JP2010034661A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷情報を自在に読み出すことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】コントローラは、フレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する時間変更の機能を備え、その時間変更の機能は、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する。その結果、フレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間が従来では固定であったのに対して、キャリアの読み出しタイミングを自在に設定することができ、キャリア（電荷情報）を自在に読み出すことができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる撮像装置に関する。

電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置についてＸ線を入射して電荷情報に変換する場合を例に採って説明する。撮像装置は、Ｘ線感応型のＸ線変換層を備えており、Ｘ線の入射によりＸ線変換層はキャリア（電荷情報）に変換する。Ｘ線変換層としては非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜が用いられる。

また、撮像装置は、Ｘ線変換層で変換されたキャリアを蓄積して読み出す回路を備えている。この回路は、図１２に示すように、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

例えば、図１２に示すように、ゲートラインＧが１０本のゲートラインＧ１〜Ｇ１０からなり、データラインＤが１０本のデータラインＤ１〜Ｄ１０からなるときの制御シーケンスは以下のようになる。先ず、Ｘ線の入射によってキャリアが生成されて、そのキャリアがキャリアとしてコンデンサＣａに蓄積される。ゲート駆動回路１０１からゲートラインＧ１を選択して、選択されたゲートラインＧ１に接続されている各薄膜トランジスタＴｒが選択指定される。その選択指定された各薄膜トランジスタＴｒに接続されているコンデンサＣａから蓄積されたキャリアが読み出されて、データラインＤ１〜Ｄ１０の順に読み出される。次に、ゲート駆動回路１０１からゲートラインＧ２を選択して、同様の手順で、選択されたゲートラインＧ１および各薄膜トランジスタＴｒに接続されているコンデンサＣａから蓄積されたキャリアが読み出されて、データラインＤ１〜Ｄ１０の順に読み出される。残りのゲートラインＧについても同様に順に選択することで、２次元状のキャリアを読み出す。読み出された各キャリアは電荷電圧変換アンプで電圧に変換された状態でそれぞれ増幅されて、Ａ／Ｄ変換器でアナログ値からディジタル値に変換される。このディジタル値に変換されたキャリアに基づいて２次元状の画像を得る。なお、電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器は、図１２に示すように回路基板１０２に搭載されている。

ゲートラインＧの１本分のキャリアを読み出す時間の間隔である読み出し間隔は、図１３（ｂ）に示すように、アンプリセットの時間、薄膜トランジスタのゲートＯＮの時間、アンプ出力ホールド（サンプルホールドがＯＮ）の時間、Ａ／Ｄ変換の変換時間などで決定される。なお、各フレームレートごとの読み出しの時間を「読み出し期間」とすると、図１３（ａ）に示すように、読み出し間隔×１０（ゲートラインＧ１〜Ｇ１０までの１０本のライン）となる。また、フレームレートは、フレーム同期信号間の時間間隔でもあり、このフレーム同期信号に同期して画像単位を表わすフレームの出力（すなわちフレームの読み出し）のタイミングが制御される。すなわち、一定周期のフレーム同期信号に対して同期信号から固定時間後（図１３では固定時間「０」）にキャリアの読み出しが開始される（例えば、特許文献１参照）。図１３においては、上述した読み出し間隔は、電荷電圧変換アンプによる電荷電圧変換期間にも相当する。また、読み出し終了から次の読み出し開始までの期間を「ブランク期間」とすると、そのブランク期間の間でＸ線の照射が行われてＸ線がＸ線変換層に入射される。なお、Ｘ線照射（入射）終了から次のフレーム同期信号までの期間を、図１３に示すようにａとする。
特開２００６−３０４２１１号公報（第７−９頁、図４）

しかしながら、上述した図１３の期間ａの時間が短いと、Ｘ線照射による電源の揺れの影響や、Ｘ線非照射時のＴＦＴ画素のリーク電流が大きいことによるダイナミックレンジの減少が問題となる。

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、電荷情報を自在に読み出すことができる撮像装置を提供することを目的とする。

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に記載の発明は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する変換層と、その変換層で変換された電荷情報を蓄積して読み出す蓄積・読み出し回路とを備え、その蓄積・読み出し回路で読み出された電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置であって、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更する時間変更手段を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、時間変更手段を備え、その時間変更手段は、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更する。その結果、フレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間が従来では固定であったのに対して、電荷情報の読み出しタイミングを自在に設定することができ、電荷情報を自在に読み出すことができる。したがって、例えば、光または放射線の入射による電源の揺れや、光または放射線の非照射時のリーク電流があったとしても、それらが安定してから電荷情報を読み出すことが可能になって、ダイナミックレンジの減少を防止することができる。また、例えば、フレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を、図４に示すようにｂとすると、この時間ｂについては、上述したブランク期間まで最大に延ばすことができる。

