JP5460276B2 - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像システムに関するものである。より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。なお、本発明において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

近年、Ｘ線等の放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化されている。このような撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のためのデジタル撮像装置として用いられている。

このような撮像装置において、特許文献１や特許文献２では、撮像装置で得られた画像データを処理して、よりきれいな画像を作成することが提案されている。詳細には、画像データに対しオフセット又はラグ（ｌａｇ）信号を低減するための補正処理を行う。特許文献１では、オフセットの質は、検出器の電流漏洩、温度、バックグラウンド放射線量、その他のさまざまなファクターにより決定すると考えられている。また、特許文献２では、ラグ信号とは以前の照射履歴による画像信号からの影響のことであり、ゴースト像の形態で画像内にアーチファクトを導入させると考えられている。以下では、このオフセット又はラグ信号を「オフセット」と総称し、この「オフセット」を低減するための補正処理を「オフセット補正」と称する。

特許文献１では、まず検出器を曝射し、次に検出器を読み取って曝射読取値を得、曝射読取値後に曝射期間を超える期間経過後に収集するオフセット読取値を得、そしてオフセット読取値を曝射読取値から差し引くオフセット補正が開示されている。また、特許文献２では、オフセット予測モデルを作成し、被検体に対する少なくとも１つの透視画像を作成するためのスキャンの間にオフセット予測モデルを周期的に更新するオフセット補正が開示されている。このオフセット予測モデルを周期的に更新するためには、少なくとも１つのダーク（オフセット）画像を収集することが必要である。そして更新されたオフセット予測モデルを用いて透視画像のオフセット補正を行う。

特開２０００−１８９４１１号公報 特開２００４−３２９９３２号公報

特許文献１及び２では、曝射読取値又は透視画像といった画像データを取得した後に、画像データとは別に同様の方法で取得された、オフセット読取値又はダーク画像といった補正用画像データを用いることにより、良好なオフセット補正を行うことができる。しかしながら、例えば特許文献１によると、曝射（放射線照射）後に画像データを取得してから更に曝射期間を超える期間経過後に補正用画像データを取得する。そのため、放射線照射の開始から補正用画像データを取得するまでには、放射線照射の開始から画像データを取得するまでの時間の２倍以上の時間が必要となる。それにより、放射線照射の開始からオフセット補正された画像データを表示するまでには長い時間がかかってしまう。

そこで本発明は、上記課題を鑑み、従来のものより短い時間で補正用画像データを取得して良好なオフセット補正を行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に応じて電気信号を出力する第１スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続されて補正用の電気信号を出力する第２スイッチ素子と、を含む画素が行列状に複数配置された検出部と、所定の画素の前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号と、前記所定の画素の前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号と、に基づいて補正処理を行う補正部と、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に基づく画像信号を取得する期間と、前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号に基づく補正用画像信号を取得する期間と、が時間的に一部重なるように、且つ、前記画像信号に係る電気信号が出力された所定の画素の前記第１スイッチ素子が非導通状態である期間で前記所定の画素の前記第２スイッチ素子が導通状態とされるように、前記検出部の動作を制御する制御部と、を含む。

また、本発明の撮像システムは、前記撮像装置と、前記撮像装置の制御を行う制御装置と、を含む。

本発明により、従来のものより短い時間で補正用画像データを取得して良好なオフセット補正を行うことが可能な撮像装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概念的等価回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る信号処理部を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概念的等価回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の概念的等価回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の撮像システムの概念図である。

以下、本発明を好適に適用可能な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）を用いて本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を説明する。なお、図１（ａ）では説明の簡便化のために３行×３列の画素を有するＦＰＤを含む撮像装置を示すが、実際の撮像装置はより多画素であり、例えば１７インチの撮像装置では約２８００行×約２８００列の画素を有している。

検出部１００は、行列状に複数配置された画素Ｐを有する。各画素Ｐはそれぞれ、放射線又は光を電荷に変換する変換素子１０１と、その電荷に応じた電気信号を出力する第１スイッチ素子１０２と、を有する。更に画素Ｐは、後述するオフセット補正用の電気信号を出力する第２スイッチ素子１０３を有する。本実施形態の変換素子は、照射された光を電荷に変換する光電変換素子として、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードを用いる。変換素子としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。第１スイッチ素子１０２及び第２スイッチ素子１０３としては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、本実施形態では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子１０１の一方の電極は第１スイッチ素子１０２の２つの主端子の一方及び第２スイッチ素子１０３の２つの主端子の一方と電気的に接続されている。ここで、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子は概略、同じ大きさ、オン抵抗、オフ抵抗、容量を有することが好ましい。一般的にオフセット成分は、後述する信号配線の交差部容量と変換素子の容量に加えて、スイッチ素子の容量に関係するためである。ただし、後述するオフセットの時間特性を鑑みて、第２スイッチ素子の大きさ、オン抵抗、オフ抵抗、容量を第１スイッチ素子と異ならせてもよい。このことは、後述する第１信号配線と第２信号配線の配線抵抗や配線容量に対しても同様である。また、変換素子１０１の他方の電極は共通のバイアス配線ＢＬを介してバイアス電源１０９と電気的に接続されて、バイアス電圧Ｖｓが与えられる。

