JP2007067622A - 放射線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 FPDを用いた放射線撮像装置において、変換素子の暗電流成分、特にトラップ準位にトラップされている電荷を十分に初期化することが可能で、かつ消費電力の小さな撮像装置を提供すること。
【解決手段】 放射線撮像装置の電源投入後、待機状態において、読み出し回路24の動作が停止され、薄膜トランジスタ2および20a,20b,・・・,20cがオン状態を示し、第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26が動作して、光電変換素子3の初期化を行っている状態を有している。
【選択図】 図2
【解決手段】 放射線撮像装置の電源投入後、待機状態において、読み出し回路24の動作が停止され、薄膜トランジスタ2および20a,20b,・・・,20cがオン状態を示し、第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26が動作して、光電変換素子3の初期化を行っている状態を有している。
【選択図】 図2
Description
本発明は放射線撮像装置に関する。
従来から放射線像の撮像には、増感紙と放射線写真フィルムを組み合わせたフィルムスクリーンシステムがよく用いられている。この方法によれば、被写体を透過した被写体の内部情報を含む放射線が増感紙によって放射線の強度に比例した可視光に変換され、その可視光が放射線写真フィルムを感光させることにより、放射線像がフィルム上に形成される。しかしながらこのようなフィルム方式では、撮像した放射線画像を医師が得るまでには、途中にフィルムの現像過程があるため、手間と時間を要する等の問題がある。
また、最近の技術の進歩により、医療業界において、放射線画像情報を放射線写真フィルムを介さずに直接電気信号として得たいという要求が高まりつつある。すなわち、放射線を放射線の強度に比例した電気信号に直接変換することのできる半導体センサを用いて、あるいは放射線を蛍光体によって放射線の強度に比例した可視光に変換し、それを光電変換素子を用いて電気信号に変換することのできる間接型の半導体センサを用い、変換された電気信号を、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a−TFT)を用いた回路で読み出すフラットパネルディテクタ(以降「FPD」と呼ぶ)を用いた放射線撮像装置が使用され始めている。
図8、図9を用いてFPDを説明する。
間接型のFPDは通常、放射線を可視光に変換する蛍光板と、可視光を電気信号に変換する光電変換素子、TFTを用いたスイッチ回路および各素子を接続する配線をガラス基板に形成して構成される。図8には、このFPD80の回路および周辺回路を示す。図8において、符号3はPIN型フォトダイオードによる光電変換素子、符号2はアモルファスシリコンの薄膜トランジスタで、そのドレインは読み出し線22a,22b,・・・22cへ接続され、ソースは光電変換素子3のカソードに接続され、ゲートはゲート線21a,21b,・・・21cへ接続されている。光電変換素子3のアノードはバイアス線15に接続され、バイアス線15はバイアス回路81に接続され、負のバイアス電圧が印加されている。ゲート線21a,21b,・・・21cは、それぞれ走査手段として機能するゲートドライバ回路82の出力端子G1,G2,・・・GNに接続され、読み出し線22a,22b,・・・22cは、それぞれ読み出し回路83の出力端子S1,S2,・・・SMに接続されている。このFPD80は、光電変換素子3および薄膜トランジスタ2のそれぞれ1個の組み合わせで1つの画素を形成し、合わせてN行×M列(N,Mは正の整数でM,N≧2)の画素を有している。
ゲートドライバ回路82はその出力端子G1,G2,・・・GNにそれぞれゲート線21a,21b,・・・21cが接続されており、正の電圧を順に出力しゲート線21a,21b,・・・21cを走査する。読み出し回路83はその出力端子S1,S2,・・・SMにそれぞれ読み出し線22a,22b,・・・22cが接続されており、正の電圧を出力する。また、読み出し回路83の出力端子S1,S2,・・・SMには、それぞれ電荷−電圧変換回路を備えており、読み出し線22a,22b,・・・22cに流れ出した電荷の量を電圧に変換する機能を有している。
蛍光板(不図示)は、上述のFPD80を覆い、放射線の照射により蛍光板で発生した可視光が光電変換素子3に入射するように構成されている。
次に、上述のFPDの動作を説明する。
図9は、FPD80の動作を示すタイミングチャートである。図9において、G1,G2,・・・GNと表示された波形は、それぞれゲートドライバ回路82の出力端子G1,G2,・・・GNの電圧を示す。ゲート線21a,21b,・・・21cがハイになるとそのゲート線に接続されている薄膜トランジスタ2がすべてオンする。このとき、読み出し回路83の出力端子S1,S2,・・・SMからは正の電圧が読み出し線22a,22b,・・・22cに出力されているため、オンした薄膜トランジスタ2に接続されている光電変換素子3は逆バイアスされ、光電変換素子3の容量には電荷が充電される。このとき光電変換素子3に流れ込む充電電流、すなわち読み出し回路83の出力端子S1,S2,・・・SMから読み出し線22a,22b,・・・22cに流れ込む電荷は、読み出し回路83で電荷−電圧変換され電圧として読み出される。ゲート線21a,21b,・・・21cがロウになると、そのゲート線に接続されている薄膜トランジスタ2はすべてオフしその薄膜トランジスタ2に接続されている光電変換素子3の充電電圧は保持される。
図9で初期化走査と示された走査は、放射線像の撮像に備えて、すべての光電変換素子3を充電して初期化するための走査である。図9のX線曝射と表示された波形は放射線の曝射を示し、ハイになっている期間が放射線の曝射が行われている期間を示す。図9に示すように、放射線の曝射は、FPD80の初期化走査の終了後に行われる。放射線が曝射されると、放射線の照射を受けた蛍光板が蛍光を発し、それを受光した光電変換素子3は、その中で電子−ホール対が発生し、充電されていた電荷を放電させる。そのため、光電変換素子3に充電されていた電荷は、発生した電子−ホール対の分だけ減少する。
放射線の曝射に続いて、図9に示す読み出し走査が行われる。読み出し走査の時、読み出し回路83から読み出される電荷−電圧変換された電圧は、放射線曝射の時、光電変換素子3から放電により消滅した電荷に相当する。このようにして、蛍光板に入射した放射線の画像が、電圧として二次元的に読み出される。
図9のtiは積分時間であり、蛍光板から発生した可視光による電子−ホール対により、光電変換素子3に充電されていた電荷を、発生した電子−ホール対の分だけ放電させ、この期間において発生した電子−ホール対は、光電変換素子3で実質的に積分される。積分時間は、放射線の曝射期間および蛍光板の発光期間を含むようにするのが好ましい。
FPDの使用に際しては、FPDの状態として、FPDに電圧が印加されている動作状態および電圧の印加のない待機状態とに分けて考えることができる。この場合、待機状態においても、熱電子により光電変換素子のトラップ準位に電荷がトラップされ、これが暗電流成分になってしまう。そのため、FPDを使用する場合においては、動作状態に切り換えたときに、光電変換素子に貯まっている電荷の初期化(リセット動作)を行う。これは、光電変換素子に所定の時間、逆バイアスを印加することによって行われる。このとき、逆バイアスを印加されて流れる電流は、時間と共に漸次減少する。この電流は、画像の撮像においてはノイズとなる電流であり、この電流が撮像において問題のない程度にまで減少するには、逆バイアスを数十秒間印加しておくことが必要な場合もある。
従来の撮像装置では、電源の供給は外部から有線で行われていたので、光電変換素子に常時逆バイアスを印加するため、FPDは常時走査されるか、または光電変換素子に接続されているスイッチ用の薄膜トランジスタがすべてオン状態にされた状態で、FPDに接続されている電荷の読み出し回路を常時動作させていた。
しかし、このような動作方法をとった場合、消費電流が大きくなってしまうという問題があった。すなわち、読み出し回路には、それぞれの読み出し線ごとにオペアンプ回路が使用されており、それぞれのオペアンプの消費電力を例えば3mWと見積もっても、通常FPDには2000本程度の読み出し線があり、消費電力の合計は6W程度、一日(8時間)動作させた場合の電力量は48Whになってしまう。
