JPH11331703A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイナミックレンジが大きく複数の撮像モー
ドに対応することができる撮像装置を提供する。 【解決手段】 光電変換素子を備えた画素ｅ（ｉ，ｊ）
がマトリクスアレイ状に配設され、各画素内には透過光
強度に応じた電荷を蓄積する容量１０２、および蓄積容
量を制限する保護ダイオード１０３が配設されている。
保護ダイオード１０３にはバイアス線Ｂｉａｓによりバ
イアス電圧が印加されている。バイアス電圧はフレーム
周波数に応じてバイアス電圧制御系１３３により調節さ
れる。これにより保護ダイオード１０３のオフ時のリー
ク電流により容量１０２に蓄積する電荷の撮像への影響
を低減し、フレーム周波数によらずＳ／Ｎ比の高い画像
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光を電気信号に変換
することにより画像を得ることができる撮像装置に関
し、例えば医療用Χ線診断装置の撮像装置に関する。ま
た本発明は複数の撮像面を用いて撮像を行うバイプレー
ン方式の撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換素子を撮像素子として用いた撮
像装置はビデオカメラ、デジタルカメラ等に幅広く用い
られている。また、医療用Χ線診断装置に従来の銀塩フ
ィルムにかわって用いられている。近年では、医療分野
などにおいて治療を迅速的確に行うために患者の医療デ
ータをデータベース化する方向に進んでいる。Χ線撮影
して得られた画像データについてもデータベース化の要
求があり、撮影したΧ線画像のディジタル化を進めるこ
とがが望まれている。

【０００３】医療用Χ線診断装置では従来銀塩フィルム
を使用して診断画像の撮影を行ってきたが、この画像を
ディジタル化するためには、撮影したフィルムを現像し
た後、さらにスキャナ等で走査する必要がある。この方
法は手間と時間を要するだけではなく、スキャナで走査
する際に画像の品質が低下するという問題がある。

【０００４】最近は１インチ程度の極めて小さなサイズ
のＣＣＤカメラを使用し、直接ディジタル画像として撮
像する方式が実現されている。しかし、例えば人間の肺
の撮影をする場合、約３０ｃｍ×約３０ｃｍ程度の領域
を撮影する必要がある。このため光を集光するための光
学装置が必要となり、撮像装置の大型化が問題になって
いる。

【０００５】これらの問題を解決する方式として、ａ−
Ｓｉ（アモルファスシリコン）を半導体膜として用いた
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた撮像装置が提案さ
れている（例えばＵＳＰ第４６８９４８７号）。図１５
はこのような撮像装置の構成例を概略的に示すブロック
図であり、図１６はａ−ＳｉＴＦＴを用いた撮像装置の
構成例を概略的に示す図である。

【０００６】Χ線源５１から照射されたΧ線は被検体５
２（この例では人体）を通過し、ａ−ＳｉＴＦＴ撮像装
置５３の光電変換素子に入射する。ａ−ＳｉＴＦＴ撮像
装置５３は被検体５２を透過したΧ線を、線量に対応し
たアナログ電気信号に変換する。変換されたアナログ信
号はＡ／Ｄ変換部５７により時系列的にデジタル変換さ
れ、イメージメモリ５８に記憶される。イメージメモリ
５８は１枚もしくは数枚分の画像データを記憶すること
かでき、制御部６３からの制御信号により所定のアドレ
スにデータを順次記憶する。演算処理部５９はイメージ
メモリ５８から画像データを取りだして演算し、結果を
再びイメージメモリに返還する。演算されたイメージメ
モリ５８の画像データはＤ／Ａ変換部６０によりアナロ
グ信号に変換され、イメージモニタ６１などの外部処理
回路にインターフェースを介して出力される。したがっ
て例えばイメージモニタ６１に被検体５２のΧ線透過像
が表示される。

【０００７】図１６において、撮像領域を構成する単位
要素となる画素ｅ１，１はａ−Ｓｉを半導体膜とした薄
膜トランジスタ１４４、光電変換膜１４０および画素容
量１４２とにより構成され、画素ｅは例えば横２０００
×縦２０００個のマトリクスアレイ状（以下薄膜トラン
ジスタアレイと呼ぶ）に構成されている。光電変換膜１
４０には電源１４８によりバイアス電圧が印加される。
ａ−ＳｉＴＦΤ１４４は信号線Ｓ１と走査線Ｇ１に接続
しており、走査線駆動回路１５２から走査線を介してゲ
ート電極に印加される走査信号の電位によってオン・オ
フが制御される。信号線Ｓ１の終端は信号検出用の例え
ばセンスアンプなどの増幅器１５４に接続している。

【０００８】光電変換膜に光（この場合Ｘ線、軟Ｘ線な
ど）が入射すると光電変換膜１４０に電流が流れる状態
となり、画素容量１４２に電荷が蓄積される。走査線駆
動回路１５２で走査線を駆動し１つの走査線に接続して
いる全てのＴＦΤをオンにすると、蓄積された電荷は信
号線Ｓ１を通って増幅器１５４側に転送される。画素に
入射する光の量による電荷量の相違から、増幅器１５４
の出力振幅もこれに対応して変化する。図１６に示す方
式では、増幅器１５４の出力信号をＡ／Ｄ変換すること
で直接ディジタル画像を得ることができる。

【０００９】さらに図中の画素領域はノートパソコンに
使用されているΤＦΤ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタをス
イッチング素子として用いたアクティブマトリクス型液
晶ディスプレイ）と同様な構造であり、薄型、大画面の
撮像装置が容易に製作可能である。

【００１０】Χ線などの光を電荷に変換する撮像装置に
は２種類の方式がある。１つはΧ線を一度蛍光体などに
より可視光に変換し、さらに光電変換膜で電荷に変換す
る間接変換と呼ばれる方式である。もう１つはΧ線を光
電変換膜で直接電荷に変換する直接変換と呼ばれる方式
である。

【００１１】間接変換方式では蛍光体により可視光に変
換するが、蛍光体内で光が散乱するため十分な解像度を
得るのが難しい。一方、直接変換方式では解像度劣化の
原因となる蛍光体を介す必要がないため、高解像度の画
質が得られるという利点がある。高解像度の画像を得る
ことは特に医療用の撮像としては必須の条件であり、直
接変換方式による撮像装置が注目されている。

【００１２】しかしながら、直接変換方式の撮像装置で
はΧ線を電子に変換させる効率を上げるために、光電変
換膜を厚く（例えば数１００［μｍ］から数［ｍｍ］程
度）する必要がある。これに伴って光電変換膜に適切な
電界を印加するために数［ｋＶ］程度の高電圧を印加し
なくてはならない。このため直接変換方式の撮像装置で
はＴＦＴアレイの絶縁破壊を防止対策が必要となる。

【００１３】絶縁破壊対策の一つとして光電変換膜上に
誘電体層を積層する方式が提案（ＵＳＰ５３１９２０
６）されている。しかし、この方式では誘電体層に蓄積
された電荷を放電する時間が必要なため、連続して画像
を取り込めないという問題がある。

