JPH10260259A

JPH10260259A - 画像入出力装置

Info

Publication number: JPH10260259A
Application number: JP9064290A
Authority: JP
Inventors: Akira Konno; 晃金野; Takayuki Tomizaki; 隆之富崎; Kohei Suzuki; 公平鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JP3559420B2

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像装置で撮像した画像をリアルタイムで表
示装置に表示するとともに、スイッチング素子のリーク
電流に基づく固定パターン雑音等を低減する。【解決手段】マトリクス状に設けられた複数の光電変
換素子と、複数の光電変換素子に対応してマトリクス状
に設けられた複数のスイッチング素子と、複数のスイッ
チング素子を行又は列方向に走査するための複数の走査
線と、光電変換素子で光電変換された信号をスイッチン
グ素子を介して読み出すための複数の信号線とを有する
撮像装置１と、撮像装置１から出力される撮像信号を記
憶する記憶装置３と、記憶装置３に記憶された撮像信号
に基づいて表示を行う表示装置２と、撮像装置１におけ
る撮像タイミングと表示装置２における表示タイミング
との同期を調整する同期調整回路６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば医療用Ｘ線
診断装置等に用いる画像入出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療分野においては、治療を迅速
的確に行うために、患者の医療データをデータベース化
する方向へと進んでいる。Ｘ線撮影の画像データについ
てもデータベース化の要求があり、Ｘ線撮影画像のディ
ジタル化が望まれている。

【０００３】このような装置として、アモルファスシリ
コン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）を用いた撮像
装置が提案されている（例えばＵＳＰ４６８９４８
７）。以下、この撮像装置について、図９を参照して説
明をする。

【０００４】各画素８１はａ−ＳｉＴＦＴ８２、光電変
換素子８３及び画素容量８４で構成され、このように構
成された画素８１がアレイ状（例えば、横２０００×縦
２０００）に配列されている。光電変換素子８３には電
源８５からバイアス電圧が印加されている。ａ−ＳｉＴ
ＦＴ８２には信号線８６及び走査線８７が接続されてお
り、シフトレジスタ８８からなる走査線駆動回路によっ
てａ−ＳｉＴＦＴ８２のオン・オフが制御される。ま
た、各信号線８６の終端は信号検出用の増幅器８９に接
続されている。

【０００５】光が入射すると光電変換素子８３に電流が
流れ、画素容量８４に電荷が蓄積される。そして、走査
線駆動回路８８で各走査線８７を順次走査することによ
り、走査された走査線に接続されている全てのＴＦＴ８
２をオン状態にすると、蓄積された電荷は信号線８６を
通って増幅器８９側に転送される。画素に入射する光の
量によって電荷量が異なり、増幅器８９の出力振幅が変
化するため、撮像対象物に応じた画像がＣＲＴ等に表示
される。

【０００６】上記の方式では、増幅器８９の出力信号を
Ａ／Ｄ変換することで直接ディジタル画像にすることが
できる。また、画素領域はノート型パソコンに使用され
ているＴＦＴＬＣＤ（薄膜トランジスタ液晶ディスプレ
イ）と同様の構造であり、薄型で大画面のものが容易に
作製可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線撮像装置では、弱
いＸ線を照射しながら患部の様子を見る動画表示が必要
である（例えば心臓の動きを見る場合）。この場合、Ｘ
線撮像装置で取り込んだ画像はリアルタイムでモニタに
表示することになる。モニタでは、電子ビームが画面の
左上から右下に向かって順次走査され、一つの画面が構
成される。次画面を表示するためには、右下の画素を表
示した後に左上まで電子ビームを移動させる垂直同期期
間が必要となる。例えばＮＴＳＣ方式のテレビ信号の場
合、走査線数５２５本のうち４８３本が有効表示期間と
なり、残りの４２本が垂直同期期間となる。Ｘ線撮像装
置で取り込んだ画像をリアルタイムでモニタに表示する
場合、撮像装置とモニタとの間の同期をとる必要がある
ため、撮像装置の駆動においてもこのような垂直同期期
間を設けることになる。

