JP7134833B2

JP7134833B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム

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Publication number: JP7134833B2
Application number: JP2018200584A
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Inventors: 覚澤田; 健太郎藤吉
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Filing date: 2018-10-25
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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と薄膜トランジスタなどのスイッチ素子とを含む画素が２次元状に配置された撮像領域を有する放射線撮像装置が、広く利用されている。近年、こうした放射線撮像装置の多機能化が検討され、その１つとして自動露出制御（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｘｐｏｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌ：ＡＥＣ）機能の内蔵が検討されている。このＡＥＣ機能は、例えば、放射線源からの撮像領域に対する放射線の照射の開始や、当該放射線の照射の終了（当該終了させるべきタイミングの決定を含む）、当該放射線の照射強度、当該放射線の照射量（積算照射量を含む）などの、撮像領域に対する放射線の照射に関する情報を検知するために利用されうる。

このような放射線の照射に関する情報を検知するための放射線撮像装置としては、例えば、特許文献１に記載の放射線撮像装置がある。特許文献１には、放射線画像を取得するための複数の画素と、放射線を検出するための複数のセンサユニットとを有し、各センサユニットは、放射線を電気信号に変換し、該電気信号を信号蓄積期間において蓄積するセンサを含む、放射線撮像装置が示されている。より具体的に、特許文献１に記載の放射線撮像装置は、複数のセンサユニットのそれぞれのセンサにおける信号蓄積期間が、第１時間を有し、かつ、第１時間より短い第２時間だけ相互にずれるように、複数のセンサユニットを制御する制御部と、制御部によって制御されている複数のセンサユニットからの信号に基づいて、入射した放射線に関する情報を、第２時間を周期として出力する信号処理部を備えるように構成されている。

特開２０１６－１００６６号公報

放射線撮像装置において、時々刻々と変化する放射線の照射強度などの放射線の照射に関する情報を正確に検知するためには、当該情報を検知するためのセンサからの信号を読み出す頻度、即ち検知頻度（時間分解能）を高くする必要がある。

しかしながら、上述した検知頻度を高くすると、各センサにおける信号の蓄積期間が短くなってしまい、その結果、センサから信号を読み出す際の信号雑音比（ＳＮＲ）が低下し、放射線の照射に関する情報の検知精度が低下してしまう。即ち、放射線の照射に関する情報の検知頻度と検知精度とは、トレードオフの関係にある。

この点、上述した特許文献１に記載の放射線撮像装置は、放射線の照射に関する情報の検知頻度を高めながらその検知精度を向上させるという観点の技術としては、不十分であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、放射線の照射に関する情報の検知頻度を高めながらその検知精度を向上させることが可能な仕組みを提供することを目的とする。

本発明の放射線撮像装置は、撮像領域に２次元状に配置され、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素と、前記複数の画素を駆動させるための複数の駆動配線と、前記複数の画素の前記電気信号を複数の信号配線を介して読み出す読み出し回路と、を有し、前記複数の画素は、放射線画像を取得するための前記電気信号を出力する複数の第１画素と、前記撮像領域に対する前記放射線の照射に関する情報を検知するための前記電気信号を出力する複数の第２画素とを含み、前記複数の駆動配線のうち第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記複数の駆動配線のうち前記第１駆動配線とは異なる第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素と、前記第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素とは、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線に沿ってライン状に設けられ、前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とは、異なるタイミングで駆動信号が供給され、前記読み出し回路は、前記複数の第２画素において、前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とのそれぞれが接続されているグループごとに、異なるタイミングで前記電気信号を読み出す。
本発明の放射線撮像装置における他の態様は、撮像領域に２次元状に配置され、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素と、前記複数の画素を駆動させるための複数の駆動配線と、前記複数の画素の前記電気信号を複数の信号配線を介して読み出す読み出し回路と、を有し、前記複数の画素は、放射線画像を取得するための前記電気信号を出力する複数の第１画素と、前記撮像領域に対する前記放射線の照射に関する情報を検知するための前記電気信号を出力する複数の第２画素とを含み、前記複数の駆動配線のうち第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記複数の駆動配線のうち前記第１駆動配線とは異なる第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素と、前記第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素とは、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線に沿ってライン状に設けられ、前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とは、異なるタイミングで駆動信号が供給される。
また、本発明は、上述した放射線撮像装置と当該放射線撮像装置からの信号を処理する処理装置とを有する放射線撮像システムを含む。

