CN102857691A - 摄像设备、摄像系统、控制设备和图像传感器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄像设备、摄像系统、控制设备和图像传感器的控制方法。所述摄像设备包括：图像传感器，其具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有光电转换部件和像素放大器；控制部件，用于进行如下控制：用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及生成部件，用于基于所读取的电信号来生成图像。

Description

摄像设备、摄像系统、控制设备和图像传感器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备、摄像系统、控制设备和图像传感器的控制方法。

背景技术

近年来，用于生成数字图像的摄像设备在医疗领域、其它工业领域以及消费类产品中已广泛使用。例如，在医疗领域中，使用光电转换元件的等倍光学系统所用的大面积平板型图像传感器日益普及。这种类型的图像传感器与传统的图像增强器相比在提高分辨率、缩小体积以及减少图像失真方面更为有利。

通过在这种图像传感器的像素内设置诸如源极跟随器放大器等的放大器，可以提高信噪(S/N)比。此外，通过对这种放大器(像素放大器)进行控制、以在从光电转换元件获取电信号的情况下工作并且在其它情况下不工作，可以降低这些像素放大器的电力消耗。然而，已存在如下情况：同时启动图像传感器内的像素的这些像素放大器会导致产生冲击电流(rushcurrent)，这对该图像传感器所输出的图像产生不利影响。

发明内容

根据本发明的方面，一种摄像设备，包括：图像传感器，其具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有光电转换部件和像素放大器；控制部件，用于进行如下控制：用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及生成部件，用于基于所读取的电信号来生成图像。

根据本发明的另一方面，一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括：多个像素，其二维地配置在摄像区域中，所述多个像素各自具有光电转换元件以及连接至所述光电转换元件的像素放大器；以及读取部件，用于读取经由所述像素放大器所获取的所述多个像素的电信号；电源部件，其经由布线与所述像素放大器相连接，并且用于供给用于驱动所述像素放大器的电力；输出部件，用于输出在所述像素放大器和所述电源之间建立连接或者进行断开所用的驱动信号；以及控制部件，用于控制所述图像传感器所用的驱动信号，其中，所述控制部件进行如下控制：从属于所述摄像区域的多个部分区域中、连接至像素放大器的布线最长的部分区域的像素的像素放大器开始，向所述像素放大器顺次输出驱动信号。

根据本发明的另一方面，一种摄像系统，包括：根据上述的摄像设备；以及控制设备，用于对所述摄像设备进行控制。

根据本发明的又一方面，一种控制设备，用于对图像传感器进行控制，所述图像传感器具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有像素放大器，所述控制设备包括：控制部件，用于进行如下控制：用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及生成部件，用于获取所读取的电信号并且生成图像。

根据本发明的又一方面，一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有像素放大器，所述控制方法包括以下步骤：进行用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制；进行用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及基于所读取的电信号来生成图像。

通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。

图1示出根据本发明第一典型实施例的X射线摄像系统的总体结构。

图2示出摄像设备的结构。

图3示出图像传感器的结构。

图4示出像素的等效电路的概述。

图5是示出摄像设备和控制设备的操作流程的流程图。

图6A是示出图像传感器的摄像操作的时序图，并且图6B是示出像素放大器和采样保持电路的启动的流程图。

图7A是示出根据第一典型实施例的电压的时间变化的图，并且图7B是示出根据比较例的电压的时间变化的图。

图8A是示出根据比较例的像素放大器和采样保持电路的驱动的时序图，并且图8B是示出根据其它比较例的像素放大器和采样保持电路的驱动的时序图。

图9示出根据第二典型实施例的摄像设备的结构。

图10是示出根据第二典型实施例的摄像设备的操作流程的流程图。

图11A是示出根据第二典型实施例的电压的时间变化的图，并且图11B是示出根据第二典型实施例的电流的时间变化的图。

图12示出根据第三典型实施例的摄像设备的结构。

图13是示出根据第三典型实施例的摄像设备的操作流程的流程图。

图14A和14B是示出根据第三典型实施例的图像传感器的摄像操作的时序图。

图15示出根据第四典型实施例的摄像设备的结构。

图16是示出根据第四典型实施例的摄像设备的操作流程的流程图。

图17示出根据第一典型实施例的控制设备的硬件结构。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。

以下将参考图1~8B来说明根据第一典型实施例的X射线摄像系统。以下将参考图1来说明X射线摄像系统10的总体结构。

X射线摄像系统10包括控制设备100、摄像设备101、X射线发生器102、X射线管103、显示单元104、操作单元105和AC/DC转换器113。X射线摄像系统10例如用于出诊车、C臂、计算机断层图像(CT)摄像系统。

控制设备100对整个X射线摄像系统进行控制。控制设备100包括同步控制单元106、放大器设置单元107、摄像条件设置单元108、图像处理单元109和显示控制单元110。摄像条件设置单元108基于来自操作单元105或外部的命令输入来向摄像设备101和X射线发生器102给出与摄像条件有关的指示。

同步控制单元106响应于按下了X射线照射开关(未示出)，进行用于使X射线管103的X射线照射与摄像设备101的X射线接收和读取同步的同步控制。同步控制单元106通过向摄像设备101和X射线发生器102发送脉冲信号来进行同步控制。利用同步控制，X射线发生器102以预定时序从X射线管103生成X射线。摄像设备101对所生成的X射线进行摄像，然后将所拍摄图像发送至控制设备100。

图像处理单元109对所拍摄图像进行预定处理，然后显示控制单元110将处理后的图像显示在显示单元104上。在控制设备100的控制下，摄像设备101连续重复多次图像输出处理以拍摄运动图像，并且进行单拍摄像以拍摄静止图像。

放大器设置单元107进行用于对摄像设备101的图像传感器中所包括的像素放大器的启动时刻进行控制的设置。具体地，放大器设置单元107进行如下设置：在将光电转换元件所产生的电信号发送至采样保持电路的情况下对像素放大器进行驱动，并且在其它情况下不对像素放大器进行驱动。此外，放大器设置单元107单独设置图像传感器的各部分区域的像素放大器启动时刻。针对像素放大器控制的设置是基于来自操作单元105的输入、来自外部装置的信息接收、控制设备100内的存储器(未示出)中所存储的设置信息中的至少一个所进行的。以下将说明该像素放大器控制。

摄像设备101主要包括图像传感器111以及用于对图像传感器111进行控制的摄像控制单元112。摄像设备101例如是X射线摄像所使用的平板检测器或X射线检测器。摄像设备101利用荧光体(未示出)将X射线转换成可见光，并且图像传感器111接收该可见光以生成电荷载流子。因而，摄像设备101获取到与已到达摄像设备101的X射线的剂量分布相对应的X射线图像。

以下将参考图2来详细说明摄像设备101的结构。摄像设备101包括图像传感器111、差分放大器202、A/D转换器203、图像生成单元204、摄像控制单元112和DC/DC转换器216。

图像传感器111由贴合到一起的CMOS型的多个矩形半导体基板201构成。图像传感器111包括二维配置的多个像素。这些二维配置的像素构成摄像区域219。当利用X射线照射摄像区域219时，图像传感器111的像素接收光以产生模拟电信号。

差分放大器202放大从图像传感器111所读取的模拟电信号，并且A/D转换器203将该模拟信号转换成数字信号。

图像生成单元204根据所获取的数字信号来生成拍摄图像数据。图像生成单元204的图像形成单元205对数字信号进行排列以形成图像数据。图像校正单元206进行如下的暗校正处理：从接收X射线的图像传感器111所获取的图像数据中减去在没有接收X射线的状态下所累积的暗图像数据。输出控制单元207将所拍摄图像经由图像数据接口208输出至控制设备100。

摄像控制单元112进行针对要输出至图像传感器111的信号的设置，并且在适当时刻输出图像传感器111所用的驱动信号。摄像控制单元112的信号设置单元209基于从控制设备100经由命令控制接口212所接收到的摄像条件来对信号进行设置。所设置的信号的其中一个是像素放大器的启动间隔(以下称为像素放大器启动间隔)。摄像控制单元112经由命令控制接口212将诸如摄像模式设置、各种参数设置、摄像开始设置和摄像结束设置等的放射线摄像设备状态发送至控制设备100。信号控制单元210在监视图像传感器111的驱动状态以及来自控制设备100的同步信号的情况下，对从信号输出单元211要输出的驱动信号的输出时刻进行控制。

