JP5274098B2

JP5274098B2 - 撮像装置、放射線撮像システム、その制御方法及びプログラム

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Publication number: JP5274098B2
Application number: JP2008118804A
Authority: JP
Inventors: 克郎竹中; 忠夫遠藤; 登志男亀島; 朋之八木; 啓吾横山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: US20090272909A1; US8809795B2; JP2009272673A

Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な撮像装置、放射線撮像システム及びその制御方法に関する。なお、本明細書では、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して説明する。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面型の放射線検出部（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このＦＰＤを用いた放射線撮像装置は、患者などの被検体を透過したＸ線などの放射線をＦＰＤでアナログ電気信号に変換し、そのアナログ電気信号をアナログデジタル変換してデジタル画像信号を取得するデジタル撮影が可能な装置である。このＦＰＤとしては、直接変換型と間接変換型に大別される。直接変換型の放射線撮像装置は、ａ−Ｓｅなどの放射線を直接電荷に変換可能な半導体材料を用いた変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。間接変換型の放射線撮像装置は、放射線を光に変換可能な蛍光体などの波長変換体と、光を電荷に変換可能なａ−Ｓｉなどの半導体材料を用いた光電変換素子と、を有する変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。間接変換型の放射線撮像装置としては、例えば特許文献１に開示されている。これらＦＰＤを有する放射線撮像装置は、放射線画像をデジタル情報に置き換えることができるため、画像情報を遠方にしかも瞬時に伝送することが可能になる。このようなＦＰＤを有する放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。また、特許文献１には、変換素子を含む画素がマトリクス状に配置された変換部からの画像信号を、Ｓ／Ｎを劣化させること無く高速に読み出すことが可能な信号処理装置を用いた撮像装置が開示されている。

特許文献１に開示されている撮像装置の変換部は、放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、変換された電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列されている。また、駆動配線が、行方向の複数の画素に共通に接続され、列方向に複数配置されている。そして、出力用駆動回路が駆動配線に接続され、駆動配線を介して出力動作を制御するための駆動信号を行単位で画素に印加する。それにより、出力用駆動回路は変換部が行単位での出力動作を行うよう制御する。更に、変換部は行単位で画素からの電気信号を並列に出力するため、電気信号を伝送するための信号配線が、列方向の複数の画素の出力用スイッチ素子の出力端子に共通に接続され、行方向に複数配置されている。変換部の信号配線は読み出し回路に接続されており、読み出し回路は変換部の画素から出力された電気信号を信号配線を介して並列に読み出し、直列の電気信号に変換し、直列の電気信号が読み出し回路から出力される。

このような撮像装置において、変換部からの電気信号が読み出し回路に読み出される際には、以下に説明する動作が行われる。まず、信号配線と読み出し回路に所定の定電位が与えられて、信号配線等の伝送経路がリセットされる。ここで、この信号配線等の伝送経路をリセットする動作をリセット動作と称する。その後、１行目の駆動配線に駆動信号が与えられ、１行目の出力用スイッチ素子が出力動作を行い、１行目の画素からの電気信号を信号配線に出力する。信号配線に出力された電気信号は、読み出し回路内に信号配線毎に設けられたサンプルホールド回路等の一時記憶手段にサンプリングされ一時保持される。この動作をサンプルホールド動作と称する。電気信号がサンプルホールド回路に保持された後、伝送経路が再度リセットされ、次行の出力動作に備える。その後、２行目の駆動配線に駆動信号が与えられ、２行目の出力用スイッチ素子が出力動作を行い、２行目の画素からの電気信号を信号配線に出力する。このように、リセット動作と出力動作とサンプルホールド動作と、を行単位で順次行い、１画像分の画像信号が変換部から読み出し回路に読み出される。この１画像分の画像信号が変換部から読み出し回路に読み出される動作を読み出し動作と称する。

このような撮像装置において、変換部の駆動配線と信号配線とが交差部を有して配置されている。そのため、駆動配線に印加される駆動信号の立ち上がりや立ち下がりの電位変動に起因する電位変動成分が交差部の容量を介して信号配線で伝送される電気信号に混入される。更に、出力用スイッチ素子として制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）を有するトランジスタを用いた場合には、ゲート・ソース間容量（Ｃｇｓ）を介して伝送される電気信号への電位変動成分の混入が発生する。特許文献１では、信号配線等の伝送経路のリセットとサンプルホールド動作の間に出力動作が行われている。そのため、駆動信号の立ち上がりに起因する電位変動成分は、駆動信号の立ち下がりに起因する電位変動成分で相殺され、出力され保持された電気信号には電位変動の影響は及ばない。
特開２００２−１９９２９２号公報

しかしながら、駆動信号の立ち下がりに起因する電位変動成分は、所定の電位に収束されるまでに駆動配線の抵抗と交差部の容量に依存して時間が掛かる。更に、出力用スイッチ素子として制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）を有するトランジスタを用いた場合には、電位変動成分が所定の電位に収束されるまでに駆動配線の抵抗とＣｇｓに依存する時間も掛かる。混入された電位変動成分が落ち着くまでの時間内にサンプルホールド動作を行うと、出力され保持される電気信号が電位変動の影響を受けてノイズ成分が増大し、撮像装置で得られた画像信号の信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を悪化させてしまう。そのため、出力動作が終了してから電位変動成分が所定の電位に収束されるまで所定時間待って、サンプルホールド動作を行わなければならない。この所定時間が行単位で発生するため、例えば１０００行１０００列の変換部から１画像分の画像信号を得るためには、１０００回分所定時間待たなければならない。そのため、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく、例えば３０フレーム／秒の動画撮影が達成されるような、画像信号の読み出しに掛かる時間（フレーム時間）を短縮することが困難であった。

そこで本発明は、上記課題を鑑み、画像信号のＳ／Ｎ比を悪化させることなくフレーム時間を短縮することが可能な撮像装置又は放射線撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、前記変換部の前記出力動作を行単位で制御するための出力用駆動回路と、行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、が行われるように、前記出力用駆動回路及び前記読み出し回路を制御するための制御部と、を有するものである。

本発明に係る撮像装置の制御方法は、放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、を含む撮像装置の制御方法であって、前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、を行うことを特徴とするものである。

本発明に係る撮像装置の制御をコンピュータに実行させるプログラムは、放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、を含む撮像装置の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、を行わせる前記撮像装置の制御をコンピュータに実行させることを特徴とするものである。

