JP2010246129A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出器において、Ｓ／Ｎ比を向上すること。
【解決手段】放射線検出器は、入射した放射線を電荷に変換する電荷変換手段３１と、変換された電荷を蓄積するキャパシタ３２と、キャパシタに蓄積された電荷を信号線に読み出す読出用スイッチング素子３３と、信号線に接続され、読出用スイッチング素子とともに同一基板上に形成される調整用スイッチング素子６１と、読出用スイッチング素子を介して信号線に読み出された電荷を積分する積分回路２３と、読出用スイッチング素子と調整用スイッチング素子とを駆動するドライバ２２とを備え、ドライバは、読出用スイッチング素子と調整用スイッチング素子とを逆相で動作させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を読み出し用のスイッチング素子として用いている放射線検出器に関する。

ＴＦＴを各画素のスイッチング素子として使用する放射線検出器は、ガラス基板の片側面に薄膜を生成し、エッチングによりパターンニングし、薄膜を重ねて形成し、再びパターンニングするという工程を繰り返すことにより形成される。

図１に従来の放射線検出器の構成を示している。放射線検出器は、格子状に配列された複数の画素２０３を有する。各画素２０３は、入射放射線（例えばＸ線）を直接的に電荷に変換できるセレンで形成される光電変換素子１０２と、発生された電荷を蓄積するキャパシタ１０３と、信号読み出し用ＴＦＴ１０１とから構成される。各画素のキャパシタ１０３に蓄積された電荷は、ＴＦＴ１０１及び信号線１０５を介して、積分回路１１２に読み出される。

図２に示すように、ゲートドライバ１０８は、垂直選択線１０６の電位を変えることにより、ＴＦＴ１０１のオン／オフを切り替える。ＴＦＴ１０１がオン／オフ間で切り替わる際、オフセット電圧ΔＶout がＴＦＴ１０１から発生する。オフセット電圧ΔＶoutは、
ΔＶout ＝（Ｃgs／Ｃout ）×（Ｖon−Ｖoff ）
により与えられる。ここで、図３に示すように、ＣgsはＴＦＴ１０１のゲートと信号線１０５との間の実効キャパシタ、ＶonはＴＦＴ１０１のオン電圧、Ｖoff はＴＦＴ１０１のオフ電圧、Ｃout は積分回路１１２のキャパシタ１１０の容量である。

つまり、Ｃout が小さい場合には、ΔＶout が大きくなる。特に、放射線検出器をＸ線透視に使用する場合には、微小な検出信号に応じて、積分回路１１２のキャパシタ１１０は小さい容量Ｃout のものが用いられており、信号電圧を増幅する必要がある。信号電圧と共に、オフセット電圧ΔＶout も増幅され、非常に大きくなる。増幅されたオフセット電圧ΔＶout は、積分回路１１２のダイナミックレンジを実効的に狭める。また、増幅されたオフセット電圧ΔＶout は、積分回路１１２を飽和させてしまう。これらは、Ｓ／Ｎ比低下の原因である。

本発明の目的は、放射線検出器において、Ｓ／Ｎ比を向上することにある。

本発明の放射線検出器は、入射した放射線を電荷に変換する電荷変換手段と、前記変換された電荷を蓄積するキャパシタと、前記キャパシタに蓄積された電荷を信号線に読み出す読出用スイッチング素子と、前記信号線に接続され、前記読出用スイッチング素子とともに同一基板上に形成される調整用スイッチング素子と、前記読出用スイッチング素子を介して前記信号線に読み出された電荷を積分する積分回路と、前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子とを駆動するドライバとを備え、前記ドライバは、前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子とを逆相で動作させる。

本発明によれば、放射線検出器において、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。

従来の放射線検出器の構成図。 従来の動作説明図。 従来の画素及び積分回路の等価回路図。 本発明の第１実施の形態による放射線検出器の構成図。 第１実施の形態の動作説明図。 図４の積分回路の出力信号を示す図。 図４の画素、ダミー画素及び積分回路の等価回路図。 本発明の第２実施の形態の動作説明図。 本発明の第３実施の形態による放射線検出器の構成図。 第３実施の形態の動作説明図。 本発明の第４実施の形態の動作説明図。 本発明の第５実施の形態の動作説明図。 図４のダミー画素のバリエーションを示す図。 第１乃至第５実施の形態の画素アレイの平面略図。 第６実施の形態に係る画素アレイセクションのバリエーション１を示す図。 第６実施の形態に係る画素アレイセクションのバリエーション２を示す図。 第６実施の形態に係る画素アレイセクションのバリエーション３を示す図。 第６実施の形態に係る画素アレイセクションのバリエーション４を示す図。 第６実施の形態に係る画素アレイセクションのバリエーション５を示す図。 図１４−図１９のダミー画素のバリエーションを示す図。 第６実施の形態において、ダミー画素の出力エラーに対する許容性を示す図。 本発明の第７実施の形態の動作説明図。 本発明の第８実施の形態において、ダミー画素のＴＦＴに対するゲート信号の適正範囲を示す図。 本発明の第９実施の形態による放射線検出器の構成図。 第９実施の形態の動作説明図。 第１乃至第９実施の形態において、積分回路の出力信号に対するサンプリング動作説明図。 （ａ）は本発明の第１０実施の形態による放射線検出器の構成図、（ｂ）は図２７（ａ）のコントロール部の制御に従ってゲートドライバからダミー画素のＴＦＴに与えられるゲート信号を示す図。 第１乃至第１０実施の形態において、積分回路の変形例を示す図。 第１乃至第１０実施の形態の放射線検出器を搭載した放射線診断装置の構成図。

