CN107852468A - 放射线图像摄像装置 - Google Patents

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Abstract

以帧率的提高以及功耗的抑制为目的。放射线图像摄像装置(100)具备：多个的像素；蓄积与放射线的放射剂量(X)对应的电荷的电容元件(1a)；从未被两个帧以上初始化的至少一个像素(有源像素10)中读取与电荷对应的输出(输出电压Vout)的读取控制部(读取元件控制部22、复位元件控制部23)。

Description

放射线图像摄像装置
技术领域
本发明涉及使用放射线，特别是X射线的图像摄像装置。
背景技术
以往，二维配置传感器元件的放射性图像摄像用面板的开发正在进行中，上述传感器元件输出与对被摄体进行了照射的放射线，特别是X射线的放射剂量对应的电荷(电信号)。上述传感器元件被设置于在基板(面板)上以二维矩阵所配置的多个像素的每一个上。在该放射性图像摄像用面板中，在各像素所具备的电容元件上蓄积上述电荷，并通过薄膜晶体管(TFT；Thin Film Transistor)元件对与来自各像素的蓄积的电荷对应的输出进行读取控制。
特别是，近年来，减轻在用于读取与蓄积的电荷对应的输出的电路等中产生的噪声的影响的需求有所增加。响应于该需求，进一步在像素中设置作为放大元件的TFT元件，并积极进行了放大上述输出并传送至上述电路的有源像素型放射线图像摄像用面板，以及具备该面板的摄像装置的开发。
例如，专利文献1以及非专利文献1公开了具备AMP(输出放大)用的TFT、READ(输出读取)用的TFT和RESET(有源像素传感器的复位)用的TFT的有源像素传感器。此处，有源像素传感器的复位是指将AMP用的TFT的栅极电压返回至设定的初始电位，使得AMP用的TFT的漏极和源极之间的电流变为预定值。此外，作为现有的有源像素传感器，存在上述三个TFT与上述传感器元件如图1所示连接的物件。此外，作为现有的有源像素型的放射线图像摄像面板，如图2所示，图1的有源像素传感器以二维矩阵状配置在基板上，并存在具备Reset信号生成电路，Read信号生成电路，控制电路以及电流/电压转换放大器的物件。另外，在图2中，为便于说明，有源像素传感器的数量以4×4总计为16个。Reset信号生成电路生成并输出用于复位有源像素传感器的信号Reset_1’～Reset_4’。Read信号生成电路生成并输出用于从各有源像素传感器读取输出电流Iout_1’～Iout_4’的信号Read_1’～Read_4’。
接着，图3表示了具备图2所示的摄像用面板的摄像装置的图像摄像动作的时序图的一个示例。如图3所示，该摄像装置每隔读取一张二维图像的数据所需的时间就复位所有的有源像素传感器的电容元件。此外，图4表示了上述摄像装置的图像摄像动作的时序图的另一个示例。如图4所示，该摄像装置中断二维图像数据的读取，在复位有源像素传感器后再次进行读取。该操作以有源像素传感器的行单位进行，并且在读取一张二维图像的数据所需的时间内对有源像素传感器的所有行进行。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国公开专利公报“US 2004/0135911 A1(2004年6月15日公开)”
非专利文献
非专利文献1：Taghibakhsh,F.；Karim,K.S.,"Two-Tran sistor Active PixelSensor for High Resolution Large Area Di gital X-ray Imaging,"IEEEInternational Electron Devices Me eting 2007,pp.1011,1014,10-12,Dec.2007
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，虽然专利文献1以及非专利文献1公开了在进行输出读取的时间(读取时间)内进行有源像素传感器的复位以及输出读取，但是没有公开控制RESET用的端子的技术以在该读取时间内不进行上述复位。因此，在具备多个上述有源像素传感器的摄像装置中，在每隔读取时间就复位所有有源像素传感器的情况下，与存在没有被复位的有源像素传感器的情况相比，存在以下问题点：复位所需的时间的读取时间变长，且摄像装置的功耗增加。此外，即使在具备现有的有源像素型放射线图像摄像用面板的摄像装置中，由于每隔读取一张二维图像的数据所需的时间就复位所有的有源像素传感器，也存在与上述相同的问题点。
本发明是为解决上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种通过缩短二维图像数据的总获取时间，实现帧率的提高以及功耗的抑制的放射线图像摄像装置。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的一种方式涉及的放射线图像摄像装置，是获取与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量对应的二维图像的放射线图像摄像装置，具备：多个的像素，其被二维配置；电容元件，其设置在所述多个的像素中的每一个中，通过将所述放射线入射至所述多个的像素，在连续的至少两帧之间蓄积与每个所述像素的所述放射剂量对应的电荷；读取控制部，其对于所述多个的像素的至少一个像素，在构成所述两帧的第一帧以及第二帧的每帧中，不初始化所述至少一个像素，并从该像素读取与蓄积的所述电荷对应的第一输出以及第二输出。
发明效果
根据本发明的一种方式，通过不在连续的第一帧以及第二帧的每一个中初始化至少一个像素，能够实现帧率的提高以及功耗的抑制。
附图说明
图1是表示现有的有源像素，以及本发明的实施方式一涉及的放射线图像摄像装置所具备的有源像素的主要部分的电路图。
图2是表示具备现有的有源像素型的放射线图像摄像用面板的摄像装置的主要部分的电路图。
