JP5509032B2

JP5509032B2 - 放射線画像検出器

Info

Publication number: JP5509032B2
Application number: JP2010242410A
Authority: JP
Inventors: 博之會田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: JP2012095201A

Description

本発明の実施形態は、連続撮影時にノイズ混入による画像劣化を抑制した放射線画像検出器に関する。

新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いた放射線画像検出器が大きな注目を集めている。この放射線画像検出器にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮影像又はリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号とし出力される。また、平面状の固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。この為、多くの大学やメーカーが研究開発に取り組んでいる。

放射線画像検出器は、直接方式と間接方式の２方式に大別される。

直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。

一方の間接方式は、蛍光体層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−Ｓｉフォトダイオードなどにより電荷信号に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く方式である。

現在実用化されている放射線画像検出器の多くが間接方式を採用している。

従来の間接型放射線画像検出器は、ガラス基板上に、可視光を電荷信号に変換するフォトダイオード及びスイッチング素子としてのＴＦＴトランジスタを含む画素を二次元状に配列して画像検出部を形成し、その上に、放射線を可視光に変換する蛍光変換膜が設けられている。

この間接型放射線画像検出器では、外部から入射したＸ線が蛍光変換膜の内部にて可視光に変換され、この可視光が画像検出部の画素内のフォトダイオードに入射する。可視光は電荷に変換され、その電荷はフォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。

電荷に変換されたＸ線情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴトランジスタ）を通して、行方向に配置された行選択線に接続された画素群毎に、各々の画素と列方向に接続された信号線により画像検出部の外部へと伝達される。

ＴＦＴトランジスタを駆動する行選択線の電位は通常１本のみの行選択線の電位を変化させることにより、ある特定の行に相当するすべての画素内部のＴＦＴトランジスタを導通状態にする。電位を変化させる行選択線を順次変更することで、外部にはある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出される。電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動した選択線の位置を参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。

ガラス基板外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号はアナログ、デジタル変換機にてデジタル値に変換され、最終的には画像信号として編集されて放射線画像検出器の外部へと出力される。

放射線画像検出器は主に医療目的に使用されることが多く、大量に被爆すると有害であるＸ線の被爆量を抑えるため、撮影には微弱なＸ線を用いることが多い。そのため、ＴＦＴ回路や積分増幅器特有の漏れ電流やオフセット電流の影響が大きく、その影響を除去することはＸ線撮影においては重要なこととなっている。

微弱なＸ線画像の撮影時に問題となるＴＦＴ回路や積分増幅器の漏れ電流やオフセット電流の影響を除去するには、Ｘ線を入射しない状態で撮影を行い、そのときに得られた暗画像を用いることになる。この暗画像データを用い、Ｘ線を入射したときに得られた画像から暗画像成分を減算することにより、ＴＦＴ回路や積分増幅器の漏れ電流やオフセット電流の影響を除去することが可能となる。

通常の撮影動作においては、放射線画像検出器の温度や増幅率、撮影時間等の駆動条件が変化しない限り、ＴＦＴ回路や積分増幅器の漏れ電流やオフセット電流の値は変化しない。そのため放射線画像検出器の温度や駆動条件が変化しない限り、１種類の暗画像データをあらかじめ撮影し、そのデータを用いることで、ＴＦＴ回路や積分増幅器の漏れ電流やオフセット電流の影響を除去することが可能となる。

特開２００９−１２８０２３号公報

これに対し、検査を目的としたＸ線画像の撮影において、連続した撮影を求められることがある。これは異なるＸ線の線質にて複数の撮影を行い、それぞれの撮影において得られたＸ線画像の違いから、被写体の物質の違いや密度の違い、厚みの違いの情報を得るためである。

特に人体を対象にした検査の場合、連続した撮影の間は被写体の動きを止めておかなければならないため、できる限り短期間に複数枚の撮影を実行する必要がある。そのため、通常の放射線画像検査装置では１回の電気信号に対して１度の撮影しか行わないが、連続して複数枚の撮影を行う場合には１度の電気信号に対して複数の撮影を行うことで、電気信号の処理などに伴う装置の処理時間のロスを削減し、撮影間隔を短くすることが必要となる。

撮影を目的とした放射線画像検出器では、撮影動作を行っていない場合、ＴＦＴパネル内部の画素や積分増幅器の状態を常に初期状態に戻す動作が必要になる。

通常の撮影動作の場合、撮影と撮影との間隔は十分な時間があるため、ＴＦＴパネルの画素や積分増幅器は次の撮影が始まるまでに十分な期間をもって初期化を行うため、撮影開始時には画素や積分増幅器は完全な初期化が可能となっている。