この電力を電池で賄おうとした場合、一般的なリチウムイオン2次電池では、150Wh/kgの電力密度であるから、初期化状態を保つためだけでも少なくとも電池の質量は300g程度が必要である。動作時間の延長や電池の劣化などを見込んで電池容量に余裕を持たせようとすればさらに電池の質量は増加する。FPDを用いた撮像装置として、持ち運び可能なものを想定した場合、電池質量は大きな要素であり、待機時の電力消費のために電池の容量を割かねばならなくなると、電池を電源とする可搬型の装置の実現性が大きく低下する。また、電池質量以外にも、読み出し回路から発生する熱も、FPDの暗電流を増加させたり、オフセットを変化させたりして問題となる。
これらの問題に対応した従来技術の例としては、FPDのバイアス用と読み出し回路の電源用に別々の電源回路を設け、撮影準備要求信号の発生に応じてFPDのバイアス電源を動作させて光電変換素子にバイアスを印加してFPDを初期化し、読み出し回路の電源はX線曝射後に動作させ、消費電力の低減をはかる技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開2002−165142号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、FPDを初期化するための時間として、撮影準備要求信号からX線曝射開始までの間しか取れない。しかし、通常この時間は数秒程度であり、FPDを十分初期化するために必要な数十秒という時間には短すぎる。そのため、光電変換素子に蓄積している暗電流成分、特にトラップ準位にトラップされている電荷が十分初期化されず、撮像された画像のノイズ成分を十分小さくすることが困難であった。
従って、本発明の課題とするところは、FPDを用いた撮像装置において、光電変換素子の暗電流成分、特にトラップ準位にトラップされている電荷を十分に初期化することが可能で、かつ消費電力の小さな撮像装置を提供することにある。
(1)
放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段とを有する複数の画素が2次元的に配列された放射線撮像装置において、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他端に接続された複数の読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する前記画素の第1のスイッチ手段を制御するための複数の走査線と、
前記複数の読み出し線の各々に一端が接続され他端には前記複数の画素をリセットするためのバイアス電圧が供給される複数の第2のスイッチ手段と、
前記複数の第2のスイッチ手段を制御するためのリセット線とを有することを特徴とする放射線撮像装置。
放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段とを有する複数の画素が2次元的に配列された放射線撮像装置において、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他端に接続された複数の読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する前記画素の第1のスイッチ手段を制御するための複数の走査線と、
前記複数の読み出し線の各々に一端が接続され他端には前記複数の画素をリセットするためのバイアス電圧が供給される複数の第2のスイッチ手段と、
前記複数の第2のスイッチ手段を制御するためのリセット線とを有することを特徴とする放射線撮像装置。
(2)
前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2の電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする(1)に記載の放射線撮像装置。
前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2の電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする(1)に記載の放射線撮像装置。
(3)
待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1および第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする(2)に記載の放射線撮像装置。
待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1および第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする(2)に記載の放射線撮像装置。
(4)
前記複数の読み出し線の各々に接続された複数の第3のスイッチ手段と、
前記複数の第3のスイッチ手段を制御するための制御線とを有することを特徴とする(1)に記載の放射線撮像装置。
前記複数の読み出し線の各々に接続された複数の第3のスイッチ手段と、
前記複数の第3のスイッチ手段を制御するための制御線とを有することを特徴とする(1)に記載の放射線撮像装置。
(5)
前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に前記第3のスイッチ手段を介して接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする(4)に記載の放射線撮像装置。
前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に前記第3のスイッチ手段を介して接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする(4)に記載の放射線撮像装置。
(6)
待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1及び第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記第3のスイッチ手段がオフ状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする(5)に記載の放射線撮像装置。
待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1及び第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記第3のスイッチ手段がオフ状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする(5)に記載の放射線撮像装置。
(7)
前記バイアス生成手段は、前記変換素子の第1の電極に接続された第1のバイアス生成手段と、前記第2のスイッチ手段の他端に接続された第2のバイアス生成手段とを含むことを特徴とする請求項(2)、(3)、(5)および(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記バイアス生成手段は、前記変換素子の第1の電極に接続された第1のバイアス生成手段と、前記第2のスイッチ手段の他端に接続された第2のバイアス生成手段とを含むことを特徴とする請求項(2)、(3)、(5)および(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(8)
前記リセット線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする(2)、(3)、(5)、(6)および(7)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記リセット線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする(2)、(3)、(5)、(6)および(7)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(9)
前記バイアス生成手段を間欠的に動作させるバイアス制御手段を有することを特徴とする(2)、(3)、(5)および(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記バイアス生成手段を間欠的に動作させるバイアス制御手段を有することを特徴とする(2)、(3)、(5)および(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(10)
