JP2019106648A - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】必要なスイッチの個数を抑えつつ読出の解像度を変更可能にする。【解決手段】放射線撮像装置は、複数の行及び複数の列を構成する複数の画素が配置された画素アレイ１１２と、複数の信号線Ｓｉｇ０・・・と、画素アレイから複数の信号線を通して信号を読み出す読出回路１１３とを備える。画素アレイは複数の画素グループＰＧ１１・・・を有する。各画素グループに属する画素の夫々のスイッチＴ１１・・・は制御端子が互いに異なる複数の駆動線Ｖｇ１ａ・・・に電気的に接続され、第２主端子が複数の信号線のうち１つの信号線に共通に電気的に接続されている。複数の信号線は第１信号線及び第２信号線を含む。複数の画素グループは、第１画素グループと第１画素グループと列方向に隣り合って配置された第２画素グループとを含み、第１画素グループの信号は第１信号線を通して読み出され、第２画素グループの信号は第２信号線を通して読み出される。【選択図】図２

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

放射線撮像装置は、医療画像診断および非破壊検査等の分野において広く利用されている。放射線撮像装置による撮像には、速度よりも解像度が優先される場合や、解像度よりも速度が優先される場合がある。例えば、静止画の撮像においては、一般に速度よりも解像度が優先され、動画の撮像においては、一般に解像度よりも速度が優先される。

特許文献１には、１画素に対して２つのスイッチング素子を設けた放射線画像撮影装置が記載されている。この放射線画像撮影装置では、静止画撮影と動画撮影とで異なるスイッチング素子を用いることによって、静止画撮影では高解像度で信号が読み出され、動画撮影では低解像度で信号が読み出される。

特許５６９４８８２公報

特許文献１の構成のように、スイッチング素子を追加することによって高解像度での読み出しと低解像度での読み出しとを実現する場合、スイッチング素子の増加によって歩留まりが低下したり、コストが高くなったりしうる。また、スイッチング素子の追加によって変換素子の面積が制限され、感度が低下しうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、必要なスイッチの個数を抑えつつ読み出しの解像度を変更可能にするために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配置された画素アレイと、複数の信号線と、前記画素アレイから前記複数の信号線を通して信号を読み出す読出回路とを備える放射線撮像装置に係り、各画素は、放射線を信号に変換する変換素子と、スイッチとを含み、前記スイッチは、制御端子と、前記変換素子に電気的に接続された第１主端子と、前記複数の信号線のうちの１つに電気的に接続された第２主端子とを有し、前記画素アレイは、複数の画素グループを有し、各画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含み、各画素グループに属する画素のそれぞれの前記スイッチは、前記制御端子が互いに異なる複数の駆動線に電気的に接続され、前記第２主端子が前記複数の信号線のうち１つの信号線に共通に電気的に接続され、前記複数の信号線は、第１信号線および第２信号線を含み、前記複数の画素グループは、第１画素グループと、前記第１画素グループと列方向に隣り合って配置された第２画素グループとを含み、前記第１画素グループの信号は前記第１信号線を通して読み出され、前記第２画素グループの信号は前記第２信号線を通して読み出される。

本発明によれば、必要なスイッチの個数を抑えつつ読み出しの解像度を変更可能にするために有利な技術が提供される。

第１実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。 第１実施形態の放射線撮像システムの放射線検出パネルの構成例を示す図。 画素の断面構造の一例を模式的に示す図。 第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。 第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。 第２実施形態の放射線撮像システムの放射線検出パネルの構成例を示す図。 第３実施形態の放射線撮像システムの放射線検出パネルの構成例を示す図。 第４実施形態の放射線撮像システムの放射線検出パネルの構成例を示す図。 第４実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像システム２００の構成が示されている。放射線撮像システム２００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、曝射制御部２２０およびコンピュータ２４０を備えうる。

放射線源２３０は、曝射制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被検体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。放射線源２３０はまた、曝射制御部２２０からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。放射線撮像装置２１０は、放射線検出パネル２１２と、放射線検出パネル２１２を制御する制御部２１４とを含む。

制御部２１４は、放射線検出パネル２１２から得られる信号に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生しうる。停止信号は、曝射制御部２２０に供給され、曝射制御部２２０は、停止信号に応答して、放射線源２３０に対して停止指令を送りうる。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０および曝射制御部２２０を制御したり、放射線撮像装置２１０から放射線画像データを受信し、それを処理したりする。一例において、曝射制御部２２０は、曝射スイッチを有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送る。該開始通知を受けたコンピュータ２４０は、該開始通知に応答して、放射線の放射の開始を放射線撮像装置２１０の制御部２１４に通知する。

