(X축 방향)을 짧은 쪽 방향으로 하는 직사각 형상을 나타낸다. 각 화소(P)는 예를 들어 100㎛ 피치로 배열되어 있고, PPS 방식의 것으로서 공통의 구성을 가지고 있다.
또한, 반도체 기판(3)에 있어서, 수광부(10A)의 주위에도 화소가 형성되어 있으나, 이와 같은 화소는 X선 차폐부(5)에 의해 덮혀 있어, 광이 입사하지 않아 전하가 발생하지 않으므로, 촬상에는 기여하지 않는다. 본 실시 형태의 수광부(10A)는 촬상을 위한 유효한 화소로서, M행 N열로 2차원 배열된 M×N개의 화소(P)를 포함하는 것이다. 환언하면, 본 실시 형태의 반도체 기판(3)에 있어서 수광부(10A)로 되는 영역은 X선 차폐부(5)의 개구(5a)에 의해 규정된다.
신호 독출부(20)는 수광부(10A)의 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력한다. AD 변환부(30)는 신호 독출부(20)로부터 출력된 전압값을 입력하고, 그 입력한 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리하여, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 출력한다. 주사 시프트 레지스터(40)는 각 화소(P)에 축적된 전하가 행마다 신호 독출부(20)에 순차적으로 출력되도록 각 화소(P)를 제어한다.
이와 같은 고체 촬상 장치(1A)를 구비하는 X선 촬상 시스템(100)은 전술한 바와 같이, CT 촬영, 파노라마 촬영, 및 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드를 구비하고 있다. 그리고 고체 촬상 장치(1A)는 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하도록 회전 제어부(108)에 의해 지지되어 있고, 촬상 모드에 따른 소정의 각도 위치로 제어된다. 또, 고체 촬상 장치(1A)는 수광부(10A)에 있어서 촬상 영역(수광부(10A) 중 촬상 데이터에 기여하는 영역)을 촬상 모드에 따라 변경하는 기능을 갖는다.
여기서, 도 5(a), 도 5(b)는 촬상 모드에 따른 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치, 및 수광부(10A)에 있어서 촬상 영역을 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 CT 촬영과 같은 촬상 모드(제1 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치와 수광부(10A)의 촬상 영역(10a)을 나타낸다. 또, 도 5(b)는 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드(제2 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1A)의 각도 위치와 수광부(10A)의 촬상 영역(10b)을 나타낸다. 또한, 도 5(a), 도 5(b)에 있어서, 화살표(B)는 선회 암(104; 도 1 참조)에 의한 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향을 나타내고 있다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드시에는 수광부(10A)의 긴 쪽 방향(행 방향)이 이동 방향 B를 따르도록, 더욱 바람직하게는 수광부(10A)의 행 방향이 이동 방향 B와 평행하게 되도록, 고체 촬상 장치(1A)의 회전 각이 제어된다. 또, 이때의 촬상 영역(10a)은 수광부(10A)에 있어서 M행 N열의 모든 화소(P)에 의해 구성된다. 즉, 촬상 영역(10a)의 행 방향의 길이 및 열 방향의 폭은 각각 수광부(10A)와 동일하다.
또, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치(1A)의 긴 쪽 방향(행 방향)이 이동 방향 B와 직교하도록, 환언하면 고체 촬상 장치(1A)의 선회 평면에 대해 수직으로 되도록, 고체 촬상 장치(1A)의 회전 각이 제어된다. 따라서, 예를 들어 CT 촬상 모드로부터 파노라마 촬상 모드로 이행할 때에, 고체 촬상 장치(1A)는 90°회전하게 된다. 또, 이 때의 촬상 영역(10b)은 M행에 배열된 화소(P) 중 연속하는 M1행(단, M1
Figure pct00005
M)의 화소(P)에 의해 구성된다. 즉, 촬상 영역(10b)의 행 방향의 길이는 수광부(10A)와 같고, 촬상 영역(10b)의 열 방향의 폭은 수광부(10A)보다 짧다. 또, 이와 같은 촬상 영역(10b)은 가능한 신호 독출부(20)에 가까운 것이 바람직하다. 예를 들어, 수광부(10A)에 있어서 M행 중, 신호 독출부(20)에 가장 가까운 행으로부터 순서로 세어서 M1행의 범위를 촬상 영역(10b)으로 하면 된다. 또한, 이와 같은 촬상 영역(10b)은 전하를 취출하는 대상이 되는 화소(P)를, 도 3에 나타낸 주사 시프트 레지스터(40)에 있어서 선택함으로써 실현된다.
본 실시 형태에 관한 X선 촬상 시스템(100)에 있어서는, 이와 같이 고체 촬상 장치(1A)의 회전 각이 제어됨으로써 이하의 효과를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 고체 촬상 장치(1A)의 수광부(10A)는 직사각 형상의 수광면을 가지고 있다. 그리고 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향 B를 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역(10a)을 필요로 하는 제1 촬상 모드, 및 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향 B와 직교하는 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역(10b)을 필요로 하는 제2 촬상 모드의 각각에 있어서, 촬상 영역(10a, 10b)의 긴 쪽 방향과 수광부(10A)의 긴 쪽 방향을 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 X선 촬상 시스템(100)에 의하면, 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치(1A)에 의해 실현함과 아울러, 각 촬상 모드에 있어서 필요하게 되는 다른 형상의 촬상 영역(10a, 10b)을 1개의 수광부(10A)에 넣기 위해 필요한 수광부(10A)의 면적을 작게 할 수 있다.
CT 촬영을 행하는 제1 촬상 모드에서는 1회의 촬영으로 치열의 폭 전체를 촬영할 필요가 있으므로, 촬상 영역(10a)의 치수로서 예를 들어 높이(즉 이동 방향 B와 직교하는 방향의 폭) 8㎝ 이상, 가로 폭(이동 방향 B와 평행한 방향의 폭) 12㎝ 이상이 요구된다. 따라서, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 거의 원형의 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10A)를 위해 정사각형의 규격에 맞춤으로써, 수광부(10A)의 치수를 예컨대 가로 폭 12㎝, 높이 12㎝로 하면 제1 촬상 모드의 요구 치수를 만족한다. 그러나 파노라마 촬영을 행하는 제2 촬상 모드에서는 1회의 촬영으로 턱으로부터 상하 치열까지를 촬영할 필요가 있으므로, 촬상 영역의 치수로서 예를 들어 높이 15㎝ 이상이 요구된다(또한, 가로 폭은 7㎜ 이상 있으면 됨). 따라서, 1개의 고체 촬상 장치를 이용하여 쌍방의 촬상 모드를 실현하고자 하는 경우, 특허 문헌 1에 기재된 구성과 같이 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 이러한 촬상 영역을 할당하면, 높이 15㎝ 이상, 가로 폭 12㎝ 이상의 수광부가 필요하게 되어, 보다 큰 실리콘 웨이퍼가 필요하게 된다.
