JP7466316B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の制御方法、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の制御方法、および、プログラムに関する。

医療画像診断や非破壊検査において、半導体材料によって構成される平面検出器（ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。特許文献１には、ＦＰＤの画素から転送された電荷を積分する積分アンプと積分アンプの出力をサンプリングするサンプルホールド回路とサンプルホールド回路から転送される信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路とを含む読出回路を備える撮像装置が示されている。特許文献２には、放射線画像形成装置内部の各種回路やコンポーネントの温度ドリフトの放射線画像への影響を軽減するために、スリープ状態から撮影可能状態に移行する前に、読出しＩＣに電力を供給し動作させることが示されている。読出しＩＣを動作させ、読出しＩＣを所定の温度まで上昇させることによって、温度ドリフトの影響による画質の低下が低減される。

特開２０１５－１９８２６３号公報 特開２０１１－１０１６９３号公報

撮像時においても温度ドリフトによる放射線画像への影響を軽減するために、ＦＰＤに入射する放射線に応じた信号を蓄積する蓄積期間においても、ＦＰＤから信号を読み出す読出期間と同様に読出回路などを動作させることが考えられる。蓄積期間において、特許文献１に示される積分アンプやＡＤ変換回路を動作させた場合、読出回路を動作させたことに起因するノイズなどによって積分アンプの出力が変動してしまう可能性がある。積分アンプの出力の変動が、蓄積動作に次いで行われる読出動作において画素から読み出された信号に影響を及ぼした場合、得られる放射線画像の画質が低下してしまう可能性がある。

本発明は、放射線画像の画質の低下の抑制に有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線の照射に応じた信号を蓄積する画素が複数配された画素アレイと、画素アレイから信号が読み出される読出回路と、制御部と、を含む放射線撮像装置であって、読出回路は、画素から信号が読み出される積分アンプと、積分アンプの出力をサンプリングするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路の出力をアナログ／デジタル変換して出力するＡＤ変換回路と、を含み、積分アンプは、画素から信号が転送される第１端子、基準電位が供給される第２端子、および、基準電位を出力するためのノードに接続される出力端子を含むオペアンプと、第１端子と出力端子との間に配された第１キャパシタと、第１キャパシタの２つの端子を短絡するために第１端子と出力端子との間に配された第１スイッチと、を含み、ノードから基準電位を出力可能な構成を備え、サンプルホールド回路は、出力端子とＡＤ変換回路との間に配された第２スイッチと、第２スイッチとＡＤ変換回路との間に接続される第２キャパシタと、を含み、制御部は、画素アレイに信号を蓄積させる蓄積期間において、第１制御と第２制御とを並行して行い、第１制御において、制御部は、ＡＤ変換回路がアナログ／デジタル変換する動作を行うように制御し、第２制御において、制御部は、積分アンプが蓄積期間に渡って基準電位を出力し、かつ、蓄積期間において、第１スイッチおよび第２スイッチを導通させてＡＤ変換回路がノードに電気的に接続されるように、積分アンプおよびサンプルホールド回路を制御することを特徴とする。

上記手段によって、放射線画像の画質の低下の抑制に有利な技術を提供する。

本実施形態に係る放射線撮像装置の構成例を示すブロック図。 図１の放射線撮像装置の列アンプの構成例を示す等価回路図。 図１の放射線撮像装置の動作の例を説明するタイミング図。 図１の放射線撮像装置の動作における課題を説明する図。 図１の放射線撮像装置の蓄積期間における動作の例を説明する図。 図１の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

また、本発明における放射線には、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を有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

図１～６を参照して、本開示の一部の実施形態における放射線撮像装置について説明する。図１は、本開示の放射線撮像装置１００の構成例を示すブロック図である。放射線撮像装置１００は、放射線の照射に応じた信号を蓄積する画素が複数配された画素アレイ１１０と、画素アレイ１１０から信号が読み出される読出回路１３０と、制御部１４０と、を含む。また、放射線撮像装置１００は、画素アレイ１１０を駆動するための駆動回路１２０と、電源回路１５０と、を含む。制御部１４０は、駆動回路１２０および読出回路１３０に各種の制御信号を供給し、駆動回路１２０および読出回路１３０の動作を制御する。電源回路１５０は、画素アレイ１１０、駆動回路１２０、読出回路１３０、制御部１４０の動作に用いられる電力を供給する。

