JP2009207570A - 検出信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量を抑制しつつ、高速出力動作や低ノイズ動作を可能とする。
【解決手段】放射線検出パネル14の個々の画素部30から出力された信号電荷は積分回路部102で積分され、増幅部108で増幅され、Ｓ／Ｈ部112及びＭＵＸ116で並列直列変換され、増幅器118で増幅され、Ａ／Ｄ変換部120でデジタルデータへ変換される。積分回路部102、増幅部108、Ｓ／Ｈ部112、ＭＵＸ116、増幅器118にはバイアス電流を供給するバイアス電流供給部122〜130が接続され、バイアス電流制御部132は、動作モードが高速モードであればＭＵＸ116以降の各回路に供給するバイアス電流を増加させる一方、Ｓ／Ｈ部112以前の各回路に供給するバイアス電流を減少させ、動作モードが低ノイズモードであればＳ／Ｈ部112以前の各回路に供給するバイアス電流を増加させる一方、ＭＵＸ116以降の各回路に供給するバイアス電流を減少させる。
【選択図】図３

Description

本発明は検出信号処理装置に係り、特に、並列に入力される複数の検出信号に対して並列直列変換処理を含む信号処理を行う検出信号処理装置に関する。

医療診断を目的とした放射線撮影において、被写体を透過した放射線を、放射線に感度を有する光電変換層を備えた放射線検出器に照射し、放射線検出器への照射放射線量に応じて放射線検出器に蓄積された電荷を、読み出しの単位領域毎に電流として順次読み出し、読み出した電流をデジタルデータへ変換することで、デジタルの放射線画像を得るシステムが知られている。なお、放射線検出器として、マトリクス状に配置された多数個のＴＦＴ(Thin Film Transistor)及び信号配線がガラス基板上に形成されて成るＴＦＴアクティブマトリクス基板上に光電変換層を形成した構成の放射線検出パネルも知られている。

また、放射線検出器に接続される信号処理部は、放射線検出器から電流として出力された信号電荷を一定期間積分する積分回路、該積分回路から出力された信号を増幅する第１増幅回路、該第１増幅回路から出力された信号をパラレル−シリアル変換するパラレル−シリアル変換部、該パラレル−シリアル変換部から出力された信号を増幅する第２増幅回路、該第２増幅回路から出力された信号をデジタルデータへ変換するＡ／Ｄ変換器が順に接続されて構成されている。

ところで、放射線検出パネルと同様に画像情報が電荷として蓄積されるＭＯＳ型固体撮像素子からの電荷の読み出しに関し、特許文献１には、出力アンプ又はＡＧＣ回路とＡ／Ｄ変換器で構成され、ＭＯＳ型固体撮像素子のセンサ部から出力されＣＤＳ／信号保持回路におけるオフセット補正及びパラレル−シリアル変換を経た信号が入力される出力部に供給するバイアス電流の大きさを、駆動モード信号に応じて、駆動信号の周波数と共に変化させることで、消費電力の低減及びランダムノイズの低減を実現する技術が開示されている。
特開２００２−２０９１４９号公報

前述のように、特許文献１の記載の技術では、パラレル−シリアル変換を経た信号が入力される出力部に供給するバイアス電流の大きさを、駆動モード信号に応じて、駆動信号の周波数と連動させて変化させているが、放射線検出器等に接続される信号処理部は、より多くの回路から成り、各回路を動作させるために各回路にバイアス電流を供給する構成であるので、放射線検出器等に接続される信号処理部に特許文献１の記載の技術を適用する場合、パラレル−シリアル変換を経た信号を処理する回路群のみならず、当該回路群より上流側に配置された回路群に対しても、ノイズの低減等を期待して同様にバイアス電流の切替えを行うことが考えられる。

しかしこの構成では、高速動作が要求されるときには信号処理部の全回路に比較的大きなバイアス電流を供給することになるが、放射線検出器に接続される信号処理部は、放射線検出器と同一の筐体内に収容されていることが多い一方、放射線検出器には耐熱性が低い物があるため、信号処理部の全回路に比較的大きなバイアス電流を供給すると、信号処理部の各回路における発熱量が各々増大することで筐体内が高温となるので、放射線検出器に損傷を与える恐れが生ずる。また、温度上昇に伴うオフセット等の特性変動が発生する可能性がある。特に、医療分野におけるＸ線検出器に対しては高信頼性、高安定性が要求される。

また上記構成では、低速動作が許容されるときには信号処理部の全回路に比較的小さなバイアス電流を供給することになるが、この場合、信号処理部の各回路における発熱量が低下することで熱雑音は低減するものの、それ以上に、増幅回路のゲインが低下することにより信号伝送路の途中で重畳するノイズ成分の影響が大きくなり、結局はＳ／Ｎ比が低下するという問題が生ずる。放射線検出器の信号処理部で低速動作が許容されるのは高精細な画像を出力する場合であり、高精細な画像を出力する場合に検出信号のＳ／Ｎ比が低下するのは望ましくない。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、発熱量を抑制しつつ、高速出力で動作させたり、低ノイズで動作させることが可能な検出信号処理装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る検出信号処理装置は、並列に入力される複数の検出信号に対して第１の信号処理を並列に行い、前記第１の信号処理を経た複数の検出信号に対して並列直列変換処理を行うことで直列の検出信号へ変換し、変換後の直列の検出信号に対して第２の信号処理を順次行う信号処理部と、前記信号処理部を構成する各回路にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記バイアス電流供給手段によって前記信号処理部を構成する各回路に供給されるバイアス電流の大きさを、前記各回路のうち前記第１の信号処理を行う第１の回路群へ供給される第１バイアス電流、及び、前記各回路のうち前記並列直列変換処理及び前記第２の信号処理を順に行う第２の回路群へ供給される第２バイアス電流を単位として切替えるバイアス電流制御手段と、を有している。

