CN107438164B - 辐射成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种辐射成像装置，包括传感器阵列和控制器，其中，当接收到表示放射线成像中断的指令时，控制器转变到非捕获模式，当接收到表示放射线成像开始的指令时，转变到捕获模式；并且控制器在捕获模式下执行电影捕获和连续捕获之一，其中重复地执行响应于针对传感器阵列的一次辐射照射而驱动传感器阵列以及从传感器阵列获取一帧的图像数据的操作，并且在非捕获模式下，驱动传感器阵列以抑制非捕获模式下传感器阵列的温度相对于捕获模式下传感器阵列的温度下降。

Description

辐射成像装置
技术领域
本发明涉及辐射成像装置。
背景技术
辐射摄像装置包括例如生成对应于辐射量的信号的多个传感器以及驱动这多个传感器的驱动器(参见日本专利公开No.2002-344809)。在放射线成像中，多个传感器被辐射照射预定时段。之后，驱动器驱动这多个传感器以从这多个传感器中读取对应于辐射照射量的信号。被读取信号的组用来形成一帧的图像数据(帧数据)。在电影捕获或连续捕获中，多次(重复地)执行包括上述辐射照射、从多个传感器读取信号以及帧数据形成的一系列操作。
可以认为，当例如在电影捕获中图像捕获被暂停以观察病态部分的细节或者在连续捕获中图像捕获被暂停以改变病态部分的观察角度时，重复执行的操作系列被暂时暂停。由于多个传感器和驱动器在这段时间内处于静止状态(更具体而言是在多个传感器和驱动器中的信号电平不变化的状态)，因此可以认为，装置温度由于功耗的暂时下降而下降。如果装置温度下降，则多个传感器中的噪声成分变化。因此，当恢复图像捕获时，图像质量会改变。
发明内容
本发明提供了一种在恢复放射线成像时对减少图像质量的变化有利的技术。
本发明的一方面提供了一种包括传感器阵列和控制器的辐射成像装置，其中，当接收到表示放射线成像中断的指令时，控制器转变到非捕获模式，并且当接收到表示放射线成像开始的指令时，转变到捕获模式；并且控制器在捕获模式下执行电影捕获和连续捕获中的一个，其中重复地执行响应于针对传感器阵列的一次辐射照射而驱动传感器阵列以及从传感器阵列获取一帧的图像数据的操作，并且在非捕获模式下，驱动传感器阵列以抑制非捕获模式下传感器阵列的温度相对于捕获模式下传感器阵列的温度的下降。
从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于说明放射线成像装置的系统布置的示例的图；
图2是用于说明传感器阵列的布置的示例的图；
图3是用于说明读取器的布置的示例的图；
图4是用于说明图像数据读取方法的示例的时序图；
图5是用于说明单个传感器(像素)的布置的示例的图；
图6A至6C是用于说明传感器芯片驱动方法的示例的图；
图7是用于说明控制辐射成像装置的控制方法的示例的流程图；
图8A和8B是用于说明图像捕获控制器的操作模式的示例的流程图；
图9是用于说明图像捕获控制器的布置的示例的图；及
图10A和10B是用于说明单个传感器驱动方法的示例和比较例的时序图。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明的优选实施例。相同的标号在所有附图中表示相同的元件，并且以下将省略对重复内容的描述。应当注意的是，图被示出仅仅为了说明结构或布置，并且所示元件的尺寸并不总是反映实际尺寸。
图1是示出辐射成像装置IA(以下称为“装置IA”)的整体布置的示例的系统框图。装置IA是荧光检查装置，例如，C形臂式荧光检查装置，其被配置为通过电影捕获或连续捕获从各种角度观察被检体(对象)(诸如患者)的身体的内部。装置IA包括图像捕获设备100、控制器101、显示器102、辐射源控制器103、以及辐射源104。图像捕获设备100通过放射线成像(或图像捕获)获取表示被检体的身体内部的图像的图像数据，并且将图像数据输出到控制器101，如稍后将详细描述的那样。
控制器101充当系统控制器，其通过向单元发送/从单元接收经由控制信号或控制命令的指令来执行整个装置IA的同步控制(单元不仅可以包括示出的单元，而且还可以包括未示出的单元)。控制器101还充当从图像捕获设备100接收图像数据并执行图像处理或数据处理的处理器。输入终端(未示出)可以连接到控制器101。用户可以使用输入终端向控制器101输入图像捕获信息(例如，图像捕获所需的设置信息，诸如操作模式、帧速率和其它参数等，这些可以被表示为图像捕获条件)。控制器101基于输入的图像捕获信息同步地控制单元。
控制器101是包括CPU和存储器的计算机，但可以是存储程序或软件以实现在本说明书中描述的每个操作的计算机，或者是包括集成电路(例如，ASIC或FPGA)的算术单元。换句话说，要在本说明书中描述的控制器101的功能由硬件和/或软件来实现。
显示器102是例如液晶显示器，并且基于来自控制器101的图像数据显示放射线图像。诸如医生之类的用户可以在参考显示器102上所显示的放射线图像的同时对被检体进行诊断。
辐射源控制器103可以由控制器101控制，以便与图像捕获设备100同步。辐射源控制器103响应于来自控制器101的控制信号而向辐射源104输出要进行辐射照射的信号。响应于来自辐射源控制器103的信号，辐射源104生成辐射(通常使用x射线，但是也可以使用α射线或β射线)来进行放射线成像。所生成的辐射通过被检体(未示出)并进入图像捕获设备100。
放射线成像的开始可以由用户经由输入终端执行，但是可以使用可以在辐射源控制器103上提供的曝光开关来执行。例如，如果输入了开始放射线成像的指令(命令)，则控制器101同步地控制单元，以使辐射源104生成辐射并且使图像捕获设备100检测所生成的辐射并输出图像数据。
图像捕获设备100包括检测辐射的传感器单元10、读取来自传感器单元10的信号的读取器20，以及在向控制器101发送/从控制器101接收控制信号或控制命令的同时控制图像捕获设备100中的单元的图像捕获控制器109。
