JP2014209122A

JP2014209122A - 放射線撮像装置

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Publication number: JP2014209122A
Application number: JP2014118127A
Authority: JP
Inventors: 内藤　雄一; Yuichi Naito; 雄一内藤; 齋藤　秀彦; Hidehiko Saito; 秀彦齋藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: JP5781198B2

Abstract

【課題】アーティファクトを低減した高画質な放射線画像を得る。
【解決手段】放射線を電気信号へ変換し蓄積する蓄積部と、電気信号をサンプルホールドして画素回路ごとにアナログ信号として出力する出力部とを備える放射線撮像装置であって、同期信号検出部と、同期信号に応じた撮像間隔で放射線の曝射を開始し曝射時間経過後に電気信号をサンプルホールドするよう蓄積部と出力部とを制御する制御部と、アナログ信号を出力する画素回路位置を選択する選択部と、曝射時間と全ての画素回路のアナログ信号出力に要する出力時間との和が撮像間隔より大きいかを判定する判定部とを備え、和が撮像間隔より大きい場合、所定の画素回路数分のアナログ信号を出力した後、選択を停止し且つ出力を停止し、同期信号が改めて検出されたら蓄積をリセットし、放射線の曝射を開始してから所定時間経過後、曝射時間経過前に、選択を再開し且つ残りの画素回路位置での出力を再開する。
【選択図】図６

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像装置の制御方法、およびプログラムに関し、特に放射線をパルス状に断続的に被写体に照射して撮像する場合の画像アーティファクトを低減する放射線撮像装置、放射線撮像装置の制御方法、およびプログラムに関する。

近年、放射線撮像装置、特にデジタルＸ線撮像装置の分野では、イメージインテンシファイアに代わり、解像度の向上や体積の小型化、画像の歪みを抑えることを目的として、光電変換素子を用いた等倍光学系の大面積フラットパネル式の放射線撮像装置が普及している。

放射線撮像装置に用いられる等倍光学系のフラットパネルセンサの１つとして、シリコン半導体ウェーハ上にＣＭＯＳ半導体製造プロセスにより生成された光電変換素子を二次元的につなぎ合わせて構成した大面積フラットパネルセンサがある。

特許文献１には、シリコン半導体ウェーハサイズ以上の大面積フラットパネルセンサを実現するために、シリコン半導体ウェーハから光電変換素子を短冊状に切り出した矩形撮像素子である矩形半導体基板を複数枚タイリングして大面積フラットパネルセンサとする製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、光電変換素子を短冊状に切り出した矩形半導体基板の回路構成が開示されている。短冊状に切り出した矩形半導体基板上には、二次元的に整列した光電変換素子と共に、読み出し制御回路として垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタとが構成されている。水平シフトレジスタの近傍には外部端子（電極パット）が設けられている。外部端子から入力される制御信号およびクロック信号により、矩形半導体基板上の垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタとが制御され、クロック信号と同期して各シフトレジスタから順次各画素列が出力される。

特開２００２−０２６３０２号公報特開２００２−３４４８０９号公報

例えば図５（ａ）で示されるように、すべての光電変換素子の電気信号を出力するために必要な走査時間ＳＴと放射線信号蓄積時間ＸＴ（曝射時間ＸＴ）とを加算した値が、同期信号の撮像間隔ＦＴより小さい撮像モードの場合、つまり、フレームレートが比較的遅い場合は、特に問題は生じない。