しかし、連続した撮影動作の場合、１枚目の撮影動作では十分な初期化が行われるが、２枚目以降の撮影においては、直前に行われた撮影動作からの期間が極めて短く、十分な初期化時間を取れない場合が多い。このため、２枚目以降の撮影動作を行うと、撮影動作特有のＴＦＴへの電圧供給状態の影響が残り、１枚目の撮影時とは暗画像レベルが異なってしまう。

よって、１種類の暗画像データのみを用いた画像処理では、１枚目と２枚目以降の撮影画像から、ＴＦＴ回路や積分増幅器の漏れ電流やオフセット電流、そして薄膜トランジスタ内部に残留している電荷の成分の影響を十分に除去することができない。

そこで、本発明は、連続撮影時におけるＸ線画像に混入するノイズを改善することが可能な放射線画像検出器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本放射線画像検出器は、基板上に二次元状に配列され、可視光を入射して全体として1画像の信号情報に変換する複数の画素が行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本にそれぞれ接続された画像検出部、及び当該画像検出部の前記複数の画素上に設けられ放射線を可視光に変換する蛍光変換膜を備えた放射線センサと、前記行選択線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、撮影が終了する毎に前記画素内の電荷の状態を初期化するリフレッシュ動作を介してｎ枚の画像の連続撮影を行う際の任意の枚数目の撮影中に、前記放射線が照射された状態で前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素に接続される前記信号線を介して前記画素からの画像信号情報を読み取る読取信号を発する第１の読取制御回路と、前記放射線が照射されていない状態で前記連続撮影と同様にして非照射の連続撮影を行った際の前記任意の枚数目と同じ枚数目の非照射撮影中において前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して前記画素からのノイズ信号情報を読み取る読取信号を発する第２の読取制御回路と、前記第１の読取制御回路からの読取信号により前記画像信号情報を読み取り、前記第２の読取制御回路からの読取信号により前記ノイズ信号情報を読み取って、前記画像信号情報及び前記ノイズ信号情報を保存する読取回路と、前記画像信号情報を前記ノイズ信号情報に基づいて補正する補正回路と、前記補正された画像信号情報を表示する表示装置と、を備えることを特徴とする。

また、本放射線画像検出器は、基板上に二次元状に配列された、放射線を電気信号に変換する複数の画素が行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本にそれぞれ接続された画像検出部を備えた放射線センサと、前記行選択線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、撮影が終了する毎に前記画素内の電荷の状態を初期化するリフレッシュ動作を介してｎ枚の画像の連続撮影を行う際の任意の枚数目の撮影中に、前記放射線が照射された状態で前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素に接続される前記信号線を介して前記画素からの画像信号情報を読み取る読取信号を発する第１の読取制御回路と、前記放射線が照射されていない状態で前記連続撮影と同様にして非照射の連続撮影を行った際の前記任意の枚数目と同じ枚数目の非照射撮影中において前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して前記画素からのノイズ信号情報を読み取る読取信号を発する第２の読取制御回路と、前記第１の読取制御回路からの読取信号により前記画像信号情報を読み取り、前記第２の読取制御回路からの読取信号により前記ノイズ信号情報を読み取って、前記画像信号情報及び前記ノイズ信号情報を保存する読取回路と、前記画像信号情報を前記ノイズ信号情報に基づいて補正する補正回路と、前記補正された画像信号情報を表示する表示装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る放射線画像検出器の構成を示す模式図。図１の放射線画像検出器に用いた放射線センサの一例を示す斜視図。図２の画像検出部の等価回路図。画素内部の等価回路図。図１のゲート駆動回路及び読出回路の一例を示す平面図。一枚のみの撮影動作（単発撮影）を行う際の駆動方法の一例を示すタイミングチャート。連続撮影を行う際の駆動方法の一例を示すタイミングチャート。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（放射線画像検出器の全体構成）
図１に、本発明に係る放射線画像検出器の一実施の形態を示す。

この放射線画像検出器１０は、入射したＸ線を光に変換する蛍光体層及び入射した光を電気信号に変換する画像検出部を有する放射線センサ１１と、画像検出部に２次元的に配置された画素につき走査ライン毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路１３と、ゲート駆動回路１３に対して列方向のスキャンタイミングを決める駆動信号を生成する駆動制御回路１５と、選択された一行の画素の電気信号を読み取って増幅する読取回路１７と、読取回路１７での読取タイミングを決める読取信号を生成する第１の読取制御回路１８ａ、第２の読取制御回路１８ｂと、ノイズ信号が混入した画像信号からノイズ信号を減算してノイズ補正を行う補正回路１９と、ノイズ補正を行った後の画像信号を表示する表示装置２０と、を備えている。

