(57)【要約】【課題】微小な光の検出精度を向上させる。【解決手段】検出装置は、光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部とを備える。本技術は、例えば、光検出器、光検出器を用いて放射線計数を行う放射線計数装置、光検出器を用いたフローサイトメータ等の生体検査装置に適用できる。【選択図】図１４
2018013422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、
前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部と
を備える検出装置。
【請求項２】
前記第２の画素は、前記第１の画素が並べられている領域内に配置されている
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記第２の画素は、同じタイミングでサンプリングを行う前記第１の画素が並べられている行において隣接する前記第１の画素間に配置されている
請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記行内の前記第１の画素を選択するための第１の選択信号を供給する制御線と、前記行内の前記第２の画素を選択するための第２の選択信号を供給する制御線とが異なる
請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記第２の画素は、前記第１の画素から少なくとも前記光電変換部を削除した構成を有し、前記第１の画素の前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタに相当するトランジスタが常時オフされている
請求項２に記載の検出装置。
【請求項６】
前記第２の画素は、前記第１の画素が並べられている領域の外に配置されている
請求項１に記載の検出装置。
【請求項７】
前記第２の画素は、
前記第１の画素の増幅トランジスタに相当する第１のトランジスタと、
前記第１の画素の選択トランジスタに相当する第２のトランジスタと
を備え、
前記第１のトランジスタのゲートに所定の電圧が印加されている
請求項６に記載の検出装置。
【請求項８】
前記第１の画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリング、並びに、前記第２の画素の信号であるレプリカ信号のサンプリングを行う検出部を
さらに備える請求項１に記載の検出装置。
【請求項９】
前記駆動部は、複数の前記第１の画素を含む第１の画素群の前記リセット信号をサンプリングするタイミングと、複数の前記第２の画素を含む第２の画素群の第１のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせ、前記第１の画素群の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、前記第２の画素群の第２のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第１の駆動を行う
請求項８に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、前記画素アレイ部の所定の数の行単位でサンプリングを行うように前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動し、
前記第１の画素群は、前記所定の数の行内の第１の画素を含み、前記第２の画素群は、前記所定の数の行内の第２の画素を含む
請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、前記第１の駆動と、前記第２の画素を非選択状態に固定し、各前記第１の画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第３の画素群と第４の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第２の駆動とを切り替え可能である
請求項９に記載の検出装置。
【請求項１２】
１つ又は複数の前記第１の画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく第１の差分信号、及び、１つ又は複数の前記第２の画素の前記第２のレプリカ信号と前記第１のレプリカ信号との差分に基づく第２の差分信号を生成する出力制御部を
さらに備える請求項９に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記出力制御部は、前記第１の差分信号と前記第２の差分信号との差分に基づく第３の差分信号を生成する
請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
検出装置と、
前記検出装置の信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記検出装置は、
光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、
前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部と
を備える電子機器。
【請求項１５】
複数の画素が並べられている画素アレイ部と、
各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う検出部と、
各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部と
を備える検出装置。
【請求項１６】
前記第１の画素群の画素数と前記第２の画素群の画素数が略同じである
請求項１５に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記駆動部は、所定の数の行単位で各前記画素の信号のサンプリングを行うように前記画素を駆動し、
前記第１の画素群の行数と前記第２の画素群の行数とが等しい
請求項１６に記載の検出装置。
【請求項１８】
１つ又は複数の前記画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく差分信号を生成する出力制御部を
さらに備える請求項１５に記載の検出装置。
【請求項１９】
検出装置と、
前記検出装置の信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記検出装置は、
複数の画素が並べられている画素アレイ部と、
各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う複数の検出部と、
各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部と
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示に係る技術は、検出装置及び電子機器に関し、特に、微弱な光の検出を行う検出装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出器に入射した放射線の線量を、入射光子単位で個々のエネルギー分別を行いつつカウントする放射線計数器（フォトンカウント）が、サーベイメータやガンマカメラ等の様々な機器に適用されている。この検出器には、通常シンチレータ及び光電子増倍管が用いられる。
【０００３】
しかし、光電子増倍管は、高価である上、小型軽量化に適さない。また、光電子増倍管は、磁場の影響を受けやすい。そのため、光電子増倍管の代わりに、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）やＳｉＰＭ（Silicon Photo Multipliers）のアレイを用いることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５３０８号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＡＰＤのアレイを用いた場合、出力信号が極めて微弱な上に温度による出力変動が激しく、外部環境の影響を受けやすい。また、ＳｉＰＭのアレイを用いた場合、高電界を要するために暗電流が大きくなり、アフタパルスやクロストーク等によりフロアノイズが大きくなる。さらに、ＡＰＤ及びＳｉＰＭのいずれも高電圧を使うため、別途電源回路が必要であり、出力もアナログ信号である。このため、別途アンプや積分回路、ＡＤ変換回路を外付けする必要があり、信号伝達の過程で外部ノイズの影響を受けやすい。
【０００６】
本開示に係る技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、微小な光の検出精度を向上させるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る技術の第１の側面の検出装置は、光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部とを備える。
【０００８】
前記第２の画素を、前記第１の画素が並べられている領域内に配置することができる。
【０００９】
前記第２の画素を、同じタイミングでサンプリングを行う前記第１の画素が並べられている行において隣接する前記第１の画素間に配置することができる。
【００１０】
前記行内の前記第１の画素を選択するための第１の選択信号を供給する制御線と、前記行内の前記第２の画素を選択するための第２の選択信号を供給する制御線とが異なるようにすることができる。
【００１１】
前記第２の画素を、前記第１の画素から少なくとも前記光電変換部を削除した構成とし、前記第１の画素の前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタに相当するトランジスタを常時オフさせることができる。
【００１２】
前記第２の画素を、前記第１の画素が並べられている領域の外に配置することができる。
【００１３】
前記第２の画素に、前記第１の画素の増幅トランジスタに相当する第１のトランジスタと、前記第１の画素の選択トランジスタに相当する第２のトランジスタとを設け、前記第１のトランジスタのゲートに所定の電圧を印加することができる。
【００１４】
前記第１の画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリング、並びに、前記第２の画素の信号であるレプリカ信号のサンプリングを行う検出部をさらに設けることができる。
【００１５】
前記駆動部には、複数の前記第１の画素を含む第１の画素群の前記リセット信号をサンプリングするタイミングと、複数の前記第２の画素を含む第２の画素群の第１のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせ、前記第１の画素群の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、前記第２の画素群の第２のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第１の駆動を行わせることができる。
【００１６】
前記駆動部には、前記画素アレイ部の所定の数の行単位でサンプリングを行うように前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動させ、前記第１の画素群には、前記所定の数の行内の第１の画素を含ませ、前記第２の画素群には、前記所定の数の行内の第２の画素を含ませることができる。
【００１７】
前記駆動部は、前記第１の駆動と、前記第２の画素を非選択状態に固定し、各前記第１の画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第３の画素群と第４の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第２の駆動とを切り替え可能とすることができる。
【００１８】
１つ又は複数の前記第１の画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく第１の差分信号、及び、１つ又は複数の前記第２の画素の前記第２のレプリカ信号と前記第１のレプリカ信号との差分に基づく第２の差分信号を生成する出力制御部をさらに設けることができる。
【００１９】
前記出力制御部には、前記第１の差分信号と前記第２の差分信号との差分に基づく第３の差分信号を生成させることができる。
【００２０】
本開示に係る技術の第２の側面の電子機器は、検出装置と、前記検出装置の信号を処理する信号処理部とを備え、前記検出装置は、光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部とを備える。
【００２１】
本開示に係る技術の第３の側面の検出装置は、複数の画素が並べられている画素アレイ部と、各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う検出部と、各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部とを備える。
【００２２】
前記第１の画素群の画素数と前記第２の画素群の画素数を略同じにすることができる。
【００２３】
前記駆動部には、所定の数の行単位で各前記画素の信号のサンプリングを行うように前記画素を駆動させ、前記第１の画素群の行数と前記第２の画素群の行数とを等しくすることができる。
【００２４】
１つ又は複数の前記画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく差分信号を生成する出力制御部をさらに設けることができる。
【００２５】
本開示に係る技術の第４の側面の電子機器は、検出装置と、前記検出装置の信号を処理する信号処理部とを備え、前記検出装置は、複数の画素が並べられている画素アレイ部と、各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う複数の検出部と、各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部とを備える。
【００２６】
本開示に係る技術の第１の側面においては、光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が駆動される。
【００２７】
本開示に係る技術の第２の側面においては、検出装置において、光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が駆動され、前記検出装置の信号が処理される。
【００２８】
本開示に係る技術の第３の側面においては、各画素のリセット信号及び蓄積信号のサンプリングが所定の順番で行われるとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとが合わせられる。
【００２９】
本開示に係る技術の第４の側面においては、検出装置において、各画素のリセット信号及び蓄積信号のサンプリングが所定の順番で行われるとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとが合わせられ、前記検出装置の信号が処理される。
【発明の効果】
【００３０】
本開示に係る技術の第１乃至第４の側面によれば、微小な光の検出精度が向上する。
【００３１】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本開示に係る技術の第１の実施の形態である放射線計数装置の構成例を示す図である。
【図２】光検出器の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】光検出器の基板の構成例を示す模式図である。
【図４】画素の構成例を示す回路図である。
【図５】各画素の信号の値の例を示す図である。
【図６】同相ノイズ成分の第１の低減方法の概要を説明するための図である。
【図７】同相ノイズ成分の第１の低減方法の効果を説明するための図である。
【図８】光検出器の第１の実施の形態の画素の読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】光検出器の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】光検出器の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１１】レプリカ画素の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図１２】同相ノイズ成分の第２の低減方法の概要を説明するための図である。
【図１３】同相ノイズ成分の第２の低減方法の効果を説明するための図である。
【図１４】光検出器の第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図１５】レプリカ画素の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図１６】同相ノイズ成分の第３の低減方法の概要を説明するための図である。
【図１７】同相ノイズ成分の第３の低減方法の効果を説明するための図である。
【図１８】光検出器の第３の実施の形態の画素の読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１９】本開示に係る技術の第４の実施の形態であるフローサイトメータの構成例を示す図である。
【図２０】フローサイトメータの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図２１】手術室システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図２２】集中操作パネルにおける操作画面の表示例を示す図である。
【図２３】手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。
【図２４】図２３に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本開示に係る技術（以下、単に本技術とも称する）を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（ローリングシャッタ方式の放射線計数装置に適用した例）
２．第２の実施の形態（グローバルシャッタ方式の放射線計数装置に適用した第１の例）
３．第３の実施の形態（グローバルシャッタ方式の放射線計数装置に適用した第２の例）
４．第４の実施の形態（フローサイトメータに適用した例）
５．変形例
６．応用例
【００３４】
＜＜１．第１の実施の形態＞＞
まず、図１乃至図９を参照して、本技術の第１の実施の形態について説明する。
【００３５】
＜１−１．放射線計数装置の構成例＞
図１は、本技術を適用した放射線計数装置１の構成例を示している。図１Ａは、放射線計数装置１の受光部１１の断面を模式的に表し、図１Ｂは、受光部１１のシンチレータ２１及び光検出器２３の斜視図を模式的に表している。
【００３６】
放射線計数装置１は、受光部１１及びデータ処理部１２を備える。受光部１１は、シンチレータ２１、隔壁２２、及び、光検出器２３を備える。
【００３７】
シンチレータ２１は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）或いはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）を含み、光検出器２３に対向する面の大きさが４ミリメートル（ｍｍ）角の直方体形状に加工されている。そして、シンチレータ２１は、放射線の光子が入射すると、そのエネルギーに比例した可視光の光子を生成し、可視光のパルス光（以下、シンチレーション光とも称する）を放つ。
【００３８】
隔壁２２は、例えば、光を反射する反射性物質（例えば、アルミニウム）により構成され、シンチレータ２１を覆い、可視光を遮断する。ただし、隔壁２２は、光検出器２３に近接して向かい合う面のみが開口されている。これにより、シンチレータ２１で発生した光子の殆どが、光検出器２３に入射する。
【００３９】
光検出器２３は、シンチレータ２１で発生したシンチレーション光を検出し、シンチレーション光の光量に応じたデジタル信号を生成する。具体的には、光検出器２３のシンチレータ２１と向き合う受光面には、画素アレイ部３１が設けられている。画素アレイ部３１には、複数の画素４１が二次元格子状に配列されている。各画素４１は、入射したシンチレーション光に応じた電荷を生成する。光検出器２３は、各画素４１で発生した電荷に対応するデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号を、信号線１３を介してデータ処理部１２に供給する。
【００４０】
なお、シンチレータ２１と光検出器２３とは、適切な屈折率をもつ光学接着剤により接着するのが望ましい。或いは、シンチレータ２１と光検出器２３の間にファイバーガラス等によるライトガイドを挿入しても良い。
【００４１】
また、以下、画素アレイ部３１において、Ｘ方向（水平方向）及びＹ方向（垂直方向）にそれぞれ２００個ずつの合計４００００個の画素４１が配列されているものとする。なお、画素４１の詳細については後述する。
【００４２】