本発明によれば、画像信号のＳ／Ｎ比を悪化させることなくフレーム時間を短縮することが可能な撮像装置又は放射線撮像装置を提供することが可能となる。

以下に、本発明を適用した撮像装置として、放射線撮像装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。図１において、入射した放射線又は光を電荷に変換するための変換素子Ｓｍｎと、変換素子Ｓｍｎで変換された電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子Ｔｍｎと、を有する画素が、行列状に複数配列されている。本実施形態において、変換素子としては、光を電荷に変換するための光電変換素子が用いられており、放射線を電荷に変換する場合には、放射線を光に変換する波長変換体と、光電変換素子とを組み合わせて用いられる。光電変換素子は、入射した光を電荷に変換する受光領域１１０と、変換された電荷を蓄積する容量１１１を有する。光電変換素子としては例えば、水素化非晶質シリコン膜を用いたＭＩＳ型或いはＰＩＮ型の光電変換素子が好適に用いられる。ここで、放射線を電荷に変換する変換素子として、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の放射線を直接電荷に変換可能な材料を用いて形成された素子を適用することも可能である。本実施形態における出力用スイッチ素子としては、ガラス基板等の絶縁性基板上に設けられ、アモルファスシリコン等の非単結晶半導体が用いられた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと示す）が好適に用いられている。ただし、本発明では出力用スイッチ素子はＴＦＴに限定されるものではなく、例えばダイオードのスイッチ素子等、他のスイッチ素子を用いてもよい。出力用スイッチ素子が有する２つの主端子の一方は、変換素子が有する２つの電極の一方と電気的に接続されている。ｍ行目の出力用スイッチ素子Ｔｍ１〜Ｔｍ３の制御端子には駆動配線Ｇｍが共通に接続されている。ここでｍは、行数を表す自然数である。つまり駆動配線は、行方向の複数の画素に共通に接続され、列方向に複数配置されている。ｎ列目の出力用スイッチ素子Ｔ１ｎ〜Ｔ３ｎが有する２つの主端子の他方には、出力された電気信号を伝送するための信号配線Ｍｎが共通に接続されている。ここでｎは、列数を表す自然数である。つまり信号配線は、列方向の複数の画素に共通に接続され、行方向に複数配置されている。変換素子Ｓｍｎが有する２つの電極の他方には、バイアス配線を介して変換素子にバイアスを与えるためのバイアス電源１０７が電気的に接続されている。変換部１０１は、これら複数の画素、駆動配線、信号配線、バイアス配線を含み、行単位で出力動作が行われ、行方向の複数の画素から並列に電気信号が出力され得る。

駆動配線Ｇｍには、出力用駆動回路１０２が電気的に接続され、駆動配線Ｇｍを介して出力動作を制御するための駆動信号を行単位で画素に印加する。出力用駆動回路１０２は、変換部１０１が行単位での出力動作を行うように、変換部１０１を制御する。本実施形態では、出力用駆動回路１０２としてシフトレジスタ（ＳＲ１）が用いられている。出力用駆動回路１０２から出力される駆動信号は、立ち上がり、Ｈｉ状態、立ち下がり、Ｌｏ状態を有している。本実施形態では、立ち上がりによって出力動作の開始を規定して出力用スイッチ素子が導通状態となり、Ｈｉ状態によって出力用スイッチ素子の導通状態が維持されて出力動作が行われる。そして、立ち下がりによって出力動作の終了を規定し出力用スイッチ素子が非導通状態となり、Ｌｏ状態によって出力用スイッチ素子の非導通状態が維持されている。

信号配線Ｍｎには、読み出し回路１０３が電気的に接続され、信号配線を介して画素から出力された電気信号を並列に読み出し、直列の電気信号に変換し、直列の電気信号である画像信号を出力する。また、読み出し回路１０３は、信号配線を介して読み出された電気信号を一時記憶するサンプルホールド動作と、信号配線等の伝送経路をリセットするリセット動作を行う。本実施形態における読み出し回路１０３では、ｎ列目の信号配線Ｍｎに対応して、信号配線Ｍｎを介して読み出された電気信号を反転入力端子で入力し増幅して出力端子から出力するための第１演算増幅器Ｅｎが、信号配線Ｍｎに対して初段に設けられている。第１演算増幅器Ｅｎの反転入力端子と出力端子の間には、第１積分容量Ｃｆ１ｎと第１リセットスイッチＳ_ＲＥＳｎが接続されている。第１リセットスイッチＳ_ＲＥＳｎは、正転入力端子に電気的に接続される第１基準電源Ｖ_ＲＥＦ１から所定の定電位を信号配線Ｍｎと第１積分容量Ｃｆ１ｎに与えるためのものである。そのため第１リセットスイッチＳ_ＲＥＳｎにより、信号配線Ｍｎと第１積分容量Ｃｆ１ｎをリセットすることができる。第１演算増幅器Ｅｎの出力端子には、抵抗Ｒｎと、一方の端子が抵抗Ｒｎに直列に接続された容量ＣＣｎとによって構成されたローパスフィルタが接続されている。また、容量ＣＣｎは、信号の交流成分のみを通過させる機能を有する。容量ＣＣｎの他方の端子（ローパスフィルタの後段）には、第１演算増幅器Ｅｎ及びローパスフィルタを介して読み出された電気信号を反転入力端子で入力し、増幅して出力端子から出力するための第２演算増幅器Ｆｎが設けられている。第２演算増幅器Ｆｎの反転入力端子と出力端子の間には、第２積分容量Ｃｆ２ｎと第２リセットスイッチＳｄｎが接続されている。第２リセットスイッチＳｄｎは、正転入力端子に電気的に接続される第２基準電源Ｖ_ＲＥＦ２から所定の定電位を第２積分容量Ｃｆ２ｎに与えて第２積分容量Ｃｆ２ｎをリセットするためのものである。ここで本実施形態では、画素から出力された電気信号を後述のサンプルホールド回路に伝送するための伝送経路を、信号配線Ｍｎ、第１演算増幅器Ｅｎ及び第１積分容量Ｃｆ１ｎ、第２演算増幅器Ｆｎ及び第２積分容量Ｃｆ２ｎとを含むものとしている。なお、伝送経路は上述の構成に限定されるものではなく、信号配線と公知の抵抗、容量、増幅器等の組み合わせが好適に用いられる。第２演算増幅器の出力端子には、サンプリングスイッチＳｐｎとサンプリング容量ＣＬｎとによって構成されるサンプルホールド回路が接続されている。サンプリングスイッチＳｐｎは、信号配線Ｍｎ、第１演算増幅器Ｅｎ、ローパスフィルタ、第２演算増幅器Ｆｎを介して読み出された電気信号をサンプリングするためのものである。サンプリング容量ＣＬｎは、サンプリングされた電気信号を一時保持するためのものであり、一方の端子がサンプリングスイッチＳｐｎの出力端子に接続され、他方の端子はグランドなどの定電位に固定されている。サンプリングスイッチＳｐｎの出力端子とサンプリング容量の一方の端子との接続点（サンプルホールド回路の出力部）は、バッファアンプＢｎの正転入力端子に電気的に接続されている。バッファアンプＢｎは、正転入力端子に入力された信号をインピーダンス変換して出力端子から出力するものである。バッファアンプＢｎの出力端子には、読み出し用スイッチＳｒｎの入力端子が接続され、読み出し用スイッチＳｒｎの制御端子には読み出し用スイッチＳｒｎを順次走査するシフトレジスタ１０４が接続されている。読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３とシフトレジスタ１０４によって、並列に読み出された電気信号を順次出力して直列の電気信号に変換し、画像信号として出力するマルチプレクサが構成される。読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３の出力端子は共通に、言い換えるとマルチプレクサの出力端子は、出力バッファアンプ１０５の正転入力端子に電気的に接続され、出力バッファアンプ１０５は画像信号をインピーダンス変換して出力する。読み出し回路１０３は、信号配線毎に設けられたサンプルホールド回路と、複数のサンプルホールド回路に並列に読み出された電気信号を順次出力して直列の電気信号である画像信号として出力するマルチプレクサと、を少なくとも含むものである。

