JP2000206255A - Ｘ線検出器 - Google Patents
Ｘ線検出器Info
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- JP2000206255A JP2000206255A JP190599A JP190599A JP2000206255A JP 2000206255 A JP2000206255 A JP 2000206255A JP 190599 A JP190599 A JP 190599A JP 190599 A JP190599 A JP 190599A JP 2000206255 A JP2000206255 A JP 2000206255A
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- signal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】蓄積した信号電荷の読み出し時に重畳するノイ
ズを低減し、信号電荷検出におけるダイナミックレンジ
の低下を防止するＸ線検出器を提供する。 【解決手段】最初のＸ線パルスの印加から次のＸ線パル
スの印加までの期間において、１画素目の信号を読み出
し（第１サイクル）、その直後から特定時間が経過する
まで（行の画素電荷が１番目のサイクルによって全て読
み出される以前）に、その画素のノイズ信号を収集する
（第２サイクル）。続いて２画素目の信号を読み出し
（第１サイクル）、１画素目と同様に２画素目のノイズ
信号を収集する（第２サイクル）。このような動作をＮ
行分、すなわち１画像分について繰り返す。
ズを低減し、信号電荷検出におけるダイナミックレンジ
の低下を防止するＸ線検出器を提供する。 【解決手段】最初のＸ線パルスの印加から次のＸ線パル
スの印加までの期間において、１画素目の信号を読み出
し（第１サイクル）、その直後から特定時間が経過する
まで（行の画素電荷が１番目のサイクルによって全て読
み出される以前）に、その画素のノイズ信号を収集する
（第２サイクル）。続いて２画素目の信号を読み出し
（第１サイクル）、１画素目と同様に２画素目のノイズ
信号を収集する（第２サイクル）。このような動作をＮ
行分、すなわち１画像分について繰り返す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば医療用のＸ
線診断装置に用いられるＸ線検出器に関する。
線診断装置に用いられるＸ線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】２次元アレイ型Ｘ線検出器における信号
読み出しには様々な手法があるが、Ｘ線照射後に各画素
に蓄積された画素電荷をスイッチング素子を経由して信
号線に読み出す方式が広く知られており、この方式を実
現する最も簡単な構成の読み出し回路は、図７（図８は
そのタイミングチャート）に示すようなチャージアンプ
で電荷を電圧変換してサンプリングするものであり、参
考文献（"Constructionand evaluation of a prototype
real-time detector",Zhao et.al,:Med Phys.Vol.24(1
2),1997）を参考にできる。また、かかる構成を有する
回路は、ＥＧ＆Ｇ社により商品名（Amplifier-Multiple
xer array chip,MB Series）として市販されてもいる。
読み出しには様々な手法があるが、Ｘ線照射後に各画素
に蓄積された画素電荷をスイッチング素子を経由して信
号線に読み出す方式が広く知られており、この方式を実
現する最も簡単な構成の読み出し回路は、図７（図８は
そのタイミングチャート）に示すようなチャージアンプ
で電荷を電圧変換してサンプリングするものであり、参
考文献（"Constructionand evaluation of a prototype
real-time detector",Zhao et.al,:Med Phys.Vol.24(1
2),1997）を参考にできる。また、かかる構成を有する
回路は、ＥＧ＆Ｇ社により商品名（Amplifier-Multiple
xer array chip,MB Series）として市販されてもいる。
【０００３】このような読み出し回路では、図７に示す
ように信号線とグランド線の電位分布によるノイズＮ０
やチャージアンプの差動入力間に発生するノイズＮ１が
考えられており、後者が支配的であるとされている。ま
た、チャージアンプ出力電圧に重畳するノイズが次式に
よって与えられることも知られている。
ように信号線とグランド線の電位分布によるノイズＮ０
やチャージアンプの差動入力間に発生するノイズＮ１が
考えられており、後者が支配的であるとされている。ま
た、チャージアンプ出力電圧に重畳するノイズが次式に
よって与えられることも知られている。
【０００４】ノイズ＝（チャージアンプが発生するノイ
ズＮ１）・（１＋（Ｃｓ／Ｃｆ）） ここで、Ｃｓはスイッチング素子からチャージアンプ入
力までの容量成分であり、信号線の浮遊容量なども含ま
れる。Ｃｆはチャージアンプの出力電圧Ｖｏと入力電荷
量Ｑとの関係を与える容量成分であり、チャージアンプ
の出力電圧Ｖｏ＝入力電荷量Ｑ／Ｃｆと表される。
ズＮ１）・（１＋（Ｃｓ／Ｃｆ）） ここで、Ｃｓはスイッチング素子からチャージアンプ入
力までの容量成分であり、信号線の浮遊容量なども含ま
れる。Ｃｆはチャージアンプの出力電圧Ｖｏと入力電荷
量Ｑとの関係を与える容量成分であり、チャージアンプ
の出力電圧Ｖｏ＝入力電荷量Ｑ／Ｃｆと表される。
【０００５】上記の式からも明らかなように、ノイズを
低減するためには、チャージアンプの性能を格段に向上
させるとともにＣｓの値を小さくすることが必要であ
る。
低減するためには、チャージアンプの性能を格段に向上
させるとともにＣｓの値を小さくすることが必要であ
る。
【０００６】しかしながら、Ｃｓはゼロにすることが不
可能であるばかりか、２次元アレイ検出器の各画素の電
荷を運ぶ信号線が長くなればなるほど大きくなってしま
う。このためノイズの低減には限界があった。また、仮
にＣｓが十分に小さくなるような設計がなされたとして
も、チャージアンプのノイズ成分Ｎ１以下には低減でき
ない。チャージアンプのノイズは、これを構成する初段
のＦＥＴ等の性能で決まる。このＦＥＴ等の性能向上に
も限界があり、低ノイズのものは高価であるため量産が
困難になる。
可能であるばかりか、２次元アレイ検出器の各画素の電
荷を運ぶ信号線が長くなればなるほど大きくなってしま
う。このためノイズの低減には限界があった。また、仮
にＣｓが十分に小さくなるような設計がなされたとして
も、チャージアンプのノイズ成分Ｎ１以下には低減でき
ない。チャージアンプのノイズは、これを構成する初段
のＦＥＴ等の性能で決まる。このＦＥＴ等の性能向上に
も限界があり、低ノイズのものは高価であるため量産が
困難になる。
【０００７】上述したような読み出し回路を構成するた
めには、差動増幅器などの能動素子が使用されるが、一
般に、これら能動素子はオフセット電流を発生する。す
なわち、電荷蓄積が行われている最中に、信号電荷とは
無関係のオフセット電流が発生し、かかるオフセット電
流に基づく電荷が信号電荷に重畳して蓄積されてしま
う。つまり、図８に示されるτの期間に蓄積されるオフ
セット電流が、Ｃｆにオフセット電荷を形成して信号電
荷に重なるわけである。
めには、差動増幅器などの能動素子が使用されるが、一
般に、これら能動素子はオフセット電流を発生する。す
なわち、電荷蓄積が行われている最中に、信号電荷とは
無関係のオフセット電流が発生し、かかるオフセット電
流に基づく電荷が信号電荷に重畳して蓄積されてしま
う。つまり、図８に示されるτの期間に蓄積されるオフ
セット電流が、Ｃｆにオフセット電荷を形成して信号電
荷に重なるわけである。
【０００８】この問題を回避するため、従来では、Ｘ線
を照射しない状態の暗時画像をあらかじめ収集してお
き、Ｘ線を照射したときの画像から暗時画像を減じるな
どの補正が行われているが、かかる補正を行うことでＡ
／Ｄ変換器のダイナミックレンジが損なわれるという問
題があった。すなわち、信号電荷に比べてオフセット電
荷が同等に存在する場合には、Ａ／Ｄ変換器の入力レン
ジの半分をオフセット電荷が占めることになり、ダイナ
ミックレンジが半減する。したがって、オフセット電流
の補正はＡ／Ｄ変換よりも前の段階で行うこととし、有
効ビット数を損なわないようにすることが望ましい。
