(57)【要約】【課題】フリッカーを低減するための技術を提供する。【解決手段】複数のフレーム画像を生成する放射線撮像装置が提供される。各画素が、放射線に応じて発生し蓄積された電荷に基づく画素信号を生成する信号生成部と、信号生成部を電荷蓄積前の状態にリセットすることによって信号生成部にオフセット信号を生成させるリセット部と、信号を保持可能な保持部と、を有する。放射線撮像装置は、画素信号及びオフセット信号をフレーム期間ごとに生成し画素信号及びオフセット信号を保持部に保持するように各画素を制御する制御部と、あるフレーム期間内に生成されたオフセット信号と、当該オフセット信号の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された画素信号とを保持部から読み出し、当該読み出したオフセット信号及び画素信号の差分をとる読出部と、を有する。【選択図】図４
2018191225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフレーム画像を生成する放射線撮像装置であって、
各画素が、
放射線に応じて発生し蓄積された電荷に基づく画素信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部を電荷蓄積前の状態にリセットすることによって前記信号生成部にオフセット信号を生成させるリセット部と、
信号を保持可能な保持部と、を有する複数の画素と、
前記画素信号及び前記オフセット信号をフレーム期間ごとに生成し前記画素信号及び前記オフセット信号を前記保持部に保持するように各画素を制御する制御部と、
あるフレーム期間内に生成された前記オフセット信号と、当該オフセット信号の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された前記画素信号とを前記保持部から読み出し、当該読み出したオフセット信号及び画素信号の差分をとる読出部と、
を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記保持部は、あるフレーム期間内に生成された前記オフセット信号と、次のフレーム期間内に生成された前記オフセット信号とを同時に保持可能であ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】
前記読出部は、前記オフセット信号と前記画素信号とを前記保持部から同じタイミングで読み出すことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記読出部は、あるフレーム期間内に生成された前記オフセット信号を、次のフレーム期間内の前記オフセット信号の生成後に読み出すことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記保持部は、２つのサンプルホールド回路を含み、
前記制御部は、フレーム期間ごとに前記２つのサンプルホールド回路に交互に前記オフセット信号を保持するように各画素を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記読出部は、前記画素信号の保持開始からフレーム期間の長さの変化に応じた時間を経過後に前記画素信号の読み出しを開始す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。
【請求項７】
前記読出部は、前記画素信号の保持開始から所定時間を経過後に前記画素信号の読み出しを開始す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。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数の画素のそれぞれが同じタイミングで前記画素信号及び前記オフセット信号を生成するように各画素を制御することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記信号生成部は、
放射線を電荷に変換する変換部と、
前記変換部によって生成された信号を受けるクランプ容量と、を含み、
前記リセット部は、前記変換部の電位と前記クランプ容量の出力端子の電位とをリセットすることによって前記信号生成部をリセットすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか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よって得られた信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項１１】
複数の画素を備え、複数のフレーム画像を生成する放射線撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の画素のそれぞれは、
放射線に応じて発生し蓄積された電荷に基づく画素信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部を電荷蓄積前の状態にリセットすることによって前記信号生成部にオフセット信号を生成させるリセット部と、
信号を保持可能な保持部と、を有し、
前記駆動方法は、
前記画素信号及び前記オフセット信号をフレーム期間ごとに生成し前記画素信号及び前記オフセット信号を前記保持部に保持するように各画素を制御する工程と、
あるフレーム期間内に生成された前記オフセット信号と、当該オフセット信号の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された前記画素信号とを前記保持部から読み出し、当該読み出したオフセット信号及び画素信号の差分をとる工程と、
を有することを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
解像度の向上や体積の小型化、画像の歪みを押さえることを目的として光電変換素子を用いた等倍光学系の大面積フラットパネル式の放射線撮像装置が普及している。放射線撮像装置に用いられる等倍光学系のフラットパネルセンサの一例として、シリコン半導体ウエハ上にＣＭＯＳ半導体製造プロセスにより生成された光電変換素子を２次元につなぎ合わせた大面積フラットパネルセンサがある。特許文献１には、画素内に光信号用のサンプルホールド回路とオフセット信号用のサンプルホールド回路とを設け、センサアレイ全体での一括露光（電子シャッタ機能）を実現する放射線撮像装置とその駆動方法とが記載されている。この駆動方法では、蓄積開始時にクランプ回路を基準電圧にリセットし、電荷の蓄積により基準電圧から変化したクランプ回路の電圧を蓄積終了時に光信号としてサンプルホールドする。光信号のサンプルホールドに続き基準電圧をオフセット信号としてサンプルホールドする。その後、ＸＹアドレス方式の走査を用いて、アナログ信号であるサンプルホールドされた光信号とオフセット信号との差分をＡＤ変換し、センサアレイの画像データを得る。光信号とオフセット信号との差分をとることにより、画素アンプでの熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつきによるＦＰＮが除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基準電圧に含まれるリップル成分により、蓄積開始時の基準電圧と、蓄積終了時の基準電圧との間に微小な電圧差が発生する。特許文献１に記載される駆動方法では、この電圧差がフレームごとに異なるため、特に一括露光方式において前後のフレーム間にランダムな明暗差としてフリッカーが発生する。本発明は、フリッカーを低減するための技術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】
【０００５】