本発明によれば、放射線の照射に関する情報の検知頻度を高めながらその検知精度を向上させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置の第１構成例を示す等価回路図である。本発明の本実施形態に係る放射線撮像装置における放射線照射中の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。本発明の実施形態に係る放射線撮像装置の第２構成例を示す等価回路図である。本発明の実施形態に係る放射線撮像装置の画像用画素、第１グループの検知用画素及び第２グループの検知用画素の概略平面図である。図４（ａ）に示す画像用画素のＡ－Ａ'間の断面図である。本発明の実施形態に係る放射線撮像装置の第３構成例を示す等価回路図である。本発明の実施形態に係る放射線撮像装置において、放射線の照射を検出し照射強度を判定し照射停止時間を出力するまでの処理手順の一例を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を含む放射線撮像システム（Ｘ線撮像システム）の概略構成の一例を示す図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、本明細書においては、放射線には、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。

また、以下に記載する本発明の実施形態では、自動露出制御（ＡＥＣ）を想定した説明を主に行うが、本実施形態の技術をＡＥＣに用いる放射線照射計測（モニター）に用いて、放射線撮像装置自身はＡＥＣ自体を行わなくても構わない。また、以下に記載する本発明の実施形態では、「撮像領域に対する放射線の照射に関する情報」は、撮像領域に対する放射線の照射の開始、撮像領域に対する放射線の照射の終了（当該終了させるべきタイミングの決定を含む）、撮像領域に対する放射線の照射強度、及び、撮像領域に対する放射線の照射量（積算照射量を含む）のうち、少なくとも１つを含む情報であるものとする。

図１は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００の第１構成例を示す等価回路図である。以下、この図１に示す第１構成例の放射線撮像装置１００を「放射線撮像装置１００－１」と記載する。

放射線撮像装置１００－１は、図１に示すように、撮像領域１１０、電源回路１２０、ゲート駆動回路１３０、読み出し回路１４０、及び、情報処理回路１５０を有して構成されている。

撮像領域１１０には、基板上に２次元状（より詳細には、行列状）に配置され、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素として、複数の画像用画素１１１と、複数の検知用画素１１２が設けられている。また、複数の検知用画素１１２は、撮像領域１１０においてライン状の検知用画素群１１３として配置されている。

画像用画素１１１は、放射線画像を取得するための電気信号を出力する第１画素である。ここでは、撮像領域１１０に２次元状に配置された複数の画素のうち、ライン状の検知用画素群１１３以外の画素は、画像用画素１１１であるものとするが、本実施形態においてはこれに限定されるものではない。画像用画素１１１には、電源回路１２０から電源配線１１４を介して電力が供給され、また、ゲート駆動回路１３０から画像用駆動配線１１５を介して駆動信号が供給されることで駆動制御される。この画像用画素１１１は、入射した放射線を電気信号（電荷）に変換する変換素子１１１１と、当該電気信号を外部に出力するためのスイッチ素子１１１２との等価回路を含み構成されている。画像用画素１１１から出力された電気信号は、信号配線１１７を介して読み出し回路１４０に読み出され、その後の処理によって放射線画像が取得される。

