JP2019193165A - 放射線画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像撮像装置の処理速度を向上させる。【解決手段】放射線画像撮像装置（１０１）は、入射した放射線の線量に応じた電気信号を発生させるセンサー素子（１０７）と、電気信号を出力する読み出しトランジスタと、初期化を行うリセットトランジスタとを有するピクセル（２）が、マトリックス状に配置された基板（１）と、各行のピクセル２を順次選択する制御信号を出力するシフトレジスタ（４）とを備えている。同一行のピクセル（２）における読み出しトランジスタを制御するために用いられる制御信号と、他の同一行の前記ピクセルにおけるリセットトランジスタを制御するために用いられる制御信号とが同一である。【選択図】図１

Description

本発明は、特にＸ線を用いた放射線画像撮像装置に関する。

放射線画像撮像装置は、入射した放射線、特にＸ線の線量に応じて発生した電気信号（電荷）を出力するセンサー素子を備えている。このようなセンサー素子としては、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接変換型や、Ｘ線をシンチレーター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素子が一般的に用いられている。そして、このようなセンサー素子が、基板（以後、パネルと称する）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ピクセル毎に設けられた放射線画像撮像装置用のパネルも開発されている。

このようなパネルでは、各ピクセルの制御に、スイッチング素子として、例えば、薄膜トランジスタ素子（以後、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子と称する）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。

この蓄積された電気信号（電荷）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形態はパッシブピクセル型と称されている。パッシブピクセル型の放射線画像撮像装置は、既に、デジタルＸ線画像撮像装置として広く実用化されている。

一方、蓄積された電気信号（電荷）を、ＴＦＴ素子を増幅素子として使う、すなわち、各ピクセルに備えられたアンプトランジスタを使うことで増幅して、パネルの外部の回路に伝える形態は、アクティブピクセル型と称される。アクティブピクセル型の放射線画像撮像装置は、出力ラインの熱雑音やパネルの外部の読み出し回路の雑音の影響を軽減できることから、開発も行われている。

アクティブピクセル型やパッシブピクセル型の放射線画像撮像装置には、各ピクセルからの検出電流の読み出し（出力）を制御する読み出し信号生成回路と、各ピクセルの信号読み出し後のリセットを制御するリセット信号生成回路とが設けられている。製造コストの増加、撮像有効エリア以外の周辺領域の面積増大、放射線画像撮像装置のサイズの増大などを抑制するため、読み出し信号生成回路およびリセット信号生成回路の回路規模を縮小する試みが成されている。

例えば、特許文献１には、読み出し信号生成回路およびリセット信号生成回路をそれぞれ構成するシフトレジスタを削減することにより、読み出し信号生成回路およびリセット信号生成回路の回路規模を縮小することが開示されている。

国際公開第２０１７／０１３９６３号（２０１７年１月２６日公開）

特許文献１に開示された放射線画像撮像装置では、ピクセルのリセットが、ピクセルからの信号の読み出しを行うフレームとは異なるフレームで行われる。このため、ピクセルからの信号の読み出しとピクセルのリセットとを繰り返して行う撮像動作に時間がかかり、放射線画像撮像装置の処理速度を低下させるという不都合がある。

本発明の一態様は、放射線画像撮像装置の処理速度を向上させることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放射線画像撮像装置は、入射した放射線の線量に応じた電気信号を発生させるセンサー素子と、前記電気信号を出力する第１のスイッチング素子と、初期化を行う第２のスイッチング素子とを有するピクセルが、マトリックス状に配置された基板と、各行の前記ピクセルを順次選択する制御信号を出力する制御信号出力回路と、を備え、同一行の前記ピクセルにおける前記第１のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号と、他の同一行の前記ピクセルにおける前記第２のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号とが同一である。

本発明の一態様によれば、放射線画像撮像装置の処理速度を向上させることを目的とすることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る放射線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。 上記放射線画像撮像装置に設けられるピクセルの回路構成を示す回路図である。 上記放射線画像撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態２に係る放射線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。 図４に示す放射線画像撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態３に係る放射線画像撮像装置の構成を示すブロック図である。

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の材質、形状、相対配置、加工法などはあくまで一例に過ぎず、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。さらに、図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は現実のものとは異なる。

なお、以下の説明においては、放射線画像撮像装置の一例として、アクティブピクセル型の放射線画像撮像装置を例に挙げて説明する。ただし、本発明は、アクティブピクセル型の放射線画像撮像装置に限定されないことは勿論である。また、本発明は、パッシブピクセル型の放射線画像撮像装置において、例えば、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型のセンサー素子を光電変換素子として使う場合、各ピクセルに読み出しスイッチング素子とリセットスイッチング素子とを設ける場合などにも適用されることは勿論である。