【００１４】ＴＦＴアレイの絶縁破壊を防止する別の方
式として、単位画素ｅ（ｉ，ｊ）内に保護回路を内蔵す
る方式がある（例えば特開平１０−１０２３７、特開平
１０−１７０６５８）。図２４に画素内に高電圧保護用
のダイオードを内蔵したａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置の例を
示す。図２４において画素ｅ（ｉ，ｊ）は電荷読み出し
用ａ−ＳｉＴＦＴ２０１、電荷蓄積容量２０２、保護ダ
イオード２１４、および光電変換膜２０３で構成され、
画素ｅは例えば横２０００×縦２０００個のアレイ状
（以下ＴＦＴアレイと呼ぶ）になっている。光電変換膜
２０３には電源２０５により数ｋＶの高電圧が印加され
る。ａ−ＳｉＴＦＴ２０１のソース電極は信号線Ｓ１と
ゲート電極は走査線Ｇ１と接続している。保護ダイオー
ド２１４は電荷蓄積容量２０２と並列に接続しており、
保護ダイオード２１４の一端はバイアス線Ｂｉａｓに接
続している。通常バイアス線Ｂｉａｓには、保護ダイオ
ード２１４がオフになるように電圧が印加されている。
ａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置にＸ線が入射すると光電変換膜
２０３に電流が流れ、画素電極（読み出し用ａ−ＳｉＴ
ＦＴ２０１と電荷蓄積容量２０２の接続部分（Ｐ））電
位が上昇する。例えば被検体を通過せず直接撮像装置に
Ｘ線が入射した場合のように、過大なＸ線が撮像装置に
入射すると、最悪の場合画素電極電位は光電変換膜２０
３に供給される電源電位（数ｋＶ）まで上昇してしまう
ため、画素電極電位が一定以上になるとそれ以上の電荷
をバイアス線Ｂｉａｓに放出するよう保護ダイオード２
１４を動作させる。画素電極電位が一定電位で制限され
るため、絶縁膜の絶縁破壊を防止することが可能とな
る。

【００１５】またＸ線撮像装置等の撮像装置では、例え
ば透視、ＤΑ（血管撮影：Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｎｇｉｏ
ｇｒａｐｈｙ）、ＤＳΑ（差分血管撮影：Ｄｉｇｉｔａ
ｌ−Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ−Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈ
ｙ）等の撮影モードが用いられている。透視は動画モー
ドであり、ＤＡとＤＳＡは静止画モードである。それぞ
れの撮像モードにより照射するＸ線量、撮像のフレーム
レートが異なっている。例えば、動画モードでは照射Ｘ
線量が約数［μＲ］、撮像のフレームレートが約３０〜
約１００［ｆｐｓ］である。これに対し、静止画モード
では照射Ｘ線量が約数１００［μＲ］、撮像のフレーム
レートが約数［ｆｐｓ］程度である。

【００１６】画素内に保護回路を内蔵する方式では、動
画モード、静止画モードどのような撮影モードでも撮影
することが可能である。しかしながら、動画撮影時と静
止画撮影時では画素に蓄積される電荷量が３桁程度相違
する。このため、撮像装置に要求される性能は撮像のモ
ードにより異なったものとなる。つまり、動画モード
（フレームレートが高い場合）では低雑音化が最も重視
され、一方静止画モードでは大信号が蓄積可能であるこ
とが重視される。

【００１７】保護ダイオード２１４は通常オフ状態にな
っているが、現実にはオフ状態でも微量のリーク電流
（約１０^-10 〜約１０^-14 ［Ａ］程度）が常時流れてい
る。この電流は画素に蓄積される。画像のダイナミック
レンジの低下、雑音の増加等の画質低下の原因となる問
題がある。とくに透視モードでは画素に蓄積される信号
レベルが小さいため、リーク電流の影響は相対的に大き
くなる。

【００１８】また前述のように画素に蓄積される電荷量
は、透視モードとＤＳΑモードでは３桁程度差がある。
このため、Α／Ｄ変換器のダイナミックレンジが、蓄積
電荷のダイナミックレンジに十分対応できないという問
題がある。

【００１９】ところで、現在Χ線撮像装置には、例えば
胸部診断システム、乳房診断システム、循環器系診断シ
ステム等の用途がある。これらのシステムでは、大画面
化、高精細化、高フレームレート化が要求されている。
例えば胸部診断システムでは３００×３００ｍｍ程度の
撮像領域が、また乳房診断システムでは５０μｍ角程度
の画素サイズが、さらに循環器系診断システムでは５０
〜１００ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ程度のフレームレートが必
要とされる。しかし、図１７のように走査線には走査線
自体の抵抗による配線抵抗、走査線と信号線の交差部、
ΤＦΤのゲート・ソース電極間に形成される配線容量が
あり、このため走査線駆動信号は信号遅延や波形歪みが
生じる。信号遅延や波形歪みのためΤＦΤがオンするた
めに必要な選択期間、ゲート電圧が得られず、画素に蓄
積された電荷を充分に読み出すことかできなくなるた
め、大画面化、高精細化、高フレームレート化には限度
がある。

【００２０】特に、被検体を動画状態で撮像するには特
に高精細化、高フレームレート化することが必要とな
る。このため、この高精細化、高フレームレート化が可
能な撮像装置の開発が要請されている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものである。すなわち本
発明は、低雑音で高い品位の像を撮影することができる
撮像装置を提供することを目的とする。また本発明は、
異なった撮影モードに対応するとともに、低雑音で高い
品位の像を撮影することができる撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２２】また、本発明は撮影モードに応じて信号検
出用増幅器の出力を最適な値に調節することができる撮
像装置を提供することを目的とする。

【００２３】また本発明は、大画面化、高精細化、高フ
レームレート化に対応することができる撮像装置を提供
することを目的とする。特に、動画撮像に対応できる高
精細で、フレームレートが高い撮影が可能な撮像装置を
提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明の撮像装置は以下のような構成を採用し
ている。

【００２５】本発明の撮像装置は、マトリクス状に配設
され、受光量に応じた電荷を蓄積する容量を備えた光電
変換素子と、前記容量に蓄積される電荷の量を前記受光
量に応じて調節する手段と、を具備したことを特徴とす
る。

【００２６】また本発明の撮像装置は、マトリクス状に
配設され、受光量に応じた電荷を蓄積する容量を備えた
光電変換素子と、走査線に走査信号を供給する手段と、
前記走査線と接続され、前記走査信号に基づいて前記容
量に蓄積された電荷を信号線に出力する第１のスイッチ
ング素子と、前記容量とバイアス線との間に介挿され、
前記容量に蓄積された電荷が所定量より大きくなったと
きに、前記バイアス線と前記容量とを接続する第２のス
イッチング素子と、バイアス電位を前記受光量に応じて
調節して前記バイアス線に印加する手段と、を具備した
ことを特徴とする。

【００２７】本発明の撮像装置には、前記走査信号の周
波数を調節する手段と、前記走査信号の前記周波数に応
じてバイアス電位を調節して前記バイアス線に印加する
手段と、を具備するようにしてもよい。また走査信号の
周波数は、単位画素の受光量に応じて調節するようにし
てもよい。

【００２８】また本発明の撮像装置は、マトリクス状に
配設され、受光量に応じた電荷を蓄積する容量を備えた
光電変換素子と、前記容量に蓄積された電荷をフレーム
周波数に応じて出力する手段と、前記フレーム周波数を
調節する手段と、前記容量を構成する一対の電極のうち
一方の電極の電位を制限するダイオードと、前記容量を
構成する一対の電極のうち一方の電極の前記ダイオード
がオフのときの電位を前記フレーム周波数に応じて制御
する手段と、を具備したことを特徴とする。

【００２９】光電変換素子としては、例えば入射した電
磁波に応じた電荷を発生する光電変換膜と、この光電変
換膜に生じた電荷を蓄積する容量とをあげることができ
る。撮像面に入射する電磁波は、被検体の構造に応じて
２次元的に強度変調され、透過光の強度に対応した電荷
が各画素ごとに蓄積される。各画素に蓄積した電荷を画
素ごとに独立して、あるいは所定の画素単位ごとに読み
だすことにより、画像データを得ることができる。

【００３０】電荷の読みだしは、例えば各画素の容量と
信号線との間に薄膜トランジスタなどのスイッチング素
子を配設することにより行うことができる。薄膜トラン
ジスタのゲートに走査線を介して走査信号を供給するこ
とにより、電荷の読みだしタイミングを各画素ごとに独
立して制御することができる。走査信号は例えば走査線
駆動回路により供給される。薄膜トランジスタがオン状
態のとき、各画素に蓄積された電荷に応じた電位が薄膜
トランジスタのソース・ドレインを介して信号線に印加
される。したがって信号線に接続された複数の画素の薄
膜トランジスタを走査することにより、信号線にそった
画素に蓄積したデータ信号を順次出力することができ
る。信号線に出力されるアナログなデータ信号は増幅し
て取り出すようにしてもよい。またＡ／Ｄ変換器により
ディジタルなデータ信号に変換するようにしてもよい。

