KR20160085317A - 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템 - Google Patents

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Abstract

보다 양호한 화상 신호를 얻기 위한 장치 레이아웃에 의해 구성된 방사선 촬상 장치를 제공한다. 방사선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 화소가 배열된 화소 어레이와, 판독 회로부와, 판독 회로부에의 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재를 갖고, 판독 회로부에 의해 판독된 전기 신호에 기초하여 화상 신호가 생성되는 방사선 촬상 장치로서, 화소 어레이는, 화상 신호의 생성에 사용되는 일부의 화소가 복수 배열된 제1 영역과, 화상 신호의 생성에 사용되지 않는 다른 화소가 제1 영역의 주위 중의 적어도 일부의 영역에 복수 배열된 제2 영역을 포함하고, 화소 어레이의 외측으로부터 내측으로 향하여, 제2 영역에 배치된 판독 회로부의 내측의 단부와, 부재의 화소 어레이에의 정사영의 내측의 단부와, 제2 영역의 내측의 단부가 이 순서로 배치되어 있다.

Description

방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템{RADIOGRAPHIC DEVICE AND RADIOGRAPHIC SYSTEM}
본 발명은 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 방사선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 화소가 배열된 화소 어레이와, 화소 어레이로부터 병렬로 출력된 전기 신호를 직렬의 전기 신호로 변환하여 판독하는 판독 회로부를 갖는 방사선 촬상 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 또한 판독 회로부에의 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재를 갖는 방사선 촬상 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2001-042042호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재와 화소 어레이의 배치 관계에 대한 검토가 불충분해서, 보다 양호한 화상 신호를 얻기 위한 장치 레이아웃에 검토의 여지가 있다.
따라서, 본원 발명은, 보다 양호한 화상 신호를 얻기 위한 장치 레이아웃에 의해 구성된 방사선 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원 발명의 방사선 촬상 장치는, 방사선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 화소가 배열된 화소 어레이와, 상기 화소 어레이로부터 출력된 전기 신호를 판독하는 판독 회로부와, 상기 판독 회로부에의 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재를 갖고, 상기 판독 회로부에 의해 판독된 전기 신호에 기초하여 화상 신호가 생성되는 방사선 촬상 장치로서, 상기 화소 어레이는, 상기 복수의 화소 중 상기 화상 신호의 생성에 사용되는 일부의 화소가 복수 배열된 제1 영역과, 상기 복수의 화소 중 상기 화상 신호의 생성에 사용되지 않는 상기 일부의 화소와 상이한 다른 화소가 상기 제1 영역의 주위 중의 적어도 일부의 영역에 복수 배열된 제2 영역을 포함하고, 상기 판독 회로부는, 상기 제2 영역에 배치되어 있고, 상기 화소 어레이의 적어도 한 방향에 있어서, 상기 화소 어레이의 외측으로부터 내측으로 향하여, 상기 판독 회로부의 상기 내측의 단부와, 상기 부재의 상기 화소 어레이에의 정사영의 상기 내측의 단부와, 상기 제2 영역의 상기 내측의 단부가 이 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의해, 보다 양호한 화상 신호를 얻기 위한 장치 레이아웃에 의해 구성된 방사선 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 구성을 도시하는 평면 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 등가 회로도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 화소 어레이의 모식적인 레이아웃을 도시하는 모식도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 구성을 도시하는 단면 모식도이다.
도 5는 방사선 촬상 장치의 1화소의 예를 설명하는 1화소의 모식적인 등가 회로도이다.
도 6은 방사선 촬상 장치의 동작예를 설명하는 모식적인 타이밍 차트이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 화소 어레이의 모식적인 레이아웃을 도시하는 모식도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 구성을 도시하는 단면 모식도이다.
도 9는 방사선 촬상 장치를 사용한 방사선 촬상 시스템에의 응용예를 설명하기 위한 모식도이다.
이하에, 도면을 참조하여 실시 형태를 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1 내지 도 3을 사용하여, 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치를 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 구성을 도시하는 평면 모식도이다. 도 2는, 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 등가 회로도이다. 제1 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 화소 어레이의 모식적인 레이아웃을 도시하는 모식도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 방사선 촬상 장치(100)는 화소 어레이(2)와, 판독 회로부(23)와, 부재(4)를 포함한다. 또한, 방사선 촬상 장치(100)는 구동 회로부(21)와, 플렉시블 배선 기판(3)과, 신틸레이터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
화소 어레이(2)는 방사선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 화소(20)가 배열되어 있고, 바람직하게는 행렬형으로 복수의 화소(20)가 배열되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 화소(20)는 각각, 광전 변환 소자(201)와, 출력 회로부(202)를 포함할 수 있다. 광전 변환 소자(201)는 방사선을 광으로 변환하는 신틸레이터로 변환된 광을 전하로 변환하는 소자이며, 본 실시 형태에서는, 광전 변환 소자로서, 실리콘 기판 등의 반도체 기판에 설치된 포토 다이오드가 사용되고 있다. 단, 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 유리 기판 등의 절연 기판 상에 배치된 아몰퍼스 실리콘의 광전 변환 소자나, 신틸레이터를 사용하지 않고 방사선을 직접 전하로 변환하는 변환 소자를 사용해도 된다. 출력 회로부(202)는 광전 변환 소자(201)의 전하를 증폭한 전기 신호를 출력하는 회로부이며, 상세한 구성예는 후술한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 화소 어레이(2)는 베이스(1) 상에 배치된 복수의 반도체 기판에 걸쳐서 배치되어 있다.
