放射線画像検出装置
【課題】ＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合でも、照射の開始を正確に検出する。
【解決手段】
検出用素子部４１は、第１検出用素子４４と第２検出用素子４６からなり、撮像領域に設けられている。第１検出用素子４４は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積し、第２検出用素子４６は、可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、フォトダイオード４８に対して、シンチレータによってＸ線から変換された可視光が入射しないようになっており、暗電荷のみを蓄積する。第１及び第２の各検出素子４４、４６の電圧Ｖｘ、Ｖｒはオペアンプ４３に入力される。オペアンプ４３は、電圧Ｖｘ、Ｖｒの差分を増幅して出力する。制御部は、オペアンプ４３からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射が開始されたことを検出する。
【解決手段】
検出用素子部４１は、第１検出用素子４４と第２検出用素子４６からなり、撮像領域に設けられている。第１検出用素子４４は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積し、第２検出用素子４６は、可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、フォトダイオード４８に対して、シンチレータによってＸ線から変換された可視光が入射しないようになっており、暗電荷のみを蓄積する。第１及び第２の各検出素子４４、４６の電圧Ｖｘ、Ｖｒはオペアンプ４３に入力される。オペアンプ４３は、電圧Ｖｘ、Ｖｒの差分を増幅して出力する。制御部は、オペアンプ４３からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射が開始されたことを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を透過した放射線の照射を受けて放射線画像を検出する放射線画像検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、画像診断を行うために、放射線、例えば、Ｘ線を利用したＸ線撮影システムが知られている。Ｘ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源が発生し被写体を透過したＸ線の照射を受けて、Ｘ線画像を検出するＸ線画像検出装置とからなる。Ｘ線画像検出装置としては、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素が配列されたＴＦＴ（Thin film transistor）アクティブマトリクス基板を用いて、信号電荷を画素毎に蓄積することで、被写体の画像情報を表すＸ線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力するＦＰＤ（flat panel detector）を利用したものが実用化されている。
【０００３】
Ｘ線画像検出装置には、立位姿勢の被検者（被写体）を撮影するための立位撮影台や臥位姿勢の被検者（被写体）を撮影するための臥位撮影台にＦＰＤが内蔵された据え置き型のものの他、持ち運びが可能なカセッテタイプの筐体にＦＰＤが内蔵された可搬型のＸ線画像検出装置（以下「電子カセッテ」ともいう）も開発されている。電子カセッテは、据え置き型では撮影しにくい部位の撮影に用いられる他、移動式のＸ線源と一緒に出先まで運び、撮影室までの移動が困難な被検者を、病室の寝台に寝かせた状態で撮影するために用いられる。また、電子カセッテの中には、フイルムカセッテやＩＰ（イメージングプレート）カセッテに用いられる撮影台に取り付けて使用可能なものも知られている。
【０００４】
こうしたＸ線画像検出装置は、Ｘ線源に接続された照射スイッチの押下によってＸ線源の照射が開始されるタイミングと同期して、信号電荷の蓄積動作を開始する同期制御が行われる。Ｘ線画像検出装置を制御するコンソールなどの制御装置は、Ｘ線源が照射を開始するタイミングとＸ線画像検出装置が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させるために、Ｘ線源の照射が開始されたときに、照射スイッチが発生する照射開始信号を受信し、これを同期信号としてＸ線画像検出装置に対して出力する。Ｘ線画像検出装置は、電荷の蓄積動作を開始する前に、照射の有無に関わらず画素に蓄積される暗電荷をリセットするリセット動作を周期的に行っており、同期信号を受信すると、リセット動作から信号電荷の蓄積動作へ移行して撮影を開始する。
【０００５】
しかし、メーカが異なるＸ線画像検出装置とＸ線源で撮影システムを構成する場合には、Ｘ線画像検出装置やその制御装置に標準で装備されている同期制御用のインタフェース（ケーブルやコネクタの規格、同期信号の形式など）が、Ｘ線源のインタフェースと適合しない場合もある。このため、同期信号を用いずにＸ線画像検出装置で照射の開始を検出してＸ線源との同期を取る技術が提案されている（特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１に記載のＸ線画像検出装置では、照射の開始を検出する前から、所定のフレームレートで画像の読み出し動作を周期的に行い、連続する２フレームの画像の画素値の差分を調べて、差分が閾値以上であるか否かを判定して、照射の開始を検出している。照射が開始されるとＸ線の入射により画素値が上昇するので、２フレーム間の画素値の差分に基づいて照射の開始を検出することができる。
【０００７】
特許文献２に記載のＸ線画像検出装置は、ＦＰＤ内において、Ｘ線源から照射されたＸ線が被写体を透過することなく入射する領域（いわゆる素抜け領域）に照射の開始を検出するための照射検出用素子を配置し、照射検出用素子の出力の立ち上がりを判定して、照射の開始を検出している。
【０００８】
特許文献３に記載のＸ線画像検出装置は、Ｘ線の照射が無い場合でもＦＰＤの画素から出力される暗電流を想定した閾値を予め設定し、画素から出力される信号電荷と閾値とを比較して、信号電荷が閾値を超えたか否かを判定することにより、照射の開始を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２６０７２号公報
【特許文献２】特表２００２−５４３６８４号公報
【特許文献３】特開２００８−５０７７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜３の検出方法では、ＦＰＤ内の画素や信号線などＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合には、誤検出のおそれがあり、照射の開始を正確に検出できないという問題があった。
【００１１】
特許文献１の照射検出方法は、取得タイミングに時間差がある２フレーム間の画素値の差分によって照射の開始を検出する方法であるため、例えば、１フレーム目にはシステムノイズが無く、２フレーム目にのみにシステムノイズが発生するという場合が起こり得る。このような場合には、システムノイズに起因して画素値が増加したときに、照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１２】
特許文献２の照射検出方法は、素抜け領域に配置された照射検出用素子の出力の立ち上がりを判定する方法であるため、システムノイズが生じると、その立ち上がりを照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１３】
特許文献３の照射検出方法は、暗電流を想定した閾値と画素が出力する信号電荷とを比較して照射の開始を検出するため、想定した閾値を超えるシステムノイズが生じたときに、照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、目的は、放射線源との同期信号によらずに照射の開始を検出する機能を備えた放射線画像検出装置において、ＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合でも、照射の開始を正確に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を撮像して、被写体の放射線画像を検出するための撮像手段であり、前記放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が二次元に配列された前記放射線の撮像領域を有する撮像手段と、前記画素を駆動する第1駆動手段であり、前記画素において前記放射線源の照射の有無に関わらず発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、前記画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と、前記画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせるための第1駆動手段と、前記放射線源による照射の開始を検出する照射検出手段であり、前記画素と同様に前記信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、前記第１検出用素子の近傍に配置され、前記暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部と、前記第１検出用素子と第２検出用素子を駆動して、それぞれの蓄積電荷を同時に読み出すための第２駆動手段とを有し、前記第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出手段と、前記照射検出手段によって前記照射の開始が検出されたときに、前記画素が前記リセット動作から前記蓄積動作へ移行するように前記第1駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
前記照射検出手段は、前記第１検出用素子と第２検出用素子のそれぞれが出力するアナログ信号の差を出力する差動増幅器を有し、差動増幅器が出力する前記アナログ信号の差に基づいて照射の開始を検出することが好ましい。
【００１７】
前記第1検出用素子及び第2検出用素子は、前記撮像領域内に配置されていることが好ましい。
【００１８】
前記第１検出用素子と前記画素は、構造が同一であり、前記第２検出用素子は、放射線又は可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、前記遮蔽部材を有する点を除いて前記第１検出用素子及び前記画素と構造が同一であることが好ましい。
【００１９】
前記撮像手段は、前記放射線を可視光に変換するシンチレータを有する間接変換型でもよい。この場合には、前記画素、前記第１及び第２の各検出用素子は、基板上に形成され可視光を電気信号に変換する光電変換素子で構成され、前記シンチレータは、前記光電変換素子の配列面の全面と対向するように配置される。
【００２０】
撮像手段が間接変換型の場合には、前記光電変換素子は、例えば、光電変換層である半導体層が、前記基板側に配置される下部電極と、前記シンチレータ側に配置される上部電極とによって挟まれる層構造で構成される。この場合、例えば、前記第１検出用素子と前記画素は、前記上部電極が透明な前記光電変換素子で構成され、前記第２検出用素子は、前記上部電極が不透明な前記光電変換素子で構成され、不透明な前記上部電極が、前記シンチレータから前記半導体層へ向かう可視光を遮蔽するための前記遮蔽部材として機能する。
【００２１】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内に複数個配置されていてもよい。その場合、各検出用素子部は、前記撮像領域内の異なる位置に分散して配置されていることが好ましい。前記検出用素子部は、前記第１検出用素子と第２検出用素子を複数組有していてもよい。１つの前記検出用素子部の大きさは、１つの前記画素の大きさとほぼ同じにしてもよい。前記検出用素子部は、前記放射線源から被写体に照射される照射量の測定に用いてもよい。
【００２２】
前記照射検出手段は、前記蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の停止を検出してもよい。この場合、前記制御手段は、停止が検出された場合には、蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。また、放射線画像検出装置は可搬型の電子カセッテでもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、画素と同様にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、第１検出用素子の近傍に配置され、暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部を用い、第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、照射の開始を検出するから、ＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合でも、照射の開始を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。
【図２】ＦＰＤの説明図である。
【図３】照射検出部の回路図である。
【図４】撮影時のＦＰＤの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】撮像パネルの画素部分の構成を示す断面図である。
【図６】撮像パネルの画素部分の構成を示す平面図である。
【図７】撮像パネルの第１素子部分の構成を示す断面図である。
【図８】撮像パネルの第２素子部分の構成を示す断面図である。
【図９】撮像パネルの第１素子部分の構成を示す平面図である。
【図１０】撮像パネルの第２素子部分の構成を示す平面図である。
【図１１】撮影時の動作を示すフローチャートである。
【図１２】比較例の照射検出部の回路図である。
【図１３】検出動作の詳細を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１３とは異なるケースのタイミングチャートである。
【図１５】図１４とは異なるケースのタイミングチャートである。
【図１６】検出用素子部が複数個あるＦＰＤの説明図である。
【図１７】検出用素子部が複数個ある場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１８】図１７とは別の例のタイミングチャートである。
【図１９】複数組の第１素子及び第２素子からなる検出用素子部の説明図である。
【図２０】１つの検出用素子部の大きさが１つの画素と同じＦＰＤの説明図である。
【図２１】照射量測定を行う場合の構成を示すブロック図である。
【図２２】線量管理を行う場合の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、被写体Ｈを載置する天板１１を有する撮影台と、被写体Ｈに向けてＸ線焦点１２ａからＸ線を照射するＸ線源１２と、被写体Ｈを透過したＸ線の照射を受けて、被写体ＨのＸ線画像を検出する電子カセッテ１３(放射線画像検出装置)とを備える。Ｘ線源１２は、Ｘ線を発生するＸ線管とＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）とからなる。
【００２６】
また、Ｘ線撮影システム１０は、高電圧発生部１４、Ｘ線源制御部１５、コンソール１６、モニタ１７を備えている。Ｘ線源制御部１５には、コンソール１６や図示しない操作パネルなどから、管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件が入力される。Ｘ線源制御部１５は、入力された撮影条件を高電圧発生部１４に送る。また、Ｘ線源制御部１５には、照射開始信号を入力する照射スイッチ１８が接続されており、Ｘ線源制御部１５は、照射スイッチ１８から入力された照射開始信号を、高電圧発生部１４を通じてＸ線管１２に与える。
【００２７】
高電圧発生部１４は、Ｘ線源制御部１５から入力された撮影条件に応じた管電圧や管電流を発生し、発生した管電圧や管電流をＸ線源１２に与える。Ｘ線源１２は、照射開始信号を受けると、与えられた管電圧や管電流に応じたＸ線の照射を開始し、照射時間が経過した時点で照射を停止する。
【００２８】
コンソール１６は、電子カセッテ１３を制御する制御装置である。コンソール１６に対しては、照射スイッチ１８からの照射開始信号は入力されない。コンソール１６は、通信部１９を介して電子カセッテ１３に対して制御信号を送信し、電子カセッテ１３が検出したＸ線画像のデータを受信する。モニタ１７は、コンソール１６が受信したＸ線画像を表示する他、コンソール１６を操作するための操作画面の表示を行う。
【００２９】
電子カセッテ１３は、偏平な略直方体形状の筐体内に、Ｘ線画像を検出するＦＰＤ２１と、ＦＰＤ２１が出力するＸ線画像のデータを一時的に記憶するメモリ２２と、コンソール１６との間でメモリ２２内のデータや制御信号の通信を行う通信部２３とが内蔵されている。通信部２３は、例えば、電波や赤外線などの光によって無線通信を行う無線通信部であり、電子カセッテ１３は、ＦＰＤ２１などの各部に給電を行うバッテリ（図示せず）を内蔵したワイヤレスタイプである。もちろん、通信部２３は、ケーブルを通じて通信を行う有線通信部であってもよいし、バッテリの代わりに商用電源から電源ケーブルを通じて給電を受けるものでもよい。
【００３０】
図２において、ＦＰＤ２１は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素２４が配列された撮像領域２６が撮像パネル（撮像手段）６１（図５参照）と、画素２４を駆動して信号電荷の読み出しを制御する第１ゲートドライバ２７と、画素２４から読み出された信号電荷をデジタルデータに変換して出力する信号処理回路２８と、ＦＰＤ２１の各部を制御する制御部２９を備えている。複数の画素２４は、画素ピッチｐで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクスに配列されている。１つの画素２４の大きさは、例えば、約１５０μｍである。
【００３１】
ＦＰＤ２１は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ８４（図５参照）を有し、シンチレータ８４によって変換された可視光を画素２４で光電変換する間接変換型である。シンチレータ８４は、画素２４が配列された配列面の全面と対向するように撮像領域２６の上方に配置されている。