行方向の複数の第１スイッチ素子１０２は、それらの制御端子が第１駆動配線Ｇｔに行単位で共通に電気的に接続され、第１駆動回路１０４から第１スイッチ素子１０２の導通状態を制御する第１駆動信号が第１駆動配線Ｇｔを介して行単位で与えられる。一方、行方向の複数の第２スイッチ素子１０３は、それらの制御端子が第２駆動配線Ｇｏに行単位で共通に電気的に接続され、第２駆動回路１０５から第２スイッチ素子１０３の導通状態を制御する第２駆動信号が第２駆動配線Ｇｏを介して行単位で与えられる。

列方向の複数の第１スイッチ素子１０２は、それらの他方の主端子が第１信号配線ＳＬに電気的に接続され、第１スイッチ素子１０２が導通状態である間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、第１信号配線ＳＬを介して第１読出回路１０６に出力する。列方向に複数配列された第１信号配線ＳＬ１〜ＳＬ３は、複数の画素から出力された電気信号を並列に第１読出回路１０６に伝送する。一方、列方向の複数の第２スイッチ素子１０３は、それらの他方の主端子が第２信号配線ＯＬに電気的に接続され、第２スイッチ素子１０３が導通状態である間に、オフセット補正用の電気信号を、第２信号配線ＯＬを介して第２読出回路１０７に出力する。列方向に複数配列された第２信号配線ＯＬ１〜ＯＬ３は、複数の画素から出力されたオフセット補正用の電気信号を並列に第２読出回路１０７に伝送する。

第１駆動回路１０４は、制御部１１０からの制御信号に応じて、第１スイッチ素子を導通状態にする導通電圧と非導通状態とする非導通電圧を有する駆動信号φＧｔを、各第１駆動配線に出力する。これにより、第１駆動回路１０４は第１スイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御し、検出部１００を駆動する。一方、第２駆動回路１０５は、制御部１１０からの制御信号に応じて、第２スイッチ素子を導通状態にする導通電圧と非導通状態とする非導通電圧有する駆動信号φＧｏを、各第２駆動配線に出力する。これにより、第２駆動回路１０５は第２スイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御する。つまり、制御部１１０は検出部１００の動作を制御している。

第１読出回路１０６は、第１信号配線ＳＬ１〜ＳＬ３を介して並列に出力された電気信号を増幅してサンプルホールドし、サンプルホールドされた並列の電気信号を並列−直列変換を行って直列信号である画像信号を出力する。そして第１読出回路１０６は、出力された画像信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換を行い、信号処理部１０８に画像データを出力する。また、第２読出回路１０７は、第２信号配線ＯＬ１〜ＯＬ３を介して並列に出力されたオフセット補正用の電気信号を増幅してサンプルホールドし、サンプルホールドされた並列の電気信号を並列−直列変換を行ってオフセット補正用の画像信号を出力する。そして第２読出回路１０７は、出力されたオフセット補正用の画像信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換を行い、信号処理部１０８にオフセット画像データを出力する。信号処理部１０８は、取得された補正用画像データを用いて、画像データのオフセット補正を行う。信号処理部１０８の詳細な構成及び処理動作は後ほど詳細に説明する。なお、本実施形態では、第１読出回路１０６、第２読出回路１０７、信号処理部１０８を含めて、補正部が構成されている。

ここで、本実施形態では、第１読出回路１０６と第２読出回路１０７は、同じ回路構成で設計されたものであることが望ましい。信号出力経路で発生するノイズ成分を概略等しくするためである。図１（ｂ）を用いて、第１及び第２読出回路に適用可能な読出回路を説明する。この読出回路は、検出部１００から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路を第１信号配線毎又は第２信号配線毎に対応して設けられている。また、各増幅回路は、出力された電気信号を増幅する積分増幅器１１１と、増幅された電気信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路１１２と、を含む。積分増幅器１１１は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器Ａと、積分容量Ｃｆと、リセットスイッチＲＣと、を有する。積分増幅器２０３は、積分容量Ｃｆの値を変えることで増幅率を変更することが可能である。演算増幅器Ａの反転入力端子には出力された電気信号が入力され、正転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、積分容量Ｃｆが演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子の間に配置される。サンプルホールド回路１１２は、各増幅回路に対応して設けられ、サンプリングスイッチＳＨとサンプリング容量Ｃｈとによって構成される。また読出回路は、各増幅回路からの並列な電気信号を順次出力して直列な画像信号として出力するマルチプレクサ１１３と、出力された画像信号をデジタルな画像データに変換するＡ／Ｄ変換器１１４と、を更に有する。ここで、マルチプレクサ１１３は、出力スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、走査回路であるシフトレジスタＳＲと、バッファアンプＢＡを含むものである。また、リセットスイッチＲＣ、サンプリングスイッチＳＨ、及びマルチプレクサ１１３は、制御部１０６からの制御信号φＲＣ、φＳＨ、及びφＣＬＫに応じてそれぞれ制御される。更に、Ａ／Ｄ変換器１１４も制御部１０６からの制御信号に応じて制御される。

