特許 7441033 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】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(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 5/32 20230101AFI20240221BHJP

   H04N 25/40 20230101ALI20240221BHJP

   H04N 25/77 20230101ALI20240221BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240221BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

H04N5/32

H04N25/40

H04N25/77

H01L27/144 K

H01L27/146 C

G01T7/00 A

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2019204879

(22)【出願日】2019-11-12

(65)【公開番号】P2021078050

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-11-08

(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】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大藤 将人

(72)【発明者】

【氏名】川鍋 潤

(72)【発明者】

【氏名】藤吉 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 実

【審査官】三沢 岳志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０５１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９１９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９７４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７５３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２０８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４３９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０００８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０１７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４７９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６８１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１０８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１２９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０６６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／３２

Ｈ０４Ｎ ２５／４０

Ｈ０４Ｎ ２５／７７

Ｈ０１Ｌ ２７／１４４

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｇ０１Ｔ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線を電荷に変換する変換素子およびスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素が行列状に配された画素部と、行方向に延在する複数の駆動線を介して前記スイッチ素子を制御する駆動回路と、バイアス線を介して前記変換素子にバイアス電位を与えるバイアス電源と、前記複数の画素から前記スイッチ素子を介して信号が出力される複数の列信号線と、検出部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の画素は、行方向に互いに隣り合う第１画素および第２画素であって、前記複数の列信号線のうち共通の列信号線に接続された第１画素および第２画素を含み、
前記第１画素の前記スイッチ素子および前記第２画素の前記スイッチ素子は、前記複数の駆動線のうち互いに異なる駆動線にそれぞれ接続され、
前記画素部に対する正射影において、前記複数の駆動線および前記バイアス線の幅のうちの少なくとも一方は、前記複数の駆動線と前記バイアス線とが交差する部分における幅が他の部分の幅よりも細くなっており、
前記検出部は、前記バイアス線を流れる電流に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項2】

前記画素部に対する正射影において、前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが、前記共通の列信号線を挟んで線対称または点対称の位置に配され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】

前記画素部に対する正射影において、前記第１画素の前記スイッチ素子と前記第２画素の前記スイッチ素子とが、前記共通の列信号線を挟んで線対称または点対称の位置に配されることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。

【請求項4】

基板に配された前記変換素子および前記スイッチ素子によって形成される段差を抑制するための平坦化層が、前記変換素子および前記スイッチ素子を覆うように配され、
前記複数の駆動線は、前記平坦化層よりも前記基板の側に配され、
前記バイアス線は、前記平坦化層よりも前記基板から離れた側に配され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。

【請求項5】

基板に配された前記スイッチ素子によって形成される段差を抑制するための平坦化層が、前記スイッチ素子を覆うように配され、
前記複数の駆動線は、前記平坦化層よりも前記基板の側に配され、
前記変換素子および前記バイアス線は、前記平坦化層よりも前記基板から離れた側に配され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。

【請求項6】

前記画素部に対する正射影において、前記複数の画素のそれぞれの画素において、前記変換素子と前記スイッチ素子との少なくとも一部が、互いに重なって配されることを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。

【請求項7】

前記画素部に対する正射影において、前記バイアス線が、前記複数の画素のそれぞれの画素の前記変換素子と重なるように配され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。

【請求項8】

前記検出部が、前記駆動回路が前記複数の画素のうち何れかの画素の前記スイッチ素子を導通状態にしたときに前記バイアス線を流れる電流を表す第１信号値に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項9】

前記検出部が、前記第１信号値と、前記駆動回路が前記複数の画素の前記スイッチ素子を非導通状態にしたときに前記バイアス線を流れる電流を表す第２信号値と、に基づいて、放射線の照射の有無を判定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。

【請求項10】

前記バイアス電源は、第１バイアス電源と第２バイアス電源とを含み、
前記バイアス線は、前記第１バイアス電源に接続された第１バイアス線と、前記第２バイアス電源に接続され、前記第１バイアス線とは電気的に独立した第２バイアス線と、を含み、
前記第１画素の前記変換素子は、前記第１バイアス線を介して前記第１バイアス電源に接続され、
前記第２画素の前記変換素子は、前記第２バイアス線を介して前記第２バイアス電源に接続されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項11】

前記第１バイアス電源が供給するバイアス電位と、前記第２バイアス電源が供給するバイアス電位と、が互いに異なる電位であることを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。

【請求項12】

前記検出部は、前記複数の画素のうち前記第１バイアス電源に前記変換素子が接続された画素のうち何れかの画素の前記スイッチ素子が導通状態のときに前記第１バイアス線を流れる電流を表す第１信号値と、前記複数の画素のうち前記第２バイアス電源に前記変換素子が接続された画素の前記スイッチ素子が非導通状態のときに前記第２バイアス線を流れる電流を表す第２信号値と、を、サンプリングするタイミングの少なくとも一部が重なるように取得し、前記第１信号値および前記第２信号値に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線撮像装置。

【請求項13】

前記検出部は、前記第１信号値と前記第２信号値との差分に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項９または１２に記載の放射線撮像装置。

【請求項14】

請求項１乃至１３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。

【請求項15】

放射線を電荷に変換する変換素子およびスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素が基板上に行列状に配された画素部と、行方向に延在する複数の駆動線を介して前記スイッチ素子を制御する駆動回路と、バイアス線を介して前記変換素子にバイアス電位を与えるバイアス電源と、前記複数の画素から前記スイッチ素子を介して信号が出力される複数の列信号線と、検出部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の画素は、行方向に互いに隣り合う第１画素および第２画素であって、前記複数の列信号線のうち共通の列信号線に接続された第１画素および第２画素を含み、
前記第１画素の前記スイッチ素子および前記第２画素の前記スイッチ素子は、前記複数の駆動線のうち互いに異なる駆動線にそれぞれ接続され、
前記基板上には、前記変換素子および前記スイッチ素子を覆うように平坦化層が形成され、
前記複数の駆動線は、前記平坦化層よりも前記基板の側に配され、
前記バイアス線は、前記平坦化層よりも前記基板から離れた側に配され、
前記検出部は、前記バイアス線を流れる電流に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項16】

前記画素部に対する正射影において、前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが、前記共通の列信号線を挟んで線対称または点対称の位置に配されることを特徴とする請求項１５に記載の放射線撮像装置。

【請求項17】

前記画素部に対する正射影において、前記第１画素の前記スイッチ素子と前記第２画素の前記スイッチ素子とが、前記共通の列信号線を挟んで線対称または点対称の位置に配されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の放射線撮像装置。

【請求項18】

前記検出部が、前記駆動回路が前記複数の画素のうち何れかの画素の前記スイッチ素子を導通状態にしたときに前記バイアス線を流れる電流を表す第１信号値に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項１５乃至１７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項19】

前記検出部が、前記第１信号値と、前記駆動回路が前記複数の画素の前記スイッチ素子を非導通状態にしたときに前記バイアス線を流れる電流を表す第２信号値と、に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項１８に記載の放射線撮像装置。

