JP5950840B2 - 放射線撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置及び撮像システムに関する。

Ｘ線又は光を電荷に変換する変換素子に所望の電位を供給するトランジスタを含む画素が複数配列された画素アレイを有する放射線撮像装置では、放射線を照射する前に、複数の画素の各々において発生する暗電流によって生じた電荷のリセットが求められる。そのため、このような放射線撮像装置では、放射線を照射する前に、周期的に複数の画素のトランジスタを順に導通状態として変換素子に供給される電圧をリセットすることにより、画素の電荷を周期的にリセットするリセット動作を行うものがある。

特許文献１には、トランジスタとして変換素子で発生した電荷に応じた信号を信号線及び信号線からの信号を処理する回路に転送する転送用スイッチ素子を用いて、変換素子に供給される電圧をリセットする放射線撮像装置が示されている。また、Ｘ線が照射されたことを放射線撮像装置が検知し、Ｘ線が照射されたことに応じて、リセット動作を中断することが示されている。リセット動作の中断によって、Ｘ線の照射に応じた電荷を画素が蓄積するために全てのトランジスタが非導通状態とされる蓄積動作に移行する。更にその蓄積動作が開始してから所定の時間（蓄積時間）が経過した後に、該電荷を画素信号としてそれぞれ順に読み出す読出動作に相当する本読み動作が開始されることが示されている。特許文献１によると、この方法によって、Ｘ線が照射されてから画像信号を読み出す動作を開始するまでの時間を短縮するとともに、リセット動作によるアーチファクトの発生を抑制している。

特許文献２には、リセット動作におけるトランジスタの導通状態の時間を、読出動作におけるトランジスタの導通時間よりも長い時間になるように設定することが示されている。このことによって、リセット効率を向上させることが示されている。

特開２００７−１５１７６１号公報 特開２０１０−２６８１７１号公報

ところで、前述のようにＸ線の照射に応じて周期的に為されるリセットが中断されることにより、画素アレイにおいて、その中断までにリセットが為された第１ブロックと、その中断までにリセットが為されなかった第２ブロックとが存在する。第１ブロックと第２ブロックでは、トランジスタが非導通状態で維持される蓄積時間が互いに異なるため、これらの間では、蓄積時間に画素で発生する暗電流に基づくノイズ信号値に差が生じる。これにより、取得された放射線画像において、第１ブロックに対応する第１画像領域と第２ブロックに対応する第２画像領域との境界部分において大きな濃淡差が生じうる。このことは、放射線画像の信頼性を低下させる。

本発明は、発明者による上記課題の認識を契機として為されたものであり、良質な放射線画像を取得するのに有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、放射線を電荷に変換するための変換素子と、ゲートとソースとドレインとを有して前記ソース及び前記ドレインの一方が前記変換素子に接続され前記ソース及びドレインの他方が電源に接続されたトランジスタと、を有する画素が複数の行及び複数の列を構成するように複数配された撮像部と、前記トランジスタを導通状態にする導通電圧と前記トランジスタを非導通状態にする非導通電圧とを選択的に前記トランジスタのゲートに供給する駆動部と、前記駆動部が、各々が前記複数の行のうちの少なくとも１つの行の前記トランジスタのゲートに対する前記導通電圧の供給を前記複数の行に対して順に行う複数回の第１動作を行い、前記放射線の照射に応答して前記第１動作の前記導通電圧の供給を停止し、前記第１動作の前記導通電圧の供給の停止に応じて前記トランジスタのゲートに対する前記非導通電圧の供給を前記複数の行に対して行う第２動作を行い、前記第２動作の終了に応じて前記複数の行のうちの少なくとも１つの行の前記トランジスタのゲートに対する前記導通電圧の供給を前記複数の行に対して順に行う第３動作を行うように、前記駆動部を制御する制御部と、を備える放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数回の第１動作の各々に要する時間が、前記第３動作に要する時間よりも短く、前記複数回の第１動作の各々において前記導通電圧を供給する時間が、前記第３動作において前記導通電圧を供給する時間よりも短くなるように、前記駆動部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、良質な放射線画像を取得することができる。

第１実施形態の構成の例を説明する図。 第１実施形態の駆動方法の例を説明する図。 比較例の駆動方法の例を説明する図。 暗電流の応答特性を説明する図。 第１実施形態の効果を説明する図。 第１実施形態の他の駆動方法の例を説明する図。 第１実施形態の他の部分の構成例を説明する図。 第１実施形態を適用した撮像システムの一例を説明する図。 第１実施形態の他の部分の構成例を説明する図。 第２実施形態の構成及び駆動方法の例を説明する図。 他の実施形態の駆動方法の例を説明する図。 第１実施形態の他の駆動方法の例を説明する図。 第１実施形態の他の駆動方法の例を説明する図。

＜第１実施形態＞
以下に示す図面を参照しながら、第１実施形態の放射線撮像装置１００を説明する。本実施形態では、放射線を蛍光体によって光に変換した後に光電変換によって電気信号に変換する方式を放射線撮像装置１００に適用した場合について述べるが、この方式に限られるものではない。例えば、アモルファスシリコン等の変換素子を用いて放射線を電気信号に変換する方式を放射線撮像装置１００に適用してもよい。また、以下では、放射線は、Ｘ線、α線、β線、γ線等の電磁波を含むものとして説明する。