図２には、放射線検出パネル２１２の構成例が示されている。放射線検出パネル２１２は、画素アレイ１１２を備えている。画素アレイ１１２には、複数の行および複数の列を構成するように複数の画素Ｐ（Ｐ１１〜Ｐ４４）が配置されている。各画素Ｐは、放射線を検出するように構成されている。放射線検出パネル２１２はまた、複数の信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ０〜Ｓｉｇ４）を備えている。放射線検出パネル２１２はまた、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路（行選択回路）１１４、および、画素アレイ１１２から複数の信号線Ｓｉｇを介して信号を読み出す読出回路１１３を備えている。なお、図２では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、４行×４列の画素Ｐで構成されているが、実際には、より多くの画素Ｐが配列されうる。一例において、放射線検出パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素Ｐを有しうる。

各画素Ｐは、放射線を信号に変換する変換素子Ｓ（Ｓ１１〜Ｓ４４）と、変換素子Ｓと信号線Ｓｉｇとを接続するスイッチＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）とを含む。なお、本明細書において、「信号」は電気的な信号を意味し、「接続」は、電気的な接続を意味する。２つの構成要素の接続（電気的な接続）は、例えば、該２つの構成要素が直接に接続される形態、導体によって接続される形態、制御されることによって導通状態になりうるスイッチ等の他の構成要素を介して接続される形態を含みうる。変換素子Ｓは、それに入射した放射線の量に対応する信号を信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｓは、例えば、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ＭＩＳ型フォトダイオードを含みうる。あるいは、変換素子Ｓは、ＰＩＮ型フォトダイオードを含みうる。変換素子Ｓは、放射線をシンチレータ層で光に変換し、その光を信号に変換する間接型として構成されうる。間接型においては、シンチレータ層が複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。あるいは、変換素子Ｓは、放射線を直接信号に変換する直接型として構成されてもよい。

スイッチＴは、例えば、制御端子（ゲート）と、第１主端子および第２主端子（ソースおよびドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタで構成されうる。変換素子Ｓは、２つの電極を有し、変換素子Ｓの一方の電極は、スイッチＴの第１主端子に接続され、変換素子Ｓの他方の電極は、共通のバイアス線ＢＬを介してバイアス電源に接続されている。バイアス電源は、バイアス電圧を発生する。スイッチＴの制御端子は、複数の駆動線Ｖｇ（Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、・・・Ｖｇ４ａ、Ｖｇ４ｂ）のうち対応する駆動線Ｖｇに接続されている。スイッチＴの第２主端子は、複数の信号線Ｓｉｇのうち対応する信号線Ｓｉｇに接続されている。

画素アレイ１１２は、複数の画素グループＰＧ（ＰＧ１１、ＰＧ１２、ＰＧ２１）を有する。各画素グループＰＧは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素Ｐで構成される。換言すると、各画素グループＰＧは、ｎ×ｍ個の画素Ｐの集合体で構成される。ここで、ｎは、画素グループＰＧにおける列方向の画素数であり、２以上の自然数である。また、ｍは、画素グループＰＧにおける行方向の画素数であり、２以上の自然数である。図２の例では、各画素グループＰＧは、２行×２列を構成するように配列された画素Ｐを含む。複数の画素グループＰＧは、マトリックス状あるいは二次元状に配置されている。

図２の例では、画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２で１つの画素グループＰＧ１１を構成し、画素Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ２３、Ｐ２４で１つの画素グループＰＧ１２を構成する。また、画素Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ４２、Ｐ４３で１つの画素グループＰＧ２１を構成する。なお、画素Ｐ３１、Ｐ４１からなるグループは、少なくとも２行×２列を構成するという条件を満たさないので、不完全画素グループとして扱われる。同様に、画素Ｐ３４、Ｐ４４からなるグループは、少なくとも２行×２列を構成するという条件を満たさないので、不完全画素グループとして扱われる。なお、本実施形態では、２行×２列を構成するように配列された画素Ｐを含む画素グループＰＧを例にして説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、画素グループＰＧは、３行×３列を構成するように配列された複数の画素Ｐを含むものであってもよいし、より包括的に、少なくとも２行×２列を構成されてもよい。

各画素グループＰＧの画素ＰのそれぞれのスイッチＴは、制御端子が互いに異なる複数の駆動線Ｖｇに接続され、第２主端子が複数の信号線Ｓｉｇのうち当該画素グループＰＧのための１つの信号線Ｓｉｇに共通に接続されている。例えば、画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２で構成される画素グループＰＧ１１のそれぞれのスイッチＴ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２は、それぞれ制御端子が互いに異なる駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ２ａ、Ｖｇ２ｂに接続されている。また、画素グループＰＧ１１のそれぞれのスイッチＴ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２の第２主端子は、当該画素グループＰＧのための１つの信号線Ｓｉｇ１に共通に接続されている。複数の画素グループＰＧは、第１画素グループＰＧ１１と、第１画素グループＰＧ１１と列方向に隣り合って配置された第２画素グループＰＧ２１とを含む。第１画素グループＰＧ１１の信号は、第１信号線Ｓｉｇ１を通して読み出され、第２画素グループＰＧ２１の信号は、第２信号線Ｓｉｇ２を通して読み出される。ここで、第１グループＰＧ１１と第２グループＰＧ２１とは、第１グループＰＧ１１の画素Ｐ２２と第２グループＰＧ２１の画素Ｐ３２とが隣り合うように、列方向に隣り合って配置されている。