摄像控制单元112将作为同步信号之一的READY信号213发送至控制设备100，以通知摄像设备101的图像传感器111已准备好累积电荷载流子。在从摄像控制单元112接收到READY信号213时，控制设备100将外部同步信号214发送至摄像控制单元112以通知X射线曝光时刻。在曝光许可信号215有效的情况下，控制设备100将曝光信号发送至X射线发生器102。响应于该曝光信号，X射线管103发射X射线。另一方面，响应于从信号控制单元210所输出的驱动信号，图像传感器111在接收到X射线时输出电信号以提供所拍摄图像的数字数据。

DC/DC转换器216对从AC/DC转换器113发送来的直流(DC)电压进行转换，并将由此产生的DC电压供给至摄像设备101内。

以下将参考图3来说明构成图像传感器111的矩形半导体基板201的结构。矩形半导体基板201A~201D是由以矩形形式从硅半导体晶片所切出的二维光电转换元件构成的CMOS摄像装置。矩形半导体基板201A~201D以2×2的矩阵形式砌贴在平面基台(未示出)上。矩形半导体基板201A~201D上的像素302存在的摄像区域是摄像区域219的部分区域301。

各矩形半导体基板201(还称为矩形半导体基板201)包括配置于摄像区域219内的多个像素302、垂直扫描电路303和水平扫描电路304。这两个扫描电路303和304构成模拟信号读取单元。矩形半导体基板201还包括：行信号线305，用于传输(垂直扫描电路303所生成的)对各行的像素302进行选择所用的信号；列信号线306和307，用于传输从像素302所读取的电信号；以及模拟输出线308和309。

矩形半导体基板201还包括片选择信号输入端子CS、光信号输出端子S和噪声信号输出端子N，其中将这些端子统称为控制端子。矩形半导体基板201还包括垂直扫描电路启动信号端子VST、垂直扫描电路时钟端子CLKV、水平扫描电路启动信号端子HST和水平扫描电路时钟端子CLKH。

垂直扫描电路303选择水平方向上的像素组，并且与从垂直扫描电路时钟端子CLKV所输入的垂直扫描时钟同步地在垂直方向(副扫描方向)上顺次扫描该像素组。水平扫描电路304与从水平扫描电路时钟端子CLKH所输入的水平扫描时钟同步地，针对各像素顺次选择在垂直扫描电路303所选择的水平方向(主扫描方向)上的像素组的列信号线306和307。

当行信号线305(垂直扫描电路303的输出线)有效时，相关像素302将采样保持后的光信号电压信号和噪声电压信号分别输出至列信号线307和306。

各行信号线305是用于传输对各行的像素302进行选择所用的信号的信号传输线路。多个行信号线305与行线平行配置。列信号线306和307是用于对所选择的像素的信号进行读取的信号传输线路。多组列信号线306和307与这些列平行配置。

在水平扫描电路304顺次选择输出至列信号线306和307的电压信号时，将各像素的电压信号顺次输出至模拟输出信号线308和309。模拟输出信号线308和309分别将列信号线307和306的信号输出至A/D转换器。

如上所述，矩形半导体基板201通过使用垂直扫描电路303和水平扫描电路304的基于XY地址的切换操作来进行像素选择。将由晶体管放大后的各像素的光电压信号和噪声电压信号经由列信号线307和306以及模拟输出信号线308和309输出至模拟输出端子S和N。

当使片选择信号输入端子CS接通(ON)时，将与内部扫描相对应的摄像装置的光电压信号和噪声电压信号从模拟输出端子S和N分别输出。S信号输出选择器模拟开关(传送开关)、N信号输出选择器模拟开关(传送开关)、列信号线306和307、以及用于选择列信号线306和307的切换晶体管构成读取扫描传输电路。

垂直扫描电路时钟端子CLKV输入垂直扫描电路303的时钟，并且垂直扫描电路启动信号端子VST输入垂直扫描电路303的启动信号。当摄像控制单元112将输入至垂直扫描电路启动信号端子VST的信号设置为HIGH(高)、然后从垂直扫描电路时钟端子CLKV输入时钟时，行选择信号按V1、V2、...、和Vm的顺序顺次有效。当开始垂直扫描时，摄像控制单元112将输入至垂直扫描电路启动信号端子VST的信号设置为LOW(低)。

水平扫描电路时钟端子CLKH输入水平扫描电路304的时钟，并且水平扫描电路启动信号端子HST输入水平扫描电路304的启动信号。当摄像控制单元112将输入至水平扫描电路启动信号端子HST的信号设置为HIGH、然后将输入至水平扫描电路时钟端子CLKH的信号设置为HIGH时，列选择信号按H1、H2、..、和Hn的顺序顺次有效。当开始水平扫描时，摄像控制单元112将输入至水平扫描电路启动信号端子HST的信号设置为LOW。

当垂直扫描电路303的行选择信号V1有效时，从与行选择信号V1相连接的1个水平线的像素组(1,1)中选择(n,1)，并且将电压信号S和N输出至列信号线306和307。通过使水平扫描电路304的列选择信号按H1、H2、..、和Hn的顺序有效，使针对各列信号线所设置的信号输出开关和噪声输出开关顺次接通。因而，将水平1行的像素302的电压信号S和N经由模拟输出信号线308和309分别输出至模拟输出端子S和N。通过进行相同的水平扫描、直到行选择信号Vm为止，可以获得所有像素的像素输出。

以下将参考图4来说明上述各像素302的结构。像素302包括晶体管M1~M13。

光电二极管PD将光转换成电信号。电容Cfd是用于累积电荷载流子的浮动扩散电容。开关M2是用于使电容Cfd中所累积的电荷载流子放电的复位MOS晶体管(复位电路)。利用PRES信号对开关M2进行控制。利用所施加的电压VRES对光电二极管PD和电容Cfd进行复位。开关M1用于使用于累积电荷载流子的附加电容C1和光电二极管PD相连接或者断开。利用摄像控制单元112的WIDE信号对开关M1进行控制。

位于钳位电路的前级的像素放大器M4使得能够获得与电容Cfd中所累积的电荷载流子的量相对应的电信号。该钳位电路包括钳位电容Cc1、以及用于向钳位电容Cc1施加钳位电压VCL的开关M5。利用来自摄像控制单元112的PCL信号使开关M5接通或断开。向钳位电容Cc1施加钳位电压VCL的钳位电路从电信号去除kTC噪声。然后，位于后级的像素放大器M7对该信号进行放大。

经由像素放大器401所获取的电信号由采样保持电路所保持。该采样保持电路是如下保持电路，其中该保持电路与像素放大器401相连接，并且用于保持经由像素放大器401所获取的电信号。像素302包括光信号所用的采样保持电路以及固定模式噪声(FPN)所用的采样保持电路这两个采样保持电路。电容CS用于光信号，并且电容CN用于FPN。

利用来自摄像控制单元112的信号TS和TN分别对开关M8和M11进行控制，以确定将电信号保持在电容CS和CN中的时刻。源极跟随器放大器M10和M13分别放大光信号和FPN。光电荷用采样保持电路对通过光接收所获取的电信号进行采样保持，并且噪声用采样保持电路对与FPN相对应的信号电压进行采样保持。

通过根据来自垂直扫描电路303的信号VSR的开关M9和M12的控制，将采样保持后的这两个电信号分别施加至光电荷所用的列信号线307和噪声所用的列信号线306。此外，将电信号从列信号线307和306经由模拟输出信号线308和309分别输出到外部。通过使用差分放大器202获得输出信号之间的差分，可以去除由于图像传感器111的电路原因所引起的FPN。

各像素放大器401配置于钳位电路的前级和后级。与光电二极管PD相连接的位于前级的像素放大器M4使得能够获取与电容Cfd中所累积的电荷载流子的量相对应的电信号。位于前级的像素放大器M4与用于使恒流源217和像素放大器M4相连接或者断开的开关M3相连接。

利用来自摄像控制单元112的EN信号对开关M3的接通/断开时刻进行控制。开关M3使恒流源217和像素放大器M4相连接或者断开。当摄像控制单元112的信号输出单元211将EN信号设置为HIGH时，开关M3变为接通以使恒流源217和像素放大器M4相连接。然后，电流从恒流源217流入像素放大器M4以启动像素放大器M4。启动后的像素放大器M4使得能够获取与电荷载流子的量相对应的电信号。