前記第2のバイアス生成手段の生成するバイアス電圧が前記読み出し手段に参照電圧として供給されることを特徴とする(7)に記載の放射線撮像装置。
前記第2のバイアス生成手段の生成するバイアス電圧が前記読み出し手段に参照電圧として供給されることを特徴とする(7)に記載の放射線撮像装置。
(11)
前記第1および第2のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする(1)乃至(10)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記第1および第2のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする(1)乃至(10)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(12)
前記第2のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも小さいことを特徴とする(11)に記載の放射線撮像装置。
前記第2のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも小さいことを特徴とする(11)に記載の放射線撮像装置。
(13)
前記第2のスイッチ手段はダブルゲート構造の薄膜トランジスタであることを特徴とする(11)または(12)に記載の放射線撮像装置。
前記第2のスイッチ手段はダブルゲート構造の薄膜トランジスタであることを特徴とする(11)または(12)に記載の放射線撮像装置。
(14)
前記制御線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする(4)乃至(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記制御線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする(4)乃至(6)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(15)
前記第3のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする(4)、(5)、(6)および(12)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
前記第3のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする(4)、(5)、(6)および(12)の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
(16)
前記第3のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも大きいことを特徴とする(15)に記載の放射線撮像装置。
前記第3のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも大きいことを特徴とする(15)に記載の放射線撮像装置。
(17)
放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段を有する複数の画素が2次元的に配列され、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他方の電極に接続された読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する画素の前記第1のスイッチ手段の制御電極に接続された走査線と、
前記変換素子の他方の電極に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段と、
待機において、前記読み出し手段の動作を間欠的に行う間欠動作制御手段を有することを特徴とする放射線撮像装置。
放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段を有する複数の画素が2次元的に配列され、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他方の電極に接続された読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する画素の前記第1のスイッチ手段の制御電極に接続された走査線と、
前記変換素子の他方の電極に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段と、
待機において、前記読み出し手段の動作を間欠的に行う間欠動作制御手段を有することを特徴とする放射線撮像装置。
請求項1に係る発明によれば、変換素子を初期化する場合において、第2のスイッチ手段を通じて変換素子に初期化のための電圧を印加することができる。従って、常時走査を行ったり、読み出し線から信号を読み出すための読み出し回路を常時走査させたりすることなく十分に初期化を行うことができる。
請求項2に係る発明によれば、バイアス生成手段を動作状態にし、第2のスイッチをオン状態にすることにより、変換素子を十分な時間逆バイアス状態にして初期化することにより、暗電流成分、特にトラップ準位にトラップされている電荷を十分に放電させ、放射線撮像装置はノイズ成分の少ない画像の撮像を行うことができる。また、読み出し手段は、放射線撮像装置の初期化の期間においては動作を停止することができるので、放射線撮像装置の消費電力を小さく抑えることが可能である。
請求項3に係る発明によれば、待機状態において、変換素子は十分な時間逆バイアス状態にして初期化されるので、暗電流成分、特にトラップ準位にトラップされている電荷が十分に放電され、放射線撮像装置はノイズ成分の少ない画像の撮像を行うことができる。また、読み出し手段は、待機状態においては動作が停止されているので、放射線撮像装置の消費電力を小さく抑えることが可能である。
請求項4に係る発明によれば、変換素子を初期化する場合において、第3のスイッチ手段をオフ状態にすることにより、読み出し線に接続されていた外部回路を切り離すことが可能になる。
請求項5に係る発明によれば、変換素子を初期化する場合において、第3のスイッチ手段をオフ状態にすることにより、読み出し線に接続されている読み出し手段を切り離すことが可能である。
請求項6に係る発明によれば、待機状態において、読み出し手段の動作を停止しバイアス手段を動作させて、変換素子を初期化することができるので、放射線撮像装置の消費電力を小さくすることができる。
請求項7に係る発明によれば、変換素子の第1の電極に接続された第1のバイアス生成手段と、前記第2のスイッチ手段の他端に接続された第2のバイアス生成手段とを含むので、変換素子の第1の電極と第2のスイッチ手段の他端とにそれぞれ任意の電圧を印加することができる。
請求項8に係る発明によれば、リセット線は走査手段に接続されているので、簡単な回路で第2のスイッチ手段を制御することができる。
請求項9に係る発明によれば、放射線撮像装置は、バイアス生成手段を間欠的に動作させるので、消費電力の小さな撮像措置を提供することができる。
請求項10に係る発明によれば、第2のバイアス生成手段の生成するバイアス電圧が読み出し手段に参照電圧として供給されるため、読み出し手段に参照電圧を供給するための電源を省略することが可能である。従って、簡単かつ小型で、消費電力の小さな放射線撮像装置を提供することが可能である。
請求項11に係る発明によれば、第1及び第2のスイッチ手段は薄膜トランジスタで構成されている。従って、変換素子と一部の製造工程を共有することができ、簡単な工程で製造でき、低価格の放射線撮像装置を提供することが可能である。
請求項12の発明によれば、第2のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比が、第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比より小さいので、第2のスイッチ手段は第1のスイッチ手段よりもオフ抵抗が大きい。従って、変換素子に積分された電荷を読み出す場合、第2のスイッチ手段からのリーク電流が小さく高精度の読み出しが可能であり、放射線撮像装置は誤差の少ない画像を撮像することが可能である。