图3是表示上述摄像装置的图像摄像动作的时序图的一个示例的图。
图4是表示上述摄像装置的图像摄像动作的时序图的另一个示例的图。
图5是表示本发明的实施方式一涉及的放射线图像摄像装置的主要部分的电路图。
图6是表示上述放射线图像摄像装置的图像摄像动作的时序图的图。
图7是表示入射到上述放射线图像摄像装置所具备的有源像素上的放射线的放射剂量与来自该有源像素的输出电压的关系的图表。
图8是表示上述放射线图像摄像装置的图像摄像处理的流程图。
图9是表示本发明的实施方式二涉及的放射线图像摄像装置的主要部分的电路图。
图10是表示上述放射线图像摄像装置的图像摄像动作的时序图的图。
图11是表示入射到本发明的实施方式三涉及的放射线图像摄像装置所具备的有源像素上的放射线的放射剂量与来自该有源像素的输出电压的关系的图表。
图12是用近似函数表示上述放射性的放射剂量与上述输出电压的关系的图表。
具体实施方式
〔实施方式一〕
以下，一边参照图1以及图5～图8一边对本发明的实施方式进行详细说明。
<放射线图像摄像装置的构成>
首先，对放射线图像摄像装置100的主要构成进行说明。图5是表示放射线图像摄像装置100的主要部分的电路图。放射线图像摄像装置100是通过连续生成与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量X相对应的二维图像数据而进行动态图像拍摄。如图5所示，放射线图像摄像装置100具备：摄像面板20、控制部21、读取元件控制部(读取控制部)22、复位元件控制部(复位控制部)23、电流/电压转换放大器(以下，简记为“IV放大器”)24以及图像数据生成部(输出生成部)25。
摄像面板20是平板状的基材，在俯视中以矩阵配置有n行×n列的合计n2个有源像素(多个像素)10。另外，虽然对于有源像素10的个数以及配置只要是二维配置即可，没有特别限定，但在图2中，为了使图示简单而例示了4行×4列的排列。
控制部21在进行读取元件控制部22、复位元件控制部23以及图像数据生成部25的控制的同时，还进行放射线图像摄像装置100的统一控制。
读取元件控制部22通过将读取信号Read_1至Read_4输出至每行有源像素10(一行由四个有源像素10构成)的读取元件3(参照图1后述)的栅极电极来控制由读取元件3对输出电流Iout_1至Iout_4的读取。读取信号Read_1至Read_4具有读取执行用的高电平(High)期间和读取中断用的低电平(Low)期间。
复位元件控制部23通过将复位信号Reset_all输出至所有的复位元件4(参照图1后述)的栅极电极来控制由复位元件4对有源像素10的初始化。复位信号Reset_all具有初始化执行用的高电平(High)期间和初始化中断用的低电平(Low)期间。
IV放大器24将从读取元件3输出的输出电流Iout_1至Iout_4转换为输出电压Vout_1至Vout_4，并输出至图像数据生成部25。
基于输入的输出电压Vout_1至Vout_4，图像数据生成部25生成与入射至有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX成比例的4×4分辨率的二维图像的数据。另外，关于图像数据生成部25的数据处理将在后面叙述。
另外，以下将对电容元件1a、读取元件3、复位元件4、有源像素10和有源像素10的初始化的详情进行说明。
<有源像素的构成>
接着，对有源像素10的主要构成进行说明。图1是表示有源像素10的主要部分的电路图。有源像素10将对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量X转换为用于二维图像数据生成的输出电流Iout并输出。如图1所示，有源像素10包括传感器元件1、放大元件2、读取元件3以及复位元件4。
另外，在本实施方式以下的各实施方式中，使用TFT元件作为放大元件2、读取元件3以及复位元件4来进行说明。
传感器元件1是检测对被摄体进行了照射的放射线入射至有源像素10的元件，内置有蓄积与该放射剂量X对应的电荷的电容元件1a。传感器元件1例如可以是光电二极管，电容器元件1a例如可以由传感器元件1的端子间的电容构成。传感器元件1的输入端施加有来自偏压电源(未图示)的偏压电压Vsb，输出端被连接至放大元件2的栅极电极和复位元件4的漏极电极。此外，在复位元件4处于断开的状态下，传感器元件1将与电容元件1a中所蓄积的电荷对应的电信号施加至放大元件2的栅极电极。
在放大元件2中，栅极电极的电压(栅极电压)根据在电容器元件1a中累积的电荷而变化。并且，放大元件2将栅极电压的变化作为漏极和源极之间的放大的电流变化输出至读取元件3的源极电极。从该放大元件2的电源(未图示)向放大元件2的源极电极施加电源电压Vd，其漏极电极被连接至读取元件3的源极电极。
读取元件3根据从读取元件控制部22输出的读取信号Read，读取由放大元件2放大的电信号作为输出电流Iout，并将其输出至IV放大器24。
具体而言，在输入至读取元件3的栅极电极的读取信号Read为高电平的情况下，由于读取元件3的发射极和集电极导通，从而读取元件3输出输出电流Iout。另一方面，在Read为低电平的情况下，发射极和集电极处于切断状态。即，读取元件3作为开关元件发挥功能，当导通(ON)时执行读取，切断(OFF)时中断读取。
复位元件4根据从复位元件控制部23输出的复位信号Reset_all，进行有源像素10的初始化。此处，有源像素10的初始化是指将电容元件1a的电位返回到初始电位Vb，以使放大元件2的栅极和源极之间的电压稍微超过规定的阈值。例如，如果放大元件2是N型TFT元件并且规定的阈值为2V，则初始电位Vb设定为大约Vb＝3V。
初始化有源像素10的原因是，如果电荷蓄积过多且电容元件1a的电位变得过大，则放大元件2输出的输出电流Iout饱和，进而输出电压Vout饱和。因此，通过在电容元件1a的电位变得过大之前将该电位返回至初始电位Vb，能够以适当的信号放大率使放大元件2工作。
