JP2007306481A - Light or radiation imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、医療分野や非破壊検査、RI(Radio Isotope)検査、および光学検査などの産業分野などに用いられる光または放射線撮像装置に係り、特に、光または放射線を検出する検出素子からの電荷信号を読み出す技術に関する。 The present invention relates to a light or radiation imaging apparatus used in the medical field, industrial fields such as non-destructive inspection, RI (Radio Isotope) inspection, and optical inspection, and in particular, charge from a detection element that detects light or radiation. The present invention relates to a technique for reading a signal.
従来、検出された光または放射線に基づいて撮像を行う撮像装置は、光または放射線を検出する光または放射線検出器を備えている。ここで、X線検出器を例に採って説明する。X線検出器はX線感応型のX線変換層(X線変換膜)を備えており、X線の入射によりX線変換層はキャリア(電荷信号)に変換し、その変換された電荷信号を読み出すことでX線を検出する。このX線変換層としてはアモルファスセレン(a−Se)膜が用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging apparatus that performs imaging based on detected light or radiation includes a light or radiation detector that detects light or radiation. Here, an X-ray detector will be described as an example. The X-ray detector includes an X-ray sensitive X-ray conversion layer (X-ray conversion film). The X-ray conversion layer is converted into a carrier (charge signal) by the incidence of X-rays, and the converted charge signal X-rays are detected by reading. As this X-ray conversion layer, an amorphous selenium (a-Se) film is used.
被検体MにX線を照射してX線撮像を行う場合には、被検体Mを透過したX線像がアモルファスセレン膜上に投影されて、像の濃淡に比例した電荷信号が膜内に発生する。その後、膜内で生成された電荷信号が、2次元状に配列されたキャリア収集電極に収集されて、所定時間(「蓄積時間」と呼ばれる)分だけ積分された後、薄膜トランジスタ(TFT)を経由して外部に読み出される。また、このようなX線検出器を製造するには、2次元状に配列された薄膜トランジスタ(TFT)からなるスイッチング素子や上述したキャリア収集電極などをパターン形成したガラス基板(絶縁基板)上に、アモルファスセレン膜を蒸着することで得られる。 When X-ray imaging is performed by irradiating the subject M with X-rays, an X-ray image transmitted through the subject M is projected onto the amorphous selenium film, and a charge signal proportional to the density of the image is generated in the film. appear. After that, the charge signal generated in the film is collected by the two-dimensionally arranged carrier collecting electrodes, integrated for a predetermined time (called “accumulation time”), and then passed through the thin film transistor (TFT). And read out to the outside. Further, in order to manufacture such an X-ray detector, on a glass substrate (insulating substrate) on which a switching element composed of two-dimensionally arranged thin film transistors (TFTs) or the above-described carrier collecting electrode is patterned, It can be obtained by depositing an amorphous selenium film.
さらに、X線検出器は、例えば、X線変換層で変換された電荷信号を電圧信号に変換する電荷検出増幅回路(CSA:Charge Sensitive Amplifier)、電荷検出増幅回路からの電圧信号を増幅する信号増幅回路、信号増幅回路から出力される電圧信号をサンプリングし、このサンプリングされた電圧信号を保持(ホールド)し、出力するサンプルホールド回路などを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。また、X線検出器(2次元固体センサ)の複数のアンプから出力された画像信号をアナログマルチプレクサにより時分割し、さらに、この時分割されたアナログ信号をA/D変換器でデジタル信号に変換するものがある。
しかしながら、従来の光または放射線撮像装置では、次のような問題がある。すなわち、A/D変換器にノイズが含まれたアナログの電圧信号が入力された場合には、このノイズの影響を受けたデジタル信号が出力される。つまり、このノイズの影響を受けたデジタル信号に基づいて画像処理された場合には、精度の高い画像を得ることができないという問題がある。 However, the conventional light or radiation imaging apparatus has the following problems. That is, when an analog voltage signal including noise is input to the A / D converter, a digital signal affected by the noise is output. That is, when image processing is performed based on the digital signal affected by the noise, there is a problem that a highly accurate image cannot be obtained.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ノイズの影響を低減させたデジタル信号に基づいた精度の高い画像を得ることができる光または放射線撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a light or radiation imaging apparatus capable of obtaining a highly accurate image based on a digital signal in which the influence of noise is reduced. And
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の光または放射線撮像装置の発明は、
(A)光または放射線に感応して電荷信号を出力する複数の検出手段と、(B)前記複数の検出手段から出力された、それぞれの電荷信号を電圧信号に変換する複数の電荷電圧変換手段と、(C)前記複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力するマルチプレクサと、(D)前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換するA/D変換手段と、(E)前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号を用いて、演算を行う演算手段と、(F)前記検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う第1の制御手段と、を備え、(G)前記演算手段は、前記第1の制御手段が前記検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、前記第1の制御手段が前記検出手段に対して制御を終了した直後に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算することを特徴とするものである。
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration.
That is, the invention of the light or radiation imaging apparatus according to
(A) a plurality of detection means for outputting a charge signal in response to light or radiation, and (B) a plurality of charge-voltage conversion means for converting each charge signal output from the plurality of detection means into a voltage signal. (C) Each voltage signal converted by the plurality of charge voltage conversion means is input, the input voltage signals are temporally switched in a predetermined order, and converted by different charge voltage conversion means. (D) a digital time-division signal obtained by sampling each voltage signal of the time-division signal output from the multiplexer at a predetermined timing. A / D conversion means for converting each of the voltage signals, and (E) calculation means for performing calculation using each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means, F) first control means for controlling the detection means to output a charge signal, and (G) the arithmetic means starts control of the detection means by the first control means. Immediately before, the offset signal that is each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means, and immediately after the first control means finishes controlling the detection means, The main signal which is each voltage signal of the digital time division signal converted by the A / D conversion means is input, and in each voltage signal of the digital time division signal converted by the A / D conversion means, all The voltage signals of all offset signals are subtracted from the voltage signal of the main signal.
[作用・効果]請求項1の発明の作用は次のとおりである。
まず、検出手段に光または放射線が入射された場合に、検出手段は、この入射された光または放射線に感応して電荷信号を出力する。さらに、検出手段から出力された電荷信号は、電荷電圧変換手段で電圧信号に変換される。また、マルチプレクサは、複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換手段に出力する。さらに、A/D変換手段は、マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、この各電圧信号を用いて、演算手段で演算が行われる。
[Operation and Effect] The operation of the invention of
First, when light or radiation is incident on the detection means, the detection means outputs a charge signal in response to the incident light or radiation. Further, the charge signal output from the detection means is converted into a voltage signal by the charge voltage conversion means. Further, the multiplexer inputs each voltage signal converted by the plurality of charge voltage conversion means, temporally switches each input voltage signal in a predetermined order, and is converted by each of the different charge voltage conversion means. Each voltage signal is output to the A / D conversion means as a time-division signal that is bundled one by one. Furthermore, the A / D conversion means samples each voltage signal of the time division signal output from the multiplexer at a predetermined timing and converts it into each voltage signal of the digital time division signal, and uses each voltage signal. The calculation is performed by the calculation means.
