JP4418720B2 - 放射線撮像装置及び方法、並びに放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、入射した放射線を撮像する放射線撮像装置及び方法、並びに放射線撮像システムに関し、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用されるものである。なお、本明細書では、可視光等の電磁波やＸ線、α線、β線、γ線なども、放射線に含まれるものとする。

近年、ＴＦＴを用いた液晶パネルの製造技術の発展や、半導体変換素子を有するエリアセンサの各分野への利用（例えば医療用Ｘ線撮像装置）の進展により、医療用放射線撮像装置においても大面積化、かつディジタル化が達成されている。医療用の放射線撮像装置は、液晶パネル等とは異なり、微小信号をディジタル変換して画像出力するという特徴を持っており、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できるものである。現在のところ、このような放射線撮像装置としては、静止画撮影用のものが製品化されている。

図１１は、従来の放射線撮像装置の一例を模式的に示す概略平面図であり、図１２はこの放射線撮像装置の等価回路図、更に図１３はこの放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である（例えば、特許文献１参照）。ここでは、放射線としてＸ線を撮像する場合について述べる。

従来の放射線撮像装置は、図１１に示すように、光電変換機能を有する複数の画素が設けられてなるセンサ基板１０１と、画素を走査するための走査回路１０２と、画素からの信号を出力するための信号出力回路１０３と、センサ基板１０１と走査回路１０２とを接続するＩＣ１０４と、センサ基板１０１と信号出力回路１０３とを接続するＩＣ１０５とを備えて構成される。

図１２に示すように、センサ基板１０１においては、複数の画素１０６がマトリクス状に配設されている。なお、図１２では便宜上、画素エリアに３×４個の画素を図示しているが、実際には例えば１０００×２０００個の多数の画素が配置される。また、同様に便宜上、走査回路のＩＣの図示を省略する。

各画素１０６は、図１２及び図１３に示すように、入射したＸ線を電荷に変換する半導体素子である光電変換素子１１１と、この電荷を読み出すためのスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）１１２とを含み構成されている。

各画素１０６は、光電変換素子１１１において全画素共通のバイアス線１１０により信号出力回路１０３と接続されており、信号出力回路１０３から一定のバイアスが印加される。また、各画素１０６は、ＴＦＴ１１２のゲート電極においてマトリクスの各行毎に共通のゲート線１１３により不図示のＩＣ１０４を介して走査回路１０２と接続されており、走査回路１０２がＴＦＴ１１２の動作（オン／オフ）を制御する。また、各画素１０６は、ＴＦＴ１１２のソース電極又はドレイン電極においてマトリクスの各列毎に共通の信号読出用配線（信号線）１１４によりＩＣ１０５を介して信号出力回路１０３と接続されている。

ＩＣ１０５は、図１２及び図１３に示すように、信号読出回路となるアンプ１１５を有し、アンプ１１５の一入力端子が信号線１１４と接続され、他入力端子が電源１１６と接続されている。更にアンプ１１５には、キャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂，Ｃｆ₃を有する利得切替回路１１７が接続されており、キャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂，Ｃｆ₃の組み合わせによりゲインの切替えができる。

ここで、図１３に示すように、光電変換素子１１１の容量をＣ₁、信号線１１４の寄生容量をＣ₂、アンプ１１５の容量をＣｆとする。被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、ここでは不図示の蛍光体層（波長変換体）で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１１に入射し、電荷Ｑに変換される。

続いて、ＴＦＴ１１２をオンすることにより、アンプ１１５に１／Ｃｆ倍のゲインがかかり、結果的に、出力Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝−Ｑ／Ｃｆとなり、この信号が信号出力回路１０３により外部に読み出される。信号読み出し後は、共通のバイアス線１１０の電位変化により、光電変換素子１１１で発生し転送されきれなかった電荷が除去される。

特開平８−１１６０４４号公報

しかしながら、上述した従来の放射線撮像装置は、主に静止画撮影を目的としており、感度（Ｓ／Ｎ）が一定に固定されている。従って、撮影形態によってはＳ／Ｎに不足を来すことになる。即ち従来の放射線撮像装置では、例えば被検体によるＸ線の減衰の違い、または静止画撮影と動画撮影のようにＸ線の曝射量が大きく異なる場合などに対する許容幅が小さいという問題がある。

そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、撮影の状況、目的に応じて感度切換えを自在とし、柔軟な対応を可能とする、即ち放射線の曝射量が大きく異なり要求される感度も相違する例えば静止画撮影及び動画撮影の双方を、その要求を満たすように実行することを可能とする安価で高性能の放射線撮像装置及び方法、並びに放射線撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線を電荷に変換する少なくとも１つの光電変換素子を含み構成される画素が、マトリクス状に複数配置されてなるとともに、前記画素からの信号を出力するための信号出力回路を備えた放射線撮像装置であって、前記画素と前記信号出力回路とを接続する信号読出用配線が、１つの前記画素に対応して複数本配置されており、前記各画素は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、前記各信号読出用配線は、前記半導体素子の作動により選択自在である。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記光電変換素子は、入射した放射線を波長変換する波長変換体を有する。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記各信号読出用配線は、放射線量に応じて前記半導体素子の作動により選択自在とされてなる。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記各半導体素子のうちの少なくとも１つは、ソースフォロワである。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記各信号読出用配線には、前記画素からの信号を読み出すための信号読出回路がそれぞれ配置されている。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、複数の前記信号読出用配線には、前記画素からの信号を読み出すための信号読出回路が共通に配置されている。

本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記信号出力回路を２つ備えてなる。

本発明の放射線撮像方法は、入射した放射線を電荷に変換する少なくとも１つの光電変換素子を含み構成される画素が、マトリクス状に複数配置されてなるとともに、前記画素からの信号を出力するための信号出力回路を備えた装置を用いた放射線撮像方法であって、前記装置は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、１つの前記画素について当該画素と前記信号出力回路とを接続する複数の信号読出用配線のうち、撮影形態に応じて１つの前記信号読出用配線を選択して使用するように前記半導体素子を作動させる。

本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記光電変換素子は、入射した放射線を波長変換した後、電荷に変換する。

本発明の放射線撮像方法の一態様では、放射線量の多少に応じて前記半導体素子を作動させて前記信号読出用配線を選択する。

本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記各画素は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、前記各半導体素子のうちの少なくとも１つがソースフォロワであり、放射線量が少ない前記撮影形態の場合に、前記ソースフォロワを有する前記各信号読出用配線を選択する。

本発明の放射線撮像システムは、前記放射線撮像装置と、放射線を照射する放射線発生手段と、放射線量の多少に応じて、前記放射線撮像装置における前記複数の信号読出用配線のうちの１つを選択する選択手段と、前記選択手段による選択に基づいて、前記放射線発生手段による放射線の照射及び前記放射線撮像装置の駆動を制御する制御手段とを含む。

本発明の放射線撮像システムの一態様では、操作者の入力に基づき前記各信号読出用配線をそれぞれ選択自在とされた撮像スイッチを含み、前記撮像スイッチの入力により、前記選択手段が前記信号読出用配線を選択する。

本発明の放射線撮像システムの一態様では、前記撮像スイッチは、前記信号読出用配線の数に応じた複数の段階に押下するように構成されており、前記各段階が昇順で放射線量の増加に対応している。

本発明者は、従来の放射線撮像装置が主に静止画撮影を目的とし、感度（Ｓ／Ｎ）が一定値とされていたことに鑑み、これを撮影形態に応じて拡張（例えば静止画撮影と動画撮影）すべく鋭意検討した。その結果、１画素につき信号読出用配線（信号配線）を複数本配置し、各信号配線に撮影形態に応じた構成の信号読出回路等を付与して、各信号配線を選択自在とすることに想到した。

具体的には、例えば１画素につき信号配線を２本設け、一方の信号配線を静止画撮影用として構成する。静止画撮影は放射線曝射量の大きい撮影形態であり、要求される感度が比較的低いことから、画素内で電荷増幅を行わずに例えば当該信号配線に接続された信号読出回路で電荷増幅を実行する構成とする。これに対して、他方の信号配線を動画撮影用として構成する。動画撮影は放射線曝射量の小さい撮影形態であり、要求される感度が比較的高いことから、画素内で電荷増幅を行いノイズの発生を抑える構成とする。

