(57)【要約】【課題】回路の小型化及び消費電力の低減を実現する。【解決手段】放射線センサー（１）は、アクティブピクセル（２）と読出し回路（７）とをつなぐ経路に分岐接続されたデジタル制御電流源（１０）を備え、デジタル制御電流源（１０）は、分岐している点からデジタル制御電流源（１０）に流れる第１電流の電流値として、予め定められた複数の電流値の中から、いずれか１つを選択し、読出し回路（７）は、分岐している点から読出し回路（７）に流れる第２電流の電流値を読み出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサー素子が受光する放射線の線量に応じた電流を出力するピクセルと、
前記ピクセルに接続された読出し回路と、
前記ピクセルと前記読出し回路とをつなぐ経路に分岐接続された制御電流源とを備え、
前記制御電流源は、前記分岐している点から前記制御電流源に流れる第１電流の電流値として、予め定められた複数の電流値の中から、いずれか１つを選択し、前記読出し回路は、前記分岐している点から前記読出し回路に流れる第２電流の電流値を読み出すことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記制御電流源は、互いに並列に接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗のそれぞれに直列接続された複数の内部スイッチとを備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記制御電流源は、抵抗及び電圧源の直列回路であり、前記電圧源は前記抵抗の一端に与える電圧が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記分岐している点と前記制御電流源との間に設けられたスイッチを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
複数の放射線検出器の各々に設けられた、制御電流源及び読出し回路を含んでいる出力読出し装置であって、
前記複数の放射線検出器の各々は、請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出器であり、
各読出し回路は、対応する前記放射線検出器のピクセルに接続されており、かつ、接続先の前記ピクセルに接続された前記制御電流源の前記第１電流の電流値を設定することを特徴とする出力読出し装置。
【請求項６】
各制御電流源に設定すべき前記第１電流の電流値が記録されているメモリを備えていることを特徴とする請求項５に記載の出力読出し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器及び出力読出し装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入射した放射線、特にＸ線の線量に応じた電気信号を出力するセンサー素子としては、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接変換型や、Ｘ線をシンチレーターにより光に変換してから光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型のものが用いられている。このようなセンサー素子を、基板（パネル）上に２次元マトリックス状に配置された複数のピクセルの１ピクセル毎に設けたＸ線画像撮像用のパネルが開発されている。このようなパネルでは、各ピクセルの制御に能動素子、例えばアモルファスシリコン、ＩｎＧａＺｎＯ系酸化物半導体であるＩＧＺＯ等を使用した薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子）が使われている。そして、直接変換型及び間接変換型の何れにおいても、Ｘ線の線量に応じて発生した電気信号（電荷）が各ピクセル内の容量に蓄積されるようになっている。
【０００３】
この蓄積された容量を、ＴＦＴ素子を介して、パネルの外部にある増幅器に転送するものをパッシブピクセル型といい、既に、デジタルＸ線撮像装置として広く実用化されている。
【０００４】
一方、特許文献１に記載されているように、読出しラインの熱雑音や外部の読出し回路の雑音の影響を軽減できることから、蓄積された容量を、ＴＦＴ素子を増幅素子として使うことで増幅して外部の回路に伝えるアクティブピクセル型と称されるものの開発も行われている。
【０００５】
図７は、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセル１０２と読出し回路１０７の一例を示す図である。
【０００６】
図７に示すように、放射線センサー１０１において、アクティブピクセル１０２におけるセンサー素子１０３の一端には、センサー素子１０３のバイアス電圧であるＶｓ＿ｂが与えられる。そして、Ｘ線がアクティブピクセル１０２に入射されると電気信号が発生し、センサー素子１０３に接続されたアンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧が変化する。これは、発生した上記電気信号が、アンプトランジスタ１０５のゲート電極に接続された静電容量に蓄積されるためである。したがって、アンプトランジスタ１０５は、発生した上記電気信号によるアンプトランジスタ１０５のゲート電圧の変化を、アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流変化として出力するようになっている。すなわち、アンプトランジスタ１０５は、上記電気信号を増幅するトランジスタであって、その電源電圧はＶｄである。リセットトランジスタ１０４は、アンプトランジスタ１０５のゲート電極と、アクティブピクセル１０２の外部から与えられるリセット電圧Ｖｄとを、リセット信号線Ｌｒｅｓｅｔを介して供給されるリセット信号に基づいて、導通状態または遮断状態に制御する。読出しトランジスタ１０６は、アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流をアクティブピクセル１０２の外部に出力するためのスイッチであり、読出し信号線Ｌｒｅａｄを介して供給される読出し信号に基づいて、制御される。
【０００７】