【請求項20】

前記バイアス電源は、第１バイアス電源と第２バイアス電源とを含み、
前記バイアス線は、前記第１バイアス電源に接続された第１バイアス線と、前記第２バイアス電源に接続され、前記第１バイアス線とは電気的に独立した第２バイアス線と、を含み、
前記第１画素の前記変換素子は、前記第１バイアス線を介して前記第１バイアス電源に接続され、
前記第２画素の前記変換素子は、前記第２バイアス線を介して前記第２バイアス電源に接続されることを特徴とする請求項１５乃至１９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項21】

前記第１バイアス電源が供給するバイアス電位と、前記第２バイアス電源が供給するバイアス電位と、が互いに異なる電位であることを特徴とする請求項２０に記載の放射線撮像装置。

【請求項22】

前記検出部は、前記複数の画素のうち前記第１バイアス電源に前記変換素子が接続された画素のうち何れかの画素の前記スイッチ素子が導通状態のときに前記第１バイアス線を流れる電流を表す第１信号値と、前記複数の画素のうち前記第２バイアス電源に前記変換素子が接続された画素の前記スイッチ素子が非導通状態のときに前記第２バイアス線を流れる電流を表す第２信号値と、を、サンプリングするタイミングの少なくとも一部が重なるように取得し、前記第１信号値および前記第２信号値に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項２０または２１に記載の放射線撮像装置。

【請求項23】

前記検出部は、前記第１信号値と前記第２信号値との差分に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項１９または２２に記載の放射線撮像装置。

【請求項24】

請求項１５乃至２３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。

【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】

光電変換素子やスイッチ素子などを含む画素が２次元行列状に配されたセンサ基板に、画素を駆動させ信号を読み出すための駆動回路や読出回路を接続した平面検出器（ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。読出回路に用いられる集積回路（ＩＣ）チップは、アナログ増幅器やアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器などが高密度に集積されるため高価であり、放射線撮像装置の部材コストにおいて大きな割合を占める。特許文献１には、互いに隣り合う２つの画素間で信号を出力する信号線を共有させ、信号線に接続される読出回路に用いられるＩＣチップを削減できることが示されている。また、特許文献１には、放射線発生装置と放射線撮像装置とを同期させるために、センサ基板の背面に放射線の照射の有無を検出するための線量センサを配することが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第８６７４３１３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構成において、センサ基板、駆動回路、読出回路に追加して、放射線の照射を検出するための線量センサや線量フィードバック出力ユニットが配されるため、部材コストが上昇しうる。また、特許文献１の構成において、線量センサは、センサ基板の背面の一部の領域にしか配されないため、線量センサが配されない領域から放射線の照射に関する情報を得られない。

【0005】

本発明は、部材コストの上昇を抑制しつつ放射線の照射の有無をより高い精度で検出するのに有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、放射線を電荷に変換する変換素子およびスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素が行列状に配された画素部と、行方向に延在する複数の駆動線を介してスイッチ素子を制御する駆動回路と、バイアス線を介して変換素子にバイアス電位を与えるバイアス電源と、複数の画素からスイッチ素子を介して信号が出力される複数の列信号線と、検出部と、を含む放射線撮像装置であって、複数の画素は、行方向に互いに隣り合う第１画素および第２画素であって、複数の列信号線のうち共通の列信号線に接続された第１画素および第２画素を含み、第１画素のスイッチ素子および第２画素のスイッチ素子は、複数の駆動線のうち互いに異なる駆動線にそれぞれ接続され、画素部に対する正射影において、複数の駆動線およびバイアス線の幅のうちの少なくとも一方は、複数の駆動線とバイアス線とが交差する部分における幅が他の部分の幅よりも細くなっており、検出部は、バイアス線を流れる電流に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

上記手段によって、部材コストの上昇を抑制しつつ放射線の照射の有無をより高い精度で検出するのに有利な技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。

【図2】図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。

【図3】図２の放射線撮像装置の動作を説明するフロー図。

【図4】図２の放射線撮像装置の動作を説明するタイミング図。

【図5】図２の放射線撮像装置の電流－電圧変換回路の構成例を示す図。

【図6】図２の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。

【図7】図２の放射線撮像装置の相関二重サンプリング駆動の動作を説明するタイミング図。

【図8】図２の放射線撮像装置のバイアス線を流れる電流を説明する図。

【図9】図２の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。

【図10】図２の放射線撮像装置の画素の構成例を示す断面図。

【図11】図２の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。

【図12】図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。

【図13】図１２の放射線撮像装置の相関二重サンプリング駆動の動作を説明するタイミング図。

【図14】比較例の放射線撮像装置の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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。

【0010】

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。

【0011】

図１～１４を参照して、本実施形態における放射線撮像装置について説明する。図１は、本実施形態における放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システムＳＹＳの構成例を示す図である。本実施形態の放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１００、制御用コンピュータ１２０、放射線発生装置１３０、放射線制御装置１４０を含み構成される。

【0012】

放射線発生装置１３０は、放射線制御装置１４０からの制御に従って放射線撮像装置１００に放射線を曝射する。制御用コンピュータ１２０は、放射線撮像システムＳＹＳの全体を制御しうる。また、制御用コンピュータ１２０は、放射線発生装置１３０から被写体を介して放射線撮像装置１００に照射される放射線によって生成される放射線画像の取得を行う。

【0013】

放射線撮像装置１００は、画素部１０１、読出回路１０２、基準電源１０３、バイアス電源１０４を含む撮像部１１０と、電源部１０５と、検出部１０６と、制御部１０７と、を含む。画素部１０１には、放射線を検出するための複数の画素が、二次元アレイ状に配される。読出回路１０２は、画素部１０１から電荷情報を読み出す。基準電源１０３は、読出回路１０２に基準電圧を供給する。バイアス電源１０４は、画素部１０１に配される画素の変換素子にバイアス電位を供給する。電源部１０５は、基準電源１０３、バイアス電源１０４を含む各電源に電力を供給する。検出部１０６は、バイアス電源１０４から電流情報を取得する。より具体的には、検出部１０６は、バイアス電源１０４が画素部１０１の各画素にバイアス電位を供給するためのバイアス線を流れる電流の情報を、バイアス電源１０４から取得する。検出部１０６は、バイアス電源から出力された電流情報を演算し、画素部１０１に入射する放射線の強度の時間変動を含む放射線情報を出力する。検出部１０６として、ＦＰＧＡやＤＳＰ、プロセッサなどの、デジタル信号処理回路が用いられうる。また、検出部１０６は、サンプルホールド回路やオペアンプなどのアナログ回路を用いて構成されてもよい。また、図１に示される構成において、放射線撮像装置１００に検出部１０６が配されるが、制御用コンピュータ１２０が、検出部１０６の機能を有していてもよい。この場合、図１に示される放射線撮像装置１００と制御用コンピュータ１２０のうち検出部１０６として機能する部分とを含み、本実施形態の「放射線撮像装置」といえる。撮像部１１０については、図２を用いて後述する。制御部１０７は、放射線撮像装置１００の駆動など、放射線撮像装置１００全体を制御する。制御部１０７は、ユーザの設定などに従って制御用コンピュータ１２０から送信された駆動方法で撮像部１１０を制御する。また、検出部１０６が出力した放射線情報を用いて、撮像部１１０の駆動方法を変更してもよい。

