JP4546560B2 - 放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システム - Google Patents
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Description
本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムに関する。なお、本明細書では、Ｘ線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとする。
従来、病院内などに設置されているＸ線撮影システムには、患者にＸ線を照射し、患者を透過したＸ線をフィルムに露光するフィルム撮影方式と、患者を透過したＸ線を電気信号に変換してディジタル画像処理する画像処理方式とがある。
画像処理方式のひとつに、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体と可視光を電気信号に変換する光電変換装置とを備えた放射線撮像装置がある。患者を透過したＸ線が蛍光体に照射され、蛍光体で可視光に変換された患者の体内情報を光電変換装置により電気信号として出力する。患者の体内情報が電気信号に変換されれば、その電気信号をＡＤコンバータでディジタル変換し、記録、表示、印刷、診断などを行うためのＸ線画像情報をディジタル値として扱うことができる。
最近では、光電変換装置にアモルファスシリコン半導体薄膜を用いた放射線撮像装置が実用化されている。
図２４は、ＭＩＳ型光電変換素子１０１とスイッチ素子１０２の材料にアモルファスシリコン半導体薄膜を用いて構成した従来の光電変換基板の上面図であり、それらを結線する配線を含めて表している。
図２４は、ＭＩＳ型光電変換素子１０１とスイッチ素子１０２の材料にアモルファスシリコン半導体薄膜を用いて構成した従来の光電変換基板の上面図であり、それらを結線する配線を含めて表している。
図２５は、図２４に示したＡ−Ｂ間における断面図である。以後の説明では、簡略化のために、ＭＩＳ型光電変換素子は、単に光電変換素子と呼ぶことにする。
図２５に示すように、光電変換素子１０１及びスイッチ素子１０２（アモルファスシリコンＴＦＴ、以下、単にＴＦＴと記す）は同一基板１０３上に形成されており、光電変換素子１０１の下部電極は、ＴＦＴ１０２の下部電極（ゲート電極）と同一の第１の金属薄膜層１０４で形成されており、また、光電変換素子１０２の上部電極は、ＴＦＴ１０２の上部電極（ソース電極、ドレイン電極）と同一の第２の金属薄膜層１０５で形成されている。
図２５に示すように、光電変換素子１０１及びスイッチ素子１０２（アモルファスシリコンＴＦＴ、以下、単にＴＦＴと記す）は同一基板１０３上に形成されており、光電変換素子１０１の下部電極は、ＴＦＴ１０２の下部電極（ゲート電極）と同一の第１の金属薄膜層１０４で形成されており、また、光電変換素子１０２の上部電極は、ＴＦＴ１０２の上部電極（ソース電極、ドレイン電極）と同一の第２の金属薄膜層１０５で形成されている。
また、第１及び第２の金属薄膜層１０４，１０５は、図２４に示した光電変換回路部内のゲート駆動用配線１０６及びマトリクス信号配線１０７にも共有して形成されている。図２４においては、画素数として２×２の計４画素分を記載しており、図のハッチング部は、光電変換素子１０１の受光面を示している。また、１０９は光電変換素子１０１にバイアスを与える電源ラインであり、１１０は光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２とを接続するためのコンタクトホールである。
アモルファスシリコン半導体を主たる材料にした図２４で示されるような構成を用いれば、光電変換素子１０１、ＴＦＴ１０２、ゲート駆動用配線１０６、マトリクス信号配線１０７を、同一基板上に同時に作製することができ、大面積の光電変換回路部を容易に、且つ安価に提供することができる。
次に、光電変換素子１０１のデバイス動作について図２６を用いて説明する。
図２６（ａ）〜（ｃ）は、図２４，図２５で示した光電変換素子１０１のデバイス動作を説明するためのエネルギーバンド図である。
図２６（ａ）〜（ｃ）は、図２４，図２５で示した光電変換素子１０１のデバイス動作を説明するためのエネルギーバンド図である。
図２６（ａ），（ｂ）は、それぞれリフレッシュモード及び光電変換モードにおける動作を示しており、横軸は図２５で示した各層の膜厚方向の状態を表している。ここで、Ｍ１は、例えばＣｒなどの第１の金属薄膜層１０４で形成された下部電極（Ｇ電極）である。また、アモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮｘ）絶縁薄膜層１１１は、電子とホールをともにその通過を阻止する絶縁層であり、トンネル効果をもたらさない程度の厚さが必要であり、通常は５０ｎｍ以上で形成される。
水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）薄膜層１１２は、意図的にドーパントをドープしていない真性半導体層（ｉ層）で形成された光電変換半導体層である。また、Ｎ+層１１３は、水素化アモルファスシリコン薄膜層１１２へのホールの注入を阻止するために形成されたＮ型の水素化アモルファスシリコン薄膜層などの非単結晶半導体からなる単一導電型キャリアの注入阻止層である。また、Ｍ２は、例えばＡｌなどの第２金属薄膜層１０５で形成された上部電極（Ｄ電極）である。
図２５では、上部電極であるＤ電極はＮ+層１１３を完全には覆っていないが、Ｄ電極とＮ+層１１３との間は電子の移動が自由に行われるためにＤ電極とＮ+層１１３とは常に同電位であり、以下では、そのことを前提として説明を行う。
光電変換素子１０１のデバイス動作には、Ｄ電極やＧ電極への電圧の印可の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作モードがある。
光電変換素子１０１のデバイス動作には、Ｄ電極やＧ電極への電圧の印可の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作モードがある。
図２６（ａ）に示すリフレッシュモードの場合には、Ｄ電極にはＧ電極に対して負の電位が与えられており、図中の黒丸で示したｉ層１１２中のホールは、電界によりＤ電極に導かれる。これと同時に、図中の白丸で示した電子は、ｉ層１１２に注入される。この時、一部のホールと電子はＮ+層１１３、ｉ層１１２において再結合して消滅する。この状態が十分に長い時間続けば、ホールはｉ層１１２から掃き出される。
前述の状態から、図２６（ａ）に示す光電変換モードにするためには、Ｄ電極にＧ電極に対し正の電位を与える。これにより、ｉ層１１２中の電子は、瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールは、Ｎ+層１１３が注入阻止層として働くため、ｉ層１１２に導かれることはない。この状態でｉ層１１２に光が入射すると、光は吸収され電子ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれる。一方、ホールはｉ層１１２内を移動して、ｉ層１１２とアモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮｘ）絶縁薄膜層１１１との界面に達するが、この絶縁層１１１内には移動できないため、ｉ層１１２内に留まることになる。この時、電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層内の絶縁層界面に移動するため、光電変換素子１０１内の電気的中性を保つためにＧ電極から電流が流れる。この電流は、光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例したものとなる。
図２６（ｂ）に示した光電変換モードの状態をある期間保った後、再び、図２６（ａ）のリフレッシュモードの状態になると、ｉ層１１２に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれて、このホールに対応した電流が流れる。このホールの量は、光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時、ｉ層１１２内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定であるため、差し引いて検出すればよい。つまり、この光電変換素子１０１はリアルタイミングに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も検出することができる。
しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなった場合や入射する光の照度が強い場合には、光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは、図２６（ｃ）に示すように、ｉ層１１２内にホールが多数留まり、このホールによりｉ層１１２内の電界が小さくなり、発生した電子が導かれなくなってｉ層１１２内でホールと再結合してしまうからである。この状態を光電変換素子１０１の飽和状態と称する。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層１１２内のホールは掃き出されるため、次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が流れる。
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層１１２内のホールを掃き出す場合には、すべてのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果があり、前述と等しい電流が得られて何ら問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において、図２６（ｃ）の飽和状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間及びＮ+層１１３の注入阻止層の特性を決めればよい。
また、更にリフレッシュモードにおいて、ｉ層１１２への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層１１２に留まっている場合には、たとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であっても、ｉ層１１２内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。また、注入阻止層であるＮ+層１１３の特性も同様に電子をｉ層１１２に注入できることが必要条件ではない。
図２７は、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２とを備えて構成される画素の１画素分の従来における光電変換回路図である。
図２７において光電変換素子１０１は、ｉ層からなる容量成分Ｃｉと注入阻止層からなる容量成分ＣSiNとを含んでいる。また、ｉ層と注入阻止層との接合点（図２７中のノードＮ）は、光電変換素子１０１が飽和状態になった時、すなわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界がない（小さい）状態になった時、光によって生成された電子とホールとが再結合するために、ホールキャリアをＮ部に蓄えることができなくなる。
図２７において光電変換素子１０１は、ｉ層からなる容量成分Ｃｉと注入阻止層からなる容量成分ＣSiNとを含んでいる。また、ｉ層と注入阻止層との接合点（図２７中のノードＮ）は、光電変換素子１０１が飽和状態になった時、すなわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界がない（小さい）状態になった時、光によって生成された電子とホールとが再結合するために、ホールキャリアをＮ部に蓄えることができなくなる。
つまり、ノードＮの電位は、Ｄ電極の電位より高くなることはない。この飽和状態における動作を具現化するために、図２７ではダイオード（Ｄ１）を容量成分Ｃｉに並列に接続している。すなわち、光電変換素子１０１は、容量成分Ｃｉ、容量成分ＣSiN、ダイオードＤ１の３つの構成要素を有している。
図２８は、図２７に示した画素の１画素分の光電変換回路における動作を示すタイミングチャートである。以下に、図２７，図２８を用いて、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２で構成される画素の回路動作を説明する。
まず、リフレッシュ動作を説明する。
図２７において、Ｖsを９Ｖ、Ｖrefを３Ｖに設定する。リフレッシュ動作は、スイッチＳＷ−ＡをＶref、スイッチＳＷ−ＢをＶｇ（ｏｎ）、スイッチＳＷ−Ｃをオンにする。この状態にすることにより、Ｄ電極はＶref（６Ｖ）にバイアスされ、Ｇ電極はＧＮＤ電位にバイアスされ、ノードＮは最大Ｖref（６Ｖ）にバイアスされる。ここで、最大というのは、今回のリフレッシュ動作以前の光電変換動作により、ノードＮの電位が既にＶref以上の電位まで蓄積されていた場合、ダイオードＤ１を介しＶrefにバイアスされる。一方、以前の光電変換動作によりノードＮの電位がＶref以下であった場合、本リフレッシュ動作によりＶrefの電位にバイアスされることはない。実際の使用にあたっては、複数回の光電変換動作を過去に繰り返していれば、ノードＮは、本リフレッシュ動作により事実上Ｖref（６Ｖ）にバイアスされると言ってよい。
図２７において、Ｖsを９Ｖ、Ｖrefを３Ｖに設定する。リフレッシュ動作は、スイッチＳＷ−ＡをＶref、スイッチＳＷ−ＢをＶｇ（ｏｎ）、スイッチＳＷ−Ｃをオンにする。この状態にすることにより、Ｄ電極はＶref（６Ｖ）にバイアスされ、Ｇ電極はＧＮＤ電位にバイアスされ、ノードＮは最大Ｖref（６Ｖ）にバイアスされる。ここで、最大というのは、今回のリフレッシュ動作以前の光電変換動作により、ノードＮの電位が既にＶref以上の電位まで蓄積されていた場合、ダイオードＤ１を介しＶrefにバイアスされる。一方、以前の光電変換動作によりノードＮの電位がＶref以下であった場合、本リフレッシュ動作によりＶrefの電位にバイアスされることはない。実際の使用にあたっては、複数回の光電変換動作を過去に繰り返していれば、ノードＮは、本リフレッシュ動作により事実上Ｖref（６Ｖ）にバイアスされると言ってよい。
続いて、ノードＮがＶrefにバイアスされた後に、スイッチＳＷ−ＡをＶs側に切り替える。これにより、Ｄ電極はＶs（９Ｖ）にバイアスされる。このリフレッシュ動作により、光電変換素子１０１のノードＮに蓄えられていたホールキャリアがＤ電極側へ一掃されたことになる。
次に、Ｘ−ray照射期間について説明する。
図２８に示すように、Ｘ線をパルス状に照射する。検出体を透過したＸ線が蛍光体Ｆｌに照射され、可視光に変換される。蛍光体Ｆｌからの可視光は、半導体層（ｉ層）に照射され光電変換される。光電変換により生成されたホールキャリアは、ノードＮに蓄積され電位を上昇させる。ＴＦＴ１０２はオフした状態なので、Ｇ電極側の電位も同じ分だけ上昇する。
図２８に示すように、Ｘ線をパルス状に照射する。検出体を透過したＸ線が蛍光体Ｆｌに照射され、可視光に変換される。蛍光体Ｆｌからの可視光は、半導体層（ｉ層）に照射され光電変換される。光電変換により生成されたホールキャリアは、ノードＮに蓄積され電位を上昇させる。ＴＦＴ１０２はオフした状態なので、Ｇ電極側の電位も同じ分だけ上昇する。
wait期間は、リフレッシュ期間とＸ−ray照射期間の間に設けられている。特に何かを動作させているわけではなく、リフレッシュ動作直後の暗電流などで光電変換素子１０１の特性が不安定な状態にある場合、緩和するまでに何も動作させないために設けられた待機期間である。光電変換素子１０１がリフレッシュ動作直後に不安定な特性がない場合、特にwait期間を設ける必要はない。