また、以下の説明においては、ピクセルが４行かつ４列のマトリックス状に配置された場合のみを一例に挙げて説明する。しかしながら、ピクセルの数は、必要に応じて適宜変更できることは言うまでもない。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

〈放射線画像撮像装置１０１の構成〉
図１は、本実施形態に係る放射線画像撮像装置１０１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、放射線画像撮像装置１０１は、基板１と、複数のピクセル２と、制御信号入力部３と、シフトレジスタ４（制御信号出力回路）と、制御回路５と、複数の電流電圧変換アンプ１０とを備えている。

（基板１の構成）
基板１は、ガラス基板（ガラスパネル）であるが、これに限定されることはなく、プラスチック基板などであってもよい。

ピクセル２は、基板１上に形成されており、４行かつ４列のマトリックス状に配置されている。また、基板１上には、読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４と、リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４と、出力線ＯＬ１〜ＯＬ３とが形成されている。

読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４は、第１行から第４行のピクセル２にそれぞれ接続されている。読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４は、それぞれ読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４（制御信号）を各ピクセル２に入力するために設けられている。

リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４は、第１行から第４行のピクセル２にそれぞれ接続されている。リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４は、それぞれリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４（制御信号）を各ピクセル２に入力するために設けられている。

なお、以降の説明では、読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４、読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４、リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４およびリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４をそれぞれ代表して説明する場合、読み出し信号線ＲＤＬ、読み出し信号Ｒｅａｄ、リセット信号線ＲＳＬおよびリセット信号Ｒｅｓｅｔと称する。

出力線ＯＬ１〜ＯＬ４は、第１列から第４列のピクセル２にそれぞれ接続されている。出力線ＯＬ１〜ＯＬ４は、それぞれ各ピクセル２から出力される電流Ｉｏｕｔ１〜Ｉｏｕｔ４を出力するために設けられている。

なお、本実施形態においては、各行のピクセル２に接続される読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４およびリセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４は、それぞれ１本の場合を例に挙げて説明しているが、この例に限定されない。各行の読み出し信号線ＲＤＬおよびリセット信号線ＲＳＬは、同一行に属するリセットトランジスタ１１５が同じリセット信号Ｒｅｓｅｔで制御でき、同一行に属する読み出しトランジスタ１１７が同じ読み出し信号Ｒｅａｄで制御できれば、複数本であってもよい。このような各行の読み出し信号線ＲＤＬおよびリセット信号線ＲＳＬの本数については、後述する実施形態２および３にも適用される。

制御信号入力部３は、基板１上に設けられている。制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第１ないし第４の各出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４をそれぞれ読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４に入力する信号伝送経路を有している。また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第１出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ１をリセット信号線ＲＳＬ４に入力する信号伝送経路を有している。また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第２出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ２をリセット信号線ＲＳＬ１に入力する信号伝送経路を有している。また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第３出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ３をリセット信号線ＲＳＬ２に入力する信号伝送経路を有している。また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第４出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ４をリセット信号線ＲＳＬ３に入力する信号伝送経路を有している。

（シフトレジスタ４の構成）
シフトレジスタ４は、ＯＲ回路４１と、４つのＤ−ＦＦ（Ｄフリップフロップ）４２とを有している。シフトレジスタ４は、例えば、シリコン集積回路によって形成されている。

各Ｄ−ＦＦ４２のクロック入力端子には、制御回路５から供給されるクロック信号ＣＬが入力される。第１ないし第４の各出力段のＤ−ＦＦ４２は、それぞれの出力端子Ｑから読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４を出力する。第１出力段のＤ−ＦＦ４２の出力端子Ｑは、第２出力段のＤ−ＦＦ４２のデータ入力端子Ｄに接続されている。第２出力段のＤ−ＦＦ４２の出力端子Ｑは、第３出力段のＤ−ＦＦ４２のデータ入力端子Ｄに接続されている。第３出力段のＤ−ＦＦ４２の出力端子Ｑは、第４出力段のＤ−ＦＦ４２のデータ入力端子Ｄに接続されている。

ＯＲ回路４１の一方の入力端子には、制御回路５から供給されるスタート信号ＳＴが入力される。ＯＲ回路４１の他方の入力端子には、第４出力段のＤ−ＦＦ４２の出力端子Ｑから出力される読み出し信号Ｒｅａｄ４が入力される。ＯＲ回路４１の出力端子は、第１出力段のＤ−ＦＦ４２のデータ入力端子Ｄに接続されている。