検知用画素１１２は、撮像領域１１０に対する放射線の照射に関する情報を検知するための電気信号を出力する第２画素である。そして、この場合、ライン状の検知用画素群１１３は、ライン状の第２画素群となる。検知用画素１１２には、電源回路１２０から電源配線１１４を介して電力が供給され、また、ゲート駆動回路１３０から検知用駆動配線１１６を介して駆動信号が供給されることで駆動制御される。また、本実施形態では、ライン状の検知用画素群１１３には、複数の検知用画素１１２を駆動させるための複数の検知用駆動配線１１６が接続されている。具体的に、図１では、ライン状の検知用画素群１１３には、第１グループの検知用画素１１２－１に接続された第１の検知用駆動配線１１６－１と、第２グループの検知用画素１１２－２に接続された第２の検知用駆動配線１１６－２との２本の検知用駆動配線１１６が接続された例が示されている。図１に示す例では、第１の検知用駆動配線１１６－１は、左から１列目、３列目及び５列目の検知用画素１１２－１に接続し、また、第２の検知用駆動配線１１６－２は、左から２列目及び４列目の検知用画素１１２－２に接続している。即ち、ライン状の検知用画素群１１３は、当該ラインの方向（撮像領域１１０の横方向（行方向））に隣接する２つの検知用画素１１２－１及び１１２－２が、それぞれ、異なる検知用駆動配線１１６－１及び１１６－２に接続されている。本実施形態では、このような構成にすることによって、ライン状の検知用画素群１１３の電気信号を、２本の検知用駆動配線１１６で別々に読み出すことが可能になる。なお、図１では、ライン状の検知用画素群１１３に接続する複数の検知用駆動配線１１６として、２本の検知用駆動配線を設ける例を示しているが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば３本以上の検知用駆動配線を設けるようにしてもよい。また、検知用画素１１２－１は、入射した放射線を電気信号（電荷）に変換する変換素子１１２１－１と、当該電気信号を外部に出力するためのスイッチ素子１１２２－１との等価回路を含み構成されている。同様に、検知用画素１１２－２は、入射した放射線を電気信号（電荷）に変換する変換素子１１２１－２と、当該電気信号を外部に出力するためのスイッチ素子１１２２－２との等価回路を含み構成されている。第１グループの検知用画素１１２－１及び第２グループの検知用画素１１２－２から出力された電気信号は、それぞれ異なるタイミングで信号配線１１７を介して読み出し回路１４０に読み出され、その後の処理によって撮像領域１１０に対する放射線の照射に関する情報が取得される。そして、このような検知用画素１１２を配置することによって、自動露出制御（ＡＥＣ）機能を、放射線撮像装置１００に内蔵することが可能となる。なお、検知用画素１１２は、当該画素の信号が放射線画像を取得するために使用されてもよい。即ち、検知用画素１１２は、画像用画素１１１のうちの一部の画素を流用するようにしてもよい。

なお、図１では、撮像領域１１０に５行×５列の画素が示されているが、実際にはこれらは放射線撮像装置１００の撮像領域に設けられる画素のうちの一部を例示的に示したものである。また、ライン状の検知用画素群１１３は、図１に示すように撮像領域１１０に１つだけ配置される形態であってもよいし、また、撮像領域１１０に複数配置される形態であってもよい。

電源回路１２０は、撮像領域１１０の周辺領域に配置され、撮像領域１１０に設けられたそれぞれの画像用画素１１１及び検知用画素１１２に対して、電源配線１１４を介して電力を供給する。

ゲート駆動回路１３０は、撮像領域１１０の周辺領域に配置され、それぞれの画像用画素１１１に対しては、複数の画像用駆動配線１１５のうち、接続されている画像用駆動配線１１５を介して、駆動信号を供給する。この際、ゲート駆動回路１３０は、複数の画像用駆動配線１１５に対して、順番に（例えば、図１の上から順番に）駆動信号を供給する形態を採りうる。また、ゲート駆動回路１３０は、それぞれの検知用画素１１２に対しては、複数の検知用駆動配線１１６（第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２）のうち、接続されている検知用駆動配線１１６を介して、駆動信号を供給する。この際、ゲート駆動回路１３０は、ライン状の検知用画素群１１３に接続された複数の検知用駆動配線１１６に対して、異なるタイミングで駆動信号を供給する。ここで、図１に示す例では、ゲート駆動回路１３０は、検知用駆動配線１１６（第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２）に対して駆動信号を供給する駆動信号供給回路に相当する構成である。