図１（ａ）は、放射線撮像装置１００を適用した撮像システムを説明するためのブロック図である。この撮像システムは、例えば、放射線撮像装置１００、放射線源５０１、曝射スイッチ５０３及び放射線制御装置５０２を備えうる。曝射スイッチ５０３が押された後は、放射線制御装置５０２からの制御信号により、放射線源５０１から放射線５０５が照射されうる。放射線撮像装置１００が備える検出部５０６は、放射線の照射を検出しうる。これにより、放射線の照射に応じて、放射線撮像装置１００を駆動することができる。検出部５０６は、ここでは、放射線撮像装置１００の内部に配されているが、照射された放射線を検出できる他の場所に配されていてもよい。図１（ｂ）は、放射線撮像装置１００の一部を説明するブロック図である。放射線撮像装置１００は、例えば、検出部５０６、制御部１０８、駆動部１０２、撮像部１０１及び処理部１０６を備えうる。検出部５０６は、放射線が照射されたことを検出する。制御部１０８は、撮像部１０１を駆動する駆動部１０２に制御信号を出力することによって、撮像部１０１の動作を制御する。処理部１０６は、撮像部１０１から読み出された信号を処理する。

検出部５０６は、放射線が照射されたことを検出できる場所に配されていればよく、例えば、蛍光体（不図示）を備える撮像部１０１の一部に配されてもよい。この場合、検出部５０６は、例えば、変換素子ＰＤと、アンプａｍｐＸ及び帰還抵抗Ｒｆで構成される増幅回路５０と、比較器ＣＭＰとを備えうる。変換素子ＰＤには、例えば、アモルファスシリコンを用いたＰＩＮ型フォトダイオードやＭＩＳ型光電変換素子等が用いられうる。放射線の照射によって変換素子ＰＤに光が入射し、それに応じた信号が増幅回路５０で増幅される。比較器ＣＭＰは、この増幅された信号と基準電位ＶｒｅｆＸとを比較し、その結果を信号５０７として出力する。このようにして、検出部５０６は、放射線が照射されたことを検出する。

撮像部１０１には、画素２０１が複数の行及び複数の列を構成するように複数配されている。ここでは、簡易化のため、画素２０１が８行×８列を構成するように配された撮像部１０１を示している。また、撮像部１０１には、信号線Ｓｉｇ_１〜Ｓｉｇ_８が各列の画素２０１に対応するようにそれぞれ配されうる。例えば、第ｍ行目、第ｎ列目の画素２０１は、変換素子Ｓ_ｍｎとトランジスタＴ_ｍｎとを備えうる。変換素子Ｓ_ｍｎは、２つの電極の間に半導体を備えて、放射線又は光を電荷に変換し得るものである。変換素子Ｓ_ｍｎの一方電極は、トランジスタＴ_ｍｎに電気的に接続され、他方の電極は、センサバイアスＶｓに電気的に接続されうる。変換素子Ｓ_ｍｎには、例えば、半導体としてアモルファスシリコンを用いたＰＩＮ型フォトダイオードやＭＩＳ型光電変換素子等が用いられうる。また、変換素子Ｓ_ｍｎには、半導体としてアモルファスセレンを用いた放射線を直接電荷に変換する素子が用いられ得る。トランジスタＴ_ｍｎには、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられうる。トランジスタＴ_ｍｎはゲートとソースとドレインとを有しており、ソース及びドレインの一方が変換素子Ｓ_ｍｎの一方の電極に接続される。ソース及びドレインの他方は電源が接続され、本実施形態では、電源として、信号線に接続される処理部１０６が有する定電圧源（後述の基準電圧Ｖｒｅｆ１）に接続される。ゲートに信号Ｇｍの導通電圧が供給されると、トランジスタＴ_ｍｎが導通状態になり、変換素子Ｓ_ｍｎに蓄積された電荷の量に応じた信号が信号線Ｓｉｇ_ｎに出力されうる。この際、定電圧源から所定の定電圧が導通状態のトランジスタＴ_ｍｎを介して供給されることにより、変換素子Ｓ_ｍｎの電圧がリセットされて変換素子Ｓ_ｍｎで発生した電荷がリセットされる。このようにして、信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧に応じて、画素２０１のそれぞれから変換素子Ｓ_ｍｎに蓄積された電荷に応じた信号が読み出され、読み出された信号のそれぞれは、信号線Ｓｉｇ_１〜Ｓｉｇ_８を介して処理部１０６にそれぞれ入力されうる。そして、画素２０１のそれぞれがリセットされる。このように、複数の画素２０１に対して、各画素２０１が有するソース及びドレインの一方が変換素子Ｓ_ｍｎに接続されソース及びドレインの他方が定電圧源に接続されたトランジスタＴ_ｍｎを、複数の行に対して順に導通状態にする動作を、リセット動作と称する。

