JP7398931B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

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。

医療画像診断や非破壊検査において、半導体材料によって構成される平面検出器（ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。特許文献１には、放射線検出素子にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を流れる電流から、放射線の照射の開始や終了を検出する放射線画像撮影装置が示されている。また、特許文献１には、放射線の照射開始を検出するまで行われるリセット処理において、検出素子で発生した暗電荷を放出させるスイッチ（ＴＦＴ）のオンとオフとを切り替える際のノイズが、バイアス線を流れる電流に重畳されてしまうことが示されている。特許文献１は、放射線の照射の開始を検出するために、ＴＦＴのオンとオフとを切り替える際のノイズの影響を抑制する方法を示している。

特開２０１０－２６８１７１号公報

ＴＦＴのオンとオフとを切り替える際にバイアス線に重畳されるノイズは、ＴＦＴのオンまたはオフを制御するための走査線とバイアス線との間の寄生容量に起因する成分を含む。それぞれの走査線は多くのバイアス線と交差するため、放射線の照射によってバイアス線を流れる電流に対して、ＴＦＴのオンとオフとを切り替える際のノイズが大きくなり、特許文献１に示される方法では、十分にノイズの影響を抑制できない可能性がある。

本発明は、放射線の照射の有無をより高い精度で検知するのに有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を検出するための回路であって、電荷を蓄積可能な変換素子であって第１電極および第２電極を備える変換素子と、前記変換素子を列信号線に接続するスイッチ素子とを含む画素が行列状に並んだ複数の画素と、前記複数の画素の各スイッチ素子を制御するための複数の駆動線であって前記行列の行方向に沿って延びる複数の駆動線と、板状の基材と、を含む多層構造の回路を有し、前記複数の画素は、前記行列の所定行に並ぶ画素として第１画素と第２画素とを少なくとも含み、前記複数の駆動線は、前記第１画素の前記スイッチ素子に接続する第１駆動線と前記第２画素の前記スイッチ素子に接続する第２駆動線とを少なくとも含み、前記基材の主面に対する正射影において、前記第１駆動線のうち前記第２画素の前記第２電極と重なる部分の面積は、前記第１駆動線のうち前記１画素の前記第２電極と重なる部分の面積よりも大きいことを特徴とする。

上記手段によって、放射線の照射の有無をより高い精度で検知するのに有利な技術を提供する。

本発明に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。 図２の放射線撮像装置の動作を説明するフロー図。 図２の放射線撮像装置の動作を説明するタイミング図。 図２の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。 図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。 図６の放射線撮像装置の動作を説明するタイミング図。 図６の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図。 図６の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。 図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。 図１０の放射線撮像装置の動作を説明するタイミング図。 図１０の放射線撮像装置の画素の構成例を示す平面図および断面図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

また、本発明における放射線には、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を有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

第１実施形態
図１～５を参照して、本実施形態における放射線撮像装置について説明する。図１は、第１実施形態における放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システムＳＹＳの構成例を示す図である。本実施形態の放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１００、制御用コンピュータ１２０、放射線発生装置１３０、放射線制御装置１４０を含み構成される。

放射線発生装置１３０は、放射線制御装置１４０からの制御に従って放射線撮像装置１００に放射線を曝射する。制御用コンピュータ１２０は、放射線撮像システムＳＹＳの全体を制御しうる。また、制御用コンピュータ１２０は、放射線発生装置１３０から被写体を介して放射線撮像装置１００に照射される放射線によって生成される放射線画像の取得を行う。

放射線撮像装置１００は、画素部１０１、読出回路１０２、基準電源１０３、バイアス電源部１０４を含む撮像部１１０と、電源部１０５と、検出部１０６と、制御部１０７と、を含む。画素部１０１には、放射線を検出するための複数の画素が、二次元アレイ状に配される。読出回路１０２は、画素部１０１から電荷情報を読み出す。基準電源１０３は、読出回路１０２に基準電圧を供給する。バイアス電源部１０４は、画素部１０１に配される画素の変換素子にバイアス電位を供給する。電源部１０５は、基準電源１０３、バイアス電源部１０４を含む各電源に電力を供給する。検出部１０６は、バイアス電源部１０４から電流情報を取得する。より具体的には、検出部１０６は、バイアス電源部１０４が画素部１０１の各画素にバイアス電位を供給するためのバイアス線を流れる電流の情報を、バイアス電源部１０４から取得する。検出部１０６は、バイアス電源から出力された電流情報を演算し、画素部１０１に入射する放射線の強度の時間変動を含む放射線情報を出力する。検出部１０６として、ＦＰＧＡやＤＳＰ、プロセッサなどの、デジタル信号処理回路が用いられうる。また、検出部１０６は、サンプルホールド回路やオペアンプなどのアナログ回路を用いて構成されてもよい。また、図１に示される構成において、放射線撮像装置１００に検出部１０６が配されるが、制御用コンピュータ１２０が、検出部１０６の機能を有していてもよい。この場合、図１に示される放射線撮像装置１００と制御用コンピュータ１２０のうち検出部１０６として機能する部分とを含み、本実施形態の「放射線撮像装置」といえる。撮像部１１０については、図２を用いて後述する。制御部１０７は、放射線撮像装置１００の駆動など、放射線撮像装置１００全体を制御する。制御部１０７は、ユーザの設定などに従って制御用コンピュータ１２０から送信された駆動方法で撮像部１１０を制御する。また、検出部１０６が出力した放射線情報を用いて、撮像部１１０の駆動方法を変更してもよい。

図２は、放射線撮像装置１００の撮像部１１０の構成例を示す等価回路図である。図２では、説明の簡便化のために６行×６列の画素ＰＩＸを有する画素部１０１を示す。しかしながら、実際の放射線撮像装置１００の画素部１０１は、より多画素でありうり、例えば、１７インチの放射線撮像装置１００は、約２８００行×約２８００列の画素ＰＩＸを有しうる。

画素部１０１は、行列状に複数配置された画素ＰＩＸを有する二次元検出器である。画素ＰＩＸは、放射線を電荷に変換する変換素子Ｓ（Ｓ１１～Ｓ６６）と、変換素子Ｓを列信号線Ｓｉｇに接続し、電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Ｔ（Ｔ１１～Ｔ６６）と、を含む。本実施形態において、変換素子Ｓは、光電変換素子と、光電変換素子の放射線の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とを備えた間接型の変換素子である。光を電荷に変換する光電変換素子として、ガラス基板などの絶縁性基板上に配され、アモルファスシリコンなどの半導体材料を主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードが用いられてもよい。また、光電変換素子として、ＭＩＳ型フォトダイオードだけでなく、例えば、ＰＩＮ型フォトダイオードが用いられてもよい。また、変換素子Ｓとして、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が用いられてもよい。スイッチ素子Ｔには、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが用いられてもよい。本実施形態において、スイッチ素子Ｔとして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。

