JPWO2010122609A1 - 光または放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

本発明の放射線撮像装置では、Ｘ線変換層を流れる暗電流を原因とする暗電流ノイズを、Ｘ線変換層で変換された電荷信号をコンデンサに蓄積する時間を変えて暗画像信号を得ることで、暗電流ノイズの正確な温度特性を得ることができる。これより、Ｘ線撮像時に得られたＸ線検出信号から、周期的に取得されたオフセット信号を除去するとともに、オフセット信号取得時とＸ線撮像時との温度差による暗電流ノイズの変動量の補正を暗電流ノイズの温度特性を用いて行うことで、精度良く暗電流に起因するノイズを除去することができる。

Description

本発明は、医療分野や非破壊検査、ＲＩ（Radio Isotope）検査、および光学検査などの産業分野などに用いられる光または放射線撮像装置に係り、特に、光または放射線を電荷信号へ変換する変換層の温度変化によるノイズを補正する光または放射線撮像装置に関するものである。

従来、光または放射線撮像装置には、光または放射線を検出する光または放射線検出器を備えている。ここで光とは、赤外線、可視光線、紫外線、放射線、γ線等をいうが、特にＸ線を例に採って説明する。Ｘ線検出器には、アクティブマトリックス基板を用いてＸ線を検出するＸ線平面検出器が広く使われている。アクティブマトリックス基板を使うと、各画素のＸ線検出値を読み込むことができ、非常に有用だからである。さらに、アクティブマトリックス基板上に半導体からなるＸ線変換層を積層すると、アクティブ素子ごとのＸ線検出素子を形成することができる。

Ｘ線変換層に半導体層を用いると、Ｘ線変換層に入射したＸ線を電荷信号（キャリア）へ変換することができる。この変換された電荷信号はＸ線検出素子ごとにコンデンサに蓄積され、蓄積された電荷信号はアクティブマトリックス基板によりＸ線検出素子ごとに読み出され、さらに、電荷信号から電圧信号へ変換されるとともに増幅される。この電圧信号を基に、画像処理部にてＸ線透過画像を構成することができる。

このようにして画像処理部に送られる電圧信号には、Ｘ線から変換された電荷信号を基にした電圧信号以外にも、Ｘ線変換層における暗電流を原因とする電圧信号や、電荷信号から電圧信号へ変換しつつ増幅する際に発生するアンプノイズを原因とする電圧信号がノイズ信号として含まれる。

Ｘ線変換層として従来採用されていたアモルファスセレン（α−Ｓｅ）膜であれば温度変化に対して暗電流を原因とするノイズ信号は大きく変化しない。また、アンプノイズも温度変化に対して大きく変化しないので、例えば、特許文献１のように、Ｘ線を照射していない時の暗画像信号（以後、オフセット信号と称す）を周期的に測定し、このオフセット信号をノイズ信号として除去している。
特開２００６−３０５２２８号公報

しかしながら、Ｘ線変換層として、例えば、ＣｄＴｅ多結晶化合物半導体膜のように暗電流を原因とするノイズ信号が温度変化に対して著しく変化する場合、従来のように周期的にオフセット信号を測定するのでは、周期の間のノイズ信号の補正ができないという問題が生じた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光または放射線に感応する変換層の温度変化に対応して暗電流ノイズ信号を除去することができる光または放射線撮像装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明の光または放射線撮像装置は、光または放射線撮像装置において、
光または放射線を電荷信号へ変換する変換層と、前記変換層を２次元マトリックス状に分割した検出素子ごとに前記電荷信号を蓄積するコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段から読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、前記変換層の温度を測定する温度測定手段と、前記変換層を流れる暗電流により発生する暗電流ノイズを、予め暗画像時に前記コンデンサに前記電荷信号を蓄積する時間を変えて求めた暗電流ノイズ温度特性と前記温度測定手段により測定された温度とから算出する暗電流ノイズ算出部とを備えることを特徴とする。

この発明の光または放射線撮像装置によれば、変換層にて光または放射線が電荷信号へ変換され、変換された電荷信号は検出素子ごとにコンデンサに蓄積され、蓄積された電荷信号は読み出し手段により読み出されて電荷電圧変換手段により電圧信号へ変換される。この時、変換層に流れる暗電流も電圧信号へと変換されるので暗電流ノイズとして発生する。この暗電流ノイズの温度特性を予め求めておくことで暗電流ノイズを高精度に算出することができる。この温度特性を、暗画像時にコンデンサに電荷信号を蓄積する時間を変えることで求めるので、暗電流を原因とするノイズ信号の温度特性を高精度に求めることができる。暗電流ノイズ算出部において、温度測定手段から送られる温度をこの温度特性に適用することでその温度における暗電流ノイズの信号値を高精度に算出することができる。