도 1의 점선으로 나타내는 구동 회로부(21)는 구동 배선부(24)를 통하여 각 구동 신호를 공급함으로써, 화소 어레이(2)를 원하는 화소군 단위로 동작시키는 회로이며, 본 실시 형태에서는, 화소 어레이(2)의 복수의 화소(20)의 출력 회로부(20)를 행 단위로 동작시키는 회로이다. 구동 회로부(21)는 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 단위 회로부(211)를 포함하고, 각 단위 회로부(211)가 각 행의 화소(20)의 동작을 제어한다. 구동 회로부(21)에는 시프트 레지스터가 적절하게 사용되고, 각 단위 회로부(211)는 시프트 레지스터의 단위 회로가 사용될 수 있다. 구동 배선부(24)는 각 구동 신호마다 개별로 준비된 복수의 구동 배선의 군이며, 본 실시 형태에서는, 화소 어레이(2)의 각 행마다 구동 배선부(21)가 구비되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 구동 회로부(21)는 베이스(1) 상에 배치된 복수의 반도체 기판에 걸쳐서 배치되어 있고, 복수의 반도체 기판마다 설치되어 있다.
판독 회로부(23)는 신호선(25S)나 신호선(25N)을 통하여 화소 어레이(2)로부터 병렬로 출력된 전기 신호를 직렬의 전기 신호로 변환하여 판독하는 회로부이다. 판독 회로부(23)는 선택 스위치(231S), 선택 스위치(231N), 선택 스위치(231'S), 선택 스위치(231'N), 주사 회로(22), 주사 회로(22'), 출력선(232S), 출력선(232N), 출력 버퍼(233S), 출력 버퍼(233N)를 포함한다. 또한, S는 방사선에 따라서 화소에서 발생한 전하에 기초하는 전기 신호에 대한 계통을 나타내는 것이며, N은 화소의 오프셋에 기초하는 전기 신호에 대한 계통을 나타내는 것이다. 선택 스위치(231S)나 선택 스위치(231N)는, 화소 어레이(2)의 열마다 설치되어 있고, 화소 어레이(2)의 원하는 화소열을 선택하는 소자이다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 화소 어레이(2)를 복수의 블록으로 분할하고, 블록마다 블록을 선택하는 선택 스위치(231'S)나 선택 스위치(231'N)가 구비되어 있어도 된다. 도 1이 파선으로 나타내는 주사 회로(22)는 화소 어레이(2)로부터 병렬로 출력된 전기 신호를 직렬의 전기 신호로 변환하기 위해서, 각 선택 스위치(231S 및 231N)를 적절히 선택하는 회로이다. 주사 회로(22)는 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 단위 회로부(221)를 포함하고, 각 단위 회로부(221)가 각 열의 화소(20)의 선택을 제어한다. 주사 회로부(22)에는 시프트 레지스터가 적절하게 사용되고, 각 단위 회로부(221)는 시프트 레지스터의 단위 회로가 사용될 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 화소 어레이(2)를 복수의 블록으로 분할하고, 블록마다 블록을 선택하는 선택 스위치(231'S 및 231'N)를 적절히 선택하는 주사 회로(22')가 구비되어 있어도 된다. 출력선(232S) 및 출력 버퍼(233S)나 출력선(232N) 및 출력 버퍼(233N)는, 직렬의 전기 신호를 출력하는 출력부로서 기능한다. 출력선(232S 및 232N)은, 직렬의 전기 신호를 전송하고, 출력 버퍼(233S 및 233N)는, 전송된 직렬의 전기 신호를 버퍼 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 판독 회로부(23)는 베이스(1) 상에 배치된 복수의 반도체 기판에 걸쳐서 배치되어 있고, 복수의 반도체 기판마다 설치되어 있다. 또한, 판독 회로부(23)는 신호선에 전기적으로 접속되는, 열 버퍼용 MOS(234S 및 234N)나, 전류원(235S 및 235N)을 더 갖고 있어도 된다.
플렉시블 배선 기판(3)은 출력부에 전기적으로 접속된 출력 단자(26S)나 출력 단자(27S)에 전기적으로 접속되고, 판독 회로부(23)로부터 출력된 전기 신호를 신호 처리부(도시하지 않음)에 전송하는 회로 기판이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 플렉시블 배선 기판(3)은 베이스(1) 상에 배치된 복수의 반도체 기판마다 설치되어 있다.
