JP5676503B2 - 放射線画像撮影装置、放射線画像撮影装置の制御プログラム、及び放射線画像撮影装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像撮影装置、放射線画像撮影装置の制御プログラム、及び放射線画像撮影装置の制御方法に係り、特に医療用の放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置、放射線画像撮影装置の制御プログラム、及び放射線画像撮影装置の制御方法に関する。

従来より、医療診断を目的とした放射線撮影を行う放射線画像撮影装置が知られている。当該放射線画像撮影装置は、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。当該放射線画像撮影装置は、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。

このような放射線画像撮影装置は、放射線を検出する放射線検出素子を備えている。当該検放射線出素子として、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と、光電変換素子で発生した電荷を読み出して当該電荷に応じた電気信号を出力するスイッチング素子と、当該スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する積分回路により成る増幅回路と、が二次元に配置されたもの等がある。

ＴＦＴアクティブマトリクス基板のように、ＴＦＴ等のスイッチング素子をマトリクス状に多数個配置した場合、スイッチング素子をオン／オフさせるための複数本のゲート配線（走査配線）と、スイッチング素子がオンした画素からの信号電荷を伝送するための複数本の信号配線は交差配置した構成となり、寄生容量が生じる。スイッチング素子のオン時及びオフ時に、当該スイッチング素子に接続された走査配線と信号配線の交差位置に存在する寄生容量に加わる電圧の大きさが変化することで、寄生容量に誘導電荷が生じ、その電荷が信号配線を伝送される電荷（放射線画像用の信号電荷）にいわゆるフィードスルーと称されるノイズ成分として重畳される。放射線検出パネルは個々の画素に保持蓄積される電荷量が微小であり、信号配線に伝送される信号電荷のオーダーと、フィードスルー成分のオーダーとが等しいので、フィードスルー成分の影響を無視できない。特に、動画撮影の場合は、撮影毎の線量を静止画撮影よりも少なくするため、画素に保持蓄積される電荷量が更に微少となり、フィードスルー成分の影響が大きくなる場合がある。

そのため、フィードスルーを除去（キャンセル）する技術として、例えば、特許文献１〜３に記載された技術がある。

特許文献１には、別個に配置した専用の調整手段によりフィードスルーをキャンセルする技術が記載されている。また、特許文献２には、チャージアンプを相関２重サンプリングを行うための差動アンプとし、当該アンプにおける電荷信号の積分期間内において、スイッチング素子をオン状態にする制御信号の電圧の向きとは逆向きの電圧の信号を各ゲート配線に出力することにより、１積分期間内において、スイッチング素子のゲートをオンさせるための制御信号とゲートをオフさせるための制御信号とによりフィードスルー成分をキャンセルする技術が記載されている。また、特許文献３には、信号線に選択用スイッチを設け、この選択用スイッチとゲート配線のオン／オフ操作により、１積分期間内において、フィードスルー成分をキャンセルする技術が記載されている。

特開２００１−５６３８２号公報 特開２００６−１０１３９６号公報 特開２００７−１０８０８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、専用の調整手段が必要であるため、以下のような問題が生じる。専用の調整手段のために専用回路等が必要であり、また、専用の調整手段への感度情報の重畳を避けるために、センサ容量を付加できず、容量が異なってしまう。またさらに、専用の調整手段はスイッチング素子（画素）の周辺部に配置する必要が有るため、大面積のセンサ基板では、容量が面内でばらついてしまう、という問題がある。

一方、特許文献２に記載の技術では、電荷を蓄積する増幅回路には、信号電荷にフィードスルー成分が加わった電気信号が入力されることになり、当該電気信号が増幅回路の積分回路（アンプ）で増幅可能な範囲内に収まらなくなってしまうことにより、ダイナミックレンジが狭くなるという問題が生じる。

また、特許文献３に記載の技術では、選択用スイッチをオンにしたときから積分回路への電荷の蓄積が開始するため、選択用スイッチによるスイッチングノイズ、スイッチング素子であるＴＦＴのゲートオンによるスイッチングノイズにより、ダイナミックレンジが狭くなるという問題が生じる。

