JP2006229581A - 信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 相関２重サンプリング処理を行う信号検出方法において、検出信号のＳ/Ｎを向上させるとともに、信号検出の高速化を図る。
【解決手段】 第１の保持回路３２においてベースライン信号を蓄積する際には、スイッチＳ２、スイッチＳ４をオン状態とすることによって、抵抗素子Ｒ１と、スイッチＳ２およびスイッチＳ４のオン抵抗と、コンデンサＣ１とからなる第１のローパスフィルタによりローパスフィルタ処理を施し、第２の保持回路３３において信号成分を蓄積する際には、スイッチＳ３をオフ状態にするとともにスイッチＳ５をオン状態とすることによって、抵抗素子Ｒ２と、スイッチＳ５のオン抵抗と、コンデンサＣ２とからなる第２のローパスフィルタによりローパスフィルタ処理を施すようにし、上記第１のローパスフィルタの時定数τ１と上記第２のローパスフィルタの時定数τ２がτ１＜τ２となるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相関２重サンプリング処理を行う信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステムに関するものである。

従来、ＣＣＤ（電荷結合素子）やフォトマルチプライヤーなどといった光電変換素子や、放射線の照射を受けて電荷を発生し、その電荷を蓄積するとともに、該蓄積された電荷に応じた電荷信号を出力する放射線画像記録装置など、光または放射線を電荷信号に変換して出力する装置が様々な分野で利用されている。

そして、上記のような光電変換素子や放射線画像記録装置から出力された電荷信号を検出するものとして、ＩＣ化が可能で比較的ノイズが小さい積分アンプが一般的に用いられている。積分アンプは、積分モードに切り替えられることにより上記電荷信号の積分を開始し、その積分された電荷量に応じた電気信号を出力し、リセットモードに切り替えられることにより積分された電荷信号を放電して初期状態に戻すものである。

ここで、上記積分アンプにおける積分モードへの切り替えは、積分アンプにおけるリセットスイッチをオン状態からオフ状態に切り替えることにより行われるが、このリセットスイッチの切替えによりリセットスイッチの有するｋＴＣノイズが発生し、このノイズが信号成分の電気信号に含まれてしまう。そこで、このｋＴＣノイズの影響を回避するために相関２重サンプリング処理が施される（たとえば、非特許文献１参照）。相関２重サンプリング処理とは、積分アンプが積分モードに切り替わった後所定のベースラインサンプリング時間経過した時に出力される電気信号とリセットモードに切り替わる直前に出力される電気信号との差をとり、その差を信号成分とすることにより、上記ｋＴＣノイズの影響を回避することができる処理である。

また、上記のような積分アンプを利用した信号検出回路においては、積分アンプの入力端子に接続される信号線において発生する熱雑音によるノイズを低減するため、積分アンプの後段にローパスフィルタが設けられており、積分アンプから出力された電気信号はこのローパスフィルタを通過して出力される。

ここで、たとえば、積分アンプに接続される信号線の線抵抗が大きく、たとえば、数１００ｋΩである場合には、信号線において発生する熱雑音によるノイズはその信号線の線抵抗の大きさに応じて大きくなるため、信号線に流れる電荷信号に対して非常に大きなものとなってしまう。したがって、上記のようなノイズを十分に低減させるためには、そのノイズの大きさに応じてローパスフィルタの時定数を大きくする必要がある。

R.L.Weisfield et al,"Electronic noise analysis of 127-micron pixel TFT/photodiode array",Proc.SPIE,2001,vol.4320,p.209

しかしながら、上記のような相関２重サンプリング処理におけるベースラインサンプリング（ベースラインサンプリング時間経過時における電気信号の取得）は、上記のように積分アンプのｋＴＣノイズをサンプリングするためのものであり、上記のような信号線において発生するノイズを低減させる必要はないので、このベースラインサンプリングの際にまでローパスフィルタの時定数を長くする必要はない。

そして、ベースラインサンプリングにおいてｋＴＣノイズを十分な大きさで取得するためには、ローパスフィルタは過渡応答を示すため、ベースラインサンプリング時間をローパスフィルタの時定数に対して十分長くする必要があるが、上記のようにベースラインサンプリングの際にまでローパスフィルタの時定数を長くしてしまってはその分ベースラインサンプリング時間も長くする必要があり、信号検出時間を無駄に長くすることになる。