具体而言，在输入至复位元件4的栅极电极的复位信号Reset_all为高电平的情况下，复位元件4的发射极和集电极导通并将电容元件1a连接至初始电位Vb。另一方面，在复位信号Reset_all为低电平的情况下，发射极和集电极处于切断状态。即，复位元件4作为开关元件发挥功能，当导通时执行初始化，切断时中断初始化(即，电容元件1a的电荷蓄积)。
<放射线图像摄像装置的图像摄像动作>
接着，使用图6以及图7对放射线图像摄像装置100的图像摄像动作进行说明。图6是表示放射线图像摄像装置100的图像摄像动作的时序图的图。图7是表示入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X与输出电压Vout的关系的图表。
如图6所示，放射线图像摄像装置100的图像摄像动作由初始化期间和图像数据生成期间的两个阶段(phase)构成。此外，图像数据生成期间由第一读取期间、第二读取期间以及用于信号蓄积的追加期间的三个阶段构成。
用于信号蓄积的追加期间是根据必要所追加的期间以确保用于获取必要的信号强度的信号蓄积时间，也存在该时间长度为零的情况，即没有设定该追加期间的情况。此外，将用于信号蓄积的追加期间的时间长作为子帧。另外，用于信号蓄积的追加期间也作为用于确保帧周期的一致性的冗余期间发挥功能。
进一步地，将第一读取期间的经过时间以及第二读取期间的各时间长度作为一个子帧。此处，一个子帧具体是指从有源像素10的各列读取输出电压Vout_1至Vout_4所需要的时间。将第一读取期间的时间长度作为第一子帧，将第二读取期间的时间长度作为第二子帧。
另外，在以下的说明中，在最初初始化有源像素10之后，将处于未初始化状态下的读取信号Read_i的第n次的高电平期间所读取的第i行第j列的有源像素10的输出电流设为Iout(i，j，n)，输出电压设为Vout(i，j，n)。此外，将第n次读取之前入射至第i行第j列的有源像素10的放射线的放射剂量设为X(i，j，n)。
(初始化期间)
首先，在图像数据生成期间开始之前，复位元件控制部23从所有的复位元件4的栅极电极所连接的输出端子输出第一次的高电平复位信号Reset_all，并使所有的复位元件4为导通，从而初始化所有的有源像素10。此处，有源像素10的初始化所需的初始化时间(即，初始化期间的时间长度)基于电容元件1a的电容、施加初始电位Vb的线路的电阻值以及初始电位Vb的电压源的阻抗而被确定。
通过进行这样的控制，可以不在图像数据生成期间的开始之后立即初始化有源像素10，而在多个帧上顺畅地连续生成4×4分辨率的二维图像的数据。
在本实施方式中，每当经过从以4×4矩阵状配置的共16个有源像素10产生3张二维图像的数据所需的3次图像数据产生期间，所有的有源像素10都被初始化。即，在本实施方式中，初始化所有的有源像素的每一个的初始化周期是4帧(多个帧的时间长度，参照图6)和3个子帧(参照图6)的总时间长度。并且，复位元件控制部23在经过4帧的时间点处对所有的有源像素10进行统一初始化。
但是，有源像素10的初始化周期并不限定于上述情况。即，上述初期化的目的是防止输出电压Vout的饱和，且该饱和是由电容元件1a处于饱和状态(不能蓄积电荷的状态)而产生的。或者，该饱和是通过施加到放大元件2的栅极电极的电压变得过大，放大元件2的输出电流Iout的饱和而产生的。因此，可以通过预先计算暂时被初始化的电容元件1a所蓄积的电荷量达到阈值(例如，比电容元件1a饱和状态的电荷量稍小的电荷量)所需的时间来确定初始化周期。例如，假定入射至有源像素10上的放射线的放射剂量X的最大输入，在持续该最大输入的情况下，在预先求出达到上述阈值要多久时间之后，可以确定初始化周期(帧数)。
此外，不需要像本实施方式那样对每个初始化周期统一初始化所有的有源像素10，例如也可以按每一帧依次初始化一行或者多行的有源像素10(参照实施方式二)。此外，换而言之，复位元件控制部23可以在初始化周期内初始化所有该有源像素10的每一个，以使在初始化周期结束时所有的有源像素10被初始化。
另外，为了实现本发明的提高帧率的目的，初始化周期必须作为多个帧的时间长度，或者多个帧和多个子帧的总时间长度被定义。
(图像数据生成期间)
在所有的有源像素10的初始化结束之后，开始4×4分辨率的二维图像的数据的生成动作。即，开始第一次的图像数据生成期间。具体而言，复位元件控制部23从输出端子输出第一次的低电平复位信号Reset_all，并切断所有的复位元件4。同时，读取元件控制部22从有源像素10的每一行的读取元件3的栅极电极所连接的各输出端子，依次输出第一次的高电平读取信号Read_1、读取信号Read_2、读取信号Read_3、读取信号Read_4。
并且，在有源像素10的每一列(由4个有源像素10构成1列)上通过各读取元件3依次读取输出电流Iout(i，1，1)、输出电流Iout(i，2，1)、输出电流Iout(i，3，1)、输出电流Iout(i，4，1)。
所读取的4个输出电流Iout通过IV放大器24分别转换为输出电压Vout(i，1，1)、输出电压Vout(i，2，1)、输出电压Vout(i，3，1)、输出电压Vout(i，4，1)，并输出至图像数据生成部25。当上述4个输出电压Vout(第一输出)被全部输入至图像数据生成部25时，第一次的第一读取期间结束。
第一次的第一读取期间结束后，开始第一次的第二读取期间。在第二读取期间中，也通过复位元件控制部23以及读取元件控制部22进行与第一读取期间相同的信号输出控制。并且，输出电压Vout(i，1，2)、输出电压Vout(i，2，2)、输出电压Vout(i，3，2)、输出电压Vout(i，4，2)的4个输出电压Vout(第二输出)依次被输出至图像数据生成部25。
接着，图像数据生成部25基于在第一次的第一读取期间所读取的输出电压Vout和在第一次的第二读取期间所读取的输出电压Vout，生成一张二维图像数据。