【０００８】ところで、ａ−ＳｉＴＦＴを用いたＸ線撮
像装置では、ＴＦＴのリーク電流が問題となる。ＴＦＴ
のソース・ドレイン間に電位差がある場合、ＴＦＴのオ
フ時に微少（１０^-11 〜１０^-14 Ａ程度）の電流が流れ
るため、画素に蓄積されている電荷が信号線に漏れてし
まい、信号レベルの低下や固定パターン雑音の原因とな
る。画素に蓄積されている信号電荷量は最大でも数ｐＣ
〜数十ｐＣ程度、最小の信号電荷量としては数ｆｃ程度
となる。リーク電流による雑音は最小電荷量と同程度に
なる可能性があり、リーク電流は表示画質に悪影響を及
ぼすことになる。

【０００９】リーク電流は有効表示期間、垂直同期期間
を問わず常に発生する。また、リーク電流は画素に蓄積
される電荷量によって変化する。図９において、増幅器
８９には任意の信号線に接続されているＴＦＴからのリ
ーク電流（電荷）が全て蓄積される。この時、全画素に
同じ光が常に入射されているとすると、画素に蓄積され
ている電荷量は、読み出されている画素の１ライン前
（すなわち前タイミングで読み出し完了）の電荷量が最
も少なく、逆に読み出し画素の１ライン後（すなわち１
タイミング後に読み出す画素）の電荷量が最も多いとい
うことになる。したがって、リーク電流は１ライン前で
最低で１ライン後が最大となる。

【００１０】ところで、垂直ブランキング期間がある場
合、この部分には常に蓄積電荷０、リーク電流０の画素
があるとみなすことができる。この部分のリーク電流は
常に０であるから、画素の読み出す位置によってリーク
電流の総和が異なってくる。すなわち、図１０のよう
に、垂直ブランキング期間直後の読み出しと直前の読み
出しでは、そのときの画素からのリーク電流の総和が異
なってしまい、画面の上下で信号レベルに差が出てしま
う。したがって、表示装置の表示方式としてＮＴＳＣ方
式等の垂直同期期間（垂直ブランキング期間）を有する
方式を用いた場合、ＴＦＴのリーク電流によって固定パ
ターン雑音が増大するという問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、撮像装置で撮像した画像
をリアルタイムで表示装置に表示するとともに、ＴＦＴ
等のスイッチング素子のリーク電流に基づく固定パター
ン雑音等を低減することが可能な画像入出力装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明における画像入出
力装置は、光電変換素子（この光電変換素子マトリクス
状に設けられた方が好ましい）と、この光電変換素子に
対応してマトリクス状に設けられた複数のスイッチング
素子と、これら複数のスイッチング素子を行又は列方向
に走査するための複数の走査線と、前記光電変換素子で
光電変換された信号を前記スイッチング素子を介して読
み出すための複数の信号線とを有する撮像手段と、前記
撮像手段から出力される撮像信号を記憶する記憶手段
と、前記記憶手段に記憶された撮像信号に基づいて表示
を行う表示手段と、前記撮像手段における撮像タイミン
グ（撮像手段における走査タイミング）と前記表示手段
における表示タイミング（表示手段における走査タイミ
ング）との同期を調整する同期調整手段とを有すること
を特徴とする画像入出力装置。

【００１３】前記同期調整手段は、前記撮像手段におけ
る垂直同期期間が前記表示手段における垂直同期期間よ
りも短くなるよう、前記撮像手段における撮像タイミン
グと前記表示手段における表示タイミングとの同期を調
整するものであることが好ましい。この場合、撮像手段
には垂直同期期間を設けないようにしてもよい。

【００１４】前記構成によれば、撮像手段における撮像
タイミングと表示手段における表示タイミングとの同期
を調整する同期調整手段を設けたので、撮像手段におけ
る垂直同期期間を短くする（垂直同期期間がゼロの場合
も含む）ことが可能となり、ＴＦＴ等のスイッチング素
子のリーク電流に基づく固定パターン雑音等が低減さ
れ、ダイナミックレンジの改善をはかることができると
ともに、撮像手段で撮像した画像をリアルタイムで表示
手段に表示することができる。