次に、転送動作について説明する。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＢをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。これによりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れ、読み出し容量Ｃ2の電位を上昇させる。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。読み出し容量Ｃ2の電位は、同時にアンプを介し増幅して出力される。ＴＦＴ１０２は、信号電荷を充分に転送するに足りる時間だけオンさせ、やがてオフさせる。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＢをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。これによりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れ、読み出し容量Ｃ2の電位を上昇させる。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。読み出し容量Ｃ2の電位は、同時にアンプを介し増幅して出力される。ＴＦＴ１０２は、信号電荷を充分に転送するに足りる時間だけオンさせ、やがてオフさせる。
最後に、リセット動作について説明する。
リセット動作はスイッチＳＷ−Ｃをオンさせ、読み出し容量Ｃ２をＧＮＤ電位にリセットして次回の転送動作に備える。
リセット動作はスイッチＳＷ−Ｃをオンさせ、読み出し容量Ｃ２をＧＮＤ電位にリセットして次回の転送動作に備える。
図２９は、従来の光電変換装置の２次元的回路図である。
図２９では説明を簡略化するために、３×３＝９画素分のみを記載している。Ｓ１−１〜Ｓ３−３は光電変換素子、Ｔ１−１〜Ｔ３−３はスイッチ素子（ＴＦＴ）、Ｇ１〜Ｇ３はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオン／オフさせるためのゲート配線、Ｍ１〜Ｍ３は信号配線、Ｖs線は光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に蓄積バイアスを与えたり、リフレッシュバイアスを与えたりするための配線である。
図２９では説明を簡略化するために、３×３＝９画素分のみを記載している。Ｓ１−１〜Ｓ３−３は光電変換素子、Ｔ１−１〜Ｔ３−３はスイッチ素子（ＴＦＴ）、Ｇ１〜Ｇ３はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオン／オフさせるためのゲート配線、Ｍ１〜Ｍ３は信号配線、Ｖs線は光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に蓄積バイアスを与えたり、リフレッシュバイアスを与えたりするための配線である。
光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の黒く塗りつぶされた側の電極はＧ電極であり、対向側はＤ電極である。また、Ｄ電極はＶs線の一部と共有しているが、光を入射させる都合上、薄いＮ+層をＤ電極として利用している。光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）、ゲート配線Ｇ１〜Ｇ３、信号配線Ｍ１〜Ｍ３、Ｖs線、これらを総じて光電変換回路部１００と称する。
Ｖs線は、電源Ｖsや電源Ｖrefによりバイアスされ、これらはＶＳＣのコントロール信号により切り替えられる。ＳＲ１はゲート配線Ｇ１〜Ｇ３に駆動用のパルス電圧を与えるシフトレジスタであり、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオンさせる電圧は外部から供給する。このとき供給される電圧は、電源Ｖｇ（ｏｎ）により決定される。
読み出し用回路部２００は、光電変換回路部１００内の信号配線Ｍ１〜Ｍ３の並列信号出力を増幅し、直列変換して出力する。
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットするスイッチ、Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号を増幅するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅された信号を一時的に蓄積するサンプルホールド容量、Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルホールドを行うためのスイッチ、Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列信号を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２はスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレジスタ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファアンプである。
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットするスイッチ、Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号を増幅するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅された信号を一時的に蓄積するサンプルホールド容量、Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルホールドを行うためのスイッチ、Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列信号を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２はスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレジスタ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファアンプである。
図３０は、図２９に示した光電変換装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、このタイミングチャートを用いて図２９の光電変換装置の動作について説明する。
制御信号ＶＳＣは、Ｖｓ線すなわち光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極に、２種類のバイアスを与えるためのものである。Ｄ電極は、制御信号ＶＳＣが"Ｈｉ"の時にＶref（Ｖ）になり、制御信号ＶＳＣが"Ｌｏ"の時にＶs（Ｖ）になる。読み取り用電源Ｖs（Ｖ）、リフレッシュ用電源Ｖref（Ｖ）は、それぞれ直流電源である。
まず、リフレッシュ期間の動作について説明する。
シフトレジスタＳＲ１の信号をすべて"Ｈｉ"で、かつ読み出し用回路部２００のＣＲＥＳ信号を"Ｈｉ"の状態にする。このようにすると、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）が導通し、かつ読み出し用回路２００内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３も導通し、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＧ電極がＧＮＤ電位になる。そして、制御信号ＶＳＣが"Ｈｉ"になると、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極がリフレッシュ用電源Ｖrefにバイアスされた状態（負電位）になる。これにより、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３はリフレッシュモードとなり、リフレッシュが行われる。
シフトレジスタＳＲ１の信号をすべて"Ｈｉ"で、かつ読み出し用回路部２００のＣＲＥＳ信号を"Ｈｉ"の状態にする。このようにすると、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）が導通し、かつ読み出し用回路２００内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３も導通し、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＧ電極がＧＮＤ電位になる。そして、制御信号ＶＳＣが"Ｈｉ"になると、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極がリフレッシュ用電源Ｖrefにバイアスされた状態（負電位）になる。これにより、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３はリフレッシュモードとなり、リフレッシュが行われる。
次に、光電変換期間について説明する。
制御信号ＶＳＣが"Ｌｏ"の状態に切り替わると、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は読み取り用電源Ｖsにバイアスされた状態（正電位）になる。このようにすると、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は光電変換モードになる。この状態でシフトレジスタＳＲ１の信号をすべて"Ｌｏ"で、かつ読み出し用回路部２００のＣＲＥＳ信号を"Ｌｏ"の状態にする。これにより、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフし、かつ読み出し用回路２００内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３もオフし、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＧ電極は、直流的にはオープン状態になるが、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は容量成分も構成要素として有しているために電位は保持される。
制御信号ＶＳＣが"Ｌｏ"の状態に切り替わると、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は読み取り用電源Ｖsにバイアスされた状態（正電位）になる。このようにすると、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は光電変換モードになる。この状態でシフトレジスタＳＲ１の信号をすべて"Ｌｏ"で、かつ読み出し用回路部２００のＣＲＥＳ信号を"Ｌｏ"の状態にする。これにより、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフし、かつ読み出し用回路２００内のスイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３もオフし、全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＧ電極は、直流的にはオープン状態になるが、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は容量成分も構成要素として有しているために電位は保持される。
ここまでの時点では、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に光が入射されていないために電荷は発生しない。すなわち電流は流れない。この状態で、光源がパルス状にオンすると、それぞれの光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極（Ｎ+電極）に光が照射され、いわゆる光電流が流れる。光源については、図に記載はしていないが、例えば、複写機であれば蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲン灯等である。Ｘ線撮影装置であれば文字通りＸ線源であり、この場合はＸ線可視変換用のシンチレータを用いればよい。また、光によって流れた光電流は、電荷としてそれぞれの光電変換素子内Ｓ１−１〜Ｓ３−３に蓄積され、光源がオフ後も保持される。
次に、読み出し期間について説明する。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
まず、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３を読み出すためにスイッチ素子（ＴＦＴ）Ｔ１−１〜Ｔ１−３のゲート配線Ｇ１にシフトレジスタＳＲ１からゲートパルスを与える。この時、ゲートパルスのハイレベルは、外部から供給されている電圧Ｖ（ｏｎ）である。これにより、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）がオン状態になり、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３に蓄積されていた信号電荷が、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送される。
信号配線Ｍ１〜Ｍ３には、特に図２９中には記載していないが読み出し容量が付加されており、信号電荷はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）を介し、読み出し容量に転送されることになる。例えば、信号配線Ｍ１の付加されている読み出し容量は、信号配線Ｍ１に接続されている各ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート・ソース間の電極間容量（Ｃｇｓ）の総和（３個分）であり、図２７におけるＣ2に相当する。また、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送された信号電荷は、アンプＡ１〜Ａ３で増幅される。そしてＣＲＥＳ信号をオンさせることにより、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送され、ＣＲＥＳ信号をオフするとともにホールドされる。
続いて、シフトレジスタＳＲ２からスイッチＳｒ１，Ｓｒ２，Ｓｒ３の順番で、パルスを印加することにより、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３にホールドされていた信号が、サンプルホールド容量ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３の順でアンプＡｂから出力される。結果として、光電変換素子Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ１−３の１行分の光電変換信号が順次出力される。２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の読み出し動作、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の読み出し動作も同様に行われる。
１行目のＳＭＰＬ信号により信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号をサンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルホールドすれば、信号配線Ｍ１〜Ｍ３をＣＲＥＳ信号によりＧＮＤ電位にリセットし、その後、ゲート配線Ｇ２にゲートパルスを印加することができる。すなわち、１行目の信号を、シフトレジスタＳＲ２にて直列変換動作をする間に、同時に２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の信号電荷をシフトレジスタＳＲ１にて転送することができる。
以上の動作により、第１行から第３行までの全ての光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の信号電荷を出力することができる。
以上の動作により、第１行から第３行までの全ての光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の信号電荷を出力することができる。
前述したＸ線撮像装置の動作は、リフレッシュ動作を行い、Ｘ線を照射し、そして読み出し動作を行うことにより、いわば１枚の静止画像を取得するための動作である。また、連続した動画像を取得する場合には、図３０に示したタイミングチャートを取得したい動画の枚数分だけ繰り返して動作させればよい。
しかしながら、特に画素数が多いＸ線撮像装置で動画像を得ようとした場合には、更なるフレーム周波数の改善が必要となってくる。光電変換素子のリフレッシュ動作が全光電変換素子共通のＶｓ線を介して行われる場合には、１フレームに１回のリフレッシュ期間を設けることが必須となる。これは、特に動画画像を取得する際に、フレーム周波数が小さくなる、すなわち動作スピードが遅くなるという問題を生じる。