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、ダイナミックレンジを狭くすることなく、フィードスルーを抑制することができる、放射線画像撮影装置、放射線画像撮影装置の制御プログラム、及び放射線画像撮影装置の制御方法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、本発明に記載の放射線画像撮影装置は、照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、前記制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動して前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力する制御手段と、を備える。

本発明によれば、制御手段が、前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、前記制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素のスイッチング素子を駆動して電気信号を信号線に出力する第１期間と、第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素のスイッチング素子が電気信号を信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすようにスイッチング素子から電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力する、または、第１期間の終了と第２期間の開始とが重なるように制御信号を前記制御配線に出力する。

本発明では、上述のように制御手段が制御信号を出力することにより、第１画素のスイッチング素子を駆動して電気信号を信号線に出力する第１期間が終了する際に上述のフィードスルー成分と同レベルかつ、逆向きの信号を発生させることができるため、当該信号を用いてフィードスルー成分をキャンセルさせることができる。

従って、専用の調整手段等を設けることなく、ダイナミックレンジを狭くすることなく、フィードスルーを抑制することができる。
また、制御配線の遅延時間がスイッチング素子の遅延時間よりも充分に小さくなるため、電気信号の出力期間に比して、短期間でフィードスルー成分のキャンセル動作を完了させることができる。

また、本発明に記載の放射線画像撮影装置のように、前記制御手段は、前記増幅手段が蓄積した電荷をリセットするリセット手段を備え、前記増幅手段が蓄積した前記第１画素の前記スイッチング素子から前記信号線に出力された前記電気信号に応じた電荷を前記リセット手段がリセットした後に、前記第１画素の前記第１期間が終了し、かつ前記第２画素の前記第２期間が開始することが好ましい。

また、本発明に記載の放射線画像撮影装置のように、前記第１画素と前記第２画素とは、隣接する画素であることが好ましい。

このようにすることにより、フィードスルー成分をキャンセルしたい対象の画素の近隣で補正が可能であるため、面内のばらつきによる影響を受けずに、適切にフィードスルー成分の抑制を行うことが出来る。

また、本発明に記載の放射線画像撮影装置は、照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、第１画素の前記スイッチング素子をオフにすることに起因して発生するフィードスルーノイズの電荷量に基づいて予め定められた第１発生期間に、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子をオンにすることに起因して発生するフィードスルーノイズの電荷量に基づいて予め定められた第２発生期間が含まれるように、前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力する制御手段と、を備える。

本発明の放射線画像撮影装置の制御プログラムは、照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、を備えた放射線画像撮影装置による放射線画像の撮影を行う処理をコンピュータに実行させるための放射線画像撮影装置の制御プログラムであって、前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、前記制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動し前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力するステップ、を備えた処理をコンピュータに実行させるためのものである。

本発明に記載の放射線画像撮影装置の制御方法は、照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、を備えた放射線画像撮影装置において、前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、前記制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動し前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力する工程、を備える。

以上説明したように、ダイナミックレンジを狭くすることなく、フィードスルーを抑制することができるという効果が得られる。

第１の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。 第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成の一例を示す構成図である。 第１の本実施の形態に係る放射線検出素子の構成の一例を示す平面図である。 第１の本実施の形態に係る放射線検出素子の一例の線断面図である。 第１の本実施の形態に係る放射線画像撮影装置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。 第１の本実施の形態に係る放射線画像撮影装置における放射線画像を撮影する際の動作の流れの一例を示したタイムチャートである。 第１の本実施の形態に係る放射線画像撮影装置における放射線画像を撮影する際の動作の流れの一例を示したタイムチャートである。 第２の本実施の形態に係る放射線画像撮影装置における放射線画像を撮影する際の動作の流れの一例を示したタイムチャートである。 従来の技術として例示した放射線画像撮影装置における動作の流れの一例を示したタイムチャートである。

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。
〔第１の実施の形態〕

まず、本実施の形態の放射線画像撮影装置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素子１０を備えた放射線画像撮影装置１００と、放射線画像の撮影を指示すると共に、放射線画像撮影装置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画像撮影装置１００に照射される。