そして、アクティブピクセル１０２の外部に出力されたアンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流は、積分用アンプ１０８と、積分用アンプ１０８の一方の入力端子（−端子）と積分用アンプ１０８の出力端子との間に接続された容量Ｃｆ０と、を備えた読出し回路１０７によって読み出され、読出し回路１０７は出力電圧Ｖｏ１１を出力するようになっている。
【０００８】
特許文献１では、図８に示すように、アンプトランジスタ１０５からの出力電流値が予め定められた値となるように、アンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧の初期値を設定するリセット回路１０９を備えた放射線センサー１０１ａが提案されている。図８は、従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセル１０２と読出し回路１０７の他の一例を示す図である。
【０００９】
スイッチＳＷ１によって、読出しトランジスタ１０６に接続された出力ラインＩｏｕｔと、リセット回路１０９に備えられたリセット用アンプ１１０の一方の入力端子（−端子）及び読出し回路１０７に備えられた積分用アンプ１０８の一方の入力端子（−端子）のいずれか一方とは、接続されるようになっている。
【００１０】
そして、スイッチＳＷ２によって、リセットトランジスタ１０４に接続されたリセット用電圧ラインＶａｍｐ＿ｂと、リセット回路１０９に備えられたリセット用アンプ１１０の出力端子とが導通状態または遮断状態となるように制御される。
【００１１】
図８に示すように、リセット用アンプ１１０を備えたリセット回路１０９によって、アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流の電流値が予め定められた値Ｉｂとなるように、アンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧の初期値が設定される。このときのＩｂは初期電流（初期電流値）と呼ぶことにする。アンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧の初期値が設定された直後に、読出し回路１０７がアクティブピクセル１０２の信号を読み出すと、積分時間をＴとして、読出し回路１０７の出力電圧Ｖｏａは以下の式（１）のようになる。
【００１２】
Ｖоａ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ−ＩｂＴ／Ｃｆ０・・・（１）
Ｘ線の照射により、アンプトランジスタ１０５のゲート電極の電圧が変化し、アンプトランジスタ１０５のドレインソース間の電流がＩｂ＋ΔＩｂに変化したとする。この時点で、読出し回路１０７がアクティブピクセル１０２の信号を読み出すと、読出し回路１０７の出力電圧Ｖоｂは以下の式（２）のようになる。
【００１３】
Ｖоｂ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ−（Ｉｂ＋ΔＩｂ）Ｔ／Ｃｆ０・・・（２）
したがって、アクティブピクセル１０２に入射したＸ線に対応する電圧変化量Ｖоｂ−Ｖоａは以下の式（３）のようになる。
【００１４】
Ｖоｂ−Ｖоａ＝−ΔＩｂＴ／Ｃｆ０・・・（３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１６−１０３７１７号公報（２０１６年６月２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、放射線センサー１０１ａの回路構成では、アクティブピクセル１０２に入射したＸ線に対応する電圧変化量を求めるために、読出し回路１０７における積分用アンプ１０８が、電流変化量ΔＩｂの電流値に加えて、初期電流Ｉｂの電流値も積分する必要がある。このため、読出し回路１０７に必要なダイナミックレンジを大きくとる必要がある。また、特許文献１に記載の技術では、出力電圧Ｖｏ１１が飽和しないように、容量Ｃｆ０を大きくしたり、電源電圧を高くしたりする必要がある。これらにより、放射線センサー１０１ａの回路構成では、回路面積が増大したり、消費電力が増大したりするなどの問題があった。
【００１７】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路の小型化及び消費電力の低減を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放射線検出器は、センサー素子が受光する放射線の線量に応じた電流を出力するピクセルと、前記ピクセルに接続された読出し回路と、前記ピクセルと前記読出し回路とをつなぐ経路に分岐接続された制御電流源とを備え、前記制御電流源は、前記分岐している点から前記制御電流源に流れる第１電流の電流値として、予め定められた複数の電流値の中から、いずれか１つを選択し、前記読出し回路は、前記分岐している点から前記読出し回路に流れる第２電流の電流値を読み出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、回路の小型化及び消費電力の低減を実現する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態６に係る放射線センサーの概略的な回路構成を示す図である。
【図７】従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセルと読出し回路の一例を示す図である。
【図８】従来のアクティブピクセル型の放射線検出器に備えられたアクティブピクセルと読出し回路の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る放射線センサー１の概略的な回路構成を示す図である。
【００２２】
（放射線センサーの構成）
本発明の一実施形態において、放射線センサー１（放射線検出器）は、図１に示すように、アクティブピクセル２（ピクセル）、読出し回路７、及びデジタル制御電流源１０（制御電流源）を備えており、放射線の有無や放射線の強度などを検知するセンサーである。
【００２３】
（アクティブピクセル内の構成）
アクティブピクセル２内には、センサー素子３、リセットトランジスタ４、アンプトランジスタ５、及び読出しトランジスタ６が備えられている。