駆動部１０２は、トランジスタＴ_ｍｎのゲートにトランジスタＴ_ｍｎを導通状態にする導通電圧とトランジスタＴ_ｍｎを非導通状態にする非導通電圧とを有する信号Ｇ１〜Ｇ８を供給し得る。駆動部１０２は、撮像部１０１の各行に対応して、例えば、Ｄフリップフロップ（以下、単に「ＤＦＦ１」〜「ＤＦＦ８」、これらをまとめて「ＤＦＦ」と示す）を備え、シフトレジスタを構成しうる。また、駆動部１０２は、各ＤＦＦに対応して、ＡＮＤ回路及びレベルシフト回路ＬＥＶＥＬをそれぞれ備えうる。駆動部１０２には、タイミングジェネレータＴＧから信号ＤＩＯ、信号ＣＰＶ及び信号ＯＥのそれぞれが入力されうる。信号ＤＩＯは、ＤＦＦ１に入力するためのスタートパルス信号である。信号ＣＰＶは、各ＤＦＦの保持するパルスを次段のＤＦＦにシフトするためのシフトクロック信号である。信号ＯＥは、各ＤＦＦの保持する状態をそれに対応するレベルシフト回路ＬＥＶＥＬに出力するか否かを決定するための出力イネーブル信号である。レベルシフト回路ＬＥＶＥＬは、電圧レベルをシフトする回路である。このようにして、駆動部１０２は、信号ＯＥがＨｉ状態のときは各ＤＦＦが保持する導通電圧または非導通電圧を選択的に撮像部１０１に出力しうる。また、駆動部１０２は、信号ＯＥがＬｏｗ状態のときは非導通電圧を、撮像部１０１に出力しうる。

制御部１０８は、例えば、タイミングジェネレータＴＧ、カウンタＣＮＴ、ユニット５１０、記憶部Ｍ及びスイッチＳＷを備えうる。ユニット５１０は、検出部５０６からの信号５０７によって放射線が照射されたことに応答して、カウンタＣＮＴのカウンタ値に応じた値を記憶部Ｍに格納しうる。また、ユニット５１０は、信号ＯＥをタイミングジェネレータＴＧに接続するか、Ｌｏｗ状態に固定するかスイッチＳＷによって切り替えうる。タイミングジェネレータＴＧは、２種類のタイミング（ＴＧＫ及びＴＧＨ）を生成しうる。動作の詳細な説明は、後に駆動方法を説明しながら具体的に述べる。

図２（ａ）は、放射線撮像装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。図２（ａ）は、上から、撮像部１０１の動作の状態、放射線が照射されたことを検出するための検出信号の出力値及び当該検出の判定結果が示されている。さらに、その下には、信号ＤＩＯ、ＣＰＶ及びＯＥ、カウンタＣＮＴのカウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒ、並びに記憶部Ｍが記憶している情報ｍｅｍｏｒｙが示されている。その下には、信号Ｇ１〜Ｇ８が示されている。撮像部１０１の動作は、以下に説明する第１動作乃至第６動作を含みうる。

第１動作は、複数の画素２０１のそれぞれを少なくとも１行を単位として周期的にリセットするリセット動作である。言い換えると、第１動作は、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_ｍｎのゲートに対する導通電圧の供給を複数行に対して順に行う動作である。リセット動作は、放射線が照射されるまで繰り返し複数回行われ得る。ここで、リセット動作の周期とは、画素２０１の全てをリセットするのに要する時間であり、先になされた各画素２０１のうちの所定の画素のリセットの開始とその次になされる所定の画素のリセットの開始の間の時間である。または、先になされた各画素２０１のうちの所定の画素のリセットの終了とその次になされる所定の画素のリセットの終了の間の時間である。本実施形態では、リセット動作の周期は、１行当たりのトランジスタＴ_ｍｎに導通電圧が供給される時間に行数を乗算した時間で表され得る。また、１周期分のリセット動作（画素２０１の全てをリセットする工程）は、信号ＤＩＯが入力された後に信号ＣＰＶに応じて信号Ｇ１〜Ｇ８が順番に活性化されることによって為されうる。このリセット動作は、複数の画素２０１のそれぞれにおいて生じている暗電流に基づくノイズ信号成分を周期的に初期化しうる。また、信号ＤＩＯが入力された後は信号ＣＰＶに応じてカウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒが１から８まで順次カウントされうる。

制御部１０８は、放射線が照射されたことに応じて第１動作の導通電圧の供給を停止することによって第１動作を中断して第２動作に移行するように駆動部１０２を制御する。第２動作は、変換素子Ｓ_ｍｎで発生した電荷に応じた電気信号を画素２０１に蓄積するために、トランジスタＴ_ｍｎを非導通状態とする非導通電圧を駆動部１０２がトランジスタＴ_ｍｎのゲートに供給する蓄積動作である。本実施形態では、蓄積動作は複数の画素２０１の全てのトランジスタＴ_ｍｎのゲートに対して駆動部１０２が非導通電圧を供給しているものである。第２動作では、所定の期間にわたって待機し、画素２０１のそれぞれは、放射線が照射されることによって生じた電荷を含む電荷に応じた電気信号を蓄積する。また、制御部１０８は、第２動作の終了に応じて、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_ｍｎのゲートに対する導通電圧の供給を複数行に対して順に行う第３動作を行うように、駆動部１０２を制御する。この第３動作は、蓄積された電荷の量に応じた画素信号が画素２０１のそれぞれから処理部１０６に読み出される読出動作である。また、この第２動作では、放射線が照射されたことに応じて、カウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒに応じた値が記憶部Ｍに格納される。ここでは、カウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒに１を加えた値が格納される。

