JP2016144079A - 放射線検出器および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】アンプトランジスタの閾電圧や移動度がばらついた場合においても、所定のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線量に基づいた電気信号が入力される結合容量素子（６）と、結合容量素子（６）からの信号を増幅するアンプトランジスタ（２）と、アンプトランジスタ（２）のソース‐ドレイン電流の値が所定範囲の値となるように、結合容量素子（６）とアンプトランジスタ（２）のゲート電極との間に、アンプトランジスタ（２）のゲート電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路（２６）と、センサ素子（１）と結合容量素子（６）との間に電圧を印加することで、センサ素子（１）の電極の電圧を初期化するリセット電位線（４５）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出器および放射線撮像システムに関するものである。

入射した放射線、特にＸ線の線量に応じた電気信号を出力するセンサ素子としては、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接変換型や、Ｘ線をシンチレータにより光に変換してから光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型のものが用いられている。このようなセンサ素子を、基板（パネル）上に２次元マトリックス状に配置された複数のピクセルの１ピクセル毎に設けたＸ線画像撮像用のパネルが開発されている。このようなパネルでは、各ピクセルの制御に薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子）が使われている。そして、直接変換型および間接変換型の何れにおいても、Ｘ線の線量に応じて発生した電気信号（電荷）が各ピクセル内の容量に蓄積されるようになっている。

この蓄積された容量を、ＴＦＴ素子を介して、パネルの外部にある増幅器に転送するものをパッシブピクセル型といい、既に、デジタルＸ線撮像装置として広く実用化されている。

一方、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２に記載されているように、読出しラインの熱雑音や外部の読出し回路の雑音の影響を軽減できることから、蓄積された容量を、ＴＦＴ素子を増幅素子として使うことで増幅して外部の回路に伝えるアクティブピクセル型と称されるものの開発も行われている。

図１７は、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセルと読出し回路の一例を示す図である。

図示されているように、アクティブピクセルにおけるセンサ素子の一端には、センサ素子のバイアス電圧であるＶｓ＿ｂが与えられる。そして、Ｘ線がアクティブピクセルに入射されると電気信号が発生し、上記センサ素子に接続されたアンプトランジスタのゲート電極の電圧が変化する。これは、発生した上記電気信号が、アンプトランジスタのゲート電極に接続された静電容量に蓄積されるためである。したがって、上記アンプトランジスタは、発生した上記電気信号によるゲート電圧の変化を、ドレインソース間の電流変化として出力するようになっている。すなわち、アンプトランジスタは、上記電気信号を増幅するトランジスタであって、その電源電圧はＶｄである。リセットトランジスタは、上記アンプトランジスタのゲート電極と、上記アクティブピクセルの外部から与えられるリセット電圧（Ｖｄ）とを、リセット信号線を介して供給されるリセット信号に基づいて、導通状態あるいは遮断状態に制御する。読出しトランジスタは、上記アンプトランジスタのドレインソース間の電流を上記アクティブピクセルの外部に出力するためのスイッチであり、読出し信号線を介して供給される読出し信号に基づいて、制御される。

そして、上記アクティブピクセルの外部に出力された上記アンプトランジスタのドレインソース間の電流は、積分用アンプと、上記積分用アンプの一方の入力端子（−端子）と上記積分用アンプの出力端子との間に接続されたＣｆ（容量）と、を備えた読出し回路によって読み出され、上記読出し回路はＶｏ（出力電圧）を出力するようになっている。

特開２０１４−６０７２５号公報（２０１４年４月３日公開）

K. S. Karim, et al., "Readout Circuit in Active Pixel Sensors in Amorphous Silicon Technology," IEEE Electron, Device Letters, Vol.22, No.10, October 2001. K. S. Karim, et al., "Amorphous Silicon Active Pixel Sensor Readout Circuit for Digital Imaging," IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 50, NO. 1, JANUARY 2003.

しかしながら、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器において、一つのアクティブピクセル内や複数のアクティブピクセル間で、アンプトランジスタの閾値電圧や移動度がばらついた場合、アンプトランジスタのゲート電圧の初期値を一律に決めると、アクティブピクセルの外部に出力される上記アンプトランジスタのドレインソース間の電流の初期値がばらつくため、放射線がアクティブピクセルに入射され、センサ素子によって発生した電気信号が蓄積された静電容量によって変動した上記アンプトランジスタのドレインソース間の電流量を正確に見積もることができない。

上記アンプトランジスタのドレインソース間の初期電流値を測定して、放射線入射後の電流値との差をとることで、初期電流値のバラツキを補正することはできるが、得られる初期電流値が大きい場合には、フリッカーノイズが大きくなり、所望のＳ／Ｎ比（Signal／Noise比）が得られなかったり、得られる初期電流値が大きすぎて飽和した場合には、出力信号を検出できなくなったりすることがあるので問題である。一方で、得られる初期電流値が小さすぎる場合には、上記アンプトランジスタの増幅率も小さく、Ｓ／Ｎ比（Signal／Noise比）の低下につながる可能性や所望の出力信号が得られないことがあり得るので問題である。

本発明の目的は、アンプトランジスタの閾値電圧や移動度がばらついた場合においても、所望のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器および放射線撮像システムを提供することにある。

本発明の放射線検出器は、上記課題を解決するために、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサ素子と、上記電気信号が入力される第１静電容量と、上記第１静電容量から出力された信号を増幅するアンプトランジスタと、上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた範囲の値となるように、上記第１静電容量と上記アンプトランジスタのゲート電極との間に、上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路と、上記センサ素子と上記第１静電容量との間に電圧を印加することで、上記センサ素子の電極の電圧を初期化するリセット回路と、を備えており、上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出すことを特徴としている。

上記構成によれば、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた値となるように、アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路が備えられている。さらに、アンプトランジスタのゲート電極はセンサ素子の電極と静電容量によりＤＣ（直流）的に分離されている。

また、キャリブレーション回路が設定したアンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を保ったまま、リセット回路によりセンサ素子の電極の電圧を初期化することが可能になる。

従って、キャリブレーション回路は、アンプトランジスタの電流電圧特性における閾電圧およびアンプトランジスタの移動度がばらついた場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた値となるように設定できる。従って、アンプトランジスタの閾電圧および移動度がばらついている場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる初期電流値を適正範囲内に設定することができる。よって、アンプトランジスタの閾電圧や移動度がばらついた場合においても、所定のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器および放射線撮像システムを実現できる。

本発明の一態様によれば、アンプトランジスタの閾電圧や移動度がばらついた場合においても、所定のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器および放射線検出システムを実現できる。

本発明の一実施形態に係る放射線センサの構成の一例を概略的に示す回路図である。 図１に示した放射線センサの制御を概略的に示すタイミング図である。 図１に示した放射線センサのキャリブレーションフェーズにおける動作状態を概略的に示す回路図である。 図１に示した放射線センサの待機フェーズおよび露光期における動作状態を概略的に示す回路図である。 図１に示した放射線センサのリセット期における動作状態を概略的に示す回路図である。 図１に示した放射線センサの初期データ読み出し期および露光後データ読み出し期の積分回路リセット時における動作状態を概略的に示す回路図である。 図１に示した放射線センサの初期データ読み出し期および露光後データ読み出し期の読み出し時における動作状態を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る放射線センサの構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る放射線センサの構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る放射線センサの構成の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係るキャリブレーション回路の二例を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る共用回路の一例を概略的に示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る放射線撮像装置の構成の一例を概略的に示す配線図である。 図１３に示した放射線撮像装置の制御を概略的に示すタイミング図である。 本発明の一実施形態に係る放射線撮像装置の構成の一例を概略的に示す配線図である。 本発明の一実施形態に係る放射線撮像装置の構成の一例を概略的に示す配線図である。 従来の放射線センサの構成を概略的に示す回路図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、特性、その相対配置などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。

なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

本発明の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明すれば以下のとおりである。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。

