JPH11344567A - Ｘ線検出器及び放射線検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各画素の電荷を取り出すスイッチング素子の
電圧、電流特性が非線形であっても、一定のサンプリン
グタイミングで前記電荷を低ノイズで安定且つ確実に読
み出すこと。 【解決手段】 画素ＣＰの蓄積電荷Ｑは信号線上に読み
出され、チャージアンプより電圧Ｖ０に変換された後、
積分回路により積分され電圧ＶＸになる。前記電荷Ｑを
読み出してからのサンプルホールド回路によるサンプリ
ング時間を適切に決めることにより、電圧ＶＸからスイ
ッチング素子１の抵抗による影響を排除することができ
るため、電圧ＶＸを安定にサンプルホールドすることが
できる。しかも、積分回路はチャージアンプで発生した
高周波ノイズを減衰する特性を有するため、電圧ＶＸの
Ｓ／Ｎを改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線などの放射線が
照射されたマトリックス状に配列された光電素子から撮
影画像を形成するための信号を読み出すＸ線検出器及び
放射線検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線検出器を構成するマトリック
ス状に配置された光電素子による信号収集手法には、様
々な方式があるが、その中で、図８に示すように、Ｘ線
照射後に前記光電素子に相当する各画素に蓄積された画
素電荷をＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチ
ング素子を経由して信号線に読み出し、チャージアンプ
で電荷を電圧変換してサンプリングする最も簡単な方式
が知られている。

【０００３】この方式は、例えば“Construction and e
valuation of a prototype real-time detector",Zhao
et.al,:Med Phys.Vol.24(12),1997 に記載されており、
広く知られている。実際に市販（EG&G社ＡmplifierーＭ
ultiplexer array chip,MB Series)されてもいる。

【０００４】図８は上記したマトリックス状に配置され
た光電素子とスイッチング素子で形成されるひとつの画
素回路に着目した図である。但し、画素は等価回路とし
て、電荷を蓄積するコンデンサＣＰで示してある。Ｘ線
等が照射されることにより、画素ＣＰに蓄積された電荷
ＱはＴＦＴ等のスイッチング素子１がオンになったタイ
ミングで、信号線２上に送出される。この信号線２上に
送出された電荷Ｑはチャージアンプ（演算増幅器３１と
コンデンサＣｆから成る積分回路）３により電圧Ｖ０に
変換され、この電圧Ｖ０は更にサンプルホールド回路４
のサンプリング用のスイッチ４１をオンすることによっ
てコンデンサＣに蓄積されて、サンプルホールドされ
る。

【０００５】上記したチャージアンプ３の出力電圧Ｖ０
に重畳するノイズは下式で与えられることも知られてお
り、上記市販されるデータシートにも記載がある。

【０００６】 ノイズ＝（チャージアンプの発生するノイズ）×［１＋（Ｃｓ／Ｃｆ）］… （１） ここで、Ｃｓはスイッチング素子からチャージアンプ３
の入力までの容量成分であり、信号線２の浮遊容量など
も含まれる。Ｃｆはチャージアンプの出力電圧Ｖ０と入
力電荷量Ｑの関係を与える容量成分であり、Ｖ０＝−Ｑ
／Ｃｆで与えられる。

【０００７】このような従来の回路では（１）式から明
らかなように、ノイズを低減するにはチャージアンプ３
の性能を格段に向上させ、Ｃｓを小さくすることが必要
である。

【０００８】しかし、Ｃｓはゼロにすることが不可能で
あるばかりか、マトリックス状に配列された各画素ＣＰ
の電荷Ｑを運ぶ信号線２が長くなると、大きくなり、従
って、ノイズの低減には限界があつた。また、仮にＣｓ
を十分小さくして設計したとしてもチャージアンプ３の
ノイズ成分以下には低減できず、そのノイズはチャージ
アンプ３を構成する初段のＦＥＴ等の性能で決まってし
まう。それにも限界があり、低ノイズのＦＥＴは高価で
量産も困難であった。

【０００９】上記のような事情に対して図９に示すよう
な対策が，“CMOS low noise amplifier for microstri
p readout design and results",Nuclear Instruments
andMethod in Physics Research A301(1991）に記載さ
れている。

【００１０】図９にて、チャージアンプ３の後段に、破
線で囲まれたノイズ低減用の整形回路５が挿入されてい
る。これにより、チャージアンプ３の出力からサンプル
ホールド回路４までの間は、更に下記周波数特性を有す
ることになる。