次に、本実施の形態の放射線画像撮影装置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素子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、放射線画像撮影装置１００は、間接変換方式の放射線検出素子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。

放射線検出素子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、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の走査配線１０１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の信号配線３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１０２４×１０２４個配置されている。

また、放射線検出素子１０には、基板１（図３参照）上に、ＴＦＴスイッチ４をオン／オフするための複数の制御配線である走査配線１０１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１０２４×１０２４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。

さらに、放射線検出素子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。共通電極配線２５は、一端及び他端が並列に接続されており、一端が所定のバイアス電圧を供給する電源１１０に接続されている。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制御信号が流れる。このように制御信号が各走査配線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（オン／オフ）される。

信号配線３には、各画素２０のＴＦＴスイッチ４がオン状態の場合に、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がオン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をオン／オフするための制御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又は走査配線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（増幅回路５０、図５参照）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及びスキャン信号制御回路１０４には、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制御部１０６が接続されている。

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および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、信号検出回路１０５から入力された、各放射線検出用の画素２０の電荷情報を示す電気信号に基づいて、照射された放射線が示す画像を生成する。

図３には、本実施形態に係る間接変換方式の放射線検出素子１０の構造を示す平面図が示されており、図４には、図３の放射線画像撮影用の画素２０ＡのＡ−Ａ線断面図が示されている。

図４に示すように、放射線検出素子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、又は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、ＳｉＮ_Ｘ 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、又は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。

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、ＳｉＮ_Ｘ 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素子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素子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素子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、又は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。

このように形成された放射線検出素子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５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５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、放射線検出素子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、基準電位に基づいて電荷を増幅する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（昇圧）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。これにより、アンプ５２内の電荷がリセット（本実施の形態ではグランドレベルにリセット）される。

ＡＤＣ５４は、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）スイッチＳＷ２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。

本実施の形態の制御部１０６は、放射線画像のための電荷情報を信号検出回路１０５（ＡＤＣ５４）から読み取って、撮影された放射線画像の画像データを生成する際に、ＴＦＴスイッチ４のオン／オフタイミングを制御することにより、ダイナミックレンジを狭くすることなく、フィードスルーを抑制する機能を有している。

次に、図６、図７、及び図９を参照して、上記構成の放射線画像撮影装置１００の制御部１０６が、撮影された放射線画像の画像データを生成する際の、ＴＦＴスイッチ４のオン／オフタイミングの制御動作について説明する。図６、７には、放射線画像を撮影する際の動作の流れの一例を示したタイムチャートを示す。なお、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、放射線画像の撮影の際の各動作は、画素２０の行毎（走査配線１０１毎）に行われる。また、図９には、比較例として、上述の従来の技術として例示した放射線画像撮影装置における動作の流れの一例を示したタイムチャートを示す。

放射線照射装置２０４から放射線が照射されると、照射された放射線は、シンチレータに吸収され、可視光に変換される。なお、放射線は、放射線検出素子１０の表側、裏側の何れから照射されてもかまわない。シンチレータで可視光に変換された光は、各画素２０のセンサ部１０３に照射される。

センサ部１０３では、光が照射されると内部に電荷が発生する。この発生した電荷は下部電極１１により収集されることにより、センサ部１０３の電荷（信号電荷）が増加する。

画素２０（画素２０ｎ−１）から電荷を読み取るために、ＴＦＴスイッチ４のゲート信号Ｇｎ−１がＶｇｈになり、ゲート信号Ｇｎ−１が入力される走査配線１０１に接続された１行分の画素２０ｎ−１では、ＴＦＴスイッチ４（ＴＦＴスイッチ４ｎ−１）がオン状態になり、センサ部１０３に蓄積された電荷が読み出されて、増幅回路５０のコンデンサＣに蓄積される。

本実施の形態では、センサ部１０３から電荷を読み出すのに充分な予め定められた期間が経過した後、所定期間、増幅回路５０の電荷リセット用スイッチＳＷ１をオンに（図６、アンプリセット参照）して、増幅回路５０のコンデンサＣに蓄積された電荷を放電（リセット）する。