（放射線センサ）
図１は、放射線センサ５１（放射線検出器）の構成を概略的に示す回路図である。図１に示すように、放射線センサ５１は、ピクセル１１、キャリブレーション回路２６、読み出し回路３６、およびＡＤ変換器（アナログデジタル変換器）３７を備え、放射線の有無および強度を検出する。

（アクティブピクセル）
ピクセル１１は、アクティブピクセルであり、センサ素子１、アンプトランジスタ（増幅トランジスタ）２、読み出しトランジスタ３、キャリブレーショントランジスタ４、リセットトランジスタ５、結合容量素子６（第１静電容量）を備える。また、センサ容量７を図１のピクセル１１は備えるが、実際の回路においては必ずしも、センサ容量７に相当する容量素子が実装されるものではない。なぜならばセンサ容量７は、下記３つの容量（１）〜（３）の総和を等価的に示す容量だからである。

３つの容量とは、（１）センサ素子１の２つの電極の間の静電容量、（２）ピクセル１１の構造により生じる、センサ素子１と接続するセンサ側電極部１ａと固定電位の電極の間に生じる寄生容量、および（３）センサ素子１で生じる信号電荷を蓄積するために意図的に加えた容量、である。

さらに、ピクセル１１は、ピクセル１１外部と接続する接続線として、キャリブレーション信号線４１、リセット信号線４２、読み出し信号線４３、キャリブレーション電位線４４、リセット電位線４５（リセット回路）および読み出し出力線４６を備える。

センサ素子１は、入射した放射線の線量（露光強度）に応じて電気信号を直接生じる直接変換型のセンサ素子であり、放射線（特にＸ線）を直接信号電荷（正孔または電子）に変換する。センサ素子１の一方の電極はセンサ側電極部１ａを介して、リセットトランジスタ５のソース電極、結合容量素子６、センサ容量７と接続し、センサ素子１の他方の電極には固定電位Ｖｓ＿ｂを印加する。なお、固定電位Ｖｓ＿ｂはセンサ素子１のバイアス電圧である。

アンプトランジスタ２は、結合容量素子６からの信号（センサ素子１で生じた電気信号が結合容量素子６を通過して得られる信号）を増幅するトランジスタである。そして、アンプトランジスタ２のドレインソース間電流の電流量はアンプトランジスタ２のゲート電極の電位に応じる。アンプトランジスタ２のドレイン電極は、固定電位Ｖｄである電流源と接続し、アンプトランジスタ２のソース電極は読み取りトランジスタ３のドレイン電極と接続する。

読み出しトランジスタ３は、読み出し信号線４３からの読み出し信号に基づき導通状態（ＯＮ）または遮断状態（ＯＦＦ）になり、ＯＮのときアンプトランジスタ２のドレインソース間電流を、読み出し出力線４６に出力する。

キャリブレーショントランジスタ４は、キャリブレーション信号線４１からのキャリブレーション信号に基づき、ＯＮまたはＯＦＦになり、ＯＮのときキャリブレーション電位線４４とアンプトランジスタ２のゲート電極を導通して、アンプ側電極部２ａをキャリブレーション（校正）する。そして、アンプ側電極部２ａのキャリブレーションにより、アンプトランジスタ２も同様にキャリブレーションされる。

リセットトランジスタ５は、リセット信号線４２からのリセット信号に基づき、ＯＮまたはＯＦＦになり、ＯＮのときリセット電位線４５とセンサ側電極部１ａを導通して、センサ側電極部１ａを固定電位Ｖｒｓｔにリセットする。

結合容量素子６は、センサ素子１とアンプトランジスタ２との間にあり、センサ側電極部１ａからアンプ側電極部２ａへの電荷の移動を防ぐと同時に、センサ側電極部１ａの電位の変化をアンプ側電極部２ａへ伝える。

キャリブレーション信号線４１、リセット信号線４２、読み出し信号線４３はそれぞれ、キャリブレーショントランジスタ４のゲート電極、リセットトランジスタ５のゲート電極、読み出しトランジスタ３のゲート電極に接続されている。また、キャリブレーション信号線４１、リセット信号線４２、読み出し信号線４３はそれぞれ、キャリブレーション信号、リセット信号、読み出し信号を伝達する。

キャリブレーション電位線４４は、キャリブレーショントランジスタ４に接続する。そして、キャリブレーショントランジスタ４がＯＮの時、キャリブレーション電位線４４は、アンプ側電極部２ａの電位をキャリブレーションする。

リセット電位線４５は、リセットトランジスタ５に接続する。そして、リセット電位線４５は、リセットトランジスタ５がＯＮの時、センサ側電極部１ａの電位をリセットする。

読み出し出力線４６は、読み出しトランジスタ３に接続する。そして、読み出しトランジスタ３がＯＮの時、読み出し出力線４６は、アンプトランジスタ２のドレインソース間電流を出力する。

また、センサ側電極部１ａおよびアンプ側電極部２ａは、ピクセル１１の動作を、保存量である電荷に着目して説明するために、定義されている。

センサ側電極部１ａは、センサ素子１からの信号電荷が蓄積される電極である。具体的には、センサ素子１のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、結合容量素子６のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、およびセンサ容量７のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、から構成される。

リセットトランジスタ５が遮断状態のとき、センサ素子１が生成した信号電荷は、センサ側電極部１ａに蓄積される。従って、リセットトランジスタ５が遮断状態のとき、センサ側電極部１ａにおいて、センサ素子１が生成した信号電荷を含めると、電荷の保存則が成立する。

アンプ側電極部２ａは、アンプトランジスタ２のゲート電極の電位を左右する電荷が蓄積される電極である。具体的には、アンプトランジスタ２のゲート電極、および結合容量素子６のキャリブレーショントランジスタ４に接続する側の電極、から構成される。

キャリブレーショントランジスタ４が遮断状態のとき、アンプ側電極部２ａにおいて、電荷の保存則が成立する。アンプトランジスタ２のゲート電極は、キャリブレーショントランジスタ４および結合容量素子６と接続しているので、キャリブレーショントランジスタ４がＯＦＦのとき、フローティング状態になる。また、アンプトランジスタ２のゲート電極は、結合容量素子６を介して、センサ側電極部１ａと間接的に接続（容量性カップリング）しているので、キャリブレーショントランジスタ４がＯＦＦのとき、アンプ側電極部２ａの電位はセンサ側電極部１ａの電位に連動する。

なお、簡便のために以降、読み出しトランジスタ３とキャリブレーショントランジスタ４とリセットトランジスタ５とを、纏めて、トランジスタ３〜５と称する。また、キャリブレーション信号線４１とリセット信号線４２と読み出し信号線４３とを、纏めて、信号線４１〜４３と称する。

（キャリブレーション回路）
キャリブレーション回路２６は、キャリブレーションアンプ２１と接地抵抗２４を備え、キャリブレーション電位線４４と読み出し出力線４６によりピクセル１１と接続している。言い換えれば、キャリブレーション回路２６は、結合容量素子６とアンプトランジスタ２との間に、キャリブレーショントランジスタ４を介して接続されている。また、接地抵抗２４の抵抗値はＲである。

キャリブレーションアンプ２１の正端子にはバイアス用の固定電位Ｖｉｎｔ＿ｂが印加され、負端子は読み出し出力線４６と接地抵抗２４に接続し、出力端子はキャリブレーション電位線４４に接続している。したがって、ピクセル１１の読み出しトランジスタ３とキャリブレーショントランジスタ４の両方がＯＮのとき、キャリブレーションアンプ２１はアンプトランジスタ２のゲート電極の電位をフィードバック制御して、アンプトランジスタ２をキャリブレーションする。

こうして、キャリブレーション回路２６は、アンプトランジスタ２のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた値となるように、結合容量素子６とアンプトランジスタ２との間から、アンプトランジスタ２のゲート電極の電圧の初期値を設定する。