부재(4)는 판독 회로부(23)에의 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재이다. 부재(4)에는, 방사선의 흡수 및 또는 차폐하는 특성이 높은, 납이나 텅스텐과 같은 중금속 재료가 적절하게 사용될 수 있다. 부재(4)의 두께는, 요구되는 방사선의 흡수 및 또는 차폐 정도에 따라서 적절하게 설정되고, 본 실시 형태에서는 두께 1 mm의 납판이 사용된다. 반도체 집적 회로인 판독 회로부(23)에 방사선이 입사되면, 입사된 방사선에 따른 전하에 의해 노이즈가 발생할 수 있다. 특히 반도체 기판에 판독 회로부(23)가 배치된 구성이면, 반도체 기판 중에서 발생한 전하에 의해 판독 회로부(23)에서 발생할 수 있는 노이즈의 문제가 보다 현저해진다. 그로 인해, 판독 회로부(23)에의 방사선의 입사를 억제하는 부재(4)를 사용하는 것이 바람직하다. 단, 화소 어레이(2)의 복수의 화소(20) 중 판독 회로부(23)의 근방에 배치되어 있는 화소(20)는 부재(4)가 배치됨으로써, 복수의 화소(20)의 중앙에 위치하는 화소(20)에 비하여, 입사되는 방사선이 저감될 우려가 있다. 그것에 의해 얻어지는 화상 신호에 상이가 발생하여, 화상 아티팩트의 원인이 되어, 얻어지는 화상의 화질이 저하될 우려가 있다. 또한, 부재(4)의 레이아웃에 관한 마진의 확보가 곤란한 경우가 있다.
따라서, 성의 검토의 결과, 본원 발명에서는 이하와 같은 레이아웃을 제공한다. 도 3 및 도 4를 사용하여 본원 발명의 부재(4)의 바람직한 위치 규정을 제공하는 레이아웃을 설명한다. 도 4는, 도 1의 A-A'선에 있어서의 방사선 촬상 장치(100)의 모식적인 구성을 도시하는 단면 모식도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 화소 어레이(2)는 제1 영역(2a)과 제2 영역(2b)을 포함한다. 제1 영역(2a)은 복수의 화소(20) 중 화상 신호의 생성에 사용되는 일부의 화소가 복수 배열된 영역이다. 제2 영역(2b)은 복수의 화소(20) 중 화상 신호의 생성에 사용되지 않는, 일부의 화소와 상이한 다른 화소(20)가 제1 영역(2a)의 주위 중의 적어도 일부의 영역에 복수 배열된 영역이다. 이하에서는, 일부의 화소를 유효 화소라 칭하고, 다른 화소를 더미 화소라 칭하고, 제1 영역(2a)을 유효 화소 영역이라 칭하고, 제2 영역(2b)을 더미 화소 영역이라 칭한다. 또한, 판독 회로부(23)는 더미 화소 영역(2b)에 배치되어 있다. 그리고, 화소 어레이(2) 중 적어도 한 방향에 있어서, 화소 어레이(2)의 외측으로부터 내측으로 향하여, 판독 회로부(22)의 내측의 단부 B와, 부재(4)의 화소 어레이(2)에의 정사영의 내측의 단부 C와, 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A가 이 순서대로 배치되어 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 화소 어레이(2) 중 적어도 한 방향은 열 방향이다.
먼저, 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A보다도 외측으로 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B가 위치함으로써, 판독 회로부(23)와 유효 화소 영역(2a)의 사이에는, 화상 신호의 생성에 사용되지 않는 전기 신호를 출력하는 더미 화소가 반드시 존재하게 된다. 그리고, 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A와 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B 사이에, 부재(4)의 화소 어레이(2)에의 정사영의 내측의 단부 C가 위치한다. 이에 의해, 부재(4)에 의해 방사선의 입사가 저감될 우려가 있는 화소를 더미 화소로 하고, 화상 신호의 생성에 사용하지 않는다. 이에 의해, 아티팩트로 될 수 있는 전기 신호를 발생하는 화소로부터 출력되는 전기 신호를 화상 신호의 생성에 사용하지 않는 구성으로 되어, 화상 아티팩트의 발생이 억제된다. 또한, 부재(4)의 레이아웃 마진이, 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A와 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B 사이에 존재하는 더미 화소의 크기분 확보할 수 있다. 