請求項１記載の発明に係る検出信号処理装置は、並列に入力される複数の検出信号に対して第１の信号処理を並列に行い、第１の信号処理を経た複数の検出信号に対して並列直列変換処理を行うことで直列の検出信号へ変換し、変換後の直列の検出信号に対して第２の信号処理を順次行う信号処理部を備えており、バイアス電流供給手段は、信号処理部を構成する各回路にバイアス電流を供給する。

ここで、一般に並列直列変換処理は、並列に入力された複数の信号を一旦保持した後に、保持した信号を順に出力することによって成される。このため、上記のように信号処理の途中で並列直列変換処理が行われる場合、並列直列変換処理及びその後段の処理を行う回路群の動作速度は検出信号（検出データ）の出力速度に直接影響を及ぼす一方、並列直列変換処理の前段の処理を行う回路群の動作速度は検出信号（検出データ）の出力速度に殆ど影響しない。また一般に、信号に加わるノイズ成分が出力信号のＳ／Ｎ比に及ぼす悪影響の度合いは、ノイズ成分が信号に加わった位置が信号伝送路（回路群）の上流側となるに従って大きくなる。

上記のように、検出信号（検出）の出力速度に直接影響を及ぼす回路群と、出力する検出信号（検出データ）のＳ／Ｎ比に悪影響を及ぼす度合いが大きい回路群が相違していることに基づき、請求項１記載の発明では、バイアス電流供給手段によって信号処理部を構成する各回路に供給されるバイアス電流の大きさを、各回路のうち第１の信号処理を行う第１の回路群へ供給される第１バイアス電流、及び、各回路のうち並列直列変換処理及び第２の信号処理を順に行う第２の回路群へ供給される第２バイアス電流を単位として切替えるバイアス電流制御手段を設けている。

これにより、検出信号（検出データ）の高速出力が要求される場合には、第２バイアス電流のみを増大させ、第２の回路群のみを高速で動作させることで、発熱量を抑制しつつ検出信号（検出データ）を高速に出力させることが可能となり、低ノイズ化が要求される場合には、第１バイアス電流のみを増大させ、第１の回路群のみを低ノイズで動作させることで、発熱量を抑制しつつ低ノイズで動作させることが可能となる。従って、請求項１記載の発明によれば、発熱量を抑制しつつ、高速出力で動作させたり、低ノイズで動作させることが可能となる。

なお、請求項１記載の発明において、バイアス電流制御手段は、例えば請求項２に記載したように、第１バイアス電流を増加させる場合は第２バイアス電流を減少させ、第２バイアス電流を増加させる場合は第１バイアス電流を減少させるように構成することが好ましい。これにより、第１バイアス電流及び第２バイアス電流の何れを増加させる場合にも、他方のバイアス電流が減少されることで、信号処理部全体としての発熱量の増加を抑制することができ、信号処理部の近傍に耐熱性の低い部材が存在している場合にも、当該部材に損傷を与えることを未然に防止することができる。

また、請求項２記載の発明において、第２の回路群が、直列の検出信号に対する出力速度の設定値に応じた速度で並列直列変換処理及び第２の信号処理を行う構成である場合、バイアス電流制御手段は、例えば請求項３に記載したように、出力速度の設定値が増加するに従って、第２バイアス電流を増加させる一方、第１バイアス電流を減少させ、出力速度の設定値が減少するに従って、第１バイアス電流を増加させる一方、第２バイアス電流を減少させるように構成することが好ましい。これにより、直列の検出信号に対する出力速度の設定値が高くなるに従って第２の回路群を高速出力により適した動作状態で動作させ、直列の検出信号に対する出力速度の設定値が低くなるに従って第１の回路群をより低ノイズ化に有利な動作状態で動作させることを、信号処理部全体としての発熱量を抑制しつつ実現することができる。

また、請求項２記載の発明において、選択可能な動作モードとして、少なくとも標準モード、高速モード及び低ノイズモードが各々設けられている場合、バイアス電流制御手段は、例えば請求項４に記載したように、動作モードとして高速モードが選択されている場合には、標準モードが選択されている場合よりも第２バイアス電流を増加させる一方、第１バイアス電流を減少させ、動作モードとして低ノイズモードが選択されている場合には、標準モードが選択されている場合よりも第１バイアス電流を増加させる一方、第２バイアス電流を減少させるように構成することが好ましい。これにより、高速モードが選択されている場合は標準モードよりも第２の回路群を高速出力に適した動作状態で動作させ、低ノイズモードが選択されている場合は標準モードよりも第１の回路群を低ノイズ化に有利な動作状態で動作させることを、信号処理部全体としての発熱量を抑制しつつ実現することができる。なお、請求項４記載の発明において、選択可能な動作モードは３種類設けられていることに限られるものではなく、より多数の動作モードが設けられていてもよい。

また、請求項１記載の発明において、第１の回路群は、例えば請求項５に記載したように、並列に入力された複数の検出信号を一定期間に亘って各々積分する複数の積分回路と、並列に入力された複数の検出信号のレベルを各々保持する複数の保持回路を備えた構成とすることができる。また、請求項５記載の発明において、第１の回路群は、例えば請求項６に記載したように、並列に出力された複数の検出信号を各々増幅する複数の第１増幅回路を更に備えた構成であってもよい。

また、請求項１記載の発明において、第２の回路群は、例えば請求項７に記載したように、並列に入力された複数の検出信号のレベルを各々保持する複数の保持回路に保持されたレベルを検出信号として順に出力する選択回路と、選択回路から順に出力された検出信号を増幅する第２増幅回路を備えた構成とすることができる。