次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の動作を説明する。なお、図２においては、第１読出回路に与えられる各制御信号をそれぞれφＲＣ、φＳＨ、及びφＣＬＫと示し、第２読出回路に与えられる各制御信号をそれぞれφＲＣ’、φＳＨ’、及びφＣＬＫ’と示す。曝射要求信号を受けた制御部１１０からの制御信号を受けて、撮像装置は初期化動作Ｋを行う。ここで、初期化動作とは、変換素子に蓄積動作前の初期のバイアスを与え、変換素子を初期化するための動作である。初期化動作Ｋでは、まず第１読出回路のリセットスイッチにより積分容量及び第１信号配線がリセットされ、第１駆動回路１０４から駆動配線Ｇ１に導通電圧が与えられ、１行目の画素の第１スイッチ素子が導通状態とされる。この第１スイッチ素子の導通により、変換素子が初期化される。その際に変換素子の電荷が第１スイッチ素子により電気信号として出力されるが、本実施形態では第１読出回路１０６のサンプルホールド回路以降の回路を動作させていないため、第１読出回路１０６からその電気信号に応じたデータは出力されない。その後に再び積分容量及び信号配線がリセットされることにより、出力された電気信号は処理される。このような第１スイッチ素子の導通状態の制御とリセットが３行目まで繰り返し行われることにより、検出部１００の初期化がなされる。ここで、初期化動作においては、少なくとも第１スイッチ素子の導通状態の間もリセットスイッチを導通状態に保ちリセットし続けていてもよい。なお、初期化動作Ｋの時間は、１行目の第１スイッチ素子の導通状態開始から３行目の第１スイッチ素子の導通状態終了までの時間である。

次に、撮像装置は、放射線の照射の時間に応じた期間で蓄積動作Ｗを行う。蓄積動作Ｗでは、変換素子１０１にバイアス電圧Ｖｓが与えられた状態で、第１スイッチ素子１０２及び第２スイッチ素子１０３には非導通電圧が与えられており、全ての画素の第１及び第２スイッチ素子は非道通状態とされる。この状態で変換素子１０１に放射線が照射されることにより、変換素子１０１は照射された放射線に応じた電荷を生成する。なお、蓄積動作Ｗの時間は、全ての画素の第１及び第２スイッチ素子が非導通状態となっている時間である。

次に、撮像装置は、蓄積動作Ｗで生成された電荷に基づく電気信号を出力する画像出力動作Ｘを行う。本実施形態の画像出力動作では、積分容量及び第１信号配線がリセットされ、第１駆動回路１０４から第１駆動配線Ｇｔ１に導通電圧が与えられ、１行目の第１スイッチ素子が導通状態とされる。これにより１行目の変換素子で発生された電荷に基づく電気信号が各第１信号配線に出力される。各第１信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ第１読出回路１０６の各積分増幅器で増幅される。制御信号φＳＨによりサンプルホールド回路が動作され、増幅された電気信号はそれぞれ各サンプルホールド回路に並列に保持される。第１スイッチ素子が非導通状態とされ、また電気信号が保持された後、積分容量及び第１信号配線がリセットされる。リセットされた後、１行目と同様に２行目の第１駆動配線Ｇｔ２に導通電圧が与えられ、２行目の第１スイッチ素子が導通状態とされる。２行目の第１スイッチ素子が導通状態とされている期間内に、マルチプレクサがサンプルホールド回路に保持された電気信号を順次出力する。これにより並列に読み出された１行目の画素からの電気信号は直列の画像信号に変換して出力され、Ａ／Ｄ変換器が１行分の画像データに変換して、第１読出回路１０６は画像データを出力する。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の画像データが第１読出回路１０６から出力される。ここで、画像出力動作Ｘは、初期化動作Ｋと同じ時間の長さで同じ動作速度で行われる。なお、画像出力動作Ｘの時間は、１行目の第１スイッチ素子の導通状態開始から３行目の第１スイッチ素子の導通状態終了までの時間である。

