JP2015095759A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】放射線照射量に応じた出力を行うことができる放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することを課題とする。
【解決手段】放射線撮像装置は、各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動(R1)と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動(R1)を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動(R1)とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする。
【選択図】図7
【解決手段】放射線撮像装置は、各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動(R1)と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動(R1)を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動(R1)とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする。
【選択図】図7
Description
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
近年、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、体積の小型化、画像の歪みを抑えることを目的に、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一つとして、シリコン半導体ウエハ上に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、シリコン半導体ウエハサイズ以上の大面積のフラットパネルセンサが開示されている。大面積フラットパネルセンサは、シリコン半導体ウエ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している。
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及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が制御され、クロック信号に同期して各シフトレジスタから順次各画素列に信号が出力される。
特許文献2によると、X線照射検出待機駆動時、一定時間毎に電荷蓄積を複数の画素に対して一括でリセットする処理を実施しているため、X線照射の非検出期間が存在する。そのため、X線照射開始を撮像装置側で検出して撮影動作を発生させる場合、X線照射タイミングによっては、X線照射が非検出期間に掛かり、無効照射となり、X線照射量に応じた画素出力値を得ることができない。
本発明の目的は、放射線照射量に応じた出力を行うことができる放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することである。
本発明の放射線撮像装置は、各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする。
放射線照射のタイミングが一部の領域の画素回路のリセット駆動のタイミングに重なっても、その重なった領域の画素回路の信号を補正することができるので、放射線照射量に応じた出力を行うことができる。
図1は、本発明の実施形態による放射線撮像システムの構成例を示す図である。放射線撮像システムは、放射線撮像装置100と画像処理装置101とが分離した大面積フラットパネル式の放射線撮像システムである。100は放射線撮像装置、101は画像処理装置、102は画像表示装置、103はX線発生装置、104はX線管である。106はコマンド制御用インターフェースである。107は高速通信が可能な画像データインターフェースである。放射線撮像装置100は、撮影制御部105、アンプ108、アナログデジタル変換器109及び例えば8枚の矩形半導体基板301を有する。8枚の矩形半導体基板301は、それぞれ、シリコン半導体ウエハから短冊状に切り出された基板である。8枚の矩形半導体基板301をタイリングすることにより、大面積フラットパネルセンサを構成する。