読み出し回路１４０は、撮像領域１１０の周辺領域に配置され、複数の信号配線１１７を介して、撮像領域１１０に設けられたそれぞれの画像用画素１１１及び検知用画素１１２から電気信号を読み出す。この際、複数の信号配線１１７は、図１に示すように、複数の画像用駆動配線１１５及び検知用駆動配線１１６に対して交差（好適には、直交）するように配置されている。また、本実施形態においては、読み出し回路１４０は、ライン状の検知用画素群１１３においてそれぞれの検知用駆動配線１１６が接続されているグループ（即ち、第１の検知用駆動配線１１６－１が接続されている検知用画素１１２－１の第１グループ及び第２の検知用駆動配線１１６－２が接続されている検知用画素１１２－２の第２グループ）ごとに、異なるタイミングで電気信号を読み出す。この読み出し回路１４０は、図１に示すように、増幅回路１４１、サンプルホールド回路１４２、ＭＵＸ（マルチプレクサ）１４３、及び、ＡＤＣ（アナログ－デジタル変換器）１４４を有して構成されている。増幅回路１４１及びサンプルホールド回路１４２は、信号配線１１７に対応して複数設けられており、増幅回路１４１は、信号配線１１７を介して出力された電気信号を増幅し、サンプルホールド回路１４２は、増幅回路１４１で増幅された電気信号をサンプリングして保持する。ＭＵＸ１４３は、サンプルホールド回路１４２から並列に出力される電気信号を順に選択してＡＤＣ１４４に出力する。ＡＤＣ１４４は、ＭＵＸ１４３から出力されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換する。

情報処理回路１５０は、図１に示すように、演算処理部１５１、及び、情報処理回路内メモリ１５２を有して構成されている。演算処理部１５１は、ＡＤＣ１４４から出力された電気信号に対して、各種の演算処理を行う。例えば、演算処理部１５１は、ＡＤＣ１４４から出力された電気信号に対して所定の演算処理を行って、撮像領域に対する放射線の照射に関する情報を生成する処理を行う。情報処理回路内メモリ１５２は、演算処理部１５１による各種の演算処理の結果得られた情報を記憶する。

なお、図１では、読み出し回路１４０及び情報処理回路１５０を含む信号処理回路を有する例を示しているが、本実施形態においてはこれに限定されるものではない。例えば、読み出し回路１４０と情報処理回路１５０とは、一体として１つの信号処理回路として構成するようにしてもよい。

図２は、本発明の本実施形態に係る放射線撮像装置１００における放射線照射中の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。この図２では、上から、放射線源から放射線撮像装置１００（具体的には、撮像領域１１０）に放射線が照射されるタイミング、第１グループの検知用画素１１２－１のスイッチ素子１１２２－１をＯＮするタイミング、第２グループの検知用画素１１２－２のスイッチ素子１１２２－２をＯＮするタイミング、第１グループの検知用画素１１２－１の電気信号である第１の検知用信号を信号配線１１７を介して読み出すタイミング、第２グループの検知用画素１１２－２の電気信号である第２の検知用信号を信号配線１１７を介して読み出すタイミングを示している。さらに、図２では、その下に、第１の検知用信号に基づく放射線の照射に関する情報（放射線情報）の信号出力と、第２の検知用信号に基づく放射線の照射に関する情報（放射線情報）の信号出力も示している。

具体的に、図２では、ゲート駆動回路１３０が、第１の検知用駆動配線１１６－１に接続されている検知用画素１１２－１のスイッチ素子１１２２－１をＯＮにした後、読み出し回路１４０が、検知用画素１１２－１の電気信号を信号配線１１７を介して読み出す。次いで、ゲート駆動回路１３０が、第２の検知用駆動配線１１６－２に接続されている検知用画素１１２－２のスイッチ素子１１２２－２をＯＮにした後、読み出し回路１４０が、検知用画素１１２－２の電気信号を信号配線１１７を介して読み出す。その後、第１の検知用駆動配線１１６－１では同様に動作を繰り返し、また、第２の検知用駆動配線１１６－２も同様に動作を繰り返す。このように、図１に示すライン状の検知用画素群１１３について、第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２を制御し、第１グループの検知用画素１１２－１の電気信号に基づく放射線の照射に関する情報（放射線情報）と第２グループの検知用画素１１２－２の電気信号に基づく放射線の照射に関する情報（放射線情報）とを別々に異なるタイミングで交互に読み出すことにより、第１グループの検知用画素１１２－１及び第２グループの検知用画素１１２－２の電気信号（電荷）の蓄積時間を長くすることができる。また、ライン状の検知用画素群１１３に対して複数の検知用駆動配線１１６－１及び１１６－２を接続させているため、検知用画素１１２－１及び検知用画素１１２－２でそれぞれの電気信号を読み出す間隔は、駆動配線が１本の場合と同じタイミングで読み出した場合でも、検知用信号としては略倍の信号を得ることができる。したがって、本実施形態の構成によれば、放射線の照射に関する情報（放射線情報）の検知頻度を高めながらその検知精度を向上させることが可能になる。なお、比較例として、例えば、ライン状の検知用画素群１１３に対して１本の検知用駆動配線で制御しようとする場合、駆動タイミングを本実施形態と同一とした場合には、得られる放射線の照射に関する情報（放射線情報）が本実施形態の略半分となる。そして、この比較例の場合、本実施形態と同等の放射線の照射に関する情報（放射線情報）を得ようとすると、駆動タイミングを本実施形態の場合の略倍とする必要があり、当該放射線情報の検知頻度を高めながらその検知精度を向上させることが困難である。