以下、本発明を好ましい実施形態により詳細に説明する。

第１実施形態
図４は本発明の第１実施形態による放射線検出器の構成図である。図４に示すように、この第１実施形態の放射線検出器は、入射した放射線、例えばＸ線を検出するＸ線検出部１と、Ｘ線検出部１において検出されたＸ線強度に応じた信号を読み出す読出回路部２とを備えている。

Ｘ線検出部１は、２次元マトリクス状に配置された複数の画素３と、画素３から信号を読み出すための信号線４と、画素３からの信号読み出しを選択するための垂直選択線５と、後述する積分回路におけるオフセットを低減させるために画素３から出力された信号を調整する調整部６と、調整部６を制御するための調整部制御線７とを有している。

各画素３は、入射放射線をその強度に応じた量の電荷に変換する光電変換素子３１と、光電変換素子３１で発生した電荷を蓄積するキャパシタ３２と、信号読出用の薄膜トランジスタ（以下、読出用ＴＦＴという）３３とからなる。

光電変換素子３１としては、例えば、Ｘ線を直接電荷に変換するセレンが用いられる。また、キャパシタ３２の一端は接地されている。また、光電変換素子３１の端子３１ａは所定の電位に保たれている。

なお、光電変換素子３１としては、入射放射線をその強度に応じた量の電荷に間接的に変換するタイプであってもよい。この場合、光電変換素子３１は、入射放射線を光に変換する蛍光体と、その変換された光を電荷に変換するフォトダイオードとから構成される。

調整部６は、複数のダミー画素９からなる。複数のダミー画素９は、複数の信号線４に対してそれぞれ接続されている。各ダミー画素９は、調整用薄膜トランジスタ（以下、調整用ＴＦＴという）６１と、キャパシタ６２とからなる。各ダミー画素９は、画素３とは異なり、光電変換素子を備えていない、又は光電変換素子が調整用ＴＦＴ６１に電気的に接続されていない。このため、各ダミー画素９は、信号電荷を発生しないで、ＴＦＴのスイッチングに伴うオフセットだけを発生する。複数の調整用ＴＦＴ６１は、制御線７に共通接続されている。調整用ＴＦＴ６１は読出用ＴＦＴ３３と同一プロセスにより読出用ＴＦＴ３３と共に形成され、また、キャパシタ６２は、信号電荷蓄積用のキャパシタ３２と同一プロセスにより信号電荷蓄積用のキャパシタ３２と共に形成される。これにより調整用ＴＦＴ６１は、読出用ＴＦＴ３３と略同一の特性を有している。また、キャパシタ６２は、信号電荷蓄積用のキャパシタ３２と略同一の容量を有している。

読出回路部２は、複数の読出用ＴＦＴ３３を一斉にオン／オフするために垂直選択線５に選択的に電圧を印加するゲートドライバ２１と、複数の調整用ＴＦＴ６１を一斉にオン／オフするために制御線７に電圧を印加するゲートドライバ２２と、読出用ＴＦＴ３３を介して読み出された電荷を積分する積分回路２３と、各積分回路２３によって増幅された信号を順次選択するマルチプレクサ２４と、ゲートドライバ２１，２２やマルチプレクサ２４等読出回路部２の構成各部を制御するコントロール部２５とを有している。積分回路２３は、読出用ＴＦＴ３３を介して読み出された信号を増幅するアンプ２３ａと、積分用のキャパシタ２３ｂとを有する。

コントロール部２５は、垂直選択線５に選択的にオン電圧を印加させるために、ゲートドライバ２１を制御する。オン電圧を印加された垂直選択線５に連なる読出用ＴＦＴ３３は一斉にオン状態になる。読出用ＴＦＴ３３がオン状態にあるとき、キャパシタ３２に蓄積されている信号電荷がそれぞれの信号線４に読み出される。コントロール部２５は、垂直選択線５に選択的にオフ電圧を印加させるために、ゲートドライバ２１を制御する。オフ電圧を印加された垂直選択線５に連なる読出用ＴＦＴ３３は一斉にオフ状態になる。読出用ＴＦＴ３３がオフ状態になると、キャパシタ３２からの信号電荷の読み出しは停止する。

図５に示すように、コントロール部２５は、読出用ＴＦＴ３３のオン／オフ動作に対して、調整用ＴＦＴ６１のオン／オフ動作が逆相になるように、ゲートドライバ２２を制御する。つまり、垂直選択線５にオン電圧が印加されるとき、それに同期して制御線７にはオフ電圧が印加され、また垂直選択線５にオフ電圧が印加されるとき、それに同期して制御線７にはオン電圧が印加される。

コントロール部２５は、調整用ＴＦＴ６１がオフ状態にある期間を含む期間以外に、リセット用制御線８にリセット信号を供給することによって各積分回路２３をリセットする。

次にこの放射線検出器の動作について説明する。

図５に示すように、ゲートドライバ２１は、複数の垂直選択線５にそれぞれ対応する制御信号ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 の電圧をオン電圧に順番に切り替える。これにより読出用ＴＦＴ３３は行単位で順番にオンする。一方、ゲートドライバ２２は、制御信号ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 の電圧切り替えに同期して、制御線７の制御信号ｂ1 の電圧をオフ電圧に切り替える。なお、制御信号ｂ1 の振幅は、制御信号ａ1 （ａ2 ，ａ3 ，ａ4 ）の振幅と略等価に設定される。

図６に示すように、まず、コントロール部２５の制御の下、ゲートドライバ２２が、調整用ＴＦＴ６１のゲートに接続されている調整部制御線７にオフ電圧を印加して各調整用ＴＦＴ６１をオフとする。

これと略同時に、ゲートドライバ２１が、例えば、１行目の垂直選択線５にオン電圧を印加して、この垂直選択線５に繋がる画素３の読出用ＴＦＴ３３をオンとする。これによって各画素３のキャパシタ３２に蓄積された電荷が読出用ＴＦＴ３３を介して信号線４に流れ、積分回路２３において読み出される。

