JP2015188129A - Detection device, control method thereof, and detection system - Google Patents
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Abstract
【課題】画素内の増幅トランジスタを経由して読み出した信号値に基づいて高速に画素値を算出するための技術を提供する。【解決手段】検出装置は、電磁波を電荷に変換する変換素子と、当該電荷を増幅する増幅トランジスタとを含む画素と、変換素子で変換された電荷を、増幅トランジスタを経由する第1経路と増幅トランジスタを経由しない第2経路との何れかを通じて選択的に読み出す読み出し回路とを含む。変換素子で変換された電荷を第1経路を通じて読み出して得られた信号値と、変換素子で変換された電荷を第2経路を通じて読み出して得られた画素値とに基づいて、信号値と画素値との対応関係を表す関数が決定される。変換素子で変換された電荷を第1経路を通じて読み出して得られた信号値に関数を適用して画素値が算出される。【選択図】図3A technique for calculating a pixel value at high speed based on a signal value read out via an amplification transistor in the pixel is provided. A detection device includes a pixel including a conversion element that converts electromagnetic waves into electric charge and an amplification transistor that amplifies the electric charge, and a charge that is converted by the conversion element is amplified in a first path via the amplification transistor. And a read circuit that selectively reads out through any of the second paths that do not pass through the transistor. Based on the signal value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the first path and the pixel value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the second path, the signal value and the pixel value A function representing the correspondence relationship with is determined. The pixel value is calculated by applying a function to the signal value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the first path. [Selection] Figure 3
Description
本発明は検出装置、その制御方法及び検出システムに関する。 The present invention relates to a detection apparatus, a control method thereof, and a detection system.
特許文献1の放射線読取装置は画素内に増幅トランジスタを有し、変換素子で得られた電荷をこの増幅トランジスタで増幅して読み出す。このような構成では得られる画素値のS/N比を向上させることができ、高画質な撮影を行うことができる。特許文献2は、変換素子で得られた電荷を、画素内の増幅トランジスタを経由する経路と、この増幅トランジスタを経由しない経路との両方で読み出すことができる回路構成を提案する。これらの放射線読取装置では、変換素子に電荷が蓄積された状態で読み出した信号値と、この電荷がリセットされた状態で読み出された信号値の差分を取ることによって画素値が算出される。 The radiation reading apparatus of Patent Document 1 has an amplification transistor in a pixel, and charges obtained by the conversion element are amplified and read by the amplification transistor. With such a configuration, the S / N ratio of the obtained pixel value can be improved, and high-quality shooting can be performed. Patent Document 2 proposes a circuit configuration in which the electric charge obtained by the conversion element can be read out by both a route passing through the amplification transistor in the pixel and a route not passing through the amplification transistor. In these radiation reading apparatuses, a pixel value is calculated by taking a difference between a signal value read in a state where charges are accumulated in the conversion element and a signal value read in a state where the charges are reset.
1つの画素値を算出するために、画素内の増幅トランジスタを経由して信号値を2回読み出すと、その分だけ時間がかかってしまう。本発明は、画素内の増幅トランジスタを経由して読み出した信号値に基づいて高速に画素値を算出するための技術を提供することを目的とする。 If a signal value is read twice via an amplifying transistor in a pixel in order to calculate one pixel value, it takes much time. An object of the present invention is to provide a technique for calculating a pixel value at high speed based on a signal value read out via an amplification transistor in a pixel.
上記課題に鑑みて、1つの実施形態では、検出装置であって、電磁波を電荷に変換する変換素子と、当該電荷を増幅する増幅トランジスタとを含む画素と、前記変換素子で変換された電荷を、前記増幅トランジスタを経由する第1経路と前記増幅トランジスタを経由しない第2経路との何れかを通じて選択的に読み出す読み出し回路と、前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値と、前記変換素子で変換された電荷を前記第2経路を通じて読み出して得られた画素値とに基づいて、前記信号値と前記画素値との対応関係を表す関数を決定する決定手段と、前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値に前記関数を適用して画素値を算出する算出手段とを備えることを特徴とする検出装置が提供される。 In view of the above problem, in one embodiment, the detection device is a pixel including a conversion element that converts electromagnetic waves into electric charge, an amplification transistor that amplifies the electric charge, and the electric charge converted by the conversion element. A readout circuit that selectively reads out through either the first path that passes through the amplification transistor or the second path that does not pass through the amplification transistor, and the charge converted by the conversion element is read out through the first path. A decision to determine a function representing a correspondence relationship between the signal value and the pixel value based on the obtained signal value and a pixel value obtained by reading out the charge converted by the conversion element through the second path; And means for calculating a pixel value by applying the function to a signal value obtained by reading out the electric charge converted by the conversion element through the first path. Detection apparatus is provided, wherein.
上記手段により、画素内の増幅トランジスタを経由して読み出した信号値に基づいて高速に画素値を算出するための技術が提供される。 The above means provides a technique for calculating a pixel value at high speed based on a signal value read out via an amplification transistor in the pixel.