ここで、第1の制御手段は、検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行い、さらに、演算手段は、第1の制御手段が検出手段に対して制御を開始する直前に、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、第1の制御手段が検出手段に対して制御を終了した直後に、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。 Here, the first control means performs control for causing the detection means to output a charge signal, and the calculation means performs A / A immediately before the first control means starts control of the detection means. The offset signal, which is each voltage signal of the digital time-division signal converted by the D conversion means, and the digital signal converted by the A / D conversion means immediately after the first control means finishes controlling the detection means. The main signal, which is each voltage signal of the time-division signal, is input, and in each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means, all offsets from the voltage signals of all main signals Subtract the voltage signal of the signal.
したがって、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。つまり、主信号に含まれているノイズ成分の信号を低減させることができ、このノイズの影響を低減させたデジタル信号に基づいた精度の高い画像を得ることができる。 Therefore, the voltage signals of all offset signals are subtracted from the voltage signals of all main signals in each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means. That is, the noise component signal included in the main signal can be reduced, and a highly accurate image based on the digital signal in which the influence of the noise is reduced can be obtained.
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の光または放射線検出装置において、前記マルチプレクサに対して複数の時分割信号を出力させる制御を行う第2の制御手段を備えていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the light or radiation detection apparatus according to the first aspect, further comprising second control means for controlling the multiplexer to output a plurality of time division signals. It is what.
[作用・効果]請求項2の発明によれば、第2の制御手段の制御に基づいて、マルチプレクサからは、各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた複数の時分割信号が出力される。さらに、A/D変換手段では、これら複数の時分割信号をデジタル信号に変換する。つまり、A/D変換手段では、時間的に離れた複数の時分割信号の各電圧信号を入力することになる。したがって、時間的に変動するノイズ(低周波成分)についての影響も低減させることができ、この時間的に変動するノイズを低減させたデジタル信号に基づく精度の高い画像を得ることができる。
[Operation / Effect] According to the invention of
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の光または放射線撮像装置において、前記複数の電荷電圧変換手段と前記マルチプレクサとの間には、前記複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号について、高周波帯域成分の信号の通過を制限し、コンデンサを有するローパスフィルタと、当該ローパスフィルタを通過した各電圧信号を増幅する複数の信号増幅手段と、前記複数の信号増幅手段を初期化状態および増幅状態のいずれかの状態にさせる制御を行う第3の制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the light or radiation imaging apparatus according to the first or second aspect, wherein the plurality of charge voltage conversion units are provided between the plurality of charge voltage conversion units and the multiplexer. For each converted voltage signal, the passage of the signal of the high frequency band component is restricted, a low pass filter having a capacitor, a plurality of signal amplifying means for amplifying each voltage signal passing through the low pass filter, and the plurality of signal amplifications And third control means for performing control to bring the means into either the initialization state or the amplification state.
[作用・効果]請求項3の発明によれば、電圧変換手段で変換された各電圧信号であるアナログ信号は、ローパスフィルタにより高周波ノイズ(周波帯域成分の信号)の通過が制限され、信号増幅手段にて増幅されることになる。また、第3の制御手段の制御により信号増幅手段を初期化状態から増幅状態にすることができる。ここで、信号増幅手段の初期化状態においては、信号増幅手段に入力されているノイズの電気信号がコンデンサにより蓄積(記憶)される。信号増幅手段を増幅状態にすると、電荷電圧変換手段で変換されたノイズを含んだ電圧信号が信号増幅手段に入力されることになる。ここで、信号増幅手段は、ノイズを含んだ電荷電圧変換手段で変換された電圧信号から、信号増幅手段の初期化状態で蓄積された電気信号の差分を取ったものを出力する。したがって、信号増幅手段は、電荷電圧変換手段で変換されたノイズを含んだ電圧信号からノイズを除去することができ、電荷電圧変換手段から出力されたアナログの電圧信号に含まれノイズについての影響を低減させることができ、精度の高い画像を得ることができる。
[Operation / Effect] According to the invention of
また、請求項4に記載の光または放射線撮像装置の発明は、光または放射線に感応して電荷信号を出力する複数の検出手段と、前記複数の検出手段から出力された、それぞれの電荷信号を電圧信号に変換する複数の電荷電圧変換手段と、前記複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号について、高周波帯域成分の信号の通過を制限し、コンデンサを有するローパスフィルタと、当該ローパスフィルタを通過した各電圧信号を増幅する複数の信号増幅手段と、前記複数の信号増幅手段を初期化状態および増幅状態のいずれかの状態にさせる制御を行う第3の制御手段と、前記信号増幅手段で増幅された各電圧信号を、サンプリングし所定の時間において保持し、出力する複数の保持手段と、前記複数の保持手段で保持された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力するマルチプレクサと、前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの、時分割信号の各電圧信号に変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号を用いて、演算を行う演算手段と、前記検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う第1の制御手段と、を備え、前記演算手段は、前記第1の制御手段が前記検出手段に対して制御を開始する直前に、前記保持手段で保持された各電圧信号に基づいて、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、前記第1の制御手段が前記検出手段に対して制御を終了した直後に、前記保持手段で保持された各電圧信号に基づいて、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light or radiation imaging device according to a fourth aspect of the present invention, wherein a plurality of detection means for outputting a charge signal in response to light or radiation, and the respective charge signals output from the plurality of detection means. A plurality of charge-voltage conversion means for converting to a voltage signal; a low-pass filter having a capacitor for restricting the passage of a signal of a high-frequency band component for each voltage signal converted by the plurality of charge-voltage conversion means; and the low-pass filter A plurality of signal amplifying means for amplifying each voltage signal that has passed through, a third control means for controlling the plurality of signal amplifying means to either an initialization state or an amplification state, and the signal amplification means A plurality of holding means for sampling, holding and outputting each voltage signal amplified at a predetermined time, and each voltage signal held by the plurality of holding means Each of the input voltage signals is temporally switched in a predetermined order, and a multiplexer that outputs each of the voltage signals converted by different charge voltage conversion means as a time-division signal, Each voltage signal of the time division signal output from the multiplexer is sampled at a predetermined timing and converted into a digital time division signal voltage signal, and converted by the A / D conversion means. And a first control means for controlling the detection means to output a charge signal using each voltage signal of the digital time-division signal. The calculation means comprises: The digital signal converted by the A / D conversion unit based on each voltage signal held by the holding unit immediately before the first control unit starts controlling the detection unit. Based on the offset signal, which is each voltage signal of the time-division signal, and each voltage signal held by the holding means immediately after the first control means finishes controlling the detection means. The main signal, which is each voltage signal of the digital time-division signal converted by the / D conversion means, is input, and in each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means, The voltage signals of all offset signals are subtracted from the voltage signal of the main signal.
