(57)【要約】【課題】チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサに電荷が蓄積することを確実に抑制し、増幅回路から適正な増幅信号を出力させることが可能なチャージアンプ回路およびチャージアンプ補正方法を提供する。【解決手段】受光した光電変換手段１１が受光量に応じて発生させた電荷Ｑを蓄積するチャージ用コンデンサ３と、電荷リセット信号印加手段５から印加される電荷リセット信号Ｓｒに応じてチャージ用コンデンサ３から蓄積した電荷Ｑを放電させる電荷リセット用スイッチ４と、増幅回路２とを備えるチャージアンプ回路１において、電荷リセット用スイッチ４の光電変換手段１１側の端子ａに一方の電極が接続された補正用コンデンサ７と、補正用コンデンサ７の他方の電極に電荷リセット信号Ｓｒと正負が逆の電圧Ｖｓｃを生じさせるために補正信号Ｓｃを印加する補正信号印加手段８とを有するチャージインジェクション補正回路６を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光電変換手段が受光量に応じて発生させた電荷を蓄積するチャージ用コンデンサと、電荷リセット信号印加手段から印加される電荷リセット信号に応じて前記チャージ用コンデンサから蓄積した電荷を放電させる電荷リセット用スイッチと、増幅回路とを備えるチャージアンプ回路において、
前記電荷リセット用スイッチの前記光電変換手段側の端子に一方の電極が接続された補正用コンデンサと、前記補正用コンデンサの他方の電極に前記電荷リセット信号と正負が逆の電圧を生じさせるために補正信号を印加する補正信号印加手段とを有するチャージインジェクション補正回路を備えることを特徴とするチャージアンプ回路。
【請求項２】
前記補正用コンデンサの静電容量と、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる前記電圧とは、それらの積の絶対値が、前記電荷リセット用スイッチの寄生容量と前記電荷リセット信号として印加される電圧との積の絶対値と等しくなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載のチャージアンプ回路。
【請求項３】
前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を一定の電圧とし、前記補正用コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする請求項２に記載のチャージアンプ回路。
【請求項４】
前記補正用コンデンサの静電容量が固定され、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧が調整されることを特徴とする請求項２に記載のチャージアンプ回路。
【請求項５】
前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加は、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加された後に開始されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路。
【請求項６】
前記補正信号印加手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段と前記補正信号印加手段との間に遅延回路が設けられ、
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加されると同時に前記制御手段から前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を指示する信号が出力され、前記遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達することにより、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の開始が遅延されることを特徴とする請求項５に記載のチャージアンプ回路。
【請求項７】
前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加は、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止された後に停止されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路。
【請求項８】
前記補正信号印加手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段と前記補正信号印加手段との間に遅延回路が設けられ、
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止されると同時に前記制御手段から前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止を指示する信号が出力され、前記遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達することにより、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止が遅延されることを特徴とする請求項７に記載のチャージアンプ回路。
【請求項９】
前記増幅回路から出力された増幅信号から相関二重サンプリングにより誤差を除去して適正値を出力するサンプリング手段を備え、
前記サンプリング手段は、前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加が停止された後、前記相関二重サンプリングによる前記増幅信号の適正化を行うことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のチャージアンプ回路。
【請求項１０】
前記光電変換手段は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路。
【請求項１１】
放射線画像読取装置の前記光電変換手段により輝尽光を読み取る際の信号の増幅に用いられることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路。
【請求項１２】
受光した光電変換手段が受光量に応じて発生させた電荷を蓄積するチャージ用コンデンサと、電荷リセット信号印加手段から印加される電荷リセット信号に応じて前記チャージ用コンデンサから蓄積した電荷を放電させる電荷リセット用スイッチと、増幅回路とを備えるチャージアンプ回路におけるチャージアンプ補正方法において、
前記電荷リセット用スイッチの前記光電変換手段側の端子に一方の電極が接続された補正用コンデンサに対して、前記補正用コンデンサの他方の電極に接続された補正信号印加手段から前記電荷リセット信号と正負が逆の電圧を生じさせるために補正信号を印加することを特徴とするチャージアンプ補正方法。
【請求項１３】
前記補正用コンデンサの静電容量と、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧との積の絶対値が、前記電荷リセット用スイッチの寄生容量と前記電荷リセット信号として印加される電圧との積の絶対値と等しくなるように設定されることを特徴とする請求項１２に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１４】
前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を一定の電圧とし、前記補正用コンデンサの静電容量を調整することを特徴とする請求項１３に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１５】
前記補正用コンデンサの静電容量が固定され、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を調整することを特徴とする請求項１３に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１６】
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加された後に前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を開始することを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１７】
