JP5554313B2 - 放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システム - Google Patents

放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システム Download PDF

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Description

本発明は、放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムに係り、特に放射線画像を撮影するための放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムに関する。
従来、医療診断等を目的とした放射線画像の撮影を行うための放射線画像撮影装置に用いられる放射線検出器が知られている。当該放射線検出器は、放射線照射装置から照射され、被検体を透過した放射線を検出して放射線画像を撮影する。当該放射線検出器は、照射された放射線に応じて発生した電荷を収集して読み出すことにより放射線画像の撮影を行う。
このような放射線検出器として、放射線または、放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生する光電変換素子等によるセンサ部と、センサ部で発生した電荷を読み出すスイッチング素子と、を備えた複数の画素から成る放射線検出器が知られている。
当該放射線検出器において、放射線の照射開始等、放射線の照射に関する検出を行うために、短絡したスイッチング素子を備えた放射線検知用の画素を備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような技術では、放射線検知用の画素では、スイッチング素子が短絡しているため、当該スイッチング素子の制御状態（ＯＮ／ＯＦＦ）にかかわらず、電荷が読み出される。例えば、放射線検知用の画素から短絡されたスイッチング素子により読み出された電荷に応じた電気信号（電荷量）と、予め定められた閾値とを比較し、当該閾値を越えた場合に、放射線の照射が開始されたことを検出するようにしている。
特開２０１１−１７４９０８号公報
上述した特許文献１に記載の技術のように、放射線検知用の画素から読み出された電気信号に基づいて放射線の照射に関する検出を行う場合では、放射線検知用の画素から読み出された電気信号が流れる（放射線検知用の画素が接続された）信号配線（以下、検知ラインという）と、通常の画素から読み出された電気信号が流れる（放射線検知用の画素が接続されておらず、放射線検知用の画素から読み出された電気信号が流れない）信号配線（以下、通常ラインという）とでは、配線容量の差が非常に大きくなり、放射線画像の撮影を行う際に、放射線検知用の画素が接続された検知ラインの出力信号が低下し、通常ラインの出力信号と大きな差が生じる場合があった。
このように検知ラインの出力信号と通常ラインの出力信号とで大きな差が生じる場合、撮影された放射線画像の画質が低下する場合があるという問題がある。
これに対して、放射線画像の画質品位維持のために、検知ラインを欠陥ラインとして取り扱い、周囲の正常画素（通常の画素）の情報を元に画像補正をすることが行われるが、 しかながら、線欠陥の画像補正では、特異なパターンでは、補正アーティファクトが発生してしまい、放射線画像の画質品位の維持が困難になるという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、放射線画像の品質を維持したまま放射線の照射に関する検出を行うこができる、放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の放射線検出器は、複数の信号配線と、照射された放射線に応じて電荷を発生する第１センサ部、及び前記第１センサ部で発生した電荷を読み出して信号配線に出力する第１スイッチング素子を備えた複数の第１画素と、照射された放射線に応じて電荷を発生する第２センサ部、前記第２センサ部で発生した電荷を読み出して信号配線に出力する第２スイッチング素子、及び前記第２センサ部で発生した電荷を読み出して前記第２スイッチング素子により読み出された電荷が流れる信号配線に出力する放射線検知用スイッチング素子を備えた複数の第２画素と、前記第１スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第１スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線、及び前記第２スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第２スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線から成る走査配線群、または、前記第１スイッチング素子の制御端子及び前記第２スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線群のうちの少なくとも一方から成る複数の走査配線と、前記複数の走査配線のうち、予め定められた走査配線の間に設けられ、前記放射線検知用スイッチング素子の制御端子が接続され前記放射線検知用スイッチング素子をスイッチングする放射線検知用制御信号が流れる複数の放射線検知用走査配線と、を備え、前記複数の信号配線は、前記第１画素から出力された電荷、及び前記第２画素から出力された電荷が流れる信号配線から成る信号配線群、または、前記第１画素から出力された電荷、及び前記第２画素から出力された電荷が流れる信号配線と、前記第１画素から出力された電荷が流れる信号配線とから成る信号配線群のいずれかから成る。
また、本発明は、請求項２に記載の放射線検出器のように、前記第１画素は、前記放射線検知用走査配線に制御端子が接続され、かつ信号配線に非接続の前記放射線検知用スイッチング素子を備えることが好ましい。
また、本発明は、請求項３に記載の放射線検出器のように、前記第１画素と、前記第２画素とは、前記放射線検知用走査配線を中心とした線対称形状を成して構成されていることが好ましい。
また、本発明は、請求項４に記載の放射線検出器のように、前記複数の放射線検知用走査配線は、予め定められた本数毎に、前記放射線検知用制御信号が出力される放射線検知用制御回路に接続されているようにしてもよい。
また、請求項５に記載の放射線画像撮影装置は、前記請求項１から前記請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器と、前記放射線検出器の前記放射線検知用スイッチング素子に前記放射線検知用制御信号を出力する放射線検知用制御回路と、前記第２画素の前記放射線検知用スイッチング素子により信号配線に出力された電荷に応じた電気信号に基づいて、予め定められた放射線の照射に関する検出を行う検出手段と、を備えた。
