WO2010046982A1 - 光または放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

　本発明の放射線撮像装置に備わるＸ線平面検出器３には、電荷信号を読み出すデータ線同士を接続または遮断する第１切り替え部１３を備えることで、画素加算モードと通常の撮像モードとを選択してＸ線撮像を行うことができる。また、さらにデータ線と電圧信号検出部２３との間に第２切り替え部１４を備えることで、ゲート線を選択する度に、電圧信号検出部２３内の電荷検出増幅回路２４および信号増幅回路２６の初期化を交互に行うことができる。この結果、電荷検出増幅回路２４および信号増幅回路２６を十分に初期化することができつつ、Ｘ線検出信号を高速に読み出すことができる。

Description

光または放射線撮像装置

　本発明は、医療分野や非破壊検査、ＲＩ（Radio Isotope）検査、および光学検査などの産業分野などに用いられる光または放射線撮像装置に係り、特に、光または放射線を検出する検出素子からの電荷信号を読み出す回路を備えた光または放射線撮像装置に関する。

　従来、光または放射線撮像装置には、光または放射線を検出する光または放射線検出器を備えている。ここで光とは、赤外線、可視光線、紫外線、放射線、γ線等をいうが、特にＸ線検出器を例に採って説明する。Ｘ線検出器にはＸ線感応型のＸ線変換層を備えており、Ｘ線の入射によりＸ線変換層はキャリア（電荷信号）を生成し、その生成された電荷信号を読み出すことでＸ線を検出する。

　被検体にＸ線を照射してＸ線撮像を行う場合には、被検体を透過したＸ線強度の強弱に比例したキャリア（電荷信号）がＸ線変換層内に発生する。その後、Ｘ線変換層内で生成されたキャリア（電荷信号）が、２次元状に配列されたキャリア収集電極に収集されて、所定時間分だけ蓄積された後、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介してデータ線を通じて外部に読み出される。また、このようなＸ線検出器を製造するには、２次元状に配列された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング素子や上述したキャリア収集電極などをパターン形成した絶縁基板上に、Ｘ線変換型の半導体膜を蒸着することで得られる。

　さらに、Ｘ線検出器は、例えば、Ｘ線変換層で生成された電荷信号を電圧信号に変換する電荷検出増幅回路（ＣＳＡ）と、電荷検出増幅回路からの電圧信号を増幅する信号増幅回路と、信号増幅回路から出力される電圧信号をサンプリングし、このサンプリングされた電圧信号を保持（ホールド）し、出力するサンプルホールド回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、サンプルホールド回路から出力された電圧信号をマルチプレクサにより時分割し、さらに、この時分割された電圧信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換している。
特開２００７－３０６４８１号公報

　しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、各データ線の読み出し動作は、電荷検出増幅回路および信号増幅回路のクリア、電荷蓄積、電圧ホールドという手順になるが、ゲート線１ラインの読み出し時間に対して、この電荷検出増幅回路および信号増幅回路のクリア時間の占める割合が大きくなる問題が発生した。さらには、放射線検出器の画素数が多くなればなるほど、ゲート線のライン数が増加するので、１ラインの読み出し時間が短くなることも原因である。このような理由により、高速な電圧信号の読み出しに限界が生じ、特に大画面になる程、動画での放射線透過画像の作成は困難であった。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光または放射線変換層で生成された電荷信号を電圧信号へ変換する一連の読み込みを高速ですることができる光または放射線撮像装置を提供することを目的とする。

　本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、本発明の第１の発明は、光または放射線撮像装置であって、光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送るスイッチング信号稼働手段と、前記光または放射線検出手段からデータ線を介して読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を増幅する電圧信号増幅手段と、前記電圧信号増幅手段にて増幅された電圧信号を一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、前記データ線間を接続または遮断する第１切り替え手段と、前記データ線と前記電荷電圧変換手段との接続、または、接地ラインと前記電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段とを備え、前記第１切り替え手段により前記データ線間が接続されることで、複数のデータ線上に接続された検出素子からの電荷信号を同時に読み出すことができることを特徴とする。

　本発明の第１の発明によれば、データ線間を接続または遮断する第１切り替え手段と、データ線と電荷電圧変換手段との接続、および接地ラインと電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段とを備えるので、検出素子からの電荷信号を複数のデータ線を介して加算して読み込むことができる。また、データ線と接続されている電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段が動作すればよいので、データ線と接続されていない電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段とを初期化することができる。このように、第２切り替え手段の切り替え接続により、動作している電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段と、初期化する電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段とを同時に並行して処理することができる。これより、電荷信号を高速に読み出すことができる光または放射線撮像装置が得られる。

　また、第２切り替え手段により、接地ラインと前記電荷電圧変換手段とが接続されているときに、前記電荷電圧変換手段の電荷信号を消去すればよい。これより、電荷電圧変換手段の電荷信号を確実に消去して初期化することができる。