そして、本実施形態では、撮像装置は、画像出力動作Ｘを行っている期間に、画素からオフセット補正用の電気信号を出力するオフセット出力動作Ｆを開始する。つまり、本実施形態では、撮像装置は画像出力動作Ｘとオフセット出力動作Ｆとが時間的に一部重なるようにオフセット出力動作Ｆを行う。本実施形態では、２行目の第１スイッチ素子が非導通状態とされ、また積分容量及び第１信号配線がリセットされる期間に、第２読出回路１０７の積分容量及び第２信号配線がリセットされる。そして、３行目の第１スイッチ素子が導通状態とされている期間に、第２駆動回路１０５から第２駆動配線Ｇｏ１に導通電圧が与えられ、１行目の第２スイッチ素子が導通状態とされる。つまり、既に画像信号に係る電気信号が出力された所定画素の第１スイッチ素子が非導通状態である期間で当該所定画素の第２スイッチ素子が導通状態とされる。これにより１行目の変換素子で発生された電荷に基づくオフセット補正用の電気信号が各第２信号配線に出力される。各第２信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ第２読出回路１０７の各積分増幅器で増幅される。制御信号φＳＨ’によりサンプルホールド回路が動作され、増幅された電気信号はそれぞれ各サンプルホールド回路に並列に保持される。第２スイッチ素子が非導通状態とされ、また電気信号が保持された後、積分容量及び第２信号配線がリセットされる。リセットされた後、１行目と同様に２行目の第２駆動配線Ｇｏ２に導通電圧が与えられ、２行目の第２スイッチ素子が導通状態とされる。２行目の第２スイッチ素子が導通状態とされている期間内に、マルチプレクサがサンプルホールド回路に保持された電気信号を順次出力する。これにより並列に読み出された１行目の画素からのオフセット補正用の電気信号は直列の補正用画像信号に変換して出力され、Ａ／Ｄ変換器が１行分の補正用画像データに変換して、第２読出回路１０７はオフセット画像データを出力する。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の補正用画像データが第２読出回路１０７から出力される。ここで、オフセット出力動作Ｆは、初期化動作Ｋ及び画像出力動作Ｘと同じ時間の長さで同じ動作速度で行われる。なお、オフセット出力動作Ｆの時間は、１行目の第２スイッチ素子の導通状態開始から３行目の第２スイッチ素子の導通状態終了までの時間である。

撮像装置がこのような動作を行うことにより、検出部から１フレーム分の画像信号を取得する期間と時間的に一部重なるように、１フレーム分の補正用画像信号を取得することが可能となる。また、画像信号に係る電気信号を生成するときの変換素子の蓄積時間を第１蓄積時間ｗとすると、第１蓄積時間ｗは全ての行で等しくなる。また、オフセット補正用の電気信号を生成するときの変換素子の蓄積時間を第２蓄積時間ｗ’とすると、第２蓄積時間ｗ’も全ての行で等しくなる。オフセットは蓄積時間の長さに依存するため、画像信号に付加されているオフセットは、列方向で異なる蓄積時間による影響を受けることなく、画像信号全体で等しく蓄積時間の影響を受ける。同様に、オフセット補正用の電気信号も列方向で異なる蓄積時間による影響を受けることなく、画像信号全体で等しく蓄積時間の影響を受ける。そのため、信号処理部１０８において行われる、後述するオフセット補正された補正後画像データも、列方向で異なる蓄積時間の影響を受けることがなく、良好な補正を行うことができる。なお、本実施形態では、オフセット出力動作Ｆは画像出力動作Ｘの開始に比べて２行分遅れて開始されているが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば１行分遅れて開始されてもよい。この遅れて開始する遅延時間が短ければ、より短い時間でオフセット画像データを取得することが可能となるが、その分オフセット補正用の電気信号に係る蓄積時間が短くなる。そのため、取得される補正用画像データに含まれる、蓄積時間による影響を受けるオフセットが小さくなってしまう。蓄積時間による影響を受けるオフセットが小さいと、オフセット補正の良好な精度を維持することが困難となる可能性がある。そのため、取得時間と補正精度を鑑みて適宜遅延時間を設定することが好ましい。

