JP6088686B2

JP6088686B2 - 放射線画像撮影装置

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Publication number: JP6088686B2
Application number: JP2016046779A
Authority: JP
Inventors: 美広岡田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: JP2016146649A

Description

本発明は、放射線画像撮影装置に関する。

近年、ＴＦＴ（Thin film transistor）アクティブマトリックス基板上に放射線感応層を配置し、Ｘ線などの放射線を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（flat panel detector）等の放射線検出素子を用いた放射線画像撮影装置が実用化されている。このＦＰＤは、従来の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。

この種の放射線検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、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や、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。

ところで、この放射線検出素子は、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に電荷が蓄積される。このため、放射線検出素子を用いた放射線画像撮影装置では、待機中、放射線検出素子の各画素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おり、撮影時、リセット動作を停止して放射線の照射期間の間、電荷を蓄積させ、照射期間終了後に放射線検出素子の各画素に蓄積された電荷の読み出しを行う。

この放射線の照射タイミングと放射線検出素子による電荷蓄積の開始タイミングとを同期させる技術として、特許文献１には、放射線検出素子の撮影領域外に個別に放射線検出用のセンサを配置し、当該放射線検出用のセンサで放射線が検出されたタイミングで放射線検出素子により電荷の蓄積を開始させる技術が開示されている。

特開２００２−１８１９４２号公報

本発明は、外乱要因などに起因してノイズが発生する場合でも、ノイズの影響を抑えて精度良く放射線を検出できる放射線画像撮影装置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、本発明の放射線画像撮影装置は、放射線又は放射線が変換された光を受けて電荷を発生するセンサ部、及び発生した電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々備え、マトリクス状に配置された複数の画素と、複数の画素のうち、放射線画像撮影用の画素として予め定められた画素のスイッチ素子に接続され、スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の第１走査配線と、複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた画素のスイッチ素子に接続され、スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の第２走査配線と、スイッチ素子に接続され、スイッチ素子の状態に応じてセンサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、放射線検出用の画素のスイッチ素子に接続された少なくとも１つの信号配線を第１配線とし、放射線検出用の画素が接続されていない、又は放射線検出用の画素の接続数が第１配線よりも少ない信号配線を第２配線として、第１配線と第２配線とを流れる電気信号の差、又は第１配線と第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差に基づいて放射線を検出する検出部と、を備え、複数の画素の隣接する４つの画素が、１つの放射線検出用の画素と、３つの放射線画像撮影用の画素とによって構成されている。

なお、本発明は、検出部が、第２配線を流れる電気信号の値が一定値以下である場合、第１配線を流れる電気信号の値を用いて放射線を検出してもよい。

また、本発明は、第１走査配線及び第２走査配線が、複数の画素における行方向の全ての画素列の各々に対して、並列に設けられていてもよい。

また、本発明は、第２走査配線の各々が個別に接続され、接続された第２走査配線の各々に個別に制御信号を出力する制御信号出力回路をさらに備えてもよい。

また、本発明は、検出部が、第１配線と第２配線とを流れる電気信号の差、又は第１配線と第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差が、予め定められたしきい値未満となったことを検出することにより、放射線の照射終了を検出してもよい。

また、本発明は、検出部が、第１配線と第２配線とを流れる電気信号の差、又は第１配線と第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差を累積して、累計の放射線の照射量を検出してもよい。
また、本発明は、放射線検出用の画素が、互いに隣り合わずに配置されていてもよい。
特に、本発明は、放射線検出用の画素が、互いに斜めに配置されていてもよい。
また、本発明は、検出部が、第１配線と第２配線とを流れる電気信号の差を出力する差動アンプの出力信号をデジタル変換したデジタルデータに基づいて放射線を検出してもよい。

本発明によれば、外乱要因などに起因してノイズが発生する場合でも、ノイズの影響を抑えて精度良く放射線を検出できる、という優れた効果を有する。

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を示す構成図である。第１の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。第１の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第１の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第１の実施の形態に係る放射線検出素子の設計方法を説明するための図である。第１の実施の形態に係る放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素及び放射線検出用の画素の配置構成を示す構成図である。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。第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の待機状態での動作の流れを詳細に示したタイムチャートである。第１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詳細に示したタイムチャートである。第１実施の形態に係る放射線検出素子のＤ６とＤ７の信号配線３に注目した等価回路図である。第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。第２の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。第２の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第２の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第２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詳細に示したタイムチャートである。第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。第３の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。第３の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第３の実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。第３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詳細に示したタイムチャートである。第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の全体構成を示す構成図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の全体構成を示す構成図である。他の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詳細に示したタイムチャートである。他の実施の形態に係る放射線検出素子のＤ６とＤ７の信号配線３に注目した等価回路図である。他の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

本実施の形態では、Ｘ線など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。

［第１の実施の形態］
図１には、第１の実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。

同図に示すように、本実施の形態に係る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を備えている。なお、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ＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素２０が複数配置されている。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センサ部１０３に照射されることにより、センサ部１０３で電荷が発生する。

画素２０は、一方向（図１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１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１及び後述する図６では、画素２０配列を簡略化して示しているが、例えば、画素２０は一方向及び交差方向に１０２４×１０２４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、放射線画像撮影用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂが予め定められている。図１及び後述する図６、図１１、図１６、図２３、図２６では、放射線検出用の画素２０Ｂを破線で囲んでいる。放射線画像撮影用の画素２０Ａは、放射線を検出して放射線が示す画像を生成するために用いられ、放射線検出用の画素２０Ｂは、放射線の照射開始を検出するために用いられる。

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ＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線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、列方向の各画素列に信号配線３が１本ずつ設けられ、行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が行方向及び列方向に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がスイッチングされる。

信号配線３には、各画素２０のＴＦＴスイッチ４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１及び後述する図６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てデジタルデータへ変換する。

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データ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、上記所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理（補間処理）を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。すなわち、制御部１０６は、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を、上記所定の処理が施された画像情報に基づいて補間することで、照射された放射線が示す画像を生成する。

