JP2013219407A - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線の照射の開始を高い即時性で且つ高い精度で検知可能な放射線撮像装置を提供する。
【解決手段】 変換素子Ｓとスイッチ素子Ｔとを含む画素１１０が行列状に複数配置された画素アレイ１０１と、画素アレイ１０１に配置された複数の配線と、画素アレイ１０１への放射線の照射の開始及び終了の少なくとも一方を検知する検知部と、を含む放射線撮像装置であって、検知部が、複数の配線毎に検出された複数の配線を流れる複数の電流に基づいて画素アレイへの放射線の照射の開始を検知する検知回路１０８ｂを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法に関する。特に、放射線発生装置からの放射線の照射の開始や終了といった放射線の照射の有無を検知することが可能な放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法に関する。

平面型の検出器（以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置は、放射線発生装置による放射線の照射と同期して撮像動作を行う。この同期の手法として、特許文献１にあるように、以下の手法が用いられ得る。スイッチ素子の導通と非導通とを切り替えながら、変換素子にバイアスを供給するバイアス配線に流れる電流を検出して、放射線発生装置からの放射線の照射を検知する。そして、その検知の結果に応じて、放射線撮像装置の動作が制御される。
このような同期の手法では、特許文献２にあるように、バイアスを供給する配線に流れる電流に、スイッチ素子の導通と非導通とを切り替える際に発生するノイズが影響を及ぼし、検知の精度の低下を招くという問題が起こり得る。特許文献２では、このノイズの影響を低減するために、以下の提案がなされている。第１の提案は、電流を検知する手段とバイアス配線との間にフィルタ回路を設けるものである。第２の提案は、電流を検知する手段の出力端子にサンプルホールド回路を設け、スイッチ素子の導通と非導通とを切り替えるタイミングでサンプルホールドを中断する処理を行うものである。第３の提案は、予め取得して記憶手段に記憶されたノイズの波形を、ノイズの影響を受けた電流から差分する処理を行うものである。第４の提案は、スイッチ素子を非導通状態にするための非導通電圧をある行のスイッチ素子に供給するタイミングと、スイッチ素子を導通状態にするための導通電圧を別の行のスイッチ素子に供給するタイミングと、を揃えて、ノイズを相殺しようとするものである。

特表２００２−５４３６８４号公報 特開２０１０−２６８１７１号公報

しかしながら、より高い即時性で且つ高い精度で放射線の照射の有無の検知をするためには、特許文献２の提案では、不十分であった。第１の提案では、スイッチ素子のタイミングにあわせてフィルタ回路の帯域制限を設定するため、遅延が大きくなり、検知の即時性に問題がある。第２の提案では、サンプルホールドの中断中に放射線の照射の開始がされた場合に、サンプルホールドの再開まで検知できず、検知の即時性に問題がある。第３及び第４の提案では、画素アレイ内で配線の抵抗や容量、スイッチ素子の特性や能力にばらつきがあるため、画素アレイ内でノイズの波形にばらつきが生じ、ノイズの影響を十分に低減することが困難となり、検知の精度に問題がある。

本発明の放射線撮像装置は、放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子と、を含む画素が行列状に複数配置された画素アレイと、前記画素アレイに配置された複数の配線と、前記画素アレイへの放射線の照射の開始を検知する検知部と、を含む放射線撮像装置であって、前記検知部が、前記複数の配線毎に検出された前記複数の配線を流れる複数の電流に基づいて前記画素アレイへの放射線の照射の開始を検知する検知回路を含むことを特徴とする。

本発明により、放射線の照射の有無を高い即時性で且つ高い精度で検知可能な放射線撮像装置を提供できる。

放射線撮像装置及びシステムの模式図及び第１の実施形態に係る放射線撮像装置の１画素あたりの模式的等価回路図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的等価回路図である。 検出回路及び検知回路の模式的等価回路図である。 検出回路及び検知回路の模式的等価回路図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的等価回路図である。 第３の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的等価回路図である。 第４の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的等価回路図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（第１の実施形態）
まず、図１（ｂ）を用いて本発明の概念を説明する。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る、画素を行列状に複数備えた画素アレイ内の１画素の模式的等価回路である。ここで、画素アレイは、複数の画素が行列状に配列された基板の、複数の画素が配置された領域と、複数の画素の間の領域と、を含む領域である。図１（ｂ）に示す１つの画素１１０は、２つの電極の間に半導体層を有して放射線を電荷に変換する変換素子Ｓと、その電荷に応じた電気信号を転送するスイッチ素子Ｔと、を含む。変換素子Ｓとしては、光電変換素子と、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体と、を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。なお、本実施形態では、光電変換素子の一種であるフォトダイオードとして、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードを用いる。ここで、変換素子は容量を有しており、変換素子の容量をＣｓと示す。スイッチ素子Ｔとしては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、本実施形態では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子Ｓの１方の電極（第１電極）はスイッチ素子Ｔの２つの主端子の１方に電気的に接続され、他方の電極（第２電極）はバイアス配線Ｖｓを介してバイアス電圧を供給するバイアス電源ＶＶｓと電気的に接続される。変換素子Ｓの第１電極の電位に応じた電気信号を転送するスイッチ素子Ｔは、その制御端子が駆動配線Ｇに接続され、スイッチ素子Ｓを導通状態にする導通電圧と非導通状態にする非導通電圧とを含む駆動信号が駆動配線Ｇを介して駆動回路１０２から供給される。本実施形態では、スイッチ素子Ｔの一方の主端子は、変換素子Ｓの第１電極に接続されており、他方の主端子は信号配線Ｓｉｇに接続されている。制御端子に導通電圧が供給されてスイッチ素子Ｔが導通状態になっている間に、スイッチ素子Ｔは、変換素子Ｓで発生した電荷に応じて変動する第１電極の電位に応じた電気信号を信号配線Ｓｉｇに転送する。ここで、スイッチ素子Ｔは、制御端子と一方の主端子の間に容量を有しており、その容量をＣｇｄと示す。また、スイッチ素子Ｔは、制御端子と他方の主端子の間に容量を有しており、その容量をＣｇｓと示す。更にスイッチ素子Ｔは、２つの主端子の間にも容量を有しており、その容量をＣｄｓと示す。信号配線Ｓｉｇは後述する読出回路１０３に供給される基準電圧を供給する基準電圧配線Ｖｒｅｆ１を介して基準電源ＶＶｒｅｆ１と接続される。駆動配線Ｇは、駆動回路１０２に設けられたスイッチＳＷを介して、導通電圧を供給する導通電圧配線Ｖｏｎを介して導通電源ＶＶｏｎと、非導通電圧を供給する非導通電圧配線Ｖｏｆｆを介して非導通電源ＶＶｏｆｆと、に選択的に接続される。