[作用・効果]請求項4の発明によれば、
まず、検出手段に光または放射線が入射された場合に、検出手段は、この入射された光または放射線に感応して電荷信号を出力する。さらに、検出手段から出力された電荷信号は、電荷電圧変換手段で電圧信号に変換される、この電圧信号は、ローパスフィルタを通過し、信号増幅手段で各電圧信号を増幅する。また、保持手段は、信号増幅手段で増幅された各電圧信号を、サンプリングし所定の時間において保持し、マルチプレクサに出力する。マルチプレクサは、複数の保持手段で保持された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号を出力する。A/D変換手段では、マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換され、この各電圧信号を用いて、演算手段で演算が行われる。
[Operation / Effect] According to the invention of
First, when light or radiation is incident on the detection means, the detection means outputs a charge signal in response to the incident light or radiation. Further, the charge signal output from the detection means is converted into a voltage signal by the charge voltage conversion means. This voltage signal passes through the low-pass filter, and each voltage signal is amplified by the signal amplification means. The holding means samples each voltage signal amplified by the signal amplifying means, holds the voltage signal for a predetermined time, and outputs it to the multiplexer. The multiplexer inputs each voltage signal held by a plurality of holding means, temporally switches the inputted voltage signals in a predetermined order, and converts each voltage signal converted by each of different charge voltage conversion means. A time-division signal that is bundled one by one is output. In the A / D conversion means, each voltage signal of the time division signal output from the multiplexer is sampled at a predetermined timing and converted into each voltage signal of a digital time division signal, and an operation is performed using each voltage signal. Calculation is performed by means.
ここで、第1の制御手段は、検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行い、さらに、演算手段は、第1の制御手段が検出手段に対して制御を開始する直前に、保持手段で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、第1の制御手段が前記検出手段に対して制御を終了した直後に、保持手段で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。
Here, the first control means performs control to output a charge signal to the detection means, and the calculation means further holds the holding means immediately before the first control means starts control of the detection means. Based on each voltage signal held in
したがって、複数の信号増幅手段とマルチプレクサとの間に保持手段が備えられているので、第1の制御手段が検出手段に対して制御を開始する直前に、保持手段で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換手段でデジタルの各電圧信号に変換することができる。つまり、A/D変換手段は、第1の制御手段が検出手段に対して制御を開始した後から終了するまで期間においても、保持手段で保持された各電圧信号をデジタルの各電圧信号に変換することができる。したがって、動作が多重化(パイプライン化)され、第1の制御手段が検出手段に対して制御を開始した後から終了するまで期間を有効に利用することができ、A/D変換手段での処理を迅速に行うことができる。 Accordingly, since the holding means is provided between the plurality of signal amplifying means and the multiplexer, each voltage signal held by the holding means is set immediately before the first control means starts controlling the detection means. Based on this, it can be converted into digital voltage signals by the A / D conversion means. That is, the A / D conversion means converts each voltage signal held by the holding means into each digital voltage signal during the period from when the first control means starts to control the detection means until the end. can do. Therefore, the operation can be multiplexed (pipelined), and the period can be used effectively after the first control means starts controlling the detection means until it ends, and the A / D conversion means Processing can be performed quickly.
電圧変換手段で変換された各電圧信号であるアナログ信号は、ローパスフィルタにより高周波ノイズ(周波帯域成分の信号)の通過が制限され、信号増幅手段にて増幅されることになる。また、第3の制御手段の制御により信号増幅手段を初期化状態から増幅状態にすることができる。ここで、信号増幅手段の初期化状態においては、信号増幅手段に入力されているノイズの電気信号がコンデンサにより蓄積(記憶)される。信号増幅手段を増幅状態にすると、電荷電圧変換手段で変換されたノイズを含んだ電圧信号が信号増幅手段に入力されることになる。ここで、信号増幅手段は、ノイズを含んだ電荷電圧変換手段で変換された電圧信号から、信号増幅手段の初期化状態で蓄積された電気信号の差分を取ったものを出力する。したがって、信号増幅手段は、電荷電圧変換手段で変換されたノイズを含んだ電圧信号からノイズを除去することができ、電荷電圧変換手段から出力されたアナログの電圧信号に含まれノイズについての影響を低減させることができ、精度の高い画像を得ることができる。 The analog signal, which is each voltage signal converted by the voltage conversion means, is restricted by the low-pass filter from passing high-frequency noise (frequency band component signal) and amplified by the signal amplification means. Further, the signal amplifying means can be changed from the initialized state to the amplified state under the control of the third control means. Here, in the initialized state of the signal amplifying means, the noise electric signal input to the signal amplifying means is accumulated (stored) by the capacitor. When the signal amplifying means is set in an amplified state, a voltage signal including noise converted by the charge voltage converting means is input to the signal amplifying means. Here, the signal amplifying means outputs a signal obtained by taking the difference between the electric signals accumulated in the initialization state of the signal amplifying means from the voltage signal converted by the charge voltage converting means including noise. Therefore, the signal amplifying means can remove noise from the voltage signal including noise converted by the charge voltage converting means, and the influence of the noise included in the analog voltage signal output from the charge voltage converting means can be reduced. The image can be reduced and a highly accurate image can be obtained.
また、請求項5の発明は、請求項1から4のいずれか一つに記載の光または放射線撮像装置において、前記A/D変換手段は、前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで複数のサンプリング行うことを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical or radiation imaging apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the A / D converter is a voltage signal of the time-division signal output from the multiplexer. Is characterized by performing a plurality of samplings at a predetermined timing.
[作用・効果]請求項5の発明によれば、A/D変換手段は、マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで複数のサンプリング行う。つまり、A/D変換手段では、時間的に近い電圧信号を、複数のサンプリング行う。したがって、短い時間で変動するノイズ(高周波成分)についての影響も低減させることができ、この短い時間で変動するノイズを低減させたデジタル信号に基づく精度の高い画像を得ることができる。
[Operation and Effect] According to the invention of
本発明によれば、A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。つまり、主信号に含まれているノイズ成分の信号を低減させることができ、このノイズの影響を低減させたデジタル信号に基づいた精度の高い画像を得ることができる。 According to the present invention, the voltage signals of all offset signals are subtracted from the voltage signals of all main signals in each voltage signal of the digital time-division signal converted by the A / D conversion means. That is, the noise component signal included in the main signal can be reduced, and a highly accurate image based on the digital signal in which the influence of the noise is reduced can be obtained.
この実施例では、光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明する。以下、このX線撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。 In this embodiment, an X-ray imaging apparatus will be described as an example of a light or radiation imaging apparatus. Hereinafter, the X-ray imaging apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
実施例1の光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明する。以下、このX線撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1はX線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図2はX線検出器を示すブロック図である。図3はX線検出素子の構成を示す断面図である。図4は実施例1に係る電荷検出部を示すブロック図である。 As an example of the light or radiation imaging apparatus of Example 1, an X-ray imaging apparatus will be described. Hereinafter, the X-ray imaging apparatus will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the X-ray imaging apparatus. FIG. 2 is a block diagram showing the X-ray detector. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the X-ray detection element. FIG. 4 is a block diagram illustrating the charge detection unit according to the first embodiment.