【００１１】Ｆ（ｗ）＝ａ・ｗ／ＳＱＲ（ｗ２＋ｂ２）
…（２） 但し、ＳＱＲは根号を表わし、ａ＝Ｃｄ／Ｃ
ｘ ｂ＝１／（Ｃｘ−ＲＸ）であり、ｗはこの回路に入
力する信号の角周波数成分である。

【００１２】この（２）式によれば、整形回路５により
特に低周波成分のノイズが除去できるため、結果として
サンプリング時のノイズは低減する。更に、整形回路５
の後段にコンデンサと抵抗器で構成された積分器を付け
た回路も同じ文献にて考案されており、このような積分
器を付けることによって、高周波ノイズまで除去できる
効果がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記図９に示した回路
は、ガンマ線検出器のようにパルス状に到来する放射線
で生じた電荷を逐次検出する目的で考案されたものであ
り、図１０（Ａ）で示すように整形回路５の出力電圧Ｖ
Ｘの波形がパルス状になる。この時、チャージアンプ３
の出力信号Ｖ０は図１０（Ｂ）に示す如くであり、時間
が経つと共に減衰する。図１０（Ａ）で示したパルス信
号の位置は信号線２上に存在する抵抗値に依存する。ま
たピーク値はこの抵抗値と信号源となる電荷量Ｑとで定
まる。従って，抵抗値が一定ならば予めピーク位置を求
めておき、その位置でサンプリングすれば電荷量Ｑに対
応する信号がサンプルされる。

【００１４】しかしながら、マトリックス状の画素から
電荷を取り出すためのスイッチング素子１として、ＴＦ
Ｔのような抵抗値が電荷量Ｑによって変化するものが使
われることがあり、このような場合、図１１に示すよう
に電圧（Ｖｄｓ）と電流（Ｉｄｓ）の関係は線形関係に
ならないことが生じる。これは、トランジスタ構造を有
するスイッチング素子１には一般的に観測されがちな特
性である。

【００１５】この特性のため、上記図９に示した回路を
使用すれば、図１０（Ａ）に示した出力電圧ＶＸのピー
ク位置が電荷量Ｑに依存して変動するため、一定のタイ
ミングでサンプリングすることができない。また、ピー
ク値と電荷量Ｑとの関係も非常に煩雑な関係となること
から、図９に示した回路をそのまま使用することは困難
であるという問題があった。

【００１６】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、各画素の電荷を
取り出すスイッチング素子の電圧、電流特性が非線形で
あっても、一定のサンプリングタイミングで前記電荷を
低ノイズで確実に読み出すことができるＸ線検出器及び
放射線検出方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の特徴は、２次元マトリックス状に配列
された画素にＸ線を当てることにより各画素に蓄積され
た電荷をスイッチング素子を介して順次取り出し、取り
出した電荷をチャージアンプにより電圧に変換し、この
電圧をサンプルホールド回路によりサンプルホールドし
て出力するＸ線検出器において、前記チャージアンプと
サンプルホールド回路との間に積分回路を備え、この積
分回路により前記電圧を積分して得た電圧をサンプルホ
ールドして出力することにある。

【００１８】この第１の発明によれば、ＴＦＴなどの前
記スイッチング素子をオンして、前記画素に蓄積された
電荷を取り出して所定時間以上経つと、前記積分回路の
出力電圧は前記スイッチング素子の抵抗の影響のない値
になるため、これをサンプリングすれば、前記スイッチ
ング素子が非線形特性を有していても、蓄積電荷の量に
よらない一定のサンプリングタイミングによりサンプリ
ングし得るようになる。また、前記積分回路の周波数特
性を高周波で減衰するようにすることにより、チャージ
アンプなどによるノイズが低減される。

【００１９】第２の発明の特徴は、前記スイッチング素
子をオンした時点から所定時間後に前記積分回路の出力
電圧をサンプリングすることにある。

【００２０】第３の発明の前記積分回路は、抵抗器とコ
ンデンサと増幅器により構成され、且つ、前記抵抗器を
カップリングコンデンサを介して前記チャージアンプに
接続し、且つ、前記カップリングコンデンサと積分回路
により構成される回路の周波数特性が高周波側で低減す
るように諸定数を決定する。

【００２１】この第３の発明によれば、前記積分回路は
前記チャージアンプ等から入力される高周波ノイズを低
減する。

【００２２】第４の発明の前記積分回路は、抵抗器とコ
ンデンサにより構成され、且つ、前記抵抗器を前記チャ
ージアンプに直接接続し且つ、前記積分回路の周波数特
性が高周波側で低減するように諸定数を決定する。

