JP6483150B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について、図1を参照して説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成の寸法、材質、形状、相対配置、加工法などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。さらに図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は現実のものとは異なる。
図1は、本発明の実施形態1に係る放射線センサー1の概略的な回路構成を示す図である。
アクティブピクセル2(ピクセル)は、入射された放射線の線量に応じた電流を後述するリセット読出し回路10に出力する。アクティブピクセル2の制御には、TFT(Thin Film Transistor)が用いられている。アクティブピクセル2は、センサー素子3、リセットトランジスタ4、アンプトランジスタ5、および読出しトランジスタ6を備えている。
リセット読出し回路10は、アンプトランジスタ5のゲート電極の電圧の変化によるアンプトランジスタ5からの出力電流値(アンプトランジスタ5のソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値)を読み出す。また、リセット読出し回路10は、ドレインソース間の電流値が予め定められた一定の値になるように、アンプトランジスタ5のゲート電極に初期電圧を出力する。
次に、放射線センサー1の動作について、リセット動作、放射線センシング動作、および読出し動作に分けて説明する。
リセット動作は、リセット読出し回路10が、アンプトランジスタ5のドレインソース間の電流があらかじめ定められた値となるように、アンプトランジスタ5のゲート電極の初期電圧を設定し、アンプトランジスタ5のゲート電圧をリセット(初期化)する。リセット動作おいては、リセットトランジスタ4および読出しトランジスタ6はオンされる。
放射線センシング動作は、アンプトランジスタ5のゲート電圧がリセットされた状態から、アクティブピクセル2に放射線が入射される。放射線センシング動作は、図1において、リセットトランジスタ4および読出しトランジスタ6はオフ(N型トランジスタの場合、ゲート電圧がlow)される。
読出し動作は、リセット読出し回路10がアンプトランジスタ5からの出力電流値を読み出す。読出し動作は、図1において、リセットトランジスタ4はオフ、読出しトランジスタ6はオン(N型トランジスタの場合、ゲート電圧がhigh)される。
本実施形態では、リセット読出し回路10が(1)アンプトランジスタ5のゲート電極の電圧の変化によるアンプトランジスタ5のドレインソース間の電流値を読出し(リード動作)、および(2)ドレインソース間の電流値が予め定められた一定の値になるように、フィードバック制御を用いてアンプトランジスタ5のゲート電極の電圧の初期電圧を設定する(リセット動作)を行う。
本発明の実施形態1の変形例について、図2を参照して説明する。図2は放射線センサー1の変形例におけるリセット読出し回路10aの概略的な構成を示す図であり、図2の(a)は、読出し動作中のリセット読出し回路10aであり、図2の(b)はリセット動作中のリセット読出し回路10aである。
図2に示すリセット読出し回路10aは、リセット読出し回路10と比較して、初期値決定回路13に代えて、初期値決定回路13aが設けられる点が異なり、その他の構成は同様である。
スイッチSW1は、図2の(a)に示すように、読出し動作期間にはオフされ、図2の(b)に示すように、リセット動作期間にはオンされる。言い換えると、リセット読出し回路10aは、少なくとも一つの抵抗Rを含む上記電流値の予め定められた値を決定する初期値決定回路13aを備え、初期値決定回路13aは、アンプトランジスタ5のゲート電極の初期電圧を出力する動作時には、少なくとも一つの抵抗Rのいずれか一つと増幅器11とを接続させる。これにより、読出し動作時に抵抗Rを回路から切り離すことができるので、抵抗Rが発生するノイズによるS/Nの劣化を回避できる。
本発明の実施形態2について、図3〜図5を参照して説明する。図3の(a)は本発明の実施形態2に係る放射線撮像装置20の概略構成を示す図である。図3の(b)はアクティブピクセル21内の概略的な回路構成を示す図である。図4は放射線撮像装置20を駆動する信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図5は放射線撮像装置20におけるリセット読出し回路10bの概略的な構成を示す図である。
放射線撮像装置20(放射線検出器)は、図3の(a)に示すように、複数のアクティブピクセル21、フラットパネル7、読出し用集積回路8、およびデータ処理部9を備えている。
リセット読出し回路10bは、図3および図5に示すように、リセット読出し回路10と比較して、読出し用集積回路8にM×N個のアクティブピクセル21の列毎に備えられている点、および、フィードバック回路12に代えて、フィードバック回路12bを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。
図4は、放射線撮像装置20を駆動する信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図4に示すように、M×N解像度の放射線撮像2次元画像を1枚取得する期間(1フレーム期間と呼ぶ)は、例えば、リセット期間と、第1読出し期間と、放射線センシング期間と、第2読出し期間との4フェーズを含む。
本発明の実施形態3について、図6を参照して説明する。図6は、本発明の実施形態3に係る放射線撮像装置20aにおけるリセット読出し回路10cの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置20a(図3の(a)参照)は、放射線撮像装置20と比較して、リセット読出し回路10bに代えて、リセット読出し回路10cを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。
リセット読出し回路10cは、フィードバック回路12bに代えて、フィードバック回路12cを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。
リセット期間では、スイッチSW3がオフ、スイッチSW2がオフされる。スイッチSW3がオフのとき、フィードバック回路12cにおいて、フィードバック容量は、容量Cf1となる。読出し期間(第1読出し期間および第2読出し期間)では、スイッチSW3はオン、スイッチSW2は読出し期間の最初に短期間のみオンされ、それ以外はオフされる。スイッチSW3がオンのとき、フィードバック容量は容量Cf1+容量Cf2となる。
