(57)【要約】  ＡＰＳ方式の放射線検出器において、画素に蓄積された電荷に応じた出力信号の検出可能範囲を広げる。信号出力線（５１）における画素（１２）と信号読出回路（２１）との間の領域に、電荷蓄積部（１４）に電荷が蓄積されていない時にアンプトランジスタ（１６）に流れるバイアス電流と略等価な電流を信号出力線（５１）から引き出すように設定された抵抗器（４２）を接続する。
2017010202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量に応じた電流信号を生成する電流信号生成部とを有する画素と、前記画素に接続された信号出力線と、前記画素から前記信号出力線を介して入力される前記電流信号を読み出す信号読出回路とを備えた放射線検出器であって、
前記信号出力線における前記画素と前記信号読出回路との間の領域に接続された電流調整部を備え、
前記電流調整部は、前記電荷蓄積部に電荷が蓄積されていない時に前記電流信号生成部に流れるバイアス電流と略等価な電流を前記信号出力線から引き出すか、あるいは前記信号出力線に流し込むことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
複数の前記画素が形成された画素基板を備え、
前記電流調整部は、前記画素基板とは別体として形成されて前記画素基板に接続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。
【請求項３】
前記画素基板の基板面上に、複数の前記画素が形成されている画素領域と、前記画素が形成されていない非画素領域とが形成されており、前記画素領域は前記基板面の中央部に配置され、前記非画素領域は前記基板面の周縁部に配置されており、
前記電流調整部は、前記画素基板の前記非画素領域に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記電流調整部は、抵抗器または定電流源回路であ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。
【請求項５】
複数の前記画素が形成された画素基板を備え、
前記信号読出回路は、前記画素基板とは別体として形成されて前記画素基板に接続されており、
前記画素基板の基板面上に、複数の前記画素が形成されている画素領域と、前記画素が形成されていない非画素領域とが形成されており、
前記非画素領域のうち前記画素領域を挟んで対向する前記画素基板の両端側の位置にそれぞれ別々の前記信号読出回路が接続されており、
前記各画素は、前記画素領域を挟んで配置された前記信号読出回路のうち当該画素から近い側の信号読出回路に前記信号出力線を介して前記電流信号を出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器として、従来の増感紙−Ｘ線フィルムの放射線検出システムに代わって、撮像素子等の固体デバイスを用いた放射線検出器の開発が進んでいる。【０００３】
特に、ＴＦＴ（Thin film Transistor）パネルを用いた放射線検出器（放射線撮像器）は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor Device）等の撮像素子に比べて、レンズレスであるという利点や、大画面撮像に適しているという利点があることから、盛んに開発が進められている。【０００４】
ＴＦＴパネルを用いた放射線検出器は、多数の画素（ピクセル）を２次元的に並べて配置した撮像回路を有している。そして、各画素でＸ線量（放射線量）に対応する物理量を信号に変換し、変換された信号を計測することで撮像が行われる。【０００５】
ところで、ＴＦＴパネルを用いた放射線検出器において、各画素で変換された信号を読み出す方法は、大きく分けて二通りある。【０００６】
１つの方法は、各画素に蓄積された電荷量（キャリア量）をそのまま読み出す方法であり、ＰＰＳ（Passive Pixel Sensor）方式と呼ばれている。【０００７】
もう１つの方法は、各画素において蓄積された電荷量に対応した電位あるいは電流を生成し、生成した電位あるいは電流を読み出す方法であり、ＡＰＳ（Active Pixel Sensor）方式と呼ばれている。【０００８】
これら２つの方法のうち、ＰＰＳ方式のパネルは、読み出し毎に画素の電位がリセットされるため、使用方法が比較的簡単であることから、ＡＰＳ方式に先駆けて実用化されてきた。なお、各画素に蓄積された電荷量を読み出すためのＰＰＳ方式用の読出回路も実用化されている。ＰＰＳ方式用の読出回路は、通常、ＣＭＯＳプロセス等によりＴＦＴパネルとは別に作成され、フレキシブル基板を介してＴＦＴパネルに接続される。【０００９】
図７は、従来のＰＰＳ方式の放射線検出器における、１つの画素１００と当該画素１００に接続された読出回路１２０の構成例を示す説明図である。【００１０】
画素１００は、フォトダイオード１０１、電荷蓄積部（電荷蓄積ノード）１０２、および読出スイッチ１０３を備えている。フォトダイオード１０１は、外部から入射した所定の周波数帯域の光（放射線）を光電変換し、光電変換により生成した電荷を電荷蓄積部１０２に蓄積させる。これにより、フォトダイオード１０１への入射光量に応じた電荷が電荷蓄積部１０２に蓄積される。【００１１】
読出スイッチ１０３は一端側が電荷蓄積部１０２に接続され、他端側が信号出力線１１０に接続されており、電荷蓄積部１０２と信号出力線１１０との間を図示しない制御手段からの指示に応じて遮断状態と導通状態とに切り替える。【００１２】
また、読出回路１２０は、アンプリセットスイッチ１２１、帰還容量１２２、および読出アンプ１２３を備えている。読出アンプ１２３の入力端子には、信号出力線１１０、帰還容量１２２の一端側、およびアンプリセットスイッチ１２１の一端側が接続されている。また、読出アンプ１２３の出力端子には、読出アンプ出力線１３０、帰還容量１２２の他端側、およびアンプリセットスイッチ１２１の他端側が接続されている。【００１３】
