JP6483150B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出器、特にＸ線検出器に関し、より詳細には感度の高いＸ線検出機能を備えた放射線検出パネルを実現する技術に関するものである。

入射した放射線、特にＸ線の線量に応じた電気信号を出力するセンサー素子としては、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接変換型や、Ｘ線をシンチレーターにより光に変換してから光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型のものが用いられている。このようなセンサー素子を、基板（パネル）上に２次元マトリクス状に配置された複数のピクセルの１ピクセル毎に設けたＸ線画像撮像用のパネルが開発されている。このようなパネルでは、各ピクセルの制御に薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子）が使われている。そして、直接変換型および間接変換型の何れにおいても、Ｘ線の線量に応じて発生した電気信号（電荷）が各ピクセル内の容量に蓄積されるようになっている。

この容量に蓄積された電気信号を、ＴＦＴ素子を介して、パネルの外部にある増幅器に転送するものをパッシブピクセル型といい、既に、デジタルＸ線撮像装置として広く実用化されている。

一方、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２に記載されているように、読出しラインの熱雑音や外部の読出し回路の雑音の影響を軽減できることから、電気信号が蓄積された容量を、ＴＦＴ素子を増幅素子として使うことで増幅して外部の回路に伝えるアクティブピクセル型と称されるものの開発も行われている。

図９は、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器１００に備えられたアクティブピクセル１０１と読出し回路１０２の一例を示す図である。

図示されているように、アクティブピクセル１０１におけるセンサー素子１０３の一端には、センサー素子１０３のバイアス電圧であるＶｓ＿ｂが与えられる。そして、Ｘ線がアクティブピクセル１０１に入射されるとセンサー素子１０３により電気信号が発生し、センサー素子１０３に接続されたアンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧が変化する。これは、発生した上記電気信号が、アンプトランジスタ１０５のゲート電極に接続された静電容量に蓄積されるためである。

アンプトランジスタ１０５は、発生した上記電気信号によるゲート電圧の変化を、ドレインソース間の電流変化として出力する。アンプトランジスタ１０５は、上記電気信号を増幅するトランジスタであって、その電源電圧はＶｄである。

リセットトランジスタ１０４は、アンプトランジスタ１０５のゲート電極と、アクティブピクセル１０１の外部から与えられるリセット電圧Ｖｄとを、リセット信号線１０９を介して供給されるリセット信号に基づいて、導通状態あるいは遮断状態に制御する。

読出しトランジスタ１０６は、アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流をアクティブピクセル１０１の外部に出力するためのスイッチであり、読出し信号線１０８を介して供給される読出し信号に基づいて、制御される。

そして、アクティブピクセル１０１の外部に出力されたアンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流は、積分用アンプ１０７と、積分用アンプ１０７のマイナス入力端子と積分用アンプ１０７の出力端子との間に接続された容量Ｃｆ１１０と、を備えた読出し回路１０２によって読み出され、読出し回路１０２は出力電圧Ｖｏ１１１を出力するようになっている。

日本国公開特許公報「特開２０１４−６０７２５号公報（２０１４年４月３日公開）」

K. S. Karim, et al.,"Readout Circuit in Active Pixel Sensors in Amorphous Silicon Technology,"IEEE Electron, Device Letters, Vol.22, No.10, October 2001. K.S.Karim, et.al,, "Amorphous Silicon Active Pixel Sensor Readout Circuit for Digital Imaging," IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 50, NO. 1, JANUARY 2003

しかしながら、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器１００において、一つのアクティブピクセル１０１内や複数のアクティブピクセル１０１間で、アンプトランジスタ１０５の閾値電圧や移動度がばらつくことが考えらえる。この場合、アンプトランジスタ１０５のゲート電圧の初期値を一律に決めると、アクティブピクセル１０１の外部に出力されるアンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流の初期値がばらついてしまう。そのため、放射線がアクティブピクセル１０１に入射され、センサー素子１０３によって発生した電気信号が蓄積された静電容量によって変動したアンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流量を正確に見積もることができない。

アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の初期電流値を測定して、放射線入射後の電流値との差をとることで、初期電流値のバラツキを補正することはできる。しかし、得られる初期電流値が大きい場合には、フリッカノイズが大きくなり、所望のＳ／Ｎ比（Signal/Noise比）が得られない。また、得られる初期電流値が大きすぎて飽和した場合には、出力信号（出力電流）を検出できなくなったりすることがあるので問題である。一方で、得られる初期電流値が小さすぎる場合には、アンプトランジスタ１０５の増幅率も小さく、Ｓ／Ｎ比の低下につながる可能性や所望の出力信号が得られないことがあり得るので問題である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンプトランジスタの閾値電圧や移動度がばらついた場合においても、所望のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放射線検出器は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、オンされた場合に上記アンプトランジスタのゲート電極を初期電圧にリセットするリセットトランジスタと、を有するアクティブピクセルを備え、上記アンプトランジスタの上記ゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、上記電圧変化は、上記センサー素子の出力から上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に供給される上記電気信号によって発生させられ、増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、上記リセット読出し回路は、一方の側が上記アンプトランジスタの上記ドレイン電極および上記増幅器のマイナス側入力端子に接続され、かつ、他方の側がグランドに接続された抵抗を含む初期値決定回路を有し、上記リセットトランジスタのソース電極は、上記増幅器の出力端子に接続され、上記リセットトランジスタのドレイン電極は、上記センサー素子の上記出力および上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に接続され、上記リセットトランジスタのゲート電極は、リセット信号線に接続され、上記増幅器の上記出力は、上記増幅器の上記マイナス側入力端子にフィードバックされ、基準電圧は、上記増幅器のプラス側入力端子に入力され、上記リセット読出し回路は、上記リセットトランジスタがオンされた場合に、上記電流値が上記基準電圧と上記抵抗との商に等しい所定の値となるように、上記リセットトランジスタの上記ソース電極および上記ドレイン電極を介して、上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に上記初期電圧を出力することを特徴とする。また、本発明の一態様に係る放射線検出器は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、を備え、上記電気信号による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、上記リセット読出し回路は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力し、上記リセット読出し回路が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器の一方の入力端子と上記増幅器の出力端子との間に接続されたフィードバック容量を変更することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、アンプトランジスタの閾値電圧や移動度がばらついた場合においても、所望のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器を実現できる。

