WO2021172167A1 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の駆動方法、および、プログラム - Google Patents

放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の駆動方法、および、プログラム Download PDF

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可菜子 佐藤
明 佃
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation imaging device, a radiation imaging system, a driving method of the radiation imaging device, and a program.
  • Patent Document 1 discloses that a capacitance for sensitivity switching is connected to an output node of a photodiode via a switch, and the switch is switched on / off to switch between a high dynamic range mode and a high sensitivity mode. ing.
  • the radiographic image may have a high dose area and a low dose area depending on the subject.
  • the linearity of the signal value after A / D conversion with respect to the incident dose may decrease due to the influence of 1 / f noise generated by the pixel or the A / D converter.
  • the signal value in the low dose region is smaller than that in the high sensitivity mode, so 1 / f noise is relatively relative. The influence of such things will be large.
  • An object of the present invention is to provide a technique advantageous for suppressing a decrease in linearity in a high dynamic range and a low dose region in a radiation imaging apparatus.
  • the radiation imaging apparatus includes a plurality of pixels including a conversion unit that generates a pixel signal according to the incident radiation, a sampling unit that samples the pixel signal, and a sampling unit.
  • a radiation imaging device comprising a processing unit for processing a signal sampled by When the first signal value obtained by the sampling unit sampling the pixel signal with the first sensitivity is smaller than the first threshold value, the processing unit samples the pixel signal with the second sensitivity.
  • a pixel value is generated based on the second signal value obtained, and when the first signal value exceeds the second threshold value larger than the first threshold value, the pixel value is generated based on the first signal value, and the first signal value is generated.
  • the signal value is equal to or greater than the first threshold value and equal to or less than the second threshold value
  • the pixel value is generated based on the first signal value and the second signal value.
  • the above means provides a technique advantageous for suppressing a decrease in linearity in a high dynamic range and a low dose region in a radiation imaging apparatus.
  • the accompanying drawings are included in the specification and are used to form a part thereof, show embodiments of the present invention, and explain the principles of the present invention together with the description thereof.
  • the figure which shows the structural example of the pixel of the radiation imaging apparatus of FIG. The timing diagram explaining the control example of the drive of the radiation imaging apparatus including the pixel of FIG.
  • the flow chart which shows the generation method of the pixel value of the radiation imaging apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a timing diagram illustrating a control example of driving a radiation imaging device including the pixels of FIG. 7.
  • the figure which shows the structural example of the pixel and the reading part of the radiation imaging apparatus of FIG. The figure which shows the modification of the flow diagram of FIG.
  • the radiation in the present invention includes beams having the same or higher energy, for example, X, in addition to ⁇ rays, ⁇ rays, ⁇ rays, etc., which are beams produced by particles (including photons) emitted by radiation decay. It can also include lines, particle rays, cosmic rays, etc.
  • FIG. 1 is a system block diagram showing an overall configuration example of a radiation imaging system SYS including the radiation imaging device 150 according to the present embodiment.
  • the radiation imaging system SYS includes an imaging unit 100, a system control unit 101, a display unit 102, an irradiation control unit 103, and a radiation source 104.
  • the imaging unit 100 acquires image data indicating internal information of the subject by imaging using radiation, and outputs the image data to the system control unit 101.
  • the system control unit 101 includes a processing unit 130 that performs image processing and data processing on the image data output from the imaging unit 100.
  • the radiation imaging device 150 in the present embodiment includes an imaging unit 100 for acquiring image data, and a processing unit 130 for performing image processing and data processing on the image data.
  • the system control unit 101 also functions as a control unit that exchanges control signals between the units and performs system control and synchronous control of the entire radiation imaging system SYS including the imaging unit 100 and the irradiation control unit 103.
  • the display unit 102 includes, for example, a display, and displays a radiation image based on image data output from the image pickup unit 100 via the system control unit 101. For example, frame image data corresponding to irradiation is transferred from the imaging unit 100 to the system control unit 101, image processing is performed by the system control unit 101, and then the radiation image is displayed on the display unit 102 in real time.
  • the irradiation control unit 103 is controlled by the system control unit 101 so as to be synchronized with the imaging unit 100 when capturing a radiation image.
  • the irradiation control unit 103 outputs a signal for irradiating radiation to the radiation source 104, which is a radiation generator, in response to the control signal output from the system control unit 101.
  • the radiation source 104 generates radiation for performing radiation imaging in response to a signal output from the irradiation control unit 103.
  • the system control unit 101 outputs a signal for controlling the irradiation of radiation to the radiation source 104 for irradiating the imaging unit 100 of the radiation imaging device 150 with radiation via the irradiation control unit 103.
  • the imaging unit 100 includes a sensor panel 105, a reading unit 106, and a control unit 109.
  • the reading unit 106 reads out an image signal output from the sensor panel 105.
  • the control unit 109 controls each unit in the imaging unit 100 while exchanging signals such as control signals with the system control unit 101.
  • a plurality of sensor units 120 are arranged on the sensor panel 105.
  • Each sensor unit 120 may be a sensor chip manufactured by a known semiconductor manufacturing process using a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and pixels, which are CMOS image pickup elements, are arranged in a two-dimensional array. ..
  • Each sensor unit 120 has an imaging region for acquiring a signal for an image indicating internal information of the subject. Further, each sensor unit 120 may have a light-shielded optical black region in addition to the imaging region.
  • Each sensor unit 120 may be physically separated by dicing or the like. In other words, the plurality of sensor units 120 arranged on the sensor panel 105 may have a separable configuration for each sensor unit 120.
  • the sensor panel 105 By tiling a plurality of sensor units 120 on a plate-shaped base (not shown), the sensor panel 105 can be enlarged. Each sensor unit 120 can be tiled so that the pixel conversion elements formed in the sensor unit 120 are arranged at the same pitch as the inside of the sensor unit 120 across the boundary of the sensor units 120 adjacent to each other. ..
  • the configuration shown in FIG. 1 shows a configuration in which the sensor unit 120 is tiling over 2 rows ⁇ 7 columns for the sake of simplicity, but the configuration of the sensor panel 105 is not limited to this configuration.
  • a scintillator (not shown) that converts radiation into light is arranged on the side of the incident surface of the sensor panel 105 that is irradiated with radiation, and a pixel conversion element arranged in each sensor unit 120 of the sensor panel 105. Provides an electrical signal corresponding to the light converted from the radiation.
  • a configuration example of an image pickup apparatus using a pixel including an indirect type conversion element that converts radiation into light by a scintillator and photoelectrically converts the converted light is shown, but radiation is directly converted into an electric signal.
  • An image pickup apparatus using a direct type conversion element may be used.
  • the reading unit 106 includes, for example, a differential amplifier 107 and an A / D converter 108 that performs analog-to-digital (A / D) conversion.
  • a / D analog-to-digital
  • Electrodes for sending and receiving signals or supplying power are arranged on the upper and lower sides of the sensor panel 105.
  • the electrodes are connected to an external circuit by a flying lead type printed wiring board (not shown) or the like.
  • the image signal from the sensor panel 105 is read by the reading unit 106 via the electrode, and the control signal from the control unit 109 is supplied to the sensor panel 105 via the electrode.
  • the control unit 109 controls the operation of the sensor panel 105, the differential amplifier 107, and the A / D converter 108. For example, the setting of the reference voltage supplied to each sensor unit 120, the drive control of each pixel, and the operation mode. Take control. Further, the control unit 109 uses one image signal (digital data) output from each sensor of the sensor panel 105 that has been A / D converted by the A / D converter 108 of the reading unit for each unit period. Generate frame data. The generated frame data is output to the system control unit 101 as image data.
  • the imaging unit 100 may further include a memory 115.
  • the memory 115 may store a program for operating the imaging unit 100 of the radiation imaging device 150. Further, various correction data and parameters may be stored in the memory 115.
  • Control signals such as control commands and image data are exchanged between the control unit 109 and the system control unit 101 via various interfaces.
  • the control interface 110 is an interface for exchanging image pickup information and setting information such as a drive mode and various parameters. Further, the control interface 110 may exchange device information such as the operating state of the imaging unit 100.
  • the image data interface 111 is an interface for outputting an image signal (image data) output from the imaging unit 100 to the system control unit 101. Further, the control unit 109 notifies the system control unit 101 by the READY signal 112 that the image pickup unit 100 is ready for imaging.
  • the system control unit 101 notifies the control unit 109 of the timing of radiation irradiation start (exposure) by the synchronization signal 113 in response to the READY signal 112 output from the control unit 109.
  • the system control unit 101 outputs a control signal to the irradiation control unit 103 while the exposure permission signal 114 output from the control unit 109 is in the enabled state, and starts irradiation of radiation.
  • the system control unit 101 may be connected to an information input unit for inputting imaging information such as an operation mode and various parameters, and an input unit (not shown) such as an information input terminal, and each unit may be connected. Is controlled based on the imaging information input by the user.
  • the system control unit 101 functions as a drive mode setting unit, selects a drive mode based on the imaging information input by the user, and controls the entire radiation imaging system SYS so that the radiation imaging system SYS operates.
  • the imaging unit 100 generates frame data for each unit period of the image signal from the pixels read from the sensor panel 105, and outputs the image data to the system control unit 101.
  • the processing unit 130 of the system control unit 101 performs predetermined image processing and data processing on the image data, and causes the display unit 102 to display a radiation image based on the image data.
  • Each unit in the radiation imaging system SYS is not limited to the above configuration, and the configuration of each unit may be appropriately changed depending on the purpose and the like.
  • each function of two or more units such as the system control unit 101 and the irradiation control unit 103 may be achieved by one unit.
  • the imaging unit 100 and the system control unit 101 are shown as separate units, but the present invention is not limited to this.
  • the imaging unit 100 may include some or all of the functions of the system control unit 101, the display unit 102, and the irradiation control unit 103, in addition to the functions provided by the imaging unit 100.
  • a processing unit 130 that performs image processing of the system control unit 101 may be included in the imaging unit 100, and some functions of a certain unit may be achieved by another unit. Further, for example, the function as the processing unit 130 that performs image processing of the system control unit 101 and the function as the control unit that performs system control are achieved by different units, and each unit is different depending on the function. It may be divided into units.
  • FIG. 2 shows a circuit configuration example of one pixel PIX out of a plurality of pixels arranged in each sensor unit 120 of the sensor panel 105.
  • the photodiode PD is a photoelectric conversion element, and converts the light generated by the scintillator according to the incident radiation into an electric signal. Therefore, the conversion unit 201 that generates a pixel signal corresponding to the incident radiation includes a scintillator and a photodiode PD that is a conversion element. Specifically, the photodiode PD generates an electric charge in an amount corresponding to the amount of light generated by the scintillator.
  • the sensor panel 105 using the indirect type conversion element is considered as described above, and the configuration in which the photodiode PD is used as the conversion unit 201 for converting radiation into an electric signal (charge) is shown.
  • the conversion unit 201 for converting radiation into an electric signal for example, a direct type conversion element that directly converts radiation into an electric signal may be used.
  • each pixel PIX includes a capacitance Cfd, a Cfd1, and a transistor M1 which is a switch arranged between the output node of the conversion unit 201 and the capacitance Cfd1.
  • the capacitance Cfd is the capacitance of the floating diffusion (floating diffusion region) for accumulating the electric charge generated by the photodiode PD.
  • the capacitance Cfd may also include a parasitic capacitance parasitic on the photodiode PD.
  • the transistor M1 is a switch element for switching the sensitivity of the pixel PIX to radiation.
  • the capacitance Cfd1 is a switching capacitance for switching the sensitivity of the pixel PIX, and is connected to the photodiode PD via the transistor M1. With this configuration, in each pixel PIX, the capacitance value of the capacitance for accumulating the electric charge generated by the photodiode PD can be changed, and the sensitivity of the pixel PIX to radiation can be switched.
  • the transistor M2 is a reset switch for discharging the electric charge accumulated in the photodiode PD, the capacitance Cfd, and the capacitance Cfd1.
  • the transistor M4 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier) for operating as a source follower.
  • the transistor M3 is a selection switch for putting the transistor M4 into an operating state.
  • a clamp circuit 202 for removing kTC noise generated in the conversion unit 201 including the photodiode PD is provided in the subsequent stage of the transistor M4.
  • the capacitance Ccl is the clamp capacitance
  • the transistor M5 is a clamp switch for clamping.
  • the transistor M7 is an amplification MOS transistor (pixel amplifier) that operates as a source follower.
  • the transistor M6 is a selection switch for putting the transistor M7 into an operating state.
  • a sampling unit 203 provided with three sample hold circuits is arranged after the transistor M7.
  • the transistors M8 and M11 are sample hold switches constituting a sample hold circuit for accumulating an optical signal which is a pixel signal for an image generated by a photodiode PD by light converted from radiation, respectively.
  • the capacitance CS1 and the capacitance CS2 are holding capacitances for holding the sampled optical signal.
  • the transistor M14 is a sample hold switch that constitutes a sample hold circuit for accumulating a signal of a reference voltage.
  • the capacitance CN is a holding capacitance for holding the sampled reference signal.
  • the transistors M10 and M13 are optical signal amplification MOS transistors (pixel amplifiers) that operate as source followers.
  • the analog switches M9 and M12 are transfer switches for outputting the optical signals amplified by the transistors M10 and M13 to the optical signal output units S1 and S2, respectively.
  • the transistor M16 is a reference signal amplification MOS transistor (pixel amplifier) that operates as a source follower.
  • the analog switch M15 is a transfer switch for outputting the reference signal amplified by the transistor M16 to the reference signal output unit N.
  • the signal EN is a control signal connected to the gate of the transistors M3 and M6 to control the operating state of the transistors M4 and M7. When the signal EN is at a high level, the transistors M4 and M7 are in the operating state at the same time.
  • the signal PRESS is a control signal (reset signal) connected to the gate of the transistor M2 and for controlling the operating state of the transistor M2. When the signal PRESS is at a high level, the transistor M2 is turned on to discharge the charges accumulated in the photodiode PD, the capacitances Cfd, and Cfd1.
  • the signal PCL is a control signal connected to the gate of the transistor M5 to control the transistor M5.
  • the signal TS1 is a control signal connected to the gate of the transistor M8 and controlling the sample hold of the optical signal.
  • the optical signal is collectively transferred to the capacitance CS1 via the transistor M7.
  • the signal TS1 is set to a low level for all the pixels PIX at once, and the transistor M8 is turned off to complete the sampling of the optical signal to the capacitance CS1 of the sample hold circuit.
  • the signal TS2 signal is connected to the gate of the transistor M11 and operates in the same manner as the signal TS1 to sample the optical signal to the capacitance CS2 of the sample hold circuit.
  • the sampling unit 203 can sample the pixel signals (optical signals) generated by the photodiode PD at the same time in each of the plurality of pixel PIXs with different sensitivities.
  • the signal TN is a control signal connected to the gate of the transistor M14 and controlling the sample hold of the reference signal. By setting the signal TN to a high level and turning on the transistor M14, the reference signal is collectively transferred to the capacitance CN via the transistor M7.
  • the reference signal can also be sampled by the sampling unit 203 at the same time in each of the plurality of pixels PIX.
  • the transistors M8, M11, and M14 are turned off, and the capacitances CS1, CS2, and CN are separated from the storage circuit in the previous stage. Therefore, the optical signal and the reference signal accumulated until sampling is performed again can be read out non-destructively by making the analog switches M9, 12 and 15, respectively, in a conductive state. That is, the optical signal and the reference signal held while the transistors M8, M11, and M14 are in the non-conducting state can be read out at an arbitrary timing.
  • FIG. 3 is a timing diagram showing an example of drive control when capturing a moving image in the pixel PIX shown in FIG.
  • the timing of the control signal until the electric charge is sample-held in the capacitances CS1, CS2, and CN when the moving image is captured will be described.
  • the user sets the imaging mode such as the sensitivity and storage time at the time of imaging, and then the setting to start imaging is performed. Then, at time t2, when the control unit 109 detects that the external synchronization signal has reached a high level, the drive for imaging is started.
  • the reset drive R is a drive for resetting and clamping.
  • the control unit 109 detects that the synchronization signal 113 from the system control unit 101 has reached a high level at time t2, the control unit 109 sets the signal EN to a high level and turns on the transistors M4 and M7. ..
  • the control unit 109 connects the photodiode PD to the reference voltage VRES with the signal WIDE and the signal PRESS set to high levels and the transistor M1 is turned on.
  • control unit 109 turns on the transistor M5, which is a clamp switch, by raising the signal PCL to a high level, and connects the transistor M7 side of the capacitance Ccl, which is the clamp capacitance, to the reference voltage VCL.
  • control unit 109 sets the signals TS1, TS2, and TN to high levels and turns on the transistors M8, M11, and M14.
  • the control unit 109 sets the signal WIDE to a low level, turns off the transistor M1, and switches the conversion unit 201 including the photodiode PD, which is a conversion element, to a mode for detecting radiation with high sensitivity. Further, the control unit 109 sets the signal PRESS to a low level and ends the reset drive R.