本発明によれば、撮影の状況、目的に応じて感度切換えを自在とし、柔軟な対応を可能とする、即ち放射線の曝射量が大きく異なり要求される感度も相違する例えば静止画撮影及び動画撮影の双方を、その要求を満たすように実行することを可能とする安価で高性能の放射線撮像装置及びシステムが実現する。

以下、本発明の諸実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。ここでは、放射線としてＸ線を撮像する場合について述べる。

〔第１の実施形態〕
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態による放射線撮像装置の一例を模式的に示す概略平面図であり、図２はこの等価回路図、図３はこの放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である。

この放射線撮像装置は、図１に示すように、光電変換機能を有する複数の画素が設けられてなるセンサ基板１と、画素を走査するための走査回路２と、画素からの信号を出力するための信号出力回路３と、センサ基板１と走査回路２とを接続するＩＣ４と、センサ基板１と信号出力回路３とを接続するＩＣ５とを備えて構成される。

図２に示すように、センサ基板１においては、複数の画素６がマトリクス状に配設されている。なお、図２では便宜上、画素エリアに３×３個の画素を図示しているが、実際には例えば１０００×２０００個の多数の画素が配置される。また、同様に便宜上、走査回路のＩＣの図示を省略する。

本実施形態においては、各画素６は、図２及び図３に示すように、入射したＸ線を電荷に変換する半導体素子である光電変換素子１１と、この電荷を読み出すための半導体素子（スイッチング素子）とを含み構成されている。このスイッチング素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２１と、ソースフォロワであるＴＦＴ２２とが選択自在に設けられてなる。

各画素６は、光電変換素子１１において全画素共通のバイアス線１２により信号出力回路３と接続されており、信号出力回路３から一定のバイアスが印加される。また、各画素６につき、マトリクスの各行毎に共通の２本のゲート線１３ａ，１３ｂが設けられている。ここで、ゲート線１３ａによりＴＦＴ２１のゲート電極と不図示のＩＣ４を介して走査回路２とが接続され、ゲート線１３ｂによりＴＦＴ２３のゲート電極と不図示のＩＣ４を介して走査回路２とが接続されており、走査回路２がＴＦＴ２１，２３（２２）の各動作（オン／オフ）を制御する。更に、各画素６につき、マトリクスの各列毎に共通の２本の信号読出用配線（信号線）１４ａ，１４ｂが設けられている。ここで、信号線１４ａによりＴＦＴ２１のソース電極又はドレイン電極とＩＣ５を介して信号出力回路３と接続され、信号線１４ｂによりＴＦＴ２２のソース電極又はドレイン電極とＩＣ５を介して信号出力回路３と接続されており、各画素６につき、信号の読み出しに際して信号線１４ａ，１４ｂが選択自在とされている。

ＩＣ５は、図２及び図３に示すように、信号読出回路となるアンプ１５ａ及びＴＦＴ２４，２５と、信号読出回路となるアンプ（オペアンプ）１５ｂ及びＴＦＴ２６，２７とを有しており、アンプ１５ａ及びＴＦＴ２４，２５が信号線１４ａと、アンプ１５ｂ及びＴＦＴ２６，２７が信号線１４ｂとそれぞれ接続されている。ここで、アンプ１５ａの一入力端子が信号線１４ａと、他入力端子が電源１６と接続されている。更にアンプ１５ａには、キャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂，Ｃｆ₃を有する利得切替回路１７が接続されており、キャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂，Ｃｆ₃の組み合わせによりゲインの切替えができる。そして、アンプ１５ａの出力端子にはＴＦＴ２８が、アンプ１５ｂの出力端子にはＴＦＴ２９が接続され、信号出力がなされる。

図４は、放射線撮像装置における光電変換素子１１及びＴＦＴ２１の概略断面図である。
光電変換素子１１及びＴＦＴ２１は、以下のようにして構成される。

先ず、ＴＦＴ２１について説明する。
基板２０１上にゲート電極となる電極層２０２がパターン形成され、この電極層２０２を覆うように絶縁層２０３が堆積する。絶縁層２０３上にはシリコン等の半導体層２０４がパターン形成され、この半導体層２０４の両側部に不純物が高濃度にイオン注入され、ソース又はドレインとなる一対の不純物拡散層２０５，２０６が形成されている。そして、各不純物拡散層２０５，２０６と接続するようにソース電極又はドレイン電極となる電極層２０７，２０８がパターン形成され、ＴＦＴ２１が構成される。