図２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３には、図２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おり、図４には、図２の放射線検出用の画素２０ＢのＢ−Ｂ線断面図が示されている。

図３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２参照。）、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２参照。）。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２参照。）。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。このソース電極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（不図示）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ε_ｒ＝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（自由電子と自由正孔のペア）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。

また、本実施の形態では、下部電極１１を半導体層２１よりも大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４の光の照射側を半導体層２１で覆っている。これにより、画素領域内での光を受光できる面積の割合（所謂、フィルファクタ）を大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４への光入射を抑制している。

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。

一方、図４に示すように、放射線検出素子１０の放射線検出用の画素２０Ｂでは、ソース電極９とドレイン電極１３とが接触するようにＴＦＴスイッチ４が形成されている。すなわち、画素２０Ｂでは、ＴＦＴスイッチ４のソースとドレインが短絡している。これにより、画素２０Ｂでは、下部電極１１に収集された電荷がＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態にかかわらず信号配線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、画素２０Ｂの形成方法の一例を説明する。放射線検出素子１０のアクティブエリアがフォトマスクより大きい場合、図５に示すように、アクティブエリア５０を分割して、分割された領域毎に露光する。なお、図５の例では、アクティブエリア５０を５×６ショットに分割している。図５には、分割された各領域が示されており、本実施の形態では、放射線検出素子１０の第２信号配線層を形成する際に、２種類のフォトマスクを用いて露光を行っており、「ＳｈｏｔＡ」の領域では、一部の画素２０においてソース電極９とドレイン電極１３とが接触するように形成されたフォトマスクを用いて露光を行い、「ＳｈｏｔＢ」の領域では、各画素２０においてソース電極９とドレイン電極１３とが分離するように形成されたフォトマスクを用いて露光を行う。このとき、ＳｈｏｔＡ用のフォトマスクは、画素２０Ｂが一画素以上の間隔で画素２０Ｂが連続して配置されないように形成することが望ましい。これにより、制御部１０６での補間処理によって生成される画像の画質が、放射線検出用の画素２０Ｂが連続して配置された場合と比較して良好となる。

ここで、放射線検出素子１０には、図６に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが特定の信号配線３（ここでは、Ｄ２及びＤ６の信号配線３）に対して複数配置されるように形成することが好ましい。図６では、簡略化して示しているが、信号配線３が１０２４本ずつ設けられている場合、例えば、配置位置が均等にとなるように１２８ライン毎に８本の信号配線３に１６画素ずつ画素２０Ｂを形成する。この場合、画素２０Ｂの画素数は１２８画素となり、画素２０が１０２４×１０２４個である場合、全体の０．０１％が画素２０Ｂとなる。全画素２０に対する放射線検出用の画素２０Ｂの割合は、これに限定されず、様々が考えられるが、この割合は、制御部１０６での補間処理の精度などに基づいて定めることもできる。例えば、この補間処理によって生成される画像の画質が良好である場合には、全画素２０に対する放射線検出用の画素２０Ｂの割合は、例えば、１％位程度としてもよく、さらに比率を高くしてもよい。

次に、図７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。

放射線検出素子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。

図８には、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の待機状態での動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。

制御部１０６は、待機状態の場合、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１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号（電位ＶｇＨの信号）を出力させ、各走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて電荷の取り出しを行う。これにより、１ラインずつ順に各画素２０に蓄積された電荷が電気信号として各信号配線３に流れ出す。制御部１０６は、動作状態が待機状態である間、所定期間経過後に、１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出して１フレーム分リセットするリセット動作を繰り返す。

このリセット動作により、各信号配線３には、放射線が照射されてない状態でも暗電流等によって発生した電荷による電気信号（所謂オフセット）が流れる。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オフセットの補正に利用される。

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。放射線画像の撮影を行う際、放射線画像撮影装置１００には、図７に示すように、撮影モードへの移行が通知される。

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、放射線の検出を行う放射線検出待ち状態に移行し、放射線を検出すると放射線検出素子１０で電荷を蓄積する電荷蓄積状態に移行し、放射線を検出してから所定時間後に蓄積された電荷の読み出す電荷読出状態に移行し、電荷の読み出し終了後、待機状態に移行する。

図９には、第１の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示すタイミングチャートが示されている。

制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行し、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にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）を出力させると共に、所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により画素２０Ｂが接続された信号配線３（図６の場合、Ｄ２、Ｄ６の少なくとも一方、例えば、Ｄ６）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す。なお、所定周期１Ｈを、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力して画像の読み出しや、リセット動作を行う際の１ラインに対する周期と同一としているが、必ずしも同一にする必要はなく、所定周期１Ｈを、画像の読み出しやリセット動作を行う際の１ラインに対する周期より短くしてもよい。

ところで、放射線の検出待ち期間が長くなると暗電流等によって各画素２０に電荷が蓄積される。そこで、本実施の形態では、制御部１０６がスキャン信号制御回路１０４を制御して、待機状態と同様にスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、各走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行う。

放射線画像撮影装置１００は、放射線を発生する放射線発生装置と間隔を空けて配置され、被験者を透過した放射線が照射される。

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。

画素２０Ａでは、ドレイン電極１３とソース電極９が短絡していないため、下部電極１１に収集された電荷が蓄積されるが、画素２０Ｂでは、ドレイン電極１３とソース電極９が短絡しているため、下部電極１１に収集された電荷が信号配線３に流れ出す。特に、本実施の形態では、図６に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂを特定の信号配線３（ここでは、Ｄ２及びＤ６の信号配線３）に対して選択的に配置している。画素２０Ｂから流れ出した電気信号は、当該特定の信号配線３毎に積算される。すなわち、画素２０Ｂを特定の信号配線３に複数配置することにより、放射線による電気信号のレベルの変化が大きくなる。

ところで、放射線検出素子１０は、各信号配線３に、衝撃、温度など様々な外乱要因に起因してノイズが発生する場合がある。よって、各信号配線３を流れる電気信号には、暗電流等によるオフセットと外乱要因に起因したノイズが含まれる場合がある。特に、外乱要因に起因して発生するノイズは、電気信号の変化も大きいという特徴がある。

