JP4949908B2

JP4949908B2 - 放射線画像検出方法および装置

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Publication number: JP4949908B2
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Inventors: 直人岩切
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Description

本発明は、ＴＦＴスイッチを有する多数の画素が２次元状に配列された放射線画像検出器から放射線画像を検出する放射線画像検出方法および装置に関するものである。

近年、ＴＦＴ（thin film transistor）アクティブマトリクスアレイ上に放射線感応層を配置し、被写体を透過した放射線に応じて発生した潜像電荷を一旦蓄積し、この蓄積した潜像電荷を電気信号として読み取ることができる放射線画像検出装置が知られている。従来の蓄積性蛍光体を使用したイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。

まず、図８を用いて従来の放射線画像検出装置の構成について説明する。図８は３×３画素の模式的等価回路である。図８において、１１１は電荷蓄積容量、１１２はＴＦＴスイッチ、１１３は走査線、１１４はデータ線である。

Ｘ線等の放射線は図８の紙面に垂直な方向から入射し、光電変換素子により電気信号に変換され、その電荷が各画素の電荷蓄積容量１１１に蓄積される。その後、走査線１１３によりＴＦＴスイッチ１１２を順次動作させ、この蓄積電荷をＴＦＴスイッチ１１２のソース・ドレイン電極の一方と接続されたデータ線１１４に転送してデータ線１１４に流出する信号を信号検出器１１５によって検出し、検出されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１１６によってデジタル信号に変換して出力するように構成されている。

このような放射線画像検出装置においては、各種原因で、本来検出すべき画像信号に各種ノイズが付与されるケースがある。例えば、ノイズの一つにＴＦＴスイッチのリーク電流がある。検出画素を選択するためのＴＦＴスイッチはオフ動作時には全くリーク電流を流さないことが好ましい。しかしながら、Ｘ線照射量が高いほど電荷発生層の発生電荷量が多くなり、それによってＴＦＴスイッチのドレイン電圧が高くなり、結果的に高いリーク電流が流れて、この分が画像信号に加算されてしまう。この問題を解決するため、たとえば、特許文献１においては、ＴＦＴスイッチオフ時のリーク電流を読み出しておき、そのリーク電流値を用いてデジタルの画像信号を補正する方法が提案されている。
特開２００３−３１９２６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、実質的に使用可能なダイナミックレンジの縮小をもたらす。具体的には、得られたデジタルの画像信号からリーク電流成分を減算する処理を用いて画像信号の補正を行っていることから、補正後の画像信号が取り得る値の範囲は、Ａ／Ｄ変換器の出力ダイナミックレンジからリーク電流量に相当する分が縮小する。特に、放射線画像検出器に照射されたＸ線量が大線量である場合には、リーク電流が大きくなるので問題となる。

本発明は、上記の事情に鑑み、画像信号のリーク電流による誤差分を適切に補正するとともに、補正後の画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することができる放射線画像検出方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像検出方法は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器から、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流出する各画素のアナログの画像信号を検出し、検出されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して出力する放射線画像検出方法において、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎にオン状態にする度に、そのオン状態とする前にＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流出するアナログのリークレベルを検出し、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する前に、リークレベルに基づいてアナログの画像信号を補正することを特徴とする。

本発明の放射線画像検出装置は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器と、その放射線画像検出器から各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流出する各画素のアナログの画像信号を検出する画像信号検出手段と、検出されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログ／デジタル変換手段とを備えた放射線画像検出装置において、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎にオン状態にする度に、そのオン状態にする前にＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流出するアナログのリークレベルを検出するリークレベル検出手段と、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する前に、リークレベルに基づいてアナログの画像信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出装置においては、補正手段は、各画素のアナログの画像信号から、各画素におけるＴＦＴスイッチをオン状態にする前にＴＦＴスイッチがオフの状態で各画素が接続されたデータ線で検出したアナログのリークレベルを減算するものであってもよい。

また、画像信号検出手段は、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流出する信号を所定の基準電圧と比較することにより各画素におけるアナログの画像信号を検出するものであり、補正手段は、各画素におけるＴＦＴスイッチをオン状態にする前に、ＴＦＴスイッチがオフの状態で各画素が接続されたデータ線で検出されたアナログのリークレベルに基づいて各データ線における基準電圧を調整するものであってもよい。

本発明の放射線画像検出方法および装置によれば、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器から、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流出する各画素のアナログの画像信号を検出し、検出されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して出力する放射線画像検出方法において、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎にオン状態にする度に、そのオン状態とする前にＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流出するアナログのリークレベルを検出し、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する前に、リークレベルに基づいてアナログの画像信号を補正することにより、画像信号のリーク電流による誤差分を適切に補正するとともに、補正後の画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することができる。

また、上記本発明の放射線画像検出装置において、補正手段が、各画素のアナログの画像信号から、各画素におけるＴＦＴスイッチをオン状態にする前にＴＦＴスイッチがオフの状態で各画素が接続されたデータ線で検出したアナログのリークレベルを減算するものであれば、各画素の画像信号のリーク電流による誤差分を適切に補正することができる。