이에 대해, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10A)의 치수를 15㎝×8㎝의 직사각형으로 하면, 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10b)의 요구 치수를 만족하는 수광부(10A)를 실현할 수 있다. 그리고 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)와 같이 이 수광부(10A)를 90°회전시킴으로써, 제1 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10a)의 요구 치수도 만족시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시 태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에 의하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드에 있어서 필요하게 되는 다른 형상의 촬상 영역(10a, 10b)을, 실리콘 웨이퍼를 대면적화하는 일 없이 1개의 수광부(10A)에 넣을 수 있다.
또, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 구성과 같이 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 이용하면, 도 7(a), 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 수광부(110)에 있어서 제1 촬상 모드의 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향과 제2 촬상 모드의 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향이 서로 직교하게 된다. 이와 같은 구성에서는 예를 들어 도 10(a)에 나타내는 바와 같이 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치하면, 촬상 영역(110a)에 있어서 1열당의 화소 수는 적어지지만(도 7(a)의 화살표(E1)), 촬상 영역(110b)에 있어서 1열당의 화소 수가 많아지게 되어(도 7(a)의 화살표(E2)), 제2 촬상 모드에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸린다. 반대로, 예를 들어 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치하면, 촬상 영역(110b)에 있어서 1열당의 화소 수는 적어지지만(도 7(b)의 화살표(E3)), 촬상 영역(110a)에 있어서 1열당의 화소 수가 많아지게 되어(도 7(b)의 화살표(E4)), 제1 촬상 모드에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸린다. 이와 같이, 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 각 촬상 영역을 할당하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드 중 어느 것에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸리고, 프레임 레이트(단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수)가 늦어지게 된다.
또, 도 8(a), 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 수광부(130)의 형상을 직사각형으로 하고, 고체 촬상 장치를 회전하여 이용한 경우에도, 열수 N이 행수 M보다 적은 경우(환언하면, 수광부(130)의 짧은 쪽 방향을 따라서 신호 독출부(140)를 배치한 경우), 제1 촬상 모드의 제1 촬상 모드의 촬상 영역(130a) 및 제2 촬상 모드의 촬상 영역(130b)의 양쪽에 있어서, 1열당의 화소 수가 많아지고 만다(도 8(a)의 화살표(E5), 도 8(b)의 화살표(E6)). 이 경우, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드의 양쪽에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸려서 프레임 레이트가 늦어지고 만다.
이에 대해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에 있어서, 도 9(a), 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 수광부(10A)의 수광면의 형상이 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각형이며, M
Figure pct00006
N 즉 화소(P)의 열수 N이 행수 M보다 많아져 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 각 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10a, 10b)의 긴 쪽 방향과 수광부(10A)의 긴 쪽 방향은 서로 일치한다. 고체 촬상 장치(1A)에서는 각 화소(P)로부터 전하를 독출하기 위한 N개의 독출용 배선(후술)이 각 열마다 배치되나, 이러한 구성에 의해, 독출용 배선의 배치 방향과 촬상 영역(10a, 10b)의 짧은 쪽 방향이 각 촬상 모드에 있어서 항상 일치하게 된다. 따라서, 어느 쪽의 촬상 모드에서도, 각 프레임에 있어서 독출용 배선으로부터 전하를 독출하는 대상이 되는 화소(P)의 수를 적게 할 수 있으므로(도 9(a)의 화살표(E7), 도 9(b)의 화살표(E8)), 전하의 독출 시간을 단축할 수 있고, 프레임 레이트를 보다 빠르게 할 수 있다.
또, 전술한 바와 같이, 고체 촬상 장치(1A)는 회전 제어부(108)에 의해 지지되어 있고, 촬상 모드에 따른 각도 위치에 제어된다. 여기서, 도 10(a), 도 10(b)는 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심(도 1에 나타낸 축선(C))의 위치에 따른, 수광부(10A)의 회전 상태를 나타내는 도면이다. 도 10(a)는 수광부(10A)의 중심(E)을 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심으로 한 경우를 나타내고 있다. 또, 도 10(b)는 직사각 형상의 수광부(10A)에 있어서 4개의 각부 중 1개의 각부(F)를 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심으로 하여, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 통하여 각부(F)가 다른 각부에 대해 아랫쪽에 위치하도록(즉, 피검자에 대해 각부(F)가 항상 아래턱측에 위치하도록) 고체 촬상 장치(1A)를 회전시킨 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 10(a), 도 10(b)에 있어서, 실선으로 나타낸 도면은 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10A)의 각도 위치를 나타내고 있고, 파선으로 나타낸 도면은 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드에 있어서 수광부(10A)의 각도 위치를 나타내고 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심은 예를 들어 도 10(a)의 중심(E)이나 도 10(b)의 각부(F) 등 다양한 위치에 설정 가능하나, 도 10(b)의 각부(F)에 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심이 설정되는 것이 가장 바람직하다. 고체 촬상 장치(1A)가 피검자 턱부의 주위를 이동하면서 X선상을 촬상할 때, 피검자의 아래턱부를 지지대 위에 얹어 놓는 것에 의해 피검자의 머리 부분의 위치를 고정하는 경우가 많고, 이와 같은 경우에, 피검자 턱부의 높이 위치의 기준은 턱의 하단이 된다. 따라서, 도 10(b)의 각부(F)에 고체 촬상 장치(1A)의 회전 중심을 설정하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10A)의 하단의 높이를, 각부(F)의 높이로 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드의 쌍방에 있어서, 수광부(10A)의 높이와 피검자 턱부의 높이를 정밀도 좋게 맞출 수 있다.
계속해서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 11은 고체 촬상 장치(1A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 수광부(10A)는 M×N개의 화소(P1 ,1~PM ,N)가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어진다. 화소(Pm,n)는 제m행 제n열에 위치한다. 여기서, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이며, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 제m행의 N개의 화소(Pm,1~Pm,N) 각각은 제m행 선택용 배선(LV ,m)에 의해 주사 시프트 레지스터(40)와 접속되어 있다. 또한, 도 11에 있어서, 주사 시프트 레지스터(40)는 제어부(6A)에 포함되어 있다. 제n열의 M개의 화소(P1 ,n~PM ,n) 각각의 출력단은 제n열 독출용 배선(LO ,n)에 의해, 신호 독출부(20)의 적분 회로(Sn)와 접속되어 있다.