X線管104は、X線発生装置103及び画像処理装置101の制御の下、被写体を介して放射線(X線)を放射線撮像装置100に照射する放射線源である。以下、放射線の一例としてX線の例を説明する。矩形半導体基板301は、被写体を透過した放射線を不図示のシンチレータにより可視光に変換し、光量に応じた2次元画像の電気信号をアンプ108に出力する。アンプ108は、電気信号を増幅してアナログデジタル変換器109に出力する。アナログデジタル変換器109は、電気信号をアナログからデジタルに変換し、2次元画像データを、撮影制御部105及び画像データインターフェース107を介して画像処理装置101に出力する。画像処理装置101は、画像処理を行い、画像表示装置102に放射線画像を表示する。
撮影制御部105は、画像処理装置101に対して制御コマンドを通信し、画像処理装置101へ画像データを送信する。また、撮影制御部105は、内蔵するFPGAやCPUの働きにより、後述する矩形半導体基板301の駆動信号を生成する。コマンド制御用インターフェース106は、画像処理装置101から撮影制御部105へ撮影モード設定及び各種パラメータ設定の信号を通信し、撮影制御部105から画像処理装置101へ放射線撮像装置100のステータス等の信号を通信する。画像データインターフェース107は、高速通信が可能なインターフェースで、放射線撮像装置100から画像処理装置101へ画像データを転送する。
図3は、図1のCMOS矩形半導体基板301の構成例を示す図である。矩形半導体基板301は、チップセレクト端子CS、光信号出力端子S1、ノイズ信号出力端子N1、垂直走査回路スタート信号端子VST、垂直走査回路クロック端子CLKV、水平走査回路スタート信号端子HST及び水平走査回路クロック端子CLKHを有する。複数の画素回路302は、2次元行列状に配置され、放射線を可視光に変換し、可視光を電荷に変換し、サンプルホールドされた光信号(画素信号)を光信号出力端子Sに出力し、サンプルホールドされたノイズ信号をノイズ信号出力端子Nに出力する。垂直走査回路303は、垂直走査クロック端子CLKVのクロックに同期して、複数の行信号線305の行選択信号V1〜Vmを垂直方向に走査して順次イネーブル状態にすることにより、行列状の画素回路302のスイッチM9及びM12を行毎に順次オンさせる。オンされた行の画素回路302の光信号出力端子S及びノイズ信号出力端子Nは、それぞれ、列毎に、光信号列信号線306及びノイズ信号列信号線307に接続される。水平走査回路304は、水平走査クロック端子CLKHのクロックに同期して、列選択信号H1〜Hnを水平方向に走査して順次イネーブル状態にすることにより、各列の列信号線306及び307のスイッチを列毎に順次オンさせる。オンされた列の列信号線306及び307は、それぞれ、アナログ出力線309及び308に接続される。アナログ出力線308及び309は、それぞれ、チップセレクト端子CSにより制御されるスイッチを介して、光信号出力端子S1及びノイズ信号出力端子N1に接続される。
以上のように、矩形半導体基板301は、垂直走査回路303及び水平走査回路304を使用したXYアドレス方式によるスイッチング動作によって画素選択を行う。端子CLKVは、垂直走査回路303のクロック信号の端子である。端子VSTは、垂直走査回路303のスタート信号の端子である。垂直走査スタート信号端子VSTをハイレベルにした後、垂直走査クロック端子CLKVにクロック信号を入力することにより、行選択信号V1,V2,・・・,Vmが順次イネーブル状態になる。その後、垂直走査スタート信号端子VSTをローレベルにする。
端子CLKHは、水平走査回路304のクロック信号の端子である。端子HSTは、水平走査回路304のスタート信号の端子である。水平走査スタート信号端子HSTをハイレベルにし、水平走査クロック端子CLKHにクロック信号を入力することにより、列選択信号H1,H2,・・・,Hnが順次イネーブル状態になる。その後、水平走査スタート信号端子HSTをローレベルにする。
行選択信号V1がイネーブル状態になると、行選択信号V1が供給される第1行の画素(1,1)〜(n、1)が選択される。すると、第1行の画素(1,1)〜(n、1)の光信号出力端子S及びノイズ信号出力端子Nから各列の列信号線306及び307に光信号及びノイズ信号がそれぞれ出力される。水平走査回路304の列選択信号H1,H2,・・・,Hnを順次イネーブル状態に切り換える。これにより、選択された1行の画素の光信号及びノイズ信号が順次アナログ信号出力線308及び309を経由して光信号出力端子S1及びノイズ信号出力端子N1にそれぞれ出力される。行選択信号Vmまで同様な走査を行うことにより、全画素の画素出力が得られる。以下、上記の処理を読み出し駆動RD1という。
