JP2012047516A - 放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素内の素子特性変動に起因した情報読み取り性能の低下を効果的に抑えることが可能な放射線撮像装置を提供する。
【解決手段】補正部１８は、複数の画素２０におけるソースフォロワ回路の入出力特性を測定して得られる測定データＤｍと、この入出力特性についての初期データＤorgとを比較する。そして、その比較結果を用いて、入射した放射線に応じて発生した電気信号からなる信号データ（入力データＤin）に対する補正処理を行う。放射線の照射に起因して画素２０内のトランジスタの特性変動が生じたとしても、そのような特性変動に応じたソースフォロワ回路の入出力特性変動が抑えられる。また、補正部１８は、このような補正処理を画素２０単位で個別に行う。例えば撮像部１１内での部分的（局所的）な入出力特性変動にも対応することができ、ソースフォロワ回路の入出力特性変動がより精度良く抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、α線，β線，γ線，Ｘ線に代表される放射線を波長変換して、放射線に基づく情報を読み取る放射線撮像装置に関する。

放射線撮像装置（放射線読取装置）では、光電変換部（光電変換素子）において光電変換された入力情報に基づく電荷を信号電圧に変換することにより、放射線（例えば、α線，β線，γ線，Ｘ線等）に基づく情報の読み取り（撮像）が行われる。

ところで、画素を複数個並べて配置して撮像部を構成する場合、画素から信号を読み出すための信号線の配線長が画素数に応じて長くなるため、大きな寄生容量が形成されることがある。その場合、この大きな寄生容量に起因して、信号線から読み出される出力電圧が大幅に低下してしまうことになる。

また、このような状況下において、動画読取りを行なうためには、例えば１秒当たり３０枚程度以上の画像読取りを行うことが可能な感度と動作の高速性が要求される。特に、医療におけるＸ線診断を含む非破壊検査などでは、照射するＸ線の線量をできるだけ少なくしたいという要求もあるため、更なる高感度化が要望されている。

そこで、従来の放射線撮像装置では、信号電荷に応じた信号電圧を信号線に読み出すソースフォロワ（Source Follower）回路が画素ごとに設けられた構成となっている（例えば、特許文献１参照）。このソースフォロワ回路によれば、信号線に形成される容量が大きな場合であっても、高速な信号読み出しが可能となる。

特開平１１−３０７７５６号公報 特開２００７−２８２６８４号公報

ところで、この種のソースフォロワ回路を備えた放射線撮像装置では、各画素には、ソースフォロワ回路を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Field Effect Transistor）と、光電変換素子としてのＰＩＮ型のフォトダイオードとが設けられている。これらのうちの電界効果トランジスタは、半導体層（チャネル層）が微結晶シリコンや多結晶シリコンにより構成されている。

ところが、そのような放射線撮像装置では、測定対象のＸ線などの照射により、電界効果トランジスタの半導体層およびその半導体層とゲート絶縁膜や層間絶縁膜との界面近傍に、結晶欠陥が生じたり、ゲート絶縁膜中に電荷が注入されてしまうという問題があった。このような結晶欠陥や絶縁膜中への電荷注入が発生すると、トランジスタの閾値が変動（シフト）したり移動度が劣化したりする結果、トランジスタの動作点が変動し、それに応じてソースフォロワ回路の入出力特性も変化（変動）してしまう。その結果、この場合には放射線撮像装置において、入射エネルギーに対応した正確な放射線の光電変換（撮像）を行うことができなくなる（情報読み取り性能の低下が生じる）という問題があった。

そこで、例えば特許文献２には、そのような放射線の照射に起因した画素内のソースフォロワ回路の入出力特性変動を抑えることを目的として、画素内の光電変換素子およびソースフォロワ回路の電源電圧を調整するようにした手法が提案されている。

しかしながら、この特許文献２の手法では、そのような電源電圧の調整は必然的に全画素に共通して行われることから、全画素に対して同一（一括）の補正処理しか実行できない。そのため、例えば撮像部内での部分的（局所的）な入出力特性変動には対応することができず、より効果的な対策手法の提案が望まれていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、画素内の素子特性変動に起因した情報読み取り性能の低下を効果的に抑えることが可能な放射線撮像装置を提供することにある。

本発明の放射線撮像装置は、各々が、光電変換素子と、所定の増幅回路を構成するトランジスタとを含む複数の画素を有し、入射した放射線に応じて電気信号を発生する撮像部と、この撮像部において得られた電気信号からなる信号データに対して、所定の補正処理を行う補正部とを備えたものである。上記補正部は、複数の画素における増幅回路の入出力特性を測定して得られる測定データと、この入出力特性についての初期データとを比較し、その比較結果を用いて上記補正処理を画素単位で個別に行う。

本発明の放射線撮像装置では、撮像部における各画素において、入射した放射線に応じて電気信号が発生し、信号データが得られる。また、複数の画素における増幅回路の入出力特性を測定して得られる測定データと、この入出力特性についての初期データとが比較され、その比較結果を用いて、信号データに対する補正処理が行われる。これにより、放射線の照射に起因して画素内のトランジスタの特性変動が生じたとしても、そのような特性変動（素子特性変動）に応じた画素内の増幅回路の入出力特性変動が抑えられる。また、このような補正処理が画素単位で個別に行われることにより、例えば撮像部内での部分的（局所的）な入出力特性変動にも対応することができ、増幅回路の入出力特性変動がより精度良く抑えられる。