【００２４】
本実施形態においては、センサー素子３には、放射線、特にＸ線を直接、電気信号（電荷またはホール）に変換する直接変換型の素子を用いてもよいし、放射線、特にＸ線を光に変換するシンチレーターと、シンチレーターで変換された光を電気信号（電荷またはホール）に変換するフォトダイオードとを組み合わせた間接変換型の素子を用いてもよい。また、センサー素子３は、入射した放射線の線量に基づいた電気信号を発生させる。
【００２５】
図１に示すように、アクティブピクセル２におけるセンサー素子３の一端には、センサー素子３のバイアス電圧であるＶｓ＿ｂが与えられる。そして、Ｘ線がアクティブピクセル２に入射されると、センサー素子３には電気信号が発生し、センサー素子３に接続されたアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が変化する。これは、発生した上記電気信号が、アンプトランジスタ５のゲート電極に接続された静電容量に蓄積されるためである。すなわち、発生した電気信号が、アンプトランジスタ５のゲート電極と固定電位（例えば、センサー素子３のバイアス電圧Ｖｓ＿ｂ）との間の静電容量（アンプトランジスタ５のゲート電極の寄生容量及びセンサー素子３の端子間容量などで形成される）に蓄積されるためである。したがって、アンプトランジスタ５は、発生した上記電気信号によるアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧変化を、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流変化として出力するようになっている。言い換えると、アクティブピクセル２は、上記電気信号に基づいて電流を出力する。
【００２６】
リセットトランジスタ４は、アンプトランジスタ５のゲート電極と、アクティブピクセル２の外部から与えられるリセット電圧Ｖｂとを、リセット信号線Ｒｅｓｅｔを介して供給されるリセット信号に基づいて、導通状態または遮断状態に制御される。
【００２７】
アンプトランジスタ５は、上記電気信号を増幅するトランジスタであって、その電源電圧はＶｄである。
【００２８】
読出しトランジスタ６は、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流をアクティブピクセル２の外部に出力するためのスイッチであり、読出し信号線Ｒｅａｄを介して供給される読出し信号に基づいて、導通状態または遮断状態に制御される。
【００２９】
（アクティブピクセル外の構成）
読出しトランジスタ６に接続された出力ラインＩｏｕｔと、読出し回路７に備えられた積分用アンプ８（オペアンプ）の一方の入力端子（−端子）とが接続されている。言い換えると、読出し回路７は、アクティブピクセル２の出力端に接続されている。また、出力ラインＩｏｕｔには、デジタル制御電流源１０が接続されている。デジタル制御電流源１０は、アクティブピクセル２の出力端から読出し回路７までの経路から分岐して設けられている。デジタル制御電流源１０は、デジタルコードにより制御される電流源であり、予め定められた複数の電流値の中から、デジタルコードＳにより選択した電流Ｉｓ（Ｓ）（第１電流）を、出力ラインＩｏｕｔからグランドに流す。つまり、電気信号によるアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧変化に基づくアンプトランジスタ５のドレインソース間の電流は、デジタル制御電流源１０に向かって流れる電流Ｉｓ（Ｓ）と読出し回路７に向かって流れる第２電流とに分岐する。電流Ｉｓ（Ｓ）は、アクティブピクセル２の出力端からデジタル制御電流源１０に流れる。第２電流は、アクティブピクセル２の出力端から読出し回路７に流れる。
【００３０】
また、デジタル制御電流源１０には、予め定められた複数の電流値が記録されており、上記複数の電流値から１つの電流値を選択することにより、デジタル制御電流源１０の電流Ｉｓ（Ｓ）を、予め定められた複数の電流値の中から１つを選択して設定することが可能である。
【００３１】
デジタル制御電流源１０による、上記複数の電流値から１つの電流値を選択する処理は、Ｘ線の測定をする度に行われる処理であり、かつ、Ｘ線の測定をする前に行われる処理であってもよい。また、アクティブピクセル２（放射線検出パネル）に応じて、デジタル制御電流源１０が電流Ｉｓ（Ｓ）の値を固定してもよい。そして、読出し回路７は第２電流の電流値を読み出す。
【００３２】
読出し回路７が対象とするアクティブピクセル２において、アクティブピクセル２の初期電流として設定される電流の範囲が、デジタル制御電流源１０によりカバーされるように、デジタル制御電流源１０における設定可能な電流値の選択肢は多く用意されることが好ましい。
【００３３】
（リセットフェーズ）
リセットフェーズにおいては、アクティブピクセル２におけるリセットトランジスタ４が導通状態になり、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が、外部から与えられるリセット電圧Ｖｂに設定される。
【００３４】
ここで、アクティブピクセル２におけるセンサー素子３が、Ｘ線が入射したときに電気信号として電子を生成するタイプの場合、Ｘ線の入射に伴ってアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が減少する。このため、Ｘ線の入射量が多いときにアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が大きく減少しても、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が閾値以下になって、アンプトランジスタ５がオフにならないように、リセット電圧Ｖｂは高い電圧に設定されていることが好ましい。
【００３５】
また、アクティブピクセル２におけるセンサー素子３が、Ｘ線が入射したときに電気信号としてホールを生成するタイプの場合、Ｘ線の入射に伴ってアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が増加する。このため、Ｘ線の入射量が多いときにアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧が大きく増加しても、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流の電流値が大きすぎて、読出し回路７が読み出した出力電圧Ｖｏが飽和しないように、リセット電圧Ｖｂは低い電圧に設定されていることが好ましい。
