JP4834518B2 - 放射線撮像装置、その制御方法、及びそれを実行させるためのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

放射線撮像装置、その制御方法、及びそれを実行させるためのプログラムを記録した記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査等に用いて好適な放射線撮像装置及びその制御方法に関する。なお、本発明においては、Ｘ線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとする。
近年、半導体技術の進歩に伴って、光を電気信号へ変換する光電変換装置などの変換装置を用いてＸ線などの放射線を撮像するデジタルＸ線撮像装置が実用化され、普及している。
デジタルＸ線撮像装置は、従来のフィルム式の撮像装置よりも優れた感度や画質を有するため、より低線量での撮影や診断能の向上が可能である。更に、デジタルデータとして画像が保存されるため、撮影後に各種の画像処理を行い、より診断しやすい画像に加工できるという利点、及び画像管理が容易であるという利点等がある。また、デジタルデータの利点を生かして、ネットワークを利用して画像データを転送することで、病院内における画像診断業務の効率化や遠隔診断等の業務の効率化や新たな医療サービスが可能である。
これらの利点を持つデジタルＸ線撮像装置を用いれば、診断精度の向上や、診断の効率化、新たな医療サービスへの展開等、従来のＸ線撮像装置に比べて質の高い医療サービスを提供することができる。
上述のデジタルＸ線撮像装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたＸ線撮像装置の２次元エリアセンサの画素に用いられる光電変換素子としては、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型光電変換素子などのＭＩＳ型変換素子が主に用いられ、スイッチング素子としては、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が主に用いられている。このようなＭＩＳ型光電変換素子を用いた２次元エリアセンサでは、特許文献に開示されたリフレッシュ動作と呼ばれるＭＩＳ型光電変換素子を初期化する動作を行う。
特開２００２‐０４０１４４号公報 特開平０８‐１１６０４４号公報
しかしながら、リフレッシュ動作が効かない状態がＭＩＳ型光電変換素子に存在する。そして、この状態が存在するがために、感度の変化が生じてしまう。この結果、安定した画質が得られない。
本発明は、光電変換素子の感度の変化に伴う画質の変化を抑制することができる撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る放射線撮像装置は、ＭＩＳ型変換素子を有する画素を含み、放射線から画像信号を取得するためのセンサ部と、前記ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光を前記ＭＩＳ型変換素子に照射する光源と、少なくとも前記光源を制御する制御回路と、を含み、前記制御回路は、前記センサ部に放射線が照射される前に、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで前記ＭＩＳ型変換素子に前記光を照射するよう前記光源を制御する。
本発明に係る放射線撮像装置の制御方法は、ＭＩＳ型変換素子を有する画素を含むセンサ部に、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで光源から前記ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光を照射する工程と、前記工程の後に、前記センサ部に放射線が照射され画像信号が取得される工程と、を有する。
本発明によれば、変換素子の感度変化を抑制することができる。このため、画像輝度の変動や画像違和感を抑えることが可能となり、高画質な画像を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。
まず、図１を用いて、ＭＩＳ型光電変換素子を用いた画素の構造を説明する。ＴＦＴ２１６は、ガラス基板２０１上に形成されている。そして、ＴＦＴ２１６には、ゲート線２２０、ゲート絶縁膜２０２、チャネル層２０３、Ｎ＋アモルファスシリコン層２０４、ドレイン電極２０５及びソース電極２０６が設けられている。また、ＴＦＴ２１６から出力される電気信号を信号増幅回路へと転送する信号線２１９がソース電極２０６に接続されている。
ＭＩＳ型変換素子としてのＭＩＳ型光電変換素子２１７も、ガラス基板上に形成されている。そして、ＭＩＳ型光電変換素子２１７には、センサ下部電極層２０７、絶縁層２０８、光電変換層２０９、Ｎ＋アモルファスシリコン層２１０、透明電極２１１及びセンサバイアス線２１８が設けられている。透明電極２１１及びセンサバイアス線２１８から光電変換層２０９に電圧が供給される。Ｎ＋アモルファスシリコン層２１０は、光電変換層２０９と透明電極２１１とのオーミックコンタクトをとり、かつ、センサバイアス線２１８からの正孔の注入をブロックするための層である。
更に、ＭＩＳ型光電変換素子２１７及びＴＦＴ２１６を湿気や異物から保護する保護層２１２、放射線を可視光に変換する蛍光体２１４、蛍光体２１４を保護層２１２に接着する接着層２１３、及び蛍光体保護層２１５が形成されている。蛍光体保護層２１５は、蛍光体２１４を湿気等から保護する。
次に、ＭＩＳ型光電変換素子の動作原理について、図２（ａ）〜（ｃ）に示すＭＩＳ型光電変換素子のエネルギーバンド図を参照しながら説明する。
図２（ａ）に示す光電変換モードでは、ＭＩＳ型光電変換素子２１７のセンサバイアス線２１８に正の電圧が印加されており、正孔の蓄積動作が行われる。光電変換モードでは、光電変換層２０９に可視光３０１が照射されると、光電変換層２０９内で光電効果によって正孔３０３及び電子３０２が発生する。そして、正孔３０３は電界によって絶縁層２０８と光電変換層２０９との界面に移動し、電子３０２はＮ＋アモルファスシリコン層２１０側へと移動する。このとき、正孔３０３は絶縁層２０８を抜けて移動することができないため、光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面に蓄積することとなる。この正孔３０３の蓄積によって、光３０１の照射量や時間に比例した電圧がＭＩＳ型光電変換素子２１７に発生し、下部電極層２０７の電位が低下する。
この状態でＴＦＴ２１６をＯＮにすると、下部電極層２０７に電流が流れ、この電流を検出することで画像信号を得ることができる。
しかしながら、ある一定量の正孔３０３を蓄積すると、図２（ｂ）に示す飽和状態となる。即ち、光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面に蓄積された正孔３０３に起因する電圧と、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に印加された電圧とが等しくなり、光電変換層２０９に電界が発生しなくなる。この状態では、光電変換層２０９で発生した正孔３０３は、光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面まで移動することができず、電子３０２と再結合して消滅してしまう。このため、光３０１の照射量や時間に比例した電圧が発生しなくなる。そして、飽和状態になったＭＩＳ型光電変換素子２１７では、光３０１の照射量や時間に比例した電圧が発生しないため、このままでは感度が低下してしまい、正常なＸ線画像を得ることができない。
