JP3815791B2 - Radiation detection system and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、放射線検出システム及び放射線検出システムの動作方法に係わり、特に可視光もしくはＸ線に代表される放射線を利用した撮像装置、例えばスチールカメラあるいは放射線撮像装置等の一次元もしくは二次元の撮像装置に好適に用いられる放射線検出システム及び放射線検出システムの動作方法に関する。 The present invention relates to a radiation detection system and a method for operating the radiation detection system, and in particular, one-dimensional or two-dimensional imaging such as an imaging device using radiation typified by visible light or X-ray, such as a still camera or a radiation imaging device. The present invention relates to a radiation detection system suitably used for an apparatus and an operation method of the radiation detection system.
従来、写真といえば光学カメラと銀塩フィルムを使用した銀塩写真が大半を占めていた。半導体技術が発達しＣＣＤ型センサ、ＭＯＳ型センサで代表されるＳｉ単結晶センサを用いた固体撮像素子を用いてビデオカムコーダのような動画の画像を撮影できる撮像装置が発達してきているものの、これら画像は画素数においてもＳＮ比においても銀塩写真にはかなわず、静止した画像を写し込むには銀塩写真を使うのが普通であった。 Traditionally speaking, silver halide photography using an optical camera and a silver halide film has been the majority. Although semiconductor technology has been developed, imaging devices capable of capturing moving images such as video camcorders using solid-state imaging devices using Si single crystal sensors represented by CCD sensors and MOS sensors have been developed. The image does not match the silver halide photograph in terms of the number of pixels and the S / N ratio, and the silver salt photograph is usually used to capture a still image.
これに対し近年、コンピュータによる画像処理、電子ファイルによる保存、電子メールによる画像の伝送の要求が高まり、銀塩写真画像に劣らないディジタル信号として出力する電子撮像装置が望まれている。このことは一般の写真のみならず検査や医療の分野でも同じことがいえる。 On the other hand, in recent years, there has been an increasing demand for image processing by a computer, storage by an electronic file, and transmission of an image by e-mail, and an electronic imaging device that outputs a digital signal that is inferior to a silver salt photograph image is desired. The same can be said for not only general photography but also inspection and medical fields.
例えば、医療の分野において銀塩写真技術を使うものとしてはＸ線写真が一般的である。これはＸ線源から出たＸ線を人体の患部に照射し、その透過の情報をもって、例えば骨折や腫瘍の有無を判断するもので長い間医療の診断に広く使われている。通常、患部を透過したＸ線は一度蛍光体に入射させ可視光に変換しこれを銀塩フィルムに露光する。しかし、銀塩フィルムは感度がよく、また解像度が高いという長所があるものの、現像に時間がかかる、保存・管理に手間がかかる、遠隔地にすぐ送れない、等の短所があり、先に述べたように銀塩写真画像に劣らないディジタル信号として出力する電子Ｘ線撮像装置が望まれている。もちろん、これは医療分野に係わらず、構造物などの検体の非破壊検査などでも同様である。 For example, X-ray photography is common as a method using silver salt photography technology in the medical field. This is a technique for irradiating an affected part of a human body with X-rays emitted from an X-ray source and determining the presence or absence of a fracture or a tumor, for example, based on the transmission information, and has been widely used for medical diagnosis for a long time. Usually, X-rays transmitted through the affected area are once incident on a phosphor, converted into visible light, and exposed to a silver salt film. However, although silver salt film has the advantages of high sensitivity and high resolution, it has the disadvantages that it takes time to develop, it takes time to store and manage, and it cannot be sent immediately to remote locations. Thus, there is a demand for an electronic X-ray imaging apparatus that outputs a digital signal that is not inferior to silver halide photographic images. Of course, this is the same for non-destructive inspection of specimens such as structures regardless of the medical field.
この要望に対し水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）の光電変換素子を用いた撮像素子を二次元に並べた大型センサを用いた撮像装置の開発がされている。この種の撮像装置は例えばおよそ一辺が３０〜５０ｃｍの絶縁基板上にスパッタ装置や化学的気相堆積装置（ＣＶＤ装置）等を使ってメタル層やａ−Ｓｉ層などを堆積し、例えばおよそ２０００×２０００個の半導体ダイオードを形成しこれに逆バイアスの電界を印加し、また同時に作り込んだ薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）によりこれら個々のダイオードの逆方向に流れた電荷を個々に検知できるようにしたものである。半導体のダイオードに逆方向の電界を印加すると半導体層に入射した光量に応じた光電流が流れることは広く知られておりこれを利用したものである。しかしながら、光を全く当てない状態でもいわゆる暗電流といわれる電流が流れてしまい、これがショットノイズを発生してしまい装置全体の検知能力、つまりＳＮ比といわれる感度を低下させる要因になっている。これは医療の診断や検査の判断に悪影響を及ぼすことがある。例えばこのノイズが原因で病巣や不良箇所を見落としたら問題であることは言うまでもない。よってこの暗電流をいかに減少させるかは重要である。 In response to this demand, an imaging apparatus using a large sensor in which imaging elements using photoelectric conversion elements of hydrogenated amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) are arranged two-dimensionally has been developed. In this type of imaging apparatus, for example, a metal layer or an a-Si layer is deposited on an insulating substrate having a side of about 30 to 50 cm using a sputtering apparatus, a chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus), or the like. × 2000 semiconductor diodes are formed, a reverse bias electric field is applied thereto, and the thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) formed at the same time can individually detect charges flowing in the reverse direction of these individual diodes. It is a thing. It is widely known that when a reverse electric field is applied to a semiconductor diode, a photocurrent corresponding to the amount of light incident on the semiconductor layer flows, and this is utilized. However, even when light is not applied at all, a so-called dark current flows, which causes shot noise, which is a factor that lowers the detection capability of the entire apparatus, that is, the sensitivity called the SN ratio. This can adversely affect medical diagnosis and examination decisions. For example, it goes without saying that it is a problem if a lesion or defective part is overlooked due to this noise. Therefore, how to reduce this dark current is important.