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。本発明の一部の実施形態は一般に特定の波長帯の電磁波(可視光、赤外線、放射線等)を検出する検出装置に関するが、以下では放射線を検出する放射線検出装置を例として説明する。放射線には例えばX線,α線,β線,γ線等が含まれる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Throughout various embodiments, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, each embodiment can be appropriately changed and combined. Some embodiments of the present invention generally relate to a detection device that detects electromagnetic waves (visible light, infrared rays, radiation, etc.) in a specific wavelength band. Hereinafter, a radiation detection device that detects radiation will be described as an example. The radiation includes, for example, X-rays, α rays, β rays, γ rays and the like.
図1の概略ブロック図を参照して、一部の実施形態に係る放射線検出装置100の構成を説明する。放射線検出装置100は例えば図1に示される構成要素を有する。センサ基板110には、複数の画素111が2次元アレイ状に配されている。各画素111は、放射線検出装置100に入射した放射線に応じた信号を生成する。センサ基板110は例えば3000行3000列の画素111を有する。 With reference to the schematic block diagram of FIG. 1, the structure of the radiation detection apparatus 100 which concerns on some embodiment is demonstrated. The radiation detection apparatus 100 has the components shown in FIG. 1, for example. A plurality of pixels 111 are arranged in a two-dimensional array on the sensor substrate 110. Each pixel 111 generates a signal corresponding to the radiation incident on the radiation detection apparatus 100. The sensor substrate 110 includes, for example, pixels 111 in 3000 rows and 3000 columns.
行方向(図1の左右方向)に並んだ画素111は共通の駆動線を通じて駆動IC121に接続される。駆動IC121は走査回路120に接続される。走査回路120は駆動IC121を制御して画素111に順次、信号を出力させる。列方向(図1の上下方向)に並んだ画素111は共通の信号線を通じて信号処理IC131に接続される。信号処理IC131は出力回路130に接続される。出力回路130は信号処理IC131を制御して画素111から信号を読み出し、この信号から画素値を算出して外部の装置に出力する。走査回路120及び出力回路130は制御回路140に接続され、制御回路140は放射線検出装置100の全体の動作を制御する。 The pixels 111 arranged in the row direction (left-right direction in FIG. 1) are connected to the drive IC 121 through a common drive line. The driving IC 121 is connected to the scanning circuit 120. The scanning circuit 120 controls the driving IC 121 to sequentially output signals to the pixels 111. The pixels 111 arranged in the column direction (vertical direction in FIG. 1) are connected to the signal processing IC 131 through a common signal line. The signal processing IC 131 is connected to the output circuit 130. The output circuit 130 reads the signal from the pixel 111 by controlling the signal processing IC 131, calculates the pixel value from this signal, and outputs it to an external device. The scanning circuit 120 and the output circuit 130 are connected to the control circuit 140, and the control circuit 140 controls the overall operation of the radiation detection apparatus 100.
続いて、図2の簡易等価回路図を参照して、放射線検出装置100の画素111及び信号処理IC131の構成例を説明する。画素111と信号処理IC131とは信号線SL1及び信号線SL2によって接続される。画素111は、変換素子CNVと3つの薄膜トランジスタT1〜T3とを有する。これらの素子は例えば半導体を用いて形成される。変換素子CNVは、特定の波長帯の電磁波に応じた電荷を生成して蓄積する。放射線検出装置100がシンチレータ(不図示)を有する場合に、変換素子CNVはシンチレータが発する可視光を電荷に変換してもよい。これに代えて、変換素子CNVは放射線を直接、電荷に変換してもよい。 Next, a configuration example of the pixel 111 and the signal processing IC 131 of the radiation detection apparatus 100 will be described with reference to the simplified equivalent circuit diagram of FIG. The pixel 111 and the signal processing IC 131 are connected by a signal line SL1 and a signal line SL2. The pixel 111 includes a conversion element CNV and three thin film transistors T1 to T3. These elements are formed using a semiconductor, for example. The conversion element CNV generates and accumulates charges corresponding to electromagnetic waves in a specific wavelength band. When the radiation detection apparatus 100 includes a scintillator (not shown), the conversion element CNV may convert visible light emitted from the scintillator into an electric charge. Instead of this, the conversion element CNV may directly convert radiation into electric charges.
薄膜トランジスタT1のゲート電極は変換素子CNVに接続され、第1主電極は信号線SL1に接続され、第2主電極は薄膜トランジスタT2に接続される。薄膜トランジスタT1は、変換素子CNVの電荷を増幅するソースフォロア(増幅トランジスタ)として動作する。薄膜トランジスタT2のゲート電極は駆動IC121に接続され、第1主電極は薄膜トランジスタT1に接続され、第2主電極は電圧源に接続される。薄膜トランジスタT2は、薄膜トランジスタT1と電圧源との接続状態を切り替えるスイッチ素子として動作する。薄膜トランジスタT2は、薄膜トランジスタT1と信号線SL1との間に位置してもよく、薄膜トランジスタT1が電圧源に直接、接続されてもよい。薄膜トランジスタT3のゲート電極は駆動IC121に接続され、第1主電極は変換素子CNVに接続され、第2主電極は信号線SL2に接続される。薄膜トランジスタT3は、変換素子CNVと信号線SL2との接続状態を切り替えるスイッチ素子として動作する。 The gate electrode of the thin film transistor T1 is connected to the conversion element CNV, the first main electrode is connected to the signal line SL1, and the second main electrode is connected to the thin film transistor T2. The thin film transistor T1 operates as a source follower (amplification transistor) that amplifies the electric charge of the conversion element CNV. The gate electrode of the thin film transistor T2 is connected to the driving IC 121, the first main electrode is connected to the thin film transistor T1, and the second main electrode is connected to the voltage source. The thin film transistor T2 operates as a switch element that switches a connection state between the thin film transistor T1 and the voltage source. The thin film transistor T2 may be positioned between the thin film transistor T1 and the signal line SL1, and the thin film transistor T1 may be directly connected to the voltage source. The gate electrode of the thin film transistor T3 is connected to the drive IC 121, the first main electrode is connected to the conversion element CNV, and the second main electrode is connected to the signal line SL2. The thin film transistor T3 operates as a switch element that switches a connection state between the conversion element CNV and the signal line SL2.