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A와 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B 사이에 복수의 더미 화소가 존재하면, 보다 마진을 확보할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 더미 화소 영역에는 화소 어레이(2)의 외측(도 3의 하방측)으로부터 내측으로 향해서 10화소분의 더미 화소가 배치되어 있고, 판독 회로부(23)는 화소 어레이(2)의 외측으로부터 7화소분의 영역 내에 배치되어 있다. 그로 인해, 더미 화소 영역(2b)의 내측의 단부 A와 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B 사이에는 더미 화소가 3화소분 배치되어 있고, 부재(4)의 레이아웃 마진이 3화소분 확보될 수 있다. 본 실시 형태에서는, 부재(4)가 화소 어레이(2)의 외측으로부터 8화소분의 더미 화소 및 판독 회로부(23)를 덮도록, 화소 어레이(2)의 외측으로부터 8화소째의 더미 화소와 9화소째의 더미 화소의 사이에 부재(4)의 화소 어레이(2)에의 정사영의 내측의 단부 C가 위치한다. 또한, 상기 화소수는 일례이며, 본 발명은 그에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 주사 회로(22)의 단위 회로부(221)는 더미 화소 영역에서, 인접하는 2개의 화소(20)의 광전 변환 소자(201)의 사이에 배치된다. 그리고, 주사 회로(22)의 단위 회로부(221)는 인접하는 2개의 화소(20) 중 한쪽 화소(20)의 출력 회로부(202)와의 사이에서 한쪽 화소(20)의 광전 변환 소자(201)를 사이에 두도록 배치된다. 또한, 출력부를 구성하는 출력 버퍼(233S)나 출력 버퍼(233N)는, 더미 화소 영역에서, 인접하는 2개의 화소(20)의 광전 변환 소자(201)의 사이에 배치된다. 그리고, 출력 버퍼(233S)나 출력 버퍼(233N)는, 인접하는 2개의 화소(20) 중 한쪽 화소(20)의 출력 회로부(202)와의 사이에서 한쪽 화소(20)의 광전 변환 소자(201)를 사이에 두도록 배치된다. 이러한 배치에 의해, 광전 변환 소자(20)의 배열 피치를 유지하면서 더미 화소 영역 내에 판독 회로부(23)를 적절하게 배치할 수 있다. 또한, 구동 회로부(21)의 복수의 단위 회로부(211)는 유효 화소 영역(2a)과 더미 화소 영역(2b)에 걸쳐서 배열되어 있다. 또한, 단위 회로부(211)는 인접하는 2개의 화소(20)의 광전 변환 소자(201)의 사이에, 인접하는 2개의 화소(20) 중 한쪽 화소(20)의 출력 회로부(202)와의 사이에서 한쪽 화소(20)의 광전 변환 소자(201)를 사이에 두도록 배치된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 플렉시블 배선 기판(3)에 전기적으로 접속된 프린트 회로 기판(8)에 설치된 신호 처리부(도시하지 않음)에 의해 화상 신호가 생성될 수 있다.
신틸레이터(5)는 방사선을 광전 변환 소자가 감지 가능한 광으로 변환하는 것이며, 신틸레이터층(5a)과 지지 부재(5b)를 포함한다. 신틸레이터층(5a)은 방사선을 광전 변환 소자가 감지 가능한 광으로 변환하는 층이며, 예를 들어 할로겐화알칼리의 신틸레이터에 의해 형성될 수 있다. 신틸레이터층(120)은 센서 패널(110)의 센서 보호층(113)에 CsI:Na 및 CsI:Tl 등의 할로겐화알칼리를 증착함으로써, 기둥형 결정의 집합체가 형성되어도 된다. 또한, 본 발명에 있어서의 방사선은, 예를 들어 X선, α선, β선 또는 γ선이며, 본 실시 형태에서는 X선이 사용되고 있다. 지지 부재(5b)는 신틸레이터층을 지지하는 부재이며, 부재(4)보다도 낮은 방사선 흡수 및 또는 차폐 특성을 갖는 재료에 의해 구성될 수 있다. 지지 부재(5b)에는, 경금속 재료의 알루미늄(Al)이나, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등의 탄소 수지 기판이 적절하게 사용될 수 있다. 또한, 할로겐화알칼리의 신틸레이터층을 사용하고, 도전성의 재료를 지지 부재(5b)에 사용하는 경우에는, 신틸레이터층의 전기 화학적 부식을 억제하기 위해서, 지지 부재(5b)의 표면은 절연 가공된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 신틸레이터층(5a)의 화소(20)와 대향하는 표면의 화소 어레이(2)에의 정사영의 외측 단부 D보다도, 판독 회로부(22)의 내측의 단부 B가 외측에 위치하는 구성에 있어서는, 신틸레이터층(5a)에 의해 방사선을 충분히 흡수할 수 없다. 그로 인해, 이와 같은 구성에 있어서는 부재(4)에 의한 방사선의 입사를 억제하는 것에 의한 효과는 보다 현저해진다.
