JP6649775B2 - 放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムに関する。

放射線撮像装置は、例えば、複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、各画素から画素信号を読み出す読出部とを備えうる。画素アレイには、各列に対応する信号線（列信号線とも称される。）が配されており、各画素は、例えば、放射線を検知する検知素子と、対応する信号線と該検知素子とを接続するスイッチ素子とを含みうる。スイッチ素子を導通状態にすることにより、画素信号は、対応する信号線を介して読出部により読み出される。

放射線撮像装置のなかには、放射線の照射量が基準値に達したことに応じて放射線の照射の終了要求を行う（例えば、該照射を終了させるための信号を発生する）ものがある。このような制御は、自動露出制御（ＡＥＣ（Ａｏｕｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｔｒｏｌ））と称される。特許文献１（段落００９４）には、複数の画素の一部を所定の周期で駆動して画素信号を読み出し、その信号値に基づいてＡＥＣを行うことが記載されている。

特開２０１２−１５９１３号公報

読出部によって読み出される信号は、ノイズの一種であるオフセット成分を含む。オフセット成分は、画素信号の読み出しを行っていないときの（即ち、スイッチ素子が非導通状態のときの）信号線の電位またはそれに応じた読出部の出力値に相当し、ＡＥＣの精度の低下の原因となりうる。ここで、ＡＥＣの精度の低下を防ぐため、ＡＥＣを、スイッチ素子を非導通状態にして取得したオフセット成分と、スイッチ素子を導通状態にして取得した画素信号との差に基づいて行う方法が考えられる。

しかしながら、スイッチ素子を導通状態にする前とスイッチ素子を導通状態にした後とではオフセット成分が異なってしまう可能性がある。そのため、ＡＥＣを単にオフセット成分と画素信号との差に基づいて行うことによっては、その精度の低下を防ぐことは難しい。

本発明の目的は、放射線撮像装置におけるＡＥＣの高精度化に有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、複数の画素と、
前記画素とは異なるユニットであって、放射線を検知するための検知素子と、前記検知素子に対応するスイッチ素子と、を含むユニットと、前記スイッチ素子が導通状態になったことに応じて前記検知素子から出力された信号を伝搬する信号線と、制御部と、を備える放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始前において、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間の前記信号線の信号を第１信号として取得し、該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を第２信号として取得する第１動作と、前記放射線の照射が開始されたことに応答して、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間の前記信号線の信号を第３信号として取得し、該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を第４信号としてモニタする第２動作と、前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号に基づいて、前記放射線の照射が開始されてからの前記放射線の照射量を算出する第３動作と、を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＥＣの高精度化に有利である。

放射線撮像装置の構成例を説明するための図である。 画素アレイの構造の一部を説明するための図である。 放射線撮像装置の駆動方法の例を説明するためのフローチャートである。 放射線撮像装置の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートである。 放射線撮像装置の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートである。 放射線撮像装置の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートである。 撮像システムの構成例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載されたものに過ぎず、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において、同一の部材または同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、以下、重複する内容については説明を省略する。

（第１実施形態）
図１〜４を参照しながら第１実施形態の放射線撮像装置１００を説明する。図１に例示されるように、放射線撮像装置１００は、複数の画素ＰＸが行列状に配列された画素アレイ１１０と、各画素ＰＸを駆動する駆動部１２０と、各画素ＰＸからの画素信号を読み出す読出部１３０と、制御部１４０とを備える。ここでは説明を容易にするため、７行×６列の画素アレイ１１０を例示したが、実際には、数千ないしそれ以上の行および列を形成するように配列されうる。

複数の画素ＰＸは、例えば、画素ＰＸ＿Ａと、それとは異なる画素ＰＸ＿Ｂとを含みうる。詳細は後述とするが、画素ＰＸ＿Ｂは、画素ＰＸ＿Ａよりも小サイズであり、放射線撮像装置１００は、画素ＰＸ＿Ｂと共に１行×１列の単位を形成するように画素アレイ１１０内に配されたユニットＵＭをさらに備える。本明細書において、画素ＰＸ＿Ａ及びＰＸ＿Ｂを特に区別しない場合には、これらを単に画素ＰＸと表現する。

画素ＰＸ＿Ａは、第１行かつ第１列において図示されるように、センサＳとトランジスタＷとを含み得、これらは例えばアモルファスシリコン等を用いて構成されうる。センサＳは、放射線を検知するための検知素子であり、放射線撮像装置１００が、画素アレイ１１０の放射線の入射側にシンチレータ（不図示）をさらに備える場合には、センサＳには、ＰＩＮセンサやＭＩＳセンサ等の光電変換素子が用いられうる。センサＳには、電力供給部１５０からバイアス線ＶＳ（電力供給線）を介して電力ないし基準電圧が供給されうる。また、トランジスタＷは、制御信号に応答して導通状態または非導通状態になり、トランジスタＷには薄膜トランジスタ等のスイッチ素子が用いられうる。

