JP5230402B2 - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関するものである。より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに用いられる撮像装置に関する。なお、本発明において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。ＦＰＤの各画素は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、変換素子で生じた電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子と、を少なくとも有する。このようなＦＰＤは、複数の画素を駆動する駆動回路と、複数の画素から出力された電気信号を読み出す読出回路を備える。上記ＦＰＤを含む撮像装置は、読出回路からの画像信号を処理して外部へ送信する又は外部から制御信号を受信する信号処理部、複数の画素・駆動回路・読出回路等に各種バイアスを供給する電源部、及び制御信号に基づき各構成要素を制御する制御部を備える。このような撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。この撮像装置では、ケーブルにより電源部への電源電圧の供給や制御部への制御信号・信号処理部からの画像信号の伝送を行う形態や、バッテリー等により電源部の電源電圧の供給を受け無線通信により制御信号・画像信号の送受信を行う形態等が提案されている。いずれの形態においても、ＦＰＤの長寿命化や撮像装置の低消費電力化の観点から、種々の対策が検討されてきた。

特許文献１及び２では、上記観点に対し、撮影モードより消費電力量が少ない第１の待機モードと第１の待機モードより消費電力量が少ない第２の待機モードとを含む複数の待機モードを備え、撮影モードと及び複数の撮影待機モードを切り換える開示がある。
特開２００２−１６５１４２号公報 特開２００６−２０８３０８号公報

しかしながら、特許文献１及び２の技術を実施しても、上述の待機モードのようにＦＰＤへの電源供給を停止する待機状態若しくは撮像装置全体の電源供給を停止する停止状態にする際に、ＦＰＤ又は撮像装置の長寿命化に影響を与える可能性がある。待機状態若しくは停止状態にする際に、変換素子やスイッチ素子への長時間の電圧印加に起因する画素の特性劣化や、読出回路への過剰電荷の流入に起因する読出回路の特性変動などを引き起こす恐れがあった。

本願発明者は、上述の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係る撮像装置は、各々が、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、主端子の一方が前記変換素子の一方の電極と電気的に接続されて前記電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子と、を含み、行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素のうち行方向に配置された複数の画素のスイッチ素子の制御端子と共通に接続され列方向に複数配置された駆動配線と、列方向に配置された複数のスイッチ素子の主端子の他方と共通に接続され行方向に複数配置された信号配線と、を有する検出部と、前記駆動配線に電気的に接続され前記検出部を駆動する駆動回路と、前記信号配線に電気的に接続され前記検出部からの電気信号を画像信号として出力する読出回路と、前記検出部、前記駆動回路、及び前記読出回路に対しそれぞれ電圧を供給する電圧供給動作を行う電源部と、少なくとも前記駆動回路及び前記電源部を制御する制御部と、を有する撮像装置であって、前記読出回路は、前記信号配線をリセットするリセット手段を含み、前記制御部は、前記信号配線がリセットされた状態とする処理を行った後に前記駆動回路及び前記読出回路に対する電圧供給動作を前記電源部に維持させた状態で前記検出部に対する前記電源部の電圧供給動作を停止させる第１の処理と、前記第１の処理の後に前記電源部及び前記駆動回路に前記検出部を駆動させる第２の処理と、前記第２の処理の後に前記駆動回路及び前記読出回路に対する前記電源部の電圧供給動作を停止させる第３の処理と、を行う。

本発明により、撮像装置を待機状態若しくは停止状態にする際に、画素や読出回路の特性劣化を低減することが可能となり、高品位で長寿命な撮像装置を提供することが可能となる。

以下、本発明を好適に適用可能な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を含む撮像システムの概念的ブロック図である。本実施形態の放射線撮像システムは、撮像装置１００、放射線源１１１、放射線源制御装置１１２、制御コンピュータ１０８、制御卓１１０、表示装置１１３を含むものである。撮像装置１００は、放射線又は光を電気信号に変換する画素を複数備えた検出部１０１と、検出部１０１を駆動する駆動回路１０２と、駆動された検出部１０１からの電気信号を画像信号として出力する読出回路１０３と、を有する平面検出器（ＦＰＤ）１０４を含む。撮像装置１００は更に、画像信号を処理して出力する信号処理部１０５と、各構成要素に夫々制御信号を供給して制御する制御部１０６と、各構成要素に夫々バイアスを供給する電源部１０７を含む。ここで信号処理部１０５は、後述する制御コンピュータ１０８から制御信号を受けて制御部１０６に提供する。また、電源部１０７は、後述する外部電源１０９から電圧を受けて検出部１０１、駆動回路１０２、読出回路１０３で必要な電圧を供給するレギュレータ等の電源回路を内包している。

制御コンピュータ１０８は、放射線源１１１と撮像装置１００との同期や、撮像装置１００の状態を決定する制御信号の送信、撮像装置１００からの画像信号に対して補正や保存・表示のための画像処理を行う。放射線源制御装置１１２は制御コンピュータ１０８からの制御信号を受けて放射線源１１１の放射線を照射する動作の制御を行う。制御卓１１０は、制御コンピュータ１０８の各種制御のためのパラメータとして被検体の情報や撮影条件の入力を行い制御コンピュータ１０８に伝送する。表示装置１１３は、制御コンピュータ１０８で画像処理された画像信号を表示する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＰＤの等価回路を含む撮像装置の概念的ブロック図である。なお、図１を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。また、図２では説明の簡便化のために４行×４列の画素を有するＦＰＤを含む撮像装置を示す。しかしながら、実際の撮像装置はより多画素であり、例えば９インチの撮像装置では約１０００行×約１０００列、１７インチの撮像装置では約２８００行×約２８００列の画素を有している。