また、画像信号検出手段が、各走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流出する信号を所定の基準電圧と比較することにより各画素におけるアナログの画像信号を検出するものであり、補正手段が、各画素におけるＴＦＴスイッチをオン状態にする前に、ＴＦＴスイッチがオフの状態で各画素が接続されたデータ線で検出されたアナログのリークレベルに基づいて各データ線における上記基準電圧を調整するものであれば、予め画像信号のリーク電流による誤差分を予測して、画像信号の検出時に用いられる基準電圧を調整することにより、リーク電流による誤差分が補正された画像信号を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出装置の一実施形態について説明する。

図１に放射線画像検出装置の一実施形態の概略構成を示す。図示の放射線画像検出装置１００は、放射線画像検出器１１０と、放射線画像検出器１１０から出力されたアナログの画像信号およびアナログのリークレベルを検出する信号検出部１２０と、放射線画像検出器１１０の走査線（ゲート電極）２にスキャン信号を出力するスキャン信号制御装置１０３と、信号検出部１２０によって検出された検出信号を取得してディスプレイ２００にビデオ信号として出力するとともに、スキャン信号制御装置１０３および信号検出部１２０に制御信号を出力する信号処理装置１３０とを備えている。

放射線画像検出器１１０は、後述するバイアス電極と電荷発生層である半導体膜と電荷収集電極とから構成される画像センサ部１０５と、画像センサ部１０５で検出された電荷信号を蓄積する電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４とから構成される画素が２次元状に多数配列されたものである。そして、上記ＴＦＴスイッチ４をオン／オフするための多数の走査線（ゲート電極）２と上記電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線（ソース電極）３とが設けられている。

信号処理装置１３０は、信号検出部１２０によって検出されたアナログの画像信号を同様に信号検出部１２０によって検出されたリークレベルに基づいて補正するリーク補正手段１４０と、リーク補正手段１４０によって補正されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５０とを備えている。

ここで、放射線画像検出器１１０についてより詳細に説明する。図２は、放射線画像検出器１１０の１画素単位の構造を示す断面図、図３はその平面図である。

図２に示すように、放射線画像検出器１１０は、アクティブマトリックス基板１０上に、電磁波導電性を有する半導体膜６、及び、図示しない高圧電源に接続されたバイアス電極（共通電極）７が順次形成されている。半導体膜６は、Ｘ線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、半導体膜６は電磁波導電性を有し、Ｘ線などによる画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、半導体膜６は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。

以下に、アクティブマトリックス基板１０について詳しく説明する。

アクティブマトリックス基板１０は、ガラス基板１、走査線（ゲート電極）２、電荷蓄積容量電極（以下、Ｃ_ｓ電極と称する）１４、ゲート絶縁膜１５、接続電極１３、チャネル層８、コンタクト層９、データ線（ソース電極）３、絶縁保護膜１７、層間絶縁膜１２とを有している。

また、ゲート絶縁膜１５、接続電極１３、チャネル層８、コンタクト層９等で以て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）４が構成されており、Ｃ_ｓ電極１４やゲート絶縁膜１５、接続電極１３等で以て電荷蓄積容量（Ｃ_ｓ）５が構成されている。

ガラス基板１は支持基板であり、ガラス基板１としては、例えば、無アルカリガラス基板を用いることができる。走査線２及びデータ線３は、格子状に配列された電極配線であり、その交点には薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴスイッチと称する）４が形成されている。ＴＦＴスイッチ４はスイッチング素子であり、そのソース・ドレインは、各々データ線３と接続電極１３とに接続されている。データ線３はそのソース電極、接続電極１３はそのドレイン電極である。つまり、データ線３は、信号線としての直線部分と、ＴＦＴスイッチ４を構成するための延長部分とを備えており、接続電極１３は、ＴＦＴスイッチ４と電荷蓄積容量５とをつなぐように設けられている。

ゲート絶縁膜１５は、ＳｉＮ_Ｘや、ＳｉＯ_Ｘ等からなっている。ゲート絶縁膜１５は、走査線２及びＣ_ｓ電極１４を覆うように設けられており、走査線２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用し、Ｃ_ｓ電極１４上に位置する部位は電荷蓄積容量５における誘電体層として作用する。つまり、電荷蓄積容量５は、走査線２と同一層に形成されたＣ_ｓ電極１４と接続電極１３との重畳領域によって形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_ＸやＳｉＯ_Ｘに限らず、走査線２及びＣ_ｓ電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。

また、チャネル層（ｉ層）８はＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、データ線３と接続電極１３とを結ぶ電流の通路である。コンタクト層（ｎ^＋層）９はデータ線３と接続電極１３とのコンタクトを図る。