在这个示例中，传感器单元10包括通过布置多个传感器芯片106形成的传感器阵列105，并且形成被配置为获取放射线图像的成像平面。作为每个传感器芯片106，例如，可以使用通过已知的半导体制造工艺使用半导体晶片(诸如硅晶片)形成的CMOS图像传感器芯片。在每个传感器芯片106中，多个传感器(被称为“传感器”)被布置在阵列中(以形成多个行和多个列)。根据这种布置，可以实现传感器阵列105的大型化。应当注意的是，为了描述方便，这里将举例说明传感器芯片106被布置成形成2行×14列的布置。但是，行数和列数并不限于这些值。
彼此相邻的传感器芯片106可以通过切割被物理分离，或者不。例如，在切割之前检查在半导体晶片上形成的传感器芯片106，并且其检查结果满足预定条件的传感器芯片106被排列以形成传感器阵列105。应当注意的是，传感器阵列105可以通过在片状构件(诸如基座或支撑板等)上布置多个传感器芯片106形成。从这个观点出发，传感器阵列105可以被表述为传感器面板、传感器基板等。
传感器单元10还可以包括将辐射转换成光的闪烁体(未示出)。检测来自闪烁体的光，通过光电转换获得与光对应的电信号。在这里考虑通过闪烁体将辐射转换成光的所谓间接转换型结构。但是，本发明也可以应用到(直接)将辐射转换成电信号的所谓直接转换型结构。
用于信号发送/接收或供电的多个电极(未示出)可以布置在传感器单元10上。传感器单元10可以通过飞铅线印刷板经由多个电极连接到外部电路。利用这种布置，例如，来自传感器单元10的信号由读取器20经由电极读取。此外，来自图像捕获控制器109的控制信号经由电极提供给传感器单元10。
读取器20包括例如多路复用器131至138、信号放大器141至148、以及和A/D转换器151至158。多路复用器131等中的每一个充当被配置为基于预定单元选择传感器作为信号读取目标的选择器。例如，多路复用器131等中的每一个对于每个传感器芯片106或对于每列选择传感器作为信号读取目标。信号放大器141等以及A/D转换器151等中的每一个充当被配置为输出每个传感器的信号(传感器信号)作为选择目标的输出单元。例如，信号放大器141等中的每一个通过差分放大器等放大信号，并且A/D转换器151等中的每一个对放大的信号进行模数转换(A/D转换)。
图像捕获控制器109经由各种接口通过控制信号或控制命令向控制器101发送/从控制器101接收指令。当执行放射线成像时，图像捕获控制器109使用传感器单元10和读取器20执行图像捕获。作为各种接口，使用已知的通信手段。可以使用诸如LAN之类的有线通信手段，或者可以使用诸如Wi-Fi之类的无线通信手段。之后，图像捕获控制器109从传感器单元10读取传感器信号、基于读取的传感器信号形成图像数据，并将该图像数据输出到控制器101。
控制接口110是被配置为通过发送/接收由用户输入的图像捕获信息以及通过诸如图像捕获设备100的操作状态之类的装置信息来由控制器101实现图像捕获设备100的控制的接口。图像数据接口111是被配置为将图像数据从图像捕获设备100输出到控制器101的接口。图像捕获控制器109通过经由接口112提供READY信号来向控制器101通知图像捕获设备100被设置在开始放射线成像的状态。在来自图像捕获控制器109的READY信号有效的时间期间，控制器101通过经由接口113提供同步信号(同步信号SYNC)来通知图像捕获控制器109开始一次放射线成像的定时。图像捕获控制器109通过经由接口114提供曝光允许信号来请求控制器101开始辐射照射。在曝光允许信号有效的时间期间，控制器101经由辐射源控制器103使辐射源104生成辐射。
在这个示例中，控制器101总体地控制装置IA的整个系统。另一方面，图像捕获控制器109基于来自控制器101的通过控制信号或控制命令的指令来控制图像捕获设备100的操作。这里已经描述了控制器101和图像捕获控制器109分离的布置。但是，这些功能可以由单个单元形成。例如，控制器101或控制器101的部分可以结合在图像捕获设备100中，并且图像捕获控制器109和控制器101可以简单地被整体上称为控制器。
放射线成像可以通过上述布置来实现。在图像捕获设备100中，从传感器单元10读取的传感器信号被图像捕获控制器109合成为帧数据(一帧的图像数据)，并且帧数据被输出到控制器101。在另一个示例中，从传感器单元10读取的传感器信号可以被输出到控制器101并由控制器101合成为帧数据。控制器101对图像数据执行预定的图像处理或数据处理，并且使显示器102基于该图像数据显示放射线图像，如上所述。
装置IA中的每个单元不限于上述布置。每个单元的布置可以根据目的等适当地改变。例如，如上所述，控制器101和图像捕获控制器109可以由单个单元形成。这也适用于其余的单元。即，两个或更多个单元的功能可以由一个单元实现，或者给定单元的一些功能可以由另一个单元实现。
图2示出了单个传感器芯片106的布置的示例。每个传感器芯片106包括多个传感器s、被配置为驱动多个传感器s的垂直扫描电路303以及被配置为从多个传感器s读取信号的水平扫描电路304。
在每个传感器芯片106中，多个传感器被布置成形成例如m行×n列。在图2中，例如，第一行和第二列上的传感器由“s(1,2)”表示。每个传感器s保持对应于信号成分的S信号和对应于噪声成分的N信号，并且S信号和N信号分别从每个传感器s输出，如稍后将详细描述的那样。
垂直扫描电路303和水平扫描电路304中的每一个由例如移位寄存器形成，并且基于来自图像捕获控制器109的控制信号进行操作。垂直扫描电路303充当基于来自图像捕获控制器109的控制信号以行为基础驱动信号读取目标的传感器s的驱动器。更具体而言，垂直扫描电路303经由控制线305向多个传感器s提供驱动信号，并且基于该驱动信号以行为基础驱动这多个传感器s。水平扫描电路304基于来自图像捕获控制器109的控制信号使每列的传感器s顺序地输出信号(也称为“水平传送”)。更具体而言，水平扫描电路304使得由垂直扫描电路303驱动的传感器s经由列信号线306和307以及模拟输出线308和309向外部顺序地输出信号(S信号和N信号)。