読み出し回路１０３から出力されたアナログの画像信号は、アナログデジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と示す）１０６によってデジタルの画像信号に変換され、変換されたデジタルの画像信号がＡ／Ｄ変換器１０６から出力される。なお、本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器１０６は読み出し回路１０３の後段に別に設けられているが、本発明はそれに限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換器が読み出し回路内に存在し、さらに信号配線毎にＡ／Ｄ変換器が設けられていても良い。その場合、本実施形態のサンプルホールド回路はデジタル画像信号を一時記憶可能なメモリに置き換えられる。

出力用駆動回路１０２と読み出し回路１０３の動作は、撮像制御部１０８によって制御される。撮像制御部１０８は、出力用駆動回路１０２に対して出力動作を開始させるためのスタートパルスや、出力動作のタイミングを規定するためのクロックパルスなどを与えて、出力用駆動回路１０２の動作を制御している。また撮像制御部１０８は、読み出し回路１０３に対して、第１制御信号Ｃ_ＲＥＳや第２制御信号Ｄ_ＲＥＳ、サンプリング信号ＳＭＰＬなどの各種信号を与えて、読み出し回路１０３の動作を制御している。ここで、第１制御信号Ｃ_ＲＥＳは、第１リセットスイッチＳ_ＲＥＳ１ｎが信号配線Ｍｎと第１積分容量Ｃｆ１ｎとをリセットするリセット動作を規定する信号である。また、第２制御信号Ｄ_ＲＥＳは、第２リセットスイッチＳｄｎが第２積分容量Ｃｆ２ｎをリセットする動作を規定する信号である。そして、サンプリング信号ＳＭＰＬは読み出された電気信号を一時保持するサンプルホールド動作を規定する信号である。また撮像制御部１０８は、読み出し回路１０３のシフトレジスタ１０４に対して、並列直列変換動作を開始させるためのスタートパルスや、並列直列変換動作のタイミングを規定するためのクロックパルスなどを与える。

次に図１及び図２を用いて、本実施形態の放射線撮像装置の読み出し動作を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。

まず、撮像制御部１０８から読み出し回路１０３に第１制御信号Ｃ_ＲＥＳと第２制御信号Ｄ_ＲＥＳが与えられ、信号配線Ｍ１〜Ｍ３、第１積分容量Ｃｆ１１〜Ｃｆ１３、及び第２積分容量Ｃｆ２１〜Ｃｆ２３をリセットするリセット動作が行われる。このリセット動作は、伝送経路を初期状態にするために行われるものであり、本実施形態では、第１リセットスイッチＳ_ＲＥＳｎ、第２リセットスイッチＳｄｎによって行われている。ただし、リセット動作はこれに限定されるものではなく、例えば信号配線に電気的に接続されたリセット用のスイッチを別途設けてもよい。その場合、そのリセット用のスイッチは読み出し回路に含まれるものとする。

次に、リセット動作の終了後、出力用駆動回路１０２から１行目の駆動配線Ｇ１に駆動信号が与えられ、出力用スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態となり、１行目の出力動作が開始される。ここで、１行目の出力動作の開始は、１行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。出力動作によって出力される１行目の画素の電気信号は、信号配線Ｍ１〜Ｍ３を介して第１演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３の第１積分容量Ｃｆ１１〜Ｃｆ１３に出力される。第１演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３と第１積分容量Ｃｆ１１〜Ｃｆ１３によって増幅された電気信号は、第２演算増幅器Ｆ１〜Ｆ３の第２積分容量Ｃｆ２１〜Ｃｆ２３に出力される。そして、撮像制御部１０８からサンプリングスイッチＳｐ１〜Ｓｐ３にサンプリング信号ＳＭＰＬに与えられる。これにより、第２演算増幅器Ｆ１〜Ｆ３と第２積分容量によって増幅された電気信号を、サンプリングスイッチＳｐ１〜Ｓｐ３を介してサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持するサンプルホールド動作が行われる。サンプルホールド動作の終了後に、撮像制御部１０８から読み出し回路１０３に第１制御信号Ｃ_ＲＥＳと第２制御信号Ｄ_ＲＥＳが与えられる。これにより、信号配線Ｍ１〜Ｍ３、第１積分容量Ｃｆ１１〜Ｃｆ１３、及び第２積分容量Ｃｆ２１〜Ｃｆ２３をリセットするリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３とシフトレジスタ１０４によって構成されたマルチプレクサにより順次出力され、１行分の画像信号として読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、１行目の駆動配線Ｇ１への駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が非導通状態となり、１行目の出力動作が終了される。ここで、１行目の出力動作の終了は、１行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。