도 4에 도시하는 본 실시 형태에 있어서, 방사선 촬상 장치(100)는 베이스(1), 복수의 반도체 기판, 및 부재(4)를 수용하는 하우징(6)을 포함한다. 본 실시 형태에서는, 하우징(6)은 상자 부재(6a)와 덮개 부재(6b)를 포함한다. 덮개 부재(6)는 부재(4)보다도 낮은 방사선 흡수 및 또는 차폐 특성을 갖는 재료에 의해 구성되고, CFRP가 적절하게 사용될 수 있다. 덮개 부재(6b)는 화소 어레이(2)에 대응하여 배치될 수 있다. 상자 부재(6a)는 덮개 부재(6b)를 기계적으로 지지한다. 하우징(6)에 의해, 하우징(6)의 외측으로부터의 외광의 화소 어레이(2)에의 침입을 억제한다. 본 실시 형태에서는, 방사선 촬상 장치(100)는 하우징(6)에 결합되어 부재(4)를 기계적으로 지지하는 지지 기구(7)를 더 포함한다. 지지 기구(7)는 나사(7b)와 너트(7c)에 의해 지지판(7a)이 하우징(6)에 결합되어 있고, 스페이서(7c)에 의해 부재(4)의 배치 위치를 규정하고 있다. 단, 본 발명의 지지 기구는 이 구성에 한정되는 것은 아니라, 하우징(6)에 결합되어서 부재(4)를 기계적으로 지지할 수 있는 기구라면 된다.
이어서, 도 5를 참조하면서 각 화소(20)의 구성예를 설명한다. 도 5는, 방사선 촬상 장치의 1화소의 예를 설명하는 1화소의 모식적인 등가 회로도이다. 전술한 바와 같이, 화소(20)는 광전 변환 소자(201)와, 출력 회로부(202)를 포함한다. 광전 변환 소자(202)는 전형적으로는 포토 다이오드일 수 있다. 출력 회로부(202)는 증폭 회로부(204), 클램프 회로부(206), 샘플 홀드 회로부(207), 선택 회로부(208)를 포함한다.
광전 변환 소자(202)는 전하 축적부를 포함하고, 그 전하 축적부는, 증폭 회로부(204)의 MOS 트랜지스터(204a)의 게이트에 접속되어 있다. MOS 트랜지스터(204a)의 소스는, MOS 트랜지스터(204b)를 통하여 전류원(204c)에 접속되어 있다. MOS 트랜지스터(204a)와 전류원(204c)에 의해 소스 폴로워 회로가 구성되어 있다. MOS 트랜지스터(20b)는 그 게이트에 공급되는 인에이블 신호 EN이 액티브 레벨로 되면 온되어 소스 폴로워 회로를 동작 상태로 하는 인에이블 스위치이다.
도 5에 도시하는 예에서는, 광전 변환 소자(201)의 전하 축적부 및 MOS 트랜지스터(204a)의 게이트가 공통의 노드를 구성하고 있고, 이 노드는, 그 전하 축적부에 축적된 전하를 전압으로 변환하는 전하 전압 변환부로서 기능한다. 즉, 전하 전압 변환부에는, 그 전하 축적부에 축적된 전하 Q와 전하 전압 변환부가 갖는 용량값 C에 의해 정해지는 전압 V(=Q/C)가 나타난다. 전하 전압 변환부는, 리셋 스위치(203)를 통하여 리셋 전위 Vres에 접속되어 있다. 리셋 신호 PRES가 액티브 레벨로 되면, 리셋 스위치(203)가 온되어, 전하 전압 변환부의 전위가 리셋 전위 Vres로 리셋된다.
클램프 회로부(206)는 리셋한 전하 전압 변환부의 전위에 따라서 증폭 회로부(204)에 의해 출력되는 노이즈를 클램프 용량(206a)에 의해 클램프한다. 즉, 클램프 회로부(206)는 광전 변환 소자(201)에서 광전 변환에 의해 발생한 전하에 따라서 소스 폴로워 회로로부터 출력된 신호로부터, 이 노이즈를 캔슬하기 위한 회로이다. 이 노이즈는 리셋 시의 kTC 노이즈를 포함한다. 클램프는, 클램프 신호 PCL을 액티브 레벨로 하여 MOS 트랜지스터(206b)를 온 상태로 한 후에, 클램프 신호 PCL을 비액티브 레벨로 하여 MOS 트랜지스터(206b)를 오프 상태로 함으로써 이루어진다. 클램프 용량(206a)의 출력측은, MOS 트랜지스터(206c)의 게이트에 접속되어 있다. MOS 트랜지스터(206c)의 소스는, MOS 트랜지스터(206d)를 통하여 전류원(206e)에 접속되어 있다. MOS 트랜지스터(206c)와 전류원(206e)에 의해 소스 폴로워 회로가 구성되어 있다. MOS 트랜지스터(206d)는 그 게이트에 공급되는 인에이블 신호 EN0이 액티브 레벨로 되면 온되어 소스 폴로워 회로를 동작 상태로 하는 인에이블 스위치이다.