（放射線センサ１１）
図２は、放射線センサ１１の具体的な構成の一例を示すものである。

この放射線センサ１１は、入射Ｘ線２１を蛍光に変換する蛍光変換膜２３と、この蛍光を電気信号による画像情報へと変換する画像検出部２５とを備えている。

画像検出部２５は、主にガラス基板により構成されている保持基板２７上に、フォトダイオード及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む画素２８が多数配列された回路層２９を設けて形成されている。

図３に画像検出部２５の等価回路を、図４に画素２８内部の等価回路を示す。

画素２８は、薄膜トランジスタ３１、フォトダイオード３３を含み、薄膜トランジスタ３１のゲートには行選択線（ゲート線）３５が接続され、薄膜トランジスタ３１のソースには信号線３７が接続され、薄膜トランジスタ３１のドレインにはフォトダイオード３３とコンデンサ３６とが並列に接続されている。なお、コンデンサ３６は、フォトダイオード３３の電極間の容量である。

また、信号線３７の終端には、信号線３７を伝わる電荷信号を増幅し、外部に出力する機能を有する積分アンプ４１が信号線３７と一対一に接続されている。

更に、行選択線（ゲート線）３５は、図５に示すゲートドライバ６３の特定の信号線に接続される。

（ゲート駆動回路１３、読取回路１７）
図５は、図１のゲート駆動回路１３及び読取回路１７の具体的な構成の一例を示すものである。

ゲート駆動回路１３は、ゲートドライバ６３及び行選択回路６５を備え、読取回路１７は積分アンプ４１、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器６７及び駆動器６９を備えている。

ゲートドライバ６３は、外部からの信号を受信すると、放射線センサ１１に接続されている多数の信号線の電圧を順番に変更していく機能を有している。また、このゲートドライバ６３には行選択回路６５が接続される。

行選択回路６５は、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ６３へと信号を送る機能を有しており、図１の駆動制御回路１５と接続されている。

また、積分アンプ４１は、Ａ／Ｄ変換器６７を介して駆動器６９に接続されている。駆動器６９は、図１に示す第１の読取制御回路１８ａ、第２の読取制御回路１８ｂと接続されており、第１の読取制御回路１８ａ及び第２の読取制御回路１８ｂからの読取信号により、Ａ／Ｄ変換器６７でデジタル化された信号の読み取りを行う。

（第１の読取制御回路１８ａ、第２の読取制御回路１８ｂ）
第１の読取制御回路１８ａは、撮影が終了する毎に画素２８内の電荷の状態を初期化するリフレッシュ動作を介してｎ枚の画像の連続撮影を行う際の任意の枚数目の撮影中に、放射線が照射された状態で駆動電圧が印加された任意の１本の行選択線３５と接続された画素２８に接続される信号線３７を介して画素２８からの画像信号情報を読み取る読取信号を発する。

また、第２の読取制御回路１８ｂは、放射線が照射されていない状態で連続撮影と同様にして非照射の連続撮影を行った際の任意の枚数目と同じ枚数目の非照射撮影中において駆動電圧が印加された任意の１本の行選択線３５と接続された画素２８に接続される信号線３７を介して画素２８からのノイズ信号情報を読み取る読取信号を発する。

（補正回路１９）
補正回路１９は、Ｘ線を入射した条件において連続撮影動作を実行した際に読取回路１７で読み取られたＸ線画像信号と、Ｘ線を入射しない条件において同様の連続撮影動作を実行した際に読み取られた複数枚の暗画像データ（ノイズ信号）を個別に記録し、Ｘ線画像信号からノイズ信号を減算処理して、ノイズ信号を除去した画像信号のみを表示装置２０へ出力する。

（放射線画像検出器１０の動作）
以下に、上記の放射線画像検出器１０の動作について説明する。

初期状態において、図４におけるコンデンサ３６には電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード３３には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は、信号線３７に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード３３はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサ３６に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

この状態において、図２に示す入射Ｘ線２１が蛍光変換膜２３に入射すると、蛍光変換膜２３内部において、高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の一部は、画像検出部２５の表面に配置されているフォトダイオード３３へと到達する。