上述した発明の一例は、上述した時間変更手段は、上述した光または放射線の入射直後のフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更することで、光または放射線の入射から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更することである（請求項２に記載の発明）。特に、時間変更手段は、光または放射線の入射直後から、その入射に関して蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間のみを調整して設定変更してもよい（請求項３に記載の発明）。フレーム同期信号と同時にフレームの出力（すなわちフレームの読み出し）を行うことで電荷情報を読み出す場合には、上述したブランク期間については定義の通りに次のフレーム同期信号までであり、そのブランク期間の間で行われる光または放射線の照射（入射）も次のフレーム同期信号までしか行うことができない。請求項２，３に記載の発明では、例えば、フレーム同期信号から電荷情報を読み出すまでの時間を時間変更手段が遅らせることで、次のフレーム同期信号までに跨って、光または放射線の照射（入射）を延長することができる。

ところで、上述したリーク電流に代表されるように非照射時に残留する電荷（暗電流）や、電荷電圧変換アンプのオフセット成分等（以下、これらを「オフセットデータ」と総称する）を、読み出された電荷情報は含んでいるので、それらのオフセットデータを減算するオフセット補正を行う必要がある。一般的には、光または放射線を照射しない非照射時で得られた電荷情報をオフセットデータとして予め記憶して、光または放射線の照射（入射）後で得られた電荷情報からオフセットデータを減算するオフセット補正を行うことで、真の（放射線）画像を得る。しかしながら、光または放射線の入射直後から、その入射に関して蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を時間変更手段が調整して設定変更する場合には、その設定変更された時間に応じて電荷情報の蓄積時間が変化することによりオフセットデータも変化する。したがって、電荷情報を読み出すまでの時間が変更しても、固定したオフセットデータを用いてオフセット補正を行うと誤差を生じる。

そこで、光または放射線の非照射時に残留するオフセット成分に基づくオフセット補正のためのデータであるオフセットデータを予め記憶するオフセット補正記憶手段と、オフセット補正を行うオフセット補正手段とを備える。そして、時間変更手段によって設定変更されるべき時間に応じて変更される各々の電荷情報の蓄積時間ごとに残留するオフセット成分をオフセットデータとして、時間変更手段によって設定変更されるべき各々の時間に対応させて上述したオフセット補正記憶手段に記憶する。さらに、時間変更手段は、光または放射線の入射直後から、その入射に関して蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更し、その設定変更された時間に対応したオフセットデータに基づいてオフセット補正手段はオフセット補正を行う（請求項４に記載の発明）。このように、設定変更された時間に対応したオフセットデータに基づいてオフセット補正を行うことで、電荷情報を読み出すまでの時間が変更しても、それに対応したオフセットデータを用いてオフセット補正を行うことができ、誤差が生じることなくオフセット補正が実現可能である。

また、上述したこれらの発明の他の一例は、光または放射線の入射直後のフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間と、入射以外を示す光または放射線の非照射直後のフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間とが互いに異なるように、時間変更手段は読み出すまでの時間を調整して設定変更することである（請求項５に記載の発明）。特に、フレーム同期信号毎に、光または放射線の入射直後の蓄積された電荷情報の読み出しと、光または放射線の非照射直後の蓄積された電荷情報の読み出しとを交互に行ってもよい（請求項６に記載の発明）。

請求項５，６に記載の発明では、例えば、光または放射線の入射直後のフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を時間変更手段が遅らせ、入射以外を示す光または放射線の非照射直後のフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を時間変更手段が「０」にする（すなわちフレーム同期信号と同時にフレームの出力を行うことで電荷情報を読み出す）場合に特に有用である。かかる場合には、請求項２，３に記載の発明でも述べたように、フレーム同期信号から電荷情報を読み出すまでの時間を時間変更手段が遅らせることで、次のフレーム同期信号までに跨って、光または放射線の照射（入射）を延長することができる。また、請求項６に記載の発明では、フレーム同期信号毎に、光または放射線の入射直後の蓄積された電荷情報の読み出しと、光または放射線の非照射直後の蓄積された電荷情報の読み出しとを交互に行うことによる１フレームおきの動画を取得する（すなわち画像を１フレームおきに連続的に取得する）場合に、特に有用である。

この発明に係る撮像装置によれば、時間変更手段は、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更するので、電荷情報の読み出しタイミングを自在に設定することができ、電荷情報を自在に読み出すことができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るＸ線撮影装置の概略ブロック図であり、図２は、Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図であり、図３は、Ｘ線撮影装置の電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器の周辺回路図である。後述する実施例２も含めて、本実施例１では、入射する放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、撮像装置としてＸ線撮影装置を例に採って説明する。

後述する実施例２も含めて、本実施例１に係るＸ線撮影装置は、被検体にＸ線を照射して撮像を行う。具体的には、被検体を透過したＸ線像がＸ線変換層（本実施例１では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キャリア（電荷情報）が層内に発生することでキャリアに変換される。