具体而言，图像数据生成部25假定入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX和与该放射剂量X相对应的输出电压Vout的变化量ΔV存在如图7中所示的比例关系(ΔV＝α·ΔX，比例常数；α)，并计算变化量ΔX。并且，图像数据生成部25在每个有源像素10上生成与计算出的变化量ΔX成比例的二维图像的数据，并获取一张4×4分辨率的二维图像的数据。
即，当将读取信号Read_i的第一次的高电平期间所读取的第i行第j列的有源像素10的输出电压设为Vout(i，j，1)，读取信号Read_i的第二次的高电平期间所读取的输出电压为Vout(i，j，2)，则Vout(i，j，2)-Vout(i，j，1)＝α{X(i，j，2)-X(i，j，1)}的关系成立。因此，通过计算Vout(i，j，2)-Vout(i，j，1)，从而计算出从第一读取期间到第二读取期间之间的入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX。
另外，每个有源像素10的输出电压Vout的读取时间即读取信号Read的高电平期间与放射线入射到有源像素10的入射时间相比足够短。因此，在本实施方式以下的各实施方式中，当在第一读取期间中和第二读取期间中从第i行第j列的有源像素10读取输出电压Vout的期间(读取信号Read_i的高电平期间)中，将入射的放射线的放射剂量X以及与该放射剂量X对应的输出电压Vout视为固定的。
如上所述，通过图像数据生成部25获取一张4×4分辨率的二维图像的数据，在结束第一次的第二读取期间的同时结束第一次的图像数据生成期间。
在第二次以后的图像数据生成期间中，图像数据生成部25也以与上述相同的方法获取每张4×4分辨率的二维图像的数据。
即，当将读取信号Read_i的第n次的高电平期间所读取的第i行第j列的有源像素10的输出电压设为Vout(i，j，n)，读取信号Read_i的第n+1次的高电平期间所读取的输出电压为Vout(i，j，n+1)，则Vout(i，j，n+1)-Vout(i，j，n)＝α{X(i，j，n+1)-X(i，j，n)}的关系成立。因此，通过计算Vout(i，j，n+1)-Vout(i，j，n)，来计算出变化量ΔX。
换而言之，图像数据生成部25通过求出由读取元件控制部22所读取的输出电压(第二放大输出)Vout(i，j，n+1)和输出电压(第一放大输出)Vout(i，j，n)的差，从而生成变化量ΔX(与放射线的放射剂量对应的读取输出)。并且，图像数据生成部25在每个有源像素10上生成与变化量ΔX成比例的二维图像的数据。
另外，第一次的图像数据生成期间中的第二读取期间成为第二次的图像数据生成期间中的第一读取期间。此外，第二次的图像数据生成期间中的第二读取期间成为第三次的图像数据生成期间中的第一读取期间。
<放射线图像摄像装置的图像摄像处理>
接着，使用图8对放射线图像摄像装置的图像摄像处理进行说明。图8是表示该处理的流程图。另外，以下的说明以特定的有源像素10为例。对其他的有源像素10当然也是相同的说明。
如图8所示，首先，复位元件控制部23在图像摄像开始前输出高电平的复位信号Reset_all，并初始化有源像素10(其他的有源像素10也全部被初始化)(步骤100：摄像准备步骤，以下简称为S100)。
图像摄像开始后，当对被摄体进行了照射的放射线入射至有源像素10时，传感器元件1将与入射的放射线的放射剂量X对应的电荷蓄积于电容元件1a中(S101；电荷蓄积步骤)。
接着，复位元件控制部23判定是否经过了3个图像数据生成期间(S102；初始化执行判定步骤)。在S102判定为是(YES，以下，简记为Y)的情况下，复位元件控制部23初始化有源像素10(其他的有源像素10也全部被初始化)，并再次转移到S101的处理(S103；初始化执行步骤)。
另一方面，在S102判定为否(NO，以下，简记为N)的情况下，复位元件控制部23将该意旨的判定结果发送至读取元件控制部22。接收了该判定结果的读取元件控制部22输出高电平的读取信号Read(S104；读取信号输出步骤)。
接着，输入了高电平的读取信号Read的有源像素10使放大元件2以及读取元件3处于导通状态。并且，通过IV放大器从该有源像素10读取与电容元件1a所蓄积的电荷对应的输出电压Vout(S105；输出读取步骤)。所读取的输出电压Vout被输出至图像数据生成部25。
接着，图像数据生成部25判定输入的输出电压Vout在第二读取期间中是否被读取(S106；计算执行判定步骤)。在S106判定为Y的情况下，图像数据生成部25基于第二读取期间所输入的输出电压Vout和存储于存储器中的第一读取期间所输入的输出电压Vout的差，计算出入射至有源像素10的放射线的放射剂量X的变化量ΔX(S107；计算执行步骤)。另外，上述存储器可以内置于图像数据生成部25，也可以设置于外部。
另一方面，在S106判定为N的情况下，图像数据生成部25不执行变化量ΔX的计算，而使输入的输出电压Vout存储于上述存储器，并且再次转移到S101的处理。
在计算出变化量ΔX之后，放射线图像摄像装置100判定是否存在通过用户的摄像结束操作(S108；摄像结束判定步骤)。该判定也可以根据例如放射线图像摄像装置100所具备的摄像结束判定部(未图示)来进行。此外，也可以根据例如相同放射线图像摄像装置100所具备的操作输入部、电源开关部(均未图示)来进行。
在S108判定为Y的情况下，放射线图像摄像装置100结束图像摄像处理。另一方面，在S108判定为N的情况下，再次转移到S101的处理。
这样，放射线图像摄像装置100在第一读取期间以及第二读取期间，即各个连续的第一帧以及第二帧中，不初始化所有的有源像素10，并从该所有的有源像素10读取与第一帧对应的输出电流Vout以及与第二帧对应的输出电流Vout。进一步地，在多个帧构成的初始化期间内重复该连续的2帧间的输出电流Vout的读取动作。因此，与初始化每一帧的所有有源像素10的情况相比，可以在提高帧率的同时抑制功耗。