신호 독출부(20)는 N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 포함한다. 각 적분 회로(Sn)는 공통의 구성을 가지고 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 공통의 구성을 가지고 있다. 각 적분 회로(Sn)는 독출용 배선(LO ,n)과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(Hn)에 출력한다. N개의 적분 회로(S1~SN) 각각은 리셋용 배선(LR)에 의해 제어부(6A)와 접속되며, 또한 게인 설정용 배선(LG)에 의해 제어부(6A)와 접속되어 있다. 각 홀딩 회로(Hn)는 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력한다. N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각은 홀딩용 배선(LH)에 의해 제어부(6A)와 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(Hn)는 제n열 선택용 배선(LH ,n)에 의해 제어부(6A)의 독출 시프트 레지스터(41)와 접속되어 있다.
A/D 변환부(30)는 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각으로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값을 입력하고, 그 입력한 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리를 행하고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 화상 데이터(D)로서 출력한다.
제어부(6A)의 주사 시프트 레지스터(40)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(LV ,m)에 출력하고, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 N개의 화소(Pm ,1~Pm ,N) 각각에 준다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))는 순차적으로 유의값(有意値)으로 된다. 또, 제어부(6A)의 독출 시프트 레지스터(41)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(LH ,n)에 출력하고, 이 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(Hn)에 준다. N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))도 순차적으로 유의값으로 된다.
또, 제어부(6A)는 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(LR)에 출력하고, 이 리셋 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 준다. 제어부(6A)는 게인 설정 신호(Gain)을 게인 설정용 배선(LG)에 출력하고, 이 게인 설정 신호(Gain)을 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 준다. 제어부(6A)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(LH)에 출력하고, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 준다. 또한, 제어부(6A)는 도시하고 있지는 않으나, A/D 변환부(30)에 있어서 A/D 변환 처리도 제어한다.
도 12는 고체 촬상 장치(1A)의 화소(Pm,n), 적분 회로(Sn) 및 홀딩 회로(Hn) 각각의 회로도이다. 여기서는 M×N개의 화소(P1,1~PM,N)를 대표하여 화소(Pm,n)의 회로도를 나타내고, N개의 적분 회로(S1~SN)를 대표하여 적분 회로(Sn)의 회로도를 나타내며, 또한 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 대표하여 홀딩 회로(Hn)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m행 제n열의 화소(Pm ,n) 및 제n열 독출용 배선(LO ,n)에 관련된 회로 부분을 나타낸다.
화소(Pm ,n)는 포토다이오드(PD) 및 독출용 스위치(SW1)를 포함한다. 포토다이오드(PD)의 애노드 단자는 접지되고, 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 독출용 스위치(SW1)를 통하여 제n열 독출용 배선(LO ,n)과 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW1)는 제어부(6A)로부터 제m행 선택용 배선(LV,m)을 통하여 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소(Pm,1~Pm,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 화소(Pm ,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때에, 독출용 스위치(SW1)가 열려서, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열 독출용 배선(LO ,n)에 출력되지 않고 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때에, 독출용 스위치(SW1)가 닫혀서, 그때까지 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 독출용 스위치(SW1)를 경유하여 제n열 독출용 배선(LO,n)에 출력된다.
제n열 독출용 배선(LO ,n)은 수광부(10A)에 있어서 제n열의 M개의 화소(P1 ,n~PM ,n) 각각의 독출용 스위치(SW1)와 접속되어 있다. 제n열 독출용 배선(LO ,n)은 M개의 화소(P1 ,n~PM ,n) 중 어느 화소의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 이 화소의 독출용 스위치(SW1)를 통하여 독출하여 적분 회로(Sn)에 전송한다.
적분 회로(Sn)는 앰프(A2), 적분용 용량 소자(C21), 적분용 용량 소자(C22), 방전용 스위치(SW21) 및 게인 설정용 스위치(SW22)를 포함한다. 적분용 용량 소자(C21) 및 방전용 스위치(SW21)는 서로 병렬적으로 접속되고, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 또, 적분용 용량 소자(C22) 및 게인 설정용 스위치(SW22)는 서로 직렬적으로 접속되고, 게인 설정용 스위치(SW22)가 앰프(A2)의 입력 단자측에 접속되도록 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제n열 독출용 배선(LO ,n)과 접속되어 있다.
방전용 스위치(SW21)에는 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)을 경유한 리셋 제어 신호(Reset)가 주어진다. 리셋 제어 신호(Reset)는 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 게인 설정용 스위치(SW22)는 제어부(6A)로부터 게인 설정용 배선(LG)을 경유한 게인 설정 신호(Gain)가 주어진다. 게인 설정 신호(Gain)은 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각의 게인 설정용 스위치(SW22)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 적분 회로(Sn)에, 적분용 용량 소자(C21, C22) 및 게인 설정용 스위치(SW22)는 용량값이 가변인 귀환 용량부를 구성하고 있다. 즉, 게인 설정 신호(Gain)가 로 레벨로서 게인 설정용 스위치(SW22)가 열려 있을 때에, 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C21)의 용량값과 동일하다. 한편, 게인 설정 신호(Gain)가 하이 레벨로서 게인 설정용 스위치(SW22)가 닫혀져 있을 때는 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C21, C22) 각각의 용량값의 합과 동일하다. 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀서, 귀환 용량부가 방전되어 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 리셋 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때, 방전용 스위치(SW21)가 열려서 입력단에 입력된 전하가 귀환 용량부에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)로부터 출력된다.
홀딩 회로(Hn)는 입력용 스위치(SW31), 출력용 스위치(SW32) 및 홀딩용 용량 소자(C3)를 포함한다. 홀딩용 용량 소자(C3)의 일단은 접지되어 있다. 홀딩용 용량 소자(C3)의 타단은 입력용 스위치(SW31)를 통하여 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되고, 출력용 스위치(SW32)를 통하여 전압 출력용 배선(Lout)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)에는 제어부(6A)로부터 홀딩용 배선(LH)을 통하여 홀딩 제어 신호(Hold)가 주어진다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 출력용 스위치(SW32)에는 제어부(6A)로부터 제n열 선택용 배선(LH ,n)을 통하여 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 주어진다. 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))는 홀딩 회로(Hn)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 홀딩 회로(Hn)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고, 그 때에 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다. 또, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때에, 출력용 스위치(SW32)가 닫혀서, 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
제어부(6A)는 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소(Pm ,1~Pm ,N) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 리셋 제어 신호(Reset)에 의해, N개의 적분 회로(S1~SN) 각각의 방전용 스위치(SW21)를 일단 닫은 후에 열도록 지시한 후, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))에 의해, 수광부(10A)에 있어서 제m행의 N개의 화소(Pm ,1~Pm ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)를 소정 기간에 걸쳐 닫도록 지시한다. 제어부(6A)는 그 소정 기간에 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 입력용 스위치(SW31)를 닫음 상태로부터 열림 상태로 변하도록 지시한다. 그리고 제어부(6A)는 그 소정 기간 후에, 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))에 의해, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 출력용 스위치(SW32)를 순차적으로 일정 기간만 닫도록 지시한다. 제어부(6A)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 순차로 행한다.