同样，利用EN信号对开关M6的接通/断开时刻进行控制。开关M6使恒流源217和位于后级的像素放大器M7相连接或者断开。当摄像控制单元112将EN信号设置为HIGH时，像素放大器M4和M4同时启动。

EN信号是从摄像控制单元112的信号输出单元211输出至各像素的。在将光电二极管PD中所产生的电荷载流子传送至采样保持电路时像素放大器401启动。像素放大器401的启动时刻(以下称为像素放大器启动时刻)并非对于所有像素均相同，即针对图3所示的各部分区域301而不同。像素放大器401按四个矩形半导体基板201A~201D(或者A/D转换区域)的顺序启动。对于部分区域301内的所有像素，像素放大器401在同一时刻启动。

如果图像传感器111的所有像素的像素放大器401同时启动，则发生大的冲击电流。这可能导致产生电磁波或者产生由于辐射噪声的增加所引起的图像质量劣化。通过使像素放大器启动时刻针对各部分区域301而不同，可以抑制冲击电流。

以下将参考图5所示的流程图来说明具有上述结构的X射线摄像系统所进行的处理流程。图5左侧的流程图示出控制设备100的处理流程，并且图5右侧的流程图示出摄像设备101的处理流程。在图5的两个流程图之间所绘制的虚线箭头表示控制设备100和摄像设备101之间的处理顺序。具体地，响应于各箭头的起始点的处理来进行箭头前端的处理。

在步骤S501中，控制设备100的摄像条件设置单元108获取输入至操作单元105的摄像条件。摄像设备100所用的设置的例子包括帧频和增益的设置、是否存在合并(binning)驱动、脉冲X射线摄像或连续X射线摄像的设置。X射线发生器102所用的设置的例子包括管电压、管电流和照射时间的设置、以及脉冲照射或连续照射的设置。图像处理单元109所用的设置包括图像处理所用的参数设置，并且显示控制单元110所用的设置包括显示处理所用的参数设置。

在步骤S502中，放大器设置单元107获取与存储单元(未示出)中所存储的像素放大器启动时刻有关的设置信息。与启动时刻有关的设置信息包括与各部分区域301的启动顺序和启动间隔有关的信息。如果预先确定了启动顺序设置和启动间隔设置中的任一个，则可以仅发送另一设置。例如，如果预先确定了启动顺序设置，则可以仅发送启动间隔设置。该设置信息可以响应于针对输入单元105的输入而改变或更新。

在步骤S 503中，摄像条件设置单元108指示摄像设备101、X射线发生器102、以及控制设备100的图像处理单元109和显示控制单元110以设置摄像条件。放大器设置单元107指示摄像设备101以设置像素放大器启动时刻。将相关指示从通信装置(未示出)经由命令控制接口212发送至摄像设备101。在接收到这些相关指示时，摄像设备101进行步骤S551的处理。

在步骤S504中，控制设备100判断是否按下了X射线照射开关(未示出)。当没有检测到X射线照射开关的按下时(步骤S504中为“否”)，控制设备100重复该判断处理并且等待，直到按下了X射线照射开关为止。当检测到X射线照射开关的按下时(步骤S504中为“是”)，控制设备100判断为用户指示了X射线照射。

当判断为用户指示了X射线照射时(步骤S504中为“是”)，该处理进入步骤S505。在步骤S505中，控制设备100经由同步控制单元106指示摄像设备101以开始摄像操作。在从摄像设备101接收到曝光许可信号215时，控制设备100指示X射线发生器102以生成X射线。当同步控制单元106将外部同步信号214发送至摄像设备101和X射线发生器102时，以同步方式进行利用摄像设备101的摄像操作以及利用X射线发生器102的X射线照射，由此实现X射线摄像。这样，摄像设备101进行步骤S554的判断处理。

在步骤S506中，同步控制单元106输出同步信号。在步骤S507中，图像处理单元109获取从摄像设备101所输出的所拍摄图像，然后进行预定图像处理。在步骤S508中，显示控制单元110将经过该图像处理的所拍摄图像显示在显示单元104上。

该处理重复上述的步骤S506、S507和S508，直到检测到摄像停止指示为止。图像处理单元109根据摄像设备101所进行的步骤S556的图像输出处理来进行步骤S507的图像获取处理。

在步骤S509中，同步控制单元106判断经由操作单元105是否检测到摄像停止指示。当检测到摄像停止指示时(步骤S509中为“是”)，摄像停止。具体地，同步控制单元106指示摄像设备101和X射线发生器102以停止摄像。在接收到相关指示时，摄像设备101进行步骤S557的处理。

以下将说明摄像设备101所进行的处理。

在步骤S551中，摄像控制单元112从控制设备100接收与摄像条件有关的设置信息。摄像控制单元112响应于控制设备100所进行的步骤S503的用于发送该设置信息的处理来进行该处理。该设置信息包括放大器设置单元107所获取的像素放大器启动时刻的设置。

在步骤S552中，信号设置单元209基于与像素放大器启动时刻有关的设置信息来设置要输出至图像传感器111的信号的输出时刻。例如，如图2所示，信号设置单元209以20微秒(μs)的间隔以偏移方式按顺序依次设置向摄像区域219的各矩形半导体基板201A、201B、201C和201D输出EN信号的时刻。

在步骤S553中，信号设置单元209基于所接收的与摄像条件有关的设置信息来设置驱动信号。具体地，根据帧频设置和增益设置以及是否存在合并驱动，信号设置单元209进行用于选择信号WIDE的HIGH/LOW状态以及合并指示信号的HIGH/LOW状态的处理。

在步骤S554中，摄像设备101判断是否检测到来自控制设备100的摄像开始指示。当没有检测到摄像开始指示时(步骤S554中为“否”)，摄像设备101重复该判断处理并且等待，直到检测到该指示为止。当检测到摄像开始指示时(步骤S554中为“是”)，该处理进入步骤S555。在步骤S555中，摄像设备101开始摄像操作。以下将参考图6A和6B来说明该摄像操作。

在步骤S556中，将通过摄像操作所获取的信号从图像传感器111输出，由差分放大器202进行放大，并且由A/D转换器203转换成数字数据。图像生成单元204基于该数字数据来生成拍摄图像数据。然后，输出控制单元207将该拍摄图像数据经由图像数据接口208输出至控制设备100。在接收到该拍摄图像数据时，控制设备100进行步骤S507的图像获取处理。

在步骤S557中，信号控制单元210判断是否检测到来自控制设备100的摄像停止指示。当没有检测到摄像停止指示时(步骤S557中为“否”)，信号控制单元210进行控制以重复步骤S555的摄像操作以及步骤S556的图像输出处理。当检测到摄像停止指示时(步骤S557中为“是”)，信号控制单元210向信号输出单元211输出摄像停止信号并向生成单元204输出图像生成和输出处理停止信号。

以下将参考图4所示的像素电路以及图6A所示的时序图来说明步骤S555(参见图5)中摄像控制单元112的信号控制单元210和信号输出单元211所进行的摄像操作。图6A和6B是示出在限制X射线窗的状态下以固定帧频进行运动图像拍摄时的驱动时序的时序图。以下将参考图6A来说明拍摄运动图像时在光信号用保持电容CS和噪声信号用保持电容CN中对电荷载流子进行采样保持之前的控制信号时序。

以下将说明在时刻t0开始的复位操作。该复位操作包括复位和钳位。在时刻t0，信号输出单元211将EN信号设置为HIGH以启动像素放大器M4和M7。然后，信号输出单元211将PRES信号设置为HIGH以使光电二极管PD连接至基准电压，从而对该基准电压进行复位。当信号输出单元211将PRES信号设置为LOW以结束复位操作时，将复位电压施加至向钳位电容Cc1的像素放大器M4侧。

在时刻t1，信号输出单元211将PCL信号设置为HIGH以使钳位开关M5接通。将基准电压VCL施加至钳位电容Cc1的像素放大器M7侧。信号输出单元211使钳位开关M5断开，将与基准电压VCL和基准电压VRES之间的差的电压相对应的电荷载流子累积在钳位电容Cc1中，并且完成钳位。