〔实施方式二〕
基于图9以及图10说明本发明的其他的实施方式，如下述。另外，为了方便说明，对具有与所述实施方式的说明的部件相同的功能的部件添加相同的符号，省略其说明。
如图9所示，本实施方式涉及的放射线图像摄像装置200，在复位元件控制部23的输出端子连接到有源像素10的每一行的读取元件3的栅极电极，并输出复位信号Reset_1～Reset_4的点上，与实施方式一涉及的放射线图像摄像装置100不同。此外，放射线图像摄像装置200，在一帧间只初始化构成1行的4个有源像素10的点上也与放射线图像摄像装置100不同。
<放射线图像摄像装置的图像摄像动作>
以下，使用图10对放射线图像摄像装置200的图像摄像动作进行说明。图10是表示放射线图像摄像装置200的图像摄像动作的时序图的图。
如图10所示，放射线图像摄像装置200的图像摄像动作由图像数据生成期间的一个阶段(phase)构成。此外，图像数据生成期间由第一初始化/读取期间和第二初始化/读取期间的两个阶段构成，两个期间的时间长度均为1帧。进一步地，第一初始化/读取期间为第一帧，第二初始化/读取期间为第二帧。另外，在本实施方式中，虽然没有设定用于各帧之间信号蓄积的追加期间，但可以设定该追加期间是不言而喻的。
首先，读取元件控制部22从各输出端子依次输出第一次的高电平读取信号Read_1、读取信号Read_2、读取信号Read_3、读取信号Read_4。这时，读取元件控制部22控制信号输出以使高电平期间只有读取信号Read_1被暂时中断。
接着，复位元件控制部23在第一次的读取信号Read_1的前半部分的高电平期间中断的时间点，输出第一次的高电平的复位信号Reset_1以开始第一行的各有源像素10的初始化。即，第一次的读取信号Read_1的前半部分的高电平期间的下降沿和第一次的高电平的复位信号Reset_1的上升沿同步。
接着，读取元件控制部22在第一次的复位信号Reset_1的高电平期间结束的时间点，控制信号输出以使第一次的读取信号Read_1的后半部分的高电平期间重新开始。即，第一次的高电平的复位信号Reset_1的下降沿和第一次的读取信号Read_1的后半部分的高电平期间的上升沿同步。
另外，在本实施方式中，有源像素10在输出电压Vout的读出的中断期间被初始化。但是，没有必要限定于这种读取以及初始化的方法，例如，也可以在使第一次的复位信号Reset_1的高电平期间不中断而持续的期间中，同时执行有源像素10的初始化。
此处，对于被初始化的第一行的各有源像素10，将紧接在初始化之前读取的输出电压设为Vout5(1，j，1)，在初始化之后立即读取的输出电压设为Vout1(1，j，1)。此外，对于其他行的各有源像素10，所读取的输出电压分别设为Vout4(2，j，1)、Vout3(3，j，1)、Vout2(4，j，1)。
并且，所读取的各输出电压Vout被输出至图像数据生成部25。当各输出电压Vout全部输入至图像数据生成部25时，结束第一次的第一初始化/读取期间。
在第一次的第一初始化/读取期间结束后，开始第一次的第二初始化/读取期间。具体而言，读取元件控制部22输出第二次的各读取信号Read以使高电平期间只有读取信号Read_2被暂时中断。
此外，复位元件控制部23输出第二次的高电平的复位信号Reset_2以使在第二次的读取信号Read_2的高电平期间中断后初始化第二行的各有源像素10。
此处，对于第二行的各有源像素10，将紧接在初始化之前读取的输出电压设为Vout5(2，j，2)，在初始化之后立即读取的输出电压设为Vout1(2，j，2)。此外，对于其他行的各有源像素10，所读取的输出电压分别设为Vout 2(1，j，2)、Vout 4(3，j，2)、Vout 3(4，j，2)。所读取的各输出电压Vout被输出至图像数据生成部25。
接着，图像数据生成部25基于在第一次的第一初始化/读取期间所读取的输出电压Vout和在第一次的第二初始化/读取期间所读取的输出电压Vout，生成一张二维图像的数据。
即，对于第一行的各有源像素10，当将读取信号Read_1的第一次的后半部分的高电平期间所读取的第1行第j列的有源像素10的输出电压设为Vout1(1、j、1)，读取信号Read_1的第二次的高电平期间所读取的输出电压为Vout2(1、j、2)，则Vout 2(1，j，2)-Vout1(1，j，1)＝α{X(1，j，2)-X(1，j，1)}的关系成立。因此，对于第一行的各有源像素10，通过计算Vout 2(1，j，2)-Vout 1(1，j，1)，图像数据生成部25计算出从第一初始化/读取期间到第二初始化/读取期间之间的入射到该各有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX。
如上所述，通过图像数据生成部25获取一张4×4分辨率的二维图像的数据，在结束第一次的第二初始化/读取期间的同时结束第一次的图像数据生成期间。
在第二次以后的图像数据生成期间中，图像数据生成部25也以与上述相同的方法获取每张4×4分辨率的二维图像的数据。
即，在第n次的初始化/读取期间中i行的有源像素10被初始化的情况下，当将读取信号Read_i的第n次的后半部分的高电平期间所读取的第i行第j列的有源像素10的输出电压设为Vout1(i、j、n)，读取信号Read_i的第n+1次的高电平期间所读取的输出电压设为Vout2(i、j、n+1)，则Vout 2(i，j，n+1)-Vout 1(i，j，n)＝α{X(i，j，n+1)-X(i，j，n)}的关系成立。因此，通过计算Vout 2(i，j，n+1)-Vout 1(i，j，n)，从而计算出i行的有源像素10中的变化量ΔX。
