(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を電荷に変換する変換部と、前記変換部の電荷に応じた信号の保持を行う保持部と、前記保持部に保持された信号の出力を行う出力部と、前記変換部のリセットを行うリセット部と、を各々が含む複数の画素が２次元状に配列された画素アレイと、
放射線の発生のタイミングを示す制御信号に基づいて、前記リセットを前記複数の画素に対して一括で行うリセット動作と、前記保持を前記複数の画素に対して一括で行う保持動作と、を行うように、前記画素アレイを制御する制御部と、
前記複数の画素から前記保持された信号を出力するために、前記保持された信号を出力する画素を前記複数の画素から順に選択する選択動作を行う選択部と、
を有する放射線撮像装置であって、
前記選択部は、複数の前記制御信号のうちの最初の制御信号に基づいて前記制御部が前記リセット動作を行ってから前記保持動作を行うまでの期間に、放射線が前記変換部で変換された電荷が前記保持部で保持された信号を前記複数の画素から出力するための選択動作と同じ選択動作で、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素を選択することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記選択部は、前記選択動作を前記一部の画素を残して停止する第１動作と、前記制御部が前記リセット動作を行った後に前記一部の画素に対する前記選択動作を再開する第２動作と、を行い、且つ、前記期間に前記第２動作を行う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】
前記制御信号に基づく前記リセット動作が行われる際に直前の前記制御信号に基づく前記複数の画素に対する選択動作が終了するか否かを判定する判定部を更に含み、
前記選択部は、前記判定部により前記選択動作が終了しないと判定された場合に前記第１動作と前記第２動作とを行う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】
前記選択部は、前記期間に前記選択動作を行う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５】
前記複数の画素は夫々、前記電荷を増幅するための増幅部を更に含み、
前記保持部は、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の画素に対して、前記第１保持部へ前記第１信号を保持する動作と、前記第２保持部へ前記第２信号を保持する動作と、前記第３保持部へ前記オフセット信号を保持する動作と、を一括で行わせる制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記画素は、前記第１保持部から前記第１信号又は前記第１出力信号を出力するための第１出力部と、前記第２保持部から前記第２出力信号を出力するための第２出力部と、前記第３保持部から前記第３出力信号を出力するための第３出力部と、を更に有し、
前記選択部は、前記複数の画素から順次に前記第１出力信号を出力して第１画像信号を生成し、前記複数の画素から順次に前記第２出力信号を出力して第２画像信号を生成し、前記複数の画素から順次に前記第３出力信号を出力して第３画像信号を生成するように、前記第１出力部と前記第２出力部と前記第３出力部を選択することを特徴とする請求項６又は７に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記変換部は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、付加容量と、前記変換素子の感度を前記第１感度と前記第２感度とで切り換えるために前記変換素子と前記付加容量との間に配置されたトランジスタと、を含み、
前記増幅部は、前記変換素子の電荷を増幅した電圧を出力する第１増幅トランジスタと、前記第１増幅トランジスタの動作状態を制御する第１制御トランジスタと、前記第１増幅トランジスタから出力された電圧を増幅した電圧を出力する第２増幅トランジスタと、
前記第１増幅トランジスタと前記第２増幅トランジスタの間で前記第１増幅トランジスタ及び前記第２増幅トランジスタに直列に接続されたクランプ容量と、前記第２増幅トランジスタの動作状態を制御する第２制御トランジスタと、を含み、
前記リセット部は、前記変換素子に所定の電位を供給するための第１リセットトランジスタと、前記クランプ容量と前記第２増幅トランジスタとの間の接続ノードに所定の電位を供給するための第２リセットトランジスタと、含むことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１リセットトランジスタによる前記変換素子への所定の電位の供給が完了した後に、前記第２のリセットトランジスタによる前記接続ノードへの前記所定の電位の供給を完了させることにより、前記クランプ容量に前記第１増幅トランジスタのオフセットが保持させるクランプ動作を行わせ、且つ、前記クランプ動作を前記画素アレイに配列された複数の前記画素に対して一括で行わせる制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記第１保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第１転送トランジスタと、前記第１転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第１保持容量と、を含み、
前記第２保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第２転送トランジスタと、前記第２転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第２保持容量と、を含み、
前記第３保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第３転送トランジスタと、前記第３転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第３保持容量と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記第１出力部は、前記第１保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第１信号増幅トランジスタと、前記第１信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第１信号又は前記第１出力信号を出力する第１出力スイッチと、を含み、
前記第２出力部は、前記第２保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第２信号増幅トランジスタと、前記第２信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第２出力信号を出力する第２出力スイッチと、を含み、
前記第３出力部は、前記第３保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第３信号増幅トランジスタと、前記第３信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第３出力信号を出力する第３出力スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記変換素子は、前記放射線を光に変換する波長変換体と、前記光を前記電荷に変換する光電変換素子と、を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置からの信号を処理する処理装置と、
