JP2022099931A - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 信号線を隣接画素間で共有した構造において、アーチファクトを軽減した放射線撮像装置を提供する。【解決手段】 信号線に対して第１の方向から接続された画素Ａと、信号線に対して第２の方向から接続された画素Ｂについて、それぞれのバイアス線に接続される画素Ａと画素Ｂの個数を合わせることで、バイアス線間の配線容量の差を小さくする。【選択図】 図２
Description
本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。
光電変換素子やスイッチ素子などを有する画素を二次元行列状に形成したセンサ基板に、駆動回路や読出回路を接続し、二次元検出器とした放射線撮像装置（フラットパネルディテクタ）が普及している。
読出回路に用いられる集積回路（ＩＣ）チップは、複数のアナログ増幅器やアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器などが高密度に集積されているため高価であり、撮像装置の部材コストにおいて大きな割合を占める。
特許文献１では、隣接する２画素間で信号線を共有することにより、センサ基板の有効画素数を減らすことなく、読出回路の規模、すなわち必要なＩＣチップ数を半減することが示されている。
本発明は、部材コストの上昇を抑制しつつ放射線画像のアーチファクトを軽減するのに有利な技術を提供することを目的とする。
上記の課題は、薄膜トランジスタと変換素子を有し２次元行列状に配置された複数の画素と、列方向に配置された複数の前記薄膜トランジスタと接続された複数の信号線と、を有し、前記複数の画素が、第１列に配置された第１画素と、該第１画素と行方向に隣り合う第２列に配置された第２画素と、前記第１画素とは反対側で前記第２画素と行方向に隣り合う第３列に配置された第３画素と、前記第２画素とは反対側で前記第３画素と行方向に隣り合う第４列に配置された第４画素と、を含み、前記複数の信号線が、第１信号線と、前記第１信号線と行方向に隣り合って配置された第２信号線と、を少なくとも含み、前記第１信号線は、前記行方向のうちの第１方向から第１画素の前記薄膜トランジスタが接続され、前記第１方向とは反対の方向である第２方向から前記第２画素の前記薄膜トランジスタが接続され、前記第２信号線は、前記第１方向から前記第３画素の前記薄膜トランジスタが接続され、前記第２方向から前記第４画素の前記薄膜トランジスタが接続されている放射線撮像装置であって、列方向に配置された複数の前記変換素子に第１バイアス源からのバイアス電圧を供給するための第１バイアス線と、列方向に配置された複数の前記変換素子に前記第１バイアス源とは別の第２バイアス源からのバイアス電圧を供給するための第２バイアス線と、を更に有し、
前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続される、または、前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続される、ことを特徴とする放射線撮像装置によって解決される。
前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続される、または、前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続される、ことを特徴とする放射線撮像装置によって解決される。
上記手段によって、部材コストの上昇を抑制しつつ放射線画像のアーチファクトを軽減するのに有利な技術が提供される。
（第１の実施形態）
図１に本発明に係る放射線撮像システム５００のブロック図を示す。本実施例の放射線撮像システム５００は、放射線撮像装置１０、放射線発生装置１１、放射線制御装置１２および制御用コンピュータ１３で構成される。
図１に本発明に係る放射線撮像システム５００のブロック図を示す。本実施例の放射線撮像システム５００は、放射線撮像装置１０、放射線発生装置１１、放射線制御装置１２および制御用コンピュータ１３で構成される。
放射線発生装置１１及び放射線制御装置１２は撮像のための放射線を放射線撮像装置１０に照射する。制御用コンピュータ１３は放射線撮像装置１０からの画像の取得および放射線撮像システム５００全体の制御を行う。