制御部１０８は、第３動作の終了に応じて第４動作に移行するように駆動部１０２を制御する。第４動作は、複数回のリセット動作（第２リセット動作）を含みうる。言い換えると、第４動作は、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_ｍｎのゲートに対する導通電圧の供給を複数行に対して順に行う動作である。第４動作は、複数回行われた後に行われる第４動作において、第１動作において導通電圧の供給が停止された行で導通電圧の供給を停止することによって終了する。この終了は、例えば、前述の記憶部Ｍに格納された情報ｍｅｍｏｒｙにしたがって為されうる。ここでは、２周期分のリセット動作が為された後の３周期目の第４動作が中断されているが、各画素２０１の暗電流によって生じた電荷をリセットするために充分な回数だけ（例えば、５回）繰り返して為されなければならない。本実施形態では、５回以上繰り返し行われた後に終了することが好ましい。

制御部１０８は、第１動作にあわせて第４動作における導通電圧の供給を停止することによって第４動作を中断して第４動作を終了し、第４動作の終了に応じて第５動作に移行するように駆動部１０２を制御している。第５動作は第２動作と同様に、変換素子Ｓ_ｍｎで発生した電荷に応じた電気信号を画素２０１に蓄積するために、トランジスタＴ_ｍｎを非導通状態とする非導通電圧を駆動部１０２がトランジスタＴ_ｍｎのゲートに供給する蓄積動作である。ただし、第５動作においては、画素２０１のそれぞれは、放射線が照射されていないため、暗電流によって生じた電荷に応じた電気信号を蓄積する。また、制御部１０８は、第５動作の終了に応じて、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_ｍｎのゲートに対する導通電圧の供給を複数行に対して順に行う第６動作を行うように、駆動部１０２を制御する。第６動作では、暗電流によって生じた電荷に応じた電気信号（暗時の画素信号）を画素２０１のそれぞれから処理部１０６に読み出す。暗時の画素信号は、例えば、画素２０１が有するオフセット成分を補正のための信号を含む。その後、放射線撮像装置１００の処理部１０６は、画素２０１のそれぞれについての画像信号（第１画像信号）と、暗時の画素信号によって得られた第２画像信号とを取得し得る。好ましくは、処理部１０６は第１画像信号と第２画像信号との差分を算出して、放射線画像として取得する。ただし、本発明はそれに限定されず、例えば放射線撮像装置１００の外部に設けられた別の処理装置（不図示）で、差分を算出してもよい。ここで、図２（ａ）から分かるように、放射線撮像装置１００では、第１動作の周期が、第３動作に要する時間よりも短くなっている。また、制御部１０８は、第１動作において導通電圧を供給する時間が、第３動作において導通電圧を供給する時間よりも短くなるように、駆動部１０２を制御する。これは、例えば、制御部１０８のタイミングジェネレータＴＧの２種類のタイミング（ＴＧＫ及びＴＧＨ）を切り替えることによって為されうる。

以下では、図３乃至図１０を参照しながら、第１動作における導通電圧を供給する時間が第３動作における導通電圧を供給する時間よりも短くして、第１動作の周期が第３動作に要する時間よりも短くしたことによる効果について、比較例と比較しながら述べる。まず、比較例について、図３を参照しながら述べる。図３の上には、画素２０１が有する暗電流の応答特性を示している。その下には、撮像部１０１の動作の状態、放射線が照射されたことを検出する検出信号の出力値及び当該検出にかかる判定結果を示している。また、その下には、簡易化のため、信号Ｇ１〜Ｇ５を示している。比較例では、第１動作における導通電圧を供給する時間が第３動作における導通電圧を供給する時間と同じで、第１動作の周期と第３動作に要する時間とが同じになっている。

ここでは、信号Ｇ２によって導通電圧が供給された時に放射線が照射されたことが検出された場合を示している。図３のＱ２Ｘは、第２動作の蓄積動作において第２列目の画素２０１において蓄積された電荷量、即ち、暗電流の応答特性をａ点からｃ点まで積分した値に対応している。同様にして、Ｑ３Ｘは暗電流の応答特性をｂ点からｄ点まで積分した値に対応しており、Ｑ２Ｆはｅ点からｇ点まで積分した値に対応しており、Ｑ３Ｆはｆ点からｈ点まで積分した値に対応している。