また、請求項１〜請求項４の何れかに記載の発明において、例えば請求項８に記載したように、信号処理部には、照射された放射線又は電磁波を電荷へ変換する変換部と、変換部で変換された電荷を信号電荷として保持する電荷保持部を各々備えた複数の画素部と、を有する画像検出部のうち、複数の画素部の電荷保持部から各々読み出された複数の信号電荷が前記複数の検出信号として並列に入力される構成であってもよい。

また、請求項８記載の発明において、例えば請求項９に記載したように、少なくとも信号処理部が、画像検出部と同一の筐体内に収容された構成であってもよい。また、請求項９記載の発明において、バイアス電流供給手段及びバイアス電流制御手段も同一筐体内に収容されていてもよい。

以上説明したように本発明は、並列に入力される複数の検出信号に対して第１の信号処理を並列に行い、第１の信号処理を経た複数の検出信号に対して並列直列変換処理を行うことで直列の検出信号へ変換し、変換後の直列の検出信号に対して第２の信号処理を順次行う信号処理部の各回路に供給されるバイアス電流の大きさを、第１の信号処理を行う第１の回路群へ供給される第１バイアス電流、及び、並列直列変換処理及び第２の信号処理を順に行う第２の回路群へ供給される第２バイアス電流を単位として切替えるようにしたので、発熱量を抑制しつつ、高速出力で動作させたり、低ノイズで動作させることが可能となる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１には本実施形態に係る放射線画像撮影システム１０が示されている。放射線画像撮影システム１０は、放射線（例えばエックス線（Ｘ線）等）を発生する放射線発生部１２と、放射線発生部１２と間隔を隔てて配置された放射線検出パネル１４と、マイクロコンピュータや各種の電気回路を含んで構成され放射線検出パネル１４から画像情報を取得して各種の処理を行う制御装置１６を備えている。放射線発生部１２と放射線検出パネル１４の間は、撮影時に被写体１８が位置する撮影位置とされ、放射線発生部１２から射出され撮影位置に位置している被写体１８を透過することで画像情報を担持した放射線は放射線検出パネル１４に照射される。なお、放射線画像撮影システム１０のうち制御装置１６は本発明に係る検出信号処理装置に対応しており、放射線検出パネル１４は請求項８に記載の画像検出部に対応している。

図２に示すように、放射線検出パネル１４は、図示しない高圧電源に接続されたバイアス電極２０、放射線を吸収して電荷に変化する光電変換層２２及びＴＦＴアクティブマトリクス基板２４が順に積層されて構成されている。光電変換層２２は例えばセレンを主成分（例えば含有率５０％以上）とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）から成り、放射線が照射されると、照射された放射線量に応じた電荷量の電荷（電子−正孔の対）を内部で発生することで、照射された放射線を電荷へ変換する。これにより、照射された放射線が担持している画像情報が電荷情報へ変換されることになる。なお、光電変換層２２は請求項８に記載の変換部に対応している。

また図３に示すように、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上には、光電変換層２２で発生された電荷を蓄積する蓄積容量２６と、蓄積容量２６に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴ２８を備えた画素部３０（なお、図３では個々の画素部３０に対応するバイアス電極２０及び光電変換層２２を光電変換部３２として模式的に示している）がマトリクス状に多数個配置されており、更に、図３の矢印Ａ方向に沿って延設され個々の画素部３０のＴＦＴ２８をオンオフさせるための複数本のゲート配線３４と、図３の矢印Ａ方向と直交する矢印Ｂ方向に沿って延設されオンされたＴＦＴ２８を介して蓄積容量２６から蓄積電荷を読み出すための複数本のデータ配線３６も設けられている。

なお、ゲート配線３４は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上にマトリクス状に配置されている多数個の画素部３０を図３の矢印Ａ方向に沿って並ぶ複数個の画素部３０から成る画素部の行毎に分けたときの画素部の行と同数だけ設けられており、個々のゲート配線３４は互いに異なる画素部の行（を構成する個々の画素部３０）に各々接続されている。また、データ配線３６は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上にマトリクス状に配置されている多数個の画素部３０を、図３の矢印Ｂ方向に沿って並ぶ複数個の画素部３０から成る画素部列毎に分けたときの画素部列の数と同数だけ各々設けられており（例として図５も参照）、複数本のデータ配線３６は互いに異なる画素部列（を構成する個々の画素部３０）に各々接続されている。

なお、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上に設けられた多数個の画素部３０のうち、同一のゲート配線３４に接続された複数の画素部３０（画素部の単一の行を構成する各画素部３０）は請求項８に記載の複数の画素部に対応しており、蓄積容量２６は請求項８に記載の電荷保持部に対応している。

図３に示すように、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４の個々の画素部３０は、支持基板としてのガラス基板５０上に各々形成されている。なお、ガラス基板５０としては、例えば無アルカリガラス基板（例えばコーニング社製#1737等）を用いることができる。個々の画素部３０には、ガラス基板５０上に、ゲート電極５２、蓄積容量下部電極５４、ゲート絶縁膜５６、半導体層５８、ソース電極６０、ドレイン電極６２、蓄積容量上部電極６４、絶縁保護膜６６、絶縁保護膜６８及び電荷収集電極７０が各々形成されており、このうちゲート電極５２、ゲート絶縁膜５６、ソース電極６０、ドレイン電極６２及び半導体層５８は前述のＴＦＴ２８を構成し、蓄積容量下部電極５４、ゲート絶縁膜５６及び蓄積容量上部電極６４は前述の蓄積容量２６を構成している。図示は省略するが、ＴＦＴ２８のゲート電極５２が形成された金属層にはゲート配線３４も形成されており、ＴＦＴ２８のゲート電極５２はゲート配線３４に、ＴＦＴ２８のソース電極６０はデータ配線３６に、ＴＦＴ２８のドレイン電極６２は蓄積容量上部電極６４に各々接続されている。