画素アレイ１１０は、入射した放射線を電気信号（電荷）に変換するための複数の変換素子Ｓ１１～Ｓ３３と、変換素子で生成された電荷を読出回路１３０に転送するための複数のスイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３とを含む。スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３には、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが、用いられうる。１つの変換素子Ｓと１つのスイッチ素子Ｔとの組み合わせによって、１つの画素が構成され、画素アレイ１１０には複数の画素が２次元アレイ状に配されている。画素アレイ１１０は、エリアセンサと称されることもある。図２に示される構成において、画素アレイ１１０には、３行×３列の画素が配されているが、画素の配列はこれに限られない。より多数の画素が、画素アレイ１１０に配されうる。

変換素子Ｓ１１～Ｓ３３の一端には、電源回路１５０からバイアス電圧Ｖｓが供給され、変換素子Ｓ１１～Ｓ３３の他端は、スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３を介して、列信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ３に接続される。

スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３のゲートには、駆動回路１２０から駆動線Ｖｇ１～Ｖｇ３を介して制御信号が供給される。駆動回路１２０から供給される制御信号に応じて、スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３のオン／オフが切り替わる。スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３がオンの場合、変換素子Ｓ１１～Ｓ３３に蓄積された電荷が、列信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ３に転送される。スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３がオフの場合、変換素子Ｓ１１～Ｓ３３に電荷が蓄積されたままとなる。

変換素子Ｓ１１～Ｓ３３から列信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ３に転送された電荷に基づく信号が、読出回路１３０に読み出される。読出回路１３０は、列信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ３のそれぞれに対応する列アンプＣＡ１～ＣＡ３、マルチプレクサＭＰ、差分回路Ｄｆ、ＡＤ変換回路ＡＤＣを含む。変換素子Ｓ１１～Ｓ３３から転送された電荷に基づく信号は、読出回路１３０の列アンプＣＡ１～ＣＡ３に読み出される。列アンプＣＡ１～ＣＡ３は、電荷を電圧に変換して、マルチプレクサＭＰに供給する。マルチプレクサＭＰは、列アンプＣＡ１～ＣＡ３から供給された信号を順に差分回路Ｄｆに供給する。差分回路Ｄｆは、マルチプレクサＭＰから供給された２つの信号の差分を取ってＡＤ変換回路ＡＤＣに供給する。ＡＤ変換回路ＡＤＣは、差分回路Ｄｆから供給された信号をアナログ／デジタル変換して出力する。

次いで、図２の等価回路図を参照して、図１の列アンプＣＡの構成について説明する。図２では、１つの列アンプＣＡが示されているが、図１に示されるように、読出回路１３０には複数の列アンプＣＡが配されている。それぞれの列アンプＣＡは、画素アレイ１１０に配された画素から信号が読み出される積分アンプＩＡと、積分アンプＩＡの出力をサンプリングするサンプルホールド回路ＳＨと、を含む。

積分アンプＩＡは、オペアンプＯＰ、キャパシタＣｆ、スイッチＳＷｒを含む。オペアンプＯＰは、画素から読み出された信号が入力する端子Ｔ１、基準電位Ｖｒｅｆが供給される端子Ｔ２、および、出力端子Ｔ３を含む。出力端子Ｔ３は、サンプルホールド回路ＳＨが接続されるノードＮに接続されている。キャパシタＣｆは、端子Ｔ１と出力端子Ｔ３との間に配される。スイッチＳＷｒは、キャパシタＣｆの２つの端子を短絡するために端子Ｔ１と出力端子Ｔ３との間に配される。

積分アンプＩＡは、画素から読み出された信号（信号電荷）をキャパシタＣｆに蓄積し、蓄積された電荷を電圧に変換して出力する。積分アンプＩＡのゲインは、キャパシタＣｆの容量値によって定まる。スイッチＳＷｒは、制御部１４０から供給される制御信号ＲＳＴによってそのオン／オフが制御される。スイッチＳＷｒがオンの場合、キャパシタＣｆの両端が短絡され、キャパシタＣｆの両端の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなり、キャパシタＣｆに蓄積された電荷がリセットされる。本明細書において、キャパシタＣｆに蓄積された電荷をリセットすることを、積分アンプＩＡをリセットするという。また、スイッチＳＷｒをオンさせ、積分アンプＩＡをリセットすることによって、積分アンプＩＡは、基準電位Ｖｒｅｆを出力可能な構成を備えているといえる。スイッチＳｗｒがオフの場合、画素から転送された電荷に応じて、キャパシタＣｆに電荷が蓄積される。