第１実施形態では、複数の駆動線Ｖｇは、画素アレイ１１２における各行（画素Ｐによって構成される行）について少なくとも２つの駆動線Ｖｇが割り当てられるように配置される。図２の例では、複数の駆動線Ｖｇは、画素アレイ１１２における各行（画素Ｐによって構成される行）について２つの駆動線Ｖｇが割り当てられるように配置される。

このような配置を別の視点で説明すると以下のようになる。すなわち、第１実施形態においては、それぞれの画素のスイッチの制御端子が互いに異なる駆動線に接続され且つ当該それぞれの画素のスイッチの第２主端子がすべて同じ信号線に接続されている画素が１つの画素グループを構成する。１つの画素グループは、少なくとも２行×２列の画素で構成され、１つの画素グループを構成する少なくとも２行×２列の画素の間には、他の画素グループを構成する画素が配置されない。また、第１実施形態では、１つの画素グループは、１つの仮想的な四角形で囲むことができるように構成されている。また、第１実施形態では、互いに隣り合う画素が、互いに異なる信号線に接続されている場合あるいは同一の駆動線に接続されている場合は、それらの画素は同一の画素グループに属するものではない。以上の点は、特に断らない限り、本明細書における他の実施形態においても同様である。

ここで、画素アレイ１１２がより多くの画素グループで構成される場合について考える。複数の画素グループＰＧは、第１信号線Ｓｉｇ１に接続された複数の第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・と、第２信号線Ｓｉｇ２に接続された複数の第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・とを含みうる。複数の第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・の各々は、複数の第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・の少なくとも１つと列方向に隣り合っている。より詳しくは、複数の第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・の各々は、複数の第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・のうちの１つ又は２つと列方向に隣り合っている。ここで、画素グループＰＧ３１は、画素Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ６１、Ｐ６２で構成されうる。画素グループＰＧ４１は、画素Ｐ７２、Ｐ７３、Ｐ８２、Ｐ８３で構成されうる。なお、画素Ｐｘｙは、第ｘ行、第ｙ行に配置された画素を意味する。第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・と第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・とは、交互に配置されうる。また、第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・と第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・とは、列方向に沿って千鳥状に配置されうる。

第１モードでは、駆動回路１１４は、画素グループＰＧを構成する複数の画素ＰのスイッチＴに対して、対応する複数の駆動線Ｖｇを通して、アクティブ期間が互いに異なる駆動信号を与える。これによって、読出回路１１３は、１つの信号線Ｓｉｇを通して、画素グループＰＧを構成する複数の画素Ｐの信号を個別に読み出すことができる。

一方、第２モードでは、駆動回路１１４は、画素グループＰＧを構成する複数の画素ＰのスイッチＴに対して、対応する複数の駆動線Ｖｇを通して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を与える。これによって、読出回路１１３は、１つの信号線Ｓｉｇを通して、画素グループＰＧを構成する複数の画素Ｐの信号から合成された合成信号（平均信号）を読み出すことができる。

したがって、本実施形態において、第２モードでは、第１モードの４倍の読出速度で画素アレイ１１２から信号を読み出すことができる。一方で、本実施形態において、第１モードでは、第２モードの約４倍（約２倍×約２倍）の解像度の画像を形成することができる。したがって、第１モードは静止画モード、高解像モード等として好適に用いることができ、第２モードは動画モード、低解像度モード、プレビューモード等として好適に用いることができる。

読出回路１１３は、１つの信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有する。各列増幅部ＣＡは、例えば、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、それに対応する信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、例えば、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。該演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。該リセットスイッチをオンさせることによって該積分容量がリセットされるとともに信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。該リセットスイッチは、制御部２１４から供給されるリセットパルスＲＣによって制御されうる。

可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５からの設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４からの信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、例えば、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７からの信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。該サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。

読出回路１１３はまた、複数の信号線Ｓｉｇのそれぞれに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含み、該シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行い、該シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。読出回路１１３はまた、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に供給される。