一方、図５（ｂ）は、すべての光電変換素子の電気信号を出力するための走査時間ＳＴと放射線信号蓄積時間ＸＴ（曝射時間ＸＴ）とを加算した値が、同期信号の撮像間隔ＦＴより大きい撮像モードの例である。つまり、フレームレートが比較的高速な撮像モードの場合であり、矩形半導体基板のシフトレジスタの走査を行ってアナログ信号の出力期間中の、図５（ｂ）におけるｔ９で示される時点で放射線信号の蓄積を開始するためのリセット動作が行われる。しかしながら、リセット動作がアナログ信号走査中に行われると、矩形半導体基板の全画素に同時に電流が流れることによって、矩形半導体基板の電源電圧が変動してしまう。すなわち、リセット動作中に出力されるアナログ信号に乱れが生じ、動画像にアーティファクトが発生するという課題がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、高速な撮像モードにおいてもアーティファクトを低減した高画質な画像を得ることを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る放射線撮像装置は、
放射線を電気信号へ変換して蓄積する蓄積手段と、前記電気信号をサンプルホールドして画素回路ごとにアナログ信号として出力する出力手段とを備える放射線撮像装置であって、
同期信号を検出する検出手段と、
前記同期信号に応じた撮像間隔で、前記放射線の曝射を開始し、曝射時間が経過した後に、前記電気信号をサンプルホールドするように前記蓄積手段と前記出力手段とを制御する制御手段と、
前記出力手段が前記アナログ信号を出力するための前記画素回路の位置を選択する選択手段と、
前記曝射時間と、全ての画素回路に対する前記アナログ信号の出力に要する出力時間と、の合計時間が、前記撮像間隔より大きいか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段により前記合計時間が前記撮像間隔より大きいと判定された場合、前記出力手段が所定の画素回路数分の前記電気信号をアナログ信号として出力した後、前記選択手段は前記選択を停止し、前記出力手段は当該選択の停止に応じて前記出力を停止し、
前記検出手段により前記同期信号が改めて検出されたら前記蓄積手段による前記蓄積をリセットし、当該同期信号に応じた撮像間隔で前記放射線の曝射を開始してから所定時間経過後、当該曝射時間が経過する前に、前記選択手段は前記選択を再開し、前記出力手段は残りの画素回路の位置での前記出力を再開することを特徴とする。

本発明によれば、高速な撮像モードにおいてもアーティファクトを低減した高画質な画像を得ることを目的とする。

放射線動画撮像装置システム全体を表す模式的ブロック図。矩形半導体基板の内部構造を模式的に示した図。画像読み出しの一例を示すタイミングチャート。矩形半導体基板の１画素分の等価回路。矩形半導体基板制御信号のタイミングチャート。矩形半導体基板制御信号のタイミングチャート。矩形半導体基板制御時のフローチャート。

（第１実施形態）
図１を参照して、大面積フラットパネル式の放射線動画撮像システム全体を表す模式的ブロックについて説明する。放射線動画撮像システムは、放射線撮像装置１００と、画像処理およびシステム制御装置１０１と、画像表示装置１０２と、Ｘ線発生装置１０３と、Ｘ線管１０４とを備える。撮像時には、画像処理およびシステム制御装置１０１により、放射線撮像装置１００とＸ線発生装置１０３とが同期制御される。被写体を透過した放射線は不図示のシンチレータにより可視光に変換され、光量に応じた光電変換がなされた後に、Ａ／Ｄ変換が行われる。そして、Ａ／Ｄ変換の後にＸ線照射に対応したフレーム画像データが放射線撮像装置１００から画像処理及びシステム制御装置１０１に転送される。画像処理が行われた後、画像表示装置１０２に放射線画像がリアルタイムに表示される。

放射線撮像装置１００は、フラットパネルセンサ１０６を備える。フラットパネルセンサ１０６には、シリコン半導体ウェーハから二次元的に光電変換素子を短冊状に切り出した矩形半導体基板１０７が、不図示の平面基台上に１４列×２行のマトリクス状にタイリングされている。フラットパネルセンサ１０６の上辺部と下辺部とには、マトリクス状に並んだ矩形半導体基板１０７に設けられた不図示の外部端子（電極パット）が一列に並んでいる。矩形半導体基板１０７に設けられた電極パットは不図示のフライングリード式プリント配線板で外部の回路と接続される。アナログマルチプレクサ１３１乃至アナログマルチプレクサ１３８は、撮像部制御回路１０８からの制御信号により、接続された矩形半導体基板１０７の画素出力を選択し、アナログマルチプレクサ１３１乃至アナログマルチプレクサ１３８のそれぞれと接続される差動増幅器１４１乃至差動増幅器１４８に出力する。Ａ／Ｄ変換器１５１乃至Ａ／Ｄ変換器１５８は、撮像部制御回路１０８から出力される同期クロックに従い、Ａ／Ｄ変換器１５１乃至Ａ／Ｄ変換器１５８のそれぞれが接続される差動増幅器１４１乃至差動増幅器１４８からのアナログ信号をデジタル化し、撮像部制御回路１０８に出力する。撮像部制御回路１０８はＡ／Ｄ変換器１５１乃至Ａ／Ｄ変換器１５８によりＡ／Ｄ変換されたブロックごとのデジタル画像データをフレームデータに合成し、接続部１０９を介して画像処理およびシステム制御装置１０１に転送する。