（読み出し回路）
読み出し回路３６は、積分回路であり、積分アンプ３１と積分容量素子３３と積分リセットスイッチ３４を備え、読み出し出力線４６でピクセル１１と接続し、ＡＤ変換器３７と接続する。

積分アンプ３１の正端子にはバイアス用の固定電位Ｖｉｎｔ＿ｂが印加され、負端子は読み出し出力線４６と積分容量素子３３に接続し、出力端子はＡＤ変換器３７と積分容量素子３３に接続している。また、積分リセットスイッチ３４は積分容量素子３３の両極に接続し、導通状態（ＯＮ）のとき積分容量素子３３を短絡してリセット（初期化）する。

（ＡＤ変換器）
ＡＤ変換器３７は、クロック信号Clk_adcが立ち下がるタイミングにおいて、読み出し回路３６からの出力電圧を、サンプリング（抽出）してデジタル化（量子化、離散化）する。

（抵抗、容量、増幅率、時間）
放射線センサ５１の動作を考えるために、アンプトランジスタ２のソース電極からドレイン電極に流れる電流がＩｄｓのときの増幅率（トランスコンダクタンス）をｇｍ（Ｉｄｓ）、アンプトランジスタ２の閾電圧をＶｔｈ、アンプトランジスタ２のゲート電極の寄生容量をＣｇ、結合容量素子６の容量をＣｃ、センサ容量７の容量をＣｓ、接地抵抗２４の抵抗をＲ、積分容量素子３３の容量をＣｆ、積分リセットスイッチ３４を導通状態（ＯＮ）から遮断状態（ＯＦＦ）にしたタイミングからクロック信号Clk_adcが立ち下がるタイミングまでの時間をＴｉ、とする。

（動作）
図２は放射線センサ５１の制御を概略的に示すタイミング図である。図２では上から順に、キャリブレーショントランジスタ４（キャリブレーション信号線信号線４１）、リセットトランジスタ５（リセット信号線４２）、積分リセットスイッチ３４、読み出しトランジスタ３（読み出し信号線４３）、およびクロック信号Clk_adcのＯＮ／ＯＦＦを示し、立ち上がっているときがＯＮ（導通状態、高電位）であり、立ち下がっているときがＯＦＦ（遮断状態、低電位）である。

放射線センサ５１の制御は、キャリブレーションフェーズ、待機フェーズ、センシングフェーズの３フェーズからなり、センシングフェーズはリセット期、初期データ読み出し期、露光期、露光後データ読み出し期からなる。

そして、各フェーズおよび各期における、放射線センサ５１の動作状態を図３〜７が示す。図３〜７は、図１のトランジスタ３〜５および積分リセットスイッチ３４を、図２の各フェーズおよび各期に対応して、ＯＮ／ＯＦＦを表すように、スイッチを表す電気用図記号に描き替えている。なお、図示を簡潔にするために、信号線４１〜４３は省略し、通電状態のトランジスタ３〜５および積分リセットスイッチ３４における電圧降下は無視している。

以下、放射線センサ５１の動作について、図３〜図７に基づいて説明する。

（キャリブレーションフェーズ）
まず、放射線センサ５１に電源を入れると、キャリブレーションフェーズから開始する。

図３は、放射線センサ５１のキャリブレーションフェーズにおける動作状態を示す回路図であり、トランジスタ３〜５がＯＮであり、積分リセットスイッチ３４がＯＦＦである。また、ＡＤ変換器３７に入力されるクロック信号Clk_adcはＯＦＦである。図３に示す動作状態において、キャリブレーションフェーズのとき、放射線センサ５１はキャリブレーションを行っている。具体的には、放射線センサ５１は次の３つの動作を行っている。

第１に、リセットトランジスタ５がＯＮなので、センサ側電極部１ａには固定電位Ｖｒｓｔがリセット電位線４５により印加される。これにより、センサ側電極部１ａの電位がＶｒｓｔにリセットされる。そして、センサ側電極部１ａに蓄積される電荷の量は下記の（式１）により表される。
ＣｃＶｒｓｔ＋Ｃｃ（Ｖｒｓｔ−Ｖｇ） （式１）
第２に、読み出しトランジスタ３およびキャリブレーショントランジスタ４がＯＮなので、キャリブレーション回路２６がアンプトランジスタ２のゲート電極の電位をフィードバック制御する。これにより、アンプトランジスタ２のソース電位がＶｉｎｔ＿ｂになるように、アンプトランジスタ２のゲート電極の電位がキャリブレーションされる。このときのアンプトランジスタ２のゲート電極の電位をＶｇとし、アンプトランジスタ２のドレインソース電流をアンプトランジスタ２の初期電流とする。また、アンプトランジスタ２のゲート電極の電位がＶｇなので、アンプ側電極部２ａの電位もＶｇになる。そして、アンプ側電極部２ａに蓄積される電荷の量は下記の（式２）により表される。
Ｃｃ（Ｖｇ−Ｖｒｓｔ）＋ＣｇＶｇ （式２）
時間について言い及ぶと、アンプトランジスタ２のキャリブレーションは、フィードバック制御なので、長時間かかる。対して、センサ側電極部１ａのリセットは、リセット電位線４５により固定電位Ｖｒｓｔがセンサ側電極部１ａに印加されるので、短時間で完了する。

第３に、積分リセットスイッチ３４がＯＦＦなので、読み出し回路３６が積分回路として作動できる。しかし、アンプトランジスタ２のキャリブレーションのために、キャリブレーションフェーズは長時間行われる。このため、キャリブレーションフェーズにおいて、読み出し回路３６は飽和し、遮断状態になる。そして、アンプトランジスタ２の初期電流は、全て接地抵抗２４を通ってグランドに逃げるので、アンプトランジスタ２の初期電流の大きさはＶｉｎｔ＿ｂ／Ｒになる。

なお、アンプトランジスタ２が露光前も露光後も飽和領域で作動するように、アンプトランジスタ２の初期電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒは適切な大きさに設定する。アンプトランジスタ２が飽和領域で作動するためには、アンプトランジスタ２のゲート電極の電位がソース電極の電位と閾電圧Ｖｔｈの和よりも大きければよい。

センサ素子１で発生する信号電荷が負電荷（電子）の場合、露光によりセンサ側電極部１ａおよびアンプ側電極部２ａの電位が下がる。従って、初期電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒは、なるべく大きく設定することが好ましい。また、センサ素子１で発生する信号電荷が正電荷（正孔）の場合、露光によりセンサ側電極部１ａおよびアンプ側電極部２ａの電位が上がる。従って、初期電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒは、なるべく小さく設定することが好ましい。これより、放射線センサ５１のダイナミックレンジを広くすることが可能になる。なお、アンプトランジスタ２の初期電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒが設定可能な範囲は、アンプトランジスタ２の飽和領域において、必要な増幅度が取れる範囲に限定される。

（待機フェーズ）
次に、キャリブレーション終了後、センシングを開始するまで、放射線センサ５１は待機フェーズにあり、Ｘ線照射準備などを行う。

図４は、放射線センサ５１の待機フェーズおよびセンシングフェーズの露光期における動作状態を示す回路図であり、トランジスタ３〜５および積分リセットスイッチ３４はＯＦＦである。また、ＡＤ変換器３７に入力されるクロック信号Clk_adcはＯＦＦである。待機フェーズにおいて、放射線センサ５１は待機しており、動作していない。しかし、センサ素子１からノイズ信号が発生するので、センサ側電極部１ａおよびアンプ側電極部２ａの電位は変動する。また、アンプトランジスタ２のソース電極はハイインピーダンス状態にあるため、アンプトランジスタ２のソース電極の電位は（Ｖｄ−Ｖｔｈ）まで上昇する。

また、アンプトランジスタ２のゲート電極はフローティング状態なので、キャリブレーション終了時に蓄積されていた電荷を、アンプ側電極部２ａは保存している。

（センシングフェーズ）
センシングを開始すると、放射線センサ５１はセンシングフェーズを繰り返す。センシングフェーズは順に、リセット期、初期データ読み出し期、露光期、露光後データ読み出し期から成る。