そして、上記のように信号検出時間が長くなってしまっては、たとえば、セミ動画の信号検出などといった高速な信号検出を行うことができない。

本発明は、上記事情に鑑み、相関２重サンプリング処理を行う信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステムにおいて、上記のような線抵抗によるノイズを適切に低減させるとともに、信号検出の高速化を図ることができる信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステムを提供することを目的とするものである。

本発明の信号検出方法は、積分アンプにより電荷信号の積分を開始し、その積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までに積分アンプにより積分され第１のローパスフィルタを通過した第１の電気信号を保持し、上記積分の開始から上記第１の電気信号の取得後積分アンプをリセットする前の所定の時点までに積分アンプにより積分され第２のローパスフィルタを通過した第２の電気信号と上記第１の電気信号との差を求めて信号検出する信号検出方法において、第１のローパスフィルタの時定数τ１および第２のローパスフィルタの時定数τ２を、τ１＜τ２を満たすような値に設定することを特徴とする。

また、上記信号検出方法においては、積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までは時定数τ２を時定数τ１と同じ大きさに設定するようにすることができる。

本発明の信号検出装置は、電荷信号を積分する積分アンプと、積分アンプによる積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までに積分アンプにより積分された信号が入力される第１のローパスフィルタと、第１のローパスフィルタを通過した第１の電気信号を保持する第１の保持回路と、積分アンプによる積分の開始から前記第１の電気信号の取得後積分アンプをリセットする前の所定の時点までに積分アンプにより積分された信号が入力される第２のローパスフィルタと、第２のローパスフィルタを通過した第２の電気信号を保持する第２の保持回路と、第２の電気信号と第１の電気信号との差を求めて信号検出する差分回路とを備えた信号検出装置において、第１のローパスフィルタの時定数τ１および第２のローパスフィルタの時定数τ２が、τ１＜τ２を満たすような値に設定されていることを特徴とする。

また、上記信号検出装置においては、第２のローパスフィルタの時定数τ２を、積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までは時定数τ１と同じ大きさに設定するようにすることができる。

本発明の放射線画像信号検出方法は、放射線の照射を受けて電荷を蓄積するとともに、その蓄積された電荷に応じた電荷信号を出力する放射線画像記録装置から出力された電荷信号を、上記信号検出方法を用いて検出することを特徴とする。

本発明の放射線画像信号検出システムは、上記信号検出装置と、放射線の照射を受けて電荷を蓄積するとともに、その蓄積された電荷に応じた電荷信号を上記信号検出装置に出力する放射線画像記録装置とを備えたことを特徴とする。

ここで、上記「第１のローパスフィルタ」および上記「第２のローパスフィルタ」としては、一部共通のものを利用するようにしてもよいし、別々に設けるようにしてもよい。

また、上記「第１のローパスフィルタ」および上記「第２のローパスフィルタ」としては、たとえば、１次フィルタを利用することができる。

また、上記「第１の保持回路」および上記「第２の保持回路」としては、共通のものを利用するようにしてもよいし、別々に設けるようにしてもよい。

本発明の信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステムによれば、ベースラインサンプリングの際におけるローパスフィルタ処理の時定数τ１および積分信号のサンプリングの際のローパスフィルタ処理の時定数τ２を、τ１＜τ２を満たすような値に設定するようにしたので、τ１を短くすることにより信号検出の高速化を図ることができるとともに、τ２の時定数を適切な長さに設定することにより信号成分におけるノイズを十分に低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の信号検出方法を実施する信号検出装置の一実施形態を利用した放射線画像信号検出システムについて説明する。図１に、上記放射線画像信号検出システムの概略構成図を示す。

図１に示すように、上記放射線画像信号検出システムは、図示省略した放射線源と、放射線源から射出されて被写体を通過した放射線の照射を受けて放射線画像を記録し、その放射線画像に応じた電荷信号を出力する放射線画像記録装置１０と、放射線画像記録装置１０を線状の読取光で走査する読取光源部２０と、読取光源部２０による読取光の走査により放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号に基づいて上記放射線画像に応じたデジタル画像信号を出力する信号検出装置３０とを備えている。

