特許 6618251 放射線撮像装置および放射線撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618251

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】放射線撮像装置および放射線撮像システム

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/341 20110101AFI20191202BHJP

   H04N 5/32 20060101ALI20191202BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20191202BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20191202BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/341

   H04N5/32

   H04N5/374

   H01L27/144 K

   G01T7/00 A

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-249428(P2014-249428)

(22)【出願日】2014年12月9日

(65)【公開番号】特開2016-111631(P2016-111631A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年12月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】川鍋 潤

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 実

(72)【発明者】

【氏名】横山 啓吾

(72)【発明者】

【氏名】大藤 将人

(72)【発明者】

【氏名】藤吉 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】和山 弘

(72)【発明者】

【氏名】古本 和哉

【審査官】 松永 隆志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２１４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８５６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０５０５３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２６８１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／２２５−５／３７８

Ｈ０４Ｎ ９／００−９／１１

Ｇ０１Ｔ ７／００

Ｈ０１Ｌ ２７／１４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを夫々が有する複数の検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の検知画素のうち２以上の検知用スイッチ素子に共通に接続された信号線と、
前記信号線に共通に接続された検知用スイッチ素子を駆動する駆動部と、
前記信号線に共通に接続された２以上の検知用スイッチ素子のうち少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対してオフ電圧からオン電圧への第１変化を行わせた際に、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子とは異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第１変化とは逆極性の変化となるように前記オン電圧とは異なる第１電圧から前記オン電圧及び前記第１電圧とは異なる第２電圧への変化を行わせ、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に前記オン電圧が印加されている間は、前記異なる検知用スイッチ素子に前記第２電圧が印加されており、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対して前記オン電圧から前記オフ電圧への第２変化を行わせた際に、前記異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第２変化とは逆極性の変化となる前記第２電圧から前記第１電圧への変化を行わせるように、前記駆動部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１変化を行わせるタイミングと前記第１電圧から前記第２電圧への変化を行わせるタイミングが重複し、前記第２変化を行わせるタイミングと前記第２電圧から前記第１電圧への変化を行わせるタイミングが重複するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１変化を行わせるタイミングと前記第１電圧から前記第２電圧への変化を行わせるタイミングが同時になるように、且つ、前記第２変化を行わせるタイミングと前記第２電圧から前記第１電圧への変化を行わせるタイミングが同時になるように、前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１叉は２に記載の放射線撮像装置。

【請求項4】

前記駆動部は、検知用スイッチ素子を導通状態にするオン電圧と、検知用スイッチ素子を非導通状態にする前記第１電圧である第一のオフ電圧と、前記第一のオフ電圧よりも前記オン電圧との差が大きい前記第２電圧である第二のオフ電圧を印加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項5】

前記駆動部と前記検知用スイッチ素子とを接続する制御線を更に有し、
前記制御線と前記信号線との間の容量に基づいて前記オフ電圧の大きさが規定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項6】

前記異なる検知用スイッチ素子が複数であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項7】

前記検知画素に接続された信号線に現れる信号を読み出す読出部を更に有し、
前記制御部は、前記オン電圧の印加中に、前記オン電圧が印加される検知画素に接続された信号線に現れる信号を読み出させるように読出部を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項8】

前記読出部はサンプルホールド回路を有し、前記制御部からの制御に基づいてサンプルホールドを行うことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。

【請求項9】

前記検知用変換素子によって検知された放射線の量に基づいて、放射線の入射量を測定することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項10】

前記検知画素は、撮像用変換素子と前記撮像用変換素子に接続される撮像用スイッチ素子とを更に有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項11】

放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを有する複数の検知画素と、前記複数の検知画素のうち２以上の検知用スイッチ素子に共通に接続された信号線と、前記信号線に共通に接続された検知用スイッチ素子を制御する電圧を印加する駆動部と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
前記信号線に共通に接続された２以上の検知用スイッチ素子のうち少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対してオフ電圧からオン電圧への第１変化を行わせた際に、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子とは異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第１変化とは逆極性の変化となるように前記オン電圧とは異なる第１電圧から前記オン電圧及び前記第１電圧とは異なる第２電圧への変化を行わせ、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に前記オン電圧が印加されている間は、前記異なる検知用スイッチ素子に前記第２電圧が印加されており、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対して前記オン電圧から前記オフ電圧への第２変化を行わせた際に、前記異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第２変化とは逆極性の変化となる前記第２電圧から前記第１電圧への変化を行わせるように、前記駆動部を制御する工程を有する放射線撮像装置の制御方法。