データ処理部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるコンピュータにより構成される。そして、データ処理部１２は、ＲＯＭや半導体メモリ等に格納されたプログラムを読み出してＣＰＵで実行することにより、各種の信号処理を実行する。例えば、データ処理部１２は、光検出器２３から供給されるデジタル信号を処理して放射線計数を行う。また、例えば、データ処理部１２は、発光パルスの光量を検出し、受光部１１に入射した放射線のエネルギー判定（エネルギーに基づく放射線源の特定）を行う。
【００４３】
なお、放射線計数装置１において、シンチレータ２１と光検出器２３のセットをＸ−Ｙ方向にタイリングする（アレイ状に複数配列する）ことで、ガンマカメラ等の空間分解能をもつ放射線計数装置を構成することも可能である。
【００４４】
＜１−２．光検出器の第１の実施の形態＞
図２は、図１の光検出器２３の第１の実施の形態である光検出器２３ａの回路構成の例を示している。
【００４５】
光検出器２３ａは、図１の画素アレイ部３１の第１の実施の形態である画素アレイ部３１ａ、タイミング制御回路５１、行駆動回路５２、参照電圧生成回路５３、検出部５４、列駆動回路５５、複数のスイッチ５６ａ及びスイッチ５６ｂ、出力制御回路５７等を備える。検出部５４は、複数の検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂを備える。光検出器２３ａを構成する各回路は、例えば、１つのチップに設けられる。
【００４６】
画素アレイ部３１ａには、上述したように、複数の画素４１が二次元格子状に配列されている。以下、複数の画素４１が配列された所定方向（図１のＸ方向）を行方向と称し、その行方向と直交する方向（図１のＹ方向）を列方向と称する。
【００４７】
なお、以下、画素アレイ部３１ａの画素４１のうち、奇数行（Ｒ０行、Ｒ２行、Ｒ４行、・・・）の画素４１を画素４１ａと称し、偶数行（Ｒ１行、Ｒ３行、Ｒ５行、・・・）の画素４１を画素４１ｂと称する。ただし、画素４１ａと画素４１ｂを区別する必要がない場合には、単に画素４１と称する。
【００４８】
画素アレイ部３１ａ内の各画素列には、２つの検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂ、並びに、２つのスイッチ５６ａ及びスイッチ５６ｂがそれぞれ設けられている。例えば、画素アレイ部３１ａの第０列において、奇数行の画素４１ａが、垂直信号線５９ａを介して検出回路７１ａとスイッチ５６ａに接続され、偶数行の画素４１ｂが、垂直信号線５９ｂを介して検出回路７１ｂとスイッチ５６ｂに接続されている。その他の画素列についても同様である。また、画素アレイ部３１ａの各画素４１は、制御線５８を介して行駆動回路５２に接続されている。
【００４９】
タイミング制御回路５１は、行駆動回路５２、参照電圧生成回路５３、列駆動回路５５、検出回路７１ａ、検出回路７１ｂ等の動作タイミングを制御する。例えば、タイミング制御回路５１は、行の走査タイミングを示すタイミング制御信号を生成して行駆動回路５２に供給する。また、タイミング制御回路５１は、参照電圧の供給動作を制御するＤＡＣ（Digital to Analog）制御信号を生成して参照電圧生成回路５３に供給する。さらに、タイミング制御回路５１は、列の走査タイミングを示すタイミング制御信号を生成して列駆動回路５５に供給する。また、タイミング制御回路５１は、検出回路７１ａ、検出回路７１ｂの動作を制御する検出制御信号を検出回路７１ａ、検出回路７１ｂに供給する。
【００５０】
行駆動回路５２は、タイミング制御回路５１の制御に従って、各画素４１を駆動する。
【００５１】
参照電圧生成回路５３は、ＤＡＣ制御信号に従って、参照電圧Ｖｒｅｆを生成して検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂのそれぞれに供給する。
【００５２】
検出回路７１ａは、タイミング制御回路５１の制御に従って、画素アレイ部３１ａ内の画素４１ａから出力されるアナログの画素信号（以下、単にアナログ信号とも称する）の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、デジタルの画素信号（以下、単にデジタル信号とも称する）に変換し、保持する。検出回路７１ｂは、タイミング制御回路５１の制御に従って、画素アレイ部３１ａ内の画素４１ｂから出力されるアナログ信号の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、デジタル信号に変換し、保持する。これにより、画素４１ａ及び４１ｂのアナログ信号を、検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂにより略同時にサンプリングし、ＡＤ変換することが可能である。また、これらのサンプリングは、同じ行に並んでいる画素４１に対して一斉に行われる。
【００５３】
列駆動回路５５は、タイミング制御回路５１の制御に従って、スイッチ５６ａ及びスイッチ５６ｂの状態を制御する。
【００５４】
スイッチ５６ａは、列駆動回路５５の制御に従って、接続先の検出回路７１ａに保持されているデジタル信号を出力制御回路５７に供給する。スイッチ５６ｂは、列駆動回路５５の制御に従って、接続先の検出回路７１ｂに保持されているデジタル信号を出力制御回路５７に供給する。
【００５５】
なお、各検出回路７１ａは、対応する画素列内の各画素４１ａのアナログ信号を、順次ＡＤ変換した後、ＡＤ変換後のデジタル信号を合算して、出力制御回路５７に供給しても良い。すなわち、各検出回路７１ａは、対応する画素列内の各画素４１ａのアナログ信号をＡＤ変換するだけでなく、ＡＤ変換後のデジタル信号を合算する処理を行っても良い。同様に、各検出回路７１ｂは、対応する画素列内の各画素４１ｂのアナログ信号を、順次ＡＤ変換し、ＡＤ変換後のデジタル信号を合算して、出力制御回路５７に供給しても良い。
【００５６】
出力制御回路５７は、必要に応じて、各検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂから供給されるデジタル信号の演算を行い、得られたデジタル信号をデータ処理部１２（図１）に供給する。
【００５７】
なお、以下、スイッチ５６ａ及びスイッチ５６ｂを個々に区別する必要がない場合、単に、スイッチ５６と称する。以下、垂直信号線５９ａ及び垂直信号線５９ｂを個々に区別する必要がない場合、単に、垂直信号線５９と称する。以下、検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂを個々に区別する必要がない場合、単に、検出回路７１と称する。
【００５８】
＜１−３．光検出器の基板の構成例＞
図３は、光検出器２３ａの基板の構成例を模式的に示している。
【００５９】
光検出器２３ａは、１枚の半導体基板（例えば、シリコン基板）により構成してもよいし、複数の半導体基板を積層した構成にしてもよい。例えば、図３では、上側基板８１と下側基板８２の２枚の半導体基板の積層構造により、光検出器２３ａが構成されている。
【００６０】
上側基板８１と下側基板８２は、シリコンウエハの張り合わせ等の基板接合技術を用いて積層される。また、上側基板８１と下側基板８２は、Ｃｕ−Ｃｕ接合等の金属結合や貫通ビア等により、電気的に接続されている。
【００６１】
上側基板８１には、画素アレイ部３１ａが形成されている。
【００６２】
一方、下側基板８２には、タイミング制御回路５１、行駆動回路５２、参照電圧生成回路５３、列駆動回路５５（不図示）、複数のスイッチ５６ａ及びスイッチ５６ｂ、出力制御回路５７、複数の検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂ等が形成されている。例えば、画素アレイ部３１ａ内の同一列内の複数の画素４１ａ対して、１つの検出回路７１ａが対応するように、複数の検出回路７１ａが形成されている。同様に、画素アレイ部３１ａ内の同一列内の複数の画素４１ｂ対して、１つの検出回路７１ｂが対応するように、複数の検出回路７１ｂが形成されている。すなわち、下側基板８２の１つの検出回路７１ａ、検出回路７１ｂは、画素アレイ部３１ａ内の複数の画素４１ａ、画素４１ｂで各々共有される。なお、この例では、検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂは、上下に分かれて配置されている。
【００６３】
このように、上側基板８１及び下側基板８２の積層構造により光検出器２３ａを構成することにより、光検出器２３ａにおける画素アレイ部３１ａの割合（開口率）を大きくすることができる。これにより、光検出器２３ａの受光面の前面に大型のシンチレータ２１を配置した場合であっても、より多くのシンチレーション光を受光することができ、受光部１１の放射線感度が向上する。特に、上述したようにタイリングを行った場合には、光の収率を上げることができる。このように、より多くの光子を取り込むことは、検出光子数に対するショットノイズの割合を低減し、エネルギー分解能の向上に直結する。
【００６４】
＜１−４．画素の回路構成＞
次に、図４を参照して、画素４１の回路構成について説明する。
【００６５】
画素４１は、フォトダイオード１１１、蓄積ノード１１２、転送トランジスタ１１３、検出ノード１１４、リセットトランジスタ１１５、増幅トランジスタ１１６、及び、選択トランジスタ１１７を備える。転送トランジスタ１１３、リセットトランジスタ１１５、増幅トランジスタ１１６、及び、選択トランジスタ１１７には、例えば、ｎ型のＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタが用いられる。
【００６６】
フォトダイオード１１１のアノードは接地され、カソードは蓄積ノード１１２を介して転送トランジスタ１１３のドレインに接続されている。転送トランジスタ１１３のゲートは、制御線５８を介して行駆動回路５２に接続され、ソースは検出ノード１１４に接続されている。リセットトランジスタ１１５のゲートは、制御線５８を介して行駆動回路５２に接続され、ドレインは電源ＶＤＤに接続され、ソースは検出ノード１１４に接続されている。増幅トランジスタ１１６のゲートは検出ノード１１４に接続され、ドレインは電源ＶＤＤに接続され、ソースは選択トランジスタ１１７のドレインに接続されている。選択トランジスタ１１７のゲートは、制御線５８を介して行駆動回路５２に接続され、ソースは垂直信号線５９に接続されている。
【００６７】
フォトダイオード１１１は、光子を電荷に変換する光電変換素子である。フォトダイオード１１１は、画素４１の回路が形成された半導体基板に入射した光子から、電子とホールのペアを発生させ、そのうちの電子（負の電荷）を蓄積ノード１１２に蓄積する。
【００６８】
なお、光検出器２３ａへの入射光は、通常のデジタルカメラのイメージセンサへの入射光と比較して非常に弱いため、通常のデジタルカメラのイメージセンサと比較して、フォトダイオード１１１の受光面積を大きくすることが望ましい。
【００６９】
転送トランジスタ１１３は、行駆動回路５２から供給される駆動信号ＴＲＧ（転送信号）が高レベル（例えば、電源電圧ＶＤＤ）のときオンし（アクティブ状態となり）、低レベル（例えば、グラウンドレベル）のときオフする（非アクティブ状態となる）。転送トランジスタ１１３がオンすると、蓄積ノード１１２から検出ノード１１４へ電荷が転送される。
【００７０】
検出ノード１１４は、転送トランジスタ１１３からの電荷を蓄積して、その蓄積した電荷の量に応じたアナログの電圧を生成する。この電圧は、増幅トランジスタ１１６のゲートに印加される。
【００７１】
なお、上述したように、光検出器２３ａへの入射光は、通常のデジタルカメラのイメージセンサへの入射光と比較して非常に弱いため、通常のデジタルカメラのイメージセンサと比較して、検出ノード１１４の大きさを小さくすることが可能である。
【００７２】
リセットトランジスタ１１５は、行駆動回路５２から供給される駆動信号ＲＳＴ（リセット信号）が高レベル（例えば、電源電圧ＶＤＤ）のときオンし（アクティブ状態となり）、低レベル（例えば、グラウンドレベル）のときオフする（非アクティブ状態となる）。
【００７３】
例えば、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５を転送トランジスタ１１３と同時にオンすることで、蓄積ノード１１２に蓄積された電子を電源ＶＤＤに引き抜き、画素４１を蓄積前の暗状態、すなわち光が未入射の状態に初期化する。以下、これをＰＤ（Photo Diode）リセットと称する。
【００７４】
また、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５のみをオンすることにより、検出ノード１１４に蓄積された電荷を電源ＶＤＤに引き抜き、その電荷量を初期化する。以下、これをＦＤ（Floating Diffusion）リセットと称する。
【００７５】
増幅トランジスタ１１６は、ゲートの電荷信号を増幅して画素出力に伝達するものである。具体的には、増幅トランジスタ１１６は、トランジスタ１２１を含む定電流回路１０１と垂直信号線５９を介して接続され、ソースフォロアを構成しており、検出ノード１１４の電圧が、所定のゲイン（例えば、１．０弱）で垂直信号線５９に出力される。その電圧を示すアナログ信号が、垂直信号線５９を介して、ＡＤ変換器１３１を含む検出回路７１に供給される。
【００７６】
選択トランジスタ１１７は、行駆動回路５２から供給される駆動信号ＳＥＬ（選択信号）が高レベル（例えば、電源電圧ＶＤＤ）のときオンし（アクティブ状態となり）、低レベル（例えば、グラウンドレベル）のときオフする（非アクティブ状態となる）。選択トランジスタ１１７がオンすると、画素４１が選択された状態になり、検出ノード１１４の電圧を増幅トランジスタ１１６により増幅した電圧を示すアナログ信号が、垂直信号線５９に出力される。
【００７７】
画素４１は、フォトダイオード１１１がリセットされてから、読み出しが行われるまでの期間、光電変換された電荷を内部に蓄積し、読み出し時に蓄積電荷に応じた信号を出力する。画素４１は、このような単位期間の蓄積と読み出しを繰り返し実行する。これにより、蓄積中に光パルス（シンチレーション光）が入射された結果が読み出し時に得られる。
【００７８】
なお、フォトダイオード１１１の種類は、リセットによる電荷排出時には完全空乏化される埋め込み型のフォトダイオードが望ましい。埋め込み型のフォトダイオード１１１の特徴は、検出ノード１１４とフォトダイオード１１１の蓄積ノード１１２とが読み出し時に容量結合しないことである。その結果、検出ノード１１４の寄生容量が低減するほど変換効率が向上し、１光子の入射に対する感度を向上させることができる。また、フォトダイオード１１１を大きくしても、変換効率は悪化しない。従って、フォトダイオード１１１を大きくすればするほど、同じ光束密度に対する画素あたりの感度は向上する。なお、同様の性質は、ＭＯＳ型の光電変換素子においても観察される。
【００７９】
また、画素４１は、例えば、ＡＰＤ、ＳｉＰＭ、高電子増倍管のような電子増倍を行わない。従って、画素４１の出力信号は、増幅トランジスタ１１６や検出回路７１内のＡＤ変換器１３１に起因する読み出しノイズの影響を受けるものの、上述したように感度を向上させることにより、その影響が相対的に小さくなる。すなわち、検出ノード１１４の寄生容量を出来る限り低減するとともに、フォトダイオード１１１を１電子転送が可能な範囲で出来る限り大きくすることで、画素４１のＳＮ比が向上し、高感度検出器としての画素４１を実現することができる。
【００８０】
＜１−５．画素信号の出力例＞
放射線計数装置１は、例えば１つの放射線の光子がシンチレータ２１に光電吸収されることによって生じた、例えば数千個の光子よりなる微弱発光パルスを測定する。光検出器２３ａは、測定対象となる微弱発光パルスを、複数個の画素４１よりなる画素アレイ部３１ａで受光し、各画素４１は、それぞれ受光量に応じた独立したアナログ信号を出力する。各画素４１ａのアナログ信号は、ＡＤ変換器１３１により１ビットより大きな階調を持つデジタル信号に変換される。
【００８１】
また、光検出器２３ａの画素アレイ部３１ａに微弱なパルス光が入射する場合、それらは略均一かつランダムに各画素４１ａに分散されて受光される。したがって、微弱なパルス光が受光された場合の各画素出力も略均一となる。
【００８２】
図５は、各画素４１から出力されたアナログ信号をＡＤ変換器１３１でＡＤ変換した後のデジタル信号の値の例を示している。
【００８３】
なお、以下、ＡＤ変換器１３１が、１光子に対応するアナログの電気信号を１０ＬＳＢに相当する階調のデジタル信号に変換して出力するものとする。ここで、ＬＳＢ（Least Significant Bit）は、デジタル値の最小出力単位である。
【００８４】
なお、ＡＤ変換器１３１から出力されるデジタル信号の値には、光子信号に相当する値の他、読み出しノイズに相当する値も含まれる。すなわち、デジタル信号の値は、光子信号と読み出しノイズを合成した値となる。そのため、読み出しノイズによりデジタル信号が負の値となる場合がある。図５の例では、デジタル信号の値をそのまま負の値で示しているが、負の値とならないように各画素４１のデジタル信号に均一のオフセットを加えたり、或いは、負の値をゼロに切り上げたりしてもよい。
【００８５】
光検出器２３ａは、各々が受光量に応じた信号を出力可能な高感度光検出セルである画素４１の集合体である。光検出器２３ａの各画素４１は、ＡＰＤやＳｉ−ＰＭのような強電界による電子増倍を行わないため、出力信号は微小である。そのため、ＡＤ変換器１３１から出力されるデジタル信号に含まれる読み出しノイズが有意となるため、各画素４１のデジタル信号からは、各画素４１における光子入射数を正確に検出することはできない。しかし、後述するように、各画素４１のデジタル信号を総合することで、放射線１個に対応するパルス光量を高い精度で検出することができる。
【００８６】
＜１−６．同相ノイズが光検出器のフロアノイズに及ぼす影響＞
ところで、各画素４１の読み出しノイズが独立事象である場合、すなわち、画素４１間の読み出しノイズに相関がない場合、複数の画素４１のデジタル信号を合算すると、読み出しノイズは、平均化の効果により合算する画素数の平方根倍のノイズとなる。
【００８７】
一方、各画素４１の読み出しノイズが従属事象である場合、すなわち、複数の画素４１に同様のノイズが発生する場合、上述した平均化効果が働かず、読み出しノイズは、そのまま画素数倍のノイズとなる。すなわち、光検出器２３ａのように複数の画素４１をまとめて１つの光検出器として用いる場合、このような従属事象型のノイズの影響は深刻であり、フロアノイズの支配的要因になりやすい。
【００８８】
このような従属事象型のノイズの代表的なものとして、例えば、画素４１や検出回路７１で発生する電源ノイズやグラウンドノイズ、参照電圧生成回路５３から各検出回路７１に供給される参照電圧Ｖｒｅｆに重畳されるノイズ、定電流回路１０１のトランジスタ１２１のグラウンドやゲートに重畳されるノイズ等がある。これらは、同時に読み出される全ての画素４１の信号において同相のノイズ成分となって顕れる。
【００８９】
これらのノイズがフロアノイズσＴ（単位は、電子ｒｍｓ）に及ぼす影響は、次式（１）により見積もることができる。
【００９０】
【数１】
2018013422.tif 000003
【００９１】
なお、Ｎは、同時に読み出す画素数（以下、同時読出し画素数と称する）を示している。Ｍは、１フレーム分の画素信号を読み出すのに必要な読み出し回数（以下、総読み出し回数と称する）を示している。すなわち、Ｎ×Ｍは、１フレーム内の総画素数に相当する。σＰは、各画素４１で独立に発生するランダムノイズ成分（単位は、電子ｒｍｓ）を示している。σＲは、画素信号を読み出す毎に発生する同相ノイズ成分（単位は、電子ｒｍｓ）を示している。
【００９２】
例えば、光検出器２３ａにおいて、画素アレイ部３１ａの２００×２００画素の画素４１の画素信号を合算する場合のランダムノイズ成分σＰと同相ノイズ成分σＲの影響を概算する。後述するように、画素信号の読み出しは２行毎に行われるため、同時読み出し画素数Ｎは４００画素となり、総読み出し回数Ｍは１００回となる。
【００９３】
一般の撮像用に用いられるイメージセンサでは、同相ノイズ成分をランダムノイズ成分の１／５から１／１０程度に抑えることにより、同相ノイズ成分によるブロック状に生じた輝度変化や色調変化が、目視上目立たたぬレベルとなる。そこで、各画素４１で独立に発生するランダムノイズ成分σＰを１電子ｒｍｓ、２行毎の読み出し処理において各画素４１で発生する同相ノイズ成分σＲを、ランダムノイズ成分σＰの１／１０の０．１電子ｒｍｓとすると、フロアノイズσＴは、次式（２）で表される。
【００９４】
【数２】
2018013422.tif 000004
【００９５】
ランダムノイズ成分σＰは、１２×全画素数の平方根であり、２００電子ｒｍｓとなる。一方、同相ノイズ成分σＲは、２行分の合計が０．１ｘ４００＝４０電子ｒｍｓとなる。そして、全行の同相ノイズ成分σＲは、１００回分の読み出し処理の合計となるので、４０２ｘ１００の平方根となり、４００電子ｒｍｓとなる。
【００９６】
そして、全体のフロアノイズσＴ２は、両者の二乗和となり、フロアノイズσＴは、その平方根となる。
【００９７】
このように、同相ノイズ成分σＲは、画素４１毎では、ランダムノイズ成分σＰの１／１０であるにも関わらず、全画素４１の画素信号を合算すると、ランダムノイズ成分σＰの２倍となる。従って、光検出器２３ａのフロアノイズσＴにおいて、同相ノイズ成分σＲの方が、ランダムノイズ成分σＰより支配的となる。
【００９８】
