JP2009088774A - 信号検出装置、信号検出システム、放射線画像信号検出システム、信号検出方法、及び放射線画像信号検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】相関２重サンプリング処理を行う信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能性を検出し、信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすることなく、出力を飽和させないでリニアリティを確保する。
【解決手段】基準トラックホールド回路３１と信号トラックホールド回路３２のタイミングを制御して電荷信号ｉの残留成分による残留出力の有無を検出し、前記残留出力が有ることを検出したとき、検出した前記残留出力のレベルに応じて、積分アンプ３３のリセット期間を長くする。
【選択図】図２

Description

この発明は、相関２重サンプリング処理を行う信号検出装置、信号検出システム、放射線画像信号検出システム、信号検出方法、及び放射線画像信号検出方法に関する。

従来、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサまたはフォトマルチプライア等の光電変換素子や、放射線の照射を受けて発生させた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。

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電子部品として、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（積分電圧）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（積分電圧）を放電して初期状態に戻す機能を有する。

ここで、前記積分アンプにおける積分モードへの切り替えは、前記積分アンプのコンデンサに並列に接続される半導体素子からな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。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基準レベルサンプリング期間経過した時に出力される電気信号｛基準レベル（ノイズ）｝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（基準レベル＋信号レベル）との差をとり、その差を信号成分（信号レベル）とすることにより、上記ｋＴＣノイズの影響を排除する処理である。

また、上記のような積分アンプを利用した信号検出装置においては、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１００［ｋΩ］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。

特許文献１では、相関２重サンプリング処理を行う信号検出装置において、積分アンプのリセット後の基準レベルサンプリング期間（トラック期間）を、積分アンプ後段のローパスフィルタの時定数τの１０倍（１０τ）以上とすることで積分アンプのリセット時に発生するノイズを低減して高画質の画像を得るようにしている。

特許文献２では、基準レベルホールド側のローパスフィルタの時定数を、信号レベルホールド側の時定数より短く設定することで、高画質の画像をより高速に得られるようにしている。

特許文献３では、基準レベルをホールドする基準トラックホールド回路のトラック開始タイミングを、信号レベルをホールドする信号トラックホールド回路のトラック開始タイミングよりも早くなるように制御することで、積分アンプのリセット期間が不足にならないようにしながら、高画質の画像を高速に得るようにしている。

特開２００５−２６９２１５号公報 特開２００６−２２９５８１号公報 特開２００６−２５３７８９号公報

ところで、上記のような差分アンプ及び相関２重サンプリング回路からなる信号検出装置において、相関２重サンプリング回路は、上述したように基準レベルをホールドする基準トラックホールド回路と、基準レベルが含まれる信号レベル（基準レベル＋信号レベル）をホールドする信号トラックホールド回路と、差分アンプとから構成されるが、前記信号トラックホールド回路の出力が飽和するという問題が発生した。

この場合、信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすれば、出力は飽和しなくなり、この問題を解決できるが、ダイナミックレンジを広くすることで、信号検出装置の消費電力が増加して余分に熱が発生し、かつ信号検出装置を構成する能動素子の選択の範囲が狭くなることから、信号検出装置のコストが上昇し、結果として、この信号検出装置を複数搭載した装置、例えば放射線画像検出システムの消費電力の増加、熱の発生、コストの増加を招くという問題が発生する。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、相関２重サンプリン号処理を行う信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能性を検出することを可能とする信号検出装置、信号検出システム、放射線画像信号検出システム、信号検出方法、及び放射線画像信号検出方法を提供することを目的とする。

また、この発明は、相関２重サンプリング処理を行う信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすることなく、出力を飽和させないでリニアリティを確保することを可能とする信号検出装置、信号検出システム、放射線画像信号検出システム、信号検出方法、及び放射線画像信号検出方法を提供することを目的とする。

この発明に係る信号検出装置は、電荷信号を積分して積分電圧を生成するとともに、前記積分電圧をリセットするリセット機能を有する積分アンプと、前記積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路と、前記基準及び信号トラックホールド回路の両出力の差信号を出力する差分アンプと、前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持させた状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点から当該ホールド時点までの間の前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出する制御回路と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路のタイミングを制御して、電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出することで、信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能を検出することができる。

なお、前記制御回路は、検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるまで前記積分アンプのリセット期間を長くするようにタイミングを制御することで、高速動作を確保しながら、信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすることなく出力を飽和させないでリニアリティを確保することができる。

