JP6461212B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

放射線撮像装置は、放射線発生装置による放射線の照射と同期して撮像動作を行う。特許文献１には、放射線の照射の開始を検知する機能を有する放射線撮像装置が記載されている。特許文献１の放射線撮像装置は、放射線を電荷に変換し蓄積する変換素子を含む複数の画素が配列された画素アレイと、複数の画素の前記変換素子にバイアス電圧を与えるためのバイアス線と、バイアス線を流れる電流を検知する検知回路とを備えている。この放射線撮像装置は、検知回路からの出力に基づいて画素アレイへの放射線の照射の開始を検知し、それに応じて前記複数の画素による電荷の蓄積動作を制御する。

特開２０１４−１６８２０２号公報

バイアス線を流れるバイアス電流には、放射線の照射以外の要因、例えば衝撃等の力が加わることによってノイズが混入しうる。このノイズが大きい場合、放射線の照射が開始されていないにも拘わらず、放射線の照射が開始されたと誤判定される可能性がある。このような誤判定が発生すると、放射線撮像装置が撮像動作に誤って移行してしまう。放射線撮像装置が撮像動作に移行してしまうと、次の撮像動作を行うための準備が整うまで、撮像動作を行うことができない撮像不能状態となりうる。

一方で、一般的な動向として、放射線撮像装置の可搬性や使い勝手を向上さるために、放射線撮像装置の軽量化が求められている。そのため、筺体の剛性が低下し、内部の回路基板に衝撃が伝わりやすくなる傾向にある。また、回路基板に対しても、小型化、高密度化といった要求がなされうる。例えば、小型で大容量のセラミックコンデンサが採用されたり、複数の回路が少数の基板に集積されたりする傾向にある。これにより、回路基板に衝撃が伝わった場合に、セラミックコンデンサが圧電効果によって電圧ノイズを発生し、そのノイズが回路間の干渉により様々な回路に伝わり誤動作を誘発しやすくなる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、放射線の照射の開始を検出する機能を有する放射線撮像装置において、放射線撮像装置に力が加わったことによって発生しうる誤検出を低減するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線をアナログ信号に変換する変換素子を含む複数の画素が配列され、前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電圧を与えるためのバイアス線を有する画素アレイを備える放射線撮像装置に係り、前記放射線撮像装置は、前記画素アレイからのアナログ信号を読み出す読出回路と、前記バイアス線にバイアス電圧を供給するバイアス回路であって、前記画素アレイに対する放射線の照射の開始を検出するために前記バイアス線を流れる電流を検出する検出回路を含み、前記検出回路が、前記電流に応じたアナログ信号を出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、を含むバイアス回路と、前記読出回路に第１基準電圧を供給するための第１基準電源と、前記増幅回路に第２基準電圧を供給するための第２基準電源と、少なくとも前記第１基準電源、前記第２基準電源、および、前記ＡＤ変換器に対して電源電圧線および接地線を介して電源電圧を供給する電源回路と、を備え、前記接地線は、前記第１基準電源および第２基準電源のそれぞれの接地端子を相互に接続する第１接地線と、前記電源回路および前記第１接地線に接続された第２接地線と、を含み、前記第２接地線のインピーダンスは、前記第１基準電源と前記第２基準電源との間における前記第１接地線のインピーダンスより高く、前記ＡＤ変換器の接地端子は、前記第１接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている。

本発明によれば、放射線の照射の開始を検出する機能を有する放射線撮像装置において、放射線撮像装置に力が加わったことによって発生しうる誤検出を低減するために有利な技術が提供される。

本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成を例示する図。 放射線撮像装置の撮像部の構成を例示する図。 読出回路の増幅回路の構成を例示する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像システム（放射線撮像装置）の動作を例示する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像システム（放射線撮像装置）の動作を例示する図。 放射線の照射の開始判定を説明する図。 衝撃（力）の印加による誤判定（誤検出）を説明する図。 放射線撮像装置の構成を簡略化した等価回路を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の構成を例示する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の構成を例示する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明のその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態の放射線撮像システム１の構成が示されている。放射線撮像システム１は、被検体に放射線を照射し、被検体を透過した放射線を撮像するように構成されている。放射線の概念には、Ｘ線の他、γ線、α線、β線も含まれうる。放射線撮像システムは、放射線撮像装置２００、コンピュータ３００、曝射制御装置３１０および放射線源３２０を備えうる。

曝射制御装置３１０は、放射線源３２０に対して、曝射（被検体への放射線の照射）を行うように指示する。曝射制御装置３１０は、例えば、曝射ボタンを有し、曝射ボタンが操作されたことに応じて放射線源３２０に対して、曝射を行うように指示する。コンピュータ３００は、放射線撮像装置２００を制御する他、放射線撮像装置２００から出力される画像信号ＩＳを処理するように構成されうる。コンピュータ３００は、放射線撮像装置２００と一体化されてもよいし、コンピュータ３００の一部の機能が放射線撮像装置２００に組み込まれてもよいし、放射線撮像装置２００の一部の機能がコンピュータ３００に組み込まれてもよい。