【0014】

図２は、図１に示される放射線撮像装置１００の撮像部１１０の構成例を示す等価回路図である。撮像部１１０は、画素部１０１、駆動回路２１４、バイアス電源１０４、読出回路１０２、出力バッファアンプ２０９、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１０を含む。画素部１０１は、放射線を検出するための複数の画素２００を２次元行列状に配したセンサであり、入射した放射線に応じた画像情報を出力する。図２では、説明の簡便化のために、画素部１０１に配される画素２００のうち一部の画素のみを示す。しかしながら、実際の放射線撮像装置１００の画素部１０１は、より多画素でありうり、例えば、１７インチの放射線撮像装置１００は、約２８００行×約２８００列の画素２００を有しうる。

【0015】

画素部１０１は、行列状に複数配置された画素２００を有する二次元検出器である。画素２００は、放射線を電荷に変換する変換素子２０２と、変換素子２０２を列信号線Ｓｉｇに接続し、電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子２０１と、を含む。変換素子２０２は、照射された放射線を電荷に変換する。変換素子２０２が、光を電荷に変換する光電変換素子を備える間接型の変換素子の場合、画素部１０１は、例えば、シンチレータなどの放射線を光に変換する波長変換体をさらに含む。直接型の変換素子は、放射線を直接、電荷に変換する。本実施形態において、画素部１０１は、光電変換素子の放射線の入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備え、変換素子２０２は、波長変換帯によって変換された光を検出する間接型の変換素子である。光電変換素子には、例えば、アモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型ダイオードが用いられる。スイッチ素子２０１は、制御電極と２つの主電極を有するトランジスタを用いることができる。例えば、スイッチ素子２０１として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられてもよい。

【0016】

変換素子２０２は、それぞれ、一方の電極がスイッチ素子２０１の２つの主電極の一方に電気的に接続され、他方の電極がそれぞれの画素２００に共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０４と電気的に接続される。図２に示される最も上側の０行目において、偶数列目（０、２、４、・・・列目）の画素２００のスイッチ素子２０１の制御電極は、行方向に延在する駆動線Ｖｇ（０）にそれぞれ電気的に接続される。また、０行目において、奇数列目（１、３、５、・・・列目）の画素２００のスイッチ素子２０１の制御電極は、駆動線Ｖｇ（１）にそれぞれ電気的に接続される。以降、同様に、ｋ行目の奇数列目の画素２００のスイッチ素子２０１の制御電極は駆動線Ｖｇ（２ｋ）、偶数列目の画素２００のスイッチ素子２０１の制御電極は駆動線Ｖｇ（２ｋ＋１）に電気的に接続される。また、行方向に互いに隣り合う２つの画素２００は、複数の列信号線Ｓｉｇのうち共通の列信号線に接続される。例えば、複数の画素２００は、行方向に互いに隣り合い、複数の列信号線Ｓｉｇのうち共通の列信号線Ｓｉｇ（０）に接続された画素２００ａと画素２００ｂとを含む。ここで、画素２００ａのスイッチ素子２０１および画素２００ｂのスイッチ素子２０１は、複数の駆動線Ｖｇのうち互いに異なる駆動線Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）にそれぞれ接続される。すなわち、２ｋ列目と２ｋ＋１列目（ｋ＝０、１、２、・・・）の画素２００のスイッチ素子２０１は、それぞれ、一方の主電極が変換素子２０２に接続され、他方の主電極が共通の列信号線Ｓｉｇ（ｋ）に電気的に接続されている。

【0017】

画素２００の各行に対して２本ずつ設けられた駆動線Ｖｇは、各行において偶数列目の画素グループまたは奇数列目の画素グループのスイッチ素子２０１を駆動するように、スイッチ素子２０１の制御電極に接続されている。駆動回路２１４は、例えばシフトレジスタであり、駆動線Ｖｇを介して、駆動信号をスイッチ素子２０１に供給することによって、スイッチ素子２０１の導通状態を制御する。駆動回路２１４の制御によって、駆動線Ｖｇ（２ｋ）の駆動信号を導通電圧、駆動線Ｖｇ（２ｋ＋１）の駆動信号を非導通電圧とすることによって、偶数列目の画素２００に蓄積された信号が列信号線Ｓｉｇ（ｋ）に出力される。また、駆動線Ｖｇ（２ｋ）の駆動信号を非導通電圧、駆動線Ｖｇ（２ｋ＋１）の駆動信号を導通電圧とすることによって、奇数列目の画素２００に蓄積された信号が列信号線Ｓｉｇ（ｋ）に出力される。

【0018】

読出回路１０２は、画素２００から信号線Ｓｉｇに出力される電気信号をそれぞれ増幅する増幅回路２０６を信号線Ｓｉｇごとに設けている。増幅回路２０６は、積分アンプ２０５、可変ゲインアンプ２０４、サンプルホールド回路２０７を含む。積分アンプ２０５は、画素２００から信号線Ｓｉｇに出力された電気信号を増幅する。可変ゲインアンプ２０４は、積分アンプ２０５から出力される電気信号を可変ゲインで増幅する。サンプルホールド回路２０７は、可変ゲインアンプ２０４で増幅された電気信号をサンプルしホールドする。積分アンプ２０５は、画素２００から信号線Ｓｉｇに出力された電気信号を増幅して出力する演算増幅器２２１、積分容量２２２、リセットスイッチ２２３を含む。積分アンプ２０５は、積分容量２２２の値を変化させることによって、ゲイン（増幅率）を変更することが可能である。

【0019】

また、読出回路１０２は、それぞれの増幅回路２０６に対応して配されたスイッチ２２６、および、マルチプレクサ２０８をさらに含む。マルチプレクサ２０８は、スイッチ２２６を順次導通状態にすることによって、それぞれの増幅回路１０６から並列に出力される電気信号を順次、出力バッファアンプ２０９にシリアル信号として出力する。出力バッファアンプ２０９は、電気信号をインピーダンス変換して出力する。アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１０は、出力バッファアンプ２０９から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換し、画像情報として図１に示される制御用コンピュータ１２０に出力する。

【0020】

駆動回路２１４は、制御部１０７から出力される制御信号Ｄ－ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯに応じて、スイッチ素子２０１を導通状態にする導通電圧および非導通状態にする非導通電圧を含む駆動信号を、それぞれの駆動線Ｖｇに出力する。これによって、駆動回路２１４は、スイッチ素子２０１の導通状態／非導通状態を制御し、画素部１０１を駆動する。