【００１５】前記構成において、撮像手段における垂直
同期期間は、１画面表示期間（１フレーム）の５％以下
であることが好ましい。５％以下にすることにより、表
示画面の上下方向の輝度レベルの差が少なくなるので、
例えば医療用Ｘ線診断装置に用いた場合には、患部の診
断結果を表示画面上において肉眼で十分把握することが
可能となる。

【００１６】例えば、撮像手段の走査線を５２５本、１
ラインの読み出し時間を５７ｍｓとし、ＴＦＴのオフ抵
抗を１．５×１０¹⁵Ω、画素の最大蓄積電荷を１０ｐｃ
とした場合、垂直同期期間５％（２６ライン）とする
と、画面上下でのリーク電流の差は１．１ｆｃとなる。
最小信号電荷量を７ｆｃとすると、約１６ｄＢのダイナ
ミックレンジが確保できる。

【００１７】同様に、垂直同期期間を３％（１６ライ
ン）、１％（５ライン）にした場合の画面上下でのリー
ク電荷の差は、それぞれ０．９ｆｃ、０．５ｆｃとな
り、ダイナミックレンジはそれぞれ１８ｄＢ、２３ｄＢ
となる。この値は、５％時と比較してそれぞれ２０％、
１１０％感度が向上したことを意味し、表示画面での診
断をさらに容易にする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て説明する。まず、本発明の第１実施形態について、図
１〜図６を参照して説明する。図１は、画像処理装置の
全体構成を示したブロック図であり、例えば医療用Ｘ線
診断装置に用いられるものである。この画像処理装置
は、撮像装置１、表示装置２、記憶装置３、撮像側信号
処理回路４、表示側信号処理回路５、同期調整回路６か
ら構成されている。

【００１９】撮像装置１には、図２に示すように、複数
の信号線１１（Ｓ₁ 〜Ｓ_m ）及び複数の走査線１２（Ｇ
₁ 〜Ｇ_n ）が配置されており、信号線Ｓ₁ 〜Ｓ_m と走査
線Ｇ₁ 〜Ｇ_n の各交差部には画素１３（ｅ_i,j ）がマト
リクス状に配置されている。一つの画素（ｅ_i,j ）は、
図３に示すように、アモルファスシリコンを用いた薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）１４、積層構造の光電変換膜を
用いた光電変換素子１５及び画素容量１６によって構成
されている。

【００２０】薄膜トランジスタ１４のドレイン電極は信
号線Ｓ_i に、ゲ一卜電極は走査線Ｇ_j に、それぞれ接続
されている。また、光電変換素子１５の一方の電極は薄
膜トランジスタ１４のソース電極に、他方の電極はバイ
アス電源に、それぞれ接続されている。

【００２１】信号線Ｓ₁ 〜Ｓ_m は信号検出用増幅回路１
７に接続されており、走査線Ｇ₁ 〜Ｇ_n は走査線駆動回
路１８に接続されている。走査線Ｇ₁ 〜Ｇ_n を順次
“Ｈ”レベルにすることにより、“Ｈ”レベルになった
走査線に接続された薄膜トランジスタ１４がオン状態と
なり、各画素に蓄積されている電荷が信号線Ｓ₁ 〜Ｓ_m
を通して信号検出用増幅回路１７に転送される。

【００２２】走査線駆動回路１８は、図４に示すよう
に、一般的なアクティブマトリクス型液晶表示装置に用
いる駆動回路と類似した構成であり、シフトレジスタ２
１及びアナログスイッチ２２を用いて構成されている。
シフトレジスタ２１によりクロック信号ＣＰＶの立ち上
がりのタイミングでスタート信号ＳＴＶを順次シフトさ
せ、アナログスイッチ２２を順次オン状態にして走査線
Ｇ₁ 〜Ｇ_n に“Ｈ”レベル信号を順次供給する。この駆
動において、最後の走査線Ｇ_n を走査した直後にスター
ト信号ＳＴＶを供給すれば、垂直同期期間を設けること
なく最初の走査線Ｇ₁ の走査が可能である。

【００２３】同期調整回路６は、図５に示すように、分
周器３１及び３２、信号発生回路３３、３４及び３５か
ら構成されている。以下、この同期調整回路６の動作
を、図６に示したタイミングチャートを参照して説明す
る。