画素ＰＸ＿ＢおよびユニットＵＭは、第５行かつ第６列において図示されるように、画素ＰＸ＿Ａと同様の回路構成を有しうる。ユニットＵＭは画素ＰＸ＿Ｂと共に１行×１列の単位を形成しており、本例では、第２〜第３行かつ第２列、第２〜第３行かつ第５列、第５〜第６行かつ第３列、及び、第５〜第６行かつ第６列に位置する。なお、本明細書では、画素ＰＸ＿Ａ、画素ＰＸ＿Ｂ、ユニットＵＭについてのセンサＳを、区別のため、センサＳ＿Ａ、センサＳ＿Ｂ、センサＳ＿０とそれぞれ示す場合があるが、これらを区別しない場合には、単にセンサＳと表現する。トランジスタＷについても同様である（トランジスタＷ＿Ａ、トランジスタＷ＿Ｂ、トランジスタＷ＿０とそれぞれ示す場合がある。）。

駆動部１２０は、ゲート線Ｇ１〜Ｇ７を用いて画素アレイ１１０の各画素ＰＸを行単位で選択しながら駆動し、また、ゲート線Ｄ２〜Ｄ３及びＤ５〜６を用いてユニットＵＭを行単位で選択しながら駆動する。

画素アレイ１１０には、複数の信号線ＬＣ１〜ＬＣ６並びにＪ２〜Ｊ３及びＪ５〜Ｊ６が配されている。信号線ＬＣ１〜ＬＣ６は、第１〜第６列にそれぞれ対応する列信号線であり、該対応する列の画素ＰＸのトランジスタＷに接続されており、該トランジスタＷが導通状態になると、対応するセンサＳ＿Ａ又はＳ＿Ｂからの信号を伝搬する。また、信号線Ｊ２〜Ｊ３及びＪ５〜Ｊ６は、第２〜第３及び第５〜第６列にそれぞれ対応する他の列信号線であり、該対応する列のユニットＵＭのトランジスタＷに接続されており、該トランジスタＷが導通状態になると、対応するセンサＳ＿０からの信号を伝搬する。

読出部１３０は、信号線ＬＣ１〜ＬＣ６のそれぞれに対応する信号増幅部Ａ１及びサンプリング部ＳＨ１、並びに、信号線Ｊ２〜Ｊ３及びＪ５〜Ｊ６のそれぞれに対応する信号増幅部Ａ２及びサンプリング部ＳＨ２を含みうる。信号増幅部Ａ１は、信号線ＬＣ１等を介して出力された画素ＰＸからの信号を増幅し、サンプリング部ＳＨ１は、該増幅された信号をサンプリングする。同様に、信号増幅部Ａ２は、信号線Ｊ２等を介して出力されたユニットＵＭからの信号を増幅し、サンプリング部ＳＨ２は、該増幅された信号をサンプリングする。

読出部１３０は、マルチプレクサ１３１と、信号処理部１３２とを更に含みうる。マルチプレクサ１３１は、例えば、サンプリング部ＳＨ１及びＳＨ２でサンプリングされた信号を順に又は選択的に信号処理部１３２に転送する。信号処理部１３２は、例えば、信号増幅部、アナログデジタル変換部、データ出力部等を含みうる。信号処理部１３２は、例えば、画素ＰＸからの信号を処理し、放射線画像を示す画像データを生成する。また、詳細は後述とするが、信号処理部１３２は、ユニットＵＭからの信号に対して、後述の自動露出制御（ＡＥＣ）を行うための信号処理を行う。

制御部１４０は、放射線撮影が適切に実現されるように上述の各ユニットを制御する。制御部１４０は、例えば、本明細書で説明される各機能を実現するための専用回路（例えばＡＳＩＣ）その他の半導体デバイスを含みうる。他の例では、制御部１４０は、同機能のプログラムが格納されたパーソナルコンピュータを含み得、即ち、制御部１４０の各動作の一部または全部はソフトウェア上で実現されてもよい。

図２（ａ）は、画素アレイ１１０のうち第４〜第５行かつ第３列〜第４列の部分の上面レイアウトを示す模式図である。図中において、第５行かつ第３列には、画素ＰＸ＿Ｂ及びユニットＵＭが配され、それ以外の位置には画素ＰＸ＿Ａが配されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるカットラインＸ１−Ｘ２の断面構造を示す模式図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるカットラインＹ１−Ｙ２の断面構造を示す模式図である。

図２（ａ）によると、画素ＰＸが配列された基板上面に対する平面視（以下、単に「平面視」という。）において、画素ＰＸ＿ＡのトランジスタＷ＿Ａは、センサＳ＿Ａと、そのコーナー部において重なるように配されている。例えば、第４行かつ第３列の画素ＰＸ＿Ａを参照すると、ゲート線Ｇ４は、トランジスタＷ＿Ａと近接するように行方向に沿って配され、信号線ＬＣ３は、トランジスタＷ＿Ａと近接するように列方向に沿って配されている。他の画素ＰＸ＿Ａについても同様である。