Ｘ線撮影装置は、図１に示すように、後述するゲートラインＧを選択するゲート駆動回路１と、Ｘ線変換層２３（図２を参照）で変換されたキャリアを蓄積して読み出すことでＸ線を検出する検出素子用回路２と、その検出素子用回路２で読み出されたキャリアを電圧に変換した状態で増幅する電荷電圧変換アンプ３と、その電荷電圧変換アンプ３で増幅された電圧のアナログ値からディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４と、そのＡ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して信号処理を行って画像を得る画像処理部５と、これらの回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御するコントローラ６と、処理された画像などを記憶するメモリ部７と、入力設定を行う入力部８と、処理された画像などを表示するモニタ９とを備えている。本明細書では、キャリアや画像などの情報を、画像に関する画像情報とする。Ｘ線変換層２３は、この発明における変換層に相当し、検出素子用回路２は、この発明における蓄積・読み出し回路に相当する。

ゲート駆動回路１は複数のゲートラインＧに電気的に接続されている。ゲート駆動回路１から各ゲートラインＧに電圧を印加することで、後述する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＴｒをＯＮにして後述するコンデンサＣａに蓄積されたキャリアの読み出しを開放し、各ゲートラインＧへの電圧を停止する（電圧を−１０Ｖにする）ことで、薄膜トランジスタＴｒをＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断する。なお、各ゲートラインＧに電圧を印加することでＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断し、各ゲートラインＧへの電圧を停止することでＯＮにしてキャリアの読み出しを開放するように、薄膜トランジスタＴｒを構成してもよい。

検出素子用回路２は、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタＴｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

説明の便宜上、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、縦・横式２次元マトリックス状配列で10×10個の薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａが形成されているとする。すなわち、ゲートラインＧは、１０本のゲートラインＧ１〜Ｇ１０からなり、データラインＤは、１０本のデータラインＤ１〜Ｄ１０からなる。各ゲートラインＧ１〜Ｇ１０は、図１中のＸ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒのゲートにそれぞれ接続され、各データラインＤ１〜Ｄ１０は、図１中のＹ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒの読み出し側にそれぞれ接続されている。薄膜トランジスタＴｒの読み出し側とは逆側にはコンデンサＣａが電気的に接続されており、薄膜トランジスタＴｒとコンデンサＣａとの個数が一対一に対応する。

また、検出素子用回路２は、図２に示すように、検出素子ＤＵが２次元マトリックス状配列で絶縁基板２１にパターン形成されている。すなわち、絶縁基板２１の表面に、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によるパターン技術を利用して、上述したゲートラインＧ１〜Ｇ１０およびデータラインＤ１〜Ｄ１０を配線し、薄膜トランジスタＴｒ，コンデンサＣａ，キャリア収集電極２２，Ｘ線変換層２３および電圧印加電極２４を順に積層形成することで構成されている。

Ｘ線変換層２３は、Ｘ線感応型の半導体厚膜で形成されており、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜で形成されている。Ｘ線変換層２３は、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報であるキャリアに変換する。なお、Ｘ線変換層２３は、Ｘ放射線の入射によりキャリアが生成されるＸ線感応型の物質であれば、アモルファスセレンに限定されない。また、Ｘ線以外の放射線（γ線など）を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、放射線の入射によりキャリアが生成される放射線感応型の物質を用いてもよい。また、光を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質を用いてもよい。

キャリア収集電極２２は、コンデンサＣａに電気的に接続されており、Ｘ線変換層２３で変換されたキャリアを収集してコンデンサＣａに蓄積する。このキャリア収集電極２２も、薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａと同様に、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（本実施例１では10×10個）形成されている。それらキャリア収集電極２２，コンデンサＣａおよび薄膜トランジスタＴｒが各検出素子ＤＵとしてそれぞれ分離形成されている。また、電圧印加電極２４は、全検出素子ＤＵの共通電極として全面にわたって形成されている。

電荷電圧変換アンプ３は、図３に示すように、各々のデータラインＤ（図３ではＤ１〜Ｄ１０）に電気的に接続されたアンプ３１と、各々のデータラインＤに電気的に接続されたアンプ用コンデンサ３２と、データラインＤ毎のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２に電気的に並列に接続されたサンプルホールド３３と、データラインＤ毎のサンプルホールド３３に電気的に接続されたスイッチング素子３４とを備えている。また、アンプ３１と検出素子用回路２のデータラインＤの端部とは、スイッチング素子ＳＷを介して、データラインＤ毎に電気的に接続されている。データラインＤに読みだされたキャリアを、スイッチング素子ＳＷがＯＮにして電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２に送り込む。送り込まれたキャリアを、アンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２が電圧に変換した状態で増幅し、増幅された電圧値をサンプルホールド３３は所定時間だけ一旦蓄積する。一旦蓄積された電圧値を、スイッチング素子３４をＯＮにしてＡ／Ｄ変換器４に送り込み、送り込まれた電圧のアナログ値からディジタル値にＡ／Ｄ変換器４は変換する。

