JP2016201665A - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 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。【解決手段】 放射線撮像装置２００は、撮像用スイッチ素子７の制御電極に電気的に接続された第一の制御線８と、検知用スイッチ素子７の制御電極に電気的に接続された第二の制御線９と、検知用スイッチ素子７の主電極に電気的に接続された信号線１２と、信号線１２との間で容量結合されるように配置され、第一の制御線８および第二の制御線９とは異なる容量線と、第二の制御線９および容量線１５と電気的に接続され、検知用スイッチ素子７および容量線１５に電圧を印加する駆動部５２と、検知用スイッチ素子７に対してオン又はオフ電圧を印加した場合に、容量線１５に対し該電圧と逆極性の電圧を印加するように駆動部５２を制御する制御部５５と、を有する。【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。

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ている。

特開２０１２−１５９１３号公報

しかしながら、特許文献１の放射線撮像装置では、当該駆動電圧を切り替える際に、制御線の電圧の変化に伴いスイッチ素子へ接続された制御線と信号線の間の寄生素子（寄生容量）に起因して信号線に伝送する信号に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正確になる場合があった。

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。

本発明の一つの側面は、撮像用変換素子からの信号を出力するための撮像用スイッチ素子を有し、放射線画像の取得のための撮像画素と、検知用変換素子からの信号を出力するための検知用スイッチ素子を有し、放射線の入射を検知する検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、前記撮像用スイッチ素子の制御電極に電気的に接続された第一の制御線と、前記検知用スイッチ素子の制御電極に電気的に接続された第二の制御線と、前記検知用スイッチ素子の主電極に電気的に接続された信号線と、前記信号線との間で容量結合されるように配置され、前記第一の制御線および前記第二の制御線とは異なる容量線と、前記第二の制御線および前記容量線と電気的に接続され、前記検知用スイッチ素子および前記容量線に電圧を印加する駆動部と、前記検知用スイッチ素子に対してオン又はオフ電圧を印加した場合に、前記容量線に対し該電圧と逆極性の電圧を印加す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。

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。

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。 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。 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。 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。 第一の実施形態における放射線撮像装置の容量素子とその近傍を示す図である。 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。 第一の実施形態における放射線撮像装置の他の構成例を示す図である。 第二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。 第二の実施形態における放射線撮像装置の容量素子とその近傍を示す図である。 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。 放射線撮像装置の応用例を示す図である。

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。

（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。

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と当該検知用変換素子６に接続される第二のスイッチ素子７とを有する検知画素２を有する。更に、放射線撮像装置２００は、第二の制御線９と、駆動部５２を少なくとも有している。更に、放射線撮像装置２００は、容量線１５を有している。容量線１５は、検知信号線１２との間で容量結合された部分（容量素子１４）が形成されるように配置されている。当該配置の一例として、容量線１５は、例えば、絶縁部材等の誘電体を介して検知信号線１２に交差するように配置されることで容量素子１４を形成し得る。また、容量線１５は、駆動部５２と電気的に接続されている。ここで、容量素子１４は、容量線１５と検知信号線１２との間で容量結合された部分を示す部分を例示したものである。そのため、容量素子１４は、受動素子として形成された部分および検知信号線１２との間に発生する寄生容量も含み得る。また、容量線１５は、少なくとも第一の制御線８および第二の制御線９とは異なる配線として設けられている。

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。

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い。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。

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。つまり、撮像領域は、放射線が入射した場合に放射線撮像装置によって画像に変換し得る領域であり、放射線の入射を検知可能な領域であり得る。

第一のスイッチ素子５は、撮像用変換素子４からの信号の出力を行うための機能を有する。第二のスイッチ素子７は、検知用変換素子からの信号の出力を行うための機能を有する。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。

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、一例として複数の検知画素２の夫々の第二のスイッチ素子７に共通に接続されている。つまり、各スイッチは、駆動状態によって、それぞれ接続された変換素子からの信号を出力されるように動作する。