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加されると同時に前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を指示する信号が出力され、遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達し、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の開始が遅延されることを特徴とする請求項１６に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１８】
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止された後に前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を停止することを特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項１９】
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止されると同時に前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止を指示する信号が出力され、遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達し、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止が遅延されることを特徴とする請求項１８に記載のチャージアンプ補正方法。
【請求項２０】
前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加が停止された後、前記増幅回路から出力された増幅信号から相関二重サンプリングにより誤差を除去して適正値を出力することを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のチャージアンプ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージアンプ回路およびチャージアンプ補正方法に係り、特に、微弱な信号を増幅するためのチャージアンプ回路およびチャージアンプ補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光装置から照射されたり試料から発光されるなどした光を受光し、電荷に変換して出力するセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）、光電子増倍管、フォトダイオード等の光電変換手段においては、それらに増幅回路を接続して出力された電荷の増幅が行われることが多い。その際、図１１に示すようなチャージアンプ回路（積分回路）が用いられることがある（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
チャージアンプ回路１００は、基本的に、オペアンプとも呼ばれる増幅回路１０１と、増幅回路１０１に並列に接続され、光電変換手段１０３が受光量に応じて発生させた電荷を蓄積するチャージ用コンデンサ１０２とからなり、チャージ用コンデンサ１０２には、電源を備える電荷リセット信号印加手段１０５が出力する電荷リセット信号に応じてチャージ用コンデンサ１０２への電荷の蓄積およびチャージ用コンデンサ１０２からの蓄積した電荷の放電を行う電荷リセット用スイッチ１０４が並列に接続されている。
【０００４】
チャージアンプ回路１００では、図１２のグラフに示すように、電荷リセット信号印加手段１０５から電荷リセット用スイッチ１０４に電荷リセット信号Ｓｒとして一定の電圧が印加された時点ｔａで、チャージ用コンデンサ１０２に蓄積された電荷Ｑが放電される。続いて、時刻ｔｂで電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止されて電荷リセット用スイッチ１０４がオフ状態とされた後、例えば時刻ｔｃ〜ｔｄの光量検出期間中に光電変換手段１０３が受光を感知すると、その間光電変換手段１０３が受光した光に応じて発生させた電荷Ｑがチャージ用コンデンサ１０２に蓄積されていき、それに応じて増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａも増加する。
【０００５】
そして、時刻ｔｅで再び電荷リセット信号Ｓｒが印加されて電荷リセット用スイッチ１０４がオン状態とされると、チャージ用コンデンサ１０２に蓄積された電荷Ｑが放電され、増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａも０となる。
【０００６】
しかし、実際には、電荷リセット用スイッチ１０４に印加される電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止されてスイッチがオフ状態とされる際、電荷リセット用スイッチ１０４の寄生容量に蓄積されていた電荷が解放されてチャージ用コンデンサ１０２に注入されて蓄積されてしまうチャージインジェクション（charge injection：電荷注入）という現象が僅かながら生じる。
【０００７】
具体的には、電荷リセット用スイッチ１０４は種々の形態に形成され得るが、電荷リセット用スイッチ１０４を介して電荷リセット信号印加手段１０５から電荷リセット信号Ｓｒが回路に流入しないように、図１１に示す電荷リセット用スイッチ１０４の両端子ａ、ｂと電荷リセット信号印加手段１０５から電荷リセット用スイッチ１０４に延びる配線Ａとは絶縁されている。そのため、配線Ａと端子ａとの間および配線Ａと端子ｂとの間にそれぞれ寄生容量が生じる。また、電荷リセット用スイッチ１０４がオフの状態では、スイッチの両端子ａ、ｂ間も絶縁されており寄生容量が発生する。
【０００８】
この状態で、電荷リセット信号印加手段１０５から電荷リセット用スイッチ１０４に電荷リセット信号Ｓｒが印加されスイッチがオン状態とされると、図１３に模式的に示すように電荷リセット用スイッチ１０４の両端子ａ、ｂ間は短絡して同電位になり、電荷リセット信号の電圧と、配線Ａと端子ａとの間および配線Ａと端子ｂとの間の各寄生容量とに従って、配線Ａ側には正の電荷が、電荷リセット用スイッチ１０４の端子ａ、ｂ部分には負の電荷がそれぞれ蓄積される。なお、図１３および下記の図１４では、電荷リセット信号として正の電圧が印加される場合が示されており、図１３では配線Ａと端子ａとの間および配線Ａと端子ｂとの間の各寄生容量がそれぞれコンデンサとして示されている。
【０００９】
そして、この状態で、電荷リセット信号印加手段１０５から電荷リセット用スイッチ１０４に電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止されスイッチがオフ状態とされる場合、電荷リセット信号印加手段１０５からの電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止されてから実際に電荷リセット用スイッチ４がオフ状態となるまでには非常に短時間ではあるが、ある程度時間がかかる。
【００１０】
この間に生じる現象を時間を追って説明すると、電荷リセット信号印加手段１０５からの電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止されると、配線Ａと端子ａとの間および配線Ａと端子ｂとの間の各寄生容量がそれぞれ残存した状態で、両端子ａ、ｂ間の短絡が解けて両端子ａ、ｂ間に等価抵抗値が発生し、それが時間経過に従って徐々に大きくなっていく。そして、端子ａ、ｂ部分に蓄積されていた負の電荷が、配線Ａ−端子ａ間および配線Ａ−端子ｂ間の各寄生容量と両端子ａ、ｂ間の等価抵抗値に応じて端子ａ側と端子ｂ側にそれぞれ移動する。
【００１１】
そして、電荷リセット用スイッチ１０４がオフ状態となると、配線Ａ側に蓄積されていた正の電荷は電荷リセット信号印加手段１０５に放出され、電荷リセット用スイッチ１０４の端子ｂ側に移動した負の電荷は増幅回路１０１に吸収されるが、端子ａ側に移動した負の電荷は孤立して行き場を失い、図１４に模式的に示すように、チャージ用コンデンサ１０２に移動する。そして、それに伴ってチャージ用コンデンサ１０２の反対側の電極には同量の正の電荷が蓄積される。
【００１２】
このようにして、チャージインジェクション現象が発生すると、図１５に示すように、時刻ｔｂに電荷リセット信号Ｓｒの印加が停止され電荷リセット用スイッチ１０４がオフ状態とされた瞬間に、チャージ用コンデンサ１０２に僅かに電荷Ｑｉが蓄積して、それに応じて増幅回路１０１から増幅信号Ｓａｉが出力される。以下、このチャージインジェクション現象由来の増幅信号Ｓａｉをオフセット信号Ｓａｉという。