放射線撮像装置２００は、放射線源３２０から被検体に照射され、被検体を透過した放射線によって形成される放射線像を撮像するように構成されている。放射線撮像装置２００は、例えば、撮像部１００と、電源回路２１０と、制御部２２０とを含みうる。撮像部１００は、例えば、画素アレイ１１２、バイアス回路１０３、読出回路１１３、駆動回路１１４、第１基準電源１１１、第２基準電源１１７、ゲート電源１１６を含みうる。

画素アレイ１１２は、放射線を電気信号に変換する変換素子を含む複数の画素が配列され、複数の画素の変換素子にバイアス電圧を与えるためのバイアス線ＢＬを有する。複数の画素は、複数の行および複数の列を構成するように２次元状に配置される。バイアス回路１０３は、画素アレイ１１２のバイアス線ＢＬに対してバイアス電圧Ｖｓを与える。バイアス回路１０３は、画素アレイ１１２に対する放射線の照射の開始を検出するために、バイアス線ＢＬを流れる電流を検出する検出回路を含む。読出回路１１３は、画素アレイ１１２の複数の画素のうち駆動回路１１４によって選択された行の画素から信号を読み出す。駆動回路１１４は、画素アレイ１１２の複数の画素によって構成される複数の行のうち駆動対象の行を選択する。

電源回路２１０は、例えば、バッテリ、および、ＤＣＤＣコンバータ等を含み、第１基準電源１１１、第２基準電源１１７およびゲート電源１１６（電圧発生回路）に対して電源電圧Ｖｐを供給する。また、電源回路２１０は、撮像部１００を構成する各素子に対して電源電圧Ｖｐを供給する。第１基準電源１１１は、電源電圧Ｖｐを受けて、第１基準電圧線Ｌｖｒｅｆを介して読出回路１１３に供給される第１基準電圧Ｖｒｅｆを発生する。第２基準電源１１７は、第２基準電圧線Ｌｖｓ’を介してバイアス回路１０３に供給される第２基準電圧Ｖｓ’を発生する。ゲート電源１１６（電圧発生回路）は、駆動回路１１４に供給されるゲート電圧Ｖｏｎを発生する。駆動回路１１４は、選択する行の画素のトランジスタに対してゲート電圧Ｖｏｎを印加する。

制御部２２０は、バイアス回路１０３の検出回路から供給される電流情報ＣＩに基づいて、画素アレイ１１２に対する放射線の照射の開始を検出する。また、制御部２２０は、撮像部１００の動作を制御する。制御部２２０は、例えば、画素アレイ１１２に対する放射線の照射の開始を検出したら、撮像部１００をリセット動作から蓄積動作に移行させ、蓄積動作が終了したら、撮像部１００を読出動作に移行させる。制御部２２０の機能の全部または一部は撮像部１００に組み込まれてもよい。制御部２２０は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

図２には、撮像部１００の構成が例示されている。撮像部１００は、前述のように、画素アレイ１１２、バイアス回路１０３、読出回路１１３、駆動回路１１４、第１基準電源１１１、第２基準電源１１７、ゲート電源１１６を含みうる。

画素アレイ１１２は、複数の行および複数の列を構成するように二次元状に配列された複数の画素ＰＩＸを有する。なお、図２では、説明の簡単化のために、画素ＰＩＸが３行３列を構成するように配列されているが、実際には、より多くの行および列を構成するように、より多くの画素ＰＩＸが配列される。各画素ＰＩＸは、放射線または光を電荷に変換する変換素子ＣＶと、その電荷に応じた電気信号を信号線Ｓｉｇに出力するスイッチ素子Ｔとを含みうる。各画素ＰＩＸは、その他、増幅回路および／またはサンプリング回路等を含んでもよい。

変換素子ＣＶは、例えば、光を電荷に変換する光電変換素子と、放射線を光電変換素子が検知可能な波長の光に変換する波長変換体（シンチレータ）とを含む間接型の変換素子でありうる。あるいは、変換素子ＣＶは、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子でありうる。光電変換素子は、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板の上に配置されたアモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードでありうる。変換素子ＣＶの光電変換素子がＰＩＮ型フォトダイオードである場合、変換素子ＣＶは、容量を有しうる。

スイッチ素子Ｔは、１つの制御端子と２つの主端子とを有するトランジスタ、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）でありうる。変換素子ＣＶの一方の電極はスイッチ素子Ｔの２つの主端子のうちの一方に電気的に接続され、変換素子ＣＶの他方の電極は共通のバイアス線ＢＬに電気的に接続される。スイッチ素子Ｔの２つの主端子のうちの他方は、信号線Ｓｉｇに接続されうる。バイアス線ＢＬには、バイアス回路１０３によってバイアス電圧Ｖｓが供給される。

スイッチ素子Ｔのゲートは、駆動回路１１４によって駆動される駆動信号線Ｇに接続されている。駆動回路１１４は、画素アレイ１１２における選択すべき行の駆動信号線Ｇをアクティブレベル（ゲート電圧Ｖｏｎ）に駆動する。駆動信号線Ｇを通してアクティブレベルの信号がスイッチ素子Ｔのゲートに供給されると、そのスイッチ素子Ｔが導通状態となる。これによって、選択された行の画素ＰＩＸの変換素子ＣＶに蓄積されていた電荷に応じた信号が複数の信号線Ｓｉｇに並列に出力される。