【請求項12】

放射線を発生する放射線源と、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
を有する放射線撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線等の放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる放射撮像装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素アレイを有するマトリクス基板を有する放射線撮像装置が実用化されている。

【0003】

近年、放射線撮像装置の多機能化が検討されている。その一つとして、放射線の照射をモニタする機能を内蔵することが検討されている。この機能によって、例えば、放射線源からの放射線の照射が開始されたタイミングの検知、放射線の照射を停止されるべきタイミングの検知、放射線の照射量または積算照射量の検知が可能になる。

【0004】

特許文献１には、放射線画像を取得するための撮像画素と、放射線を検知するための検知画素とを備えた放射線撮像装置が開示されている。そして、当該検知画素と接続されたスイッチ素子を介して放射線を検知するための信号を読み出す構成が開示されている。そして、検知用画素の信号を読み出す際にスイッチ素子の導通状態を切り替えるために駆動電圧を導通電圧及び非導通電圧に適宜切り替える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１５９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の放射線撮像装置では、当該駆動電圧切り替えの際に、制御線の電圧の変化に伴いスイッチ素子へ接続される制御線と信号線の間の寄生素子（寄生容量）に起因して信号線の電位変動が生じるおそれがある。そのため、当該信号線の電位変動により放射線の照射の検知精度が不十分な場合があった。

【0007】

本発明は、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して信号線に発生する電位変動を抑制し、放射線の照射を精度よく読み出すために有利な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一つの側面は、放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを夫々が有する複数の検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、前記複数の検知画素のうち２以上の検知用スイッチ素子に共通に接続された信号線と、前記信号線に共通に接続された検知用スイッチ素子を駆動する駆動部と、前記信号線に共通に接続された２以上の検知用スイッチ素子のうち少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対してオフ電圧からオン電圧への第１変化を行わせた際に、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子とは異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第１変化とは逆極性の変化となるように前記オン電圧とは異なる第１電圧から前記オン電圧及び前記第１電圧とは異なる第２電圧への変化を行わせ、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に前記オン電圧が印加されている間は、前記異なる検知用スイッチ素子に前記第２電圧が印加されており、前記少なくとも１つの検知用スイッチ素子に印加する電圧に対して前記オン電圧から前記オフ電圧への第２変化を行わせた際に、前記異なる検知用スイッチ素子に印加する電圧に対し前記第２変化とは逆極性の変化となる前記第２電圧から前記第１電圧への変化を行わせるように、前記駆動部を制御する制御部と、を有することを特徴とする放射線撮像装置。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して信号線に発生する電位変動を抑制し、放射線の照射を精度よく読み出すために有利な技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第一の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。

【図2】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である。

【図3】第一の実施形態における放射線撮像装置の撮像画素を示す図である。

【図4】第一の実施形態における放射線撮像装置の検知画素を示す図である。

【図5】第一の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。

【図6】第二の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。

【図7】第三の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。

【図8】第三の実施形態における放射線撮像装置の検知画素を示す図である。

【図9】第四の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。

【図10】放射線撮像装置の応用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照しながら例示的な実施形態を通して説明する。なお、各実施形態において、放射線とは、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ーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

【0012】

（第一の実施形態）
図１を用いて第一の実施形態について説明する。図１は第一の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。ここで、図１には９行９列の画素が設けられている例を示すが、１０００×１０００画素が設けられていても良いし、５０００×５０００画素が設けられてもよい。

【0013】

図１の放射線撮像装置２００は、放射線画像の取得のための複数の撮像画素１と、放射線の入射を検知する検知用変換素子６と変換素子に接続されるスイッチ素子７とを夫々が有する複数の検知画素２を有する。更に、放射線撮像装置２００は、検知信号線１２と、駆動部５２と、制御部５５を少なくとも有している。

【0014】

なお、以下の説明では、複数の撮像画素１および複数の検知画素２において、信号線１０が延びる方向に並ぶ画素の配列を列方向とし、列方向と直行する方向に並ぶ画素の配列を行方向とする。

