JP2011097452A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および軽量化や、低価格化ができるＸ線検出器を提供する。
【解決手段】入射したＸ線による光に感度を有する複数の明画素41と、入射したＸ線による光に感度を有さない複数の暗画素42とを備える。明画素41および暗画素42に複数本の選択線23および複数本の信号線24を接続する。明画素41の各信号線24を各積分アンプ35に接続し、暗画素42の信号線24を複数本結合して１つの積分アンプ35を接続する。明画素41の信号線24毎に接続された積分アンプ35から出力される信号を、暗画素42の信号線24が複数本結合されて接続された積分アンプ35から出力される信号で補正する。少ない数の暗画素42で横引きノイズ成分を抽出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出器に関する。

新世代の診断用Ｘ線画像検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が注目を集めている。このＸ線検出器にＸ線を照射することより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。このＸ線検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きく、多くの研究開発が進められている。

実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒３０フレーム以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。

この種のＸ線検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二方式がある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。一方、間接方式は、シンチレータ層である蛍光変換膜によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。

現在実用化されているＸ線検出器の多くが間接方式を採用している。従来の間接方式のＸ線検出器においては、人体などを透過したＸ線画像をＸ線検出器に入射し、その画像情報を電気信号に変換する。この際、蛍光変換膜によってＸ線を可視光に変換し、その可視光を光電変換基板の格子状に形成された画素毎に検出し、二次元的な画像情報の電気信号として出力する。

光電変換基板は、液晶表示装置の製造工程に類似している薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネル製造工程により、ガラス基板上に信号配線および薄膜トランジスタを形成した回路基板を作成し、その回路基板上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオードを画素毎に格子状に形成し、そのフォトダイオードを下部に配置されている薄膜トランジスタに電気的に接続している。

画素は格子状に配置され、各画素のスイッチング素子は行を表す選択線と列を表す信号線とに接続されている。これら選択線と信号線は格子状に配置され、格子状に配置している各画素に接続されている。

光電変換基板上にはＸ線を可視光に変換する蛍光体を積層されている。

そして、外部から入射したＸ線は蛍光体内部にて可視光に変換され、発生した可視光は光電変換基板に入射する。この光電変換基板に入射した可視光はフォトダイオードにて電荷に変換され、フォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。

電荷に変換されたＸ線画像情報は、フォトダイオードに接続されている薄膜トランジスタを通して外部へと伝達される。すなわち、選択線の電位が変化することで、電位の変化した選択線に接続された薄膜トランジスタは導通状態となり、導通状態となった薄膜トランジスタに接続されているフォトダイオードもしくは容量素子内部に蓄積された電荷が薄膜トランジスタから信号線を通して外部へと排出される。

薄膜トランジスタを駆動する選択線の電位は通常１本のみの選択線の電位を変化させることにより、ある特定の行に相当する画素内部の薄膜トランジスタを導通状態にする。電位を変化させる選択線を順次変更することで、ある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出され、電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動した選択線の位置とを参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。

光電変換基板の外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅回路へと入力される。この積分増幅回路に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅回路から出力された電位信号はＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換され、最終的には画像信号として編集されてＸ線検出器の外部へと出力される。

ところで、Ｘ線検出器は主に人体を透過したＸ線を画像化することを目的とする。人体への大量のＸ線照射を行うと健康への悪影響があるため、人体へのＸ線照射は必要最低限に抑えられる。そのため、Ｘ線検出器に入射するＸ線の強度は非常に弱く、Ｘ線検出器内部の薄膜トランジスタから出力される電荷量はきわめて小さい。通常のＸ線による人体の撮影では、１つの画素から出力される電荷量は１ｐＣ以下である。特に動画観察を目的としたＸ線画像の取得時には、各画素から出力される電荷量は１ｆＣ程度の非常に微細な信号量となり、Ｘ線画像とは無関係のノイズ信号によって容易に画像情報が劣化してしまう。そのため、Ｘ線画像の取得時には多数のノイズが出力信号に含まれることは避けられない。ノイズの多くはＸ線検出器内部に含まれる多数の電子機器から発する電磁波や、機器内部の信号線を伝わってくる不要な信号が原因である。

