JP3815755B2 - 撮像方法及び撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光もしくは放射線により像を形成する撮像装置に係り、たとえばファクシミリ、ディジタル複写機、スチールカメラあるいは放射線撮像装置等の一次元もしくは二次元の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ型センサ、ＭＯＳ型センサに代表されるＳｉ単結晶センサや、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）のＰＩＮ型センサを用いた撮像素子を一次元、もしくは二次元に並べた大型センサを用いた撮像装置が各種生産されている。これら撮像装置は可視光の像を形成するのみならず、原子力開発、放射線医療機器及び非破壊検査の発達に伴い放射線像を電気信号に変換する撮像装置も開発されている。
【０００３】
しかしながら、それらのＳ／Ｎは２〜３桁のものが多く、それ以上のＳ／Ｎは求められていなかった。これは、高Ｓ／Ｎの出力を高精度でディジタル化するのに適したＡ／Ｄ変換器がなかったり、また変換後のデータ量が大量になりメモリの制限や通信の制限を受け、使い勝手が悪く、結果、高Ｓ／Ｎの撮像装置の必要性が小さかったからである。ところが近年、大容量のメモリや高速な通信の開発がめざましく、これに伴い、４〜５桁の高Ｓ／Ｎを持つ撮像装置の要求が高まっている。
【０００４】
しかしながら、通常、生産工程のばらつきによる固定パターンノイズや、感度ばらつきによるＳ／Ｎの低下は避けられず、これを防ぐため、従来は、工場出荷時に固定パターンノイズや感度ばらつきのデータを補正用データとしてメモリに記憶しておき、実際に使う場合には、撮像データをこのメモリの補正用データによって補正する方法が取られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下に挙げるような欠点がある。
【０００６】
通常、撮像を行う場合には、使用者は、被検体や周辺の環境、撮像の目的等で撮像装置の動作条件を選択する。また、撮像装置に使用されている構成部品は、温度によりその特性が変化する。さらに、撮像中に簡単に失敗の無い最適な像を得るためには、自動露出をはじめ、各種の自動制御が働く。つまり、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件は異なっているのである。Ｓ／Ｎの低下の原因となる固定パターンノイズや感度ばらつきは、これらの条件で微妙に異なるため、撮像出力に含まれる誤差は完全に補正されない。このように、補正に使用するデータを得た時の条件と、実際に撮像した時の条件が異なることは、高Ｓ／Ｎの像情報を得るのに重大な問題となる。
【０００７】
［発明の目的］
本発明の目的は、撮像を実際に行った時の条件と補正に使用するデータを取得した時の条件が異なっているため、撮像出力に含まれる誤差が完全に補正されない、という問題を解決し、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するための手段として、
固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法を提供するものである。
【０００９】
また、前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、露光を行なわずに取得されたものであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりに換算することにより前記実補正量を求め、
前記補正する工程は、前記実補正量を前記撮像データより減算することにより補正を行なうことを特徴とする撮像方法でもある。
【００１０】
また、固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法でもある。
【００１１】
また、前記撮像露光時間と略同時間の第２の補正用データの取り込み時間を設定する工程と、
前記第２の補正用データ取り込み時間で該第２の補正用データを取り込む工程と、を有することを特徴とする撮像方法でもある。
【００１２】
また、前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする撮像方法でもある。
【００１３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するための手段として、
固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置を提供するものである。
【００１４】
また、固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置でもある。
【００１５】
また、前記撮像露光時間と略同時間の第２の補正用データ取り込み時間を設定する手段、を有することを特徴とする撮像装置でもあり、前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする撮像装置でもある。
【００１６】
［作用］
本発明によれば、実際の撮影時の直前と直後に補正用データを自動的に取得するため、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件が、ほぼ同じであるため、撮像出力に含まれる誤差を、ほぼ完全に補正することができ、これにより、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施例に係る撮像データ補正方法を用いた撮像装置の全体システムブロック図である。本実施例では医療用放射線診断を目的とする放射線撮像装置が構成されている。
【００１９】
図１において、１０はＸ線１３をパルス状に発する事ができるＸ線源であり、撮像制御手段３０によりＸ線のパルスのオン、オフや、Ｘ線源内の管球の管電圧、管電流が制御される。Ｘ線源１０で発したＸ線１３は、診断対象となる患者である被写体１１を透過しＸ線を可視光に変換するＣｓＩ，Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ等で構成される蛍光体１２に入射する。この時被写体１１を透過するＸ線は、被写体１１の内部の骨や内臓の大きさや形、病巣の有無により透過量が異なり、それらの像情報が含まれている。このＸ線１３は蛍光体１２により可視光に変換され像情報光１４として撮像手段として働く二次元エリアセンサ２０に入射する。
【００２０】
二次元エリアセンサ２０は、二次元に配列した複数の光電変換素子とそれらを駆動する駆動回路からなり、像情報光１４を二次元情報を含む電気信号に変換して出力する。二次元エリアセンサ２０は撮像制御手段３０により蓄積時間や駆動スピードが制御される。二次元エリアセンサ２０の出力は補正回路８０に入力される。
【００２１】
撮像制御手段３０には、撮像条件を制御するために制御パネル３２やフォトタイマ３１の出力も入力されている。制御パネル３２は医師もしくは技術が患者の症状、体格、年齢や、得たい情報を考慮し、撮像露光のたびに最適な撮像出力が得られるように、条件をパネル操作で入力し、電気信号に変換され撮像制御手段３０に入力される。
【００２２】
フォトタイマ３１は、被写体１１と二次元エリアセンサ２０との間もしくはＸ線入射方向から見て二次元エリアセンサ２０の背面に設置され、撮像露光中に被検体１１の基準部分（たとえば肺野部）と透過するＸ線量を検知し撮像制御手段３０に入力される。
【００２３】
撮像制御手段３０は、これら入力の撮像装置の直前の値もしくは撮像露光中の値を基にＸ線源１０のＸ線パルス幅や二次元エリアセンサ２０の蓄積時間・駆動スピードを自動制御及び設定制御できる。またこのとき撮像制御手段３０が撮像露光時に使用する様設定した条件は条件記憶手段４０に記憶できる。
【００２４】
この条件記憶手段４０は、条件を記憶すると同時に逆に記憶した条件を撮像制御手段３０に入力することも可能である。また条件記憶手段４０は第１の演算手段６０とも接続されており、撮像露光時に撮像露光時間を記憶しておき、撮像露光時の実補正量Ｃを推定するときのパラメータとして提供することができる。
【００２５】
図１中、８０の破線内は補正回路であり、撮像露光時に得られる出力は、スイッチ５１を介し二次元エリアセンサ２０の出力記憶手段である第１、第２および第３の記憶手段であるフレームメモリ５２，５３，５４に記録でき、補正データ取得時に得られる第１の補正データＡと第２の補正データＢにより第１の演算手段６０で処理し、撮像露光時の実補正量Ｃを推定することができる。