信号線Ｓｉｇに出力された信号は、読出回路１１３によって読み出される。読出回路１１３は、複数の増幅回路１３７と、マルチプレクサ１３８とを含む。複数の増幅回路１３７は、１つの増幅回路１３７が１つの信号線Ｓｉｇに対応するように設けられている。複数の信号線Ｓｉｇに並列に出力されてくる選択された行の画素ＰＩＸの信号は、複数の増幅回路１３７によって並列に増幅される。

各増幅回路１３７は、例えば、増幅器１３３（積分増幅器）と、増幅器１３３からの信号を増幅する可変増幅器１３４と、可変増幅器１３４からの信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路１３５と、バッファアンプ１３６とを含みうる。増幅器１３３は、図３に例示されるように、差動増幅器１７０と、フィードバックインピーダンス（積分容量）１７５と、リセットスイッチ１７６とを含みうる。差動増幅器１７０は、第１入力端子１７１（反転入力端子）、第２入力端子１７２（非反転入力端子）および第１出力端子１７３を有する、第２入力端子１７２と第１出力端子１７３とを接続するフィードバックインピーダンス１７５（積分容量）とを有しうる。増幅器１３３は、フィードバックインピーダンス１７５（積分容量）の容量値を変えることで増幅率を変更することができるように構成されてもよい。第１入力端子１７１には、第１基準電源１１１から第１基準電圧Ｖｒｅｆが供給され、第２入力端子１７２には、信号線Ｓｉｇに出力された信号が供給され、第１出力端子１７３は、可変増幅器１３４の入力端子に接続されている。フィードバックインピーダンス１７５およびリセットスイッチ１７６は、差動増幅器１７０の第２入力端子１７２と第１出力端子１７３との間に並列に接続されている。サンプルホールド回路１３５は、例えば、サンプリングスイッチと、サンプリング容量とによって構成されうる。

マルチプレクサ１３８は、複数の信号線Ｓｉｇにそれぞれ対応する複数の増幅回路１３７から並列に読み出された信号を順次に選択して出力する。読出回路１１３は、マルチプレクサ１３８からの信号をバッファリングするバッファ増幅器１３９を含みうる。バッファ増幅器１３９は、インピーダンス変換器として機能しうる。読出回路１１３は、ＡＤ変換器１４０を有しうる。ＡＤ変換器１４０は、例えば、バッファ増幅器１３９から出力されたアナログの信号を画像信号ＩＳとしてのデジタル信号に変換するように配置されうる。読出回路１１３から出力された画像信号ＩＳは、コンピュータ３００に提供されうる。コンピュータ３００は、読出回路１１３から出力された画像信号ＩＳを処理する。

バイアス回路１０３は、電源回路２１０から電源電圧Ｖｐおよび第２基準電源１１７から供給される第２基準電圧Ｖｓ’を受けて、バイアス線ＢＬに供給するバイアス電圧Ｖｓを発生する。ここで、バイアス電圧Ｖｓは、第２基準電圧Ｖｓ’を基準として生成される電圧であって、第２基準電圧Ｖｓ’と等しい電圧である。バイアス回路１０３は、画素アレイ１１２に対する放射線の照射の開始を検出するために、バイアス線ＢＬを流れる電流を検出するための検出回路を含む。ここで、バイアス線ＢＬには、各画素ＰＩＸの変換素子ＣＶに放射線が照射されて起こる光電変換によってバイアス電流が流れる。したがって、バイアス電流に基づいて放射線の照射開始などの照射状態を検出することができる。

バイアス回路１０３は、電源電圧Ｖｐの供給を受けて動作する増幅回路１８０を含みうる。増幅回路１８０は、差動増幅器１８４と、フィードバックインピーダンス１８５とを含みうる。差動増幅器１８４は、第３入力端子１８１（非反転入力端子）、第４入力端子１８２（反転入力端子）および第２出力端子１８３を有する。フィードバックインピーダンス１８５は、第４入力端子１８２と第２出力端子１８３とを接続する。第３入力端子１８１には、第２基準電源１１７から第２基準電圧Ｖｓ’が供給される。第４入力端子１８２には、バイアス線ＢＬが接続されている、増幅回路１８０は、イマジナリーショットによって、第２基準電圧Ｖｓ’と等しいバイアス電圧Ｖｓをバイアス線ＢＬに供給する。

増幅回路１８０の第２出力端子からは、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流に応じた電圧が、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を示す情報として出力される。バイアス回路１０３あるいは検出回路は、増幅回路１８０から出力される電圧をＡＤ変換するＡＤ変換器１８９を有しうる。ＡＤ変換器１８９は、増幅回路１８０から出力される電圧（信号を）をＡＤ変換した結果を、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を示す電流情報ＣＩとして出力する。

この例では、バイアス線ＢＬに供給されるバイアス電圧Ｖｓを発生する機能およびバイアス線ＢＬを流れる電流を検出する機能が増幅回路１８０によって提供される。しかしながら、バイアス線ＢＬに供給されるバイアス電圧Ｖｓを発生する機能およびバイアス線ＢＬを流れる電流を検出する機能は、分離された２つの回路によってそれぞれ提供されてよい。