（制御回路５の構成）
制御回路５は、一定周期のクロック信号ＣＬを出力する。また、制御回路５は、放射線画像撮像装置１０１の起動時に１回のみ、パルス状のスタート信号ＳＴを出力する。制御回路５は、スタート信号ＳＴおよびクロック信号ＣＬをシフトレジスタ４に供給することにより、シフトレジスタ４の動作タイミングを制御する。

（電流電圧変換アンプ１０の構成）
電流電圧変換アンプ１０は、各列のピクセル２の出力端子に接続された出力線ＯＬ１〜ＯＬ４に設けられている。電流電圧変換アンプ１０は、出力線ＯＬ１〜ＯＬ４のそれぞれに出力される電流Ｉｏｕｔ１〜Ｉｏｕｔ４を出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４に変換する。

なお、出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４は、図示はしないデータ処理部に出力される。データ処理部においては、４×４個の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４に基づいて所定の処理を行うことにより、４×４の解像度の放射線撮像二次元画像を得る。

（ピクセル２の構成）
図２は、放射線画像撮像装置１０１に設けられるピクセル２の回路構成を示す回路図である。

図２に示すように、ピクセル２には、センサー素子１０７と、リセットトランジスタ１１５（第２のスイッチング素子）と、アンプトランジスタ１１６と、読み出しトランジスタ１１７（第１のスイッチング素子）とが設けられている。

センサー素子１０７は、放射線、特にＸ線を電気信号（電荷またはホール）に直接変換する素子であり、入射した放射線の線量に応じた電気信号を発生させる。図示されているように、ピクセル２におけるセンサー素子１０７の一端には、バイアス電圧Ｖｓｂが与えられる。

放射線がピクセル２に入射されると、センサー素子１０７には、電気信号が発生することにより、センサー素子１０７に接続されたアンプトランジスタ１１６のゲート電極の電圧が変化する。これは、電気信号が、アンプトランジスタ１１６のゲート電極に接続された静電容量に電荷として蓄積されるためである。この静電容量は、アンプトランジスタ１１６のゲート電極と固定電位（例えば、センサー素子１０７のバイアス電圧入力端子）の部分との間の静電容量である。具体的には、この静電容量は、アンプトランジスタ１１６のゲート電極の寄生容量およびセンサー素子１０７の端子間容量などで形成される。

したがって、アンプトランジスタ１１６は、電気信号によるゲート電極の電圧変化を、ドレイン−ソース間の電流変化として出力する。言い換えると、アンプトランジスタ１１６は、電気信号によるアンプトランジスタ１１６のゲート電極の電圧変化に基づくアンプトランジスタ１１６のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流の値を読み出す。

リセットトランジスタ１１５は、ゲート電極にリセット信号線ＲＳＬを介してリセット信号Ｒｅｓｅｔが供給されるとともに、ソース電極にピクセル２の外部からリセット用電圧ラインを介してリセット電圧Ｖｂが与えられる。リセットトランジスタ１１５は、アンプトランジスタ１１６のゲート電極と、リセットトランジスタ１１５のドレイン電極とを、リセット信号Ｒｅｓｅｔの有無に基づいて、導通状態あるいは遮断状態に制御する。リセットトランジスタ１１５は、アンプトランジスタ１１６のゲート電極の電位がリセット電圧Ｖｂとなるように、アンプトランジスタ１１６のゲート電極と、リセットトランジスタ１１５のドレイン電極とを導通状態にすることにより、ピクセル２をリセットする。

アンプトランジスタ１１６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。

読み出しトランジスタ１１７は、アンプトランジスタ１１６のドレイン−ソース間の電流を、出力線ＯＬ１〜ＯＬ４を介してピクセル２の外部に出力するためのスイッチング素子である。読み出しトランジスタ１１７は、読み出し信号線ＲＤＬを介して供給される読み出し信号Ｒｅａｄに基づいて、制御される。

〈放射線画像撮像装置１０１の動作〉
図３は、放射線画像撮像装置１０１の動作を示すタイミングチャートである。

図３に示すように、シフトレジスタ４は、第１ないし第４の出力段から出力した出力信号を、読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４として、制御信号入力部３を介してそれぞれ読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４へ入力することで、行毎のピクセル２へ供給する。これにより、各フレームＦ１〜Ｆ４において、クロック信号ＣＬの１クロックずつずれたタイミングで各行の信号読み出しが行われる。