図2は、図3の画素回路302の構成例を示す回路図である。PDは、光電変換を行う光電変換部(フォトダイオード)である。シンチレータは、放射線を可視光に変換する。フォトダイオードPDは、可視光を電荷に変換する。M2は、フローティングディフュージョン(浮遊拡散領域)FDに蓄積された電荷をリセット電圧VRESにより放電させるためのリセットMOSトランジスタ(リセットスイッチ)である。Cfdは、電荷を蓄積するフローティングディフュージョンFDの容量である。M1は、高ダイナミックレンジモードと高感度モードを切り換えるための感度切り換え用MOSトランジスタ(感度切り換えスイッチ)である。C1は、ダイナミックレンジ拡大用の容量であり、感度切り換えスイッチM1をオンすると電荷の蓄積が可能となる。感度切り換えスイッチM1をオンすると、フローティングディフュージョンFDの容量が実質的に増え、感度は低くなるが、ダイナミックレンジを拡大することができる。よって、例えば高感度が必要な透視撮影時には感度切り換えスイッチM1をオフし、高ダイナミックレンジが必要なDSA撮影時などには感度切り換えスイッチM1をオンする。M4は、ソースフォロアとして動作する増幅MOSトランジスタ(第1の画素アンプ)である。M3は、第1の画素アンプM4を動作状態とさせるための選択MOSトランジスタ(第1の選択スイッチ)である。
第1の画素アンプM4の後段には、光電変換部PDで発生するkTCノイズを除去するクランプ回路が設けられている。Cclは、クランプ容量である。M5は、クランプ用MOSトランジスタ(クランプスイッチ)である。M7は、ソースフォロアとして動作する増幅MOSトランジスタ(第2の画素アンプ)である。M6は、第2の画素アンプM7を動作状態とするための選択MOSトランジスタ(第2の選択スイッチ)である。
第2の画素アンプM7の後段には、2つのサンプルホールド回路が設けられている。M8は、光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルホールド用MOSトランジスタ(光信号用サンプルホールドスイッチ)である。CSは、光信号用ホールド容量である。M11は、ノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルホールドMOSトランジスタ(ノイズ信号用サンプルホールドスイッチ)である。CNは、ノイズ信号用ホールド容量である。M10は、ソースフォロアとして動作する光信号の増幅MOSトランジスタ(光信号用画素アンプ)である。M9は、光信号用画素アンプM10で増幅された光信号を行信号線306へ出力するためのアナログスイッチ(光信号用転送スイッチ)である。M13は、ソースフォロアとしての動作するノイズ信号の増幅MOSトランジスタ(ノイズ信号用画素アンプ)である。M12は、ノイズ信号用画素アンプM13で増幅されたノイズ信号を行信号線307へ出力するためのアナログスイッチ(転送スイッチN)である。
信号ENは、第1の選択スイッチM3及び第2の選択スイッチM6のゲートに接続され、第1の画素アンプM4及び第2の画素アンプM7を動作状態とさせるための制御信号である。信号ENがハイレベルの時、第1の画素アンプM4及び第2の画素アンプM7は同時に動作状態となる。信号WIDEは、感度切り換えスイッチM1のゲートに接続され、感度の切換を制御する。信号WIDEがローレベルの時は、感度切り換えスイッチM1がオフし、高感度モードとなる。信号WIDEがハイレベルの時は、感度切り換えスイッチM1がオンし、高ダイナミックレンジモードとなる。信号PRESは、リセットスイッチM2をオンして、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を放電させるためのリセット信号である。信号PCLは、クランプスイッチM5を制御するための信号である。信号PCLがハイレベルの時、クランプスイッチM5がオンし、クランプ容量Cclを基準電圧VCLにセットする。信号TSは、光信号サンプルホールド制御信号である。信号TSをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチM8をオンすることにより、光信号が第2の画素アンプM7を通して容量CSに全画素一括転送される。次いで、全画素一括で信号TSをローレベルとし、光信号用サンプルスイッチM8をオフすることで、サンプルホールド回路の容量CSへの光信号電荷の保持が完了する。信号TNは、ノイズ信号サンプルホールド制御信号である。信号TNをハイレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチM11をオンすることで、ノイズ信号が第2の画素アンプM7を通して容量CNに全画素一括転送される。次いで、全画素一括で信号TNをローレベルとし、ノイズ信号用サンプルスイッチM11をオフすることで、サンプルホールド回路の容量CNへのノイズ信号電荷の保持が完了する。容量CS及び容量CNのサンプルホールド後は、サンプルホールドスイッチM8及びM11がオフとなり、容量CS及び容量CNは前段の蓄積回路と切り離されるため、再度サンプルホールドされるまで蓄積した信号を非破壊で読み出すことが可能である。