また、半導体ダイオードや他の光電変換素子にバイアスを常に印加し続けると流れる電流により半導体内の欠陥を増加させ徐々に性能が劣化することがあることも知られている。これは暗電流が増加したり、光による電流つまり光電流が低下する等の現象として現れる。また、電界を印加し続けると欠陥の増加のみならず、イオンの移動や電気分解によりＴＦＴの閾値の移動や配線に使われている金属の腐食の原因になり装置全体の信頼性の低下につながることがある。医療機器や検査機器の製品化において信頼性が低いことは問題を生ずることがある。例えば、緊急を要する診断・治療あるいは検査の最中に故障することはあってはならないことである。これまで半導体のダイオードを例に感度と信頼性について述べたがこれに限らず各種タイプの光電変換素子にも言えることでダイオードに限った問題点ではない。 It is also known that when a bias is constantly applied to a semiconductor diode or other photoelectric conversion element, defects in the semiconductor are increased by a flowing current and the performance is gradually deteriorated. This appears as a phenomenon such as an increase in dark current or a decrease in current due to light, that is, photocurrent. In addition, if an electric field is continuously applied, not only the number of defects will increase, but also the movement of ions and electrolysis will cause the threshold value of the TFT and the corrosion of the metal used in the wiring, leading to a decrease in the reliability of the entire device. Sometimes. Poor reliability in the commercialization of medical and testing equipment can cause problems. For example, it should not break down during an emergency diagnosis / treatment or examination. Up to now, the sensitivity and reliability have been described by taking a semiconductor diode as an example. However, the present invention is not limited to the diode because it can be applied to various types of photoelectric conversion elements.
図７にＸ線撮像装置の概略的ブロック図の一例を示す。図７において、１は絶縁基板上に多数の光電変換素子とＴＦＴが形成され、またこれらを制御するＩＣ等が実装されたセンサ部である。センサ部には大まかに、光電変換素子に電界を印加するためのバイアス印加用端子（Ｂｉａｓ）と読み出しや初期化の開始信号を与えるスタート端子（ＳＴＡＲＴ）と二次元に並んだ各光電変換素子からの出力をシリアル信号にして出力する出力端子（ＯＵＴ）の３つの端子部がある。２はＸ線源であり、制御回路５の制御によりパルス状のＸ線を出射する。このＸ線は患者の患部などの検体の検査部を透過し情報を含んだ透過Ｘ線がセンサ部１へ向かう。センサ部１と検体の間には図示はしていないが蛍光体があり透過Ｘ線は可視光に変換される。変換された可視光はセンサ部内の光電変換素子に入射する。３は光電変換素子に電界を印加するための電源であり、制御スイッチ（ＳＷ）、もしくは制御回路５により制御される。
しかしながら、上述するような装置では以下に説明するような改善可能な点があった。 However, the apparatus as described above has the following points that can be improved.
図８に図７で示したＸ線撮像装置の動作の一例を示す。図８（Ａ）−図８（Ｄ）は夫々撮像装置においての動作を示す概略的タイミングチャートである。図８（Ａ）は撮像装置の動作を示している。図８（Ｂ）はＸ線源２のＸ線出射タイミングである。図８（Ｃ）は光電変換素子の印加バイアスのタイミングである。図８（Ｄ）は光電変換素子に流れる電流を示している。図９は動作の流れを示すフローチャートである。 FIG. 8 shows an example of the operation of the X-ray imaging apparatus shown in FIG. FIG. 8A to FIG. 8D are schematic timing charts showing operations in the imaging apparatus. FIG. 8A shows the operation of the imaging apparatus. FIG. 8B shows the X-ray emission timing of the X-ray source 2. FIG. 8C shows the timing of the applied bias of the photoelectric conversion element. FIG. 8D shows a current flowing through the photoelectric conversion element. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of operation.
図８（Ａ）において（ＳＷ ＯＮ）で示した矢印までは図８（Ｃ）で示すように光電変換素子にはバイアスが印加されていない（Ｂｉａｓ ＯＦＦ）。ここで図９で示すように＜ＳＷ ＯＮ？＞３０１の検知がされ、もし制御スイッチ（ＳＷ）がオンになると［Ｂｉａｓ ＯＮ］３０２される。これは図８（Ｃ）でも示されている。これと同時に図８（Ａ）のＩｎｔ．、図９の［Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ］３０３で示されたようにセンサ部１内の個々の光電変換素子の電荷が初期化される。初期化が一通り終わると制御回路５はＸ線源２を制御しＸ線を出射する。これにより撮像装置は露光される（図８（Ｂ）のＥｘｐ．および図９の［Ｅｘｐｏｓｕｒｅ］３０４）。この後図８（Ａ）のＲｅａｄ、図９の［Ｒｅａｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ］３０５で示すように内部のＴＦＴとＩＣの動作により個々の光電変換素子内に流れた光情報を含んだ電荷が読み出される。その後図８（Ｃ）に示されるようにあるいは図９の［Ｂｉａｓ ＯＦＦ］で示したように光電変換素子の電界を０（ＯＦＦ）にする。そしてつぎの制御スイッチのオンまで待機する。 In FIG. 8A, up to the arrow indicated by (SW ON), no bias is applied to the photoelectric conversion element (Bias OFF) as shown in FIG. 8C. Here, as shown in FIG. 9, <SW ON? If> 301 is detected and the control switch (SW) is turned on, [Bias ON] 302 is performed. This is also shown in FIG. At the same time, Int. , The charges of the individual photoelectric conversion elements in the sensor unit 1 are initialized as indicated by [Initialize Sensors] 303 in FIG. When the initialization is completed, the control circuit 5 controls the X-ray source 2 and emits X-rays. As a result, the imaging apparatus is exposed (Exp. In FIG. 8B and [Exposure] 304 in FIG. 9). Thereafter, as shown by Read in FIG. 8A and [Read Sensors] 305 in FIG. 9, charges including optical information flowing in the individual photoelectric conversion elements are read out by the operation of the internal TFT and IC. Thereafter, as shown in FIG. 8C or as shown by [Bias OFF] in FIG. 9, the electric field of the photoelectric conversion element is set to 0 (OFF). Then, it waits until the next control switch is turned on.