変換素子Ｓ_ｍｎにセンサバイアスを印加したことに対する暗電流の応答特性は、一定ではないことが多い。例えば、撮像部１０１にセンサバイアスを印加した後は、図４（ａ）に示されるような特性を有している。また、例えば、光を照射することによって残像を低減する方法も用いられうるが、この場合は、図４（ｂ）に示されるような特性を有している。また、例えば、放射線を照射することによって暗電流を低減する方法も用いられうるが、図４（ｃ）に示されるような特性を有している。例えば、アモルファスシリコンのフォトダイオードを用いた場合は、暗電流が安定するまでに約６０秒の時間を要する。

前述のとおり、駆動部１０２は、放射線の照射に応じて第１動作における導通電圧の供給を停止して第１動作を中断し、第２動作に移行する。よって、撮像部１０１においては、その導通電圧の供給の停止までに導通電圧の供給が為された第１ブロックと、その導通電圧の供給の停止までに導通電圧の供給が為されなかった第２ブロックとが存在する。上述の例では、第１ブロックは第１行目〜第２行目の画素２０１であり、第２ブロックは第３行目〜だい５行目の画素２０１である。しかし、上述のような暗電流の応答特性により、第１ブロックと第２ブロックとの境界部（第２行目と第３行目）においては、Ｑ２ＸとＱ３Ｘとの差、及びＱ２ＦとＱ３Ｆとの差が大きくなる。このことは、第１画像信号及び第２画像信号を読み出した結果、放射線画像の信号の出力値に、該境界部において信号出力値に段差（以下、「リセット中断による段差」言う。）が生じる。図５（ａ）は、比較例の場合において取得された放射線画像と、出力値をプロットしたグラフとを、撮像部１０１の全ての行について示している。ここでは、第１動作における１行当たりの導通電圧を供給する時間と、第３動作における１行当たりの導通電圧を供給するとが共に６６［μｓｅｃ］の場合を示している。図５（ａ）に示されているように、リセット中断による段差が発生していることが分かる。

次に、第１動作における導通電圧を供給する時間Δｔｏｎが第３動作における導通電圧を供給する時間ΔＴＯＮよりも短くして、第１動作の周期を第３動作に要する時間よりも短くした場合について、図２（ｂ）を参照しながら述べる。図２（ｂ）は、図３に対応するようにそれぞれの状態を示している。図２（ｂ）では、Ｑ２ＸとＱ３Ｘとの差及びＱ２ＦとＱ３Ｆとの差が図３に示す比較例の場合より小さくなっている。これにより、リセット中断による段差を低減することができる。図５（ｂ）は、図２（ｂ）に示す場合において取得された放射線画像と、出力値をプロットしたグラフとを、撮像部１０１の全ての行について示している。ここでは、第１動作における１行当たりの導通電圧を供給する時間が８［μｓｅｃ］であり、第３動作における１行当たりの導通電圧を供給する時間が６６［μｓｅｃ］の場合を示している。このように、本実施形態によると、リセット中断による段差を低減することができ、良質な放射線画像を取得することができる。また、時間Δｔｏｎが時間ΔＴＯＮよりも短いため、第１動作においてある行に導通電圧が供給されている際に放射線が照射された場合に、トランジスタＴ_ｍｎによって転送される電気信号が少なくなるため、リセット中断による段差を低減することができる。

また、図２（ｂ）に示されるように、第１動作における導通電圧を供給する時間をΔｔｏｎ、複数の行の行数をｘ、第１動作の周期をΔｔとしたときに、Δｔｏｎ＊ｘ＝Δｔの関係が成立しうる。また、第２動作を開始する時刻をＴ２、第４動作を開始する時刻をＴ４としたときに、Δｔ＜（Ｔ４−Ｔ２）／１０の関係が成り立つとよい。また、さらに、第５動作を開始する時刻をＴ５、変換素子Ｓ_ｍｎの暗電流の応答特性をｆ（ｔ）としたときに、

に示される式の関係が成り立つとよい。ここで、σは、第１画像信号と第２画像信号との差分を算出して取得された画像信号の標準偏差を示している。これによって、Ｑ２ＸとＱ３Ｘとの差及びＱ２ＦとＱ３Ｆとの差は、Ｑ２Ｘ及びＱ３Ｘの絶対値並びにＱ２Ｆ及びＱ３Ｆの絶対値に比べて十分小さくなり、リセット中断による段差を小さくすることができる。

図５（ｃ）は、横軸を第１動作における導通電圧を供給する時間Δｔｏｎとし、縦軸をリセット中断による段差の量としてプロットした結果を示している。図５（ｃ）から分かるように、第１動作における導通電圧を供給する時間Δｔｏｎを小さくすることによって、リセット中断による段差が低減される。

図６は、上述の第１動作及び第４動作のそれぞれが、複数の画素２０１のそれぞれを２行単位で為された場合を示している。これにより、第１動作及び第４動作の周期Δｔを、さらに２分の１にすることができる。第１動作及び第４動作の周期Δｔは、Δｔｏｎを行数で乗算した時間にほぼ等しい。そのため、図５（ｃ）からも分かるように、第１動作及び第４動作の周期Δｔと、リセット中断による段差の量とは、ほぼ比例関係にある。よって、第１動作及び第４動作を２行単位で行うことによって該段差の量は２分の１になる。第１動作及び第４動作は、２行より多い行数の単位で為されてもよいし、これによって、さらに良質な放射線画像を取得することができる。

