JP2006295447A - イメージセンサの駆動制御装置およびこれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 システムの変更を最小限に抑えながら、スミアやブルーミングによる画質の劣化を防止する。
【解決手段】 有効画素から信号電荷の読取を行う有効画素転送期間に有効画素転送パルスを出力し、有効画素転送期間経過後であってダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを出力する。このダミー画素転送期間が、ダミー画素転送パルスを有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときのダミー画素数分のパルス数を出力するのに必要な期間と等しくなるように設定されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ＣＣＤ等のイメージセンサを駆動するための駆動制御装置およびこれを用いて蓄積性蛍光体シートから放射線画像を取得する画像読取装置に関するものである。

ある種の蛍光体に放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等）を照射したとき、この放射線エネルギーの一部が蛍光体中に蓄積される。この蛍光体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギーに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体と呼ばれる。この蓄積性蛍光体を利用して、人体等の被写体の放射線画像情報を一旦蓄積性蛍光体のシートに記録し、この蓄積性蛍光体シートに励起光を照射して輝尽発光光を生じさせ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取って画像信号を得る画像読取装置が提案されている。

この輝尽発光光を検出するセンサとして、たとえばＣＣＤ等の複数の画素を有するイメージセンサを用いたラインセンサが知られている。ラインセンサは、１つのイメーシセンサを用いる場合のみならず複数のイメージセンサを用いる場合がある。複数のイメージセンサを用いる場合、複数のイメージセンサが、その一部が互いに重複するように複数配置された構造を有している。そして、各イメージセンサから得られた放射線画像をそれぞれ位置合わせすることにより、１枚の放射線画像が得られるようになっている（たとえば特許文献１参照）。

さらに、特許文献１において、イメージセンサの境界部をある画素分オーバーラップさせ、別々の２つのイメージセンサが同一箇所を読み取り、オーバーラップ部分の一方の出カレベルに他方の出力レベルを合わせることにより、リアルタイムの補正を行うようにしている。

ところで、ＣＣＤ等のイメージセンサから信号電荷を出力するためのイメージセンサヘの駆動制御方法として様々な方法が提案されている（たとえば特許文献２、３参照）。特許文献２、３においては、ダミー画素転送期間におけるクロック周波数を有効画素転送期間におけるクロック周波数よりも高く設定することにより、１ライン周期を短くして読取の高速化を図っている。
特開２００２-７７５４８号公報 特開２００２-４４３７３号公報 特開２００４-１７２８５４号公報

特許文献１において、オーバーラップする先頭画素の信号が後段画素信号の影響を受けない範囲では良好なツナギ処理を行うことができる。しかし、たとえばスミアやブルーミング等後段画素信号の影響を受ける場合には補正によって前ラインとの格差のために帯状の横スジが発生してしまうという問題がある。よって、特許文献１の補正方法の場合であっても、スミアやブルーミング防止対策を行う必要がある。

また、特許文献２、３の方法においては、スミアやブルーミング防止対策が不十分であるとともに、１ライン周期を変更しなければならないため、イメージセンサから出力された信号電荷を処理するための信号処理手段および画像処理手段の処理タイミングを変更しなければならず、大掛かりなシステム変更が必要となってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、システムの変更を最小限に抑えながら、スミアやブルーミングによる画質の劣化を防止することができるイメージセンサの駆動制御装置およびこれを用いた画像読取装置を提供することを目的とするものである。

本発明のイメージセンサの駆動制御装置は、複数の有効画素と複数のダミー画素とを直線上に配列したイメージセンサから各有効画素に蓄積された信号電荷を転送部からシフト転送させる駆動制御装置において、有効画素から信号電荷の読取を行う有効画素転送期間に有効画素転送パルスを出力し、有効画素転送期間経過後であってダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを出力するものであり、ダミー画素転送期間が、ダミー画素転送パルスを有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときのダミー画素数分のパルス数を出刃するのに必要な期間と等しくなるように設定されているものであることを特徴とするものである。

ここで、ダミー画素転送期間において、ダミー画素転送パルスがダミー画素数よりも多いパルス数を出力するものであってもよいし、ダミー画素数と同じパルス数を出力するものであってもよい。

なお、ダミー画素転送パルスのクロック周波数は、有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高ければよいが、有効画素転送パルスのクロック周波数の２倍であることが好ましい。

また、ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、ブルーミングにより信号電荷が溢れたときに発生する擬信号が出現する画素数から求められる時定数に基づいて決定されるものであってもよい。

