JP6378573B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Description
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関するものである。
放射線を電荷に変換する変換素子や薄膜トランジスタ等のスイッチ素子、配線が設けられた画素アレイと、駆動回路や読出回路とを組み合わせた検出装置が、放射線の検出装置として広く利用されている。近年、こうした検出装置の多機能化が検討されている。その一つとして、放射線源が放射線を照射している間、検出装置が照射に関する情報を検出、測定する機能を検出装置に内蔵することが検討されている。たとえば、放射線源から放射線が照射を開始されるタイミングを検出することや、放射線の照射量や積算照射量を測定することである。また、この機能により照射量の積算量を監視し、積算量が所定の量に達した時点で検出装置が放射線源を制御し照射を終了させることも可能となる。
放射線を検出する検知素子から検知用信号を読み出す配線は、画像形成用の画素のある領域を通過して画素の外の読出し回路まで引き回される。放射線の照射量の測定は、放射線照射中にリアルタイムに行う必要がある。つまり、画像形成用の画素に放射線が照射されて、放射線の照射により画素の電極の電位が随時変動している最中に、照射量の測定を行う必要がある。その為、検知用信号を読み出す配線と画像形成用の画素の電極との間の容量結合によってクロストークが生じ、放射線の照射量の定量的な測定に影響を与えるので、測定の精度が低下する。
特許文献１には、放射線の照射の開始がされるタイミングの検知を行う為に、画素アレイ内に放射線を検知するセンサが内蔵されており、センサの信号をセンサに接続された配線を介して読み取る構成が開示されている。特許文献１では、センサが接続された信号線と、センサが接続されていない信号線とにそれぞれ生じる電気信号の差分を取ることにより、配線に重畳されるノイズによる影響を抑制することが開示されている。
特許文献１では、センサが接続された信号線と、センサが接続されていない信号線を設けているので余分な信号線が増える。また、信号を処理するための入力回路も信号に応じて必要になった。本発明は、放射線検出素子が接続された信号線に対するクロストークの影響を軽減するのに有利な構成の放射線撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の１つの側面は、放射線に応じた撮像信号を生成するための変換素子と、放射線を検知するための検知素子と、前記検知素子が接続された検知信号線と、処理部と、を含む放射線撮像装置であって、前記処理部は、前記放射線が曝射されている期間に、前記放射線の照射の開始の検出、及び、前記放射線の照射量の積算量の測定、の少なくとも一方を行うために前記検知素子からの信号に対する算出を行い、前記算出は、前記検知信号線から提供される信号と、前記変換素子の容量と、前記変換素子と前記検知信号線との間の寄生容量と、前記検知素子の容量と、に基づいて行われることを特徴とする。
本発明によれば、放射線検出素子が接続された信号線に対するクロストークの影響を軽減するのに有利な構成の放射線撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本願明細書において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含まれるものとする。
（実施形態１）
先ず、本発明の実施形態１について説明する。図１は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。本実施形態における放射線検出装置は、支持基板上に行列状に画素が配置された画素エリア１０１と、読出し回路１０２、情報処理部１０３、ゲート駆動回路１０４、電源回路１０５から構成される。図１には、画素エリア１０１に５行５列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではない。
先ず、本発明の実施形態１について説明する。図１は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。本実施形態における放射線検出装置は、支持基板上に行列状に画素が配置された画素エリア１０１と、読出し回路１０２、情報処理部１０３、ゲート駆動回路１０４、電源回路１０５から構成される。図１には、画素エリア１０１に５行５列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではない。
画素１０６では、撮像用光電変換素子がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチを介して列信号線１１１と接続されている。画素１０７では、撮像信号を生成するための光電変換素子がＴＦＴを介して列信号線１１１と接続されており、さらに放射線を検知するための検知素子としての光電変換素子がＴＦＴを介して検知信号線１１２に接続されている。画素１０８では、画素１０６の構成に加えて、画素１０７からの検知信号線１１２が画素内に引き回されている。ここで、画素１０６〜画素１０８の並べ方に関しては、あくまでも一例であるため、これに限定されるものではない。また、画素１０６、画素１０８の撮像用光電変換素子、及び、画素１０７の放射線を検知するための光電変換素子は共通のバイアス線１０９に接続されており、電源回路１０５から一定電位のバイアス電位が印加されている。なお、本実施形態では、撮像用変換素子と放射線を検知するための検知素子として、光を電荷に変換する光電変換素子を用いているが、変換素子及び検知素子は光電変換素子に限定されるものではない。変換素子や検知素子には、放射線を直接電荷に変換する直接型変換素子を用いても良い。
所定の行に配置されたＴＦＴの制御電極は、共通のゲート配線１１０に接続されており、ゲート駆動回路１０４よりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。画素１０７の検知用光電変換素子と接続されたＴＦＴもゲート駆動回路１０４よりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。なお、本明細書では、列信号線１１１が延びる方向に並ぶ画素の配列を列、それと直行する方向（ゲート配線１１０が延びる方向）に並ぶ画素の配列を行と呼ぶ。