放射線撮像装置１０は、放射線を検出するセンサ基板１１２と、センサ基板１１２からの電荷情報を読み出す読出回路１１３と、センサ基板１１２の駆動を制御する駆動制御ユニット２５とを有する。センサ基板１１２には画素１００（図２の説明で後述する）が設けられており、画素上には放射線を可視光に変換するシンチレータ（不図示）が形成される。シンチレータにより放射線から変換された可視光は、画素１００により電荷へと変換される。
また放射線撮像装置１０は、読出回路１１３に基準電圧を供給する基準電源１１１と、センサ基板１１２にバイアス電圧を供給するバイアス源１０３を有する。更に放射線撮像装置１０は、基準電源１１１とバイアス源１０３に電力を供給する電源部２３と、バイアス源１０３からの電流情報を取得するアナログ信号取得部２４とを有する。
放射線撮像装置１０のセンサ基板１１２は、放射線を検出する素子をＸ列×Ｙ行の２次元行列状に配置したセンサであり、放射線を検出して画像情報を出力する。バイアス源１０３は、センサ基板１１２にバイアス電圧を供給すると共に、バイアス源１０３に流れる電流量の時間変動を含む電流情報を出力する。
アナログ信号取得部２４は、バイアス源１０３から出力された電流情報を演算し、放射線強度の時間変動を含む放射線情報を出力する。演算手段としては、ＦＰＧＡやＤＳＰやプロセッサ等の、デジタル信号処理回路が好適に用いられる。演算手段は、サンプルホールド回路やオペアンプ等のアナログ回路を用いて構成してもよい。また、図１ではアナログ信号取得部２４を放射線撮像装置１０に含めたが、制御用コンピュータ１３に含めても良い。
駆動制御ユニット２５は、制御用コンピュータ１３から要求された駆動方法で放射線撮像装置１０を制御する。また、アナログ信号取得部２４の演算手段が出力した放射線情報を用いて、放射線撮像装置１０の駆動方法を変更する。
図２は、本実施形態に係る放射線撮像装置１０の等価回路の一部である。放射線撮像装置１０は、駆動回路１１４、センサ基板１１２、バイアス源１０３、読出回路１１３、出力バッファアンプ１０９及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１０を有する。センサ基板１１２は、放射線を検出する画素１００を二次元行列状に配置したセンサであり、放射線を検出して画像情報を出力する。
図２では、説明の簡便化のために、センサ基板１１２に設けられている画素１００のうちの一部を示すが、実際のセンサ基板はより多画素であり、例えば１７×１７インチの場合、約２８００行×約２８００列の画素を有している。画素１００は、診断に用いる画像を形成するために概ね二次元行列状に配置される。画素１００は放射線又は光を電荷に変換する変換素子１０２と、変換素子の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子１０１とを有する。
変換素子１０２は、間接型の変換素子又は直接型の変換素子であり、照射された放射線を電荷に変換する。間接型の変換素子は、放射線を光に変換する波長変換体と、その光を電荷に変換する光電変換素子とを有する。本実施例では間接型の変換素子としてアモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードを用いる。また放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子を用いてもよい。
スイッチ素子１０１は、制御電極と２つの主電極を有するトランジスタを用いることができる。本実施形態においては、薄膜トランジスタを用いる。変換素子１０２は、それぞれ、一方の電極がスイッチ素子１０１の２つの主電極の一方に電気的に接続され、他方の電極が列方向に延在する共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス源１０３と電気的に接続される。
０行目において、偶数列目（０，２，４，・・・列目）、および奇数列目（１，３，５，・・・列目）の画素の各スイッチ素子１０１の制御電極は、それぞれ行方向に延在する駆動線Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）に共通に電気的に接続される。以降同様に、ｋ行目の奇数列目および偶数列目の画素の各スイッチ素子の制御電極は駆動線Ｖｇ（２ｋ）、Ｖｇ（２ｋ＋１）に共通に電気的に接続される。また、隣接する２画素間で列方向に延在する１本の信号線Ｓｉｇが共有されている。
すなわち、２ｋ列目と２ｋ＋１列目（ｋ＝０，１，２，・・・）の画素の各スイッチ素子は、それぞれ、一方の主電極が変換素子に接続され、他方の主電極が信号線Ｓｉｇ（ｋ）に共通に電気的に接続されている。各行に２本ずつ設けられた駆動線Ｖｇは、各行において偶数列目の群または奇数列目の群のスイッチ素子を駆動するように、駆動線に対応する群のスイッチ素子の制御電極に接続されている。