を照射しない状態の暗時画像をあらかじめ収集してお
き、Ｘ線を照射したときの画像から暗時画像を減じるな
どの補正が行われているが、かかる補正を行うことでＡ
／Ｄ変換器のダイナミックレンジが損なわれるという問
題があった。すなわち、信号電荷に比べてオフセット電
荷が同等に存在する場合には、Ａ／Ｄ変換器の入力レン
ジの半分をオフセット電荷が占めることになり、ダイナ
ミックレンジが半減する。したがって、オフセット電流
の補正はＡ／Ｄ変換よりも前の段階で行うこととし、有
効ビット数を損なわないようにすることが望ましい。
【０００９】このような事情に対し、他の従来例に係る
参考文献（「"ＣＭＯＳlow noise amplifier for micro
strip readout design and results"」,Nuclear Instru
ments and Method in Physics Research A301(1991)）
に記載の回路は、チャージアンプ出力からサンプリング
までの間に、以下のように表される周波数特性の回路
（ノイズ低減回路）をさらに具備して成る。
参考文献（「"ＣＭＯＳlow noise amplifier for micro
strip readout design and results"」,Nuclear Instru
ments and Method in Physics Research A301(1991)）
に記載の回路は、チャージアンプ出力からサンプリング
までの間に、以下のように表される周波数特性の回路
（ノイズ低減回路）をさらに具備して成る。
【００１０】Ｆ（ｗ）＝ａ・ｗ／ＳＱＲ（ｗ2＋ｂ2）
（ＳＱＲは根号を表わす） ここで、ａ＝Ｃｄ／Ｃｘ，ｂ＝１／（Ｃｘ・Ｒｘ）であ
り、ｗはこの回路に入力する信号の角周波数成分であ
る。
（ＳＱＲは根号を表わす） ここで、ａ＝Ｃｄ／Ｃｘ，ｂ＝１／（Ｃｘ・Ｒｘ）であ
り、ｗはこの回路に入力する信号の角周波数成分であ
る。
【００１１】これによれば、特に低周波成分のノイズを
除去できるため、結果としてサンプリング時のノイズは
低減する。
除去できるため、結果としてサンプリング時のノイズは
低減する。
【００１２】さらにこの回路の後段にコンデンサと抵抗
器で構成された積分器を付加した回路も同参考文献にて
開示されており、このような積分器を付加することによ
って高周波ノイズまでも除去できるという効果がある。
器で構成された積分器を付加した回路も同参考文献にて
開示されており、このような積分器を付加することによ
って高周波ノイズまでも除去できるという効果がある。
【００１３】このような従来例は、γ（ガンマ）線検出
器のようにパルス状に到来する放射線で生じた電荷を逐
次に検出する目的で考案されたものであり、図９に示す
ように出力波形がパルス状になる。このパルスの位置
は、信号線上に存在する抵抗値に依存する。またピーク
値は、この抵抗値と信号源となる電荷量とで定まる。し
たがって、抵抗値が一定であるならばピーク位置をあら
かじめ求めておき、その位置でサンプリングすれことで
電荷量に対応する信号を得ることができる。
器のようにパルス状に到来する放射線で生じた電荷を逐
次に検出する目的で考案されたものであり、図９に示す
ように出力波形がパルス状になる。このパルスの位置
は、信号線上に存在する抵抗値に依存する。またピーク
値は、この抵抗値と信号源となる電荷量とで定まる。し
たがって、抵抗値が一定であるならばピーク位置をあら
かじめ求めておき、その位置でサンプリングすれことで
電荷量に対応する信号を得ることができる。
【００１４】しかしながら、２次元アレイ検出器を構成
するスイッチング素子として抵抗値が電荷量によって変
化する特性のものが使われることがある。つまり、図１
０に示すように電圧（Ｖｄｓ）と電流（Ｉｄｓ）との関
係が線形関係とはならない。これは、トランジスタ構造
を有するスイッチング素子では一般的に観測される特性
であるが、このような特性により、上述したようなノイ
ズ低減回路を使用すると、ピーク位置が電荷量に依存し
て変動し、これにより、一定のタイミングでサンプリン
グすることができなってしまう。また、ピーク値と電荷
量の関係も非常に煩雑な関係となることから、以上述べ
たような従来の回路構成をそのままＸ線検出器に適用す
ることは困難であるという問題があった。
するスイッチング素子として抵抗値が電荷量によって変
化する特性のものが使われることがある。つまり、図１
０に示すように電圧（Ｖｄｓ）と電流（Ｉｄｓ）との関
係が線形関係とはならない。これは、トランジスタ構造
を有するスイッチング素子では一般的に観測される特性
であるが、このような特性により、上述したようなノイ
ズ低減回路を使用すると、ピーク位置が電荷量に依存し
て変動し、これにより、一定のタイミングでサンプリン
グすることができなってしまう。また、ピーク値と電荷
量の関係も非常に煩雑な関係となることから、以上述べ
たような従来の回路構成をそのままＸ線検出器に適用す
ることは困難であるという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を考慮してなされたものであり、その目的は、各画素
のスイッチング素子の特性が非線形特性であっても安定
して画素信号を読み出すことができ、しかもノイズ低減
とオフセット補正を行えるＸ線検出器を提供することで
ある。
情を考慮してなされたものであり、その目的は、各画素
のスイッチング素子の特性が非線形特性であっても安定
して画素信号を読み出すことができ、しかもノイズ低減
とオフセット補正を行えるＸ線検出器を提供することで
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、目的
を達成するために、本発明のＸ線検出器は次のように構
成されている。 （１）本発明のＸ線検出器は、行×列の２次元マトリク
ス状に配列された複数の画素に対応して設けられ、入射
したＸ線を電荷に変換する電荷変換手段と、前記電荷変
換手段に対応して設けられ、前記電荷変換手段により変
換された電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積
手段に蓄積された電荷を読み出すことで行内の所定の画
素からの信号を得る第１のサイクル、及びこの第１のサ
イクルにおいて画素信号に重畳したノイズ信号を収集す
る第２のサイクルを、当該行の画素電荷が前記第１のサ
イクルによって全て読み出される以前に実行する読み出
し手段と、を具備する。 （２）本発明のＸ線検出器は、上記（１）に記載の装置
であって、且つ前記読み出し手段は、少なくとも、電荷
蓄積回路及びその電荷蓄積動作を作動させる第１のスイ
ッチ手段、又は電圧積分回路及びその電圧積分動作を作
動させる第２のスイッチ手段のいずれかを含むことを特
徴とする。 （３）本発明のＸ線検出器は、上記（２）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
は電圧積分回路のチャージインジェクションに係る成分
を含むことを特徴とする。 （４）本発明のＸ線検出器は、上記（２）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
電圧積分回路のオフセット電流に係る成分を含むことを
特徴とする。 （５）本発明のＸ線検出器は、上記（２）乃至（４）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記読み出し手段
の電荷蓄積回路による電荷蓄積動作が作動する期間より
も前記電圧積分回路による電圧積分動作が作動する期間
が短くなるように、前記第１、第２のスイッチ手段を制
御する手段を具備することを特徴とする。 （６）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（５）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記電荷蓄積手段
から電荷を読み出すためのスイッチング素子をさらに具
備し、前記読み出し手段は、当該スイッチング素子を介
して前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を読み出すこと
を特徴とする。 （７）本発明のＸ線検出器は、上記（６）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記スイッチング素
子のチャージインジェクションに係る成分及び前記スイ
ッチング素子からのリーク電流に係る成分を含むことを
