(57)【要約】【課題】  単純撮影時の高い解像度を確保しながら、動画の撮影を高い感度で行うことができる放射線撮像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  画素のピッチを静止画に適したものにしながら、動画撮影時には、複数の画素からまとめて読み出しを行い、この加算を行う。このような読み出し及び画素加算を行うことにより、高い感度を得ながら、フレームレートを向上させることができる。但し、画素加算数と垂直走査数及び水平走査数との関係が適切に調整されていなければ、画質の低下や有効エリアが減少してしまうため、垂直走査数及び水平走査数を画素加算数の整数倍とする。【選択図】  図１
2006043293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段と、
前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出し手段と、
前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算手段と、
を有し、
前記読み出し手段が同時に信号を読み出す対象とする画素の数は一定数であり、
前記光電変換手段に配置された画素の行数及び列数は、前記一定数の整数倍であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記読み出し手段が同時に信号を読み出す対象とする２以上の画素は、少なくとも垂直走査方向又は水平走査方向のいずれか一方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
少なくとも前記行数又は列数のいずれか一方は、１２の倍数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
照射された放射線の波長を変換する波長変換体を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記波長変換体は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3及びＣｓＩからなる群から選択された１種を主成分とすることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換素子は、
前記基板上に形成された金属薄膜層と、
前記金属薄膜層上に形成され、電子及び正孔の通過を阻止する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成され、正孔の通過を阻止するＮ型の注入阻止層と、
前記注入阻止層上に形成された導電層と、
を有するＭＩＳ型光電変換素子であることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換素子は、
前記基板上に形成された金属薄膜層と、
前記金属薄膜層上に形成され、正孔の通過を阻止するＮ型半導体層と、
前記Ｎ型半導体層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成され、電子の通過を阻止するＰ型半導体層と、
前記Ｐ型半導体層上に形成された導電層と、
を有するＰＩＮ型光電変換素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換素子は、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀及びテルル化カドミウムからなる群から選択された１種の化合物を含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記画素は、前記光電変換素子に接続されたスイッチ素子として薄膜トランジスタを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記光電変換手段に向けて被写体を介して放射線を発生させる放射線発生手段と、
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項１１】
光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段を有する放射線撮像装置の動作を制御する方法であって、
前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出しステップと、
前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算ステップと、
を有し、
前記読み出しステップにおいて同時に信号を読み出す対象とする画素の数は、前記光電変換手段に配置された画素の行数の約数及び列数の約数に含まれる一定数とすることを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
【請求項１２】
光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段を有する放射線撮像装置の動作をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出し手順と、
前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算手順と、
を実行させ、
前記読み出し手順において同時に信号を読み出す対象とする画素の数は、前記光電変換手段に配置された画素の行数の約数及び列数の約数に含まれる一定数とすることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査等に用いて好適な放射線撮像装置及びその制御方法に関する。なお、本発明においては、Ｘ線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとする。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術の進歩により光を電気信号へ変換する光電変換装置を用いたデジタルＸ線撮像装置が実用化され普及している。