そこで、本実施の形態では、信号検出回路１０５により、図９に示すように、所定周期１Ｈで画素２０Ｂが接続された信号配線３（図６の場合、Ｄ２、Ｄ６の少なくとも一方、ここでは、Ｄ６）に流れる電気信号と共に、画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（図６の場合、Ｄ１、Ｄ３〜Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、ここでは、Ｄ７）に流れる電気信号も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す。画素２０Ｂが接続された信号配線３と共にサンプリングを行う信号配線３は、各信号配線３に発生するノイズが同様の場合、画素２０Ｂが接続されていなければいずれでもよいが、放射線検出素子１０内での信号配線３の位置により発生するノイズにムラがある場合、画素２０Ｂが接続されたサンプリング対象の信号配線３に近く、当該信号配線３と同じ信号検出回路１０５に接続されていることが好ましい。本実施の形態では、信号検出回路１０５により、画素２０Ｂが接続されたサンプリング対象のＤ６の信号配線３の隣に配設されたＤ７の信号配線３のサンプリングを行う。信号検出回路１０５は、Ｄ６の信号配線３及びＤ７の信号配線３を流れる電気信号をそれぞれ増幅回路により増幅してそれぞれデジタルデータへ変換し、制御部１０６へ出力する。

制御部１０６では、信号検出回路１０５により変換された、画素２０Ｂが接続されたＤ６の信号配線３のデジタルデータの値から画素２０Ｂが接続されていないＤ７の信号配線３のデジタルデータの値を減算し、減算されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。

図１０には、本実施の形態に係る放射線検出素子１０のＤ６とＤ７の信号配線３に注目した等価回路図が示されている。なお、図１０では、信号配線３と走査配線１０１とが交差することによる容量をコンデンサとして各交差部に図示している。

各信号配線３に外乱要因に起因してノイズが発生した場合、Ｄ６及びＤ７の信号配線３には、隣合うため略同一のノイズが発生する。また、放射線が照射された場合、Ｄ６の信号配線３には、放射線検出用の画素２０Ｂからの電気信号も流れる。

このため、Ｄ６とＤ７の信号配線３を流れる電気信号をデジタルデータに変換し、変換されたＤ６の信号配線３のデジタルデータの値からＤ７の信号配線３のデジタルデータの値を減算することにより、ノイズ分の値をキャンセルすることができる。

制御部１０６は、放射線の照射を検出すると、図９に示すように、所定の蓄積期間経過後に、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１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号を印加する。これにより、複数配置された画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各画素２０Ａに蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。信号検出回路１０５は、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換する。制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。

このように、本実施の形態よれば、外乱要因などに起因してノイズが発生する場合でも、ノイズの影響を抑えて精度良く放射線を検出できる。これにより、各信号配線３にノイズが発生する場合でも、放射線検知用のしきい値をノイズ分を考慮して高くする必要がなくなるため、放射線の照射開始をより早く検出できる。

また、本実施の形態によれば、放射線画像撮影用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂを放射線検出素子１０の放射線画像が撮影可能な撮影領域に設けることにより、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線を確実に検出できる。

また、本実施の形態によれば、放射線画像撮影用の信号検出回路１０５で放射線照射の検出も行えるため、別途、専用の検出回路を設ける必要がない。

また、本実施の形態によれば、放射線検出用の画素２０Ｂを放射線画像撮影用の画素２０Ａと同一形状とし、分散して配置したことにより、アーティファクト発生や撮影される放射線画像の画質の低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、画素２０ＢはＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態にかかわらず電気信号が信号配線３に流れ出すため、スキャン信号制御回路１０４により各走査配線１０１にＯＦＦ信号を出力しているオフ期間でも、信号検出回路１０５のサンプリングにより放射線の検出が可能となる。

また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、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ため、放射線の照射が検出されるまでの期間に照射された放射線が放射線画像に寄与しなくなるが、通常の撮影での放射線の照射期間は１００ｍｓ以上であり、所定周期１Ｈは１００μｓ前後であるため、照射された放射線をほとんどロスせず利用できる。

また、本実施の形態によれば、特定の信号配線３上に複数（本実施の形態では１６画素）の放射線検出用の画素２０Ｂを集中して配置したことにより、画素２０Ｂを１つしか設けていない場合の複数倍（本実施の形態では１６倍）の電荷を得ることができる。これにより、放射線のエネルギーが少ない段階で放射線の照射を検出でき、蓄積動作に移行することができる。すなわち、放射線のロスを低減することが可能である。特に、Ｘ線は応答特性が緩慢で、照射初期は高いエネルギーが出ない場合が多い。このため、特定の信号配線３上に複数の放射線検出用の画素２０Ｂを集中して配置することにより、Ｘ線の照射開始の検出精度が向上する。

また、本実施の形態よれば、放射線の検出待ち期間の間、リセット動作による電気信号も信号配線３に流れるが、特定の信号配線３に放射線検出用の画素２０Ｂを複数配置しているため、電気信号のレベルから放射線の照射とリセット動作の判別が行い易い。

また、本実施の形態よれば、放射線検出待ち状態の間、待機状態と同様のリセット動作を行っているため、最新のオフセット補正用のデータを取得できる。放射線検出素子１０の各画素２０に発生するオフセットは、放射線検出素子１０の状態に応じて経時的に変化する場合があるため、最新のオフセット補正用のデータを元に補正を行うことにより放射線画像のノイズを減らすことができる。

また、本実施の形態よれば、放射線の照射を検出した時点でリセット動作を停止するため、リセット動作による放射線のロスを１ライン分のみに抑えられる。放射線の照射開始時点の放射線が小さい場合には、放射線のロスの割合が小さいので、補間処理を行わずにそのままの画像を用いることも可能である。リセット動作を停止したことにより、放射線画像に停止したラインで画像に段差が発生する場合は、段差に隣接ラインの画像情報から補間処理を行うことにより段差を補正することもできる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。