具体的には、第１行に属する４つのピクセル２（（１，１）〜（１，４））における読み出しトランジスタ１１７は、読み出し信号Ｒｅａｄ１によって制御される。第２行に属する４つのピクセル２（（２，１）〜（２，４））における読み出しトランジスタ１１７は、読み出し信号Ｒｅａｄ２によって制御される。第３行に属する４つのピクセル２（（３，１）〜（３，４））における読み出しトランジスタ１１７は、読み出し信号Ｒｅａｄ３によって制御される。第４行に属する４つのピクセル２（（４，１）〜（４，４））における読み出しトランジスタ１１７は、読み出し信号Ｒｅａｄ４によって制御される。

一方、シフトレジスタ４は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４を、制御信号入力部３を介してそれぞれリセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４へ入力することで、行毎のピクセル２へ供給する。したがって、第１行に属する４つのピクセル２（（１，１）〜（１，４））におけるリセットトランジスタ１１５は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１によって制御される。第２行に属する４つのピクセル２（（２，１）〜（２，４））におけるリセットトランジスタ１１５は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ２によって制御される。第３行に属する４つのピクセル２（（３，１）〜（３，４））におけるリセットトランジスタ１１５は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ３によって制御される。第４行に属する４つのピクセル２（（４，１）〜（４，４））におけるリセットトランジスタ１１５は、リセット信号Ｒｅｓｅｔ４によって制御される。

シフトレジスタ４は、制御回路５からのスタート信号ＳＴおよびクロック信号ＣＬに基づいて、各出力段から出力する出力信号を決定する。シフトレジスタ４は、スタート信号ＳＴがＨｉｇｈになると、クロック信号ＣＬに同期して、各出力段からクロック信号ＣＬの１クロックずつずれる出力信号を出力する。制御信号入力部３は、各出力信号をそれぞれピクセル２の各行を順次選択する行選択信号として読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４に入力する。

これにより、図３に示すように、全てのピクセル２の信号読み出しを行う各フレームＦ１〜Ｆ４において、１クロックずつずれた読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４が各行のピクセル２に与えられる。

また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第１出力段の出力信号をリセット信号Ｒｅｓｅｔ４としてリセット信号線ＲＳＬ４に入力する。制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第２出力段の出力信号をリセット信号Ｒｅｓｅｔ１としてリセット信号線ＲＳＬ１に入力する。制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第３出力段の出力信号をリセット信号Ｒｅｓｅｔ２としてリセット信号線ＲＳＬ２に入力する。制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の第４出力段の出力信号をリセット信号Ｒｅｓｅｔ３としてリセット信号線ＲＳＬ３に入力する。

これにより、図３に示すように、各読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４に対して１クロックずつずれたタイミングで出力されるリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４が各行のピクセル２に与えられる。

放射線画像撮像装置１０１において、各行のピクセル２は、信号を読み出した後、上記のようにして出力されるリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４によってリセットされる。これにより、次にピクセル２から読み出される信号は、リセットから読み出されるまでに放射線により蓄積された電荷の電荷量に応じた大きさを有する信号となる。

〈放射線画像撮像装置１０１の効果〉
本実施形態の放射線画像撮像装置１０１において、同一行のピクセル２から電気信号を読み出す読み出し信号Ｒｅａｄと、他の同一行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔとが同一である。具体的には、第１行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ１と、第４行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ４とが同一である。また、第２行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ２と、第１行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ１とが同一である。また、第３行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ３と、第２行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ２とが同一である。また、第４行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ４と、第３行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ３とが同一である。

これにより、各行のピクセル２のリセット（初期化）が、その次の行のピクセル２から信号を読み出している期間中に行われる。それゆえ、リセットを行う期間を信号読み出しの期間と異なる期間に設けることがない。したがって、短時間で撮像動作を繰り返すことができる。

なお、同一行のピクセル２から電気信号を読み出す読み出し信号Ｒｅａｄと、他の同一行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔとが同一となる組み合わせは、上記の例に限定されない。

また、制御信号入力部３は、シフトレジスタ４の各出力段から出力される出力信号を上述のようにリセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４に入力するための信号入力経路を有するのみである。それゆえ、特許文献１に開示された放射線画像撮像装置における制御信号生成回路が有するＡＮＤ回路やスイッチ素子を必要としない。したがって、放射線画像撮像装置の回路構成を簡素化することができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図４および図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〈放射線画像撮像装置１０２の構成〉
図４は、本実施形態に係る放射線画像撮像装置１０２の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、放射線画像撮像装置１０２は、基板１と、複数のピクセル２と、シフトレジスタ４と、制御回路５と、リセット信号生成回路６（制御期間限定回路）と、制御回路７と、複数の電流電圧変換アンプ１０と、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路１２（差分回路）とを備えている。

