JP2015099131A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

放射線撮像装置及び放射線撮像システム Download PDF

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Abstract

【課題】 より良好な画像信号を得るための装置レイアウトによって構成された放射線撮像装置を提供する。
【解決手段】 放射線に応じた電気信号を出力する複数の画素２０が配列された画素アレイ２と、読み出し回路部２３と、読み出し回路部２３への放射線の入射を抑制するための部材４と、を有して、読み出し回路部２３によって読み出された電気信号に基づいて画像信号が生成される放射線撮像装置であって、画素アレイ２は、画像信号の生成に用いられる一部の画素２０が複数配列された第１の領域２ａと、画像信号の生成に用いられない他の画素２０が第１の領域２ａの周囲のうちの少なくとも一部の領域に複数配列された第２の領域２ｂと、を含み、画素アレイ２の外側から内側に向かって、第２の領域２ｂに配置された読み出し回路部２３の内側の端部Ｂと、部材４の画素アレイ２への正射影の内側の端部Ｃと、第２の領域２ｂの内側の端部Ａと、がこの順に配置されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
特許文献１には、放射線に応じた電気信号を出力する複数の画素が配列された画素アレイと、画素アレイから並列に出力された電気信号を直列の電気信号に変換して読み出す読み出し回路部と、を有する放射線撮像装置が開示されている。特許文献１には、更に読み出し回路部への放射線の入射を抑制するための部材を有する放射線撮像装置が開示されている。
特開２００１−０４２０４２号公報
しかしながら、特許文献１では、放射線の入射を抑制するための部材と画素アレイとの配置関係に対する検討が不十分であり、より良好な画像信号を得るための装置レイアウトに検討の余地がある。そこで、本願発明は、より良好な画像信号を得るための装置レイアウトによって構成された放射線撮像装置を提供することを目的とする。
本願発明の放射線撮像装置は、放射線に応じた電気信号を出力する複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイから出力された電気信号を読み出す読み出し回路部と、前記読み出し回路部への放射線の入射を抑制するための部材と、を有して、前記読み出し回路部によって読み出された電気信号に基づいて画像信号が生成される放射線撮像装置であって、前記画素アレイは、前記複数の画素のうち前記画像信号の生成に用いられる一部の画素が複数配列された第１の領域と、前記複数の画素のうち前記画像信号の生成に用いられない前記一部の画素と異なる他の画素が前記第１の領域の周囲のうちの少なくとも一部の領域に複数配列された第２の領域と、を含み、前記読み出し回路部は、前記第２の領域に配置されており、前記画素アレイの少なくとも一方向において、前記画素アレイの外側から内側に向かって、前記読み出し回路部の前記内側の端部と、前記部材の前記画素アレイへの正射影の前記内側の端部と、前記第２の領域の前記内側の端部と、がこの順に配置されていることを特徴とする。
本願発明により、より良好な画像信号を得るための装置レイアウトによって構成された放射線撮像装置を提供することが可能となる。
第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な構成を示す平面模式図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な等価回路図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置の画素アレイの模式的なレイアウトを示す模式図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な構成を示す断面模式図である。 放射線撮像装置の１画素の例を説明する１画素の模式的な等価回路図である。 放射線撮像装置の動作の例を説明する模式的な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画素アレイの模式的なレイアウトを示す模式図である。 第２の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な構成を示す断面模式図である。 放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムへの応用例を説明するための模式図である。
以下に、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図３を用いて、第１の実施形態に係る放射線撮像装置を説明する。図１は、第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な構成を示す平面模式図である。図２は、第１の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な等価回路図である。第１の実施形態に係る放射線撮像装置の画素アレイの模式的なレイアウトを示す模式図である。