【００３６】
（読出しフェーズ）
Ｘ線がアクティブピクセル２に入射されることによって、センサー素子３には電気信号が発生し、センサー素子３に接続されたアンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の電圧値は、リセット電圧Ｖｂの値から変化することになる。
【００３７】
読出しフェーズにおいては、アンプトランジスタ５のゲート電極の電圧の電圧値がリセット電圧Ｖｂと同一であり、アンプトランジスタ５のソース電極の電圧の電圧値が基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂと同一であるときに、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流をＩｂとする。このときの電流Ｉｂは、放射線センサー１とは別の電流測定装置（図示せず）を用いて測定されてもよく、製造されたアクティブピクセル２（放射線検出パネル）が設計の仕様として出力電流値が規定されている場合、その出力電流値をＩｂとしてもよい。また、読出しフェーズにおいては、デジタル制御電流源１０が、出力ラインＩｏｕｔからグランドに流れる電流Ｉｓ（Ｓ）の電流値がおおむね初期電流Ｉｂの電流値（初期電流値）と近い値になるように、デジタルコードＳを設定する。つまり、デジタル制御電流源１０は、電流Ｉｓ（Ｓ）の電流値に、センサー素子３が放射線を受光する前においてアンプトランジスタ５のドレインソース間の電流（アクティブピクセル２の出力端から出力される電流）の値に最も近い電流値を選択する。
【００３８】
また、読出し回路７が積分することが可能な、読出し回路７に入力する電流の方向が固定されている場合を考える。この場合において、初期状態（読出し回路７がまだ電流を積分していない状態）で読出し回路７に入力する電流の方向が、読出し回路７が積分することが可能な方向であることを条件とする。この条件において、デジタル制御電流源１０は、読出し回路７に入力する電流の絶対値が最小になるような電流値を選択する。
【００３９】
例えば、読出し回路７に入る方向の電流を、読出し回路７が積分するように設計されている場合、初期電流Ｉｂを超えない範囲で、デジタル制御電流源１０は、電流Ｉｓ（Ｓ）が初期電流Ｉｂに最も近い値になるようにデジタルコードＳを設定する。また、読出し回路７が、読出し回路７から出ていく方向の電流を積分するように設計されている場合、電流Ｉｓ（Ｓ）が初期電流Ｉｂと同一か、または初期電流Ｉｂを超える範囲で、デジタル制御電流源１０は、電流Ｉｓ（Ｓ）が初期電流Ｉｂに最も近い値になるようにデジタルコードＳを設定する。
【００４０】
図１に示すように、読出し回路７に備えられた積分用アンプ８（オペアンプ）のマイナス側入力端子（−端子）と積分用アンプ８の出力端子との間には、容量Ｃｆ（積分容量）が接続されている。一方、積分用アンプ８のプラス側入力端子（＋端子）は、基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂを出力する電源に接続されている。そして、積分用アンプ８のマイナス側入力端子（−端子）に接続された出力ラインＩｏｕｔは、読出しトランジスタ６を介して、アンプトランジスタ５のソース電極に接続されている。
【００４１】
この状態で、読出しトランジスタ６を導通状態にすると、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流の電流値から、デジタル制御電流源１０を介してグランドに流れる電流の電流値を引いた値が容量Ｃｆにより積分される。このため、積分用アンプ８の出力電圧Ｖｏは、アンプトランジスタ５のドレインソース間の電流をＩｄｓ、積分動作を開始してからの時間をＴｉとすると、以下の式（４）のようになる。
【００４２】
Ｖｏ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ−（Ｉｄｓ−Ｉｓ（Ｓ））×Ｔｉ／Ｃｆ・・・（４）
スイッチ用トランジスタ９が外部から電圧Ｖｒｓｔを与えられ、スイッチ用トランジスタ９のドレインソース間を導通状態にさせることで、読出し回路７を初期化（リセット）した後、アクティブピクセル２がＸ線を受光する前に、読出し回路７が読み出しを行ったときの積分用アンプ８の出力電圧をＶａとすると、出力電圧Ｖａは、以下の式（５）のようになる。
【００４３】
Ｖａ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ−（Ｉｂ−Ｉｓ（Ｓ））×Ｔｉ／Ｃｆ・・・（５）
デジタル制御電流源１０は、電流Ｉｓ（Ｓ）がおおむね初期電流Ｉｂの電流値に近い値となるようにデジタルコードＳを設定しているため、Ｖａは基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂ（容量Ｃｆをリセットしたときの出力電圧）に近い値になる。
【００４４】
したがって、放射線センサー１では、読出しトランジスタ６と読出し回路７との間の経路に、デジタル制御電流源１０に分岐する経路が設けられ、おおむね初期電流の電流値Ｉｂに近い値の電流が、デジタル制御電流源１０に分岐する経路に流れる。よって、積分用アンプ８に流れる電流（第２電流）に、初期電流の電流値Ｉｂに近い値の電流が含まれないようにすることで、おおむね初期電流Ｉｂの電流値からの変化分に相当する電流のみが積分される。これにより、デジタル制御電流源１０による電流Ｉｓ（Ｓ）を流さない場合と比較すると、出力電圧において、基準電圧Ｖｉｎｔ＿ｂからの変化を小さくすることができる。つまり、リセット電圧Ｖｂの設定において、積分用アンプ８の出力電圧Ｖｏの飽和を懸念する必要がなくなる。また、積分用アンプや、その出力をＡＤ変換する回路などを含む読出し回路に必要なダイナミックレンジを小さくすることができ、回路規模の縮小、消費電力の削減、及びシグナル対雑音比の改善などの効果が期待できる。
【００４５】
