JPH11318876A - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 注目領域の画像にいわゆる白飛び現象や黒つ
ぶれ現象を発生させずに、適切なＸ線画像が得られるＸ
線撮像装置を提供する。 【解決手段】 注目領域の画像中の黒つぶれ部分の面積
の割合が所定の値以下となるように、Ｘ線管１１からの
Ｘ線曝射量を制御し、また注目領域の画像中の白飛び部
分の面積の割合が所定の値以下となるように、映像信号
用の可変利得増幅器２２の利得を制御し、さらに撮像素
子１８の出力が飽和しないように、撮像部１７に照射さ
れる光量や撮像素子１８の露光時間を制御することによ
り、注目領域の画像中に白飛び現象や黒つぶれ現象が発
生せず、適切なＸ線画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被写体を透過し
たＸ線像を映像信号に変換することのできるＸ線撮像装
置に関し、特にＸ線曝射量や映像信号用増幅器の増幅率
などを映像信号を利用して制御しようとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線撮像装置は、Ｘ線管から出力され、
被写体を透過したＸ線像をイメージインテンシファイア
で可視光学像に変換し、その光学像を撮像部にて撮像し
て映像信号を得る。このＸ線撮像装置では、Ｘ線の曝射
量、撮像部に照射される光量、撮像部内にある撮像素子
の露光時間、および撮像部内にある映像信号用増幅器の
利得等を調整することにより、適切な信号レベルを得て
表示装置に画像を表示させている。

【０００３】これらの調整は自動制御により行われるこ
ともある。たとえば、イメージインテンシファイアと撮
像部の間に存在する光学系にフォトピックアップを設
け、このフォトピックアップの出力を用いてＸ線曝射量
をフィードバック制御し、適切なＸ線曝射量を得る、と
いうものである。また、撮像部の映像信号レベルの平均
値やピーク値を求め、その値によって撮像部に照射され
る光量や撮像素子の露光時間や映像信号用増幅器の利得
などを、フィードバック制御して適切な信号レベルを得
る、という方法もある。

【０００４】このように、フォトピックアップの出力や
撮像部の映像信号レベルの平均値やピーク値などを用い
て、Ｘ線の曝射量、撮像部に照射される光量、撮像部内
にある撮像素子の露光時間、および撮像部内にある映像
信号用増幅器の利得等を調整していた。

【０００５】しかしながら、イメージインテンシファイ
アのダイナミックレンジは、例えば１２０ｄＢ程度であ
るのに対し、撮像部のそれは例えば７０ｄＢ程度と差が
ある。また、撮像部内の映像信号処理回路には、電源電
圧やディジタルデータのビット数の制約がある。さらに
は被写体が多種であり、しかも多様に変化するため、得
られる画像の一部が白方向に飽和してしまう、いわゆる
白飛び現象やその逆の黒つぶれ現象が発生していた。

【０００６】また、これらの現象を避けようとしてより
的確なレベル制御情報を得ようとすると、その取得に必
要な時間が増大し、被写体のＸ線曝射量が増大してしま
う、という問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
のＸ線撮像装置では、白飛び現象やその逆の黒つぶれ現
象が発生し、これを避けて的確な情報を得ようとする
と、その取得に必要な時間が増大してしまい、その結果
として、被写体のＸ線曝射量が増大してしまう、重大な
問題があった。

【０００８】この発明の目的は、注目領域の画像にいわ
ゆる白飛び現象や黒つぶれ現象を発生させずに、適切な
Ｘ線画像が得られるＸ線撮像装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明では、被写体に向けてＸ線を照射する
手段と、前記被写体を通過したＸ線による画像を可視光
学像に変換する手段と、前記可視光学像を撮像する撮像
手段と、前記撮像手段内に存在する撮像素子上の各画素
の露光時間を制御する手段とからなるＸ線撮像装置にお
いて、前記露光時間制御時に撮像素子から掃き出された
信号を用いて、前記Ｘ線の曝射量を制御する制御手段、
前記撮像手段に照射される光量を制御する制御手段、前
記撮像素子の露光時間を制御する制御手段、前記撮像手
段内にある映像信号用増幅器の利得を制御する制御手段
のうち、少なくとも一つの制御手段を具備することを特
徴とする。