一般的に、胸部の単純撮影において必要とされるスペックとして、撮影領域が４０ｃｍ角以上、画素ピッチが２００μｍ以下と言われている。仮に、撮影領域を４０ｃｍ角、画素ピッチを２００μｍとしてＸ線撮像装置を作製した場合には、光電変換素子の数が４百万個にも及ぶ。こういった大多数の画素を、一括でリフレッシュすることは、リフレッシュ時に流れる電流も大きくなるため、Ｘ線撮像装置のＧＮＤや電源ラインの電圧変動を大きくすることになり、安定した撮像を行うことができない。
要求される画像によっては、これらの電圧変動分が緩和するまでＸ線の照射の待ち時間を設ける必要もある。図３０には記載していないが、図２８におけるwait期間がそれに相当する。つまり、光電変換装置を一括でリフレッシュすることは、１フレームに１回のリフレッシュ期間を設けるだけでなく、１フレームに１回のwait期間をも必要となる。
本発明は前述の問題点にかんがみてなされたもので、ＧＮＤや電源ラインの電圧変動を抑え、かつフレーム毎の待機期間を無くして、安定かつ高速な動画撮影を行うことができる放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムを実現することを目的とする。
本発明の放射線撮像装置は、第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部を有する放射線撮像装置であって、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスを前記信号配線に印加するリフレッシュ部と、前記信号配線に前記信号配線のリセットを行うための第２のバイアスを印加するリセット部と、を有し、所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記リフレッシュ部が前記第１のバイアスを前記信号配線に印加し、且つ、前記第１のバイアスの印加が終了した前記信号配線に前記リセット部が前記第２のバイアスを印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とするものである。
また、本発明の放射線撮像装置は、第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記電気信号の読み出しを行単位で行うために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部と、を有する放射線撮像装置であって、前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記スイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子のリセットを行うためのスイッチとを備え、前記オペアンプの非反転端子には、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスと前記リセットを行うための第２のバイアスとを選択的に供給するバイアス供給部が接続され、所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記バイアス供給部及び前記スイッチが前記第１のバイアスを前記信号配線に印加し、且つ、前記第１のバイアスの印加が終了した前記信号配線に前記第２のバイアスを印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像システムは、被験者または被験物を透過した前記放射線を検出する請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像装置の駆動方法は、第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスを前記信号配線に印加するリフレッシュ部と、前記信号配線に前記信号配線のリセットを行うための第２のバイアスを印加するリセット部と、を有する放射線撮像装置における駆動方法であって、所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記リフレッシュ部が前記第１のバイアスを前記信号配線に印加した後に、前記リセット部が前記第２のバイアスを前記信号配線に印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とするものである。
また、本発明の放射線撮像装置は、第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記電気信号の読み出しを行単位で行うために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部と、を有する放射線撮像装置であって、前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記スイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子のリセットを行うためのスイッチとを備え、前記オペアンプの非反転端子には、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスと前記リセットを行うための第２のバイアスとを選択的に供給するバイアス供給部が接続され、所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記バイアス供給部及び前記スイッチが前記第１のバイアスを前記信号配線に印加し、且つ、前記第１のバイアスの印加が終了した前記信号配線に前記第２のバイアスを印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像システムは、被験者または被験物を透過した前記放射線を検出する請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とするものである。
本発明の放射線撮像装置の駆動方法は、第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスを前記信号配線に印加するリフレッシュ部と、前記信号配線に前記信号配線のリセットを行うための第２のバイアスを印加するリセット部と、を有する放射線撮像装置における駆動方法であって、所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記リフレッシュ部が前記第１のバイアスを前記信号配線に印加した後に、前記リセット部が前記第２のバイアスを前記信号配線に印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とするものである。
本発明は前記技術手段を有するので、駆動用回路部（シフトレジスタ）により任意の１つの制御配線における変換素子からの電気信号を行毎に転送して読み出した後、次の制御配線における電気信号を転送して読み出すまでの間に、その読み出しの終了した制御配線における変換素子を行毎にリフレッシュを行うことができるため、連続した動画像を取得するときにリフレッシュ期間を設ける必要を回避することができる。これにより、動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくすることができ、動画撮影の高速化を図ることができる。また、変換素子を行毎にリフレッシュすることにより、全変換素子を一括してリフレッシュを行う場合と比較してリフレッシュ時の暗電流（過渡電流）を小さくすることができ、ＧＮＤや電源ラインの電圧変動を抑えることができるとともに、その電圧変動を緩和させるための待ち時間を設けないで済むようになる。
本発明によれば、変換素子を行毎に順次リフレッシュを行うことにより、動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくすることができるため、動画撮影の高速化を図ることができる。また、全変換素子を一括してリフレッシュを行う場合と比較してリフレッシュ時の暗電流（過渡電流）を小さくすることができ、ＧＮＤや電源ラインの電圧変動を抑えることができるとともに、その電圧変動を緩和させるための待ち時間を設けないで済むようにすることができる。
本発明の他の特徴とするところは、変換素子及びスイッチ素子をアモルファスシリコン半導体で形成するようにしたので、変換素子とスイッチ素子とを同一基板上に、同工程で形成でき非常に簡単なプロセスで作成できる。このため、歩留まりもよく、非常に安価なＸ線撮像装置を提供することができる。また、得られた動画像は、光電変換された電気信号として取り出せるため、ディジタル化が容易である。このディジタル情報は、例えば記録，表示等を行って被験者または被験物の診断を行うときに、アナログ情報を扱う場合と比べて、時間的にもコスト的にも非常に効率よく行うことができる。そして、将来の高齢化社会、ＩＴ社会の中で、現在より更に質の高い医療環境を作ることができる。
次に、本発明の放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、放射線撮像装置として従来例と同様のＭＩＳ型光電変換素子とスイッチ素子の半導体材料にアモルファスシリコン半導体薄膜を用いた光電変換素子アレイが形成された基板を有する装置を例に挙げて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。
図１に示すように、光電変換素子１０１は、半導体光電変換層としての水素化アモルファスシリコンなどのｉ層からなる容量成分Ｃiと、アモルファス窒化シリコンなどの絶縁層（両導電型のキャリアの注入阻止層）からなる容量成分ＣSiNとを含んでいる。また、ｉ層と絶縁層との接合点（図１中のノードＮ）は、光電変換素子１０１が飽和状態になった時、すなわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界がない（小さい）状態になった時、光によって生成された電子とホールとが再結合するために、ホールキャリアがＮ部に蓄えることができなくなる。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。
図１に示すように、光電変換素子１０１は、半導体光電変換層としての水素化アモルファスシリコンなどのｉ層からなる容量成分Ｃiと、アモルファス窒化シリコンなどの絶縁層（両導電型のキャリアの注入阻止層）からなる容量成分ＣSiNとを含んでいる。また、ｉ層と絶縁層との接合点（図１中のノードＮ）は、光電変換素子１０１が飽和状態になった時、すなわちＤ電極とノードＮの間（ｉ層）に電界がない（小さい）状態になった時、光によって生成された電子とホールとが再結合するために、ホールキャリアがＮ部に蓄えることができなくなる。
つまり、ノードＮの電位は、Ｄ電極の電位より高くなることはない。この飽和状態における動作を具現化するために、図１ではダイオード（Ｄ１）を容量成分Ｃiに並列に接続している。すなわち、光電変換素子１０１は容量成分Ｃｉ、容量成分ＣSiN、ダイオードＤ１の３つの３つの構成要素を有している。
ＴＦＴ１０２は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）でスイッチ素子である。Ｖｓは、光電変換素子１０１のＤ電極にバイアスを与えるための電源である。また、Ｃ2は、信号配線に付加される読み出し容量である。
ＦＬは、Ｘ線波長を可視領域波長に変換するための波長変換用の蛍光体であり、直接又は間接的にＴＦＴ１０２と密着した位置に配置されている。蛍光体ＦＬの母体材料には、Ｇｄ2Ｏ2ＳやＧｄ2Ｏ3などを用い、発光中心にはＴｂ3+やＥｕ3+などの希土類元素が用いられる。また、ＣｓＩ：ＴｌやＣｓＩ：Ｎａ等、ＣｓＩを母体材料に用いた蛍光体も用いられる。
スイッチＳＷ−Ｃは、読み出し容量Ｃ2（信号配線）をリセットバイアスＶ（reset）にリセットするためのリセットスイッチ、スイッチＳＷ−Ｅは、光電変換素子（Ｇ電極）をリフレッシュバイアスＶ（refresh）にリフレッシュするためのスイッチであり、それぞれＲＣ１信号、ＲＣ２信号により制御される。また、Ｖｇ（ｏｎ）はＴＦＴ１０２をオンさせ信号電荷を読み出し容量Ｃ2に転送するための電源、Ｖｇ（ｏｆｆ）はＴＦＴ１０２をオフさせるための電源であり、スイッチＳＷ−Ｄは、電源Ｖｇ（ｏｎ）と電源Ｖｇ（ｏｆｆ）とを切り替えるスイッチである。
また、光電変換素子１０１をリフレッシュする場合、スイッチＳＷ−Ｅをオンすることによりリフレッシュバイアスを導通させると同時に、スイッチＳＷ−Ｄを電源Ｖｇ（ｏｎ）側にしなければならない。
図２は、図１に示したＸ線撮像装置の１画素分の回路動作を示すタイミングチャートである。
図１，図２を用いて、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２を備える画素の１画素分の回路動作を説明する。
図１，図２を用いて、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２を備える画素の１画素分の回路動作を説明する。
まず、Ｘ−ray照射期間について説明する。
図２に示すように、Ｘ線をパルス状に照射する。被検体を透過したＸ線が蛍光体ＦＬに照射され、可視光に変換される。蛍光体ＦＬからの可視光は、半導体層（ｉ層）に照射され光電変換される。光電変換により生成されたホールキャリアは、ｉ層と絶縁層（注入阻止層）界面に蓄えられ、ノードＮの電位を上昇させる。ＴＦＴ１０２はオフした状態なので、Ｇ電極側の電位も同じ分だけ上昇する。なお、Ｘ−ray照射期間では、スイッチＳＷ−ＤはＶ（ｏｆｆ）側に、スイッチＳＷ−ＣとスイッチＳＷ−Ｅはオフにする。
図２に示すように、Ｘ線をパルス状に照射する。被検体を透過したＸ線が蛍光体ＦＬに照射され、可視光に変換される。蛍光体ＦＬからの可視光は、半導体層（ｉ層）に照射され光電変換される。光電変換により生成されたホールキャリアは、ｉ層と絶縁層（注入阻止層）界面に蓄えられ、ノードＮの電位を上昇させる。ＴＦＴ１０２はオフした状態なので、Ｇ電極側の電位も同じ分だけ上昇する。なお、Ｘ−ray照射期間では、スイッチＳＷ−ＤはＶ（ｏｆｆ）側に、スイッチＳＷ−ＣとスイッチＳＷ−Ｅはオフにする。
次に、転送動作について説明する。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。これによりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れ、読み出し容量Ｃ2の電位を上昇させる。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。これによりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れ、読み出し容量Ｃ2の電位を上昇させる。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。
読み出し容量Ｃ2の電位は、主として信号配線に接続される全てのＴＦＴ１０２の電極間容量からなる容量で構成されるため、光電変換素子１０１の容量に比べ十分に大きい。従って、電荷転送後の読み出し容量Ｃ2の電位上昇分（ΔＶＣ2）は、Ｇ電極の電位下降分（ΔＶG）に比べて十分に小さい。すなわち、転送後の読み出し容量Ｃ2の電位は、Ｖ（reset）＋ΔＶＣ2であるが、ほぼＶ（reset）に近い電位を示している。同時に読み出し容量Ｃ2の電位は、アンプを介し増幅して出力される。図１では、アンプ（ＡＭＰ）を最も基本的な形で表記しているが、増幅回路として機能させる。リセットバイアスＶ（reset）は、信号成分ではないために別途キャンセルされ、純粋な信号成分であるΔＶＣ2のみが信号として扱われる。
次に、リフレッシュ動作について説明する。
図２のタイミングチャートでは、図１に示す等価回路図において、Ｖｓ＝９（Ｖ），Ｖｇ（reset）＝２（Ｖ），Ｖ（refresh）＝６（Ｖ）で、かつ容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとが等しい場合のＤ電極，Ｇ電極，ノードＮの電位を表記している。
リフレッシュ動作は、ＲＣ１信号によりスイッチＳＷ−Ｃをオフ状態にし、ＲＣ２信号によりスイッチＳＷ−Ｅをオン状態にし、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にする。このようにすると、光電変換素子１０１のＧ電極は、信号が転送されたときの電位（Ｖ（reset）＋ΔＶＣ2≒Ｖ（reset）＝２（Ｖ））から、リフレッシュバイアスＶ（refresh）＝６Ｖに上昇する。これと同時に、ノードＮの電位も上昇するがＶｓ＝９Ｖを超えることはない。ノードＮの電位を上昇させることにより、ノードＮに蓄えられた信号電荷（ホールキャリア）の一部が、Ｄ電極側に吐き出され、光電変換素子１０１のリフレッシュ動作が行われる。
