JP4264382B2 - 撮影画像の自動露出制御方法及びその方法を用いた自動露出制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を用いた画像撮影に好適に実施される自動露出制御方法と、その自動露出制御方法を用いた自動露出制御装置に関するものである。ここで固体撮像素子は、可視光を露光するもの、及びＸ線を露光するものを含む。

Ｘ線撮影装置における露出制御については、次のような先行技術がある。
下記の特許文献１では、Ｘ線露光前又は画像走査後にＸ線変換用光導電体を帯電しその表面をＸ線露光しないで走査して暗放電像の画像値をＸ線像の画像値から差し引いてＸ線撮影することが開示されている。
また、特許文献２では、ＣＣＤセンサを用いてパノラマＸ線撮影する技術において、ＣＣＤセンサの露光部の信号から非露光部での暗電流成分の信号を対比して暗電流成分を補正する技術が開示されている。
さらに、特許文献３では、ＣＣＤセンサ等の固体撮像素子の基板の裏面にＸ線量をモニタするフォトダイオードが形成されたＸ線撮影装置が開示されており、撮影中の透過Ｘ線をリアルタイムにフォトダイオードで検出することによってＸ線の出力を制御している。

また、特許文献４では、Ｘ線撮像器に被写体を透過したＸ線量を検出する線量センサをＣＣＤセンサと連接して設けた医療用Ｘ線撮影装置が開示されており、ＣＣＤセンサに入射するＸ線量を線量センサで事前に検出して、Ｘ線発生器に帰還制御している。
特開昭６２−４３９９０号公報 特開２０００−１７５９０７号公報 特開平６−３８９５０号公報 特許第３３０７５１９号

しかしながら、上記特許文献１では、セレンからなるＸ線変換用光導電体という特殊なＸ線撮像素子を使用しており、固体撮像素子のような高解像度で、処理スピードを速く出来なくてコストも高くなる欠点がある。更に、この方法では、全部のＸ線変換用光導電体について暗放電像の画像値をＸ線露光前又は露光後に光導電体を帯電させて導出し、Ｘ線像の同一像点の画像値から差し引く事による補正であるので、撮影時間などの撮影条件が暗放電像を求めた時と異なれば、うまく補正できなかった。さらに、Ｘ線発生器にフィードバック制御することを示唆するものではない。
また、上記特許文献２では、パノラマＸ線撮影装置におけるＣＣＤセンサの非露光部での暗電流信号を用いて暗電流の補正をするものであるが、Ｘ線撮影と同時に暗電流補正を行っていないのでＸ線発生器へのフィードバック制御を行えるものではなかった。自動露出制御はリアルタイムで制御を行わねばならず、上記特許文献２の方法では、リアルタイムで信号処理できなかった。
さらに、上記特許文献３では、撮像中の透過Ｘ線を裏面側のフォトダイオードでリアルタイムで検出しているため、検出信号をＸ線源側にフィードバックしてＸ線量の安定化を図るにはループ全体の応答がかなり速くなければならず、現実にはかなり困難を伴う。また、特殊な構造のためコストが高くついてしまう欠点があった。
上記特許文献４では、ＣＣＤセンサに入射するＸ線量を事前に検出して、Ｘ線発生器を帰還制御しているが、ＣＣＤセンサの出力中の暗電流成分には着目しておらず、従って、撮像中に走査速度を変える等の制御を行ったときに、ＣＣＤセンサの出力中の暗電流成分がそれに応じて変化しても、暗電流成分の変化は考慮されない。また、この構成も特殊な構造のためコストが高くついてしまう欠点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するため、暗電流成分を除去した画像が所定の濃度範囲に収まるように照射光の強度をフィードバック制御する自動露出制御方法およびその方法を用いた自動露出制御装置を提供することを目的とする。

上記目的のため、請求項１では、Ｘ線発生器から被対象物にＸ線撮影のために照射されるＸ線の強度をフィードバック制御することで、固体撮像素子によって生成される画像が所定の濃度範囲内となるよう制御する自動露出制御方法であって、上記固体撮像素子が、上記Ｘ線を受けて発生した電荷を蓄積する画素生成部と、上記Ｘ線を受けないで暗電流成分を蓄積する暗電流測定部とを備え、上記固体撮像素子を非露光状態とした上記画素生成部の出力に基づく暗電流成分と上記暗電流測定部の出力に基づく暗電流成分とによる出力比を、上記画素生成部で注目する画素又は画素列について算出して予めメモリに記憶しておき、上記固体撮像素子がＸ線を受けているときに、上記暗電流測定部が出力した蓄積電荷信号に対して記憶された上記出力比を適用する演算により、上記画素生成部で注目する画素又は画素列に対する暗電流成分を算出し、上記画素生成部で注目する画素又は画素列の蓄積電荷信号から上記算出された暗電流成分を減算した値を算出することで、暗電流成分を除去した露出測定信号を取得し、該露出測定信号により上記Ｘ線の強度を決定することで、上記Ｘ線の強度をＸ線撮影時にフィードバック制御することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法を提案する。

尚、暗電流測定部と画素生成部における画素又は画素列との所定の露光時間に対する暗電流成分の出力比とは、固体撮像素子の電荷蓄積時間を所定時間としたときの、暗電流測定部から出力される蓄積電荷信号中の暗電流成分と、画素生成部における画素又は画素列から出力される蓄積電荷信号中の暗電流成分との出力強度の比を表している。

請求項２では、請求項１において、上記メモリに記憶する上記出力比が、上記画素生成部の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きと、上記暗電流測定部の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きとの比であることを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法を提案する。
ここで、暗電流測定部の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きとは、暗電流測定部で注目する画素又は画素列から出力される蓄積電荷信号を電荷蓄積時間の１次関数で表したときの傾き（暗電流成分の露光時間に対する係数）である。

請求項３では、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、上記Ｘ線の強度は、制御目標値に向けて、所定の遅延要素を加えるようにしてフィードバック制御することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法を提案する。
遅延要素を加えるには、コンデンサと抵抗によるローパスフィルタによるアナログ処理を用いてもよいし、過去の値に時間減衰率の重み付けをして、現在の値に足し合わせるデジタル処理を用いてもよい。

請求項４では、請求項１〜３のいずれかにおいて、上記照射源をＸ線を照射するＸ線発生器とし、上記固体撮像素子が、該Ｘ線発生器からのＸ線を受けて可視光を生成する構成を有することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法を提案する。すなわち、請求項１の自動露出制御の対象を医療用デジタルＸ線撮影装置に限定している。

請求項５では、請求項４において、上記撮影は、パノラマＸ線撮影、セファロＸ線撮影、リニアスキャンＸ線撮影、デンタルＸ線撮影又はＣＴ撮影のいずれかを行うことを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法を提案している。

請求項６では、請求項４又は５において、Ｘ線強度をフィードバック制御するにあたり、Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧のうちの少なくとも1つ以上を制御することを特徴とする撮影画像の自動露出制御方法を提案する。

請求項７では、Ｘ線発生器からＸ線撮影のために照射されるＸ線の強度をフィードバック制御して所定の濃度範囲内となるＸ線撮影画像を取得する医療用デジタルＸ線撮影装置における自動露出制御装置であって、上記Ｘ線を受けて発生した電荷を蓄積する画素生成部と、Ｘ線を受けないで暗電流成分を蓄積する暗電流測定部とを備えた固体撮像素子と、上記画素生成部で注目する画素又は画素列について算出された、上記固体撮像素子を非露光状態とした上記画素生成部の出力に基づく暗電流成分と上記暗電流測定部の出力に基づく暗電流成分とによる出力比を、予め記憶させたメモリと、上記暗電流測定部が出力した蓄積電荷信号に対して記憶された上記出力比を適用した演算により、上記画素生成部で注目する画素又は画素列に対する撮像時における暗電流成分を算出し、当該撮像時における暗電流成分を上記画素生成部で注目する画素又は画素列の蓄積電荷信号から減算した値を算出することで、暗電流成分を除去した露出測定信号を取得し、該露出測定信号により上記Ｘ線の強度を決定することで、上記Ｘ線の強度をＸ線撮影時にフィードバック制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御装置を提案する。
すなわち、Ｘ線を受けて可視光を生成し光電変換して電荷を蓄積する画素生成部と、Ｘ線を受けないで暗電流成分を蓄積する暗電流測定部とを備えた固体撮像素子と、上記画素生成部から取り出されたで注目する画素又は画素列の蓄積電荷信号から上記暗電流測定部から取り出される暗電流成分を除去した画像が所定の濃度範囲に収まるようにＸ線強度をフィードバック制御する制御演算部とを備えている。