本発明の実施形態１に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記放射線センサーの変形例におけるリセット読出し回路の概略的な構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態２に係る放射線撮像装置の概略構成およびアクティブピクセル内の概略的な回路構成を示す図である。 上記放射線撮像装置を駆動する信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 上記放射線撮像装置におけるリセット読出し回路の概略的な構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る放射線撮像装置におけるリセット読出し回路の概略的な構成を示す図である。 本発明の実施形態４に係る放射線撮像装置におけるリセット読出し回路の概略的な構成を示す図である。 本発明の実施形態５に係る放射線撮像装置におけるリセット読出し回路の概略的な構成を示す図である。 従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセルおよび読出し回路の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１を参照して説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成の寸法、材質、形状、相対配置、加工法などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。さらに図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は現実のものとは異なる。

〔放射線センサーの概略構成〕
図１は、本発明の実施形態１に係る放射線センサー１の概略的な回路構成を示す図である。

放射線センサー１（放射線検出器）は、放射線の有無または放射線の強度を検知するセンサーであり、図１に示すように、アクティブピクセル２およびリセット読出し回路１０を備えている。

なお、本実施形態では、放射線センサー１が入射された放射線を直接電気信号に変換する直接変換型であるとして説明するが、上記に限らない。放射線センサー１は、入射された放射線をシンチレーター等により光に変換してから光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型であってもよい。

〔アクティブピクセル〕
アクティブピクセル２（ピクセル）は、入射された放射線の線量に応じた電流を後述するリセット読出し回路１０に出力する。アクティブピクセル２の制御には、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)が用いられている。アクティブピクセル２は、センサー素子３、リセットトランジスタ４、アンプトランジスタ５、および読出しトランジスタ６を備えている。

センサー素子３は、放射線を直接、電気信号(電荷またはホール)に変換する素子である。言い換えると、センサー素子３は、入射した放射線の線量に応じた電気信号を生成する（電気信号を発生させる）。センサー素子３の出力端は、アンプトランジスタ５のゲート電極およびリセットトランジスタ４のドレイン電極に接続されている。センサー素子３の入力端はバイアス電源（図示なし）に接続されている。センサー素子３の入力端にはバイアス電源からバイアス電圧Ｖｓ＿ｂが印加されている。

センサー素子３に放射線が入射されると、センサー素子３から入射された放射線の線量に応じた電気信号が出力され、センサー素子３の出力端に接続されたアンプトランジスタ５のゲート電極にかかる電圧が変動する。これは、アンプトランジスタ５のゲート電極とバイアス電圧Ｖｓ＿ｂとの間の静電容量に、センサー素子３から出力された電気信号が蓄積されるためである。アンプトランジスタ５のゲート電極とバイアス電圧Ｖｓ＿ｂとの間の静電容量は、アンプトランジスタ５のゲート電極の寄生容量、およびセンサー素子３の入出力端子間容量などで形成されている。

なお、センサー素子３が、間接変換型の場合は、シンチレーター等により、入射された放射線から変換された光を電気信号に変換する。

リセットトランジスタ４は、アンプトランジスタ５のゲート電極と、アクティブピクセル２の外部から与えられるリセット電圧とを、リセット信号線Ｌｒｅｓｅｔを介して供給されるリセット信号に基づいて、導通状態あるいは遮断状態に制御する。

リセットトランジスタ４のソース電極はリセット読出し回路１０の出力端に接続されている。リセットトランジスタ４のゲート電極は、リセット信号線Ｌｒｅｓｅｔに接続されており、リセット信号線Ｌｒｅｓｅｔからのリセット信号がＨｉｇｈになるとリセットトランジスタ４がオンされる。

アンプトランジスタ５は、センサー素子３により生成された電気信号を増加させるトランジスタであって、電気信号によるアンプトランジスタ５のゲート電圧の電圧変化を、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流として出力する。

アンプトランジスタ５のドレイン電極は、読出しトランジスタ６のソース電極に接続されている。アンプトランジスタ５のソース電極は、アンプトランジスタ５の電源（図示なし）に接続されている。アンプトランジスタ５のソース電極にはアンプトランジスタ５の電源から、電源電圧Ｖｄが印加されている。

読出しトランジスタ６は、アンプトランジスタ５の出力電流をアクティブピクセル２の外部に出力するためのスイッチである。

読出しトランジスタ６のドレイン電極は、後述するリセット読出し回路１０の入力端に接続されている。読出しトランジスタ６のゲート電極は読出し信号線Ｌｒｅａｄに接続されており、読出し信号線Ｌｒｅａｄからの信号がＨｉｇｈになると読出しトランジスタ６がオンされる。

ここで、アンプトランジスタ５を適切な信号増幅率で動作させるためには、以下に示す理由から、アンプトランジスタ５のゲート電極に印加するゲート電圧を適切な電圧に初期化（リセット）し、アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる初期電流値を適正範囲内に設定する必要がある。

例えば、アンプトランジスタ５がＮ型トランジスタである場合、ゲート電圧が高すぎると、アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値が大きすぎて、後述するリセット読出し回路１０が読出した出力電圧Ｖｏは飽和する可能性がある。また、大きすぎる電流はノイズの増大を招き、Ｓ／Ｎ比の低下につながる可能性がある。

一方で、ゲート電圧が低すぎると、ゲート電圧が閾値以下になり、アンプトランジスタ５のドレインソース間に電流が流れない可能性がある。また、小さすぎる電流は増幅率の低下によるＳ／Ｎ比の低下につながる可能性がある。

アンプトランジスタ５のゲート電圧の適切な初期電圧（アンプトランジスタ５のゲート電極を初期化したときのアンプトランジスタ５のゲート電圧）は、トランジスタの閾値により変動する。そのため、あらかじめ固定された所定の電圧をゲート電圧の初期電圧としても、アンプトランジスタ５のゲート電圧を適切に初期化することはできない。

ここで、アンプトランジスタ５の増幅率は、アンプトランジスタ５からの出力電流の関数であるため、アンプトランジスタ５からの出力電流を決めることでアンプトランジスタ５の増幅率を適切な値に制御できる。

つまり、アンプトランジスタ５のゲート電圧を適切な電圧に初期化するためには、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流があらかじめ定めた一定の電流値となるように、アンプトランジスタ５のゲート電圧の初期電圧を決定すればよい。

〔リセット読出し回路〕
リセット読出し回路１０は、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の変化によるアンプトランジスタ５からの出力電流値（アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値）を読み出す。また、リセット読出し回路１０は、ドレインソース間の電流値が予め定められた一定の値になるように、アンプトランジスタ５のゲート電極に初期電圧を出力する。