  • the reset voltage VRES is set on the transistor M4 side of the capacitance Ccl. Further, the capacitance Cfd1 is also held on the transistor M1 side by the reset voltage VRES to suppress the occurrence of an indefinite voltage. Further, the control unit 109 turns off the transistor M5, charges corresponding to the voltage difference between the reference voltage VCL and the reference voltage VRES are accumulated in the capacitance Ccl, and the clamping is completed. At the same time, the control unit 109 also turns off the transistors M8, M11, and M14, and holds the reference signal when the reference voltage VCL is set in the capacitances CS1, CS2, and CN.
  • the charges of the capacitances CS1 and CS2 for holding the optical signal obtained by sampling the pixel signal generated by the photodiode PD with a predetermined sensitivity and the capacitance CN for holding the reference signal are made constant before sampling is performed. This reduces the effect of afterimages.
  • the control unit 109 enables the exposure permission signal 114 and requests radiation exposure.
  • the time t3 can be said to be the time for starting the operation for accumulating the pixel signal (charge) corresponding to the irradiated radiation in each pixel PIX.
  • the accumulation of electric charge in the capacitance Cfd of the photodiode PD and the floating diffusion begins. That is, from time t3, the accumulation of signals corresponding to the irradiated radiation is started with high sensitivity.
  • the control unit 109 lowers the signal EN and puts the transistors M4 and M7 constituting the pixel amplifier into a non-operating state, respectively.
  • the reset drive R is performed collectively for all the pixel PIXs arranged in the radiation imaging device 150.
  • the subsequent reset drive R is also controlled at the same timing. At the same timing and the same period in all the pixel PIXs arranged in the radiation imaging apparatus 150 in order to prevent the image shift caused by the time switching shift between the pixels and the scanning lines when capturing a moving image or a still image.
  • Reset drive R can be performed at. After that, the charge is accumulated by irradiation with radiation, and the signal charge generated in the photodiode PD of each pixel PIX is accumulated in the parasitic capacitance of the capacitance Cfd and the photodiode PD.
  • the control unit 109 sets the signal EN to a high level and turns on the transistors M3 and M6.
  • the charge accumulated in the capacitance Cfd is converted into charge / voltage and operates as a source follower, and is output to the capacitance Ccl as a voltage by the transistor M4 constituting the pixel amplifier.
  • the output of the transistor M4 contains reset noise, but since the transistor M7 side is set to the reference voltage VCL at the time of reset drive R by the clamp circuit, the transistor M7 constituting the pixel amplifier as an optical signal from which the reset noise has been removed. Is output to.
  • the control unit 109 sets the signal TS1 that controls sampling of the optical signal by irradiation with radiation to a high level, and turns on the transistor M8.
  • the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 is arranged on the sensor panel 105 in the capacitance CS1 that holds the signal obtained by sampling the optical signal with high sensitivity via the transistor M7 constituting the pixel amplifier. It is collectively transferred by the pixel PIX.
  • the control unit 109 disables the exposure permission signal and stops the radiation exposure. Further, the control unit 109 sets the signal TS1 at a low level and turns off the transistor M8, whereby the signal sampled with high sensitivity is held in the capacitance CS1.
  • the control unit 109 sets the signal WIDE to a high level, ends the sampling drive SH, and starts the low-sensitivity sampling drive SL.
  • the signal WIDE becomes high level
  • the transistor M1 is turned on.
  • the capacity of the floating diffusion unit is increased, and the sampling unit 203 can sample the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 with low sensitivity. It becomes.
  • the control unit 109 sets the signal TS2 to a high level and turns on the transistor M11.
  • the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 is arranged on the sensor panel 105 in the capacitance CS2 that holds the signal obtained by sampling the optical signal with low sensitivity via the transistor M7 constituting the pixel amplifier. It is collectively transferred by the pixel PIX.
  • the control unit 109 sets the signal TS2 to a low level and turns off the transistor M11, so that the capacitance CS2 holds the signal sampled with low sensitivity.
  • control unit 109 sets the signal PRESS to a high level, turns on the transistor M2, and resets the capacitances Cfd and Cfd1 to the reference voltage VRES.
  • control unit 109 sets the signal PCL to a high level. In the capacitance Ccl, an electric charge in which reset noise is superimposed on the voltage difference between the voltage VCL and the voltage VRES is accumulated. Further, the control unit 109 sets the signal TN to a high level and turns on the transistor M14 to transfer the reference signal when the reference voltage VCL is set to the capacitance CN.
  • the control unit 109 sets the signal TN to a low level and turns off the transistor M14, so that the reference signal is held in the capacitance CN. Further, the control unit 109 sets the signals PRESS, PCL, and EN to low levels, and ends the sampling drive SL.
  • the sampling unit 203 samples the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 according to the incident radiation with high sensitivity and low sensitivity, respectively.
  • the sampling drive SH for sampling the optical signal with high sensitivity and the sampling drive SL for sampling the optical signal with low sensitivity are collectively performed in all the pixel PIX arranged on the sensor panel 105. Subsequent sampling drive SH and sampling drive SL are also controlled at the same timing. After the sampling drive SL, when the control unit 109 detects that the external synchronization signal has reached a high level, the reset drive R is performed again from time t10, and the charge accumulation in the conversion unit 201 of the next frame starts. Will be done.
  • optical signal ROH high-sensitivity sampled signals
  • optical signal ROL low-sensitivity sampled signals
  • reference signals reference signals
  • the timing at which the charge accumulation of the conversion unit 201 starts is at t3 and t11 when the signal PCL becomes low level and the clamping is completed after the end of the reset drive R shown in FIG. be. Further, the timing of the end of charge accumulation of the conversion unit 201 is the time t5 and t13 when the signal TS1 becomes low level, the exposure permission signal 114 is disabled, and the optical signal ROH is sampled.
  • the control unit 109 After the end of the sampling drive SL, from time t7, the control unit 109 performs a read process for reading the optical signal ROH from each pixel PIX. When the reading process of the optical signal ROH is completed, the control unit 109 then performs a reading process of reading the optical signal ROL from each pixel PIX from time t8.
  • the control unit 109 instructs the processing unit 130 of the system control unit 101 to start processing for the optical signals ROH and ROL via the control interface 110. Send a signal.
  • the processing unit 130 starts a process of generating pixel values for each pixel PIX of the plurality of pixel PIXs arranged on the sensor panel 105 of the imaging unit 100. The processing in the processing unit 130 will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration example of the internal structure of the sensor unit 120.
  • Each sensor unit 120 has a chip select terminal CS, an optical signal output terminal TS1, an optical signal output terminal TS2, a reference signal output terminal TN, a vertical scanning circuit start signal terminal VST, a vertical scanning circuit clock terminal CLKV, and a horizontal scanning circuit start signal. Includes terminals HST and horizontal scanning circuit clock terminal CLKH. Further, in the sensor unit 120, m pixels in the column direction and n pixels in the row direction are arranged in a two-dimensional array.
  • the vertical scanning circuit 403 selects pixel PIXs arranged in the row direction for each row, and sequentially scans the pixel group in the vertical direction, which is the sub-scanning direction, in synchronization with the vertical scanning clock CLKV.
  • the vertical scanning circuit 403 may be composed of, for example, a shift register.
  • the horizontal scanning circuit 404 sequentially selects the row signal lines of the pixels PIX in the column direction, which is the main inspection direction selected by the vertical scanning circuit 403, one pixel at a time in synchronization with the horizontal scanning clock CLKH.
  • Each pixel PIX outputs a sampled optical signal and a reference signal to the column signal lines 406, 407, and 408, respectively, by enabling the row signal line 405 connected to the vertical scanning circuit 403.
  • each signal of the pixel PIX is sequentially output to the analog output lines 409, 410, and 411, respectively.
  • the pixel PIX is selected by the switching operation by the XY address method using the vertical scanning circuit 403 and the horizontal scanning circuit 404.
  • the optical signal and reference signal of each pixel PIX are output from the optical signal output terminal TS1, the optical signal output terminal TS2, and the reference signal output terminal TN through the column signal lines 406, 407, 408 and the analog output lines 409, 410, 411. NS.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a reading unit 106 including a differential amplifier 107 for A / D conversion of an optical signal and a reference signal output from each pixel PIX and an A / D converter 108.
  • the outputs from the optical signal output terminals TS1 and TS2 are connected to the input switch M50 and the input switch M51, respectively.
  • the input switch M50 is operated by the signal SW1
  • the input switch M51 is operated by the signal SW2.
  • the signal SW1 and the signal SW2 are controlled by the control unit 109 so as not to be turned on at the same time in order to prevent the destruction of each signal output from the pixel PIX and the destruction of the element.
  • an optical signal sample-held in the capacitances CS1, CS2, and CN of each pixel PIX (hereinafter, an optical signal sample-held in the capacitance CS1 is an optical signal 1, and an optical signal sample-held in the capacitance CS2 is an optical signal 2).
  • the control unit 109 first controls the signal SW1 to a high level and the signal SW2 to a low level. Then, the optical signal 1 and the reference signal from the pixel PIX (1, 1) shown in FIG. 4 to the pixel PIX (n, m) are read out in order.
  • control unit 109 controls the signal SW1 to a low level and the signal SW2 to a high level, and reads out the optical signal 2 and the reference signal from the pixel PIX (1, 1) to (n, m) in order. May be good.
  • the control unit 109 controls the signal SW1 to a high level and the signal SW2 to a low level, and the optical signal 1 and the reference signal from the pixel PIX (1, 1) to the pixel PIX (n, 1) in order. Is read.
  • the control unit 109 controls the signal SW1 to a low level and the signal SW2 to a high level, and reads out the optical signal 2 and the reference signal from PIX (1, 1) to the pixel PIX (n, 1) in order.
  • the control unit 109 supplies the vertical scanning clock CLKV to the vertical scanning circuit 403 and scans one in the sub-scanning direction to select the pixel PIX (n, 2) in order from the pixel PIX (1, 2). do.
  • control unit 109 controls the signal SW1 to a high level and the signal SW2 to a low level, and reads out the optical signal 1 and the reference signal from the pixel PIX (1, 2) to the pixel PIX (n, 2) in order.
  • control unit 109 controls the signal SW1 to a low level and the signal SW2 to a high level, and reads out the optical signal 2 and the reference signal from the pixel PIX (1, 2) to the pixel PIX (n, 2) in order.
  • the control unit 109 may control the signals SW1 and SW2 on a line-by-line basis and read out the optical signal and the reference signal from the pixel PIX (1, 1) to the pixel PIX (n, m) in order.
  • the differential amplifier 107 an optical signal acquired with high sensitivity or low sensitivity is input to the negative side input, and a reference signal is input to the positive side input.
  • FPN fixed pattern noise
  • the output of the differential amplifier 107 is input to the A / D converter 108.
  • the A / D converter 108 receives the clock signal from the signal ADCLK, and outputs the A / D converted digital optical signal ADOUT to the control unit 109 for each sensor unit 120 at the timing when the signal ADCLK is switched to the high level.
  • FIG. 6 is a flow chart illustrating a process for improving linearity.
  • the sampling unit 203 corrects the optical signals ROH and ROL obtained by sampling the optical signals generated by the conversion unit 201 with high sensitivity and low sensitivity, respectively, using a reference signal.
  • the A / D converted signals ROH'and ROL' are received from the control unit 109.
  • the signals ROH'and ROL' correspond to the above-mentioned optical signal ADOUT.
  • the processing unit 130 by receiving the signal instructing the start of processing from the control unit 109, the processing unit 130 relates to each pixel PIX of the plurality of pixel PIX arranged on the sensor panel 105 of the imaging unit 100. The process of generating the pixel value is started.
  • the processing unit 130 performs offset correction (S121), sensitivity correction (S122), and defect correction (S123). At this time, the correlation between the signal value of the signal output by each pixel PIX and the signal value of the signal output by the peripheral pixel PIX is maintained.
  • the processing unit 130 initializes the variable a representing the position of the pixel PIX on the sensor panel 105 to “0”.
  • the signal value of the signal ROL'corresponding to the low-sensitivity optical signal ROL when the pixel position is "a" is PLa
  • the signal value of the signal ROH' corresponding to the high-sensitivity optical signal ROH is PHa.
  • G be the sensitivity ratio between sampling at high sensitivity and sampling at low sensitivity.
  • the processing unit 130 After initializing the position of the pixel PIX in S124, the processing unit 130 multiplies the signal value PHa of the signal ROH'sampled with high sensitivity by 1 / G in S125 to obtain the sensitivity adjustment value PHag.
  • the processing transitions to S126, and the processing unit 130 moves the pixel at position a according to the magnitude of the signal value PLa based on the optical signal ROL sampled from the conversion unit 201 with low sensitivity.
  • the method of generating the pixel value Pa of PIX is selected.
  • two thresholds are set.
  • the two threshold values are defined as a threshold value ThL and a threshold value ThH (ThH> ThL) larger than the threshold value ThL.
  • ThL threshold value
  • ThH ThH> ThL
  • the processing unit 130 adjusts the sensitivity adjustment value PHa obtained by sampling with high sensitivity according to the sensitivity ratio, and the pixel position is "a".
  • the pixel value Pa of the pixel PIX be Pa (S127). That is, in the processing unit 130, when the signal value PLa obtained by sampling the optical signal (pixel signal) by the sampling unit 203 with low sensitivity is smaller than the threshold ThL, the sampling unit 203 samples the optical signal with high sensitivity. The pixel value Pa of the pixel is generated based on the obtained signal value PHa.
  • the processing unit 130 sets the signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity as the pixel value Pa of the pixel PIX whose pixel position is “a” (). S129). That is, the processing unit 130 is obtained by the sampling unit 203 sampling the optical signal with low sensitivity when the signal value PLa obtained by sampling the optical signal with low sensitivity exceeds the threshold value ThH, which is larger than the threshold value ThL. The pixel value Pa of the pixel is generated based on the signal value PLa.
  • the processing unit 130 samples the optical signal with high sensitivity by the sampling unit 203.
  • the pixel value Pa of the pixel is generated based on the obtained signal value PHa (sensitivity adjustment value PHag) and the signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity (S128).
  • the processing unit 130 may generate the pixel value Pa of the pixel based on the signal value PHa (sensitivity adjustment value PHag) and the weighted average value of the signal value PLa.
  • the processing unit 130 uses a predetermined weighting coefficient k to generate a pixel value Pa using the following equation (1).
  • Pa (1-k) x PHag + k x PLa ...
  • the weighting coefficient k may be generated using, for example, the following equation (2).
  • k (PLa-ThL) / (ThH-ThL) ... (2)
  • a pixel value Pa is generated by synthesizing the signal value PLa and the signal value PHa (sensitivity adjustment value PHag) with a predetermined weighting.
  • a predetermined weighting As a result, smooth the boundary between the image with pixel values generated from the signal obtained by sampling with low sensitivity and the image with pixel values generated from the signal obtained by sampling with high sensitivity. Can be done.
  • the processing unit 130 When the processing unit 130 generates the pixel value Pa of one pixel PIX, it transitions to S130 and adds 1 to the variable a representing the pixel position. Next, when the value of the variable a is smaller than the maximum value b (YES in S131), the processing returns to S125, and the processing unit 130 starts generating the pixel value Pa at the next pixel position. When the value of the variable a is equal to or greater than the maximum value b (NO in S131), the process proceeds to S132, and the processing unit 130 ends the process of generating the image value Pa of each pixel PIX.
  • the signal value of the signal output from the conversion unit 201 in the region of the sensor panel 105 where the dose of incident radiation is small becomes highly sensitive. It is relatively small compared to the case where it is set. Therefore, the influence of 1 / f noise and the like becomes large, and the linearity of the signal value after A / D conversion with respect to the incident dose may decrease.
  • the pixel PIXs arranged on the sensor panel 105 the pixel PIXs whose signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity is smaller than a predetermined threshold value ThL are sampled with high sensitivity. It is replaced with the sensitivity adjustment value PHag based on the obtained signal value PHa.
  • the radiation imaging apparatus 150 in the present embodiment can generate an image in which the linearity of the low dose region is improved.
  • the threshold ThL and the threshold ThH may be changeable depending on the irradiation conditions of radiation and the like.
  • the processing unit 130 may have a function of changing the values of the threshold values ThL and ThH.
  • the processing unit 130 may change the threshold ThL and the threshold ThH based on at least one of the dose and the accumulation time irradiated during the irradiation of the radiation set by the user, for example.
  • the processing unit 130 has a threshold value based on a signal value (hereinafter, may be referred to as a saturation value) at which an optical signal (pixel signal) is saturated in high-sensitivity sampling, which is determined by a capacitance value of the capacitance Cfd or the like. ThL and threshold ThH may be changed.
  • the threshold ThL and the threshold ThH may be determined based on the saturation value divided by the sensitivity ratio G.
  • the threshold value ThL (saturation value / G) ⁇ 0.8 may be set
  • the threshold value ThH (saturation value / G) ⁇ 0.9 may be set.
  • the relationship (linearity) between the dose of incident radiation and the output signal value in low-sensitivity sampling may be measured in advance, and the threshold ThL and the threshold ThH may be determined based on the linearity.
  • the memory 115 may store the threshold value ThL and the threshold value ThH according to the radiation irradiation condition set by the user. ..
  • the processing unit 130 may read the threshold value ThL and the threshold value ThH from the memory 115 according to the irradiation conditions and use them to generate the pixel value Pa.