特徴とする。 （８）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（７）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記第１のサイク
ルにより得られた画素信号を保持する第１の保持手段
と、前記第２のサイクルにより得られたノイズ信号を保
持する第２の保持手段と、前記第１の保持手段により保
持されている画素信号から前記第２の保持手段により保
持されているノイズ信号を減ずる減算手段と、をさらに
具備することを特徴とする。 （９）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（７）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記スイッチング
素子と電荷蓄積回路の間に設けられる電流増幅器と、照
射Ｘ線エネルギーの強度に応じて前記電流増幅器を制御
するための抵抗器と、をさらに具備することを特徴とす
る。
を達成するために、本発明のＸ線検出器は次のように構
成されている。 （１）本発明のＸ線検出器は、行×列の２次元マトリク
ス状に配列された複数の画素に対応して設けられ、入射
したＸ線を電荷に変換する電荷変換手段と、前記電荷変
換手段に対応して設けられ、前記電荷変換手段により変
換された電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積
手段に蓄積された電荷を読み出すことで行内の所定の画
素からの信号を得る第１のサイクル、及びこの第１のサ
イクルにおいて画素信号に重畳したノイズ信号を収集す
る第２のサイクルを、当該行の画素電荷が前記第１のサ
イクルによって全て読み出される以前に実行する読み出
し手段と、を具備する。 （２）本発明のＸ線検出器は、上記（１）に記載の装置
であって、且つ前記読み出し手段は、少なくとも、電荷
蓄積回路及びその電荷蓄積動作を作動させる第１のスイ
ッチ手段、又は電圧積分回路及びその電圧積分動作を作
動させる第２のスイッチ手段のいずれかを含むことを特
徴とする。 （３）本発明のＸ線検出器は、上記（２）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
は電圧積分回路のチャージインジェクションに係る成分
を含むことを特徴とする。 （４）本発明のＸ線検出器は、上記（２）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
電圧積分回路のオフセット電流に係る成分を含むことを
特徴とする。 （５）本発明のＸ線検出器は、上記（２）乃至（４）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記読み出し手段
の電荷蓄積回路による電荷蓄積動作が作動する期間より
も前記電圧積分回路による電圧積分動作が作動する期間
が短くなるように、前記第１、第２のスイッチ手段を制
御する手段を具備することを特徴とする。 （６）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（５）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記電荷蓄積手段
から電荷を読み出すためのスイッチング素子をさらに具
備し、前記読み出し手段は、当該スイッチング素子を介
して前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を読み出すこと
を特徴とする。 （７）本発明のＸ線検出器は、上記（６）に記載の装置
であって、且つ前記ノイズ信号は、前記スイッチング素
子のチャージインジェクションに係る成分及び前記スイ
ッチング素子からのリーク電流に係る成分を含むことを
特徴とする。 （８）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（７）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記第１のサイク
ルにより得られた画素信号を保持する第１の保持手段
と、前記第２のサイクルにより得られたノイズ信号を保
持する第２の保持手段と、前記第１の保持手段により保
持されている画素信号から前記第２の保持手段により保
持されているノイズ信号を減ずる減算手段と、をさらに
具備することを特徴とする。 （９）本発明のＸ線検出器は、上記（１）乃至（７）の
いずれかに記載の装置であって、且つ前記スイッチング
素子と電荷蓄積回路の間に設けられる電流増幅器と、照
射Ｘ線エネルギーの強度に応じて前記電流増幅器を制御
するための抵抗器と、をさらに具備することを特徴とす
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
の実施形態を説明する。
【００１８】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係るＸ線検出器の概略構成を示すブロック図であ
る。このＸ線検出器は、例えば透視モードと撮影モード
を有する医療用のＸ線診断装置に用いられる。図１に示
すように、このＸ線検出器は、Ｎ行（ライン）×Ｍ列の
２次元アレイ状に配列された画素電極２、この画素電極
２に対応して設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３、読み出し回路４、ゲートドライバ５、アナログマル
チプレクサ６、及びＡ／Ｄ変換器８を備える。
形態に係るＸ線検出器の概略構成を示すブロック図であ
る。このＸ線検出器は、例えば透視モードと撮影モード
を有する医療用のＸ線診断装置に用いられる。図１に示
すように、このＸ線検出器は、Ｎ行（ライン）×Ｍ列の
２次元アレイ状に配列された画素電極２、この画素電極
２に対応して設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３、読み出し回路４、ゲートドライバ５、アナログマル
チプレクサ６、及びＡ／Ｄ変換器８を備える。
【００１９】また、このＸ線検出器は、図示しないがＸ
線検出手段を備える。このＸ線検出手段は、アモルファ
スＳｅ等の光導電体から構成されており、Ｘ線が入射す
るとその強度に応じた量の正孔と電子を発生する。光導
電体には電界が掛けられており、電子は高電位側の画素
電極に、正孔は低電位の画素電極にそれぞれ引き寄せら
れる。このような誘電作用により生じた電荷を、後述す
る図２の等価回路においてＱと表記する。また、電荷Ｑ
を蓄積する容量成分をＣｐと表記する。Ｃｐは画素電極
とグラウンド電位との間に設けられた補助的な容量成分
により形成される。或いは、実際のＸ線検出器では上記
光電体がそのまま容量成分を構成する場合もある。
線検出手段を備える。このＸ線検出手段は、アモルファ
スＳｅ等の光導電体から構成されており、Ｘ線が入射す
るとその強度に応じた量の正孔と電子を発生する。光導
電体には電界が掛けられており、電子は高電位側の画素
電極に、正孔は低電位の画素電極にそれぞれ引き寄せら
れる。このような誘電作用により生じた電荷を、後述す
る図２の等価回路においてＱと表記する。また、電荷Ｑ
を蓄積する容量成分をＣｐと表記する。Ｃｐは画素電極
とグラウンド電位との間に設けられた補助的な容量成分
により形成される。或いは、実際のＸ線検出器では上記
光電体がそのまま容量成分を構成する場合もある。
【００２０】１ラインにつきＭ個の画素電極２に対応し
てＭ個設けられるＴＦＴ３は、ＯＮ状態が同時に発生し
ないようにゲートドライバ５により互いに時間をずらし
てスイッチング制御され、これにより同じラインにおい
ていずれか一つのみの画素からの電荷が信号線に出力さ
れる。
てＭ個設けられるＴＦＴ３は、ＯＮ状態が同時に発生し
ないようにゲートドライバ５により互いに時間をずらし
てスイッチング制御され、これにより同じラインにおい
ていずれか一つのみの画素からの電荷が信号線に出力さ
れる。
【００２１】このようなスイッチング制御により、Ｘ線
照射によって各画素に蓄積された電荷ＱがＴＦＴ３及び
信号線を介して読み出され、その電荷量に応じた信号電
圧に変換される。この信号は、Ｎラインほぼ同時にアナ
ログマルチプレクサ６に入力される。アナログマルチプ
レクサ６は、Ｎラインの入力信号を順次に切り替えて１
次元の電気信号の流れを形成する。この信号はＡ／Ｄ変
換器８によりデジタル信号に変換されるとともに図示し
ない２次元メモリに格納され、かくして２次元のデジタ