ところが上記動作においては図８（Ｄ）で示したように露光前後においての光電変換素子の電流が大きい。半導体、特にａ−Ｓｉのようなアモルファス半導体はバイアスが印加された直後は暗電流が大きくしばらくの間光が入射していないのにもかかわらず電流が流れてしまう。これは先に述べたようにショットノイズの影響で良好なＸ線画像が再現できない場合があることを示す。この場合、適切な診断や検査ができないことがある。この暗電流の原因は半導体内の電界の変化により禁止帯内のフェルミレベルが相対的に移動する場所ができ、これにより禁止帯中央付近のトラップの電子、ホールの移動によると説明されている。このトラップは半導体の欠陥や半導体−絶縁体の界面における結晶構造の不連続から起きており、この暗電流の増加はどのような材料、どのような構造の光電変換素子でもおきる。また、電界を印加した直後はイオンなどの電荷が移動しそれらが安定するまで不安定な電流が流れるのも原因の１つである。 However, in the above operation, as shown in FIG. 8D, the current of the photoelectric conversion element before and after exposure is large. A semiconductor, particularly an amorphous semiconductor such as a-Si, has a large dark current immediately after a bias is applied, and a current flows even though no light is incident for a while. This indicates that a good X-ray image may not be reproduced due to the influence of shot noise as described above. In this case, proper diagnosis or examination may not be possible. It is explained that the cause of this dark current is a place where the Fermi level in the forbidden band relatively moves due to the change of the electric field in the semiconductor, and this causes the movement of electrons and holes in the trap near the center of the forbidden band. This trap is caused by a semiconductor defect or a discontinuity of the crystal structure at the semiconductor-insulator interface, and this increase in dark current occurs in any material and photoelectric conversion element of any structure. Another reason is that an unstable current flows until charges such as ions move and stabilize immediately after the electric field is applied.
図１０にＸ線撮像装置の別の動作の一例を示す。装置全体のブロック図は図１とほとんど同じであり省略する。図１０において図８と同等の動作や表現は同じ記号で示している。動作のほとんどは先に説明した図８の動作と同じだが異なる点は図１０（Ｃ）で示したように光電変換素子には電界を印加し続けているところである。つまり図１１でもわかるとおり、露光動作の一連の動作において［ＢｉａｓＯＮ／ＯＦＦ］せずにＢｉａｓ ＯＮ状態を維持している。これにより図２で示した動作に比較して図１０の（Ｄ）で示すように暗電流が減少しており、これにより良好な画像が得られるかのように思われる。しかし、実際には陰に隠れた問題を抱えており製品としてはこの動作は採用できない。その理由はこの動作では病院が診察時間内などの使用される可能性のある時間の間常に光電変換素子に電界を印加し続けていることになることである。図２の動作では例えば１日１００回、１回当たり３秒で撮像動作するとして累計３００秒の光電変換素子への印加であるのに対し、図１０の動作では診察時間などの使用可能性のある時間が８時間とすると約３００００秒にもなり約１００倍もの長い時間動作させる動作条件となる。これは実際に撮影をしようと操作しているとき以外（つまり無操作時）にも光電変換素子に電界が印加されることになる。これは先に述べたように信頼性の低下につながりメンテナンス費用なども考慮すると実用にはむかない。 FIG. 10 shows an example of another operation of the X-ray imaging apparatus. The block diagram of the entire apparatus is almost the same as FIG. 10, operations and expressions equivalent to those in FIG. 8 are indicated by the same symbols. Most of the operations are the same as the operations of FIG. 8 described above, but are different in that an electric field is continuously applied to the photoelectric conversion element as shown in FIG. That is, as can be seen from FIG. 11, the Bias ON state is maintained without performing [Bias ON / OFF] in a series of exposure operations. As a result, the dark current is reduced as shown in FIG. 10D in comparison with the operation shown in FIG. 2, and it seems that a good image can be obtained. However, there is actually a problem hidden behind the scenes, and this operation cannot be adopted as a product. The reason is that in this operation, the hospital continuously applies an electric field to the photoelectric conversion element during a time that may be used such as within a consultation time. In the operation of FIG. 2, for example, an imaging operation is performed 100 times a day for 3 seconds per time, and a total of 300 seconds is applied to the photoelectric conversion element. On the other hand, in the operation of FIG. If a certain time is 8 hours, the operating condition is about 30000 seconds, which is about 100 times longer. This means that an electric field is applied to the photoelectric conversion element even when it is not actually operated for shooting (that is, when there is no operation). As described above, this leads to a decrease in reliability, and is not practical in consideration of maintenance costs.
（発明の目的）本発明の目的はこの問題点を解決し、感度が高く、信頼性が高く、使い勝手の良い撮像装置等の光電変換装置及び光電変換装置の動作方法を提供することにある。 (Object of the invention) An object of the present invention is to solve this problem and to provide a photoelectric conversion device such as an imaging device having high sensitivity, high reliability, and ease of use, and a method of operating the photoelectric conversion device.
又、本発明は、ノイズが少なく高ＳＮ比の情報を得ることのできる光電変換装置及びその動作方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a photoelectric conversion apparatus that can obtain information on a high S / N ratio with little noise and an operation method thereof.
更に本発明は、所望のタイミングで像情報を得ることができ、Ｘ線などの放射線を必要以上に照射しないで済む光電変換装置及びその動作方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a photoelectric conversion apparatus that can obtain image information at a desired timing and that does not need to irradiate radiation such as X-rays more than necessary and an operation method thereof.