検出部１０１は、行列状に複数配置された画素を有する。画素は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子２０１と、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子２０２と、を有する。光を電荷に変換する変換素子としては、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置され、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やＭＩＳ型変換素子などの、光電変換素子が好適に用いられる。放射線を電荷に変換する変換素子としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子２０２としては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、光電変換素子が絶縁性基板上の備えられる画素の場合には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が好適に用いられる。変換素子２０１の一方の電極はスイッチ素子２０２の２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通のバイアス配線２０７を介してバイアス電源１０７ｂと電気的に接続される。行方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ１４は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が、駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ４１は、それらの他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ１に電気的に接続されており、導通状態になっている間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、検出部１０１の複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路１０３に伝送する。

読出回路１０３は、検出部１０１から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路２０６を信号配線毎に対応して設けられている。また、各増幅回路２０６は、出力された電気信号を増幅する積分増幅器２０３と、積分増幅器２０３からの電気信号を増幅する可変増幅器２０４と、可変増幅器２０４からの電気信号をサンプルしホールドするためのサンプルホールド回路２０５と、を有する。積分増幅器２０３は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器と、積分容量と、積分容量をリセットするリセットスイッチと、を有する。積分増幅器２０３は、積分容量の値を変えることで増幅率を変更することが可能である。演算増幅器の反転入力端子には出力された電気信号が入力され、正転入力端子には基準電源１０７ｃから基準電圧Ｖｒが入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、積分容量が演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子の間に配置される。サンプルホールド回路２０５は、各増幅回路に対応して設けられ、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成される。また読出回路１０３は、各増幅回路２０６から並列に読み出された電気信号を順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ２０８と、画像信号をインピーダンス変換して出力するバッファ増幅器２０９と、を有する。バッファ増幅器２０９から出力されたアナログ電気信号である画像信号Ｖｏｕｔは、Ａ／Ｄ変換器２１０によってデジタル画像信号に変換されて信号処理部１０５へ出力され、信号処理部１０５で処理された画像信号が制御コンピュータ１０８へ出力される。

駆動回路１０２は、制御部１０６から入力された制御信号（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Ｖｃｏｍと非道通状態とする非導通電圧Ｖｓｓを有する駆動信号を、各駆動配線に出力する。これにより、駆動回路１０２はスイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御し、検出部１０１を駆動する。

電源部１０７は、駆動回路用電源１０７ａ、バイアス電源１０７ｂ、増幅回路の基準電源１０７ｃ、及び増幅回路の動作電源１０７ｄを含む。駆動回路用電源１０７ａは、駆動回路１０２に導通電圧Ｖｃｏｍ及び非導通電圧Ｖｓｓを供給する。バイアス電源１０７ｂは、バイアス配線２０７を介して各変換素子の他方の電極にバイアス電圧Ｖｓを共通に供給する。基準電源１０７ｃは、各増幅回路２０６に含まれる演算増幅器の正転入力端子に基準電圧Ｖｒを共通に供給する。動作電源１０７ｄは、増幅回路２０６に含まれる演算増幅器を動作させるための動作電圧Ｖｃｃを各増幅回路２０６に共通に供給する。

制御部１０６は、信号処理部１０５を介して装置外部の制御コンピュータ１０８等からの制御信号を受けて、駆動回路１０２、電源部１０７、読出回路１０３に各種の制御信号を与えて上記構成要素の動作を制御する。制御部１０６は、駆動回路１０２に制御信号Ｄ−ＣＬＫと制御信号ＯＥ、制御信号ＤＩＯを与えることによって、駆動回路１０２の動作を制御する。ここで、制御信号Ｄ−ＣＬＫは駆動回路として用いられるシフトレジスタのシフトクロックであり、制御信号ＤＩＯはシフトレジスタが転送するパルス、ＯＥはシフトレジスタの出力端を制御するものである。

また、制御部１０６は、読出回路１０３に制御信号ＸＲＣ、制御信号ＳＭＰＬ、制御信号ＣＬＫ、及び制御信号ＡＤ−ＣＬＫを与えることによって、読出回路１０３の各構成要素の動作を制御する。ここで、制御信号ＸＲＣは積分増幅器のリセットスイッチの動作を制御するものであり、制御信号ＳＭＰＬはサンプルホールド回路２０５の動作を制御するものである。また、制御信号ＣＬＫはマルチプレクサ２０８の動作を制御するものであり、制御信号ＡＤ−ＣＬＫはＡ／Ｄ変換器２１０の動作を制御するものである。