ル画像が形成される。
照射によって各画素に蓄積された電荷ＱがＴＦＴ３及び
信号線を介して読み出され、その電荷量に応じた信号電
圧に変換される。この信号は、Ｎラインほぼ同時にアナ
ログマルチプレクサ６に入力される。アナログマルチプ
レクサ６は、Ｎラインの入力信号を順次に切り替えて１
次元の電気信号の流れを形成する。この信号はＡ／Ｄ変
換器８によりデジタル信号に変換されるとともに図示し
ない２次元メモリに格納され、かくして２次元のデジタ
ル画像が形成される。
【００２２】図２は、Ｎライン×Ｍ列の２次元アレイ検
出器を構成する本実施形態のＸ線検出器の１ラインに相
当する画素回路を示す図である。なお、この回路図で
は、実際には列数に応じて１ライン上にＭ個存在する画
素回路のうちの一つが示されている。また、このような
１ライン分の回路が、検出器全体ではライン数に応じて
Ｎ個配列される。図２に示すように、画素電極２にはＴ
ＦＴ３を介して信号線９が接続される。この信号線９に
は、電流アンプ１０、電荷蓄積回路１２、電圧積分回路
１４が接続されている。電流アンプ１０は、Ｓ／Ｎ向上
のため設けられるが、本発明において必須の要素ではな
い。
出器を構成する本実施形態のＸ線検出器の１ラインに相
当する画素回路を示す図である。なお、この回路図で
は、実際には列数に応じて１ライン上にＭ個存在する画
素回路のうちの一つが示されている。また、このような
１ライン分の回路が、検出器全体ではライン数に応じて
Ｎ個配列される。図２に示すように、画素電極２にはＴ
ＦＴ３を介して信号線９が接続される。この信号線９に
は、電流アンプ１０、電荷蓄積回路１２、電圧積分回路
１４が接続されている。電流アンプ１０は、Ｓ／Ｎ向上
のため設けられるが、本発明において必須の要素ではな
い。
【００２３】信号読み出しにおいては、電流アンプ１
０、電荷蓄積回路１２、電圧積分回路１４を経て、２回
の読み出しサイクルにおいて得られたサンプリング出
力、つまり、Ｃｓａｍｐｌｅ１及びＣｓａｍｐｌｅ２に
ホールドされた信号電圧が減算器１６により差分処理さ
れ、この差分信号がＮラインほぼ同時にアナログマルチ
プレクサ６に入力されるものとなっている。
０、電荷蓄積回路１２、電圧積分回路１４を経て、２回
の読み出しサイクルにおいて得られたサンプリング出
力、つまり、Ｃｓａｍｐｌｅ１及びＣｓａｍｐｌｅ２に
ホールドされた信号電圧が減算器１６により差分処理さ
れ、この差分信号がＮラインほぼ同時にアナログマルチ
プレクサ６に入力されるものとなっている。
【００２４】図３は、本発明に係る読み出し動作の概念
を表す図である。
を表す図である。
【００２５】図３において、読み出しＴＦＴ（１）は、
本発明の読み出し動作のタイミングチャート示してお
り、読み出しＴＦＴ（２）は、従来例の読み出し動作の
タイミングチャートを示している。
本発明の読み出し動作のタイミングチャート示してお
り、読み出しＴＦＴ（２）は、従来例の読み出し動作の
タイミングチャートを示している。
【００２６】最初のＸ線パルスの印加から次のＸ線パル
スの印加までの期間において、本発明では、１画素目の
信号を読み出し（第１サイクル）、その直後から特定時
間が経過するまで（行の画素電荷が１番目のサイクルに
よって全て読み出される以前）に、その画素のノイズ信
号（ノイズの内訳については後述する）を収集する（第
２サイクル）。
スの印加までの期間において、本発明では、１画素目の
信号を読み出し（第１サイクル）、その直後から特定時
間が経過するまで（行の画素電荷が１番目のサイクルに
よって全て読み出される以前）に、その画素のノイズ信
号（ノイズの内訳については後述する）を収集する（第
２サイクル）。
【００２７】続いて２画素目の信号を読み出し（第１サ
イクル）、１画素目と同様に２画素目のノイズ信号を収
集する（第２サイクル）。このような動作をＮ行分、す
なわち１画像分について繰り返す。
イクル）、１画素目と同様に２画素目のノイズ信号を収
集する（第２サイクル）。このような動作をＮ行分、す
なわち１画像分について繰り返す。
【００２８】一方、従来の信号読み出しでは、最初のＸ
線パルスの印加から次のＸ線パルスの印加までの期間に
おいて、１画素目，２画素目，３画素目，．．．という
具合に順番に読み出してゆき、Ｎ行分すなわち１画像分
の読み出しが終了したら、オフセット１，オフセット
２，オフセット３，．．．という具合に、Ｎ行分すなわ
ち１画像分についてオフセット収集（ノイズ信号の収
集）を行う。
線パルスの印加から次のＸ線パルスの印加までの期間に
おいて、１画素目，２画素目，３画素目，．．．という
具合に順番に読み出してゆき、Ｎ行分すなわち１画像分
の読み出しが終了したら、オフセット１，オフセット
２，オフセット３，．．．という具合に、Ｎ行分すなわ
ち１画像分についてオフセット収集（ノイズ信号の収
集）を行う。
【００２９】図２に示した回路は、以上のような本発明
の読み出し動作を実現するものであり、以下、同回路の
動作を図４を参照しながら説明する。図４は同回路にお
ける所要なコントロール信号及び出力信号の波形を示す
図である。
の読み出し動作を実現するものであり、以下、同回路の
動作を図４を参照しながら説明する。図４は同回路にお
ける所要なコントロール信号及び出力信号の波形を示す
図である。
【００３０】Ｎ行×Ｍ列の２次元アレイ検出器上の全て
の画素にそれぞれ対応して設けられるＴＦＴ３がＯＦＦ
状態のとき、Ｘ線照射が行われる。これにより生じた電
荷Ｑは電荷蓄積手段Ｃｐに蓄積される。
の画素にそれぞれ対応して設けられるＴＦＴ３がＯＦＦ
状態のとき、Ｘ線照射が行われる。これにより生じた電
荷Ｑは電荷蓄積手段Ｃｐに蓄積される。
【００３１】電荷蓄積手段Ｃｐへの電荷蓄積の後、この
電荷蓄積手段Ｃｐに蓄積された電荷を読み出すことで行
内の所定の画素からの信号を得るための１番目のサイク
ル（第１のサイクル）が開始される。すなわち、先ずリ
セットスイッチＳＷ１がＯＮからＯＦＦに設定される。
電荷蓄積手段Ｃｐに蓄積された電荷を読み出すことで行
内の所定の画素からの信号を得るための１番目のサイク
ル（第１のサイクル）が開始される。すなわち、先ずリ
セットスイッチＳＷ１がＯＮからＯＦＦに設定される。
【００３２】これにより電荷蓄積回路１２のＣ１にはＳ
Ｗ１からのチャージインジェクションが生じ、Ｖ１がわ
ずかに変化する。その後、ＴＦＴ３がＯＮに設定され、
このとき同様にチャージインジェクションが生じてＶ１
はさらにわずかに変化するとともにＴＦＴ３を経由して
電荷Ｑが電流アンプ１０に向って移動を開始する。図４
において、この電荷移動の様子が電流Ｉ１として示され
ている。
Ｗ１からのチャージインジェクションが生じ、Ｖ１がわ
ずかに変化する。その後、ＴＦＴ３がＯＮに設定され、
このとき同様にチャージインジェクションが生じてＶ１
はさらにわずかに変化するとともにＴＦＴ３を経由して
電荷Ｑが電流アンプ１０に向って移動を開始する。図４
において、この電荷移動の様子が電流Ｉ１として示され
ている。
【００３３】電流アンプ１０を経由した電流は、抵抗器
Ｒ１を通過するときはＲｉ／Ｒ１の増幅率で増培され、
次段の電荷蓄積回路１２のコンデンサＣ１に流入し、電
荷が蓄積される。電荷蓄積回路１２は、図示のように能
動素子により形成されている場合、オフセット電流Ｉｏ
ｓ１を発生する。このオフセット電流Ｉｏｓ１は、電流
アンプ１０を経由してきた電流と同様にコンデンサＣ１
に流入し、電荷が蓄積される。
Ｒ１を通過するときはＲｉ／Ｒ１の増幅率で増培され、
次段の電荷蓄積回路１２のコンデンサＣ１に流入し、電
荷が蓄積される。電荷蓄積回路１２は、図示のように能
動素子により形成されている場合、オフセット電流Ｉｏ
ｓ１を発生する。このオフセット電流Ｉｏｓ１は、電流
アンプ１０を経由してきた電流と同様にコンデンサＣ１
に流入し、電荷が蓄積される。
【００３４】すなわち、電圧Ｖ１は、画素からの信号電
荷の蓄積によって生じる電圧に、オフセット電流Ｉｏｓ
１の蓄積によって生じる電圧が重畳されたものである。
これにより、十分に時間が経過して電荷Ｑがコンデンサ
Ｃ１に蓄積された後、電圧Ｖ１は一定の値に落ち付くは
ずであるが、実際にはオフセット電流Ｉｏｓ１のために
上昇を続けることになる。また、電圧積分回路１４の差
動増幅器からも同様にオフセット電流Ｉｏｓ２が発生す
る。
荷の蓄積によって生じる電圧に、オフセット電流Ｉｏｓ
１の蓄積によって生じる電圧が重畳されたものである。
これにより、十分に時間が経過して電荷Ｑがコンデンサ
Ｃ１に蓄積された後、電圧Ｖ１は一定の値に落ち付くは
ずであるが、実際にはオフセット電流Ｉｏｓ１のために