これにより、読出スイッチ１０３が導通状態に切り替えられると、電荷蓄積部１０２に蓄積された電荷量（Ｑｓｉｇ）に応じた電荷が読出アンプ１２３に並列に接続された帰還容量１２２（ＣＦ）に蓄積される。その結果、読出アンプ１２３から読出アンプ出力線１３０への出力電位Ｖｏｕｔは、下記式（１）に示すように、フォトダイオード１０１に蓄積された電荷量に応じた出力電位になる。【００１４】
Ｖｏｕｔ＝Ｑｓｉｇ／ＣＦ・・・（１）
この際、信号出力線１１０の電位は、読出アンプ１２３のフィードバックにより、所定の電位に設定される。読み出しが終わると、読出スイッチ１０３は開かれ（オフされ）、電荷蓄積部１０２と信号出力線１１０との間が遮断されて電荷蓄積部１０２に再び光電変換信号が蓄積されていく。【００１５】
ところで、放射線検出器において、更なる検出可能範囲の低線量化あるいは高解像度化を実現するためには、ＳＮ比を向上させる必要がある。そして、Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、例えば特許文献１に記載されているように、ＡＰＳ方式が有望視されている。【００１６】
ＰＰＳ方式では各画素の出力は電荷量であり、ＡＰＳ方式では通常は電流量である。また、各画素からの出力を読み出す読出回路としては、通常、電荷積分回路が用いられる。【００１７】
このため、ＰＰＳ方式では、信号は画素に蓄積された電荷そのものなので、読出回路には、いかに正確に電荷を読み出せるかが要求される。【００１８】
これに対して、ＡＰＳ方式の場合、画素からの出力信号は電流なので、積分時間を長くすることにより、同一の光量(放射量)からの電荷への変換効率が同じである場合、ＰＰＳ方式の読出回路に比べて大きな信号が得られる。【００１９】
しかしながら、ＡＰＳ方式の放射線検出器を動作させる場合、各画素の初期状態にばらつきがあると、最終的に得られる画像にノイズが生じるという問題がある。このため、ＡＰＳ方式の放射線検出器では、使用開始時あるいは定期的に画素内を初期化（リセット）する必要がある。【００２０】
なお、上記の初期化動作を行う際の動作点を決定するための方法としては、例えば特許文献２に開示されている方法を用いることができる。特許文献２の方法は、ある画素が選択されているときに、その出力が参照電圧と等しくなるようにフィードバックをかけるという方法である。また、特許文献２の方法では、画素に流れる電流はロードトランジスタによって決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許公開第２００４／０１３５９１１号明細書（２００４年７月１５日）
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開平１０−２８１８７０号公報（１９９８年１０月２３日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、ＡＰＳ方式の放射線検出器の読出回路として、ＰＰＳ方式の読出回路を流用することが考えられる。図８は、図７に示したＰＰＳ方式用の読出回路をＡＰＳ方式の画素に適用した場合の構成示している。なお、図８に示した構成は、本願発明者が考案したものであり、公知技術ではない。【００２３】
図８に示す構成では、各画素１００が、図７に示した画素１００の構成に加えて、電荷蓄積部１０２に接続された画素リセットスイッチ１０４と、電荷蓄積部１０２と読出スイッチ１０３との間に接続されたアンプトランジスタ１０５とを備えている。【００２４】
画素リセットスイッチ１０４は、フォトダイオード１０１の基準電圧を設定するときに導通状態に切り替えられる。すなわち、画素リセットスイッチ１０４は、フォトダイオード１０１および電荷蓄積部１０２の電位を所定の基準電圧に対応するリセット電位にリセットするためのスイッチである。フォトダイオード１０１および電荷蓄積部１０２の電位のリセットは、電荷蓄積部１０２に蓄積された電荷量に応じた電流の読み出し毎、あるいは所定回数の読み出し毎に行われる。【００２５】
アンプトランジスタ１０５は、電荷蓄積部１０２に蓄積された電荷に応じた電圧信号を電流信号に変換し、読出スイッチ１０３を介して信号出力線１１０に出力する。【００２６】
フォトダイオード１０１に光が入射されると、フォトダイオード１０１で光電変換が行われ、電荷蓄積部１０２に電荷が蓄積されて電荷蓄積部１０２の電位がリセット電位から変化する。その後、読出スイッチ１０３が導通すると、アンプトランジスタ１０５はドレイン接地アンプとして機能し、変化した電圧に応じた電流を出力する。このとき、信号出力線１１０は読出アンプ１２３のフィードバックによって所定の電位に設定されている。【００２７】
読み出し処理を時間ｔの間行うと、読出アンプ１２３の帰還容量１２２には電流×時間ｔの電荷が蓄積される。【００２８】
これにより、読出アンプ１２３の出力電位Ｖｏｕｔは、信号電荷をＱｓｉｇ、フォトダイオード１０１の容量をＣＰＤ、アンプトランジスタ１０５の相互コンダクタンスをｇｍ、リセット電位においてアンプトランジスタ１０５に流れるバイアス電流をＩＢ、積分時間をｔ、帰還容量の容量値をＣＦとすると、下記式（２）となる。【００２９】
Ｖｏｕｔ＝（ｇｍ・Ｑｓｉｇ／ＣＰＤ＋ＩＢ）・ｔ／ＣＦ  ・・・（２）
この演算を行うことにより、フォトダイオード１０１によって電荷蓄積部１０２に蓄積された電荷量に応じた出力が読み出される。そして、時間ｔが経過して読み出しが終わると、読出スイッチ１０３は開かれ、電荷蓄積部１０２に再び光電変換信号が蓄積されていく。【００３０】
このように、ＡＰＳ方式の読出回路では、リセット電位からの電位変化に応じた電流値が本来の出力信号となる。【００３１】