【0015】

撮像画素１は、放射線画像の取得のための画素であり、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５を含んで構成される。検知画素２は、放射線の入射を検知するための機能を有する画素であり、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含んで構成される。このため、本実施形態では検知画素２は、放射線の入射を検知するための機能と、放射線画像の取得のための機能を有している。検知画素２を、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含む構成で記載したが、この限りではない。例えば、検知画素２を、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７のみの構成にしても良い。この場合の検知画素２の検知用変換素子６は、撮像画素１の撮像用変換素子４と同等の大きさで配置しても良く、詳細については第三の実施形態で説明する。なお、本発明における撮像用スイッチ素子は、本実施形態における第一のスイッチ素子５に相当する。また、本発明における検知用スイッチ素子は、本実施形態における第二のスイッチ素子７に相当する。

【0016】

撮像用変換素子４および検知用変換素子６は、放射線を光に変換するシンチレータ（不図示）および光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一例として、撮像領域を覆うようにシート状に形成され、複数の撮像画素１および複数の検知画素２によって共有されうる。あるいは、撮像用変換素子４および検知用変換素子６は、放射線を直接に電気信号に変換する変換素子で構成されうる。

【0017】

第一のスイッチ素子５および第二のスイッチ素子７は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンなどの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。

【0018】

撮像用変換素子４は、第一のスイッチ素子５及び信号線１０（Ｓ１〜Ｓ９）を介して、読出部５１へ接続されている。検知用変換素子６は、第二のスイッチ素子７及び検知信号線１２を介して、読出部５１へ接続されている。検知信号線１２は、複数の検知画素２のうち少なくとも２以上の第二のスイッチ素子７に共通に接続されている。

【0019】

全ての画素は共通のバイアス配線１１に接続されており、バイアス電源５３から所定のバイアス電圧が印加されている。所定の行に配置された第一のスイッチ素子５は、第一の制御線８（Ｖｇ１〜Ｖｇ９）に接続されている。第二のスイッチ素子７は第二の制御線９（Ｖｄ１〜Ｖｄ３）と接続されている。

【0020】

また、図１には、放射線を検知する際の放射線検知領域（ＲＯＩ）が９か所設けられている（図１中のＲ１〜Ｒ９）。この放射線検知領域（ＲＯＩ）の中には検知画素２が配置されておいる。また、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の検知画素２は、共通の検知信号線１２（図１中Ｄ１）に接続されている。同様に、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の検知画素２は共通の検知信号線１２（図１中Ｄ２）に接続され、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の検知画素２は共通の検知信号線１２（図１中Ｄ３）に接続されている。

【0021】

図１には放射線検知領域（ＲＯＩ）が３×３の９領域配置されているが、この限りではない。例えば、放射線検知領域（ＲＯＩ）を５×５の２５領域設けてもよいし、１０×１０の１００領域設けてもよい。放射線検知領域（ＲＯＩ）については、基板上に均等になるように配置してもよいし、特定の範囲に偏るように放射線検知領域（ＲＯＩ）を配置してもよい。また、本実施形態では各放射線検知領域（ＲＯＩ）の中に検知画素２が１画素ずつ配置されている例を示したが、１つの放射線検知領域（ＲＯＩ）の中に検知画素２を複数配置しても良い。この場合、検知画素２は、行又は列方向に複数接続しても配置してもよい。なお、撮像画素１及び検知画素２の配置は、一例であり、当該配置に限定されるものではない。

【0022】

読出部５１は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１４４と、アナログデジタル変換器１４６（以下、ＡＤＣ）とを含みうる。複数の信号線１０および複数の検知信号線１２のそれぞれは、読出部５１の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの信号線１０または検知信号線１２は、１つの検知部１３２に対応する。検知部１３２は、例えば、差動増幅器、サンプルホールド回路を含む。マルチプレクサ１４４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤＣ１４６に供給する。ＡＤＣ１４６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。ＡＤＣ１４６の出力は、信号処理部２２４に供給され、信号処理部２２４によって処理される。信号処理部２２４は、ＡＤＣ１４６の出力に基づいて、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を示す情報を出力する。具体的には、信号処理部２２４は、例えば、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を検知したり、放射線の照射量または積算照射量を演算したりする。