また、本発明は、請求項６に記載の放射線画像撮影装置のように、前記検出手段により放射線の照射開始を検出する検出期間中は、前記走査配線には前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオフ状態にする制御信号が流れ、かつ、前記放射線検知用走査配線には、前記放射線検知用スイッチング素子をオン状態にする前記放射線検知用制御信号が流れるようにしてもよい。
また、本発明は、請求項７に記載の放射線画像撮影装置のように、前記検出手段により放射線の照射開始を検出する検出期間中に、予め定められた周期で、前記走査配線に前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオン状態にする制御信号を流すことにより前記第１画素及び前記第２画素に蓄積された電荷をリセットするリセット動作を繰り返すようにしてもよい。
また、本発明は、請求項８に記載の放射線画像撮影装置のように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオン状態にして、前記第１画素及び前記第２画素から、放射線画像撮影用の電荷を信号配線に出力させる場合は、前記放射線検知用スイッチング素子をオフ状態にすることが好ましい。
請求項９に記載の放射線画像撮影システムは、放射線を照射する照射装置と、前記照射装置から照射された放射線を検出して、検出した放射線に応じた放射線画像を取得する、前記請求項５から前記請求項８のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置と、を備えた。
本発明によれば、放射線画像の品質を維持したまま放射線の照射に関する検出を行うこができる、という効果が得られる。
本実施の形態に係る放射線画像撮影システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 本実施の形態に係る放射線検出器の全体構成の一例を示す構成図である。 本実施の形態に係る放射線検出器の構成の一例を示す平面図である。 図３に示した本実施の形態に係る放射線検出器の画素２０Ａの一例のＡ−Ａ線断面図である。 図３に示した本実施の形態に係る放射線検出器の一例の画素２０ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 図３に示した本実施の形態に係る放射線検出器の一例の放射線検知用画素２０ＢのＣ−Ｃ線断面図である。 本実施の形態に係る放射線検出器の信号検出回路の概略構成の一例を示す概略構成図である。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを概略的に示した概略図である。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れの一例を詳細に示したタイムチャートである。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れのその他の例を詳細に示したタイムチャートである。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置において、ブロックごとに放射線の照射に関する検出を行う場合を説明する説明図である。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置において、ブロックごとに放射線の照射に関する検出を行う場合を説明する説明図である。 本実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線の照射に関する検出（ＡＥＣ）の際の動作の流れ一例を詳細に示したタイムチャートである。 本実施の形態に係る放射線検出器の全体構成のその他の例を示す構成図である。
以下、各図面を参照して本実施の形態の一例について説明する。
まず、本実施の形態の放射線検出器を用いた放射線画像撮影システムの概略構成について説明する。図１は、本実施の形態の放射線画像撮影システムの一例の概略構成図である。
放射線画像撮影システム２００は、放射線（例えばエックス線（Ｘ線）等）を被検体２０６に照射する放射線照射装置２０４と、放射線照射装置２０４から照射され、被検体２０６を透過した放射線を検出する放射線検出器１０を備えた放射線検出器１００と、放射線画像の撮影を指示すると共に、放射線検出器１００から放射画像を取得する制御装置２０２と、を備えて構成されている。制御装置２０２の制御に基づいたタイミングで、放射線照射装置２０４から照射され撮影位置に位置している被検体２０６を透過することで画像情報を担持した放射線は放射線検出器１００に照射される。
次に、本実施の形態の放射線検出器１００の概略構成について説明する。本実施の形態では、Ｘ線等の放射線を一旦光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換方式の放射線検出器１０に本発明を適用した場合について説明する。本実施の形態では、放射線検出器１００は、間接変換方式の放射線検出器１０を備えて構成されている。なお、図２では、放射線を光に変換するシンチレータは省略している。
放射線検出器１０には、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積するセンサ部１０３と、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチング素子であるＴＦＴスイッチ４と、放射線の照射に関する検知に用いられる放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４と、を含んで構成される画素２０が複数、マトリックス状に配置されている。本実施の形態では、シンチレータによって変換された光が照射されることにより、センサ部１０３が、電荷が発生する。
画素２０は、一方向（図２の横方向、以下「行方向」ともいう）及び当該行方向に対する交差方向（図２の縦方向、以下「列方向」ともいう）にマトリクス状に複数配置されている。図２では、画素２０の配列を簡略化して示しているが、例えば、画素２０は行方向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置されている。
本実施の形態では、複数の画素２０のうち、放射線の照射に関する検知に用いられる放射線検知用画素２０Ｂと、その他の画素（主に、放射線を検出して放射線が示す画像を生成するためにのみ用いられる画素）２０Ａとが予め定められている。なお、以下では、画素２０Ａ及び放射線検知用画素２０Ｂを区別せず総称する場合は、単に画素２０という。
また、放射線検出器１０には、基板１（図４〜図６参照）上に、ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１と、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の放射線検知用走査配線１０９と、が並行に設けられている。また、走査配線１０１及び放射線検知用走査配線１０９と、上記センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３と、が互いに交差して設けられている。本実施の形態では、一方向の各画素列に信号配線３が１本ずつ設けられ、交差方向の各画素列に走査配線１０１が１本ずつ設けられており、例えば、画素２０が行向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置されている場合、信号配線３及び走査配線１０１は１０２４本ずつ設けられている。