変換素子Ｓの一方の電極は、スイッチ素子Ｔの２つの主端子のうち一方の主端子に電気的に接続され、変換素子Ｓの他方の電極は、バイアス線Ｂｓを介してバイアス電源部１０４のバイアス電源２０３と電気的に接続される。行方向（図面の横方向。）に並ぶ変換素子Ｓのうち、例えば、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１５は、一方の電極がそれぞれスイッチ素子Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５に接続され、他方の電極が共通のバイアス線Ｂｓａを介してバイアス電源２０３ａと電気的に接続されている。また、変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６は、一方の電極がスイッチ素子Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６に共通に接続され、他方の電極がバイアス線Ｂｓａとは異なる共通のバイアス線Ｂｓｂを介してバイアス電源２０３ｂに電気的に接続されている。

変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１５のスイッチ素子Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５とは反対の側の電極が接続するバイアス線Ｂｓａと、スイッチ素子Ｔ１２、１４、１６の動作を制御する駆動線Ｖｇ１―２と、の間には、容量Ｃ１１、Ｃ１３、Ｃ１５が形成される。同様に、変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６のスイッチ素子Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６とは反対の側の電極が接続するバイアス線Ｂｓｂと、スイッチ素子Ｔ１１、１３、１５の動作を制御する駆動線Ｖｇ１―１と、の間には、容量Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ１６が形成される。この形成される容量に関しては、後述する。

行方向に並ぶ複数のスイッチ素子Ｔ、例えば、スイッチ素子Ｔ１１、１３、１５は、制御端子が１行目の駆動線Ｖｇ１－１に共通に電気的に接続されており、駆動回路２１４からスイッチ素子Ｔの導通状態を制御する駆動信号が駆動線Ｖｇ１－１を介して与えられる。駆動回路２１４は、行方向に沿って配された複数の駆動線Ｖｇを介して、画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを制御する。列方向（図面の縦方向。）に沿って配された複数のスイッチ素子Ｔ、例えば、スイッチ素子Ｔ１１～Ｔ６１は、２つの主端子のうち他方の主端子が１列目の信号線Ｓｉｇ１に電気的に接続されており、スイッチ素子Ｔが導通状態である間に、変換素子Ｓの電荷に応じた電気信号を、信号線を介して読出回路１０２に出力する。信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ６は、複数の画素ＰＩＸから出力された電気信号を、列ごとに並列に読出回路１０２に伝送しうる。

読出回路１０２は、画素部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を信号線ごとに対応して設けている。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２０５、積分増幅器２０５から出力された電気信号を増幅する可変増幅器２０４、増幅された電気信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路２０７、バッファアンプ２０９を含む。積分増幅器２０５は、画素ＰＩＸから読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器、積分容量、リセットスイッチを含む。積分増幅器２０５は、積分容量の値を変えることによって、増幅率を変更することが可能である。積分増幅器２０５の反転入力端子には、画素ＰＩＸから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１０３から基準電位Ｖｒｅｆ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２０７は、増幅回路２０６ごと設けられ、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１０２は、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を含む。バッファアンプ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によってデジタルの画像データに変換され、図１に示す制御用コンピュータ１２０へ出力される。

電源部１０５（図２においては省略。）は、バッテリや外部からの電力を各電源へ変圧し、図２に示される増幅回路の基準電源１０３、バイアス電源部１０４などに電力を供給する。基準電源１０３は、演算増幅器の正転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。

バイアス電源部１０４のバイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、それぞれバイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂを介して変換素子Ｓに共通にバイアス電位Ｖｓａ、Ｖｓｂを供給する。また、バイアス電源部１０４のバイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、バイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂを流れる電流の量の時間変動を含む電流の情報を検出部１０６に出力する。本実施形態において、電流の情報を出力する回路として、バイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、オペアンプおよび抵抗を含む電流－電圧変換回路２１５を含むが、この構成に限定されるものではない。例えば、バイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、シャント抵抗を用いた電流－電圧変換回路を含んでいてもよい。また、バイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、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変換回路をさらに含み、電流の情報をデジタル値として出力してもよい。また、バイアス電源２０３ａ、２０３ｂは、バイアス線Ｂｓに供給した（流れた）電流量に対応する適当な物理量を検出部１０６に出力してもよい。

駆動回路２１４は、図１に示される制御部１０７から入力される制御信号Ｄ－ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯに応じて、スイッチ素子Ｔを導通（オン）状態にする導通電圧Ｖｃｏｍと非導通（オフ）状態にする非導通電圧Ｖｓｓとを含む駆動信号を、それぞれの駆動線に出力する。これによって、駆動回路２１４は、スイッチ素子Ｔのオンまたはオフを制御し、画素部１０１を駆動する。制御信号Ｄ－ＣＬＫは、駆動回路２１４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る。制御信号ＤＩＯは、シフトレジスタが転送するパルス、制御信号ＯＥは、シフトレジスタの出力端を制御する信号である。以上の制御信号によって、駆動の所要時間と走査方向を設定する。

また、制御部１０７は、読出回路１０２に制御信号ＲＣ、ＳＨ、ＣＬＫを与えることによって、読出回路１０２の各構成要素の動作を制御する。ここで、制御信号ＲＣは、積分増幅器２０５のリセットスイッチの動作を制御する。制御信号ＳＨは、サンプルホールド回路２０７の動作を制御する。制御信号ＣＬＫは、マルチプレクサ２０８の動作を制御する。

本実施形態において、画素部１０１に配される画素ＰＩＸは、バイアス電源２０３ａから変換素子Ｓにバイアス電位Ｖｓａが供給される画素グループと、バイアス電源２０３ｂから変換素子Ｓにバイアス電位Ｖｓｂが供給される画素グループと、を備える。つまり、画素部１０１には、放射線を電荷に変換する変換素子Ｓおよび変換素子Ｓを列信号線Ｓｉｇに接続するスイッチ素子Ｔを含む画素ＰＩＸによってそれぞれ構成される２つの画素グループが配される。バイアス電源２０３ａは、バイアス線Ｂｓａを介して、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１５を備える画素ＰＩＸを含む画素グループにバイアス電位Ｖｓａを供給する。また、バイアス電源２０３ｂは、バイアス線Ｂｓｂを介して、変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６を備える画素ＰＩＸを含む画素グループにバイアス電位Ｖｓｂを供給する。また、異なる画素グループのスイッチ素子Ｔは、異なる駆動線Ｖｇに接続される。例えば、スイッチ素子Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５は、駆動線Ｖｇ１－１に接続され、スイッチ素子Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１６は、駆動線Ｖｇ１－２に接続される。このため、本実施形態において、画素部１０１は、異なるバイアス電源２０３に接続された画素グループごとに、画素ＰＩＸを駆動可能な構成を備えている。本実施形態において、バイアス線Ｂｓａを介してバイアス電源２０３ａからバイアス電位が供給される画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔは、駆動線Ｖｇｎ－「１」に接続されている。また、バイアス線Ｂｓｂを介してバイアス電源２０３ｂからバイアス電位が供給される画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔは、駆動線Ｖｇｎ－「２」に接続されている。

また、図２に示される構成において、列信号線Ｓｉｇと交差する行方向において、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１５を備える画素ＰＩＸを含む画素グループの画素ＰＩＸと、変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６を備える画素ＰＩＸを含む画素グループの画素ＰＩＸと、が交互に配される。このとき、列信号線Ｓｉｇが延在する列方向において、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１５を備える画素ＰＩＸを含む画素グループまたは変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６を備える画素ＰＩＸを含む画素グループに含まれる画素ＰＩＸが、連続して配されていてもよい。また、列方向においても、異なる画素グループに配された画素ＰＩＸが、交互に配されていてもよい。