上昇を続けることになる。また、電圧積分回路１４の差
動増幅器からも同様にオフセット電流Ｉｏｓ２が発生す
る。
【００３５】画素回路から発生した電荷Ｑがほぼ十分に
Ｃ１に蓄積された後、リセットＳＷ２がＯＮからＯＦＦ
に制御される。その結果、電圧Ｖ２は、ＳＷ２をＯＦＦ
した瞬間のチャージインジェクションによる電圧変化
に、電圧Ｖ１の積分結果が重畳された波形となる。ま
た、電圧Ｖ２にはオフセット電流による等価な電圧成分
が混入し、つまり図中で示されるように、時間とともに
次第に上昇する電圧波形が生じるが、その波形には、以
下、乃至の成分が重畳している。
Ｃ１に蓄積された後、リセットＳＷ２がＯＮからＯＦＦ
に制御される。その結果、電圧Ｖ２は、ＳＷ２をＯＦＦ
した瞬間のチャージインジェクションによる電圧変化
に、電圧Ｖ１の積分結果が重畳された波形となる。ま
た、電圧Ｖ２にはオフセット電流による等価な電圧成分
が混入し、つまり図中で示されるように、時間とともに
次第に上昇する電圧波形が生じるが、その波形には、以
下、乃至の成分が重畳している。
【００３６】電荷Ｑによって生じる成分 電荷蓄積回路１２のチャージインジェクションの積算
成分 ＴＦＴ３のチャージインジェクションの積算成分 電圧積分回路１４のチャージインジェクション成分 オフセット電流の積算成分 ＴＦＴ３からのリーク電流による成分 したがって、ＳＷ２をＯＦＦした瞬間から時間τ１が経
過した時点でＳＷｓａｍｐｌｅ１を制御してサンプリン
グを行うと、結果的には次の信号が保持されることにな
る。
成分 ＴＦＴ３のチャージインジェクションの積算成分 電圧積分回路１４のチャージインジェクション成分 オフセット電流の積算成分 ＴＦＴ３からのリーク電流による成分 したがって、ＳＷ２をＯＦＦした瞬間から時間τ１が経
過した時点でＳＷｓａｍｐｌｅ１を制御してサンプリン
グを行うと、結果的には次の信号が保持されることにな
る。
【００３７】Ｓａｍｐｌｅ１＝τ１・（α１・Ｑ）＋
（，，，，の成分） ここで、α１は電流アンプ１０、電荷蓄積回路１２、電
圧積分回路１４を通したゲインである。
（，，，，の成分） ここで、α１は電流アンプ１０、電荷蓄積回路１２、電
圧積分回路１４を通したゲインである。
【００３８】このサンプリングの後、ＴＦＴ３，ＳＷ
１，ＳＷ２を全てＯＮにすると、図４の回路における所
定のコンデンサに蓄積した電荷が消滅するとともに電圧
Ｖ１，Ｖ２はグラウンドレベルに復帰する（第１のサイ
クル終了）。しかる後、１番目のサイクルにおいて画素
信号に重畳したノイズ信号を収集するための２番目のサ
イクルが開始される。
１，ＳＷ２を全てＯＮにすると、図４の回路における所
定のコンデンサに蓄積した電荷が消滅するとともに電圧
Ｖ１，Ｖ２はグラウンドレベルに復帰する（第１のサイ
クル終了）。しかる後、１番目のサイクルにおいて画素
信号に重畳したノイズ信号を収集するための２番目のサ
イクルが開始される。
【００３９】２番目のサイクルは、１番目のサイクルと
同様にＴＦＴ，ＳＷ１，及びＳＷ２を順にＯＦＦしてい
く動作である。この２番目のサイクルは、電荷Ｑが既に
読み取られている点のみについて１番目のサイクルと相
違し、すでに説明したチャージインジェクションやオフ
セット電流が電圧Ｖ２の生成原因となる。
同様にＴＦＴ，ＳＷ１，及びＳＷ２を順にＯＦＦしてい
く動作である。この２番目のサイクルは、電荷Ｑが既に
読み取られている点のみについて１番目のサイクルと相
違し、すでに説明したチャージインジェクションやオフ
セット電流が電圧Ｖ２の生成原因となる。
【００４０】時間τ１を２番目のサイクルでも１番目の
サイクルと同じに設定すれば、１番目のサイクルとの差
は電荷Ｑによる成分のみとなる。ここで、１番目のサイ
クルのサンプリングによって既に保持されている電圧Ｖ
ＯＵＴ１と、２番目のサイクルのサンプリングにより保
持された電圧ＶＯＵＴ２との差分を減算器１５により求
める。これにより、オフセット電流やチャージインジェ
クションによる成分が除かれた信号、つまり電荷Ｑだけ
で決まる信号を得ることができる。
サイクルと同じに設定すれば、１番目のサイクルとの差
は電荷Ｑによる成分のみとなる。ここで、１番目のサイ
クルのサンプリングによって既に保持されている電圧Ｖ
ＯＵＴ１と、２番目のサイクルのサンプリングにより保
持された電圧ＶＯＵＴ２との差分を減算器１５により求
める。これにより、オフセット電流やチャージインジェ
クションによる成分が除かれた信号、つまり電荷Ｑだけ
で決まる信号を得ることができる。
【００４１】次に、読み出した信号のノイズについて検
討する。
討する。
【００４２】まず、回路には、図２に示すように少なく
ともノイズ源Ｎ０，Ｎ１，及びＮ２が存在し、電圧Ｖ１
はこれらのノイズが重畳した波形となるが、このノイズ
は電圧積分回路１４により大幅に低減される。すなわ
ち、電圧積分回路１４の周波数伝達関数は、 １／（Ｒ２・Ｃ２・ｗ） （ｗは入力信号の周波数ｆに
２πを乗じたもの） であり、周波数が高ければ高いほど、電圧積分回路１４
によるノイズ低減効果は高くなる。
ともノイズ源Ｎ０，Ｎ１，及びＮ２が存在し、電圧Ｖ１
はこれらのノイズが重畳した波形となるが、このノイズ
は電圧積分回路１４により大幅に低減される。すなわ
ち、電圧積分回路１４の周波数伝達関数は、 １／（Ｒ２・Ｃ２・ｗ） （ｗは入力信号の周波数ｆに
２πを乗じたもの） であり、周波数が高ければ高いほど、電圧積分回路１４
によるノイズ低減効果は高くなる。
【００４３】一方、信号はτ１期間に亘って時間積分さ
れるが、Ｖ１に対してＶ２には、 Ｖ２＝（Ｖ１・τ１）／（Ｒ２・Ｃ２） という電圧が生じる。
れるが、Ｖ１に対してＶ２には、 Ｖ２＝（Ｖ１・τ１）／（Ｒ２・Ｃ２） という電圧が生じる。
【００４４】従って、Ｖ１に重畳する周波数ｆのノイズ
をＮ（ｗ）とすると、 Ｖ１でのＳ／Ｎ＝Ｖ１／Ｎ（ｗ）、 Ｖ２でのＳ／Ｎ＝（Ｖ１／Ｎ（ｗ））・τ１・ｗ と推定され、τ１・ｗの倍率でＳ／Ｎを改善できる。具
体的には、例えばτ１を５μｓに設定すると１ＭＨｚの
ノイズに対して約３０倍のＳ／Ｎ改善が見込めることに
なる。
をＮ（ｗ）とすると、 Ｖ１でのＳ／Ｎ＝Ｖ１／Ｎ（ｗ）、 Ｖ２でのＳ／Ｎ＝（Ｖ１／Ｎ（ｗ））・τ１・ｗ と推定され、τ１・ｗの倍率でＳ／Ｎを改善できる。具
体的には、例えばτ１を５μｓに設定すると１ＭＨｚの
ノイズに対して約３０倍のＳ／Ｎ改善が見込めることに
なる。
【００４５】ここで、ｗが小さい、つまりノイズが直流
成分に近い場合は、τ１を大きくしない限りＳ／Ｎを改
善できないことになるが、このような低周波成分のノイ
ズについては、減算器１６により１番目のサイクルのサ
ンプル値と２番目のサイクルのサンプル値との差分を得
る過程で除去される。
成分に近い場合は、τ１を大きくしない限りＳ／Ｎを改
善できないことになるが、このような低周波成分のノイ
ズについては、減算器１６により１番目のサイクルのサ
ンプル値と２番目のサイクルのサンプル値との差分を得
る過程で除去される。
【００４６】したがって、本発明の回路によれば、高周
波成分のノイズについては電圧積分回路１４により低減
でき、低周波成分のノイズについては減算器１６により
除去でき、高周波及び低周波の両ノイズを低減できる。
波成分のノイズについては電圧積分回路１４により低減
でき、低周波成分のノイズについては減算器１６により
除去でき、高周波及び低周波の両ノイズを低減できる。
【００４７】ここで、本実施形態のＸ線検出器に対し具
体的なパラメータを与えた場合について説明する。
体的なパラメータを与えた場合について説明する。
【００４８】Ｘ線が照射されることによって画素回路に
蓄積される電荷は、約１ｆＣから１０ｐＣ程度を想定す
る。これは、医療用のＸ線診断装置に用いられるＸ線検
出器としては、透視モードから撮影モードまでサポート
する必要があり、約１万倍ものダイナミックレンジが要
求されるからである。この電荷はＴＦＴ３がＯＮ状態に
あるときの抵抗値とＣｐの時定数を伴って電流アンプ１
０に流入し、電流アンプ１０の出力端子では次に示す電
圧が発生する。
蓄積される電荷は、約１ｆＣから１０ｐＣ程度を想定す
る。これは、医療用のＸ線診断装置に用いられるＸ線検
出器としては、透視モードから撮影モードまでサポート
する必要があり、約１万倍ものダイナミックレンジが要
求されるからである。この電荷はＴＦＴ３がＯＮ状態に
あるときの抵抗値とＣｐの時定数を伴って電流アンプ１
０に流入し、電流アンプ１０の出力端子では次に示す電
圧が発生する。
【００４９】Ｖ＝（Ｒｉ／（Ｃｐ・Ｒｔ））・Ｑ ここで、ＲｔはＴＦＴ３のＯＮ抵抗であって、その値は