図２の説明に戻って、画像処理部５は、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して各種の信号処理を行って画像を求める。コントローラ６は、回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御し、後述する実施例２も含めて、本実施例１ではフレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間を調整して設定変更する機能（時間変更の機能）およびオフセット補正を行う機能をも備えている。画像処理部５およびコントローラ６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。コントローラ６は、この発明における時間変更手段およびオフセット補正手段に相当する。

メモリ部７は、画像情報などを書き込んで記憶し、コントローラ６からの読み出し指令に応じて画像情報などがメモリ部７から読み出される。メモリ部７は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。なお、画像情報の書き込みにはＲＡＭが用いられ、例えば制御シーケンスに関するプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる場合には、制御シーケンスに関するプログラムの読み出し専用にはＲＯＭが用いられる。本実施例１では、フレーム同期信号から、蓄積された電荷情報（キャリア）を読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する制御シーケンスに関するプログラムをメモリ部７に記憶させ、そのプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる。その他に、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、メモリ部７は、後述するオフセットデータを予め記憶するオフセット補正テーブル（図６を参照）を備えている。メモリ部７は、この発明におけるオフセット補正記憶手段に相当する。

入力部８は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイス、あるいはボタンやスイッチやレバーなどの入力手段で構成されている。入力部８に入力設定すると、入力設定データがコントローラ６に送り込まれ、入力設定データに基づいて回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５やメモリ部７やモニタ９などが制御される。

続いて、本実施例１のＸ線撮影装置の制御シーケンスについて説明する。電圧印加電極２４に高電圧（例えば数１００Ｖ〜数１０ｋＶ程度）のバイアス電圧Ｖ_Ａを印加した状態で、検出対象であるＸ線を入射させる。

Ｘ線の入射によってＸ線変換層２３でキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報としてキャリア収集電極２２を介してコンデンサＣａに蓄積される。ゲート駆動回路１の信号（ここではキャリア）読み出し用の走査信号（すなわちゲート駆動信号）によって、対象となるゲートラインＧが選択される。本実施例１では、ゲートラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇ９，Ｇ１０の順に１つずつ選択されるものとして説明する。また、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号は、ゲートラインＧに電圧（例えば１５Ｖ程度）を印加する信号である。

ゲート駆動回路１から対象となるゲートラインＧを選択して、選択されたゲートラインＧに接続されている各薄膜トランジスタＴｒが選択指定される。この選択指定で選択指定された薄膜トランジスタＴｒのゲートに電圧が印加されてＯＮ状態となる。その選択指定された各薄膜トランジスタＴｒに接続されているコンデンサＣａから蓄積されたキャリアが、選択指定されてＯＮ状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データラインＤに読み出される。すなわち、選択されたゲートラインＧに関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、データラインＤに読み出される。

一方、選択指定された同一のゲートラインＧに関する各々の検出素子ＤＵからの読み出し順については、データラインＤ１〜Ｄ１０の順に１つずつ選択されて読み出されるものとして説明する。すなわち、データラインＤに接続されている電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１がリセットされて、さらに薄膜トランジスタＴｒがＯＮ状態（すなわちゲートがＯＮ）に移行することで、キャリアがデータラインＤに読み出され、電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２にて電圧に変換された状態で増幅される。

つまり、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号と、データラインＤに接続されているアンプ３１の選択とに基づいて行われる。

先ず、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ１を選択して、選択されたゲートラインＧ１に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、データラインＤ１〜Ｄ１０の順に読み出される。次に、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ２を選択して、同様の手順で、選択されたゲートラインＧ２に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、データラインＤ１〜Ｄ１０の順に読み出される。残りのゲートラインＧについても同様に順に選択することで、２次元状のキャリアを読み出す。

読みだされた各キャリアはアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２で電圧に変換された状態でそれぞれ増幅されて、サンプルホールド３３で一旦蓄積されて、Ａ／Ｄ変換器４でアナログ値からディジタル値に変換される。このディジタル値に変換された電圧値に基づいて、画像処理部５は各種の信号処理を行って、２次元状の画像を得る。得られた２次元状の画像やキャリアなどに代表される画像情報は、コントローラ６を介してメモリ部７に書き込まれて記憶され、必要に応じてコントローラ６を介してメモリ部７から読み出される。また、画像情報は、コントローラ６を介してモニタ９に表示される。

次に、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間の設定について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、読み出し間隔のタイミングチャートであって、図４（ｂ）は、読み出し間隔を細分化したタイミングチャートである。