また、前記制御回路は、前記電荷信号の前記残留成分による前記出力が有ることを検出したとき、検出した前記残留成分による前記出力のレベルに応じて、前記電荷信号の前記残留成分による前記出力が検出されなくなるまで前記積分アンプのリセット期間を長くするように、タイミングを制御することで、一定の高速動作を確保しながら信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを最小限度にし、出力を飽和させないでリニアリティを確保することができる。

複数の信号検出装置中、少なくとも１つの信号検出装置により、信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能を検出するように構成することで、相関２重サンプリング処理による信号を検出中に、リアルタイムに信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能を検出することができる。

この場合、前記少なくとも１つの信号検出装置により検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるよう、これ以降に前記差信号を得る前記信号検出装置の前記積分アンプのリセット期間を長くするように制御することで、信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすることなく、出力を飽和させないでリニアリティを確保する制御をリアルタイムに行うことができる。

上記した、信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能性の検出処理並びに可能性を検出したときの前記積分アンプのリセット期間を長くする処理は、初期校正時に行うようにすると好適である。すなわち、本番時には、信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能性の検出処理を行う必要がない。

上記信号検出装置の技術は、信号検出システム、放射線画像信号検出システム、信号検出方法、並びに放射線画像信号検出方法に適用することができる。

この発明によれば、信号トラックホールド回路の出力が飽和する可能性を検出することができ、また、高速性を保持しながら、信号トラックホールド回路のダイナミックレンジ並びに差分アンプのダイナミックレンジを広くすることなく、出力を飽和させないでリニアリティを確保することすることができる。

以下、この発明の信号検出方法及び放射線画像信号検出方法を実施する信号検出装置及び信号検出システムを利用した放射線画像信号検出システムについて図面を参照して説明する。図１に、放射線画像信号検出システム１の全体の概略構成図を示す。図２に、図１の放射線画像信号検出システム１中、信号検出装置３０、３０Ａの詳細を描いた概略構成図を示す。

図１、図２に示すように、放射線画像信号検出システム１は、図示を省略した放射線源と、該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（電流信号）ｉ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主走査方向Ｘに延在する読取光源部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前記放射線画像に応じた主走査方向Ｘの１ｃｈ（チャンネル）〜Ｌｃｈまでのデジタル画像信号Ｄｉ（ｉ＝１，２…Ｘ…Ｌ）を出力する複数の信号検出装置３０，３０Ａと、放射線画像記録装置１０及び信号検出装置３０，３０Ａのタイミングと動作を制御する制御回路３８とを備えている。

ここで、主走査方向Ｘの１ｃｈ（チャンネル）からＸ−１ｃｈ、Ｘ＋１ｃｈ〜Ｌｃｈの信号検出装置３０は、電荷信号ｉに基づいて前記放射線画像に応じたデジタル画像信号Ｄｉ（ｉ＝１，２，…，Ｘ−１，Ｘ＋１…Ｌ）を出力する動作を有するが、主走査方向Ｘ中、例えば中央のＸｃｈの線状電極１５ａに接続された信号検出装置３０Ａは、デジタル画像信号Ｄｉ＝ＤＸに基づき、電荷信号ｉの残留成分ｉｒ（後述）の有無を検出する機能を有している。

信号検出装置３０Ａの回路接続構成並びに回路部品・素子は信号検出装置３０と同一であるが、電荷信号ｉの残留成分検出装置として機能させるために、制御回路（タイミング制御部）３８によるスイッチＳ１Ａ〜Ｓ３Ａの制御が異なるタイミングにされている。図２に示すように、信号検出装置３０のスイッチＳ１〜Ｓ３に対して、信号検出装置３０ＡはスイッチＳ１Ａ〜Ｓ３Ａと符号を代えている。

図２に示すように、信号検出装置３０,３０Ａは、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号ｉを積分する積分アンプ３３、積分アンプ３３により積分された電気信号（積分電圧）を保持する基準および信号トラックホールド回路３１，３２、基準および信号トラックホールド回路３１，３２にそれぞれ保持された基準電気信号（単に出力ともいう。）Ｖ１および信号電気信号（単に出力ともいう。）Ｖ２の差分を出力電気信号（アナログ画像信号又は単に出力ともいう。）Ｖ３として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画像信号をデジタル画像信号Ｄｉ，ＤＸに変換するＡ／Ｄ変換器３５を備えている。なお、デジタル画像信号Ｄｉ，ＤＸの値は、量子化誤差を除けば、出力Ｖ３の値に等しいので、以下、理解の容易化のために、適宜、Ｄｉ，ＤＸ＝Ｖ３として説明する。

信号検出装置３０，３０Ａは、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号ｉに基づいて相関２重サンプリング処理を行い、デジタル画像信号Ｄｉ，ＤＸとして得られる高画質の画像信号を生成する。