이와 같이, 제어부(6A)는 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소(P1 ,1~PM ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(20)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(6A)는 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소(P1 ,1~PM ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복하여 출력시킨다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)는 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드와, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드를 갖는다. 그리고 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서는 수광부(10A)에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다(제1 촬상 모드에서는 도 5(a)의 영역(10a), 제2 촬상 모드에서는 도 5(b)의 영역(10b)). 따라서, 제어부(6A)는 제1 촬상 모드시에는 수광부(10A)에 있어서 M×N개의 화소(P1 ,1~PM ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또, 제어부(6A)는 제2 촬상 모드시에는 수광부(10A)에 있어서 M1행(M1: M 미만의 정수)의 특정 범위에 포함되는 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 선택적으로 출력시킨다.
이 제2 촬상 모드시, 촬상 영역(10b)의 배치는 신호 독출부(20)에 가까운 것이 바람직하다. 따라서, 제어부(6A)는 수광부(10A)에 있어서 M행 중 신호 독출부(20)에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M1행의 범위를 상기 특정 범위로 하면 좋다. 즉, 도 9에 나타나도록 수광부(10A)에 있어서 신호 독출부(20)에 가장 가까운 행이 제1행으로 되어 있는 경우에, 제어부(6A)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10A)에 있어서 제1행으로부터 제M1행까지의 범위를 상기 특정 범위로 하여, 이 특정 범위(제1행~ 제M1행)의 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시키면 좋다.
여기서, 도 13은 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10b)를 신호 독출부(20) 앞에 배치하는 이점을 설명하기 위한 도면이다. 지금, 제n열 독출용 배선(LO ,n)에 단선 등의 고장이 생긴 경우를 생각한다. 예를 들어, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 촬상 영역(10b)를 수광부(10A)의 중앙 부근에 배치한 경우, 제n열 독출용 배선(LO ,n)의 단선(DL)이 신호 독출부(20)와 촬상 영역(10b) 사이에서 발생하면, 당해 열에 배치된 화소 중 신호 독출부(20)로부터 보아 단선(DL)보다 먼 화소로부터의 전하를 신호 독출부(20)에 보낼 수 없게 되어, 화상의 결손(이른바 디펙트)이 생겨 버린다. 그리고 제2 촬상 모드에 있어서는 고체 촬상 장치(1A)의 이동 방향 B와 수광부(10A)의 열 방향이 서로 평행하게 되어 있으므로, 고체 촬상 장치(1A)를 이동시키면서 연속 촬영함으로써 얻어지는 파노라마 화상 등에 있어서도, 이와 같은 화상의 결손이 잔존하게 된다.
이에 대해, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 촬상 영역(10b)을 신호 독출부(20) 앞에 배치한 경우, 제n열 독출용 배선(LO,n)의 단선(DL)이 발생해도, 그 발생 위치가 신호 독출부(20)와 촬상 영역(10b) 사이에 존재할 확률은 낮아진다. 따라서, 촬상 영역(10b)의 당해 열에 배치된 화소로부터의 전하가 독출 불능으로 될 확률을 저감시킬 수 있으므로, 디펙트의 발생을 억제할 수 있다.
또, 제어부(6A)는 제2 촬상 모드시에, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 제1 촬상 모드와 비교하여 작게 하고, 단위 시간당으로 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하여, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 한다. 예를 들어 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드일 때, 화소 피치는 200㎛이며, 프레임 레이터(1초(s)당 프레임 수(F))는 30F/s이다. 또, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드일 때, 화소 피치는 100㎛이며, 프레임 레이트는 300F/s이다.
이와 같이, 제1 촬상 모드일 때와 비교하여 제2 촬상 모드시에는 화소 피치가 작고, 프레임 레이트가 빠르다. 따라서, 제1 촬상 모드시에는 제2 촬상 모드시보다 화소 피치를 크게 하기 위해, 비닝(binning) 독출을 할 필요가 있다. 또, 제1 촬상 모드시와 비교하여 제2 촬상 모드시에는 프레임 레이트가 빠르므로 각 프레임 데이터의 각 화소가 받는 광의 양이 적다.
따라서, 제어부(6A)는 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 다르게 한다. 즉, 도 12에 나타내는 바와 같이 각 적분 회로(Sn)가 구성되는 경우에, 제어부(6A)는 게인 설정 신호(Gain)에 의해 게인 설정용 스위치(SW22)를 개폐 제어함으로써, 각 적분 회로(Sn)의 귀환 용량부의 용량값을 적절히 설정하여, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 게인을 다르게 한다.
보다 구체적으로는, 제1 촬상 모드시에, 게인 설정용 스위치(SW22)를 닫음으로써, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 용량 소자(C21) 및 적분용 용량 소자(C22)의 각 용량값의 합에 동일하게 한다. 그 한편으로, 제2 촬상 모드일 때에, 게인 설정용 스위치(SW22)를 개방함으로써, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 용량 소자(C21)의 용량값에 동일하게 한다. 이와 같이 함으로써, 제1 촬상 모드일 때와 비교하여 제2 촬상 모드일 때에, 각 적분 회로(Sn)의 귀환 용량부의 용량값을 작게 하여 게인을 크게 한다. 이로 인해, 어떤 한 광량에 대한 화소 데이터를 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드로 서로 가까운 값으로 할 수 있고, 각 촬상 모드에 있어서 바람직한 동작을 할 수 있다.
다음으로, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작에 대해 상세히 설명한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에서는 제어부(6A)에 의한 제어하에서, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에 레벨 변화함으로써, 수광부(10A)에 입사된 광의 상을 촬상하여 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
제1 촬상 모드일 때 고체 촬상 장치(1A)의 동작은 이하와 같다. 도 14는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 여기서는 2행 2열의 비닝 독출을 하는 제1 촬상 모드일 때의 동작에 대해 설명한다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소 피치의 2배로 한다. 각 적분 회로(Sn)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW22)가 닫혀져 있고, 귀환 용량부의 용량값이 큰 값으로 설정되고, 게인이 작은 값으로 설정된다.
이 도면에는 위로부터 순차적으로, (a) N개의 적분 회로(S1~SN) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 리셋 제어 신호(Reset), (b) 수광부(10A)에 있어서 제1행 및 제2행의 화소(P1 ,1~P1 ,N, P2 ,1~P2 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)) 및 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (c) 수광부(10A)에 있어서 제3행 및 제4행의 화소(P3 ,1~P3 ,N, P4 ,1~P4 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3)) 및 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4)), 및 (d) N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다.
또, 이 도면에는 다시 계속해서 순차적으로, (e) 홀딩 회로(H1)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 홀딩 회로(H2)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 홀딩 회로(H3)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 홀딩 회로(Hn)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 홀딩 회로(HN)의 출력용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.