図４に示すフォトダイオード３３に入射した蛍光は、フォトダイオード３３内部にて電子とホールからなる電荷に変換され、コンデンサ３６に印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード３３の両端子へと到達することで、フォトダイオード３３内部を流れる電流として観測される。

フォトダイオード３３の内部において発生した電流は、並列接続されているコンデンサ３６へと流れ込み、コンデンサ３６内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサ３６に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ３６の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

図５において、ゲートドライバ６３は多数の制御線の電位を順番に変化させる機能を有するが、ある特定の時間において電位の変化している制御線は１本のみである。この制御線に接続されている行選択線３５に並列接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン間端子は、絶縁状態から導通状態へと変化する。

図４の各信号線３７には特定の電圧がかけられており、電位の変化した行選択線３５に接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン端子を通じて接続されているコンデンサ３６に電圧が印加されることになる。

初期状態においては、コンデンサ３６は信号線３７と同じ電位状態になっているため、コンデンサ３６の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ３６では信号線３７からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からの入射Ｘ線２１より蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード３３と並列接続しているコンデンサ３６では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため導通状態となった薄膜トランジスタ３１を通じて信号線３７より電荷の移動が発生し、コンデンサ３６内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また、移動した電荷量は信号線３７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。

図４における信号線３７を流れる電流は、対応する積分アンプ４１へと入力され、積分アンプ４１は、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する。この動作を行うことで、ある一定時間内に信号線を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、入射Ｘ線２１にて蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の強弱分布に対応した電荷信号がフォトダイオード３３内部にて発生し、この電荷信号が積分アンプ４１によって電位情報へと変換される。

積分アンプ４１より発生した電位は、図５に示すＡ／Ｄ変換器６７にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、駆動器６９を介して、図１に示す補正回路１９にてノイズ信号を除去した後、図示しない画像合成回路にて回路層２９に配置された画素の行と列に従って順次整理され、画像信号として外部へと出力される。

外部へと出力された電気信号による画像情報は、通常のディスプレイ装置などの表示装置２０によって容易に画像化が可能であり、Ｘ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。

（撮影の際の各種信号動作）
図６は、通常の一枚のみの撮影動作（単発撮影）を行う際の駆動方法の一例を示すタイミングチャート、図７は連続撮影を行う際の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図６に基づいて、各種信号動作について説明する。

図６における「撮影信号」の入力により、リフレッシュ期間７０が終了し、撮影動作が開始される。撮影動作は、一対のＸ線照射期間７２と画像読取期間７４から構成される。

「行選択線１」は、図２の画像検出部２５内の行列状に配置された複数の画素２８における上端の行の画素群に接続されており、「行選択線２」は上端から２番目の行の画素群に接続されている。同様に「行選択線３」は３行目、行選択線ＮはＮ番目（下端）の行の画素群に接続されている。

図４に示すように、各々の行選択線は、対応する行の画素２８内部に配置されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１のゲート端子に接続されている。

図１の駆動制御回路１５で生成された図６に示す各行選択線１〜Ｎのタイミング信号（Ｌｏ状態→Ｈｉ状態）に基づき、ゲート駆動回路１３は各行選択線１〜Ｎに電圧を印加する。ここで、図６に示すように、行選択線１〜Ｎには、接続されているＴＦＴを絶縁状態にする電圧（Ｌｏ状態）が大部分の期間において印加されているが、特定の期間のみ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１を導通状態にする電圧（Ｈｉ状態）が印加される。

また、ゲート駆動回路１３が各々の行選択線１〜Ｎに対して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１を導通状態にする電圧を印加する期間は全て異なっており、図６のように、行選択線１から行選択線Ｎまで順に期間をずらした電圧印加を行う。このようにすることで、異なる行に属する画素２８からの電荷信号はお互いに交じり合うことなく、共通する信号線３７を通じて積分アンプ４１に入力されることになる。

次に、図６における「積分アンプリセット」の動作は、図１の第１の読取制御回路１８ａで生成されたタイミング信号に基づいて積分アンプ４１に蓄積された電荷情報をリセットし初期状態にするものである。積分アンプ４１は、信号線３７を流れる電荷を蓄積し、電圧に変換する。この動作を行うに当たって、特定の行に属する画素２８からの電荷情報を蓄積する場合には、直前の動作において異なる行に属する画素２８からの電荷情報の蓄積を開放し、初期状態に戻すリセット動作を行う。このリセット動作を各々の行選択線がＯＮ状態になる直前に行うことで、目的とする行に属する画素２８からの信号のみを積分アンプ４１にて蓄積することが可能となる。