【０００３】
デジタルＸ線撮像装置は、従来のフィルム式より優れた感度や画質を有し、また、デジタルＸ線撮像装置には、デジタルデータにより画像が保存されるため、撮影後に各種の画像処理を行うことにより、一層診断しやすい画像に加工できる、画像管理が容易である等の利点がある。また、これらの利点を生かして、より低線量で撮影することや、ネットワークを利用して画像データを転送する遠隔診断等の新たな医療サービスやより患者にやさしい診断が可能である。
【０００４】
これらの利点を持つデジタルＸ線撮像装置を用いれば、診断精度の向上や、診断の効率化、新たな医療サービスへの展開等、従来のＸ線撮像装置にくらべ質の高い医療サービスを提供できる。
【０００５】
このようなデジタルＸ線撮像装置には、光電変換素子及びスイッチング素子を備えた画素がアレイ状に配列した２次元センサが用いられている。そして、主に、スイッチング素子としては、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）が用いられ、また、光電変換素子としては、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型光電変換素子又はＰＩＮ型光電変換素子が用いられている。
【０００６】
これらのＴＦＴ、ＭＩＳ型光電変換素子及びＰＩＮ型光電変換素子は、アモルファスシリコンプロセスによって作られる。アモルファスシリコンプロセスが用いられるのは、ＴＦＴや光電変換素子等の能動素子を大面積かつ均一に成膜できるためである。アモルファスシリコンプロセスを用いたデジタルＸ線撮像装置に関する発明は、例えば特許文献１（特開２００３−７８１２４号公報）、特許文献２（特開平９−２９３８５０号公報）及び特許文献３（特開平９−２８８１８４号公報）等に開示されている。
【０００７】
これらの発明では、放射線を可視光に変換する蛍光体及び変換された可視光を電気信号に変換するＭＩＳ型光電変換素子によって、人体を透過したＸ線を電気信号へと変換している。
【０００８】
更に、デジタルＸ線撮像装置では、静止画の撮影の他に、読み出し動作を高速にすることや感度を上げることで、透視撮影やＣＴ撮影といった動画撮影も可能である。動画の撮影は、イメージ・インテシファイア（Ｉ・Ｉ）やＣＣＤと縮小光学系を用いた撮像装置によっても可能であるが、Ｉ・ＩやＣＣＤを用いたＸ線撮像装置では、静止画像として診断に耐えうる画像を得ることができないため、動画撮影中に静止画を撮影したい場合は、動画撮影中にフィルムの撮影装置に切り替えて撮影する装置を用いて撮影が行うこととなる。即ち、用途別に複数のＸ線撮像装置が必要である。従って、このようなＸ線撮像装置は、大掛かりで高価であるだけでなく、Ｉ・ＩやＣＣＤからフィルムに切り替えるまでの遅延があるため、使い勝手がよいとは言えない。
【０００９】
これに対し、１台のデジタルＸ線撮像装置によって透視撮影等の動画撮影及び静止画撮影を行うことができるようになると、作業性の向上や省スペース化が実現できる。即ち、デジタルＸ線撮像装置で動画撮影が可能であれば、１台の装置で静止画及び動画の撮影が可能となり、動画撮影中に静止画撮影を行うケースでは非常に効率よく撮影が行うことができる。また、デジタルＸ線撮像装置は、Ｉ・ＩやＣＣＤに比べ、画像の歪みが少なく、視野の面で優れているため、動画像の画質や視野の向上が図られるというメリットもある。更に、１台の装置で透視や断層撮影等の種々の撮影をこなすことができ、医療現場の効率化が可能になる。故に、動画撮影デジタルＸ線撮像装置の実用化が望まれている。
【００１０】
しかしながら、静止画の撮影（単純撮影）から動画の撮影（透視撮影及びＣＴ撮影）までを対象としたデジタルＸ線撮像装置を実現するためには、単純撮影に要求される解像度とＣＴ撮影及び透視撮影に要求される感度の二律背反する特性を両立しなくてはならない。
【００１１】
デジタルＸ線撮像装置において、解像力は蛍光体の組成や厚さ、蛍光体と光電変換素子との間の層構成、及び画素ピッチに依存する。特に、画素ピッチは単純撮影（静止画）に必要とされる解像力を実現するため、一般に１００〜２００μｍ程度にすることが要求されている。
【００１２】
一方、透視撮影やＣＴ撮影等ではデジタルＸ線撮像装置の感度及び動画のフレームレートが高いことが望まれる。透視撮影やＣＴ撮影では、患者に長時間、Ｘ線を照射しなくてはならないため、単位時間あたりのＸ線照射量が単純撮影の１／１０〜１／１００程度に制限される。よって、撮像装置に到達するＸ線量が単純撮影の１／１０〜１／１００となるため、透視撮影やＣＴ撮影において診断に必要なシグナル・ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を実現するためには、光電変換素子の感度が高いことが望まれるのである。その一方で、解像度に関しては単純撮影ほど精細である必要はない。特に、ＣＴ撮影では、画像データに対してコンピュータが演算を行い、人体の断層画像へと変換するため、１００μｍ〜２００μｍ単位の解像度は必要とされない。また、透視撮影では、撮影する部位及び撮影目的に応じて必要な解像度は異なるが、例えば、静止画撮影のためのプレビューのような撮影では、高い解像度は要求されない。
【００１３】
そして、一般に、光電変換素子を用いた光センサの感度を向上させるには、画素を大きくする（画素ピッチを大きくする）ことが簡便な方法である。しかしながら、画素を大きくすることは解像力の低下に繋がり、単純撮影に要求される解像度を得ることができなくなる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−７８１２４号公報
【特許文献２】特開平９−２９３８５０号公報