ノイズは、ランダムノイズと横引きノイズと呼ばれる２種類に大きく分けることができる。ランダムノイズはＸ線画像全体に一様に分布して発生し、特定の模様や輪郭を持たないという特徴がある。それに対して、横引きノイズは横方向もしくは縦方向に筋状に現われることを特徴としている。両者のノイズはともにＸ線画像を劣化する原因となる。

２種類のノイズであるが、最終的に人間が判断を行うＸ線画像診断において影響が大きいのが横引きノイズである。これは人間が画像を見るときに、模様の無いランダムノイズよりも、横方向もしくは縦方向に明確な模様が発生する横引きノイズの方が目立つためである。そのため、Ｘ線検出器には横引きノイズの低減が強く求められている。

横引きノイズの発生原因は主に画素を駆動する選択線から混入すると考えられている。これは、Ｘ線検出器の動作において、同じ選択線に接続されている画素からの画像信号は同時に検出回路にて増幅しデジタル化されるため、選択線からのノイズ成分は同じ選択線に接続されている画素からの画像信号すべてに含まれてしまう。この結果より同じ選択線に接続されている横方向の画素に同じノイズ成分が混入し、横方向に並んだ画素が同時に混入したノイズ成分により輝度が変化し、横方向ノイズとして観測されることになる。

選択線は薄膜トランジスタを駆動するためのドライバ回路に接続されており、ドライバ回路は接続されている選択線の電圧を順に変化させ、接続されている薄膜トランジスタの駆動を行う。ドライバ回路内部にて発生するノイズやドライバ回路を駆動するための電源線のノイズが選択線に混入し、選択線に接続されている画素の容量成分やスイッチング素子を通して画素内部に侵入し、画素からの出力信号に混入することで横引きノイズとして観測されることとなる。

横引きノイズを低減させるにはドライバ回路内部や電源線から発生するノイズを少なくすることが有効であるが、製造上の問題や装置価格の問題から限界があるのが通常である。

横引きノイズを低減する他の方法としてＸ線画像から横引きノイズ成分のみを抽出し、抽出されたノイズ成分を元の画像から差し引く手法がある。これはＸ線検出器内部に横引きノイズを抽出する素子を内蔵し、その素子からの出力値を元に横引きノイズを検出する。具体的には、Ｘ線検出器の有効領域外に入射Ｘ線に反応しない暗画素を設置することで、Ｘ線検出器のランダムノイズと横引きノイズを検出することが可能となる。

暗画素は有効画素の両脇に設置され、ともに同じ選択線に接続されている。これは同じ選択線に接続されている画素は同一の横引きノイズ成分を持つことから、暗画素からの出力には有効画素と同じ横引きノイズ成分が含まれるからである。また、暗画素は入射Ｘ線に反応しない構造になっているため、入射Ｘ線による影響を避けることができる。このことから、暗画素からの出力を用いることで、入射Ｘ線による画像から横引きノイズを予測し、画像に含まれる横引きノイズを減らすことが可能になる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−１０１３４３号公報（第４−７頁、図１）

暗画素からの出力には横引きノイズ以外にランダムノイズが通常含まれている。ランダムノイズは主に暗画素を含む画素からの出力を増幅しデジタル値に変換する回路にて発生する。特に増幅回路から発生するランダムノイズが大きく、このため、暗画素からの横引きノイズ成分は増幅回路とデジタル変換回路にてランダム成分が混入し、結果として暗画素からの出力は２種類のノイズの混合成分となる。

暗画素からの出力値にランダムノイズ成分が多いと、横引きノイズ成分の推測が困難になり、Ｘ線画像から横引きノイズ成分を除去することが困難になる。通常は横引きノイズはランダムノイズよりも小さく、横引きノイズを十分に除去するためにはランダムノイズ成分の１０％以下の横引きノイズ成分を除去する必要がある。このため、多数の暗画素からの出力を同時に検出し、それらの値を平均化してランダムノイズ成分に対して横引きノイズ成分を高めた信号を作成している。