【００１３】
このチャージインジェクション現象による電荷の蓄積Ｑｉは微量であり、特許文献１に記載されている液晶パネルのバックライトの発光強度をモニタする場合のように、光電変換手段１０３で発生しチャージ用コンデンサ１０２に流れ込む電荷Ｑが、チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ１０２に蓄積する電荷Ｑｉと比較して相対的に非常に大きい場合にはさほど問題にならないことが多い。
【００１４】
しかし、光電変換手段１０３が微弱な光を検出する場合、図１６に示すように、光電変換手段１０３からチャージ用コンデンサ１０２に流れ込む電荷と、チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ１０２に蓄積する電荷との相対的な大きさが同程度、あるいは後者の方が前者より大きくなる。そして、微弱な光を大きく増幅するために大きく設定される増幅率によりチャージインジェクション現象由来のオフセット信号Ｓａｉも大きく増幅される。
【００１５】
そのため、この大きく増幅されたオフセット信号Ｓａｉの分だけ光電変換手段１０３による光量検出のダイナミックレンジが狭められてしまう。また、上記の大きな光量を検出する場合と異なり、増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａに大きなオフセット信号Ｓａｉが含まれるため、増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａを、そのまま光電変換手段１０３が検出した光量に対応する信号として扱うことができないという問題が生じる。
【００１６】
そこで、特許文献２では、光電変換手段１０３に接続されている増幅回路１０１のピンとは反対側のピン側、すなわち図１１では光電変換手段１０３に接続されている増幅回路１０１のマイナスピンとは反対側のプラスピン側にもマイナスピン側と同様にチャージ用コンデンサと電荷リセット用スイッチとを設けて、正負が逆のオフセット信号を生じさせることで、チャージインジェクション現象由来のオフセット信号Ｓａｉを相殺し、あるいは低減させることが提案されている。
【特許文献１】特開２００７−８０５７２号公報
【特許文献２】特開２００２−５７８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献２に記載されたチャージアンプ回路によれば、確かに増幅回路１０１のプラスピンとマイナスピンから入力されるオフセット信号同士が打ち消しあい、増幅回路１０１から出力されるオフセット信号Ｓａｉが低減される効果はある。
【００１８】
しかしながら、チャージ用コンデンサの静電容量や電荷リセット用スイッチの寄生容量等に製品ばらつきがあり誤差要因が多いため、正負の各オフセット信号が必ずしも十分に相殺し切らずに、増幅回路１０１から一定量のオフセット信号Ｓａｉが出力されてしまう場合がある。
【００１９】
このような場合、やはり増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａにある程度のオフセット信号Ｓａｉが含まれるため、増幅回路１０１から出力される増幅信号Ｓａをそのまま光電変換手段１０３が検出した光量に対応する信号として扱うことができないという問題が残る。
【００２０】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサに電荷が蓄積することを確実に抑制し、増幅回路から適正な増幅信号を出力させることが可能なチャージアンプ回路およびチャージアンプ補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
受光した光電変換手段が受光量に応じて発生させた電荷を蓄積するチャージ用コンデンサと、電荷リセット信号印加手段から印加される電荷リセット信号に応じて前記チャージ用コンデンサから蓄積した電荷を放電させる電荷リセット用スイッチと、増幅回路とを備えるチャージアンプ回路において、
前記電荷リセット用スイッチの前記光電変換手段側の端子に一方の電極が接続された補正用コンデンサと、前記補正用コンデンサの他方の電極に前記電荷リセット信号と正負が逆の電圧を生じさせるために補正信号を印加する補正信号印加手段とを有するチャージインジェクション補正回路を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチャージアンプ回路において、前記補正用コンデンサの静電容量と、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる前記電圧とは、それらの積の絶対値が、前記電荷リセット用スイッチの寄生容量と前記電荷リセット信号として印加される電圧との積の絶対値と等しくなるように設定されることを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のチャージアンプ回路において、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を一定の電圧とし、前記補正用コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のチャージアンプ回路において、前記補正用コンデンサの静電容量が固定され、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧が調整されることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路において、前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加は、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加された後に開始されることを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のチャージアンプ回路において、
前記補正信号印加手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段と前記補正信号印加手段との間に遅延回路が設けられ、
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加されると同時に前記制御手段から前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を指示する信号が出力され、前記遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達することにより、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の開始が遅延されることを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路において、前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加は、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止された後に停止されることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のチャージアンプ回路において、
前記補正信号印加手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段と前記補正信号印加手段との間に遅延回路が設けられ、
前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止されると同時に前記制御手段から前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止を指示する信号が出力され、前記遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達することにより、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止が遅延されることを特徴とする。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載のチャージアンプ回路において、
前記増幅回路から出力された増幅信号から相関二重サンプリングにより誤差を除去して適正値を出力するサンプリング手段を備え、