本発明の放射線撮像装置によれば、複数の画素における増幅回路の入出力特性を測定して得られる測定データと、この入出力特性についての初期データとを比較すると共に、その比較結果を用いて、入射した放射線に応じて発生した電気信号からなる信号データに対する補正処理を画素単位で個別に行うようにしたので、画素内の素子特性変動に応じた増幅回路の入出力特性変動を精度良く抑えることができる。よって、例えば画素間での放射線の読み取りむら等を低減することができ、画素内の素子特性変動に起因した情報読み取り性能の低下を効果的に抑えることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置の全体構成例を表すブロック図である。 図１に示した撮像部の概略構成図である。 図１に示した画素の詳細構成例を列選択部と共に表す回路図である。 図１に示した列選択部の詳細構成を表す図である。 放射線照射によるトランジスタの動作点のマイナスシフトについて説明するための特性図である。 放射線照射によるトランジスタの動作点のプラスシフトについて説明するための特性図である。 実施の形態に係る信号データの補正方法の一例を表す流れ図である。 初期データおよび測定データの第１の取得方法を表すタイミング波形図である。 初期データおよび測定データの第２の取得方法を表すタイミング波形図である。 初期データおよび測定データの第３の取得方法を表すタイミング波形図である。 図５および図６に示したトランジスタの動作点シフトによるソースフォロワ回路の入出力特性の変動について説明するための特性図である。 信号データのオフセット補正の一例を表す特性図である。 信号データのオフセット補正およびゲイン補正の一例を表す特性図である。 信号データのオフセット補正、ゲイン補正および線形補正の一例を表す特性図である。 変形例に係る画素構成例を表す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（初期データおよび測定データを用いた信号データの補正方法の例）
２．変形例（他の画素回路構成例など）

＜実施の形態＞
［放射線撮像装置１の構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１）の全体のブロック構成を表すものである。放射線撮像装置１は、α線，β線，γ線，Ｘ線に代表される放射線を波長変換して、放射線に基づく情報を読み取る（撮像する）ものである。この放射線撮像装置１は、撮像部１１、電圧生成部１２、行走査部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、列走査部１５、システム制御部１６および補正部１８を備えている。

（撮像部１１）
撮像部１１は、例えばガラス等の絶縁材料からなる基板上に設けられた撮像領域であり、入射した放射線に応じて電気信号を発生するようになっている。この撮像部１１には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換部（後述する光電変換素子２１）を有する画素（撮像画素，単位画素）２０が、行列状（マトリクス状）に２次元配置されている。なお、この画素２０の詳細構成については後述する（図３）。

図２は、この撮像部１１の概略構成例を表したものである。撮像部１１では、上記した画素２０が行列状に配置されてなる光電変換層１１１上（撮像部１１の受光側）に、波長変換層１１２が設けられている。

波長変換層１１２は、放射線Ｒrad（α線，β線，γ線，Ｘ線等）を光電変換層１１１の感度域に波長変換するものであり、これにより光電変換層１１１では、この放射線Ｒradに基づく情報を読み取ることが可能となっている。この波長変換層１１２は、例えばＸ線などの放射線を可視光に変換する蛍光体（例えば、シンチレータ）からなる。このような波長変換層１１２は、例えば後述する光電変換素子２１の上部に、有機平坦化膜、スピンオングラス材料等からなる平坦化膜を形成し、その上部に蛍光体膜をＣｓＩ、ＮａＩ、ＣａＦ₂等によって形成することにより得られる。

図３は、上記した画素２０の回路構成例を、後述するＡ／Ｄ変換部１４内の列選択部１７の一部と共に表わしたものである。画素２０には、１つの光電変換素子２１と、３つのトランジスタ２２，２３，２４とが設けられている。この画素２０にはまた、行方向（水平方向）に沿って延在するリセット制御線Ｌrstおよび読み出し制御線Ｌreadと、列方向（垂直方向）に沿って延在する信号線Ｌsigとが接続されている。

光電変換素子２１は、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）型のフォトダイオードからなり、入射光の光量に応じた電荷量の信号電荷を発生するようになっている。なお、この光電変換素子２１のカソードは、蓄積ノードＮに接続されている。

トランジスタ２２は、リセット制御線Ｌrstから供給されるリセット信号に応じてオン状態となることにより、上記した蓄積ノードＮの電位を所定のリセット電圧Ｖrstにリセット（初期化）するトランジスタ（リセットトランジスタ）である。すなわち、このリセット電圧Ｖrstは、光電変換素子２１からの入力電圧Ｖinをリセットする際に用いられる電圧である。トランジスタ２３は、光電変換素子２１で発生した信号電荷（入力電圧Ｖin）をゲートで受け、この信号電荷に応じた信号電圧を出力するためのトランジスタである。トランジスタ２４は、読み出し制御線Ｌreadから供給される行走査信号に応じてオン状態となることにより、トランジスタ２３から出力される信号（信号電圧Ｖsig（出力電圧Ｖout））を信号線Ｌsigへ出力するトランジスタである。

これらのトランジスタ２２，２３，２４はそれぞれ、例えばＮチャネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されている。ただし、これらのトランジスタ２２，２３，２４における導電型の組み合わせは一例に過ぎず、上記した組み合わせに限られるものではない。これらのトランジスタ２２，２３，２４はまた、例えば、微結晶シリコンまたは多結晶シリコン等のシリコン系半導体を用いて構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物半導体を用いて構成してもよい。微結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）および酸化物半導体は、アモルファスシリコンに比べて移動度μが高いため、特にトランジスタ２３による信号の高速読み出しが可能になる。