【００３１】撮像のフレーム周波数は、走査線駆動回路
への入力信号によって制御することができる。本発明の
撮像装置では画素ごとに電荷を蓄積する容量を構成する
一方の電極（画素電極）の電位を制限するダイオードを
有している。このような構成は、例えば画素電極と所定
の電位が印加されたバイアス線との間にダイオードを介
挿することにより実現される。画素電極の電位が所定の
値より大きくなったときに容量とバイアス線が導通する
ようにすれば、各画素に蓄積する電荷は所定の値までに
制限され、静電破壊の発生を防止することができる。さ
らに本発明の撮像装置では、ダイオードがオフ時の画素
電極電位をフレーム周波数に応じて調節している。画素
電極の電位はダイオードのオフ時のリーク電流によって
も影響される。とくにフレーム周波数が高く、単位画素
に蓄積する電荷量が小さいときには、ダイオードのオフ
時のリーク電流の、データ信号への影響は無視できない
ものとなる。一方例えば静止画モードなど、フレーム周
波数が低く、ダイナミックレンジの大きなデータ信号を
得たい場合には、バイアス電圧は高くとる必要がある。
本発明の撮像装置では、バイアス電圧を撮像のフレーム
レートに応じて調節することにより、ダイオードのオフ
時のリーク電流の、撮像情報（画素への入射光強度に対
応した電荷）への影響を抑制することができる。このた
めノイズの少ない高品質な画像を得ることができると同
時に、ダイナミックレンジの大きな画像をなおフレーム
周波数またはバイアス線の電位は、連続的に変化させる
ようにしてもよいし、不連続に変化させるようにしても
よい。例えば動画モードにおいては、フレームレートと
入力信号電荷量を考慮して、バイアス線−画素電極間電
圧Ｖｓは１Ｖ≧Ｖｓ＞０Ｖとなるよう設定することが低
雑音化には有効である。

【００３２】本発明の撮像装置は、マトリクス状に配設
された光電変換素子と、走査線に走査信号を供給する手
段と、前記走査線と接続され、前記走査信号に応じて前
記光電変換素子の蓄積電荷を信号線に出力するスイッチ
ング素子と、前記信号線に出力される信号レベルに応じ
てゲインを選択する手段と、を具備したことを特徴とす
る。またバイアス電位を前記受光量に応じて調節して前
記バイアス線に印加する手段をさらに具備するようにし
てもよい。

【００３３】本発明の撮像装置は、マトリクス状に配設
された光電変換素子と、走査線に走査信号を供給する手
段と、前記走査線と接続され、前記走査信号に応じて前
記光電変換素子の蓄積電荷を信号線に出力するスイッチ
ング素子と、前記信号線に出力される信号レベルに応じ
てゲインを選択する手段と、選択された前記ゲインに応
じて前記走査信号の周波数を調節する手段とを具備する
ようにしてもよい。

【００３４】このような構成を採用することにより、本
発明の撮像装置では信号線に出力されるデータ信号のレ
ベルに応じて適切なゲインを選択することができ、信号
検出用増幅器の出力が撮像モードに最適な値に調節され
る。すなわち、走査線駆動回路に与える信号を撮像モー
ドに応じて切り替えるとともに、ゲイン切り替え回路も
しくは信号検出用増幅器にゲイン選択信号を供給するこ
とにより、撮像モードが変わってもΑ／Ｄ変換器の入力
信号レベルを所定の範囲に保ことができる。このため、
Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジをフルに使用するこ
とができ、検出画像のＳ／Ｎを向上することができる。
なおゲインは連続的に調節するようにしてもよいし、段
階的に調節するようにしてもよい。

【００３５】本発明の撮像装置は、受光量に応じた電荷
を蓄積する第１の容量を有する第１の光電変換素子がマ
トリクス状に配設された第１の撮像素子と、受光量に応
じた電荷を蓄積する第２の容量を有する第２の光電変換
素子がマトリクス状に配設された第２の撮像素子と、前
記第１の撮像素子の前記第１の容量に電荷を蓄積する第
１の撮像期間と、前記第２の撮像素子の前記第２の容量
に電荷を蓄積する第２の撮像期間とを排他的に調節する
手段と、前記第１の撮像期間に前記第１の容量を構成す
る一方の電極に接地電位を供給する手段と、前記第２の
撮像期間に前記第２の容量を構成する一方の電極に前記
接地電位を供給する手段と、を具備したことを特徴とす
る。

【００３６】この撮像装置は複数の撮像面により同一被
検体を撮影することができるいわゆるバイプレーン方式
の撮像装置である。Ｘ線等の照射源は、単一光源を用い
るようにしてもよいし、撮像素子ごとに複数の線源を配
設するようにしてもよい。第１の撮像素子、第２の撮像
素子は同じ撮像素子でもよいし、異なっていてもよい。

【００３７】第１の撮像期間と第２の撮像期間とは排他
的に調節される。つまり第１の撮像期間と第２の撮像期
間の設定は任意であるが少なくとも重複しないように設
定される。どちらの撮像素子にも電荷を蓄積しない期間
があってもよい。

【００３８】そして本発明の撮像装置では、第１の撮像
素子が撮像している期間は、第２の撮像素子の画素電極
の電位は接地電位に保たれている。同様に第２の撮像素
子が撮像している期間は、第１の撮像素子の画素電極の
電位は接地電位に保たれている。このため、第１の撮像
素子で撮像を行っている期間には、照射光が第２の撮像
素子に入射したとしても、第２の撮像素子の画素には電
荷が蓄積されず、画素電極の電位は接地電位に保持され
変動することがない（逆も同様）。したがって散乱光の
影響により撮像の品質が低下するのを防止することがで
きる。

【００３９】なお非撮像期間に画素電極電位を接地電位
に保持するためには、前述した本発明の撮像素子のバイ
アス線に接地電位を供給するようにすればよい。例えば
第１の撮像素子のバイアス線の電位を、第１の撮像素子
の撮像期間には所定のレベルに保持し、第２の撮像素子
の第２の撮像期間には接地電位にするようにすればよい
（逆も同様）。

【００４０】本発明の撮像装置は、第１の光電変換素子
及び第２の光電変換素子がマトリクス状に配設された撮
像装置において、第１の走査線と第２の走査線に走査信
号を供給する供給手段と、第１の走査線に沿って配設さ
れた第１のスイッチング素子と、第２の走査線に沿って
配設された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイ
ッチング素子と接続された第１の光電変換素子と、前記
第２のスイッチング素子と接続された第２の光電変換素
子と、前記供給手段に、前記第１のスイッチング素子の
第１のオン期間と前記第２のスイッチング素子の第２の
オン期間の少なくとも一部が重なるように定める第１の
信号と、前記第１のオン期間のうち前記第２のオン期間
と重ならない期間をオフにするような第２の信号と、前
記第２のオン期間のうち前記第１のオン期間と重ならな
い期間をオフにするような第３の信号とを供給する手段
と、を具備したことを特徴とする。

【００４１】この撮像装置では、第１のスイッチング素
子の第１のオン期間と、第２のスイッチング素子の第２
のオン期間とが重複するように制御しており、第１のス
イッチング素子と第２のスイッチング素子とが同期して
駆動されるように制御する。そのため一時に動画を捉え
る画素の数を多くなり、高フレームレート化を図ること
ができ、被検体の状態を動画として捉えることができ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、本発明の詳
細を図面に沿って説明する。