　また、第２切り替え手段により、接地ラインと前記電荷電圧変換手段とが接続されているときに、前記電圧信号増幅手段の初期化を開始するとともに、第２切り替え手段により、前記データ線と前記電荷電圧変換手段とが接続された後に、前記電圧信号増幅手段の初期化を終了すればよい。これより、電圧信号増幅手段の初期化を確実に行うことができ、また、電圧信号増幅手段の初期化をデータ線と電荷電圧変換手段とが接続された後に初期化を終了することで、電圧信号増幅手段のベース電位をデータ線の電位に合わすことができる。

　また、第１切り替え手段は、前記データ線を２ラインずつ接続または遮断してもよい。　これより、光または放射線検出器の２次元マトリックスの行方向の２画素の電荷信号を加算することができる。これより、電荷信号を高速に読み出すことができる。

　本発明の第２の発明は、光または放射線撮像装置であって、光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送るスイッチング信号稼働手段と、前記光または放射線検出手段からデータ線を介して読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を増幅する電圧信号増幅手段と、前記電圧信号増幅手段にて増幅された電圧信号を一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、前記データ線をそれぞれ２本の接続ラインのいずれかと接続または遮断する第１切り替え手段と、前記接続ラインと前記電荷電圧変換手段との接続、または、接地ラインと前記電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段と、１本の前記データ線に対して、前記電荷電圧変換手段および前記電圧信号増幅手段並びに前記電圧信号保持手段とを並列に２組備えたことを特徴とする。

　本発明の第２の発明によれば、１本のデータ線に対して２本の接続ラインのいずれかと接続または遮断する第１切り替え手段と、接続ラインと電荷電圧変換手段との接続、および接地ラインと電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段と、１本のデータ線に対して、電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段並びに電圧信号保持手段とを並列に２組備えるので、検出素子からの電荷信号を交互に読み込むことができる。また、データ線と接続されている電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段が動作すればよいので、データ線と接続されていない電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段を初期化することができる。このように、第１切り替え手段および第２切り替え手段の切り替え接続により、動作している電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段と、初期化する電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段とを同時に並行して処理することができる。これより、電荷信号を高速に読み出すことができる光または放射線撮像装置が得られる。

　本発明に係る放射線または光撮像装置によれば、データ線と接続されている電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段が動作すればよいので、データ線と接続されていない電荷電圧変換手段と電圧信号増幅手段とを初期化することができる。このように、第２切り替え手段の切り替え接続により、動作している電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段と、初期化する電荷電圧変換手段および電圧信号増幅手段とを同時に並行して処理することができる。これより、光または放射線検出手段で生成された電荷信号を電圧信号へ変換する一連の読み込みを高速ですることができる。

実施例に係るＸ線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線検出器の構成を示す回路図である。 実施例に係るＸ線検出器のＸ線変換層周辺部の概略縦断面図である。 実施例に係るアンプアレイ部の構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線検出制御部のタイミングチャート図である。 本発明の他の実施例に係るＸ線検出器の構成を示す回路図である。 本発明の他の実施例に係るＸ線検出器の構成を示す回路図である。

符号の説明

　１　…　Ｘ線管
　３　…　Ｘ線平面検出器
　４　…　Ａ／Ｄ変換器
　５　…　画像処理部
　１１　…　Ｘ線検出制御部
　１２　…　ゲート駆動回路
　１３　…　第１切り替え部
　１４　…　第２切り替え部
　１５　…　アンプアレイ部
　１６　…　マルチプレクサ
　２３　…　電圧信号検出部
　２４　…　電荷検出増幅回路
　２５　…　ローパスフィルタ
　２６　…　信号増幅回路
　２７　…　サンプルホールド回路
　ＤＵ　…　検出素子
　ＳＣ　…　検出面
　Ｇ１～Ｇ１０　…　ゲート線
　Ｄ１～Ｄ１０　…　データ線

　以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
　図１は実施例に係るＸ線撮像装置の構成を示すブロック図であり、図２はＸ線検出器の構成を示す回路図であり、図３はＸ線検出器のＸ線変換層周辺部の概略断面図であり、図４はアンプアレイ部の構成を示すブロック図である。本実施例では、入射する光または放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、光りまたは放射線撮像装置としてＸ線撮像装置を例に採って説明する。

　＜Ｘ線撮像装置＞
　本実施例に係るＸ線撮像装置は、被検体にＸ線を照射して撮像を行う。具体的には、被検体を透過したＸ線像がＸ線変換層（本実施例ではアモルファスセレン膜）上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリア（電荷信号）が層内に発生することで電荷信号に変換される。

　図１に示すように、Ｘ線撮像装置は、撮像対象である被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管１と、被検体Ｍを載置させる天板２と、被検体Ｍを透過したＸ線量に応じた電荷信号を生成（Ｘ線を電荷信号として検出）し、さらに、この電荷信号を電圧信号に変換して出力するＸ線平面検出器３と、Ｘ線平面検出器３から出力された電圧信号をアナログからデジタルへ変換するＡ／Ｄ変換器４と、Ａ／Ｄ変換器４で変換されたデジタルの電圧信号を処理して画像を構成する画像処理部５と、Ｘ線撮像に関する種々の制御を行う主制御部６と、主制御部６での制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御するＸ線管制御部７と、Ｘ線撮像に関する入力設定を行うことが可能な入力部８、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを表示する表示部９、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを記憶する記憶部１０などを備えている。さらに、Ｘ線撮像装置の各部構成を詳細に説明する。