図３は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００の第２構成例を示す等価回路図である。以下、この図３に示す第２構成例の放射線撮像装置１００を「放射線撮像装置１００－２」と記載する。また、この図３において、図１に示す構成と同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

図３に示す放射線撮像装置１００－２は、図１に示す放射線撮像装置１００－１の構成に対して、ＡＥＣ制御回路１６０が追加された構成となっている。具体的に、図１に示す放射線撮像装置１００－１では、ゲート駆動回路１３０が画像用画素１１１及び検知用画素１１２の両方を駆動させる例を示したものであった。これに対して、図３に示す放射線撮像装置１００－２では、ゲート駆動回路１３０が画像用画素１１１を駆動させ、このゲート駆動回路１３０とは異なるＡＥＣ制御回路１６０が検知用画素１１２を駆動させる例である。図３に示す放射線撮像装置１００－２は、ＡＥＣ制御回路１６０を追加した以外の構成については、図１に示す放射線撮像装置１００－１の構成と同じ構成を採りうる。ここで、図３に示す例では、ＡＥＣ制御回路１６０は、検知用駆動配線１１６（第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２）に対して駆動信号を供給する駆動信号供給回路に相当する構成である。

図３に示す放射線撮像装置１００－２では、図１に示す放射線撮像装置１００－１と比較して、ゲート駆動回路１３０が複雑な動作を必要としなくなり、ゲート駆動回路１３０の設計が容易となる。例えば、図３に示す放射線撮像装置１００－２では、放射線が照射され、検知用画素１１２で放射線の照射に関する情報（放射線情報）に係る電気信号を読み出すまでの期間は、ＡＥＣ制御回路１６０を駆動させる。次いで、画像用画素１１１から放射線画像に係る電気信号を読み出す際には、ＡＥＣ制御回路１６０を停止し、ゲート駆動回路１３０を駆動させて、行ごとに順番に当該電気信号を読み出してもよい。なお、検知用画素１１２と画像用画素１１１とに対して、別々に周辺領域の回路を動作させるのは、制御回路に限定されるものではない。例えば、読み出し回路として、画像用画素１１１の電気信号を読み出す読み出し回路とは別に、検知用画素１１２の電気信号を読み出す読み出し回路を設けて処理してもよい。

図４は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００の画像用画素１１１、第１グループの検知用画素１１２－１及び第２グループの検知用画素１１２－２の概略平面図である。具体的には、図４（ａ）に画像用画素１１１の概略平面図を示し、図４（ｂ）に第１グループの検知用画素１１２－１の概略平面図を示し、図４（ｃ）に第２グループの検知用画素１１２－２の概略平面図を示している。なお、この図４において、図１及び図３に示す構成と同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

ここでは、放射線撮像装置１００が、いわゆる間接型の放射線撮像装置である場合について説明する。この場合、画像用画素１１１及び検知用画素１１２を含む撮像領域１１０には、画像用画素１１１及び検知用画素１１２の上部（放射線が入射する側）に不図示のシンチレータが配置される構成を採る。

この場合、図４（ａ）に示す画像用画素１１１では、変換素子１１１１として、シンチレータにおいて放射線から変換された光を電気信号に変換する画像用光電変換素子を設ける形態を採る。そして、変換素子１１１１として設ける画像用光電変換素子の下部には、スイッチ素子１１１２として画像用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や各種配線が設けられる。画像用光電変換素子で生成された電気信号は、画像用駆動配線１１５の駆動信号によってスイッチ素子１１１２がＯＮ状態となったとき、スイッチ素子１１１２を介して信号配線１１７に出力される。画像用光電変換素子の上部電極は、一定の電圧を印加するための電源配線１１４と接続される。なお、検知用駆動配線１１６は、画像用光電変換素子の下部を通過する構成を採りうる。