図1に示すように、X線撮像装置は、撮像対象である被検体MにX線を照射するX線管1と、被検体Mを載置させる天板2と、被検体Mを透過したX線量に応じた電荷信号に変換(X線を電荷信号として検出)し、さらに、この電荷信号を電圧信号に変換して出力するX線検出器3と、X線検出器3から出力された電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するA/D変換器4と、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号を処理して画像化する画像処理部5と、X線撮影に関する種々の制御を行う主制御部6と、主制御部6での制御に基づいて管電圧や管電流を発生させX線管1を制御するX線管制御部7と、X線撮影に関する入力設定を行うことが可能な入力部8、画像処理部5で処理されて得られたX線画像などを表示する表示部9、画像処理部5で処理されて得られたX線画像などを記憶する記憶部10、などを備えている。さらに、X線撮像装置の各部構成を詳細に説明する。なお、上述した、A/D変換器4は本発明におけるA/D変換手段に相当する。
As shown in FIG. 1, the X-ray imaging apparatus transmits an
X線管1は、天板2に載置されている被検体Mを挟んでX線検出器3と対向するように配置されている。また、X線検出器3は、図2に示すように、複数のX線検出素子11、X線検出制御部12、ゲートドライバ部13、アンプアレイ部14、マルチプレクサ36とが備えられている。これら複数のX線検出素子11は、ゲート線GL1〜GL5によりゲートドライバ部13と接続し、データ線DL1〜DL5によりアンプアレイ部14と接続されている。さらに、アンプアレイ部14は、マルチプレクサ36と接続されている。また、X線検出制御部12はゲートドライバ部13とアンプアレイ部14とに接続されている。
The
X線検出素子11は、入射されたX線に感応して電荷信号を出力するものであり、X線が入射されるX線検出面Sに縦横の2次元マトリックス状に配列されている構成となっている。例えば、実際のX線検出面Sには、X線検出素子11が縦4096×横4096程度の2次元マトリックス状に配列されているものが用いられている。なお、図2においては、X線検出素子11が縦5×横5の2次元マトリックス状に配列したものを一例として図示している。また、X線検出素子11は、図3に示すように、高電圧のバイアス電圧を印加するための共通電極15と、入射したX線を電荷信号に変換するX線変換層16と、X線変換層16で変換された電荷信号を収集,蓄積,読み出し(出力)を行うアクティブマトリックス基板17と、を備えている。
The
X線変換層16は、X線感応型半導体からなり、例えば、アモルファスセレン(a−Se)が、このX線変換層16の表面へ面状に積層形成されている。また、X線変換層16にX線が入射すると、このX線のエネルギーに比例した所定個数のキャリア(電荷信号)が直接生成される構成(直接変換型)となっている。
The
アクティブマトリックス基板17は、図3に示すように、ガラス基板18が設けられ、さらに、このガラス基板18上には、共通電極15からバイアス電圧が印加されたことに基づいて、X線変換層16で変換された電荷信号を収集する収集電極19、収集電極19で収集された電荷信号を蓄積するコンデンサ20、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)21、ゲートドライバ部13から薄膜トランジスタ21を制御するためのゲート線GL1〜GL5、薄膜トランジスタ21から電荷信号が読み出されるデータ線DL1〜DL5、とを設けている。なお、上述した、X線検出素子11は、本発明における検出手段に相当する。
As shown in FIG. 3, the
次に、X線検出制御部12は、主制御部6(図1参照)から制御され、図2に示すように、ゲートドライバ部13とアンプアレイ部14とマルチプレクサ36とを統括制御するものであり、全X線検出素子11で検出された電荷信号を順次選択的にアンプアレイ部14から取り出し、さらに、マルチプレクサ36から順次出力させる制御を行うものである。具体的にはX線検出制御部12は、ゲートドライバ部13の動作を開始させるゲート動作信号と、アンプアレイ部14の動作を開始させるアンプ動作信号と、マルチプレクサ36の動作を制御するマルチプレクサ制御信号を出力する構成となっている。なお、上述した、X線検出制御部12は、本発明におけるゲートドライバ部13の動作を開始させ、X線検出素子11に対して電荷信号を出力させる制御を行う第1の制御手段と、マルチプレクサ36に対して複数の時分割信号を出力させる制御を行う第2の制御手段とに相当する。
Next, the X-ray
次に、ゲートドライバ部13は、全X線検出素子11で検出された電荷信号を順次選択的に取り出すために、各X線検出素子11の薄膜トランジスタ21を動作させるものである。詳細には、ゲートドライバ部13は、X線検出制御部12からのゲート動作信号に基づいて、X線検出素子11の横列毎のゲート線GL1〜GL5が順次選択的に動作され、この動作された列内のX線検出素子11の薄膜トランジスタ21が一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサ20に蓄積された電荷信号がデータ線DL1〜DL5を通りアンプアレイ部14に出力される構成となっている。
Next, the
次に、アンプアレイ部14は、図2に示すように、X線検出素子11の縦列毎のデータ線DL1〜DL5に対応した数(図2では5つ)の電荷検出部30が備えられている。さらに、各電荷検出部30は、図4に示すように、各X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路(CSA:Charge Sensitive Amplifier)31を備えている。なお、上述した、電荷検出増幅回路31は本発明における電荷電圧変換手段に相当する。
Next, as shown in FIG. 2, the
また、図2に示すアンプアレイ部14内の電荷検出部30は、X線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて動作する構成となっている。具体的には、X線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて、図4に示す電荷検出部30の電荷検出増幅回路31は電荷信号を電圧信号に変換し、マルチプレクサ36に出力するものである。
The
さらに、電荷検出部30の電気的構成について、図4を用いて詳細に説明する。図4に示すように、電荷検出部30の電荷検出増幅回路31は、増幅素子であり、反転入力端子がデータ線DL1〜DL5に接続された演算増幅器A1と、この演算増幅器A1の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサCf1と、この帰還コンデンサCf1に並列に設けられたスイッチSW1と、を備えている。また、演算増幅器A1の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが印加されている。なお、基準電圧Vrefは、接地レベル(0[V])である。
Furthermore, the electrical configuration of the
また、スイッチSW1は、X線検出制御部12からの制御に基づいて、導通状態および遮断状態に変化するものである。具体的には、スイッチSW1はX線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW1が導通状態の場合には、帰還コンデンサCf1に蓄積された電荷(電荷信号)が放電され、帰還コンデンサCf1がリセットされた状態となり、電荷検出増幅回路31が初期化された状態となる。さらに、所定の時間経過後に、スイッチSW1が遮断状態、つまり、初期化状態が解除された時点以降にデータ線DL1〜DL5から入力された電荷信号が蓄積される。したがって、電荷検出増幅回路31は、初期化状態が解除された時点以降に入力された電荷信号に応じた電圧を出力する構成となっている。
Further, the switch SW1 changes to a conductive state and a cut-off state based on the control from the X-ray
次に、図2に示すように、マルチプレクサ36は、電荷検出部30の数に対応した数のスイッチS1〜S5(図2では5つ)が設けられている。また、X線検出制御部12からのマルチプレクサ制御信号に基づいて、順次スイッチS1〜S5のいずれか一つをON状態に切換えて、電荷検出部30(ここでは、5つ)から出力される各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号として、図4に示すA/D変換器4に出力する構成となっている。
Next, as shown in FIG. 2, the
次に、A/D変換器4は、マルチプレクサ36からの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部5の演算部37に出力するものである。
Next, the A /
演算部37は内部にメモリを設け、このメモリにA/D変換器4から出力されたデジタルの時分割信号の各電圧信号を一時的に記憶し、この記憶されたデジタルの時分割信号の各電圧信号を用いて演算を行う。具体的には、演算部37は、X線検出制御部12がゲートドライバ部13の動作を開始させるゲート動作信号を出力させ、このゲートドライバ部13がX線検出素子11に対して制御を開始する直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、X線検出制御部12がゲートドライバ部13の動作を開始させるゲート動作信号を出力させ、このゲートドライバ部13がX線検出素子11に対して制御を終了した直後に、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換手段で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。なお、上述した、演算部37は本発明における演算手段に相当する。
The