アクティブピクセル２がＸ線を受光した後に、読出し回路７が読み出しを行ったときの積分用アンプ８の出力電圧をＶｂとすると、出力電圧Ｖｂは、以下の式（６）のようになる。
【００４６】
Ｖｂ＝Ｖｉｎｔ＿ｂ−（Ｉｂ−Ｉｓ（Ｓ）＋ΔＩｂ）×Ｔｉ／Ｃｆ・・・（６）
そして、Ｘ線がアクティブピクセル２に入射することによる出力電圧の変化分Ｖｏｄは、以下の式（７）のようになる。
【００４７】
Ｖｏｄ＝Ｖｂ−Ｖａ＝−ΔＩｂ×Ｔｉ／Ｃｆ・・・（７）
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図２は、本発明の実施形態２に係る放射線センサー１ａの概略的な回路構成を示す図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４８】
本実施形態に係る放射線センサー１ａは、放射線センサー１と比較して、デジタル制御電流源１０ａに変更したこと以外は、放射線センサー１と同じである。デジタル制御電流源１０ａはデジタル制御電流源１０とは異なるものである。
【００４９】
本実施形態において、デジタル制御電流源１０ａは、デジタルコードＳを選択することにより、デジタル制御電流源１０ａ内の抵抗値を切り替えることが可能な回路である。言い換えると、デジタル制御電流源１０ａ内の抵抗値Ｒ（Ｓ）は、４ビットのデジタルコードＳ（Ｓ＝（ｓｓ３、ｓｓ２、ｓｓ１、ｓｓ０））により設定される。
【００５０】
デジタル制御電流源１０ａは、図２に示すように、互いに並列に接続された複数の抵抗ｒ０、ｒ１、ｒ２、及びｒ３と、上記複数の抵抗ｒ０〜ｒ３のそれぞれに直列接続された複数のスイッチｓ０、ｓ１、ｓ２、及びｓ３（内部スイッチ）とを備えている。具体的には、抵抗ｒ０とスイッチｓ０とが直列に接続されており、抵抗ｒ１とスイッチｓ１とが直列に接続されており、抵抗ｒ２とスイッチｓ２とが直列に接続されており、抵抗ｒ３とスイッチｓ３とが直列に接続されている。
【００５１】
デジタルコードＳの論理値ｓｓ０、ｓｓ１、ｓｓ２、及びｓｓ３は、それぞれスイッチｓ０、ｓ１、ｓ２、及びｓ３に対応している。例えば、論理値ｓｓ０が１になれば、スイッチｓ１がオンになり、論理値ｓｓ０が０になれば、スイッチｓ１がオフになる。このように、デジタル制御電流源１０ａは、デジタルコードＳにより、スイッチｓ０〜ｓ３のオンオフを制御することで、抵抗値Ｒ（Ｓ）を１６段階に設定することができる。
【００５２】
読出し回路７が読み出しを行うときには、積分用アンプ８のフィードバック作用により、出力ラインＩｏｕｔの電圧はＶｉｎｔ＿ｂになるため、デジタル制御電流源１０ａに流れる電流Ｉｓ（Ｓ）は、以下の式（８）のようになる。
【００５３】
Ｉｓ（Ｓ）＝Ｒ（Ｓ）／Ｖｉｎｔ＿ｂ・・・（８）
以上により、デジタル制御電流源１０ａは抵抗ｒ０〜ｒ３とスイッチｓ０〜ｓ３のみで構成されるため、放射線センサー１ａの回路規模を小さくすることができる。
【００５４】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図３は、本発明の実施形態３に係る放射線センサー１ｂの概略的な回路構成を示す図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５５】
本実施形態に係る放射線センサー１ｂは、放射線センサー１と比較して、デジタル制御電流源１０ｂに変更したこと以外は、放射線センサー１と同じである。デジタル制御電流源１０ｂはデジタル制御電流源１０とは異なるものである。
【００５６】
本実施形態において、デジタル制御電流源１０ｂは、図３に示すように、抵抗Ｒ及びデジタル制御可変電圧源Ｖｘ（電圧源）を備えている。抵抗Ｒは一端が出力ラインＩｏｕｔに接続されており、他端がデジタル制御可変電圧源Ｖｘに接続されている。つまり、抵抗Ｒとデジタル制御可変電圧源Ｖｘとは、直列に接続されている。デジタル制御可変電圧源Ｖｘは、抵抗Ｒ及びデジタル制御可変電圧源Ｖｘの直列回路である。
【００５７】
デジタル制御可変電圧源Ｖｘは、デジタルコードＳを選択することにより、デジタル制御可変電圧源Ｖｘの電圧値を切り替えることが可能な電圧源である。言い換えるとデジタル制御可変電圧源Ｖｘの電圧値Ｖｘ（Ｓ）は、例えば４ビットのデジタルコードＳ（Ｓ＝（ｓｓ３、ｓｓ２、ｓｓ１、ｓｓ０））により設定される。つまり、デジタル制御可変電圧源Ｖｘは抵抗Ｒの一端に与える電圧を変更する。
【００５８】
読出し回路７が読み出しを行うときには、積分用アンプ８のフィードバック作用により、出力ラインＩｏｕｔの電圧はＶｉｎｔ＿ｂになるため、デジタル制御可変電圧源Ｖｘに流れる電流Ｉｓ（Ｓ）は、以下の式（９）のようになる。
【００５９】
Ｉｓ（Ｓ）＝Ｒ／（Ｖｉｎｔ＿ｂ−Ｖｘ（Ｓ））・・・（９）
以上により、デジタル制御電流源１０ｂは抵抗Ｒとデジタル制御可変電圧源Ｖｘで構成されるため、放射線センサー１ｂにおける回路設計の単純化を図ることができる。
【００６０】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図４は、本発明の実施形態４に係る放射線センサー１ｃの概略的な回路構成を示す図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態に係る放射線センサー１ｃは、放射線センサー１と比較して、スイッチＳＷが設けられていること以外は、放射線センサー１と同じである。
【００６２】
本実施形態において、放射線センサー１ｃは、図４に示すように、スイッチＳＷを備えている。スイッチＳＷは、アクティブピクセル２の出力端から読出し回路７までの経路から分岐している点とデジタル制御電流源１０との間に設けられている。積分用アンプ８を初期化（リセット）すると、初期化する度に、積分用アンプ８のノイズにより読出し回路７における初期化したときの出力電圧Ｖｏの電圧値が変動する。このため、読出し回路７を初期化したときの出力電圧Ｖｏの電圧値をサンプリングして、相関２重サンプリングを行うことで、低周波のノイズを除去することが好ましい。相関２重サンプリングとは、ここでは、積分用アンプ８により積分を行った後の出力電圧Ｖｏの電圧値と、読出し回路７を初期化したときの出力電圧Ｖｏの電圧値との差を算出することを意味する。
【００６３】