【００４３】図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像
装置を示す図である。

【００４４】図１においてＴＦＴアレイ１上には、ＴＦ
Τ２、光電変換膜３および画素容量４で構成される画素
ｅ（ｍ．ｎ）、信号線Ｓｍ、走査線Ｇｎが形成されてい
る。信号線用増幅器５および２つの走査線駆動回路６、
７はΤＦＴアレイ１上にまたはＦＰＣケーブル８等（図
示せず）を介して別基板上９（図示せず）に実装されて
いる。信号線Ｓｍの一方の終端には信号検出用増幅器５
が接続している。走査線Ｇｎはー方の終端が走査線駆動
回路６に、もうー方の終端が走査線駆動回路７に接続し
ている。制御信号供給回路１０は走査線駆動回路６、７
にクロックＣＰＶ、スタートパルスＳＴＶ、イネーブル
信号ＯＥの３種類の信号を供給する。図２に走査線駆動
回路６、７の構成を、図３に制御信号供給回路１０が出
力するクロックＣＰＶ、スタートパルスＳＴＶ、イネー
ブル信号ＯＥの信号フォーマットを示す。

【００４５】走査線駆動回路６、７は出力ライン本数分
のシフトレジスタ１１と選択スイッチ１２（もしくは出
力バッファ）と選択スイッチ１２を制御する選択制御回
路１３で構成されている。制御信号供給回路１０からの
信号ＣＰＶはシフトレジスタ１１のクロック、ＳＴＶは
入カデータ、ΟＥは選択制御回路１３のイネーブル信号
になる。選択スイッチ１２は、シフトレジスタ１１の出
力信号により、２つの電源電位Ｖｃｃ（ゲートオン電
位）、Ｖｅｅ（ゲートオフ電位）のいずれかを選択し、
走査線Ｇｎに出力する。イネーブル信号ＯＥは選択スイ
ッチ１２の出力を強制的にＶｅｅにするための信号で、
１つの信号で全出力を制御する場合のほか、ＯＥ信号を
数種類用意し、数出力おき（図では３出力おきの場合を
図示している）に出力を制御する方法がある。

【００４６】本実施形態において、走査線駆動回路６お
よび７に供給する制御信号ＣＰＶ、ＳＴＶ、ＯＥを図３
のように同一にすることで、走査線駆動回路６および７
は同じ走査線を駆動することができる。これにより走査
線の配線長を１／２にした場合と同等の効果が得られ
る。即ち、走査線の配線抵抗、配線容量による信号遅延
や波形歪みの影響を低減でき、大画面化、高精細化、高
フレームレート化が図られる。その結果、運動状態にあ
る被検体を動画として撮像することが可能となる。 な
お、本実施形態では光電変換膜３は画素電極上（図示せ
ず）に構成されている場合について説明しているが、光
電変換膜３は画素電極上だけでなく画素分離なしにΤＦ
Τアレイ全体に積層されていてもよい。また、ＴＦＴ２
はａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ｃ−Ｓｉどれでもよい。ｐ−Ｓ
ｉ、ｃ−Ｓｉの場合、走査線駆動回路６、７をΤＦΤア
レイと一体で形成できる。これらは、第１の実施形態の
みならず、第２、第３、第４、第５の各実施形態に関し
ても同様に有効である。

【００４７】（実施形態２）図４は本発明の撮像装置の
構成の例を示す図である。なお基本的な構成や動作等に
ついては実施形態１と同様であり、対応する構成要素に
は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００４８】図４においてΤＦΤアレイ１上には、ＴＦ
Τ２、光電変換膜３および画素容量４で構成される画素
ｅ（ｍ．ｎ）、信号線Ｓｍ、走査線Ｇｎが形成されてい
る。信号線用増幅器５および２つの走査線駆動回路６、
７はΤＦΤアレイ１上にまたはＦＰＣケーブル８等（図
示せず）を介して別基板上９（図示せず）に実装されて
いる。信号線Ｓｍの一方の終端には信号検出用増幅器５
が接続している。

【００４９】走査線Ｇｎはー方の終端が走査線駆動回路
６に、もう一方の終端が走査線駆動回路７に接続してい
る。

【００５０】走査線駆動回路６、７の構造は第１の実施
形態と同様に出力ライン本数分のシフトレジスタ１１と
選択スイッチ１２（もしくは出力バッファ）と選択スイ
ッチ１２を制御する選択制御回路１３で構成されてい
る。制御信号供給回路１０からの信号ＣＰＶはシフトレ
ジスタ１１のクロック、ＳＴＶは入力データ、ＯＥは選
択制御回路１３のイネーブル信号になる。選択スイッチ
１２は、シフトレジスタ１１の出力信号により、２つの
電源電位Ｖｃｃ（ゲ−トオン電位）、Ｖｅｅ（ゲ−トオ
フ電位）のいずれかを選択し、走査線Ｇｎに出力する。
イネーブル信号ＯＥは選択スイッチ１２の出力を強制的
にＶｅｅにするための信号で、１つの信号で全出力を制
御する場合のほか、ＯＥ信号を数種類用意し、数出力お
き（図では３出力おきの場合を図示している）に出力を
制御する方法もある。

【００５１】図５に走査線をＮ＝２本同時に駆動する場
合、図６に走査線をＮ＝３本同時に駆動する場合の制御
信号フォーマットと走査線駆動回路６、７の出力信号を
示す。２本同時駆動の場合、スタ一トパルスＳＴＶは２
Ｎ−１＝３クロック分走査線駆動回路６、７に入力す
る。すると走査線駆動回路６、７の出力は、本来は斜線
部分を含む”Ｈ”部分であり、走査線１本毎に１クロッ
クずつシフトして３クロック分ゲートオン電位Ｖｃｃが
出力される。この時、イネーブル信号ＯＥにより２本の
走査線が選択されている期間のみゲートオン電位Ｖｃｃ
を出力するように制御する。これは、３つのイネーブル
信号ＯＥ１、ＯＥ２、ＯＥ３をそれぞれ図に示す信号と
することで対応できる。図で分かるように、Ｎ本同時駆
動の場合、選択制御回路１３およびイネープル信号ΟＥ
は少なくとも２Ｎ−１種類必要となる。 図５、図６に
示す信号を走査線に供給することにより、１本の走査線
選択期間を２クロックまたは３クロックと従来以上に長
く取れる。したがって信号遅延や波形歪みの影響が小さ
くなり、高フレームレート化に対応できる。また本実施
形態では走査線の両端に走査線駆動回路６、７を接続
し、同時に走査線を駆動することでさらに信号遅延、波
形歪みの影響を小さくできる。

【００５２】本駆動方法ではＮ本の走査線を同時に駆動
するため、信号線用増幅回路５ではＮ個の画素信号を加
算して検出することになる。制御信号供給回路１０では
ＣＰＶ、ＳＴＶ、ΟＥにより同時に駆動する走査線を制
御するとともに、信号線用増幅器５で加算する信号線数
を制御する信号ａｄｄを信号線用増幅器５に供給する。
図６に示すようにＮ本（図ではＮ＝２）の信号線用増
幅回路５の信号を加算することにより、Ｎ×Ｎ画素の正
方格子の加算処理になり、モニタ等に出力する場合に画
像に歪みが生じなくなるメリットがある。

【００５３】（実施形態３）図８は本発明の撮像装置の
構成の例を概略的に示す図である。なお基本的な構成や
動作等については実施形態１と同様であり、対応する構
成要素には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００５４】本実施形態は実施形態２において走査線駆
動回路６を走査線の一方の終端にだけ接続した場合の例
である。この場合も第２の実施形態と同様に１本の走査
線を選択する期間が長く取れるため、信号遅延や波形歪
みの影響を小さくすることができ、高フレームレート化
に対応できる。

【００５５】（実施形態４）図９は本発明の撮像装置の
構成の例を示す図である。なお基本的な構成や動作等に
ついては第１の実施形態と同様であり、対応する構成要
素には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００５６】本実施形態は第１の実施形態において信号
線Ｓｍを上下で、走査線Ｇｎを左右で分離した場合の例
である。この場合走査線の配線長か１／２になるため、
走査線抵抗が１／２に、走査線容量も１／２になる。従
つて走査線駆動信号の信号遅延、波形歪みが小さくする
ことができ、大画面化、高精細化、高フレームレート化
に対応できる。