駆動回路１１４は、例えばシフトレジスタであり、駆動線Ｖｇ（０），Ｖｇ（１），・・・を介して、駆動信号をスイッチ素子１０１に供給することにより、スイッチ素子１０１の導通状態を制御する。
駆動回路１１４の制御により、Ｖｇ（２ｋ）を導通電圧、Ｖｇ（２ｋ＋１）を非導通電圧とすれば、偶数列目の画素に蓄積された信号が信号線に出力される。Ｖｇ（２ｋ）を非導通電圧、Ｖｇ（２ｋ＋１）を導通電圧とすれば、奇数列目の画素に蓄積された信号が信号線Ｓｉｇ（ｋ）に出力される。
ところで、センサ基板の一部に強い放射線が入射するなど、放射線量がセンサ基板の有効領域内で一様でない場合、クロストークが発生する。このうち、駆動線Ｖｇと平行に発生するもの（横クロストーク）は、動画センサの高速駆動時に特に問題となる。横クロストークはバイアス電圧の瞬間的・局所的な変動によって発生するため、対策としてはセンサ基板内部のバイアス線を複数系統設けることで、バイアス線の配線容量を下げ、上記のバイアス電圧の変動を低減することが有効である。
そのため、本実施形態においてバイアス線Ｂｓはバイアス源１０３が異なる２系統設けられている。バイアス線Ｂｓ１は第１バイアス源１０３－１からバイアス電圧が供給され、画素アレイの０列目、１列目、４列目、５列目に接続されている。また、バイアス線Ｂｓ２は第２バイアス源１０３－２からバイアス電圧が供給され、画素アレイの２列目、３列目、６列目、７列目に接続されている。
読出回路１１３は、各信号線の電気信号をそれぞれ増幅する増幅回路１０６を信号線Ｓｉｇ（ｋ）毎に設けている。各増幅回路１０６は、積分アンプ１０５と、可変ゲインアンプ１０４と、サンプルホールド回路１０７とを有する。
積分アンプ１０５は、信号線の電気信号を増幅する。可変ゲインアンプ１０４は、積分アンプ１０５からの電気信号を可変ゲインで増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変ゲインアンプ１０４で増幅された電気信号をサンプルしホールドする。
積分アンプ１０５は、信号線の電気信号を増幅して出力する演算増幅器１２１と、積分容量１２２と、リセットスイッチ１２３とを有する。積分アンプ１０５は、積分容量１２２の値を変えることにより、ゲイン（増幅率）を変更することが可能である。また、読出回路１１３は、各列のスイッチ１２６と、マルチプレクサ１０８とを有する。マルチプレクサ１０８は、各列のスイッチ１２６を順次導通状態することにより、各増幅回路１０６から並列に出力される電気信号を順次、出力バッファアンプ１０９にシリアル信号として出力する。
出力バッファアンプ１０９は、電気信号をインピーダンス変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器１１０は、出力バッファアンプ１０９から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換し、画像情報として図１のコンピュータに出力する。
駆動回路１１４は、駆動制御ユニットからの制御信号Ｄ－ＣＬＫ，ＯＥ，ＤＩＯに応じて、スイッチ素子を導通状態にする導通電圧と非導通状態とする非導通電圧を有する駆動信号を、各駆動線Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）・・・に出力する。これにより、駆動回路１１４は、スイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御し、センサ基板１１２を駆動する。
電源部２３はバッテリや外部からの電力を各電源へ変圧し、図２に示す増幅回路の基準電源１１１、バイアス源１０３に電力を供給する。基準電源１１１は、各演算増幅器１２１の正転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。バイアス源１０３は、バイアス線Ｂｓを介して各変換素子にバイアス電圧Ｖｓ＿ｒｅｆを供給すると共に、バイアス線Ｂｓに供給した電流量の時間変動を含む電流情報を出力する。
バイアス源１０３は、電流情報を出力する回路の一例として、図に示すようにオペアンプを有する電流－電圧変換回路１１５を有することができるが、電流情報を出力する回路はこの構成に限定されるものではない。例えば、シャント抵抗を用いた電流－電圧変換回路を用いてもよい。また、電流－電圧変換回路の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路を用いてデジタル値として出力してもよい。さらには、バイアス線Ｂｓに供給した電流量に対応する物理量を出力してもよい。