次に、画素２０ｎから電荷を読み取るが、この際、上述したように、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、ＴＦＴスイッチ４をオン／オフさせるための複数本の走査配線１０１と、スイッチング素子４がオンした画素２０からの信号電荷を伝送するための複数本の信号配線３を交差配置した構成となっているため、スイッチング素子４のオン時及びオフ時に、当該スイッチング素子４に接続された走査配線１０１と信号配線３の交差位置に存在する寄生容量に加わる電圧の大きさが変化することで、信号配線３を伝送される信号電荷に、フィードスルー（図６、７参照）が重畳される。

そのため、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、増幅回路５０（アンプ５２）のリセット後、画素２０ｎ−１のＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオン状態である期間が終了（オフ状態に）すると共に、画素２０ｎのＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態に（オン状態である期間を開始）する。ＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にするタイミングと、ＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態にするタイミングとは、図７に示したように、同じタイミングであることが好ましい。または図６に示したように、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にするタイミングと、ＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態にするタイミングがほぼ同時とみなせる期間であれば、ＴＦＴスイッチ４がオン状態である期間と、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオン状態である期間とが重なる、すなわち両期間の一部が重なっていてもよい。

ここで、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にするタイミングと、ＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態である期間とが重なる期間をＴとすると、ＴＦＴスイッチ４ｎによる電荷Ｑの読み出しが進む前に、フィードスルー成分のキャンセル動作を終了させるためには、期間Ｔは、ＴＦＴスイッチ４ｎに接続された走査配線１０１ｎの遅延時間τｇよりも大きく、ＴＦＴスイッチ４ｎのスイッチング遅延時間τｔｆｔよりも小さくなる範囲であればよい。

ＴＦＴスイッチ４ｎに接続された走査配線１０１ｎの遅延時間τｇは、走査配線１０１ｎの配線容量をＣｇ、走査配線１０１ｎの配線抵抗をＲｇとすると、次の（１）式となる。

τｇ＝Ｃｇ×Ｒｇ ・・・（１）

また、ＴＦＴスイッチ４ｎのスイッチング遅延時間τｔｆｔは、検出画素２０ｎの容量（フォトダイオード容量Ｃｐｄ＋ＴＦＴスイッチ４の容量Ｃｔｆｔ≒Ｃｐｄ）をＣｐｄ、ＴＦＴスイッチ４ｎのオン抵抗をＲｏｎとすると、次の（２）式となる。

τｔｆｔ＝Ｃｐｄ×Ｒｏｎ ・・・（２）

従って、期間Ｔの範囲は、次の（３）式の関係式を満たすような範囲であればよい。

τｇ＜Ｔ＜τｔｆｔ ・・・（３）

また、次の（４）式の関係が成り立つようにＴＦＴスイッチ４ｎのサイズを規定してやればよい。

Ｃｇ×Ｒｇ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎ ・・・（４）

一般的に、配線容量Ｃｇは数百ｐＦ、配線抵抗Ｒｇは数ｋΩ、容量Ｃｐｄは数ｐＦ、オン抵抗Ｒｏｎは数ＭΩであるので、０．数μｓ＜Ｔ＜数μｓであればよい。例えば、配線容量Ｃｇ＝１００ｐＦ、配線抵抗Ｒｇ＝１０ｋΩ、容量Ｃｐｄ＝２ｐＦ、オン抵抗Ｒｏｎ＝５ＭΩとすると、上記（１）式により遅延時間τｇ＝１μｓとなり、上記（２）式によりスイッチング遅延時間τｔｆｔ＝１０μｓとなる。従って、上記（３）式により期間Ｔを１〜１０μｓに設定する。

さらに好ましくは、画素２０ｎからの電荷Ｑが充分に信号配線３に流れ出す前（スイッチング遅延時間τｔｆｔの５０％程度よりも前）に前段と後段のフィードスルーのキャンセルが完了しておいた方がよい。すなわち、次の（５）式の関係式を満たすような範囲が好ましい。