図３は、本実施形態における放射線撮像装置１００の動作例を示すフロー図である。上述のように、放射線撮像装置１００の各構成要素は、制御部１０７によって制御される。ユーザによって、放射線画像の撮像条件の設定などが行われると、まず、Ｓ３０１において、検出部１０６は、バイアス電源部１０４から取得するバイアス線Ｂｓを流れる電流情報から放射線情報を取得して、放射線の照射の開始の判定を行う。より具体的には、検出部１０６は、バイアス線Ｂｓａを流れる電流を示す信号値と、バイアス線Ｂｓｂを流れる電流を示す信号値と、の差分に基づいて、放射線の照射の有無を検出する。放射線の照射の開始の判定としては、放射線情報から画素ＰＩＸの変換素子Ｓにおいて蓄積される電荷の量を取得し、電荷の量から求められる放射線の強度が、予め定めた閾値を上回った場合、放射線の照射が開始されたと判定する方法が用いられてもよい。検出部１０６が放射線の照射が開始されていないと判定した場合（Ｓ３０１においてＮＯ）、放射線撮像装置１００はＳ３０２に遷移し、制御部１０７は、駆動回路２１４に、暗電流によって画素ＰＩＸの変換素子Ｓに蓄積された電荷を除去するリセット駆動（以後、空読みと称する場合がある。）を行わせる。空読みは、先頭行（駆動線Ｖｇ１－１）から最終行（駆動線Ｖｇ６－２）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。

検出部１０６が、放射線の照射が開始されたと判定した場合（Ｓ３０１においてＹＥＳ）、放射線撮像装置１００はＳ３０３に遷移し、制御部１０７は、放射線の照射の終了の判定を行う。放射線の照射の終了の判定として、放射線の照射の開始が判定されてから予め定められた時間が経過した場合に放射線の照射が終了したと判定する方法が用いられてもよい。また、制御部１０７は、検出部１０６で取得する放射線情報から画素ＰＩＸの変換素子Ｓにおいて蓄積される電荷の量を取得し、電荷の量から求められる放射線の強度が、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。放射線の照射の終了が判定されない場合（Ｓ３０３においてＮＯ）、放射線撮像装置１００はＳ３０４において、駆動回路２１４は、放射線画像を取得するための画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを非導通状態にさせ、放射線から変換される信号を蓄積する駆動（以後、蓄積と称する場合がある。）が行われる。放射線の照射の終了が判定された場合（Ｓ３０３におけるＹＥＳ）、放射線撮像装置１００はＳ３０５に遷移し、駆動回路２１４および読出回路１０２は、画素ＰＩＸの変換素子Ｔに生じた電荷を読み出す駆動（以後、本読みと称する場合がある。）を行う。本読みは、画素部１０１に配された画素ＰＩＸの先頭行（駆動線Ｖｇ１－１）から最終行（駆動線Ｖｇ６－２）まで順番に行われうる。本読みが最終行に到達した場合、一連の撮像動作が終了する。

図４は、放射線撮像装置１００の駆動タイミングの概略図である。制御部１０７は、放射線の照射が開始されるまでの間、画素部１０１の先頭行（駆動線Ｖｇ１－１）から最終行（駆動線ＶｇＹ－２）まで順番にスイッチ素子Ｓを導通させる駆動（空読み）を駆動回路２１４に繰り返し行わせる。図２に示される構成において、画素部１０１が、６行の画素行を備える例を示したが、図４では、Ｙ行の画素行を備えるとして説明している。放射線の照射が開始されるまでの間、空読みが最終行に到達した場合、先頭行に戻って空読みが、繰り返される。

検出部１０６が放射線の照射の開始を検出（判定）した場合、制御部１０７は、駆動回路２１４を介して、放射線画像を取得するための全ての画素ＰＩＸが接続された行のスイッチ素子Ｔをオフにする駆動（蓄積）に移行する。ここで、放射線撮像装置１００において、放射線の照射の開始を判定した画素行を、行Ｙｓ－１（駆動線ＶｇＹｓ－１）として説明する。放射線の照射の有無の判定の詳細については後述する。蓄積は、放射線の照射が終了したと判定されるまで継続する。放射線の照射が終了すると、制御部１０７は、駆動回路２１４および読出回路１０２を制御し、先頭行から最終行まで順次、スイッチ素子Ｔを導通させ、画素ＰＩＸから信号の読み出す本読みを行う。

次に、放射線の照射の有無を検出し、放射線の照射の開始を判定する際の、バイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂに流れる電流について説明する。まず、駆動線Ｖｇｎ－１（ｎは、１～Ｙの整数）に、スイッチ素子Ｔをオン（導通）させる電圧が印可されると、そのタイミングで駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の画素ＰＩＸ（例えば、スイッチ素子Ｔ１３を含む画素。）に存在する寄生容量を介してバイアス配線Ｂｓａに電流が流れる。例えば、寄生容量として、スイッチ素子Ｔの制御電極－主電極間の容量などがあげられる。この寄生容量がチャージされると、電流が流れなくなる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量に起因する電流は、バイアス線Ｂｓａの正方向の実線のスパイク状ノイズとして図示されている。次いで、駆動線Ｖｇｎ－１に、スイッチ素子Ｔをオフ（非導通）にする電圧が印可されると、そのタイミングで駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の画素ＰＩＸに存在する寄生容量を介してバイアス配線Ｂｓａに電流が流れる。この寄生容量がチャージされると、電流が流れなくなる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量に起因する電流は、バイアス線Ｂｓａの負方向の実線のスパイク状のノイズとして図示されている。駆動線Ｖｇｎ－２に関しても同様で、駆動線Ｖｇｎ－２に、スイッチ素子Ｔをオン（導通）させる電圧が印可されると、そのタイミングで駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓｂとの間の画素ＰＩＸ（例えば、スイッチ素子Ｔ１４を含む画素。）に存在する寄生容量を介してバイアス配線Ｂｓｂに電流が流れる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓｂとの間の寄生容量に起因する電流は、バイアス線Ｂｓｂの正方向の実線のスパイク状ノイズとして図示されている。次いで、駆動線Ｖｇｎ－２に、スイッチ素子Ｔをオフ（非導通）にする電圧が印可されると、そのタイミングで駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓｂとの間の画素ＰＩＸに存在する寄生容量を介してバイアス配線Ｂｓａに電流が流れる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓｂとの間の寄生容量に起因する電流は、バイアス線Ｂｓｂの負方向の実線のスパイク状のノイズとして図示されている。

駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとは、画素ＰＩＸ（例えば、スイッチ素子Ｔ１４を含む画素。）を介して接続されていない。しかしながら、駆動線Ｖｇｎ－２に、スイッチ素子Ｔをオン（導通）させる電圧が印可されると、バイアス配線Ｂｓａには、そのタイミングで、図２を用いて説明したバイアス配線Ｂｓａと駆動線Ｖｇｎ―２との間に形成された容量Ｃ（例えば、容量Ｃ１３）を介して電流が流れ始める。この容量Ｃがチャージされると、電流が流れなくなる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃに起因する電流は、バイアス線Ｂｓａの正方向の破線のスパイク状ノイズとして図示されている。同様に、駆動線Ｖｇｎ－２に、スイッチ素子Ｔをオフ（非導通）にする電圧が印可されると、そのタイミングでバイアス配線Ｂｓａと駆動線Ｖｇｎ―２との間に形成された容量Ｃを介して、バイアス配線Ｂｓａに電流が流れ始める。この容量Ｃがチャージされると、電流が流れなくなる。図４において、この駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃに起因する電流は、バイアス線Ｂｓａの負方向の破線のスパイク状ノイズとして図示されている。駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃ（例えば、容量Ｃ１４）に起因してバイアス線Ｂｓｂを流れる電流についても同様である。

本実施形態において、図４に示されるように、駆動回路２１４は、異なる画素グループに含まれる画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを異なるタイミングでオン動作させる。ここで、スイッチ素子Ｔをオン動作させるとは、駆動回路２１４が、駆動線Ｖｇにスイッチ素子Ｔをオンさせる電圧を印可してからオフする電圧を印可するまでの動作である。このため、特許文献１のように１系統のバイアス線を用いる場合と比較して、１回の空読み駆動における駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量の影響が小さくなる。つまり、寄生容量に起因してバイアス線Ｂｓを流れる電流が少なくなる。これによって、放射線の照射によってバイアス線Ｂｓを流れる電流に対する、スイッチ素子Ｔのオンとオフとを切り替える際のノイズが相対的に小さくなり、特許文献１に示される構造よりも、ノイズの影響を抑制できる。結果として、検出部１０６は、バイアス線Ｂｓａを流れる電流を示す信号値と、バイアス線Ｂｓｂを流れる電流を示す信号値と、の差分に基づいて、放射線の照射の有無を検出する精度を高めることができる。

さらに、発明者らは、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量または形成される容量に起因するノイズの電流、放射線の照射による電流について以下の特徴を見出した。ノイズの電流量は、スイッチ素子Ｔを介して接続される駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量、または、スイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間に形成される容量Ｃに比例（Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔ）する。このため、寄生容量と形成される容量Ｃとを等価に調整することによって、駆動線Ｖｇにスイッチ素子Ｔをオンまたはオフさせる際に、バイアス線Ｂｓａとバイアス線Ｂｓｂに同相で同等なノイズの電流を流せることになる。さらに、バイアス線Ｂｓａとバイアス線Ｂｓｂとを流れる電流の差分をとることで、ノイズの電流を打ち消し抑制することが可能となる。このとき、異なる画素グループに接続されたスイッチ素子Ｔを、上述のように異なるタイミングでオン動作させることによって、放射線が照射されたことに起因してバイアス線Ｂｓａ、Ｂｓ２に流れる電流は、図４に示されるように打ち消されない。つまり、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量と駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃとを同等にすることによって、さらに、放射線の照射の有無を検出する精度を高めることが可能となる。例えば、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量が、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃの７０％以上かつ１３０％以下になるように、それぞれの画素ＰＩＸを設計してもよい。また、例えば、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量が、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃと同じになるように、それぞれの画素ＰＩＸを設計してもよい。

ここで、バイアス線Ｂｓａを流れる電流を示す信号値とバイアス線Ｂｓｂを流れる電流を示す信号値とはアナログ値であり、検出部１０６は、それぞれの信号値のアナログ値の差分に基づいて、検出部１０６は、放射線の照射の有無を判定してもよい。このとき、検出部１０６は、差分をアナログ値として取得してもよいし、アナログ値の差分をアナログ／デジタル変換したデジタル値として取得してもよい。バイアス線Ｂｓａを流れる電流を示す信号値とバイアス線Ｂｓｂを流れる電流を示す信号値とをアナログ値のまま差分処理することによって、所定の間隔でサンプリングするよりも、ノイズの電流を打ち消しやすくなる。

図５（ａ）、５（ｂ）を用いて、スイッチ素子Ｔを介して接続していない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間に形成される容量Ｃについて詳細に説明する。図５（ａ）は、画素部１０１のうち２行４列分の８つの画素ＰＩＸの平面図を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図である。

図５（ａ）に示されるように、信号線Ｓｉｇ２ｍ、Ｓｉｇ２ｍ＋１、Ｓｉｇ２ｍ＋２、Ｓｉｇ２ｍ＋３、・・・は、列２ｍ、２ｍ＋１、２ｍ＋２、２ｍ＋３、・・・のそれぞれに対応して設けられている。また、バイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂも、列２ｍ、２ｍ＋１、２ｍ＋２、２ｍ＋３、・・・のそれぞれに対応して設けられている。

図５（ｂ）に示される構成において、画素ＰＩＸが設けられる基板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。スイッチ素子Ｔは、基板４００の主面の上に形成され、制御電極４０１、主電極４０２、主電極４０３、絶縁層４０４を含む。制御電極４０１と駆動線Ｖｇとは、共通の金属などの導電体で一体的に形成されていてもよい。同様に、主電極４０２と信号線Ｓｉｇとは、共通の金属などの導電体で一体的に形成されていてもよい。絶縁層４０４はスイッチ素子Ｔのゲート絶縁膜として機能する。スイッチ素子Ｔは、非図示の遮光層を有していてもよい。変換素子Ｓは、基板４００の主面の上に配された下部電極４１１、下部電極４１１の上に配された半導体層４１２および半導体層４１２の上に配された上部電極４１４を含む。半導体層４１２は、不純物半導体層４１２１、真性半導体層４１２２、不純物半導体層４１２３がこの順に積層されたものである。本実施形態において、スイッチ素子Ｔの主電極４０３と変換素子Ｓの下部電極４１１は、共通の金属などの導電体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。

スイッチ素子Ｔと変換素子Ｓとは、絶縁層４２０によって覆われている。スイッチ素子Ｔと変換素子Ｓとは、さらに平坦化層４２００によって覆われていてもよい。バイアス線Ｂｓは、絶縁層４２０および平坦化層４２００の上に設けられている。変換素子Ｓの上部電極４１４上の、絶縁層４２０および平坦化層４２００の一部に開口４５０が設けられ、導電層４３０は開口４５０を介してバイアス線Ｂｓと上部電極４１４を電気的に接続する。バイアス線Ｂｓは金属などの導電材料で、導電層４３０はＩＴＯなどの透明導電材料でそれぞれ形成されていてもよい。保護層４４０は、上述の各構成の全体を被覆している。絶縁層４０４や絶縁層４２０、保護層４４０は、窒化シリコンなどの無機絶縁膜で形成されうる。平坦化層４２００は、感光性アクリルやポリイミドなどの比誘電率が低い（ε／ε_０＝２～５）材料で形成されうる。さらに、保護層４４０の上に、放射線を変換素子２０２として機能するＰＩＮ型フォトダイオードが検出可能な波長の光に変換するシンチレータ（不図示）が設けられる。