請求項13に係る発明によれば、第2のスイッチ手段がダブルゲート構造の薄膜トランジスタで構成されている。従って、第2のスイッチ手段のオフ抵抗が高く、変換素子に積分された電荷を読み出す場合、第2のスイッチ手段からのリーク電流が小さく、高精度の読み出しが可能であり、放射線撮像装置は誤差の少ない画像を撮像することが可能である。
請求項14に係る発明によれば、制御線は走査手段に接続されている。したがって、放射線撮像装置は、制御線を駆動する回路を備える必要がない。そのため、簡単かつ小型で、消費電力の小さな放射線撮像装置を提供することが可能である。
請求項15に係る発明によれば、第3のスイッチ手段は薄膜トランジスタで構成されている。従って、変換素子ならびに第1および第2のスイッチ手段と、一部の製造工程を共有することができ、簡単で低価格、かつ信頼性の高い放射線撮像装置を提供することが可能である。
請求項16に係る発明によれば、前記第3のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも大きい。従って、第3のスイッチ手段は第1のスイッチ手段よりオン抵抗が小さく、変換素子の電荷を効率良く読み出すことができ、放射線撮像装置は誤差の少ない画像を撮像することが可能である。
請求項17に係る発明によれば、読み出し手段は待機状態において間欠的に動作状態になり、変換素子を初期化することが出来る。したがって、放射線撮像装置の消費電力を小さく抑えることが可能である。
図を用いて本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明に係る撮像装置の一実施形態に用いるFPD1の断面図を示す。ここでは、間接型のFPDを例にして説明するが、これに限られるものではない。第1のスイッチ手段として機能する薄膜トランジスタ2および光電変換素子3が、ガラスなどの基板4の表面に形成されている。
図1は本発明に係る撮像装置の一実施形態に用いるFPD1の断面図を示す。ここでは、間接型のFPDを例にして説明するが、これに限られるものではない。第1のスイッチ手段として機能する薄膜トランジスタ2および光電変換素子3が、ガラスなどの基板4の表面に形成されている。
光電変換素子3は、カソード電極10、n型アモルファスシリコン半導体層11、i型アモルファスシリコン半導体層12、p型アモルファスシリコン半導体層13およびITO(錫ドープ酸化インジウム)などによる光透過性のアノード電極14で形成されている。薄膜トランジスタ2は、ゲート電極5、ゲート酸化膜6、アモルファスシリコン半導体層7、ドレイン電極8およびソース電極9で構成されている。カソード電極10はソース電極9に接続され、アノード電極14はバイアス線15に接続されている。X線を照射されて可視光線を発するシンチレータ層(不図示)は、薄膜トランジスタ2および光電変換素子3を覆うように、光電変換素子3のアノード電極14側に形成されている。
図2に本実施形態の撮像装置およびFPD1の構成を示す。図2で図1および図8と同じ機能の要素には同じ符号を付してある。
図2において、光電変換素子3はPIN型フォトダイオードで構成され、その一方の電極として機能するカソード電極を、第1のスイッチング手段として機能するアモルファスシリコンの薄膜トランジスタ2の一方の電極として機能するソース電極に接続されている。薄膜トランジスタ2の他方の電極として機能するドレイン電極は読み出し線22a,22b,・・・22cへ接続され、制御電極として機能するゲート電極はゲート線21a,21b,・・・21cへ接続されている。光電変換素子3の他方の電極として機能するアノード電極はバイアス線15に接続され、バイアス線15は、第1のバイアス生成手段として機能する第1のバイアス回路25に接続されている。第1のバイアス回路は接地電位に対して負(例えば−5V)の電圧をバイアス線15に印加する。走査線として機能するゲート線21a,21b,・・・21cは、それぞれ走査手段として機能するゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GNに接続され、読み出し線22a,22b,・・・22cは、それぞれ読み出し手段として機能する読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMに接続されている。このFPD1は、光電変換素子3および薄膜トランジスタ2のそれぞれ1個の組み合わせで1つの画素を形成し、合わせてN行×M列(N,Mは正の整数でM,N≧2)の画素を有している。
ゲートドライバ回路23はその出力端子G1,G2,・・・GNにそれぞれゲート線21a,21b,・・・21cが接続されており、正の電圧を順に出力しゲート線21a,21b,・・・21cを走査する。読み出し回路24はその出力端子S1,S2,・・・SMにそれぞれ読み出し線22a,22b,・・・22cが接続されており、正の電圧を出力する。また、読み出し回路の出力端子S1,S2,・・・SMには、それぞれ電荷−電圧変換回路を備えており、読み出し線22a,22b,・・・22cに流れ出した電荷の量を電圧に変換する機能を有している。
蛍光板(不図示)は、上述のFPD1を覆い、放射線の照射により蛍光板で発生した可視光が光電変換素子3に入射するように構成されている。
図2において、本実施形態のFPD1は、初期化用のリセット手段(第2のスイッチ手段)として機能する薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cを有している。薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cの、一方の電極として機能するドレイン電極はそれぞれ読み出し線22a,22b,・・・,22cに接続され、他方の電極として機能するソース電極は、第2のバイアス生成手段として機能する第2のバイアス回路26に接続され、制御電極として機能するゲート電極はリセット線16に接続され、リセット線16はゲートドライバ回路23の出力端子GN+1に接続されている。なお、薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cのゲート幅とゲート長の比は、薄膜トランジスタ2のゲート幅とゲート長の比よりも小さくしてある。第2のバイアス回路は接地電圧に対して正(例えば+5V)の電圧を第2のスイッチ手段である薄膜トランジスタに印加する。
本実施形態ではゲートドライバ回路23は画素の行数よりも出力端子が1個多くなっている。これは、リセット線16を通じて第2スイッチを制御するためである。第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26としては、低消費電力のDC−DCコンバータとリニアレギュレータの組み合わせなどが使用できる。
読み出し回路24から出力される読み出し回路24のオペアンプ部を初期化した状態を反映した信号であるリセット信号および読み出し信号は、差動アンプ27で差動増幅され、A/Dコンバータ28に入力されデジタルデータに変換された後、メモリ29に記憶される。FPDコントローラ30はゲートドライバ回路23、読み出し回路24およびA/Dコンバータ28の制御に必要なパルス信号を生成する。CPU31は読み出し回路24,FPDコントローラ30、A/Dコンバータ28、第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26およびメモリ29に接続され、これらを制御する。
符号18は操作スイッチであり、CPU31に曝射準備要求信号(詳細は後述する)および曝射要求信号(詳細は後述する)を発生させるために撮影者(不図示)に操作される。
符号19はCPU31からの曝射準備要求信号および曝射要求信号を受けて動作するX線発生装置である。
図3は読み出し回路24を構成する読み出しICの構成を示す図である。読み出し回路24は以下で説明する読み出しICが必要な個数だけ装備されて構成されている。
読み出しICは例えば128チャンネルの入力端子32を有し、チャンネル毎に、オペアンプ33、積分コンデンサ34、リセットトランジスタ35、サンプルトランジスタ38,40、およびホールドコンデンサ39,41を有している。オペアンプ33の出力端子と反転入力端子間には積分コンデンサ34およびリセットトランジスタ35が接続されオペアンプ33とともに積分回路を構成している。この積分回路により、読み出し回路24は、読み出し線22a,22b,・・・,22cに流れる電流を積分して電圧の信号に変換する。リセットトランジスタ35のオン/オフはReset端子37に印加する電圧により制御される。