次に、光電変換素子１１について説明する。
電極層２０２，２０７，２０８上を含む全面に絶縁層２０９が堆積し、この絶縁層２０９上でＴＦＴ２１と隣接するように、シリコン等の半導体層２１０がパターン形成され、この半導体層２１０の表層にｎ型不純物の高濃度領域となるｎ⁺半導体層２１１が形成されている。このｎ⁺半導体層２１１上にバイアス線１２がパターン形成され、バイアス線１２上を含むｎ⁺半導体層２１１上にバイアス線１２と接続するように電極層２１２がパターン形成され、電極層２１２上及びＴＦＴ２１側の絶縁層２０９上を含む全面に保護層２１３が堆積する。更に、保護層２１３を覆い、表面が平坦化されてなる接着層２１４が形成され、この接着層２１４上に波長変換体である蛍光体層２１５が形成されて、光電変換素子１１が構成される。なお、保護層２１３と接着層２１４の間にＰＩ等の有機保護層を配置しても良い。

ここで、放射線撮像装置に発生するノイズについて考察する。
画素６内で電荷増幅を行わない場合に発生するノイズは、ｋＴＣ１ノイズ、信号線１４ａの抵抗ノイズ、信号線１４ａの寄生容量ノイズ、及びアンプ１５ａ（利得切替回路１７を含む）のノイズによって決まる。これに対して、ソースフォロア回路であるＴＦＴ２２を用い、画素６内で電荷増幅を行う場合に発生するノイズは、ｋＴＣ１ノイズ、及びソースフォロア回路のノイズによって決まる。このとき、ソースフォロア回路のノイズは非常に小さい。つまり、画素６内で電荷増幅を行わない場合に比べ、ソースフォロア回路を使用し、画素６内で電荷増幅を行う場合の方が感度（Ｓ／Ｎ）が高い。

そこで、本実施形態の放射線撮像装置では、各撮影形態で要求される感度に応じて信号線を切り替えて撮影する。即ち、各画素６につき、信号の読み出しに際して信号線１４ａ，１４ｂが選択自在とされている。信号線１４ａを人体の静止画撮影又は非破壊検査のようにＸ線の曝射量が多い撮影形態に適用し、画素内では電荷増幅を行わない。他方、信号線１４ｂを人体の動画撮影のようにＸ線の曝射量が少ない撮影形態に適用し、ソースフォロア回路を用いて画素６内で電荷増幅を行う。
以下、各信号線を選択した場合の具体的な撮像方法について説明する。

（１）静止画撮影又は非破壊検査のようにＸ線の曝射量が多い撮影形態
この場合、以下のように信号線１４ａを選択し、画素６内で電荷増幅を行わず、信号線１４ａを介して当該画素６の出力信号を読み出す。ここで、光電変換素子１１の容量をＣ₁、信号線１４ａの寄生容量をＣ₂、アンプ１５ａのキャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂及びＣｆ₃によって決まる容量をＣｆとする。

先ず、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２３，２６，２７，２９をオフにしておく。

被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷Ｑに変換される。

続いて、信号線１４ａ側のＴＦＴ２１，２５をオンすることにより、アンプ１５ａに１／Ｃｆ倍のゲインがかかり、結果的に、出力Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝−Ｑ／Ｃｆとなる。そして、信号線１４ａ側のＴＦＴ２８をオンすることにより、この信号が信号出力回路３により外部に読み出される。信号読み出し後は、信号線１４ａ側のＴＦＴ２４により光電変換素子１１の電荷を除去する。ここで、アンプ１５ａでは、Ｃｆ₁〜Ｃｆ₃の組み合わせによりゲインの切換えができる。

（２）人体の動画撮影のようにＸ線の曝射量が少ない撮影形態
この場合、以下のように信号線１４ｂを選択し、画素６内で電荷増幅を行い、信号線１４ｂを介して当該画素６の出力信号を読み出す。ここで、ソースフォロワであるＴＦＴ２２の閾値電圧をＶｔｈとする。