  • the processing unit 130 is arranged outside the imaging unit 100. However, as described above, it may be arranged in the imaging unit 100, or the processing in the processing unit 130 may be performed by the control unit 109.
  • FIG. 7 is a modification of the pixel PIX shown in FIG.
  • the sampling unit 203 is different in that it is composed of two sample hold circuits. More specifically, the number of circuits that sample and hold an optical signal according to radiation is changed from two to one, and the transistor M8, the capacitance CS1 that holds the optical signal, the transistor M10, and the analog switch M9. It is composed of.
  • FIG. 8 is a timing diagram showing an example of drive control when capturing a moving image in the pixel PIX shown in FIG. 7.
  • the timing of the control signal until the electric charge is sample-held in the capacitances CS1 and CN when the moving image is captured will be described.
  • the user sets the imaging mode such as the sensitivity and storage time at the time of imaging, and then the setting to start imaging is performed. Then, at time t2, when the control unit 109 detects that the external synchronization signal has reached a high level, the drive for imaging is started.
  • the reset drive R is a drive for resetting and clamping.
  • the control unit 109 detects that the synchronization signal 113 from the system control unit 101 has reached a high level at time t2, the control unit 109 sets the signal EN to a high level and turns on the transistors M4 and M7. ..
  • the control unit 109 connects the photodiode PD to the reference voltage VRES with the signal WIDE and the signal PRESS set to high levels and the transistor M1 is turned on.
  • control unit 109 turns on the transistor M5, which is a clamp switch, by raising the signal PCL to a high level, and connects the transistor M7 side of the capacitance Ccl, which is the clamp capacitance, to the reference voltage VCL.
  • control unit 109 raises the signals TS1 and TN to a high level and turns on the transistors M8 and M14.
  • the control unit 109 sets the signal WIDE to a low level, turns off the transistor M1, and switches the conversion unit 201 including the photodiode PD to a mode for detecting radiation with high sensitivity. Further, the control unit 109 sets the signal PRESS to a low level and ends the reset drive R.
  • the reset voltage VRES is set on the transistor M4 side of the capacitance Ccl. Further, the capacitance Cfd1 is also held on the transistor M1 side by the reset voltage VRES to suppress the occurrence of an indefinite voltage. Further, the control unit 109 turns off the transistor M5, charges corresponding to the voltage difference between the reference voltage VCL and the reference voltage VRES are accumulated in the capacitance Ccl, and the clamping is completed. At the same time, the control unit 109 turns off the transistors M8 and M14, and holds the reference voltage signal when the transistors M8 and M14 are set to the reference voltage VCL in the capacitances CS1 and CN. By making the charges between the capacitance CS1 and the capacitance CN constant before sampling is performed, the influence of the afterimage is reduced.
  • the control unit 109 enables the exposure permission signal 114 and requests radiation exposure.
  • the time t3 can be said to be the time for starting the operation for accumulating the pixel signal (charge) corresponding to the irradiated radiation in each pixel PIX.
  • the accumulation of electric charge in the capacitance Cfd of the photodiode PD and the floating diffusion begins. That is, from time t3, the accumulation of signals corresponding to the irradiated radiation is started with high sensitivity.
  • the control unit 109 lowers the signal EN and puts the transistors M4 and M7 constituting the pixel amplifier into a non-operating state, respectively.
  • the reset drive R is performed collectively for all the pixel PIXs arranged in the radiation imaging device 150.
  • the subsequent reset drive R is also controlled at the same timing. At the same timing and the same period in all the pixel PIXs arranged in the radiation imaging apparatus 150 in order to prevent the image shift caused by the time switching shift between the pixels and the scanning lines when capturing a moving image or a still image.
  • Reset drive R can be performed at. After that, the charge is accumulated by irradiation with radiation, and the signal charge generated in the photodiode PD of each pixel PIX is accumulated in the parasitic capacitance of the capacitance Cfd and the photodiode PD.
  • the control unit 109 sets the signal EN to a high level and turns on the transistors M3 and M6.
  • the charge accumulated in the capacitance Cfd is converted into charge / voltage and operates as a source follower, and is output to the capacitance Ccl as a voltage by the transistor M4 constituting the pixel amplifier.
  • the output of the transistor M4 contains reset noise, but since the transistor M7 side is set to the reference voltage VCL at the time of reset drive R by the clamp circuit, the transistor M7 constituting the pixel amplifier as an optical signal from which the reset noise has been removed. Is output to.
  • the control unit 109 sets the signal TS1 that controls sampling of the optical signal by irradiation with radiation to a high level, and turns on the transistor M8.
  • the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 is arranged on the sensor panel 105 in the capacitance CS1 that holds the signal obtained by sampling the optical signal with high sensitivity via the transistor M7 constituting the pixel amplifier. It is collectively transferred by the pixel PIX.
  • the control unit 109 disables the exposure permission signal and stops the radiation exposure. Further, the control unit 109 sets the signal TS1 at a low level and turns off the transistor M8, whereby the signal sampled with high sensitivity is held in the capacitance CS1.
  • the control unit 109 sets the signal WIDE to a high level and ends the sampling drive SH.
  • the signal WIDE becomes high level
  • the transistor M1 is turned on.
  • the capacity of the floating diffusion unit is increased, and the sampling unit 203 can sample the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 with low sensitivity. It becomes.
  • the reading process of the signal ROH sample-held in the capacitance CS1 of the sampling unit 203 is performed with high sensitivity.
  • the control unit 109 After reading the signal ROH from each pixel PIX, at time t6, the control unit 109 sets the signal EN to a high level and turns on the transistors M3 and M6. Next, the control unit 109 sets the signal TS1 to a high level and turns on the transistor M8, so that the optical signal (pixel signal) generated by the conversion unit 201 is subjected to the capacitance CS1 via the transistor M7 constituting the pixel amplifier. In addition, the pixels PIX arranged on the sensor panel 105 are collectively transferred. At time t7, the control unit 109 sets the signal TS1 at a low level and turns off the transistor M8, whereby the signal sampled with low sensitivity is held in the capacitance CS1.
  • control unit 109 sets the signal PRESS to a high level, turns on the transistor M2, and resets the capacitances Cfd and Cfd1 to the reference voltage VRES.
  • control unit 109 sets the signal PCL to a high level. In the capacitance Ccl, an electric charge in which reset noise is superimposed on the voltage difference between the voltage VCL and the voltage VRES is accumulated. Further, the control unit 109 sets the signal TN to a high level and turns on the transistor M14 to transfer the reference signal when the reference voltage VCL is set to the capacitance CN.
  • the control unit 109 sets the signal TN to a low level and turns off the transistor M14, so that the reference signal is held in the capacitance CN. Further, the control unit 109 sets the signal PRESS to a low level and completes the reset. Further, the control unit 109 sets the signal PCL to the low level and the signal EN to the low level, and ends the low-sensitivity sampling drive SL. Subsequently, after the end of the sampling drive SL, a read process of the signal ROL sample-held in the capacitance CS1 of the sampling unit 203 is performed with low sensitivity.
  • sampling drive SH that samples the optical signal with high sensitivity and the sampling drive SL that samples the optical signal with low sensitivity are collectively performed in all the pixel PIX arranged on the sensor panel 105. Subsequent sampling drive SH and sampling drive SL are also controlled at the same timing. After the sampling drive SL, when the control unit 109 detects that the external synchronization signal has reached a high level, the reset drive R is performed again from time t10, and the charge accumulation in the conversion unit 201 of the next frame starts. Will be done.
  • the control unit 109 causes the voltages of the capacitances CS1 and CN to pass through the transistors M10 and M16, the optical signal output unit, S2, and the reference signal output unit N that function as pixel amplifiers. , Output to the corresponding column signal line.
  • the timing at which the charge accumulation of the conversion unit 201 is started is the time t3 and t11 when the signal PCL becomes low level and the clamping is completed after the end of the reset drive R shown in FIG. .. Further, the timing of the end of the charge accumulation of the conversion unit 201 is the time t5 and t13 when the signal TS1 becomes low level and the optical signal ROH is sampled.
  • the control unit 109 processes the optical signals ROH and ROL with respect to the processing unit 130 of the system control unit 101 via the control interface 110. Send a signal to instruct the start.
  • the processing unit 130 starts a process of generating pixel values for each pixel PIX of the plurality of pixel PIXs arranged on the sensor panel 105 of the imaging unit 100. Since the process of generating the pixel value may be the same as the method shown in FIG. 6 described above, the description thereof will be omitted here. Even in the radiation imaging device 150 including the pixel PIX having the configuration shown in FIG. 7, it is possible to generate an image with improved linearity in the low dose region by performing the operation shown in FIG. It becomes.
  • the sensitivity is switched between two stages of low sensitivity and high sensitivity, but a switch between the switching capacitance for further switching the additional sensitivity and the output node of the photodiode PD and the additional switching capacitance.
  • the sensitivity may be switched in three or more steps. That is, the sampling unit 203 samples the optical signal (pixel signal) with a third sensitivity (for example, intermediate degree, higher sensitivity, lower sensitivity (higher dynamic range), etc.) different from low sensitivity and high sensitivity. It may be possible. For example, it is also applicable when the sensitivity is switched to three stages of low sensitivity, medium sensitivity, and high sensitivity.
  • the radiation imaging device 150 may be configured so that signals can be sampled with four or more types of sensitivities by increasing the number of switching capacities or combining a plurality of types of switching capacitance capacity values. ..
  • FIG. 9 is a system block diagram showing an overall configuration example of the radiation imaging system SYS including the radiation imaging device 150 according to the present embodiment.
  • the radiation imaging system SYS includes a radiation imaging device 150, a radiation source 104, an irradiation control unit 103, and a system control unit 101.
  • the system control unit 101 controls the radiation imaging device 150 by communicating with the radiation imaging device 150 based on the imaging conditions input by a user such as a doctor or a radiologist. Further, the system control unit 101 drives the radiation source 104 via the irradiation control unit 103.
  • the radiation source 104 generates radiation in response to a control signal from the irradiation control unit 103.
  • the radiation imaging system SYS may further include a display unit 102 that displays a radiation image based on the image data output from the system control unit 101.
  • the radiation imaging device 150 includes a pixel array 911, a drive unit 912, a read unit 913, an output unit 914, a notification unit 915, a power supply unit 916, and a control unit 109.
  • a pixel array 911 a plurality of pixels S including a conversion unit D that generates a pixel signal according to the incident radiation are arranged in a matrix (so as to form a plurality of rows and a plurality of columns).
  • the pixel array 911 may be a combination of a plurality of separable sensor units 120 as in the sensor panel 105 shown in FIG. 1 described above, or a plurality of pixels S are arranged in a matrix on one substrate. It may have been done.
  • the drive unit 912 is a vertical scanning circuit that drives a plurality of pixels S row by row, and may be composed of, for example, a shift register.
  • the drive unit 912 can, for example, reset (initialize) the pixel S and output a pixel signal from the pixel S.
  • the reading unit 913 may be configured to include, for example, an amplifier, which will be described in detail later.
  • the pixel signals transferred to the column signal line LC are read out for each column via the plurality of column signal lines LC to which the pixel signals are transferred from the conversion unit D of the pixels S arranged in the column direction. ..
  • the output unit 914 outputs a group of pixel signals read by the reading unit 913 as image data for one frame.
  • the notification unit 915 is, for example, a light source, a display, or the like, and notifies the user of the state (for example, the operation mode) of the radiation imaging device 150.
  • the power supply unit 916 generates a voltage to be supplied to each component in the radiation imaging device 150 from the voltage of the power supply supplied from the outside.
  • each component in the radiation imaging device 150 is composed of one or more IC chips (integrated circuit chips (semiconductor chips)), and the power supply unit 916 is a component of these IC chips and the like. It is a power supply IC that generates a voltage for supplying.
  • the power supply unit 916 includes an AC-DC converter and one or more DC-DC converters. Although shown as a single unit in the figure, the power supply unit 916 may be composed of a plurality of power supply ICs.
  • the power supply unit 916 includes switching type voltage regulators 161 and 162 used in the DC-DC converter, thereby generating a desired constant voltage.
  • the voltage regulator may be referred to as a switching regulator.
  • the power supply unit 916 further includes a signal generation unit 163 that generates a clock signal for performing switching control of the voltage regulators 161 and 162.
  • a single signal generation unit 163 is shown, but one may be provided for each of the voltage regulators 161 and 162.
  • the signal generation unit 163 will be described here as a unit separate from the voltage regulators 161 and 162 for the sake of simplicity, the signal generation unit 163 may be included in each of the voltage regulators 161 and 162, respectively. .. In this case, each of the voltage regulators 161 and 162 can generate a clock signal by itself.
  • the control unit 109 includes the timing generator TG and generates a control signal for synchronously controlling each component in the radiation imaging device 150 based on the reference clock signal.
  • the control unit 109 also functions as a processor, and can perform data processing such as correction processing on the image data read by the reading unit 913 and the output unit 914, for example.
  • the processing unit 130 that generates the pixel value of each pixel S will be described as being arranged in the control unit 109.
  • the control unit 109 may be, for example, a PLD (Programmable Logical Device) such as an integrated circuit or device (for example, FPGA (Field Programgable Gate Array)) capable of programming each function described in the present specification.
  • An arithmetic unit such as an MPU (Micro Processing Unit) or DSP (Digital Signal Processor) for realizing each function, or a dedicated integrated circuit (ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) or the like may be used.
  • each function may be realized on software by a personal computer or the like having a CPU (central processing unit) and a memory and storing a predetermined program. That is, the function of the control unit 109 may be realized by hardware and / or software.
  • the configuration example of the radiation imaging system SYS is not limited to this example, and some functions of each component constituting the radiation imaging system SYS may be included in other units, or the like.
  • a unit having the function of may be added.
  • a part of the function of the radiation imaging apparatus 150 may be realized by the system control unit 101, and vice versa.
  • the system control unit 101 and the control unit 109 are shown separately, but some or all of these functions may be realized by a single unit.
  • FIG. 10 illustrates the configurations of the pixel array 911, the drive unit 912, the read unit 913, and the output unit 914 among the configurations of the radiation imaging device 150.
  • a pixel array 911 in which a plurality of pixels S are arranged in 3 rows ⁇ 3 columns is illustrated, but the actual number of rows and columns is larger than in this example, for example, a 17-inch pixel array.
  • 911 it is about 3000 rows ⁇ 3000 columns.
  • the pixel S in the mth row and the nth column is indicated by "S (m, n)".
  • the pixels S (1, 1) are located in the first row and first column of the pixel array 911.
  • a scintillator (not shown) for converting radiation into light is arranged above the pixel array 911, and the pixel S is a pixel based on the light (scintillation light) converted by the scintillator. Output a signal.
  • the pixel S includes a conversion unit D and a switch element W connected to the conversion unit D.
  • the MIS sensor is used as the conversion unit D, but other photoelectric conversion elements such as a PIN sensor may be used.
  • a thin film transistor TFT (Thin Film Transistor)
  • a transistor or a switch element having another structure may be used.
  • each pixel S is connected to a bias line LVS for supplying a reference voltage (here, a bias voltage Vs) to the pixel array 911 on the side opposite to the switch element W.
  • the bias line LVS is connected to the bias voltage supply unit 918. From the current flowing through the bias line LVS detected by the bias voltage supply unit 918, control such as start and end of radiation irradiation may be performed.
  • the pixel array 911 is provided with control lines G1 to G3 corresponding to the first to third rows, and column signal lines LC1 to LC3 corresponding to the first to third columns.
  • the drive unit 912 can drive the pixel S in line units by the control lines G1 to G3.
  • the control terminals (gate electrodes) of the switch elements W of the pixels S (1, 1), S (1, 2), and S (1, 3) are connected to the control line G1.
  • the drive unit 912 raises the control signal of the control line G1 to a high level, the switch elements W of the pixels S (1, 1), S (1, 2), and S (1, 3) are turned on.
  • the pixel signals corresponding to the amount of electric charge of the conversion unit D are transferred from the pixels S (1, 1), S (1, 2), S (1, 3) to the corresponding column signal lines LC1, LC2, LC3. Each is transferred.
  • control line G when any one of the control lines G1 to G3 is not distinguished, it is simply referred to as "control line G". The same applies to other components.
  • the reading unit 913 includes an amplification unit 1001 and a horizontal transfer unit 1002.
  • the amplifier unit 1001 is arranged corresponding to each of the plurality of column signal lines LC, and includes an amplifier circuit 1011 including an integrator amplifier A1 and a variable amplifier A2, a sampling unit 203, and a buffer circuit A3.
  • FIG. 10 shows a specific configuration example of the amplification unit 1001 only for the amplification unit 1001 corresponding to the column signal line LC1 in the first row, the other amplification units 1001 may have the same configuration.
  • the integrator amplifier A1 has a feedback capacitance arranged in a path between the operational amplifier and the inverting input terminal (“-” terminal in the figure) and the output terminal of the operational amplifier, and parallel to the feedback capacitance. Includes a reset switch located in.
  • a reference voltage VREF is supplied to the non-inverting input terminal (“+” terminal in the figure) of this operational amplifier. While the reset switch is off, the pixel signal output from the pixel S (specifically, the potential fluctuation of the column signal line LC) is amplified by the integrating amplifier A1. Further, the integrator amplifier A1 is reset by turning on the reset switch.