上記課題に鑑みて、複数のフレーム画像を生成する放射線撮像装置であって、各画素が、放射線に応じて発生し蓄積された電荷に基づく画素信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部を電荷蓄積前の状態にリセットすることによって前記信号生成部にオフセット信号を生成させるリセット部と、信号を保持可能な保持部と、を有する複数の画素と、前記画素信号及び前記オフセット信号をフレーム期間ごとに生成し前記画素信号及び前記オフセット信号を前記保持部に保持するように各画素を制御する制御部と、あるフレーム期間内に生成された前記オフセット信号と、当該オフセット信号の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された前記画素信号とを前記保持部から読み出し、当該読み出したオフセット信号及び画素信号の差分をとる読出部と、を備えることを特徴とする放射線撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、フリッカーが低減される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一部の実施形態の画素の構成を説明する等価回路図である。
【図２】本発明の一部の実施形態の画素アレイ及び信号読出部の構成を説明する等価回路図である。
【図３】本発明の一部の実施形態の放射線撮像システムの構成を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施形態１の放射線撮像装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態２の放射線撮像装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態２の放射線撮像装置の駆動方法の変形を説明するタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態３の放射線撮像装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下の説明する実施形態は、デジタルＸ線撮像装置などの放射線撮像装置、その駆動方法及び放射線撮像システムに関する。
【０００９】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の一部の実施形態の放射線撮像装置１００（図３）における一画素の概略回路を説明する等価回路図である。画素Ｐは、変換部ＣＰと増幅部ＡＰとリセット部ＲＰと保持部ＳＨ１〜ＳＨ３と出力部ＯＰ１〜ＯＰ３とを含みうる。以下の例では、これらの構成のそれぞれが回路で構成される。例えば、変換部ＣＰは変換回路によって構成される。
【００１０】
変換部ＣＰは、フォトダイオードＰＤと、トランジスタＭ１と、フローティングディフュージョン容量ＣＦＤ（以下、ＦＤ容量ＣＦＤ）と、感度切り替え用の付加容量ＣＦＤ’とを有しうる。フォトダイオードＰＤは光電変換素子の一例であり、波長変換体であるシンチレータに入射した放射線に応じて生じた光を電荷に変換する。すなわち、放射線を光に変換する波長変換体と、光を電荷に変換する光電変換素子とによって、放射線を電荷に変換する変換素子が構成される。これに代えて、変換素子として、放射線を直接電荷に変換する素子が用いられてもよい。放射線に応じた量の電荷がフォトダイオードＰＤで発生し、発生した電荷量に応じたＦＤ容量ＣＦＤの電圧が増幅部ＡＰに出力される。また、感度切り替え用の容量ＣＦＤ’は、放射線に対する画素Ｐの感度を切り替えるために用いられ、トランジスタＭ１（スイッチ素子）を介してフォトダイオードＰＤに接続されている。ＷＩＤＥ信号が活性化されることによってトランジスタＭ１が導通状態になり、ＦＤ容量ＣＦＤと容量ＣＦＤ’との合成容量の電圧が増幅部ＡＰに出力される。すなわち、トランジスタＭ１の導通状態を制御することにより、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷に応じた電圧である第１感度信号と、第１感度とは異なる第２感度の変換部ＣＰで変換された電荷に応じた電圧である第２感度信号と、の何れかが出力されうる。
【００１１】
増幅部ＡＰは、制御トランジスタＭ３と増幅トランジスタＭ４とクランプ容量ＣＣＬと制御トランジスタＭ６と増幅トランジスタＭ７と各定電流源とを有する。制御トランジスタＭ３と増幅トランジスタＭ４と定電流源（例えばカレントミラー構成のトランジスタ）とは電流経路を形成するように直列に接続されている。制御トランジスタＭ３のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮが活性化されることによって、変換部ＣＰからの電圧を受ける増幅トランジスタＭ４が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力される。増幅トランジスタＭ４から出力された電圧は、クランプ容量ＣＣＬを介して増幅トランジスタＭ７に入力される。制御トランジスタＭ６と増幅トランジスタＭ７と定電流源とは電流経路を形成するように直列に接続されている。制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮが活性化されることによって、増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける増幅トランジスタＭ７が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。クランプ容量ＣＣＬは増幅トランジスタＭ４と増幅トランジスタＭ７との間に直列に配置されている。クランプ容量ＣＣＬによるクランプ動作については、後に説明するリセット部ＲＰと併せて説明する。
【００１２】
リセット部ＲＰは、リセットトランジスタＭ２とリセットトランジスタＭ５とを含む。リセットトランジスタＭ２は、リセット信号ＰＲＥＳが活性化されるとフォトダイオードＰＤに所定の電位を供給し、それによってフォトダイオードＰＤの電荷をリセット（初期化）し、増幅部ＡＰに出力される電圧をリセットする。リセットトランジスタＭ５は、クランプ容量ＣＣＬと増幅トランジスタＭ７との間の接続ノードに所定の電位を供給することにより、増幅トランジスタＭ７から出力される電圧をリセットする。リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの入力端子ｎ１に入力される。また、クランプ信号ＰＣＬが活性化されることによりリセットトランジスタＭ５が導通状態になり、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの出力端子ｎ２に入力される。このようにして、クランプ容量ＣＣＬの両端子間で生じた電位差をノイズ成分としてクランプし、その後のフォトダイオードＰＤでの電荷の発生および蓄積に伴い変化した電圧を信号成分として出力する。これがクランプ容量ＣＣＬを用いたクランプ動作であり、クランプ動作により変換部ＣＰで生じるｋＴＣノイズや増幅トランジスタＭ４のオフセット等のノイズ成分が抑制される。変換部ＣＰと増幅部ＡＰとによって、放射線に応じて発生し蓄積された電荷に基づく信号を生成する信号生成部が構成される。この信号を画素信号と呼ぶ。画素信号は、上述の第１感度信号又は第２感度信号に基づく。この信号生成部をリセット部ＲＰが電荷蓄積前の状態にリセットすることによって信号生成部が生成する信号をオフセット信号と呼ぶ。信号生成部のリセットは、上述のように、光電変換素子ＰＤの電位とクランプ容量ＣＣＬの出力端子ｎ２の電位とをリセットすることによって行われる。
【００１３】
保持部ＳＨ１は、増幅部ＡＰから出力された画素信号を保持可能な部分であり、転送トランジスタＭ８と保持容量ＣＳ１とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、サンプルホールド制御信号ＴＳ１を用いて転送トランジスタＭ８の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、画素信号を容量ＣＳ１に転送して保持するサンプリングを行う。出力部ＯＰ１は、信号増幅トランジスタＭ１０と出力スイッチＳＷ９とを含む。信号増幅トランジスタＭ１０は、保持容量ＣＳ１に保持された画素信号を増幅して出力するためのトランジスタであり、出力スイッチＳＷ９は信号増幅トランジスタＭ１０によって出力された画素信号を転送するスイッチである。具体的には、出力スイッチＳＷ９に入力される垂直走査信号ＶＳＲによって出力スイッチＳＷ９が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と信号増幅トランジスタＭ１０とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、出力部ＯＰ１によって、保持部ＳＨ１に保持された画素信号が増幅されて画素Ｐから出力される。以下では、画素Ｐから出力された増幅後の画素信号を画素信号Ｓ１と呼ぶ。