【００２３】この第４の発明によれば、前記積分回路は
前記チャージアンプ等から入力される高周波ノイズを低
減する。

【００２４】第５の発明の特徴は、前記積分回路を構成
するコンデンサを前記サンプルホールド回路を構成する
コンデンサと兼用にすることにある。

【００２５】この第５の発明によれば、前記積分回路と
前記サンプルホールド回路が兼用になり、装置の構成が
簡単化される。

【００２６】第６の発明の特徴は、前記積分回路のコン
デンサ及びカップリングコンデンサの各々に蓄積電荷を
放電させるリセットスイッチを並列接続し、これらリセ
ットスイッチのオン、オフは前記スイッチング素子のオ
ン、オフと所定の位相差を保つて同期して行うようにす
ることにある。

【００２７】この第６の発明によれば、前記スイッチン
グ素子がオンする前に、前記リセットスイッチをオンし
て蓄積電荷を放電した後、前記リセットスイッチをオフ
した状態で、前記スイッチング素子をオンして、蓄積電
荷をチャージアンプに入力することにより、前記積分回
路から前記蓄積電荷量に正確に対応する電圧が得られ
る。

【００２８】第７の発明の特徴は、前記積分回路を構成
する前記抵抗器の値又は、前記カップリングコンデンサ
の値を可変とすることによって、前記抵抗器又は、前記
カップリングコンデンサの値を任意に選択して設定する
と共に、選択した値に応じて前記積分回路の出力電圧の
サンプリングタイミングを変えることにある。

【００２９】この第７の発明によれば、例えば、前記抵
抗器の値を大きくすれば、時定数が増大し、積分回路の
積分効果が大きくなって、ノイズ低減効果を増大させる
が、前記積分回路の出力電圧が前記スイッチング素子の
非線形特性の影響のない安定した値になるまでの時間が
延びるため、前記スイッチング素子がオンしてサンプリ
ングするまでの時間を長くしなければならない。このサ
ンプリングするまでの時間が長いと画像の分解能が低減
することになる。従って、ノイズ低減効果を増大すれ
ば、その反面、画像の分解能が低減することになる。

【００３０】第８の発明の特徴は、２次元マトリックス
状に配列された画素に放射線を当てることにより各画素
に蓄積された電荷を順次取り出して電圧に変換し、この
電圧をサンプルホールドして出力する放射線検出方法に
おいて、前記画素から取り出した電荷を対応する電圧に
変換する過程と、前記変換により得られた電圧を積分す
る過程と、前記積分して得られた電圧をサンプルホール
ドする過程とを備えることにある。

【００３１】この第８の発明によれば、前記積分過程の
周波数特性を高周波で低減するように設定しておけば、
前記電荷を電圧に変換する際に発生する高周波ノイズが
低減され、これがサンプルホールドされることになる。
又、前記積分過程により前記画素から電荷を取り出す半
導体素子の抵抗の影響が排除される時間経ってから、前
記積分して得られた電圧をサンプリングすることによ
り、前記半導体素子が非線形特性を有していても、前記
サンプリングにより、前記積分して得られた電圧を常に
安定に得ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明のＸ線検出器の第１
の実施の形態を示したブロック図である。但し、従来例
と同一部分には同一符号を用いて説明する。

【００３３】本例は、Ｎライン×Ｍ列のマトリックス状
に配列した画素回路１３の中の１本のラインを取り出し
て示したものである。Ｘ線を照射すると画素の容量成分
ＣＰ（以降画素ＣＰと称する）は電荷Ｑを蓄積し、この
電荷ＱはＴＦＴなどのスイッチング素子１を介して信号
線２上に読み出される。チャージアンプ３は信号線２上
に読み出された電荷Ｑを積分し、この積分値に対応した
電圧Ｖ０を発生する。この電圧Ｖ０はカップリングコン
デンサＣｄを通して積分回路６に入力され、ここで積分
されて電圧ＶＸとなり、これがサンプルホールド回路４
により保持される。この際、読出制御回路８はスイッチ
ング素子１のオンオフ、チャージアンプ３や積分回路６
のリセット及びサンプルホールド回路４のサンプリング
タイミングなどを制御して、電荷Ｑの読み出し制御を行
う。