次に、変換素子Ｓに放射線が照射した際に流れる電流について説明する。

まず、スイッチ素子Ｔが非導通状態で変換素子Ｓに放射線が照射した場合について説明する。発生した電子−正孔対と、変換素子Ｓの容量Ｃｓとスイッチ素子Ｓの各容量（Ｃｇｓ、Ｃｇｄ、Ｃｄｓ）と、に応じて各配線に電流が流れる。発生した電子に応じて変換素子Ｓの第１電極の電位は下がる。それにより、駆動配線Ｇには、第１電極の電位の低下分と、変換素子Ｓから駆動配線Ｇまでの容量分割比とに応じて、非導通電源ＶＶｏｆｆから画素１１０に向かって駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇとして非導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｆｆが流れる。また、信号配線Ｓｉｇには、第１電極の電位の低下分と、変換素子Ｓから信号配線Ｓｉｇまでの容量分割比とに応じて、基準電源ＶＶｒｅｆ１から画素１１０に向かって信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１が流れる。そして、変換素子Ｓの容量Ｃｓの電位差を維持するように、バイアス配線Ｖｓには、画素に向かって流れる駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇと信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１の和と同等のバイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓが、画素１１０からバイアス電源ＶＶｓに向かって流れる。

次に、スイッチ素子Ｔが導通状態で変換素子Ｓに放射線が照射した場合について説明する。バイアス配線Ｖｓには、発生した正孔に応じて、画素１１０からバイアス電源ＶＶｓに向かって、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓが流れる。また、信号配線Ｓｉｇには、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓを変換素子Ｓの容量Ｃｓとスイッチ素子Ｓのオン抵抗値Ｒｏｎとの積で除算した値の信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１が、基準電源ＶＶｒｅｆ１から画素１１０に向かって流れる。この時、信号配線Ｓｉｇの電位Ｖｒｅｆ１と変換素子Ｓの第１電極と電位との間には、信号配線電流Ｉ＿Ｖｓとスイッチ素子Ｓのオン抵抗Ｒｏｎの積の分だけ電位差が生じている。そこで駆動配線Ｇには、その電位差を相殺するように、導通電源ＶＶｏｎから画素１１０に向かって駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇとして導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｎが流れる。

次に、スイッチ素子Ｔの導通と非導通とを切り替える際に流れる電流について説明する。

まず、スイッチ素子Ｔを非導通状態から導通状態に切り替える際に流れる電流について説明する。駆動配線Ｇには、非導通電圧と導通電圧との電位変動分を埋めるように、導通電源ＶＶｏｎから画素１１０に向かって駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇとして導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｎが流れる。バイアス配線Ｖｓは変換素子Ｓの容量Ｃｓ及びスイッチ素子Ｔの制御端子と一方の主端子の間の容量Ｃｇｄを介して容量結合している。そのため、バイアス配線Ｖｓには、駆動配線Ｇの電位変動量と駆動配線Ｇからバイアス配線Ｖｓまでの容量分割比に応じて、画素１１０からバイアス電源ＶＶｓに向かって、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓが流れる。また、信号配線Ｓｉｇはスイッチ素子Ｔの制御端子と他方の主端子の間の容量Ｃｇｓを介して容量結合している。そのため、信号配線Ｓｉｇには、駆動配線Ｇの電位変動量と駆動配線Ｇから信号配線Ｓｉｇまでの容量分割比に応じて、画素１１０から基準電源ＶＶｒｅｆ１に向かって、信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１が流れる。

次に、スイッチ素子Ｔを導通状態から非導通状態に切り替える際に流れる電流について説明する。導通電圧と非導通電圧との電位変動分を解消するように、画素１１０から非導通電源ＶＶｏｆｆに向かって駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇとして導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｆｆが流れる。バイアス配線Ｖｓには、駆動配線Ｇの電位変動量と駆動配線Ｇからバイアス配線Ｖｓまでの容量分割比に応じて、バイアス電源ＶＶｓから画素１１０に向かって、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓが流れる。信号配線Ｓｉｇには、駆動配線Ｇの電位変動量と駆動配線Ｇから信号配線Ｓｉｇまでの容量分割比に応じて、基準電源ＶＶｒｅｆ１から画素１１０に向かって、信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１が流れる。