また、本発明の画像読取装置は、放射線源から被写体に照射され該被写体を透過した放射線を放射線画像として記録した蓄積性蛍光体シートヘの励起光の照射により、該蓄積性蛍光体シートから発せられる輝尽発光光をラインセンサにより検出して得られた放射線画像を補正する画像読取装置において、ラインセンサが、複数の有効画素と複数のダミー画紫とを直線上に配列したイメージセンサと、各有効画素に蓄積された信号電荷を転送部からシフト転送させる駆動制御装置とを備えたものであり、駆動制御装置が、有効画素から信号電荷の読取を行う有効画素転送期間に有効画素転送パルスを出力し、有効画素転送期間経過後であってダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを出力するものであり、ダミー画素転送期間が、ダミー画素転送パルスを有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときのダミー画素数分のパルス数を出力するのに必要な期間と等しくなるように設定されているものであることを特徴とするものである。

ここで、ラインセンサは、複数のイメージセンサを有するものであってもよいし、１つのイメージセンサを有するものであってもよい。

本発明のイメージセンサの駆動制御装置によれば、有効画素転送期間経過後であってダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを出力するものであり、ダミー画素転送期間が、ダミー画素転送パルスを有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときのダミー画素数分のパルス数を出力するのに必要な期間と等しくなるように設定されていることにより、従来のイメージセンサにおいて設定されている１ライン周期の長さを変えずにダミー画素転送パルス数を増やしイメージセンサに残存する残存電荷の排出をより多くすることができるため、信号処理手段や画像処理手段等のシステム変更を行うことなく、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を防止することができる。

なお、ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、有効画素転送パルスのクロック周波数の２倍である場合、残存電荷の排出をより多くすることができるため、ブルーミングおOよびスミアによる画質の劣化を防止することができる。

また、ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、ブルーミングにより信号電荷が溢れたときに発生する擬信号が出現する画素数から求められる時定数に基づいて決定されるものであれば、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を生じる画素に対し、確実に残存電荷の除去を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の画像読取装置の実施形態について説明する。図１は画像読取装置の好ましい実施の形態を示す構成図である。なお、図１（ａ）は画像読取装置の斜視図、図１（ｂ）は（ａ）に示した画像読取装置のＩ−Ｉ線断面図をそれぞれ示している。

図１の画像読取装置１は、放射線画像情報が蓄積記録された蓄積性蛍光体シート（以下、シートという）５０を載置して矢印Ｙ方向に搬送する走査ベルト５０Ａと、線幅略１００μｍの線状の２次励起光（以下、単に励起光という）Ｌを蓄積性蛍光体シート５０表面に略平行に発する励起光源１１と、励起光源１１から射出された励起光Ｌが蓄積性蛍光体シート５０に照射されたときに、蓄積性蛍光体シート５０において発光する輝尽発光光Ｍを光電変換する複数のイメージセンサ２２が配列されたラインセンサ２０と、ラインセンサ２０の各イメージセンサ２２から出力された信号を蓄積性蛍光体シート５０の移動に応じて順次読取ることにより、蓄積性蛍光体シート５０に蓄積記録された放射線画像情報を表す画像信号を得る信号取得手段２９とを備えている。

励起光源１１と蓄積性蛍光体シート５０との間には、励起光源１１から出射された線状の励起光Ｌを集光するコリメータレンズおよび一方向にのみビームを拡げるトーリックレンズの組合せからなる光学系１２と、光学系１２から射出された励起光Ｌを蓄積性蛍光体シート５０表面側に反射するダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１４により反射された線状の励起光Ｌを、蓄積性蛍光体シート５０土に矢印Ｘ方向に沿って延びる線状（たとえば線幅１００μｍ）に集光する屈折率分布型レンズアレイ（多数の屈折率分布型レンズが配列されてなるレンズであり、以下、第１のセルフォックレンズアレイという）１５とが配置されている。

第１のセルフォックレンズアレイ１５は、線状の励起光Ｌが集光されて蓄積性蛍光体シート５０から発せられる、蓄積記録された放射線画像情報に応じた輝尽発光光Ｍを平行光束にしてダイクロイックミラー１４側に射出するようになっている。また、ダイクロイックミラー１４は蓄積性蛍光体シート５０から射出された輝尽発光光Ｍを透過するようになっている。