【００１０】このような手段を取ることにより、注目領
域の画像中の黒つぶれ部分の面積の割合が所定の値以下
となるようにＸ線曝射量を制御、また注目領域の画像中
の白飛び部分の面積の割合が所定の値以下となるように
映像信号用増幅器の利得を制御、さらに撮像素子の出力
が飽和しないように撮像部に照射される光量や撮像素子
の露光時間を制御、の少なくともいずれかを制御して、
注目領域の画像中に白飛び現象や黒つぶれ現象が発生せ
ず、適切なＸ線画像を得ることができるのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明のＸ線撮像装置の一実施の形態について説明する
ためのブロック構成図である。図１において、Ｘ線を発
生させるために高電圧発生し、この電圧を制御するＸ線
制御部１３を作動させることにより、設定された管電圧
をＸ線管１１に印加する。これによりＸ線管１１から
は、その印加電圧に対応した強さのＸ線を曝射する。こ
のとき、制御用の演算部（ＣＰＵ）２５は、Ｘ線制御部
１３を制御し、これによりＸ線曝射量を制御する。Ｘ線
はアパーチャ板１２を経由して被写体１４を透過し、そ
の透過Ｘ線像をイメージインテンシファイア１５に入射
する。このＸ線像は、イメージインテンシファイア１５
の出力螢光面にて可視光学像に変換する。そしてこの光
学像は光学系１６を介して撮像部１７により撮像し、出
力端子２６からディジタル映像信号を得る。なお、表示
装置にて表示する場合は、このディジタル映像信号を図
示していないディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器に
てアナログ信号に戻してから表示器に入力して表示す
る。

【００１２】ここで、撮像部１７は以下のような構成に
なっている。すなわち、撮像素子１８の受光面上にはイ
メージインテンシファイア１５からの光学像が光学系１
６を介して入射して結像する。パルス発生回路２０から
のパルスの一部は、駆動回路２１に供給し、撮像素子１
８を駆動するためのパルスとなる。受光面に結像された
光学像は、電気信号に変換されて撮像出力となる。この
とき、ＣＰＵ２５はパルス発生回路２０を制御してお
り、これにより撮像素子１８の露光時間を制御する。

【００１３】このようにして得られた撮像出力信号は、
プリアンプ１９にて所定のレベルに増幅するとともに、
場合によってはノイズ低減処理を施す。プリアンプ１９
の出力信号の一部は、可変利得増幅器２２にてレベル調
整を行う。このとき、ＣＰＵ２５は可変利得増幅器２２
の増幅率を制御しており、その信号レベルを後段のＡ／
Ｄ変換器２３のダイナミックレンジに適合する。そして
Ａ／Ｄ変換器２３にてディジタル信号に変換した後、映
像信号処理回路２４に入力し、ガンマ補正、ニー補正、
白クリップなどの非線形処理や、パルス発生回路２０か
らのパルスに基づいてクランプ、ブランキング処理など
を施す、という構成になっている。なお、ＣＰＵ２５は
各種データ取得のための図示していないＡ／Ｄ変換器お
よびＤ／Ａ変換器を含んでいる。

【００１４】ここで、ＣＰＵ２５はＸ線制御部１３、パ
ルス発生回路２０、可変利得増幅器２２を制御してお
り、このＣＰＵ２５の制御について図２のフローチャー
トとともに説明する。

【００１５】まず、図１の注目領域設定スイッチ２７に
より注目領域の座標を設定する。これは予めパルス発生
回路２０中に設定されている円形や方形の座標の場合も
あるし、または手動により注目領域の座標を入力する場
合もある。