図１１には、第２の実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、上記第１の実施の形態（図１参照）と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態に係る放射線検出素子１０には、放射線検出用の画素２０Ｂが設けられた一方向（図１１の横方向、以下「行方向」ともいう。）の画素列に、走査配線１０１と並列に走査配線１０８が設けられている。以下、本実施の形態では、走査配線１０１と走査配線１０８を区別するため、走査配線１０１を第１走査配線１０１と称し、走査配線１０８を第２走査配線１０８と称する。

複数の画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、ＴＦＴスイッチ４のゲートが第１走査配線１０１に接続され、放射線検出用の画素２０Ｂは、ＴＦＴスイッチ４のゲートが第２走査配線１０８に接続されている。また、放射線画像撮影用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂは、共にＴＦＴスイッチ４のソースが信号配線３に接続されている。

第１走査配線１０１には、放射線画像撮影用の画素２０Ａの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、第２走査配線１０８には、放射線検出用の画素２０Ｂの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。画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、各第１走査配線１０１に制御信号が流れることによって、ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされ、放射線検出用の画素２０Ｂは、各第２走査配線１０８に制御信号が流れることによって、ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされる。

各信号配線３は、信号検出回路１０５に接続されている。各第１走査配線１０１は、各第１走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦ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に接続されている。第２走査配線１０８は、一端が並列に接続されており、当該一端が各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力する制御信号出力回路１２０に接続されている。

なお、図１１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又は第１走査配線１０１を接続しており、例えば、信号配線３及び第１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本ずつ第１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。

制御信号出力回路１２０は、制御部１０６に接続され、制御部１０６からの制御により動作し、各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力する。

図１２には、第２の実施形態に係る間接変換方式の放射線検出素子１０の３つの放射線画像撮影用の画素２０Ａと１つの放射線画像撮影用の画素２０Ｂによる４画素の構造を示す平面図が示されており、図１３には、図１２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おり、図１４には、図１２の放射線検出用の画素２０ＢのＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、上記第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１３、図１４に示すように、放射線画像撮影用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂは、絶縁性の基板１上に、第１信号配線層として、第１走査配線１０１（図１２参照）、ゲート電極２が形成され、さらに、放射線検出用の画素２０Ｂは、第１信号配線層として、第２走査配線１０８が形成されている。放射線画像撮影用の画素２０Ａでは第１走査配線１０１とゲート電極２が接続され、放射線検出用の画素２０Ｂでは第２走査配線１０８とゲート電極２が接続されている（図１２参照）。

この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成され、絶縁膜１５上には第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同様に各層が形成されている。

図１５には、第２の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示すタイミングチャートが示されている。

上述のように、放射線の検出待ち期間が長くなると暗電流等によって各画素２０に電荷が蓄積される。そこで、制御部１０６は、放射線検出待ち状態の場合、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１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、各第１走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行う。

また、制御部１０６は、制御信号出力回路１２０を制御して、所定周期１Ｈで制御信号出力回路１２０から各第２走査配線１０８にＯＮ信号を出力させると共に、当該所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により画素２０Ｂが接続された信号配線３（図１１の場合、Ｄ２、Ｄ６の少なくとも一方、ここでは、Ｄ６）及び画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（図１１の場合、Ｄ１、Ｄ３〜Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、ここでは、Ｄ７）に流れる電気信号も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す。なお、上述のように、画素２０Ｂが接続された信号配線３と共にサンプリングを行う信号配線３は、各信号配線３に発生するノイズが同様の場合、画素２０Ｂが接続されていなければいずれでもよいが、放射線検出素子１０内での信号配線３の位置により発生するノイズにムラがある場合、画素２０Ｂが接続されたサンプリング対象の信号配線３に近く、当該信号配線３と同じ信号検出回路１０５に接続されていることが好ましい。本実施の形態では、信号検出回路１０５により、画素２０Ｂが接続されたサンプリング対象のＤ６の信号配線３の隣に配設されたＤ７の信号配線３のサンプリングを行う。信号検出回路１０５は、Ｄ６の信号配線３及びＤ７の信号配線３を流れる電気信号をそれぞれ増幅回路により増幅してそれぞれデジタルデータへ変換し、制御部１０６へ出力する。

これにより、Ｄ６とＤ７の信号配線３に外乱要因に起因してノイズが発生する場合でも、Ｄ６とＤ７の信号配線３を流れる電気信号をデジタルデータに変換し、変換されたＤ６の信号配線３のデジタルデータの値からＤ７の信号配線３のデジタルデータの値を減算することにより、ノイズ分の値がキャンセルされる。

また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８を設け、放射線検出用の画素２０ＢのＴＦＴスイッチ４のゲートを第２走査配線１０８に接続したことにより、画素２０Ｂでは、第２走査配線１０８からの制御信号により蓄積された電荷が電気信号として信号配線３に流れ出すため、スキャン信号制御回路１０４により各第１走査配線１０１にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）を出力しているオフ期間や、各第１走査配線１０１にＯＮ信号を順に出力しているリセット動作の期間でも、信号検出回路１０５のサンプリングにより放射線の検出が可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。

図１６には、第３の実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、上記第１の実施の形態（図１参照）と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態に係る放射線検出素子１０には、放射線検出用の画素２０Ｂが設けられた一方向（図１６の横方向、以下「行方向」ともいう。）の画素列に、走査配線１０１と並列に放射線検出用配線１２１が設けられており、さらに、放射線検出用配線１２１が設けられた行方向の各画素列の隣の画素列にノイズ検出用配線１２２が設けられている。

複数の画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、センサ部１０３がＴＦＴスイッチ４を介して信号配線３に接続され、放射線検出用の画素２０Ｂは、センサ部１０３がＴＦＴスイッチ４と切断され、当該センサ部１０３が放射線検出用配線１２１に接続されている。これにより、各放射線検出用の画素２０Ｂの各センサ部１０３に発生した電荷に応じた電気信号が放射線検出用配線１２１に流れる。