そして、演算制御部は、上記暗電流成分を除去するにあたり、上記画素生成部から取り出される暗電流成分に基づいて、暗電流測定部の特定の画素又は列の所定の露光時間に対する出力変化の傾きを予め記憶し、画素生成部の特定の画素又は列の所定の露光時間に対する出力変化の傾きとの比を求め、この傾きの比を基に演算し暗電流成分を除去した画像が所定の濃度範囲に収まるようにＸ線強度をフィードバック制御する。

請求項８では、請求項７において、Ｘ線強度をフィードバック制御するにあたり、Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧のうちの少なくとも1つ以上を制御することを特徴とする撮影画像の自動露出制御装置を提案する。

請求項１〜６で提案した本発明の自動露出制御方法によれば、Ｘ線発生器から被対象物にＸ線を照射してＸ線画像を生成する画像生成装置に適用すれば、画素生成部から取り出された特定の画素又は列の蓄積電荷信号から、暗電流測定部から取り出される暗電流成分を除去した画像が所定の濃度範囲に収まるようにＸ線の強度をフィードバック制御するので、暗電流成分を除去した最終的な画像に対する露出制御となって、良好な露出制御結果が得られる。

そして、本発明方法によれば、画素生成部の特定の画素又は列の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きと、暗電流測定部での画素又は少なくとも1列の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きとの比を求めているので、補正処理での演算が簡単になる。
また、請求項３で提案した本発明方法によれば、照射光の強度は、制御目標値に向けて、所定の遅延要素を加えるようにしてフィードバック制御されているので、得られた画像ではフィードバック制御に起因する縞状のノイズが目立たない。

特に請求項５で提案した本発明方法によれば、パノラマＸ線撮影、セファロＸ線撮影、リニアスキャンＸ線撮影、デンタルＸ線撮影又はＣＴ撮影において、自動露出制御を行える。

請求項４及び請求項５で提案した自動露出制御方法は、請求項１の自動露出制御方法を医療用デジタルＸ線撮影装置に適用するもので、請求項１と同様の効果をそこで発揮する。

請求項６では、Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧のうちの少なくとも1つ以上をフィードバック制御の対象としているので、撮影条件に応じて最適な制御対象を選択することができるとともに、これらを組み合わせれば、望ましい画質の自動露出制御が行える。
請求項７及び請求項８による医療用デジタルＸ線撮影装置では、それぞれ、請求項１〜６のいずれかの自動露出制御方法を適用しているので、それらと同様の効果が期待できる。

以下では、撮影画像の自動露出制御方法を説明し、ついで、その方法を適用した具体的な医療用デジタルＸ線撮影装置について説明する。

図１は本発明の自動露出制御装置の基本構成を示している。
自動露出制御装置Ａ１は、撮影光照射源７から照射され、撮影対象Ｈを透過した光を露光するＣＣＤセンサ等の固体撮像素子１ａと、制御演算手段２、照射源制御手段２０ｄとを有している。ここに、固体撮像素子１ａは、ＴＤＩ（時間遅延積分）クロックから駆動クロックを生成する後述の図１０、図１１で図示するような撮像素子駆動回路１１ｄによる駆動クロックによって駆動されるようになっており、画素生成部１ａａと、暗電流測定部１ａｂと、蓄積電荷転送部１ａｃとに区分された構成になっている。

画素生成部１ａａは、高エネルギーの光（Ｘ線など）によって発生した電荷を蓄積して転送するＣＣＤが列状に配置されている。暗電流測定部１ａｂも、画素生成部１ａａと同様のＣＣＤが１列又は複数列に配置されているが、常に光を露光しないようにマスク（Ｘ線遮蔽）されている。また、蓄積電荷転送部１ａｃには、画素生成部１ａａや暗電流測定部１ａｂの各列から出力される電荷を転送するためのＣＣＤが列方向に配置されており、画素生成部１ａａからの蓄積電荷信号と、暗電流測定部１ａｂからの暗電流測定信号とが、逐次、所定のタイミングで右下の出口部から制御演算手段２に対して出力されるようになっている。

更に自動露出制御を行うために、画像生成部１ａａには注目画素１ａｇを設定している。注目画素１ａｇは画素生成部１ａａの任意の位置でよいが、撮影対象物の関心領域内であって撮影中に受光量があまり変化しない位置に設定することが望ましい。歯科用パノラマＸ線撮影装置の場合、上顎の少し上あたりが最も良い。この注目画素１ａｇの蓄積電荷信号から暗電流成分を除去した露出測定信号に基づいて、本発明の自動露出制御が行われる。さらに露出測定部は１つの注目画素１ａｇによる構成に限られず、注目画素１ａｇが２以上の場合には、それらの平均値などを露出測定信号として採用する。

制御演算手段２は、撮像時において画素生成部１ａａより取り出された蓄積電荷信号の暗電流成分を除去する一方、Ｘ線照射制御回路２０ｄをフィードバック制御するもので、電荷蓄積型イメージセンサ１から出力された蓄積電荷信号から所定のタイミングで暗電流測定信号を抽出するための暗電流測定信号抽出部２ａと、同様にそこから所定のタイミングで、注目画素１ａｇの蓄積電荷信号を取り出すための注目画素抽出部２ｄと、注目画素１ａｇから出力された蓄積電荷信号毎に、暗電流補正テーブル３に記録されている、後述するパラメータを参照適用し、暗電流測定部１ａｂから出力された暗電流測定信号に基づいて、注目画素１ａｇから出力された蓄積電荷信号中の暗電流成分を予測算出して除去した露出制御信号を得る露出制御信号生成部２ｂと、その露出制御信号に基づいて、撮影光照射源７から照射させるべき撮影光の強度を算出して、Ｘ線照射制御回路２０ｄをフィードバック制御するための信号を出力する照射強度算出部２ｆとを備えている。

暗電流補正テーブル３は、画素生成部１ａａの各列の電荷を所定の転送経路、すなわち各列での横方向の転送経路と、更に蓄積電荷転送部１ａｃでの縦方向の転送経路とに従って転送している間に生じる暗電流成分を、暗電流測定部１ａｂで測定した暗電流測定信号に基づいて予測算出するためのパラメータを予め記憶している。

ここで、露出制御装置における自動露出制御の原理を説明する。
画像撮影時の温度がξのときに、固体撮像素子１ａの画素生成部１ａａと暗電流測定部１ａｂとの各列（ｋ＝ｎ・・・１，０）について、それぞれの全段で蓄積された電荷が蓄積電荷転送部１ａｃを通じて転送され、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）を含んだ蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ，ξ）として出力されるとすると、それらは次式（イ）によって表される。
Ｏｓ（ｐｎ，ξ）＝Ｏｓｘ（ｐｎ，ξ）＋Ｄｋ（ｐｎ，ξ）＋Ｏｆ（ｐｎ）
Ｏｓ（ｐｎ−１，ξ）＝Ｏｓｘ（ｐｎ−１，ξ）＋Ｄｋ（ｐｎ−１，ξ）＋Ｏｆ（ｐｎ−１）
｜
Ｏｓ（ｐ１，ξ）＝Ｏｓｘ（ｐ１，ξ）＋Ｄｋ（ｐ１，ξ）＋Ｏｆ（ｐ１）
Ｏｓ（ｐ０，ξ）＝Ｄｋ（ｐ０，ξ）＋Ｏｆ（ｐ０） …（イ）
ただし、
Ｏｓ ：蓄積電荷信号
Ｏｓｘ ：露光に基づく有効画素信号（蓄積電荷信号の露光による信号成分）
Ｄｋ ：蓄積電荷信号の暗電流成分
Ｏｆ ：蓄積電荷信号のオフセット成分
ｐ ：列の位置
ξ ：温度
一方、同様に固体撮像素子１ａを遮蔽して露光させないときには、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）を含んだ蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ，ξ）は式（ロ）で示される。
Ｏｓ（ｐｎ，ξ）＝Ｄｋ（ｐｎ，ξ）＋Ｏｆ（ｐｎ）
Ｏｓ（ｐｎ−１，ξ）＝Ｄｋ（ｐｎ−１，ξ）＋Ｏｆ（ｐｎ−１）
｜
Ｏｓ（ｐ１，ξ）＝Ｄｋ（ｐ１，ξ）＋Ｏｆ（ｐ１）
Ｏｓ（ｐ０，ξ）＝Ｄｋ（ｐ０，ξ）＋Ｏｆ（ｐ０） …（ロ）