図１〜３に示すように、放射線撮像装置１００は、画素アレイ２と、読出し回路部２３と、部材４と、を含む。また、放射線撮像装置１００は、駆動回路部２１と、フレキシブル配線基板３と、シンチレータ（不図示）と、を含み得る。
画素アレイ２は、放射線に応じた電気信号を出力する複数の画素２０が配列されており、好ましくは行列状に複数の画素２０が配列されている。図３に示すように、複数の画素２０はそれぞれ、光電変換素子２０１と、出力回路部２０２と、を含み得る。光電変換素子２０１は、放射線を光に変換するシンチレータで変換された光を電荷に変換する素子であり、本実施形態では、光電変換素子として、シリコン基板等の半導体基板に設けられたフォトダイオードが用いられている。ただし、本発明はそれに限定するものではない。例えば、ガラス基板などの絶縁基板上に配置されたアモルファスシリコンの光電変換素子や、シンチレータを用いずに放射線を直接電荷に変換する変換素子を用いてよい。出力回路部２０２は、光電変換素子２０１の電荷を増幅した電気信号を出力する回路部であり、詳細な構成例は後で説明する。なお、本実施形態では、画素アレイ２は、基台１の上に配置された複数の半導体基板に跨って配置されている。
図１の点線で示す駆動回路部２１は、駆動配線部２４を介して各駆動信号を供給することで、画素アレイ２を所望の画素群単位で動作させる回路であり、本実施形態では、画素アレイ２の複数の画素２０の出力回路部２０を行単位で動作させるも回路である。駆動回路部２１は、図３に示すように、複数の単位回路部２１１を含み、各単位回路部２１１が各行の画素２０の動作を制御する。駆動回路部２１にはシフトレジスタが好適に用いられ、各単位回路部２１１はシフトレジスタの単位回路が用いられ得る。駆動配線部２４は、各駆動信号毎に個別に準備された複数の駆動配線の群であり、本実施形態では、画素アレイ２の各行毎に駆動配線部２１が備えられている。なお、本実施形態では、駆動回路部２１は、基台１の上に配置された複数の半導体基板に跨って配置されており、複数の半導体基板毎に設けられている。
読み出し回路部２３は、信号線２５Ｓや信号線２５Ｎを介して画素アレイ２から並列に出力された電気信号を直列の電気信号に変換して読み出す回路部である。読み出し回路部２３は、選択スイッチ２３１Ｓ、選択スイッチ２３１Ｎ、選択スイッチ２３１’Ｓ、選択スイッチ２３１’Ｎ、走査回路２２、走査回路２２’、出力線２３２Ｓ、出力線２３２Ｎ、出力バッファ２３３Ｓ、出力バッファ２３３Ｎを含む。なお、Ｓは放射線に応じて画素で発生した電荷に基づく電気信号に対する系統を示すものであり、Ｎは画素のオフセットに基づく電気信号に対する系統を示すものである。選択スイッチ２３１Ｓや選択スイッチ２３１Ｎは、画素アレイ２の列毎に設けられており、画素アレイ２の所望の画素列を選択する素子である。なお、本実施形態のように、画素アレイ２を複数のブロックに分割し、ブロックごとにブロックを選択する選択スイッチ２３１’Ｓや選択スイッチ２３１’Ｎが備えられていてもよい。図１の破線で示す走査回路２２は、画素アレイ２から並列に出力された電気信号を直列の電気信号に変換するために、各選択スイッチ２３１Ｓ及び２３１Ｎを適宜選択する回路である。走査回路２２は、図３に示すように、複数の単位回路部２２１を含み、各単位回路部２２１が各列の画素２０の選択を制御する。走査回路部２２にはシフトレジスタが好適に用いられ、各単位回路部２２１はシフトレジスタの単位回路が用いられ得る。なお、本実施形態のように、画素アレイ２を複数のブロックに分割し、ブロックごとにブロックを選択する選択スイッチ２３１’Ｓ及び２３１’Ｎを適宜選択する走査回路２２’が備えられていてもよい。出力線２３２Ｓ及び出力バッファ２３３Ｓや出力線２３２Ｎ及び出力バッファ２３３Ｎは、直列の電気信号を出力する出力部として機能する。出力線２３２Ｓ及び２３２Ｎは、直列の電気信号を伝送し、出力バッファ２３３Ｓ及び２３３Ｎは、伝送された直列の電気信号をバッファ出力する。なお、本実施形態では、読み出し回路部２３は、基台１の上に配置された複数の半導体基板に跨って配置されており、複数の半導体基板毎に設けられている。また、読み出し回路部２３は、信号線に電気的に接続される、列バッファ用ＭＯＳ２３４Ｓ及び２３４Ｎや、電流源２３５Ｓ及び２３５Ｎを更に有していてもよい。
フレキシブル配線基板３は、出力部に電気的に接続された出力端子２６Ｓや出力端子２７Ｓに電気的に接続され、読み出し回路部２３から出力された電気信号を信号処理部（不図示）に伝送する回路基板である。なお、本実施形態では、フレキシブル配線基板３は、基台１の上に配置された複数の半導体基板毎に設けられている。
部材４は、読み出し回路部２３への放射線の入射を抑制するための部材である。部材４には、放射線の吸収及び又は遮蔽する特性が高い、鉛やタングステンといった重金属材料が好適に用いられ得る。部材４の厚さは、要求される放射線の吸収及び又は遮蔽度合いに応じて好適に設定され、本実施形態では厚さ１ｍｍの鉛板が用いられる。半導体集積回路である読み出し回路部２３へ放射線が入射すると、入射した放射線に応じた電荷によりノイズが発生し得る。特に半導体基板に読み出し回路部２３が配置された構成であると、半導体基板中で発生した電荷により読み出し回路部２３で発生し得るノイズの問題がより顕著となる。そのため、読み出し回路部２３への放射線の入射を抑制する部材４を用いることが好ましい。ただし、画素アレイ２の複数の画素２０のうち読み出し回路部２３の近傍に配置されている画素２０は、部材４が配置されることによって、複数の画素２０の中央に位置する画素２０に比べて、入射する放射線が低減される恐れがある。それにより得られる画像信号に相違が発生し、画像アーチファクトの原因となり、得られる画像の画質が低下するおそれがある。更に、部材４のレイアウトに関するマージンの確保が困難な場合がある。