また、放射線検知用走査配線１０９は、図２に示すように、走査配線１０１と走査配線１０１との間に設けられており、放射線検知用走査配線１０９を中心として、隣接する行の画素２０が線対称を成すように構成されている。そのため、本実施の形態では、例えば、上述のように、画素２０が行向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置されている場合、放射線検知用走査配線１０９は、１０２４本／２＝５１２本設けられている。
各放射線検知用走査配線１０９には、各放射線検知用走査配線１０９に放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をＯＮ／ＯＦＦするためのスキャン信号を出力する放射線検知用制御回路１０８が接続されている。
なお、本実施の形態では、放射線検知用走査配線１０９は、予め定められた本数毎に、まとめて（１本の放射線検知用走査配線１０９として）、放射線検知用制御回路１０８に接続されている。図２に示した場合では、走査配線１０１（Ｇ８）と走査配線１０１（Ｇ７）との間に設けられた放射線検知用走査配線１０９と、走査配線１０１（Ｇ６）と走査配線１０１（Ｇ５）との間に設けられた放射線検知用走査配線１０９と、が放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ１）として放射線検知用制御回路１０８に接続されている。また同様に、走査配線１０１（Ｇ４）と走査配線１０１（Ｇ３）との間に設けられた放射線検知用走査配線１０９と、走査配線１０１（Ｇ２）と走査配線１０１（Ｇ１）との間に設けられた放射線検知用走査配線１０９と、が放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ２）として放射線検知用制御回路１０８に接続されている。また、図２では、放射線検知用走査配線１０９に対して、放射線検知用画素２０Ｂは、片側にしか配置されていないが、放射線検知用走査配線１０９に対して、両側に放射線検知用画素２０Ｂを配置してもよい。その場合には、検出感度が倍増する。
さらに、放射線検出器１０には、各信号配線３と並列に共通電極配線２５が設けられている。センサ部１０３は共通電極配線２５に接続されており、共通電極配線２５を介してバイアス電圧がバイアス電源（図示省略）から印加されている。
走査配線１０１には、各ＴＦＴスイッチ４をスイッチングするためのスキャン信号が流れる。このようにスキャン信号が各走査配線１０１に流れることによって、各ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされる。また、放射線検知用走査配線１０９には、各放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をスイッチングするためのスキャン信号が流れる。このようにスキャン信号が各放射線検知用走査配線１０９に流れることによって、各放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４がスイッチングされる。
信号配線３には、各画素２０のＴＦＴスイッチ４及び放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４のスイッチング状態に応じて、各画素２０に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。より具体的には、各信号配線３には、当該信号配線３に接続された画素２０の何れかのＴＦＴスイッチ４及び放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４がＯＮされることにより蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されている。また、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするためのスキャン信号を出力するスキャン信号制御回路１０４が接続されている。図２では、信号検出回路１０５及びスキャン信号制御回路１０４を１つに簡略化して示しているが、例えば、信号検出回路１０５及びスキャン信号制御回路１０４を複数設けて所定本（例えば、２５６本）毎に信号配線３または走査配線１０１を接続する。例えば、信号配線３及び走査配線１０１が１０２４本ずつ設けられている場合、スキャン信号制御回路１０４を４個設けて２５６本ずつ走査配線１０１を接続し、信号検出回路１０５も４個設けて２５６本ずつ信号配線３を接続する。
信号検出回路１０５は、各信号配線３毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路（図７参照）を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３より入力される電気信号を増幅回路により増幅し、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）によりデジタル信号へ変換する（詳細後述）。
この信号検出回路１０５、スキャン信号制御回路１０４、及び放射線検知用走査配線１０９には、制御部１０６が接続されている。制御部１０６は、信号検出回路１０５において変換されたデジタル信号に対してノイズ除去などの所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御回路１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する。
本実施の形態の制御部１０６は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ及びＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を備えている。制御部１０６は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、放射線画像の撮影のための制御を行う。
図３には、本実施形態に係る間接変換方式の放射線検出器１０の構造を示す平面図が示されており、図４には、図３の画素２０ＡのＡ−Ａ線断面図が示されており、図５には、図３の画素２０ＡのＢ−Ｂ線断面図が示されており、図６には、図３の放射線検知用の画素２０ＢのＣ−Ｃ線断面図が示されている。
図４及び図５に示すように、放射線検出器１０の画素２０Ａは、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１（図３参照）、ゲート電極２が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図３参照）。この走査配線１０１、ゲート電極２が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう）は、Ａｌ若しくはＣｕ、またはＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。