加えて本発明は銀塩フィルムを使用せず、即時性の高い像情報を得ることができ、遠隔地における検査を施すことも可能な像情報を得ることができる光電変換装置及びその動作方法を提供することを目的とする。 In addition, the present invention provides a photoelectric conversion apparatus and an operation method thereof capable of obtaining image information having high immediacy without using a silver salt film and capable of obtaining image information that can be inspected at a remote place. The purpose is to provide.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、光電変換素子と該光電変換素子に接続されたスイッチ素子からなる画素が複数配列されてなる画素部と、前記光電変換素子を駆動するために前記スイッチ素子を動作させる駆動回路と、電圧印加期間内に前記光電変換素子に対して電圧を印加するための電源部と、放射線源からの放射線を前記光電変換素子が検出可能な波長の光に変換する波長変換体と、からなる放射線検出装置と、前記放射線検出装置を制御するための制御部と、を有する放射線検出システムにおいて、前記制御部は、前記電源部が前記光電変換素子に前記電圧を印加している期間に、前記電圧の印加により前記光電変換素子に発生した暗電流を安定化させるための期間に前記放射線検出装置が待機動作を行う第１のモードを開始する信号と、前記第１のモードの後に前記放射線検出装置が前記画素部の初期化動作を行う第２のモードを開始する信号と、を発生することを特徴とする。
また、本発明は、複数の光電変換素子とそれぞれの該光電変換素子に対応した複数のスイッチ素子からなる複数の画素が２次元に配列されてなる画素部と、前記光電変換素子を駆動するために前記スイッチ素子を動作させる駆動回路と、電圧印加期間内に前記光電変換素子に対して電圧を印加するための電源部と、放射線源からの放射線を前記光電変換素子が検出可能な波長の光に変換する波長変換体と、を有する放射線検出装置と、前記放射線検出装置を制御するための制御部と、を有する放射線検出システムの動作方法であって、前記光電変換素子に電圧の印加を開始した後の、前記光電変換素子に発生した暗電流を安定化させるための期間に、前記放射線検出装置が待機動作を行う第１のモードと、前記第１のモードの後に前記放射線検出装置が前記画素部の初期化動作を行う第２のモードと、を有することを特徴とする。
As a means for solving the above problems, the present invention provides a pixel portion in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element and a switch element connected to the photoelectric conversion element are arranged, and for driving the photoelectric conversion element A drive circuit for operating the switch element; a power supply for applying a voltage to the photoelectric conversion element within a voltage application period; and radiation having a wavelength that the photoelectric conversion element can detect radiation from a radiation source. In the radiation detection system having a radiation detection device comprising a wavelength converter to be converted, and a control unit for controlling the radiation detection device, the control unit is configured such that the power supply unit applies the voltage to the photoelectric conversion element. The first mode in which the radiation detection apparatus performs a standby operation during a period for stabilizing the dark current generated in the photoelectric conversion element by the application of the voltage during the period during which the voltage is applied. A signal for starting the, characterized in that said radiation detection device after the first mode generates a signal to initiate a second mode of performing the initializing operation of the pixel portion.
According to another aspect of the present invention, there is provided a pixel portion in which a plurality of pixels each including a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of switch elements corresponding to the photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged, and for driving the photoelectric conversion elements. A driving circuit for operating the switch element, a power supply unit for applying a voltage to the photoelectric conversion element within a voltage application period, and light having a wavelength that allows the photoelectric conversion element to detect radiation from a radiation source. A radiation detecting device having a wavelength converting body that converts the radiation detecting device, and a control unit for controlling the radiation detecting device, the method of operating the radiation detecting system, starting to apply a voltage to the photoelectric conversion element In the period for stabilizing the dark current generated in the photoelectric conversion element after the first mode, the radiation detection device performs a standby operation, and the radiation after the first mode. Out apparatus and having a second mode for performing an initialization operation of the pixel portion.
本発明によれば、スイッチ手段をオンすることにより光電変換手段に電圧又は電流を与え、暗電流が減少した後、再度スイッチ手段をオンすることによりすぐ露光を始められる。 According to the present invention, voltage or current is applied to the photoelectric conversion means by turning on the switch means, and after dark current has decreased, exposure can be started immediately by turning on the switch means again.
つまり、光電変換手段に常に電界等を印加しなくて良く信頼性の高い、暗電流が減少した後の光電流を利用できショットノイズのないＳＮ比の高い像情報が得られ、得たい像の直後に露光が開始でき使い勝手の良い撮像装置が提供できる。 That is, it is not necessary to always apply an electric field or the like to the photoelectric conversion means, and it is possible to obtain reliable image information with a high S / N ratio without using shot noise by using the photocurrent after the dark current is reduced. Immediately after the exposure can be started, a user-friendly imaging device can be provided.
また、Ｘ線源と組み合わせれば銀塩フィルムの代わりに信頼性、感度、使い勝手に優れたディジタル信号の得られる医療診断用あるいは非破壊検査用Ｘ線撮像装置が提供でき、遠隔地においても適切な医師や技師の診断を得られる。 In combination with an X-ray source, it can provide an X-ray imaging device for medical diagnosis or nondestructive inspection that can provide digital signals with excellent reliability, sensitivity, and usability instead of silver salt film. Diagnosis of a special doctor or engineer.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明では光電変換素子を安定化状態で使用することによってより正確で信頼性を有する情報の読み取りを行なうことができる。 In the present invention, more accurate and reliable information can be read by using the photoelectric conversion element in a stabilized state.
また、本発明によれば、光電変換素子を常にスタンバイ（待機）状態にしていないので素子の長寿命化がはかれ、装置本体の信頼性の向上、メンテナンスフィーの低下をはかることができる。 Further, according to the present invention, since the photoelectric conversion element is not always in a standby (standby) state, the life of the element can be extended, and the reliability of the apparatus main body can be improved and the maintenance fee can be reduced.
図１に本発明のＸ線撮像装置の動作例を示す。装置全体のブロック図は図７とほとんど同じであり省略する。図１において図８と同等の動作や表現は同じ記号で示している。動作のほとんどは先に説明した図８の動作と同じだが異なる点は図１（Ａ）及び図２で示したように［Ｂｉａｓ ＯＮ］３０２とセンサ部の初期化［Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ］３０３の間に［Ｗａｉｔ］７０１動作を追加している。この［Ｗａｉｔ］７０１は例えば３〜５秒待てば充分であり、これにより暗電流の影響は図１（Ｄ）で示されたように図８（Ｄ）に比較して大幅に改善することができる。 FIG. 1 shows an operation example of the X-ray imaging apparatus of the present invention. The block diagram of the entire apparatus is almost the same as FIG. 1, operations and expressions equivalent to those in FIG. 8 are denoted by the same symbols. Most of the operations are the same as the operations in FIG. 8 described above, but the difference is between [Bias ON] 302 and initialization of the sensor unit [Initialize Sensors] 303 as shown in FIGS. [Wait] 701 operation is added. For example, it is sufficient to wait for 3 to 5 seconds for this [Wait] 701, so that the influence of dark current can be greatly improved as compared with FIG. 8D as shown in FIG. it can.