ほぼ１ＭΩであり、Ｃｐを１ｐＦとすれば、電圧Ｖの最
小値はＲｉ×１×１０−９であるから、最低でも１００
μＶの電圧を発生させるために、Ｒｉの値を１００ｋΩ
に設定する。
ほぼ１ＭΩであり、Ｃｐを１ｐＦとすれば、電圧Ｖの最
小値はＲｉ×１×１０−９であるから、最低でも１００
μＶの電圧を発生させるために、Ｒｉの値を１００ｋΩ
に設定する。
【００５０】この理由としては、抵抗器自体から発生す
る熱雑音電圧の振幅がΔｆ＝１ＭＨｚで約５０μＶであ
るため、最低でもこの雑音と信号との間でＳ／Ｎ＝２程
度以上を確保するためである。さらに電流Ｉ２はＲｉ／
Ｒ１の増幅率で増幅される。この電流が大きければ大き
いほど図中の電圧Ｖ１は大きくなる。この電圧Ｖ１は十
分時間が経過した後には、次式（１）で表される信号電
圧を発生する。
る熱雑音電圧の振幅がΔｆ＝１ＭＨｚで約５０μＶであ
るため、最低でもこの雑音と信号との間でＳ／Ｎ＝２程
度以上を確保するためである。さらに電流Ｉ２はＲｉ／
Ｒ１の増幅率で増幅される。この電流が大きければ大き
いほど図中の電圧Ｖ１は大きくなる。この電圧Ｖ１は十
分時間が経過した後には、次式（１）で表される信号電
圧を発生する。
【００５１】 Ｖ１＝（Ｒｉ／（Ｃ１・Ｒ１））・Ｑ …（１） この電圧の最小値を１００μＶに設定するためには、Ｒ
１＝１００ｋΩ、Ｃ１＝１０ｐＦという設定を行えばよ
く、この程度の電圧が確保されれば熱雑音に対する影響
は殆ど無視できる。一方、最大値は１Ｖ程度であり、差
動増幅器内部の電圧として全く障害が生じるレベルでは
ない。
１＝１００ｋΩ、Ｃ１＝１０ｐＦという設定を行えばよ
く、この程度の電圧が確保されれば熱雑音に対する影響
は殆ど無視できる。一方、最大値は１Ｖ程度であり、差
動増幅器内部の電圧として全く障害が生じるレベルでは
ない。
【００５２】さて、電圧Ｖ１は電圧積分回路でτ１の間
に積分される。このときＶ２の信号成分に対する波形
は、 Ｖ２＝（Ｒｉ／（Ｃ１・Ｒ１・Ｃ２・Ｒ２））・Ｑ・τ１ …（２） となる。２次元アレイ検出器が例えば１０００×１００
０マトリクスで構成されていると仮定し、１秒間に３０
フレームの画像収集を行う場合には、１ラインあたり３
３ｍｓの時間でライン上のデータを読み取る必要があ
る。この場合、１画素の読み出し時間は約３０μｓであ
る。したがって、１番目のサイクル及び２番目のサイク
ルは、ともに１５μｓ以下に設定しなければならない。
一方、Ｖ１が十分安定するまでの時間はＣｐ・Ｒの時定
数に従うが、Ｃｐ・Ｒｔ＝１μｓであり、ＴＦＴをＯＮ
して１０μｓ経過した時点では十分安定している。従っ
てτ１は５μｓ以下に設定する。ここではτ１＝３μｓ
と仮定すると、Ｃ２・Ｒ２＝３μｓとなるように選択す
れば、Ｖ２の変動幅はＶ１の変動幅と同じに設計できる
ことになる。実際には、すでに述べたようにオフセット
電流やチャージインジェクションの影響でＶ１、Ｖ２は
大きくなるが、差動増幅器内の電圧のダイナミックレン
ジを十分超えない範囲になるような設計が可能であるこ
とは明白である。
に積分される。このときＶ２の信号成分に対する波形
は、 Ｖ２＝（Ｒｉ／（Ｃ１・Ｒ１・Ｃ２・Ｒ２））・Ｑ・τ１ …（２） となる。２次元アレイ検出器が例えば１０００×１００
０マトリクスで構成されていると仮定し、１秒間に３０
フレームの画像収集を行う場合には、１ラインあたり３
３ｍｓの時間でライン上のデータを読み取る必要があ
る。この場合、１画素の読み出し時間は約３０μｓであ
る。したがって、１番目のサイクル及び２番目のサイク
ルは、ともに１５μｓ以下に設定しなければならない。
一方、Ｖ１が十分安定するまでの時間はＣｐ・Ｒの時定
数に従うが、Ｃｐ・Ｒｔ＝１μｓであり、ＴＦＴをＯＮ
して１０μｓ経過した時点では十分安定している。従っ
てτ１は５μｓ以下に設定する。ここではτ１＝３μｓ
と仮定すると、Ｃ２・Ｒ２＝３μｓとなるように選択す
れば、Ｖ２の変動幅はＶ１の変動幅と同じに設計できる
ことになる。実際には、すでに述べたようにオフセット
電流やチャージインジェクションの影響でＶ１、Ｖ２は
大きくなるが、差動増幅器内の電圧のダイナミックレン
ジを十分超えない範囲になるような設計が可能であるこ
とは明白である。
【００５３】１番目のサイクルと２番目のサイクルによ
るサンプルホールド値が本発明の回路から出力される
が、この差分を生成する回路（減算器１６）や、さらに
後段の回路、例えばＡ／Ｄ変換器などの入力ダイナミッ
クレンジに合わせてＣ２・Ｒ２の値を選択することも可
能である。以上述べた設定例の他にも回路定数の選択が
可能であることは言うまでもない。
るサンプルホールド値が本発明の回路から出力される
が、この差分を生成する回路（減算器１６）や、さらに
後段の回路、例えばＡ／Ｄ変換器などの入力ダイナミッ
クレンジに合わせてＣ２・Ｒ２の値を選択することも可
能である。以上述べた設定例の他にも回路定数の選択が
可能であることは言うまでもない。
【００５４】ここで、図５を参照しながら図２の抵抗器
Ｒ１を切り替える手段について説明する。
Ｒ１を切り替える手段について説明する。
【００５５】既に説明したように、電荷Ｑは１ｆＣから
１０ｐＣまでの広い変動幅がある。より安全に回路を設
計するためにより広い変動幅を考慮することも得策であ
る。しかしながら、一回のＸ線照射で空間的に大幅に変
動するわけではなく、照射手技（照射モード）全てを含
めてこのような変動が生じるということを考慮すべきで
ある。例えば、透視モード時は電荷Ｑは１ｆＣ〜１ｐ
Ｃ、撮影モード時は１０ｆＣ〜１０ｐＣと簡単に近似す
ることもできる。図５に示す抵抗器Ｒ１は、このような
２つのモードに対して電流増幅率を変化させる目的で構
成されている。例えば図５（ａ）は、透視モード時には
図示したＳＷをＯＮし、撮影モード時にはＯＦＦするた
めの回路構成である。この構成によれば、透視モードに
おいて電流増幅率を１０倍ほど大きくすることができ
る。例えば、Ｒ１−１を１０ｋΩ、Ｒ１−２を９０ｋΩ
に設定すると、透視モード時にはＶ１及びＶ２の電圧を
１０倍ほど上昇させることができる。これにより透視モ
ードでは信号成分を相対的に大きくすることができ、こ
れによりＳ／Ｎを向上できる。また、ＶＯＵＴ１及びＶ
ＯＵＴ２の電圧のダイナミックレンジを低減させること
が可能になり、Ａ／Ｄ変換器のビット数を減らして回路
規模を減少させることなどにも効果がある。
１０ｐＣまでの広い変動幅がある。より安全に回路を設
計するためにより広い変動幅を考慮することも得策であ
る。しかしながら、一回のＸ線照射で空間的に大幅に変
動するわけではなく、照射手技（照射モード）全てを含
めてこのような変動が生じるということを考慮すべきで
ある。例えば、透視モード時は電荷Ｑは１ｆＣ〜１ｐ
Ｃ、撮影モード時は１０ｆＣ〜１０ｐＣと簡単に近似す
ることもできる。図５に示す抵抗器Ｒ１は、このような
２つのモードに対して電流増幅率を変化させる目的で構
成されている。例えば図５（ａ）は、透視モード時には
図示したＳＷをＯＮし、撮影モード時にはＯＦＦするた
めの回路構成である。この構成によれば、透視モードに
おいて電流増幅率を１０倍ほど大きくすることができ
る。例えば、Ｒ１−１を１０ｋΩ、Ｒ１−２を９０ｋΩ
に設定すると、透視モード時にはＶ１及びＶ２の電圧を
１０倍ほど上昇させることができる。これにより透視モ
ードでは信号成分を相対的に大きくすることができ、こ
れによりＳ／Ｎを向上できる。また、ＶＯＵＴ１及びＶ
ＯＵＴ２の電圧のダイナミックレンジを低減させること
が可能になり、Ａ／Ｄ変換器のビット数を減らして回路
規模を減少させることなどにも効果がある。
【００５６】以上説明したように、第１実施形態によれ
ば、２次元アレイ検出器を構成するスイッチング素子の
電圧−電流特性が電荷量によって変動したり、あるいは
温度のような外部環境によって影響を受けた場合でも、
安定して信号検出を行うことのできるＸ線平面検出器を
提供できる。
ば、２次元アレイ検出器を構成するスイッチング素子の
電圧−電流特性が電荷量によって変動したり、あるいは
温度のような外部環境によって影響を受けた場合でも、
安定して信号検出を行うことのできるＸ線平面検出器を
提供できる。
【００５７】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を説明する。
形態を説明する。
【００５８】図６は、本発明の第２実施形態に係り、第
１実施形態において図２に示した回路の動作タイミング
の変形例を示している。
１実施形態において図２に示した回路の動作タイミング