絶縁保護膜１７は、データ線３及び接続電極１３上、つまり、ガラス基板１上に、ほぼ全面（ほぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接続電極１３とデータ線３とを保護すると共に、電気的な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１７は、その所定位置、つまり、接続電極１３において電荷蓄積容量５を介してＣ_ｓ電極１４と対向している部分上に位置する部位に、コンタクトホール１６を有している。

電荷収集電極１１は、非晶質透明導電酸化膜からなっている。電荷収集電極１１は、コンタクトホール１６を埋めるようにして形成されており、データ線３上及び接続電極１３上に積層されている。電荷収集電極１１と半導体膜６とは電気的に導通しており、半導体膜６で発生した電荷を電荷収集電極１１で収集できるようになっている。

層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂からなり、ＴＦＴスイッチ４の電気的な絶縁分離を図っている。層間絶縁膜１２には、コンタクトホール１６が貫通しており、電荷収集電極１１は接続電極１３に接続されている。

ガラス基板１上には、走査線２及びＣ_ｓ電極１４が設けられている。走査線２の上方には、ゲート絶縁膜１５を介して、チャネル層（ｉ層）８、及び、コンタクト層（ｎ^＋層）９がこの順に形成されている。コンタクト層９上には、データ線３と接続電極１３とが形成されている。接続電極１３は、電荷蓄積容量５を構成する層の上方に積層されている。また、接続電極１３とデータ電極３の上方には絶縁保護膜１７が配されている。

絶縁保護膜１７の上方には、ＴＦＴスイッチ４の層間絶縁膜１２が設けられている。層間絶縁膜１２の上層、すなわちアクティブマトリックス基板１０の最上層には電荷収集電極１１が設けられている。電荷収集電極１１とＴＦＴスイッチ４とは接続電極１３を介して接続されている。

また、Ｃ_ｓ電極１４の上方にはゲート絶縁膜１５が配されており、その上方には接続電極１３が配されている。電荷収集電極１１と接続電極１３とは、層間絶縁膜１２を貫通するコンタクトホール１６によって接続されている。

バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間には、図示しない高圧電源が接続されている。この高圧電源により、バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間に電圧が印加される。これにより、電荷蓄積容量５を介してバイアス電極７と電荷収集電極１１との間に電界を発生させることができる。このとき、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極７にバイアス電圧を印加しておくと、半導体膜６内で電荷（電子−正孔対）が発生する。半導体膜６で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

放射線画像検出器全体としては、電荷収集電極１１は２次元に複数配列されると共に、電荷収集電極１１に個別に接続された電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴスイッチ４とを複数備えている。これにより、２次元の電磁波情報を一旦電荷蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴスイッチ４を順次走査していくことで、２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。

以下に、放射線画像検出器の製造工程の一例について説明する。

まず、ガラス基板１上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、走査線２及びＣ_ｓ電極１４を形成する。

そして、この走査線２及びＣ_ｓ電極１４を覆うようにして、ガラス基板１の略全面にＳｉＮ_Ｘや、ＳｉＯ_Ｘ等からなるゲート絶縁膜１５をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により厚さ約３５０ｎｍに成膜する。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_ＸやＳｉＯ_Ｘに限らず、走査線２及びＣ_ｓ電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。

また、ゲート絶縁膜１５を介して、走査線２の上方にチャネル層８が配されるように、ＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する）を、厚さ約１００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、チャネル層８を形成する。

チャネル層８の上層にコンタクト層９が配されるように、ＣＶＤ法によりａ−Ｓｉを厚さ約４０ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、コンタクト層９を形成する。

さらに、コンタクト層９上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、データ線３及び接続電極１３を形成する。

このようにしてＴＦＴスイッチ４及び電荷蓄積容量５等を形成したガラス基板１の略全面を覆うようにＳｉＮ_ＸをＣＶＤ法で厚さ約３００ｎｍに成膜することにより、絶縁保護膜１７を形成する。その後、コンタクトホール１６となる接続電極１３上の所定の部分に形成された、ＳｉＮ_Ｘ膜を除去しておく。

上記絶縁保護膜１７上の略全面を覆うように、感光性を有するアクリル樹脂等を厚さ約３μｍに成膜し、層間絶縁膜１２を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行い、絶縁保護膜１７におけるコンタクトホール１６となる部分と位置合わせをしてコンタクトホール１６を形成する。

層間絶縁膜１２上に、ＩＴＯ（Indium−Tin−Oxide）等の非晶質透明導電酸化膜をスパッタ蒸着法にて厚さ約２００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングして電荷収集電極１１を形成する。この時、絶縁保護膜１７及び層間絶縁膜１２に設けたコンタクトホール１６を介して、電荷収集電極１１と接続電極１３とを電気的に導通させる（短絡させる）。

なお、本実施形態では上述したように、アクティブマトリックス基板１０として電荷収集電極１１がＴＦＴスイッチ４の上方にオーバーラップする、いわゆる屋根型構造（マッシュルーム電極構造）を採用しているが、非屋根型構造を採用してもかまわない。また、スイッチング素子としてａ−Ｓｉを用いたＴＦＴ４を用いたが、これに限らず、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いてもよい。また、データ線３及び接続電極１３がゲート絶縁膜１５を介して走査線２より上方にある逆スタガ構造を採用したが、スタガ構造にしてもよい。