図３は放射線撮像装置１０の動作を説明するフローチャートである。駆動制御ユニット２５は、演算手段が出力した放射線情報を用いて、放射線照射開始判定を行う。放射線照射開始判定としては、放射線情報が予め定めた閾値を上回る場合に放射線の開始を判定する方法が好適に用いられる。放射線の開始が判定されない場合（ＮＯ）は、暗電流の蓄積により生じた電荷を除去する駆動（以後、空読みと称する）が繰り返される。空読みは、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番に行われ、最終行に到達した場合は先頭行に戻る。
放射線の開始が判定された場合（ＹＥＳ）は、放射線照射終了判定を行う。放射線照射終了判定としては、放射線照射開始判定がなされてから予め定めた時間が経過した場合に放射線の終了を判定する方法が好適に用いられる。放射線情報が予め定めた閾値を下回る場合に放射線の終了を判定してもよい。
放射線の終了が判定されない場合（ＮＯ）は、全ての画素のスイッチを非導通にして放射線による信号を蓄積する駆動（以後、蓄積と称する）が繰り返される。放射線の終了が判定された場合（ＹＥＳ）は、放射線の蓄積により生じた電荷を読み出す駆動（以後、本読みと称する）を行う。本読みは先頭行から最終行まで順番に行われる。本読みが最終行に到達した場合は、一連の撮影動作が終了する。
図４は放射線撮像装置１０の動作を説明するタイミングチャートである。駆動制御ユニット２５は、放射線の照射開始を判定するまでの間、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ－１行目）まで順番にスイッチ素子を導通させる駆動、すなわち空読みを繰り返している。空読みが最終行に到達した場合は、先頭行に戻って空読みを続ける。
駆動制御ユニット２５は、放射線の照射開始を判定した場合、全ての行のスイッチ素子を非導通にする駆動、すなわち蓄積に移行する。また、放射線の照射終了を判定するまでの間、蓄積を繰り返す。放射線の照射開始を判定した行を、Ｙｓとする。駆動制御ユニットは２５、放射線の照射終了を判定した場合、先頭行から最終行まで順次スイッチ素子を導通させ、信号の読み出しとＡ／Ｄ変換を行う駆動、すなわち本読みを行う。
図５は、電流－電圧変換回路１１５として適用可能な検知回路１２００の構成例である。検知回路１２００は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検知して、該電流を示すバイアス電流信号ＶＳＤをアナログ信号取得部２４に提供する。検知回路１２００は、例えば、電流電圧変換アンプ３１０と、電圧増幅アンプ３２０と、フィルタ回路３３０と、を含みうる。電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を電圧に変換する。
電圧増幅アンプ３２０は、電流電圧変換アンプ３１０から出力される信号（電圧信号）を増幅する。電圧増幅アンプ３２０は、例えば、計装アンプで構成されうる。フィルタ回路３３０は、電圧増幅アンプ３２０から出力された信号の帯域を制限するフィルタであり、例えば、ローパスフィルタでありうる。ローパスフィルタを通過後の電流情報はアナログ信号取得部２４に供給される。
電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検知するほか、電源部から与えられる基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆに応じた電位をバイアス線Ｂｓに供給する。電流電圧変換アンプ３１０は、トランスインピーダンスアンプでありうる。電流電圧変換アンプ３１０は、例えば、演算増幅器３１１と、演算増幅器３１１の反転入力端子（第２入力端子）と出力端子との間に配置されたフィードバック経路３１２とを含む。演算増幅器３１１の非反転入力端子（第１入力端子）には、基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆが与えられる。
電流電圧変換アンプ３１０は、フィードバック経路３１２を有することにより、演算増幅器３１１の非反転入力端子（第１入力端子）に与えられる基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆに応じた電位を反転入力端子（第２入力端子）に発生するように機能する。より具体的には、電流電圧変換アンプ３１０は、差動増幅回路２１１の非反転入力端子に与えられる基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆとほぼ同一の電位を反転入力端子に発生するように機能する。