前記サンプリング手段は、前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加が停止された後、前記相関二重サンプリングによる前記増幅信号の適正化を行うことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路において、前記光電変換手段は、フォトダイオードであることを特徴とする。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のチャージアンプ回路において、放射線画像読取装置の前記光電変換手段により輝尽光を読み取る際の信号の増幅に用いられることを特徴とする。
【００３２】
請求項１２に記載の発明は、
受光した光電変換手段が受光量に応じて発生させた電荷を蓄積するチャージ用コンデンサと、電荷リセット信号印加手段から印加される電荷リセット信号に応じて前記チャージ用コンデンサから蓄積した電荷を放電させる電荷リセット用スイッチと、増幅回路とを備えるチャージアンプ回路におけるチャージアンプ補正方法において、
前記電荷リセット用スイッチの前記光電変換手段側の端子に一方の電極が接続された補正用コンデンサに対して、前記補正用コンデンサの他方の電極に接続された補正信号印加手段から前記電荷リセット信号と正負が逆の電圧を生じさせるために補正信号を印加することを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のチャージアンプ補正方法において、前記補正用コンデンサの静電容量と、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧との積の絶対値が、前記電荷リセット用スイッチの寄生容量と前記電荷リセット信号として印加される電圧との積の絶対値と等しくなるように設定されることを特徴とする。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のチャージアンプ補正方法において、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を一定の電圧とし、前記補正用コンデンサの静電容量を調整することを特徴とする。
【００３５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載のチャージアンプ補正方法において、前記補正用コンデンサの静電容量が固定され、前記補正信号の印加により前記補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を調整することを特徴とする。
【００３６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載のチャージアンプ補正方法において、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加された後に前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を開始することを特徴とする。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載のチャージアンプ補正方法において、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチに前記電荷リセット信号が印加されると同時に前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を指示する信号が出力され、遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達し、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の開始が遅延されることを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載のチャージアンプ補正方法において、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止された後に前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加を停止することを特徴とする。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載のチャージアンプ補正方法において、前記電荷リセット信号印加手段から前記電荷リセット用スイッチへの前記電荷リセット信号の印加が停止されると同時に前記補正信号印加手段に対して前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止を指示する信号が出力され、遅延回路により前記信号が遅延されて前記補正信号印加手段に到達し、前記補正信号印加手段から前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加の停止が遅延されることを特徴とする。
【００４０】
請求項２０に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のチャージアンプ補正方法において、前記補正用コンデンサへの前記補正信号の印加が停止された後、前記増幅回路から出力された増幅信号から相関二重サンプリングにより誤差を除去して適正値を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４１】
請求項１または請求項１２に記載の発明によれば、チャージインジェクション補正回路の補正信号印加手段から補正用コンデンサに印加する補正信号により補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧を、電荷リセット用スイッチをオン／オフさせるために電荷リセット用スイッチに印加される電荷リセット信号と正負が逆の電圧としたことで、電荷リセット用スイッチの寄生容量に由来して電荷リセット用スイッチ部分の光電変換手段側の端子部分に蓄積され、電荷リセット用スイッチがオフ状態とされることで生じるチャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサに流れ込む電荷に対して、チャージインジェクション補正回路の補正用コンデンサから正負が逆の電荷を放出させて相殺させることが可能となる。そのため、チャージインジェクション現象によるチャージ用コンデンサへの電荷の蓄積を確実に抑制することが可能となる。
【００４２】
また、補正用コンデンサから放出させる電荷量を適切に調整することで、チャージ用コンデンサへの電荷の蓄積をほぼ０とすることができるため、電荷の蓄積によって生じるオフセット信号を有効に抑制してほぼ０とすることができる。
【００４３】
そのため、増幅回路から適正な増幅信号を出力させることが可能となるとともに、従来のチャージアンプ回路について図１６に示したように、大きく増幅されたオフセット信号Ｓａｉにより光電変換手段による光量検出のダイナミックレンジが狭められてしまうような事態が生じることを有効に防止して、大きなダイナミックレンジの下で増幅信号を適正に取得することが可能となる。
【００４４】
請求項２または請求項１３に記載の発明によれば、補正用コンデンサの静電容量と補正信号の印加により補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧との積、すなわち補正用コンデンサに蓄積される電荷の絶対値が、電荷リセット用スイッチの寄生容量と電荷リセット信号として印加される電圧との積、すなわち電荷リセット用スイッチ部分に生じる電荷の絶対値と等しくなるように設定することで、電荷リセット用スイッチ部分に生じる電荷を補正用コンデンサに蓄積される電荷で的確に相殺することが可能となり、前記請求項１または請求項１２に記載の発明の効果を非常に効果的に発揮させることが可能となる。
【００４５】
請求項３、請求項４、請求項１４または請求項１５に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の発明の効果に加え、補正信号の印加により補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧と補正用コンデンサの静電容量の一方を固定し他方を調整することで、電荷リセット用スイッチ部分に生じる電荷と補正用コンデンサに蓄積される電荷とが正負が逆でそれらの絶対値が等しくなるように容易に調整することが可能となる。
【００４６】
請求項５または請求項１６に記載の発明によれば、電荷リセット用スイッチがオフ状態であると、電荷リセット用スイッチのチャージインジェクション補正回路側が孤立系となっているため、その状態で補正用コンデンサへの補正信号の印加を開始して補正用コンデンサに電荷を蓄積させると、チャージ用コンデンサに蓄積される電荷量が影響を受け、増幅回路から出力される増幅信号に悪影響が及ぶ。