次に、X線照射待機時における放射線撮像装置100の駆動方法について説明する。放射線撮像システムは、放射線撮影装置100とX線発生装置103との間で撮影同期用信号をやり取りせず、X線の照射を放射線撮像装置100が検出することにより撮影動作を行う、いわゆるX線非同期撮影システムである。放射線撮像装置100は、起動後、撮影制御部105等からの指示に応じて、X線照射待機駆動を実施しながら、X線照射を待機する。この時、暗画像補正(オフセット補正)が実現可能なように、X線照射待機駆動時には、一定時間間隔で、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をリセット電圧VRESにリセットする駆動を実施する。
図4は、放射線撮像装置100のX線照射待機駆動の駆動方法を示すタイミングチャートである。まず、時刻t50では、信号WIDEをローレベルにし、撮影モードを設定する。次に、時刻t51〜t56では、リセット駆動R1を行う。時刻t51では、信号ENをハイレベルにし、第1の画素アンプM4及び第2の画素アンプM7を動作状態にする。次に、時刻t52では、信号PRESをハイレベルにし、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョンFDにリセット電圧VRESを供給することによりリセットを行う。次に、時刻t53では、信号PCLをハイレベルにすることにより、クランプスイッチM5をオンし、クランプ容量Cclの第2の画素アンプM7側の端子に基準電圧VCLを印加する。その後、時刻t54では、信号PRESをローレベルにして、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョンFDのリセット処理を終了する。クランプ容量Cclの第1の画素アンプM4側の端子には、リセット電圧VRESがセットされる。その後、時刻t55では、信号PCLをローレベルにすることにより、クランプスイッチM5をオフし、基準電圧VCLとリセット電圧VRESの差分の電圧に応じた電荷がクランプ容量Cclに蓄積され、クランプが終了する。次に、時刻t56では、信号ENをローレベルして、第1の画素アンプM4及び第2の画素アンプM7を非動作状態にし、リセット駆動R1が終了する。X線照射待機駆動において、このリセット駆動R1を、一定時間間隔にて繰り返すことにより、電荷蓄積時間が制御され、暗画像補正(FPN補正)が可能となる。
リセット駆動R1の終了時刻t56では、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョン容量Cfdの電荷蓄積が開始される。電荷蓄積時間中の時刻t90では、信号ENをハイレベルにし、第1の選択スイッチM3及び第2の選択スイッチM6をオンする。これにより、容量Cfdに蓄積されている電荷は電圧に変換され、ソースフォロアとして動作する第1の画素アンプM4により電圧としてクランプ容量Cclに出力される。第1の画素アンプM4の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によりリセット時に第2の画素アンプM7側のクランプ容量Cclの端子を基準電圧VCLにセットしているので、リセットノイズが除去された光信号となって第2の画素アンプM7に出力される。
次に、電荷蓄積期間中の時刻t91〜t95では、列毎に順次、高速非破壊読み出しFRD1を実施する。時刻t91では、サンプルホールド制御信号TSをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチM8をオンすることで、光信号は第2の画素アンプM7を通して光信号用ホールド容量CSに全画素一括転送される。次に、時刻t92では、信号TSをローレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチM8をオフすることで、光信号用ホールド容量CSに光信号がサンプルホールドされる。次に、時刻t93では、信号ADD0をハイレベル、信号ADD1をハイレベルとし、画素加算回路により画素信号の加算を行う。次に、時刻t94では、画素の読み出し処理を開始する。光信号用転送スイッチM9及びノイズ信号用転送スイッチM12をオンする。これにより、光信号用ホールド容量CSの電圧及びノイズ信号用ホールド用容量CNの電圧が、それぞれ、光信号用画素アンプM10及びノイズ信号用画素アンプM13を通して、光信号出力線306及びノイズ信号出力線307に転送される。ノイズ信号出力線307と光信号出力線306に転送された信号は、ノイズ信号出力線307と光信号出力線306に接続された不図示の差動入力アンプで減算される。