同図のように、フィードバック経路３１２にあらかじめ複数の経路を配置しておき、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＣなどによって、有効にする経路を切り替え可能としてもよい。駆動制御ユニットは、制御信号ＶＳＸを検知回路１２００に供給することで、上記複数の経路のうち有効にする経路を選択し、電流電圧変換アンプ３１０のフィードバック経路３１２のインピーダンス（以下フィードバックインピーダンス）を制御してもよい。
また以下のように、撮像装置の駆動状態に応じてフィードバックインピーダンスを制御してもよい。例えば、空読み駆動中において、センサ基板１１２への放射線照射開始を速やかに検知するためには、バイアス線Ｂｓを流れる電流を高い感度で検知する必要がある。そこで空読み駆動中においては、フィードバックインピーダンス（＝電流電圧変換アンプ３１０のゲイン）を大きくするとよい。
一方、本読み駆動中において変換素子１０２に蓄積された電荷を信号線Ｓｉｇに転送する際、フィードバックインピーダンスが大きいと、変換素子１０２へのバイアス線Ｂｓからの電流供給が遅くなる。特に、センサ基板１１２に対して部分的に強い放射線が入射している場合には、変換素子１０２へのバイアス線Ｂｓからの電流供給の遅れによって、画像にアーチファクト（クロストーク）が生じやすい。そこで、本読み駆動中においては、フィードバックインピーダンスを小さくするとよい。
次に、図６を用いて画素１００の構造について説明する。図６（ａ）は画素１００の平面図を表す図である。図６（ｂ）は図６（ａ）中のＡ－Ａ‘の断面図である。
図６（ａ）および（ｂ）において、基板４００はガラスまたはプラスチックなどの絶縁性基板である。薄膜トランジスタ４０９は基板４００の上に形成され、制御電極４０１、第１主電極４０２、第２主電極４０３、絶縁層４０４を含む。制御電極４０１と駆動線Ｖｇ、第１主電極４０２と信号線Ｓｉｇは、それぞれ共通の金属膜で一体的に形成され、絶縁層４０４は薄膜トランジスタ４０９のゲート絶縁膜として機能する。薄膜トランジスタ４０９は、非図示の遮光層を有していてもよい。
すなわち、本実施形態に係る薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に設けられ、制御電極と、制御電極上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に設けられた第１主電極および第２主電極を有している。
ＰＩＮ型フォトダイオード４１０は、第１電極４１１、半導体層４１２、第２電極４１４をこの順に積層して形成する。このうち半導体層４１２は、第１不純物半導体層４１２１、真性半導体層４１２２、第２不純物半導体層４１２３がこの順に積層されたものである。本実施形態では、薄膜トランジスタ４０９の第２主電極４０３と変換素子の第１電極４１１は共通の金属膜で一体的に形成されるが、別の導電材料で構成してもよい。すなわち、本実施形態に係る変換素子（ＰＩＮ型フォトダイオード）は、薄膜トランジスタ上に設けられる。
薄膜トランジスタ４０９とＰＩＮ型フォトダイオード４１０は、ＰＩＮ型フォトダイオード４１０の第２電極４１４上の一部に設けられた開口４５０を除き、共通の絶縁層４２０によって覆われている。バイアス線Ｂｓは絶縁層４２０の上に設けられている。導電層４３０は開口４５０をコンタクトホールとし、バイアス線Ｂｓと第２電極４１４を電気的に接続する。
バイアス線Ｂｓは金属膜で、導電層４３０は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜でそれぞれ形成することができる。最終保護層４４０は、上記の構造を全体に被覆している。絶縁層４０４や４２０、最終保護層４４０は、窒化シリコンなどの無機絶縁膜で形成することができる。上記の構造と対向してシンチレータ（不図示）が設けられる。
このような構成とすると、信号線Ｓｉｇに対し、画素１００の配置の向きが２種類存在する事になる。図６（ｂ）中において、信号線Ｓｉｇに対して左側から画素１００のスイッチ素子１０１である薄膜トランジスタ４０９が接続されているものを、以下画素Ａと呼称する。また、信号線Ｓｉｇに対して右側から画素１００のスイッチ素子１０１である薄膜トランジスタ４０９が接続されているものを、以下画素Ｂと呼称する。