先ず、信号線１４ａ側のＴＦＴ２１，２４，２５，２８をオフに、信号線１４ａ側のＴＦＴ２３をオンにしておく。

被検体に向けて曝射されたＸ線は、静止画の場合と同様に、被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ＴＦＴ２２のゲート電極に対し、光電変換素子１１への入射光量に応じた電位変動Ｖｉｎを発生させる。この電位変動により、ＴＦＴ２２をオンにするとＣ点の電位はＶｉｎ−Ｖｔｈとなり、例えばＶｔｈが十分に小さければ、Ｖｉｎとほぼ同等の信号となる。

信号線１４ｂ側のＴＦＴ２７，２９をオンにすることで、この信号がアンプ１５ｂを介して信号出力回路３により外部に読み出される。信号読み出し後は、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２６により光電変換素子１１の電荷を除去する。

なおここでは、光電変換素子１１の電荷を除去する際、ＴＦＴ２４，２６を使用したが、従来技術のようにバイアス線１２を電位変化させる、若しくは電源１６を電位変化させるようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮影の状況、目的に応じて感度切換えを自在とし、柔軟な対応を可能とする、即ちＸ線の曝射量が大きく異なり要求される感度も相違する例えば静止画撮影及び動画撮影の双方を、その要求を満たすように実行することを可能とする安価で高性能の放射線撮像装置が実現する。

なお、本実施形態では、光電変換素子１１をＭＩＳ型のものとしたが、ＰＩＮ型であっても同様の効果が得られる。更に、放射線を蛍光体層２１５で可視光に変換し、この可視光が光電変換素子１１で電荷に変換される間接型の放射線撮像装置を例示したが、放射線を直接電荷に変換できるアモルファスセレン等の材料を用いた直接型の放射線撮像装置に適用しても同様の効果が得られる。

(変形例)
本実施形態では、走査回路２及び信号出力回路３を、それぞれセンサ基板１の片側のみに配置した構成を開示したが、図５に示すように、走査回路２及び信号出力回路３をそれぞれセンサ基板１の両側に配置しても良い。この場合、上記した本実施形態の効果に加え、駆動速度が向上する等の効果を奏し、更に優れた放射線撮像装置が実現する。

〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態の放射線撮像装置は、第１の実施形態のそれとほぼ同様の構成を有するが、信号出力回路のＩＣの構成が若干異なる点で相違する。

図６は、第２の実施形態による放射線撮像装置の等価回路図であり、図７はこの放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である。なお、第１の実施形態と対応する構成部材等については、同符号を記す。
この放射線撮像装置の信号出力回路３のＩＣ３１は、第１の実施形態のＩＣ５と同様に信号線１４ａ，１４ｂにより画素６と接続されているが、第１の実施形態と異なり、アンプ１５ｂを有さず、信号線１４ａ，１４ｂが共通のアンプ１５ａに接続されている。

即ちＩＣ３１は、ＴＦＴ２４，２５が信号線１４ａに、ＴＦＴ２６，２７が信号線１４ｂにそれぞれ接続されており、信号線１４ａと信号線１４ｂとがＴＦＴ３２を介して結線され、アンプ１５ａの一入力端子に接続され、他入力端子に電源１６が接続され、更にアンプ１５ａには、キャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂，Ｃｆ₃を有する利得切替回路１７が接続されて構成されている。

以下、この放射線撮像装置において、各信号線を選択した場合の具体的な撮像方法について説明する。

（１）静止画撮影又は非破壊検査のようにＸ線の曝射量が多い撮影形態
この場合、以下のように信号線１４ａを選択し、画素６内で電荷増幅を行わず、信号線１４ａを介して当該画素６の出力信号を読み出す。ここで、光電変換素子１１の容量をＣ₁、信号線１４ａの寄生容量をＣ₂、アンプ１５ａのキャパシタＣｆ₁，Ｃｆ₂及びＣｆ₃によって決まる容量をＣｆとする。

先ず、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２３，２６，２７，３２をオフにしておく。

被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷Ｑに変換される。

続いて、信号線１４ａ側のＴＦＴ２１，２５をオンすることにより、アンプ１５ａに１／Ｃｆ倍のゲインがかかり、結果的に、出力Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝−Ｑ／Ｃｆとなる。そして、この信号が信号出力回路３により外部に読み出される。信号読み出し後は、信号線１４ａ側のＴＦＴ２４により光電変換素子１１の電荷を除去する。ここで、アンプ１５ａでは、Ｃｆ₁〜Ｃｆ₃の組み合わせによりゲインの切換えができる。