このように、変換素子Ｓに放射線が照射した場合には、画素に向かって流れる電流と画素から出る電流とが等しくなるように、画素アレイに配置された各種配線に電流が流れる。また、スイッチ素子Ｔの導通状態と非導通状態とを切り替える際に、駆動配線Ｇと容量結合して画素アレイに配置された配線には、その経路の容量分割比に応じた電流が、駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇとは逆向きに流れる。この電流が、ノイズとして影響を及ぼし、放射線の照射の検知の精度の低下を招く。

そこで本願発明者は、誠意検討の結果、以下のことを見出した。まず、画素アレイに配置された複数の配線に流れる複数の電流を複数の配線毎にそれぞれ検出する。ここで、画素アレイに配置された配線は、バイアス配線Ｖｓ、駆動配線Ｖｇ、バイアス配線Ｖｓとは別に駆動配線Ｖｇと容量結合された信号配線Ｓｉｇ等の結合配線、を含む。また、画素アレイに配置された複数の配線は、複数のバイアス配線Ｖｓや複数の駆動配線Ｖｇ、複数の結合配線であってもよい。検出された複数の電流にはそれぞれ、駆動配線Ｖｇからの容量分割比に応じて、上述した向きで流れる、ノイズ成分となる電流が含まれる。これらの電流の向きと容量分割比とを考慮して、検出された複数の電流の値を基に演算することによって、検出された複数の電流それぞれに含まれるノイズ成分を低減しつつ信号量を増加することが可能となる。つまり、検出された複数の配線に流れる複数の電流の値に基づいて、画素アレイへの放射線の照射の開始や終了といった放射線の照射の有無を検知する。このことにより、ノイズ成分による検知精度の低下を抑制することが可能となる。

例えば、図１（ｂ）の構成では、スイッチ素子Ｔの導通状態と非導通状態と切り替える際に、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓは、画素１１０に向かって、駆動配線Ｇからの容量分割比に応じた以下の式で示される量が流れる。

Ｉ＿Ｖｓ＝（Ｃｇｄ×Ｃｓ／（Ｃｇｄ＋Ｃｓ））／（Ｃｇｄ×Ｃｓ／（Ｃｇｄ＋Ｃｓ））＋Ｃｇｓ）×Ｉ＿Ｖｇ＝Ｇ１×Ｉ＿Ｖｇ
一方、信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１は、画素に向かって、言い換えるとバイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓと同じ向きで、駆動配線Ｇからの容量分割比に応じた以下の式で示される量が流れる。

Ｉ＿Ｖｒｅｆ１＝Ｃｇｓ／（（Ｃｇｄ×Ｃｓ／（Ｃｇｄ＋Ｃｓ））＋Ｃｇｓ）×Ｉ＿Ｖｇ＝Ｇ２×Ｉ＿Ｖｇ
そのため、スイッチ素子Ｔの導通状態と非導通状態と切り替える際の、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓと信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１は、以下の関係となる。

Ｉ＿Ｖｓ＝（（Ｃｇｄ×Ｃｓ／（Ｃｇｄ＋Ｃｓ））／Ｃｇｓ）×Ｉ＿Ｖｒｅｆ１＝Ｇ３×Ｉ＿Ｖｒｅｆ１
そのため、信号配線Ｉ＿Ｖｓに容量分割により予め決められた係数Ｇ３を乗算してバイアス配線Ｉ＿Ｖｓから減算する演算処理を行うことにより、スイッチ素子Ｔの導通状態と非導通状態と切り替える際のノイズ成分を抑制することが可能となる。一方、変換素子Ｓに放射線が照射した際には、信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１は画素１１０に向かって流れ、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓは画素１１０から出る方向に流れ、互いの向きが逆方向であり、すなわち電流の極性が逆となっている。そのため、上述のように係数Ｇ３を乗算して減算する演算処理を行うことにより、演算によって得られる信号量は増加する。このように、電流の向きと容量分割比とを考慮して、検出された複数の配線に流れる電流の値を基に演算することによって、検出された電流に含まれるノイズ成分を低減しつつ信号量を増加することが可能となる。