第５行かつ第３列において、画素ＰＸ＿Ｂは図中の上側に配され、ユニットＵＭは図中の下側に配されている。画素ＰＸ＿Ｂは、平面視におけるセンサＳ＿ＢのサイズがセンサＳ＿Ａよりも小さいことを除いて、画素ＰＸ＿Ａと同様に構成されうる。

ユニットＵＭは、第５行かつ第３列において画素ＰＸ＿Ｂと共に配されており、本例では、平面視におけるセンサＳ＿０のサイズがセンサＳ＿Ｂと略等しく、画素ＰＸ＿Ｂと実質的に点対称に配されている。これに伴い、ゲート線Ｄ５は、トランジスタＷ＿Ａと近接するように、ゲート線Ｇ５が配された側とは反対側においてゲート線Ｇ５と平行に（行方向に沿って）配されている。同様に、信号線Ｊ３は、トランジスタＷ＿Ａと近接するように、信号線ＬＣ３が配された側とは反対側において信号線ＬＣ３と平行に（列方向に沿って）配されている。

センサＳに電力を供給するためのバイアス線ＶＳは、各列に対応して列方向に沿って配されており、例えば第３列を参照すると、信号線ＬＣ３及び信号線Ｊ３との間に、これらと平行に（列方向に沿って）配されている。

画素ＰＸ及びユニットＵＭは、例えば、ガラス等の絶縁部材で構成された基板２１０上に、上述の各要素を形成する部材が配されて成る。例えば、図２（ｂ）を参照すると（ここでは説明を省略するが、図２（ｃ）についても同様である。）、基板２１０上に、トランジスタＷ＿０のゲートに対応する電極Ｄ５が配されており、基板２１０及び電極Ｄ５を覆うように絶縁膜２２０が配されている。電極Ｄ５の上には、トランジスタＷ＿０のチャネルを形成する半導体部材が絶縁膜２２０を介して配されている。該半導体部材の両端には、それぞれドレインおよびソースに対応する電極が配されている。

上記ドレインに対応する電極は、信号線Ｊ３と一体に形成され得、換言すると、信号線Ｊ３は、該ドレインに対応する電極としてトランジスタＷ＿０側まで延在している。一方、上記ソースに対応する電極は、トランジスタＷ＿０や信号線ＬＣ３が配された基板２１０の上に保護膜２３０および層間絶縁膜２４０を介して配されたセンサＳ＿０に、接続される。具体的には、センサＳ＿０は、ＰＩＮ接合を形成する半導体部２５０、並びに、その下面側および上面側にそれぞれ配された下側電極２６０及び上側電極２６１を含み得、ソースに対応する電極は、コンタクトホールを介して下側電極２６０と接触している。

また、センサＳ＿０の上には、保護膜２３１及び層間絶縁膜２４１を介してバイアス線ＶＳが配されており、バイアス線ＶＳは、コンタクトホールを介して上側電極２６１と接触している。更に、層間絶縁膜２４１およびバイアス線ＶＳを覆うように保護膜２３２が配されている。

以下、図３〜４を参照しながら、上記放射線撮像装置１００の駆動方法ないし制御方法であって特に実施形態に係る自動露出制御（ＡＥＣ）の方法の一例を説明する。

図３は、本方法を説明するためのフローチャートの例である。図４は、本方法に対応するタイミングチャートの例である。図４において、横軸は時間軸に対応し、縦軸には、ゲート線Ｇ１〜Ｇ７及びＤ１〜Ｄ４の電位、その他の信号（ＣＮＴ＿ＳＨ２及びＣＮＴ＿ＲＳ２）、並びに、放射線強度を示している。

ゲート線Ｇ１〜Ｇ７及びＤ１〜Ｄ４は、ハイレベル（Ｈレベル）のとき、対応するトランジスタＷが導通状態になり、ローレベル（Ｌレベル）のとき、対応するトランジスタＷが非導通状態になることを示す。信号ＣＮＴ＿ＳＨ２は、図１を参照しながら述べたサンプリング部ＳＨ２の制御信号であり、信号ＣＮＴ＿ＳＨ２がＨレベルとなったとき、そのときの信号線Ｊ２等の信号がサンプリングされることを示す。信号ＣＮＴ＿ＲＳ２は、信号線Ｊ２〜Ｊ３及びＪ５〜Ｊ６の電位をリセット（初期化）するための制御信号であり、信号ＣＮＴ＿ＲＳ２がＨレベルとなったとき、信号線Ｊ２等の電位がリセットされることを示す。放射線強度は、単位時間あたりの放射線の照射量に相当し、Ｌレベルの場合には放射線が照射されていないことを示し、また、Ｈレベルの場合には放射線が照射されていることを示す。ここでは説明の容易化のため、これらのいずれについても理想的な矩形形状の波形で示す。