図３を参照しながら画素Ｐの構成例を説明する。図３には、１つの画素Ｐの断面構造の一例が模式的に示されている。画素Ｐは、ガラス基板等の絶縁性基板１０の上に形成されうる。画素Ｐは、絶縁性基板１０の上に、第１の導体層１１、第１の絶縁層１２、第１の半導体層１３、第１の不純物半導体層１４および第２の導体層１５を有しうる。第１の導体層１１は、スイッチＴを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲートを構成しうる。第１の絶縁層１２は、第１の導体１１を覆うように配置されうる。第１の半導体層１３は、第１の絶縁層１２を介して第１の導体層１１のうちゲートを構成する部分の上に配置されうる。第１の不純物半導体層１４は、スイッチＴを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように第１の半導体層１３の上に配置されうる。第２の導体層１５は、スイッチＴを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成しうる。第２の導体層１５の一部は、信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子ＳとスイッチＴとを接続するための配線パターンを構成しうる。

画素Ｐは、更に、第１の絶縁層１２および第２の導体層１５を覆う層間絶縁膜１６を有しうる。層間絶縁膜１６には、スイッチＴの第２の導体層１５と接続するためのコンタクトプラグ１７が設けられうる。画素Ｐは、更に、層間絶縁膜１６の上に配置された変換素子Ｓを含む。図３に示された例では、変換素子Ｓは、放射線を光に変換するシンチレータ層２５を含む間接型の変換素子として構成されている。変換素子Ｓは、層間絶縁膜１６の上に積層された第３の導体層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導体層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５を有しうる。第３の導体層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導体層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５は、変換素子Ｓを構成しうる。

第３の導体層１８、第４の導体層２２は、それぞれ、変換素子Ｓを構成する光電変換素子の下部電極、上部電極を構成する。第４の導体層２２は、例えば、透明材料で構成される。第３の導体層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導体層２２は、該光電変換素子としてのＭＩＳ型センサを構成している。第２の不純物半導体層２１は、例えば、ｎ型の不純物半導体層で形成される。シンチレータ層２５は、例えば、ガドリニウム系の材料、または、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）の材料で構成されうる。

変換素子Ｓは、入射した放射線を直接に電気信号（電荷）に変換する直接型の変換素子として構成されてもよい。直接型の変換素子Ｓとしては、例えば、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等を主材料とする変換素子を挙げることができる。変換素子Ｓは、ＭＩＳ型に限定されず、例えば、ｐｎ型やＰＩＮ型のフォトダイオードでもよい。

以下、図４を参照しながら第１モード（ここでは静止画モード）における放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作の一例を説明する。本例において、放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、制御部２１４によって制御される。

本例では、まず、放射線源２３０からの放射線の放射（換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射）が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３に空読みを実行させる。空読みでは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２の複数の行の駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ２ａ、Ｖｇ２ｂ、Ｖｇ３ａ、Ｖｇ３ｂ、Ｖｇ４ａ、Ｖｇ４ｂに供給される駆動信号を順にアクティブレベルに駆動する。これにより、変換素子Ｓに蓄積されているダーク電荷がリセットされる。ここで、空読みの際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、信号線Ｓｉｇが基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。ダーク電荷とは、変換素子Ｓに放射線が入射しないにも拘わらず発生する電荷である。

本例の第１モード（例えば、静止画モード）では、１つの信号線Ｓｉｇを通して１つの画素Ｐがリセットされる。駆動回路１１４によって駆動線Ｖｇ１ａがアクティブレベルにされ、スイッチＴ１１が導通して、変換素子Ｓ１１が信号線Ｓｉｇ１に接続され基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。また、本例では、スイッチＴ１１と同時にスイッチＴ１３が導通して、変換素子Ｓ１３が信号線Ｓｉｇ３に接続され基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。更に、本例では、駆動回路１１４によって駆動線Ｖｇ１ａと同時に駆動線Ｖｇ３ａもアクティブレベルにされ、スイッチＴ３２が導通して、変換素子Ｓ３２が信号線Ｓｉｇ２に接続され基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。また、スイッチＴ３２と同時にスイッチＴ３４が導通して、変換素子Ｓ３４が信号線Ｓｉｇ４に接続され基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。このように、複数の駆動線Ｖｇのうち２本の駆動線Ｖｇを同時にアクティブレベルに駆動しながら、空読み動作が行われ、変換素子Ｓに蓄積されているダーク電荷がリセットされる。

制御部２１４は、例えば、曝射制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。あるいは、画素アレイ１１２のバイアス線ＢＬまたは信号線Ｓｉｇ等を流れる電流を検出する検出回路が設けられてもよい。制御部２１４は、該検出回路の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。

