JP2004080514A - Ｘ線検出器及びｘ線診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、数種類のゲート電圧を選択可能とすることで、これに伴う装置特性を任意に変更可能とし、ダイナミックレンジが広い有用なＸ線検出器を提供することにある。
【解決手段】入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子１３０と、複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量１０２と、複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子１０３と、複数の電荷蓄積容量に複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線１０５と、複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器１１１と、複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線１０４と、スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源１２８と、複数種のゲートオン電圧を選択的にゲート線に印加するゲート走査駆動部１０６とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子１３０と、複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量１０２と、複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子１０３と、複数の電荷蓄積容量に複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線１０５と、複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器１１１と、複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線１０４と、スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源１２８と、複数種のゲートオン電圧を選択的にゲート線に印加するゲート走査駆動部１０６とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＴによる信号読み出し機構を備えたＸ線検出器及びそれを装備したＸ線診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体にＸ線を入射し、人体の各組織によるＸ線吸収差により生成された人体通過後の２次元Ｘ線分布を、Ｘ線検出器を用いて電気信号に変換し映像化する技術がＸ線画像診断装置として利用されている。近年、このＸ線検出器として、従来から使用されてきたＸ線フィルム及びスクリーンシステムに置き換わるものとして、Ｘ線平面検出器を使用したＸ線画像診断装置が製品化されつつある。
【０００３】
このＸ線平面検出器は、図８に示すように、光電変換により入射したＸ線エネルギーに応じて変換された電荷を蓄積する画素容量と、画素容量から電荷の読み出しを選択する半導体スイッチ（ＴＦＴ）とから１つの画素単位が構成され、その画素単位が２次元状にアレイされてなる。
【０００４】
光電変換は、直接変換方式もしくは間接変換方式の２方式が知られている。直接変換方式においては、ａ−Ｓｅ等のＸ線−電荷変換層にてＸ線は直接電荷に変換され、また間接変換方式においては、ヨウ化セシウム等のシンチレーター層を通してＸ線を一旦光に変換し、さらにフォトダイオードでその光が電荷に変換される。検出部によって生成された電荷は、画素容量に蓄積される。
【０００５】
画素容量は、その一端が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に接続されており、このＴＦＴはスイッチとして作用し、ＴＦＴのゲート電圧を変化させることでスイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御され（この時のゲート電圧をゲートオン電圧、ゲートオフ電圧とする）、それとともに画素容量に蓄積された電荷を読み出すタイミングを制御することができる。
【０００６】
ＴＦＴのゲート電極はゲート線によって行方向に共通接続されており、ゲート走査線駆動部によって、１行づつ順次、ゲートオフ電圧からゲートオン電圧に変化させることができる。ゲート走査線駆動部によってゲートオン電圧に変化された行では一斉に、ＴＦＴがゲートオンになるため、画素容量に蓄積された電荷は列方向に接続された信号線を通じて、それぞれの信号線に接続されている増幅器と帰還容量とからなる積分器を介して電圧信号としてマルチプレクサ、Ａ／Ｄコンバータを経由して出力される。
【０００７】
一般的に、上記積分器は、増幅器及び帰還容量にて構成される。信号線を通じて読み出された電荷はこの帰還容量に蓄積される。出力電圧をＶＡＭＰ、帰還容量に蓄積された電荷をＱＡＭＰ、帰還容量の大きさをＣＡＭＰとすると、ＶＡＭＰ＝ＱＡＭＰ／ＣＡＭＰと表される。
【０００８】
信号読み出し時に、この帰還容量に入力される電荷には、光電変換によって発生した電荷（信号電荷）の以外に、信号線とゲート線の交差部容量や、ＴＦＴのゲート・ドレイン間容量及びゲート・ソース間容量に蓄積された電荷（寄生電荷）がある。この寄生電荷は、ゲート電位のオン／オフの変化によって放出される。
【０００９】
これら信号線に連なる寄生容量からの寄生電荷は、透視線量等の微弱なＸ線を高感度に検出するために小さな帰還容量が選択される場合に、増幅可能な範囲の大部分を占めてしまうことによって、信号電荷のダイナミックレンジの著しい低下を招く。
【００１０】
これを解決する手段として、ゲートオン期間の前後に積分器出力を２度サンプリングすることによって、信号電荷のみを出力電圧に変換するＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）と呼ばれる手法が考案されている。
【００１１】
図９に、１ゲート線読み出し時の積分器の出力電圧（ＶＡＭＰ）の時間変化を示す。１つ前のゲート線読み出し時の電荷がリセットされた後、１回目のサンプリングが行われる。このときの電圧を「Ｖ１」とする。次に現在のゲート線にゲートオン電圧（ＶＯＮ）が印加されると、当初、上記寄生容量からの電荷注入によって積分器の出力電圧ＶＡＭＰが急激に上昇する。更にＶＯＮの印加とともにＴＦＴがゲートオンとなるため、画素電極に蓄積された信号電荷が徐々に読み出され、それに伴って積分器の出力電圧ＶＡＭＰも上昇する。十分、信号電荷が読み出された後、ゲート線電圧がゲートオフ電圧（ＶＯＦＦ）に切り替えられると、ＶＯＦＦからＶＯＮへの変化によって上記寄生容量から放出された電荷は、寄生容量に吸い込まれるため、ＶＡＭＰは寄生容量の電荷分だけ降下する。ここで２回目のサンプリングを行い、１回目と２回目のサンプリング電圧を差分することによって、信号電荷のみによる電圧成分を取り出すことができる。
【００１２】
ゲート電極には、ゲート走査駆動部によってＶＯＮ及びＶＯＦＦを持った矩形波が印加されるが、実際には、ゲート走査駆動部から離れるにつれて、ゲート線の抵抗及び容量によって、図１０に示すように、立ち上がり、立下りにおいて鈍ってしまう。
【００１３】
従って、ゲート電圧がＶＯＦＦに切り替えられた後、十分時間が経過する前に２回目のサンプリングが実施されてしまうと、ゲート走査駆動部から離れた信号線では、ＴＦＴのゲートオフが完全ではなく、寄生容量への吸い込みによる電圧降下が不十分ままサンプリングされ、従って増幅器のダイナミックレンジを実質的に損なうこととなる。
【００１４】
更に、ＴＦＴの特性としてゲートオフ電圧に切り替えられても、すぐにＴＦＴがゲートオフに移行しないという、時定数以外の要因も存在するために、２回目のサンプリングタイミングの決定には注意を要する。
【００１５】
よって、ゲートオフ電圧に切り替えてから、ある程度長い時間を隔てて、ＶＯＦＦ電圧が安定して、完全にゲートオフの状態に移行した時点で、２回目のサンプリングを実施するように時間管理することが望ましい。
【００１６】
しかし、上述のように、２回目のサンプリングを実施するタイミングは、通常十分ＶＯＦＦ電圧が安定した後が望ましいが、心臓血管造影などの高フレームレートが要求されるような動作時には、その待ち時間を短縮せざるをえず、特に低線量撮影時に信号電荷に対する増幅器のダイナミックレンジを狭めてしまう問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、数種類のゲート電圧を選択可能とすることで、これに伴う装置特性を任意に変更可能とし、ダイナミックレンジが広い有用なＸ線検出器を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備する。
本発明の第３局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを具備し、前記ゲート電圧の振幅を変更可能としたこと。