【００３２】
画素２４は、可視光の入射によって電荷を発生する光電変換素子であるフォトダイオード３１と、フォトダイオード３１が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）と、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２とを備える。ＴＦＴ３２は、ゲート電極６３（図５参照）が走査線３３に接続され、ソース電極６６（図５参照）が信号線３４に接続され、ドレイン電極６９（図５参照）がフォトダイオード３１に接続される。走査線３３と信号線３４は格子状に配線されており、走査線３３は、撮像領域２６内の画素２４の行数分（ｎ行分）、信号線３４は画素２４の列数分（ｍ列分）それぞれ配線されている。走査線３３は第１ゲートドライバ２７に接続され、信号線３４は信号処理回路２８に接続される。
【００３３】
第１ゲートドライバ２７は、Ｘ線の入射の有無に関わらず画素２４に発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素２４に蓄積する蓄積動作と、画素２４から信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせる駆動手段である。
【００３４】
第１ゲートドライバ２７がＴＦＴ３２をオフ状態にしている間、ＦＰＤ２１は、画素２４に信号電荷を蓄積する蓄積動作を行う。読み出し動作では、第１ゲートドライバ２７が、ＴＦＴ３２を駆動する駆動用パルスであるゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、走査線３３を１行ずつ順に活性化し、１本の走査線３３に接続されたＴＦＴ３２を１行分ずつオン状態とする。画素２４のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ３２がオン状態になると信号線３４に読み出されて、信号処理回路２８に入力される。
【００３５】
信号処理回路２８は、積分アンプ３６、マルチプレクサ（ＭＵＸ）３７、及びＡ／Ｄ変換器３８を備える。積分アンプ３６は、各信号線３４に対して個別に接続される。積分アンプ３６は、オペアンプとオペアンプの入出力端子間に接続されたキャパシタとからなり、信号線３４はオペアンプの一方の入力端子に接続される。もう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ３６は、信号線３４から入力される電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。すべての積分アンプ３６の出力端子には、共通にＭＵＸ３７が接続される。ＭＵＸ３７の出力側には、Ａ／Ｄ変換器３８が接続される。
【００３６】
ＭＵＸ３７は、パラレルに接続される複数の積分アンプ３６から順に１つの積分アンプ３６を選択し、選択した積分アンプ３６から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器３８に入力する。Ａ／Ｄ変換器３８は、入力された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをデジタルデータに変換して、メモリ２２に出力する。こうして被写体ＨのＸ線画像を表す画像データが検出される。
【００３７】
また、積分アンプ３６には、積分した電荷をリセットするリセットスイッチ３６ａが設けられている。リセットスイッチ３６ａは、制御部２９から出力されるリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴ１によってオンする。画素２４に発生する暗電荷のリセット動作は、リセットスイッチ３６ａにより次のように行われる。第１ゲートドライバ２７は、走査線３３に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順に発生して画素２４のＴＦＴ３２を１行ずつオン状態にする。ＴＦＴ３２がオン状態になっている間、画素２４に蓄積された暗電荷が信号線３４を通じて積分アンプ３６に流れる。制御部２９は、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎと同期して、リセットパルスＲＳＴ１を出力し、積分アンプ３６とフォトダイオード３１をリセットする。こうしたリセット動作がＸ線の照射が開始されるまでの間、周期的に繰り返される。
【００３８】
また、ＦＰＤ２１には、Ｘ線源１２の照射状態、具体的には、Ｘ線源１２によるＸ線の照射が開始されたこと（照射開始）及び照射が停止されたこと（照射停止）を検出する照射検出部（照射検出手段）が設けられている。照射検出部は、撮像領域２６内に設けられた検出用素子部４１と、検出用素子部４１を駆動する第２ゲートドライバ４２と、検出用素子部４１からの信号が入力されるオペアンプ４３と、オペアンプ４３からの出力信号に基づいて、Ｘ線の照射開始及び照射停止を判定する制御部２９とからなる。
【００３９】
検出用素子部４１は、第１検出用素子（以下、第１素子と呼ぶ）４４と第２検出用素子（以下、第２素子と呼ぶ）４６の１組の検出用素子からなる。第１素子４４は、画素２４と同様にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する素子であり、第２素子４６は、Ｘ線の入射の有無に関わらず発生する暗電荷のみを蓄積する素子である。第１素子４４と第２素子４６は、隣接して配置されている。第１素子４４と第２素子４６のサイズ（撮像領域２６内において占有する面積）と配列ピッチｐは、画素２４と同じであり、第１素子４４と第２素子４６は、撮像領域２６内において、画素２４の一部を置換した形態で配置されている。
【００４０】
検出用素子部４１は、画素２４として機能しないので、メモリ２２に出力されるＸ線画像データにおいて、検出用素子部４１の位置に対応するデータは欠落する。データの欠落部分は、隣接画素の画素値に基づいて補間されるが、データの欠落部分は目立たない位置にあることが好ましい。検出用素子部４１は、被写体Ｈに向けて照射されたＸ線が入射する領域内にあればよいので、撮像領域２６の中心領域を避けて外周付近に配置される。
【００４１】
図３に示すように、第１素子４４と第２素子４６は、画素２４と同様に、それぞれフォトダイオード４７、４８と、キャパシタ５０と、ＴＦＴ４９とから構成されている。フォトダイオード４８は、シンチレータ８４が発生する可視光を遮蔽する遮蔽膜を有しており、第２素子４６は、遮蔽膜によって入射する可視光を遮蔽することによって暗電荷のみを蓄積する。
【００４２】
第２ゲートドライバ４２は、走査線５４によって、第１素子４４及び第２素子４６のそれぞれのＴＦＴ４９のゲート電極６３（図７、８参照）に接続されている。第２ゲートドライバ４２は、走査線５４を通じて第１素子４４及び第２素子４６に対して駆動用のゲートパルスＸＧを与えて、第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９を同時にオン状態にする。
【００４３】
第１素子４４及び第２素子４６の各ＴＦＴ４９のドレイン電極６９（図７、８参照）は、それぞれフォトダイオード４７、４８に接続されており、ソース電極６６（図７、８参照）は、それぞれ出力線５１、５２に接続されている。
【００４４】
第１素子４４と第２素子４６のキャパシタ５０には、フォトダイオード４７、４８が発生する電荷Ｃｘ、Ｃｒが蓄積される。ＴＦＴ４９がオン状態にされると、出力線５１、５２を通じて、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒに対応する電圧Ｖｘ、Ｖｒがオペアンプ４３の２つの入力端子に出力される。電圧Ｖｘは、第１素子４４の蓄積電荷Ｃｘに応じて発生する電圧信号であり、Ｘ線の入射量に応じた電圧値を示す。電圧Ｖｒは、第２素子４６の蓄積電荷Ｃｒに応じて発生する電圧信号であり、第２素子４６が蓄積する暗電荷に応じた電圧値を示す。暗電荷は、第１素子４４においても発生するので、電圧Ｖｘにも、暗電荷に応じた電圧値が含まれる。
【００４５】
オペアンプ４３は、入力された２つの電圧Ｖｘ、Ｖｒの差分を増幅して、増幅した差分値を、アナログ信号である出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子から出力する差動増幅器である。出力電圧Ｖｏｕｔは、第１素子４４と第２素子４６の蓄積電荷量の差を表す。
【００４６】
オペアンプ４３の出力端子は、制御部２９に接続されている。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射の開始及び停止を検出する。また、出力線５１、５２には、オペアンプ４３の入力端子の手前に、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷をリセットするリセットスイッチ５３が接続されている。制御部２９は、リセットスイッチ５３にリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴ２を入力してリセットスイッチ５３をオンする。リセットスイッチ５３がオンされると、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒがグランド（ＧＮＤ）に放出される。
【００４７】
図４のタイミングチャートに示すように、照射検出部によってＸ線の照射の開始が検出されるまでの間、第１ゲートドライバ２７は、リセット動作を行う。リセット動作の間、第１ゲートドライバ２７は、各走査線３３に順にゲートパルスＧ１〜Ｇｎを出力し、画素２４のＴＦＴ３２をオン状態にする。ＴＦＴ３２がオン状態にされると、積分アンプ３６は、画素２４から読み出された暗電荷を積分し、出力端子には、読み出した暗電荷に応じた電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが発生する。リセット動作の間は、ＭＵＸ３７は、積分アンプ３６を選択しないので、積分アンプ３６の出力端子に発生する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍは、ＭＵＸ３７から出力されない。
【００４８】
制御部２９は、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎのそれぞれの立ち下がりとリセットパルスＲＳＴ１の立ち下がりが一致するようにリセットパルスＲＳＴ１を発生し、画素２４のキャパシタと積分アンプ３６のキャパシタ３６ａの暗電荷をリセットする。画素２４の全ライン分の読み出し時間に相当する時間Ｔ１が経過すると、撮像領域２６内の全画素２４がリセットされる。こうしたリセット動作が周期的に繰り返される。
【００４９】
リセット動作が行われている間、照射検出部は、Ｘ線源１２によるＸ線の照射の開始を検出する検出動作を行う。照射開始の検出動作において、第２ゲートドライバ４２は、時間Ｔ２の間隔でゲートパルスＸＧを発生してＴＦＴ４９をオン状態にする。ＴＦＴ４９がオン状態にされると、蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒに応じた電圧Ｖｘ、Ｖｒがオペアンプ４３に入力される。制御部２９は、オペアンプ４３に電圧Ｖｘ、Ｖｒが読み出される毎に、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す。出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した後、制御部２９は、ゲートパルスＸＧの立ち下がりとリセットパルスＲＳＴ２の立ち下がりが一致するようにリセットパルスＲＳＴ２を発生し、第１素子４４と第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒをリセットする。
【００５０】
Ｘ線の照射が開始されない間は、第１素子４４にもＸ線の入射量に応じた信号電荷は発生しないので、蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒは、どちらもリセットパルスＲＳＴ２の出力間隔（Ｔ２）の間に蓄積された暗電荷を表す。そのため、リセット動作の期間中は、電圧Ｖｘ、Ｖｒは同じ値であるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔは「０」である。
【００５１】
時点ｔ０１において、Ｘ線源１２によるＸ線の照射が開始されると、第１素子４４にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が発生する。蓄積電荷Ｃｘには、暗電荷に信号電荷が加算されるので、Ｘ線の照射が開始されると、開始前と比べて、蓄積電荷Ｃｘが増加する。ＴＦＴ４９がオン状態にされたときに、その蓄積電荷Ｃｘに応じた電圧Ｖｘがオペアンプ４３に入力される。一方、第２素子４６のフォトダイオード４８は遮蔽されているので、Ｘ線がＦＰＤ２１に入射しても信号電荷は発生しない。そのため、Ｘ線の照射が開始される前後において、蓄積電荷Ｃｒとそれに応じた電圧Ｖｒは変化しない。
【００５２】
電圧Ｖｘが増加すると電圧Ｖｒとの間に差が生じるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔは上昇する。制御部２９は、ゲートパルスＸＧの発生タイミングと同期して、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出し、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」から上昇したかを監視する。そして、電圧Ｖｏｕｔが上昇した場合に、Ｘ線の照射開始を検出する。制御部２９は、Ｘ線の照射開始を検出すると、第１ゲートドライバ２７に制御信号を送り、ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの出力を停止させる。これにより、全画素２４のＴＦＴ３２がオフ状態となり、画素２４がリセット動作から蓄積動作へ移行する。
【００５３】
蓄積動作においては、Ｘ線の入射量に応じて画素２４に信号電荷が蓄積される。制御部２９は、照射開始を検出した後は、照射停止の検出動作を行う。蓄積動作が行われている間も、第２ゲートドライバ４２は、時間Ｔ２の間隔でゲートパルスＸＧを発生し、第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９を周期的にオン状態にして、第１素子４４及び第２素子４６の電圧Ｖｘ、Ｖｒが周期的にオペアンプ４３に入力される。制御部２９は、電圧Ｖｘ、Ｖｒが入力される毎にオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出し、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」に下降したか否かを監視して、照射の停止を検出する検出動作を行う。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した後、リセットパルスＲＳＴ２を発生して蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒをリセットする。
【００５４】
Ｘ線の照射が停止すると、第１素子４４における信号電荷の発生が停止し、蓄積電荷Ｃｘの上昇が停止する。本例において、Ｘ線の照射が停止した直後のゲートパルスＸＧの発生によって読み出される電圧Ｖｘに対応する蓄積電荷Ｃｘの蓄積期間は、Ｘ線の照射期間と一部オーバラップしているので、蓄積電荷ＣｘにはＸ線の照射が停止される前に発生した信号電荷が含まれている。このため、照射停止後、第１素子４４及び第２素子４６から１回目にオペアンプ４３に出力される電圧Ｖｘ、Ｖｒには差があるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔも「０」にはならない。
【００５５】
これに対して、次のゲートパルスＸＧによって読み出される蓄積電荷Ｃｘの蓄積期間は、Ｘ線の照射期間とオーバラップしていないので、照射停止後、第１素子４４及び第２素子４６から２回目に読み出される電圧Ｖｘ、Ｖｒの差は「０」になり、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔも「０」になる。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になった時点ｔ０２において、照射停止を検出する。
【００５６】
制御部２９によって照射停止が検出されると、制御部２９は、第１ゲートドライバ２７を通じて画素２４を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。読み出し動作において、第１ゲートドライバ２７は、ゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生し、画素２４に蓄積された信号電荷は、１行ずつ信号線３４を通じて信号処理部２８に読み出される。
【００５７】
読み出し動作に移行すると、第２ゲートドライバ４２からのゲートパルスＸＧの出力と、制御部２９からのリセットパルスＲＳＴ２の出力が停止する。これにより、再びリセット動作が開始されるまでの間、照射の開始及び停止を検出する照射検出動作が停止される。
【００５８】
図５及び図６に示すように、ＦＰＤ２１の撮像パネル６１において、ガラス基板６２上にフォトダイオード３１とＴＦＴ３２が形成されて画素２４が形成される。図５に示す断面は、図６に示す平面図のＡ−Ａ線で示す断面である。ガラス基板６２上には、まず、ゲート電極６３とブリッジ配線６４が形成される。ブリッジ配線６４は、信号線３４、出力線５１、５２に対して直交して配置され、信号線３４、出力線５１、５２のいずれかとＴＦＴ３２のソース電極６６とのコンタクトを得るための配線である。画素２４の構成を示す図５においては、ブリッジ配線６４は、コンタクトホール６５を介して信号線３４と接続されている。
【００５９】
ゲート電極６３とブリッジ配線６４の上には、ゲート絶縁層６７が形成される。ゲート電極６３の上方において、ゲート絶縁層６７の上層に半導体活性層６８が形成される。ゲート絶縁層６７の上層には、半導体活性層６８の一部とオーバラップするように、ＴＦＴ３２のソース電極６６とドレイン電極６９が形成される。ソース電極６６とドレイン電極６９の上層には、保護膜７１が形成される。
【００６０】
保護膜７１の上層には、信号線３４、出力線５１、５２が形成され、これらと同層に、ドレイン電極６９とフォトダイオード３１の下部電極７２を接続するための接続線７３と、ブリッジ配線７４（図６参照）と、接続線７５が形成される。ブリッジ配線７４は、ゲート電極６３と、走査線３３、４７のいずれかとのコンタクトを得るための配線であり、画素２４の平面構成を示す図６においては、コンタクトホール７４ａを介して、ゲート電極６３と走査線３３が接続されている。接続線７５は、ソース電極６６とブリッジ配線６４を接続する。