광전 변환 소자(201)에서 광전 변환에 의해 발생한 전하에 따라서 클램프 회로부(206)로부터 출력되는 신호는, 광신호로서, 광신호 샘플링 신호 TS가 액티브 레벨로 되는 것에 의해 스위치(207Sa)를 통하여 용량(207Sb)에 기입된다. 전하 전압 변환부의 전위를 리셋한 직후에 MOS 트랜지스터(206b)를 온 상태로 했을 때에 클램프 회로부(206)로부터 출력되는 신호는 노이즈이다. 이 노이즈는, 노이즈 샘플링 신호 TN이 액티브 레벨로 되는 것에 의해 스위치(207Na)를 통하여 용량(207Nb)에 기입된다. 이 노이즈에는, 클램프 회로부(206)의 오프셋 성분이 포함된다. 스위치(207Sa)와 용량(207Sb)에 의해 신호 샘플 홀드 회로(207S)가 구성되어, 스위치(207Na)와 용량(207Nb)에 의해 노이즈 샘플 홀드 회로(207N)가 구성된다. 샘플 홀드 회로부(207)는 신호 샘플 홀드 회로(207S)와 노이즈 샘플 홀드 회로(207N)를 포함한다.
구동 회로부(21)의 단위 회로부(211)가 행 선택 신호 VST를 액티브 레벨로 구동하면, 용량(207Sb)에 유지된 신호(광신호)가 MOS 트랜지스터(208Sa) 및 행 선택 스위치(208Sb)를 통하여 신호선(25S)에 출력된다. 또한, 동시에, 용량(207Nb)에 유지된 신호(노이즈)가 MOS 트랜지스터(208Na) 및 행 선택 스위치(208Nb)를 통하여 신호선(25N)에 출력된다. MOS 트랜지스터(208Sa)는, 신호선(25S)에 설치된 정전류원(235S)(도 2 기재)과 소스 폴로워 회로를 구성한다. 마찬가지로, MOS 트랜지스터(208Na)는, 신호선(25N)에 설치된 정전류원(235N)(도 2 기재)과 소스 폴로워 회로를 구성한다. MOS 트랜지스터(208Sa)와 행 선택 스위치(208Sb)에 의해 신호용 선택 회로부(208S)가 구성되고, MOS 트랜지스터(208Na)와 행 선택 스위치(208Nb)에 의해 노이즈용 선택 회로부(208N)가 구성된다. 선택 회로부(208)는 신호용 선택 회로부(208S)와 노이즈용 선택 회로부(208N)를 포함한다.
화소(20)는 인접하는 복수의 화소(20)의 광신호를 가산하는 가산 스위치(209S)를 가져도 된다. 가산 모드 시에는, 가산 모드 신호 ADD가 액티브 레벨로 되고, 가산 스위치(209S)가 온 상태로 된다. 이에 의해, 인접하는 화소(20)의 용량(207Sb)이 가산 스위치(209S)에 의해 서로 접속되어서, 광신호가 평균화된다. 마찬가지로, 화소(20)는 인접하는 복수의 화소(20)의 노이즈를 가산하는 가산 스위치(209N)를 가져도 된다. 가산 스위치(209N)가 온 상태로 되면, 인접하는 화소(20)의 용량(207Nb)이 가산 스위치(209N)에 의해 서로 접속되어서, 노이즈가 평균화된다. 가산부(209)는 가산 스위치(209S)와 가산 스위치(209N)를 포함한다.
화소(20)는 감도를 변경하기 위한 감도 변경부(205)를 가져도 된다. 화소(20)는 예를 들어, 제1 감도 변경 스위치(205a) 및 제2 감도 변경 스위치(205'a), 및 그들에 부수되는 회로 소자를 포함할 수 있다. 제1 변경 신호 WIDE가 액티브 레벨로 되면, 제1 감도 변경 스위치(205a)가 온되고, 전하 전압 변환부의 용량값에 제1 부가 용량(205b)의 용량값이 추가된다. 이에 의해 화소(20)의 감도가 저하된다. 제2 변경 신호 WIDE2가 액티브 레벨로 되면, 제2 감도 변경 스위치(205'a)가 온되고, 전하 전압 변환부의 용량값에 제2 부가 용량(205'b)의 용량값이 추가된다. 이에 의해 화소(201)의 감도가 더욱 저하한다. 이렇게 화소(20)의 감도를 저하시키는 기능을 추가함으로써, 보다 큰 광량을 수광하는 것이 가능해져서, 다이내믹 레인지를 확장할 수 있다. 제1 변경 신호 WIDE가 액티브 레벨로 되는 경우에는, 인에이블 신호 ENw를 액티브 레벨로 해서, MOS 트랜지스터(204a)에 추가로 MOS 트랜지스터(204'a)를 소스 폴로워 동작시켜도 된다.
이어서, 도 6을 참조하면서 방사선 촬상 장치의 동작에 필요로 하는 주된 신호에 대하여 설명한다. 도 6은, 방사선 촬상 장치의 동작예를 설명하는 모식적인 타이밍 차트이다. 리셋 신호 PRES, 인에이블 신호 EN, 클램프 신호 PCL, 광신호 샘플링 신호 TS, 노이즈 샘플링 신호 TN은, 로우 액티브의 신호이다. 인에이블 신호 EN0은, 도 6에 도시되어 있지 않지만, 인에이블 신호 EN과 동일한 신호일 수 있다. 인에이블 신호 ENw는, 6에 도시되어 있지 않지만, 제1 변경 신호 WIDE가 액티브로 되는 경우에는, 인에이블 신호 EN과 마찬가지로 천이할 수 있다.