ここで、相関２重サンプリング処理を行う相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）３９，３９Ａは、基準および信号トラックホールド回路３１，３２と差分アンプ３４とタイミングを制御する制御回路３８とから構成されている。この場合、基準トラックホールド回路３１は、基準レベルをホールドする基準トラックホールド回路として機能し、信号トラックホールド回路３２は、基準レベル＋信号レベル（基準レベルを含む信号レベルであり、合成レベルともいう。）をホールドする信号トラックホールド回路として機能する。

積分アンプ３３は、放射線画像記録装置１０から出力された電荷信号ｉを蓄積（積分）するコンデンサＣ３とコンデンサＣ３に蓄積された電荷を放電させるためのリセットスイッチＳ３，Ｓ３Ａとを備えている。

基準トラックホールド回路３１は、スイッチＳ１，Ｓ１Ａと、コンデンサＣ１と、バッファアンプ３６とを備え、積分アンプ３３から出力された電気信号（積分電圧）をコンデンサＣ１に保持し、コンデンサＣ１に保持した電気信号をそのままバッファアンプ３６から出力Ｖ１として出力する。

信号トラックホールド回路３２は、スイッチＳ２，Ｓ２Ａと、コンデンサＣ２と、バッファアンプ３７を備え、積分アンプ３３から出力された電気信号（積分電圧）をコンデンサＣ２に保持し、コンデンサＣ２に保持した電気信号をそのままバッファアンプ３７から出力Ｖ２として出力する。

ここで、Ａ／Ｄ変換器３５の出力において高画質のデジタル画像信号を得るためには、リセット時のノイズを除去する必要があり、そのために、実際上、コンデンサＣ１，Ｃ２への充電の際に、一次遅れ処理（一次のローパスフィルタ処理）が必要とされるが、この一次遅れ処理は、この発明の要旨ではなく、特許文献１（特開２００５−２６９２１５号公報）、特許文献２（特開２００６−２２９５８１号公報）、及び特許文献３（特開２００６−２５３７８９号公報）に開示しているので、この発明の理解の便宜のため、この明細書では記載しない。

基準および信号トラックホールド回路３１，３２は、積分アンプ３３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。基準トラックホールド回路３１において、コンデンサＣ１に電気信号を蓄積する際には、スイッチＳ１がオン状態になる（トラック状態）。信号トラックホールド回路３２において、コンデンサＣ２に電気信号を蓄積する際には、スイッチＳ２がオン状態になる（トラック状態）。

信号検出装置３０，３０Ａの積分アンプ３３のリセットスイッチＳ３，Ｓ３Ａ基準および信号トラックホールド回路３１，３２のスイッチＳ１，Ｓ１Ａ，Ｓ２，Ｓ２ＡおよびＡ／Ｄ変換器３５などのオンオフタイミング等の動作タイミングなどは、上述したように、制御回路３８により制御される。

放射線画像記録装置１０は、詳細には、図３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動作し、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動作する電荷輸送層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をこの順に積層されて構成される。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。

図１例，図２例の放射線画像信号検出システム１のように、Ａ／Ｄ変換器３５は、各線状電極１５ａに対応してそれぞれ設ける構成にしてもよいし、図４に示す放射線画像信号検出システム１Ａのように、マルチプレクサ４１とバッファアンプ４２とを設けて差分アンプ３４の出力Ｖ３を各線状電極１５ａ毎に切り替えて１つのＡ／Ｄ変換器３５によりＡ／Ｄ変換する構成としてもよい。以下、図１例，図２例の放射線画像信号検出システム１について説明する。

図１、図２に示すように、放射線画像記録装置１０および読取光源部２０は、読取光源部２０を構成する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配置されている。そして、読取光源部２０は、線状電極１５ａの長さ方向（副走査方向Ｙ）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、読取光源部２０を移動させる移動機構などについては図示を省略している。

この実施形態に係る放射線画像信号検出システム１は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。

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が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。図５Ａに示すように、放射線源から射出された放射線Ｌ１は、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Ｌ１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Ｌ１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。

次に、図５Ｂ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側の読取光源部２０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３３のリセットスイッチＳ３は、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Ｓ３がオフ状態にされ、ベースラインサンプリング、すなわち基準レベルの保持が終了してから読取光Ｌ２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ｉが積分アンプ３３のコンデンサＣ３に蓄積されて積分される。