信号処理IC131は、信号線SL1と出力回路130との間にある信号処理回路と、信号線SL2と出力回路130との間にある信号処理回路とを有する。信号線SL1と出力回路130とは、薄膜トランジスタT6と、バッファ回路BFと、薄膜トランジスタT8とによって接続される。変換素子CNVに蓄積された電荷は、変換素子CNVの容量と信号線SL1の配線容量との比で定まるゲイン(増幅率)によって増幅された電圧信号として信号線SL1を通じて信号処理IC131へ供給される。信号処理IC131は、信号線SL1からの電圧信号をそのまま出力回路130へ出力する。 The signal processing IC 131 includes a signal processing circuit between the signal line SL1 and the output circuit 130, and a signal processing circuit between the signal line SL2 and the output circuit 130. The signal line SL1 and the output circuit 130 are connected by a thin film transistor T6, a buffer circuit BF, and a thin film transistor T8. The electric charge accumulated in the conversion element CNV is supplied to the signal processing IC 131 through the signal line SL1 as a voltage signal amplified by a gain (amplification factor) determined by a ratio between the capacitance of the conversion element CNV and the wiring capacitance of the signal line SL1. . The signal processing IC 131 outputs the voltage signal from the signal line SL1 to the output circuit 130 as it is.
信号線SL2と出力回路130とは、薄膜トランジスタT5と、増幅回路AMPと、薄膜トランジスタT9とによって接続される。変換素子CNVに蓄積された電荷は、電荷信号として信号線SL2を通じて信号処理IC131へ供給される。信号処理IC131は、信号線SL2からの電荷信号を増幅して出力回路130へ出力する。 The signal line SL2 and the output circuit 130 are connected by a thin film transistor T5, an amplifier circuit AMP, and a thin film transistor T9. The charge accumulated in the conversion element CNV is supplied to the signal processing IC 131 through the signal line SL2 as a charge signal. The signal processing IC 131 amplifies the charge signal from the signal line SL2 and outputs it to the output circuit 130.
信号処理IC131は、信号線SL1と電圧源との間の接続状態を切り替えるスイッチ素子として動作する薄膜トランジスタT7と、信号線SL2と電圧源との間の接続状態を切り替えるスイッチ素子として動作する薄膜トランジスタT5とを更に有する。信号処理IC131内の各薄膜トランジスタは出力回路130からの駆動信号によってオン・オフが制御される。 The signal processing IC 131 includes a thin film transistor T7 that operates as a switch element that switches a connection state between the signal line SL1 and the voltage source, and a thin film transistor T5 that operates as a switch element that switches a connection state between the signal line SL2 and the voltage source. It has further. Each thin film transistor in the signal processing IC 131 is controlled to be turned on / off by a drive signal from the output circuit 130.
信号処理IC131は、変換素子CNVの電荷を、信号線SL1を通る経路(以下、第1経路)と、信号線SL2を通る経路(以下、第2経路)との何れかを通じて選択的に読み出すことができる。第1経路は薄膜トランジスタT1を経由するが、第2経路は薄膜トランジスタT1を経由しない。 The signal processing IC 131 selectively reads out the electric charge of the conversion element CNV through one of a path passing through the signal line SL1 (hereinafter referred to as a first path) and a path passing through the signal line SL2 (hereinafter referred to as a second path). Can do. The first path passes through the thin film transistor T1, but the second path does not pass through the thin film transistor T1.
変換素子CNVに電荷が蓄積された状態で変換素子CNVの電荷を第1経路を通じて読み出して得られた信号値をSとし、変換素子CNVの電荷がリセットされた状態で変換素子CNVの電荷を第1経路を通じて読み出して得られた信号値をS0とする。このとき、画素値XはX=S−S0によって算出されうる。しかしながら、この方法で画素値を算出するためには、信号値Sと信号値S0とを別個に読み出す必要がある。信号値S及び信号値S0は増幅された信号であるため、読み出しに時間がかかる。そこで、一部の実施形態では、放射線検出装置100は、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を事前に決定しておき、この関数に信号値Sを適用することによって画素値を算出する。 A signal value obtained by reading the charge of the conversion element CNV through the first path in a state where the charge is accumulated in the conversion element CNV is S, and the charge of the conversion element CNV is the first value in a state where the charge of the conversion element CNV is reset. Let S0 be a signal value obtained by reading through one path. At this time, the pixel value X can be calculated by X = S−S0. However, in order to calculate the pixel value by this method, it is necessary to read out the signal value S and the signal value S0 separately. Since the signal value S and the signal value S0 are amplified signals, reading takes time. Therefore, in some embodiments, the radiation detection apparatus 100 determines in advance a function that represents the correspondence between the signal value S and the pixel value X, and applies the signal value S to this function to thereby obtain the pixel value. Is calculated.