ところが、リセット電位からの電位変化がゼロの場合であっても、読出スイッチ１０３が導通することにより、アンプトランジスタ１０５から信号出力線１１０にバイアス電流ＩＢが流れ、読出アンプ１２３の出力が変化してしまう。このため、バイアス電流ＩＢによる読出アンプ１２３の出力変化により読出アンプ１２３の出力が飽和してしまわない範囲でしか読出回路を動作させることができないという問題がある。【００３２】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、ＡＰＳ方式の放射線検出器において、画素に蓄積された電荷に応じた出力信号の検出可能範囲を広げることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明の一態様にかかる放射線検出器は、放射線量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷量に応じた電流信号を生成する電流信号生成部とを有する画素と、前記画素に接続された信号出力線と、前記画素から前記信号出力線を介して入力される前記電流信号を読み出す信号読出回路とを備えた放射線検出器であって、前記信号出力線における前記画素と前記信号読出回路との間の領域に接続された電流調整部を備え、前記電流調整部は、前記電荷蓄積部に電荷が蓄積されていない時に前記電流信号生成部に流れるバイアス電流と略等価な電流を前記信号出力線から引き出すか、あるいは前記信号出力線に流し込むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
上記の構成によれば、信号出力線に電流調整部を接続するだけで、信号読出回路に入力される電流信号から電流信号生成部に流れるバイアス電流の影響を除去することができる。これにより、電荷蓄積部に蓄積された電荷量に応じた電流信号の検出可能範囲を簡単な構成で広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１にかかる放射線検出器の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した放射線検出器に備えられる、画素、電流調整部、および読出回路の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態２にかかる放射線検出器に備えられる、画素、電流調整部、および読出回路の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態３にかかる放射線検出器の概略構成を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態４にかかる放射線検出器の概略構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態５にかかる放射線検出器の概略構成を示す説明図である。
【図７】従来のＰＰＳ方式の放射線検出器に備えられる、画素および読出回路の構成例を示す説明図である。
【図８】図７に示した読出回路をＡＰＳ方式の放射線検出器に適用する場合の画素および読出回路の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。
【００３７】
（１−１．放射線検出器１の全体構成）
図１は、本実施形態にかかる放射線検出器１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、放射線検出器１は、画素基板１０、ＦＰＣ基板（フレキシブルプリント基板）２０、信号処理回路基板３０、およびＦＰＣ基板４０を備えている。
【００３８】
画素基板１０は略矩形形状のガラス基板であり、画素基板１０の基板面上には、複数の画素１２がマトリクス状（アレイ状）に形成された画素領域１１と、画素１２が形成されていない非画素領域１１ｂとが形成されている。なお、画素領域１１は画素基板１０の基板面の中央部に配置され、非画素領域１１ｂは画素基板１０の基板面の周縁部に画素領域１１を囲むように配置されている。なお、画素基板１０の材質はガラスに限るものではなく、例えば樹脂等であってもよい。また、画素基板１０および画素領域１１の形状についても、矩形形状に限定されるものではなく、任意の形状であってもよい。
【００３９】
ＦＰＣ基板２０は、画素基板１０の一端部と信号処理回路基板３０の一端部とを接続するように配置されている。また、ＦＰＣ基板２０上には、信号読出回路２１が形成されている。信号読出回路２１としては、ＰＰＳ方式用の読出回路として用いられている既存の読出回路を用いている。なお、本実施形態では、それぞれが信号読出回路２１を有するＦＰＣ基板２０を２つ備えているが、ＦＰＣ基板２０の個数はこれに限るものではない。
【００４０】
信号処理回路基板３０は、信号読出回路２１から各画素に蓄積された電荷に応じた出力信号を取得し、取得した各画素の出力信号に応じて、各画素に入射した放射線量や画素領域１１における放射線量の分布などの算出を行う。
【００４１】
ＦＰＣ基板４０は、画素基板１０の他端部（画素基板１０におけるＦＰＣ基板２０が接続されている端部に対して画素領域１１を挟んで反対側の端部）に接続されている。また、ＦＰＣ基板４０上には、抵抗アレイＩＣ（電流調整部）４１が形成されている。また、本実施形態では、各画素１２と信号読出回路２１とを接続する信号出力線５１（後述する図２参照）は、ＦＰＣ基板２０とＦＰＣ基板４０との対向方向に平行な方向（画素基板１０の長手方向。図１では左右方向。）に沿って延伸している。なお、本実施形態では、それぞれが抵抗アレイＩＣ４１を有するＦＰＣ基板４０を画素基板１０に２つ接続しているが、ＦＰＣ基板４０の個数はこれに限るものではない。
【００４２】