リセット読出し回路１０は、フィードバック回路１２、および初期値決定回路１３を備えている。さらに、アクティブピクセル２のアンプトランジスタ５のゲート電極に初期電圧および読み出した出力電圧Ｖｏを出力するための端子Ｐ１と、アクティブピクセル２からの出力電流を受け取るための端子Ｐ２とを備えている。

フィードバック回路１２は、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の変化によるアンプトランジスタ５からの出力電流値を積分する。また、フィードバック回路１２は、アンプトランジスタ５からの出力電流値が、増幅器１１のプラス側入力端子に入力される基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂと初期値決定回路１３における抵抗Ｒとで予め定められた電流値となるように、フィードバック制御を利用してアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の初期値（初期電圧）を生成する。フィードバック回路１２は、増幅器１１および容量Ｃｆを備えている。

増幅器１１は、プラス側入力端子が基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂに接続されている。増幅器１１のマイナス側入力端子は、アクティブピクセル２の読出しトランジスタ６を介してアンプトランジスタ５のドレイン電極に接続されるとともに、初期値決定回路１３に接続されている。増幅器１１の出力はリセットトランジスタ４を介してアンプトランジスタ５のゲート電極に接続されているとともに、出力電圧Ｖｏを出力する端子にも接続されている。

増幅器１１のマイナス側の入力端子と出力端子とは容量Ｃｆを介して接続されており、フィードバック回路１２を構成している。

後述する放射線センサー１のリセット動作時においては、増幅器１１の出力は、増幅器１１のマイナス側入力端子にフィードバックされ、上記フィードバックにより、増幅器１１の出力によって、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の初期電圧が生成（設定）される。

初期値決定回路１３は、アンプトランジスタ５から出力される電流の初期値を決定する。初期値決定回路１３は、抵抗Ｒを備えている。なお、抵抗Ｒはグランドに接続されている。初期値決定回路１３は、アクティブピクセル２の読出しトランジスタ６を介してアンプトランジスタ５のドレイン電極に接続されるとともに、増幅器１１のマイナス側入力端子に接続されている。

〔放射線センサーの動作〕
次に、放射線センサー１の動作について、リセット動作、放射線センシング動作、および読出し動作に分けて説明する。

ここで、放射線センサー１の構成を整理しておく。放射線センサー１は入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子３と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタ５と、を備え、上記電気信号による上記アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、増幅器１１を含み、当該増幅器１１を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路１０を備え、上記リセット読出し回路１０は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力する。

〔リセット動作〕
リセット動作は、リセット読出し回路１０が、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流があらかじめ定められた値となるように、アンプトランジスタ５のゲート電極の初期電圧を設定し、アンプトランジスタ５のゲート電圧をリセット（初期化）する。リセット動作おいては、リセットトランジスタ４および読出しトランジスタ６はオンされる。

読出しトランジスタ６およびリセットトランジスタ４がともにオンされるとき、増幅器１１のフィードバックにより、増幅器１１のマイナス側入力端子の電圧はプラス側入力端子と同じＶｉｎｔ＿ｂになる。このため、電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒがアンプトランジスタ５のドレインソース間から読出しトランジスタ６および抵抗Ｒを介してグランドに流れる。

したがって、電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒが所望の値になるように抵抗Ｒの値を選ぶことで、アンプトランジスタ５のドレインソース間を流れる電流Ｉｄｓ＿ＩがＩｄｓ＿Ｉ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒとなるように、アンプトランジスタ５のゲート電圧を決めることができる。

このフィードバック制御によりアンプトランジスタ５のゲート電圧を初期化した後、リセットトランジスタ４をオフすることで、アンプトランジスタ５のゲート電圧は初期電圧値に保持される。

つまり、増幅器１１のフィードバックにより、電流Ｖｉｎｔ＿ｂ／Ｒがアンプトランジスタ５のドレインソース間に流れるように、アンプトランジスタ５のゲート電圧の初期電圧が設定される。

上述したように、アンプトランジスタ５のゲート電圧の初期電圧を一律に決めると、アンプトランジスタ５の閾値電圧や移動度がばらついた場合、アンプトランジスタ５のドレインソース間に流れる電流の初期値がばらつく。このため、センサー素子３からの電気信号により変動したアンプトランジスタ５のドレインソース間の電流量を正確に見積もることができない。アクティブピクセル２に放射線が入射する前の初期電流値を測定して、アクティブピクセル２に放射線が入射した後の電流との差をとることで、初期電流値のバラツキを補正することはできる。しかし、初期電流値が大きいと、フリッカノイズが大きくなり、所望のＳ／Ｎ比が得られないこともある。一方、初期電流値が小さすぎると、アンプトランジスタ５の増幅率が小さく、所望の出力信号が得られない可能性がある。

〔放射線センシング動作〕
放射線センシング動作は、アンプトランジスタ５のゲート電圧がリセットされた状態から、アクティブピクセル２に放射線が入射される。放射線センシング動作は、図１において、リセットトランジスタ４および読出しトランジスタ６はオフ（Ｎ型トランジスタの場合、ゲート電圧がｌｏｗ）される。

放射線の入射によりセンサー素子３において電気信号が生成され、放射線の線量に応じた電気信号がアクティブピクセル２の静電容量に蓄積される。これにより、アンプトランジスタ５のゲート電圧が初期電圧値から変化する。アクティブピクセル２の静電容量に蓄積された放射線の線量に応じた電気信号は、アンプトランジスタ５を増幅素子として使うことで増幅され、出力電流として読出しトランジスタ６のソース電極に出力される。

〔読出し動作〕
読出し動作は、リセット読出し回路１０がアンプトランジスタ５からの出力電流値を読み出す。読出し動作は、図１において、リセットトランジスタ４はオフ、読出しトランジスタ６はオン（Ｎ型トランジスタの場合、ゲート電圧がｈｉｇｈ）される。

アンプトランジスタ５のドレインソース間に電流が流れている状態で、読出しトランジスタ６をオンにすると、読出しトランジスタ６のドレインソース間が導通する。これにより、アンプトランジスタ５のドレインソース間に流れる電流が外部にあるリセット読出し回路１０に出力される。