図3のグラフを参照して、信号値Sと画素値Xとの対応関係を説明する。図3では、横軸に信号値Sをとり、縦軸に画素値Xをとる。信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数がグラフ301で与えられるとする。ある時刻において変換素子CNVに蓄積された電荷を第1経路を通じて読み出して得られた信号値をS1とすると、このS1をグラフ301で表される関数に適用することによって、画素値X1が得られる。 The correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X will be described with reference to the graph of FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the signal value S and the vertical axis represents the pixel value X. It is assumed that a function representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X is given by the graph 301. When the signal value obtained by reading out the electric charge accumulated in the conversion element CNV at a certain time through the first path is S1, the pixel value X1 is obtained by applying this S1 to the function represented by the graph 301. .
薄膜トランジスタT1の閾値電圧は経時的な劣化により変化する。薄膜トランジスタT1の閾値電圧が変化すると、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数も変化する。薄膜トランジスタT1の入力電圧をVin、出力電圧をVout、閾値電圧をVthとし、薄膜トランジスタT1によるゲインを1倍とすると、Vin−Vout=Vthの関係式が成り立つ。そのため、変換素子CNVに蓄積された電荷量が等しくても、閾値電圧Vthが変化することにより、出力電圧Voutの値が変化し、それによって信号値Sも変化する。例えば、薄膜トランジスタT1の閾値電圧が変化した後の信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数がグラフ302で表されるとする。信号値SがS1である場合に、グラフ301で表される関数を用いて画素値を算出してしまうと、本来の画素値XはX2であるのにもかかわらず、X1であるとしてしまい、誤差が生じる。そこで、一部の実施形態で、放射線検出装置100は、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を適宜決定し直す。 The threshold voltage of the thin film transistor T1 changes due to deterioration over time. When the threshold voltage of the thin film transistor T1 changes, the function representing the correspondence between the signal value S and the pixel value X also changes. When the input voltage of the thin film transistor T1 is Vin, the output voltage is Vout, the threshold voltage is Vth, and the gain by the thin film transistor T1 is 1, the relational expression Vin−Vout = Vth is established. For this reason, even if the amount of charge accumulated in the conversion element CNV is equal, the threshold voltage Vth changes, whereby the value of the output voltage Vout changes, and thereby the signal value S also changes. For example, it is assumed that a function representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X after the threshold voltage of the thin film transistor T1 is changed is represented by the graph 302. If the pixel value is calculated using the function represented by the graph 301 when the signal value S is S1, the original pixel value X is assumed to be X1 despite being X2. An error occurs. Therefore, in some embodiments, the radiation detection apparatus 100 appropriately re-determines a function representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X.
続いて、図4(a)のタイミング図を参照して、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数の決定方法を説明する。図4(a)、(b)における各波形は、対応する参照符号が付された薄膜トランジスタのゲート電極に供給される駆動信号を表す。各薄膜トランジスタは駆動信号がハイである場合にオンになり、ローである場合にオフになるとする。 Next, a method for determining a function representing the correspondence between the signal value S and the pixel value X will be described with reference to the timing chart of FIG. Each waveform in FIGS. 4A and 4B represents a drive signal supplied to the gate electrode of the thin film transistor to which the corresponding reference symbol is attached. Each thin film transistor is turned on when the driving signal is high, and is turned off when the driving signal is low.
まず、制御回路140は、薄膜トランジスタT2、T6をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第1経路を通じて読み出す。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT8をオンにして、第1経路を通じて読み出された値(信号値S)を出力回路130に出力する。出力回路130の決定部132は、この信号値Sを記憶部134に格納する。信号値Sの読み出しは非破壊で行われるので、変換素子CNVには電荷が蓄積されたままである。 First, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T2 and T6 and reads out the electric charge accumulated in the conversion element CNV through the first path. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T8 and outputs the value (signal value S) read through the first path to the output circuit 130. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value S in the storage unit 134. Since the reading of the signal value S is performed non-destructively, the charge remains accumulated in the conversion element CNV.
その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT3、T4、T7をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第2経路を通じて読み出す。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT9をオンにして、第2経路を通じて読み出された信号値(以下、信号値Qと呼ぶ)を出力回路130に出力する。信号値Qは、変換素子CNVに蓄積された電荷を画素内で増幅せずに読み出した値である。出力回路130の決定部132は、この信号値Qを記憶部134に格納する。制御回路140は、信号値Qを読み出している間に、薄膜トランジスタT7をオンにして信号線SL1の電位をリセットする。 Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T3, T4, and T7, and reads out the charges accumulated in the conversion element CNV through the second path. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T9 and outputs a signal value (hereinafter referred to as a signal value Q) read through the second path to the output circuit 130. The signal value Q is a value read out without amplifying the charge accumulated in the conversion element CNV within the pixel. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value Q in the storage unit 134. While reading the signal value Q, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T7 to reset the potential of the signal line SL1.