另外，第n次的图像数据生成期间中的第二初始化/读取期间成为第n+1次的图像数据生成期间中的第一初始化/读取期间。
这样，放射线图像摄像装置200中，复位元件控制部23对每一帧中不同行的有源像素10进行初始化。由于每一帧中至少任一个有源像素10被初始化，因此没有必要设置用于中止二维图像的数据生成的期间，以便统一初始化所有的有源像素10。因此，能够不中断而连续地生成多个二维图像的数据，从而能够不设置用于如实施方式一的信号蓄积的追加期间即冗余期间就确保帧周期的固定性。
另外，由于本发明涉及的放射线图像摄像装置所具备的有源像素10的实际个数(i×j)远大于4×4个，因此实际上，在构成初始化周期的多个帧中的一个帧内，多行(例如几十行)的有源像素10被初始化。
〔实施方式三〕
基于图11以及图12说明本发明的其他的实施方式，如下述。另外，为了方便说明，对具有与所述实施方式的说明的部件相同的功能的部件添加相同的符号，省略其说明。
本实施方式涉及的放射线图像摄像装置300，在图像数据生成部25使用近似函数表示入射到有源像素10的放射线的放射剂量X与从该有源像素10所读取的输出电压Vout的关系，并计算出上述放射线的放射剂量X的变化量ΔX的点上，与实施方式一及二涉及的放射线图像摄像装置100以及200不同。
另外，放射线图像摄像装置300的主要部分的构成与实施方式一涉及的放射线图像摄像装置100的主要部分的构成相同。此外，对于通过放射线图像摄像装置300所具备的读取元件控制部22和复位元件控制部23的信号输出的控制也与上述放射线图像摄像装置100相同(参照图5)。但是，放射线图像摄像装置300的主要部分的构成等也可以例如与实施方式二涉及的放射线图像摄像装置200相同。
<图像数据生成部的放射线的放射剂量的变化量的计算>
以下，使用图11以及图12，对图像数据生成部25的放射线的放射剂量X的变化量ΔX的计算进行说明。图11是表示入射到放射线图像摄像装置300所具备的有源像素10上的放射线的放射剂量X与从该有源像素10所读取的输出电压Vout的关系的图表。图12是用近似函数表示上述放射性的放射剂量X与上述输出电压Vou的关系的图表。
在实际测试入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X与从该有源像素10所读取的输出电压Vout的情况下，如图11所示，出现了非线性。这种现象的产生是由放大元件2的栅极电压和漏极电流之间的关系不是线性的，以及传感器元件1的特性在具有端子间电压依赖性导致的。
进一步地，在不初始化有源像素10而重复摄像动作的情况下，由于电容元件1a中所蓄积的电荷量增加，因此放大元件2的栅极电压的变化宽度也相应地增加，使得非线性更显着。
因此，为了更准确地计算出从输出电压Vout入射的放射线的放射剂量X的变化量ΔX，有必要通过将输出电压Vout与放射剂量X的关系校正到接近实际测量的非线性来导出近似函数，并且通过使用该近似函数来计算变化量ΔX。以下，对近似函数的导出方法进行说明。
(近似函数的导出方法)
首先，使固定放射剂量的放射线均匀且连续地照射到摄像面板20中的配置有有源像素10的面上。并且，对于特定的有源像素10，刚刚初始化后的输出电压为V0，此后，在每固定帧(可以是每一个帧，也可以是每几帧)上读取V1，V2，V3，V4，...，VN和输出电压Vout。基于读取的输出电压Vout的数据，如图11所示，将放射线的放射剂量X与对应与该放射剂量X的输出电压Vout的关系图表化。
此处，X1，X2，X3，X4，...，XN表示入射在上述特定有源像素10上的放射线的放射剂量X。但是，由于在照射了固定放射剂量的放射线的每固定帧中读取输出电压Vout，所以不必用其绝对值来表示，而是可以任意表示以满足X1＝X2-X1＝X3-X2＝X4-X3＝...＝XN-XN-1。
接着，对于图11的图表所示的放射线的放射剂量X与对应于该放射剂量X的输出电压Vout的关系，通过将X视为Vout的函数，导出如图12的图表所示的近似函数X＝f(Vout)。
导出的近似函数X＝f(Vout)与作为用于计算所有的有源像素10中入射的放射线的放射剂量X的变化量ΔX的公式相关联，并存储在内置于图像数据生成部25中的存储器(未图示)中。所述存储器也可以设置于图像数据生成部25的外部。
另外，近似函数X＝f(Vout)也可以针对每个有源像素10个别地导出。换而言之，图像数据生成部25也可以使用与所有的有源像素10的每一个对应的近似函数X＝f(Vout)。通过使用每个有源像素10的近似函数X＝f(Vout)，可以更准确地计算出放射线的放射剂量X的变化量ΔX。
此外，创建平均化每个有源像素10的放射线的放射剂量X与对应于该放射剂量X的输出电压Vout的关系的图表，并将基于该图表导出的近似函数X＝f(Vout)关联于所有的有源像素10。
进一步地，近似函数X＝f(Vout)也可以由用户通过实验等而导出。或者，近似函数导出部可以设置在图像数据生成部25的内部或外部，以使通过放射线入射到有源像素10上而自动地导出。
(使用近似函数的放射线的放射剂量的变化量的计算)
图像数据生成部25使用由上述方法所导出的近似函数X＝f(Vout)，来计算入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX。
即，当将读取信号Read_i的第n次的高电平期间所读取的第i行第j列的有源像素10的输出电压设为Vout(i、j、n)，读取信号Read_i的第n+1次的高电平期间所读取的输出电压设为Vout(i、j、n+1)，则f(Vout(i，j，n+1))-f(Vout(i，j，n))＝X(i，j，n+1)-X(i，j，n)的关系成立。因此，通过计算f(Vout(i，j，n+1))-f(Vout(i，j，n))，来计算变化量ΔX。
这样，由于图像数据生成部25通过使用近似函数X＝f(Vout)来计算入射到有源像素10上的放射线的放射剂量X的变化量ΔX，所以计算出的该变化量ΔX是与实际测量值相近的值。因此，放射线图像摄像装置300可以获取精度更高的二维图像数据。