（リセット期）
図５は、放射線センサ５１のリセット期における動作状態を示す回路図であり、読み出しトランジスタ３、リセットトランジスタ５および積分リセットスイッチ３４がＯＮであり、キャリブレーショントランジスタ４がＯＦＦである。また、ＡＤ変換器３７に入力されるクロック信号Clk_adcはＯＦＦである。リセット期において放射線センサ５１はリセットを行っている。具体的には、放射線センサ５１は次の３つの動作を行っている。

第１に、リセットトランジスタ５がＯＮなので、センサ側電極部１ａが固定電位Ｖｒｓｔに復帰する。第２に、読み出しトランジスタ３および積分リセットスイッチ３４がＯＮなので、アンプトランジスタ２のソース電極の電位がＶｉｎｔ＿ｂに復帰する。第３に、アンプ側電極部２ａはキャリブレーション終了時に蓄積されていた電荷を保存している。従って、アンプトランジスタ２のゲート電極およびアンプ側電極部２ａの電位はＶｇに復帰する。

以上のように、キャリブレーションフェーズ終了時の電位に、センサ側電極部１ａの電位およびアンプ側電極部２ａの電位が復帰する。なお、積分リセットスイッチ３４がＯＮなので、読み出し回路３６のリセットも行われている。

（初期データ読み出し期）
初期データ読み出し期に、放射線センサ５１は初期データ読み出しを行う。初期データ読み出しでは、積分回路３６のリセットとアンプトランジスタ２のドレインソース電流の積分とを行う。

図６は、放射線センサ５１の初期データ読み出し期および露光後データ読み出し期の初期の読み出し回路３６のリセット時における動作状態を示す回路図であり、読み出しトランジスタ３および積分リセットスイッチ３４がＯＮであり、キャリブレーショントランジスタ４およびリセットトランジスタ５がＯＦＦである。また、ＡＤ変換器３７に入力されるクロック信号Clk_adcはＯＦＦである。また、初期データ読み出し期の初期において、放射線センサ５１は積分回路３６のリセットを行っている。

リセット期から続けて初期データ読み出し期に、積分回路３６のリセットを行う理由は、リセット期終了時に僅かにセンサ側電極部１ａの電位が変動するからである。詳しく述べると、リセット期終了時にリセットトランジスタ５がＯＮからＯＦＦになったのに伴い、リセットトランジスタ５からセンサ側電極部１ａに微小電荷が移動し、センサ側電極部１ａの電位が変動する。そして、アンプ側電極部２ａの電位およびアンプトランジスタ２のドレイン電極とソース電極との間の電流も変動する。このため、リセットトランジスタ５をＯＦＦにした後に、積分リセットスイッチ３４をＯＦＦにしたほうがよい。なお、他の説明においてはトランジスタのＯＮ／ＯＦＦに伴う微小電荷の移動は無視している。

図７は、放射線センサ５１の初期データ読み出し期および露光後データ読み出し期の読み出し回路３６のリセット終了後における動作状態を示す回路図であり、トランジスタ３がＯＮであり、トランジスタ４〜５およびスイッチ３４がＯＦＦである。また、ＡＤ変換器３７に入力されるクロック信号Clk_adcはＯＦＦからＯＮになる。初期データ読み出し期の読み出し回路３６のリセット終了後、積分リセットスイッチがＯＦＦになるので、読み出し出力線４６からの電流の積分が開始される。放射線センサ５１は読み出し回路３６において入力電流の積分を行う。そして、ドレインソース電流を時間Ｔｉ積分した後に、ＡＤ変換器３７は積分回路３６の出力電圧をデジタル化して出力する。

初期データ読み出し期におけるアンプトランジスタ２のドレインソース電流をＩｄｓ、ＡＤ変換器３７がデジタル化する積分回路３６の出力電圧をＶｏｕｔ、ＡＤ変換器３７が出力するデジタル値をＤｏｕｔとすると、下記の（式３）が成立する。
Ｖｏｕｔ＝（Ｉｄｓ−Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒ）Ｔｉ／Ｃｆ （式３）
なお、放射線センサ５１では露光期でないときは、ピクセル１１はＸ線から遮断しているので、ドレインソース電流Ｉｄｓは定数である。しかし、積分時間Ｔｉはセンサ素子１の反応速度に対して十分に短いので、ピクセル１１が露光したままであっても、ドレインソース電流Ｉｄｓを定数として計算してよい。

なお、初期データ読み出し期は、センシングフェーズ１回毎になくてもよい。数回のセンシングフェーズに１回の初期データ読み出し期でもよい、また、最初のセンシングフェーズのみ初期データ読み出し期があってもよい。

（露光期）
露光期は、図４のような動作状態において、放射線センサ５１は放射線を受光（露光）して、センサ素子１から信号電荷がセンサ側電極部１ａに流入する。センサ素子１からの信号電荷により、センサ側電極部１ａの電位は変動する。また、アンプ側電極部２ａはキャリブレーション終了時に蓄積されていた電荷を保存している。従って、アンプ側電極部２ａの電位およびアンプトランジスタ２のゲート電極の電位も変動する。また、露光期に、放射線受光により、センサ素子１からセンサ側電極部１ａへ流入した電荷の量をＱとする。

（露光後データ読み出し期）
露光後データ読み出し期に、放射線センサ５１は露光後データ読み出しを行う。露光後データ読み出しでは、積分回路３６のリセットとアンプトランジスタ２のドレインソース電流の積分とを行う。

露光後データ読み出し期の初期に、図６のような動作状態において、放射線センサ５１は読み出し回路３６のリセットを行う。なお、露光後データ読み出し期の初期に行う積分回路３６のリセットは、露光期に開始してもよい。

読み出し回路３６をリセットした後、図７のような動作状態において、放射線センサ５１は読み出し回路３６においてアンプトランジスタ２のドレインソース電流の積分を行う。そして、ドレインソース電流を時間Ｔｉ積分した後に、ＡＤ変換器３７は積分回路３６の出力電圧をデジタル化して出力する。

露光後データ読み出し期におけるアンプトランジスタ２のドレインソース電流をＩｄｓ’、アンプ側電極部２ａの電位をＶｇ’、ＡＤ変換器３７がデジタル化する積分回路３６の出力電圧をＶｏｕｔ’、ＡＤ変換器３７が出力するデジタル値をＤｏｕｔ’とすると、下記の（式４）および（式５）が成立する。
Ｉｄｓ’＝Ｉｄｓ＋ｇｍ（Ｉｄｓ）（Ｖｇ’−Ｖｇ） （式４）
Ｖｏｕｔ’＝（Ｉｄｓ’−Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒ）Ｔｉ／Ｃｆ （式５）
従って、ＡＤ変換器３７におけるデジタル化誤差を無視すると、下記の（式６）が導出される。
Ｄｏｕｔ’−Ｄｏｕｔ
＝Ｖｏｕｔ’−Ｖｏｕｔ
＝（Ｉｄｓ’−Ｉｄｓ）Ｔｉ／Ｃｆ
＝ｇｍ（Ｉｄｓ）（Ｖｇ’−Ｖｇ）Ｔｉ／Ｃｆ （式６）
センサ側電極部１ａへは露光期に電荷Ｑが流入し、アンプ側電極部２ａはキャリブレーションフェーズ後フローティング状態である。従って、露光後データ読み出し期におけるセンサ側電極部１ａの電位をＶｒｓｔ’とすると電荷の保存則より、下記の（式７）および（式８）が成立する。
ＣｓＶｒｓｔ＋Ｃｃ（Ｖｒｓｔ−Ｖｇ）＋Ｑ＝ＣｓＶｒｓｔ’＋Ｃｃ（Ｖｒｓｔ’−Ｖｇ’） （式７）
Ｃｃ（Ｖｇ−Ｖｒｓｔ）＋ＣｇＶｇ＝Ｃｃ（Ｖｇ’−Ｖｒｓｔ’）＋ＣｇＶｇ’ （式８）
そして、下記の（式９）が導出される。
Ｖｇ’−Ｖｇ＝Ｑ（Ｃｓ＋Ｃｇ＋ＣｇＣｓ／Ｃｃ） （式９）
以上で導出された（式６）および（式９）から、ＡＤ変換器３７の出力するデジタル値の差(Ｄｏｕｔ’−Ｄｏｕｔ)が、センサ素子１で発生した信号電荷Ｑに比例することは明らかである。従って受光した放射線量に比例したデータが、(Ｄｏｕｔ’−Ｄｏｕｔ)として取得できる。