更に、制御部１０６は、駆動回路用電源１０７ａに制御信号ＳＣ１を与えることにより、駆動回路用電源１０７ａが導通電圧及び又は非導通電圧を供給する電圧供給動作の制御を行う。制御信号ＳＣ１により駆動回路用電源１０７ａの電圧供給動作が停止されると、駆動回路用電源及び駆動回路から供給される電圧及び駆動配線の電位は、接地電位（以下ＧＮＤ電位と示す）に向かって低下する。また、制御部１０６は、バイアス電源１０７ｂに制御信号ＳＣ２を与えることにより、バイアス電源１０７ｂがバイアス電圧Ｖｓを供給する電圧供給動作の制御を行う。制御信号ＳＣ２によりバイアス電源１０７ｂの電圧供給動作が停止されると、バイアス電源１０７ｂから供給される電圧、バイアス配線２０７及び変換素子の他方の電極の電位は、ＧＮＤ電位に向かって低下する。更に、制御部１０６は、基準電源１０７ｃに制御信号ＳＣ３を与えることにより、基準電源１０７ｃが基準電圧Ｖｒを供給する電圧供給動作の制御を行う。制御信号ＳＣ３により基準電源１０７ｃの電圧供給動作が停止されると、基準電源から供給される電圧はＧＮＤ電位に向かって低下する。また、制御部１０６は、動作電源１０７ｄに制御信号ＳＣ４を与えることにより、動作電源１０７ｄが動作電圧Ｖｃｃを供給する電圧供給動作の制御を行う。制御信号ＳＣ４により動作電源１０７ｄの電圧供給動作が停止されると、動作電源から供給される電圧はＧＮＤ電位に向かって低下する。

次に、図２及び図３を用いて本願発明の撮像装置における１フレーム分の画像信号の出力動作を説明する。図３は本発明の撮像装置における画像信号の出力動作を説明するためのタイミングチャートである。

まず、制御部１０６から制御信号ＸＲＣがＬｏ状態で積分増幅器のリセットスイッチに与えられてリセットスイッチが導通状態とされ、積分増幅器の積分容量及び信号配線がリセットされる。次に制御信号ＸＲＣがＨｉ状態とされてリセットスイッチが非導通となる。これにより信号配線の電位は基準電位Ｖｒとされる。次に、検出器１０１に放射線の照射がなされ又は放射線の照射がなされずに、変換素子には放射線の照射量に応じた電荷若しくは暗時出力の電荷が蓄積される。この際、駆動回路１０２から各駆動配線Ｇ１〜Ｇ４には非導通電圧Ｖｓｓが与えられており、全ての画素のスイッチ素子は非道通状態とされる。

次に、制御部１０６から制御信号ＸＲＣがＬｏ状態で積分増幅器のリセットスイッチに再び与えられてリセットスイッチが導通状態とされ、信号を読み出す直前に積分増幅器の積分容量及び信号配線がリセットされる。次に制御信号ＸＲＣがＨｉ状態とされてリセットスイッチが非導通となる。

次に駆動回路１０２から１行目の駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目の画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１４が導通状態とされる。これにより１行目の画素の変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４で発生された電荷に基づく電気信号が各信号配線に出力され、変換素子とスイッチ素子との間のノードＮは基準電位Ｖｒとなる。各信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ各増幅回路２０６の演算増幅器２０３及び可変増幅器２０４で増幅される。増幅された電気信号はそれぞれ、制御回路１０６からの制御信号ＳＭＰＬによりサンプルホールド回路が動作され、各増幅回路内のサンプルホールド回路２０５に並列に保持される。保持された後、制御部１０６からの制御信号ＸＲＣにより積分増幅器の積分増幅器の積分容量及び信号配線がリセットされる。積分容量及び信号配線がリセットされた後、１行目と同様に２行目の駆動配線Ｇ２に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、２行目の画素のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２４が導通状態とされる。

２行目の画素のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２４が導通状態とされている期間内に、制御部１０６からマルチプレクサ２０８に対して制御信号ＣＬＫが与えられ、サンプルホールド回路２０５に保持された電気信号が順次出力される。これにより並列に読み出された電気信号は直列の画像信号に変換して出力され、制御部１０６からＡ／Ｄ変換器２１０に対して制御信号ＡＤ−ＣＬＫが与えられて１行分のデジタル画像信号に変換され出力される。

以上の動作を１行目から４行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分のデジタル画像信号が撮像装置から出力される。このような撮像装置が出力動作を行う際には、電源部１０７は少なくとも検出部、駆動回路、読出回路を含むＦＰＤに対し各電圧を供給しており、ＦＰＤが画像信号を出力し得る状態とされている。

ここで、本発明は後述する制御部１０６による制御により達成されるが、本願発明の効果を説明するために、比較例として本願発明の制御を制御部１０６が行わない場合について、図２及び図１０を用いて説明する。図１０は、比較例における撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。ここで、図１０は図３に示す動作が終了した後である。

図１０（ａ）に示す第１の比較例として、全ての電源が略同時に各電圧の供給を停止する場合を考察する。この場合としては、例えば電源部１０７から検出部１０１、駆動回路１０２、及び読出回路１０３への電圧の供給が停止された待機状態、電源部１０７への電圧の供給が停止されて撮像装置全体の電圧供給を停止する停止状態などが想定される。また、システム本体と撮像装置に接続されるケーブルを電源が入ったまま抜差しが可能な形態や、バッテリー等が内蔵された可搬型の撮像装置（カセッテ型撮像装置）において、突然電源が切れてしまう異常停止状態などが想定される。