ステップＳ１００（以下、単に「Ｓ１００」と表現する。他のステップについても同様である。）では、撮影準備を行う。具体的には、放射線撮像装置１００に電力が供給されてから各ユニットが放射線撮影を行うことが可能な状態になるまで待機し、その後、放射線撮影に必要な初期設定（パラメータの設定等）を各ユニットに対して行う。

Ｓ１１０では、後述のＡＥＣを適切に行うための補正用信号を取得する。Ｓ１１０は、図４に示された期間Ｔ４１に対応し、放射線の照射の開始前に（放射線が照射されていない状態で）為される。

Ｓ１１０は、例えば、信号ＣＮＴ＿ＲＳ２、ＣＮＴ＿ＳＨ２、Ｄ１〜Ｄ４、ＣＮＴ＿ＳＨ２の順にＨレベルのパルスを供給する一連の動作ＯＰ１を繰り返すことによって為されうる。なお、「Ｈレベルのパルスを供給する」とは、Ｌレベルから、所定期間にわたってＨレベルに維持した後にＬレベルに戻すことを示し、以下では説明を容易にするため単に「Ｈレベルにする」と表現する場合がある。

１回の動作ＯＰ１では、まず、信号ＣＮＴ＿ＲＳ２をＨレベルにして信号線Ｊ２等をリセットした後、信号ＣＮＴ＿ＳＨ２をＨレベルにして該リセットされた信号線Ｊ２等の信号をサンプリングすることによって第１信号が得られる。次に、ゲート線Ｄ１等をＨレベルにしてセンサＳの信号を信号線Ｊ２等に伝搬させ、これにより電位変動した信号線Ｊ２等の信号を、信号ＣＮＴ＿ＳＨ２をＨレベルにしてサンプリングすることによって第２信号が得られる。

本明細書において、上記第１信号を信号ＳＩＧ１と表現し、上記第２信号を信号ＳＩＧ２と表現する。即ち、信号ＳＩＧ１は、トランジスタＷ＿０が非導通状態（ゲート線Ｄ１等がＬレベルである状態）での信号線Ｊ２等の信号に対応する。また、信号ＳＩＧ２は、トランジスタＷ＿０が導通状態（ゲート線Ｄ１等をＨレベルである状態）での信号線Ｊ２等の信号に対応する。例えば、トランジスタＷ＿０を導通状態にする前とトランジスタＷ＿０を導通状態にした後とでは、信号線Ｊ２等の信号（電圧）が変わる可能性があり、信号ＳＩＧ１の信号値と信号ＳＩＧ２の信号値とは互いに異なりうる。このことは、例えば、トランジスタＷ＿０に電荷がトラップされたこと等に起因すると考えられる。

補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２は、上記繰り返し為された動作ＯＰ１により得られた複数の結果に基づいて（具体的には、それらの平均値、中央値、標準偏差等に基づいて）算出されてもよい。ここでは動作ＯＰ１を繰り返し行う（複数回の動作ＯＰ１を行う）態様を例示したが、動作ＯＰ１を１回のみ行い、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２は、該１回の動作ＯＰ１により得られた結果に基づいて算出されてもよい。

Ｓ１２０では、撮影開始許可を示す信号を出力し、これに応じてユーザは、放射線の照射の開始を決定することができる。これと共に、図４に示された期間Ｔ４２に対応する画素リセットを行ってもよい。具体的には、ゲート線Ｇ１〜Ｇ７を順にＨレベルにする。この動作は、初期化動作（リセット動作）に対応し、これにより、各画素ＰＸにおいて生じうるノイズ成分（暗電流等に起因するノイズ成分）を除去することができる。この間、ゲート線Ｄ１〜Ｄ４をＨレベルに維持することによってユニットＵＭがアクティブ状態に維持されるため、ユニットＵＭからの信号に基づいて、放射線の照射が開始されたことを検知することも可能である。

Ｓ１３０では、Ｓ１１０で補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得してから装置１００内の環境に変化があったか判断する。ここで、環境とは、例えば、装置１００内の温度、電磁波等のノイズ量、装置１００への圧力（例えば気圧、押圧）等を含み得、装置１００はこれらの少なくとも一つを検知するための他のセンサ（不図示）をさらに備えてもよい。装置１００内の環境が変化した場合にはＳ１３５に進み、そうでない場合にはＳ１４０に進む。

Ｓ１３５では、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の更新がＳ１１０と同様の手順で為されうる。即ち、Ｓ１３５では、上記変化した環境に対応する補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を新たに取得する。Ｓ１３５では、上述の画素リセット（期間Ｔ４２参照）は中断され得、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の更新が終了した後に再開されればよい。