ゲート絶縁膜５６はＳｉＮ_Ｘ やＳｉＯ_Ｘ 等から成り、ゲート電極５２やゲート配線３４、蓄積容量下部電極５４、蓄積容量配線５６を覆うように設けられており、ゲート電極５２を覆う部位においてはＴＦＴ２８におけるゲート絶縁膜として作用し、蓄積容量下部電極５４を覆う部位においては蓄積容量２６における誘電体層として作用する。従って、蓄積容量下部電極５４と蓄積容量上部電極６４に挟まれた領域が蓄積容量２６として機能する。また半導体層５８はＴＦＴ２８のチャネル部として機能し、ソース電極６０とドレイン電極６２との間は半導体層５８を介して導通される。また、絶縁保護膜６６はガラス基板５０上の単一の画素部３０に相当する領域のほぼ全面（ほぼ全領域）に亘って形成されており、ドレイン電極６２及びソース電極６０の保護と電気的な絶縁分離を実現している。また、絶縁保護膜６６のうち蓄積容量下部電極５４と対向している部分にはコンタクトホール７２が形成されている。

また、電荷収集電極７０は非晶質透明導電酸化膜から成り、コンタクトホール７２を埋めるように形成されており、ソース電極６０、ドレイン電極６２及び蓄積容量上部電極６４の上方に形成されている。電荷収集電極７０と光電変換層２２とは電気的に導通しており、光電変換層２２で発生した電荷は電荷収集電極７０で収集される。絶縁保護膜６８は感光性を有するアクリル樹脂から成り、ＴＦＴ２８とそれ以外の部分との電気的な絶縁分離を実現している。絶縁保護膜６８にはコンタクトホール７２が貫通しており、電荷収集電極７０はコンタクトホール７２を介して蓄積容量上部電極６４と接続されている。

一方、放射線画像撮影システム１０の制御装置は、放射線発生部１２に接続され放射線発生部１２による放射線の発生を制御する放射線発生制御部８８と、ゲート配線３４を駆動するゲート線駆動部９０と、放射線検出パネル１４の個々のデータ配線３６に各々接続され放射線検出パネル１４の各画素部３０の蓄積容量２６からデータ配線３６を経由して出力された信号電荷（検出信号）に対して積分や増幅、Ａ／Ｄ変換等の所定の信号処理を行う信号検出部９２と、ゲート線駆動部９０及び信号検出部９２に接続されると共に放射線検出パネル１４からの電荷読出時にゲート線駆動部９０及び信号検出部９２の動作を制御する読出制御部９４と、信号検出部９２に接続され所定の信号処理を経て信号検出部９２から出力される画像データが表す画像に対して所定の画像処理（例えばオフセット補正やシェーディング補正等の各種補正）を行う画像処理部９６を備えている。また画像処理部９６には、画像処理部９６による画像処理を経た画像データを画像として表示させるためのディスプレイ９８が接続されており、読出制御部９４には、キーボード等から成り利用者が動作モード（撮影モード）等を指定するための操作部９９が接続されている。

図３に示すように、ゲート線駆動部９０は、放射線検出パネル１４の個々のゲート配線３４に各々接続されたゲート線ドライバ１００を備えている。放射線検出パネル１４からの電荷読出時には、読出制御部９４からゲート線ドライバ１００に対してゲート配線３４の駆動が指示され、ゲート線ドライバ１００は、ゲート配線３４の駆動が指示されると、ゲート配線３４にハイレベルの電圧信号(オン信号)を供給することで、オン信号を供給したゲート配線３４に接続されている各画素部３０のＴＦＴ２８をオフからオンへ変化させ、一定時間後に、上記ゲート配線３４へのオン信号の供給を停止することで、オン信号を供給していたゲート配線３４に接続されている各画素部３０のＴＦＴ２８をオンからオフへ変化させるゲート線駆動処理を順に行う。

また、信号検出部９２には積分回路部１０２、増幅部１０８、Ｓ／Ｈ部１１２が順に設けられている。積分回路部１０２は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４に設けられたデータ配線３６の数と同数のオペアンプ１０４を備えており、放射線検出パネル１４の個々のデータ配線３６は互いに異なるオペアンプ１０４の反転入力端に各々接続されている。個々のオペアンプ１０４は、非反転入力端がＧＮＤ配線(接地配線)に各々接続されており、反転入力端にコンデンサ１０６の一端が各々接続され、コンデンサ１０６の他端は出力端に接続されている。上記構成により、個々のオペアンプ１０４及びコンデンサ１０６は、反転入力端に接続されたデータ配線３６を流れる電流(信号電荷)を積分し、積分結果に相当するレベルの信号を出力するチャージアンプとして機能する。

また増幅部１０８は、オペアンプ等から成る増幅器１１０をデータ配線３６の数と同数備えており、積分回路部１０２の個々のオペアンプ１０４の出力端は増幅部１０８の互いに異なる増幅器１１０の入力端に各々接続されている。増幅部１０８の個々の増幅器１１０は、積分回路部１０２の個々のチャージアンプから並列に出力される信号を各々増幅して出力する。またＳ／Ｈ部１１２は、サンプルホールド回路１１４をデータ配線３６の数と同数備えており、増幅部１０８の個々の増幅器１１０の出力端はＳ／Ｈ部１１２の互いに異なるサンプルホールド回路１１４の入力端に各々接続されている。Ｓ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４は、出力端がマルチプレクサ(ＭＵＸ)１１６の入力端に各々接続されており、増幅部１０８の個々の増幅器１１０から並列に出力される信号のレベルを各々保持すると共に、ＭＵＸ１１６から指示されると保持しているレベルの信号をＭＵＸ１１６へ出力する。