上記のように形成されたアクティブマトリックス基板１０の画素配列領域をすべて覆うように、ａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなり電磁波導電性を有する半導体膜６を真空蒸着法により膜厚が約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍになるように成膜する。

最後に、半導体膜６の略全面にＡｕ、Ａｌなどからなるバイアス電極７を真空蒸着法により約２００ｎｍの厚さで形成する。

なお、半導体膜６と電荷収集電極１１との界面に、電子又は正孔の半導体膜６への注入を阻止する電荷注入阻止層や、半導体膜６と電荷収集電極１１との密着性を向上させるバッファ層を形成してもよい。また同様に、半導体膜６とバイアス電極７の界面にも電荷注入阻止層やバッファ層を形成してもよい。電荷注入阻止層やバッファ層としてはａ−Ａｓ_２Ｓｅ_３や、アルカリ元素イオンやハロゲン元素イオンが添加されたａ−Ｓｅ等を用いることが可能である。

次に、上記構造の放射線画像検出器１１０の動作原理について説明する。バイアス電極７とＣ_ｓ電極１４との間に電圧を印加した状態で、半導体膜６にＸ線が照射されると、半導体膜６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。そして、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは電気的に直列に接続された構造となっているので、半導体膜６内に発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

電荷蓄積容量５に蓄積された電荷は、走査線２への入力信号によってＴＦＴスイッチ４をオン状態にすることによりデータ線３を介して外部に取り出すことが可能となる。

そして、走査線２とデータ線３、ＴＦＴスイッチ４及び電荷蓄積容量５は、すべてＸＹマトリクス状に設けられているため、走査線２に入力する信号を順次走査し、データ線３毎にそのデータ線３に流出した電荷信号を信号検出部１２０において検知することにより、二次元的にＸ線の画像情報を得ることが可能となる。

なお、ＴＦＴスイッチ４がオフ状態では、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷はデータ線３に全く流出しないことが好ましい。しかしながら、高線量照射時には意図的に電荷をデータ線３へ流すことが行われる。何故なら、高線量照射時にゲートとソースとの間の電位差が大きくなってＴＦＴが破損しないように、前述したような電荷収集電極１１がＴＦＴスイッチ４の上方にオーバーラップする構造、いわゆる屋根型構造（マッシュルーム電極構造）を採るからである。この構造においては、ゲート−ソース間にＴＦＴが破損するほど過剰な電位差（60〜100V程度）が発生する場合には、ＴＦＴスイッチ上方にオーバーラップしている電荷収集電極１１が擬似的なトップゲートとして作用することでＴＦＴをスイッチングし、データ線３へ電荷をオーバーフローさせることになる。よって、ＴＦＴの破損を防止することができる。なお、本実施形態では屋根型構造を採用した場合を例にとって説明しているが、各画素内に保護ダイオード構造を採用し過大な電位差が発生した場合にデータ線へ電荷をオーバーフローさせる構造を採用しても良い。このように、以上のような構造を採った場合には、各画素に照射されたＸ線照射量が高いほど各画素の電荷蓄積容量５からある量のリーク電流（オーバーフロー電流）がデータ線３に流出し、一つのデータ線３に接続された全ＴＦＴスイッチ４のリーク電流の総和となるリークレベルが検知される。また、このリークレベルは、ＴＦＴスイッチ４を選択的にオンの状態にしてデータ線３を介して検出された画像信号に重畳される。

信号検出部１２０は、ＴＦＴスイッチ４がオフの状態で放射線画像検出器１１０から出力されたアナログのリークレベルＬおよびＴＦＴスイッチ４が選択的にオンの状態で放射線画像検出器１１０から出力されたアナログの画像信号Ｒを所定の基準電圧Vrefと比較することにより検出するものであり、各データ線３にそれぞれ接続されている複数の差動アンプ１２１等を有している。各差動アンプ１２１はチャージアンプであり、リセットスイッチ１２２と積分用コンデンサ１２３とを備えている。

スキャン信号制御装置１０３は、放射線画像検出器１１０の各走査線２に選択的に順次制御信号を出力し、各画素のＴＦＴスイッチ４をオン／オフ制御するためのものであり、各走査線２に出力するスキャン信号は後述する信号処理装置１３０から入力された制御信号により制御される。

信号処理装置１３０は、リーク補正手段１４０と、Ａ／Ｄ変換器１５０等を有する。リーク補正手段１４０は、信号検出部１２０によって検出されたアナログの画像信号ＲをリークレベルＬに基づいて補正するためのものである。このリーク補正手段１４０は、データ線３毎に設けられた第１のサンプルホールド回路１３１および第２のサンプルホールド回路１３２を有し、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各作動アンプ１２１によって検出された信号、すなわちアナログのリークレベルＬを各第１のサンプルホールド回路１３１によりサンプリングして保持するとともに、ＴＦＴスイッチを走査線毎に選択的にオンにした状態で各作動アンプ１２１によって検出された信号、すなわちアナログの画像信号Ｒを第２のサンプルホールド回路１３２によりサンプリングして保持する。