　図２に示すように、Ｘ線平面検出器３は、複数のＸ線検出素子ＤＵ、Ｘ線検出制御部１１、ゲート駆動回路１２、第１切り替え部１３、第２切り替え部１４、アンプアレイ部１５、マルチプレクサ１６とが備えられている。これら複数のＸ線検出素子ＤＵは、ゲート線Ｇ１～Ｇ１０によりゲート駆動回路１２と接続し、データ線Ｄ１～Ｄ１０により第１切り替え部１３および第２切り替え部１４を介してアンプアレイ部１５と接続されている。Ｘ線検出制御部１１は、ゲート駆動回路１２、第１切り替え部１３、第２切り替え部１４、アンプアレイ部１５、およびマルチプレクサ１６とに接続されている。

　Ｘ線検出素子ＤＵは、入射されたＸ線に感応して電荷信号を出力するものであり、Ｘ線が入射されるＸ線検出面ＳＣに縦横の２次元マトリックス状に配列されている。実際のＸ線検出面ＳＣにはＸ線検出素子ＤＵが、例えば、縦４０９６×横４０９６程度に２次元マトリックス状に配列されて用いられる。なお、図２においては、Ｘ線検出素子ＤＵが縦１０×横１０の２次元マトリックス状に配列したものを一例として図示している。Ｘ線検出面ＳＣは本発明における光または放射線検出手段に相当する。

　また、Ｘ線検出素子ＤＵは図３に示されるように、高電圧のバイアス電圧Ｖａを印加する電圧印加電極１７と、入射したＸ線から電荷信号へ変換するＸ線変換層１８とＸ線変換層１８で変換された電荷信号を収集、蓄積、読み出し（出力）を行うアクティブマトリックス基板１９とを備えている。

　Ｘ線変換層１８は、Ｘ線感応型半導体からなり、例えば、非晶質のアモルファスセレン（ａ－Ｓｅ）膜で形成されている。また、Ｘ線変換層１８にＸ線が入射すると、このＸ線のエネルギーに比例した所定個数のキャリア（電荷信号）が直接生成される構成（直接変換型）となっている。

　アクティブマトリックス基板１９は図３に示すように、絶縁性のガラス基板２０が設けられ、このガラス基板２０上には、電圧印加電極１７にバイアス電圧Ｖａが印加されたことに基づいて、Ｘ線変換層１８で変換された電荷信号を収集する収集電極２１、収集電極２１で収集された電荷信号を蓄積するコンデンサＣａ、スイッチング素子としてのＴＦＴ２２、ゲート駆動回路１２からＴＦＴ２２を制御するためのゲート線Ｇ１～Ｇ１０、ＴＦＴ２２から電荷信号が読み出されるデータ線Ｄ１～Ｄ１０とを設けている。

　次に、Ｘ線検出制御部１１は主制御部６（図１参照）から制御され、図２に示すようにゲート駆動回路１２と第１切り替え部１３と第２切り替え部１４とアンプアレイ部１５とマルチプレクサ１６とを統括制御するものであり、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的にアンプアレイ部１５へ取り出し、さらに、マルチプレクサ１６から順次出力させる制御を行うものである。具体的にはＸ線検出制御部１１は、ゲート駆動回路１２の動作を開始させるゲート動作信号と、第１切り替え部１３のスイッチＳ１をＯＮ・ＯＦＦさせる第１切り替え信号と、第２切り替え部１４のスイッチＳ２およびスイッチＳ３をＯＮ・ＯＦＦさせる第２切り替え信号と、アンプアレイ部１５のアンプリセットを開始させるアンプリセット信号と、マルチプレクサ１６の動作を制御するマルチプレクサ制御信号を出力する構成となっている。

　次に、ゲート駆動回路１２は、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的に取り出すために、各Ｘ線検出素子ＤＵのＴＦＴ２２を動作させるものである。ゲート駆動回路１２は、Ｘ線検出制御部１１からのゲート動作信号に基づいて、Ｘ線検出素子ＤＵの横行ごとに共通して接続されるゲート線Ｇ１～Ｇ１０を順次選択してゲート信号を送る。このとき、ゲート線Ｇ１～Ｇ１０の選択の方法として、１ラインずつ選択するノーマルモードと２ラインまとめて選択するダブルモードとがある。この選択した行内のＸ線検出素子ＤＵのＴＦＴ２２は、ゲート信号により一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサＣａに蓄積されたキャリア（電荷信号）がデータ線Ｄ１～Ｄ１０を通り第１切り替え部１３に出力される。ゲート駆動回路１２は、本発明におけるスイッチング信号稼働手段に相当し、ゲート信号は、本発明におけるスイッチング信号に相当する。