上記した信号検出装置３０の動作について、図６に示す信号通常検出タイミングチャートを用いて説明する。図６は、スイッチＳ１〜Ｓ３のオンオフ制御のタイミング、読取光源部２０の発光消灯タイミング並びにＡ／Ｄ変換器３５の動作タイミングを示している。

時点ｔ０〜時点ｔ１のリセット期間Ｔｒにおいて、積分アンプ３３のスイッチＳ３がオン状態とされ、コンデンサＣ３に充電されていた電荷が放電される。

時点ｔ１において、リセットが終了すると、基準レベルを得るために時点ｔ１〜時点ｔ２までの基準トラック期間Ｔｎの間基準トラックホールド回路３１のスイッチＳ１がオン状態とされトラックされる。時点ｔ２でスイッチＳ１がオフ状態とされ、その時点ｔ２で基準レベルがコンデンサＣ１にホールド（保持）される。コンデンサＣ１にホールドされた基準レベルに対応する出力（基準出力）Ｖ１［ボルト］が差分アンプ３４の減算入力側に供給される。

その一方、時点ｔ１〜時点ｔ３の間信号トラックホールド回路３２のスイッチＳ２がオン状態とされる。この場合、時点ｔ１〜時点ｔ２間において、コンデンサＣ２に出力（基準出力）Ｖ１と同じレベルの電圧がトラックされる。

そして、スイッチＳ１の立ち下がり時点ｔ２をトリガとして、時点ｔ２〜時点ｔ３までの間、読取用光導電層１４に読取光源部２０から副走査方向Ｙの１ライン目に読取光Ｌ２が照射されると、蓄電部１６に蓄積されていた電荷が線状電極１５ａを通じて電荷信号ｉとして積分アンプ３３に供給され、積分アンプ３３で電荷信号ｉが積分されてコンデンサＣ３の端子間に積分電圧が発生する。この積分電圧、すなわち基準レベルと信号レベルを合算した合成レベルが、スイッチＳ２をオン状態からオフ状態に切り替えた時点ｔ３でコンデンサＣ２にホールドされる、なお、読取光源部２０は、読取光Ｌ２を照射した後、副走査方向Ｙの次のライン、この場合、２ライン目まで移送される。

時点ｔ３以降、コンデンサＣ２に保持された基準レベルと信号レベルの合成レベルに対応する出力（合成出力）Ｖ２［ボルト］が差分アンプ３４の被減算入力側に供給される。

よって、この時点ｔ３で、差分アンプ３４の出力側に基準レベルが差し引かれた信号レベルに対応する出力（信号出力）Ｖ３｛Ｖ３＝Ｖ２（基準出力Ｖ１と信号出力の合成出力）−Ｖ１（基準出力）｝が得られる。

時点ｔ３〜ｔ４間では、スイッチＳ３がオン状態とされて積分電圧がリセットされるが、スイッチＳ１、Ｓ２はオフ状態となっているので、その期間内でＡ／Ｄ変換器３５により差分アンプ３４の出力側に現れている信号出力Ｖ３がＡ／Ｄ変換され、信号出力Ｖ３に対応するデジタル画像信号Ｄｉが生成される。

このようにして時点ｔ１〜ｔ４の間で各線状電極１５ａから副走査方向Ｙの１ライン目の各画素に対応するデジタル画像信号Ｄｉ（ｉ＝１，２，３，…，Ｘ−１，Ｘ＋１，…，Ｌ−１，Ｌ）が生成される。以下、同様にして、時点ｔ４以降、副走査方向Ｙの２ライン目以降の各画素に対応するデジタル画像信号Ｄｉが生成される。

次に、図７及び図８のタイミングチャートを参照して、主走査方向ＸのＸｃｈに設けられた、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる出力（残留出力）の有無を検出する信号検出装置３０Ａの動作について説明する。

図７のタイミングチャートは、電荷信号ｉの残留成分ｉｒ（図８を参照して後述する。）による出力ΔＶ（残留出力、図８を参照して後述する。）が無いことを検出した場合を、図８のタイミングチャートは、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる出力ΔＶ（残留出力）が有ることを検出した場合のタイミングチャートをそれぞれ示している。

この信号検出装置３０Ａでは、図７に示すように、基準トラックホールド回路３１のスイッチＳ１Ａが常時オフ状態（ホールド状態）とされ、したがって、基準レベルに対応する出力Ｖ１は、０Ｖ［ボルト］にホールドされる。

図７の時点ｔ０〜時点ｔ１のリセット期間Ｔｒにおいて、積分アンプ３３のスイッチＳ３Ａがオン状態とされ、コンデンサＣ３に充電されていた電荷が放電される。

図７の時点ｔ１において、リセットが終了すると、信号トラックホールド回路３２のスイッチＳ２Ａが時点ｔ１から基準トラック期間Ｔｎに相当する期間の時点ｔ２までオン状態とされる（時点ｔ１〜時点ｔ２）。