前述の制御部２２０は、駆動回路１１４を制御する制御信号、および、読出回路１１３を制御する制御信号などを発生する。駆動回路１１４は、制御部２２０からの制御信号に応じて、信号を読み出すべき行の画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを導通状態にする。読出回路１１３を制御する制御信号は、例えば、リセット信号ＲＣ、サンプルホールド信号ＳＨ、クロック信号ＣＬＫを含みうる。リセット信号ＲＣは、増幅器１３３のリセットスイッチを制御する信号、サンプルホールド信号ＳＨは、サンプルホールド回路１３５を制御する信号、クロック信号ＣＬＫは、マルチプレクサ１３８を制御する信号である。

図４および図５を参照しながら放射線撮像システム１（放射線撮像装置２００）の動作を説明する。この動作は、制御部２２０によって制御される。ここで、画素アレイ１１２は、第０行〜第（Ｙ−１）行を有するものとする。駆動回路１１４によって第０行〜第（Ｙ−１）行の画素ＰＩＸのトランジスタＴのゲートに対して駆動信号線Ｇを介して与えられる信号をＶｇ（０）〜Ｖｇ（Ｙ−１）とする。第０行〜第（Ｙ−１）行のアクティブレベルは、ゲート電圧Ｖｏｎである。

工程Ｓ４０１では、制御部２２０は、バイアス回路１０３の検出回路から提供される電流情報ＣＩに基づいて、放射線源３２０からの放射線の照射が開始されたかどうかを判定する。そして、制御部２２０は、放射線の照射が開始されたと判定するまでは、工程Ｓ４０２においてリセット駆動を続ける。そして、制御部２２０は、放射線の照射が開始されたと判定すると、工程Ｓ４０３に進む。

リセット駆動は、画素アレイ１１２は、第０行〜第（Ｙ−１）行の画素ＰＩＸのトランジスタＴに対して駆動信号線Ｇを介してアクティブレベル（ゲート電圧Ｖｏｎ）の信号を与える動作を繰り返す動作である。ある行の画素ＰＩＸにアクティブレベル（ゲート電圧Ｖｏｎ）の信号を与える動作は、当該行を選択する動作であるとも理解することができる。画素ＰＩＸの変換素子ＣＶは、それに接続されたトランジスタＴのゲートにアクティブレベルの信号が与えられることによって、信号線Ｓｉｇの電圧（第１基準電圧Ｖｒｅｆ）に応じたレベルにリセットされる。

図５に示された例では、第ｙ_ｓ行の画素ＰＩＸがリセット（選択）された時点で、制御部２２０は、放射線源３２０からの放射線の照射が開始されたかどうかを判定して、工程Ｓ４０１から工程Ｓ４０３に進む。工程Ｓ４０１から工程Ｓ４０３に進むことは、リセット駆動を終了して蓄積状態に移行することを意味する。

蓄積状態に移行すると、工程Ｓ４０３において、制御部２２０は、放射線の照射が終了したかどうかを判定する。そして、制御部２２０は、放射線の照射が終了したと判定するまでは、工程Ｓ４０４の蓄積状態を維持し、放射線の照射が終了したと判定したら、工程Ｓ４０５に進む。ここで、制御部２２０は、放射線の照射の開始を検出してからの経過時間に基づいて放射線の照射の終了を判定することができる。あるいは、制御部２２０は、電流情報ＣＩが示す値が所定値を下回ったことに基づいて放射線の照射の終了を判定することができる。あるいは、制御部２２０は、電流情報ＣＩの積算値が所定値を上回ったことに基づいて放射線の照射の終了を判定することができる。

工程Ｓ４０３から工程Ｓ４０５に進むことは、蓄積状態を終了して読出駆動に移行することを意味する。工程Ｓ４０５では、制御部２２０は、画素アレイ１１２の複数の画素ＰＩＸから信号が読み出されるように撮像部１００を制御する。読出駆動では、駆動回路１１４は、例えば、画素アレイ１１２の複数の行を少なくとも１つの行を単位として所定の順で選択し、読出回路１１３は、画素アレイ１１２の選択された行の画素ＰＩＸの信号を読み出す。読み出された信号は、画素信号ＩＳとして読出回路１１３（撮像部１００、放射線撮像装置２００）からコンピュータ３００に出力される。

図６には、放射線の照射の開始判定がより詳しく示されている。図６に示された例において、第（ｙ_ｓ−１）行の選択と第（ｙ−１）行の選択との間の時刻において放射線の照射が開始され、それに応じた電流情報ＣＩが生成されている。制御部２２０は、電流情報ＣＩで示される値が判定閾値を越えたことに基づいて放射線の照射が開始されたと判定（即ち、放射線の照射が開始されたことを検出）し、撮像部１００をリセット駆動から蓄積状態に移行させる。

図７には、衝撃（力）の印加による誤判定（誤検出）が示されている。図７に示された例において、第（ｙ_ｓ−１）行の選択と第（ｙ−１）行の選択との間の時刻において、放射線撮像装置２００に衝撃（力）が印加され、電流情報ＣＩで示される値が判定閾値を越え、誤判定が起こっている。ここで、誤判定とは、放射線の照射が開始されていないにも拘わらず、放射線の照射が開始されたと判定することをいう。