〔软件实施例〕
放射线图像摄像装置100的控制块(特别是，读取元件控制部22以及复位元件控制部23)可以通过由集成电路(IC芯片)等形成的逻辑电路(硬件)实现，也可以使用CPU通过软件设计实现。
在后者的情况下，放射线图像摄像装置100具备：执行作为实现各功能的软件设计的程序的命令的CPU；在计算机(或者CPU)中能读取地存储上述程序和各种数据的ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)或者存储装置(将它们称为“存储介质”)；展开上述程序的RAM等。并且，计算机(或者CPU)从上述存储介质读取并执行上述程序，由此实现本发明的目的。作为上述存储介质，能使用“非暂时性的有形的介质”，例如，磁带、磁盘、卡、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。另外，上述程序也可以经由能传送该程序的任意的传送介质(通信网络、广播波等)提供给上述计算机。此外，在本发明中，上述程序也能以通过电子传送具体化的、载波上承载的数据信号的形式实现。
〔总结〕
本发明的实施方式一涉及的放射线图像摄像装置(100、200、300)，是获取与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量(X)对应的二维图像的放射线图像摄像装置，具备：多个的像素(有源像素10)，其被二维配置；电容元件(1a)，其设置在所述多个的像素中的每一个中，通过将所述放射线入射至所述多个的像素，在连续的至少两帧之间蓄积与每个所述像素的所述放射剂量对应的电荷；读取控制部(读取元件控制部22、复位元件控制部23)，其对于所述多个的像素的至少一个像素，在构成所述两帧的第一帧以及第二帧的每帧中，不初始化所述至少一个像素，并从该像素读取与蓄积的所述电荷对应的第一输出(输出电压Vout)以及第二输出(输出电压Vout)。
根据所述构成，读取控制部在构成两帧的第一帧以及第二帧的每帧中，不初始化二维配置的多个的像素的至少一个像素，而从该像素读取与电容元件所蓄积的电荷对应的第一输出以及第二输出。此处，“一帧”是指从二维配置的多个的像素中读取一张二维图像的数据所需要的时间。
因此，对于未被初始化的至少一个像素，没有必要考虑该初始化所需要的时间。因此，与初始化每一帧的多个像素的全部的情况相比，可以在缩短二维图像数据的总获取时间的同时，降低所述指示一个像素的初始化所需要的功耗。
根据以上，可以提供一种实现帧率的提高以及功耗的抑制的放射线图像摄像装置。
本发明的实施方式二涉及的放射线图像摄像装置(100、200、300)，是所述方式一中的放射线图像摄像装置，对所述多个的像素(有源像素10)的每个进行所述初始化的初始化周期被确定为多个帧的时间长度，所述读取控制部(复位元件控制部23)也可以在所述初始化周期内初始化所述多个的像素，以使在所述初始化周期结束时对所述多个的像素的全部进行所述初始化。
多个的像素中，对于未被初始化而进行第一输出以及第二输出的读取的像素，该像素的电容元件所蓄积的电荷量根据该读取的重复次数而增加。并且，在经由多个帧蓄积的电荷量达到规定量的情况下，电容元件变成不能再蓄积电荷的饱和状态，在达到规对量之后，所读取的第一输出以及第二输出饱和。因此，在达到规对量之后，所读取的第一输出以及第二输出不对应于对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量。
另一方面，当以一个帧的周期初始化多个像素的每一个并且在一个帧内初始化多个像素的全部时，一个帧的时间变长。
在这点上，根据所述构成，由于多个像素的全部在多个帧的时间内被初始化，因此与初始化一个帧内的多个像素的全部的情况相比，一个帧的时间可以缩短。因此，放射线图像摄像装置可以在缩短一个帧的时间的同时读取与放射线的放射剂量对应的第一输出以及第二输出。
本发明的实施方式三涉及的放射线图像摄像装置(100、200)，是所述方式一或二中的放射线图像摄像装置，所述多个的像素(有源像素10)还具备放大所述第一输出或所述第二输出的放大元件(2)，所述读取控制部(读取元件控制部22)还具备输出生成部(图像数据生成部25)，其通过从所述多个的像素的每一个读取放大所述第二输出的第二放大输出(输出电压Vout)和放大所述第一输出的第一放大输出(输出电压Vout)，求出由所述读取控制部读取的第一放大输出和第二放大输出的差，从而生成与所述放射线的放射剂量(X)对应的读取输出(变化量ΔX)。
根据所述构成，在多个像素还具备放大第一输出或第二输出的放大元件的同时，读取控制部从多个像素的每一个读取放大第二输出的第二放大输出和放大第一输出的第一放大输出。因此，放射线图像摄像装置即使在读取控制部上产生噪声等的情况下，也能够更可靠地读取来自多个像素的每一个的输出作为第一放大输出以及第二放大输出。
此外，根据所述构成，放射线图像装置还具备输出生成部，其通过求出第一放大输出和第二放大输出的差，并生成与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量对应的读取输出。因此，在与第一放大输出以及第二放大输出的读取对应的两个帧中，即使在成为该读取的对象的像素未被初始化的情况下，放射线图像摄像装置可以使用读取输出以与实际测量相近的值求出从第一放大输出的读取时间点开始到第二放大输出的读取时间点为止入射到所述像素的放射线的放射剂量。
进一步地，根据所述构成，各帧的图像数据通过从电荷的蓄积期间之后的读取输出中减去初始化之后立即读取的输出来求出。由于通过使用双重采样的这种读取动作来消除初始化时在像素中蓄积的噪声，所以放射线图像摄像装置可以获取较少噪声的图像数据。