つまり、ＭＩＳ型光電変換素子２１７の光感度は光電変換層２０９にかかる電圧に依存するのである。光電効果によって発生した正孔３０３は光電変換層２０９にかかる電界によって移動し、光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面に到達する。この時間が、光電変換層２０９の膜質によって決まる正孔３０３の寿命より短くなければ、正孔３０３は光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面まで到達することができずに消滅し、電気信号として取り出すことができない。従って、光電効果で発生した正孔３０３を確実に取り出すためには、正孔３０３の移動速度を速めること、即ち光電変換層２０９に十分な電圧を印加しておくことが必要なのである。
再びＭＩＳ型光電変換素子２１７を図２（ａ）に示す光電変換モードの状態に戻すためには、センサバイアス線２１８の電圧を図２（ｂ）の状態より低い電圧にして光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面に蓄積した正孔３０３を除去する動作が必要である。
このような動作を行うことにより、図２（ｃ）に示すリフレッシュモードとなり、除去された正孔３０３の量だけ、光電変換モード時に新たに正孔３０３を蓄積できるようになる。従って、リフレッシュ動作時に与えるセンサバイアスをより低く設定することで、多くの光が照射されてもセンサが飽和状態なりにくくすることができるのである。そして、このようなリフレッシュ動作によって、光照射前に、常に光電変換層２０９にかかる電圧を一定に保つことができる。このため、リフレッシュ動作が効く状態にあれば、感度の変化は起こらない。
但し、リフレッシュモードから光電変換モードに移行した直後は、リフレッシュ動作時にＭＩＳ型光電変換素子２１７に注入された電子に起因する電流が流れるため、一時的に暗電流が大きくなる。また、光電変換層２０９へ注入される電子の量は、リフレッシュ時のセンサバイアスを低くすればするほど多くなる。このため、リフレッシュモード及び光電変換モードにおけるセンサバイアスは、デジタルＸ線撮像装置に望まれるダイナミックレンジ及び暗電流の兼ね合いに応じて選択されている。
次に、上述のＭＩＳ型変換素子において、リフレッシュ動作が効かない状態について説明する。図３は、Ｘ線撮像装置における２次元センサ（センサ部）の１画素の構成を示す回路図である。
１画素には、上述のように、ＴＦＴ２１６及びＭＩＳ型光電変換素子２１７が含まれている。そして、ゲート線２２０がＴＦＴ２１６のゲートに接続され、信号線２１９がＴＦＴ２１６のソース電極２０６に接続されている。また、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に、光電変換及びリフレッシュを行うために必要な電圧を印加するセンサバイアス線２１８が接続されている。なお、２次元センサを構成する複数の画素の間で、信号線２１９、ゲート線２２０及びセンサバイアス線２１８が共有されている。
ゲート線２２０は垂直駆動回路１０５に接続され、この垂直駆動回路１０５から選択的にＴＦＴ２１６をＯＮ又はＯＦＦするための電圧を供給される。センサバイアス線２１８は、センサ電源４０２に接続されている。センサ電源４０２は、光電変換のための電源Ｖｓとセンサのリフレッシュに必要な電源Ｖｒｅｆとを内包しており、制御信号ＶＳＣによって電源出力を任意に切り替えることができる。信号線２１９は、ＴＦＴ２１６のソース電極２０６と電流積分型のアンプ４０１を用いて構成された信号増幅回路の入力とを接続している。アンプ４０１は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積されＴＦＴ２１６から転送された電荷に応じた電流信号を電圧信号へと変換し、増幅する。アンプ４０１に入力された電流は、積分コンデンサＣｆに蓄積され、この積分コンデンサＣｆの両端に発生した電圧に比例した電圧を出力する。
なお、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷を読み出す際には、前回の読み出し時に蓄積された電荷や、アンプ４０１のオフセット電流によって蓄積された電荷をリセットする必要がある。積分コンデンサＣｆのリセットは制御信号ＲＣによって、積分コンデンサＣｆに付随するスイッチＳＷをＯＮすることで行われる。
図４は、図３に示す画素中のポイントＡ及びＢの電圧の変化を示すタイミングチャートである。図５には、電源投入直後から、Ｘ線照射とリフレッシュとを繰り返した場合のポイントＡの電位Ｖａ及びポイントＢの電位Ｖｂと共に、光電変換層２０９にかかる電圧（Ｖａ−Ｖｂ）を示してある。なお、以下の説明においては、ＴＦＴ２１６の動作についての説明を省略しているが、ＴＦＴ２１６はリフレッシュや読み出しに同期して駆動される。また、電源が投入されているときは定期的にＯＮ／ＯＦＦしているものとする。
動作休止状態から撮影可能な状態にするために、センサ電源４０２、電源Ｖｃｏｍ及び電源Ｖｓｓの各電源から電圧の供給を開始する。このとき、電位Ｖａは電圧Ｖｓと同電位になる。一方、電位Ｖｂは、光電変換層２０９の容量をＣｉ、絶縁層２０８の容量をＣＳｉＮ、アンプ４０１の基準電源をＶｒと表すと、下記数１で表される。
Figure 0004834518
電位Ｖｂは、Ｘ線が照射されると、Ｘ線を受けて発光する蛍光体の光によって、光電効果が起こり、発生した電荷の蓄積によって上昇する。また、リフレッシュモード（センサバイアス線２１８に電圧Ｖｒｅｆが供給されている状態）では、電圧ＶａがＶｓからＶｒｅｆに変化するため、下記数２で表される電圧ΔＶだけ下がる。
Figure 0004834518
Ｖｂ＜Ｖｒｅｆの期間αでは、ＭＩＳ型光電変換素子２１７のバンドは、光電変換モードのときと同じであるため、ＭＩＳ型光電変換素子２１７はリフレッシュされない。
その後、Ｘ線の照射が繰り返されていくうちに、光電変換層２０９と絶縁層２０８との界面に電荷が蓄積し、電位Ｖｂが高くなる。そして、リフレッシュ時にＶｂ≧Ｖｒｅｆになる期間βでは、リフレッシュが効果を発揮するようになる。即ち、ＭＩＳ型光電変換素子２１７の状態を飽和状態に近づけることによって、初めてリフレッシュの効果が発揮しだす。
このように、期間αでは、光電変換層２０９にかかる電圧（Ｖａ−Ｖｂ）は光電効果によって発生した電荷が蓄積していくことによって次第に低下していく。このため、この期間αでは、撮影の度にＭＩＳ型光電変換素子２１７の感度が徐々に低下していく。そして、期間αに複数枚の撮影を行うと、感度の変動により撮影のたびに画像のコントラストが徐々に低下していくという問題や、前回の撮影で光の照射量が多いセンサと少ないセンサとで感度が変わって、画像に違和感が発生する等の問題が起こる。更に、動画像のように、連続的に画像を撮影した場合、撮影開始から画像の全体の輝度が徐々に低下することになる。この結果、診断や手術に用いるＸ線撮像装置において、このような画像違和感があると診断能の低下や誤診断につながるほか、透視画像によって手術を行うケースでは術者の作業を妨げることとなる。
一方、期間βでは、リフレッシュが効いてＸ線照射前の電位Ｖｂを常に一定にすることができるようになる。即ち、撮影の直前に行うリフレッシュによって光電変換層２０９にかかる電圧を常に一定に保ち、感度も安定させることができる。
感度変動の起きる期間αを低減する方法として、電圧Ｖｒｅｆを小さくする方法が挙げられる。電圧Ｖｒｅｆを小さくすることでリフレッシュ量が大きくなり、少量の電荷蓄積でもリフレッシュが効くようになるため期間αを短くすることができるのである。
しかしながら、電圧Ｖｒｅｆを小さくすると、リフレッシュモード時にセンサバイアス線２１８から光電変換層２０９への電子の注入量が増え、リフレッシュ後の暗電流が大きくなることや、画素毎の暗電流特性のバラツキが多くなることが知られている。従って、電圧Ｖｒｅｆを小さくすることは、望ましい方法ではない。
また、画素に電圧を常に印加し続け、常に期間βとし続けるという方法も考えられるが、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に常時電圧を印加すると、その特性劣化が促進されてしまうため、装置の信頼性の関係上、好ましくない。実際に、従来のデジタルＸ線撮像装置では、撮影を行わないときはセンサバイアス源２１８、電源Ｖｃｏｍ及び電源Ｖｓｓへの電圧供給を停止して、２次元センサ１０３への電圧供給を行わないようにすることで２次元センサ１０３の特性劣化を抑えている。