前記放射線撮像装置に向けて放射線を発生する放射線発生装置と、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、センサアレイの各画素が、照射された放射線量に応じた信号（以下、信号Ｓと示す）を保持する保持部（サンプルホールド回路）を有する放射線撮像装置が開示されている。更に、特許文献１には、各画素において、例えば２つの感度で信号（以下、信号Ｓ１、Ｓ２と示す）をそれぞれ取得し、これらの信号Ｓ１及びＳ２を用いて画像データを生成する撮像装置が開示されている。特許文献１によると、２つの保持部を各画素に設け、各感度で得られた信号Ｓ１及びＳ２を、各保持部でそれぞれ保持して個別に読み出すことが可能である。
【０００３】
一方、特許文献２には、複数の画素と選択部と制御部と判定部とを有する放射線撮像装置が開示されている。特許文献２の画素は、放射線を信号に変換する変換部と、変換部からの信号の保持を行う保持部と、保持部に保持された信号の出力を行う出力部と、変換部のリセットを行うリセット部と、を含む。特許文献２の選択部は、保持された信号を出力する画素の選択動作を行い、複数の画素から保持された信号を出力する。引用文献２の制御部は、放射線の発生のタイミングを示す信号に基づいてリセットを複数の画素に対して一括で行うように、且つ、保持を複数の画素に対して一括で行うように、複数の画素を制御する。特許文献２の判定部は、タイミングを示す信号に基づくリセットが行われる際に、直前のタイミングを示す信号に基づく複数の画素回路に対する選択動作が終了するか否かを判定する。そして、特許文献２では、判定部により選択動作が終了しないと判定された場合、選択部が選択動作を複数の画素回路のうちの一部の画素回路を残して停止し、制御部によってリセットが行われた後に一部の画素回路に対する選択動作を再開する。特許文献２では、このような制御及び選択動作により、特許文献１の放射線撮像装置より高フレームレートで、且つ、リセットによるアーチファクトを抑制した動画撮影が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５２５９８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８５１２４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、特許文献１及び２の放射線撮像装置にあっては、動画撮影開始後１フレーム目の画像に発生し得るアーチファクトについて、十分な検討がなされていない。そのため、場合によっては、動画撮影開始後１フレーム目の画像にアーチファクトが発生するおそれがあった。例えば、特許文献２では、１フレーム目と２フレーム目以降とで、リセットと保持の間の期間、すなわち変換部の蓄積期間における選択動作に相違があり、その相違に基づくアーチファクトが発生するおそれがあった。そこで、本発明は、動画撮影開始後１フレーム目の画像に発生し得るアーチファクトを低減するのに有利な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】
【０００６】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を電荷に変換する変換部と、前記変換部の電荷に応じた信号の保持を行う保持部と、前記保持部に保持された信号の出力を行う出力部と、前記変換部のリセットを行うリセット部と、を各々が含む複数の画素が２次元状に配列された画素アレイと、放射線の発生のタイミングを示す制御信号に基づいて、前記リセットを前記複数の画素に対して一括で行うリセット動作と、前記保持を前記複数の画素に対して一括で行う保持動作と、を行うように、前記画素アレイを制御する制御部と、前記複数の画素から前記保持された信号を出力するために、前記保持された信号を出力する画素を前記複数の画素から順に選択する選択動作を行う選択部と、を有する放射線撮像装置であって、前記選択部は、複数の前記制御信号のうちの最初の制御信号に基づいて前記制御部が前記リセット動作を行ってから前記保持動作を行うまでの期間に、放射線が前記変換部で変換された電荷が前記保持部で保持された信号を前記複数の画素から出力するための選択動作と同じ選択動作で、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、動画撮影開始後の１フレーム目の画像においてもアーチファクトを低減した画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の放射線撮像装置における一画素の概略等価回路図
【図２】実施形態の放射線撮像装置の画素アレイ及び信号読出部の等価回路図
【図３】実施形態の放射線撮像装置及び放射線撮像システムの模式図
【図４】実施形態の放射線撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードのタイミングチャート
【図５】実施形態の放射線撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードのタイミングチャート
【図６】実施形態の放射線撮像装置を用いた実施例１の制御のタイミングチャート
【図７】実施形態の放射線撮像装置を用いた実施例２の制御のタイミングチャート
【図８】実施形態の放射線撮像装置を用いた実施例３の制御のタイミングチャート
【図９】実施形態の放射線撮像装置を用いた実施例４の制御のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための形態の放射線撮像装置は、画素アレイと制御部と選択部とを有する。画素アレイは、複数の画素が２次元状に配列されており、複数の画素は夫々、放射線を電荷に変換する変換部と、変換部の電荷に応じた信号の保持を行う保持部と、前記保持部に保持された信号の出力を行う出力部と、変換部のリセットを行うリセット部と、を含む。制御部は、放射線の発生のタイミングを示す制御信号に基づいて、リセットを複数の画素に対して一括で行うリセット動作と、保持を複数の画素に対して一括で行う保持動作と、を行うように、画素アレイを制御する。選択部は、複数の画素から保持された信号を出力するために、保持された信号を出力する画素を複数の画素から順に選択する選択動作を行う。
【００１０】
このような放射線撮像装置において、２フレーム目以降は、その前のフレームのリセット動作が行われてから保持動作が行われるまでの期間に、すなわち変換部の蓄積期間に、複数の画素のうちの少なくとも一部の画素が選択される動作が行われている。一方、１フレーム目については、変換部の蓄積期間に画素が選択される動作が行われないと、２フレーム以降と画素に対する蓄積期間中の動作が異なり、放射線又は光を受ける前の各画素の準備状態が２フレーム以降と異なることとなる。そのような場合、フレーム間の各画素の準備状態及び動作の連続性が低下し、１フレーム目の画像と２フレーム目以降の画像との間での連続性が低下し、連続性の低下が１フレーム目のアーチファクトとなって現れるおそれがある。
【００１１】
そこで本発明では、選択部は、複数の制御信号のうちの最初の制御信号に基づいて制御部が複数の画素に対して一括でリセット動作を行ってから保持動作を行うまでの期間に、複数の画素のうちの少なくとも一部の画素を選択する。それにより、１フレーム目の画像と２フレーム目以降の画像との間での連続性の低下が抑制され、動画撮影開始後の１フレーム目の画像においてもアーチファクトを低減した画像を得るのに有利な技術を提供することが可能となる。
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の撮像装置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と第１保持部ＳＨ１と第２保持部ＳＨ２と第３保持部ＳＨ３と第１出力部ＯＰ１と第２出力部ＯＰ２と第３出力部ＯＰ３とを含み得る。
【００１３】
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は光電変換素子であり、照射された放射線に応じて波長変換体であるシンチレータで生じた光を電気信号に変換する。すなわち、変換部に含まれる変換素子として、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、が用いられ得る。ただし、変換素子として、放射線を直接電荷に変換する素子を用いてもよい。具体的には、当該光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、画素Ｐの放射線に対する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信号と、第１感度と異なる第２感度の変換部で変換された電荷に応じた電圧である第２信号と、が増幅部ＡＰに出力され得る。