また、画素１０６〜画素１０８の列信号線１１１、及び画素１０７の検知信号線１１２は、読出し回路１０２に接続されている。読出し回路１０２は少なくとも、入力の初段に設けられたオペアンプ１１３、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１４、ＡＤコンバーター（ＡＤＣ）１１５を含む。列信号線１１１及び検知信号線１１２はそれぞれ初段のオペアンプ１１３の反転入力端子及び帰還容量に接続され、帰還容量のもう一方の電極は出力端子に接続されている。また、初段のオペアンプ１１３の非反転入力端子は基準電源に接続されている。オペアンプ１１３の出力端子はＭＵＸ１１４を介してＡＤＣ１１５へ接続され、デジタル変換される。
また、ＡＤＣ１１５でデジタル変換されたデータは、情報処理部１０３へ入力される。情報処理部１０３は少なくともクロストークを補正するための容量情報を蓄積した容量情報蓄積部１１８、ＡＤＣからのデータをいったん蓄積する出力データ蓄積部１１６及び演算処理部１１７を含む。演算処理部１１７は容量情報蓄積部１１８及び出力データ蓄積部１１６と接続され、随時データの授受を行うことが可能である。
図１に示すような構成の回路を、例えば２７×２７画素を備えた放射線検出装置に適用すると、図２に示すようになる。また、図３は図２のブロックＡで示す部分の等価回路図である。なお、本実施形態では２７×２７画素を配置しているが、その数はこれに限定されるものではない。例えば、１０００×１０００画素並べても良いし、５０００×５０００画素並べても良い。本実施形態では、２７×２７画素の領域は、９×９画素からなるＡ〜Ｉの９個のブロックにより構成されている。本実施形態では、ブロックＡ〜Ｃ、Ｄ〜Ｆ、Ｇ〜Ｉをそれぞれユニットと称し、ユニットは一列に配置されたブロックＡ〜Ｃに直交するように配置されている。本実施形態では、一つのユニット毎にクロストーク信号の補正を行うことができる。
図２中の画素エリア１０１内に画素１０６が集合した領域Ｒ１、画素１０７が集合した領域Ｒ２、画素１０８が集合した領域Ｒ３が存在する。図２では、画素エリア１０１内に領域Ｒ２が各ブロック内に３×３の９つ存在しているが、その数や並べ方はこれに限定されるものではない。例えば、領域Ｒ２を５×５の２５領域設けても良いし、領域Ｒ２を１０×１０の１００領域設けても良い。その際の領域Ｒ２の並べ方は、画素エリア内に均等に並べても良いし、ある一部分にかたよりを持たせて密集させても良い。また、図３では領域Ｒ２内に画素１０７を列方向に３つ連続的に配置した例を示しているが、その数や並べ方はこれに限定されるものではない。画素１０７を１画素おきに列に沿って配置しても良いし、行に沿って配置しても良い。
次に、画素１０６〜画素１０８の構造について説明する。図４（ａ）は画素１０６の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＡ−Ａ’‘断面図である。画素１０６は、撮像用光電変換素子２０１と、撮像用光電変換素子２０１の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子であるＴＦＴ２０２とを含む。撮像用光電変換素子２０１は、ガラス基板等の絶縁性の基板３００の上に設けられたＴＦＴ２０２の上に第１の層間絶縁層３１０を挟んで積層されて配置されている。ＴＦＴ２０２は、基板３００の上に形成される。ＴＦＴ２０２は、基板３００側から順に、制御電極３０１、第１の絶縁層３０２、第１の半導体層３０３、第１の半導体層３０３より不純物濃度の高い第１の不純物半導体層３０４、第１主電極３０５、第２主電極３０６とを含む。
第１の不純物半導体層３０４はその一部領域で第１主電極３０５及び第２主電極３０６と接している。第１の不純物層３０４と接する、第１主電極３０５と第２主電極３０６との間の第１の半導体層３０３の領域が、ＴＦＴ２０２のチャネル領域となる。制御電極３０１はゲート配線１１０と電気的に接合されている。第１主電極３０５は列信号線１１１と電気的に接合されている。第２主電極３０６は光電変換素子の個別電極３１１とコンタクトホール３０８に形成されたコンタクトを介して電気的に接合されている。
なお、本実施形態では第１主電極３０５と第２主電極３０６と列信号線１１１とは同じ導電層で構成されており、第１主電極３０５が列信号線１１１の一部をなしている。第１主電極３０５、第２主電極３０６、及び列信号線１１１上には、列信号線１１１側から順に、第２の絶縁層３０７、第１の層間絶縁層３１０が配置されている。第２の絶縁層３１０７はＴＦＴ２０２、ゲート配線１１０及び列信号線１１１を覆うように設けられている。
本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層及び不純物半導体層を用いた逆スタガ型のＴＦＴ２０２を用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のＴＦＴを用いたり、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴ等を用いたりすることができる。第１の層間絶縁層３１０は、ＴＦＴを覆うように、基板と個別電極３１１との間に配置されており、コンタクトホール３０８を有している。撮像用光電変換素子２０１の個別電極３１１と第２主電極３０６とが、第１の層間絶縁層３１０に設けられたコンタクトホール３０８に形成されたコンタクトにより、電気的に接合される。撮像用光電変換素子２０１は、第１の層間絶縁層３１０の上に、第１の層間絶縁層３１０側から順に、個別電極３１１と、第２の不純物半導体層３１２と、第２の半導体層３１３と、第３の不純物半導体層３１４と、共通電極３１５と、を含む。個別電極３１１と共通電極３１５とは対向しており、電極間は容量を持つ。撮像用光電変換素子２０１の共通電極３１５上には、第四の絶縁層３１６が配置されている。また、撮像用光電変換素子２０１の共通電極３１５は、第２の層間絶縁層３２０上に配置されたバイアス線１０９と電気的に接合される。そして、バイアス線１０９の上には保護膜としての第五の絶縁層３２１が配置されている。
次に、画素１０７の構成について説明する。図５（ａ）は画素１０７の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＢ−Ｂ’断面図である。本実施形態における画素１０７は、撮像用光電変換素子２０１とそれに接続されるＴＦＴ２０２及び検知用光電変換素子２０６とそれに接続されるＴＦＴ２０８とを含む。
検知用光電変換素子２０６は、ガラス基板等の絶縁性の基板３００の上に設けられたＴＦＴ２０８の上に第１の層間絶縁層３１０を挟んで積層されて配置されている。ＴＦＴの第１主電極３１７が検知信号線１１２の一部をなしている。また、ＴＦＴの第２主電極３１８がコンタクトホール３１９に形成されたコンタクトを介して、検知用光電変換素子２０６の第１電極３２２と接続されている。撮像用光電変換素子２０１の共通電極３１５及び検知用光電変換素子２０６の共通電極３２３には第２の層間絶縁層３２０上に配置されたバイアス線１０９が電気的に接合される。光電変換素子２０１の個別電極３１１と共通電極３１５とは対向しており、電極間は容量を持つ。また、対向して配置されている個別電極３２２と共通電極３２３との間にも容量がある。