読出し回路７を初期化したときの出力電圧Ｖｏの電圧値をサンプリングするためには、初期化したときの出力電圧Ｖｏの電圧値が、積分用アンプ８による積分動作により変動しないように、積分用アンプ８の入力端子につながる電流経路を遮断する必要がある。アクティブピクセル２の出力ラインＩｏｕｔには、読出しトランジスタ６が接続されているため、読出しトランジスタ６を遮断状態にすることで、アクティブピクセル２から積分用アンプ８の入力端子に電流が流れ込むことを防止することができる。また、スイッチＳＷをオフにすることで、積分用アンプ８の入力端子からデジタル制御電流源１０に電流が流出することを防止することができる。
【００６４】
以上により、放射線センサー１ｃは、ノイズを除去することができるため、高い精度でＸ線の検出を行うことができる。
【００６５】
〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図５は、本発明の実施形態５に係る放射線センサー１ｄの概略的な回路構成を示す図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６６】
本実施形態に係る放射線センサー１ｄにおいて、放射線センサー１と比較して異なる点は、アクティブピクセル２が複数設けられているアクティブピクセル群２ａを形成している点、読出し回路７及びデジタル制御電流源１０が複数設けられている読出し用集積回路７ａ（出力読出し装置）を形成している点である。言い換えると、放射線センサー１ｄは、複数の放射線センサー１（図１参照）を備えている構成であると言える。具体例を挙げると、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍ１のうち信号を出力しているアクティブピクセルと、そのアクティブピクセルに対応する読出し回路７（図１参照）及びデジタル制御電流源１０ｃ１とを、１つの放射線センサー１と見なす。これにより、放射線センサー１ｄは、複数の放射線センサー１を備えているものと考えることができる。また、放射線センサー１ｄにおいて、放射線センサー１と比較して異なる点は、ゲートドライバ１１を備えている点である。
【００６７】
本実施形態において、放射線センサー１ｄは、図５に示すように、アクティブピクセル群２ａ（放射線撮像用パネル）、読出し用集積回路７ａ、及びゲートドライバ１１を備えている。アクティブピクセル群２ａは、複数のアクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎが基板（パネル）上にマトリックス状に配置されている構造になっている。具体的には、アクティブピクセル群２ａには、アクティブピクセルが、ｍ×ｎ個のマトリックス状に配置されている。なお、各アクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎの構成は、実施形態１において説明したアクティブピクセル２の構成と同じであるため、その説明は省略する。
【００６８】
放射線センサー１ｄにおいては、ｍ×ｎ個のアクティブピクセルの行毎に読出し信号線が共有化されており、ｍ×ｎ個のアクティブピクセルの列毎に出力ラインが共有化されているため、読出し信号線はｍ個、出力ラインはｎ個備えられている。
【００６９】
また、マトリクス状に配置されたアクティブピクセルの１列毎に、１つの読出し回路及び１つのデジタル制御電流源が接続されている。例えば、図５に示すように、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍ１と、デジタル制御電流源１０ｃ１と、積分用アンプ８ａ１とがそれぞれ接続されている。
【００７０】
さらに、マトリクス状に配置されたアクティブピクセルの１行毎に、ゲートドライバ１１の読出し信号線が接続されている。例えば、図５に示すように、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐ１ｎと、ゲートドライバ１１の読出し信号線Ｒｅａｄ＿１とがそれぞれ接続されている。
【００７１】
各読出し回路７の入力に接続されたデジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎは、個別に別々のデジタルコードで電流値を設定できるように構成されている。読出し用集積回路７ａが読み出しを行うときは、ゲートドライバ１１により、アクティブピクセル群２ａにおける読み出したい行の複数のアクティブピクセルの読出しトランジスタを導通状態にさせることで、読出し集積回路７ａは、読み出したアクティブピクセルに対応する、出力電圧をそれぞれ出力させる。例えば、ゲートドライバ１１により、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐ１ｎの読出しトランジスタを導通状態にさせた場合、読出し集積回路７ａは、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐ１ｎに対応する、読出し用集積回路７ａの出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎをそれぞれ出力させる。各デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎにおける電流値を個別に設定することで、各アクティブピクセルの初期電流にばらつきがあっても、各アクティブピクセルの初期電流の電流値に近い値の電流値を、各デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎに設定することができる。以上により、放射線センサー１ｄは、放射線センサーを複数備えており、複数の放射線センサーのデジタル制御電流源毎に個別に、対応する放射線センサーのアクティブピクセルの出力端から流れる、デジタル制御電流源における電流（第１電流）の電流値が設定されている。また、ゲートドライバ１１は、複数の放射線センサーの各々のアクティブピクセルの出力端から電流を出力させる。
【００７２】