（効果）
放射線センサ５１においては、アンプトランジスタ２のドレインソース間を流れる初期電流がＶｉｎｔ＿ｂ／Ｒになるように、キャリブレーション回路２６がアンプトランジスタ２のゲート電極の電位をフィードバック制御する。このため、アンプトランジスタ２の閾電圧および移動度が設計値からずれている場合であっても、放射線センサ５１の出力データのＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を抑えることが可能になる。

放射線センサ５１においては、結合容量素子６により、センサ側電極部１ａとアンプ側電極部２ａが直流的に分離されている。このため、センサ素子１のリセットとアンプトランジスタ２のキャリブレーションとを別々に行える。

放射線センサ５１においては、センサ側電極部１ａのリセットは、短時間で完了する。なぜならば、センサ側電極部１ａに固定電位Ｖｒｓｔが印加されることにより、センサ側電極部１ａはリセットされるからである。これに対し、アンプ側電極部２ａのキャリブレーションは、長時間かかる。なぜならば、キャリブレーション回路２６によるフィードバック制御によりアンプトランジスタ２のゲート電極の電位がキャリブレーションされるからである。従って、センシングフェーズのピクセルリセットにおいて、センサ側電極部１ａのリセットだけを行うことにより、センシングフェーズの時間が短くなり、高速な連続検出が可能になる。

〔実施の形態２〕
以下、本発明の別の一実施形態について、図８に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図８はピクセル１２を備えた放射線センサ５２の回路図である。ピクセル１２は間接変換型のアクティブピクセルであり、センサ素子１の替りにフォトダイオード９およびシンチレータ（図示せず）を備え、放射線を受けるとシンチレータが可視光を発光し、シンチレータからの可視光をフォトダイオード９が信号電荷に変換する。

ピクセル１２および放射線センサ５２は間接変換型なので、直接変換型と比べて低い電圧での稼働が可能になる。

〔実施の形態３〕
以下、本発明の別の一実施形態について、図９に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図９はピクセル１３を備えた放射線センサ５３の回路図である。ピクセル１３ではピクセル１３内部においてリセット電位線４５が、読み出し出力線４６に接続している。読み出し出力線４６の電位は、キャリブレーションフェーズおよびリセット期において、キャリブレーションアンプ２１の正端子の電位Ｖｉｎｔ＿ｂと等しくなるので、ピクセル１３はＶｒｓｔがＶｉｎｔ＿ｂと等しい場合のピクセル１１と等価である。

ピクセル１３および放射線センサ５３は、リセット電位線４５を専用配線でピクセル１３の外に出さなくてよいので配線作業が簡便になる。このため、ピクセル１３を複数備える放射線センサおよび放射線撮像装置において、装置の小型化が可能になる。

〔実施の形態４〕
以下、本発明の一実施形態の変形例について、図１０に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図１０はピクセル１４を備えた放射線センサ５４の回路図である。ピクセル１４は読み出しトランジスタ３の替りに読み出し容量素子８（第２静電容量）を備え、読み出し容量素子８はセンサ素子１および読み出し信号線４３と接続している。また、アンプトランジスタのソース電極は読み出し出力線４６に直接接続している。

また、読み出し容量素子８を備えたために、センサ素子１からの信号電荷はセンサ側電極部１ｂに蓄積される。

センサ側電極部１ｂは、センサ素子１のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、結合容量素子６のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、センサ容量７のリセットトランジスタ５に接続する側の電極、および読み出し容量素子のリセットトランジスタ５に接続する側の電極から構成される。

リセットトランジスタ５が遮断状態のとき、センサ素子１が生成した信号電荷は、センサ側電極部１ｂに蓄積される。従って、リセットトランジスタ５が遮断状態のとき、センサ側電極部１ｂにおいて、電荷の保存則が成立する。

以下では、読み出し信号線４３の電位を変えることでアンプトランジスタ２の通電状態と遮断状態が切り替わることを以下で説明する。なお、読み出し容量素子８の静電容量をＣｄ、キャリブレーションフェーズでのアンプトランジスタ２のゲート電極の電位をＶｇ、キャリブレーションフェーズ（読み出し信号ＯＦＦ）での読み出し信号線４３の電位をＶｈｉｇｈ、待機フェーズ（読み出し信号ＯＮ）での読み出し信号線４３の電位をＶｌｏｗとする。

また、改めて、センシングフェーズでリセット期終了後、放射線受光によりセンサ側電極部１ｂに電荷Ｑが流入した後に、読み出し信号線４３の電位をＶｌｏｗにした場合のアンプ側電極部２ａの電位をＶｇ’、読み出し信号線４３の電位をＶｈｉｇｈにした場合のアンプ側電極部２ａの電位をＶｇ”とする。電荷保存則より、下記の（式１０）および（式１１）が成立する。
｛（Ｃｃ＋Ｃｇ）（Ｃｄ＋Ｃｓ＋Ｃｃ）−Ｃｃ^２｝（Ｖｇ’−Ｖｇ）＝ＣｃＣｄ（Ｖｌｏｗ−Ｖｈｉｇｈ）＋ＣｃＱ （式１０）
｛（Ｃｃ＋Ｃｇ）（Ｃｄ＋Ｃｓ＋Ｃｃ）−Ｃｃ^２｝（Ｖｇ”−Ｖｇ）＝ＣｃＱ （式１１）
例えば、Ｃｃ＝Ｃｄ＝０．３ｐＦ、Ｃｓ＝Ｃｇ＝０．１ｐＦ、Ｖｌｏｗ＝−１０Ｖ、Ｖｈｉｇｈ＝＋１０Ｖ、有効数字３桁、とすると、下記の（式１２）および（式１３）が導出される。
Ｖｇ’−Ｖｇ＝−９．４８Ｖ＋Ｑ／（０．６３３ｐＦ） （式１２）
Ｖｇ”−Ｖｇ＝Ｑ／（０．６３３ｐＦ） （式１３）
となる。従って、読み出し信号をＯＮからＯＦＦに切り替えると、アンプ側電極部２ａの電位は９．４８Ｖ下がる。例えば、Ｖｇ＝５Ｖ、Ｖｉｎｔ＿ｂ＝１．５Ｖ、アンプトランジスタ２の閾電圧値を２Ｖ、アンプトランジスタ２のソース電極の電位をＶｓ、Ｑ＜−５．０５１ｐＣ、とするとＶｓ＝Ｖｉｎｔ＿ｂなので、Ｖｇ’−Ｖｓ＜２Ｖとなり、読み出し信号がＯＦＦの間、アンプトランジスタ２は遮断状態（ＯＦＦ）を維持する。

そして、読み出し信号をＯＦＦからＯＮに戻すと、（式１３）より、アンプトランジスタ２は通電状態（ＯＮ）になり、センサ素子１から生じた信号電荷Ｑに比例して、アンプ側電極部２ａの電位が変化し、アンプトランジスタ２のドレインソース間電流も増加する。つまり、読み出し容量素子８は読み出しトランジスタ３と同じ役割を果たす。