信号検出装置３０は、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号を積分する積分アンプ３１、積分アンプ３１により積分された電気信号を保持する第１および第２の保持回路３２，３３、第１および第２の保持回路３２，３３にそれぞれ保持された第１の電気信号および第２の電気信号の差分を出力する差分アンプ３４、および差分アンプ３４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３５を備えており、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号に基づいて相関２重サンプリング処理を行うものである。

積分アンプ３１は、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号を蓄積するコンデンサ３１ａとコンデンサ３１ａに蓄積された電荷信号を放電させるためのリセットスイッチＳ１とを備えている。

第１の保持回路３２は、抵抗素子Ｒ１と、抵抗素子Ｒ１に並列に接続されたスイッチＳ２と、抵抗素子Ｒ１に直列に接続されたスイッチＳ４およびコンデンサＣ１を備え、積分アンプ３１から出力された電気信号をコンデンサＣ１に保持するものである。

第２の保持回路３３は、抵抗素子Ｒ２と、抵抗素子Ｒ２に並列に接続されたスイッチＳ３、抵抗素子Ｒ２に直列に接続されたスイッチＳ５およびコンデンサＣ２とを備え、積分アンプ３１から出力された電気信号をコンデンサＣ２に保持するものである。

また、第１および第２の保持回路３２，３３は、上記のように積分アンプ３１から出力された電気信号をそれぞれ異なるタイミングで保持するものであるとともに、積分アンプ３１から出力された電気信号にローパスフィルタ処理を施すものでもある。

具体的には、たとえば、第１の保持回路３２において、コンデンサＣ１に電気信号を蓄積する際には、後述するようにスイッチＳ２とスイッチ４がオン状態なる。したがって、抵抗素子Ｒ１とスイッチＳ２のオン抵抗とスイッチＳ４のオン抵抗とコンデンサＣ１により１次の第１のローパスフィルタが構成され、この第１のローパスフィルタによりフィルタ処理の施されたフィルタ処理済電気信号がコンデンサＣ１に保持される。

一方、第２の保持回路３３において、コンデンサＣ２に電気信号を蓄積する際には、後述するようにスイッチＳ３がオフ状態となり、スイッチＳ５とがオン状態となる。したがって、抵抗素子Ｒ２とスイッチＳ５のオン抵抗とコンデンサＣ２とにより１次の第２のローパスフィルタが構成され、この第２のローパスフィルタによりフィルタ処理の施されたフィルタ処理済電気信号がコンデンサＣ２に保持される。

ここで、本実施形態の信号検出装置においては、上記第１のローパスフィルタ回路の時定数τ１と上記第２のローパスフィルタ回路の時定数τ２とが、τ１＜τ２を満たすよう値に設定される。なお、第２のローパスフィルタ回路の時定数τ２は、後述するようにベースラインサンプリングの間と、ベースラインサンプリング後から信号保持までの間とで切換えられるものであるが、ここではベースラインサンプリング後から信号保持までの間の時定数について説明する。

抵抗素子Ｒ１の抵抗値をｒ１、スイッチＳ２のオン抵抗の抵抗値をＲ_ＯＮ２、スイッチＳ４のオン抵抗の抵抗値をＲ_ＯＮ４、コンデンサＣ１の容量値をｃ１すると上記第１のローパスフィルタの時定数τ１は下式（１）により算出される。

τ１＝（Ｒ_ＯＮ２×ｒ１/（Ｒ_ＯＮ２＋ｒ１） ＋ Ｒ_ＯＮ４）×ｃ１・・・（１）
したがって、Ｒ_ＯＮ２≪ｒ１とすれば
τ１＝（Ｒ_ＯＮ２＋Ｒ_ＯＮ４）×ｃ１
となる。

また、抵抗素子Ｒ２の抵抗値をｒ２、スイッチＳ５のオン抵抗の抵抗値をＲ_ＯＮ５、コンデンサＣ２の容量値をｃ２とすると上記第２のローパスフィルタの時定数τ２は下式（２）により算出される。