传感器芯片106包括被配置为读取由每个传感器s保持的S信号的端子ES和被配置为读取由每个传感器s保持的N信号的端子EN。传感器芯片106还包括选择端子ECS。如果由端子ECS接收的信号变为有效电平，则传感器芯片106的每个传感器s的信号经由端子ES和EN被读取。
更具体而言，每个传感器包括被配置为输出S信号的端子ts和被配置为输出N信号的端子tn。端子ts连接到列信号线306，并且端子tn连接到列信号线307。列信号线306和307分别经由要响应于来自水平扫描电路304的控制信号而接通的开关SWH连接到模拟输出线308和309。模拟输出线308和309的信号分别经由要响应于由端子ECS接收的信号而接通的开关SWCS从端子ES和EN输出。
传感器芯片106还包括端子VST等，其接收控制信号以控制垂直扫描电路303和水平扫描电路304。端子VST接收要输入到垂直扫描电路303的起始脉冲。端子CLKV接收要输入到垂直扫描电路303的时钟信号。端子HST接收要输入到水平扫描电路304的起始脉冲。端子CLKH接收要输入到水平扫描电路304的时钟信号。这些控制信号从图像捕获控制器109提供。
利用上述结构，在传感器芯片106中，以行为基础控制传感器s，并且每列上的传感器s的信号(S信号和N信号)顺序输出，由此执行信号读取。
图3示出了读取器20的电路布置的一部分。来自端子ES的信号被输入到信号放大器141的反相输入端(图3中由“-”表示)，并且来自端子EN的信号被输入到非反相输入端(图3中由“+”表示)。信号放大器141放大来自端子ES的信号与来自端子EN的信号之间的差(信号值差)，并将与该差值对应的信号输出到A/D转换器151。A/D转换器151通过端子CLKAD接收时钟信号，并且基于该时钟信号对来自信号放大器141的信号进行A/D转换(模数转换)。A/D转换后的信号作为传感器信号经由端子ADOUT输出到图像捕获控制器109。
应当注意的是，为了描述方便，这里仅通过参考信号放大器141和A/D转换器151来进行描述(多路复用器131未示出)。但是，这个描述也适用于还包括多路复用器131的情况。
图4示出了用于说明从图像捕获设备100读取信号的读取操作(以下称为读取操作RO)的时序图的示例。横坐标给出时间轴，并且控制信号沿着纵坐标绘制。为了描述方便，将说明从四个传感器芯片106(传感器芯片1060至1063)读取信号的情况。
选择信号Sel(Sel0至Sel3)是选择传感器芯片106作为信号读取目标的控制信号。选择信号Sel0至Sel3与传感器芯片1060至1063对应，并且被分别输入到对应传感器芯片106的端子ECS。例如，如果传感器芯片1061是信号读取目标，则选择信号Sel1被设置为高电平(H电平)，并且剩余的选择信号Sel0、Sel2和Sel3被设置为低电平(L电平)。
剩余的控制信号VST等是输入到端子的控制信号。例如，输入到端子VST的控制信号将被称为信号VST。这也适用于剩余的控制信号。
信号VST是用于行选择的起始脉冲信号。基于这个信号，通过选择信号Sel选择的传感器芯片106中第一行的传感器s由垂直扫描电路303选择。信号CLKV是时钟信号。每当时钟信号由端子CLKV接收到时，所选择的行从第一行顺序地移动到第m行(即，以行为基础从第一行到第m行顺序地选择传感器)。
信号HST是用于列选择的起始脉冲信号。基于这个信号，通过选择信号Sel选择的传感器芯片106中第一列的传感器s由水平扫描电路304选择。信号CLKH是时钟信号。每当时钟信号由端子CLKH接收到时，所选择的列从第一列顺序地移动到第n列(即，以列为基础从第一列到第n列顺序地选择传感器s)。
信号CLKAD是时钟信号。如上所述，基于这个信号，与每个传感器s中的S信号与N信号之间的差对应的信号被A/D转换器108进行A/D变换。
首先，信号VST和CLKV变为H电平。之后，选择信号Sel0至Sel3顺序地变为H电平，并且顺序地选择传感器芯片1060至1063。在某个选择信号Sel变为H电平(或变为H电平之后)的定时，信号HST变为H电平。之后，输入时钟信号CLKH和CLKAD，直到下一个选择信号Sel变为H电平。
通过这种驱动方法，例如，在图4中所示的第一时段T1中，在传感器芯片1060至1063的每一个当中执行从第一行的传感器s读取信号。更具体而言，首先，对于传感器芯片1060中的第一行的传感器s，传感器s的信号从第一列至第n列被顺序地A/D转换。接下来，传感器芯片1061中的第一行的传感器s的信号被类似地进行A/D转换。之后，传感器芯片1062中的第一行的传感器s的信号被类似地进行A/D转换，并且传感器芯片1063中的第一行的传感器s的信号被类似地进行A/D转换。在第二时段T2(从每个传感器芯片106中的第二行的传感器s读取信号)、第三时段T3(从每个传感器芯片106中的第三行的传感器s读取信号)以及后续的时段(从T4开始(未示出))执行与第一时段T1中相同的操作。
以这种方式执行读取操作RO。应当注意的是，从充当驱动器的垂直扫描电路303、控制垂直扫描电路303的操作的图像捕获控制器109或执行一般控制的控制器101的观点，读取操作RO可以被称为输出传感器s的信号的输出驱动。
图5示出了单个传感器s的电路布置。传感器s包括第一部分ps1、第二部分ps2和第三部分ps3。
第一部分ps1包括光电二极管PD、晶体管M1和M2、浮动扩散电容器CFD(以下称为FD电容器CFD)以及用于灵敏度切换的电容器CFD'。