（２）人体の動画撮影のようにＸ線の曝射量が少ない撮影形態
この場合、以下のように信号線１４ｂを選択し、画素６内で電荷増幅を行い、信号線１４ｂを介して当該画素６の出力信号を読み出す。ここで、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２２の閾値電圧をＶｔｈとする。

先ず、信号線１４ａ側のＴＦＴ２１，２４，２５をオフに、信号線１４ａ側のＴＦＴ２３をオンにしておく。

被検体に向けて曝射されたＸ線は、静止画の場合と同様に、被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷に変換される。この電荷Ｑは、ＴＦＴ２２のゲート電極に対し、光電変換素子１１への入射光量に応じた電位変動Ｖｉｎを発生させる。この電位変動により、ＴＦＴ２２をオンにするとＣ点の電位はＶｉｎ−Ｖｔｈとなり、例えばＶｔｈが十分に小さければ、Ｖｉｎとほぼ同等の信号となる。

信号線１４ｂ側のＴＦＴ２７をオンにすることによりキャパシタＣ₃に電荷が蓄積され、ＴＦＴ３２をオンにすると、アンプ１５ａに１／Ｃｆ倍のゲインがかかり、結果的に、出力Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝−Ｑ／Ｃｆ
となり、この信号がアンプ１５ａを介して信号出力回路３により外部に読み出される。信号読み出し後は、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２６により光電変換素子１１の電荷を除去する。

本実施形態では、アンプ１５ａにおいてＣｆ１〜Ｃｆ３の組み合わせによりゲインの切換えができるため、第１の実施形態において画素６内で電荷増幅を行う場合とは異なり、出力信号の大きさも選択することができる。

なお、光電変換素子１１の電荷を除去する際、ＴＦＴ２４，２６を使用したが、従来技術のようにバイアス線１２を電位変化させる、若しくは電源１６を電位変化させるようにしても良い。また、本実施形態においても第１の実施形態の変形例と同様に、走査回路２及び信号出力回路３をそれぞれセンサ基板１の両側に配置しても好適である。

更に、第１及び第２の実施形態では、撮影形態として静止画撮影（非破壊検査）及び動画撮影を考慮し、各画素６につき２本の信号線１４ａ，１４ｂを選択自在に設けた例を開示したが、各画素につき３本以上の信号線を設け、更にきめ細かく各種の撮影形態に応じた撮影に対処することも可能である。

〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態では、第１又は第２の実施形態、ここでは第２の実施形態で説明した放射線撮像装置を備えた放射線撮像システムを開示する。勿論、第１の実施形態で説明した放射線撮像装置をこの放射線撮像システムに適用することも可能である。なお、第１及び第２の実施形態と対応する構成部材等については、同符号を記す。

図８は、第３の実施形態による放射線撮像システムの概略構成を示すブロック図であり、図９は放射線撮像システムの動作を示すフローチャート、図１０は放射線撮像システムを用いた撮像のタイミングチャートである。

この放射線撮像システムは、図８に示すように、第２の実施形態で説明した放射線撮像装置４１と、放射線撮像装置４１を駆動する駆動手段４２と、被検体に放射線、ここではＸ線を曝射するＸ線発生手段４３と、操作者が信号線１４ａ，１４ｂのいずれかを選択自在とされてなる撮像スイッチ４４と、撮像スイッチ４４の入力に基づき、信号線１４ａ，１４ｂのいずれかを選択する旨の電気信号を出力する撮影モード選択手段４５と、撮影モード選択手段４５からの電気信号に基づき、Ｘ線発生手段４３及び駆動手段４２の作動を制御する制御手段４６とを備えて構成されている。

撮像スイッチ４４は、撮影モードの選択が可能であり、信号線１４ａ，１４ｂの数、ここでは２段階に押下するように構成されており、各段階が昇順で放射線量の増加に対応している。１段目４４ａを押下した状態が動画モード、２段目４４ｂまで押下した状態が静止画モードの選択となる。なお、２段目４４ｂを押下するためには１段目４４ａも同時に押下される構成とされている。撮影スイッチ４４を押下し続けることにより撮影が繰り返されるため、例えば動画撮影中に撮影スイッチ４４を２段目４４ｂまで押下することにより、静止画撮影が可能である。撮影を終了するには、撮影スイッチをオフ（押下されていない状態）にすればよい。