ゲートドライバ２１は、所定の読出時間が経過すると例えば制御信号ａ1 をオフ電圧とし、これと略同時に、ゲートドライバ２２が、制御信号ｂ1 にオン電圧を印加して各調整用ＴＦＴ６１をオンとする。

ここで、コントロール部２５は、リセット用制御線８にリセット信号ｃ1 を供給して、上記所定の読出時間の前後の期間において、各積分回路２３をリセットする。

また、各読出用ＴＦＴ３３のゲートと信号線４との間、調整用ＴＦＴ６１のゲートと信号線４との間には、図７に示すように、それぞれ、電気的等価回路としてコンデンサ９１，９２で表されるキャパシタが形成される。

これらコンデンサ９１，９２の容量Ｃgs，Ｃgs.subが等しい場合には、読出用ＴＦＴ３３のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖon、ゲートオフ電圧Ｖoff と、調整用ＴＦＴ６１のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖon.sub、ゲートオフ電圧Ｖoff.sub とは等しくされる。すなわち、ゲートオン電圧Ｖon、ゲートオフ電圧Ｖoff は、それぞれ、（２）式、（３）式によって与えられる。

Ｖon＝Ｖon.sub ・（２）
Ｖoff ＝Ｖoff.sub ・（３）
または、ゲートオン電圧とゲートオフ電圧との差が等しくなるようにしても良い。この場合（４）式が成り立つ。

Ｖon−Ｖoff ＝Ｖon.sub−Ｖoff.sub ・（４）
図６に示すように、積分アンプ２３ａからの出力波形ｄ1 は、制御信号ｂ1 がオンからオフになると、調整用ＴＦＴ６１は信号線４から切り離されて、調整用ＴＦＴ６１によるオフセットΔＶout.sub 分だけ低下する。

この直後に、例えば制御信号ａ1 がオンからオフになると、読出用ＴＦＴ３３が信号線４に接続され、出力波形ｄ1 は、オフセットΔＶout.sub と略等しい読出用ＴＦＴ３３によるオフセットΔＶout 分だけ上昇し、ここからさらに所定の時定数にしたがって検出信号Ｖout 分だけ上昇する。

この際、オフセットΔＶout は、図７に示すようなコンデンサ９１の容量Ｃgsと、ゲート電圧差（Ｖon−Ｖoff ）と、積分回路２３の積分キャパシタ２３ｂの容量Ｃout とによって決まり、（５）式によって与えられる。

ΔＶout ＝Ｃgs（Ｖon−Ｖoff ）／Ｃout ・（５）
積分回路２３において読み出されると、制御信号ａ1 はオフ電圧とされ、読出用ＴＦＴ３３は信号線４から切り離され、これに伴って出力波形ｄ1 は、オフセットΔＶout 分低下する。

この直後に、制御信号ｂ1 がオフからオンになると、調整用ＴＦＴ６１が信号線４に接続され、出力波形ｄ1 はオフセットΔＶout.sub 分上昇し、この後、コントロール部２５は、リセット用制御線８にリセット信号ｃ1 を供給して、出力波形ｄ1 は零レベルとなる。

なお、調整用ＴＦＴ６１におけるオフセットΔＶout.sub は、同図に示すようなコンデンサ９２の容量Ｃgs-subと、ゲート電圧差（Ｖon.sub−Ｖoff.sub ）と、積分回路２３の積分キャパシタ２３ｂの容量Ｃout とによって決まり、（６）式によって与えられる。

ΔＶout.sub ＝Ｃgs.sub（Ｖon.sub−Ｖoff.sub ）／Ｃout ・（６）
以上の動作が２行目以下の読出用ＴＦＴ３３においても順次実行されて１枚の画像を読み出す。

つまり、読出用ＴＦＴは垂直方向走査周期内に１回オン状態となるのに対して、調整用ＴＦＴは水平方向走査周期内に１回オン状態となるように駆動される。

以上説明したように、第１実施形態によれば、調整用ＴＦＴ６１と、各画素の読出用ＴＦＴ３３とを相で動作させることで、それぞれのオフセット電圧が互いに打ち消しあう。これにより、スイッチングによるオフセット電圧を実効的に低減させることができる。したがって、透視などの小信号を検出する場合に、積分回路２３のダイナミックレンジを無駄にすることなく、信号を十分に増幅することができるために、Ｓ／Ｎ比も向上させることができる。しかも、アレイ設計上、従来の製造技術を用いることができるために、例えば新たな工程を加えることなく容易に製造することができる。

第２実施形態
図８は第２実施形態による放射線検出器の動作を説明するためのタイムチャートである。第２実施形態が上述した第１実施形態と異なるところは、同時に２本の垂直選択線５をオンにして、列方向に隣接するペアの画素３から信号電荷を同時に読み出すことにある。

この第２実施形態においては、同時に２本の垂直選択線５をオンとするのに伴って、図８に示すように、調整用ＴＦＴ３３のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖon.sub1 とゲートオフ電圧Ｖoff.sub1との差が、第１実施形態において採用したゲートオン電圧Ｖon.subとゲートオフ電圧Ｖoff.sub の差の２倍になるように設定される。すなわち、ゲートオン電圧Ｖon.sub1 とゲートオフ電圧Ｖoff.sub1との差が、（７）式に従うようにする。

Ｖon.sub1 −Ｖoff.sub1＝２（Ｖon.sub−Ｖoff.sub ） ・（７）
以上説明したように、本第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と略同一の効果を得ることができる。加えて、水平方向の走査を速く行うようにすることができる。