図２のタイミングチャートでは、図１に示す等価回路図において、Ｖｓ＝９（Ｖ），Ｖｇ（reset）＝２（Ｖ），Ｖ（refresh）＝６（Ｖ）で、かつ容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとが等しい場合のＤ電極，Ｇ電極，ノードＮの電位を表記している。
リフレッシュ動作は、ＲＣ１信号によりスイッチＳＷ−Ｃをオフ状態にし、ＲＣ２信号によりスイッチＳＷ−Ｅをオン状態にし、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にする。このようにすると、光電変換素子１０１のＧ電極は、信号が転送されたときの電位（Ｖ（reset）＋ΔＶＣ2≒Ｖ（reset）＝２（Ｖ））から、リフレッシュバイアスＶ（refresh）＝６Ｖに上昇する。これと同時に、ノードＮの電位も上昇するがＶｓ＝９Ｖを超えることはない。ノードＮの電位を上昇させることにより、ノードＮに蓄えられた信号電荷（ホールキャリア）の一部が、Ｄ電極側に吐き出され、光電変換素子１０１のリフレッシュ動作が行われる。
次に、リセット動作について説明する。
リセット動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側の状態で、ＲＣ１信号によりスイッチＳＷ−Ｃをオン状態にし、ＲＣ２信号によりスイッチＳＷ−Ｅをオフ状態にする。このようにすると、光電変換素子１０１のＧ電極及び信号配線Ｃ2は、リセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。これと同時に、ノードＮの電位は、リフレッシュ動作時の電位（図２では９Ｖ）から減衰する。その減衰量ΔＶNは、容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとの容量が等しい場合にＶ（refresh）とＶ（reset）との電位差の１／２になり、本説明では、２Ｖ分減少する。また、ノードＮの減衰量ΔＶNは、次回の光電変換動作で蓄えられるホールキャリアの量を決定する。
リセット動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側の状態で、ＲＣ１信号によりスイッチＳＷ−Ｃをオン状態にし、ＲＣ２信号によりスイッチＳＷ−Ｅをオフ状態にする。このようにすると、光電変換素子１０１のＧ電極及び信号配線Ｃ2は、リセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。これと同時に、ノードＮの電位は、リフレッシュ動作時の電位（図２では９Ｖ）から減衰する。その減衰量ΔＶNは、容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとの容量が等しい場合にＶ（refresh）とＶ（reset）との電位差の１／２になり、本説明では、２Ｖ分減少する。また、ノードＮの減衰量ΔＶNは、次回の光電変換動作で蓄えられるホールキャリアの量を決定する。
ここで、従来例を示す図２８ではwait期間を設けているが、図２のタイミングチャートでは設けていない。その理由について以下に、図３，図４を用いて説明する。
図３は、第１の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。図３では、光電変換回路部１０に２次元状に配置された画素を、説明を簡略化するために３×３＝９画素分のみを記載している。
図３は、第１の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。図３では、光電変換回路部１０に２次元状に配置された画素を、説明を簡略化するために３×３＝９画素分のみを記載している。
図３に示すＳ１−１〜Ｓ３−３は光電変換素子、Ｔ１−１〜Ｔ３−３はスイッチ素子（ＴＦＴ）、Ｇ１〜Ｇ３はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオン／オフさせるためのゲート配線、Ｍ１〜Ｍ３は信号配線、Ｖs線は光電変換素子に蓄積バイアスを与えるための配線である。
光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の黒く塗りつぶされた側の電極はＧ電極であり、対向側はＤ電極である。また、Ｄ電極はＶs線の一部と共有しているが、光を入射させる都合上、薄いＮ+層をＤ電極として利用している。光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）、ゲート配線Ｇ１〜Ｇ３、信号配線Ｍ１〜Ｍ３、Ｖｓ線、これらを総じて光電変換回路部１０と称する。
Ｖs線は、電源Ｖsによりバイアスされる。ＳＲ１はゲート配線Ｇ１〜Ｇ３に駆動用のパルス電圧を与えるシフトレジスタであり、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオンさせる電圧Ｖｇ（ｏｎ）とＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）をオフさせる電圧Ｖｇ（ｏｆｆ）は、外部から駆動用回路部（シフトレジスタＳＲ１）に供給される。
読み出し用回路部２０は、光電変換回路部１０内の信号配線Ｍ１〜Ｍ３の並列信号出力を増幅し、直列変換して出力する。
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットバイアスＶ（reset）にリセットするスイッチであり、図３ではリセットバイアスＶ（reset）を０Ｖ（ＧＮＤ）で表記している。Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号を増幅するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅された信号を一時的に記憶するサンプルホールド容量、Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルホールドするためのスイッチ、Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列信号を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２はスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレジスタ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファアンプである。
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットバイアスＶ（reset）にリセットするスイッチであり、図３ではリセットバイアスＶ（reset）を０Ｖ（ＧＮＤ）で表記している。Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号を増幅するアンプ、ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅された信号を一時的に記憶するサンプルホールド容量、Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルホールドするためのスイッチ、Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列信号を直列変換するためのスイッチ、ＳＲ２はスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３に直列変換するためのパルスを与えるシフトレジスタ、Ａｂは直列変換された信号を出力するバッファアンプである。
また、ＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）を介して光電変換素子１０１のＧ電極をリフレッシュバイアスＶ（refresh）にリフレッシュするためのスイッチであり、スイッチＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３の片側にはリフレッシュバイアスＶ（refresh）が接続されている。
図４は、図３に示したＸ線撮像装置の動作を示すタイミングチャートであり、２フレーム分の動作を表している。このタイミングチャートを用いて図３の光電変換装置の動作について説明する。
まず、光電変換期間について説明する。
全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は、読み取り用電源Ｖs（正電位）にバイアスされた状態にある。シフトレジスタＳＲ１の信号はすべて"Ｌｏ"であり、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフしている。この状態で光源がパルス状にオンすると、それぞれの光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極（Ｎ+電極）に光が照射され、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のｉ層内で電子とホールのキャリアが生成される。電子は読み取り用電源ＶsによりＤ電極に移動するが、ホールは光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３内のｉ層と絶縁層の界面に蓄えられ、電源がオフ後も保持される。
全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は、読み取り用電源Ｖs（正電位）にバイアスされた状態にある。シフトレジスタＳＲ１の信号はすべて"Ｌｏ"であり、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフしている。この状態で光源がパルス状にオンすると、それぞれの光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極（Ｎ+電極）に光が照射され、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のｉ層内で電子とホールのキャリアが生成される。電子は読み取り用電源ＶsによりＤ電極に移動するが、ホールは光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３内のｉ層と絶縁層の界面に蓄えられ、電源がオフ後も保持される。
次に、読み出し期間について説明する。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
まず、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３を読み出しするためにスイッチ素子（ＴＦＴ）Ｔ１−１〜Ｔ１−３のゲート配線Ｇ１にシフトレジスタＳＲ１からゲートパルスを与える。この時、ゲートパルスのハイレベルは、外部から供給されているＶｇ（ｏｎ）の電圧である。これにより、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）がオン状態になり、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３に蓄積されていた信号電荷が、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送される。
信号配線Ｍ１〜Ｍ３には、特に図３中には記載していないが読み出し容量が付加されており、信号電荷はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）を介し、読み出し容量に転送されることになる。例えば、信号配線Ｍ１に付加されている読み出し容量は、信号配線Ｍ１に接続されている各ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート・ソース間の電極間容量（Ｃｇｓ）の総和（３個分）であり、図１におけるＣ2に相当する。また、信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送された信号電荷は、オペアンプＡ１〜Ａ３で増幅される。そしてＳＭＰＬ信号をオンさせることにより、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送され、ＳＭＰＬ信号をオフするとともにホールドされる。
１行目のＳＭＰＬ信号により信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号をサンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルホールドすれば、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の信号は、光電変換回路部１０から出力されたことになる。従って、読み出し用回路部２０内でスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３により直列変換されている最中に、光電変換回路部１０内の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のリフレッシュ動作と信号配線Ｍ１〜Ｍ３のリセット動作を行うことができる。
光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のリフレッシュ動作は、ＲＣ２信号によりスイッチＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３を導通状態にして、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート配線に電圧Ｖｇ（ｏｎ）を印加することにより、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のＧ電極をリフレッシュバイアスＶ（refresh）にリフレッシュする。その後、リセット動作に遷移する。
続いて、リセット動作は、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート配線に電圧Ｖｇ（ｏｎ）を印加した状態で、スイッチＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３をオフにしてスイッチＲＥＳ１〜ＲＥＳ３をオンさせることにより、信号配線Ｍ１〜Ｍ３の読み出し容量および光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のＧ電極をリセットバイアスＶ（reset）、ここではＧＮＤ電位にリセットする。
リセット動作が終了後、次に、ゲート配線Ｇ２にゲートパルスを印加することができる。すなわち、１行目の信号を、シフトレジスタＳＲ２により直列変換動作をする間に光電変換回路部１０の中で、同時に光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３をリフレッシュし、信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットして、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の信号電荷をシフトレジスタＳＲ１にて信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送することができる。以上の動作により、第１行から第３行までの全ての光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の信号電荷を出力することができる。
前述の光電変換期間と読み出し期間とを繰り返すことにより、連続した動画像を取得することができる。
本実施形態で示したタイミングチャートと従来例を示した図３０のタイミングチャートと異なるところは、リフレッシュ期間を設けていないところであり、そのリフレッシュ期間の分だけ動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくできるという利点がある。また、従来例では、全ての光電変換素子を一括でリフレッシュしていたため、リフレッシュ時における暗電流成分によるＧＮＤや電源などの変動を緩和させるためのwait期間を設ける必要があった。本実施形態では、各行単位でリフレッシュを行うために、一度にリフレッシュする光電変換素子の数がはるかに少ないため、特別にwait期間を設ける必要がなく、その分だけ動画のフレーム周波数を大きくすることができる。