【００３４】ここで、チャージアンプ３は演算増幅器３
１、コンデンサＣｆ及びリセットスイッチ３２により構
成されている。積分回路６は抵抗ＲＸ、演算増幅器６
２、コンデンサＣｘ及びリセットスイッチ６３により構
成されている。サンプルホールド回路４はサンプリング
スイッチ４１と電荷保持用のコンデンサＣsampleより構
成されている。又、カップリングコンデンサＣｄにはリ
セットスイッチ６１が並列接続されている。

【００３５】次に本実施の形態の動作について説明す
る。上記した画素ＣＰを構成する光電素子にはアモルフ
アスＳｅ等の光導電体が使用され、ｘ線が当たるとその
強度に応じた量の正孔と電子を生じる。この光導電体に
は電界が掛けられており、電子は高電位側の電極に、正
孔は低電位側の画素電極にそれぞれ引き寄せられる。こ
の誘電作用により生じた電荷は図１に示した画素の等価
回路のＣＰに蓄積されるＱで表わされる。このＱを蓄積
する容量成分は上記したようにＣＰで表わされており、
実際の構成では上記光導電体がそのまま容量成分を構成
したり、或いは補助的な容量成分が上記画素電極とグラ
ウンド電位との間に設けられてＣＰなる容量成分を形成
する。

【００３６】読出制御回路８は当初スイッチング素子１
をオフ状態にする。この間、Ｘ線照射が行われる。これ
により画素ＣＰに電荷ＱＴが蓄積される。その後、読出
制御回路８はリセットスイッチ３２、６１、６３をオフ
にすると共に、スイッチング素子１をオン状態にして電
荷Ｑを信号線２上に伝達する。これにより、チャージア
ンプ３はＶ０＝Ｑ／Ｃｆなる電圧を出力する。なお、リ
セットスイッチ３２、６１、６３の開閉タイミングは全
て読出制御回路８により同一のタイミングで制御される
ものとする。

【００３７】Ｖ０は積分回路６により積分されて電圧Ｖ
Ｘとなり、この電圧ＶＸがサンプルホールド回路４に入
力される。読出制御回路８は適切なタイミングで、サン
プリングスイッチ４１をオンすることにより、電圧ＶＸ
をコンデンサＣsampleに保持し、その後、サンプリング
スイッチ４１をオフし、更に、リセットスイッチ３２、
６１、６３をオンして、各回路に蓄積されている電荷を
放電して、各回路をリセットする。

【００３８】ここで、図２は図１の回路を含んだ本例の
Ｘ線検出器の全体構成図を示したブロック図である。図
１の画素ＣＰに相当する光電変換素子２１は、例えば１
０００×１０００の行列状に配置されて画素を形成す
る。各光電変換素子２１のそれぞれに対応して設けられ
た読み出し用のスイッチング素子１としての複数のＴＦ
Ｔ２２と、各列のＴＦＴ２２のゲートに駆動信号を送出
するゲートドライバ２３と、各行のＴＦＴ２２のドレイ
ンが共通に接続された図１に示した回路のチャージアン
プ３、積分回路６及びサンプルホールド回路４に相当す
る初段処理回路２４と、各初段処理回路２４の出力を時
分割多重化するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ
２５の出力を増幅するアンプ２６と、アンプ２６の出力
をアナログ／デジタル変換してＸ線画像信号として出力
するＡ／Ｄコンバータ２７とを備えている。

【００３９】従って、サンプルホールド回路４により一
旦ホールドされた電圧はアナログマルチプレクサ２５へ
他のライン出力と共に入力され、マルチプレクサ２５で
逐次ライン出力の選択を行って１次元電気信号として出
力された後、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル化され
て、図示されない２次元メモリ上の２次元光電変換素子
２１の位置に応じたアドレスに格納される。

【００４０】ところで、画素回路１３を構成するスイッ
チング素子１は図２に示したようにＴＦＴ２２などの半
導体素子で構成され、この半導体素子は一般に図１１に
示すような非線形の電圧一電流特性を有している。即
ち、電荷Ｑによってスイッチング素子１にはＱ／ＣＰな
る電圧Ｖｄｓが掛かるが、このＶｄｓに対して実際に流
れる電流は図示のように線形関係にはならず、Ｖｄｓが
大きくなっても電流はそれに比例しない。

【００４１】即ち、Ｖｄｓが大きいと、このスイッチン
グ素子１自体の抵抗値は見かけ上大きくなるような現象
が現れる。これはこのスイッチング素子１を構成する半
導体で決定される特性であるが、ＴＦＴのようなトラン
ジスタ構造を有する素子には、この現象が生じ易い。