この画素２０では、トランジスタ２２のゲートがリセット制御線Ｌrstに接続され、ソースがリセット電圧Ｖrstとなるように接続され、ドレインが、光電変換素子２１のカソードおよびトランジスタ２３のゲート（蓄積ノードＮ）に接続されている。光電変換素子２１のアノードは、グランド（接地）に接続されている。トランジスタ２３のソースは電源ＶＤＤに接続され（電源電圧ＳＶＤＤとなるように接続され）、ドレインはトランジスタ２４のドレインに接続されている。トランジスタ２４のゲートは読み出し制御線Ｌreadに接続され、ソースは信号線Ｌsigに接続されている。なお、この信号線Ｌsigの一端には、後述する列選択部１７内の定電流源１７１が接続されている。

ここで、トランジスタ２３，２４および定電流源１４１により、ソースフォロワ回路（増幅回路）が構成されている。すなわち、これらのトランジスタ２３，２４は、本発明における「トランジスタ」の一具体例に対応している。このソースフォロワ回路は、所定のインピーダンス変換を行う回路であり、出力電圧Ｖoutとしての信号電圧Ｖsigを信号線Ｌsigへ出力するようになっている。言い換えると、このソースフォロア回路は、電荷を電圧に変換する回路である。ここで、ソースフォロワ回路では入力インピーダンスが高いため、センサのように微小な蓄積容量に蓄えられた電荷を電圧に変換することが可能となる。一方、出力インピーダンスは低いため、出力側に接続されている大きい負荷を駆動することができる。このようなソースフォロワ回路により、信号線Ｌsigに形成される容量が大きな場合であっても、高速の信号読み出しが可能となっている。

図１に示した電圧生成部１２は、上記した電源ＶＤＤの電圧（電源電圧ＳＶＤＤ）やリセット電圧Ｖrst等の電圧を生成し、撮像部１１内の各画素２０へ供給するものである。ここで、この電圧生成部１２は、後述する初期データＤorgおよび測定データＤｍの取得の際には、リセット電圧Ｖrstの値を、蓄積ノードＮが撮像中に取り得る電圧範囲内（例えば、０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの範囲内）で段階的に変化させるようになっている。なお、初期データＤorgおよび測定データＤｍを取得する際のリセット電圧Ｖrstの段階的変化の手法の詳細については、後述する（図７〜図９）。

行走査部１３は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されており、撮像部１１内の各画素２０を例えば行単位で駆動する画素駆動部である。このような行単位での駆動は、上記したリセット制御線Ｌrstおよび読み出し制御線Ｌreadを介して、上記したリセット信号および行走査信号をそれぞれ供給することによりなされる。

Ａ／Ｄ変換部１４は、図１に示したように、複数（ここでは４つ）の信号線Ｌsigごとに１つ設けられた複数の列選択部１７を有しており、信号線Ｌsigを介して入力した信号電圧Ｖsigに基づいてＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）を行うものである。これにより、デジタル信号からなるデータ（後述する入力データＤinおよび測定データＤｍ）が生成され、補正部１８へ供給されるようになっている。

各列選択部１７は、例えば図３および図４に示したように、定電流源１７１、アンプ１７２、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１７３、水平選択スイッチ１７４およびＡ／Ｄコンバータ１７５を有している。これらのうち、定電流源１７１、アンプ１７２、Ｓ／Ｈ回路１７３および水平選択スイッチ１７４はそれぞれ、図４に示したように、信号線Ｌsigごとに１つずつ設けられている。一方、Ａ／Ｄコンバータ１７５は、列選択部１７全体として１つ設けられている。定電流源１７１は、図３に示したように、信号線Ｌsigの一端と負電源ＶＳＳとの間に配置されている。アンプ１７２は、一方の入力端子が信号線Ｌsigの一端に接続され、他方の入力端子が出力端子に接続されている。すなわち、このアンプ１７２を用いてボルテージフォロワ回路が形成されている。Ｓ／Ｈ回路１７３は、アンプ１７２と水平選択スイッチ１７４との間に配置されており、アンプ１７２からの出力電圧を一時的に保持しておくための回路である。水平選択スイッチ１７４は、列走査部１５による走査駆動に従って、各Ｓ／Ｈ回路１７３とＡ／Ｄコンバータ１７５との間を接続または遮断するためのスイッチである。Ａ／Ｄコンバータ１７５は、水平選択スイッチ１７４を介して入力されたＳ／Ｈ回路１７３からの出力電圧に対してＡ／Ｄ変換を行うことにより、上記した入力データＤinまたは測定データを生成して出力するものである。

列走査部１５は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されており、上記した列選択部１７内の各水平選択スイッチ１７４を走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１５による選択走査により、信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素２０の信号（上記した入力データＤinまたは測定データＤｍ）が順番に出力され、補正部１８へ伝送されるようになっている。

システム制御部１６は、上記した行走査部１３、Ａ／Ｄ変換部１４および列走査部１５の動作を制御するものである。具体的には、このシステム制御部１６は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有しており、このタイミングジェネレータにおいて生成される各種のタイミング信号を基に、行走査部１３、Ａ／Ｄ変換部１４および列走査部１５の駆動制御を行う。

（補正部１８）
補正部１８は、Ａ／Ｄ変換部１４から供給される入力データ（補正前データ）Ｄinに対して所定の補正処理（補正動作）を行うことにより、出力データ（補正後データ）Ｄoutを生成し出力するものである。具体的には、以下説明する測定データＤｍおよび初期データＤorgを比較すると共に、その比較結果を用いて、上記補正処理を画素２０単位で個別に行うようになっている。この補正部１８は、初期データ保持部１８０、測定データ保持部１８１、判断部１８２、補正用データ生成部１８３、オフセット補正部１８４およびゲイン・線形補正部１８５を有している。