光电二极管PD是光电转换元件，并且根据辐射照射将由上述闪烁器生成的光(闪烁体光)转换成电信号。更具体而言，光电二极管PD生成与闪烁体光的量对应的量的电荷，并且与所生成的电荷量对应的FD电容器CFD的电压被输出到第二部分ps2。
如上所述，采用间接转换型传感器单元10，这里已经例示了使用光电二极管PD作为被配置为检测辐射的检测元件的布置。但是，可以使用另一个光电转换元件。
用于灵敏度切换的电容器CFD'被用来切换传感器s对辐射的灵敏度，并且经由晶体管(开关元件)M1连接到光电二极管PD。如果信号WIDE变为有效电平，则晶体管M1接通，并且FD电容器CFD和电容器CFD'的组合电容的电压被输出到第二部分ps2。即，如果信号WIDE处于H电平，则传感器s处于低灵敏度模式。如果信号WIDE处于L电平，则传感器s处于高灵敏度模式。通过这种布置，可以改变对辐射的敏感度。
如果信号PRES变为有效电平，则晶体管M2复位(初始化)光电二极管PD中的电荷，以复位输出到第二部分ps2的电压。
第二部分ps2包括晶体管M3至M7、钳位电容器CCL和恒流源(例如，电流镜结构的晶体管)。晶体管M3和M4以及恒流源串联连接，以形成电流路径。如果输入到晶体管M3的栅极的使能信号EN变为有效电平，则从第一部分ps1接收电压的晶体管M4执行源极跟随器操作，并且输出与来自第一部分ps1的电压对应的电压。
由晶体管M5至M7和钳位电容器CCL形成的钳位电路被布置在随后的阶段。更具体而言，钳位电容器CCL的一个端子n1连接到第一部分ps1的晶体管M3和晶体管M4之间的节点，另一个端子n2经由晶体管M5连接到钳位电压VCL。晶体管M6和M7以及恒流源串联连接，以形成电流路径。端子n2连接到晶体管M7的栅极。
利用这种布置，在第一部分ps1的光电二极管PD中生成的kTC噪声(所谓的复位噪声)被移除。更具体而言，与上述在复位时来自第一部分ps1的电压对应的电压被输入到钳位电容器CCL的端子n1。如果钳位信号PCL变为有效电平，则晶体管M5接通，并且钳位电压VCL被输入到钳位电容器CCL的端子n2。因此钳位电容器CCL的端子n1和n2两端的电位差被钳制为噪声成分。换句话说，第二部分ps2充当通过钳位电容器CCL保持与在光电二极管PD中生成的电荷对应的电压(该电压是与kTC噪声对应的电压)的保持部分。在这种布置中，第二部分ps2保持通过从来自用于执行源极跟随器操作的晶体管M4的根据在光电二极管PD中生成的电荷的电压输出移除被钳位的噪声成分所获得的电压。
使能信号EN被提供给晶体管M6的栅极。如果使能信号EN变为有效电平，则晶体管M7执行源极跟随器操作，并且将与晶体管M7的栅极电压对应的电压输出到第三部分ps3。例如，如果在光电二极管PD中生成电荷，则晶体管M7的栅极电压变化，并且将与变化的电压对应的电压输出到第三部分ps3。
第三部分ps3包括晶体管M8、M10、M11和M13，模拟开关SW9和SW12，以及电容器CS和CN。由晶体管M8和M10、模拟开关SW9以及电容器CS形成的单元被称为“第一单元USHS”。
在第一单元USHS中，晶体管M8和电容器CS形成样本保持电路。更具体而言，使用控制信号TS来切换晶体管M8的状态(通(ON)状态或断(OFF)状态)，由此将来自第二分数ps2的信号保持为S信号。换句话说，第一单元USHS充当采样S信号的第一采样单元。晶体管M10执行源极跟随器操作，并且因此S信号被放大。通过使用控制信号VSR接通模拟开关SW9，从端子ts输出放大的S信号。
就像第一单元USHS，晶体管M11和M13、模拟开关SW12以及电容器CN形成从端子tn输出信号的“第二单元USHN”。在第二单元USHN中，N信号由电容器CN保持。换句话说，第二单元USHN充当采样N信号的第二采样单元。如上所述，读取器20经由端子ts和tn读取S信号与N信号之间的差异。因此，从第二部分ps2导出的拟合模式噪声(FPN)被移除。
利用上述布置，S信号和N信号分别由电容器CS和CN保持。通过分别接通模拟开关SW9和SW12，所保持的S信号和N信号通过所谓的非破坏性读取被读取。即，在晶体管M8和M11的OFF状态期间，可以在任意的定时读取所保持的S信号和N信号。
图6A至6C示出了在一次执行放射线成像的情况下(在一帧的图像数据被获取的情况下)传感器芯片106的驱动方法(时序图)。即，下面将要描述的一系列操作是静止图像捕获中的驱动方法的示例。通过重复执行该一系列操作来实现电影捕获或连续捕获。要注意的是，为了描述方便，下面将描述设置高灵敏度模式(即，信号WIDE处于L电平)的情况。
如图6A中所示，在时间t50，设置图像捕获信息(图像捕获所需的设置信息，诸如操作模式、帧速率和其它参数)。接下来，在时间t51至t56，响应于来自控制器101的同步信号SYNC，执行复位驱动RD，以复位传感器s和钳位电容器CCL。然后，在时间t60至t69，执行用以读取图像信号的采样驱动SD。之后，执行上述读取操作RO(参见图4)。
图6B是复位驱动RD的时序图的放大图。在复位驱动RD中，响应于同步信号SYNC，执行复位光电二极管PD的复位操作和保持与钳位电容器CCL中的kTC噪声对应的电压的操作。首先，在时间t51，使能信号EN被设置为H电平，以接通晶体管M3和M6。因而，晶体管M4和M7被设置为执行源极跟随器操作的状态。
在时间t52，信号PRES被设置为H电平，以接通晶体管M2。因此，光电二极管PD连接到参考电压VRES并复位，并且电容器CFD的电压也被复位。此外，在复位时与晶体管M4的栅极电压对应的电压被施加到钳位电容器CCL的一个端子n1(在晶体管M4侧的端子)。
在时间t53，信号PCL被设置为H电平，以接通晶体管M5。因此，钳位电压VCL被施加到钳位电容器CCL的端子n2(晶体管M7侧的端子)。
在时间t54，信号PRES被设置为L电平，以关断晶体管M2。因此，钳位电容器CCL的端子n1被设置为与在复位时晶体管M4的栅极电压对应的电压。