本発明の第４局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第５局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第６局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記ゲート電圧の振幅を変更するための制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第７局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第８局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第９局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記ゲート電圧の振幅に関する制御信号を発生する制御部とを具備する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に本実施形態におけるＸ線診断装置の構成を示している。Ｘ線診断装置は、Ｘ線を発生するためにＸ線管及び可動絞り等から構成されたＸ線発生部２００を備えている。Ｘ線発生部２００には、寝台天板を挟んで、Ｘ線検出器１００が配置される。透視又は撮影時には、天板上に被検体が載置される。
【００２０】
Ｘ線検出器１００は、被検体を透過したＸ線を検出してそのエネルギーに比例した電気信号を発生する。Ｘ線を電荷に変換する方式としては、直接変換方式もしくは間接変換方式の２方式が知られている。直接変換方式では、Ｘ線は、ａ−Ｓｅ等のＸ線−電荷変換層にて直接的に電荷に変換される。間接変換方式では、Ｘ線は、ヨウ化セシウム等のシンチレーター層を通して一旦光に変換され、さらにフォトダイオードでその光が電荷に変換される。本発明はいずれの方式を採用しても良い。ここでは前者の方式を例に説明する。
【００２１】
図２に示すように、Ｘ線−電荷変換層１３０にはマイナス電位にバイアスされる共通電極１３１とマトリクス状に分離された複数の画素電極１０１が表裏に形成されている。各画素電極１０１には画素容量１０２が接続される。Ｘ線−電荷変換層で変換された電荷は、画素電極１０１を経由してそれぞれ対応する画素容量１０２に蓄積される。各画素容量１０２はそれぞれスイッチ素子１０３を介して信号線１０５に接続される。信号線１０５は、行方向と垂直に配置される。複数の信号線１０５が、列方向にそって並列される。同じ列の画素容量１０２はそれぞれ対応するスイッチ素子１０３を介して同じ信号線１０５に共通接続される。スイッチ素子１０３は、典型的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。各ＴＦＴ１０３のゲートにはゲート線１０４が接続される。ゲート線１０４は、列方向と垂直に配置される。複数のゲート線１０４が、行方向にそって並列される。同じ行のＴＦＴ１０３のゲートは同じゲート線１０４に共通接続される。
【００２２】
複数のゲート線１０４にはゲート走査駆動部１０６が接続される。ゲート電圧源１２８は、電圧値が相違する３種以上、例えば４種のゲート電圧を発生するために必要な構造を備えている。４種のゲート電圧のうち、２種のゲート電圧は、残りの２種のゲート電圧よりも高く、ＴＦＴ１０３のゲートオンを引き起こすゲートオン電圧である。一方のゲートオン電圧を“ＶＯＮ（Ｈ）”と表記する。他方のゲートオン電圧を“ＶＯＮ（Ｌ）”と表記する。なお、ＶＯＮ（Ｈ）＞ＶＯＮ（Ｌ）である。
【００２３】
残りの２種のゲート電圧は、ＴＦＴ１０３のゲートオフを引き起こすゲートオフ電圧である。一方のゲートオフ電圧を“ＶＯＦＦ（Ｈ）”と表記する。他方のゲートオン電圧を“ＶＯＦＦ（Ｌ）”と表記する。なお、ＶＯＦＦ（Ｈ）＞ＶＯＦＦ（Ｌ）である。
【００２４】
２種のゲートオン電圧はゲート電圧制御部１２７の制御に応じてゲート走査駆動部１０６を経由してゲート線１０４に選択的に印加される。ゲート電圧制御部１２７は、Ｘ線診断装置全体の制御を司る制御部５００からの制御信号に従って２種のゲートオン電圧のいずれかを選択する。同様に、２種のゲートオフ電圧はゲート電圧制御部１２７の制御に応じてゲート走査駆動部１０６を経由してゲート線１０４に選択的に印加される。
【００２５】
ゲートオフ電圧からゲートオン電圧への切り替え、及びゲートオン電圧からゲートオフ電圧への切り替えは、タイミングコントローラ１２６からゲート線１０４ごとに順番に出力されるゲート制御信号により制御される。ゲート電圧制御部１２７は、制御部５００からの制御信号に従って２種のゲートオフ電圧のいずれかを選択する。
【００２６】
制御部５００には操作卓６００が接続される。操作卓６００を介して操作者のインストラクション（命令、指令）が入力される。あるインストラクションは、透視と撮影のモード選択に相当する。透視モードが選択されたとき、制御部５００は、透視モードに応じて予め決められているゲートオン電圧とゲートオフ電圧をセットする。撮影モードが選択されたとき、制御部５００は、撮影モードに応じて予め決められているゲートオン電圧とゲートオフ電圧をセットする。また、他のインストラクションは、２種のゲートオン電圧のいずれかを操作者が任意に選択するために入力される。２種のゲートオン電圧の一方が選択されたとき、制御部５００は、その一方のゲートオン電圧をセットする。２種のゲートオン電圧の他方が選択されたとき、制御部５００は、その他方のゲートオン電圧をセットする。さらに他のインストラクションは、２種のゲートオフ電圧のいずれかを操作者が任意に選択するために入力される。２種のゲートオフ電圧の一方が選択されたとき、制御部５００は、その一方のゲートオフ電圧をセットする。２種のゲートオフ電圧の他方が選択されたとき、制御部５００は、その他方のゲートオフ電圧をセットする。なお、制御部５００は、モード選択よりも、ゲートオン／オフ電圧の個別選択を優先して、ゲートオン／オフ電圧をセットする。
【００２７】
複数の信号線１０５には複数の積分器１１０がそれぞれ接続される。各積分器１１０は、増幅器１１１及び帰還容量１１２とともに、帰還容量１１２のリセットスイッチ１１３（典型的にはＴＦＴ）とから構成される。リセットスイッチ１１３のリセット動作は、タイミングコントローラ１２６から出力されるリセット制御信号により制御される。積分器１１０それぞれの出力には、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）手法のために、２系統のサンプルホールド回路（ＳＨ）１２１，１２２が接続される。サンプルホールド回路１２１，１２２はそれぞれ、スイッチ（典型的にはＴＦＴ）と、容量と、電圧変換器とからなり、そのスイッチがオン状態にある期間の電圧をサンプリングし、ホールドする。サンプルホールド回路１２１，１２２のスイッチのオン／オフは、タイミングコントローラ１２６から出力されるサンプリング制御信号により制御される。例えば、ＣＤＳ手法のもとで、積分器１１０の出力が、積分器１１０のリセット後からＴＦＴ１０３のゲートオンまでの期間中に１回目のサンプリングがサンプルホールド回路１２１で行われ、ＴＦＴ１０３のゲートオフから積分器１１０のリセットまでの期間中に２回目のサンプリングがサンプルホールド回路１２２で行われる。１回目と２回目のホールド電圧が差動増幅器１２３で差分され、その差分電圧がマルチプレクサ１２４を経由してＡ／Ｄコンンバータ１２５でディジタル信号に変換され、外部のディジタルデータ収集部３００で収集される。ディジタルデータ収集部３００は、収集したディジタルデータに基づいて画像データを発生する。この画像データに基づいて表示部４００は画像を表示する。
【００２８】
図３には、ゲート走査駆動部１０６内のある１本のゲート線１０４に対応する構成を示している。チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４０，１４１が直列に接続され、その一方の端子がＶＯＮ（Ｈ）に、他方の端子がＶＯＮ（Ｌ）に付勢されている。ＴＦＴ１４０，１４１のゲートは共通接続され、ゲート電圧制御部１２７からのゲートオン電圧選択制御信号により択一的にオン状態になる。同様に、ゲートオフ電圧側では、チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４２，１４３が直列に接続され、その一方の端子がＶＯＦＦ（Ｈ）に、他方の端子がＶＯＦＦ（Ｌ）に付勢されている。ＴＦＴ１４２，１４３のゲートは共通接続され、ゲート電圧制御部１２７からのゲートオフ電圧選択制御信号により択一的にオン状態になる。ゲートオン／オフ電圧の切り替えるために、チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４４，１４５が直列に接続され、その一方の端子がゲートオン電圧側のＴＦＴ１４０，１４１の中点に接続され、他方の端子がゲートオフ電圧側のＴＦＴ１４２，１４３の中点に接続される。ＴＦＴ１４４，１４５のゲートは共通接続され、タイミングコントローラ１２６からのタイミング制御信号により択一的にオン状態になる。
【００２９】
次に本実施形態の動作について説明する。