【００２６】
この推定された実補正量Ｃは、さらに第２の演算手段６１にて撮像データＤから減算処理することで像出力情報Ｏとすることができる。この像出力情報Ｏは画像処理システム等に伝送される。
【００２７】
７０はシステム制御回路であり、撮像露光開始ボタン７１が押されたことを検知し、撮像制御手段３０を介して、Ｘ線源１０、二次元エリアセンサ２０を制御し、撮像露光や補正データ取得を行い、また、スイッチ５１、フレームメモリ５２，５３，５４および演算手段６０及び６１を制御し、補正回路８０として動作させる。
【００２８】
図２は、二次元エリアセンサ２０の構成を示す全体回路図であり、図３（ａ）（ｂ）は、二次元エリアセンサ２０中の一画素に相当する各構成素子の平面図（ａ）、及び断面図（ｂ）である。
【００２９】
図２において、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子であり、下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ，ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はＳＷｇがＯＮ、その他の期間はＳＷｓがＯＮするよう制御されている。一画素は一個の光電変換素子とコンデンサ及びＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。本実施例の二次元エリアセンサは計９個の画素を３つのブロックに分け１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送し、この信号配線を通して検出用集積回路によって順次出力に変換され出力される。また１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００３０】
図２中破線で囲んだ部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されているが、このうち第１画素に相当する部分の平面図を図３（ａ）に示す。
【００３１】
図３（ａ）において、Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、及びＳＩＧは信号配線である。コンデンサＣ１１は光電変換素子Ｓ１１とは特別に素子を分離しておらず、光電変換素子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデンサＣ１１を形成してもよい。
【００３２】
また、図３（ａ）中、破線Ａ−Ｂで示した部分の断面図を図３（ｂ）に示す。
【００３３】
図３（ｂ）において、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜Ｓｉx Ｎy とＣｓＩ，Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ等の蛍光体１２が形成されている。上方より像情報の含まれるＸ線１３が入射すると蛍光体１２により像情報光１４に変換され、この光が光電変換素子に入射する。
【００３４】
ここで、本実施例で使用している光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の動作について説明する。
【００３５】
図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ本実施例のリフレッシュモード及び光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギーバンド図であり、図３（ｂ）の各層の厚さ方向の状態を示している。
【００３６】
図４において、２はＣｒで形成された下部電極（以下Ｇ電極と記す）である。７は電子、ホール共に通過を阻止するＳｉＮで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。４は水酸化アモルファスシリコンａ−Ｓｉの真性半導体Ｉ層で形成された光電変換半導体層、５は光電変換半導体層４にホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層、６はＡｌで形成される上部電極（以下Ｄ電極と記す）である。本実施例ではＤ電極はｎ層を完全には覆っていないがＤ電極とｎ層との間は電子の移動が自由に行われるため、Ｄ電極とｎ層の電位は常に同電位であり、以下説明ではそれを前提としている。本光電変換素子には、Ｄ電極、Ｇ電極の電圧の印加の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという二つの動作がある。
【００３７】
リフレッシュモード（ａ）において、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層４中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層４に注入される。このとき一部のホールと電子はｎ層５、ｉ層４において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばｉ層内４のホールはｉ層４から掃き出される。
【００３８】
この状態から光電変換モード（ｂ）にするには、Ｄ電極は、Ｇ電極に対して正の電位を与える。するとｉ層４中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかしホールはｎ層５が注入阻止層として働くためｉ層４に導かれる事はない。この状態でｉ層４に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層４を移動し、ｉ層４と絶縁層７の界面に達する。しかし、絶縁層７内には移動できないため、ｉ層４内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層４内の絶縁層７界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つためＧ電極から電流が流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。
【００３９】
ある期間、光電変換モード（ｂ）を保った後、再びリフレッシュモード（ａ）の状態になると、ｉ層４に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時ｉ層４内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施例においての光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も出力することができる。
【００４０】
しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、Ｄのように光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは、図４（ｃ）のように、ｉ層４内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層４内の電界が小さくなり、発生した電子がＤ電極に導かれなくなりｉ層４内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射状態が変化すると、電流が不安定に流れる事もあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層４内のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が得られる。
【００４１】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層４内のホールを掃き出す場合、すべてのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図４（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間及びｎ層５の注入阻止層の特性を決めればよい。また、さらにリフレッシュモードにおいてｉ層４への電子の注入は必要条件ではなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層４に留まっている場合にはたとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ｎ層５の注入阻止層の特性も同様に電子をｉ層４に注入できることが必要条件ではない。