제1행 및 제2행의 2N개의 화소(P1 ,1~P1 ,N, P2 ,1~P2 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t10 전에, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.
시각 t10으로부터 시각 t11까지의 기간, 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C21, C22)가 방전된다. 또, 시각 t11보다 후의 시각 t12로부터 시각 t15까지의 기간, 제어부(6A)로부터 제1행 선택용 배선(LV ,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제1행의 N개의 화소(P1,1~P1,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫혀진다. 또, 이 같은 기간(t12~t15)에 제어부(6A)로부터 제2행 선택용 배선(LV ,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제2행의 N개의 화소(P2 ,1~P2 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t12~t15) 내에 있어서, 시각 t13으로부터 시각 t14까지의 기간, 제어부(6A)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t12~t15) 내에서는 제1행 및 제2행의 각 화소(P1,n, P2,n)의 독출용 스위치(SW1)가 닫혀져 있고, 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW21)가 열려 있다. 따라서, 그때까지 화소(P1 ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여, 포토다이오드(PD) 자신의 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소(P1 ,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO ,n)을 통하여, 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21, C22)에 전송되어 축적된다. 또, 동시에, 그때까지 화소(P2 ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하도, 그 화소(P2 ,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO ,n)을 통하여, 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21, C22)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21, C22)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력된다.
그 기간(t12~t15) 내의 시각 t14에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되고, 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고 기간(t12~t15)의 후에, 제어부(6A)로부터 열 선택용 배선(LH ,1~LH ,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫혀서, 각 홀딩 회로(Hn)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 경유하여 전압 출력용 배선(Lout)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값(Vout)은 제1행 및 제2행의 2N개의 화소(P1 ,1~P1 ,N, P2 ,1~P2 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향에 가산한 값을 나타내는 것이다.
N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되며, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.
계속해서, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소(P3 ,1~P3 ,N, P4 ,1~P4 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여, 포토다이오드(PD) 자신의 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.
전술한 동작에 있어서 열 선택 제어 신호(Hsel(1))가 하이 레벨로 되는 시각 t20으로부터, 열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 한번 하이 레벨에 되고 나서 로 레벨로 되는 시각보다 후의 시각 t21까지의 기간, 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C21, C22)가 방전된다. 또, 시각 t21보다 후의 시각 t22로부터 시각 t25까지의 기간, 제어부(6A)로부터 제3행 선택용 배선(LV,3)에 출력되는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제3행의 N개의 화소(P3 ,1~P3 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다. 또, 이 같은 기간(t22~t25)에, 제어부(6A)로부터 제4행 선택용 배선(LV ,4)에 출력되는 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제4행의 N개의 화소(P4 ,1~P4 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t22~t25) 내에 있어서, 시각 t23으로부터 시각 t24까지의 기간, 제어부(6A)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
그리고 기간(t22~t25)의 후에, 제어부(6A)로부터 열 선택용 배선(LH ,1~LH ,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소(P3 ,1~P3 ,N, P4 ,1~P4 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향에 가산한 값을 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.
제1 촬상 모드일 때에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작, 이에 계속되는 제3행 및 제4행에 대한 동작에 이어서, 이후 제5행으로부터 제M행까지 동일한 동작이 행해져서, 1회의 촬상에서 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10A)가 수광한 광상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되어서, 반복하여 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 이 때 얻어지는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치는 화소 피치의 2배로 되어 있다.
한편, 제2 촬상 모드일 때 고체 촬상 장치(1A)의 동작은 이하와 같다. 도 19는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 이 제2 촬상 모드에서는 비닝 독출을 하지 않는다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소 피치와 동일하게 한다. 각 적분 회로(Sn)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW22)가 열려 있고, 귀환 용량부의 용량값이 작은 값으로 설정되고, 게인이 큰 값으로 설정된다.
도 15는 수광부(10A)에 있어서 제1행 및 제2행 각각에 대한 동작을 나타낸다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (d) 홀딩 제어 신호(Hold), (e) 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), (i) 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))이 나타나 있다.
제1행의 N개의 화소(P1 ,1~P1 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t10 전에는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.
시각 t10으로부터 시각 t11까지의 기간, 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀져서, 적분용 용량 소자(C21)가 방전된다. 또, 시각 t11보다 후의 시각 t12로부터 시각 t15까지의 기간, 제어부(6A)로부터 제1행 선택용 배선(LV ,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제1행의 N개의 화소(P1 ,1~P1 ,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t12~t15) 내에 있어서, 시각 t13으로부터 시각 t14까지의 기간, 제어부(6A)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
기간(t12~t15) 내에서는 제1행의 각 화소(P1,n)의 독출용 스위치(SW1)가 닫혀져 있고, 각 적분 회로(Sn)의 방전용 스위치(SW21)가 열려 있으므로, 그때까지 각 화소(P1 ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소(P1 ,n)의 독출용 스위치(SW1) 및 제n열 독출용 배선(LO ,n)을 통하여, 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력된다.
그 기간(t12~t15) 내의 시각 t14에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW31)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(Sn)의 출력단으로부터 출력되고, 홀딩 회로(Hn)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩된다.
그리고 기간(t12~t15)의 후, 제어부(6A)로부터 열 선택용 배선(LH ,1~LH ,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫혀서, 각 홀딩 회로(Hn)의 홀딩용 용량 소자(C3)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW32)를 경유하여 전압 출력용 배선(Lout)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값(Vout)은 제1행의 N1개의 화소(P1,1~P1,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다.
계속해서, 제2행의 N개의 화소(P2 ,1~P2 ,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.
전술한 동작에 있어서 열 선택 제어 신호(Hsel(1))가 하이 레벨로 되는 시각 t20으로부터, 열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 한 번 하이 레벨로 되고 나서 로 레벨로 되는 시각보다 후의 시각 t21까지의 기간, 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C21)가 방전된다. 또, 시각 t21보다 후의 시각 t22로부터 시각 t25까지의 기간, 제어부(6A)로부터 제2행 선택용 배선(LV,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제2행의 N개의 화소(P2,1~P2,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이 기간(t22~t25) 내에 있어서, 시각 t23으로부터 시각 t24까지의 기간, 제어부(6A)로부터 홀딩용 배선(LH)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 닫힌다.
그리고 기간(t22~t25)의 후에, 제어부(6A)로부터 열 선택용 배선(LH ,1~LH ,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N1개의 홀딩 회로(H1~HN) 각각의 출력용 스위치(SW32)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제2행의 N1개의 화소(P2,1~P2,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력된다.
제2 촬상 모드일 때에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 이, 제3행으로부터 제M1행까지 동일한 동작이 행해져서, 1회의 촬상에서 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M1행에 대해 동작이 종료되면, 다시 제1행으로부터 제M1행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10A)가 수광한 광상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되고, 반복해서 프레임 데이터가 얻어진다.