【００１４】
増幅部ＡＰは、第１制御トランジスタＭ３と第１増幅トランジスタＭ４とクランプ容量ＣＣＬと第２制御トランジスタＭ６と第２増幅トランジスタＭ７と各定電流源とを有する。第１制御トランジスタＭ３と第１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。第１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第１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第１増幅トランジスタＭ４から出力される。第１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を介して第２増幅トランジスタＭ７に入力される。第２制御トランジスタＭ６と第２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。第２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、第１増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける第１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、第１増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が第２増幅トランジスタＭ７から出力される。クランプ容量ＣＣＬは第１増幅トランジスタＭ４と第２増幅トランジスタＭ７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。
【００１５】
リセット部ＲＰは、第１リセットトランジスタＭ２と第２リセットトランジスタＭ５とを含む。第１リセットトランジスタＭ２は、ＰＲＥＳ信号が活性化されることによってフォトダイオードＰＤに所定の電位を供給してフォトダイオードＰＤの電荷を初期化し、増幅部ＡＰに出力される電圧をリセットする。第２リセットトランジスタＭ５は、クランプ容量ＣＣＬと第２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、第２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。第１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第２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ｎ１−ｎ２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う電圧の変化分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ノイズや第１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。
【００１６】
第１保持部ＳＨ１は、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第１信号を保持するための部分であり、第１転送トランジスタＭ８と第１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、制御信号ＴＳ１を用いて第１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、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第１信号を容量ＣＳ１に転送して保持するサンプルホールドを行う。第１出力部ＯＰ１は、第１信号増幅トランジスタＭ１０と第１出力スイッチＳＷ９とを含む。第１信号増幅トランジスタＭ１０は、第１保持容量ＣＳ１に保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第１出力スイッチＳＷ９は第１信号増幅トランジスタＭ１０によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第１出力スイッチＳＷ９に入力される制御信号ＶＳＲによって第１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）と第１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、第１出力部ＯＰ１によって、画素Ｐから第１信号又は第１保持容量ＣＳ１に保持された電圧に基づく第１出力信号が出力され得る。
【００１７】
第２保持部ＳＨ２は、第１感度と異なる第２感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第２信号を保持するための部分であり、第２転送トランジスタＭ１１と第２保持容量ＣＳ２とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、制御信号ＴＳ２を用いて第２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、第２感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第２信号を容量ＣＳ２に転送して保持するサンプルホールドを行う。第２出力部ＯＰ２は、第２信号増幅トランジスタＭ１３と第２出力スイッチＳＷ１２とを含む。第２信号増幅トランジスタＭ１３は、第２保持容量ＣＳ２に保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第２出力スイッチＳＷ１２は第２信号増幅トランジスタＭ１３によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第２出力スイッチＳＷ１２に入力される制御信号ＶＳＲによって第２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）と第２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、第２出力部ＯＰ２によって、画素Ｐから第２信号又は第２保持容量ＣＳ２に保持された電圧に基づく第２出力信号が出力され得る。
【００１８】
第３保持部ＳＨ３は、増幅部ＡＰのオフセット信号を保持するための部分であり、第３転送トランジスタＭ１４と第２保持容量ＣＮとを含むサンプルホールド回路である。具体的には、制御信号ＴＳ３を用いて第３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、増幅部ＡＰのオフセット信号を容量ＣＮに転送して保持するサンプルホールドを行う。第３出力部ＯＰ３は、第３信号増幅トランジスタＭ１６と第２出力スイッチＳＷ１５とを含む。第３信号増幅トランジスタＭ１６は、第３保持容量ＣＮに保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第３出力スイッチＳＷ１５は第３信号増幅トランジスタＭ１６によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第３出力スイッチＳＷ１５に入力される制御信号ＶＳＲによって第３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）と第３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、第３出力部ＯＰ３によって、画素Ｐからオフセット信号に基づく第３出力信号が出力され得る。
【００１９】