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）と接続されている。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。

容量線１４は、複数の撮像画素１が配置された領域（撮像領域）の外側に配置されている。また、容量線１４は、第一の制御線８および／または第二の制御線９と同一方向に配置されている。本実施形態では、容量線１４は、第一の制御線８または第二の制御線９と平行になるように配置されている。なお、本実施形態において、容量線１４は、当該配置に限られるものでなく、検知信号線１２との間で容量素子１４が形成されるように配置されていればよい。

また、図１の放射線撮像装置２００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。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。一例として、検知画素２は、行又は列方向に複数接続して配置してもよい。この場合において、検知画素２は、放射線検知領域（ＲＯＩ）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。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、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。

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、ＡＤ変換器）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、信号線１０または検知信号線１２は、検知部１３２と１対１で対応している。このため、読出部５１は、放射線が入射されるまでの待ち時間において、検知信号線１０に対応した検知部１３２を動作させないように制御し得る。この結果、放射撮像装置２００は、信号線１０と検知信号線１２とで共通の検知部１３２を設ける場合と比較して、消費電力を少なくすることができ、発熱を抑制することもできる。また、例えば、可搬型の放射線撮像装置のように、電池（バッテリ）を内蔵している装置の場合には、当該電池の消耗を抑制し得る。検知部１３２は、例えば、差動増幅器、サンプルホールド回路（不図示）を含む。検知部１３２は、当該サンプルホールド回路により、サンプルホールドを行い信号を取得し得る。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ＡＤ変換器１４６に供給する。ＡＤ変換器１４６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。ＡＤ変換器１４６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、ＡＤ変換器１４６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、放射線の照射量および／または積算照射量を演算したりする。

駆動部５２は、第一の制御線８、第二の制御線９および容量線１５のそれぞれと電気的に接続されている。本実施形態において、駆動部５２は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を導通状態にするオン電圧と、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を非導通状態にするオフ電圧を出力する。このため、このため、駆動部５２は、第一のスイッチ素子５による出力を制御するための電圧を第一の制御線８を介して印加し、第二のスイッチ素子７による出力を制御するための電圧を第二の制御線９を介して印加する。更に、駆動部５２は、容量線１５を介して容量素子１４に電圧を印加する。

本実施形態において、駆動とは、各スイッチ素子において導通状態または非導通状態に制御することを示し、容量素子１４において電荷を発生させることを示す。

更に、容量素子１４を駆動するため容量駆動部５４が、駆動部５２とは別に設けてもよい。詳細は第二の実施形態で述べる。

制御部５５は、駆動部５２および読出部５１を制御し得る。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１０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、取得し得る。

放射線照射量の測定を行う際、駆動部５２は、第二のスイッチ素子７に第二の制御線９を介してオン電圧を印加する。この場合、第二のスイッチ素子７および第二の制御線９と検知信号線１２の交差部における寄生容量Ｃｇｓを介して電位変動が発生する。この場合、Ｑ＝（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）×Ｃｇｓで表わされる電荷Ｑ（インジェクション電荷）が検知信号線１２に発生する。当該電荷Ｑにより、検知部１３２が有する初段オペアンプの帰還容量が飽和してしまう場合がある。このため、検知部１３２による放射線照射量の検知精度が低下する場合がある。一例として、検知用変換素子６に蓄積された電荷を短い間隔で読み出す場合に、帰還容量を小さくゲインを上げた状態で駆動させた場合に顕著となる。

更に、各ＲＯＩの中に検知画素２を列方向に複数配置（例えば１０画素）された場合について説明する。読出部５１が複数の検知用変換素子６の信号を同時に読み出す場合に、電荷Ｑの影響が顕著となる。これは、読出部５１が一度に読み出す信号量が増加するとともに、インジェクション電荷が第二の制御線９と検知信号線１２の間の寄生容量の大きさに比例して増加するためである。