（１−２．画素、抵抗アレイ、および読出回路の構成）
図２は、画素１２、抵抗アレイＩＣ４１、および信号読出回路２１の構成を示す説明図である。なお、図２では、画素領域１１に配置された多数の画素１２のうちの１つと、抵抗アレイＩＣ４１に備えられる複数の抵抗器（電流設定抵抗）４２のうちの上記１つの画素１２に対応する１つと、信号読出回路２１における上記１つの画素１２に接続された部分のみを示している。
【００４３】
図２に示したように、画素１２は、フォトダイオード１３、電荷蓄積部（電荷蓄積ノード）１４、画素リセットスイッチ１５、アンプトランジスタ（電流信号生成部）１６、および読出スイッチ１７を備えている。
【００４４】
フォトダイオード１３は、画素１２に入射した所定の周波数帯域の光（Ｘ線等の放射線）を光電変換し、光電変換により生成した電荷を電荷蓄積部１０２に出力する。これにより、フォトダイオード１３への所定の周波数帯域の光の入射光量に応じた電荷が電荷蓄積部１４に蓄積される。
【００４５】
画素リセットスイッチ１５は、フォトダイオード１３および電荷蓄積部１４の電位を所定のリセット電位にリセットするためのスイッチである。画素リセットスイッチ１５は、放射線検出器１の制御部（図示せず）に接続されており、この制御部の指示に応じて開閉動作する。上記制御部は、画素リセットスイッチ１５を、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流の読み出しを行う毎、あるいは所定回数の読み出しを行う毎に画素リセットスイッチ１５を閉じさせる。画素リセットスイッチ１５が閉じられると、リセット電位を供給する電位供給源（図示せず）と電荷蓄積部１４とが導通し、フォトダイオード１３および電荷蓄積部１４の電位がリセット電位にリセットされる。
【００４６】
アンプトランジスタ１６は、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷に応じた電圧信号を電流信号に変換し、読出スイッチ１０３を介して信号出力線５１に出力する。
【００４７】
読出スイッチ１７は、放射線検出器１の制御部（図示せず）に接続されており、この制御部の指示に応じて開閉動作する。制御部は、所定のタイミング毎に読出スイッチ１７を閉じ、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流を信号出力線５１に出力させる。
【００４８】
信号出力線５１は、一端が画素１２の読出スイッチ１７に接続され、他端が信号読出回路２１における当該画素１２に対応する部分に接続されている。
【００４９】
また、信号出力線５１には、抵抗接続線５２を介して抵抗アレイＩＣ４１に備えられた複数の抵抗器（電流調整部）４２のうちの１つが接続されている。具体的には、各画素１２に対応する信号出力線５１に接続される抵抗器４２としては、リセット電位のときに当該画素１２のアンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢが、読出スイッチ１７を閉じたときに当該抵抗器４２に流れるように抵抗値および両端電位差が設定された抵抗器４２が選択されている。これにより、本実施形態では、読出スイッチ１７を閉じたときに、アンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢと略等化な電流が抵抗器４２に流れ、帰還容量２３には流れないようになっている。
【００５０】
信号読出回路２１には、読出アンプ２２、帰還容量２３、および、アンプリセットスイッチ２４が備えられている。読出アンプ２２の入力段には、信号出力線５１、帰還容量２３の一端側、およびアンプリセットスイッチ２４の一端側が接続されている。また、読出アンプ２２の出力段には、読出アンプ出力線５３、帰還容量２３の他端側、およびアンプリセットスイッチ２４の他端側が接続されている。また、読出アンプ出力線５３は、信号処理回路基板３０に備えられた演算部（図示せず）に接続されている。これにより、読出アンプ２２によって画素１２から読み出された信号が信号処理回路基板３０に備えられた演算部に伝達され、信号処理回路基板３０の演算部（図示せず）が各画素１２から読み出された信号に基づいて所定の処理（例えば各画素１２に入射した放射線量の算出や画素領域１１における放射線量の分布の算出など）を行うようになっている。
【００５１】
（１−３．画素、抵抗アレイ、および読出回路の動作）
上述したように、本実施形態では、各画素１２に対応する信号出力線５１に接続される抵抗器４２の抵抗値および両端電位差が、電荷蓄積部１４の電位がリセット電位であるときに当該画素１２のアンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢと略等化な電流が読出スイッチ１７を閉じたときに当該抵抗器４２に流れるように設定されている。これにより、本実施形態では、バイアス電流ＩＢが読出アンプ２２に入力されることを防止することができるので、読出アンプ２２における画素１２からの出力信号の検出可能範囲を広げることができる。
【００５２】
この点についてより詳細に説明する。まず、リセット時の電荷蓄積部１４の電位（リセット電位）をＶＲＥＳＥＴとし、読出スイッチ１７のオン抵抗を無視できるものとする。この場合、信号がない状態（電荷蓄積部１４に電荷が蓄積されていない状態）で読出スイッチ１７が閉じられると（読出スイッチ１７をオンすると）、信号出力線５１に出力される出力電流はアンプトランジスタ１６のバイアス電流ＩＢとなり、下記式（３）で表される。
【００５３】
ＩＢ＝β／２・（ＶＲＥＳＥＴ−ＶＲＥＦ−Ｖｔｈ）α  ・・・（３）
また、本実施形態では、抵抗器４２の抵抗値Ｒを、下記式（４）を概ね満たすようしておく。なお、信号出力線５１の電位は、読出アンプ２２のフィードバックにより所定の電位に収束するので、抵抗器４２には所定の電位差が印加される。
