JP3715873B2 - 撮像装置、放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に関し、特に、放射線撮像装置、放射線撮像装置システムに関する。本発明は、更に特には、X線やガンマ線等の高エネルギー放射線を使って画像を読み取る大面積放射線撮像装置とそのシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
医療のさまざまな分野でディジタル化が進んでいる。X線診断の分野でも、画像のディジタル化のため2次元の撮像装置が開発されてきている。乳房撮影用、胸部撮影用には最大43cmの大板の画像撮像装置が作られている。
また、1枚の画像を形成するために、複数の撮像素子をタイル状に並べた画像撮像装置が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の撮像素子をタイル状に並べた撮像装置は、撮像素子と撮像素子の間に隙間が生じ、画像の歪みが生じることになる。
【0004】
また、複数の撮像素子を用いて画像を形成することによる撮像素子毎のオフセットによる画像の劣化も生じる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置は、複数の撮像素子を並べて複数の撮像素子に跨る画像を撮像する撮像装置において、各撮像素子は複数の光電変換素子を備え、各光電変換素子は光電変換部を備え、複数の撮像素子に跨った範囲で光電変換部の重心が等間隔に並び、各撮像素子内で所定の規則に従って選ばれた複数画素領域であって複数の光電変換部より成る複数画素領域の各々において取られた複数の光電変換部の重心が、複数の撮像素子に跨った範囲で等間隔に並ぶことを特徴とする。
【0006】
また、本発明による撮像装置は、複数の前記光電変換部を各撮像素子内で所定の規則に従って選択して1つの前記画素領域とみなし、前記複数の光電変換部の信号を加算して1つの画素信号を得るための加算手段を備え、加算後の複数の前記画素領域の重心が、複数の撮像素子に跨った範囲で等間隔に並ぶことを特徴とする。
【0007】
更に、本発明による撮像装置は、上記の撮像装置において、各光電変換部で発生した電荷の量を電圧に変換するための電荷/電圧変換手段を各光電変換部毎に備え、前記加算手段は、複数の光電変換部で発生した電荷量に対応する電圧を相互に加算する電圧加算手段を含むことを特徴とする。
【0008】
更に、本発明による撮像装置は、上記の撮像装置において、前記電圧加算手段は、1の撮像素子の複数の光電変換部でそれぞれ発生した電荷の量に対応した電圧を相互に加算する電圧加算手段であることを特徴とする。
【0009】
更に、本発明による撮像装置は、上記の撮像装置において、前記電圧加算手段は、複数の撮像素子に跨る複数の光電変換部でそれぞれ発生した電荷の量に対応した電圧を相互に加算する電圧加算手段であることを特徴とする。
【0015】
更に、本発明による撮像装置は、上記の撮像装置において、各撮像素子の撮像素子間の境界に隣接する光電変換素子の光電変換部の面積と、各撮像素子の撮像素子間の境界に隣接する光電変換素子に隣接する光電変換素子の光電変換部の面積が等しいことを特徴とする。
【0021】
本発明による放射線撮像装置は、上記の撮像装置と、シンチレータ板と、ファイバーオプティックプレートを備えることを特徴とする。
【0022】
本発明による放射線撮像システムは、上記の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0024】
[実施形態1]
図1は138mm□の撮像素子101A〜101Iを9枚タイル状に張り合わせて形成した414mm□の大面積X線撮像装置の撮像素子部分を示す。
【0025】
図2は図1のA−A’断面を示す。ユウロピウム、テルビウム等を付活性体として用いたGd2O2SやCsIなどのシンチレータからなるシンチレータ板201をFOP(ファイバーオプティックプレート)202の上に設置する。X線203はシンチレータに当たり、可視光に変換される。この可視光を撮像素子101A〜101Iで検出する。シンチレータは、その発光波長が撮像素子101A〜101Iの感度に適合するように選択するのが好ましい。204は、撮像素子101A〜101Iの電源、クロック等を供給し、又、撮像素子から信号を取り出して処理する回路を有する外部処理基板である。205は、各撮像素子101A〜101Iと外部処理基板とを電気的に接続するTAB(Tape Automated Bonding)である。
【0026】
撮像素子101A〜101Iのクロック等や電源の入力、画素からの信号の出力は撮像素子端部に設けた電極パッドに接続したTAB205を通して、撮像素子101A〜101Iの裏側に配置した外部処理基板204との間で行う。
【0027】
図3は現在主流の8インチウエハ300から一個の撮像素子を取り出す場合を示す。8インチウエハ300はN型ウエハであり、これを用い、CMOSプロセスによって138mm□のCMOS型撮像素子101A〜101Iの各々を1枚取りで作成する。
【0028】