このような画素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１２０によって読み出される。次に図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０及び信号読出部２０を説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）を用いて本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０を説明する。図２（ａ）は、本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０の概略構成を説明するための等価回路図である。
【００２１】
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に制御信号ＶＳＲを入力し、当該制御信号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を行ごとに選択する。また、水平走査回路４０４は列選択部として機能し、制御信号ＨＳＲに基づいて各画素Ｐを列ごとに選択して、当該各画素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４０４）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４０４）は列選択部（水平走査回路４０４）に比べて動作が遅い。ここで、本発明の選択部は、垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４を含む。
【００２２】
また、画素アレイ１２０は、各画素Ｐの容量ＣＳ１に保持された第１信号を読み出すための端子ＥＳ１と、容量ＣＳ２に保持された第２信号を読み出すための端子ＥＳ２と、容量ＣＮに保持された電圧を読み出すための端子ＥＮと、を有する。また、各画素アレイ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、ＥＳ２及びＥＮを介して読み出されうる。
【００２３】
具体的には、前述の各画素Ｐの端子Ｓ１、Ｓ２及びＮは、各端子に対応する列信号線４０６〜４０８に接続されている。当該列信号線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。当該アナログ出力線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、ＥＳ２及びＥＮから出力される。
【００２４】
また、各画素アレイ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制御信号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制御信号ＶＳＲを生成して出力する。これにより、第１信号又は第１出力信号、第２出力信号、及び、第３出力信号が、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（水平転送が為され）、信号読出が為される。
【００２５】
次に、図２（ｂ）を用いて本実施形態の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。
【００２６】
信号読出部２０は、例えば差動アンプ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。端子ＥＳ１からの信号は、端子ＴＲＯ１からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＭ５０を介して、信号増幅部１０７の反転入力端子に入力される。また、端子ＥＳ２からの信号は、端子ＴＲＯ２からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＭ５１を介して、当該反転入力端子に入力される。スイッチＭ５０及びＭ５１は、端子ＥＳ１及び端子ＥＳ２の一方の信号が当該反転入力端子に入力されるように制御される。なお、スイッチＭ５０及びＭ５１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ればよい。
【００２７】
また、端子ＥＮからの信号は信号増幅部１０７の非反転入力端子に入力される。信号増幅部１０７では、端子ＥＳ１からの信号と端子ＥＮからの信号との差分、又は端子ＥＳ２からの信号と端子ＥＮ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ＡＤＣＬＫ端子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、前述の固定パターンノイズが除去されると共に、画素アレイ１２０の画像データ（デジタルデータ）が得られ、ＡＤＯＵＴ端子を介して後述する制御部１０９に出力される。
【００２８】
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。
【００２９】
放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１００（以下、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処理部１０１と、ディスプレイ等を含む表示部１０２と、を具備する。放射線撮影を行う際には、処理部１０１によって撮像装置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）は、撮像装置１００によって検知され、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。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。
【００３０】
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。なお、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。
【００３１】
放射線を電荷に変換する場合には、撮像領域１０の上には、例えば、放射線を光に変換する波長変換体としてのシンチレータ（不図示）が設けられうる。各画素Ｐには、光電変換を行う公知の画素が用いられればよい。これにより、照射された放射線量に基づく電気信号が得られる。
【００３２】
制御部１０９は、例えば処理部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、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ないし各ユニットを制御し、例えば、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、処理部１０１に出力する。すなわち、本発明の補正部１１０は、制御部１０９に含まれ得る。補正部１１０については、後程詳細に説明する。
【００３３】
制御部１０９と処理部１０１との間では、各種インターフェースを介して、制御コマンドないし制御信号および画像データの授受が行われる。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ないし撮影情報を制御部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、撮像装置１００の動作状態などの装置情報を処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、画像データインターフェース１１１を介して、撮像装置１００で得られた画像データを処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、ＲＥＡＤＹ信号１１２を用いて、撮像装置１００が撮影可能な状態になったことを処理部１０１に通知する。また、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。ここで、外部同期信号１１３が、本発明における、放射線の発生のタイミングを示す制御信号に相当する。
【００３４】