このように、ＭＩＳ型変換素子を有する２次元エリアセンサ（センサ部）を用いたデジタルＸ線撮像装置では、２次元センサに印加する電圧の制御や調整によって、感度の低下を抑制することは困難である。本願発明者は、このような上記課題を見出した。
本願発明者は、このような状況に鑑み、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置（Ｘ線撮像装置）における２次元センサ（センサ部）の１画素の構成を示す回路図である。なお、図５において、図１及び図３等と同じ符号を付したものは、同様の機能を奏する素子、回路等であり、説明は省略する。
本実施形態には、Ｘ線撮影を行う前にＭＩＳ型光電変換素子２１７を飽和状態にするための手段として、光源６０１、この光源６０１を発光させるための電源６０３、及びスイッチ６０５が設けられている。光源６０１としては、ＭＩＳ型変換素子の変換層である光電変換層２０９が感知可能な波長の光を任意のタイミングで放出できるものを用いることができる。例えば、ＭＩＳ型変換素子として、アモルファスシリコンを用いたＭＩＳ型光電変換素子であれば、ＬＥＤや冷陰極管を複数個並べたもの、導光板とＬＥＤ又は冷陰極管とを組み合わせたもの、又はＥＬデバイス等を用いることができる。また、ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光には、赤外線や紫外線などの可視光以外の電磁波も含まれ得る。
更に、光源６０１及びＸ線源１１９を制御する制御回路６０４が設けられている。つまり、制御回路６０４は、光源６０１の発光／非発光を制御や、Ｘ線源１１９からのＸ線の曝射を制御できる。例えば、光源６０１による光照射は、予め定められた必要な時間だけ照射されるように制御回路６０４によって制御される。このとき、Ｘ線が誤って照射されないように、制御回路６０４がＸ線源１１９を曝射不可にすることが好ましい。
次に、上述のように構成された１画素における動作について、図６を参照しながら説明する。図６は、図５に示す画素中のポイントＣ及びＤの電圧の変化を示すタイミングチャートである。図６には、電源投入直後から、Ｘ線照射とリフレッシュとを繰り返した場合のポイントＣの電位Ｖｃ及びポイントＤの電位Ｖｄと共に、光電変換層２０９にかかる電圧（Ｖｃ−Ｖｄ）を示してある。
先ず、２次元センサに電圧を供給していない休止状態から、ＭＩＳ型光電変換素子２１７及びＴＦＴ２１６に電圧を供給する撮影状態にする。この状態になると、前述のように、センサバイアス線２１８の電位はＶｓとなり、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に印加される電圧は数１で表される。
この状態において、光源６０１からＭＩＳ型光電変換素子２１７に可視光を照射する。この結果、光電変換層２０９に電荷が発生し、光電変換層２０９にかかる電圧が低下し始める。
このときの光源６０１からの可視光の照射は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７が完全に飽和状態になるまで行う。これにより、リフレッシュ動作によって常に一定の電圧が光電変換層２０９に印加されるようになり、撮影毎の感度の変動を抑制することができる。
そして、ＭＩＳ型光電変換素子２１７が飽和状態になると、光源６０１からの光照射を止め、Ｘ線撮影を開始する。
なお、光源６０１から照射する可視光の量は、電圧Ｖｓ及び電圧Ｖｒｅｆや光電変換層２０９及び絶縁層２０８の容量、光の利用効率を鑑みて調節することが好ましい。また、このときの画素の駆動は、リフレッシュ動作、蓄積動作、読み出し動作を繰り返すようにしてもよく、また、読み出し動作のみを繰り返すようにしてもよい。また、光源６０１からの光照射の完了からＸ線撮影までには少なくとも１回のリフレッシュ動作が必要である。これは、光源６０１の光照射完了時、光電変換素子は飽和状態であるため、そのままＸ線撮影を行うと十分な画像が得られないためである。
また、撮影の間隔は、図６に示すような連続的なものとしてもよく、また、連続的でなくてもよい。即ち、後述の図１６Ｃ又は図１６Ｄに示すように、光電変換素子を予め飽和させるために可視光を照射する際に、断続的（パルス的）に可視光を照射してもよい。また、Ｘ線撮影とＸ線撮影との間にＸ線を照射しない撮影を行い、その画像を用いて直前に撮影したＸ線画像を補正してもよい。
更に、制御回路６０４の制御信号によって、光源６０１による十分な可視光の照射が終了した後に、Ｘ線が曝射可能であることを作業者に伝える表示の切り替え等を行うことが好ましい。また、Ｘ線撮影の開始前と開始後との間で、２次元センサの動作が異なる場合には、制御回路６０４の信号によりセンサの駆動を切り替えてもよい。
なお、制御回路６０４は、従来のＸ線撮像装置における制御コンピュータ１０８やプログラム／制御ボード１１０に持たせてもよい。また、制御コンピュータ１０８とプログラム／制御ボード１１０の動作とを組み合わせて制御回路６０４の機能を実現してもよい。
次に、上述の画素を９個（３×３画素）備えた２次センサ（センサ部）及びその周辺回路について説明する。図７は、図５に示す画素がマトリックス状に９個配置された２次元センサ及びその周辺回路の構成を示す回路図である。また、図８は、図７に示す２次元センサを用いたＸ線撮像装置の構成を示す図である。
図７に示す２次元センサ（センサ部）８０１は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７（Ｓ１１〜Ｓ３３）と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２１６（Ｔ１１〜Ｔ３３）とが３×３のマトリックス状に配置して構成されている。ＭＩＳ型光電変換素子２１７（Ｓ１１〜Ｓ３３）は、蛍光体により発せられる可視光を電気信号に変換する。薄膜トランジスタ２１６（Ｔ１１〜Ｔ３３）は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷を任意のタイミングで出力する。なお、図７には図示していないが、図８に示すように、ＭＩＳ型光電変換素子２１７上には蛍光体１０１が設けられている。蛍光体１０１は、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ、Ｇｄ２Ｏ３及び／又はＣｓＩ：Ｔ１を主成分としている。
２次元センサ８０１には、ＴＦＴ２１６から出力される電荷を蓄積する容量Ｃｆを具備したアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３を有し、信号を増幅する信号増幅回路８０２が接続されている。信号増幅回路８０２と２次元センサ８０１との間には信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３が設けられており、各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３は、ＴＦＴ２１６のドレイン電極に接続されている。信号増幅回路８０２には、アンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の基準電源であるＡｍｐ基準電源８０７が接続されている。また、信号増幅回路８０２の出力電圧を任意の期間保持するサンプルホールド回路８０３、及びサンプルホールド回路８０３により保持された信号をシリアルに出力するマルチプレクサ８０４が接続されている。サンプルホールド回路８０３は、マルチプレクサ８０４によって選択されるまでの間、信号増幅回路８０２から出力される電気信号を保持する。更に、マルチプレクサ８０４の出力を低インピーダンスで出力するバッファアンプ８０５、及びアナログ信号をデジタル信号へと変換するＡ／Ｄコンバータ８０６が接続されている。これらの信号増幅回路８０２、サンプルホールド回路８０３、マルチプレクサ８０４及びバッファアンプ８０５は、信号処理回路８０９に内包されている。