これにより、アンプトランジスタ５のドレインソース間電流が容量Ｃｆに積分されるため、増幅器１１の出力電圧は、積分動作を開始してからの時間をＴｉとすると、Ｖｏ＝−Ｉｄｓ×Ｔｉ／Ｃｆにしたがって変化する。ここでＶｏは増幅器１１からの出力電圧、Ｉｄｓは、アンプトランジスタ５のドレインソース間を流れる電流である。出力電圧Ｖｏは電流Ｉｄｓに比例する。放射線の入射による変化分は、Ｖｏｄ＝Ｖｏ−（−Ｉｄｓ＿Ｉ×Ｔｉ／Ｃｆ）により算出することができる。

読出し動作においては、アンプトランジスタ５の出力電流の初期値からの変化分が、フィードバック回路１２により容量Ｃｆに積分され、出力電流の変化分に比例した電圧が増幅器１１の出力端に出力される。

ここで、リセット読出し回路１０は、常にアクティブピクセル２に接続されているが、リセット動作以外は、リセットトランジスタ４がオフになるため、リセット読出し回路１０からの電圧はアンプトランジスタ５のゲート電圧に作用しない。

また、読出し動作においては、抵抗Ｒがアクティブピクセル２の出力端に接続されているため、リセット動作と同じ電流が抵抗Ｒを介してグランドに流れ、容量Ｃｆでは、リセット時の電流からの変動分の電流のみが積分される。これにより出力のダイナミックレンジを大きくとることが可能となる。

以上の動作により、本実施形態に係る放射線センサー１によれば、各アクティブピクセル２に使われているアンプトランジスタ５の閾値が変動しても、一定の初期電流となるようにアンプトランジスタ５のバイアス電圧が決まり、同じ増幅率で電流を出力できる。このため、アンプトランジスタ５からの出力電流が大きすぎて飽和したり、増幅率が小さすぎて電流が検出できなくなったりすることを防止することが可能になる。このようにして、本実施形態１ではアクティブピクセル２の初期化と読出しの両方の動作を一つの増幅器１１で実現することが可能となる。

〔回路の面積について〕
本実施形態では、リセット読出し回路１０が（１）アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の変化によるアンプトランジスタ５のドレインソース間の電流値を読出し（リード動作）、および（２）ドレインソース間の電流値が予め定められた一定の値になるように、フィードバック制御を用いてアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の初期電圧を設定する（リセット動作）を行う。

ここで、（１）および（２）について、それぞれ専用の増幅器を設けて回路を構成することが考えられるが、本実施形態１に係る回路構成を用いれば、一つの増幅器１１を含むリセット読出し回路１０を用いるだけで、回路面積を大幅に増加させることなく、（１）および（２）を行うことができる。その結果、製造原価の増加および装置の小型化を実現することができる。

〔変形例〕
本発明の実施形態１の変形例について、図２を参照して説明する。図２は放射線センサー１の変形例におけるリセット読出し回路１０ａの概略的な構成を示す図であり、図２の（ａ）は、読出し動作中のリセット読出し回路１０ａであり、図２の（ｂ）はリセット動作中のリセット読出し回路１０ａである。

〔リセット読出し回路〕
図２に示すリセット読出し回路１０ａは、リセット読出し回路１０と比較して、初期値決定回路１３に代えて、初期値決定回路１３ａが設けられる点が異なり、その他の構成は同様である。

初期値決定回路１３ａは、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒを備えている。増幅器１１のマイナス側入力端子にスイッチＳＷ１を介して抵抗Ｒが接続されている。抵抗ＲのスイッチＳＷ１とは反対側の端部はグランドに接続されている。

〔読み取りおよびリセット動作〕
スイッチＳＷ１は、図２の（ａ）に示すように、読出し動作期間にはオフされ、図２の（ｂ）に示すように、リセット動作期間にはオンされる。言い換えると、リセット読出し回路１０ａは、少なくとも一つの抵抗Ｒを含む上記電流値の予め定められた値を決定する初期値決定回路１３ａを備え、初期値決定回路１３ａは、アンプトランジスタ５のゲート電極の初期電圧を出力する動作時には、少なくとも一つの抵抗Ｒのいずれか一つと増幅器１１とを接続させる。これにより、読出し動作時に抵抗Ｒを回路から切り離すことができるので、抵抗Ｒが発生するノイズによるＳ／Ｎの劣化を回避できる。

スイッチＳＷ１は、例えば、フィードバック信号ＦｂがＨｉｇｈ時にオンになり、フィードバック信号ＦｂがＬｏｗ時にオフされるように制御することで実現することができる。上記スイッチＳＷ１のオンオフ制御するフィードバック信号Ｆｂは、例えば、読出し信号やリセット信号を生成する制御信号生成回路（図示なし）にクロック信号、スタートパルス信号などを供給する制御部（図示なし）で生成されるが、これに限定されることはない。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図３〜図５を参照して説明する。図３の（ａ）は本発明の実施形態２に係る放射線撮像装置２０の概略構成を示す図である。図３の（ｂ）はアクティブピクセル２１内の概略的な回路構成を示す図である。図４は放射線撮像装置２０を駆動する信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図５は放射線撮像装置２０におけるリセット読出し回路１０ｂの概略的な構成を示す図である。

なお、図３の（ａ）の放射線撮像装置２０およびリセット読出し回路１０ｂは、実施形態３では放射線撮像装置２０ａおよびリセット読出し回路１０ｃ、実施形態４では放射線撮像装置２０ｂおよびリセット読出し回路１０ｄ、実施形態５では放射線撮像装置２０ｃおよびリセット読出し回路１０ｅに読み換えて参照する。

放射線撮像装置２０は、放射線センサー１と比較して、複数のアクティブピクセル２１がマトリクス状に形成され、マトリクス状に形成されたアクティブピクセル２１の１列毎に、一つのリセット読出し回路１０ｂを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

〔放射線撮像装置の概略構成〕
放射線撮像装置２０（放射線検出器）は、図３の（ａ）に示すように、複数のアクティブピクセル２１、フラットパネル７、読出し用集積回路８、およびデータ処理部９を備えている。

フラットパネル７には、アクティブピクセル２１（ピクセル）が、複数個配置されている。具体的には、フラットパネル７には、アクティブピクセル２１（ピクセル）が、Ｍ×Ｎ個マトリックス状に備えられており、図３の（ｂ）は、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１中、一例として、Ｍ行Ｎ列目のアクティブピクセル２１の回路構成について図示している。なお、各アクティブピクセル２１の構成は、実施形態１において説明したアクティブピクセル２の構成と同じであるため、その説明は省略する。