【0023】

駆動部５２は、第一の制御線８を介して複数の撮像画素１を駆動する。更に駆動部５２は、第二の制御線９を介して複数の検知画素２を駆動する。駆動部５２と第一の制御線８及び第二の制御線９は、電気的に接続されている。本実施形態において、Ｖｏｎ電圧は第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を導通状態にする電圧を示す。また、Ｖｏｆｆ１電圧は第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７が非導通状態にする電圧を示す。また、Ｖｏｆｆ２は、Ｖｏｆｆ１に対して、Ｖｏｎとは逆極性の電圧である。つまり、Ｖｏｆｆ２はＶｏｆｆ１よりもＶｏｎを基準とした電位差が大きい非導通時の電圧である。

【0024】

制御部５５は、駆動部５２および読出部５１を制御する。制御部５５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、例えば、露出（撮像画素１による照射された放射線に対応する電荷の蓄積）の開始および終了を制御する。つまり、制御部５５は、検知用変換素子６で検知された放射線の量に基づいて放射線の入射量を測定し得る。

【0025】

図２には、放射線撮像装置２００を含む放射線撮像システムの構成が例示されている。放射線撮像システムは、放射線撮像装置２００の他、コントローラ１００２、インターフェース１００３、放射線源インターフェース１００４、放射線源１００５を備えている。

【0026】

コントローラ１００２には、線量Ａ、照射時間Ｂ（ｍｓ）、管電流Ｃ（ｍＡ）、管電圧Ｄ（ｋＶ）、放射線をモニタすべき領域である放射線検知領域（ＲＯＩ）などが入力されうる。放射線源１００５に付属された爆射スイッチが操作されると、放射線源１００５から放射線が放射される。放射線撮像装置２００の制御部５５は、例えば、放射線検知領域（ＲＯＩ）に配置された検知画素２から読み出された信号の積分値が線量Ａ’に到達したら、インターフェース１００３を介して放射線源インターフェース１００４に曝射停止信号を送る。これに応答して、放射線源インターフェース１００４は、放射線源１００５に放射線の放射を停止させる。ここで、線量Ａ’は、線量Ａ、放射線照射強度、各ユニット間の通信ディレイ、処理ディレイ等に基づいて、制御部５５によって決定されうる。放射線の照射時間が照射時間Ｂに達した場合は、放射線源１００５は、爆射停止信号の有無にかかわらず、放射線の照射を停止する。

【0027】

次に、図３を用いて撮像画素の構成について説明する。図３（ａ）は撮像画素１の平面図、図３（ｂ）は撮像画素１のＡ−Ａ’の断面図である。

【0028】

本実施形態における撮像画素１は、撮像用変換素子４と、撮像用変換素子４の電荷に応じた電気信号を出力する第一のスイッチ素子５とを含む。撮像用変換素子４は、ガラス基板等の絶縁性の基板１００の上に設けられた第一のスイッチ素子５の上に第一の層間絶縁層１１０を挟んで積層されて配置されている。第一のスイッチ素子５は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極１０１と、第一の絶縁層１０２と、第一の半導体層１０３と、第一の半導体層１０３よりも不純物濃度の高い第一の不純物半導体層１０４と、第一主電極１０５と、第二主電極１０６と、を含む。第一の不純物半導体層１０４はその一部領域で第一主電極１０５及び第二主電極１０６と接しており、その一部領域と接する第一の半導体層１０３の領域の間の領域が、第一のスイッチ素子５のチャネル領域となる。制御電極１０１は制御線と電気的に接合されており、第一主電極１０５は信号線１０と電気的に接合されており、第二主電極１０６は変換素子の個別電極１１１と電気的に接合されている。なお、本実施形態では第一主電極１０５と第二主電極１０６と信号線１０と同じ導電層で一体的に構成されており、第一主電極１０５が信号線１０の一部をなしている。第一主電極１０５、第二主電極１０６、及び信号線１０上には、信号線１０側から順に、第二の絶縁層１０７、第一の層間絶縁層１１０が配置されている。本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層及び不純物半導体層を用いた逆スタガ型のスイッチ素子を用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のスイッチ素子を用いたり、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴ等をスイッチ素子として用いたりすることができる。第一の層間絶縁層１１０は、第一のスイッチ素子５を覆うように、基板１００と複数の個別電極１１１との間に配置されており、コンタクトホールを有している。撮像用変換素子４の個別電極１１１と第二主電極１０６とが、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホールにおいて、電気的に接合される。撮像用変換素子４は、第一の層間絶縁層１１０の上に、第一の層間絶縁層側から順に、個別電極１１１と、第二の不純物半導体層１１２と、第二の半導体層１１３と、第三の不純物半導体層１１４と、共通電極１１５と、を含む。撮像用変換素子４の共通電極１１５上には、第三の絶縁層１１６が配置されている。また、撮像用変換素子４の共通電極１１５は、第二の層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス配線１１が電気的に接合される。そして、バイアス配線１１の上には保護膜としての第四の絶縁層１２１が配置されている。