短冊状に切り出される矩形半導体基板１０７は、例えば横約２０ｍｍ、縦約１４０ｍｍの基板である。また、１４列×２行のマトリクス状にタイリングされて構成されたフラットパネルセンサ１０６は、例えば縦約２８０ｍｍ、横約２８０ｍｍの約１１インチ角の正方形である。

次に、図２を参照して、矩形半導体基板１０７の内部構造を説明する。そして、図３を参照して、矩形半導体基板１０７がタイリングされたフラットパネルセンサ１０６からの画像読み出し処理の一例を示すタイミングチャートを説明する。

図２において、矩形半導体基板１０７は、画素回路２０１と、垂直シフトレジスタ２０２と、水平シフトレジスタ２０３とを備える。また、行制御信号２０４は行方向の信号であり、列制御信号２０５は列方向の信号である。

画素回路２０１は、矩形半導体基板１０７上に二次元的に整列した光電変換素子を含む画素回路である。垂直シフトレジスタ２０２および水平シフトレジスタ２０３は、読み出し制御回路として機能する。水平シフトレジスタスタート信号ＨＳＴ、垂直シフトレジスタスタート信号ＶＳＴ、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨ、および垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶが外部端子から入力される。

図３のタイムチャートにおいて、垂直シフトレジスタスタート信号ＶＳＴが“Ｈ”の状態でＣＬＫＶが立ち上がると、垂直シフトレジスタ２０２の内部の回路がリセットされる。そして、垂直シフトレジスタ２０２の出力Ｖ０に“Ｈ”が出力され、行制御信号２０４により制御される１ラインの画素出力が有効となる。また、水平シフトレジスタスタート信号ＨＳＴが“Ｈ”の状態で水平シフトクロック信号ＣＬＫＨが立ち上がると、水平シフトレジスタ２０３の内部の回路がリセットされる。そして、水平シフトレジスタ２０３の出力Ｈ０に“Ｈ”が出力され、行制御信号２０４により有効になっている１ラインの画素のうちＨ０で選択される画素回路２０１の出力がアナログ出力端子に出力される。順次水平シフトクロック信号ＣＬＫＨパルスが入力され、水平シフトレジスタ２０３の“Ｈ”出力は、順次Ｈ０、Ｈ１、・・、Ｈ１２６、Ｈ１２７へとシフトして、１ラインの読み出しが終了する。次に、垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶが入力され垂直シフトレジスタ２０２の“Ｈ”出力はＶ１に切り替わる。その後、行制御信号２０４により制御される１ラインの画素出力が有効となり画素の読み出しが行われる。これらの動作を順次繰り返し、矩形半導体基板１０７全体の画素の読み出しが行われる。

水平シフトクロック信号ＣＬＫＨに同期して矩形半導体基板１０７の画素値が順次外部アナログ出力端子に出力されるので、Ａ／Ｄ変換器は、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨと同期するＡ／Ｄ変換クロックＣＬＫＡＤによりＡ／Ｄ変換を行う。

図４は、タイリングされた矩形半導体基板の１画素分の回路図を示す。図４において、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１は、リセット電圧ＶＲＥＳを印加することにより、フォトダイオード部３０２およびフローティング・ディフュージョン容量３１０をリセットさせる。スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３は、フローティング・ディフュージョンアンプとして機能するＭＯＳトランジスタ３１４を起動し、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３は、ソースフォロワアンプとして機能するＭＯＳトランジスタ３１５を起動する。スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４は、クランプ容量３０５（コンデンサ３０５）と組み合わせることによりクランプ回路を構成し、フォトダイオード部３０２で発生するｋＴＣノイズ（リセットノイズ）を除去することができる。スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６は、光量に応じた信号電圧のサンプルホールドを行い、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７は、クランプ電圧ＶＣＬのサンプルホールドを行う。スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６がＯＮの状態にされると、コンデンサ３０８は電荷を蓄積する。コンデンサ３０８は、フォトダイオード部３０２の電圧にノイズ成分および暗電流成分を加えた電荷を蓄積する。スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７がＯＮの状態にされると、コンデンサ３０９は電荷を蓄積する。コンデンサ３０９は、クランプ電圧ＶＣＬ、すなわちノイズ成分および暗電流成分の電荷を蓄積する。コンデンサ３０８に蓄積された電荷からコンデンサ３０９に蓄積された電荷を減算することにより、フォトダイオード部３０２の光量に応じた電圧を得ることができる。この減算は、差動増幅器１４１乃至差動増幅器１４８により行われる。