そこで、誠意検討の結果、本願発明では以下のようなレイアウトを提供する。図３及び図４を用いて本願発明の部材４の好適な位置規定を提供するレイアウトを説明する。図４は、図１のＡ−Ａ’線における放射線撮像装置１００の模式的な構成を示す断面模式図である。
図３に示すように、画素アレイ２は、第１の領域２ａと第２の領域２ｂとを含む。第１の領域２ａは、複数の画素２０のうち画像信号の生成に用いられる一部の画素が複数配列された領域である。第２の領域２ｂは、複数の画素２０のうち画像信号の生成に用いられない、一部の画素と異なる他の画素２０が第１の領域２ａの周囲のうちの少なくとも一部の領域に複数配列された領域である。以下では、一部の画素を有効画素と称し、他の画素をダミー画素と称し、第１の領域２ａを有効画素領域と称し、第２の領域２ｂをダミー画素領域と称する。また、読み出し回路部２３は、ダミー画素領域２ｂに配置されている。そして、画素アレイ２の少なくとも一方向において、画素アレイ２の外側から内側に向かって、読み出し回路部２２の内側の端部Ｂと、部材４の画素アレイ２への正射影の内側の端部Ｃと、ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａと、がこの順に配置されている。ここで、本実施形態では、画素アレイ２の少なくとも一方向は列方向である。
まず、ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａよりも外側に読み出し回路部２３の内側の端部Ｂが位置することにより、読み出し回路部２３と有効画素領域２ａの間には、画像信号の生成に用いられない電気信号を出力するダミー画素が必ず存在することになる。そして、ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａと読み出し回路部２３の内側の端部Ｂとの間に、部材４の画素アレイ２への正射影の内側の端部Ｃが位置する。これにより、部材４により放射線の入射が低減されるおそれのある画素をダミー画素とし、画像信号の生成に使用しない。これにより、アーチファクトとなり得る電気信号を発生する画素から出力される電気信号を画像信号の生成にしようしない構成となり、画像アーチファクトの発生が抑制される。また、部材４のレイアウトマージンが、ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａと読み出し回路部２３の内側の端部Ｂとの間に存在するダミー画素の大きさ分確保できる。ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａと読み出し回路部２３の内側の端部Ｂとの間に複数のダミー画素が存在すれば、よりマージンが確保できる。本実施形態では、ダミー画素領域には画素アレイ２の外側（図３の下方側）から内側にむかって１０画素分のダミー画素が配置されており、読み出し回路部２３は画素アレイ２の外側から７画素分の領域内に配置されている。そのため、ダミー画素領域２ｂの内側の端部Ａと読み出し回路部２３の内側の端部Ｂとの間にはダミー画素が３画素分配置されており、部材４のレイアウトマージンが３画素分確保され得る。本実施形態では、部材４が画素アレイ２の外側から８画素分のダミー画素及び読み出し回路部２３を覆うように、画素アレイ２の外側から８画素目のダミー画素と９画素目のダミー画素の間に部材４の画素アレイ２への正射影の内側の端部Ｃが位置する。なお、上記の画素数は一例であり、本発明はそれに限定されるものではない。
ここで、図３に示すように、走査回路２２の単位回路部２２１は、ダミー画素領域において、隣接する二つの画素２０の光電変換素子２０１の間に配置される。そして、走査回路２２の単位回路部２２１は、隣接する二つの画素２０のうちの一方の画素２０の出力回路部２０２との間に一方の画素２０の光電変換素子２０１を挟むように配置される。また、出力部を構成する出力バッファ２３３Ｓや出力バッファ２３３Ｎは、ダミー画素領域において、隣接する二つの画素２０の光電変換素子２０１の間に配置される。そして、出力バッファ２３３Ｓや出力バッファ２３３Ｎは、隣接する二つの画素２０のうちの一方の画素２０の出力回路部２０２との間に一方の画素２０の光電変換素子２０１を挟むように配置される。このような配置によって、光電変換素子２０の配列ピッチを保ちつつダミー画素領域内に読み出し回路部２３を好適に配置できる。なお、駆動回路部２１の複数の単位回路部２１１は、有効画素領域２ａとダミー画素領域２ｂに跨って配列されている。また、単位回路部２１１は、隣接する二つの画素２０の光電変換素子２０１の間で、隣接する二つの画素２０のうちの一方の画素２０の出力回路部２０２との間に一方の画素２０の光電変換素子２０１を挟むように、配置される。