【0029】

次に、図４を用いて検知画素の構成について説明する。図４（ａ）は検知画素２の平面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ’の断面図である。

【0030】

本実施形態における検知画素２は、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含む。検知用変換素子６は、第一の層間絶縁層１１０の上層に、撮像画素１の撮像用変換素子４と同様の構造で積層されている。撮像用変換素子４及び検知用変換素子６の共通電極１１５には第二の層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス配線１１が電気的に接合される。また、検知用変換素子６の個別電極１１１は、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホール介して、検知信号線１２に接続されている。又、検知信号線１２上には検知信号線１２側から順に、第二の絶縁層１０７、第一の層間絶縁層１１０が配置されている。

【0031】

尚、本実施形態における撮像画素１に対して、検知画素２は撮像用変換素子４の開口面積が小さくなっている為、検知画素２からの信号量が減少してしまう。これによる影響は、検知部１３２のゲインを調整すること、あるいは、撮像される画像を補正することによって、低減することができる。当該補正は、検知画素２の周囲の撮像画素１の値を用いて補間する処理等により実現可能である。尚、本実施形態では、撮像用変換素子４及び検知用変換素子６はＰＩＮ型のセンサとしているが、これに限られるものではなく、ＭＩＳ型、ＴＦＴ型のセンサを使用してもよい。

【0032】

次に、本実施形態の放射線撮像装置の動作を、図５のタイミングチャートを用いて説明する。以下の説明において、撮像画素１を駆動する第一の制御線８に印加される電圧を信号Ｖｇ１〜Ｖｇｍ（ｍは図１における９に相当する）とし、検知画素２を駆動する第二の制御線９に印加される電圧をＶｄ１〜Ｖｄ３とする。第一スイッチ素子５、第二スイッチ素子７は、ゲートに供給される信号がハイレベルであるときに導通状態となり、ゲートに供給される信号がローレベルであるときに非導通状態となる。なお、当該信号レベルと導通状態の組み合わせは、回路構成及びスイッチ素子の導電型の組み合わせによって決定することもできる。また、図５中に示す読出部５１、駆動部５２の動作は上述したように制御部５５の制御に基づいて動作する。図５中では、ハイレベルは「Ｖｏｎ」と表記し、ローレベルは「Ｖｏｆｆ」で示す。なお、本発明における「オン電圧」は本実施形態における「Ｖｏｎ」に相当する。また、本発明における「オフ電圧」は本実施形態における「Ｖｏｆｆ」に相当する。

【0033】

まず、図５中のＴ１の期間について説明する。期間Ｔ１は、放射線の照射の開始を待つ期間である。本実施形態では、放射線撮像装置２００の電源が投入され、放射線画像の撮像が可能な状態となってから放射線源１００５の曝射スイッチが操作され、放射線の照射が検知されるまでの期間が期間Ｔ１である。Ｔ１の期間は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７に順次Ｖｏｎの電圧を印加していき、撮像用変換素子４及び検知用変換素子６の個別電極１１１を信号線１０及び検知信号線１２の電位にリセットしておく。なお、第二のスイッチ素子７は常にＶｏｎを印加した状態であってもよい。これによって、ダーク電流による電荷が撮像素子１の変換素子に長時間にわたって蓄積されることが防止される。期間Ｔ１の長さは、撮像手法・条件等により大きく異なるが、例えば、数ｓｅｃ〜数ｍｉｎでありうる。