【００２４】分周器３１及び３２は、マスタクロックＭ
_clk を分周して撮像装置１側及び表示装置２側それぞれ
に対するクロックＣ_xray及びＣ_moniを生成する。例え
ば、撮像装置１側をＶＧＡ相当（６４０dot ×４８０Ｈ
×２９．９７frame/sec ）、表示装置２側をＮＴＳＣ相
当（９１０dot ×５２５Ｈ×２９．９７frame/sec ）で
駆動すると仮定とすると、マスタクロックＭ_clk を１９
５．４９ＭＨｚに、撮像側分周器３１の分周比を１５０
／３１８５（約９．２ＭＨｚに相当）に、表示側分周器
３２の分周比を１５０／１０２４（約１４．３ＭＨｚに
相当）にすることにより、撮像装置側クロックＣ_xray及
び表示装置側クロックＣ_moniを生成することができる。

【００２５】信号発生回路３３及び３５は、撮像装置側
クロックＣ_xray及びＳＹＮＣ信号によって、撮像装置側
制御信号であるスタート信号ＳＴ_xray、イネーブル信号
ＥＮＢ_xray、走査線駆動信号であるＣＰＶ、ＳＴＶを生
成する。同様に、信号発生回路３４は、表示装置側クロ
ックＣ_moni及びＳＹＮＣ信号によつて、表示装置側制御
信号であるスタート信号ＳＴ_moni、イネーブル信号ＥＮ
Ｂ_moniを生成する。これらの信号によって、撮像装置１
から読み出された垂直同期期間のない画像信号を、表示
装置２で表示可能な垂直同期期間のある画像信号に変換
することができる。

【００２６】撮像装置側信号Ｃ_xray、ＳＴ_xray及びＥＮ
Ｂ_xrayによって撮像装置１から出力された信号の中か
ら、画像情報のみを記憶装置３に書き込む。撮像装置１
では基本的に垂直ブランキング期間のない駆動をしてい
るため、ＥＮＢ_xrayは必要とせず、撮像装置１からの画
像信号を記憶装置３にそのまま書き込んでいる。撮像装
置側信号Ｃ_xray、ＳＴ_xray及びＥＮＢ_xrayによってある
程度（例えば１フレーム分）の画像を記憶回路３に書き
込んだ後、書き込まれた画像は表示装置側信号Ｃ_moni、
ＳＴ_moni及びＥＮＢ_moniによって表示装置１側に読み出
される。表示装置１で必要な垂直同期期間及び水平同期
期間は、ＥＮＢ_moni信号の“Ｈ”レベル期間を制御する
ことによつて付加される。

【００２７】撮像側信号処理回路４は撮像装置１からの
信号を、表示側信号処理回路５は記憶装置３からの信号
をそれぞれ処理し、次段へ出力する。すなわち、撮像側
信号処理回路４では、撮像装置１からのアナログ信号を
Ａ／Ｄ変換し、線順次信号から点順次信号へと変換す
る。これは、撮像装置１の駆動が線順次走査であり、表
示装置２の駆動が点順次走査であることから、信号フオ
ーマットを変更する必要があるためである。また、表示
側信号処理回路５ではＤ／Ａ変換を行うが、表示装置２
の入力がディジタル信号の場合はディジタル信号のまま
出力する。

【００２８】図７は、本発明の第２実施形態の構成を示
したブロック図である。なお、基本的な構成や動作等に
ついては第１実施形態と同様であり、対応する構成要素
には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００２９】本第２実施形態では、記憶装置３をＦＩＦ
Ｏ（First-In First-Out）で構成している。ＦＩＦＯで
は、撮像装置側制御信号Ｃ_xray、ＳＴ_xray及びＥＮＢ
_xray並びに表示装置側信号Ｃ_moni、ＳＴ_moni及びＥＮＢ
_moniを直接入力し、画像信号の書き込み及び読み出しを
行う。