また、「積分アンプ蓄積」の動作は、第１の読取制御回路１８ａからの信号がＨｉ状態の時に信号線３７に接続されている全ての積分アンプ４１の電荷蓄積動作を行い、信号線３７に流れる電荷を蓄積する。一方、Ｌｏ状態の時に電荷蓄積動作を休止して信号線３７に流れる電荷の蓄積を休止する動作を行う。

更に、「ＡＤ変換」の動作は、図５に示す積分アンプ４１の後に接続されているＡ／Ｄ変換器６７によりアナログ／デジタル変換を行うものである。第１の読取制御回路１８ａからのタイミング信号がＨｉからＬｏに変化する時刻において、Ａ／Ｄ変換器６７は積分アンプ４１に蓄積され電圧に変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。図６に示すように、「積分アンプ蓄積」のタイミング信号をＨｉ状態からＬｏ状態とした直後に、「ＡＤ変換」のタイミング信号をＨｉ状態とすることにより、積分アンプ４１の電荷蓄積が終了したタイミングでＡ／Ｄ変換が行われることになる。

（リフレッシュ動作）
撮影動作が終了し次の撮影命令が到着するまでの期間は、リフレッシュ期間７０，７６として、画素２８内の薄膜トランジスタ３１を導通状態にして、画素２８内部のコンデンサ３６に蓄えられている電荷量を初期状態に保つ動作（リフレッシュ動作）を行う。

通常、コンデンサ３６に並列接続されているフォトダイオード３３特有の現象である漏れ電流により、コンデンサ３６の電荷量は時間と共に減少してしまう。この現象は、外部からＸ線が入射しない場合においても発生する。このため、撮影と撮影との間にリフレッシュ動作を行わないと、次の撮影時にはコンデンサ３６に蓄えられている電荷量が減少し、次の撮影時に入射したＸ線の画像にノイズとして混入してしまうこととなる。

通常の動作においては、リフレッシュ動作によりすべての薄膜トランジスタ３１を導通状態にする必要があり、この期間中は撮影を行うことができない。そのためリフレッシュ動作では、図３に示す複数の行選択線３５の電圧を同時に変更し、それら行選択線３５に接続された薄膜トランジスタ３１を導通状態にしている。複数の行選択線３５の電圧を同時に変更し、その動作を順次他の行選択線３５の電圧も変更することにより、多数の行が存在する放射線画像検出器１０の画素２８のすべてをリフレッシュするに要する時間を短くすることができる。この動作を行うことで次の撮影動作が遅れてしまうことを最小限にすることが可能となる。

（単発撮影の際の駆動方法）
上述したように、図６において、撮影動作の期間は、一対のＸ線照射期間７２と画像読取期間７４から構成されている。

撮影信号が入力される以前は、リフレッシュ期間７０においてリフレッシュ動作を繰り返しているが、撮影信号が電気パルスもしくは信号線を使ったコマンドを用いて入力されると、リフレッシュ動作の繰り返しを終了する。

リフレッシュ期間７０における繰り返しのリフレッシュ動作を終了すると、Ｘ線照射期間７２となる。Ｘ線照射期間７２の間はすべての行選択線３５にはそれらに蓄積されている薄膜トランジスタ３１を非導通状態にする電圧が印加され、すべての画素２８におけるコンデンサ３６とフォトダイオード３３は回路から分離される。

Ｘ線照射期間７２においては、外部から入射したＸ線による蛍光によりフォトダイオード３３内部に電流が発生し、並列接続されているコンデンサ３６の電荷を減少させる。この電荷の減少量は入射するＸ線の量とフォトダイオード３３特有の漏れ電流成分、そして薄膜トランジスタ３１にて発生するドレイン−ソース間の漏れ電流、そして薄膜トランジスタ３１内部に残留している電荷の成分が合成されたものとなる。

Ｘ線照射期間７２が終了すると、次は画像読取期間７４となる。この画像読取期間７４においては、図３に示すそれぞれの行選択線３５に順次電圧を印加していく。この電圧は行選択線３５に接続された薄膜トランジスタ３１を導通状態にするため、導通状態になった薄膜トランジスタ３１に接続されているコンデンサ３６と信号線３７が電気的に接続されることとなる。このことにより、導通状態になった薄膜トランジスタ３１に接続されているコンデンサ３６に信号線３７から電荷が移動するが、この電荷量はＸ線照射期間７２における入射Ｘ線による蛍光によるフォトダイオード３３の光電流量と、Ｘ線照射期間７２と画像読取期間７４にて薄膜トランジスタ３１が導通状態になるまでの期間におけるフォトダイオード３３と薄膜トランジスタ３１の漏れ電流の合計量となる。