この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極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する。この絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜により形成される。
絶縁膜１５上のゲート電極２上には、半導体活性層８が島状に形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続されている（図３参照。）。ソース電極９、ドレイン電極１３、及び信号配線３が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう）は、Ａｌ若しくはＣｕ、またはＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。当該ソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間には不純物添加アモルファスシリコン等による不純物添加半導体層（図示省略）が形成されている。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。なお、ＴＦＴスイッチ４は後述する下部電極１１により収集、蓄積される電荷の極性によってソース電極９とドレイン電極１３が逆となる。
また、図５に示すように、画素２０Ａでは、上述のＴＦＴスイッチ４と同様に、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４が設けられている。なお、画素２０Ａでは、ソース電極９は、信号配線３と非接続（非接触）となるように形成されている。これにより、画素２０Ａでは、下部電極１１に収集された電荷は、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４のスイッチング状態に係わらず放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を介して信号配線３に流れ出すことがない。
これら第２信号配線層を覆い、基板１上の画素２０が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、ＴＦＴスイッチ４や信号配線３を保護するために、ＴＦＴ保護膜層３０が形成されている。このＴＦＴ保護膜層３０は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ成膜により形成される。
このＴＦＴ保護膜層３０上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。
本実施の形態に係る放射線検出器１０では、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。本実施の形態に係る放射線検出器１０では、この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層３０のドレイン電極１３と対向する位置にコンタクトホール１７が形成されている。
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１７を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１１が形成されており、この下部電極１１は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１１は、後述する半導体層２１が１μｍ前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Ａｌ系材料、ＩＴＯなど導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
一方、半導体層２１の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層２１で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、遮光性メタルを主体とする合金、若しくは積層膜とすることが好ましい。
下部電極１１上には、フォトダイオードとして機能する半導体層２１が形成されている。本実施の形態では、半導体層２１として、ｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）を積層したＰＩＮ構造のフォトダイオードを採用しており、下層からｎ＋層２１Ａ、ｉ層２１Ｂ、ｐ＋層２１Ｃを順に積層して形成する。ｉ層２１Ｂは、光が照射されることにより電荷（一対の自由電子と自由正孔）が発生する。ｎ＋層２１Ａ及びｐ＋層２１Ｃは、コンタクト層として機能し、下部電極１１及び後述する上部電極２２とｉ層２１Ｂをと電気的に接続する。
各半導体層２１上には、それぞれ個別に上部電極２２が形成されている。この上部電極２２には、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化亜鉛インジウム）などの光透過性の高い材料を用いている。本実施の形態に係る放射線検出器１０では、上部電極２２や半導体層２１、下部電極１１を含んでセンサ部１０３が構成されている。
層間絶縁膜１２、半導体層２１及び上部電極２２上には、上部電極２２に対応する一部で開口２７Ａを持ち、各半導体層２１を覆うように、塗布型の層間絶縁膜２３が形成されている。
この層間絶縁膜２３上には、共通電極配線２５がＡｌ若しくはＣｕ、またはＡｌ若しくはＣｕを主体とした合金あるいは積層膜で形成されている。共通電極配線２５は、開口２７Ａ付近にコンタクトパッド２７が形成され、層間絶縁膜２３の開口２７Ａを介して上部電極２２と電気的に接続される。
一方、図６に示すように、放射線検出器１０の放射線検知用の画素２０Ｂでは、ソース電極９と信号配線３とが接続（接触）するように放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４が形成されている。これにより、放射線検知用画素２０Ｂでは、下部電極１１に収集された電荷が放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４のスイッチング状態に応じて放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を介して信号配線３に流れ出す。
このように形成された放射線検出器１０には、必要に応じてさらに光吸収性の低い絶縁性の材料により保護膜が形成されて、その表面に光吸収性の低い接着樹脂を用いてＧＯＳやＣｓＩ等からなるシンチレータが貼り付けられる。