次に、図３を用いて本実施形態において信号処理部１０８で行われるオフセット補正を説明する。信号処理部１０８は、第１記憶部３０１と、第２記憶部３０２と、蓄積時間計測部３０３と、特性記憶部３０４と、係数算出部３０５と、補正データ生成部３０６と、補正処理部３０７と、を含む。ここで、第１記憶部３０１が第１読出回路１０６からの画像データを記憶する。また、第２記憶部３０２が第２読出回路１０７からの補正用画像データを記憶する。この第１記憶部３０１及び第２記憶部３０２は、制御部１１０からの制御信号に応じて、記憶したデータを適時出力し得るものである。また、蓄積時間計測部３０３が、制御部１１０からの制御信号に基づいて、第１蓄積時間ｗ及び第２蓄積時間ｗ’を計測し、計測された第１蓄積時間ｗ及び第２蓄積時間を特性記憶部３０４に出力する。特性記憶部３０４は、検出部１００のオフセットの時間特性を記憶しており、第１蓄積時間ｗに対応する第１オフセット特性データＯＤを、また第２蓄積時間ｗ’に対応する第２オフセット特性データＯＤ’を係数算出部３０５に出力する。係数算出部３０５は、第１オフセット特性データＯＤ及び第２オフセット特性データＯＤ’を用いて係数Ｋを算出する。具体例としては、第２オフセット特性データＯＤ’を用いて第１オフセット特性データＯＤを除算することにより、係数Ｋを算出する。係数算出部３０５は、算出された係数Ｋを補正データ生成部３０６に出力する。補正データ生成部３０６は、第２記憶部３０２から取得した補正用画像データと係数Ｋとを用いて演算処理し、オフセット補正データを生成する。具体例としては、補正用画像データに係数Ｋを乗算することにより、オフセット補正データを生成する。補正データ生成部３０６は、生成したオフセット補正データを補正処理部３０７に出力する。補正処理部３０７は、補正データ生成部３０６から取得したオフセット補正データと、第１記憶部３０１から取得した画像データと、を用いてオフセット補正を行う。具体例としては、画像データからオフセット補正データを減算することにより、オフセット補正された補正後画像データを生成する。補正処理部３０７は、生成された補正後画像データを制御コンピュータ（不図示）に出力される。

このような信号処理部１０８によってオフセット補正処理を行うことにより、同じ所定の画素から出力された画像信号となる電気信号とオフセット補正信号となる電気信号とに基づいてオフセット補正を行うことが可能となる。また、画像データに含まれるオフセットの時間特性と補正用画像データに含まれるオフセットの時間特性を概略等しくすることができ、良好なオフセット補正を行うことが可能となる。なお、本実施形態におけるオフセットの時間特性は、画素毎に個別に有していてもよく、また検出部全体の平均値として有していてもよい。

以上説明したように、本発明では、列方向で異なる蓄積時間の影響を受けることがなく、良好なオフセット補正を行うことができる。更に本実施形態では、画像データに含まれるオフセットの時間特性と補正用画像データに含まれるオフセットの時間特性を概略等しくすることができ、更に良好なオフセット補正を行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
図４（ａ）を用いて本発明の第２の実施形態に係る撮像装置を説明する。なお、第１の実施形態と構成と同じものは同じ番号又は符号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。第１の実施形態では、第１読出回路１０６及び第２読出回路１０７から出力されたデジタルデータを用いて信号処理部１０８が補正処理を行っていたが、本実施形態においては、補正部４００がアナログ信号を用いて補正処理を行う。つまり、本実施形態では、第１の実施形態の第１読出回路１０６、第２読出回路１０７、及び信号処理部１０８に代えて補正部４００を用いる。

次に、図４（ｂ）を用いて本実施形態に係る補正部４００を説明する。なお、図４（ｂ）において、オフセット補正用の電気信号に係る演算増幅器、サンプルホールド回路、及びマルチプレクサを構成する回路要素には’を付している。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、第１信号配線ＳＬは積分増幅器１１１と電気的に接続される。一方、第２信号配線ＯＬは、制御部１０６からの制御信号φｇａｉｎに応じて任意に増幅率を変更することが可能な増幅率可変型の積分増幅器４１１と電気的に接続される。また、積分増幅器４１１から出力されたオフセット補正用の電気信号は、第１の実施形態と同様に、サンプルホールド回路１１２に一時保持される。一方、積分増幅器１１１から出力された電気信号は、サンプリングスイッチＳＨｏとサンプリング容量Ｃｈｏを含む奇数行用のサンプルホールド回路、又はサンプリングスイッチＳＨｅとサンプリング容量Ｃｈｅを含む偶数行用サンプルホールド回路に一時保持される。ここで、複数行用サンプルホールド回路４１２は奇数行用サンプルホールド回路及び偶数行用サンプルホールド回路を含む。つまり、本実施形態では、第１スイッチ素子から出力される電気信号に対して複数のサンプルホールド回路が準備されており、制御部からの制御信号により複数のサンプルホールド回路の１つに選択的に保持され得る構成となっている。それにより、所定行分遅延させて画像信号を出力することが可能となる。また本実施形態では、並列なオフセット補正用の電気信号は、シフトレジスタＳＲ’によって走査され得る出力スイッチＳＷ’１〜ＳＷ’３を介して直列な補正用画像信号に変換される。一方、変換された電荷に係る並列な電気信号は、シフトレジスタＳＲｏによって走査され得る奇数行用出力スイッチＳＷｏ１〜ＳＷｏ３と、シフトレジスタＳＲｅによって走査され得る偶数行用出力スイッチＳＷｅ１〜ＳＷｅ３を介して直列な画像信号に変換される。そして、画像信号と補正用画像信号とを差分増幅する差分増幅器ＤＡが設けられ、差分処理された画像信号がＡ／Ｄ変換器１１４に入力される。つまり、本実施形態では、奇数行用マルチプレクサ４１３ａは、奇数用出力スイッチＳＷｏ１〜ＳＷｏ３を含み、偶数行用マルチプレクサ４１３ｂは、偶数行用出力スイッチＳＷｅ１〜ＳＷｅ３を含む。また、補正用マルチプレクサ４１３ｃは、出力スイッチＳＷ’１〜ＳＷ’３を含む。そしてマルチプレクサ４１３は、奇数行用マルチプレクサ４１３ａ、偶数行用マルチプレクサ４１３ｂ、補正用マルチプレクサ４１３ｃ、及び差分回路である差動増幅器ＤＡを含む。そして制御部１１０は、各マルチプレクサの動作を制御する。