【００１６】次に、パルス発生回路２０を制御して撮像
素子１８を電子シャッタ動作させ、そのときの撮像素子
１８からの掃き出し信号を、プリアンプ１９を経由して
取得する。なお、撮像素子１８の電子シャッタ動作につ
いては後述するが、この掃き出し信号は、撮像素子１８
から画像信号を取り出す前のタイミングにより取得する
信号である。これは通常の単なる電子シャッタ動作時に
は読み捨てられてしまう信号であるが、この発明ではこ
の信号を利用して各種制御信号を迅速に得るものであ
る。

【００１７】ＣＰＵ２５に取り込まれるプリアンプ１９
の出力信号は、撮像素子１８からの掃き出し信号である
が、この出力信号の一部はその時に必要とされる変換速
度で図示しないＡ／Ｄ変換を行ってディジタルデータ化
する。それらのデータから既設定の注目領域の全面積に
対するプリアンプ１９の出力が、ＶLL以下である部分に
相当する画像面積の比ＲL を算出する。このＲL と所定
値ＴL とを比較し、ＲL が大きければ、すなわちプリア
ンプ１９の出力中に信号の低レベル部分がある所定値よ
りも多ければ、画像中にいわゆる黒つぶれ部分が多いと
判断し、Ｘ線制御部１３を制御することによりＸ線の曝
射量を増加する。この制御により黒つぶれ現象は抑えら
れることになる。このようすを図３（ａ）に示す。

【００１８】一方、ＣＰＵ２５に取り込まれてディジタ
ル化された上記と同じデータから、既設定の注目領域の
全面積に対する撮像素子１８の出力が飽和した部分に相
当する画像面積の比ＲS を算出する。このＲS と所定値
ＴS とを比較し、ＲS が大きければ、すなわち撮像素子
１８の出力中に飽和した部分がある所定値より多けれ
ば、画像中にいわゆる白飛び部分が多いと判断し、パル
ス発生回路２０を制御することにより電子シャッタ動作
のタイミングを変更させて撮像素子１８の露光時間をよ
り短くする。

【００１９】この制御により撮像部１７中の撮像素子１
８に起因する画像の白飛び現象は抑えられることにな
る。このようすを図３（ｂ）に示す。なおプリアンプ１
９のダイナミックレンジは、撮像素子１８の出力信号の
飽和レベルより広く設定してあることはもちろんのこと
である。

【００２０】図１の可変利得増幅器２２を経由してＡ／
Ｄ変換器２３にてディジタル化された画像データの一部
は、ＣＰＵ２５に取り込まれる。そして、この画像デー
タから既設定の注目領域の全面積に対するＡ／Ｄ変換器
２３の出力が、所定値ＶHH以上である部分に相当する画
像面積の比ＲD を算出する。このＲD と所定値ＴD とを
比較し、ＲD が大きければ、すなわち、Ａ／Ｄ変換器２
３の出力中に信号の高レベル部分がある所定値よりも多
ければ、画像中にいわゆる白飛び部分が多いと判断し、
可変利得増幅器２２の利得を制御することにより、Ａ／
Ｄ変換器２３の入力レベルを低減する。この制御によ
り、可変利得増幅器２２やＡ／Ｄ変換器２３に起因する
白飛び現象は抑えられることになる。このようすを図３
（ｃ）に示す。

【００２１】この実施の形態では、注目領域の画像中の
黒つぶれ部分の面積の割合が所定の値以下となるように
Ｘ線曝射量を制御し、また注目領域の画像中の白飛び部
分の面積の割合が所定の値以下となるように映像信号用
増幅器の利得を制御し、さらに撮像素子の出力が飽和し
ないように撮像装置に照射される光量や撮像素子の露光
時間を制御しているので、注目領域の画像中に白飛びや
黒つぶれの現象の発生せず、適切なＸ線画像を得ること
ができる。さらに信号レベルが不適切なために撮影が失
敗し、被写体が不要なＸ線曝射を受けてしまう、という
問題も改善できる。