次に、１行目の出力動作が終了された後に、出力用駆動回路１０２から２行目の駆動配線Ｇ２に駆動信号が与えられ、出力用スイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が導通状態となり、２行目の出力動作が開始される。ここで、２行目の出力動作の開始は、２行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。出力動作によって出力される２行目の画素の電気信号は、１行目と同様にサンプルホールド動作によってサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持される。サンプルホールド動作の終了後に、１行目と同様にリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、１行目と同様に１行分の画像信号として読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、２行目の駆動配線Ｇ２への駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が非導通状態となり、２行目の出力動作が終了される。ここで、２行目の出力動作の終了は、２行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。

そして、２行目の出力動作が終了された後に、出力用駆動回路１０２から３行目の駆動配線Ｇ３に駆動信号が与えられ、出力用スイッチ素子Ｔ３１〜Ｔ３３が導通状態となり、３行目の出力動作が開始される。ここで、３行目の出力動作の開始は、３行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。出力動作によって出力される３行目の画素の電気信号は、１行目、２行目と同様にサンプルホールド動作によってサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持される。サンプルホールド動作の終了後に、１行目、２行目と同様にリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、１行目、２行目と同様に１行分の画像信号として読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、３行目の駆動配線Ｇ３への駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔ３１〜Ｔ３３が非導通状態となり、３行目の出力動作が終了される。ここで、３行目の出力動作の終了は、３行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。以上のように３行３列の複数の画素を有する変換部１０１から１画面分の画像信号が出力される読み出し動作が行われる。つまり本発明では、撮像制御部１０８は、出力動作の開始後のサンプルホールド動作と、サンプルホールド動作後のリセット動作と、リセット動作後の出力動作の終了と、が行単位で順次行われるように、出力用駆動回路１０２及び読み出し回路１０３を制御している。なお、本実施形態では３行３列の複数の画素を有する変換部１０１に対する読み出し動作を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、更なる多画素の変換部にも適用され得る。また、本実施形態では、１行目、２行目、３行目の順に、動作が順次行われる例を用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。各行が異なるタイミングで順々に動作を行っていればよく、例えば１行目、３行目、２行目の順に行われるなど、順番は適宜に規定され得るものである。更に、本実施形態では、１行単位で動作が順次行われる例を用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、２行ずつ同時に各動作を行い、２行単位で動作を順次行う形態等、複数行を１つの単位として動作を順次行う形態を用いてもよい。そのような例として、図３に第１の実施形態に係る放射線撮像装置における別のタイミングチャートの例を示す。図３では、６行６列の複数の画素に対して、２行ずつ同時に各動作を行い、２行単位で動作を順次行う形態を示している。

次に、２行目の画素から読み出された電気信号に着目して、本発明により読み出された電気信号について説明する。

まず、リセット動作により伝送経路である信号配線Ｍｎ、第１積分容量Ｃｆ１ｎ、及び第２積分容量Ｃｆ２ｎがリセットされる。その後、１行目の出力動作の終了が終了される。第１積分容量の容量値をＣｆ１、第１基準電源Ｖ_ＲＥＦ１の電圧値をＶ_ＲＥＦ１、１行目に起因する寄生容量を介して注入される電荷をＱｑｓ１ｎとすると、１行目の出力動作終了時の第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（１）で示される。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１＋（Ｑｇｓ１ｎ／Ｃｆ１）・・・（１）

次に、出力動作により２行目の各画素で変換された電荷Ｑ２ｎに基づく電気信号が読み出され、第１演算増幅器から出力され、サンプルホールド動作に備えている。２行目に起因する寄生容量を介して混入する電荷をＱｑｓ２ｎとすると、２行目のサンプルホールド動作前における第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（２）で示される。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１＋（Ｑｇｓ１ｎ／Ｃｆ１）−（Ｑ２ｎ／Ｃｆ１）−（Ｑｇｓ２ｎ／Ｃｆ１）・・・（２）

ここで、駆動信号のＨｉ状態の電圧をＶｇｏｎ、Ｌｏ状態の電圧をＶｇｏｆｆ、１行目に起因する寄生容量値をＣｇｓ１ｎとすると、１行目の出力動作終了時において、混入する電荷Ｑｇｓ１ｎは、以下の式（３）で示される。
Ｑｇｓ１ｎ＝（Ｖｇｏｎ−Ｖｇｏｆｆ）／Ｃｇｓ１ｎ・・・（３）

また、２行目に起因する寄生容量値をＣｇｓ２ｎとすると、２行目の出力動作開始時において、混入する電荷Ｑｇｓ２ｎは、以下の式（４）で示される。
Ｑｇｓ２ｎ＝（Ｖｇｏｎ−Ｖｇｏｆｆ）／Ｃｇｓ２ｎ・・・（４）

そして、１行目に起因する寄生容量値をＣｇｓ１ｎと２行目に起因する寄生容量値をＣｇｓ２ｎは、変換部１０１内で近傍に形成されているため、略同等の値になるように変換部１０１は準備される。そのため、以下の式（５）が示される。
Ｃｇｓ１ｎ＝Ｃｇｓ２ｎ，Ｑｇｓ１ｎ＝Ｑｇｓ２ｎ・・・（５）

式（３）〜（５）により、式（２）で示された２行目のサンプルホールド動作前における第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（６）となる。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１−（Ｑ２ｎ／Ｃｆ１）・・・（６）

以上説明したように、本発明によれば、リセット動作後に所定行の出力動作が終了し、その後所定行と異なる行の出力動作の開始と、出力動作の開始後のサンプルホールド動作が行われる。そのため、駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりに起因する電位変動成分は相殺され、出力され保持される電気信号には電位変動成分の影響は及ばない。そして、本発明によれば、出力動作が開始されてから終了するまでの間に、サンプルホールド動作とリセット動作を行うことが可能となる。そのため、特許文献１のように、出力動作が終了してから信号配線の電位変動成分が所定の電位に収束されるまで所定時間待ってサンプルホールド動作を行わなくてもよい。そのため、本発明によれば、画像信号のＳ／Ｎ比を悪化させることなくフレーム時間を短縮することが可能となる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。また、図５は、本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。ここで、図４及び図５において、第１の実施形態で説明した構成要素に対しては同じ番号を付与して詳細な説明は割愛し、以下では第１の実施形態と異なる部分に対してのみ詳細な説明を行う。