また、リーク補正手段１４０は、全ての第１のサンプルホールド回路１３１に接続され、それらの第１のサンプルホールド回路１３１に保持された複数のアナログのリークレベルＬを選択的に切り替えて減算回路に出力する第１のマルチプレクサ１３３と、全ての第２のサンプルホールド回路１３２に接続され、それらの第２のサンプルホールド回路１３２に保持された複数のアナログの画像信号Ｒを選択的に切り替えて減算回路に出力する第２のマルチプレクサ１３４と、第２のマルチプレクサ１３４により入力されたアナログの画像信号Ｒから第１のマルチプレクサ１３３により入力されたアナログのリークレベルＬを減算して、その結果をＡ／Ｄ変換器１５０に出力する減算手段１３５、例えば、減算回路とを備えている。

Ａ／Ｄ変換器１５０は、リーク補正手段１４０から出力された補正済みのアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するものである。

次に、本放射線画像検出装置による放射線画像の記録および読取りの作用を図１および図４を用いて説明する。図４は、本放射線画像検出装置の作用を説明するためのタイミングチャートである。

まず、上述したようにバイアス電極７とＣｓ電極１４との間に電圧を印加した状態で放射線画像検出器１１０に対してＸ線照射を行うことによりＸ線画像データの書き込みが行われる。Ｘ線の照射量に応じて半導体膜６において発生した電荷は、各電荷収集電極１１に集められ、電荷収集電極１１に電気的に接続された電荷蓄積容量５に蓄積される。

そして、まず、図４に示すように、信号処理装置１３０から信号検出部１２０およびスキャン信号制御装置１０３にリークレベル検出用の制御信号が出力され、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各データ線３に流出した信号が、各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置１３０の第１のサンプルホールド回路１３１に出力され、アナログのリークレベルＬとして保持される。第１のサンプルホールド回路1３１によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたリークレベルＬは、第１のマルチプレクサ１３３によりデータ線順に順次減算手段１３５に出力される。

次に、信号処理装置１３０からスキャン信号制御装置１０３に画像信号検出用の制御信号が出力される。この制御信号に応じてスキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ１にＴＦＴスイッチ４をオン状態とするスキャン信号が出力され、このスキャン信号によって走査線Ｇ１上の各ＴＦＴスイッチがオンの状態となり、走査線Ｇ１上の各電荷蓄積容量５から信号が各データ線３に流出する。また、信号処理装置１３０から信号検出部１２０にも画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じて、各データ線３に流出した信号が各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置１３０の第２のサンプルホールド回路１３２に出力され、アナログの画像信号Ｒとして保持される。そして、第２のサンプルホールド回路１３２によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたアナログの画像信号Ｒは、第２のマルチプレクサ１３４によりデータ線順に順次減算手段１３５に出力される。そして、信号処理装置１３０における画像信号検出用の制御信号の出力が終了し、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフ状態となる。

そして、減算手段１３５において、各データ線３で検出されたアナログの画像信号Ｒから、各同一のデータ線３で検出されたアナログのリークレベルＬを減算することにより、走査線Ｇ１に接続された各画素における補正済みのアナログの画像信号が得られる。この補正済みのアナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１５０に出力される。

走査線Ｇ１による画像信号の読み出しが終了したら、次に、走査線Ｇ２による画像信号の読み出しが行なわれる。まず、走査線Ｇ１の場合と同様に信号処理装置１３０から信号検出部１２０およびスキャン信号制御装置１０３にリークレベル検出用の制御信号が出力され、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各データ配線３に流出した信号が、各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置１３０の第１のサンプルホールド回路１３１に出力され、アナログのリークレベルＬとして保持される。第１のサンプルホールド回路1３１によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたリークレベル信号Ｌは、第１のマルチプレクサ１３３によりデータ線順に順次減算手段１３５に出力される。

次に、信号処理装置１３０からスキャン信号制御装置１０３に画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じてスキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ２にＴＦＴスイッチ４を順次オン状態とするスキャン信号が出力され、このスキャン信号によって走査線Ｇ２上の各ＴＦＴスイッチがオンの状態となり、走査線Ｇ２上の各電荷蓄積容量５から信号が各データ線３に流出する。また、信号処理装置１３０から信号検出部１２０にも画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じて、各データ線３に流出した信号が各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置１３０の第２のサンプルホールド回路１３２に出力され、アナログの画像信号Ｒとして保持される。そして、第２のサンプルホールド回路１３２によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたアナログの画像信号Ｒは、第２のマルチプレクサ１３４によりデータ線順に順次減算手段１３５に出力される。そして、信号処理装置１３０における画像信号検出用の制御信号の出力が終了し、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフ状態となる。