の変形例を示している。
【００５９】この例では１番目のサイクルよりも２番目
のサイクルの周期を短くしている。これにより、１画素
の読み出しサイクルを短縮でき、あるいは積分時間を長
くすることでノイズ低減効果を向上できるなどの利点が
得られる。しかし、この例では１番目のサイクルと２番
目のサイクルのＳＷの開閉タイミングを変化させるもの
であるため、１番目のサイクルでサンプリングされた結
果から単純に２番目のサンプリングの結果を減じても、
オフセット電流やチャージインジェクションを完全には
補正できない。
のサイクルの周期を短くしている。これにより、１画素
の読み出しサイクルを短縮でき、あるいは積分時間を長
くすることでノイズ低減効果を向上できるなどの利点が
得られる。しかし、この例では１番目のサイクルと２番
目のサイクルのＳＷの開閉タイミングを変化させるもの
であるため、１番目のサイクルでサンプリングされた結
果から単純に２番目のサンプリングの結果を減じても、
オフセット電流やチャージインジェクションを完全には
補正できない。
【００６０】したがって、事前にこれらの値を測定して
おくなどして適切な補正を行う必要があるが、チャージ
インジェクションとオフセット電流の一部を低減できる
ので、Ａ／Ｄ変換器など後段の回路のダイナミックレン
ジを損なう度合いを軽減できるという利点が得られる。
おくなどして適切な補正を行う必要があるが、チャージ
インジェクションとオフセット電流の一部を低減できる
ので、Ａ／Ｄ変換器など後段の回路のダイナミックレン
ジを損なう度合いを軽減できるという利点が得られる。
【００６１】１番目のサイクルでＳＷ１をＯＦＦし、さ
らにＴＦＴをＯＮして十分な時間（Ｃｐ・Ｒｔより十分
大きい時間）が経過した後、Ｖ１には信号成分Ｓｉｇと
オフセット電流による成分Ｂｉ、及びチャージインジェ
クションによる成分Ｂｃが含まれている。信号成分Ｓｉ
ｇは式（１）によって表わされることについてはすでに
述べたが、オフセット電流の成分Ｂｉは、コンデンサＣ
１に流入していくための項のみが時間ｔともに次第に増
加していく。
らにＴＦＴをＯＮして十分な時間（Ｃｐ・Ｒｔより十分
大きい時間）が経過した後、Ｖ１には信号成分Ｓｉｇと
オフセット電流による成分Ｂｉ、及びチャージインジェ
クションによる成分Ｂｃが含まれている。信号成分Ｓｉ
ｇは式（１）によって表わされることについてはすでに
述べたが、オフセット電流の成分Ｂｉは、コンデンサＣ
１に流入していくための項のみが時間ｔともに次第に増
加していく。
【００６２】したがって、Ｖ１は、 Ｖ１（１）＝Ｓｉｇ＋Ｂｃ＋ｔ・Ｂｉ （３） と表わされる。
【００６３】さらにこれを、ＳＷ２をτ１の時間積分す
るわけであるから、１番目のサイクルのサンプリングで
サンプルされた電圧Ｖ２（１）は図示したタイミングパ
ラメータτ１、τ２を用いて、 Ｖ２（１）＝τ１・Ｓｉｇ＋τ１・Ｂｃ＋（２・τ２−
τ１）・τ１・Ｂｉ／２ なる電圧を形成する。
るわけであるから、１番目のサイクルのサンプリングで
サンプルされた電圧Ｖ２（１）は図示したタイミングパ
ラメータτ１、τ２を用いて、 Ｖ２（１）＝τ１・Ｓｉｇ＋τ１・Ｂｃ＋（２・τ２−
τ１）・τ１・Ｂｉ／２ なる電圧を形成する。
【００６４】次に、２番目のサイクルでは信号成分はす
でに消滅しているため、ＢｃとＢｉの成分だけがサンプ
ルされ、図示したタイミングパラメータτ３、τ４を用
いてＶ２（２）＝τ３・Ｂｃ＋（２・τ４−τ３）・τ
３・Ｂｉ／２となる。ここで、τ１＝τ３となるように
設定してＶ２（１）からＶ２（２）を減じると、 Ｖ２（２）−Ｖ２（１）＝τ１・Ｓｉｇ＋τ１・Ｂｉ・
（τ２−τ４） が得られる。
でに消滅しているため、ＢｃとＢｉの成分だけがサンプ
ルされ、図示したタイミングパラメータτ３、τ４を用
いてＶ２（２）＝τ３・Ｂｃ＋（２・τ４−τ３）・τ
３・Ｂｉ／２となる。ここで、τ１＝τ３となるように
設定してＶ２（１）からＶ２（２）を減じると、 Ｖ２（２）−Ｖ２（１）＝τ１・Ｓｉｇ＋τ１・Ｂｉ・
（τ２−τ４） が得られる。
【００６５】つまり、τ２−τ４に相当する時間にオフ
セット電流が蓄積された分が誤差としてＳｉｇに重畳す
る。この誤差は後段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレン
ジを損なうが、従来回路ではτ２の間のオフセット電流
が蓄積されることと比較すれば（τ２−τ４）／τ２だ
けオフセット成分を低減できるという効果が生じる。
セット電流が蓄積された分が誤差としてＳｉｇに重畳す
る。この誤差は後段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレン
ジを損なうが、従来回路ではτ２の間のオフセット電流
が蓄積されることと比較すれば（τ２−τ４）／τ２だ
けオフセット成分を低減できるという効果が生じる。
【００６６】以上説明したように、第２実施形態によれ
ば、画像処理などの追加的な補正が必要となるが、Ａ／
Ｄ変換器のダイナミックレンジの改善を期待でき、しか
もノイズを低減できる。このような本実施形態は、高速
に読み出すことが必要な状況（例えば透視モード）で有
効である。
ば、画像処理などの追加的な補正が必要となるが、Ａ／
Ｄ変換器のダイナミックレンジの改善を期待でき、しか
もノイズを低減できる。このような本実施形態は、高速
に読み出すことが必要な状況（例えば透視モード）で有
効である。
【００６７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず種々変形して実施可能である。
れず種々変形して実施可能である。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蓄
積した信号電荷の読み出し時に重畳するノイズを低減
し、信号電荷検出におけるダイナミックレンジの低下を
防止するＸ線検出器を提供できる。
積した信号電荷の読み出し時に重畳するノイズを低減
し、信号電荷検出におけるダイナミックレンジの低下を
防止するＸ線検出器を提供できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ線検出器の概略
構成を示すブロック図
構成を示すブロック図
【図２】Ｎライン×Ｍ列の２次元アレイ検出器を構成す
る第１実施形態のＸ線検出器の１ラインに相当する画素
回路を示す図
る第１実施形態のＸ線検出器の１ラインに相当する画素
回路を示す図
【図３】本発明に係る読み出し動作の概念を表す図
【図４】図２の回路における所要なコントロール信号及
び出力信号の波形を示す図
び出力信号の波形を示す図
【図５】図２の抵抗器Ｒ１を切り替える手段を説明する
ための回路図
ための回路図
【図６】本発明の第２実施形態に係り、第１実施形態に
おいて図２に示した回路の動作タイミングの変形例を示
す図
おいて図２に示した回路の動作タイミングの変形例を示
す図
【図７】従来例に係る読み出し回路を示す回路図
【図８】上記従来例に係る読み出し回路の動作を示すタ
イミングチャート
イミングチャート
【図９】他の従来例に読み出し回路を示す回路図
【図１０】他の従来例に係り、電圧（Ｖｄｓ）と電流
（Ｉｄｓ）との関係を示すグラフ
（Ｉｄｓ）との関係を示すグラフ
２…画素電極 ３…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ） ４…読み出し回路 ５…ゲートドライバ ６…アナログマルチプレクサ ８…Ａ／Ｄ変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 清一郎 東京都北区赤羽２丁目16番４号 東芝医用 システムエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 富崎 隆之 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 小野寺 徹 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG21 JJ05 JJ33 KK06 LL11
Claims (9)
- 【請求項１】 行×列の２次元マトリクス状に配列され
た複数の画素に対応して設けられ、入射したＸ線を電荷
に変換する電荷変換手段と、 前記電荷変換手段に対応して設けられ、前記電荷変換手
段により変換された電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、 前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を読み出すことで行