画素のスイッチ素子に与えられる駆動信号も閾値を超えない０（ｖ）となっているため非道通状態であり、それにより変換素子とスイッチ素子と間のノードＮは、基準電位Ｖｒでフローティング状態となっている。このような状態で略同時に各電圧の供給を停止する場合、バイアス電源１０７ｂから供給される電圧は、バイアス電圧Ｖｓ（ｖ）からＧＮＤ電位である０（ｖ）に低下する。それに伴ってバイアス配線２０７の電位がバイアス電圧Ｖｓ（ｖ）から０（ｖ）に低下し、ノードＮは変換素子の内部容量によりＶｒ（ｖ）からＶｒ−Ｖｓ（ｖ）に変動する。この時、基準電源１０７ｃ及び動作電源１０７ｄの電源供給の停止により、信号配線の電位はほぼＧＮＤ電位とされているため、スイッチ素子の２つの主電極間及び変換素子の電極間にはＶｒ−Ｖｓ（ｖ）の電圧が掛かってしまう。ノードＮの電位は、長時間に渡る自然放電によって減少されるが、その間変換素子とスイッチ素子に電圧が掛かった状態となる。そのため、第１の比較例の場合、変換素子やスイッチ素子への長時間の電圧印加に起因する各素子の特性劣化が発生するおそれがある。特に、絶縁性基板上に非単結晶半導体によりスイッチ素子を設けたＦＰＤでは、スイッチ素子の非導通時の抵抗が高いため、自然放電に長時間かかり、特性劣化の可能性がより顕著となる。

図１０（ｂ）に示す第２の比較例として、基準電源１０７ｃ及び動作電源１０７ｄの電圧の供給を停止し読出回路１０３が停止状態とされた後に、駆動回路用電源１０７ａ及びバイアス電源１０７ｂが各電圧の供給を停止する場合を考察する。

画素のスイッチ素子に与えられる駆動信号は非導通電圧Ｖｓｓ（ｖ）となっているため非道通状態であり、それにより変換素子とスイッチ素子と間のノードＮは基準電位Ｖｒでフローティング状態となっている。このような状態で略同時に各電圧の供給を停止する場合、バイアス電源１０７ｂから供給される電圧は、バイアス電圧Ｖｓ（ｖ）からＧＮＤ電位である０（ｖ）に低下する。また、駆動用回路電源１０７ａから供給される電圧は非導通電圧Ｖｃｃに変動する。これにより、信号配線の電位はＧＮＤ電位から所定の電位α変動し、各積分増幅器２０３の反転入力端子に電位αが印加された状態となる。電位αは、信号配線の寄生容量等により決まるため定量化は困難であるが、このような電位αが停止状態の積分増幅器の反転入力端子に印加されると、積分増幅器の特性劣化が発生するおそれがある。また、画素のスイッチ素子がリークの大きいものがあった場合には、バイアス配線及び駆動配線の電位変動に起因する電位変動成分が積分増幅器の反転入力端子に印加されるおそれがある。特に放射線撮像システムに用いる撮像装置においては、低放射線量化の観点により積分増幅器等には低ノイズ化が強く求められており、ノイズの原因となる保護回路は必要最低限にしか設けない。そのため、積分増幅器の特性劣化の可能性がより顕著となる。

そこで本願発明では、制御部１０６が以下に説明する制御を行うことにより、画素や読出回路の特性劣化を低減することを見出した。以下に図２及び図４を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の第１の実施形態における制御部による撮像装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。

図４（ａ），（ｂ）に示す本実施形態と、比較例との相違点を以下に説明する。第１に、制御部１０６は、バイアス電源１０７ｂに制御信号ＳＣ２を与え、駆動回路用電源１０７ａ、基準電源１０７ｃ、動作電源１０７ｄに電圧供給動作を維持させた状態でバイアス電源１０７ｂの電圧供給動作を停止させる第１の処理を行う。この第１の処理では、第１の比較例と同様に、ノードＮは変換素子の内部容量によりＶｒ（ｖ）からＶｒ−Ｖｓ（ｖ）に変動する。第１の処理に際して、信号配線はリセットスイッチによりリセットされた状態となっており、基準電位Ｖｒとなっている。第２に、バイアス電源１０７ｂの電圧供給動作を停止させ、基準電源１０７ｃ及び動作電源１０７ｄの電圧供給動作を維持させた状態で、制御部１０６は駆動回路用電源１０７ａに制御信号ＳＣ１を、駆動回路１０２に各制御信号を与える。これら制御信号により制御部１０６は、第１の処理の後に駆動回路用電源１０７ａ及び駆動回路１０２に検出部１０１を駆動させる第２の処理を行う。これによりノードＮの電位は、Ｖｒ−Ｖｓ（ｖ）から基準電位Ｖｒ（ｖ）に戻され、スイッチ素子の主電極間は等電位となり、変換素子の電極間には第１の比較例におけるＶｒ−Ｖｓ（ｖ）より小さいＶｒ（ｖ）のみが掛かる状態となる。このとき読出回路１０３の各積分増幅器は正常に動作されているため、読出回路１０３は信号配線を介して積分増幅器に電気信号が出力されても第２の比較例のような影響を受けることはない。そして第３に、制御部１０６は第２の処理の後に、駆動回路用電源１０７ａに制御信号ＳＣ１を、基準電源１０７ｃに制御信号ＳＣ３を、動作電源１０７ｄに制御信号ＳＣ４をそれぞれ与える。これら制御信号により制御部１０６は、第２の処理の後に駆動回路用電源１０７ａ、基準電源１０７ｃ、及び動作電源１０７ｄの各電圧供給動作を停止させる第３の処理を行う。つまり本発明では、撮像装置を待機状態又は停止状態とするに際して、制御部１０６が上記第１から第３の処理を行う。これにより、変換素子やスイッチ素子に掛かる電圧を低減させて、ＦＰＤ及び撮像装置を、画像信号を出力し得る状態から待機状態又は停止状態とすることが可能となる。また、変換素子には基準電圧Ｖｒが掛かることとなるが、一般的に基準電圧Ｖｒはバイアス電圧Ｖｓよりも小さく、変換素子の特性を劣化させる可能性は低い。また、変換素子に掛かる電圧Ｖｒは比較例の電圧Ｖｒ−Ｖｓに比べて小さいため、比較例に比べて短い時間で自然放電され得る。更に、読出回路１０３が正常に動作している間に第２の処理がなされる。そのため、読出回路１０３の特性に影響を与えることなくＦＰＤ及び撮像装置を、画像信号を出力し得る状態から待機状態又は停止状態とする終了動作を行うことが可能となる。