本実施形態で示したタイミングチャートと従来例を示した図３０のタイミングチャートと異なるところは、リフレッシュ期間を設けていないところであり、そのリフレッシュ期間の分だけ動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくできるという利点がある。また、従来例では、全ての光電変換素子を一括でリフレッシュしていたため、リフレッシュ時における暗電流成分によるＧＮＤや電源などの変動を緩和させるためのwait期間を設ける必要があった。本実施形態では、各行単位でリフレッシュを行うために、一度にリフレッシュする光電変換素子の数がはるかに少ないため、特別にwait期間を設ける必要がなく、その分だけ動画のフレーム周波数を大きくすることができる。
上述した本実施形態のＸ線撮像装置では、Ｘ線の照射をパルス状に照射した例を示したが、Ｘ線の照射を連続して（直流的に）行うこともできる。以下に、この場合の実施例を説明する。
図５は、第１の実施形態におけるＸ線撮像装置にＸ線を連続して（直流的に）照射した場合のタイミングチャートである。
この場合の光電変換期間とは、リフレッシュが終了してから転送を開始するまでの期間である。実際の医療用Ｘ線撮像装置では、光電変換回路部はＮ行×Ｍ列の多数の画素で構成されている。例えば、１行目の光電変換素子にとっては、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、２行目からＮ行目までのＮ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。他行の光電変換素子にとっても同様で、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、Ｎ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。
この場合の光電変換期間とは、リフレッシュが終了してから転送を開始するまでの期間である。実際の医療用Ｘ線撮像装置では、光電変換回路部はＮ行×Ｍ列の多数の画素で構成されている。例えば、１行目の光電変換素子にとっては、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、２行目からＮ行目までのＮ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。他行の光電変換素子にとっても同様で、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、Ｎ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。
例えば、１００行目の光電変換素子にとっては、１０１行目からＮ行目までの読み出し期間と次フレームにおける１行目から９９行目までの読み出し期間との合計、すなわちＮ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。つまり、Ｘ線を直流的に照射した場合には、この光電変換期間が２フレーム分にまたがってしまうことになるが、光電変換期間はすべて同じになるため何ら特異なことは生じない。
Ｘ線を連続して（直流的に）照射した場合には、図２に示すＸ線照射期間あるいは図４に示す光電変換期間を省略することができるため、動画のフレームレートを更に大きくできるという利点がある。また、パルス照射方法に比べ、Ｘ線の強度を弱くすることができるため、Ｘ線源の管球への負担を軽減できるという利点もある。さらに、Ｘ線の高圧電源をパルス状に制御することが必要なくなるため、Ｘ線電源の負担を軽減できる利点もある。
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。図１に示した第１の実施形態の等価回路図においては、光電変換素子１０１のＤ電極を一定の電圧Ｖｓでバイアスしているのに対し、本実施形態では、電圧Ｖｓと電圧ＶrefとをスイッチＳＷ−Ｆにより切り替え可能に構成している。
図６は、本発明の第２の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。図１に示した第１の実施形態の等価回路図においては、光電変換素子１０１のＤ電極を一定の電圧Ｖｓでバイアスしているのに対し、本実施形態では、電圧Ｖｓと電圧ＶrefとをスイッチＳＷ−Ｆにより切り替え可能に構成している。
本実施形態の特徴は、光電変換素子１０１のリフレッシュ動作をさせるための印加電圧を、Ｇ電極側から与えるか、あるいはＤ電極側から与えるかを選択できる点にある。例えば、１枚の静止画像を取得する場合は、Ｄ電極側からリフレッシュ用バイアスを与える方法、すなわち図２８のタイミングチャートで動作させ、一方、複数枚の静止画像を取得する場合は、Ｇ電極側からリフレッシュ用バイアスを与える方法、すなわち図２で示すタイミングチャートで動作させる。本実施形態では、１つのＸ線撮像装置で、従来の静止画像を撮影するモード（撮影モードまたは静止画モード）と、動画の画像を取得するモード（透視モードまたは動画モード）の両方の撮影が可能となる。
図７は、第２の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。
図７の等価回路図において、図３と異なる点は、センサのバイアスラインをＶＳＣ制御信号により電圧Ｖsと電圧Ｖrefとの切り替えを可能としていることである。
図８は、第２の実施形態におけるＸ線撮像装置の透視モード（動画モード）から撮影モード（静止画モード）へ遷移し、撮影を行うタイミングチャートの略図である。
図７の等価回路図において、図３と異なる点は、センサのバイアスラインをＶＳＣ制御信号により電圧Ｖsと電圧Ｖrefとの切り替えを可能としていることである。
図８は、第２の実施形態におけるＸ線撮像装置の透視モード（動画モード）から撮影モード（静止画モード）へ遷移し、撮影を行うタイミングチャートの略図である。
また、図９は、図７に示したＸ線撮像装置の透視モードにおける動作を示すタイミングチャートである。つまり透視モードにおいては、図８のタイミング動作を繰り返している。この期間、撮影者は、静止画像を撮影のための被写体（患者）の位置や角度を決めるために、患者の透視画像をモニターしている。一般的にこの期間中のＸ線量は弱めに照射している。撮影者が、装置に曝射要求信号（静止画像を撮影する意思信号）を発令すると、透視モードから撮影モードに遷移する。撮影モードにおける動作タイミングを図１１に示す。また、透視モードと撮影モードの流れは、図８に示すのように撮影モードが１回だけとは限らず、撮影する被写体の撮影構図に応じ、透視モード→撮影モード→透視モード→撮影モード…と繰り返してもよい。
図１０は、図８の透視モードにおけるタイミングチャートが、図９とは異なる場合の例を示したタイミングチャートである。図９との違いは、Ｘ線をパルス状に照射させないことである。これにより、読み出し期間と光電変換期間とを同時に行うことができるため、透視モードにおける動作周波数を大きくできる利点がある。また、Ｘ線をパルス状に動作させないため、Ｘ線発生源に対する負荷を軽減できる利点もある。
本発明のＸ線撮像装置を透視装置に応用した場合において、透視モードにおいてはＴＦＴを介して読み出し用回路部２０のスイッチ側からリフレッシュを行いながら連続画像を取得し、透視によって位置決めが完了して静止画撮影モードに遷移した際には、スイッチＳＷ−Ｆからのリフレッシュを行うことによって高いＳ／Ｎ比の静止画像を得るよう構成することができる。つまり、一般にＴＦＴ側からのリフレッシュよりもスイッチＳＷ−Ｆ側からのリフレッシュの方が、リフレッシュ効率が高く、Ｓ／Ｎ比もよい。Ｓ／Ｎ比が比較的悪くてもよい透視位置決め画像を撮影する際には、読み出し用回路部２０のスイッチ側からのリフレッシュを採用し、Ｓ／Ｎ比が高く高画質を要求される静止画撮影する際には、スイッチＳＷ−Ｆ側からのリフレッシュを採用することは理にかなっている。
（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。なお、図１に示したＸ線撮像装置と同様の構成については、同じ符号を付け、以下には、主として異なる構成要素について説明する。
図１２は、第３の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。なお、図１に示したＸ線撮像装置と同様の構成については、同じ符号を付け、以下には、主として異なる構成要素について説明する。
図１２に示すスイッチＳＷ−Ｇは、オペアンプ（ＡＭＰ）の非反転端子（＋）に、リセットバイアスＶ（reset）またはリフレッシュバイアスＶ（refresh）のどちらか一方のバイアスを与えるために選択的に切り替えるスイッチである。Ｃｆは、ＴＦＴ１０２を介して光電変換素子１０１からの信号電流を蓄積（積分）するための容量素子であり、オペアンプの反転端子（−）と出力端子Ｖoutの間に接続されている。スイッチＳＷ−Ｈは、容量素子Ｃｆと並列に接続され、積分された信号電荷をリセットするため、またはＴＦＴ１０２を介して光電変換素子１０１をリフレッシュするためのスイッチであり、ＲＣ信号により制御される。
Ｖｇ（ｏｎ）は、ＴＦＴ１０２をオンさせ、信号電荷を容量素子Ｃｆに転送するための電源であり、Ｖｇ（ｏｆｆ）は、ＴＦＴ１０２をオブさせるための電源である。また、スイッチＳＷ−Ｄは、電源Ｖｇ（ｏｎ）と電源Ｖｇ（ｏｆｆ）とを切り替えるためのスイッチである。
また、光電変換素子１０１をリフレッシュする場合、スイッチＳＷ−ＧをリセットバイアスＶ（reset）側にし、スイッチＳＷ−Ｅをオンさせると同時に、スイッチＳＷ−Ｄを電源Ｖｇ（ｏｎ）側にしなければならない。
図１３は、図１２に示したＸ線撮像装置の１画素分の回路動作を示すタイミングチャートである。
図１２，図１３を用いて、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２を備える画素の１画素分の回路動作を説明する。
図１２，図１３を用いて、光電変換素子１０１とＴＦＴ１０２を備える画素の１画素分の回路動作を説明する。
まず、Ｘ−ray照射期間についての動作については、前述した第１の実施形態と同様であるため説明は省略するが、Ｘ−ray照射期間におけるスイッチＳＷ−ＤはＶ（ｏｆｆ）側、スイッチＳＷ−ＧはＶ（ｒｅｓｅｔ）側、そして、スイッチＳＷ−Ｈはオフにする。
次に、転送期間について説明する。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。この操作によりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れる。これにより容量素子Ｃｆに電荷が蓄積され、オペアンプの出力端子側の電位が、信号分だけ変化（下降）する。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。ここで、読み出し容量Ｃ2の電位は、オペアンプの非反転端子（＋）のＶ（reset）のバイアスで仮想接地されているために変化はしない。
転送動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にして、ＴＦＴ１０２をオン状態にする。この操作によりＸ−ray照射により蓄えられたホールキャリアの量（Ｓh）に対応する電子キャリア（Ｓe）が、Ｃ2側からＴＦＴ１０２を介してＧ電極側に流れる。これにより容量素子Ｃｆに電荷が蓄積され、オペアンプの出力端子側の電位が、信号分だけ変化（下降）する。この時、ＳeとＳhとの関係は、Ｓe＝Ｓh×ＣSiN／（ＣSiN＋Ｃi）である。ここで、読み出し容量Ｃ2の電位は、オペアンプの非反転端子（＋）のＶ（reset）のバイアスで仮想接地されているために変化はしない。
次に、リフレッシュ動作について説明する。
図１３のタイミングチャートでは、図１２に示す等価回路図において、Ｖｓ＝９（Ｖ），Ｖｇ（reset）＝２（Ｖ），Ｖ（refresh）＝６（Ｖ）で、かつ容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとが等しい場合のＤ電極，Ｇ電極，ノードＮの電位を表記している。
リフレッシュ動作は、ＲＣ信号によりスイッチＳＷ−Ｈをオン状態にし、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にし、スイッチＳＷ−ＧをＶ（refresh）側にする。この操作により、光電変換素子１０１のＧ電極は、信号が転送されたときの電位（Ｖ（reset）＝２（Ｖ））から、リフレッシュバイアスＶ（refresh）＝６Ｖに上昇する。これと同時に、ノードＮの電位も上昇するがＶｓ＝９Ｖを超えることはない。ノードＮの電位を上昇させることにより、ノードＮに蓄えられた信号電荷（ホールキャリア）の一部が、Ｄ電極側に吐き出され、光電変換素子の１０１リフレッシュ動作が行われる。
図１３のタイミングチャートでは、図１２に示す等価回路図において、Ｖｓ＝９（Ｖ），Ｖｇ（reset）＝２（Ｖ），Ｖ（refresh）＝６（Ｖ）で、かつ容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとが等しい場合のＤ電極，Ｇ電極，ノードＮの電位を表記している。
リフレッシュ動作は、ＲＣ信号によりスイッチＳＷ−Ｈをオン状態にし、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側にし、スイッチＳＷ−ＧをＶ（refresh）側にする。この操作により、光電変換素子１０１のＧ電極は、信号が転送されたときの電位（Ｖ（reset）＝２（Ｖ））から、リフレッシュバイアスＶ（refresh）＝６Ｖに上昇する。これと同時に、ノードＮの電位も上昇するがＶｓ＝９Ｖを超えることはない。ノードＮの電位を上昇させることにより、ノードＮに蓄えられた信号電荷（ホールキャリア）の一部が、Ｄ電極側に吐き出され、光電変換素子の１０１リフレッシュ動作が行われる。
次に、リセット動作について説明する。
リセット動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側の状態、かつスイッチＳＷ−Ｈをオン側の状態のまま、スイッチＳＷ−ＧをＶ（refresh）側からＶ（reset）側にする。この操作により、光電変換素子１０１のＧ電極がリセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。同時にオペアンプの出力端子に接続されている容量素子ＣｆがリセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。すなわち、容量素子Ｃｆの両端子の電位差が零になるリセット動作において、ノードＮの電位は、リフレッシュ動作時の電位（図１３では９Ｖ）から減衰する。その減衰量△ＶNは、容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとの容量が等しい場合にＶ（refresh）とＶ（reset）との電位差の１／２になり、本説明では、２Ｖ分減少する。また、ノードＮの減衰量ΔＶNは、次回の光電変換動作で蓄えられるホールキャリアの量を決定する。
リセット動作は、スイッチＳＷ−ＤをＶｇ（ｏｎ）側の状態、かつスイッチＳＷ−Ｈをオン側の状態のまま、スイッチＳＷ−ＧをＶ（refresh）側からＶ（reset）側にする。この操作により、光電変換素子１０１のＧ電極がリセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。同時にオペアンプの出力端子に接続されている容量素子ＣｆがリセットバイアスＶ（reset）にリセットされる。すなわち、容量素子Ｃｆの両端子の電位差が零になるリセット動作において、ノードＮの電位は、リフレッシュ動作時の電位（図１３では９Ｖ）から減衰する。その減衰量△ＶNは、容量成分Ｃiと容量成分ＣSiNとの容量が等しい場合にＶ（refresh）とＶ（reset）との電位差の１／２になり、本説明では、２Ｖ分減少する。また、ノードＮの減衰量ΔＶNは、次回の光電変換動作で蓄えられるホールキャリアの量を決定する。
ここで、従来例を示す図２８ではwait期間を設けているが、図１３のタイミングチャートでは設けていない。その理由について以下に、図１４，図１５を用いて説明する。
図１４は、第３の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。図１４では、光電変換回路部１０に２次元状に配置された画素を、説明を簡略化するために３×３＝９画素分のみを記載している。