第３実施形態
図９は本発明の第３実施形態による放射線検出器の構成図、また、図７は同放射線検出器の動作を説明するためのタイムチャートである。

第３実施形態が上述した第１実施形態と異なるところは、複数の信号線４に対してそれぞれダミー画素９を２つずつ設けた点である。

図９に示すように、この第３実施形態の放射線検出器は、Ｘ線検出部１Ａと、読出回路部２Ａとを備え、Ｘ線検出部１Ａは、複数の画素３と、複数の信号線４と、複数の垂直選択線５と、調整部６Ａと、調整部６Ａを制御するための調整部制御線７とを有している。

各画素３は、光電変換素子３１とキャパシタ３２と読出用ＴＦＴ３３とを有している。
調整部６Ａは、複数のダミー画素９を有する。１本の信号線４に対して２つのダミー画素９が設けられる。すなわち、調整用ＴＦＴ６１は２行並列され、各行の調整用ＴＦＴ６１にはそれぞれ調整部制御線７が接続されている。
読出回路部２は、ゲートドライバ２１Ａと、ゲートドライバ２２Ａと、積分アンプ２３ａと積分キャパシタ２３ｂとを有する積分回路２３と、マルチプレクサ２４と、コントロール部２５Ａとを有している。

次にこの放射線検出器の動作について説明する。

図１０に示すように、ゲートドライバ２１Ａは、１行目乃至４行目の各読出用ＴＦＴ３３に垂直選択線５を介して制御信号ａ5 （ａ6 ，ａ7 ，ａ8 ）を供給して、順次オン／オフさせると共に、ゲートドライバ２２Ａは、各行の調整用ＴＦＴ６１に各調整部制御線７を介して制御信号ｂ2 （ｂ3 ）を供給し、各読出用ＴＦＴ３３のオン／オフ状態に対応させて各調整用ＴＦＴ６１をオン／オフさせる。

ここで、コントロール部２５Ａの制御の下、ゲートドライバ２２Ａは２本の調整部制御線７，７上を送られる制御信号ｂ2 ，ｂ3 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは例えば１行目及び２行目の２本の垂直選択線５，５上を送られる制御信号ａ5 ，ａ6 をオン電圧とする。

ゲートドライバ２１Ａは所定の読出時間が経過すると制御信号ａ5 ，ａ6 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ2 ，ｂ3 をオン電圧とし、コントロール部２５Ａは積分回路２３をリセットする。

これにより、読出用ＴＦＴ３３がオン状態となった各画素のキャパシタ３２に蓄積された電荷が上記読出用ＴＦＴ３３を介して信号線４に流れ、積分回路２３によって読み出される。

そして次の水平方向走査周期において、ゲートドライバ２２Ａは再び制御信号ｂ2 ，ｂ3 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは３行目及び４行目の２本の垂直選択線５，５上を送られる制御信号ａ7 ，ａ8 をオン電圧とし、これらの行の信号を読み出す。以上の動作を繰り返して１枚の画像を読み出す。

なお、この本第３実施形態においても、上述した第１実施形態の場合と同様に、コンデンサ９１，９２の容量Ｃgs，Ｃgs.subが等しい場合には、読出用ＴＦＴ３３のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖon、ゲートオフ電圧Ｖoff と、調整用ＴＦＴ６１のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖon.sub、ゲートオフ電圧ｆoff.sub とは等しくされる。または、ゲートオン電圧とゲートオフ電圧との差が等しくされる。

以上説明したように、本第３実施形態によれば、上述した第１実施形態と略同一の効果を得ることができる。また、２行分の読出しが同時に行われるので、高速の走査が可能となる。

第４実施形態
図１１は本発明の第４実施形態による放射線検出器の動作を説明するためのタイムチャートである。第４実施形態が上述した第３実施形態と異なるところは、垂直選択線を１本ずつ選択して駆動するように構成した点である。
これ以外の構成は第３実施形態と略同一であるので、その説明を省略する。

次にこの平面型Ｘ線固体検出部の動作について説明する。
図１１に示すように、ゲートドライバ２１Ａは、１行目乃至４行目の各読出用ＴＦＴ３３に垂直選択線５を介して制御信号ａ9 （ａ10，ａ11，ａ12）を供給して、順次オン／オフさせると共に、ゲートドライバ２２Ａは、各行の調整用ＴＦＴ６１に各調整部制御線７を介して制御信号ｂ4 （ｂ5 ）を供給し、各読出用ＴＦＴ３３のオン／オオフ状態に対応させて各調整用ＴＦＴ６１をオン／オフさせる。

ここで、コントロール部２５Ａの制御の下、ゲートドライバ２２Ａは１行目の調整部制御線７上を送られる制御信号ｂ4 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは例えば１行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ9 をオン電圧とする。

ゲートドライバ２１Ａは所定の読出時間が経過すると制御信号ａ9 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ4 をオン電圧とし、コントロール部２５Ａは積分回路２３をリセットする。

これにより、読出用ＴＦＴ３３がオン状態となった各画素のキャパシタ３２に蓄積された電荷が上記読出用ＴＦＴ３３を介して信号線４に流れ、積分回路２３によって読み出される。なお、この間制御信号ｂ5 はオン電圧とされる。

そして次の水平方向走査周期においては、ゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ4 はオフ電圧のままとして、今度は制御信号ｂ5 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは２行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ10をオン電圧とし、この行の信号を読み出す。

この後制御信号ｂ4 をオフ電圧、３行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ11をオン電圧としてこの行の画素の電荷を読み出し、制御信号ｂ5 をオフ電圧，４行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ12をオン電圧としてこの行の画素の電荷を読み出す。

このように、ゲートドライバ２２Ａは各行の画素の電荷の読出し時に対応させて、制御信号ｂ4 ，ｂ5 を交互にオフ電圧とする。以上のように、動作を繰り返して１枚の画像を読み出す。