また、暗電流成分は、固体撮像素子１ａの電荷蓄積時間Ｔにほぼ比例することが知られていることから、第ｋ列の暗電流成分は次式（ハ）で求められる。
Ｄｋ（ｐｋ，ξ）＝α（ｐｋ，ξ）・Ｔ …（ハ）
ただし、ここで
α ：係数
Ｔ ：蓄積時間

上式（ハ）より（ロ）は一次関数ととらえられ、電荷蓄積時間Ｔを何通りか変化させて、蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ，ξ）や暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）の値を測定し、最小二乗法を用いれば最適なものになるが、簡易には、２通りの電荷蓄積時間Ｔについて、それぞれ値を測定し、その２点を通る直線により求められるものとしてもよい。
更に、ここで画素生成部１ａａの第ｋ列の暗電流成分Ｄｋ（ｐｋ，ξ）と、暗電流測定部１ａｂの暗電流成分Ｄｋ（ｐ０，ξ）との、所定の蓄積時間Ｔにおける出力比α２を求めると、次式（ニ）のようになる。次式（ニ）の右辺に示す比は、固体撮像素子１ａを露光させないときの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ，ξ）のグラフと暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）のグラフとの傾きの比に相当する。
α２（ｐｋ，ξ）＝Ｄｋ（ｐｋ，ξ）／Ｄｋ（ｐ０，ξ）
＝｛α（ｐｋ，ξ）・Ｔ｝／｛α（ｐ０，ξ）・Ｔ｝
＝α（ｐｋ，ξ）／α（ｐ０，ξ） …（ニ）
ここで、出力比α（ｐｋ，ξ）が、場所ｐｋに依存する部分と温度ξに分離できるとすれば、
α（ｐｋ，ξ）＝α１（ｐｋ）・β（ξ）
であるから、出力比α２は温度ξに依存せずに次式（ホ）のようになる。
α２（ｐｋ）＝α１（ｐｋ）／α１（ｐ０） …（ホ）

従って、式（イ）及び、式（ホ）から、撮影時の温度がξのとき、画素生成部１ａａの各列（ｋ＝ｎ・・・１）の露光に基づく有効画素信号Ｏｓｘ（ｐｋ，ξ）を、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）を用いて表すと、更に（ヘ）のようになる。
Ｏｓｘ（ｐｋ，ξ）＝Ｏｓ（ｐｋ，ξ）−Ｄｋ（ｐｋ，ξ）−Ｏｆ（ｐｋ）
＝Ｏｓ（ｐｋ，ξ）−α２（ｐｋ）・Ｄｋ（ｐ０，ξ）−Ｏｆ（ｐｋ）
＝Ｏｓ（ｐｋ，ξ）−α２（ｐｋ）・｛Ｏｓ（ｐ０，ξ）−Ｏｆ（ｐ０）｝−Ｏｆ（ｐｋ） …（ヘ）

よって式（ヘ）から理解されるように、撮影時において、注目画素１ａｇの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ，ξ）を、式（ヘ）に従い、暗電流測定部１ａｂの暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）を用いて補正すれば、暗電流成分の除去された露出測定信号を得ることができる。
すなわち本発明では、自動露出制御を行うために、注目画素抽出部２ｄが、注目画素１ａｇから出力された蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ，ξ）を所定のタイミングで取り出し、露出制御信号生成部２ｂが、次の式に従って、上記の露出制御信号Ｘを算出する。
Ｘ＝Ｏｓ（ｐｇ，ξ）−α２（ｐｇ）・Ｏｓ（ｐ０，ξ） …（チ）
ただし、
Ｘ ：露出制御信号
ｐｇ ：注目画素１ａｇの位置
ここで、Ｏｆ（ｐｇ）は、定数なので式（チ）から除かれている。
そして、照射強度算出部２ｆが次の式に従って、照射させるべき撮影光の強度を算出して、Ｘ線照射制御回路２０ｄをフィードバック制御することにより、自動露出制御がなされる。
Ｉ＝−Ａ・Ｘ＋Ｂ …（リ）
ただし、
Ｉ ：照射源制御手段に発生させるべき撮影光照射源の駆動電流
Ａ、Ｂ：定数
なお、撮影光照射源の駆動電流を制御するのに替えて、駆動電圧を同様に制御してもよく、更に、駆動電流と駆動電圧との両方を制御してもよく、駆動電流の替わりに走査速度を制御するようにしてもよい。そして、駆動電流か走査速度かを制御する場合には、透過Ｘ線量が全体的に変化するので、得られるＸ線画像の明るさが変わるが、駆動電圧を制御する場合には、透過Ｘ線のエネルギー分布が変化するので、得られるＸ線画像のコントラストが変わる。

ここで、上記の自動露出制御の原理を、ＣＣＤセンサを用いた固体撮像素子１ａによるＸ線パノラマ撮影に適用した場合と、ＭＯＳセンサを用いた固体撮像素子１ａによる通常の透過Ｘ線撮影に適用した場合について、図２に従って更に説明する。

図２Ａは、ＣＣＤセンサを用いた固体撮像素子１ａの各列から出力される蓄積電荷信号（一次元）を撮影時刻順に並べた歯科用等のパノラマＸ線撮影をする際の時間と電気信号の出力の関係図を示している。図において（ｉ）は、画素生成部１ａａ中の特定画素、すなわち注目画素１ａｇと暗電流測定部１ａｂの位置とをそれぞれｐｇとｐ０で示し、（ｉｉ）は暗電流測定部１ａｂからの暗電流測定信号（暗電流成分）Ｄｋ（ｐ０）を示している。これは、工場出荷前に予めＸ線パノラマ撮影した際の暗電流測定部１ａｂでの暗電流測定信号を示す。（ｉｉｉ）は実際の撮影時の注目画素１ａｇからの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）と、その中の暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）を示している。
（ｉｉ）、（ｉｉｉ）から理解されるように、被験者の臼歯部−前歯部−臼歯部とＸ線パノラマ撮影する場合、一般的に前歯部ではパノラマ撮影の走査速度を遅くしてＸ線量を増やすことによって、頸椎によるＸ線吸収を補っている。このためにその部分では暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）が走査速度に応じて増加している。しかし、絶対強度の変動にかかわらず、暗電流測定部１ａｂと注目画素１ａｇの暗電流成分との出力比はほぼ一定である。すなわち、図においては、出力比であるｂ／ａが一定になっている。
従って、暗電流測定部１ａｂと注目画素１ａｇとの、所定の露光時間に対する暗電流成分の出力比を暗電流補正テーブル３に予め記憶しておけば、撮像時において注目画素１ａｇより取り出された蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）に対してその出力比を適用して暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）を予測演算できる。従って、蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）から暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）を除去した露出測定信号を算出し、それに基づいて自動露出制御することが可能である。