この待機動作（Ｗａｉｔ ７０１）はタイマー手段によって撮影スイッチを入れたあと所望の時間作動するようにしてよく、撮影者によってあらためてスイッチが入れられるようにしてもよい。 This standby operation (Wait 701) may be operated for a desired time after the photographing switch is turned on by the timer means, or may be turned on again by the photographer.
待機時間は上述したように３〜５秒程度で実際上素子の立上りの問題を解決することができる。また、待機時間は必要に応じて適宜調整することができる。 As described above, the waiting time is about 3 to 5 seconds, and the problem of the rise of the element can be solved practically. Further, the standby time can be appropriately adjusted as necessary.
タイマー手段などによって、１度スイッチ（シャッター）をＯＮすれば所定時間後に自動的に撮影を行なう装置の場合は、動かない被写体または検体であることが望ましい。これは、撮影者が意図した状態を撮影することが必ずできるためである。 In the case of an apparatus that automatically performs imaging after a predetermined time if a switch (shutter) is turned on once by a timer means or the like, it is desirable that the object or specimen does not move. This is because the state intended by the photographer can always be photographed.
例えば、タイマー手段などによってスイッチＯＮ後、自動的に撮影される場合は［ＳＷ ＯＮ］３０１、つまり制御スイッチ（俗に言うシャッタ・ボタン）をオンしてから３〜５秒の間は患者などの検体が動いてはいけないことである。通常、医師（技師）は検体である患者に患部が良く写るようにポーズをとらせ、あるいは検体を配置し、場合によっては呼吸や検体の動作を止めさせて制御スイッチをオンにする。これに対して露光が始まるまで３〜５秒待たせるのは時間が長すぎて、特に呼吸を止めさせている場合はわずかな期間であるが患者が我慢できないこともある。実際には［Ｗａｉｔ］７０１の間は動いても画像はボケたりしないが患者はいつ露光が始まるか判らないため結果的にａ−ｂ間、つまり制御スイッチをオンしてから露光が終わるまで動けない。また、医師が別のセンサ等で撮影したいシャッタ・チャンスに制御スイッチをオンしても、３〜５秒の間に胃や腸あるいは機械などの検体は動いてしまうかもしれない。 For example, [SW ON] 301, that is, when a photograph is automatically taken after a switch is turned on by a timer means or the like, that is, a patient or the like for 3 to 5 seconds after turning on a control switch (usually a shutter button). The specimen must not move. Usually, a doctor (engineer) poses a patient so that the affected area is well captured, or places the sample, and in some cases stops the breathing or movement of the sample and turns on the control switch. On the other hand, it is too long to wait for 3 to 5 seconds until the exposure starts, and the patient may be unable to tolerate a short period of time, particularly when breathing is stopped. Actually, even if it moves during [Wait] 701, the image is not blurred, but the patient does not know when the exposure starts, so as a result, it can move between a and b, that is, after the control switch is turned on until the exposure ends. Absent. Also, even if the doctor turns on the control switch at a shutter chance to take a picture with another sensor or the like, the specimen such as the stomach, intestine or machine may move within 3 to 5 seconds.
そこで更に（１）感度がよい、（２）信頼性が高い、に加えて（３）使い勝手のよい、つまり任意のタイミングで撮影ができる撮像装置について説明する。また、撮像装置は一般的に像情報を取り込むものを含むが、特にＸ線撮像装置とするのが好ましい。 In view of this, an imaging apparatus will be described in which (1) high sensitivity, (2) high reliability, (3) ease of use, that is, imaging can be performed at an arbitrary timing. The imaging apparatus generally includes an apparatus that captures image information, but an X-ray imaging apparatus is particularly preferable.
以下、本発明の別の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図３は本発明の別の実施形態に係る撮像装置の概略的なシステムブロック図である。本実施形態ではＸ線検査（例えばＸ線診断）を目的とする放射線撮像装置が構成されている。図３において、図７と同様の各部については対応箇所に同一の符号を付してある。 FIG. 3 is a schematic system block diagram of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a radiation imaging apparatus for the purpose of X-ray examination (for example, X-ray diagnosis) is configured. In FIG. 3, the same parts as those in FIG.
図３において、１は例えば絶縁基板上に多数の光電変換素子（光電変換手段）とＴＦＴが形成され、またこれらを制御するＩＣ等が実装されたセンサ部である。センサ部１には大まかに光電変換素子に電界を印加するためのバイアス印加用端子（Ｂｉａｓ）と読み出しや初期化の開始信号を与えるスタート端子（ＳＴＡＲＴ）と二次元に並んだ各光電変換素子からの出力をシリアル信号にして出力する出力端子（ＯＵＴ）の３つの端子を有する場合を示してある。２はＸ線源であり制御回路４の制御によりパルス状のＸ線を出射する。このＸ線は患者や物体などの検体の患部や検査部を透過し情報を含んだ透過Ｘ線がセンサ部１へ向かう。センサ部１と患者の間には図示はしていないが通常は蛍光体のような波長変換体があり透過Ｘ線はセンサ部１で検出可能な波長、例えば可視光に変換されセンサ部１内の光電変換素子に入射する。３は光電変換素子に電界を印加するための電源であり、第一のスイッチ手段として働くＳＷ１により制御される。制御回路４にはＳＷ１と第二のスイッチ手段として働くＳＷ２が接続されており、これら２つの情報やその他の情報によりセンサ部１に与える各種動作の開始信号を制御している。また、同時にＸ線源２にＸ線を出射するタイミングを与えている。 In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a sensor unit in which a large number of photoelectric conversion elements (photoelectric conversion means) and TFTs are formed on an insulating substrate, and an IC or the like for controlling these is mounted. The sensor unit 1 roughly includes a bias application terminal (Bias) for applying an electric field to the photoelectric conversion element and a start terminal (START) for giving a read / initialization start signal, and each photoelectric conversion element arranged in two dimensions. In this case, there are three output terminals (OUT) that output the output as a serial signal. An X-ray source 2 emits pulsed X-rays under the control of the control circuit 4. The X-rays pass through the affected part or the examination part of a sample such as a patient or an object, and the transmitted X-rays including information go to the sensor unit 1. Although not shown between the sensor unit 1 and the patient, there is usually a wavelength converter such as a phosphor, and the transmitted X-rays are converted into a wavelength detectable by the sensor unit 1, for example, visible light, and the inside of the sensor unit 1 Incident on the photoelectric conversion element. Reference numeral 3 denotes a power source for applying an electric field to the photoelectric conversion element, which is controlled by SW1 that functions as a first switch means. The control circuit 4 is connected to SW1 and SW2 serving as the second switch means, and controls various operation start signals given to the sensor unit 1 based on these two pieces of information and other information. At the same time, the X-ray source 2 is given a timing for emitting X-rays.