第１動作及び第４動作の順序は、リセット中断による段差が低減されればよく、上述の態様に限られるものではない。当該順序は、例えば、図１２に示されるように、奇数行について１行単位でリセットした後に偶数行について１行単位でリセットする動作を繰り返すものでもよい。また、当該順序は、例えば、図１３に示されるように、奇数行について２行単位でリセットした後に偶数行について２行単位でリセットする動作を繰り返すものでもよい。なお、図１２及び図１３に示す例では、第１動作における１行当たりの導通電圧を供給する時間が１６［μｓｅｃ］であり、第３動作における１行当たりの導通電圧を供給する時間が６６［μｓｅｃ］の場合を示している。また、第１動作における所定行への導通電圧の供給の終了と所定行の次に導通電圧が供給される行への導通電圧の供給の開始の間の時間が１６［μｓｅｃ］である。

以下では、図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、画素２０１のそれぞれから読み出された信号を処理する方法の例を説明する。図７（ａ）には、処理部１０６の構成の例を具体的に示している。また、放射線撮像装置１００は、電源制御部１０７をさらに備えうる。電源制御部１０７は、制御部１０８からの制御信号１１８に応じて、前述の撮像部１０１、駆動部１０２、処理部１０６のそれぞれに供給する電源（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３、Ｖｓ及び不図示の電源を含む。）を制御する。また、制御部１０８は、前述の信号ＣＰＶ、ＤＩＯ及びＯＥを含む信号１１８の他、処理部１０６を制御するための処理部１０６用の制御信号を出力しうる。処理部１０６用の制御信号は、信号１１６、１１７ａ、１１７ｂ、１２０ｏｅ、１２０ｎ、１２０ｓ等を含みうる。

処理部１０６は、読出部１０３ａ及び１０３ｂ、アナログデジタル変換部１０４ａ及び１０４ｂ及びデジタル信号処理部１０５を備えうる。読出部１０３ａは、図７（ｂ）に例示されるように、増幅部２０２ａ、ＳＨユニット２０３ａ、マルチプレクサ２０４ａ、可変増幅器２０５ａを備えうる。増幅部２０２ａは、撮像部１０１の各列に対応した複数の増幅回路を備えうる。例えば、第ｎ列目の増幅回路は、演算増幅器Ａ_ｎ、帰還容量Ｃｆ_ｎ及びリセットスイッチＲＣ_ｎを備えうる。演算増幅器Ａ_ｎの非反転入力端子（「＋」で示す）には基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力されうる。本実施形態では、この基準電圧Ｖｒｅｆ１を供給する電源が、本願発明の定電圧源に相当する。ＳＨユニット２０３ａは、各列に対応した複数のサンプルホールド回路を備えうる。例えば、第ｎ列目のサンプルホールド回路は、複数のスイッチ（ＳＨＯＮ_ｎ、ＳＨＯＳ_ｎ、ＳＨＥＮ_ｎ及びＳＨＥＳ_ｎ）と、複数の容量（Ｃｈｏｎ_ｎ、Ｃｈｏｓ_ｎ、Ｃｈｅｎ_ｎ及びＣｈｅｓ_ｎ）とを備えうる。マルチプレクサ２０４ａは、各列に対応したスイッチ群を備え、例えば、第ｎ列目には、スイッチＭＳＯＮ_ｎ、ＭＳＯＳ_ｎ、ＭＳＥＮ_ｎ及びＭＳＥＳ_ｎが配されうる。マルチプレクサ２０４ａは、撮像部１０１の各列からそれぞれ読み出された信号を、前記スイッチ群を切り替えながら、順次、ソースフォロワトランジスタＳＦＮａ及びＳＦＳａを介して可変増幅器２０５ａに入力しうる。このようにして、読出部１０３ａは、撮像部１０１の各列からそれぞれ読み出された信号について、順に、増幅された第１画像信号を含むＳ信号と、増幅部のオフセット成分であるＮ信号とを読み出し、これらの差分がそれぞれ増幅されて出力されうる。以上は、読出部１０３ａについて述べたが、読出部１０３ｂについても同様である。

ここで、撮像部１０１の画素２０１のそれぞれは、第１画素群１０１ａ及び第２画素群１０１ｂに分割されうる。第１画素群１０１ａは、第１〜８行目、第１〜４列目の画素１０１を含み、第２画素群１０１ｂは、第１〜８行目、第５〜８列目の画素１０１を含みうる。読出部１０３ａは、第１画素群１０１ａに含まれる画素２０１のそれぞれから信号をそれぞれ読み出しうる。読み出された信号のそれぞれは、アナログデジタル変換部１０４ａによってデジタル信号に変換されうる。第２画素群１０１ｂにおいても、同様にして、信号のそれぞれが読み出され、デジタル信号に変換されうる。変換されたデジタル信号は、デジタル信号処理部１０５に入力され、所定の信号処理が為された後、例えば、配線１１５を介して表示部（不図示）等に出力されうる。