読み出し間隔は、ゲートラインＧの１本分のキャリアを読み出す時間の間隔である。本明細書では、読み出し間隔は、図４（ｂ）に示すようなタイミングチャートに細分化され、選択の対象であるゲートラインＧにおけるアンプ３１でのアンプリセット開始から、次に選択されるゲートラインＧにおけるアンプ３１でのアンプリセット開始までの間隔を示す。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、アンプリセットが終了した後に、ゲートラインＧを選択して薄膜トランジスタＴｒのゲートがＯＮ状態に移行する。この移行によりゲートラインＧに関する各々の検出素子ＤＵからのキャリアの読み出しが行われる。薄膜トランジスタＴｒのゲートがＯＦＦ状態に移行した後に、アンプリセット開始からアンプ３１の出力が安定するまでの時間、より正確に述べると薄膜トランジスタＴｒのゲートがＯＦＦ状態に移行してからアンプ３１の出力が安定するまでの時間であるアンプ出力安定待ち時間が経過した後に、アンプ出力ホールドを示すサンプルホールド３３をＯＮにする。サンプルホールド３３をＯＦＦかつスイッチング素子３４をＯＮにした後にＡ／Ｄ変換器４をＯＮにしてアナログ値からディジタル値に変換される。

従来の場合、フレーム同期信号に対して同期信号から固定時間後（図１３では固定時間「０」）にキャリアの読み出しが開始されていたのに対して、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する。特に、本実施例１では、Ｘ線照射（入射）後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更することで、Ｘ線照射から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間を調整して設定変更している。Ｘ線照射（入射）終了から次のフレーム同期信号までの期間を、上述したようにａとすると、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更することで、Ｘ線照射（の終了）からキャリアを読み出すまでの時間は（ａ＋ｂ）となり、時間（ａ＋ｂ）を調整して設定変更することにもなる。また、図４（ａ）に示すように、Ｘ線照射（入射）直後から、その入射に関して蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂのみを調整して設定変更している。Ｘ線照射（入射）以外を示す非照射直後のフレーム同期信号からキャリアを読み出す時間については、従来と同じで固定であり時間ｂ＝０のままである。具体的な時間ｂの設定については後述する。

次に、オフセット補正について、図５および図６を参照して説明する。図５は、オフセットデータを取得するための非照射時のタイミングチャートであり、図６は、オフセット補正テーブルの模式図である。リーク電流に代表されるように非照射時に残留する電荷（暗電流）や、電荷電圧変換アンプ３のオフセット成分等（すなわちオフセットデータ）を、読み出されたキャリアは含んでいるので、それらのオフセットデータを減算するオフセット補正を行う必要がある（なお、電荷電圧変換アンプ３のオフセット成分等をキャリアに換算している）。一般的には、Ｘ線を照射しない非照射時で得られたキャリアをオフセットデータとして予め記憶して、Ｘ線照射（入射）後で得られたキャリアからオフセットデータを減算するオフセット補正を行うことで、真の（Ｘ線）画像を得る。しかしながら、Ｘ線入射直後から、その入射に関して蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する場合には、その設定変更された時間ｂに応じてキャリアの蓄積時間が変化することによりオフセットデータも変化する。したがって、キャリアを読み出すまでの時間が変更しても、固定したオフセットデータを用いてオフセット補正を行うと誤差を生じる。

そこで、非照射時に残留するオフセット成分に基づくオフセット補正のためのデータであるオフセットデータを予め記憶するオフセット補正テーブルをメモリ部７は備え、コントローラ６はオフセット補正を行う機能を備えている。具体的には、図５に示すように非照射時に残留するオフセット成分を取得するために、非照射（図５中の２点鎖線を参照）後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出す動作を、時間ｂを変えながら逐次に取得する。なお、図５（ａ）のタイミングチャートと図５（ｂ）のタイミングチャートとは時間的に連続しており、図５（ａ）のタイミングチャートの直後に図５（ｂ）のタイミングチャートが続くとして説明する。

非照射後のフレーム同期信号から得られたキャリアについては、リーク電流に代表されるように非照射時に残留する電荷（暗電流）の他に、電荷電圧変換アンプ３のオフセット成分等も含まれており、これらのオフセット成分についてはキャリアに換算して読み出せばよい。また、図５に示すようにフレームレートをｃとすると、キャリアの蓄積時間は、前回のキャリアの読み出しと今回のキャリアの読み出しとの間の時間であるので、（ｃ＋ｂ）となる。上述したように、設定変更された時間ｂに応じてキャリアの蓄積時間（ｃ＋ｂ）も変化する。図５では、時間ｂをｂ_１とした場合および時間ｂをｂ_２とした場合を図示している。