図４（Ａ）にＳＷ１とＳＷ２の外観を示す。ＳＷ１とＳＷ２は作業者が扱いやすいように１つのグリップ状のケースの中に実装されスイッチボックス７１を構成している。ケースの中には２つのスイッチとそれぞれのスイッチにバネが実装されており、手を離した状態ではＳＷ１とＳＷ２が共にオフの状態になるように構成されている。また、ＳＷ２にはロックがついており通常はオフ状態でＳＷ１がオン状態になると初めてロックがはずれて可動できるようになり、ＳＷ１がオフでＳＷ２がオンの状態にはならないように機械的に禁止している。本実施形態ではこの禁止を機械的に行っているがこれを電気的に行い、例えばＳＷ１がオフの場合に誤ってＳＷ２が押されても電気的にこれを無効にしてＳＷ２がオン状態にならなくしてもよい。図４（Ａ）は手を離した状態でありＳＷ１に連動しているスイッチレバー７３およびＳＷ２に連動しているスイッチレバー７４は解放であり、ＳＷ１およびＳＷ２は共にオフの状態である。作業者はこのスイッチボックス７１を扱う場合、グリップ部７２を掴んで親指をＳＷ１スイッチレバー７３に触れる程度にしている。この状態から親指で軽く押すと図４（Ｂ）の状態になり一度安定する。これはスイッチレバー７３のバネの力がスイッチレバー７４のバネなどの弾性部材を押圧するに必要な押圧力より弱く構成されているからである。この状態でＳＷ１がオン、ＳＷ２がオフの状態になっている。さらに強く押すと図４（Ｃ）の状態になりＳＷ１およびＳＷ２は共にオンの状態になる。このようにスイッチボックス７１は３つの状態をとれるように構成され、このスイッチボックス７１を触れていない状態つまり無操作時には決してＳＷ１およびＳＷ２はオンしないように構成されている。また、スイッチレバー７３のバネなどの弾性部材の力は適度に調整されており、通常の人であれば長い間、例えば１分以上押し続けていられないように構成されている。これにより不用意に長い間ＳＷ１、ＳＷ２が押し続けた状態を禁止している。つまり、１分も状態を変化させていない状態では無操作とみなすことができるからである。 FIG. 4A shows the appearance of SW1 and SW2. SW1 and SW2 are mounted in one grip-like case so as to be easily handled by the operator and constitute a switch box 71. In the case, two switches and springs are mounted on each switch, and both the switches SW1 and SW2 are turned off when the hands are released. In addition, SW2 is locked, and normally, when SW1 is turned on in the off state, the lock is released and it becomes movable, and it is mechanically prohibited so that SW1 is off and SW2 is not turned on. ing. In the present embodiment, this prohibition is mechanically performed, but this is performed electrically. For example, when SW2 is accidentally pressed when SW1 is off, it is invalidated and SW2 is turned on. It may be eliminated. FIG. 4A shows a state in which the hand is released, the switch lever 73 linked to SW1 and the switch lever 74 linked to SW2 are released, and both SW1 and SW2 are off. When the operator handles the switch box 71, the operator grasps the grip portion 72 and touches the SW1 switch lever 73 with the thumb. When lightly pressed with the thumb from this state, the state shown in FIG. This is because the force of the spring of the switch lever 73 is configured to be weaker than the pressing force required to press an elastic member such as the spring of the switch lever 74. In this state, SW1 is on and SW2 is off. When the button is further pressed, the state shown in FIG. 4C is entered, and both SW1 and SW2 are turned on. In this way, the switch box 71 is configured to be able to take three states, and is configured such that SW1 and SW2 are never turned on when the switch box 71 is not touched, that is, when there is no operation. Further, the force of an elastic member such as a spring of the switch lever 73 is appropriately adjusted, and is configured so that a normal person cannot keep pressing for a minute, for example, for one minute or longer. As a result, the state where SW1 and SW2 are kept pressed for a long time is prohibited. That is, it can be regarded as no operation when the state has not changed for one minute.
なお、ＳＷ１とＳＷ２は上記の機械的なスイッチの構造に限定されない。ＳＷ１とＳＷ２を独立して設け、電気回路的に上記の作用を奏するようにしてもよい。またＳＷ１とＳＷ２は機械的なスイッチでなく、電気的なスイッチ（例えばトランジスタ）で構成してもよい。例えば機械的なスイッチ（ＳＷ０）を１つとし電気的なスイッチでＳＷ１とＳＷ２を構成することができる。この場合は例えばＳＷ０を一度押した場合はＳＷ１がオンし、ＳＷ０を離した後、もう一度ＳＷ０を押したときにはＳＷ２がオンし、その後ＳＷ０を離したときにはＳＷ１、ＳＷ２がオフされるような回路を構成すればよい（ＳＷ０を１度押したか２度押したかの識別は異なる発光色のＬＥＤが発光するなどして表示するようにしておけばよい。）。 SW1 and SW2 are not limited to the mechanical switch structure described above. SW1 and SW2 may be provided independently, and the above-described operation may be achieved in an electric circuit. Further, SW1 and SW2 may be constituted by electrical switches (for example, transistors) instead of mechanical switches. For example, it is possible to configure SW1 and SW2 with one mechanical switch (SW0) and electrical switches. In this case, for example, when SW0 is pressed once, SW1 is turned on. After SW0 is released, SW2 is turned on when SW0 is pressed again, and when SW0 is released, SW1 and SW2 are turned off. It may be configured (the identification of whether SW0 is pressed once or twice may be displayed by emitting light of different luminescent colors).