本実施形態では、検知用光電変換素子２０６はＰＩＮ型のセンサとして記載している。検知用光電変換素子２０６の一方の電極はバイアス線１０９を介してバイアス電位を供給する電源回路１０５に接続されており、もう一方の電極はＴＦＴ２０８と検知信号線１１２を介して読出し回路１０２へ接続されている。蛍光体により可視光に変換された放射線が検知用光電変換素子２０６に入射すると、半導体層内に発生した電子及び正孔が、印加された電界により読み取られる。つまり、電源１０５からバイアス線１０９を介して印加されるバイアス電位と読出し回路１０２から印加された電位の電位差により、電子及び正孔が検知用光電変換素子２０６の各電極に輸送される。この電荷を読出し回路１０２でリアルタイムに読み取ることによって、放射線の照射量の測定が可能となる。
次に図６（ａ）、（ｂ）を用いて本実施形態における画素１０８の構成について説明する。画素１０８は、撮像用光電変換素子２０１とＴＦＴ２０２を含む。画素１０８は、画素１０６と同様の構造に加えて、画素１０７からの検知信号線１１２が画素内に引き回されている。なお、本実施形態における画素１０６及び画素１０８の撮像用光電変換素子２０１に対して、画素１０７の撮像用光電変換素子２０１の開口面積が小さくなっている為、画素１０７からの撮像信号の量が減少してしまう。この場合、データを補完する必要があるが、そのような補正は画像処理技術により対応可能である。対向して配置された個別電極３１１と共通電極３１５との間には容量がある。
なお、本実施形態では、変換素子として、光を電荷に変換する光電変換素子を用いているが、本発明はそれに限定されるものではない。変換素子として放射線を直接電荷に変換する直接型変換素子を用いても良い。また、本実施形態では光電変換素子としてＰＩＮ型のセンサを用いているが、本発明はそれに限定されるものではない。光電変換素子として、例えばＭＩＳ型のセンサを用いても良い。
次に、上述のように構成された本実施形態に係る放射線検出装置の動作について図１、図７を用いて説明する。図７では、簡単化の為に、各ゲート配線１１０に接続された各ＴＦＴが導通状態となる電圧をＨＩ、ＯＦＦとなる電圧をＬＯと表記する。
先ず、図７中の期間Ｔ１の動作について説明する。この期間は、図１の撮像用光電変換素子２０１に接続されたＴＦＴ２０２の駆動電圧Ｖｇ１〜Ｖｇ５、さらに検知用光電変換素子２０６に接続されたＴＦＴ２０８の駆動電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３が順次ＨＩにされる。この結果、画素１０６〜画素１０８の撮像用光電変換素子の個別電極３１１、及び画素１０７の検知用光電変換素子の個別電極３２３は、それぞれ、列信号線１１１及び検知信号線１１２を介解して読出し回路１０２から印加される電位によりリセットされる。
次に、期間Ｔ２の動作について説明する。期間Ｔ２は、放射線が曝射されている間の期間であり、放射線照射量の測定をする期間である。駆動電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３を断続的にＨＩにし、画素１０７の検知用光電変換素子からの信号を読み取る。それにより、リアルタイムでの放射線照射量の測定を実施している。
最後に、期間Ｔ３の動作について説明する。期間Ｔ３は、放射線照射が終了し、撮像用光電変換素子２０１の信号を読み取る期間である。この期間には、駆動電圧Ｖｄ1〜Ｖｄ３はＬＯにされており、駆動電圧Ｖｇ１〜Ｖｇ５は順次ＨＩにされている。それにより、撮像用光電変換素子２０１の信号を読み出している。
ここで、期間Ｔ２で実施するリアルタイムでの放射線の照射量の測定には、撮像用光電変換素子２０１で発生した電荷の影響がある。つまり、放射線の照射中は、画素１０６〜画素１０８の撮像用光電変換素子２０１の個別電極３１１の電位は随時変動している。その際、画素１０７と画素１０８の撮像用光電変換素子２０１の個別電極３１１と検知信号線１１２との間の寄生容量に起因するクロストークが検知信号線１１２へ生じて読出し回路１０２へ入力される。放射線照射量の測定時は、撮像用光電変換素子２０１から信号を読み出さない。しかし、撮像用光電変換素子で発生した電荷に応じて、検知信号線１１２との間に生じる容量結合によるクロストークが発生し、検知用光電変換素子からの信号に撮像用光電変換素子からの信号が混入する。この信号が読出し回路１０２へ入力されることにより、放射線の照射量測定の定量性が失われてしまう。そこで本実施形態では、クロストークを含んだ検知信号線の信号を情報処理部１０３内の演算処理部での計算により補正して、放射線検知用光電変換素子からの信号を算出する。下記に演算処理部で行う計算を記載する。
その前に、クロストークの量に関する基本的考えを説明する。一つの検知用光電変換素子から得られる純粋な信号の大きさをＰとする。そうすると同じ条件ならば、撮像用光電変換素子からは検知用光電変換素子との容量比、（Ｃ１＝撮像用光電変換素子の容量）／（Ｃｄ＝検知用光電変換素子の容量）に応じた信号が発生すると考えられる。この大きさをＱとすると、Ｑ＝Ｐ×（Ｃ１／Ｃｄ）が撮像用光電変換素子から発生する信号の量になる。撮像用光電変換素子に接続されたＴＦＴがオフ時にＱが検知信号線に与えるクロストークの量を考える。このときのクロストークの量は光電変換素子の容量Ｃ１と寄生容量Ｃｐとの合成容量に対する比で決まるから、撮像用光電変換素子からのクロストーク＝Ｑ×（Ｃｐ／（Ｃ１＋Ｃｐ））となる。
以上から、撮像用光電変換素子２０１から検知信号線１１２へ発生するクロストークを見込んだ、検知信号線から読出し回路１０２に提供される信号Ｐ’の大きさは次の式のようになる。
Ｐ’＝Ｐ＋Ｑ×（Ｃｐ／（Ｃ１＋Ｃｐ））＝Ｐ＋Ｐ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
以上のように、画素２で発生する撮像用光電変換素子によるクロストークの影響を表すことができる。以上の考え方に基づいて、図２中のブロックＡ，Ｂ、Ｃからなる１つのユニットについて生じるクロストーク量について考える。ここで各ブロックＡ、Ｂ、Ｃ内での放射線の照射は一様に行われていると考える。各信号の値について以下のように定義する。
Ａ：ブロックＡ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ａ’：ブロックＡ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
Ｂ：ブロックＢ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ｂ’：ブロックＢ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