Ｓ１４０では、放射線の照射が開始されたか判断する。放射線の照射が開始されていない場合にはＳ１３０に戻り、該照射が開始された場合にはＳ１５０に進む。Ｓ１４０は、例えば、前述のとおり、ユニットＵＭからの信号に基づいて為されてもよいが、バイアス線ＶＳの電流量の変化に基づいて為されてもよいし、別途用意された専用の検知部に基づいて為されてもよい。

Ｓ１５０では、ＡＥＣ用信号のモニタを行う。Ｓ１５０は、図４に示された期間Ｔ４３に対応する。Ｓ１５０は、期間Ｔ４１の動作と同様の手順で為されればよく、即ち、信号ＣＮＴ＿ＲＳ２、ＣＮＴ＿ＳＨ２、Ｄ１〜Ｄ４、ＣＮＴ＿ＳＨ２の順にＨレベルにする一連の動作ＯＰ１を繰り返すことによって為されうる。１回の動作ＯＰ１では、まず、ゲート線Ｄ１等がＬレベルである状態で信号ＣＮＴ＿ＲＳ２をＨレベルにした後（信号線Ｊ２等をリセットした後）の信号線Ｊ２等の信号をサンプリングすることによって第３信号が得られる。次に、ゲート線Ｄ１等をＨレベルである状態（センサＳの信号を信号線Ｊ２等に伝搬させた後）の信号線Ｊ２等の信号をサンプリングすることによって第４信号が得られる。本明細書において、上記第３信号を信号ＳＩＧ３と表現し、上記第４信号を信号ＳＩＧ４と表現する。即ち、Ｓ１５０では、動作ＯＰ１を所定の周期で繰り返すことにより、ＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４を該所定の周期で読み出し、モニタする。

Ｓ１６０では、ＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４並びに補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２に基づいて、放射線の照射が開始されてからの照射量（放射線の強度の時間積分に相当する量）を算出する。具体的には、信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４を信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２により補正し、該補正された信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４を累積加算する。このことを、以下、簡易的な式を参照しながら説明する。

Ｓ１１０および期間Ｔ４１を参照しながら既に述べたとおり、トランジスタＷ＿０が非導通状態とトランジスタＷ＿０が導通状態とでは、信号線Ｊ２等の信号（電圧）が変わる可能性がある。そのため、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の信号値は、それぞれ、
ＳＩＧ１＝ＳＳ０ａ＋ＳＸ１、
ＳＩＧ２＝ＳＳ０ｂ＋ＳＸ１
と示されうる。ここで、
ＳＳ０ａ：トランジスタＷ＿０が非導通状態でのオフセット成分、
ＳＳ０ｂ：トランジスタＷ＿０が導通状態でのオフセット成分、
ＳＸ１：放射線照射前における他のノイズ成分
とする。

同様に、放射線の照射後においても、トランジスタＷ＿０が非導通状態とトランジスタＷ＿０が導通状態とでは、信号線Ｊ２等の信号が変わる可能性がある。そのため、ＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４の信号値は、それぞれ、
ＳＩＧ３＝ＳＳ０ａ＋ＳＸ２、
ＳＩＧ４＝ＳＳ０ｂ＋ＳＸ２＋ＳＡ
と示されうる。ここで、
ＳＸ２：放射線照射中における他のノイズ成分、
ＳＡ：ユニットＵＭからの信号成分
とする。

ここで、単にＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４の間の差分をとっても、ＳＩＧ４−ＳＩＧ３＝ＳＡ＋（ＳＳ０ｂ−ＳＳ０ａ）となってしまい、信号成分ＳＡそのものが適切に得られない。即ち、ＡＥＣを行うのに際して、（ＳＳ０ｂ−ＳＳ０ａ）に相当する誤差が生じうる。そこで、本実施形態では、（ＳＩＧ４−ＳＩＧ３）−（ＳＩＧ２−ＳＩＧ１）により、（ＳＳ０ｂ−ＳＳ０ａ）に相当する成分を除去し、信号成分ＳＡを適切に取得する。なお、ここでは２以上の信号の差分をとる方式を例示したが、それらの信号の読み出し方式を変えることにより、加算処理によって信号成分ＳＡを取得してもよい。

Ｓ１６０では、このようにして得られた信号成分ＳＡを累積加算することにより、放射線の照射が開始されてからの照射量を算出する。Ｓ１７０では、Ｓ１６０の算出で得られた計算値（放射線の照射量）が基準値（放射線の照射量の設定値、許容値、上限値等）に達したか判断する。該計算値が基準値に達していない場合にはＳ１５０に戻り、達した場合にはＳ１８０に進む。Ｓ１８０では、放射線の照射の終了を要求する信号を出力し、放射線の照射を終了させる。