τｇ＜Ｔ＜τｔｆｔ×０．５ ・・・（５）

当該（５）式に、上記の例を当てはめると、期間Ｔ＝１〜５μｓとなる。

また、上記の例では、遅延時間τｇがスイッチング遅延時間τｔｆｔよりも充分に小さくなるため、電荷Ｑの読み出しが進む前に、フィードスルー成分のキャンセル動作が完了する。従って、アンプ５２のダイナミックレンジを拡大することができる。

ＴＦＴスイッチ４をオンにした際にフィードスルーが発生するが、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１のオフによって、当該フィードスルーとレベルが等しく逆向きの信号（キャンセル信号）が発生するため、ＴＦＴスイッチ４がオン状態である期間と、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオン状態である期間とをほぼ同時期とすることにより、フィードスルー成分をすぐにキャンセルすることができる。

そのため、画素２０ｎから読み出された信号電荷Ｑｎには、フィードスルーが重畳するのを抑制できる。従って、増幅回路５０（アンプ５２）のゲインは、信号電荷を考慮して設定してやればよく（図６、７、Ｇ１参照）、増幅回路５０（アンプ５２）のダイナミックレンジが制限されず、有効活用することができる。

一方、図９に示した従来の放射線画像撮影装置では、ゲート信号Ｇｎ−１がオフ（Ｖｇｌ）になった後、アンプがリセットされ、リセットが終わった後に、ゲート信号Ｇｎがオン（Ｖｇｈ）になる。そのため、ゲート信号Ｇｎのオン後に発生したフィードスルー成分がキャンセルされず、ゲート信号Ｇｎがオンになったことにより読み出される信号電荷Ｑｎにフィードスルー成分が重畳されてしまう。従って、トータルの電荷量が多くなってしまうため、ゲインの設定を図６、７に示した本実施の形態におけるＧ１からＧ２に上げなくてはならす、アンプのダイナミックレンジが狭くなる。すなわち、重畳されたフィードスルー成分に応じた電荷量の分、ダイナミックレンジが狭くなる。

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では、制御部１０６が、画素２０ｎ−１のＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にするタイミングと、画素２０ｎのＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態にするタイミングとを、同時タイミング、または、ＴＦＴスイッチ４がオン状態である期間と、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオン状態である期間との一部とが重なるがほぼ同時とみなせるタイミングとするように制御するために、各ＴＦＴスイッチ４のゲートに走査配線１０１を介して制御信号Ｇを出力する。