먼저, 화소 어레이(2)의 모든 행에 대하여 인에이블 신호 EN이 액티브로 되고, 계속해서, 광신호 샘플링 신호 TS가 펄스형으로 액티브 레벨로 되어서, 광신호가 용량(207Sb)에 기입된다. 계속해서, 리셋 신호 PRES가 펄스형으로 액티브 레벨로 되어서, 전하 전압 변환부의 전위가 리셋된다. 계속해서, 클램프 신호 PCL이 펄스형으로 액티브 레벨로 된다. 클램프 신호 PCL이 액티브 레벨일 때에, 노이즈 샘플링 신호 TN이 펄스형으로 액티브 레벨로 되어서, 노이즈가 용량(207Nb)에 기입된다.
그 후, 구동 회로부(21)의 제1행에 대응하는 단위 회로부(211)가 그 행 선택 신호 VST(VST0)를 액티브 레벨로 한다. 이것은, 구동 회로부(21)가 화소 어레이(2)의 제1행을 선택하는 것을 의미한다. 이 상태에서, 주사 회로(22)의 제1열부터 최종열에 대응하는 단위 회로부(221)가 열 선택 신호 HST(HST0 내지 HSTn)를 액티브 레벨로 한다. 이것은, 주사 회로(22)가 화소 어레이(2)의 제1열부터 최종열까지를 순서대로 선택하는 것을 의미한다. 이에 의해, 출력 버퍼(233S, 233N)로부터 화소 어레이(2)의 제1행에 있어서의 제1열부터 최종열까지의 화소의 광신호, 노이즈가 출력된다. 그 후, 구동 회로부(21)의 제2행에 대응하는 단위 회로부(211)가 그 행 선택 신호 VST(VST1)를 액티브 레벨로 한다. 이 상태에서, 주사 회로(22)의 제1열부터 최종열에 대응하는 단위 회로부(221)가 열 선택 신호 HST(HST0 내지 HSTn)를 액티브 레벨로 한다. 이러한 동작을 최하행까지 행함으로써 화소 어레이(2)로부터 병렬로 출력된 전기 신호가 직렬의 전기 신호로 변환되어서 판독 회로부(23)에 의해 판독된다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 7 및 도 8을 사용하여 제2 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 레이아웃을 설명한다. 도 7은, 제2 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 화소 어레이의 모식적인 레이아웃을 도시하는 모식도이다. 도 8은, 제2 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치의 모식적인 구성을 도시하는 단면 모식도이다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시하는 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 기호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시 형태에 있어서의 화소 어레이(2)는 화상 신호의 보정에 사용되는 전기 신호를 출력하기 위하여 광전 변환 소자(201)가 차광된 화소(이하 차광 화소라 칭한다)가 복수 배열된 제3 영역(이하 차광 화소 영역이라 칭한다)(2c)을 더미 화소 영역(2b)에 더 포함한다. 또한, 화상 신호의 보정은, 플렉시블 배선 기판(3)에 전기적으로 접속된 프린트 회로 기판(8)에 설치된 신호 처리부(도시하지 않음)에 의해 행하여질 수 있다. 그리고, 차광 화소 영역(2c)의 내측의 단부 E는, 판독 회로부(23)의 내측의 단부 B보다도 외측에 위치하도록, 차광 화소 영역(2c)이 구비된다. 이러한 구성으로 함으로써, 차광 화소가 부재(4)에 의해 확실하게 방사선의 입사가 억제되어, 화상 신호에 대한 보정의 정밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서의 부재(4)는 신틸레이터층(5)을 끼워서 광전 변환 소자(201)에 대향하여 배치된 지지 부재(5b)에 고정되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 제1 실시 형태에 있어서의 지지 기구(7)를 생략하는 것이 가능해지고, 방사선 촬상 장치(100)의 두께를 제1 실시 형태보다도 얇게 하는 것이 가능해진다.
(응용예)
이어서, 도 9를 참조하면서, 방사선 촬상 장치(100)의 방사선 촬상 시스템에의 응용예를 도시한 도면이다. X선 튜브(방사선원)(903)에서 발생한 X선(방사선)(902)은, 피험자 또는 환자(900)의 흉부(901)를 투과하여, 방사선 촬상 장치(100)에 입사된다. 이 입사된 X선에는 환자(900)의 체내부의 정보가 포함되어 있다. X선의 입사에 대응하여 신틸레이터층이 발광하고, 이것을 광전 변환하여 전기적 정보를 얻는다. 이 정보는, 디지털 신호로 변환되어, 이미지 프로세서(신호 처리 장치)(904)에 의해 화상 처리되어, 제어실의 디스플레이(표시 수단)(905)로 관찰할 수 있다. 또한, 방사선 촬상 시스템은, 방사선 촬상 장치(100)와, 방사선 촬상 장치(100)로부터의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치(904)를 적어도 갖는다. 또한, 이러한 방사선 촬상 시스템에 있어서는, 도 4이나 도 8에서 사용된 프린트 회로 기판(8)의 신호 처리부(도시하지 않음) 대신에, 신호 처리 장치(904)에 있어서 화상 신호의 생성이나 화상 신호의 보정을 행해도 된다.