【００５４】
Ｒ＝ＶＲＥＦ／ＩＢ  ・・・（４）
これにより、信号がない状態（電荷蓄積部１４に電荷が蓄積されていない状態）で読出スイッチ１７を閉じたときに帰還容量２３へ流れ込む電流は概ね０となる。
【００５５】
一方、信号がある状態（電荷蓄積部１４に電荷が蓄積されている状態）では、電荷蓄積部１４の電位変化量ＶＳＩＧは、信号電荷量をＱＳＩＧ、電荷蓄積部１４の容量をＣＰＤとすると、下記式（５）で表される。
【００５６】
ＶＳＩＧ＝ＱＳＩＧ／ＣＰＤ  ・・・（５）
電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流の増加量ＩＳＩＧは、アンプトランジスタ１６の相互コンダクタンスをｇｍとすると、下記式（６）となる。
【００５７】
ＩＳＩＧ＝ｇｍ・ＶＳＩＧ  ・・・（６）
また、読出スイッチ１７から信号出力線５１への全体の出力電流はＩＢ＋ＩＳＩＧとなる。
【００５８】
この際、抵抗器４２が備えられていることにより、バイアス電流ＩＢと略等化な電流が抵抗器４２に流れて当該電流は読出アンプ２２には蓄積されない。このため、読出アンプ２２から読出アンプ出力線５３への出力電位ＶＯＵＴは下記式（７）になる。
【００５９】
ＶＯＵＴ＝ｇｍ・ｔ／ＣＦ・ＶＳＩＧ  ・・・（７）
読み出しが終わると、読出スイッチ１７は開かれ（読出スイッチ１７はオフされ）、フォトダイオード１３および電荷蓄積部１４に再び光電変換信号が蓄積されていく。
【００６０】
上記式（２）と上記式（７）とを比較すれば、信号出力線５１に抵抗器４２が接続されていることにより、下記式（８）の分だけダイナミックレンジを有効に活用できていることが分かる。すなわち、信号出力線５１に抵抗器４２を接続することにより、従来のＰＰＳ方式用の信号読出回路２１を用いて、ＡＰＳ方式の読み出しをダイナミックレンジの損失を抑えて行うことが可能となる。
【００６１】
Ｖｏｕｔ＝ＩＢ・ｔ／ＣＦ  ・・・（８）
以上のように、本実施形態にかかる放射線検出器１は、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷に応じた電圧信号を電流信号に変換するアンプトランジスタ１６を有する画素１２と、アンプトランジスタ１６から出力される電流信号を読み出す信号読出回路２１と、画素１２から信号出力線５１を介して入力される電流信号を読み出す信号読出回路２１とを備えており、信号出力線５１に、抵抗器４２が接続されており、抵抗器４２の抵抗値および両端電位差が、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷がゼロのときにアンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢと略等化な電流が当該抵抗器４２に流れるように設定されている。
【００６２】
これにより、信号読出回路２１の出力にバイアス電流ＩＢの影響が及ぶことを抑制し、読出アンプ２２におけるダイナミックレンジの損失を抑制して画素１２からの出力信号の検出可能範囲を広げることができる。
【００６３】
また、信号出力線５１に抵抗器４２を接続するだけでよく、画素１２および信号読出回路２１の構成を変更する必要がないので、簡単な構成で読出アンプ２２の検出可能範囲を広げることができる。また、既存のＰＰＳ方式用の読出回路を用いて、ＡＰＳ方式の読み出しを行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態では、画素基板１０の一端側に信号読出回路２１を有するＦＰＣ基板２０が接続され、画素基板１０の他端側における画素領域１１の外部の領域に抵抗アレイＩＣ４１が形成されたＦＰＣ基板４０が接続されている。
【００６５】
これにより、抵抗アレイＩＣ４１で生じた熱が画素領域１１に設けられた各画素１２の動作に影響を及ぼすことを防止できる。すなわち、抵抗アレイＩＣ４１に備えられる各抵抗器４２には、アンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢに対応する電流が流れるので、発熱が生じる場合がある。一方、画素１２は、ダイオードやＴＦＴなどの素子により構成されており、画素１２の動作特性には温度依存性がある。
【００６６】
これに対して、本実施形態では、抵抗アレイＩＣ４１を画素領域１１から離れた位置（非画素領域１１ｂ）に配置しているので、抵抗アレイＩＣ４１が発熱した場合であっても各画素１２の温度変化が生じることを抑制し、各画素１２の出力信号にノイズが生じることを抑制して各画素１２の動作を安定させることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、抵抗アレイＩＣ４１が形成されたＦＰＣ基板４０を画素基板１０に接続する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、抵抗アレイＩＣ４１を画素基板１０に半田付け等により直接接続してもよい。また、抵抗アレイＩＣ４１をガラス基板あるいは樹脂基板等の硬質な基板上に形成し、抵抗アレイＩＣ４１が形成された基板を画素基板１０に接続するようにしてもよい。
【００６８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６９】
図３は、本実施形態にかかる放射線検出器１における画素１２、定電流源アレイＩＣ（電流調整部）４３、および信号読出回路２１の構成を示す説明図である。図３に示すように、本実施形態にかかる放射線検出器１は、抵抗アレイＩＣ４１に代えて定電流源アレイＩＣ４３が備えられている点が実施形態１にかかる放射線検出器１と異なっている。なお、定電流源アレイＩＣ４３は、抵抗アレイＩＣ４１に代えて、ＦＰＣ基板４０上に備えられる。