その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT5をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷をリセットする。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT9をオンにして、第2経路を通じて読み出された信号値(以下、信号値Q0と呼ぶ)を出力回路130に出力する。信号値Q0は、変換素子CNVがリセットされた状態における変換素子CNVの電荷を画素内で増幅せずに読み出した値である。出力回路130の決定部132は、この信号値Q0を記憶部134に格納する。 Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T5 to reset the charge accumulated in the conversion element CNV. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T9 and outputs the signal value read through the second path (hereinafter referred to as the signal value Q0) to the output circuit 130. The signal value Q0 is a value read without amplifying the charge of the conversion element CNV in a state where the conversion element CNV is reset. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value Q0 in the storage unit 134.
その後、決定部132は、画素値XをX=Q−Q0によって算出する。信号値Sと画素値Xとのペアが、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表すグラフ上の1点を規定する。決定部132は異なる時刻に図4(a)の処理を更に行って、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表すグラフ上の別の1点を求める。決定部132は、これらの2点を通る一次関数を決定することによって、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を決定し、この関数を記憶部134に格納する。この2点は、変換素子CNVに電荷が蓄積された状態で取得した点と、この電荷がリセットされた状態で取得した点であってもよい。 Thereafter, the determination unit 132 calculates the pixel value X by X = Q−Q0. A pair of the signal value S and the pixel value X defines one point on the graph representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X. The determination unit 132 further performs the process of FIG. 4A at different times to obtain another point on the graph representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X. The determining unit 132 determines a linear function that passes through these two points, thereby determining a function that represents the correspondence between the signal value S and the pixel value X, and stores this function in the storage unit 134. These two points may be a point acquired with the charge accumulated in the conversion element CNV and a point acquired with the charge reset.
これに代えて、決定部132は、グラフ上の3点以上を求め、これらの3点から例えば最小二乗法などによって一次関数を決定してもよい。さらに、これに代えて、決定部132は、グラフ上の1点と、薄膜トランジスタT1によるゲインによって定まるグラフの傾きとによって、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す一次関数を決定してもよい。薄膜トランジスタT1によるゲインは事前のテスト(例えば、製品出荷前のテスト)において測定されて、記憶部134に格納されてもよい。 Instead of this, the determining unit 132 may obtain three or more points on the graph and determine a linear function from these three points by, for example, the least square method. Further, instead of this, the determination unit 132 determines a linear function representing the correspondence between the signal value S and the pixel value X based on one point on the graph and the slope of the graph determined by the gain of the thin film transistor T1. Also good. The gain by the thin film transistor T1 may be measured in a prior test (for example, a test before product shipment) and stored in the storage unit 134.
信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数の決定は、放射線検出装置100の電源が供給された際に自動的に実行されてもよい。これに加えて又はこれに代えて、この関数の決定は、放射線検出装置100へのユーザ入力に応じて実行されてもよい。増幅回路AMPの基準電位が変換素子CNVのリセット電位に等しい場合には、変換素子CNVに蓄積された電荷を第2経路を通じて読み出すことによって、変換素子CNVをリセットできる。この場合に、薄膜トランジスタT5を省略してもよい。 The determination of the function representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X may be automatically executed when the power of the radiation detection apparatus 100 is supplied. In addition or alternatively, the determination of this function may be performed in response to user input to the radiation detection apparatus 100. When the reference potential of the amplifier circuit AMP is equal to the reset potential of the conversion element CNV, the conversion element CNV can be reset by reading the charge accumulated in the conversion element CNV through the second path. In this case, the thin film transistor T5 may be omitted.
続いて、図4(b)のタイミング図を参照して、信号値Sから画素値Xを算出する方法を説明する。まず、放射線検出装置100に放射線が照射されて、変換素子CNVに電荷が蓄積される。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT2、T6をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第1経路を通じて読み出す。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT8をオンにして、第1経路を通じて読み出された値(信号値S)を出力回路130に出力する。出力回路130の算出部133は、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を記憶部134から読み出し、信号処理IC131から出力された信号値Sをこの関数に適用することによって画素値Xを算出し、外部の装置へ出力する。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT3、T5、T7をオンにして、変換素子CNVの電荷をリセットするとともに、信号線SL1の電位をリセットする。放射線検出装置100が動画撮影を行う場合には、図4(b)の動作が繰り返し行われる。 Next, a method for calculating the pixel value X from the signal value S will be described with reference to the timing chart of FIG. First, the radiation detection apparatus 100 is irradiated with radiation, and charges are accumulated in the conversion element CNV. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T2 and T6, and reads out the charges accumulated in the conversion element CNV through the first path. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T8 and outputs the value (signal value S) read through the first path to the output circuit 130. The calculation unit 133 of the output circuit 130 reads out a function representing a correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X from the storage unit 134, and applies the signal value S output from the signal processing IC 131 to the function to thereby obtain the pixel value. X is calculated and output to an external device. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T3, T5, and T7 to reset the charge of the conversion element CNV and reset the potential of the signal line SL1. When the radiation detection apparatus 100 performs moving image shooting, the operation of FIG. 4B is repeatedly performed.