このとき、アクティブピクセル群２ａ内の各アクティブピクセルの初期電流の電流値のばらつきは、上記各アクティブピクセルのアンプトランジスタの閾値電圧のばらつきなどによってもたらされる。予め、各デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎに同じデジタルコードを設定して、各アクティブピクセルの初期電流の電流値を読み出す。これにより、アクティブピクセル毎の電流値のばらつきを推定し、放射線の撮像時には個別の設定で、より初期電流の電流値に近い値をデジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎに設定する。よって、アクティブピクセルが複数設けられ、かつ、読出し回路及びデジタル制御電流源が複数設けられている場合であっても、放射線の撮像時には個別の設定で、より初期電流の電流値に近い値を複数のデジタル制御電流源に設定するため、出力電圧において、基準電圧からの変化を小さくすることができる。つまり、リセット電圧の設定において、積分用アンプ８ａ１〜８ａｎの出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの飽和を懸念する必要がなくなる。また、積分用アンプや、その出力をＡＤ変換する回路などを含む読出し回路に必要なダイナミックレンジを小さくすることができ、回路規模の縮小、消費電力の削減、及びシグナル対雑音比の改善などの効果が期待できる。
【００７３】
〔実施形態６〕
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図６は、本発明の実施形態６に係る放射線センサー１ｅの概略的な回路構成を示す図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７４】
本実施形態に係る放射線センサー１ｅは、放射線センサー１ｄと比較して、読出し集積回路７ｂがフレームメモリ１２を備えていること以外は、放射線センサー１ｄと同じである。
【００７５】
本実施形態において、放射線センサー１ｅに設けられている読出し集積回路７ｂは、図６に示すように、マトリックス状に配置されている複数のアクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎのそれぞれに対応するデジタルコードを記憶するメモリＭ１１〜Ｍｍｎを有するフレームメモリ１２を備えている。また、フレームメモリ１２は、複数の放射線センサーの各々のデジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎに設定すべき電流（すなわち、第１電流）の電流値が記録されている。読出し集積回路７ｂ内には制御回路（図示しない）が設けられている。上記制御回路は、フレームメモリ１２内の複数のメモリＭ１１〜Ｍｍｎのうち、アクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎのうち読み出すものに対応するメモリＭ１１〜Ｍｍｎのいずれかを読み出して、そのアクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎのうち読み出すものに対応するデジタル制御電流源に電流（すなわち、第１電流）の電流値を設定する。
【００７６】
各デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎにおける電流値は、フレームメモリ１２内の複数のメモリＭ１１〜Ｍｍｎそれぞれに記憶されたデジタルコードにより設定される。例えば、アクティブピクセルＰ１１を読み出したとき、デジタル制御電流源１０ｃ１における電流値は、フレームメモリ１２内のメモリＭ１１内に格納されているデータの電流値に設定される。また、アクティブピクセルＰ１２を読み出したとき、デジタル制御電流源１０ｃ２における電流値は、フレームメモリ１２内のメモリＭ１２内に格納されているデータの電流値に設定される。これにより、アクティブピクセルの初期電流の電流値に近い値の電流値を、フレームメモリ１２内のメモリに記憶しておくことができる。よって、マトリックス状に配置されている複数のアクティブピクセル内のそれぞれのアンプトランジスタの電流値にばらつきがあった場合でも、そのメモリからデータを参照することで、デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎに、アクティブピクセルの初期電流の電流値に近い値の電流値を設定することができる。また、各デジタル制御電流源１０ｃ１〜１０ｃｎにおける電流値は、各アクティブピクセルＰ１１〜Ｐｍｎのアンプトランジスタのドレインソース間の電流の読み出し毎に変更される。したがって、出力電圧において、基準電圧からの変化を小さくすることができる。つまり、リセット電圧の設定において、積分用アンプ８ａ１〜８ａｎの出力電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの飽和を懸念する必要がなくなる。また、積分用アンプや、その出力をＡＤ変換する回路などを含む読出し回路に必要なダイナミックレンジを小さくすることができ、回路規模の縮小、消費電力の削減、及びシグナル対雑音比の改善などの効果が期待できる。
【００７７】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放射線検出器（放射線センサー１、１ａ〜１ｅ）は、センサー素子３が受光する放射線の線量に応じた電流を出力するピクセル（アクティブピクセル２）と、前記ピクセル（アクティブピクセル２）に接続された読出し回路７と、前記ピクセル（アクティブピクセル２）と前記読出し回路７とをつなぐ経路に分岐接続された制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）とを備え、前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）は、前記分岐している点から前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）に流れる第１電流の電流値として、予め定められた複数の電流値の中から、いずれか１つを選択し、前記読出し回路７は、前記分岐している点から前記読出し回路７に流れる第２電流の電流値を読み出すことを特徴とする。
【００７８】
上記の構成によれば、制御電流源は、第１電流の電流値として、予め定められた複数の電流値の中から、センサー素子が放射線を受光していない時におけるピクセルの初期電流値に最も近い電流値を選択する。つまり、読出し回路に流れる第２電流の電流値は、センサー素子が放射線を受光していない時におけるピクセルの初期電流値に最も近い電流値が除かれた値になる。