ＭＵＸ１１６の出力端は増幅器１１８の入力端に接続されている。ＭＵＸ１１６はＳ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４を順に選択し、サンプルホールド回路１１４から入力された信号を増幅器１１８へ出力する。これにより、Ｓ／Ｈ部１１２に並列に入力された複数(データ配線３６の数と同数)の信号に対してパラレル−シリアル変換が行われることになる。増幅器１１８の出力端はＡ／Ｄ変換部１２０の入力端に接続されており、増幅器１１８はＭＵＸ１１６から順に入力される信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１２０へ出力する。またＡ／Ｄ変換部１２０は、順に入力される信号(アナログ信号)をデジタルデータへ変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部１２０から出力されたデジタルデータは画像データとして前述の画像処理部９６に入力される。

また、信号検出部９２はバイアス電流供給部１２２〜１３０を備えており、バイアス電流供給部１２２〜１３０は、読出制御部９４の一部を構成するバイアス電流制御部１３２に各々接続されている。バイアス電流供給部１２２は積分回路部１０２の個々のオペアンプ１０４に接続され、バイアス電流制御部１３２から指示された大きさのバイアス電流を個々のオペアンプ１０４に供給する。またバイアス電流供給部１２４は増幅部１０８の個々の増幅器１１０に接続され、バイアス電流制御部１３２から指示された大きさのバイアス電流を個々の増幅器１１０に供給する。また、バイアス電流供給部１２６はＳ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４に接続され、バイアス電流制御部１３２から指示された大きさのバイアス電流を個々のサンプルホールド回路１１４に供給する。更に、バイアス電流供給部１２８はＭＵＸ１１６に接続され、バイアス電流制御部１３２から指示された大きさのバイアス電流をＭＵＸ１１６に供給する。また、バイアス電流供給部１３０は増幅器１１８に接続され、バイアス電流制御部１３２から指示された大きさのバイアス電流を増幅器１１８に供給する。

なお、上記のバイアス電流供給部１２２〜１３０は本発明に係るバイアス電流供給手段に、バイアス電流制御部１３２は本発明に係るバイアス電流制御手段（詳しくは請求項２，４に記載のバイアス電流制御手段）に各々対応している。また、信号検出部９２のうちバイアス電流供給部１２２〜１３０を除いた各回路は本発明に係る信号処理部に対応している。より詳しくは、積分回路部１０２、増幅部１０８及びＳ／Ｈ部１１２は本発明に係る第１の回路群に対応しており、積分回路部１０２の個々のチャージアンプは請求項５に記載の複数の積分回路に、増幅部１０８の個々の増幅器１１０は請求項６に記載の複数の第１増幅回路に、Ｓ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４は請求項５に記載の複数の保持回路に各々対応している。また、ＭＵＸ１１６及び増幅器１１８は本発明に係る第２の回路群に対応しており、ＭＵＸ１１６は請求項７に記載の選択回路に、増幅器１１８は請求項７に記載の第２増幅回路に各々対応している。

また放射線検出パネル１４及び制御装置１６は扁平な形状の単一の筐体内に収容されている(図示省略)。本実施形態では、放射線検出パネル１４及び制御装置１６を扁平な形状の同一筐体内に収容するために、図４(Ｂ)に示すように、放射線検出パネル１４と、制御装置１６のうちの大部分の回路等が搭載されたプリント基板１３４とが平行に配置されており、放射線検出パネル１４とプリント基板１３４の間は、信号検出部９２のうちの一部の回路を収容するＩＣチップ１３６が搭載されたＴＣＰ(Tape Carrier Package)１３８を介して接続されている。

図４(Ａ)に示すように、ＴＣＰ１３８にはその長手方向に沿って配線１４４が形成されているが、ＴＣＰ１３８の幅方向両端部にはＴＣＰ１３８の長手方向全長に亘り、ＩＣチップ１３６が存在しておらず配線１４４も形成されていないＴＣＰ保持領域１３８Ａが形成されている。また、配線１４４はＴＣＰ１３８の幅方向中央部にも形成されておらず、ＴＣＰ１３８の幅方向中央部の配線非形成領域のうちＩＣチップ１３６の搭載領域を除いた領域はＴＣＰ保持領域１３８Ｂとされている。

放射線検出パネル１４及び制御装置１６が単一の筐体内に収容された状態で、ＴＣＰ１３８は、保持部材１４０と保持部材１４２によって挟持されることで、図４(Ｂ)に示す位置に保持されるが、図４(Ｃ)に示すように、保持部材１４０及び保持部材１４２は、ＴＣＰ１３８を挟持した状態で、ＴＣＰ１３８のうちＴＣＰ保持領域１３８Ａ及びＴＣＰ保持領域１３８Ｂ以外の部分に対応する部分に切欠き１４０Ａ、１４２Ａが設けられており、ＴＣＰ１３８は、ＴＣＰ保持領域１３８Ａ及びＴＣＰ保持領域１３８Ｂのみが保持部材１４０及び保持部材１４２と接触・挟持されることで図４(Ｂ)に示す位置に保持される。

次に本実施形態の作用として、被写体１８の放射線撮影が行われ、当該放射線撮影によって放射線検出パネル１４の個々の画素部３０の蓄積容量２６に被写体１８に応じた電荷量の電荷が各々蓄積されている状態で、個々の画素部３０の蓄積容量２６から蓄積電荷を読み出す際の読出制御部９４及び信号検出部９２の動作について説明する。

本実施形態に係る放射線画像撮影システム１０には、動作モード(撮影モード)として複数のモードが予め設けられている。複数のモードとしては、例えば１秒間に３フレーム程度の画像出力レート（出力速度）で画像を出力する標準モード（この標準モードで出力される画像はセミ動画（コマ送り動画）としてディスプレイ９８に表示可能である）、１秒間に１０フレーム程度の画像出力レート（出力速度）で画像を出力する高速モード（この高速モードで出力される画像は動画像としての表示に適している）、１秒間に１フレーム程度の画像出力レート（出力速度）で画像を出力する低ノイズモード（この低ノイズモードで出力される画像は静止画像としての表示に適している）等が挙げられる。なお、動作モード(撮影モード)としてより多数のモードが設けられていてもよい。