ここで図４（ａ）の形態では、駆動回路１０２により駆動配線毎に駆動信号の導通電圧が互いに時間的に重ならずに駆動信号が供給されるように、制御部１０６は駆動回路１０２を制御している。図４（ａ）の形態によると、第２の処理において読出回路１０３の各積分増幅器の反転入力端子に印加される電圧の変動成分は小さくて済む。ただし、第２の処理に掛かる時間は少なくとも１行あたりの導通電圧の印加時間に行数分掛けた時間が必要となる。一方、図４（ｂ）の形態では、駆動回路１０２により駆動配線Ｇ１〜Ｇ４に駆動信号の導通電圧を互いに一部時間的に重ねて駆動信号が供給されるように、制御部１０６は駆動回路１０２を制御している。そのため、図４（ａ）の形態に比べて短い時間で第２の処理を行うことが可能となる。ただし、読出回路１０３の各積分増幅器の反転入力端子に印加される電圧の変動成分は、図４（ａ）の形態に比べて、導通電圧が一部時間的に重なるように印加される行数倍大きくなる。そのため、図４（ｂ）の形態では、第２の処理を行う前に、好ましくは第１の処理の前に、制御部１０６は制御信号ＸＲＣのＬｏを積分増幅器のリセットスイッチに与え、前記信号配線をリセットされた状態とする処理を行う。そして、第１及び第２の処理に際して積分増幅器のリセットスイッチを導通状態に維持させ、信号配線をリセットされた状態に維持する処理を行う。それにより、信号配線の電位を基準電位Ｖｒに固定し、積分演算器に過大な電圧の変動成分が印加されるのを防止している。なお、この処理は図４（ｂ）の形態に限定されるものではなく、図４（ａ）の形態に適用しても良い。

次に、図５を用いて撮像装置の状態及び動作について詳細に説明する。図５は、本発明に係る撮像装置の状態及び動作を説明するためのタイミングチャートである。

まず、時間ｔ１において、停止状態の撮像装置１００に主電源が投入され、外部電源１０９から撮像装置１００に電圧が供給される。略同時に信号処理部１０５及び制御部１０６にも電圧が供給され、撮像装置１００が待機状態となる。

次に、時間ｔ２において、制御部１０６から制御信号が供給されてバイアス電源１０７ｂが動作を開始し、バイアス電圧Ｖｓがバイアス配線２０７を介して変換素子に印加される。そして所定時間経過後に、制御部１０６から制御信号が供給されて駆動回路用電源１０７ａが動作を開始し、駆動信号の電圧Ｖｃｏｍ、Ｖｓｓが駆動回路１０２に供給される。また、制御部１０６から制御信号Ｄ−ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯが供給されて駆動回路１０２が動作を開始し、空読み（ダミー読み）動作Ｄを行う。この空読み動作Ｄは、図３に示した出力動作と同様の動作を駆動回路１０２及び検出部１０１が行う動作である。ただし、空読み動作Ｄによって検出部１０１から出力される電気信号は画像信号として使用されない。つまり、変換素子の特性を安定化させるために変換素子内の電荷を除去して変換素子を再初期化するための動作である。そのため空読み動作Ｄの際には、変換素子内の電荷が除去できればよいので、駆動信号の導通電圧Ｖｃｏｍが供給されている時間を、図３に示す画像信号の出力動作に比べて短くすることが好適に用いられる。この空読み動作を所定の時間間隔で複数回繰り返し行い、検出部１０１の特性安定化を図る。この動作を初期化動作と称する。