【００６１】
保護膜７１の上層には、層間絶縁膜７６が形成され、その上層にフォトダイオード３１が形成される。フォトダイオード３１は、下部電極７２と上部電極７７によって、半導体層を挟み込んだものであり、半導体層７８は、下層から順に、Ｐ型半導体層７８ａ、Ｉ層（真性半導体層）７８ｂ、Ｎ型半導体層７８ｃが形成されたＰＩＮ型フォトダイオードである。フォトダイオード３１の上部電極７７は、可視光を透過する透明電極で形成される。
【００６２】
フォトダイオード３１の下部電極７２と、ＴＦＴ３２のドレイン電極６９と、層間絶縁膜７６によってキャパシタが構成される。上部電極７７の上方には、絶縁膜８１が形成され、絶縁膜８１を介して、各フォトダイオード３１の上部電極７７にバイアス電圧を印加するための共通配線８２が形成される。
【００６３】
フォトダイオード３１が形成された後、その上方には保護層８３を挟んでシンチレータ８４が形成される。シンチレータ８４は、ヨウ化セシウム（ＣＳＩ）やガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）などからなる蛍光体であり、Ｘ線を可視光に変換する。シンチレータ８４は、画素２４が配列された撮像領域２６の全面を覆う大きさを持っている。画素２４のフォトダイオード３１は、上部電極７７が透明なので、シンチレータ８４が発光する可視光が半導体層７８に入射する。
【００６４】
図７〜図１０に示すように、検出用素子部４１を構成する第１素子４４及び第２素子４６も、画素２４とほぼ同様の構成である。同一部分には同一符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００６５】
図７及び図９に示す第１素子４４は、層構造が画素２４と同一であり、相違点は、ＴＦＴ４９のゲート電極６３が、走査線３３の代わりに、コンタクトホール７４ｂを介して走査線５４と接続されている点と、ＴＦＴ４９のソース電極６６が、信号線３４の代わりに、コンタクトホール６５を介して出力線５１と接続されている点である。第１素子４４のフォトダイオード４７の上部電極７７も、画素２４と同様に透明である。
【００６６】
図８及び図１０に示す第２素子４６についても、フォトダイオード４８の上部電極８６を除いて、画素２４及び第１素子４４と層構造は同一である。第１素子４４との相違点は、ＴＦＴ４９のソース電極６６が、出力線５１の代わりに、コンタクトホール６５を介して出力線５２と接続されている点である。上部電極８６は、可視光を透過しない不透明材料が使用されており、フォトダイオード４８の半導体層７８には、シンチレータ８４からの可視光は入射しない。そのため、第２素子４６は、暗電荷のみ出力する。
【００６７】
このように、画素２４と、第１素子４４及び第２素子４６は、ほぼ同一の構造をしているので、画素２４の製造工程において、第１素子４４及び第２素子４６を同時に形成できるため製造効率がよい。また、第２素子４６において、上部電極８６と可視光を遮蔽する遮蔽部材とを兼用しているため、遮蔽部材を別に追加する場合と比べて、部品点数の増加もなく、製造効率もよい。
【００６８】
以下、上記構成による作用について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。電子カセッテ１３で被写体Ｈの撮影を行う場合、電子カセッテ１３の位置と被写体Ｈの撮影部位のポジショニングを行う。Ｘ線源制御部１５に対して、管電流、管電圧及び照射時間などの撮影条件を設定する。そして、電子カセッテ１３を起動して、リセット動作を開始させる（ステップ（Ｓ）１０１）。図４に示すように、リセット動作では、第１ゲートドライバ２７が走査線３３を通じてゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次出力して、画素２４のＴＦＴ３２を１ライン毎に駆動し、その駆動タイミングに合わせて制御部２９がリセットパルスＲＳＴ１を出力する。これにより、画素２４に蓄積される暗電荷がリセットされる。
【００６９】
また、リセット動作が開始されると、照射検出部も作動して、照射開始の検出動作が開始される（Ｓ１０２）。照射開始の検出動作では、第２ゲートドライバ４２が走査線５４を通じてゲートパルスＸＧを第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９に出力して、第１素子４４及び第２素子４６が出力する電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出す。制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔの上昇を監視する。照射開始を検出するまでの間、照射開始の検出動作を継続する（Ｓ１０２でＮ）。
【００７０】
照射スイッチ１８が押下されると、Ｘ線源１２が撮影条件に応じた管電流及び管電圧でＸ線の照射が開始される。照射が開始されると、電圧Ｖｘが上昇し、電圧Ｖｒとの間に差が生じるため、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを検知して、照射開始を検出する（Ｓ１０２でＹ）。
【００７１】
制御部２９は、照射開始を検出すると、画素２４のリセット動作を停止して（Ｓ１０３）、蓄積動作を開始させる（Ｓ１０４）。蓄積動作では、画素２４にＸ線が入射し、それに応じた信号電荷が蓄積される。蓄積動作が開始された後、制御部２９は、照射停止の検出動作を開始する（Ｓ１０５）。Ｘ線照射期間においては、時間Ｔ２の間隔で発生するリセットパルスＲＳＴ２の間、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘは増加する。照射停止の検出動作において、制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」に下降するのを監視する。
【００７２】
撮影条件で設定された照射時間が経過して、Ｘ線源１２の照射が停止すると、第１素子４４へのＸ線の入射も停止する。制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になったときに、照射停止を検出する（Ｓ１０５でＹ）。制御部２９は、照射停止が検出されると、蓄積動作を停止して（Ｓ１０６）、読み出し動作（Ｓ１０７）を開始する。読み出し動作では、画素２４の蓄積電荷が信号線３４を通じて積分アンプ３６に読み出される。ＭＵＸ３７を介して読み出された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍは、Ａ／Ｄ変換器３８でデジタルな画像データに変換され、画像データがメモリ２２に書き込まれる。画素２４の全ライン分の読み出しが終了すると（Ｓ１０８）、メモリ２２に書き込まれた画像データは、通信部２３によってコンソール１６に送信される。
【００７３】
読み出し動作が開始されると、照射停止の検出動作も停止される。次の撮影がある場合には（Ｓ１０９でＹ）、再びリセット動作が開始される。次の撮影が無い場合には（Ｓ１０９でＮ）、電子カセッテ１３の電源を落として撮影を終了する。
【００７４】
本発明のように、第１素子４４と第２素子４６の１組の素子からなる検出用素子部４１を用い、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘと、第２素子４６が出力する暗電荷に対応する電圧Ｖｒとの差に基づいて、照射検出動作を行うと、図１２に示す比較例の照射検出部と比べて、ＦＰＤ２１に発生するシステムノイズがある場合でも、照射検出を正確に行うことができる。以下、その理由について、図１３〜図１５を参照しながらより詳細に説明する。
【００７５】
図１２に示す比較例の照射検出部は、第２素子４６を設けずに、オペアンプ４３に電圧値が固定された基準電圧Ｖｒｆを入力し、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘと、基準電圧Ｖｒｆとの差に基づいて照射検出を行う点で、図３に示す本発明の照射検出部と相違する。基準電圧Ｖｒｆは、第１素子４４が発生する暗電荷を想定して設定された固定値の基準電圧である。その他の点については本発明と同様である。
【００７６】
図１３に示すように、ＦＰＤ２１にシステムノイズが発生すると、ＦＰＤ２１の第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒ、電圧Ｖｘ、Ｖｒに対してシステムノイズが重畳される。システムノイズは、ＴＦＴの暗電流に起因するドリフト性ノイズ、ゲートドライバなどの駆動回路に大きな電流が流れたときの大電流変動や筐体に振動や衝撃が加わった場合のキャパシタの静電容量の変動などに起因するノイズなどからなり、これらは同相に発生するノイズが多い。システムノイズは、急峻に立ち上がる高周波ノイズや、比較的緩やかに変動する低周波ノイズとして、また、両者が混合された形態で現れる。
【００７７】
図１３に示すケースでは、Ｘ線の照射開始のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングがほぼ一致しており、第１素子４４が信号電荷を蓄積する、次のリセットパルスＲＳＴ２までの蓄積期間が最大になっているケースである。第１素子４４が信号電荷を蓄積する蓄積期間が長い場合には、第１素子４４の信号電荷の蓄積量が多くなるため、オペアンプ４３に出力される電圧Ｖｘも比較的大きな値となる。
【００７８】
そのため、図１３（Ａ）に示す本発明における出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと電圧Ｖｒの差Ｗも、図１３（Ｂ）に示す比較例における出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｆとの差Ｗも比較的大きな値となる。出力電圧Ｖｏｕｔが大きければ、比較例の場合でも、基準電圧Ｖｒｆを上回る電圧Ｖｒを得ることができる。また、システムノイズが発生した場合でも、Ｓ／Ｎ比が大きくなるので、比較的安定した検出が可能となる。図１３に示すケースでは、本発明及び比較例のどちらの場合でも、Ｘ線の照射開始後、１回目の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した時点ｔ１において、照射開始を検出している。
【００７９】
また、図１３に示すケースでは、Ｘ線の照射が停止するタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングもほぼ一致しており、Ｘ線の照射停止とほぼ同時に第１素子４４における信号電荷の発生は停止される。このため、本発明と比較例のどちらも、１回目の出力電圧Ｖｏｕｔは「０」になり、その出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す時点ｔ２において、照射停止が検出されている。
【００８０】
一方、図１４及び図１５に示すケースは、Ｘ線の照射開始及び照射停止のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングが一致しないケースである。Ｘ線の照射開始のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングが一致しないと、第１素子４４が信号電荷を蓄積する、次のリセットパルスＲＳＴ２までの蓄積期間が短くなる。蓄積期間が短いと、出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｆの差Ｗが小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下する。Ｓ／Ｎ比が低下すると、検出が不安定になる他、システムノイズが重畳することによって誤検出が発生する可能性も大きくなる。また、基準電圧Ｖｒｆの設定値が高すぎると、信号電荷が発生しているにも関わらず、基準電圧Ｖｒｆ以下の小さな電圧Ｖｘしか発生せず、検出が不能になるといった事態も生じる。
【００８１】
図１４のケースでは、Ｘ線の照射が開始された時点における第１素子４４の電圧Ｖｘが、図１３のケースと比べて小さい。しかも、Ｘ線の照射開始後、１回目のゲートパルスＸＧが出力された直後に低周波と高周波が混合したシステムノイズが発生しており、その影響により、図１３のケースと比べると、第１素子４４の電圧Ｖｘの上昇が遅れている。このため、図１４（Ｂ）に示す比較例では、電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｆを超えるまでに時間が掛かっており、時点ｔ４において照射開始を検出している。
【００８２】
また、比較例において、Ｘ線の照射停止は、図１４（Ａ）に示す本発明と同様の時点ｔ６において検出されているものの、Ｘ線の照射が停止された後、１回目のゲートパルスＸＧが出力された時点ｔ５において、電圧Ｖｘが小さいため、小刻みに出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がり、出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になっている。出力電圧Ｖｏｕｔが不安定だと誤検出が生じるおそれもある。
【００８３】
これに対して、図１４（Ａ）に示す本発明においては、電圧Ｖｘが小さくても、電圧Ｖｒとの差を出力電圧Ｖｏｕｔとしているため、ゲートパルスＸＧが出力された直後に電圧Ｖｏｕｔは立ち上がり、時点ｔ４よりも早い時点ｔ３において照射開始を検出している。また、本発明の場合には、第１素子４４と第２素子４６の差を出力することで、両者に発生する同相のシステムノイズが相殺されるので、システムノイズによる影響もない。また、Ｘ線の照射が停止された直後も、比較例のように出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になることもない。
【００８４】
図１５に示すケースでは、電圧Ｖｘが小さいため、図１５（Ｂ）に示す比較例では、Ｘ線の照射開始直後の時点ｔ７において、電圧Ｖｘは立ち上がっているものの、基準電圧Ｖｒｆを超えないため、照射開始を検出できず、次のゲートパルスＸＧが出力される時点ｔ８で照射開始を検出している。これに対して、図１５（Ａ）に示す本発明では、電圧Ｖｘが小さくても、時点ｔ７において、照射開始を検出している。図１５に示すケースでは、照射停止の検出については、本発明も比較例も同じ時点ｔ８において検出している。
【００８５】
このように、本発明は、固定値である基準電圧Ｖｒｆを基準として照射を検出する比較例と比較して、電圧Ｖｒが小さかったり、システムノイズがある場合でも、正確でかつ安定した検出を行うことができる。
【００８６】
また、暗電荷はＴＦＴの特性によって変化し、ＴＦＴの特性は、ＦＰＤ２１の周囲の温度や駆動時間の長短による温度変動による影響を受けやすい。そのため、固定値の基準電圧Ｖｒｆで照射を検出する場合には、暗電荷の変動に追従することができないため、誤検出のおそれが高い。これに対して、本発明は、暗電荷に対応する電圧Ｖｒと、電圧Ｖｘの差をとるため、暗電荷の変動分を吸収することが可能となり、正確な照射検出ができる。
【００８７】
また、アナログ信号である、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射検出を行うため、Ａ／Ｄ変換後のデータに基づいて照射検出を行う場合と比べて、照射検出を短時間で行うことができる。具体的には、照射が開始されてから照射開始を検出するまでの時間が短時間で済む。このため、照射開始後、蓄積動作へ移行するまでの時間が短くなるため、信号電荷の蓄積に寄与しない無駄な被曝を低減することができる。また、照射が停止されてから照射停止を検出するまでの時間も短時間で済むため、照射停止後の余分な蓄積動作時間を短くすることができる。蓄積動作を行っている間も暗電流は発生するので、蓄積動作時間が長いと、暗電流に起因するノイズ（いわゆるオフセットノイズ）が増加して画質が低下する。余分な蓄積動作時間を短くすることで、暗電流が画質に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００８８】
なお、本例において、第１素子４４と第２素子４６を隣接して配置する例で説明したが、第１素子４４と第２素子４６は、近傍位置に配置されていればよい。第２素子４６は、第１素子４４の蓄積電荷Ｃｘに含まれる、システムノイズに起因する暗電荷を取り除き、第１素子４４が蓄積した信号電荷に対応する出力Ｖｏｕｔに基づいて照射検出を行うためのものである。システムノイズは、撮像領域２６の全域に同時に発生するノイズであり、撮像領域２６の全域において、波形や大きさに大きな変化はないと考えられるが、第２素子４６と第１素子４４との間隔が大きすぎると、両方に発生するシステムノイズ間に、波形や大きさの点で違いが生じることも考えられるので、同程度のシステムノイズが発生すると考えられる近傍位置に配置されることが好ましい。
【００８９】
近傍位置の具体的な範囲としては、１つの画素の大きさが、約５０μｍ〜約２００μｍである場合には、数画素〜数百画素程度の間隔の範囲であり、より好ましくは、数画素〜数十画素程度であることが好ましい。もちろん、本例のように隣接していることが最も好ましい。隣接していれば、第１素子４４と第２素子４６の両方に蓄積される暗電荷はほぼ等しいと考えられるからである。
【００９０】
［第２実施形態］
図１６に示すＦＰＤ９１は、撮像領域２６内に、複数個の検出用素子部４１を設けたものである。検出用素子部４１が複数個ある点を除いて、第１実施形態のＦＰＤ２１と同様である。ＦＰＤ９１において、複数個の検出用素子部４１は、撮像領域２６の外周付近ばかりでなく、撮像領域２６の中心領域など、撮像領域２６内の全域に分散して配置されている。ＦＰＤ９１では、検出用素子部４１の数に応じて、第１素子４４及び第２素子４６を駆動するための走査線５４や、電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出すための出力線５１、５２が追加されている。第２ゲートドライバ４２は、各走査線５４に対して、ゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３を出力して、複数個の検出用素子部４１を選択的に駆動する。
【００９１】