図４に、ＴＦＴ１０３の一般的な動作特性を示す。ＶＯＮはゲートオン電圧、ＶＯＦＦはゲートオフ電圧を示し、またＶＰＩＸは画素電極１０１の電位を示している。実際のゲートの動きとしては、ゲート電位ＶＧ＞画素電極電位ＶＰＩＸのとき、ゲートがオンの状態になり、逆にゲート電位ＶＧ＜画素電極電位ＶＰＩＸのとき、ゲートがオフの状態になる。ここで、図５のようなＴＦＴの保護機構を備えたＸ線検出器の場合は、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦによって、画素電極１０１に蓄積できる電荷量が決定されるため、ＴＦＴ１０３の破壊を招くことのない、かつ検出器のダイナミックレンジが十分とれるようなゲートオフＶＯＦＦが選択される。なお、装置のダイナミックレンジは、装置性能が保たれる入力範囲として定義され、それは検出器としてのトータルなダイナミックレンジに依存する。検出器としてのトータルなダイナミックレンジは、増幅器１１１，１２３のダイナミックレンジと画素容量のダイナミックレンジとＡＤコンバータ１２５のダイナミックレンジとにより総合的に決まる。
【００３０】
簡単に図５の保護機構を説明すると、信号電荷として電子を採用する場合に、画素電極１０１に信号電荷が蓄積されると、それと共に画素電極の電位ＶＰＩＸは低下し、ＴＦＴ１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは徐々に低下する。画素電極の電位ＶＰＩＸ ＜ゲート電極電位ＶＧ の状態になると、ＴＦＴ１０３はゲートオン状態となるため、画素電極１０１に蓄積された電荷はＴＦＴ１０３を介して放出され（増幅器１１１はリセットの状態）、画素電極１０１の電位がＴＦＴ１０３の破壊につながる電位になることはない。ＴＦＴ１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを基準にゲートオンオフに所定の裕度を与えて、Ｖ´ＯＮ、Ｖ´ＯＦＦが固定的に設定される。このＶ´ＯＮ、Ｖ´ＯＦＦになるように、低線量（透視モード）と高線量（撮影モード）それぞれの条件に従って予め計算された画素電極の電位ＶＰＩＸ に従って、実際にゲートに印加されるゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）、ＶＯＮ（Ｌ）、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）、ＶＯＦＦ（Ｌ）がそれぞれ設計される。
【００３１】
読出し動作は、簡単に説明すると、共通電極１３１と画素電極１０１の間にバイアス電圧が印加された状態で、Ｘ線−電荷変換層１３０にＸ線が入射すると、入射したＸ線によって電荷が生成される。生成された電荷は、高圧によって生じた電界によって画素電極１０１に集められて、各画素に設けられた画素容量１０２に電荷が蓄積される。一方、各画素はｉ行ｊ列のマトリックス状に配置されており、ゲート走査駆動部１０６は、ある一定の読み出しタイミングに応じて、順次ゲート線１０４にＴＦＴ１０３のゲートオン電圧を印加していく。ゲートオン電圧が印加されたゲート線１０４に接続したＴＦＴ１０３は一斉にゲートオン状態となり、画素容量１０２に蓄積された電荷は、それぞれの信号線１０５を通して帰還容量１１２に流れ込む。帰還容量１１２には、前行の読み出しによって帰還容量１１２に蓄積された電荷をリセットするためのスイッチ１１３が併設されており、例えばｉ行目が読み出される直前は、リセットスイッチ１１３がオン状態となって、ｉ−１行目の読み出しによって蓄積された電荷を消去するようになっている。なお、この操作はｉ−１行目の読み出しが終了した後で、全画素のＴＦＴ１０３がオフ状態にあるときに行われる。リセットスイッチ１１３がオフとなって、ｉ行目のゲート線１０４にゲートオン電圧が印加されると、ｉ行目の画素容量１０２に蓄積された電荷は、一斉に帰還容量１１２に流れ込むことになるが、この部分は積分器１１０になっているため、増幅器１１１の出力電圧Ｖａｍｐは、図６に示すように、流れ込んだ電荷、もしくは電流の積分値を示すこととなる。実際、このＶａｍｐは、たとえ増幅器１１１に入力される電荷がない場合でも完全に０になることはなく、ある有限値をもつことが知られている。これを増幅器１１１のオフセットというが、この増幅器１１１のオフセット成分を除去し、従来技術にて説明したＣＤＳ方式によって寄生容量からの電荷注入をキャンセルするために、読み出し直前と読み出し終了直後の２度、Ｖａｍｐをサンプリングし、その差分値をもって増幅器１１１の出力電圧とするということがなされる。こうして得られた増幅器１１１の出力信号はＡ／Ｄコンバータ１２５を経て、デジタルゲイン倍されて、画素値となり、画像を形成することとなる。
【００３２】
図６に、ＣＤＳオペレーションのもとで、１本のゲート線読み出し時の積分器１１０の出力電圧（Ｖａｍｐ）の時間変化を示す。ゲートオン前にリセットスイッチ１１３がオンされ、帰還容量１１２に残留する１つ前のゲート線読み出し時の電荷がリセットされる（ｔ１）。その後、一方のサンプルホールド回路１２１で１回目のサンプリングが行われる（ｔ２）。このときの電圧を「Ｖ１」とする。次に現在のゲート線１０４にゲートオン電圧（ＶＯＮ）が印加されると（ｔ３）、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦからの電圧変化により、当初、ＴＦＴ１０３の上記寄生容量からの電荷注入によって積分器１１０の出力電圧Ｖａｍｐが急激に上昇し、それより若干の遅れ時間を経て、ＴＦＴ１０３のゲートがオン状態に移行するため、画素容量１０２に蓄積された信号電荷が徐々に読み出され、それに伴って積分器１１０の出力電圧Ｖａｍｐも上昇する。十分、信号電荷が読み出された後、ゲート線電圧がゲートオフ電圧ＶＯＦＦに切り替えられると（ｔ４）、その電圧変化により、上記寄生容量から放出された電荷は、寄生容量に吸い込まれるため、Ｖａｍｐは寄生容量の電荷分だけ降下する。ｔ４から所定時間後の時間ｔ５に、他方のサンプルホールド回路１２２で２回目のサンプリングが行われる。このときの電圧を「Ｖ２」とする。１回目と２回目のサンプリング電圧Ｖ１，Ｖ２が差動増幅器１２３で差分される。それによって、信号電荷のみを反映した電圧成分がマルチプレクサ１２４に出力される。２回目のサンプリング後の時間ｔ６にリセットされる。
【００３３】
操作卓６００を介して透視モード又は撮影モードが選択され、またＸ線曝射に関わる管電圧及び管電流等の撮影条件が操作者から入力されると、Ｘ線発生部２００には撮影条件とともに撮影／透視モード信号が送られる。制御部５００は、撮影／透視モードに応じたＡ／Ｄ変換のランプカーブや帰還容量１１２の設定がなされるが、それと同時にゲート電圧制御部１２７にも、モード及び撮影条件に応じたゲート印加電圧（ゲートオン電圧、ゲートオフ電圧）の選択信号が供給される。このゲート印加電圧の制御信号に従って、ＴＦＴ１４０，１４１が選択的にオンする。それによりゲートオン電圧が、ＶＯＮ（Ｈ）、又はＶＯＮ（Ｌ）に設定される。動揺に、ＴＦＴ１４２，１４３が選択的にオンする。それによりゲートオフ電圧が、ＶＯＦＦ（Ｈ）、又はＶＯＦＦ（Ｌ）に設定される。
【００３４】
なお、ここでは、操作卓６００から操作者により設定された撮影／透視モード（高線量モード／低線量モード）の選択及び撮影条件に従って制御部５００によりゲートオン電圧がＶＯＮ（Ｈ）、又はＶＯＮ（Ｌ）に設定され、ゲートオフ電圧がＶＯＦＦ（Ｈ）、又はＶＯＦＦ（Ｌ）に設定されるようにしたが、操作者が、ゲートオン電圧をＶＯＮ（Ｈ）とＶＯＮ（Ｌ）のいずれを選択するか、ゲートオフ電圧をＶＯＦＦ（Ｈ）とＶＯＦＦ（Ｌ）のいずれを選択するか、直接的に選択するようにしてもよい。
【００３５】
ここで、高フレームレートでの透視モードが選択されたときには、ＣＤＳオペレーションを実施してもなお、信号電荷に対して寄生電荷が多いため、寄生容量からの電荷注入分が増幅器１１１のダイナミックレンジを食いつぶし、画像化できるＸ線信号分の電荷を減少させてしまうことが想定される。従って、これを防ぐために、制御部５００の制御のもとで、ゲート電圧制御部１２７では、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）が設定され、且つ比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）が設定される。つまり、ゲートオンとオフとの間の電圧の振幅がもっとも低い組み合わせが選択される。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、ゲート電極に印加するオン／オフ電圧の振幅を減少させると、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）からゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）に変化するとき（ＯＮからＯＦＦになるとき）、画素容量ＣｐｉｘとＴＦＴ１０３のＯＦＦ抵抗Ｒｏｆｆとの積（Ｃｐｉｘ×Ｒｏｆｆ）で時定数が決まるので、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）とゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）では、２回目のサンプルホールドｔ５のときの電位は、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）の方が低くなっている。この２回目のサンプルホールドｔ５のときの電位こそがＯＦＦになりきっていないことによる余計なオフセットである。この電位が低いほど良い。比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）は、比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）よりも、信号電荷の読み残しが増え、残像を増加させる傾向をもつが、通常、透視モードでは、時間的にランダムな背景ノイズを低下させるために、リカーシブルフィルタが施されているため、多少残像が増加しても、画質に与える影響は少ない。また、比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）を設定することは、保護機構を備えたＸ線検出器では、検出器のダイナミックレンジを損なうことにつながるが、低線量となる透視モードでは線量自体が小さいため、保護機構が働くような大きな電荷は蓄積されない。