放射線の照射の終了後、Ｓ１９０では、画像データの読み出しを行う。Ｓ１９０は、図４に示された期間Ｔ４４に対応する。具体的には、ゲート線Ｇ１〜Ｇ７を順にＨレベルにし、各画素ＰＸから行単位で信号を順に読み出す。この動作は、読出動作に対応し、これにより画像データが生成され、この動作は、画像データ生成動作、画像データ取得動作等と称されてもよい。

ここで、前述のとおり、画素ＰＸ＿Ｂは画素ＰＸ＿Ａより小サイズであるため、これらが互いに同じ線量の放射線を受けた場合でも、画素ＰＸ＿Ｂからの信号の値は、画素ＰＸ＿Ａからの信号の値より小さくなりうる。そこで、画素ＰＸ＿Ｂからの信号に対しては、これらのサイズ比（具体的には、平面視におけるセンサＳ＿ＡとセンサＳ＿Ｂとのサイズ比）に応じたゲインを用いて信号処理ないし補正処理が為されるとよい。別の観点では、画素ＰＸ＿Ｂからの信号に対して用いられるゲインを、画素ＰＸ＿Ａからの信号に対して用いられうるゲインよりも大きくすればよい。

本実施形態によると、Ｓ１５０〜Ｓ１８０のステップは、ＡＥＣの動作に相当し、Ｓ１１０及びＳ１３５のステップは、該ＡＥＣの動作（特にＳ１６０での算出動作）を適切に行うための準備動作またはキャリブレーション動作に相当する。具体的には、放射線の照射開始前に、動作ＯＰ１により補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得する。これら信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２により、トランジスタＷ＿０が非導通状態と導通状態とでのオフセット成分の差を算出することができる。その後、放射線の照射中では、動作ＯＰ１を繰り返し行うことによりＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４をモニタし、信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４を、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２で補正する。これにより、信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４の間でのオフセット成分の差を除去することができ、該補正された信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４に基づいて、適切にＡＥＣを行うことができる。よって、本実施形態によるとＡＥＣの高精度化に有利である。

（第２実施形態）
図５を参照しながら、第２実施形態を説明する。図５は、本実施形態に係るＡＥＣのタイミングチャートの例である。本実施形態は、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得する動作の前後の動作を、ＡＥＣの動作の前後と同様にする、という点で第１実施形態（図４参照）と異なる。即ち、図５において、期間Ｔ５１では画素リセットを行い、期間Ｔ５２では補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得し、期間Ｔ５３では画像データの読み出しを行う。その後、放射線の照射が開始される前まで（期間Ｔ５４で）、画素リセットを行い、期間Ｔ５５でＡＥＣを行い、期間Ｔ５６で画像データの読み出しを行う。期間Ｔ５２、Ｔ５４、Ｔ５５、Ｔ５６の動作は、それぞれ、図４を参照しながら述べた期間Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、Ｔ４４の動作と同様である。

本実施形態によると、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得するための期間Ｔ５２の前の期間Ｔ５１で画素リセットを行い、且つ、該期間Ｔ５２の後の期間Ｔ５３で画像データの読み出しを行う。そのため、期間Ｔ５２での補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を、期間Ｔ５５でＡＥＣ用信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４と同様の条件で取得することができる。これにより、信号ＳＩＧ１のオフセット成分と信号ＳＩＧ３のオフセット成分とがより近くなり得、また、信号ＳＩＧ２のオフセット成分と信号ＳＩＧ４のオフセット成分とがより近くなりうる。即ち、本実施形態によると、信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４の間でのオフセット成分の差をより適切に除去することができる。よって、本実施形態によると、ＡＥＣを更に高精度化することができる。

なお、ここでは、期間Ｔ５１の画素リセットおよび期間Ｔ５３の画像データの読み出しの双方を行う態様を例示したが、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２のオフセット成分に対する影響は、特に、期間Ｔ５１の画素リセットに起因しうる。そのため、他の例では、期間Ｔ５１の画素リセットを行う一方で、期間Ｔ５３の画像データの読み出しを省略してもよい。

（変形例）
図６（ａ）〜（ｂ）を参照しながら変形例を説明する。

図６（ａ）は、ＡＥＣのタイミングチャートの第１の変形例である。第１の変形例では、期間Ｔ６１で補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２が適切に取得されなかった場合に、その次の期間Ｔ６２で、補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を再取得する。信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２が適切に取得されない場合として、例えば、それらの信号値が特異な値をとった場合（所定の範囲を超えている場合）が考えられる。信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２が適切に得られたか否かの判断は、例えば、画素リセットを行っている間等に、制御部１４０等によって装置１００の内部で為されればよい。

また、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２が適切に取得されない場合として、例えば、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得している間に装置１００の環境（前述のとおり、例えば温度等）が変化した場合等が考えられる。補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の再取得が繰り返されるのを防ぐため、環境が安定したこと（例えば、温度等が定常状態になったこと、具体的には、温度等が所定の許容範囲内に収まったこと）に応じて、信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の取得が開始されてもよい。他の例では、環境が安定するのに十分な時間を予め取得しておいて、該時間が経過したことに応じて信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の取得が開始されてもよい。