当复位操作结束时，在时刻t2，在包括光电二极管PD和浮动扩散电容Cfd的光电转换单元中开始电荷累积。

在砌贴的CMOS摄像装置中，为了防止由于拍摄运动图像时在摄像装置之间以及在扫描线之间的切换时刻差所引起的图像偏差，在同一时刻以及同一时间段内向砌贴的各摄像装置的所有像素一并应用复位操作。然后，通过一并进行电荷累积，可以将(光电二极管PD中所生成的)光电荷载流子累积在浮动扩散电容Cfd中。

在时刻t0~t2的复位操作期间，尽管在光电转换单元中产生了复位噪声(kTC噪声)，但通过向钳位电路的钳位电容Cc1的像素放大器M7侧施加基准电压VCL，可以去除复位噪声。

以下将说明在时刻t3开始的采样操作。信号输出单元211将EN信号设置为HIGH以使选择开关1(M3)和选择开关2(M6)接通。浮动扩散电容Cfd中所累积的电荷载流子由作为源极跟随器放大器而工作的像素放大器M4转换成电压并且作为电压输出至钳位电容Cc1。尽管像素放大器M4的输出包含复位噪声，但由于在复位操作期间向钳位电路的像素放大器M7侧施加基准电压VCL，因此将电压作为复位噪声已去除的光信号输出至像素放大器M7。

然后，信号输出单元211将采样保持TS控制信号设置为HIGH以使采样保持开关S(M8)接通。结果，将该光信号经由像素放大器M7一并发送至光信号用保持电容CS。在时刻t4，信号输出单元211将TS信号设置为LOW以使采样保持开关S(M8)断开。光信号用保持电容CS对光电荷信号进行采样保持。然后，信号输出单元211将复位RES信号设置为HIGH以使复位开关(M2)接通。将浮动扩散电容Cfd复位为基准电压VRES。在时刻t5，信号输出单元211将复位PRES信号设置为LOW以完成复位。

然后，信号输出单元211将PCL信号设置为HIGH。将电压VCL和叠加有复位噪声的电压VRES之间的电压差的电荷累积在钳位电容器Cc1中。信号输出单元211还与PCL信号同步地将TN信号设置为HIGH以使采样保持开关N(M 11)接通，以使得在向钳位电路的像素放大器M7侧施加基准电压VCL时的噪声信号被发送至噪声信号用保持电容CN。

随后，在时刻t6，信号输出单元211将TN信号设置为LOW以使采样保持开关N(M 11)断开，以使得将噪声信号采样保持在噪声信号用保持电容CN中。然后，信号输出单元211将EN信号和PCL信号设置为LOW以完成采样操作。对所有的像素区域一并进行该采样操作。

在该采样操作之后，在时刻t7，信号输出单元211再次进行复位操作，以对下一帧开始光电二极管PD的电荷累积。

针对各像素进行光信号和噪声信号的扫描。当信号输出单元211使传送开关S(M9)和传送开关N(M 12)接通时，将光信号用保持电容CS的电压和噪声信号用保持电容CN的电压分别经由像素放大器M 10和M13传输至光信号输出线和噪声信号输出线。

与噪声信号输出线和光信号输出线相连接的各差分放大器202对传输至噪声信号输出线和光信号输出线的信号进行减法。因而，去除了像素放大器401中由于热噪声、1/f噪声、温度差以及工艺偏差所引起的FPN。信号的传输可以在采样保持结束的时刻(t6)与以下时刻(t9)之间进行，其中在该时刻(t9)，将下一帧的光电荷信号和噪声电荷信号分别采样保持在光信号用保持电容CS和噪声信号用保持电容CN中。

在图4所示的像素电路中，光电二极管PD的电荷累积在信号输出单元211将PCL信号设置为LOW以完成钳位时(图6A的t2和t6)开始。电荷载流子累积在信号输出单元211将TS信号设置为LOW以对光信号进行采样保持时(t4)结束。

如上所述，通过将用于开始电荷累积时间的复位操作或采样操作插入在用于对光信号进行采样保持的采样操作和用于对噪声信号进行采样保持的采样操作之间，可以对该电荷累积时间进行限制。参考图6A，通过插入复位操作(t7)，在光信号采样保持间隔的范围为时刻t4~时刻t10的情况下，将电荷累积时间限制为与时刻t2~t4的时间段相等的时刻t8~t10的时间段。

在所有像素区域中同时进行图6A所示的像素电路的操作时，将EN信号设置为HIGH(t0、t3、t7和t9)，然后同时启动所有像素的像素放大器401(M4和M7)(参见图4)。因而，发生冲击电流。如果大的冲击电流在信号线内流动，则从摄像设备101内的电源线或信号线发生不需要的辐射。此外，冲击电流可能导致传感器芯片(基板)的电源电压发生快速电压下降，从而可能造成工作停止或故障。另外，由于在下降后的传感器芯片的电源电压再次稳定之前需要一定时间，因此针对该传感器芯片的电力供给不稳定。因此，通过使像素放大器启动时刻针对各部分区域301而不同，可以抑制冲击电流。

以下将参考图6B来说明拍摄运动图像时在采样操作期间像素放大器401的操作以及采样保持操作。图6B是示出驱动波形的时序图，并且示意性示出摄像设备101的传感器芯片的电源电压的波形。针对各矩形半导体基板201A~201D分别示出用于对像素放大器401进行驱动的信号EN(A)~EN(D)。例如，EN(A)与图2所示的矩形半导体基板20A相对应。图6B中下侧的图与该时序图同步地示意性示出传感器芯片的电源电压的变化。

摄像控制单元112将包括EN(A)~EN(D)信号(参见图7A和7B)、TS信号和TN信号的驱动信号发送至图像传感器111。摄像控制单元112针对各部分区域301改变用于对EN信号进行断言的时刻。

如图6B所示，信号控制单元210进行控制，以使得使各像素区域(部分区域)301的EN信号在不同时刻接通。信号输出单元211使部分区域301A的EN(A)信号接通(t60)。在经过了预定时间段之后，信号输出单元211使部分区域301B的EN(B)信号接通(t61)。在经过了预定时间段之后，信号输出单元211使部分区域301C的EN(C)信号接通(t62)。在经过了预定时间段之后，信号输出单元211使部分区域301D的EN(D)信号接通(t63)。在各部分区域301的像素放大器401已启动并且经过了预定时间之后，信号输出单元211将经由像素放大器401所获取的电信号设置到采样保持电路(保持单元)以对该电信号进行限制(t64)。然后，信号输出单元211对FPN信号进行采样保持(t65)。在一系列的采样操作完成之后，信号输出单元211使所有部分区域301A~301D的EN(A)~EN(D)信号一并断开(t66)。

信号输出单元211对所有像素区域统一进行除EN(A)~EN(D)信号的启动时刻(参见图6B)以外的控制。这样使得能够防止拍摄运动图像时由于基板之间以及扫描线之间的切换时刻差所引起的图像偏差。此外，信号输出单元211对向着采样保持电路的光信号电荷传送的结束时刻(t44)以及向着采样保持电路的噪声信号电荷传送的结束时刻(t45)进行控制，以使得图像传感器111的电源电压保持稳定。

此外，在上述处理中，当使EN信号接通时，图像传感器111的电源电压略微下降。然而，如果摄像控制单元112使各部分区域301的EN信号的接通时刻错开，则可以减少冲击电流。因此，与用于所有部分区域301A~301D的EN信号一并接通的控制方法(参见图7B、8A和8B)相比，上述控制使得能够抑制图像传感器111的电压下降。

以下将参考图7A和7B来说明根据本典型实施例的处理的效果。7A和7B示出实际使用图4所示的具有像素的图像传感器111时传感器芯片的电源电压波形、以及在同一时刻EN信号的状态。参考图7A和7B，横轴表示时间并且纵轴表示传感器芯片的电源电压。在向图3所示的矩形半导体基板201的像素区域(部分区域)301C供给电力的测量点218处测量各传感器芯片的电源电压波形。

参考7A和7B，将EN信号设置为HIGH之前的电源电压与将EN信号设置为HIGH之后(稳定状态)的电源电压之间的差异是由于电路的内部阻抗所引起的。理想的波形如图6B所示。

在使四个EN信号接通之后，在该图的中间部观看到微弱的电压变化，这是由于使TN接通以对光信号进行采样保持所引起的。在下一时刻，电压略微向上摆动，这是由于使PRE S信号接通以进行复位所引起的。然后，电压在特定时刻时略微下降，这是因为使PCL信号接通以向钳位电容Cc1施加钳位电压、然后使TN信号接通以对FPN信号进行采样保持所引起的。因而，像素放大器401所引起的电压下降的影响大于其它元件的影响。