제2 촬상 모드시에, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(Lout)로의 전압값의 출력은 행해지지 않는다. 그러나 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)에 있어서도, 포토다이오드(PD)로의 광 입사에 의해 발생한 전하는 이 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되고, 그래서 접합 용량부의 포화 레벨을 넘는다. 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되는 전하의 양이 포화 레벨을 넘으면, 포화 레벨을 넘은 만큼의 전하가 이웃의 화소에 오버플로우된다. 이웃의 화소가 제M1행에 속한다고 하면, 이웃의 화소에 대해 신호 독출부(20)로부터 전압 출력용 배선(Lout)에 출력되는 전압값은 부정확한 것이 되어 버린다.
여기서, 제2 촬상 모드시에 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단이 마련되는 것이 매우 적합하다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)는 이와 같은 방전 수단으로서, 제2 촬상 모드시에 도 16에 나타나는 동작을 행하여, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적된 전하를 적분 회로(Sn)에 전송함으로써, 이 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전한다.
도 16은 수광부(10A)에 있어서 제M1행 및 제(M1+1)행 각각에 대한 동작을 나타낸다. 이 도면에는, 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제M1행 선택 제어 신호 Vsel(M1), (c) 제(M1+1)행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)), (d) 홀딩 제어 신호(Hold), (e) 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.
이 도 16에 나타나는 시각 t40로부터 시각 t50까지의 기간에 있어서 제M1행에 대한 동작은 도 15에 나타난 시각 t10으로부터 시각 t20까지의 기간에 있어서 제1행에 대한 동작과 같다. 다만, 시각 t42로부터 시각 t45까지의 기간, 제어부(6A)로부터 제M1행 선택용 배선(LV , M1)에 출력되는 제M1행 선택 제어 신호(Vsel(M1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제M1행의 N개의 화소(PM1,1~PM1,N) 각각의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
제2 촬상 모드시, 제M1행에 대한 동작이 종료되면, 시각 t50 이후, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대한 동작이 행해진다. 즉, 시각 t50 이후, 제어부(6A)로부터 리셋용 배선(LR)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S1~SN) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW21)가 닫힌다. 또, 시각 t50 이후의 방전용 스위치(SW21)가 닫혀 있는 기간에, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1))~Vsel(M))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10A)에 있어서 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm,n)의 독출용 스위치(SW1)가 닫힌다.
이와 같이, 제2 촬상 모드시에, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)의 독출용 스위치(SW1)가 닫힘으로써, 당해 화소의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부에 축적되어 있던 전하가 적분 회로(Sn)에 전송되고, 또 각 적분 회로(Sn)에 있어서 방전용 스위치(SW21)가 닫힘으로써, 각 적분 회로(Sn)의 적분용 캐패시터(C21)는 항상 방전된 상태가 된다. 이와 같이 하여, 제2 촬상 모드시에, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 방전될 수 있다.
이 때, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1))~Vsel(M))가 순차적으로 하이 레벨로 되어도 되지만, 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)~Vsel(M)) 중 복수의 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 되어도 되고, 또 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1))~Vsel(M))의 모두가 동시에 하이 레벨로 되어도 된다. 이와 같이, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 복수 또는 모든 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 됨으로써, 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 더욱 단시간에 방전될 수 있다.
그러나 제1 촬상 모드와 비교하여 적은 개수의 화소의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 다른 촬상 모드로 하여, 수광부(10A)에 있어서 연속하는 N1열에 포함되는 각 화소(Pm,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시켜도 된다. 여기서, N1은 N 미만의 정수이다. 그러나 이와 같이 N1열의 각 화소(Pm ,n)의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 촬상 모드에서는 1 프레임 데이터를 얻기 위해, 제어부(6A)로부터 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))를 출력시킬 필요가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에서는 M1행의 각 화소(Pm ,n)의 데이터를 신호 독출부(20)로부터 출력시키는 제2 촬상 모드시에, 1 프레임 데이터를 얻기 위해, 제어부(6A)로부터 M1개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M1))를 출력시키면 되기 때문에, 고속 동작을 할 수 있다.
또한, 화소 데이터를 더욱 고속으로 독출하기 위해, 상기 실시 형태에 있어서 신호 독출부(20) 및 A/D 변환부(30)를 복수의 세트로 분할하고, 각각의 세트로부터 화소 데이터를 병행하여 출력시키는 구성으로 해도 된다.
예를 들어 도 17에 나타내는 바와 같이, N개의 적분 회로(S1~SN) 및 N개의 홀딩 회로(H1~HN)를 4 세트로 나누고, 적분 회로(S1~Si) 및 홀딩 회로(H1~Hi)로 이루어진 신호 독출부(21)를 제1 세트로 하고, 적분 회로(Si +1~Sj) 및 홀딩 회로(Hi +1~Hj)로 이루어지는 신호 독출부(22)를 제2 세트로 하고, 적분 회로(Sj +1~Sk) 및 홀딩 회로(Hj+1~Hk)로 이루어지는 신호 독출부(23)를 제3 세트로 하고, 또한 적분 회로(Sk+1~SN) 및 홀딩 회로(Hk +1~HN)로 이루어지는 신호 독출부(24)를 제4 세트로 한다. 여기서, 「1
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k
Figure pct00010
N」이다. 그리고 신호 독출부(21)의 홀딩 회로(H1~Hi) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(31)에 의해 디지털값으로 변환하고, 신호 독출부(22)의 홀딩 회로(Hi+1~Hj) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(32)에 의해 디지털값으로 변환하고, 신호 독출부(23)의 홀딩 회로(Hj +1~Hk) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(33)에 의해 디지털값으로 변환하고, 또한 신호 독출부(24)의 홀딩 회로(Hk +1~HN) 각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(34)에 의해 디지털값으로 변환한다. 또, 4개의 A/D 변환부(31~34) 각각에 있어서 A/D 변환 처리를 병렬적으로 행한다. 이와 같이 함으로써 화소 데이터를 더욱 고속으로 독출할 수 있다.
또, 예를 들어 2행 2열의 비닝 독출을 하는 것을 고려하면, N개의 홀딩 회로(H1~HN) 중 홀수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제1 세트로 하고, 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제2 세트로 하고, 이러한 제1 세트 및 제2 세트 각각에 대해 개별적으로 A/D 변환부를 마련하고, 이들 2개의 A/D 변환부를 병렬 동작시키는 것도 바람직하다. 이 경우, 홀수 열에 대응하는 홀딩 회로와, 이것의 이웃하는 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로로부터, 동시에 전압값이 출력되고, 이들 2개의 전압값이 동시에 A/D 변환 처리되어 디지털값으로 된다. 그리고 비닝 처리될 때에는 이들 2개의 디지털값이 가산된다. 이와 같이 하는 것으로도 화소 데이터를 고속으로 독출할 수 있다.