（リセット信号生成回路６の構成）
リセット信号生成回路６は、基板１上に設けられている。リセット信号生成回路６は、シフトレジスタ４の第１ないし第４の各出力段から出力される読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４をそれぞれ読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４に出力する信号伝送経路を有している。また、リセット信号生成回路６は、４つのＡＮＤ回路６１を有している。

ＡＮＤ回路６１は、それぞれリセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４に対応している。リセット信号線ＲＳＬ１に対応したＡＮＤ回路６１の出力端子はリセット信号線ＲＳＬ１に接続されている。リセット信号線ＲＳＬ２に対応したＡＮＤ回路６１の出力端子はリセット信号線ＲＳＬ２に接続されている。リセット信号線ＲＳＬ３に対応したＡＮＤ回路６１の出力端子はリセット信号線ＲＳＬ３に接続されている。リセット信号線ＲＳＬ４に対応したＡＮＤ回路６１の出力端子はリセット信号線ＲＳＬ４に接続されている。

各ＡＮＤ回路６１の一方の入力端子には、制御回路７から供給されるモード選択信号ＭＳが入力される。リセット信号線ＲＳＬ１に対応したＡＮＤ回路６１の他方の入力端子には、シフトレジスタ４の第４出力段の出力信号が入力される。リセット信号線ＲＳＬ２に対応したＡＮＤ回路６１の他方の入力端子には、シフトレジスタ４の第１出力段の出力信号が入力される。リセット信号線ＲＳＬ３に対応したＡＮＤ回路６１の他方の入力端子には、シフトレジスタ４の第２出力段の出力信号が入力される。リセット信号線ＲＳＬ４に対応したＡＮＤ回路６１の他方の入力端子には、シフトレジスタ４の第３出力段の出力信号が入力される。

（ＣＤＳ回路１２の構成）
ＣＤＳ回路１２は、連続する２つのフレームで同一行のピクセル２から読み出された２つの電気信号の差をとることによって、リセットにより各ピクセル２に発生したノイズを除去する。

〈放射線画像撮像装置１０２の動作〉
図５は、放射線画像撮像装置１０２の動作を示すタイミングチャートである。

図５に示すように、シフトレジスタ４は、第１ないし第４の出力段から出力した出力信号を、読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４として、制御信号入力部３を介してそれぞれ読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４へ入力することで、行毎のピクセル２へ供給する。これにより、実施形態１の放射線画像撮像装置１０１と同じく、各フレームＦ１〜Ｆ４において上記のタイミングで信号読み出しが行われる。

また、モード選択信号ＭＳは、奇数番目のフレームＦ２，Ｆ４の読み出し期間が開始される一行前の行が選択される時刻から１フレーム期間の間“Ｈｉｇｈ”に制御される。したがって、この期間では、リセット信号ＲｅｓｅｔがＡＮＤ回路６１により遮断されずに出力されるため、ピクセル２のリセットが行われる。

リセット信号生成回路６は、ある行のピクセル２の読み出しが行われる期間に、次に読み出しが行われる行のピクセル２がリセットされるように、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４を出力する。具体的には、第４行のピクセル２が読み出し信号Ｒｅａｄ４によって読み出されている期間に、第１行のピクセル２がリセット信号Ｒｅｓｅｔ１によってリセットされる。第１行のピクセル２が読み出し信号Ｒｅａｄ１によって読み出されている期間に、第２行のピクセル２がリセット信号Ｒｅｓｅｔ２によってリセットされる。第２行のピクセル２が読み出し信号Ｒｅａｄ２によって読み出されている期間に、第３行のピクセル２がリセット信号Ｒｅｓｅｔ３によってリセットされる。第３行のピクセル２が読み出し信号Ｒｅａｄ３によって読み出されている期間に、第４行のピクセル２がリセット信号Ｒｅｓｅｔ４によってリセットされる。

これにより、偶数番目のフレームＦ２，Ｆ４においては、第１行ないし第３行のピクセル２の信号がリセット直後に読み出されるとともに、第２行ないし第４行のピクセル２がリセットされる。一方、奇数番目のフレームＦ１，Ｆ３においては、第１行ないし第４行のピクセル２の信号が読み出されるが、第２行ないし第４行のピクセル２はリセットされない。ただし、奇数番目のフレームＦ１，Ｆ３の最後の期間のみ、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１がリセット信号生成回路６（ＡＮＤ回路６１）から出力されることによって第１行のピクセル２がリセットされる。