さらに、ダイクロイックミラー１４とラインセンサ２０との間には、ダイクロイックミラー１４を透過した輝尽発光光Ｍを、各イメージセンサ２２の受光面に集光させる第２のセルフォックレンズアレイ１６と、第２のセルフォックレンズアレイ１６を透過した輝尽発光光Ｍに混在する、蓄積性蛍光体シート５０表面で反射した励起光Ｌをカットし輝尽発光光Ｍを透過させる励起光カットフィルタ１７とが配置されている。

ラインセンサ２０は、図２と図３に示すように、長軸方向（図１の矢印Ｘ方向）に沿って多数の画素２１が一列に配列された複数のイメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅを、その一部が互いに重複するように長軸方向に複数配列することにより構成されている。画素２１としては、たとえばアモルファスシリコンセンサ、ＣＣＤセンサまたはＭＯＳイメーシセンサ等を適用することができる。ここで、各イメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅは、図４（ａ）に示すように、複数の有効画素２１Ｒと複数のダミー画素２１Ｄ（オプティカルブラック）とを直線上に配列した構造を有し、各有効画素２１Ｒに蓄積された信号電荷を転送部からシフト転送させるようになっている。

各イメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅからの信号電荷の読み取りは、駆動制御装置４０により制御されている。この駆動制御装置４０は、たとえばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅａｒｒａｙ）からなっており、図４（ｂ）に示すように各イメージセンサ２２を２相駆動方式により駆動するようになっている。

次に、画像読取装置１の動作例について説明する。まず、走査ベルト５０Ａが矢印Ｙ方向に移動することにより、この走査ベルト５０Ａ上に載置された、放射線画像情報が蓄積記録された蓄積性蛍光体シート５０を矢印Ｙ方向に搬送される。一方、励起光源１１から矢印Ｘ方向に沿って延びる線状の励起光Ｌが蓄積性蛍光体シート５０表面に対して略平行に出射される。この励起光Ｌは、光学系１２、ダイクロイックミラー１４、第１のセルフオックレンズアレイを介して蓄積性蛍光体シート５０上に集光される。

蓄積性蛍光体シート５０に入射した線状の励起光Ｌは、その集光域の蓄積性蛍光体を励起するとともに集光域から蓄積性蛍光体シート５０内部に入射して集光域の近傍部分に拡散し、集光域の近傍部分の蓄積性蛍光体も励起する。この結果、蓄積性蛍光体シート５０の集光域およびその近傍から、蓄積記録されている放射線画像情報に応じた強度の輝尽発光光Ｍが発光する。

蓄積性蛍光体シート５０から発光した輝尽発光光Ｍは、第１のセルフォックレンズアレイ１５により平行光束とされ、ダイクロイックミラー１４を透過し、第２のセルフオックレンズアレイ１６により、ラインセンサ２０を構成する各イメージセンサ２２の受光面に集光される。この際、第２のセルフォックレンズアレイ１６を透過した輝尽発光光Ｍに混在する、蓄積性蛍光体シート５０表面で反射した励起光Ｌが励起光カットフィルタ１７によりカットされる。

ラインセンサ２０の各イメージセンサ２２において、受光された輝尽発光光Ｍが光電変換され信号取得手段２９に入力される。信号取得手段２９において入力された信号がＡ／Ｄ変換されるとともに、蓄積性蛍光体シート５０の部位に対応させて記憶されることにより、蓄積性蛍光体シート５０に蓄積記録された放射線画像を表す放射線画像データＰが取得される。

ここで、ラインセンサ２０におけるイメージセンサ２２の重複部分においては得られる信号が重複する。信号取得手段２９は、特開２００２−７７５４８号公報に示すように、この重複した領域ＯＲにおいて、イメージセンサの境界部をある画素分オーバーラップさせ、別々の２つのイメージセンサが同一箇所を読み取り、オーバーラップ部分の一方の出カレベルに他方の出力レベルを合わせることにより、リアルタイムの補正を行うようにしている。オーバーラップする先頭画素の信号が後段画素信号の影響を受けない範囲では良好なツナギ処理を行うことができる。

しかし、図５（Ａ）のように、イメージセンサ２２Bの後段画素側において高線量の放射線を検出したとき、図５（Ｂ）に示すように、たとえばスミアやブルーミング等後段画素信号の影響を受ける場合には補正によって前ラインとの格差のために帯状の横スジが発生してしまうという問題がある。このとき、画像読取装置１では、Ｓ／Ｎ比の向上の見地からフォトダイオードの受光面積を大きくすることが行われている。しかし、受光面積を拡大すると暗電流によるノイズが増加してしまうとともに、画素間の電荷蓄積容量のばらつきが増加してしまうという問題がある。