続いて、図5の簡易等価回路図を参照して、放射線検出装置100の画素111及び信号処理IC131の他の構成例を説明する。画素111と信号処理IC131とは1本の信号線SLによって接続される。画素111は、図3で示した構成と同様であるが、薄膜トランジスタT1の第1主電極と薄膜トランジスタT3の第2主電極とがともに信号線SLに接続される点で異なる。 Next, another configuration example of the pixel 111 and the signal processing IC 131 of the radiation detection apparatus 100 will be described with reference to the simplified equivalent circuit diagram of FIG. The pixel 111 and the signal processing IC 131 are connected by a single signal line SL. The pixel 111 has the same configuration as that shown in FIG. 3 except that the first main electrode of the thin film transistor T1 and the second main electrode of the thin film transistor T3 are both connected to the signal line SL.
信号処理IC131は、信号線SLと出力回路130との間にある信号処理回路を有する。信号線SLと出力回路130とは、薄膜トランジスタT10と、増幅回路AMPとによって接続される。信号処理IC131は、信号線SLと電圧源との間の接続状態を切り替えるスイッチ素子として動作する薄膜トランジスタT11を更に有する。信号処理IC131内の各薄膜トランジスタは出力回路130からの駆動信号によってオン・オフが制御される。 The signal processing IC 131 has a signal processing circuit between the signal line SL and the output circuit 130. The signal line SL and the output circuit 130 are connected by the thin film transistor T10 and the amplifier circuit AMP. The signal processing IC 131 further includes a thin film transistor T11 that operates as a switch element that switches a connection state between the signal line SL and the voltage source. Each thin film transistor in the signal processing IC 131 is controlled to be turned on / off by a drive signal from the output circuit 130.
信号処理IC131は、変換素子CNVの電荷を、薄膜トランジスタT1を経由する経路(以下、第1経路)と、薄膜トランジスタT1を経由せずに薄膜トランジスタT3を経由する経路(以下、第2経路)との何れかを通じて選択的に読み出すことができる。 The signal processing IC 131 transfers the charge of the conversion element CNV in any of a path (hereinafter referred to as a first path) that passes through the thin film transistor T1 and a path that does not pass through the thin film transistor T1 (hereinafter referred to as a second path). Can be read selectively.
続いて、図6(a)のタイミング図を参照して、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数の決定方法を説明する。図6(a)、(b)における各波形は、対応する参照符号が付された薄膜トランジスタのゲート電極に供給される駆動信号を表す。各薄膜トランジスタは駆動信号がハイである場合にオンになり、ローである場合にオフになるとする。 Subsequently, a method for determining a function representing the correspondence between the signal value S and the pixel value X will be described with reference to the timing chart of FIG. Each waveform in FIGS. 6A and 6B represents a drive signal supplied to the gate electrode of the thin film transistor to which the corresponding reference symbol is attached. Each thin film transistor is turned on when the driving signal is high, and is turned off when the driving signal is low.
まず、制御回路140は、薄膜トランジスタT2、T10をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第1経路を通じて読み出した信号値(以下、信号値Sと呼ぶ)を出力回路130に出力する。出力回路130の決定部132は、この信号値Sを記憶部134に格納する。信号値Sの読み出しは非破壊で行われるので、変換素子CNVには電荷が蓄積されたままである。 First, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T2 and T10, and outputs a signal value (hereinafter referred to as a signal value S) obtained by reading out the electric charge accumulated in the conversion element CNV through the first path to the output circuit 130. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value S in the storage unit 134. Since the reading of the signal value S is performed non-destructively, the charge remains accumulated in the conversion element CNV.
その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT11をオンにして、信号線SLの電位をリセットする。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT3、T10をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第2経路を通じて読み出した信号値(以下、信号値Qと呼ぶ)を出力回路130に出力する。信号値Qは、変換素子CNVに蓄積された電荷を画素内で増幅せずに読み出した値である。出力回路130の決定部132は、この信号値Qを記憶部134に格納する。 After that, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T11 and resets the potential of the signal line SL. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T3 and T10 and outputs a signal value (hereinafter referred to as a signal value Q) obtained by reading out the electric charge accumulated in the conversion element CNV through the second path to the output circuit 130. The signal value Q is a value read out without amplifying the charge accumulated in the conversion element CNV within the pixel. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value Q in the storage unit 134.
その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT3、T10、T11をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷をリセットし、第2経路を通じて読み出された信号値(以下、信号値Q0と呼ぶ)を出力回路130に出力する。信号値Q0は、変換素子CNVがリセットされた状態における変換素子CNVの電荷を画素内で増幅せずに読み出した値である。出力回路130の決定部132は、この信号値Q0を記憶部134に格納する。その後、決定部132は、図4における説明と同様にして、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を決定し、この関数を記憶部134に格納する。 Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T3, T10, and T11 to reset the charge accumulated in the conversion element CNV, and a signal value read through the second path (hereinafter referred to as a signal value Q0). Output to the output circuit 130. The signal value Q0 is a value read without amplifying the charge of the conversion element CNV in a state where the conversion element CNV is reset. The determination unit 132 of the output circuit 130 stores the signal value Q0 in the storage unit 134. Thereafter, the determination unit 132 determines a function representing the correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X in the same manner as described with reference to FIG. 4, and stores this function in the storage unit 134.