本例では、放射線の照射の開始に応じて、制御部２１４は、全ての画素ＰのスイッチＴが非導通状態にされるように駆動回路１１４を制御する。これにより、画素アレイ１１２の全ての画素が蓄積状態となる。また、制御部２１４は、放射線の照射の終了に応じて、蓄積状態を終了させ、本読み状態に移行させる。制御部２１４は、コンピュータ２４０を介して供給される終了通知に基づいて、放射線の照射の終了を認識することができる。あるいは、制御部２１４は、放射線の照射の開始から一定時間が経過したときに、放射線の照射が終了したと判断することができる。あるいは、制御部２１４は、バイアス線ＢＬまたは信号線Ｓｉｇ等を流れる電流を検出する検出回路からの出力に基づいて、放射線の照射が終了したと判断することができる。

本例における本読みでは、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３を制御して、画素アレイ１１２からの信号の読出（本読み）を実行させる。本読みでは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２の複数の行の駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ２ａ、Ｖｇ２ｂ、Ｖｇ３ａ、Ｖｇ３ｂ、Ｖｇ４ａ、Ｖｇ４ｂをアクティブレベルに駆動する。ここで、駆動回路１１４は、１つの信号線Ｓｉｇが１つの画素Ｐによって駆動されるように複数の駆動線Ｖｇを制御する。換言すると、駆動回路１１４は、画素グループＰＧを構成する複数の画素ＰのスイッチＴに対して、対応する複数の駆動線Ｖｇを通して、アクティブ期間が互いに異なる駆動信号を与えるように動作する。

この例では、駆動回路１１４は、２つの駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ３ａを同時にアクティブレベルに駆動する。これにより、画素Ｐ１１、Ｐ１３（変換素子Ｓ１１、Ｓ１３）の信号が信号線Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ３にそれぞれ出力されるとともに画素Ｐ３２、Ｐ３４（変換素子Ｓ３２、Ｓ３４）の信号が信号線Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ４に出力される。次に、駆動回路１１４は、２つの駆動線Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ３ｂを同時にアクティブレベルに駆動する。これにより、画素Ｐ１２、Ｐ１４（変換素子Ｓ１２、Ｓ１４）の信号が信号線Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ３にそれぞれ出力されるとともに画素Ｐ３１、Ｐ３３（変換素子Ｓ３１、Ｓ３３）の信号が信号線Ｓｉｇ０、Ｓｉｇ２に出力される。このように、この例では、列方向に隣り合う画素グループ（例えば、ＰＧ１１とＰＧ２１）のそれぞれの信号が同時に互いに異なる信号線Ｓｉｇに出力され、読出回路１１３によって読み出される。以上のようにして、画素アレイ１１２の全ての画素Ｐの信号が読み出される。読出回路１１３によって読み出された信号は、マルチプレクサ１０８、バッファ１０９およびＡＤ変換器１１０を介して放射線画像データとしてコンピュータ２４０に出力される。

第１実施形態の第１モードでは、１つの駆動線Ｖｇに対して１つの行の全ての画素Ｐのうちの一部の画素Ｐのみが接続され、また、同時に信号が読み出される画素Ｐが２つの行に分散されているので、ノイズが発生しても、視認され難い。一方、１つの駆動線Ｖｇに対して１つの行の全ての画素Ｐが接続されているような構成では、ノイズが発生した場合に、それが行方向に連続したノイズとして画像に現れやすい。

第１モードに係る駆動方法は、１つの駆動線Ｖｇに対して１つの行の全ての画素Ｐのうちの一部の画素Ｐのみが接続された放射線撮像装置において、互いに行が異なる複数の画素の信号を互いに異なる信号線を通して同時に読み出すという側面を有する。あるいは、第１モードに係る駆動方法は、１つの行を構成する画素の一部のみと、他の行を構成する画素の一部のみとを互いに異なる信号線を通して同時に読み出すという側面を有する。ここで、特定の行内で隣り合う画素は互いに異なる駆動線に接続されていることが好ましい。また、第１モードで同時に読み出される画素は、隣り合っていないこと、換言すれば、同時に読み出される画素の間に同時には読み出されない画素が存在すること、が好ましい。

次にオフセット画像の取得について説明する。変換素子Ｓには、放射線が照射されていない状態でもダーク電荷が溜まり続ける。そのため、放射線が照射されない状態で、蓄積および本読みを行うことによって画像を取得し、この画像をオフセット画像として利用することができる。具体的には、放射線が照射されている状態で画素アレイ１１２において蓄積された信号を本読みによって読み出した放射線画像からオフセット画像を減算することによってオフセット成分が除去された放射線画像を得ることができる。図４の右端部近傍に示されている放射線照射のない「蓄積」及びその次の「本読み」がここでいうオフセット画像の取得の一例である。

以下、図５を参照しながら第２モード（ここでは動画モード）における放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作を説明する。第２モードでは、放射線が照射時になされる蓄積と、それに続く本読みとを１つのサイクルとして、複数のサイクルが実行される。第２モード（動画モード）では、駆動回路１１４は、各画素グループＰＧの画素ＰのそれぞれのスイッチＴの制御端子に対して、複数の駆動線Ｖｇを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を供給する。