そのため、駆動部５２は、第二の制御線９を介して第二スイッチ素子７に対して印加する電圧の変更を行った場合に、第二の制御線９と検知信号線１２との間の寄生容量を介して検知信号線１２に発生した電荷に起因する信号の変動を抑制する。一例として、駆動部５２は、インジェクション電荷を打ち消すために容量線１５を介して容量素子１４に第二のスイッチ素子７に印加する電圧と逆極性の電圧を印加する。このため、容量素子１４は、正負が反転した（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）×Ｃｇｓと同等の電荷を検知信号線１２に発生させるように作用する。容量素子１４は、例えばＣｇｓと同等の容量とし、容量素子１４に印加する電圧を（−Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）とすることが望ましい。一例として、容量素子１４は、容量を２倍程度とし、印加する電圧を（１／２）×（−Ｖｏｎ＋Ｖｏｆｆ）としてもよい。

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。

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。

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。

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１主電極１０５と、第２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１主電極１０５及び第２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１主電極１０５は信号線１０と電気的に接合されており、第２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１主電極１０５と第２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１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２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。

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。

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。なお、第二のスイッチ素子７の構造は、第一のスイッチ素子５と同様の構造を取り得る。第二のスイッチ素子７は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極２０１と、第一の絶縁層１０２と、第一の半導体層２０２と、第一の半導体層２０２よりも不純物濃度の高い第一の不純物半導体層２０３と、第１主電極２０４と、第２主電極２０５と、を含む。第一の不純物半導体層２０３はその一部領域で第１主電極２０４及び第２主電極２０５と接しており、その一部領域と接する第一の半導体層２０２の領域の間の領域が、第二のスイッチ素子７のチャネル領域となる。制御電極２０１は制御線と電気的に接合されており、第１主電極２０４は信号線１２と電気的に接合されている。

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。

次に、図５を用いて容量素子１４の構成について説明する。図５は、図１における容量素子１４とその周辺部を示す図である。容量線１５は、検知信号線１２との間で容量素子１４が形成されるように配置されている。

容量線１５は第二の制御線９と同じ金属層を用いて形成することが好ましい。この構成により、第二の制御線９と同一のプロセスで作成し得るため、製造工程を簡略化することができる。容量素子１４は、撮像画素１や検知画素２と同様にスイッチ素子やフォトダイオードにより形成してもよい。一例として、容量素子１４は、第一のスイッチ素子５または第二のスイッチ素子７と同一構造のスイッチ素子を含んでいてもよい。この場合、容量素子１４は、寄生容量を精度良く設計し得るため、上述した放射線検知時に検知信号線に現れる電位変動を精度よく抑制し得る。また、容量素子１４は、電圧印加の頻度によっては、半導体層を用いて形成しなくてもよい。この場合、絶縁性の誘電体のみで容量を形成されるため、半導体素子特有の不安定現象が発生せず、安定した動作が可能となる。不安定現象とは、例えばフラットバンド電圧がシフトすること等を含む。

次に、本実施形態の放射線撮像装置の動作を、図６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〜Ｖｇ９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、制御電極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、制御電極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異なる組み合わせにすることもできる。また、図６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６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。