【００１４】
保持部ＳＨ２は、増幅部ＡＰから出力されたオフセット信号を保持可能な部分であり、転送トランジスタＭ１１と保持容量ＣＮ１とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、サンプルホールド制御信号ＴＮ１を用いて転送トランジスタＭ１１の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、オフセット信号を容量ＣＮ１に転送して保持するサンプリングを行う。出力部ＯＰ２は、信号増幅トランジスタＭ１３と出力スイッチＳＷ１２とを含む。信号増幅トランジスタＭ１３は、保持容量ＣＮ１に保持されたオフセット信号を増幅して出力するためのトランジスタであり、出力スイッチＳＷ１２は信号増幅トランジスタＭ１３によって出力されたオフセット信号を転送するスイッチである。具体的には、出力スイッチＳＷ１２に入力される垂直走査信号ＶＳＲによって出力スイッチＳＷ１２が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と信号増幅トランジスタＭ１３とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、出力部ＯＰ２によって、保持部ＳＨ２に保持されたオフセット信号が増幅されて画素Ｐから出力される。以下では、画素Ｐから出力された増幅後のオフセット信号をオフセット信号Ｎ１と呼ぶ。
【００１５】
保持部ＳＨ３は、増幅部ＡＰから出力されたオフセット信号を保持可能な部分であり、転送トランジスタＭ１４と保持容量ＣＮ２とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、サンプルホールド制御信号ＴＮ２を用いて転送トランジスタＭ１４の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、オフセット信号を容量ＣＮ２に転送して保持するサンプリングを行う。出力部ＯＰ３は、信号増幅トランジスタＭ１６と出力スイッチＳＷ１５とを含む。信号増幅トランジスタＭ１６は、保持容量ＣＮ２に保持されたオフセット信号を増幅して出力するためのトランジスタであり、出力スイッチＳＷ１５は信号増幅トランジスタＭ１６によって出力されたオフセット信号を転送するスイッチである。具体的には、出力スイッチＳＷ１５に入力される垂直走査信号ＶＳＲによって出力スイッチＳＷ１５が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と信号増幅トランジスタＭ１６とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、出力部ＯＰ３によって、保持部ＳＨ３に保持されたオフセット信号が増幅されて画素Ｐから出力される。以下では、画素Ｐから出力された増幅後のオフセット信号をオフセット信号Ｎ２と呼ぶ。
【００１６】
容量ＣＳ１、容量ＣＮ１および容量ＣＮ２のサンプルホールド後は、転送トランジスタＭ８、転送トランジスタＭ１１および転送トランジスタＭ１４がオフとなり、容量ＣＳ１、容量ＣＮ１および容量ＣＮ２は前段の増幅部ＡＰから切り離される。このため、保持された画素信号及びオフセット信号は、再度サンプルホールドされるまで非破壊で読み出すことが可能である。
【００１７】
次に図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を用いて、本実施形態の放射線撮像装置１００の画素アレイ１２０及び信号読出部２０を説明する。図１の画素Ｐが二次元アレイ状に複数配列されて画素アレイ１２０が構成される。そして、画素アレイ１２０からの信号は信号読出部２０によって読み出される。まず、図２（Ａ）を用いて本実施形態の放射線撮像装置１００の画素アレイ１２０を説明する。図２（Ａ）は、本実施形態の放射線撮像装置１００の画素アレイ１２０の概略構成を説明するための等価回路図である。
【００１８】
画素アレイ１２０は、複数の画素Ｐと、各画素Ｐを駆動するための垂直走査回路４０３と、各画素Ｐから信号読出を行うための水平走査回路４０４と、を備える。垂直走査回路４０３および水平走査回路４０４は、例えばシフトレジスタで構成されており、制御部１０９（図３）からの制御信号に基づいて動作する。垂直走査回路４０３は、制御線４０５を介して各画素Ｐに垂直走査信号ＶＳＲを供給し、当該垂直走査信号ＶＳＲに基づいて各画素Ｐを行単位で駆動する。すなわち、垂直走査回路４０３は行選択部として機能し、信号読出を行うべき画素Ｐを行単位で選択する。また、水平走査回路４０４は列選択部として機能し、水平走査信号ＨＳＲに基づいて各画素Ｐを列単位で選択して、各画素Ｐからの信号を順に出力させる（水平転送）。ここで、行選択部（垂直走査回路４０３）の動作周波数は、列選択部（水平走査回路４０４）の動作周波数に比べて大きく、即ち、行選択部（垂直走査回路４０３）は列選択部（水平走査回路４０４）に比べて動作が遅い。
【００１９】
また、画素アレイ１２０は、各画素Ｐの容量ＣＳ１に保持された画素信号を読み出すための端子ＥＳ１と、容量ＣＮ１に保持されたオフセット信号を読み出すための端子ＥＮ１と、容量ＣＮ２に保持されたオフセット信号を読み出すための端子ＥＮ２と、を有する。また、画素アレイ１２０はセレクト端子ＥＣＳをさらに有し、端子ＥＣＳが受ける信号が活性化されることによって、当該画素アレイ１２０の各画素Ｐの信号が、端子ＥＳ１、ＥＮ１及びＥＮ２を介して読み出されうる。具体的には、前述の各画素Ｐの画素信号Ｓ１、オフセット信号Ｎ１及びオフセット信号Ｎ２は、各端子に対応する列信号線４０６〜４０８に供給される。列信号線４０６〜４０８は、水平走査回路４０４からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＨを介して、アナログ出力線４０９〜４１１に接続されている。アナログ出力線４０９〜４１１の信号は、端子ＥＣＳが受ける信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＣＳを介して、端子ＥＳ１、ＥＮ１及びＥＮ２から出力される。
【００２０】
また、画素アレイ１２０は、垂直走査回路４０３および水平走査回路４０４を制御するための各制御信号を受ける端子ＨＳＴ、ＣＬＫＨ、ＶＳＴおよびＣＬＫＶをさらに有する。端子ＨＳＴは、水平走査回路４０４に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＨは、水平走査回路４０４に入力されるクロック信号を受ける。端子ＶＳＴは、垂直走査回路４０３に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＶは、垂直走査回路４０３に入力されるクロック信号を受ける。これらの各制御信号は、後述する制御部１０９から入力される。水平走査回路４０４は入力されたスタートパルスとクロック信号とに基づいて水平走査信号ＨＳＲを生成して出力し、垂直走査回路４０３は入力されたスタートパルスとクロック信号とに基づいて垂直走査信号ＶＳＲを生成して出力する。これにより、画素信号Ｓ１、オフセット信号Ｎ１及びオフセット信号Ｎ２が、各画素からＸ-Ｙアドレス方式で順次に読み出される。すなわち、画素アレイ１２０では、各画素Ｐは行単位で制御され、各保持部に保持された信号が列単位で出力される（水平転送される）ことによって、信号が読み出される。
【００２１】
次に、図２（Ｂ）を用いて本実施形態の放射線撮像装置の信号読出部２０を説明する。図２（Ｂ）は、本実施形態の放射線撮像装置の信号読出部２０の概略構成を説明するための等価回路図である。信号読出部２０は、例えば差動増幅器等を含む信号増幅部１０７とＡＤ変換を行うＡＤ変換部１０８とを有しうる。