【特許文献３】特開平９−２８８１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、単純撮影時の高い解像度を確保しながら、動画の撮影を高い感度で行うことができる放射線撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
単純撮影に適した画素ピッチの画素のデジタルＸ線撮像装置において、ＣＴ撮影や透視撮影の際に、複数画素からまとめて読み出しを行い、画素出力を加算する画素加算を行うことにより、見かけ上大きな画素として扱うことができる。
【００１７】
この方法を用いることで、単純撮影に要求される解像度とＣＴ撮影や透視撮影に要求される感度の二律背反する問題を解決することが可能である。このとき、画素加算によって向上する感度は、画素加算をしないときの感度の約ｎ1/2倍（ｎは画素加算数）である。このような画素加算によって透視撮影やＣＴ撮影時に大きな感度を得ることができ、また、単純撮影時には１画素単位で読み出すことで、必要な解像度が得られる。また、透視撮影やＣＴ撮影時にまとめて読み出しを行うことで、センサ内の全ての画素から読み出すまでの時間が短縮され、フレームレートを向上させることもできる。
【００１８】
しかしながら、デジタルＸ線撮像装置で画素加算を行う場合、２次元センサの水平走査数及び垂直走査数によっては、画素加算数に制約が発生することがあるという問題がある。即ち、垂直走査数×水平走査数が必要な画素加算数で割り切れない場合には、所望の画素加算数未満のライン又は余りラインが発生する。例えば、垂直走査数×水平走査数が２８００×２８００の２次元センサを用いて１５画素加算を行う場合、走査の最後では１５画素加算とならず、１５画素加算数未満のライン又は余りラインが発生する。
【００１９】
このような場合に余りラインだけの画素加算を行うと、画素加算数が異なる部分では、シグナル・ノイズ比も異なるため、そのままでは画像に陰影の不連続な部分が発生してしまう。そして、この部分の補正は、シグナル・ノイズ比が異なるため困難である。
【００２０】
一方、余りラインを画像として使用しない場合には、余りラインの分だけ視野が狭まる。このため、静止画と動画とで視野が異なり、使い勝手が低下する。
【００２１】
このように、余りラインが発生するような画素加算数は画質や使い勝手上望ましくなく、画素加算数の制約が起きないよう２次元センサの行数及び列数を設定することが好ましい。そして、これを実現するためには、行おうとする画素加算における画素加算数の整数倍になるように２次元センサの行数及び列数を設定すればよい。
【００２２】
また、より多種の画素加算数を可能にし、様々な動画アプリケーションや撮影状況に対応するために、２次元センサの垂直走査数×水平走査数の値を、必要な画素加算数の公倍数にすることが望ましい。更に、２次元センサの行数及び列数を１２等の約数の多い数の倍数に設定すれば、画素加算数の種類を多くすることができる。
【００２３】
そして、本願発明者は、これらの新しい知見に基づき以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００２４】
本発明に係る放射線撮像装置は、光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段と、前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出し手段と、前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算手段と、を有し、前記読み出し手段が同時に信号を読み出す対象とする画素の数は一定数であり、前記光電変換手段に配置された画素の行数及び列数は、前記一定数の整数倍であることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る放射線撮像システムは、上述の放射線撮像装置と、前記光電変換手段に向けて被写体を介して放射線を発生させる放射線発生手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る放射線撮像装置の制御方法は、光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段を有する放射線撮像装置の動作を制御する方法であって、前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出しステップと、前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算ステップと、を有し、前記読み出しステップにおいて同時に信号を読み出す対象とする画素の数は、前記光電変換手段に配置された画素の行数の約数及び列数の約数に含まれる一定数とすることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係るプログラムは、光電変換素子を含む複数の画素が基板上にアレイ状に配置された光電変換手段を有する放射線撮像装置の動作をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、コンピュータに、前記複数の画素に含まれる２以上の画素から同時に信号を読み出す読み出し手順と、前記同時に読み出された信号を電気的に加算する加算手順と、を実行させ、前記読み出し手順において同時に信号を読み出す対象とする画素の数は、前記光電変換手段に配置された画素の行数の約数及び列数の約数に含まれる一定数とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、単純撮影時の高い解像度を確保しながら、動画の撮影を高い感度で行うことができる。即ち、動画撮影時に画素加算を行うに当たって、画素の列数及び行数を適切に規定しているため、高い感度での撮影を行うことができる。従って、画素の大きさを大きくする必要がないため、単純撮影時の解像度を低下させることもない。また、動画撮影時に高いフレームレートを得ることもできる。