図２Ｂは、ＭＯＳセンサを用いた固体撮像素子１ａから出力される蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）を画素ｅの位置に応じて二次元に並べた画像における特定の画素、すなわち注目画素１ａｇの位置ｐｇと暗電流測定部１ａｂの位置ｐ０とを示す図面（ｉｖ）と、及び注目画素１ａｇの位置と暗電流測定部１ａｂの位置ｐ０のそれぞれの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）及び暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０）と露光時間Ｔとの関係（ｖ）を示すグラフである。
（ｖ）のグラフから理解されるように、固体撮像素子１ａを露光させないときの注目画素１ａｇの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）の露光時間Ｔに対する出力変化の傾きと、暗電流測定部１ａｂでの画素又は少なくとも1列の暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０）の露光時間に対する出力変化の傾きとの比は、ほぼ一定の比例関係になっている。従って、その出力変化の傾きの比を画素生成部１ａａの各画素または各列に対応させて暗電流補正テーブル３に予め記憶しておけば、撮像時において注目画素１ａｇより取り出された蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）に対してその出力変化の傾きを適用して実際の撮影時間に応じて暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）を予測演算できる。従って、暗電流成分Ｄｋ（ｐｇ）を除去した露出測定信号を算出し、それに基づいて自動露出制御することが可能である。

図３は、その暗電流補正テーブルの一例である。
図において、α２（ｐｋ＝１…ｎ）はそれぞれ、画素生成部１ａａの各列（ｋ＝１…ｎ）の暗電流測定信号に対する所定の露光時間における出力比α２を示している。このように各列に対して出力比を記憶しておけば、注目画素１ａｇを画素生成部１ａａの任意の位置に設定できる。

更にここで、制御演算手段２による駆動電流Ｉに対するフィードバック制御の作用を図について定性的に説明する。
図４は、露出制御信号Ｘと駆動電流Ｉとの関係を示すグラフである。
ここでの説明は定性的なものなので、座標やグラフの傾き等は任意である。図において、ラインＭは前記式（リ）Ｉ＝−ＡＸ＋Ｂ（Ｘは露出制御信号、Ａ，Ｂは任意の定数）を示すものである。駆動電流Ｉは、露出制御信号Ｘの関数で、直線として描かれているが、実際には単調な増加関数であり、曲線であっても構わない。なお、駆動電流Ｉは、Ｘ線制御の場合、管電流でも良いし管電圧であっても良い。更には、走査速度や階調処理のいずれか若しくは、それらの組み合わせであっても良い。
これは、駆動電流Ｉが増加すれば、画素生成部１ａａの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ，ξ）の値が画素生成部１ａａで全体的に増加する結果、注目画素１ａｇの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ，ξ）も増加することから理解される。ただし、そのときに蓄積時間Ｔは変化していないので、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０，ξ）は変化しない。

図4において、実際の撮影時に露出制御信号Ｘの値がｘでラインＭ上のポイントｍ１の場合、目標の露出制御信号ｘ０のポイントｍ２に向けて制御が行われる。

注目画素１ａｇの蓄積電荷信号が制御目標値よりずれたときに制御目標値に拙速に収束させた場合に、その部分が他の部分に比べて濃淡縞を生じてしまう。
このような問題は、フィードバック制御に所定の遅延要素を付加して制御目標値に緩やかに追随させるように作用させる（ローパスフィルタとして作用する）ことによって解決できる。具体的には、遅延要素は、コンデンサと抵抗によるローパスフィルタを配置してもよいし、過去の値に時間減衰率の重み付けをして、現在の値に足し合わせる処理を行ってもよい。

次いで、暗電流補正テーブルの作成と、自動露出制御の模式的な手順をフローチャートに従って説明する。

図５Ａは、実際の撮影前の例えば工場出荷時に行う暗電流補正テーブル３の作成の手順を示している。ここで、まずステップ２０１では、固体撮像素子１ａ全体を非露光状態にして、複数の蓄積時間Ｔについて、暗電流測定部１ａｂを含む全画素の蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ）を測定する。そしてステップ２０２では、その測定結果から、全画素について蓄積時間Ｔと蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ）との関係を求める。次にステップ２０３では、全画素について蓄積時間Ｔと蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｋ）との関係から、暗電流測定部１ａｂと画素生成部１ａａの各画素又は各列との、所定の露光時間に対する暗電流成分の出力比α２を求める。最後にステップ２０４では、全画素に対応させて、その出力比α２とオフセットＯｆを暗電流補正テーブル３に記憶する。また、必要に応じて温度を異ならせて複数の蓄積時間について暗電流補正テーブルを記憶しておく。

図５Ｂは、実際の撮影時に行う自動露出制御の処理手順を示している。ここで、まず、ステップ３０１では、Ｘ線撮影を行い、各画素の蓄積信号Ｏｓを出力させる。そして、ステップ３０２では、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０）を抽出し、ステップ３０３では、注目画素１ａｇからの蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）を抽出する。抽出する注目画素の蓄積信号Ｏｓ（ｐｇ）は、一列でも複数列の信号でも良い。次に、ステップ３０４では、暗電流測定信号Ｏｓ（ｐ０）と蓄積電荷信号Ｏｓ（ｐｇ）に対して、暗電流補正テーブル３に記憶しているα２（ｐｋ）を適用し演算して、露出制御信号Ｘを算出し、ステップ３０５では、その露出制御信号Ｘに基づいて、制御すべき目標値となる撮影光の強度を算出し、撮影と同時にフィードバック制御を行う。最後にステップ３０６では、処理終了を判定し、終了していなければ、ステップ３０１に戻る。このように実際の撮影に当っては、画素毎に事前に補正テーブルに記憶した電荷蓄積時間に対する撮影時に露光する画素と非露光にする画素との関係から実際の撮影時に測定した撮影時間と非露光の画素との関係から露光した画素の暗電流成分を予測して露出制御信号によってフィードバック制御するものである。この予測には、事前処理時の電荷蓄積時間も撮影時の電荷蓄積時間もパラメータとして使用しない。そのため、電荷蓄積時間を取り出す処理が不要となり、ＴＤＩクロック発生器をＸ線検出器の外に配置している仕様にも対応できる。また、このフィードバック制御としては具体的には、Ｘ線撮影の場合、Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、階調処理のいずれか一つ又はそれらを組み合わせて制御する。

次いで、本発明をパノラマＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置に適用した例を詳細に説明する。

図６は、そのＸ線撮影装置Ａ２の外観図である。装置本体４の基台４ａに支柱４ｂが立設され、この支柱４ｂに支持体５が昇降可能に取り付けられ、この支持体５に旋回アーム６が旋回可能に取り付けられている。支持体５の上端と下端とのそれぞれには、ほぼ水平に伸びた支持アーム５ａと、被験者フレーム５ｂを設けてあり、被験者フレーム５ｂにはチンレスト５ｃが設けられている。

支持アーム５ａにはステップモータによってＸ方向、Ｙ方向に自在に移動可能なＸＹテーブルが内蔵されており、旋回アーム６はこのＸＹテーブルを介して吊り下げられて水平面内を任意に移動しながら旋回できるようになっている。被験者頭部押え５ｄは支持アーム５ａの下面に旋回アームを貫通して固定されている被験者固定手段であり、位置調整機構を備えている。

旋回アーム６には、ステップモータにより支持アーム５ａに対して旋回アーム６を旋回させる旋回機構が設けられており、旋回アーム６は上記のＸＹテーブルにより旋回中心を移動させながら、垂直な軸線に対して旋回できるように構成されている。旋回アーム６は両端が垂下しており、一方の端部６ａにはＸ線発生器７が、他方の端部６ｂにはＸ線検出部８が対向配設されている。Ｘ線発生器７には、Ｘ線管、縦方向の１次スリットを有するＸ線遮蔽板と、その１次スリットの形状を変更する調整機構（いずれも不図示）などが備えられている。

Ｘ線検出部８には、１次スリットに対応した縦方向の２次スリット９ａと、その調整機構を有する遮蔽板９がＸ線発生器７に対向して設けられ、その背後に検出器ホルダ１０が配置され、この検出器ホルダ１０にＸ線撮影用検出器１１Ａが装着されている。

このＸ線検出部８の後部には、各種回路を組み込んだプリント基板などから構成される装置本体制御部１２と、その外側を覆うように操作パネル１３が設けられ、操作パネル１３には各種のスイッチや操作表示部１３ａが取り付けられている（いずれも不図示）。