通常の方法では任意の１本の選択線に接続されている複数の暗画素は、それぞれの暗画素１個に対して１個の増幅回路が接続されている。この構成では、暗画素からの出力においてランダムノイズ成分に対する横引きノイズ成分の比率を２倍にするには、平均化を行う暗画素の数を４倍にする必要がある。これはｎ個の暗画素からの出力を合計することで横引き成分はｎ倍になるが、ランダムノイズ成分はその性質上√ｎ倍になるため、横引きノイズ成分に対するランダムノイズ成分は１／√ｎになることになる。

横引きノイズはランダムノイズ成分に比べて非常に目立つという性質があるため、多くの場合、横引きノイズ成分を目立たなくするためには、ランダムノイズ成分の１／１０以下にする必要がある。暗画素に含まれるランダムノイズ成分から１／１０程度の横引きノイズ成分を抽出するためには、従来の手法では１００個以上の暗画素が必要となる。暗画素は有効領域内の画素とノイズ特性を同じにするために同一形状にすることが多く、有効画素領域の外部に１００個以上の暗画素を配置する必要がある。また、各選択線毎に横引きノイズ成分が異なるため、各選択線毎に１００個以上の暗画素を設置することとなり、暗画素が占める面積が増大する。このことにより、Ｘ線検出器の外形が大きくなり、小型の装置の開発が困難となる原因となる。また、暗画素毎に信号検出用の高価な増幅回路とデジタル変換回路を搭載することで装置の価格が上昇し、また、光電変換基板上に形成される有効画素と暗画素を含めた面積が大きくなることで装置の価格が上昇してしまう。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型化および軽量化や、低価格化ができる放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明は、外部から入射した放射線を光に変換する蛍光体と、放射線検出の有効領域内に配置され、前記蛍光体に入射した放射線による光に感度を有し、光を電気信号に変換する複数の明画素と、前記有効領域の外に配置され、前記蛍光体に入射した放射線による光に感度を有さない複数の暗画素と、これら明画素および暗画素に接続される複数本の選択線および複数本の信号線と、前記選択線に接続された駆動回路と、前記明画素の信号線毎に接続されるとともに、前記暗画素の信号線が複数本結合されて接続された複数の増幅回路と、前記明画素の信号線毎に接続された増幅回路から出力される信号を、前記暗画素の信号線が複数本結合されて接続された増幅回路から出力される信号で補正する補正回路とを具備しているものである。

本発明によれば、暗画素に接続された複数本の信号線を結合して増幅回路に接続しているため、従来よりも少ない数の暗画素で横引きノイズ成分を抽出することができ、放射線検出器の小型化および軽量化や、低価格化ができる。

本発明の第１の実施の形態を示す放射線検出器としてのＸ線検出器の一部の構成図である。 同上Ｘ線検出器の構成図である。 同上Ｘ線検出器の分解状態の斜視図である。 同上Ｘ線検出器を模式的に示す正面図である。 同上Ｘ線検出器に対する比較例のＸ線検出器の一部の構成図である。 同上第２の実施の形態を示す放射線検出器としてのＸ線検出器の一部の構成図である。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図３にＸ線検出器の分解状態の斜視図を示す。

10は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器10は、間接形のＸ線画像検出器であって、放射線検出器本体としてのＸ線検出器本体11を備え、このＸ線検出器本体11が、マトリクス状に配列された複数の画素12を有する光電変換基板13、およびこの光電変換基板13の表面に積層形成された入力面である蛍光体としての蛍光変換膜14によって構成されている。

光電変換基板13は、主にガラスで構成される基板としての平面基板15上に回路層16が形成された回路基板17を有し、この回路基板17上に光電変換素子としてのフォトダイオード18が各画素12毎に形成されている。