本発明者は、本発明に係る対策を施していない放射線撮像装置を使って実験を行ったところ、誤判定の原因は、衝撃を受けた電源回路２１０が発生する電流であるとの結論に至った。この原因について図８を参照しながら説明する。図８には、放射線撮像装置の構成を簡略化した等価回路が示されている。

図８には、画素アレイ１１２の複数の画素ＰＩＸを代表して１つの画素ＰＩＸが示されている。画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔのゲートには、駆動信号線Ｇを介して駆動回路１１４が接続され、変換素子ＣＶの１つの端子には、バイアス線ＢＬを介してバイアス回路１０３が接続されている。スイッチ素子Ｔの１つの主端子には、信号線Ｓｉｇを介して読出回路１１３が接続されている。

駆動回路１１４には、ゲート電源１１６が接続されている。読出回路１１３には、第１基準電源１１１およびＡＤ変換器１４０が接続されている。バイアス回路１０３には、第２基準電源１１７が接続され、第２基準電源１１７には、ＡＤ変換器１８９が接続されている。

読出回路１１３は、電源回路２１０の電源端子ＴＶ、接地端子ＴＧから電源電圧Ｖｐが供給される他、第１基準電源１１１から第１基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。読出回路１１３は、信号線Ｓｉｇに第１基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。読出回路１１３には、第１基準電源１１１から第１基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。第１基準電源１１１は、電源端子ＡＶ２および接地端子ＡＧ２を有し、第１基準電源１１１には、電源端子ＡＶ２および接地端子ＡＧ２を介して、電源回路２１０から電源電圧Ｖｐが供給される。

バイアス回路１０３には、電源回路２１０の電源端子ＴＶ、接地端子ＴＧから電源電圧Ｖｐが供給される他、第２基準電源１１７からバイアス電圧Ｖｓ（第２基準電圧）が供給される。バイアス回路１０３は、バイアス線ＢＬにバイアス電圧Ｖｓを供給する。バイアス回路１０３には、第２基準電源１１７から第２基準電圧Ｖｓ’が供給される。第２基準電源１１７は、電源端子ＡＶ１および接地端子ＡＧ１を有し、第２基準電源１１７には、電源端子ＡＶ１および接地端子ＡＧ１を介して、電源回路２１０から電源電圧Ｖｐが供給される。

駆動回路１１４には、電源回路２１０の電源端子ＴＶ、接地端子ＴＧから電源電圧Ｖｐが供給される他、ゲート電源１１６からゲート電圧Ｖｏｎが供給される。ゲート電源１１６は、電源端子ＡＶ３および接地端子ＡＧ３を有し、ゲート電源１１６には、電源端子ＡＶ３および接地端子ＡＧ３を介して、電源回路２１０から電源電圧Ｖｐが供給される。ＡＤ変換器１４０、１８９には、電源回路２１０の電源端子ＴＶ、接地端子ＴＧから電源電圧Ｖｐが供給される。ＡＤ変換器１４０、１８９は、接地端子ＤＧ２、ＤＧ１を有する。

電源回路２１０は、例えば、不図示のバッテリの他、ＤＣＤＣコンバータＤＤＣを有する。ＤＣＤＣコンバータは、例えば、インダクタＬ、キャパシタＣおよびスイッチング回路ＳＷＣを有するスイッチング方式のＤＣＤＣコンバータでありうる。キャパシタＣは、圧電効果を有するキャパシタでありうる。電源端子ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３等は、電源線ＰＬの接続端子ＰＶ１を介して電源回路２１０の電源端子ＴＶに接続されている。接地端子ＡＧ１、ＡＧ２、ＡＧ３、ＤＧ１、ＤＧ２等は、接地線ＧＬの接続端子ＰＧ１を介して電源回路２１０の接地端子ＴＧに接続されている。

放射線撮像装置２００に衝撃（力）が加わったことに起因して電源回路２１０は、通常時の電流に追加して、付加的な電流を発生しうる。電源回路２１０が発生する付加的な電流は、電源端子ＴＶ、接続端子ＰＶ１、接地線ＰＬ、電源端子ＡＶ２を介して第１基準電源１１１に供給されうる。そして、第１基準電源１１１に供給された付加的な電流は、接地端子ＡＧ２、接地線ＧＬ、接続端子ＰＧ１、接地端子ＴＧを介して電源回路２１０に帰還されうる。第１基準電源１１１に供給される電流の変化は、第１基準電源１１１が発生する第１基準電圧Ｖｒｅｆを変化させうる。第１基準電源１１１が発生する第１基準電圧Ｖｒｅｆの変化は、画素アレイ１１２の信号線Ｓｉｇの電圧を変化させうる。信号線Ｓｉｇの電圧および電流の変化は、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を変化させうる。バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流の変化は、バイアス回路１０３によって、あたかも放射線の照射が開始されたかのように検出される。