図２に示される構成において、積分アンプＩＡは、１つのキャパシタＣｆを含む。しかし、積分アンプＩＡは複数のキャパシタを含み、オペアンプＯＰに接続されるキャパシタを選択可能なように構成されてもよい。このような構成は、放射線撮像装置１００を撮像条件の異なる複数の撮影手技に用いる場合において、撮影手技ごとに適切なゲインに設定することを可能にする。

サンプルホールド回路ＳＨは、出力端子Ｔ３とＡＤ変換回路ＡＤＣとの間に配されたスイッチＳＷｓ１と、スイッチＳＷｓ１とＡＤ変換回路ＡＤＣとの間に接続されるキャパシタＣｈ１と、を含む。スイッチＳＷｓ１とキャパシタＣｈ１とは、１つのサンプルホールド回路ＳＨ１を構成する。本実施形態において、サンプルホールド回路ＳＨは、サンプルホールド回路ＳＨ１の他に、サンプルホールド回路ＳＨ２を含み、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を行うことが可能である。サンプルホールド回路ＳＨ２は、出力端子Ｔ３とＡＤ変換回路ＡＤＣとの間にスイッチＳＷｓ１と並列に配されたスイッチＳＷｓ２と、スイッチＳＷｓ２とＡＤ変換回路ＡＤＣとの間に接続されるキャパシタＣｈ２と、を含む。キャパシタＣｈ１の容量値とキャパシタＣｈ２の容量値とは互いに等しくてもよい。

図２に示される構成において、読出回路１３０は、出力端子Ｔ３とサンプルホールド回路ＳＨとの間に配された抵抗素子Ｒｆをさらに含む。抵抗素子Ｒｆとサンプルホールド回路ＳＨのキャパシタＣｈ１、Ｃｈ２とは、ローパスフィルタＬＰＦを構成する。ローパスフィルタＬＰＦには、積分アンプＩＡの出力が供給される。ローパスフィルタＬＰＦによって、積分アンプＩＡの出力から高周波成分が除去される。読出回路１３０は、出力端子Ｔ３とサンプルホールド回路ＳＨとの間に、抵抗素子Ｒｆと並列に配されたスイッチＳＷｆをさらに含む。

スイッチＳＷｓ１は、制御部１４０から供給される制御信号ＳＭＰ１によって、オン／オフが制御される。スイッチＳＷｓ１がオンの場合、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ１とが接続され、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ１とによってローパスフィルタが構成される。スイッチＳＷｓ１がオフの場合、キャパシタＣｈ１にこのローパスフィルタの出力が保持される。

同様に、スイッチＳＷｓ２は、制御部１４０から供給される制御信号ＳＭＰ２によって、オン／オフが制御される。スイッチＳＷｓ２がオンの場合、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ２とが接続され、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ２とによってローパスフィルタが構成される。スイッチＳＷｓ２がオフの場合、キャパシタＣｈ２にこのローパスフィルタの出力が保持される。

スイッチＳＷｆは、制御部１４０から供給される制御信号ＬＰＦによって、オン／オフが制御される。スイッチＳＷｆがオンの場合、抵抗素子Ｒｆの両端が短絡される。スイッチＳＷｆがオフの場合、抵抗Ｒｆの両端が短絡されない。スイッチＳＷｆのオン／オフを切り替えることによって、ローパスフィルタＬＰＦの時定数が変化する。

例えば、スイッチＳＷｓ１がオフであり、スイッチＳＷｓ２がオンであり、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ２とによってローパスフィルタが構成される場合を考える。以下の説明において、抵抗素子Ｒｆの抵抗値をｒｆ、キャパシタＣｈ１の容量値をｃｈ２、スイッチＳＷｆをオンにした場合のオン抵抗の値をｒｏｎとする。

この場合、スイッチＳＷｆがオンの場合のローパスフィルタＬＰＦの時定数τ１は、以下の式で与えられる。
τ１＝｛ｒｏｎ×ｒｆ／（ｒｏｎ＋ｒｆ）｝×ｃｈ２
ここで、ｒｏｎ＜＜ｒｆとすると、τ１は以下の式で近似される。
τ１≒ｒｏｎ×ｃｈ２

一方、スイッチＳＷｆがオフの場合のローパスフィルタＬＰＦの時定数τ２は以下の式で与えられる。
τ２＝ｒｆ×ｃｈ２

例えば、ｒｆ＝５０ｋΩ、ｒｏｎ＝５Ωとした場合に、τ２／τ１≒１００００となる。つまり、スイッチＳＷｆのオン抵抗とキャパシタＣｈ１、Ｃｈ２とによって構成されるローパスフィルタの時定数τ１が、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ１、Ｃｈ２とによって構成されるローパスフィルタの時定数τ２よりも小さくなる。このように、本実施形態において、ローパスフィルタＬＰＦの時定数は可変である。