【００２２】
端子ＥＳ１からの画素信号Ｓ１は信号増幅部１０７の反転入力端子ＡＭＰ−に入力される。また、端子ＥＮ１からのオフセット信号Ｎ１は、制御端子に入力される制御信号ＴＲＯ１に応答して導通状態になるスイッチＭ５１を介して、信号増幅部１０７の非反転入力端子ＡＭＰ＋に入力される。また、端子ＥＮ２からのオフセット信号Ｎ２は、制御端子に入力される制御信号ＴＲＯ２に応答して導通状態になるスイッチＭ５２を介して、非反転入力端子ＡＭＰ＋に入力される。スイッチＭ５１及びＭ５２は、端子ＥＮ１及び端子ＥＮ２の一方の信号が非反転入力端子ＡＭＰ＋に入力されるように制御される。スイッチＭ５１及びＭ５２並びに信号増幅部１０７は、信号ＡＤＣＬＫの周期に追従可能な応答特性を有するように設計される。
【００２３】
信号増幅部１０７では、端子ＥＳ１からの信号と端子ＥＮ１からの信号との差分、又は端子ＥＳ１からの信号と端子ＥＮ２からの信号との差分が増幅され、当該差分はＡＤ変換部１０８で、端子ＡＤＣＬＫを介して入力されるクロック信号に基づいてＡＤ変換される。このような構成により、画素アレイ１２０の画像データ（デジタルデータ）が得られ、端子ＡＤＯＵＴを介して後述する制御部１０９に出力される。
【００２４】
以上のような画素アレイ１２０及び信号読出部２０を用いて、本実施形態の放射線撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳが構成される。次に、図３を用いて本実施形態の放射線撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳを説明する。図３は、本実施形態の放射線撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳの概略構成を説明するための模式図である。
【００２５】
放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１００と、放射線を発生する放射線発生装置１０４と、曝射制御部１０３と、画像処理およびシステム制御を行う信号処理部１０１と、ディスプレイ等を含む表示部１０２と、を備える。放射線撮影を行う際には、信号処理部１０１によって放射線撮像装置１００と曝射制御部１０３とが同期制御されうる。被検者を通過した放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線等）に基づいて放射線撮像装置１００が信号を生成し、この信号に対して信号処理部１０１等において所定の処理が為された後、当該放射線に基づく画像データが生成される。当該画像データは表示部１０２に放射線画像として表示される。放射線撮像装置１００は、撮像領域１０を有する撮像パネル１０５と、撮像領域１０から信号を読み出す信号読出部２０と、各ユニットを制御する制御部１０９とを備える。
【００２６】
撮像パネル１０５は、複数の画素アレイ１２０が板状の基台の上にタイリング（２次元配列）されて構成され、このような構成により大型の撮像パネル１０５が形成されうる。各画素アレイ１２０には複数の画素Ｐが配列されており、撮像領域１０は、複数の画素アレイ１２０によって行および複数の列を形成するように配列された複数の画素Ｐを含む。また、ここでは、複数の画素アレイ１２０が７列×２行を形成するようにタイリングされた構成が例示されているが、この構成に限られるものではない。
【００２７】
制御部１０９は、例えば信号処理部１０１との間で、制御コマンドの通信を行い、同期信号の通信を行い、また、信号処理部１０１への画像データの出力を行う。また、制御部１０９は、撮像領域１０又は各ユニットを制御し、例えば、各画素アレイ１２０の基準電圧の設定、各画素の駆動制御や動作モード制御を行う。また、制御部１０９は、信号読出部２０のＡＤ変換部１０８によりＡＤ変換された各画素アレイ１２０の画像データ（デジタルデータ）を用いて１つのフレームデータに合成し、信号処理部１０１に出力する。制御部１０９は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリとで構成されてもよい。制御部１０９のプロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することによって、後述する放射線撮像装置１００の動作が実行されてもよい。これに代えて、制御部１０９は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の専用回路で構成されてもよい。
【００２８】
制御部１０９と信号処理部１０１との間では、各種インターフェースを介して、制御コマンド又は制御信号および画像データの授受が行われる。信号処理部１０１は、制御用インターフェース１１０を介して、動作モードや各種パラメータなどの設定情報又は撮影情報を制御部１０９に出力する。また、制御部１０９は、制御用インターフェース１１０を介して、放射線撮像装置１００の動作状態などの装置情報を信号処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、画像データインタフェース１１１を介して、放射線撮像装置１００で得られた画像データを信号処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、ＲＥＡＤＹ信号１１２を用いて、放射線撮像装置１００が撮影可能な状態になったことを信号処理部１０１に通知する。また、信号処理部１０１は、外部同期信号１１３を用いて、制御部１０９からのＲＥＡＤＹ信号１１２に応答して制御部１０９に、放射線の照射開始（曝射）のタイミングを通知する。また、制御部１０９は、曝射許可信号１１４がイネーブル状態の間に、曝射制御部１０３に制御信号を出力して放射線照射を開始させる。
【００２９】
図４は放射線撮像装置１００の駆動方法の一例を示すタイムチャートである。この方法は、制御部１０９が放射線撮像装置１００の各コンポーネントの動作を制御することによって実行される。放射線撮像装置１００は、複数のフレーム画像で構成される動画撮影、例えば６０ｆｐｓ以上の高速動画撮影を行う。図４の駆動方法において、フレームレートが一定であり、蓄積期間がフレーム期間内で最大となり、付加容量ＣＦＤ’が付加されない撮影モードが設定された場合について説明する。
【００３０】
フレーム期間Ｆ１〜Ｆ４は、撮影開始後の１番目〜４番目のフレーム期間を示す。フレーム期間とは、複数のフレーム画像を生成するために反復される期間のことである。蓄積期間Ｔ１〜Ｔ４は、フレーム期間Ｆ１〜Ｆ４に対応する蓄積期間を示す。蓄積期間とは、放射線に応じて発生する電荷が光電変換素子ＰＤに蓄積される期間のことである。図４において、「ＳＹＮＣ」〜「ＷＩＤＥ」は、各信号のレベルを示す。「ＣＳ１」、「ＣＮ１」及び「ＣＮ２」の行は、容量素子ＣＳ１、ＣＮ１及びＣＮ２に保持されている信号を示す。「ＲＥＡＤ」は画素アレイ１２０から信号読出部２０へ信号を読み出す期間を示す。制御部１０９は、「ＲＥＡＤ」がハイレベルの間に信号の読出し動作を実行する。「ＡＭＰ−」は信号増幅部１０７の反転入力端子ＡＭＰ−に信号が入力される期間を示し、「ＡＭＰ＋」は信号増幅部１０７の非反転入力端子ＡＭＰ＋に信号が入力される期間を示し、「ＲＥＡＤ」は信号増幅部１０７の出力端子から信号が出力される期間を示す。いずれもハイレベルが信号の入力期間を示す。
【００３１】
時刻ｔ０で撮影モードが設定される。具体的に、画素Ｐの感度が、感度切り替え用の付加容量ＣＦＤ’を付加しないＦＤ容量ＣＦＤのみの第１感度であるので、制御部１０９は、制御信号ＷＩＤＥを非活性化する。制御部１０９は、時刻ｔ１でＳＹＮＣ信号におけるパルスの立ち上がりを検出すると、時刻ｔ２からフレーム画像を生成するための駆動を開始する。ＳＹＮＣ信号は外部同期信号、内部同期信号のどちらでも構わないが、本実施形態では外部同期信号ＳＹＮＣとする。ＳＹＮＣ信号におけるパルスの立ち上がりによって１つのフレーム期間が始まり、次の立ち上がりによってこのフレーム期間が終わり、次のフレーム期間が始まる。例えば、時刻ｔ１にフレーム期間Ｆ１が始まり、時刻ｔ１１にフレーム期間Ｆ１が終わり、次のフレーム期間Ｆ２が始まる。ＳＲＤ１〜ＳＲＤ４は、フレーム期間Ｆ１〜Ｆ４に実行されるサンプルホールド・リセット駆動を示す。サンプルホールド・リセット駆動とは、画素信号のサンプルホールド、変換部ＣＰと増幅部ＡＰのリセット、オフセット信号のサンプルホールドを行う駆動のことである。