図１７に示すように、制御部２９は、各検出用素子部４１のいずれかの電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出したときのオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇したときに、照射開始を検出する。そして、照射停止の検出動作は、順次出力されるゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３によって、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを順次読み出し、すべての検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒに対応するオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になったときに、照射停止を検出する。
【００９２】
また、照射停止の検出動作については、図１８に示すように、照射開始を検出した後、ゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３の出力を順次出力から同時出力に切り替えて、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを、同時に読み出してもよい。同時読み出しを行った場合には、ＦＰＤ９１のように、複数個の検出用素子部４１で出力線５１、５２及びオペアンプ４３が共用されている場合には、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを加算した電圧がオペアンプ４３に入力される。こうしても、Ｘ線の照射が停止された場合には、すべての検出用素子部４１の第１素子４４への信号電荷の蓄積はなくなり、暗電荷に対応する電圧Ｖｘが出力されるので、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になるのを監視すればよい。図１８のように複数個の検出用素子部４１の同時読み出しを行って、照射停止を検出することで、図１７の例と比べて、照射停止後、照射停止の検出タイミングまでの時間を短くすることができる。
【００９３】
撮影部位によっては、撮像領域２６の全域を使わずに、撮像領域２６の一部を使う場合もある。例えば、肘や膝を撮影する場合には、撮影部位の大きさが撮像領域２６に比べて小さいので、Ｘ線の照射野は、その範囲に設定すれば足りる。しかし、ＦＰＤ２１のように撮像領域２６の外周付近にのみ検出用素子部４１が設けられていると、検出用素子部４１にＸ線を照射するために、撮影部位に対して広い領域をＸ線の照射野として設定しなければならない。このようにＸ線の照射野を撮影に必要な範囲以上に広げることは、無駄な被曝を生じさせるおそれがあるため、好ましくない。
【００９４】
ＦＰＤ９１のように、撮像領域２６の全域に渡って検出用素子部４１を分散して配置しておけば、撮像領域２６内において、照射野の大きさや位置が変わっても、いずれかの検出用素子部４１が照射野内に入る可能性が高いので、照射野を撮影に必要な範囲以上に広げる必要がなく、無駄な被曝が低減される。電子カセッテ１３は、据え置き型のＸ線画像検出装置と比べて、肘や膝の撮影など、撮像領域２６の一部を使用する撮影に用いられることが多い。そのため、撮像領域２６内において、複数個の検出用素子部４１を分散配置する構成は、電子カセッテ１３に特に有効である。
【００９５】
また、複数の検出用素子部４１を分散配置する構成は、散乱Ｘ線除去用のグリッド板を使用してＸ線撮影を行った場合にも有効である。散乱Ｘ線除去用のグリッド板は、周知のように、鉛などのＸ線を遮蔽する遮蔽材料とアルミニウムなどのＸ線を透過する透過材料の２種類の材料を縞状に交互に配置して形成したものであり、Ｘ線が被写体Ｈを透過することによって生じる散乱Ｘ線を除去する。撮影時には、グリッド板は、被写体ＨとＦＰＤの間に配置される。
【００９６】
グリッド板を使用した場合には、透過材料を透過したＸ線のみがＦＰＤの撮像領域２６に入射するので、撮像領域２６内においては、遮蔽材料によってＸ線が遮蔽されることによって、Ｘ線が入射しないあるいはＸ線のエネルギーが減少する遮蔽領域が生じる。検出用素子部４１が１つだけの場合には、その検出用素子部４１が、遮蔽領域にあると、その検出用素子部４１が機能しないため、照射検出を行えないという事態も起こりうる。撮像領域２６内において複数の検出用素子部４１を分散配置しておけば、すべての検出用素子部４１が遮蔽領域に位置する可能性は低いので、そうした事態を回避することができる。
【００９７】
また、Ｘ線の吸収率が低い軟部組織とＸ線の吸収率が高い骨部というように体内のＸ線吸収率は部位によって異なる。そのため、例えば、骨部が多い部分を撮影する場合には、撮像領域２６内において、骨部によって、グリッド板の場合と同様に遮蔽領域が生じる場合も考えられる。複数の検出用素子部４１を撮像領域２６内に分散配置する構成は、このような場合にも有効である。
【００９８】
第１実施形態のＦＰＤ２１においては、画素の欠落は少ない方がよいという理由から、検出用素子部４１を撮像領域２６の外周付近に配置する構成としたが、照射野を必要以上に広げずに被曝を低減するという観点や、グリッド板を使用した撮影等による遮蔽領域の発生による不都合を回避するという観点を考慮すると、本実施形態のＦＰＤ９１のように、複数の検出用素子部４１を撮像領域２６の全域に渡って分散配置することが好ましい。複数の検出用素子部４１を分散配置した場合でも、検出用素子部４１によって欠落する画素については、第１実施形態で述べたとおり、周辺の画素２４の画素値を用いて補間処理が施されるので、補間処理により、画素の欠落が画質に与える影響を低減することが可能である。
【００９９】
このように、複数の検出用素子部４１を分散配置する構成は、撮影部位、グリッド板の有無といった使用条件の変動がある場合でも安定した照射検出を可能にする。この構成は、ＦＰＤが置かれる使用環境の温度が一因となって発生するシステムノイズがある場合でも正確かつ安定した照射検出を可能にする検出用素子部４１の構成（第１素子４４と第２素子４６の組）と相俟って、ＦＰＤが実際に使用される環境や条件の変動に対する高い耐性力を持つ照射検出機能の実現に寄与する。
【０１００】
また、図５〜図１０で説明したように、画素２４と、第１素子４４及び第２素子４６をほぼ同一の構造にする構成は、ＦＰＤ９１のように、検出用素子部４１の数が増えるほど効果が大きい。また、同一構造であると、検出用素子部４１の位置を変えたり、数を増やすなどの設計変更の場合でも、走査線や出力線の数や位置の変更など、比較的小変更で対応が可能である。
【０１０１】
［第３実施形態］
図１９に示すＦＰＤ９６のように、１つの検出用素子部９７を、複数組（本例では２組）の第１素子４４、第２素子４６で構成してもよい。複数組の第１素子４４、第２素子４６で構成すれば、１つの組が、故障や、第２実施形態で述べた遮蔽領域に位置しているなどの理由により機能しない場合でも、残りの組が機能して照射検出を行うことができるので、安全性が高い。
【０１０２】
［第４実施形態］
図２０に示すＦＰＤ１０１のように、１つの検出用素子部９７の大きさを、１つの画素２４の大きさとほぼ同じ、具体的には、撮像領域２６内において１つの検出用素子部９７が占有する面積と１つの画素２４が占有する面積をほぼ同じにしてもよい。検出用素子部９７は、第１素子４４、第２素子４６と同様に機能する、第１素子１０３、第２素子１０４の１組の検出用素子からなる。検出用素子部９７は、画像データにおいては欠落部分になるので、その数は少ない方がよい。１つの検出用素子部９７の大きさを、画素２４と同じ大きさにすることで、２画素分の大きさを持つ上記実施形態のＦＰＤと比較して、画像データの欠落部分を少なくすることができる。
【０１０３】
なお、上記第１〜第４の各実施形態ではいずれも、１つの検出用素子部４１を、同数の第１素子４４と第２素子４６の組（１つずつあるいは２つずつの組）で構成しているが、例えば、１つの第２素子４６と２つの第１素子４４で１つの検出用素子部４１を構成するというように、１つの第２素子４６と複数の第１素子４４で１つの検出用素子部４１を構成してもよい。この場合には、１つの検出用素子部４１において、１つの第２素子４６が複数の第１素子４４で共用される。具体的には、複数の第１素子４４のそれぞれの電圧Ｖｘがオペアンプ４３に読み出される際に、共用される１つの第２素子４６の電圧Ｖｒがオペアンプ４３に読み出される。そして、各第１素子４４の電圧Ｖｘと、１つの第２素子４６の電圧Ｖｒとの差分が出力電圧Ｖｏｕｔとして読み出される。こうした構成によれば、分散配置した複数の第１素子４４に対して、１つの第２素子４６を配置すれば済むので、それぞれに第２素子４６を設ける場合と比べて、第２素子４６の数を減らすことができ、画像データの欠落部分を少なくすることができる。
【０１０４】
［第５実施形態］
上記実施形態では、検出用素子部を用いて照射検出を行う例で説明したが、検出用素子部を用いて被写体Ｈに照射される照射量の測定を行ってもよい。照射量を測定することで、例えば、自動露出制御を行うことができる。この場合には、図２１に示すように、制御部２９に照射量演算部１０６と判定部１０７を設ける。照射量演算部１０６は、ゲートパルスＸＧが出力される毎に読み出されるオペアンプ４３からの出力電圧Ｖｏｕｔを積算して、照射量を測定する。判定部１０７は、撮影前に設定された露出値を記憶しており、測定した照射量と設定された露出値を比較して、照射量が露出値に達したか否かを判定する。制御部２９は、判定部１０７によって照射量が露出値に達したと判定された場合には、第１ゲートドライバ２７にゲートパルスＧ１〜Ｇｎを出力させて、蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。これにより、Ｘ線源１２の照射時間に関わらず、適正な露出値のＸ線画像が得られる。
【０１０５】
このような自動露出制御を行う場合には、図１６に示すＦＰＤ９１のように、撮像領域２６内に複数個の検出用素子部４１を配置し、各検出用素子部４１の中から露出制御に使用する検出用素子部４１を、撮影部位によって選択できるようにしておくとよい。なぜならば、自動露出制御する場合には、撮影部位によって、照射量を測定する領域が異なるからである。
【０１０６】
また、検出用素子部４１を、照射検出や自動露出制御以外に、例えば、Ｘ線の線量管理に用いてもよい。近年、病院などの医療施設において、どの患者に対していつどの程度の線量を照射したかといった被曝履歴を管理することが求められている。線量は、管電流と照射時間の積（いわゆるｍＡｓ値）によって求められる。撮影においては、照射時間を含む撮影条件が設定されるので、その場合には、おおよその線量は把握できるものの、実際の撮影では、自動露出制御が行われる場合など、撮影条件で設定される照射時間と、実際の照射時間が相違する場合が多く、実際に照射された線量を正確に把握することは難しかった。
【０１０７】
検出用素子部４１を用いれば、照射開始と照射停止を正確に検出できるので、その検出信号に基づいて撮影に使用された正確な線量を把握することができる。例えば、図２２に示すように、電子カセッテ１３が照射開始と照射停止を検出したときに、通信部２３を通じて、リアルタイムでコンソール１６に対して検出信号を送る。コンソール１６は、通信部１９を通じてＣＰＵ１６ａが照射開始の検出信号を受信すると、ＣＰＵ１６ａはタイマ１６ｂを作動させる。そして、照射停止の検出信号を受信したときにタイマ１６ｂを止めて、照射時間を測定する。
【０１０８】
上述したとおり、検出用素子部４１は、第１素子４４と第２素子４６からなるので、正確な照射検出が可能であり、また、オペアンプ４３のアナログ信号の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射の検出が行われるため、照射開始及び照射停止と、それらの検出タイミングまでの時間差も少ない。そのため、タイマ１６ｂによって測定された照射時間は、実際の照射時間に非常に近い値となる。ＣＰＵ１６ａは、測定された照射時間に管電流を掛けて線量を求めて、その線量データを被写体Ｈである患者の名前や日付などと関連付けてＨＤＤやメモリなどのデータストレージ１６ｃに格納する。このように検出用素子部４１を用いることで、照射時間を正確に測定することができるので、正確な線量管理も可能となる。
【０１０９】
上記実施形態では、検出用素子部４１を撮像領域２６に配置した例で説明したが、撮像領域２６の周辺など、撮像領域２６外のＸ線が入射する領域に配置されていてもよい。しかし、上述したとおり、撮像領域２６外に配置すると、検出用素子部４１にＸ線が入射するように、撮影に必要な範囲以上にＸ線の照射野を大きく取らなければならないので、無駄な被曝を低減する観点からは、上記実施形態で示したとおり、検出用素子部４１は撮像領域２６内に配置されていることが好ましい。
【０１１０】
上記実施形態では、照射開始と照射停止の両方を検出する例で説明したが、照射停止の検出を行わず、照射開始だけを検出してもよい。自動露出制御を行う場合のように、照射が停止されたか否かに関わらず、蓄積動作から読み出し動作へ移行する場合もあるからである。
【０１１１】
上記実施形態では、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテを例に説明したが、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。
【０１１２】
上記実施形態では、ＦＰＤとして間接変換型を例に説明したが、Ｘ線を直接電荷に変換する変換層（アモルファスセレンなど）を用いた直接変換型のＦＰＤに本発明を適用してもよい。この場合には、第２素子４６の遮蔽部材としては、Ｘ線を遮蔽する鉛などの材料が使用される。遮蔽用の鉛は、変換層の上面において、第２素子４６の対応する位置に配置される。
【０１１３】
また、上記各実施形態を組み合わせてもよい。また、上記各実施形態では、放射線としてＸ線を例に説明したが、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用するものでもよい。本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ Ｘ線撮影システム
１３ 電子カセッテ（放射線画像検出装置）
２１、９１、９６、１０１ ＦＰＤ
２４ 画素
２６ 撮像領域
２７ 第１ゲートドライバ（第１駆動手段）
２９ 制御部（制御手段）
３１、４７、４８ フォトダイオード
３２、４９ ＴＦＴ
４１ 検出用素子部
４２ 第２ゲートドライバ（第２駆動手段）
４３ オペアンプ
４４ 第１素子（第１検出用素子）
４６ 第２素子（第２検出用素子）
５３ リセットスイッチ
６１ 撮像パネル（撮像手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を透過した放射線の照射を受けて放射線画像を検出する放射線画像検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、画像診断を行うために、放射線、例えば、Ｘ線を利用したＸ線撮影システムが知られている。Ｘ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源が発生し被写体を透過したＸ線の照射を受けて、Ｘ線画像を検出するＸ線画像検出装置とからなる。Ｘ線画像検出装置としては、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素が配列されたＴＦＴ（Thin film transistor）アクティブマトリクス基板を用いて、信号電荷を画素毎に蓄積することで、被写体の画像情報を表すＸ線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力するＦＰＤ（flat panel detector）を利用したものが実用化されている。
【０００３】
Ｘ線画像検出装置には、立位姿勢の被検者（被写体）を撮影するための立位撮影台や臥位姿勢の被検者（被写体）を撮影するための臥位撮影台にＦＰＤが内蔵された据え置き型のものの他、持ち運びが可能なカセッテタイプの筐体にＦＰＤが内蔵された可搬型のＸ線画像検出装置（以下「電子カセッテ」ともいう）も開発されている。電子カセッテは、据え置き型では撮影しにくい部位の撮影に用いられる他、移動式のＸ線源と一緒に出先まで運び、撮影室までの移動が困難な被検者を、病室の寝台に寝かせた状態で撮影するために用いられる。また、電子カセッテの中には、フイルムカセッテやＩＰ（イメージングプレート）カセッテに用いられる撮影台に取り付けて使用可能なものも知られている。
【０００４】
こうしたＸ線画像検出装置は、Ｘ線源に接続された照射スイッチの押下によってＸ線源の照射が開始されるタイミングと同期して、信号電荷の蓄積動作を開始する同期制御が行われる。Ｘ線画像検出装置を制御するコンソールなどの制御装置は、Ｘ線源が照射を開始するタイミングとＸ線画像検出装置が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させるために、Ｘ線源の照射が開始されたときに、照射スイッチが発生する照射開始信号を受信し、これを同期信号としてＸ線画像検出装置に対して出力する。Ｘ線画像検出装置は、電荷の蓄積動作を開始する前に、照射の有無に関わらず画素に蓄積される暗電荷をリセットするリセット動作を周期的に行っており、同期信号を受信すると、リセット動作から信号電荷の蓄積動作へ移行して撮影を開始する。
【０００５】
しかし、メーカが異なるＸ線画像検出装置とＸ線源で撮影システムを構成する場合には、Ｘ線画像検出装置やその制御装置に標準で装備されている同期制御用のインタフェース（ケーブルやコネクタの規格、同期信号の形式など）が、Ｘ線源のインタフェースと適合しない場合もある。このため、同期信号を用いずにＸ線画像検出装置で照射の開始を検出してＸ線源との同期を取る技術が提案されている（特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１に記載のＸ線画像検出装置では、照射の開始を検出する前から、所定のフレームレートで画像の読み出し動作を周期的に行い、連続する２フレームの画像の画素値の差分を調べて、差分が閾値以上であるか否かを判定して、照射の開始を検出している。照射が開始されるとＸ線の入射により画素値が上昇するので、２フレーム間の画素値の差分に基づいて照射の開始を検出することができる。
【０００７】
特許文献２に記載のＸ線画像検出装置は、ＦＰＤ内において、Ｘ線源から照射されたＸ線が被写体を透過することなく入射する領域（いわゆる素抜け領域）に照射の開始を検出するための照射検出用素子を配置し、照射検出用素子の出力の立ち上がりを判定して、照射の開始を検出している。
【０００８】
特許文献３に記載のＸ線画像検出装置は、Ｘ線の照射が無い場合でもＦＰＤの画素から出力される暗電流を想定した閾値を予め設定し、画素から出力される信号電荷と閾値とを比較して、信号電荷が閾値を超えたか否かを判定することにより、照射の開始を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２６０７２号公報