よって、ブルーミング防止のために転送路容量を大きくすることが必要となる。転送路容量の増大化は転送路ポテンシャルを深く形成し転送振幅をアップする方法があるが、ＭＯＳ層表面近傍に電荷トラップができやすい性質がある。同時に、狭い領域で大きな電荷を扱う場合には、その表面近傍を通過する電荷が増加するため、トラップされる電荷が増火する。そして、トラップされた電荷は転送の都度ある確率でトラップからしみ出し、画像情報は尾引きのような偽信号が発生してしまう。たとえば数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚといった一般的な転送速度においては、先頭画素から数十画素〜数百面劇こわたって重畳されてしまう。単一のセンサを用いて画像を構成する場合には、光学的なフレアの影響でほとんど視認することができないが、複数のイメージセンサで読み取った画像をつなぎ合わせて画像を構成する場合には、画像のムラとして表れてしまうという問題がある。

そこで、スミアやブルーミングによる画質の劣化を防止するため、駆動制御装置４０は、図６に示すようなタイミングにより各イメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅを駆動制御するようになっている。図６において駆動制御装置４０は、図６（Ａ）のような転送部２３における転送ゲートのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのパルスφＴＧと、図６（Ｂ）のリセットパルスφＲＧと、図６（Ｃ）の転送パルスφ１、φ２と、図６（Ｄ）のアンプのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるアンプ駆動パルスφＬとを出力するようになっている。そして、転送パルスφ１、リセットパルスφＲＧ、アンプ駆動パルスφＬは、立ち上がりタイミングが同期するように駆動制御されている。

ここで、１ライン周期は、ダミー画素２１Ｄから信号電荷の読み取りを行うための第１ダミー画素転送期間ＤＲ１と、第１ダミー画素転送期間ＤＲ１の経過後に有効画素２１Ｒから信号電荷の読取を行う有効画素転送期間ＤＲと、有効画素転送期間ＤＲの経過後にダミー画素２１Ｄから信号電荷の読み取りを行うための第２ダミー画素転送期間ＤＲ２とからなっている。そして、駆動制御装置４０は、転送パルスφ１、φ２として、第１ダミー画素転送期間ＤＲ１においては第１ダミー画素転送パルスφＤ１を出力し、有効画素転送期間ＤＲにおいては有効画素転送パルスφＲを出力し、第２ダミー画素転送期間ＤＲ１においては第２ダミー画素転送パルスφＤ２を出力するようになっている。

第１ダミー画素転送パルスφＤ１と有効画素転送パルスφＲとは、同一のクロック周波数を有しており、第１ダミー画素転送パルスφＤ１は第１ダミー画素転送期間ＤＲ１においてダミー画素２１Ｄの画素数分のパルス数を出力するようになっており、有効画素転送パルスφＲは有効画素転送期間ＤＲにおいて有効画素２１Ｒの画素数分のパルス数を出力するようになっている。このときの有効画素転送パルスφＲのクロック周波数は、読み取りに必要な転送周波数に設定されている。

一方、第２ダミー画素転送パルスφＤ２は、有効画素転送パルスφＲよりもクロック周波数が高くなっており、第１ダミー画素転送パルスφＤ１は第１ダミー画素転送期間ＤＲ１においてダミー画素２１Ｄの画素数分のパルス数もしくは画素数よりも多いパルス数を出力するようになっている。

さらに、ダミー画素転送期間ＤＲ２は、図７に示すような第２ダミー画素転送パルスφＤ２を有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときのダミー画素２１Ｄの画素数のパルス数を出力するのに必要な期間ＤＲ２０に等しくなるように設定されている。これにより、従来のイメージセンサにおける第２ダミー画素転送期間ＤＲ２の長さを変えずに第２ダミー画素転送パルスφＤ２のパルス数を増やし、イメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅに残存する残存電荷の排出をより多くすることができるため、信号処理手段や画像処理手段等のシステム変更を行うことなく、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を防止することができる。

すなわち、第２ダミー画素転送パルスφＤ２のクロック周波数を図７のように有効画素転送パルスφＲと同一のクロック周波数で駆動しながらパルス数を増やした場合、第２ダミー画素転送期間ＤＲ２の長さを長くなるため、スループットが悪化してしまう。一方、ダミー画素２１Ｄの転送である故にクロック周波数を高くしてもそれによる画質の劣化を生じることなく、溢れた信号電荷の排出を促進することができ、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を防止することができる。