このような接続において、信号線レイヤの露光時のアライメントずれによって、信号線レイヤが図６（ａ）および（ｂ）中の左側にずれた場合を考える。すると、画素Ａでは、第一主電極４０２と制御電極４０１との重なり面積が増える事で、第一主電極４０２と制御電極４０１との間の結合容量（以下、Ｃａ）が増える。
その一方で画素Ｂにおいては、第二主電極４０３と制御電極４０１との重なり面積が増える事で第二主電極４０３と制御電極４０１との間の結合容量（以下、Ｃｂ）が増える。容量Ｃａはバイアス線Ｂｓの配線容量には影響しないが、容量ＣｂはＰＩＮ型フォトダイオード４１０の第１電極４１１を介してバイアス線Ｂｓと容量結合している。そのため、Ｃｂが増える画素Ｂにおいて、バイアス線Ｂｓの配線容量は増え、Ｃｂが減る画素Ａにおいてはバイアス線Ｂｓの配線容量は減る。以上のように画素Ａと画素Ｂではバイアス線Ｂｓの配線容量に与える影響が異なる。
図６（ａ）において、左から１列目の画素Ａと、左から２列目の画素Ｂに対しては、画素が有する変換素子１０２の電極へ第１バイアス線Ｂｓ１を接続する。同様に、左から３列目の画素Ａと、左から４列目の画素Ｂに対しては、画素が有する変換素子１０２の電極へ第２バイアス線Ｂｓ２を接続する。
すなわち、Ｓｉｇ（ｍ）（第１信号線）には、図中の行方向における左側から２ｍ列目に配置された画素（第１画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続され、反対側から（２ｍ＋１）列目に配置された画素（第２画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続される。
またＳｉｇ（ｍ＋１）（第２信号線）にも同様に、左方向から（２ｍ＋２）列目に配置された画素（第３画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続され、反対側から（２ｍ＋２）列目に配置された画素（第４画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続される。そして、第１バイアス線Ｂｓ１は第１画素の変換素子と第２画素の前記変換素子とが接続され、第２バイアス線は第３画素の変換素子と第４画素の変換素子とが接続される。
このような接続とすると、バイアス線Ｂｓ１には画素Ａと画素Ｂがそれぞれ２画素ずつ接続され、バイアス線Ｂｓ２にも同様に画素Ａと画素Ｂが２画素ずつ接続されている。
このように、隣接した画素の２列ごとに接続するバイアス線の系統を入れ替えると、それぞれのバイアス線に対して、画素Ａと画素Ｂの画素数が同一となり、先に述べたようなアライメントずれによる寄生容量分を相殺できる。
なお画素Ａと画素Ｂの数についてはバイアス線の系統ごとに同数であるのが理想であるが、例えば画素の列数の都合等で厳密に同数とはできない場合も考えられる。その場合においても、上記の構成によりバイアス線の系統ごとに画素Ａと画素Ｂを接続することで、寄生容量差を相殺してアーチファクトを軽減する効果が見込める。
また、２系統あるバイアス線Ｂｓの一方の系統に画素Ａもしくは画素Ｂのいずれかが偏って接続されている場合と比較すると、一つのバイアス線Ｂｓに画素Ａと画素Ｂを両方接続することのみでもバイアス線間の寄生容量の差が小さくなる効果が見込める。
以上、本実施形態の構成によれば、隣接列の画素間で信号線を共用する構造において、バイアス線を複数系統配置する場合に、各バイアス線に接続される画素Ａと画素Ｂの数を合わせる事ができる。画素Ａと画素Ｂの数がバイアス線の系統ごとに合うことにより、信号線レイヤのアライメントずれにより生じるバイアス線間の容量差を相殺でき、バイアス線の配線容量に起因するアーチファクトを軽減することが出来る。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は第２の実施形態における撮像装置の等価回路の一部である。実施例１との差異は、バイアス線Ｂｓ１、バイアス線Ｂｓ２の配置と画素の配置が異なる点である。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は第２の実施形態における撮像装置の等価回路の一部である。実施例１との差異は、バイアス線Ｂｓ１、バイアス線Ｂｓ２の配置と画素の配置が異なる点である。
偶数行目の駆動線Ｖｇには、０列目、３列目、４列目、７列目の画素が接続されており、奇数行目の駆動線Ｖｇには１列目、２列目、５列目、６列目の画素が接続されている。一方、バイアス線Ｂｓ１には０列目、３列目、４列目、７列目の画素が接続されており、バイアス線Ｂｓ２には１列目、２列目、５列目、６列目の画素が接続されている。