【００７０】
定電流源アレイＩＣ４３は定電流源回路（電流調整部）４４を備えており、定電流源回路４４は信号出力線５１に接続されている。また、定電流源回路４４は、画素１２の電荷蓄積部１４に蓄積された電荷がゼロのときにアンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢと略等化な電流を信号出力線５１から引き込むように設定されている。
【００７１】
これにより、実施形態１のように抵抗アレイＩＣ４１を用いる場合と略同様の効果を得ることができる。
【００７２】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７３】
図４は、本実施形態にかかる放射線検出器１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態では、画素基板１０における長手方向の一端側および他端側の両方に、抵抗アレイＩＣ４１を有するＦＰＣ基板４０と信号読出回路２１を有するＦＰＣ基板２０とがそれぞれ接続されている。また、一端側に配置された信号読出回路２１と、他端側に配置された信号読出回路２１とはそれぞれ別々の信号処理回路基板３０に接続されている。
【００７４】
また、各画素１２に接続された信号出力線５１（図２参照）は、実施形態１と同様、画素基板１０の長手方向に沿って延伸しており、各画素１２の出力信号は信号出力線５１を介して当該画素１２に近い側の信号読出回路２１に出力されて読み出される。
【００７５】
なお、各信号出力線５１は、画素領域１１の一端側から他端側まで延伸していてもよく、当該信号出力線５１を介して出力される画素１２の出力信号の読み出しを行う信号読出回路２１から画素領域１１の中央部まで延伸していてもよい。すなわち、信号出力線５１は、画素基板１０の長手方向の中央から長手方向の一端側まで延伸する信号出力線５１と、画素基板１０の長手方向の中央から長手方向の他端側まで延伸する信号出力線５１とに分けて形成されていてもよい。
【００７６】
画素領域１１内における信号出力線５１の抵抗が比較的大きい場合（例えば画素領域１１のサイズが大きい場合など）、信号読出回路２１を信号出力線５１の延伸方向の一端側にのみ配置すると、画素１２から信号読出回路２１までの距離に応じて電圧降下量の差が生じ、画素領域１１全体で均一な検出精度が得られない場合がある。
【００７７】
これに対して、本実施形態では、信号出力線５１の延伸方向の両端に信号読出回路２１を設け、各画素１２の出力信号を当該画素１２に近い側の信号読出回路２１を用いて読み出す。これにより、画素１２から信号読出回路２１までの距離に応じた電圧降下の影響を低減することができる。したがって、例えば画素領域１１のサイズが大きい大画面放射線検出器（大画面放射線画像撮像装置）においても、画素領域１１全体で均一な検出精度を実現することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、抵抗アレイＩＣ４１を備えたＦＰＣ基板４０を、画素基板１０における画素領域１１の外部に接続している。これにより、実施形態１と同様、抵抗アレイＩＣ４１の発熱によって各画素１２の温度変化が生じることを抑制し、各画素１２の動作を安定させることができる。
【００７９】
なお、図４に示した構成において、抵抗アレイＩＣ４１に代えて定電流源アレイＩＣ４３を備えてもよく、その場合にも略同様の効果を得ることができる。
【００８０】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８１】
図５は、本実施形態にかかる放射線検出器１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態では、画素基板１０における長手方向の一端側に、抵抗アレイＩＣ４１を有するＦＰＣ基板４０と信号読出回路２１を有するＦＰＣ基板２０とが接続されている。
【００８２】
これにより、実施形態１と略同様の効果を得ることができる。また、実施形態１で示した構成に比べて、抵抗アレイＩＣ４１と信号読出回路２１との距離を短くできるので、配線の引き回し距離を短くして配線構造を簡略化することができる。
【００８３】
なお、図５に示した構成において、抵抗アレイＩＣ４１に代えて定電流源アレイＩＣ４３を備えてもよく、その場合にも略同様の効果を得ることができる。
【００８４】
〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８５】
図６は、本実施形態にかかる放射線検出器１の概略構成を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態では、画素基板１０における長手方向の一端側に信号読出回路２１を有するＦＰＣ基板２０が形成されており、短手方向の両端側に抵抗アレイＩＣ４１を有するＦＰＣ基板４０が接続されている。
【００８６】
これにより、実施形態１と略同様の効果を得ることができる。また、実施形態１で示した構成に比べて、抵抗アレイＩＣ４１と信号読出回路２１との距離を短くできるので、配線の引き回し距離を短くして配線構造を簡略化することができる。
【００８７】
なお、図６に示した構成において、抵抗アレイＩＣ４１に代えて定電流源アレイＩＣ４３を備えてもよく、その場合にも略同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、上記各実施形態では、各画素１２に備えられたフォトダイオード１３により光（放射線）を検出する構成について説明したが、本発明の適用対象はこれに限るものではなく、他の方法により光（放射線）の入射量に応じた電荷を電荷蓄積部１４に蓄積する構成に適用することもできる。また、上記各実施形態に示した回路構成は一例にすぎず、本発明は上述した回路構成に限定されるものではない。