【００４７】
そこで、請求項５または請求項１６に記載の発明のように、電荷リセット信号印加手段から電荷リセット用スイッチに電荷リセット信号が印加されて電荷リセット用スイッチがオン状態とされ、チャージ用コンデンサに蓄積された電荷が放電された後に、補正用コンデンサへの補正信号の印加を開始することで、増幅回路から出力される増幅信号に影響を与えることなく補正用コンデンサに電荷が蓄積されるため、前記各請求項に記載の発明の効果を的確に発揮させることが可能となるとともに、増幅回路から出力される増幅信号の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４８】
請求項６または請求項１７に記載の発明によれば、補正信号印加手段の動作を制御する制御手段と補正信号印加手段との間に遅延回路を設けて、電荷リセット信号印加手段から電荷リセット用スイッチに電荷リセット信号が印加されると同時に出力された補正用コンデンサへの補正信号の印加を指示する信号を、遅延回路で遅延させて補正信号印加手段に到達させることによって、前記請求項５または請求項１６に記載の発明を的確に実現させることが可能となり、それらの発明と同様の効果を奏することが可能となる。
【００４９】
請求項７または請求項１８に記載の発明によれば、電荷リセット信号の印加の停止から実際に電荷リセット用スイッチ４がオフされるまでにある程度時間がかかるため、例えば電荷リセット用スイッチへの電荷リセット信号の印加の停止と補正用コンデンサへの補正信号の印加の停止とを同時に行うと、電荷リセット用スイッチ部分に生じた電荷がそこに留まったまま、補正用コンデンサから放出された電荷の一部が完全にオフ状態になっていない電荷リセット用スイッチを通って下流に流れ出てしまうため、電荷リセット用スイッチ部分に生じた電荷が十分に相殺されず、相殺されなかった電荷がチャージ用コンデンサに流れ込んでしまう。
【００５０】
そこで、請求項７または請求項１８に記載の発明のように、電荷リセット用スイッチへの電荷リセット信号の印加を停止した後に補正用コンデンサへの補正信号の印加を停止することで、電荷リセット用スイッチがオフ状態となり、電荷リセット用スイッチ部分からチャージ用コンデンサに流れ込む電荷と、補正用コンデンサから放出された電荷とが的確に相殺されるようになるため、前記各発明の効果をより的確に発揮させることが可能となる。
【００５１】
請求項８または請求項１９に記載の発明によれば、請求項６または請求項１７に記載の発明と同様に、制御手段と補正信号印加手段との間に遅延回路を設けて、電荷リセット信号印加手段から電荷リセット用スイッチへの電荷リセット信号の印加が停止されると同時に出力された補正用コンデンサへの補正信号の印加の停止を指示する信号を補正信号印加手段に遅延させて到達させることによって、前記請求項７または請求項１８に記載の発明を的確に実現させることが可能となり、それらの発明と同様の効果を奏することが可能となる。
【００５２】
請求項９または請求項２０に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、電荷リセット用スイッチがオフ状態とされた場合に発生するｋＴＣノイズ等の影響による誤差を除去する適正化が行われた状態で増幅信号の適正値を出力することが可能となり、適正値として出力される増幅信号の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【００５３】
請求項１０に記載の発明によれば、光電変換手段としてフォトダイオードを用いることで、前記各発明の効果に加え、安価にチャージアンプ回路やそれを用いた装置を構成することが可能となる。
【００５４】
請求項１１に記載の発明によれば、チャージインジェクション現象由来のオフセット信号による影響は、光電変換手段が微弱な光を検出する場合に特に大きく現れるが、前記各発明の構成を採用することにより、チャージインジェクション現象由来のオフセット信号をほぼ０とすることが可能となり、光電変換手段が微弱な光を検出する場合には、前述した大きなダイナミックレンジの下で増幅信号を適正に取得できる等の非常に有利な効果を発揮できる。
【００５５】
そのため、例えば放射線画像読取装置に設けられた光電変換手段により放射線画像変換プレートの輝尽性蛍光体層から微弱な蛍光として放射される輝尽光を読み取る際の信号の増幅に用いられる場合には、前記各発明の効果が特に有効に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明に係るチャージアンプ回路およびチャージアンプ補正方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００５７】
まず、チャージアンプ回路について説明する。本実施形態に係るチャージアンプ回路１は、図１に示すように、増幅回路２と、チャージ用コンデンサ３と、電荷リセット用スイッチ４と、電荷リセット信号印加手段５と、補正用コンデンサ７および補正信号印加手段８を備えるチャージインジェクション補正回路６と、電荷リセット信号印加手段５および補正信号印加手段８の動作を制御する制御手段９と、サンプリング手段１０とを備えている。
【００５８】
増幅回路２は、公知のオペアンプ等の増幅回路を用いることができる。図１では、通常のプラスピン（非反転入力）とマイナスピン（反転入力）と出力ピンとを備えた増幅回路が示されているが、同様の機能を奏するものであれば、他の形態の増幅用の回路を用いることも可能である。
【００５９】
増幅回路２には、チャージ用コンデンサ３が並列に接続されており、増幅回路２とチャージ用コンデンサ３とで積分回路が形成されている。チャージ用コンデンサ３には、フォトダイオード等からなる光電変換手段１１が受光量に応じて発生させた電荷が蓄積されるようになっている。
【００６０】
チャージ用コンデンサ３には、ＦＥＴ（field effect transistor）等で構成される電荷リセット用スイッチ４が並列に接続されており、電荷リセット用スイッチ４には、それに電荷リセット信号Ｓｒを印加する電荷リセット信号印加手段５が接続されている。
【００６１】
電荷リセット信号印加手段５は図示しない電源を備え、後述する制御手段９の制御に従って、電荷リセット用スイッチ４に電荷リセット信号Ｓｒを印加して電荷リセット用スイッチ４をオン状態としてチャージ用コンデンサ３に蓄積した電荷を放電させ、また、電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止して電荷リセット用スイッチ４をオフ状態としてチャージ用コンデンサ３に電荷を蓄積させるようになっている。
【００６２】
電荷リセット用スイッチ４の光電変換手段１１側の端子ａには、補正用コンデンサ７と補正信号印加手段８とを備えるインジェクション補正回路６が接続されている。具体的には、インジェクション補正回路６の補正用コンデンサ７の一方の電極が電荷リセット用スイッチ４の光電変換手段１１側の端子ａに接続されており、他方の電極が補正信号印加手段８に接続されている。
【００６３】
補正信号印加手段８は図示しない電源を備え、前述した電荷リセット信号印加手段５が電荷リセット用スイッチ４に印加する電荷リセット信号Ｓｒと正負が逆の電圧である補正信号Ｓｃを、後述する制御手段９の制御に従って補正用コンデンサ７に印加するようになっている。例えば、電荷リセット信号印加手段５から出力される電荷リセット信号Ｓｒが正の電圧を有するならば、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７には負の電圧の補正信号Ｓｃが印加される。
【００６４】
また、本実施形態では、補正信号印加手段８からの補正信号Ｓｃの印加により補正用コンデンサ７に蓄積される電荷が、電荷リセット用スイッチ４の寄生容量により電荷リセット信号Ｓｒの印加により電荷リセット用スイッチ４に生じ、前述したチャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ３に流れ込む電荷と、正負が逆でそれらの絶対値が等しくなるように、補正用コンデンサ７の静電容量と、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７に印加される補正信号Ｓｃの印加により補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧とが設定されるようになっている。
【００６５】