更に、２次元センサ８０１には、光電変換に必要な電源ＶｓとＭＩＳ型光電変換素子２１７をリフレッシュモードにするための電源Ｖｒｅｆを具備するセンサ電源４０２が接続されている。ＭＩＳ型光電変換素子２１７のＮ＋アモルファスシリコン層とセンサ電源４０２との間にはセンサバイアス線２１８が接続されている。センサ電源４０２及びＡｍｐ基準電源８０７は、低ノイズ電源８２７に内包されている。
また、２次元センサ８０１のＴＦＴ２１６のゲート電極に接続されたゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３を駆動する垂直駆動回路１０５が設けられている。垂直駆動回路１０５には、ＴＦＴ２１６をＯＮするための電源Ｖｃｏｍ及びＴＦＴ２１６をＯＦＦするための電源Ｖｓｓが接続されている。垂直駆動回路１０５は、Ｖｃｏｍ電圧及びＶｓｓ電圧からなる電圧パルスを、３本のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３に順次任意の時間だけ供給する。
なお、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３及びセンサバイアス線２１８は上下の画素で共有され、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３は左右の画素で共有されている。また、図６の制御回路６０４は、制御コンピュータ８０８に含まれているものとする。
次に、上述のように構成された２次元センサ８０１及びその周辺回路の駆動方法及び動作について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図９は、第１の実施形態における２次元センサ８０１の動作を示すタイミングチャートであり、図１０は、第１の実施形態における２次元センサ８０１の駆動方法を示すフローチャートである。
撮影開始前、Ｘ線撮像装置は休止状態となっている（ステップＳ１８０１）。ここで、休止状態とは、２次元センサ８０１内のＭＩＳ型光電変換素子２１７及びＴＦＴ２１６に電圧を印加しない状態のことをいう。このような状態にしておくことで、電圧の長時間印加によって劣化が生じやすいＴＦＴ２１６及びＭＩＳ型光電変換素子２１７の寿命を長く維持することが可能となる。また、休止状態では、信号増幅回路８０２等の信号処理回路８０９でも、必要な部分を除き電源の供給を遮断して省電力化することが望ましい。
その後、作業者が必要な手順を踏んで撮影を開始すると（ステップＳ１８０２）、２次元センサ８０１に所定の電圧が印加され、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に電圧Ｖｓが印加され、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３に電圧Ｖｓｓが印加される。また、信号増幅回路８０２にもＡｍｐ基準電源や駆動に必要な電圧が供給され動作状態となる（ステップＳ１８０３）。
撮影状態に移行した後、制御回路６０４（制御コンピュータ８０８）の制御によって、光源６０１から可視光が照射される（ステップＳ１８０４）。２次元センサ８０１の出力は、デジタルデータに変換され、必要な処理が行われた後、制御コンピュータ８０８に送られる。制御回路６０４は、このデータに基づいて、飽和状態に達したか否かの判断及び可視光の照射を停止させるか否かの判断を行う（ステップＳ１８０５）。なお、可視光が照射されている間には、図６に示すように、リフレッシュ動作と光電変換動作及び読み出しとを繰り返す。
なお、可視光の照射及び停止の制御に関し、例えば、予め設定された時間だけ照射を行った後に、照射を停止するようにしてもよい。ここで、可視光を照射する時間は、制御コンピュータ８０８にプログラムしておくことができる。そして、その照射時間の設定は、２次元センサ８０１の製造時に行ってもよく、製造後の設置時に行ってもよい。また、可視光照射時のＭＩＳ型光電変換素子２１７からの出力変動を監視し、可視光の照射停止時期を判断してもよい。
そして、制御コンピュータ８０８は、可視光の照射を停止させると判断したときには、ステップＳ１８０６において、照射を停止する。
そして、作業者によってＸ線照射が開始されるのにあわせて、２次元センサ８０１も撮影のための動作に入る（ステップＳ１８０７）。
ここでは、静止画の撮影を行う場合の動作について説明する。また、図９に示すように、ＭＩＳ型光電変換素子２１７のリフレッシュ動作、蓄積動作及び読み出し動作の３つの動作によって静止画像を取得するものとする。
静止画像を取得するに当たり、先ず、センサ電源４０２を用いてＭＩＳ型光電変換素子２１７のリフレッシュを行う。ここで、センサ電源４０２を用いてＭＩＳ型光電変換素子２１７をリフレッシュするのは、静止画に必要とされる大きなダイナミックレンジを確保するためである。
このリフレッシュ動作では、先ず制御信号ＶＳＣをロウ（Ｌｏ）にしてセンサバイアス線２１８にリフレッシュに最適な電圧Ｖｒｅｆを供給する。但し、このときには、ＭＩＳ型光電変換素子２１７のセンサバイアス線２１８側の電位及びセンサ下部電極層２０７の電位が同時に上昇するため、リフレッシュモードとならない。
リフレッシュモードにするためは、更に、垂直駆動回路１０５によってゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３に電圧Ｖｃｏｍを供給してＴＦＴ２１６をＯＮにし、センサ下部電極層２０７の電位を信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３の電位と等しくする。このとき、アンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の制御信号ＲＣをハイ（Ｈｉ）にして信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３の電位を基準電位Ｖｒにする。
なお、図９に示すタイミングチャートでは、１ライン毎に各画素のＴＦＴ２１６をＯＮすることとしているが、全てのＴＦＴ２１６を一斉にＯＮにしてもよい。
そして、全ての画素をリフレッシュモードにした後、ＴＦＴ２１６をＯＦＦし、センサ電源４０２の制御信号ＶＳＣをハイ（Ｈｉ）にして光電変換モードに適した電圧Ｖｓを２次元センサ８０１に出力する。
このとき、リフレッシュ動作のようにセンサバイアス線２１８に印加した電圧を変化させただけでは、ＭＩＳ型光電変換素子２１７は光電変換モードに切替わらない。このため、垂直駆動回路１０５によってＴＦＴ２１６をＯＮにする。全ての画素を光電変換モードにすることでリフレッシュ動作が完了する。
リフレッシュ動作を終了した後に蓄積動作に移る。２次元センサ８０１が蓄積動作に移ると、Ｘ線が曝射可能であることが作業者に報知される。この報知は、例えば制御卓１１３、動作表示灯１２５又はモニタ１１８を介して行うことができる。
そして、作業者によって、Ｘ線源制御卓１１５に設けられたＸ線曝射スイッチが押されると、Ｘ線源１１９によるＸ線の曝射が開始され、撮影する部位や線量に応じて必要な時間だけＸ線が照射される。照射量はプログラム／制御ボード１１０が管理し、適切な照射量となった段階でＸ線の照射を終了する（ステップＳ１８０８）。
Ｘ線の撮影が終了すると同時にＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された人体の情報を担った電荷を転送する読み出し動作を開始する。読み出し動作は、例えば、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷を転送する準備動作であるリセット動作、及びＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷を信号増幅回路８０２に転送する信号転送動作の２つの動作から構成される。