【0021】

図１に示される電源部１０５は、バッテリや外部からの電力を基準電源１０３やバイアス電源１０４などの各電源に応じて変圧し電力を供給する。基準電源１０３は、演算増幅器２２１の正転入力端子に基準電位Ｖｒｅｆを供給する。バイアス電源１０４は、バイアス配線Ｂｓを介してそれぞれの画素２００の変換素子２０２にバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆを与えると共に、バイアス配線Ｂｓに供給した電流量の時間変動を含む電流情報を検出部１０６に出力する。バイアス電源１０４は、電流情報を出力する回路の一例として、図２に示されるように、オペアンプを有する電流－電圧変換回路２１５を含むことができる。しかしながら、電流情報を出力する回路は、電流－電圧変換回路２１５の構成に限定されるものではない。例えば、バイアス電源１０４は、シャント抵抗を用いた電流－電圧変換回路を含んでいてもよい。また、例えば、バイアス電源１０４と検出部１０６との間に、電流－電圧変換回路２１５の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路が配され、電流情報が、デジタル値として検出部１０６に出力されてもよい。また、バイアス電源１０４は、バイアス線Ｂｓに供給した（流れた）電流量に対応する適当な物理量を検出部１０６に出力してもよい。電流－電圧変換回路２１５の詳細な構成例については図５を用いて後述する。

【0022】

図３は、本実施形態における放射線撮像装置１００の動作例を示すフロー図である。上述のように、放射線撮像装置１００の各構成要素は、制御部１０７によって制御される。ユーザによって、放射線画像の撮像条件の設定などが行われると、まず、Ｓ３０１において、検出部１０６は、バイアス電源１０４から取得するバイアス線Ｂｓを流れる電流情報から放射線情報を取得して、放射線の照射の開始の判定を行う。より具体的には、検出部１０６は、バイアス線Ｂｓを流れる電流に基づいて、放射線の照射の有無を判定する。放射線の照射の開始の判定としては、放射線情報から画素ＰＩＸの変換素子２０２において蓄積される電荷の量を取得し、電荷の量から求められる放射線の強度が、予め定めた閾値を上回った場合、放射線の照射が開始されたと判定する方法が用いられてもよい。検出部１０６が放射線の照射が開始されていないと判定した場合（Ｓ３０１においてＮＯ）、放射線撮像装置１００はＳ３０２に遷移し、制御部１０７は、駆動回路２１４に、暗電流によって画素２００の変換素子２０２に蓄積された電荷を除去するリセット駆動（以後、空読みと称する場合がある。）を行わせる。空読みは、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番に行われ、最終行に到達した場合は先頭行に戻る。

【0023】

検出部１０６が、放射線の照射が開始されたと判定した場合（Ｓ３０１においてＹＥＳ）、放射線撮像装置１００はＳ３０３に遷移し、制御部１０７は、放射線の照射の終了の判定を行う。放射線の照射の終了の判定として、放射線の照射の開始が判定されてから予め定められた時間が経過した場合に放射線の照射が終了したと判定する方法が用いられてもよい。また、制御部１０７は、検出部１０６で取得する放射線情報から２００の変換素子２０２において蓄積される電荷の量を取得し、電荷の量から求められる放射線の強度が、予め定めた閾値を下回る場合に放射線の終了を判定してもよい。放射線の照射の終了が判定されない場合（Ｓ３０３においてＮＯ）、放射線撮像装置１００はＳ３０４において、駆動回路２１４は、放射線画像を取得するための画素２００のスイッチ素子２０１を非導通状態にさせ、放射線から変換される信号を蓄積する駆動（以後、蓄積と称する場合がある。）が行われる。放射線の照射の終了が判定された場合（Ｓ３０３におけるＹＥＳ）、放射線撮像装置１００はＳ３０５に遷移し、駆動回路２１４および読出回路１０２は、画素２００の変換素子２０２に生じた電荷を読み出す駆動（以後、本読みと称する場合がある。）を行う。本読みは、画素部１０１に配された画素２００の先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番に行われうる。本読みが最終行に到達した場合、一連の撮像動作が終了する。

【0024】

図４は、放射線撮像装置１００の駆動タイミングの概略図である。制御部１０７は、放射線の照射が開始されるまでの間、画素部１０１の先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番にスイッチ素子２０１を導通状態にさせる駆動（空読み）を駆動回路２１４に繰り返し行わせる。放射線の照射が開始されるまでの間、空読みが最終行（Ｙ－１行目）に到達した場合、先頭行（０行目）に戻って空読みが、繰り返される。

【0025】

検出部１０６が放射線の照射の開始を検出（判定）した場合、制御部１０７は、駆動回路２１４を介して、放射線画像を取得するための全ての画素２００が接続された行のスイッチ素子２０１を非導通状態にする駆動（蓄積）に移行する。放射線の照射の有無の判定の詳細については後述する。蓄積は、放射線の照射が終了したと判定されるまで継続する。放射線の照射が終了すると、制御部１０７は、駆動回路２１４および読出回路１０２を制御し、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順次、スイッチ素子２０１を導通させ、画素２００から信号の読み出す本読みを行う。

【0026】

図５は、電流－電圧変換回路２１５として適用可能な検知回路５００の構成例を示す透過回路図である。検知回路５００は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検知して、バイアス線Ｂｓを流れる電流を示すバイアス電流信号ＶＳＤを検出部１０６に提供する。検知回路５００は、例えば、電流電圧変換アンプ３１０、電圧増幅アンプ３２０、フィルタ回路３３０を含みうる。電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を電圧に変換する。電圧増幅アンプ３２０は、電流電圧変換アンプ３１０から出力される信号（電圧信号）を増幅する。電圧増幅アンプ３２０は、例えば、計装アンプなどで構成されうる。フィルタ回路３３０は、電圧増幅アンプ３２０から出力された信号の帯域を制限するフィルタであり、例えば、ローパスフィルタでありうる。ローパスフィルタを通過後した電流情報が、検出部１０６に供給される。

【0027】

電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検知するほか、電源部１０５からバイアス電源１０４に供給される基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆに応じた電位をバイアス線Ｂｓに供給する。電流電圧変換アンプ３１０には、トランスインピーダンスアンプなどが用いられうる。電流電圧変換アンプ３１０は、例えば、演算増幅器３１１と、演算増幅器３１１の反転入力端子と出力端子との間に配置されたフィードバック経路３１２と、を含む。演算増幅器３１１の非反転入力端子には、基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆが与えられる。電流電圧変換アンプ３１０は、フィードバック経路３１２を有することによって、演算増幅器３１１の非反転入力端子に与えられる基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆに応じた電位を反転入力端子に発生するように機能する。より具体的には、電流電圧変換アンプ３１０は、演算増幅器３１１の非反転入力端子に供給される基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆとほぼ同一の電位を反転入力端子に発生するように機能する。