画素の読み出しが終了した時刻t95では、信号ADD0及び信号ADD1をローレベルとし、次のフレームのサンプリングに備える。この間、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を放電させるリセット信号の制御は行わないので、電荷蓄積時間中の画素信号は破壊されず、非破壊で読み出すことができる。高速非破壊読み出しFRD1をすべての列について行うことにより、全画素の信号を読み出す。上記の処理を1フレームとして、フレーム処理を繰り返す。すなわち、撮影制御部105は、画素回路302の電荷をリセットするリセット駆動R1と、複数の画素回路302の信号を読み出す高速非破壊読み出しFRD1の処理とを行う。このようにして読み出された出力を監視することにより、X線照射検出が可能となる。X線照射待機駆動中、X線照射開始が検出されれば、電荷蓄積動作が継続され、図5の撮影動作へと移行する。
図5は、放射線撮像装置100の撮影動作の駆動方法を示すタイミングチャートである。X線照射検出は、例えば放射線撮像装置100内に予め格納された照射検出閾値と画素回路302の出力値とを随時比較し、画素回路302の出力値が照射検出閾値以上となったら、X線照射が開始されたと判断すればよい。一方、X線照射終了は、画素回路302の出力値の変化量が照射終了判定値以下となったら、X線照射が終了したと判断すればよい。
X線照射終了が検出されると、時刻t99では、信号ENをローレベルにし、読み出しを終了する。次に、時刻t60〜t69では、サンプリング駆動S1を行う。時刻t60では、信号ENをハイレベルにし、第1の選択スイッチM3及び第2の選択スイッチM6をオンする。これにより、容量Cfdに蓄積されている電荷は電圧に変換され、ソースフォロアとして動作する第1の画素アンプM4により電圧としてクランプ容量Cclに出力される。第1の画素アンプM4の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によりリセット時に第2の画素アンプM7側のクランプ容量Cclの端子を基準電圧VCLにセットしているので、リセットノイズが除去された光信号となって第2の画素アンプM7に出力される。次に、時刻t61では、サンプルホールド制御信号TSをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチM8をオンすることで、光信号は第2の画素アンプM7を通して光信号用ホールド容量CSに全画素一括転送される。サンプルホールドを開始したので、曝射許可信号をディセーブルとしX線曝射は禁止される。次に、時刻t62では、信号TSをローレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチM8をオフすることで、光信号用ホールド容量CSに光信号がサンプルホールドされる。次に、時刻t63では、リセット信号PRESをハイレベルとし、リセットスイッチM2をオンし、容量Cfdを基準電圧VRESにリセットする。次に、時刻t64では、信号PCLをハイレベルとし、クランプスイッチM5をオンさせる。すると、クランプ容量Cclには、電圧VCLと電圧VRESの差分の電圧にリセットノイズが重畳した電荷が蓄積される。次に、時刻t65では、リセット信号PRESをローレベルとし、リセットスイッチM2をオフし、リセットを完了する。次に、時刻t66では、信号TNをハイレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチM11をオンすることで、基準電圧VCLにセットされた時のノイズ信号をノイズ信号用ホールド容量CNに転送する。次に、時刻t67では、信号TNをローレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチM11をオフすることで、ノイズ信号用ホールド用容量CNにノイズ信号がサンプルホールドされる。次に、時刻t68では、信号PCLをローレベルとし、時刻t69では、信号ENをローレベルとし、サンプリング駆動S1を終了する。その後、前述の読み出し駆動RD1を実施する。