【特許文献２】特表２００２−５４３６８４号公報
【特許文献３】特開２００８−５０７７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜３の検出方法では、ＦＰＤ内の画素や信号線などＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合には、誤検出のおそれがあり、照射の開始を正確に検出できないという問題があった。
【００１１】
特許文献１の照射検出方法は、取得タイミングに時間差がある２フレーム間の画素値の差分によって照射の開始を検出する方法であるため、例えば、１フレーム目にはシステムノイズが無く、２フレーム目にのみにシステムノイズが発生するという場合が起こり得る。このような場合には、システムノイズに起因して画素値が増加したときに、照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１２】
特許文献２の照射検出方法は、素抜け領域に配置された照射検出用素子の出力の立ち上がりを判定する方法であるため、システムノイズが生じると、その立ち上がりを照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１３】
特許文献３の照射検出方法は、暗電流を想定した閾値と画素が出力する信号電荷とを比較して照射の開始を検出するため、想定した閾値を超えるシステムノイズが生じたときに、照射開始と検出してしまうおそれがある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、目的は、放射線源との同期信号によらずに照射の開始を検出する機能を備えた放射線画像検出装置において、ＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合でも、照射の開始を正確に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を撮像して、被写体の放射線画像を検出するための撮像手段であり、前記放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が二次元に配列された前記放射線の撮像領域を有する撮像手段と、前記画素を駆動する第1駆動手段であり、前記画素において前記放射線源の照射の有無に関わらず発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、前記画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と、前記画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせるための第1駆動手段と、前記放射線源による照射の開始を検出する照射検出手段であり、前記画素と同様に前記信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、前記第１検出用素子の近傍に配置され、前記暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部と、前記第１検出用素子と第２検出用素子を駆動して、それぞれの蓄積電荷を同時に読み出すための第２駆動手段とを有し、前記第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出手段と、前記照射検出手段によって前記照射の開始が検出されたときに、前記画素が前記リセット動作から前記蓄積動作へ移行するように前記第1駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
前記照射検出手段は、前記第１検出用素子と第２検出用素子のそれぞれが出力するアナログ信号の差を出力する差動増幅器を有し、差動増幅器が出力する前記アナログ信号の差に基づいて照射の開始を検出することが好ましい。
【００１７】
前記第1検出用素子及び第2検出用素子は、前記撮像領域内に配置されていることが好ましい。
【００１８】
前記第１検出用素子と前記画素は、構造が同一であり、前記第２検出用素子は、放射線又は可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、前記遮蔽部材を有する点を除いて前記第１検出用素子及び前記画素と構造が同一であることが好ましい。
【００１９】
前記撮像手段は、前記放射線を可視光に変換するシンチレータを有する間接変換型でもよい。この場合には、前記画素、前記第１及び第２の各検出用素子は、基板上に形成され可視光を電気信号に変換する光電変換素子で構成され、前記シンチレータは、前記光電変換素子の配列面の全面と対向するように配置される。
【００２０】
撮像手段が間接変換型の場合には、前記光電変換素子は、例えば、光電変換層である半導体層が、前記基板側に配置される下部電極と、前記シンチレータ側に配置される上部電極とによって挟まれる層構造で構成される。この場合、例えば、前記第１検出用素子と前記画素は、前記上部電極が透明な前記光電変換素子で構成され、前記第２検出用素子は、前記上部電極が不透明な前記光電変換素子で構成され、不透明な前記上部電極が、前記シンチレータから前記半導体層へ向かう可視光を遮蔽するための前記遮蔽部材として機能する。
【００２１】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内に複数個配置されていてもよい。その場合、各検出用素子部は、前記撮像領域内の異なる位置に分散して配置されていることが好ましい。前記検出用素子部は、前記第１検出用素子と第２検出用素子を複数組有していてもよい。１つの前記検出用素子部の大きさは、１つの前記画素の大きさとほぼ同じにしてもよい。前記検出用素子部は、前記放射線源から被写体に照射される照射量の測定に用いてもよい。
【００２２】
前記照射検出手段は、前記蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の停止を検出してもよい。この場合、前記制御手段は、停止が検出された場合には、蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。また、放射線画像検出装置は可搬型の電子カセッテでもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、画素と同様にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、第１検出用素子の近傍に配置され、暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部を用い、第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、照射の開始を検出するから、ＦＰＤ全体に同時に発生するシステムノイズがある場合でも、照射の開始を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。
【図２】ＦＰＤの説明図である。
【図３】照射検出部の回路図である。
【図４】撮影時のＦＰＤの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】撮像パネルの画素部分の構成を示す断面図である。
【図６】撮像パネルの画素部分の構成を示す平面図である。
【図７】撮像パネルの第１素子部分の構成を示す断面図である。
【図８】撮像パネルの第２素子部分の構成を示す断面図である。
【図９】撮像パネルの第１素子部分の構成を示す平面図である。
【図１０】撮像パネルの第２素子部分の構成を示す平面図である。
【図１１】撮影時の動作を示すフローチャートである。
【図１２】比較例の照射検出部の回路図である。
【図１３】検出動作の詳細を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１３とは異なるケースのタイミングチャートである。
【図１５】図１４とは異なるケースのタイミングチャートである。
【図１６】検出用素子部が複数個あるＦＰＤの説明図である。
【図１７】検出用素子部が複数個ある場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図１８】図１７とは別の例のタイミングチャートである。
【図１９】複数組の第１素子及び第２素子からなる検出用素子部の説明図である。
【図２０】１つの検出用素子部の大きさが１つの画素と同じＦＰＤの説明図である。
【図２１】照射量測定を行う場合の構成を示すブロック図である。
【図２２】線量管理を行う場合の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、被写体Ｈを載置する天板１１を有する撮影台と、被写体Ｈに向けてＸ線焦点１２ａからＸ線を照射するＸ線源１２と、被写体Ｈを透過したＸ線の照射を受けて、被写体ＨのＸ線画像を検出する電子カセッテ１３(放射線画像検出装置)とを備える。Ｘ線源１２は、Ｘ線を発生するＸ線管とＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）とからなる。
【００２６】
また、Ｘ線撮影システム１０は、高電圧発生部１４、Ｘ線源制御部１５、コンソール１６、モニタ１７を備えている。Ｘ線源制御部１５には、コンソール１６や図示しない操作パネルなどから、管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件が入力される。Ｘ線源制御部１５は、入力された撮影条件を高電圧発生部１４に送る。また、Ｘ線源制御部１５には、照射開始信号を入力する照射スイッチ１８が接続されており、Ｘ線源制御部１５は、照射スイッチ１８から入力された照射開始信号を、高電圧発生部１４を通じてＸ線管１２に与える。
【００２７】
高電圧発生部１４は、Ｘ線源制御部１５から入力された撮影条件に応じた管電圧や管電流を発生し、発生した管電圧や管電流をＸ線源１２に与える。Ｘ線源１２は、照射開始信号を受けると、与えられた管電圧や管電流に応じたＸ線の照射を開始し、照射時間が経過した時点で照射を停止する。
【００２８】
コンソール１６は、電子カセッテ１３を制御する制御装置である。コンソール１６に対しては、照射スイッチ１８からの照射開始信号は入力されない。コンソール１６は、通信部１９を介して電子カセッテ１３に対して制御信号を送信し、電子カセッテ１３が検出したＸ線画像のデータを受信する。モニタ１７は、コンソール１６が受信したＸ線画像を表示する他、コンソール１６を操作するための操作画面の表示を行う。
【００２９】
電子カセッテ１３は、偏平な略直方体形状の筐体内に、Ｘ線画像を検出するＦＰＤ２１と、ＦＰＤ２１が出力するＸ線画像のデータを一時的に記憶するメモリ２２と、コンソール１６との間でメモリ２２内のデータや制御信号の通信を行う通信部２３とが内蔵されている。通信部２３は、例えば、電波や赤外線などの光によって無線通信を行う無線通信部であり、電子カセッテ１３は、ＦＰＤ２１などの各部に給電を行うバッテリ（図示せず）を内蔵したワイヤレスタイプである。もちろん、通信部２３は、ケーブルを通じて通信を行う有線通信部であってもよいし、バッテリの代わりに商用電源から電源ケーブルを通じて給電を受けるものでもよい。
【００３０】
図２において、ＦＰＤ２１は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素２４が配列された撮像領域２６が撮像パネル（撮像手段）６１（図５参照）と、画素２４を駆動して信号電荷の読み出しを制御する第１ゲートドライバ２７と、画素２４から読み出された信号電荷をデジタルデータに変換して出力する信号処理回路２８と、ＦＰＤ２１の各部を制御する制御部２９を備えている。複数の画素２４は、画素ピッチｐで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクスに配列されている。１つの画素２４の大きさは、例えば、約１５０μｍである。
【００３１】
ＦＰＤ２１は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ８４（図５参照）を有し、シンチレータ８４によって変換された可視光を画素２４で光電変換する間接変換型である。シンチレータ８４は、画素２４が配列された配列面の全面と対向するように撮像領域２６の上方に配置されている。
【００３２】
画素２４は、可視光の入射によって電荷を発生する光電変換素子であるフォトダイオード３１と、フォトダイオード３１が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）と、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２とを備える。ＴＦＴ３２は、ゲート電極６３（図５参照）が走査線３３に接続され、ソース電極６６（図５参照）が信号線３４に接続され、ドレイン電極６９（図５参照）がフォトダイオード３１に接続される。走査線３３と信号線３４は格子状に配線されており、走査線３３は、撮像領域２６内の画素２４の行数分（ｎ行分）、信号線３４は画素２４の列数分（ｍ列分）それぞれ配線されている。走査線３３は第１ゲートドライバ２７に接続され、信号線３４は信号処理回路２８に接続される。
【００３３】
第１ゲートドライバ２７は、Ｘ線の入射の有無に関わらず画素２４に発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素２４に蓄積する蓄積動作と、画素２４から信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせる駆動手段である。
【００３４】
第１ゲートドライバ２７がＴＦＴ３２をオフ状態にしている間、ＦＰＤ２１は、画素２４に信号電荷を蓄積する蓄積動作を行う。読み出し動作では、第１ゲートドライバ２７が、ＴＦＴ３２を駆動する駆動用パルスであるゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、走査線３３を１行ずつ順に活性化し、１本の走査線３３に接続されたＴＦＴ３２を１行分ずつオン状態とする。画素２４のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ３２がオン状態になると信号線３４に読み出されて、信号処理回路２８に入力される。
【００３５】
信号処理回路２８は、積分アンプ３６、マルチプレクサ（ＭＵＸ）３７、及びＡ／Ｄ変換器３８を備える。積分アンプ３６は、各信号線３４に対して個別に接続される。積分アンプ３６は、オペアンプとオペアンプの入出力端子間に接続されたキャパシタとからなり、信号線３４はオペアンプの一方の入力端子に接続される。もう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ３６は、信号線３４から入力される電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。すべての積分アンプ３６の出力端子には、共通にＭＵＸ３７が接続される。ＭＵＸ３７の出力側には、Ａ／Ｄ変換器３８が接続される。
【００３６】
ＭＵＸ３７は、パラレルに接続される複数の積分アンプ３６から順に１つの積分アンプ３６を選択し、選択した積分アンプ３６から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器３８に入力する。Ａ／Ｄ変換器３８は、入力された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをデジタルデータに変換して、メモリ２２に出力する。こうして被写体ＨのＸ線画像を表す画像データが検出される。
【００３７】
また、積分アンプ３６には、積分した電荷をリセットするリセットスイッチ３６ａが設けられている。リセットスイッチ３６ａは、制御部２９から出力されるリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴ１によってオンする。画素２４に発生する暗電荷のリセット動作は、リセットスイッチ３６ａにより次のように行われる。第１ゲートドライバ２７は、走査線３３に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順に発生して画素２４のＴＦＴ３２を１行ずつオン状態にする。ＴＦＴ３２がオン状態になっている間、画素２４に蓄積された暗電荷が信号線３４を通じて積分アンプ３６に流れる。制御部２９は、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎと同期して、リセットパルスＲＳＴ１を出力し、積分アンプ３６とフォトダイオード３１をリセットする。こうしたリセット動作がＸ線の照射が開始されるまでの間、周期的に繰り返される。
【００３８】
また、ＦＰＤ２１には、Ｘ線源１２の照射状態、具体的には、Ｘ線源１２によるＸ線の照射が開始されたこと（照射開始）及び照射が停止されたこと（照射停止）を検出する照射検出部（照射検出手段）が設けられている。照射検出部は、撮像領域２６内に設けられた検出用素子部４１と、検出用素子部４１を駆動する第２ゲートドライバ４２と、検出用素子部４１からの信号が入力されるオペアンプ４３と、オペアンプ４３からの出力信号に基づいて、Ｘ線の照射開始及び照射停止を判定する制御部２９とからなる。
【００３９】
検出用素子部４１は、第１検出用素子（以下、第１素子と呼ぶ）４４と第２検出用素子（以下、第２素子と呼ぶ）４６の１組の検出用素子からなる。第１素子４４は、画素２４と同様にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する素子であり、第２素子４６は、Ｘ線の入射の有無に関わらず発生する暗電荷のみを蓄積する素子である。第１素子４４と第２素子４６は、隣接して配置されている。第１素子４４と第２素子４６のサイズ（撮像領域２６内において占有する面積）と配列ピッチｐは、画素２４と同じであり、第１素子４４と第２素子４６は、撮像領域２６内において、画素２４の一部を置換した形態で配置されている。
【００４０】
検出用素子部４１は、画素２４として機能しないので、メモリ２２に出力されるＸ線画像データにおいて、検出用素子部４１の位置に対応するデータは欠落する。データの欠落部分は、隣接画素の画素値に基づいて補間されるが、データの欠落部分は目立たない位置にあることが好ましい。検出用素子部４１は、被写体Ｈに向けて照射されたＸ線が入射する領域内にあればよいので、撮像領域２６の中心領域を避けて外周付近に配置される。
【００４１】
図３に示すように、第１素子４４と第２素子４６は、画素２４と同様に、それぞれフォトダイオード４７、４８と、キャパシタ５０と、ＴＦＴ４９とから構成されている。フォトダイオード４８は、シンチレータ８４が発生する可視光を遮蔽する遮蔽膜を有しており、第２素子４６は、遮蔽膜によって入射する可視光を遮蔽することによって暗電荷のみを蓄積する。