図７の時点ｔ２において、読取光源部２０からの読取光Ｌ２が読取用光導電層１４に照射開始され、蓄電部１６に蓄積されていた電荷が線状電極１５ａを通じて電荷信号ｉとして積分アンプ３３に供給される。

電荷信号ｉは、図７に示すように、読取光源部２０の発光開始時点ｔ２から出力された当初最大値まで急激に上昇し、以降概ね徐々に低下するように経時的に変化する信号である。この電荷信号ｉが時点ｔ２以降積分アンプ３３で積分され、積分出力が得られる。

この場合、信号トラック期間Ｔｓと同一の期間内に、すなわち時点ｔ３までに、換言すれば次のリセットが開始される前に、電荷信号ｉが全て積分アンプ３３に流れ込み消滅してゼロ値になっていれば、蓄電部１６に蓄積されていた電荷（電荷量）に比例した出力が信号トラックホールド回路３２により得られる。また、図７に示すように、時点ｔ４までに、換言すれば次のリセットが終了する前に、電荷信号ｉが全て積分アンプ３３に流れ込み消滅してゼロ値になっていれば、積分電圧はリセットされてゼロ値となっているので、時点ｔ４〜ｔ５間でスイッチＳ２Ａが基準トラック期間Ｔｎの間オン状態となっていても、コンデンサＣ２には基準出力（積分アンプ３３の入出力端の電圧値で略ゼロ値）がトラックされている。

次に、時点ｔ５から一定期間Ａ／Ｄ変換器３５により差分アンプ３４の出力側に現れている信号出力Ｖ３がデジタル画像信号（残留成分検出信号）ＤＸとして制御回路３８に取り込まれるが、この場合、信号出力Ｖ３は、Ｖ３＝Ｖ２−Ｖ１＝０−０＝０なので、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる出力は無いと検出される。

その一方、図８の時点ｔ４に示すように、放射線画像記録装置１０から供給される電荷信号ｉの残留成分ｉｒがゼロ値ではなく残存している場合には、この残留成分ｉｒが時点ｔ４〜時点ｔ５間で積分アンプ３３により積分され、その積分電圧が、時点ｔ５でＳ２Ａがオフ状態とされたときにコンデンサＣ２にホールドされた残留出力Ｖ２とされ、時点ｔ５から一定期間Ａ／Ｄ変換器３５により差分アンプ３４の出力側に現れている信号出力Ｖ３がデジタル画像信号ＤＸとして制御回路３８に取り込まれるが、信号出力Ｖ３は、Ｖ３＝Ｖ２−Ｖ１＝ΔＶ−０＝ΔＶとなるので、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ると時点ｔ５´で検出される。

この実施形態では、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ると時点ｔ５´で検出したとき、制御回路３８は、検出した残留出力ΔＶの値［ボルト］に応じて、積分アンプ３３による次のリセット期間Ｔｒ以降を、延長期間Δｔだけ長くし、リセット期間Ｔｒをリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）する。

具体的には、図９に示すように、時点ｔ５´でＡ／Ｄ変換器３５の出力であるデジタル画像信号ＤＸの値により残留出力ΔＶが有ると検出したとき、次のリセットの開始時点ｔ６点において、スイッチＳ２Ａもオン状態としてコンデンサＣ２の電荷を放電させ、出力Ｖ２を残留出力ΔＶからゼロ値（積分アンプ３３の入出力端子間の電圧）とする。そして、リセット期間Ｔｒを残留出力ΔＶに応じた値に長くしたリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）とする。リセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）と長くしたことで、リセットの終了時点ｔ７ａにおいて、電荷信号ｉの残留成分ｉｒはゼロ値になっている。このように、延長期間Δｔは、リセットの終了時点ｔ７ａにおいて電荷信号ｉの残留成分ｉｒがゼロ値になっていることを見越した（推定した）期間に設定する。高速動作を維持するよう最適な（なるべく短い）延長期間Δｔを設定するために、予め、ばらつきを考慮した残留出力ΔＶに対応した延長期間Δｔを読み出すためのルックアップテーブル又は算出するための計算式を求めて制御回路３８に記憶しておくことが好ましい。