【００３７】
一方、比較的高線量の撮影モードが設定された場合は、図７（ｂ）に示すように、残像を小さくし、装置のダイナミックレンジを最大限に取れるように、制御部５００により、比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）が選択され、且つ比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）が選択される。高線量モードでは、帰還容量１１２として大きな容量が選択されるため、ＣＤＳでキャンセルできなかった寄生容量からの電荷注入量が、増幅器１１１を飽和させてしまうことはない。
【００３８】
以上のように、ゲート電圧制御部にて透視モード及び高線量撮影モードに適したゲートオン電圧とゲートオフ電圧の組み合わせを選択できることによって、透視モード、撮影モード共にダイナミックレンジの広い、また残像の少ない良好な画像が得られるＸ線診断装置を提供することができる。
【００３９】
実際、透視／撮影モードの選択に応じて自動的にゲートオン／オフ電圧の好適な組み合わせが上述のように設定されるが、ゲートオン電圧の高低、ゲートオフ電圧の高低それぞれについて、次のように、メリット／デメリットがあり、メリット／デメリットを考慮して操作者が比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）と、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）を人為的に選択し、同様に比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）と、比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）を選択するようにしてもよい。
【００４０】
比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）は、残像が少ないというメリットを有している一方で、ＴＦＴ１０３の寿命を短縮し、またゲートオン／オフ電圧の振幅を拡大して寄生電荷の影響を増大させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に狭くするというデメリットを有している。
【００４１】
逆に、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）は、ＴＦＴ１０３の寿命を延長し、またゲートオン／オフ電圧の振幅を縮小して寄生電荷の影響を減少させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、残像が多くなるというデメリットを有している。
【００４２】
また、比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）は、ゲートオン／オフ電圧の振幅を縮小して寄生電荷の影響を減少させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、ダイナミックレンジを狭くし、またＴＦＴ１０３のリーク電流を増加させるというデメリットを有している。
【００４３】
逆に、比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）は、装置ダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、ゲートオン／オフ電圧の振幅を拡大して寄生電荷の影響を増大させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に狭くするというデメリットを有している。
【００４４】
このようなメリット／デメリットを理解した上で、ゲートオン電圧とゲートオフ電圧をそれぞれ高低いずれか、さらに数値として任意設定するようにしてもよい。
【００４５】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、数種類のゲート電圧を選択可能とすることで、これに伴う装置特性を任意に変更可能とし、ダイナミックレンジが広い有用なＸ線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線診断装置の主要部の構成図。
【図２】図１の画素電極の補足図。
【図３】図１のゲート走査駆動部の構成例を示す図。
【図４】図１のＴＦＴの動作特性図。
【図５】図１のＴＦＴの保護機能の説明図。
【図６】図１の積分器出力の時間変化と信号読出しのタイミングチャートを示す図。
【図７】図１のゲート電圧制御部の制御によるゲートオン／オフ電圧の４種の組み合わせを示す図。
【図８】従来のＸ線検出器の構成図。
【図９】従来の積分器出力の時間変化と信号読出しのタイミングチャートを示す図。
【図１０】従来において、ゲート電圧の鈍りを示す図。
【符号の説明】
１００…Ｘ線検出器、
１０１…画素電極、
１０２…画素容量、
１０３…スイッチ素子（ＴＦＴ）、
１０４…ゲート線、
１０５…信号線、
１０６…ゲート走査駆動部、
１１０…積分器、
１１１…増幅器、
１１２…帰還容量、
１１３…リセットスイッチ、
１２１…サンプルホールド回路（ＳＨ）、
１２２…サンプルホールド回路（ＳＨ）、
１２３…差動増幅器、
１２４…マルチプレクサ、
１２５…Ａ／Ｄコンンバータ、
１２６…タイミングコントローラ、
１２７…ゲート電圧制御部、
１２８…ゲート電圧源、
１３０…Ｘ線−電荷変換層、
１３１…共通電極、
２００…Ｘ線発生部、
３００…ディジタルデータ収集部、
４００…表示部、
５００…制御部、
６００…操作卓。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＴによる信号読み出し機構を備えたＸ線検出器及びそれを装備したＸ線診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体にＸ線を入射し、人体の各組織によるＸ線吸収差により生成された人体通過後の２次元Ｘ線分布を、Ｘ線検出器を用いて電気信号に変換し映像化する技術がＸ線画像診断装置として利用されている。近年、このＸ線検出器として、従来から使用されてきたＸ線フィルム及びスクリーンシステムに置き換わるものとして、Ｘ線平面検出器を使用したＸ線画像診断装置が製品化されつつある。
【０００３】
このＸ線平面検出器は、図８に示すように、光電変換により入射したＸ線エネルギーに応じて変換された電荷を蓄積する画素容量と、画素容量から電荷の読み出しを選択する半導体スイッチ（ＴＦＴ）とから１つの画素単位が構成され、その画素単位が２次元状にアレイされてなる。
【０００４】
光電変換は、直接変換方式もしくは間接変換方式の２方式が知られている。直接変換方式においては、ａ−Ｓｅ等のＸ線−電荷変換層にてＸ線は直接電荷に変換され、また間接変換方式においては、ヨウ化セシウム等のシンチレーター層を通してＸ線を一旦光に変換し、さらにフォトダイオードでその光が電荷に変換される。検出部によって生成された電荷は、画素容量に蓄積される。
【０００５】
画素容量は、その一端が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に接続されており、このＴＦＴはスイッチとして作用し、ＴＦＴのゲート電圧を変化させることでスイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御され（この時のゲート電圧をゲートオン電圧、ゲートオフ電圧とする）、それとともに画素容量に蓄積された電荷を読み出すタイミングを制御することができる。
【０００６】
ＴＦＴのゲート電極はゲート線によって行方向に共通接続されており、ゲート走査線駆動部によって、１行づつ順次、ゲートオフ電圧からゲートオン電圧に変化させることができる。ゲート走査線駆動部によってゲートオン電圧に変化された行では一斉に、ＴＦＴがゲートオンになるため、画素容量に蓄積された電荷は列方向に接続された信号線を通じて、それぞれの信号線に接続されている増幅器と帰還容量とからなる積分器を介して電圧信号としてマルチプレクサ、Ａ／Ｄコンバータを経由して出力される。
【０００７】