τ２＝（ｒ２ ＋ Ｒ_ＯＮ５）×ｃ２・・・（２）
したがって、Ｒ_ＯＮ５≪ｒ２とすれば、
τ２＝ｒ２×ｃ２
となる。

そして、Ｒ_ＯＮ２およびＲ_ＯＮ５は数Ω〜数１００Ωであるので、ｒ１およびｒ２として、数１００ｋΩ〜数１０ＭΩの値を設定するようにすれば、上記のようにτ１＜τ２となるように設定することができる。そして、たとえば、信号線である後述する線状電極１５ａの線抵抗が数１００ｋΩ程度である場合には、第２のローパスフィルタの時定数τ２を数１００μｓにすることが望ましい。したがって、上記のようなｒ１およびｒ２の抵抗値に対して、ｃ１およびｃ２は数１０ｐＦ〜数１０００ｐＦの値に設定される。たとえば、ｒ１＝ｒ２＝１０ＭΩ、ｃ１＝ｃ２＝１０ｐＦとすればよい。上記のように設定すれば、時定数τ２として十分な長さを確保することができるとともに、時定数τ１を短くすることができる。なお、高速化と低ノイズ化を両立するには、τ１＝１〜１０μｓ、τ２＝１０〜１００μｓに設定することが望ましい。

また、信号検出装置３０は、第１および第２の保持回路３２，３３から出力されたフィルタ処理済電気信号を差分アンプ３４に出力するバッファアンプ３６，３７と、積分アンプ３１のリセットスイッチＳ１、第１および第２の保持回路３２，３３のスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＡ／Ｄ変換器３５などの動作タイミングなどを制御する制御回路３８とを備えている。

放射線画像記録装置１０は、詳細には、図２に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１１、第１の電極層１１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層１２、記録用光導電層１２において発生した電荷に対しては絶縁体として作用し、且つその電荷と逆極性の輸送電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層１３、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層１４、および読取光を透過する線状に延びる線状電極１５ａが平行に配列された第２の電極層１５をこの順に積層してなるものである。そして、記録用光導電層１２と電荷輸送層１３との界面には放射線の照射量に応じて発生した電荷が蓄積される蓄電部１６が形成される。

なお、図１においては、放射線画像記録装置１０の１本の線状電極１５ａに接続される信号検出装置３０のみを示しており、その他の線状電極１５ａに接続される信号検出装置３０は図示省略してある。

また、Ａ／Ｄ変換器３５は、各線状電極１５ａについてそれぞれ設けるようにしてもよいし、マルチプレクサを設けて差分アンプ３４から出力されたアナログ信号を各線状電極毎に切り替えて１つのＡ／Ｄ変換器３５に入力するようにしてもよい。

また、放射線画像記録装置１０および読取光源部２０は、上記読取光源部２０の読取光源の長さ方向と放射線画像記録装置１０の線状電極１５ａの長さ方向とが略直交するように設置されている。そして、読取光源部２０は、線状電極１５ａの長さ方向に線状の読取光源を移動させて読取光を走査するものであるが、読取光源を移動させる移動機構などについては図示省略してある。

次に、上記放射線画像信号検出システムの作用について説明する。

まず、放射線画像記録装置１０の第１の電極層１１が負に帯電し、第２の電極層１５が正に帯電するように電圧印加された状態において、放射線源から被写体４０に向けて放射線Ｌ１が照射される。放射線源から射出された放射線Ｌ１は、図３（Ａ）に示すように、被写体４０全体に照射され、被写体４０において放射線を透過する透過部４０ａを透過した放射線が放射線画像記録装置１０の第１の電極層１１側から照射される。なお、被写体４０において放射線を透過しない遮断部４０ｂに照射された放射線は放射線画像記録装置１０には照射されない。

そして、放射線画像記録装置１０に照射された放射線Ｌ１は、第１の電極層１１を透過し、記録用光導電層１２に照射される。そして、記録用光導電層１２において放射線の照射により電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層１２と電荷輸送層１３との界面に形成される蓄電部１６に蓄積されて放射線画像が記録される。