次に、時間ｔ３において、撮像装置１００は制御コンピュータ１０８から制御信号を受けて撮像装置１００は撮影動作に移行する。まず、空読み動作Ｄを一度行い、空読み動作Ｄが終了した時間ｔ４から後述する画像信号の出力動作を開始する時間ｔ５までの間、撮像装置は放射線の照射に備え、放射線に基づく電荷を発生し得る状態に変換素子を保つ。この状態を蓄積状態と称し、時間ｔ４からｔ５までの期間を蓄積期間と称する。そして、放射線の照射の終了してから所定時間経過後の時間ｔ５までの間に、制御部１０６は各種制御信号が供給されて基準電源１０７ｃ、動作電源１０７ｄが動作を開始し、基準電圧Ｖｒ及び動作電圧Ｖｃｃが読出回路１０３に供給される。そして時間ｔ５において、撮像装置１００は制御部１０６から各制御信号が駆動回路１０２、読出回路１０３、及び信号処理部１０５に供給されて、図３に示す放射線照射に応じた画像信号Ｘ−ｉｍａｇｅの出力動作ＸＲを行う。出力動作ＸＲが終了した時間ｔ６から初期化動作における所定の時間間隔と略同等の時間経過後に、撮像装置は空読み動作Ｄを行い、空読み動作Ｄが終了した時間ｔ７から時間ｔ８まで、先の蓄積期間と略同等の時間、変換素子を蓄積状態とする。そして時間ｔ８において、撮像装置１００は先の出力動作ＸＲと同様に、変換素子の暗時出力に応じた画像信号Ｆ−ｉｍａｇｅの出力動作ＦＲを行う。この撮像動作によって得られた画像信号Ｘ−ｉｍａｇｅとＦ−ｉｍａｇｅとを用いて、信号処理部１０５若しくは制御コンピュータ１０２が補正処理を行い、補正処理が行われた画像信号を表示装置１１３による表示のために供する。この撮影動作を１度行うことにより、静止画用の画像信号が１枚分取得され、撮影動作を複数回繰り返すことにより、複数フレーム分の動画撮影用の画像信号が取得される。この撮影動作が行われている期間、撮像装置及びＦＰＤは画像信号を出力し得る状態となっている。

撮影動作が終了した後に、時間ｔ１０において、制御部１０６は待機状態又は停止状態とする旨の制御信号等の情報を受ける。これにより、撮像装置１００は制御部１０６によって図４で説明した終了動作を行う。ここで、図５に示すＤ’は、図４（ａ）又は（ｂ）に示された第２の処理における動作であり、終了駆動動作と称する。そして制御部１０６は、時間ｔ１１においてバイアス電源１０７ｂに制御信号を与え、駆動回路用電源１０７ａ、基準電源１０７ｃ、動作電源１０７ｄの電圧供給動作を維持させた状態でバイアス電源１０７ｂの電圧供給動作を停止させる第１の処理を行う。第１の処理の後時間ｔ１１において、制御部１０６は駆動回路用電源１０７ａ及び駆動回路１０２に各制御信号を供給し、駆動回路用電源１０７ａ及び駆動回路１０２に検出部１０１を駆動させる第２の処理を行う。これにより撮像装置１００は終了駆動動作Ｄを行う。そして第２の処理後、時間ｔ１２において、制御部１０６は駆動回路用電源１０７ａ、基準電源１０７ｃ、動作電源１０７ｄに各制御信号を供給し、駆動回路用電源１０７ａ、基準電源１０７ｃ、及び動作電源１０７ｄの各電圧供給動作を停止させる第３の処理を行う。そして制御部１０６及び信号処理部１０５の動作も終了され、撮像装置１００は停止状態となる。なお、図５では終了動作により停止状態に移行する形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。制御部１０６及び信号処理部１０５の動作を維持することにより、撮像装置１００は待機状態となり得る。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係るＦＰＤの等価回路を含む撮像装置の概念的ブロック図である。なお、図２で説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。第２の実施形態において、第１の実施形態と相違する点は、バイアス配線２０７とバイアス電源１０７ｂとの電気的接続と、バイアス配線２０７と基準電源１０７ｃとの電気的接続と、を選択するためのスイッチＳＷを有している点である。また、制御部１０６がスイッチＳＷの選択する動作を制御する制御信号ＳＳを与えている点も相違する。

図７は、第２の実施形態における制御部による撮像装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。図７に示す本実施形態と、図４（ｂ）に示す第１の実施形態との相違点を以下に説明する。本実施形態においては、第１の処理おいて、制御部１０６が制御信号ＳＣ２をバイアス電源１０７ｂに与える際に、スイッチＳＷに制御信号ＳＳを与えている。これにより制御部１０６は、バイアス配線２０７と基準電源１０７ｃとが電気的に接続され、第２の処理を行い際にバイアス配線２０７の電位が基準電圧Ｖｒに固定されるようにスイッチを制御している。このため、図７に示すように、制御部１０６が第２の処理を行うことによりノードＮの電位はＶｒとなり、変換素子の電極間及びスイッチ素子の主電極間のいずれにも電圧は掛からない。そのため、ＦＰＤ及び撮像装置を待機状態又は停止状態とする際に、第１の実施形態に比べてより変換素子にかかる負荷が低減され、特性を劣化させる可能性がより低減される。

なお、本実施形態において、基準電源１０７ｃを用いてバイアス配線２０７に基準電圧Ｖｒを与える形態としたが、それに限定されるものではなく、別途基準電源と同じ出力電圧を有する電源を設けても良い。

また、第１及び第２の実施形態において、制御部１０６は信号処理部１０５を介して制御コンピュータ１０８からの制御信号等の情報に基づいて制御を行う形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、撮像装置１００が外部電源１０９から供給される電圧を監視する電源監視部８０１を設けてもよい。電源監視部７０１により供給される電圧の低下を検知した場合には、電源監視部８０１は上記の第１から第３の処理を制御部１０６に行わせるための情報を制御部１０６に出力する。またバッテリー等が内蔵されたカセッテ型撮像装置に対して電源監視部８０１を適用する場合には、バッテリーから供給される電圧の低下を検知する構成とすればよい。