先ず、制御信号ＲＣをハイ（Ｈｉ）にして信号増幅回路８０２の全ての容量Ｃｆをリセットする。このリセット動作によって、信号増幅回路８０２及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を、信号を転送するのに適した状態にし、蓄積動作時に容量Ｃｆが蓄積する人体の情報とは無関係の信号が読み取られることを防止する。また、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３電位は、蓄積動作中のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３等の電位変動の影響に伴って不安定になっているが、このリセット動作により、Ａｍｐ基準電源８０７の基準電圧Ｖｒにリセットされ、安定する。そして、十分な時間のリセットを行った後、制御信号ＲＣをロウ（Ｌｏ）にしてリセットを終了する。
次に、信号転送動作を行う。ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積した電荷を転送する信号転送動作では、先ず、垂直駆動回路１０５によって、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３の電圧を順次電圧Ｖｓｓから電圧Ｖｃｏｍへ切り替えＴＦＴ２１６をＯＮにする。ＴＦＴがＯＮすると、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷が信号増幅回路８０２の各容量Ｃｆへと転送される。例えば、ゲート線Ｖｇ１の電圧が電圧Ｖｃｏｍとなると、ＴＦＴ Ｔ１１〜ＴＦＴ Ｔ１３がＯＮになり、ＭＩＳ型光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３に蓄積されていた電荷がアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３へと転送される。
そして、電荷が十分に転送されるまでＴＦＴ２１６をＯＮした後、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３に印加する電圧を電圧Ｖｓｓに切り替えてＴＦＴ２１６をＯＦＦにして信号の転送を終了する。ＴＦＴ２１６をＯＮにしておく時間は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７の容量、ＴＦＴ２１６のＯＮ特性及び電圧Ｖｃｏｍの値を考慮して設定すればよい。
信号増幅回路８０２への転送後には、サンプルホールド回路８０３の制御信号ＳＨをハイ（Ｈｉ）にしてサンプルホールド容量ＳＨ１〜ＳＨ３に夫々接続されているアンプＡｍｐ１〜Ａｍｐ３の出力をサンプルホールド容量ＳＨ１〜ＳＨ３へ転送する。制御信号ＳＨは各アンプＡｍｐ１〜Ａｍｐ３が出力している電圧をサンプルホールド容量へ十分転送するまでの間、ハイ（Ｈｉ）にしておき、転送が完了した後にロウ（Ｌｏ）にする。
サンプルホールド容量ＳＨ１〜ＳＨ３へ転送された電気信号は、図１０に示すように、次のライン（下のライン）の信号転送期間中にマルチプレクサ８０４によって時系列的に読み出される。
これらの転送動作を全てのラインに対し行うことで、すべての画素に蓄積された電気信号を転送することができる。
電気信号の転送後には、撮影を終了するか否かに応じて動作を切り替える（ステップＳ１８０９）。撮影を終了する場合（Ｘ線照射を長時間行わない場合も含まれる）には、ＭＩＳ型光電変換素子２１７及びＴＦＴ２１６の特性劣化を防ぐために、２次元センサ８０１を休止状態にする（ステップＳ１８０９）。休止状態に移行した場合、Ｘ線照射前には必ず光源６０１による可視光の照射が必要となる。
一方、Ｘ線照射を再開する場合には、リフレッシュ動作が効果的な状態が維持されているため、そのままＸ線照射が可能な状態とする（ステップＳ１８０７）。
このように、可視光の照射は２次元センサ８０１が休止状態から撮影状態に移行した場合のみ行えばよく、Ｘ線照射の度に行う必要はない。また、Ｘ線の照射及び電荷の転送の終了後に、休止状態に移行するか否かは、作業者の判断で切り替えてもよいし、また、タイマーによって予め設定された時間が経過したら休止状態に移行するようにプログラムしてもよい。更に、２次元センサ８０１が休止状態になっているのか、撮影状態になっているのかをモニタ１１８に表示し、作業者が常に認識できるようにしておくことが望ましい。
このような動作によれば、感度を低下させることなく、安定して画質が良好な静止画像を取得することができる。
なお、上述の実施形態における動作タイミング及び電圧等は、ＴＦＴ２１６及びＭＩＳ型光電変換素子２１７の耐圧や特性に合わせて適切な数値を用いることが好ましい。また、リフレッシュ動作後にマルチプレクサ８０４を動作させない読み出し動作を行ってもよい。この動作を行うことでリフレッシュ動作直後に発生する暗電流を画像信号に含まないようにすることができ、画質の向上を図ることができる。また、図７には、３×３画素の２次元センサ８０１を示しているが、より多数の画素が設けられていることが好ましい。
また、可視光の照射中のリフレッシュ動作及び読み出し動作の間に蓄積動作を行ったもよい。更に、詳細は後述するが、図１５（Ｃ）に示すように、可視光の照射を蓄積動作時のみに限定してもよい。
更に、上述の動作の説明では、静止画の撮影について説明しているが、第１の実施形態に係るＸ線撮像装置を用いて動画の撮影を行うことも可能である。この場合、動画撮影に必要なフレーム数に応じて動作タイミング及び電圧等を設定することが望ましい。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置（Ｘ線撮像装置）における２次元センサの１画素の構成を示す回路図である。
動画像を撮影するためには、光電変換素子は常に安定した感度及びダイナミックレンジを維持する必要がある。このため、フレーム毎に画素のリフレッシュを行うことが好ましい。しかし、第１の実施形態の構造では、リフレッシュは全画素一括でのみリフレッシュが可能であるため、リフレッシュ動作の時間だけフレームレートが低下してしまう。
これに対し、第２の実施形態では、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４が画素毎に設けられている。リフレッシュ用ＴＦＴ１００４のゲートは垂直駆動回路１００１に接続されたゲート線１００６に接続されている。また、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４のソースは、ＴＦＴ２１６のソースに接続され、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４のドレインには、リフレッシュ電源１００５が接続されている。リフレッシュ電源１００５は、電圧Ｖｒｅｆ２及びＶｒの供給が可能である。ここで、電圧Ｖｒはアンプ４０１の基準電源Ｖｒと同じ電圧である。また、電圧Ｖｒｅｆ２はアンプ４０１の基準電源Ｖｒよりも高くまた、電圧Ｖｓよりも低い電圧である。
また、第２の実施形態には、第１の実施形態における制御回路６０４と同様に、光源６０１及びＸ線源１１９を制御する制御回路１００７が設けられている。制御回路１００７は、光源６０１の発光／非発光の制御や、Ｘ線源１１９からのＸ線の曝射の制御を行う。
第２の実施形態では、このような構成を採用することにより、ＭＩＳ型光電変換素子２１７のリフレッシュをセンサバイアス線２１８から印加する電圧を切り替えて行うのではなく、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４を設けてリフレッシュを行うこととしている。
図１１１に示す回路でリフレッシュを行う際には、先ず、ゲート線１００６に電圧Ｖｃｏｍを供給し、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＮにする。このとき、リフレッシュ電源１００５からは電圧Ｖｒｅｆ２を出力するように制御信号ＶＲＣを制御する。この結果、電圧Ｖｒｅｆ２がリフレッシュ用ＴＦＴ１００４を介してＭＩＳ型光電変換素子２１７のセンサ下部電極層２０７に供給され、センサ下部電極層２０７の電位が低下して、図２（ｃ）に示すリフレッシュモードと同じバンド状態となる。