【００２９】
更に、行数及び列数を調整して、複数種の画素加算数を可能にした場合には、部位や用途に応じて適切な画素加算数を選択することができるようになる。従って、１台の放射線撮像装置を用いて、様々な撮影が可能となるため、医療現場の効率化が可能となる。
【００３０】
また、従来の単純撮影用のデジタルＸ線撮像装置と比較しても、特別なＩＣ等の装置や技術は必要とされないため、コストの上昇を抑えることもできる。従って、従来のＣＴ撮影装置、透視撮影装置等の動画撮影用の装置と比較して安価であれば、医療現場に本発明に係る放射線撮像装置を導入しやすくなり、飛躍的に医療サービスの向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、デジタルＸ線撮像装置の構造を示す模式図である。
【００３３】
デジタルＸ線撮像装置では、Ｘ線源１１９から出射され人体１２１を透過したＸ線１２０が蛍光体１０１によって可視光１０２に変換され、更に、その可視光１０２がガラス基板上にアモルファスシリコンプロセスを用いて形成された２次元センサ１０３によって電気信号へ変換される。蛍光体１０１の組成は特に限定されないが、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3又はＣｓＩを主成分とするものを用いることができる。
【００３４】
２次元センサ１０３は、蛍光体１０１が発した人体１２１の情報を担った可視光１０２を電気信号へと変換及び蓄積する光電変換素子（図２参照）と、垂直駆動回路１０５によって駆動されるスイッチング素子（図２参照）とからなる画素を２次元的に配置したものである。スイッチング素子から出力された電気信号は読み出し回路１０４に内包された信号増幅回路（図２参照）で増幅された後、中継基板１２３を介して、制御基板１２４へ送られ、Ａ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号へ変換される。
【００３５】
制御基板１２４には、更に、読み出し回路１０４及び垂直駆動回路１０５へ２次元センサ１０３を駆動するための制御信号を送る制御用コンピュータ１０８、並びに２次元センサ１０３、垂直駆動回路１０５及び信号増幅回路で必要な電圧を作るレギュレータ１０７が設けられている。レギュレータ１０７には、電源１１４から電源電圧が供給される。これらの蛍光体１０１、２次元センサ１０３及び制御基板１２４等からＦＰＤ（フラットパネル検出器）１１２が構成されている。
【００３６】
Ａ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号へ変換された画像データは画像処理装置１０９に送られ、診断に適した画像に処理された後、モニタ１１８に表示される。また、画像は、オペレータの操作によってプリンタ１１６に出力することもできる。
【００３７】
更に、画像データは、コントロールＰＣ（パーソナルコンピュータ）１１１内の記録装置１２２や、外部記録装置１１７や病院のネットワーク１２６上にある記録装置に適宜保存される。
【００３８】
このようなＸ線像撮影装置の制御は、コントロールＰＣ１１１によってすべて行われ、Ｘ線源１１９との同期、画像の保存、画像の印刷、病院内ネットワークとの接続、動作表示灯１２５の点灯／消灯等もこのコントロールＰＣ１１１で行うことができる。このコントロールＰＣ１１１は、その内部のプログラム／制御ボード１１０を用いてＸ線制御卓１１５と通信し、Ｘ線の制御を行うこともできる。
【００３９】
また、制御卓１１３は、患者ＩＤの登録、撮影部位の情報入力、Ｘ線源の設定及び撮影した画像の画像処理の方法等を入力する際に用いられ、これらの情報をコントロールＰＣ１１１に伝える。
【００４０】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るデジタルＸ線撮像装置の撮像部を示すブロック図である。撮像部には、信号転送手段としてのＴＦＴ及び光電変換手段としての後述するＭＩＳ型光電変換素子を用いた画素を２次元的に配置した２次元センサ１０３、ＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦを制御する垂直駆動回路１０５、ＴＦＴから出力される電気信号を増幅する信号増幅回路２０１、信号増幅回路２０１からの信号を転送するまでの期間、保持するサンプルホールド回路２０３、サンプルホールド回路２０３に保持された電気信号を、時系列的に読み出すマルチプレクサ回路２０４、マルチプレクサ回路２０４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０６、光電変換に必要な電圧を光電変換素子に供給するセンサ電源２０５、ＴＦＴをＯＮするための電源（Ｖｃｏｍ）２０７、並びにＴＦＴをＯＦＦするための電源（Ｖｓｓ）２０８が設けられている。信号増幅回路２０１には、アンプ２０２等が設けられている。また、図２には図示していないが、上述のように、撮影部のＸ線入射側には放射線を可視光に変換する波長変換体として蛍光体１０１が設けられており、更に、蛍光体１０１を湿度や外部からの衝撃から保護する保護シートが貼りつけられている。
【００４１】
また、光電変換に必要な電圧を供給するセンサ電源２０５は、例えば特開平９−２８８１８４号公報に記載されているように、ＭＩＳ型光電変換素子はリフレッシュを必要とするため、リフレッシュ用の電圧用の電圧源及び光電変換用の電圧の電圧源を備えている。
【００４２】
本実施形態では、撮像部は、信号線を上下の画素と共有し、ゲート線を左右の画素と共有している。更に、センサバイアス線は全画素共通化されている。また、実質的に２つの撮像部が上下に組み合わされた形態となっており、上下独立して駆動することが可能となる。更に、垂直駆動回路１０５はゲート線の両端にある必要はなく、ゲート線の配線抵抗が十分小さいのであれば片側のみであってもよい。