【００７９】
これにより、読出し回路に流れる第２電流の電流値において、ピクセルの初期電流値からの変化を小さくすることができる。よって、読出し回路に必要なダイナミックレンジを小さくすることができるので、回路規模の縮小、消費電力の削減などの効果が期待できる。
【００８０】
本発明の態様２に係る放射線検出器（放射線センサー１、１ａ）は、上記態様１において、前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ）は、互いに並列に接続された複数の抵抗ｒ０〜ｒ３と、前記複数の抵抗ｒ０〜ｒ３のそれぞれに直列接続された複数の内部スイッチ（スイッチｓ０〜ｓ３）とを備えていてもよい。
【００８１】
上記の構成によれば、制御電流源は抵抗と、内部スイッチのみで構成することができるため、制御電流源の回路規模を小さくすることができる。
【００８２】
本発明の態様３に係る放射線検出器（放射線センサー１、１ｂ）は、上記態様１において、前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ｂ）は、抵抗Ｒ及び電圧源（デジタル制御可変電圧源Ｖｘ）の直列回路であり、前記電圧源（デジタル制御可変電圧源Ｖｘ）は前記抵抗Ｒの一端に与える電圧が変更可能であってもよい。
【００８３】
上記の構成によれば、制御電流源は抵抗と電圧源で構成することができるため、制御電流源における回路設計の単純化を図ることができる。
【００８４】
本発明の態様４に係る放射線検出器（放射線センサー１、１ａ〜１ｃ）は、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記分岐している点と前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ）との間に設けられたスイッチＳＷを備えていてもよい。
【００８５】
上記の構成によれば、スイッチをオフにすることで、読出し回路の入力端から制御電流源に電流が流出することを防止することができる。これにより、ノイズを除去すべく読出し回路を初期化したときの出力電圧の電圧値が、読出し回路による動作により変動することを防ぐことができる。この場合、高い精度で放射線の検出を行うことができる。
【００８６】
本発明の態様５に係る出力読出し装置（読出し用集積回路７ａ、７ｂ）は、上記態様１から４のいずれかにおいて、複数の放射線検出器（放射線センサー１、１ａ〜１ｄ）の各々に設けられた、制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）及び読出し回路７を含んでいる出力読出し装置（読出し用集積回路７ａ、７ｂ）であって、各読出し回路７は、対応する前記放射線検出器（放射線センサー１、１ａ〜１ｄ）のピクセル（アクティブピクセル２）に接続されており、かつ、接続先の前記ピクセル（アクティブピクセル２）に接続された前記制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）の前記第１電流の電流値を設定してもよい。
【００８７】
上記の構成によれば、ピクセルが複数設けられ、かつ、制御電流源が複数設けられている場合であっても、放射線の撮像時には、センサー素子が放射線を受光する前において複数のピクセルの出力端から出力される電流の値に最も近い電流値を、そのピクセルに対応する制御電流源に設定するため、読出し回路に流れる第２電流の電流値において、センサー素子が放射線を受光する前における電流値からの変化を小さくすることができる。
【００８８】
本発明の態様６に係る出力読出し装置（読出し用集積回路７ｂ）は、上記態様５において、各制御電流源（デジタル制御電流源１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ）に設定すべき前記第１電流の電流値が記録されているメモリを備えていてもよい。
【００８９】
上記の構成によれば、メモリは、各々の制御電流源に設定すべき第１電流の電流値が記録されているため、各々の制御電流源に対応する読出し回路に流れる第２電流の電流値において、センサー素子が放射線を受光する前における電流値からの変化を小さくすることができる。
【００９０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  放射線センサー（放射線検出器）
２  アクティブピクセル（ピクセル）
２ａ  アクティブピクセル群
３  センサー素子
４  リセットトランジスタ
５  アンプトランジスタ
６  読出しトランジスタ
７  読出し回路
７ａ、７ｂ  読出し用集積回路（出力読出し装置）
８、８ａ１〜８ａｎ  積分用アンプ
９  スイッチ用トランジスタ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ１〜１０ｃｎ  デジタル制御電流源（制御電流源）
１１  ゲートドライバ
１２  フレームメモリ
Ｃｆ  容量
Ｖｏ、Ｖｏ１〜Ｖｏｎ  出力電圧
Ｖｘ  デジタル制御可変電圧源（電圧源）
Ｒｅｓｅｔ  リセット信号線
Ｒｅａｄ、Ｒｅａｄ＿１〜Ｒｅａｄ＿ｍ  読出し信号線
Ｉｏｕｔ  出力ライン
ＳＷ  スイッチ
ｓ０〜ｓ３  スイッチ（内部スイッチ）
ｒ０〜ｒ３、Ｒ  抵抗
１０１、１０１ａ  放射線センサー
１０２  アクティブピクセル
１０３  センサー素子
１０４  リセットトランジスタ
１０５  アンプトランジスタ
１０６  読出しトランジスタ
１０７  読出し回路
１０８  積分用アンプ
１０９  リセット回路
１１０  リセット用アンプ
Ｃｆ０  容量
Ｖｏ１１  出力電圧
Ｌｒｅｓｅｔ  リセット信号線
Ｌｒｅａｄ  読出し信号線
Ｒ０  抵抗
Ｖａｍｐ＿ｂ  リセット用電圧ライン
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
【図１】
2018046339.tif 000003
【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】
2018046339.tif 000009
【図８】
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