次に、図１（ａ）を用いて本発明の放射線撮像システム及び放射線撮像装置について説明する。放射線撮像装置１００は、画素１１０を行列状に複数配置した画素アレイ１０１と、画素アレイ１０１を駆動する駆動回路１０２と、駆動された画素アレイ１０１からの電気信号に基づく画像信号を読み出す読出回路１０３を含む信号処理部１０６と、を有する。信号処理部１０６は、読出回路１０３と、Ａ／Ｄ変換器１０４と、デジタル信号処理部１０５とを有する。本実施形態では、説明の簡便化のために、画素アレイ１０１は８行×８列の画素１１０を有する形態としている。画素アレイ１０１は、駆動回路１０２からの駆動信号１１１に応じて駆動され、画素アレイ１０１から電気信号１１２が並列に出力される。画素アレイ１０１から出力された電気信号１１２は、読出回路１０３によって読み出される。読出回路１０３からの電気信号１１３は、Ａ／Ｄ変換器１０４によってアナログ信号からデジタル信号１１４に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０４からのデジタル信号は、デジタル信号処理部１０５によって、デジタルマルチプレックス処理やオフセット補正等の簡易なデジタル信号処理が行われ、デジタル画像信号が出力される。そして、放射線撮像装置１００は、電源部１０７と、各構成要素に夫々制御信号を供給して動作を制御する制御部１０８と、を含む。電源部１０７は、読出回路１０３に対して基準電圧配線Ｖｒｅｆ１を介して基準電圧を与える第１基準電源ＶＶｒｅｆ１と基準電圧配線Ｖｒｅｆ２を介して基準電圧を与える第２基準電源ＶＶｒｅｆ２とを含む。また、電源部１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０４に対して基準電圧配線Ｖｒｅｆ３を介して基準電圧を供給する第３基準電源ＶＶｒｅｆ３を含む。また、電源部１０７は、駆動回路１０２に対して、導通電圧配線Ｖｏｎを介して導通電圧を供給するための導通電源ＶＶｏｎと、非導通電圧配線Ｖｏｆｆを介して非導通電圧を供給するための非導通電源ＶＶｏｆｆを含む。電源部１０７は、バイアス電圧を供給するバイアス電源ＶＶｓを更に含む。制御部１０８は、駆動回路１０２、読出回路１０３、及び、電源部１０７を制御する。ここで、電源部１０７は、画素アレイ１０１に配置された複数の配線を流れる電流を検出する電流検出回路１２０を含む。本実施形態の電流検出回路１２０は、駆動配線Ｇを流れる電流、バイアス配線Ｖｓを流れる電流、及び、駆動配線Ｇと容量結合する結合配線としての信号配線Ｓｉｇを流れる電流のうちの少なくとも２つの電流を検出する。そのため、本実施形態の電流検出回路１２０はバイアス配線Ｖｓを流れる電流、基準電圧配線Ｖｒｅｆ１を流れる電流、導通電圧配線Ｖｏｎ又は非導通電圧配線Ｖｏｆｆを流れる電流のうちの少なくとも２つの電流を検出可能な構成となっている。また、制御部１０８は、電流検出回路１２０で検出された電流の値に基づいて画素アレイ１０１への放射線の照射の開始を検知する検知回路１０８ａと、検知回路１０８ａの検知結果に基づいて駆動回路１０２の制御を行う制御回路１０８ｂと、を含む。本発明の検知部は、電流検出回路１２０と制御回路１０８ｂを含み、少なくとも画素アレイ１０１への放射線の照射の開始を検知するものである。検知部に関しては後で詳細に説明する。

放射線制御装置１３１は、曝射ボタン１３２からの制御信号を受けて、放射線発生装置１３０が放射線１３３を出射する動作の制御を行う。制御卓１５０は、制御コンピュータ１４０に被検体の情報や撮像条件の入力を行い制御コンピュータ１４０に伝送する。表示装置１６３は、放射線撮像装置１００から画像データを受信した制御コンピュータ１４０で画像処理された画像データを表示する。

次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、本実施形態に係る放射線撮像装置を説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係る放射線撮像装置の模式的等価回路図であり、図２（ｂ）は、読出回路１０３の模式的等価回路図である。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。

行方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ_１１〜Ｔ_１８は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ_１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２から駆動信号が、駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ_１１〜Ｔ_８１は、それらの他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ_１に電気的に接続されており、導通状態になっている間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路１０３に転送する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ_１〜Ｓｉｇ_８は、画素アレイ１０１の複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路部１０３に伝送する。

読出回路１０３は、画素アレイ１０１から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路部２０２と、増幅回路部２０２からの電気信号をサンプルしホールドするためのサンプルホールド回路部２０３と、を有する。増幅回路部２０２は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器Ａと、積分容量群Ｃｆと、積分容量をリセットするリセットスイッチＲＣと、を有する増幅回路を、各信号配線に対応して有する。演算増幅器Ａの反転入力端子には出力された電気信号が入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。ここで、演算増幅器Ａの正転入力端子には基準電源配線Ｖｒｅｆ１が接続される。増幅回路部２０２には、放射線の照射の開始を検知するまで信号配線Ｓｉｇに基準電源配線Ｖｒｅｆ１を接続するための信号配線リセットスイッチＳＲｅｓを備える。放射線の照射の開始を検知するまでは、演算増幅器２０２を動作させると消費電力が大きくなるため、演算増幅器２０２はその動作が停止される。そして、信号配線Ｓｉｇの電圧を基準電圧に固定するとともに、信号配線Ｓｉｇに流れる電流を検出（モニタ）するために、信号配線リセットスイッチＳＲｅｓは基準電源配線Ｖｒｅｆ１と信号配線Ｓｉｇを接続する。サンプルホールド回路部２０３は、サンプリングスイッチＳＨとサンプリング容量Ｃｈとによって構成されるサンプルホールド回路を、各増幅回路に対応して４系統有している。これは２行分の電気信号に対応して、増幅回路で発生するオフセットを抑制する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理を行うためである。読出回路１０３は、サンプルホールド回路部２０３から並列に読み出された電気信号を、それぞれ順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ２０４を有する。更に、読出回路１０３は、画像信号をインピーダンス変換して出力する出力バッファ回路ＳＦと、出力バッファ回路ＳＦの入力をリセットする入力リセットスイッチＳＲと、可変増幅器２０５と、を有する。ここで、マルチプレクサ２０４には、各信号配線に対応してスイッチＭＳ１〜ＭＳ８とＭＮ１〜ＭＮ８スイッチを夫々備えており、各スイッチを順次選択することにより、並列信号を直列信号に変換する動作が行われる。可変増幅器２０５には、ＣＤＳ処理のための差動増幅器として全差動増幅器が好適に用いられる。直列信号に変換された信号は、Ａ／Ｄ変換器１０４に入力され、Ａ／Ｄ変換器１０４でデジタルデータに変換され、デジタルデータがデジタル信号処理部１０５に送られる。ここで、制御回路１０８ｂは、増幅回路部２０２のリセットスイッチＲＣに御信号１１６ａを供給し、信号配線リセットスイッチＳＲｅｓに制御信号１１６ｂを供給する。また、制御回路１０８ｂは、サンプルホールド回路部２０３に、偶奇選択信号１１６ｏｅ、信号サンプル制御信号１１６ｓ、オフセットサンプル制御信号１１６ｎを供給する。更に、制御回路１０８ｂは、マルチプレクサ２０４に制御信号１１６ｃを供給し、入力リセットスイッチＳＲに制御信号１１６ｄを供給する。