光検出器２３ａでは、後述するように、この同相ノイズ成分を低減する処理が行われる。
【００９９】
＜１−７．画素信号の読み出し方法＞
次に、図６乃至図８を参照して、光検出器２３ａにおける画素信号の読み出し方法について説明する。
【０１００】
まず、図６を参照して、光検出器２３ａにおいて同相ノイズ成分を低減する方法の概要について説明する。
【０１０１】
ここで、蓄積ノード１１２に蓄積された電荷を検出ノード１１４に転送した状態で画素４１から出力される信号、すなわち、画素４１の蓄積電荷量を表す信号（以下、蓄積信号と称する）には、蓄積電荷に比例する信号成分と、リセットノイズ等を含むオフセット成分が含まれる。ＦＤリセット又はＰＤリセット後の検出ノード１１４の電荷をリセットした状態で画素４１から出力される信号、すなわち、画素４１のリセットレベルを表す信号（以下、リセット信号と称する）は、オフセット成分を含む暗信号に相当する。従って、画素４１の信号成分からなる信号（以下、画素光検出信号と称する）は、蓄積信号とリセット信号の差分をとり、オフセット成分をキャンセルすることにより得られる。この画素光検出信号には、上述した同相ノイズ成分が含まれる。そして、光検出器２３ａは、蓄積信号及びリセット信号をそのまま用いて、画素光検出信号に含まれる同相ノイズ成分を低減する。
【０１０２】
例えば、図２の画素アレイ部３１ａでは、Ｒ０行、Ｒ１行、Ｒ２行、・・・と、行毎に順次画素信号が読み出される。また、各画素４１の画素信号の読み出し処理においては、まずＦＤリセットが行われ、リセット信号が読み出されてサンプリングされる。次に、蓄積ノード１１２に蓄積されている電荷が検出ノード１１４に転送された後、蓄積信号が読み出されてサンプリングされる。ここで、図６の手順に従って画素信号の読み出しを行うことにより、同相ノイズ成分が低減される。
【０１０３】
まず、Ｒ０行の各画素４１ａにおいてＦＤリセットが行われ、期間Ｔ１ａにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０がサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０に、同相ノイズ成分ｎ１が重畳される。
【０１０４】
次に、Ｒ０行の各画素４１ａにおいて蓄積電荷の転送が行われ、Ｒ１行の各画素４１ｂにおいてＦＤリセットが行われる。そして、期間Ｔ２ａにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０とＲ１行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１が同時にサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０及び各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１に、同相ノイズ成分ｎ２が重畳される。
【０１０５】
次に、Ｒ１行の各画素４１ｂにおいて蓄積電荷の転送が行われ、Ｒ２行の各画素４１ａにおいてＦＤリセットが行われる。そして、期間Ｔ３ａにおいて、Ｒ１行の各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１とＲ２行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２が同時にサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１及び各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２に、同相ノイズ成分ｎ３が重畳される。
【０１０６】
同様の処理が以降の期間Ｔ４ａ、期間Ｔ５ａ、・・・においても繰り返され、順次Ｒ（ｉ）行の蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）とＲ（ｉ＋１）行のリセット信号Ｒｓｔ（ｉ）が同時にサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）及びリセット信号Ｒｓｔ（ｉ＋１）に、同相ノイズ成分ｎ（ｉ＋１）が重畳される。
【０１０７】
図７は、各画素行の画素４１の画素光検出信号を示している。上述したように、各画素４１の画素光検出信号は、蓄積信号とリセット信号の差分に基づいて求められる。また、上述したように蓄積信号とリセット信号には、同相ノイズ成分が重畳されている。従って、Ｒ０行の画素４１ａの画素光検出信号は、（Ａｃｃ０＋ｎ２）−（Ｒｓｔ０＋ｎ１）となる。Ｒ１行の画素４１ｂの画素光検出信号は、（Ａｃｃ１＋ｎ３）−（Ｒｓｔ１＋ｎ２）となる。同様に、Ｒ（ｉ）行の画素４１の画素光検出信号は、｛Ａｃｃ（ｉ）＋ｎ（ｉ＋２）｝−｛Ｒｓｔ（ｉ）＋ｎ（ｉ＋１）｝となる。
【０１０８】
すなわち、光検出器２３ａでは、各画素４１において、リセット信号と蓄積信号が連続して読み出され、蓄積信号とリセット信号との差分に基づく画素光検出信号が生成される。すなわち、所謂ローリングシャッタ型のＣＤＳ（Correlated Double Sampling）が行われる。
【０１０９】
ここで、例えば、データ処理部１２において、受光部１１に入射した光量を検出するために、Ｒ０行からＲ３行までの画素光検出信号を合算すると、同相ノイズ成分ｎ２乃至同相ノイズ成分ｎ４がキャンセルされる。
【０１１０】
この手法では、各画素４１の出力信号（蓄積信号及びリセット信号）そのものを用いてノイズキャンセルが実施されるので、出力信号に重畳される複数の要因からなる同相ノイズ成分をまとめてキャンセルすることができる。
【０１１１】
また、ＯＰＢ（Optical Black）画素を用いたノイズキャンセル手法と比較して、ＯＰＢ画素による受光面積のオーバーヘッドを削減することができる。さらに、隣接する画素行に存在する近接した画素４１同士を用いて、より高精度に同相ノイズ成分を低減することができる。
【０１１２】
さらに、画素信号の読み出し時間のオーバーヘッドがほとんど生じない。
【０１１３】
次に、図８のタイミングチャートを参照して、画素信号の具体的な読み出し動作について説明する。
【０１１４】
なお、以下、図４の画素４１内の各部の符号について、画素４１ａ内の各部の符号の末尾に”ａ”の文字を付加し、画素４１ｂ内の各部の符号の末尾に”ｂ”の文字を付加して説明する。
【０１１５】
図８のタイミングチャートは、Ｒ０行の画素４１ａ及びＲ１行の画素４１ｂの読み出し動作のシーケンスを示している。より具体的には、Ｒ０行の画素４１ａの転送トランジスタ１１３ａ、リセットトランジスタ１１５ａ、及び、選択トランジスタ１１７ａ、検出回路７１ａ、Ｒ１行の画素４１ｂの転送トランジスタ１１３ｂ、リセットトランジスタ１１５ｂ、及び、選択トランジスタ１１７ｂ、並びに、検出回路７１ｂの動作シーケンスを示している。
【０１１６】
まず、Ｒ０行の画素４１ａの読み出し動作について説明する。
【０１１７】
時刻ｔ１ａにおいて、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ａ及びリセットトランジスタ１１５ａをともにオンさせる。これにより、フォトダイオード１１１ａ及び転送トランジスタ１１３ａの間の蓄積ノード１１２ａに蓄積されている電荷が、全て電源ＶＤＤへ排出される。すなわち、ＰＤリセットが行われる。
【０１１８】
その後、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ａをオフさせる。これにより、蓄積ノード１１２ａが浮遊状態となり、新たな電荷の蓄積が開始される。すなわち、画素４１ａの露光期間が開始される。
【０１１９】
また、行駆動回路５２は、ＰＤリセット後に、リセットトランジスタ１１５ａをオフさせる。なお、露光期間中、リセットトランジスタ１１５ａがオンした状態のままでもよい。
【０１２０】
次に、露光期間が終了する前の時刻ｔ２ａにおいて、画素４１ａのＦＤリセットが行われる。
【０１２１】
具体的には、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５ａ及び選択トランジスタ１１７ａをオンさせる。選択トランジスタ１１７ａがオンすることにより、選択された画素４１ａが垂直信号線５９ａに接続される。また、リセットトランジスタ１１５ａがオンすることにより、増幅トランジスタ１１６ａの入力である検出ノード１１４ａと電源ＶＤＤとが短絡される。これにより、選択された画素４１ａに基準電位が生成される。
【０１２２】
時刻ｔ２ａから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５ａをオフさせる。これにより、検出ノード１１４ａの電位は、リセットトランジスタ１１５ａのゲートとのカップリングを受けて基準電位から幾分低下し、浮遊状態となる。また、検出ノード１１４ａにおいて、有意なｋＴＣノイズが発生する。
【０１２３】
このようして、検出ノード１１４ａの電位がリセットされる。
【０１２４】
時刻ｔ３ａにおいて、検出回路７１ａは、画素４１ａのリセット信号のサンプリングを行う。すなわち、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１ａは、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、リセット信号Ｒｓｔ０を生成する。このリセット信号Ｒｓｔ０のサンプリングが、画素４１ａの相関二重サンプリングの１回目の読出しとなる。
【０１２５】
次に、露光期間が終了する直前の時刻ｔ４ａにおいて、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ａをオンさせる。これにより、蓄積ノード１１２ａに蓄積されている電荷が、検出ノード１１４ａに転送される。このとき、検出ノード１１４ａのポテンシャルが十分に深ければ、蓄積ノード１１２ａに蓄積されている電荷（電子）は、検出ノード１１４ａに全て転送され、蓄積ノード１１２ａは完全空乏状態になる。
【０１２６】
時刻ｔ４ａから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ａをオフさせる。
【０１２７】
このとき、検出ノード１１４ａの電位は、転送トランジスタ１１３ａの駆動前と比較して、蓄積電荷量の分だけ下降する（すなわち、ポテンシャルが浅くなる）。この下降分の電圧が、増幅トランジスタ１１６ａにより増幅されて垂直信号線５９ａへ出力される。
【０１２８】
時刻ｔ５ａにおいて、検出回路７１ａは、蓄積信号のサンプリングを行う。すなわち、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１ａは、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、蓄積信号Ａｃｃ０を生成する。この蓄積信号Ａｃｃ０のサンプリングが、画素４１ａの相関二重サンプリングの２回目の読出しとなる。
【０１２９】
検出回路７１ａは、サンプリングした蓄積信号Ａｃｃ０とリセット信号Ｒｓｔ０とを比較して、その比較結果に基づいて、入射光子量に対応する画素値を算出する。すなわち、検出回路７１ａは、蓄積信号Ａｃｃ０とリセット信号Ｒｓｔ０の差分を画素値とする画素光検出信号を生成する。このとき、ＦＤリセットの際に生じたｋＴＣノイズは、蓄積信号Ａｃｃ０とリセット信号Ｒｓｔ０の差分をとることにより相殺される。
【０１３０】
時刻ｔ６ａにおいて、行駆動回路５２は、選択トランジスタ１１７ａをオフさせる。これにより、画素４１ａが垂直信号線５９ａから切り離される。
【０１３１】
時刻ｔ７ａにおいて、検出回路７１ａは、画素光検出信号を内部の出力レジスタに転送する。そして、列駆動回路５５は、画素列毎に順次スイッチ５６ａをオンする。これにより、Ｒ０行の各画素４１ａの画素光検出信号が、検出回路７１ａから出力制御回路５７に出力される。
【０１３２】
ここで、Ｒ０行の各画素４１ａの露光期間は、ＰＤリセットと読み出し動作との間の期間となる。より詳細には、Ｒ０行の各画素４１ａの露光期間は、時刻ｔ１ａにおいて転送トランジスタ１１３ａがオンした後にオフしたときから、時刻ｔ４ａにおいて転送トランジスタ１１３ａがオンした後にオフするまでの期間となる。この露光期間に、フォトダイオード１１１ａに光子が入射し電荷が発生すると、発生した電荷に基づく信号が、蓄積信号とリセット信号との間の差分で表される画素光検出信号として、上述の手順に従って検出回路７１ａで生成される。
【０１３３】
なお、露光期間が終了した後、再度ＰＤリセットを行うことにより次の露光を開始するまでの期間が、電荷の蓄積が行われない不感期間となる。ここで、例えば、時刻ｔ４ａにおいて蓄積ノード１１２の電荷が検出ノード１１４に転送されることにより、蓄積ノード１１２の電荷が排出されたものとして、ＰＤリセットを省略することも可能である。これにより、露光期間が終了する電荷転送直後に、蓄積ノード１１２において次のフレームの電荷蓄積が開始される。その結果、不感期間がほぼなくなり、１フレーム期間がほぼ露光期間となり、感度が向上する。この場合、露光時間は、ほぼフレームレートによって決定される。
【０１３４】
次に、Ｒ１行の画素４１ｂの読み出し動作のシーケンスについて説明する。
【０１３５】
画素４１ｂにおいては、画素４１ａに対してタイミングをずらしながら、画素４１ａと同様のシーケンスで読み出し動作が実行される。
【０１３６】
なお、図８では、画素４１ｂにおける露光期間の開始、すなわちＰＤリセットのタイミングの記載を省略している。ここで、例えば、画素４１ａと画素４１ｂのＰＤリセットの時間差を、画素４１ａと画素４１ｂの読み出しタイミングの時間差と同じ時間に設定することにより、画素４１ａと画素４１ｂの露光時間を等しくしてもよい。そして、隣接する画素行の画素４１のＰＤリセットの時間差を同様に設定することにより、各画素４１の露光時間が等しくなる。
【０１３７】
或いは、画素アレイ部３１ａ全体の読み出し時間が露光時間より十分長い場合、例えば、画素アレイ部３１ａの全画素４１の露光を同時に開始するようにしてもよい。
【０１３８】
或いは、画素アレイ部３１ａの全画素４１において、上述したようにＰＤリセットを省略し、不感期間をほぼ削除するようにしてもよい。
【０１３９】
時刻ｔ４ａにおいて、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５ｂ及び選択トランジスタ１１７ｂをオンさせる。選択トランジスタ１１７ｂがオンすることにより、選択された画素４１ｂが垂直信号線５９ｂに接続される。また、リセットトランジスタ１１５ｂがオンすることにより、増幅トランジスタ１１６ｂの入力である検出ノード１１４ｂと電源ＶＤＤとが短絡される。これにより、選択された画素４１ｂに基準電位が生成される。
【０１４０】
時刻ｔ４ａから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５ｂをオフさせる。
【０１４１】
このようして、検出ノード１１４ｂの電位がリセットされる。すなわち、ＦＤリセットが行われる。
【０１４２】
時刻ｔ５ａにおいて、検出回路７１ｂは、画素４１ｂのリセット信号のサンプリングを行う。すなわち、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１ｂは、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、リセット信号Ｒｓｔ１を生成する。このリセット信号Ｒｓｔ１のサンプリングが、画素４１ｂの相関二重サンプリングの１回目の読出しとなる。
【０１４３】
すなわち、画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１のサンプリングは、画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０のサンプリングと同じタイミングで行われる。このとき、例えば、画素４１や検出回路７１の電源、或いは、検出回路７１に供給される参照電圧にノイズが発生した場合、画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０と画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１には、同相のノイズ成分が重畳される。
【０１４４】
次に、露光期間が終了する直前の時刻ｔ６ａにおいて、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ｂをオンさせる。これにより、蓄積ノード１１２ｂに蓄積されている電荷が、検出ノード１１４ｂに転送される。このとき、検出ノード１１４ｂのポテンシャルが十分に深ければ、蓄積ノード１１２ｂに蓄積されている電荷（電子）は、検出ノード１１４ｂに全て転送され、蓄積ノード１１２ｂは完全空乏状態になる。
【０１４５】
時刻ｔ６ａから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３ｂをオフさせる。
【０１４６】
このとき、検出ノード１１４ｂの電位は、転送トランジスタ１１３ｂの駆動前と比較して、蓄積電荷量の分だけ下降する（すなわち、ポテンシャルが浅くなる）。この下降分の電圧が、増幅トランジスタ１１６ｂにより増幅されて垂直信号線５９ｂへ出力される。
【０１４７】
時刻ｔ７ａにおいて、検出回路７１ｂは、蓄積信号のサンプリングを行う。すなわち、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１ｂは、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、蓄積信号Ａｃｃ１を生成する。この蓄積信号Ａｃｃ１のサンプリングが、画素４１ｂの相関二重サンプリングの２回目の読出しとなる。
【０１４８】
検出回路７１ｂは、サンプリングした蓄積信号Ａｃｃ１とリセット信号Ｒｓｔ１とを比較して、その比較結果に基づいて、入射光子量に対応する画素値を算出する。すなわち、検出回路７１ｂは、蓄積信号Ａｃｃ１とリセット信号Ｒｓｔ１の差分を画素値とする画素光検出信号を生成する。このとき、ＦＤリセットの際に生じたｋＴＣノイズは、蓄積信号Ａｃｃ１とリセット信号Ｒｓｔ１の差分をとることにより相殺される。
【０１４９】
時刻ｔ８ａにおいて、行駆動回路５２は、選択トランジスタ１１ｂをオフさせる。これにより、画素４１ｂが垂直信号線５９ｂから切り離される。
【０１５０】
時刻ｔ９ａにおいて、検出回路７１ｂは、画素光検出信号を内部の出力レジスタに転送する。そして、列駆動回路５５は、画素列毎に順次スイッチ５６ｂをオンする。これにより、Ｒ０行の各画素４１ｂの画素光検出信号が、検出回路７１ｂから出力制御回路５７に出力される。
【０１５１】
Ｒ２行以降についても、隣接する画素行の画素４１のリセット信号及び蓄積信号のサンプリングの時間差が、上述したＲ０行とＲ１行との間と同様の時間差に設定される。すなわち、サンプリング順が前後するＲ（ｉ）行の蓄積信号のサンプリングを行うタイミングと、Ｒ（ｉ＋１）行のリセット信号のサンプリングを行うタイミングを合わせるように、各画素４１及び各検出回路７１が駆動される。
【０１５２】
そして、出力制御回路５７又はデータ処理部１２は、１フレーム分の画素４１の画素光検出信号を合算し、フレーム光検出信号を生成する。例えば、出力制御回路５７にメモリを設け、出力制御回路５７は、各検出回路７１から出力される画素光検出信号の加算値を順次メモリに記憶しながら、画素光検出信号を加算する。或いは、図１のデータ処理部１２は、出力制御回路５７から供給される各画素４１の画素光検出信号を加算する。
【０１５３】
このように、１フレーム分の画素光検出信号を合算することにより、図６及び図７を参照して上述したように、各画素４１の画素光検出信号に含まれる同相ノイズ成分を低減することができる。そして、フレーム光検出信号に基づいて、露光期間中に光検出器２３ｃに入射した微小光の光量を、同相ノイズ成分の影響を受けずに高い精度で検出することが可能となる。
【０１５４】
なお、例えば、各検出回路７１に加算値を保持するレジスタを設け、各検出回路７１が、同じ垂直信号線５９に接続されている複数の画素４１の画素光検出信号の加算を行うようにしてもよい。これにより、各検出回路７１からスイッチ５６介して出力制御回路５７に画素光検出信号を転送する頻度を削減し、消費電力を低減することが可能になる。
【０１５５】
なお、上述した手法は、同じタイミングでリセット信号の読み出しを行う画素４１の数と蓄積信号の読み出しを行う画素４１の数とが略等しい場合に特に有効である。従って、例えば、同じタイミングでリセット信号を読み出す行と蓄積信号を読み出す行とを、それぞれ２行以上のｎ行に設定することも可能である。すなわち、ｎ行分のリセット信号の読み出しと、他のｎ行分の蓄積信号の読み出しとを同じタイミングで実行するようにしてもよい。この場合、例えば、各画素列に対して、それぞれｎ本の垂直信号線５９ａ及び垂直信号線５９ｂ、並びに、それぞれｎ個の検出回路７１ａ及び検出回路７１ｂが設けられる。
【０１５６】
＜１−８．光検出器の第２の実施の形態＞
なお、上述した画素信号の読み出し方法は、ＯＰＢ画素を用いた暗電流の低減処理と併用することが可能である。
【０１５７】
図９は、図１の光検出器２３の第２の実施の形態である光検出器２３ｂの回路構成の例を示している。なお、図中、図２の光検出器２３ａと対応する部分には、同じ符号を付している。
【０１５８】
光検出器２３ｂは、光検出器２３ａと比較して、画素アレイ部３１ａの代わりに画素アレイ部３１ｂが設けられている点が異なる。
【０１５９】