【００４２】
第２ゲートドライバ４２は、走査線５４によって、第１素子４４及び第２素子４６のそれぞれのＴＦＴ４９のゲート電極６３（図７、８参照）に接続されている。第２ゲートドライバ４２は、走査線５４を通じて第１素子４４及び第２素子４６に対して駆動用のゲートパルスＸＧを与えて、第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９を同時にオン状態にする。
【００４３】
第１素子４４及び第２素子４６の各ＴＦＴ４９のドレイン電極６９（図７、８参照）は、それぞれフォトダイオード４７、４８に接続されており、ソース電極６６（図７、８参照）は、それぞれ出力線５１、５２に接続されている。
【００４４】
第１素子４４と第２素子４６のキャパシタ５０には、フォトダイオード４７、４８が発生する電荷Ｃｘ、Ｃｒが蓄積される。ＴＦＴ４９がオン状態にされると、出力線５１、５２を通じて、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒに対応する電圧Ｖｘ、Ｖｒがオペアンプ４３の２つの入力端子に出力される。電圧Ｖｘは、第１素子４４の蓄積電荷Ｃｘに応じて発生する電圧信号であり、Ｘ線の入射量に応じた電圧値を示す。電圧Ｖｒは、第２素子４６の蓄積電荷Ｃｒに応じて発生する電圧信号であり、第２素子４６が蓄積する暗電荷に応じた電圧値を示す。暗電荷は、第１素子４４においても発生するので、電圧Ｖｘにも、暗電荷に応じた電圧値が含まれる。
【００４５】
オペアンプ４３は、入力された２つの電圧Ｖｘ、Ｖｒの差分を増幅して、増幅した差分値を、アナログ信号である出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子から出力する差動増幅器である。出力電圧Ｖｏｕｔは、第１素子４４と第２素子４６の蓄積電荷量の差を表す。
【００４６】
オペアンプ４３の出力端子は、制御部２９に接続されている。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射の開始及び停止を検出する。また、出力線５１、５２には、オペアンプ４３の入力端子の手前に、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷をリセットするリセットスイッチ５３が接続されている。制御部２９は、リセットスイッチ５３にリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴ２を入力してリセットスイッチ５３をオンする。リセットスイッチ５３がオンされると、第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒがグランド（ＧＮＤ）に放出される。
【００４７】
図４のタイミングチャートに示すように、照射検出部によってＸ線の照射の開始が検出されるまでの間、第１ゲートドライバ２７は、リセット動作を行う。リセット動作の間、第１ゲートドライバ２７は、各走査線３３に順にゲートパルスＧ１〜Ｇｎを出力し、画素２４のＴＦＴ３２をオン状態にする。ＴＦＴ３２がオン状態にされると、積分アンプ３６は、画素２４から読み出された暗電荷を積分し、出力端子には、読み出した暗電荷に応じた電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが発生する。リセット動作の間は、ＭＵＸ３７は、積分アンプ３６を選択しないので、積分アンプ３６の出力端子に発生する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍは、ＭＵＸ３７から出力されない。
【００４８】
制御部２９は、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎのそれぞれの立ち下がりとリセットパルスＲＳＴ１の立ち下がりが一致するようにリセットパルスＲＳＴ１を発生し、画素２４のキャパシタと積分アンプ３６のキャパシタ３６ａの暗電荷をリセットする。画素２４の全ライン分の読み出し時間に相当する時間Ｔ１が経過すると、撮像領域２６内の全画素２４がリセットされる。こうしたリセット動作が周期的に繰り返される。
【００４９】
リセット動作が行われている間、照射検出部は、Ｘ線源１２によるＸ線の照射の開始を検出する検出動作を行う。照射開始の検出動作において、第２ゲートドライバ４２は、時間Ｔ２の間隔でゲートパルスＸＧを発生してＴＦＴ４９をオン状態にする。ＴＦＴ４９がオン状態にされると、蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒに応じた電圧Ｖｘ、Ｖｒがオペアンプ４３に入力される。制御部２９は、オペアンプ４３に電圧Ｖｘ、Ｖｒが読み出される毎に、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す。出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した後、制御部２９は、ゲートパルスＸＧの立ち下がりとリセットパルスＲＳＴ２の立ち下がりが一致するようにリセットパルスＲＳＴ２を発生し、第１素子４４と第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒをリセットする。
【００５０】
Ｘ線の照射が開始されない間は、第１素子４４にもＸ線の入射量に応じた信号電荷は発生しないので、蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒは、どちらもリセットパルスＲＳＴ２の出力間隔（Ｔ２）の間に蓄積された暗電荷を表す。そのため、リセット動作の期間中は、電圧Ｖｘ、Ｖｒは同じ値であるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔは「０」である。
【００５１】
時点ｔ０１において、Ｘ線源１２によるＸ線の照射が開始されると、第１素子４４にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が発生する。蓄積電荷Ｃｘには、暗電荷に信号電荷が加算されるので、Ｘ線の照射が開始されると、開始前と比べて、蓄積電荷Ｃｘが増加する。ＴＦＴ４９がオン状態にされたときに、その蓄積電荷Ｃｘに応じた電圧Ｖｘがオペアンプ４３に入力される。一方、第２素子４６のフォトダイオード４８は遮蔽されているので、Ｘ線がＦＰＤ２１に入射しても信号電荷は発生しない。そのため、Ｘ線の照射が開始される前後において、蓄積電荷Ｃｒとそれに応じた電圧Ｖｒは変化しない。
【００５２】
電圧Ｖｘが増加すると電圧Ｖｒとの間に差が生じるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔは上昇する。制御部２９は、ゲートパルスＸＧの発生タイミングと同期して、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出し、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」から上昇したかを監視する。そして、電圧Ｖｏｕｔが上昇した場合に、Ｘ線の照射開始を検出する。制御部２９は、Ｘ線の照射開始を検出すると、第１ゲートドライバ２７に制御信号を送り、ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの出力を停止させる。これにより、全画素２４のＴＦＴ３２がオフ状態となり、画素２４がリセット動作から蓄積動作へ移行する。
【００５３】
蓄積動作においては、Ｘ線の入射量に応じて画素２４に信号電荷が蓄積される。制御部２９は、照射開始を検出した後は、照射停止の検出動作を行う。蓄積動作が行われている間も、第２ゲートドライバ４２は、時間Ｔ２の間隔でゲートパルスＸＧを発生し、第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９を周期的にオン状態にして、第１素子４４及び第２素子４６の電圧Ｖｘ、Ｖｒが周期的にオペアンプ４３に入力される。制御部２９は、電圧Ｖｘ、Ｖｒが入力される毎にオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出し、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」に下降したか否かを監視して、照射の停止を検出する検出動作を行う。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した後、リセットパルスＲＳＴ２を発生して蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒをリセットする。
【００５４】
Ｘ線の照射が停止すると、第１素子４４における信号電荷の発生が停止し、蓄積電荷Ｃｘの上昇が停止する。本例において、Ｘ線の照射が停止した直後のゲートパルスＸＧの発生によって読み出される電圧Ｖｘに対応する蓄積電荷Ｃｘの蓄積期間は、Ｘ線の照射期間と一部オーバラップしているので、蓄積電荷ＣｘにはＸ線の照射が停止される前に発生した信号電荷が含まれている。このため、照射停止後、第１素子４４及び第２素子４６から１回目にオペアンプ４３に出力される電圧Ｖｘ、Ｖｒには差があるので、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔも「０」にはならない。
【００５５】
これに対して、次のゲートパルスＸＧによって読み出される蓄積電荷Ｃｘの蓄積期間は、Ｘ線の照射期間とオーバラップしていないので、照射停止後、第１素子４４及び第２素子４６から２回目に読み出される電圧Ｖｘ、Ｖｒの差は「０」になり、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔも「０」になる。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になった時点ｔ０２において、照射停止を検出する。
【００５６】
制御部２９によって照射停止が検出されると、制御部２９は、第１ゲートドライバ２７を通じて画素２４を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。読み出し動作において、第１ゲートドライバ２７は、ゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生し、画素２４に蓄積された信号電荷は、１行ずつ信号線３４を通じて信号処理部２８に読み出される。
【００５７】
読み出し動作に移行すると、第２ゲートドライバ４２からのゲートパルスＸＧの出力と、制御部２９からのリセットパルスＲＳＴ２の出力が停止する。これにより、再びリセット動作が開始されるまでの間、照射の開始及び停止を検出する照射検出動作が停止される。
【００５８】
図５及び図６に示すように、ＦＰＤ２１の撮像パネル６１において、ガラス基板６２上にフォトダイオード３１とＴＦＴ３２が形成されて画素２４が形成される。図５に示す断面は、図６に示す平面図のＡ−Ａ線で示す断面である。ガラス基板６２上には、まず、ゲート電極６３とブリッジ配線６４が形成される。ブリッジ配線６４は、信号線３４、出力線５１、５２に対して直交して配置され、信号線３４、出力線５１、５２のいずれかとＴＦＴ３２のソース電極６６とのコンタクトを得るための配線である。画素２４の構成を示す図５においては、ブリッジ配線６４は、コンタクトホール６５を介して信号線３４と接続されている。
【００５９】
ゲート電極６３とブリッジ配線６４の上には、ゲート絶縁層６７が形成される。ゲート電極６３の上方において、ゲート絶縁層６７の上層に半導体活性層６８が形成される。ゲート絶縁層６７の上層には、半導体活性層６８の一部とオーバラップするように、ＴＦＴ３２のソース電極６６とドレイン電極６９が形成される。ソース電極６６とドレイン電極６９の上層には、保護膜７１が形成される。
【００６０】
保護膜７１の上層には、信号線３４、出力線５１、５２が形成され、これらと同層に、ドレイン電極６９とフォトダイオード３１の下部電極７２を接続するための接続線７３と、ブリッジ配線７４（図６参照）と、接続線７５が形成される。ブリッジ配線７４は、ゲート電極６３と、走査線３３、４７のいずれかとのコンタクトを得るための配線であり、画素２４の平面構成を示す図６においては、コンタクトホール７４ａを介して、ゲート電極６３と走査線３３が接続されている。接続線７５は、ソース電極６６とブリッジ配線６４を接続する。
【００６１】
保護膜７１の上層には、層間絶縁膜７６が形成され、その上層にフォトダイオード３１が形成される。フォトダイオード３１は、下部電極７２と上部電極７７によって、半導体層を挟み込んだものであり、半導体層７８は、下層から順に、Ｐ型半導体層７８ａ、Ｉ層（真性半導体層）７８ｂ、Ｎ型半導体層７８ｃが形成されたＰＩＮ型フォトダイオードである。フォトダイオード３１の上部電極７７は、可視光を透過する透明電極で形成される。
【００６２】
フォトダイオード３１の下部電極７２と、ＴＦＴ３２のドレイン電極６９と、層間絶縁膜７６によってキャパシタが構成される。上部電極７７の上方には、絶縁膜８１が形成され、絶縁膜８１を介して、各フォトダイオード３１の上部電極７７にバイアス電圧を印加するための共通配線８２が形成される。
【００６３】
フォトダイオード３１が形成された後、その上方には保護層８３を挟んでシンチレータ８４が形成される。シンチレータ８４は、ヨウ化セシウム（ＣＳＩ）やガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）などからなる蛍光体であり、Ｘ線を可視光に変換する。シンチレータ８４は、画素２４が配列された撮像領域２６の全面を覆う大きさを持っている。画素２４のフォトダイオード３１は、上部電極７７が透明なので、シンチレータ８４が発光する可視光が半導体層７８に入射する。
【００６４】
図７〜図１０に示すように、検出用素子部４１を構成する第１素子４４及び第２素子４６も、画素２４とほぼ同様の構成である。同一部分には同一符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００６５】
図７及び図９に示す第１素子４４は、層構造が画素２４と同一であり、相違点は、ＴＦＴ４９のゲート電極６３が、走査線３３の代わりに、コンタクトホール７４ｂを介して走査線５４と接続されている点と、ＴＦＴ４９のソース電極６６が、信号線３４の代わりに、コンタクトホール６５を介して出力線５１と接続されている点である。第１素子４４のフォトダイオード４７の上部電極７７も、画素２４と同様に透明である。
【００６６】
図８及び図１０に示す第２素子４６についても、フォトダイオード４８の上部電極８６を除いて、画素２４及び第１素子４４と層構造は同一である。第１素子４４との相違点は、ＴＦＴ４９のソース電極６６が、出力線５１の代わりに、コンタクトホール６５を介して出力線５２と接続されている点である。上部電極８６は、可視光を透過しない不透明材料が使用されており、フォトダイオード４８の半導体層７８には、シンチレータ８４からの可視光は入射しない。そのため、第２素子４６は、暗電荷のみ出力する。
【００６７】
このように、画素２４と、第１素子４４及び第２素子４６は、ほぼ同一の構造をしているので、画素２４の製造工程において、第１素子４４及び第２素子４６を同時に形成できるため製造効率がよい。また、第２素子４６において、上部電極８６と可視光を遮蔽する遮蔽部材とを兼用しているため、遮蔽部材を別に追加する場合と比べて、部品点数の増加もなく、製造効率もよい。
【００６８】
以下、上記構成による作用について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。電子カセッテ１３で被写体Ｈの撮影を行う場合、電子カセッテ１３の位置と被写体Ｈの撮影部位のポジショニングを行う。Ｘ線源制御部１５に対して、管電流、管電圧及び照射時間などの撮影条件を設定する。そして、電子カセッテ１３を起動して、リセット動作を開始させる（ステップ（Ｓ）１０１）。図４に示すように、リセット動作では、第１ゲートドライバ２７が走査線３３を通じてゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次出力して、画素２４のＴＦＴ３２を１ライン毎に駆動し、その駆動タイミングに合わせて制御部２９がリセットパルスＲＳＴ１を出力する。これにより、画素２４に蓄積される暗電荷がリセットされる。
【００６９】
また、リセット動作が開始されると、照射検出部も作動して、照射開始の検出動作が開始される（Ｓ１０２）。照射開始の検出動作では、第２ゲートドライバ４２が走査線５４を通じてゲートパルスＸＧを第１素子４４及び第２素子４６のＴＦＴ４９に出力して、第１素子４４及び第２素子４６が出力する電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出す。制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔの上昇を監視する。照射開始を検出するまでの間、照射開始の検出動作を継続する（Ｓ１０２でＮ）。
【００７０】
照射スイッチ１８が押下されると、Ｘ線源１２が撮影条件に応じた管電流及び管電圧でＸ線の照射が開始される。照射が開始されると、電圧Ｖｘが上昇し、電圧Ｖｒとの間に差が生じるため、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。制御部２９は、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを検知して、照射開始を検出する（Ｓ１０２でＹ）。
【００７１】
制御部２９は、照射開始を検出すると、画素２４のリセット動作を停止して（Ｓ１０３）、蓄積動作を開始させる（Ｓ１０４）。蓄積動作では、画素２４にＸ線が入射し、それに応じた信号電荷が蓄積される。蓄積動作が開始された後、制御部２９は、照射停止の検出動作を開始する（Ｓ１０５）。Ｘ線照射期間においては、時間Ｔ２の間隔で発生するリセットパルスＲＳＴ２の間、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘは増加する。照射停止の検出動作において、制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」に下降するのを監視する。
【００７２】