そして、リフレッシュに十分な時間だけ電圧Ｖｒｅｆ２を供給した後、制御信号ＶＲＣを制御してリフレッシュ電源１００５から電圧Ｖｒをリフレッシュ用ＴＦＴ１００４に供給する。この結果、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４を介してＭＩＳ型光電変換素子２１７のセンサ下部電極層２０７に電圧Ｖｒが印可された時点でＭＩＳ型光電変換素子２１７が光電変換モードとなる。
その後、ゲート線１００６に電圧Ｖｓｓを印加してリフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＦＦにすることにより、リフレッシュ動作を終了する。
このようなリフレッシュ動作を行うことにより、各画素が独立してリフレッシュを行うことが可能となり、他のラインの読み出し動作時に画素のリフレッシュが可能となる。
次に、上述のように構成された１画素における動作について、図１３を参照しながら説明する。図１２は、図１３に示す画素中のポイントＥ及びＦの電位の変化を示すタイミングチャートである。図１３には、電源投入直後から、Ｘ線照射とリフレッシュとを繰り返した場合のポイントＥの電位Ｖｅ及びポイントＦの電位Ｖｆと共に、光電変換層２０９にかかる電圧（Ｖｅ−Ｖｆ）を示してある。
図１３中の「リフレッシュ」において立ち上がっている部分は、ＭＩＳ型光電変換素子２１７がリフレッシュされていることを示している。本実施形態におけるリフレッシュは、前述のように、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＮにし、ＭＩＳ型光電変換素子２１７の下部電極層２０７側の電圧を変化させることによって行われる。従って、リフレッシュのタイミングでは、ポイントＦの電位だけ変化することになる。他の部分の電圧の変化は、図６に示す第１の実施形態のものと同様である。つまり、本実施形態においても、感度の変動を抑制するために撮影を行う前に光源６０１から可視光を照射して、ＭＩＳ型光電変換素子２１７を飽和状態にする原理は第１の実施形態と同様である。
次に、上述の画素を９個（３×３画素）備えた２次センサ（センサ部）及びその周辺回路について説明する。図１３は、図１１に示す画素がマトリックス状に９個配置された２次元センサ及びその周辺回路の構成を示す回路図である。
第２の実施形態では、図７に示す第１の実施形態と比較して、各画素にリフレッシュ用ＴＦＴ１００４が設けられて２次元センサ（センサ部）１００２が構成され、また、リフレッシュ電源１００５が付加されている。また、垂直駆動回路１０５に替わって、３本のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３だけでなく、３本のゲート線Ｖｇｒ１〜Ｖｇｒ３（１００６）の駆動を行う垂直駆動回路１００１が設けられている。即ち、垂直駆動回路１００１は、転送用のＴＦＴ２１６を駆動するためのゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ３とリフレッシュ用ＴＦＴ１００４を制御するためのゲート線Ｖｇｒ１〜Ｖｇｒ３とを区別して駆動することができるように構成されている。更に、リフレッシュ電源１００５と各画素のリフレッシュ用ＴＦＴ１００４とを結ぶリフレッシュラインが設けられている。他の構成は、第１の実施形態と同様である。
次に、上述のように構成された２次元センサ１００２及びその周辺回路の駆動方法及び動作について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、第２の実施形態における２次元センサ１００２の動作を示すタイミングチャートである。
先ず、第１の実施形態と同様に、光源６０１からの可視光の照射を行うことにより、各画素を飽和状態とする。その後、作業者によってＸ線照射が開始されるのにあわせて、２次元センサ１００２も撮影のための動作に入る。
ここでは、動画の撮影を行う場合の動作について説明する。
先ず、すべての画素のＴＦＴ２１６をＯＦＦにし、ＭＩＳ型光電変換素子２１７を光電変換モードにした状態でＸ線を照射する。この結果、ＭＩＳ型光電変換素子２１７には、被写体を透過し蛍光体に到達したＸ線を受けて蛍光体が発する光の量に比例した電荷が蓄積する。
次に、ＭＩＳ型光電変換素子２１７に蓄積された電荷を、２次元センサ１００２から読み出す。最初に、制御信号ＲＣをハイ（Ｈｉ）にして各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３に接続されているアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の出力をリセットする。これにより、ノイズやオフセットの原因となる積分容量Ｃｆに蓄積した電荷を除去することができる。そして、十分な時間でアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３をリセットした後、制御信号ＲＣをロウ（Ｌｏ）にしてリセット動作を終了する。
次に、ゲート線Ｖｇ１に電圧Ｖｃｏｍを供給し、ＴＦＴ Ｔ１１〜Ｔ１３をＯＮにする。これらのＴＦＴがＯＮになると、ＭＩＳ型光電変換素子Ｓ１１、Ｓ１２及びＳ１３に蓄積されている電荷が、夫々信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を介してアンプＭＰ１〜ＡＭＰ３へ転送される。そして、電荷の転送に十分な時間だけＴＦＴ Ｔ１１〜Ｔ１３をＯＮにした後、これらのＴＦＴ Ｔ１１〜Ｔ１３をＯＦＦする。更に、ＴＦＴ Ｔ１１〜Ｔ１３のＯＦＦから適当な時間が経過した後、制御信号ＳＨをハイ（Ｈｉ）にして各アンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の出力をサンプルホールド回路８０３に保持させる。
このようにして、１ライン分の読み出し動作が行われる。
サンプルホールド回路８０３にサンプルホールドされた電荷は、次のラインの読み出し時にマルチプレクサ８０４によってバッファアンプ８０５を介してＡ／Ｄコンバータ８０６へシリアルに転送される。
そして、読み出しが行われた画素のリフレッシュは次のラインの読み出し動作時に行う。このリフレッシュ動作は上述したとおりである。但し、図１４に示すように画素のリフレッシュ用ＴＦＴ１００４のゲート線Ｖｇｒ１〜Ｖｇｒ３は左右の画素間で共有されているため、横１ラインずつのリフレッシュが行われる。
以上の読み出し動作及びリフレッシュ動作をすべてのラインについて行うことですべての画素の電荷転送及びリフレッシュが完了する。更に、図１５の駆動を繰り返し行うことで動画を撮影することができる。即ち、動画像の撮影に必要な、読み出し動作及びリフレッシュ動作が横方向の１ライン毎に連続的に行うことができるため、フレームレートの向上が可能となる。
なお、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＮ／ＯＦＦするタイミングは、必ずしも次のラインの転送用ＴＦＴ２１６のＯＮ／ＯＦＦと一致させる必要はない。また、各電源電圧は、ＭＩＳ型光電変化素子２１７及びＴＦＴ２１６の特性や撮像装置として求められる転送能力や暗電流を満たすように選択することが好ましい。
また、上述の動作の説明では、動画の撮影について説明しているが、第２の実施形態に係るＸ線撮像装置を用いて静止画の撮影を行うことも可能である。この場合、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＦＦにして使用すればよい。従って、動画撮影を行った後に静止画撮影を行うことも可能である。このようなシーケンスは、例えば、消化器系の透視撮影時に一般的に行われるシーケンスである。この際には、図１４のタイミングチャートに沿って動画（透視）を撮影し、静止画を撮影するときには、リフレッシュ用ＴＦＴ１００４をＯＦＦにした状態にして、図１０のタイミングチャートに沿って動作させればよい。