そして、次に、図３（Ｂ）に示すように、第１の電極層１１が接地された状態において、第２の電極層１５側から読取光Ｌ２が照射され、読取光Ｌ２は線状電極１５ａを透過して読取用光導電層１４に照射される。読取光Ｌ２の照射により読取用光導電層１４において発生した正の電荷が蓄電部１６における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が第２の電極層１５の線状電極１５ａに帯電した正の電荷と結合する。

一方、信号検出装置３０における積分アンプ３１のリセットスイッチＳ１は、上記放射線画像記録装置１０への読取光の照射の前にはオン状態にされている。その後、リセットスイッチＳ１がオフ状態にされ、ベースラインサンプリングが終了してから読取光の照射が開始される。そして、上記のようにして放射線画像記録装置１０の読取用光導電層１４において発生した負の電荷が第２の電極層１５の線状電極１５ａに帯電した正の電荷と結合することにより、その結合した電荷量に応じた大きさの電荷信号が積分アンプ３１のコンデンサ３１ａに蓄積されて積分される。

ここで、上記積分開始からの作用について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図４には、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のオン、オフ制御のタイミングと、図１のＶ１,Ｖ２，Ｖ３おける電圧波形の模式図を示している。

まず、積分アンプ３１のリセットスイッチＳ１がオフ状態となる図４に示す時点ｔ１から、積分アンプ３１において電荷信号の積分が開始される。

また、積分アンプ３１における積分開始時ｔ１においては、第１の保持回路３２のスイッチＳ２，Ｓ４および第２の保持回路３３のスイッチＳ３，Ｓ５は、図４に示すように、オン状態となっており、積分アンプ３１より積分され第１のローパスフィルタによりローパスフィルタ処理の施されたフィルタ処理済電気信号が第１の保持回路３２のコンデンサＣ１に蓄積される。また、第２の保持回路３２においては、抵抗素子Ｒ２とスイッチＳ３のオン抵抗とスイッチＳ５のオン抵抗とコンデンサＣ２により第２のローパスフィルタ回路が構成され、積分アンプ３１より積分され上記第２のローパスフィルタ回路によりローパスフィルタ処理の施されたフィルタ処理済電気信号が第２の保持回路３３のコンデンサＣ２に蓄積される。ここでは、上記第２のローパスフィルタの時定数τ２と第１のローパスフィルタの時定数τ１とは同じ大きさに設定されている。このためベースラインサンプリング期間中（ｔ１〜ｔ２）はＶ１＝Ｖ２であり、Ｖ３＝０となる。すなわち、ベースラインサンプリングの期間では時定数τ１＝時定数τ２にすることが相関２重サンプリングにとって望ましい。

そして、積分アンプ３１による積分が開始された後、所定のベースラインサンプリング時間ｔ_ｂａｓｅが経過した時点ｔ２において、第１の保持回路３２のスイッチＳ４がオフ状態にされ、コンデンサＣ１において蓄積された第１のフィルタ処理済電気信号が保持される。

そして、上記のように第１のフィルタ処理済電気信号がコンデンサＣ１により保持された直後の時点ｔ３において、第１の保持回路３２のスイッチＳ２および第２の保持回路３３のスイッチＳ３がオフ状態となる。つまり、この時点から積分アンプ３１から出力された電気信号は、上記第２のローパスフィルタ回路によりローパスフィルタ処理が施され、その第２のフィルタ処理済電気信号が第２の保持回路３３のコンデンサＣ２に蓄積される。

そして、所定のサンプリング時間が経過した後積分アンプ３１をリセットする直前の時点ｔ４において、第２の保持回路３３のスイッチＳ５がオフ状態にされ、コンデンサＣ２に蓄積された第２のフィルタ処理済電気信号が保持される。そして、上記時点ｔ４の直後積分アンプのスイッチＳ１がオン状態とされ積分アンプ３１がリセットされるとともに、スイッチＳ３，Ｓ３が再びオン状態とされる。