そして、減算手段１３５において、各データ線３で検出されたアナログの画像信号Ｒから、各同一のデータ線３で検出されたアナログのリークレベルＬを減算することにより、走査線Ｇ２に接続された各画素における補正済みのアナログの画像信号が得られる。この補正済みのアナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１５０に出力される。

以後、各走査線Ｇ３、・・・、Ｇｋのそれぞれについて、上記と同様にして、リークレベル検出用の制御信号と画像信号検出用の制御信号とが信号処理装置１３０から交互に出力され、信号検出部１２０により各走査線Ｇ３、・・・、Ｇｋ毎にそれらの走査線に接続された各画素におけるアナログのリークレベルＬとアナログの画像信号Ｒとが交互に検出され、検出された各画素におけるアナログの画像信号ＲとアナログのリークレベルＬがそれぞれリーク補正手段１４０の第１のサンプルホールド回路１３１と第２のサンプルホールド回路１３２に保持され、減算手段１３５において、第１のサンプルホールド回路１３１から第１のマルチプレクサ１３３を介して入力された各画素におけるアナログの画像信号Ｒから、第２のサンプルホールド回路１３２から第２のマルチプレクサ１３４を介して入力された、その画素におけるＴＦＴスイッチをオン状態にする前にＴＦＴスイッチがオフの状態でその画素が接続されたデータ線で検出されたアナログのリークレベルＬが減算され、この減算により得られた各画素における補正済みのアナログの画像信号がＡ／Ｄ変換器１３０に出力される。

そして、リーク補正手段１４０で取得された補正済みアナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１５０によりデジタルの画像信号に変換された後、ディスプレイ２００、プリンタ、ビデオ処理装置等の外部装置に出力される。

上記実施の形態によれば、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が流出する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器１１０から、各走査線２に接続されたＴＦＴスイッチ４を走査線２毎に順次オン状態にしてデータ線３に流出する各画素のアナログの画像信号Ｒを検出し、検出されたアナログの画像信号Ｒをデジタルの画像信号に変換して出力する放射線画像検出方法において、各走査線２に接続されたＴＦＴスイッチを走査線２毎にオン状態にする度に、そのオン状態とする前にＴＦＴスイッチ４がオフの状態でデータ線３に流出するアナログのリークレベルＬを検出し、アナログの画像信号Ｒをデジタルの画像信号に変換する前に、リークレベルＬに基づいてアナログの画像信号Ｒを補正することにより、画像信号のリーク電流による誤差分を適切に補正するとともに、補正後の画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することができる。

具体的には、図８に示す従来の放射線画像検出装置では、図９（ａ）のグラフに示すように、リークレベルが重畳されたアナログの画像信号が信号検出部により検出され、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルの画像信号に変換される。そのとき、図９（ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換器の出力のダイナミックレンジ０〜ＤＲ２の上限値ＤＲ２より大きい画像信号は上限値（飽和値）ＤＲ２に設定される。そして、図９（ｃ）に示すように、Ａ／Ｄ変換器から出力された画像信号からリークレベルを減算して得られた補正済みの画像信号は、本来のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジより小さい第２のダイナミックレンジ０〜ＤＲ３内の値となる。ここで、この第２のダイナミックレンジの上限値ＤＲ３はＡ／Ｄ変換器の本来のダイナミックレンジの上限値ＤＲ２からリークレベルＬを減算した値に相当するので、リークレベルＬが高くなるほど実質的にデジタルの画像信号が取り得る値の範囲、すなわち第２のダイナミックレンジが縮小する。

これに対して、本発明の放射線画像検出装置では、図５（ａ）のグラフに示すように、リークレベルが重畳されたアナログの画像信号が信号検出部により検出される。Ａ／Ｄ変換器によりデジタルの画像信号に変換される前に、図５（ｂ）に示すように、検出されたアナログの画像信号からリークレベルが減算され、リーク補正が施される。次に、図５（ｃ）に示すように、補正後のアナログの画像信号がＡ／Ｄ変換器によりデジタルの画像信号に変換される。これにより、リークレベルの大きさに拘らず、補正後の画像信号がＡ／Ｄ変換器の出力ダイナミックレンジ０〜ＤＲ２の全域を用いて表現可能となり、補正後の画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することができる。

次に、本発明による放射線画像検出装置の第２の実施の形態について図６および図７を参照して説明する。図６は第２の実施の形態の放射線画像検出装置３００を示す概略構成図であり、図７は、本放射線画像検出装置３００の作用を説明するためのタイミングチャートである。なお図６の放射線画像検出装置３００において上述した第１の実施の形態の放射線画像検出装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。放射線画像検出装置３００においては、リーク補正手段２４０により、各画素におけるＴＦＴスイッチ４をオン状態にしてアナログの画像信号Ｒを取得する前に、ＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各画素が接続されたデータ線３で検出されたアナログのリークレベルＬに基づいて各データ線３における各画素のアナログの画像信号Ｒを取得する際に参照される基準電圧Vrefを調整することにより、リーク電流による誤差分を補正する。