Ｃ：ブロックＣ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ｃ’：ブロックＣ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
ＮＡ：ブロックＡ中の画素１０７の数。
ＮＡ’：ブロックＡ中の画素１０７と同一列に配置された画素１０８の数。
ＮＢ：ブロックＢ中の画素１０７の数。
ＮＢ’：ブロックＢ中の、ブロックＡの画素１０７と同一列に配置された画素１０８の数。
ＮＣ：ブロックＣ中の画素１０７の数。
ＮＣ’：ブロックＣ中の、ブロックＡの画素１０７と同一列に配置された画素１０８の画素数。
Ｃｄ：放射線検知用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃ１：画素１０７の撮像用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃｐ：画素１０７の撮像用光電変換素子の個別電極と検知信号線との間の寄生容量。
Ｃ２：画素１０８の撮像用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃｐ２：画素１０８の撮像用光電変換素子の共通電極と検知信号線との間の寄生容量。
ここで、各ブロック内は一様な放射線が入射すると仮定すると、クロストーク込みの信号Ａ’〜Ｃ’を用いて、クロストークの影響がない信号Ａ〜Ｃを計算から見積もることが可能となる。
Ｐ’＝Ｐ＋Ｑ×（Ｃｐ／（Ｃ１＋Ｃｐ））＝Ｐ＋Ｐ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
以上のように、画素２で発生する撮像用光電変換素子によるクロストークの影響を表すことができる。以上の考え方に基づいて、図２中のブロックＡ，Ｂ、Ｃからなる１つのユニットについて生じるクロストーク量について考える。ここで各ブロックＡ、Ｂ、Ｃ内での放射線の照射は一様に行われていると考える。各信号の値について以下のように定義する。
Ａ：ブロックＡ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ａ’：ブロックＡ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
Ｂ：ブロックＢ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ｂ’：ブロックＢ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
Ｃ：ブロックＣ内の検知用光電変換素子から得られる信号。
Ｃ’：ブロックＣ内の検知用光電変換素子から得られるクロストーク込みの信号。
ＮＡ：ブロックＡ中の画素１０７の数。
ＮＡ’：ブロックＡ中の画素１０７と同一列に配置された画素１０８の数。
ＮＢ：ブロックＢ中の画素１０７の数。
ＮＢ’：ブロックＢ中の、ブロックＡの画素１０７と同一列に配置された画素１０８の数。
ＮＣ：ブロックＣ中の画素１０７の数。
ＮＣ’：ブロックＣ中の、ブロックＡの画素１０７と同一列に配置された画素１０８の画素数。
Ｃｄ：放射線検知用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃ１：画素１０７の撮像用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃｐ：画素１０７の撮像用光電変換素子の個別電極と検知信号線との間の寄生容量。
Ｃ２：画素１０８の撮像用光電変換素子の共通電極と個別電極との間の容量。
Ｃｐ２：画素１０８の撮像用光電変換素子の共通電極と検知信号線との間の寄生容量。
ここで、各ブロック内は一様な放射線が入射すると仮定すると、クロストーク込みの信号Ａ’〜Ｃ’を用いて、クロストークの影響がない信号Ａ〜Ｃを計算から見積もることが可能となる。
例えば、ブロックＡ内の画素１０７の撮像用光電変換素子の個別電極３１１と検知信号線との寄生容量（Ｃｐ）から発生するクロストークの量は、
Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となり、ブロックＡ内の画素１０８の撮像用光電変換素子と検知信号線との寄生容量（Ｃｐ２）から発生するクロストークの量は、
Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
となる。
Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となり、ブロックＡ内の画素１０８の撮像用光電変換素子と検知信号線との寄生容量（Ｃｐ２）から発生するクロストークの量は、
Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
となる。
また、ブロックＡで得られるクロストーク込みの信号Ａ’には、ブロックＢ及びＣの画素１０８からのクロストークの影響が加わる。以上のことを考慮して、実際に読出し回路へ輸送されるクロストークを含んだ信号Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は、１つのユニットに含まれるブロックＡ、Ｂ、Ｃで発生する検知素子からの信号Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、下式であらわされる。ただし、画素１０７，画素１０８の数、上記の容量の値は各ブロックで同じとする。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
上式は、撮像用光電変換素子に接続されたＴＦＴ２０２がオフのとき、信号を読み出さない画素で発生する信号が個別電極と検知信号線との間の寄生容量(具体的にはＣｐ、Ｃｐ２)に起因して発生するクロストークを含む式である。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
上式は、撮像用光電変換素子に接続されたＴＦＴ２０２がオフのとき、信号を読み出さない画素で発生する信号が個別電極と検知信号線との間の寄生容量(具体的にはＣｐ、Ｃｐ２)に起因して発生するクロストークを含む式である。
上式中のＮＡ、ＮＢ、ＮＣ、ＮＡ’、 ＮＢ’、ＮＣ’、Ｃｄ、Ｃ１、Ｃｐ、Ｃｐ２、Ｃ２、に関しては、例えば設計時の情報を情報処理部１０３の容量情報蓄積部へ事前に書き込んでおく。図２のブロックＡの例では、ＮＡ＝３，ＮＡ’＝６、ＮＢ＝３、ＮＢ’＝９、ＮＣ＝３、ＮＣ’＝９である。同様にブロックＢ、Ｃの画素数、容量値を求めておく。
また、出力データ蓄積部１１６には、読出し回路１０２から送られてきた信号Ａ’〜Ｃ’の情報が書き込まれる。その後、演算処理部１１７が容量情報蓄積部１１８及び出力データ蓄積部１１６と通信を行い、上記の連立方程式を解くことによって、クロストーク量を補正した信号Ａ〜Ｃを得ることが可能である。