次に、図５を用いて本実施形態に係る撮像装置の動作を説明する。なお、図５に示す本実施形態の初期化動作Ｋ及び蓄積動作Ｗは、図２に示す第１の実施形態の動作と同じであり、また、その他でも同じ動作は説明を割愛する。

本実施形態の画像出力動作では、１行目の変換素子で発生された電荷に基づく電気信号が各第１信号配線及び各積分増幅器１１１を介して並列に出力され、制御信号φＳＨｏにより動作された奇数行用サンプルホールド回路に並列に保持される。また、２行目の変換素子で発生された電荷に基づく電気信号が各第１信号配線及び各積分増幅器１１１を介して並列に出力され、制御信号φＳＨｅにより動作された偶数行用サンプルホールド回路に並列に保持される。その後、３行目の第１駆動配線Ｇｔ３に導通電圧が与えられ、３行目の第１スイッチ素子が導通状態とされる。３行目の第１スイッチ素子が導通状態とされている期間内に、奇数行用マルチプレクサ４１３ａが奇数行用サンプルホールド回路に保持された電気信号を順次出力する。これにより並列に読み出された１行目の画素からの電気信号は直列の画像信号に変換され差動増幅器ＤＡの一方の端子に出力される。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の画像信号が差動増幅器ＤＡの一方の端子に出力される。

ここで、第１の実施形態と同様に撮像装置は、画像出力動作Ｘを行っている期間に、画素からオフセット補正用の電気信号を出力するオフセット出力動作Ｆを開始する。本実施形態では、２行目の第１スイッチ素子が導通状態とされている期間に、第２駆動回路１０５から第２駆動配線Ｇｏ１に導通電圧が与えられ、１行目の第２スイッチ素子が導通状態とされる。これにより１行目の変換素子で発生された電荷に基づくオフセット補正用の電気信号が各第２信号配線に出力される。各第２信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ増幅率可変型の積分増幅器４１１で増幅される。ここで、制御部１１０は第１の実施形態と同様にオフセットの時間特性に基づいて、制御信号φｇａｉｎにより積分増幅器４１１の増幅率を好適な値に制御する。つまり、本実施形態における制御部１１０は、第１の実施形態の蓄積時間計測部３０３と特性記憶部３０４と係数算出部３０５の機能を有しており、制御信号φｇａｉｎにより好適に積分増幅器４１１の増幅率を制御可能な構成となっている。制御信号φＳＨ’によりサンプルホールド回路１１２’が動作され、増幅された電気信号はそれぞれ各サンプルホールド回路１１２’に並列に保持される。つまり２行目の変換素子からの電気信号を読み出すのと同時に１行目の変換素子からオフセット補正用の電気信号が出力される。その後、奇数行用マルチプレクサ４１３ａが１行目の画像信号を出力する期間に、補正用マルチプレクサ４１３ｃがサンプルホールド回路に保持された１行目の電気信号を順次出力する。ここで、補正用マルチプレクサ４１３ｃは、奇数行用マルチプレクサ４１３ａと同期して同じ順番で同じ列の出力スイッチを選択する。これにより並列に読み出された１行目の画素からのオフセット補正用の電気信号は直列の補正用画像信号に変換され、画像信号と同期して差動増幅器ＤＡの他方の端子に出力される。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、画像信号と同時に１フレーム分のオフセット画像信号が差動増幅器ＤＡの他方の端子に出力される。

このような動作を行うことにより、同じ所定の画素から出力された画像信号となる電気信号とオフセット補正信号となる電気信号とが、概略同時に差動増幅器ＤＡに入力される。そして、差動増幅器ＤＡで差分処理されてオフセット補正処理がなされ、オフセット補正処理された補正後画像信号がＡ／Ｄ変換器１１４に出力され、Ａ／Ｄ変換器１１４から補正後画像データが出力される。