一般的に、上記積分器は、増幅器及び帰還容量にて構成される。信号線を通じて読み出された電荷はこの帰還容量に蓄積される。出力電圧をＶＡＭＰ、帰還容量に蓄積された電荷をＱＡＭＰ、帰還容量の大きさをＣＡＭＰとすると、ＶＡＭＰ＝ＱＡＭＰ／ＣＡＭＰと表される。
【０００８】
信号読み出し時に、この帰還容量に入力される電荷には、光電変換によって発生した電荷（信号電荷）の以外に、信号線とゲート線の交差部容量や、ＴＦＴのゲート・ドレイン間容量及びゲート・ソース間容量に蓄積された電荷（寄生電荷）がある。この寄生電荷は、ゲート電位のオン／オフの変化によって放出される。
【０００９】
これら信号線に連なる寄生容量からの寄生電荷は、透視線量等の微弱なＸ線を高感度に検出するために小さな帰還容量が選択される場合に、増幅可能な範囲の大部分を占めてしまうことによって、信号電荷のダイナミックレンジの著しい低下を招く。
【００１０】
これを解決する手段として、ゲートオン期間の前後に積分器出力を２度サンプリングすることによって、信号電荷のみを出力電圧に変換するＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）と呼ばれる手法が考案されている。
【００１１】
図９に、１ゲート線読み出し時の積分器の出力電圧（ＶＡＭＰ）の時間変化を示す。１つ前のゲート線読み出し時の電荷がリセットされた後、１回目のサンプリングが行われる。このときの電圧を「Ｖ１」とする。次に現在のゲート線にゲートオン電圧（ＶＯＮ）が印加されると、当初、上記寄生容量からの電荷注入によって積分器の出力電圧ＶＡＭＰが急激に上昇する。更にＶＯＮの印加とともにＴＦＴがゲートオンとなるため、画素電極に蓄積された信号電荷が徐々に読み出され、それに伴って積分器の出力電圧ＶＡＭＰも上昇する。十分、信号電荷が読み出された後、ゲート線電圧がゲートオフ電圧（ＶＯＦＦ）に切り替えられると、ＶＯＦＦからＶＯＮへの変化によって上記寄生容量から放出された電荷は、寄生容量に吸い込まれるため、ＶＡＭＰは寄生容量の電荷分だけ降下する。ここで２回目のサンプリングを行い、１回目と２回目のサンプリング電圧を差分することによって、信号電荷のみによる電圧成分を取り出すことができる。
【００１２】
ゲート電極には、ゲート走査駆動部によってＶＯＮ及びＶＯＦＦを持った矩形波が印加されるが、実際には、ゲート走査駆動部から離れるにつれて、ゲート線の抵抗及び容量によって、図１０に示すように、立ち上がり、立下りにおいて鈍ってしまう。
【００１３】
従って、ゲート電圧がＶＯＦＦに切り替えられた後、十分時間が経過する前に２回目のサンプリングが実施されてしまうと、ゲート走査駆動部から離れた信号線では、ＴＦＴのゲートオフが完全ではなく、寄生容量への吸い込みによる電圧降下が不十分ままサンプリングされ、従って増幅器のダイナミックレンジを実質的に損なうこととなる。
【００１４】
更に、ＴＦＴの特性としてゲートオフ電圧に切り替えられても、すぐにＴＦＴがゲートオフに移行しないという、時定数以外の要因も存在するために、２回目のサンプリングタイミングの決定には注意を要する。
【００１５】
よって、ゲートオフ電圧に切り替えてから、ある程度長い時間を隔てて、ＶＯＦＦ電圧が安定して、完全にゲートオフの状態に移行した時点で、２回目のサンプリングを実施するように時間管理することが望ましい。
【００１６】
しかし、上述のように、２回目のサンプリングを実施するタイミングは、通常十分ＶＯＦＦ電圧が安定した後が望ましいが、心臓血管造影などの高フレームレートが要求されるような動作時には、その待ち時間を短縮せざるをえず、特に低線量撮影時に信号電荷に対する増幅器のダイナミックレンジを狭めてしまう問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、数種類のゲート電圧を選択可能とすることで、これに伴う装置特性を任意に変更可能とし、ダイナミックレンジが広い有用なＸ線検出器を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備する。
本発明の第２局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備する。
本発明の第３局面によるＸ線検出器は、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを具備し、前記ゲート電圧の振幅を変更可能としたこと。
本発明の第４局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第５局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第６局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、透視／撮影モードの選択に従って前記ゲート電圧の振幅を変更するための制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第７局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第８局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備する。
本発明の第９局面によるＸ線診断装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、操作者からのインストラクションを入力する操作部と、前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記ゲート電圧の振幅に関する制御信号を発生する制御部とを具備する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に本実施形態におけるＸ線診断装置の構成を示している。Ｘ線診断装置は、Ｘ線を発生するためにＸ線管及び可動絞り等から構成されたＸ線発生部２００を備えている。Ｘ線発生部２００には、寝台天板を挟んで、Ｘ線検出器１００が配置される。透視又は撮影時には、天板上に被検体が載置される。
【００２０】
Ｘ線検出器１００は、被検体を透過したＸ線を検出してそのエネルギーに比例した電気信号を発生する。Ｘ線を電荷に変換する方式としては、直接変換方式もしくは間接変換方式の２方式が知られている。直接変換方式では、Ｘ線は、ａ−Ｓｅ等のＸ線−電荷変換層にて直接的に電荷に変換される。間接変換方式では、Ｘ線は、ヨウ化セシウム等のシンチレーター層を通して一旦光に変換され、さらにフォトダイオードでその光が電荷に変換される。本発明はいずれの方式を採用しても良い。ここでは前者の方式を例に説明する。
【００２１】
図２に示すように、Ｘ線−電荷変換層１３０にはマイナス電位にバイアスされる共通電極１３１とマトリクス状に分離された複数の画素電極１０１が表裏に形成されている。各画素電極１０１には画素容量１０２が接続される。Ｘ線−電荷変換層で変換された電荷は、画素電極１０１を経由してそれぞれ対応する画素容量１０２に蓄積される。各画素容量１０２はそれぞれスイッチ素子１０３を介して信号線１０５に接続される。信号線１０５は、行方向と垂直に配置される。複数の信号線１０５が、列方向にそって並列される。同じ列の画素容量１０２はそれぞれ対応するスイッチ素子１０３を介して同じ信号線１０５に共通接続される。スイッチ素子１０３は、典型的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。各ＴＦＴ１０３のゲートにはゲート線１０４が接続される。ゲート線１０４は、列方向と垂直に配置される。複数のゲート線１０４が、行方向にそって並列される。同じ行のＴＦＴ１０３のゲートは同じゲート線１０４に共通接続される。
【００２２】
複数のゲート線１０４にはゲート走査駆動部１０６が接続される。ゲート電圧源１２８は、電圧値が相違する３種以上、例えば４種のゲート電圧を発生するために必要な構造を備えている。４種のゲート電圧のうち、２種のゲート電圧は、残りの２種のゲート電圧よりも高く、ＴＦＴ１０３のゲートオンを引き起こすゲートオン電圧である。一方のゲートオン電圧を“ＶＯＮ（Ｈ）”と表記する。他方のゲートオン電圧を“ＶＯＮ（Ｌ）”と表記する。なお、ＶＯＮ（Ｈ）＞ＶＯＮ（Ｌ）である。
【００２３】
残りの２種のゲート電圧は、ＴＦＴ１０３のゲートオフを引き起こすゲートオフ電圧である。一方のゲートオフ電圧を“ＶＯＦＦ（Ｈ）”と表記する。他方のゲートオン電圧を“ＶＯＦＦ（Ｌ）”と表記する。なお、ＶＯＦＦ（Ｈ）＞ＶＯＦＦ（Ｌ）である。
【００２４】
２種のゲートオン電圧はゲート電圧制御部１２７の制御に応じてゲート走査駆動部１０６を経由してゲート線１０４に選択的に印加される。ゲート電圧制御部１２７は、Ｘ線診断装置全体の制御を司る制御部５００からの制御信号に従って２種のゲートオン電圧のいずれかを選択する。同様に、２種のゲートオフ電圧はゲート電圧制御部１２７の制御に応じてゲート走査駆動部１０６を経由してゲート線１０４に選択的に印加される。
【００２５】
ゲートオフ電圧からゲートオン電圧への切り替え、及びゲートオン電圧からゲートオフ電圧への切り替えは、タイミングコントローラ１２６からゲート線１０４ごとに順番に出力されるゲート制御信号により制御される。ゲート電圧制御部１２７は、制御部５００からの制御信号に従って２種のゲートオフ電圧のいずれかを選択する。