信号線３７を流れる電荷は、信号線３７に接続されている積分アンプ４１に流れ込む。図３の各行選択線３５に電圧を印加している期間は、図１に示す第１の読取制御回路１８ａによって発せられた「積分アンプ蓄積」におけるＨｉ信号により電荷の蓄積を行っている。積分アンプ４１は蓄積を開始する直前に「積分アンプリセット」のＨｉ信号により直前まで蓄積していた電荷を開放しているため、積分アンプ４１には薄膜トランジスタ３１が導通状態になっている期間のみに信号線３７を流れる電荷を蓄積している。

「積分アンプ蓄積」が終了すると、積分アンプ４１に接続されているＡ/Ｄ変換器６７によるＡ/Ｄ変換を開始する。これはＡ／Ｄ変換タイミング信号によって開始され、デジタル値に変換された電荷量の情報は図示しない画像合成回路に入力される。

即ち、画像読取期間７４において行選択線３５への電圧印加を順次行っていくことで、各行選択線３５に接続されている画素２８からの電荷が順次信号線３７を通じ、積分アンプ４１によって増幅されＡ／Ｄ変換器６７によりデジタル信号に変換される。この動作によりすべての画素２８からの電化量をデジタル信号に変換して画像合成回路に入力することとなり、この画像合成回路にてデジタル信号は画像信号へと変換される。

画像読取期間７４が終了するとリフレッシュ期間７６となる。図６に示した例では、リフレッシュ期間７６ではすべての行選択線３５に同時に電圧を印加しており、この動作によりすべての画素２８における薄膜トランジスタ３１が導通状態となる。このためすべての画素２８におけるコンデンサ３６と信号線３７は接続状態となり、信号線３７を通じてコンデンサ３６への電荷の移動が行われる。このリフレッシュ動作は次に撮影信号が入力されるまで長時間続き、画素２８内部のコンデンサ３６は十分な電荷を蓄積することが可能となる。そして次の撮影信号が入力されると、上述した撮影動作を再開することとなる。

また、上述した画像合成回路にて画像信号として出力された画像信号内部には、積分アンプ４１のオフセット成分や、撮影期間中における画素２８内部の薄膜トランジスタ３１の漏れ電流、そしてフォトダイオード３３の漏れ電流、そして薄膜トランジスタ３１内部に残留している電荷の成分が含まれることになる。これらの信号は画像信号内にノイズとして混入しているため、それを画像演算にて除去する必要がある。

この画像演算は、通常は撮影直前もしくは撮影直後にＸ線を入射せずに撮影動作を行って暗画像データを取得し、補正回路１９により、Ｘ線入射時に得られた画像データからその暗画像データを減算することにより行うことが可能である。この暗画像データの取得は放射線画像検出器１０へのＸ線入力がなされないだけで、通常の撮影と同じ動作を行っている。

（連続撮影の際の駆動方法）
図７に、連続撮影を行う際の駆動方法のタイミングチャートを示す。

先ず、連続撮影を開始する撮影信号が入力されると、１枚目の撮影動作を開始する。１枚目の撮影動作の期間は、第１Ｘ線照射期間８２と第１画像読取期間８４にて構成される。

１枚目の撮影動作は図６に示す通常の単発撮影の動作と同じである。即ち、撮影信号の入力によって十分な期間を持つ第１リフレッシュ期間８０が終了し、第１Ｘ線照射期間８２へと移行する。第１Ｘ線照射期間８２の動作は、図６に示す単発撮影時のＸ線照射期間７２と同じ動作を行う。次に、第１Ｘ線照射期間８２が終了すると第１画像読取期間８４へと移行する。この第１画像読取期間８４の動作も図６に示す画像読取期間７４と同じ動作を行うこととなる。

同様に、２枚目の撮影における第２Ｘ線照射期間８８と第２画像読取期間９０の動作も、それぞれ図６に示すＸ線照射期間７２と画像読取期間７４と同じ動作を行う。

しかし、本連続撮影の場合、１枚目の撮影と２枚目の撮影の間には、図６のリフレッシュ期間７６とは異なる第２リフレッシュ期間８６が存在する。この第２リフレッシュ期間８６の時間は、短期間にて複数枚の撮影を行うために、図６のリフレッシュ期間７６と比べて大幅に短くなっている。