測定データ保持部１８１は、Ａ／Ｄ変換部１４から供給される測定データＤｍを保持（記憶）しておく部分（メモリ）である。この測定データＤｍは、詳細は後述するが、各画素２０におけるソースフォロワ回路の入出力特性を測定して得られるデータである。

初期データ保持部１８０は、上記した各画素２０におけるソースフォロワ回路の入出力特性についての初期データ（オリジナルデータ，参照データ）Ｄorgを、予め保持（記憶）しておく部分（メモリ）である。

判断部１８２は、測定データ保持部１８１に保持されている測定データＤｍと、初期データ保持部１８０に保持されている初期データＤorgとを比較し、その比較結果に基づいて、下記の各種の補正処理を実行するのか否かを判断するものである。

補正用データ生成部１８３は、判断部１８２における比較結果および判断結果（補正処理を実行するのか否かの判断結果）に基づいて、下記の各種の補正処理用のデータ（補正用データ）を画素２０単位で生成するものである。具体的には、オフセット補正部１８４においてオフセット補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性のオフセット量を、画素２０単位で求める。また、ゲイン・線形補正部１８５においてゲイン補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性のゲイン誤差を、画素２０単位で求める。同様に、ゲイン・線形補正部１８５において線形補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性の線形誤差を、画素２０単位で求める。なお、このようなオフセット量やゲイン誤差、線形誤差の詳細については後述する。

オフセット補正部１８４は、判断部１８２においてオフセット補正を実行すべきと判断された場合に、補正用データ生成部１８３により生成されたオフセット量を用いて、入力データＤinに対して所定のオフセット補正を画素２０単位で個別に行うものである。これにより、そのようなオフセット補正後の信号データＤ１が生成されるようになっている。なお、このオフセット補正の詳細については後述する。

ゲイン・線形補正部１８５は、判断部１８２においてゲイン補正を実行すべきと判断された場合に、補正用データ生成部１８３により生成されたゲイン誤差を用いて、信号データＤ１に対して所定のゲイン補正を画素２０単位で個別に行うものである。また、このゲイン・線形補正部１８５は、判断部１８２において線形補正を実行すべきと判断された場合に、補正用データ生成部１８３により生成された線形誤差を用いて、信号データＤ１に対して所定の線形補正（リニアリティ補正）を画素２０単位で個別に行う。この際、ゲイン補正および線形補正の実行順序については、どちらが先であってもよい。なお、これらのゲイン補正および線形補正の詳細については後述する。

［放射線撮像装置１の作用・効果］
（１．基本動作）
本実施の形態の放射線撮像装置１では、図２に示したように放射線Ｒradが入射すると、この放射線Ｒradは波長変換層１１２において可視光に変換される。光電変換層１１１（図３に示した各画素２０内の光電変換素子２１）では、この可視光が信号電荷に変換（光電変換）される。この光電変換によって発生した電荷により、蓄積ノードＮでは蓄積ノード容量に応じた電圧変化が生じる。具体的には、蓄積ノード容量をＣｓ、発生した電荷をｑとすると、蓄積ノードＮでは（ｑ／Ｃｓ）の分だけ電圧が低下する。このような電圧変化に応じて、ソースフォロワ回路を構成するトランジスタ２３のゲートには、このソースフォロワ回路への入力電圧Ｖin（光電変換素子２１で発生した信号電荷）が印加される。

ソースフォロワ回路では、トランジスタ２３が、上記した信号電荷に応じた信号電圧を出力する。このトランジスタ２３から出力される信号は、読み出し制御線Ｌreadから供給される行走査信号に応じてトランジスタ２４がオン状態になると、信号電圧Ｖsig（ソースフォロワ回路からの出力電圧Ｖout）として信号線Ｌsigへ出力される（読み出される）。

このようにして読み出された信号（信号電圧Ｖsig）は、信号線Ｌsigを介して複数（ここでは４つ）の画素列ごとに、Ａ／Ｄ変換部１４内の列選択部１７へ入力される。列選択部１７では、各信号線Ｌsigを介して入力される信号電圧ＶsigごとにＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号からなるデータ（入力データＤinおよび測定データＤｍ）を生成する。このようにして、各列選択部１７から入力データＤinまたは測定データＤｍが順番に出力され、補正部１８へ伝送される。

（２．放射線照射によるトランジスタの動作点シフトについて）
このようにして、放射線撮像装置１において放射線Ｒradに基づく情報の読み取り（撮像）が行われるが、この放射線Ｒradの照射によって、各画素２０内の素子に結晶欠陥が発生する。具体的には、各画素２０内のトランジスタ（例えばトランジスタ２３）の半導体層およびその半導体層とゲート絶縁膜や層間絶縁膜との界面近傍に、結晶欠陥が生じたり、ゲート絶縁膜中に電荷が注入されてしまう。このような結晶欠陥や絶縁膜中への電荷注入が発生すると、トランジスタ２３等の閾値（Ｖt）が変動したり移動度μが劣化したりする結果、トランジスタ２３等の動作点が変動（シフト）すると共に、トランジスタ２３等の特性にばらつき（画素２０間でのばらつき）が生じてしまう。