放射線撮像装置２０においては、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の行毎に読出し信号線Ｌｒｅａｄとリセット信号線Ｌｒｅｓｅｔとが共有化されており、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の列毎にリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂと出力ラインＩｏｕｔとが共有化されている。そのため、読出し信号線Ｌｒｅａｄおよびリセット信号線ＬｒｅｓｅｔはＭ個、リセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂおよび出力ラインＩｏｕｔはＮ個備えられている。

したがって、図３の（ｂ）に図示されているように、例えば、Ｍ行Ｎ列目のアクティブピクセル２１においては、リセットトランジスタ４のゲート電極は、Ｍ行目のリセット信号線Ｌｒｅｓｅｔ＿Ｍに接続されており、読出しトランジスタ６のゲート電極は、Ｍ行目の読出し信号線Ｌｒｅａｄ＿Ｍに接続されている。

そして、Ｎ列目のリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂ＿Ｎは、リセットトランジスタ４を介して、アンプトランジスタ５のゲート電極に接続されており、Ｎ列目の出力ラインＩｏｕｔ＿Ｎは、読出しトランジスタ６を介して、アンプトランジスタ５のドレイン電極に接続されている。

読出し用集積回路８は、Ｎ個のリセット読出し回路１０ｂを備えている。読出し用集積回路８は、Ｎ個のリセット読出し回路１０ｂにより、下記の（１）および（２）の動作を行う。（１）各アクティブピクセル２１におけるアンプトランジスタ５のドレインソース間の電流変化を読出し、読み出した電流に基づくＮ個の出力電圧Ｖｏ＿１・Ｖｏ＿２・・・Ｖｏ＿Ｎをデータ処理部９に出力する。（２）各アクティブピクセル２１におけるアンプトランジスタ５のゲート電圧に初期電圧を出力する。

読出し信号やリセット信号を生成する制御信号生成回路（図示なし）においては、図４に図示されているように、リセット期間（上記（２）の動作期間）には、順次、読出し信号およびリセット信号が同時にＨｉｇｈになる信号を生成し、第１読出し期間および第２読出し期間（上記（１）の動作期間）には、順次、読出し信号がＨｉｇｈになる信号を生成し、読出し信号およびリセット信号の状態によって、上記（１）の動作と上記（２）の動作との切り替えが行われる。

データ処理部９は、Ｍ×Ｎ個の出力電圧に基づいて、Ｍ×Ｎ解像度の放射線撮像２次元画像を得ることができる。データ処理部９には、リセット読出し回路１０ｂから一度に出力されるＮ個の出力電圧Ｖｏ＿１・Ｖｏ＿２・・・Ｖｏ＿Ｎが入力される。

〔リセット読出し回路〕
リセット読出し回路１０ｂは、図３および図５に示すように、リセット読出し回路１０と比較して、読出し用集積回路８にＭ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の列毎に備えられている点、および、フィードバック回路１２に代えて、フィードバック回路１２ｂを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

リセット読出し回路１０ｂは、各列のアクティブピクセル２１のアンプトランジスタ５のゲート電極に初期電圧を与えるための端子Ｐｊ１（１≦ｊ≦Ｎ）と、放射線撮像装置２０の各列のアクティブピクセル２１からの出力を受け取るための端子Ｐｊ２（１≦ｊ≦Ｎ）と、を備えている。端子Ｐｊ１および端子Ｐｊ２は、それぞれ、上述したｊ列目のリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂ＿ｊ（１≦ｊ≦Ｎ）およびｊ列目の出力ラインＩｏｕｔ＿ｊ（１≦ｊ≦Ｎ）に接続されている。

フィードバック回路１２ｂは、フィードバック回路１２と比較して、さらに、スイッチＳＷ２を備えている点が異なり、その他の構成は同じである。

スイッチＳＷ２は容量Ｃｆと並列に接続されおり、容量Ｃｆに蓄積された電荷を放電してリセット（初期化）する。リセット読出し回路１０ｂは、アクティブピクセル２１から出力される電流を積分することで放射線の入射により変化した電流を得る。しかし、積分を始めるにあたって容量Ｃｆを初期化する必要がある。

スイッチＳＷ２をオンにし、容量Ｃｆを短絡させることで、容量Ｃｆがリセットされ、アクティブピクセル２１から出力される電流を積分する準備が完了する。スイッチＳＷ２を設けることで、容量Ｃｆを一定の出力電圧の状態に初期化できるため、積分結果の出力電圧Ｖｏが正確に電流に比例する。

なお、スイッチＳＷ２がなく容量Ｃｆの初期化を行わない場合は、積分前の増幅器１１の出力電圧Ｖｏと、積分後の増幅器１１の出力電圧Ｖｏとの両者を測定して、その差を取ることで出力電流に比例した測定値を得ることも可能である。

〔タイムチャート〕
図４は、放射線撮像装置２０を駆動する信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図４に示すように、Ｍ×Ｎ解像度の放射線撮像２次元画像を１枚取得する期間（１フレーム期間と呼ぶ）は、例えば、リセット期間と、第１読出し期間と、放射線センシング期間と、第２読出し期間との４フェーズを含む。

リセット期間においては、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の各アンプトランジスタ５のゲート電圧が行毎に順に初期化（リセット）される。言い換えると、放射線撮像装置２０はアクティブピクセル２１の行毎にリセット動作を行う。

なお、この期間においては、Ｎ個のリセット読出し回路１０ｂ各々からＮ個のリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂ＿ｊ（１≦ｊ≦Ｎ）のそれぞれを介して、各行に属するアクティブピクセル２１の各アンプトランジスタ５のゲート電圧に初期電圧が与えられる。

具体的には、まず、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１と読出し信号Ｒｅａｄ＿１とがＨｉｇｈになり、１行目のアクティブピクセル２１におけるリセットトランジスタ４と読出しトランジスタ６とがオンになる。これにより、１行目のアクティブピクセル２１におけるアンプトランジスタ５のゲート電圧にリセット読出し回路１０ｂから初期電圧が出力され、１行目のアクティブピクセル２１におけるアンプトランジスタ５のゲート電圧が初期化される。

また、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿１と読出し信号Ｒｅａｄ＿１とがＬｏｗになるタイミングで、リセット信号Ｒｅｓｅｔ＿２と読出し信号Ｒｅａｄ＿２とがＨｉｇｈになり、２行目のアクティブピクセル２１におけるリセットトランジスタ４と読出しトランジスタ６とがオンになる。これにより、２行目のアクティブピクセル２１におけるアンプトランジスタ５のゲート電圧が初期化される。