【0028】

図５に示されるように、フィードバック経路３１２に複数の経路が配され、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＣなどによって、有効にする経路が、適宜切り替えられる構成としてもよい。制御部１０７は、制御信号ＶＳＸを検知回路５００に供給することによって、フィードバック経路３１２が備える複数の経路のうち有効にする経路を選択し、電流電圧変換アンプ３１０のフィードバック経路３１２のインピーダンス（以下、フィードバックインピーダンス）を制御してもよい。例えば、以下のように、放射線撮像装置１００の駆動状態に応じてフィードバックインピーダンスを制御してもよい。

【0029】

空読み駆動中において、画素部１０１への放射線の照射の開始を速やかに検出するためには、バイアス線Ｂｓを流れる電流を高い感度で検知する必要がある。そこで、空読み駆動中においては、フィードバックインピーダンス（電流電圧変換アンプ３１０のゲイン）を大きくしてもよい。一方、本読み駆動中において、変換素子２０２に蓄積された電荷を信号線Ｓｉｇに転送する際、フィードバックインピーダンスが大きいと、変換素子２０２へのバイアス線Ｂｓからの電流供給が遅くなる。特に、画素部１０１に対して、部分的に強い放射線が入射している場合、変換素子２０２へのバイアス線Ｂｓからの電流供給の遅れによって、画像にアーチファクト（クロストーク）が生じやすい。そこで、本読み駆動中においては、フィードバックインピーダンスを小さくしてもよい。

【0030】

上述の検知回路５００をはじめ、有限のフィードバックインピーダンスを有するような電流－電圧変換回路２１５を本実施形態の撮像部１１０に組み合わせることによって、以下のような効果が得られる。本実施形態の撮像部１１０を、例えば、図１４に示されるような比較例の撮像部１１１と比較すると、本読み駆動中に１本の駆動線Ｖｇの電圧を導通電圧にした際に、導通するスイッチ素子２０１の数は半分である。従って、本読み駆動時に電流－電圧変換回路２１５が、バイアス線Ｂｓから変換素子２０２に供給すべき電流の総量も略半分となる。すなわち、電流－電圧変換回路２１５のフィードバックインピーダンスが同じであれば、クロストークの発生量は比較例の撮像部１１１と比べて略半減するという効果がある。また、本実施形態の撮像部１１０を用いることによって、電流－電圧変換回路２１５のフィードバックインピーダンスを略倍まで大きくしても、許容されるクロストーク量が比較例の撮像部１１１と同等に保たれるため、電流－電圧変換回路２１５の回路設計上の選択肢が広がるという効果もある。

【0031】

図６（ａ）は、画素部１０１の（ｎ行目、２ｍ列目）付近の８つの画素２００の構成例を示す平面図である。図６（ａ）に示される構成において、偶数列に配された変換素子２０２と奇数列に配された変換素子２０２とは、共通の列信号線Ｓｉｇを挟んで点対称の位置に配されている。また、偶数列に配されたスイッチ素子２０１と奇数列に配されたスイッチ素子２０１とは、共通の列信号線Ｓｉｇを挟んで点対称の位置に配されている。しかしながら、これに限られることはない。例えば、偶数列に配された変換素子２０２と奇数列に配された変換素子２０２とは、共通の列信号線Ｓｉｇを挟んで線対称の位置に配されていてもよい。同様に、偶数列に配されたスイッチ素子２０１と奇数列に配されたスイッチ素子２０１とは、共通の列信号線Ｓｉｇを挟んで線対称の位置に配されていてもよい。

【0032】

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図である。図６（ｂ）に示される構成において、基板４００は、ガラスまたはプラスチックなどの絶縁性基板である。スイッチ素子２０１は、基板４００の上に形成され、制御電極４０１、主電極４０２、主電極４０３、絶縁層４０４を含む。制御電極４０１と駆動線Ｖｇ、主電極４０２と信号線Ｓｉｇは、それぞれ共通の導電膜で一体的に形成されうり、絶縁層４０４はスイッチ素子２０１のゲート絶縁膜として機能する。スイッチ素子２０１は、スイッチ素子２０１の上に遮光層（不図示）を有していてもよい。変換素子２０２は、光電変換素子であるＰＩＮ型フォトダイオードを含み、ＰＩＮ型フォトダイオードは、電極４１１、半導体層４１２、電極４１４をこの順に積層して形成する。このうち半導体層４１２は、不純物半導体層４１２１、真性半導体層４１２２、不純物半導体層４１２３がこの順に積層されたものである。本実施形態において、スイッチ素子２０１の主電極４０３と変換素子２０２の電極４１１は共通の導電膜で一体的に形成されうるが、別の導電材料で構成されていてもよい。

【0033】

スイッチ素子２０１と変換素子２０２は、電極４１４の上の一部に設けられた開口部４５０を除き、共通の絶縁層４２０によって覆われている。バイアス線Ｂｓは、絶縁層４２０の上に設けられている。導電層４３０は、開口部４５０を通り、バイアス線Ｂｓと電極４１４を電気的に接続する。バイアス線Ｂｓは、例えば、金属膜によって、導電層４３０は、例えば、ＩＴＯなどの透明導電膜によって、それぞれ形成することができる。保護層４４０は、上述の各構成の全体を被覆している。絶縁層４０４や絶縁層４２０、保護層４４０は、窒化シリコンなどの無機絶縁材料によって形成されうる。さらに、保護層４４０の上に、放射線を変換素子２０２として機能するＰＩＮ型フォトダイオードが検出可能な波長の光に変換するシンチレータ（不図示）が設けられる。

【0034】

本実施形態において、互いに隣り合う２つの列に配された画素２００が、信号を出力する列信号線Ｓｉｇを共有する。これによって、読出回路１０２の増幅回路２０６の数を半減できるため、増幅回路２０６に用いられるＩＣチップなどの部材コストを削減できる。さらに、放射線画像を得るための画素２００の変換素子２０２にバイアス電位を供給するためのバイアス線Ｂｓを流れる電流に基づいて、検出部１０６は、放射線の照射の有無を判定する。これによって、放射線撮像装置１００の他に、放射線の照射を検出するための線量センサなどを設ける場合と比較して、部材コストを上昇させることなく放射線の照射の有無を判定できる。また、バイアス線Ｂｓは画素部１０１の全体に配されるため、放射線が画素部１０１の何れの領域に照射された場合であっても、放射線の照射の有無を判定することができる。