図１４は、第３の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。図１４では、光電変換回路部１０に２次元状に配置された画素を、説明を簡略化するために３×３＝９画素分のみを記載している。
読み出し用回路部２１は、光電変換回路部１０からの並列の信号出力を読み取り、直列変換して出力する。Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３と反転端子（−）をそれぞれ接続されたオペアンプである。反転端子（−）と出力端子の間には、それぞれ容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３が接続されている。容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３は、ＴＦＴ１０２をオンした時に光電変換素子１０１からの出力信号による電流を積分し、電圧量に変換する。ＲＥＳ４１〜ＲＥＳ４３は、容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３をリセットバイアスＶ（reset）にリセットするスイッチであり、容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３と並列に接続されている。
ＳＷ−ｒｅｓは、オペアンプＡ１〜Ａ３の非反転端子をリセットバイアスＶ（reset）にリセット（図１４では０Ｖにリセット）するためのスイッチであり、また、ＳＷ−ｒｅｆはオペアンプＡ１〜Ａ３の非反転端子をリフレッシュバイアスＶ（refresh）にリフレッシュするためのスイッチである。これらのスイッチは、「ＲＥＦＲＥＳＨ」信号により制御される。「ＲＥＦＲＥＳＨ」信号は、「Ｈｉ」の時にスイッチＳＷ−ｒｅｆがオンし、「Ｌｏ」の時にスイッチＳＷ−ｒｅｓがオンし、それらのスイッチが同時にオンしない構成となっている。
図１５は、図１４に示したＸ線撮像装置の動作を示すタイミングチャートであり、２フレーム分の動作を表している。このタイミングチャートを用いて図１４の光電変換装置の動作について説明する。
まず、光電変換期間について説明する。
全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は、読み取り用電源Ｖｓ（正電位）にバイアスされた状態にある。シフトレジスタＳＲ１の信号はすべて"Ｌｏ"であり、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフしている。この状態で光源がパルス状にオンすると、それぞれの光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極（Ｎ+電極）に光が照射され、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のｉ層内で電子とホールのキャリアが生成される。電子は読み取り用電源ＶｓによりＤ電極に移動するが、ホールは光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３内のｉ層と絶縁層の界面に蓄えられ、Ｘ線がオフ後も保持される。
全光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極は、読み取り用電源Ｖｓ（正電位）にバイアスされた状態にある。シフトレジスタＳＲ１の信号はすべて"Ｌｏ"であり、スイッチング用の全ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−３）がオフしている。この状態で光源がパルス状にオンすると、それぞれの光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のＤ電極（Ｎ+電極）に光が照射され、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３のｉ層内で電子とホールのキャリアが生成される。電子は読み取り用電源ＶｓによりＤ電極に移動するが、ホールは光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３内のｉ層と絶縁層の界面に蓄えられ、Ｘ線がオフ後も保持される。
次に、読み出し期間について説明する。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、続いて、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、続いて、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の順で行われる。
まず、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３を読み出しするためにスイッチ素子（ＴＦＴ）Ｔ１−１〜Ｔ１−３のゲート配線Ｇ１にシフトレジスタＳＲ１からゲートパルスを与える。この時、ゲートパルスのハイレベルは、外部から供給されているＶｇ（ｏｎ）の電圧である。これにより、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）がオン状態になり、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３に蓄積されていた信号電荷が、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）を介して電流として流れ、オペアンプＡ１〜Ａ３に接続されている容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３に流入し、積分されることになる。
信号配線Ｍ１〜Ｍ３には、特に図１４中には記載していないが読み出し容量が付加されており、信号電荷はＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ１−３）を介し、この読み出し容量に転送されることになる。しかし、信号配線Ｍ１〜Ｍ３は、オペアンプＡ１〜Ａ３の非反転端子（＋）のリセットバイアス（ＧＮＤ）で仮想接地されているために、転送動作による電位の変動はなく、ＧＮＤに保持された状態にある。すなわち上述した信号電荷は、容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３に転送されることになる。
オペアンプＡ１〜Ａ３の出力端子は、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の信号量に応じて図４に示すように変化する。ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）が同時にオンするため、オペアンプＡ１〜Ａ３の出力は同時に変化する。すなわち並列出力となる。この状態で、「ＳＭＰＬ」信号をオンさせることにより、オペアンプＡ１〜Ａ３の出力信号はサンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送され、ＳＭＰＬ信号をオフするとともに一旦ホールドされる。
続いて、シフトレジスタＳＲ２からスイッチＳｒ１，Ｓｒ２，Ｓｒ３の順番で、パルスを印加することにより、サンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３にホールドされていた信号が、サンプルホールド容量ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３の順でアンプＡｂから出力される。結果として、光電変換素子Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ１−３の１行分の光電変換信号が順次、直列変換されて出力される。２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の読み出し動作、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３の読み出し動作も同様に行われる。
１行目のＳＭＰＬ信号によりオペアンプＡ１〜Ａ３の信号をサンプルホールド容量ＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルホールドすれば、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の信号は、光電変換回路部１０から出力されたことになる。従って、読み出し用回路部内２１でスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３により直列変換されている最中に、光電変換回路部２１内の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のリフレッシュ動作と容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３のリセット動作を行うことができる。
光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のリフレッシュ動作は、「ＲＥＦＲＥＳＨ」信号を「Ｈｉ」にすることによりスイッチＳＷ−ｒｅｆがオンし、かつ「ＲＣ」信号によりスイッチＲＥＳ４１〜ＲＥＳ４３を導通状態にして、更にＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート配線に電圧Ｖｇ（ｏｎ）を印加することにより達成される。すなわちリフレッシュ動作により光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のＧ電極をリフレッシュバイアスＶ（refresh）にリフレッシュする。その後、リセット動作に遷移する。
続いて、リセット動作は、ＴＦＴ（Ｔ１−１〜Ｔ３−１）のゲート配線に電圧Ｖｇ（ｏｎ）を印加した状態で、かつスイッチＲＥＳ４１〜ＲＥＳ４３のスイッチを導通状態のまま、「ＲＥＦＲＥＳＨ」信号を「Ｌｏ」にする。この動作により、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３のＧ電極はリセットバイアスリセットバイアスＶ（reset）＝ＧＮＤにリセットされ、同時に、容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３に蓄積されていた信号をリセットする。
リセット動作が終了後、次に、ゲート配線Ｇ２にゲートパルスを印加することができる。すなわち、１行目の信号を、シフトレジスタＳＲ２により直列変換動作をする間に、同時に光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３をリフレッシュし、容量素子Ｃｆ１〜Ｃｆ３をリセットし、そして２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の信号電荷をシフトレジスタＳＲ１にて信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送することができる。以上の動作により、第１行から第３行までの全ての光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の信号電荷を出力することができる。
前述の光電変換期間と読み出し期間とを繰り返すことに上り、連続した動画像を取得することができる。
本実施形態で示したタイミングチャートと従来例を示した図３０のタイミングチャートと異なるところは、リフレッシュ期間を設けていないところであり、そのリフレッシュ期間の分だけ動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくできるという利点がある。また、従来例では、全ての光電変換素子を一括でリフレッシュしていたため、リフレッシュ時における暗電流成分によるＧＮＤや電源などの変動を緩和させるためのwait期間を設ける必要があった。本実施形態では、各行単位でリフレッシュを行うために、一度にリフレッシュする光電変換素子の数がはるかに少ないため、特別にWait期間を設ける必要がなく、その分だけ動画のフレーム周波数を大きくすることができる。
本実施形態で示したタイミングチャートと従来例を示した図３０のタイミングチャートと異なるところは、リフレッシュ期間を設けていないところであり、そのリフレッシュ期間の分だけ動画像を取得する際のフレーム周波数を大きくできるという利点がある。また、従来例では、全ての光電変換素子を一括でリフレッシュしていたため、リフレッシュ時における暗電流成分によるＧＮＤや電源などの変動を緩和させるためのwait期間を設ける必要があった。本実施形態では、各行単位でリフレッシュを行うために、一度にリフレッシュする光電変換素子の数がはるかに少ないため、特別にWait期間を設ける必要がなく、その分だけ動画のフレーム周波数を大きくすることができる。
上述した本実施形態のＸ線撮像装置では、Ｘ線の照射をパルス状に照射した例を示したが、Ｘ線の照射を連続して（直流的に）行うこともできる。以下に、この場合の実施例を説明する。
図１６は、第３の実施形態におけるＸ線撮像装置にＸ線を連続して（直流的に）照射した場合のタイミングチャートである。
この場合の光電変換期間とは、リフレッシュが終了してから転送を開始するまでの期間である。実際の医療用Ｘ線撮像装置では、光電変換回路部はＮ行×Ｍ列の多数の画素で構成されている。例えば、１行目の光電変換素子にとっては、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、２行目からＮ行目までのＮ−１行分の読み出し期間が実質上光電変換期間となる。他の行の光電変換素子にとっても同様で、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、Ｎ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。
この場合の光電変換期間とは、リフレッシュが終了してから転送を開始するまでの期間である。実際の医療用Ｘ線撮像装置では、光電変換回路部はＮ行×Ｍ列の多数の画素で構成されている。例えば、１行目の光電変換素子にとっては、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、２行目からＮ行目までのＮ−１行分の読み出し期間が実質上光電変換期間となる。他の行の光電変換素子にとっても同様で、自らの光電変換素子の転送，リフレッシュ，リセットを除いた、Ｎ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。
例えば、１００行目の光電変換素子にとっては、１０１行目からＮ行目までの読み出し期間と次フレームにおける１行目から９９行目までの読み出し期間との合計、すなわちＮ−１行分の読み出し期間が実質上の光電変換期間となる。つまり、Ｘ線を直流的に照射した場合には、この光電変換期間が２フレーム分にまたがってしまうことになるが、光電変換期間はすべて同じになるため何ら特異なことは生じない。
Ｘ線を連続して（直流的に）照射した場合には、図２に示すＸ線照射期間あるいは図４に示す光電変換期間を省略することができるため、動画のフレームレートを更に大きくできるという利点がある。また、パルス照射方法に比べ、Ｘ線の強度を弱くすることができるため、Ｘ線源の管球への負担を軽減できるという利点もある。さらに、Ｘ線の高圧電源をパルス状に制御することが必要なくなるため、Ｘ線電源の負担を軽減できる利点もある。
（第４の実施形態）
図１７は、本発明の第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。図１２に示した第３の実施形態の等価回路図においては、光電変換素子１０１のＤ電極を一定の電圧Ｖｓでバイアスしているのに対し、本実施形態では、電圧Ｖｓと電圧ＶrefとをスイッチＳＷ−Ｆにより切り替え可能に構成している。
図１７は、本発明の第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の１画素分の等価回路図である。図１２に示した第３の実施形態の等価回路図においては、光電変換素子１０１のＤ電極を一定の電圧Ｖｓでバイアスしているのに対し、本実施形態では、電圧Ｖｓと電圧ＶrefとをスイッチＳＷ−Ｆにより切り替え可能に構成している。
本実施形態の特徴は、光電変換素子１０１のリフレッシュ動作をさせるための印加電圧を、Ｇ電極側から与えるか、あるいはＤ電極側から与えるかを選択できる点にある。例えば、１枚の静止画像を取得する場合は、Ｄ電極側からリフレッシュ用バイアスを与える方法、すなわち図２８のタイミングチャートで動作させ、一方、複数枚の動画画像を取得する場合は、Ｇ電極側からリフレッシュ用バイアスを与える方法、すなわち図１３または図１６で示すタイミングチャートで動作させる。本実施形態では、１つのＸ線撮像装置で、従来の静止画像を撮影するモード（撮影モードまたは静止画モード）と、動画の画像を取得するモード（透視モードまたは動画モード）の両方の撮影が可能となる。