【００２２】さらにまた、撮像素子を電子シャッタ動作
させるときに、テレビジョンの垂直ブランキング期間中
に発生する掃き出し電荷を利用して各制御情報を得てい
るので、迅速な制御も可能となる。

【００２３】ここで、撮像素子１８の電子シャッタ動作
およびそのときの撮像素子１８からの掃き出し信号の入
手について、撮像素子１８の概略構成を示した図４によ
り詳細に説明する。図４は、いわゆるフレーム・インタ
ーライン転送型のＣＣＤ撮像素子である。

【００２４】図４において、３１は撮像部であり、入射
光量に応じて光電変換された信号電荷を蓄積する受光素
子３７，３８およびこの受光素子に蓄積された信号電荷
を受けた後、画像走査の垂直方向に転送可能な第１の垂
直転送部３２を有している。４１は蓄積部であり、撮像
部３１内の第１の垂直転送部３２から転送されてくる信
号電荷を、同じ垂直方向に転送可能な第２の垂直転送部
４２を有している。この蓄積部４１全体は遮光されてい
る。４７は蓄積部４１内の第２の垂直転送部４２から１
転送段単位で転送されてくる信号電荷を受けた後、画像
走査の水平方向に転送可能な水平転送部である。４８は
水平転送部４７から転送されてきた信号電荷を電圧に変
換した後に外部に出力する出力部である。４９は水平転
送部４７に転送されてきた不要電荷を１転送段分捨てる
ドレイン部である。

【００２５】撮像部３１は、例えば垂直方向に１０２４
画素、水平方向に１０２４画素分の受光素子を有し、１
つの受光素子３７対応して第１の垂直転送部３２中に１
つの垂直転送段がある。受光素子３８についても同様で
ある。ある１つの垂直転送段は、４つの電極領域３３〜
３６に分割しており、各電極領域３３〜３６はＩ１〜Ｉ
４の４つの端子のそれぞれに接続する。

【００２６】そして図１のパルス発生回路２０で発生し
たパルスにより駆動回路２１が４相の垂直転送パルスΦ
Ｉ１〜ΦＩ４を出力し、それらを端子Ｉ１〜Ｉ４に加え
る。このとき例えば第１の電極領域３３に、後述の図５
に記載されているレベルＶFSの信号電荷読み出し用パル
スを加えることにより、受光素子３７、３８から第１の
垂直転送部３２に信号電荷を読み出すことができる。

【００２７】一方遮光されている蓄積部４１内の第２の
垂直転送部４２中のある１つの転送段は、撮像部３１内
の第１の垂直転送部３２と同様に４つの電極領域４３〜
４６で構成する。各電極領域４３〜４６は４つの端子Ｓ
１〜Ｓ４にそれぞれ接続する。そして、図１のパルス発
生回路２０で発生したパルスにより、駆動回路２１が４
相の垂直転送パルスΦＳ１〜ΦＳ４を出力し、それらを
端子Ｓ１〜Ｓ４に加える。

【００２８】垂直転送パルスΦＩ１〜ΦＩ４およびΦＳ
１〜ΦＳ４は、レベルＶFSの信号電荷読み出し用パルス
を除くとレベルＶH とＶL の２値となっており、レベル
ＶHのときに第１、第２の垂直転送部３２、４２内にポ
テンシャルの井戸を形成するようになっている。

【００２９】水平転送部４７はＨ１〜Ｈ４の４つの端子
を有する。パルス発生回路２０で発生したパルスにより
駆動回路２１が４相の水平転送パルスΦＨ１〜ΦＨ４を
出力し、それらを端子Ｈ１〜Ｈ４に加える。

【００３０】ここで、撮像素子１８の駆動のタイミング
をより詳細に説明する。図５は図４のＩ１〜Ｉ４、Ｓ１
〜Ｓ４に印加する波形を示したものである。また図５に
は垂直ブランキング期間を示すパルスであるＶBLK も示
されている。