そこで、図６に示すように、設定変更されるべき時間ｂに応じて変更される各々のキャリアの蓄積時間（ｃ＋ｂ）ごとに残留するオフセット成分をオフセットデータとして、設定変更されるべき各々の時間ｂに対応させて上述したオフセット補正テーブルに記憶する。図６では、時間ｂをｂ_１とした場合の蓄積時間（ｃ＋ｂ_１）と、そのときのオフセットデータＯ_１とを対応させてオフセット補正テーブルに記憶し、時間ｂをｂ_２とした場合の蓄積時間（ｃ＋ｂ_２）と、そのときのオフセットデータＯ_２とを対応させてオフセット補正テーブルに記憶した場合を模式的に図示している。なお、時間ｂについては、「０」以下、すなわち次のフレーム同期信号が始まるまでに次のキャリアの読み出しを行ってもよい。

さらに、Ｘ線照射（入射）直後から、その入射に関して蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更し、その設定変更された時間ｂに対応したオフセットデータに基づいてオフセット補正を行う。例えば、時間ｂをｂ_１に調整し設定変更した場合には、その設定変更された時間ｂ_１に対応したオフセットデータＯ_１をオフセット補正テーブルから読み出し、そのオフセットデータＯ_１を減算してオフセット補正を行い、時間ｂをｂ_２に調整し設定変更した場合には、その設定変更された時間ｂ_２に対応したオフセットデータＯ_２をオフセット補正テーブルから読み出し、そのオフセットデータＯ_２を減算してオフセット補正を行う。このように、設定変更された時間ｂに対応したオフセットデータに基づいてオフセット補正を行うことで、キャリアを読み出すまでの時間ｂが変更しても、それに対応したオフセットデータを用いてオフセット補正を行うことができ、誤差が生じることなくオフセット補正が実現可能である。

次に、具体的な時間ｂの設定について、図７〜図１０を参照して説明する。図７は、Ｘ線照射（の終了）からキャリアを読み出すまでの時間とリーク電流との関係を模式的に示したグラフであり、図８は、Ｘ線入射パターンを模式的に示した図であり、図９は、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間が「０」のときのＸ線照射の時間長さを太枠で付記したタイミングチャートであり、図１０は、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間を遅らせたときのＸ線照射の時間長さを太枠で付記したタイミングチャートである。

フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間ｂを具体的に調整して設定変更するには、例えば、Ｘ線入射による電源の揺れや、非照射時のリーク電流が安定した後の時間に設定する。それらが安定した後の時間に設定することで、それらが安定してからキャリアを読み出すことが可能になる。一方で、実際にＸ線照射で得られるキャリアに、電源の揺れやリーク電流が含まれているかは、そのキャリアを読み出してからでないとわからない。そこで、図７に示すように、Ｘ線照射（の終了）からキャリアを読み出すまでの時間（ａ＋ｂ）と、その時間（ａ＋ｂ）でのリーク電流Ｌを読み出して、横軸を時間（ａ＋ｂ）として、縦軸をリーク電流Ｌとしたグラフを作成する。このグラフはＸ線入射パターンによって特性が変わる。すなわち、図８（ａ）の斜線に示すように画像の一部分にＸ線を入射する場合には、入射していない部分にも矢印の方向にリーク電流Ｌが漏れ、図８（ｂ）の斜線に示すように画像全体にＸ線を入射する場合には、一様にリーク電流が漏れ、図８（ｃ）や図８（ｄ）の斜線に示すように画像の帯状部分にＸ線を入射する場合には、入射していない部分にも矢印の方向にリーク電流Ｌが漏れる。

これらの図８（ａ）〜図８（ｄ）のようなＸ線入射パターン毎に図７に示すようなグラフを作成し、無視できる程度の所定値のリーク電流Ｌ_１以下になる時間（ａ＋ｂ_Ｌ）以上の時間になるように時間ｂを調整して設定変更する。したがって、Ｘ線を照射（入射）する場合には、予めＸ線入射パターンがわかっているので、そのＸ線入射パターンに合わせたグラフから時間ｂを調整して設定変更すれば、リーク電流が安定した後のキャリアを読み出すことが可能になる。ここではリーク電流について説明したが、Ｘ線照射による電源の揺れについても同様に行えばよい。

また、時間ｂを調整して設定変更することで時間ｂを遅らせることができ、時間ｂを遅らせることで、図４および図５に示すタイミングチャートの場合には、最後のゲートラインＧ（図４および図５ではＧ１０）でのキャリアの読み出しが次のフレーム同期信号にまでに終了さえしておれば、そこまで時間ｂを遅らせることができる。したがって、この時間ｂについてはブランク期間まで最大に延ばすことができる。