このように、画素１０７の検知用光電変換素子２０６から送られてきた信号は、読出し回路１０２を介して情報処理部１０３内の演算処理部１１７へ提供される。情報処理部１０３で上記演算を行うことでクロストークが補正される。その結果、放射線照射量の測定を精度よく行うことが可能となる。放射線の放射線量の測定値が所定の設定値に達しない場合は、再度検知用光電変換素子２０６からの信号を読み出し、情報処理部１０３内の演算処理部でクロストークの補正を実施し、放射線の照射量を求める。その後、測定値が設定値に達したら放射線照射量の測定は終了である。その後は放射線源に制御信号を送り、放射線の照射を停止させても良い。
なお、本実施形態では、ＮＡ、ＮＢ、ＮＣ、ＮＡ’、 ＮＢ’、ＮＣ’、Ｃｄ、Ｃ１、Ｃｐ、Ｃｐ２、Ｃ２、に関しては設計時の情報から得られると記載したが、Ｃｄ、Ｃ１、Ｃｐ、Ｃｐ２、Ｃ２に関しては事前に校正データを取得し、算出しても構わない。例えば、画素１０６〜画素１０８の撮像用光電変換素子２０１の個別電極、及び画素１０７の検知用光電変換素子２０６の個別電極をリセット電位にリセットする。その後、各配線の電位を変動させて、Ｃｄ、Ｃ１、Ｃｐ、Ｃｐ２、Ｃ２にある量の電荷を蓄積させ、随時読み出す。そして、その時読みだした電荷Ｑと、実際に印加したバイアス電圧Ｖを用いて、容量と電圧の関係式、Ｑ＝ＣＶからＣｄ、Ｃ１、Ｃｐ、Ｃｐ２、Ｃ２を算出しても良い。その時算出した容量情報は情報処理部内の容量情報蓄積部１１８へ転送される。演算処理部１１７は容量情報蓄積部１１８と随時データのやり取りが可能である。また、校正データの取得は、配線の電位を変動させる方法以外にも、例えば光を入射させた時に発生する電荷を読み出し、容量情報を取得しても良い。
また、本実施形態では、電荷読み出しの場合を記載したが、電圧読み出しの場合は列信号線がフローティングの為、前述した計算式において列信号線とゲート駆動配線の間の寄生容量も無視できなくなる。その場合は、前述した計算式のＣｐ及びＣｐ２に対して、列信号線とゲート駆動配線間の寄生容量も加味した値を適用すれば良い。
また、本実施形態では、検知用光電変換素子を含む画素１０７の構成に関して、撮像用光電変換素子とＴＦＴ、及び、放射線検知用光電変換素子とＴＦＴの組み合わせで記載したが、本発明はそれに限定されるものではない。画素１０７に相当する部分は検知用光電変換素子とＴＦＴの組み合わせのみで構成された検知部でも良いし、ＴＦＴを持たない検知用光電変換素子のみの構成でも良い。また、画素１０７の大きさについて、本実施形態では、画素１０６と画素１０８と同様の大きさで記載したが、本発明はそれに限定されるものでは無い。放射線入射量の測定が可能な構成ならばどんな大きさでも良く、例えば、画素１０７が画素１０６及び画素１０８の２画素分の大きさでも良いし、それ以上の大きさでもよい。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と重複する部分に関しては、説明を省略する。図８は本発明の実施形態２に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。実施形態１では検知用光電変換素子２０６はＴＦＴ２０８を介して検知信号線１１２と接続されていたが、実施形態２では検知用光電変換素子２０６はＴＦＴ２０８を介して列信号線１１１と接続されている。つまり列信号線が検知信号線を兼ねている。また、画素１０８について、実施形態１では画素１０７の検知信号線が画素内に引き回されていたが、実施形態２では、検知信号線は存在しない為、画素１０６と画素１０８の内部の構成は同様の構成になる。したがって、本実施形態における画素１０６は、画素１０７の検知用光電変換素子が接続されていない列信号線１１１と接続された画素のことをいうものとする。画素１０６の構成は実施形態１と同様である。また、本実施形態における画素１０８は、画素１０７の検知用光電変換素子が少なくとも一つ以上接続された列信号線１１１と接続された画素のことをいうものとする。結局、本実施形態の画素１０８の構成は画素１０６と同様になっている。また、図８には、画素エリア１０１に５行５列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではない。
次に、本発明の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と重複する部分に関しては、説明を省略する。図８は本発明の実施形態２に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。実施形態１では検知用光電変換素子２０６はＴＦＴ２０８を介して検知信号線１１２と接続されていたが、実施形態２では検知用光電変換素子２０６はＴＦＴ２０８を介して列信号線１１１と接続されている。つまり列信号線が検知信号線を兼ねている。また、画素１０８について、実施形態１では画素１０７の検知信号線が画素内に引き回されていたが、実施形態２では、検知信号線は存在しない為、画素１０６と画素１０８の内部の構成は同様の構成になる。したがって、本実施形態における画素１０６は、画素１０７の検知用光電変換素子が接続されていない列信号線１１１と接続された画素のことをいうものとする。画素１０６の構成は実施形態１と同様である。また、本実施形態における画素１０８は、画素１０７の検知用光電変換素子が少なくとも一つ以上接続された列信号線１１１と接続された画素のことをいうものとする。結局、本実施形態の画素１０８の構成は画素１０６と同様になっている。また、図８には、画素エリア１０１に５行５列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではない。
図８に示すような構成の回路を、例えば２７×２７画素を備えた放射線検出装置に適用すると、図９のように配置することができる。また、図１０は図９のブロックＡの部分の等価回路図である。図９の画素エリア内に画素１０６が集合した領域Ｒ１、画素１０７が集合した領域Ｒ２、画素１０８が集合した領域Ｒ３が存在することになる。画素エリア１０１内には、領域Ｒ２が９つのブロックＡ〜Ｉに存在しているが、その数や並べ方はこれに限定されるものではない。例えば、Ｒ２を５×５の２５領域に分けて設けても良いし、１０×１０の１００領域に設けても良い。その際のＲ２の並べ方は、画素エリア内に均等に並べても良いし、ある一部分にかたよりを持たせて密集させても良い。実施形態１では、列方向の異なるブロックにおいて、Ｒ２をずらして配置していたが、実施形態２では、列方向の異なるブロックにおいて、Ｒ２を重複させている。