또한, 이 정보는 전화 회선 등의 전송 처리 수단(906)에 의해 원격지에 전송할 수 있고, 별도의 장소의 닥터 룸 등의 디스플레이(표시 장치)(907)에 표시, 또는, 광 디스크 등의 기록 장치에 보존할 수 있어, 원격지의 의사가 진단하는 것도 가능하다. 또한 기록 장치로 되는 필름 프로세서(909)에 의해 기록 매체로 되는 필름(908)에 기록할 수도 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위하여 이하의 청구항을 첨부한다.
본원은, 2013년 11월 20일 제출된 일본 특허 출원 제2013-240034를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용의 전부를 여기에 원용한다.

Claims (13)

  1. 방사선에 따른 전기 신호를 출력하는 복수의 화소가 배열된 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이로부터 출력된 전기 신호를 판독하는 판독 회로부와,
    상기 판독 회로부에의 방사선의 입사를 억제하기 위한 부재
    를 포함하고, 상기 판독 회로부에 의해 판독된 전기 신호에 기초하여 화상 신호가 생성되는 방사선 촬상 장치로서,
    상기 화소 어레이는, 상기 복수의 화소 중 상기 화상 신호의 생성에 사용되는 일부의 화소가 복수 배열된 제1 영역과, 상기 복수의 화소 중 상기 화상 신호의 생성에 사용되지 않는 상기 일부의 화소와는 상이한 다른 화소가 상기 제1 영역의 주위 중의 적어도 일부의 영역에 복수 배열된 제2 영역을 포함하고,
    상기 판독 회로부는 상기 제2 영역에 배치되어 있고,
    상기 화소 어레이의 적어도 한 방향에 있어서, 상기 화소 어레이의 외측으로부터 내측으로 향하여, 상기 판독 회로부의 상기 내측의 단부와, 상기 부재의 상기 화소 어레이에의 정사영의 상기 내측의 단부와, 상기 제2 영역의 상기 내측의 단부가 이 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 화소는 각각, 방사선을 광으로 변환하는 신틸레이터에 의해 변환된 광을 전하로 변환하는 광전 변환 소자와, 상기 전하를 증폭한 상기 전기 신호를 출력하는 출력 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 판독 회로부의 상기 내측의 단부는, 상기 신틸레이터의 상기 화소와 대향하는 표면의 상기 화소 어레이에의 정사영의 상기 외측의 단부보다도 상기 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 판독 회로부는, 상기 화소 어레이로부터 병렬로 출력된 전기 신호를 직렬의 전기 신호로 변환하기 위한 주사 회로와, 상기 직렬의 전기 신호를 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 주사 회로는 복수의 단위 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 단위 회로부 중 1개의 단위 회로부는, 인접하는 2개의 화소 광전 변환 소자의 사이에, 상기 인접하는 2개의 화소 중 한쪽 화소의 출력 회로부와의 사이에 상기 한쪽 화소의 광전 변환 소자를 두도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 출력부는, 인접하는 2개의 화소 광전 변환 소자의 사이에, 상기 인접하는 2개의 화소 중 한쪽 화소의 출력 회로부와의 사이에 상기 한쪽 화소의 광전 변환 소자를 두도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 화소 및 상기 판독 회로부는, 베이스 상에 배치된 복수의 반도체 기판에 걸쳐 배치되어 있고,
    상기 부재는, 상기 복수의 반도체 기판에 걸쳐서 배치된 상기 판독 회로부에의 방사선의 입사를 억제하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 베이스, 상기 복수의 반도체 기판, 및 상기 부재를 수용하는 하우징과,
    상기 하우징에 결합되어 상기 부재를 기계적으로 지지하는 지지 기구
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 베이스, 상기 복수의 반도체 기판, 상기 신틸레이터, 및 상기 부재를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
    상기 부재는 상기 신틸레이터에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 신틸레이터는, 상기 방사선을 상기 광으로 변환하는 신틸레이터층과, 상기 신틸레이터층을 지지하는 지지 부재를 포함하고,
    상기 지지 부재는, 상기 신틸레이터층을 사이에 두고 상기 광전 변환 소자에 대향하도록 배치되어 있고,
    상기 부재는 상기 지지 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화소 어레이는, 상기 화상 신호의 보정에 사용되는 전기 신호를 출력하기 위하여 상기 광전 변환 소자가 차광된 화소가 복수 배열된 제3 영역을 상기 제2 영역에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제3 영역의 상기 내측의 단부는, 상기 판독 회로부의 상기 내측의 단부보다도 상기 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 방사선 촬상 장치와,
    상기 방사선 촬상 장치로부터의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 시스템.
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