图7A示出执行根据本典型实施例的控制的情况。更具体地，图7A表示如下情况下电源电压的波形：摄像控制单元112使针对像素区域301C、301D、301B和301A(参见图11A)的EN信号的接通时刻以30μs的间隔按该顺序依次改变。

图7B示出比较例，即在摄像控制单元112使所有像素区域301的EN信号一并接通的情况下传感器芯片的电源电压波形。

如图7A和7B所示，通过使EN信号的接通时刻错开，可以抑制传感器芯片的电源电压下降。根据本典型实施例(参见图7A)的测量结果表示峰值电压和峰谷电压之差为27.8mV，而根据比较例(参见图7B)的测量结果表示该差为45.0mV。因而，可以通过根据本典型实施例的控制来抑制电压下降。

以下将参考图8A和8B来说明用于说明本典型实施例的效果的其它比较例。图8A所示的图示出如下情况：如图7B所示使所有部分区域301的EN信号一并接通，并且在驱动采样操作部分中在传感器芯片的电源电压不稳定的状态下进行采样保持。

在这种情况下，在对采样保持电路的光信号电荷传送时(t81)的传感器芯片的电源电压V81与对采样保持电路的FPN信号电荷传送时(t82)的传感器芯片的电源电压V80之间产生差。因而，将传感器芯片的电源电压的该差作为偏移叠加在所拍摄图像上。

传感器芯片的电源电压下降还根据光量而不同。在图4所示的示例像素电路中，当光电二极管PD接收光时电容Cfd和C1进行放电。因此，当通过将EN信号设置为HIGH来同时启动像素放大器M4和M7的所有像素时，光量越多，传感器芯片的电压下降越大。此外，在矩形半导体基板201A~201D内，由于因精细布线所引起的电力供给线路的布线阻抗，因而浪流电流的流动产生电压下降。因此，根据入射光量，采样保持时的电源电压针对各矩形半导体基板而不同。该效果作为砌贴的矩形半导体基板之间的级差而出现在所拍摄图像中。

针对上述与对光信号进行采样保持时和对噪声信号进行采样保持时之间的传感器芯片的电源电压的差有关的问题的一个可能的解决方案如下：在启动像素放大器401之后等待电压稳定所需的充足时间段，并且进行采样保持。图8B所示的图示出如下情况：如图7B所示使所有部分区域301的EN信号一并接通，并且在供给至这些基板的电源电压稳定的状态下进行驱动采样操作。

与图6A和8A所示的图相比，图8B的图表示从使EN信号接通的时刻(t84)起、直到对采样保持电路的光信号电荷传送和噪声信号电荷传送完成的时刻(t86和t87)为止的时间段长。因此，图8B的情况在以下方面是有用的：在对采样保持电路的光信号电荷传送结束时(t86)的传感器芯片的电源电压与对采样保持电路的噪声信号电荷传送结束时(t87)的传感器芯片的电源电压之间没有产生差。

然而，在这种情况下，由于在整个图像传感器111内使EN接通的时间段变长，因此与根据本典型实施例的操作(参见图6A)相比，电力消耗增加。此外，由于电荷累积和采样保持之间的处理时间延长，因此难以使帧频增大。此外，由于针对整个图像传感器111使EN信号同时接通，因此无法抑制冲击电流的峰值水平。

如上所述，在第一典型实施例中，信号输出单元211进行控制，以使摄像设备101的像素放大器401的电源在针对各部分区域311而不同的时刻顺次接通。这样使得能够抑制冲击电流，以降低由于冲击电流量所引起的不需要的辐射和噪声。此外，由于还抑制了冲击电流所引起的快速电压下降，因此针对传感器芯片的电源供给的不稳定性得以改善。

摄像控制单元112基于外部控制设备的指示来确定上述像素放大器401的启动顺序和启动间隔中的至少一个，由此根据情形来实现抑制了冲击电流的驱动操作。

此外，上述控制使得能够在缩短电荷累积和采样保持之间的处理时间的情况下，抑制由于光信号电荷传送时的电源电压与FPN信号电荷传送时的电源电压之间的差所引起的偏移噪声。

当使多个半导体基板接合到一起时，由于各基板的像素所接收到的光量的差异而在图像中可能出现级差。然而，通过抑制电压下降，可以抑制图像的级差。

此外，与使针对所有摄像区域的像素放大器401同时启动的情况相比，可以抑制冲击电流，由此降低电力消耗。

此外，利用如本典型实施例那样的摄像区域相对大的X射线图像传感器111，由于布线尺寸大因而从电压下降恢复需要一定时间。将上述根据本典型实施例的像素放大器启动时刻的控制和改变应用于这种X射线图像传感器11，这在抑制叠加在图像上的噪声并提高帧频方面特别有效。

在第二实施例中，各部分区域的像素放大器启动顺序基于从电源到各部分区域的布线阻抗的降序。这样使得能够从布线阻抗大且电压恢复困难的部分区域起顺次启动像素放大器401，从而与第一典型实施例相比进一步抑制电压下降。

参考图9~11B，以下将关注与第一典型实施例的不同之处来说明根据本典型实施例的X射线摄像系统的结构和处理。

以下将参考图9来说明摄像设备901的结构。图9示出与第一典型实施例的不同之处。与第一典型实施例相同，图像传感器111由贴合到一起的多个矩形半导体基板构成。将图像传感器111的摄像区域929分割成四个部分区域902A、902B、902C和902D。

摄像设备901的摄像控制单元912包括用于对像素放大器启动顺序进行控制的放大器控制单元903。信号控制单元210进行控制，以针对各部分区域902单独输出EN信号(EN(A)信号、EN(B)信号、EN(C)信号和EN(D)信号)。信号输出单元211将EN(A)信号、EN(B)信号、EN(C)信号和EN(D)信号分别输出至部分区域902A、902B、902C和902D。

放大器控制单元903包括用于存储顺序信息905的存储单元904，其中顺序信息905表示部分区域902A、902B、902C和902D的像素放大器启动顺序。

顺序信息905是根据用于从DC/DC转换器(电源单元)216向各像素供给电力的引线的布线阻抗而预先生成的。该阻抗值可以直接测量出或者可以根据布线长度进行设置。当仅配备了一个电源单元时，位于与该电源相距最远的位置的部分区域902与任何其它部分区域902相比通常被较早处理。顺序信息905包括各部分区域902的像素放大器启动间隔的预定值。

当一个部分区域902包括有多个半导体基板、并且从DC/DC转换器216向各半导体基板独立供给电力时，在各部分区域902中设置有多个布线。在这种情况下，优选计算连接至各基板的引线的平均布线值并且基于该平均布线值来确定各部分区域902的启动顺序。

放大器控制单元903从存储单元904获取顺序信息905，并且基于顺序信息905来设置针对图像传感器111的EN信号的输出顺序。顺序信息905包括预先确定的值并且可以基于用户指示而改变。在这种情况下，与第一典型实施例相同，放大器控制单元903基于从控制设备100所接收到的设置信息来设置EN信号的输出顺序。信号控制单元210进行控制，以较早向属于摄像区域929的多个部分区域902中、连接至像素放大器401的布线较长的部分区域902的像素所用的像素放大器401输出驱动信号。

以下将参考图10的流程图来说明具有上述结构的摄像设备901的控制流程。关于与第一典型实施例相同的处理，将省略针对该处理的说明。

在步骤S1002中，放大器控制单元903从存储单元904读取命令信息905。当从控制设备100发送了与像素放大器401有关的设置信息时，放大器控制单元903还读取该设置信息。当不存在来自控制设备100的与像素放大器401有关的设置信息时，放大器控制单元903基于存储单元904中的顺序信息905来设置像素放大器启动间隔和启动顺序。将该设置信息存储在存储器中，并且用于进行利用信号设置单元209的驱动信号设置。

在步骤S1003中，信号设置单元209将步骤S1001中所接收到的摄像条件以及放大器控制单元903所设置的放大器设置信息设置为EN信号的输出时序。信号设置单元209进行控制，以较早向摄像区域929的多个部分区域902中、连接至像素放大器401的布线较长的部分区域902的像素所用的像素放大器401输出驱动信号。后续处理与第一典型实施例相同。