次に画素構成について説明する。なお、画素１０６及び画素１０８は実施形態１と同様のため、説明を省略する。図１１（ａ）は本実施形態における画素１０７の平面構造、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。検知用光電変換素子２０６は、ガラス基板等の絶縁性の基板３００の上に設けられたＴＦＴ２０８の上に第１の層間絶縁層３１０を挟んで積層されて配置されている。ＴＦＴ２０８の第１主電極３１７が列信号線１１１の一部をなしている。また、ＴＦＴ２０８の第２主電極３１８がコンタクトホール３１９に形成されたコンタクトを介して、検知用光電変換素子の個別電極３２２と接続されている。撮像用光電変換素子の共通電極３１５及び検知用光電変換素子の共通電極３２３には第２の層間絶縁層３２０上に配置されたバイアス線１０９が電気的に接合される。検知用光電変換素子２０６及び撮像用光電変換素子２０１の各個別電極は共通の列信号線１１１を介して読出し回路１０２へ接続されている。
本実施形態における放射線検出装置の動作について図８、図１２を用いて説明する。期間Ｔ１については実施形態１と同様である。期間Ｔ２は、放射線の照射量を測定する期間である。実施形態１では、駆動電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３を同時に且つ断続的にＯＮしていたが、本実施形態では、図９に示すように一本の列信号線に複数のブロックの放射線を検知するための画素１０７が接続されている。そこで、ブロック毎の信号を取り出す為に、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に順次ＯＮ電圧を印加している。そして、放射線検知用光電変換素子の信号を読み取る。期間Ｔ３については実施形態１と同様である。
このようにして読まれた放射線検知用光電変換素子からの信号に対して、実施形態１と同様、演算処理部によるクロストークを補正するための計算を実施する。本実施形態ではその計算式は下記のようになる。なお、各変数は実施形態１と同様である。ここで、各ブロック内は一様な放射線が入射すると仮定すると、クロストーク込の信号Ａ’〜Ｃ’を用いて、検知素子からのクロストークの影響がない信号Ａ〜Ｃを計算から見積もることが可能となる。
例えば、ブロックＡ内の画素１０７の撮像用光電変換素子の個別電極と検知信号線の寄生容量（Ｃｐ）から発生するクロストーク量は、
Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となり、ブロックＡ内の画素１０８の撮像用光電変換素子と検知信号線の寄生容量（Ｃｐ２）から発生するクロストーク量は、
Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
となる。また、ブロックＡを読み出している際に、ブロックＢ、ブロックＣの画素１０７の検知用光電変換素子に接続されているＴＦＴはオフであるから、個別電極と検知信号線の寄生容量（Ｃｐ３）に起因するクロストークは、
Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
となる。
Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となり、ブロックＡ内の画素１０８の撮像用光電変換素子と検知信号線の寄生容量（Ｃｐ２）から発生するクロストーク量は、
Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
となる。また、ブロックＡを読み出している際に、ブロックＢ、ブロックＣの画素１０７の検知用光電変換素子に接続されているＴＦＴはオフであるから、個別電極と検知信号線の寄生容量（Ｃｐ３）に起因するクロストークは、
Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
となる。
よって、例えば信号Ａ’は、ブロックＡでの画素１０７及び画素１０８からのクロストーク、ブロックＢ及びＣでの画素１０７及び画素１０８からのクロストークの影響を受ける。実際に読出し回路へ輸送されるクロストークを含んだ信号Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は、放射線検知用光電変換素子からの純粋な信号Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、下式であらわされる。ただし、画素１０７，画素１０８の数、上記の容量の値は各ブロックで同じとする。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ａ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ａ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となる。実施形態１と同様、上式は、信号を読み出さない画素の光電変換素子の個別電極と検知信号線との間の容量(具体的にはＣｐ、Ｃｐ２、Ｃｐ３)に起因するクロストークを含む式である。演算処理部１１７で上式の連立方程式を解くことにより、放射線検知用光電変換素子からの信号を取得する事が可能である。その結果、定量的な放射線照射量の測定が可能になる。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ａ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｃ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ａ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
+Ｂ×(Ｃｐ３/(Ｃｄ+Ｃｐ３))
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
となる。実施形態１と同様、上式は、信号を読み出さない画素の光電変換素子の個別電極と検知信号線との間の容量(具体的にはＣｐ、Ｃｐ２、Ｃｐ３)に起因するクロストークを含む式である。演算処理部１１７で上式の連立方程式を解くことにより、放射線検知用光電変換素子からの信号を取得する事が可能である。その結果、定量的な放射線照射量の測定が可能になる。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。図１３は本実施形態における放射線検出装置の等価回路図である。本実施形態では、画素１０７の検知用光電変換素子がＴＦＴを介さずに検知信号線１１２と接続されている。また、情報処理部１０３で画素エリア１０１のどこに放射線が照射されたか判定する照射領域の判定を行う。