本実施形態では、更に、撮像装置の構成を第１の実施形態より簡略化することが可能となる。また、第１の実施形態より信号処理を簡略に行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
図６を用いて本発明の第３の実施形態に係る撮像装置を説明する。なお、第２の実施形態と構成と同じものは同じ番号又は符号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。本実施形態では、ＰＩＮ型フォトダイオードが用いられた変換素子１０１に代えて、ＭＩＳ型の光電変換素子を含む変換素子６０１を用いている。また、各画素Ｐ’が、ＭＩＳ型の光電変換素子のリフレッシュを行うための第３スイッチ素子６０２を更に有している。各画素の第３スイッチ素子６０２は、リフレッシュ配線ＲＬを介して、リフレッシュ用電圧Ｖｒを与えるためのリフレッシュ電源６０３に共通に接続される。また、本実施形態では、行方向の複数の第３スイッチ素子６０２は、それらの制御端子が第３駆動配線Ｇｒに行単位で共通に電気的に接続されている。そして、第１スイッチ素子と同様に、第１駆動回路６０４から第３スイッチ素子１０２の導通状態を制御する第３駆動信号が第３駆動配線Ｇｒを介して行単位で与えられる。

次に、図７を用いて本実施形態に係る撮像装置の動作を説明する。なお、図７に示す本実施形態の蓄積動作Ｗは、先の実施形態の動作と同じであり、また、その他でも第２の実施形態と同じ動作は説明を割愛する。

本実施形態の初期化動作及び画像出力動作において、積分容量及び第１信号配線がリセットされ、第１駆動回路６０４から第１駆動配線Ｇｔに導通電圧が与えられ、第１スイッチ素子が導通状態とされる。これにより所定行の変換素子で発生された電荷に基づく電気信号が各第１信号配線に出力される。各第１信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ各積分増幅器で増幅される。制御信号φＳＨｏ又はφＳＨｅにより奇数行用又は偶数行用のサンプルホールド回路が動作され、増幅された電気信号はそれぞれ各サンプルホールド回路に並列に保持される。増幅された電気信号が保持された後、第１スイッチ素子が導通状態のままで、積分容量及び第１信号配線のリセットが開始され、第１駆動回路６０４から第３駆動配線Ｇｒに導通電圧が与えられ、第３スイッチ素子が導通状態とされる。これにより変換素子６０１がリフレッシュされる。そして第３スイッチ素子が非導通状態とされた後、リセットが終了し、その後第１スイッチ素子が非導通状態とされる。オフセット出力動作においても同様に、積分容量及び第１信号配線がリセットされ、第２駆動回路１０５から第１駆動配線Ｇｏに導通電圧が与えられ、第１スイッチ素子が導通状態とされる。これにより所定行の変換素子で発生された電荷に基づくオフセット補正用の電気信号が各第２信号配線に出力される。各第２信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ増幅率可変型の積分増幅器で増幅される。制御信号φＳＨ’によりサンプルホールド回路が動作され、増幅された電気信号はそれぞれ各サンプルホールド回路に並列に保持される。増幅された電気信号が保持された後、第２スイッチ素子が導通状態のままで、積分容量及び第２信号配線のリセットが開始され、第２駆動回路１０５から第２駆動配線Ｇｒに導通電圧が与えられ、第３スイッチ素子が導通状態とされる。これにより変換素子６０１がリフレッシュされる。そして第３スイッチ素子が非導通状態とされた後、リセットが終了し、その後第２スイッチ素子が非導通状態とされる。

本実施形態では、ＭＩＳ型光電変換素子を用いた場合でも、フレームレートを大幅に低減することなく補正用画像データを取得して良好なオフセット補正を行うことが可能な撮像装置を提供することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、図８に本発明の撮像装置を用いた移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図８は、動画／静止画の撮影が可能な可搬型の撮像装置を用いた撮像システムの概念図である。図８において、８００は放射線発生装置、８０１は撮像装置を保持可能な保持部として機能するＣ型アーム、８０２は放射線発生装置８００、撮像装置、及びＣ型アーム８０１を移動可能にする台車である。また、８０３は被検体８０４を載せるための寝台、８０５はそれらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置、８０６は撮像装置で得られた画像信号の表示が可能な表示装置である。制御装置８０５は、制御コンピュータや制御卓、放射線制御装置等を有しており、また撮像装置で得られた画像信号を画像処理して表示装置８０６等に伝送することも可能である。また、制御装置８０５による画像処理により生成された画像データは、電話回線等の伝送手段により遠隔地へ転送することができる。それにより、遠隔地の医師が転送された画像データに基づく画像を診断することが可能となる。また、伝送された画像データをフィルムに記録することや光ディスク等の保存手段に保存することも可能である。