〈放射線画像撮像装置１０２の効果〉
本実施形態の放射線画像撮像装置１０２において、同一行のピクセル２から電気信号を読み出す読み出し信号Ｒｅａｄと、他の同一行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔとが同一である。具体的には、第１行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ１と、第２行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ２とが同一である。また、第２行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ２と、第３行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ３とが同一である。また、第３行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ３と、第４行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ４とが同一である。また、第４行のピクセル２の読み出しを行う読み出し信号Ｒｅａｄ４と、第１行のピクセル２をリセットするリセット信号Ｒｅｓｅｔ１とが同一である。

リセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４は、ＡＮＤ回路６１によって、それぞれモード選択信号ＭＳの“Ｈｉｇｈ”と、読み出し信号Ｒｅａｄ４，Ｒｅａｄ１，Ｒｅａｄ２，Ｒｅａｄ３との論理積として得られる。したがって、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４は、実質的にはこれらの読み出し信号Ｒｅａｄと同一であると言える。

放射線画像撮像装置１０１において、各行のピクセル２のリセットは、上記のようにして出力されるリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４によって、ある行のピクセル２の読み出しが行われる期間に、次に読み出しが行われる行のピクセル２に対して行われる。これにより、リセットを行う期間を信号読み出しの期間と異なる期間に設けることがない。したがって、短時間で撮像動作を繰り返すことができる。

また、ＡＮＤ回路６１によって、リセット信号Ｒｅｓｅｔをピクセル２に与える期間が限定される。具体的には、モード選択信号ＭＳが“Ｈｉｇｈ”である期間にのみ、リセット信号Ｒｅｓｅｔが出力される。これにより、同一行の各ピクセル２からの電気信号の読み出し（出力）が連続して２回行われた後に、同一行の各ピクセル２にリセット信号Ｒｅｓｅｔが与えられる。

また、各行のピクセル２から読み出される信号は、その前のフレームでのリセットから以降に放射線により生成された信号が加算された信号である。

ＣＤＳ回路１２は、奇数番目のフレーム（例えばフレームＦ３）で各行のピクセル２から読み出された電気信号の値から、直前の偶数番目のフレーム（例えばフレームＦ２）で同じピクセル２から読み出された電気信号の値を減算する。これにより、同じピクセル２に対する連続した２回の読み出しの間に放射線により生成された電気信号の値の変化量を計算することができる。このように、同一のピクセル２から２回出力される間の電気信号の変化量を計算する手法は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）としてよく知られている。このように変化量を計算することによって、リセットにより各ピクセル２に発生したノイズを除去することができ、ノイズの小さい画像を取得できる。

これに対し、従来のＣＤＳでは、リセットを行うリセット期間と電気信号の読み出しを行う読み出し期間とが時間的に重ならない場合、ＣＤＳの処理のために、少なくとも３つの期間（リセット期間、第１読み出し期間および第２読み出し期間）が必要となる。これにより、第２読み出し期間の読み出し値から第１読み出し期間の読み出し値を減算することにより、画像データが生成される。

本実施形態の放射線画像撮像装置１０２によれば、リセット期間と第１読み出し期間とがほぼ重なるため、画像生成に必要な時間を上記の３つの期間を必要とする例に対して２／３に短縮することができる。

また、従来の他のＣＤＳとして、第１リセット期間、第１読み出し期間、Ｘ線照射開始、第２リセット期間、第２読み出し期間の順に動作して、第２読み出し期間の読み出し値から第１読み出し期間の読み出し値を減算することで画像データを生成する方式もある。この方式では、画像生成に必要な時間がさらに増加する上、差分を取る２つの読み出し値が別々のリセット後の値であるため、リセットノイズが除去できない。

なお、本実施形態では、図５に示すように、奇数フレームからそれに続く偶数フレームで同一行のピクセル２から連続して電気信号を読み出している。これに限らず、偶数フレームからそれに続く奇数フレームで同一行のピクセル２から連続して電気信号を読み出すようにしてもよい。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１および２にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〈放射線画像撮像装置１０３の構成〉
図６は、本実施形態に係る放射線画像撮像装置１０３の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、放射線画像撮像装置１０３は、複数のピクセル２と、シフトレジスタ４と、制御信号入力部８と、制御回路９と、複数の電流電圧変換アンプ１０と、基板１１と、ＣＤＳ回路１２とを備えている。