　次に、第１切り替え部１３は、データ線Ｄ１～Ｄ１０を１ラインごとにスイッチＳ１を介して接続する。すなわち、図２に示すように、データ線Ｄ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８、Ｄ９とＤ１０がそれぞれスイッチＳ１を介して接続されている。Ｘ線検出制御部１１からの第１切り替え信号により、スイッチＳ１はＯＮ・ＯＦＦの制御がされる。ノーマルモードでは、スイッチＳ１は常にＯＦＦ状態であり、ダブルモードではスイッチＳ１は常にＯＮ状態である。第１切り替え部１３は本発明における第１切り替え手段に相当する。

　次に、第２切り替え部１４は、データ線Ｄ１～Ｄ１０とアンプアレイ部１５内の電圧信号検出部２３との間にスイッチＳ２およびＳ３を介して接続する。スイッチＳ２はデータ線Ｄ１～Ｄ１０が奇数番目のラインであるデータ線Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９と接続され、スイッチＳ３はデータ線Ｄ１～Ｄ１０が偶数番目のラインであるデータ線Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０と接続されている。スイッチＳ２およびスイッチＳ３がＯＮ状態のときに、データ線Ｄ１～Ｄ１０と電圧信号検出部２３とが接続され導通状態にある。スイッチＳ２およびスイッチＳ３がＯＦＦ状態の時には、接地ラインＧＲと電圧信号検出部２３とが接続される。スイッチＳ２およびスイッチＳ３は、Ｘ線検出制御部１１からの第２切り替え信号により、ＯＮ・ＯＦＦの制御がされる。第２切り替え部１４は本発明における第２切り替え手段に相当する。

　次に、アンプアレイ部１５は、Ｘ線検出素子ＤＵの縦列ごとのデータ線Ｄ１～Ｄ１０に対応した数（図２では１０個）の電圧信号検出部２３が備えられている。電圧信号検出部２３は、電荷検出増幅回路（ＣＳＡ：Charge Sensitive Amplifier）２４とローパスフィルタ２５と信号増幅回路２６とサンプルホールド回路２７とが備えられている。電圧信号検出部２３では、データ線Ｄ１～Ｄ１０を介して読み出された電荷信号を電圧信号に変換し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ１６に出力する。詳細な説明は後で行う。

　次に、マルチプレクサ１６の内部には、サンプルホールド回路２７の数に対応した数のスイッチが設けられている。また、マルチプレクサ１６は、Ｘ線検出制御部１１からのマルチプレクサ制御信号に基づいてスイッチのいずれかひとつを順次ＯＮ状態に切り替えて、各サンプルホールド回路２７から出力される電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号としてＡ／Ｄ変換器４へ出力する。

　次に、Ａ／Ｄ変換器４は、マルチプレクサ１６からの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部５へ出力する。

　＜電圧信号検出部＞
　以下に、電圧信号検出部２３の電気的構成を図４を用いて詳細に説明する。
　電圧信号検出部２３は、各Ｘ線検出素子ＤＵから出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路（ＣＳＡ）２４と、この電荷検出増幅回路２４で変換された電圧信号において、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタ２５と、ローパスフィルタ２５の一部であるコンデンサＣｓ１と結合し、ローパスフィルタ２５を通過した電圧信号を、増幅素子Ａ２を用いて増幅する信号増幅回路２６と、信号増幅回路２６で増幅された電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持し、出力するサンプルホールド回路２７とを備えている。

　電荷検出増幅回路２４は、増幅素子であり、反転入力端子がデータ線Ｄ１～Ｄ１０に接続された演算増幅器Ａ１と、この演算増幅器Ａ１の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサＣｆ１と、この帰還コンデンサＣｆ１に並列に設けられたスイッチＳＷ１とを備えている。また、演算増幅器Ａ１の非反転入力端子には、基準電圧Ｖrefが印加されている。なお、基準電圧Ｖrefは、接地レベル（０［V］）である。電荷検出増幅回路２４は本発明における電荷電圧変換手段に相当する。

　また、スイッチSW１は、Ｘ線検出制御部１１からの制御に基づいて、導通状態（ＯＮ状態）および遮断状態（ＯＦＦ状態）に変化するものである。具体的には、スイッチSW１はＸ線検出制御部１１からの第１アンプリセット信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW1が導通状態の場合には、帰還コンデンサＣｆ１に蓄積された電荷が放電され、帰還コンデンサＣｆ１がリセットされた状態となり、電荷検出増幅回路２４が初期化された状態となる。さらに、所定の時間経過後にスイッチＳＷ１が遮断状態になると初期化状態が解除され、この時点以降にデータ線Ｄ１～Ｄ１０から入力された電荷信号が帰還コンデンサＣｆ１に蓄積される。これより、電荷検出増幅回路２４は、初期化状態が解除された時点以降に入力された電荷信号に応じた電圧信号を出力する構成である。

　ローパスフィルタ２５は、電荷検出増幅回路２４の演算増幅器Ａ１の出力端と直列に接続された抵抗Ｒ１と、この抵抗Ｒ１に直列に接続された入力コンデンサＣｓ１により構成される。このローパスフィルタ２５により、高周波帯域成分の信号の通過を制限した状態で電圧信号を信号増幅回路２６に出力する構成である。なお、入力コンデンサＣｓ１は、ローパスフィルタ２５および信号増幅回路２６の構成の一部である。