本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、放射線検出回路１３０を備えている。

放射線検出素子１０に設けられた各放射線検出用配線１２１は、一端が並列に接続され、当該一端が放射線検出回路１３０に接続されている。各ノイズ検出用配線１２２も、一端が並列に接続され、当該一端が放射線検出回路１３０に接続されている。

放射線検出回路１３０は、増幅回路を内蔵しており、制御部１０６に接続されている。放射線検出回路１３０は、制御部１０６からの制御により動作し、接続された放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２を流れる電気信号をそれぞれ増幅回路により増幅した後、それぞれデジタルデータに変換し、変換したデジタルデータを制御部１０６へ出力する。

図１７には、第３の実施形態に係る間接変換方式の放射線検出素子１０の３つの放射線画像撮影用の画素２０Ａと１つの放射線画像撮影用の画素２０Ｂによる４画素の構造を示す平面図が示されており、図１８には、図１７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おり、図１９には、図１７の放射線検出用の画素２０ＢのＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、上記第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１８、図１９に示すように、放射線検出素子１０の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂは、絶縁性の基板１上に、第１信号配線層として、走査配線１０１（図１７参照。）、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１７参照。）。また、放射線検出用の画素２０Ｂが形成された画素列には、走査配線１０１と並列に、第１信号配線層としてさらに、放射線検出用配線１２１が形成され、放射線検出用配線１２１が形成された画素列の隣の画素列には、第１信号配線層としてさらに、ノイズ検出用配線１２２が形成されている。

この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５上には、半導体活性層８が島状に形成され、これらの上層には、第２信号配線層として、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。

本実施の形態に係る放射線検出素子１０の画素２０Ｂでは、絶縁膜１５のドレイン電極１３と放射線検出用配線１２１と対向する位置にコンタクトホール１８が形成され、絶縁膜１５に形成されたコンタクトホール１８を埋めるようにドレイン電極１３が形成されている。また、ドレイン電極１３は２つの電極１３Ａ、１３Ｂに分割されて形成されており、コンタクトホール１８を埋めるように形成された電極１３Ａがコンタクトホール１７を介してセンサ部１０３の下部電極１１と接続されている。すなわち、放射線検出用配線１２１は、電極１３Ａを介して下部電極１１に電気的に接続されている。このように、ＴＦＴスイッチ４を介さずに放射線検出用配線１２１が下部電極１１に接続されているため、ダイレクトにセンサ部１０３の電荷を読み取ることができる。

この第２信号配線層上には、第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同様に各層が形成されている。

図２０には、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示すタイミングチャートが示されている。

また、制御部１０６は、放射線検出回路１３０を制御して、所定周期１Ｈで放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２を流れる電気信号をそれぞれ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させる。放射線検出回路１３０は、変換された放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２のデジタルデータを制御部１０６へ出力する。

ここで、放射線検出用配線１２１には、放射線検出用の画素２０Ｂが接続されているが、ノイズ検出用配線１２２には、放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない。このため、放射線が照射された場合、放射線検出用配線１２１には、放射線が照射されたことにより電気信号が発生するが、ノイズ検出用配線１２２には、放射線が照射されたことにより電気信号が発生しない。また、放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２には、外乱要因に起因して同様のノイズが発生する。

制御部１０６では、放射線検出回路１３０から入力する、放射線検出用配線１２１のデジタルデータの値からノイズ検出用配線１２２のデジタルデータの値を減算し、減算されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。

これにより、放射線検出用配線１２１とノイズ検出用配線１２２に外乱要因に起因してノイズが発生する場合でも、放射線検出用配線１２１とノイズ検出用配線１２２を流れる電気信号をデジタルデータに変換し、変換された放射線検出用配線１２１のデジタルデータの値からノイズ検出用配線１２２のデジタルデータの値を減算することにより、ノイズ分の値がキャンセルされる。

また、本実施の形態によれば、画素２０ＢはＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態にかかわらず電気信号が放射線検出用配線１２１に流れ出すため、スキャン信号制御回路１０４により各走査配線１０１にＯＦＦ信号を出力しているオフ期間でも、放射線検出回路１３０でのサンプリングにより放射線の検出が可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態について説明する。

図２１には、第４の実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、上記第１の実施の形態（図１参照）と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態に係る放射線検出素子１０は、画素２０が全て放射線画像撮影用の画素２０Ａとされており、画素２０がマトリクス状に配置された撮影領域の周囲に、放射線を受けて電荷を発生する放射線検出用のセンサ部１４０が複数設けられている。なお、センサ部１４０は、上部にシンチレータが形成されている場合、シンチレータからの光を受けて電荷を発生するものとしてもよい。

また、第４の実施の形態に係る放射線検出素子１０は、撮影領域の周囲に放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２が並列に略同経路で設けられている。各センサ部１４０は、放射線検出用配線１２１に接続されている。

第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、第３の実施の形態と同様に、放射線検出回路１３０を備えている。

放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２は、放射線検出回路１３０にそれぞれ接続されている。

制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行し、放射線検出回路１３０を制御して、所定周期１Ｈで放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２を流れる電気信号をそれぞれ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させる。放射線検出回路１３０は、変換された放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２のデジタルデータを制御部１０６へ出力する。

ここで、放射線検出用配線１２１には、センサ部１４０が接続されているが、ノイズ検出用配線１２２には、センサ部１４０が接続されていない。このため、放射線が照射された場合、放射線検出用配線１２１には、放射線が照射されたことにより電気信号が発生するが、ノイズ検出用配線１２２には、放射線が照射されたことにより電気信号が発生しない。また、放射線検出用配線１２１及びノイズ検出用配線１２２には、外乱要因に起因して同様のノイズが発生する。

なお、ノイズ検出用配線１２２の配線容量が、放射線検出用配線１２１よりもセンサ部１４０に相当する分小さいことを補間するため、ノイズ検出用配線１２２に、センサ部１４０と隣接する位置にダミー容量を配置しても良い。ダミー容量は、例えば、センサ部と同じ層構成、形状のフォトダイオードの上部電極上に遮光膜を配置することで、容量が同じである一方、放射線に対する感度をほぼゼロにした構成をとることで実現できる。