（基板１１の構成）
基板１１は、ガラス基板（ガラスパネル）であるが、これに限定されることはなく、プラスチック基板などであってもよい。

ピクセル２は、基板１１上に形成されており、４行かつ４列のマトリックス状に配置されている。また、基板１１上には、読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４と、リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４と、出力線ＯＬ１〜ＯＬ３とが形成されている。

制御信号入力部８は、基板１１上に設けられている。制御信号入力部８は、シフトレジスタ４の各出力段から出力される出力信号に基づいて、読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４にそれぞれ読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４を入力するとともに、リセット信号線ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４にそれぞれリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４を入力する。制御信号入力部８は、実施形態１における制御信号入力部３または実施形態２におけるリセット信号生成回路６である。

シフトレジスタ４は、基板１１上に形成されている。

（制御回路９の構成）
制御回路９は、実施形態１における制御回路５または実施形態２における制御回路７である。

〈放射線画像撮像装置１０３の効果〉
放射線画像撮像装置１０３において、シフトレジスタ４は、基板１１上に形成されている。これにより、基板１１上に、ピクセル２を構成するトランジスタと同じプロセスでシフトレジスタ４を形成することができる。これにより、シフトレジスタ４を基板１の外部に、シリコン集積回路などの形態で設けなくてもよい。また、基板１１とシフトレジスタ４との間に信号接続線を設ける必要もなくなる。したがって、放射線画像撮像装置１０３の製造コストを低減することができる。

なお、ピクセル２のピッチが狭く、このような狭いピクセルピッチに対応した出力端子を有するシフトレジスタ４を基板１１上に設けることが困難である場合には、実施形態１または２のように、シフトレジスタ４は基板１の外部に設けられることが好ましい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放射線画像撮像装置は、入射した放射線の線量に応じた電気信号を発生させるセンサー素子１０７と、前記電気信号を出力する第１のスイッチング素子（読み出しトランジスタ１１７）と、初期化を行う第２のスイッチング素子（リセットトランジスタ１１５）とを有するピクセル２が、マトリックス状に配置された基板１，１１と、各行の前記ピクセル２を順次選択する制御信号（読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４）を出力する制御信号出力回路と、を備え、同一行の前記ピクセル２における前記第１のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号（読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４）と、他の同一行の前記ピクセル２における前記第２のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号（リセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４）とが同一である。

上記の構成によれば、同一行のピクセルにおける第１のスイッチング素子が制御される電気信号の読み出し期間に、他の同一行のピクセルにおける第２のスイッチング素子を制御することで初期化を行うことができる。それゆえ、初期化期間を読み出し期間と異なる期間に設けることがない。したがって、短時間で撮像動作を繰り返すことができる。

本発明の態様２に係る放射線画像撮像装置は、上記態様１において、前記第２のスイッチング素子に期間を限定して前記制御信号を与える制御期間限定回路（リセット信号生成回路６）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、必要に応じて初期化を行う期間と行わない期間とを設けることができる。

本発明の態様３に係る放射線画像撮像装置は、上記態様２において、前記制御期間限定回路が、同一行の各ピクセル２からの前記電気信号の出力が連続して２回行われた後に、前記第２のスイッチング素子に前記制御信号を与え、前記放射線画像撮像装置は、同一行の各ピクセルから連続して２回出力される前記電気信号の差をとる差分回路（ＣＤＳ回路１２）をさらに備えていてもよい。

上記の構成によれば、短い読み出し期間でＣＤＳの処理を行うことで、画像を生成することができる。

本発明の態様４に係る放射線画像撮像装置は、上記態様１から３の何れかにおいて、前記制御信号出力回路が前記基板１の外部に形成されていてもよい。

上記の構成は、例えば、ピクセルのピッチが狭く、このような狭いピクセルピッチに対応した出力端子を有する制御信号出力回路を基板に設けることが困難である場合に好適に用いることができる。

本発明の態様５に係る放射線画像撮像装置は、上記態様１から３の何れかにおいて、前記制御信号出力回路が前記基板１１に形成されていてもよい。

上記構成によれば、制御信号出力回路を基板の外部に、例えば、シリコン集積回路などの形態で設けなくてもよい。また、基板と制御信号出力回路との間に信号接続線を設ける必要もなくなる。