【００２６】
制御部５００には操作卓６００が接続される。操作卓６００を介して操作者のインストラクション（命令、指令）が入力される。あるインストラクションは、透視と撮影のモード選択に相当する。透視モードが選択されたとき、制御部５００は、透視モードに応じて予め決められているゲートオン電圧とゲートオフ電圧をセットする。撮影モードが選択されたとき、制御部５００は、撮影モードに応じて予め決められているゲートオン電圧とゲートオフ電圧をセットする。また、他のインストラクションは、２種のゲートオン電圧のいずれかを操作者が任意に選択するために入力される。２種のゲートオン電圧の一方が選択されたとき、制御部５００は、その一方のゲートオン電圧をセットする。２種のゲートオン電圧の他方が選択されたとき、制御部５００は、その他方のゲートオン電圧をセットする。さらに他のインストラクションは、２種のゲートオフ電圧のいずれかを操作者が任意に選択するために入力される。２種のゲートオフ電圧の一方が選択されたとき、制御部５００は、その一方のゲートオフ電圧をセットする。２種のゲートオフ電圧の他方が選択されたとき、制御部５００は、その他方のゲートオフ電圧をセットする。なお、制御部５００は、モード選択よりも、ゲートオン／オフ電圧の個別選択を優先して、ゲートオン／オフ電圧をセットする。
【００２７】
複数の信号線１０５には複数の積分器１１０がそれぞれ接続される。各積分器１１０は、増幅器１１１及び帰還容量１１２とともに、帰還容量１１２のリセットスイッチ１１３（典型的にはＴＦＴ）とから構成される。リセットスイッチ１１３のリセット動作は、タイミングコントローラ１２６から出力されるリセット制御信号により制御される。積分器１１０それぞれの出力には、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）手法のために、２系統のサンプルホールド回路（ＳＨ）１２１，１２２が接続される。サンプルホールド回路１２１，１２２はそれぞれ、スイッチ（典型的にはＴＦＴ）と、容量と、電圧変換器とからなり、そのスイッチがオン状態にある期間の電圧をサンプリングし、ホールドする。サンプルホールド回路１２１，１２２のスイッチのオン／オフは、タイミングコントローラ１２６から出力されるサンプリング制御信号により制御される。例えば、ＣＤＳ手法のもとで、積分器１１０の出力が、積分器１１０のリセット後からＴＦＴ１０３のゲートオンまでの期間中に１回目のサンプリングがサンプルホールド回路１２１で行われ、ＴＦＴ１０３のゲートオフから積分器１１０のリセットまでの期間中に２回目のサンプリングがサンプルホールド回路１２２で行われる。１回目と２回目のホールド電圧が差動増幅器１２３で差分され、その差分電圧がマルチプレクサ１２４を経由してＡ／Ｄコンンバータ１２５でディジタル信号に変換され、外部のディジタルデータ収集部３００で収集される。ディジタルデータ収集部３００は、収集したディジタルデータに基づいて画像データを発生する。この画像データに基づいて表示部４００は画像を表示する。
【００２８】
図３には、ゲート走査駆動部１０６内のある１本のゲート線１０４に対応する構成を示している。チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４０，１４１が直列に接続され、その一方の端子がＶＯＮ（Ｈ）に、他方の端子がＶＯＮ（Ｌ）に付勢されている。ＴＦＴ１４０，１４１のゲートは共通接続され、ゲート電圧制御部１２７からのゲートオン電圧選択制御信号により択一的にオン状態になる。同様に、ゲートオフ電圧側では、チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４２，１４３が直列に接続され、その一方の端子がＶＯＦＦ（Ｈ）に、他方の端子がＶＯＦＦ（Ｌ）に付勢されている。ＴＦＴ１４２，１４３のゲートは共通接続され、ゲート電圧制御部１２７からのゲートオフ電圧選択制御信号により択一的にオン状態になる。ゲートオン／オフ電圧の切り替えるために、チャネルタイプの異なるＴＦＴ１４４，１４５が直列に接続され、その一方の端子がゲートオン電圧側のＴＦＴ１４０，１４１の中点に接続され、他方の端子がゲートオフ電圧側のＴＦＴ１４２，１４３の中点に接続される。ＴＦＴ１４４，１４５のゲートは共通接続され、タイミングコントローラ１２６からのタイミング制御信号により択一的にオン状態になる。
【００２９】
次に本実施形態の動作について説明する。
図４に、ＴＦＴ１０３の一般的な動作特性を示す。ＶＯＮはゲートオン電圧、ＶＯＦＦはゲートオフ電圧を示し、またＶＰＩＸは画素電極１０１の電位を示している。実際のゲートの動きとしては、ゲート電位ＶＧ＞画素電極電位ＶＰＩＸのとき、ゲートがオンの状態になり、逆にゲート電位ＶＧ＜画素電極電位ＶＰＩＸのとき、ゲートがオフの状態になる。ここで、図５のようなＴＦＴの保護機構を備えたＸ線検出器の場合は、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦによって、画素電極１０１に蓄積できる電荷量が決定されるため、ＴＦＴ１０３の破壊を招くことのない、かつ検出器のダイナミックレンジが十分とれるようなゲートオフＶＯＦＦが選択される。なお、装置のダイナミックレンジは、装置性能が保たれる入力範囲として定義され、それは検出器としてのトータルなダイナミックレンジに依存する。検出器としてのトータルなダイナミックレンジは、増幅器１１１，１２３のダイナミックレンジと画素容量のダイナミックレンジとＡＤコンバータ１２５のダイナミックレンジとにより総合的に決まる。
【００３０】
簡単に図５の保護機構を説明すると、信号電荷として電子を採用する場合に、画素電極１０１に信号電荷が蓄積されると、それと共に画素電極の電位ＶＰＩＸは低下し、ＴＦＴ１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは徐々に低下する。画素電極の電位ＶＰＩＸ ＜ゲート電極電位ＶＧ の状態になると、ＴＦＴ１０３はゲートオン状態となるため、画素電極１０１に蓄積された電荷はＴＦＴ１０３を介して放出され（増幅器１１１はリセットの状態）、画素電極１０１の電位がＴＦＴ１０３の破壊につながる電位になることはない。ＴＦＴ１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを基準にゲートオンオフに所定の裕度を与えて、Ｖ´ＯＮ、Ｖ´ＯＦＦが固定的に設定される。このＶ´ＯＮ、Ｖ´ＯＦＦになるように、低線量（透視モード）と高線量（撮影モード）それぞれの条件に従って予め計算された画素電極の電位ＶＰＩＸ に従って、実際にゲートに印加されるゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）、ＶＯＮ（Ｌ）、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）、ＶＯＦＦ（Ｌ）がそれぞれ設計される。
【００３１】
読出し動作は、簡単に説明すると、共通電極１３１と画素電極１０１の間にバイアス電圧が印加された状態で、Ｘ線−電荷変換層１３０にＸ線が入射すると、入射したＸ線によって電荷が生成される。生成された電荷は、高圧によって生じた電界によって画素電極１０１に集められて、各画素に設けられた画素容量１０２に電荷が蓄積される。一方、各画素はｉ行ｊ列のマトリックス状に配置されており、ゲート走査駆動部１０６は、ある一定の読み出しタイミングに応じて、順次ゲート線１０４にＴＦＴ１０３のゲートオン電圧を印加していく。ゲートオン電圧が印加されたゲート線１０４に接続したＴＦＴ１０３は一斉にゲートオン状態となり、画素容量１０２に蓄積された電荷は、それぞれの信号線１０５を通して帰還容量１１２に流れ込む。帰還容量１１２には、前行の読み出しによって帰還容量１１２に蓄積された電荷をリセットするためのスイッチ１１３が併設されており、例えばｉ行目が読み出される直前は、リセットスイッチ１１３がオン状態となって、ｉ−１行目の読み出しによって蓄積された電荷を消去するようになっている。なお、この操作はｉ−１行目の読み出しが終了した後で、全画素のＴＦＴ１０３がオフ状態にあるときに行われる。リセットスイッチ１１３がオフとなって、ｉ行目のゲート線１０４にゲートオン電圧が印加されると、ｉ行目の画素容量１０２に蓄積された電荷は、一斉に帰還容量１１２に流れ込むことになるが、この部分は積分器１１０になっているため、増幅器１１１の出力電圧Ｖａｍｐは、図６に示すように、流れ込んだ電荷、もしくは電流の積分値を示すこととなる。実際、このＶａｍｐは、たとえ増幅器１１１に入力される電荷がない場合でも完全に０になることはなく、ある有限値をもつことが知られている。これを増幅器１１１のオフセットというが、この増幅器１１１のオフセット成分を除去し、従来技術にて説明したＣＤＳ方式によって寄生容量からの電荷注入をキャンセルするために、読み出し直前と読み出し終了直後の２度、Ｖａｍｐをサンプリングし、その差分値をもって増幅器１１１の出力電圧とするということがなされる。こうして得られた増幅器１１１の出力信号はＡ／Ｄコンバータ１２５を経て、デジタルゲイン倍されて、画素値となり、画像を形成することとなる。
【００３２】