なお、上記第１の実施の形態では、放射線検出用の画素２０Ｂでソースとドレインを短絡させてＴＦＴスイッチ４を形成した場合ついて説明したが、例えば、ＴＦＴスイッチ４を形成せずに、センサ部１０３を信号配線３に直接接続するようにしてもよい。

例えば、図２２に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂでは、ゲート電極２や半導体活性層８を設けずに、ソース電極９とドレイン電極１３を接続させて、センサ部１０３の下部電極１１と信号配線３を電気的に接続する接続配線８０としてもよい。このような場合、図２３に示すように、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、センサ部１０３がＴＦＴスイッチ４を介して信号配線３に電気的に接続されているが、放射線検出用の画素２０Ｂは、ＴＦＴスイッチ４が設けられておらず、センサ部１０３が信号配線３に電気的に直接接続されていることとなる。

また、上記第１の実施の形態では、放射線検出用の画素２０Ｂでソースとドレインが短絡させてＴＦＴスイッチ４を形成した場合ついて説明したが、例えば、図２４に示すように、ドレイン電極１３の途中から接続配線８２を形成して信号配線３と接続するようにしてもよい。この場合も、ＴＦＴスイッチ４のソースとドレインは実質的に短絡していることとなる。第１の実施の形態や図２４に示すように、ＴＦＴスイッチ４のソースとドレインを短絡させる場合、図２５に示すようにゲート電極２を走査配線１０１から離して形成するようにしてもよい。

また、例えば、図２９に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂでは、接続配線８２を形成して接続配線８２及びコンタクトホール１７を介して、センサ部１０３と信号配線３とを接続し、ドレイン電極１３とコンタクトホール１７の間を電気的に切断してもよい。

放射線検出用の画素２０Ｂは、図２及び図４に示すように、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９とドレイン電極１３を短絡させた場合、ゲート電極２とドレイン電極１３間の容量Ｃ_ｇｄが通常の放射線画像撮影用の画素２０Ａよりも大きくなる。これにより、放射線検出素子１０では、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない他の信号配線３との配線容量の差からオフセット電荷量に差が生じる。
一方、放射線検出用の画素２０Ｂは、図２２に示すように、ゲート電極２や半導体活性層８を設けずに、ソース電極９とドレイン電極１３を接続した場合、ＴＦＴスイッチ４が無いため、容量Ｃ_ｇｄがゼロになる。しかし、放射線検出素子１０では、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない他の信号配線３との配線容量の差が大きくなり、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない他の信号配線３のフィードスルー電圧に差異が生じ、オフセット電荷量に差異が生じる。

これに対し、放射線検出用の画素２０Ｂは、図２４に示すように、ドレイン電極１３の途中から接続配線８２を形成してセンサ部１０３と信号配線３とを接続させた場合、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない他の信号配線３との配線容量の差を小さくできる。また、放射線検出用の画素２０Ｂは、図２９に示すように、接続配線８２を形成してセンサ部１０３と信号配線３とを接続させると共に、ドレイン電極１３とコンタクトホール１７の間を電気的に切断すると、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない他の信号配線３との配線容量の差をさらに小さくすることができる。

ここで、放射線画像撮影用の画素２０Ａと、図２及び図４に示すようにＴＦＴスイッチ４のソース電極９とドレイン電極１３を短絡させた放射線検出用の画素２０Ｂ（以下、画素２０Ｂ−１と記す。）と、図２２に示すようにゲート電極２や半導体活性層８を設けずに、ソース電極９とドレイン電極１３を接続した放射線検出用の画素２０Ｂ（以下、画素２０Ｂ−２と記す。）と、図２４に示すように、ドレイン電極１３の途中から接続配線８２を形成してセンサ部１０３と信号配線３とを接続させた放射線検出用の画素２０Ｂ（以下、画素２０Ｂ−３と記す。）と、図２９に示すように接続配線８２を形成してセンサ部１０３と信号配線３とを接続させると共にドレイン電極１３とコンタクトホール１７の間を電気的に切断した放射線検出用の画素２０Ｂ（以下、画素２０Ｂ−４と記す。）のフィードスルー電荷、及び配線容量について具体的な比較を行う。

Ｃ_ｇｄ：ゲート電極２とドレイン電極１３間の容量
Ｖ_ｐｐ：ＶｇＨ（ＴＦＴスイッチ４をＯＮする制御信号の電圧）−Ｖｇｌ（ＴＦＴスイッチ４をＯＦＦする制御信号の電圧）
Ｃ_ａ−Ｓｉ：ＴＦＴスイッチ４のチャネル部の容量
Ｃ_ｇｓ：ゲート電極２とソース電極９間の容量
Ｃ_ｔｆｔ：１つのＴＦＴスイッチ４当たりの走査配線１０１の容量への寄与分
Ｃ_ｐｄ：センサ部１０３の容量
Ｃ_ｓｄ：下部電極１１とその下部電極１１を含む画素２０の両側の信号配線３との容量
とした場合、画素２０Ａ及び画素２０Ｂ―１〜２０Ｂ−４のフィードスルー電荷ΔＱは以下のようになる。
画素２０Ａ：ΔＱ＝Ｃ_ｇｄ×Ｖ_ｐｐ（１）
画素２０Ｂ−１：ΔＱ＝（Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ａ−Ｓｉ+Ｃ_ｇｓ）×Ｖ_ｐｐ ≒ ４Ｃ_ｇｄ×Ｖ_ｐｐ（２）
画素２０Ｂ−２：ΔＱ＝０（３）
画素２０Ｂ−３：ΔＱ＝（Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ｇｓ）×Ｖ_ｐｐ＝２Ｃ_ｇｄ×Ｖ_ｐｐ（４）
画素２０Ｂ−４：ΔＱ＝Ｃ_ｇｄ×Ｖ_ｐｐ（５）
よって、フィードスルー電荷ΔＱが画素２０Ａに近い画素２０Ｂ−４が好ましく、また、画素２０Ｂ−３も画素２０Ｂ−１より好ましい。