また、装置本体４には操作コード１４ａで接続されるリコモンボックス１４Ａが設けられており、これに例えば、電源オンオフ用のメインスイッチとＸ線照射スイッチが備えられている。Ｘ線検出部８には、Ｘ線撮影用検出器接続用のコネクタ１５を設けてある。

図７はＸ線撮影用検出器１１Ａの外観を説明する図であり、図８はその内部構成を説明する図面である。このＸ線撮影用検出器１１Ａは、内部にＣＣＤセンサなどの固体撮像素子ユニット１を有し、これに関連する各種の回路を収用した外装ハウジング１６で外装され、ハウジング１６の一側面には外部回路との接続用コネクタ１７が設けられている。このコネクタ１７は、通常はＸ線検出部８のコネクタ１５との間を給電線と信号線が一体となったケーブル（不図示）で接続されるが、パソコンなど他の外部機器との接続用にも利用できる。

外装ハウジング１６はアルミ板等の金属やＡＢＳ樹脂等の合成樹脂など、必要な強度が得られる適宜の材料で構成されている。前面中央にはＸ線に対する透過性が良好であるが、可視光線は遮蔽する材料、例えば、暗い色のＡＢＳ樹脂で製されたＸ線受光部１８が２次スリット８ａの背後に縦方向に設けられ、その内側に固体撮像素子ユニット１が配置されている。

固体撮像素子ユニット１は、図８に示すようにＸ線受光部１８の裏側に設置され、照射されたＸ線を可視光線に変換する発光体（シンチレータ）１ｂと、この発光体１ｂの発光を固体撮像素子１ａの受光面に伝達する光ファイバー１ｃと、後述する構成の固体撮像素子１ａとで構成され、回路基板１ｄを有している。１９は保護ケース、１９ａはＸ線を遮蔽するシール材、１ｅは固体撮像ユニット１の信号ピンである。ここでシール材１９ａの下部には、発光体１ｂをＸ線から遮蔽することによって、固体撮像素子１ａの対応部分に後述する暗電流測定部１ａｂを設定するための鉛板等を施したＸ線遮蔽部材１９ｂが貼付形成されている。

ここで、装置本体４の要部概略構成を図９を用いて説明し、次いでＸ線撮影用検出器１１Ａの要部概略を図１０について説明する。
図９は、装置本体制御部２０の要部概略構成を示すブロック図である。この制御部２０には、Ｘ線撮影装置Ａ２全体の動作制御の中心となるＭＰＵ（ＣＰＵ）で構成された制御ユニット２０ａ、入出力ポート２０ｂ、メモリ２０ｃがあり、その他に図１の撮影光照射源７の具体例であるＸ線発生器７を駆動制御するＸ線照射制御回路２０ｄ、Ｘ線照射検出回路２０ｅ、旋回アーム回転検出回路２０ｆ、ＴＤＩクロック発生回路２０ｇ、通信制御回路２０ｈ、電源回路２０ｉが設けられており、これらが入出力ポート２０ｂを介して制御ユニット２０ａに接続されている。入出力ポート２０ｂには、種々の操作データを入力するための操作パネル１３、あるいは、同様の入力を本体から離れた位置から入力するためのリモコンボックス１４が接続されている。そして更に、Ｘ線撮影用検出器１１Ａを接続するために、接続ケーブル２１のコネクタ１５′に対応したコネクタ１５が設けられ、このコネクタ１５には、入出力ポート２０ｂ、通信制御回路２０ｈ、電源回路２０ｉが接続されている。

図１０は、Ｘ線撮影用検出器１１Ａの要部概略構成を示すブロック図である。このＸ線撮影用検出器１１Ａには、単独で、あるいは装置本体制御部２０と一体となってＸ線撮影用検出器１１Ａ内の各回路の動作や装置本体４を含むＸ線撮影装置Ａ２全体の動作を制御するＭＰＵ（ＣＰＵ）で構成された制御ユニット１１ａ、入出力ポート１１ｂ、ＴＤＩクロック変換回路１１ｃ、撮像素子駆動回路１１ｄ、Ａ／Ｄ変換器１１ｅ、メモリ１１ｆ、通信制御回路１１ｇ、電源回路１１ｈ等が設けられ、これらの各回路とコネクタ１７とが図示の通りに接続されている。そして、特にこの制御ユニット１１ａは、実施例１で説明した本発明の特徴である自動露出制御を行う演算制御手段２としての機能をソフトウェア処理によって発揮するようにされており、メモリ１１ｆには、その画素処理手段が参照する暗電流補正テーブル３が予め工場出荷時に記憶されており、更にＸ線撮影時には、Ｘ線パノラマ画像を形成する有効画素を蓄積するためにも用いられる。

またＸ線撮影用検出器１１Ａは、装置本体４に着脱可能にまたは固定して装着されて使用される構成とされ、そのためにコネクタ１７は、装置本体制御部２０から導出された接続ケーブル２１に設けられたコネクタ１７′によって、装置本体制御部２０と電気的、制御的接続を行っている。また、装置本体制御部２０は、装置本体制御部２０自身とＸ線撮影用検出器１１Ａとに制御情報などを入力したり、逆にデータを出力して保存したりするために、パーソナルコンピュータなどで構成された外部機器１００を接続したりすることができる構成とされている。なお、暗電流補正テーブル３が記憶されたメモリ１１ｆは、
上記の例ではＸ線撮影用検出器１１Ａ内に設けたが、装置本体外に設けたコンピュータの
メモリを利用しても良い。

図１１は、Ｘ線撮影用検出器１１Ａに備えられた固体撮像素子１ａの概略構成を示す図面である。この固体撮像素子１ａは、ＦＦＴタイプ（フルフレームトランスファー型）のＣＣＤセンサで構成されている。ここで、１ａｄは受光部を構成するセンサマトリクスであり、水平方向に蓄積電荷を転送するシフトレジスタ１ａｅを、上下に複数列形成して構成され、これらのシフトレジスタ１ａｅに形成されるポテンシャルウエルによって、列及び段に配置された画素ｅを形成した構造にしている。

１ａｃは上下に複数列形成して構成された各シフトレジスタ１ａｅのポテンシャルウエルを通じて一斉に水平方向に並列して転送されて来た蓄積電荷を垂直方向に転送するポテンシャルウエルを形成する別の蓄積電荷転送部、１ａｆは蓄積電荷転送部１ａｃから垂直方向にシリアル転送されて来る蓄積電荷を取り出すための出力ウエル、２２は出力ウエル１ａｆから、順次出力されて来る蓄積電荷を更に電圧信号に変換し、蓄積電荷信号として出力させる増幅器である。

このセンサマトリクス１ａｄは、図中では画素ｅが１１列（垂直方向）４段（水平方向）の行列状に配置されているが、画素ｅは実際には１５００列６４段に配置されている。そして、受光部１ａｄでは、図中の最下部以外の列に、画像を形成する画素を蓄積電荷として出力する画素生成部１ａａを割り当て、最下部の列には、Ｘ線遮蔽部材１９ｂがＸ線を遮蔽することによって、常に露光しない状態にされて暗電流測定信号を蓄積電荷として出力する暗電流測定部１ａｂを割り当てている。更に、画素生成部１ａａには、図示しないが、任意の位置の画素ｅを注目画素１ａｇとして設定している。

増幅器２２から出力された蓄積電荷信号は、ＡＤ変換器１１ｅに送出されてデジタル信号に変換されるようになっている。ＣＣＤセンサを構成するシフトレジスタ１ａｅ、蓄積電荷転送部１ａｃ、出力ウエル１ａｆは、撮像素子駆動回路１１ｄの生成する駆動クロックに従って、蓄積電荷の転送を行う。