図５（ａ）において、ｎ行目２ｍ列目およびｎ行目２ｍ＋１列目を通過する駆動線Ｖｇｎ－１に注目する。バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される変換素子Ｓを備える画素ＰＩＸに接続される駆動線Ｖｇｎ－１は、バイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂ、変換素子Ｓの下部電極４１１に対し、
（１） バイアス線Ｂｓａとの交差部４６１
（２） バイアス線Ｂｓｂとの交差部４６２
（３） バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４６４
を有する。また、図５（ａ）に示される構成では、基板４００の主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－１のうち行方向に延在する部分が、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸによって構成される画素グループに含まれる画素の下部電極４１１と重なっていない。しかしながら、
（４） バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４６３
を有していてもよい。同様に、バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される変換素子Ｓを備える画素ＰＩＸに接続される駆動線Ｖｇｎ－２は、
（５） バイアス線Ｂｓｂとの交差部
（６） バイアス線Ｂｓａとの交差部
（７） バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部
を有し、また、
（８）バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部
を有していてもよい。

駆動線Ｖｇは、変換素子Ｓの下部電極４１１よりも基板４００の側の層、かつ、駆動線Ｖｇと下部電極４１１が重なる場合、間に絶縁層４０４を介して隣り合うように配される。そのため、上述の（１）～（４）において、（１）、（４）は、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の容量結合成分に寄与する。つまり、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量に寄与する。また、（２）、（３）は、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの容量結合成分、つまり、上述の駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃに寄与する。これらの交差部４６１、４６２、重なり部４６３、４６４の面積や形状、および、構成材料の膜厚を調整する。これによって、寄生容量やスイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量の、それぞれ容量値の調整をすることができる。

本実施形態において、（１）と（２）と、並びに、（３）と（４）とは、それぞれ同じ層構成を持つとする。（１）、（２）については、（１）と（２）との面積が互いに略同等になるように設計することで、（１）と（２）とにそれぞれ生じる容量値も互いに略同等となる。一方（３）、（４）については、（３）の面積が（４）の面積よりも大きくなるように設計する。すなわち、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－１のうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４６２）の面積が、駆動線Ｖｇｎ－１のうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４６３）の面積よりも大きくなるように設計する。このとき、（３）に生じる容量値が（４）に生じる容量値よりも大きくなる。これによって、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃの値を、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの寄生容量に近づけることが可能となる。

（５）から（８）についても同様である。（５）と（６）との面積が互いに略同等になるように設計することで、（５）と（６）とにそれぞれ生じる容量値も互いに略同等となる。一方（７）、（８）については、（７）の面積が（８）の面積よりも大きくなるように設計する。すなわち、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－２のうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積が、駆動線Ｖｇｎ－２のうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積よりも大きくなるように設計する。このとき、（７）に生じる容量値が（８）に生じる容量値よりも大きくなる。これによって、駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃの値を、駆動線Ｖｇｎ－２とバイアス線Ｂｓｂとの寄生容量に近づけることが可能となる。このようにして、上述の容量Ｃ１１～Ｃ６６の値を調整することが可能である。

上述に限らず、一般に、「（１）に生じる容量と（４）に生じる容量との合計」が、「（２）に生じる容量と（３）に生じる容量と」を下回り、「（５）に生じる容量と（８）に生じる容量との合計」が、「（６）に生じる容量と（７）に生じる容量と」を下回るように設計すれば本開示の効果が得られる。例えば、（３）の面積と（４）の面積とを互いに略同等とし、（１）の面積を（２）の面積よりも小さくして達成するなどしてもよい。

これによって、バイアス線Ｂｓａとバイアス線Ｂｓｂとを流れる電流の差分をとった際に、スイッチ素子Ｔをオンまたはオフにする際に生じるノイズを効果的に抑制することができる。結果として、検出部１０６が、放射線の照射の有無を検出する際の精度を高めることが可能となる。

検出部１０６によって、放射線の照射の開始が検知されると、制御部１０７は、全てのスイッチ素子Ｔを非導通状態にさせ、画素ＰＩＸに放射線による信号を蓄積させる。その後、制御部１０７は、放射線の照射が終了したことに応じて本読みを行う。図２に示される構成において、行方向に並ぶ画素ＰＩＸに対して、２つの画素グループのための２本の駆動線Ｖｇｎ－１、Ｖｇｎ－２が接続されている。ここで、特許文献１に示される回路図では駆動線ＶｇがＹ本あるのに対し、本実施形態において、駆動線Ｖｇが２Ｙ本存在することとなってしまう。このため、先頭行から最終行まで、順次スイッチ素子Ｔを導通させて本読みを行うと、駆動周期の時間が特許文献１と同じ場合、すべての行の信号を読み出すまでに２倍の時間を要する。そこで、図４に示されるように、本読み時には、２行分の駆動線Ｖｇをまとめて導通するように、制御部１０７は、駆動回路２１４を制御し、駆動線Ｖｇの増加に伴う本読み時間の増加を抑制してもよい。具体的には、図２に示されるように信号線Ｓｉｇは、複数の画素ＰＩＸのうち列ごとに配された画素によって共有されている。そこで、放射線画像データを取得する際に、駆動回路２１４は、例えば、駆動線Ｖｇ１－１および駆動線Ｖｇ１－２に接続されたスイッチ素子Ｔを同時にオンさせることによって、本読みの時間の増加を抑制することが可能となる。

本実施形態において、２つのバイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂを用いることによって、駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓ間に存在する寄生容量に起因するスイッチ素子Ｔをオンまたはオフさせる際にバイアス線Ｂｓに流れる電流を抑制する。さらに、スイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間に形成される容量を、スイッチ素子Ｔを介して接続された駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量に近付ける。これによって、「空読み駆動」時に発生するノイズの電流よる放射線の誤検出や検出遅延を低減することが可能となる。

ここで、例えば、それぞれの画素グループに含まれる画素ＰＩＸの数の差が、それぞれの画素グループごとに１０％以内であってもよい。つまり、バイアス線Ｂｓａに接続される画素ＰＩＸの数が、バイアス線Ｂｓｂに接続される画素ＰＩＸの数の９０％以上かつ１１０％以下であってもよい。さらに、例えば、それぞれの画素グループに含まれる画素ＰＩＸの数が、それぞれ同じ数であってもよい。画素グループに含まれる画素ＰＩＸの数を揃えることによって、バイアス線Ｂｓを流れるノイズの電流の量が揃えられ、検出部１０６が放射線の照射の有無を検知する際のノイズの影響を抑制できる。