図２に示される構成において、２つのサンプルホールド回路ＳＨ１、ＳＨ２によって１つのローパスフィルタＬＰＦが構成されるが、サンプルホールド回路ＳＨ１、ＳＨ２ごとに別個の抵抗素子が接続され、別個のローパスフィルタが構成されていてもよい。また、図２に示される構成において、サンプルホールド回路ＳＨ１、ＳＨ２がローパスフィルタＬＰＦの一部を構成するが、ローパスフィルタＬＰＦとサンプルホールド回路ＳＨ１、ＳＨ２とが別個の回路素子で構成されてもよい。また、ローパスフィルタＬＰＦ（抵抗素子Ｒｆ）は、配されていなくてもよい。また、相関二重サンプリングの必要がない場合、サンプルホールド回路ＳＨは、サンプルホールド回路ＳＨ１の１つだけであってもよい。

次に、図３（ａ）～３（ｄ）のタイミングチャートを参照して、放射線撮像装置１００の動作例について説明する。図３（ａ）～３（ｄ）において、放射線は、放射線撮像装置１００に照射される放射線の有無を示す。ＲＳＴ、ＬＰＦ、ＳＭＰ１、ＳＭＰ２は、それぞれ制御部１４０からスイッチＳＷｒ、ＳＷｆ、ＳＷｓ１、ＳＷｓ２に供給される制御信号を示す。Ｖｇ１～Ｖｇ３は、駆動線Ｖｇ１～Ｖｇ３に流れる制御信号を示す。ＡＤＣＬＫは、ＡＤ変換回路ＡＤＣに供給されるクロックを示す。ＡＤＯＵＴは、ＡＤ変換回路ＡＤＣからの出力を示す。

画素アレイ１１０に信号を蓄積させる蓄積期間において、制御部１４０は、駆動線Ｖｇ１～Ｖｇ３に供給する制御信号をローレベルに維持する。これによって、スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ３３が、オフのままとなる。この期間において、放射線の曝射が許可され、放射線が照射される。結果として、被写体を透過した放射線に応じた電荷が変換素子Ｓ１１～Ｓ３３に蓄積される。

蓄積期間が終了すると、画素アレイから信号を読み出す読出期間に遷移する。制御部１４０は、変換素子Ｓ１１～Ｓ３３に蓄積された電荷を読み出す。まず、制御部１４０は、制御信号ＲＳＴをハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｒをオンにする。これによって、積分アンプＩＡがリセットされる。積分アンプＩＡがリセットされた後に、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ１をハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ１をオンにする。これによって、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ１とによってローパスフィルタが構成されるとともに、サンプルホールド回路ＳＨ１は、このローパスフィルタを介して積分アンプＩＡの出力のサンプリングを開始する。その後、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ１をローレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ１をオフにする。これによって、サンプルホールド回路ＳＨ１はサンプリングを終了し、その時点のローパスフィルタＬＰＦの出力がキャパシタＣｈ１に保持される。

続いて、制御部１４０は、駆動線Ｖｇ１に供給する制御信号をハイレベルに切り替え、スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ１３をオンにする。これによって、変換素子Ｓ１１～Ｓ１３に蓄積された電荷が列アンプＣＡ１～ＣＡ３に読み出され、それぞれの積分アンプＩＡに保持される。

続いて、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ２をハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ２をオンにする。これによって、抵抗素子ＲｆとキャパシタＣｈ２とによってローパスフィルタが構成されるとともに、サンプルホールド回路ＳＨ２は、このローパスフィルタを介して積分アンプＩＡの出力のサンプリングを開始する。サンプリングの開始タイミングにおいて、制御部１４０は、制御信号ＬＰＦをハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｆをオンにする。これによって、ローパスフィルタＬＰＦの時定数τが小さくなり、キャパシタＣｈ２を充電する時間が十分に確保できることとなる。

所定の時間が経過した後、制御部１４０は、制御信号ＬＰＦをローレベルに切り替えて、スイッチＳＷｆをオフにし、サンプリングを継続する。その後、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ２をローレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ２をオフにする。これによって、サンプルホールド回路ＳＨ２はサンプリングを終了し、その時点のローパスフィルタＬＰＦの出力がキャパシタＣｈ２に保持される。