次に、本実施の形態の信号検出回路１０５の概略構成について説明する。図７は、本実施の形態の信号検出回路１０５の一例の概略構成図である。本実施の形態の信号検出回路１０５は、増幅回路５０、及びＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）５４を備えて構成されている。なお、図７では、図示を省略したが増幅回路５０は、信号配線３毎に設けられている。すなわち、信号検出回路１０５は、放射線検出器１０の信号配線３の数と同じ数の、複数の増幅回路５０を備えて構成されている。
増幅回路５０は、チャージアンプ回路で構成されており、オペアンプ等のアンプ５２と、アンプ５２に並列に接続されたコンデンサＣと、アンプ５２に並列に接続された電荷リセット用のスイッチＳＷ１と、を備えて構成されている。
増幅回路５０では、電荷リセット用のスイッチＳＷ１がオフの状態で画素２０のＴＦＴスイッチ４または放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４により電荷（電気信号）が読み出され、コンデンサＣにＴＦＴスイッチ４または放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４により読み出された電荷が蓄積され、蓄積される電荷量に応じてアンプ５２から出力される電圧値が増加するようになっている。
また、制御部１０６は、電荷リセット用スイッチＳＷ１に電荷リセット信号を印加して電荷リセット用のスイッチＳＷ１のオン／オフを制御するようになっている。なお、電荷リセット用のスイッチＳＷ１がオン状態とされると、アンプ５２の入力側と出力側とが短絡され、コンデンサＣの電荷が放電される。
ＡＤＣ５４は、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）スイッチＳＷがオン状態において、増幅回路５０から入力されたアナログ信号である電気信号をデジタル信号に変換する機能を有するものである。ＡＤＣ５４は、デジタル信号に変換した電気信号を制御部１０６に順次出力する。
なお、本実施の形態のＡＤＣ５４には、信号検出回路１０５に備えられた全ての増幅回路５０から出力された電気信号が入力される。すなわち、本実施の形態の信号検出回路１０５は、増幅回路５０（信号配線３）の数にかかわらず、１つのＡＤＣ５４を備えている。
本実施の形態では、放射線検知用の画素２０Ｂの放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４が接続された信号配線３（図２では、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ６）の電気信号を信号検出回路１０５の増幅回路５０で検出し、制御部１０６が、信号検出回路１０５により変換されたデジタル信号の値を予め定めた放射線検知用の閾値と比較し、閾値以上となった否かにより放射線が照射されたか否か等、放射線の照射に関する検出を行うようにしており、制御装置２０２から制御信号を必要としない、いわゆる同期フリーとして構成している。なお、制御部１０６による放射線が照射されたか否かの検知は、放射線検知用の閾値と比較することに限らず、例えば、検知回数等、予め設定した条件に基づいて検知するようにしてもよい。
なお、本実施の形態で電気信号の「検出」とは、電気信号をサンプリングすることを示している。
次に、図８を用いて、上記構成の放射線画像撮影装置１００による放射線画像を撮影する際の動作の流れについて簡単に説明する。
本実施の形態の放射線検出器１０は、放射線が照射されていない状態であっても暗電流等によって電荷が発生して各画素２０に電荷が蓄積される。このため、放射線画像撮影装置１００では、待機状態の間も放射線検出素子１０の各画素２０に蓄積された電荷を取り出して除去するリセット動作を繰り返し行っている。このリセット動作で読み出された電荷による情報は、暗電流等により放射線画像に発生するノイズ（オフセット）の補正に利用される。また、本実施の形態では、放射線検出器１０（放射線画像撮影装置１００）のパワーオフ状態を待機期間としている。
放射線画像撮影装置１００は、放射線の照射開始を検出して放射線検出素子１０の各画素２０で電荷の蓄積を開始することにより放射線画像を撮影するものとされている。放射線画像の撮影を行う際、放射線画像撮影装置１００には、撮影モードへの移行が制御装置２０２から通知される。
放射線画像撮影装置１００は、撮影モードへの移行が通知されると、放射線の照射開始の検出を行う（放射線の照射の待機状態である）放射線検出期間に移行し、放射線の照射開始を検出すると放射線検出器１０の各画素２０で電荷を蓄積する蓄積期間に移行し、放射線の照射開始を検出してから所定時間後、または蓄積期間の完了を検出すると、蓄積された電荷を読み出す読出状態に移行し、電荷の読み出し終了後、再び待機状態に移行する。なお、電荷の読み出し終了後、続けてオフセット情報を取得するようにしてもよい。
次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に説明する。本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートを図９に示す。なお、図９は、上述した待機期間を終了し撮影モードに移行した後の放射線検出期間における動作の詳細を示したタイムチャートである。
本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、放射線検出期間では、スキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１（Ｇ１〜Ｇｎ）にゲート電位Ｖｇｌのスキャン信号を出力させる。これにより、各画素２０のＴＦＴスイッチ４は、オフ状態を維持する。
一方、放射線検知用制御回路１０８を制御して、放射線検知用制御回路１０８から各放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ１、Ｃｈ２）にゲート電位Ｖｇｈのスキャン信号を出力させる。これにより放射線検出期間の間、各画素２０の放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４は、オン状態を維持する。この際、画素２０Ａでは、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４が信号配線３に接続されていないため、オン状態ではあるが、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を介して信号配線３に電荷が出力されない。一方、放射線検知用画素２０Ｂでは、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４が信号配線３に接続されているため、オン状態であるのに応じて、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を介して信号配線３に電荷が出力される。また、本実施の形態では、所定周期１Ｈで信号検出回路１０５の増幅回路（ＣＡ：チャージアンプ）５０により信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータに変換させてサンプリングを繰り返す。