図４（ｂ）に示す第１グループの検知用画素１１２－１には、第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２が配置されているが、第１の検知用駆動配線１１６－１に接続され、第２の検知用駆動配線１１６－２は配線のみとなっている。この図４（ｂ）の構成において、検知用駆動配線１１６以外の構成については、図４（ａ）に示す画像用画素１１１と基本的に同じ構成を採りうる。

図４（ｃ）に示す第２グループの検知用画素１１２－２には、第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２が配置されているが、第２の検知用駆動配線１１６－２に接続され、第１の検知用駆動配線１１６－１は配線のみとなっている。この図４（ｃ）の構成において、検知用駆動配線１１６以外の構成については、図４（ａ）に示す画像用画素１１１と基本的に同じ構成を採りうる。

図５は、図４（ａ）に示す画像用画素１１１のＡ－Ａ'間の断面図である。この図５において、図４（ａ）に示す構成と同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。撮像領域１１０の基板５０１の上に各画素や各素子が形成される。本実施形態において、基板５０１として絶縁基板を用いる。基板５０１として、例えばガラス基板やプラスチック基板を用いてもよい。基板５０１の上にスイッチ素子１１１２である画像用ＴＦＴが形成される。本実施形態においては逆スタガ型のＴＦＴを用いるが、例えばトップゲート型のＴＦＴを用いてもよい。スイッチ素子１１１２は、ゲート電極５０２、絶縁膜５０３、ソース電極５０４、及び、ドレイン電極５０５を含み構成されている。絶縁膜５０３は、画像用ＴＦＴにおいてゲート絶縁膜として機能しうる。スイッチ素子１１１２の上には、保護膜５０６及び層間絶縁膜５０７を介して変換素子１１１１である画像用光電変換素子が配置される。変換素子１１１１である画像用光電変換素子は、下部電極５１１と上部電極５１５との間に、第１の不純物半導体層５１２、真性半導体層５１３、第１の不純物半導体層５１２とは逆の導電型の第２の不純物半導体層５１４がこの順番に積層された構造を有する。不純物半導体層５１２と真性半導体層５１３と不純物半導体層５１４とは、ＰＩＮフォトダイオードを構成し、これによって光電変換を行う。本実施形態においてはＰＩＮフォトダイオードを光電変換素子に用いるが、例えばＭＩＳ型素子を用いてもよい。また、変換素子１１１１である画像用光電変換素子の上には、保護膜５２１及び層間絶縁膜５２２を介して電源配線１１４が配される。画像用画素１１１の上は、保護膜５２３で覆われる。電源配線１１４は、コンタクトプラグを介して画像用光電変換素子の上部電極５１５に接続される。画像用光電変換素子の下部電極５１１は、画像用ＴＦＴのドレイン電極５０５と接続される。光電変換によって画像用光電変換素子で生成された電気信号（電荷）は、画像用駆動配線１１５に接続されたゲート電極５０２によって画像用ＴＦＴがＯＮ動作したとき、ソース電極５０４から信号配線１１７へと出力される。

図６は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００の第３構成例を示す等価回路図である。以下、この図６に示す第３構成例の放射線撮像装置１００を「放射線撮像装置１００－３」と記載する。また、この図６において、図１に示す構成と同様の構成には同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

図６に示す放射線撮像装置１００－３は、図１に示す放射線撮像装置１００－１の構成と比較して、撮像領域１１０に６行×６列の画素を設けている点と、１つの信号配線１１７を隣接する２つの画素単位で共通化している点が異なっている。具体的に、図６に示す例では、ライン状の検知用画素群１１３における当該ラインの方向（撮像領域１１０の横方向（行方向））に隣接する、２つの検知用画素１１２－１及び１１２－２と２つの画像用画素１１１－１及び１１１－２が、１つの信号配線１１７に接続されている。また、図６では、１つの信号配線１１７に２つの画像用画素１１１－１及び１１１－２を接続しているため、画像用画素１１１－１及び１１１－２には、それぞれ、別の画像用駆動配線１１５－１及び１１５－２が接続される形態となっている。この図６に示すような構成にすることによって、信号配線１１７に係る回路（例えば、読み出し回路１４０）を簡素化でき、信号配線１１７に係る回路と接続する端子数を減らすことができる。