また、放射線撮像装置１００は、図８（ａ）に例示されるように、他の形態の撮像システムに適用することができる。図８（ａ）に示す撮像システムでは、制御部１０８は、放射線制御装置５０２からの制御信号５０４によって、直接、放射線が照射されたことを検出しうる点で図１（ａ）と異なる。このように、放射線撮像装置１００は、放射線を検出する方法が有線によるもの又は無線によるもののいずれであるかに限定されることなく撮像システムに適用することができる。

また、さらに、放射線撮像装置１００は、図８（ｂ）に例示されるように、他の形態の撮像システムに適用することができる。この撮像システムは、センサバイアスＶｓの電流の変化を検出することによって、放射線の照射を検出する。この電流の変化は、放射線撮像装置１００が電流検知部５０８を備えることによって為されうる。この場合、放射線撮像装置１００は、図９に例示されるような構造を採ればよい。以上のように、放射線撮像装置１００は、上述のように、放射線を検出する方法は多様であり、様々な形態の撮像システムに適用することが可能である。

その他、短い時間で多くの患者を連続して撮影するために、撮像部１０１にバイアスを印加してから第２動作を開始する時刻までの時間を、例えば、６０秒以内に設定すると効率的である。光を照射することによって暗電流を低減する方法も用いる場合は、撮像部１０１に光を照射してから第２動作を開始する時刻までの時間を、例えば、６０秒以内に設定してもよい。また、第１乃至第６動作までの一連の動作に要する時間を、例えば、６０秒以内に設定してもよい。

＜第２実施形態＞
図１０（ａ）及び（ｂ）、及び、図１１を参照しながら、第２実施形態の放射線撮像装置２００を説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）、並びに、図１１において用いている番号（記号を含む。）について、第１実施形態で用いた番号と同じものは前述と同様であるため説明を省略する。図１０（ａ）は、放射線撮像装置２００を駆動する撮像システムの一例を説明するためのブロック図である。第２実施形態は、信号ＤＩＯをＤＦＦ１の側とＤＦＦ８の側との両方の側から入力している点で第１実施形態と異なる。

図１０（ｂ）は、第１実施形態の図２（ａ）と同様にして、放射線撮像装置２００を駆動するためのタイミングチャートを示している。放射線撮像装置２００には、一方では信号Ｇ１から信号Ｇ４の順に導通電圧が駆動部１０２から供給され、これと同時に、他方では信号Ｇ８から信号Ｇ５の順に導通電圧が駆動部１０２から供給されうる。即ち、画素２０１のそれぞれは、撮像部１０１における第１行目及び第８行目のそれぞれから、中央の行（第４及び第５行目）に向かってそれぞれ順にリセットされうる。よって、リセットの周期Δｔを２分の１にすることができ、後に得られる放射線画像において生じうる濃淡強度の段差をさらに低減することができる。また、上記の場合は、画素２０１のそれぞれのリセットが、撮像部１０１の上端と下端の行のそれぞれから中央の行に向かって順に為されるため、該中央の行における信号値の段差の発生を低減する。このリセットは、撮像部１０１の中央の行から上端と下端の行のそれぞれに向かって順に為されてもよい。この場合は、放射線撮像装置２００には、一方では導通電圧が信号Ｇ４から信号Ｇ１の順に供給され、他方では導通電圧が信号Ｇ５から信号Ｇ８の順に供給されるように駆動部１０２を制御すればよい。

図１１を参照しながら、第２実施形態の応用例を説明する。図１１には、簡易化のため、撮像部１０１と駆動部１０２と処理部１０６とを含む放射線撮像装置を概略的に示している。図１１の中に示した矢印５２０のそれぞれは、駆動部１０２による第１動作及び第４動作における撮像部１０１の走査の方向、即ち、撮像部１０１についてのリセットの順番を示している。撮像部１０１の走査の方向は、信号ＳＨＬ１及びＳＨＬ２によって決定される。ここでは、駆動部１０２のそれぞれに、信号ＤＩＯをそれぞれ入力し、画素２０１のそれぞれを１２行単位でリセットを行うため、リセットの周期Δｔを１２分の１にすることができる。

このようにして、第１動作及び第４動作であるリセット動作は、撮像部１０１における複数の領域ごとに個別にそれぞれ行われうる。複数の領域のそれぞれは、それに含まれる複数の画素１０１をリセットする順番が、隣り合う領域と互いに異なるようにしている。これにより、隣り合う領域との境界部におけるノイズ信号値の段差の発生を低減する。よって、本実施形態によると、良質な放射線画像を取得することができる。

以上の２つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。例えば、上述の各実施形態では、画素２０１は、トランジスタＴ_ｍｎを導通状態にして変換素子Ｓ_ｍｎの電荷を信号線Ｓｉｇ_ｎに転送して読出動作ないしリセット動作を行う構成を例示したが（いわゆる破壊読み出し）、画素２０１の構成はこれに限られない。画素２０１は、他の公知の構成を採ってもよく、例えば、複数のトランジスタ（例えば、転送トランジスタ、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタ）を用いて、いわゆる非破壊読み出しを行う構成にしてもよい。この場合、例えば、読出動作においては転送用の制御信号（第１信号）が画素２０１（の転送トランジスタ）に供給され、リセット動作においてはリセット用の制御信号（第２信号）が画素２０１（のリセットトランジスタ）に供給されうる。