このような撮像装置１００は、各画素において、例えば２つの感度で信号をそれぞれ取得し、これらの信号を用いて画像データを生成する動作モード（例えば、ダイナミックレンジ拡張を行う動作モード等）を有しうる。この動作モードを達成する１つの方法として、第１感度で得られた第１信号と第２感度で得られた第２信号とを、各画素Ｐの第１保持部ＳＨ１及び第２保持部ＳＨ２でそれぞれ保持して個別に読み出し、読み出された各感度の信号を画素毎に合成する方式がある。以下に、図４及び図５を用いて、本実施形態の撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードについて、詳細に説明する。図４（ａ）は、本実施形態の撮像装置におけるダイナミックレンジ拡張を行う動作モードの全体シーケンスを説明するための模式的なタイミングチャートである。図４（ｂ）は、図４（ａ）中のリセット駆動ＲＤを説明するための模式的なタイミングチャートであり、図４（ｃ）は、図４（ａ）中のサンプリング駆動ＳＤを説明するための模式的なタイミングチャートである。図５（ａ）は、図４（ａ）中の読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮにおける選択動作を説明するための模式的なタイミングチャートであり、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部期間を拡大して説明するための模式的なタイミングチャートである。なお、図４（ａ）〜図５（ｂ）において、先に説明したものと同じものは同一の符号を付与し詳細な説明は省略する。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示されるように、時刻ｔ１で動作モード設定および撮影開始設定が為される。その後、時刻ｔ２では、複数の制御信号である外部同期信号ＳＹＮＣに基づいて、図５（ｂ）の拡大図に例示されるリセット駆動ＲＤと、図５（ｃ）の拡大図に例示されるサンプリング駆動ＳＤとが交互に繰り返される。また、サンプリング駆動ＳＤの後（かつ、その次のリセット駆動ＲＤの前）において、撮像領域１０から画素を順に選択することによって信号読出を行う読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮが為される。ここで、本発明の選択動作は読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮに相当する。
【００３６】
リセット駆動ＲＤでは、リセット動作とクランプ動作とを行う。具体的には、図３（ｂ）で示されるように、時刻ｔ２でイネーブル信号ＥＮをＨｉレベルにして、第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を導通状態にする。これにより、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。また、時刻ｔ２では、信号ＰＲＥＳをＨｉレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を導通状態にする。これにより、フォトダイオードＰＤは基準電圧ＶＲＥＳに接続され、フォトダイオードＰＤがリセットされる。また、リセット直後のトランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧が、クランプ容量ＣＣＬの一方の端子ｎ１（トランジスタＭ４側の端子）に入力される。時刻ｔ３では、信号ＰＣＬをＨｉレベルにして、第２リセットトランジスタトランジスタＭ５を導通状態にする。これにより、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。時刻ｔ４では、信号ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＮをＨｉレベルにして、第１転送トランジスタＭ８、第２転送トランジスタＭ１１および第３転送トランジスタＭ１４を導通状態にする。これにより、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮはいずれも初期状態（第２増幅トランジスタＭ７のゲート電圧が基準電圧ＶＣＬのときの増幅部ＡＰの出力値の電圧）になる。また、時刻ｔ４では、信号ＷＩＤＥをＨｉレベルにして、感度切替え用のトランジスタＭ１を導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’は基準電圧ＶＲＥＳに接続され、容量ＣＦＤ’の電圧もリセットされる。時刻ｔ５では、信号ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＮをＬｏｗレベルにして、第１転送トランジスタＭ８、第２転送トランジスタＭ１１および第３転送トランジスタＭ１４を非導通状態にする。これにより、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮの電圧が固定される。また、時刻ｔ５では、信号ＷＩＤＥをＬｏレベルにして、感度切替え用のトランジスタＭ１を非導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’は、基準電圧ＶＲＥＳに固定される。次に、時刻ｔ６では、信号ＰＲＥＳをＬｏｗレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を非導通状態にする。これにより、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後の第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。時刻ｔ７では、信号ＰＣＬをＬｏｗレベルにして、第２リセットトランジスタＭ５を非導通状態にする。これにより、端子ｎ１と端子ｎ２との電位差に応じた電荷がクランプ容量ＣＣＬに保持され、変換部ＣＰのｋＴＣノイズ及び第１増幅トランジスタのオフセット等のノイズ成分がクランプ容量ＣＣＬに保持される。これらによりリセット動作とクランプ動作が完了する。そして、時刻ｔ８では、イネーブル信号ＥＮをＬｏｗレベルにして、第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を非導通状態にする。これにより、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７を非動作状態にする。以上のようにして、リセット駆動ＲＤの一連の動作が終了する。即ち、リセット駆動ＲＤでは、フォトダイオードＰＤをリセットすると共に、変換部ＣＰのｋＴＣノイズや第１増幅トランジスタのオフセットに起因するノイズ成分がクランプ容量ＣＣＬに保持され、また、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮが初期化される。なお、このようなリセット駆動ＲＤは、全ての画素Ｐに対して一括で行われる。即ち、各制御信号ＥＮ、ＰＲＥＳ、ＰＣＬ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＮ、ＷＩＤＥは、全ての画素に対して一括に同じタイミングで供給される。
【００３７】