在时间t55，信号PCL被设置为L电平，以关断晶体管M5。因而，与端子n1和n2之间的电位差对应的电荷(基于参考电压VRES和钳位电压VCL之间的电位差的电荷)由钳位电容器CCL保持，并且由光电二极管PD等的热量造成的kTC噪声被钳位。
在时间t56，使能信号EN被设置为L电平，以关断晶体管M3和M6。因而，晶体管M4和M7被设置在非操作状态。之后，上述曝光允许信号被设置为H电平。
复位驱动RD的一系列操作以这种方式结束。即，在复位驱动RD中，光电二极管PD被复位，并且钳位电容器CCL也被复位。复位的钳位电容器CCL保持与kTC噪声对应的电压。之后，辐射照射被执行，并且在光电二极管PD中生成与辐射照射量对应的电荷。要注意的是，复位驱动RD对于所有传感器执行一次，以防止控制定时的偏移。因此，在传感器芯片之间和传感器之间维持数据的连续性。
图6C是采样驱动SD的时序图的放大图。在采样驱动SD中，执行采样与电容器CS中的光电二极管PD中生成的电荷量对应的信号电平并保持作为S信号的操作。此外，在采样驱动SD中，执行采样与由传感器s的结构或电容器CN中元件的制造变化引起的拟合模式噪声对应的噪声电平并保持作为N信号的操作。
在时间t60，使能信号EN被设置为H电平，以接通晶体管M3和M6。晶体管M4和M7被设置为执行源极跟随器操作的状态。晶体管M4的栅极电压依赖于在光电二极管PD中生成并累积的电荷的量而变化。与改变的栅极电压对应的电压被输入到钳位电容器CCL的端子n1，并且端子n1的电位改变。随着端子n1的电位变化，钳位电容器CCL的端子n2的电位变化。
在时间t61，信号TS被设置为H电平，以接通晶体管M8。因此，电容器CS充电利用与端子n2的电位对应的电压(上述端子n2的变化的电位)进行充电。
在时间t62，信号TS被设置为L电平，以关断晶体管M8。因此，电压在电容器CS中被固定(S信号的采样)。此外，在时间t62，曝光允许信号被设置为L电平。要注意的是，时间t54至t62的时段与光电二极管PD的电荷累积时间对应。在这个时段期间，在光电二极管PD中不仅累积与辐射照射量对应的电荷，而且还累积与该时段对应的量从暗电流等导出的电荷。
在时间t63，信号PCL被设置为H电平，以接通晶体管M5。因此，钳位电压VCL被施加到钳位电容器CCL的端子n2(晶体管M7侧的端子)。
在时间t64，信号PRES被设置为H电平，以接通晶体管M2。FD电容器CFD的电压被复位成参考电压VRES，并且端子n1的电压也被复位。之后，在时刻t65，信号PRES被设置为L电平，以关断晶体管M2。因此，钳位电容器CCL的端子n1被设置为与在复位时晶体管M4的栅极电压对应的电压。
在时间t66，信号TN被设置为H电平，以接通晶体管M11。因此，电容器CN被利用与端子n2的电位对应的电压(上述提供的电压VCL)进行充电。之后，在时间t67，信号TN被设置为L电平，以关断晶体管M11。因此，电压在电容器CN中被固定(N信号的采样)。
最后，在时间t68，信号PCL被设置为L电平，以关断晶体管M5。在时间t69，使能信号EN被设置为L电平，以关断晶体管M3和M6(晶体管M4和M7被设置在非操作状态)。
总而言之，在采样驱动SD中，从时间t61至t62执行S信号的采样，并且从时间t63至t68执行光电二极管PD的复位和N信号的采样。
采样驱动SD的一系列操作以这种方式结束。即，在采样驱动SD中，与在光电二极管PD中生成的电荷对应的信号电平被采样并保持在电容器CS中作为S信号，并且与拟合模式噪声对应的噪声电平被采样并保持在电容器CN中为N信号。要注意的是，采样驱动SD可以对于所有传感器一起执行，就像上述复位驱动RD。
之后，如上所述，通过在采样驱动SD之后执行的读取操作RO读取S信号和N信号。信号之间的差异被A/D转换，并且基于A/D转换的信号的组形成帧数据。
回头参考图6A，在复位驱动RD和采样驱动SD中，功耗从PW1增加到PW2，如稍后将详细描述的。功耗可以基于从电源电压流向地电压的电流的量来计算。主要由于使能信号EN被设置为H电平，以将晶体管M4和M7设置在源极跟随器操作状态，因此功耗从PW1增加到PW2。
图7示出了装置IA的控制方法(流程图)。要注意的是，当通过控制信号或控制命令从控制器101接收上述指令时，根据该流程图的控制基本上由图像捕获控制器109执行。但是，控制可以部分地由控制器101执行。
在步骤S7010(以下简称为S7010，其它步骤同理)，电源电压被提供给装置IA。在所提供的电源电压稳定(基本变为恒定)之前，装置IA维持在待机状态。传感器信号可以包括从热得出的噪声成分。为了防止由于传感器s的温度变化引起的信号值变化，传感器阵列105的温度优选地在S7010中稳定。
在S7020中，确定是否接收到用于设置由用户输入的图像捕获信息的命令(图像捕获信息设置命令)。这个命令经由控制接口110输入。如果接收到该命令，则根据图像捕获信息的参数等在图像捕获控制器109中的寄存器(未示出)中被设置，并且过程前进到S7030。否则，在接收到该命令之前，待机状态维持。下面描述的放射线成像(在这个示例中为电影捕获或连续捕获)的帧速率是基于在S7020中设置的参数等来确定的。
在S7030中，确定是否接收到用于开始放射线成像的命令(图像捕获开始命令)。这个命令是经由控制接口110输入的。如果接收到该命令，则过程前进到S7040。否则，在接收到该命令之前，待机状态维持。
在S7040中，确定是否接收到同步信号SYNC。如果接收到同步信号SYNC，则过程前进到S7050。否则，在接收到同步信号SYNC之前，待机状态维持。
在S7050中，响应于同步信号SNC的接收，执行一次放射线成像，并且获取帧数据(一帧的图像数据)。即，如参考图6A至6C所描述的那样，在复位驱动RD之后，曝光允许信号变为有效电平(对于预定的时段执行辐射照射)，执行采样驱动SD，然后执行参考图4描述的读取操作RO。