以下将参考图11A和11B来说明本典型实施例的效果。图11A示出如下情况下的电压波形：摄像控制单元912对EN信号的接通时序进行控制，从而较早启动相对于电源的距离较长的各部分区域902(像素区域)。利用图11A的例子，摄像控制单元912使针对部分区域902C、902A、902D和902B的EN信号的接通时序按该顺序以30μs的间隔依次偏移。测量点218是与第一典型实施例等同的位置，其中在该位置处，对要输入至部分区域902C的电压进行测量。因此，当使部分区域902C和902D的EN(C)信号和EN(D)信号接通时，测量到大幅电压下降的影响。

图11A的测量结果表示峰值电压与峰谷电压之间的差为25.4mV，这小于第一典型实施例(参见图7A)的测量结果27.8mV。因而，通过较早启动电源布线的布线阻抗值较大的部分区域902的像素放大器401，可以进一步抑制冲击电流，由此进一步抑制电压下降。

图11B示出本典型实施例中在半导体基板内流动的电流的波形、以及在同一时刻EN信号的状态。参考图11B，横轴表示时间并且纵轴表示电流值。图11B示出如下情况下的电流波形：摄像控制单元912使EN信号的接通时序偏移，从而较早启动相对于电源的距离较长的像素区域。利用图11B的例子，摄像控制单元912使部分区域902C、902A、902D和902B的EN信号的接通时序按该顺序以30μs的间隔依次偏移。作为比较例，图11B还示出在摄像控制单元912使所有像素区域的EN信号一并接通的情况下的电流波形。

如由图11B的两个电流波形所示，当摄像控制单元912使EN信号的接通时刻这样偏移时，在整个摄像设备101内流动的电流值减小，从而减少了电力消耗。

这样，本典型实施例根据布线阻抗值来对各部分区域902的像素放大器启动时刻进行控制。在帧频高的摄像的情况下，对EN信号进行断言的总时间变长，因此像素放大器启动时间延长，这使电力消耗增大。在帧频高的情况下进行根据本典型实施例的处理时，使EN信号的接通时序偏移，这实现了由于EN信号的断言时间缩短所引起的明显效果，由此有效降低了电力消耗。

在第三典型实施例中，基于前一帧的像素值来适当确定拍摄运动图像时启动各部分区域的像素放大器401的间隔。

如第一典型实施例所述，传感器芯片的电源电压下降还可以根据入射光量而改变。在图4的像素302的例子中，由于在光电二极管PD接收光时具有电容Cfd和附加电容C1的电容器放电，因此在使像素电路接通时，光量越大则导致电压下降变大。例如，在拍摄运动图像期间被摄体移动时，向着图像传感器11的入射光量全部或部分改变，并且矩形半导体基板的电源电压下降的大小改变。即使在这种情况下，也对像素电路的工作时序进行控制。因而，可以在基板的电源电压稳定的状态下进行采样保持。

参考图12~14B，以下将关注与第一典型实施例和第二典型实施例的不同之处来说明根据本典型实施例的X射线摄像系统的结构和处理。

以下将参考图12来说明摄像设备1201的结构。图12以与第一典型实施例和第二典型实施例的不同之处为中心来示出该结构。与第一典型实施例不同，根据本典型实施例的图像传感器111由一个矩形半导体基板构成。将图像传感器111的摄像区域1229分割成针对各A/D转换器203的四个部分区域1202A、1202B、1202C和1202D。

摄像控制单元1212的放大器控制单元1203包括存储单元1204、像素值计算单元1206和启动间隔确定单元1207。摄像控制单元1212具有根据第一典型实施例的图像生成单元204的功能(图12中未示出)。

存储单元1204存储像素值-启动间隔查找表1205。该查找表1205将与各部分区域1202的像素值和像素放大器启动间隔有关的信息整理成表数据。像素值与图像传感器111的各像素所接收的光量成比例。特定部分区域1202的像素值越大，则由于从电压下降恢复需要较长时间，因此直到启动下一部分区域1202的像素放大器401为止的间隔变长。

像素值计算单元1206获取图像生成单元204所生成的所拍摄图像，并且计算各部分区域1202的像素值的代表值。该代表值可以是诸如平均值、中间值和总和值等的表示部分区域1202内的像素所接收的光量的值。当所有的部分区域1202的大小都相同时，期望平均值或中间值。尽管还可以使用最大值，但通过使用平均值或中间值可以消除噪声影响。例如，可以使用除前5%以外的最大值作为代表值。

启动时刻确定单元107参考所计算出的像素值以及查找表1205来确定各部分区域1202的像素放大器启动间隔。

以下将参考图13所示的流程图来说明具有上述结构的摄像设备1201的处理流程。关于与第一典型实施例和第二典型实施例相同的处理，将省略针对该处理的说明。

步骤S1301的处理与第二典型实施例中步骤S1001的处理(参见图10)相同，因此将省略针对该处理的说明。

在步骤S1302中，放大器控制单元1203基于所接收的设置信息或者存储单元1204中所存储的顺序信息来设置像素放大器的启动顺序和启动间隔的初始值。

步骤S1303~S1306的处理与第二典型实施例中步骤S1003~S1006的处理(参见图10)相同，因此将省略针对该处理的说明。

在步骤S1307中，像素值计算单元1206获取拍摄图像数据并计算各部分区域1202的像素值的平均值。

在步骤S1308中，启动间隔确定单元1207参考所计算出的像素值以及查找表1205来确定各部分区域1202的像素放大器启动间隔。放大器控制单元1203将与所确定的启动间隔有关的信息发送至信号设置单元209。

在步骤S1309中，信号设置单元209根据所确定的启动间隔来设置对EN进行断言的时序。在本典型实施例中，当按顺序依次启动部分区域1202A、1202B、1202C和1202D时，信号控制单元210使输出延迟了在部分区域1202A的启动和部分区域1202B的启动之间的所确定的时间间隔，然后指示信号输出单元211以输出EN信号。信号控制单元210对部分区域1202B的启动和部分区域1202C的启动之间的时间段、以及部分区域1202C的启动和部分区域1202D的启动之间的时间段进行相同的控制。

以下将参考图14A和14B所示的时序图来说明根据本(第三)典型实施例的摄像操作。

图14A是示出第X个帧和第(X+1)个帧的驱动信号的时序图。当对第1个帧至第X个帧摄像时，由于光量没有大幅改变，因此信号控制单元210使EN信号按预定时间间隔(t50、t51、t52和t53)顺次接通。对第X个帧的电信号进行采样保持(t54)，对FPN进行采样保持(t55)，并且使EN信号断开(t56)。以下将基于在第X个帧的图像中仅像素区域1202A和1202B接收大的光量的情况来说明该摄像操作。在这种情况下，像素区域1202A和1202B中传感器芯片(基板)的电源电压下降增大。因此，当按预定时序使EN信号接通时，在该基板的电源电压恢复之前，无法确保充足的时间。

另外，在基板内，当冲击电流流入时，由于精细布线所引起的电源供给线路的布线阻抗导致电压下降。结果，由于因各像素区域的总光量不同而导致在采样保持时各摄像区域的电源电压不同，因此在图像中在像素区域之间的边界出现级差。

因此，在第(X+1)个帧中，摄像控制单元212基于前一帧的各部分区域1202的像素值来改变EN信号的断言时刻(t57、t58、t59和t60)，从而在采样保持时(t61和t62)提供稳定的电源电压。

图14B是示出第(X+N)个帧以及后续帧的驱动信号的时序图。在第(X+N)个帧中，当针对像素区域1202A和1202B的入射光量减少时，无需使像素区域1202A和1202B的EN信号的接通时刻提前。因此，摄像控制单元1212基于初始设置的时间间隔来改变各像素区域的EN信号的操作时刻(t64、t65、t66和t67)，从而进行控制。然后，信号输出单元211对光信号进行采样保持(t68)，对FPN信号进行采样保持(t69)，并且使EN信号一并断开(t70)。随后，信号输出单元211进行相同的处理，直到摄像结束为止。

因而，在本典型实施例中，摄像设备101基于前一帧的像素值来确定各像素区域的像素电路的启动时刻。即使电压下降的大小根据入射光量而改变，上述控制也使得能够在所有像素区域中在电源电压稳定的状态下对信号进行采样保持，从而抑制图像中出现由于各传感器芯片之间的电压下降量的差异所引起的级差。