【００８９】
また、上記各実施形態では、アンプトランジスタ１６のバイアス電流ＩＢと略等化な電流を信号出力線５１から抵抗器４２に流す（あるいは定電流源回路４４が信号出力線５１から引き出す）構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、アンプトランジスタ１６がバイアス電流ＩＢを電荷蓄積部１４から引き出す構成である場合、信号出力線５１にアンプトランジスタ１６のバイアス電流ＩＢに応じた所定値の電流を流し込む構成にしてもよい。
【００９０】
〔まとめ〕
本発明の態様１にかかる放射線検出器１は、放射線量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部１４と、前記電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流信号を生成する電流信号生成部（アンプトランジスタ１６）とを有する画素１２と、前記画素１２に接続された信号出力線５１と、前記画素１２から前記信号出力線５１を介して入力される前記電流信号を読み出す信号読出回路２１とを備えた放射線検出器１であって、前記信号出力線５１における前記画素１２と前記信号読出回路２１との間の領域に接続された電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）を備え、前記電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）は、前記電荷蓄積部１４に電荷が蓄積されていない時に前記電流信号生成部（アンプトランジスタ１６）に流れるバイアス電流と略等価な電流を前記信号出力線５１から引き出すか、あるいは前記信号出力線５１に流し込むことを特徴としている。
【００９１】
上記の構成によれば、信号出力線５１に電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）を接続するだけで、信号読出回路２１に入力される電流信号から電流信号生成部（アンプトランジスタ１６）に流れるバイアス電流の影響を除去することができる。これにより、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流信号の検出可能範囲を広げることができる。
【００９２】
本発明の態様２にかかる放射線検出器１は、上記態様１において、複数の前記画素１２が形成された画素基板１０を備え、前記電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）は、前記画素基板１０とは別体として形成されて前記画素基板１０に接続されている構成である。
【００９３】
上記の構成によれば、既存の画素基板１０および信号出力線５１に電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）を接続するだけで、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷量に応じた電流信号の検出可能範囲を広げることができる。
【００９４】
本発明の態様３にかかる放射線検出器１は、上記態様２において、前記画素基板１０の基板面上に、複数の前記画素１２が形成されている画素領域１１と、前記画素１２が形成されていない非画素領域１１ｂとが形成されており、前記画素領域１１は前記基板面の中央部に配置され、前記非画素領域１１ｂは前記基板面の周縁部に配置されており、前記電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）は、前記画素基板１０の前記非画素領域１１ｂに接続されている構成である。
【００９５】
上記の構成によれば、電流調整部（抵抗器４２、定電流源回路４４）で発熱が生じた場合であっても、画素領域１１に形成された各画素１２の温度変化が生じることを抑制し、各画素１２を安定して動作させることができる。
【００９６】
本発明の態様４にかかる放射線検出器１は、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記電流調整部は抵抗器４２または定電流源回路４４である構成である。
【００９７】
上記の構成によれば、電流信号生成部（アンプトランジスタ１６）に流れるバイアス電流と略等価な電流を前記信号出力線５１から引き出すか、あるいは前記信号出力線５１に流し込むための構成を容易に実現できる。
【００９８】
本発明の態様５にかかる放射線検出器１は、上記態様１から４のいずれかにおいて、複数の前記画素１２が形成された画素基板１０を備え、前記信号読出回路２１は、前記画素基板１０とは別体として形成されて前記画素基板１０に接続されており、前記画素基板１０の基板面上に、複数の前記画素１２が形成されている画素領域１１と、前記画素１２が形成されていない非画素領域１１ｂとが形成されており、前記非画素領域１１ｂのうち前記画素領域１１を挟んで対向する前記画素基板１０の両端側の位置にそれぞれ別々の前記信号読出回路２１が接続されており、前記各画素１２は、前記画素領域１１を挟んで配置された前記信号読出回路２１のうち当該画素１２から近い側の信号読出回路２１に前記信号出力線５１を介して前記電流信号を出力する構成である。
【００９９】
上記の構成によれば、信号出力線５１における画素１２から信号読出回路２１までの距離に応じた電圧降下の影響が信号読出回路２１の信号検出精度に及ぼす影響を低減することができる。したがって、例えば画素領域１１のサイズが大きい場合であっても、画素領域１１全体で均一な検出精度を実現することができる。
【０１００】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  放射線検出器
１０  画素基板
１１  画素領域