【００５７】なお、図９では信号線Ｓｍ、走査線Ｇｎ共
に分離し、電気的に独立に駆動する場合について説明し
たが、走査線のみを分離した場台も同様の効果が得るこ
とができる。

【００５８】（実施形態５）図１０は本発明の撮像装置
の例を示す図である。なお基本的な構成や動作等につい
ては第１の実施形態と同様であり、対応する構成要素に
は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００５９】本実施形態は実施形態１において画素内に
保護ダイオード１４を構成した場合の例である。保護ダ
イオード１４は蓄積電荷による画素電位の上昇を防ぎ、
ΤＦΤ等の絶縁破壊を防止する機能を有している。

【００６０】画素内に保護ダイオード１４を構成するこ
とにより、バイアス線等を配線する必要があり、走査線
との交差部が生じる。このため走査線容量が増加するた
め、さらに走査線駆動に負担がかかる。図１０のように
走査線を両側から駆動することにより、配線抵抗、配線
容量が見かけ上約１／２になるため、画素内に保護ダイ
オードを構成した場合でも大画面化、高精細化、高フレ
ームレート化が実現できる。

【００６１】本実施形態の画素内に保護ダイオードを形
成する方式については、前述した各実施形態を実施する
場合についても同様に有効である。

【００６２】（実施形態６）図１１は本発明の撮像装置
の例を示す図である。図１１においてΤＦＴアレイ１上
には、ΤＦΤ２、保護ダイオード３、光電変換膜４およ
び画素容量５で構成される画素ｅ（ｍ．ｎ）、信号線Ｓ
ｍ、走査線Ｇｎが形成されている。信号検出用増幅器６
および走査線駆動回路７はΤＦΤアレイ１上にまたはＦ
ＰＣケーブル８等（図示せず）を介して別基板上９（図
示せず）に実装されている。信号線Ｓｍには信号検出用
増幅器６が接続し、ゲイン切り替え回路１０は信号検出
用増幅器６の後段に接続している。Ａ／Ｄ変換器１１
（図示せず）はゲイン切り替え回路１０の後段に配置し
ているが、ゲイン切り替え回路１０とΑ／Ｄ変換器１１
の間にオフセット調整用回路等、他の機能を持った回路
を設置しても構わない。走査線Ｇｎには走査線駆動回路
７が接続している。制御信号供給回路１２は走査線駆動
回路７にクロックＣＰＶ、スタートパルスＳＴＶ、イネ
ーブル信号ＯＥの３種類の信号を供給し撮影モードを設
定するとともに、ゲイン切り替え回路１０に選択信号Ｓ
ＥＬを与え、適切な増幅率に設定している。

【００６３】Ｘ線が照射されると光電変換膜４に電流が
流れ、画素容量５に電荷が蓄積される。−定時間になる
と走査線駆動回路７によりΤＦΤ２をオンし、蓄積され
た電荷を信号検出用増幅器６に転送する。Ｘ線量が大き
く画素がー定以上の電位になると保護ダイオード３がオ
ンし、不要な電荷を排出する。従来の誘電体を積層する
方法のような放電期間を必要とせず、リアルタイムで画
素電荷を読み出せるため、透視のような高フレームレー
トの駆動も実現できる。

【００６４】図２に走査線駆動回路７の構成を示す。走
査線駆動回路７は出力ライン本数分のシフトレジスタ１
３と選択スイッチ１４（もしくは出力バッファ）と選択
スイッチ１４を制御する選択制御回路１５で構成されて
いる。制御信号供給回路１２からの信号ＣＰＶはシフト
レジスタ１３のクロック、ＳＴＶは入カデータ、ＯＥは
選択制御回路１５のイネーブル信号になる。選択スイッ
チ１４は、シフトレジスタ１３の出力信号により、２つ
の電源電位Ｖｃｃ（ゲートオン電位）、Ｖｅｅ（ゲート
オフ電位）のいずれかを選択し、走査線Ｇｎに出力す
る。イネーブル信号ＯＥは選択スイッチ１４の出力を強
制的にＶｅｅにするための信号で、１つの信号で全出力
を制御する場合のほか、ＯＥ信号を数種類用意し、数出
力おき（図では３出力おきの場合を図示）に出力を制御
する方法がある。

【００６５】図１２にゲイン切り替え回路１０の１信号
線分の構成を示す。撮影モード用増幅器１６、ＤΑモー
ド用増幅器１７、ＤＳΑモード用増幅器１８と予め各モ
ードに適切な増幅率を持つ増幅器を用意しておき、スイ
ッチ１９により増幅器を選択する。

【００６６】したがって、本実施形態によれば、制御信
号供給回路１２から、撮像モードに合わせて走査線駆動
回路７に駆動信号ＣＰＶ、ＳＴＶ、ＯＥを供給すると同
時に、ゲイン切り替え回路１０に選択信号ＳＥＬを供給
することにより、ΑＤ変換器１１に適切な振幅の検出信
号が供給されることになり、Α／Ｄ変換器１１のダイナ
ミックレンジを有効に使用することが可能となる。透視
モードのようなΧ線量の少ない撮影モードでもＡ／Ｄ変
換器１１のダイナミックレンジを有効に使え、検出画像
のＳ／Ｎ向上が期待できる。

【００６７】なお、本実施形態では光電変換膜３は画素
電極上（図示せず）に構成されている場合について説明
しているが、光電変換膜４は画素電極上だけでなく画素
分離なしにΤＦΤアレイ全体に積層されていてもよい。
また、ΤＦΤ２はａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ｃ−Ｓｉどれで
もよい。ｐ−Ｓｉ、ｃ−Ｓｉの場合、走査線駆動回路７
をΤＦΤアレイとー体で形成できる。また、本実施形態
は、直接変換方式Χ線撮像装置の場合について説明して
いるか、螢光体と光電変換膜を組み合わせた間接変換方
式Χ線撮像装置についても、同様の回路構成とすること
で透視、ＤＡ、ＤＳＡ等どのような駆動モードにも対応
可能である。これらは、第６の実施形態のみならず、第
７の実施形態に関しても同様に有効である。

【００６８】（実施形態７）図１３は本発明の撮像装置
の例を示す図である。なお基本的な構成や動作等につい
ては実施形態６と同様であり、対応する構成要素には同
一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００６９】図１３においてＴＦＴアレイ１上には、Τ
ＦＴ２、保護ダイオード３、光電変換膜４および画素容
量５で構成される画素ｅ（ｍ．ｎ）、信号線Ｓｍ、走査
線Ｇｎが形成されている。信号検出用増幅器６および走
査線駆動回路７はＴＦＴアレイ１上にまたはＦＰＣケー
ブル８等（図示せず）を介して別基板上９（図示せず）
に実装されている。信号線Ｓｍには信号検出用増幅器６
が接続している。Ａ／Ｄ変換器１１は信号検出用増幅器
６の後段に配置しているが、信号検出用増幅器６とＡ／
Ｄ変換器１１の間にゲイン微調整用回路、オフセット調
整用回路等、他の機能を持った回路を設置しても構わな
い。走査線Ｇｎには走査線駆動回路７が接続している。
制御信号供給回路１２は走査線駆動回路７にクロックＣ
ＰＶ、スタートパルスＳＴＶ、イネ−ブル信号ＯＥの３
種類の信号を供給し撮影モードを設定するとともに、信
号検出用増幅器６に選択信号ＳＥＬを与え、適切な増幅
率に設定している。