在本典型实施例中，尽管对像素放大器启动间隔进行控制，但该处理不限于此。还可以对各部分区域1202的像素放大器启动顺序进行控制。例如，可以通过实验获得各部分区域1202的平均像素值和像素放大器启动顺序之间的适当对应关系，并将相关信息作为查找表存储在存储单元1204中。例如，可以存储针对电压下降较大的部分区域1202较早启动像素放大器401的这种顺序信息。

放大器控制单元1203基于针对各帧所计算出的各部分区域1202的平均像素值以及查找表来确定像素放大器启动顺序。优选信号控制单元210对能够独立输出EN(A)~EN(D)信号的信号输出单元211进行控制，以在根据所确定的顺序使一些EN信号延迟的情况下顺次对EN信号进行断言。在这种情况下，优选使用固定值作为启动间隔。

在上述例子中，摄像控制单元1212基于各部分区域1202的像素值的代表值来确定像素放大器的启动顺序和启动间隔中的至少一个。根据上述控制，可以较早启动电压下降较大的部分区域1202的像素放大器401。因此，与第二典型实施例相同，可以减少冲击电流并降低电力消耗，并且在抑制电磁波和噪声的情况下提高帧频。

第四典型实施例将(根据第二典型实施例的)基于电力供给的布线阻抗值的控制与(根据第三典型实施例的)基于各部分区域1202的平均像素值的控制组合，以针对各部分区域1202计算优先级并控制像素放大器的启动顺序和启动间隔。因而，考虑到由于因接收光所引起的布线阻抗的差异而导致的电压下降恢复时间之差、以及由于接收光量的差异而导致的电压下降量之差，可以适当抑制因冲击电流所引起的不利影响。

参考图15和16，以下将关注与第一典型实施例至第三典型实施例的不同之处来说明根据本典型实施例的X射线摄像系统的结构和处理。

以下将参考图15来说明摄像设备1501的结构。图15以与第一典型实施例至第三典型实施例的不同之处为中心来示出该结构。与第一典型实施例和第二典型实施例不同，根据本典型实施例的图像传感器111与第三典型实施例相同由一个矩形半导体基板构成。将图像传感器111的摄像区域1529分割成针对各A/D转换器203的四个部分区域1502A、1502B、1502C和1502D。

摄像控制单元1512的放大器控制单元1503包括存储单元1504、像素值计算单元1206、优先级计算单元1507和启动时刻驱动单元1508。摄像控制单元1512具有根据第一实施例的图像生成单元204的功能(图15中未示出)。

存储单元1504存储优先级-启动时刻查找表1505。该查找表1505将与各部分区域1502的优先级和启动时刻有关的信息整理成表数据。

优先级是指针对各部分区域1502具有电源布线的阻抗值以及像素值的平均值作为变量的量。阻抗值是对电压下降恢复时间产生影响的参数，并且像素值是对电压下降的大小产生影响的参数。因此，考虑到这些参数，电压稳定时间较短的部分区域1502的优先级较高。通常，阻抗值和像素值越大，电压下降恢复时间越长，因此优先级越高。例如，该优先级可以通过利用预定加权将阻抗值和像素值进行线性组合来获取。优选使用通过实验所计算出的值作为加权因数。

代替使用线性组合，还可以针对两个变量(阻抗值和像素值)测量电压恢复时间，并且使用将优先级与该阻抗值和像素值相关联的查找表。

像素值计算单元1206获取图像生成单元204所生成的所拍摄图像，并计算各部分区域1502的像素值的平均值和总和值。

优先级计算单元1507基于像素和配线阻抗值，通过使用上述的预定线性组合公式来计算优先级。

启动时刻确定单元1508参考所计算出的像素值以及查找表1505来确定各部分区域1502的像素放大器启动间隔。

以下将参考图16所示的流程图来说明具有上述结构的摄像设备1501的处理流程。关于与第一典型实施例和第二典型实施例相同的处理，将省略针对该处理的说明。

步骤S1601~S1606的处理与第三典型实施例中步骤S1301~S1306的处理(参见图13)相同，并且将省略针对该处理的说明。

在步骤S1607中，像素值计算单元1206获取拍摄图像数据并计算各部分区域1502的像素值的平均值。

在步骤S1608中，优先级计算单元1507基于像素值和布线阻抗值，通过使用上述的预定线性组合公式来计算优先级。

在步骤S1609中，启动时刻确定单元1508参考所计算出的像素值以及查找表1505来确定各部分区域1502的像素放大器启动时刻。

在步骤S1610中，信号设置单元209根据所确定的启动间隔来设置对EN信号进行断言的时刻。当启动时刻确定单元1508判断为按顺序依次启动部分区域1502A、1502B、1502C和1502D时，信号控制单元210使输出延迟了部分区域1502A的启动和部分区域1502B的启动之间的所确定的时间间隔，然后指示信号输出单元211以输出EN信号。信号输出单元210对部分区域1502B的启动和部分区域1502C的启动之间的时间段、以及部分区域1502C的启动和部分区域1502D的启动之间的时间段进行相同的处理。

步骤S1611以及后续步骤的处理与第三典型实施例中步骤S1310以及后续步骤的处理相同，并且将省略针对该处理的说明。

如上所述，第四典型实施例将基于布线阻抗值的控制与基于各部分区域1502的平均像素值的控制组合，以针对各部分区域1502计算优先级并控制像素放大器的启动顺序和启动间隔。因而，考虑到由于因接收光所引起的布线阻抗的差异而导致的电压下降恢复时间之差、以及由于接收光量的差异而导致的电压下降量之差，可以适当抑制因冲击电流所引起的不利影响。

其它典型实施例

上述典型实施例被看作示例性的并且可以以各种形式来执行。

在上述典型实施例中，尽管将控制设备100的各单元作为硬件来实现，但结构不限于此。各单元可以通过执行软件程序来实现。

以下将参考图17来说明根据其它典型实施例的控制设备的硬件结构。

控制设备1700包括中央处理单元(CPU)1701、随机存储存储器(RAM)1702、只读存储器(ROM)1703、外部存储器1707、存储介质驱动器1708和外部通信接口(I/F)，其中这些元件全部经由总线1710相连接。控制设备1700与监视器1706(显示单元)以及键盘1704和鼠标1705(操作单元)相连接。ROM 1703存储用于执行图5所示的处理的程序代码1711。当CPU 1701载入并执行程序代码1711时，控制设备1700实现图5所示的处理。当CPU1701执行程序代码1711时，实现了图1所示的各单元的处理。

此外，关于摄像设备101的摄像控制单元112和图像生成单元204，具有上述硬件结构的设备可以实现根据上述典型实施例的处理。更具体地，该设备的CPU可以执行用于实现图5、10、13和16所示的处理的程序代码。

可选地，根据上述典型实施例的控制设备100和摄像设备101的处理中的一部分可以由程序代码来实现，并且该处理的另一部分可以由硬件电路来实现。在这种情况下，该处理中的一部分可以由控制设备1700中所包括的硬件、以及上述用于实现这些典型实施例的各单元的一部分的硬件电路来实现。

用于实现如上所述的第一典型实施例至第四典型实施例的功能的计算机中所安装的程序也实现了本发明。这意味着本发明还包括用于实现本发明的功能和处理的计算机程序。此外，诸如存储有上述程序代码的记录介质等的计算机程序产品也是本发明的典型实施例。

记录介质包括RAM和高速缓存数据，并且不包括诸如电波等的瞬态介质。

此外，当运行在计算机上的操作系统(OS)基于所载入的程序的指令来进行上述处理的一部分或全部时，也可以实现上述典型实施例的功能。

用于对图像传感器111的像素区域进行分割的方法不限于上述典型实施例。例如，可以将多个传感器芯片作为一个像素区域来一并处理。可选地，可以将一个传感器芯片进一步分割成多个小块，并且可以以不同时刻使各块的像素电路的电源接通。