受光面を構成するセンサマトリクス１ａｄのポテンシャルウエルに、光を照射して得た蓄積電荷を閉じ込めて半導体中を転送させるＣＣＤセンサの電荷転送の基本動作は、既に特開平９−２００６２５号公報などで周知であるが、この固体撮像素子１ａの構成上の特徴は、センサマトリクス１ａｄの一部に、常に露光しない状態にされて暗電流測定信号を蓄積電荷として出力する暗電流測定部１ａｂを割り当てている点と、更に自動露出制御を行うために、画像生成部１ａａの適した位置に、注目画素１ａｇを設定している点である。なお、ここでのＣＣＤセンサはフルフレームトランスファー型を例にして説明したが、ＦＴタイプ（フレームトランスファー型）のＣＣＤセンサであっても良い。また、下述の何れの実施例ともセンサの種類としては、ＣＣＤセンサの代わりにＭＯＳセンサ、Ｃ−ＭＯＳセンサ、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の２次元フラットパネルセンサなどの固体撮像素子を使用することができる。また、上述のように照射されたＸ線を可視光線に変換する発光体１ｂによる可視光線を受光しているが、Ｘ線を直接検出するタイプのＣＣＤセンサを用いる構成も可能である。

図１２は、以上のように構成されたパノラマＸ線撮影装置Ａ２で撮影されるパノラマＸ線画像の一例を示す図面であり、ここで（ａ）は全顎パノラマＸ線透過画像、（ｂ）は画像生成部１ａａの適した位置に設定された注目画素１ａｇからの蓄積電荷信号と、暗電流測定部１ａｂからの暗電流測定信号とを示すグラフである。

図１２（ａ）において、ＲＺは、パノラマＸ線撮影する場合に通常適用される濃度補正領域であって、この領域では、頸椎などの障害陰影の影響を除去するため、より長い時間Ｘ線を照射するようにしており、その分だけ、旋回アーム６はゆっくり回転するようになっている。

図１２（ｂ）から理解されるように、濃度補正領域では、暗電流測定信号は多くなっている。そして、注目画素１ａｇからの蓄積電荷信号中の暗電流成分と、暗電流測定部１ａｂからの暗電流測定信号とは、絶対強度に違いがあるものの、その強度は互いに比例関係を有している。
従って、実施例１で説明した方法によって、暗電流測定部１ａｂからの暗電流測定信号に基づいて、注目画素１ａｇからの蓄積電荷信号中の暗電流成分を予測演算して除去して露出制御信号を算出することが可能であり、この露出制御信号が一様な強度になるように、フィードバック制御できる。

なお、この実施例では固体撮像素子１ａとしてＣＣＤセンサを用いているが、そのＣＣＤセンサに替えて、各画素のフォトダイオードをＭＯＳトランジスタで選択して電荷を取り出す構成のＭＯＳセンサを用いることも可能である。

ついで、本発明をセファロＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置に適用した例を説明する。
図１３は、そのＸ線撮影装置Ａ３の外観正面図である。このＸ線撮影装置Ａ３は、実施例２で説明した図６のＸ線撮影装置Ａ２において、セファロＸ線撮影用に、Ｘ線撮影用検出器１１Ｂを更に着脱可能に装着可能にすると共に、撮影対象である被験者頭部Ｈを固定支持するセファロ用支持装置２３を更に備えており、パノラマＸ線撮影だけでなく、セファロＸ線撮影も行うことができる。

このＸ線撮影用検出器１１Ｂは、実施例２のＸ線撮影装置Ａ２に用いられているＸ線撮影用検出器１１Ａと同様の構成である。また、リモコンボックス１４Ｂは、図６のリモコンボックス１４Ａと同様のものであるが、パノラマＸ線撮影とセファロＸ線撮影のいずれの場合にも使用できるように、その設置位置と操作できる内容が変更されたものである。

セファロＸ線撮影の場合には、従来技術と同様に、Ｘ線検出部８がＸ線発生器７のＸ線放射領域から外れ、Ｘ線発生器７からのＸ線はセファロ用支持装置２３に固定された被験者頭部Ｈを透過して、Ｘ線撮影用検出器１１Ｂに到達すようになっている。この時には、Ｘ線撮影用検出器１１Ｂは、そのＸ線受光部１８が被験者頭部Ｈ全体のＸ線透過画像を受光するようにセファロ用支持装置３１に対して上下又は左右に移動可能となっている。

図１４はセファロＸ線撮影時における、Ｘ線発生器７、被験者頭部Ｈ、Ｘ線撮影用検出器１１Ｂの３者の位置関係を説明する図面である。図のように、Ｘ線発生器７から照射されたＸ線は、１次スリットによって角錐状に照射範囲を制限され、１次スリットとＸ線撮影用検出器１１Ｂとを連動させて移動させることによってＸ線ビームを、被験者頭部Ｈを透過し、Ｘ線撮影用検出器１１Ｂが被験者頭部Ｈ全体のＸ線透過画像を受光するように左右方向に左右に移動するようになっている。

このようなセファロＸ線撮影においても、Ｘ線撮影装置Ａ３に用いられているＸ線撮影用検出器１１Ｂは、実施例２のＸ線撮影装置Ａ２のＸ線撮影用検出器１１Ａと同様の構成とされているから、実施例１で説明した方法によって自動露出制御を行うことができる。

ついで、本発明をリニアスキャンＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置に適用した例を説明する。
図１５は、そのＸ線撮影装置Ａ４の全体概略構成を示すブロック図である。このＸ線撮影装置Ａ４はリニアスキャンＸ線撮影を行うものであって、Ｘ線発生器７と、このＸ線発生器７から照射され撮影対象を透過したＸ線細隙ビームＢを受光するＸ線撮影用検出器１１Ｃと、このＸ線撮影用検出器１１Ｃを着脱可能にかつ速度調整可能に移動保持する検出器ホルダ１０と、撮影対象である被験者頭部Ｈを固定する被験者頭部押え（被写体固定手段）５ｄと、被写体の階調処理基準点位置を検出する位置検出手段３２と、この装置全体を制御する装置本体４とを備えている。

なおここで、Ｘ線発生器７、Ｘ線撮影用検出器１１Ｃ、走査用検出器支持部３３、被写体固定手段５ｄ、位置検出手段３２については、いずれもこれらを、その通常の使用状態を上方から見た所を平面的に示したものである。また、Ｘ線撮影用検出器１１Ｃは、実施例２のＸ線撮影装置Ａ２に用いられているＸ線撮影用検出器１１Ａと同様の構成である。

Ｘ線発生器７はＸ線管を内蔵しており、更にそこから広域に発射されるＸ線ビームを一定方向、一定範囲だけに制限して目的箇所に照射させるための開口である１次スリット７ａを形成したＸ線遮蔽材よりなる１次スリット部材７ｂと、この１次スリット部材７ｂを図示するＤ方向に速度、位置調整可能に移動させる１次スリット移動軸７ｃと、この１次スリット移動軸７ｃを駆動する１次スリット移動モータＭ１とを備えている。

Ｘ線撮影用検出器支持部３３は、Ｘ線撮影用検出器１１Ｃを着脱可能に保持する検出器ホルダ１０と、この検出器ホルダ１０を図示するＤ方向に速度、位置調整可能に移動させる検出器移動軸３３ａと、この移動軸３３ａを駆動する検出器移動モータＭ２と、Ｘ線発生器７の１次スリット７ａで制限されたＸ線細隙ビームＢが被験者頭部Ｈに照射される前に、更に一定範囲だけに制限するためのＸ線通過開口である２次スリット３４ａを有しＸ線遮蔽材で形成された２次スリット部材３４ｂと、この２次スリット部材３４ｂを図示するＤ方向に速度、位置調整可能に移動させる２次スリット移動軸３３ｃと、この２次スリット移動軸３３ｃを駆動する２次スリット移動モータＭ３とを備えている。なお、検出器移動モータＭ２と２次スリット移動モータＭ３とを独立別個に設けることなく、両者をタイミングベルトなどで機構的にリンクさせて、一方のモータを不要とすることも可能である。

被験者頭部押え（被写体固定手段）５ｄは、Ｘ線撮影用検出器支持部３３の検出器ホルダ１０や２次スリット部材３４ｂの方向Ｄへの移動に拘わらず、被験者頭部Ｈを所定位置に固定しておくように構成されている。