具体的には、駆動回路１１４は、画素グループＰＧ１１の画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２のそれぞれのスイッチＴの制御端子に対して、複数の駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ２ａ、Ｖｇ２ｂを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を供給する。この時、画素グループＰＧ１２の画素Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ２３、Ｐ２４のそれぞれのスイッチＴの制御端子に対しても、複数の駆動線Ｖｇ１ａ、Ｖｇ１ｂ、Ｖｇ２ａ、Ｖｇ２ｂを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号が供給される。これにより、画素グループＰＧ１１を構成する画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２の変換素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の信号から合成された合成信号（平均信号）が信号線Ｓｉｇ１に現れ、該合成信号が読出回路１１３によって読みされる。また、画素グループＰＧ１２を構成する画素Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ２３、Ｐ２４の変換素子Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ２４の信号から合成された合成信号が信号線Ｓｉｇ３に現れ、該合成信号が読出回路１１３によって読み出される。

駆動回路１１４は、画素グループＰＧ２１を構成する画素Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ４２、Ｐ４３のそれぞれのスイッチＴの制御端子に対して、複数の駆動線Ｖｇ３ａ、Ｖｇ３ｂ、Ｖｇ４ａ、Ｖｇ４ｂを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を供給する。この時、画素Ｐ３１、Ｐ４１のそれぞれのスイッチＴの制御端子に対しても、複数の駆動線Ｖｇ３ｂ、Ｖｇ４ｂを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号が供給される。また、画素Ｐ３４、Ｐ４４のそれぞれのスイッチＴの制御端子に対しても、複数の駆動線Ｖｇ３ａ、Ｖｇ４ａを介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号が供給される。これにより、画素グループＰＧ２１を構成する画素Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ４２、Ｐ４３の変換素子Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ４２、Ｓ４３の信号から合成された合成信号が信号線Ｓｉｇ２に現れ、該合成信号が読出回路１１３によって読みされる。また、不完全画素グループを構成する画素Ｐ３１、Ｐ４１の変換素子Ｓ３１、Ｓ４１の信号から合成された合成信号が信号線Ｓｉｇ０に現れ、該合成信号が読出回路１１３によって読みされる。また、不完全画素グループを構成する画素Ｐ３４、Ｐ４４の変換素子Ｓ３４、Ｓ４４の信号から合成された合成信号が信号線Ｓｉｇ４に現れ、該合成信号が読出回路１１３によって読みされる。

以上のように、第１実施形態では、第２モードは、第１モードの４倍の速度（１／４の時間）で画素アレイ１１２からの信号の読み出しを行うことができる。第１実施形態では、前述のように、第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１・・・と第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１・・・とは、列方向に沿って千鳥状に配置されうる。つまり、第１画素グループと第２画素グループとが行方向に１画素分だけ互いにシフトして配置されている。

図６には、本発明の第２実施形態の放射線撮像システム２００、放射線撮像装置２１０および放射線検出パネル２１２における画素アレイ１１２の構成例が示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、第１画素グループＰＧ１１、ＰＧ３１、ＰＧ５１・・・と第２画素グループＰＧ２１、ＰＧ４１、ＰＧ６１・・・とは、列方向に沿って直線状に配置される。また、第２実施形態では、複数の信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３・・・）は、各列（画素Ｐの列）について１つの信号線Ｓｉｇが割り当てられるように配置されている。

図７には、本発明の第３実施形態の放射線撮像システム２００、放射線撮像装置２１０および放射線検出パネル２１２における画素アレイ１１２の構成例が示されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第１および第２実施形態では、複数の駆動線Ｖｇは、各行（画素Ｐの行）に対して少なくとも２つの駆動線Ｖｇが割り当たられるように配置されている。第３実施形態では、複数の駆動線Ｖｇは、各行（画素Ｐの行）に対して１つの駆動線Ｖｇが割り当てられるように配置されている。

図７に示された例では、画素グループＰＧ１１を構成する画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２のスイッチＴ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２の制御端子に対して駆動線Ｖｇ３、Ｖｇ１、Ｖｇ４、Ｖｇ２がそれぞれ接続されている。

図８には、本発明の第４実施形態の放射線撮像システム２００、放射線撮像装置２１０および放射線検出パネル２１２における画素アレイ１１２の構成例が示されている。第４実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第４実施形態では、第１サブ画素グループＳＰＧ１１、ＳＰＧ４１、ＳＰＧ５１が第１信号線Ｓｉｇ１に接続され、第２サブ画素グループＳＰＧ２１、ＳＰＧ３１が第２信号線Ｓｉｇ２に接続されている。画素アレイ１１２の複数のサブ画素グループＳＰＧは、第１信号線Ｓｉｇ１に接続された複数の第１サブ画素グループＳＰＧ１１、ＳＰＧ４１、ＳＰＧ５１と、第２信号線Ｓｉｇ２に接続された複数の第２サブ画素グループＳＰＧ２１、ＳＰＧ３１とを有しうる。