そして、蛍光変換膜14中に放射線としてのＸ線19が入射すると、蛍光変換膜14にてＸ線19の二次元分布に対応する可視光が発生し、発生した可視光がフォトダイオード18に入射して電荷に変換され、画像情報が得られる。

次に、図４にＸ線検出器10を模式的に示す正面図を示す。

スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）21と容量素子としてのコンデンサ22とフォトダイオード18とがそれぞれを組として格子状に配置され、それぞれの組がＸ線画像の画素12に対応する。平面基板15上には、各薄膜トランジスタ21のゲート電極を接続する複数の選択線（または信号線、あるいはゲート線）23が行方向に配列され、各薄膜トランジスタ21のドレインを接続する複数の信号線24が列方向に配列されている。

次に、図２にＸ線検出器10の構成図を示す。

Ｘ線検出器本体11の各選択線23には駆動回路31がそれぞれ接続され、各信号線24には出力回路32がそれぞれ接続されている。

駆動回路31は、Ｘ線検出器本体11の各選択線23に接続される複数のゲートドライバ33、およびこれらゲートドライバ33に接続される行選択回路34を備えている。ゲートドライバ33は、行選択回路34からの信号を受信すると、選択線23の電圧を順番に変更していく機能を有している。行選択回路34は、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ33へ信号を送る機能を有している。

出力回路32は、Ｘ線検出器本体11の各信号線24に接続された複数の増幅回路としての積分アンプ35を備えている。これら積分アンプ35は、Ｘ線検出器10から出力される極めて微小な電荷信号を増幅して出力する機能を有する。積分アンプ35には、これら各積分アンプ35から出力される信号をデジタル信号へと順次変換するＡ／Ｄ変換器36が接続されている。これらＡ／Ｄ変換器36には、デジタル値となった電荷信号をＸ線検出器本体11に配置された画素12の行と列にしたがって順次整理して画像信号として外部へ出力する画像合成回路37が接続されている。

また、Ｘ線検出器10は、図示していないが、Ｘ線検出器10を制御する制御回路や、Ｘ線検出器10に電源を供給する電源回路等を備えている。さらに、Ｘ線検出器本体11、駆動回路31および出力回路32並びに制御回路を含む回路等が図示しない筐体内に収容されている。

次に、このようなＸ線検出器10の動作を説明する。

初期状態においては、コンデンサ22には電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード18には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は選択線23に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード18はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることはない。そのため、コンデンサ22に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

この状況にて、Ｘ線19が蛍光変換膜14に入射すると、蛍光変換膜14内部において高エネルギーのＸ線19が低エネルギーの多数の可視光である蛍光に変換される。蛍光変換膜14内部にて発生した蛍光の一部は光電変換基板13の表面に配置されているフォトダイオード18へと到達する。

フォトダイオード18に入射した蛍光はフォトダイオード18内部にて電子とホールからなる電荷に変換され、コンデンサ22にて印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード18の持つ両端子へと到達することで、フォトダイオード18内部を流れる電流として観測される。

蛍光の入射により発生したフォトダイオード18内部を流れる電流は並列接続されているコンデンサ22へと流れ込み、コンデンサ22内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサ22に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ22の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

図４に示される選択線23は、図２にて示しているゲートドライバ33の特定の選択線23に接続される。ゲートドライバ33では多数の選択線23を順番に電位を変化させる機能を有する。ある特定の時間においてはゲートドライバ33において電位の変化している選択線23は１本のみであり、電位の変化した選択線23に並列接続されている薄膜トランジスタ21のソース、ドレイン間端子は絶縁状態から導通状態へと変化する。

各選択線23には特定の電圧がかけられており、電位の変換した選択線23に接続されている薄膜トランジスタ21のソース、ドレイン端子を通じて接続されているコンデンサ22に印加されることになる。

初期状態においてコンデンサ22は信号線24と同じ電位状態になっているため、コンデンサ22の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ22には信号線24からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からのＸ線19より蛍光変換膜14内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード18と並列接続しているコンデンサ22では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため、導通状態となった薄膜トランジスタ21を通じて信号線24より電荷の移動が発生し、コンデンサ22内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また、移動した電荷量は信号線24を流れる信号となり外部へと伝わっていく。