装置本体４は、ＭＰＵ（ＣＰＵ）で構成され中央制御機能を発揮する制御ユニット２０ａと、制御ユニット２０ａが処理する種々の制御プログラムなどを記憶保存するメモリ２０ｃと、Ｘ線照射制御回路２０ｄと、モータ制御回路２０ｆと、ＴＤＩクロック発生回路と、通信制御回路２０ｈなどで構成されている制御部２０と、種々の操作指示を受け付ける操作パネル１３と、Ｘ線画像などを表示する表示装置１３ａとを備えている。モータ制御回路２０ｆには、１次スリット移動モータＭ１、検出器移動モータＭ２、２次スリット移動モータＭ３を接続して制御している。

このＸ線撮影装置Ａ４では、図示したようにＸ線発生器７とＸ線撮影用検出器１１Ｃとが被写体固定手段５ｄを挟むように設けられ、被験者頭部押え（被写体固定手段）５ｄで固定された被験者頭部Ｈに対して相対的に、１次スリット７ａと２次スリット３４ａとＸ線撮影用検出器１１Ｃとを同期して移動させることで、Ｘ線発生器７から照射されるＸ線細隙ビームＢとＸ線撮影用検出器１１Ｃとを同方向Ｄに同期して移動させながら、Ｘ線細隙ビームＢで被験者頭部Ｈを走査し、被験者頭部ＨのリニアスキャンＸ線画像を得るようになっている。その際には、走査中のＸ線撮影用検出器１１Ｃによって得られたＸ線受光データである蓄積電荷信号を元に、Ｘ線細隙ビームＢの走査速度（方向Ｄへの移動速度）を制御している。

つまり、硬組織領域を走査している途中で、透過量が大きい場合には、走査速度を大きくすることによって、この軟組織領域に単位時間あたりに照射されるＸ線細隙ビームＢの線量を少なくする一方、透過量が小さい場合には、走査速度を小さくすることで、この硬組織領域に単位時間あたりに照射されるＸ線細隙ビームＢの線量を多くする制御を行う。

更に、このようなリニアスキャンＸ線撮影においても、Ｘ線撮影装置Ａ４に用いられているＸ線撮影用検出器１１Ｃは、実施例２で説明したＸ線撮影装置Ａ２のＸ線撮影用検出器１１Ａと同様の構成とされているから、実施例１で説明した方法によって自動露出補正を行うことができる。

図１６は、図１５で示した位置検出手段３２の要部説明図である。この位置検出手段３２は、接触子３２ａと、この接触子３２ａを矢印で示すように例えば上下左右に位置調節可能かつ位置検知可能に支持し、被験者頭部Ｈの階調処理基準点Ｐに接触子３２ａを当接させた時の位置を検出する位置検出器３２ｂとを備えている。この位置検出器３２ｂは、被験者頭部押え（被写体固定手段）５ｄに固定されたポテンショメータなどで構成される。

このような位置検出手段３２を用いると、階調処理基準点Ｐ（この例では歯科用セファロ撮影でよく用いられるナジオン、つまり、歯科矯正において重要な、人体頭部正中状平面における鼻骨前頭縫合の最前点）の位置を簡単、短時間にかつ正確に検出することができ、また、被験者に余分な検出用マークを付したりしないで済む。なお、この階調処理基準点Ｐは、ナジオンの位置に限られるものではなく、公知の各位置を用いることができる。

こうして得られた階調処理基準点Ｐは、Ｘ線撮影用検出器１１Ｃで得られたリニアスキャンＸ線画像に対して、事後的に軟組織領域の階調処理をするため、あるいは、Ｘ線撮影をする際のＸ線細隙ビームＢの照射量を制御するために用いられる。

なお、温度に対応させて、複数組の暗電流補正テーブル３…３を用意しておき、撮影時の温度によって適切な暗電流補正テーブル３を選択して、暗電流の補正を行う方法も可能である。このときには、暗電流成分を除去するにあたり、予め記憶させた暗電流成分の温度に基づく変動成分を更に除去することになるので、更に良好な自動露出制御結果が得られる。

ついで、本発明をデンタルＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置に適用した例を説明する。
図１７は、そのＸ線画像撮影装置Ａ５の使用形態を説明する図面である。図のように、Ｘ線画像撮影装置Ａ５は、撮影対象を口腔内部位とするものである。

Ｘ線発生器７は、自在アーム３３に対して上下揺動自在および水平回転自在に取り付けられ、口腔内部位に向けてＸ線を照射するように、Ｘ線照射筒７ｄの方向が調整される。一方、口腔内部位を挟んでＸ線照射筒７ｄと対向する位置に、口腔内部位を通過したＸ線強度分布、すなわちＸ線像を検出するためのＸ線撮影用検出器１１Ｄが位置決めされる。すなわち、Ｘ線撮影用検出器１１Ｄの撮像面がＸ線照射方向に適切に向くように、Ｘ線撮影用検出器１１Ｄを取り付けた位置決め具３４を被験者自身が指で保持するようになっている。

図１８は、Ｘ線撮影用検出器１１Ｄの構成を示す断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ線に沿った水平断面図で、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った縦断面図である。
Ｘ線撮影用検出器１１Ｄは、照射されたＸ線を可視光線に変換する発光体（シンチレータ）１ｂと、この発光体１ｂの発光を固体撮像素子１ａの受光面に伝達する光ファイバー１ｃと、光ファイバー１ｃで伝達された蛍光分布を受光して発生した電荷を蓄積し、所定時間蓄積した電荷を順次読出して電気信号に変換するＣＣＤセンサで構成された固体撮像素子１ａと、固体撮像素子１ａを支持するセラミックなどの基板１ｄと、各構成部品を収納するための保護ケース１９などで構成されている。

保護ケース１９内側のＸ線露光面と側面とには、発光体１ｂ、光ファイバー１ｃ、を固体撮像素子１ａおよび基板１ｄを包囲するようにアルミニウムまたは銅の薄層などの導電部材３５を被設して、外来からの誘導ノイズや静電サージ等の影響が、固体撮像素子１ａ等に及ばないようにして、耐ノイズ性や耐サージ性を向上させている。なお、導電部材３５の材質は、アルミニウムやベリリウムなどの原子量の小さいものが好ましく、その厚さを極力薄く、たとえば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に形成しているため、Ｘ線撮影用検出器１１Ｄに入射するＸ線の減衰や散乱を殆ど引き起こさない。

そして、保護ケース１９内側の裏面と側面とには、Ｘ線を遮蔽するシール材１９ａを被設して、基板１ｄの背面や側面への不要な散乱Ｘ線の入射を防止している。保護ケース２７内側の露光面の一部にも、固体撮像素子１ａ暗電流測定部１ａｂを設定するために、シール材１９ａで形成されたＸ線遮蔽部材１９ｂを設けている。

更に、基板１ｄには、Ｘ線撮影用検出器１１Ａ〜１１Ｃと同様に、ＭＰＵ（ＣＰＵ）で構成され、暗電流の補正を実行する画像処理手段２の機能有する制御ユニット１１ａ（不図示）や、その画像処理手段２が参照する暗電流補正テーブル３を予め記憶しているメモリ１１ｆ（不図示）などが、実施例２−４と同様に設けられている。従って、Ｘ線撮影時に固体撮像素子１ａから出力された蓄積電荷信号は、画像処理手段２によって暗電流成分を除去され、デンタルＸ線画像としてメモリ１１ｆに蓄積され、ケーブル２１を通じて操作パネル１３に入力され、表示装置１３Ａに画像として表示される。

このＸ線画像撮影装置Ａ５に用いられるＸ線撮影用検出器１１Ｄと、実施例２−４の各Ｘ線画像撮影装置に用いられているＸ線撮影用検出器１１Ａ〜１１Ｃとの違いについて説明する。
すなわち、実施例２−４のＸ線撮影用検出器１１Ａ〜１１Ｃでは、図１１を参照して説明したように、ＣＣＤセンサの受光部１ａｄの最下部以外の列に、画像を形成する画素を蓄積電荷として出力する画素生成部１ａａを割り当て、各列から出力される電荷を時間遅延積分して１画素の蓄積電荷信号としていた（蓄積電荷信号は１次元画像を形成する）のに対し、Ｘ線撮影用検出器１１Ｄでは、各画素ｅからの電荷を２次元画像を形成する蓄積電荷信号として扱うようになっている。