なお、本実施形態では、フレキシブル配線基板３に電気的に接続されたプリント回路基板８に設けられた信号処理部（不図示）により、画像信号が生成され得る。
シンチレータ５は、放射線を光電変換素子が感知可能な光に変換するものであり、シンチレータ層５ａと支持部材５ｂとを含む。シンチレータ層５ａは、放射線を光電変換素子が感知可能な光に変換する層であり、例えばハロゲン化アルカリのシンチレータによって形成されうる。シンチレータ層１２０は、センサパネル１１０のセンサ保護層１１３にＣｓＩ：ＮａおよびＣｓＩ：Ｔｌ等のハロゲン化アルカリを蒸着することによって、柱状結晶の集合体が形成されてもよい。なお、本発明における放射線は、例えばＸ線、α線、β線又はγ線であり、本実施形態ではＸ線が用いられている。支持部材５ｂはシンチレータ層を支持する部材であり、部材４よりも低い放射線吸収及び又は遮蔽特性を有する材料によって構成され得る。支持部材５ｂには、軽金属材料のアルミ（Ａｌ）や、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の炭素樹脂基板が好適に用いられ得る。また、ハロゲン化アルカリのシンチレータ層を使用し、導電性の材料を支持部材５ｂに使用する場合には、シンチレータ層の電気化学的腐食を抑制するために、支持部材５ｂの表面は絶縁加工されたものを用いることが好ましい。なお、シンチレータ層５ａの画素２０と対向する表面の画素アレイ２への正射影の外側の端部Ｄよりも、読み出し回路部２２の内側の端部Ｂが外側に位置する構成においては、シンチレータ層５ａによって放射線が十分に吸収できない。そのため、このような構成にあっては部材４による放射線の入射を抑制することによる効果はより顕著となる。
図４に示す本実施形態において、放射線撮像装置１００は、基台１、複数の半導体基板、及び、部材４を収容する筐体６を含む。本実施形態では、筐体６は、箱部材６ａと蓋部材６ｂとを含む。蓋部材６は、部材４よりも低い放射線吸収及び又は遮蔽特性を有する材料によって構成され、ＣＦＲＰが好適に用いられ得る。蓋部材６ｂは、画素アレイ２に対応して配置され得る。箱部材６ａは、蓋部材６ｂを機械的に支持する。筐体６により、筐体６の外側からの外光の画素アレイ２への侵入を抑制する。本実施形態では、放射線撮像装置１００は、筐体６に結合され部材４を機械的に支持する支持機構７を更に含む。支持機構７は、ねじ７ｂとナット７ｃによって支持板７ａが筐体６に結合されており、スペーサ７ｃにより部材４の配置位置を規定している。ただし、本発明の支持機構はこの構成に限定されるものではなく、筐体６に結合されて部材４を機械的に支持できる機構であればよい。
次に、図５を参照しながら各画素２０の構成例を説明する。図５は、放射線撮像装置の１画素の例を説明する１画素の模式的な等価回路図である。前述のとおり、画素２０は、光電変換素子２０１と、出力回路部２０２とを含む。光電変換素子２０２は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部２０２は、増幅回路部２０４、クランプ回路部２０６、サンプルホールド回路部２０７、選択回路部２０８を含む。
光電変換素子２０２は、電荷蓄積部を含み、該電荷蓄積部は、増幅回路部２０４のＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０４ｂを介して電流源２０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａと電流源２０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
図５に示す例では、光電変換素子２０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートが共通のノードを構成していて、このノードは、該電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、該電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ２０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになると、リセットスイッチ２０３がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。
クランプ回路部２０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部２０４によって出力されるノイズをクランプ容量２０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部２０６は、光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプは、クランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量２０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０６ｄを介して電流源２０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃと電流源２０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０がアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部２０６から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｓａを介して容量２０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部２０６から出力される信号は、ノイズである。