図４における信号線24は図２に示す積分アンプ35へと接続されている。信号線24はそれぞれに対応した積分アンプ35に１対１に接続されている。信号線24を流れる電流は対応する積分アンプ35へと入力される。積分アンプ35では一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する機能を有する。この動作を行うことで、ある一定時間内に信号線24を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、Ｘ線19にて蛍光変換膜14内部にて発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード18内部にて発生する電荷信号は、積分アンプ35によって電位情報へと変換される。

積分アンプ35より発生した電位はＡ／Ｄ変換器36にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は画像合成回路37内部にて画素12の行と列にしたがって順次整理され、画像信号として外部へと出力される。

このような動作を連続して行うことにより、外部から入射したＸ線画像情報は電気信号による画像情報へと変換され、外部へと出力される。外部へと出力された電気信号による画像情報は通常のディスプレイ装置によって容易に画像化が可能であり、その画像のよりＸ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。

ところで、一般的なＸ線検出器10では極めて微弱なＸ線による画像信号を扱うため、ノイズの低減が大きな課題となっている。特にＸ線画像を劣化させるノイズとして横引きノイズが問題となることが多い。横引きノイズは主にゲートドライバ33から混入するノイズが原因となり、同一行に接続されている画素12の全てに同じノイズが混入する。

図５には、従来用いられている横引きノイズの補正手法を説明するために、比較例のＸ線検出器10の一部の構成図を示す。なお、この比較例のＸ線検出器10においても、同一符号を用いて説明する。

画素12としては、Ｘ線検出器10の有効領域内に形成され、入射したＸ線19による蛍光に感度を有する複数の明画素41と、Ｘ線検出器10の有効領域外に配置され、入射したＸ線19による蛍光に感度を有さない複数の暗画素42とがある。

明画素41には、図４における薄膜トランジスタ21、コンデンサ22、フォトダイオード18が各１個内蔵されている。明画素41は、選択線23にて横方向に並列に接続されおり、同様に信号線24にて縦方向に並列して接続されている。

暗画素42は明画素41と同等の回路を内蔵しているが、その表面が金属膜により覆われていて図３における蛍光変換膜14と光学的に遮断されており、蛍光変換膜14内部にて発生した蛍光は暗画素42の内部のフォトダイオード18には届かないため、Ｘ線検出器10の固有のノイズのみを出力することになる。

図５に示した比較例のＸ線検出器10では暗画素42を明画素41に隣接して４列配置している。明画素41と暗画素42とは横方向に同一の選択線23に接続され、同様に縦方向には同一の信号線24に接続されている。それぞれの信号線24は個別の積分アンプ35に接続され、それぞれの画素からの信号を増幅して出力する。それぞれ増幅された信号はＡ／Ｄ変換器36にてデジタル値に変換されて出力される。

明画素41や暗画素42からの信号には選択線23から混入した横引きノイズが含まれている。この横引きノイズは選択線23を駆動するゲートドライバ33にて発生し、ゲートドライバ33内部の信号の干渉やゲートドライバ33の電源電圧の変動などによって引き起こされることが多い。ゲートドライバ33にて発生したノイズは接続された選択線23それぞれに対して異なった値をとるが、同じ選択線23に並列接続されている横方向に並んだ明画素41と暗画素42へは同じノイズ信号として供給される。

明画素41と暗画素42に伝播した横引きノイズは、選択線23に適当な電圧が供給されることによりそれぞれの明画素41と暗画素42の内部の薄膜トランジスタ21を導通状態にし、明画素41からはＸ線19によるＸ線画像と横引きノイズとの混合された電荷信号として信号線24を通して伝わる。暗画素42からは横引きノイズのみが電荷信号として信号線24を通して伝わる。