【００４２】ここで、スイッチング素子（ＴＦＴ）１が
オンの状態になり、電荷Ｑが信号線２に流れている状態
ではリセットスイッチスイッチ３２、６１、６３はオフ
に制御されており、Ｖ０には下記に述べるような電圧が
発生する。ここで、Ｒｔはスイッチング素子１のオン時
の抵抗値を表わし、Ｎは図１１に示すようにノイズ源を
表わす。

【００４３】この場合、チャージアンプ３の出力Ｖ０
は、Ｖ０＝（−Ｑ／ｃｆ）［１−ｅｘｐ（−ｔ／（ＣＰ
−Ｒｔ））］＋（１＋Ｃｓ／Ｃｆ）Ｎ で表され、この
式から十分時間が経過した後で、サンプリングを行え
ば、Ｖ０＝（−Ｑ／Ｃｆ）＋（１＋Ｃｓ／Ｃｆ）Ｎ と
いう電圧を観測でき、Ｒｔが図１１の特性を有していて
も、信号電荷Ｑに比例した電圧が得られることが示され
る。しかし、ノイズ源Ｎは信号線２の浮遊容量Ｃｓが大
きければ大きいほど、信号観測に悪影響を与えることが
示される。

【００４４】本例の目的は、Ｒｔに影響されずノイズを
小さくさせるものである。上記したＶ０は更に積分回路
６により積分されて、電圧ＶＸとなるが、この電圧ＶＸ
は時間経過と共に下記に示したようになる。

【００４５】 Ｖｘ＝Ｑ（Ｃｄ／（Ｃｆ・Ｃｘ））［１＋α・ＣＰ・Ｒｔ−ｅｘｐ（−ｔ／（ ＣＰ・Ｒｔ））−α・Ｃｄ・ＲＸ−ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃｄ・ＲＸ））］＋Ｎｘ… （２） 但し、α＝Ｃｄ・ＲＸ−ＣＰ・Ｒｔであり、ノイズをＮ
ｘで表わしている。

【００４６】式（２）にて、積分回路６のの出力Ｖｘは
スイッチング素子１をオンしてからサンプリングを行う
までの時間がＣｄ・ＲＸなる時定数に対して十分大きけ
れば、図３に示すように、Ｖｘ＝Ｑ［Ｃｄ／（Ｃｆ・Ｃ
ｘ）］＋Ｎｘ となって、Ｒｔに依存しない安定した出
力として取り出し得ることが分かる。

【００４７】ー方、Ｖｘの信号成分に重畳するノイズ成
分Ｎｘは積分回路６の伝達関数Ｆ（Ｓ）から推定解析す
ることができる。

【００４８】Ｆ（Ｓ）＝（１／Ｃｘ・ＲＸ）〔１／（Ｓ
＋（１／Ｃｄ・ＲＸ））］ で示される。ここで、Ｓ＝
ｊｗとおけば、Ｆ（ｗ）＝（１／Ｃｘ・ＲＸ）［１／Ｓ
ＱＲ（Ｗ²＋（１／Ｃｄ・ＲＸ）²）］…（３）となり、
その周波数特性が得られる。但し、ｗはノイズの角周波
数である。（３）式は図４に示すように表され、その周
波数特性からノイズの高周波成分の低減は明らかであ
る。即ち、（３）式より、積分回路６はノイズの高周波
成分を低減させることが分かる。この周波数特性はｗ＝
√３／（Ｃｄ・ＲＸ）の位置でゲインが半分になるよう
な特性であり、図４に示すように高周波になるに従って
次第に０に漸近する。

【００４９】以下、本回路の具体的なパラメータの例を
上げて説明する。画素ＣＰを１０００×１０００のマト
リックス構成として、１秒間に１０ｍｓのＸ線を照射
し、３０コマのフレームレートで画像収集する場合を例
示する。

【００５０】Ｘ線を照射している時間、画素ＣＰは電荷
を蓄積する動作を行い、Ｘ線照射後に電荷読み出す動作
を行うとすれば、１フレームあたり２３ｍｓで画像を取
集する必要がある。信号線１ラインには１０００画素の
画素回路１３が接続されているため、１画素当たりの信
号収集は２３μｓで行わなければならないことになる。
ここでは、スイッチング素子（ＴＦＴ）１をオン状態に
なってから電荷を読み出し、サンプリングするまでの時
間を２０μ程度に設定するものとする。