画素アレイ部３１ｂは、画素アレイ部３１ａと比較して、ダミー画素１５１ａ及びダミー画素１５１ｂが追加されている点が異なる。すなわち、画素アレイ部３１ｂには、画素アレイ部３１ａと同様に画素４１が並べられている領域３１Ａｂの上に、ダミー画素１５１ａが並べられているＲＤ０行、及び、ダミー画素１５１ｂが並べられているＲＤ１行が追加されている。
【０１６０】
ダミー画素１５１ａ及びダミー画素１５１ｂの回路構成は、図４の画素４１の回路構成と同様である。ただし、ダミー画素１５１ａ及びダミー画素１５１ｂが設けられているＲＤ０行及びＲＤ１行は、全面が遮光されており、ダミー画素１５１ａ及びダミー画素１５１ｂには光が入射しない。
【０１６１】
例えば、電源投入時や計測の直前に、ＲＤ０行のダミー画素１５１ａ及びＲＤ１行のダミー画素１５１ｂにおいて、画素アレイ部３１ａ内の画素４１と同様の露光時間で繰り返し画素信号の読み出しが行われ、その結果に基づいて、暗電流のキャリブレーションが行われる。このようにして得られた暗電流信号が、画素４１の実測値（画素光検出信号）から差し引かれることにより、暗電流成分が低減される。
【０１６２】
＜＜２．第２の実施の形態＞＞
次に、図１０乃至図１３を参照して、本技術の第２の実施の形態について説明する。
【０１６３】
＜２−１．光検出器の第３の実施の形態＞
本技術の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、図１の放射線計数装置１の光検出器２３として、図２の光検出器２３ａの代わりに図１０の光検出器２３ｃが設けられる点が異なる。なお、図１０では、図２の光検出器２３ａと対応する部分には、同じ符号を付している。
【０１６４】
光検出器２３ｃは、光検出器２３ａと比較して、画素アレイ部３１ａの代わりに画素アレイ部３１ｃが設けられている点が異なる。
【０１６５】
画素アレイ部３１ｃは、画素アレイ部３１ａと比較して、レプリカ画素２０１ａ及びレプリカ画素２０１ｂが追加されている点が異なる。すなわち、画素アレイ部３１ｃには、画素アレイ部３１ａと同様に画素４１が並べられている領域３１Ａｃの上に、レプリカ画素２０１ａが並べられているＲＦ０行、及び、レプリカ画素２０１ｂが並べられているＲＦ１行が追加されている。
【０１６６】
各レプリカ画素２０１ａは、それぞれ配置されている画素列の垂直信号線５９ａを介して検出回路７１ａに接続されている。また、各レプリカ画素２０１ａは、制御線２０２を介して行駆動回路５２に接続されている。
【０１６７】
各レプリカ画素２０１ｂは、それぞれ配置されている画素列の垂直信号線５９ｂを介して検出回路７１ｂに接続されている。また、各レプリカ画素２０１ｂは、制御線２０２を介して行駆動回路５２に接続されている。
【０１６８】
なお、以下、レプリカ画素２０１ａ及びレプリカ画素２０１ｂを個々に区別する必要がない場合、単にレプリカ画素２０１と称する。また、以下、レプリカ画素２０１に対して、画素４１を有効画素と称する場合がある。
【０１６９】
＜２−２．レプリカ画素の回路構成＞
次に、図１１を参照して、レプリカ画素２０１の回路構成について説明する。なお、図中、図４と対応する部分には、同じ符号を付してある。
【０１７０】
レプリカ画素２０１は、画素４１の回路の一部を備える画素であり、画素４１における同相ノイズ成分を再現する。
【０１７１】
レプリカ画素２０１は、増幅トランジスタ２３１及び選択トランジスタ２３２を備える。増幅トランジスタ２３１は、画素４１の増幅トランジスタ１１６と同じサイズのトランジスタであり、選択トランジスタ２３２は、画素４１の選択トランジスタ１１７と同じサイズのトランジスタである。
【０１７２】
増幅トランジスタ２３１のゲートは、レプリカ画素２０１の外部に設けられている可変電源２４１に接続され、ドレインは電源ＶＤＤに接続され、ソースは選択トランジスタ２３２のドレインに接続されている。なお、可変電源２４１は、複数のレプリカ画素２０１で共有されている。選択トランジスタ２３２のゲートは行駆動回路５２に接続され、ソースは垂直信号線５９に接続されている。
【０１７３】
そして、増幅トランジスタ２３１は、垂直信号線５９を介して接続された定電流回路１０１とソースフォロアを構成している。また、増幅トランジスタ２３１のゲートに印加される可変電源２４１の電圧は、画素４１における検出ノード１１４のリセット時の電圧に近い電圧に調整され、固定されている。
【０１７４】
＜２−３．画素信号の読み出し方法＞
次に、図１２及び図１３を参照して、光検出器２３ｃにおける同相ノイズ成分の低減方法について説明する。
【０１７５】
光検出器２３ｃにおいては、全ての画素４１が同時に露光し、電荷を蓄積するグローバルシャッタ動作が行われる。
【０１７６】
具体的には、時刻ｔ１ｃにおいて、全ての画素４１においてＰＤリセットが行われる。これにより、各画素４１の蓄積ノード１１２に蓄積された電荷が排出されて、新たな電荷の蓄積が開始される。また、全ての画素４１においてＦＤリセットが行われる。これにより、各画素４１の検出ノード１１４がリセットされ、各画素４１からリセット信号が出力されるようになる。
【０１７７】
次に、期間ＴＲ１ｃにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０、及び、ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂの信号（以下、レプリカ信号と称する）Ｆｉｘ１ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０及び各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａには、同相ノイズ成分ｎ１が重畳される。
【０１７８】
次に、期間ＴＲ２ｃにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０が、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａが、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。
【０１７９】
また、Ｒ１行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１、及び、ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａの信号（以下、レプリカ信号と称する）Ｆｉｘ０ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１及び各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ａには、同相ノイズ成分ｎ２が重畳される。
【０１８０】
次に、期間ＴＲ３ｃにおいて、Ｒ１行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１が、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ａが、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。
【０１８１】
また、Ｒ２行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２、及び、ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２及び各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａには、同相ノイズ成分ｎ３が重畳される。
【０１８２】
次に、期間ＴＲ４ｃにおいて、Ｒ２行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２が、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａが、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。
【０１８３】
また、Ｒ３行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ３、及び、ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ３及び各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ａには、同相ノイズ成分ｎ４が重畳される。
【０１８４】
同様の処理が、以降の期間ＴＲ５ｃ、期間ＴＲ６ｃ、・・・においても繰り返され、順次Ｒ（ｉ）行のリセット信号Ｒｓｔ（ｉ）と、レプリカ信号Ｆｉｘ０ａ又はレプリカ信号Ｆｉｘ１ａとが同時にサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、リセット信号Ｒｓｔ（ｉ）と、レプリカ信号Ｆｉｘ０ａ又はレプリカ信号Ｆｉｘ１ａとに、同相ノイズ成分が重畳される。
【０１８５】
次に、時刻ｔ２ｃにおいて、全画素４１の蓄積ノード１１２から検出ノード１１４に蓄積電荷が一斉に転送される。これにより、各画素４１から蓄積信号が出力されるようになる。
【０１８６】
ここで、各画素４１が一斉に電荷の蓄積を開始した時刻ｔ１ｃから、各画素４１が一斉に蓄積した電荷を転送する時刻ｔ２ｃまでの期間が、各画素４１の露光期間となる。
【０１８７】
次に、期間ＴＡ１ｃにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０、及び、ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０及び各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂには、同相ノイズ成分ｎ５が重畳される。
【０１８８】
次に、期間ＴＡ２ｃにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０が、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂが、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。
【０１８９】
また、Ｒ１行の各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１、及び、ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１及び各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ｂには、同相ノイズ成分ｎ６が重畳される。
【０１９０】
期間ＴＡ３ｃにおいて、Ｒ１行の各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１が、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号Ｆｉｘ０ｂが、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。
【０１９１】
また、Ｒ２行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ２、及び、ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ２及び各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂには、同相ノイズ成分ｎ７が重畳される。
【０１９２】
同様の処理が、以降の期間ＴＡ４ｃ、期間ＴＡ５ｃ、・・・においても繰り返され、順次Ｒ（ｉ）行の蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）と、レプリカ信号Ｆｉｘ０ｂ又はレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂとが同時にサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）と、レプリカ信号Ｆｉｘ０ｂ又はレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂとに、同相ノイズ成分が重畳される。
【０１９３】
図１３は、同じタイミングで読み出された画素４１の画素光検出信号、及び、レプリカ画素２０１の差分信号（以下、画素ノイズ検出信号と称する）の例を示している。上述したように、各画素４１の画素光検出信号は、蓄積信号とリセット信号の差分により求められる。ここで、上述したように蓄積信号とリセット信号には、同相ノイズ成分が重畳されている。従って、例えば、Ｒ０行の画素４１ａの画素光検出信号は、（Ａｃｃ０＋ｎ５）−（Ｒｓｔ０＋ｎ１）＝（Ａｃｃ０−Ｒｓｔ０）＋（ｎ５−ｎ１）となる。
【０１９４】
一方、各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号、並びに、各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号の出力レベルは固定されている。そのため、Ｒ０行の画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０と同じタイミングで読み出したＲＦ１行のレプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ｂと、Ｒ０行の画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０と同じタイミングで読み出したＲＦ１行のレプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号Ｆｉｘ１ａとの差分をとると、信号成分が相殺され、同相ノイズ成分のみが現れる。すなわち、Ｒ０行の画素４１ａと同じタイミングで読み出したレプリカ画素２０１ｂの差分信号である画素ノイズ検出信号は、ｎ５−ｎ１となる。
【０１９５】
従って、Ｒ０行の画素４１ａの画素光検出信号とレプリカ画素２０１ｂの画素ノイズ検出信号との差分をとることにより、画素光検出信号から同相ノイズ成分が除去され、信号成分（Ａｃｃ０−Ｒｓｔ０）のみが抽出される。
【０１９６】
これは、Ｒ１行以降の画素４１の画素光検出信号についても同様である。
【０１９７】
従って、例えば、１フレーム分の各画素４１の画素光検出信号を合算したフレーム光検出信号と、１フレーム分のレプリカ画素２０１の画素ノイズ検出信号を合算したフレームノイズ検出信号との差分をとることにより、フレーム光検出信号からノイズ成分が除去され、信号成分のみが抽出される。
【０１９８】
なお、時刻ｔ１ｃにおいて、ＦＤリセットのみを行い、時刻ｔ２ｃにおいて画素４１の蓄積ノード１１２の電荷が検出ノード１１４に転送されることにより、蓄積ノード１１２の電荷が排出されたものとして、ＰＤリセットを省略することも可能である。これにより、時刻ｔ２ｃの直後から、次のフレームの電荷蓄積が開始されるようになり、不感期間の殆どない光検出が可能となる。
【０１９９】
また、レプリカ画素２０１のレプリカ信号の読み出し時に垂直信号線５９を短絡するようにしてもよい。例えば、ＲＦ０行の各レプリカ画素２０１ａのレプリカ信号の読み出し時に、各画素列の垂直信号線５９ａを短絡するようにしてもよい。同様に、ＲＦ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号の読み出し時に、各画素列の垂直信号線５９ｂを短絡するようにしてもよい。これにより、各レプリカ画素２０１において独立して生じるランダムノイズの影響が低減される。
【０２００】
＜＜３．第３の実施の形態＞＞
次に、図１４乃至図１８を参照して、本技術の第３の実施の形態について説明する。
【０２０１】
＜３−１．光検出器の第４の実施の形態＞
本技術の第３の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、図１の放射線計数装置１の光検出器２３として、図２の光検出器２３ａの代わりに図１４の光検出器２３ｄが設けられる点が異なる。なお、図１４では、図２の光検出器２３ａと対応する部分には、同じ符号を付している。
【０２０２】
光検出器２３ｄは、光検出器２３ａと比較して、画素アレイ部３１ａの代わりに画素アレイ部３１ｄが設けられている点が異なる。
【０２０３】
画素アレイ部３１ｄは、画素アレイ部３１ａと比較して、各画素４１が並べられている領域内にレプリカ画素３０１ａ及びレプリカ画素３０１ｂが配置されている点が異なる。より具体的には、各画素４１の画素列の間にレプリカ画素３０１ａ及びレプリカ画素３０１ｂが配置されている点が異なる。
【０２０４】
レプリカ画素３０１ａは、各画素４１ａの右に隣接するように配置されている。レプリカ画素３０１ｂは、各画素４１ｂの右に隣接するように配置されている。従って、画素列において、レプリカ画素３０１ａとレプリカ画素３０１ｂが交互に配置されている。また、同じタイミングで画素信号のサンプリングを行う画素行において、画素４１ａとレプリカ画素３０１ａ、又は、画素４１ｂとレプリカ画素３０１ｂが交互に配置されている。
【０２０５】
各レプリカ画素３０１ａは、図内の左側に隣接する画素４１の列の垂直信号線５９ｂを介して検出回路７１ｂに接続されている。また、各レプリカ画素３０１ａは、制御線５８の一部及び制御線３０２を介して行駆動回路５２に接続されている。
【０２０６】
各レプリカ画素３０１ｂは、図内の左側に隣接する画素４１の列の垂直信号線５９ａを介して検出回路７１ａに接続されている。また、各レプリカ画素２０１ｂは、制御線５８の一部及び制御線３０２を介して行駆動回路５２に接続されている。
【０２０７】
なお、以下、レプリカ画素３０１ａ及びレプリカ画素３０１ｂを個々に区別する必要がない場合、単にレプリカ画素３０１と称する。また、以下、レプリカ画素３０１に対して、画素４１を有効画素と称する場合がある。
【０２０８】
＜３−２．レプリカ画素の回路構成＞
次に、図１５を参照して、レプリカ画素３０１の回路構成について説明する。なお、図中、図４と対応する部分には、同じ符号を付してある。
【０２０９】
レプリカ画素３０１は、図４の画素４１と比較して、フォトダイオード１１１が削除され、蓄積ノード１１２に相当する部分が、電源電圧ＶＤＤに固定されている点が異なっている。
【０２１０】
具体的には、レプリカ画素３０１は、転送トランジスタ３２１、検出ノード３２２、リセットトランジスタ３２３、増幅トランジスタ３２４、及び、選択トランジスタ３２５を備える。転送トランジスタ３２１、リセットトランジスタ３２３、増幅トランジスタ３２４、及び、選択トランジスタ３２５のサイズとレイアウトは、画素４１の転送トランジスタ１１３、リセットトランジスタ１１５、増幅トランジスタ１１６、及び、選択トランジスタ１１７のそれぞれと同様である。また、検出ノード３２２の位置は、画素４１の検出ノード１１４の位置と同様である。
【０２１１】
また、リセットトランジスタ３２３のゲートには、画素４１と共通の制御線５８を介して、行駆動回路５２から駆動信号ＲＳＴが供給される。一方、選択トランジスタ３２５のゲートには、制御線５８とは別の制御線３０２を介して、行駆動回路５２から駆動信号ＳＥＬが供給される。すなわち、画素４１とレプリカ画素３０１とでは、異なる制御線を介して駆動信号ＳＥＬが供給される。一方、転送トランジスタ３２１が常時オフされるように、転送トランジスタ３２１のゲートがグラウンドに接続されるか、負バイアスに固定されている。
【０２１２】
レプリカ画素３０１は、フォトダイオードを備えていないため、画素４１と比べて、占有面積が非常に小さくなる。従って、各画素４１の占有面積をほとんど圧迫することなく、画素４１の並びの隙間にレプリカ画素３０１を配置することが可能である。
【０２１３】
また、レプリカ画素３０１は、画素４１に近接し、電源ＶＤＤを共有し、検出ノードの構成やリセット手段等も画素４１と同様である。従って、レプリカ画素３０１では、隣接する画素４１とほぼ同様の出力ノイズが発生するようになる。
【０２１４】
＜３−３．画素信号の読み出し方法＞
次に、図１６乃至図１８を参照して、光検出器２３ｄにおける画素信号の読み出し方法について説明する。
【０２１５】
まず、図１６を参照して、光検出器２３ｄにおいて同相ノイズ成分を低減する方法の概要について説明する。
【０２１６】
光検出器２３ｄにおいては、全ての画素４１が同時に露光し、電荷を蓄積するグローバルシャッタ動作が行われる。
【０２１７】
具体的には、時刻ｔ１ｄにおいて、全ての画素４１においてＰＤリセットが行われる。これにより、各画素４１の蓄積ノード１１２に蓄積された電荷が排出されて、新たな電荷の蓄積が開始される。また、全ての画素４１においてＦＤリセットが行われる。これにより、各画素４１の検出ノード１１４がリセットされ、各画素４１からリセット信号が出力されるようになる。
【０２１８】
次に、以下に示す様に、行毎の画素４１およびレプリカ画素３０１に対して、ＦＤリセットが順次実施され、さらにリセットレベルの読み出しが実施される。なお、実施例２では簡単のため、ＦＤリセットを一斉に行ったのに対し、本実施例で行毎に行っている。これは全ての画素４１およびレプリカ画素３０１に対して、読み出しまでにＦＤが浮遊状態になっている期間を揃えるためである。これによってＦＤ暗電流による画素ごとの信号オフセットのばらつきを低減できる。
【０２１９】