  • the pixel signal amplified by the integrating amplifier A1 is further amplified by the variable amplifier A2 with a predetermined gain, and then sampled by the sampling unit 203.
  • the sampling unit 203 includes a sampling switch and a holding capacitance connected to the sampling switch. By turning on the sampling switch, the holding capacity is connected to the output node of the amplifier circuit 1011. The holding capacity is set to the voltage corresponding to the amplified pixel signal (sample), and the holding capacity is turned off by turning off the sampling switch. Holds the voltage (hold).
  • the amplified pixel signal sampled in this way is horizontally transferred from the horizontal transfer unit 1002 via the buffer circuit A3.
  • the horizontal transfer unit 1002 is composed of, for example, a multiplexer and a shift register, and by sequentially selecting the target columns, the amplified pixel signals read out for each column are horizontally transferred to the output unit 914 in order.
  • the output unit 914 includes a buffer circuit A4 and an AD converter, amplifies the horizontally transferred amplified pixel signal by the buffer circuit A4, AD-converts it by the AD converter, and obtains the signal as image data. Is output to the control unit 109.
  • the sensitivity of the output signal can be changed by changing the feedback capacitance of the integrating amplifier A1 and the gain of the variable amplifier A2. That is, by changing the amplification factor of the amplifier circuit 1011 the sampling unit 203 can sample the pixel signals with different sensitivities.
  • first charge accumulation (hereinafter, may be referred to as first charge accumulation) is performed in each pixel S of the pixel array 911. Specifically, the switch element W of the pixel S is turned off for a predetermined period of time. As a result, in the pixel S, an amount of electric charge corresponding to the irradiation amount of radiation is accumulated in the conversion unit D. In the first charge storage, the feedback capacitance of the integrating amplifier A1 is reduced, the gain of the variable amplifier A2 is increased, or both are performed, and the pixel signal is acquired as a highly sensitive signal ROH sampled with high sensitivity. be able to. At this time, the sampling unit 203 simultaneously samples the pixel signal as a highly sensitive signal ROH from the pixels S arranged in the row direction among the plurality of pixels S.
  • charge accumulation (hereinafter, may be referred to as a second charge accumulation) is performed in each pixel S of the pixel array 911.
  • the second charge storage the feedback capacitance of the integrating amplifier A1 is increased, the gain of the variable amplifier A2 is decreased, or both are performed, the sensitivity is set to low sensitivity, and the pixel signal is sampled with low sensitivity. It can be acquired as a low-sensitivity signal ROLL.
  • the sampling unit 203 simultaneously samples the pixel signal as a low-sensitivity signal ROLL from the pixels S arranged in the row direction among the plurality of pixels S. Further, the irradiation conditions of the radiation in the first charge accumulation and the second charge accumulation are the same.
  • the processing unit 130 of the control unit 109 performs the image processing shown in FIG. 6 to generate the pixel value Pa of each pixel S.
  • the processing unit 130 of the control unit 109 performs the image processing shown in FIG. 6 to generate the pixel value Pa of each pixel S.
  • the processing unit 130 may select a method of generating the pixel value Pa by using three or more threshold values. A process in which the processing unit 130 selects a method for generating the pixel value Pa by using the three threshold values will be described with reference to FIG.
  • each step of S121 to S125 may be the same step as in FIG. 6 described above, the description thereof will be omitted here.
  • three threshold values are used in S1101 to select the method of generating the pixel value Pa.
  • the three threshold values are set to a threshold value ThL, a threshold value ThH larger than the threshold value ThL, and a threshold value ThM (ThH> ThM> ThL) intermediate between the threshold value ThL and the threshold value ThH.
  • the processing unit 130 sets the pixel position of the sensitivity adjustment value PHag obtained by adjusting the signal value PHa obtained by sampling with high sensitivity according to the sensitivity ratio G, as in the case described with reference to FIG. Let the pixel value Pa of the pixel PIX of "a" be.
  • the processing unit 130 sets the signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity as the pixel value Pa of the pixel PIX whose pixel position is “a”, as in the case described with reference to FIG.
  • the processing unit 130 has a signal value PHa (sensitivity adjustment value PHag) obtained by sampling an optical signal (pixel signal) with high sensitivity by a sampling unit 203 and a signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity.
  • the pixel value Pa of the pixel is generated based on the weighted average value of. Specifically, using a predetermined weighting coefficient k, the processing unit 130 generates a pixel value Pa using the following equation (3).
  • the processing unit 130 has a signal value PHa (sensitivity adjustment value PHag) obtained by sampling an optical signal (pixel signal) with high sensitivity by a sampling unit 203 and a signal value PLa obtained by sampling with low sensitivity.
  • the pixel value Pa of the pixel is generated based on the weighted average value of.
  • the processing unit 130 uses a predetermined weighting coefficient j, the processing unit 130 generates a pixel value Pa using the following equation (5).
  • Pa (1-j) x PHag + j x PLa ... (5)
  • the weighting coefficient j may be generated using, for example, the following equation (6).
  • j (PLa-ThM) / (ThH-ThM) ... (6)
  • the weighting of the signal value PHa and the signal value PLa may be different from each other with the threshold value ThM as a boundary. This further smoothes the boundary between the image with pixel values generated from the signal obtained by sampling with low sensitivity and the image with pixel values generated from the signal obtained by sampling with high sensitivity. be able to.
  • the threshold values ThL, ThH, and ThM may be changed depending on the irradiation conditions of radiation and the like as described above.
  • the processing unit 130 may change the threshold values ThL, ThH, and ThM based on at least one of the dose and the accumulation time that are irradiated during the irradiation of the radiation set by the user.
  • the processing unit 130 determines a threshold value based on a signal value (hereinafter, may be referred to as a saturation value) at which an optical signal (pixel signal) is saturated in high-sensitivity sampling, which is determined by a capacitance value of the capacitance Cfd.
  • ThL, ThH, ThM may be changed.
  • the threshold value ThL (saturation value / G) ⁇ 0.8
  • the threshold value ThM (saturation value / G) ⁇ 0.9
  • the relationship (linearity) between the dose of incident radiation and the output signal value in low-sensitivity sampling may be measured in advance, and the threshold values ThL, ThH, and ThM may be determined based on the linearity.
  • the imaging unit 100 of the radiation imaging apparatus 150 includes the memory 115 as described above, even if the memory 115 stores the threshold values ThL, ThH, and ThM according to the radiation irradiation conditions set by the user. good.
  • the processing unit 130 may read the threshold values ThL, ThH, and ThM from the memory 115 according to the irradiation conditions and use them to generate the pixel value Pa.
  • the present invention is not limited to this, and the pixel value Pa may be generated on the assumption that the relationship between the dose of the incident radiation and the output signal value is a function of the second order or higher. It may be appropriately determined according to the characteristics of each linearity.
  • the present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

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Abstract

画素信号を生成する変換部をそれぞれ含む複数の画素と、画素信号をサンプリングするサンプリング部と、処理部と、を備え、複数の画素のそれぞれの画素について、サンプリング部は、画素信号を第１感度および第１感度よりも高い第２感度でそれぞれサンプリングし、処理部は、サンプリング部が画素信号を第１感度でサンプリングして得られた第１信号値が第１閾値よりも小さい場合、サンプリング部が画素信号を第２感度でサンプリングして得られた第２信号値に基づいて画素値を生成し、第１信号値が第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合、第１信号値に基づいて画素値を生成し、第１信号値が第１閾値以上かつ第２閾値以下の場合、第１信号値および第２信号値に基づいて画素値を生成する。

Description

放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の駆動方法、および、プログラム
　本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の駆動方法、および、プログラムに関するものである。
　変換素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチ素子とを組み合わせた画素がアレイ状に配された平面型の画素パネルを含む放射線撮像装置が広く利用されている。特許文献１には、感度切替用の容量をフォトダイオードの出力ノードにスイッチを介して接続し、スイッチのオン／オフを切り替えることによって、高ダイナミックレンジモードと高感度モードとを切り替えることが示されている。
特開２００２－３４４８０９号公報
　放射線画像には、被写体に応じて線量が多い領域と線量が少ない領域とが生じうる。線量が少ない低線量領域では、画素やＡ／Ｄ変換器などで発生する１／ｆノイズなどの影響によって、入射線量に対するＡ／Ｄ変換後の信号値のリニアリティが低下しうる。ダイナミックレンジを拡大するために感度切替用の容量をフォトダイオードの出力ノードに接続した高ダイナミックレンジモードでは、低線量領域の信号値は高感度モードよりも小さくなるため、相対的に１／ｆノイズなどの影響が大きくなってしまう。