そして、上記のようにして第１の保持回路３２のコンデンサ３２ｃに保持された第１のフィルタ処理済電気信号および第２の保持回路３３に保持された第２のフィルタ処理済電気信号は、それぞれバッファアンプ３６，３７を介して差動アンプ３４に出力される。そして、差動アンプ３４において上記２つのフィルタ処理済電気信号の差分が算出され、Ａ／Ｄ変換器３５に出力される。Ａ／Ｄ変換器３５は、図４に示す期間Ａ/Ｄの間に、入力されたアナログ画像信号である差分信号をデジタル変換し、デジタル画像信号を出力する。

そして、上記のようにしてＡ/Ｄ変換が終了した時点において、再び、第１の保持回路３２のスイッチＳ４および第２の保持回路３３のスイッチＳ５がオン状態され、その後の時点ｔ５において積分アンプのスイッチＳ１がオフ状態とされ、積分アンプ３１における積分が再び開始される。

そして、読取光源部２０の１ラインの照射毎に、上記のような積分開始からデジタル画像信号の出力までの処理が、各線状電極１５ａに接続された信号検出回路３０毎に行われて１ライン分のデジタル画像信号の検出が行われる。そして、読取光源部２０により線状の読取光が、図１の矢印Ｙ方向に走査されるのと同期して上記１ライン分のデジタル画像信号がそれぞれ検出され、最終的には放射線画像記録装置１０の全面分のデジタル画像信号が検出される。

上記放射線画像信号検出システムによれば、ベースラインサンプリングの際におけるローパスフィルタ処理の時定数τ１および積分信号のサンプリングの際のローパスフィルタ処理の時定数τ２を、τ１＜τ２を満たすような値に設定するようにしたので、τ１を短くすることにより信号検出の高速化を図ることができるとともに、τ２の時定数を適切な長さに設定することにより信号成分におけるノイズを十分に低減することができる。

なお、上記放射線画像信号検出システムにおいては、第１の保持回路３２にスイッチＳ２を設けるとともに第２の保持回路３３にスイッチＳ３を設け、これらのスイッチのオン、オフを切り替えることにより第１のローパスフィルタと第２のローパスフィルタを切り替えて時定数を切り替えるようにしたが、上記のような回路構成に限らず、ベースラインサンプリングの際の時定数τ１と、積分信号のサンプリングの際の時定数τ２とが、τ２＞τ１となるようにするのであれば如何なる回路構成を採用するようにしてもよい。たとえば、図５に示すように抵抗素子Ｒ３とこの抵抗素子Ｒ３に並列に接続されたスイッチＳ６を設けた回路構成としてもよい。そして、ベースラインサンプリングの際には、スイッチＳ６、スイッチＳ４、およびスイッチＳ５をオン状態にしてスイッチＳ６のオン抵抗と抵抗素子Ｒ３とスイッチ４のオン抵抗とコンデンサＣ１により第１のローパスフィルタを構成するようにし、積分信号のサンプリングの際には、スイッチＳ６とスイッチＳ４をオフ状態にするとともにスイッチＳ５をオン状態して抵抗素子Ｒ３とスイッチＳ５のオン抵抗とコンデンサＣ２により第２のローパスフィルタを構成するようにし、抵抗素子Ｒ３の抵抗値ｒ３とスイッチＳ６のオン抵抗値Ｒ_ＯＮ６との関係をｒ３≫Ｒ_ＯＮ６とすることにより、第１のローパスフィルタの時定数τ１と第２のローパスフィルタの時定数τ２との関係をτ２＞τ１となるようにしてもよい。ｒ３の大きさとしては、たとえば、数１００ｋΩ〜数１０ＭΩのものを利用することができる。なお、図５に示す回路を採用した場合には、図４に示したタイミングチャートにおけるスイッチＳ２，Ｓ３のオン、オフ制御のタイミングと同様にスイッチＳ６のオン、オフを制御するようにし、その他のスイッチの制御については上記と同様に行うようにすればよい。

また、上記実施形態の信号検出装置におけるベースラインサンプリングの際におけるローパスフィルタ処理の時定数τ１とベースラインサンプリング時間ｔ_ｂａｓｅとは、ｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１を満たすような値に設定することが望ましい。また、さらに望ましくは、２０×τ１≧ｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１である。上記のようにベースラインサンプリング時間ｔ_ｂａｓｅとして十分な時間を確保することによりノイズ成分を十分な大きさでサンプリングすることができ、これにより相関２重サンプリング後の信号のＳ/Ｎを向上させることができる。