【0035】

図７（ａ）は、検出部１０６において、放射線の照射の開始を判定する際に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）駆動を行う場合のタイミング図を示している。検出部１０６は、駆動回路２１４が複数の画素２００のうち何れかの画素のスイッチ素子２０１を導通状態にしたときにバイアス線Ｂｓを流れる電流を表す信号値のみに基づいて、放射線の照射の有無を判定してもよい。しかしながら、ＣＤＳを行うことによって、より高精度に放射線の照射の有無を判定することが可能となる。バイアス線Ｂｓを流れる電流の情報を取得するため、画素部１０１に配された何れかの画素２００のスイッチ素子２０１を導通状態にしたときにバイアス線Ｂｓを流れる電流をサンプリングし、これを信号値Ｓとする。また、画素部１０１に配された画素２００のスイッチ素子２０１が非導通状態のときのバイアス線Ｂｓを流れる電流をサンプリングし、これを信号値Ｎとする。信号値Ｓと信号値Ｎとに基づいて、検出部１０６が、放射線の照射の有無を判定する。例えば、連続する信号値Ｓと信号値Ｎとの差分を用いてノイズ成分を除去することによって、検出部１０６は、放射線の照射の有無を精度よく判定することができる。

【0036】

図７（ｂ）は、図７（ａ）の変形例のタイミング図である。図７（ａ）に示される構成において、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番に空読みする場合を説明した。一方、図７（ｂ）に示される構成において、駆動線Ｖｇ（０）、Ｖｇ（２）、Ｖｇ（４）、・・・を順次導通電圧とし、偶数列の画素２００のスイッチ素子２０１を順次導通状態にさせる第１サブフレームと、駆動線Ｖｇ（１）、Ｖｇ（３）、Ｖｇ（５）、・・・を順次導通電圧とし、奇数列の画素２００のスイッチ素子２０１を順次導通状態にさせる第２サブフレームと、を繰り返す。この駆動であっても、図７（ａ）と同様に信号値Ｓと信号値Ｎとを用いてＣＤＳを行うことによってノイズ成分が除去し、精度よく放射線の照射の有無を検出することができる。

【0037】

加えて、図７（ｂ）に示される動作は、放射線の照射の開始判定の誤検知（放射線の照射がないにもかかわらず照射開始と判定してしまう事象）の発生確率を抑えることができる。一般に、放射線の照射が始まってから照射開始判定が行われるまでには遅れ（時間差）がある。このため、図４に示される放射線の照射の開始が判定されるＹｓ行付近の画素２００の信号電荷の一部が、空読み期間中に読出回路１０２に流出し、本読みで出力される画像情報にアーチファクト（欠損）が生じる場合がある。この欠損は、図１の制御用コンピュータ１２０などで画像補正を行うことによって除去されうる。しかしながら、放射線が高線量率で照射された場合など、欠損量が多くなり、補正に失敗し欠損を除去しきれないことがある。この事象を避けるため、上述の放射線の照射の開始の判定閾値Ｔｈ１は通常、低め（放射線の照射に対し高感度）に設定される。この場合、外来ノイズによる誤検知の発生頻度が増加してしまう。すなわち、欠損除去の確実性と、誤検知の発生頻度の抑制にはトレードオフの関係がある。一方、図２の等価回路をもつ撮像部１１０を、図７（ｂ）のタイミング図を用いて駆動すると、例えば、第１サブフレーム期間中に偶数列のＹｓ行付近の画素２００の信号電荷が一部失われたとしても、奇数列の画素２００の信号電荷を用いて、偶数列の画素２００の欠損を補正することができる。すなわち、判定閾値Ｔｈ１を高め（放射線照射に対し低感度）に設定し、誤検知を抑制することができるようになる。

【0038】

また、空読み駆動中において、駆動線Ｖｇの電位を１本ずつ導通電位とする（１度に１行の半数ずつの画素が駆動される。）代わりに、１度に複数の駆動線Ｖｇを導通電位としてもよい。駆動線Ｖｇの電位を１本ずつ導通電位とする場合と比較して、１度に駆動される画素２００の数が増え、バイアス線Ｂｓを流れる電流の量が増加するため、放射線の照射開始の判定の感度を高めることができる。

【0039】

例えば、１度に２本の駆動線Ｖｇ導通電位とする場合、連続する２本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（０）および駆動線Ｖｇ（１）、駆動線Ｖｇ（２）および駆動線Ｖｇ（３）、・・・）が、同時に順次、導通電圧とされてもよい。また、例えば、連続する偶数本目の２本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（０）および駆動線Ｖｇ（２）、駆動線Ｖｇ（４）および駆動線Ｖｇ（６）、・・・）が同時に順次、導通電圧とされ、最終行に到達する。次いで、連続する奇数本目の２本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（１）および駆動線Ｖｇ（３）、駆動線Ｖｇ（５）および駆動線Ｖｇ（７）、・・・）が同時に順次、導通電圧とされてもよい。また、例えば、１度に４本の駆動線Ｖｇを導通電位とする場合、連続する４本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（０）から駆動線Ｖｇ（３）、駆動線Ｖｇ（４）から駆動線Ｖｇ（７）、・・・）が同時に順次、導通電圧とされてもよい。あｍた、例えば、連続する偶数本目の４本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（０）、（２）、（４）、（６）・・・）が同時に順次、導通電圧とされ、最終行に到達する。次いで、連続する奇数本目の４本の駆動線（例えば、駆動線Ｖｇ（１）、（３）、（５）、（７）・・・）が同時に順次、導通電圧とされてもよい。

【0040】

空読み駆動中、画素部１０１に配されたそれぞれの画素２００において駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの配線間容量を低減することによって、放射線の照射開始の判定をより高い感度で行うことが可能となる。図８は、画素２００においてバイアス線Ｂｓを流れる電流Ｉ＿Ｂｓの説明するための図である。変換素子２０２の容量がＣｓであり、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとが配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを有するとして説明する。また、駆動線Ｖｇに印加される非導通電圧をＶｏｆｆ、導通電圧をＶｏｎとする。駆動線Ｖｇの電位をＶｏｆｆからＶｏｎに切り替えた場合、バイアス線Ｂｓに流れる電流Ｉ＿Ｂｓには以下の成分Ｉ１、Ｉ２が含まれる。
成分Ｉ１：変換素子２０２で放射線から変換されて発生した電荷が、バイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０４に流れ込む電流。
成分Ｉ２：駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの容量性結合に起因し、Ｃｖｇ－ｂｓ×（Ｖｏｎ－Ｖｏｆｆ）に比例する電流。
成分Ｉ１は、放射線撮像装置１００に放射線が照射されているときのみ発生する。成分Ｉ２は、放射線の照射有無にかかわらず、駆動線Ｖｇの電位をＶｏｆｆからＶｏｎ（またはＶｏｎからＶｏｆｆ）に切り替える際に発生する。放射線撮像装置１００において、放射線の照射の有無を感度よく検出するためには、バイアス線Ｂｓに流れる電流のＳＮ比（成分Ｉ２に対する成分Ｉ１の比）を高める必要がある。つまり、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減することが有効である。

【0041】

また、本読み駆動中に、クロストークを低減するためにも画素２００における配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減することが有効である。なぜならば、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減することによって、バイアス線ＢｓのＲＣ時定数が小さくなり、変換素子２０２へのバイアス線Ｂｓからの電流の供給が速やかに行われるようになるからである。