　本発明は、放射線撮像装置において、高ダイナミックレンジかつ低線量領域におけるリニアリティの低下を抑制するの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、入射した放射線に応じた画素信号を生成する変換部をそれぞれ含む複数の画素と、画素信号をサンプリングするサンプリング部と、サンプリング部によってサンプリングされた信号を処理する処理部と、を備える放射線撮像装置であって、複数の画素のそれぞれの画素について、サンプリング部は、画素信号を第１感度および第１感度よりも高い第２感度でそれぞれサンプリングし、処理部は、サンプリング部が画素信号を第１感度でサンプリングして得られた第１信号値が第１閾値よりも小さい場合、サンプリング部が画素信号を第２感度でサンプリングして得られた第２信号値に基づいて画素値を生成し、第１信号値が第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合、第１信号値に基づいて画素値を生成し、第１信号値が第１閾値以上かつ第２閾値以下の場合、第１信号値および第２信号値に基づいて画素値を生成することを特徴とする。
　上記手段によって、放射線撮像装置において、高ダイナミックレンジかつ低線量領域におけるリニアリティの低下を抑制するのに有利な技術を提供する。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本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の構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の画素の構成例を示す図。 図２の画素を含む放射線撮像装置の駆動の制御例を説明するタイミング図。 図１の放射線撮像装置のセンサユニットの構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の読出部の構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の画素値の生成方法を示すフロー図。 図２の画素の変形例を示す図。 図７の画素を含む放射線撮像装置の駆動の制御例を説明するタイミング図。 本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の構成例を示す図。 図９の放射線撮像装置の画素および読出部の構成例を示す図。 図６のフロー図の変形例を示す図。
　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。
　第１実施形態
　図１～８を参照して、本実施形態による放射線撮像装置の構成、及び、駆動方法について説明する。図１は、本実施形態における放射線撮像装置１５０を備える放射線撮像システムＳＹＳの全体構成例を示すシステムブロック図である。放射線撮像システムＳＹＳは、撮像部１００、システム制御部１０１、表示部１０２、照射制御部１０３、放射線源１０４を含む。
　撮像部１００は、放射線を用いた撮像によって被検体の内部情報を示す画像データを取得し、画像データをシステム制御部１０１に出力する。システム制御部１０１は、撮像部１００から出力された画像データに対して画像処理やデータ処理を行う処理部１３０を含む。ここで、本実施形態における放射線撮像装置１５０は、画像データを取得するための撮像部１００と、画像データに対して画像処理やデータ処理を行う処理部１３０と、を含む。
　システム制御部１０１は、それぞれのユニット間で制御信号の授受を行い、撮像部１００や照射制御部１０３を含む放射線撮像システムＳＹＳ全体のシステム制御や同期制御を行う制御部としても機能する。表示部１０２は、例えばディスプレイを含み、撮像部１００からシステム制御部１０１を介して出力される画像データに基づいて、放射線画像を表示する。例えば、放射線照射に対応したフレーム画像データが、撮像部１００からシステム制御部１０１に転送され、システム制御部１０１で画像処理が行われた後、表示部１０２に放射線画像がリアルタイムに表示される。
　照射制御部１０３は、放射線画像の撮像の際に、撮像部１００と同期するようにシステム制御部１０１から制御される。照射制御部１０３は、システム制御部１０１から出力される制御信号に応じて、放射線の照射を行うための信号を放射線発生装置である放射線源１０４に出力する。放射線源１０４は、照射制御部１０３から出力される信号に応じて、放射線撮像を行うための放射線を発生する。換言すると、システム制御部１０１は、放射線撮像装置１５０の撮像部１００へ放射線を照射するための放射線源１０４に、照射制御部１０３を介して放射線の照射を制御するための信号を出力する。
　撮像部１００は、センサパネル１０５、読出部１０６、制御部１０９を含む。読出部１０６は、センサパネル１０５から出力される画像用の信号を読み出す。制御部１０９は、システム制御部１０１との間で制御信号などの信号の授受を行いながら撮像部１００内の各ユニットを制御する。
　センサパネル１０５には、複数のセンサユニット１２０が配列される。それぞれのセンサユニット１２０は、例えば、シリコンウェーハなどの半導体の基板を用いて公知の半導体製造プロセスによって作製され、ＣＭＯＳ型の撮像素子である画素が２次元アレイ状に配されたセンサチップでありうる。それぞれのセンサユニット１２０は、被検体の内部情報を示す画像用の信号を取得するための撮像領域を有する。また、それぞれのセンサユニット１２０は、撮像領域の他に、遮光されたオプティカルブラック領域を有していてもよい。それぞれのセンサユニット１２０は、ダイシングなどによって物理的に分離されたものでありうる。換言すると、センサパネル１０５に配される複数のセンサユニット１２０は、それぞれのセンサユニット１２０ごとに分離可能な構成を有しうる。複数のセンサユニット１２０を不図示の板状の基台の上にタイリングすることによって、センサパネル１０５を大型化することが可能となる。センサユニット１２０に形成される画素の変換素子は、互いに隣接するセンサユニット１２０の境界を挟んで、センサユニット１２０内部と同等のピッチで配されるように、それぞれのセンサユニット１２０がタイリングされうる。図１に示す構成では、説明を容易にするため、センサユニット１２０が２行×７列にわたってタイリングされた構成を示すが、センサパネル１０５の構成は、この構成に限られるものではない。
　センサパネル１０５の放射線が照射される入射面の側には、例えば、放射線を光に変換するシンチレータ（不図示）が配され、センサパネル１０５のそれぞれのセンサユニット１２０に配された画素の変換素子によって、放射線から変換された光に応じた電気信号が得られる。本実施形態では、放射線をシンチレータによって光に変換し、変換された光を光電変換する間接型の変換素子を備える画素を用いた撮像装置の構成例を示すが、放射線を直接、電気信号に変換する直接型の変換素子を用いた撮像装置であってもよい。
　読出部１０６は、例えば、差動アンプ１０７とアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換を行うＡ／Ｄ変換器１０８と、を含む。差動アンプ１０７およびＡ／Ｄ変換器１０８の構成および動作については後述する。
　センサパネル１０５の上辺部、及び、下辺部には、信号の授受、または、電源の供給を行うための電極が配される。電極は、フライングリード式プリント配線板（不図示）などによって外部回路に接続される。例えば、センサパネル１０５からの画像用の信号は、電極を介して読出部１０６によって読み出され、また、制御部１０９からの制御信号は、電極を介してセンサパネル１０５に供給される。
　制御部１０９は、センサパネル１０５、差動アンプ１０７、Ａ／Ｄ変換器１０８の動作を制御し、例えば、それぞれのセンサユニット１２０に供給する基準電圧の設定やそれぞれの画素の駆動制御、動作モード制御を行う。また、制御部１０９は、読出部のＡ／Ｄ変換器１０８によってＡ／Ｄ変換されたセンサパネル１０５の各センサから出力された画像用の信号（デジタルデータ）を用いて単位期間ごとに１つのフレームデータを生成する。生成されたフレームデータは、画像データとしてシステム制御部１０１に出力される。
　撮像部１００は、さらにメモリ１１５を備えていてもよい。メモリ１１５には、放射線撮像装置１５０の撮像部１００を動作させる際のプログラムなどが記憶されていてもよい。また、メモリ１１５には、各種の補正データやパラメータが記憶されていてもよい。
　制御部１０９とシステム制御部１０１との間では、各種インタフェースを介して、制御コマンドなどの制御信号や画像データなどの授受が行われる。制御用インタフェース１１０は、駆動モードや各種パラメータなどの撮像情報や設定情報の授受を行うためのインタフェースである。また、制御用インタフェース１１０は、撮像部１００の動作状態などの装置情報の授受を行ってもよい。画像データインタフェース１１１は、撮像部１００から出力される画像用の信号（画像データ）をシステム制御部１０１に出力するためのインタフェースである。また、制御部１０９は、撮像部１００が撮像可能な状態になったことをＲＥＡＤＹ信号１１２によってシステム制御部１０１に通知する。システム制御部１０１は、制御部１０９から出力されるＲＥＡＤＹ信号１１２に応じて、放射線の照射開始（曝射）のタイミングを、同期信号１１３によって制御部１０９に通知する。システム制御部１０１は、制御部１０９から出力される曝射許可信号１１４がイネーブル状態の間に、照射制御部１０３に制御信号を出力し、放射線の照射を開始させる。
　以上のような構成によって、放射線撮像システムＳＹＳにおける各ユニットの制御、例えば駆動制御、同期制御、駆動モード制御などがなされる。例えば、システム制御部１０１に、ユーザが動作モードや各種パラメータなどの撮像情報などを入力するための情報入力部や情報入力端末などの入力部（不図示）が接続されていてもよく、各ユニットの制御は、ユーザによって入力された撮像情報に基づいてなされる。例えば、システム制御部１０１は、駆動モード設定部として機能し、ユーザの入力した撮像情報に基づいて駆動モードを選択し、放射線撮像システムＳＹＳが動作するように放射線撮像システムＳＹＳ全体を制御する。そして、撮像部１００は、センサパネル１０５から読み出された画素からの画像用の信号を、１つ１つの単位期間ごとにフレームデータを生成し、画像データとしてシステム制御部１０１に出力する。システム制御部１０１の処理部１３０は、画像データに対して所定の画像処理やデータ処理を行い、画像データに基づく放射線画像を表示部１０２に表示させる。
　放射線撮像システムＳＹＳにおける各ユニットは、上記構成に限られるものではなく、各ユニットの構成は、目的などに応じて、適宜変更されてもよい。例えば、システム制御部１０１と照射制御部１０３などの２つ以上のユニットの各機能が、１つのユニットによって達成されてもよい。また、例えば、本実施形態において、撮像部１００とシステム制御部１０１とは、別々のユニットとして示されているが、これに限られることはない。撮像部１００は、撮像部１００の備える各機能に加え、システム制御部１０１や表示部１０２、照射制御部１０３の一部またはすべての機能を含んでいてもよい。例えば、システム制御部１０１の画像処理を行う処理部１３０が撮像部１００に含まれるなど、あるユニットの一部の機能が、他のユニットによって達成されてもよい。また例えば、システム制御部１０１の画像処理を行う処理部１３０として機能と、システム制御を行う制御部としての機能とが、それぞれ別のユニットによって達成されるなど、それぞれのユニットが、機能によって別のユニットに分かれていてもよい。
　図２は、センサパネル１０５のそれぞれのセンサユニット１２０に配される複数の画素のうち１つの画素ＰＩＸの回路構成例を示している。図２において、フォトダイオードＰＤは光電変換素子であり、入射する放射線に応じて前述のシンチレータで生じた光を電気信号に変換する。したがって、入射した放射線に応じた画素信号を生成する変換部２０１が、シンチレータと変換素子であるフォトダイオードＰＤとを含み構成される。具体的には、シンチレータで生じた光の光量に応じた量の電荷がフォトダイオードＰＤで発生する。本実施形態において、上述のように間接型の変換素子を用いたセンサパネル１０５を考えており、放射線を電気信号（電荷）に変換するための変換部２０１としてフォトダイオードＰＤを用いる構成を示したが、これに限られることはない。放射線を電気信号に変換するための変換部２０１として、例えば、放射線を直接、電気信号に変換する直接型の変換素子が用いられてもよい。
　本実施形態において、それぞれの画素ＰＩＸは、容量Ｃｆｄ、Ｃｆｄ１、変換部２０１の出力ノードと容量Ｃｆｄ１との間に配されたスイッチであるトランジスタＭ１を含む。容量Ｃｆｄは、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を蓄積するためのフローティングディフュージョン（浮遊拡散領域）の容量である。また、容量Ｃｆｄには、フォトダイオードＰＤに寄生する寄生容量も含まれうる。トランジスタＭ１は、画素ＰＩＸの放射線に対する感度を切り替えるためのスイッチ素子である。容量Ｃｆｄ１は、画素ＰＩＸの感度を切り替えるための切替用容量であり、トランジスタＭ１を介してフォトダイオードＰＤに接続される。この構成によって、それぞれの画素ＰＩＸにおいて、フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するための容量の容量値が変更可能となり、画素ＰＩＸの放射線に対する感度が切り替えられる。
　トランジスタＭ２は、フォトダイオードＰＤ、容量Ｃｆｄ、容量Ｃｆｄ１に蓄積された電荷を放電させるためのリセットスイッチである。トランジスタＭ４は、ソースフォロアとして動作するための増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ）である。トランジスタＭ３はトランジスタＭ４を動作状態とさせるための選択スイッチである。
　トランジスタＭ４の後段には、フォトダイオードＰＤを含む変換部２０１で発生するｋＴＣノイズを除去するためのクランプ回路２０２が設けられる。容量Ｃｃｌはクランプ容量であり、トランジスタＭ５は、クランプ用のクランプスイッチである。トランジスタＭ７は、ソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ）である。トランジスタＭ６はトランジスタＭ７を動作状態とするための選択スイッチである。
　トランジスタＭ７の後段には、３つのサンプルホールド回路が設けられたサンプリング部２０３が配される。トランジスタＭ８、Ｍ１１は、それぞれ放射線から変換された光によってフォトダイオードＰＤで生成される画像用の画素信号である光信号を蓄積するためのサンプルホールド回路を構成するサンプルホールドスイッチである。容量ＣＳ１および容量ＣＳ２は、サンプリングした光信号を保持するための保持容量である。トランジスタＭ１４は基準電圧の信号を蓄積するためのサンプルホールド回路を構成するサンプルホールドスイッチである。容量ＣＮは、サンプリングした基準信号を保持するための保持容量である。トランジスタＭ１０、Ｍ１３は、ソースフォロアとして動作する光信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ）である。アナログスイッチＭ９、Ｍ１２は、トランジスタＭ１０およびトランジスタＭ１３で増幅された光信号を、それぞれ光信号出力部Ｓ１、Ｓ２へ出力するための転送スイッチである。トランジスタＭ１６は、ソースフォロアとしての動作する基準信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ）である。アナログスイッチＭ１５は、トランジスタＭ１６で増幅された基準信号を基準信号出力部Ｎへ出力するための転送スイッチである。
　信号ＥＮは、トランジスタＭ３、Ｍ６のゲートに接続され、トランジスタＭ４、Ｍ７の動作状態を制御するための制御信号である。信号ＥＮがハイレベルのとき、トランジスタＭ４、Ｍ７は同時に動作状態となる。信号ＰＲＥＳは、トランジスタＭ２のゲートに接続され、トランジスタＭ２の動作状態を制御するための制御信号（リセット信号）である。信号ＰＲＥＳがハイレベルのとき、トランジスタＭ２はオン動作し、フォトダイオードＰＤ、容量Ｃｆｄ、Ｃｆｄ１に蓄積された電荷を放電させる。信号ＰＣＬは、トランジスタＭ５のゲートに接続され、トランジスタＭ５を制御するための制御信号である。信号ＰＣＬがハイレベルのとき、トランジスタＭ５がオン動作し、容量Ｃｃｌを基準電圧ＶＣＬにセットする。信号ＴＳ１は、トランジスタＭ８のゲートに接続され、光信号のサンプルホールドを制御する制御信号である。信号ＴＳ１をハイレベルとし、トランジスタＭ８をオン動作させることで、光信号がトランジスタＭ７を介して容量ＣＳ１に一括転送される。次いで、すべての画素ＰＩＸ一括で信号ＴＳ１をローレベルとし、トランジスタＭ８をオフ動作させることで、サンプルホールド回路の容量ＣＳ１への光信号のサンプリングが完了する。信号ＴＳ２信号は、トランジスタＭ１１のゲートに接続され、信号ＴＳ１と同様に動作し、サンプルホールド回路の容量ＣＳ２への光信号のサンプリングを行う。このように、サンプリング部２０３は、複数の画素ＰＩＸのそれぞれにおいて、同時にフォトダイオードＰＤで生成された画素信号（光信号）を異なる感度でサンプリング可能である。信号ＴＮは、トランジスタＭ１４のゲートに接続され、基準信号のサンプルホールドを制御する制御信号である。信号ＴＮをハイレベルとし、トランジスタＭ１４をオン動作させることで、基準信号がトランジスタＭ７を介して容量ＣＮに一括転送される。次いで、すべての画素一括で信号ＴＮをローレベルとし、トランジスタＭ１４をオフ動作させることで、サンプルホールド回路の容量ＣＮへの基準信号のサンプリングが完了する。基準信号も、サンプリング部２０３は、複数の画素ＰＩＸのそれぞれにおいて、同時にサンプリング可能である。容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮへのサンプルホールド後は、トランジスタＭ８、Ｍ１１、Ｍ１４がオフとなり、容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮは、前段の蓄積回路と切り離される。このため、再度サンプリングを行うまで蓄積された光信号、基準信号は、それぞれアナログスイッチＭ９、１２、１５を導通状態にすることによって、非破壊で読み出すことができる。つまり、トランジスタＭ８、Ｍ１１、Ｍ１４を非導通状態にしている間、保持している光信号および基準信号を、任意のタイミングで読み出すことができる。
　図３は、図２に示される画素ＰＩＸにおける、動画を撮像する際の駆動制御の一例を示すタイミング図である。以下、動画像を撮像する際に、容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮに電荷がサンプルホールドされるまでの制御信号のタイミングについて説明する。
　まず、時刻ｔ１において、ユーザによって撮像の際の感度や蓄積時間など、撮像モードの設定が行われた後、撮像開始の設定がなされる。次いで、時刻ｔ２において、制御部１０９が、外部同期信号がハイレベルとなったことを検出すると、撮像のための駆動が開始される。
　ここで、時刻ｔ２から始まるリセット駆動Ｒについて説明する。リセット駆動Ｒは、リセットとクランプとを行う駆動である。まず、時刻ｔ２において、システム制御部１０１からの同期信号１１３がハイレベルになったことを制御部１０９が検出すると、制御部１０９は、信号ＥＮをハイレベルにし、トランジスタＭ４、Ｍ７をオン動作させる。次に、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥ、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、トランジスタＭ１をオン動作させた状態でフォトダイオードＰＤを基準電圧ＶＲＥＳに接続する。次いで、制御部１０９は、信号ＰＣＬをハイレベルにすることによってクランプスイッチであるトランジスタＭ５をオン動作させ、クランプ容量である容量ＣｃｌのトランジスタＭ７側を基準電圧ＶＣＬに接続する。同時に、制御部１０９は、信号ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＮをハイレベルにし、トランジスタＭ８、Ｍ１１、Ｍ１４をオン動作させる。
　次いで、時刻ｔ３において、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥをローレベルにしてトランジスタＭ１をオフ状態にし、変換素子であるフォトダイオードＰＤを含む変換部２０１を高感度で放射線を検出するモードに切り替える。さらに、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳをローレベルにしてリセット駆動Ｒを終了する。