このノイズは、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｎａを介して容量２０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズには、クランプ回路部２０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ２０７Ｓａと容量２０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓが構成され、スイッチ２０７Ｎａと容量２０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路２０７Ｎが構成される。サンプルホールド回路部２０７は、信号サンプルホールド回路２０７Ｓとノイズサンプルホールド回路２０７Ｎとを含む。
駆動回路部２１の単位回路部２１１が行選択信号ＶＳＴをアクティブレベルに駆動すると、容量２０７Ｓｂに保持された信号（光信号）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａおよび行選択スイッチ２０８Ｓｂを介して信号線２５Ｓに出力される。また、同時に、容量２０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａおよび行選択スイッチ２０８Ｎｂを介して信号線２５Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａは、信号線２５Ｓに設けられた定電流源２３５Ｓ（図２記載）とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａは、信号線２５Ｎに設けられた定電流源２３５Ｎ（図２記載）とソースフォロア回路を構成する。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａと行選択スイッチ２０８Ｓｂによって信号用選択回路部２０８Ｓが構成され、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａと行選択スイッチ２０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部２０８Ｎが構成される。選択回路部２０８は、信号用選択回路部２０８Ｓとノイズ用選択回路部２０８Ｎとを含む。
画素２０は、隣接する複数の画素２０の光信号を加算する加算スイッチ２０９Ｓを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ２０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素２０の容量２０７Ｓｂが加算スイッチ２０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素２０は、隣接する複数の画素２０のノイズを加算する加算スイッチ２０９Ｎを有してもよい。加算スイッチ２０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素２０の容量２０７Ｎｂが加算スイッチ２０９Ｎによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部２０９は、加算スイッチ２０９Ｓと加算スイッチ２０９Ｎを含む。
画素２０は、感度を変更するための感度変更部２０５を有してもよい。画素２０は、例えば、第１感度変更スイッチ２０５ａおよび第２感度変更スイッチ２０５’ａ、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ２０５ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量２０５ｂの容量値が追加される。これによって画素２０の感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ２０５’ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量２０５’ｂの容量値が追加される。これによって画素２０１の感度が更に低下する。このように画素２０の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮｗをアクティブレベルにして、ＭＯＳトランジスタ２０４ａに加えてＭＯＳトランジスタ２０４’ａをソースフォロア動作させてもよい。