ピクセル１４および放射線センサ５４は、読み出しトランジスタ３をピクセル１４内部に形成しなくてよいので、ピクセルの微細化が可能になり、放射線センサの小型化が可能になる。

（変形例１）
以下、本発明の一実施形態の変形例について、図１１の（ａ）に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図１１の（ａ）は２つの接地抵抗２４ａ、２４ｂおよびスイッチ２３ａ、２３ｂを備えるキャリブレーション回路２７の回路図である。抵抗値Ｒ１の接地抵抗２４ａはスイッチ２３ａを介して、抵抗値Ｒ２の接地抵抗２４ｂはスイッチ２３ｂを介して、読み出し出力線４６と接続している。ただし、Ｒ１＞Ｒ２＞０である。

放射線センサ５１〜５４においては、アンプトランジスタ２の初期電流がＶｉｎｔ＿ｂ／Ｒに決まっているので、経時変化によりアンプトランジスタ２の移動度が低下した場合、アンプトランジスタ２の増幅度が減少してしまうという問題がある。これを解決するために、放射線センサ５１〜５４のキャリブレーション回路２６を本変形例のキャリブレーション回路２７に交換して、リセットフェーズ時のアンプトランジスタ２のゲート電極の電位を測定する回路を放射線センサ５１〜５４に加える。そして、放射線センサが新しいときは、スイッチ２３ａをＯＮ、スイッチ２３ｂをＯＦＦにして、抵抗値の高い接地抵抗２４ａを利用する。そして、放射線センサが古くなり、リセットフェーズ時のアンプトランジスタ２のゲート電極の電位が既定値より高くなった時、アンプトランジスタ２が劣化したとして、スイッチ２３ａをＯＦＦ、スイッチ２３ｂをＯＮにして、抵抗値の高い接地抵抗２４ｂを利用する。

このため、本変形例のキャリブレーション回路２７を用いると、経時変化によるアンプトランジスタ２の増幅度の減少を補正することが可能である。

（変形例２）
以下、本発明の一実施形態の変形例について、図１１の（ｂ）に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図１１の（ｂ）は接地容量２２およびスイッチ２３ｃを備えるキャリブレーション回路２８の回路図である。接地容量２２はキャリブレーション電位線と接続し、スイッチ２３ｃは接地容量２２とキャリブレーションアンプ２１の出力端子との間に形成されている。

放射線センサ５１〜５４においては、キャリブレーショントランジスタ４がＯＦＦの時に、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間の電位差により、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間にリーク電流が生じる恐れがある。リーク電流が生じると、アンプトランジスタ２のゲート電極のフローティング状態が損なわれるので、放射線センサ５１〜５４の出力が不正確になる問題が起きる。

これを解決するために、放射線センサ５１〜５４のキャリブレーション回路２６を本変形例のキャリブレーション回路２８に交換して、スイッチ２３ｃをキャリブレーショントランジスタと同様に、キャリブレーションフェーズの時だけＯＮにする。これにより、キャリブレーション電位線の電位が、キャリブレーションフェーズでない時も、キャリブレーションフェーズの時の電位に保持される。従って、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間の電位差が小さくなり、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間のリーク電流を防止可能になる。

（変形例３）
以下、本発明の一実施形態の変形例について、図１２に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図１２は共用回路３８を備える回路３９の回路図である。共用回路３８は共用アンプ３２、接地抵抗２４、積分容量素子３３、積分リセットスイッチ３４を備えており、キャリブレーション回路２６および読み出し回路３６と等価である。従って、図１、図３〜５の放射線センサ５１〜５４において、キャリブレーション回路２６と読み出し回路３６を、共用回路３８に替えてもよい。

キャリブレーション回路２６と読み出し回路３６を共用回路３８に替えると、２つのアンプ（キャリブレーションアンプ２１と積分アンプ３１）が１つのアンプ（共用アンプ３２）になるので、放射線センサの小型化が可能になる。

〔実施の形態５〕
以下、本発明の他の一実施形態について、図１３、図１４に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（放射線撮像装置）
図１３は、放射線撮像装置５５（放射線撮像システム）の構成を概略的に示す回路図である。放射線撮像装置５５は、フラットパネル４７（基板）および撮像データ読み出し集積回路１７を備え、フラットパネル４７の上に、複数のピクセル１１と制御回路１６とが配置されている。また、放射線撮像装置５５は、共用のキャリブレーション信号線４１＿１〜４１＿Ｍ、共用のリセット信号線４２＿１〜４２＿Ｍ、共用の読み出し信号線４３＿１〜４３＿Ｍ、共用のキャリブレーション電位線４４＿１〜４４＿Ｎおよび共用の読み出し出力線４６＿１〜４６＿Ｎを備える。

また、簡便のために以降、共用のキャリブレーション信号線４１＿ｍと共用のリセット信号線４２＿ｍと共用の読み出し信号線４３＿ｍとを（ｍ≦Ｍ：自然数）、纏めて共用の信号線４１＿ｍ、４２＿ｍ、４３＿ｍと称する。

ピクセル１１は、フラットパネル４７の上にＭ行Ｎ列の２次元のマトリックス状に（Ｍ、Ｎ：自然数）配置され、図面上側からｍ番目（ｍ≦Ｍ：自然数）の図面横方向に並ぶピクセル１１（ｍ行）は共用の信号線４１＿ｍ、４２＿ｍ、４３＿ｍにより制御回路１６に接続している。また、図面左側からｎ番目（ｎ≦Ｎ：自然数）の図面縦方向に並ぶピクセル１１（ｎ列）は共用のキャリブレーション電位線４４＿ｎおよび共用の読み出し出力線４６＿ｎにより撮像データ読み出し集積回路１７に接続している。

図面上側からｍ番目かつ図面左側からｎ番目にあるピクセル１１（ｍ行ｎ列）において、キャリブレーション信号線４１、リセット信号線４２、読み出し信号線４３、キャリブレーション電位線４４、読み出し出力線４６はそれぞれ、共用のキャリブレーション信号線４１＿ｍ、共用のリセット信号線４２＿ｍ、共用の読み出し信号線４３＿ｍ、共用のキャリブレーション電位線４４＿ｎ、共用の読み出し出力線４６＿ｎと接続している。なお、リセット電位線４５、アンプトランジスタ２のドレイン電極、センサ素子１のセンサ側電極部１ａでない電極、センサ容量７の接地電極の接続は、固定電位またはグランドとの接続なので、図１３では省略した。

制御回路１６は、共用の信号線４１＿ｍ、４２＿ｍ、４３＿ｍにより、ｍ行のピクセル１１と接続している。そして、制御回路１６はピクセル１１の動作を制御する信号を出力する。

撮像データ読み出し集積回路１７は、Ｍ行Ｎ列のマトリックス状のピクセル１１に対応して、キャリブレーション回路２６、読み出し回路３６、ＡＤ変換器３７、および記憶素子（図示せず）の組をＮ組備える。また、図面左側からｎ組目のキャリブレーション回路２６は共用のキャリブレーション電位線４４＿ｎとキャリブレーション回路２６の出力側で接続し、共用の読み出し出力線４６＿ｎとキャリブレーション回路２６の入力側で接続している。また、図面左側からｎ組目の読み出し回路３６は共用の読み出し出力線４６＿ｎと入力側で読み出し回路３６の接続している。

（動作）
図１４は、放射線撮像装置５５の制御を概略的に示すタイミング図である。図１４では上から順に、１行目のピクセル１１に接続する共用の信号線４１＿１、４２＿１、４３＿１、２行目のピクセル１１に接続する共用の信号線４１＿２、４２＿２、４３＿２、……、Ｍ行目のピクセル１１に接続する共用の信号線４１＿Ｍ、４２＿Ｍ、４３＿Ｍに制御回路１６が出力する制御信号のＯＮ／ＯＦＦを示し、立ち上がっているときがＯＮであり、立ち下がっているときがＯＦＦである。