ここで、制御手段４６によるＸ線発生手段４３におけるＸ線量の制御について説明する。
静止画モードの場合、胸部レントゲンの静止画撮影等に使用される比較的高線量のＸ線を発生させる。これに対して動画モードの場合、被検体（患者）に長時間Ｘ線を曝射するため、ここでは低線量のＸ線をパルス状に発生させる。

また、駆動手段４６は、第２の実施形態で説明したように、放射線撮像装置４１を静止画撮影では画素内で電荷増幅を行わず、信号線１４ａを介して、また動画撮影では、ソースフォロア回路を使用し、画素内で電荷増幅を行い、信号線１４ｂを介して出力信号を読み出すように制御する。

本実施形態による放射線撮像システムにおいては、図９に示すように、先ず操作者により撮影モードが選択される（ステップＳ１）。即ち、撮影スイッチ４４の１段目４４ａ若しくは２段目４４ｂが押されると、撮影モード選択手段４５により撮影モードが選択される。続いて制御手段４６により、動画モードが選択された場合には、動画に応じたＸ線発生手段４３によるＸ線の曝射（ステップＳ２）、放射線撮像装置４１の駆動手段４２の制御が開始され（ステップＳ３）、動画撮影が行なわれる（ステップＳ４）。一方、静止画モードが選択された場合には、静止画に応じたＸ線発生手段４３によるＸ線の曝射（ステップＳ５）、放射線撮像装置４１の駆動手段４２の制御が開始され（ステップＳ６）、静止画撮影が行なわれる（ステップＳ７）。

そして、ステップＳ８において、更に撮影を継続する場合、動画撮影では撮影スイッチ４４の１段目４４ａを押し続け、静止画撮影では撮影スイッチ４４の２段目４４ｂを押し続ける。撮影を終了する場合には、撮影スイッチ４４をオフにすれば良い。

続いて、動画撮影から静止画撮影に移行する際の、放射線撮像装置の動作について、図１０を用いて説明する。
撮影スイッチ４４の１段目４４ａが押下され、動画モードが選択されると、放射線撮像装置４１に撮影信号が入力される。続いて、駆動手段４２によりＴＦＴ２３がオンとなり、ここでＴＦＴ２６とＴＦＴ２２をオンすることで、回路のリセットを行う。続いて、Ｘ線発生手段４３から被検体に向けて曝射されたＸ線が被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷に変換される。この電荷Ｑは、ＴＦＴ２２のゲート電極に対し、光電変換素子１１への入射光量に応じた電位変動Ｖｉｎを発生させる。この電位変動によりＴＦＴ２２がオンし、Ｃ２’に電荷が蓄積される。続いてＴＦＴ２７をオンにすることによりＣ３に電荷が蓄積され、ＴＦＴ３２をオンにするとアンプ１５ａを介して信号出力回路３により外部に読み出される。そして、撮影スイッチ４４の１段目４４ａが押下されている間は、連続してこの動画撮影を繰り返す。

またこのとき、撮影スイッチ４４を２段目４４ｂまで押下すると、静止画撮影に移行する。静止画撮影では先ず、信号線１４ｂ側のＴＦＴ２３，２２，２６，２７，３２をオフにしておく。但し、撮影スイッチは例えばＸ線曝射中、例えば出力信号の読み出し中など、様々なタイミングで押される可能性があるため、静止画撮影の直前にはＴＦＴ２１及びＴＦＴ２４をオンすることで、回路のリセットを行う。続いて、Ｘ線発生手段４３から被検体に向けて曝射されたＸ線が被検体により減衰を受けて透過し、図４に示す波長変換体である蛍光体層２１５で可視光に波長変換され、この可視光が光電変換素子１１に入射し、電荷に変換される。この電荷Ｑは、ＴＦＴ２１をオンすることにより、Ｃ２に蓄積される。続いてＴＦＴ２５をオンすることにより、アンプ１５ａを介して信号出力回路３により外部に読み出される。なお、本来Ｖｏｕｔ＝−Ｑ／Ｃｆとなるが、図１０においてはＶｏｕｔを反転させ、＋表示としている。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮影の状況、目的に応じて感度切換えを自在とし、柔軟な対応を可能とする、即ちＸ線の曝射量が大きく異なり要求される感度も相違する例えば静止画撮影及び動画撮影の双方を、その要求を満たすように実行することを可能とする安価で高性能の放射線撮像システムが実現する。