信号線24は、積分アンプ35によって増幅され、その後にＡ／Ｄ変換器36にてデジタル信号に変換されることで画像信号として取り出すことが可能となる。このとき、積分アンプ36にて電荷信号を増幅する際にランダムノイズが電荷信号に加算されることは避けられない。明画素41からの電荷信号は、積分アンプ35とＡ／Ｄ変換器36を通じて画像信号線44を伝播するが、画像信号線44にはＸ線19によるＸ線画像に加えて横引きノイズとランダムノイズが混合された状態の信号となっている。また、暗画素42からの電荷信号は、積分アンプ35とＡ／Ｄ変換器36を通じて横引きノイズとランダムノイズが混合された状態の信号となり、暗信号線45を伝播する。その後、全ての暗信号線45は平均化演算器46にて４本の信号の平均値となった後に補正信号線47を伝播する。

画像信号線44にはＸ線19によるＸ線画像信号の他に横引きノイズとランダムノイズが含まれることになる。対して補正信号線47には横引きノイズとランダムノイズが含まれた信号となっている。両者の信号においてランダムノイズ成分は個々の積分アンプ35にて発生しているため相関性は無いが、横引きノイズは同一の選択線23を持つ明画素41と暗画素42においては同一成分となる。

画像信号線44は補正回路としての差分演算器48にて補正信号線47の信号分を減じられた後に補正後画像信号線49として出力される。この際に画像信号線44に含まれる横引きノイズ成分は補正信号線47に含まれている横引きノイズ成分により除去され、補正後画像信号線49には横引きノイズ成分が含まれないＸ画像信号とランダムノイズのみが含まれた信号として出力される。

今回の比較例では積分アンプ35による増幅率を１とし、また個々の積分アンプ35にて発生するランダムノイズの強度は同じと仮定して動作を説明する。

このような動作において個々の選択線23に含まれる横引きノイズの大きさをNy、個々の積分アンプに含まれるランダムノイズの大きさをNr、ある特定の画素におけるＸ線画像信号をSxとすると、ある画像信号線44を流れる信号成分Sgは以下のようになる。

Sg＝Sx＋Ny＋Nr …式１

また、個々の暗信号線45を流れる信号Sdは、接続されている積分アンプ35から発生するランダムノイズの大きさをNdとすると以下のようになる。

Sd＝Ny＋Nd …式２

その後、平均化演算器46を通過した後の補正信号線47を流れる信号Shは以下のようになる。

Sh＝（Ny＋Ny＋Ny＋Ny）／４＋（Nd＋Nd＋Nd＋Nd）／４
＝Ny＋2Nd／４
＝Ny＋Nd／２ …式３

これは４本の暗信号線45を流れる横引きノイズNyは同一成分のため平均化処理を行っても大きさは変化しないが、ランダムノイズNrは個々の積分アンプ35にて発生するため相関性が無く、平均化によりランダムノイズ全体の大きさが減少するためである。

差分演算器48により画像信号線44を流れる信号Sgから補正信号線47を流れる信号Shの成分が減算された結果、補正後画像信号線49を流れる信号Srは以下のようになる。

Sr＝Sg−Sh
＝Sx＋Ny＋Nr−（Ny＋Nd／２）
＝Sx＋Nr＋Nd／２ …式４（Ndはランダムノイズ成分のため便宜上＋符号に変換）

補正後画像信号線49を流れる信号Srには選択線23から伝播する横引きノイズ成分Nyが除去されているが、ランダムノイズ成分は逆に［Nd／２］分増えてしまう。図５に示した比較例では暗画素42の列数を４としたが、列数をｎとした場合の補正後画像信号線49を流れる信号Srは以下の式で表される。

Sr＝Sx＋Nr＋Nd／√ｎ …式５

この増加したランダムノイズ成分［Nd／√ｎ］は横方向に接続された明画素41の全てにおいて同一の値をとり、横引きノイズと同じ挙動を示してしまう。一般的には横引きノイズ成分はランダムノイズ成分の１／１０以上あると目視にて観察されるようになるため、式５にてこの条件が達成されるためには、全ての積分アンプ35にて発生するランダムノイズの強度（Nr、Nd）が等しいと仮定した場合に、暗画素42の列数ｎを１００以上にする必要がある。