第１の実施形態では、１行目の画素から読み出された電気信号に着目すると、２行目と異なり１行目より前に出力動作している行がないため、１行目の駆動信号の立ち上がりに起因する信号配線Ｍｎの電位変動の影響が相殺されない。そのため、１行目のサンプルホールド動作前における第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（７）となる。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１−（Ｑ１ｎ／Ｃｆ１）−（Ｑｇｓ１ｎ／Ｃｆ１）・・・（７）
つまり、第１の実施形態では、１行目の画素から信号配線Ｍｎに出力される電気信号に、１行目に起因する寄生容量を介して１行目の駆動信号の立ち上がりに起因する電荷Ｑｇｓ１ｎが混入してしまう。この場合、別途光を入射しないで読み出し動作を行い、（Ｑｇｓ１ｎ／Ｃｆ１）を画像処理で引くことも可能であるが、第１演算増幅器Ｅｎの出力電圧範囲を圧迫してしまう問題もある。

そこで、本実施形態では、変換部１０１内に、複数の画素とは別に、放射線又は光を電荷に変換するのに用いられない、又は変換された電荷に基づく電気信号が画像データとして用いられないダミー画素Ｔｄを有している。そしてこのダミー画素Ｔｄｎを行方向に複数設けたダミー行を有している。ここで、例えばダミー画素としては、変換素子や出力用スイッチ素子の構成は他の画素と同じであるが、変換素子に対する放射線又は光の入射を遮蔽する遮蔽部材を有する形態が好適に用いられる。また、ダミー画素及びダミー行に起因する寄生容量は、他の画素及び他の行に起因する寄生容量と略等しい値であることが望ましい。また、ダミー行のダミー画素の駆動配線Ｇｄに与えられる駆動信号は、複数の画素の駆動配線Ｇｍに与えられる駆動信号と略等しい値であることが望ましい。なお、本実施形態において、ダミー画素として遮光部材を有する形態を例に用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。遮光部材を用いなくても、読み出された電気信号を画像データとして用いなければ、ダミー画素として機能し得る。つまり、第１の実施形態の１行目をそのままダミー画素及びダミー行として用いても良い。

そして、本実施形態では、まず出力用駆動回路１０２からダミー行の駆動配線Ｇｄに駆動信号が与えられ、出力用スイッチ素子Ｔｄｎが導通状態となり、ダミー画素の出力用スイッチ素子Ｔｄｎの出力動作が開始され、ダミー行の出力動作が開始される。そして、ダミー行の出力動作中に、撮像制御部１０８から読み出し回路１０３に第１制御信号Ｃ_ＲＥＳと第２制御信号Ｄ_ＲＥＳが与えられ、リセット動作が行われる。そして、リセット動作の終了後、駆動配線Ｇｄへの駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔｄｎが非導通状態となり、ダミー行の出力動作が終了される。つまり、本実施形態では、複数の画素のうち最初に出力動作が行われる行のサンプルホールド動作の開始より前に、ダミー行に対する出力動作の開始と、ダミー行の出力動作中のリセット動作と、リセット動作後のダミー行に対する出力動作の終了と、が行われる。

そのため、ダミー行に起因する寄生容量を介して混入する電荷をＱｑｓｄｎとすると、本実施形態における１行目のサンプルホールド動作前における第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（８）となる。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１＋（Ｑｇｓｄｎ／Ｃｆ１）−（Ｑ１ｎ／Ｃｆ１）−（Ｑｇｓ１ｎ／Ｃｆ１）・・・（８）

ここで、ダミー行のダミー画素に起因する寄生容量値をＣｇｓｄｎとすると、ダミー行の出力動作終了時において、混入する電荷Ｑｇｓｄｎは、以下の式（４）で示される。
Ｑｇｓｄｎ＝（Ｖｇｏｎ−Ｖｇｏｆｆ）／Ｃｇｓｄｎ・・・（９）

そして、ダミー画素及びダミー行に起因する寄生容量は、他の画素及び他の行に起因する寄生容量と略等しい値と設定すると、以下の式（１０）となる。
Ｃｇｓ１ｎ＝Ｃｇｓｄｎ，Ｑｇｓ１ｎ＝Ｑｇｓｄｎ・・・（１０）

式（９）〜（１０）により、式（８）で示された本実施形態における１行目のサンプルホールド動作前における第１演算増幅器の出力電圧Ｖ１ｎは、以下の式（１１）となる。
Ｖ１ｎ＝Ｖ_ＲＥＦ１−（Ｑ１ｎ／Ｃｆ１）・・・（１１）

以上説明したように、本実施形態によれば、１行目の駆動信号の立ち上がりに起因する信号配線の電位変動成分は、ダミー行の駆動信号の立ち下がりに起因する信号配線の電位変動成分により相殺され、１行目の電気信号には電位変動成分の影響は及ばない。そのため、第１の実施形態に比べて１行目の電気信号のノイズが低減され、得られた画像信号のＳ／Ｎ比をより良好にすることが可能となる。

（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。また、図７は、本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。ここで、図６及び図７において、第１の実施形態で説明した構成要素に対しては同じ番号を付与して詳細な説明は割愛し、以下では第１の実施形態と異なる部分に対してのみ詳細な説明を行う。

本実施形態の画素は、変換素子Ｓｍｎ、出力用スイッチ素子Ｔｍｎに加えて、更に初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎを有している。この初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎは、変換素子Ｓｍｎを初期状態に近づけるための初期化動作を行うためのものである。例えば、変換素子としてＭＩＳ型光電変換素子を用いた場合には、特開平９−３０７６９８号公報に記載されたリフレッシュが初期化動作に相当する。また、変換素子として例えばＰＩＮ型フォトダイオードを用いた場合には、出力用スイッチ素子Ｔｍｎによる出力動作の後にフォトダイオード内に残留したキャリアを、初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎで放出する動作が初期化動作に相当する。