次に、図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施形態に係る電流検出回路１２０と検知回路１０８ａの例を説明する。

電流検出回路１２０は、バイアス配線電流検出機構１２１ａ、信号配線電流検出機構１２１ｂ、導通電源電流検出機構１２１ｃと非導通電源電流検出機構１２１ｄの組、の３種類のうちの少なくとも２種類を含む。バイアス配線電流検出機構１２１ａは、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓを検出してバイアス配線電流信号１１９ｂを出力するためのものである。信号配線電流検出機構１２１ｂは、信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１を検出して信号配線電流信号１１９ｃを出力するためのものである。導通電源電流検出機構１２１ｃは、導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｎを検出して導通電源電流信号１１９ｄを出力するためのものである。そして、非導通電源電流検出機構１２１ｄは、非導通電源電流Ｉ＿Ｖｏｆｆを検出して非導通電源電流信号１１９ｅを出力するためのものである。導通電源電流検出機構１２１ｃと導通電源電流検出機構１２１ｄとで、駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇを検出するための機構が構成される。バイアス配線電流信号１１９ｂ、信号配線電流信号１１９ｃ、導通電源電流信号１１９ｄ及び非導通電源電流信号１１９ｅの一組、の３つのうちの少なくとも２つの信号が、本実施形態の検知回路１０８ａに出力される。各電流検出機構は、電流電圧変換回路１２２を含む。本実施形態では、電流電圧変換回路１２２は、トランスインピーダンスアンプＴＡとフィードバック抵抗Ｒｆとを有する。トランスインピーダンスアンプＴＡの非反転入力端子には各電源のいずれかが接続され、反転入力端子には各配線のいずれかが接続され、出力端子と反転入力端子の間にフィードバック抵抗ＲｆがトランスインピーダンスアンプＴＡと並列に接続される。また、本実施形態の各電流検出機構は、電流電圧変換回路１２２の出力電圧を増幅する電圧増幅回路１２３を含む。本実施形態では、電圧増幅回路１２３は、計装アンプＩＡとゲイン設定抵抗Ｒｇとを有する。更に、本実施形態の各電流検出機構は、ノイズの低減のための帯域制限回路１２４と、アナログでデジタル変換を行いデジタルの各電流信号を出力するためのＡＤ変換器１２５とを含む。

検知回路１０８ａは、電流検出回路１２０で検出される少なくとも２つの電流の値を演算する演算回路１２６と、演算回路１２６の出力と閾値Ｖｔｈとを比較して比較結果１１９ａを出力する比較回路１２７と、を含む。本実施形態の演算回路１２６は、バイアス配線電流信号１１９ｂ、信号配線電流信号１１９ｃ、導通電源電流信号１１９ｄ及び非導通電源電流信号１１９ｅの一組、の３つの信号のうちの少なくとも２つ信号を演算処理する。本実施形態の比較回路１２７は、演算回路１２６の出力と予め設定された閾値Ｖｔｈと比較する比較器ＣＭＰを含むものである。図３（ａ）に示す演算回路１２６は、信号配線電流信号１１９ｃを所望の増幅率（係数）Ｇ３で増幅する可変増幅器ＶＧＡと、バイアス配線電流信号１１９ｂと増幅された信号配線電流信号１１９ｃとを差分処理する差分器ＳＵＢと、を含む。図３（ｂ）に示す演算回路１２６は、信号配線電流信号１１９ｃを所望の増幅率（係数）１／Ｇ１で増幅する可変増幅器ＶＧＡと、導通電源電流信号１１９ｄと非導通電源電流信号１１９ｅとを加算する第１加算器ＡＤＤ１を含む。図３（ｂ）に示す演算回路１２６は、増幅された信号配線電流信号１１９ｃと第１加算器ＡＤＤ１の出力信号とを加算する第２加算器ＡＤＤ２と、を更に含む。ここで、第１加算器ＡＤＤ１の出力信号は、駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇが検出された駆動配線電流検知信号に相当する。図４（ａ）に示す演算回路１２６は、バイアス配線電流信号１１９ｂを所望の増幅率（係数）１／Ｇ２で増幅する可変増幅器ＶＧＡと、導通電源電流信号１１９ｄと非導通電源電流信号１１９ｅとを加算する第１加算器ＡＤＤ１を含む。図４（ａ）に示す演算回路１２６は、増幅されたバイアス配線電流信号１１９ｂと第１加算器ＡＤＤ１の出力信号とを加算する第３加算器ＡＤＤ３と、を更に含む。図４（ｂ）に示す演算回路１２６は、信号配線電流信号１１９ｃを所望の増幅率で増幅する可変増幅器ＶＧＡと、バイアス配線電流信号１１９ｂと増幅された信号配線電流信号１１９ｃとを差分処理する差分器ＳＵＢと、を含む。また、導通電源電流信号１１９ｄと非導通電源電流信号１１９ｅとを加算する第１加算器ＡＤＤ１と、増幅された信号配線電流信号１１９ｃと第１加算器ＡＤＤ１の出力信号とを加算する第２加算器ＡＤＤ２と、を含む。なお、図４（ｂ）に示す演算回路１２６では、２種類の出力が出されるものである。また、図４（ｂ）に示す比較回路１２７は、それぞれの出力に応じて、２種類の閾値と２つの比較器ＣＭＰ、と２つの比較器ＣＭＰからの検出結果の精度を向上させるためのＡＮＤ回路と、を有する。ただし、電流の検出速度を向上させたい場合にはＡＮＤ回路の代わりにＯＲ回路を用いてもよい。検知回路１０８ａの検知結果である比較結果１１９ａが制御回路１０８ｂに供給され、制御回路１０８ｂは、比較結果１１９ａに基づいて駆動回路１０２の制御を行う。なお、上述した電流検出回路１２０と検知回路１０８ａでは、いずれも検出した電流を電圧に変換した信号を用いたものを説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明の電流検出回路１２０と検知回路１０８ａは、検出した電流をそのまま用いた形態のものであってもよい。