또한, 주사 시프트 레지스터(40)에 의한 열 방향의 주사 처리에 관해서는 상기와 같은 분할이 불가능하다. 열 방향의 주사 처리에서는 최초의 화소로부터 최종의 화소까지 순차적으로 주사할 필요가 있기 때문이다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)에서는 열수 N이 행수 M보다 많기 때문에, 신호 독출부를 상술한 바와 같이 분할하는 것에 의한 독출의 고속화와 같은 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에 대해 설명한다. 도 18은 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도에 나타나는 고체 촬상 장치(1B)는 수광부(10B), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 제어부(6B)를 구비하고 있다. 또, 고체 촬상 장치(1B)의 수광부(10B)를 덮도록 도시하지 않은 신틸레이터가 마련되어 있다.
도 11에 나타난 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1A)의 구성과 비교하면, 이 도 18에 나타나는 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)는 각 제n열 독출용 배선(LO ,n) 상에 절리용 스위치(SW1n) 및 방전용 스위치(SW2n)가 마련되어 있는 점에서 상위하며, 또 제어부(6A) 대신에 제어부(6B)를 구비하는 점에서 상위하다.
각 절리용 스위치(SW1n)는 독출용 배선(LO ,n) 상으로서, 수광부(10B)에 있어서 제M1행과 제(M1+1)행 사이에 마련되어 있다. 즉, 절리용 스위치(SW1n)가 닫혀 있을 때, 제1행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)는 독출용 배선(LO ,n)을 통하여 신호 독출부(20)와 접속되어 있다. 한편, 절리용 스위치(SW1n)가 열려 있을 때, 제1행으로부터 제M1행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)는 독출용 배선(LO ,n)을 통하여 신호 독출부(20)와 접속되어 있지만, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)는 신호 독출부(20)와 분리된다. 각 절리용 스위치(SW1n)는 절리용 배선(LD1)을 통하여 제어부(6B)와 접속되어 있고, 제어부(6B)로부터 절리용 배선(LD1)을 통한 절리 제어 신호(Disconnect)가 주어진다. 절리 제어 신호(Disconnect)는 각 절리용 스위치(SW1n)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
각 방전용 스위치(SW2n)는 독출용 배선(LO ,n) 상으로서, 절리용 스위치(SW1n)가 마련되어 있는 위치에 대해 신호 독출부(20)보다 먼 측에 마련되어 있다. 방전용 스위치(SW2n)의 일단은 독출용 배선(LO ,n)을 통하여 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)에 접속되어 있다. 방전용 스위치(SW2n)의 타단은 접지된다. 각 방전용 스위치(SW2n)는 방전용 배선(LD2)을 통하여 제어부(6B)와 접속되어 있고, 제어부(6B)로부터 방전용 배선(LD2)을 통한 방전 제어 신호(Discharge)가 주어진다. 방전 제어 신호(Discharge)는 각 방전용 스위치(SW2n)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
제어부(6B)는 제1 실시 형태에 있어서 제어부(6A)와 동일하게, 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(LR)에 출력하고, 게인 설정 신호(Gain)를 게인 설정용 배선(LG)에 출력하고, 또 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(LH)에 출력한다. 제어부(6B)의 주사 시프트 레지스터(40)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(LV ,m)에 출력한다. 제어부(6B)의 독출 시프트 레지스터(41)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(LH ,n)에 출력한다.
추가로, 제어부(6B)는 절리 제어 신호(Disconnect)를 절리용 배선(LD1)에 출력하고, 이 절리 제어 신호(Disconnect)를 N개의 절리용 스위치(SW11~SW1N) 각각에 준다. 또, 제어부(6B)는 방전 제어 신호(Discharge)를 방전용 배선(LD2)에 출력하고, 이 방전 제어 신호(Discharge)를 N개의 방전용 스위치(SW21~SW2N) 각각에 준다.
제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)도 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 가진다. 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드는 수광부(10B)에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다. 제어부(6B)는 제1 촬상 모드시에, 수광부(10B)에 있어서 M×N개의 화소(P1,1~PM,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또, 제어부(6B)는 제2 촬상 모드시에, 수광부(10B)에 있어서 제1행으로부터 제M1행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다.
또, 제2 촬상 모드때, 제어부(6B)는 제1 촬상 모드시와 비교하여, 신호 독출부(20)로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출하여 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하여, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 한다.
제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에서는 제1 촬상 모드시에, 제어부(6B)로부터 절리용 배선(LD1)을 경유하여 각 절리용 스위치(SW1n)에 주어지는 절리 제어 신호(Disconnect)는 하이 레벨로 되고, 각 절리용 스위치(SW1n)는 닫힌다. 또, 제어부(6B)로부터 방전용 배선(LD2)을 경유하여 각 방전용 스위치(SW2n)에 주어지는 방전 제어 신호(Discharge)는 로 레벨로 되고, 각 방전용 스위치(SW2n)는 열린다. 이 상태에서 제1행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)는 독출용 배선(LO ,n)을 통하여 신호 독출부(20)와 접속되어 있다. 그리고 제1 실시 형태의 경우와 같은 동작이 행해져서, 수광부(10B)에 있어서 M×N개의 화소(P1,1~PM,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다.
한편, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1B)에서, 제2 촬상 모드시에, 제어부(6B)로부터 절리용 배선(LD1)을 경유하여 각 절리용 스위치(SW1n)에 주어지는 절리 제어 신호(Disconnect)는 로 레벨로 되고, 각 절리용 스위치(SW1n)는 열린다. 또, 제어부(6B)로부터 방전용 배선(LD2)을 경유하여 각 방전용 스위치(SW2n)에 주어지는 방전 제어 신호(Discharge)는 하이 레벨로 되고, 각 방전용 스위치(SW2n)는 닫힌다. 이 상태에서, 제1행으로부터 제M1행까지 범위의 각 화소(Pm ,n)는 독출용 배선(LO,n)을 통하여 신호 독출부(20)와 접속되어 있지만, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm,n)는 신호 독출부(20)와 분리되어 접지되어 있다.
그리고 제2 촬상 모드시에, 제1행으로부터 제M1행까지의 범위에 대해서는 제1 실시 형태의 경우와 같은 동작이 행해져서, 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력된다. 한편, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)~Vsel(M))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 캐소드 단자는 독출용 스위치(SW1) 및 방전용 스위치(SW2n)를 통하여 접지되므로, 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부는 방전된다. 즉, 이 경우, 각 방전용 스위치(SW2n)는 제2 촬상 모드시에 제(M1+1)행으로부터 제M행까지 범위의 각 화소(Pm,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단으로서 작용한다.