具体的には、静電容量Ｃのコンデンサに電圧Ｖを印加した場合に蓄積される電荷Ｑは、Ｑ＝Ｃ・Ｖで算出されるから、図２に示すように電荷リセット用スイッチ４の端子ａと電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への配線Ａとの間に生じる寄生容量をコンデンサとして表すと、端子ａと配線Ａとの間の寄生容量をＣａ、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４に印加される電荷リセット信号Ｓｒの電圧をＶｓｒとした場合、電荷リセット用スイッチ４の端子ａと配線Ａとの間には、
Ｑａ＝Ｃａ・Ｖｓｒ    …（１）
で表される電荷Ｑａが生じる。
【００６６】
なお、図２に示すように、電荷リセット用スイッチ４の端子ｂと配線Ａとの間の寄生容量をＣｂとした場合に端子ｂと配線Ａとの間にはＱｂ＝Ｃｂ・Ｖｓｒで表される電荷Ｑｂが生じるが、前述したようにこの電荷Ｑｂは電荷リセット用スイッチ４のオフにより増幅回路２に吸収されるため、チャージインジェクション現象の発生には関係しない。
【００６７】
一方、インジェクション補正回路６の補正用コンデンサ７の静電容量をＣｃ、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加により補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧をＶｓｃとすると、補正用コンデンサ７には、
Ｑｃ＝Ｃｃ・Ｖｓｃ    …（２）
で表される電荷Ｑｃが蓄積される。
【００６８】
そして、本実施形態では、この電荷Ｑａと電荷Ｑｃとが正負が逆でそれらの絶対値が等しくなるようにするため、補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃと補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃとの積の絶対値が、電荷リセット用スイッチ４の端子ａと配線Ａとの間の寄生容量Ｃａと電荷リセット信号Ｓｒとして印加される電圧Ｖｓｒとの積の絶対値と等しくなるように、補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃと補正信号Ｓｃの電圧Ｖｓｃとが設定されるようになっている。
【００６９】
なお、ここで、補正信号Ｓｃの印加により補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃは、増幅回路２のマイナスピンの電圧が０Ｖである場合には補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７に印加される補正信号Ｓｃの電圧に等しくなる。しかし、増幅回路２自体の特性によりマイナスピンの電圧が完全に０Ｖにはならないような場合や、増幅回路２のプラスピン側にオフセット電圧が印加されているなどしてマイナスピン側に一定の電圧が負荷されているような場合には、増幅回路２のマイナスピンの電圧と補正信号Ｓｃの電圧との和が補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃとなる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、補正用コンデンサ７として静電容量Ｃｃが固定されたものを用い、増幅回路２のマイナスピンの電圧を考慮しつつ補正信号Ｓｃの電圧の値を調整してその和である補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃを適切に調整して、電荷Ｑａと電荷Ｑｃが絶対値が等しくなるように制御されるようになっている。
【００７１】
なお、補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃを一定の電圧に固定して、補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃを変化させて調整するように構成することも可能であり、また、補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃと補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃとをともに変化させて調整するように構成することも可能である。
【００７２】
また、電荷リセット用スイッチ４の端子ａと電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への配線Ａとの間に生じる寄生容量Ｃａの値を、所定の電圧Ｖｓｒの電荷リセット信号Ｓｒを印加した場合に蓄積される電荷Ｑａを測定することにより予め求めておくことも可能である。さらに、後述するように電荷リセット用スイッチ４がオフ状態とされた瞬間に増幅回路２から出力されるチャージインジェクション現象による増幅信号Ｓａｉが０になるように補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃや補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃ或いはその両方を可変させて調整するようにしてもよい。
【００７３】
ここで、図２および以下の説明において、電荷の記載として「＋Ｑａ」や「−Ｑａ」、「＋Ｑｃ」、「−Ｑｃ」なる表現が用いられるが、これらの表現は正の電荷と負の電荷のイメージを表現したものである。つまり、例えばＱｃ自体が負の値であれば数学的には−Ｑｃは正の電荷を表すことになるが、本明細書および図面においては、「＋」を付して表現された電荷は正の電荷、「−」を付して表現された電荷は負の電荷を表すと理解されたい。
【００７４】
制御手段９は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等がバスに接続されたコンピュータより構成されている。
【００７５】
以下、制御手段９によるチャージインジェクション抑制制御の構成を示すとともに、本実施形態に係るチャージアンプ回路の作用およびチャージアンプ補正方法について説明する。また、サンプリング手段１０についてはこの中で説明する。
【００７６】
本実施形態に係るチャージアンプ回路１およびチャージアンプ補正方法では、チャージインジェクション現象により電荷リセット用スイッチ４からチャージ用コンデンサ３に流れ込む電荷に対して、補正用コンデンサ７に蓄積された電荷を放出して相殺することでチャージインジェクション現象によるチャージ用コンデンサ３への電荷の蓄積を抑制するものである。
【００７７】
具体的には、制御手段９は、電荷リセット信号印加手段５および補正信号印加手段８に接続されており、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を制御して電荷リセット用スイッチ４のオン／オフを制御するとともに、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を制御して補正用コンデンサ７への電荷Ｑｃの蓄積および補正用コンデンサ７からの電荷Ｑｃの放出を制御するようになっている。
【００７８】
制御手段９は、まず、通常の光量検出動作においては、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止させて電荷リセット用スイッチ４をオフ状態とするようになっている。この場合、また、制御手段９は、この間、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止させる。つまり、補正用コンデンサ７への電荷の蓄積は行わない。
【００７９】
この状態で光電変換手段１１が光を受けると、受光量に応じて電荷が発生され、その電荷がチャージ用コンデンサ３に蓄積される。このようにして、図３に示すように、光電変換手段１１が光を受ける分だけチャージ用コンデンサ３の電荷の蓄積量が増加していく。そして、それに応じて増幅回路２から出力される増幅信号Ｓａが増加していき、光電変換手段１１が受光した光量が検出される。
【００８０】
なお、制御手段９が光量検出期間中、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止させる理由は、光量検出期間中には電荷リセット用スイッチ４がオフ状態とされて電荷リセット用スイッチ４の光電変換手段１１側が孤立しているため、補正用コンデンサ７に電荷を蓄積させるとそれによりチャージ用コンデンサ３に蓄積される電荷量Ｑが影響を受けてしまい、増幅回路２から出力される増幅信号Ｓａにも悪影響が及ぶためである。
【００８１】
次に、制御手段９は、光電変換手段１１による光量検出期間が終了すると、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４に電荷リセット信号Ｓｒを印加させてスイッチをオン状態とするようになっている。これにより、チャージ用コンデンサ３に蓄積された電荷Ｑが放電される。そのため、図４に示すように例えば時刻ｔＡにスイッチがオン状態となったとすると、その瞬間に増幅回路２から出力される増幅信号Ｓａが０になる。