これにより、画素２０ｎのＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態にすることにより発生したフィードスルー成分を、画素２０ｎ−１のＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にすることにより発生したキャンセル信号によりキャンセルすることができるため、すぐさま、フィードスルー成分がキャンセルされる。従って、信号電荷Ｑｎにフィードスルー成分が重畳することがなく、さらにダイナミックレンジが狭くなるのを抑制することができる。
〔第２の実施の形態〕
本実施の形態は、第１の実施の形態の放射線画像撮影装置１００と略同様の構成及び動作を有しているため、略同様の構成及び動作についてはその旨を記し、詳細な説明を省略する。
本実施の形態の放射線画像撮影装置１００において発生するフィードスルーノイズについて図８を参照して説明する。図８には、本実施の形態の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の一例を示したタイムチャートを示す。
画素２０ｎ−１のＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオン状態である期間が終了する（ゲート信号が立ち下がる）際、当該動作に起因して、寄生容量に加わる電圧の大きさが変化する。当該変化に伴い、寄生容量に誘導電化（フィードスルーノイズ）が発生する。当該フィードスルーノイズは、図８に示すように、負極性を示す。一方、画素２０ｎのＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態である期間が開始する（ゲート信号が立ち上がる）際、当該動作に起因して、寄生容量に加わる電圧の大きさが変化する。当該変化に伴い、寄生容量に誘導電化（フィードスルーノイズ）が発生する。当該フィードスルーノイズは、図８に示すように正極性を示す。両フィードスルーノイズは、電荷量の絶対値が同量（図８においてフィードスルーノイズを示した斜線部の面積が同一）である。
このように、両フィードスルーノイズは、互いに極性が異なり、かつ、電荷量（エネルギー総量）が等しい。そこで本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、ＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態になることに起因して発生したフィードスルーノイズを、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオフ状態になることに起因して発生したフィードスルーノイズによりキャンセルすることができるように、制御信号Ｇを出力する。
すなわち本実施の形態の放射線画像撮影装置１００は、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオフ状態に切り替わるのに伴って発生したフィードスルーノイズの発生期間ｔｎ−１内に、ＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態に切り替わるのに伴って発生したフィードスルーノイズの発生期間ｔｎが含まれるようにＴＦＴスイッチ４をオン／オフさせるタイミングを制御している。
なお、フィードスルーノイズの発生期間（発生期間ｔｎ及び発生期間ｔｎ−１）は、フィードスルーノイズが発生した全期間（発生開始から発生終了まで）でなくてもよい。予め定められた量のフィードスルーノイズ（電荷）が発生している期間としてもよい。フィードスルーノイズの発生期間については、予め実験等により得ておけばよい。
図８に示すように発生期間ｔｎ−１は、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオフ状態に切り替わったタイミングよりも後になる。一方、図８に示すように発生期間ｔｎは、ＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態に切り替わったタイミングよりも後になる。発生期間ｔｎ−１内に、発生期間ｔｎが含まれるように、制御するため、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、ＴＦＴスイッチ４ｎ−１がオフ状態になったタイミングから所定時間経過後にＴＦＴスイッチ４ｎがオン状態になる。
なお、図８に示すように、発生期間ｔｎ−１内に、発生期間ｔｎが完全に含まることが好ましいが、完全に含まれていなくとも、一部が含まれる場合であってもよい。発生期間ｔｎ−１と発生期間ｔｎとが一部の期間でも重なり合えば、フィードスルー成分を信号線上でキャンセルすることができる。なお、一部の期間が重なり合う場合は、重なり合わない期間に発生したフィードスルーノイズが信号に重畳することになるため、発生するフィードスルーノイズの大きさや、ダイナミックレンジを考慮して、重なり合わせる期間を定めるようにすることが好ましい。
以上、各実施の形態で説明したように、放射線画像撮影装置１００では、画素２０ｎのＴＦＴスイッチ４ｎをオン状態にすることにより発生したフィードスルー成分（ノイズ）を、画素２０ｎ−１のＴＦＴスイッチ４ｎ−１をオフ状態にすることにより発生したキャンセル信号またはフィードスルーノイズによりキャンセルすることができる。そのため、すぐさま、フィードスルー成分（ノイズ）がキャンセルされる。従って、信号電荷Ｑｎにフィードスルー成分(ノイズ)が重畳することがなく、さらにダイナミックレンジが狭くなるのを抑制することができる。
また、専用の調整手段を用いる必要がないため、専用の回路等を設ける必要がない。そのため、フィードスルー成分をキャンセルしたい対象の部位（画素２０）の近隣で補正が可能である。従って、ＴＦＴ４の面内のばらつきによる影響を受けずに、適切にフィードスルー成分の抑制を行うことが出来る。