【００５１】スイッチング素子１のＲｔは前述のように
電荷Ｑによって変動するが、ここでは２ＭΩ＞Ｒｔ＞１
ＭΩとする。またＣｓは浮遊容量であるから制御しにく
いが、ここでは５０ｐＦ程度とする。この場合、図１の
抵抗やコンデンサの定数を以下のように設定すればよ
い。

【００５２】ＣＰ＝１ｐＦ Ｃｄ＝５０ｐＦ Ｃｆ＝１０ｐＦ Ｃｘ＝１０ｐＦ ＲＸ＝５０ｋΩ このように設定すれば、ＣＰ・Ｒｔ＝１〜２μｓ、Ｃｄ
・ＲＸ＝２．５μｓとなり、２０μ後にはＶｘの信号成
分は一定の値に収束する。なお、Ｖｘは積分回路６がな
い図８の従来例の出力電圧Ｖ０に比べて、Ｃｄ／Ｃｘ倍
されるが、上記のように値を選択すれば５倍大きな信号
が検出できることになる。信号が大きければ、それより
後段の回路で生じるノイズの耐性が向上するため、上記
の設定によってノイズ耐性の利点も生ぜしめる。

【００５３】さて、チャージアンプ３の発生ノイズＮｘ
が図４に示すような周波数特性で低減することを説明し
たが、ノイズは以下のように低減される。

【００５４】 つまり、信号が５倍になる一方でチャージアンプ３から
発生するノイズはこのように高周波になるに従って低減
するため、Ｓ／Ｎ比は極めて高く、例えば１ＭＨｚのノ
イズ周波数では約１５倍のＳ／Ｎ向上が達成される。従
って，ここで例示したパラメータで回路を構成し、スイ
ッチング素子１をオンした後、２０μｓ後にサンプリン
グスイッチ４１をオン／オフして電圧をホールドすれ
ば、Ｓ／Ｎが向上した信号をデジタル化することが可能
であり、微弱なＸ線によつて生じる微弱信号のノイズを
低減して画像化することが可能となる。

【００５５】本実施の形態によれば、画素ＣＰより電荷
Ｑを読み出してから適切なタイミングでサンプルホール
ドすることにより、積分回路６から出力される電圧ＶＸ
からスイッチング素子１の抵抗Ｒｔの影響を排除するこ
とができるため、一定の値に収束した電圧ＶＸをサンプ
ルホールド回路４で安定且つ確実にホールドすることが
でき、電荷Ｑの読み出しを安定に行うことができる。し
かも、積分回路６は図４に示したような周波数特性を有
するため、チャージアンプ３で発生したような高周波ノ
イズを低減することができ、読み出し信号のＳ／Ｎを向
上させることができる。これにより、弱いＸ線照射時に
も、鮮明なＸ線撮像画像を得ることができる。

【００５６】図５は本発明のＸ線検出器の第２の実施の
形態を示したブロック図である。但し、図１に示した第
１の実施の形態と同様の部分は同一符号を用い、適宜そ
の説明を省略する。本例はカップリングコンデンサＣｄ
と演算増幅器６２との間に挿入される抵抗として、抵抗
値の小さなＲＸ１と抵抗値の大きなＲＸ２があり、モー
ドによりスイッチ１０、１１によりいずれか一方の抵抗
が読出制御回路８により選択されるようになっている。
他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同様であ
る。

【００５７】次に本実施の形態の動作について説明す
る。例えば、Ｘ線透視下で長時間観察を行う場合などで
は、空間分解能はそれほと要求されず、被曝低減の方が
重要な場合がある。このような場合には、Ｘ線線量を半
減するなどの措置が取られるが、画素に蓄積される電荷
量も半減するため、読み出される信号のＳ／Ｎが悪くな
る。 上記のように被曝低減を図った場合、スイッチ１
１をオンにして、抵抗ＲＸ２を使用することによりＳ／
Ｎの改善を行う。図中、ＲＸｌは第１の実施の形態で例
示した５０ｋΩの抵抗器、ＲＸ２は１００ｋΩとして、
被曝低減モードの場合はＲＸ２を選択して動作させる意
図を示すものである。