Claims (17)

1. 放射線を電荷に変換するための変換素子と、ゲートとソースとドレインとを有して前記ソース及び前記ドレインの一方が前記変換素子に接続され前記ソース及びドレインの他方が電源に接続されたトランジスタと、を有する画素が複数の行及び複数の列を構成するように複数配された撮像部と、
   前記トランジスタのゲートに電圧を供給して各画素を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を備える放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、
   前記トランジスタを導通状態にするための導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して少なくとも１つの行を含む単位で順に行う第１動作を複数回行い、
   前記放射線の照射に応答して前記第１動作を停止し、前記トランジスタを非導通状態にするための非導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して行う第２動作を行い、
   前記第２動作の終了に応じて、前記導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して順に行う第３動作を行う
   ように、前記駆動部を制御し、
   前記第１動作において各画素の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時間は、前記第３動作において各画素の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時間よりも短い
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記制御部は、更に、
   前記第３動作の終了に応じて、前記導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して少なくとも１つの行を含む単位で順に行う第４動作を複数回行い、
   前記複数の行のうち前記第１動作において前記導通電圧の供給が停止された行で前記第４動作を停止し、前記非導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して行う第５動作を行い、
   前記第５動作の終了に応じて、前記導通電圧の前記トランジスタのゲートへの供給を前記複数の行に対して順に行う第６動作を行う
   ように、前記駆動部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記第３動作によって得られた第１画像信号と、前記第６動作によって得られた第２画像信号と、を取得する処理部を更に有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記処理部は前記第１画像信号と前記第２画像信号との差分を算出して取得する
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 放射線を電荷に変換するための変換素子を有する画素が複数の行及び複数の列を構成するように複数配された撮像部と、
   各画素を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を備える放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、
   前記変換素子を初期化するための第１信号の各画素への供給を前記複数の行について少なくとも１つの行を含む単位で順に行う第１動作を複数回行い、
   前記放射線の照射に応答して前記第１信号の供給を停止し、各画素に電荷を蓄積させる第２動作を行い、
   前記第２動作の終了に応じて、前記変換素子から信号を出力させるための第２信号の各画素への供給を前記複数の行について順に行う第３動作を行う
   ように、前記駆動部を制御し、
   前記第１動作において各画素に前記第１信号を供給する時間は、前記第３動作において各画素に前記第２信号を供給する時間よりも短い
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、更に、
   前記第３動作の終了に応じて、前記第１信号の各画素への供給を複数の行について少なくとも１つの行を含む単位で順に行う第４動作を複数回行い、
   前記複数の行のうち前記第１動作の前記第１信号の供給が停止された行で前記第４動作の前記第１信号の供給を停止し、各画素に電荷を蓄積させる第５動作を行い、
   前記第５動作の終了に応じて、前記第２信号の各画素への供給を前記複数の行に対して順に行う第６動作を行う
   ように、前記駆動部を制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記第３動作によって得られた第１画像信号と、前記第６動作によって得られた第２画像信号と、を取得する処理部を更に有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記処理部は前記第１画像信号と前記第２画像信号との差分を算出して取得する
   ことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
9. 前記第１動作における前記導通電圧を供給する時間をΔｔｏｎ、前記複数の行の行数をｘ、前記第１動作の周期をΔｔ、前記第２動作を開始する時刻をＴ２、前記第４動作を開始する時刻をＴ４としたときに、
   Δｔｏｎ＊ｘ＝Δｔ＜（Ｔ４−Ｔ２）／１０の関係が成り立つ
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記第１動作又は第４動作の周期をΔｔ、前記第２動作を開始する時刻をＴ２、前記第５動作を開始する時刻をＴ５、前記変換素子の暗電流の応答特性をｆ（ｔ）、前記第１画像信号と前記第２画像信号との差分を算出して取得された画像信号の標準偏差をσとしたときに、
    の関係が成り立つ
    ことを特徴とする請求項３、請求項４、請求項７および請求項８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記第１動作は、前記撮像部における複数の領域ごとに個別にそれぞれ行い、
    前記複数の領域のそれぞれは、複数の行を構成する複数の前記画素で構成され、
    前記複数の領域のそれぞれは、それに含まれる前記複数の画素のそれぞれを少なくとも１行を単位として周期的にリセットする順番が、隣り合う前記領域と互いに異なる
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記第１動作に要する時間は、前記第３動作に要する時間よりも短い
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記撮像部にバイアスを印加してから前記第２動作を開始する時刻までの時間が６０秒以内である
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 前記撮像部に光を照射してから前記第２動作を開始する時刻までの時間が６０秒以内である
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
15. 前記第１乃至第６動作までの一連の動作を６０秒以内で行う
    ことを特徴とする請求項２乃至４および請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
16. 前記画素の各々における前記変換素子は、放射線を光に変換する蛍光体を有する層と、光電変換素子とを含む
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線を発生させるための放射線源と、
    を具備することを特徴とする撮像システム。