【００７０】図１４に信号検出用増幅器６の構成を示
す。信号検出用増幅器６は、増幅器２０と複数の容量Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３と切り替えスイッチ２１の積分アンプと
し、撮影モードにより容量を切り替えることで積分アン
プの出力を調整する。積分アンプの出力、ＶｏｕｔはＶ
ｏｕｔ＝Ｑ／Ｃと示せる。電荷量がＤＳΑモードより３
桁小さい透視モードでは、容量をＤＳΑモードの３桁小
さくすることで積分アンプの出力電圧を同等にできる。
なお、容量の値は微調整が難しいため、信号検出用増幅
器の後段にさらに実施形態１のゲイン切り替え回路１０
を付加することで、ケインの微調整をすることも可能で
ある。

【００７１】上記説明のように、実施形態６と同様に、
制御信号供給回路１２から、撮像モードに合わせて走査
線駆動回路７に駆動信号ＣＰＶ、ＳＴＶ、ＯＥを供給す
ると同時に、信号検出用増幅器６に選択信号ＳＥＬを供
給することにより、Ａ／Ｄ変換器１１に適切な振幅の検
出信号が供給されることになり、Ａ／Ｄ変換器１１のダ
イナミックレンジを有効に使用することが可能となる。
透視モードのようなＸ線量の少ない撮影モードでもΑ／
Ｄ変換器１１のダイナミックレンジを有効に使え、検出
画像のＳ／Ｎ向上が期待できる。

【００７２】（実施形態８）図１８は本発明の第１の実
施例に関わる撮像装置を示す図である。

【００７３】図１８においてａ−ＳＴＦＴアレイ１００
上には、読み出し用ａ−ＳｉＴＦＴ１０１、画素に入射
した光の強度に対応した電荷を蓄積する蓄積容量１０
２、耐高電圧のための保護ダイオード１０３、および光
電変換膜１０４（図示せず）で構成される画素ｅ（ｍ，
ｎ）と、信号線Ｓｍ、走査線Ｇｎ、容量配線Ｃｓ、バイ
アス線Ｂｉａｓが形成されている。検出アンプ１１０お
よび走査線駆動回路１１１はＴＦＴアレイ１００上また
はＦＰＣケーブル１２０等（図示せず）を介して別基板
上１２１（図示せず）に実装されている。また容量配線
Ｃｓおよびバイアス線Ｂｉａｓは、それぞれ電源Ｅｃ
ｓ、Ｅｂｉａｓと接続されている。信号線Ｓｍには検出
アンプ１１０が、走査線Ｇｎには走査線駆動回路１１１
が接続している。コントローラ１３０は、検出アンプ１
１０の検出タイミングや増幅率の制御を行う検出制御系
１３１、走査線駆動回路１１１の走査線駆動タイミング
の制御を行う走査線制御系１３２、さらにバイアス線用
電源Ｅｂｉａｓの電圧を任意に調整できるバイアス電圧
制御系１３３を有している。ここでは、コントローラ１
３０は集積化されたものを用い、その内部に検出制御系
１３１、走査線駆動制御系１３２、バイアス電圧制御系
１３３を備えている。これらの制御系の一部または全部
はアレイ１００上に画素アレイと一体に集積するように
してもよい。

【００７４】図１９は高電圧保護のための保護ダイオー
ド１０３のＩ−Ｖ特性の例を示すグラフである。グラフ
の横軸はバイアス線−画素電極間電圧Ｖｓを、縦軸はバ
イアス線−画素電極間に流れる電流｜Ｉｄ｜（電流Ｉｄ
の絶対値）を示し、Ｖｓ＞０のときのＩｄがリーク電流
となる。動画と静止画では画素に蓄積される電荷、すな
わち画素電極電位のレベルが３桁程度相違する。このた
め、Ｖｓの値を例えば動画モードと静止画モードなど、
撮像のフレームレートに応じて調節することにより、画
像のダイナミックレンジを改善することができる。

【００７５】静止画モードの場合、単位画素には最大１
０ｐＣ程度の電荷が蓄積される。画素の容量１０２は約
１ｐＦ程度のため、画素電極電位が１０Ｖ程度までは保
護ダイオード１０３がオフ状態を保つようににＶｓを設
定する必要がある。これに対し動画モードでは、フレー
ムレートが静止画モードよりも高いため、画素に蓄積さ
れる信号電荷は、たかだか数ｆＣ程度である。このため
Ｖｓを１０Ｖに設定しても高電圧保護という機能は得ら
れる。ところが、図１９に示したようにこのときの保護
ダイオード１０３のリーク電流は約２×１０^-13 Ａとな
る。このリーク電流に起因して画素に蓄積される電荷
は、３０ｆｐｓ（フレーム／秒）での動画撮影の場合、
約６．６ｆＣとなり、検出すべき信号レベルと同程度に
なってしまう。このようにリーク電流に起因して蓄積さ
れる電荷により、撮像のＳ／Ｎ比が低下してしまう。

【００７６】画素の容量１０２が１ｐＦの場合、画素電
極電位は最大数ｍＶ程度と見積もることができる。この
ため本発明では、フレーム周波数が高い場合にはバイア
ス線に印加するバイアス電圧を低くし、フレーム周波数
が低い場合にはバイアス電圧を高くなるように、フレー
ム周波数に応じてバイアス電圧を制御している。つまり
動画モードの際には、静止画モードの場合よりもバイア
ス電圧を低く設定し、リーク電流を低減することによ
り、画像のＳ／Ｎ比を確保している。

【００７７】例えば図１９に例示したような特性を有す
る保護ダイオードを用いる場合、動画モードにおけるバ
イアス電圧は、１Ｖ≧Ｖｓ＞０Ｖ、望ましくは０．５Ｖ
≧Ｖｓ＞０Ｖ、さらに望ましくは０．１Ｖ≧Ｖｓ＞０Ｖ
と設定するのが好ましい。Ｖｓ＝０．５Ｖとすると、Ｉ
ｄはおよそ４×１０^-14 Ａと１０Ｖときの１／５の値に
なり、タイナミックレンジは約１４ｄＢ改善する。Ｖｓ
＝０．１Ｖとするとさらにダイナミックレンジ改善の効
果は大きい。

【００７８】図２０は各画素の光電変換素子の受光量に
応じてバイアス線用電源Ｅｂｉａｓ、検出アンプ１１
０、走査線駆動回路１１１を制御するコントローラ１３
０の構成の例を概略的に示す図である。コントローラ１
３０は検出制御系１３１、走査線駆動制御系１３２、バ
イアス電圧制御系１３３から構成される。検出制御系１
３１、走査線駆動制御系１３２、バイアス電圧制御系１
３３はそれぞれ独立で動作可能である。この例では画素
加算ときの動作について説明する。

【００７９】画素加算は、主に動画表示のときなど、解
像度よりフレームレートを優先する場合行われる。複数
ラインの画素信号を同ときに読み取ることでフレームレ
ートを向上することが可能である。画素加算ときの検出
制御系１３１、走査線駆動制御系１３２による制御は、
例えば前述した実施形態で説明した手法により行うこと
ができる（図５参照）。

【００８０】走査線駆動回路のスタートパルス（ＳＴ
Ｖ）を２Ｎ−１期間“Ｈ”にすることで、Ｎライン同と
き駆動が可能となる。この例ではＮ＝２の場合について
示している。また、検出アンプではＮ−ＣＨの加算をお
こなう。これは走査線方向のみを加算したのでは縦横の
アスペクト比がずれてしまうためで、信号線側も同とき
に加算をおこなう。このとき、バイアス線電源制御手段
１３３は、バイアス線用電源Ｅｂｉａｓにバイアス線電
位を例えば０．５Ｖになるよう制御信号Ｓｂｉａｓを送
っている。このようにすることにより制御信号Ｓｂｉａ
ｓによってバイアス線電位を任意に調整できるようにな
る。したがって、動画モード、静止画モードなど、各画
素の光電変換素子への受光量、各動作モードでのフレー
ム周波数等に応じて最適なバイアス線電位を設定するこ
とができる。