しかし、矩形半導体基板１０７から得られた画素値データは、コンデンサ３０８に蓄積された電荷からのコンデンサ３０９に蓄積された電荷の減算では排除できないフォトダイオード部３０２のノイズ成分を含む。そのため、放射線を照射せずに撮像された画素値データを固定パターンノイズ（ＦＰＮ）とし、当該ＦＰＮ画像により補正を行うことが公知である。

ここで、放射線をパルス状に断続的に被写体に照射して動画像を撮像する場合のサンプリング動作について、図４および図５（ａ）を参照して説明する。

図５（ａ）において、時刻ｔ１で画像処理およびシステム制御装置１０１から同期信号ＳＹＮＣが入力される。画像処理およびシステム制御装置１０１は、同期信号ＳＹＮＣが入力されると、放射線の蓄積を開始するため、時刻ｔ２でＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にする。そして、センサチップ上の画素回路を起動すると共に、ＰＲＥＳ信号をＨｉｇｈとすることによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１をＯＮの状態にする。そして、フローティング・ディフュージョン容量３１０にリセット電圧ＶＲＥＳを印加し、センサをリセットする。この同期信号ＳＹＮＣが入力される間隔が、動画像の撮像間隔ＦＴとなる。

続いて、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ３でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にすることによりリセットを解除した後、ＰＣＬ信号をＨｉｇｈとすることにより、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４をＯＮの状態にし、コンデンサ３０５にクランプ電圧ＶＣＬの電圧を印加する。

画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ４でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３（ＥＮ信号）およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４（ＰＣＬ信号）をＯＦＦの状態にすることにより、画素のリセット動作を終了し、フォトダイオード部３０２における蓄積が開始され、放射線の曝射が有効になる。

放射線は所定時間のパルスで被写体に照射される。従って、フォトダイオード部３０２のノイズ成分の影響を最小限にするため、その照射時間に対応した時間が経過したら蓄積を終了させる。

そこで、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ５で再びＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にし、センサチップ上の画素回路を起動する。そして、ＴＳ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６をＯＮの状態にし、コンデンサ３０８にフォトダイオード部３０２の電圧をサンプルホールドする。

画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ６でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６（ＴＳ信号）をＯＦＦの状態にすることによりサンプルホールドを終了し、放射線曝射を無効にする。続いて、ＰＲＥＳ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１をＯＮの状態にし、フローティング・ディフュージョン容量３１０にリセット電圧ＶＲＥＳを印加して、センサをリセットする。

画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ７でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にした後、ＰＣＬ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４をＯＮの状態にし、コンデンサ３０５にクランプ電圧ＶＣＬの電圧を印加する。続いて、ＴＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７をＯＮの状態にしてコンデンサ３０９にクランプ電圧ＶＣＬをサンプルホールドする。

画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ８でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７（ＴＮ信号）、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４（ＰＣＬ信号）、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３、およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３（ＥＮ信号）をＯＦＦの状態することにより、サンプルホールドを終了する。そして、垂直シフトレジスタおよび水平シフトレジスタを走査することによって、コンデンサ３０８とコンデンサ３０９とにサンプルホールドされた電圧を順次外部に出力する。

これらの駆動タイミングは予め定められた設定によって変更可能だが、撮像中は設定した駆動が繰り返され、制御の簡略化を図っている。すなわち、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ９で再度同期信号ＳＹＮＣを検出する。同期信号ＳＹＮＣをすると、時刻ｔ１０でＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にし、センサチップ上の画素回路を起動して、上記の動作を繰り返している。以上のサンプリング動作をすべての画素で同時に行う。これにより一括電子シャッターを実現し、各画素の蓄積時間を同一にし、矩形半導体基板の貼り合わせによる画素値不連続性を防止している。サンプルホールドされた電圧は、矩形半導体基板ごとに水平方向および垂直方向のシフトレジスタを走査することによって、アナログ信号として読み出される。このアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換することにより、デジタル画像信号が生成される。放射線曝射を行っている時に走査するようにすると、放射線の蓄積および走査が同じタイミングで行えるため、動画撮像時の高速なフレームレートに対応できる。