　信号増幅回路２６は、増幅回路の一つであり、コンデンサ帰還の反転増幅器である演算増幅器Ａ２と、この演算増幅器Ａ２の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサＣｆ２と、この帰還コンデンサＣｆ２に並列に設けられたスイッチＳＷ２と、演算増幅器Ａ２の反転入力端子に一端が接続された入力コンデンサＣｓ１とを備えている。また、演算増幅器Ａ２の非反転入力端子には、基準電圧Ｖrefが印加されている。信号増幅回路２６は、本発明における電圧信号増幅手段に相当する。

　また、スイッチSW２は、Ｘ線検出制御部１１からの制御に基づいて、導通状態（ＯＮ状態）および遮断状態（ＯＦＦ状態）に変化するものである。具体的には、スイッチSW２はＸ線検出制御部１１からの第２アンプリセット信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW２が導通状態の場合には、帰還コンデンサＣｆ２に蓄積された電荷が放電され、帰還コンデンサＣｆ２がリセットされた状態となり、信号増幅回路２６が初期化された初期化状態となる。さらに、所定の時間経過後にスイッチＳＷ２が遮断状態になると、信号増幅回路２６は、倍率ＭＡ＝｜Ｃｓ１／Ｃｆ２｜で、入力された電圧信号を反転増幅して出力する増幅状態となる。また、入力コンデンサＣｓ１と帰還コンデンサＣｆ２を備える信号増幅回路２６はＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路でもある。

　サンプルホールド回路２７は、信号増幅回路２６で増幅された電圧信号を入力し、Ｘ線検出制御部１１からのサンプルホールド制御信号に基づいて、この電圧信号を所定の時間においてサンプリングし、所定の時間が経過した時点での電圧信号を保持（ホールド）し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ１６に出力する。サンプルホールド回路２７は、本発明における電圧信号保持手段に相当する。

　また、スイッチＳ１のＯＮ・ＯＦＦに関係なく、スイッチＳ２を介して奇数番目のラインであるデータ線Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９と接続される電荷検出増幅回路（ＣＳＡ）２４、信号増幅回路（ＣＤＳ）２６、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）２７をそれぞれ、ＣＳＡ奇数チャンネル、ＣＤＳ奇数チャンネル、Ｓ／Ｈ奇数チャンネルとする。同様に、スイッチＳ３を介して偶数番目のラインであるデータ線Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０と接続される電荷検出増幅回路２４、信号増幅回路２６、サンプルホールド回路２７をそれぞれ、ＣＳＡ偶数チャンネル、ＣＤＳ偶数チャンネル、Ｓ／Ｈ偶数チャンネルとする。

　＜Ｘ線撮像＞
　次に、本実施例におけるＸ線撮像装置でＸ線撮像が実行される場合の動作を、図１～図５を用いて説明する。図５は、実施例に係るＸ線検出制御部のタイミングチャート図である。

　まず、入力部８においてノーマルモードかダブルモードかでのＸ線撮像開始の指示をする。ノーマルモードにおいては、ゲート駆動回路１２よりゲート線が１ラインごとに選択されて、各行ごとの電荷信号を読み出す。画像処理時間に余裕のある静止画撮影時に最適である。

　これに対して、ダブルモードとは、２×２画素加算の画素加算モードである。行方向に２個と列方向に２個の合計４個の画素領域の電荷信号を加算して放射線検出信号を得る。２行ごとに電荷信号を読み取り、画像処理時間の短縮化になるので、動画撮影時に最適である。以下、ダブルモードでのＸ線撮像の説明をする。

　入力部８からのＸ線撮像開始の指示により、主制御部６は、Ｘ線管制御部７とＸ線平面検出器３のＸ線検出制御部１１とを制御する。Ｘ線管制御部７は、主制御部６からの制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御し、Ｘ線管１からＸ線が被検体Ｍに照射される。さらに、被検体Ｍを透過したＸ線は、Ｘ線平面検出器３のＸ線検出素子ＤＵにより被検体Ｍを透過したＸ線量に応じた電荷信号に変換され、コンデンサＣａにより蓄積される。

　次に、図５を用いて、各検出素子ＤＵにゲート線Ｇ１～Ｇ１０を介して接続されたゲート駆動回路１２の動作、およびデータ線Ｄ１～Ｄ１０を介して接続された第１切り替え部１３、第２切り替え部１４、アンプアレイ部１５の動作、並びにこれらを制御するＸ線検出制御部１１の動作を説明する。

　Ｘ線検出制御部１１は、主制御部６からの制御に基づいて、ダブルモード時には第１切り替え部のスイッチＳ１をＯＮにする制御信号を送る。これにより、第１切り替え部１３のスイッチＳ１が導通するので、データ線Ｄ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８、Ｄ９とＤ１０とがそれぞれ接続される。このようにして、各データ線に接続された画素から２列同時に電荷信号を読み込む。