上記リセット期間中には、このように、順次Ｍ行目に属するアクティブピクセル２１まで各アンプトランジスタ５のゲート電圧を初期化する。

次に、第１読出し期間においては、Ｍ×Ｎ個の初期化されたアクティブピクセル２１の各アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる初期電流値が順にリセット読出し回路１０ｂにより読み出される。言い換えると、放射線撮像装置２０は露光期間前の読出し動作を行う。第１読出し期間における各アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流の読出しはアクティブピクセル２１の行毎に行われる。

なお、この期間においては、Ｎ個のリセット読出し回路１０ｂ各々からＮ個の出力電圧Ｖｏ＿１・Ｖｏ＿２・・・Ｖｏ＿Ｎがデータ処理部９に出力される。

この第１読出し期間においては、読出し信号Ｒｅａｄ＿１、読出し信号Ｒｅａｄ＿２・・・読出し信号Ｒｅａｄ＿Ｍが順次、Ｈｉｇｈとなり、対応するｉ行目（１≦ｉ≦Ｍ）に属するアクティブピクセル２１における読出しトランジスタ６がオンになる。

これにより、Ｍ×Ｎ個の初期化されたアクティブピクセル２１の行毎に、各アンプトランジスタ５のドレインソース間を流れる初期電流値が、Ｎ個の出力電圧Ｖｏとして読み出される。読み出されたＮ個の出力電圧Ｖｏは、ＡＤ変換されデジタル値として、データ処理部９に備えられた記憶素子（図示なし）に保持される。Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１のＭ行目までの読出しが完了すると第１読出し期間が完了する。

次に、放射線センシング期間（露光期間）においては、放射線撮像装置２０に備えられたＭ×Ｎ個のアクティブピクセル２１には放射線が入射される。各アクティブピクセル２１に備えられたセンサー素子３により入射された放射線量に応じて生成された電気信号が、各アクティブピクセル２１の静電容量に蓄積される。

最後に、第２読出し期間においては、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の各アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる放射線の入射によって変化した電流値が、順にリセット読出し回路１０ｂにより読み出される。言い換えると、放射線撮像装置２０は露光期間後の読出し動作を行う。第２読出し期間における各アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流の読出しはアクティブピクセル２１の行毎に行われる。

なお、この期間においては、Ｎ個のリセット読出し回路１０ｂ各々からＮ個の出力電圧Ｖｏ＿１・Ｖｏ＿２・・・Ｖｏ＿Ｎがデータ処理部９に出力される。

この第２読出し期間においては、読出し信号Ｒｅａｄ＿１、読出し信号Ｒｅａｄ＿２・・・読出し信号Ｒｅａｄ＿Ｍが順次、Ｈｉｇｈとなり、対応するｉ行目（１≦ｉ≦Ｍ）属するアクティブピクセル２１における読出しトランジスタ６がオンになる。

これにより、Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１の行毎に、各アンプトランジスタ５のドレインソース間を流れる電流値が、リセット読出し回路１０ｂによりＮ個の出力電圧Ｖｏとして読み出される。読み出されたＮ個の出力電圧Ｖｏは、ＡＤ変換されてデジタル値として取得することができる。さらに、データ処理部９において、第２読出し期間値に取得した出力電圧Ｖｏから、上記第１読出し期間においてデータ処理部９の記憶素子（図示なし）に保持した初期電流値に対応する出力電圧Ｖｏを引くことで、放射線が入射される前からの電流の変化分を信号として取得することができる。

Ｍ×Ｎ個のアクティブピクセル２１のＭ行目までの読出しが完了すると第２読出し期間が完了する。

本実施形態においては、１フレーム期間は、リセット期間と、第１読出し期間と、放射線センシング期間と、第２読出し期間とで構成され、１フレーム毎に全ての期間が繰り返される場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、リセット期間は、数フレーム期間に１回含まれていてもよく、第１読出し期間を設けずに、前フレームの第２読出し期間の読出し結果を用いることもできる。また、放射線センシング期間を明示的に別途設けることなく、放射線センシング期間と他の期間を兼用することも可能である。

また、図５に図示されたスイッチＳＷ２を第１読出し期間の最初に短時間のみオンにすることで、積分の初期値を決定する（容量Ｃｆを初期化する）ことができる。上記第１読出し期間の最初の短時間以外は、スイッチＳＷ２はオフとなる。これにより、第１読出し期間を設けずに、第２読出し期間の読出し結果のみで放射線が入射される前からの電流の変化分を信号として取得することができる。言い換えると、第１読出し期間および第２読出し期間を設ける場合は、積分前後の出力電圧の差を測定することにより、スイッチＳＷ２がなくとも放射線が入射される前からの電流の変化分を信号として取得することができる。

なお、フラットパネル７は半導体基板などであってもよく、この場合には、半導体基板上に各回路を直接、作り込むことができる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態３に係る放射線撮像装置２０ａにおけるリセット読出し回路１０ｃの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置２０ａ（図３の（ａ）参照）は、放射線撮像装置２０と比較して、リセット読出し回路１０ｂに代えて、リセット読出し回路１０ｃを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

〔リセット読出し回路〕
リセット読出し回路１０ｃは、フィードバック回路１２ｂに代えて、フィードバック回路１２ｃを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

フィードバック回路１２ｃは、フィードバック回路１２ｂと比較して、容量Ｃｆに代えて、容量Ｃｆ１、容量Ｃｆ２およびスイッチＳＷ３を備えている点が異なり、その他の構成は同じである。

フィードバック回路１２ｃは、リセット読出し回路１０ｃが、読出し動作とリセット動作とを切り替える際には、増幅器１１の一方の入力端子と増幅器１１の出力端子との間に接続された容量を変更する。上記変更は、例えば、図４で示すリセット期間と、第１読出し期間および第２読出し期間とで、増幅器１１に接続される容量を、容量Ｃｆ１から容量Ｃｆ１＋容量Ｃｆ２に、スイッチＳＷ３より切り替える。

アンプトランジスタ５からの出力電流を読み出す時には、読出しのゲインがフィードバック容量により決まる。そのため、読出し時間との関係で適切なフィードバック容量を選択する必要がある。一方、アンプトランジスタ５のゲート電圧の初期電圧を設定する時には、フィードバック容量をフィードバックが安定になるように選ぶ必要がある。本実施形態によれば、これら二つの要求を満たす容量が異なる場合にも容量を切り替えることで適切な容量を設定することができる。