また、初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎが有する２つの主端子の一方と、出力用スイッチ素子Ｔｍｎが有する２つの主端子の一方とが共通に変換素子Ｓｍｎの一方の電極と電気的に接続されている。そして、初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎが有する２つの主端子の他方は、初期化用電源に電気的に接続されている。この初期化用電源は、変換素子Ｓｍｎが初期化動作を行うための初期化用電圧と、変換素子Ｓｍｎが変換動作を行うための変換用電圧と、を変換素子Ｓｍｎに与えるためのものである。ここで、変換動作は、変換素子内の半導体層に形成される空乏層が広がるようなバイアスが与えられ、入射された放射線又は光を電荷に変換し得る状態にすることをいう。そして各電圧は、初期化用電源から初期化用スイッチＴＲｍｎを介して変換素子Ｓｍｎに印加される。また、ｍ行目の初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎの制御端子には初期化用駆動配線ＧＲｍが共通に接続されている。

初期化用駆動配線ＧＲｍには、初期化用駆動回路２０３が電気的に接続され、駆動配線ＧＲｍを介して初期化動作を制御するための駆動信号を行単位で画素に印加する。初期化用駆動回路２０３は、変換部１０１が行単位での初期化動作を行うように、変換部１０１を制御する。本実施形態では、初期化用駆動回路２０３としてシフトレジスタ（ＳＲ３）が用いられている。初期化用駆動回路２０３から出力される駆動信号は、立ち上がり、Ｈｉ状態、立ち下がり、Ｌｏ状態を有している。本実施形態では、立ち上がりによって初期化動作の開始を規定して初期化スイッチ素子が導通状態となり、Ｈｉ状態によって初期化用スイッチ素子の導通状態が維持されて初期化動作が行われる。そして、立ち下がりによって初期化動作の終了を規定し初期化用スイッチ素子が非導通状態となり、Ｌｏ状態によって初期化用スイッチ素子の非導通状態が維持されている。また、本実施形態において撮像制御部１０８は、出力用駆動回路１０２、読み出し回路１０３に加えて、初期化用駆動回路２０３、初期化用電源を制御する。

次に図６及び図７を用いて、本実施形態の放射線撮像装置の読み出し動作を説明する。まず、本実施形態においても第１の実施形態と同様にリセット動作が行われる。次に、リセット動作の終了後、第１の実施形態と同様に１行目の出力動作が開始される。出力動作によって出力される１行目の画素の電気信号は、第１の実施形態と同様にサンプルホールド動作によってサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持される。サンプルホールド動作の終了後に、第１の実施形態と同様にリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、第１の実施形態と同様に読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、第１の実施形態と同様に１行目の出力動作が終了される。

次に、１行目の出力動作が終了された後に、第１の実施形態と同様に２行目の出力動作が開始される。次に、撮像制御部１０８から初期化用電源に制御信号ＲＥＦが与えられ、変換用電圧から初期化用電圧へ切り換えられる。そして、初期化用駆動回路２０３から１行目の初期化用駆動配線ＧＲ１に駆動信号が与えられ、初期化用スイッチ素子ＴＲ１１〜ＴＲ１３が導通状態となり、１行目の初期化動作が開始される。ここで、１行目の初期化動作の開始は、１行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。また、出力動作によって出力される２行目の画素の電気信号は、１行目と同様にサンプルホールド動作によってサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持される。サンプルホールド動作の終了後に、撮像制御部１０８から初期化用電源への制御信号ＲＥＦの供給が終了し、初期化用電圧から変換用電圧へ切り換えられる。その後、１行目と同様にリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、１行目と同様に１行分の画像信号として読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、１行目と同様に２行目の駆動配線Ｇ２への駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が非導通状態となり、２行目の出力動作が終了される。

そして、２行目の出力動作が終了された後に、第１の実施形態と同様に３行目の出力動作が開始される。ここで、３行目の出力動作の開始は、３行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。次に、１行目の初期化用駆動配線ＧＲ１への駆動信号の印加が終了し、初期化用スイッチ素子ＴＲ１１〜ＴＲ１３が非導通状態となり、１行目の初期化動作が終了される。ここで、１行目の初期化動作の終了は、１行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。次に、撮像制御部１０８から初期化用電源に制御信号ＲＥＦが与えられ、変換用電圧から初期化用電圧へ切り換えられる。そして、初期化用駆動回路２０３から２行目の初期化用駆動配線ＧＲ２に駆動信号が与えられ、初期化用スイッチ素子ＴＲ２１〜ＴＲ２３が導通状態となり、２行目の初期化動作が開始される。ここで、２行目の初期化動作の開始は、２行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。また、出力動作によって出力される３行目の画素の電気信号は、１行目、２行目と同様にサンプルホールド動作によってサンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持される。サンプルホールド動作の終了後に、撮像制御部１０８から初期化用電源への制御信号ＲＥＦの供給が終了し、初期化用電圧から変換用電圧へ切り換えられる。その後、１行目、２行目と同様にリセット動作が行われる。また、サンプリング容量ＣＬ１〜ＣＬ３に一時保持された電気信号は、１行目、２行目と同様に１行分の画像信号として読み出し回路１０３から出力される。そして、リセット動作の終了後、３行目の駆動配線Ｇ３への駆動信号の印加が終了し、出力用スイッチ素子Ｔ３１〜Ｔ３３が非導通状態となり、３行目の出力動作が終了される。ここで、３行目の出力動作の終了は、３行目の駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。

そして、３行目の出力動作が終了された後に、２行目の初期化用駆動配線ＧＲ２への駆動信号の印加が終了し、初期化用スイッチ素子ＴＲ２１〜ＴＲ２３が非導通状態となり、２行目の初期化動作が終了される。ここで、２行目の初期化動作の終了は、２行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。次に、撮像制御部１０８から初期化用電源に制御信号ＲＥＦが与えられ、変換用電圧から初期化用電圧へ切り換えられる。そして、初期化用駆動回路２０３から３行目の初期化用駆動配線ＧＲ３に駆動信号が与えられ、初期化用スイッチ素子ＴＲ３１〜ＴＲ３３が導通状態となり、３行目の初期化動作が開始される。ここで、３行目の初期化動作の開始は、３行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定される。１行目、２行目と同等の時間が経過した後に、撮像制御部１０８から初期化用電源への制御信号ＲＥＦの供給が終了し、初期化用電圧から変換用電圧へ切り換えられる。そして１行目、２行目と同等の時間が経過した後に、３行目の初期化用駆動配線ＧＲ３への駆動信号の印加が終了し、初期化用スイッチ素子ＴＲ３１〜ＴＲ３３が非導通状態となり、３行目の初期化動作が終了される。ここで、３行目の初期化動作の終了は、３行目の初期化用駆動配線に与えられる駆動信号の立ち下がりによって規定される。