〔付記事項〕
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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１，１１ 基板
２ ピクセル
４ シフトレジスタ（制御信号出力回路）
６ リセット信号生成回路（制御期間限定回路）
１２ ＣＤＳ回路（差分回路）
１０１〜１０３ 放射線画像撮像装置
１０７ センサー素子
１１５ リセットトランジスタ（第２のスイッチング素子）
１１７ 読み出しトランジスタ（第１のスイッチング素子）
ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４ 読み出し信号線
ＲＳＬ１〜ＲＳＬ４ リセット信号線
Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４ 読み出し信号（制御信号）
Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４ リセット信号（制御信号）

図４に示すように、放射線画像撮像装置１０２は、基板１と、複数のピクセル２と、シフトレジスタ４と、リセット信号生成回路６（制御期間限定回路）と、制御回路７と、複数の電流電圧変換アンプ１０と、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路１２（差分回路）とを備えている。

図５に示すように、シフトレジスタ４は、第１ないし第４の出力段から出力した出力信号を、読み出し信号Ｒｅａｄ１〜Ｒｅａｄ４として、リセット信号生成回路６を介してそれぞれ読み出し信号線ＲＤＬ１〜ＲＤＬ４へ入力することで、行毎のピクセル２へ供給する。これにより、実施形態１の放射線画像撮像装置１０１と同じく、各フレームＦ１〜Ｆ４において上記のタイミングで信号読み出しが行われる。

また、モード選択信号ＭＳは、偶数番目のフレームＦ２，Ｆ４の読み出し期間が開始される一行前の行が選択される時刻から１フレーム期間の間“Ｈｉｇｈ”に制御される。したがって、この期間では、リセット信号ＲｅｓｅｔがＡＮＤ回路６１により遮断されずに出力されるため、ピクセル２のリセットが行われる。

これにより、偶数番目のフレームＦ２，Ｆ４においては、第１行ないし第４行のピクセル２の信号がリセット直後に読み出されるとともに、第２行ないし第４行のピクセル２がリセットされる。一方、奇数番目のフレームＦ１，Ｆ３においては、第１行ないし第４行のピクセル２の信号が読み出されるが、第２行ないし第４行のピクセル２はリセットされない。ただし、奇数番目のフレームＦ１，Ｆ３の最後の期間のみ、リセット信号Ｒｅｓｅｔ１がリセット信号生成回路６（ＡＮＤ回路６１）から出力されることによって第１行のピクセル２がリセットされる。

放射線画像撮像装置１０２において、各行のピクセル２のリセットは、上記のようにして出力されるリセット信号Ｒｅｓｅｔ１〜Ｒｅｓｅｔ４によって、ある行のピクセル２の読み出しが行われる期間に、次に読み出しが行われる行のピクセル２に対して行われる。これにより、リセットを行う期間を信号読み出しの期間と異なる期間に設けることがない。したがって、短時間で撮像動作を繰り返すことができる。

〈放射線画像撮像装置１０３の効果〉
放射線画像撮像装置１０３において、シフトレジスタ４は、基板１１上に形成されている。これにより、基板１１上に、ピクセル２を構成するトランジスタと同じプロセスでシフトレジスタ４を形成することができる。これにより、実施形態１または２のように、シフトレジスタ４を基板１の外部に、シリコン集積回路などの形態で設けなくてもよい。また、基板１１とシフトレジスタ４との間に信号接続線を設ける必要もなくなる。したがって、放射線画像撮像装置１０３の製造コストを低減することができる。

Claims (5)

1. 入射した放射線の線量に応じた電気信号を発生させるセンサー素子と、前記電気信号を出力する第１のスイッチング素子と、初期化を行う第２のスイッチング素子とを有するピクセルが、マトリックス状に配置された基板と、
   各行の前記ピクセルを順次選択する制御信号を出力する制御信号出力回路と、を備え、
   同一行の前記ピクセルにおける前記第１のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号と、他の同一行の前記ピクセルにおける前記第２のスイッチング素子を制御するために用いられる前記制御信号とが同一であることを特徴とする放射線画像撮像装置。
2. 前記第２のスイッチング素子に期間を限定して前記制御信号を与える制御期間限定回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮像装置。
3. 前記制御期間限定回路は、同一行の各ピクセルからの前記電気信号の出力が連続して２回行われた後に、前記第２のスイッチング素子に前記制御信号を与え、
   前記放射線画像撮像装置は、同一行の各ピクセルから連続して２回出力される前記電気信号の差をとる差分回路をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像撮像装置。
4. 前記制御信号出力回路は前記基板の外部に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の放射線画像撮像装置。
5. 前記制御信号出力回路は前記基板に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の放射線画像撮像装置。

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