【００８１】このように本発明の撮像装置によれば、動
画モード、静止画モードなどフレーム周波数の異なる複
数の撮像モードに対応することができ、かつＳ／Ｎ比の
大きいが高品位の撮像を行うことができる。特にＸ線を
直接電荷に変換する直接変換方式の撮像装置に本発明を
適用することにより、動画／静止画ともダイナミックレ
ンジの広い良好な画像を得ることができる。なおこの例
では光電変換膜に印加する高電圧を正の電圧とした場合
について説明しているが、光電変換膜に負の電圧を印加
するようにしてもよい。この場合、保護ダイオード１０
３の向きが逆になるため、バイアス線に印加する電圧も
負の電圧になる。またこの例ではａ−Ｓｉをチャネル半
導体膜として用いたＴＦＴを採用した例をとしている
が、半導体膜は、ｃ−Ｓｉ（結晶質シリコン）、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）、μｃ−Ｓｉ（微結晶シリ
コン）などでもよい。ｃ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、μｃ
−Ｓｉの場合、走査線駆動回路７をＴＦＴアレイと一体
で形成することができる。

【００８２】（実施形態９）図２１は撮像装置の構成の
別の例を示す図である。なお基本的な構成や動作等につ
いては実施形態８の例と同様である。

【００８３】この撮像装置は、バイプレーン撮影と呼ば
れる撮影が可能な撮像装置である。バイプレーン撮影
は、２つの撮像装置とＸ線源を角度を変えて用意し、こ
れを交互に撮影しモニタ表示する。患者の様子を異なる
角度で確認することが出来、手術等の効率化が図れる。
バイプレーン撮影における問題点として、非撮像側の撮
像装置に散乱線の入射により、画像の品質低下がある。

【００８４】図２１において、第１のＸ線源５１ａから
照射されたＸ線は被検体５２を通過し、第１のａ−Ｓｉ
ＴＦＴ撮像装置５３ａに入射する。第１のａ−ＳｉＴＦ
Ｔ撮像装置５３ａは被検体５２を通過したＸ線量に対応
したアナログ電気信号に変換する。変換されたアナログ
信号は第１のＡ／Ｄ変換部５７ａによりデジタル変換さ
れ、第１の信号処理手段８０ａにより適切な信号処理を
おこない、第１のＤ／Ａ変換部６０ａによりアナログ信
号に変換され第１のモニタ６１ａにＸ線像として表示さ
れる。また、コントローラ１４０はＸ線源５１ａおよび
検出制御系１３１、走査線駆動制御系１３２、バイアス
電圧制御系１３３とを制御し、適切に信号検出ができる
よう制御信号を与える。

【００８５】このとき第１のａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置５
３ａは、バイアス線電源制御手段１３３によりバイアス
線−画素電極間電位ＶｓをＶｓ＞０になるよう制御信号
Ｓｂｉａｓ１を第１のバイアス線電源Ｅｂｉａｓ１に供
給している。なお、Ｖｓの値はフレームレート、最大蓄
積電荷量等により任意に設定可能である。これにより画
素電極電位がＶｓになるまで電荷を蓄積することがで
き、Ｘ線画像が得ることができる。

【００８６】一方、第１のａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置５３
ａが画像を検出している期間において第２のａ−ＳｉＴ
ＦＴ撮像装置５３ｂは、バイアス線電源制御手段１３３
によりバイアス線−画素電極間電位ＶｓをＶｓ＝０Ｖに
なるよう制御信号Ｓｂｉａｓ２を第２のバイアス線電源
Ｅｂｉａｓ２に供給している。このような構成を採用す
ることにより、第１のＸ線源５１ａからの散乱線が入射
しても検出された電荷は画素電極からバイアス線を通っ
てバイアス線電源Ｅｂｉａｓ２に流れるため、第２のａ
−ＳｉＴＦＴ撮像装置５３ｂに電荷すなわち雑音電荷が
蓄積されることはない。

【００８７】第１のａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置５１ａで画
像を検出した後、今度は第２のａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置
５１ｂで画像を検出するため、バイアス線電位を上記設
定と逆にする。すなわち、第１のバイアス線電源Ｅｂｉ
ａｓ１ではＶｓ＝０となるように、第２のバイアス線電
源Ｅｂｉａｓ２ではＶｓ＞０になるようにバイアス線電
源制御手段１３３で制御する。

【００８８】上記動作を繰り返すことにより、第１のａ
−ＳｉＴＦＴ撮像装置５１ａと第２のａ−ＳｉＴＦＴ撮
像装置５１ｂで交互に散乱線による雑音のない良好な画
像を検出することができる。第１のａ−ＳｉＴＦＴ撮像
装置５１ａと第２のａ−ＳｉＴＦＴ撮像装置５１ｂは被
検体５２を異なる角度から検出することができる。この
ため、例えば患者の様子を確認するのに都合がよく手術
等の効率向上に役立てることができる。

【００８９】図２２はＸ線照射期間と信号読み出し期間
のタイミングチャートを示す図である。それぞれの撮像
装置のフレームレートは例えば３０［ｆｐｓ］になる
が、読み出し期間は撮像装置の個数分の１の期間にな
る。このため、高フレームレートの読み出しが必要とな
るため、前述した実施形態で説明したフレームレート向
上の手法はさらに有効となる。

【００９０】（実施形態１０）図２３は本発明の撮像装
置の構成の例を示す図である。システムの構成は例えば
図１５に例示した構成と同様である。この例でも、撮像
装置５３は、バイアス線電源制御手段１３３により、検
出アンプ１１０、走査線駆動回路１１１、バイアス線用
電源Ｅｂｉａｓを適切に制御する。図２３においてａ−
ＳｉＴＦＴアレイ１００上には、読み出し用ａ−ＳｉＴ
ＦＴ１０１、画素蓄積容量１０２、保護ダイオード１０
３、および光電変換膜１０４（図示せす）で構成される
画素ｅ（ｍ，ｎ）と、信号線Ｓｍ、走査線Ｇｎ、容量配
線Ｃｓ、バイアス線Ｂｉａｓが形成されている。検出ア
ンプ１１０および走査線駆動回路１１１はＴＦＴアレイ
１００上またはＦＰＣケーブル１２０等（図示せず）を
介して別基板上１２１（図示せず）に実装されている。
また容量配線Ｃｓおよびバイアス線Ｂｉａｓは、それぞ
れ電源ＥＣｓ、Ｅｂｉａｓと接続されている。信号線Ｓ
ｍには検出アンプ１１０が、走査ＢＧｎには走査線駆動
回路１１１が接続している。そしてこの撮像装置では、
バイアス線用電源Ｅｂｉａｓは走査線ごとに配設されて
いる。すなわち、バイアス線Ｂｉａｓ、バイアス線用電
源Ｅｂｉａｓは、１本の走査線毎に１つずつ配設されて
いる。このような構成を採用することにより、バイアス
電圧制御系１３３により、個々のバイアス電圧電源Ｅｂ
ｉａｓを独立して制御することができる。したがって、
バイアス線１本ごとにバイアス線電位を独立に制御する
ことができる。

【００９１】コントローラ１３０によりａ−ＳｉＴＦＴ
アレイ１００の上下Ｍ，Ｎ本（Ｍ，Ｎ≧０）では、バイ
アス線−画素電極電位ＶｓがＶｓ＝０に、それ以外のバ
イアス線がＶｓ＞０となるよう各々のバイアス線用電源
Ｅｂｉａｓを制御する。このときａ−ＳｉＴＦＴアレイ
１００の上下Ｍ，Ｎ本の部分では、光電変換膜１０４で
発生した電荷は直接バイアス線Ｂｉａｓに流れるため画
素蓄積容量１０２に電荷は蓄積されない。したがって、
ａ−ＳｉＴＦＴアレイ１００の上下Ｍ，Ｎ本を除くライ
ン（Ｖｓ＞０としたライン）のみ走査線駆動回路１１１
で走査させればよい。