１つの調整用ＴＦＴ６１で駆動させた場合、調整用ＴＦＴ６１がオン状態となってから次にオフ状態となるまでに要する時間は、数μｓｅｃであるのに対して、図１１に示すようなこの第４実施形態の駆動方法では、数十μｓｅｃとなる。

以上説明したように、本第４実施形態によれば、上述した第１実施形態と略同一の効果を得ることができる。加えて、１つの行の調整用ＴＦＴ６１がオン状態となってから次にオフ状態となるまでの時間が十分に確保されるために、より安定した動作をさせることができる。

第５実施形態
図１２は本発明の第５実施形態による放射線検出器の動作を説明するためのタイムチャートである。第５実施形態が上述した第４実施形態と異なるところは、１行の調整用ＴＦＴ６１のオフ状態の期間を２行分の読取用ＴＦＴ３３の読出時間を含むように設定して、２つの行の調整用ＴＦＴ６１を交互にオン／オフさせるようにした点である。これ以外の構成は第４実施形態と略同一であるので、その説明を省略する。

次にこの放射線検出器の動作について説明する。図１２に示すように、ゲートドライバ２１Ａは、１行目乃至４行目の各読出用ＴＦＴ３３に垂直選択線５を介して制御信号ａ13（ａ14，ａ15，ａ16）を供給して、順次オン／オフさせると共に、ゲートドライバ２２Ａは、各行の調整用ＴＦＴ６１に各調整部制御線７を介して制御信号ｂ6 （ｂ7 ）を供給し、各読出用ＴＦＴ３３のオン／オフ状態に対応させて各調整用ＴＦＴ６１をオン／オフさせる。

ここで、コントロール部２５Ａの制御の下、ゲートドライバ２２Ａは１行目の調整部制御線７上を送られる制御信号ｂ6 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは例えば１行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ13をオン電圧とする。

ゲートドライバ２１Ａは所定の読出時間が経過すると制御信号ａ13をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ6 をオフ電圧のままとして制御信号ｂ7 をオン電圧とし、コントロール部２５Ａは積分回路２３をリセットする。

これにより、読出用ＴＦＴ３３がオン状態となった各画素のキャパシタ３２に蓄積された電荷が上記読出用ＴＦＴ３３を介して信号線４に流れ、積分回路２３によって読み出される。

そして次の水平方向走査周期においては、ゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ6 はオフ電圧のままとして、制御信号ｂ7 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは２行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ14をオン電圧とし、この行の信号を読み出す。

次に、ゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ7 はオフ電圧のままとして、制御信号ｂ6 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは３行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ15をオン電圧とし、この行の信号を読み出す。

この後、ゲートドライバ２２Ａは制御信号ｂ6 はオフ電圧のままとして制御信号ｂ7 をオフ電圧とし、これと略同時にゲートドライバ２１Ａは４行目の垂直選択線５上を送られる制御信号ａ16をオン電圧とし、この行の信号を読み出す。

このように、ゲートドライバ２２Ａは各行の画素の電荷の読出し時に対応させて、制御信号ｂ6 ，ｂ7 を交互にオフ電圧とする。以上のように、動作を繰り返して１枚の画像を読み出す。

以上説明したように、本第５実施形態によれば、上述した第４実施形態と略同一の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を詳述したきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上述した実施形態では、光電変換素子としてセレンを用いる場合について述べたが、増感紙とフォトダイオードとの組合せを用いるようにしても良い。

また、第１実施形態では、コンデンサ９１，９２の容量Ｃgs，Ｃgs.subが等しい場合について述べたが、容量Ｃgs，Ｃgs.subが異なる場合は、（８）式が成り立つように、ゲートオン電圧Ｖon.sub及びゲートオフ電圧Ｖoff.subを決定する。

Ｃgs（Ｖon−Ｖoff ）＝Ｃgs.sub（Ｖon.sub−Ｖoff.sub） ・（８）
また、第１実施形態では、図１及び図１３（ａ）に示すように、調整用ＴＦＴ６１に容量６２を接続した場合について説明したが、図１３（ｂ）に示すように、調整用ＴＦＴ６１の一端を接地しても良い。図１３（ｃ）に示すように、調整用ＴＦＴ６１の一端を定電位に維持するようにしても良い。さらに、図１３（ｄ）に示すように、調整用ＴＦＴ６１の一端を開放しても良い。

但し、図１３（ｂ）に示したような調整用ＴＦＴ６１に接地を接続する方式を採用する際には、何らかの原因で調整用ＴＦＴ６１のソース・ドレイン間に電位差が生じたときに電荷の出入りがあるので、ノイズの発生に留意する。また、図１３（ｃ）に示すような調整用ＴＦＴ６１に定電位を接続する方式を採用する際には、調整用ＴＦＴ６１のソース・ドレイン間の電位差によるリーク電流の発生に留意する。また、図１３（ｄ）に示すような調整用ＴＦＴ６１の一端を開放する際には、接続しなかった側のＣgsの影響によって生じる調整用ＴＦＴのソース・ドレイン間の電位差に留意する。

また、第２実施形態では、同時に２本の垂直選択線４をオンにして、２画素を同時に読み出すような駆動を行う場合について述べたが、同時に３本以上のｎ本の垂直選択線４をオンにして、ｎ画素を同時に読み出すようにしても良い。

一般に、同時にｎ本の垂直選択線４をオンにして、ｎ画素を同時に読み出すようにする場合は、ゲートオン電圧Ｖon-sub2 とゲートオフ電圧Ｖoff.sub2との差Ｖon.sub2 −Ｖoff.sub2について、（９）式が成り立つ。