サンプルトランジスタ38およびホールドコンデンサ39はリセット用のサンプルホールド回路を構成し、積分コンデンサ34がリセットされた直後のオペアンプ33の出力が保持される。サンプルトランジスタ40およびホールドコンデンサ41は信号用のサンプルホールド回路を構成し、ホールドコンデンサ41には積分コンデンサ34に積分された電圧(オペアンプ33の出力電圧)が保持される。サンプルトランジスタ38,40のオン/オフはそれぞれSHR端子、RSH端子に印加される電圧により制御される。Vref端子36からはレファレンス電圧が入力され、入力端子32はこれと同じ電圧が保持される。
各チャンネルのリセット用サンプルホールド回路の出力はリセット信号マルチプレクサ44に入力され、そのうちの1チャンネルの信号が選択されてアンプ47へ出力される。アンプ47の出力は、リセット信号としてリセット信号出力端子48から出力される。各チャンネルの信号用サンプルホールド回路の出力は読み出し信号マルチプレクサ45に入力され、そのうちの1チャンネルの信号が選択されてアンプ49へ出力される。アンプ49の出力は、読み出し信号として読み出し信号出力端子50から出力される。リセット信号マルチプレクサ44および読み出し信号マルチプレクサ45は、CLK1端子46から入力されるクロックパルスに応じて、選択する信号を切り換えてゆく。
図4はゲートドライバ回路23の構成を構成するゲートICの構成を示す図である。ゲートドライバ回路23は、以下で説明するゲートICを必要な個数だけ連結して構成されている。
ゲートICは、例えば256個のシフトレジスタSR1,SR2,・・・,SR256が連結され、それぞれのシフトレジスタ51の出力は、それぞれAND回路52、OR回路53およびレベルシフタ54を経由して、出力端子61へ出力される。
シフトレジスタ51にはCLK2端子55が接続されており、CLK2端子55から入力されたクロック信号にしたがって、STVR端子56から入力されたハイまたはロウの信号を順にシフトして行く。例えば、クロック信号の1パルス分だけの長さのハイの信号をSTVR端子に入力した場合、そのハイの信号はシフトレジスタ51をシフトして行き、出力端子G1,G2,・・・GNのどれか1つをハイにして、ゲート線21a,21b,・・・21cを走査する。
回路VEE端子59には電圧VEE、VDD端子60には電圧VDDが供給され、レベルシフタ54の出力は、ロウ入力に対し電圧VEEを、ハイ入力に対し電圧VDDを出力する。電圧VEEおよびVDDはFPDに用いられている薄膜トランジスタ2の特性に応じて決められるべきであるが、標準的な薄膜トランジスタの特性を考えると、それぞれ−5V程度、25V程度にするのが適当である。
AND回路52の一方の入力端子にはOE端子57が、OR回路53の一方の入力端子にはAO端子58が接続されており、OE端子57にロウの信号を入力することにより、すべての出力端子61をVEE電圧にすることができる。また、AO端子58にハイの信号を入力することによって、すべての出力端子61をVDD電圧にすることができる。
STVROUT62はシフトレジスタ51の出力であり、ゲートICを連結して用いる場合、この端子を次のゲートICのSTVRへ接続すればよい。
図5は読み出し回路24に供給する信号および出力端子61の出力信号のタイミングチャートを示す。図5において、Giはゲート駆動IC出力端子61の内のi番目の端子から出力される信号を示し、Reset,SHR,SHS,CLK1はそれぞれReset端子37、SHR端子42、SHS端子43およびCLK1端子46に入力される信号を示す。
図5において、読み出し回路24は、タイミングTiからTi+1の間に、FPD1のi行目の画素の電荷を読み出している。タイミングTiにおいて、出力端子61のGiの出力がハイにされてFPD1のi行目の画素が選択され、Reset端子37がロウにされてリセットトランジスタ35がオフになり積分コンデンサ34への積分がスタートする。タイミングTiではSHR端子42が一旦ハイにされ、後にロウにされて、ホールドコンデンサ39には積分コンデンサ34のリセット電圧がホールドされる。出力端子61のGiの出力は、画素の電荷が十分に読み出されるまでハイを保った後Ti’のタイミングでロウにされて、i行目の画素の選択は終了する。また、タイミングではReset端子37がハイにされ、積分コンデンサ34への積分も終了する。積分が終了する直前、SHS端子43が一時ハイにされ、積分コンデンサ34の電圧がホールドコンデンサ41にホールドされる。タイミングTi’からTi+2の間においては、CLK端子46にクロックパルスが印加され、ホールドコンデンサ39,41にホールドされた電圧は、リセット信号用マルチプレクサ44および読み出し信号用マルチプレクサ45によって、順次、アンプ47,49へ出力される。
読み出し回路24は上述の動作を繰り返し、FPD1のすべての画素の電荷読み出しを行う。
次に、図2を参照して本実施形態の撮像装置の動作を説明する。
X線撮影を行う場合、撮像装置を操作するのに使用する操作スイッチ18は、2段操作になっている。スイッチ操作の1段目では、X線発生装置19に対してX線発生準備の要求を行う撮影準備要求信号(X線発止装置がX線曝射を行える状態にするために、X線発生装置19内の機器を起動させるための信号)を発生する。スイッチ操作の2段目では、X線発生装置19に対し、X線発生を要求する曝射要求信号を発生する。先に説明した特許文献1に記載される撮像装置においては、この撮影準備要求信号の発生に応じてFPDの光電変換素子にバイアス電圧を印加していた。しかしながら、本実施形態では撮影準備要求信号の発生以前においても、光電変換素子にバイアス電圧を印加する状態を生じさせるようにしている。
図2において本撮像装置の電源が投入されると、電力制御手段としても動作するCPU31は第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26およびFPDコントローラ30を動作させる。第1のバイアス回路25の出力電圧は、バイアス線15を通して、全ての光電変換素子3のアノード電極に印加される。また、CPU31はFPDコントローラ30を制御して、ゲートドライバ回路23のAO端子をハイにすることにより、ゲートドライバ回路23の全ての出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVDDにする。したがって、薄膜トランジスタ2および薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cは全て導通状態になり、第2のバイアス回路の出力電圧は、すべての光電変換素子3のカソード電極に印加される。
従って、光電変換素子3は逆バイアス状態にバイアスされ、電荷の初期化(リセット動作)が行われる。
この状態においては、省電力化のため、動作させておく必要のない読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作は停止させておく。
この後、撮影者が操作スイッチ18の1段目の操作を行うと、CPU31は、その後に行われる初期化走査および読み出し走査に備えて、ゲートドライバ回路23のすべての出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVEEにし、薄膜トランジスタ2および20a,20b,・・・,20cをすべてオフ状態にして初期化を停止する。そして、読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作を開始する。その後は、図9で説明した従来技術と同様に、順次走査線をVDDにして順次各画素行を選択することで初期化走査を行い、次いで走査スイッチ18の2段目の操作に応じて、X線発生装置19に対して曝射要求信号を発生しX線の曝射を行った後、順次走査線をVDDにして順次各画素行を選択することで読み出し走査を行って撮像した画像の読み出しを行う。