【００９２】このようにすることにより、１フレーム期
間（例えば１／３０秒）に走査する走査線の本数が減る
ため、１走査線当たりの読み出し期間が長くなり、画質
低下の原因となる電荷読み残し等を低減することができ
る。また、１走査線当たりの読み出し期間が同じとする
と、より高フレームレートで画像を取得することができ
る。さらに、胸部撮影（４０ｃｍ×４０ｃｍ程度、数フ
レーム１秒）と心臓撮影（１５ｃｍ×１５ｃｍ、数十フ
レーム１秒）のように、検出サイズ、フレームレートの
異なる撮影でも同じ撮像装置で対応することができるよ
うになる。このため、撮像装置のコスト低減を図ること
ができる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の撮像装置に
よれば、撮像のフレームレートに応じてバイアス電圧を
調節することができ、バイアス用ダイオードのオフ電流
を制御することができる。このため画素に蓄積する電荷
量が小さい場合でも、画像のＳ／Ｎ比を確保することが
できるようになる。また単一の撮像装置で、フレームレ
ートの異なる複数の撮影モードに対応することがきる。
とくに画素内に保護ダイオードを内蔵した直接変換方式
のＸ線撮像装置において、保護ダイオード印加されるバ
イアス電位を、撮影モードに対応して調節することによ
り、保護ダイオードのオフリーク電流による雑音を低減
することができ、高画質な画像を得ることができる。し
たがって単一の撮像装置で、動画／静止画、あるいはバ
イプレーン撮像等、様々な撮影モードで高品位の画像を
撮影することができる。

【００９４】また本発明の撮像装置によれば、第１のス
イッチング素子の第１のオン期間と、第２のスイッチン
グ素子の第２のオン期間とが重複するように制御してお
り、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
とが同期して駆動されるように制御する。そのため一時
に動画を捉える画素の数を多くなり、走査線駆動信号の
信号遅延や波形歪みを小さくすることができ、大画面
化、高精細化、高フレームレート化に対応可能となる。
その結果、被検体の状態を高品質な動画として捉えるこ
とができる。

【００９５】さらに、制御回路から出力する走査線駆動
回路の走査開始タイミングを制御するスタート信号は少
なくとも２Ｎ−１クロック連続して出力し、Ｎ本の走査
線を同時に選択することにより、１本の走査線を選択す
る期間が長くなり、走査線駆動信号の信号遅延や波形歪
みの影響が小さくなる。このため解像度をさほど必要と
しないが高フレームレートである透視モードの場合、上
記方法は非常に有効な手段となる。

【００９６】また本発明の撮像装置によれば、前記信号
線に出力される信号レベルに応じてゲインを選択する手
段と、選択された前記ゲインに応じて前記走査信号の周
波数を調節する手段と、を具備しているので、信号検出
用増幅器の出力が撮像モードに最適な値に調節すること
ができる。即ち、走査線駆動回路に与える信号で撮影モ
ードを切り替えるとともに、ゲイン切り替え回路もしく
は信号検出用増幅器にゲイン選択信号を供給することに
より、撮像モードが変わってもΑ／Ｄ変換器の入力信号
レベルは変わらないため、Ａ／Ｄ変換器のダイナミック
レンジをフルに使用することができ、検出画像のＳ／Ｎ
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図２】走査線駆動回路の回路構成の例を示す図。

【図３】制御信号供給回路の出力信号の例を示す図。

【図４】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図５】制御信号供給回路の出力信号と走査線駆動回路
の出力信号の例を示す図。

【図６】制御信号供給回路の出力信号と走査線駆動回路
の出力信号の例を示す図。

【図７】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図８】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図９】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図１０】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図１１】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図１２】ゲイン切り替え回路の構成を示す図。

【図１３】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図１４】信号検出用増幅器の構成を示す図。

【図１５】撮像装置のシステム構成の例を示す図。

【図１６】従来の撮像装置のアレイ構成の例を示す図。

【図１７】従来のａ−ＳｉＴＦΤ撮像装置における配線
抵抗、配線容量を説明するための図。

【図１８】本発明の撮像装置の構成の例を示す図

【図１９】保護ダイオードのＩ−Ｖ特性の例を示す図

【図２０】コントローラの構成の例を示す図

【図２１】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図２２】Ｘ線照射期間と信号読み出し期間のタイミン
グチヤートの例を示す図

【図２３】本発明の撮像装置の構成の例を示す図。

【図２４】各画素に保護ダイオードを備えた撮像装置の
構成の例を示す図。

【符号の説明】

１…………画素 ２…………薄膜トランジスタ ３…………光電変換膜 ４…………容量 ５…………信号検出回路 ６、７……走査線駆動回路 １０………コントローラ １３０………コントローラ １３１………検出制御系 １３２………走査線駆動制御系 １３３………バイアス電圧制御系 Ｇ…………走査線 Ｓ…………信号線 Ｂｉａｓ…バイアス線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熱田 昌己 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 田中 学 栃木県大田原市下石上1385 株式会社東芝 那須工場内 (72)発明者 坂口 卓弥 栃木県大田原市下石上1385 株式会社東芝 那須工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配設され、受光量に応じ
   た電荷を蓄積する容量を備えた光電変換素子と、 走査線に走査信号を供給する手段と、 前記走査線と接続され、前記走査信号に基づいて前記容
   量に蓄積された電荷を信号線に出力する第１のスイッチ
   ング素子と、 前記容量とバイアス線との間に介挿され、前記容量に蓄
   積された電荷が所定量より大きくなったときに、前記バ
   イアス線と前記容量とを接続する第２のスイッチング素
   子とバイアス電位を前記受光量に応じて調節して前記バ
   イアス線に印加する手段と、 を具備したことを特徴と
   する撮像装置。
2. 【請求項２】 マトリクス状に配設された光電変換素子
   と、 走査線に走査信号を供給する手段と、 前記走査線と接続され、前記走査信号に応じて前記光電
   変換素子の蓄積電荷を信号線に出力するスイッチング素
   子と、 前記信号線に出力される信号レベルに応じてゲインを選
   択する手段と、 バイアス電位を前記受光量に応じて調節して前記バイア
   ス線に印加する手段と、を具備したことを特徴とする撮
   像装置。
3. 【請求項３】 受光量に応じた電荷を蓄積する第１の容
   量を有する第１の光電変換素子がマトリクス状に配設さ
   れた第１の撮像素子と、 受光量に応じた電荷を蓄積する第２の容量を有する第２
   の光電変換素子がマトリクス状に配設された第２の撮像
   素子と、 前記第１の撮像素子の前記第１の容量に電荷を蓄積する
   第１の撮像期間と、前記第２の撮像素子の前記第２の容
   量に電荷を蓄積する第２の撮像期間とを排他的に調節す
   る手段と、 前記第１の撮像期間に前記第１の容量を構成する一方の
   電極に接地電位を供給する手段と、 前記第２の撮像期間に前記第２の容量を構成する一方の
   電極に前記接地電位を供給する手段と、 を具備したことを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 第１の光電変換素子及び第２の光電変換
   素子がマトリクス状に配設された撮像装置において、 第１の走査線と第２の走査線に走査信号を供給する供給
   手段と、 第１の走査線に沿って配設された第１のスイッチング素
   子と、 第２の走査線に沿って配設された第２のスイッチング素
   子と、 前記第１のスイッチング素子と接続された第１の光電変
   換素子と、 前記第２のスイッチング素子と接続された第２の光電変
   換素子と、 前記供給手段に、前記第１のスイッチング素子の第１の
   オン期間と前記第２のスイッチング素子の第２のオン期
   間の少なくとも一部が重なるように定める第１の信号
   と、前記第１のオン期間のうち前記第２のオン期間と重
   ならない期間をオフにするような第２の信号と、前記第
   ２のオン期間のうち前記第１のオン期間と重ならない期
   間をオフにするような第３の信号とを供給する手段と、
   を具備したことを特徴とする撮像装置。