信号検出装置３０Ａにより時点ｔ５と時点ｔ６との間で残留成分ｉｒを検出し、時点ｔ６以降でリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）と長くすることを決定した場合、図１０の残留成分対策後信号通常検出タイミングチャートに示すように、時点ｔ６以降、同様に、長くしたリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）を他の信号検出装置３０に適用することで、信号検出装置３０のバッファアンプ３７並びに差分アンプ３４からリニアリティが維持された出力Ｖ３を得ることができる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、電荷信号ｉを積分して積分電圧を生成するとともに、前記積分電圧をリセットするリセット機能を有する積分アンプ３３と、積分アンプ３３の出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路３１と信号トラックホールド回路３２と、基準及び信号トラックホールド回路の両出力Ｖ１，Ｖ２の差信号出力Ｖ３を出力する差分アンプ３４と、制御回路３８とを備え、制御回路３８は、基準トラックホールド回路３１をホールド状態として基準トラックホールド回路３１の出力Ｖ１を基準レベルに保持させた状態で、積分アンプ３３をリセットさせ、その後、信号トラック期間（所定期間）Ｔｓの間信号トラックホールド回路３２をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点ｔ１から当該ホールド時点ｔ３までの間の信号トラックホールド回路３２の出力Ｖ２により、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶの有無を検出するようにしている。

このため、信号トラックホールド回路３２の出力Ｖ２によりバッファアンプ３７並びに差分アンプ３４が飽和する可能性を検出することができる。

そして、制御回路３８は、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ることを検出したとき、検出した残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶのレベルに応じて、積分アンプ３３のリセット期間Ｔｒをリセット期間Ｔｒａと長くして、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶがゼロ値となるようにタイミングを制御する。このように制御することで、信号トラックホールド回路３２のダイナミックレンジ（すなわちバッファアンプ３７のダイナミックレンジ）並びに差分アンプ３４のダイナミックレンジを最小限度としながら、出力を飽和させないでリニアリティを確保することすることができる。

また、制御回路３８は、放射線画像記録装置１０の全面の電荷信号ｉを検出する際に、複数の信号検出装置３０のうち、少なくとも１つの信号検出装置３０Ａを異なるタイミングに設定している。すなわち、信号検出装置３０Ａの基準トラックホールド回路３１を常時ホールド状態として基準トラックホールド回路３１の出力Ｖ１を基準レベルに保持させた状態で、積分アンプ３３をリセットさせ、その後、信号トラック期間（所定期間）Ｔｓの間信号トラックホールド回路３２をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点ｔ４と当該ホールド時点ｔ５までの間の信号トラックホールド回路３２の出力Ｖ２により、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶの有無を検出するようにしている。

この場合、信号検出装置３０Ａにより、残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ることが検出されたとき（時点ｔ５´）、検出された残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶのレベルに応じて、これ以降に差信号出力Ｖ３を得る信号検出装置３０，３０Ａの積分アンプ３３のリセット期間Ｔｒを長くしたリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒａ＝Ｔｒ＋Δｔ）として、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶがゼロ値となるようにタイミングを制御している。

信号検出装置３０Ａを設けた場合には、信号検出装置３０Ａのデジタル画像信号ＤＸは、主走査方向Ｘの両隣のＤＸ−１ｃｈとＤＸ＋１ｃｈの信号検出装置３０のデジタル画像信号ＤＸ−１とデジタル画像信号ＤＸ＋１の平均値（補間した値）とすることが好ましい。

なお、蓄電部１６に蓄積される電荷は、被写体４０の透過部４０ａ、すなわち被写体４０の存在しない、いわゆる素抜け部で最大となり、一般的には、脂肪部、筋肉部、臓器部ではより小さくなり、骨部等では最小となる。

そこで、例えば、図１１に示すように被写体４０Ｍが、マンモ等である場合、副走査方向Ｙの先頭の主走査方向Ｘの１ライン目から最初に出力される、いわゆる素抜け部（透過部）１４０の電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶの有無を検出し、残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ることが検出されたとき、検出された残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶのレベルに応じて、これ以降に前記差信号出力Ｖ３を得る副走査方向Ｙの２ライン目から信号検出装置３０の積分アンプ３３のリセット期間Ｔｒを長くするように制御することで、Ｄｘｃｈの信号検出装置３０Ａの副走査方向Ｙの２ライン目以降の制御タイミングは、残留成分対策後通常検出タイミング（図１０）を用いるようにすれば、上記したように、両隣のＤＸ−１ｃｈとＤＸ＋１ｃｈの信号検出装置３０のデジタル画像信号ＤＸ−１とデジタル画像信号ＤＸ＋１の補間した値を用いることなく、そのまま積分出力Ｖ３をデジタル画像信号Ｄｉとして用いることができる。