具体的には、例えば図５（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示したように、放射線Ｒradの照射による格子欠陥の発生に起因して、トランジスタ２３等の閾値（Ｖt）が変動し、その結果、トランジスタ２３等の動作点がマイナス側にシフトしてしまう（図中の矢印参照）。具体的には、まず、図５（Ａ）（ソース−ゲート間電圧Ｖgsとソース−ドレイン間電流Ｉdsとの関係を示す特性）に示したように、前述した初期データＤorgよりも現在の測定データＤｍのほうが、トランジスタ２３等の動作点がマイナス側にシフトしている。そして、これにより図５（Ｂ）（ソース−ドレイン間電圧ＶdsとＩdsとの関係を示した特性）に示したように、初期データＤorgよりも現在の測定データＤｍのほうが、トランジスタ２３等に流れる電流（Ｉds）が増加している。

また、例えば図６（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示したように、放射線Ｒradの照射による格子欠陥の発生に起因して、トランジスタ２３等の移動度（μ）が劣化し、その結果、トランジスタ２３等の動作点がプラス側にシフトしてしまう（図中の矢印参照）。具体的には、まず、図６（Ａ）（ＶgsとＩdsとの関係を示す特性）に示したように、初期データＤorgよりも現在の測定データＤｍのほうが、トランジスタ２３等の動作点がプラス側にシフトしている。そして、これにより図６（Ｂ）（ＶdsとＩdsとの関係を示した特性）に示したように、初期データＤorgよりも現在の測定データＤｍのほうが、トランジスタ２３等に流れる電流（Ｉds）が減少している。

このように、トランジスタ２３等の特性（動作点）が変動すると、それに応じてソースフォロワ回路の入出力特性も変化（変動）してしまう。その場合、そのままでは、入射エネルギーに対応した正確な放射線の光電変換（撮像）を行うことができなくなる（情報読み取り性能の低下が生じる）。

（３．信号データの補正処理）
そこで本実施の形態では、補正部１８において、入力データＤinに対して所定の補正処理（補正動作）を行い、補正後のデータである出力データＤoutを生成する。以下、この補正部１８による信号データＤinの補正処理について、詳細に説明する。

図７は、補正部１８による入力データＤinの補正方法の一例を流れ図で表わしたものである。

（３−１．初期データおよび測定データの取得・保持）
まず、ソースフォロワ回路の入出力特性についての初期データＤorgを予め取得する（ステップＳ１０１）と共に、取得した初期データＤorgを、初期データ保持部１８０に予め保持しておく（ステップＳ１０２）。なお、このような初期データＤorgの取得は、例えば製品（放射線撮像装置１）の出荷時などに予め行っておくようにする。

次に、ソースフォロワ回路の入出力特性についての現時点での測定データＤｍを適宜（随時）取得する（ステップＳ１０３）と共に、取得した測定データＤｍを、測定データ保持部１８１に適宜（随時）保持するようにする（ステップＳ１０４）。なお、このような測定データＤｍの取得は、例えば、撮像部１１に対して放射線Ｒradが入射されていない期間（照射されていない期間）内に行うことが望ましい。これにより、暗電流の測定（モニタリング）を行うことが可能となるからである。

ここで、このような初期データＤorgおよび測定データＤｍの取得の際には、電圧設定部１２によってリセット電圧Ｖrstの値を、蓄積ノードＮが撮像中に取り得る電圧範囲内（例えば、０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの範囲内）で段階的に変化させる。そして、このようにリセット電圧Ｖrstを段階的に変化させつつ、ソースフォロワ回路からの出力電圧Ｖout（信号電圧Ｖsig）を測定することにより、ソースフォロワ回路の入出力特性を取得する。このような初期データＤorgおよび測定データＤｍの取得手法としては、例えば以下説明する３つの手法が挙げられる。

図８は、第１の手法をタイミング波形図で表わしたものである。この図８において、（Ａ），（Ｃ）は、撮像部１１内の第１，第２行（水平ライン）におけるリセット制御線Ｌrst１，Ｌrst２の電圧波形を、（Ｂ），（Ｄ）は、第１，第２行における読み出し制御線Ｌread１，Ｌread２の電圧波形を、それぞれ示している。また、（Ｅ），（Ｆ）は、リセット電圧Ｖrstおよび信号電圧Ｖsig（出力電圧Ｖout）の電圧波形をそれぞれ示している。なお、図中に示した閾値電圧Ｖｔは、ソースフォロワ回路における閾値電圧を表しており、以下同様である。

この第１の手法では、１水平期間ΔＴｈ内において、リセット電圧Ｖrstの値を段階的に変化させている。具体的には、ここでは０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの範囲内において、６段階に変化させている。なお、後述する線形補正を行う場合には、このようなリセット電圧Ｖrstを３段階以上に設定する（０Ｖと電源電圧ＳＶＤＤとの間の電圧にも設定する）のが望ましいが、線形補正を行わない場合には、０Ｖおよび電源電圧ＳＶＤＤの２段階の設定のみとしてもよい。この点については、以下の第２，第３の手法においても同様である。

図９は、第２の手法をタイミング波形図で表わしたものである。この図９において、（Ａ），（Ｃ）は、撮像部１１内の第Ｎ（Ｎ；２以上の整数），第１行におけるリセット制御線ＬrstＮ，Ｌrst１の電圧波形を、（Ｂ），（Ｄ）は、第Ｎ，第１行における読み出し制御線ＬreadＮ，Ｌread１の電圧波形を、それぞれ示している。また、（Ｅ），（Ｆ）は、リセット電圧Ｖrstおよび信号電圧Ｖsig（出力電圧Ｖout）の電圧波形をそれぞれ示している。