【００３１】各垂直転送パルスにあるＰ１は、図４の撮
像部３１の受光素子から第１の垂直転送部３２に読み出
された信号電荷を高速に転送して、第２の垂直転送部４
２に転送するとともに第２の垂直転送部４２に残ってい
た不要電荷を水平転送部４７経由してドレイン部４９に
捨てる操作を行うパルスである。パルスＰ１の繰り返し
周波数は例えば２．１６ＭＨｚであり、これは通常時の
垂直転送周波数３３．７５ｋＨｚの６４倍の周波数に相
当する。このパルスＰ１により第２の垂直転送部４２に
は電子シャッタ動作に伴なう掃き出し電荷を転送する。
この掃き出し電荷はパルスＰ３により、まず垂直方向８
画素分の信号を第２の垂直転送部４２上で加算して１ま
とめにしておく。従って、垂直方向の画素数は１／８の
１２８画素分になっている。

【００３２】次いでパルスＰ３は垂直方向１２８画素分
の電荷を高速で水平転送部４７に転送する。このときの
垂直転送周波数は例えば２７０ｋＨｚであり、通常時の
垂直転送周波数３３．７５ｋＨｚの８倍の周波数に相当
する。そして水平転送部４７では第２の垂直転送部４２
から受けた信号電荷に対して、まず水平方向８画素分の
信号を水平転送部４７上で加算して１まとめにしてお
く。

【００３３】従って、垂直方向と同様に水平方向の画素
数は１／８の１２８画素分になっている。そして水平方
向に高速で、例えば４３．２ＭＨｚにて転送して出力部
４８に送り込む。この転送周波数は通常動作時の水平転
送周波数と同じである。この水平方向の加算動作および
転送動作は図４の端子Ｈ１〜Ｈ４のそれぞれに水平転送
パルスΦＨ１〜ΦＨ４を印加することにより行われる。

【００３４】以上の動作により垂直、水平共に１２８画
素分の掃き出し信号が得られることになる。この信号
は、前述したようにプリアンプ１９を経由してＣＰＵ２
５に入力する。

【００３５】図５のＦＳ１１およびＦＳ１２は、受光素
子から第１の垂直転送部３２に光電変換された信号電荷
を転送するためのパルスであり、パルスＦＳ１２から次
のパルスＦＳ１１までが撮像素子１８の露光時間とな
る。パルスＦＳ１１の位置は固定されているので、露光
時間を変えるためにはパルスＦＳ１２の位置を移動させ
ることになる。ただし、ノイズが映像信号に混入しない
ようにするために、パルスＦＳ１２は図示していない水
平ブランキング期間に存在している。パルスＰ２はパル
スＦＳ１１により第１の垂直転送部３２に転送された映
像信号電荷を、蓄積部４１上の第２の垂直転送部４２に
高速で転送するとともに、第２の垂直転送部４２に残っ
ていた不要電荷を、水平転送部４７を経由してドレイン
部４９に捨てる操作を行うパルスである。パルスＰ２の
繰り返し周波数は例えば２．１６ＭＨｚであり、これは
通常時の垂直転送周波数３３．７５ｋＨｚの６４倍の周
波数に相当する。

【００３６】パルスＬＳ１は蓄積部４１上の第２の垂直
転送部４２にある映像信号電荷を、１ラインずつ水平転
送部47に転送するためのパルスである。このときの垂直
転送周波数は３３．７５ｋＨｚである。そして水平転送
部４７が４３．２ＭＨｚで水平方向に電荷を転送して、
出力部４８から映像信号が得られる、という動作になっ
ている。

【００３７】この発明は、上記した実施の形態に限定さ
れるものではない。例えば、撮像素子１８が飽和しない
ようにするために、撮像素子の電子シャッタ動作を制御
する方法で説明してきたが、光学系１６中に制御可能な
絞り装置を設置して制御するなどの方法でもよい。第
１、第２の垂直転送部３２、４２および水平転送部４７
は、いずれも４相駆動されるものとして説明したが、こ
れに限定されるものではない。