図１８は、第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の等価回路図である。
図１８の等価回路図において、図１４と異なる点は、センサのバイアスラインをＶＳＣ制御信号により電圧Ｖｓと電圧Ｖrefとの切り替えを可能としていることである。
図１９は、第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の透視モード（動画モード）から撮影モード（静止画モード）へ遷移し、撮影を行うタイミングチャートの略図である。
図１８の等価回路図において、図１４と異なる点は、センサのバイアスラインをＶＳＣ制御信号により電圧Ｖｓと電圧Ｖrefとの切り替えを可能としていることである。
図１９は、第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の透視モード（動画モード）から撮影モード（静止画モード）へ遷移し、撮影を行うタイミングチャートの略図である。
また、図２０は、図１８に示したＸ線撮像装置の透視モードにおける動作を示すタイミングチャートである。つまり透視モードにおいては、図１９のタイミング動作を繰り返している。この期間、撮影者は、静止画像を撮影のための被写体（患者）の位置や角度を決めるために、患者の透視画像をモニターしている。一般的にこの期間中のＸ線量は弱めに照射している。撮影者が、装置に曝射要求信号（静止画像を撮影する意思信号）を発令すると、透視モードから撮影モードに遷移する。撮影モードにおける動作タイミングを図２２に示す。また、透視モードと撮影モードの流れは、図１９に示すのように撮影モードが１回だけとは限らず、撮影する被写体の撮影構図に応じ、透視モード→撮影モード→透視モード→撮影モード…と繰り返してもよい。
図２１は、図１９の透視モードにおけるチャートが、図２０とは異なる場合の例を示したタイミングチャートである。図２０との違いは、Ｘ線をパルス状に照射させないことである。これにより、読み出し期間と光電変換期間とを同時に行うことができるため、透視モードにおける動作周波数を大きくできる利点がある。また、Ｘ線をパルス状に動作させないため、Ｘ線発生源に対する負荷を軽減できる利点もある。
本発明のＸ線撮像装置を透視装置に応用した場合において、透視モードにおいてはＴＦＴを介して読み出し用回路部２１のスイッチ側からリフレッシュを行いながら連続画像を取得し、透視によって位置決めが完了して静止画撮影モードに遷移した際には、スイッチＳＷ−Ｆからのリフレッシュを行うことによって高いＳ／Ｎ比の静止画像を得るよう構成することができる。つまり、一般にＴＦＴ側からのリフレッシュよりもスイッチＳＷ−Ｆ側からのリフレッシュの方が、リフレッシュ効率が高く、Ｓ／Ｎ比もよい。Ｓ／Ｎ比が比較的悪くてもよい透視位置決め画像を撮影する際には、読み出し用回路部２１のスイッチ側からのリフレッシュを採用し、Ｓ／Ｎ比が高く高画質を要求される静止画撮影する際には、スイッチＳＷ−Ｆ側からのリフレッシュを採用することは理にかなっている。
（第５の実施形態）
図２３は、本発明における放射線撮像装置のＸ線診断システムへの適用例を示した概略図である。
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮像装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には、被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体で可視光に変換し、さらに、これを光電変換して電気信号を得る。この電気信号は、ディジタル変換されてイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、制御室のディスプレイ６０８０で観察される。
図２３は、本発明における放射線撮像装置のＸ線診断システムへの適用例を示した概略図である。
Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮像装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には、被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体で可視光に変換し、さらに、これを光電変換して電気信号を得る。この電気信号は、ディジタル変換されてイメージプロセッサ６０７０により画像処理され、制御室のディスプレイ６０８０で観察される。
また、この画像情報は、電話回線６０９０等の伝送手段により遠隔地へ転送することができ、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この画像情報をフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
以上の実施形態ではＸ線撮像システムを例に説明したが、α，β，γ線等の放射線を光に変換し、この光を光電変換する装置に適用することも可能である。
本発明の光電変換素子アレイは、通常の可視光や赤外光を検出する撮像装置に用いることもできる。本発明に用いることができるスイッチ素子としては、水素化アモルファスシリコンなどの非単結晶半導体を用いてチャネル領域を形成した薄膜トランジスタが好ましく用いられ、その形態は下ゲートスタガー型に限定されることはなく、上ゲートスタガー型、上ゲートコプラナー型などであってもよい。
本発明の光電変換素子アレイは、通常の可視光や赤外光を検出する撮像装置に用いることもできる。本発明に用いることができるスイッチ素子としては、水素化アモルファスシリコンなどの非単結晶半導体を用いてチャネル領域を形成した薄膜トランジスタが好ましく用いられ、その形態は下ゲートスタガー型に限定されることはなく、上ゲートスタガー型、上ゲートコプラナー型などであってもよい。
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
［実施態様１］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元状に配設され、前記画素を行方向に接続する制御配線と、前記スイッチ素子を介して前記変換素子からの電気信号を読み出す信号配線とを備えた変換回路部と、
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有し、
前記読み出し用回路部は、読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ手段と、
少なくとも１つのリセットスイッチを用いて前記信号配線に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット手段とを含むことを特徴とする放射線撮像装置。
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有し、
前記読み出し用回路部は、読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ手段と、
少なくとも１つのリセットスイッチを用いて前記信号配線に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット手段とを含むことを特徴とする放射線撮像装置。
［実施態様２］ 前記読み出し用回路部は、前記信号配線に読み出された電気信号を増幅する増幅手段と、増幅された電気信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、蓄積された電気信号をシリアル変換するシリアル変換手段とを更に有することを特徴する実施態様１に記載の放射線撮像装置。
［実施態様３］ 前記読み出し用回路部は、前記読み出しを行った後、前記スイッチ素子を導通させ、かつ前記リセットスイッチを前記第１のバイアス側に切り替えることにより、前記リフレッシュ手段を駆動させて前記変換素子に対して行毎にリフレッシュを行い、その後、前記リセットスイッチを前記第２のバイアス側に切り替えることにより、前記リセット手段を駆動させて前記信号配線に対してリセットを行うことを特徴とする実施態様１または２に記載の放射線撮像装置。
［実施態様４］ 前記変換素子及び前記スイッチ素子がアモルファスシリコンを含み形成されていることを特徴とする実施態様１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様５］ 前記変換素子と前記スイッチ素子とが、同一基板上に同一工程によって形成されていることを特徴とする実施態様１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様６］ 前記変換素子は、基板上に下部電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる絶縁層と、当該絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる光電変換層と、当該光電変換層上に形成され、正孔の注入を阻止するＮ型の注入阻止層と、当該注入阻止層上に上部電極として形成された透明導電層または当該注入阻止層上の一部に形成された第２の金属薄膜層とを有して構成され、
前記スイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
前記スイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様７］ 前記放射線の波長変換を行う波長変換体を更に有することを特徴とする実施態様１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様８］ 前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とする実施態様７に記載の放射線撮像装置。
［実施態様９］ 前記変換素子にバイアスを印加するバイアス配線を更に有することを特徴とする実施態様１〜８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１０］ 前記変換素子は少なくとも２つの電極を有し、第１の電極に前記スイッチ素子が接続され、第２の電極に前記バイアス配線が接続されており、
動画モードでは、前記読み出し用回路部で前記リセットスイッチを前記第１のバイアスに切り替え、かつ前記スイッチ素子を導通させることにより前記光電変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続された第２のスイッチ素子によりバイアスを切り替えることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする実施態様９に記載の放射線撮像装置。
動画モードでは、前記読み出し用回路部で前記リセットスイッチを前記第１のバイアスに切り替え、かつ前記スイッチ素子を導通させることにより前記光電変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続された第２のスイッチ素子によりバイアスを切り替えることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする実施態様９に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１１］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記電気信号を転送する第１のスイッチ素子とを含む画素が２次元状に配設され、前記画素を行方向に接続する制御配線と、前記第１のスイッチ素子を介して前記変換素子からの電気信号を読み出す信号配線とを備えた変換回路部と、
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有し、
前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、
前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記第１のスイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子をリセットするための第２のスイッチ素子とを備え、
一方、前記オペアンプの非反転端子には、第１のバイアスと第２のバイアスの少なくとも２つのバイアスを選択的に供給するバイアス供給手段と、前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子を用いて読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ手段と、前記第２のスイッチ素子を用いて前記容量素子に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット手段とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有し、
前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、
前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記第１のスイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子をリセットするための第２のスイッチ素子とを備え、
一方、前記オペアンプの非反転端子には、第１のバイアスと第２のバイアスの少なくとも２つのバイアスを選択的に供給するバイアス供給手段と、前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子を用いて読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ手段と、前記第２のスイッチ素子を用いて前記容量素子に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット手段とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
［実施態様１２］ 前記読み出し用回路部は、前記電流積分型オペアンプにより前記変換素子から読み出した前記電気信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、蓄積された電気信号をシリアル変換するシリアル変換手段とを更に有することを特徴する実施態様１１に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１３］ 前記読み出し用回路部は、前記読み出しを行った後、前記第１のスイッチ素子を導通させるとともに前記第２のスイッチ素子を導通させ、かつ前記バイアス供給手段を駆動させて前記オペアンプの非反転端子に前記第１のバイアスを供給することにより前記変換素子に対して行毎にリフレッシュを行い、その後、前記第２のスイッチ素子を導通させた状態で、かつ前記バイアス供給手段を駆動させて前記非反転端子に前記第２のバイアスを供給することにより前記容量素子に対してリセットを行うことを特徴とする実施態様１１または１２に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１４］ 前記変換素子及び前記第１のスイッチ素子がアモルファスシリコンを含み形成されていることを特徴とする実施態様１１〜１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１５］ 前記変換素子と前記第１のスイッチ素子とが、同一基板上に同一工程によって形成されていることを特徴とする実施態様１１〜１４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１６］ 前記変換素子は、基板上に下部電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる絶縁層と、当該絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる光電変換層と、当該光電変換層上に形成され、正孔の注入を阻止するＮ型の注入阻止層と、当該注入阻止層上に上部電極として形成された透明導電層または当該注入阻止層上の一部に形成された第２の金属薄膜層とを有して構成され、