增加图像传感器111的像素区域的分割数使冲击电流减少，这样抑制了由于冲击电流所引起的不需要辐射的影响。

此外，用于使各像素区域的EN信号接通的顺序和间隔不限于根据上述典型实施例的这些顺序和间隔。在上述典型实施例中，尽管摄像控制单元基于固定时间段来控制像素电路的启动时刻，但控制并非必须基于固定时间间隔。在这种情况下，摄像控制单元配置有用于在测量点218处对传感器芯片的电源电压进行测量的电压测量单元。信号控制单元210周期性地获取该电压测量单元的测量结果，并且在确认了下降后的传感器芯片的电源电压已恢复为特定水平之后，基于预定顺序来启动以下的像素区域。该控制使得能够抑制图像偏移以及降低不需要的电力消耗。

部分区域的结构不限于上述典型实施例。对部分区域进行配置，以使得在同一时刻每隔一行或者以几行的间隔启动像素。

用于使各像素区域的像素电路接通的驱动控制的时刻不限于图6A所示的采样操作的时间段。当诸如在图7A和7B的复位操作时间段内等需要启动像素电路时，可以通过使EN信号的接通时刻偏移来减少冲击电流。

在上述典型实施例中，尽管已经具体说明了像素放大器401，但启动时刻偏移处理适用于需要电力供给的像素内的元件。例如，在特定时刻，使用作复位电路的开关M2接通以向光电二极管PD或电容Cfd施加电压，从而使复位电路启动。在另一时刻，使用作钳位电路的开关M5接通以向钳位电容Cc 1施加电压，从而进行钳位。此外，关于这些元件，可以通过使接通时刻偏移来抑制电压变化。如上述典型实施例的情况那样，通过在同一时刻启动复位电位并进行钳位，可以抑制图像中出现级差。

另外，并非图像传感器111的所有像素都需要进行像素放大器启动控制。例如，当通过使用摄像区域的一部分来进行摄像时，摄像控制单元确定为仅对图像生成所使用的像素进行像素放大器启动控制，并且不向其它像素的像素放大器401供给电力。该控制使得能够减少冲击电流以及降低电力消耗。

在上述典型实施例中，尽管使用安装在硅基板上的CMOS摄像装置作为图像传感器111，但图像传感器111的类型不限于此。例如，本发明适用于安装在非晶硅或多晶硅基板上的PSN或MIS图像传感器，只要各像素包括像素放大器即可。将本发明应用于CMOS摄像装置使得能够进一步降低电力消耗。

上述的X射线摄像设备还可用作心脏外科、一般体检、整形外科和口腔外科所用的X射线摄像设备。

此外，上述的X射线摄像设备还可用作除X射线摄像以外的可见光摄像所用的照相机。当使用诸如X射线传感器等的大型传感器(大小约为10cm以上)时，由于布线阻抗大，因此上述针对各部分区域的启动时刻改变处理特别有效。此外，可以减轻由于电力消耗所引起的热效应。

上述的摄像设备101和控制设备100的功能可以由多个设备以分散方式来实现。可选地，X射线摄像系统10的功能可以作为一个C臂设备来一并实现。此外，上述的这些设备的各单元的功能可以由多个电路以分散方式来实现，或者这些多个电路的功能可以由一个电路来实现。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。由于该原因，例如经由网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。

Claims (25)

1.一种摄像设备，包括：

图像传感器，其具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有光电转换部件和像素放大器；

控制部件，用于进行如下控制：用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及

生成部件，用于基于所读取的电信号来生成图像。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当实现同时启动预定数量的像素放大器的状态时，所述控制部件进行如下控制：用于使启动所述预定数量的像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的来自各光电转换部件的电信号的控制。

3.根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行用于经由启动后的所述预定数量的像素放大器一并输出各像素的电信号的控制。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行如下控制：用于顺次启动多个所述像素放大器的控制、以及用于将来自所述光电转换部件的电信号一并输出至通过用于顺次启动的控制而在不同时刻启动的多个所述像素放大器的控制。

5.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行如下控制：用于通过使启动时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同来顺次启动预定数量的像素放大器从而实现同时启动所述预定数量的像素放大器的状态的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的来自各光电转换部件的电信号的控制。

6.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行用于经由启动后的所述预定数量的像素放大器一并输出各像素的电信号的控制。

7.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述图像传感器通过贴合各自配置有多个像素的多个半导体基板而形成，各个像素均具有像素放大器，以及

所述控制部件进行如下控制：用于顺次启动至少一个所述半导体基板各自的像素放大器的控制、以及用于经由启动后的像素放大器读取所述像素的电信号的控制。

8.根据权利要求7所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制部件进行用于经由启动后的预定数量的像素放大器一并输出各像素的电信号的控制。

9.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

电源，其经由布线连接至所述像素放大器，

其中，所述控制部件基于所述布线的阻抗值来针对所述部分区域分别控制启动所述像素放大器的时刻。

10.根据权利要求9所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行如下控制：从属于所述摄像区域的多个部分区域中、连接至像素放大器的布线最长的部分区域的像素的像素放大器开始，向像素放大器顺次输出驱动信号。

11.根据权利要求9所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件根据所述像素放大器和所述电源之间的布线长度来针对所述部分区域分别控制启动所述像素放大器的时刻。

12.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

确定部件，用于响应于来自外部控制设备的指示来确定所述像素放大器的启动顺序和启动间隔中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

确定部件，用于基于所述部分区域各自的像素值的代表值来确定所述像素放大器的启动顺序和启动间隔中的至少一个。

14.根据权利要求13所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

电源，其经由布线连接至所述像素放大器，

其中，所述确定部件基于所述部分区域各自的像素值的代表值、以及在所述像素放大器和所述电源之间的布线阻抗值来确定所述像素放大器的启动顺序和启动间隔中的至少一个。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件使输出用于启动所述像素放大器的信号的时刻针对所述部分区域各自而不同。

16.根据权利要求1至14中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述图像传感器包括保持部件，所述保持部件与所述像素放大器相连接，并且用于保持经由所述像素放大器所获取的电信号，以及

所述控制部件启动图像生成所使用的像素的像素放大器，并且当经过了预定时间时，使所述保持部件保持由所述像素放大器输出的电信号。

17.根据权利要求16所述的摄像设备，其特征在于，

所述控制部件进行控制，以使得所述保持部件针对图像生成所使用的像素在相同的时刻保持电信号。

18.根据权利要求16所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行用于当从启动所述像素放大器开始经过了预定时间时、使所述保持部件保持经由所述像素放大器所获取的电信号的控制。

19.根据权利要求1至14中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述像素包括：

光电转换元件；

至少一个像素放大器；

钳位电路，其与所述像素放大器相连接；

采样保持部件，用于保持经由所述像素放大器所获取的电信号；以及

开关部件，用于在所述像素放大器和用于对所述像素放大器进行驱动的电源部件之间建立连接或者进行断开。

20.一种摄像设备，包括：

图像传感器，其包括：

多个像素，其二维地配置在摄像区域中，所述多个像素各自具有光电转换元件以及连接至所述光电转换元件的像素放大器；以及

读取部件，用于读取经由所述像素放大器所获取的所述多个像素的电信号；

电源部件，其经由布线与所述像素放大器相连接，并且用于供给用于驱动所述像素放大器的电力；

输出部件，用于输出在所述像素放大器和所述电源之间建立连接或者进行断开所用的驱动信号；以及

控制部件，用于控制所述图像传感器所用的驱动信号，

其中，所述控制部件进行如下控制：从属于所述摄像区域的多个部分区域中、连接至像素放大器的布线最长的部分区域的像素的像素放大器开始，向像素放大器顺次输出驱动信号。

21.根据权利要求1至14和20中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述图像传感器是X射线检测器，所述X射线检测器用于根据照射到所述摄像设备上的X射线的剂量分布来生成电信号。

22.根据权利要求1至14和20中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述控制部件进行用于一并停止向启动后的像素放大器供给电力的控制。

23.一种摄像系统，包括：

根据权利要求1至14和20中任一项所述的摄像设备；以及

控制设备，用于对所述摄像设备进行控制。

24.一种控制设备，用于对图像传感器进行控制，所述图像传感器具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有像素放大器，所述控制设备包括：

控制部件，用于进行如下控制：用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制、以及用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及

生成部件，用于获取所读取的电信号并且生成图像。

25.一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器具有配置有多个像素的摄像区域，所述多个像素各自具有像素放大器，所述控制方法包括以下步骤：

进行用于使启动所述像素放大器的时刻针对所述摄像区域的各部分区域而不同的控制；

进行用于读取经由启动后的像素放大器所获取的各像素的电信号的控制；以及

基于所读取的电信号来生成图像。

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