次に、ダイナミックレンジ拡張を行う動作モードにおけるサンプリング駆動ＳＤは、画素Ｐを２つの感度で駆動し、各感度で得られる信号を各容量ＣＳ１およびＣＳ２に保持する動作を行う。具体的には、図５（ｃ）に示される。時刻ｔ１１でイネーブル信号ＥＮをＨｉレベルにして第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を導通状態にし、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。なお、時刻ｔ１１では信号ＷＩＤＥはＬｏｗレベルであり、画素Ｐは、第１感度に対応する高感度モードになっている。第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧（即ち、ＦＤ容量ＣＦＤの電圧）は、フォトダイオードＰＤで発生し蓄積された電荷量に応じて変化する。この変化したゲート電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの一方の端子ｎ１に入力され、端子ｎ１の電位が変化する。クランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２の電位変化は、当該端子ｎ１の電位変化にしたがう。ここで、前述のとおり、クランプ容量ＣＣＬにはｋＴＣノイズに相当する電圧が保持されているため、この電位変化の量が信号成分として第２増幅トランジスタＭ７から出力される。時刻ｔ１２では、信号ＴＳ１をＨｉレベルにして第１転送トランジスタＭ８を導通状態にし、即ち、上述の高感度モードにおける増幅部ＡＰの出力についてのサンプリング（転送）を開始する。具体的には、第１保持容量ＣＳ１は、時刻ｔ１１の駆動にしたがう増幅部ＡＰから出力される電圧（第２増幅トランジスタＭ７のゲート電圧に応じた電圧）が転送される。次に、時刻ｔ１３では、時刻ｔ１２でサンプリングを開始したので、曝射許可信号（不図示）をＬｏｗレベル（禁止状態）にする。その後、時刻ｔ１４では、信号ＴＳ１をＬｏｗレベルにして第１転送トランジスタＭ８を非導通状態にし、即ち、増幅部ＡＰから出力された電圧の転送を終了して第１保持容量ＣＳ１に保持する。具体的には、第１保持容量ＣＳ１の電圧が増幅部ＡＰから出力された電圧で固定される。即ち、時刻ｔ１２〜ｔ１４では、第１感度の変換部ＣＰの電荷に基づく第１信号が、第１保持部ＳＨ１の第１保持容量ＣＳ１に保持される。時刻ｔ１５では、信号ＷＩＤＥをＨｉレベルとして、感度切替え用のトランジスタＭ１を導通状態にする。これにより、トランジスタＭ１を介して容量ＣＦＤ’がフォトダイオードＰＤに電気的に接続され、トランジスタＭ４のゲート電圧は、ＦＤ容量ＣＦＤと容量ＣＦＤ’との合成容量の電圧となる。当該合成容量の値は、ＦＤ容量ＣＦＤの値よりも大きいため、第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧が変化しにくくなり、即ち、画素Ｐは、第２感度に対応する低感度モードに切り替わる。一方で、フォトダイオードＰＤの電荷を、さらに読み出すことが可能になる。時刻ｔ１６では、信号ＴＳ２をＨｉレベルにして第２転送トランジスタＭ１１を導通状態にし、即ち、上述の低感度モードにおける増幅部ＡＰの出力についてのサンプリング（転送）を開始する。具体的には、第２保持容量ＣＳ２は、時刻ｔ１５の駆動にしたがう増幅部ＡＰから出力される電圧になる。その後、時刻ｔ１７では、信号ＴＳ２をＬｏｗレベルにして第２転送トランジスタＭ１１を非導通状態にし、即ち、増幅部ＡＰから出力された電圧の転送を終了して第２保持容量ＣＳ２に保持する。具体的には、第２保持容量ＣＳ２の電圧が増幅部ＡＰから出力された電圧で固定される。即ち、時刻ｔ１６〜ｔ１７では、第２感度の変換部ＣＰの電荷に基づく第２信号が、第２保持部ＳＨ２の第２保持容量ＣＳ２に保持される。次に、時刻ｔ１８では、信号ＰＲＥＳをＨｉレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を導通状態にする。これにより、ＦＤ容量ＣＦＤ及び容量ＣＦＤ’の電圧をリセットして基準電圧ＶＲＥＳにし、端子ｎ１の電圧も時刻ｔ３と同じ状態にリセットされる。時刻ｔ１９では、信号ＰＣＬをＨｉレベルにして第２リセットトランジスタＭ５を導通状態にし、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。時刻ｔ２０では、信号ＰＲＥＳ及びＷＩＤＥをＬｏｗレベルにしてトランジスタＭ１及び第１リセットトランジスタＭ２を非導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’はリセット直後の電圧で固定され、また、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後の第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。時刻ｔ２１では、信号ＴＮをＨｉレベルにして第３転送トランジスタＭ１４を導通状態にする。これにより、第２層複トランジスタＭ７のゲート電圧が基準電圧ＶＣＬのときの増幅部ＡＰから出力される電圧が転送され、第３保持容量ＣＮの電圧になる。時刻ｔ２２では、信号ＴＮをＬｏｗレベルにして第３転送トランジスタＭ１４を非導通状態にする。これにより、第３保持容量ＣＮの電圧が固定される。即ち、時刻ｔ２１〜ｔ２２では、オフセット信号が第３保持容量ＣＮに保持される。このオフセット信号は、増幅部ＡＰの回路構成に依存する熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつき等の、第２増幅トランジスタＭ７のオフセットに起因するノイズ成分に相当する電圧に基づく。そして、時刻ｔ２３では信号ＰＣＬをＬｏｗレベルにして第２リセットトランジスタＭ５を非導通状態にし、時刻ｔ２４ではイネーブル信号ＥＮをＬｏｗレベルにして第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を非導通状態にする。以上のようにして、サンプリング駆動ＳＤの一連の動作が終了する。即ち、サンプリング駆動ＳＤでは、第１感度の画素Ｐで得られる第１信号が第１保持容量ＣＳ１に、第２感度の画素Ｐで得られる第２信号が第２保持容量ＣＳ２に、増幅部ＡＰのオフセット信号が第３保持容量ＣＮに、それぞれ保持される。なお、サンプリング駆動ＳＤは、前述のリセット駆動ＲＤと同様に、各画素アレイ１２０の制御タイミングのずれを防ぐため、全ての画素Ｐに対して一括で行われる。即ち、各制御信号ＥＮ、ＰＲＥＳ、ＰＣＬ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＮ、ＷＩＤＥは、全ての画素に対して一括に同じタイミングで供給される。すなわち、サンプリング駆動ＳＤが本発明の保持動作に相当する。
【００３８】
このように、各画素Ｐの各保持部に保持された各信号は、複数の画素Ｐが行単位で選択され、選択された行の複数の画素Ｐを列毎に順次選択され、行単位で上記動作を繰り返すことで、全ての画素Ｐからの画像信号が読み出される。これは、図４（ａ）の読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮで示すもので、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて更に説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す制御用の各端子（ＶＳＴ、ＣＬＫＶ、ＴＲＯ１、ＴＲＯ２、ＨＳＴ、ＣＬＫＨおよびＡＤＣＬＫ）に入力される制御信号について、信号読出を行うためのタイミングチャートを例示している。
【００３９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例では、第１行目の各画素Ｐから信号を読み出す時刻ｔ２１０〜ｔ２２０の間のうち、前半では各画素Ｐからの第１信号の読み出しを行い、後半では当該各画素Ｐからの第２信号の読み出しを行う。なお、画素アレイ１２０から信号読出を行う際は、当該画素アレイ１２０の端子ＥＣＳにはＨｉレベルが入力され、スイッチＳＷＣＳは導通状態になっている。
【００４０】