なお、第２ダミー画素転送パルスφＤ２のクロック周波数が、有効画素転送パルスφＲのクロック周波数の２倍である場合、残存電荷の排出をより多くすることができるため、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を防止することができる。

このとき、ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、ブルーミングにより信号電荷が溢れたときに発生する擬信号が出現する画素数から求められる時定数に基づいて決定されるものであってもよい。すると、第２ダミー画素転送期間ＤＲ２において、実際に擬信号が生じてしまう画素数分だけ（図５（Ｂ）参照）パルス数を出力することができるようなクロック周波数に設定することができるため、ブルーミングおよびスミアによる画質の劣化を生じる画素に対し、確実に残存電荷の除去を行うことができる。

本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されない。たとえば図２、図３において、複数のイメージセンサ２２Ａ〜２２Ｅを用いたラインセンサ２０の場合について例示しているが、１つのイメージセンサを用いたラインセンサ２０の場合であっても上述した駆動制御装置４０を適用することができる。

本発明の画像読取装置の好ましい実施の形態を示す構成因 図１のラインセンサの構成例を示す模式図 図１のラインセンサの構成例を示す模式図 イメージセンサの一例を示す模式図 イメージセンサで読み取られた放射線画像のノイズの発生状態を示す模式図 図１の駆動制御装置が発生する各種パルスの一例を示すグラフ 従来の駆動制御装置が発生する各種パルスの一例を示すクラフ

符号の説明

１ 画像読取装置
２０ ラインセンサ
２１Ｄダミー画素
２１Ｒ有効画素
２２Ａ〜２２Ｅイメージセンサ
４０ 駆動制御装置
５０ 蓄積性蛍光体シート
ＤＲ 有効画素転送期間
ＤＲ２ 第２ダミー画素転送期間
φＤ１ 第１ダミー画素転送パルス
φＤ２ 第２ダミー画素転送パルス

Claims (5)

1. 複数の有効画素と複数のダミー画素とを直線上に配列したイメージセンサから前記各有効画素に蓄積された信号電荷を転送部からシフト転送させる駆動制御装置において、
   前記有効画素から信号電荷の読取を行う有効画素転送期間に有効画素転送パルスを前記転送部に出力し、
   前記有効画素転送期間経過後であって前記ダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、前記有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを前記転送部に出力するものであり、
   前記ダミー画素転送期間が、前記ダミー画素転送パルスを前記有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときの前記ダミー画素数分のパルス数を出力するのに必要な期間と等しくなるように設定されているものであることを特徴とするイメージセンサの駆動制御装置。
2. 前記ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、前記有効画素転送パルスのクロック周波数の２倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサの駆動制御装置。
3. 前記ダミー画素転送パルスのクロック周波数が、ブルーミングにより信号電荷が溢れたときに発生する擬信号が出現する画素数から求められる時定数に基づいて決定されるものであることを特徴とする諸求項１または２に記載のイメージセンサの駆動制御装置。
4. 放射線源から被写体に照射され該被写体を透過した放射線を放射線画像として記録した蓄積性蛍光体シートヘの励起光の照射により、該蓄積性蛍光体シートから発せられる輝尽発光光をラインセンサにより検出して放射線画像を取得する画像読取装置において、
   前記ラインセンサが、複数の有効画素と複数のダミー画素と、該複数の有効画素から信号電荷を転送部とを備えたイメージセンサと、前記各有効画素に蓄積された信号電荷を転送部からシフト転送させる駆動制御装置とを備えたものであり、
   該駆動制御装置が、
   前記有効画素から信号電荷の読取を行う有効画素転送期間に有効画素転送パルスを出力し、
   前記有効画素転送期間経過後であって前記ダミー画素から信号電荷の読取を行うダミー画素転送期間に、前記有効画素転送パルスよりもクロック周波数が高いダミー画素転送パルスを出力するものであり、
   前記ダミー画素転送期間が、前記ダミー画素転送パルスを前記有効画素読取パルスのクロック周波数にしたときの前記ダミー画素数分のパルス数を出力するのに必要な期間と等しくなるように設定されているものであることを特徴とする画像読取装置。
5. 前記ラインセンサが、複数のイメージセンサを有するものであることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。