　このとき、容量ＣｃｌのトランジスタＭ４側にリセット電圧ＶＲＥＳがセットされる。また、容量Ｃｆｄ１もトランジスタＭ１側がリセット電圧ＶＲＥＳで保持され、不定電圧が生じることを抑制する。また、制御部１０９は、トランジスタＭ５をオフ状態にし、基準電圧ＶＣＬと基準電圧ＶＲＥＳとの差分の電圧に応じた電荷が容量Ｃｃｌに蓄積されクランプが終了する。また、同時に、制御部１０９は、トランジスタＭ８、Ｍ１１、Ｍ１４もオフ状態にし、容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮに、基準電圧ＶＣＬがセットされたときの基準信号が保持される。フォトダイオードＰＤで生成された画素信号を所定の感度でサンプリングした光信号を保持するための容量ＣＳ１、ＣＳ２および基準信号を保持するための容量ＣＮの電荷を、サンプリングが行われる前に一定にすることによって、残像の影響が低減される。
　時刻ｔ３において、リセット駆動Ｒが終了し、画素ＰＩＸは蓄積状態となったため、制御部１０９は、曝射許可信号１１４をイネーブルにし、放射線の曝射を要求する。時間ｔ３は、それぞれの画素ＰＩＸにおいて、照射された放射線に応じた画素信号（電荷）を蓄積するための動作を開始する時間といえる。曝射許可信号１１４をイネーブルにすることによる放射線の照射の開始に応じて、フォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョンの容量Ｃｆｄへの電荷の蓄積が始まる。つまり、時刻ｔ３から高感度で、照射された放射線に応じた信号の蓄積が開始される。また、制御部１０９は、信号ＥＮをローレベルにし、それぞれ画素アンプを構成するトランジスタＭ４、Ｍ７を非動作状態にする。
　リセット駆動Ｒは、放射線撮像装置１５０に配されたすべての画素ＰＩＸに対して一括して行う。後に続くリセット駆動Ｒも、同様のタイミングで制御される。動画や静止画の撮像時、画素間や走査線間の時間的スイッチングのずれによって発生する画像ズレを防止するため、放射線撮像装置１５０に配されるすべての画素ＰＩＸにおいて同一のタイミング、同一の期間でリセット駆動Ｒが行われうる。その後、放射線の照射によって電荷の蓄積が行われ、それぞれの画素ＰＩＸのフォトダイオードＰＤで発生した信号電荷が容量ＣｆｄおよびフォトダイオードＰＤの寄生容量に蓄積される。
　次に時刻ｔ４から始まる高感度のサンプリング駆動ＳＨについて説明する。時刻ｔ４で、制御部１０９は、信号ＥＮをハイレベルにしトランジスタＭ３、Ｍ６をオン動作させる。これによって、容量Ｃｆｄに蓄積された電荷は、電荷／電圧変換されソースフォロアとして動作し画素アンプを構成するトランジスタＭ４によって電圧として容量Ｃｃｌに出力される。トランジスタＭ４の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によってリセット駆動Ｒの際にトランジスタＭ７側を基準電圧ＶＣＬにセットしているため、リセットノイズが除去された光信号として画素アンプを構成するトランジスタＭ７に出力される。次に、制御部１０９は、放射線の照射によって光信号のサンプリングを制御する信号ＴＳ１をハイレベルとし、トランジスタＭ８をオン動作させる。これによって、変換部２０１で生成された光信号（画素信号）は、画素アンプを構成するトランジスタＭ７を介して、高い感度で光信号をサンプリングした信号を保持する容量ＣＳ１に、センサパネル１０５に配された画素ＰＩＸで一括転送される。制御部１０９は、時刻ｔ５において、曝射許可信号をディセーブルとし、放射線の曝射を停止させる。また、制御部１０９は、信号ＴＳ１をローレベルとし、トランジスタＭ８をオフ状態にすることによって、容量ＣＳ１に高感度でサンプリングした信号が保持される。
　時刻ｔ５において、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥをハイレベルとし、サンプリング駆動ＳＨを終了し、低感度のサンプリング駆動ＳＬを開始する。信号ＷＩＤＥがハイレベルになることによって、トランジスタＭ１がオン動作する。感度を切り替えるためのスイッチであるトランジスタＭ１がオン動作することによって、フローティングディフュージョン部の容量が増え、サンプリング部２０３は、変換部２０１で生成された光信号（画素信号を）を低感度でサンプリング可能となる。
　次いで、制御部１０９は、信号ＴＳ２をハイレベルとし、トランジスタＭ１１をオン動作させる。これによって、変換部２０１で生成された光信号（画素信号）は、画素アンプを構成するトランジスタＭ７を介して、低い感度で光信号をサンプリングした信号を保持する容量ＣＳ２に、センサパネル１０５に配された画素ＰＩＸで一括転送される。時刻ｔ６において、制御部１０９は、信号ＴＳ２をローレベルとし、トランジスタＭ１１をオフ状態にすることによって、容量ＣＳ２に低感度でサンプリングした信号が保持される。
　次に、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、トランジスタＭ２をオン動作させ、容量Ｃｆｄ、Ｃｆｄ１を基準電圧ＶＲＥＳにリセットする。次いで、制御部１０９は、信号ＰＣＬをハイレベルとする。容量Ｃｃｌには、電圧ＶＣＬと電圧ＶＲＥＳとの差分の電圧にリセットノイズが重畳した電荷が蓄積される。さらに、制御部１０９は、信号ＴＮをハイレベルとし、トランジスタＭ１４をオン動作させることによって、基準電圧ＶＣＬにセットされた際の基準信号を容量ＣＮに転送する。続いて、時刻ｔ８で、制御部１０９は、信号ＴＮをローレベルとし、トランジスタＭ１４をオフ動作させることによって、容量ＣＮに基準信号が保持される。さらに、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳ、ＰＣＬ、ＥＮをローレベルとし、サンプリング駆動ＳＬを終了する。
　以上、説明した動作によって、サンプリング部２０３は、入射した放射線に応じて変換部２０１で生成された光信号（画素信号）を高感度および低感度でそれぞれサンプリングする。高感度で光信号をサンプリングするサンプリング駆動ＳＨおよび低感度で光信号をサンプリングするサンプリング駆動ＳＬは、センサパネル１０５に配された全ての画素ＰＩＸにおいて一括して行われる。後に、続くサンプリング駆動ＳＨ、サンプリング駆動ＳＬも、同様のタイミングで制御される。サンプリング駆動ＳＬの後、制御部１０９が、外部同期信号がハイレベルとなったことを検出すると、時刻ｔ１０から、再びリセット駆動Ｒが行われ、次のフレームの変換部２０１における電荷の蓄積が開始される。
　高感度でサンプリングされた信号（以下、光信号ＲＯＨと記載する場合がある。）、低感度でサンプリングされた信号（以下、光信号ＲＯＬと記載する場合がある。）および基準信号の走査は、画素ＰＩＸごとに行われる。制御部１０９は、アナログスイッチＭ９、Ｍ１２、Ｍ１５をオン動作させることによって、容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮの電圧が、光信号出力部Ｓ１、Ｓ２、基準信号出力部Ｎを介して、対応する列信号線に出力される。
　図２に示される画素ＰＩＸにおいて、変換部２０１の電荷の蓄積を開始するタイミングは、図３に示されるリセット駆動Ｒの終了後に、信号ＰＣＬがローレベルになりクランプが完了した時刻ｔ３、ｔ１１である。また、変換部２０１の電荷の蓄積の終了のタイミングは、信号ＴＳ１がローレベルになり、曝射許可信号１１４がディセーブルし、光信号ＲＯＨをサンプリングした時刻ｔ５、ｔ１３である。
　サンプリング駆動ＳＬの終了後、時刻ｔ７から、制御部１０９は、それぞれの画素ＰＩＸから光信号ＲＯＨを読み出す読出処理を行う。光信号ＲＯＨの読出処理が終了すると、次いで、時刻ｔ８から、制御部１０９は、それぞれの画素ＰＩＸから光信号ＲＯＬを読み出す読出処理を行う。
　光信号ＲＯＬの読み出しが終了すると、時刻ｔ９において、制御部１０９は、制御用インタフェース１１０を介して、システム制御部１０１の処理部１３０に対して、光信号ＲＯＨ、ＲＯＬに対する処理の開始を指示する信号を送信する。この信号に応じて、処理部１３０は、撮像部１００のセンサパネル１０５に配された複数の画素ＰＩＸのそれぞれの画素ＰＩＸについて、画素値を生成する処理を開始する。処理部１３０における処理については、図６を用いて後述する。
　図４は、センサユニット１２０の内部構造の構成例を模式的に示す図である。それぞれのセンサユニット１２０は、チップセレクト端子ＣＳ、光信号出力端子ＴＳ１、光信号出力端子ＴＳ２、基準信号出力端子ＴＮ、垂直走査回路スタート信号端子ＶＳＴ、垂直走査回路クロック端子ＣＬＫＶ、水平走査回路スタート信号端子ＨＳＴ、水平走査回路クロック端子ＣＬＫＨの各端子を含む。また、センサユニット１２０には、列方向にｍ個×行方向にｎ個の画素ＰＩＸが２次元アレイ状に配列されている。垂直走査回路４０３は、行方向に並ぶ画素ＰＩＸを行ごとに選択し、垂直走査クロックＣＬＫＶに同期して画素群を順次、副走査方向である垂直方向に走査する。垂直走査回路４０３は、例えば、シフトレジスタで構成されうる。水平走査回路４０４は、垂直走査回路４０３によって選択された主査方向である列方向の画素ＰＩＸの列信号線を、水平走査クロックＣＬＫＨに同期して順次、１画素ずつ選択する。それぞれの画素ＰＩＸは、垂直走査回路４０３に接続された行信号線４０５がイネーブルになることによって、列信号線４０６、４０７、４０８に、それぞれサンプリングされた光信号および基準信号を出力する。列信号線４０６、４０７、４０８に出力された各信号を水平走査回路４０４が順次選択することによって、アナログ出力線４０９、４１０、４１１にそれぞれ画素ＰＩＸの各信号が順次出力される。以上のように、センサユニット１２０は、垂直走査回路４０３、水平走査回路４０４を使用したＸＹアドレス方式によるスイッチング動作によって画素ＰＩＸの選択が行われる。それぞれの画素ＰＩＸの光信号、基準信号は、列信号線４０６、４０７、４０８およびアナログ出力線４０９、４１０、４１１を通して光信号出力端子ＴＳ１、光信号出力端子ＴＳ２、基準信号出力端子ＴＮから出力される。
　図５は、それぞれの画素ＰＩＸから出力される光信号および基準信号をＡ／Ｄ変換する差動アンプ１０７およびＡ／Ｄ変換器１０８を含む読出部１０６の構成例を示す図である。光信号出力端子ＴＳ１、ＴＳ２からの出力は、それぞれ入力スイッチＭ５０、入力スイッチＭ５１に接続される。入力スイッチＭ５０は信号ＳＷ１によって動作し、入力スイッチＭ５１は信号ＳＷ２によって動作する。信号ＳＷ１および信号ＳＷ２は、画素ＰＩＸから出力される各信号の破壊や、素子の破壊を防ぐため、同時にオン動作しないように制御部１０９によって制御される。
　例えば、それぞれの画素ＰＩＸの容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＮにサンプルホールドされた光信号（以下、容量ＣＳ１にサンプルホールドされた光信号を光信号１、容量ＣＳ２にサンプルホールドされた光信号を光信号２と示す場合がある。）、基準信号は、同時に出力される場合でも、まず、制御部１０９は、信号ＳＷ１をハイレベル、信号ＳＷ２をローレベルに制御する。そして、図４に示す画素ＰＩＸ（１、１）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、ｍ）までの光信号１および基準信号が読み出される。次いで、制御部１０９は、信号ＳＷ１をローレベル、信号ＳＷ２をハイレベルに制御して、画素ＰＩＸ（１、１）から順に（ｎ、ｍ）までの光信号２および基準信号が読み出されてもよい。
　また、例えば、まず、制御部１０９は、信号ＳＷ１をハイレベル、信号ＳＷ２をローレベルに制御し、画素ＰＩＸ（１、１）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、１）までの光信号１および基準信号を読み出す。次いで、制御部１０９は、信号ＳＷ１をローレベル、信号ＳＷ２をハイレベルに制御して、ＰＩＸ（１、１）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、１）までの光信号２および基準信号を読み出す。次に、制御部１０９は、垂直走査回路４０３に垂直走査クロックＣＬＫＶを供給させ、副走査方向に１つ走査することによって、画素ＰＩＸ（１、２）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、２）を選択する。再度、制御部１０９は、信号ＳＷ１をハイレベル、信号ＳＷ２をローレベルに制御して、画素ＰＩＸ（１、２）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、２）までの光信号１および基準信号を読み出す。次いで、制御部１０９は、信号ＳＷ１をローレベル、信号ＳＷ２をハイレベルに制御して、画素ＰＩＸ（１、２）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、２）までの光信号２および基準信号を読み出す。このように、制御部１０９は、行単位で信号ＳＷ１、ＳＷ２を制御し、画素ＰＩＸ（１、１）から順に画素ＰＩＸ（ｎ、ｍ）まで、光信号および基準信号を読み出してもよい。
　差動アンプ１０７は、マイナス側入力に高感度または低感度で取得した光信号が入力され、プラス側入力に基準信号が入力される。差動アンプ１０７で基準信号から光信号を減算することによって、画素ＰＩＸ内のそれぞれの画素アンプでのプロセスばらつきなどによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）などが除去されうる。差動アンプ１０７の出力は、Ａ／Ｄ変換器１０８に入力される。Ａ／Ｄ変換器１０８は、信号ＡＤＣＬＫからクロック信号を受け取り、信号ＡＤＣＬＫがハイレベルに切り替わるタイミングでＡ／Ｄ変換されたデジタルの光信号ＡＤＯＵＴを、センサユニット１２０ごとに制御部１０９に出力する。
　次に、高いダイナミックレンジを確保しつつ、低線量領域における入射線量に対するＡ／Ｄ変換後の信号値のリニアリティの低下を抑制する処理部１３０の処理について説明する。制御部１０９に送信された光信号ＡＤＯＵＴは、読出部１０６で読み出された順番で、画像データインタフェース１１１を介してシステム制御部１０１の処理部１３０に送信され、リニアリティを改善のための処理が行われる。図６は、リニアリティを改善するための処理を説明するフロー図である。
　処理部１３０には、上述のようにサンプリング部２０３が、変換部２０１で生成された光信号を高感度および低感度でそれぞれサンプリングした光信号ＲＯＨ、ＲＯＬに対して、基準信号を用いた補正およびＡ／Ｄ変換した信号ＲＯＨ’、ＲＯＬ’を制御部１０９から受信する。信号ＲＯＨ’、ＲＯＬ’は、上述の光信号ＡＤＯＵＴに対応する。さらに、上述のように、制御部１０９から処理の開始を指示する信号を受信することによって、処理部１３０は、撮像部１００のセンサパネル１０５に配された複数の画素ＰＩＸのそれぞれの画素ＰＩＸについて画素値を生成する処理を開始する。
　まず、センサパネル１０５やそれぞれのセンサユニット１２０ごとの特性を補正するために、処理部１３０は、オフセット補正（Ｓ１２１）、感度補正（Ｓ１２２）、欠陥補正（Ｓ１２３）を行う。このとき、それぞれの画素ＰＩＸが出力した信号の信号値と周辺の画素ＰＩＸが出力した信号の信号値との相関関係が保たれた状態である。
　次に、Ｓ１２４において、処理部１３０は、センサパネル１０５における画素ＰＩＸの位置を表す変数ａを「０」に初期化する。例えば、図４における座標（１、１）に配された画素が、ａ＝０の画素ＰＩＸであってもよい。変数ａの最大値ｂは、図１、４に示される構成を備えるセンサパネル１０５の場合、センサユニット１２０にｎ×ｍ個の画素ＰＩＸが配されるため、ｂ＝（ｎ×ｍ×７×２）－１となる。
　ここで、画素位置が「ａ」のときの低感度の光信号ＲＯＬに対応する信号ＲＯＬ’の信号値をＰＬａ、高感度の光信号ＲＯＨに対応する信号ＲＯＨ’の信号値をＰＨａとする。また、高感度でのサンプリングと低感度でのサンプリングとの感度比をＧとする。
　Ｓ１２４で画素ＰＩＸの位置の初期化を行った後、処理部１３０は、Ｓ１２５において、高感度でサンプリングした信号ＲＯＨ’の信号値ＰＨａを１／Ｇ倍し、感度調整値ＰＨａｇを求める。
　感度調整値ＰＨａｇを生成した後、処理はＳ１２６に遷移し、変換部２０１から低感度でサンプリングされた光信号ＲＯＬに基づく信号値ＰＬａの大きさに応じて、処理部１３０は、位置ａの画素ＰＩＸの画素値Ｐａの生成方法の選択を行う。本実施形態において、２つの閾値が設定される。ここで、２つの閾値を、閾値ＴｈＬと、閾値ＴｈＬよりも大きい閾値ＴｈＨ（ＴｈＨ＞ＴｈＬ）とする。ここでは、Ａ／Ｄ変換器１０８でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像データＡＤＯＵＴが１６ビットの場合を示す。
　低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬ未満の場合、処理部１３０は、高感度でサンプリングすることによって得た信号値ＰＨａを感度比に応じて調整した感度調整値ＰＨａｇを画素位置が「ａ」の画素ＰＩＸの画素値Ｐａとする（Ｓ１２７）。つまり、処理部１３０は、サンプリング部２０３が光信号（画素信号）を低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬよりも小さい場合、サンプリング部２０３が光信号を高感度でサンプリングして得られた信号値ＰＨａに基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成する。
　また、低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＨよりも大きい場合、処理部１３０は、低感度でサンプリングすることによって得た信号値ＰＬａを画素位置が「ａ」の画素ＰＩＸの画素値Ｐａとする（Ｓ１２９）。つまり、処理部１３０は、サンプリング部２０３が光信号を低感度でサンプリングした信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬよりも大きい閾値ＴｈＨを超える場合、サンプリング部２０３が光信号を低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａに基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成する。
　さらに、低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬ以上（第１閾値以上）かつ閾値ＴｈＨ以下（第２閾値以下）である場合、処理部１３０は、サンプリング部２０３が光信号を高感度でサンプリングして得られた信号値ＰＨａ（感度調整値ＰＨａｇ）および低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａに基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成する（Ｓ１２８）。このとき、処理部１３０は、信号値ＰＨａ（感度調整値ＰＨａｇ）および信号値ＰＬａの加重平均値に基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成してもよい。具体的には、所定の重みづけ係数ｋを用いて、処理部１３０は、以下の式（１）を用いて画素値Ｐａを生成する。
Ｐａ＝（１－ｋ）×ＰＨａｇ＋ｋ×ＰＬａ・・・（１）
重みづけ係数ｋは、例えば、以下の式（２）を用いて生成されてもよい。
ｋ＝（ＰＬａ－ＴｈＬ）／（ＴｈＨ－ＴｈＬ）・・・（２）
　これによって、信号値ＰＬａと信号値ＰＨａ（感度調整値ＰＨａｇ）とを所定の重みづけで合成した画素値Ｐａが生成される。結果として、低感度でサンプリングして得られた信号から生成された画素値による画像と、高感度でサンプリングして得られた信号から生成された画素値による画像と、の境界を滑らかにすることができる。
　処理部１３０は、１つの画素ＰＩＸの画素値Ｐａを生成すると、Ｓ１３０に遷移し、画素位置を表す変数ａに１を足す。次いで、変数ａの値が最大値ｂより小さい場合（Ｓ１３１のＹＥＳ）、処理はＳ１２５に戻り、処理部１３０は、次の画素位置の画素値Ｐａの生成を開始する。変数ａの値が最大値ｂ以上の場合（Ｓ１３１のＮＯ）、処理はＳ１３２に進み、処理部１３０は、それぞれの画素ＰＩＸの画像値Ｐａを生成する処理を終了する。
　高ダイナミックレンジを実現するために、変換部２０１を低感度に設定した場合、センサパネル１０５のうち入射する放射線の線量が少ない領域の変換部２０１から出力された信号の信号値は、高感度に設定した場合と比較して相対的に小さい。このため、１／ｆノイズなどの影響が大きくなり、入射線量に対するＡ／Ｄ変換後の信号値のリニアリティが低下しうる。これに対して、センサパネル１０５に配された画素ＰＩＸのうち、低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａが所定の閾値ＴｈＬよりも小さい画素ＰＩＸに対して、高感度でサンプリングして得られた信号値ＰＨａに基づく感度調整値ＰＨａｇに置き換える。これによって、本実施形態における放射線撮像装置１５０は、低線量領域のリニアリティを改善した画像を生成することが可能となる。