また、図８に示すように、少なくとも制御部１０６が第１乃至第３の処理を行うことができる電力を有する予備電源８０２と、電源監視部８０１により供給電圧の低下を検知した場合に予備電源８０２に切り換える電源切り換えスイッチ８０３を有していてもよい。このような形態であれば、外部電源１０９から突然電圧の供給が停止した場合でも、確実且つ画素の特性に著しい劣化をもたらすことなくＦＰＤ及び撮像装置を停止状態とすることが可能となる。

また、図８に示すように、撮像装置１００が撮像装置１００内の内部温度を監視するための温度センサ８０４を有し、撮像装置１００が正常に撮影可能な温度範囲内か否かを検知するようにしても良い。温度センサ７０４が温度範囲内にないことを検知した場合には、温度センサ８０４は制御部１０６に上記の第１から第３の処理を制御部１０６に行わせるための情報を制御部１０６に出力する。このような形態であれば、撮像装置１００内が異常温度であった場合に、確実且つ画素の特性に著しい劣化をもたらすことなくＦＰＤ及び撮像装置を停止状態とすることが可能となる。またバッテリー等が内蔵されたカセッテ型撮像装置に対しては、温度センサ８０４を用いてバッテリーの温度上昇を検知し、バッテリーが異常温度であった場合に、モニター信号等の情報を制御部１０６に出力する形態としてもよい。

（第３の実施形態）
次に、図９に本発明を用いた第３の実施形態として移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図９（ａ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。図９（ａ）において、撮像装置１００をＣ型アーム９０１から取り外し、Ｃ型アーム９０１に備えられた放射線発生装置１１１を用いて撮影を行う例を示している。ここで、Ｃ型アーム９０１は放射線源１１１及び撮像装置１００を保持するものである。図１で示した１０５は撮像装置１００で得られた画像信号の表示が可能な表示部、９０３は被検体９０４を載せるための寝台である。また、９０２は放射線源１１１、撮像装置１００、及びＣ型アーム９０１を移動可能にする台車、９０５はそれらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置である。なお、台車９０２は図１に示した外部電源１０９を内包している。また制御装置９０６は、図１に示した制御コンピュータ１０８、制御卓１１１、放射線源制御装置１１２を有しており、撮像装置１００で得られた画像信号を画像処理して表示装置１０５等に伝送することも可能である。また、制御装置９０６による画像処理により生成された画像データは、電話回線等の伝送手段により遠隔地へ転送することができる。それにより、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイ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、伝送された画像データをフィルムプロセッサによりフィルムとして記録することもできる。

図９（ｂ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の撮像装置を用いた放射線撮像システムである。図９（ｂ）では、撮像装置１００をＣ型アーム９０１から取り外し、Ｃ型アーム９０１に備えられた放射線源１１１とは別の放射線発生装置９０６を用いて撮影を行う例を示している。

図９（ｃ）は、図９（ａ）又は（ｂ）に適用可能な放射線撮像システムの概念的ブロック図である。図９（ｃ）に示す放射線撮像システムでは、制御コンピュータ１０８と撮像装置１００との電源や制御信号、画像信号の伝送に用いるケーブルを途中で分離することが可能なデタッチャブルコネクタ９０７を有する。デタッチャブルコネクタ９０７の部分からケーブルを分離することで、撮像装置１００を移動する際にケーブルが絡まったり捩れたりすることが防ぐことができる。このようなシステムの場合、撮像装置１００が動作中に作業者がデタッチャブルコネクタ９０７を外すことが想定される。そこで、デタッチャブルコネクタ９０７に、コネクタの分離を検知するレバー９０８を設け、レバー９０８が上がったときに制御コンピュータ１０８及び、制御部１０６へ制御信号を送り、デタッチャブルコネクタ９０７が外されることを伝達する。デタッチャブルコネクタ９０７が外される旨の制御信号を受信すると、制御部１０６は、先の実施形態に記載した終了動作を行って撮像装置１００を停止状態にする。一方で、デタッチャブルコネクタ９０７が瞬時に引き抜かれ分離してしまっては撮像装置１００が休止状態になるのに必要な電力が供給されない。そこで、制御コンピュータ１０８は表示装置１１３等を使用して、撮像装置１００の終了動作が完了し撮像装置１００が停止状態となるまでデタッチャブルコネクタ９０７による分離を待つように、作業者に指示を行う。制御コンピュータ１０８は、制御部１０６により撮像装置１００が上述の終了動作を完了し停止状態となったことが伝達されると、デタッチャブルコネクタ９０７の引き抜きを許可する指示を、表示装置１１３等を使用して作業者に伝達する。このようにして、デタッチャブルコネクラ９０７を用いて撮像装置１００と外部電源１０９を確実且つ画素の特性に著しい劣化をもたらすことなく分離することが可能となる。ここで、図９（ｂ）のように予備電源を持っている場合は、レバー９０８が上がった際の制御信号を得た後、予備電源に切り換えても良い。この場合、制御コンピュータ１０８で行う作業者への指示は不要となる。

なお、本発明の実施形態は、例えば制御部１０６に含まれるコンピュータがプログラムを実行することによって実現することもできる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、実施形態１、実施形態２から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