次に、本発明の実施形態３について説明する。図１３は本実施形態における放射線検出装置の等価回路図である。本実施形態では、画素１０７の検知用光電変換素子がＴＦＴを介さずに検知信号線１１２と接続されている。また、情報処理部１０３で画素エリア１０１のどこに放射線が照射されたか判定する照射領域の判定を行う。
図１３に示すような構成の回路を、例えば２７×２７画素を備えた放射線検出装置に適用すると、図１４のようになる。また、図１５は図１４のブロックＡ部分の等価回路図である。図１４及び図１５の画素エリア１０１内に画素１０６が集合した領域Ｒ１、画素１０７が集合した領域Ｒ２、画素１０８が集合した領域Ｒ３が存在する。画素エリア内には、領域Ｒ２が３×３の９つ存在しているが、その数や並べ方はこれに限定されるものではない。例えば、領域Ｒ２を５×５の２５領域設けても良いし、１０×１０の１００領域設けても良い。その際の領域Ｒ２の並べ方は、画素エリア内に均等に並べても良いし、ある一部分にかたよりを持たせて密集させても良い。図１４及び図１５では、検知信号線１１２を画素１０７が配置された、読出し回路１０２の側から見て最下部の行まで引き回している。
次に画素の構成について説明する。なお、画素１０６及び画素１０８は実施形態１と同様の為、説明を省略する。図１６（ａ）は本実施形態における画素１０７の平面構造、図１６（ｂ）は図１６（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。検知用光電変換素子２０６は、第１の層間絶縁層３１０の上層に配置されている。また、検知用光電変換素子２０６の個別電極３２２はコンタクトホール３１９に形成されたコンタクトを介して検知信号線１１２に接続されている。
次に、本実施形態における放射検出装置の動作について説明する。今、図１４の破線部に放射線が照射された場合を考える。放射線照射野はブロックＢ、ブロックＣ、ブロックＥ、ブロックＦ、の４ブロックにわたる為、残りの５ブロック（ブロックＡ、ブロックＤ、ブロックＧ、ブロックＨ、ブロックＩ）は非照射領域になる。よって、５つの放射線の照射野外のブロックに含まれる領域Ｒ２から得られる出力は概ね０とできる。その時、演算処理部と接続された照射領域判定部において、出力が概ね０のブロックを非照射領域と判定し、非照射領域と判定されたブロックに関しては補正のための演算処理の対象から外す。そして照射野からの信号を使って補正のための演算を行う。演算処理の対象とするブロックを限定することによって、変数が減らせるので動作を高速化するために有利である。
本実施形態における演算処理部での計算式を以下に示す。各ブロックＡ、Ｂ、Ｃについての計算式は以下のようになる。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
上式で、本実施形態ではブロックＡでの信号Ａ＝０とできるので、演算処理部ではブロックＢの信号Ｂ’、ブロックＣの信号Ｃ’のみを考えればよい。演算処理の負荷が減ることで、放射線照射量測定時の一連の動作を高速化するのに有利である。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ａ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｂ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
+Ｃ×(Ｃ１/Ｃｄ)×(Ｃｐ/(Ｃ１+Ｃｐ))
上式で、本実施形態ではブロックＡでの信号Ａ＝０とできるので、演算処理部ではブロックＢの信号Ｂ’、ブロックＣの信号Ｃ’のみを考えればよい。演算処理の負荷が減ることで、放射線照射量測定時の一連の動作を高速化するのに有利である。
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。なお、実施形態１と重複する箇所については、説明を省略する。図１７は、本実施形態における放射線検出装置の等価回路図である。本実施形態は、実施形態１に対して、図１７に示すように、画素が配置される部分に撮像用光電変換素子を含まない検知素子１２０を配置している。検知素子１２０は検知用光電変換素子とＴＦＴの組み合わせになっている。
次に、本発明の実施形態４について説明する。なお、実施形態１と重複する箇所については、説明を省略する。図１７は、本実施形態における放射線検出装置の等価回路図である。本実施形態は、実施形態１に対して、図１７に示すように、画素が配置される部分に撮像用光電変換素子を含まない検知素子１２０を配置している。検知素子１２０は検知用光電変換素子とＴＦＴの組み合わせになっている。
図１８（ａ）は本実施形態における検知素子１２０の平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。本実施形態における検知素子１２０は検知用光電変換素子に接続されたＴＦＴ２０８を介して、検知信号線１１２に接続されている。また、検知素子１２０には画素１０８からの列信号線１１１が引き回されている。画素１０８には検知信号線１１２が引き回されている。検知用光電変換素子は、ガラス基板等の絶縁性の基板３００の上に設けられたＴＦＴ２０８の上に第１の層間絶縁層３１０を挟んで積層されて配置されている。ＴＦＴ２０８の第１主電極３１７が検知信号線１１２の一部をなしている。また、ＴＦＴ２０８の第２主電極３１８がコンタクトホール３１９に形成されたコンタクトを介して、検知用光電変換素子の個別電極３２２と接続されている。検知用光電変換素子２０６の共通電極３２３には第２の層間絶縁層３２０上に配置されたバイアス線１０９が電気的に接合される。
本実施形態における放射線検出装置の動作については、実施形態１と同様である。しかし、本実施形態では実施形態１と異なり、画素１０７のような撮像用光電変換素子と検知用光電変換素子を備えた画素がないから、実施形態１の画素１０７の撮像用光電変換素子からのクロストークを考慮する必要はない。画素１０８１０６からの検知信号線へのクロストークを考慮して補正をすればよい。具体的には、個々で各ブロック毎に一様に放射線が入射すると仮定すると、クロストーク込みの信号Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は以下のように表される。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＡ’）/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＢ’）/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＣ’）/ＮＣ)
上の式から他の実施形態のようにして各ブロックＡ、Ｂ、Ｃの検知信号の値を求めることができる。