また、本実施形態に係る放射線画像撮影システム１０では、放射線発生部１２から射出される放射線の線量や、ゲート線ドライバ１００が同時にオン信号を供給するゲート配線３４の数、放射線検出パネル１４からの蓄積電荷の読出周期等の各種パラメータが個々の動作モード(撮影モード)毎に設定されている。放射線検出パネル１４の個々の画素部３０の蓄積容量２６から蓄積電荷を読み出す場合、読出制御部９４は、蓄積電荷の読み出しに先立ち、まず、利用者によって操作部９９を介して設定された現在の動作モード(撮影モード)を取得し、取得した現在の動作モードに応じて上記の各種パラメータの値を切り替える処理を行う。

また、本実施形態に係る読出制御部９４は、バイアス電流制御部１３２(図３参照)によって図５に示すバイアス電流制御処理も行う。このバイアス電流制御処理では、まずステップ１５０で放射線画像撮影システム１０の現在の動作モード(撮影モード)を取得し、次のステップ１５２では、ステップ１５０で取得した動作モードが何れのモードかを判定し、判定結果に応じて分岐する。

ステップ１５０で取得した動作モードが標準モードであった場合は、ステップ１５２からステップ１５４へ移行し、信号検出部９２のうち、データ配線３６から出力される複数の信号に対して信号処理を並列に行うパラレル部(本実施形態では積分回路部１０２、増幅部１０８及びＳ／Ｈ部１１２)に供給するバイアス電流として標準値を、パラレル部から入力された複数の信号に対して並列直列変換処理を行うと共に、変換後の直列の信号に対して信号処理を行うシリアル部（本実施形態ではＭＵＸ１１６及び増幅器１１８）に供給するバイアス電流として標準値を各々設定し、設定した大きさのバイアス電流が信号検出部９２の各回路（パラレル部及びシリアル部）に供給されるようにバイアス電流供給部１２２〜１３０を制御する。

また、ステップ１５０で取得した動作モードが高速モードであった場合は、ステップ１５２からステップ１５６へ移行し、信号検出部９２のうちのパラレル部に供給するバイアス電流として前述の標準値よりも小さい第１の所定値を、シリアル部に供給するバイアス電流として前述の標準値よりも大きい第２の所定値を各々設定し、設定した大きさのバイアス電流が信号検出部９２の各回路（パラレル部及びシリアル部）に供給されるようにバイアス電流供給部１２２〜１３０を制御する。

また、ステップ１５０で取得した動作モードが低ノイズモードであった場合には、ステップ１５２からステップ１５８へ移行し、信号検出部９２のうちのパラレル部に供給するバイアス電流として前述の標準値よりも大きい第３の所定値を、シリアル部に供給するバイアス電流として前述の標準値よりも小さい第４の所定値を各々設定し、設定した大きさのバイアス電流が信号検出部９２の各回路（パラレル部及びシリアル部）に供給されるようにバイアス電流供給部１２２〜１３０を制御する。

上記のようにして、信号検出部９２のパラレル部及びシリアル部に供給されるバイアス電流の大きさを設定・制御すると、読出制御部９４は、信号検出部９２の各回路を現在の動作モードに応じて以下のように動作させることで、放射線検出パネル１４の個々の画素部３０の蓄積容量２６からの蓄積電荷の読み出しを行わせる。

すなわち、読出制御部９４は、積分回路部１０２の個々のコンデンサ１０６と並列に設けられた図示しないスイッチ部を、現在の動作モードに応じた周期（＝蓄積電荷の読出周期）で一定期間各々オンさせることで、図６に「積分回路」と表記して示すように、積分回路部１０２の個々のチャージアンプ（のコンデンサ１０６）に蓄積されている電荷を一定周期でリセット(放電)させる。なお、上記のスイッチ部をオンさせる期間は、図６に「積分回路」と表記して示す信号波形のうち「リセット」と表記した期間であり、積分回路部１０２の個々のチャージアンプは、上記波形のうち「積分」と表記した期間にデータ配線３６を流れる信号電荷を積分する。

また読出制御部９４は、積分回路部１０２の個々のチャージアンプのリセット期間が終了し、上記のスイッチ部を各々オフさせると、ゲート線ドライバ１００により、現在の動作モードに応じた本数のゲート配線３４にオン信号を供給させる。これにより、オン信号が供給されたゲート配線３４に接続された個々の画素部３０でＴＦＴ２８が各々オンし、個々の画素部３０の蓄積容量２６に蓄積された電荷が対応するデータ配線３６を信号電荷として各々流れ、積分回路部１０２の個々のチャージアンプ（のコンデンサ１０６）に電荷として蓄積(積分)される。また、積分回路部１０２の個々のチャージアンプからの出力信号は、増幅部１０８の個々の増幅器１１０によって各々増幅され（個々の増幅器１１０からの出力信号波形を図６に「増幅回路１」と表記して示す）、Ｓ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４に各々入力される。

また読出制御部９４は、ゲート配線３４へのオン信号の供給が開始されてから、現在の動作モードに応じた時間が経過すると、ゲート線ドライバ１００によるゲート配線３４へのオン信号の供給を停止させ、オン信号が供給されていたゲート配線３４に接続された個々の画素部３０のＴＦＴ２８を各々オフさせる。更に読出制御部９４は、ゲート配線３４へのオン信号の供給が停止されてから所定時間（個々のデータ配線３６を伝送される信号電荷が０となる迄の所要時間以上の時間）が経過すると、Ｓ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４によって入力信号をサンプリングさせ、一定期間ホールド(保持)させる（図６に「Ｓ／Ｈ」と表記して示す信号波形も参照）と共に、ＭＵＸ１１６に対し、個々のサンプルホールド回路１１４によってサンプリングされてホールドされている信号を、現在の動作モードに応じた周期で順次選択・出力させる（図６に「ＭＵＸ」と表記して示す信号波形(特に「ＭＵＸ切替」と表記した期間の信号波形)も参照）。