次に、図６を参照しながら放射線撮像装置の動作に要する主な信号について説明する。図６は、放射線撮像装置の動作の例を説明する模式的なタイミングチャートである。リセット信号ＰＲＥＳ、イネーブル信号ＥＮ、クランプ信号ＰＣＬ、光信号サンプリング信号ＴＳ、ノイズサンプリング信号ＴＮは、ローアクティブの信号である。イネーブル信号ＥＮ０は、図６に示されていないが、イネーブル信号ＥＮと同様の信号でありうる。イネーブル信号ＥＮｗは、６に示されていないが、第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブにされる場合には、イネーブル信号ＥＮと同様に遷移しうる。
まず、画素アレイ２の全ての行についてイネーブル信号ＥＮがアクティブになり、次いで、光信号サンプリング信号ＴＳがパルス状にアクティブレベルになって、光信号が容量２０７Ｓｂに書き込まれる。次いで、リセット信号ＰＲＥＳがパルス状にアクティブレベルになって、電荷電圧変換部の電位がリセットされる。次いで、クランプ信号ＰＣＬがパルス状にアクティブレベルになる。クランプ信号ＰＣＬがアクティブレベルであるときに、ノイズサンプリング信号ＴＮがパルス状にアクティブレベルになって、ノイズが容量２０７Ｎｂに書き込まれる。
その後、駆動回路部２１の第１行に対応する単位回路部２１１がその行選択信号ＶＳＴ（ＶＳＴ０）をアクティブレベルにする。これは、駆動回路部２１が画素アレイ２の第１行を選択することを意味する。この状態で、走査回路２２の第１列から最終列に対応する単位回路部２２１が列選択信号ＨＳＴ（ＨＳＴ０〜ＨＳＴｎ）をアクティブレベルにする。これは、走査回路２２が画素アレイ２の第１列から最終列までを順に選択することを意味する。これにより、出力バッファ２３３Ｓ、２３３Ｎから画素アレイ２の第１行における第１列から最終列までの画素の光信号、ノイズが出力される。その後、駆動回路部２１の第２行に対応する単位回路部２１１がその行選択信号ＶＳＴ（ＶＳＴ１）をアクティブレベルにする。この状態で、走査回路２２の第１列から最終列に対応する単位回路部２２１が列選択信号ＨＳＴ（ＨＳＴ０〜ＨＳＴｎ）をアクティブレベルにする。このような動作を最終行まで行うことによって画素アレイ２から並列に出力された電気信号が直列の電気信号に変換されて読み出し回路部２３によって読み出される。
（第２の実施形態）
次に、図７及び図８を用いて第２の実施形態に係る放射線撮像装置のレイアウトを説明する。図７は、第２の実施形態に係る放射線撮像装置の画素アレイの模式的なレイアウトを示す模式図である。図８は、第２の実施形態に係る放射線撮像装置の模式的な構成を示す断面模式図である。なお、図３及び図４に示す第１の実施形態と同じ構成については同じ記号を付与し、詳細な説明は省略する。
第２の実施形態における画素アレイ２は、画像信号の補正に用いられる電気信号を出力するために光電変換素子２０１が遮光された画素（以下遮光画素と称する）が複数配列された第３の領域（以下遮光画素領域と称する）２ｃをダミー画素領域２ｂに更に含む。なお、画像信号の補正は、フレキシブル配線基板３に電気的に接続されたプリント回路基板８に設けられた信号処理部（不図示）により行われ得る。そして、遮光画素領域２ｃの内側の端部Ｅは、読み出し回路部２３の内側の端部Ｂよりも外側に位置するように、遮光画素領域２ｃが備えられる。このような構成にすることにより、遮光画素が部材４によって確実に放射線の入射が抑制され、画像信号に対する補正の精度がより向上し得る。
また、第２の実施形態における部材４は、シンチレータ層５を挟んで光電変換素子２０１に対向して配置された支持部材５ｂに固定されている。このような構成とすることにより、第１の実施形態における支持機構７を省略することが可能となり、放射線撮像装置１００の厚さを第１の実施形態よりも薄くすることが可能となる。
（応用例）
次に、図９を参照しつつ、放射線撮像装置１００の放射線撮像システムへの応用例を示した図である。Ｘ線チューブ（放射線源）９０３で発生したＸ線（放射線）９０２は、被験者又は患者９００の胸部９０１を透過し、放射線撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線には患者９００の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ層が発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報は、デジタル信号に変換され、イメージプロセッサ（信号処理装置）９０４により画像処理され、制御室のディスプレイ（表示手段）９０５で観察できる。なお、放射線撮像システムは、放射線撮像装置１００と、放射線撮像装置１００からの電気信号を処理する信号処理装置９０４とを少なくとも有する。なお、このような放射線撮像システムにあっては、図４や図８で用いられたプリント回路基板８の信号処理部（不図示）に替えて、信号処理装置９０４において画像信号の生成や画像信号の補正を行ってもよい。
また、この情報は電話回線等の伝送処理手段９０６により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどのディスプレイ（表示装置）２０７に表示、もしくは、光ディスク等の記録装置に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録装置となるフィルムプロセッサ９０９により記録媒体となるフィルム９０８に記録することもできる。
１ 基台
２ 画素アレイ
２ａ 第１の領域（有効画素領域）
２ｂ 第２の領域（ダミー画素領域）