【００３２】
フレーム期間Ｆ１におけるサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ１について説明する。制御部１０９は、以下に説明するサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ１を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、複数の画素のそれぞれが同じタイミングで画素信号及びオフセット信号を生成するように各画素Ｐを制御する。
【００３３】
制御部１０９は、時刻ｔ２でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、制御トランジスタＭ３及び制御トランジスタＭ６が導通状態になる。制御トランジスタＭ３が導通状態になると、変換部ＣＰからの電圧を受ける増幅トランジスタＭ４が動作状態となり、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力される。また、制御トランジスタＭ６が導通状態になると、増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける増幅トランジスタＭ７が動作状態となり、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００３４】
制御部１０９は、時刻ｔ２〜ｔ３の期間、制御信号ＴＳ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ８が非導通状態から導通状態に切り替わり、画素信号が保持容量ＣＳ１に転送され保持される（すなわち、画素信号のサンプリングが行われる）。撮影開始後の最初のサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ１では、放射線に応じて発生する電荷の蓄積が行われていないため、保持容量ＣＳ１にサンプルホールドされた画素信号はフレーム画像の生成に使用されない。
【００３５】
続いて、制御部１０９は、時刻ｔ４にリセット信号ＰＲＥＳを活性化する。これによって、フォトダイオードＰＤに所定の電位であるリセット電圧ＶＲＥＳが供給され、フォトダイオードＰＤの電荷がリセットされる。その結果、増幅部ＡＰに出力される電圧がリセットされ、リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの入力端子ｎ１に入力される。制御部１０９は、時刻ｔ５にクランプ信号ＰＣＬを活性化する。これによって、クランプ容量ＣＣＬと増幅トランジスタＭ７との間の接続ノードに所定の電圧ＶＣＬが供給される。その結果、増幅トランジスタＭ７から出力される電圧がリセットされ、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの出力端子ｎ２に入力される。
【００３６】
制御部１０９は、時刻ｔ６〜ｔ８の期間、制御信号ＴＮ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ１１が非導通状態から導通状態に切り替わり、オフセット信号が保持容量ＣＮ１に転送され保持される（すなわち、オフセット信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ１内に生成されたオフセット信号をオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１と表す。オフセット信号Ｎ１＿Ｆ１は、フレーム期間Ｆ３の駆動ＳＲＤ３で上書きされるまで保持される。サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ１において、制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ２を活性化しない。
【００３７】
制御部１０９は、時刻ｔ７でリセット信号ＰＲＥＳを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ２が非導通状態になる。制御部１０９は、時刻ｔ９でクランプ信号ＰＣＬを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ５が非導通状態になり、入力端子ｎ１と出力端子ｎ２との間で生じた電位差がクランプ容量ＣＣＬの両端子に保たれる。制御部１０９は、時刻ｔ１０で制御トランジスタＭ３と制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮを非活性化する。これによって、増幅トランジスタＭ４及び増幅トランジスタＭ７は非動作状態となり、放射線に応じて変換された電荷が光電変換素子ＰＤに蓄積される蓄積期間Ｔ１が始まる。
【００３８】
続いて、フレーム期間Ｆ２におけるサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ２について説明する。制御部１０９は、時刻ｔ１１でＳＹＮＣ信号におけるパルスの立ち上がりを検出すると、時刻ｔ１２からフレーム画像を生成するための駆動を開始する。制御部１０９は、以下に説明するサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ２を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、同じタイミングで各制御信号を各画素Ｐに供給する。
【００３９】
制御部１０９は、時刻ｔ１２でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力され、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００４０】
制御部１０９は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間、制御信号ＴＳ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ８が非導通状態から導通状態に切り替わり、蓄積期間Ｔ１中に光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷に応じた画素信号が保持容量ＣＳ１に転送され保持される（すなわち、画素信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ１内に蓄積が開始された画素信号を画素信号Ｓ１＿Ｆ１と表す。画素信号Ｓ１＿Ｆ１は、オフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された画素信号Ｓ１である。
【００４１】
続いて、制御部１０９は、時刻ｔ１４にリセット信号ＰＲＥＳを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの入力端子ｎ１に入力される。制御部１０９は、時刻ｔ１５にクランプ信号ＰＣＬを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２に入力される。
【００４２】