【００３０】図８は、本発明の第３実施形態の構成を示
したブロック図である。なお、基本的な構成や動作等に
ついては第１実施形態と同様であり、対応する構成要素
には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３１】本第３実施形態では、記憶装置３をスタテ
ィックＲＡＭ５１ａ及び５１ｂで構成している。記憶装
置３をＲＡＭ５１ａ及び５１ｂで構成した場合、ＲＡＭ
のアドレスを発生するアドレス回路５２ａ及び５２ｂを
必要とする。また、ＲＡＭ５１ａ及び５１ｂに対する書
き込み用及び読み出し用の２バンクを必要とする。以
下、本実施形態の動作を説明する。

【００３２】第１フレームにおいて、ＲＡＭ５１ａは撮
像装置１からの画像信号の書き込み用に設定し、ＲＡＭ
５１ｂは表示装置２への信号の読み出し用に設定する。
設定は動作は、信号ＯＥ１及びＯＥ２によって行う。こ
の時、ＤＦＦ５３ａ及びＤＦＦ５３ｄがイネーブル状態
に、ＤＦＦ５３ｂ及びＤＦＦ５３ｃがディゼーブル状態
になる。ＲＡＭ５１ａに第１フレームの画像を書き込ん
だ後、第２フレームでは第１フレームとは逆に、ＲＡＭ
５１ａが読み出し用に設定され、ＲＡＭ５１ｂが書き込
み用に設定される。ＤＦＦ５３ａ〜５３ｄもそれぞれ逆
の状態に設定される。そして、ＲＡＭ５１ａでは第１フ
レームの画像を表示装置側へ読み出し、ＲＡＭ５１ｂで
は第２フレームの画像を書き込む。このような動作を１
フレーム毎に繰り返すことにより、撮像装置１からの画
像をリアルタイムで表示装置２に表示することが可能と
なる。これらの動作において、ＲＡＭ５１ａに与えるア
ドレスとＲＡＭ５１ｂに与えるアドレスとは一致させる
必要はない。書き込み側と読み出し側のアドレスのタイ
ミングを変えることにより、表示装置側に垂直同期期間
を付加させる。

【００３３】なお、上記各実施形態では撮像装置に垂直
同期期間を設けていないが、垂直同期期間を付加するよ
うにしてもよい。この場合、撮像装置における垂直同期
期間が表示装置における垂直同期期間よりも短いことが
好ましい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
内において種々変形して実施可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、撮像手段における撮像
タイミングと表示手段における表示タイミングとの同期
を調整する同期調整手段を設けたので、撮像手段におけ
る垂直同期期間を短くする（ゼロの場合も含む）ことが
可能となり、スイッチング素子のリーク電流に基づく固
定パターン雑音等が低減され、ダイナミックレンジの改
善をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成例を示したブロッ
ク図。

【図２】図１の撮像装置の構成例を示した図。

【図３】図２の１画素の構成例を示した図。

【図４】図２の走査線駆動回路の構成例を示した図。

【図５】図１の同期調整回路の構成例を示した図。

【図６】図５の同期調整回路の動作を説明するためのタ
イミングチャート。

【図７】本発明の第２実施形態の構成例を示したブロッ
ク図。

【図８】本発明の第３実施形態の構成例を示したブロッ
ク図。

【図９】従来技術の構成例を示した図。

【図１０】画面上下でリーク電流が異なる様子を示した
図。

【符号の説明】

１…撮像手段２…表示手段３…記憶手段６…同期調整手段１１…信号線１２…走査線１４…スイッチング素子１５…光電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換素子と、この光電変換素子に対
応してマトリクス状に設けられた複数のスイッチング素
子と、これら複数のスイッチング素子を行又は列方向に
走査するための複数の走査線と、前記光電変換素子で光
電変換された信号を前記スイッチング素子を介して読み
出すための複数の信号線とを有する撮像手段と、前記撮像手段から出力される撮像信号を記憶する記憶手
段と、前記記憶手段に記憶された撮像信号に基づいて表示を行
う表示手段と、前記撮像手段における撮像タイミングと前記表示手段に
おける表示タイミングとの同期を調整する同期調整手段
とを有することを特徴とする画像入出力装置。
【請求項２】前記同期調整手段は、前記撮像手段にお
ける垂直同期期間が前記表示手段における垂直同期期間
よりも短くなるよう、前記撮像手段における撮像タイミ
ングと前記表示手段における表示タイミングとの同期を
調整するものであることを特徴とする請求項１に記載の
画像入出力装置。