具体的には、図６に示すように、信号処理装置２３０から信号検出部１２０およびスキャン信号制御装置１０３にリークレベル検出用の制御信号が出力される。この制御信号に応じて信号検出部１２０の各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefが初期基準電圧、例えばグラウンドに設定されるとともに、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各データ線３に流出した信号が、各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置２３０の第１のサンプルホールド回路２３１に出力され、アナログのリークレベルＬとして保持される。そして、保持された各リークレベルＬは、プラス１倍でバッファリングされ、各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefとして設定される。

次に、信号処理装置２３０からスキャン信号制御装置１０３に画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じてスキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ１にＴＦＴスイッチ４を順次オン状態とするスキャン信号が出力される。また、信号処理装置２３０から信号検出部１２０にも画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じて各データ線３に流出した信号が、各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。ここで、各差動アンプ１２１により検出される信号は、走査線Ｇ１に接続された各画素のアナログの画像信号にそのデータ線におけるリークレベルが重畳された信号から基準電圧Vrefとして設定されたリークレベルが減算されたものとなる。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置２３０の第２のサンプルホールド回路２３２に出力され、アナログの画像信号Ｒとして保持される。第２のサンプルホールド回路２３２によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたアナログの画像信号Ｒは、マルチプレクサ２３６によりデータ線順に順次Ａ／Ｄ変換器１５０に出力される。そして、信号処理装置２３０における画像信号検出用の制御信号の出力が終了し、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフ状態となる。

走査線Ｇ１による画像信号の読み出しが終了したら、次に、走査線Ｇ２による画像信号の読み出しが行なわれる。まず、走査線Ｇ１の場合と同様に信号処理装置２３０から信号検出部１２０およびスキャン信号制御装置１０３にリークレベル検出用の制御信号が出力される。この制御信号に応じて信号検出部１２０の各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefが初期基準電圧に設定されるとともに、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフの状態で各データ配線３に流出した信号が各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置２３０の第１のサンプルホールド回路２３１に出力され、アナログのリークレベルＬとして保持される。そして、保持された各リークレベルＬは、プラス１倍でバッファリングされ、各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefとして設定される。

次に、信号処理装置２３０からスキャン信号制御装置１０３に画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じてスキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ２にＴＦＴスイッチ４を順次オン状態とするスキャン信号が出力される。また、信号処理装置２３０から信号検出部１２０にも画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じて各データ線３に流出した信号が、各データ線３に接続された各差動アンプ１２１により検出される。各差動アンプ１２１により検出された検出信号は、各差動アンプ１２１に接続された信号処理装置２３０の第２のサンプルホールド回路２３２に出力され、アナログの画像信号Ｒとして保持される。第２のサンプルホールド回路２３２によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたアナログの画像信号Ｒは、マルチプレクサ２３６により順次Ａ／Ｄ変換器１５０に出力される。そして、信号処理装置２３０における画像信号検出用の制御信号の出力が終了し、全走査線２のＴＦＴスイッチ４がオフ状態となる。

以後、各走査線Ｇ３、・・・、Ｇｋのそれぞれについて、上記と同様にして、リークレベル検出用の制御信号と画像信号検出用の制御信号とが信号処理装置２３０から交互に出力され、全走査線２のＴＦＴスイッチがオフの状態でかつ各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefが初期基準電圧に設定された状態で各データ線に流出して検出されたアナログのリークレベルに基づいて、続く画像信号検出時における各差動アンプ１２１の基準電圧Vrefが調整されるとともに、信号検出部１２０により各走査線Ｇ３、・・・、Ｇｋ毎にそれらの走査線に接続された各画素のアナログの画像信号が順次検出されて、第２のサンプルホールド回路に保持される。そして、第２のサンプルホールド回路によりそれぞれ保持された各データ線３から得られたアナログの画像信号Ｒは、マルチプレクサにより順次Ａ／Ｄ変換器１３０に出力されて、デジタルの画像信号に変換される。

この第２の実施形態の放射線画像検出器３００においては、第１の実施形態の放射線画像検出装置１００と同様に、放射線画像検出器の各データ線３に流出する各画素のリークレベルが重畳されたアナログの画像信号からリークレベルを取り除く補正を行った後、デジタルの画像信号に変換することにより、画像信号のリーク電流による誤差分を適切に補正するとともに、補正後の画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することができる。また、予め画像信号のリーク電流による誤差分を予測して、画像信号の検出時に用いられる基準電圧を調整することにより、リーク電流による誤差分が補正された画像信号を得ることができる。