期間Ｔ６３、Ｔ６４の動作は、それぞれ、図４を参照しながら述べた期間Ｔ４３、Ｔ４４の動作と同様である。

図６（ｂ）は、ＡＥＣのタイミングチャートの第２の変形例である。例えば、放射線撮像装置１００は、２つの動作モード（それぞれ第１モード、第２モードとする。）を含みうる。第２の変形例では、期間Ｔ７１で第１モードについての補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得し、期間Ｔ７２で第２モードについての補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を取得する。第１モードと第２モードとでは、例えば、制御信号の信号レベル（供給される電圧）が異なり、他の例では、読出部１３０でのゲイン等が異なり、さらに他の例では、画素ＰＸが複数の感度を有するように構成されている場合には該感度が異なりうる。本例によると、各動作モードについての補正用信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２を予め取得しておくことにより、いずれの動作モードで放射線撮影を行う場合でも、ＡＥＣを適切に行うことができる。

ここでは駆動方法ないし制御方法の変形例を主に述べたが、構成面においても多様な変形例が考えられうる。例えば、画素アレイ１１０の構成（より具体的には、画素ＰＸ＿Ａ及びＰＸ＿Ｂ並びにユニットＵＭのそれぞれの構成）は、図１〜２に示された例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの一部が変更されてもよい。例えば、本実施形態では、ユニットＵＭの信号と画素ＰＸの信号とを異なる信号線を用いて読み出す構成を例示したが、これらは共通の信号線により読み出されてもよい（即ち、信号線ＬＣ２等はユニットＵＭにより共有されてもよい。）。この構成によっても、トランジスタＷ＿０が導通状態のときのセンサの信号と非導通状態のときのセンサの信号とが、これらの差が得られるように出力されうる。

画素ＰＸ＿Ｂ及びユニットＵＭの画素アレイ１１０における配置位置は、ユーザの関心領域に配されればよく、或いは、撮影対象とする部位が決まっている場合には該部位に基づいて決定されてもよい。典型的には、画素ＰＸ＿Ｂ及びユニットＵＭは、画素アレイ１１０の周辺領域ないしコーナー領域に配されうる。また、本例では、これらが列方向に２つずつ配された構成を示したが、これらの配置の数は、１つずつでもよいし、３以上連続して配されてもよいし、更に、これらは行方向（又は行方向および列方向の双方）に配されてもよい。

また、本実施形態では、ユニットＵＭが画素ＰＸ＿Ｂと共に１行×１列の単位を形成するように配された構成を例示したが、ユニットＵＭは、それ単体で１行×１列の単位を形成するように配されてもよい。この場合、この位置に相当する画素信号は、隣接画素ＰＸの信号により補完されればよい。他の例では、ユニットＵＭは、画素アレイ１１０の外に配されてもよい。

（放射線撮像システムへの適用例）
図７に例示されるように、上述の各実施形態で述べた放射線撮像装置は、放射線検査装置等に代表される撮像システムに適用されうる。放射線は、Ｘ線、α線、β線、γ線等を含む。ここでは、代表例としてＸ線を用いる場合を述べる。

Ｘ線チューブ６１０（放射線源）で発生したＸ線６１１は、被検者６２０の胸部６２１を透過し、放射線撮像装置６３０に入射する。該入射したＸ線６１１には患者６２０の体内の情報が含まれており、装置６３０により該Ｘ線６１１に応じた電気的情報が得られる。この電気的情報は、ディジタル信号に変換された後、例えばイメージプロセッサ６４０（信号処理部）によって所定の信号処理が為される。医師等のユーザは、該電気的情報に応じた放射線画像を、例えばコントロールルームのディスプレイ６５０（表示部）で観察することができる。ユーザは、放射線画像又はそのデータを、所定の通信手段６６０により遠隔地へ転送することができ、該放射線画像を、例えばドクタールーム等の他の場所のディスプレイ６５１で観察することもできる。また、ユーザは、該放射線画像又はそのデータを所定の記録媒体に記録することもでき、例えば、フィルムプロセッサ６７０によってフィルム６７１に記録することができる。

（その他）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、該システム又は装置のコンピュータにおける１以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理により実現されてもよい。例えば、本発明は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によって実現されてもよい。

以上、本発明に係るいくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。例えば、上述の実施形態では、放射線を検知するのに、放射線を光に変換して該光を光電変換する構成（いわゆる間接変換型）を例示したが、放射線を直接的に電気信号に変換する構成（いわゆる直接変換型）が採られてもよい。

また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。

１００：放射線撮像装置、ＰＸ：画素、ＵＭ：ＡＥＣ用ユニット、Ｓ：検知素子、Ｗ：スイッチ素子、１４０：制御部。

Claims (17)