第１の実施形態に係る撮像装置を含む撮像システムのブロック図である。 第１の実施形態に係るＦＰＤの等価回路を含む撮像装置のブロック図である。 本発明の撮像装置における画像信号の出力動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における撮像装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。 本発明に係る撮像装置の状態及び動作を説明するためのタイミングチャートである。 第２の実施形態に係るＦＰＤの等価回路を含む撮像装置のブロック図である。 第２の実施形態における制御部による撮像装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の他の例に係るＦＰＤの等価回路を含む撮像装置のブロック図である。 本発明の撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。 比較例における撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ 検出部
１０２ 駆動回路
１０３ 読出回路
１０４ 平面検出器（ＦＰＤ）
１０５ 信号処理部
１０６ 制御部
１０７ 電源部
１０８ 制御コンピュータ
１０９ 外部電源
２０１ 変換素子
２０２ スイッチ素子
２０３ 積分増幅器
２０５ サンプルホールド回路
２０６ 増幅回路
２０７ バイアス配線
２０８ マルチプレクサ
２１０ Ａ／Ｄ変換器

Claims (11)

1. 各々が、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、主端子の一方が前記変換素子の一方の電極と電気的に接続されて前記電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子と、を含み、行列状に配置された複数の画素と、前記複数の画素のうち行方向に配置された複数の画素のスイッチ素子の制御端子と共通に接続され列方向に複数配置された駆動配線と、列方向に配置された複数のスイッチ素子の主端子の他方と共通に接続され行方向に複数配置された信号配線と、を有する検出部と、
   前記駆動配線に電気的に接続され前記検出部を駆動する駆動回路と、
   前記信号配線に電気的に接続され前記検出部からの電気信号を画像信号として出力する読出回路と、
   前記検出部、前記駆動回路、及び前記読出回路に対しそれぞれ電圧を供給する電圧供給動作を行う電源部と、
   少なくとも前記駆動回路及び前記電源部を制御する制御部と、
   を有する撮像装置であって、
   前記読出回路は、前記信号配線をリセットするリセット手段を含み、
   前記制御部は、前記信号配線がリセットされた状態とする処理を行った後に前記駆動回路及び前記読出回路に対する電圧供給動作を前記電源部に維持させた状態で前記検出部に対する前記電源部の電圧供給動作を停止させる第１の処理と、前記第１の処理の後に前記電源部及び前記駆動回路に前記検出部を駆動させる第２の処理と、前記第２の処理の後に前記駆動回路及び前記読出回路に対する前記電源部の電圧供給動作を停止させる第３の処理と、を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置は、
   前記電源部によって前記検出部、前記駆動回路、及び前記読出回路を含む検出器に対してそれぞれ電圧が供給された、前記検出器から前記画像信号を出力し得る状態と、
   前記電源部から前記検出部、前記駆動回路、及び前記読出回路への電圧の供給が停止された待機状態と、
   前記電源部への電圧の供給が停止された停止状態と、を有し、
   前記制御部は、前記画像信号を出力し得る状態から前記待機状態又は前記停止状態とするに際して、前記第１、第２、及び第３の処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御部は、前記第１及び第２の処理に際して、前記信号配線をリセットされた状態に維持する処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記駆動回路は、前記スイッチ素子を導通状態とする導通電圧と前記スイッチ素子を非導通状態とする非導通電圧とを有する駆動信号に複数の前記駆動配線毎に供給し、
   前記制御部は、前記第２の処理において、複数の前記駆動配線に供給された導通電圧が互いに時間的に重ならずに前記駆動信号が供給されるように、前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 前記駆動回路は、前記スイッチ素子を導通状態とする導通電圧と前記スイッチ素子を非導通状態とする非導通電圧とを有する駆動信号に複数の前記駆動配線毎に供給し、
   前記制御部は、前記第２の処理において、複数の前記駆動配線に供給された導通電圧を互いに一部時間的に重ねて駆動信号が供給されるように、前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
6. 前記読出回路は、前記信号配線に対応して設けられた増幅回路を複数の前記信号配線毎に夫々有し、
   前記増幅回路は、前記信号配線に接続された演算増幅器と、積分容量と、前記信号配線及び前記積分容量をリセットする前記リセット手段としてのリセットスイッチと、を有する積分増幅器を含み、
   前記電源部は、前記変換素子にバイアス電圧を供給するバイアス電源と、前記演算増幅器に基準電圧を供給する基準電源と、を含み、
   前記第１の処理に際して前記制御部により前記変換素子に与える電圧を前記バイアス電圧から前記基準電圧に切り換える手段を更に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御部は、前記撮像装置の外部から与えられる情報に基づいて、前記第１乃至第３の処理を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記電源部へ供給される電圧を監視する電源監視部を更に有し、
   前記制御部は、前記電源部へ供給される電圧の低下を検知した前記電源監視部により出力された情報に基づいて、前記第１、第２、及び第３の処理を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記電源部へ電圧を供給するバッテリーを更に有し、
   前記制御部は、前記バッテリーから前記電源部へ供給される電圧の低下を検知した前記電源監視部により出力された情報に基づいて、前記第１、第２、及び第３の処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記第１、第２、及び第３の処理を行うことができる電力を有する予備電源を更に有し、
    前記制御部は、前記電源部へ供給される電圧の低下を検知した前記電源監視部により出力された情報に基づいて、前記予備電源へ切り換えることを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の制御及び前記撮像装置で得られた画像信号の画像処理を行う制御コンピュータと、
    を含む撮像システム。

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