　また、Ｘ線検出制御部１１は、第２切り替え部１４のスイッチＳ２およびＳ３とアンプアレイ部１５内の電圧信号検出部２３内の電荷検出増幅回路２４のスイッチＳＷ１および信号増幅回路２６のスイッチＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦ制御およびサンプルホールド回路２７のサンプルホールド制御を指令する。

　まず、Ｘ線検出制御部１１は、第２切り替え部１４のスイッチＳ２と接続されるＣＳＡ奇数チャンネルと、ＣＤＳ奇数チャンネルに対して、第１アンプリセット信号および第２アンプリセット信号を出力する。この第１アンプリセット信号により、ＣＳＡ奇数チャンネルのスイッチＳＷ１がＯＮ状態で導通し、帰還コンデンサＣｆ１がリセットされ、図５（ｃ）に示すように、ＣＳＡ奇数チャンネルが初期化する（ｔ１～ｔ２）。この時、図５（ｂ）に示すように、スイッチＳ２はＯＦＦ状態である。このように、ＣＳＡ奇数チャンネルがスイッチＳ２を介して接地ラインＧＲと接続しているときに、ＣＳＡ奇数チャンネルが初期化する。また、第２アンプリセット信号により、ＣＤＳ奇数チャンネルのスイッチＳＷ２がＯＮ状態で導通し、帰還コンデンサＣｆ２がリセットされ、ＣＤＳ奇数チャンネルが初期化する（ｔ１～ｔ４）。この際、電荷検出増幅回路（ＣＳＡ）２４よりも信号増幅回路（ＣＤＳ）２６を初期化する方が時間を要するので、ＣＳＡ奇数チャンネルの初期化が終わった後でも、ＣＤＳ奇数チャンネルの初期化を継続している。

　次に、第２切り替え部１４のスイッチＳ２がＯＮ状態（ｔ３）になる。この際、ＣＳＡ奇数チャンネルは、接続された２本のデータ線から読み出される電荷信号を電圧信号へと変換する。しかしながら、この時点では、ＣＤＳ奇数チャンネルの初期化を継続している。これより、ＣＤＳ奇数チャンネルの入力コンデンサＣｓ１は、２本のデータ線のそれぞれの電位を加算した電位となる。つまり、入力コンデンサＣｓ１は、接地準位から、接続された２本のデータ線のそれぞれの電位を加算した電位へと変化し、これをベース電位とする。このように、ＣＳＡ奇数チャンネルがスイッチＳ２を介して接地ラインＧＲと接続されているときにＣＤＳ奇数チャンネルも初期化を開始して、データ線とＣＳＡ奇数チャンネルとが接続された後に、ＣＤＳ奇数チャンネルの初期化を終了する。

　次に、Ｘ線検出制御部１１はゲート駆動回路１２に対してゲート動作信号を出力する。このゲート動作信号により、図５（ａ）に示すように、ゲート駆動回路１２がゲート線を２ライン毎に順次選択する。本実施例では、ゲート線Ｇ１およびＧ２，Ｇ３およびＧ４，…，Ｇ９およびＧ１０の順に２ラインずつ選択するものとして説明する。

　先ず、ゲート駆動回路１２がゲート線Ｇ１およびＧ２を選択して、ゲート線Ｇ１およびＧ２に接続された各検出素子ＤＵが指定される。指定された各検出素子ＤＵのＴＦＴ２２のゲートは、ゲート駆動回路１２からゲート信号が送られることで電圧が印加され、ＯＮ状態（ｔ４～ｔ６）となる。これより、指定された各ＴＦＴ２２に接続されるコンデンサＣａに蓄積されたキャリア（電荷信号）が、ＴＦＴ２２を経由して、データ線Ｄ１～Ｄ１０に読み出される。

　また、図５（ｂ）と（ｆ）に示すように、１ライン読み出し期間Ｔｓごとに、第２切り替え部１４のスイッチＳ２およびＳ３は交互にＯＮ・ＯＦＦ状態になっている。Ｓ２がＯＮ状態である時（ｔ３～ｔ８、ｔ１３～ｔ１８）は、Ｓ３はＯＦＦ状態であり、Ｓ２がＯＦＦ状態である時（ｔ８～ｔ１３、ｔ１８～ｔ２３）は、Ｓ３はＯＮ状態である。これより、１ライン読み出し期間Ｔｓごとに、接続される電圧信号検出部２３が交互に入れ替わる。

　さらに、第１切り替え部１３のスイッチＳ１がＯＮ状態にあり、第２切り替え部１４にて１ライン読み出し期間Ｔｓごとに、接続される電圧信号検出部２３が交互に入れ替わるので、各データ線ごとに読み出された電荷信号は、２列ごとに加算される。

　そして、ＣＤＳ奇数チャンネルがベース電位へ移行した時点（ｔ４）で、ＣＤＳ奇数チャンネルのスイッチＳＷ２をＯＦＦして、遮断する。これにより、ＣＳＡ奇数チャンネルで変換された電圧信号がＣＤＳ奇数チャンネルにて増幅される。