複数の第１サブ画素グループは、各々が少なくとも２つの第１サブ画素グループで構成される複数の第１画素グループを構成しうる。例えば、第１サブ画素グループＳＰＧ４１、ＳＰＧ５１が１つの第１画素グループを構成し、第１サブ画素グループＳＰＧ８１、ＳＰＧ９１（不図示）が他の１つの第１画素グループを構成しうる。複数の第２サブ画素グループは、各々が少なくとも２つの第２サブ画素グループで構成される複数の第２画素グループを構成しうる。例えば、第２サブ画素グループＳＰＧ２１、ＳＰＧ３１が１つの第２画素グループを構成し、第２サブ画素グループＳＰＧ６１、ＳＰＧ７１（不図示）が他の１つの第２画素グループを構成しうる。第１画素グループと第２画素グループとは、列方向において交互に配置される。

第３実施形態の放射線撮像システム２００、放射線撮像装置２１０および放射線検出パネル２１２における画素アレイ１１２は、第２モードのサブモードとして、第１サブモードおよび第２サブモードを有しうる。

第２モードの第１サブモードでは、４行×２列分の画素（８個の画素）から合成信号（加算信号又は平均信号）が生成されうる。図９に示されるように、駆動回路１１４から駆動線Ｖｇ３ａ〜Ｖｇ１０ｂにアクティブレベルの駆動信号が供給されうる。この場合、第１信号線Ｓｉｇ１に第１サブ画素グループＳＰＧ４１、ＳＰＧ５１からなる第１画素グループの信号の合成信号が出力される。また、第２信号線Ｓｉｇ２に第２サブ画素グループＳＰＧ２１、ＳＰＧ３１からなる第２画素グループの信号の合成信号が出力される。これらの合成信号は、読出回路１１３によって読み出される。

この例においては、第１画素グループの隣の８個の画素（例えば、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ４３、Ｓ４４、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ６３、Ｓ６４）が第３画素グループを構成する。第３画素グループを構成する８個の画素の信号の合成信号は、第１画素グループと同時に読み出されうる。この合成信号と第１画素グループから読み出された合成信号とをデジタル加算すること等により、４行×４列分の低解像度画像を生成することも可能である。

第２モードの第２サブモードでは、２行×２列分の画素（４個の画素）から合成信号（加算信号又は平均信号）が生成されうる。この場合、第１期間では、駆動回路１１４から駆動線Ｖｇ１ａ〜Ｖｇ４ｂにアクティブレベルの駆動信号が供給される。これにより、第１信号線Ｓｉｇ１には、サブ画素グループＳＰＧ１１を構成する画素の信号の合成信号が出力される。また、第２信号線Ｓｉｇ２には、サブ画素グループＳＰＧ２１を構成する画素の信号の合成信号が出力される。これらの合成信号は、読出回路１１３によって読み出される。また、第２期間では、駆動回路１１４から駆動線Ｖｇ５ａ〜Ｖｇ８ｂにアクティブレベルの駆動信号が供給される。これにより、第１信号線Ｓｉｇ１には、サブ画素グループＳＰＧ４１を構成する画素の信号の合成信号が出力される。また、第２信号線Ｓｉｇ２には、サブ画素グループＳＰＧ３１を構成する画素の信号の合成信号が出力される。これらの合成信号は、読出回路１１３によって読み出される。

２１０：放射線撮像装置、２２０：曝射制御部、２３０：放射線源、２４０：コンピュータ、２１２：放射線検出パネル、２１４：制御部、１１２：画素アレイ、１１３：読出回路、１１４：駆動回路、Ｐ：画素、Ｓ：変換素子、Ｔ：スイッチ、Ｓｉｇ：信号線、Ｖｇ：駆動線

Claims (19)