制御部１０９は、時刻ｔ１６〜ｔ１８の期間、制御信号ＴＮ２を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ１４が非導通状態から導通状態に切り替わり、オフセット信号が保持容量ＣＮ２に転送され保持される（すなわち、オフセット信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ２のオフセット信号をオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２と表す。オフセット信号Ｎ２＿Ｆ２は、フレーム期間Ｆ４の駆動ＳＲＤ４で上書きされるまで保持される。サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ２において、制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ１を活性化しない。この時点で、保持部ＳＨ２にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１に保持されると同時に、保持部ＳＨ３にオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２が保持されている。
【００４３】
制御部１０９は、時刻ｔ１７でリセット信号ＰＲＥＳを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ２が非導通状態になる。制御部１０９は、時刻ｔ１９でクランプ信号ＰＣＬを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ５が非導通状態になり、入力端子ｎ１と出力端子ｎ２との間で生じた電位差がクランプ容量ＣＣＬの両端子に保たれる。制御部１０９は、時刻ｔ２０で制御トランジスタＭ３と制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮを非活性化する。これによって、増幅トランジスタＭ４及び増幅トランジスタＭ７は非動作状態となり、放射線に応じて変換された電荷が光電変換素子ＰＤに蓄積される蓄積期間Ｔ２が始まる。
【００４４】
後に続くサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ３、ＳＲＤ４もサンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ１、ＳＲＤ２と同様に実行される。制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ１とサンプルホールド制御信号ＴＮ２とを一連のサンプルホールド・リセット駆動ごとに交互に活性化する。サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ３では、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ２が保持され、保持容量ＣＮ１にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ３が保持される。サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ４では、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ３が保持され、保持容量ＣＮ２にオフセット信号Ｎ２＿Ｆ４が保持される。このように、制御部１０９は、レーム期間ごとに２つのサンプルホールド回路に交互にオフセット信号を保持するように各画素Ｐを制御する。
【００４５】
図４の参照を続けて、画素Ｐから画素信号及びオフセット信号を読み出す動作について説明する。本実施形態で、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１の保持開始から所定時間を経過後に画素信号Ｓ１の読出しを開始する。フレーム期間Ｆ１の終了後の時刻ｔ１３の時点で、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ１が保持され、保持容量ＣＮ１にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１が保持されている。そこで、制御部１０９は、時刻ｔ２０から所定時間が経過後に（例えば、オフセット信号Ｎ２＿Ｆ２の生成後に）、これらの保持容量に保持された画素信号Ｓ１＿Ｆ１及びオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の読出しを開始する。具体的に、制御部１０９は、セレクト端子ＥＣＳ及び制御信号ＴＲＯ１を活性化するとともに、制御信号ＴＲＯ２を不活性化する。続いて、制御部１０９は、垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４を制御することによって、画素アレイ１２０に含まれる複数の画素Ｐのうちの１つを選択する。これによって、選択された画素Ｐに保持された画素信号Ｓ１＿Ｆ１が信号増幅部１０７の反転入力端子ＡＭＰ−に入力され、選択された画素Ｐに保持されたオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１が信号増幅部１０７の非反転入力端子ＡＭＰ＋に入力される。このように、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１＿Ｆ１及びオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１を同じタイミングで読み出す。
【００４６】
これらの入力を受けた信号増幅部１０７は、画素信号Ｓ１＿Ｆ１及びオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の差分をとって得られる信号を出力する。この出力信号は、オフセット信号が補正された画素信号に相当する。この出力信号は、ＡＤ変換部１０８によってデジタルデータに変換され、制御部１０９に供給される。制御部１０９は、垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４を制御することによって選択画素を順次切り替え、１つのフレーム画像を生成するためのデジタルデータを取得し、フレーム期間Ｆ１に対応するフレーム画像を生成する。
【００４７】
続いて、フレーム期間Ｆ２の終了後、サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ３の終了後、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ２が保持され、保持容量ＣＮ２にオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２が保持されている。そこで、制御部１０９は、サンプルホールド・リセット駆動ＳＲＤ３の終了後から所定時間が経過後にこれらの保持容量に保持された画素信号Ｓ１＿Ｆ２及びオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２の読出しを開始する。具体的に、制御部１０９は、セレクト端子ＥＣＳ及び制御信号ＴＲＯ２を活性化するとともに、制御信号ＴＲＯ１を不活性化する。その後、制御部１０９は、上記と同様にして、画素アレイ１２０に含まれる複数の画素Ｐを順次選択する。これによって、制御部１０９は、フレーム期間Ｆ２に対応するフレーム画像を生成する。
【００４８】
上述の実施形態では、オフセット信号と、このオフセット信号の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された画素信号との差分によってフレーム画像が生成される。そのため、リセット部ＲＰから変換部ＣＰ及び増幅部ＡＰに供給される電圧ＶＲＥＳ、ＶＣＬに含まれるリップル成分がこの差分によって打ち消されるので、フレーム画像に含まれるフリッカーが低減される。
【００４９】
＜実施形態２＞
図５を参照して、実施形態２に係る放射線撮像装置１００の駆動方法について説明する。放射線撮像装置１００のハードウェア構成は実施形態１と同じであってもよいので重複する説明を省略する。以下では、実施形態１と実施形態２との相違点を中心に説明する。図５の駆動方法において、蓄積期間がフレーム期間内で最大未満となる撮影モードが設定された場合について説明する。
【００５０】