まず、期間ＴＲ１ｄにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａのＦＤリセット、及び、各レプリカ画素３０１ａの検出ノード３２２のリセットが実施され、その出力信号がサンプリングされる。すなわち、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０、及び、Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０及び各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ａには、同相ノイズ成分ｎ１が重畳される。
【０２２０】
次に、期間ＴＲ２ｄにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０が、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ａが、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。
【０２２１】
また、Ｒ１行の各画素４１ｂのＦＤリセット、及び、各レプリカ画素３０１ｂの検出ノード３２２のリセットが実施され、その出力信号がサンプリングされる。すなわち、Ｒ１行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１、及び、Ｒ１行の各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１及び各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ａには、同相ノイズ成分ｎ２が重畳される。
【０２２２】
次に、期間ＴＲ３ｄにおいて、Ｒ１行の各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ１が、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。Ｒ１行の各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ａが、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。
【０２２３】
また、Ｒ２行の各画素４１ａのＦＤリセット、及び、各レプリカ画素３０１ａの検出ノード３２２のリセットが実施され、その出力信号がサンプリングされる。すなわち、Ｒ２行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ２、及び、Ｒ２行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ２ａがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂのリセット信号Ｒｓｔ２及び各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ２ａには、同相ノイズ成分ｎ３が重畳される。
【０２２４】
同様の処理が、以降の期間ＴＲ４ｄ、期間ＴＲ５ｄ、・・・においても繰り返され、順次Ｒ（ｉ）行のリセット信号Ｒｓｔ（ｉ）及びレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ａが同じタイミングでサンプリングされ、ＡＤ変換される。換言すれば、Ｒ（ｉ）行のリセット信号Ｒｓｔ（ｉ）をサンプリングし、ＡＤ変換するタイミングと、Ｒ（ｉ）行のレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ａをサンプリングし、ＡＤ変換するタイミングとを合わせるように、各画素４１及び各検出回路７１が駆動される。このとき、リセット信号Ｒｓｔ（ｉ）及びレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ａに、同相ノイズ成分が重畳される。
【０２２５】
次に、時刻ｔ２ｄにおいて、全画素４１の蓄積ノード１１２から検出ノード１１４に蓄積電荷が一斉に転送される。これにより、各画素４１から蓄積信号が出力されるようになる。
【０２２６】
ここで、各画素４１が一斉に電荷の蓄積を開始した時刻ｔ１ｄから、各画素４１が一斉に蓄積した電荷を転送する時刻ｔ２ｄまでの期間が、各画素４１の露光期間となる。
【０２２７】
一方、各レプリカ画素３０１の状態は変化しない。従って、各レプリカ画素３０１からは、時刻ｔ１ｄから時刻ｔ２ｄまでの期間（露光期間）と同様のレプリカ信号が継続して出力される。
【０２２８】
次に、期間ＴＡ１ｄにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０、及び、Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０及び各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ｂには、同相ノイズ成分ｎ５が重畳される。
【０２２９】
次に、期間ＴＡ２ｄにおいて、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０が、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ｂが、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。
【０２３０】
また、Ｒ１行の各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１、及び、Ｒ１行の各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１及び各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ｂには、同相ノイズ成分ｎ６が重畳される。
【０２３１】
次に、期間ＴＡ３ｄにおいて、Ｒ１行の各画素４１ｂの蓄積信号Ａｃｃ１が、検出回路７１ｂからスイッチ５６ｂを介して出力制御回路５７に出力される。Ｒ１行の各レプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号Ｒｐ１ｂが、検出回路７１ａからスイッチ５６ａを介して出力制御回路５７に出力される。
【０２３２】
また、期間ＴＡ３ｄにおいて、Ｒ２行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ２、及び、Ｒ２行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ２ｂがサンプリングされ、ＡＤ変換される。このとき、各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ２及び各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ２ｂには、同相ノイズ成分ｎ７が重畳される。
【０２３３】
同様の処理が、以降の期間ＴＡ４ｄ、期間ＴＡ５ｄ、・・・においても繰り返され、順次Ｒ（ｉ）行の蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）及びレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ｂが同じタイミングでサンプリングされ、ＡＤ変換される。換言すれば、Ｒ（ｉ）行の蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）をサンプリングし、ＡＤ変換するタイミングと、Ｒ（ｉ）行のレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ｂをサンプリングし、ＡＤ変換するタイミングとを合わせるように、各画素４１及び各検出回路７１が駆動される。このとき、蓄積信号Ａｃｃ（ｉ）及びレプリカ信号Ｒｐ（ｉ）ｂに、同相ノイズ成分が重畳される。
【０２３４】
図１７は、同じタイミングで読み出された画素４１の画素光検出信号、及び、レプリカ画素３０１の差分信号（以下、画素ノイズ検出信号と称する）の例を示している。上述したように、各画素４１の画素光検出信号は、蓄積信号とリセット信号の差分により求められる。ここで、上述したように蓄積信号とリセット信号には、同相ノイズ成分が重畳されている。従って、例えば、Ｒ０行の画素４１ａの画素光検出信号は、（Ａｃｃ０＋ｎ５）−（Ｒｓｔ０＋ｎ１）＝（Ａｃｃ０−Ｒｓｔ０）＋（ｎ５−ｎ１）となる。
【０２３５】
一方、各レプリカ画素３０１から出力されるレプリカ信号は、画素４１の電荷転送の前と後で変化しない。従って、Ｒ０行の画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０と同じタイミングで読み出したレプリカ信号Ｒｐ０ａと、Ｒ０行の画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０と同じタイミングで読み出したレプリカ信号Ｒｐ０ｂとの差分をとると、信号成分が相殺され、同相ノイズ成分のみが現れる。すなわち、Ｒ０行の画素４１ａと同じタイミングで読み出したレプリカ画素３０１ａの差分信号である画素ノイズ検出信号は、ｎ５−ｎ１となる。
【０２３６】
従って、Ｒ０行の画素４１ａの画素光検出信号とレプリカ画素３０１ａの画素ノイズ検出信号との差分をとることにより、画素光検出信号から同相ノイズ成分が除去され、信号成分（Ａｃｃ０−Ｒｓｔ０）のみが抽出される。
【０２３７】
これは、Ｒ１行以降の画素４１の画素光検出信号についても同様である。
【０２３８】
次に、図１８のタイミングチャートを参照して、画素４１及びレプリカ画素３０１の具体的な読み出し動作について説明する。
【０２３９】
図１８のタイミングチャートは、Ｒ０行の画素４１ａ（有効画素）及びレプリカ画素３０１の読み出し動作のシーケンスを示している。より具体的には、Ｒ０行の画素４１ａの転送トランジスタ１１３、リセットトランジスタ１１５、及び、選択トランジスタ１１７、検出回路７１ａ、Ｒ０行のレプリカ画素３０１ａの転送トランジスタ３２１、リセットトランジスタ３２３、及び、選択トランジスタ３２５、並びに、検出回路７１ｂの動作シーケンスを示している。
【０２４０】
時刻ｔ１１ｄにおいて、行駆動回路５２は、画素４１ａの転送トランジスタ１１３及びリセットトランジスタ１１５をともにオンさせる。これにより、フォトダイオード１１１及び転送トランジスタ１１３の間の蓄積ノード１１２ａに蓄積されている電荷が、全て電源ＶＤＤへ排出される。すなわち、ＰＤリセットが行われる。
【０２４１】
その後、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３をオフさせる。これにより、蓄積ノード１１２が浮遊状態となり、新たな電荷の蓄積が開始される。すなわち、画素４１ａの露光期間が開始される。
【０２４２】
また、行駆動回路５２は、ＰＤリセット後に、リセットトランジスタ１１５をオフさせる。
【０２４３】
時刻ｔ１１ｄの動作は、全ての画素４１で一斉に行われ、全ての画素４１の露光期間が一斉に開始する。
【０２４４】
一方、レプリカ画素３０１の転送トランジスタ３２１は、常時オフとなる。また、レプリカ画素３０１には、フォトダイオードがないため、電荷の蓄積は行われない。
【０２４５】
その後、画素４１のリセット信号及びレプリカ画素３０１のレプリカ信号の読み出しが、画素行毎に順次行われる。
【０２４６】
まず、時刻ｔ１２ｄにおいて、Ｒ０行の画素４１ａ及びレプリカ画素３０１ａのＦＤリセットが行われる。
【０２４７】
具体的には、行駆動回路５２は、画素４１ａのリセットトランジスタ１１５及び選択トランジスタ１１７をオンさせる。選択トランジスタ１１７がオンすることにより、選択された画素４１ａが垂直信号線５９ａに接続される。また、リセットトランジスタ１１５がオンすることにより、増幅トランジスタ１１６の入力である検出ノード１１４と電源ＶＤＤとが短絡される。これにより、選択された画素４１ａに基準電位が生成される。時刻ｔ１２ｄから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ１１５をオフさせる。このようして、検出ノード１１４の電位がリセットされる。
【０２４８】
また、行駆動回路５２は、レプリカ画素３０１ａのリセットトランジスタ３２３及び選択トランジスタ３２５をオンさせる。選択トランジスタ３２５がオンすることにより、選択されたレプリカ画素３０１ａが垂直信号線５９ｂに接続される。また、リセットトランジスタ３２３がオンすることにより、増幅トランジスタ３２４の入力である検出ノード３２２と電源ＶＤＤとが短絡される。これにより、選択されたレプリカ画素３０１ａに基準電位が生成される。時刻ｔ１２ｄから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、リセットトランジスタ３２３をオフさせる。このようして、検出ノード３２２の電位がリセットされる。
【０２４９】
時刻ｔ１３ｄにおいて、Ｒ０行の画素４１ａのリセット信号及びレプリカ画素３０１ａのレプリカ信号のサンプリングが行われる。
【０２５０】
具体的には、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１は、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１ａは、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、リセット信号Ｒｓｔ０を生成する。このリセット信号Ｒｓｔ０のサンプリングが、画素４１ａの相関二重サンプリングの１回目の読出しとなる。
【０２５１】
また、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１は、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１ｂは、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、レプリカ信号Ｒｐ０ａを生成する。このレプリカ信号Ｒｐ０ａのサンプリングが、レプリカ画素３０１ａの相関二重サンプリングの１回目の読出しとなる。
【０２５２】
時刻ｔ１４ｄにおいて、行駆動回路５２は、画素４１ａの選択トランジスタ１１７、及び、レプリカ画素３０１ａの選択トランジスタ３２５をオフさせる。
【０２５３】
時刻ｔ１５ｄにおいて、Ｒ０行の画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０及びレプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ａが出力される。具体的には、検出回路７１ａは、リセット信号Ｒｓｔ０を内部の出力レジスタに転送する。そして、スイッチ５６ａが画素列毎に順次オンされ、Ｒ０行の各画素４１ａのリセット信号Ｒｓｔ０が、出力制御回路５７を介してデータ処理部１２に出力され、メモリ等に保存される。
【０２５４】
また、検出回路７１ｂは、レプリカ信号Ｒｐ０ａを内部の出力レジスタに転送する。そして、スイッチ５６ｂが画素列毎に順次オンされ、Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ａが、出力制御回路５７を介してデータ処理部１２に出力され、メモリ等に保存される。
【０２５５】
なお、時刻ｔ１５ｄにおいて、次のＲ１行の画素４１ｂ及びレプリカ画素３０１ｂのＦＤリセットと読み出し動作が開始される。
【０２５６】
以降、同様に、各画素行の画素４１及びレプリカ画素３０１のＦＤリセットと読み出し動作が順次行われる。そして、全ての画素４１のリセット信号及びレプリカ画素３０１のレプリカ信号が読み出され、出力制御回路５７のメモリ等に保存される。
【０２５７】
次に、露光期間が終了する直前の時刻ｔ１６ｄにおいて、行駆動回路５２は、画素４１ａの転送トランジスタ１１３をオンさせる。これにより、蓄積ノード１１２に蓄積されている電荷が、検出ノード１１４に転送される。すなわち、蓄積ノード１１２に蓄積されている電子が、検出ノード１１４に全て転送され、蓄積ノード１１２が完全空乏状態になる。
【０２５８】
時刻ｔ１６ｄから所定のハイパルス期間が経過した後、行駆動回路５２は、転送トランジスタ１１３をオフさせる。
【０２５９】
これにより、検出ノード１１４の電位は、転送トランジスタ１１３の駆動前と比較して、蓄積電荷量の分だけ下降する（すなわち、ポテンシャルが浅くなる）。
【０２６０】
時刻ｔ１６ｄの動作は、全ての画素４１で一斉に行われる。従って、全ての画素４１において、一斉に蓄積電荷が検出ノード１１４に転送され、一斉に露光期間が終了する。
【０２６１】
一方、レプリカ画素３０１の転送トランジスタ３２１は常時オフのまま保持されており、検出ノード３２２の状態は変化しない。
【０２６２】
その後、画素４１の蓄積信号及びレプリカ画素３０１のレプリカ信号の読み出しが、画素行毎に順次行われる。
【０２６３】
まず、時刻ｔ１７ｄにおいて、行駆動回路５２は、Ｒ０行の画素４１ａの選択トランジスタ１１７、及び、レプリカ画素３０１ａの選択トランジスタ３２５をオンさせる。
【０２６４】
次に、時刻ｔ１８ｄにおいて、Ｒ０行の画素４１ａの蓄積信号及びレプリカ画素３０１ａのレプリカ信号のサンプリングが行われる。
【０２６５】
具体的には、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１は、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、検出回路７１ａのＡＤ変換器１３１ａは、垂直信号線５９ａの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、蓄積信号Ａｃｃ０を生成する。この蓄積信号Ａｃｃ０のサンプリングが、画素４１ａの相関二重サンプリングの２回目の読出しとなる。
【０２６６】
また、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１は、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、検出回路７１ｂのＡＤ変換器１３１ｂは、垂直信号線５９ｂの電位に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換し、レプリカ信号Ｒｐ０ｂを生成する。このレプリカ信号Ｒｐ０ｂのサンプリングが、レプリカ画素３０１ａの相関二重サンプリングの２回目の読出しとなる。なお、レプリカ画素３０１ａの検出ノード３２２の状態は、１回目の読み出し時から基本的に変化していない。
【０２６７】
時刻ｔ１９ｄにおいて、行駆動回路５２は、画素４１ａの選択トランジスタ１１７、及び、レプリカ画素３０１ａの選択トランジスタ３２５をオフさせる。
【０２６８】
時刻ｔ２０ｄにおいて、Ｒ０行の画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０及びレプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ｂが出力される。具体的には、検出回路７１ａは、蓄積信号Ａｃｃ０を内部の出力レジスタに転送する。そして、スイッチ５６ａが画素列毎に順次オンされ、Ｒ０行の各画素４１ａの蓄積信号Ａｃｃ０が、出力制御回路５７を介してデータ処理部１２に出力され、メモリ等に保存される。
【０２６９】
また、検出回路７１ｂは、レプリカ信号Ｒｐ０ｂを内部の出力レジスタに転送する。そして、スイッチ５６ｂが画素列毎に順次オンされ、Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのレプリカ信号Ｒｐ０ｂが、出力制御回路５７を介してデータ処理部１２に出力され、メモリ等に保存される。
【０２７０】
データ処理部１２は、Ｒ０行の画素４１ａ毎に、蓄積信号Ａｃｃ０とリセット信号Ｒｓｔ０とを比較して、その比較結果に基づいて、入射光子量に対応する画素出力値を算出する。すなわち、データ処理部１２は、Ｒ０行の画素４１ａ毎に、蓄積信号Ａｃｃ０とリセット信号Ｒｓｔの差分をとることにより、入射光子量に対応する画素出力値を示す画素光検出信号を生成する。
【０２７１】
また、データ処理部１２は、Ｒ０行のレプリカ画素３０１ａ毎に、レプリカ信号Ｒｐ０ｂとレプリカ信号Ｒｐ０ａとを比較して、その比較結果に基づいて、同相ノイズ成分を抽出する。すなわち、データ処理部１２は、Ｒ０行のレプリカ画素３０１ａ毎に、レプリカ信号Ｒｐ０ｂとレプリカ信号Ｒｐ０ａの差分をとることにより、同相ノイズ成分を示す画素ノイズ検出信号として生成する。そして、データ処理部１２は、Ｒ０行の各画素４１ａの画素光検出信号と、対応するレプリカ画素３０１ａの画素ノイズ検出信号との差分をとることにより、画素光検出信号の同相ノイズ成分を低減する。
【０２７２】
従って、Ｒ０行の各画素の画素光検出信号Ｓｐ０は、最終的に次式（３）により求められる。
【０２７３】
Ｓｐ０＝（Ａｃｃ０−Ｒｓｔ０）−（Ｒｐ０ｂ−Ｒｐ０ａ）  ・・・（３）
【０２７４】
さらに、データ処理部１２は、Ｒ０行内の全画素の画素光検出信号Ｓｐ０を加算し、行光検出信号Ｓｒ０を算出する。
【０２７５】
なお、時刻ｔ２０ｄにおいて、次のＲ１行の画素４１ｂの蓄積信号及びレプリカ画素３０１ｂのレプリカ信号の読み出し動作が開始される。
【０２７６】
以降、同様に、各画素行の画素４１の蓄積信号及びレプリカ画素３０１のレプリカ信号の読み出し動作が順次行われる。また、画素行毎に上述した演算処理が行われ、行光検出信号が算出される。