【００４２】
次に図１、図２及び図５、図６によって本実施例の放射線像撮像装置の動作について説明する。前述の説明のように本実施例においての光電変換素子は定期的にリフレッシュすれば、光電変換モードにおいては入射した光に比例した光電流を出力する光センサとして動作する。
【００４３】
なお、図５は、本実施例の動作を示すタイミングチャートであり、図２のシフトレジスタＳＲ１の出力ｇ１〜ｇ３，シフトレジスタＳＲ２の出力ｓ１〜ｓ３、ＲＦ出力、Ｘ線露光出力Ｘ１３、信号出力ＯＵＴの各パルスを示したものである。
【００４４】
また、図６は、本実施例の補正方法を説明するための図であり、詳細は後述する。
【００４５】
まず、図１に示すように、医師又は技師は、診断対象である患者等の被写体１１を、Ｘ線源１０と二次元エリアセンサ２０の間に置き、診断したい部位が観察できるように被写体１１にポーズさせる。同時に前もって問診等で得た患者の症状、体格、年齢や得たい情報を考慮し最適な撮像出力が得られるように条件を制御パネル３２に入力する。この信号は電気信号で撮像制御手段３０に伝送される。この状態で、医師または技師が、撮像開始ボタン７１を押すと撮像が開始される。
【００４６】
まず、システム制御回路７０は、二次元エリアセンサ２０をリフレッシュ動作させる。
【００４７】
ここで、図２のセンサの回路図と図５のタイミング図を参照しながら、リフレッシュ動作を説明する。まずシフトレジスタＳＲＩおよびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がＯＮして導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位となる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力し、スイッチＳＷｇがＯＮし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュモードとなりリフレッシュされる。
【００４８】
次に、リフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがＯＮし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードとなり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がＯＦＦし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるが、コンデンサＣ１１〜Ｃ１３によって電位は保持される。しかしこの時点ではＸ線は放射されていないため、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず電流は流れない。これでリフレッシュ動作は終了する。
【００４９】
ここで、図１に示す、撮像制御手段３０は、制御パネル３２からの情報を基に撮像露光時における撮像条件を決定する。撮像条件の内容は、Ｘ線源１０の管電圧、管電流およびＸ線パルスの最大パルス幅や二次元エリアセンサ２０の駆動スピードである。例えば、制御パネル３２で胸部が設定されていれば、Ｘ線源の管球の電圧は高く、腹部の場合は低く条件を設定する。また、制御パネル３２で患者が子どもや妊婦が指示されていれば、フォトタイマ３１による終了条件を短く設定し、最大パルス幅も短く設定される。
【００５０】
さらに、システム制御回路７０は、第１の補正モードに入る。この第１の補正モードでは、Ｘ線源１０は動作させず、Ｘ線は放射しない。ただし、Ｘ線源１０を動かさなくとも、予め設定された所定の時間ｔ1 を待ってから二次元エリアセンサ２０は読み出し動作を行う。この時間ｔ1 は撮像制御手段３０に記憶された固定の時間であっても良いし制御パネル３２から入力されたＸ線の最大パルス幅に相当する時間であっても良い。ここでは簡単のため、あらかじめ撮像制御手段３０に記憶された固定の時間であり、ｔ1 ＜撮像露光時間として図示するがこれに限定するものではない。
【００５１】
駆動スピードは、制御パネル３２より入力された諸条件から設定される。二次元エリアセンサ２０からのデータの読み出し方法については後述する。この時の出力を補正データＡとする。この補正データＡは、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し第１の記憶手段であるフレームメモリ５２に記憶される。
【００５２】
この補正データＡは、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等を反映した出力である。
【００５３】
続いて、システム制御回路７０は、撮像モードに入る。この撮像モードでは、先に撮像制御手段３０により決定された撮像条件に従って撮像が行われる。Ｘ線が放射され、被検体１１を透過し蛍光体１２に入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。同時に被写体１１と二次元エリアセンサ２０の間あるいは二次元エリアセンサ２０の背面に置かれたフォトタイマ３１にも入射する。これら光は人体等の内部構造の情報が含まれている。フォトタイマ３１の出力は随時撮像制御手段３０に入力され、この値の積分値が撮像条件で決められた一定値を超えると撮像制御手段がＸ線の放射を止める。このとき、撮像制御手段３０ではこれら実際に放射されたＸ線パルス幅を計測しており、撮像露光時間ｔ2 として条件記憶手段４０に記憶する。
【００５４】
ある一定量、この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積され、Ｘ線の放射終了後も保持される。つぎに二次元エリアセンサ２０は読み出し動作をする。図２及び図５に示すように、シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ1 にＨｉのパルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ１３、スイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシフトレジスタＳＲ１，ＳＲ２の制御により他の光信号も出力される。これにより人体等の内部構造の二次情報ｖ１〜ｖ９すなわち撮像データＤ（図５参照）として得られる。この撮像データＤは、Ａ／Ｄ変換器を通してディジタルデータ化された後に、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し第２の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶される。
【００５５】
さらに、システム制御回路７０は、第２の補正モードに入る。この第２の補正モードでも第１の補正モードと同様にＸ線源１０は動作させず、Ｘ線は放射しない。ただし、Ｘ線源１０を動かさなくとも、第１の補正モードで用いた、予め設定された所定の時間ｔ1 を待ってから二次元エリアセンサ２０は読み出し動作を行う。読み出しは、撮影モードの説明で述べた読み出し方法で行う。このときの出力を補正データＢとする。この補正データＢは、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し、第３の記憶手段であるフレームメモリ５４に記憶される。
【００５６】
この補正データＢも、補正データＡと同様、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等を反映した出力である。
【００５７】
ところで、本実施例で用いている二次元エリアセンサ２０を構成している光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の暗電流は、リフレッシュ動作からの時間の関数として指数的に減少することが分かっている。
【００５８】
図６（ｃ）は、このような暗電流の状態を説明するための図であり、ここでは簡単のため、図６（ｃ）に示すように、暗電流は、時間に対して線形に減少するものとした。
【００５９】
このような状態で、図６（ａ）に示すように、前述した第１、第２の補正データ及び撮像データを取得すると、二次元エリアセンサ２０上のある一画素の出力は、図６（ｄ）で示すようになる。出力は、各画素の入射光強度、すなわち、これにより発生する光電流量と、露光時間に比例するので、それぞれの四角形の面積が出力される画素値を示すこととなる。