一方、画素２０Ａ及び画素２０Ｂ―１〜２０Ｂ−４の１つのＴＦＴスイッチ４当たりの走査配線１０１の容量への寄与分Ｃ_ｔｆｔは以下のようになる。
画素２０Ａ：Ｃ_ｔｆｔ＝Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ｇｓ//（Ｃ_ｐｄ＋Ｃ_ｓｄ）
＝Ｃ_ｇｄ＋｛Ｃ_ｇｓ（Ｃ_ｐｄ＋Ｃ_ｓｄ）／（Ｃ_ｇｓ＋Ｃ_ｐｄ＋Ｃ_ｓｄ｝
ここで、（Ｃ_ｐｄ≧Ｃ_ｇｓ）及び（Ｃ_ｐｄ≧Ｃ_ｓｄ）であるためＣ_ｇｓ、Ｃ_ｓｄを無視できるため
≒Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ｇｓ≒２Ｃ_ｇｄ（６）
画素２０Ｂ−１：Ｃ_ｔｆｔ＝Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ａ−Ｓｉ＋Ｃ_ｇｓ ≒ ４Ｃ_ｇｄ（７）
画素２０Ｂ−２：Ｃ_ｔｆｔ＝０（８）
画素２０Ｂ−３：Ｃ_ｔｆｔ＝Ｃ_ｇｄ＋Ｃ_ｇｓ ≒２Ｃ_ｇｄ（９）
画素２０Ｂ−４：Ｃ_ｔｆｔ＝Ｃ_ｇｄ（１０）
よって、配線容量の変化を小さく押えようとした場合、容量Ｃ_ｔｆｔが画素２０Ａに近い画素２０Ｂ−３が好ましい。

フィードスルー電荷は、画質面への影響が大きいため、画素２０Ｂ−４の構成をとることで他の画素とフィードスルー成分を揃えることができる。これにより、放射線検知用の画素２０Ｂでオフセット値が変動する現象を抑制することができる。また、画素２０Ｂ−３の構成であっても、画素２０Ｂ−１に比べるとフィードスルーを半減できるため効果がある。

また、上記第１及び第２の実施の形態では、所定周期１Ｈで画素２０Ｂが接続されたＤ６の信号配線３と共に、Ｄ６の信号配線３の隣に配設された画素２０Ｂが接続されていないＤ７の信号配線３に流れる電気信号のサンプリングを行い、Ｄ６の信号配線３のデジタルデータの値からＤ７の信号配線３のデジタルデータの値を減算することにより、ノイズをキャンセルする場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２６に示すように、Ｄ６の信号配線３の両隣に配設されたＤ５、及びＤ７の信号配線３に流れる電気信号のサンプリングを行い、Ｄ５、及びＤ７の信号配線３のデジタルデータの値の平均値を求め、画素２０Ｂが接続されたＤ６の信号配線３のデジタルデータの値から当該平均値を減算するようにしてもよい。すなわち、画素２０Ｂが接続されていない複数の信号配線３に流れる電気信号を検出してデジタルデータをそれぞれ求め、求めたデジタルデータの値の平均値を求めて、画素２０Ｂが接続されたＤ２の信号配線３のデジタルデータの値から当該平均値を減算するようにしてもよい。この場合も、画素２０Ｂが接続された信号配線３と共にサンプリングを行う信号配線３は、各信号配線３に発生するノイズが同様の場合、画素２０Ｂが接続されていなければいずれでもよいが、放射線検出素子１０内での信号配線３の位置により発生するノイズにムラがある場合、画素２０Ｂが接続されたサンプリング対象の信号配線３に近く、当該信号配線３と同じ信号検出回路１０５に接続されていることが好ましい。

また、上記各実施の形態では、デジタルデータの値の差分をとってから判断する手法を説明したが、画素２０Ｂが接続された信号配線３（第１配線）と画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（第２配線）のデータを各々判断しても良い（結果的に第２配線を用いて差分処理と同様な検出精度向上の効果が得られれば良い）。例えば、第２配線の信号値が一定値以下のときに外乱ノイズがないと判断し、第１配線の信号値をそのまま放射線量の検知に用いることにより、減算処理を行わない。

また、上記第２の実施の形態では、図１１に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが設けられた行方向の各画素列に第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８が設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、行方向の全ての画素列に第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８を設けて、放射線検出用の画素２０ＢのＴＦＴスイッチ４を第２走査配線１０８に接続するようにしもてよい。これにより、第１走査配線１０１と第２走査配線１０８と信号配線３の配線パターンを同一にすることができる。

また、上記第２の実施の形態では、図１１に示すように、第２走査配線１０８の一端を並列に接続して制御信号出力回路１２０から全ての第２走査配線１０８に一度にＴＦＴスイッチ４をＯＮする制御信号を出力する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各第２走査配線１０８をそれぞれ個別に制御信号出力回路１２０に接続して、制御信号出力回路１２０から各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮする制御信号を個別に出力するものとしてもよい。これにより、領域を選択して放射線の検出が行える。

また、上記各実施の形態では、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３（例えばＤ６）を第１配線とし、画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（例えばＤ７）を第２配線として、第１配線を流れる電気信号と第２配線を流れる電気信号との差を求める場合について説明したが、これに限定されるものではない。第１配線として用いられる特定の信号配線３上に複数の画素２０Ｂを集中して配置すればよく、画素２０Ｂの接続数が第１配線よりも少なければ、第２配線として用いられる信号配線３にも画素２０Ｂが接続されていてもよい。例えば、図６、図１１、図２６のＤ７の信号配線３にも、Ｄ６の信号配線３よりも少ない画素２０Ｂが接続されていてもよい。

また、上記各実施の形態では、放射線検出素子１０に画素２０として、放射線画像撮影用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂを設けた場合について説明したが、例えば、他の用途向けの画素を設けてもよい。