これにより、積分回路部１０２の個々のチャージアンプから並列に出力され、増幅部１０８の個々の増幅器１１０で各々増幅されてＳ／Ｈ部１１２の個々のサンプルホールド回路１１４に並列に入力された複数の信号は、個々のサンプルホールド回路１１４によって一旦サンプリングされた後に、現在の動作モードに応じた周期でＭＵＸ１１６へ順次出力されることで並列直列変換が行われる。また、現在の動作モードに応じた周期でＭＵＸ１１６から順次出力される直列の信号は、増幅器１１８によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２０によってデジタルデータへ変換されて、現在の動作モードに応じた画像出力レート（出力速度）で画像処理部９６へ出力される。

上記のように、放射線検出パネル１４の個々の画素部３０の蓄積容量２６からの蓄積電荷の読み出し時、信号検出部９２の個々の回路（パラレル部及びシリアル部）は、現在の動作モードに応じた速度で動作するように読出制御部９４によって制御されるが、本実施形態では、前述のように動作モードが高速モードであれば、シリアル部に供給するバイアス電流を標準モードのときよりも大きくする一方、パラレル部に供給するバイアス電流を標準モードのときよりも小さくしている。これにより、画像信号（画像データ）を高速に出力すべき高速モードでは、信号検出部９２のうち、動作状態が画像信号（画像データ）の出力速度に直接影響するシリアル部（本発明に係る第２の回路群）を高速出力により適した動作状態で動作させることができる一方、動作状態が画像信号（画像データ）の出力速度に殆ど影響しないパラレル部（本発明に係る第１の回路群）についてはその発熱量が抑制されることで、放射線検出パネル１４及び制御装置１６を収容する筐体内が高温となって放射線検出パネル１４が損傷することを未然に防止することができる。

また本実施形態では、前述のように動作モードが低ノイズモードであれば、パラレル部に供給するバイアス電流を標準モードのときよりも大きくする一方、シリアル部に供給するバイアス電流を標準モードのときよりも小さくしている。これにより、より高品質の画像信号（画像データ）を出力すべき低ノイズモードでは、信号検出部９２のうち、画像信号（画像データ）のノイズレベルへの影響の度合いが高いパラレル部（本発明に係る第１の回路群）をより低ノイズ化に有利な動作状態で動作させることができる一方、画像信号（画像データ）のノイズレベルへの影響の度合いが低いシリアル部（本発明に係る第２の回路群）についてはその発熱量が抑制されることで、放射線検出パネル１４及び制御装置１６を収容する筐体内が高温となって放射線検出パネル１４が損傷することを未然に防止することができる。

なお、上記では信号検出部９２のパラレル部及びシリアル部に供給するバイアス電流を動作モード(撮影モード)に応じて切り替える態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば動作モード(撮影モード)に代えて画像信号（画像データ）の出力速度等のパラメータが直接設定される態様において、当該パラメータの値に応じてパラレル部及びシリアル部に供給するバイアス電流を連続的に変化させるようにしてもよい。一例として、画像信号（画像データ）の出力速度（出力レート）が指定される場合には、例として図５(Ｂ)に示すように、画像出力レートが増加するに従って、シリアル部へ供給するバイアス電流を増加させる一方、パラレル部へ供給するバイアス電流を減少させ、画像出力レートが減少するに従って、パラレル部へ供給するバイアス電流を増加させる一方、シリアル部へ供給するバイアス電流を減少させるように構成すればよい。これにより、画像出力レートが高くなるに従ってシリアル部を高速出力により適した動作状態で動作させ、画像出力レートが低くなる（画像信号（画像データ）のノイズレベルに対する要求水準が相対的に高くなる）に従ってパラレル部をより低ノイズ化に有利な動作状態で動作させることを、信号検出部９２全体としての発熱量を抑制しつつ実現することができる。上記態様は請求項３記載の発明に対応している。

また一般に、ＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上のゲート配線３４とデータ配線３６との交差位置には、図７にも示すように寄生容量が各々存在しており、ＴＦＴ２８のオン時及びオフ時には寄生容量の両端の電圧が変化することでフィードスルーと称する偽信号が寄生容量によって発生し、この偽信号が、画素部３０の蓄積容量２６から蓄積電荷が出力されることでデータ配線３６を流れる信号電荷に重畳されることで、図８に「寄生容量による偽信号」と表記して示すように積分回路の出力信号にノイズ成分として加わるという問題がある。

これに対し、図７に示した構成において、積分回路の出力側に接続された増幅器の増幅率を、寄生容量によって発生した偽信号が積分回路の出力信号にノイズ成分として加わった場合に、当該ノイズ成分(偽信号)が増幅によってクリップ（飽和）されることで増幅器の出力信号から除去されるように設定する（図８に「増幅により偽信号分をクリップ」と表記して示す増幅器の出力信号も参照）ことにより、図８に「検出信号」と表記して示すように、寄生容量によって発生した偽信号を出力信号から除去することができる。

また、上記では請求項８に記載の変換部として、照射された放射線を電荷へ直接変換する光電変換層２２を説明したが、これに限定されるものではなく、上記の変換部は、照射された放射線を電磁波（例えば可視光等）へ一旦変換した後に、変換後の電磁波を電荷へ変換する構成（間接変換方式）であってもよい。また上記では、光電変換層２２がＴＦＴアクティブマトリクス基板２４上に形成された構成を説明したが、上記の変換部は、蓄積容量及びスイッチング手段を各々備えた複数の画素部が配列された基板と別体であってもよい。