放射線センサ５５の制御は、キャリブレーションフェーズ、待機フェーズ、センシングフェーズの３フェーズからなり、センシングフェーズはリセット読み出し期、読み出し期に分かれる。そして、放射線センサ５５では、タイミングが重ならないように、１行目からＭ行目まで、行ごとにタイミングをずらして順番に、ピクセル１１、キャリブレーション回路２６、読み出し回路３６、ＡＤ変換器３７が、放射線センサ５１と同様に作動する。

まずキャリブレーションフェーズにおいて、１行目のピクセル１１からＭ行目のピクセル１１まで、行毎に順に、キャリブレーションが行われ、撮像の開始前にすべてのピクセル１１がリセットされる。たとえば、４１＿ｍ、４２＿ｍ、４３＿ｍがＯＮの期間は、ｍ行目のピクセル１１のセンサ素子１のリセットおよびアンプトランジスタ２のキャリブレーションが行われている。

Ｘ線が照射されて撮像が開始すると、センシングフェーズのリセット読み出し期において、１行目のピクセル１１のリセットおよび初期データ読み出し、２行目のピクセル１１のリセットおよび初期データ読み出し、……、Ｍ行目のピクセル１１のリセットおよび初期データ読み出し、が順に行われる。そして、センシングフェーズのリセット読み出し期から読み出し期にかけてピクセル１１を露光し、読み出し期に、１行目からＭ行目のピクセルまで行毎に順に露光後データ読み出しが順に行われる。

各行の初期データ読み出しおよび露光後データ読み出しの初期において、撮像データ読み出し集積回路１７の読み出し回路３６はリセットされるので、撮像データ読み出し集積回路１７の記憶素子はピクセル１１ごとの初期データおよび露光後データのデジタル値を保持する。

撮像データ読み出し集積回路１７は、センシングフェーズ毎に各ピクセル１１の露光後データから初期データを引いた変化量を計算し、１枚の２次元画像（フレーム、Ｍ行Ｎ列のマトリックスデータ）を取得する。なお、リセット読み出し期は全てのセンシングフェーズに設けなくてもよい。数回のセンシングフェーズに一回のリセット読み出し期にしてもよいし、最初のセンシングフェーズにだけリセット読み出し期を設けて、２回目以降のセンシングフェーズでは前のセンシングフェーズの露光後データを初期データの代わりに利用してもよい。

（効果）
放射線撮像装置５５において各ピクセル１１は、実施の形態１の放射線センサ５１と同様の動作をする。したがって、放射線撮像装置５５はアンプトランジスタ２の閾電圧および移動度が設計値からずれていたり、複数のピクセル１１の間で異なっていたりしても、複数のピクセル１１のアンプトランジスタ２のドレイン電極とソース電極の間を流れる電流の初期値を揃えることが可能になる。このため、放射線撮像装置５５の出力データのＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を所定のＳ／Ｎ比に維持することが可能になる。

また、放射線撮像装置５５のピクセル１１において、結合容量素子６により、センサ素子１とアンプトランジスタ２が直流的に分離されている。このため、センサ素子１のリセットとアンプトランジスタ２のキャリブレーションとを別々に行える。センサ素子１のリセットは、固定電位Ｖｒｓｔとの接続なので、短時間で完了する。これに対し、アンプトランジスタ２のキャリブレーションは、キャリブレーション回路２６によるフィードバック制御なので、長時間かかる。従って、センシングフェーズのピクセルリセットにおいて、センサ素子１のリセットだけを行うことにより、センシングフェーズの時間が短くなり、高速な連続検出が可能になる。

（変形例４〜６）
なお、本実施の形態においては、ピクセル１１に替えて、ピクセル１２を用いてもよい。ピクセル１２は間接変換型なので、直接変換型と比べて低い電圧で放射線撮像装置を稼働できる利点がある。

また、本実施の形態においては、ピクセル１１に替えて、ピクセル１３を用いてもよい。ピクセル１３は、リセット電位線４５を専用配線でピクセル１３の外に出さなくてよいので配線作業が簡便になり、放射線撮像装置の小型化が可能になる。

また、本実施の形態においては、ピクセル１１に替えて、ピクセル１４を用いてもよい。ピクセル１４は、読み出しトランジスタ３をピクセル１４内部に形成しなくてよいので、ピクセルの微細化が可能になり、放射線撮像装置の小型化が可能になる。

（変形例７〜８）
また、本実施の形態においては、キャリブレーション回路２６に替えて、キャリブレーション回路２７を用いて、リセットフェーズ時のアンプトランジスタ２のゲート電極の電位を測定する回路を加えてもよい。そして、放射線センサが新しいときは、抵抗値の高い接地抵抗２４ａを利用し、放射線センサが古くなった後は、抵抗値の高い接地抵抗２４ｂを利用する。

これにより、キャリブレーション回路２７を用いると、経時変化によるアンプトランジスタ２の増幅度の減少を補正することが可能である。

また、本実施の形態においては、キャリブレーション回路２６に替えて、キャリブレーション回路２８を用いてもよい。そして、スイッチ２３ｃをキャリブレーショントランジスタと同様に、キャリブレーションフェーズの時だけＯＮにする。

これにより、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間の電位差が小さくなり、キャリブレーショントランジスタ４のソースドレイン間のリーク電流を防止可能になる。

〔実施の形態６〕
以下、本発明の他の一実施形態について、図１５に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図１５は、放射線撮像装置５６の構成を概略的に示す回路図である。放射線撮像装置５６は、フラットパネル４７および撮像データ読み出し集積回路１８を備え、撮像データ読み出し集積回路１８は共用アンプ３２を備える共用回路３８、ＡＤ変換器３７および記憶素子（図示せず）を備える。

本実施の形態においては、キャリブレーション回路２６、読み出し回路３６およびＡＤ変換器３７の組に替えて、共用回路３８およびＡＤ変換器３７を組み合わせた出力回路３９を用いている。したがって、本実施の形態の撮像データ読み出し集積回路１８は、撮像データ読み出し集積回路１７（図１３参照）よりアンプがＮ個すくないので、撮像データ読み出し集積回路１８の小型化が可能になる。

〔実施の形態７〕
また、本実施の形態においては、図１６のように、キャリブレーション回路２６のキャリブレーションアンプ２１をフラットパネル４７の上に形成してもよい。図１６は、放射線撮像装置５７の構成を概略的に示す回路図である。放射線撮像装置５７は、フラットパネル４７および撮像データ読み出し集積回路１９を備え、フラットパネル４７の上に、複数のピクセル１１と制御回路１６と複数のキャリブレーションアンプ２１が配置され、撮像データ読み出し集積回路１９は積分アンプ３１を備える読み出し回路３６、ＡＤ変換器３７、接地抵抗２４および記憶素子（図示せず）を備える。

なお、フラットパネル４７上のキャリブレーションアンプ２１と撮像データ読み出し集積回路１９の中の接地抵抗２４とを見ると、キャリブレーションアンプ２１と接地抵抗２４はキャリブレーション回路２６（図１参照）を形成している。

放射線撮像装置５７においては、キャリブレーションアンプ２１がフラットパネル４７の上に配置されるので、フラットパネル４７と撮像データ読み出し集積回路１９との間の接続がＮ本の共用の読み出し出力線４６＿１〜４６＿Ｎだけである。従って、本変形例の放射線撮像装置５７は、フラットパネル４７と撮像データ読み出し集積回路１９との接続の容易化が可能にある。また、本変形例の撮像データ読み出し集積回路１９は、撮像データ読み出し集積回路１７（図１３参照）よりアンプがＮ個すくないので、撮像データ読み出し集積回路１９の小型化が可能になる。

ピクセルの微細化に伴い、フラットパネルと放射線データ読み出し集積回路との接続が困難さを増している。これに対し、本実施の形態の放射線撮像装置５７は、フラットパネルと放射線データ読み出し集積回路との接続を減らしたので、フラットパネルと放射線データ読み出し集積回路との接続の困難さを軽減可能である。