【0034】

次に、図５中のＴ２の期間について説明する。期間Ｔ２は、放射線が照射されている期間である。一例として、期間Ｔ２は、放射線の照射の開始が検知されてから放射線の曝射量が最適線量となるまでの期間である。期間Ｔ２は、放射線の照射量をモニタする期間であるとも言える。期間Ｔ２では、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に断続的にＶｏｎが印加され、検知画素２の第二のスイッチ７が断続的に導通状態にされる。Ｖｇ１〜Ｖｇｍに常時Ｖｏｆｆ１が印加されているために、第一のスイッチ素子５が非導通状態となっている。ここで、第二のスイッチ素子７にＶｏｎ又はＶｏｆｆを印加する際に、第二の制御線９と検知信号線１２の間の寄生容量を介して検知信号線１２の電位を変動させる場合がある。例えば、Ｖｏｎ又はＶｏｆｆの印加に基づいて瞬間的に第二の制御線９から検知信号線１２に寄生容量を介して電荷が注入され検知信号線１２の電位が変動させられる。この場合に、検知信号線１２に現れる寄生容量に基づく電荷が検知信号線１２を介して読出部５１へ転送されてしまう。ここで、寄生容量は、検知信号線１２の材料、物理的な構造、他の配線等との距離、他の配線間の物質の誘電率等に起因する容量成分を示す。

【0035】

駆動部５２は、検知信号線１２に共通に接続された２以上の第二のスイッチ７のうち少なくとも１つの第二のスイッチ７に対してＶｏｎ又はＶｏｆｆ（オン又はオフ電圧）を印加する場合に、当該電圧を印加される第二のスイッチとは異なる第二のスイッチ素子７に該電圧を受けるスイッチ素子と逆極性の電圧を印加する。図５の期間Ｔ２に示すように、駆動部５２は、Ｖｄ１にＶｏｎが印加されたタイミングと重複するように、Ｖｄ２にＶｏｎと逆極性のＶｏｆｆ２を印加する。ここで、重複するタイミングとは、同時であることが好ましいが、これに限られるものではない。例えば、検知信号線１２に共通に接続された２以上の第二のスイッチ７の一つにＶｏｎ又はＶｏｆｆが印加されることにより寄生容量に起因して注入される電荷を実質的に抑制できるようなタイミングであれば、完全に一致していなくてもよい。また、「実質的に抑制できる」とは、検知画素２からの信号を検知システムとして検知精度を充足する程度に寄生容量に起因する電荷の影響を抑制できる程度であればよい。

【0036】

また、Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２の各電圧は、第二の制御線９と検知信号線１２との間の容量に基づいて規定されている。ここで式を用いて、本実施形態における寄生容量の影響と各電圧について式を用いて説明する。例えば、Ｖｄ１にＶｏｎ電圧を印加した時に寄生容量を介して検知信号線１２に現れる電荷をＱ、第二の制御線９と検知信号線１２の間の寄生容量をＣｇｓ、同時にＶｏｎを印加する第二の制御線の本数をｎとすると、電荷Ｑは式１のように表わされる。
Ｑ＝Ｃｇｓ×（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）×ｎ 式１
電荷Ｑを打ち消すために、駆動部５２は、Ｖｄ１にＶｏｎ電圧が印加されるのと同時に、Ｖｄ２にＶｏｆｆ２電圧を印加する。そして、Ｖｄ２にＶｏｆｆ２電圧を印加した際に発生する電荷をＱ’とし、同時にＶｏｎ電圧を印加する第二の制御線の本数をｍとすると、Ｑ’は式２で表わされる。
Ｑ’＝Ｃｇｓ×（Ｖｏｆｆ−Ｖｏｆｆ２）×ｍ 式２
そして、本実施形態では、ｎ＝ｍ＝１のため、
（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）＝（Ｖｏｆｆ−Ｖｏｆｆ２） 式３
となるように、Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆ、Ｖｏｆｆ２の各電圧を規定すれば良い。

【0037】

そして、Ｖｄ１がＶｏｎ電圧からＶＯＦＦ電圧に戻るのと同時に、Ｖｄ２をＶｏｆｆ２電圧からＶｏｆｆ１電圧に戻す。これにより、Ｖｄ１のＶｏｎ又はＶｏｆｆの切り替えのタイミングで寄生容量に起因して発生する電荷を低減することができる。そして、Ｄ１のラインにおいて、第二のスイッチ素子７のオン期間が終了したタイミングで検知部１３２によりサンプルホールドを行い、検知信号線１２の電荷をリセットする。当該制御により、読出部５１は、検知用変換素子６の信号を寄生容量に起因して発生した電荷を抑制し、必要な検知信号を高い精度で読みだすことができる。そして、読出部５１で読み出された放射線照射量が設定値に達した後、制御部５５は外部に通信ＩＦ１００３を介して信号を送り、放射線の照射の制御等を行うことができる。