図７は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００において、放射線の照射を検出し照射強度を判定し照射停止時間を出力するまでの処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ７０１において、放射線撮像装置１００は、待機状態を維持する。その後、放射線の照射が開始されると、ステップＳ７０２に進む。ステップＳ７０２に進むと、ゲート駆動回路１３０は、第１の検知用駆動配線１１６－１及び第２の検知用駆動配線１１６－２に対してそれぞれ異なるタイミングで駆動信号を供給し、また、読み出し回路１４０は、信号配線１１７を介して、第１グループの検知用画素１１２－１及び第２グループの検知用画素１１２－２からそれぞれ異なるタイミングで電気信号を読み出す。続いて、ステップＳ７０３において、情報処理回路１５０（演算処理部１５１）は、ステップＳ７０２で読み出された電気信号の差分（例えば、第１グループの検知用画素１１２－１から読み出された電気信号と第２グループの検知用画素１１２－２から読み出された電気信号との差分）を演算する。続いて、ステップＳ７０４において、情報処理回路１５０（演算処理部１５１）は、ステップＳ７０３で演算した差分に基づいて放射線の照射量が安定したか否かを判定する。そして、このステップＳ７０４の判定の結果、放射線の照射量が安定していない場合には（Ｓ７０４／Ｎｏ）、ステップＳ７０２に戻り、また、放射線の照射量が安定した場合には（Ｓ７０４／Ｙｅｓ）、ステップＳ７０５に進む。ステップＳ７０５に進むと、情報処理回路１５０（演算処理部１５１）は、ステップＳ７０３で演算した差分に基づいて放射線の照射を停止させるべき時刻（照射停止時間）を算出する。続いて、ステップＳ７０６において、情報処理回路１５０（演算処理部１５１）は、ステップＳ７０５で算出した照射停止時間の情報を、放射線源（例えば、後述する図８のＸ線チューブ６０５０）を制御するコントローラ（例えば、後述する図８のイメージプロセッサ６０７０）に出力する。そして、コントローラは、この照射停止時間に基づいて、放射線源からの放射線の照射を停止する。なお、図７に示すフローチャートは一例を示したものであり、例えば、放射線撮像装置１００では、照射停止時間の算出と出力を行わずに、例えばモニタする放射線の照射に関する情報（放射線情報）を出力し、停止判断は放射線を照射する放射線源及び放射線源を制御するコントローラで行っても構わない。

図８は、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置１００を含む放射線撮像システム（Ｘ線撮像システム）６０００の概略構成の一例を示す図である。この図８に示す放射線撮像システム６０００では、放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生した放射線であるＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本実施形態に係る放射線撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線６０６０には、患者あるいは被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。放射線撮像装置１００において、Ｘ線６０６０の入射に対応して変換素子でＸ線６０６０を電気信号（電荷）に変換して、電気的情報を得る。この情報は、ＡＤＣ１４４でデジタル信号に変換された後、信号処理装置の一種であるイメージプロセッサ６０７０に出力される。イメージプロセッサ６０７０は、例えば入力デバイス６０４０から入力された情報に基づいて、各種の制御及び各種の処理を行う。例えば、イメージプロセッサ６０７０は、放射線撮像装置１００から出力された上述の照射停止時間の情報に基づいて、放射線源であるＸ線チューブ６０５０からのＸ線６０６０の照射を制御する。また、例えば、イメージプロセッサ６０７０は、放射線撮像装置１００から出力された画像用画素１１１の電気信号に基づく画像信号に対して画像処理を行ってＸ線画像を生成し、これをディスプレイ６０８０に表示したり、電話回線等の伝送処理手段６０９０を介して遠隔地へ転送したりする。例えば、別の場所のドクタールームにＸ線画像が転送されると、当該Ｘ線画像を、表示手段であるディスプレイ６０８１に表示することや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、例えば、当該ドクタールームにおいて、Ｘ線画像を、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。