制御部１０６は、信号検出回路１０５により変換された放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータ値を予め定められた放射線の照射開始検出用閾値を比較し、当該閾値を越えたか否かにより、放射線の照射が開始されたか否かの検出を行う。当該閾値を越えた場合は、放射線の照射が開始されたことを検出し、上述の蓄積期間に移行する。
蓄積期間では、放射線検知用制御回路１０８から各放射線検知用走査配線１０９（ＣＨ１、Ｃｈ２）にゲート電位Ｖｇｌのスキャン信号を出力させる。これにより、各画素２０の放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４は、オフ状態を維持する。このように、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をオフ状態にすることにより、放射線検知用画素２０Ｂにおいても、蓄積期間の間、センサ部１０３に電荷が蓄積されるようにできる。従って、放射線検知用画素２０Ｂから出力された電荷（電荷に応じた電気信号）も用いて放射線画像を生成することができる。
なお、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れはこれに限らない。その他の例について図１０を参照して説明する。なお、図１０も、上述の図９と同様に、上述した待機期間を終了し撮影モードに移行した後の放射線検出期間における動作の詳細を示したタイムチャートである。
図１０に示した場合では、放射線検出期間では、スキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１（Ｇ１〜Ｇｎ）にリセット周期となる所定周期１Ｈで繰り返しゲート電位Ｖｇｈのスキャン信号を出力させる。これにより、各画素２０のＴＦＴスイッチ４が、オン状態になり、各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作がリセット周期１Ｈで繰り返し実行される。
一方、各放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ１、Ｃｈ２）には、上述のように各走査配線１０１にリセット動作用のゲート電位Ｖｇｈのスキャン信号が出力されている間は、放射線検知用制御回路１０８からゲート電位Ｖｇｌのスキャン信号が出力される。これによりリセット動作の間は、各画素２０の放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４はオフ状態になる。その後、各走査配線１０１に流れるスキャン信号のゲート電位Ｖｇｌになり、ＴＦＴスイッチ４がオフ状態になると、放射線検知用走査配線１０９に、ゲート電位Ｖｇｈのスキャン信号が放射線検知用制御回路１０８から出力され、各画素２０の放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４がオン状態になる。上述と同様に、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４がオン状態になるのに応じて、信号検出回路１０５の増幅回路（ＣＡ：チャージアンプ）５０により信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータに変換させてサンプリングを繰り返す。さらに、上述したように、制御部１０６により、信号検出回路１０５により変換された放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータ値と予め定められた放射線の照射開始検出用閾値とを比較し、当該閾値を越えた場合は、放射線の照射が開始されたことを検出し、蓄積期間に移行する。またさらに、この場合においても、蓄積期間では、放射線検知用制御回路１０８から各放射線検知用走査配線１０９（ＣＨ１、Ｃｈ２）にゲート電位Ｖｇｌのスキャン信号を出力させることにより、放射線検知用画素２０Ｂにおいても、蓄積期間の間、センサ部１０３に電荷が蓄積されるようにできる。従って、放射線検知用画素２０Ｂから出力された電荷（電荷に応じた電気信号）も用いて放射線画像を生成することができる。
なお、上記では、信号配線３毎に、電気信号をサンプリングして放射線の照射開始用の閾値を比較することにより放射線の照射開始を検出していたが、所定数の画素２０により形成されるブロック毎に放射線の照射開始を検出するようにしてもよい。ブロック毎に検出を行う場合の一例を図１１及び図１２に示す。
図１１では、４本（４行）の放射線検知用走査配線１０９が１本の放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ）として放射線検知用制御回路１０８に接続されている場合を示している。１ブロック４０は、１本の放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ）と、４本（４列）の信号配線３と、により構成される画素２０としている。具体的には、図２に示した放射線画像撮影装置１００（放射線検出器１０）の場合、８行の画素２０×４列の画素２０＝３２個の画素２０で１ブロック４０が形成される。
放射線の照射開始を検出する場合、放射線検知用制御回路１０８から放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ１〜Ｃｈｍ）に順次、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４がオンとなるスキャン信号を出力する。信号検出回路１０５では、各ブロック４０毎（ＣＡ１〜ＣＡｚ）に増幅回路５０で時分割で放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３の平均電荷量（平均電荷量に応じた電気信号）を読み取ることにより、図１２に示すように、各ブロック４０毎に、照射された放射線に応じて発生した平均電荷量が得られる。なお、図１２では、ブロック４０の濃度が濃い程、平均電荷量が大きく、従って照射された放射線の線量が多いことを示している。
制御部１０６は、各部録４０毎に、読み取った平均電荷量の時でタルデータ値と放射線の照射開始検出用の閾値とを比較し、当該閾値を越えた場合に、放射線の照射開始を検出する。
以上説明したように、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００の放射線検出器１０では、照射された放射線が変換された光に応じて電荷を発生するセンサ部１０３、センサ部１０３から読み出した電荷を信号配線３に出力するＴＦＴスイッチ４、及び信号配線３と非接続の放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を備えた画素２０Ａと、センサ部１０３、ＴＦＴスイッチ４、及び信号配線３と接続され、センサ部１０３から読み出した電荷を信号配線３に出力する放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を備えた放射線検知用画素２０Ｂと、を備える。放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４の制御端子は、放射線検知用走査配線１０９に接続されており、放射線検知用制御回路１０８から出力されたスキャン信号により、オン、オフが制御される。