【0038】

次に、図５中のＴ３の期間について説明する。期間Ｔ３は、放射線の照射が終了した後に、放射線により撮像画素１に蓄積された信号を読み出す期間である。期間Ｔ３では、駆動部Ｖｄ１〜Ｖｄｎがローレベルにされる。期間Ｔ３では、検知信号線１２がフローティングになることを防ぐために、検知信号線１２を固定電位に接続することが好ましい。また、第一の制御線７を走査する為に、Ｖｇ１〜Ｖｇ９に順次Ｖｏｎ電圧を印加し、信号線１０を介して撮像用変換素子４に蓄積された信号を読出部５１へ転送される。

【0039】

第一の実施形態では、上述したように、放射線検出用画素は、放射線照射中（期間Ｔ２に相当）に順次読み出しを行う。そのため、撮像画素の読み出しよりも高い頻度で、小さな信号を取得するため寄生容量の影響が検知信号に現れやすい。そのため、制御部５５が、検知信号線１２に共通に接続された２以上の検知用スイッチ７のうち少なくとも１つの検知用スイッチ７に対してオン電圧又はオフ電圧を駆動部５２に印加させる。この場合に、駆動部５２は、当該電圧を印加される検知用スイッチとは異なる検知用スイッチ７に該信号を受けるスイッチ素子と逆極性の信号を印加している。これにより、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して検知信号線に発生する電位変動を抑制し得る。そして、第一の実施形態の放射線撮像装置では、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

【0040】

（第二の実施形態）
第二の実施形態について図６を用いて説明する。図６は第二の実施形態に係る放射線撮像装置の動作を示す図である。なお、本実施形態の放射線撮像装置の構成は、第一の実施形態と同様である。制御部５５は、検知信号線１２に共通に接続された２以上の検知用スイッチ７のうち少なくとも１つの検知用スイッチ７に対してオン電圧又はオフ電圧を駆動部５２に印加させる。第一の実施形態と異なる点は、この場合に、当該電圧を印加される第二のスイッチとは異なる複数の第二のスイッチ７に対して該電圧を受けるスイッチと逆極性の電圧を印加している点である。具体的には、図６のＴ２の期間において、駆動部５２は、Ｖｄ１にＶｏｎ電圧が印加されたタイミングと重複するように、Ｖｄ２及びＶｄ３にＶｏｎ電圧と逆極性のＶｏｆｆ２電圧を供給する。この時に好適な電圧は、式１および式２を用いて算出することができる。第二の実施形態では、Ｖｄ２とＶｄ３の電圧を重複するタイミングで変化させるため、ｎ＝１、ｍ＝２となる。この場合に、これらの電圧の関係は式４で表される。
（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）＝２×（Ｖｏｆｆ−Ｖｏｆｆ２） 式４
以上により、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して検知信号線に発生する電位変動を抑制し得る。そして、第一の実施形態の放射線撮像装置では、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