図4にCMOS型撮像素子101A〜101Iの各画素を構成する画素部の構成図を示す。401は光電変換をするフォトダイオード(光電変換部)、402は電荷を蓄積するフローティングディフュージョン、403はフォトダイオード401が生成した電荷をフローティングディフュージョン402に転送する転送MOSトランジスタ(転送スイッチ)、404はフローティングディフュージョンに蓄積された電荷を放電するためのリセットMOSトランジスタ(リセットスイッチ)、405は行選択をするための行選択MOSトランジスタ(行選択スイッチ)、406はソースフォロワーとして機能する増幅MOSトランジスタ(画素アンプ)である。
【0029】
図5に3×3画素での全体回路の概略図を示す。
【0030】
転送スイッチ403のゲートは垂直走査回路の一種である垂直シフトレジスタ501からのΦTX502に接続され、リセットスイッチ404のゲートは垂直走査回路501からのΦRES503に接続され、行選択スイッチ405のゲートは垂直走査回路501からのΦSEL504に接続されている。
【0031】
光電変換はフォトダイオード401でおこなわれ、光量電荷の蓄積期間中は、転送スイッチ403はオフ状態であり、画素アンプを構成するソースフォロア406のゲートにはこのフォトダイオードで光電変換された電荷は転送されない。該画素アンプを構成するソースフォロア406のゲートは、蓄積開始前にリセットスイッチ404がオンし、適当な電圧に初期化されている。これがノイズ成分を含んだ基準信号となる。このノイズ信号は、行選択スイッチ405がオンにされると負荷電流源と画素アンプ406で構成されるソースフォロワー回路が動作状態になり、さらに転送スイッチ403をオンさせることでリセット時の電荷が該画素アンプを構成するソースフォロア406のゲートに転送され、読み出し可能となる。そして、行選択MOS405により選択された行のノイズ信号出力が垂直出力線(信号出力線)505上に発生し、図示されない記憶素子に蓄積される。次にリセットスイッチ404をオフし、行選択スイッチ405がオンにされると、負荷電流源と画素アンプ406で構成されるソースフォロワー回路が動作状態になり、ここで転送スイッチ403をオンさせることで該フォトダイオードに蓄積されていた電荷は、該画素アンプを構成するソースフォロア406のゲートに転送される。ここで、行選択MOS405により選択された行のフォトダイオード蓄積信号出力が垂直出力線(信号出力線)505上に発生する。
【0032】
このフォトダイオードの蓄積信号にはノイズ信号が混在しており、前記、ノイズ信号と図示されない撮像素子内の引き算回路で引き算されて、撮像信号が得られる。
【0033】
この出力は列選択スイッチ(マルチプレクサ)506を水平走査回路の一種である水平シフトレジスタ507によって駆動することにより水平出力線を介して順次出力部アンプ508へ読み出される。
【0034】
図6は垂直シフトレジスタ501の単位ブロック(一行を選択し駆動するための単位)601を、撮像素子の基板上に配置した例を示す。この例では、図6は垂直シフトレジスタ501の単位ブロック601は、1画素複数画素領域(1セル)603に1画素回路602と共に配置されているが、本実施形態はこれに限られるものではない。1画素回路602は図4に示すものである。垂直シフトレジスタは転送信号ΦTX、リセット信号ΦRES、行選択信号ΦSELを作り出すためにスタティック型シフトレジスタ604と転送ゲート605で構成した簡単な回路を示す。これらはクロック信号線(不図示)からの信号により駆動する。シフトレジスタの回路構成はこの限りではなく、画素加算や間引き読み出し等のさまざまな駆動のさせ方により、任意の回路構成をとることができる。
【0035】
なお、走査回路として、シフトレジスタではなく、n対2nデコーダを使用することもできる。デコーダの入力に順次インクリメントするカウンタの出力を接続することにより、シフトレジスタと同様に順次走査することが可能となり、一方、デコーダの入力に画像を得たい複数画素領域のアドレスを入力することにより、ランダム走査による任意の複数画素領域の画像を得ることができる。
【0036】
図7に本実施形態による撮像装置の図1に符号10で示す位置の拡大図を示す。
【0037】
図7を参照すると、撮像素子101Aと撮像素子101Bは、隣接して配置されている。撮像素子101A、101Bは、複数の光電変換素子より形成され、各光電変換素子は光電変換部を有する。撮像素子101Aと撮像素子101Bとを並べたときに、間隙103が必然的に生じるが、間隙103に接する光電変換素子の光電変換部104の位置と幅を調整することにより、間隙103に接しない(内部の)光電変換素子の光電変換部105の重心106と間隙に接する光電変換素子の光電変換部104の重心107は撮像素子101A、101Bに跨って等間隔に並んでいる。こうすることにより、撮像素子101Aと撮像素子101Bとの境界において、画像が歪むことが防止される。
【0038】