そのため、図５に示している比較例にて横引きノイズを十分に減少させるには、暗画素42の列数が１００以上必要となる。暗画素42が存在することにより、同じＸ線入射領域を持つＸ線検出器10と比較すると、装置外形が大きくなり、重量も増加するという問題が発生する。また、暗画素42の列数が多いと、接続する積分アンプ35とＡ／Ｄ変換器36の個数も多く必要となり、Ｘ線検出器10の価格が上昇してしまうという問題が発生する。

このような問題点を解決したのが、図１に示す本発明の第１の実施の形態である。図１には、Ｘ線検出器10の一部の構成図を示す。

明画素41、暗画素42、選択線23、信号線24、積分アンプ35、Ａ／Ｄ変換器36、画像信号線44、暗信号線45、補正信号線47、差分演算器48、補正後画像信号線49等の素子や配線などの機能や動作は図５に示す比較例と同様であり、同一符号を用いている。

本発明の特徴であり比較例と異なるのが、暗画素42からの信号線24を複数本接続し、混合した信号を１個の積分アンプ35にて増幅していることである。暗画素42に接続された積分アンプ35にて増幅された信号はＡ／Ｄ変換器36にてデジタル信号に変換され、暗信号線45を伝播し１／４演算器51にてデジタル値として減衰、補正信号線47を通して差分演算器48に入力されることである。

明画素41から積分アンプ35を通じて増幅され、Ａ／Ｄ変換器36にてデジタルに変換され、画像信号線44を通じて出力される信号成分Sxは、図５にて示される比較例と同じで以下の式で表される。

Sg＝Sx＋Ny＋Nr …式６

また、個々の暗画素42からの信号は複数本の信号を結合した後に積分アンプ35にて増幅され、Ａ／Ｄ変換器36にてデジタル信号に変換される。選択線23から伝播し個々の暗画素42から出力される横引きノイズをNy、積分アンプ35から発生するランダムノイズをNdとすると、暗信号線45を流れる信号Sdは以下の式で表される。

Sd＝Ny＋Ny＋Ny＋Ny＋Nd
＝４Ny＋Nd …式７

暗信号線45は１／４演算器51により１／４に減衰されたデジタル値に変換され、補正信号線47を通る信号Shとして伝播する。この信号Shは以下の式にて表される。

Sh＝Sd／４
＝（４Ny＋Nd）／４
＝Ny＋Nd／４ …式８

画像信号線44を流れる画像信号Sgは差分演算器48にて補正信号線47を流れる補正信号Shにて減算され、補正後画像信号線49を流れる画像信号Srとして以下の式にて表される数値となる。

Sr＝Sg−Sh
＝Sx＋Ny＋Nr−（Ny＋Nd／４）
＝Sx＋Nr＋Nd/4 …式９（Ndはランダムノイズ成分のため便宜上＋符号に変換）

上記式９にて表される補正後の画像信号には、選択線23から伝播する横引きノイズ成分Nyが除去されている。また、式４に示された比較例の信号と同様にランダムノイズ成分［Nd／４］が含まれ、このノイズ成分は比較例と同様に新たな横引きノイズ成分として振舞うこととなる。

図１では暗画素42の列数を４としているが、列数をｎとした場合に同様の解析を行うと、補正後の画像信号Srは以下の式にて表される。

Sr＝Sx＋Nr＋Nd／ｎ …式１０

比較例と同様に補正後の画像信号Srに含まれる横引きノイズ成分［Nd／ｎ］をランダムノイズ成分［Nr］の１／１０以下にするために必要な暗画素42の列数は、全ての積分アンプ35にて発生するランダムノイズの強度（Nr、Nd）が等しいと仮定した場合に１０以上であることが式１０から導き出される。