また、図７に示す例では、第２リフレッシュ期間８６において全行選択線３５への電圧印加を１回のみとしている。

通常のＸ線撮影においては、１枚のＸ線撮影が行われると撮影技師がＸ線画像を見て判断する動作が入るため、少なくとも数秒間の期間を置いた後に次の撮影動作を行うのに対して、連続撮影動作では被写体である人体の動きによる各撮影における画像のブレを抑えるため、できる限り短時間に連続撮影動作を完了しなければならない。このため、連続撮影時における各撮影と撮影との間にあるリフレッシュ期間はできる借り短くすることが必要になる。

一般に、各画素２８における薄膜トランジスタ３１では、Ｘ線照射期間７２と画像読取期間７４においての大部分ではゲート端子に電圧が印加されていない状態が非常に長く、それを原因とした薄膜トランジスタ３１内部の半導体中の電荷の残留が発生する。これはアモルファス半導体にて構成される薄膜トランジスタ３１特有の問題であり、これを解消することは非常に難しい。

しかし、通常の単発撮影においてはリフレッシュ期間７０、７６が非常に長く、薄膜トランジスタ３１のゲート端子には頻繁に電圧が印加されることとなる。このため、薄膜トランジスタ３１内部の半導体膜中に残留する電荷はリフレッシュ期間７０、７６中に十分に初期化をすることが可能となる。

しかし、図７の連続撮影における２枚目の撮影では、第２Ｘ線照射期間８８直前の第２リフレッシュ期間８６が短いため、１枚目の第１Ｘ線照射期間８２と第１画像読取期間８４中に発生する薄膜トランジスタ３１内部の電荷の残留を十分に初期化することができない。この薄膜トランジスタ３１内部に発生する電荷の残留は、次の画像読取期間において画素２８内のコンデンサ３６への電荷の移動に伴う電流成分に混入し、最終的には出力画像へのノイズとして現われることとなる。

この際、従来の単発撮影と同じ方法により、画像合成回路から出力される画像信号から１種類の暗画像成分からなる数値を減算すると、１枚目と２枚目では暗画像成分が異なるため、どちらの画像にも同時に最適な画像処理を行うことができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、複数の暗画像データを準備し、連続撮影において得られたＸ線画像から差分処理を行うことで、最適なＸ線画像を得ることができるようにしている。具体的には、Ｘ線を入射しない条件において通常と同じ連続撮影動作を実行し、図１に示す第２の読取制御回路１８ｂにより発せられる読取信号によって読取回路１７で読み取りを行い、その際に得られる複数枚の暗画像データを補正回路１９に個別に記録する。この際に連続撮影を複数回行い、その際に得られた暗画像データを個別に平均化することで、さらに精度の良い暗画像データを得ることができる。

また、画像補正に用いる暗画像データの蓄積時間を通常のｎ倍としても良い。この場合、得られる電荷量はｎ倍になるが、積分アンプ４１やＡ／Ｄ変換器６７から発生するノイズ量は変化しない。従って、この得られた電荷量を１／ｎにすることで、通常の蓄積時間の電荷量と等しくでき、かつ積分アンプ４１やＡ／Ｄ変換器６７から発生するノイズ量を１／ｎにすることができる。よって、Ｘ線画像の補正において、積分アンプ４１やＡ／Ｄ変換器６７からのノイズが少ない補正電荷量を用いることができるので、高精度な暗画像データを用いることが可能となる。なお、ｎは、ノイズを低減する観点から２〜１０の範囲とすることが好ましい。

次に、上述した動作により得られた暗画像データを用い、補正回路１９により、Ｘ線を入射した際の連続撮影動作により得られたＸ線画像データに対して減算処理を実施する。この際に、１枚目のＸ線画像に対しては１枚目の暗画像データを用いて減算処理を行い、同様に２枚目のＸ線画像データからは２枚目の暗画像データを用いて減算処理を行う。連続撮影動作における３枚目以降のＸ線画像データが存在する場合には同様の処理を行うことで、最適な画像処理が可能となる。

実際に放射線画像検出器を用いて検証を行った結果、通常の１種類の暗画像データのみを用いた画像処理では出力されるＸ線画像に対して２．６３ＬＳＢのノイズが混入するのに対して、本実施形態の減算処理では出力されるＸ線画像に対して２．２６ＬＳＢのノイズの混入に留まっており、ノイズ低減による効果を確認することができた。