【００６０】
撮像前後に取得された第１及び第２の補正データは、同一の蓄積時間ｔ1 で取得されたものであるので、第１の補正データ取得から撮像データ取得までと撮像データ取得から第２の補正データ取得までの間隔Ｔ1 とＴ2 が同じであったならば、両補正量の加算平均を取る事で撮像データ取得時の時間ｔ1 あたりの補正量が推定される（図６（ｅ）参照）。
【００６１】
さらに、撮像露光時に条件記憶手段４０に記憶しておいた撮像露光時間ｔ2 を用いて時間ｔ2 あたりの補正量に換算することで、撮像露光時の実補正量が推定される（図６（ｆ）参照）。
【００６２】
推定された実補正量を第３の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶された撮像データより減算することで、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等が補正された出力を得ることができる。
【００６３】
なお、ここでは簡単のため単純な式で説明したが、実際には良好な画像を得るため、さらに複雑な演算（例えば、データの取得間隔Ｔ1 とＴ2 が異なる場合に、両補正量に重み付けの係数を掛けた後に加算平均する、すなわち加重平均をとる方法、あるいは、本実施例では、加算平均すなわち、線形補間の概念を導入したが、暗電流の指数的減少を考慮し、非線形補間の概念を導入した演算）とすることが望ましい。
【００６４】
また、本実施例の二次元エリアセンサでは、９個の画素を３×３に二次元配列し、３画素づつ同時に、３回に分割して転送出力したが、これに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５の画素を２０００×２０００個、二次元的に配置すれば、４０ｃｍ×４０ｃｍの二次元エリアセンサが得られ、医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置が構成できる。
【００６５】
［第２の実施例］
本実施例では、第２の補正用データの取得時間を、撮影露光時間と略同一時間に制御して、補正用データを取得する。このための手段としては、第２の補正モード時に、Ｘ線源１０は、動作させずに、撮像モード時に条件記憶手段４０に記憶された撮像露光時間ｔ2 を待ってから二次元エリアセンサ２０が読み出し動作を開始するように、撮像制御手段３０が、Ｘ線源１０、二次元エリアセンサ２０を駆動することによって、容易に実行可能である。
【００６６】
このように、第２の補正用データの取得時間を撮像露光時間と略同一にすることにより、以下のような、補正方法を行なうことができる。
【００６７】
まず、第１の補正用データを、撮像露光時に、条件記憶手段４０に記憶しておいた撮像露光時間ｔ2 を用いて時間ｔ2 あたりの補正量に換算する。第１の補正用データの取り込み時間は、あらかじめ撮像制御手段３０に記憶された時間ｔ1 であるので、（時間ｔ2 あたりの第１の補正データ）＝（第１の補正データ）×（ｔ2 ／ｔ1 ）により推定される。
【００６８】
第１の補正データ取得から撮像データ取得までと撮像データ取得から第２の補正データ取得までの間隔Ｔ1 とＴ2 が同じであったならば、推定補正データと第２の補正データの加算平均を取ることで、撮像露光時の実補正量が推定される。本実施例では、補正データの取得時間を撮像露光時間と同一時間とすることにより、より正確な補正が可能となる。
【００６９】
推定された実補正量を第３の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶された撮像データより減算することで、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等が補正された出力を得ることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実際の撮影時の直前と直後に補正用データを自動的に取得するため、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件が、ほぼ同じであるため、撮像出力に含まれる誤差を、ほぼ完全に補正することができ、これにより、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を実現することができる。
【００７１】
また、本発明によれば、撮像露光前に事前に第１の補正用データを取り組む工程と、撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、撮像露光による時間を計測する工程と、第２の補正データを取り込む工程と、第１及び第２の補正用データと撮像露光による時間をパラメータとして、撮像露光時間内の実補正量を推定する工程と、推定された実補正量を撮像データから減算する工程とにより演算される撮像データ補正方法を用いることにより、撮像露光時の補正量の変動も考慮した補正出力を得ることができ、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるシステムブロック図である。
【図２】二次元エリアセンサの構成を示す回路図である。
【図３】二次元エリアエンサ中の各構成素子の平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。
【図４】光電変換素子の各動作モードにおけるエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の第１の実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施例における補正方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０ Ｘ線源
１１ 被写体
１２ 蛍光体
１３ Ｘ線
２０ 二次元エリアセンサ
３０ 撮像制御手段
３１ フォトタイマ
３２ 制御パネル
４０ 条件記憶手段
５１ スイッチ
５２〜５４ フレームメモリ
６０ 第１の演算手段
６１ 第２の演算手段
７０ システム制御回路
７１ 撮像露光開始ボタン
８０ 補正回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光もしくは放射線により像を形成する撮像装置に係り、たとえばファクシミリ、ディジタル複写機、スチールカメラあるいは放射線撮像装置等の一次元もしくは二次元の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ型センサ、ＭＯＳ型センサに代表されるＳｉ単結晶センサや、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）のＰＩＮ型センサを用いた撮像素子を一次元、もしくは二次元に並べた大型センサを用いた撮像装置が各種生産されている。これら撮像装置は可視光の像を形成するのみならず、原子力開発、放射線医療機器及び非破壊検査の発達に伴い放射線像を電気信号に変換する撮像装置も開発されている。
【０００３】
しかしながら、それらのＳ／Ｎは２〜３桁のものが多く、それ以上のＳ／Ｎは求められていなかった。これは、高Ｓ／Ｎの出力を高精度でディジタル化するのに適したＡ／Ｄ変換器がなかったり、また変換後のデータ量が大量になりメモリの制限や通信の制限を受け、使い勝手が悪く、結果、高Ｓ／Ｎの撮像装置の必要性が小さかったからである。ところが近年、大容量のメモリや高速な通信の開発がめざましく、これに伴い、４〜５桁の高Ｓ／Ｎを持つ撮像装置の要求が高まっている。
【０００４】
しかしながら、通常、生産工程のばらつきによる固定パターンノイズや、感度ばらつきによるＳ／Ｎの低下は避けられず、これを防ぐため、従来は、工場出荷時に固定パターンノイズや感度ばらつきのデータを補正用データとしてメモリに記憶しておき、実際に使う場合には、撮像データをこのメモリの補正用データによって補正する方法が取られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下に挙げるような欠点がある。
【０００６】