【００４３】
図３は、本実施形態における画素の構造を示す断面図である。本実施形態では、画素は、信号転送手段としてのＴＦＴ３１９及び光電変換素子としてのＭＩＳ型光電変換素子３２０を用いたものである。
【００４４】
そして、ＴＦＴ３１９には、少なくともガラス等の絶縁性の基板３０１上にアルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成されたゲート電極３０２、ゲート電極３０２上に形成された絶縁性の半導体薄膜であるアモルファス窒化膜からなる絶縁層３０３、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなるチャネル層３０４、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成されたソース電極３０６及びドレイン電極３０７、並びに、チャネル層３０４とドレイン電極３０７との間及びチャネル層３０４とソース電極３０６との間のオーミックコンタクトをとる負の伝導性をもつＮ+アモルファスシリコン層３０５が設けられている。
【００４５】
一方、ＭＩＳ型光電変換素子３２０には、ＴＦＴ３１９と同一の基板３０１基板上にアルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成されたセンサ下部電極層３０９、センサ下部電極層３０９上に形成された絶縁性の半導体薄膜であるアモルファス窒化膜からなる絶縁層３１０、可視光を吸収し電荷を発生するａ−Ｓｉ：Ｈを用いて形成された光電変換層３１１、センサバイアス線３１４から光電変換層３１１への正孔の注入を阻止する負の伝導性をもつＮ+アモルファスシリコン層３１２、光電変換に必要な電圧を光電変換素子に印加する際に電極として機能するＩＴＯ等を用いて形成された透明電極３１３、並びに、センサ電源から電圧を供給するためのアルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成されたセンサバイアス線３１４が設けられている。更に、これらの上方には、保護層３１５、接着層３１６、蛍光体層１０１及び蛍光体保護層３１８等が設けられている。
【００４６】
このように、本実施形態では、ＴＦＴ３１９及びＭＩＳ型光電変換素子３２０の層構成が互いにほぼ同一であるから、これらを並行して形成することで、プロセスを簡略化し、歩留まりの向上、センサ製造コストの低減が可能となる。但し、ＴＦＴ３１９とセンサとを別々に形成しても構わない。この場合、並行して形成する場合よりも製造プロセスは複雑化するが、各々の膜厚を目的に適したものに設定することが容易になるため、並行して形成する場合よりも高い性能を得ることができる。
【００４７】
なお、１画素のサイズは単純撮影における感度及び解像力を満たすように調整することが好ましい。また、ＭＩＳ型光電変換素子３２０及びＴＦＴ３１９の製造方法及び製造条件は、歩留まり及び性能を鑑み適したものを選択することが好ましい。更に、各薄膜の膜厚も、所望の特性及び歩留まりが得られるように選択することが好ましい。
【００４８】
本実施形態では、上述のような回路構成を用いて、水平走査数（画素の列数）が２８８０、垂直走査数（画素の行数）が２８８０の撮像部を構成している。２８８０という値は、２、４、５、６、１０、１２、１６、１８、２０、２４・・・・・・と多くの数を約数としているため、画素加算を行う上で、加算数のバリエーションが多いという利点がある。画素加算数のバリエーションが多いほど、デジタルＸ線撮像装置がより多様な撮影用途に利用可能になる。なお、走査数及び画素数は上述のものに限定されないが、約数の数が多いほど好ましい。
【００４９】
次に、画素加算動作について説明する。図４は、垂直駆動回路１０５の構成を示すブロック図である。垂直駆動回路１０５には、順序論理回路であるシフトレジスタ４０２及びＴＦＴのゲート線に供給する電圧を決定するゲート出力回路４０１が設けられている。
【００５０】
ゲート出力回路４０１には、ＴＦＴをＯＮするための電圧（Ｖｃｏｍ）、ＴＦＴをＯＦＦするための電圧（Ｖｓｓ）、ゲート線に出力する電圧を切り替えるための制御信号ＯＥ及びシフトレジスタ４０２の出力Ｑ１〜Ｑｎが入力される。シフトレジスタの出力Ｑ１〜Ｑｎは、夫々ゲート線ｇ１〜ｇｎの制御に１対１で対応している。ゲート出力回路４０１は、シフトレジスタ４０２の出力ＱがＨｉでかつ制御信号ＯＥがＨｉのときにＶｃｏｍ電圧を出力し、それ以外の状態ではＶｓｓ電圧を出力する。
【００５１】
シフトレジスタ４０２には、シフトデータＤＩＯ及び垂直シフトクロックＣＰＶが入力され、これらの２つの信号によってＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御することができる。
【００５２】
ここで、図５を参照しながら、垂直駆動回路１０５の動作について説明する。なお、便宜上、シフトレジスタ４０２の構成要素（各段）がＤフリップフロップであるとして説明するが、シフトレジスタ４０２の構成要素は、Ｄフリップフロップに限らず、他のフリップフロップ（例えばＪ−Ｋフリップフロップ等）であっても構わない。
【００５３】
先ず、図５に示すように、信号ＯＥ、ＣＰＶ及びＤＩＯを与える。最初のＣＰＶクロックが立ち上がると、シフトレジスタ４０２の出力Ｑ１がＨｉとなる。更に、次のＣＰＶクロックが立ち上がった時も信号ＤＩＯがＨｉであるため、出力Ｑ１はＨｉのままである。このとき、出力Ｑ２を出力する段には、Ｈｉの出力Ｑ１が入力されるため、出力Ｑ２もＨｉとなる。
【００５４】
この状態で制御信号ＯＥがＨｉになると、ゲート出力回路４０１からゲート線ｇ１及びｇ２にＶｃｏｍ電圧が供給される（矢印ａ）。
【００５５】