なお、上記の実施の形態においては、放射線センサ１１としてフォトダイオード３３を設けた間接方式の例を示したが、光導電膜によりＸ線を直接電荷信号に変換して電荷蓄積用のキャパシタに導く直接方式についても同様に適用することができる。この場合は、蛍光変換膜２３を省略し、画像検出部２５のフォトダイオード３３に代えてａ−Ｓｅなどの光導電膜とすることで、同様の効果を奏することができる。

１０：放射線画像検出器
１１：放射線センサ
１３：ゲート駆動回路
１５：駆動制御回路
１７：読取回路
１８ａ：第１の読取制御回路
１８ｂ：第２の読取制御回路
１９：補正回路
２０：表示装置
２１：入射Ｘ線
２３：蛍光変換膜
２５：画像検出部
２７：保持基板
２８：画素
２９：回路層
３１：薄膜トランジスタ
３３：フォトダイオード
３５：行選択線
３６：コンデンサ
３７：信号線
４１：積分アンプ
６３：ゲートドライバ
６５：行選択回路
６７：Ａ／Ｄ変換器
６９：駆動器
７０、７６：リフレッシュ期間
７２、７８：Ｘ線照射期間
７４：画像読取期間
８０：第１リフレッシュ期間
８２：第１Ｘ線照射期間
８４：第１画像読取期間
８６：第２リフレッシュ期間
８８：第２Ｘ線照射期間
９０：第２画像読取期間

Claims

基板上に二次元状に配列され、可視光を入射して全体として1画像の信号情報に変換する複数の画素が行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本にそれぞれ接続された画像検出部、及び当該画像検出部の前記複数の画素上に設けられ放射線を可視光に変換する蛍光変換膜を備えた放射線センサと、
前記行選択線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、
撮影が終了する毎に前記画素内の電荷の状態を初期化するリフレッシュ動作を介してｎ枚の画像の連続撮影を行う際の任意の枚数目の撮影中に、前記放射線が照射された状態で前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素に接続される前記信号線を介して前記画素からの画像信号情報を読み取る読取信号を発する第１の読取制御回路と、
前記放射線が照射されていない状態で前記連続撮影と同様にして非照射の連続撮影を行った際の前記任意の枚数目と同じ枚数目の非照射撮影中において前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して前記画素からのノイズ信号情報を読み取る読取信号を発する第２の読取制御回路と、
前記第１の読取制御回路からの読取信号により前記画像信号情報を読み取り、前記第２の読取制御回路からの読取信号により前記ノイズ信号情報を読み取って、前記画像信号情報及び前記ノイズ信号情報を保存する読取回路と、
前記画像信号情報を前記ノイズ信号情報に基づいて補正する補正回路と、
前記補正された画像信号情報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画像検出器。
基板上に二次元状に配列された、放射線を電気信号に変換する複数の画素が行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本にそれぞれ接続された画像検出部を備えた放射線センサと、
前記行選択線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、
撮影が終了する毎に前記画素内の電荷の状態を初期化するリフレッシュ動作を介してｎ枚の画像の連続撮影を行う際の任意の枚数目の撮影中に、前記放射線が照射された状態で前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素に接続される前記信号線を介して前記画素からの画像信号情報を読み取る読取信号を発する第１の読取制御回路と、
前記放射線が照射されていない状態で前記連続撮影と同様にして非照射の連続撮影を行った際の前記任意の枚数目と同じ枚数目の非照射撮影中において前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して前記画素からのノイズ信号情報を読み取る読取信号を発する第２の読取制御回路と、
前記第１の読取制御回路からの読取信号により前記画像信号情報を読み取り、前記第２の読取制御回路からの読取信号により前記ノイズ信号情報を読み取って、前記画像信号情報及び前記ノイズ信号情報を保存する読取回路と、
前記画像信号情報を前記ノイズ信号情報に基づいて補正する補正回路と、
前記補正された画像信号情報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画像検出器。
前記補正回路は、前記画像信号情報から前記ノイズ信号情報を減算することを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出器。
前記ノイズ信号情報は、前記放射線が照射されていない状態で前記非照射の連続撮影を複数回繰り返して行った際に、前記任意の枚数目毎に前記複数回のノイズ信号情報の平均値を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の放射線画像検出器。
前記ノイズ信号情報は、前記読取回路により前記放射線が照射されていない状態で通常の蓄積時間のｎ倍の時間を掛けて電荷量を蓄積し、当該電荷量を１／ｎにした電荷信号を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の放射線画像検出器。