次に、この実施例1でのX線撮像装置でX線撮像が実行される場合の動作を、図1〜5を用いて説明する。図5は、実施例1に係るX線検出制御部の制御とA/D変換器に電圧信号が入力されるタイミングを説明する図である。まず、図1〜3に示すように、入力部8でのX線撮像開始の指示がされると、主制御部6は、X線管制御部7とX線検出器3のX線検出制御部12とが制御される。X線管制御部7は、主制御部6からの制御に基づいて管電圧や管電流を発生させX線管1を制御し、X線管1からX線が被検体Mに照射される。さらに、被検体Mを透過したX線は、X線検出器3のX線検出素子11により被検体Mを透過したX線量に応じた電荷信号に変換され、コンデンサ20により蓄積される。
Next, operations when X-ray imaging is executed by the X-ray imaging apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram illustrating the control of the X-ray detection control unit according to the first embodiment and the timing at which the voltage signal is input to the A / D converter. First, as shown in FIGS. 1 to 3, when an instruction to start X-ray imaging is given at the input unit 8, the
次に、X線検出器3のX線検出制御部12は、主制御部6(図1参照)からの制御に基づいて、図2に示すように、まず、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31に対してアンプ動作信号を出力させる制御を行い、さらにその後に、X線検出制御部12は、ゲートドライバ部13に対してゲート動作信号を出力させる制御を行う。ここで、アンプ動作信号が出力されてからゲート動作信号の出力が開始される直前までの期間において、X線検出制御部12は、マルチプレクサ制御信号をマルチプレクサ36に出力し、図2で示されるマルチプレクサ36のスイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作を複数(例えば、2回)繰り返す制御を行い、マルチプレクサ36は、図5の「マルチプレクサCH選択」に示された、全ての電荷検出部30(例えば、1から5までの数字で示された5つ)から出力される各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号を2つ、A/D変換器4に出力する。
Next, as shown in FIG. 2, the X-ray
さらに、A/D変換器4では、マルチプレクサ36から出力された2つの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで複数(例えば、2回)のサンプリングが行われる。例えば、図5に示す「A/D変換器 IN」に示される「×」のタイミングでサンプリングが行われ、各電圧信号において2回サンプリングが行われ、このサンプリングが行われたアナログの各電圧信号を順次、デジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部の5の演算部37に出力する。この演算部37に入力されたデジタルの時分割信号の各電圧信号は、演算部37のメモリに一時的にオフセット信号として記憶される。
Further, in the A /
次に、X線検出器3のX線検出制御部12は、主制御部6(図1参照)からの制御に基づいて、図5に示すように、X線検出制御部12がゲートドライバ部13の動作を開始させるゲート動作信号を出力させる制御を行う。ここで、ゲート動作信号の出力が終了した直後から次のアンプ動作信号が出力されるまでの期間において、ゲートドライバ部13は、X線検出制御部12からのゲート動作信号に基づいて、X線検出素子11の横列毎の、ゲート線GL1〜GL5のいずれか一つが動作し、この動作されたゲート線に対応したX線検出素子11(例えば、5つ)で検出された電荷信号がアンプアレイ部14に入力し、さらに、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換され、マルチプレクサ36に出力する。
Next, the X-ray
さらに、X線検出制御部12は、マルチプレクサ制御信号をマルチプレクサ36に出力し、図2で示されるマルチプレクサ36のスイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切換える動作を2回繰り返す制御を行い、マルチプレクサ36は、図5の「マルチプレクサCH選択」に示された、全ての電荷検出部30(例えば、5つ)から出力される各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号を2つ、A/D変換器4に出力する。
Further, the X-ray
さらに、A/D変換器4では、マルチプレクサ36から出力された2つの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで複数(例えば、2回)のサンプリングが行われる。例えば、図5に示す「A/D変換器 IN」に示される「×」のタイミングでサンプリングが行われ、各電圧信号において2回サンプリングが行われ、このサンプリングが行われたアナログの各電圧信号を順次、デジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部の5の演算部37に出力する。この演算部37に入力されたデジタルの時分割信号の各電圧信号は、演算部37のメモリに一時的に主信号として記憶される。
Further, in the A /
次に、演算部37は、この演算部37のメモリに記憶されたオフセット信号と主信号に基づいて、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号(CH1〜CH5)において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。ここで、主信号は、X線管1からX線が被検体Mに照射され、X線検出素子11で検出された電荷信号に基づいて、A/D変換器4で変換したデジタル信号の他に、X線検出素子11からA/D変換器4までの間で発生したノイズ成分の信号に基づいて、A/D変換器4で変換したデジタル信号が含まれている。また、オフセット信号は、X線検出素子11で検出された電荷信号を出力していない状態において、A/D変換器4で変換したデジタル信号であり、ノイズ成分のみの信号である。つまり、主信号からオフセット信号を減算することで、主信号に含まれたノイズ成分の信号を除去する。
Next, the
具体的には、演算部37のメモリに記憶されたオフセット信号は、図5に示されたX1[1,1]、X1[2,1]・・・X5[1,1]、X5[2,1]とし、演算部37のメモリに記憶された主信号は、図5に示されたY1[1,1]、Y1[2,1]・・・Y5[1,1]、Y5[2,1]とすると、例えば、CH1において、
Z=(Y1[1,1]+Y1[2,1]+Y1[1,2]+Y1[2,2])/4−(X1[1,1]+X1[2,1]+X1[1,2] +X1[2,2])/4
の式に基づく演算を行うことで、CH1における、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算することができる。また、CH1以外のCH2〜CH5についても、上記演算式に、これらCH2〜CH5に対応した電圧信号を代入することで、CH2〜CH5における、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算することができる。なお、例えば、X1[2,1]において、「X」は、オフセット信号を示し、「X1」の下付き文字の「1」は、CH1〜CH5のうちの、CH1の電圧信号であることを示し、 [2,1]の「2」は、同じCH1〜CH5内において2回のサンプリングのうち、2つ目のサンプリングであることを示し、[2,1]の「1」は、2つある時分割信号のうち、1つ目の時分割信号であることを示す。また、「X」の代わりに「Y」である場合には、主信号であることを示す。
Specifically, the offset signals stored in the memory of the
Z = (Y 1 [1,1] + Y 1 [2,1] + Y 1 [1,2] + Y 1 [2,2]) / 4- (X 1 [1,1] + X 1 [2,1] + X 1 [1,2] + X 1 [2,2]) / 4
By performing the calculation based on the following equation, the voltage signals of all offset signals can be subtracted from the voltage signals of all main signals in CH1. Further, for CH2 to CH5 other than CH1, by substituting voltage signals corresponding to CH2 to CH5 into the above arithmetic expression, the voltage of all offset signals from the voltage signals of all main signals in CH2 to CH5. The signal can be subtracted. For example, in X 1 [2, 1], “X” indicates an offset signal, and “ 1 ” as a subscript of “X 1 ” is a voltage signal of CH1 among CH1 to CH5. "2," in [2,1] indicates the second sampling of the two samplings within the same CH1 to CH5, and "1," in [2,1] It shows that it is the 1st time division signal among two time division signals. In addition, “Y” instead of “X” indicates a main signal.