次に、図２（ａ）、図３（ａ）、及び図５を用いて、本実施形態における放射線の曝射の検知とそれに基づく制御を説明する。なお、図５では、図３（ａ）に示す電流検出回路１２０及び検知回路１０８ａを用いた例を示すものである。

まず、放射線画像撮影動作において、制御部１０８は、電源部１０７及び電流検出回路１２０に制御信号１１７を与える。それにより、電源部１０７及び電流検出回路１２０は、画素アレイ１０１にバイアス電圧を、駆動回路１０２に導通電圧及び非導通電圧を、読出回路１０３に対して各基準電圧を、それぞれ供給する。また、制御部１０８は、駆動回路１０２に制御信号１１８を供給し、駆動回路１０２は、各駆動配線Ｇ１〜Ｇ８に順次に導通電圧を供給するように、駆動信号を出力する。それにより、スイッチ素子Ｔが行単位で順次に全て導通状態となる初期化動作Ｋ１が行われ、初期化動作Ｋ１は放射線の曝射の開始が検知されるまで複数回行われる。その際、制御部１０８は、読出回路１０３の信号配線リセットスイッチＳＲｅｓに制御信号１１６ｂを供給して、信号配線リセットスイッチを導通状態とする。それにより、電源部１０７の第１基準電源ＶＶｒｅｆ１と信号配線Ｓｉｇとが導通状態となる。電流検出回路１２０は、初期化動作Ｋ１を含む準備動作の間に、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓと信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１とを検出し、検知回路１０８ａにバイアス配線電流信号１１９ｂ及び信号配線電流信号１１９ｃを出力する。演算回路１２６が、バイアス配線電流信号１１９ｂ及び信号配線電流信号１１９ｃに対して上述の演算処理を行い、比較回路１２７が、演算回路１２６の出力と閾値Ｖｔｈとを比較して、比較結果１１９ａを制御回路１０８ｂに出力する。演算回路１２６の出力が閾値Ｖｔｈを超えると、電流検出回路１２０及び検知回路１０８ａによって放射線の照射が開始された旨の比較結果１１９ａが出力される。それにより、制御回路１０８ｂは駆動回路１０２に制御信号１１８を供給し、駆動回路１０２による駆動配線Ｇへの導通電圧の供給を停止する。図５では、初期化動作Ｋ２において駆動回路１０２から駆動配線Ｇ４に導通電圧が供給されている際に放射線の照射の開始が検知され、駆動回路１０２による駆動配線Ｇ５〜Ｇ８への導通電圧の供給が行われず、全てのスイッチ素子Ｔが非導通状態で維持される。これにより、初期化動作Ｋ２が途中の行で終了するように、画素アレイ１０１の動作が検知された放射線の照射の開始に応じて制御され、放射線撮像装置１００の動作は、準備動作から蓄積動作Ｗに遷移する。

次に、検出回路１２０及び検知回路１０８ａによって放射線の照射の終了が検知されると、制御回路１０８ｂは駆動回路１０２に制御信号１１８を供給する。それにより、駆動回路１０２は、各駆動配線Ｇ１〜Ｇ８に順次に導通電圧を供給するように、駆動信号を出力し、スイッチ素子Ｔが行単位で順次に全て導通状態となる。それにより、放射線撮像装置１００は、照射された放射線に応じた電気信号を画素アレイ１０１から読出回路１０３に出力する画像出力動作Ｘを行う。以上により、放射線撮像装置１００は、準備動作と、蓄積動作Ｗと、画像出力動作Ｘと、を含む放射線画像撮像動作を行う。ここで、初期化動作Ｋ１の動作期間は、画像出力動作Ｘの動作期間より短いことが好ましい。