通常、撮像を行う場合には、使用者は、被検体や周辺の環境、撮像の目的等で撮像装置の動作条件を選択する。また、撮像装置に使用されている構成部品は、温度によりその特性が変化する。さらに、撮像中に簡単に失敗の無い最適な像を得るためには、自動露出をはじめ、各種の自動制御が働く。つまり、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件は異なっているのである。Ｓ／Ｎの低下の原因となる固定パターンノイズや感度ばらつきは、これらの条件で微妙に異なるため、撮像出力に含まれる誤差は完全に補正されない。このように、補正に使用するデータを得た時の条件と、実際に撮像した時の条件が異なることは、高Ｓ／Ｎの像情報を得るのに重大な問題となる。
【０００７】
［発明の目的］
本発明の目的は、撮像を実際に行った時の条件と補正に使用するデータを取得した時の条件が異なっているため、撮像出力に含まれる誤差が完全に補正されない、という問題を解決し、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するための手段として、
固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法を提供するものである。
【０００９】
また、前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、露光を行なわずに取得されたものであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりに換算することにより前記実補正量を求め、
前記補正する工程は、前記実補正量を前記撮像データより減算することにより補正を行なうことを特徴とする撮像方法でもある。
【００１０】
また、固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法でもある。
【００１１】
また、前記撮像露光時間と略同時間の第２の補正用データの取り込み時間を設定する工程と、
前記第２の補正用データ取り込み時間で該第２の補正用データを取り込む工程と、を有することを特徴とする撮像方法でもある。
【００１２】
また、前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする撮像方法でもある。
【００１３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するための手段として、
固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置を提供するものである。
【００１４】
また、固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置でもある。
【００１５】
また、前記撮像露光時間と略同時間の第２の補正用データ取り込み時間を設定する手段、を有することを特徴とする撮像装置でもあり、前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする撮像装置でもある。
【００１６】
［作用］
本発明によれば、実際の撮影時の直前と直後に補正用データを自動的に取得するため、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件が、ほぼ同じであるため、撮像出力に含まれる誤差を、ほぼ完全に補正することができ、これにより、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施例に係る撮像データ補正方法を用いた撮像装置の全体システムブロック図である。本実施例では医療用放射線診断を目的とする放射線撮像装置が構成されている。
【００１９】
図１において、１０はＸ線１３をパルス状に発する事ができるＸ線源であり、撮像制御手段３０によりＸ線のパルスのオン、オフや、Ｘ線源内の管球の管電圧、管電流が制御される。Ｘ線源１０で発したＸ線１３は、診断対象となる患者である被写体１１を透過しＸ線を可視光に変換するＣｓＩ，Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ等で構成される蛍光体１２に入射する。この時被写体１１を透過するＸ線は、被写体１１の内部の骨や内臓の大きさや形、病巣の有無により透過量が異なり、それらの像情報が含まれている。このＸ線１３は蛍光体１２により可視光に変換され像情報光１４として撮像手段として働く二次元エリアセンサ２０に入射する。
【００２０】
二次元エリアセンサ２０は、二次元に配列した複数の光電変換素子とそれらを駆動する駆動回路からなり、像情報光１４を二次元情報を含む電気信号に変換して出力する。二次元エリアセンサ２０は撮像制御手段３０により蓄積時間や駆動スピードが制御される。二次元エリアセンサ２０の出力は補正回路８０に入力される。
【００２１】
撮像制御手段３０には、撮像条件を制御するために制御パネル３２やフォトタイマ３１の出力も入力されている。制御パネル３２は医師もしくは技術が患者の症状、体格、年齢や、得たい情報を考慮し、撮像露光のたびに最適な撮像出力が得られるように、条件をパネル操作で入力し、電気信号に変換され撮像制御手段３０に入力される。
【００２２】
フォトタイマ３１は、被写体１１と二次元エリアセンサ２０との間もしくはＸ線入射方向から見て二次元エリアセンサ２０の背面に設置され、撮像露光中に被検体１１の基準部分（たとえば肺野部）と透過するＸ線量を検知し撮像制御手段３０に入力される。
【００２３】
撮像制御手段３０は、これら入力の撮像装置の直前の値もしくは撮像露光中の値を基にＸ線源１０のＸ線パルス幅や二次元エリアセンサ２０の蓄積時間・駆動スピードを自動制御及び設定制御できる。またこのとき撮像制御手段３０が撮像露光時に使用する様設定した条件は条件記憶手段４０に記憶できる。
【００２４】
この条件記憶手段４０は、条件を記憶すると同時に逆に記憶した条件を撮像制御手段３０に入力することも可能である。また条件記憶手段４０は第１の演算手段６０とも接続されており、撮像露光時に撮像露光時間を記憶しておき、撮像露光時の実補正量Ｃを推定するときのパラメータとして提供することができる。
【００２５】
図１中、８０の破線内は補正回路であり、撮像露光時に得られる出力は、スイッチ５１を介し二次元エリアセンサ２０の出力記憶手段である第１、第２および第３の記憶手段であるフレームメモリ５２，５３，５４に記録でき、補正データ取得時に得られる第１の補正データＡと第２の補正データＢにより第１の演算手段６０で処理し、撮像露光時の実補正量Ｃを推定することができる。
【００２６】
この推定された実補正量Ｃは、さらに第２の演算手段６１にて撮像データＤから減算処理することで像出力情報Ｏとすることができる。この像出力情報Ｏは画像処理システム等に伝送される。
【００２７】
７０はシステム制御回路であり、撮像露光開始ボタン７１が押されたことを検知し、撮像制御手段３０を介して、Ｘ線源１０、二次元エリアセンサ２０を制御し、撮像露光や補正データ取得を行い、また、スイッチ５１、フレームメモリ５２，５３，５４および演算手段６０及び６１を制御し、補正回路８０として動作させる。
【００２８】
図２は、二次元エリアセンサ２０の構成を示す全体回路図であり、図３（ａ）（ｂ）は、二次元エリアセンサ２０中の一画素に相当する各構成素子の平面図（ａ）、及び断面図（ｂ）である。
【００２９】
図２において、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子であり、下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ，ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はＳＷｇがＯＮ、その他の期間はＳＷｓがＯＮするよう制御されている。一画素は一個の光電変換素子とコンデンサ及びＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。本実施例の二次元エリアセンサは計９個の画素を３つのブロックに分け１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送し、この信号配線を通して検出用集積回路によって順次出力に変換され出力される。また１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００３０】
図２中破線で囲んだ部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されているが、このうち第１画素に相当する部分の平面図を図３（ａ）に示す。
【００３１】