さらに、この第２の実施形態の放射線画像検出器３００によれば、補正済みのアナログの画像信号のダイナミックレンジの縮小を回避することもできる。例えば、信号検出器１２０における検出可能な信号のダイナミックレンジが０〜ＤＲ１であり、リークレベルを含まないアナログの画像信号がこのダイナミックレンジ０〜ＤＲ１の上限値ＤＲ１より小さいが、リークレベルが重畳されたアナログの画像信号がこのダイナミックレンジ０〜ＤＲ１の上限値ＤＲ１より大きい場合、第１の実施形態の放射線画像検出器１００では、リークレベルが重畳されたアナログの画像信号ＲとリークレベルＬをそれぞれ信号検出器により検出した後、アナログの画像信号ＲからリークレベルＬを減算して補正済みのアナログの画像信号を取得するようにしているので、アナログの画像信号Ｒの検出時に、上限値ＤＲ１より大きいアナログの画像信号Ｒが上限値（飽和値）ＤＲ１に設定されて検出され、検出されたアナログの画像信号からリークレベルＬが減算されて補正済みのアナログの画像信号が取得されるので、リークレベルＬが大きいほど補正済みのアナログの画像信号のダイナミックレンジが信号検出器１２０のダイナミックレンジ０〜ＤＲ１より小さくなる。これに対して、第２の実施形態の放射線画像検出器３００では、信号検出器１２０により検出されるアナログの画像信号がリークレベルを含まない補正済みのものであり、そのダイナミックレンジは信号検出器１２０のダイナミックレンジ０〜ＤＲ１と同一である。

なお、上記各実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器が放射線画像検出装置に一体的に構成された場合について説明したが、放射線画像検出装置の外部に別途のユニットとして設けられたものであってもよい。

また、上記各実施の形態において、信号検出器の差動アンプと信号処理装置のサンプルホールド回路との間に、ノイズを除去する相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling)回路を設けることもできる。

本発明による放射線画像検出装置の第１の実施の形態を示す概略構成図図１の放射線画像検出器の１画素単位の構造を示す断面図図１の放射線画像検出器の１画素単位の構造を示す平面図図１の放射線画像検出装置の作用を説明するためのタイミングチャート図１の放射線画像検出装置によるダイナミックレンジの範囲を説明するための図本発明による放射線画像検出装置の第２の実施の形態を示す概略構成図図６の放射線画像検出装置の作用を説明するためのタイミングチャート従来の放射線画像検出器の概略構成図従来の放射線画像検出器によるダイナミックレンジの縮小を説明するための図

符号の説明

２（Ｇ１〜Ｇ４）走査線
３データ線
４ＴＦＴスイッチ
５電荷蓄積容量（蓄積容量）
６半導体層（電荷発生層）
１０アクティブマトリックス基板
１１電荷収集電極（収集電極）
１００放射線画像検出装置
１０３スキャン信号制御装置
１１０放射線画像検出器
１２１差動アンプ（リークレベル検出手段、画像信号検出手段）
１４０リーク補正手段（補正手段）
１５０Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換手段）
Ｌリークレベル
Ｒ画像信号

Claims

放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器から、前記各走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流出する前記各画素のアナログの画像信号を検出し、検出されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して出力する放射線画像検出方法において、
前記各走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎にオン状態にする度に、該オン状態とする前に前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記データ線に流出するアナログのリークレベルを検出し、
前記変換の前に、前記リークレベルに基づいて前記アナログの画像信号を補正することを特徴とする放射線画像検出方法。
放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷を転送する多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器と、
該放射線画像検出器から前記各走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流出する各画素のアナログの画像信号を検出する画像信号検出手段と、
検出されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログ／デジタル変換手段とを備えた放射線画像検出装置において、
前記各走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎にオン状態にする度に、該オン状態にする前に前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記データ線に流出するアナログのリークレベルを検出するリークレベル検出手段と、
前記変換の前に、前記リークレベルに基づいて前記アナログの画像信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする放射線画像検出装置。
前記補正手段が、前記各画素のアナログの画像信号から、前記各画素における前記ＴＦＴスイッチをオン状態にする前に前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記各画素が接続された前記データ線で検出した前記アナログのリークレベルを減算するものであることを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出装置。
前記画像信号検出手段が、前記各走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流出する信号を所定の基準電圧と比較することにより各画素におけるアナログの画像信号を検出するものであり、
前記補正手段が、前記各画素における前記ＴＦＴスイッチをオン状態にする前に、前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記各画素が接続された前記データ線で検出された前記アナログのリークレベルに基づいて前記各データ線における前記基準電圧を調整するものであることを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出装置。
前記補正手段が、前記基準電圧の調整を、前記検出されたアナログのリークレベルをサンプルホールドし、該サンプルホールドされたアナログのリークレベルをバッファリングして前記基準電圧に設定することにより行うものであることを特徴とする請求項４記載の放射線画像検出装置。
前記データ線に流出するアナログのリークレベルを検出する信号検出アンプと、該検出したアナログのリークレベルを保持するサンプルホールド回路とを備え、
前記補正手段が、前記サンプルホールド回路により保持されたアナログのリークレベルに基づいて前アナログの画像信号を補正するものであり、
前記信号検出アンプと前記サンプルホールド回路との間に相関二重サンプリング回路を備えていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の放射線画像検出装置。