まず、図６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。

次に、図６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、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。また、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。この場合に、前述のように、第二の制御線９と検知信号線１２との間の寄生容量Ｃｇｓに比例したインジェクション電荷が検知信号線１２に現れる。このため、当該インジェクション電荷によって放射線の検知精度が低下するおそれがある。更に、当該インジェクション電荷の大きさによっては、検知信号線１２に接続された検知部１３２が誤動作する場合がある。このため、駆動部５２は、第二の制御線９にオン又はオフ電圧を印加する場合に、容量素子１４に接続された容量線１５にＶｄ１〜Ｖｄ３とは逆極性の電圧Ｖｃを印加する。電圧ＶＬが印加されることにより、検知信号線１２に現れる電荷Ｑを打ち消すような電荷が検知信号線１２に発生する。つまり、図６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、ＶＣに当該Ｖｏｎと逆極性のＶＬを印加している。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に接続された第二のスイッチ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ればよい。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。第二のスイッチ素子７の駆動時に寄生容量Ｃｇｓを介して検知信号線１２に発生する電荷Ｑは、
Ｑ＝（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）×Ｃｇｓ （１）
で表わされる。容量素子１４により発生させる電荷Ｑ’は、容量素子１４の容量をＣｃとすると、
Ｑ’＝（ＶＬ−ＶＨ）×Ｃｃ （２）
で表わされる。電荷Ｑを打ち消すために必要な電荷Ｑ’は等しいことが望ましい。そのため、
（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）×Ｃｇｓ≒（ＶＬ−ＶＨ）×Ｃｃ （３）
となるように、容量素子１４の容量値が規定されていることが望ましい。

上記の関係より、第二の制御線９と検知信号線１２の間で形成された容量をＣｇｓ、第二の制御線９に印加する電圧差をΔＶｐｐ、容量結合された部分（容量素子１４）の容量をＣｃ、容量線１５に印加する電圧差をΔＶｃとすると、
１／２×Ｃｐ×Ｖｐｐ＜Ｃｃ×ΔＶｃ＜２×Ｃｐ×Ｖｐｐ （４）
とすることが好ましい。ここで、ＶＬ−ＶＨ＝ΔＶｃ，Ｖｏｎ−Ｖｏｆf＝ΔＶｐｐである。
また、駆動部５２は、第二のスイッチ素子７および容量線１５に印加する電圧を、上式を満たすように規定することが望ましい。少なくとも上記の式の範囲内で、ＣｃとΔＶｃを規定することでインジェクション電荷を好適に抑制し得る。

次に、図６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。

図７は、本実施形態における放射線撮像装置の他の構成例を示す図である。図７に示すように、複数の検知領域（ＲＯＩ）のそれぞれの検知領域には、複数の検知画素２が配置されている。図７では、一例として、一つの検知領域内に２つの検知画素２が配置されているがこの限りではない。例えば３画素、１０画素、２０画素といった複数の検知画素２が配置されていてもよい。第二の制御線９は、駆動部５２と検知領域の間で一つに束ねられ複数の検知画素２に接続されている。駆動部５２は、１回の電圧を出力することにより、複数の検知画素２を一括で駆動し得る。このため、駆動部５２と検知領域との間の配線を簡素化することができる。また、駆動部５２が検知領域の信号を取得する時間を短縮することができる。検知用変換素子６は、夫々の検知領域内において共通の検知信号線１２に接続されている。このため、それぞれの検知領域からの検知用変換素子６の信号が２倍になる。一方、それぞれの検知領域からのインジェクション電荷Ｑが２倍になり得る。

更に、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。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。つまり、検知画素２は撮像画素１と共通の信号線を介して信号を読み出される。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。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１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。読出部５１は、検知領域２０に配置された複数の検知画素２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）し得る。また、読出部５１の構成を図１の放射線撮像装置２００と比較して簡易化することが可能となる。

次に、図７における容量素子１４の構成について説明する。上述したように、一つの検知信号線１２に検知用変換素子６が列方向に２個並んで接続されているこの場合において、容量素子１４の面積が１画素あたりの制御線９と検知信号線１２との間で形成される寄生容量の２倍の容量となるように配置されている。そして、駆動部５２は、容量線１５に印加する電圧ＶＨとＶＬの電圧差（ＶＬ−ＶＨ＝ΔＶｃ）を、第二の制御線９に印加する電圧差（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ＝ΔＶｐｐ）と等しくなるように電圧を出力する。上記の駆動により、駆動部５２は、寄生容量に起因して検知信号線１２に現れる電荷を打ち消すように駆動することが可能となる。

上記の影響を抑制するために、駆動部５２は、容量素子１４を駆動することにより、インジェクション電荷Ｑを打ち消すように制御し得る。このため、放射線撮像装置は、当該制御により検知精度を向上し得る。また、読出部５１の誤動作を抑制することが可能となる。