Ｖon.sub2 −Ｖoff.sub2＝ｎ（Ｖon.sub−Ｖoff.sub） ・（９）
また、第３実施形態では、同時に２本の垂直選択線をオンにして、２画素を同時に読み出すような駆動を行う場合について説明したが、ｎ本の垂直選択線を同時にオンとするような駆動を行うようにしても良い。この場合には、調整用ＴＦＴのゲートに与えるゲートオン電圧とゲートオフ電圧との差がｎ倍になるような電圧を与えるようにする。

また、第３実施形態において、コンデンサ９１，９２の容量Ｃgs，Ｃgs.subが異なる場合は、調整用ＴＦＴ６１のゲートに与えるゲートオン電圧Ｖonとゲートオフ電圧Ｖoff を調整することにより、読出用ＴＦＴ３２のスイッチングによるオフセット電圧の影響を最小にする。

また、第４実施形態では、２行の調整用ＴＦＴを交互にオン／オフさせて垂直選択線を１本ずつ選択する場合の駆動方法について述べたが、２行の調整用ＴＦＴのうち、一方の調整用ＴＦＴのゲートに接続される調整部制御線７を常にオフ状態とし、他方の調整用ＴＦＴを第１実施形態の場合と同様に駆動することによって、垂直選択線を１本ずつ選択するようにしても良い。

また、第４実施形態では、調整用ＴＦＴ６１の信号線４と反対側の端子を容量に接続する場合について述べたが、開放させるようにしても良い（図１３（ｄ）参照）。

また、第５実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、調整用ＴＦＴ６１に容量を接地する他に、接地を接続するようにしても良いし、定電位を接続しても良いし、さらに、何も接続せずに開放しても良い（図１３（ａ）〜図１３（ｄ）参照）。

第６実施形態
図１４に示すように、上述した第１〜第５実施形態では、複数の画素３及びダミー画素９のアレイは一つのセクションにデザインされていた。これに対して、第６実施形態では、複数の画素３及びダミー画素９のアレイは、複数のセクションに分かれてデザインされる。

図１５乃至図１９に示すように、２つ又は４つのセクションが形成される。検出視野の大きさによって信号を上下２方向から読み出す場合や垂直選択線５を左右２方向から駆動させる場合がある。垂直選択線５の信号が、各セクション毎に鈍り方などに違いが生じるために、各セクション毎に、調整部制御線７をそれぞれ独立に制御することが必要となる。また、１本の信号線４に対して複数の調整用制御部を持つこともある。

調整用制御線７には、通常の画素と同じようなダミー画素（調整部）９が繋がる。このダミー画素９は、信号電荷を蓄積させないことが特徴である。このダミー画素９に、信号電荷が蓄積すると、画素３のＴＦＴのオフセットを正しくキャンセルできない。このため、光電変換素子が無いか、光電変換素子が有っても、ダミー画素９のＴＦＴに接続させない構造とする。また、調整用ＴＦＴは、画素３の読み出し用ＴＦＴと同じ構造を持つ方が良く、オフセットの原因であるチャージインジェクションの発生に関与する容量、つまり、信号線４と垂直選択線５との間の容量と、信号線４と調整用制御線７との間の容量が同じになるような構造を持つ方が良い（図２０（ａ）乃至図２０（ｄ））。また、ダミー画素９の画素容量については、いくつかの場合が考えられる。画素容量を持つ場合、定電位に接続される場合、開放端とする場合などがある（図２０（ｄ））。

また、各セクションにおける、垂直選択線５の信号と調整用制御線７の信号の調整を行う必要がある。この調整には、オン／オフの切り替えるタイミングと、時定数と、振幅及び電圧値とを制御する。理想的には、垂直選択線５の信号と調整用制御線７の信号の時定数、タイミングを一致させるべきであるが、実際、これらを完全に一致させることは困難である。また、複数の垂直選択線５の信号と最低１本の調整用制御線７とで、補正を行う必要があり、垂直選択線５のばらつきを考えると、一定の調整用制御線７で、すべての垂直選択線５の信号とタイミング、時定数を一致させることは困難である。実際には、積分回路などの後段の回路で、信号が飽和しない程度に調整すれば良い。この場合、図２１に示すように、過渡状態において、積分回路の出力値ピークを持つが、このピークが、飽和に達しなければ良い。

また、調整用制御線７の信号の振幅については、同時にオンする垂直選択線５の本数や関与する容量によって異なってくる。関与する容量は、垂直選択線５と信号線４間の容量であり、これをＣgsとし、調整用制御線７と信号線４の容量をＣgs sub、垂直選択線５のオン・オフ電圧をそれぞれＶon，Ｖoff 、調整用制御線７のオン・オフ電圧をそれぞれＶon sub，Ｖoff sub 、とすると、理想的には、
（Ｖon・sub−Ｖoff・sub）×Ｃgs・sub＝（Ｖon−Ｖoff）×Ｃgs
が成り立つように、Ｖon sub，Ｖoff sub を選べば、垂直選択線４によるオフセットをキャンセルすることができる。

また、同時にＳ本（Ｓは自然数）の垂直選択線５をＯＮ状態にし、Ｔ本（Ｔは自然数）の調整用制御線７を用いて、オフセットをキャンセルする場合には、
Ｔ×（Ｖon・sub−Ｖoff・sub）×Ｃgs・sub＝Ｓ×（Ｖon−Ｖoff）×Ｃgs
が成り立つように、Ｖon sub，Ｖoff sub を選べば良い。

第７実施形態
画素３に信号が無かった場合には、積分回路の出力は０付近になる。信号電荷が一方向にしか蓄積されなくて、積分回路が正負両側に出力できる場合には、およそ半分のレンジしか使用しないことになり、ダイナミックレンジを無駄にしていることになる。そこで、信号電荷と逆極性の電荷が発生するように調整用制御線７のオン・オフ電圧をシフトし、積分回路のダイナミックレンジを最大限に利用できるようにすることができる（図２２）。