本実施形態では、図4のX線照射待機駆動において、例えば図6のように、放射線撮像装置100内の複数の画素回路302は複数の領域A及び領域Bに分けられる。領域A内の画素回路302と領域B内の画素回路302とでは、図7のようにリセット駆動R1(図4)をタイミングをずらして実施する。すなわち、撮影制御部105は、複数の画素回路302が分けられた複数の領域のうち一の領域Aの複数の画素回路302に対して一括にリセット駆動R1を行う。また、撮影制御部105は、複数の領域のうち一の領域Aとは別の異なる領域Bの複数の画素回路302に対して一括にリセット駆動R1を行う。また、撮影制御部105は、一の領域Aの複数の画素回路302に対して一括に行うリセット駆動R1を異なる領域Bの複数の画素回路302に対して一括に行うリセット駆動R1とは別の期間に行うリセット処理を行う。撮影制御部105は、そのリセット処理を、画素回路302の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行う。複数の領域A及びBのうちの異なる領域の画素回路302は、異なるタイミングでリセット駆動R1が行われる。この際、各領域A及びBにおける電荷蓄積時間T1は同じとする。前述の通り、リセット駆動R1中はX線照射検出ができない非検出期間となる。そこで、本実施形態では、領域Aと領域Bとでリセット駆動R1をタイミングをずらして実施することにより、常に何れかの領域A又はBにてX線照射検出が可能となる。その結果、何れかの領域A又はBのリセット駆動R1にX線照射が重なったか否か、更に、重なっていた場合は、重なった領域と重なり時間とが検出可能となる。
放射線撮像装置100の駆動信号は、撮影制御部105に内蔵されるFPGA又はCPUにより生成される。代表的な設計では、CPUからFPGAに対して、各駆動信号の駆動タイミングが設定され、FPGAは設定された値に応じて、実際の駆動信号を生成する。放射線撮像装置100は、X線照射検出時、FPGA又はCPUの動作により、生成した駆動タイミングと照らし合わせて、X線照射が何れかの領域A又はBのリセット駆動R1と重なったか否か、更に、重なっていた場合は、重なった領域と重なり時間とを検出する。なお、一例として、リセット駆動R1の時間は1ms、高速非破壊読み出しFRD1の時間は0.1msとした場合、リセット駆動R1の時間中に10ポイントのサンプリングポイントが存在する。
図8は、放射線撮像装置100のX線照射検出時の処理を示すフローチャートである。まず、ステップS1では、放射線撮像装置100は、図4のX線照射待機駆動を行う。次に、ステップS2では、放射線撮像装置100は、X線照射を検出するまで、ステップS1の処理を繰り返し、X線照射を検出すると、ステップS3に進む。ステップS3では、放射線撮像装置100は、X線照射のタイミングがリセット駆動R1のタイミングと重なる領域があるかを判定する。全領域に渡って重なり領域がない場合は、ステップS6に進み、リセット駆動と重なる領域が存在した場合は、ステップS4に進む。
ステップS6では、放射線撮像装置100は、全領域A及びBに渡って、通常画素出力を実施し、ステップS7へ進む。ステップS4では、放射線撮像装置100は、重なっていない領域A又はBのX線照射検出情報を用いて、重なり領域の重なり時間を検出する。すなわち、撮影制御部105は、複数の画素回路302の信号を基に、放射線照射のタイミングがリセット駆動R1のタイミングと重なった時間を検出する。次に、ステップS5では、放射線撮像装置100は、重なっていない領域に対して、通常の画素出力を行い、重なり領域に対して、重なり時間に応じたゲイン補正出力を実施する。撮影制御部105は、重なり時間を基に、放射線照射のタイミングがリセット駆動R1のタイミングと重なった領域の画素回路302の信号をゲイン補正する。その後、ステップS7へ進む。ステップS7では、放射線撮像装置100は、処理を終了する。
領域A及びBを分けない場合には、リセット駆動R1の間に照射されたX線が電荷蓄積の対象とならずに無効照射となり、所望の画素出力値が得られない。これに対し、本実施形態では、領域A及びBに分けることにより、X線照射のタイミングがリセット駆動Rのタイミングに重なった領域に対しても、所望の画素出力値を得ることが可能となる。
ステップS5のゲイン補正出力は、次式のようにゲイン補正値Gを算出し、ゲイン補正後出力値を決定する。ここで、TXはX線照射時間であり、TRはX線照射とリセット駆動R1の重なり時間である。
ゲイン補正値G=TX/(TX−TR)
ゲイン補正後出力値=通常画素出力値×ゲイン補正値G
ゲイン補正値G=TX/(TX−TR)
ゲイン補正後出力値=通常画素出力値×ゲイン補正値G
その後、画像処理装置101は、所望の画像補正処理を行い、X線照射画像を形成する。一般的には、基本画像補正として、暗画像(オフセット)補正、白画像(画素出力ばらつき)補正等が行われる。一例として、X線撮影に続いて、暗画像を取得し、暗画像補正を行う例を図9に示す。ここで、リセット駆動R1、高速非破壊読み出しFRD1、サンプリング駆動S1、読み出し駆動RD1は、図4及び図5のものと同一である。X線照射終了を検出すると、領域A及び領域Bでは、同時にサンプリング駆動S1及び読み出し駆動RD1を実施して、X線照射画像を得る。その後、暗画像の取得を行うが、領域A及び領域BのX線撮影時の電荷蓄積時間T2及びT3と暗画像取得時の電荷蓄積時間T2'及びT3'とが、それぞれ同時間(T2=T2'、T3=T3')となるように制御する。暗画像取得時も、X線撮影時同様に、サンプリング駆動S1及び読出し駆動RD1を実施し、X線画像から暗画像を減算することにより、暗画像補正を行う。