図５、図６、および図７を参照して、放射線をパルス状に断続的に被写体に照射して動画像を撮像する場合のサンプリング動作について説明する。

まず、図７のステップＳ４０１において、放射線撮像装置１００は画像処理およびシステム制御装置１０１により撮像モードを設定されて動作を開始する。撮像モードは、例えば高速または低速のフレームレートによる撮像である。

ステップＳ４０２において、画像処理およびシステム制御装置１０１により入力される最初の１枚目の画像に対する同期信号が検出されたか否かが判定される。同期信号が検出されたと判定された場合（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）、ステップＳ４０３へ進む。一方、同期信号が検出されていないと判定された場合（ステップＳ４０２；ＮＯ）、検出されるまで待機する。

ステップＳ４０３において、画像処理およびシステム制御装置１０１は、すべての画素をリセットし、放射線の蓄積を開始する。図６の時刻ｔ１で画像処理およびシステム制御装置１０１から最初の同期信号ＳＹＮＣが入力されると、放射線の蓄積を開始するため、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ２でＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にし、センサチップ上の画素回路を起動する。これとともに、ＰＲＥＳ信号をＨｉｇｈとすることによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１をＯＮの状態にし、フォトダイオード部３０２およびフローティング・ディフュージョン容量３１０にリセット電圧ＶＲＥＳを印加して、センサをリセットする。続いて、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ３でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にすることによりリセットを解除する。その後、ＰＣＬ信号をＨｉｇｈとすることにより、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４をＯＮの状態にし、クランプ容量３０５（コンデンサ３０５）にクランプ電圧ＶＣＬの電圧を印加する。画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ４でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４（ＰＣＬ信号）およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にすることにより、画素のリセット動作を終了する。これにより、フォトダイオード部３０２の蓄積が開始され、放射線の曝射が有効になる。

ステップＳ４０４において、画像処理およびシステム制御装置１０１は、所定の蓄積時間Ｘが経過した後に、サンプルホールドを行う。放射線は所定の照射時間のパルスで被写体に照射される。その照射時間に対応した蓄積時間Ｘが経過したら、蓄積を終了させるため、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ５でＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にし、センサチップ上の画素回路を起動する。これとともに、画像処理およびシステム制御装置１０１は、ＴＳ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６をＯＮの状態にし、コンデンサ３０８にフォトダイオード部３０２の電圧をサンプルホールドする。画像処理およびシステム制御装置１０１が、時刻ｔ６でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０６（ＴＳ信号）をＯＦＦの状態にすると、サンプルホールドが終了し、放射線曝射が無効になる。続いて、画像処理およびシステム制御装置１０１は、ＰＲＥＳ信号をＨｉｇｈとすることによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１をＯＮの状態にし、フローティング・ディフュージョン容量３１０にリセット電圧ＶＲＥＳを印加し、センサをリセットする。画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ７でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にした後、ＰＣＬ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４をＯＮの状態にし、コンデンサ３０５にクランプ電圧ＶＣＬの電圧を印加する。続いて、画像処理およびシステム制御装置１０１は、ＴＮ信号をＨｉｇｈとすることによりスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７をＯＮの状態にして、コンデンサ３０９にクランプ電圧ＶＣＬをサンプルホールドする。

画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ８でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０７（ＴＮ信号）をＯＦＦの状態にし、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４（ＰＣＬ信号）、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３（ＥＮ信号）をＯＦＦの状態にすることにより、サンプルホールドを終了する。