この時点で、キャパシタＣｈ１は、画素の信号を読み出す前の積分アンプＩＡの出力を保持し、キャパシタＣｈ２は、画素の信号を読み出した際の積分アンプＩＡの出力を保持する。その後、差分回路Ｄｆは、キャパシタＣｈ１にサンプルホールドされた信号とキャパシタＣｈ２にサンプルホールドされた信号との出力の差分を画素信号としてＡＤ変換回路ＡＤＣに出力する。すなわち、差分回路Ｄｆによって、相関二重サンプリングが行われる。相関二重サンプリングによって、積分アンプＩＡの出力から低周波ノイズが除去される。また、上述のローパスフィルタＬＰＦによって、積分アンプＩＡの出力から高周波ノイズが除去される。その後、駆動線Ｖｇ２、Ｖｇ３に接続された画素ついても同様の処理が行われる。

放射線撮像装置１００は放射線の曝射の有無に関わらず、上述の蓄積期間の動作と読出期間の動作とを一定周期で繰り返し行ってもよい。また、放射線が曝射された場合、曝射の終了に応じて、蓄積期間から読出期間に移行しても良い。

ここで、図３（ａ）～３（ｄ）に示されるように、放射線撮像装置１００が動作している期間の消費電力を一定に保持するため、蓄積期間においても、制御信号ＡＤＣＬＫを供給しＡＤ変換回路ＡＤＣがアナログ／デジタル変換する動作を行うように制御する。つまり、制御部１４０は、蓄積期間において消費される電力が、画素アレイ１１０から信号を読み出す読出期間において消費される電力と同じになるように、読出回路１３０を制御する。このとき、制御部１４０は、ＡＤ変換回路ＡＤＣがアナログ／デジタル変換するように制御してもよい。これによって、蓄積期間と読出期間とにおける画素アレイ１１０や読出回路１３０などの温度変動を抑制し、連続撮像時などの出力を安定させることが可能となる。図３には詳細を示していないが、ＡＤ変換回路ＡＤＣの制御は、蓄積期間と読出期間とで同じ動作をさせてもよいし、異なる動作をさせてもよい。

このように、蓄積期間においても制御信号ＡＤＣＬＫを供給しＡＤ変換回路ＡＤＣが動作するように制御した場合に、必要となる列アンプＣＡの制御について説明する。まず、比較例について説明する。放射線撮像装置１００において、蓄積期間における消費電力を保つために、ＡＤ変換回路ＡＤＣを連続的に動作させると、アナログ回路内の積分アンプＩＡの基準電位Ｖｒｅｆが変動し、画像内の出力が不均一になってしまう場合があった。具体的には、ＡＤ変換回路ＡＤＣが、積分アンプＩＡの基準電位Ｖｒｅｆを出力するノードｎに電気的に接続されていない場合、基準電位Ｖｒｅｆが変動してしまうことがあった。図４（ａ）に示すように、蓄積期間において積分アンプＩＡの基準電圧Ｖｒｅｆが変動してし、変動した基準電圧Ｖｒｅｆは、読出期間において設定値に戻るように変動する。

図４（ａ）に示すように基準電圧Ｖｒｅｆが変動した状態で読出期間の動作を実施した場合、タイミングによって基準電圧Ｖｒｅｆの変動の幅が異なる可能性がある。放射線画像Ｆ１を取得したときの基準電圧Ｖｒｅｆの変動が図４（ｂ）に示す基準電位Ｖｒｅｆ１、放射線画像Ｆ２を取得したときの基準電圧Ｖｒｅｆの変動が図４（ｂ）に示す基準電位Ｖｒｅｆ２とする。この場合、基準電位Ｖｒｅｆ１と基準電位Ｖｒｅｆ２との差に応じて積分アンプＩＡの出力に変動（基準電位Ｖｒｅｆ１の場合、図４（ｂ）の「ＯＰ１」、基準電位Ｖｒｅｆ２の場合、図４（ｂ）の「ＯＰ２」。）が生じる。このような状態で取得された放射線画像Ｆ１と放射線画像Ｆ２とでオフセット補正を実施すると、オフセット補正後の画像が、ＯＰ１とＯＰ２との差分に応じて面内シェーディングを引き起こす。

面内シェーディングなどの画質の低下を抑制するために、本実施形態において、制御部１４０は、以下に説明する制御を行う。制御部１４０は、蓄積期間において温度変動を抑制するためにＡＤ変換回路ＡＤＣを連続的に動作させる制御を行う。ＡＤ変換回路ＡＤＣの動作を行わせる制御と並行して、制御部１４０は、制御信号ＲＳＴをハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｒを導通させる。これによって、積分アンプＩＡがリセットされ、ノードｎには、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。さらに、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ１をハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ１を導通させる。同様に、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ２をハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｓ２を導通させる。