次いで、制御信号ＯＥをＬｏにした後、更に、信号ＤＩＯがＬｏの状態でＣＰＶクロックが入ると、出力Ｑ１がＬｏとなる。このとき、出力Ｑ３は、出力Ｑ２がＨｉであるため、Ｈｉとなる。同様に、ＣＰＶクロックが入ると、出力Ｑ２がＬｏとなり、出力Ｑ４は、出力Ｑ３がＨｉであるため、Ｈｉとなる。
【００５６】
この状態で制御信号ＯＥがＨｉになると、ゲート出力回路４０１からゲート線ｇ３及びｇ４にＶｃｏｍ電圧が供給される（矢印ｂ）。
【００５７】
以上のようなタイミングによって、ゲート線に供給する電圧の切り替えのタイミングを制御することができる。
【００５８】
図５において、矢印Ｃ間は、２次元センサにおける２ライン同時読み出しに相当する。即ち、図５は２画素加算における垂直駆動回路１０５の駆動を示している。よって、画素加算を行う場合は、先ず、信号ＤＩＯがＨｉの期間に画素加算数分のＣＰＶクロックを入力し、制御信号ＯＥをＨｉにする。その後、信号ＤＩＯをＬｏに保持したまま、画素加算数分のＣＰＶクロックを連続する２つの制御信号ＯＥの間に入力することで、順次、ゲート線に同時にＶｃｏｍ電圧を供給し、複数のラインのＴＦＴを同時にＯＮすることができる。
【００５９】
一例として、図６に８画素加算読み出しを行う場合の駆動タイミングを示す。光電変変換素子に蓄積した人体の情報を担った電気信号を読み出す場合、先ず、信号増幅回路２０１やこれに接続されている信号線の電位を初期化するため、信号ＲＣをＨｉにして、信号増幅回路２０１内のアンプ２０２に付随するコンデンサをリセットし、信号増幅回路２０１の出力や、信号線の電位をリセットする。このリセット動作によって、人体の情報とは無関係な信号が排除され、ノイズが低減されて画質が向上する。
【００６０】
アンプ２０２のリセット動作期間中、制御信号ＣＰＶ及びＤＩＯとして所望のパルスを与え、シフトレジスタ４０２を動作させる。そして、制御信号ＤＩＯ及びＣＰＶに必要なパルスを供給し、かつ、リセット動作を十分行った後、制御信号ＯＥをＨｉにしてＴＦＴをＯＮさせる。
【００６１】
図６では、信号ＤＩＯがＨｉの期間、信号ＣＰＶを８クロック入力しているため、８ラインのＴＦＴが一斉にＯＮし、信号線１本につき、８画素の信号が同時に送られる。これらの信号は全て、信号増幅回路２０１のアンプ２０２に付随するコンデンサに加算及び蓄積され、リフレッシュからの総和が求められる。このときのアンプ２０２の出力は、制御信号ＳＨをＨｉにすることによって、サンプルホールド回路２０３によって保持される。
【００６２】
サンプルホールド回路２０３に保持された信号は、次ラインの読み出し時に、マルチプレクサ回路２０４によって時系列的に読み出され、Ａ／Ｄコンバータ１０６に送られる。撮像部内の全画素の読み出しを行うためには、図６に示したＢの区間の動作を繰り返し行えばよい。
【００６３】
本実施形態に係るデジタルＸ線撮像装置は、画素加算読み出し以外にも、１画素ずつの読み出しを行うことも可能である。その場合、図７に示すように、信号ＤＩＯがＨｉの間にＣＰＶを１パルス入力するようなタイミングで駆動を行う。
【００６４】
このように、駆動タイミングを切り替えることで、画素加算するか否かを切り替えることができる。即ち、ＣＴ撮影や透視撮影等の動画撮影では画素加算を行って感度を向上させ、単純撮影（静止画の撮影）が必要になった場合には、即座に、タイミングを切り替えて１画素ずつ読み出す駆動に切り替えることができる。このため、本実施形態によれば、１台の装置で、高感度の動画撮影と高精細な静止画撮影とが可能となる。
【００６５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、主にマルチプレクサ回路の構造及び動作に関して第１の実施形態と相違している。図８は、本発明の第２の実施形態に係るデジタルＸ線撮像装置のマルチプレクサ回路、信号増幅回路及びサンプルホールド回路を示すブロック図である。
【００６６】
図８中の信号増幅回路８０１は、図２中の信号増幅回路２０１に相当し、その回路構成は信号増幅回路２０１のそれと同様である。また、図８中のサンプルホールド回路８０２は、図２中のサンプルホールド回路２０３に相当し、その回路構成はサンプルホールド回路２０３のそれと同様である。
【００６７】
ここで、マルチプレクサ回路８０３の構造及び動作について説明する。サンプルホールド回路８０２には、信号増幅回路８０１の信号を保持するサンプルホールドコンデンサＣSHが設けられており、マルチプレクサ回路８０３内には、サンプルホールドコンデンサＣSH1〜ＣSHnから信号を取り出すためのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎが設けられている。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、夫々サンプルホールドコンデンサＣSH1〜ＣSHnに接続されている。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの出力側はバッファアンプＢＡｍｐに共通接続されている。バッファアンプＢＡｍｐに付随するコンデンサとサンプルホールドコンデンサＣSH1〜ＣSHnとでは、容量が等しく設定されており、１個のサンプルホールドコンデンサＣSHに保持された電圧は、バッファアンプＢＡｍｐによって反転され、等倍で出力される。更に、マルチプレクサ回路８０３には、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを制御する制御信号ＭＵＸ１〜ＭＵＸｎを出力するレジスタ部８０４が設けられている。即ち、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのＯＮ（導通）／ＯＦＦ（非導通）の制御は、レジスタ部８０４の出力する制御信号ＭＵＸ１〜ＭＵＸｎによって行われる。そして、例えば２つのスイッチＳＷを同時にＯＮすることで２画素加算が可能となる。
【００６８】