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００：放射線撮像装置、１１０：撮像領域、１１１：画像用画素、１１２：検知用画素、１１３：ライン状の検知用画素群、１１４：電源配線、１１５：画像用駆動配線、１１６：検知用駆動配線、１１７：信号配線、１２０：電源回路、１３０：ゲート駆動回路、１４０：読み出し回路、１４１：増幅回路、１４２：サンプルホールド回路、１４３：ＭＵＸ（マルチプレクサ）、１４４：ＡＤＣ（アナログ－デジタル変換器）、１５０：情報処理回路、１５１：演算処理部、１５２：情報処理回路内メモリ

Claims

撮像領域に２次元状に配置され、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素と、
前記複数の画素を駆動させるための複数の駆動配線と、
前記複数の画素の前記電気信号を複数の信号配線を介して読み出す読み出し回路と、
を有し、
前記複数の画素は、放射線画像を取得するための前記電気信号を出力する複数の第１画素と、前記撮像領域に対する前記放射線の照射に関する情報を検知するための前記電気信号を出力する複数の第２画素とを含み、
前記複数の駆動配線のうち第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記複数の駆動配線のうち前記第１駆動配線とは異なる第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、
前記第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素と、前記第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素とは、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線に沿ってライン状に設けられ、
前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とは、異なるタイミングで駆動信号が供給され、
前記読み出し回路は、前記複数の第２画素において、前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とのそれぞれが接続されているグループごとに、異なるタイミングで前記電気信号を読み出すことを特徴とする放射線撮像装置。
撮像領域に２次元状に配置され、入射した放射線を電気信号に変換する複数の画素と、
前記複数の画素を駆動させるための複数の駆動配線と、
前記複数の画素の前記電気信号を複数の信号配線を介して読み出す読み出し回路と、
を有し、
前記複数の画素は、放射線画像を取得するための前記電気信号を出力する複数の第１画素と、前記撮像領域に対する前記放射線の照射に関する情報を検知するための前記電気信号を出力する複数の第２画素とを含み、
前記複数の駆動配線のうち第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、前記複数の駆動配線のうち前記第１駆動配線とは異なる第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素のそれぞれが異なる前記信号配線に接続され、
前記第１駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素と、前記第２駆動配線に接続された少なくとも２以上の前記第２画素とは、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線に沿ってライン状に設けられ、
前記第１駆動配線と前記第２駆動配線とは、異なるタイミングで駆動信号が供給されることを特徴とする放射線撮像装置。
前記複数の第２画素に接続された複数の前記駆動配線に対して、異なるタイミングで駆動信号を供給する駆動信号供給回路を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
前記駆動信号供給回路は、前記複数の第２画素に接続された複数の前記駆動配線に対して、順番に前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
前記駆動信号供給回路は、前記複数の第１画素に接続された複数の前記駆動配線に対して駆動信号を更に供給することを特徴とする請求項３または４に記載の放射線撮像装置。
前記駆動信号供給回路は、前記複数の第１画素に接続された複数の前記駆動配線に対して駆動信号を供給する駆動回路とは異なる回路であることを特徴とする請求項３または４に記載の放射線撮像装置。
前記複数の第２画素に接続された複数の前記駆動配線は、２本の駆動配線であ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。
前記複数の第２画素は、前記駆動配線が延在する方向に隣接する２つの前記第２画素が異なる前記駆動配線に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
前記複数の第２画素のうち、前記第１駆動配線が接続された第１グループと、前記第２駆動配線が接続された第２グループとを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
前記複数の信号配線と前記複数の駆動配線とは、互いに交差して配置されており、
前記駆動配線が延在する方向に隣接する、２つの前記第２画素および２つの前記第１画素は、１つの前記信号配線に接続されている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。
前記複数の第２画素は、ライン状の複数の画素群として設けられており、
前記ライン状の複数の画素群のうち第１画素群には、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線が接続され、
前記ライン状の複数の画素群のうち第２画素群には、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線とは異なる第３駆動配線および第４駆動配線が接続されてい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。
前記放射線の照射に関する情報は、前記撮像領域に対する前記放射線の照射の開始、前記撮像領域に対する前記放射線の照射の終了、前記撮像領域に対する前記放射線の照射強度、および、前記撮像領域に対する前記放射線の照射量のうち、少なくとも１つを含む情報であ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。
請求項１乃至１２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処理装置と、
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
前記処理装置は、前記放射線撮像装置からの信号に基づき、放射線源からの放射線の照射を終了させることを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮像システム。