図６に、ＣＤＳオペレーションのもとで、１本のゲート線読み出し時の積分器１１０の出力電圧（Ｖａｍｐ）の時間変化を示す。ゲートオン前にリセットスイッチ１１３がオンされ、帰還容量１１２に残留する１つ前のゲート線読み出し時の電荷がリセットされる（ｔ１）。その後、一方のサンプルホールド回路１２１で１回目のサンプリングが行われる（ｔ２）。このときの電圧を「Ｖ１」とする。次に現在のゲート線１０４にゲートオン電圧（ＶＯＮ）が印加されると（ｔ３）、ゲートオフ電圧ＶＯＦＦからの電圧変化により、当初、ＴＦＴ１０３の上記寄生容量からの電荷注入によって積分器１１０の出力電圧Ｖａｍｐが急激に上昇し、それより若干の遅れ時間を経て、ＴＦＴ１０３のゲートがオン状態に移行するため、画素容量１０２に蓄積された信号電荷が徐々に読み出され、それに伴って積分器１１０の出力電圧Ｖａｍｐも上昇する。十分、信号電荷が読み出された後、ゲート線電圧がゲートオフ電圧ＶＯＦＦに切り替えられると（ｔ４）、その電圧変化により、上記寄生容量から放出された電荷は、寄生容量に吸い込まれるため、Ｖａｍｐは寄生容量の電荷分だけ降下する。ｔ４から所定時間後の時間ｔ５に、他方のサンプルホールド回路１２２で２回目のサンプリングが行われる。このときの電圧を「Ｖ２」とする。１回目と２回目のサンプリング電圧Ｖ１，Ｖ２が差動増幅器１２３で差分される。それによって、信号電荷のみを反映した電圧成分がマルチプレクサ１２４に出力される。２回目のサンプリング後の時間ｔ６にリセットされる。
【００３３】
操作卓６００を介して透視モード又は撮影モードが選択され、またＸ線曝射に関わる管電圧及び管電流等の撮影条件が操作者から入力されると、Ｘ線発生部２００には撮影条件とともに撮影／透視モード信号が送られる。制御部５００は、撮影／透視モードに応じたＡ／Ｄ変換のランプカーブや帰還容量１１２の設定がなされるが、それと同時にゲート電圧制御部１２７にも、モード及び撮影条件に応じたゲート印加電圧（ゲートオン電圧、ゲートオフ電圧）の選択信号が供給される。このゲート印加電圧の制御信号に従って、ＴＦＴ１４０，１４１が選択的にオンする。それによりゲートオン電圧が、ＶＯＮ（Ｈ）、又はＶＯＮ（Ｌ）に設定される。動揺に、ＴＦＴ１４２，１４３が選択的にオンする。それによりゲートオフ電圧が、ＶＯＦＦ（Ｈ）、又はＶＯＦＦ（Ｌ）に設定される。
【００３４】
なお、ここでは、操作卓６００から操作者により設定された撮影／透視モード（高線量モード／低線量モード）の選択及び撮影条件に従って制御部５００によりゲートオン電圧がＶＯＮ（Ｈ）、又はＶＯＮ（Ｌ）に設定され、ゲートオフ電圧がＶＯＦＦ（Ｈ）、又はＶＯＦＦ（Ｌ）に設定されるようにしたが、操作者が、ゲートオン電圧をＶＯＮ（Ｈ）とＶＯＮ（Ｌ）のいずれを選択するか、ゲートオフ電圧をＶＯＦＦ（Ｈ）とＶＯＦＦ（Ｌ）のいずれを選択するか、直接的に選択するようにしてもよい。
【００３５】
ここで、高フレームレートでの透視モードが選択されたときには、ＣＤＳオペレーションを実施してもなお、信号電荷に対して寄生電荷が多いため、寄生容量からの電荷注入分が増幅器１１１のダイナミックレンジを食いつぶし、画像化できるＸ線信号分の電荷を減少させてしまうことが想定される。従って、これを防ぐために、制御部５００の制御のもとで、ゲート電圧制御部１２７では、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）が設定され、且つ比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）が設定される。つまり、ゲートオンとオフとの間の電圧の振幅がもっとも低い組み合わせが選択される。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、ゲート電極に印加するオン／オフ電圧の振幅を減少させると、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）からゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）に変化するとき（ＯＮからＯＦＦになるとき）、画素容量ＣｐｉｘとＴＦＴ１０３のＯＦＦ抵抗Ｒｏｆｆとの積（Ｃｐｉｘ×Ｒｏｆｆ）で時定数が決まるので、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）とゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）では、２回目のサンプルホールドｔ５のときの電位は、ゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）の方が低くなっている。この２回目のサンプルホールドｔ５のときの電位こそがＯＦＦになりきっていないことによる余計なオフセットである。この電位が低いほど良い。比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）は、比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）よりも、信号電荷の読み残しが増え、残像を増加させる傾向をもつが、通常、透視モードでは、時間的にランダムな背景ノイズを低下させるために、リカーシブルフィルタが施されているため、多少残像が増加しても、画質に与える影響は少ない。また、比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）を設定することは、保護機構を備えたＸ線検出器では、検出器のダイナミックレンジを損なうことにつながるが、低線量となる透視モードでは線量自体が小さいため、保護機構が働くような大きな電荷は蓄積されない。
【００３７】
一方、比較的高線量の撮影モードが設定された場合は、図７（ｂ）に示すように、残像を小さくし、装置のダイナミックレンジを最大限に取れるように、制御部５００により、比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）が選択され、且つ比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）が選択される。高線量モードでは、帰還容量１１２として大きな容量が選択されるため、ＣＤＳでキャンセルできなかった寄生容量からの電荷注入量が、増幅器１１１を飽和させてしまうことはない。
【００３８】
以上のように、ゲート電圧制御部にて透視モード及び高線量撮影モードに適したゲートオン電圧とゲートオフ電圧の組み合わせを選択できることによって、透視モード、撮影モード共にダイナミックレンジの広い、また残像の少ない良好な画像が得られるＸ線診断装置を提供することができる。
【００３９】
実際、透視／撮影モードの選択に応じて自動的にゲートオン／オフ電圧の好適な組み合わせが上述のように設定されるが、ゲートオン電圧の高低、ゲートオフ電圧の高低それぞれについて、次のように、メリット／デメリットがあり、メリット／デメリットを考慮して操作者が比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）と、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）を人為的に選択し、同様に比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）と、比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）を選択するようにしてもよい。
【００４０】
比較的高いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｈ）は、残像が少ないというメリットを有している一方で、ＴＦＴ１０３の寿命を短縮し、またゲートオン／オフ電圧の振幅を拡大して寄生電荷の影響を増大させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に狭くするというデメリットを有している。
【００４１】
逆に、比較的低いゲートオン電圧ＶＯＮ（Ｌ）は、ＴＦＴ１０３の寿命を延長し、またゲートオン／オフ電圧の振幅を縮小して寄生電荷の影響を減少させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、残像が多くなるというデメリットを有している。
【００４２】
また、比較的高いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｈ）は、ゲートオン／オフ電圧の振幅を縮小して寄生電荷の影響を減少させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、ダイナミックレンジを狭くし、またＴＦＴ１０３のリーク電流を増加させるというデメリットを有している。
【００４３】
逆に、比較的低いゲートオフ電圧ＶＯＦＦ（Ｌ）は、装置ダイナミックレンジを実効的に広くするというメリットを有している一方で、ゲートオン／オフ電圧の振幅を拡大して寄生電荷の影響を増大させて増幅器１１１のダイナミックレンジを実効的に狭くするというデメリットを有している。
【００４４】
このようなメリット／デメリットを理解した上で、ゲートオン電圧とゲートオフ電圧をそれぞれ高低いずれか、さらに数値として任意設定するようにしてもよい。