第２実施形態
図６～９を参照して、本実施形態における放射線撮像装置について説明する。図６は、第２実施形態における放射線撮像装置１００の撮像部１１０の構成例を示す等価回路図である。本実施形態の撮像部１１０の構成は、図２に示す構成と比較して、画素部１０１の構成と、読出回路１０２の増幅回路２０６の構成が異なる。具体的には、画素ＰＩＸのうち列信号線Ｓｉｇと交差する行方向において互いに隣り合い、かつ、複数の駆動線Ｖｇのうち異なる駆動線によってスイッチ素子Ｔを制御される２つの画素ＰＩＸが、信号線Ｓｉｇを共有している。このとき、図６に示されるように、互いに隣り合う２つの画素ＰＩＸのうち一方が、バイアス線Ｂｓａを介してバイアス電位を供給される画素グループに含まれ、他方が、バイアス線Ｂｓｂを介してバイアス電位を供給される画素グループに含まれていてもよい。行方向に隣り合う２つの画素ＰＩＸが列信号線Ｓｉｇを共有することによって、図２に示される構成と比較して、信号線Ｓｉｇの数が半減している。また、これに伴い読出回路１０２に配される増幅回路２０６の数が、図２に示される構成と比較して半減している。結果として、図２に示される構成において、特許文献１の構成よりも駆動回路２１４の規模が増加してしまうという課題に対して、読出回路１０２の増幅回路２０６を削減することができる。これによって、駆動回路２１４および読出回路１０２を含む放射線撮像装置１００全体のＩＣ数の増加によるコストアップを抑え、画素部１０１内の配線を減らすことができる。これ以外の放射線撮像装置１００の構成は、上述の第１実施形態と同様であってもよく、ここでは説明を省略する。

図７は、本実施形態における放射線撮像装置１００の駆動タイミングの概略図である。空読み中の放射線の照射の有無の検出にかかる駆動は、図４を用いて説明した駆動と同様であってもよい。このため、上述の第１実施形態と同様に、寄生容量の影響を抑制し、放射線の照射の有無を検出する精度を高めることが可能となる。また、本実施形態において、互いに隣り合う２つの画素ＰＩＸが、同じ信号線Ｓｉｇに接続されているため、上述のように、本読み駆動において２行まとめてスイッチ素子Ｔをオンさせることは、読み出された２画素分の信号が加算されてしまうため不可能である。このため、図９に示されるように、放射線画像データを取得する際に、駆動回路２１４は、同じ信号線Ｓｉｇに接続された画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを異なるタイミングでオンさせる。これによって、それぞれの画素ＰＩＸに蓄積された電荷を読み出すことができる。

図８は、本実施形態における画素ＰＩＸの平面図である。また、図８に示されるＡ－Ａ’間の断面図は、図５（ｂ）と同様であってもよい。本実施形態において、互いに隣り合う画素ＰＩＸが、列信号線Ｓｉｇを共有している。例えば、上述の図５（ａ）における列信号線Ｓｉｇ２ｍと列信号線Ｓｉｇ２ｍ＋１が、共通の列信号線Ｓｉｇｍに置き換えられている。これによって、第１実施形態と比較して増幅回路２０６の数を抑制し、画素部１０１内に配される列信号線Ｓｉｇを減らすことが可能となり、コストアップを抑えられる。スイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間との間に形成される容量Ｃと、スイッチ素子Ｔを介して接続される駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量と、の調整方法は、上述の図５（ａ）、５（ｂ）を用いて説明した場合と同様であってもよい。

次に、図９（ａ）、９（ｂ）を用いて、スイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間との間に形成される容量Ｃと、スイッチ素子Ｔを介して接続される駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量と、の調整方法の別の例について説明する。図９（ａ）は、画素ＰＩＸの平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図である。図９（ｂ）に示される構成おいて、スイッチ素子Ｔの構造は上述の図５（ｂ）に示されるスイッチ素子Ｔとほぼ同様であるが、主電極４０３上の一部に設けられた開口４５０を除き、絶縁層４２０１、平坦化層４２０２によって覆われている点で異なる。絶縁層４２０１は、窒化シリコンなどの無機絶縁膜で形成されていてもよい。平坦化層４２０２は、感光性アクリルやポリイミドなどで形成されていてもよい。平坦化層４２０２の上に、変換素子Ｓの下部電極４１１が形成されている。下部電極４１１は、スイッチ素子Ｔの主電極４０３とは別の導電体によって形成されている。下部電極４１１と主電極４０３は、開口４５０を介して電気的に接続されている。上部電極４１４の上に、バイアス線Ｂｓが、列信号線Ｓｉｇが延在する列方向に沿って設けられている。バイアス線Ｂｓと上部電極４１４の間には、開口４５１の部分を除き、平坦化層４２０４が設けられている。バイアス線Ｂｓと上部電極４１４は、平坦化層４２０４の一部に設けられた開口４５１を介して電気的に接続する。保護層４４０は、上述の各構成の全体を被覆している。

図９（ａ）において、ｎ行目２ｍ列目およびｎ行目２ｍ＋１列目を通過する駆動線Ｖｇｎ－１に注目する。バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される変換素子Ｓを備える画素ＰＩＸに接続される駆動線Ｖｇｎ－１は、変換素子Ｓの下部電極４１１に対し、
（９） バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４６８
（１０） バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４６９
を有する。同様に、バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される変換素子Ｓを備える画素ＰＩＸに接続される駆動線Ｖｇｎ－２は、
（１１） バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部
（１２） （バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸの変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部
を有する。

上述の（９）～（１２）において、（９）、（１２）は、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の容量結合成分に寄与する。つまり、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量に寄与する。また、（１０）、（１１）は、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの容量結合成分、つまり、上述の駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃに寄与する。これらの重なり部４６８、４６９の面積や形状、および、構成材料の膜厚を調整する。これによって、寄生容量やスイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量の、それぞれ容量値の調整をすることができる。

本実施形態において、（９）～（１２）は、それぞれ同じ層構成を持つとする。この場合、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－１のうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４６９）の面積が、駆動線Ｖｇｎ－１のうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４６８）の面積よりも大きくなるように設計する。これによって、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される容量Ｃの値を、駆動線Ｖｇｎ－１とバイアス線Ｂｓａとの間の寄生容量に近づけることが可能となる。例えば、図９（ａ）に示されるように、基板４００の主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－１のうち行方向に延在し、かつ、バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１に重なる部分が、駆動線Ｖｇｎ－１のうち行方向に延在し、かつ、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１に重なる部分よりも幅が広い部分を含んでいてもよい。駆動線Ｖｇｎ－２についても同様に、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－２のうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積が、駆動線Ｖｇｎ－２のうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積よりも大きくなるように設計する。例えば、図９（ａ）に示されるように、基板４００の主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ－２のうち行方向に延在し、かつ、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１に重なる部分が、駆動線Ｖｇｎ－２のうち行方向に延在し、かつ、バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１に重なる部分よりも幅が広い部分を含んでいてもよい。このようにして、上述の容量Ｃ１１～Ｃ６６の値を調整することが可能である。

これによって、バイアス線Ｂｓａとバイアス線Ｂｓｂとを流れる電流の差分をとった際に、スイッチ素子Ｔをオンまたはオフにする際に生じるノイズを効果的に抑制することができる。結果として、検出部１０６が、放射線の照射の有無を検出する際の精度を高めることが可能となる。また、本実施形態において、上述の第１実施形態と比較して、読出回路１０２に配される増幅回路２０６の数を抑制できる。これによって、放射線撮像装置１００のコストアップを抑え、さらに、画素部１０１の配線パターンを減らすことができ、画素開口率を高めることができる。