さらに他の実施形態として、放射線画像信号検出システム１の初期校正時に、信号検出装置３０、３０Ａを全て信号検出装置３０Ａの残留成分検出タイミング（図８）により制御して、残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ることが検出されたとき、検出された残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶのレベル、好ましくは残留出力ΔＶの最大値に応じて、残留出力ΔＶが発生しないよう全ての信号検出装置３０、３０Ａの積分アンプ３３のリセット期間Ｔｒを長くして、本番時に、長くしたリセット期間Ｔｒａの期間を用いて全ての信号検出装置３０，３０Ａを同一の通常検出タイミング（図６）で制御し、電荷信号ｉによる差信号出力Ｖ３を検出する構成としてもよい。

上述した実施形態では、図９を参照して説明したように、制御回路３８が、電荷信号ｉの残留成分ｉｒによる残留出力ΔＶが有ると時点ｔ５´で検出したとき、次のリセットの開始時点ｔ６点において、スイッチＳ２Ａもオン状態としてコンデンサＣ２の電荷を放電させた後、出力Ｖ２を残留出力ΔＶからゼロ値とするため、残留出力ΔＶに応じた値に長くしたリセット期間Ｔｒａ（Ｔｒ＋Δｔ）に変更するように制御しているが、さらに他の実施形態において、残留出力ΔＶとして、信号トラックホールド回路３２のダイナミックレンジ並びに差分アンプ３４のダイナミックレンジを下回る範囲の残留出力ΔＶｔｈ（ΔＶｔｈ＜ΔＶ、閾値ΔＶｔｈという。）を許容すれば、図１２に示すように、リセット期間Ｔｒａ（図９参照）をより短いリセット期間Ｔｒｂ（Ｔｒａ＞Ｔｒｂ＝Ｔｒ＋Δｔｂ、Δｔｂ＜Δｔ）に設定することができ、より高速動作を行うことができる。

この場合、図１２に示すように、時点ｔ５´において、電荷信号ｉの残留成分ｉｒにより発生する残留出力ΔＶを検出したとき、この残留出力ΔＶが、予め設定してある上記の閾値ΔＶｔｈを下回る値となる延長期間Δｔｂ（Δｔｂ＜Δｔ）を算出し、リセット期間Ｔｒｂ（Ｔｒ＜Ｔｒｂ＝Ｔｒ＋Δｔｂ）に設定する。この図１２のタイミングチャートでは、延長期間Δｔ（図９参照）を延長期間Δｔｂに短くしたことで、時点ｔ６ｂ〜時点ｔ７ｂに示すように、残留出力ΔＶがゼロ値ではなく残留成分ｉｒ´を積分した残留出力ΔＶｂ（ΔＶｂ＜ΔＶｔｈ）になっていることが分かる。

なお、上記実施形態においては、信号検出装置３０，３０Ａに入力される電荷信号ｉ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３０，３０Ａから放射線画像信号検出システム１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。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この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である。 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回路説明図である。 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である。 図１に示す放射線画像信号検出システムの他の実施形態の概略構成図である。 図５Ａは、放射線画像記録装置に放射線を照射し、放射線画像を記録している状態の説明図、図５Ｂは、放射線画像記録装置に読取光を照射し、電荷信号を読み出す状態の説明図である。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の通常検出動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分検出動作タイミング（残留成分非検出）を説明するためのタイミングチャートである。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分検出動作タイミング（残留成分検出）を説明するためのタイミングチャートである。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分検出動作タイミング（残留成分検出後リセット期間延長）を説明するためのタイミングチャートである。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分対策後通常検出動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分検出動作の他のタイミングを説明するための説明図である。 放射線画像信号検出システムにおける信号検出装置の残留成分検出動作タイミング（残留成分検出後リセット期間延長）の他の例を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１…放射線画像信号検出システム
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
３０，３０Ａ…信号検出装置
３３…積分アンプ
３１…基準トラックホールド回路
３２…信号トラックホールド回路
３４…差分アンプ
３５ …Ａ／Ｄ変換器
３８…制御回路
４０，４０Ｍ…被写体
１４０…素抜け部

Claims (9)