前記第１のスイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする実施態様１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
前記第１のスイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上に下部ゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる半導体層と、当該半導体層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース／ドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記光電変換層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記光電変換層に入射した放射線により発生した正孔を当該光電変換層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記光電変換層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする実施態様１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１７］ 前記放射線の波長変換を行う波長変換体を更に有することを特徴とする実施態様１１〜１６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１８］ 前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とする実施態様１７に記載の放射線撮像装置。
［実施態様１９］ 前記変換素子にバイアスを印加するバイアス配線を更に有することを特徴とする実施態様１１〜１８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
［実施態様２０］ 前記変換素子は少なくとも２つの電極を有し、第１の電極に前記第１のスイッチ素子が接続され、第２の電極に前記バイアス配線が接続されており、
動画モードでは、前記第１のスイッチ素子を導通させることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続されたバイアスを切り替えることによって、前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする実施態様１９に記載の放射線撮像装置。
動画モードでは、前記第１のスイッチ素子を導通させることにより前記変換素子のリフレッシュ動作を行い、
静止画モードでは、前記バイアス配線に接続されたバイアスを切り替えることによって、前記変換素子のリフレッシュ動作を行うことを特徴とする実施態様１９に記載の放射線撮像装置。
［実施態様２１］ 被験者または被験物に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線を検出する実施態様１〜２０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。
前記放射線を検出する実施態様１〜２０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。
［実施態様２２］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元状に配設され、前記画素を行方向に接続する制御配線と、前記スイッチ素子を介して前記変換素子からの電気信号を読み出す信号配線とを備えた変換回路部と、
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置における駆動方法であって、
前記読み出し用回路部で読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ処理と、
少なくとも１つのリセットスイッチを用いて前記信号配線に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット処理とを含むことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
前記複数の制御配線を順次に駆動させる駆動用回路部と、
前記複数の信号配線と接続し、前記変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置における駆動方法であって、
前記読み出し用回路部で読み出しを行った前記変換素子に対して第１のバイアスを印加して行毎にリフレッシュを行うリフレッシュ処理と、
少なくとも１つのリセットスイッチを用いて前記信号配線に対して第２のバイアスを印加してリセットを行うリセット処理とを含むことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
１０，１００ 光電変換回路部
２０，２１，２００ 読み出し用回路部
１０１，Ｓ１−１〜Ｓ３−３ 光電変換素子
１０２，Ｔ１−１〜Ｔ３−３ スイッチ素子（ＴＦＴ）
１０３ 絶縁基板
１０４ 第１の金属薄膜層
１０５ 第２の金属薄膜層
１０６ ゲート駆動用配線
１０７ マトリクス信号配線
１１０ コンタクトホール部
１１１ ａ−ＳｉＮ絶縁薄膜層
１１２ ａ−Ｓｉ半導体薄膜層
１１３ Ｎ+層
１１４ 配線クロス部
１１５ 保護膜
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ａｂ オペアンプ
ＦＬ、Ｆｌ Ｘ線を可視光に変換する蛍光体
Ｇ１〜Ｇ３ ゲート駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３ マトリクス信号配線
Ｃｆ１〜Ｃｆ３ 積分容量
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３，ＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３，ＲＥＳ４１〜ＲＥＳ４３ リセットスイッチ
Ｓｎ１〜Ｓｎ３ 転送スイッチ
Ｓｒ１〜Ｓｒ３ 読み出し用スイッチ
ＳＲ１ シフトレジスタ（スイッチ素子用）
ＳＲ２ シフトレジスタ（読み出しスイッチ用）
Ｖref リフレッシュ電源
Ｖs バイアス電源
Ｖ(reset) リセット電源
Ｖ(refresh) リフレッシュ電源
Ｖg（on） ＴＦＴをオンするための電源
Ｖg（off） ＴＦＴをオフするための電源
ＳＷ−Ａ バイアスを切り替えるスイッチ
ＳＷ−Ｂ ＴＦＴをオン／オフするためのスイッチ
ＳＷ−Ｃ 信号配線をリセットするためのスイッチ
ＳＷ−Ｄ ＴＦＴをオン／オフするためのスイッチ
ＳＷ−Ｅ リフレッシュするためのスイッチ
ＳＷ−Ｆ バイアスを切り替えるスイッチ
ＳＷ−Ｇ オペアンプの（＋）端子にバイアスを印加するためのスイッチ
ＳＷ−Ｈ 容量素子Ｃｆをリセットするためのスイッチ
ＳＷ−ｒｅｓ リセットバイアスを与えるためのスイッチ
ＳＷ−ｒｅｆ リフレッシュバイアスを与えるためのスイッチ
２０，２１，２００ 読み出し用回路部
１０１，Ｓ１−１〜Ｓ３−３ 光電変換素子
１０２，Ｔ１−１〜Ｔ３−３ スイッチ素子（ＴＦＴ）
１０３ 絶縁基板
１０４ 第１の金属薄膜層
１０５ 第２の金属薄膜層
１０６ ゲート駆動用配線
１０７ マトリクス信号配線
１１０ コンタクトホール部
１１１ ａ−ＳｉＮ絶縁薄膜層
１１２ ａ−Ｓｉ半導体薄膜層
１１３ Ｎ+層
１１４ 配線クロス部
１１５ 保護膜
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ａｂ オペアンプ
ＦＬ、Ｆｌ Ｘ線を可視光に変換する蛍光体
Ｇ１〜Ｇ３ ゲート駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３ マトリクス信号配線
Ｃｆ１〜Ｃｆ３ 積分容量
ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３，ＲＥＳ１１〜ＲＥＳ３３，ＲＥＳ４１〜ＲＥＳ４３ リセットスイッチ
Ｓｎ１〜Ｓｎ３ 転送スイッチ
Ｓｒ１〜Ｓｒ３ 読み出し用スイッチ
ＳＲ１ シフトレジスタ（スイッチ素子用）
ＳＲ２ シフトレジスタ（読み出しスイッチ用）
Ｖref リフレッシュ電源
Ｖs バイアス電源
Ｖ(reset) リセット電源
Ｖ(refresh) リフレッシュ電源
Ｖg（on） ＴＦＴをオンするための電源
Ｖg（off） ＴＦＴをオフするための電源
ＳＷ−Ａ バイアスを切り替えるスイッチ
ＳＷ−Ｂ ＴＦＴをオン／オフするためのスイッチ
ＳＷ−Ｃ 信号配線をリセットするためのスイッチ
ＳＷ−Ｄ ＴＦＴをオン／オフするためのスイッチ
ＳＷ−Ｅ リフレッシュするためのスイッチ
ＳＷ−Ｆ バイアスを切り替えるスイッチ
ＳＷ−Ｇ オペアンプの（＋）端子にバイアスを印加するためのスイッチ
ＳＷ−Ｈ 容量素子Ｃｆをリセットするためのスイッチ
ＳＷ−ｒｅｓ リセットバイアスを与えるためのスイッチ
ＳＷ−ｒｅｆ リフレッシュバイアスを与えるためのスイッチ
Claims (11)
- 第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部を有する放射線撮像装置であって、
前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスを前記信号配線に印加するリフレッシュ部と、
前記信号配線に前記信号配線のリセットを行うための第２のバイアスを印加するリセット部と、
を有し、
所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記リフレッシュ部が前記第１のバイアスを前記信号配線に印加し、且つ、前記第１のバイアスの印加が終了した前記信号配線に前記リセット部が前記第２のバイアスを印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記電気信号の読み出しを行単位で行うために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部を更に有し、
前記読み出し用回路部は、前記リフレッシュ部及び前記リセット部を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。 - 第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記電気信号の読み出しを行単位で行うために複数の前記信号配線に接続された読み出し用回路部と、を有する放射線撮像装置であって、
前記読み出し用回路部は、初段部に電流積分型のオペアンプを具備し、
前記オペアンプの反転端子と出力端子との間には、前記変換素子から前記スイッチ素子を介して転送される電気信号を積分するための容量素子と、前記容量素子のリセットを行うためのスイッチとを備え、
前記オペアンプの非反転端子には、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスと前記リセットを行うための第２のバイアスとを選択的に供給するバイアス供給部が接続され、
所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記バイアス供給部及び前記スイッチが前記第１のバイアスを前記信号配線に印加し、且つ、前記第１のバイアスの印加が終了した前記信号配線に前記第２のバイアスを印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記読み出し用回路部は、前記第１のバイアスを供給するリフレッシュ部と、前記第２のバイアスを供給するリセット部と、前記電気信号を一時的に蓄積する蓄積部と、蓄積された電気信号をシリアル変換するシリアル変換部とを更に含むことを特徴する請求項３に記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子の第２の電極に接続され前記変換素子にバイアスを印加するバイアス配線を更に有し、前記変換素子及び前記スイッチ素子がアモルファスシリコンを含み形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子と前記スイッチ素子とが、同一基板上に同一工程によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記変換素子は、基板上に前記第１の電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる前記絶縁層と、当該絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなる前記半導体層と、当該半導体層上に形成され、正孔の注入を阻止するＮ型の注入阻止層と、当該注入阻止層上に前記第２の電極として形成された透明導電層または当該注入阻止層上の一部に形成された第２の金属薄膜層とを有して構成され、
前記スイッチ素子は、前記変換素子と同一の基板上に形成されるとともに、前記基板上にゲート電極として形成された第１の金属薄膜層と、当該第１の金属薄膜層上に形成されたアモルファス窒化シリコンからなるゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成された水素化アモルファスシリコンからなるアモルファスシリコン層と、当該アモルファスシリコン層上に形成されたＮ型のオーミックコンタクト層と、当該オーミックコンタクト層上にソース又はドレイン電極として形成された透明導電層または第２の金属薄膜層とを有して構成され、
リフレッシュモードでは、前記変換素子に対して、正孔を前記半導体層から前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
光電変換モードでは、前記変換素子に対して、前記半導体層に入射した放射線により発生した正孔を当該半導体層に留まらせて電子を前記第２の金属薄膜層に導く方向に電界を与え、
前記光電変換モードにより前記半導体層に蓄積される前記正孔もしくは前記第２の金属薄膜層に導かれた前記電子を光信号として検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。 - 前記放射線の波長変換を行う波長変換体を更に有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
- 前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
- 被験者または被験物を透過した前記放射線を検出する請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置から出力された電気信号をディジタル変換して画像処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置で処理された画像を表示する表示装置とを備えることを特徴とする放射線撮像システム。 - 第１の電極と第２の電極との間の半導体層と前記第１の電極との間の絶縁層を有して入射した放射線を電気信号に変換する変換素子と前記第１の電極に接続され前記電気信号の読み出しを行うスイッチ素子とを含む画素が行方向及び列方向に複数配置され、前記行方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された制御配線が前記列方向に複数配置され、前記列方向に配置された複数の前記スイッチ素子に接続された信号配線が前記行方向に複数配置されており、前記スイッチ素子を導通させるための駆動信号を複数の前記制御配線に行単位で与えるための駆動用回路部と、前記変換素子のリフレッシュを行うための第１のバイアスを前記信号配線に印加するリフレッシュ部と、前記信号配線に前記信号配線のリセットを行うための第２のバイアスを印加するリセット部と、を有する放射線撮像装置における駆動方法であって、
所定行の画素の前記読み出しと前記所定行と異なる行の画素の前記読み出しとの間に、
前記駆動用回路部が前記所定行の画素の前記スイッチ素子を導通させた状態で、前記リフレッシュ部が前記第１のバイアスを前記信号配線に印加した後に、前記リセット部が前記第２のバイアスを前記信号配線に印加することにより、前記リフレッシュを行うことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
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