【０２７７】
そして、データ処理部１２は、全ての画素行の行光検出信号を加算することにより、１フレーム分の各画素４１の画素光検出信号を加算し、フレーム光検出信号を生成する。このフレーム光検出信号により、同相ノイズ成分の影響を受けずに、露光期間中に光検出器２３ｄに入射した微小光の光量を高い精度で検出することが可能となる。
【０２７８】
また、光検出器２３ｄでは、図１０の光検出器２３ｃと比較して、各画素４１の同相ノイズ成分の検出に用いるレプリカ画素３０１が、対応する画素４１の近くに配置されている。また、光検出器２３ｃでは、各レプリカ画素２０１に可変電源２４１から固定電圧が供給されるため、各レプリカ画素２０１において、画素４１では発生することがない可変電源２４１によるノイズが発生する場合がある。一方、光検出器２３ｄでは、画素４１と共通の電源電圧ＶＤＤが各レプリカ画素３０１に供給される。従って、光検出器２３ｄは、光検出器２３ｃと比較して、各画素４１の同相ノイズ成分をより高精度に検出し、除去することができる。
【０２７９】
なお、時刻ｔ１１ｄにおいて、ＦＤリセットのみを行い、時刻ｔ１６ｄにおいて画素４１の蓄積ノード１１２の電荷が検出ノード１１４に転送されることにより、蓄積ノード１１２の電荷が排出されたものとして、ＰＤリセットを省略することも可能である。これにより、時刻ｔ１６ｄの直後から、次のフレームの電荷蓄積が開始されるようになり、不感期間の殆どない光検出が可能となる。
【０２８０】
また、以上の説明では、検出回路７１でサンプリングされた信号の演算を全てデータ処理部１２で行う例を示したが、データ処理部１２以外で演算を行ったり、演算処理を分散したりするようにしてもよい。
【０２８１】
例えば、出力制御回路５７が、各画素４１の画素光検出信号、及び、各レプリカ画素３０１の画素ノイズ検出信号の生成を行い、得られた信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。さらに、出力制御回路５７が、各画素４１の画素光検出信号と、対応するレプリカ画素３０１の画素ノイズ検出信号との差分をとり、得られた各画素４１の画素光検出信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。
【０２８２】
また、例えば、出力制御回路５７が、１行分の画素光検出信号の加算、及び、１行分の画素ノイズ検出信号の加算を行い、得られた行光検出信号及び行ノイズ検出信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。さらに、出力制御回路５７が、各行の行光検出信号と、対応する行の行ノイズ検出信号との差分をとり、得られた各行の行光検出信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。
【０２８３】
また、例えば、出力制御回路５７内にレジスタを設けて、出力制御回路５７が、１フレーム分の行光検出信号の加算、及び、１フレーム分の行ノイズ検出信号の加算を行い、得られたフレーム光検出信号及びフレームノイズ検出信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。さらに、出力制御回路５７が、フレーム光検出信号とフレームノイズ検出信号との差分をとり、得られたフレーム光検出信号をデータ処理部１２に供給するようにしてもよい。
【０２８４】
このように演算処理の一部又は全部を出力制御回路５７で行うことにより、光検出器２３ｄからデータ処理部１２へ信号を転送する回数を大幅に削減することができる。
【０２８５】
さらに、レプリカ画素３０１のレプリカ信号の読み出し時に垂直信号線５９を短絡するようにしてもよい。例えば、Ｒ０行の各レプリカ画素３０１ａのリセット信号の読み出し時に、各画素列の垂直信号線５９ｂを短絡するようにしてもよい。同様に、Ｒ１行の各レプリカ画素２０１ｂのレプリカ信号の読み出し時に、各画素列の垂直信号線５９ａを短絡するようにしてもよい。これにより、各レプリカ画素３０１において独立して生じるランダムノイズの影響が低減される。
【０２８６】
また、上述したように、レプリカ画素３０１に駆動信号ＳＥＬを供給する制御線３０２が、画素４１の制御線５８とは独立して配線されている。従って、例えば、レプリカ画素３０１を常時非選択となるように制御し、レプリカ画素３０１を用いずに、図６乃至図８を参照して上述した光検出器２３ａと同様の読み出し動作を光検出器２３ｄに行わせることが可能である。これにより、例えば、光検出器２３ｄにおいて、レプリカ画素３０１を非選択状態に固定して、図６乃至図８を参照して上述したように画素４１を２行単位でアクセスする高速動作モードと、図１６乃至図１８を参照して上述したようにレプリカ画素３０１を用いて画素４１を１行単位でアクセスする低ノイズ動作モードとを切り替えることが可能になる。
【０２８７】
なお、例えば、光検出器２３ｄにおいて、各画素４１を垂直信号線５９ａを介して検出回路７１ａに接続し、各レプリカ画素３０１を垂直信号線５９ｂを介して検出回路７１ｂに接続するようにすることも可能である。この場合、光検出器２３ｄは、高速動作モードには対応しない。
【０２８８】
なお、上述した光検出器２３ａ乃至光検出器２３ｄは、ＣＭＯＳイメージセンサと同じ製造ラインで、同様の製造プロセスにより量産することができる。
【０２８９】
また、光検出器２３ａ乃至光検出器２３ｄを適用した放射線計数装置１は小型軽量となり、環境変動にも強く、特性も安定しており、メンテナンスも容易である。さらに、放射線計数装置１の出力はデジタル信号であるため、後段の装置はデジタル信号の処理のみとなり、周囲からの雑音の影響も受けにくい。また、放射線計数装置１に複数の受光部１１を設けた場合、複数の受光部１１から出力されたデータを容易に処理することができる。
【０２９０】
＜＜４．第４の実施の形態＞＞
次に、図１９及び図２０を参照して、本技術の第４の実施の形態について説明する。
【０２９１】
＜４−１．フローサイトメータの構成例＞
上述した光検出器２３は、放射線計数装置以外にも、例えば、生体検査装置等の他の電子機器にも適用することが可能である。
【０２９２】
図１９は、本技術を適用した生体検査装置としてのフローサイトメータ４０１の構成例を示している。
【０２９３】
フローサイトメータ４０１は、光検出器２３、サンプルチューブ４１１、レーザ光源４１２、及び、フォトダイオード４１３を少なくとも備える。
【０２９４】
なお、光検出器２３には、上述した光検出器２３ａ乃至光検出器２３ｄのうち、グローバルシャッタ動作が可能な光検出器２３ｃ又は光検出器２３ｄが用いられる。また、光検出器２３は、上述した不感期間のほとんどないグローバルシャッタ動作を行うように設定される。
【０２９５】
サンプルチューブ４１１から流される細胞等の検体４０３は、サンプル流４０２の中で一列に並び、そこにレーザ光源４１２からレーザ光４２１が照射される。検体４０３がレーザ光４２１の照射スポット４２１Ａ内を通過すると、散乱光と、検体４０３に付着した蛍光マーカ等から励起される蛍光とが発生する。
【０２９６】
そして、フォトダイオード４１３には、光量の大きい前方散乱光４２２が入射する。フォトダイオード４１３は、例えば、受光した前方散乱光４２２に基づいて、検体４０３の大きさや、検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過するタイミング等を検出する。また、フォトダイオード４１３は、検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過するタイミングを示すイベント信号を生成し、光検出器２３に供給する。
【０２９７】
一方、光検出器２３には、微弱なパルス光からなる検出光４２３が入射する。検出光４２３は、側方錯乱光、及び、検体４０３に付着した蛍光マーカから発せられた蛍光を含む。
【０２９８】
＜４−２．フローサイトメータの動作＞
次に、図２０を参照して、フローサイトメータ４０１の動作について説明する。
【０２９９】
図２０の上の波形４５１は、光検出器２３により検出される検出光４２３の強度の時系列の推移を示している。図２０の中央の波形４５２は、フォトダイオード４１３により検出される前方散乱光４２２の強度の時系列の推移を示している。
【０３００】
レーザ光４２１の照射スポット４２１Ａを検体４０３が通過するときに発せられる蛍光は、パルス状となる。従って、その蛍光を含む検出光４２３の強度を示す波形４５１はパルス状となり、各パルスにより、１個の検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過するタイミングが示される。
【０３０１】
一方、レーザ光４２１の照射スポット４２１Ａを検体４０３が通過するときに発せられる前方散乱光４２２も、パルス状となる。従って、前方散乱光４２２の強度を示す波形４５２はパルス状となり、各パルスにより、１個の検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過するタイミングが示される。また、波形４５１及び波形４５２においては、ほぼ同じタイミングでパルスが現れる。
【０３０２】
フォトダイオード４１３は、前方散乱光４２２の強度を所定の閾値ＴＨと比較する。そして、フォトダイオード４１３は、前方散乱光４２２の強度が閾値ＴＨ以上となった時刻ｔ１ｅにおいて、検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過したと判定し、イベント信号Ｓ１を生成し、光検出器２３に供給する。
【０３０３】
光検出器２３は、イベント信号Ｓ１に同期して、露光期間を終了し、蓄積信号をサンプリングする。具体的には、光検出器２３は、イベント信号Ｓ１が供給された時刻ｔ１ｅから所定の遅延時間Ｔｄが経過した時刻ｔ２ｅにおいて、各画素４１の露光期間Ｔｅ１を終了し、蓄積信号の読み出し期間Ｔａ１を開始する。また、時刻ｔ２ｅにおいて、光検出器２３は、次の露光期間Ｔｅ２を開始する。
【０３０４】
なお、蓄積信号を読み出すに先立って、蓄積信号のオフセット成分を除去するためのリセット信号の読み出しが必要となる。このリセット信号の読み出しは、前回の蓄積信号の読み出し期間Ｔａ０の直後の期間Ｔｆ１においてＦＤリセットが実行された後、期間Ｔｒ１において実行される。
【０３０５】
また、光検出器２３が、期間Ｔａ１において蓄積信号を読み出した直後の期間Ｔｆ２及び期間Ｔｒ２において、次の蓄積信号の読み出しのためのＦＤリセット及びリセット信号の読み出しが実行される。
【０３０６】
そして、光検出器２３、又は、光検出器２３の後段のデータ処理部（不図示）は、期間Ｔａ１において各画素４１から読み出された蓄積信号、及び、各レプリカ画素２０１又は各レプリカ画素３０１から読み出されたレプリカ信号、並びに、期間Ｔｒ１において各画素４１から読み出されたリセット信号、及び、各レプリカ画素２０１又は各レプリカ画素３０１から読み出されたレプリカ信号に基づいて、１フレーム分の画素光検出信号を加算したフレーム光検出信号を生成する。
【０３０７】
このフレーム光検出信号は、１つの検体４０３が照射スポット４２１Ａを通過することにより発生する検出光４２３の総量に相当する。従って、フレーム光検出信号に基づいて、検体４０３毎の側光散乱光及び蛍光の強度を高精度に検出することができる。
【０３０８】
＜＜５．変形例＞＞
以下、上述した本開示に係る技術の実施の形態の変形例について説明する。
【０３０９】
図４の画素４１の構成例は、その一例であり、本開示に係る技術では、任意の構成の画素を用いることができる。例えば、グローバルシャッタ動作を行う光検出器２３ｃ及び光検出器２３ｄにおいて、画素４１内の転送トランジスタ１１３と検出ノード１１４の間にメモリを設け、蓄積信号を読み出すまでの間、蓄積ノード１１２から転送された電荷を一時的にメモリに保持するようにしてもよい。ただし、光検出器２３ｃ及び光検出器２３ｄは、通常のデジタルカメラのイメージセンサと比較して、画素数が少なく、フレームレートが高いため、電荷を検出ノード１１４に蓄積する期間が短い。従って、必ずしもメモリを設けなくても、電荷蓄積期間中のノイズの影響を小さくすることができる。
【０３１０】
なお、画素４１の構成の変更に合わせて、図１１のレプリカ画素２０１及び図１５のレプリカ画素３０１の構成も変更するようにすることが望ましい。
【０３１１】
また、図２の光検出器２３ａ及び図９の光検出器２３ｂにおいて、２以上のｎ行単位で画素信号の読み出しを行うようにしてもよい。ｎ行単位で画素信号の読み出しを行う場合、例えば、画素列毎に、ｎ本の垂直信号線５９ａ、ｎ本の垂直信号線５９ｂ、ｎ個の検出回路７１ａ、ｎ個の検出回路７１ｂ、ｎ個のスイッチ５６ａ、及び、ｎ個のスイッチ５６ｂを設けるようにすればよい。
【０３１２】
さらに、図１０の光検出器２３ｃにおいて、２以上のｎ行単位で画素信号の読み出しを行うようにしてもよい。ｎ行単位で画素信号の読み出しを行う場合、例えば、画素列毎に、ｎ本の垂直信号線５９ａ、ｎ本の垂直信号線５９ｂ、ｎ個の検出回路７１ａ、ｎ個の検出回路７１ｂ、ｎ個のスイッチ５６ａ、及び、ｎ個のスイッチ５６ｂを設けるようにすればよい。
【０３１３】
なお、光検出器２３ｃにおいて、ｎ行単位で画素信号の読み出しを行う場合、必ずしもレプリカ画素２０１ａ及びレプリカ画素２０１ｂをｎ行ずつ設ける必要はない。すなわち、同じタイミングで読み出す画素４１の行数とレプリカ画素２０１の行数が異なっていてもよい。例えば、レプリカ画素２０１ａ及びレプリカ画素２０１ｂを１行ずつ設けた場合、ｎ行分の画素４１のリセット信号及び蓄積信号と、１行分のレプリカ画素２０１のレプリカ信号の読み出しが同じタイミングで行われる。そして、例えば、同じタイミングで読み出されたｎ行分の画素光検出信号と１行分のノイズ検出信号との差分をとるときに、ノイズ検出信号をｎ倍するようにすればよい。
【０３１４】
また、図１４の光検出器２３ｄにおいて、２以上のｎ行単位で画素信号の読み出しを行うようにしてもよい。ｎ行単位で画素信号の読み出しを行う場合、例えば、画素列毎に、ｎ本の垂直信号線５９ａ、ｎ本の垂直信号線５９ｂ、ｎ個の検出回路７１ａ、ｎ個の検出回路７１ｂ、ｎ個のスイッチ５６ａ、及び、ｎ個のスイッチ５６ｂを設けるようにすればよい。
【０３１５】
なお、光検出器２３ｄにおいて、ｎ行単位で画素信号の読み出しを行う場合、必ずしもレプリカ画素３０１を各行に設ける必要はない。すなわち、同じタイミングで読み出す画素４１の行数とレプリカ画素２０１の行数が異なっていてもよい。例えば、レプリカ画素３０１をｎ行毎に設けた場合、ｎ行分の画素４１のリセット信号及び蓄積信号と、１行分のレプリカ画素のレプリカ信号の読み出しが同じタイミングで行われる。そして、例えば、同じタイミングで読み出されたｎ行分の画素光検出信号と１行分のノイズ検出信号との差分をとるときに、ノイズ検出信号をｎ倍するようにすればよい。
【０３１６】
さらに、光検出器２３ｄにおいて、１行単位で画素信号の読み出しを行う場合でも、必ずしもレプリカ画素３０１を各行に設ける必要はない。すなわち、複数の画素行で、レプリカ画素３０１を共有するようにしてもよい。
【０３１７】
また、光検出器２３ａにおいて、必ずしも画素４１と同じ行にレプリカ画素３０１を並べる必要はない。例えば、画素４１の列の間にレプリカ画素３０１を配置したり、画素４１の行の間に、レプリカ画素３０１のみの行を形成したりすることが可能である。
【０３１８】
さらに、光検出器２３ａ乃至光検出器２３ｄにおいて、例えば、行単位でなく、ブロック単位で画素信号の読み出しを行うようにしてもよい。この場合、光検出器２３ａ及び光検出器２３ｂにおいて、同じタイミングで蓄積信号のサンプリングを行うブロックの画素数と、リセット信号のサンプリングを行うブロックの画素数とをほぼ等しくすることが望ましい。また、この場合、光検出器２３ｄにおいて、ブロック内の画素４１とレプリカ画素３０１の数を必ずしも同じにする必要はない。
【０３１９】
また、例えば、レプリカ画素２０１及びレプリカ画素３０１において、画素４１と同様にフォトダイオードを設ける一方、フォトダイオードを使用しないようにすることも可能である。これは、実効上フォトダイオードが設けられていないに等しい。
【０３２０】
さらに、本技術は、例えば、ＣＤＳ以外にも、蓄積信号とリセット信号の差分に基づいて画素光検出信号を生成する場合に適用することができる。従って、例えば、ＤＤＳ（Double Data Sampling）により画素光検出信号を生成する場合にも適用することができる。
【０３２１】
＜＜６．応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、手術室システムに適用されてもよい。
【０３２２】
＜６−１．手術システムへの適用例＞
図２１は、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム５１００の全体構成を概略的に示す図である。図２１を参照すると、手術室システム５１００は、手術室内に設置される装置群が視聴覚コントローラ（AV Controller）５１０７及び手術室制御装置５１０９を介して互いに連携可能に接続されることにより構成される。
【０３２３】
手術室には、様々な装置が設置され得る。図２１では、一例として、内視鏡下手術のための各種の装置群５１０１と、手術室の天井に設けられ術者の手元を撮像するシーリングカメラ５１８７と、手術室の天井に設けられ手術室全体の様子を撮像する術場カメラ５１８９と、複数の表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄと、レコーダ５１０５と、患者ベッド５１８３と、照明５１９１と、を図示している。
【０３２４】
ここで、これらの装置のうち、装置群５１０１は、後述する内視鏡手術システム５１１３に属するものであり、内視鏡や当該内視鏡によって撮像された画像を表示する表示装置等からなる。内視鏡手術システム５１１３に属する各装置は医療用機器とも呼称される。一方、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄ、レコーダ５１０５、患者ベッド５１８３及び照明５１９１は、内視鏡手術システム５１１３とは別個に、例えば手術室に備え付けられている装置である。これらの内視鏡手術システム５１１３に属さない各装置は非医療用機器とも呼称される。視聴覚コントローラ５１０７及び／又は手術室制御装置５１０９は、これら医療機器及び非医療機器の動作を互いに連携して制御する。
【０３２５】
視聴覚コントローラ５１０７は、医療機器及び非医療機器における画像表示に関する処理を、統括的に制御する。具体的には、手術室システム５１００が備える装置のうち、装置群５１０１、シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術中に表示すべき情報（以下、表示情報ともいう）を発信する機能を有する装置（以下、発信元の装置とも呼称する）であり得る。また、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄは、表示情報が出力される装置（以下、出力先の装置とも呼称する）であり得る。また、レコーダ５１０５は、発信元の装置及び出力先の装置の双方に該当する装置であり得る。視聴覚コントローラ５１０７は、発信元の装置及び出力先の装置の動作を制御し、発信元の装置から表示情報を取得するとともに、当該表示情報を出力先の装置に送信し、表示又は記録させる機能を有する。なお、表示情報とは、手術中に撮像された各種の画像や、手術に関する各種の情報（例えば、患者の身体情報や、過去の検査結果、術式についての情報等）等である。
【０３２６】
具体的には、視聴覚コントローラ５１０７には、装置群５１０１から、表示情報として、内視鏡によって撮像された患者の体腔内の術部の画像についての情報が送信され得る。また、シーリングカメラ５１８７から、表示情報として、当該シーリングカメラ５１８７によって撮像された術者の手元の画像についての情報が送信され得る。また、術場カメラ５１８９から、表示情報として、当該術場カメラ５１８９によって撮像された手術室全体の様子を示す画像についての情報が送信され得る。なお、手術室システム５１００に撮像機能を有する他の装置が存在する場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、当該他の装置からも当該他の装置によって撮像された画像についての情報を取得してもよい。
【０３２７】
あるいは、例えば、レコーダ５１０５には、過去に撮像されたこれらの画像についての情報が視聴覚コントローラ５１０７によって記録されている。視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、レコーダ５１０５から当該過去に撮像された画像についての情報を取得することができる。なお、レコーダ５１０５には、手術に関する各種の情報も事前に記録されていてもよい。
【０３２８】
視聴覚コントローラ５１０７は、出力先の装置である表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄの少なくともいずれかに、取得した表示情報（すなわち、手術中に撮影された画像や、手術に関する各種の情報）を表示させる。図示する例では、表示装置５１０３Ａは手術室の天井から吊り下げられて設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｂは手術室の壁面に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｃは手術室内の机上に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｄは表示機能を有するモバイル機器（例えば、タブレットＰＣ（Personal Computer））である。