【００５８】ここで、ＲＸの値を大きくすると、回路の
時定数が増大し、図６（Ｂ）に示すＦ（ｗ）の形状が変
化して小さいレベルのノイズ周波数に対しても低減効果
を得ることができるようになる。即ち、前記時定数が増
大すると、積分回路６の積分効果が向上してノイズ低減
作用が増加する。従って、積分回路６の出力である電圧
ＶｘのＳ／Ｎ比も向上するようになる。但し、抵抗ＲＸ
を大きくすれば電圧Ｖｘの信号の時定数が図６（Ｂ）に
示すように増大するため、スイッチング素子１をオンし
てからサンプリングを行うまでの時間を相対的に長く
（４０μＳ）する必要がある。

【００５９】これには、空間解像度を半減させ５００×
５００の分解能になるように、隣接した２つの画素ＣＰ
のスイッチング素子１を同時にオンするように読出回路
８により制御して、１ラインに５００画素の読み出しを
行うようにすればよい。

【００６０】ところで、Ｘ線線量が通常レベルである場
合は、スイッチ１０がオンされることにより、抵抗ＲＸ
１が選択されて使用される。この場合は第１の実施の形
態と同様に、積分回路８の出力電圧ＶＸは図６（Ａ）で
示したようになり、２０μＳで画素を読み出すことがで
き、１０００×１０００の分解能が得られる。

【００６１】本実施の形態によれば、被爆低減モードを
選択でき、この場合ＲＸの値を通常モードの２倍に設定
して、スイッチング素子１をオン状態にしてから４０μ
Ｓ後にサンプリングを行うことにより、Ｓ／Ｎを改善し
た信号を得ることができる。他の効果は図１に示した第
１の実施の形態と同様である。尚、上記した時定数はＣ
ｄの値を変化させて変化させることができるため、Ｃｄ
の値を変化させても上記と同様の作用効果を得ることが
できる。

【００６２】図７は本発明のＸ線検出器の第３の実施の
形態を示したブロック図である。但し、図１に示した第
１の実施の形態と同様の部分は同一符号を用い、適宜そ
の説明を省略する。本例は、チャージアンプ３以降のノ
イズを低減する積分回路を抵抗ＲＸとコンデンサＣｓｍ
ｐｌｅで構成し、このコンデンサＣｓｍｐｌｅに並列に
リセットスイッチ６５が接続され、読出制御回路８によ
り開閉される。即ち、抵抗ＲＸとコンデンサＣsampleは
ノイズ低減用の積分回路とサンプルるホールド回路を兼
ねている。このように構成しても、前記積分回路を図４
に示したような周波数特性とすることができ、図１に示
した第１の実施の形態と同様の高周波ノイズの低減効果
がある。本実施例の場合は十分にノズル低減が行なわれ
る時間の間はサンプリングＳＷをＯＮ状態にしておく必
要があるが、回路が簡単になるため、Ｘ線検出器を安価
に作ることができる。

【００６３】図中（ｓａｍｐｌｅに並列に挿入されたリ
セントＳＷ６５は必ずしも必要ではないが、急激にＸ線
分布が変化しているような領域、例えば極端に明るい領
域と暗い領域が隣接しているような場合は直前に蓄積さ
れた画素を完全にリセットして次の画素信号を読み取る
方が好ましい。この目的で例示されている。

【００６４】尚、本例の積分回路兼サンプルホールド回
路を図５に示したチャージアンプ以降に用いても、図５
に示した第２の実施の形態と同様の動作を行うことがで
き、同様の効果を得ることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のＸ
線検出器及び放射線検出方法によれば、画素から取り出
した電荷を電圧に変換するために積分した後、更にノイ
ズを低減するために積分することにより、前記画素の電
荷を取り出すスイッチング素子の電圧、電流特性が非線
形であっても、一定のサンプリングタイミングで前記電
荷を低ノイズで確実に読み出すことができる。これによ
り、披見者の被爆低減のために、微弱なＸ線によつて生
じる微弱信号のノイズを低減し、Ｓ／Ｎの良好な撮影画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線検出器の第１の実施の形態を示し
たブロック図である。