具体的には、以下のシーケンスにしたがう。まず、時刻ｔ２００において端子ＶＳＴでスタートパルスを受けた後、時刻ｔ２１０でクロック信号ＣＬＫＶを受けて垂直走査回路４０３が第１行目の制御線４０５を介して第１行目の画素Ｐの各出力部ＯＰ１〜ＯＰ３に制御信号ＶＳＲを出力する。これにより、第１行目の画素Ｐの各出力スイッチＳＷ９、ＳＷ１２、ＳＷ１５が導通状態となり、第１行目の各画素Ｐが選択される。その後、時刻ｔ２１１〜ｔ２１５にわたって信号ＴＲＯ１をＨｉレベルにし、信号ＴＲＯ２をＬｏｗレベルにする。これにより、当該各画素Ｐの第１信号が出力される状態になる。時刻ｔ２１１において端子ＨＳＴでスタートパルスを受けた後、時刻ｔ２１２でクロック信号ＣＬＫＨを受ける。水平走査回路４０４は、クロック信号ＣＬＫＨを受けるたびに、選択している列を、第１列目から第ｎ列目まで順にシフトさせる。各クロック信号ＣＬＫＨの間（例えば、時刻ｔ２１３）では信号ＡＤＣＬＫが入力され、これにより、選択されている列における画素Ｐからの第１信号についてのＡＤ変換が為される。その後、例えば時刻ｔ２１４で、次の列の画素Ｐが選択され、当該画素Ｐについての第１信号の出力およびＡＤ変換が同様にして為される。このようにして、第１信号の読出動作が第１列目から第ｎ列目まで順に列ごとに為される。その後、時刻ｔ２１５では、信号ＴＲＯ１をＬｏｗレベルにし、信号ＴＲＯ２をＨｉレベルにして、第１列目から第ｎ列目まで順に列ごとに、第２信号の読出動作を同様の手順で行う。ここで、制御部１０９に出力されたデジタルデータは、信号読出部２０で読み出された順番で、撮像パネル１０５の行ごとに画像データインターフェース１１１により処理部１０１に送信され、各信号に対応した１フレーム分の画像信号が得られる。以上により、第１感度で取得した信号に基づく画像信号および第２感度で取得した信号に基づく画像信号の両方が読み出される。また、オフセット信号に基づく１フレーム分のオフセット画像信号も読み出される。そして、第１感度で取得した信号に基づく画像信号と第２感度で取得した信号に基づく画像信号とを各画素Ｐに対応させて合成することにより、ダイナミックレンジが拡張された画像信号が得られる。そして、オフセット画像信号を用いて各画素Ｐに対応させてノイズ低減処理がなされる。このノイズ低減処理は合成される前の各画像信号に対して行われてもよいし、合成された後の画像信号に対して行われてもよい。
【００４１】
このような実施形態の構成において、より高フレームレートで且つ動画撮影開始後１フレーム目の画像に発生し得るアーチファクトを低減するために、以下の各実施例で説明する制御を行うことが好ましい。
【００４２】
まず、図１、図３、及び、図６を用いて、実施例１に係る放射線撮像装置の制御を説明する。図６は、実施例１に係る放射線撮像装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。
【００４３】
実施例１では、あるフレームの読出駆動ＲＯの最中に次のフレームのリセット動作ＲＤが開始された場合である。このとき、選択部である垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４は、複数の画素Ｐのうちの一部の画素Ｐを残して停止することによって読出駆動を中断し、リセット駆動ＲＤを行った後に該中断された一部の画素Ｐに対する読出駆動を再開する。ここで、中断前の動作をＲＯｎ−ａを第１動作、再開後の動作ＲＯｎ−ｂを最２動作と称する（ｎはフレーム番号。ｎ≧１）。すなわち、選択動作である読出駆動ＲＯは、第１動作ＲＯｎ−ａと第２動作ＲＯｎ−ｂを含む。この読出動作ＲＯは、放射線の発生のタイミングを示す制御信号である外部同期信号ＳＹＮＣを制御部１０９が受けることに基づいて選択部で行われる。動画撮影においては、フレーム毎に制御部１０９が外部同期信号ＳＹＮＣを受け、複数の外部同期信号ＳＹＮＣの夫々に基づいて、各フレームのリセット駆動ＲＤ、サンプリング駆動ＳＤ、及び、読出駆動ＲＯが行われる。読出駆動ＲＯに必要な時間が複数の外部同期信号ＳＹＮＣの間隔よりも短いと制御部１０９が判定した場合には、選択部は第１動作ＲＯｎ−ａと第２動作ＲＯｎ−ｂを行う。すなわち、制御部１０９が、外部同期信号ＳＹＮＣに基づくリセット駆動ＲＤが行われる際に直前の外部同期信号ＳＹＮＣに基づく読出駆動ＲＯが終了するか否かを判定する判定部としての機能を備える。その制御部１０９によって読出駆動ＲＯが終了しないと判定された場合、選択部は、第１動作ＲＯｎ−ａと第２動作ＲＯｎ−ｂを行う。
【００４４】
ここで、読出駆動ＲＯは、２フレーム目以降ではリセット駆動ＲＤの前には外部同期信号ＳＹＮＣに基づく１つ前のフレームの読出駆動ＲＯがあるが、１フレーム目においては、リセット駆動ＲＤの前には外部同期信号ＳＹＮＣに基づく読出駆動ＲＯが存在しない。そこで、本実施例では、最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づいて制御部１０９がサンプリング駆動ＳＤを行うまでの期間に、制御部が選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａ及びダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂを行う。ここで、ダミー読出駆動とは、読出動作ＲＯと同様に画素を選択する選択動作は行うが、画素からは放射線に応じた信号が出力されない動作であり、本実施例ではＲＥＡＤ  ＥＮＡＢＬＥがオフとされている。ダミー読出駆動ＲＯｄ−ａは第１動作ＲＯｎ−ａと同じ選択動作であり、ダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂは第２動作ＲＯｎ−ｂと同じ選択動作である。図１に示すような画素Ｐにあっては、読出駆動ＲＯの期間中に、画素内に流れる電流により電圧降下が発生し、各画素Ｐに供給されている電圧が降下する特性を有し得る。ダミー読出駆動が行われない場合、１フレーム目のリセット駆動ＲＤ後の蓄積期間中に読出駆動が行われないため、各画素Ｐに供給している電圧は降下しない。一方、２フレーム目以降の蓄積期間中には、読出駆動が行われるため、各画素Ｐに供給している電圧が降下する。この電圧降下の有無によって、１フレーム目と２フレーム目以降とで画素から出力される信号に相違が生じ、その相違が１フレーム目に対するアーチファクトとなり得る。本実施例のように、最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づいて制御部１０９がサンプリング駆動ＳＤを行うまでの期間に、制御部が選択動作を行うことにより、１フレーム目も２フレーム目以降と同様な電圧降下の影響を受ける。それにより、１フレーム目に対するアーチファクトが抑制される。なお、制御部１０９が判定部の機能を備えるとしたが、本発明はそれに限定されるものではなく、処理部１０１が判定部の機能を備えていてもよい。
【００４５】
図６に示すように、まず、処理部１０１から制御部１０９に撮影モード及び撮影開始設定を示す制御信号が送られる。制御部１０９は、設定された撮影モードに応じたフレームレート、すなわち、複数の外部同期信号ＳＹＮＣの間隔と、読出駆動ＲＯに必要な時間と、を比較する。それによって制御部１０９は、外部同期信号ＳＹＮＣに基づくリセット駆動ＲＤが行われる際に直前の外部同期信号ＳＹＮＣに基づく読出駆動ＲＯが終了するか否かを判定する。制御部１０９によって読出駆動ＲＯが終了しないと判定された場合、選択部は、第１動作ＲＯｎ−ａと第２動作ＲＯｎ−ｂを行うように準備する。なお、この準備としては、垂直走査回路４０３や水平走査回路４０４にデコーダ等の任意に出力ラインを設定できる走査回路を用いるのであれば、設定により容易に準備できる。一方、シフトレジスタ等の任意に出力ラインを設定できない走査回路であれば、例えば制御部１０９内のメモリに、停止するラインの情報を記憶しておき、その情報を用いて制御部１０９が各走査回路を制御するように準備すればよい。
【００４６】
次に、制御部１０９は、撮影モード及び撮影開始設定を示す制御信号を受けてから複数の外部同期信号ＳＹＮＣのうちの最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けるまでの間に、選択部は第１動作ＲＯｎ−ａと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａを行う。選択部は、撮影モード及び撮影開始設定を示す制御信号を受けてから最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けるまでの間に、ダミー読出駆動ＲＯｄ−ａを複数回行ってもよい。
【００４７】