続いて、図6(b)のタイミング図を参照して、信号値Sから画素値Xを算出する方法を説明する。まず、放射線検出装置100に放射線が照射されて、変換素子CNVに電荷が蓄積される。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT2、T10をオンにして、変換素子CNVに蓄積された電荷を第1経路を通じて読み出した信号値(以下、信号値Sと呼ぶ)を出力回路130に出力する。出力回路130の算出部133は、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を記憶部134から読み出し、信号処理IC131から出力された信号値Sをこの関数に適用することによって画素値Xを算出し、外部の装置へ出力する。その後、制御回路140は、薄膜トランジスタT11をオンにして、変換素子CNVの電荷をリセットするとともに、信号線SLの電位をリセットする。放射線検出装置100が動画撮影を行う場合には、図6(b)の動作が繰り返し行われる。 Next, a method for calculating the pixel value X from the signal value S will be described with reference to the timing chart of FIG. First, the radiation detection apparatus 100 is irradiated with radiation, and charges are accumulated in the conversion element CNV. Thereafter, the control circuit 140 turns on the thin film transistors T2 and T10 and outputs a signal value (hereinafter referred to as a signal value S) obtained by reading out the electric charge accumulated in the conversion element CNV through the first path to the output circuit 130. The calculation unit 133 of the output circuit 130 reads out a function representing a correspondence relationship between the signal value S and the pixel value X from the storage unit 134, and applies the signal value S output from the signal processing IC 131 to the function to thereby obtain the pixel value. X is calculated and output to an external device. After that, the control circuit 140 turns on the thin film transistor T11 to reset the charge of the conversion element CNV and reset the potential of the signal line SL. When the radiation detection apparatus 100 performs moving image shooting, the operation in FIG. 6B is repeatedly performed.
続いて、図7の簡易等価回路図を参照して、放射線検出装置100の画素111の他の構成例を説明する。画素111と信号処理IC131とは1本の信号線SLによって接続される。信号処理IC131、図3で示した構成と同様であるので、説明を省略する。 Next, another configuration example of the pixel 111 of the radiation detection apparatus 100 will be described with reference to the simplified equivalent circuit diagram of FIG. The pixel 111 and the signal processing IC 131 are connected by a single signal line SL. The signal processing IC 131 has the same configuration as that shown in FIG.
画素111は、変換素子CNVと複数の薄膜トランジスタT1、T3、T12〜T14とキャパシタC1とを有する。変換素子CNVに蓄積された電荷はキャパシタC1に一度蓄積され、その後に薄膜トランジスタT14を介して信号処理IC131に転送される。また、薄膜トランジスタT13は、薄膜トランジスタT1によって構成されるソースフォロアの接地回路用の負荷抵抗として動作し、キャパシタCへの信号の転送速度を向上する。この画素111においても、信号処理IC131は、変換素子CNVの電荷を、薄膜トランジスタT1を経由する第1経路と、薄膜トランジスタT1を経由せずに薄膜トランジスタT3を経由する第2経路との何れかを通じて選択的に読み出すことができる。 The pixel 111 includes a conversion element CNV, a plurality of thin film transistors T1, T3, T12 to T14, and a capacitor C1. The electric charge accumulated in the conversion element CNV is once accumulated in the capacitor C1, and then transferred to the signal processing IC 131 via the thin film transistor T14. The thin film transistor T13 operates as a load resistor for the ground circuit of the source follower constituted by the thin film transistor T1, and improves the signal transfer speed to the capacitor C. Also in this pixel 111, the signal processing IC 131 selectively converts the charge of the conversion element CNV through one of the first path passing through the thin film transistor T1 and the second path passing through the thin film transistor T3 without passing through the thin film transistor T1. Can be read out.
上述の各放射線検出装置において、出力回路130の決定部132は、信号値Sと画素値Xとの対応関係を表す関数を画素111ごとに1つ決定してもよいし、複数の画素111ごとに1つの関数を決定してもよい。 In each of the above-described radiation detection apparatuses, the determination unit 132 of the output circuit 130 may determine one function representing the correspondence between the signal value S and the pixel value X for each pixel 111, or for each of the plurality of pixels 111. One function may be determined.
図8は本発明に係る放射線用の検出装置のX線診断システム(放射線検出システム)への応用例を示した図である。X線チューブ6050(放射線源)で発生した放射線としてのX線6060は、被験者又は患者6061の胸部6062を透過し、シンチレータを本発明の検出装置の上部に配置した検出装置6040に入射する。ここで、シンチレータを上部に配置した検出変換装置は放射線用の検出装置を構成する。この入射したX線には患者6061の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され信号処理部となるイメージプロセッサ6070により画像処理され制御室の表示部となるディスプレイ6080で観察できる。なお、放射線検出システムは、検出装置と、検出装置からの信号を処理する信号処理部とを少なくとも有する。 FIG. 8 is a diagram showing an application example of the radiation detection apparatus according to the present invention to an X-ray diagnosis system (radiation detection system). X-ray 6060 as radiation generated by the X-ray tube 6050 (radiation source) passes through the chest 6062 of the subject or patient 6061 and enters the detection device 6040 in which the scintillator is arranged above the detection device of the present invention. Here, the detection conversion device having the scintillator disposed thereon constitutes a radiation detection device. This incident X-ray includes information inside the body of the patient 6061. The scintillator emits light in response to the incidence of X-rays, and this is photoelectrically converted to obtain electrical information. This information is converted into a digital signal, image-processed by an image processor 6070 serving as a signal processing unit, and can be observed on a display 6080 serving as a display unit of a control room. The radiation detection system includes at least a detection device and a signal processing unit that processes a signal from the detection device.