（第二の実施形態）
図８を用いて第二の実施形態について説明する。図８は第二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。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、容量素子１４が、撮像画素が配置された撮像領域内に配置されている点である。以下、詳細に説明する。

まず、容量線１５の配置について説明する。容量線１５が、撮像領域内に複数配置されている。更に、複数の容量線１５は、複数領域毎の上下方向に分割して配置されている。そして、容量素子１４が、検知領域の上下に形成されるように容量線１５が配置されている。本実施形態では、容量素子１４が、撮像領域内の一部分に偏らないように配置している。ただし、当該配置は一例であり、インジェクション電荷が十分に抑制し得る位置であれば、容量線１５が、撮像領域内の一部に偏るように配置してもよい。更に、本実施形態では、各画素を駆動する駆動部５２と、容量素子１４を駆動する容量駆動部５４を備える。

第一の実施形態で述べた通り、第二の制御線９に電圧を印加し第二のスイッチ素子７に電圧を印加すると寄生容量に起因した電荷（インジェクション電荷）が信号線１０に現れる。この場合において、第二の制御線９の抵抗値、容量の値等に依存し、容量駆動部５２が印加する電圧の波形も入力時と出力時とで変化する。そのため、容量素子１４の配置に依存してインジェクション電荷を抑制する精度が低下する。容量素子１４の配置は、インジェクション電荷が発生する位置の近傍であることが好ましい。この場合に、容量線１５は、第二の制御線９と同じ抵抗と容量になるようにすることが好ましい。具体的には、容量線１５と第二の制御線９を略同じ長さや略同じ抵抗値を持つ材料、寄生容量を形成し得る箇所の誘電率や厚みが同じにすることが好ましい。ここで、「略同じ長さや略同じ抵抗値」とする範囲は、インジェクション電荷を打ち消せる程度に同じ程度に設計されていることを示し、完全な同一である必要はなく設計誤差や機差等も含み得る。

図９（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施形態の容量素子について説明する。図９は、本実施形態における容量素子１４が配置された近傍を示す図である。信号線１０と容量線１５の間で容量素子１４が形成されている。第一の実施形態と異なる点は、容量素子１４が検知用変換素子６に隣接して配置されていることである。容量線１５は第二の制御線９の電極と同じ層で形成されていることが好ましい。第二の制御線９と同一のプロセスで形成されるため、製造工程を増やすことなく容量線１５を形成することができる。

図９（ｂ）は、本実施形態における容量素子とその周辺を示す平面図である。図９（ａ）と異なる点は、容量素子１４をインジェクション電荷が発生する部位となる第二制御線９が配置された行に配置されている点である。この結果、インジェクション電荷をより好適に抑制し得る。

次に、本実施形態の放射線撮像装置の動作を、図１０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、図内の各記号の意味は、図６と同じである。期間Ｔ１及びＴ３については、図６と同じであるため省略する。

次に期間Ｔ２について説明する。まず、第二のスイッチ素子５を駆動するために、Ｖｄ１〜Ｖｄ３で示す第二の制御線９に電圧ＶＯＮを印加する。この時、第二の制御線９と検知信号線１２との間の寄生容量Ｃｇｓに比例した電荷Ｑが検知信号線１２に発生し電位変動が生じる。当該電荷の発生により、検知部１３２の放射線検知の精度が低下することや、検知部１３２が誤動作するおそれがある。これに対し、本実施形態では、複数の容量線１５のうち駆動する第二の制御線９に近い容量線１５に対して、当該オン又はオフ電圧と逆極性の電圧を印加する。駆動部５２は、それぞれの容量線１５に電圧をＶｄ１〜Ｖｄ３とは逆極性の電圧を印加することで、寄生容量に起因して信号線１０に発生する電荷Ｑを打ち消すことができる。以上、本実施形態では、第一の実施形態と比較して、容量素子１４が、撮像画素が配置された撮像領域内に配置されている。そのため、駆動部が検知画素に対しオン又はオフ電圧を印加した場合における寄生容量に起因した電位変動を精度よく抑制し得る。