また、放射線撮像装置２００に衝撃（力）が加わったことに起因して電源回路２１０が発生する付加的な電流は、電源端子ＴＶ、接続端子ＰＶ１、接地線ＰＬ、電源端子ＡＶ１を介して第２基準電源１１７に供給されうる。そして、第２基準電源１１７に供給された付加的な電流は、接地端子ＡＧ１、接地線ＧＬ、接続端子ＰＧ１、接地端子ＴＧを介して電源回路２１０に帰還されうる。第２基準電源１１７に供給される電流の変化は、第２基準電源１１７が発生する第２基準電圧Ｖｓ’を変化させうる。第２基準電源１１７が発生する第２基準電圧Ｖｓ’の変化は、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を変化させる。バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流の変化は、バイアス回路１０３によって、あたかも放射線の照射が開始されたかのように検出される。

また、放射線撮像装置２００に衝撃（力）が加わったことに起因して電源回路２１０が発生する付加的な電流は、電源端子ＴＶ、接続端子ＰＶ１、接地線ＰＬ、電源端子ＡＶ３を介してゲート電源１１６に供給されうる。そして、ゲート電源１１６に供給された付加的な電流は、接地端子ＡＧ３、接地線ＧＬ、接続端子ＰＧ１、接地端子ＴＧを介して電源回路２１０に帰還されうる。ゲート電源１１６に供給される電流の変化は、ゲート電源１１６が発生するゲート電圧Ｖｏｎを変化させうる。ゲート電源１１６が発生するゲート電圧Ｖｏｎの変化は、駆動回路１１４によって選択される行の画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔの導通状態を変化させる。スイッチ素子Ｔの導通状態の変化は、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を変化させる。バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流の変化は、バイアス回路１０３によって、あたかも放射線の照射が開始されたかのように検出される。

つまり、放射線撮像装置２００に衝撃が加わったことに起因して電源回路２１０が発生する付加的な電流が第１基準電源１１１、第２基準電源１１７およびゲート電源１１６の少なくとも１つを介して電源回路２１０に帰還されることが誤判定の原因である。

以下、上記の考察に基づいて改良された構成を有する放射線撮像装置２００について説明する。図９には、改良された放射線撮像装置２００の構成が示されている。放射線撮像装置２００は、読出回路１１３、バイアス回路１０３、第１基準電源１１１、第２基準電源１１７および電源回路２１０を備えうる。電源回路２１０は、少なくとも第１基準電源１１１および第２基準電源１１７に対して電源電圧線ＰＬおよび接地線ＧＬを介して電源電圧Ｖｐを供給する。

接地線ＧＬは、第１基準電源１１１および第２基準電源１１７のそれぞれの接地端子ＡＧ２、ＡＧ１を相互に接続する第１接地線ＡＧと、電源回路２１０に接続された第２接地線ＤＧと、第１接地線ＡＧと第２接地線ＤＧとを接続する第３接地線ＣＧとを含みうる。バイアス回路１０３は、画素アレイ１１２に対する放射線の照射の開始を検出するために、バイアス線ＢＬを流れるバイアス電流を検出する検出回路を含む。接地線ＧＬは、第２接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧが第１基準電源１１１と第２基準電源１１７との間における第１接地線ＡＧのインピーダンスＺＡＧより高いように構成されうる。

上記のような接地線ＧＬの構成によれば、電源回路２１０の電源端子ＴＶから第１基準電源１１１および第２基準電源１１７を経由して電源回路２１０の接地端子ＴＧに帰還する電流を低減することができる。これは、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流が第１基準電源１１１および第２基準電源１１７を流れることを制限する。これにより、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流によって第１基準電圧Ｖｒｅｆ、第２基準電圧Ｖｓ’が変化することを制限し、バイアス線ＢＬを流れる電流が変化することを制限することができる。したがって、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流による誤判定を低減することができる。

放射線撮像装置２００は、更に、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路１１４と、駆動回路１１４に供給されるゲート電圧Ｖｏｎを発生するゲート電源１１６（電圧発生回路）を備えうる。電源回路２１０は、ゲート電源１１６に対して電源電圧線ＰＬおよび接地線ＧＬを介して電源電圧Ｖｐを供給する。第１接地線ＡＧは、第１基準電源１１１、第２基準電源１１７およびゲート電源１１６のそれぞれの接地端子ＡＧ２、ＡＧ１、ＡＧ３を相互に接続しうる。接地線ＧＬは、第２接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧが接地端子ＡＧ２、接地端子ＡＧ１および接地端子ＡＧ３のうち少なくとも２つの間における第１接地線ＡＧのインピーダンスＺＡＧより高いように構成されてもよい。

上記のような接地線ＧＬの構成によれば、電源回路２１０の電源端子ＴＶから第１基準電源１１１、第２基準電源１１７およびゲート電極１１６を経由して接地端子ＴＧに帰還する電流を低減することができる。これは、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流が第１基準電源１１１、第２基準電源１１７およびゲート電源１１６を流れることを制限する。これにより、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流によって第１基準電圧Ｖｒｅｆ、第２基準電圧Ｖｓ’、ゲート電圧Ｖｏｎが変化することを制限し、バイアス線ＢＬを流れる電流が変化することを制限することができる。したがって、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流による誤判定を低減することができる。

衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流は、それが流れ易い経路、即ち、ＡＤ変換器１４０、１８９および第２接地線ＤＧを通して流れうる。接地線ＧＬは、第２接地線ＤＧのインピーダンスＺＤＱが第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧより小さいように構成されうる。

読出回路１１３およびバイアス回路１０３の接地端子は、第１接地線ＡＧおよび第３接地線ＣＧを介することなく、第２接地線ＤＧに接続されうる。これにより、読出回路１１３およびバイアス回路１０３の能力が第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧによって制限されることによって発生しうるアーチファクトを低減することができる。また、ＡＤＤ変換器１４０、１８９の接地端子は、第１接地線ＡＧおよび第３接地線ＣＧを介することなく、第２接地線ＤＧに接続されうる。これにより、ＡＤ変換器１４０の能力が第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧによって制限されることによる発生しうるアーチファクトを低減することができる。また、ＡＤ変換器１４０の能力が第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧによって制限されることによるバイアス電流の検出精度（ＡＤ変換の精度）の低下を防止することができる。

第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧを（第１接地線ＡＧのインピーダンスＺＡＱよりも）高くする方法としては、例えば、第３接地線ＣＧにＡＣフィルタを挿入する、あるいは、第３接地線ＣＧの幅（断面積）を小さく方法が有利である。あるいは、第３接地線ＣＧでコイルを形成し、これによってＡＣフィルタを構成してもよい。

第１接地線ＡＧのインピーダンスＺＡＧを（第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧよりも）小さくする方法としては、例えば、プリント配線基板上に専用の大きなグランドプレーンを設ける方法や、金属板に接続する方法が有利である。

第１基準電源１１１と第２基準電源１１７との間における第１接地線ＡＧのインピーダンスＺＡＧと第３接地線ＣＧのインピーダンスＺＣＧとの比は、バイアス回路１０３（検出回路）の増幅回路１８０の増幅率以上であることが好ましい。これは、誤判定の可能性が増幅回路１８０の増幅率に依存しうるからである。

放射線撮像装置２００は、上記の改良に加えて、電磁結合を考慮して次のように改良されてもよい。図１０には、電磁結合を考慮して改良された放射線撮像装置２００の構成が示されている。電源線ＰＬと接地線ＧＬとの間には、種々の回路、例えば、読出回路１１３、バイアス回路１０３、制御部２２０が配置され、これらの回路には、電源端子ＶＤ３、接地端子ＤＧ３を介して電源電圧Ｖｐが供給されうる。

第２基準電圧線Ｌｖｓ’と第１接地線ＡＧとの間には、電磁結合ＭＡＧが存在しうる。また、接地線ＧＬのうち第１接地線ＡＧを除く部分と第１接地線ＡＧとの間には、電磁結合ＭＧが存在しうる。電磁結合とは、容量性および／または誘導性の結合を意味する。ここで、接地線ＧＬおよび第２基準電圧線Ｌｖｓ’は、電磁結合ＡＧｍが電磁結合Ｇｍより強いように構成されうる。これにより、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流が、接地線ＧＬのうち第１接地線ＡＧを除く部分、および、第２基準電源１１７および第２基準電圧線Ｌｖｓ’を介して流れることを抑制することができる。

一例において、電磁結合ＭＡＧの強さと電磁結合ＭＧの強さとの比は、バイアス回路１０３（検出回路）の増幅回路１８０の増幅率以上であることが好ましい。これは、誤判定の可能性が増幅回路１８０の増幅率に依存しうるからである。

以上のように、本発明の実施形態によれば、衝撃によって電源回路２１０において付加的に発生しうる電流による誤判定を低減するために有利な技術が提供される。

１：放射線撮像システム、１００：撮像部、１０３：バイアス回路、１１１：第１基準電源、１１２：画素アレイ、１１３：読出回路、１１６：ゲート電源、１１７：第２基準電源、２００：放射線撮像装置、２１０：主電源、ＧＬ：接地線、ＡＧ：第１接地線、ＰＬ：電源線、ＤＧ：第２接地線、ＣＧ：第３接地線、ＴＶ：電源端子、ＴＧ接地端子、ＰＶ１：接続端子、ＰＧ１：接続端子、Ｖｒｅｆ：第１基準電圧、Ｖｓ’：第２基準電圧、Ｖｓ：バイアス電圧、ＢＬ：バイアス線

Claims (17)