通过S7040和S7050中的一系列操作，获得一帧数据。该系列操作可以表述为图像获取操作。通过重复该系列操作并获取多个帧数据，实现电影捕获或连续捕获。以S7020中设置的帧速率重复该系列操作。即，同步信号SYNC以与S7020中设置的帧速率对应的周期提供。
在S7070中，确定是否接收到用于暂停放射线成像的命令(图像捕获暂停命令)。输入这个命令是为了暂停电影捕获或中断连续捕获，例如，以观察被检体的病态部分的细节。如果接收到该命令，则过程前进到S7080。否则，过程返回到S7040(即，继续放射线成像)。要注意的是，如果接收到该命令，则中断图像捕获，并且不执行放射线成像。因此，同步信号SYNC的定期提供也被中断。
在S7080中，驱动图像捕获设备100，由此抑制传感器阵列105的温度下降。更具体而言，在放射线成像的中断期间，驱动图像捕获设备100，以防止图像捕获设备100(特别是传感器阵列105)中的功耗下降，由此维持传感器阵列105的温度。在S7080中，如S7050中那样执行复位驱动RD、采样驱动SD和读取操作RO，如稍后将详细描述的那样。但是，在S7080中，由于图像捕获被中断，并且不执行放射线成像，因此曝光允许信号不会变为有效电平(即，不执行辐射照射)。
为了抑制传感器阵列105的温度下降(或维持温度)，图像捕获设备100被周期性地驱动。在这个示例中，驱动周期是与S7020中设置的帧速率对应的周期。决定图像捕获设备100的驱动周期的方法不限于这个示例。在另一个示例中，图像捕获设备100可以以固定周期驱动，或者可以基于传感器阵列105的温度(例如，由温度传感器获得的测量结果)来驱动。
在S7090中，如S7020所示，确定是否接收到图像捕获信息设置命令。这个命令作为恢复放射线成像之前的新图像捕获信息输入。该新图像捕获信息可以与在S7020中设置的图像捕获信息相同。如果接收到该命令，则过程前进到S7092。否则，过程前进到S7094。
在S7092中，基于在S7090中接收的图像捕获信息设置命令，在图像捕获控制器109中的寄存器(未示出)中设置根据新的图像捕获信息的参数等。
在S7094中，确定是否接收到结束放射线成像的命令(图像捕获结束命令)。如果接收到该命令，则根据流程图对装置IA的控制结束。否则，进程进入S7100。
在S7100中，确定是否接收到恢复放射线成像的命令(图像捕获开始命令)。这个命令与S7030中的图像捕获开始命令相同，但可以是不同的命令(例如，图像捕获恢复命令)。如果接收到该命令，则过程前进到S7110。否则，过程返回到S7080。
在S7110中，S7080中的图像捕获设备100的驱动结束，并且过程返回到S7040(即，恢复放射线成像)。
要注意的是，如果在S7092中新设置的图像捕获信息与在S7020中设置的图像捕获信息不同，并且过程从S7100返回到S7080，则为维持传感器阵列105的温度的图像捕获设备100的驱动周期可以改变。更具体而言，图像捕获设备100的驱动周期可以基于新设置的图像捕获信息改变为与新的帧速率对应的周期。这可以在以新的帧速率恢复放射线成像时抑制传感器阵列105的温度变化。
图8A是用于说明在捕获模式下由图像捕获控制器109进行的控制的流程图。图8B是用于说明非捕获模式下的控制的流程图。捕获模式(第一模式)是用于执行与S7040和S7050对应的控制的操作模式。这是重复用于执行图像获取操作的操作模式。非捕获模式(第二模式)是用于执行与S7080对应的控制的操作模式。这是不执行图像获取操作的操作模式。
参考图8A中所示的捕获模式的流程图，在S8010中，确定是否接收到同步信号SYNC。如果接收到同步信号SYNC，则过程进入S8020。否则，在接收到同步信号SYNC之前，待机状态维持。在S8020中，执行复位驱动RD(参见图6A至6C)。在S8030中，曝光允许信号变为有效电平(请求辐射照射的开始，并且辐射照射执行预定时段)。在S8040中，执行采样驱动SD。在S8050中，执行读取操作RO(参见图4)。在S8060中，确定是否结束捕获模式。为了结束捕获模式，根据本流程图的控制结束。否则，过程返回到S8010(即，每当接收到同步信号SYNC时，执行S8020至S8050)。
接下来将描述非捕获模式。如参考图7所描述的那样(S7070)，如果接收到图像捕获中断命令，即，在非捕获模式下，则不提供同步信号SYNC。图像捕获控制器109周期性地生成内部同步信号(以下称为内部同步信号SYNCX)，作为替换同步信号SYNC的信号，如稍后将详细描述的那样。
参考图8B中所示的非捕获模式的流程图，在S8110中，确定是否接收到内部同步信号SYNCX。如果接收到内部同步信号SYNCX，则过程前进到S8120。否则，在接收到内部同步信号SYNCX之前，待机状态维持。S8120至S8150与捕获模式下的S8020和S8040至S8060相同。即，在非捕获模式下，除了不执行S8030(将曝光允许信号变为有效电平的步骤)之外，在接收到内部同步信号SYNCX之后的步骤中执行与捕获模式下相同的驱动控制。
图9示出了图像捕获控制器109的布置的一部分。图像捕获控制器109包括设置单元910、同步信号发生器920、选择器930以及控制信号发生器940。在设置单元910中设置根据操作模式的参数。同步信号发生器920基于该参数周期性地生成内部同步信号SYNCX。如上所述，由同步信号发生器920生成内部同步信号SYNCX的周期是与放射线成像的帧速率对应的周期。要注意的是，表示帧速率的信息与参数一起在设置单元910中设置。
基于参数来控制选择器930。即，根据操作模式，选择器930将来自控制器101的同步信号SYNC和来自同步信号发生器920的内部同步信号SYNCX中的一个输出到控制信号发生器940。