この第２の手法では、上記した第１の手法とは異なり、１垂直期間ΔＴｖ内において、リセット電圧Ｖrstの値を段階的に変化させている。具体的には、ここでは０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの範囲内において、１水平期間ΔＴｈごとに変化させることにより、（Ｎ＋１）段階に変化させている。このように、リセット電圧Ｖrstの値の段階的変化は、例えば１水平期間ΔＴｈ内で行ってもよく、あるいは、１垂直期間ΔＴｖ内で行うようにしてもよい。

図１０は、第３の手法をタイミング波形図で表わしたものである。この図１０において、（Ａ），（Ｃ）は、撮像部１１内の第Ｎ，第１行におけるリセット制御線ＬrstＮ，Ｌrst１の電圧波形を、（Ｂ），（Ｄ）は、第Ｎ，第１行における読み出し制御線ＬreadＮ，Ｌread１の電圧波形を、それぞれ示している。また、（Ｅ），（Ｆ）は、リセット電圧Ｖrstおよび信号電圧Ｖsig（出力電圧Ｖout）の電圧波形をそれぞれ示している。

この第３の手法では、上記した第２の手法と同様に、１垂直期間ΔＴｖ内において、リセット電圧Ｖrstの値を段階的に変化させている。具体的には、ここでは０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの範囲内において、１水平期間ΔＴｈごとに変化させることにより、（Ｎ＋１）段階に変化させている。ただし、この第３の手法では第２の手法とは異なり、リセット電圧Ｖrstの印加期間終了後の所定の露光期間Ｔexの経過後において、信号電圧Ｖsig（出力電圧Ｖout）を測定している。すなわち、第２の手法では、リセット電圧Ｖrstの印加期間と出力電圧Ｖoutの読み出し期間とが一致しているのに対し、第３の手法では、リセット電圧Ｖrstの印加期間と出力電圧Ｖoutの読み出し期間との間に、十分な長さの露光期間Ｔexを設けている。これにより第３の手法では、露光期間Ｔexにおいて、ソースフォロワ回路の入出力特性に加えて暗電流をも測定することが可能となるため、より高精度な補正処理が実現される。なお、これに対して第２の手法では、上記したようにリセット電圧Ｖrstの印加期間と出力電圧Ｖoutの読み出し期間とが一致しているため、暗電流の測定を行うことができないことになる。

（３−２．初期データおよび測定データの比較・補正用データの生成）
続いて、補正部１８内の判断部１８２は、測定データ保持部１８１に保持されている測定データＤｍと、初期データ保持部１８０に保持されている初期データＤorgとを比較する（ステップＳ１０５）。そして、判断部１８２はその比較結果に基づいて、以下説明する各種の補正処理（オフセット補正、ゲイン補正および線形補正）を実行するのか否かを判断する。

具体的には、例えば図１１（Ａ），（Ｂ）に示したソースフォロワ回路の入出力特性（入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutとの関係を示す特性）のように、トランジスタ２３等の動作点がシフトしている場合を例に挙げると、以下のようにして判断する。ここで、図１１（Ａ）は、トランジスタ２３等の動作点がマイナス方向にシフトしている場合を、図１１（Ｂ）は、トランジスタ２３等の動作点がプラス方向にシフトしている場合を、それぞれ表わしている（図中の矢印参照）。なお、これらの図において、閾値電圧Ｖｔ，Ｖｔ’はそれぞれ、初期データＤorg，測定データＤｍの取得時におけるソースフォロワ回路の閾値電圧を表している。また、入力電圧Ｖin＝Ｖａ〜Ｖｂの電圧範囲は、補正電圧範囲の一例を表している。このように、通常は０Ｖ〜電源電圧ＳＶＤＤの全電圧範囲を使用することは稀であると考えられることから、補正電圧範囲は任意の電圧範囲に設定することが可能である。

このとき、判断部１８２は、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性のオフセット量が存在している場合には、オフセット補正部１８４においてオフセット補正を実行すべきと判断する。ただし、通常は、少なくともこのオフセット量は存在するため、少なくともオフセット補正は実行すべきと判断することになる。このオフセット量とは、具体的には、例えば初期データＤorg，測定データＤｍの取得時におけるソースフォロワ回路の閾値電圧Ｖｔ，Ｖｔ’の差分値（｜Ｖｔ’−Ｖｔ｜）に相当するものである。

また、判断部１８２は、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性のゲイン誤差が存在している場合には、ゲイン・線形補正部１８５においてゲイン補正を実行すべきと判断する。この入出力特性のゲイン（Ｇａｉｎ）とは、出力電圧Ｖoutと入力電圧Ｖinとの比（Ｇａｉｎ＝Ｖout／Ｖin）により規定されるものである。したがって、測定データＤｍと初期データＤorgとにおける（Ｖout／Ｖin）の値の誤差が、ここでいうゲイン誤差に対応している。

更に、判断部１８２は、測定データＤｍと初期データＤorgとの間での入出力特性の線形誤差が存在している場合には、ゲイン・線形補正部１８５において線形補正を実行すべきと判断する。ここで、初期データＤorgでの入出力特性は線形性を示す（特性線が直線となる）ものと仮定すると、この初期データＤorgの入出力特性での線形性に対する測定データＤｍの入出力特性でのずれ（誤差）が、ここでいう線形誤差に対応している。

次に、補正用データ生成部１８３は、上記したような、判断部１８２における比較結果および判断結果（補正処理を実行するのか否かの判断結果）に基づいて、下記の各種の補正処理用の補正用データを画素２０単位で生成する（ステップＳ１０６）。具体的には、オフセット補正部１８４においてオフセット補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、上記した入出力特性のオフセット量を画素２０単位で求める。また、ゲイン・線形補正部１８５においてゲイン補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、上記した入出力特性のゲイン誤差を画素２０単位で求める。同様に、ゲイン・線形補正部１８５において線形補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データとして、上記した入出力特性の線形誤差を画素２０単位で求める。