このように、本実施の形態の放射線検出器１０では、蓄積期間及び読み出し期間において、放射線検知用制御回路１０８から放射線検知用走査配線１０９にオフ信号を流すことにより、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をオフ状態にすることができる。これにより、放射線検知用画素２０Ｂが接続されたことによる信号配線３の配線容量の増加を防止することができる。放射線検出器１０に生じる寄生容量のうち、画素２０の画素容量によるものが主体的である。例えば、１画素２０あたり２ｐＦ前後で、放射線検知用画素２０Ｂが１００個接続されている場合、２００ｐＦも寄生容量が増加する。一方、信号配線３の信号配線容量は２００ｐＦ前後であるため、放射線検知用画素２０Ｂを設けることにより、配線容量（寄生容量）が２倍になってしまう。本実施の形態では、上述のように放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をオフ状態にすることにより、こび放射線検知用画素２０Ｂによる寄生容量の増加を防止することができる。
放射線検知用画素２０Ｂが接続されている信号配線３と、放射線検知用画素２０Ｂが接続されておらず画素２０Ａのみが接続されている信号配線３との配線容量の差が大きくなるのを防止することができる。従って、放射線画像の品質を維持したまま放射線の照射に関する検出を行うこができる。
また、本実施の形態では、放射線検知用画素２０ＢにもＴＦＴスイッチ４を備えるように構成しており、放射線検知用画素２０Ｂから読み出した電荷情報（電気信号）を用いて放射線画像を生成できるため、放射線検知用画素２０Ｂが点欠陥になるのを抑制することができ、生成される放射線画像の品質を維持することができる。
また、本実施の形態では、２本の走査配線１０１の間に放射線検知用走査配線１０９を設けることにより、放射線検知用走査配線１０９を中心として、画素２０Ａと放射線検知用画素２０Ｂとが線対称となるように、いわゆるミラー反転した画素パターンとしている。このように構成することにより、放射線検知用走査配線１０９の配線を、画素２０の各行毎に設ける場合に比べて、１／２にすることができ、放射線検知用走査配線１０９の増加によるノイズの増加を抑制して、放射線画像の品質を維持することができると共に、歩留まりの低下を抑制することができる。
また、本実施の形態では、放射線の検出期間に放射線検知用走査配線１０９に放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４をオン状態とするスキャン信号を出力させ、画素２０を順次リセットしながら放射線の照射開始を検出するようにすることができる。このようにすることにより、リセットサイクルが変わることによるアーティファクトを防止することができるため、放射線画像の品質を維持することができる。
また、本実施の形態では、画素２０Ａにも放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を備えるように構成することにより、画素２０Ａと、放射線検知用画素２０Ｂとを略同一の構成とすることができる。一般に、検査装置により放射線検出素子１０の検査を行う場合、画素２０Ａとの形状（パタン）と放射線検知用画素２０Ｂの形状との相違から放射線検知用画素２０Ｂを不良（エラー）と検出してしまうのを防止することができる。従って、検査装置（例えば、光学的検査装置）の制約を回避することができる。また例えば、画素２０Ａの形状（パタン）と放射線検知用画素２０Ｂの形状（パタン）とが大きく異なると、放射線検出素子１０の製造に用いるマスクの繰り返しパタンが使用できなくなるため、製造しづらくなる場合があるが、マスクの繰り返しパタンを使用して製造を行うことができるため、製造し易くすることができる。
なお、本実施の形態では、放射線の照射開始を検出する場合について詳細に説明したがこれに限らず、その他の放射線の照射に関する検出を行うようにしてもよい。例えば、図１における放射線の制御装置２０２と同期が取れる場合には、放射線照射制御に利用することができる。図１３に示すように、放射線の照射開始の検出後の蓄積期間も所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返し、放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定の閾値と比較し、積算量が閾値を越えるか、もしくは越える時間を予測し超えることが予測される時間で、放射線照射を停止させる。また、同様に、線量に応じた最適ゲインになるような、リアルタイムゲイン切替にも利用することができる。図７に示したような信号検出回路１０５において、チャージアンプのアンプ５２のコンデンサＣの容量を何段階（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・）変更可能なものにおいて、放射線検知用画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータの値から、線量が低い場合には、Ｓ／Ｎ比が高くなるようにコンデンサの容量を変えてアンプの増幅率を上げ、高い場合には飽和しないように、アンプの増幅率を下げ、その後読み出される画素２０Ａからの信号の増幅率を最適になるように変える。
また、本実施の形態の放射線検出器１００の放射線検出器１０（図２参照）では、放射線検知用の画素２０Ｂが一部の信号配線３に接続されているがこれに限らず、全ての信号配線３に接続される位置に放射線検知用の画素２０Ｂを設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、走査配線１０１が２本（２列の画素２０に相当）毎に、１本の放射線検知用走査配線１０９を設けるように構成しているがこれに限らずその他の本数（その他の列数の画素２０）毎に、１本の放射線検知用走査配線１０９を設けるように構成してもよい。また、本実施の形態では、２本（４列の画素２０に相当）の放射線検知用走査配線１０９毎に、１本の放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ）として放射線検知用制御回路１０８に接続しているがこれに限らず、図１１に示したようにその他の本数（その他の列数の画素２０）毎に、１本の放射線検知用走査配線１０９（Ｃｈ）として放射線検知用制御回路１０８に接続するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、放射線検出器１０の画素２０Ａも放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を備えるように構成したが、例えば、図１４に示すように、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を備えないように画素２０Ａを構成してもよい。図２に示した本実施の形態の放射線検出器１０においても、画素２０Ａの放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４は信号配線３と非接続であり、放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を介して電荷が読み出されることがないため、図１４に示したように、画素２０Ａに放射線検知用ＴＦＴスイッチ３４を設けない場合では、放射線の照射に関する検出に関しては、適切に行うことができる。