しかし、各画素ｅからの電荷を２次元画像を形成する蓄積電荷信号として扱う場合であっても、非露光状態での暗電流測定部１ａｂと画素生成部１ａａの各画素ｅとの、所定の露光時間に対するおける出力比を暗電流補正テーブル３に予め記憶しておく。そして、Ｘ線撮像時において、注目画素１ａｇより取り出された蓄積電荷信号とに対して、暗電流測定部１ａｂから取り出される暗電流測定信号と暗電流補正テーブル３に記憶しておいたその出力比を適用した演算とにより暗電流成分を除去して露出制御信号を算出する方法を採ることができる。よって、ここでも本発明の思想による自動露出制御を行うことができる。

なお、この実施例でも固体撮像素子１ａとしてＣＣＤセンサを用いているが、そのＣＣＤセンサに替えて、各画素のフォトダイオードをＭＯＳトランジスタで選択して電荷を取り出す構成のＭＯＳセンサを用いることも可能である。

また、温度に対応させて、複数組の暗電流補正テーブル３…３を用意しておき、撮影時の温度によって適切な暗電流補正テーブル３を選択して、暗電流の補正を行う方法も可能である。このときには、暗電流成分を除去するにあたり、予め記憶させた暗電流成分の温度に基づく変動成分を更に除去することになるので、更に良好な自動露出制御結果が得られる。

本発明は、上記実施例の医療用デジタルＸ線撮影装置の外、Ｘ線ＣＴ（コンピュータ・トモグラフィー）撮影装置にも適用可能である。すなわち、ＣＴ画像は、同一の被写体に対して角度を変えて何枚も透過Ｘ線撮影を行い、そこで得たＸ画像を処理して断層画像を得るものであるから、それぞれの透過Ｘ線撮影において、本発明の自動露出制御を行うことが可能である。

なお、上述の実施例２−６では、医療用デジタルＸ線撮影装置に、本発明の自動露出制御方法を適用しているが、この自動露出制御方法は、医療用デジタルＸ線撮影装置だけでなく、照射源から被対象物に可視光を含む照射光を照射して画像を生成する一般の画像生成装置に適用できる。

本発明の概念を示す自動露出制御装置のブロック図。 Ｘ線パノラマ撮影における暗電流成分の出力変化について、注目画素と暗電流測定部とを比較したグラフ。 通常のＸ線透過撮影における暗電流成分と露光時間Ｔとの関係を示すグラフ。 暗電流補正テーブルの例。 露出制御信号と駆動電流との関係を示すグラフ。 暗電流補正テーブルの作成の手順を示すフローチャート。 自動露出制御方法の手順を示すフローチャート。 本発明を適用したパノラマＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置の外観図。 図６の医療用デジタルＸ線撮影装置を構成するＸ線撮影用検出器の外観図。 図７のＸ線撮影用検出器の内部構成を説明する図面。 図６の医療用デジタルＸ線撮影装置を構成する装置本体制御部の構成を示すブロック図。 図６の医療用デジタルＸ線撮影装置を構成するＸ線撮影用検出器の構成を示すブロック図。 図９の固体撮像素子の構成を示す図面。 図６の医療用デジタルＸ線撮影装置によるパノラマＸ線透視画像。 本発明を適用したセファロＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置の外観図。 セファロＸ線撮影時における、Ｘ線発生器、被験者、Ｘ線撮影用検出器の３者の位置関係を説明する図面。 本発明を適用したリニアＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置の構成を示すブロック図。 図１５の医療用デジタルＸ線撮影装置を構成する位置検出手段の要部説明図。 本発明を適用したデンタルＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置の使用形態を説明する図面。 図１５の医療用デジタルＸ線撮影装置を構成するＸ線撮影用検出器の断面図。

符号の説明

１ａ 固体撮像素子
１ａａ 画素生成部
１ａｂ 暗電流測定部
１ａｇ 注目画素
２ 制御演算手段
３ 暗電流テーブル
Ａ２ パノラマＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置
Ａ３ セファロＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置
Ａ４ リニアスキャンＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置
Ａ５ デンタルＸ線撮影が可能な医療用デジタルＸ線撮影装置

Claims (8)

1. Ｘ線発生器から被対象物にＸ線撮影のために照射されるＸ線の強度をフィードバック制御することで、固体撮像素子によって生成される画像が所定の濃度範囲内となるよう制御する自動露出制御方法であって、
   上記固体撮像素子が、上記Ｘ線を受けて発生した電荷を蓄積する画素生成部と、上記Ｘ線を受けないで暗電流成分を蓄積する暗電流測定部とを備え、
   上記固体撮像素子を非露光状態とした上記画素生成部の出力に基づく暗電流成分と上記暗電流測定部の出力に基づく暗電流成分とによる出力比を、上記画素生成部で注目する画素又は画素列について算出して予めメモリに記憶しておき、
   上記固体撮像素子がＸ線を受けているときに、
   上記暗電流測定部が出力した蓄積電荷信号に対して記憶された上記出力比を適用する演算により、上記画素生成部で注目する画素又は画素列に対する暗電流成分を算出し、
   上記画素生成部で注目する画素又は画素列の蓄積電荷信号から上記算出された暗電流成分を減算した値を算出することで、暗電流成分を除去した露出測定信号を取得し、
   該露出測定信号により上記Ｘ線の強度を決定することで、上記Ｘ線の強度をＸ線撮影時にフィードバック制御することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
2. 請求項１において、
   上記メモリに記憶する上記出力比が、上記画素生成部の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きと、上記暗電流測定部の蓄積電荷信号の露光時間に対する出力変化の傾きとの比であることを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記Ｘ線の強度は、制御目標値に向けて、所定の遅延要素を加えるようにしてフィードバック制御することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   上記照射源をＸ線を照射するＸ線発生器とし、
   上記固体撮像素子が、該Ｘ線発生器からのＸ線を受けて可視光を生成する構成を有することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
5. 請求項４において、
   上記撮影は、パノラマＸ線撮影、セファロＸ線撮影、リニアスキャンＸ線撮影、デンタルＸ線撮影又はＣＴ撮影のいずれかを行うことを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
6. 請求項４又は５において、
   Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧のうちの少なくとも1つ以上を制御して、上記Ｘ線強度のフィードバック制御を実行することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御方法。
7. Ｘ線発生器からＸ線撮影のために照射されるＸ線の強度をフィードバック制御して所定の濃度範囲内となるＸ線撮影画像を取得する医療用デジタルＸ線撮影装置における自動露出制御装置であって、
   上記Ｘ線を受けて発生した電荷を蓄積する画素生成部と、Ｘ線を受けないで暗電流成分を蓄積する暗電流測定部とを備えた固体撮像素子と、
   上記画素生成部で注目する画素又は画素列について算出された、上記固体撮像素子を非露光状態とした上記画素生成部の出力に基づく暗電流成分と上記暗電流測定部の出力に基づく暗電流成分とによる出力比を、予め記憶させたメモリと、
   上記暗電流測定部が出力した蓄積電荷信号に対して記憶された上記出力比を適用した演算により、上記画素生成部で注目する画素又は画素列に対する撮像時における暗電流成分を算出し、当該撮像時における暗電流成分を上記画素生成部で注目する画素又は画素列の蓄積電荷信号から減算した値を算出することで、暗電流成分を除去した露出測定信号を取得し、該露出測定信号により上記Ｘ線の強度を決定することで、上記Ｘ線の強度をＸ線撮影時にフィードバック制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御装置。
8. 請求項７において、
   Ｘ線走査速度、Ｘ線管電流、Ｘ線管電圧、階調処理のうちの少なくとも1つ以上を制御することによって、上記Ｘ線強度のフィードバック制御を実行することを特徴とするＸ線撮影画像の自動露出制御装置。

Images