このように、制御部１４０は、積分アンプＩＡが基準電位Ｖｒｅｆを出力し、かつ、ＡＤ変換回路ＡＤＣが積分アンプＩＡの基準電位Ｖｒｅｆを出力するノードｎに電気的に接続されるように、積分アンプＩＡおよびサンプルホールド回路ＳＨを制御する。列アンプＣＡの動作を制御し、読出回路１３０内を電気的に接続することによって、読出回路１３０内の電位が、ＡＤ変換回路を動作させたことに起因するノイズの影響を受けにくくなる。これによって、蓄積期間において制御信号ＡＤＣＬＫを供給しＡＤ変換回路ＡＤＣを連続的に動作させたとしても、オペアンプＯＰの基準電圧Ｖｒｅｆが変動することを抑制可能となる。

図３（ｂ）に示されるように、制御部１４０は、制御信号ＬＰＦをハイレベルに切り替えて、スイッチＳＷｆをオンにしてもよい。これによって、マルチプレクサＭＰからみた入力インピーダンスがさらに下がり、基準電圧Ｖｒｅｆの変動に対して、より安定した動作が期待できる。このとき、制御部１４０は、スイッチＳＷｆが、スイッチＳＷｒ、スイッチＳＷｓ１、および、スイッチＳＷｓ２と同じタイミングで導通するように制御してもよい。また、図３（ｃ）に示されるように、制御部１４０は、制御信号ＬＰＦをローレベルとハイレベルとに交互に切り替えて、スイッチＳＷｆが断続的に導通させてもよい。この場合、オフ期間とオン期間とのデューティ比は問わない。

制御部１４０は、図４（ａ）、４（ｂ）に示されるように、スイッチＳＷｒ、スイッチＳＷｓ１、および、スイッチＳＷｓ２が同じタイミングで導通するように制御してもよい。しかしながら、これに限られることはない。制御部１４０は、蓄積期間において、制御信号ＳＭＰ１、ＳＭＰ２を常にハイレベルに制御することは必須ではなく、基準電圧Ｖｒｅｆが変動しない範囲でスイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ２をオフ／オンを切り替えてもよい。例えば、図３（ｄ）に示されるように、制御部１４０は、制御信号ＳＭＰ１、ＳＭＰ２を読出期間の動作と同じように制御し、スイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ２をオフ／オンしてもよい。つまり、制御部１４０は、蓄積期間において、スイッチＳＷｓ１とスイッチＳＷｓ２とが異なるタイミングで導通するように制御してもよい。

蓄積期間から読出期間に移行する際、まず、制御部１４０は、制御信号ＡＤＣＬＫの供給を停止し、蓄積期間の動作において必要な列アンプＣＡの制御を停止する。次いで、制御部１４０は、読出期間の動作へと移行する。

また、蓄積期間において、制御部１４０は、常に列アンプＣＡを制御することが必須ではなく、蓄積期間が終了する前の適切な期間において列アンプＣＡを制御するだけでも、基準電位Ｖｒｅｆの変動を抑制する効果が得られる。蓄積期間のうち列アンプＣＡの制御を必要とする適切な期間は、基準電位Ｖｒｅｆの変動量や、制御信号ＡＤＣＬＫが供給される期間に応じて、適宜、決定されうる。また、図３（ａ）～３（ｄ）では、スイッチＳＷｓ１とスイッチＳＷｓ２との両方が、導通する例を示したが、一方だけのスイッチが導通するだけでもよい。積分アンプＩＡが基準電位Ｖｒｅｆを出力し、かつ、ＡＤ変換回路ＡＤＣが積分アンプＩＡの基準電位Ｖｒｅｆを出力するノードｎに電気的に接続されていればよい。

その他の実施形態
図５（ａ）、５（ｂ）を用いて、積分アンプＩＡが出力する基準電位Ｖｒｅｆの変動を抑制する別の方法について説明する。

図５（ａ）に示されるように、制御部１４０は、蓄積期間において、制御信号ＡＤＣＬＫを一定間隔で断続的に供給している。ここで、制御信号ＡＤＣＬＫの供給が一時的に休止する期間をミュート期間とする。このミュート期間の期間ｔ２を適切に設定することによって、列アンプＣＡの制御によらず、基準電位Ｖｒｅｆの変動が抑制できる。具体的には、上述のように列アンプＣＡの動作を制御する場合の制御信号ＡＤＣＬＫのミュート期間の長さを期間ｔ１とする。このとき、期間ｔ２は、期間ｔ１よりも長時間（ｔ１＜ｔ２）とすることによって、基準電位Ｖｒｅｆの変動を抑制することが可能となる。