次に、放射線撮像装置１００は、暗画像撮像動作を行う。暗画像撮像動作は、放射線画像撮像動作と同様に、１回以上の初期化動作Ｋ１と初期化動作Ｋ２とを含む準備動作と、蓄積動作Ｗと、暗画像出力動作Ｆと、を含む。ここで、暗画像撮像動作における蓄積動作Ｗでは放射線は照射されない。また、暗画像出力動作Ｆは変換素子Ｓで発生するダーク電流に起因する暗時出力に基づく電気信号を画素アレイ１０１から読出回路１０３に出力するもので、放射線撮像装置１００の動作自体は画像出力動作Ｘと同じである。

（第２の実施形態）
次に、図６を用いて本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置１００について説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。

第２の実施形態では、第１の実施形態の構成に加えて、駆動配線Ｇと容量Ｃｄを介して容量結合する容量配線Ｖｄが、画素アレイ１０１に配置されている。そして、電源部１０７は、容量配線Ｖｄに定電圧を供給する容量用電源ＶＶｄを更に有しており、電流検知回路１２０は、容量配線Ｖｄに流れる容量配線電流Ｉ＿Ｖｄを更に検知し得る。ここで、第１の実施形態では、画素１１０内のスイッチ素子Ｔの寄生容量に依存した電流を検知していたため、電流の検知能力を高めるために寄生容量を大きくすると、スイッチ素子Ｔの動作速度が低減してしまう。一方、本実施形態では、変換素子Ｓやスイッチ素子Ｔと接続される配線とは別に容量配線Ｖｄを配置しているため、容量Ｃｄの容量値が任意に設計できる利点がある。容量Ｃｄの値としては、容量値が大きければ電流が多く流れるため、電流検知能力が高くなり、電流の測定精度が高くなる。しかし、容量Ｃｄの値が大きすぎると、駆動配線Ｇの時定数が大きくなり、駆動信号がなまり、スイッチ素子Ｔの動作速度が低下する。そのため、感度とスイッチング速度のバランスの良い容量値にする必要がある。

このような容量配線Ｖｄに対して、スイッチ素子Ｔの導通状態と非導通状態と切り替える際に流れる容量配線電流Ｉ＿Ｖｄは、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓや信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１と同じ向きで流れる。そのため、バイアス配線電流Ｉ＿Ｖｓや信号配線電流Ｉ＿Ｖｒｅｆ１と同様に演算処理を行うことが可能である。

（第３の実施形態）
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて、本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置１００について説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。

第３の実施形態では、第１の実施形態の１画素の構成に加えて、画素１１０が、増幅素子ＳＴとリセット素子ＲＴとを更に含む。本実施形態では、増幅素子ＳＴとして、制御端子（ゲート電極）と２つの主端子とを有するトランジスタを用いている。そのトランジスタの制御端子が変換素子Ｓの一方の電極に接続され、一方の主端子がスイッチ素子Ｔに接続され、他方の主端子が動作電源配線Ｖｓｓを介して動作電圧を供給する動作電源ＶＶｓｓに接続される。また、信号配線Ｓｉｇにはスイッチ６０２を介して定電流源６０１が接続されており、増幅素子ＳＴとソースフォロア回路を構成する。また、リセット素子ＲＴとして、制御端子（ゲート電極）と２つの主端子とを有するトランジスタを用いており、一方の主端子がリセット配線Ｖｒを介してリセット電源ＶＶｒに接続され、他方の主端子が増幅素子ＳＴの制御電極に接続されている。このリセット素子ＲＴが本発明の第２スイッチ素子に相当し、リセット電源ＶＶｒの電圧が本発明の第２電圧に相当する。リセット素子ＲＴの制御電極は、リセット用駆動配線Ｇｒを介して、駆動配線Ｇと同様に駆動回路１０２に接続される。リセット用駆動配線Ｇｒは、駆動回路１０２に設けられたスイッチＳＷｒを介して、導通電圧配線Ｖｏｎを介して導通電源ＶＶｏｎと、非導通電圧配線Ｖｏｆｆを介して非導通電源ＶＶｏｆｆと、に選択的に接続される。また、演算増幅器Ａの反転入力端子と信号配線リセットスイッチＳＲｅｓの間に、クランプ容量が設けられている。

このような構成において、第１の実施形態と同様に、各配線に電流が流れる。更に、動作電源配線Ｖｓｓには動作電源配線電流Ｉ＿Ｖｓｓが、リセット配線Ｖｒにはリセット配線電流Ｉ＿Ｖｒが、リセット用駆動配線Ｇｒにはリセット用駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇｒが、それぞれ電流が流れる。これらの電流のうち少なくとも２つの電流を検出し演算することによって、検出された電流に含まれるノイズ成分を低減しつつ信号量を増加することが可能となる。ここで、スイッチ６０２は、制御部１０８によって、動作電源配線電流Ｉ＿Ｖｓｓを検知する際には非導通状態とされることが好ましい。

（第４の実施形態）
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて、本発明の第４の実施形態に係る放射線撮像装置１００について説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。