また、時間ｂが「０」のときのＸ線照射の時間長さは、図９の太枠に示すようになり、この最大時間長さはブランク期間に一致する。したがって、従来のように時間ｂが固定であり、時間ｂ＝０のときには、Ｘ線照射の最大時間長さはブランク期間まで制約される。したがって、フレーム同期信号と同時にフレームの出力（すなわちフレームの読み出し）を行うことでキャリアを読み出す場合には、ブランク期間については定義の通りに次のフレーム同期信号までであり、そのブランク期間の間で行われるＸ線照射も次のフレーム同期信号までしか行うことができない。しかし、時間ｂを遅らせることで、時間ｂを遅らせたときのＸ線照射の時間長さは、図１０の太枠に示すようになり、この最大時間長さは次のフレーム同期信号までに跨って延長可能であり、より柔軟なＸ線条件が選択可能になる。なお、図５と同様に、図９（ａ）のタイミングチャートと図９（ｂ）のタイミングチャートとは時間的に連続しており、図９（ａ）のタイミングチャートの直後に図９（ｂ）のタイミングチャートが続くことに留意されたい。図１０の場合も、図５および図９と同様である。

上述した本実施例１に係るＸ線撮影装置によれば、コントローラ６は時間ｂを調整して設定変更する時間変更の機能を備え、その時間変更の機能は、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、蓄積されたキャリア（電荷情報）を読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更する。その結果、フレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間が従来では固定であったのに対して、キャリアの読み出しタイミングを自在に設定することができ、キャリアを自在に読み出すことができる。したがって、例えば、上述したようにＸ線照射（Ｘ線の入射）による電源の揺れや、非照射時のリーク電流があったとしても、それらが安定してからキャリアを読み出すことが可能になって、ダイナミックレンジの減少を防止することができる。また、例えば、上述したように、フレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂについては、ブランク期間まで最大に延ばすことができる。

本実施例１では、時間変更の機能は、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）直後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更することで、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更している。特に、本実施例１では、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）直後から、その入射に関して蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂのみを調整して設定変更している。フレーム同期信号と同時にフレームの出力（すなわちフレームの読み出し）を行うことでキャリアを読み出す場合には、上述したようにブランク期間については定義の通りに次のフレーム同期信号までであり、そのブランク期間の間で行われるＸ線照射（Ｘ線の入射）も次のフレーム同期信号までしか行うことができない。本実施例１の場合には、例えば、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間ｂを遅らせることで、上述したように次のフレーム同期信号までに跨って、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）を延長することができる。

また、本実施例１では、図４に示すようにＸ線照射（Ｘ線の入射）直後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂと、入射以外を示す非照射直後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間とが互いに異なるように、時間変更の機能は、読み出すまでの時間ｂを調整して設定変更している。本実施例１の場合には、図４に示すように、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）直後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間ｂを遅らせ、入射以外を示す非照射直後のフレーム同期信号から、蓄積されたキャリアを読み出すまでの時間を「０」にする（すなわちフレーム同期信号と同時にフレームの出力を行うことでキャリアを読み出す）場合に特に有用である。かかる場合には、上述したようにフレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間ｂを遅らせることで、次のフレーム同期信号までに跨って、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）を延長することができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図１１は、実施例２に係る動画のタイミングチャートである。本実施例２では、図１のＸ線撮影装置や図２のＸ線変換層や電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器などについては、上述した実施例１と同じ構造なので、その説明を省略する。また、上述した実施例１と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。上述した実施例１との相違点は、実施例１では図４のタイミングチャートに基づく制御シーケンスを実行させていたのに対して、本実施例２では図１１のタイミングチャートに基づく制御シーケンスを実行させている点である。図５や図９や図１０と同様に、図１１（ａ）のタイミングチャートと図１１（ｂ）のタイミングチャートとは時間的に連続しており、図１１（ａ）のタイミングチャートの直後に図１１（ｂ）のタイミングチャートが続くことに留意されたい。

図１１に示すように、フレーム同期信号毎に、Ｘ線照射（入射）直後の蓄積されたキャリアの読み出しと、非照射直後の蓄積されたキャリアの読み出しとを交互に行っている。なお、上述した実施例１の図１０でも述べたように、次のフレーム同期信号までに跨って、Ｘ線照射（Ｘ線の入射）を延長することもできる（図１１では次のフレーム同期信号までにＸ線照射を終了させている場合を図示）。

本実施例２では、フレーム同期信号毎に、Ｘ線照射（入射）直後の蓄積されたキャリアの読み出しと、非照射直後の蓄積されたキャリアの読み出しとを交互に行うことによる１フレームおきの動画を取得する（すなわち画像を１フレームおきに連続的に取得する）場合に、特に有用である。オフセット補正については、上述した実施例１と同じようにオフセット補正テーブルを用いて行えばよい。

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。

（１）上述した各実施例では、図１に示すようなＸ線撮影装置を例に採って説明したが、この発明は、例えばＣ型アームに配設されたＸ線透視撮影装置にも適用してもよい。また、この発明は、Ｘ線ＣＴ装置にも適用してもよい。

（２）上述した各実施例では、入射したＸ線に代表される放射線をＸ線変換層（変換層）によって電荷情報に直接に変換した、「直接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用したが、入射した放射線をシンチレータなどの変換層によって光に変換し、光感応型の物質で形成された変換層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用してもよい。