また、複数の光電変換素子から得られる信号を集めて1画素信号を得る場合にも、電圧加算をすることにより、画像の歪みが生じない。つまり、図7に示すように、複数画素領域108内の4つの光電変換素子の光電変換部で発生する電圧を加算することにより複数画素領域108についての画素信号を得ると、複数画素領域108についての1画素信号の位置は符号110に示す位置(複数画素領域108内の4つの光電変換素子の光電変換部の重心の平均位置と一致した位置)となり、また、複数画素領域109内の4つの光電変換素子の光電変換部で発生する電圧を加算することにより複数画素領域109についての1画素信号を得ても、複数画素領域109についての1画素信号の位置は符号112に示す位置(複数画素領域109内の4つの光電変換素子の光電変換部の重心の平均位置と一致した位置)となる。従って、画素重心110、112は等間隔に並ぶ。
【0039】
図8に、4画素で発生した電圧を加算する場合の回路構成例を示す。
【0040】
また、各画素で発生した電圧をアンプ508から読み出した後に、4画素の電圧を加算しても良い。複数画素領域毎に読み出す場合には、アンプ508の後段に図9に示すように3画素分のラッチと加算器を設けるのみで4画素加算ができる。また、1行毎に読み出す場合には、3画素分のラッチのうちの中央のラッチを(1ライン−1画素)メモリとすればよい。また、アンプ508の出力をA/D変換して、所定の書込アドレスに従ってメモリに書き込んだ後で、所定の順序の読出アドレスに従って読み出してからデジタル加算するようにしても良い。A/D変換以降は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置で行うことも可能である。
【0041】
[実施形態2]
実施形態2の基本的構成は実施形態1と同様である。
【0042】
図10に本実施形態による撮像装置の図1に符号10で示す位置の拡大図を示す。
【0043】
本実施形態においては、画素信号を加算する複数画素領域を符号208、209に示すようにする。複数画素領域208についての1画素信号の位置は、電荷加算の場合にも電圧加算の場合にも、符号210に示す位置(複数画素領域208内の4つの光電変換素子の光電変換部の重心の平均位置と一致した位置)となる。複数画素領域209についての1画素信号の位置も、電荷加算の場合にも電圧加算の場合にも、符号211に示す位置(複数画素領域209内の4つの光電変換素子の光電変換部の重心の平均位置と一致した位置)となる。
【0044】
図11に4画素で発生した電荷を加算する場合の回路構成図を示す。この回路構成では、フォトダイオードに蓄積された電荷を転送スイッチをONにすることによりフローティングディフュージョンに転送した後にスイッチ701、702、703をONにして4画素間で平均化し、その後に行選択スイッチをONにすることにより、電荷加算により画素信号を加算した場合にも、電圧加算による画素信号を加算した場合にも、各複数画素領域についての画素重心210、211が等間隔に並ぶ。
【0045】
[実施形態3]
実施形態3の基本的構成は実施形態1と同様である。
【0046】
図12に本実施形態による撮像装置の図1に符号10で示す位置の拡大図を示す。
【0047】
図12の例では、間隙103に隣接する光電変換素子の光電変換部104の位置と幅のみならず、間隙103に隣接する光電変換素子に隣接する光電変換素子の光電変換部301の位置と幅も調整する。この例では、光電変換部301の幅を光電変換部104の幅と等しくすることにより、光電変換部104と光電変換部301の面積を等しくしているが、光電変換部301の光電変換部104の高さに対する相対的な高さを調整することにより、或いは、光電変換部301の光電変換部104の幅と高さに対する相対的な幅と高さを調整することにより、光電変換部104と光電変換部301の面積を等しくしても良い。すなわち、光電変換部301が光電変換部104と面積が等しくなるならば、寸法の調整箇所は問わない。
【0048】
また、光電変換部104の重心位置107と光電変換部301の重心位置302と光電変換部105の重心位置106が等間隔で並ぶように光電変換部104の位置と光電変換部301の位置を調整する。
【0049】
すなわち、本実施形態では、光電変換部104の位置と大きさと光電変換部301の位置と大きさを、重心位置106、107、302が等間隔で並び、且つ、光電変換部104と光電変換部301の面積が等しくなるように調整する。
【0050】
また、複数の光電変換素子から得られる信号を集めて1画素信号を得る場合には、図13に示すように、複数画素領域108内についての1画素信号、複数画素領域303についての1画素信号を得るようにする。複数画素領域303は、間隙103に隣接する2つの光電変換素子とその間隙に隣接するその2つの光電変換素子に隣接する2つの光電変換素子より成る複数画素領域である。このように複数画素領域を設定することにより、電荷加算の場合においても電圧加算の場合においても、複数画素領域108についての1画素信号の位置110と複数画素領域303についての1画素信号の位置112は等間隔で並ぶようになる。
【0051】
[実施形態4]
実施形態4は、図14に示すように、実施形態3において、走査回路304を光電変換部301と光電変換部104との間に配置したものである。走査回路304は、複数画素領域10(図1)においては、垂直走査回路であるが、複数画素領域11(図1)においては、水平走査回路である。