ここで、ｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１とするのが適切なことを示すデータを以下に示す。

まず、図１に示す信号検出装置３０の積分アンプ３１の入力端を開放した状態で、積分アンプ３１の入力換算ノイズ電子数ＥＮＣを測定した結果を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）には、ローパスフィルタ処理の時定数τ１を２０μｓ、７０μｓおよび２００μｓとしたときのベースラインサンプリング時間とＥＮＣとの関係を示したものである。なお、ＥＮＣとは、入力換算電子数Ｎの標準偏差であり、入力換算電子数Ｎとは、以下の式から求められるものである。上記のようにＥＮＣを評価することにより、信号検出装置３０から出力される信号におけるノイズ成分の大きさを評価することができる。

Ｎ＝Ｃ_ｆ×Ｖ_ａｄ×ｘ/ｑ×Ｇ×２^ｎ
ただし、ｑ：電荷素量（１．６×１０^−１９（Ｃ））
Ｃ_ｆ：積分アンプ帰還容量
Ｇ：積分アンプ後のゲイン
Ｖ_ａｄ：Ａ／Ｄ変換器入力電圧レンジ
ｎ：Ａ／Ｄ変換器ビット数
ｘ：Ａ／Ｄ変換器出力デジタルデータ
そして、図６（Ａ）に示すように、τ１＝２０μｓの場合には、ベースラインサンプリング時間がほぼ２００μｓ以上でＥＮＣがほぼ最小になっており、τ１＝７０μｓの場合には、ベースラインサンプリング時間がほぼ７００μｓ以上でＥＮＣがほぼ最小になっており、τ１＝２００μｓの場合には、ベースラインサンプリング時間がほぼ２０００μｓ以上でＥＮＣがほぼ最小になっており、ベースラインサンプリング時間がｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１のときに信号検出装置３０から出力されるデジタル画像信号のノイズ成分が最も小さくなることを示している。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の測定データを時定数τ１および１０×τ１の時のＥＮＣで規格化したものである。図６（Ｂ）からもｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１のときにＥＮＣが最小になることが明らかである。

次に、図１に示す信号検出装置３０の積分アンプ３１の入力端に所定の負荷を付けた場合における積分アンプ３１の入力換算ノイズ電子数ＥＮＣを測定した結果を図７（Ａ）に示す。なお、図７（Ａ）においては、上記入力端がＮｏ ｌｏａｄ（開放状態）である場合と、上記入力端に図８に示すように、コンデンサＣ＝１５０ｐを付けた場合と、上記入力端に図９に示すように、コンデンサＣ＝１５０ｐおよび抵抗素子Ｒ＝２００ｋΩと付けた場合とで測定した結果を示している。なお、ローパスフィルタ処理の時定数τ１は７０μｓに設定している。なお、上記のように負荷を付けるのは、信号検出装置３０に放射線画像記録装置１０の線状電極１５ａなどを接続した場合を想定するためである。

図７（Ａ）に示すように、全ての負荷状態において、ベースラインサンプリング時間が７００μｓ以上でＥＮＣが最小となっており、上記入力端に接続される負荷状態にかかわらず、ｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１のときに信号検出装置３０から出力されるデジタル画像信号のノイズが最も小さくなることを示している。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の測定データを時定数τ１＝７０μｓおよび１０×τ１＝７００μｓの時のＥＮＣで規格化したものである。図７（Ｂ）からも、負荷状態にかかわらずｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１のときにＥＮＣが最小になることが明らかである。なお、上記データは、τ１＝２０μｓ、７０μｓ、２００μｓの場合のものであるが、τ１＝１〜１０μｓの場合にも、ｔ_ｂａｓｅ≧１０×τ１が望ましいことは上記データから明らかである。