図９は、レジスタ部８０４の回路構成及び動作を示す図である。図９（ａ）に示すように、レジスタ８０４には、例えば、信号線の本数と同数（ｎ個）のＤフリップフロップを備えたシフトレジスタ９０１及びｎ個のＡＮＤ回路が設けられている。レジスタ部８０４には、制御信号として、シフト信号である信号ＣＬＫ、シフトクロックである信号ＩＯ、及び制御信号ＭＵＸの出力のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号ＭＵＸ＿ＯＥが入力される。
【００６９】
図９（ｂ）には、２画素加算を行う際の動作を示してある。図９（ｂ）に示すように、信号ＩＯ及びＣＬＫを入力すると、シフトレジスタ９０１の出力Ｑ１がＨｉとなる（矢印ａ１）、更に、出力Ｑ１がＨｉの状態でＣＬＫパルスが入力されると出力Ｑ２がＨｉとなる。この状態で、信号ＭＵＸ＿ＯＥがＨｉになると、制御信号ＭＵＸ１及びＭＵＸ２がＨｉとなる。更にＣＬＫが２パルス入力されると、出力Ｑ１がＬｏ、出力Ｑ２がＬｏとなる一方で、出力Ｑ３及びＱ４がＨｉとなる。
【００７０】
このような動作を繰り返し行うことで、２ラインずつ、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎをＯＮ／ＯＦＦすることができる。このとき、信号増幅回路８０１内のアンプＡｍｐ１〜ＡｍｐｎとサンプルホールドコンデンサＣSHとの間のスイッチは非導通状態にある。
【００７１】
図１０は、サンプルホールド回路８０２に保持された電荷を２画素加算して読み出す場合の動作を示すタイミングチャートである。先ず、バッファアンプＢＡｍｐの出力及び付随するコンデンサの電荷をリセットし、サンプルホールドコンデンサＣSHに保持されている電荷を読み出すのに適した状態にするため、制御信号ＲＣ２をＨｉにして、バッファアンプＢＡｍｐに付随するスイッチを導通させる。
【００７２】
そして、バッファアンプＢＡｍｐをリセットした後、制御信号ＲＣ２をＬｏにしてスイッチを非導通の状態にする。次に、前述のように、制御信号ＩＯをＨｉにしたまま、ＣＬＫを２パルス入力し、２画素加算可能にする。この状態で、信号ＭＵＸ＿ＯＥをＨｉにして制御信号ＭＵＸ１及びＭＵＸ２としてＨｉの信号が出力されると、スイッチＳＷ１及びＳＷ２が導通状態となり、サンプルホールドコンデンサＣSH1及びＣSH2に保持された電圧がバッファアンプＢＡｍｐに入力される。この結果、バッファアンプＢＡｍｐの出力として、サンプルホールドコンデンサＣSH1及びＣSH2に保持された電圧の和が反転され出力される。サンプルホールド回路８０２に保持された信号を全て読み出すには、図１０に示すＢの区間の操作を繰り返せばよい。
【００７３】
このように、本実施形態では、マルチプレクサ回路８０３内で画素加算を行えるような回路構成となっているため、横方向の画素加算を行うことができる。
【００７４】
なお、信号増幅回路８０１とサンプルホールド回路８０２との間に、必要に応じてアンプ及び／又はノイズ除去のためのフィルタ回路等を設けてもよい。
【００７５】
また、マルチプレクサ回路８０３に複数のバッファアンプＢＡｍｐを設けて、サンプルホールドコンデンサＣSH1〜ＣSHnからの読み出しを分担するようにしてもよい。この場合、例えば図１１に示すような構成を採用することができる。但し、このような構成を採用した場合には、各バッファアンプＢＡｍｐの出力が共通化されるため、出力が重ならないように信号ＭＵＸ＿ＯＥのパターンを設定する必要がある。また、１つのバッファアンプＢＡｍｐの受け持つサンプルホールドコンデンサＣSHの数が最大画素加算数となる。例えば、図２に示す２８８０×２８８０ラインの２次元センサで、最大の画素加算数が１２０画素の場合、１つのバッファアンプＢＡｍｐの受け持つサンプルホールドコンデンサＣSHの数は１２０にする必要がある。また、必要なバッファアンプ数とサンプルホールド回路及び信号増幅回路は２４セットとなる。
【００７６】
なお、第１及び第２の実施形態のいずれにおいても、信号増幅回路、サンプルホールド回路及びマルチプレクサ回路として、結晶シリコンを用いた半導体ＩＣプロセスによって製造されたものを用いることが好ましい。一般に、ＩＣプロセスでは、ＩＣチップが小さい程製造コストが低くなる。よって、２次元センサの全てのラインを読み出すのに、１個のＩＣを用いるような構成とすると、チップサイズが大きくなり、製造上好ましくない。このため、２次元センサに、信号増幅回路、サンプルホールド回路及びマルチプレクサ回路を内蔵したＩＣチップを、複数個実装する形態が実用的である。この場合、前述のように、１個のＩＣチップの受け持つライン数は、画素加算の最大数より大きく、かつ、画素加算数の整数倍とすることが必要である。
【００７７】
また、２次元センサの光電変換素子は、ＭＩＳ型光電変換素子に限定されず、例えばＰＩＮ型光電変換素子を用いることもできる。図１２は、ＰＩＮ型光電変換素子を用いた画素の構造を示す断面図である。
【００７８】
図１２に示す例では、ＴＦＴ１２１９に、ガラス基板１２０１上にクロム、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるゲート電極１２０２、アモルファスシリコン窒化膜からなる絶縁膜１２０３、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いて形成されたチャネル層１２０４、アルミニウム又はアルミニウムの合金等の金属を用いて形成されたソース電極１２０６及びドレイン電極１２０７、並びに、チャネル層１２０４と金属電極との間のオーミックコンタクトをとる負の導電性をもつＮ+アモルファスシリコン層１２０５が設けられている。
【００７９】