演算部37で演算された後の演算電圧信号は、さらに画像処理部5で画像化する処理がされ、画像信号として主制御部6に入力し、さらに、主制御部6の制御により、画像処理部5で処理された画像信号を記憶部10に記憶し、表示部9で画像信号に基づくX線画像が表示される。
The calculation voltage signal calculated by the
上述したようにX線撮像装置によれば、X線検出器3のX線検出素子11にX線が入射された場合に、X線検出素子11は、この入射されたX線に感応して電荷信号を出力する。さらに、X線検出素子11から出力された電荷信号は、電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換される。また、マルチプレクサ36は、5つの電荷検出増幅回路31で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号(CH1〜CH5)をマルチプレクサ36のスイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作の制御を行い、異なる電荷検出増幅回路31のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換器4に出力する。また、マルチプレクサ36は、マルチプレクサ36のスイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作の制御を2回繰り返し、2つの時分割信号をA/D変換器4に出力する。さらに、A/D変換器4は、マルチプレクサ36から出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで2回サンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、この各電圧信号を用いて、演算部37で演算が行われる。
As described above, according to the X-ray imaging apparatus, when X-rays are incident on the
ここで、X線検出制御部12は、X線検出素子11に対して電荷信号を出力させる制御を行い、さらに、演算部37は、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を開始する直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を終了した直後に、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。
Here, the X-ray
したがって、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。つまり、主信号に含まれているノイズ成分の信号を低減させることができ、このノイズの影響を低減させたデジタル信号に基づいた精度の高い画像を得ることができる。
Therefore, in each voltage signal of the digital time division signal converted by the A /
また、X線検出制御部12の制御に基づいて、マルチプレクサ36からは、各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷検出増幅回路31のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた2つの時分割信号が出力される。さらに、A/D変換器4では、これら2つのの時分割信号をデジタル信号に変換する。つまり、A/D変換器4では、時間的に離れた複数の時分割信号の各電圧信号を入力することになる。したがって、時間的に変動するノイズ(低周波成分)についての影響も低減させることができ、この時間的に変動するノイズを低減させたデジタル信号に基づく精度の高い画像を得ることができる。
Further, based on the control of the X-ray
また、A/D変換器4は、マルチプレクサ36から出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで2回のサンプリング行う。つまり、A/D変換器4では、時間的に近い電圧信号を、複数のサンプリング行う。したがって、短い時間で変動するノイズ(高周波成分)についての影響も低減させることができ、この短い時間で変動するノイズを低減させたデジタル信号に基づく精度の高い画像を得ることができる。
The A /
実施例2の光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明する。以下、このX線撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。図6は実施例2に係る電荷検出部を示すブロック図である。なお、上述した実施例1と同様の構成については、詳細な説明を省略する。 An example of the light or radiation imaging apparatus of Example 2 will be described using an X-ray imaging apparatus. Hereinafter, the X-ray imaging apparatus will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram illustrating the charge detection unit according to the second embodiment. Detailed description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
実施例2の電荷検出部30は、図6に示すように、各X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路31と、この電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号のうち、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタ34と、ローパスフィルタ34の一部であるコンデンサCS1と結合し、当該ローパスフィルタ34を通過した各電圧信号を、増幅素子A2を用いて増幅する信号増幅回路32と、信号増幅回路32を初期化状態および増幅状態のいずれかの状態にさせる制御を行うX線検出制御部12と、を備えている。なお、上述した、信号増幅回路32は、本発明における信号増幅手段に相当する。
As shown in FIG. 6, the
さらに、ローパスフィルタ34は、電荷検出増幅回路31の演算増幅器A1の出力端と直列に接続された抵抗RS1と、この抵抗RS1に直列に接続された入力コンデンサCS1により形成されるものであり、このローパスフィルタ34により、高周波帯域成分の信号の通過を制限した状態で電圧信号を信号増幅回路32に出力される構成である。なお、入力コンデンサCS1は、ローパスフィルタ34および信号増幅回路32の構成の一部である。
Furthermore, the low-
信号増幅回路32は、増幅素子の一つであり、コンデンサ帰還の反転増幅器である演算増幅器A2と、この演算増幅器A2の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサCf2と、この帰還コンデンサCf2に並列に設けられたスイッチSW2と、演算増幅器A2の反転入力端子に一端が接続された入力コンデンサCS1と、を備えている。また、演算増幅器A2の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが印加されている。
また、ローパスフィルタ34および信号増幅回路32における時定数τ=CS1RS1は、マルチプレクサ36から出力される一つの時分割信号を読み出す時間TRMは、TRM>=τとなっている。
The time constant τ = C S1 R S1 in the low-
また、スイッチSW2は、X線検出制御部12からの制御に基づいて、導通状態および遮断状態に変化するものである。具体的には、スイッチSW2はX線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW2が導通状態の場合には、帰還コンデンサCf2に残留された電荷が放電され、帰還コンデンサCf2がリセットされた状態となり、信号増幅回路32が初期化された初期化状態となる。さらに、所定の時間経過後に、スイッチSW2が遮断状態になると、信号増幅回路32は、倍率MA=|CS1/Cf2|で、入力された電圧信号を反転増幅して出力する増幅状態となる構成となっている。なお、上述した、X線検出制御部12は、本発明における第3の制御手段に相当する。
Further, the switch SW2 changes to a conductive state and a cut-off state based on the control from the X-ray
次に、この実施例2のX線撮像装置における電荷検出部30の動作を、図2および図6を用いて説明する。X線検出器3のX線検出制御部12は、主制御部6(図1参照)からの制御に基づいて、図6に示すように、電荷検出部30の電荷検出増幅回路31と信号増幅回路32とに対してアンプ動作信号を出力させる制御を行う。ここで、信号増幅回路32のスイッチSW2が導通状態となった場合には、信号増幅回路32に入力されているノイズの電気信号がコンデンサCS1により蓄積(記憶)し、初期化状態となる。さらにその後に、X線検出制御部12からスイッチSW2を遮断状態(増幅状態)とする制御がされ、さらに、X線検出制御部12は、ゲートドライバ部13に対してゲート動作信号を出力させる制御が行われると、X線管1からX線が被検体Mに照射され、X線検出素子11で検出され、電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換されたノイズを含んだ電圧信号が信号増幅回路32に入力される。ここで、この信号増幅回路32は、スイッチSW2が導通状態の場合に、コンデンサCS1により蓄積されたノイズの電気信号より増加した分の電荷信号をマルチプレクサ36に出力する。つまり、信号増幅回路32は、ノイズを含んだ電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号から、信号増幅回路32の初期化状態で蓄積された電気信号の差分を取ったものを出力する。
Next, the operation of the
また、電荷検出増幅回路31で変換された各電圧信号であるアナログ信号は、ローパスフィルタ34により高周波ノイズ(周波帯域成分の信号)の通過が制限され、信号増幅回路32にて増幅されることになる。
Further, the analog signal, which is each voltage signal converted by the charge
上述したようにX線撮像装置によれば、電荷検出増幅回路31で変換された各電圧信号であるアナログ信号は、ローパスフィルタ34により高周波ノイズ(周波帯域成分の信号)の通過が制限され、信号増幅回路32にて増幅されることになる。また、X線検出制御部12の制御により信号増幅回路32を初期化状態から増幅状態にすることができる。ここで、信号増幅回路32の初期化状態においては、信号増幅回路32に入力されているノイズの電気信号がコンデンサにより蓄積(記憶)される。信号増幅回路32を増幅状態にすると、電荷検出増幅回路31で変換されたノイズを含んだ電圧信号が信号増幅回路32に入力されることになる。ここで、信号増幅回路32は、ノイズを含んだ電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号から、信号増幅回路32の初期化状態で蓄積された電気信号の差分を取ったものを出力する。したがって、信号増幅回路32は、電荷検出増幅回路31で変換されたノイズを含んだ電圧信号からノイズを除去することができ、電荷検出増幅回路31から出力されたアナログの電圧信号に含まれノイズについての影響を低減させることができ、精度の高い画像を得ることができる。
As described above, according to the X-ray imaging apparatus, the analog signal, which is each voltage signal converted by the charge
実施例3の光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明する。以下、このX線撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。図7は実施例3に係る電荷検出部を示すブロック図であり。図8は実施例3に係るX線検出制御部の制御とA/D変換器に電圧信号が入力されるタイミングを説明する図である。なお、上述した実施例1および2と同様の構成については、詳細な説明を省略する。 An example of the light or radiation imaging apparatus of Example 3 will be described using an X-ray imaging apparatus. Hereinafter, the X-ray imaging apparatus will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram illustrating the charge detection unit according to the third embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining the control of the X-ray detection control unit according to the third embodiment and the timing at which the voltage signal is input to the A / D converter. Detailed description of the same configurations as those of the first and second embodiments will be omitted.