【００４５】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、数種類のゲート電圧を選択可能とすることで、これに伴う装置特性を任意に変更可能とし、ダイナミックレンジが広い有用なＸ線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線診断装置の主要部の構成図。
【図２】図１の画素電極の補足図。
【図３】図１のゲート走査駆動部の構成例を示す図。
【図４】図１のＴＦＴの動作特性図。
【図５】図１のＴＦＴの保護機能の説明図。
【図６】図１の積分器出力の時間変化と信号読出しのタイミングチャートを示す図。
【図７】図１のゲート電圧制御部の制御によるゲートオン／オフ電圧の４種の組み合わせを示す図。
【図８】従来のＸ線検出器の構成図。
【図９】従来の積分器出力の時間変化と信号読出しのタイミングチャートを示す図。
【図１０】従来において、ゲート電圧の鈍りを示す図。
【符号の説明】
１００…Ｘ線検出器、
１０１…画素電極、
１０２…画素容量、
１０３…スイッチ素子（ＴＦＴ）、
１０４…ゲート線、
１０５…信号線、
１０６…ゲート走査駆動部、
１１０…積分器、
１１１…増幅器、
１１２…帰還容量、
１１３…リセットスイッチ、
１２１…サンプルホールド回路（ＳＨ）、
１２２…サンプルホールド回路（ＳＨ）、
１２３…差動増幅器、
１２４…マルチプレクサ、
１２５…Ａ／Ｄコンンバータ、
１２６…タイミングコントローラ、
１２７…ゲート電圧制御部、
１２８…ゲート電圧源、
１３０…Ｘ線−電荷変換層、
１３１…共通電極、
２００…Ｘ線発生部、
３００…ディジタルデータ収集部、
４００…表示部、
５００…制御部、
６００…操作卓。
Claims (15)
- 入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、
前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、
前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、
前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、
前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、
前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、
前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備することを特徴とするＸ線検出器。 - 入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、
前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、
前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、
前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、
前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、
前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、
前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを具備することを特徴とするＸ線検出器。 - 入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、
前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、
前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、
前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、
前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、
前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを具備し、
前記ゲート電圧の振幅を変更可能としたことを特徴とするＸ線検出器。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
透視／撮影モードの選択に従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
透視／撮影モードの選択に従って前記ゲート電圧の振幅を変更するための制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオン電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオン電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
操作者からのインストラクションを入力する操作部と、
前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオン電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するための複数種のゲートオフ電圧を発生するゲート電圧源と、前記複数種のゲートオフ電圧を選択的に前記ゲート線に印加するゲート走査駆動部とを有するＸ線発生部と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
操作者からのインストラクションを入力する操作部と、
前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記複数種のゲートオフ電圧の選択に関する選択制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
被検体を透過したＸ線を検出するために、入射Ｘ線の強度に応じて電荷を発生する複数の電荷発生素子と、前記複数の電荷発生素子にそれぞれ接続された複数の電荷蓄積容量と、前記複数の電荷蓄積容量にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の電荷蓄積容量に前記複数のスイッチ素子を介して接続された複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された増幅器と、前記複数のスイッチ素子のゲートに接続された複数のゲート線と、前記スイッチ素子のゲートに印加するためのゲート電圧を発生するゲート電圧源とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像データを発生する画像データ発生部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部と、
操作者からのインストラクションを入力する操作部と、
前記操作部を介して入力された操作者からのインストラクションに従って前記ゲート電圧の振幅に関する制御信号を発生する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。 - 前記撮影モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的高いゲートオン電圧の選択制御信号を発生することを特徴とする請求項４記載のＸ線診断装置。
- 前記透視モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的低いゲートオン電圧の選択制御信号を発生することを特徴とする請求項４記載のＸ線診断装置。
- 前記撮影モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的低いゲートオフ電圧の選択制御信号を発生することを特徴とする請求項５記載のＸ線診断装置。
- 前記透視モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的高いゲートオフ電圧の選択制御信号を発生することを特徴とする請求項５記載のＸ線診断装置。
- 前記撮影モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的高い振幅に対応する制御信号を発生することを特徴とする請求項６記載のＸ線診断装置。
- 前記透視モードが選択されたとき、前記制御部は、比較的低い振幅に対応する制御信号を発生することを特徴とする請求項６記載のＸ線診断装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002239571A JP2004080514A (ja) | 2002-08-20 | 2002-08-20 | Ｘ線検出器及びｘ線診断装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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