本发明的实施方式四涉及的放射线图像摄像装置(300)，是所述方式一至三的任一个中的放射线图像摄像装置，所述输出生成部(图像数据生成部25)使用表示针对被所述初始化的特定的所述像素(有源像素10)而连续照射的放射线的放射剂量(X)，和与根据该放射剂量在所述电容元件(1a)中所蓄积的电荷对应的输出(输出电压Vout)的关系的近似函数(X＝f(Vout))，通过求出将所述第二放大输出(输出电压Vout)代入所述近似函数而获得的第二校正输出(f(Vout))和将所述第一放大输出(输出电压Vout)代入所述近似函数而获得的第一校正输出(f(Vout))的差，也可以生成所述读取输出(变化量ΔX)。
根据所述构成，输出生成部使用表示针对被初始化的特定的像素而连续照射的放射线的放射剂量，和与根据该放射剂量在电容元件中所蓄积的电荷对应的输出的关系的近似函数，通过求出将第二放大输出代入近似函数而获得的第二校正输出和将第一放大输出代入近似函数而获得的第一校正输出的差，生成读取输出。
此处，由于近似函数以与实际测量接近的形式表示入射在像素上的放射线的放射剂量与来自与该放射剂量对应的像素的输出的关系，所以第一校正输出和第二校正输出成为更接近对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量的实际测试值的值。因此，与求出第二放大输出与第一放大输出的差的情况相比，输出生成部可以生成更接近实际测试值的读取输出。
本发明的实施方式五涉及的放射线图像摄像装置(300)，是所述方式四中的放射线图像摄像装置，所述输出生成部(图像数据生成部25)也可以使用与所述多个像素(有源像素10)的每一个对应的所述近似函数(X＝f(Vout))。
入射在像素上的放射线的放射剂量与来自与该放射剂量对应的像素的输出的关系由于像素内设置的元件的特性差以及摄像面板上的像素的配置位置的不同等，而在多个像素的每一个中不同。
在这点上，根据所述构成，通过使用与多个像素的每一个对应的所述近似函数，输出生成部生成与多个像素的每一个对应的读取输出。因此，例如，与将对应于特定的像素对应的近似函数作为其他的像素的近似函数沿用的情况相比，输出生成部可以生成更接近对应像素的实际测试值的所述各读取输出。
本发明的方式六涉及的放射线图像摄像方法，是获取与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量(X)对应的二维图像的放射线图像摄像方法，包含：电荷蓄积步骤(S101)，其通过将所述放射线入射至所述二维配置的多个的像素(有源像素10)，在连续的至少两帧之间蓄积与每个所述像素的所述放射剂量对应的电荷；输出读取步骤(S105)，其对于所述多个的像素的至少一个像素，在构成所述两帧的第一帧以及第二帧的每帧中，不初始化所述至少一个像素，并从该像素读取与蓄积的所述电荷对应的第一输出(输出电压Vout)以及第二输出(输出电压Vout)。
根据所述构成，可以提供一种实现帧率的提高以及功耗的抑制的放射线图像摄像方法。
本发明的各方式涉及的放射线图像摄像装置(100、200、300)，也可以通过计算机实现，在这种情况下，使计算机作为所述放射线图像摄像装置所具备的各部分(仅限于软件元素)进行动作从而用计算机实现所述放射线图像摄像装置的控制程序和存储有所述程序的计算机可读取的存储介质也落入本发明的范畴。
根据所述构成，可以提供一种程序及存储介质使帧率提高并且功耗被抑制的放射线图像摄像成为可能。
本发明不限于所述的各实施方式，能在权利要求所示的范围进行各种变更，对于将在不同的实施方式中分别公开的技术方案适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围。而且，通过将在各实施方式中分别公开的技术方案组合，能形成新的技术特征。
符号说明
1a 电容元件
2 放大元件
10 有源像素(像素)
22 读取元件控制部(读取控制部)
23 复位元件控制部(复位控制部)
25 图像数据生成部(输出生成部)
100、200、300 放射线图像摄像装置

Claims (5)

1.一种放射线图像摄像装置，其获取与对被摄体进行了照射的放射线的放射剂量对应的二维图像，其特征在于，具备：
多个的像素，其被二维配置；
电容元件，其设置在所述多个的像素中的每一个中，通过将所述放射线入射至所述多个的像素，在连续的至少两帧之间蓄积与每个所述像素的所述放射剂量对应的电荷；
读取控制部，其对于所述多个的像素的至少一个像素，在构成所述两帧的第一帧以及第二帧的每帧中，不初始化所述至少一个像素，而从该像素读取与蓄积的所述电荷对应的第一输出以及第二输出。
2.如权利要求1所述的放射线图像摄像装置，其特征在于，
对所述多个的像素的每个进行所述初始化的初始化周期被确定为多个帧的时间长度，
所述读取控制部在所述初始化周期内初始化所述多个的像素的每一个，以使在所述初始化周期结束时对所述多个的像素的全部进行所述初始化。
3.如权利要求1或2所述的放射线图像摄像装置，其特征在于，
所述多个的像素还具备放大所述第一输出或所述第二输出的放大元件，
所述读取控制部还具备输出生成部，其从所述多个的像素的每一个读取放大所述第二输出的第二放大输出和放大所述第一输出的第一放大输出，
通过求出由所述读取控制部读取的第一放大输出和第二放大输出的差，生成与所述放射线的放射剂量对应的读取输出。
4.如权利要求1至3任一项所述的放射线图像摄像装置，其特征在于，
所述输出生成部使用表示针对被所述初始化的特定的所述像素而连续照射的放射线的放射剂量，和与根据该放射剂量在所述电容元件中所蓄积的电荷对应的输出的关系的近似函数，通过求出将所述第二放大输出代入所述近似函数而获得的第二校正输出和将所述第一放大输出代入所述近似函数而获得的第一校正输出的差，生成所述读取输出。
5.如权利要求4所述的放射线图像摄像装置，其特征在于，
所述输出生成部使用与所述多个像素的每一个对应的所述近似函数。
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