（３−３．オフセット補正・ゲイン補正・線形補正）
次いで、オフセット補正部１８４は、判断部１８２においてオフセット補正を実行すべきと判断された場合に、上記のようにして生成されたオフセット量を用いて、入力データＤinに対してオフセット補正を画素２０単位で個別に行う（ステップＳ１０７）。これにより、そのようなオフセット補正後の信号データＤ１が生成される。

続いて、上記したゲイン誤差または線形誤差が存在する場合（判断部１８２においてゲイン補正または線形補正を実行すべきと判断された場合）（ステップＳ１０８：Ｙ）には、ゲイン・線形補正部１８５は、信号データＤ１に対してゲイン補正または線形補正を行う（ステップＳ１０９）。具体的には、ゲイン・線形補正部１８５は、判断部１８２においてゲイン補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データ生成部１８３により生成されたゲイン誤差を用いて、信号データＤ１に対してゲイン補正を画素２０単位で個別に行う。また、ゲイン・線形補正部１８５は、判断部１８２において線形補正を実行すべきと判断された場合には、補正用データ生成部１８３により生成された線形誤差を用いて、信号データＤ１に対して線形補正を画素２０単位で個別に行う。この際、前述したように、このようなゲイン補正および線形補正の実行順序については、どちらが先であってもよい。なお、その後は以下のステップＳ１１０へと進む。

一方、上記したゲイン誤差および線形誤差がいずれも存在しない場合（判断部１８２においてゲイン補正および線形補正を実行すべきと判断されなかった場合）（ステップＳ１０８：Ｎ）には、ゲイン・線形補正部１８５はゲイン補正および線形補正を行わない。すなわち、そのまま以下のステップＳ１１０へと進む。

最後に、このような補正処理がなされた後の信号データが、出力データＤoutとして補正部１８から外部へと出力される（ステップＳ１１０）。以上により、図７に示した補正処理が終了となる。

ここで、図１２〜図１４はそれぞれ、本実施の形態に係る信号データＤinの補正方法を具体的に示したものであり、一例として、前述した図１１（Ａ）と同様に、トランジスタ２３等の動作点がマイナス方向にシフトしている場合についての補正処理例である。以下、これらの図を参照して、上記したオフセット補正、ゲイン補正および線形補正について説明する。なお、これらの図において、縦軸に示したデジタルデータは、Ａ／Ｄ変換後の信号データに対応しており、最小値および最大値をそれぞれ、ＬＳＢ（Least Significant Bit）およびＭＳＢ（Most Significant Bit）として示している。

まず、図１２に示した例では、図１２（Ａ）に示したように、測定データＤｍと初期データＤorgとの間において、入出力特性のオフセット量のみが存在し、ゲイン誤差および線形誤差はそれぞれ存在していない。したがって、ここでは、オフセット補正部１８４が、補正用データ生成部１８３により生成された補正用データを用いて、入力データＤinに対し、オフセット補正を画素２０単位で個別に行う。これにより、図１２（Ｂ）に示したように、そのようなオフセット補正後の信号データＤ１が生成され、出力データＤoutとして出力される。

次に、図１３に示した例では、まず図１３（Ａ）に示したように、測定データＤｍと初期データＤorgとの間において、入出力特性のオフセット量が存在している。したがって、まず、オフセット補正部１８４が、入力データＤinに対してオフセット補正を画素２０単位で個別に行う。これにより、図１３（Ｂ）に示したように、そのようなオフセット補正後の信号データＤ１が生成される。ここで、この図１３（Ｂ）中の符号Ｐ１で示したように、この信号データＤ１と初期データＤorgとの間には、入出力特性のゲイン誤差が存在している。なお、この例では、信号データＤ１と初期データＤorgとの間には、線形誤差は存在していない。そこで、次に、ゲイン・線形補正部１８５は、補正用データ生成部１８３により生成された補正用データを用いて、信号データＤ１に対し、ゲイン補正を画素２０単位で個別に行う。これにより、図１３（Ｃ）に示したように、そのようなゲイン補正後の信号データ（出力データＤout）が生成され、出力される。

次いで、図１４に示した例では、まず図１４（Ａ）に示したように、測定データＤｍと初期データＤorgとの間において、入出力特性のオフセット量が存在している。したがって、まず、オフセット補正部１８４が、入力データＤinに対してオフセット補正を画素２０単位で個別に行う。これにより、図１４（Ｂ）に示したように、そのようなオフセット補正後の信号データＤ１が生成される。ここで、この図１４（Ｂ）中の符号Ｐ２，Ｐ３でそれぞれ示したように、この信号データＤ１と初期データＤorgとの間には、入出力特性のゲイン誤差（符号Ｐ２）および線形誤差（符号Ｐ３）がいずれも存在している。そこで、次に、ゲイン・線形補正部１８５は、補正用データ生成部１８３により生成された補正用データを用いて、信号データＤ１に対し、ゲイン補正および線形補正をそれぞれ、画素２０単位で個別に行う。これにより、図１４（Ｃ）に示したように、そのようなゲイン補正および線形補正がなされた後の信号データ（出力データＤout）が生成され、出力される。