使用来自选择器930的信号作为触发器，控制信号发生器940生成各种控制信号(参见图4和图6A至6C)，以驱动传感器单元10和读取器20。控制信号发生器940是使用例如移位寄存器形成的。控制信号发生器940从选择器930接收信号作为起始脉冲信号，并且响应于此，以预定次序生成各种控制信号。更具体而言，控制信号发生器940在捕获模式下使用同步信号SYNC作为触发器并且在非捕获模式下使用内部同步信号SYNCX作为触发器来生成各种控制信号。因此，如上所述，在捕获模式和非捕获模式下，在图像捕获设备100中执行相同的驱动控制。
利用这种布置，在非捕获模式期间，可以驱动图像捕获设备100，以防止图像捕获设备100(特别是传感器阵列105)中的功耗下降，由此维持传感器阵列105的温度。因此，根据这种布置，有可能抑制由于温度变化而引起的传感器信号的噪声成分的变化，并且当模式转变到捕获模式以恢复放射线成像时防止图像质量变化。
即使在非捕获模式中，也从传感器阵列105获得帧数据，因为在图像捕获设备100中执行与捕获模式下相同的驱动控制。但是，在非捕获模式下，不执行辐射照射。为此，在非捕获模式下获得的帧数据不包括信号成分。为了辨别在非捕获模式下获得的帧数据，在这里在非捕获模式下获得的帧数据将被表述为“伪数据”。伪数据是通过驱动获得的辅助数据，以维持传感器阵列105的温度。因此，伪数据在图像捕获控制器109(或控制器101)中被丢弃。要注意的是，由于伪数据是在无辐射照射的情况下获取的暗图像数据，因此，在另一个示例中，伪数据可以例如保持在存储器中并且用作用于偏移校正的数据(伪数据不必总是被丢弃)。
在这个示例中，操作模式(捕获模式/非捕获模式)的改变是响应于操作模式改变指令(命令或信号)的接收而执行的，诸如参考图7描述的图像捕获中断命令或图像捕获开始命令，但是可以由另一种方法实现。例如，在捕获模式下，如果预定时间段没有输入同步信号SYNC，则操作模式可以被强制改变为非捕获模式。此外，例如，在非捕获模式下，如果同步信号SYNC的提供开始，则操作模式可以被强制改变为捕获模式。在这两种操作模式下，由于控制信号发生器940以预定次序生成控制信号，并且在图像捕获设备100中执行相同的驱动控制，因此可以在相对较短的时间内实现操作模式的转变。此外，根据非捕获模式的图像捕获设备100的驱动控制可以在第一次放射线成像开始之前(例如，在图7中的步骤S7020和S7030之间)执行。在这个示例中，操作模式的改变是响应于接收到图像捕获中断命令和图像捕获开始命令而实现的。但是，本发明不限于此，并且操作模式的改变可以响应于接收到图像捕获恢复命令和图像捕获结束命令来实现。
图10A和10B示出了当改变操作模式(捕获模式/非捕获模式)时传感器的驱动方法(时序图)。图10A示出了比较例，而图10B示出了根据图7中所示的控制的驱动方法的示例(以下称为这个示例)。图10A和10B中的横坐标表示时间轴。图10A和10B示出在时段T101期间装置以捕获模式操作，在时段T102期间以非捕获模式操作，并且在随后的时段T103期间再次以捕获模式操作。
在每种操作模式下的平均功耗和装置温度(特别地，传感器阵列105的温度)以及参考图6A至6C描述的各种信号SYNC和功耗沿着纵坐标绘制。平均功耗可以被称为有效功耗，并且可以通过用某个操作模式的时段内的功耗的积分值除以该时段来计算。一般而言，装置温度依赖于平均功耗。例如，如果平均功耗增加，则装置温度相应地上升。如果平均功耗减小，则装置温度相应地下降。
令PW_AVE1是在时段T101期间捕获模式下的平均功耗，PW_AVE2是在时段T102期间捕获模式下的平均功耗，PW_AVE3是在时段T103期间捕获模式下的平均功耗。而且，令TEMP_AVE1是在时段T101期间捕获模式下的装置温度，TEMP_AVE2是在时段T102期间非捕获模式下的装置温度，TEMP_AVE3是在时段T103期间捕获模式下的装置温度。
参考图10A，在比较例的非捕获模式下，各种信号的信号电平基本上不变化，即，图像捕获设备100保持静止。为此，在时段T102(非捕获模式)中的平均功耗PW_AVE2比在时段T101(捕获模式)中的平均功耗PW_AVE1小。如果在之后的时段T103中模式再次转变到捕获模式，则平均功耗PW_AVE3(＝PW_AVE1)大于PW_AVE2。因此，根据该比较例，紧接在时段T102中模式转变到非捕获模式之后，装置温度TEMP_AVE2从TEMP_AVE1下降。紧接在时段T103中模式再次转变到捕获模式之后，装置温度TEMP_AVE3从TEMP_AVE2上升。为此，根据该比较例，紧接在时段T103中模式转变到捕获模式之后，传感器信号的噪声成分由于温度变化而变化，并且图像质量变化。
另一方面，参考图10B，在这个示例中，在捕获模式和非捕获模式下，在图像捕获设备100中都进行相同的驱动控制。为此，在时段T102(非捕获模式)中的平均功耗PW_AVE2保持与时段T101(捕获模式)中的平均功耗PW_AVE1基本上相等。如果在时段T103中模式再次转变到捕获模式，则平均功耗PW_AVE3基本上等于PW_AVE2。因此，根据这个示例，装置温度在整个时段T101至T103基本不变(TEMP_AVE1≈TEMP_AVE2≈TEMP_AVE3)。因此，根据这个示例，抑制了紧接在时段T103中模式转变到捕获模式之后的温度变化。因此，可以抑制由于温度变化引起的传感器信号的噪声成分的变化并且抑制在恢复放射线成像时图像质量的变化。
要注意的是，作为另一个示例，还可以考虑使用加热器和风扇来控制装置温度的方法。根据这个示例，在非捕获模式下，如在捕获模式下那样执行图像捕获设备100的驱动控制。因此，可以使非捕获模式下的装置温度相对容易地接近目标值。但是，不必在捕获模式和非捕获模式下执行完全相同的驱动控制。可以抑制对基本上不影响上述功耗或装置温度变化的部分的驱动。