　この時（ｔ４）、ＣＳＡ偶数チャネルおよび、ＣＤＳ偶数チャンネルはスイッチがＯＮ状態であり、初期化を開始する。ＣＳＡ偶数チャネルについてはｔ４～ｔ５の間、ＣＤＳ偶数チャンネルについてはｔ４～ｔ９の間初期化する。このように、ＣＳＡ偶数チャンネルがスイッチＳ３を介して接地ラインＧＲと接続しているときに、ＣＳＡ偶数チャンネルが初期化する。また、ＣＳＡ偶数チャンネルがスイッチＳ３を介して接地ラインＧＲと接続されているときにＣＤＳ偶数チャンネルも初期化を開始して、データ線とＣＳＡ偶数チャンネルとが接続された後に、ＣＤＳ偶数チャンネルの初期化を終了する。ＣＳＡ偶数チャネルはｔ５からＯＦＦ状態になり電荷信号を蓄積する状態になるが、スイッチＳ３が接地ラインと接続されておりＣＳＡ偶数チャネルには電荷が流れ込まないので、電荷信号を蓄積することはない。

　そして、ＣＤＳ奇数チャンネルが電圧信号を蓄積している間に、ＣＤＳ偶数チャンネルは初期化している。このように、交互に信号増幅回路（ＣＤＳ）２６を初期化することで、初期化するのに十分な時間を確保している。

　そして、Ｘ線検出制御部１１はゲート駆動回路１２へゲート動作信号を停止した後（ｔ６）、Ｓ／Ｈ奇数チャンネルへサンプルホールド制御信号を送る。この信号により、Ｓ／Ｈ奇数チャンネルでは、図５（ｅ）に示すように、ＣＤＳ奇数チャンネルで増幅された電圧信号の電位とベース電位との差の電位をサンプリングする（ｔ７～ｔ８）とともに一旦ホールドする。

　その後、Ｘ線検出制御部１１はマルチプレクサ１６へマルチプレクサ制御信号を送る（ｔ８）。この信号により、図５（ｊ）に示すように、マルチプレクサ１６からＳ／Ｈ奇数チャンネルにホールドされた電圧信号を時分割信号として出力する（ｔ８～ｔ１１）。出力された電圧信号はＡ／Ｄ変換器４にてアナログ値からデジタル値へ変換される。この変換されたデジタル信号に基づいて、画像処理部５は信号処理を行って、２次元状の撮像画像を構成する。

　次に、第２切り替え部１４のスイッチＳ２がＯＦＦ状態に、スイッチＳ３がＯＮ状態になった（ｔ８）後に、ゲート駆動回路１２がゲート線Ｇ３およびＧ４を選択する（ｔ９）。その後、同様の手順で、ゲート線Ｇ３およびＧ４に接続された各検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリア（電荷信号）が、データ線Ｄ１～Ｄ１０に読み出される（ｔ９～ｔ１１）。

　このように、次の１ライン読み出し期間Ｔｓでは、ＣＳＡ奇数チャンネルおよびＣＤＳ奇数チャンネルが初期化され、ＣＳＡ偶数チャンネルおよびＣＤＳ偶数チャンネルがそれぞれ電圧変換と電圧信号増幅とを既に上述したのと同様に行う。

　ゲート線を２ラインずつ選択する度に、第２切り替え部１４のスイッチＳ２とＳ３のＯＮ・ＯＦＦが入れ替わることで、電荷検出増幅回路２４および信号増幅回路２６の初期化が交互にできる。これより、ダブルモード時において、２本のデータ線を介して加算されて蓄積された電荷信号および電圧信号を初期化することができる。

　残りのゲート線Ｇ５からＧ１０についても同様に順に選択することで、２次元状に電荷信号を読み出す。このように、ゲート駆動回路１２がゲート線Ｇ１～Ｇ１０を２ラインずつ順次選択することで、各ゲート線に接続された検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリア（電荷信号）が、データ線Ｄ１～Ｄ１０に読み出される。

　以上のように、本実施例によれば、Ｘ線検出素子ＤＵで変換された電荷信号をデータ線を介して加算して読み込むことができる。また、データ線と接続されている電圧信号検出部２３が動作すればよいので、データ線と接続されていない電圧信号検出部２３内の電荷検出増幅回路２４と信号増幅回路２６とを初期化することができる。このように、第２切り替え部１４の切り替え接続により、動作している電圧信号検出部２３と、初期化する電圧信号検出部２３内の電荷検出増幅回路２４および信号増幅回路２６とを同時に並行して処理することができる。これより、電荷信号を高速に読み出すことができる。

　また、電荷信号の加算が電圧信号へ変換した後ではなく、電圧信号へ変換する前にされているので、電荷検出増幅回路２４で発生するノイズが電圧信号に加わり、これを、信号増幅回路２６で増幅することがない。このように、電荷信号を電圧信号検出部２３へ入力される前に加算しているので、電圧信号検出部２３から出力された電圧信号を加算するよりもノイズを低減することができる。