【００８２】
そして、図５に示すように、制御手段９は、時刻ｔＡで電荷リセット用スイッチ４をオン状態とした後、時刻ｔＡより後の時刻ｔＢで補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７に補正信号Ｓｃを印加させて補正用コンデンサ７への電荷Ｑｃの蓄積を開始するようになっている。本実施形態においてこのように制御する理由は、上記と同様の理由である。
【００８３】
その際、図２に示したように、補正用コンデンサ７の静電容量Ｃｃや補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７に印加される補正信号Ｓｃにより補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧Ｖｓｃが調整されて、図２に示したように、電荷リセット用スイッチ４に電荷リセット信号Ｓｒが印加されてオン状態とされた際に電荷リセット用スイッチ４の端子ａと配線Ａとの間に生じる寄生容量Ｃａに由来して生じる電荷Ｑａと、絶対値が等しく正負が逆の電荷Ｑｃが補正用コンデンサ７に蓄積される。
【００８４】
この状態で、図６に示すように、時刻ｔＣに制御手段９が次の光量検出に向けて電荷リセット信号印加手段５を制御して電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止させてスイッチをオフ状態とすると、図７に示すように、その瞬間に電荷リセット用スイッチ４の端子ａ部分に蓄積されていた−Ｑａの電荷が放出されてチャージ用コンデンサ３の方向に移動するチャージインジェクション現象が発生する。
【００８５】
そこで、制御手段９は、電荷リセット用スイッチ４をオフ状態とした後に、補正信号印加手段８を制御して補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止するようになっている。補正信号Ｓｃの印加が停止されると、補正用コンデンサ７に蓄積されていた電荷のうち、補正用コンデンサ７の補正信号印加手段８側の電極に蓄積されていた−Ｑｃの電荷は補正信号印加手段８に放出され、補正用コンデンサ７の反対側の電極に蓄積されていた＋Ｑｃの電荷がチャージ用コンデンサ３や電荷リセット用スイッチ４側に放出される。
【００８６】
そして、前述したように、電荷リセット用スイッチ４側から移動してくる−Ｑａの電荷と、補正用コンデンサ７から放出される＋Ｑｃの電荷の絶対値は等しいから、−Ｑａの電荷と＋Ｑｃの電荷とが相殺される。そのため、チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ３に電荷が蓄積されることが抑制される。
【００８７】
このようにして、本実施形態に係るチャージアンプ回路１およびチャージアンプ補正方法では、チャージインジェクション補正回路６の補正用コンデンサ７から電荷Ｑｃを放出してチャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ３に流れ込む電荷Ｑａを相殺することで、チャージ用コンデンサ３への電荷の蓄積を抑制し、従来のチャージアンプ回路１００においてチャージインジェクション現象に伴って発生していたオフセット信号Ｓａｉ（図１６等参照）を抑制することが可能となる。
【００８８】
以上の現象を時系列的に示せば、図８に示すように、制御手段９が電荷リセット用スイッチ４をオフ状態とした後、時刻ｔＤに補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止させると、チャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ３にある程度蓄積された電荷Ｑがその瞬間に相殺されて０となり、チャージ用コンデンサ３に電荷Ｑがある程度蓄積されることに伴って増幅回路２から出力されていた増幅信号すなわちオフセット信号Ｓａｉも０になる。
【００８９】
ここで、本実施形態において、電荷リセット用スイッチ４をオフ状態とした後に補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止する理由は、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止させてから実際に電荷リセット用スイッチ４がオフされるまでにある程度時間がかかるためである。
【００９０】
すなわち、例えば電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加の停止と補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加の停止とを同時に行った場合、電荷リセット信号Ｓｒの印加の停止から実際に電荷リセット用スイッチ４がオフされるまでにある程度時間がかかる間に、端子ａ−配線Ａ間および端子ｂ−配線Ａ間の各寄生容量Ｃａ、Ｃｂと両端子ａ、ｂ間に生じる等価抵抗値に応じて端子ａ、ｂ側に生じていた電荷が端子ａ側と端子ｂ側にそれぞれ移動し、電荷リセット用スイッチ４の端子ａ部分に−Ｑａの電荷が留まる。
【００９１】
一方、電荷リセット信号Ｓｒの印加の停止から実際に電荷リセット用スイッチ４がオフされるまでにある程度時間がかかるため、補正用コンデンサ７から放出された＋Ｑｃの電荷の一部は、完全にオフ状態になっていない電荷リセット用スイッチ４を通って下流に流れ出てしまう。そのため、その後、電荷リセット用スイッチ４がオフ状態となり、チャージインジェクション現象により端子ａ部分から流れ込む−Ｑａの電荷を、補正用コンデンサ７から放出された＋Ｑｃの電荷のうち電荷リセット用スイッチ４から流れ出さずに残った電荷で相殺しても、その全てを相殺することができず、相殺されなかった−Ｑａの電荷の一部がチャージ用コンデンサ３に流れ込む状態となる。
【００９２】
電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止した後に補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止するのは、上記のような状態が生じることを防止し、電荷リセット用スイッチ４部分からチャージ用コンデンサ３に流れ込む−Ｑａの電荷と、補正用コンデンサ７から放出された＋Ｑｃの電荷とが的確に相殺されるようにするためである。
【００９３】
どのタイミングで補正用コンデンサ７から＋Ｑｃの電荷を放出させるか、すなわち図８で言えば、電荷リセット信号印加手段５から電荷リセット用スイッチ４への電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止する時刻ｔＣと、補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止する時刻ｔＤとの間隔をどのくらいのタイミングに設定するかは、電荷リセット信号Ｓｒの印加の停止から実際にオフ状態となるまでの時間等の電荷リセット用スイッチ４の特性に依存するため、光電変換手段１１による通常の光量検出に先立って予め調整される。
【００９４】
本実施形態では、上記のようにしてチャージインジェクション現象によるチャージ用コンデンサ３への電荷の流れ込みを抑制した後、図９に示すように、光電変換手段１１による通常の光量検出動作に移行し、上記のようにして電荷リセット用スイッチ４のオン／オフと補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加、停止が繰り返される。
【００９５】
なお、スイッチ操作が行われる際にスイッチのオフ動作の直後にスイッチの等価抵抗率に起因する熱雑音、すなわちいわゆるｋＴＣノイズが発生することはよく知られており、図示を省略するが、本実施形態においても電荷リセット用スイッチ４をオン状態からオフ状態にした際にノイズが発生する。
【００９６】
本実施形態では、図８や図９に示したように、電荷リセット用スイッチ４をオフ状態となった後、補正用コンデンサ７から＋Ｑｃの電荷が放出され、チャージインジェクション現象により生じた−Ｑａの電荷が相殺されるまでの間にチャージ用コンデンサ３にある程度電荷Ｑが蓄積し、それに伴ってある程度の強度のオフセット信号Ｓａｉが発生する。
【００９７】
そして、そのオフセット信号Ｓａｉに前記ｋＴＣノイズがのり、増幅回路２から出力される信号が比較的大きくなる。そのため、補正用コンデンサ７からの電荷の放出によりチャージインジェクション現象による電荷が有効に相殺されたとしても、その後の光電変換手段１１により取得される光量のデータに一定の値が上乗せされるなど、何らかの影響が残る可能性がある。