平均功耗PW_AVE2被设置为抑制图像质量的变化，即，使装置温度TEMP_AVE2接近TEMP_AVE1。因此，平均功耗PW_AVE2优选地基本上等于PW_AVE1(＝PW_AVE3)。但是，例如，如果平均功耗PW_AVE2落在PW_AVE1的±20％的范围以内，则图像质量的变化可以被充分改变。更优选地，平均功耗PW_AVE2落在功耗PW_AVE1的±10％的范围以内。
以上已经描述了若干优选实施例和修改。这些实施例和修改已经示出仅为了说明本发明的目的，并且在不背离本发明的范围的情况下，本发明可以被修改。在本说明书中描述的各个术语仅仅用于说明本发明的目的，本发明不限于术语的严格含义，并且也可以结合其等同物。
其它实施例
本发明的(一个或多个)实施例也可以由系统或装置的计算机实现，其中计算机或装置读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为“非临时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行上述一个或多个实施例的功能，和/或计算机包括用于执行上述一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及本发明的(一个或多个)实施例由系统或装置的计算机通过例如从存储介质中读出并执行计算机可执行指令以便执行上述实施例之中的一个或多个实施例的功能和/或控制一个或多个电路执行上述一个或多个实施例之中的一个或多个实施例的功能所执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括独立计算机或独立处理器的网络来读出和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以从例如网络或存储介质中提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的储存设备、光盘(诸如压缩盘(CD)、数字多样化盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等等当中的一种或多种。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然本发明已经参照示例性实施例进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围是要赋予最广泛的解释，从而涵盖所有此类修改以及等效结构和功能。

Claims (10)

1.一种辐射成像装置，包括图像捕获设备和控制器，图像捕获设备包括布置为阵列状的多个传感器的传感器阵列，并且响应于触发器控制器执行控制而驱动图像捕获设备，
其中控制器被配置为：
通过在对应于预定帧速率的时段重复地执行用于从传感器阵列获得一帧的图像数据的操作来执行放射线成像，该执行的操作通过驱动图像捕获设备而与针对传感器阵列的一次辐射照射同步，
在接收到表示放射线成像中断的指令时，转变到非捕获模式，
在接收到表示放射线成像开始的指令时，转变到捕获模式，以及
在捕获模式下，使用同步信号作为触发器驱动图像捕获设备，该同步信号用于在该时段重复所述操作和辐射照射之间的同步控制，
其特征在于，
控制器包括信号发生器，其被配置为当控制器处于非捕获模式时生成与同步信号不同的其它信号，及
在非捕获模式下，控制器被配置为使用其它信号作为触发器而非使用同步信号来驱动图像捕获设备，从而抑制非捕获模式下传感器阵列的温度相对于捕获模式下传感器阵列的温度的下降来预防图像捕获设备的功耗的下降。
2.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，当中断放射线成像时，控制器被配置为从捕获模式转变到非捕获模式，以及当开始被中断的放射线成像时，控制器从非捕获模式转变到捕获模式。
3.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，在非捕获模式下，控制器被配置为周期性地驱动传感器阵列。
4.如权利要求1所述的辐射成像装置，所述信号发生器被配置为基于以下之一生成其它信号：
-控制器接收同步信号的时段；
-固定时段；以及
-基于传感器阵列的温度的时段。
5.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，当控制器接收到作为表示放射线成像中断的指令的信号和命令中的一个时，信号发生器被配置为周期性地生成其它信号。
6.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，在非捕获模式下，控制器被配置为基于传感器阵列的温度来驱动图像捕获设备。
7.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，在非捕获模式下，控制器被配置为在存储器中保持通过驱动图像捕获设备而获得的信号，作为用于偏移校正的信号。
8.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中，图像捕获设备还包括用于驱动多个传感器的第一电路单元，以及用于从多个传感器读出信号的第二电路；
所述多个传感器中的每一个包括被配置为检测辐射的检测元件，以及被配置为输出检测元件的信号的多个元件，以及
在捕获模式和非捕获模式下，所述多个元件以相同的次序被第一电路单元驱动，同时将电压施加到多个传感器的各个检测元件。
9.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中非捕获模式下传感器阵列的平均功耗落在捕获模式下传感器阵列的平均功耗的±20％的范围以内。
10.如权利要求1所述的辐射成像装置，其中传感器阵列由CMOS图像传感器芯片形成。
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