【0042】

図９（ａ）は、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓの低減を考慮した画素２００の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図である。本実施形態において、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの交差部４６０において、駆動線Ｖｇおよびバイアス線Ｂｓの線幅を他の部分より細くする。図９（ａ）に示されるように、本実施形態において、駆動線Ｖｇおよびバイアス線Ｂｓの両方の線幅が、交差部４６０付近で狭くなっているがこれに限られることはない。画素部１０１に対する正射影において、駆動線Ｖｇの幅およびバイアス線Ｂｓの幅のうち少なくとも一方が、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとが交差する部分（交差部４６０）において、他の部分よりも細くなっていればよい。これによって、図６（ａ）に示される構成よりも、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減することが可能となる。

【0043】

図９（ａ）、９（ｂ）に示される構成を有する画素２００を備えた放射線撮像装置１００においても、部材コストを上昇させることなく、また、画素部１０１の何れの領域に放射線の照射のされた場合でも放射線の照射の有無を判定できる。さらに、図９（ａ）、９（ｂ）に示される構成によって、空読み駆動中の放射線の照射の有無の判定の検出感度が図６（ａ）、６（ｂ）に示される構成よりも向上すると同時に、本読み駆動中のクロストークが低減する。

【0044】

次いで、図１０を用いて、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減する別の方法について説明する。図１０は、画素２００の図６（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図である。図１０に示される画素２００において、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間に平坦化層４７０を挿入することによって、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとが、図６（ｂ）に示される構成と比較して高さ方向に離間している。これによって、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓが低減される。

【0045】

図１０に示される構成において、基板４００に配された変換素子２０２およびスイッチ素子２０１によって形成される段差を抑制するための平坦化層４７０が、変換素子２０２およびスイッチ素子２０１を覆うように配される。駆動線Ｖｇは、平坦化層４７０よりも基板４００の側に配され、バイアス線Ｂｓは、平坦化層４７０よりも基板４００から離れた側に配される。スイッチ素子２０１の構造は、図６（ｂ）に示される構成と同様であってよい。図１０に示される構成において、変換素子２０２の上方（絶縁層４２０と導電層４３０との間）に平坦化層４７０が挿入されているが、これに限られることはない。平坦化層４７０は、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の任意の部分に配されれば、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減する効果が得られる。

【0046】

平坦化層４７０は、感光性アクリルやポリイミドなどの比誘電率が低い（例えば、ε／ε_０＝２～５）材料が用いられてもよく、膜厚は、１～５μｍ程度と比較的厚く形成できる。このため、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとが交差する交差部４６０における容量結合を低減するのに効果的である。開口部４５０は、絶縁層４２０および平坦化層４７０に設けられ、導電層４３０は、開口部４５０を通り、バイアス線Ｂｓと電極４１４を電気的に接続する。

【0047】

図１０に示される構成を有する画素２００を備えた放射線撮像装置１００においても、部材コストを上昇させることなく、また、画素部１０１の何れの領域に放射線の照射のされた場合でも放射線の照射の有無を判定できる。さらに、図１０に示される構成によって、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓが低減され、空読み駆動中の放射線の照射の有無の判定の検出感度が図６（ａ）、６（ｂ）に示される構成よりも向上すると同時に、本読み駆動中のクロストークが低減する。

【0048】

次いで、図１１を用いて、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減するさらに別の方法について説明する。図１１（ａ）は、画素部１０１の（ｎ行目、２ｍ列目）付近の８つの画素２００の構成例を示す平面図、図１１（ｂ）、１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示されるＡ－Ａ’間、Ｂ－Ｂ’間のそれぞれ断面図である。図１１に示される構成において、平坦化層４７０が、スイッチ素子２０１と変換素子２０２との間に挿入される。

【0049】

図１１（ａ）～１１（ｃ）に示される構成において、基板４００に配されたスイッチ素子２０１によって形成される段差を抑制するための平坦化層４７０が、スイッチ素子２０１を覆うように配される。駆動線Ｖｇは、平坦化層４７０よりも基板４００の側に配され、変換素子２０２およびバイアス線Ｂｓは、平坦化層４７０よりも基板４００から離れた側に配される。スイッチ素子２０１の構造は、図６（ｂ）に示される構成とほぼ同様であるが、スイッチ素子２０１は、主電極４０３の上の一部に設けられた開口部４５１を除き、絶縁層４２０、平坦化層４７０によって覆われている。絶縁層４２０は、窒化シリコンなどの無機絶縁膜で、平坦化層４７０は、感光性アクリルやポリイミドなどでそれぞれ形成されうる。平坦化層４７０の上に、変換素子２０２であるフォトダイオードの電極４１６が形成されている。電極４１６は、スイッチ素子２０１の主電極４０３とは別の導体膜から形成されており、たとえばＩＴＯなどの透明導電膜などを用いることができる。電極４１６と主電極４０３とは、開口部４５１に形成される導電体を介して電気的に接続されている。本実施形態において、変換素子２０２であるフォトダイオードはＭＩＳ型フォトダイオードであり、電極４１６、絶縁層４１７、半導体層４１８、電極４１９をこの順に積層して形成する。このうち半導体層４１８は、真性半導体層４１８１、不純物半導体層４１８２をこの順に積層したものである。電極４１９の上に、バイアス線Ｂｓが列方向に延在して設けられており、電極４１９とバイアス線Ｂｓとは電気的に接続している。保護層４４０は、これらの各構成を全体に被覆している。

【0050】

図１１に示される構成において、平坦化層４７０が、スイッチ素子２０１と変換素子２０２との間に配される。これによって、画素部１０１に対する正射影において、複数の画素２００のそれぞれの画素において、変換素子２０２とスイッチ素子２０１との少なくとも一部が、互いに重なって配することができるようになる。結果として、画素開口率（画素のレイアウト面積におけるフォトダイオードの受光面積の割合）を高めることができる。さらに、図１１（ａ）に示されるように、画素部１０１に対する正射影において、バイアス線Ｂｓが、複数の画素２００のそれぞれの画素の変換素子２０２と重なるように配されていてもよい。バイアス線Ｂｓが、変換素子２０２の下部電極（図１１（ｂ）において電極４１６。）によって駆動線Ｖｇから静電遮蔽されるため、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓをさらに低減することができる。

【0051】

図１１に示される構成を有する画素２００を備えた放射線撮像装置１００においても、部材コストを上昇させることなく、また、画素部１０１の何れの領域に放射線の照射のされた場合でも放射線の照射の有無を判定できる。さらに、図１１（ａ）～１１（ｃ）に示される構成によって、バイアス線Ｂｓが、変換素子２０２の下部電極によって駆動線Ｖｇから静電遮蔽されるため、配線間容量Ｃｖｇ－ｂｓを低減することができる。結果として、空読み駆動中の放射線の照射の有無の判定の検出感度が図６（ａ）、６（ｂ）に示される構成よりも向上すると同時に、本読み駆動中のクロストークが低減する。