　閾値ＴｈＬと閾値ＴｈＨは、放射線の照射条件などによって変更可能であってもよい。例えば、処理部１３０が、閾値ＴｈＬ、ＴｈＨの値を変更する機能を有していてもよい。処理部１３０は、例えば、ユーザが設定する放射線の照射中に照射される線量および蓄積時間の少なくとも一方に基づいて閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨを変更してもよい。また、例えば、処理部１３０は、容量Ｃｆｄの容量値などによって決まる、高感度のサンプリングにおいて光信号（画素信号）が飽和する信号値（以下、飽和値と呼ぶ場合がある。）に基づいて閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨを変更してもよい。例えば、閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨは、飽和値に感度比Ｇを除した値に基づいて決めてもよい。例えば、閾値ＴｈＬ＝（飽和値／Ｇ）×０．８とし、閾値ＴｈＨ＝（飽和値／Ｇ）×０．９としてもよい。また、事前に低感度のサンプリングにおける入射した放射線の線量と出力される信号値との関係（リニアリティ）を測定し、リニアリティに基づいて、閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨが決定されてもよい。
　また、上述のように放射線撮像装置１５０の撮像部１００がメモリ１１５を備えている場合、メモリ１１５が、ユーザが設定する放射線の照射条件に応じた閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨを記憶していてもよい。この場合、処理部１３０が、メモリ１１５から照射条件に応じて閾値ＴｈＬおよび閾値ＴｈＨを読み出し、画素値Ｐａの生成に用いてもよい。
　また、本実施形態において、処理部１３０は、撮像部１００の外部に配されている。しかしながら、上述したように、撮像部１００内に配されていてもよいし、処理部１３０における処理を制御部１０９で行ってもよい。
　図７は、図２に示した画素ＰＩＸの変形例である。図２に示される構成と比較して、サンプリング部２０３が、２つのサンプルホールド回路によって構成されている点が異なる。より具体的には、放射線に応じた光信号をサンプリングし保持する回路が２つから１つになり、トランジスタＭ８、光信号を保持する保持容量である容量ＣＳ１、トランジスタＭ１０、および、アナログスイッチＭ９で構成されている。
　図８は、図７に示される画素ＰＩＸにおける、動画を撮像する際の駆動制御の一例を示すタイミング図である。以下、動画像を撮像する際に、容量ＣＳ１、ＣＮに電荷がサンプルホールドされるまでの制御信号のタイミングについて説明する。
　まず、時刻ｔ１において、ユーザによって撮像の際の感度や蓄積時間など、撮像モードの設定が行われた後、撮像開始の設定がなされる。次いで、時刻ｔ２において、制御部１０９が、外部同期信号がハイレベルとなったことを検出すると、撮像のための駆動が開始される。
　ここで、時刻ｔ２から始まるリセット駆動Ｒについて説明する。リセット駆動Ｒは、リセットとクランプとを行う駆動である。まず、時刻ｔ２において、システム制御部１０１からの同期信号１１３がハイレベルになったことを制御部１０９が検出すると、制御部１０９は、信号ＥＮをハイレベルにし、トランジスタＭ４、Ｍ７をオン動作させる。次に、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥ、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、トランジスタＭ１をオン動作させた状態でフォトダイオードＰＤを基準電圧ＶＲＥＳに接続する。次いで、制御部１０９は、信号ＰＣＬをハイレベルにすることによってクランプスイッチであるトランジスタＭ５をオン動作させ、クランプ容量である容量ＣｃｌのトランジスタＭ７側を基準電圧ＶＣＬに接続する。同時に、制御部１０９は、信号ＴＳ１、ＴＮをハイレベルにし、トランジスタＭ８、Ｍ１４をオン動作させる。
　次いで、時刻ｔ３において、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥをローレベルにしてトランジスタＭ１をオフ状態にし、フォトダイオードＰＤを含む変換部２０１を高感度で放射線を検出するモードに切り替える。さらに、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳをローレベルにしてリセット駆動Ｒを終了する。
　このとき、容量ＣｃｌのトランジスタＭ４側にリセット電圧ＶＲＥＳがセットされる。また、容量Ｃｆｄ１もトランジスタＭ１側がリセット電圧ＶＲＥＳで保持され、不定電圧が生じることを抑制する。また、制御部１０９は、トランジスタＭ５をオフ状態にし、基準電圧ＶＣＬと基準電圧ＶＲＥＳとの差分の電圧に応じた電荷が容量Ｃｃｌに蓄積されクランプが終了する。また、同時に、制御部１０９は、トランジスタＭ８、Ｍ１４をオフ状態にし、容量ＣＳ１、ＣＮに基準電圧ＶＣＬにセットされたときの基準電圧信号が保持される。容量ＣＳ１と容量ＣＮとの電荷を、サンプリングが行われる前に一定にすることによって、残像の影響が低減される。
　時刻ｔ３において、リセット駆動Ｒが終了し、画素ＰＩＸは蓄積状態となったため、制御部１０９は、曝射許可信号１１４をイネーブルにし、放射線の曝射を要求する。時間ｔ３は、それぞれの画素ＰＩＸにおいて、照射された放射線に応じた画素信号（電荷）を蓄積するための動作を開始する時間といえる。曝射許可信号１１４をイネーブルにすることによる放射線の照射の開始に応じて、フォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョンの容量Ｃｆｄへの電荷の蓄積が始まる。つまり、時刻ｔ３から高感度で、照射された放射線に応じた信号の蓄積が開始される。また、制御部１０９は、信号ＥＮをローレベルにし、それぞれ画素アンプを構成するトランジスタＭ４、Ｍ７を非動作状態にする。
　リセット駆動Ｒは、放射線撮像装置１５０に配されたすべての画素ＰＩＸに対して一括して行う。後に続くリセット駆動Ｒも、同様のタイミングで制御される。動画や静止画の撮像時、画素間や走査線間の時間的スイッチングのずれによって発生する画像ズレを防止するため、放射線撮像装置１５０に配されるすべての画素ＰＩＸにおいて同一のタイミング、同一の期間でリセット駆動Ｒが行われうる。その後、放射線の照射によって電荷の蓄積が行われ、それぞれの画素ＰＩＸのフォトダイオードＰＤで発生した信号電荷が容量ＣｆｄおよびフォトダイオードＰＤの寄生容量に蓄積される。
　次に時刻ｔ４から始まる高感度のサンプリング駆動ＳＨについて説明する。時刻ｔ４で、制御部１０９は、信号ＥＮをハイレベルにしトランジスタＭ３、Ｍ６をオン動作させる。これによって、容量Ｃｆｄに蓄積された電荷は、電荷／電圧変換されソースフォロアとして動作し画素アンプを構成するトランジスタＭ４によって電圧として容量Ｃｃｌに出力される。トランジスタＭ４の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によってリセット駆動Ｒの際にトランジスタＭ７側を基準電圧ＶＣＬにセットしているため、リセットノイズが除去された光信号として画素アンプを構成するトランジスタＭ７に出力される。次に、制御部１０９は、放射線の照射によって光信号のサンプリングを制御する信号ＴＳ１をハイレベルとし、トランジスタＭ８をオン動作させる。これによって、変換部２０１で生成された光信号（画素信号）は、画素アンプを構成するトランジスタＭ７を介して、高い感度で光信号をサンプリングした信号を保持する容量ＣＳ１に、センサパネル１０５に配された画素ＰＩＸで一括転送される。制御部１０９は、時刻ｔ５において、曝射許可信号をディセーブルとし、放射線の曝射を停止させる。また、制御部１０９は、信号ＴＳ１をローレベルとし、トランジスタＭ８をオフ状態にすることによって、容量ＣＳ１に高感度でサンプリングした信号が保持される。
　時刻ｔ５において、制御部１０９は、信号ＷＩＤＥをハイレベルとし、サンプリング駆動ＳＨを終了する。信号ＷＩＤＥがハイレベルになることによって、トランジスタＭ１がオン動作する。感度を切り替えるためのスイッチであるトランジスタＭ１がオン動作することによって、フローティングディフュージョン部の容量が増え、サンプリング部２０３は、変換部２０１で生成された光信号（画素信号を）を低感度でサンプリング可能となる。続いて、サンプリング駆動ＳＨの終了後に高感度でサンプリング部２０３の容量ＣＳ１にサンプルホールドした信号ＲＯＨの読み出し処理が行われる。
　それぞれの画素ＰＩＸから信号ＲＯＨを読み出した後、時刻ｔ６において、制御部１０９は、信号ＥＮをハイレベルにしトランジスタＭ３、トランジスタＭ６をオン動作させる。次いで、制御部１０９は、信号ＴＳ１をハイレベルとし、トランジスタＭ８をオン動作させることで、変換部２０１で生成された光信号（画素信号）は、画素アンプを構成するトランジスタＭ７を介して容量ＣＳ１に、センサパネル１０５に配された画素ＰＩＸで一括転送される。時刻ｔ７において、制御部１０９は、信号ＴＳ１をローレベルとし、トランジスタＭ８をオフ状態にすることによって、容量ＣＳ１に低感度でサンプリングした信号が保持される。
　次に、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、トランジスタＭ２をオン動作させ、容量Ｃｆｄ、Ｃｆｄ１を基準電圧ＶＲＥＳにリセットする。次いで、制御部１０９は、信号ＰＣＬをハイレベルとする。容量Ｃｃｌには、電圧ＶＣＬと電圧ＶＲＥＳとの差分の電圧にリセットノイズが重畳した電荷が蓄積される。さらに、制御部１０９は、信号ＴＮをハイレベルとし、トランジスタＭ１４をオン動作させることによって、基準電圧ＶＣＬにセットされた際の基準信号を容量ＣＮに転送する。続いて、時刻ｔ８で、制御部１０９は、信号ＴＮをローレベルとし、トランジスタＭ１４をオフ動作させることによって、容量ＣＮに基準信号が保持される。さらに、制御部１０９は、信号ＰＲＥＳをローレベルとしリセットを完了する。また、制御部１０９は、信号ＰＣＬをローレベル、信号ＥＮをローレベルとし、低感度のサンプリング駆動ＳＬを終了する。続いて、サンプリング駆動ＳＬの終了後に、低感度でサンプリング部２０３の容量ＣＳ１にサンプルホールドした信号ＲＯＬの読み出し処理が行われる。
　高感度で光信号をサンプリングするサンプリング駆動ＳＨおよび低感度で光信号をサンプリングするサンプリング駆動ＳＬは、センサパネル１０５に配された全ての画素ＰＩＸにおいて一括して行われる。後に、続くサンプリング駆動ＳＨ、サンプリング駆動ＳＬも、同様のタイミングで制御される。サンプリング駆動ＳＬの後、制御部１０９が、外部同期信号がハイレベルとなったことを検出すると、時刻ｔ１０から、再びリセット駆動Ｒが行われ、次のフレームの変換部２０１における電荷の蓄積が開始される。
　高感度でサンプリングされた信号ＲＯＨおよび基準信号の走査は、画素ＰＩＸごとに行われる。制御部１０９は、アナログスイッチＭ９、Ｍ１５をオンオン動作させることによって、容量ＣＳ１、ＣＮの電圧が、画素アンプとして機能するトランジスタＭ１０、Ｍ１６、光信号出力部、Ｓ２、基準信号出力部Ｎを介して、対応する列信号線に出力される。
　図７に示される画素ＰＩＸにおいて、変換部２０１の電荷の蓄積を開始するタイミングは、図８に示すリセット駆動Ｒの終了後に、信号ＰＣＬがローレベルになりクランプが完了した時刻ｔ３、ｔ１１である。また、変換部２０１の電荷の蓄積の終了のタイミングは、信号ＴＳ１がローレベルになり、光信号ＲＯＨをサンプリングした時刻ｔ５、ｔ１３である。
　低感度でサンプリングした信号ＲＯＬの読み出しが終了すると、時刻ｔ９において、制御部１０９は、制御用インタフェース１１０を介して、システム制御部１０１の処理部１３０に対して、光信号ＲＯＨ、ＲＯＬに対する処理の開始を指示する信号を送信する。この信号に応じて、処理部１３０は、撮像部１００のセンサパネル１０５に配された複数の画素ＰＩＸのそれぞれの画素ＰＩＸについて、画素値を生成する処理を開始する。画素値を生成する処理は、上述の図６に示す方法と同じであってもよいため、ここでは説明を省略する。図７に示される構成を有する画素ＰＩＸを備える放射線撮像装置１５０においても、図８に示される動作を行うことによって、上述と同様に、低線量領域のリニアリティを改善した画像を生成することが可能となる。
　本実施形態では、感度を低感度と高感度の２段階に切り替えたが、さらに追加の感度を切り替えるための切替用容量と、フォトダイオードＰＤの出力ノードと追加の切替用容量との間にスイッチと、を配し、３段階以上に感度を切り替えてもよい。つまり、サンプリング部２０３は、光信号（画素信号）を低感度および高感度とは異なる第３の感度（例えば、中間度、より高感度、より低感度（より高ダイナミックレンジ）など。）でサンプリング可能であってもよい。例えば、感度を低感度、中感度、高感度の３段階に切り替える場合も適用可能である。この場合、例えば、感度の組み合わせとして、低感度と高感度との組み合わせだけでなく、低感度および中感度、中感度および高感度の組み合わせとして適用が可能である。さらに、切替用容量の数を増やす、または、切替容量の容量値を複数種類にして組み合わせることによって、４種類以上の感度で、信号をサンプリングできるように放射線撮像装置１５０が構成されていてもよい。
　第２実施形態
　図９、１０を用いて、本実施形態による放射線撮像装置の構成、及び、駆動方法について説明する。上述の第１実施形態では、画素ＰＩＸ内に放射線を検出する際の感度を変更するための切替用容量（容量Ｃｆｄ１）が配される例を説明した。しかしながら、放射線を検出する感度の変更は、画素ＰＩＸの外で行われてもよい。図９は、本実施形態における放射線撮像装置１５０を備える放射線撮像システムＳＹＳの全体構成例を示すシステムブロック図である。
　放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１５０、放射線源１０４、照射制御部１０３およびシステム制御部１０１を含む。システム制御部１０１は、医師や放射線技師などのユーザによって入力された撮像条件に基づいて、放射線撮像装置１５０との間で通信を行い、放射線撮像装置１５０を制御する。また、システム制御部１０１は、照射制御部１０３を介して放射線源１０４を駆動する。放射線源１０４は、照射制御部１０３からの制御信号に応じて、放射線を発生する。放射線撮像システムＳＹＳは、システム制御部１０１から出力される画像データに基づいて、放射線画像を表示する表示部１０２をさらに備えていてもよい。
　放射線撮像装置１５０は、画素アレイ９１１、駆動部９１２、読出部９１３、出力部９１４、通知部９１５、電源部９１６および制御部１０９を含む。画素アレイ９１１は、入射した放射線に応じた画素信号を生成する変換部Ｄをそれぞれ含む複数の画素Ｓが、行列状に（複数の行および複数の列を形成するように）配されている。画素アレイ９１１は、上述の図１に示されるセンサパネル１０５のように、分割可能な複数のセンサユニット１２０の組み合わせであってもよいし、１つの基板上に行列状に複数の画素Ｓが配されていてもよい。
　駆動部９１２は、複数の画素Ｓを行ごとに駆動する垂直走査回路であり、例えば、シフトレジスタなどで構成されうる。駆動部９１２は、例えば、画素Ｓをリセット（初期化）し、また、画素Ｓから画素信号を出力させることができる。読出部９１３は、詳細については後述とするが、例えば、増幅器などを含み構成されうる。複数の画素Ｓのうち列方向に配された画素Ｓの変換部Ｄから画素信号が転送される複数の列信号線ＬＣを介して、列信号線ＬＣに転送された画素信号を列ごとに読み出す。出力部９１４は、読出部９１３によって読み出された画素信号の群を１フレーム分の画像データとして出力する。通知部９１５は、例えば、光源やディスプレイなどであり、放射線撮像装置１５０の状態（例えば、動作モード）をユーザに報知する。
　電源部９１６は、外部から供給される電源の電圧から放射線撮像装置１５０内の各構成要素に供給するための電圧を生成する。具体的には、放射線撮像装置１５０内の各構成要素は、１つ以上のＩＣチップ（集積回路チップ（半導体チップ））などで構成されうり、電源部９１６は、これらＩＣチップなどの構成要素に供給するための電圧を生成する電源ＩＣである。典型的には、電源部９１６は、ＡＣ－ＤＣコンバータと１つ以上のＤＣ－ＤＣコンバータとを含む。図中では、単一のユニットとして示されるが、電源部９１６は複数の電源ＩＣで構成されてもよい。本実施形態では、電源部９１６は、ＤＣ－ＤＣコンバータに用いられるスイッチング方式の電圧レギュレータ１６１、１６２を含んでおり、これにより所望の定電圧を発生する。電圧レギュレータはスイッチングレギュレータと表現されてもよい。
　詳細については後述とするが、電源部９１６は、電圧レギュレータ１６１、１６２のスイッチング制御を行うためのクロック信号を発生する信号発生部１６３をさらに含む。ここでは説明を容易にするため、単一の信号発生部１６３を示すが、電圧レギュレータ１６１、１６２のそれぞれに対して１つずつ設けられていてもよい。また、ここでは説明を容易にするため、信号発生部１６３を電圧レギュレータ１６１、１６２とは別のユニットとして説明するが、信号発生部１６３は、電圧レギュレータ１６１、１６２のそれぞれに包含されてもよい。この場合、電圧レギュレータ１６１、１６２のそれぞれは、それ自身でクロック信号を生成することができる。
　制御部１０９は、タイミングジェネレータＴＧを含み、基準クロック信号に基づいて、放射線撮像装置１５０内の各構成要素を同期制御するための制御信号を発生する。制御部１０９は、プロセッサとしても機能しうり、例えば、読出部９１３および出力部９１４によって読み出された画像データに対して補正処理などのデータ処理を行うことも可能である。ここでは、上述の第１実施形態とは異なり、それぞれの画素Ｓの画素値を生成する処理部１３０が、制御部１０９に配されているとして説明する。
　制御部１０９は、例えば、本明細書に記載の各機能をプログラムすることが可能な集積回路ないしデバイス（例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ））などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ））でもよいし、各機能を実現するためのＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの演算装置、または、専用集積回路（ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ））などでもよい。また、各機能は、ＣＰＵ（中央演算処理部）およびメモリを備え、所定のプログラムが格納されたパーソナルコンピュータなどによってソフトウェア上で実現されてもよい。即ち、制御部１０９の機能は、ハードウェア及び／又はソフトウェアによって実現されればよい。
　放射線撮像システムＳＹＳの構成例は本例に限られるものでないことは言うまでもなく、この放射線撮像システムＳＹＳを構成する各構成要素の一部の機能は、他のユニットに含まれてもよいし、他の機能を有するユニットが追加されてもよい。例えば、放射線撮像装置１５０の機能の一部は、システム制御部１０１によって実現されてもよいし、その逆の関係も成立しうる。例えば、図９に示される構成において、システム制御部１０１と制御部１０９とを個別に示したが、これらの機能の一部または全部は、単一のユニットにより実現されてもよい。
　図１０は、放射線撮像装置１５０の構成のうち、画素アレイ９１１、駆動部９１２、読出部９１３および出力部９１４の構成を例示する。ここでは説明を容易にするため、複数の画素Ｓが３行×３列で配列された画素アレイ９１１を例示するが、実際の行および列の数は本例より多く、例えば１７インチの画素アレイ９１１では約３０００行×３０００列である。なお、図中において、第ｍ行かつ第ｎ列の画素Ｓを「Ｓ（ｍ、ｎ）」と示す。例えば、画素Ｓ（１、１）は、画素アレイ９１１における第１行かつ第１列に位置する。
　本実施形態において、画素アレイ９１１の上方には、放射線を光に変換するためのシンチレータ（不図示）が配されており、画素Ｓは、シンチレータによって変換された光（シンチレーション光）に基づいて画素信号を出力する。具体的には、画素Ｓは、変換部Ｄと、この変換部Ｄに接続されたスイッチ素子Ｗとを含む。本実施形態において、変換部ＤとしてＭＩＳセンサが用いられるが、ＰＩＮセンサなど、他の光電変換素子が用いられてもよい。また、スイッチ素子Ｗとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））が用いられるが、他の構造のトランジスタないしスイッチ素子が用いられてもよい。また、それぞれの画素Ｓの変換部Ｄは、スイッチ素子Ｗとは反対側において、画素アレイ９１１に基準電圧（ここではバイアス電圧Ｖｓ）を供給するためのバイアス線ＬＶＳに接続されている。バイアス線ＬＶＳは、バイアス電圧供給部９１８に接続されている。バイアス電圧供給部９１８において検出されるバイアス線ＬＶＳを流れる電流から、放射線の照射の開始や終了などの制御が行われてもよい。