ただし、撮像装置をＣ型アーム８０１から取り外し可能な構成とし、Ｃ型アーム８０１の放射線発生装置８００とは別の放射線発生装置を用いて撮影を行ってもよい。

以上のように本発明の撮像装置を放射線撮像システムへ適用することで、所望のフレーム時間を達成しつつ良好なＳ／Ｎ比の画像信号を取得することが可能となる。なお、第１の実施形態の信号処理部１０８及び制御部１１０は制御装置８０５内に含まれる形態でも良い。

なお、本発明において、制御部１１０の処理ステップは、制御部１１０が有するコンピュータがプログラムを実行することによって実現してもよい。その際、ルックアップテーブルＬＵＴ及びプログラムは、制御部１１０に記憶される。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びコンピュータプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

１００ 検出部
１０１ 変換素子
１０２ 第１スイッチ素子
１０３ 第２スイッチ素子
１０４ 第１駆動回路
１０５ 第２駆動回路
１０６ 第１読出回路
１０７ 第２読出回路
１０８ 信号処理部
１０９ バイアス電源
１１０ 制御部
１１１ 積分増幅器
１１２ サンプルホールド回路
１１３ マルチプレクサ
１１４ Ａ／Ｄ変換器

Claims (10)

1. 放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に応じて電気信号を出力する第１スイッチ素子と、前記変換素子に電気的に接続されて補正用の電気信号を出力する第２スイッチ素子と、を含む画素が行列状に複数配置された検出部と、
   所定の画素の前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号と、前記所定の画素の前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号と、に基づいて補正処理を行う補正部と、
   前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に基づく画像信号を取得する期間と、前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号に基づく補正用画像信号を取得する期間と、が時間的に一部重なるように、且つ、前記画像信号に係る電気信号が出力された所定の画素の前記第１スイッチ素子が非導通状態である期間で前記所定の画素の前記第２スイッチ素子が導通状態とされるように、前記検出部の動作を制御する制御部と、
   を含む撮像装置。
2. 前記補正部は、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に基づいて画像データを出力する第１読出回路と、前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号に基づいて補正用画像データを出力する第２読出回路と、前記画像データと前記補正用画像データとに基づいて補正処理を行う信号処理部と、を有し、
   前記制御部は、前記所定の画素より後に前記第１スイッチ素子が導通状態とされる他の画素の前記第１スイッチ素子が導通状態である期間に前記所定の画素の前記第２スイッチ素子が導通状態とされるように、前記検出部の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記信号処理部は、前記画像データを記憶する第１記憶部と、前記補正用画像データを記憶する第２記憶部と、前記画像データに応じた第１蓄積時間と前記補正用画像データに応じた第２蓄積時間とを計測する蓄積時間計測部と、前記検出部のオフセットの時間特性を記憶しており前記第１蓄積時間に対応する第１オフセット特性データと前記第２蓄積時間に対応する第２オフセット特性データとを出力する特性記憶部と、前記第１オフセット特性データと前記第２オフセット特性データとを用いて係数を算出する係数算出部と、前記補正用画像データと前記係数とを用いて補正データを生成する補正データ生成部と、前記画像データと前記補正データとを用いて補正処理を行う補正処理部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記係数算出部は、前記第２オフセット特性データを用いて前記第１オフセット特性データを除算することにより前記係数を算出し、前記補正データ生成部は、前記補正用画像データに前記係数を乗算することにより前記補正データを生成し、前記補正処理部は、前記画像データから前記補正データを減算することにより、補正後画像データを生成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記補正部は、前記画像信号と前記補正用画像信号とを差分処理する差分回路を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記補正部は、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に対して複数のサンプルホールド回路を備えており、
   前記制御部は、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号を前記複数のサンプルホールド回路の１つに選択的に保持するよう制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記補正部は、前記第２スイッチ素子によって出力された電気信号に対して増幅率を変更することが可能な増幅器を備えており、
   前記制御部は、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に対応する第１蓄積時間と、前記オフセット補正用の電気信号に対応する第２蓄積時間と、に基づいて、前記増幅器の増幅率を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
8. 前記補正部は、前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号に対応するマルチプレクサと、前記補正用の電気信号に対応する補正用マルチプレクサと、を備えており、
   前記制御部は、所定の画素の前記第１スイッチ素子によって出力された電気信号と、前記所定の画素の前記第２スイッチ素子によって出力されたオフセット補正用の電気信号と、が前記差分回路に同時に出力されるように、前記補正部を制御することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１スイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御する第１駆動回路と、前記第２スイッチ素子の導通状態及び非導通状態を制御する第２駆動回路と、を更に有し、
   前記制御部は、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路に制御信号を与えることにより前記検出部の動作を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の制御を行う制御装置と、
    を含む撮像システム。

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