【0052】
本実施形態によれば、幅を狭くした光電変換部301と光電変換部104との間にできた空きスペースに走査回路を配置することにより、各光電変換素子から1画素信号を得る場合にも複数の光電変換素子から1画素信号を得る場合にも、画素重心が等間隔で並ぶという条件を崩さないで、走査回路を撮像素子に配置することができる。
【0053】
[実施形態5]
実施形態5は、図15に示すように、実施形態3において、走査回路304を光電変換部301と光電変換部104との間に配置したものである。走査回路304は、複数画素領域10(図1)においては、垂直走査回路であるが、複数画素領域11(図1)においては、水平走査回路である。
【0054】
本実施形態によれば、幅を狭くした光電変換部301と光電変換部104との間にできた空きスペースに走査回路を配置することにより、各光電変換素子から1画素信号を得る場合に画素重心が等間隔で並ぶという条件を崩さないで、走査回路を撮像素子に配置することができる。また、撮像素子101Aと101Bの貼り合わせの間隙に隣接対向する画素104を加算する事で、加算画素重心113と、他の光電変換素子の1画素重心302,106の間隔は一致させることが可能となる。
【0055】
実施形態5の基本的構成は以下の通りである。
【0056】
図14に本実施形態による撮像装置の図1に符号10で示す位置の拡大図を示す。
【0057】
図14の例では、間隙103に隣接する光電変換素子の光電変換部104の位置と幅のみならず、間隙103に隣接する光電変換素子に隣接する光電変換素子の光電変換部301の位置と幅も調整する。光電変換部301の光電変換部104の相対的位置を調整することにより、光電変換素子104の加算重心113と他の光電変換素子302,106の重心が等間隔になるようにしている。
【0058】
また、光電変換部104の加算重心位置113と光電変換部301の重心位置302と光電変換部105の重心位置106が等間隔で並ぶように光電変換部104の位置と光電変換部301の位置を調整する。
【0059】
すなわち、本実施形態では、光電変換部104の位置と大きさと光電変換部301の位置と大きさを、貼り合わせ対向の画素加算重心位置113、走査回路の隣接光電変換素子重心302、および、その他の光電変換素子重心106が等間隔で並ぶように調整する。
【0060】
このように貼り合わせ間隙部分に複数画素領域305を設定することにより、電荷加算の場合においても電圧加算の場合においても、複数画素領域305についての1画素信号の位置113と1画素301,105についての重心位置302,106は等間隔で並ぶようになり、画像の歪みがなくなる。また、複数画素領域の複数の光電変換部の信号を加算したことにより、撮像素子毎のオフセットの影響も少なくなる。
【0061】
以上のように、本実施形態では、複数画素領域に含まれる部分では、複数の光電変換部の信号を加算して1画素信号を得、それ以外の領域では、各光電変換部から1画素信号を得、そして、加算によって得られた1画素信号と、各光電変換部からの1画素信号とを用いて、不図示の画像処理回路によって画像が得られるように処理を行う。
【0062】
以上の実施形態1乃至5では、加算手段としてアナログ信号の状態で加算する例を示したが、アナログ・ディジタル変換回路によって、ディジタル信号に変換された後に加算するものであってもよい。
【0063】
[実施形態6]
図16は本発明による放射線撮像装置のX線診断システムへの応用例を示したものである。
【0064】
X線チューブ6050で発生したX線6060は患者あるいは被験者6061の胸部6062を透過し、シンチレータ201、FOP202、撮像素子101A、外部処理基板204を備える放射線撮像装置6040に入射する。この入射したX線には患者6061の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応してシンチレータは発光し、これを撮像素子が光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換されイメージプロセッサ6070により画像処理され制御室のディスプレイ6080で観察できる。
【0065】
また、この情報は電話回線6090等の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどディスプレイ6081に表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ6100によりフィルム6110に記録することもできる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の撮像素子をタイル状に並べて構成する撮像装置において、撮像素子間の境界において、各光電変換素子から1画素信号を得る場合のみならず、複数の光電変換素子から1画素信号を得る場合でも、等間隔に並んだ画素信号を得ることができるので、撮像素子間の境界においても、撮像装置から得られる画像が歪むことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による撮像装置の平面図である。