ここで図５を用いて図３で示した本実施形態の撮像装置の動作の一例を説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は撮像装置においての動作を示すタイミングチャート、図６は動作の流れを示すフローチャートである。図５（Ａ）は撮像装置の動作を示している。図５（Ｂ）はＸ線源２のＸ線出射タイミングである。図５（Ｃ）は光電変換素子の印加バイアスのタイミングである。図５（Ｄ）は代表されるある光電変換素子に流れる電流を示している。図５（Ａ）において（ＳＷ１ ＯＮ）で示した矢印までは図５（Ｃ）で示すように光電変換素子には電界つまりバイアスが印加されていない（Ｂｉａｓ ＯＦＦ）。これは制御回路４が無操作を認識し休止モード（Ｓｔｏｐ ＭＯＤＥ）として電源３を制御しているからである。本実施形態において無操作とはＳＷ１がオフしていることであり、制御回路４はＳＷ１がオフであることでこれを判断している。破線はバイアスが印加されていない状態を示している。ここで図６で示すように＜ＳＷ１ ＯＮ？＞９０１の判定がされ、もし制御スイッチ（ＳＷ１）がオンになると［Ｂｉａｓ ＯＮ］９０２される。これは図５（Ｃ）でも示されている。この状態でセンサ部１は図５R>０（Ａ）又は図１１のＷａｉｔ又は［Ｗａｉｔ］９０３で示されたように待機状態となる。この状態をスタンバイモード（Ｓｔａｎｄ−ｂｙ ＭＯＤＥ）としている。この待機状態の間に図５（Ｄ）で示すように光電変換素子の暗電流は減少していく。この時、制御回路４は作業者に対して暗電流が減少するまで一定時間ＳＷ２をオンにすることを禁止する。暗電流が減少したか否かは直接電流を検出してもよいし、予め減少するまで必要とする時間を把握しておき、その時間の間禁止してもよい。禁止する方法は機械的に禁止してもよいし、電気的でもよい。もしくは作業者に禁止を示すランプなどの表示を示してもよい。また、例えＳＷ２を押してしまっても制御回路が撮影動作を開始しなければよい。作業者はこの禁止中に患者や物体などの検体の撮影の準備をすればよい。禁止が解除になった後、必要に応じて、「息を止める」などの指示を与え、あるいは物体の動作を開始し、像を得たいタイミングでＳＷ２をオンする（ＳＷ２ ＯＮ）９０４。ＳＷ２がＯＮされると露光モード（ＥｘｐｏｓｕｒｅＭＯＤＥ）が開始し図５（Ａ）又は図６のＩｎｔ．又は［Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ］９０５で示されたようにセンサ部１内の個々の光電変換素子の電荷が初期化される。初期化が一通り終わると制御回路４はＸ線源２を制御しＸ線を出射する。これを図５（Ｂ）および図６のＥｘｐ．又は［Ｅｘｐｏｓｕｒｅ］９０６で示している露光を行なう。露光が完了すれば検体の撮影は終了で検体はこの時点で自由に動いてもよくなる。つまり図５（Ａ）又は図６で示したａ−ｂ間に動かなければよい。通常センサ部１の初期化は３０〜３００ｍｓで終了し、また、Ｘ線のパルス幅は５０〜２００ｍｓなため、およそ０．５秒の間静止していればよいことになる。撮像装置は露光後図５（Ａ）又は図６のＲｅａｄ又は［Ｒｅａｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ］９０７で示すように内部のＴＦＴとＩＣの動作により個々の光電変換素子内に流れた光情報を含んだ電荷が読み出される。その後図６の＜ＳＷ１ ＯＮ？＞９０８でＳＷ１の状態を検知し、もしＳＷ１がオフしていれば図５（Ｃ）に示されるように又は図６の［Ｂｉａｓ ＯＦＦ］９０９で示したように光電変換素子の電界を０にする。そしてつぎの制御スイッチがオンするまで待機する。また、連続撮影などでＳＷ１がオンの場合は検体の撮影方向を変えてあるいは次の患者などの検体をすぐ撮影できるように図６で示すようにＳＷ２ オンの検知を待つ。こうすれば連続した撮影の場合は２回目は図５（Ａ）又は図６のＷａｉｔ、［Ｗａｉｔ］９０３で示されたように待機する必要がなく効率がよい。また、これら作業中ＳＷ１をオンしたところで都合により作業を中断したい場合はＳＷ１のスイッチレバーを離せばＳＷ１はオフし図６で示すように［Ｂｉａｓ ＯＦＦ］９０９になる。 Here, an example of the operation of the imaging apparatus of the present embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 5A to 5D are timing charts showing the operation in the imaging apparatus, and FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the operation. FIG. 5A shows the operation of the imaging device. FIG. 5B shows the X-ray emission timing of the X-ray source 2. FIG. 5C shows the timing of the applied bias of the photoelectric conversion element. FIG. 5D shows a current flowing through a certain photoelectric conversion element. In FIG. 5A, up to the arrow indicated by (SW1 ON), as shown in FIG. 5C, no electric field, that is, a bias is applied to the photoelectric conversion element (Bias OFF). This is because the control circuit 4 recognizes no operation and controls the power supply 3 in the stop mode (Stop MODE). In this embodiment, no operation means that SW1 is turned off, and the control circuit 4 determines this because SW1 is turned off. A broken line indicates a state in which no bias is applied. Here, as shown in FIG. 6, <SW1 ON? If it is determined that> 901, and the control switch (SW1) is turned on, [Bias ON] 902 is performed. This is also shown in FIG. In this state, the sensor unit 1 enters a standby state as shown in FIG. 5R> 0 (A) or Wait or [Wait] 903 in FIG. This state is a standby mode (Stand-by MODE). During this standby state, the dark current of the photoelectric conversion element decreases as shown in FIG. At this time, the control circuit 4 prohibits the operator from turning on the SW2 for a predetermined time until the dark current decreases. Whether the dark current has decreased or not may be detected directly, or the time required until it decreases in advance may be grasped and prohibited during that time. The prohibiting method may be mechanically prohibited or electrical. Or you may show the display of the lamp etc. which show prohibition to an operator. Even if the switch SW2 is pressed, the control circuit may not start the photographing operation. During this prohibition, the operator may prepare for imaging of a specimen such as a patient or an object. After the prohibition is released, if necessary, an instruction such as “stop breathing” is given, or the operation of the object is started, and SW2 is turned on at the timing when an image is desired (SW2 ON) 904. When SW2 is turned on, the exposure mode (ExposureMODE) starts, and Int. Alternatively, as indicated by [Initialize Sensors] 905, the charges of the individual photoelectric conversion elements in the sensor unit 1 are initialized. When the initialization is completed, the control circuit 4 controls the X-ray source 2 and emits X-rays. This is illustrated in FIG. 5 (B) and Exp. Alternatively, the exposure indicated by [Exposure] 906 is performed. When the exposure is completed, the imaging of the specimen is completed, and the specimen may move freely at this point. That is, it does not have to move between a and b shown in FIG. Normally, the initialization of the sensor unit 1 is completed