ここで、制御回路６０４又は１００７による飽和状態の判断について説明する。上述のように、可視光の照射は、各画素を飽和状態とした後に停止させる。この制御は、経過時間等に基づいて行ってもよいが、可視光照射時のＭＩＳ型光電変換素子２１７の出力変動を監視し、この結果に基づいて行うことも可能である。図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、可視光照射時の２次元センサの駆動と２次元センサの出力との関係を示すタイミングチャートである。
図１５（Ａ）は、リフレッシュを行った後に連続してある回数の読み出しを行う駆動を繰り返した場合の２次元センサの出力を示している。図１５（Ａ）に示すように、リフレッシュ後に読み出し（Ｆ１〜Ｆｎ）を繰り返すと、２次元センサの出力は徐々に低下する。これは、前述のように、徐々に光電変換素子に電荷が蓄積して感度が低下してくるためである。従って、フレームＦ１とフレームＦｎとの出力差を監視することで、可視光の照射停止時期を判断することができる。例えば、フレームＦ１とフレームＦｎとの出力差がある規定値に達したことを条件に照射を停止することとしてもよい。また、フレームＦ１とフレームＦｎとの出力差が安定したこと、即ち変動が規定値よりも小さくなったことを条件に照射を停止することとしてもよい。なお、光電変換素子が飽和状態に達して２次元センサの出力が非常に小さくなるには数フレームから数十フレームの動作が必要であり、必要なフレーム数は電圧Ｖｓ及び可視光の照射量に依存する。
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）と同様に、可視光照射時の２次元センサの駆動とその出力を示した図であるが、リフレッシュと読み出しとを交互に繰り返す点で図１５（Ａ）と相違する。この駆動方法では、フレームＦ１の信号を監視し、信号の変化が規定値よりも小さくなったことを条件に、可視光の照射を停止することとすればよい。
また、光源６０１の応答特性が良いものであれば、図１５（Ｃ）に示すように、リフレッシュと読み出しとの間に蓄積動作を行うようにし、蓄積動作中に光源６０１を発光させるという駆動方法を採用してもよい。この駆動方法によれば、より正確に２次元センサの出力変動を監視することができる。なお、この駆動方法を採用する場合にも、例えばフレームＦ１の信号を監視し、信号の変化が規定値よりも小さくなったことを条件に、可視光の照射を停止することとすればよい。
更に、図１５（Ｄ）に示すように、可視光照射後の読み出しの後に、可視光を照射しない読み出し動作を行い、その時の信号で前の信号を引き算した出力、即ちフレームＦ１とフレームＦ２との差分値を監視してもよい。この方法によれば、光電変換素子の暗電流及び残像等の誤差の要因となる成分が除去され、より高精度で出力変動を監視することができる。なお、この駆動方法を採用する場合には、例えば差分値が規定値よりも小さくなったことを条件に、可視光の照射を停止することとすればよい。
次に、Ｘ線撮像装置の実装形態について説明する。図１６は、本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の実装形態の一例を示す図である。アルミニウム合金又はマグネシウム合金等から形成された筐体１４０１内に、蛍光体１４０２及び２次元センサが形成されたガラス基板１４０３が収納されている。信号増幅回路８０２、サンプルホールド回路８０３及びマルチプレクサ８０４が内包されたＩＣ１４０６がテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ：Ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）１４０５を介してガラス基板１４０３に接続されている。また、ＩＣはＴＣＰ１４０５を介して、中継ボード１４０７、Ａ／Ｄボード１４０８及びシステムボード１４０９等に接続されている。中継ボード１４０７は、ＩＣ１４０６からの信号や、各種電源、制御信号の受け渡しをする。Ａ／Ｄボード１４０８は、Ａ／Ｄコンバータ８０６を内包しており、２次元センサからの信号をデジタル信号に変換する。システムボード１４０９は、２次元センサ及び各種ボードの制御を行う。また、各ボード間が信号ケーブル１４１０によって電気的に接続されている。そして、サポート基板１４０４によって各ボードが固定されている。これらから撮影部が構成されている。
筐体１４０１内には、光源６０１に相当する光源１４１２が更に実装されている。光源トレイ１４１６上に導光板１４１１が配置され、導光板１４１１の両端に光源１４１２が配置されている。また、導光板１４１１と光源トレイ１４１６との間には、光源１４１２から発せられた光を漏れなくガラス基板１４０３に向けて送るための反射シート１４１３が配置されている。更に、導光板１４１１からの光を均等に拡散させるためのプリズムシート１４１５及び拡散シート１４１４が配置されている。このようにして光源ユニットが構成されている。光源１４１２としては、発光のＯＮ／ＯＦＦが容易なＬＥＤを用いることが好適であるが、冷陰極管を用いてもよい。
このように構成されたＸ線撮像装置では、光源１４１２から発せられた可視光１４１８は、が導光板１４１１内を伝播すると共に、その過程で導光板１４１１内に設けられた反射パターンによって直上方向へと反射される。このとき、導光板１４１１の下面に逃げようとする光は反射シートによって導光板１４１１へと戻される。そして、導光板１４１１によって直上方向へ反射された光及び導光板１４１１の上方へ逃げた光がプリズムシート１４１５及び拡散シート１４１４によって拡散され、均一にガラス基板１４０３へと照射される。なお、反射シート１４１３、拡散シート１４１４及びプリズムシート１４１５は必ずしも必要なものではなく、必要に応じて用いればよい。
また、図１７に示すように、有機ＥＬ又は無機ＥＬのような面発光デバイス１５０１を用いてもよい。この場合、面発光デバイス１５０１上に拡散シート１５０２を配置し、その内部を可視光１５０３が伝播するようにする。また、面発光デバイス１５０１として、図１８に示すように、ＬＥＤ１６０２がプリント基板１６０１上に２次元的に配列されたものを用いてもよい。
次に、本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置のＸ線画像撮影システムへの応用例について説明する。図１９は、Ｘ線画像撮影システムの構成を示す模式図である。
Ｘ線チューブ６０５０（Ｘ線源１１９）で発生したＸ線６０６０は患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、Ｘ線撮像装置を内部に備えたイメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体の内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ（蛍光体）は発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。イメージセンサ６０４０は、この情報を電気信号（デジタル信号）としてイメージプロセッサ６０７０に出力する。画像処理手段としてのイメージプロセッサ６０７０は、受信した信号に対して画像処理を施して、制御室の表示手段であるディスプレイ６０８０に出力する。ユーザは、ディスプレイ６０８０に表示された画像を観察して、患者６０６１の体の内部の情報を得ることができる。なお、イメージプロセッサ６０７０は、制御手段の機能も有しており、動画／静止画の撮影モードを切り換えたり、Ｘ線チューブ（Ｘ線発生装置）６０５０の制御を行ったりすることも可能である。