ステップＳ４０５において、画像処理およびシステム制御装置１０１は、設定された撮像モードから最小となる同期信号の撮像間隔ＦＴを決定する。そして、画像処理およびシステム制御装置１０１は、すべての光電変換素子の電気信号を出力するのに要する走査時間ＳＴ（出力時間ＳＴとも称する）と放射線信号蓄積時間ＸＴ（曝射時間ＸＴとも称する）とを加算した合計時間の値が、同期信号の撮像間隔ＦＴより大きいか否かを判定する。加算した合計時間の値が同期信号の撮像間隔ＦＴより大きいと判定された場合（ステップＳ４０５；ＹＥＳ）、ステップＳ４０６へ進む。一方、加算した値が同期信号の撮像間隔ＦＴより小さいと判定された場合（ステップＳ４０５；ＮＯ）、ステップＳ４１２へ進む。ステップＳ４１２における駆動信号のタイミングは、図５（ａ）と同じタイミングであるので、説明を省略する。

なお、上記のサンプリング動作では、矩形半導体基板の全画素回路に同時に電流が流れるため、矩形半導体基板の電源電圧が変動してしまう。

そこで本実施形態では、ステップＳ４０６において、画像処理およびシステム制御装置１０１は、電源電圧の変動が収まるまで所定の時間待機し、図６の時刻ｔ９において、放射線曝射Ａにより蓄積された各画素回路を走査して、アナログ信号として出力する走査Ａ１を開始する。そして、所定の画素回路数分のアナログ信号が出力されると、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ１０でシフトレジスタの走査を一時停止する。具体的には、図２の垂直シフトレジスタ２０２と水平シフトレジスタ２０３とに入力される水平シフトレジスタスタート信号ＨＳＴ、垂直シフトレジスタスタートＶＳＴ、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨ、および垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶを停止し、アナログ信号の出力を一時停止させる。

ステップＳ４０７において、図６の時刻ｔ１１で画像処理およびシステム制御装置１０１により２枚目の画像に対する同期信号ＳＹＮＣを検出したか否かが判定される。同期信号ＳＹＮＣを検出したと判定された場合（ステップＳ４０７；ＹＥＳ）、ステップＳ４０８へ進む。一方、同期信号ＳＹＮＣを検出していないと判定された場合（ステップＳ４０７；ＮＯ）、検出されるまで待機する。

ステップＳ４０８において、画像処理およびシステム制御装置１０１は、放射線の蓄積を開始するため、時刻ｔ１２でＥＮ信号をＨｉｇｈとすることによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３をＯＮの状態にし、センサチップ上の画素回路を起動する。これとともに、ＰＲＥＳ信号をＨｉｇｈとすることによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１をＯＮの状態にし、フォトダイオード部３０２およびフローティング・ディフュージョン容量３１０にリセット電圧ＶＲＥＳを印加し、センサをリセットする。

この時、すべての画素回路に電流が流れるため、半導体回路基板の電源電圧が変動するが、走査は一時停止しているため、出力されるアナログ信号が乱れることはない。しかし、画素回路の構成によっては、電源電圧の変動が、サンプルホールドされているアナログ信号にオフセットを与えてしまう場合がある。この電源電圧の変動によって発生するオフセットは一定である。そのため、放射線を曝射する前に、上記と同様の駆動によノイズ部分のオフセット補正用のためのＦＰＮ画像（固定パターンノイズ画像）を取得し、当該オフセット補正用のＦＰＮ画像の画素値データと放射線画像との差分に基づいて、オフセットをキャンセルすることができる。

続いて、画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ１３でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０１（ＰＲＥＳ信号）をＯＦＦの状態にすることによりリセットを解除する。その後、ＰＣＬ信号をＨｉｇｈとすることにより、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４をＯＮの状態にし、コンデンサ３０５にクランプ電圧ＶＣＬの電圧を印加する。画像処理およびシステム制御装置１０１は、時刻ｔ１４でスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０４（ＰＣＬ信号）およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３０３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３１３（ＥＮ信号）をＯＦＦの状態にすることにより、画素のリセット動作を終了する。これにより、フォトダイオード部３０２の蓄積が開始され、放射線曝射Ｂが有効になる。

時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までのリセット動作によって、半導体回路基板の電源電圧が変動する。この電源電圧の変動が収まるまでの所定時間経過後、時刻ｔ１５になったら、画像処理およびシステム制御装置１０１は、まだ出力されていない半導体回路基板のアナログ信号を出力させるため、走査Ａ２を再開する。そして、時刻ｔ１６ですべての半導体回路基板のアナログ信号が出力されたら走査を停止する。この時、走査Ａ２の走査時間ＳＴ２が曝射時間ＸＴ以下となるように走査時間ＳＴ１を決定し、走査Ａ１で走査される画素数は、走査時間ＳＴ１に相当する画素数とすればよい。