また、この情報は電話回線6090等の伝送処理部により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示部となるディスプレイ6081に表示もしくは光ディスク等の記録部に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録部となるフィルムプロセッサ6100により記録媒体となるフィルム6110に記録することもできる。 This information can be transferred to a remote location by a transmission processing unit such as a telephone line 6090, displayed on a display 6081 serving as a display unit such as a doctor room in another location, or stored in a recording unit such as an optical disc. It is also possible for a doctor to make a diagnosis. Moreover, it can also record on the film 6110 used as a recording medium by the film processor 6100 used as a recording part.
Claims (12)
電磁波を電荷に変換する変換素子と、当該電荷を増幅する増幅トランジスタとを含む画素と、
前記変換素子で変換された電荷を、前記増幅トランジスタを経由する第1経路と前記増幅トランジスタを経由しない第2経路との何れかを通じて選択的に読み出す読み出し回路と、
前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値と、前記変換素子で変換された電荷を前記第2経路を通じて読み出して得られた画素値とに基づいて、前記信号値と前記画素値との対応関係を表す関数を決定する決定手段と、
前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値に前記関数を適用して画素値を算出する算出手段とを備えることを特徴とする検出装置。 A detection device,
A pixel including a conversion element that converts electromagnetic waves into electric charge, and an amplification transistor that amplifies the electric charge,
A readout circuit that selectively reads out the electric charge converted by the conversion element through one of a first path that passes through the amplification transistor and a second path that does not pass through the amplification transistor;
Based on the signal value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the first path and the pixel value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the second path, Determining means for determining a function representing a correspondence relationship between a signal value and the pixel value;
A detection apparatus comprising: a calculation unit that calculates a pixel value by applying the function to a signal value obtained by reading out the charge converted by the conversion element through the first path.
前記決定手段は、前記検出装置に電源が供給された際に前記関数を決定して、前記記憶手段に格納し、
前記算出手段は、前記関数を前記記憶手段から読み出して前記画素値の算出に用いることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の検出装置。 The detection device further comprises storage means,
The determination means determines the function when power is supplied to the detection device, stores the function in the storage means,
The detection device according to claim 1, wherein the calculation unit reads the function from the storage unit and uses the function for calculation of the pixel value.
前記変換素子と前記第1信号線とは前記増幅トランジスタを介して接続され、
前記変換素子と前記第2信号線とは前記増幅トランジスタを介さずに接続されることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の検出装置。 The detection apparatus further includes a first signal line and a second signal line that connect the pixel and the readout circuit, respectively.
The conversion element and the first signal line are connected via the amplification transistor,
The detection device according to claim 1, wherein the conversion element and the second signal line are connected without passing through the amplification transistor.
前記変換素子と前記信号線とは前記増幅トランジスタを介した経路によって接続されるとともに、前記増幅トランジスタを介さない経路によって接続されることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の検出装置。 The detection apparatus further includes a signal line connecting the pixel and the readout circuit,
The conversion element and the signal line are connected by a path through the amplification transistor and are connected by a path not through the amplification transistor. Detection device.
前記検出装置によって得られた信号を処理する信号処理手段と
を備えることを特徴とする検出システム。 The detection device according to any one of claims 1 to 10,
A detection system comprising: signal processing means for processing a signal obtained by the detection device.
前記検出装置は、
電磁波を電荷に変換する変換素子と、当該電荷を増幅する増幅トランジスタとを含む画素と、
前記変換素子で変換された電荷を、前記増幅トランジスタを経由する第1経路と前記増幅トランジスタを経由しない第2経路との何れかを通じて選択的に読み出す読み出し回路とを備え、
前記制御方法は、
前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値と、前記変換素子で変換された電荷を前記第2経路を通じて読み出して得られた画素値とに基づいて、前記信号値と前記画素値との対応関係を表す関数を決定する決定工程と、
前記変換素子で変換された電荷を前記第1経路を通じて読み出して得られた信号値に前記関数を適用して画素値を算出する算出工程とを有することを特徴とする制御方法。 A method for controlling a detection device, comprising:
The detection device includes:
A pixel including a conversion element that converts electromagnetic waves into electric charge, and an amplification transistor that amplifies the electric charge,
A read circuit that selectively reads out the charge converted by the conversion element through either the first path that passes through the amplification transistor or the second path that does not pass through the amplification transistor;
The control method is:
Based on the signal value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the first path and the pixel value obtained by reading the charge converted by the conversion element through the second path, A determination step of determining a function representing a correspondence relationship between a signal value and the pixel value;
And a calculation step of calculating a pixel value by applying the function to a signal value obtained by reading out the electric charge converted by the conversion element through the first path.
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| US10244193B2 (en) | 2016-12-27 | 2019-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus and imaging system |
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- 2014-03-26 JP JP2014064341A patent/JP2015188129A/en active Pending
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