実施例3の電荷検出部30は、図7に示すように、各X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路31と、この電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号のうち、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタ34と、ローパスフィルタ34の一部であるコンデンサと結合し、当該ローパスフィルタ34を通過した各電圧信号を増幅する信号増幅回路32と、信号増幅回路32を初期化状態および増幅状態のいずれかの状態にさせる制御を行うX線検出制御部12と、信号増幅回路32で増幅された各電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持し、出力するサンプルホールド回路33とを備えている。
As shown in FIG. 7, the
さらに、サンプルホールド回路33は、信号増幅回路32で増幅され、ローパスフィルタ34で高周波ノイズが除去された電圧信号を入力し、この電圧信号を所定の時間においてサンプリングし、所定の時間が経過した時点での電圧信号を保持(ホールド)し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ36に出力するものである。なお、上述した、サンプルホールド回路33は、本発明における保持手段に相当する。
Further, the sample hold circuit 33 receives the voltage signal amplified by the
次に、この実施例3のX線撮像装置におけるX線検出制御部の制御とA/D変換器に電圧信号が入力されるタイミングについて図8を用いて説明する。
Next, the control of the X-ray detection control unit and the timing at which the voltage signal is input to the A / D converter in the X-ray imaging apparatus of
まず、図8において、X線検出制御部12は、t0からt1までの期間において、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31および信号増幅回路32にアンプ動作信号(図5ではHレベルの信号)を出力し、電荷検出増幅回路31のSW1および信号増幅回路32のSW2を導通状態にすることで、電荷検出増幅回路31および信号増幅回路32の初期化(リセット)が行われる。その後、t1の時点になると、X線検出制御部12は、電荷検出増幅回路31のSW1に対しては、Lレベルのアンプ動作信号を出力し、電荷検出増幅回路31のSW1を遮断状態とさせ、初期化状態を解除される。さらに、t2の時点になると、X線検出制御部12は、電荷検出増幅回路31のSW2に対しても、Lレベルのアンプ動作信号を出力し、信号増幅回路32のSW2を遮断状態とさせ、初期化状態が解除(増幅状態)させる。つまり、電荷検出増幅回路31および信号増幅回路32は、データ線DL1〜DL5を介して入力する電荷信号を蓄積することが可能な状態となる。
First, in FIG. 8, the X-ray
次に、X線検出制御部12は、t3からt4までの期間において、各サンプルホールド回路33に信号増幅回路32から出力されるノイズのみの電圧信号をサンプリングさせる制御を行い、t3の時点での電圧信号の値をホールドさせて、マルチプレクサ36に出力する。さらに、マルチプレクサ36は、t4からt5までの期間において、スイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作を行い、各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換器4に出力する。さらに、A/D変換器4では、アナログの時分割信号の各電圧信号をデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。
Next, in the period from t3 to t4, the X-ray
同様に、X線検出制御部12は、t6からt7までの期間において、各サンプルホールド回路33に信号増幅回路32から出力されるノイズのみの電圧信号をサンプリングさせる制御を行い、t6の時点での電圧信号の値をホールドさせて、マルチプレクサ36に出力する。また、マルチプレクサ36は、t7からt9までの期間において、スイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作を行い、各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換器4に出力する。さらに、A/D変換器4では、アナログの時分割信号の各電圧信号をデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。
Similarly, in the period from t6 to t7, the X-ray
次に、X線検出制御部12は、t8からt10までの期間において、X線検出素子11の横列毎の、ゲート線GL1〜GL5のいずれか一つを動作させるゲート動作信号を出力する。さらに、この動作されたゲート線に対応したX線検出素子11(例えば、5つ)で検出された電荷信号がアンプアレイ部14に入力し、さらに、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換され、信号増幅回路32で増幅され、サンプルホールド回路33に入力される。
Next, the X-ray
したがって、t6からt7までの期間において、各サンプルホールド回路33でサンプリングされ時分割信号は、X線検出制御部12がゲート動作信号を出力しているt8からt10までの期間のうち、t7からt9までの期間において、A/D変換器4でデジタル信号に変換される。
Therefore, in the period from t6 to t7, the time-division signal sampled by each sample and hold circuit 33 is the time period from t7 to t9 in the period from t8 to t10 when the X-ray
次に、X線検出制御部12は、t11からt12までの期間において、サンプルホールド回路33に、このサンプルホールド回路33に入力されている、X線管1からX線が被検体Mに照射され、X線検出素子11で検出され、電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換されたノイズを含んだ電圧信号をサンプリングして、t11の時点での電圧信号の値をホールドさせて、マルチプレクサ36に出力される。また、マルチプレクサ36は、t12からt13までの期間において、スイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作を行い、各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換器4に出力する。さらに、A/D変換器4では、アナログの時分割信号の各電圧信号をデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。
Next, in the period from t11 to t12, the X-ray
同様にして、X線検出制御部12は、t14からt15までの期間において、サンプルホールド回路33で入力した電圧信号をサンプリングして、t14の時点での電圧信号の値をホールドさせて、マルチプレクサ36に出力される。また、マルチプレクサ36は、t15からt16までの期間において、スイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切替る動作を行い、各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号としてA/D変換器4に出力する。さらに、A/D変換器4では、アナログの時分割信号の各電圧信号をデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。また、t17の時点でX線検出制御部12は、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31および信号増幅回路32にアンプ動作信号を出力する。
Similarly, the X-ray
上述したようにX線撮像装置によれば、X線検出器3のX線検出素子11にX線が入射された場合に、X線検出素子11は、この入射されたX線に感応して電荷信号を出力する。さらに、X線検出素子11から出力された電荷信号は、電荷検出増幅回路31で電圧信号に変換される、この電圧信号は、ローパスフィルタ34を通過し、信号増幅回路32で各電圧信号を増幅する。また、サンプルホールド回路33は、信号増幅回路32で増幅された各電圧信号を、サンプリングし所定の時間において保持し、マルチプレクサ36に出力する。マルチプレクサ36は、サンプルホールド回路33で保持された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷検出増幅回路31のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号を出力する。A/D変換器4では、マルチプレクサ36から出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの、時分割信号の各電圧信号に変換され、この各電圧信号を用いて、演算部37で演算が行われる。
As described above, according to the X-ray imaging apparatus, when X-rays are incident on the
ここで、X線検出制御部12は、X線検出素子11に対して電荷信号を出力させる制御を行い、さらに、演算部37は、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を開始する直前に、サンプルホールド回路33で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号であるオフセット信号と、X線検出制御部12が前記X線検出素子11に対して制御を終了した直後に、サンプルホールド回路33で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号である主信号と、を入力し、当該A/D変換器4で変換されたデジタルの時分割信号の各電圧信号において、全ての主信号の電圧信号から全てのオフセット信号の電圧信号を減算する。