図３（ａ）において、Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、及びＳＩＧは信号配線である。コンデンサＣ１１は光電変換素子Ｓ１１とは特別に素子を分離しておらず、光電変換素子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデンサＣ１１を形成してもよい。
【００３２】
また、図３（ａ）中、破線Ａ−Ｂで示した部分の断面図を図３（ｂ）に示す。
【００３３】
図３（ｂ）において、画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜Ｓｉx Ｎy とＣｓＩ，Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ等の蛍光体１２が形成されている。上方より像情報の含まれるＸ線１３が入射すると蛍光体１２により像情報光１４に変換され、この光が光電変換素子に入射する。
【００３４】
ここで、本実施例で使用している光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の動作について説明する。
【００３５】
図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ本実施例のリフレッシュモード及び光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギーバンド図であり、図３（ｂ）の各層の厚さ方向の状態を示している。
【００３６】
図４において、２はＣｒで形成された下部電極（以下Ｇ電極と記す）である。７は電子、ホール共に通過を阻止するＳｉＮで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。４は水酸化アモルファスシリコンａ−Ｓｉの真性半導体Ｉ層で形成された光電変換半導体層、５は光電変換半導体層４にホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層、６はＡｌで形成される上部電極（以下Ｄ電極と記す）である。本実施例ではＤ電極はｎ層を完全には覆っていないがＤ電極とｎ層との間は電子の移動が自由に行われるため、Ｄ電極とｎ層の電位は常に同電位であり、以下説明ではそれを前提としている。本光電変換素子には、Ｄ電極、Ｇ電極の電圧の印加の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという二つの動作がある。
【００３７】
リフレッシュモード（ａ）において、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層４中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層４に注入される。このとき一部のホールと電子はｎ層５、ｉ層４において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばｉ層内４のホールはｉ層４から掃き出される。
【００３８】
この状態から光電変換モード（ｂ）にするには、Ｄ電極は、Ｇ電極に対して正の電位を与える。するとｉ層４中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかしホールはｎ層５が注入阻止層として働くためｉ層４に導かれる事はない。この状態でｉ層４に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層４を移動し、ｉ層４と絶縁層７の界面に達する。しかし、絶縁層７内には移動できないため、ｉ層４内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層４内の絶縁層７界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つためＧ電極から電流が流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。
【００３９】
ある期間、光電変換モード（ｂ）を保った後、再びリフレッシュモード（ａ）の状態になると、ｉ層４に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時ｉ層４内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施例においての光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も出力することができる。
【００４０】
しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、Ｄのように光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは、図４（ｃ）のように、ｉ層４内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層４内の電界が小さくなり、発生した電子がＤ電極に導かれなくなりｉ層４内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射状態が変化すると、電流が不安定に流れる事もあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層４内のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が得られる。
【００４１】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層４内のホールを掃き出す場合、すべてのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図４（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間及びｎ層５の注入阻止層の特性を決めればよい。また、さらにリフレッシュモードにおいてｉ層４への電子の注入は必要条件ではなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層４に留まっている場合にはたとえＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ｎ層５の注入阻止層の特性も同様に電子をｉ層４に注入できることが必要条件ではない。
【００４２】
次に図１、図２及び図５、図６によって本実施例の放射線像撮像装置の動作について説明する。前述の説明のように本実施例においての光電変換素子は定期的にリフレッシュすれば、光電変換モードにおいては入射した光に比例した光電流を出力する光センサとして動作する。
【００４３】
なお、図５は、本実施例の動作を示すタイミングチャートであり、図２のシフトレジスタＳＲ１の出力ｇ１〜ｇ３，シフトレジスタＳＲ２の出力ｓ１〜ｓ３、ＲＦ出力、Ｘ線露光出力Ｘ１３、信号出力ＯＵＴの各パルスを示したものである。
【００４４】
また、図６は、本実施例の補正方法を説明するための図であり、詳細は後述する。
【００４５】
まず、図１に示すように、医師又は技師は、診断対象である患者等の被写体１１を、Ｘ線源１０と二次元エリアセンサ２０の間に置き、診断したい部位が観察できるように被写体１１にポーズさせる。同時に前もって問診等で得た患者の症状、体格、年齢や得たい情報を考慮し最適な撮像出力が得られるように条件を制御パネル３２に入力する。この信号は電気信号で撮像制御手段３０に伝送される。この状態で、医師または技師が、撮像開始ボタン７１を押すと撮像が開始される。
【００４６】
まず、システム制御回路７０は、二次元エリアセンサ２０をリフレッシュ動作させる。
【００４７】
ここで、図２のセンサの回路図と図５のタイミング図を参照しながら、リフレッシュ動作を説明する。まずシフトレジスタＳＲＩおよびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＨｉが印加される。すると転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がＯＮして導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位となる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力し、スイッチＳＷｇがＯＮし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュモードとなりリフレッシュされる。
【００４８】
次に、リフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがＯＮし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードとなり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３にＬｏが印加される。すると転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がＯＦＦし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるが、コンデンサＣ１１〜Ｃ１３によって電位は保持される。しかしこの時点ではＸ線は放射されていないため、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず電流は流れない。これでリフレッシュ動作は終了する。
【００４９】
ここで、図１に示す、撮像制御手段３０は、制御パネル３２からの情報を基に撮像露光時における撮像条件を決定する。撮像条件の内容は、Ｘ線源１０の管電圧、管電流およびＸ線パルスの最大パルス幅や二次元エリアセンサ２０の駆動スピードである。例えば、制御パネル３２で胸部が設定されていれば、Ｘ線源の管球の電圧は高く、腹部の場合は低く条件を設定する。また、制御パネル３２で患者が子どもや妊婦が指示されていれば、フォトタイマ３１による終了条件を短く設定し、最大パルス幅も短く設定される。
【００５０】
さらに、システム制御回路７０は、第１の補正モードに入る。この第１の補正モードでは、Ｘ線源１０は動作させず、Ｘ線は放射しない。ただし、Ｘ線源１０を動かさなくとも、予め設定された所定の時間ｔ1 を待ってから二次元エリアセンサ２０は読み出し動作を行う。この時間ｔ1 は撮像制御手段３０に記憶された固定の時間であっても良いし制御パネル３２から入力されたＸ線の最大パルス幅に相当する時間であっても良い。ここでは簡単のため、あらかじめ撮像制御手段３０に記憶された固定の時間であり、ｔ1 ＜撮像露光時間として図示するがこれに限定するものではない。
【００５１】
駆動スピードは、制御パネル３２より入力された諸条件から設定される。二次元エリアセンサ２０からのデータの読み出し方法については後述する。この時の出力を補正データＡとする。この補正データＡは、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し第１の記憶手段であるフレームメモリ５２に記憶される。
【００５２】
この補正データＡは、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等を反映した出力である。
【００５３】
続いて、システム制御回路７０は、撮像モードに入る。この撮像モードでは、先に撮像制御手段３０により決定された撮像条件に従って撮像が行われる。Ｘ線が放射され、被検体１１を透過し蛍光体１２に入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。同時に被写体１１と二次元エリアセンサ２０の間あるいは二次元エリアセンサ２０の背面に置かれたフォトタイマ３１にも入射する。これら光は人体等の内部構造の情報が含まれている。フォトタイマ３１の出力は随時撮像制御手段３０に入力され、この値の積分値が撮像条件で決められた一定値を超えると撮像制御手段がＸ線の放射を止める。このとき、撮像制御手段３０ではこれら実際に放射されたＸ線パルス幅を計測しており、撮像露光時間ｔ2 として条件記憶手段４０に記憶する。
【００５４】
ある一定量、この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積され、Ｘ線の放射終了後も保持される。つぎに二次元エリアセンサ２０は読み出し動作をする。図２及び図５に示すように、シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ1 にＨｉのパルスが印加され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ１３、スイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシフトレジスタＳＲ１，ＳＲ２の制御により他の光信号も出力される。これにより人体等の内部構造の二次情報ｖ１〜ｖ９すなわち撮像データＤ（図５参照）として得られる。この撮像データＤは、Ａ／Ｄ変換器を通してディジタルデータ化された後に、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し第２の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶される。
【００５５】
さらに、システム制御回路７０は、第２の補正モードに入る。この第２の補正モードでも第１の補正モードと同様にＸ線源１０は動作させず、Ｘ線は放射しない。ただし、Ｘ線源１０を動かさなくとも、第１の補正モードで用いた、予め設定された所定の時間ｔ1 を待ってから二次元エリアセンサ２０は読み出し動作を行う。読み出しは、撮影モードの説明で述べた読み出し方法で行う。このときの出力を補正データＢとする。この補正データＢは、システム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し、第３の記憶手段であるフレームメモリ５４に記憶される。
【００５６】
この補正データＢも、補正データＡと同様、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等を反映した出力である。
【００５７】
ところで、本実施例で用いている二次元エリアセンサ２０を構成している光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の暗電流は、リフレッシュ動作からの時間の関数として指数的に減少することが分かっている。
【００５８】
図６（ｃ）は、このような暗電流の状態を説明するための図であり、ここでは簡単のため、図６（ｃ）に示すように、暗電流は、時間に対して線形に減少するものとした。
【００５９】
このような状態で、図６（ａ）に示すように、前述した第１、第２の補正データ及び撮像データを取得すると、二次元エリアセンサ２０上のある一画素の出力は、図６（ｄ）で示すようになる。出力は、各画素の入射光強度、すなわち、これにより発生する光電流量と、露光時間に比例するので、それぞれの四角形の面積が出力される画素値を示すこととなる。
【００６０】
撮像前後に取得された第１及び第２の補正データは、同一の蓄積時間ｔ1 で取得されたものであるので、第１の補正データ取得から撮像データ取得までと撮像データ取得から第２の補正データ取得までの間隔Ｔ1 とＴ2 が同じであったならば、両補正量の加算平均を取る事で撮像データ取得時の時間ｔ1 あたりの補正量が推定される（図６（ｅ）参照）。
【００６１】
さらに、撮像露光時に条件記憶手段４０に記憶しておいた撮像露光時間ｔ2 を用いて時間ｔ2 あたりの補正量に換算することで、撮像露光時の実補正量が推定される（図６（ｆ）参照）。
【００６２】
推定された実補正量を第３の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶された撮像データより減算することで、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等が補正された出力を得ることができる。
【００６３】
なお、ここでは簡単のため単純な式で説明したが、実際には良好な画像を得るため、さらに複雑な演算（例えば、データの取得間隔Ｔ1 とＴ2 が異なる場合に、両補正量に重み付けの係数を掛けた後に加算平均する、すなわち加重平均をとる方法、あるいは、本実施例では、加算平均すなわち、線形補間の概念を導入したが、暗電流の指数的減少を考慮し、非線形補間の概念を導入した演算）とすることが望ましい。
【００６４】
また、本実施例の二次元エリアセンサでは、９個の画素を３×３に二次元配列し、３画素づつ同時に、３回に分割して転送出力したが、これに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５の画素を２０００×２０００個、二次元的に配置すれば、４０ｃｍ×４０ｃｍの二次元エリアセンサが得られ、医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置が構成できる。