【図２】図１に示したＸ線検出器の全体構成例を示した
ブロック図である。

【図３】図１に示した電圧ＶＸの時間経過波形を示した
特性図である。

【図４】図１に示した積分回路の伝達関数を示した特性
図である。

【図５】本発明のＸ線検出器の第２の実施の形態を示し
たブロック図である。

【図６】図５に示した電圧ＶＸの時間経過波形を示した
特性図である。

【図７】本発明のＸ線検出器の第３の実施の形態を示し
たブロック図である。

【図８】従来のＸ線検出器の構成例を示したブロック図
である。

【図９】従来のＸ線検出器の他の構成例を示したブロッ
ク図である。

【図１０】図９に示した電圧ＶＸとＶ０の時間経過波形
例を記した特性図である。

【図１１】図９に示したスイッチング素子の電圧電流関
係を示した特性図である。

【符号の説明】

１ スイッチング素子 ２ 信号線 ３ チャージアンプ ４ サンプルホールド回路 ６、７ 積分回路 ８ 読出制御回路 １０、１１ 切替スイッチ １３ 画素回路 ２１ 光電変換素子 ２２ ＴＦＴ ２３ ゲートドライバ ２４ 初段処理回路 ２５ マルチプレクサ ２６ アンプ ２７ Ａ／Ｄコンバータ ３１、６１ 演算増幅器 ３２、６１、６３、６５ リセットスイッチ ４１ サンプリングスイッチ Ｃｄ、Ｃｆ、Ｃｘ、Ｃsample コンデンサ ＣＰ 画素 ＲＸ、ＲＸ１、ＲＸ２ 抵抗 Ｑ 電荷

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元マトリックス状に配列された画素
   にＸ線を当てることにより各画素に蓄積された電荷をス
   イッチング素子を介して順次取り出し、取り出した電荷
   をチャージアンプにより電圧に変換し、この電圧をサン
   プルホールド回路によりサンプルホールドして出力する
   Ｘ線検出器において、 前記チャージアンプとサンプルホールド回路との間に積
   分回路を備え、この積分回路により前記電圧を積分して
   得た電圧をサンプルホールドして出力することを特徴と
   するＸ線検出器。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子をオンした時点か
   ら所定時間後に前記積分回路の出力電圧をサンプリング
   することを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
3. 【請求項３】 前記積分回路は、抵抗器とコンデンサと
   増幅器により構成され、且つ、前記抵抗器をカップリン
   グコンデンサを介して前記チャージアンプに接続し、且
   つ、前記カップリングコンデンサと積分回路により構成
   される回路の周波数特性が高周波側で低減するように諸
   定数を決定したことを特徴とする請求項１記載のＸ線検
   出器。
4. 【請求項４】 前記積分回路は、抵抗器とコンデンサに
   より構成され、且つ、前記抵抗器を前記チャージアンプ
   に直接接続し且つ、前記積分回路の周波数特性が高周波
   側で低減するように諸定数を決定したことを特徴とする
   請求項１記載のＸ線検出器。
5. 【請求項５】 前記積分回路を構成するコンデンサを前
   記サンプルホールド回路を構成するコンデンサと兼用に
   することを特徴とする請求項４記載のＸ線検出器。
6. 【請求項６】 前記積分回路のコンデンサ及びカップリ
   ングコンデンサの各々に蓄積電荷を放電させるリセット
   スイッチを並列接続し、これらリセットスイッチのオ
   ン、オフは前記スイッチング素子のオン、オフと所定の
   位相差を保つて同期して行うようにすることを特徴とす
   る請求項３乃至５いずれか１記載のＸ線検出器。
7. 【請求項７】 前記積分回路を構成する前記抵抗器の値
   又は、前記カップリングコンデンサの値を可変とするこ
   とによって、前記抵抗器又は、前記カップリングコンデ
   ンサの値を任意に選択して設定すると共に、選択した値
   に応じて前記積分回路の出力電圧のサンプリングタイミ
   ングを変えることを特徴とする請求項３乃至５いずれか
   １記載のＸ線検出器。
8. 【請求項８】 ２次元マトリックス状に配列された画素
   に放射線を当てることにより各画素に蓄積された電荷を
   順次取り出して電圧に変換し、この電圧をサンプルホー
   ルドして出力する放射線検出方法において、 前記画素から取り出した電荷を対応する電圧に変換する
   過程と、 前記変換により得られた電圧を積分する過程と、 前記積分して得られた電圧をサンプルホールドする過程
   とを備えることを特徴とする放射線検出方法。
9. 【請求項９】 ２次元マトリックス状に配列された画素
   に放射線を当てることにより各画素に蓄積された電荷を
   順次取り出して電圧に変換し、この電圧をサンプルホー
   ルドして出力する放射線検出装置において、 前記画素から取り出した電荷を対応する電圧に変換する
   手段と、 前記変換により得られた電圧を積分する手段と、 前記積分して得られた電圧をサンプルホールドする手段
   とを備えることを特徴とする放射線検出装置。