また、イメージプロセッサ６０７０は、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を電話回線６０９０等の伝送処理手段を介して遠隔地へ転送し、ドクタールーム等の別の場所にある表示手段（ディスプレイ）６０８１に表示することもできる。また、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を光ディスク等の記録手段に保存し、この記録手段を用いて遠隔地の医師が診断することも可能である。また、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。更に、医師は、ディスプレイ６０８１に表示された画像を拡大・縮小することができ、好みの濃度に画像処理することもでき、別の画像と差分等の処理を行うこともでき、これらに基づいて診断することができる。
なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査等に用いて好適な放射線撮像装置に好適に用いられる。
ＭＩＳ型光電変換素子を用いた画素の構造を示す断面図である。 ＭＩＳ型光電変換素子のエネルギーバンド図である。 Ｘ線撮像装置における２次元センサの１画素の構成を示す回路図である。 図３に示す画素中のポイントＡ及びＢの電位の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置（Ｘ線撮像装置）における２次元センサの１画素の構成を示す回路図である。 図５に示す画素中のポイントＣ及びＤの電位の変化を示すタイミングチャートである。 図５に示す画素がマトリックス状に９個配置された２次元センサの構成を示す回路図である。 図７に示す２次元センサを用いたＸ線撮像装置の構成を示す図である。 第１の実施形態における２次元センサ８０１の動作を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態における２次元センサ８０１の駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置（Ｘ線撮像装置）における２次元センサの１画素の構成を示す回路図である。 図１１に示す画素中のポイントＥ及びＦの電位の変化を示すタイミングチャートである。 図１１に示す画素がマトリックス状に９個配置された２次元センサ及びその周辺回路の構成を示す回路図である。 第２の実施形態における２次元センサ１００２の動作を示すタイミングチャートである。 可視光照射時の２次元センサの駆動と２次元センサの出力との関係の例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の実装形態の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の実装形態の他の例を示す図である。 面発光デバイスの一例を示す図である。 Ｘ線画像撮影システムの構成を示す模式図である。
符号の説明
１０５ 垂直駆動回路
１１９ Ｘ線源（Ｘ線発生装置）
２０８ 絶縁層
２０９ 光電変換層
２１６ ＴＦＴ
２１７ ＭＩＳ型光電変換素子
２１８ センサバイアス線
２１９ 信号線
２２０ ゲート線
４０１ アンプ
４０２ センサ電源
６０１ 光源
６０３ 電源
６０４ 制御回路
６０５ スイッチ

Claims (13)

  1. ＭＩＳ型変換素子を有する画素を含み、放射線から画像信号を取得するためのセンサ部と、前記ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光を前記ＭＩＳ型変換素子に照射する光源と、少なくとも前記光源を制御する制御回路と、を有する放射線撮像装置であって、
    前記制御回路は、前記センサ部に放射線が照射される前に、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで前記ＭＩＳ型変換素子に前記光を照射するよう前記光源を制御することを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記制御回路は、前記センサ部に放射線が照射される前に、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで前記ＭＩＳ型変換素子に繰り返し前記光を照射するよう前記光源を制御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. 前記制御回路は、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態であることを判断して前記光源からの光の照射を終了するよう制御す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. 前記制御回路は、前記光が照射された前記センサ部からの信号に基づいて前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態であることを判断して前記光源からの光の照射を終了するよう制御す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. 前記制御回路は、前記センサ部に前記光が照射された時間に基づいて前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態であることを判断して前記光源からの前記光の照射を終了するよう制御することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
  6. 前記制御回路は、前記ＭＩＳ型変換素子に電圧を供給していない休止状態から前記ＭＩＳ型変換素子に電圧を供給する撮影状態になった後、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで前記ＭＩＳ型変換素子に前記光を照射するよう前記光源を制御す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. 前記センサ部を駆動する駆動回路と、前記検出手段からの前記画像信号を読み出すための信号処理回路と、を更に含む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. 前記センサ部は、少なくとも前記ＭＩＳ型変換素子とトランジスタを含む前記画素が２次元に配列されており、前記ＭＩＳ型変換素子は、アモルファスシリコンの光電変換層を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  9. 前記ＭＩＳ型変換素子の前記センサ部に放射線が入射する側に配置され、前記放射線を前記光に変換する蛍光体を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  10. 前記ＭＩＳ型変換素子に基準電圧を供給するための電源と、前記ＭＩＳ型変換素子にリフレッシュ用の電圧を供給するための電源と、を更に有す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. 前記画素は、前記ＭＩＳ型変換素子にリフレッシュ用の電圧を供給するための電源と前記ＭＩＳ型変換素子との間に接続されたトランジスタを有することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
  12. 放射線撮像装置の制御方法であって、ＭＩＳ型変換素子を有する画素を含むセンサ部に、前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで光源から前記ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光を照射する工程と、前記工程の後に、前記センサ部に放射線が照射され画像信号が取得される工程と、を有する制御方法。
  13. ＭＩＳ型変換素子を有する画素を含むセンサ部に前記ＭＩＳ型変換素子が飽和状態となるまで光源から前記ＭＩＳ型変換素子が感知可能な波長の光を照射させた後、前記センサ部に照射された放射線に基づく画像信号を取得することを放射線撮像装置に実行させるプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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