【００６５】
［第２の実施例］
本実施例では、第２の補正用データの取得時間を、撮影露光時間と略同一時間に制御して、補正用データを取得する。このための手段としては、第２の補正モード時に、Ｘ線源１０は、動作させずに、撮像モード時に条件記憶手段４０に記憶された撮像露光時間ｔ2 を待ってから二次元エリアセンサ２０が読み出し動作を開始するように、撮像制御手段３０が、Ｘ線源１０、二次元エリアセンサ２０を駆動することによって、容易に実行可能である。
【００６６】
このように、第２の補正用データの取得時間を撮像露光時間と略同一にすることにより、以下のような、補正方法を行なうことができる。
【００６７】
まず、第１の補正用データを、撮像露光時に、条件記憶手段４０に記憶しておいた撮像露光時間ｔ2 を用いて時間ｔ2 あたりの補正量に換算する。第１の補正用データの取り込み時間は、あらかじめ撮像制御手段３０に記憶された時間ｔ1 であるので、（時間ｔ2 あたりの第１の補正データ）＝（第１の補正データ）×（ｔ2 ／ｔ1 ）により推定される。
【００６８】
第１の補正データ取得から撮像データ取得までと撮像データ取得から第２の補正データ取得までの間隔Ｔ1 とＴ2 が同じであったならば、推定補正データと第２の補正データの加算平均を取ることで、撮像露光時の実補正量が推定される。本実施例では、補正データの取得時間を撮像露光時間と同一時間とすることにより、より正確な補正が可能となる。
【００６９】
推定された実補正量を第３の記憶手段であるフレームメモリ５３に記憶された撮像データより減算することで、各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや二次元エリアセンサ２０の内部のアンプのオフセット電圧等が補正された出力を得ることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実際の撮影時の直前と直後に補正用データを自動的に取得するため、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを取得した条件が、ほぼ同じであるため、撮像出力に含まれる誤差を、ほぼ完全に補正することができ、これにより、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を実現することができる。
【００７１】
また、本発明によれば、撮像露光前に事前に第１の補正用データを取り組む工程と、撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、撮像露光による時間を計測する工程と、第２の補正データを取り込む工程と、第１及び第２の補正用データと撮像露光による時間をパラメータとして、撮像露光時間内の実補正量を推定する工程と、推定された実補正量を撮像データから減算する工程とにより演算される撮像データ補正方法を用いることにより、撮像露光時の補正量の変動も考慮した補正出力を得ることができ、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像方法及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるシステムブロック図である。
【図２】二次元エリアセンサの構成を示す回路図である。
【図３】二次元エリアエンサ中の各構成素子の平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。
【図４】光電変換素子の各動作モードにおけるエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の第１の実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施例における補正方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０ Ｘ線源
１１ 被写体
１２ 蛍光体
１３ Ｘ線
２０ 二次元エリアセンサ
３０ 撮像制御手段
３１ フォトタイマ
３２ 制御パネル
４０ 条件記憶手段
５１ スイッチ
５２〜５４ フレームメモリ
６０ 第１の演算手段
６１ 第２の演算手段
７０ システム制御回路
７１ 撮像露光開始ボタン
８０ 補正回路
Claims (9)
- 固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法。 - 前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、露光を行なわずに取得されたものであり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりに換算することにより前記実補正量を求め、
前記補正する工程は、前記実補正量を前記撮像データより減算することにより補正を行なうことを特徴とする請求項１記載の撮像方法。 - 固体撮像素子を用いた撮像方法において、
撮像露光直前に第１の補正用データを取り込む工程と、
前記撮像露光を行って撮像データを取り込む工程と、
前記撮像露光による露光時間を計測する工程と、
前記撮像露光直後に第２の補正用データを取り込む工程と、
前記第１及び第２の補正用データと、該補正用データの取り込み時間と、前記露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程と、
前記演算された実補正量を用いて前記撮像データを演算して補正する工程と、を含み、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記撮像露光時間内の実補正量を演算する工程は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることを含むことを特徴とする撮像方法。 - 前記露光時間と略同時間の第２の補正用データの取り込み時間を設定する工程と、
前記第２の補正用データ取り込み時間で該第２の補正用データを取り込む工程と、を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像方法。 - 前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像方法。
- 固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が実質的に同じであり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加算平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置。 - 固体撮像素子を用いた撮像装置において、
実際に撮像データを取得するための撮像露光の直前と直後に、第１の補正用データ及び第２の補正用データを取得すべく制御する手段と、
前記露光時間データを取得する手段と、
前記各データを記憶しておく手段と、
前記第１及び第２の補正用データと該補正用データの取得時間と前記撮像露光時間とをパラメータとして、前記撮像露光時間内の実補正量を演算する第１の演算手段と、
前記実補正量を用いて前記撮像データを補正すべく演算する第２の演算手段と、を有し、
前記撮像前後に取得された第１及び第２の補正用データは、同一の取り込み時間で取得されたものであり、かつ前記第１の補正用データの取得から前記撮像データの取得までの時間間隔と前記撮像データの取得から前記第２の補正用データの取得までの時間間隔が異なり、
前記第１の演算手段は、前記第１及び第２の補正用データの加重平均を取ることにより前記露光時間における前記時間あたりの補正量を求め、さらに、前記時間と前記露光時間との比較から、前記時間あたりの前記補正量を前記露光時間あたりの前記実補正量に換算することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像露光時間と略同時間の第２の補正用データ取り込み時間を設定する手段、を有することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
- 前記撮像露光が放射線による露光であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の撮像装置。
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