　画素アレイ９１１には、第１～第３行に対応する制御線Ｇ１～Ｇ３が配され、また、第１～第３列に対応する列信号線ＬＣ１～ＬＣ３が配される。駆動部９１２は、制御線Ｇ１～Ｇ３により、行単位で画素Ｓを駆動することができる。例えば、画素Ｓ（１、１）、Ｓ（１、２）、Ｓ（１、３）のスイッチ素子Ｗの制御端子（ゲート電極）は、制御線Ｇ１に接続されている。駆動部９１２が制御線Ｇ１の制御信号をハイレベルにすることによって、画素Ｓ（１、１）、Ｓ（１、２）、Ｓ（１、３）のスイッチ素子Ｗがオン動作する。これによって、画素Ｓ（１、１）、Ｓ（１、２）、Ｓ（１、３）から、変換部Ｄの電荷量に応じた画素信号が、対応する列信号線ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３にそれぞれ転送される。
　以下において、制御線Ｇ１～Ｇ３のいずれかを区別しない場合には単に「制御線Ｇ」と示す。他の構成要素に関しても同様である。
　読出部９１３は、増幅部１００１および水平転送部１００２を含む。増幅部１００１は、複数の列信号線ＬＣのそれぞれに対応して配されており、積分増幅器Ａ１および可変増幅器Ａ２を含む増幅回路１０１１、サンプリング部２０３、バッファ回路Ａ３を含む。図１０では第１列の列信号線ＬＣ１に対応する増幅部１００１についてのみ、増幅部１００１の具体的な構成例を示しているが、他の増幅部１００１についても同様の構成を有しうる。
　積分増幅器Ａ１は、図１０に示されるように、演算増幅器と、この演算増幅器の反転入力端子（図中の「－」端子）および出力端子の間の経路に配されたフィードバック容量と、それと並列に配されたリセットスイッチとを含む。この演算増幅器の非反転入力端子（図中の「＋」端子）には参照電圧ＶＲＥＦが供給される。リセットスイッチがオフ状態の間、画素Ｓから出力された画素信号（具体的には、列信号線ＬＣの電位変動）は、積分増幅器Ａ１によって増幅される。また、リセットスイッチをオン動作させることによって積分増幅器Ａ１はリセットされる。
　積分増幅器Ａ１によって増幅された画素信号は、可変増幅器Ａ２によって所定のゲインでさらに増幅された後、サンプリング部２０３によりサンプリングされる。サンプリング部２０３は、サンプリングスイッチと、それに接続された保持容量とを含む。サンプリングスイッチをオン動作させることによって、保持容量が増幅回路１０１１の出力ノードに接続され、保持容量を増幅された画素信号に応じた電圧にし（サンプル）、サンプリングスイッチをオフ状態にすることによって保持容量に該電圧を保持させる（ホールド）。
　このようにしてサンプリングされた増幅された画素信号は、バッファ回路Ａ３を介して水平転送部１００２より水平転送される。水平転送部１００２は、例えば、マルチプレクサおよびシフトレジスタなどで構成されうり、対象の列を順に選択することによって、列ごとに読み出された増幅された画素信号を順に出力部９１４に水平転送する。
　出力部９１４は、バッファ回路Ａ４およびＡＤコンバータを含み、水平転送された増幅された画素信号を、バッファ回路Ａ４により増幅し、ＡＤコンバータによりＡＤ変換し、そのようにして得られた信号を画像データとして制御部１０９に出力する。
　図１０に示される構成において、積分増幅器Ａ１のフィードバック容量および可変増幅器Ａ２のゲインを変更することによって、出力する信号の感度を変更することが可能である。つまり、増幅回路１０１１の増幅率を変更することによって、サンプリング部２０３は、画素信号を互いに異なる感度でサンプリングすることができる。
　本実施形態において、まず、画素アレイ９１１のリセット動作を行った後、画素アレイ９１１のそれぞれの画素Ｓにおいて電荷蓄積（以下、第１電荷蓄積と示す場合がある。）を行う。具体的には、画素Ｓのスイッチ素子Ｗを所定期間にわたってオフ状態にする。これによって、画素Ｓでは、変換部Ｄにおいて放射線の照射量に応じた量の電荷が蓄積される。第１電荷蓄積では、積分増幅器Ａ１のフィードバック容量を小さくする、または、可変増幅器Ａ２のゲインを大きくする、または、その両方を行い、画素信号を高感度でサンプリングした高感度の信号ＲＯＨとして取得することができる。このとき、サンプリング部２０３は、複数の画素Ｓのうち行方向に配された画素Ｓから、同時に画素信号を高感度の信号ＲＯＨとしてサンプリングする。
　次に、画素アレイ９１１のリセット動作を行った後、画素アレイ９１１のそれぞれの画素Ｓにおいて電荷蓄積（以下、第２電荷蓄積と示す場合がある。）を行う。第２電荷蓄積では、積分増幅器Ａ１のフィードバック容量を大きくする、または、可変増幅器Ａ２のゲインを小さくする、または、その両方を行い、感度を低感度に設定し、画素信号を低感度でサンプリングした低感度の信号ＲＯＬとして取得することができる。このとき、サンプリング部２０３は、複数の画素Ｓのうち行方向に配された画素Ｓから、同時に画素信号を低感度の信号ＲＯＬとしてサンプリングする。また、第１電荷蓄積と第２電荷蓄積での放射線の照射条件は、同じ条件とする。
　高感度の信号ＲＯＨおよび低感度の信号ＲＯＬの読み出しが終了すると、制御部１０９の処理部１３０において、図６に示す画像処理が行われ、それぞれの画素Ｓの画素値Ｐａが生成される。これによって、本実施形態においても、上述と第１実施形態と同様に、低線量領域のリニアリティを改善した画像を生成することが可能となる。
　第３実施形態
　上述の第１実施形態および第２実施形態では、画素値Ｐａを生成する際に２つの閾値ＴｈＬ、ＴｈＨを用いる例を示したが、これに限られることはない。例えば、画素値Ｐａを生成する際に、処理部１３０は、３つ以上の閾値を用いて、画素値Ｐａを生成する方法を選択してもよい。図１１を用いて、処理部１３０が、３つの閾値を用いて、画素値Ｐａを生成する方法を選択する処理について説明する。
　Ｓ１２１～Ｓ１２５の各ステップは、上述の図６と同様のステップであってもよいため、ここでは、説明を省略する。本実施形態において、画素値Ｐａの生成方法を選択するために、Ｓ１１０１において、３つの閾値が用いられる。ここで、３つの閾値を、閾値ＴｈＬと、閾値ＴｈＬよりも大きい閾値ＴｈＨと、閾値ＴｈＬと閾値ＴｈＨとの中間の閾値ＴｈＭ（ＴｈＨ＞ＴｈＭ＞ＴｈＬ）とする。
　Ｓ１１０１において低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬ未満の場合、処理はＳ１２７に遷移する。Ｓ１２７において、処理部１３０は、図６を用いて説明した場合と同様に、高感度でサンプリングすることによって得た信号値ＰＨａを感度比Ｇに応じて調整した感度調整値ＰＨａｇを画素位置が「ａ」の画素ＰＩＸの画素値Ｐａとする。
　Ｓ１１０１において低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬよりも大きい場合、処理はＳ１２９に遷移する。Ｓ１２９において、処理部１３０は、図６を用いて説明した場合と同様に、低感度でサンプリングすることによって得た信号値ＰＬａを画素位置が「ａ」の画素ＰＩＸの画素値Ｐａとする。
　Ｓ１１０１において低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＬ以上（第１閾値以上）かつ閾値ＴｈＭよりも小さい（第３閾値よりも小さい）である場合、処理はＳ１１０２に遷移する。Ｓ１１０２において、処理部１３０は、サンプリング部２０３が光信号（画素信号）を高感度でサンプリングして得られた信号値ＰＨａ（感度調整値ＰＨａｇ）および低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａの加重平均値に基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成する。具体的には、所定の重みづけ係数ｋを用いて、処理部１３０は、以下の式（３）を用いて画素値Ｐａを生成する。
Ｐａ＝（１－ｋ）×ＰＨａｇ＋ｋ×ＰＬａ・・・（３）
重みづけ係数ｋは、例えば、以下の式（４）を用いて生成されてもよい。
ｋ＝（ＰＬａ－ＴｈＬ）／（ＴｈＭ－ＴｈＬ）・・・（４）
　Ｓ１１０１において低感度の信号値ＰＬａが閾値ＴｈＭ以上（第３閾値以上）かつ閾値ＴｈＨ以下（第２閾値以下）である場合、処理はＳ１１０３に遷移する。Ｓ１１０３において、処理部１３０は、サンプリング部２０３が光信号（画素信号）を高感度でサンプリングして得られた信号値ＰＨａ（感度調整値ＰＨａｇ）および低感度でサンプリングして得られた信号値ＰＬａの加重平均値に基づいて当該画素の画素値Ｐａを生成する。具体的には、所定の重みづけ係数ｊを用いて、処理部１３０は、以下の式（５）を用いて画素値Ｐａを生成する。
Ｐａ＝（１－ｊ）×ＰＨａｇ＋ｊ×ＰＬａ・・・（５）
重みづけ係数ｊは、例えば、以下の式（６）を用いて生成されてもよい。
ｊ＝（ＰＬａ－ＴｈＭ）／（ＴｈＨ－ＴｈＭ）・・・（６）
　このように、信号値ＰＨａと信号値ＰＬａとの加重平均値を取得する際に、閾値ＴｈＭを境に、信号値ＰＨａと信号値ＰＬａとの重みづけが互いに異なっていてもよい。これによって、低感度でサンプリングして得られた信号から生成された画素値による画像と、高感度でサンプリングして得られた信号から生成された画素値による画像と、の境界をさらに滑らかにすることができる。
　Ｓ１３０以降の各ステップは、上述の図６と同様のステップであってもよいため、ここでは、説明を省略する。閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭは、上述と同様に、放射線の照射条件などによって変更可能であってもよい。例えば、処理部１３０が、ユーザが設定する放射線の照射中に照射される線量および蓄積時間の少なくとも一方に基づいて閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭを変更してもよい。また、例えば、処理部１３０が、容量Ｃｆｄの容量値などによって決まる、高感度のサンプリングにおいて光信号（画素信号）が飽和する信号値（以下、飽和値と呼ぶ場合がある。）に基づいて閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭを変更してもよい。例えば、閾値ＴｈＬ＝（飽和値／Ｇ）×０．８とし、閾値ＴｈＭ＝（飽和値／Ｇ）×０．９とし、閾値ＴｈＨ＝（飽和値／Ｇ）×１．０としてもよい。また、事前に低感度のサンプリングにおける入射した放射線の線量と出力される信号値との関係（リニアリティ）を測定し、リニアリティに基づいて、閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭが決定されてもよい。
　また、上述のように放射線撮像装置１５０の撮像部１００がメモリ１１５を備えている場合、メモリ１１５が、ユーザが設定する放射線の照射条件に応じた閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭを記憶していてもよい。この場合、処理部１３０が、メモリ１１５から照射条件に応じて閾値ＴｈＬ、ＴｈＨ、ＴｈＭを読み出し、画素値Ｐａの生成に用いてもよい。
　また、図６および図１１の説明において、入射した放射線の線量と出力される信号値との関係（リニアリティ）が線形であることを仮定して画素値Ｐａを生成する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、入射した放射線の線量と出力される信号値との関係が２次以上の関数であることを想定して画素値Ｐａを生成してもよい。それぞれのリニアリティの特性に合わせて、適宜決定すればよい。
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、その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る。また、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。
　本願は、２０２０年２月２６日提出の日本国特許出願特願２０２０－０３０８４８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (19)

  1. 　入射した放射線に応じた画素信号を生成する変換部をそれぞれ含む複数の画素と、前記画素信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部によってサンプリングされた信号を処理する処理部と、を備える放射線撮像装置であって、
    　前記複数の画素のそれぞれの画素について、
    　　前記サンプリング部は、前記画素信号を第１感度および前記第１感度よりも高い第２感度でそれぞれサンプリングし、
    　　前記処理部は、
    　　　前記サンプリング部が前記画素信号を前記第１感度でサンプリングして得られた第１信号値が第１閾値よりも小さい場合、前記サンプリング部が前記画素信号を前記第２感度でサンプリングして得られた第２信号値に基づいて画素値を生成し、
    　　　前記第１信号値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合、前記第１信号値に基づいて画素値を生成し、
    　　　前記第１信号値が前記第１閾値以上かつ前記第２閾値以下の場合、前記第１信号値および前記第２信号値に基づいて画素値を生成することを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 　前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれの画素について、前記第１信号値が前記第１閾値以上かつ前記第２閾値以下の場合、前記第１信号値および前記第２信号値の加重平均値に基づいて画素値を生成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. 　前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれの画素について、
    　　前記第１信号値が前記第１閾値以上かつ前記第１閾値と前記第２閾値との間の第３閾値よりも小さい場合、前記第１信号値および前記第２信号値の第１加重平均値に基づいて画素値を生成し、
    　　前記第１信号値が前記第３閾値以上かつ前記第２閾値以下の場合、前記第１信号値および前記第２信号値の第２加重平均値に基づいて画素値を生成し、
    　前記第１加重平均値および前記第２加重平均値を取得する際に、前記第１信号値および前記第２信号値の重みづけが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
  4. 　前記複数の画素のそれぞれが、切替用容量と、前記変換部の出力ノードと前記切替用容量との間に配されたスイッチと、を含み、
    　前記スイッチがオン動作することによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第１感度でサンプリングし、
    　前記スイッチがオフ動作することによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  5. 　前記サンプリング部が、前記画素信号を前記第１感度または前記第２感度でサンプリングした信号を保持する保持容量を含み、
    　前記保持容量が、前記複数の画素のそれぞれに配されていることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
  6. 　前記保持容量が、前記画素信号を前記第１感度でサンプリングした信号を保持する第１保持容量と、前記画素信号を前記第２感度でサンプリングした信号を保持する第２保持容量と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
  7. 　前記サンプリング部は、前記複数の画素のそれぞれにおいて、同時に前記画素信号を前記第１感度または前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項５または６に記載の放射線撮像装置。
  8. 　前記放射線撮像装置が、前記複数の画素のうち列方向に配された画素の前記変換部から前記画素信号が転送される複数の列信号線と、前記複数の列信号線に転送された前記画素信号を読み出す読出部と、をさらに含み、
    　前記読出部が、前記複数の列信号線のそれぞれに対応する増幅回路を含み、
    　前記増幅回路の増幅率を変更することによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第１感度または前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  9. 　前記増幅回路が、演算増幅器とフィードバック容量とを含む積分増幅器を備え、
    　前記フィードバック容量を第１容量にすることによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第１感度でサンプリングし、
    　前記フィードバック容量を前記第１容量よりも大きい第２容量にすることによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
  10. 　前記増幅回路が、可変増幅器を含み、
    　前記可変増幅器のゲインを第１ゲインにすることによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第１感度でサンプリングし、
    　前記可変増幅器のゲインを前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインにすることによって、前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項８または９に記載の放射線撮像装置。
  11. 　前記サンプリング部が、前記画素信号を前記第１感度または前記第２感度でサンプリングした信号を保持する保持容量を含み、
    　前記保持容量が、前記増幅回路の出力ノードに接続されていることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  12. 　前記サンプリング部は、前記複数の画素のうち行方向に配された画素から、同時に前記画素信号を前記第１感度または前記第２感度でサンプリングすることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  13. 　前記サンプリング部は、前記画素信号を前記第１感度および前記第２感度とは異なる第３感度でサンプリング可能なことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  14. 　前記処理部は、ユーザが設定する放射線の照射中に照射される線量および蓄積時間の少なくとも一方に基づいて前記第１閾値および前記第２閾値を変更することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  15. 　前記処理部は、予め測定された前記第１感度における前記変換部に入射した放射線の線量と出力される信号値との関係に基づいて前記第１閾値および前記第２閾値を変更することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  16. 　前記処理部は、前記第２感度において前記画素信号が飽和する信号値に基づいて前記第１閾値および前記第２閾値を決定することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
  17. 　請求項１乃至１６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に放射線を照射する放射線発生装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
  18. 　入射した放射線に応じた画素信号を生成する変換部をそれぞれ含む複数の画素を備える放射線撮像装置の駆動方法であって、
    　前記画素信号を第１感度および前記第１感度よりも感度が高い第２感度でそれぞれサンプリングする第１工程と、前記第１工程によってサンプリングされた信号を処理する第２工程と、を含み、
    　前記第２工程において、前記複数の画素のそれぞれの画素について、
    　　前記画素信号を前記第１感度でサンプリングした第１信号値が第１閾値よりも小さい場合、前記画素信号を前記第２感度でサンプリングした第２信号値に基づいて画素値を生成し、
    　　前記第１信号値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合、前記第１信号値に基づいて画素値を生成し、
    　　前記第１信号値が前記第１閾値以上かつ前記第２閾値以下の場合、前記第１信号値および前記第２信号値に基づいて画素値を生成することを特徴とする駆動方法。
  19. 　コンピュータに、請求項１８に記載の駆動方法の各工程を実行させるためのプログラム。
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