제2 촬상 모드시에, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)~Vsel(M))가 순차적으로 하이 레벨로 되어도 되지만, 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)~Vsel(M)) 중 복수의 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 되어도 되고, 또 행 선택 제어 신호(Vsel(M1+1)~Vsel(M))의 모두가 동시에 하이 레벨로 되어도 된다. 이와 같이, 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해서는 복수 또는 모든 행 선택 제어 신호가 동시에 하이 레벨로 됨으로써, 각 화소(Pm,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 더욱 단시간에 방전될 수 있다.
또, 제2 촬상 모드시에, 제1행으로부터 제M1행까지의 범위에 대해 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값이 신호 독출부(20)로부터 출력되는 기간과 제(M1+1)행으로부터 제M행까지의 범위에 대해 각 화소(Pm ,n)의 포토다이오드(PD)의 접합 용량부가 방전되는 기간은 서로 일부가 겹치고 있어도 된다. 이와 같은 경우에는 더욱 고속의 동작이 가능하게 된다.
또, 제2 촬상 모드시에, 절리용 배선(LD1)이 열림으로써, 신호 독출부(20)에 접속되는 제n열 독출용 배선(LO ,n)이 짧아지므로, 노이즈가 저감될 수 있다.
본 발명에 의한 의료용 X선 촬상 시스템은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 제1 실시 형태에서는 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역으로서, M행에 배열된 화소 중 연속하는 M1행(M1
Figure pct00011
M)의 화소에 의해 구성되는 촬상 영역을 예시하였으나, 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역은 이외의 영역이어도 되며, 또는 수광부의 전체 면을 촬상 영역으로서 이용해도 된다. 또, 제1 촬상 모드에 관해서도, 상기 실시 형태와 같이 수광부의 전체 면을 촬상 영역으로 하는 형태로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 수광부에 있어서 임의의 영역을 촬상 영역으로 해도 된다.
본 발명은 의료용 X선 촬상 시스템에 이용하는 것이 가능하다.
1A, 1Bㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
3ㆍㆍㆍ반도체 기판,
4ㆍㆍㆍ신틸레이터,
5ㆍㆍㆍX선 차폐부,
6A, 6Bㆍㆍㆍ제어부,
10A, 10B, 110, 130ㆍㆍㆍ수광부,
10a, 10bㆍㆍㆍ촬상 영역,
11ㆍㆍㆍ수광면,
20, 120, 140ㆍㆍㆍ신호 독출부,
30, 31~34ㆍㆍㆍA/D 변환부,
40ㆍㆍㆍ주사 시프트 레지스터,
41ㆍㆍㆍ독출 시프트 레지스터,
100ㆍㆍㆍX선 촬상 시스템,
104ㆍㆍㆍ선회 암,
106ㆍㆍㆍX선 발생 장치,
108ㆍㆍㆍ회전 제어부,
Aㆍㆍㆍ피사체,
A2ㆍㆍㆍ앰프,
C21, C22ㆍㆍㆍ적분용 용량 소자,
C3ㆍㆍㆍ홀딩용 용량 소자,
H1~HNㆍㆍㆍ홀딩 회로,
LGㆍㆍㆍ게인 설정용 배선,
LHㆍㆍㆍ홀딩용 배선,
LH ,nㆍㆍㆍ제n열 선택용 배선,
LO ,nㆍㆍㆍ제n열 독출용 배선,
Loutㆍㆍㆍ전압 출력용 배선,
LRㆍㆍㆍ리셋용 배선,
LV ,mㆍㆍㆍ제m행 선택용 배선,
P, Pm ,nㆍㆍㆍ화소,
Resetㆍㆍㆍ리셋 제어 신호,
S1~SN ㆍㆍㆍ적분 회로,
SW1ㆍㆍㆍ독출용 스위치,
SW21 ㆍㆍㆍ방전용 스위치,
SW22ㆍㆍㆍ게인 설정용 스위치,
SW31ㆍㆍㆍ입력용 스위치,
SW32ㆍㆍㆍ출력용 스위치,
SW11~SW1N 절리용 스위치
SW21~SW2N 방전용 스위치
Wㆍㆍㆍ실리콘 웨이퍼.

Claims (8)

  1. M
    Figure pct00012
    N, M 및 N은 2이상의 정수로 하고, 피검자 턱부(顎部)의 주위를 이동하면서 X선상(線像)을 촬상하는 고체 촬상 장치를 구비하고, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용 X선 촬상 시스템으로서,
    상기 고체 촬상 장치가,
    포토다이오드를 각각 포함하는 M×N개의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어지며, 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부와,
    각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토다이오드와 독출용 스위치를 통하여 접속된 N개의 독출용 배선과,
    상기 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양(量)에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와,
    각 화소의 상기 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하여, 각 화소의 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부와,
    입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 상기 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 상기 수광부에 출력하는 신틸레이터를 가지고,
    상기 고체 촬상 장치를 상기 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지함과 아울러, 상기 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 상기 수광부의 긴 쪽 방향이 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향과 평행하게 되고, 또한 상기 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 상기 수광부의 긴 쪽 방향이 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향과 직교하도록, 상기 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어하는 회전 제어부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치의 회전 중심이, 직사각 형상의 상기 수광부에 있어서 4개의 각부(角部) 중 1개의 각부에 위치하고 있고,
    상기 1개의 각부가 상기 2개의 촬상 모드의 쌍방에 있어서 상기 피검자에 대해 아래턱측에 위치하도록 상기 고체 촬상 장치가 회전하는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부가,
    상기 일방의 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 상기 M×N개의 화소 각각의 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키고,
    상기 타방의 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 연속하는 M1행(M1
    Figure pct00013
    N)의 특정 범위에 포함되는 각 화소의 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 타방의 촬상 모드시에, 상기 수광부에 있어서 M행 중 상기 신호 독출부에 가장 가까운 행으로부터 순서대로 세어서 M1행의 범위를 상기 특정 범위로 하여, 이 특정 범위의 각 화소의 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치가 상기 수광부에 있어서 상기 특정 범위와, 이 특정 범위를 제외한 다른 범위의 사이에, 각 독출용 배선 상에 마련된 절리용(切離用) 스위치를 추가로 갖고,
    상기 제어부가, 상기 일방의 촬상 모드시에 상기 절리용 스위치를 닫고, 상기 타방의 촬상 모드시에 상기 절리용 스위치를 여는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치가, 상기 타방의 촬상 모드시에 상기 수광부에 있어서 상기 특정 범위를 제외한 다른 범위의 각 화소의 상기 포토다이오드의 접합 용량부를 방전하는 방전 수단을 추가로 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 타방의 촬상 모드시에, 상기 일방의 촬상 모드와 비교하여, 상기 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 상기 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 하는 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 일방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 CT 촬영을 행하는 촬상 모드이고, 상기 타방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 파노라마 촬영을 행하는 촬상 모드인 것을 특징으로 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
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