なお、上記各実施の形態では、隣接する画素２０を用いた場合について詳細に説明したが、同一の信号線３に接続された画素２０同士であって、ＴＦＴスイッチ４を駆動するタイミングが上述のように制御されるものであれば限定されず、隣接しない画素２０を用いてもよい。画素２０の構成要素、例えばセンサ部１０３やＴＦＴ４の特性は、近傍画素、特に隣接画素間においては特性差は無視できるレベルであるが、場所が離れるにつれて画素間の特性差は無視できなくなることがある。そのため、よりフィードスルー成分をキャンセルする目的においては上述のように近傍、特に隣接する画素２０を用いフィードスルー成分をキャンセルすることが好ましい。すなわち、近接する走査配線１０１同士に接続されるＴＦＴスイッチ４のオン／オフを制御することにより、フィードスルー成分の抑制（キャンセル）を行うことが好ましい。
なお、ダミーの走査配線１０１を設けておくことが好ましい。ダミーの走査配線１０１に対してＴＦＴスイッチ４を駆動するのと同様に制御信号Ｇを出力することにより、最初に電荷が読み出される行の画素２０のＴＦＴスイッチ４をオン状態にすることにより発生したフィードスルー成分をキャンセルさせることができる。また同様に、最後に電荷が読み出される行の画素２０のＴＦＴスイッチ４をオフ状態にすることにより発生したフィードスルー成分をキャンセルさせることができる
なお、上記各実施の形態では、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放射線検知素子は、放射線が照射されることにより電荷を発生する。
また、その他上記各実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００、放射線検出素子１０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、上記各実施の形態において放射線は、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。
また、画素２０の形状は、上記各実施の形態に限定されない。例えば、上記各実施の形態では、矩形画素２０を示したが画素２０の形状は、矩形状に限らずその他の形状でもよい。また、走査配線１０１と信号配線３とが交差するように配置された形態であれば、画素２０の配置も上記各実施の形態に限定されない。例えば、画素２０が行列状に配置される形態として、図２に示したように、矩形状に規則性を有して配置された場合を示したが、画素２０が２次元状に規則性を有して配置される形態であれば限定されない。

３ 信号配線
４ ＴＦＴスイッチ
１０ 放射線検出素子
２０ 画素
５０ 増幅回路
５２ アンプ
１００ 放射線画像撮影装置
１０１ 走査配線
１０３ センサ部
１０５ 信号検出回路
１０６ 制御部

Claims (6)

1. 照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、
   前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、
   前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動して前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を前記制御配線に出力する制御手段と、
   を備えた放射線画像撮影装置。
2. 前記増幅手段が蓄積した電荷をリセットするリセット手段を備え、
   前記制御手段は、前記増幅手段が蓄積した前記第１画素の前記スイッチング素子から前記信号線に出力された前記電気信号に応じた電荷を前記リセット手段がリセットした後に、前記第１画素の前記第１期間が終了し、かつ前記第２画素の前記第２期間が開始する、請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記第１画素と前記第２画素とは、隣接する画素である、請求項１または請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
4. 照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、
   前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、
   第１画素の前記スイッチング素子をオフにすることに起因して発生するフィードスルーノイズの電荷量に基づいて予め定められた第１発生期間に、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子をオンにすることに起因して発生するフィードスルーノイズの電荷量に基づいて予め定められた第２発生期間が含まれるように、前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を制御配線に出力する制御手段と、
   を備えた放射線画像撮影装置。
5. 照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、を備えた放射線画像撮影装置による放射線画像の撮影を行う処理をコンピュータに実行させるための放射線画像撮影装置の制御プログラムであって、
   前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動し前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を前記制御配線に出力するステップ、
   を備えた処理をコンピュータに実行させるための放射線画像撮影装置の制御プログラム。
6. 照射された放射線に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記光電変換素子から前記電荷を読み出して前記電荷に応じた電気信号を信号線に出力するスイッチング素子を各々備え、かつ行列状に配置された画素と、前記スイッチング素子から出力された電気信号に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅した電気信号を出力する増幅手段と、を備えた放射線画像撮影装置において、
   前記スイッチング素子のオン抵抗をＲｏｎ、前記スイッチング素子を備えた前記画素の画素容量をＣｐｄ、制御配線の配線抵抗をＲｇ、配線容量をＣｇとした場合に、第１画素の前記スイッチング素子を駆動し前記電気信号を前記信号線に出力する第１期間と、前記第１画素の前記スイッチング素子の次に駆動する第２画素の前記スイッチング素子が前記電気信号を前記信号線に出力する第２期間の一部とが重なる期間ＴがＣｇ×Ｒｇ＜Ｔ＜Ｃｐｄ×Ｒｏｎの関係を満たすように前記スイッチング素子から前記電気信号を出力する期間を制御する制御信号を前記制御配線に出力する工程、
   を備えた放射線画像撮影装置の制御方法。