以上のように、本実施形態では３行３列の複数の画素を有する変換部１０１から１画面分の画像信号が出力される読み出し動作中に、行単位の初期化動作が行われる。つまり、本実施形態では、更に、所定行の画素に対する出力動作の開始とサンプルホールド動作との間に、所定行と異なる行の画素に対する初期化動作の終了と、所定行及び異なる行と更に異なる行の画素に対する初期化動作の開始と、が行われる。

上記構成により、本実施形態では初期化用スイッチ素子ＴＲｍｎを用いた行単位での初期化動作が可能となる。そのため、特開平９−３０７６９８号公報に記載された、変換動作の前もしくは読み出し動作の後に変換部１０１全体に対して一括で再初期化動作を行う形態に比べて、フレームレートが向上する。また本実施形態では、出力動作の開始後のサンプルホールド動作と、サンプルホールド動作後のリセット動作と、リセット動作後の出力動作の終了と、が行単位で順次行われている。更に、所定行の画素に対する出力動作の開始とサンプルホールド動作との間に、所定行と異なる行の画素に対する初期化動作の終了と、所定行及び異なる行と更に異なる行の画素に対する初期化動作の開始と、が行われる。そのため、行単位での初期化動作が可能な撮像装置において、画像信号のＳ／Ｎ比を悪化させることなく更なるフレーム時間を短縮することが可能となる。

なお、本実施形態においては、３行３列の複数の画素を有する変換部を用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば１０００行１０００列などより多くの行列を有していてもよい。また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、１行目の画素から信号配線Ｍｎに出力される電気信号に、１行目の駆動配線Ｇ１に印加される駆動信号の立ち上がりに起因する電荷が混入してしまう。更に、２行目の画素から信号配線Ｍｎに出力される電気信号に、１行目の初期化用駆動配線ＧＲ１に印加される駆動信号の立ち上がりに起因する電荷が混入してしまう。つまり、１行目、２行目の画素から読み出される電気信号に電位変動成分の影響がでてしまう。そのため、第２の実施形態と同様に、変換部１０１内に、複数の画素とは別に、入射された放射線又は光を電荷に変換する機能を有さないダミー画素が行方向に複数設けたダミー行を、少なくとも２行有する形態を用いればよい。そしてダミー行に対して、本実施形態の１行目、２行目と同様の動作を行う。それにより、有効画素となる複数の画素には、本実施形態の３行目と同様に、駆動信号の立ち上がり、立ち下がりの影響が相殺され、画像信号のＳ／Ｎ比の悪化をより低減することができる。

（第４の実施形態）
次に、図８を用いて本発明の放射線撮像システムについて説明する。図８は、本発明に係る放射線撮像システムの概念図である。

図８において、３０１は放射線（Ｘ線）室、３０２は制御室、３０３は診断室を表している。本放射線撮像システムの全体的な動作は、システム制御装置３１０によって支配される。操作者インターフェース３１１は、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。操作者インターフェース３１１から撮像条件（静止画、動画、管電圧、管電流、照射時間など）および撮像タイミング、画像処理条件、被写体ＩＤ、取込画像の処理方法などの設定を行うことが出来る。システム制御部３１０は放射線撮像シーケンスを司る制御装置２１４に、操作者３０５あるいは放射線情報システムの指示に基づいた撮像条件を指示し、データを取り込む。制御装置２１４はその指示に基づき放射線源であるＸ線発生装置１２０、撮像用寝台１３０、放射線撮像装置１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１０に転送する。その後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイ１６０に表示、同時にオフセット補正、白補正、欠陥補正等の基本画像処理を行った画像データを外部記憶装置１６１に保存する。さらに、システム制御部３１０は撮像者３０５の指示に基づいて、再画像処理及び再生表示、ネットワーク上の装置への画像データの転送・保存、ディスプレイ表示やフィルムへの印刷などを行う。本発明は、制御装置２１４から放射線撮像装置１４０の周辺回路部１４５に設けられている撮像制御部１０８に指示が出され、撮像制御部１０８は、出された指示に基づいて出力用駆動回路１０２、読み出し回路１０３の制御を行う。

次に、信号の流れを追って放射線撮影システムの動作を説明する。Ｘ線発生装置１２０にはＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とが含まれる。Ｘ線管球１２１は制御部２１４に制御された高圧発生電源１２４によって駆動され、放射線であるＸ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は制御装置２１４により駆動され、撮像領域の変更に伴い、不必要なＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮像用寝台１３０の上に横たわった被検体１２６に向けられる。撮像用寝台１３０は、制御装置２１４の指示に基づいて駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮像用寝台１３０を透過した後に放射線撮像装置１４０に照射される。放射線撮像装置１４０はグリッド１４１、波長変換体１４２、変換部１０１、Ｘ線露光量モニタ１４４および周辺回路部１４５を有して構成される。グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１はＸ線低吸収部材と高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をしている。そして、変換部１０１とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないようにＸ線照射時には制御装置２１４の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。波長変換体１４２に隣接して変換部１０１が配置されている。この変換部１０１は光子を電荷に変換して電気信号が読み出される。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は結晶シリコンの受光素子などを用いて直接Ｘ線を検出しても良いし、波長変換体１４２からの光電変換部１０１を透過した光を検出してもよい。この例では変換部１０１を透過した可視光（Ｘ線量に比例）をＸ線露光量モニタ１４４で検知し、制御部２１４にその情報を送り、制御装置２１４はその情報に基づいて高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。

放射線撮像装置１４０からの画像信号は、Ｘ線室３０１からＸ線制御室３０２内の画像処理部１０へ画像データとして転送される。この転送の際、Ｘ線室３０１内はＸ線発生に伴うノイズが大きいため、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有る。そのため、転送路の耐雑音性を高くする必要がある。例えば、誤り訂正機能を持たせた伝送系にする、ＬＶＤＳ（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌｉｎｇ）に代表される差動信号伝送方式や、光ファイバによる転送路を用いることが望ましい。画像処理部１０では、制御装置２１４の指示に基づき表示データを切り替える。その他、画像データの補正（オフセット補正、白補正、欠陥補正）、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行い、さらに、階調処理、散乱線補正、各種空間周波数処理などを行うことも可能である。