【００３８】また、駆動パルスの細部やＣＣＤ撮像素子
の具体的構成の細部についても種々の変形が可能であ
り、画素数に関しても上記のような数に限るものではな
い。掃き出し電荷の取得時に画素数を垂直、水平ともに
１２８画素ずつに削減したが、この画素数に限定される
ものではない。

【００３９】さらに、撮像素子としてはフレーム・イン
ターライン型のＣＣＤ撮像素子を、ＸＹアドレス型の撮
像素子としても同様の効果を得ることができる。

【００４０】

【発明の効果】この説明したように、この発明のＸ線撮
像装置によれば、注目領域の画像中に白飛び現象や黒つ
ぶれ現象の発生しない適切なＸ線画像を得ることができ
る。さらに信号レベルが不適切なために撮影が失敗し、
被写体が不要なＸ線曝射を受ける問題も改善できる。ま
た、撮像素子を電子シャッタ動作させるときに、テレビ
ジョンの垂直ブランキング期間中に発生する掃き出し電
荷を利用して各制御情報を得ているので、より迅速な制
御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態について説明するため
のブロック構成図。

【図２】図１の制御動作の流れを説明するための説明
図。

【図３】図１における信号レベルの制御のようすを説明
するための説明図。

【図４】図１で用いる撮像素子の概略構成を説明するた
めの説明図。

【図５】図４の動作を説明するためのタイミング図。

【符号の説明】

１１…Ｘ線管、１２…アパーチャ板、１３…Ｘ線制御
部、１４…被写体、１５…イメージインテンシファイ
ア、１６…光学系、１７…撮像部、１８…撮像素子、１
９…プリアンプ、２０…パルス発生回路、２１…駆動回
路、２２…可変利得増幅器、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４
…信号処理回路、２５…ＣＰＵ、２６…出力端子、２７
…注目領域設定スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｇ 1/64 Ｈ０５Ｇ 1/64 Ｆ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体に向けてＸ線を照射する手段と、
   前記被写体を通過したＸ線による画像を可視光学像に変
   換する手段と、前記可視光学像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段内に存在する撮像素子上の各画素の露光時
   間を制御する手段とからなるＸ線撮像装置において、 前記露光時間制御時に撮像素子から掃き出された信号を
   用いて、前記Ｘ線の曝射量を制御する制御手段、前記撮
   像手段に照射される光量を制御する制御手段、前記撮像
   素子の露光時間を制御する制御手段、前記撮像手段内に
   ある映像信号用増幅器の利得を制御する制御手段のう
   ち、少なくとも一つの制御手段を具備することを特徴と
   するＸ線撮像装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線の曝射量を制御する制御手段
   は、 前記撮像素子上の各画素の露光時間を制御する際に、撮
   像素子から掃き出される信号を処理して得られる信号の
   レベルが、第１の所定値以下である部分に相当する画像
   面積と注目している撮像領域全体の画像面積との比率を
   求め、その比率が第２の所定値以下になるように制御す
   ることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
3. 【請求項３】 前記撮像手段内にある映像信号用増幅器
   の利得を制御する制御手段は、 前記撮像素子上の各画素の露光時間を制御する際に、前
   記撮像素子から掃き出される信号を処理して得られる信
   号のレベルが、第１の所定値以上である部分に相当する
   画像面積と注目している撮像領域全体の画像面積との比
   率を求め、その比率が第２の所定値以下になるように制
   御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装
   置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段に照射される光量を制御す
   る制御手段もしくは前記撮像素子の露光時間を制御する
   制御手段は、 前記撮像素子の出力が飽和している部分に相当する画像
   面積と注目している撮像領域全体の画像面積との比率を
   求め、その比率が所定値以下になるように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。