例えば、図１に示されるように、矩形半導体基板１０７の画素数を１２８×８９６＝１１４６８８画素とし、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨを２０ＭＨｚとする。走査時間ＳＴは、矩形半導体基板１０７を４枚分走査するために必要な時間になるので、
ＳＴ＝１１４６８８×（１／２０Ｍ）×４＝約２３ｍｓ
フレームレートが１５ＦＰＳの場合の撮像間隔ＦＴは、
ＦＴ＝１／１５＝６６．７ｍｓ
放射線信号の蓄積時間ＸＴ（曝射時間ＸＴ）を１６ｍｓとすると、
ＸＴ＋ＳＴ＝１６ｍｓ＋２３ｍｓ＝３９ｍｓ＜ＦＴ＝６６．７ｍｓ
となるので、この場合、図７のステップＳ４０５からステップＳ４１２へ遷移し、シフトレジスタの走査は一時停止をせず、図５（ａ）のように制御がなされる。

しかしながら、フレームレートをより高速な３０ＦＰＳとした場合の撮像間隔ＦＴは、
ＦＴ＝１／３０＝３３．３ｍｓ
となるので、放射信号の蓄積時間ＸＴを１６ｍｓとすると、
ＸＴ＋ＳＴ＝１６ｍｓ＋２３ｍｓ＝３９ｍｓ＞ＦＴ＝３３．３ｍｓ
となり、図７のステップＳ４０５からステップＳ４０６へ遷移し、画像処理およびシステム制御装置１０１は、シフトレジスタの走査を一時停止して、図６のように制御がなされる。このとき、リセット時間を考慮して走査時間ＳＴ２＝１４ｍｓ＜ＸＴ＝１６ｍｓとすれば、例えば走査時間ＳＴ１を９ｍｓとすればよく、９ｍｓに相当する画素数を走査したら、走査を一時停止すればよい。

上記のように、所定の画素数で走査を一時停止し、同期信号を検出するまで待機することにより、同期信号にジッタが生じても、リセット動作前とリセット動作後とで走査する画素数は変わらない。そのため、オフセット補正用のＦＰＮ画像を取得し、放射線画像との差分を取っても、アーティファクトを低減することができる。これにより、高画質な放射線画像を出力することが可能である。

（第２実施形態）
第１実施形態では、所定の画素数に達した場合に、垂直シフトレジスタ２０２と水平シフトレジスタ２０３とに入力される水平シフトレジスタスタート信号ＨＳＴ、垂直シフトレジスタスタートＶＳＴ、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨ、および垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶを一時停止して、同期信号を検出するようにした。しかしながら、必ずしもその方法に限定されず、所定の行数を走査した場合に、水平シフトレジスタスタート信号ＨＳＴ、垂直シフトレジスタスタートＶＳＴ、水平シフトクロック信号ＣＬＫＨ、および垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶを一時停止して、同期信号を検出する構成にしてもよい。

これにより、シフトレジスタ走査の一時停止および再開の制御を、垂直シフトクロック信号ＣＬＫＶをカウントするだけで可能になるので、シフトレジスタの制御を容易にすることができる。また、一時停止および再開する位置がライン単位になるので、アーティファクトがより目立たなくなるという効果もある。

さらに、複数の矩形半導体基板１０７のアナログ出力を選択するためのアナログマルチプレクサ１３１乃至アナログマルチプレクサ１３８の制御信号単位で、シフトレジスタの走査を制御するようにしてもよい。これにより、走査時間ＳＴ１およびＳＴ２の設定精度を向上させることができる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