本実施形態では、第１の実施形態の１画素の構成に加えて、画素１１０が、リセット素子ＲＴを更に含む。リセット素子ＲＴとして、制御端子（ゲート電極）と２つの主端子とを有するトランジスタを用いており、一方の主端子がリセット配線Ｖｒを介してリセット電源ＶＶｒに接続され、他方の主端子が増幅素子ＳＴの制御電極に接続されている。このリセット素子ＲＴが本発明の第２スイッチ素子に相当し、リセット電源ＶＶｒの電圧が本発明の第２電圧に相当する。リセット素子ＲＴの制御電極は、リセット用駆動配線Ｇｒを介して、リセット用駆動回路１０２Ｒに接続される。リセット用駆動配線Ｇｒは、リセット用駆動回路１０２Ｒに設けられたスイッチＳＷｒを介して、導通電圧配線Ｖｏｎを介して導通電源ＶＶｏｎと、非導通電圧配線Ｖｏｆｆを介して非導通電源ＶＶｏｆｆと、に選択的に接続される。また、本実施形態では、変換素子Ｓは、ＭＩＳ型光電変換素子を含む。

このような構成において、第１の実施形態と同様に、各配線に電流が流れる。更に、リセット配線Ｖｒにはリセット配線電流Ｉ＿Ｖｒが、リセット用駆動配線Ｇｒにはリセット用駆動配線電流Ｉ＿Ｖｇｒが、それぞれ電流が流れる。これらの電流のうち少なくとも２つの電流を検出し演算することによって、検出された電流に含まれるノイズ成分を低減しつつ信号量を増加することが可能となる。

なお、本発明の各実施形態は、例えば制御部１０８に含まれるコンピュータや制御コンピュータ１４０がプログラムを実行することによって実現することもできる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、第１〜第４の実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

１００ 放射線撮像装置
１０１ 画素アレイ
１０２ 駆動回路
１０３ 読出回路
１０４ Ａ／Ｄ変換器
１０５ デジタル信号処理部
１０６ 信号処理部
１０７ 電源部
１０８ 制御部
１０８ａ 検知回路
１０８ｂ 制御回路
１１０ 画素
１２０ 電流検出回路
Ｓ 変換素子
Ｔ スイッチ素子
Ｇ 制御配線
Ｓｉｇ 信号配線
Ｖｓ バイアス配線

Claims (12)

1. 放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子と、を含む画素が行列状に複数配置された画素アレイと、
   前記画素アレイに配置された複数の配線と、
   前記画素アレイへの放射線の照射を検知する検知部と、
   を含む放射線撮像装置であって、
   前記検知部が、前記複数の配線毎に検出された前記複数の配線を流れる複数の電流に基づいて前記画素アレイへの放射線の照射を検知する検知回路と、を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記検知部が、前記複数の配線を流れる複数の電流を前記複数の配線毎に検出する電流検出回路を更に含むことを特徴とする請求項１に放射線撮像装置。
3. 前記複数の配線は、前記スイッチ素子の導通状態と非導通状態とを制御する信号を前記スイッチ素子に供給する駆動配線と、前記変換素子が放射線を電荷に変換するための電圧を前記変換素子に供給するバイアス配線と、前記バイアス配線とは別に前記駆動配線と容量結合された結合配線と、を含み、
   前記電流検出回路は、前記駆動配線を流れる電流、前記バイアス配線を流れる電流、及び、前記結合配線を流れる電流のうちの少なくとも２つの電流を検出し、
   前記検知回路は、前記電流検出回路によって検出された前記少なくとも２つの電流の値に基づいて前記変換素子への放射線の照射を検知することを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記検知回路は、前記少なくとも２つの電流の値を演算する演算回路と、前記演算回路の出力と閾値とを比較して比較結果を出力する比較回路と、を有することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記駆動配線に前記信号を供給する駆動回路と、
   前記電気信号に基づく画像信号を読み出す読出回路と、
   前記バイアス配線に前記電圧を、前記駆動回路に前記導通電圧と前記非導通電圧を、前記読出回路に前記電圧とは異なる基準電圧を、それぞれ供給する電源部と、
   を更に含む請求項３又は４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記変換素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に設けられた半導体層と、を含み、
   前記スイッチ素子は、前記第１電極の電位に応じた前記電気信号を転送し、
   前記バイアス配線は、前記第２電極に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記結合配線は、前記電気信号を前記読出回路に伝送する信号配線であることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記画素は、前記スイッチ素子とは別に前記電圧とは異なる第２電圧を前記第１電極に供給する第２スイッチ素子を更に含み、
   前記電源部は、前記第２電圧を前記第２スイッチ素子に供給することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
9. 前記結合配線は、前記電源部から前記第２スイッチ素子に前記第２電圧を供給する配線であることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
10. 前記画素は、前記電荷を増幅した前記電気信号を前記スイッチ素子に出力する増幅素子を更に含み、
    前記電源部は、前記増幅素子が動作するための動作電圧を前記増幅素子に供給し、
    前記結合配線は、前記電源部から前記増幅素子に前記動作電圧を供給する配線であることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線を出射する放射線発生装置と、
    を含む放射線撮像システム。
12. 放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を転送するスイッチ素子と、を含む画素が行列状に複数配置された画素アレイと、前記画素アレイに配置された複数の配線と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記複数の配線を流れる複数の電流を前記複数の配線毎に検出し、
    検出された前記複数の電流に基づいて前記画素アレイへの放射線の照射を検知し、
    検知された放射線の照射に応じて前記画素アレイの動作を制御することを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。

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