1. 放射線をアナログ信号に変換する変換素子を含む複数の画素が配列され、前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電圧を与えるためのバイアス線を有する画素アレイを備える放射線撮像装置であって、
   前記画素アレイからのアナログ信号を読み出す読出回路と、
   前記バイアス線にバイアス電圧を供給するバイアス回路であって、前記画素アレイに対する放射線の照射の開始を検出するために前記バイアス線を流れる電流を検出する検出回路を含み、前記検出回路が、前記電流に応じたアナログ信号を出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、を含むバイアス回路と、
   前記読出回路に第１基準電圧を供給するための第１基準電源と、
   前記増幅回路に第２基準電圧を供給するための第２基準電源と、
   少なくとも前記第１基準電源、前記第２基準電源、および、前記ＡＤ変換器に対して電源電圧線および接地線を介して電源電圧を供給する電源回路と、を備え、
   前記接地線は、前記第１基準電源および第２基準電源のそれぞれの接地端子を相互に接続する第１接地線と、前記電源回路および前記第１接地線に接続された第２接地線と、を含み、
   前記第２接地線のインピーダンスは、前記第１基準電源と前記第２基準電源との間における前記第１接地線のインピーダンスより高く、
   前記ＡＤ変換器の接地端子は、前記第１接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記接地線は、前記第１接地線と前記第２接地線とを接続する第３接地線を更に含み、
   前記第３接地線のインピーダンスは、前記第２接地線のインピーダンスより高く、
   前記ＡＤ変換器の接地端子は、前記第１接地線及び前記第３接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記読出回路の接地端子は、前記第１接地線および前記第３接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記バイアス回路の接地端子は、前記第１接地線および前記第３接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記第１基準電源と前記第２基準電源との間における前記第１接地線のインピーダンスと、前記第３接地線のインピーダンスとの比は、前記増幅回路の増幅率以上である、
   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。
6. 前記読出回路は、第１入力端子、第２入力端子および第１出力端子を有する差動増幅器と、前記第２入力端子と前記第１出力端子とを接続するフィードバックインピーダンスとを含み、前記第１入力端子に前記第１基準電圧が供給され、前記第２入力端子に前記画素アレイから信号が供給される、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記増幅回路は、第３入力端子、第４入力端子および第２出力端子を有する差動増幅器と、前記第４入力端子と前記第２出力端子とを接続するフィードバックインピーダンスとを含み、前記第３入力端子に前記第２基準電圧が供給され、前記バイアス線が前記第４入力端子に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記検出回路は、前記第２出力端子に現れる情報を出力する、
   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ＡＤ変換器は、前記第２出力端子に現れる電圧をデジタル信号に変換する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記電源電圧線と前記接地線とを通して前記電源回路から前記電源電圧が供給される回路を更に備え、
    前記第２基準電源は、第２基準電圧線を介して前記第２基準電圧を前記バイアス回路に供給し、
    前記第２基準電圧線と前記第１接地線との電磁結合が、前記接地線のうち前記第１接地線を除く部分と前記第１接地線との電磁結合より強い、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記電源電圧線と前記接地線とを通して前記電源回路から前記電源電圧が供給され回路を更に備え、
    前記第２基準電源は、第２基準電圧線を介して前記第２基準電圧を前記バイアス回路に供給し、
    前記第２基準電圧線と前記第１接地線との電磁結合の強さと前記接地線のうち前記第１接地線を除く部分と前記第１接地線との電磁結合の強さとの比は、前記増幅回路の増幅率以上である、
    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. 前記画素アレイを駆動する駆動回路と、
    前記駆動回路に供給される電圧を発生する電圧発生回路と、を更に含み、
    前記第１接地線は、前記第１基準電源、前記第２基準電源および前記電圧発生回路のそれぞれの接地端子を相互に接続する、
    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. 前記複数の画素の各々は、前記変換素子のアナログ信号を出力するトランジスタを含み、
    前記駆動回路は、前記トランジスタのゲートを駆動するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮像装置。
14. 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と、
    前記放射線撮像装置からの画像信号を処理するコンピュータと、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
15. 放射線を電気信号に変換する変換素子を含む複数の画素が配列され、前記複数の画素の前記変換素子の一方の電極にバイアス電圧を与えるためのバイアス線を有する画素アレイを備える放射線撮像装置であって、
    前記画素アレイからの信号を読み出し、且つ、前記複数の画素の前記変換素子の他方の電極に第１基準電圧に基づく電圧を与えるための読出回路と、
    前記バイアス線に第２基準電圧に基づく前記バイアス電圧を供給し、且つ、前記画素アレイに対する放射線の照射の開始を検出するために前記バイアス線を流れる電流に応じた信号を出力する第１回路と、
    前記第１回路から出力された信号を処理する第２回路と、
    前記読出回路に前記第１基準電圧を供給するための第１基準電源と、
    前記第１回路に前記第２基準電圧を供給するための第２基準電源と、
    少なくとも前記第１基準電源、前記第２基準電源、および、前記第２回路に対して電源電圧線および接地線を介して電源電圧を供給する電源回路と、を備え、
    前記接地線は、前記第１基準電源および第２基準電源のそれぞれの接地端子を相互に接続する第１接地線と、前記電源回路及び前記第１接地線に接続された第２接地線と、を含み、
    前記第２接地線のインピーダンスは、前記第１基準電源と前記第２基準電源との間における前記第１接地線のインピーダンスより高く、
    前記第２回路の接地端子は、前記第１接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
16. 前記接地線は、前記第１接地線と前記第２接地線とを接続する第３接地線を更に含み、
    前記第３接地線のインピーダンスは、前記第２接地線のインピーダンスより高く、
    前記第２回路の接地端子は、前記第１接地線及び前記第３接地線を介することなく前記第２接地線に接続されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の放射線撮像装置。
17. 請求項１５又は１６に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの画像信号を処理するコンピュータと、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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