また、上記実施形態においては、信号検出装置に入力される電荷信号を出力するものとして、いわゆる光読取方式の放射線画像検出器を用いたもの説明したが、これに限らず、たとえば、いわゆるＴＦＴ方式の放射線画像検出器を用いるようにしてもよいし、また、蓄積性蛍光体シートから発せられた輝尽発光光を光電変換素子により検出して電荷信号を出力する放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、放射線源、放射線画像記録装置１０、読取光源部２０および信号検出装置３０から放射線画像信号検出システムを構成するようにしたが、放射線源を設けずに放射線画像記録装置１０、読取光源部２０および信号検出装置３０から放射線画像信号検出システムを構成するようにしてもよい。

本発明の信号検出装置の一実施形態を用いた放射線画像信号検出システムの概略構成図 図１に示す放射線画像信号検出システムにおける放射線画像記録装置の概略構成図 図１に示す放射線画像信号検出システムにおける放射線画像記録装置の作用を説明するための図 図１に示す放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の動作タイミングを説明するためのタイミングチャート 図１に示す放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置のその他の実施形態を示す図 図１に示す信号検出装置の積分アンプの入力換算ノイズ電子数ＥＮＣとベースラインサンプリング時間との関係を示す図 図１に示す信号検出装置の積分アンプの入力換算ノイズ電子数ＥＮＣとベースラインサンプリング時間との関係を示す図 ＥＮＣの評価を行う際に積分アンプの入力端に接続される負荷を示す図 ＥＮＣの評価を行う際に積分アンプの入力端に接続される負荷を示す図

符号の説明

１０ 放射線画像記録装置
１１ 第１の電極層
１２ 記録用光導電層
１３ 電荷輸送層
１４ 読取用光導電層
１５ 第２の電極層
１６ 蓄電部
２０ 読取光源部
３０ 信号検出装置
３１ 積分アンプ
３２ 第１の保持回路
３３ 第２の保持回路
３４ 差分アンプ
３５ Ａ／Ｄ変換器
３８ 制御回路
４０ 被写体

Claims (6)

1. 積分アンプにより電荷信号の積分を開始し、該積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までに前記積分アンプにより積分され第１のローパスフィルタを通過した第１の電気信号を保持し、前記積分の開始から前記第１の電気信号の取得後前記積分アンプをリセットする前の所定の時点までに前記積分アンプにより積分され第２のローパスフィルタを通過した第２の電気信号と前記第１の電気信号との差を求めて信号検出する信号検出方法において、
   前記第１のローパスフィルタの時定数τ１および前記第２のローパスフィルタの時定数τ２を、τ１＜τ２を満たすような値に設定することを特徴とする信号検出方法。
2. 前記積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までは前記時定数τ２を前記時定数τ１と同じ大きさに設定することを特徴とする請求項１記載の信号検出方法。
3. 電荷信号を積分する積分アンプと、該積分アンプによる積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までに前記積分アンプにより積分された信号が入力される第１のローパスフィルタと、該第１のローパスフィルタを通過した第１の電気信号を保持する第１の保持回路と、前記積分アンプによる積分の開始から前記第１の電気信号の取得後前記積分アンプをリセットする前の所定の時点までに前記積分アンプにより積分された信号が入力される第２のローパスフィルタと、該第２のローパスフィルタを通過した第２の電気信号を保持する第２の保持回路と、前記第２の電気信号と前記第１の電気信号との差を求めて信号検出する差分回路とを備えた信号検出装置において、
   前記第１のローパスフィルタの時定数τ１および前記第２のローパスフィルタの時定数τ２が、τ１＜τ２を満たすような値に設定されていることを特徴とする信号検出装置。
4. 前記第２のローパスフィルタの時定数τ２が、前記積分の開始から所定のベースラインサンプリング時間経過する時点までは前記時定数τ１と同じ大きさに設定されていること特徴とする請求項３記載の信号検出装置。
5. 放射線の照射を受けて電荷を蓄積するとともに、該蓄積された電荷に応じた電荷信号を出力する放射線画像記録装置から出力された電荷信号を、請求項１または２記載の信号検出方法を用いて検出することを特徴とする放射線画像信号検出方法。
6. 請求項３または４記載の信号検出装置と、
   放射線の照射を受けて電荷を蓄積するとともに、該蓄積された電荷に応じた電荷信号を前記信号検出装置に出力する放射線画像記録装置とを備えたことを特徴とする放射線画像信号検出システム。

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