次に、最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けた制御部１０９は、リセット駆動ＲＤを行うように、画素アレイ１２０を制御する。なお、リセット駆動ＲＤの終了からサンプリング駆動ＳＤにおける変換部ＣＰのリセットの開始までの期間Ｔｎは、変換部ＣＰで電荷の蓄積が行わる蓄積期間である。制御部１０９が、最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づいて、リセット駆動ＲＤを行ってから保持動作であるサンプリング駆動ＳＤにおける信号Ｔｓ２によるサンプリングを行うまでの間に、選択部はダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂを行う。すなわち、選択部は、最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づく１フレーム目の信号のための蓄積期間に、第２動作ＲＯｎ−ｂと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂを行う。選択部によるダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂの後に、制御部１０９は、サンプリング駆動ＲＤを行うように、画素アレイ１２０を制御する。制御部１０９がサンプリング駆動ＳＤを行った後に、選択部は第１動作ＲＯｎ−ａを行う。そして、選択部が第１動作ＲＯｎ−ａを行った後に、制御部１０９が次の外部同期信号ＳＹＮＣに基づくリセット駆動ＲＤを行う。その後、選択部は第２動作ＲＯｎ−ｂを行う。その後は、サンプリング駆動ＳＤ、第１動作ＲＯｎ−ａ、リセット駆動ＲＤ、第２動作ＲＯｎ−ｂがこの順で繰り返し行われることにより、動画撮影が実行される。
【００４８】
次に、図１、図３、及び、図７を用いて、実施例２に係る放射線撮像装置の制御を説明する。図７は、実施例２に係る放射線撮像装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、実施例２については実施例１と同じものについては同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
図７に示す実施例２では、図６で示す実施例１の制御に比べて、以下の点で相違する。実施例２では、制御部１０９が、撮影モード及び撮影開始設定を示す制御信号を受けてから最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けるまでの間に、制御部が１０９は画素Ｐの各接続ノードに定電位が供給されるように画素アレイを制御する。制御部１０９は、第１リセットトランジスタＭ２、第１制御トランジスタＭ３、第２リセットトランジスタＭ５、第２制御トランジスタＭ６、第１転送トランジスタＭ８、第２転送トランジスタＭ１１、及び、第３転送トランジスタＭ１４を導通状態とする。また、制御部１０９は、トランジスタＭ１も導通状態とする。これにより、画素Ｐ内の各接続ノードに所定の電位が供給される。このような制御により、画素Ｐ内の各接続ノードの電位が不定になることを抑制し、得られる画像の安定性が向上する。そして、この制御の後に、選択部は第１動作ＲＯｎ−ａと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａを行う。この制御部１０９による制御と選択部によるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａの組が、制御部１０９が最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けるまで所定の周期で繰り返し行われることが好ましい。
【００５０】
次に、図１、図３、及び、図８を用いて、実施例３に係る放射線撮像装置の制御を説明する。図８は、実施例３に係る放射線撮像装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、実施例３については実施例１と同じものについては同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
図８に示す実施例３では、図６で示す実施例１の制御に比べて、以下の点で相違する。実施例３では、制御部１０９が最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けると、選択部が第１動作ＲＯｎ−ａと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａを行う。選択部によるダミー読出駆動ＲＯｄ−ａが終了した後、制御部１０９は最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づいてリセット駆動ＲＤを行うように、画素アレイ１２０を制御する。制御部１０９による最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づくリセット駆動ＲＤの後に、選択部は第２動作ＲＯｎ−ｂと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂを行う。選択部によるダミー読出駆動ＲＯｄ−ｂの後に、制御部１０９は、サンプリング駆動ＲＤを行うように、画素アレイ１２０を制御する。制御部１０９がサンプリング駆動ＳＤを行った後に、選択部は第１動作ＲＯｎ−ａを行う。そして、選択部が第１動作ＲＯｎ−ａを行った後に、制御部１０９が次の外部同期信号ＳＹＮＣに基づくリセット駆動ＲＤを行う。その後、選択部は第２動作ＲＯｎ−ｂを行う。このような制御により、実施例１より簡便に制御することができる。
【００５２】
次に、図１、図３、及び、図９を用いて、実施例４に係る放射線撮像装置の制御を説明する。図９は、実施例４に係る放射線撮像装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、実施例４については実施例１又は２と同じものについては同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
図９に示す実施例４では、Ｎフレーム目の読出駆動ＲＯｎを、（Ｎ＋１）フレーム目のリセット駆動後、すなわち（Ｎ＋１）フレーム目の蓄積期間中に行う。これは、Ｃアーム装置を使用した３Ｄ撮影等において、蓄積期間一定でフレームレートを加速または減速しながら撮影を行う際に有効な手段である。最初の外部同期信号ＳＹＮＣを受けた制御部１０９は、リセット駆動ＲＤ及びその後にサンプリング駆動ＳＤを行うように、画素アレイ１２０を制御する。そして、次の外部同期信号ＳＹＮＣを制御部１０９が受けた後に、選択部が最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づく読出駆動ＲＯを行う。
【００５４】
しかし、１フレーム目では、それ以前のフレームの読出駆動が存在しない。そこで、１フレーム目のリセット動作終了後に、選択部はダミー読出駆動ＲＯｄを実施する。すなわち、制御部１０９が、最初の外部同期信号ＳＹＮＣに基づいて、リセット駆動ＲＤを行ってからサンプリング駆動ＳＤを行うまでの間に、選択部は読出駆動ＲＯと同じ選択動作であるダミー読出駆動ＲＯｄを行う。本実施例では読出駆動ＲＯを中断しないため、ダミー読出駆動ＲＯｄも１ライン目から最終ラインまでの１連の選択動作である。
【００５５】
なお、本実施形態では、ダイナミックレンジ拡張を行う動作モードを用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、第１保持部ＳＨ１及び第２保持部ＳＨ２のいずれか一方を放射線に応じた電荷に基づく信号を保持する前記保持部として使用する場合にも適用できる。更に、特許文献２に開示されたような画素の構成の放射線撮像装置であっても適用できる。
【００５６】
また、本発明は、上述の実施形態の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５７】
ＣＰ  変換部
ＳＨ  保持部  （第１保持部ＳＨ１〜第３保持部ＳＨ３）
ＯＰ  出力部  （第１出力部ＯＰ１〜第３出力部ＯＰ３）
ＲＰ  リセット部
Ｐ  画素
１２０  画素アレイ
１０９  制御部
４０３  垂直走査回路
４０４  水平走査回路
【図１】
0006532214.tif 000002
【図２】
0006532214.tif 000003
【図３】
0006532214.tif 000004
【図４】
0006532214.tif 000005
【図５】
0006532214.tif 000006
【図６】
0006532214.tif 000007
【図７】
0006532214.tif 000008
【図８】
0006532214.tif 000009
【図９】
0006532214.tif 000010