　本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

　（１）上述した実施例では、２×２画素加算のダブルモードであったが、第１切り替え部３１内において３本のデータ線の接続または遮断するために、３本のデータ線の間にスイッチＳ１を２つ接続して、３×３画素加算のトリプルモードを実施してもよい。図６に示すように、データ線Ｄ１～Ｄ３間、Ｄ４～Ｄ６間、Ｄ７～Ｄ９間がそれぞれ接続され、２次元マトリックスの行方向に３画素分の電荷信号を加算することができる。また、ゲート駆動回路１２からゲート線Ｇ１～Ｇ３を同時にゲート信号を送れば、２次元マトリックスの列方向に３画素分の電荷信号を加算することができる。ゲート線Ｇ４～Ｇ９も順に、ゲート線を３本ずつまとめてゲート信号を送ればよい。このようにして、３×３画素加算をすることができる。これより、電荷信号の読み出しがより高速になるので、画像処理をより高速にすることができる。また、第１切り替え部３１内の接続するスイッチＳ１の数を増やせば、４×４画素加算、さらに多くの画素加算も可能である。また、全てのデータ線の間にスイッチＳ１にて接続または遮断することで、ノーマルモードまたはダブルモードまたはトリプルモードのいずれかを選択して実施できるようにしてもよい。

　（２）上述した実施例では、第１切り替え部１３によりデータ線を接続することで、ゲート線を選択する度に、電圧信号検出部２３の初期化を交互にすることが可能であった。そこで、図７に示すように、データ線１ラインごとに電圧信号検出部２３を２個備えてもよい。つまり、第１切り替え部４１にて、スイッチＳ４により、１本のデータ線に対して２本の接続ライン４２のいずれかと接続する。また、第２切り替え部４３にて、
スイッチＳ５により、接続ライン４２と電荷信号検出部２３との接続、および接地ラインＧＲと電荷信号検出部２３との接続のいずれかに切り替え接続をする。

　この構成によれば、１本のデータ線に対して、電荷検出増幅回路２４および信号増幅回路２６並びにサンプルホールド回路２７とを並列に２組備えるので、Ｘ線検出素子ＤＵからの電荷信号を交互に読み込むことができる。また、データ線と接続されている電荷検出増幅回路２４と信号増幅回路２６とが動作すればよいので、データ線と接続されていない電荷検出増幅回路２４と信号増幅回路２６とを初期化することができる。このように、第１切り替え部４１と第２切り替え部４３の切り替え接続により、動作している電荷検出増幅回路２４と信号増幅回路２６と、初期化する電荷検出増幅回路２４と信号増幅回路２６とを同時に並行して処理することができる。これより、電荷信号を高速に読み出すことができる。また、ゲート線を１ラインずつ選択しても、電圧信号検出部２３を交互に初期化することができるので、より高画質な画像処理をすることができる。

　（３）上述した実施例では、検出素子ＤＵはＸ線に感応するＸ線感応型半導体であったが、光感応型半導体を採用すれば、同じ構成にて高速に読み出しができる光撮像装置を製作することができる。

Claims (5)

1. 　光または放射線撮像装置であって、
   　光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、
   　前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送るスイッチング信号稼働手段と、
   　前記光または放射線検出手段からデータ線を介して読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、
   　前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を増幅する電圧信号増幅手段と、
   　前記電圧信号増幅手段にて増幅された電圧信号を一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、
   　前記データ線間を接続または遮断する第１切り替え手段と、
   　前記データ線と前記電荷電圧変換手段との接続、または、接地ラインと前記電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段とを備え、
   　前記第１切り替え手段により前記データ線間が接続されることで、複数のデータ線上に接続された前記検出素子からの電荷信号を同時に読み出すことができる
   　ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
2. 　請求項１に記載の光または放射線撮像装置において、
   　前記第２切り替え手段により、接地ラインと前記電荷電圧変換手段とが接続されているときに、前記電荷電圧変換手段の電荷信号を消去する
   　ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
3. 　請求項２に記載の光または放射線撮像装置において、
   　前記第２切り替え手段により、接地ラインと前記電荷電圧変換手段とが接続されているときに、前記電圧信号増幅手段の初期化を開始するとともに、
   　前記第２切り替え手段により、前記データ線と前記電荷電圧変換手段とが接続された後に、前記電圧信号増幅手段の初期化を終了する
   　ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
4. 　請求項１から３いずれか１つに記載の光または放射線撮像装置において、
   　前記第１切り替え手段は、前記データ線を２ラインずつ接続または遮断する
   　ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
5. 　　光または放射線撮像装置であって、
   　光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、
   　前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送るスイッチング信号稼働手段と、
   　前記光または放射線検出手段からデータ線を介して読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、
   　前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を増幅する電圧信号増幅手段と、
   　前記電圧信号増幅手段にて増幅された電圧信号を一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、
   　前記データ線をそれぞれ２本の接続ラインのいずれかと接続する第１切り替え手段と、
   　前記接続ラインと前記電荷電圧変換手段との接続、または、接地ラインと前記電荷電圧変換手段との接続のいずれかに切り替え接続をする第２切り替え手段と、
   　１本の前記データ線に対して、前記電荷電圧変換手段および前記電圧信号増幅手段並びに前記電圧信号保持手段とを並列に２組備えた
   　ことを特徴とする光または放射線撮像装置。

Images