例えば、積分回路のオフセット調整を行いたい場合、シフト後のオン電圧をＶon・sub´、オフ電圧をＶoff・sub´とすれば、シフト電圧ΔＶon・off・subにしたがって、シフトする。

Ｖon・sub´−Ｖoff・sub´
＝Ｖon・sub−Ｖoff・sub＋ΔＶon・off・sub
シフト電圧ΔＶon・off・subは、積分回路のキャパシタをＣint 、オフセットさせたい電圧をΔＶとすれば、
ΔＶ×Ｃint ＝ΔＶon・off・sub×Ｃgs sub
を満たすように設定される。

第８実施形態
なお、振幅については、上記関係より決めることができるが、調整用制御線７のオン・オフの電圧値については、調整用制御用のＴＦＴが常にＯＦＦの領域（リーク電流が小さい領域：ΔＶbetter図２３中）で、動作できるようにオン電圧でも、十分小さくした方がよい。これにより、調整用制御線７に繋がるダミー画素９内部の影響を最低限に抑えることができる。

第９実施形態
実際、各垂直選択線５に繋がるＴＦＴにばらつきがあったり、垂直選択線５に信号を与えるゲートドライバにばらつきがあったり、画素から積分回路までの距離に違いがあったりする為に、単純にオン・オフを繰り返す調整用制御線７では、十分に補正しきれない場合も存在する。このような際に、調整用制御線７の電圧を各垂直選択毎に調整することにより、微妙なばらつきも補正することができる。このため、図２４，図２５に示すように、垂直選択線５毎に、調整用制御線７の駆動情報（時定数、タイミング）を保持しておく為のメモリ２６を設け、それに応じた電圧をコントロール部２５の制御で発生させることを必要とする。

なお、上述した全ての実施形態において、積分回路の出力から信号成分を抽出する為に、出力波形をサンプリングする。そのサンプリング方法として、２つの方法がある。
１つの方法は、読み出しＴＦＴのオン直前（Ｓ／Ｈ０）と読み出しＴＦＴのオフ直前（Ｓ／Ｈ１）の２個所をサンプリングし、その差を出力とする方法である。この場合、画素からの信号転送時間を十分に確保することができる一方、各読み出し用ＴＦＴによるチャージインジェクションのばらつきも信号に含まれてしまうという問題がある。

もう一つの方法は、図２６に示すように、読み出しＴＦＴのオン直前（Ｓ／Ｈ０）と、読み出しＴＦＴのオフ後（Ｓ／Ｈ２）の２個所をサンプリングし、その差を出力（信号）とする方法である。この方法の場合、画素からの信号電荷転送時間は短くなるが、読み出しＴＦＴのオン・オフ動作が含まれる為に、読み出しＴＦＴによるチャージインジェクションが自己のオン・オフによってキャンセルされ、読み出しＴＦＴ個々のばらつきがキャンセルできる。

ただし、積分回路の積分容量が小さい場合には、読み出しＴＦＴをオンにした際に飽和してしまう。そのために、前記調整用ＴＦＴを駆動することにより、チャージインジェクションによる飽和を回避することができる。つまり、一時的な飽和は、垂直選択線５によるものと調整用制御線７によるものにおいて、キャンセルし、固体差によるばらつきは、読み出しＴＦＴも調整用ＴＦＴも、それぞれオン動作、オフ動作の２つの動作を行うことにより、自己のチャージインジェクションでキャンセルすることができる。これにより、面内分布を抑えることができる。

第１０実施形態
図２７Ａ、図２７Ｂに示すように、一つのセクション内で、調整用制御線７を複数備える場合、そのうちの全数ではない調整用制御線７に点欠陥及び線欠陥が生じた際に、その制御線７を使用せずに、残りの調整用制御線７で、チャージインジェクションのキャンセルを補償する。その際、欠陥ライン分の電荷を発生させるために、使用する調整用制御線７の振幅を増幅させることにより対応する。もし、点欠陥が存在する調整用制御線７を用いた場合、点欠陥のある信号線４が正しく補正されずに欠陥ラインとして画像に現れることになる。つまり、欠陥の調整用制御線７を使用しないことにより、画像への影響を最小限に抑えることが可能となる。

調整用制御線７を用いずに、チャージインジェクションによる飽和を防ぐ方法として、積分回路の入力端に直接電荷を入力してチャージインジェクションをキャンセルする方法がある。一つの方法として、積分回路の入力端に容量の片側を接続し、容量の他端の電圧を変化させることにより、電荷を入力することができる。電圧を変化させる方法として、一定のパルス信号を与える方法がある。上記の場合と同様に、タイミングや時定数や振幅についても、画素毎に対応して変化させることにより、より正確な補正が可能となる。このような場合には、画素情報を保存しておくメモリとその情報に従って信号を発生させるドライバを必要とする。

変形例１
図２８（ａ），図２８（ｂ），図２８（ｃ）に示すように、積分回路に差動アンプを使用していた場合には、信号入力とは異なる入力端に、容量を接続しても同様の効果が得られる。

変形例２
上述した全ての放射線検出器は、放射線診断装置、例えばＸ線診断装置に適用可能である。図２９には、放射線検出器を適用したＸ線診断装置の構成を示している。Ｘ線を発生するためのＸ線発生源３０３に対して、被検体を載置する寝台３０２を挟んで、放射線検出器３０１を配置する。Ｘ線発生源３０３及び放射線検出器３０１は、被検体に対するアングルを任意に変えることができるように、Ｃアーム形スタンド３１０に保持されている。このアングルの制御は、システムコントロール部３０４により行われる。システムコントロール部３０４には入力デバイス３０９が接続される。入力デバイス３０９からは、透視／撮影選択指令が入力される。システムコントロール部３０４は、入力された透視／撮影選択指令に従って、Ｘ線の照射条件及び検出器３０１の画像収集条件を制御する。ディスプレイ３０７は、放射線検出器３０１で収集された画像、画像処理部３０６で処理された画像を表示するために設けられている。また、画像記録部３０８は、放射線検出器３０１で収集された画像、画像処理部３０６で処理された画像を記録するために設けられている。