【０３２９】
また、図２１では図示を省略しているが、手術室システム５１００には、手術室の外部の装置が含まれてもよい。手術室の外部の装置は、例えば、病院内外に構築されたネットワークに接続されるサーバや、医療スタッフが用いるＰＣ、病院の会議室に設置されるプロジェクタ等であり得る。このような外部装置が病院外にある場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、遠隔医療のために、テレビ会議システム等を介して、他の病院の表示装置に表示情報を表示させることもできる。
【０３３０】
手術室制御装置５１０９は、非医療機器における画像表示に関する処理以外の処理を、統括的に制御する。例えば、手術室制御装置５１０９は、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１の駆動を制御する。
【０３３１】
手術室システム５１００には、集中操作パネル５１１１が設けられており、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、視聴覚コントローラ５１０７に対して画像表示についての指示を与えたり、手術室制御装置５１０９に対して非医療機器の動作についての指示を与えることができる。集中操作パネル５１１１は、表示装置の表示面上にタッチパネルが設けられて構成される。
【０３３２】
図２２は、集中操作パネル５１１１における操作画面の表示例を示す図である。図２２では、一例として、手術室システム５１００に、出力先の装置として、２つの表示装置が設けられている場合に対応する操作画面を示している。図２２を参照すると、操作画面５１９３には、発信元選択領域５１９５と、プレビュー領域５１９７と、コントロール領域５２０１と、が設けられる。
【０３３３】
発信元選択領域５１９５には、手術室システム５１００に備えられる発信元装置と、当該発信元装置が有する表示情報を表すサムネイル画面と、が紐付けられて表示される。ユーザは、表示装置に表示させたい表示情報を、発信元選択領域５１９５に表示されているいずれかの発信元装置から選択することができる。
【０３３４】
プレビュー領域５１９７には、出力先の装置である２つの表示装置（Monitor1、Monitor2）に表示される画面のプレビューが表示される。図示する例では、１つの表示装置において４つの画像がＰｉｎＰ表示されている。当該４つの画像は、発信元選択領域５１９５において選択された発信元装置から発信された表示情報に対応するものである。４つの画像のうち、１つはメイン画像として比較的大きく表示され、残りの３つはサブ画像として比較的小さく表示される。ユーザは、４つの画像が表示された領域を適宜選択することにより、メイン画像とサブ画像を入れ替えることができる。また、４つの画像が表示される領域の下部には、ステータス表示領域５１９９が設けられており、当該領域に手術に関するステータス（例えば、手術の経過時間や、患者の身体情報等）が適宜表示され得る。
【０３３５】
コントロール領域５２０１には、発信元の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ（Graphical User Interface）部品が表示される発信元操作領域５２０３と、出力先の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ部品が表示される出力先操作領域５２０５と、が設けられる。図示する例では、発信元操作領域５２０３には、撮像機能を有する発信元の装置におけるカメラに対して各種の操作（パン、チルト及びズーム）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、発信元の装置におけるカメラの動作を操作することができる。なお、図示は省略しているが、発信元選択領域５１９５において選択されている発信元の装置がレコーダである場合（すなわち、プレビュー領域５１９７において、レコーダに過去に記録された画像が表示されている場合）には、発信元操作領域５２０３には、当該画像の再生、再生停止、巻き戻し、早送り等の操作を行うためのＧＵＩ部品が設けられ得る。
【０３３６】
また、出力先操作領域５２０５には、出力先の装置である表示装置における表示に対する各種の操作（スワップ、フリップ、色調整、コントラスト調整、２Ｄ表示と３Ｄ表示の切り替え）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、表示装置における表示を操作することができる。
【０３３７】
なお、集中操作パネル５１１１に表示される操作画面は図示する例に限定されず、ユーザは、集中操作パネル５１１１を介して、手術室システム５１００に備えられる、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９によって制御され得る各装置に対する操作入力が可能であってよい。
【０３３８】
図２３は、以上説明した手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術室の天井に設けられ、患者ベッド５１８３上の患者５１８５の患部に対して処置を行う術者（医者）５１８１の手元及び手術室全体の様子を撮影可能である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９には、倍率調整機能、焦点距離調整機能、撮影方向調整機能等が設けられ得る。照明５１９１は、手術室の天井に設けられ、少なくとも術者５１８１の手元を照射する。照明５１９１は、その照射光量、照射光の波長（色）及び光の照射方向等を適宜調整可能であってよい。
【０３３９】
内視鏡手術システム５１１３、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１は、図２１に示すように、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９（図２３では図示せず）を介して互いに連携可能に接続されている。手術室内には、集中操作パネル５１１１が設けられており、上述したように、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、手術室内に存在するこれらの装置を適宜操作することが可能である。
【０３４０】
以下、内視鏡手術システム５１１３の構成について詳細に説明する。図示するように、内視鏡手術システム５１１３は、内視鏡５１１５と、その他の術具５１３１と、内視鏡５１１５を支持する支持アーム装置５１４１と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５１５１と、から構成される。
【０３４１】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５１３９ａ〜５１３９ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５１３９ａ〜５１３９ｄから、内視鏡５１１５の鏡筒５１１７や、その他の術具５１３１が患者５１８５の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５１３１として、気腹チューブ５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７が、患者５１８５の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５１３５は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５１３１はあくまで一例であり、術具５１３１としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【０３４２】
内視鏡５１１５によって撮影された患者５１８５の体腔内の術部の画像が、表示装置５１５５に表示される。術者５１８１は、表示装置５１５５に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５１３５や鉗子５１３７を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７は、手術中に、術者５１８１又は助手等によって支持される。
【０３４３】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５１４１は、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃ、及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂから構成されており、アーム制御装置５１５９からの制御により駆動される。アーム部５１４５によって内視鏡５１１５が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５１１５の安定的な位置の固定が実現され得る。
【０３４４】
（内視鏡）
内視鏡５１１５は、先端から所定の長さの領域が患者５１８５の体腔内に挿入される鏡筒５１１７と、鏡筒５１１７の基端に接続されるカメラヘッド５１１９と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５１１７を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５１１５を図示しているが、内視鏡５１１５は、軟性の鏡筒５１１７を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０３４５】
鏡筒５１１７の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５１１５には光源装置５１５７が接続されており、当該光源装置５１５７によって生成された光が、鏡筒５１１７の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５１８５の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５１１５は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０３４６】
カメラヘッド５１１９の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera  Control  Unit）５１５３に送信される。なお、カメラヘッド５１１９には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【０３４７】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５１１９には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５１１７の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【０３４８】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５１５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５１１５及び表示装置５１５５の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５１５３は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５１５５に提供する。また、ＣＣＵ５１５３には、図２１に示す視聴覚コントローラ５１０７が接続される。ＣＣＵ５１５３は、画像処理を施した画像信号を視聴覚コントローラ５１０７にも提供する。また、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。当該撮像条件に関する情報は、入力装置５１６１を介して入力されてもよいし、上述した集中操作パネル５１１１を介して入力されてもよい。
【０３４９】
表示装置５１５５は、ＣＣＵ５１５３からの制御により、当該ＣＣＵ５１５３によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５１１５が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５１５５としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５１５５として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５１５５が設けられてもよい。
【０３５０】
光源装置５１５７は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５１１５に供給する。
【０３５１】
アーム制御装置５１５９は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５１４１のアーム部５１４５の駆動を制御する。
【０３５２】
入力装置５１６１は、内視鏡手術システム５１１３に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５１６１を介して、内視鏡手術システム５１１３に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５１６１を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５１６１を介して、アーム部５１４５を駆動させる旨の指示や、内視鏡５１１５による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５１３５を駆動させる旨の指示等を入力する。
【０３５３】
入力装置５１６１の種類は限定されず、入力装置５１６１は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５１６１としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５１７１及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５１６１としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５１５５の表示面上に設けられてもよい。
【０３５４】
あるいは、入力装置５１６１は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head Mounted Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５１６１は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５１６１は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５１６１が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５１８１）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【０３５５】
処置具制御装置５１６３は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５１３５の駆動を制御する。気腹装置５１６５は、内視鏡５１１５による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５１８５の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５１３３を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５１６７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５１６９は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０３５６】
以下、内視鏡手術システム５１１３において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【０３５７】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５１４１は、基台であるベース部５１４３と、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５と、を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、複数の関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃと、関節部５１４７ｂによって連結される複数のリンク５１４９ａ、５１４９ｂと、から構成されているが、図２３では、簡単のため、アーム部５１４５の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５１４５が所望の自由度を有するように、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃ及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５１４５は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５１４５の可動範囲内において内視鏡５１１５を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５１１５の鏡筒５１１７を患者５１８５の体腔内に挿入することが可能になる。
【０３５８】
関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５１５９によって制御されることにより、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転角度が制御され、アーム部５１４５の駆動が制御される。これにより、内視鏡５１１５の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５１５９は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５１４５の駆動を制御することができる。
【０３５９】
例えば、術者５１８１が、入力装置５１６１（フットスイッチ５１７１を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５１５９によってアーム部５１４５の駆動が適宜制御され、内視鏡５１１５の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５１４５の先端の内視鏡５１１５を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５１４５は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５１４５は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５１６１を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【０３６０】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５１５９は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５１４５が移動するように、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５１４５に触れながらアーム部５１４５を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５１４５を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５１１５を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０３６１】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５１１５が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５１４１を用いることにより、人手によらずに内視鏡５１１５の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【０３６２】
なお、アーム制御装置５１５９は必ずしもカート５１５１に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５１５９は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５１５９は、支持アーム装置５１４１のアーム部５１４５の各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５１５９が互いに協働することにより、アーム部５１４５の駆動制御が実現されてもよい。