時刻ｔ４０で撮影モードが設定される。この処理は実施形態１の時刻ｔ０の処理と同様である。制御部１０９は、時刻ｔ４１でＳＹＮＣ信号におけるパルスの立ち上がりを検出すると、時刻ｔ４２からフレーム画像を生成するための駆動を開始する。ＲＤ１〜ＲＤ４は、フレーム期間Ｆ１〜Ｆ４に実行されるリセット駆動を示し、ＳＤ１〜ＳＤ４は、フレーム期間Ｆ１〜Ｆ４に実行されるサンプルホールド駆動を示す。リセット駆動とは、変換部ＣＰと増幅部ＡＰのリセットと、オフセット信号のサンプルホールドとを行う駆動のことである。サンプルホールド駆動とは、画素信号のサンプルホールドを行う駆動のことである。
【００５１】
フレーム期間Ｆ１におけるリセット駆動ＲＤ１について説明する。制御部１０９は、以下に説明するリセット駆動ＲＤ１を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、複数の画素のそれぞれが同じタイミングでオフセット信号を生成するように各画素Ｐを制御する。
【００５２】
制御部１０９は、時刻ｔ４２でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、制御トランジスタＭ３及び制御トランジスタＭ６が導通状態になる。制御トランジスタＭ３が導通状態になると、変換部ＣＰからの電圧を受ける増幅トランジスタＭ４が動作状態となり、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力される。また、制御トランジスタＭ６が導通状態になると、増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける増幅トランジスタＭ７が動作状態となり、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００５３】
また、制御部１０９は、時刻ｔ４２にリセット信号ＰＲＥＳを活性化する。これによって、フォトダイオードＰＤに所定の電位であるリセット電圧ＶＲＥＳが供給され、フォトダイオードＰＤの電荷がリセットされる。その結果、増幅部ＡＰに出力される電圧がリセットされ、リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの入力端子ｎ１に入力される。制御部１０９は、時刻ｔ４３にクランプ信号ＰＣＬを活性化する。これによって、クランプ容量ＣＣＬと増幅トランジスタＭ７との間の接続ノードに所定の電圧ＶＣＬが供給される。その結果、増幅トランジスタＭ７から出力される電圧がリセットされ、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの出力端子ｎ２に入力される。
【００５４】
制御部１０９は、時刻ｔ４４〜ｔ４６の期間、制御信号ＴＮ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ１１が非導通状態から導通状態に切り替わり、オフセット信号が保持容量ＣＮ１に転送され保持される（すなわち、オフセット信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ１内に生成されたオフセット信号をオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１と表す。オフセット信号Ｎ１＿Ｆ１は、フレーム期間Ｆ３の駆動ＲＤ３で上書きされるまで保持される。リセット駆動ＲＤ１において、制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ２を活性化しない。
【００５５】
制御部１０９は、時刻ｔ４５でリセット信号ＰＲＥＳを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ２が非導通状態になる。制御部１０９は、時刻ｔ４７でクランプ信号ＰＣＬを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ５が非導通状態になり、入力端子ｎ１と出力端子ｎ２との間で生じた電位差がクランプ容量ＣＣＬの両端子に保たれる。制御部１０９は、時刻ｔ４８で制御トランジスタＭ３と制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮを非活性化する。これによって、増幅トランジスタＭ４及び増幅トランジスタＭ７は非動作状態となり、放射線に応じて変換された電荷が光電変換素子ＰＤに蓄積される蓄積期間Ｔ１が始まる。
【００５６】
続いて、フレーム期間Ｆ２におけるリセット駆動ＲＤ２について説明する。制御部１０９は、時刻ｔ６１でＳＹＮＣ信号におけるパルスの立ち上がりを検出すると、時刻ｔ６２からフレーム画像を生成するための駆動を開始する。制御部１０９は、以下に説明するリセット駆動ＲＤ２を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、同じタイミングで各制御信号を各画素Ｐに供給する。
【００５７】
制御部１０９は、時刻ｔ６２でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力され、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００５８】
また、制御部１０９は、時刻ｔ６２にリセット信号ＰＲＥＳを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの入力端子ｎ１に入力される。制御部１０９は、時刻ｔ６３にクランプ信号ＰＣＬを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２に入力される。
【００５９】
制御部１０９は、時刻ｔ６４〜ｔ６６の期間、制御信号ＴＮ２を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ１４が非導通状態から導通状態に切り替わり、オフセット信号が保持容量ＣＮ２に転送され保持される（すなわち、オフセット信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ２のオフセット信号をオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２と表す。オフセット信号Ｎ２＿Ｆ２は、フレーム期間Ｆ４の駆動ＲＤ４で上書きされるまで保持される。リセット駆動ＲＤ２において、制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ１を活性化しない。この時点で、保持部ＳＨ２にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１に保持されると同時に、保持部ＳＨ３にオフセット信号Ｎ２＿Ｆ２が保持されている。
【００６０】
制御部１０９は、時刻ｔ６５でリセット信号ＰＲＥＳを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ２が非導通状態になる。制御部１０９は、時刻ｔ６７でクランプ信号ＰＣＬを非活性化する。これによって、リセットトランジスタＭ５が非導通状態になり、入力端子ｎ１と出力端子ｎ２との間で生じた電位差がクランプ容量ＣＣＬの両端子に保たれる。制御部１０９は、時刻ｔ６８で制御トランジスタＭ３と制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮを非活性化する。これによって、増幅トランジスタＭ４及び増幅トランジスタＭ７は非動作状態となり、放射線に応じて変換された電荷が光電変換素子ＰＤに蓄積される蓄積期間Ｔ２が始まる。
【００６１】
後に続くリセット駆動ＲＤ３、ＲＤ４もリセット駆動ＲＤ１、ＲＤ２と同様に実行される。制御部１０９は、サンプルホールド制御信号ＴＮ１とサンプルホールド制御信号ＴＮ２とを一連のサンプルホールド・リセット駆動ごとに交互に活性化する。リセット駆動ＲＤ３では、保持容量ＣＮ１にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ３が保持される。リセット駆動ＲＤ４では、保持容量ＣＮ２にオフセット信号Ｎ２＿Ｆ４が保持される。このように、制御部１０９は、レーム期間ごとに２つのサンプルホールド回路に交互にオフセット信号を保持するように各画素Ｐを制御する。
【００６２】