第３実施形態
図１０～１２を参照して、本実施形態における放射線撮像装置について説明する。図１０は、第３実施形態における放射線撮像装置１００の撮像部１１０の構成例を示す等価回路図である。本実施形態の撮像部１１０の構成は、図２に示す構成と比較して、画素部１０１の構成が異なる。図２に示される構成において、行方向において、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸとバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸとが交互に配されていた。一方、図１０に示される構成では、列信号線Ｓｉｇと交差する行方向において、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループまたはバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる前記画素が、連続して配されている。さらに、行方向に並ぶ画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔは、同じ駆動線Ｖｇによって駆動される。また、列信号線Ｓｉｇが延在する列方向において、バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸとバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸとが交互に配されている。このように配線することによって、第１実施形態に対して、列信号線Ｓｉｇの数が等しく、駆動線Ｖｇの数が１／２となる。また、第２実施形態に対して、列信号線Ｓｉｇの数は２倍となるが、駆動線Ｖｇの数が１／２となり、配線の総本数は略同等になる。

図１１は、本実施形態における放射線撮像装置１００の駆動タイミングの概略図である。空読み中の放射線の照射の有無の検出にかかる駆動は、図４を用いて説明した駆動と同様であってもよい。このため、上述の第１実施形態と同様に、寄生容量の影響を抑制し、放射線の照射の有無を検出する精度を高めることが可能となる。さらに、本実施形態において、駆動線の数が１／２となるため、本読みにかかる時間が、上述の図４に示される第１実施形態の２つの駆動線Ｖｇスイッチ素子Ｔを同時にオン動作させる駆動に対して同等となる。また、上述の図７に示される第２実施形態の駆動に対して、本読みにかかる時間が１／２となる。

次に、図１２（ａ）～１２（ｃ）を用いて、スイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間との間に形成される容量Ｃと、スイッチ素子Ｔを介して接続される駆動線Ｖｇとバイアス線Ｂｓとの間の寄生容量と、の調整方法の例について説明する。図１２（ａ）は、画素ＰＩＸの平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の断面図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示されるＢ－Ｂ’間の断面図である。

図１２（ａ）に示されるように、基板４００の主面に対する正射影において、バイアス線ＢｓａおよびＢｓｂは、隣り合う画素ＰＩＸの変換素子Ｓの間を、列信号線Ｓｉｇが延在する列方向に沿って設けられている。層構成や断面構造は、上述の図９（ｂ）に示す第２実施形態とほぼ同様であるが、ｎ－１行目のバイアス線Ｂｓａと変換素子Ｓの上部電極４１４とを接続する導電層４３０は、バイアス線Ｂｓａから行方向の両側に広がるように配され、それぞれ開口４５１を介して上部電極４１４と接続する。同様に、ｎ行目の導電層４３０は、バイアス線Ｂｓｂから行方向の両側に広がるように配され、それぞれ開口４５１を介して変換素子Ｓの上部電極４１４と接続する。このように、奇数行目／偶数行目で、フォトダイオードの上部電極４１４は、バイアス線Ｂｓａ、Ｂｓｂと交互に接続する構造となる。

また、ｎ行目の画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを制御する駆動線Ｖｇｎは、ｎ行目ではなく主にｎ－１行目の画素ＰＩＸの下部電極４１１の下を行方向に延在し、行方向に延在する部分から列方向に突出するようにｎ行目のスイッチ素子Ｔまで延びている。図１２（ａ）において、バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される変換素子Ｓを備える画素ＰＩＸに接続される駆動線Ｖｇｎに注目すると、
（１３） バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸ（ｎ－１行目の画素）の変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４７１
（１４） バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸ（ｎ行目の画素）の変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４７２
を有する。同様に、駆動線Ｖｇｎ＋１については
（１５） バイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸ（ｎ行目の画素）の変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４７３
（１６） バイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素ＰＩＸ（ｎ＋１行目の画素）の変換素子Ｓの下部電極４１１との重なり部４７４
を有する。

上述の（１３）、（１４）において、（１３）は、駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓａとの間の容量結合成分に寄与する。つまり、上述の駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃに寄与する。また、（１４）は、駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓｂとの容量結合成分、つまり、駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓｂとの間に形成される寄生容量に寄与する。これらの重なり部４７１～４７４の面積や形状、および、構成材料の膜厚を調整する。これによって、寄生容量やスイッチ素子Ｔを介して接続されていない駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃの、それぞれ容量値の調整をすることができる。（１５）、（１６）についても同様である。

本実施形態において、（１３）～（１６）は、それぞれ同じ層構成を持つとする。この場合、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎのうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４７１）の面積が、駆動線Ｖｇｎのうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分（重なり部４７２）の面積よりも大きくなるように設計する。これによって、駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓａとの間に形成される容量Ｃの値を、駆動線Ｖｇｎとバイアス線Ｂｓｂとの間の寄生容量に近づけることが可能となる。バイアス線Ｂｓａからバイアス電位が供給される変換素子Ｓに接続される駆動線Ｖｇｎ＋１についても同様に、主面に対する正射影において、駆動線Ｖｇｎ＋１のうちバイアス線Ｂｓｂによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積が、駆動線Ｖｇｎ＋１のうちバイアス線Ｂｓａによってバイアス電位が供給される画素グループに含まれる画素ＰＩＸの下部電極４１１と重なる部分の面積よりも大きくなるように設計する。このようにして、上述の容量Ｃ１１～Ｃ６６の値を調整することが可能である。

本実施形態においても、バイアス線Ｂｓａとバイアス線Ｂｓｂとを流れる電流の差分をとった際に、スイッチ素子Ｔをオンまたはオフにする際に生じるノイズを効果的に抑制することができる。結果として、検出部１０６が、放射線の照射の有無を検出する際の精度を高めることが可能となる。さらに、第１実施形態と比較して、駆動線Ｖｇの数が半減することによって駆動回路２１４の規模を縮小できるため、駆動回路２１４にかかるコストアップを抑制し、かつ、画素部１０１の配線パターンを減らすことができ、画素開口率を高めることができる。また、第２実施形態と比較して、本読み駆動を行う際の読出速度を２倍に向上することができる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：放射線撮像装置、１０６：検出部、２０３：バイアス電源、２１４：駆動回路、Ｂｓ：バイアス線、ＰＩＸ：画素、Ｓ：変換素子、Ｓｉｇ：列信号線、Ｔ：スイッチ素子

Claims (33)