本発明の実施形態4について、図7を参照して説明する。図7は本発明の実施形態4に係る放射線撮像装置20bにおけるリセット読出し回路10dの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置20b(図3の(a)参照)は、放射線撮像装置20と比較して、リセット読出し回路10bに代えて、リセット読出し回路10dを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。
リセット読出し回路10dは、リセット読出し回路10bと比較して、初期値決定回路13に代えて、初期値決定回路13dを備えている点が異なり、その他の構成は同じである。
本発明の実施形態5について、図8を参照して説明する。図8は本発明の実施形態5に係る放射線撮像装置20cにおけるリセット読出し回路10eの概略的な構成を示す図である。放射線撮像装置20c(図3の(a)参照)は、放射線撮像装置20と比較して、リセット読出し回路10bに代えて、リセット読出し回路10eを備えている点が異なり、その他の構成は同様である。
リセット読出し回路10eは、リセット読出し回路10bと比較して、さらに保持回路14を備えている点が異なり、その他の構成は同じである。
保持回路14は、リセット期間(リセット動作時)において、増幅器11からリセット用電圧ラインVamp_b_jに印加されている電圧を容量Cbに保持する。
本発明の態様1に係る放射線検出器(放射線センサー1、放射線撮像装置20・20a・20b・20c)は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子(3)と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタ(5)と、を備え、上記電気信号による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、増幅器(11)を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路(10・10a・10b・10c・10d・10e)を備え、上記リセット読出し回路は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力する。
3 センサー素子
5 アンプトランジスタ
10・10a・10b・10c・10d・10e リセット読出し回路
11 増幅器
20・20a・20b 放射線撮像装置(放射線検出器)
Cf1・Cf2 容量(フィードバック容量)
Cb 容量(保持容量)
Claims (5)
- 入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、オンされた場合に上記アンプトランジスタのゲート電極を初期電圧にリセットするリセットトランジスタと、を有するアクティブピクセルを備え、
上記アンプトランジスタの上記ゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、
上記電圧変化は、上記センサー素子の出力から上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に供給される上記電気信号によって発生させられ、
増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、
上記リセット読出し回路は、一方の側が上記アンプトランジスタの上記ドレイン電極および上記増幅器のマイナス側入力端子に接続され、かつ、他方の側がグランドに接続された抵抗を含む初期値決定回路を有し、
上記リセットトランジスタのソース電極は、上記増幅器の出力端子に接続され、上記リセットトランジスタのドレイン電極は、上記センサー素子の上記出力および上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に接続され、上記リセットトランジスタのゲート電極は、リセット信号線に接続され、
上記増幅器の上記出力は、上記増幅器の上記マイナス側入力端子にフィードバックされ、基準電圧は、上記増幅器のプラス側入力端子に入力され、
上記リセット読出し回路は、上記リセットトランジスタがオンされた場合に、上記電流値が上記基準電圧と上記抵抗との商に等しい所定の値となるように、上記リセットトランジスタの上記ソース電極および上記ドレイン電極を介して、上記アンプトランジスタの上記ゲート電極に上記初期電圧を出力することを特徴とする放射線検出器。 - 上記アクティブピクセルが、マトリクス状に複数個配置されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 上記リセット読出し回路が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器の上記マイナス側入力端子と上記増幅器の上記出力端子との間に接続されたフィードバック容量を変更することを特徴とする請求項1または2に記載の放射線検出器。
- 上記リセット読出し回路は、上記増幅器の上記出力端子に接続されている保持容量を備えており、
上記保持容量は上記初期電圧を保持することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放射線検出器。 - 入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させるセンサー素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタと、を備え、
上記電気信号による上記アンプトランジスタのゲート電極の電圧変化に基づく上記アンプトランジスタのソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値を読み出す放射線検出器であって、
増幅器を含み、当該増幅器を用いて上記電流値を読み出すリセット読出し回路を備え、
上記リセット読出し回路は、上記電流値が予め定められた値となるように、上記ゲート電極に初期電圧を出力し、
上記リセット読出し回路が、上記電流値を読み出す動作と、上記ゲート電極の上記初期電圧を出力する動作とを、切り替える際には、上記増幅器の一方の入力端子と上記増幅器の出力端子との間に接続されたフィードバック容量を変更することを特徴とする放射線検出器。
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