【図2】図1の線A−A’に沿った断面図である。
【図3】本発明の実施形態による撮像素子とその基となるウエハを示す平面図である。
【図4】本発明の実施形態による撮像素子内の1画素回路の回路図である。
【図5】本発明の実施形態による撮像素子の回路図である。
【図6】本発明の実施形態による1画素複数画素領域(セル)の構成を示す概念的平面図である。
【図7】本発明の実施形態1による複数画素領域の選び方を示す平面図である。
【図8】本発明の実施形態による4画素で発生した電圧を加算する場合の回路構成例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態による4画素で発生した電圧を加算する場合の他の回路構成例を示す図である。
【図10】本発明の実施形態2による複数画素領域の選び方を示す平面図である。
【図11】本発明の実施形態による4画素で発生した電荷を加算する場合の回路構成例を示す図である。
【図12】本発明の実施形態3による光電変換部のレイアウトを示す平面図である。
【図13】本発明の実施形態3による複数画素領域の選び方を示す平面図である。
【図14】本発明の実施形態4による光電変換部及び走査回路のレイアウトを示す平面図である。
【図15】本発明の実施形態5による光電変換部及び走査回路のレイアウトを示す平面図である。
【図16】本発明の実施形態5による放射線撮影システムの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
101A〜101I 撮像素子
103 間隙
104、105、301、305 光電変換部
108、109、208、209、303 複数画素領域
201 シンチレータ板
202 FOP(ファイバーオプティックプレート)
204 外部処理基板
205 TAB(Tape Automated Bonding)
304 走査回路
Claims (8)
- 複数の撮像素子を並べて複数の撮像素子に跨る画像を撮像する撮像装置において、
各撮像素子は複数の光電変換素子を備え、各光電変換素子は光電変換部を備え、
複数の撮像素子に跨った範囲で光電変換部の重心が等間隔に並び、各撮像素子内で所定の規則に従って選ばれた複数画素領域であって複数の光電変換部より成る複数画素領域の各々において取られた複数の光電変換部の重心が、複数の撮像素子に跨った範囲で等間隔に並ぶことを特徴とする撮像装置。 - 複数の前記光電変換部を各撮像素子内で所定の規則に従って選択して1つの前記画素領域とみなし、前記複数の光電変換部の信号を加算して1つの画素信号を得るための加算手段を備え、加算後の複数の前記画素領域の重心が、複数の撮像素子に跨った範囲で等間隔に並ぶことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 請求項2に記載の撮像装置において、
各光電変換部で発生した電荷の量を電圧に変換するための電荷/電圧変換手段を各光電変換部毎に備え、
前記加算手段は、複数の光電変換部で発生した電荷量に対応する電圧を相互に加算する電圧加算手段を含むことを特徴とする撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記電圧加算手段は、1の撮像素子の複数の光電変換部でそれぞれ発生した電荷の量に対応した電圧を相互に加算する電圧加算手段であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記電圧加算手段は、複数の撮像素子に跨る複数の光電変換部でそれぞれ発生した電荷の量に対応した電圧を相互に加算する電圧加算手段であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置において、
各撮像素子の撮像素子間の境界に隣接する光電変換素子の光電変換部の面積と、各撮像素子の撮像素子間の境界に隣接する光電変換素子に隣接する光電変換素子の光電変換部の面積が等しいことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置と、シンチレータ板と、ファイバーオプティックプレートを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項7に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
JP2000227333A JP3715873B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 撮像装置、放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システム |
EP20100181875 EP2290952A3 (en) | 2000-07-27 | 2001-07-26 | Image sensing apparatus |
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