1. 電荷信号を積分して積分電圧を生成するとともに、前記積分電圧をリセットするリセット機能を有する積分アンプと、
   前記積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路と、
   前記基準及び信号トラックホールド回路の両出力の差信号を出力する差分アンプと、
   前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持させた状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点から当該ホールド時点までの間の前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出する制御回路と、
   を備えることを特徴とする信号検出装置。
2. 請求項１記載の信号検出装置において、
   前記制御回路は、
   検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるまで前記積分アンプのリセット期間を長くする
   ことを特徴とする信号検出装置。
3. 複数の電荷信号をそれぞれ積分してそれぞれの積分電圧を生成するとともに、それぞれの前記積分電圧をリセットするリセット機能をそれぞれ有する複数の積分アンプと、
   前記各積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路と、
   前記基準及び信号トラックホールド回路の出力の差信号をそれぞれ出力する複数の差分アンプと、
   をそれぞれ備える複数の信号検出装置と、
   制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、
   前記複数の信号検出装置のうち、少なくとも１つの信号検出装置に対して、
   前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持させた状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点と当該ホールド時点までの間の前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出するよう制御する
   ことを特徴とする信号検出システム。
4. 請求項３記載の信号検出システムにおいて、
   前記制御回路は、
   前記少なくとも１つの信号検出装置により検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるよう、これ以降に前記差信号を得る前記信号検出装置の前記積分アンプのリセット期間を長くするように制御する
   ことを特徴とする信号検出システム。
5. 請求項３記載の信号検出システムにおいて、
   前記制御回路は、
   初期校正時に、前記少なくとも１つの信号検出装置により検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を上回る値で有るとき、本番時に、前記電圧出力のレベルが、予め設定した前記閾値を下回る値となるよう、他の前記信号検出装置の前記積分アンプのリセット期間を長くして前記電荷信号による前記差信号を得る
   ことを特徴とする信号検出システム。
6. 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複数の電荷信号を出力する放射線画像記録装置からの複数の前記電荷信号をそれぞれ積分してそれぞれの積分電圧を生成するとともに、それぞれの前記積分電圧をリセットするリセット機能をそれぞれ有する複数の積分アンプと、
   前記各積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路と、
   前記基準及び信号トラックホールド回路の出力の差信号をそれぞれ出力する複数の差分アンプと、
   をそれぞれ備える複数の信号検出装置を有し、
   複数の前記電荷信号中、最初に出力される電荷信号において、前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持させた状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドさせたとき、当該トラックの開始時点から当該ホールド時点までの間の前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出し、検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるよう、これ以降に前記差信号を得る前記信号検出装置の前記積分アンプのリセット期間を長くする制御回路と、
   を備えることを特徴とする放射線画像信号検出システム。
7. 積分電圧をリセットするリセット機能を有する積分アンプにより電荷信号を積分する過程と、
   前記積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路の出力を差分アンプにより差信号として出力する過程と、
   前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持した状態で、前記積分アンプをリセットさせた、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドしたとき、当該トラックの開始時点と当該ホールド時点までの間の前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出する過程と、
   を備えることを特徴とする信号検出方法。
8. 複数の電荷信号をそれぞれ積分してそれぞれの積分電圧を生成するとともに、それぞれの前記積分電圧をリセットするリセット機能をそれぞれ有する複数の積分アンプにより複数の電荷信号をそれぞれ積分する過程と、
   前記各積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路の出力を各差分アンプによりそれぞれ各差信号として出力する過程と、
   前記複数の信号検出装置のうち、少なくとも１つの信号検出装置が、前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持した状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドしたとき、当該トラックの開始時点から当該ホールド時点間での前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出する過程と、
   を備えることを特徴とする信号検出方法。
9. 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ライン毎の電荷信号を複数出力する放射線画像記録装置からの複数の前記電荷信号を、それぞれの積分電圧をリセットするリセット機能をそれぞれ有する複数の積分アンプによりそれぞれ積分してそれぞれの前記積分信号を生成する過程と、
   前記各積分アンプの出力側に並列に接続され、相関２重サンプリング回路を構成する基準トラックホールド回路と信号トラックホールド回路の出力を各差分アンプによりそれぞれ各差信号として出力する過程と、
   前記ライン毎の電荷信号中、最初のラインの電荷信号において、前記基準トラックホールド回路をホールド状態として前記基準トラックホールド回路の出力を基準レベルに保持した状態で、前記積分アンプをリセットさせ、その後、所定期間、前記信号トラックホールド回路をトラックさせた後ホールドしたとき、このトラック開始時点とホールド時点間での前記信号トラックホールド回路の出力から、前記電荷信号の残留成分により発生する電圧出力のレベルを検出し、検出した、前記電荷信号の前記残留成分により発生する前記電圧出力のレベルが、予め設定した閾値を下回る値となるよう、これ以降に前記差信号を得る前記信号検出装置の前記積分アンプのリセット期間を長くする過程と、
   を備えることを特徴とする放射線画像信号検出方法。

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