〔容量の切り替え動作〕
リセット期間では、スイッチＳＷ３がオフ、スイッチＳＷ２がオフされる。スイッチＳＷ３がオフのとき、フィードバック回路１２ｃにおいて、フィードバック容量は、容量Ｃｆ１となる。読出し期間（第１読出し期間および第２読出し期間）では、スイッチＳＷ３はオン、スイッチＳＷ２は読出し期間の最初に短期間のみオンされ、それ以外はオフされる。スイッチＳＷ３がオンのとき、フィードバック容量は容量Ｃｆ１＋容量Ｃｆ２となる。

これにより、リセット期間では、フィードバックが不安定にならない範囲でフィードバック容量を小さくすることができ、フィードバックが短期間で収束することができる。

また、スイッチＳＷ２は読み出し期間の最初に短時間オンにすることで、容量Ｃｆを短絡させ、積分されたアンプトランジスタ５からの電流を初期化することができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図７を参照して説明する。図７は本発明の実施形態４に係る放射線撮像装置２０ｂにおけるリセット読出し回路１０ｄの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置２０ｂ（図３の（ａ）参照）は、放射線撮像装置２０と比較して、リセット読出し回路１０ｂに代えて、リセット読出し回路１０ｄを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

〔リセット読出し回路〕
リセット読出し回路１０ｄは、リセット読出し回路１０ｂと比較して、初期値決定回路１３に代えて、初期値決定回路１３ｄを備えている点が異なり、その他の構成は同じである。

初期値決定回路１３ｄは、初期値決定回路１３と比較して、抵抗Ｒに代えて、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ４およびスイッチＳＷ５を備えている点が異なり、その他の構成は同じである。

初期値決定回路１３ｄにおいて、アンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値の予め定められた値（初期値）は、複数個備えられており、上記複数個の中からアンプトランジスタ５のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値の初期値が選択される。

初期値決定回路１３ｄは、例えば、図４で示すリセット期間において、目標とする電流の初期値をＶｉｎｔ＿ｂ／Ｒ１またはＶｉｎｔ＿ｂ／Ｒ２の２つの中から選択する。

アンプトランジスタ５の移動度が経時変化により低下した場合、経年変化前と同じ電流値を目標としてアンプトランジスタ５のゲート電圧の初期化を行うと、アンプトランジスタ５の増幅度が減少する。これに対し、予め大きな電流値を含めて目標値（初期値）を選択できるようにしておくことで、移動度が経時変化により低下した場合であっても、目標値を上記の大きな電流値に変更することにより、増幅度の減少を補正することができ、増幅度の減少を防ぐことができる。

なお、初期値決定回路１３ｄに接続される抵抗の数、すなわち選択できる電流の目標値の数は特に限定されず、回路面積を顧慮し、適宜、増やすことができる。

抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の切り替え（スイッチＳＷ４およびスイッチＳＷ５のオンオフ）は、ユーザが外部から行ってもよい。また、上記切り替えは、リセット動作時のアンプトランジスタ５のゲート電圧を、例えば放射線撮像装置２０ｂに備えられた装置がモニターすることにより自動的に行ってもよい。

この場合、リセット動作時のアンプトランジスタ５のゲート電圧を測定する回路が上記装置に内蔵されており、アンプトランジスタ５のゲート電圧が所定の値より高くなると、アンプトランジスタ５の移動度が劣化したと判定する。移動度が劣化したと判定されると、上記回路がＳＷ４およびＳＷ５を切り替えることにより抵抗を切り替え、電流の目標値を変更する。

〔実施形態５〕
本発明の実施形態５について、図８を参照して説明する。図８は本発明の実施形態５に係る放射線撮像装置２０ｃにおけるリセット読出し回路１０ｅの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置２０ｃ（図３の（ａ）参照）は、放射線撮像装置２０と比較して、リセット読出し回路１０ｂに代えて、リセット読出し回路１０ｅを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。

〔リセット読出し回路〕
リセット読出し回路１０ｅは、リセット読出し回路１０ｂと比較して、さらに保持回路１４を備えている点が異なり、その他の構成は同じである。

〔保持回路〕
保持回路１４は、リセット期間（リセット動作時）において、増幅器１１からリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂ＿ｊに印加されている電圧を容量Ｃｂに保持する。

保持回路１４は、スイッチＳＷ６と、増幅器１１の出力端子にスイッチＳＷ６を介して接続された容量Ｃｂ（保持容量）とを備えている。

保持回路１４は、リセット期間では、スイッチＳＷ６がオンされ、読出し期間では、スイッチＳＷ６はオフされる。リセット期間では無いときに、スイッチＳＷ６がオフされることで、ゲート電極の初期電圧を出力する動作時以外は、初期電圧が容量Ｃｂに保持される。言い換えると、保持回路１４は、リセット期間以外には、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の初期電圧を設定する端子から出力される電圧を容量Ｃｂに保持するように構成されている。これにより、増幅器１１の出力が容量Ｃｂに保持された電圧を変化させることを防いでいる。

また、この回路構成により、リセット期間時に増幅器１１からアンプトランジスタ５のゲート電極に印加される電圧に近い電圧が、リセット期間時以外においても、リセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂ＿ｊに与えられている。そのため、リセットトランジスタ４がオフの時にリセットトランジスタ４の両端の電位差が小さくなるため、リセットトランジスタ４のリークによりアンプトランジスタ５のゲート電圧が変動することを防ぐことが可能である。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放射線検出器（放射線センサー１、放射線撮像装置２０・２０ａ・２０ｂ・２０ｃ）は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子（３）と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタ（５）と、を備え、上記電気信号による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、増幅器（１１）を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路（１０・１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ・１０ｅ）を備え、上記リセット読出し回路は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力する。

上記の構成によれば、上記ゲート電極は、上記電流値が予め定められた値となるように、リセット読出し回路から電圧が出力される（リセット動作）。

そのため、リセット読出し回路は、アンプトランジスタの閾値電圧や移動度がばらついた場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を予め定められた値となるようにできる。これにより、上記の場合においても、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる初期電流値を適正範囲内に設定することができ、所望のＳ／Ｎ比を維持した出力信号を得ることのできる放射線検出器を実現することができる。

また、アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値は、リセット読出し回路により読み出される（リード動作）。このため、放射線検出器は、１つの増幅器により、リセット動作とリード動作とを行うことができる。これにより、回路面積を大幅に増加させることなく、リセット動作およびリード動作が可能な放射線検出器を実現することができる。