すなわち、Ｓｉｇ（０）（第１信号線）には、図中の行方向における左側から０列目に配置された画素（第１画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続され、反対側から（２ｍ＋１）列目に配置された画素（第２画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続される。
またＳｉｇ（ｍ＋１）（第２信号線）にも同様に、左方向から（２ｍ＋２）列目に配置された画素（第３画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続され、反対側から（２ｍ＋２）列目に配置された画素（第４画素）の薄膜トランジスタ４０９が接続される。そして、第１バイアス線Ｂｓ１は第１画素の変換素子と第４画素の前記変換素子とが接続され、第２バイアス線は第２画素の変換素子と第３画素の変換素子とが接続される。
第１の実施形態と同様に、バイアス線Ｂｓ１に接続される画素Ａと画素Ｂの数と、バイアス線Ｂｓ２に接続される画素Ａと画素Ｂの個数が同じ個数となる。そのため、この構成においても、信号線レイヤのアライメントずれによるバイアス線の容量変化を相殺することができる。
加えて、図７の構成においては、バイアス線Ｂｓ１とバイアス線Ｂｓ２に流れる電流情報を、個別にサンプリングすることができる。例えば、偶数行目の駆動線にＯＮ電圧を印可した際、０列目、３列目、４列目、７列目の画素のスイッチ素子１０１が導通状態となり、バイアス線Ｂｓ１に電流が流れる。この時、バイアス線Ｂｓ２が接続されている１列目、２列目、５列目、６列目の画素のスイッチ素子１０１は非導通状態のため、バイアス線Ｂｓ２には電流は流れない。
図８は、本実施形態のアナログ信号取得部において相関二重サンプリング（ＣＤＳ）駆動を行う場合のタイミングチャートの一例である。いま、Ｖｇ（０）を導通電圧、他のＶｇを非導通電圧とすると、０行目・０列目、３列目、４列目、７列目の画素のスイッチ素子が信号線と導通する。このとき、もし放射線が照射されていれば、光電変換に基づく第１バイアス電流（Ｉ１）がバイアス源１０３－１（Ｖｓ１）に流入する。
他方、バイアス源１０３－２に接続された画素１００のスイッチ素子１０１は導通していないため、Ｉ１が流入することはない。従って、バイアス源１０３－１の電流である第１バイアス電流およびバイアス源１０３－２の電流である第２バイアス電流を同時にサンプリングし、それぞれＳおよびＮとして両者の演算を行うことで、ノイズ成分を除去し、電流情報を取得することができる。
また、たとえば同図ではＶｇ（４）を導通電圧としている間で示すように、外来ノイズが時間とともに変動するような場合においても、変動量ＳとＮで演算（Ｓ－Ｎなど）を行うことにより、外来ノイズ成分を除去し、電流の値を精度よく取得することができる。
以上本実施形態の構成によれば、バイアス線Ｂｓ１、バイアス線Ｂｓ２間の容量の均一化に加えて、放射線照射開始検知を精度よく行う事が可能となる。
１００ 画素
１０１ スイッチ素子
１０２ 変換素子
１０３ バイアス源
１０４ 可変ゲインアンプ
１０５ 積分アンプ
１０６ 増幅回路
１０７ サンプルホールド回路
１０８ マルチプレクサ
１０９ 出力バッファアンプ
１１０ Ａ／Ｄコンバータ
１１１ アンプ基準電源
１１２ センサ基板
１１３ 読出回路
１１４ 垂直駆動回路
１１５ 電流－電圧変換回路
Ｓｉｇ 信号線
Ｖｇ 駆動線
Ｂｓ バイアス線
１０１ スイッチ素子
１０２ 変換素子
１０３ バイアス源
１０４ 可変ゲインアンプ
１０５ 積分アンプ
１０６ 増幅回路
１０７ サンプルホールド回路
１０８ マルチプレクサ
１０９ 出力バッファアンプ
１１０ Ａ／Ｄコンバータ
１１１ アンプ基準電源
１１２ センサ基板
１１３ 読出回路
１１４ 垂直駆動回路
１１５ 電流－電圧変換回路
Ｓｉｇ 信号線
Ｖｇ 駆動線
Ｂｓ バイアス線
Claims (11)
- 薄膜トランジスタと変換素子を有し２次元行列状に配置された複数の画素と、
列方向に配置された複数の前記薄膜トランジスタと接続された複数の信号線と、を有し、
前記複数の画素が、第１列に配置された第１画素と、該第１画素と行方向に隣り合う第２列に配置された第２画素と、前記第１画素とは反対側で前記第２画素と行方向に隣り合う第３列に配置された第３画素と、前記第２画素とは反対側で前記第３画素と行方向に隣り合う第４列に配置された第４画素と、を含み、
前記複数の信号線が、第１信号線と、前記第１信号線と行方向に隣り合って配置された第２信号線と、を少なくとも含み、
前記第１信号線は、前記行方向のうちの第１方向から第１画素の前記薄膜トランジスタが接続され、前記第１方向とは反対の方向である第２方向から前記第２画素の前記薄膜トランジスタが接続され、