また、上記では多数個の画素部３０（ＴＦＴ２８や蓄積容量２６）がマトリクス状に（２次元に）配置された構成の放射線検出パネル１４を例に説明したが、これに限定されるものではなく、放射線検出パネルは複数個の画素部が一列に（１次元に）配置された構成であってもよい。

また、上記では請求項８に記載の変換部としての光電変換層によって電荷へ変換される放射線の一例としてＸ線を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、変換部に吸収されて電荷へ変換され、蓄積容量にその電荷が蓄積されるものであれば、例えば電子線やα線等の他の放射線であってもよいし、例えば可視光や紫外線、赤外線等、任意の波長域の電磁波であってもよい。

本実施形態に係る放射線画像撮影システムの概略構成図である。 放射線検出パネルのうち単一の画素部が形成されている領域の断面図である。 放射線検出パネル及びその周辺回路の概略構成図である。 (Ａ)は信号検出部の一部が搭載されたＴＣＰの平面図、(Ｂ)は筐体内における放射線パネル、ＴＣＰ及びプリント基板の配置を示す斜視図、(Ｃ)はＴＣＰ保持部材を示す斜視図である。 (Ａ)はバイアス電流制御処理の内容を示すフローチャート、(Ｂ)はバイアス電流制御処理の他の内容を説明するための線図である。 信号検出部の動作を説明するタイミングチャートである。 信号検出部の他の構成を示す概略ブロック図である。 図７の信号検出部の動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 放射線画像撮影システム
１４ 放射線検出パネル
１６ 制御装置
２２ 光電変換層
２４ ＴＦＴアクティブマトリクス基板
２６ 蓄積容量
３０ 画素部
３６ データ配線
９２ 信号検出部
９４ 読出制御部
１０２ 積分回路部
１０８ 増幅部
１１２ Ｓ／Ｈ部
１１６ ＭＵＸ
１１８ 増幅器
１２０ Ａ／Ｄ変換部
１２２ バイアス電流供給部
１２４ バイアス電流供給部
１２６ バイアス電流供給部
１２８ バイアス電流供給部
１３０ バイアス電流供給部
１３２ バイアス電流制御部

Claims (9)

1. 並列に入力される複数の検出信号に対して第１の信号処理を並列に行い、前記第１の信号処理を経た複数の検出信号に対して並列直列変換処理を行うことで直列の検出信号へ変換し、変換後の直列の検出信号に対して第２の信号処理を順次行う信号処理部と、
   前記信号処理部を構成する各回路にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、
   前記バイアス電流供給手段によって前記信号処理部を構成する各回路に供給されるバイアス電流の大きさを、前記各回路のうち前記第１の信号処理を行う第１の回路群へ供給される第１バイアス電流、及び、前記各回路のうち前記並列直列変換処理及び前記第２の信号処理を順に行う第２の回路群へ供給される第２バイアス電流を単位として切替えるバイアス電流制御手段と、
   を有する検出信号処理装置。
2. 前記バイアス電流制御手段は、前記第１バイアス電流を増加させる場合は前記第２バイアス電流を減少させ、前記第２バイアス電流を増加させる場合は前記第１バイアス電流を減少させることを特徴とする請求項１記載の検出信号処理装置。
3. 前記第２の回路群は、前記直列の検出信号に対する出力速度の設定値に応じた速度で前記並列直列変換処理及び前記第２の信号処理を行い、
   前記バイアス電流制御手段は、前記出力速度の設定値が増加するに従って、前記第２バイアス電流を増加させる一方、前記第１バイアス電流を減少させ、前記出力速度の設定値が減少するに従って、前記第１バイアス電流を増加させる一方、前記第２バイアス電流を減少させることを特徴とする請求項２記載の検出信号処理装置。
4. 選択可能な動作モードとして、少なくとも標準モード、高速モード及び低ノイズモードが各々設けられており、
   前記バイアス電流制御手段は、動作モードとして前記高速モードが選択されている場合には、前記標準モードが選択されている場合よりも前記第２バイアス電流を増加させる一方、前記第１バイアス電流を減少させ、動作モードとして前記低ノイズモードが選択されている場合には、前記標準モードが選択されている場合よりも前記第１バイアス電流を増加させる一方、前記第２バイアス電流を減少させることを特徴とする請求項２記載の検出信号処理装置。
5. 前記第１の回路群は、並列に入力された複数の検出信号を一定期間に亘って各々積分する複数の積分回路と、並列に入力された複数の検出信号のレベルを各々保持する複数の保持回路を備えていることを特徴とする請求項１記載の検出信号処理装置。
6. 前記第１の回路群は、並列に出力された複数の検出信号を各々増幅する複数の第１増幅回路を更に備えていることを特徴とする請求項５記載の検出信号処理装置。
7. 前記第２の回路群は、並列に入力された複数の検出信号のレベルを各々保持する複数の保持回路に保持されたレベルを検出信号として順に出力する選択回路と、前記選択回路から順に出力された検出信号を増幅する第２増幅回路を備えていることを特徴とする請求項１記載の検出信号処理装置。
8. 前記信号処理部には、照射された放射線又は電磁波を電荷へ変換する変換部と、前記変換部で変換された電荷を信号電荷として保持する電荷保持部を各々備えた複数の画素部と、を有する画像検出部のうち、前記複数の画素部の前記電荷保持部から各々読み出された複数の信号電荷が前記複数の検出信号として並列に入力されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の検出信号処理装置。
9. 少なくとも前記信号処理部が、前記画像検出部と同一の筐体内に収容されていることを特徴とする請求項８記載の検出信号処理装置。

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