【００９８】
そこで、本実施形態では、増幅回路２の下流側にサンプリング手段１０を設け、サンプリング手段１０で、増幅回路２から出力された増幅信号Ｓａから相関二重サンプリングにより誤差を除去して適正値をさらに下流側に出力するようになっている。
【００９９】
具体的には、図１０に示すように、制御手段９により補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加が停止され、補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加が停止されて補正用コンデンサ７から＋Ｑｃの電荷が放出された後、光電変換手段１１による通常の光量検出が開始されると、サンプリング手段１０は、光量検出の開始から終了までの間に設定された前後２つのサンプリングタイミングＴ１、Ｔ２で増幅回路２から出力される増幅信号Ｓａの値を記録する。
【０１００】
そして、サンプリング手段１０は、サンプリングタイミングＴ２で記録した増幅信号Ｓａの値Ｓａ２からサンプリングタイミングＴ１で記録した増幅信号Ｓａの値Ｓａ１を減じた差分を算出する相関二重サンプリングを行い、相関二重サンプリングにより算出された差分をその光量検出期間に取得された増幅信号Ｓａの適正値として下流側に出力するようになっている。
【０１０１】
このように、サンプリング手段１０で相関二重サンプリングを行うことで、増幅信号Ｓａの２つの値Ｓａ１、Ｓａ２に含まれている可能性があるｋＴＣノイズ等の影響による誤差が除去された状態で増幅信号Ｓａの適正値を出力することが可能となり、適正値として出力される増幅信号Ｓａの信頼性がさらに向上する。
【０１０２】
以上のように、本実施形態に係るチャージアンプ回路１およびチャージアンプ補正方法によれば、チャージインジェクション補正回路６の補正信号印加手段８から補正用コンデンサ７に印加する補正信号Ｓｃの印加により補正用コンデンサ７の両電極間にかかる電圧を、電荷リセット用スイッチ４をオン／オフさせるために電荷リセット用スイッチ４に印加される電荷リセット信号Ｓｒとは正負が逆の電圧とした。
【０１０３】
このように構成することで、電荷リセット用スイッチ４の寄生容量に由来して電荷リセット用スイッチ４の端子ａ部分に蓄積され、電荷リセット用スイッチ４がオフ状態とされることで生じるチャージインジェクション現象によりチャージ用コンデンサ３に流れ込む電荷に対して、チャージインジェクション補正回路６の補正用コンデンサ７から正負が逆の電荷を放出させて相殺させることが可能となる。そのため、チャージインジェクション現象によるチャージ用コンデンサ３への電荷の蓄積を確実に抑制することが可能となる。
【０１０４】
また、補正用コンデンサ７から放出させる電荷量を適切に調整することにより、チャージ用コンデンサ３への電荷の蓄積をほぼ０とすることができるため、電荷の蓄積によって生じるオフセット信号Ｓａｉを有効に抑制してほぼ０とすることができる。
【０１０５】
そのため、増幅回路２から適正な増幅信号Ｓａを出力させることが可能となるとともに、従来のチャージアンプ回路１００について図１６に示したように、大きく増幅されたオフセット信号Ｓａｉにより光電変換手段による光量検出のダイナミックレンジが狭められてしまうような事態が生じることを有効に防止して、大きなダイナミックレンジの下で増幅信号Ｓａを適正に取得することが可能となる。
【０１０６】
さらに、前述したように、チャージインジェクション現象由来のオフセット信号Ｓａｉによる影響は、光電変換手段１１が微弱な光を検出する場合に特に大きく現れる。そのため、そのチャージインジェクション現象由来のオフセット信号Ｓａｉをほぼ０とすることが可能な本発明に係るチャージアンプ回路やチャージアンプ補正方法は、例えば放射線画像読取装置に設けられた光電変換手段により放射線画像変換プレートの輝尽性蛍光体層から蛍光として放射される輝尽光を読み取る際の信号の増幅に用いられる場合のように、微弱な光を検出する場合に特に有効にその効果が発揮される。
【０１０７】
なお、本実施形態では、制御手段９から電荷リセット信号印加手段５や補正信号印加手段８への制御のタイミングをずらすことで、電荷リセット用スイッチ４をオン状態とした後に補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を開始したり、電荷リセット用スイッチ４をオフ状態とした後に補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加を停止するように制御する場合について説明した。
【０１０８】
しかし、この他にも、例えば制御手段９と補正信号印加手段８との間にバッファやインバータ等を含む図示しない遅延回路を設けておき、制御手段９から電荷リセット信号印加手段５に対して電荷リセット用スイッチ４のオン／オフを指示する信号を出力すると同時に補正信号印加手段８に対して補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加やその停止を指示する信号を出力するように構成することも可能である。
【０１０９】
このように構成すれば、遅延回路で制御手段９から補正信号印加手段８に対して出力された信号が遅延されて到達し、電荷リセット用スイッチ４のオン／オフに遅延して補正用コンデンサ７への補正信号Ｓｃの印加が開始されまたは停止されるようになり、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
また、本実施形態では、電荷リセット信号印加手段５から正の電圧の電荷リセット信号Ｓｒを出力し、補正信号印加手段８から負の電圧の補正信号Ｓｃを出力する場合について述べたが、電荷リセット信号と補正信号Ｓｃの正負が逆であっても本実施形態と全く同様に説明できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本実施形態に係るチャージアンプ回路の構成を示す図である。
【図２】電荷リセット用スイッチの端子部分や補正用コンデンサに生じる電荷等を説明する図である。
【図３】増幅回路から出力される増幅信号が増加する状態を示すグラフである。
【図４】電荷リセット用スイッチがオン状態とされ増幅信号が０になる状態を示すグラフである。
【図５】電荷リセット用スイッチがオン状態とされた後、補正用コンデンサに補正信号が印加させる状態を示すグラフである。
【図６】電荷リセット用スイッチがオフ状態とされた状態を示すグラフである。
【図７】チャージインジェクション現象由来の−Ｑａの電荷に対して補正用コンデンサから＋Ｑｃの電荷が放出される状態を説明する図である。
【図８】補正用コンデンサからの電荷の放出によりチャージインジェクション現象由来の電荷が相殺されてオフセット信号が０になる状態を示すグラフである。
【図９】電荷リセット用スイッチのオン／オフ、補正用コンデンサへの補正信号の印加、停止および増幅信号の増減のサイクルを示すグラフである。
【図１０】サンプリング手段による相関二重サンプリングを説明するグラフである。
【図１１】従来のチャージアンプ回路の構成を示す図である。
【図１２】従来のチャージアンプ回路における光電変換手段による受光の感知、電荷リセット信号の印加、停止および増幅信号の増減のサイクルを示すグラフである。
【図１３】電荷リセット用スイッチが有する寄生容量により配線や端子部分に電荷が蓄積される状態を説明する図である。
【図１４】電荷リセット用スイッチの端子部分に蓄積されていた電荷がチャージ用コンデンサに移動するチャージインジェクション現象を説明する図である。
【図１５】チャージインジェクション現象により増幅回路からオフセット信号が出力される状態を示すグラフである。
【図１６】光電変換手段が微弱な光を検出する場合に大きく増幅されるオフセット信号を説明するグラフである。
【符号の説明】
【０１１２】
１    チャージアンプ回路
２    増幅回路
３    チャージ用コンデンサ
４    電荷リセット用スイッチ
５    電荷リセット信号印加手段
６    チャージインジェクション補正回路
７    補正用コンデンサ
８    補正信号印加手段
９    制御手段
１０  サンプリング手段
１１  光電変換手段
ａ    電荷リセット用スイッチの光電変換手段側の端子
Ｃａ  電荷リセット用スイッチの寄生容量
Ｃｃ  補正用コンデンサの静電容量
Ｑ    チャージ用コンデンサに蓄積された電荷
Ｖｓｃ  補正用コンデンサの両電極間にかかる電圧
Ｓｃ  補正信号
Ｓｒ  電荷リセット信号
【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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