したがって、本実施形態では、本撮像装置の電源投入後、電力制御手段により、撮影準備要求信号の発生以前において、読み出し回路24の動作が停止され、薄膜トランジスタ2および20a,20b,・・・,20cがオン状態を示し、第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26が動作している状態を有している。
したがって、例えば毎日の始業時など、X線撮影を行う十分長い時間の前に、本撮像装置の電源を投入しておけば、操作スイッチ18の1段目の操作がされて撮影準備要求信号が発生するまでにも十分な時間があり、この間にFPD1は十分な時間初期化され、光電変換素子3に蓄積している暗電流成分、特にトラップ順位にトラップされている電荷を十分に放電させることができる。またこの状態においては、消費電力の大きな読み出し回路24をはじめとして、この状態で動作をさせておく必要のない差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作も停止しているので、ほとんど電力を消費することがない。従って、本撮像装置を電池駆動タイプのものにすることができる。
なお、本撮像装置の電源投入後、操作スイッチ18が操作されるまでの間、CPU31を低消費電流の状態にしておけば、消費電力をさらに小さくすることができる。また別の方法としては、消費電力の少ない小型のCPUをCPU31以外に有して、操作スイッチ18の操作以前の本撮像装置の制御をそのCPUに行わせて省電力化を図ることも可能である。
本実施形態では、リセット線16はゲートドライバ回路23に接続されて、ゲートドライバ回路23によって駆動されている。従って本実施形態によると、リセット線16を駆動するために特別の回路が不要であり、撮像装置を小型かつ低コストで提供することができる。
本実施形態では、本撮像装置の電源が投入されてから操作スイッチ18の第2の操作までの間、第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26は動作したままである。このようにすると制御が容易となるが、光電変換素子3の初期化自体は、常時光電変換素子3を逆バイアスし続けなくても達成できる。したがって、CPU31の制御のもとに、第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26を間欠的に動作させ、光電変換素子3の初期化動作を間欠的に行ってもよい。このとき、CPU31はバイアス制御手段として機能する。その場合、例えば、本撮像装置の電源投入後は例えば1分間の初期化を行い、その後は例えば1分おきに数秒間初期化を行うようにしてもよい。もちろん、初期化を行っていない期間は、ゲートドライバ回路23およびFPDコントローラ30の動作を停止して、さらなる省電力化を図ることができる。
本実施形態では、第2のバイアス回路26の出力電圧を読み出しICのVref端子36に接続し、第2のバイアス回路26の出力電圧を読み出しICのレファレンス電圧として供給している。従って、本実施形態によると読み出しICのためのバイアス回路を設ける必要がなく、撮像装置を小型かつ低コストで提供することができる。
本実施形態では、第1のスイッチ手段および第2スイッチ手段を薄膜トランジスタで構成している。したがって、大きな画素数のFPDを歩留まり良く低価格で製造することができる。
本実施形態では薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cのゲート幅とゲート長の比を、薄膜トランジスタ2のゲート幅とゲート長の比よりも小さくしている。したがって、薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cのオフ抵抗は薄膜トランジスタ2よりも大きく、オフ時のリーク電流も小さいので、光電変換素子3から読み出す電流が薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cを通じてリークすることがなく、高精度の読み出しが可能である。なお、薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cのオフ抵抗を薄膜トランジスタ2よりも大きくするために、薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cにダブルゲート構造の薄膜トランジスタを使用することも可能である。
本実施形態では、ゲートドライバ回路23の全ての出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVDDにするのに、ゲートドライバ回路23のAO端子をハイにした。しかし、出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVDDにするには、STVR端子をハイにした状態でCLK端子にクロックパルスを入力してシフトレジスタSR1,SR2,・・・,SR256をセット状態にしてからOE端子57をハイにするという方法をとることもできる。
(第2の実施形態)
図6は第2の実施形態に係る撮像装置およびFPD63の構成を示す。図6において、本実施形態のFPD63が第1の実施形態のFPD1と異なる主な点は、本実施形態では、読み出し線22a,22b,・・・22cと読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMとの間に、第3のスイッチ手段として機能する薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cを有していること、およびゲートドライバ回路の出力端子が1個追加されていることである。薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cの、一方の電極として機能するソース電極はそれぞれ読み出し線22a,22b,・・・22cに、他方の電極として機能するドレイン電極はそれぞれ読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMに、制御電極として機能するゲート電極は第3スイッチ手段の制御線17に接続されている。制御線17は、出力端子GN+2に接続されている。
図6は第2の実施形態に係る撮像装置およびFPD63の構成を示す。図6において、本実施形態のFPD63が第1の実施形態のFPD1と異なる主な点は、本実施形態では、読み出し線22a,22b,・・・22cと読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMとの間に、第3のスイッチ手段として機能する薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cを有していること、およびゲートドライバ回路の出力端子が1個追加されていることである。薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cの、一方の電極として機能するソース電極はそれぞれ読み出し線22a,22b,・・・22cに、他方の電極として機能するドレイン電極はそれぞれ読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMに、制御電極として機能するゲート電極は第3スイッチ手段の制御線17に接続されている。制御線17は、出力端子GN+2に接続されている。
薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cは、光電変換素子3の初期化の場合にオフ状態にされ、読み出し線22a,22b,・・・22cと出力端子S1,S2,・・・SMとを電気的に分離するように動作する。
次に、本実施形態の撮像装置の動作を説明する。
図6において本撮像装置の電源が投入されると、電力制御手段としても動作するCPU31は第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26およびFPDコントローラ30を動作させる。第1のバイアス回路25の出力電圧は、バイアス線15を通して、全ての光電変換素子3のアノード電極に印加される。また、CPU31はFPDコントローラ30を制御して必要なパルス信号を発生させ、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVDDに、出力端子GN+2の出力電圧をVEEにする。したがって、薄膜トランジスタ2および薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cは全てオン状態になり、薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cは全てオフ状態になる。したがって、第2のバイアス回路の出力電圧は、すべての光電変換素子3のカソード電極に印加される。また、読み出し線22a,22b,・・・22cは読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMから電気的に絶縁される。