また、制御信号ＡＤＣＬＫは、蓄積期間において、常に一定の間隔で供給されなくてもよい。図５（ｂ）に示されるように、蓄積期間において、制御信号ＡＤＣＬＫが断続的に供給される期間（バースト期間Ｂ）の後に、制御信号ＡＤＣＬＫが断続的に供給されない休止期間を設けることによっても、基準電圧Ｖｒｅｆの変動を抑制できる。この動作は、上述の列アンプＣＡの制御と組み合わせて使用してもよい。

図５（ｂ）に示されるように、バースト期間におけるミュート期間の長さを期間ｔ５とする。また、バースト期間Ｂ１の長さを期間ｔｂ１、バースト期間Ｂ１に応じた適切な休止期間の長さを期間ｔ３とする。同様に、バースト期間Ｂ２の長さを期間ｔｂ２、バースト期間Ｂ２に応じた適切な休止期間の長さを期間ｔ４とする。ここで、バースト期間Ｂ２の期間ｔｂ２が、バースト期間Ｂ１の期間ｔｂ１よりも長時間である場合、休止期間の期間ｔ４は、期間ｔ３よりも長時間である。また、休止期間の期間ｔ３、ｔ４は、バースト期間Ｂ中のミュート期間の期間ｔ５よりも長時間である。つまり、以下のような式の関係を有している。
ｔｂ１≦ｔｂ２ ⇒ ｔ５＜ｔ３≦ｔ４

図５（ｂ）は一例であって、バースト期間Ｂのそれぞれの期間は、適宜設定することが可能であり、それに応じた休止期間も適宜設定することが可能である。また、バースト期間Ｂ中のミュート期間は、それぞれのバースト期間によって同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、図５（ａ）に示すような制御信号ＡＤＣＬＫを一定間隔で供給する場合、読出期間に入る前に適切なミュート期間（図５（ａ）の期間ｔ２）を設けることが必要となる。また、図５（ｂ）に示すように制御信号ＡＤＣＬＫを一定間隔で供給しない場合、読出期間に入る前に適切な休止期間（図５（ｂ）の期間ｔ４）を設けることが必要となる。

以下、図６を参照しながら本発明の放射線撮像装置１００が組み込まれた放射線撮像システムについて例示的に説明する。放射線撮影装置６０４０（上述の放射線撮像装置１００に相当する）に放射線を照射するための放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮影装置６０４０に入射する。この入射したＸ線に患者又は被験者６０６１の体内部の情報が含まれる。放射線撮影装置６０４０において、Ｘ線６０６０の入射に対応してシンチレータが発光し、これが光電変換素子で光電変換され、電気的情報を得る。この情報は、デジタルに変換され信号処理部としてのイメージプロセッサ６０７０によって画像処理され、制御室の表示部としてのディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は、電話、ＬＡＮ、インターネットなどのネットワーク６０９０などの伝送処理部によって遠隔地へ転送できる。これによって別の場所のドクタールームなどの表示部であるディスプレイ６０８１に表示し、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この情報は、光ディスクなどの記録媒体に記録することができ、またフィルムプロセッサ６１００によって記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

本発明は、上記の実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、システム又は装置のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出すことにより実行されてもよい。また、本発明は、システム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能であり、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：放射線撮像装置、１１０：画素アレイ、１３０：読出回路、１４０：制御部、ＡＤＣ：ＡＤ変換回路、ＩＡ：積分アンプ、ｎ：ノード、ＳＨ：サンプルホールド回路、Ｖｒｅｆ：基準電位

Claims (15)