Ａ’=Ａ+Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＡ’）/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｂ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＢ’）/ＮＢ)
+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＣ’/ＮＣ)
Ｃ’=Ａ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＡ’/ＮＡ)
+Ｂ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(ＮＢ’/ＮＢ)
+Ｃ+Ｃ×(Ｃ２/Ｃｄ)×(Ｃｐ２/(Ｃ２+Ｃｐ２))×(（ＮＣ’）/ＮＣ)
上の式から他の実施形態のようにして各ブロックＡ、Ｂ、Ｃの検知信号の値を求めることができる。
（応用実施形態）
次に、図１９を用いて、本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムを説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線検出装置６０４０に含まれる本願発明の放射線撮像装置の光電変換部に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に応じて光電変換部により放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。
次に、図１９を用いて、本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムを説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線検出装置６０４０に含まれる本願発明の放射線撮像装置の光電変換部に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に応じて光電変換部により放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。
１０１：画素エリア、１０２：読出し回路、１０３：情報処理部、１０４：ゲート駆動回路、１０５：電源回路、１０６〜１０８：画素、１０９：バイアス線、１１０：ゲート配線、１１１：列信号線、１１２：検知信号線、１１３：オペアンプ、１１４：マルチプレクサ（ＭＵＸ）、１１５：Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、１１６：出力データ蓄積部、１１７：演算処理部、１１８：容量情報蓄積部
Claims (13)
- 放射線に応じた撮像信号を生成するための変換素子と、放射線を検知するための検知素子と、前記検知素子が接続された検知信号線と、処理部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記処理部は、前記放射線が曝射されている期間に、前記放射線の照射の開始の検出、及び、前記放射線の照射量の積算量の測定、の少なくとも一方を行うために前記検知素子からの信号に対する算出を行い、
前記算出は、前記検知信号線から提供される信号と、前記変換素子の容量と、前記変換素子と前記検知信号線との間の寄生容量と、前記検知素子の容量と、に基づいて行われることを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記算出は更に、前記検知信号線に接続される前記検知素子の数と、前記検知信号線との間に前記寄生容量を生じる前記変換素子の数と、に基づくことを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子と列信号線との間に接続されたスイッチ素子を更に含み、
前記列信号線が前記検知信号線を兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。 - 前記変換素子と前記検知素子とを含むブロックが前記検知信号線に沿って一列に配置されたユニットのうち放射線の照射野に含まれていないブロックの検知素子からの信号は、前記算出には使われないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子と前記検知素子とを含むブロックが前記検知信号線に沿って一列に配置されたユニットが、前記ブロックの列と直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記検知素子を含む第１画素と、前記検知素子を含まずに前記変換素子を含む第２画素と、を含む複数の画素が行列状に配列された画素アレイを含み、
前記検知信号線は前記複数の画素の列に沿って配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。 - 前記第２画素は、前記列に沿って配置された列信号線と前記変換素子との間に接続されたスイッチ素子を更に含み、
前記列信号線が前記検知信号線としても動作する、請求項６に記載の放射線撮像装置。 - 前記第２画素は、前記検知信号線とは別に前記列に沿って配置された列信号線と前記変換素子との間に接続されたスイッチ素子を更に含み、
前記検知信号線は、複数の前記列信号線の間に配置される請求項６に記載の放射線撮像装置。 - 前記第１画素は、前記変換素子と、前記変換素子と前記列信号線との間に接続されたスイッチ素子を更に含む請求項７又は８に記載の放射線撮像装置。
- 前記第１画素は、前記検知信号線と前記検知素子との間に接続されたスイッチ素子を更に含む請求項６乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記処理部は、前記変換素子の容量、前記検知素子の容量、及び、前記寄生容量の容量情報を蓄積する第１蓄積部と、前記検知信号線から提供される信号の情報を蓄積する第２蓄積部と、前記第１蓄積部及び前記第２蓄積部と接続して前記算出のための演算処理を行う演算処理部と、を含む請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を発生する放射線源と、
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と、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。 - 前記処理部からの制御信号により前記放射線源を制御することを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮像システム。
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