1. 複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配置された画素アレイと、複数の信号線と、前記画素アレイから前記複数の信号線を通して信号を読み出す読出回路とを備える放射線撮像装置であって、
   各画素は、放射線を信号に変換する変換素子と、スイッチとを含み、前記スイッチは、制御端子と、前記変換素子に電気的に接続された第１主端子と、前記複数の信号線のうちの１つに電気的に接続された第２主端子とを有し、
   前記画素アレイは、複数の画素グループを有し、各画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含み、
   各画素グループに属する画素のそれぞれの前記スイッチは、前記制御端子が互いに異なる複数の駆動線に電気的に接続され、前記第２主端子が前記複数の信号線のうち１つの信号線に共通に電気的に接続され、
   前記複数の信号線は、第１信号線および第２信号線を含み、
   前記複数の画素グループは、第１画素グループと、前記第１画素グループと列方向に隣り合って配置された第２画素グループとを含み、前記第１画素グループの信号は前記第１信号線を通して読み出され、前記第２画素グループの信号は前記第２信号線を通して読み出される、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記画素アレイを駆動する駆動回路を更に備え、前記駆動回路は、
   第１モードでは、各画素グループの画素のそれぞれの前記スイッチの前記制御端子に対して、前記複数の駆動線を介して、アクティブ期間が互いに異なる駆動信号を供給し、
   第２モードでは、各画素グループの画素のそれぞれの前記スイッチの前記制御端子に対して、前記複数の駆動線を介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を供給する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記複数の画素グループは、マトリックス状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の駆動線は、各行について少なくとも２つの駆動線が割り当てられるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の駆動線は、各行について１つの駆動線が割り当てられるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記複数の信号線は、各列について１つの信号線が割り当てられるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記複数の画素グループは、前記第１信号線に接続された複数の第１画素グループと、各々が前記複数の第１画素グループの少なくとも１つと列方向に隣り合って配置されて前記第２信号線に接続された複数の第２画素グループとを含み、
   前記複数の第１画素グループと前記複数の第２画素グループとが、前記列方向において交互に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記複数の画素グループは、前記第１信号線に接続された複数の第１画素グループと、前記第１画素グループと列方向に隣り合って配置されて前記第２信号線に接続された複数の第２画素グループとを含み、
   各第１画素グループは、複数の第１サブ画素グループで構成され、各第１サブ画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含み、各第２画素グループは、複数の第２サブ画素グループで構成され、各第２サブ画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
9. 前記第１画素グループを構成する複数の第１サブ画素グループが前記列方向に沿って直線状に配置され、前記第２画素グループを構成する複数の第２サブ画素グループが前記列方向に沿って直線状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記スイッチは、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）である、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記第１画素グループの信号と前記第２画素グループの信号とが同時に読み出される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記第１画素グループと行方向に隣り合った第３画素グループを含み、前記第３画素グループは、複数の第３サブ画素グループで構成され、各第３サブ画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含み、前記第１画素グループの信号と前記第３画素グループの信号とが同時に読み出される、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の放射線撮像装置。
13. 複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配置された画素アレイと、前記画素アレイから複数の信号線を通して信号を読み出す読出回路と、前記画素アレイを駆動する駆動回路と、を備える放射線撮像装置であって、
    各画素は、放射線を信号に変換する変換素子と、スイッチとを含み、
    前記画素アレイは、複数の画素グループを有し、各画素グループは、少なくとも２行×２列を構成するように配列された画素を含み、
    各画素グループの画素のそれぞれの前記スイッチは、前記駆動回路によって互いに異なる複数の駆動線を介して駆動信号が供給され、前記複数の信号線のうち１つの信号線を通して信号が読み出され、
    前記複数の信号線は、第１信号線および第２信号線を含み、
    前記複数の画素グループは、第１画素グループと第２画素グループとを含み、
    前記駆動回路が、第１モードでは、各画素グループの画素のそれぞれの前記スイッチに対して、前記複数の駆動線を介して、アクティブ期間が互いに異なる駆動信号を供給し、第２モードでは、各画素グループの画素のそれぞれの前記スイッチに対して、前記複数の駆動線を介して、アクティブ期間が互いに同じ駆動信号を供給することにより、前記第１画素グループの信号は前記第１信号線を通して読み出され、前記第２画素グループの信号は前記第２信号線を通して読み出される、
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
14. 前記複数の画素グループは、前記第１信号線に接続された複数の第１画素グループと、前記第１画素グループと列方向に隣り合って配置されて前記第２信号線に接続された複数の第２画素グループとを含み、
    前記複数の第１画素グループと前記複数の第２画素グループとが、前記列方向において交互に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮像装置。
15. 前記複数の第１画素グループと前記複数の第２画素グループとが前記列方向に沿って直線状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮像装置。
16. 前記複数の第１画素グループと前記複数の第２画素グループとが前記列方向に沿って千鳥状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮像装置。
17. 前記第１画素グループの信号と前記第２画素グループの信号とが同時に読み出される、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    放射線源と、
    前記放射線撮像装置を制御するコンピュータと、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
19. 複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配置された画素アレイと、複数の信号線と、前記画素アレイから前記複数の信号線を通して信号を読み出す読出回路と、前記画素アレイを駆動する駆動回路とを備える放射線撮像装置の駆動方法であって、
    前記画素アレイを構成する１の行を構成する画素の一部のみと、他の行を構成する画素の一部のみとを、互いに異なる信号線を通して同時に読み出すモードを有することを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。

Images