【0052】

図１２は、図２に示す撮像部１１０の変形例を示す撮像部１１０’の構成例を示す等価回路図である。撮像部１１０’において、バイアス電源１０４は、バイアス電源１０４ａとバイアス電源１０４ｂとを含む。また、バイアス線Ｂｓは、バイアス電源１０４ａに接続されたバイアス線Ｂｓａと、バイアス電源１０４ｂに接続され、バイアス線Ｂｓａとは電気的に独立したバイアス線Ｂｓｂと、を含む。偶数列目の画素２００（例えば、画素２００ａ）の変換素子２０２は、一方の電極がスイッチ素子２０１の２つの主電極の一方に電気的に接続され、他方の電極がバイアス線Ｂｓａを介してバイアス電源１０４ａと電気的に接続される。同様に、奇数列目の画素２００（例えば、画素２００ｂ）の変換素子２０２は、一方の電極がスイッチ素子２０１の２つの主電極の一方に電気的に接続され、他方の電極がバイアス線Ｂｓｂを介してバイアス電源１０４ｂと電気的に接続される。バイアス電源１０４ａは、バイアス配線Ｂｓａを介して画素２００の変換素子２０２にバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆａを与えると共に、バイアス配線Ｂｓａに供給した電流量の時間変動を含む電流情報を検出部１０６に出力する。同様に、バイアス電源１０４ｂは、バイアス配線Ｂｓｂを介して画素２００の変換素子２０２にバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆｂを与えると共に、バイアス配線Ｂｓｂに供給した電流量の時間変動を含む電流情報を検出部１０６に出力する。バイアス電源１０４ａおよびバイアス電源１０４ｂは、互いに相関なくそれぞれ独立して動作しうる。例えば、電源部１０５を、２つの互いに独立な電圧出力バッファを有するように構成し、それぞれから出力される基準電源Ｖｓ＿ｒｅｆａ、Ｖｓ＿ｒｅｆｂをバイアス電源１０４ａおよび１０４ｂにそれぞれ入力する構成としてもよい。あるいは、電源部１０５を、２つの互いに独立なＤＣ／ＤＣコンバータを有するように構成し、それぞれに接続された電圧出力バッファからの基準電源Ｖｓ＿ｒｅｆａ、Ｖｓ＿ｒｅｆｂをバイアス電源１０４ａおよび１０４ｂにそれぞれ入力する構成としてもよい。このＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば発振周波数が同じで位相が異なるように構成することができる。バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆａおよびバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆｂは、個別に設定可能である。バイアス電源１０４ａが供給するバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆａと、バイアス電源１０４ｂが供給するバイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆｂと、が互いに異なる電位であってもよい。画素２００の構造は、図６（ａ）、６（ｂ）、図９（ａ）、９（ｂ）、１０、１１（ａ）～（ｃ）に示す何れの構成を用いてもよい。

【0053】

図１３（ａ）は、図１２に示される撮像部１１０’を備える放射線撮像装置１００において、検出部１０６がＣＤＳ駆動を行う場合のタイミング図を示している。ここで、バイアス電源１０４ａに接続されたバイアス線Ｂｓａとバイアス電源１０４ｂに接続されたバイアス線Ｂｓｂとを流れる電流をそれぞれ個別にサンプリングできる構成であるとする。

【0054】

駆動線Ｖｇ（０）を導通電圧、他の駆動線Ｖｇを非導通電圧とすると、０行目・奇数列目の画素２００のスイッチ素子２０１が信号線Ｓｉｇと導通する。このとき、放射線が照射されていれば、上述の放射線から変換された電荷に基づく電流の成分Ｉ１が、バイアス線Ｂｓａを介してバイアス電源１０４ａの電流に流入する。他方、バイアス線Ｂｓｂを介してバイアス電源１０４ｂに接続された画素２００のスイッチ素子２０１は導通していないため、成分Ｉ１が流入することはない。そこで、検出部は、バイアス電源１０４ａに変換素子２０２が接続された画素２００のうち何れかの画素のスイッチ素子２０１が導通状態のときにバイアス線Ｂｓａを流れる電流を表す信号値Ｓと、バイアス電源１０４ｂに変換素子２０２が接続された画素２００のスイッチ素子２０１が非導通状態のときにバイアス線Ｂｓｂを流れる電流を表す信号値Ｎと、を、サンプリングするタイミングの少なくとも一部が重なるように取得する。検出部１０６は、信号値Ｓと信号値Ｎとを同時にサンプリングしてもよい。検出部１０６は、サンプリングした信号値Ｓと信号値Ｎに基づいて、例えば、信号値Ｓと信号値Ｎとの差分をとることによってノイズ成分を除去し、放射線の照射の有無を判定することができる。

【0055】

例えば、図１３（ａ）に示されるように、駆動線Ｖｇ（４）を導通電圧としている間だけ、外来ノイズが入力した場合を考える。例えば、被写体が動いてしまい、放射線撮像装置１００に衝撃が加わるなどした場合が考えられる。この場合、駆動線Ｖｇ（４）を導通電圧として信号値Ｓを取得し、次いで、駆動線Ｖｇ（５）を導通電圧として信号値Ｎを取得すると、検出部１０６が、信号値Ｓと信号値Ｎとの差分を算出した際に、放射線の照射が開始されたと誤判定する可能性がある。一方、図１３（ａ）に示されるように、検出部１０６が、信号値Ｓと信号値Ｎとを同時にサンプリングすることによって、外来ノイズの成分を図７（ａ）、７（ｂ）に示される駆動よりも高精度に除去できる。これによって、放射線の照射の有無を判定の精度が、より向上しうる。また、図１３（ｂ）に示されるように、上述の図７（ｂ）と同様に、偶数列の画素２００のスイッチ素子２０１を順次導通状態にさせる第１サブフレームと、奇数列の画素２００のスイッチ素子２０１を順次導通状態にさせる第２サブフレームと、を交互に繰り返してもよい。

【0056】

図１２に示される構成を有する撮像部１１０’を備えた放射線撮像装置１００においても、部材コストを上昇させることなく、また、画素部１０１の何れの領域に放射線の照射のされた場合でも放射線の照射の有無を判定できる。さらに、２系統のバイアス線Ｂｓを流れる電流を同時にサンプリングすることによって、上述の撮像部１１０よりも高精度に放射線の照射の有無を判定することができる。

【0057】

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。

【符号の説明】

【0058】

１００：放射線撮像装置、１０１：画素部、１０４：バイアス電源、１０６：検出部、２００：画素、２０１：スイッチ素子、２０２：変換素子、２１４：駆動回路、Ｂｓ：バイアス線、Ｓｉｇ：列信号線、Ｖｇ：駆動線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】