比較例では横引きノイズを十分に除去するためには暗画素42の列数を１００以上にする必要があるが、本実施の形態では１０列以上の暗画素42の列数になり、大幅な暗画素42の列数の削減が可能となる。暗画素42の列数が削減されることによりＸ線検出器10の小型化、軽量化が可能となり、また装置価格の低減が可能となる。

図１に示す第１の実施の形態では、全ての暗画素42からの信号を１本に結合しているが、図６に示す第２の実施の形態のようにしても、比較例と同等の横引きノイズを実現するために必要な暗画素42の削減が可能である。

図６に示す第２の実施の形態では、暗画素42からの信号線24は複数の組に分けられて結合し、結合されたそれぞれの信号線24は個別の積分アンプ35にて増幅され、Ａ／Ｄ変換回路36にてデジタル値に変換される。デジタル信号に変換され暗信号線45を流れる信号は１／２演算器55によりデジタル数値上で１／２に減衰し、その後に平均化演算器56にて合成されて平均化された数値となって補正信号線47を伝播する。その後、差分演算器48にて画像信号線44に含まれる横引きノイズを補正信号線47に流れる信号を用いて除去した後、補正後画像信号線49の信号として出力される。

図６に示す第２の実施の形態では、図１に示す第１の実施の形態と同等の横引きノイズの除去を行うためには、図１に示す第１の実施の形態よりも多くの暗画素42の列数が必要となる。しかし、暗画素42の一部に欠陥がある場合には、図１に示す第１の実施の形態では欠陥のある暗画素42と同じ行の補正はきわめて難しくなる。それに対して、図６に示す第２の実施の形態では、平均化演算器56内部にて欠陥のある暗画素42を含む組を除去することで、多少の横引きノイズの補正能力の減少があるが、欠陥のある暗画素42と同じ行の画像信号の補正が可能となる。

また、図１、図６にて示した各実施の形態では、デジタル信号に変換した後の処理をハードウエアの回路として示しているが、同等の機能をソフトウエアにて実現しても同等の効果が得られることは明白である。

また、暗画素42の構成例としては明画素41と同等の回路構成にすることで、明画素41と同一の横引きノイズ成分を暗画素42にて検出することが可能になる。しかし、選択線23からのノイズの進入は明画素41の内部に含まれる選択線23との容量成分を介して行われるため、薄膜トランジスタ21やフォトダイオード18を省いた構造とすることも可能である。

10 放射線検出器としてのＸ線検出器
14 蛍光体としての蛍光変換膜
15 基板としての平面基板
18 光電変換素子としてのフォトダイオード
19 放射線としてのＸ線
21 スイッチング素子としての薄膜トランジスタ
22 容量素子としてのコンデンサ
23 選択線
24 信号線
31 駆動回路
35 増幅回路としての積分アンプ
41 明画素
42 暗画素
48 補正回路としての差分演算器

Claims (5)

1. 外部から入射した放射線を光に変換する蛍光体と、
   放射線検出の有効領域内に配置され、前記蛍光体に入射した放射線による光に感度を有し、光を電気信号に変換する複数の明画素と、
   前記有効領域の外に配置され、前記蛍光体に入射した放射線による光に感度を有さない複数の暗画素と、
   これら明画素および暗画素に接続される複数本の選択線および複数本の信号線と、
   前記選択線に接続された駆動回路と、
   前記明画素の信号線毎に接続されるとともに、前記暗画素の信号線が複数本結合されて接続された複数の増幅回路と、
   前記明画素の信号線毎に接続された増幅回路から出力される信号を、前記暗画素の信号線が複数本結合されて接続された増幅回路から出力される信号で補正する補正回路と
   を具備していることを特徴とする放射線検出器。
2. 暗画素は、明画素とともに基板上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. 暗画素の表面が金属膜により覆われている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
4. 暗画素は、選択線および信号線に接続されたスイッチング素子を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の放射線検出器。
5. 暗画素は、光電変換素子およびこの光電変換素子に接続された容量素子を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の放射線検出器。

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