〔まとめ〕
本発明の態様１における放射線検出器は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサ素子と、上記電気信号が入力される第１静電容量（結合容量素子６）と、上記第１静電容量から出力された信号を増幅するアンプトランジスタと、上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた範囲の値となるように、上記第１静電容量と上記アンプトランジスタのゲート電極との間に、上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路と、上記センサ素子と上記第１静電容量との間に電圧を印加することで、上記センサ素子の電極の電圧を初期化するリセット回路（リセット電位線４５）と、を備えており、上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出すことを特徴としている。

上記構成によれば、上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極の電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路が備えられている。さらに、ゲート電極はセンサ素子の電極と静電容量によりＤＣ（直流）的に分離されている。

また、キャリブレーション回路が設定したアンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を保ったまま、リセット回路によりセンサ素子の電極の電圧を初期化することが可能になる。

従って、キャリブレーション回路は、アンプトランジスタの電流電圧特性における閾電圧およびアンプトランジスタの移動度がばらついた場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた値となるように設定できる。従って、アンプトランジスタの閾電圧および移動度がばらついている場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる初期電流値を適正範囲内に設定することができる。よって、アンプトランジスタの閾電圧や移動度がばらついた場合においても、所定のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器を実現できる。

本発明の態様２における放射線検出器は、上記態様１において、上記キャリブレーション回路による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値の設定時間よりも、上記リセット回路によるセンサ素子の電極の電圧の初期化時間が短いことを特徴とすることが好ましい。

上記構成によれば、リセット回路による初期化は、キャリブレーション回路によるアンプトランジスタの初期化の設定よりも、短時間で終わる。このため、高速な連続検出が可能な放射線検出器を実現できる。

本発明の態様３における放射線検出器は、上記態様１または２において、一端が、上記第１静電容量と上記センサ素子との間に接続された第２静電容量（読み出し容量素子８）をさらに備えており、上記第２静電容量の他端の電圧を変化させることで、上記アンプトランジスタのオンオフを制御することを特徴とすることが好ましい。

上記構成によれば、を第２静電容量素子により放射線検出器の読み出しを制御可能になる。これにより、放射線検出器の読み出しをトランジスタにより制御する放射線検出器に比べて、放射線検出器の小型化が可能になる。

本発明の態様４における放射線撮像システムは、上記態様１〜３のいずれか一態様に記載の放射線検出器に設けられた上記センサ素子と上記アンプトランジスタとを備えたピクセルが、基板上にマトリックス状に複数個配置されていることを特徴とすることが好ましい。

上記構成によれば、放射線を用いて２次元画像を撮像する撮像システムが実現できる。

本発明の態様５における放射線撮像システムは、上記態様４において、上記放射線検出器の上記キャリブレーション回路において上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を制御すると共に、上記放射線検出器において上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を積分するオペアンプを備えていることを特徴とすることが好ましい。

上記構成によれば、一揃いのオペアンプが、キャリブレーション回路の一部として機能すると共に、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を積分するオペアンプとしても機能する。従って、キャリブレーション回路の一部として機能する一揃いのオペアンプ、およびアンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を積分する一揃いのオペアンプの合計二揃いのオペアンプを備える放射線検出器と比べて、放射線検出システムの小型化が可能になる。

本発明の態様６における放射線撮像システムは、上記態様４において、上記放射線検出器の上記キャリブレーション回路において上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を制御するキャリブレーションアンプを備えており、上記キャリブレーションアンプは、上記基板上に配置されていることを特徴とすることが好ましい。

上記構成によれば、キャリブレーションアンプとピクセルとを接続するための配線を、基板の外に出さなくてよい。このため、キャリブレーションアンプを基板の外部に備える放射線撮像システムと比べて、基板の外部に引き出された配線の数を減らすことが可能になる。これにより、ピクセルの高精細化に伴い、基板と基板外部の回路との接続が複雑になることを抑制することができるので、当該接続の困難さを軽減することが可能になる。

また、キャリブレーションアンプを基板の外部に備える放射線撮像システムに比べて、基板の外部の回路のオペアンプの数が減るので、基板の外部の回路の小型化が可能になる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、検出器、特には放射線検出器、さらに好ましくはＸ線検出器に好適に用いることができる。

１ センサ素子
１ａ、１ｂ センサ側電極部
２ アンプトランジスタ（増幅器）
２ａ アンプ側電極部
３ 読み出しトランジスタ
４ キャリブレーショントランジスタ
５ リセットトランジスタ
６ 結合容量素子（第１容量素子）
７ センサ容量
８ 読み出し容量素子（第２容量素子）
９ フォトダイオード（センサ素子）
１１ ピクセル
１２ ピクセル
１３ ピクセル
１４ ピクセル
１６ 制御回路（コントローラ）
１７ 撮像データ読み出し集積回路
１８ 撮像データ読み出し集積回路
１９ 撮像データ読み出し集積回路
２１ キャリブレーションアンプ（オペアンプ）
２２ 接地容量
２３ａ、２３ｂ スイッチ
２４ 接地抵抗
２４ａ、２４ｂ 接地抵抗
２６ キャリブレーション回路
２７ キャリブレーション回路
２８ キャリブレーション回路
３１ 積分アンプ
３２ 共用アンプ（オペアンプ）
３３ 積分容量素子
３４ 積分リセットスイッチ
３６ 読み出し回路
３７ ＡＤ変換器
３８ 共用回路
３９ 出力回路
４１ キャリブレーション信号線
４１＿１〜４１＿Ｍ 共用のキャリブレーション信号線（Ｍ：自然数）
４２ リセット信号線
４２＿１〜４２＿Ｍ 共用のリセット信号線（Ｍ：自然数）
４３ 読み出し信号線
４３＿１〜４３＿Ｍ 共用の読み出し信号線（Ｍ：自然数）
４４ キャリブレーション電位線
４４＿１〜４４＿Ｎ 共用のキャリブレーション電位線（Ｎ：自然数）
４５ リセット電位線（リセット回路）
４６ 読み出し出力線
４６＿１〜４６＿Ｎ 共用の読み出し出力線（Ｎ：自然数）
４７ フラットパネル（基板）
５１ 放射線センサ（放射線検出器）
５２ 放射線センサ（放射線検出器）
５３ 放射線センサ（放射線検出器）
５４ 放射線センサ（放射線検出器）
５５ 放射線撮像装置（放射線検出器、放射線撮像システム）
５６ 放射線撮像装置（放射線検出器、放射線撮像システム）
５７ 放射線撮像装置（放射線検出器、放射線撮像システム）

Claims (5)

1. 入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサ素子と、
   上記電気信号が入力される第１静電容量と、
   上記第１静電容量から出力された信号を増幅するアンプトランジスタと、
   上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が予め定められた範囲の値となるように、上記第１静電容量と上記アンプトランジスタのゲート電極との間に、上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を設定するキャリブレーション回路と、
   上記センサ素子と上記第１静電容量との間に電圧を印加することで、上記センサ素子の電極の電圧を初期化するリセット回路と、を備えており、
   上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出すことを特徴とする放射線検出器。
2. 一端が、上記第１静電容量と上記センサ素子との間に接続された第２静電容量をさらに備えており、
   上記第２静電容量の他端の電圧を変化させることで、上記アンプトランジスタのオンオフを制御することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 請求項１または２に記載の放射線検出器に設けられた上記センサ素子と上記アンプトランジスタとを備えたピクセルが、基板上にマトリックス状に複数個配置されていることを特徴とする放射線撮像システム。
4. 上記放射線検出器の上記キャリブレーション回路において上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を制御すると共に、上記放射線検出器において上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を積分するオペアンプを備えていることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像システム。
5. 上記放射線検出器の上記キャリブレーション回路において上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧の初期値を制御するキャリブレーションアンプを備えており、
   上記キャリブレーションアンプは、上記基板上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像システム。

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