１１ｂ  非画素領域
１２  画素
１３  フォトダイオード
１４  電荷蓄積部
１５  画素リセットスイッチ
１６  アンプトランジスタ（電流信号生成部）
１７  読出スイッチ
２０  ＦＰＣ基板
２１  信号読出回路
２２  読出アンプ
２３  帰還容量
２４  アンプリセットスイッチ
３０  信号処理回路基板
４０  ＦＰＣ基板
４１  抵抗アレイＩＣ
４２  抵抗器（電流調整部）
４３  定電流源アレイＩＣ
４４  定電流源回路（電流調整部）
５１  信号出力線
５２  抵抗接続線
５３  読出アンプ出力線
【図１】
2017010202.tif 000003
【図２】
2017010202.tif 000004
【図３】
2017010202.tif 000005
【図４】
2017010202.tif 000006
【図５】
2017010202.tif 000007
【図６】
2017010202.tif 000008
【図７】
2017010202.tif 000009
【図８】
2017010202.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月14日(2017.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
特に、ＴＦＴ（Thin film Transistor）パネルを用いた放射線検出器（放射線撮像器）は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor Device）等の撮像素子に比べて、レンズレスであるという利点や、大画面撮像に適しているという利点があることから、盛んに開発が進められている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ところで、放射線検出器において、更なる検出可能範囲の低線量化あるいは高解像度化を実現するためには、ＳＮ比を向上させる必要がある。そして、ＳＮ比を向上させるためには、例えば特許文献１に記載されているように、ＡＰＳ方式が有望視されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
フォトダイオード１０１に光が入射されると、フォトダイオード１０１で光電変換が行われ、電荷蓄積部１０２に電荷が蓄積されて電荷蓄積部１０２の電位がリセット電位から変化する。その後、読出スイッチ１０３が導通すると、アンプトランジスタ１０５はドレイン接地アンプとして機能し、変化した電位に応じた電流を出力する。このとき、信号出力線１１０は読出アンプ１２３のフィードバックによって所定の電位に設定されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
これにより、読出アンプ１２３の出力電位Ｖｏｕｔは、信号電荷をＱｓｉｇ、フォトダイオード１０１の容量をＣＰＤ、アンプトランジスタ１０５の相互コンダクタンスをｇｍ、リセット電位においてアンプトランジスタ１０５に流れるバイアス電流をＩＢ、積分時間をｔ、帰還容量１２２の容量値をＣＦとすると、下記式（２）となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ところが、リセット電位からの電位変化がゼロの場合であっても、読出スイッチ１０３が導通することにより、アンプトランジスタ１０５から信号出力線１１０にバイアス電流ＩＢが流れ、読出アンプ１２３の出力が変化してしまう。このため、バイアス電流ＩＢによる読出アンプ１２３の出力変化により読出アンプ１２３の出力が飽和してしまわない範囲でしか読出回路１２０を動作させることができないという問題がある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
フォトダイオード１３は、画素１２に入射した所定の周波数帯域の光（Ｘ線等の放射線）を光電変換し、光電変換により生成した電荷を電荷蓄積部１４に出力する。これにより、フォトダイオード１３への所定の周波数帯域の光の入射光量に応じた電荷が電荷蓄積部１４に蓄積される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
アンプトランジスタ１６は、電荷蓄積部１４に蓄積された電荷に応じた電圧信号を電流信号に変換し、読出スイッチ１７を介して信号出力線５１に出力する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また、信号出力線５１には、抵抗接続線５２を介して抵抗アレイＩＣ４１に備えられた複数の抵抗器（電流調整部）４２のうちの１つが接続されている。具体的には、各画素１２に対応する信号出力線５１に接続される抵抗器４２としては、リセット電位のときに当該画素１２のアンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢが、読出スイッチ１７を閉じたときに当該抵抗器４２に流れるように抵抗値および両端電位差が設定された抵抗器４２が選択されている。これにより、本実施形態では、読出スイッチ１７を閉じたときに、アンプトランジスタ１６に流れるバイアス電流ＩＢと略等価な電流が抵抗器４２に流れ、帰還容量２３には流れないようになっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
上記の構成によれば、信号出力線５１における画素１２から信号読出回路２１までの距離に応じた電圧降下が信号読出回路２１の信号検出精度に及ぼす影響を低減することができる。したがって、例えば画素領域１１のサイズが大きい場合であっても、画素領域１１全体で均一な検出精度を実現することができる。
【国際調査報告】
2017010202.tif 000011
2017010202.tif 000012