（応用実施形態）
次に、図１１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。

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。

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。

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。

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。

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
８ 第一の制御線
９ 第二の制御線
１２ 検知信号線
１４ 容量素子
１５ 容量線
５２ 駆動部
５５ 制御部
２００ 放射線撮像装置

Claims (12)

1. 撮像用変換素子からの信号を出力するための撮像用スイッチ素子を有し、放射線画像の取得のための撮像画素と、
   検知用変換素子からの信号を出力するための検知用スイッチ素子を有し、放射線の入射を検知する検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、
   前記撮像用スイッチ素子の制御電極に電気的に接続された第一の制御線と、
   前記検知用スイッチ素子の制御電極に電気的に接続された第二の制御線と、
   前記検知用スイッチ素子の主電極に電気的に接続された信号線と、
   前記信号線との間で容量結合されるように配置され、前記第一の制御線および前記第二の制御線とは異なる容量線と、
   前記第二の制御線および前記容量線と電気的に接続され、前記検知用スイッチ素子および前記容量線に電圧を印加する駆動部と、
   前記検知用スイッチ素子に対してオン又はオフ電圧を印加した場合に、前記容量線に対し該電圧と逆極性の電圧を印加す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。
2. 前記制御部は、前記オン又はオフ電圧を印加するタイミングと前記逆極性の電圧を印加す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。
3. 前記制御部は、前記オン又はオフ電圧を印加するタイミングと前記逆極性の電圧を印加す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。
4. 前記第二の制御線と前記信号線の間で形成された容量をＣｇｓ、前記第二の制御線に印加する電圧差をΔＶｐｐ、前記容量結合された部分の容量をＣｃ、前記容量線に印加する電圧差をΔＶｃとすると、
   １／２×Ｃｐ×Ｖｐｐ＜Ｃｃ×ΔＶｃ＜２×Ｃｐ×Ｖｐｐ
   とな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。
5. 前記容量線は、前記制御線と同一方向に並んで配置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。
6. 前記容量線は、前記信号線と重なるように配置されてい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。
7. 前記容量結合された部分が、前記撮像画素が配置された撮像領域よりも外側に配置されてい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。
8. 前記容量結合された部分が、前記撮像画素および／または前記検知画素と重なる領域に形成されてい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。
9. 前記検知用スイッチ素子は、薄膜トランジスタを含み、
   前記容量結合された部分は、前記薄膜トランジスタと同一構造のスイッチ素子を含む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。
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。
11. 撮像用変換素子からの信号を出力するための撮像用スイッチ素子を有し、放射線画像の取得のための撮像画素と、
    検知用変換素子からの信号の出力を行うための検知用スイッチ素子を有し、放射線の入射を検知する検知画素と、
    前記撮像用スイッチ素子による出力を制御するための電圧を前記撮像用スイッチ素子に第一の制御線を介して印加し、前記検知用スイッチ素子による出力を制御するための電圧を前記検知用スイッチ素子に第二の制御線を介して印加する駆動部と、
    前記検知用スイッチ素子によって出力された信号を伝送するための信号線と、
    前記信号線との間で容量結合されるように配置され、前記第一の制御線および第二の制御線とは異なる容量線と、
    前記駆動部が前記第二の制御線を介して前記検知用スイッチ素子に対して印加する電圧の変更を行った場合に前記第二の制御線と前記信号線との間の寄生容量を介して前記信号線に発生した電荷に起因する前記信号線に伝送される信号の変動を抑制するように、前記容量線に対して印加する電圧を該変更とは逆極性に変更するように制御する制御部と、
    を含む放射線撮像装置。
12. 放射線を発生する放射線源と、
    請求項１から１１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。

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