本実施形態によれば、X線照射の非検出期間の無い放射線撮像装置100が提供でき、更に、常に全撮影領域に対して、放射線照射量に応じた画素値を持つ画像を得ることが出来る。
なお、例えば、複数の矩形半導体基板301を張り合わせた構造となっている放射線撮像装置100の場合、矩形半導体基板301単位で領域A及びBを設定するのが、駆動制御のしやすさから望ましい。すなわち、複数の画素回路302は、複数の矩形半導体基板301に分けられ、同一の矩形半導体基板301の画素回路302は、同一の領域の画素回路302である。また、撮像部位に応じて、自動で若しくは手動でリセット駆動R1の領域分けを実施してもよい。
また、本実施形態では、X線照射検出を高速非破壊読み出しFRD1によって実現する例を示したが、破壊読み出しによっても、同様のX線照射検出待機駆動は可能である。ただし、破壊読み出しの場合は、X線照射と非検出期間との重なり時間の検出が難しいため、重なり時間量に応じたゲイン補正を高精度で行うためには、非破壊読み出しにて実現するのが効果的である。
本実施形態は、X線照射待機駆動における一定時間毎の電荷蓄積リセット駆動R1を、領域A及びB毎にタイミングをずらして行うことにより、X線の非検出時間を無くし、無効照射の有無・無効照射時間を検出可能する。更に、その検出結果に応じて、無効照射が発生した対象領域の出力値補正を行うことにより、常に照射線量に応じた画素出力を得ることができる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
100 放射線撮像装置、105 撮影制御部、301 矩形半導体基板、302 画素回路
Claims (7)
- 各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、
前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、
を有する放射線撮像装置であって、
前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記制御部は、放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった領域の画素回路の信号を補正することを特徴とする請求項1記載の放射線撮像装置。
- 前記制御部は、前記複数の画素回路の信号を基に、前記放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった時間を検出し、前記重なった時間を基に、前記放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった領域の画素回路の信号を補正することを特徴とする請求項2記載の放射線撮像装置。
- 前記制御部は、前記画素回路の信号をゲイン補正することを特徴とする請求項2又は3記載の放射線撮像装置。
- 前記複数の画素回路は、複数の半導体基板に分けられ、
同一の前記半導体基板の画素回路は、同一の前記領域の画素回路であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記制御部は、前記複数の画素回路の信号を非破壊で読み出すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の放射線撮像装置と、
放射線を照射する放射線源と
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
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JP2013234144A JP2015095759A (ja) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | 放射線撮像装置及び放射線撮像システム |
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CN108781263A (zh) * | 2016-03-28 | 2018-11-09 | 富士胶片株式会社 | 放射线图像摄影装置及放射线图像摄影方法 |
-
2013
- 2013-11-12 JP JP2013234144A patent/JP2015095759A/ja active Pending
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