続いて、フレーム期間Ｆ１におけるサンプルホールド駆動ＳＤ１について説明する。制御部１０９は、以下に説明するサンプルホールド駆動ＳＤ１を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、複数の画素のそれぞれが同じタイミングで画素信号を生成するように各画素Ｐを制御する。
【００６３】
制御部１０９は、時刻ｔ５１でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、制御トランジスタＭ３及び制御トランジスタＭ６が導通状態になる。制御トランジスタＭ３が導通状態になると、変換部ＣＰからの電圧を受ける増幅トランジスタＭ４が動作状態となり、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力される。また、制御トランジスタＭ６が導通状態になると、増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける増幅トランジスタＭ７が動作状態となり、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００６４】
制御部１０９は、時刻ｔ５１〜ｔ５２の期間、制御信号ＴＳ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ８が非導通状態から導通状態に切り替わり、画素信号が保持容量ＣＳ１に転送され保持される（すなわち、画素信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ１内に蓄積が開始された画素信号を画素信号Ｓ１＿Ｆ１と表す。画素信号Ｓ１＿Ｆ１は、オフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された画素信号Ｓ１である。制御部１０９は、時刻ｔ５３で制御トランジスタＭ３と制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮを非活性化する。これによって、増幅トランジスタＭ４及び増幅トランジスタＭ７は非動作状態となる。
【００６５】
続いて、フレーム期間Ｆ２におけるサンプルホールド駆動ＳＤ２について説明する。制御部１０９は、以下に説明するサンプルホールド駆動ＳＤ２を撮像パネル１０５に含まれるすべての画素Ｐに対して一括して行う。すなわち、制御部１０９は、同じタイミングで各制御信号を各画素Ｐに供給する。
【００６６】
制御部１０９は、時刻ｔ７１でイネーブル信号ＥＮを活性化する。これによって、フレーム期間Ｆ１と同様に、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ４から出力され、増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が増幅トランジスタＭ７から出力される。
【００６７】
制御部１０９は、時刻ｔ７１〜ｔ７２の期間、制御信号ＴＳ１を活性化する。これによって、転送トランジスタＭ８が非導通状態から導通状態に切り替わり、蓄積期間Ｔ２中に光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷に応じた画素信号が保持容量ＣＳ１に転送され保持される（すなわち、画素信号のサンプリングが行われる）。フレーム期間Ｆ２内に蓄積が開始された画素信号を画素信号Ｓ１＿Ｆ２と表す。画素信号Ｓ１＿Ｆ２は、オフセット信号Ｎ２＿Ｆ２の生成に続いて蓄積された電荷に応じて生成された画素信号Ｓ１である。
【００６８】
後に続くサンプルホールド駆動ＳＤ３もサンプルホールド駆動ＳＤ１、ＳＤ２と同様に実行される。サンプルホールド駆動ＳＤ３では、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ３が保持される。
【００６９】
続いて、図５の参照を続けて、画素Ｐから画素信号及びオフセット信号を読み出す動作について説明する。実施形態２の読出し動作は実施形態１の読出し動作と同様であり、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１の保持開始から所定時間を経過後に画素信号Ｓ１の読出しを開始する。フレーム期間Ｆ１の終了前の時刻ｔ５３の時点で、保持容量ＣＳ１に画素信号Ｓ１＿Ｆ１が保持され、保持容量ＣＮ１にオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１が保持されている。そこで、制御部１０９は、時刻ｔ５３から所定時間が経過後に（例えば、オフセット信号Ｎ２＿Ｆ２の生成前に）、これらの保持容量に保持された画素信号Ｓ１＿Ｆ１及びオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の読出しを開始する。その後、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１＿Ｆ１及びオフセット信号Ｎ１＿Ｆ１の差分をとることによってフレーム画像を生成する。実施形態２では、フレーム期間Ｆ１の読出し期間Ｒ＿Ｆ１がフレーム期間Ｆ２の開始前に終了する。そのため、制御部１０９は、フレーム期間ごとに２つのサンプルホールド回路に交互にオフセット信号を保持するように各画素Ｐを制御のではなく、一方のサンプルホールド回路に連続してオフセット信号を保持するように各画素Ｐを制御してもよい。この場合に、保持部ＳＨ３及び出力部ＯＰ３は省略されてもよい。
【００７０】
図６に示すように、蓄積期間Ｔ１〜Ｔ４の長さや読出し期間の長さによっては、信号読出部２０があるフレームから開始した読み出し（例えば、Ｒ＿Ｆ１）が次のフレームまで継続する場合がある。
【００７１】
＜実施形態３＞
図７を参照して、実施形態３に係る放射線撮像装置１００の駆動方法について説明する。放射線撮像装置１００のハードウェア構成は実施形態１と同じであってもよいので重複する説明を省略する。以下では、実施形態２と実施形態３との相違点を中心に説明する。図７の駆動方法において、フレームレートが可変であり、蓄積期間がフレーム期間内で最大未満となる撮影モードが設定された場合について説明する。図７の例では、フレームレートが段階的に高くなる。そのため、フレーム期間Ｆ１からフレーム期間Ｆ４に向かうにつれてその長さが段階的に短くなる。
【００７２】
実施形態３では、リセット駆動ＲＤ１〜ＲＤ４及びサンプルホールド駆動ＳＤ１〜３が実施形態２と同様であり、画素信号及びオフセット信号を読み出すタイミングが実施形態２とは異なる。実施形態２で、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１の保持開始から所定時間を経過後に画素信号Ｓ１の読出しを開始した。実施形態３でで、信号読出部２０は、次のフレーム期間内のリセット駆動の終了から（すなわち、次のフレーム期間にオフセット信号を生成から）所定時間を経過後に画素信号Ｓ１の読出しを開始する。例えば、フレーム期間Ｆ１で生成された画素信号Ｓ１＿Ｆ１は、次のフレーム期間Ｆ２内のリセット駆動ＲＤ２の終了から所定時間を経過後に読み出される。蓄積時間Ｔ１〜Ｔ４が一定であるので、信号読出部２０は、画素信号Ｓ１の保持開始からフレーム期間の長さの変化に応じた時間を経過後に画素信号Ｓ１の読み出しを開始することになる。
【００７３】
このように、読出し期間ＲＥＡＤ中にリセット駆動ＲＤが行われないようにすることによって、フレーム画像にノイズやアーチファクトが発生することが抑制される。
【符号の説明】
【００７４】
１０  撮像領域、２０  信号読出部、１００  放射線撮像装置、１０５  撮像パネル、１０７  信号増幅部、１０８  ＡＤ変換部、１０９  制御部、１２０  画素アレイ
【図１】
2018191225.tif 000003
【図２】
2018191225.tif 000004
【図３】
2018191225.tif 000005
【図４】
2018191225.tif 000006
【図５】
2018191225.tif 000007
【図６】
2018191225.tif 000008
【図７】
2018191225.tif 000009