Here, the X-ray
したがって、複数の信号増幅回路32とマルチプレクサ36との間にサンプルホールド回路33が備えられているので、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を開始する直前に、サンプルホールド回路33で保持された各電圧信号に基づいて、A/D変換器4でデジタルの各電圧信号に変換することができる。つまり、A/D変換器4は、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を開始した後から終了するまで期間においても、サンプルホールド回路33で保持された各電圧信号をデジタルの各電圧信号に変換することができる。したがって、動作が多重化(パイプライン化)され、X線検出制御部12がX線検出素子11に対して制御を開始した後から終了するまで期間を有効に利用することができ、A/D変換器4での処理を迅速に行うことができる。
Therefore, since the sample hold circuit 33 is provided between the plurality of
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.
(1)上述した実施例1から3において、X線検出制御部12は、図2で示されるマルチプレクサ36のスイッチS1〜S5のいずれか一つを順次ON状態に切換える動作を2回繰り返す制御を行うようにしていたが、2回以外の複数回繰り返す制御を行うようにしてもよい。
(1) In the first to third embodiments described above, the X-ray
(2)上述した実施例1から3において、2つの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングで2回のサンプリングが行われるようにしていたが、2回以外の複数のサンプリングを行うようにしてもよい。 (2) In the above-described first to third embodiments, each voltage signal of the two time-division signals is sampled twice at a predetermined timing, but a plurality of samplings other than two times are performed. It may be.
(3)上述した実施例2および3において、ローパスフィルタ34の入力コンデンサCS1と信号増幅回路32とで、信号増幅回路32は、電荷検出増幅回路31で変換されたノイズを含んだ電圧信号からノイズの除去のみを行い、演算部37での演算によるノイズ除去を行わないようにしてもよい。つまりアナログ信号におけるノイズ除去を行い、デジタル信号におけるイズ除去を行わない場合においても、電荷検出増幅回路31から出力されたアナログの電圧信号に含まれノイズについての影響を低減させることができ、精度の高い画像を得ることができる。
(3) In Examples 2 and 3 described above, with the input capacitor C S1 and the
(4)上述した実施例1から3において、オフセット信号における各電圧信号の変動が小さい場合には、A/D変換器4は、オフセット信号における各電圧信号のサンプリングを行わず、主信号における各電圧信号のサンプリングのみを行うようにしてもよい。
(4) In the first to third embodiments described above, when the variation of each voltage signal in the offset signal is small, the A /
(5)上述した実施例3の保持手段は、制御信号の立ち上がりのタイミングで入力されたアナログ信号をホールドするサンプルホールド回路33として説明したが、制御信号の立ち下がりのタイミングで入力されたアナログ信号をホールドするトラックホールド回路を用いるようにしてもよい。 (5) Although the holding means of the above-described third embodiment has been described as the sample hold circuit 33 that holds the analog signal input at the rising timing of the control signal, the analog signal input at the falling timing of the control signal. A track hold circuit for holding the signal may be used.
(6)上述した実施例1から3において、演算手段で用いられる演算において、各電圧信号において、単純平均を行うような処理をしていたが、単純加算するようにしてもよい。また、演算手段において、主信号およびオフセット信号に周波数処理(重み付け処理)を行うようにしてもよい。 (6) In the above-described first to third embodiments, in the calculation used by the calculation means, processing is performed such that simple averaging is performed for each voltage signal, but simple addition may be performed. Further, the arithmetic means may perform frequency processing (weighting processing) on the main signal and the offset signal.
(7)上述した実施例1から3において、医療用の装置として説明したが、医療用以外の非破壊検査、RI(Radio Isotope)検査、および光学検査などの産業分野などについても適用することができる。
(7) In
(8)上述した実施例1から3において、光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明したが、X線に限らず、可視光、放射線(中性子線,γ線,β線など)を用いる装置についても適用することができる。 (8) In the first to third embodiments described above, an X-ray imaging device is used as an example of a light or radiation imaging device. However, the present invention is not limited to X-rays, but visible light, radiation (neutron rays, γ rays, β The present invention can also be applied to an apparatus using a line or the like.
(9)上述した実施例1から3において、X線検出器3のX線検出素子11は、X線検出面Sに縦横の2次元マトリックス状に配列されている構成として説明したが、X線検出素子11は、複数のX線検出素子11を一次元に配列したものであってもよい。
(9) In the first to third embodiments described above, the
(10)上述した実施例1から3において、X線検出器3のX線検出素子11は、X線を直接的に電荷信号に変換する直接変換型のものとして説明したが、X線を一旦、光に変換し、光を電荷信号に変換する間接変換型であってもよい。
(10) In the first to third embodiments described above, the
4 …A/D変換器(A/D変換手段)
11…X線検出素子(検出手段)
12…X線検出制御部(第1の制御手段、第2の制御手段、第3の制御手段)
31…電荷検出増幅回路(電荷電圧変換手段)
32…信号増幅回路(信号増幅手段)
33…サンプルホールド回路(保持手段)
34…ローパスフィルタ
36…マルチプレクサ
37…演算部(演算手段)
4 A / D converter (A / D conversion means)
11 ... X-ray detection element (detection means)
12 ... X-ray detection control unit (first control means, second control means, third control means)
31 ... Charge detection amplification circuit (charge voltage conversion means)
32... Signal amplification circuit (signal amplification means)
33. Sample hold circuit (holding means)
34 ... Low-
Claims (5)
5. The optical or radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the A / D conversion unit performs a plurality of samplings at a predetermined timing for each voltage signal of the time-division signal output from the multiplexer. A light or radiation imaging apparatus characterized in that it performs.
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