以上のように本実施の形態では、補正部１８において、複数の画素２０におけるソースフォロワ回路の入出力特性を測定して得られる測定データＤｍと、この入出力特性についての初期データＤorgとを比較し、その比較結果を用いて、入射した放射線Ｒradに応じて発生した電気信号からなる信号データ（入力データＤin）に対する補正処理を行う。これにより、放射線Ｒradの照射に起因して画素２０内のトランジスタ２３等の特性変動が生じたとしても、そのような特性変動に応じたソースフォロワ回路の入出力特性変動を抑えることができる。また、補正部１８では、このような補正処理を画素２０単位で個別に行う。これにより、例えば撮像部１１内での部分的（局所的）な入出力特性変動にも対応することができ、ソースフォロワ回路の入出力特性変動をより精度良く抑えることができる。よって、例えば画素２０間での放射線Ｒradの読み取りむら等を低減することができ、画素２０内の素子特性変動に起因した情報読み取り性能の低下を効果的に抑えることが可能となる。

また、ソースフォロワ回路における入出力特性変動量を随時モニタリングすることができるため、システム（放射線撮像装置１）のキャリブレーション（校正，調整）を実施する時期の判断材料とすることができる。

＜変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、撮像部１１における画素の回路構成は、上記実施の形態で説明したもの（画素２０の回路構成）には限られず、他の回路構成であってもよい。すなわち、例えば図１５に示した画素２０Ａのように、光電変換素子２１のアノードが蓄積ノードＮに接続されていると共に、カソードが電源ＶＤＤに接続されているようにしてもよい。

また、初期データＤorgや測定データＤｍを取得する際のリセット電圧Ｖrstの設定範囲や設定値の数は任意であり、上記実施の形態において説明したものには限られない。

更に、上記実施の形態では、補正部による補正処理を画素２０ごとに個別に行う（１画素単位で行う）場合について説明したが、このような補正処理を１画素単位で行うのではなく、複数画素単位で行うようにしてもよい。

本発明の放射線撮像装置は、例えば医療機器（Digital Radiography等のＸ線撮像装置）や、空港等で用いられる携帯物検査用Ｘ線撮影装置、工業用Ｘ線撮像装置（例えば、コンテナ内の危険物等の検査や、鞄等の中身の検査を行う装置）などに適用することが可能である。

１…放射線撮像装置、１１…撮像部、１１１…光電変換層、１１２…波長変換層、１２…電圧生成部、１３…行走査部、１４…Ａ／Ｄ変換部、１５…列選択部、１６…システム制御部、１７…列選択部、１７１…定電流源、１７２…アンプ、１７３…Ｓ／Ｈ回路、１７４…水平選択スイッチ、１７５…Ａ／Ｄコンバータ、１８…補正部、１８０…初期データ保持部、１８１…測定データ保持部、１８２…判断部、１８３…補正用データ生成部、１８４…オフセット補正部、１８５…ゲイン・線形補正部、２０，２０Ａ…画素（撮像画素）、２１…光電変換素子、２２，２３，２４…トランジスタ、ＶＤＤ…電源、ＳＶＤＤ…電源電圧、ＶＳＳ…負電源、Ｖrst…リセット電圧、Ｖin…入力電圧、Ｖsig（Ｖout）…信号電圧（出力電圧）、Ｌrst…リセット制御線、Ｌread…読み出し制御線、Ｌsig…信号線、Ｄ１…信号データ、Ｄin…入力データ（補正前データ）、Ｄout…出力データ（補正後データ）、Ｄｍ…測定データ、Ｄorg…初期データ、Ｎ…蓄積ノード、Ｒrad…放射線、ΔＴｈ…１水平期間、ΔＴｖ…１垂直期間、Ｔex…露光期間。

Claims (9)

1. 各々が、光電変換素子と、所定の増幅回路を構成するトランジスタとを含む複数の画素を有し、入射した放射線に応じて電気信号を発生する撮像部と、
   前記撮像部において得られた電気信号からなる信号データに対して、所定の補正処理を行う補正部と
   を備え、
   前記補正部は、
   前記複数の画素における前記増幅回路の入出力特性を測定して得られる測定データと、前記入出力特性についての初期データとを比較し、その比較結果を用いて前記補正処理を前記画素単位で個別に行う
   放射線撮像装置。
2. 前記補正部は、
   前記比較結果に基づいて、所定の補正用データを前記画素単位で生成し、
   この補正用データを用いて前記補正処理を行う
   請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記補正部は、
   前記補正用データとして、前記測定データと前記初期データとの間での前記入出力特性のオフセット量を求め、
   このオフセット量を用いて、前記補正処理としてのオフセット補正を行う
   請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記補正部は、
   前記補正用データとして、前記測定データと前記初期データとの間での前記入出力特性のゲイン誤差を求め、
   このゲイン誤差を用いて、前記補正処理としてのゲイン補正を行う
   請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記補正部は、
   前記補正用データとして、前記測定データと前記初期データとの間での前記入出力特性の線形誤差を求め、
   この線形誤差を用いて、前記補正処理としての線形補正を行う
   請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記測定データは、
   前記光電変換素子から前記増幅回路への入力電圧をリセットする際に用いられるリセット電圧を段階的に変化させつつ、前記増幅回路からの出力電圧を測定することにより得られるものである
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記測定データは、
   前記撮像部に対して前記放射線が入射されていない期間内において、前記入出力特性を測定することにより得られたものである
   請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記測定データは、
   前記リセット電圧の印加期間終了後の所定の露光期間の経過後において、前記出力電圧を測定することにより得られたものである
   請求項７に記載の放射線撮像装置。
9. 前記放射線がＸ線である
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

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