システムコントロール部３０４は、Ｘ線発生源３０３からのＸ線発生シーケンスと、放射線検出器３０１の画像収集シーケンスとの同期をとるための制御信号を、Ｘ線発生源３０３と放射線検出器３０１とに供給する。また、システムコントロール部３０４は、システムコントロール部３０４に接続された入力デバイス３０９から入力される透視／撮影選択指令に従って、駆動速度と解像度との関係を選択し、それに応じて放射線検出器３０１に対して同時にオンする垂直選択線５の本数及び同時にオンする制御線７の本数、垂直選択線５の駆動電圧及び制御線７の駆動電圧を設定するための制御信号を放射線検出器３０１のコントローラ２２に供給する。なお、入力デバイス３０９から、同時にオンする垂直選択線５の本数及び同時にオンする制御線７の本数、垂直選択線５の駆動電圧及び制御線７の駆動電圧が直接的に入力されるようになっていてもよい。これら制御信号は、電圧及び駆動本数を直接的に決定する信号であっても、検出器３０１の透視／撮影の駆動モードを選択することで電圧及び駆動本数を間接的に決定する信号であってもよい。なお、間接的な制御信号は、検出器３０１の内部にあるコントロール部２２で直接的な信号に変換される。

これにより検出器３０１に対して各種駆動モード毎に最適なオフセットキャンセルを機能させることができ、術者の望む画像を収集することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。

１…Ｘ線検出部、２…読出回路部、３…画素、４…信号線、５…垂直選択線、６…調整部、７…制御線、９…ダミー画素、１…ゲートドライバ、２２…ゲートドライバ、２３…積分回路、２４…マルチプレクサ、２５…コントロール部。

Claims (16)

1. 入射した放射線を電荷に変換する電荷変換手段と、
   前記変換された電荷を蓄積するキャパシタと、
   前記キャパシタに蓄積された電荷を信号線に読み出す読出用スイッチング素子と、
   前記信号線に接続され、前記読出用スイッチング素子とともに同一基板上に形成される調整用スイッチング素子と、
   前記読出用スイッチング素子を介して前記信号線に読み出された電荷を積分する積分回路と、
   前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子とを駆動するドライバとを備え、
   前記ドライバは、前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子とを逆相で動作させることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記調整手段は、前記電荷読出手段と前記積分回路との間に設けられることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子とはそれぞれ薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
4. 前記調整用スイッチング素子がオフ状態にある期間を含む期間以外に、前記積分回路にリセット信号を供給するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
5. 前記調整用スイッチング素子の前記積分回路と反対側は信号電荷が蓄積されない構造になっていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
6. 前記調整用スイッチング素子の前記積分回路と反対側の端子には容量性素子が接続されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
7. 前記キャパシタを前記積分回路に接続するための信号線と前記調整用スイッチング素子の開閉ための制御線との間の容量は、前記信号線と前記読出用スイッチング素子の開閉ための垂直選択線との間の容量に対して、略等価であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
8. 前記読出用スイッチング素子が複数の信号線にそれぞれ接続され、前記信号線各々に対して前記調整用スイッチング素子が少なくとも１つずつ設けられ、前記調整用スイッチング素子は少なくとも１本の制御線に共通接続されることを特徴とする請求項１載の放射線検出器。
9. 前記読出用スイッチング素子が複数の信号線にそれぞれ接続され、前記信号線各々に対して前記調整用スイッチング素子が所定数（２以上）ずつ共通接続されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
10. 前記垂直選択線及び前記制御線各々の電圧印加タイミング及び／又は過渡特性を個別に調整するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の放射線検出器。
11. 前記制御線各々の電圧印加タイミングを、前記垂直選択線各々の電圧印加タイミング及び／又は過渡特性に応じて変えるコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の放射線検出器。
12. 前記読出用スイッチング素子と前記調整用スイッチング素子のオン電圧とオフ電圧を、素子毎に設定するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
13. 前記制御線の印加電圧を前記垂直選択線各々に応じて変えるコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の放射線検出器。
14. 前記制御線の印加電圧を、前記調整用スイッチング素子がオフ状態にある電圧範囲内から選択するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
15. 前記読出用スイッチング素子のオン電圧とオフ電圧との差と、対応する信号線と垂直選択線との間に形成される容量との積が、前記調整用スイッチング素子のオン電圧とオフ電圧との差と、対応する信号線と制御線との間に形成される容量との積に略等価になるように、前記読出用スイッチング素子のオン電圧及びオフ電圧と、同時駆動する制御線の本数とを制御するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
16. 前記信号線と前記垂直選択線との間に形成される容量と、前記信号線と前記制御線との間に形成される容量とが略同一であり、
    前記読出用スイッチング素子及び前記調整用スイッチング素子をオン／オフする際に、前記読出用スイッチング素子のオン電圧とオフ電圧との差と、同時に電圧印加する垂直選択線の本数との積が、前記調整用スイッチング素子のオン電圧とオフ電圧との差と、同時に電圧印加する制御線の本数との積に対して、略等価になるように、前記読出用スイッチング素子のオン電圧及びオフ電圧と、前記調整用スイッチング素子のオン電圧及びオフ電圧とを制御するコントロール部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。

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