また、本実施の形態では、照射された放射線がシンチレータにより変換された光に応じて電荷を発生する間接変換方式の場合について説明したがこれに限らず、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式の場合に適用してもよい。この場合、直接変換方式におけるセンサ部は、放射線が照射されることにより電荷を発生する。
その他、本実施の形態で説明した放射線検出器１００、放射線検出器１０、画素２０等の構成、動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態では、本発明の放射線は、特に限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を適用することができる。
３ 信号配線
４ ＴＦＴスイッチ
１０ 放射線検出素子
２０ 画素、２０Ｂ 放射線検知用の画素
３４ 放射線検知用ＴＦＴスイッチ
１００ 放射線検出器
１０１（Ｇ１〜Ｇｎ） 走査配線
１０３ センサ部
１０５ 信号検出回路
１０６ 制御部
１０８ 放射線検知用制御回路
１０９（Ｃｈ１〜Ｃｈｍ） 放射線検知用走査配線
２００ 放射線画像撮影システム

Claims (9)

  1. 複数の信号配線と、
    照射された放射線に応じて電荷を発生する第１センサ部、及び前記第１センサ部で発生した電荷を読み出して信号配線に出力する第１スイッチング素子を備えた複数の第１画素と、
    照射された放射線に応じて電荷を発生する第２センサ部、前記第２センサ部で発生した電荷を読み出して信号配線に出力する第２スイッチング素子、及び前記第２センサ部で発生した電荷を読み出して前記第２スイッチング素子により読み出された電荷が流れる信号配線に出力する放射線検知用スイッチング素子を備えた複数の第２画素と、
    前記第１スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第１スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線、及び前記第２スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第２スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線から成る走査配線群、または、前記第１スイッチング素子の制御端子及び前記第２スイッチング素子の制御端子が接続され、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をスイッチングする制御信号が流れる走査配線群のうちの少なくとも一方から成る複数の走査配線と、
    前記複数の走査配線のうち、予め定められた走査配線の間に設けられ、前記放射線検知用スイッチング素子の制御端子が接続され前記放射線検知用スイッチング素子をスイッチングする放射線検知用制御信号が流れる複数の放射線検知用走査配線と、
    を備え、
    前記複数の信号配線は、前記第１画素から出力された電荷、及び前記第２画素から出力された電荷が流れる信号配線から成る信号配線群、または、前記第１画素から出力された電荷、及び前記第２画素から出力された電荷が流れる信号配線と、前記第１画素から出力された電荷が流れる信号配線とから成る信号配線群のいずれかから成る、
    放射線検出器。
  2. 前記第１画素は、前記放射線検知用走査配線に制御端子が接続され、かつ信号配線に非接続の前記放射線検知用スイッチング素子を備えた、請求項１に記載の放射線検出器。
  3. 前記第１画素と、前記第２画素とは、前記放射線検知用走査配線を中心とした線対称形状を成して構成されている請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
  4. 前記複数の放射線検知用走査配線は、予め定められた本数毎に、前記放射線検知用制御信号が出力される放射線検知用制御回路に接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
  5. 前記請求項１から前記請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器と、
    前記放射線検出器の前記放射線検知用スイッチング素子に前記放射線検知用制御信号を出力する放射線検知用制御回路と、
    前記第２画素の前記放射線検知用スイッチング素子により信号配線に出力された電荷に応じた電気信号に基づいて、予め定められた放射線の照射に関する検出を行う検出手段と、
    を備えた放射線画像撮影装置。
  6. 前記検出手段により放射線の照射開始を検出する検出期間中は、前記走査配線には前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオフ状態にする制御信号が流れ、かつ、前記放射線検知用走査配線には、前記放射線検知用スイッチング素子をオン状態にする前記放射線検知用制御信号が流れる、請求項５に記載の放射線画像撮影装置。
  7. 前記検出手段により放射線の照射開始を検出する検出期間中に、予め定められた周期で、前記走査配線に前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオン状態にする制御信号を流すことにより前記第１画素及び前記第２画素に蓄積された電荷をリセットするリセット動作を繰り返す、請求項５または請求項６に記載の放射線画像撮影装置。
  8. 前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオン状態にして、前記第１画素及び前記第２画素から、放射線画像撮影用の電荷を信号配線に出力させる場合は、前記放射線検知用スイッチング素子をオフ状態にする、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
  9. 放射線を照射する照射装置と、
    前記照射装置から照射された放射線を検出して、検出した放射線に応じた放射線画像を取得する、前記請求項５から前記請求項８のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置と、
    を備えた放射線画像撮影システム。
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