従って、光電変換素子3は逆バイアス状態にバイアスされ、電荷の初期化(リセット動作)が行われる。
この状態においては、省電力化のため、動作させておく必要のない読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作は停止させておく。
この後、撮影者が操作スイッチ18の1段目の操作を行うと、CPU31は、その後に行われる初期化走査および読み出し走査に備えて、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVEEに、出力端子GN+2の出力電圧をVDDにする。したがって、薄膜トランジスタ2および20a,20b,・・・,20cはすべてオフ状態になって光電変換素子3の初期化が停止され、薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cは全てオン状態になって読み出し線22a,22b,・・・22cと読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMとが電気的に接続される。そして、読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作を開始する。その後は、順次走査線をVDDにして順次各画素行を選択することで初期化走査をおこない、次いで操作スイッチの2段目の操作に応じて、X線発生装置19に対して曝射要求信号を発生しX線の曝射を行った後、順次走査線をVDDにして順次各画素行を選択することで読み出し走査を行って撮像した画像の読み出しを行う。
本実施形態は、第1の実施形態が有する特徴に加えて、薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cにより、読み出し線22a,22b,・・・22cと読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMとを電気的に絶縁する機能を有している。したがって、光電変換素子3の初期化のとき、第2のバイアス回路26の出力電圧が読み出し回路24の端子S1,S2,・・・SMに印加されることがない。
半導体IC回路では一般的に、入出力端子に電源電圧以上の電圧が印加された場合、入出力端子からICの電源端子へのリーク電流が発生する。したがって本実施形態のように、薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cによって、読み出し線22a,22b,・・・22cと読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMとを絶縁する回路構成をとらなかった場合、光電変換素子3の初期化の際、第2のバイアス回路26の出力電圧が読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMに印加されてしまい、それが読み出し回路24の電源端子へリークしてしまう可能性がある。そうなると、無用の電力消費を生じてしまうことになる。そのため、このような条件で使用されるICは、入出力端子から電源端子へのリーク電流が発生しないような特別な設計が必要になり、回路を複雑化させてしまう。
しかしながら本実施形態の場合、光電変換素子3の初期化の際、読み出し回路24の出力端子S1,S2,・・・SMが絶縁されるため、これらの端子から電源端子への電流のリークが発生する心配がない。したがって本実施形態によれば、読み出しICの設計の自由度が増すばかりか、光電変換素子3の初期化の際、読み出し回路24の動作を停止するにあたって、読み出し回路24への電源の供給を停止することも可能になり、簡単な方法で読み出し回路24の動作を停止させることが可能である。
本実施形態においては、第1の実施形態と同様、第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26および読み出し回路24を間欠的に動作させ、光電変換素子3の初期化動作を間欠的に行ってもよい。
本実施形態では、第3スイッチ手段を薄膜トランジスタで構成している。したがって、読み出し線の数の多い大型のFPDを歩留まり良く低価格で製造することができる。また、FPD上の薄膜トランジスタのスレッショルド電圧を同一に出来るため、これらを駆動するゲートドライバ回路の設計が簡単になる。
本実施形態では薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cのゲート幅とゲート長の比を、薄膜トランジスタ2のゲート幅とゲート長の比よりも大きくしている。したがって、薄膜トランジスタ71a,71b,・・・71cのオン抵抗は薄膜トランジスタ2よりも小さく、オン時の電圧降下も小さいので、光電変換素子3に蓄積された電荷を効率良く読み出すことができる。
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態に係る撮像装置およびFPD64の構成を示す。図7において、本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、本実施形態のFPD64が第1の実施形態のFPD1とは異なり、第1の実施形態が有していた薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cを本実施形態では有していないことである。それにともない、ゲートドライバ回路の出力端子は1個減り、G1,G2,・・・GNとなっている。
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態に係る撮像装置およびFPD64の構成を示す。図7において、本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、本実施形態のFPD64が第1の実施形態のFPD1とは異なり、第1の実施形態が有していた薄膜トランジスタ20a,20b,・・・,20cを本実施形態では有していないことである。それにともない、ゲートドライバ回路の出力端子は1個減り、G1,G2,・・・GNとなっている。
本実施形態の動作を説明する。
図7において本撮像装置の電源が投入されると、電力制御手段および間欠動作制御手段として動作するCPU31は第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26、読み出し回路24およびFPDコントローラ30を動作させる。第1のバイアス回路25の出力電圧は、バイアス線15を通して、全ての光電変換素子3のアノード電極に印加される。また、CPU31はFPDコントローラ30を制御して必要なパルス信号を発生させ、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GNの出力電圧をVDDにする。したがって、薄膜トランジスタ2は全てオン状態になり、第2のバイアス回路の出力電圧は、すべての光電変換素子3のカソード電極に印加される。
従って、光電変換素子3は逆バイアス状態にバイアスされ、電荷の初期化(リセット動作)が行われる。
この状態においては、省電力化のため、動作させておく必要のない読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作は停止させておく。
この状態において一定時間、例えば1分間初期化を行い、その後CPU31は第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26、読み出し回路24およびFPDコントローラ30の動作を停止し、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GN+1の出力電圧をVEEにして薄膜トランジスタ2をオフ状態にすることによって、光電変換素子3の初期化を停止する。