また、上記各実施の形態では、放射線の照射開始の検出を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、放射線の照射中も所定周期１Ｈで画素２０Ｂが接続された信号配線３及び画素２０Ｂが接続されていない信号配線３の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、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画素２０Ｂが接続されていない信号配線３のデジタルデータの値を減算した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しきい値と比較し、しきい値未満となった否かにより放射線の照射終了の検出を行うものとしてもよい。また、減算したデジタルデータの値を累積して、累計の放射線の照射量を検出するようにしてもよい。このように累計の放射線の照射量を検出可能となることにより画素２０Ｂを放射線照射量検出（ＡＥＣ）用のセンサとして用いることができる。

また、上記各実施の形態では、放射線検出待ち状態の間も待機状態と同様のリセット動作を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２７に示すように、放射線検出待ち状態の間はリセット動作を停止するようにしてもよい。また、所定の周期で全ての走査配線１０１に同時にＯＮ信号を出力させて、放射線検出素子１０の全画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行うようにしてもよい。

また、上記１〜第３の実施の形態では、放射線検出用の画素２０Ｂを分散して配置した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、特定の範囲にそれぞれ複数の画素２０Ｂを集中的に配置してもよい。特定の範囲は、例えば、画素２０Ｂにより放射線の照射開始や照射終了の検出を行う場合、被写体が主に配置される領域の周辺が好ましく、画素２０Ｂにより放射線照射量の検出を行う場合、被写体が主に配置される領域であることが好ましい。一般撮影では、検出領域の中央部分が被写体が主に配置される領域となり、乳房撮影では、患者側になる検出領域の一端部分が被写体が主に配置される領域となる。なお、制御部１０６で画素２０Ｂの画像情報を補間する補間処理を行うため、画素２０Ｂは、互いに隣合わないことが好ましく、例えば、互いに斜めになるように配置するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、例えば、図１０に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３（Ｄ６の信号配線３）と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（Ｄ７の信号配線３）をそれぞれ流れる電気信号をデジタルデータに変換し、変換されたＤ６の信号配線３のデジタルデータの値からＤ７の信号配線３のデジタルデータの値を減算することにより、ノイズ分の値がキャンセルする場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２８に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３（Ｄ６の信号配線３）と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない信号配線３（Ｄ７の信号配線３）をそれぞれ流れる電気信号の差を差動アンプで求めてアナログ信号でノイズ分をキャンセルしてもよい。この場合、放射線検出用の画素２０Ｂが接続された信号配線３を流れる電気信号と放射線検出用の画素２０Ｂが接続されていない信号配線３を流れる電気信号との差を示す差動アンプからの出力信号をデジタル変換し、変換したデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用のしきい値と比較して放射線を照射開始すればよい。

また、上記各実施の形態では、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したが、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放射線検出素子に適用してもよい。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。

また、上記各実施の形態では、Ｘ線を検出することにより画像を検出する放射線画像撮影装置１００に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出対象とする放射線は、Ｘ線や可視光、紫外線、赤外線、ガンマ線、粒子線等いずれであってもよい。

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の構成、及び放射線検出素子１０の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

１絶縁性基板
３信号配線
４ＴＦＴスイッチ
１０放射線検出素子
２０画素
１００放射線画像撮影装置
１０１走査配線
１０３センサ部
１０４スキャン信号制御回路
１０５信号検出回路（検出部）
１０６制御部（検出部，制御部，生成部）
１０８第２走査配線
１２１放射線検出用配線
１２２ノイズ検出用配線
１２０制御信号出力回路
１３０放射線検出回路
１４０センサ部

Claims

放射線又は放射線が変換された光を受けて電荷を発生するセンサ部、及び発生した電荷を読み出すためのスイッチ素子を各々備え、マトリクス状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素のうち、放射線画像撮影用の画素として予め定められた画素の前記スイッチ素子に接続され、前記スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の第１走査配線と、
前記複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた画素の前記スイッチ素子に接続され、前記スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の第２走査配線と、
前記スイッチ素子に接続され、前記スイッチ素子の状態に応じて前記センサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、
前記放射線検出用の画素の前記スイッチ素子に接続された少なくとも１つの前記信号配線を第１配線とし、前記放射線検出用の画素が接続されていない、又は前記放射線検出用の画素の接続数が前記第１配線よりも少ない前記信号配線を第２配線として、前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号の差、又は前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差に基づいて前記放射線を検出する検出部と、
を備え、
前記複数の画素の隣接する４つの画素は、１つの前記放射線検出用の画素と、３つの前記放射線画像撮影用の画素とによって構成される
放射線画像撮影装置。
前記検出部は、前記第２配線を流れる電気信号の値が一定値以下である場合、前記第１配線を流れる電気信号の値を用いて前記放射線を検出する
請求項１記載の放射線画像撮影装置。
前記第１走査配線及び前記第２走査配線は、前記複数の画素における行方向の全ての画素列の各々に対して、並列に設けられている
請求項１又は請求項２記載の放射線画像撮影装置。
前記第２走査配線の各々が個別に接続され、接続された前記第２走査配線の各々に個別に前記制御信号を出力する制御信号出力回路
をさらに備えた請求項１から請求項３の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
前記検出部は、前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号の差、又は前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差が、予め定められたしきい値未満となったことを検出することにより、前記放射線の照射終了を検出する
請求項１から請求項４の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
前記検出部は、前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号の差、又は前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号を各々デジタル変換したデジタルデータの値の差を累積して、累計の放射線の照射量を検出する
請求項１から請求項５の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
前記放射線検出用の画素は、互いに隣り合わずに配置されている
請求項１から請求項６の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
前記放射線検出用の画素は、互いに斜めに配置されている
請求項７記載の放射線画像撮影装置。
前記検出部は、前記第１配線と前記第２配線とを流れる電気信号の差を出力する差動アンプの出力信号をデジタル変換したデジタルデータに基づいて前記放射線を検出する
請求項１から請求項８の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。