第１の実施形態による放射線撮像装置の一例を模式的に示す概略平面図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置の等価回路図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置における光電変換素子及びＴＦＴの概略断面図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置の変形例を模式的に示す概略平面図である。 第２の実施形態による放射線撮像装置の等価回路図である。 第２の実施形態による放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である。 第３の実施形態による放射線撮像システムの一例を模式的に示す概略図である。 第３の実施形態による放射線撮像システムの動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態による放射線撮像システムを用いた撮像のタイミングチャートである。 従来例による放射線撮像装置の一例を模式的に示す概略平面図である。 従来例による放射線撮像装置の等価回路図である。 従来例による放射線撮像装置における１画素及び信号読出回路の等価回路図である。

符号の説明

１ センサ基板
２ 走査回路
３ 信号出力回路
４，５，３１ ＩＣ
６ 画素
１１ 光電変換素子
１２ バイアス線
１３ａ，１３ｂ ゲート線
１４ａ，１４ｂ 信号読出用配線（信号線）
１５ａ，１５ｂ アンプ
１６ 電源
１７ 利得切替回路
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３２ ＴＦＴ
４１ 放射線撮像装置
４２ 駆動手段
４３ Ｘ線発生手段
４４ 撮像スイッチ４４
４５ 撮影モード選択手段
４６ 制御手段

Claims (14)

1. 入射した放射線を電荷に変換する少なくとも１つの光電変換素子を含み構成される画素が、マトリクス状に複数配置されてなるとともに、前記画素からの信号を出力するための信号出力回路を備えた放射線撮像装置であって、
   前記画素と前記信号出力回路とを接続する信号読出用配線が、１つの前記画素に対応して複数本配置されており、
   前記各画素は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、前記各信号読出用配線は、前記半導体素子の作動により選択自在であることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記光電変換素子は、入射した放射線を波長変換する波長変換体を有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. 前記各信号読出用配線は、放射線量に応じて前記半導体素子の作動により選択自在とされてな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. 前記各半導体素子のうちの少なくとも１つは、ソースフォロワであることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記各信号読出用配線には、前記画素からの信号を読み出すための信号読出回路がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 複数の前記信号読出用配線には、前記画素からの信号を読み出すための信号読出回路が共通に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記信号出力回路を２つ備えてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 入射した放射線を電荷に変換する少なくとも１つの光電変換素子を含み構成される画素が、マトリクス状に複数配置されてなるとともに、前記画素からの信号を出力するための信号出力回路を備えた装置を用いた放射線撮像方法であって、
   前記装置は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、
   １つの前記画素について当該画素と前記信号出力回路とを接続する複数の信号読出用配線のうち、撮影形態に応じて１つの前記信号読出用配線を選択して使用するように前記半導体素子を作動させることを特徴とする放射線撮像方法。
9. 前記光電変換素子は、入射した放射線を波長変換した後、電荷に変換することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像方法。
10. 放射線量の多少に応じて前記半導体素子を作動させて前記信号読出用配線を選択す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方法。
11. 前記各画素は、前記各信号読出用配線と接続された半導体素子をそれぞれ有しており、前記各半導体素子のうちの少なくとも１つがソースフォロワであり、
    放射線量が少ない前記撮影形態の場合に、前記ソースフォロワを有する前記各信号読出用配線を選択することを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像方法。
12. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    放射線を照射する放射線発生手段と、
    放射線量の多少に応じて、前記放射線撮像装置における前記複数の信号読出用配線のうちの１つを選択する選択手段と、
    前記選択手段による選択に基づいて、前記放射線発生手段による放射線の照射及び前記放射線撮像装置の駆動を制御する制御手段と
    を含むことを特徴とする放射線撮像システム。
13. 操作者の入力に基づき前記各信号読出用配線をそれぞれ選択自在とされた撮像スイッチを含み、
    前記撮像スイッチの入力により、前記選択手段が前記信号読出用配線を選択することを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮像システム。
14. 前記撮像スイッチは、前記信号読出用配線の数に応じた複数の段階に押下するように構成されており、前記各段階が昇順で放射線量の増加に対応していることを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮像システム。

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