1. 複数の画素と、
   前記画素とは異なるユニットであって、放射線を検知するための検知素子と、前記検知素子に対応するスイッチ素子と、を含むユニットと、
   前記スイッチ素子が導通状態になったことに応じて前記検知素子から出力された信号を伝搬する信号線と、
   制御部と、を備える放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、
   前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始前において、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間の前記信号線の信号を第１信号として取得し、該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を第２信号として取得する第１動作と、
   前記放射線の照射が開始されたことに応答して、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間の前記信号線の信号を第３信号として取得し、該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を第４信号としてモニタする第２動作と、
   前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号に基づいて、前記放射線の照射が開始されてからの前記放射線の照射量を算出する第３動作と、
   を行う
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記制御部は、前記第３動作では、前記第１信号と前記第２信号との差である第１の差と、前記第３信号と前記第４信号との差である第２の差とに基づいて前記放射線の照射量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記制御部は、前記第３動作では、前記第１の差と前記第２の差との差に基づいて前記放射線の照射量を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記制御部は、
   前記第１動作の後かつ前記第２動作の前に、前記複数の画素のそれぞれを初期化する第１初期化動作と、
   前記第１動作の前に、前記複数の画素のそれぞれを初期化する第２初期化動作と、
   算出された前記照射量が基準値に達したことに応じて出力された信号に応じて前記放射線の照射が終了された後に前記複数の画素から画像データを読み出す第４の動作と、
   をさらに行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記画像データを読み出す動作は第１読出動作であり、
   前記制御部は、前記第１動作の後かつ前記第１初期化動作の前に、前記複数の画素から画像データを読み出す第２読出動作をさらに行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、前記放射線の照射の開始前において、前記放射線撮像装置内の温度、前記放射線撮像装置内のノイズ量および前記放射線撮像装置に対する圧力の少なくとも１つが変化した場合には、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間の前記信号線の信号を新たな第１信号として取得し、該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を新たな第２信号として取得する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記制御部は、前記第１動作では、前記少なくとも１つが定常状態になったことに応じて、前記第１信号および前記第２信号を取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 動作モードとして複数のモードを有しており、
   前記制御部は、前記第１動作では、前記複数のモードのそれぞれについて前記第１信号および前記第２信号を取得する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記複数の画素は、第１画素と、該第１画素よりもサイズが小さい第２画素とを含み、
   前記複数の画素は、複数の行および複数の列を形成するように配列されており、
   前記第１画素は、１行かつ１列の単位に対応し、前記検知素子と前記スイッチ素子と前記第２画素とは、１行かつ１列の単位に対応する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記信号線は、前記第２画素が配された列に沿って配されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
11. 前記複数の列に対応する複数の列信号線であって、対応する列の各画素から画素信号を読み出すための複数の列信号線をさらに備え、
    前記第２画素が配された列に対応する列信号線と、前記信号線とは互いに平行に配されている
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の放射線撮像装置。
12. 前記制御部は、前記複数の画素から画像データを読み出す動作において、前記第２画素から読み出した信号に対して、前記第１画素と前記第２画素とのサイズ比に応じたゲインを用いて信号処理を行う
    ことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記複数の画素のそれぞれに電力を供給するための電力供給線をさらに備え、
    前記電力供給線は、前記複数の画素が配列された基板の上面に対する平面視において、
    前記第２画素が配された列に対応する列信号線と、前記信号線との間に、それらと平行に配されている
    ことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 前記制御部は、前記第１動作を繰り返し行い、
    前記第１信号及び前記第２信号は、繰り返し為された前記第１動作により得られた複数の結果に基づいて算出される
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
15. 前記第１信号及び前記第２信号は、前記複数の結果の平均値、中央値、及び標準偏差のうちの少なくとも１つに基づいて算出される
    ことを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮像装置。
16. 請求項１から請求項１５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信号を処理するプロセッサと、を具備する
    ことを特徴とする放射線撮像システム。
17. 複数の画素と、
    前記画素とは異なるユニットであって、放射線を検知するための検知素子と、前記検知素子に対応するスイッチ素子と、を含むユニットと、
    前記スイッチ素子が導通状態になったことに応じて前記検知素子から出力された信号を伝搬する信号線と、を備える放射線撮像装置の駆動方法であって、
    前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始前において、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間、および該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を、それぞれ第１信号および第２信号として取得する工程と、
    前記放射線の照射が開始されたことに応答して、前記信号線の電位をリセットしてから前記スイッチ素子を導通状態にするまでの間、および該スイッチ素子を導通状態にしてから前記信号線の電位をリセットするまでの間の前記信号線の信号を、それぞれ第３信号および第４信号としてモニタする工程と、
    前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号に基づいて、前記放射線の照射が開始されてからの前記放射線の照射量を算出する工程と、を含む
    ことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
    

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