処理された画像データはディスプレイアダプタ１５１を介してディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行なわれた基本画像は、外部記憶装置１６１に保存される。外部記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。また、操作者の指示に基づいて、外部記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置１６１に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。本発明の放射線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮに接続する事も可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数の放射線撮像システムを接続する事は勿論のこと、動画及び静止画の少なくとも一方を表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０などが接続される。また、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本発明の放射線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮像時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。

なお、第１〜第３の実施形態において、撮像制御部１０８の処理ステップは、本実施形態の制御装置（コンピュータ）２１４がプログラムを実行することによって実現してもよい。その際、ルックアップテーブルＬＵＴ及びプログラムは、外部記憶装置１６１に記憶される。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、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のコンピュータプログラムプロダクト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、伝送媒体及びコンピュータプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

本発明は、放射線撮像装置に関し、特に、病院内での診断に用いられる放射線撮像システムや、工業用の非破壊検査装置としても用いられる放射線撮像装置を対象とする。上記実施形態は、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、例えば放射線撮像装置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。なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像装置の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の異なる例のタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置の等価回路図である。本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像装置のタイミングチャートである。本発明に係る放射線撮像システムの概念図である。

符号の説明

１０１変換部
１０２出力用駆動回路
１０３読み出し回路
１０４シフトレジスタ
１０６Ａ／Ｄ変換器
１０７バイアス電源
１０８撮像制御部
１１０受光領域
１１１容量
Ｓ１１〜Ｓ３３光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ３３出力用スイッチ素子
Ｇ１〜Ｇ３駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３信号配線
Ｅ１〜Ｅ３第１演算増幅器
Ｆ１〜Ｆ３第２演算増幅器
Ｓｐ１〜Ｓｐ３サンプリングスイッチ
ＣＬ１〜ＣＬ３サンプリング容量

Claims

放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、
前記変換部の前記出力動作を行単位で制御するための出力用駆動回路と、
行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、
複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、
前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、が行われるように、前記出力用駆動回路及び前記読み出し回路を制御するための制御部と、
を有する撮像装置。
前記制御部は、前記第１リセット動作と前記第２リセット動作との間の期間に、前記第１出力動作の終了と、前記第１出力動作の終了後の前記第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、が行われるように、前記出力用駆動回路及び前記読み出し回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記変換部は、複数の前記画素とは別に設けられたダミー画素を更に有し、
前記制御部は、複数の前記画素のうち最初に行われる前記サンプルホールド動作の開始より前に、前記ダミー画素に対する出力動作の開始と、前記ダミー画素の出力動作中の前記リセット動作と、前記ダミー画素の出力動作中の前記リセット動作後の前記ダミー画素に対する出力動作の終了と、が行われるように、前記出力用駆動回路及び前記読み出し回路を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記読み出し回路は、複数の前記信号配線の各々に対応して、前記サンプルホールド回路に一時保持された電気信号を出力する読み出し用スイッチを更に有し、
前記制御部は、前記第１出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作との間の期間に、前記読み出し用スイッチを介して前記サンプルホールド回路に一時保持された電気信号が出力されるように、前記出力用駆動回路及び前記読み出し回路を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記画素は、前記変換素子を初期状態に近づける初期化動作を行うための初期化用スイッチ素子を更に有し、
前記出力動作を制御するための駆動信号を行単位で前記画素に印加するための初期化用駆動回路と、前記変換素子にバイアスを与えるための電源と、を更に有し、
前記電源は、前記変換素子が初期化動作を行うための初期化用電圧と、前記変換素子が入射された放射線又は光を電荷に変換する変換動作を行うための変換用電圧と、を前記変換素子に与え、前記初期化用スイッチ素子を介して各電圧が前記変換素子に印加されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記第２出力動作の開始と前記サンプルホールド動作との間に、前記所定行と異なる行の画素に対する前記初期化動作の終了と、前記所定行の画素に対する前記初期化動作の開始と、が行われるように、前記出力用駆動回路、前記読み出し回路、及び前記初期化用駆動回路を制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に放射線を照射するための放射線源及び前記撮像装置の少なくとも一方を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、を含む撮像装置の制御方法であって、
前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
前記変換部は、複数の前記画素とは別に、入射された放射線又は光を電荷に変換する機能を有さないダミー画素を更に有し、
前記ダミー画素の出力動作中のリセット動作後に行われる前記ダミー画素に対する出力動作を終了する工程を、複数の前記画素のうち最初に行われる前記サンプルホールド動作を開始するよりも前に行うことを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
前記画素は、前記変換素子を初期状態に近づける初期化動作を行うための初期化用スイッチ素子を更に有し、
前記第２出力動作の開始と前記サンプルホールド動作との間に、前記所定行と異なる行の画素に対する前記初期化動作を終了する工程と、前記所定行の画素に対する前記初期化動作を開始する工程と、を行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の制御方法。
放射線又は光を電荷に変換するための変換素子と、前記電荷に基づく電気信号を出力する出力動作を行うための出力用スイッチ素子と、を有する画素が行列状に複数配列された変換部と、行単位で並列に出力された複数の前記電気信号を並列に伝送するための複数の信号配線と、複数の前記信号配線の各々に対応して、複数の前記信号配線のうちの少なくとも１つの信号配線に反転入力端子が電気的に接続された演算増幅器と、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に電気的に接続された積分容量と、前記積分容量をリセットするためのリセットスイッチと、前記出力端子に電気的に接続されたサンプルホールド回路と、を含み、前記演算増幅器を介して読み出された電気信号を前記サンプルホールド回路が一時保持するサンプルホールド動作と、前記リセットスイッチが前記積分容量をリセットするリセット動作と、を行うための読み出し回路と、を含む撮像装置の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記出力動作のうち所定行の画素に対する第１出力動作に対して行われる第１リセット動作と、前記第１リセット動作の次に行われる第２リセット動作と、の間の期間に、前記第１出力動作の終了及び前記第１出力動作の次に行われる第２出力動作の開始と、前記第２出力動作の開始後の前記サンプルホールド動作と、を行わせる前記撮像装置の制御をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。