前記第２信号線は、前記第１方向から前記第３画素の前記薄膜トランジスタが接続され、前記第２方向から前記第４画素の前記薄膜トランジスタが接続されている放射線撮像装置であって、
列方向に配置された複数の前記変換素子に第１バイアス源からのバイアス電圧を供給するための第１バイアス線と、
列方向に配置された複数の前記変換素子に前記第１バイアス源とは別の第２バイアス源からのバイアス電圧を供給するための第２バイアス線と、
を更に有し、
前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続される、または、
前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続される、
ことを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記第１方向から前記第１バイアス線に接続された前記変換素子の数と前記第１方向から前記第２バイアス線に接続された前記変換素子の数とが同数であり、かつ、前記第２方向から前記第１バイアス線に接続された前記変換素子の数と前記第２方向から前記第２バイアス線に接続された前記変換素子の数とが同数であること
を特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。 - 前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続されること
を特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。 - 前記第１バイアス線は前記第１画素の前記変換素子と前記第４画素の前記変換素子とが接続され、前記第２バイアス線は前記第３画素の前記変換素子と前記第２画素の前記変換素子とが接続されること
を特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。 - 前記薄膜トランジスタは、
絶縁性基板上に設けられ、制御電極と、該制御電極上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた第１主電極および第２主電極を有すること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。 - 前記変換素子は、前記薄膜トランジスタ上に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
- 前記第１バイアス源に流れる第１バイアス電流および前記第２バイアス源に流れる第２バイアス電流を取得するアナログ信号取得部を更に有し、
前記アナログ信号取得部は、前記第１バイアス電流および前記第２バイアス電流の少なくともいずれか一方に基づいて前記複数の画素に放射線の照射が行われたことの検知を行うこと
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。 - 行方向に配置された前記複数の画素から電荷を読み出すための駆動を行うための複数の駆動線を更に有し、
前記第１バイアス線は前記複数の駆動線のうちの第１駆動線により前記駆動が行われる画素が接続され、
前記第２バイアス線は前記複数の駆動線のうちの前記第１駆動線とは別の第２駆動線により前記駆動が行われる画素が接続され、
前記アナログ信号取得部は、前記第１バイアス電流および前記第２バイアス電流の少なくともいずれか一方に基づいて前記検知を行うこと
を特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。 - 前記アナログ信号取得部は、前記第１バイアス電流と前記第２バイアス電流とに基づいて相関二重サンプリングを行うことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
- 前記複数の画素上に前記放射線を光に変換するシンチレータを更に有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載に放射線撮像装置。
- 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置に放射線の照射を行う放射線発生装置と、
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
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