上記の目的を達成する本発明に係る放射線撮像装置は、
放射線を信号に変換する変換手段と、前記信号のサンプルホールドを行うサンプルホールド手段と、前記サンプルホールド手段にサンプルホールドされた信号の出力を行う出力手段と、前記変換手段のリセットを行うリセット手段と、を各々が含む複数の画素回路と、
前記複数の画素回路から前記サンプルホールドされた信号を出力するために、前記サンプルホールドされた信号を出力する画素回路の選択動作を行う選択手段と、
前記放射線の発生のタイミングを示す信号に基づいて前記リセットを前記複数の画素に対して一括で行うように、且つ、前記サンプルホールドを前記複数の画素に対して一括で行うように、前記画素回路を制御する制御手段と、
を有する放射線撮像装置であって、
前記タイミングを示す信号に基づく前記リセットが行われる際に、直前の前記タイミングを示す信号に基づく前記複数の画素回路に対する前記選択動作が終了するか否かを判定する判定手段を有し、
前記判定手段により前記選択動作が終了しないと判定された場合、前記選択手段は、前記選択動作を前記複数の画素回路のうちの一部の画素回路を残して停止し、前記制御手段によって前記リセットが行われた後に前記一部の画素回路に対する前記選択動作を再開する、ことを特徴とする。

Claims

放射線を電気信号へ変換して蓄積する蓄積手段と、前記電気信号をサンプルホールドして画素回路ごとにアナログ信号として出力する出力手段とを備える放射線撮像装置であって、
同期信号を検出する検出手段と、
前記同期信号に応じた撮像間隔で、前記放射線の曝射を開始し、曝射時間が経過した後に、前記電気信号をサンプルホールドするように前記蓄積手段と前記出力手段とを制御する制御手段と、
前記出力手段が前記アナログ信号を出力するための前記画素回路の位置を選択する選択手段と、
前記曝射時間と、全ての画素回路に対する前記アナログ信号の出力に要する出力時間と、の合計時間が、前記撮像間隔より大きいか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段により前記合計時間が前記撮像間隔より大きいと判定された場合、前記出力手段が所定の画素回路数分の前記電気信号をアナログ信号として出力した後、前記選択手段は前記選択を停止し、前記出力手段は当該選択の停止に応じて前記出力を停止し、
前記検出手段により前記同期信号が改めて検出されたら前記蓄積手段による前記蓄積をリセットし、当該同期信号に応じた撮像間隔で前記放射線の曝射を開始してから所定時間経過後、当該曝射時間が経過する前に、前記選択手段は前記選択を再開し、前記出力手段は残りの画素回路の位置での前記出力を再開することを特徴とする放射線撮像装置。
前記出力手段により、前記放射線を曝射する前に予め出力された前記アナログ信号に基づいて固定パターンノイズの画素値データを取得し、当該取得された画素値データと、前記出力手段により出力された前記アナログ信号に基づく放射線画像と、の差分に基づいてノイズのオフセットを補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
前記選択手段は、前記アナログ信号を出力する前記画素回路の位置を画素回路の列ごとに選択することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
放射線を電気信号へ変換して蓄積する蓄積手段と、前記電気信号をサンプルホールドして画素回路ごとにアナログ信号として出力する出力手段と、検出手段と、制御手段と、選択手段と、判定手段と、を備える放射線撮像装置の制御方法であって、
前記検出手段が、同期信号を検出する検出工程と、
前記制御手段が前記同期信号に応じた撮像間隔で、前記放射線の曝射を開始し、曝射時間が経過した後に、前記電気信号をサンプルホールドするように前記蓄積手段と前記出力手段とを制御する制御工程と、
前記選択手段が、前記アナログ信号を出力するための前記画素回路の位置を選択する選択工程と、
前記判定手段が、前記曝射時間と、全ての画素回路に対する前記アナログ信号の出力に要する出力時間と、の合計時間が、前記撮像間隔より大きいか否かを判定する判定工程と、を備え、
前記判定工程により前記合計時間が前記撮像間隔より大きいと判定された場合、前記出力手段が所定の画素回路数分の前記電気信号をアナログ信号として出力した後、前記選択工程により前記選択を停止し、前記出力手段は当該選択の停止に応じて前記出力を停止し、
前記検出工程により前記同期信号が改めて検出されたら前記蓄積手段による前記蓄積をリセットし、当該同期信号に応じた撮像間隔で前記放射線の曝射を開始してから所定時間経過後、当該曝射時間が経過する前に、前記選択工程による前記選択を再開し、前記出力手段は残りの画素回路の位置での前記出力を再開することを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
コンピュータに請求項４に記載の放射線撮像装置の制御方法における各工程を実行させるためのプログラム。