その後は一定時間間隔で数秒間、例えば1分間隔で数秒間の間、CPU31は第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26、読み出し回路24およびFPDコントローラ30を動作させ、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GNの出力電圧をVDDにして薄膜トランジスタ2をオン状態にすることによって、光電変換素子3の初期化を行う。
この間、撮影者が操作スイッチ18の1段目の操作を行うと、操作スイッチ18の操作が行われたタイミングが、光電変換素子3の初期化中であったか、初期化の停止中であったかによって、撮像装置は2通りの動作をする。
操作スイッチ18の操作が、光電変換素子の初期化中であった場合は、CPU31は、その後に行われる初期化走査および読み出し走査に備えて、ゲートドライバ回路23の出力端子G1,G2,・・・GNの出力電圧をVEEにする。したがって、薄膜トランジスタ2はすべてオフ状態になって光電変換素子3の初期化が停止される。
操作スイッチ18の操作が、初期化中でなかった場合は、CPU31は、停止中であった第1のバイアス回路25および第2のバイアス回路26の動作を開始させる。
そして上記どちらの場合も、引き続いて、読み出し回路24,差動アンプ27,A/Dコンバータ28およびメモリ29の動作を開始する。その後は、図9で説明した従来技術と同様の初期化走査を行い、次いで操作スイッチ18の2段目の操作に応じて、X線発生装置19に対して曝射要求信号を発生しX線の曝射を行った後、従来技術と同様の読み出し走査を行って撮像した画像の読み出しを行う。
上述したように、本実施形態の撮像装置では、第1のバイアス回路25、第2のバイアス回路26および読み出し回路24を間欠的に動作させて光電変換素子の初期化を行うことにより、消費電力の低減を図っている。
1 FPD
2 薄膜トランジスタ
3 光電変換素子
15 バイアス線
16 リセット線
18 操作スイッチ
19 X線発生装置
20a,20b,20c 薄膜トランジスタ
21a,21b,21c ゲート線
22a,22b,22c 読み出し線
23 ゲートドライバ回路
24 読み出し回路
25 第1のバイアス回路
26 第2のバイアス回路
27 差動アンプ
28 A/Dコンバータ
29 メモリ
30 FPDコントローラ
31 CPU
2 薄膜トランジスタ
3 光電変換素子
15 バイアス線
16 リセット線
18 操作スイッチ
19 X線発生装置
20a,20b,20c 薄膜トランジスタ
21a,21b,21c ゲート線
22a,22b,22c 読み出し線
23 ゲートドライバ回路
24 読み出し回路
25 第1のバイアス回路
26 第2のバイアス回路
27 差動アンプ
28 A/Dコンバータ
29 メモリ
30 FPDコントローラ
31 CPU
Claims (17)
- 放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段とを有する複数の画素が2次元的に配列された放射線撮像装置において、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他端に接続された複数の読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する画素の第1のスイッチ手段を制御するための複数の走査線と、
前記複数の読み出し線の各々に一端が接続され他端には前記複数の画素をリセットするためのバイアス電圧が供給される複数の第2のスイッチ手段と、
前記複数の第2のスイッチ手段を制御するためのリセット線とを有することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2の電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 - 待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1および第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
- 前記複数の読み出し線の各々に接続された複数の第3のスイッチ手段と、
前記複数の第3のスイッチ手段を制御するための制御線とを有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。 - 前記変換素子は第1の電極と第1のスイッチ手段に接続された第2電極とを備え、さらに前記第1の電極と前記第2のスイッチ手段の他端との間に接続されるバイアス生成手段と、
前記読み出し線に前記第3のスイッチ手段を介して接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され前記走査線を走査する走査手段とを備えた
ことを特徴とする請求項4に記載の放射線撮像装置。 - 待機状態において、前記読み出し手段の動作が停止され、前記第1及び第2のスイッチ手段がオン状態を示し、前記第3のスイッチ手段がオフ状態を示し、前記バイアス生成手段が動作している状態を生じさせる電力制御手段を有することを特徴とする請求項5に記載の放射線撮像装置。
- 前記バイアス生成手段は、前記変換素子の第1の電極に接続された第1のバイアス生成手段と、前記第2のスイッチ手段の他端に接続された第2のバイアス生成手段とを含むことを特徴とする請求項2、3、5および6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記リセット線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする請求項2、3、5、6および7の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記バイアス生成手段を間欠的に動作させるバイアス制御手段を有することを特徴とする請求項2、3、5および6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第2のバイアス生成手段の生成するバイアス電圧が前記読み出し手段に参照電圧として供給されることを特徴とする請求項7に記載の放射線撮像装置。
- 前記第1および第2のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第2のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも小さいことを特徴とする請求項11に記載の放射線撮像装置。
- 前記第2のスイッチ手段はダブルゲート構造の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項11または12に記載の放射線撮像装置。
- 前記制御線は、前記走査手段に接続されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第3のスイッチ手段は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項4、5、6および12の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記第3のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比は、前記第1のスイッチ手段のゲート幅とゲート長の比よりも大きいことを特徴とする請求項15に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を直接又は間接的に電気信号に変換する変換素子と前記変換素子に一端が接続された第1のスイッチ手段を有する複数の画素が2次元的に配列され、
前記複数の画素の同じ列に属する画素の第1のスイッチ手段の他方の電極に接続された読み出し線と、
前記複数の画素の同じ行に属する画素の前記第1のスイッチ手段の制御電極に接続された走査線と、
前記変換素子の他方の電極に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス生成手段と、
前記読み出し線に接続され、電荷を電圧に変換して読み出す読み出し手段と、
前記走査線に接続され、前記走査線を走査する走査手段と、
待機において、前記読み出し手段の動作を間欠的に行う間欠動作制御手段を有することを特徴とする放射線撮像装置。
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