1. 放射線の照射に応じた信号を蓄積する画素が複数配された画素アレイと、前記画素アレイから前記信号が読み出される読出回路と、制御部と、を含む放射線撮像装置であって、
   前記読出回路は、前記画素から前記信号が読み出される積分アンプと、前記積分アンプの出力をサンプリングするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路の出力をアナログ／デジタル変換して出力するＡＤ変換回路と、を含み、
   前記積分アンプは、前記画素から前記信号が転送される第１端子、基準電位が供給される第２端子、および、前記基準電位を出力するためのノードに接続される出力端子を含むオペアンプと、前記第１端子と前記出力端子との間に配された第１キャパシタと、前記第１キャパシタの２つの端子を短絡するために前記第１端子と前記出力端子との間に配された第１スイッチと、を含み、前記ノードから前記基準電位を出力可能な構成を備え、
   前記サンプルホールド回路は、前記出力端子と前記ＡＤ変換回路との間に配された第２スイッチと、前記第２スイッチと前記ＡＤ変換回路との間に接続される第２キャパシタと、を含み、
   前記制御部は、前記画素アレイに前記信号を蓄積させる蓄積期間において、第１制御と第２制御とを並行して行い、
   前記第１制御において、前記制御部は、前記ＡＤ変換回路がアナログ／デジタル変換する動作を行うように制御し、
   前記第２制御において、前記制御部は、前記積分アンプが前記蓄積期間に渡って前記基準電位を出力し、かつ、前記蓄積期間において、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを導通させて前記ＡＤ変換回路が前記ノードに電気的に接続されるように、前記積分アンプおよび前記サンプルホールド回路を制御することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記サンプルホールド回路は、前記出力端子と前記ＡＤ変換回路との間に前記第２スイッチと並列に配された第３スイッチと、前記第３スイッチと前記ＡＤ変換回路との間に接続される第３キャパシタと、をさらに含み、
   前記制御部は、前記蓄積期間において、前記第３スイッチが導通するように制御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. 前記読出回路は、前記サンプルホールド回路と前記ＡＤ変換回路との間に、前記第２キャパシタにサンプルホールドされた信号と前記第３キャパシタにサンプルホールドされた信号との差分を出力する差分回路と、マルチプレクサと、をさらに含む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、前記蓄積期間において、前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチが同じタイミングで導通するように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記制御部は、前記蓄積期間において、前記第２スイッチと前記第３スイッチとが異なるタイミングで導通するように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の放射線撮像装置。
6. 前記読出回路は、前記出力端子と前記サンプルホールド回路との間に配された抵抗素子をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記読出回路は、前記出力端子と前記サンプルホールド回路との間に、前記抵抗素子と並列に配された第４スイッチをさらに含み、
   前記制御部は、前記蓄積期間において、前記第４スイッチを導通させ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. 前記制御部は、前記蓄積期間において、前記第４スイッチが前記第１スイッチと同じタイミングで導通するように制御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. 前記制御部は、前記蓄積期間において、前記第４スイッチを断続的に導通するように制御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。
10. 前記第４スイッチのオン抵抗と前記第２キャパシタとによって構成されるローパスフィルタの時定数が、前記抵抗素子と前記第２キャパシタとによって構成されるローパスフィルタの時定数よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
11. 前記制御部は、前記蓄積期間において消費される電力が、前記画素アレイから信号を読み出す読出期間において消費される電力と同じになるように、前記読出回路を制御することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記制御部は、前記蓄積期間において消費される電力が、前記読出期間において消費される電力と同じになるように、前記蓄積期間において前記ＡＤ変換回路がアナログ／デジタル変換するように制御することを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮像装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか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信号処理部と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
14. 放射線の照射に応じた信号を蓄積する画素が複数配された画素アレイと、前記画素アレイから前記信号が読み出される読出回路と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記読出回路は、前記画素から前記信号が読み出される積分アンプと、前記積分アンプの出力をサンプリングするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路の出力をアナログ／デジタル変換して出力するＡＤ変換回路と、を含み、
    前記積分アンプは、前記画素から前記信号が転送される第１端子、基準電位が供給される第２端子、および、前記基準電位を出力するためのノードに接続される出力端子を含むオペアンプと、前記第１端子と前記出力端子との間に配された第１キャパシタと、前記第１キャパシタの２つの端子を短絡するために前記第１端子と前記出力端子との間に配された第１スイッチと、を含み、前記ノードから前記基準電位を出力可能な構成を備え、
    前記サンプルホールド回路は、前記出力端子と前記ＡＤ変換回路との間に配された第２スイッチと、前記第２スイッチと前記ＡＤ変換回路との間に接続される第２キャパシタと、を含み、
    前記画素アレイに前記信号を蓄積させる蓄積期間において、第１制御と第２制御とが、並行して行われる工程を含み、
    前記第１制御において、前記ＡＤ変換回路がアナログ／デジタル変換する動作を行うように制御され、
    前記第２制御において、前記積分アンプが前記蓄積期間に渡って前記基準電位を出力し、かつ、前記蓄積期間において、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを導通させて前記ＡＤ変換回路が前記ノードに電気的に接続するように、前記積分アンプおよび前記サンプルホールド回路が制御されることを特徴とする制御方法。
15. 請求項１４に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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