内の所定の画素からの信号を得る第１のサイクル、及び
この第１のサイクルにおいて画素信号に重畳したノイズ
信号を収集する第２のサイクルを、当該行の画素電荷が
前記第１のサイクルによって全て読み出される以前に実
行する読み出し手段と、 を具備することを特徴とするＸ線検出器。 - 【請求項２】 前記読み出し手段は、少なくとも、電荷
蓄積回路及びその電荷蓄積動作を作動させる第１のスイ
ッチ手段、又は電圧積分回路及びその電圧積分動作を作
動させる第２のスイッチ手段のいずれかを含むことを特
徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。 - 【請求項３】 前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
は電圧積分回路のチャージインジェクションに係る成分
を含むことを特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。 - 【請求項４】 前記ノイズ信号は、前記電荷蓄積回路又
電圧積分回路のオフセット電流に係る成分を含むことを
特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。 - 【請求項５】 前記読み出し手段の電荷蓄積回路による
電荷蓄積動作が作動する期間よりも前記電圧積分回路に
よる電圧積分動作が作動する期間が短くなるように、前
記第１、第２のスイッチ手段を制御する手段を具備する
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のＸ
線検出器。 - 【請求項６】 前記電荷蓄積手段から電荷を読み出すた
めのスイッチング素子をさらに具備し、 前記読み出し手段は、当該スイッチング素子を介して前
記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を読み出すことを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線検出器。 - 【請求項７】 前記ノイズ信号は、前記スイッチング素
子のチャージインジェクションに係る成分及び前記スイ
ッチング素子からのリーク電流に係る成分を含むことを
特徴とする請求項６に記載のＸ線検出器。 - 【請求項８】 前記第１のサイクルにより得られた画素
信号を保持する第１の保持手段と、 前記第２のサイクルにより得られたノイズ信号を保持す
る第２の保持手段と、 前記第１の保持手段により保持されている画素信号から
前記第２の保持手段により保持されているノイズ信号を
減ずる減算手段と、 をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれかに記載のＸ線検出器。 - 【請求項９】 前記スイッチング素子と電荷蓄積回路の
間に設けられる電流増幅器と、 照射Ｘ線エネルギーの強度に応じて前記電流増幅器を制
御するための抵抗器と、 をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれかに記載のＸ線検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP190599A JP4216387B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | Ｘ線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP190599A JP4216387B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | Ｘ線検出器 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206255A true JP2000206255A (ja) | 2000-07-28 |
| JP2000206255A5 JP2000206255A5 (ja) | 2006-02-23 |
| JP4216387B2 JP4216387B2 (ja) | 2009-01-28 |
Family
ID=11514604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP190599A Expired - Fee Related JP4216387B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | Ｘ線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4216387B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100428795B1 (ko) * | 2000-11-24 | 2004-04-28 | 삼성전자주식회사 | 빠른 초기화를 수행하는 엑스선 검출기 |
| JP2004347368A (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 放射線モニタ |
| JP2005326414A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線検出器内に誘起する電磁ノイズの低減方法及び装置 |
| CN100507604C (zh) * | 2002-07-05 | 2009-07-01 | 株式会社东芝 | 调整偏移分量的射线探测器 |
| JP2009186268A (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Fujifilm Corp | 画像検出装置 |
| KR100969707B1 (ko) | 2008-06-17 | 2010-07-14 | 주식회사바텍 | Ｘ선 이미지센서의 옵셋 레벨 안정화방법 |
| JP2011214886A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Fujifilm Corp | 放射線画像処理装置 |
| US8957361B2 (en) | 2011-12-26 | 2015-02-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Switching circuit, charge sense amplifier including switching circuit, and photon counting device including switching circuit |
-
1999
- 1999-01-07 JP JP190599A patent/JP4216387B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4540301B2 (ja) * | 2003-05-20 | 2010-09-08 | 三菱電機株式会社 | 放射線モニタ |
| JP2005326414A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線検出器内に誘起する電磁ノイズの低減方法及び装置 |
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| KR100969707B1 (ko) | 2008-06-17 | 2010-07-14 | 주식회사바텍 | Ｘ선 이미지센서의 옵셋 레벨 안정화방법 |
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| US8957361B2 (en) | 2011-12-26 | 2015-02-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Switching circuit, charge sense amplifier including switching circuit, and photon counting device including switching circuit |
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|---|---|
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