撮影条件で設定された照射時間が経過して、Ｘ線源１２の照射が停止すると、第１素子４４へのＸ線の入射も停止する。制御部２９は、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になったときに、照射停止を検出する（Ｓ１０５でＹ）。制御部２９は、照射停止が検出されると、蓄積動作を停止して（Ｓ１０６）、読み出し動作（Ｓ１０７）を開始する。読み出し動作では、画素２４の蓄積電荷が信号線３４を通じて積分アンプ３６に読み出される。ＭＵＸ３７を介して読み出された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍは、Ａ／Ｄ変換器３８でデジタルな画像データに変換され、画像データがメモリ２２に書き込まれる。画素２４の全ライン分の読み出しが終了すると（Ｓ１０８）、メモリ２２に書き込まれた画像データは、通信部２３によってコンソール１６に送信される。
【００７３】
読み出し動作が開始されると、照射停止の検出動作も停止される。次の撮影がある場合には（Ｓ１０９でＹ）、再びリセット動作が開始される。次の撮影が無い場合には（Ｓ１０９でＮ）、電子カセッテ１３の電源を落として撮影を終了する。
【００７４】
本発明のように、第１素子４４と第２素子４６の１組の素子からなる検出用素子部４１を用い、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘと、第２素子４６が出力する暗電荷に対応する電圧Ｖｒとの差に基づいて、照射検出動作を行うと、図１２に示す比較例の照射検出部と比べて、ＦＰＤ２１に発生するシステムノイズがある場合でも、照射検出を正確に行うことができる。以下、その理由について、図１３〜図１５を参照しながらより詳細に説明する。
【００７５】
図１２に示す比較例の照射検出部は、第２素子４６を設けずに、オペアンプ４３に電圧値が固定された基準電圧Ｖｒｆを入力し、第１素子４４が出力する電圧Ｖｘと、基準電圧Ｖｒｆとの差に基づいて照射検出を行う点で、図３に示す本発明の照射検出部と相違する。基準電圧Ｖｒｆは、第１素子４４が発生する暗電荷を想定して設定された固定値の基準電圧である。その他の点については本発明と同様である。
【００７６】
図１３に示すように、ＦＰＤ２１にシステムノイズが発生すると、ＦＰＤ２１の第１素子４４及び第２素子４６の蓄積電荷Ｃｘ、Ｃｒ、電圧Ｖｘ、Ｖｒに対してシステムノイズが重畳される。システムノイズは、ＴＦＴの暗電流に起因するドリフト性ノイズ、ゲートドライバなどの駆動回路に大きな電流が流れたときの大電流変動や筐体に振動や衝撃が加わった場合のキャパシタの静電容量の変動などに起因するノイズなどからなり、これらは同相に発生するノイズが多い。システムノイズは、急峻に立ち上がる高周波ノイズや、比較的緩やかに変動する低周波ノイズとして、また、両者が混合された形態で現れる。
【００７７】
図１３に示すケースでは、Ｘ線の照射開始のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングがほぼ一致しており、第１素子４４が信号電荷を蓄積する、次のリセットパルスＲＳＴ２までの蓄積期間が最大になっているケースである。第１素子４４が信号電荷を蓄積する蓄積期間が長い場合には、第１素子４４の信号電荷の蓄積量が多くなるため、オペアンプ４３に出力される電圧Ｖｘも比較的大きな値となる。
【００７８】
そのため、図１３（Ａ）に示す本発明における出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと電圧Ｖｒの差Ｗも、図１３（Ｂ）に示す比較例における出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｆとの差Ｗも比較的大きな値となる。出力電圧Ｖｏｕｔが大きければ、比較例の場合でも、基準電圧Ｖｒｆを上回る電圧Ｖｒを得ることができる。また、システムノイズが発生した場合でも、Ｓ／Ｎ比が大きくなるので、比較的安定した検出が可能となる。図１３に示すケースでは、本発明及び比較例のどちらの場合でも、Ｘ線の照射開始後、１回目の出力電圧Ｖｏｕｔを読み出した時点ｔ１において、照射開始を検出している。
【００７９】
また、図１３に示すケースでは、Ｘ線の照射が停止するタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングもほぼ一致しており、Ｘ線の照射停止とほぼ同時に第１素子４４における信号電荷の発生は停止される。このため、本発明と比較例のどちらも、１回目の出力電圧Ｖｏｕｔは「０」になり、その出力電圧Ｖｏｕｔを読み出す時点ｔ２において、照射停止が検出されている。
【００８０】
一方、図１４及び図１５に示すケースは、Ｘ線の照射開始及び照射停止のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングが一致しないケースである。Ｘ線の照射開始のタイミングと、リセットパルスＲＳＴ２が発生するタイミングが一致しないと、第１素子４４が信号電荷を蓄積する、次のリセットパルスＲＳＴ２までの蓄積期間が短くなる。蓄積期間が短いと、出力電圧Ｖｏｕｔに相当する、電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｆの差Ｗが小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下する。Ｓ／Ｎ比が低下すると、検出が不安定になる他、システムノイズが重畳することによって誤検出が発生する可能性も大きくなる。また、基準電圧Ｖｒｆの設定値が高すぎると、信号電荷が発生しているにも関わらず、基準電圧Ｖｒｆ以下の小さな電圧Ｖｘしか発生せず、検出が不能になるといった事態も生じる。
【００８１】
図１４のケースでは、Ｘ線の照射が開始された時点における第１素子４４の電圧Ｖｘが、図１３のケースと比べて小さい。しかも、Ｘ線の照射開始後、１回目のゲートパルスＸＧが出力された直後に低周波と高周波が混合したシステムノイズが発生しており、その影響により、図１３のケースと比べると、第１素子４４の電圧Ｖｘの上昇が遅れている。このため、図１４（Ｂ）に示す比較例では、電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｆを超えるまでに時間が掛かっており、時点ｔ４において照射開始を検出している。
【００８２】
また、比較例において、Ｘ線の照射停止は、図１４（Ａ）に示す本発明と同様の時点ｔ６において検出されているものの、Ｘ線の照射が停止された後、１回目のゲートパルスＸＧが出力された時点ｔ５において、電圧Ｖｘが小さいため、小刻みに出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がり、出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になっている。出力電圧Ｖｏｕｔが不安定だと誤検出が生じるおそれもある。
【００８３】
これに対して、図１４（Ａ）に示す本発明においては、電圧Ｖｘが小さくても、電圧Ｖｒとの差を出力電圧Ｖｏｕｔとしているため、ゲートパルスＸＧが出力された直後に電圧Ｖｏｕｔは立ち上がり、時点ｔ４よりも早い時点ｔ３において照射開始を検出している。また、本発明の場合には、第１素子４４と第２素子４６の差を出力することで、両者に発生する同相のシステムノイズが相殺されるので、システムノイズによる影響もない。また、Ｘ線の照射が停止された直後も、比較例のように出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になることもない。
【００８４】
図１５に示すケースでは、電圧Ｖｘが小さいため、図１５（Ｂ）に示す比較例では、Ｘ線の照射開始直後の時点ｔ７において、電圧Ｖｘは立ち上がっているものの、基準電圧Ｖｒｆを超えないため、照射開始を検出できず、次のゲートパルスＸＧが出力される時点ｔ８で照射開始を検出している。これに対して、図１５（Ａ）に示す本発明では、電圧Ｖｘが小さくても、時点ｔ７において、照射開始を検出している。図１５に示すケースでは、照射停止の検出については、本発明も比較例も同じ時点ｔ８において検出している。
【００８５】
このように、本発明は、固定値である基準電圧Ｖｒｆを基準として照射を検出する比較例と比較して、電圧Ｖｒが小さかったり、システムノイズがある場合でも、正確でかつ安定した検出を行うことができる。
【００８６】
また、暗電荷はＴＦＴの特性によって変化し、ＴＦＴの特性は、ＦＰＤ２１の周囲の温度や駆動時間の長短による温度変動による影響を受けやすい。そのため、固定値の基準電圧Ｖｒｆで照射を検出する場合には、暗電荷の変動に追従することができないため、誤検出のおそれが高い。これに対して、本発明は、暗電荷に対応する電圧Ｖｒと、電圧Ｖｘの差をとるため、暗電荷の変動分を吸収することが可能となり、正確な照射検出ができる。
【００８７】
また、アナログ信号である、オペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射検出を行うため、Ａ／Ｄ変換後のデータに基づいて照射検出を行う場合と比べて、照射検出を短時間で行うことができる。具体的には、照射が開始されてから照射開始を検出するまでの時間が短時間で済む。このため、照射開始後、蓄積動作へ移行するまでの時間が短くなるため、信号電荷の蓄積に寄与しない無駄な被曝を低減することができる。また、照射が停止されてから照射停止を検出するまでの時間も短時間で済むため、照射停止後の余分な蓄積動作時間を短くすることができる。蓄積動作を行っている間も暗電流は発生するので、蓄積動作時間が長いと、暗電流に起因するノイズ（いわゆるオフセットノイズ）が増加して画質が低下する。余分な蓄積動作時間を短くすることで、暗電流が画質に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００８８】
なお、本例において、第１素子４４と第２素子４６を隣接して配置する例で説明したが、第１素子４４と第２素子４６は、近傍位置に配置されていればよい。第２素子４６は、第１素子４４の蓄積電荷Ｃｘに含まれる、システムノイズに起因する暗電荷を取り除き、第１素子４４が蓄積した信号電荷に対応する出力Ｖｏｕｔに基づいて照射検出を行うためのものである。システムノイズは、撮像領域２６の全域に同時に発生するノイズであり、撮像領域２６の全域において、波形や大きさに大きな変化はないと考えられるが、第２素子４６と第１素子４４との間隔が大きすぎると、両方に発生するシステムノイズ間に、波形や大きさの点で違いが生じることも考えられるので、同程度のシステムノイズが発生すると考えられる近傍位置に配置されることが好ましい。
【００８９】
近傍位置の具体的な範囲としては、１つの画素の大きさが、約５０μｍ〜約２００μｍである場合には、数画素〜数百画素程度の間隔の範囲であり、より好ましくは、数画素〜数十画素程度であることが好ましい。もちろん、本例のように隣接していることが最も好ましい。隣接していれば、第１素子４４と第２素子４６の両方に蓄積される暗電荷はほぼ等しいと考えられるからである。
【００９０】
［第２実施形態］
図１６に示すＦＰＤ９１は、撮像領域２６内に、複数個の検出用素子部４１を設けたものである。検出用素子部４１が複数個ある点を除いて、第１実施形態のＦＰＤ２１と同様である。ＦＰＤ９１において、複数個の検出用素子部４１は、撮像領域２６の外周付近ばかりでなく、撮像領域２６の中心領域など、撮像領域２６内の全域に分散して配置されている。ＦＰＤ９１では、検出用素子部４１の数に応じて、第１素子４４及び第２素子４６を駆動するための走査線５４や、電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出すための出力線５１、５２が追加されている。第２ゲートドライバ４２は、各走査線５４に対して、ゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３を出力して、複数個の検出用素子部４１を選択的に駆動する。
【００９１】
図１７に示すように、制御部２９は、各検出用素子部４１のいずれかの電圧Ｖｘ、Ｖｒを読み出したときのオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇したときに、照射開始を検出する。そして、照射停止の検出動作は、順次出力されるゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３によって、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを順次読み出し、すべての検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒに対応するオペアンプ４３の出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になったときに、照射停止を検出する。
【００９２】
また、照射停止の検出動作については、図１８に示すように、照射開始を検出した後、ゲートパルスＸＧ１〜ＸＧ３の出力を順次出力から同時出力に切り替えて、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを、同時に読み出してもよい。同時読み出しを行った場合には、ＦＰＤ９１のように、複数個の検出用素子部４１で出力線５１、５２及びオペアンプ４３が共用されている場合には、複数個の検出用素子部４１の電圧Ｖｘ、Ｖｒを加算した電圧がオペアンプ４３に入力される。こうしても、Ｘ線の照射が停止された場合には、すべての検出用素子部４１の第１素子４４への信号電荷の蓄積はなくなり、暗電荷に対応する電圧Ｖｘが出力されるので、出力電圧Ｖｏｕｔが「０」になるのを監視すればよい。図１８のように複数個の検出用素子部４１の同時読み出しを行って、照射停止を検出することで、図１７の例と比べて、照射停止後、照射停止の検出タイミングまでの時間を短くすることができる。
【００９３】
撮影部位によっては、撮像領域２６の全域を使わずに、撮像領域２６の一部を使う場合もある。例えば、肘や膝を撮影する場合には、撮影部位の大きさが撮像領域２６に比べて小さいので、Ｘ線の照射野は、その範囲に設定すれば足りる。しかし、ＦＰＤ２１のように撮像領域２６の外周付近にのみ検出用素子部４１が設けられていると、検出用素子部４１にＸ線を照射するために、撮影部位に対して広い領域をＸ線の照射野として設定しなければならない。このようにＸ線の照射野を撮影に必要な範囲以上に広げることは、無駄な被曝を生じさせるおそれがあるため、好ましくない。
【００９４】
ＦＰＤ９１のように、撮像領域２６の全域に渡って検出用素子部４１を分散して配置しておけば、撮像領域２６内において、照射野の大きさや位置が変わっても、いずれかの検出用素子部４１が照射野内に入る可能性が高いので、照射野を撮影に必要な範囲以上に広げる必要がなく、無駄な被曝が低減される。電子カセッテ１３は、据え置き型のＸ線画像検出装置と比べて、肘や膝の撮影など、撮像領域２６の一部を使用する撮影に用いられることが多い。そのため、撮像領域２６内において、複数個の検出用素子部４１を分散配置する構成は、電子カセッテ１３に特に有効である。
【００９５】
また、複数の検出用素子部４１を分散配置する構成は、散乱Ｘ線除去用のグリッド板を使用してＸ線撮影を行った場合にも有効である。散乱Ｘ線除去用のグリッド板は、周知のように、鉛などのＸ線を遮蔽する遮蔽材料とアルミニウムなどのＸ線を透過する透過材料の２種類の材料を縞状に交互に配置して形成したものであり、Ｘ線が被写体Ｈを透過することによって生じる散乱Ｘ線を除去する。撮影時には、グリッド板は、被写体ＨとＦＰＤの間に配置される。
【００９６】
グリッド板を使用した場合には、透過材料を透過したＸ線のみがＦＰＤの撮像領域２６に入射するので、撮像領域２６内においては、遮蔽材料によってＸ線が遮蔽されることによって、Ｘ線が入射しないあるいはＸ線のエネルギーが減少する遮蔽領域が生じる。検出用素子部４１が１つだけの場合には、その検出用素子部４１が、遮蔽領域にあると、その検出用素子部４１が機能しないため、照射検出を行えないという事態も起こりうる。撮像領域２６内において複数の検出用素子部４１を分散配置しておけば、すべての検出用素子部４１が遮蔽領域に位置する可能性は低いので、そうした事態を回避することができる。
【００９７】
また、Ｘ線の吸収率が低い軟部組織とＸ線の吸収率が高い骨部というように体内のＸ線吸収率は部位によって異なる。そのため、例えば、骨部が多い部分を撮影する場合には、撮像領域２６内において、骨部によって、グリッド板の場合と同様に遮蔽領域が生じる場合も考えられる。複数の検出用素子部４１を撮像領域２６内に分散配置する構成は、このような場合にも有効である。
【００９８】
第１実施形態のＦＰＤ２１においては、画素の欠落は少ない方がよいという理由から、検出用素子部４１を撮像領域２６の外周付近に配置する構成としたが、照射野を必要以上に広げずに被曝を低減するという観点や、グリッド板を使用した撮影等による遮蔽領域の発生による不都合を回避するという観点を考慮すると、本実施形態のＦＰＤ９１のように、複数の検出用素子部４１を撮像領域２６の全域に渡って分散配置することが好ましい。複数の検出用素子部４１を分散配置した場合でも、検出用素子部４１によって欠落する画素については、第１実施形態で述べたとおり、周辺の画素２４の画素値を用いて補間処理が施されるので、補間処理により、画素の欠落が画質に与える影響を低減することが可能である。
【００９９】
このように、複数の検出用素子部４１を分散配置する構成は、撮影部位、グリッド板の有無といった使用条件の変動がある場合でも安定した照射検出を可能にする。この構成は、ＦＰＤが置かれる使用環境の温度が一因となって発生するシステムノイズがある場合でも正確かつ安定した照射検出を可能にする検出用素子部４１の構成（第１素子４４と第２素子４６の組）と相俟って、ＦＰＤが実際に使用される環境や条件の変動に対する高い耐性力を持つ照射検出機能の実現に寄与する。
【０１００】
また、図５〜図１０で説明したように、画素２４と、第１素子４４及び第２素子４６をほぼ同一の構造にする構成は、ＦＰＤ９１のように、検出用素子部４１の数が増えるほど効果が大きい。また、同一構造であると、検出用素子部４１の位置を変えたり、数を増やすなどの設計変更の場合でも、走査線や出力線の数や位置の変更など、比較的小変更で対応が可能である。
【０１０１】
［第３実施形態］
図１９に示すＦＰＤ９６のように、１つの検出用素子部９７を、複数組（本例では２組）の第１素子４４、第２素子４６で構成してもよい。複数組の第１素子４４、第２素子４６で構成すれば、１つの組が、故障や、第２実施形態で述べた遮蔽領域に位置しているなどの理由により機能しない場合でも、残りの組が機能して照射検出を行うことができるので、安全性が高い。
【０１０２】
［第４実施形態］
図２０に示すＦＰＤ１０１のように、１つの検出用素子部９７の大きさを、１つの画素２４の大きさとほぼ同じ、具体的には、撮像領域２６内において１つの検出用素子部９７が占有する面積と１つの画素２４が占有する面積をほぼ同じにしてもよい。検出用素子部９７は、第１素子４４、第２素子４６と同様に機能する、第１素子１０３、第２素子１０４の１組の検出用素子からなる。検出用素子部９７は、画像データにおいては欠落部分になるので、その数は少ない方がよい。１つの検出用素子部９７の大きさを、画素２４と同じ大きさにすることで、２画素分の大きさを持つ上記実施形態のＦＰＤと比較して、画像データの欠落部分を少なくすることができる。