in 30 to 300 ms, and the pulse width of the X-ray is 50 to 200 ms. After exposure, the imaging device reads out charges including light information flowing in the individual photoelectric conversion elements by the operation of the internal TFT and IC as shown by Read or [Read Sensors] 907 in FIG. 5A or FIG. It is. Then <SW1 ON in FIG. 6? The state of SW1 is detected at> 908, and if SW1 is off, the electric field of the photoelectric conversion element is set to 0 as shown in FIG. 5C or [Bias OFF] 909 in FIG. To do. And it waits until the next control switch turns on. Further, when SW1 is ON in continuous imaging or the like, the detection of SW2 ON is waited as shown in FIG. 6 so that the imaging direction of the sample is changed or the next patient or the like can be imaged immediately. In this way, in the case of continuous shooting, the second time is efficient because there is no need to wait as shown by Wait, [Wait] 903 in FIG. Further, when it is desired to interrupt the work when the SW1 is turned on during the work, the SW1 is turned off when the switch lever of the SW1 is released, and [Bias OFF] 909 as shown in FIG.
以上説明したように本実施形態においては無操作時に光電変換素子に電界が印加されることもなく、また、露光時においては暗電流は減少していて、さらにまた、患者は一瞬の間のみ静止するだけでよく、したがって信頼性が高く、感度が良く、かつ、使い勝手がよい撮像装置を提供している。 As described above, in this embodiment, an electric field is not applied to the photoelectric conversion element when there is no operation, the dark current is reduced during exposure, and the patient is stationary only for a moment. Therefore, an imaging apparatus with high reliability, high sensitivity, and good usability is provided.
また、無操作時において光電変換素子の電界は０にする必要はなく、各種動作時に比較して電界を抑えるだけでも効果があるのは言うまでもない。 It is needless to say that the electric field of the photoelectric conversion element does not need to be zero when no operation is performed, and it is effective to suppress the electric field as compared with various operations.
１ センサ部
２ Ｘ線源
３ 電源
４ 制御回路
５ 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor part 2 X-ray source 3 Power supply 4 Control circuit 5 Control circuit
Claims (14)
前記放射線検出装置を制御するための制御部と、を有する放射線検出システムにおいて、
前記制御部は、前記電源部が前記光電変換素子に前記電圧を印加している期間に、前記電圧の印加により前記光電変換素子に発生した暗電流を安定化させるための期間に前記放射線検出装置が待機動作を行う第１のモードを開始する信号と、前記第１のモードの後に前記放射線検出装置が前記画素部の初期化動作を行う第２のモードを開始する信号と、を発生することを特徴とする放射線検出システム。 A pixel unit in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element and a switch element connected to the photoelectric conversion element are arranged; a drive circuit that operates the switch element to drive the photoelectric conversion element; and a voltage application period A radiation detecting device comprising: a power supply unit for applying a voltage to the photoelectric conversion element; and a wavelength converter that converts radiation from a radiation source into light having a wavelength detectable by the photoelectric conversion element;
A radiation detection system having a control unit for controlling the radiation detection apparatus,
The radiation detector is configured to stabilize a dark current generated in the photoelectric conversion element by applying the voltage during a period in which the power supply unit applies the voltage to the photoelectric conversion element. Generating a signal for starting a first mode for performing a standby operation and a signal for starting a second mode for performing an initialization operation of the pixel unit after the first mode. A radiation detection system characterized by.
前記光電変換素子に電圧の印加を開始した後の、前記光電変換素子に発生した暗電流を安定化させるための期間に、前記放射線検出装置が待機動作を行う第１のモードと、
前記第１のモードの後に前記放射線検出装置が前記画素部の初期化動作を行う第２のモードと、を有することを特徴とする放射線検出システムの動作方法。 A pixel unit in which a plurality of pixels each including a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of switch elements corresponding to the photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged, and the switch elements are operated to drive the photoelectric conversion elements A drive circuit for applying a voltage, a power supply for applying a voltage to the photoelectric conversion element within a voltage application period, and a wavelength converter for converting radiation from a radiation source into light having a wavelength detectable by the photoelectric conversion element And a radiation detection system having a radiation detection apparatus, and a control unit for controlling the radiation detection apparatus,
A first mode in which the radiation detection apparatus performs a standby operation in a period for stabilizing a dark current generated in the photoelectric conversion element after starting to apply a voltage to the photoelectric conversion element;
An operation method of a radiation detection system, comprising: a second mode in which the radiation detection apparatus performs an initialization operation of the pixel unit after the first mode.
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