本発明の態様２に係る放射線検出器（放射線センサー１、放射線撮像装置２０・２０ａ・２０ｂ・２０ｃ）は、上記態様１において、上記増幅器（１１）の出力は、上記増幅器の一方の入力端子にフィードバックされ、上記フィードバックにより、上記初期電圧が生成されてもよい。

上記の構成によれば、増幅器からの出力がフィードバック制御されることにより、上記初期電圧が生成される。このため、リセット読出し回路は、例えば、読み出し動作で利用される容量を利用して上記初期電圧を生成することができ、リセット動作を行うことができる。これにより、リセット読出し回路は１つの増幅器でリセット動作とリード動作とを行うことができる。そのため、回路面積を大幅に増加させることなく、リセット動作およびリード動作が可能な放射線検出器を実現することができる。

本発明の態様３に係る放射線検出器（放射線撮像装置２０・２０ａ・２０ｂ・２０ｃ）は、上記態様１または２において、上記センサー素子（３）と上記アンプトランジスタ（５）とを備えたピクセルが、マトリクス状に複数個配置されていてもよい。

上記構成によれば、放射線検出器には、センサー素子とアンプトランジスタとを備えたピクセルが、マトリクス状に複数個配置されている。このため、放射線検出器は、複数のピクセルの電気信号を読み出すことで、例えば、放射線撮像２次元画像を得ることができる。

本発明の態様４に係る放射線検出器（放射線撮像装置２０ａ）は、上記態様１から３において、上記リセット読出し回路（１０ｃ）が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器（１１）の一方の入力端子と上記増幅器の出力端子との間に接続されたフィードバック容量（容量Ｃｆ１・Ｃｆ２）を変更してもよい。

上記構成によれば、リセット読出し回路において、電流値を読み出す動作と、ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とが、切り替えらえる際には、上記増幅器の一方の入力端子と上記増幅器の出力端子との間に接続されたフィードバック容量が変更される。つまり、フィードバック回路の容量を各動作により変更することができるので、電流値を読み出す動作時と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作時とで、適切なフィードバック容量を設定することができる。

本発明の態様５に係る放射線検出器（放射線撮像装置２０ｂ）は、上記態様１から４において、上記電流値の予め定められた値（抵抗Ｒ１・Ｒ２）は、複数個備えられており、上記複数個の中から選択されてもよい。

上記構成によれば、電流の予め定められた値は、複数の中から選択することができる。そのため、経時変化により最適な初期電圧が変化した場合にも、再度最適な初期電圧を設定することができる。

本発明の態様６に係る放射線検出器（放射線撮像装置２０ｃ）は、上記態様１から５において、上記リセット読出し回路（１０ｅ）は、上記増幅器（１１）の出力端子に接続されている保持容量（容量Ｃｂ）を備えており、上記保持容量は上記初期電圧を保持する。

上記構成によれば、初期電圧は増幅器の出力端子に接続されている保持容量に保持される。これにより、上記初期電圧を出力する動作時以外であってもアクティブピクセルに初期電圧に近い電圧がかかる。その結果、アクティブピクセルから出力される電流の変動を防ぐことができる。

本発明の態様７に係る放射線検出器（放射線センサー１）は、上記態様１において、上記リセット読出し回路（１０）が少なくとも一つの抵抗を含む上記電流値の予め定められた値を決定する初期値決定回路（１３）を備え、上記初期値決定回路は、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作時には、上記少なくとも一つの抵抗のいずれか一つと上記増幅器（１１）とを接続させてもよい。

上記構成によれば、電流値の予め定められた値を決定する初期値決定回路は、ゲート電極の初期電圧を出力する動作時に増幅器と接続され、電流値を読み出す動作時には、増幅器と接続されていない。これにより、電流値を読み出す動作時に抵抗をリセット読出し回路から切り離すことができるので、抵抗が発生するノイズによるＳ／Ｎの劣化を回避できる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、放射線センサーおよび放射線撮像装置、特に放射線を用いたものに好適に利用することができる。

１ 放射線センサー（放射線検出器）
３ センサー素子
５ アンプトランジスタ
１０・１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ・１０ｅ リセット読出し回路
１１ 増幅器
２０・２０ａ・２０ｂ 放射線撮像装置（放射線検出器）
Ｃｆ１・Ｃｆ２ 容量（フィードバック容量）
Ｃｂ 容量（保持容量）

Claims (5)

1. 入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、オンされた場合に上記アンプトランジスタのゲート電極を初期電圧にリセットするリセットトランジスタと、を有するアクティブピクセルを備え、
   上記アンプトランジスタの上記ゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、
   上記電圧変化は、上記センサー素子の出力から上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に供給される上記電気信号によって発生させられ、
   増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、
   上記リセット読出し回路は、一方の側が上記アンプトランジスタの上記ドレイン電極および上記増幅器のマイナス側入力端子に接続され、かつ、他方の側がグランドに接続された抵抗を含む初期値決定回路を有し、
   上記リセットトランジスタのソース電極は、上記増幅器の出力端子に接続され、上記リセットトランジスタのドレイン電極は、上記センサー素子の上記出力および上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に接続され、上記リセットトランジスタのゲート電極は、リセット信号線に接続され、
   上記増幅器の上記出力は、上記増幅器の上記マイナス側入力端子にフィードバックされ、基準電圧は、上記増幅器のプラス側入力端子に入力され、
   上記リセット読出し回路は、上記リセットトランジスタがオンされた場合に、上記電流値が上記基準電圧と上記抵抗との商に等しい所定の値となるように、上記リセットトランジスタの上記ソース電極および上記ドレイン電極を介して、上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に上記初期電圧を出力することを特徴とする放射線検出器。
2. 上記アクティブピクセルが、マトリクス状に複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 上記リセット読出し回路が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器の上記マイナス側入力端子と上記増幅器の上記出力端子との間に接続されたフィードバック容量を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出器。
4. 上記リセット読出し回路は、上記増幅器の上記出力端子に接続されている保持容量を備えており、
   上記保持容量は上記初期電圧を保持することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
5. 入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、を備え、
   上記電気信号による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、
   増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、
   上記リセット読出し回路は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力し、
   上記リセット読出し回路が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器の一方の入力端子と上記増幅器の出力端子との間に接続されたフィードバック容量を変更することを特徴とする放射線検出器。
   

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