【０３６３】
（光源装置）
光源装置５１５７は、内視鏡５１１５に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５１５７は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５１５７において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５１１９の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０３６４】
また、光源装置５１５７は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５１１９の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０３６５】
また、光源装置５１５７は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５１５７は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０３６６】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図２４を参照して、内視鏡５１１５のカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能についてより詳細に説明する。図２４は、図２３に示すカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０３６７】
図２４を参照すると、カメラヘッド５１１９は、その機能として、レンズユニット５１２１と、撮像部５１２３と、駆動部５１２５と、通信部５１２７と、カメラヘッド制御部５１２９と、を有する。また、ＣＣＵ５１５３は、その機能として、通信部５１７３と、画像処理部５１７５と、制御部５１７７と、を有する。カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３とは、伝送ケーブル５１７９によって双方向に通信可能に接続されている。
【０３６８】
まず、カメラヘッド５１１９の機能構成について説明する。レンズユニット５１２１は、鏡筒５１１７との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５１１７の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５１１９まで導光され、当該レンズユニット５１２１に入射する。レンズユニット５１２１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５１２１は、撮像部５１２３の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【０３６９】
撮像部５１２３は撮像素子によって構成され、レンズユニット５１２１の後段に配置される。レンズユニット５１２１を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５１２３によって生成された画像信号は、通信部５１２７に提供される。
【０３７０】
撮像部５１２３を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５１８１は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【０３７１】
また、撮像部５１２３を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５１８１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５１２３が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５１２１も複数系統設けられる。
【０３７２】
また、撮像部５１２３は、必ずしもカメラヘッド５１１９に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５１２３は、鏡筒５１１７の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０３７３】
駆動部５１２５は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５１２９からの制御により、レンズユニット５１２１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５１２３による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０３７４】
通信部５１２７は、ＣＣＵ５１５３との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５１２７は、撮像部５１２３から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５１７９を介してＣＣＵ５１５３に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５１８１が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５１２７には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５１７９を介してＣＣＵ５１５３に送信される。
【０３７５】
また、通信部５１２７は、ＣＣＵ５１５３から、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５１２７は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５１２９に提供する。なお、ＣＣＵ５１５３からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５１２７には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５１２９に提供される。
【０３７６】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５１５３の制御部５１７７によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡５１１５に搭載される。
【０３７７】
カメラヘッド制御部５１２９は、通信部５１２７を介して受信したＣＣＵ５１５３からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５１１９の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５１２９は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５１２３の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５１２９は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５１２５を介してレンズユニット５１２１のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５１２９は、更に、鏡筒５１１７やカメラヘッド５１１９を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【０３７８】
なお、レンズユニット５１２１や撮像部５１２３等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５１１９について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【０３７９】
次に、ＣＣＵ５１５３の機能構成について説明する。通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９から、伝送ケーブル５１７９を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５１７３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５１７３は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５１７５に提供する。
【０３８０】
また、通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９に対して、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【０３８１】
画像処理部５１７５は、カメラヘッド５１１９から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５１７５は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【０３８２】
画像処理部５１７５は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５１７５が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５１７５は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【０３８３】
制御部５１７７は、内視鏡５１１５による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５１７７は、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５１７７は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５１１５にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５１７７は、画像処理部５１７５による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【０３８４】
また、制御部５１７７は、画像処理部５１７５によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５１５５に表示させる。この際、制御部５１７７は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５１７７は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５１３５使用時のミスト等を認識することができる。制御部５１７７は、表示装置５１５５に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５１８１に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【０３８５】
カメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３を接続する伝送ケーブル５１７９は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０３８６】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５１７９を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５１７９を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５１７９によって妨げられる事態が解消され得る。
【０３８７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム５１００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として手術室システム５１００が適用される医療用システムが内視鏡手術システム５１１３である場合について説明したが、手術室システム５１００の構成はかかる例に限定されない。例えば、手術室システム５１００は、内視鏡手術システム５１１３に代えて、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【０３８８】
本開示に係る技術は、例えば、上述した手術システム５１００において、放射線を検出したり、放射線を用いた画像を生成したりする場合に好適に適用され得る。例えば、上述した光検出器２３ａ乃至２３ｄを用いることにより、放射線の検出精度を高めたり、放射線を用いた画像の画質を向上させたりすることができる。これにより、例えば、診断精度を向上させたり、手術をより円滑に行ったりすることが可能になる。
【０３８９】
なお、本開示に係る技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示に係る技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０３９０】
＜６−２．構成の組み合わせ例＞
また、例えば、本開示に係る技術は、以下のような構成も取ることができる。
【０３９１】
（１）
光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、
前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部と
を備える検出装置。
（２）
前記第２の画素は、前記第１の画素が並べられている領域内に配置されている
前記（１）に記載の検出装置。
（３）
前記第２の画素は、同じタイミングでサンプリングを行う前記第１の画素が並べられている行において隣接する前記第１の画素間に配置されている
前記（２）に記載の検出装置。
（４）
前記行内の前記第１の画素を選択するための第１の選択信号を供給する制御線と、前記行内の前記第２の画素を選択するための第２の選択信号を供給する制御線とが異なる
前記（３）に記載の検出装置。
（５）
前記第２の画素は、前記第１の画素から少なくとも前記光電変換部を削除した構成を有し、前記第１の画素の前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタに相当するトランジスタが常時オフされている
前記（２）乃至（４）のいずれかに記載の検出装置。
（６）
前記第２の画素は、前記第１の画素が並べられている領域の外に配置されている
前記（１）に記載の検出装置。
（７）
前記第２の画素は、
前記第１の画素の増幅トランジスタに相当する第１のトランジスタと、
前記第１の画素の選択トランジスタに相当する第２のトランジスタと
を備え、
前記第１のトランジスタのゲートに所定の電圧が印加されている
前記（６）に記載の検出装置。
（８）
前記第１の画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリング、並びに、前記第２の画素の信号であるレプリカ信号のサンプリングを行う検出部を
さらに備える前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の検出装置。
（９）
前記駆動部は、複数の前記第１の画素を含む第１の画素群の前記リセット信号をサンプリングするタイミングと、複数の前記第２の画素を含む第２の画素群の第１のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせ、前記第１の画素群の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、前記第２の画素群の第２のレプリカ信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第１の駆動を行う
前記（８）に記載の検出装置。
（１０）
前記駆動部は、前記画素アレイ部の所定の数の行単位でサンプリングを行うように前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動し、
前記第１の画素群は、前記所定の数の行内の第１の画素を含み、前記第２の画素群は、前記所定の数の行内の第２の画素を含む
前記（９）に記載の検出装置。
（１１）
前記駆動部は、前記第１の駆動と、前記第２の画素を非選択状態に固定し、各前記第１の画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第３の画素群と第４の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する第２の駆動とを切り替え可能である
前記（９）又は（１０）に記載の検出装置。
（１２）
１つ又は複数の前記第１の画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく第１の差分信号、及び、１つ又は複数の前記第２の画素の前記第２のレプリカ信号と前記第１のレプリカ信号との差分に基づく第２の差分信号を生成する出力制御部を
さらに備える前記（９）乃至（１１）のいずれかに記載の検出装置。
（１３）
前記出力制御部は、前記第１の差分信号と前記第２の差分信号との差分に基づく第３の差分信号を生成する
前記（１２）に記載の検出装置。
（１４）
検出装置と、
前記検出装置の信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記検出装置は、
光電変換部を備える複数の第１の画素、及び、光電変換部を備えない複数の第２の画素が並べられている画素アレイ部と、
前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動する駆動部と
を備える電子機器。
（１５）
複数の画素が並べられている画素アレイ部と、
各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う検出部と、
各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部と
を備える検出装置。
（１６）
前記第１の画素群の画素数と前記第２の画素群の画素数が略同じである
前記（１５）に記載の検出装置。
（１７）
前記駆動部は、所定の数の行単位で各前記画素の信号のサンプリングを行うように前記画素を駆動し、
前記第１の画素群の行数と前記第２の画素群の行数とが等しい
前記（１６）に記載の検出装置。
（１８）
１つ又は複数の前記画素の前記蓄積信号と前記リセット信号との差分に基づく差分信号を生成する出力制御部を
さらに備える前記（１５）乃至（１７）のいずれかに記載の検出装置。
（１９）
検出装置と、
前記検出装置の信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記検出装置は、
複数の画素が並べられている画素アレイ部と、
各前記画素のリセットレベルを表すリセット信号及び蓄積電荷量を表す蓄積信号のサンプリングを行う複数の検出部と、
各前記画素の前記リセット信号及び前記蓄積信号のサンプリングを所定の順番で行うとともに、サンプリング順が前後する第１の画素群と第２の画素群のうち一方の前記蓄積信号をサンプリングするタイミングと、他方の前記リセット信号をサンプリングするタイミングとを合わせるように、前記画素を駆動する駆動部と
を備える電子機器。
【符号の説明】
【０３９２】
１  放射線計数装置，  １１  受光部，  １２  データ処理部，  ２１  シンチレータ，  ２３  光検出器，  ３１，３１ａ乃至３１ｄ  画素アレイ部，  ３１Ａｂ，３１Ａｃ  領域，  ４１，４１ａ，４１ｂ  画素，  ５１  タイミング制御回路，  ５２  行駆動回路，  ５４  検出部，  ５５  列駆動回路，  ５６ａ，５６ｂ  スイッチ，  ５７  出力制御回路，  ５８  制御線，  ５９ａ，５９ｂ  垂直信号線，  ７１ａ，７１ｂ  検出回路，  １１１  フォトダイオード，  １１２  蓄積ノード，  １１３  転送トランジスタ，  １１４  検出ノード，  １１５  リセットトランジスタ，  １１６  増幅トランジスタ，  １１７  選択トランジスタ，  １５１ａ，１５１ｂ  ダミー画素，  ２０１ａ，２０１ｂ  レプリカ画素，  ２０２  制御線，  ２３１  増幅トランジスタ，  ２３２  選択トランジスタ，  ２４１  可変電源，  ３０１ａ，３０１ｂ  レプリカ画素，  ３０２  制御線，  ３２１  転送トランジスタ，  ３２２  検出ノード，  ３２３  リセットトランジスタ，  ３２４  増幅トランジスタ，  ３２５  選択トランジスタ，  ４０１  フローサイトメータ，  ４１２  レーザ光源，  ４１３  フォトダイオード，  ４２１  レーザ光，  ４２１Ａ  照射スポット，  ４２２  前方散乱光，  ４２３  検出光
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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