３ フレキシブル回路基板
４ 部材
２３ 読み出し回路部
１００ 放射線撮像装置

Claims (13)

  1. 放射線に応じた電気信号を出力する複数の画素が配列された画素アレイと、
    前記画素アレイから出力された電気信号を読み出す読み出し回路部と、
    前記読み出し回路部への放射線の入射を抑制するための部材と、
    を有して、前記読み出し回路部によって読み出された電気信号に基づいて画像信号が生成される放射線撮像装置であって、
    前記画素アレイは、前記複数の画素のうち前記画像信号の生成に用いられる一部の画素が複数配列された第１の領域と、前記複数の画素のうち前記画像信号の生成に用いられない前記一部の画素と異なる他の画素が前記第１の領域の周囲のうちの少なくとも一部の領域に複数配列された第２の領域と、を含み、
    前記読み出し回路部は、前記第２の領域に配置されており、
    前記画素アレイの少なくとも一方向において、前記画素アレイの外側から内側に向かって、前記読み出し回路部の前記内側の端部と、前記部材の前記画素アレイへの正射影の前記内側の端部と、前記第２の領域の前記内側の端部と、がこの順に配置されていることを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記複数の画素はそれぞれ、放射線を光に変換するシンチレータで変換された光を電荷に変換する光電変換素子と、前記電荷を増幅した前記電気信号を出力する出力回路部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
  3. 前記読み出し回路部の前記内側の端部は、前記シンチレータの前記画素と対向する表面の前記画素アレイへの正射影の前記外側の端部よりも前記外側に位置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. 前記読み出し回路部は、前記画素アレイから並列に出力された電気信号を直列の電気信号に変換するための走査回路と、前記直列の電気信号を出力する出力部と、を含み、
    前記走査回路は、複数の単位回路部を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
  5. 前記複数の単位回路部のうちの１つの単位回路部は、隣接する二つの画素の光電変換素子の間で、前記隣接する二つの画素のうちの一方の画素の出力回路部との間に前記一方の画素の光電変換素子を挟むように、配置されることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
  6. 前記出力部は、隣接する二つの画素の光電変換素子の間で、前記隣接する二つの画素のうちの一方の画素の出力回路部との間に前記一方の画素の光電変換素子を挟むように、配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
  7. 前記複数の画素及び前記読み出し回路部は、基台の上に配置された複数の半導体基板を跨って配置されており、
    前記部材は、前記複数の半導体基板に跨って配置された前記読み出し回路部への放射線の入射を抑制するように配置されることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  8. 前記基台、前記複数の半導体基板、及び、前記部材を収容する筐体と、
    前記筐体に結合され前記部材を機械的に支持する支持機構と、
    を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
  9. 前記基台、前記複数の半導体基板、前記シンチレータ、及び、前記部材を収容する筐体を更に含み、
    前記部材は前記シンチレータに固定されてい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. 前記シンチレータは、前記放射線を前記光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層を支持する支持部材と、を含み、
    前記支持部材は、前記シンチレータ層を挟んで前記光電変換素子に対向して配置されており、
    前記部材は前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
  11. 前記画素アレイは、前記画像信号の補正に用いられる電気信号を出力するために前記光電変換素子が遮光された画素が複数配列された第３の領域を前記第２の領域に更に含むことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  12. 前記第３の領域の前記内側の端部は、前記読み出し回路部の前記内側の端部よりも前記外側に位置することを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮像装置。
  13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの電気信号を処理する信号処理装置と、
    を含むことを特徴とする放射線撮像システム。
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