1. 放射線を検出するための回路であって、電荷を蓄積可能な変換素子であって第１電極および第２電極を備える変換素子と、前記変換素子を列信号線に接続するスイッチ素子とを含む画素が行列状に並んだ複数の画素と、前記複数の画素の各スイッチ素子を制御するための複数の駆動線であって前記行列の行方向に沿って延びる複数の駆動線と、板状の基材と、を含む多層構造の回路を有し、
   前記複数の画素は、前記行列の所定行に並ぶ画素として第１画素と第２画素とを少なくとも含み、
   前記複数の駆動線は、前記第１画素の前記スイッチ素子に接続する第１駆動線と前記第２画素の前記スイッチ素子に接続する第２駆動線とを少なくとも含み、
   前記基材の主面に対する正射影において、前記第１駆動線のうち前記第２画素の前記第２電極と重なる部分の面積は、前記第１駆動線のうち前記第１画素の前記第２電極と重なる部分の面積よりも大きいことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記第１画素の前記変換素子に第１バイアス線を介してバイアス電位を供給する第１バイアス電源と、
   前記第２画素の前記変換素子に前記第１バイアス線とは異なる第２バイアス線を介してバイアス電位を供給する第２バイアス電源と、
   前記第１バイアス線を流れる電流を示す第１信号値と前記第２バイアス線を流れる電流を示す第２信号値とに基づいて、放射線の照射の有無を検出する検出部と、有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記変換素子は、前記第１電極と、前記第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する半導体層と、を含み、
   前記第１駆動線のうち前記第２画素の前記第２電極と重なる部分は、前記第２画素の前記第２電極よりも前記基材の側の層に形成され、
   前記第２電極と前記第１駆動線の間には絶縁性の層が形成されてい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。
4. 前記第１信号値と前記第２信号値はアナログ値であることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
5. 前記基材の主面に対する正射影において、前記第１駆動線のうち前記第２画素と重なる領域は、前記第１駆動線のうち前記第１画素と重なる領域よりも幅が広い部分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。
6. 前記第１画素は、前記行列の列方向に沿って延びる列配線のうち第１列配線に接続し、前記第２画素は、前記列配線のうち第２列配線に接続し、
   前記第１駆動線と前記第１列配線との間の寄生容量が、前記第１駆動線と前記第２列配線との間に形成される容量の７０％以上かつ１３０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記第１駆動線と前記第１列配線との間の寄生容量が、前記第１駆動線と前記第２列配線との間に形成される容量と同じであることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記第１画素と前記第２画素とは互いに隣り合い、かつ、前記第１画素と前記第２画素とは共有の列信号線に接続していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記複数の画素は、前記第１バイアス線を介してバイアス電位を供給される第１グループの画素であって前記第１画素を含む第１グループの画素と、前記第２バイアス線を介してバイアス電位を供給される第２グループの画素であって前記第２画素を含む第２グループの画素とを含むことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
10. 前記所定行において、前記第１グループの画素と前記第２グループの画素とが交互に配されることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
11. 前記行列のうち前記第１画素が配置された列は、前記第１グループの画素が複数連続して並ぶ列であり、
    前記行列のうち前記第２画素が配置された列は、前記第２グループの画素が複数連続して並ぶ列であることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
12. 前記行列の所定列において、前記第１グループに含まれる画素と前記第２グループに含まれる画素とが交互に配されることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
13. 前記所定行において、前記第１画素に隣接して前記第１グループの他の画素が配され、前記第２画素に隣接して前記第２グループの他の画素が配されることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
14. 前記検出部は、前記第１信号値と前記第２信号値との差分に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
15. 前記第１バイアス線に接続される前記画素の数が、前記第２バイアス線に接続される画素の数の９０％以上かつ１１０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
16. 前記変換素子が、ＰＩＮ型またはＭＩＳ型の素子であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置に放射線を照射する放射線発生装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
18. 放射線を検出するための回路であって、電荷を蓄積可能な変換素子であって第１電極および第２電極を備える変換素子と、前記変換素子を列信号線に接続するスイッチ素子とを含む画素が行列状に並んだ複数の画素と、前記複数の画素の各スイッチ素子を制御するための複数の駆動線であって前記行列の行方向に沿って延びる複数の駆動線と、板状の基材と、を含む多層構造の回路を有し、
    前記複数の画素は、前記行列の所定行に並ぶ画素として第１画素と第２画素を少なくとも含み、
    前記複数の駆動線は、前記第１画素の前記スイッチ素子に接続する第１駆動線と前記第２画素の前記スイッチ素子に接続する第２駆動線とを少なくとも含み、
    前記基材の主面に対する正射影において、前記第１駆動線は、前記第２画素の前記第２電極と重なる領域を持ち、前記第１画素の前記第２電極と重なる領域を持たないことを特徴とする放射線撮像装置。
19. 前記変換素子は、前記第１電極と、前記第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する半導体層と、を含み、
    前記第１駆動線のうち前記第２画素の前記第２電極と重なる部分は、前記第２画素の前記第２電極よりも前記基材の側の層に形成され、
    前記第２電極と前記第１駆動線の間には絶縁性の層が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の放射線撮像装置。
20. 前記第１画素は、前記行列の列方向に沿って延びる列配線のうち第１列配線に接続し、前記第２画素は、前記列配線のうち第２列配線に接続し、
    前記第１駆動線と前記第１列配線との間の寄生容量が、前記第１駆動線と前記第２列配線との間に形成される容量の７０％以上かつ１３０％以下であることを特徴とする請求項１８または１９に記載の放射線撮像装置。
21. 前記第１駆動線と前記第１列配線との間の寄生容量が、前記第１駆動線と前記第２列配線との間に形成される容量と同じであることを特徴とする請求項２０に記載の放射線撮像装置。
22. 前記第１画素と前記第２画素は互いに隣り合い、かつ、前記第１画素と前記第２画素とは共有の列信号線に接続していることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
23. 前記第１画素の前記変換素子に第１バイアス線を介してバイアス電位を供給する第１バイアス電源と、
    前記第２画素の前記変換素子に前記第１バイアス線とは異なる第２バイアス線を介してバイアス電位を供給する第２バイアス電源と、
    前記第１バイアス線を流れる電流を示す第１信号値と前記第２バイアス線を流れる電流を示す第２信号値とに基づいて、放射線の照射の有無を検出する検出部と、有することを特徴とする請求項１８乃至２２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
24. 前記複数の画素は、前記第１バイアス線を介してバイアス電位を供給される第１グループの画素であって前記第１画素を含む第１グループの画素と、前記第２バイアス線を介してバイアス電位を供給される第２グループの画素であって前記第２画素を含む第２グループの画素とを含むことを特徴とする請求項２３に記載の放射線撮像装置。
25. 前記所定行において、前記第１グループの画素と前記第２グループの画素とが交互に配されることを特徴とする請求項２４に記載の放射線撮像装置。
26. 前記行列のうち前記第１画素が配置された列は、前記第１グループの画素が複数連続して並ぶ列であり、
    前記行列のうち前記第２画素が配置された列は、前記第２グループの画素が複数連続して並ぶ列であることを特徴とする請求項２４に記載の放射線撮像装置。
27. 前記行列の所定列において、前記第１グループに含まれる画素と前記第２グループに含まれる画素とが交互に配されることを特徴とする請求項２４に記載の放射線撮像装置。
28. 前記所定行において、前記第１画素に隣接して前記第１グループの他の画素が配され、前記第２画素に隣接して前記第２グループの他の画素が配されることを特徴とする請求項２４に記載の放射線撮像装置。
29. 前記第１信号値と前記第２信号値はアナログ値であることを特徴とする請求項２３乃至２８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
30. 前記検出部は、前記第１信号値と前記第２信号値との差分に基づいて、放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項２３乃至２９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
31. 前記第１バイアス線に接続される前記画素の数が、前記第２バイアス線に接続される画素の数の９０％以上かつ１１０％以下であることを特徴とする請求項２３乃至３０の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
32. 前記変換素子が、ＰＩＮ型またはＭＩＳ型の素子であることを特徴とする請求項１８乃至３１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
33. 請求項１８乃至３２の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置に放射線を照射する放射線発生装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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