【０１０３】
なお、上記第１〜第４の各実施形態ではいずれも、１つの検出用素子部４１を、同数の第１素子４４と第２素子４６の組（１つずつあるいは２つずつの組）で構成しているが、例えば、１つの第２素子４６と２つの第１素子４４で１つの検出用素子部４１を構成するというように、１つの第２素子４６と複数の第１素子４４で１つの検出用素子部４１を構成してもよい。この場合には、１つの検出用素子部４１において、１つの第２素子４６が複数の第１素子４４で共用される。具体的には、複数の第１素子４４のそれぞれの電圧Ｖｘがオペアンプ４３に読み出される際に、共用される１つの第２素子４６の電圧Ｖｒがオペアンプ４３に読み出される。そして、各第１素子４４の電圧Ｖｘと、１つの第２素子４６の電圧Ｖｒとの差分が出力電圧Ｖｏｕｔとして読み出される。こうした構成によれば、分散配置した複数の第１素子４４に対して、１つの第２素子４６を配置すれば済むので、それぞれに第２素子４６を設ける場合と比べて、第２素子４６の数を減らすことができ、画像データの欠落部分を少なくすることができる。
【０１０４】
［第５実施形態］
上記実施形態では、検出用素子部を用いて照射検出を行う例で説明したが、検出用素子部を用いて被写体Ｈに照射される照射量の測定を行ってもよい。照射量を測定することで、例えば、自動露出制御を行うことができる。この場合には、図２１に示すように、制御部２９に照射量演算部１０６と判定部１０７を設ける。照射量演算部１０６は、ゲートパルスＸＧが出力される毎に読み出されるオペアンプ４３からの出力電圧Ｖｏｕｔを積算して、照射量を測定する。判定部１０７は、撮影前に設定された露出値を記憶しており、測定した照射量と設定された露出値を比較して、照射量が露出値に達したか否かを判定する。制御部２９は、判定部１０７によって照射量が露出値に達したと判定された場合には、第１ゲートドライバ２７にゲートパルスＧ１〜Ｇｎを出力させて、蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。これにより、Ｘ線源１２の照射時間に関わらず、適正な露出値のＸ線画像が得られる。
【０１０５】
このような自動露出制御を行う場合には、図１６に示すＦＰＤ９１のように、撮像領域２６内に複数個の検出用素子部４１を配置し、各検出用素子部４１の中から露出制御に使用する検出用素子部４１を、撮影部位によって選択できるようにしておくとよい。なぜならば、自動露出制御する場合には、撮影部位によって、照射量を測定する領域が異なるからである。
【０１０６】
また、検出用素子部４１を、照射検出や自動露出制御以外に、例えば、Ｘ線の線量管理に用いてもよい。近年、病院などの医療施設において、どの患者に対していつどの程度の線量を照射したかといった被曝履歴を管理することが求められている。線量は、管電流と照射時間の積（いわゆるｍＡｓ値）によって求められる。撮影においては、照射時間を含む撮影条件が設定されるので、その場合には、おおよその線量は把握できるものの、実際の撮影では、自動露出制御が行われる場合など、撮影条件で設定される照射時間と、実際の照射時間が相違する場合が多く、実際に照射された線量を正確に把握することは難しかった。
【０１０７】
検出用素子部４１を用いれば、照射開始と照射停止を正確に検出できるので、その検出信号に基づいて撮影に使用された正確な線量を把握することができる。例えば、図２２に示すように、電子カセッテ１３が照射開始と照射停止を検出したときに、通信部２３を通じて、リアルタイムでコンソール１６に対して検出信号を送る。コンソール１６は、通信部１９を通じてＣＰＵ１６ａが照射開始の検出信号を受信すると、ＣＰＵ１６ａはタイマ１６ｂを作動させる。そして、照射停止の検出信号を受信したときにタイマ１６ｂを止めて、照射時間を測定する。
【０１０８】
上述したとおり、検出用素子部４１は、第１素子４４と第２素子４６からなるので、正確な照射検出が可能であり、また、オペアンプ４３のアナログ信号の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて照射の検出が行われるため、照射開始及び照射停止と、それらの検出タイミングまでの時間差も少ない。そのため、タイマ１６ｂによって測定された照射時間は、実際の照射時間に非常に近い値となる。ＣＰＵ１６ａは、測定された照射時間に管電流を掛けて線量を求めて、その線量データを被写体Ｈである患者の名前や日付などと関連付けてＨＤＤやメモリなどのデータストレージ１６ｃに格納する。このように検出用素子部４１を用いることで、照射時間を正確に測定することができるので、正確な線量管理も可能となる。
【０１０９】
上記実施形態では、検出用素子部４１を撮像領域２６に配置した例で説明したが、撮像領域２６の周辺など、撮像領域２６外のＸ線が入射する領域に配置されていてもよい。しかし、上述したとおり、撮像領域２６外に配置すると、検出用素子部４１にＸ線が入射するように、撮影に必要な範囲以上にＸ線の照射野を大きく取らなければならないので、無駄な被曝を低減する観点からは、上記実施形態で示したとおり、検出用素子部４１は撮像領域２６内に配置されていることが好ましい。
【０１１０】
上記実施形態では、照射開始と照射停止の両方を検出する例で説明したが、照射停止の検出を行わず、照射開始だけを検出してもよい。自動露出制御を行う場合のように、照射が停止されたか否かに関わらず、蓄積動作から読み出し動作へ移行する場合もあるからである。
【０１１１】
上記実施形態では、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテを例に説明したが、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。
【０１１２】
上記実施形態では、ＦＰＤとして間接変換型を例に説明したが、Ｘ線を直接電荷に変換する変換層（アモルファスセレンなど）を用いた直接変換型のＦＰＤに本発明を適用してもよい。この場合には、第２素子４６の遮蔽部材としては、Ｘ線を遮蔽する鉛などの材料が使用される。遮蔽用の鉛は、変換層の上面において、第２素子４６の対応する位置に配置される。
【０１１３】
また、上記各実施形態を組み合わせてもよい。また、上記各実施形態では、放射線としてＸ線を例に説明したが、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用するものでもよい。本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ Ｘ線撮影システム
１３ 電子カセッテ（放射線画像検出装置）
２１、９１、９６、１０１ ＦＰＤ
２４ 画素
２６ 撮像領域
２７ 第１ゲートドライバ（第１駆動手段）
２９ 制御部（制御手段）
３１、４７、４８ フォトダイオード
３２、４９ ＴＦＴ
４１ 検出用素子部
４２ 第２ゲートドライバ（第２駆動手段）
４３ オペアンプ
４４ 第１素子（第１検出用素子）
４６ 第２素子（第２検出用素子）
５３ リセットスイッチ
６１ 撮像パネル（撮像手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から照射され被写体を透過した放射線を撮像して、被写体の放射線画像を検出するための撮像手段であり、前記放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が二次元に配列された前記放射線の撮像領域を有する撮像手段と、
前記画素を駆動する第1駆動手段であり、前記画素において前記放射線源の照射の有無に関わらず発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、前記画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と、前記画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせるための第1駆動手段と、
前記放射線源による照射の開始を検出する照射検出手段であり、
前記画素と同様に前記信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、前記第１検出用素子の近傍に配置され、前記暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部と、
前記第１検出用素子と第２検出用素子を駆動して、それぞれの蓄積電荷を同時に読み出すための第２駆動手段とを有し、
前記第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出手段と、
前記照射検出手段によって前記照射の開始が検出されたときに、前記画素が前記リセット動作から前記蓄積動作へ移行するように前記第1駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記照射検出手段は、前記第１検出用素子と第２検出用素子のそれぞれが出力するアナログ信号の差を出力する差動増幅器を有し、差動増幅器が出力する前記アナログ信号の差に基づいて照射の開始を検出することを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記第1検出用素子及び第2検出用素子は、前記撮像領域内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記第１検出用素子と前記画素は、構造が同一であり、
前記第２検出用素子は、放射線又は可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、前記遮蔽部材を有する点を除いて前記第１検出用素子及び前記画素と構造が同一であることを特徴とする請求項３記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記放射線を可視光に変換するシンチレータを有しており、前記画素、前記第１及び第２の各検出用素子は、基板上に形成され可視光を電気信号に変換する光電変換素子で構成されており、
前記シンチレータは、前記光電変換素子の配列面の全面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項４記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記光電変換素子は、光電変換層である半導体層が、前記基板側に配置される下部電極と、前記シンチレータ側に配置される上部電極とによって挟まれる層構造を有しており、
前記第１検出用素子と前記画素は、前記上部電極が透明な前記光電変換素子で構成されており、前記第２検出用素子は、前記上部電極が不透明な前記光電変換素子で構成されており、不透明な前記上部電極が、前記シンチレータから前記半導体層へ向かう可視光を遮蔽するための前記遮蔽部材として機能することを特徴とする請求項５記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内に複数個配置されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項８】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内の異なる位置に分散して配置されていることを特徴とする請求項７記載の放射線画像検出装置。
【請求項９】
前記検出用素子部は、前記第１検出用素子と第２検出用素子を複数組有することを特徴とする請求項３〜８いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１０】
１つの前記検出用素子部の大きさは、１つの前記画素の大きさとほぼ同じであることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１１】
前記検出用素子部は、前記放射線源から被写体に照射される照射量の測定にも用いられることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１２】
前記照射検出手段は、前記蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の停止を検出し、前記制御手段は、停止が検出された場合には、蓄積動作から読み出し動作へ移行させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１３】
前記撮像手段、前記第１駆動手段、前記第２駆動手段、前記照射検出手段、及び前記制御手段が可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１】
放射線源から照射され被写体を透過した放射線を撮像して、被写体の放射線画像を検出するための撮像手段であり、前記放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が二次元に配列された前記放射線の撮像領域を有する撮像手段と、
前記画素を駆動する第1駆動手段であり、前記画素において前記放射線源の照射の有無に関わらず発生する暗電荷を、リセットするリセット動作と、前記画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と、前記画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作の３つの動作を行わせるための第1駆動手段と、
前記放射線源による照射の開始を検出する照射検出手段であり、
前記画素と同様に前記信号電荷を蓄積する第１検出用素子と、前記第１検出用素子の近傍に配置され、前記暗電荷のみを蓄積する第２検出用素子とからなる少なくとも1組の検出用素子を有する検出用素子部と、
前記第１検出用素子と第２検出用素子を駆動して、それぞれの蓄積電荷を同時に読み出すための第２駆動手段とを有し、
前記第１検出用素子と第２検出用素子から同時に読み出される蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出手段と、
前記照射検出手段によって前記照射の開始が検出されたときに、前記画素が前記リセット動作から前記蓄積動作へ移行するように前記第1駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記照射検出手段は、前記第１検出用素子と第２検出用素子のそれぞれが出力するアナログ信号の差を出力する差動増幅器を有し、差動増幅器が出力する前記アナログ信号の差に基づいて照射の開始を検出することを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記第1検出用素子及び第2検出用素子は、前記撮像領域内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記第１検出用素子と前記画素は、構造が同一であり、
前記第２検出用素子は、放射線又は可視光を遮蔽する遮蔽部材を有しており、前記遮蔽部材を有する点を除いて前記第１検出用素子及び前記画素と構造が同一であることを特徴とする請求項３記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記放射線を可視光に変換するシンチレータを有しており、前記画素、前記第１及び第２の各検出用素子は、基板上に形成され可視光を電気信号に変換する光電変換素子で構成されており、
前記シンチレータは、前記光電変換素子の配列面の全面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項４記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記光電変換素子は、光電変換層である半導体層が、前記基板側に配置される下部電極と、前記シンチレータ側に配置される上部電極とによって挟まれる層構造を有しており、
前記第１検出用素子と前記画素は、前記上部電極が透明な前記光電変換素子で構成されており、前記第２検出用素子は、前記上部電極が不透明な前記光電変換素子で構成されており、不透明な前記上部電極が、前記シンチレータから前記半導体層へ向かう可視光を遮蔽するための前記遮蔽部材として機能することを特徴とする請求項５記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内に複数個配置されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項８】
前記検出用素子部は、前記撮像領域内の異なる位置に分散して配置されていることを特徴とする請求項７記載の放射線画像検出装置。
【請求項９】
前記検出用素子部は、前記第１検出用素子と第２検出用素子を複数組有することを特徴とする請求項３〜８いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１０】
１つの前記検出用素子部の大きさは、１つの前記画素の大きさとほぼ同じであることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１１】
前記検出用素子部は、前記放射線源から被写体に照射される照射量の測定にも用いられることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１２】
前記照射検出手段は、前記蓄積電荷量の差に基づいて、前記照射の停止を検出し、前記制御手段は、停止が検出された場合には、蓄積動作から読み出し動作へ移行させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１３】
前記撮像手段、前記第１駆動手段、前記第２駆動手段、前記照射検出手段、及び前記制御手段が可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
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【図１９】
【図２０】
【図２１】
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【公開番号】特開２０１２−４５０４４（Ｐ２０１２−４５０４４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７２１１（Ｐ２０１０−１８７２１１）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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