【0041】

（第三の実施形態）
次に、第三の実施形態について図７、図８を用いて説明する。図７は第三の実施形態に係る放射線撮像装置の構成を示す図である。図８は第三の実施形態に係る検知画素の構造を示す図である。ここで、図７には９行９列の画素が設けられている例を示すが、１０００×１０００画素が設けられていても良いし、５０００×５０００画素が設けられてもよい。本実施形態と第一の実施形態との構成上の差異は、図８に示すように、検知画素２が、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７の組み合わせから成り、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５を含まない点である。また、検知画素２は撮像用画素と信号線が共通である。この構成によると、検知用変換素子６の面積を大きく配置できるため放射線の検知感度の向上を図ることができる。さらに、検知用変換素子６は第二のスイッチ素子７を介して信号線１０に接続されている。この場合において、検知画素２には撮像用変換素子４が配置されていないため欠陥画素となってしまうが、隣接する撮像画素の出力や画像データからデータを補完することで補正可能である。また、本実施形態では、ひとつの検知領域（ＲＯＩ）に検知画素が複数配置されている。この場合、検知画素２は、検知領域２０の中で行方向又は列方向叉は斜め方向の少なくとも規則的な配置であることが望ましい。 ここで、規則的な配置とは、連続的に配置されている場合だけでなく、検知領域２０内に所定の間隔で撮像画素１と検知画素２が配置されている場合も含み得る。このため、読出部５１は、検知領域２０に配置された複数の検知画素から取得される信号に応じた値を加算又は平均化した値に基づいて夫々の検知領域２０の放射線の入射量を算出（取得）する。当該加算又は平均化処理は、信号処理部２２４がＡＤ変換器１４６から取得したデジタル信号を処理することにより行われ得る。また、当該当該加算又は平均化処理は、これに限られるものではなく、検知部１３２が、差動増幅器に入力された複数の検知画素２から取得したアナログ信号を加算叉は平均した値をＡＤ変換器１４６に供給することによっても放射線の入射量を算出（取得）し得る。そして、制御部５５は、駆動部５２を制御することにより検知領域内の検知画素２を同時に読み出すこともできる。この場合には、上述し電位変動の影響がより大きくなり得る。そのため、各実施形態で示す動作による効果がより大きくなり得る。

【0042】

（第四の実施形態）
次に、図９を用いて本実施形態における放射線撮像装置について説明する。本実施形態と第一の実施形態との動作上の差異は、信号線のサンプルホールド及び配線リセットを検知画素への駆動電圧がオン状態の際に行う点である。また、制御部は、検知画素へ順次Ｖｏｎを印加するタイミングと、当該オンされる検知画素とは異なる検知画素がオフ電圧を印加されるタイミングが同時になるように駆動部を制御する。以下、図９を用いて詳細な動作について説明する。なお、放射線撮像装置の構成については、前述のいずれであっても適用可能である。

【0043】

図９中のＴ１およびＴ３の期間の動作については第一の実施形態と同様である。図９中のＴ２の期間は、放射線が曝射されている期間である。この期間中は、第一の実施形態と同様、Ｖｇ１〜Ｖｇ９にはＶｏｆｆが印加され、第一のスイッチ素子５は非導通状態となっている。そして、制御部５５は、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に順次Ｖｏｎを印加するように駆動部５２を制御する。この場合に、寄生容量に起因した信号線１０の電位変動を抑制するために、Ｖｄ１にＶｏｆｆ電圧を印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ２にＶｏｎ電圧を印加する。同様に、Ｖｄ２にＶｏｆｆを印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ３にＶｏｎを印加し、Ｖｄ３にＶｏｆｆを印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ１にＶｏｎを印加する。当該動作を夫々の制御線に繰り返すことにより、第二のスイッチ素子のＶｏｎ及びＶｏｆｆ印加時に寄生容量に起因する信号線の電位変動を抑制できる。また、第一の実施形態と比較して、Ｖｏｆｆの制御電圧を１種類で構成できるため駆動部５２の構成および制御を簡易にすることができる。

【0044】

次に検知信号をサンプルホールドするタイミングについて説明する。制御部５５は、駆動部５２によりオン電圧の印加中に、オン電圧が印加される検知画素２に接続された信号線に現れる信号を読み出させるように読出５１部を制御する。信号線１０のうちＳ２（Ｄ１）に着目すると、図９に示すように、サンプルホールド（図９中のＳＨ）及び配線リセットは、Ｖｄ１にＶｏｎが印加されている最中（印加中）に実施する。信号線１０のうち他の信号線であるＳ５（Ｄ２）及びＳ８（Ｄ３）関しても同様である。当該制御により、信号線に現れる電位変動を抑制しつつ、放射線の検知速度を速くすることができる。

【0045】

以上の本実施形態の構成において、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

【0046】

（応用実施形態）
次に、図１０を参照しながら、放射線撮像装置２００を放射線検知システムに応用した例を説明する。

【0047】

放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮像装置２００に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して変換部３で放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

【0048】

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

【0049】

なお、本発明の実施形態は、コンピュータや制御コンピュータがプログラム（コンピュータプログラム）を実行することによって実現することもできる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

【0050】

以上、本発明を実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれらの特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明の範疇に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施の形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ 撮像画素
２ 検知画素
６ 検知用変換素子
７ 検知用スイッチ素子
１２ 検知信号線
５２ 駆動部
５５ 制御部
２００ 放射線撮像装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】