一方、ＰＩＮ型光電変換素子１２２０には、ガラス基板１２０１上にアルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成されたセンサ下部電極層１２０９、センサ下部電極層１２０９から光電変換層１２１１へ正孔の注入を阻止する負の導電性をもつＮ+アモルファスシリコン層１２１０、蛍光体から発する可視光を電気信号に変換する水素化アモルファスシリコンからなる光電変換層１２１１、センサバイアス線１２１４及び透明電極１２１３からの光電変換層１２１１への電子の注入を阻止する正の導電性をもつＰ+アモルファスシリコン層１２１２、電圧を供給するためのアルミニウム又はアルミニウム合金からなるセンサバイアス線１２１４、並びに、ＩＴＯ等の透明電極材料を用いて形成された透明電極１２１３が設けられている。更に、これらの上方には、保護層１２１５、接着層１２１６、蛍光体層１２１７及び蛍光体保護層１２１８等が設けられている。
【００８０】
また、本発明に係るデジタルＸ線撮像装置は、例えばＸ線診断システムに適用することもできる。図１３は、本発明を適用したＸ線診断システムを示す模式図である。
【００８１】
Ｘ線ルーム（撮影室）内において、Ｘ線チューブ（Ｘ線発生装置）６０５０で発生したＸ線６０６０は患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、イメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ（蛍光体）は発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。イメージセンサ６０４０は、この情報を電気信号（デジタル信号）としてイメージプロセッサ６０７０に出力する。画像処理手段としてのイメージプロセッサ６０７０は、受信した信号に対して画像処理を施して、コントロールルーム（操作室）の表示手段であるディスプレイ６０８０に出力する。ユーザは、ディスプレイ６０８０に表示された画像を観察して、患者６０６１の内部の情報を得ることができる。なお、イメージプロセッサ６０７０は、制御手段の機能も有しており、動画／静止画の撮影モードを切り換えたり、Ｘ線チューブ６０５０の制御を行ったりすることも可能である。
【００８２】
また、イメージプロセッサ６０７０は、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を電話回線６０９０等の伝送処理手段を介して遠隔地へ転送し、ドクタールーム等の別の場所にある表示手段（ディスプレイ）６０８１に表示することもできる。また、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を光ディスク等の記録手段に保存し、この記録手段を用いて遠隔地の医師が診断することも可能である。また、記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【００８３】
なお、本発明の実施形態は、例えば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ができる。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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】デジタルＸ線撮像装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデジタルＸ線撮像装置の撮像部を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における画素の構造を示す断面図である。
【図４】垂直駆動回路１０５の構成を示すブロック図である。
【図５】垂直駆動回路１０５の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】８画素加算読み出しを行う場合の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】１画素ずつの読み出しを行う動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデジタルＸ線撮像装置のマルチプレクサ回路、信号増幅回路及びサンプルホールド回路を示すブロック図である。
【図９】レジスタ部８０４の回路構成及び動作を示す図である。
【図１０】サンプルホールド回路８０２に保持された電荷を２画素加算して読み出す場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】マルチプレクサ回路８０３に複数のバッファアンプＢＡｍｐを設けた構成を示すブロック図である。
【図１２】ＰＩＮ型光電変換素子を用いた画素の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明を適用したＸ線診断システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０１：蛍光体
１０２：可視光
１０３：２次元センサ
１０４：読み出し回路
１０５：垂直駆動回路
１０６：Ａ／Ｄコンバータ
１０７：レギュレータ
１０８：制御用コンピュータ
１１９：Ｘ線源
１２０：Ｘ線
２０１、８０１：信号処理回路
２０２：アンプ
２０３、８０２：サンプルホールド回路
２０４、８０３：マルチプレクサ回路
６０４０：イメージセンサ
６０５０：Ｘ線チューブ
６０６０：Ｘ線
６０６１：被験者
６０７０：イメージプロセッサ
６０８０：ディスプレイ
６０８１：ディスプレイ
６１００：フィルムプロセッサ
６１１０：フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006043293.tif 000011
【図１０】
2006043293.tif 000012
【図１１】
2006043293.tif 000013
【図１２】
2006043293.tif 000014
【図１３】
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