（３）上述した各実施例では、Ｘ線を検出するための検出素子用回路を例に採って説明したが、この発明は、ＥＣＴ（Emission Computed Tomography）装置のように放射性同位元素（ＲＩ）を投与された被検体から放射されるγ線を検出するための検出素子用回路に例示されるように、放射線を検出する検出素子用回路であれば特に限定されない。同様に、この発明は、上述したＥＣＴ装置に例示されるように、放射線の入射により撮像を行う装置であれば特に限定されない。

（４）上述した各実施例では、Ｘ線などに代表される放射線撮像を例に採って説明したが、この発明は、光の入射により撮像を行う装置にも適用することができる。

（５）上述した各実施例では、離散的なオフセットデータを記憶したオフセット補正テーブルを用いてオフセット補正を行ったが、設定変更されるべき時間ｂに応じて変更される各々のキャリアの蓄積時間ごとに残留するオフセット成分をオフセットデータとして、設定変更されるべき各々の時間ｂに対応させてオフセット補正記憶手段に記憶するのであれば、離散的なオフセットデータに限定されない。例えば、離散的に得られたオフセットデータとそのときの時間ｂとに基づいて、時間ｂを入力としてオフセットデータを出力とする関数を最小自乗法などの近似式で近似して、その近似式の関数プログラムをメモリ部７（図１を参照）に記憶する。設定変更される時間ｂを決めたら、その時間ｂを関数に入力して求めるべきオフセットデータを出力するために、近似式の関数プログラムの読み出しによって近似式を用いてオフセットデータを求めるシーケンスをコントローラ６（図１を参照）に実行させる。

各実施例に係るＸ線撮影装置の概略ブロック図である。 Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図である。 Ｘ線撮影装置の電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器の周辺回路図である。 （ａ）は、実施例１に係る読み出し間隔のタイミングチャートであって、（ｂ）は、読み出し間隔を細分化したタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、オフセットデータを取得するための非照射時のタイミングチャートである。 オフセット補正テーブルの模式図である。 Ｘ線照射（の終了）からキャリアを読み出すまでの時間とリーク電流との関係を模式的に示したグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、Ｘ線入射パターンを模式的に示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間が「０」のときのＸ線照射の時間長さを太枠で付記したタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、フレーム同期信号からキャリアを読み出すまでの時間を遅らせたときのＸ線照射の時間長さを太枠で付記したタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、実施例２に係る動画のタイミングチャートである。 従来のＸ線撮影装置の概略ブロック図である。 （ａ）は、従来の読み出し間隔のタイミングチャートであって、（ｂ）は、読み出し間隔を細分化したタイミングチャートである。

符号の説明

２ … 検出素子用回路
２３ … Ｘ線変換層
６ … コントローラ
７ … メモリ部
ｂ … フレーム同期信号から（、蓄積された）キャリアを読み出すまでの時間

Claims (6)

1. 光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する変換層と、その変換層で変換された電荷情報を蓄積して読み出す蓄積・読み出し回路とを備え、その蓄積・読み出し回路で読み出された電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置であって、画像単位を表わすフレームの出力のタイミングを同期させて制御するための同期信号であるフレーム同期信号から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更する時間変更手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、前記時間変更手段は、前記光または放射線の入射直後の前記フレーム同期信号から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更することで、前記光または放射線の入射から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、前記時間変更手段は、前記光または放射線の入射直後から、その入射に関して前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間のみを調整して設定変更することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、前記光または放射線の非照射時に残留するオフセット成分に基づくオフセット補正のためのデータであるオフセットデータを予め記憶するオフセット補正記憶手段と、前記オフセット補正を行うオフセット補正手段とを備え、前記時間変更手段によって設定変更されるべき時間に応じて変更される各々の電荷情報の蓄積時間ごとに残留する前記オフセット成分を前記オフセットデータとして、時間変更手段によって設定変更されるべき各々の時間に対応させて前記オフセット補正記憶手段に記憶し、時間変更手段は、前記光または放射線の入射直後から、その入射に関して前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間を調整して設定変更し、その設定変更された時間に対応したオフセットデータに基づいて前記オフセット補正手段はオフセット補正を行うことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、前記光または放射線の入射直後の前記フレーム同期信号から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間と、前記入射以外を示す前記光または放射線の非照射直後のフレーム同期信号から、前記蓄積された電荷情報を読み出すまでの時間とが互いに異なるように、前記時間変更手段は前記読み出すまでの時間を調整して設定変更することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、前記フレーム同期信号毎に、前記光または放射線の入射直後の前記蓄積された電荷情報の読み出しと、前記光または放射線の非照射直後の前記蓄積された電荷情報の読み出しとを交互に行うことを特徴とする撮像装置。

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