また、暗画像信号を変換層から読み出された電圧信号から除去する暗画像信号除去部と、暗画像信号取得時の温度における暗電流ノイズと撮像時の温度における暗電流ノイズとの変動量を算出するノイズ変動量算出部と、変換層から読み出された電圧信号からノイズ変動量算出部にて算出されたノイズ変動量を除去するノイズ変動量算出部とを備えてもよい。これより、暗画像信号取得時の暗電流ノイズに対する変動量だけを演算して除去するだけでよいので、暗画像信号を頻繁に取得する必要がなく、連続して光または放射線を照射する時でも暗電流ノイズの温度補正を高精度にすることができる。

また、暗画像信号の取得を周期的にすることで温度変動に対して緩やかに変動するノイズ成分の温度補正を高精度にすることができる。また、周期的に暗画像を取得する代わりに、暗画像を取得した時の温度測定手段により測定された温度に予め基準を設定し、この基準値と温度測定手段により経時的に測定される温度とを比較する温度判定部を備えてもよい。経時的に測定される温度が暗画像を取得した時の温度に予め決められた基準を超えると、温度判定部は暗画像信号を取得するよう制御することで、温度変動に対して緩やかに変動するノイズ成分の温度補正を高精度にすることができる。

また、暗電流ノイズの温度特性は近似式であってもよいし、ルックアップテーブルでもよい。近似式であれば、精度の高いノイズの温度補正をすることができ、ルックアップテーブルであれば、温度補正の高速化をすることができる。

また、変換層は多結晶化合物半導体でもよい。多結晶化合物半導体であれば、結晶成長が容易で大面積の変換層を形成することができる。また、具体例としてＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを主原料とするのであれば、光または放射線の応答性がよく変換効率のよい変換層を形成することができる。

この発明に係る光または放射線撮像装置によれば、光または放射線に感応する変換層の温度変化に対応して暗電流ノイズ信号を除去することができる光または放射線撮像装置を提供することができる。

実施例に係るＸ線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線撮像装置に備わるＸ線平面検出器の構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線撮像装置に備わるＸ線平面検出器のＸ線変換層周辺部の概略縦断面図である。 実施例に係る電荷電圧変換部の構成を示す回路図である。 実施例に係る検出電圧信号に含まれるノイズ信号と温度との関係を示すグラフ図である。 実施例に係る検出電圧信号に含まれるノイズ信号と温度との関係を示すグラフ図である。 実施例に係る検出電圧信号に含まれるノイズ信号と温度との関係を示すグラフ図である。 実施例に係るコンデンサに蓄積する時間を変えて電荷信号を読み出すタイミングチャート図である。 実施例に係る暗電流ノイズ信号と温度との関係を示すグラフ図である。 本発明の他の実施形態に係るＸ線撮像装置の構成を示すブロック図である。

３ … Ｘ線平面検出器（ＦＰＤ）
５ … 画像処理部
１１ … 温度センサ
１３ … ゲート駆動回路
１４ … 電荷電圧変換部
１９ … Ｘ線変換層
２０ … アクティブマトリックス基板
２６ … オフセット信号除去部
２７ … 暗電流ノイズ算出部
２８ … ノイズ変動量算出部
２９ … ノイズ変動量除去部
３１ … 温度判定部
ＤＵ … Ｘ線検出素子
Ｃａ … コンデンサ

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は実施例に係るＸ線撮像装置の全体構成を示すブロック図であり、図２はＸ線撮像装置に備わるＸ線平面検出器の構成を示すブロック図であり、図３はＸ線平面検出器のＸ線変換層周辺部の概略縦断面図であり、図４は電荷電圧変換部の構成を示す回路図である。本実施例では、入射する光または放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、放射線撮像装置としてＸ線撮像装置を例に採って説明する。

＜Ｘ線撮像装置＞
図１に示すように、Ｘ線撮像装置は、撮像対象である被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管１と、被検体Ｍを載置させる天板２と、被検体Ｍを透過したＸ線量に応じて電荷信号に変換（Ｘ線を電荷信号として検出）し、さらに、この電荷信号を電圧信号に変換して出力するＸ線平面検出器（以下、ＦＰＤと称す）３と、ＦＰＤ３から出力された電圧信号をアナログからデジタルへ変換するＡ／Ｄ変換器４と、Ａ／Ｄ変換器４で変換されたデジタルの電圧信号を処理して画像を構成する画像処理部５と、Ｘ線撮像に関する種々の制御を行う主制御部６と、主制御部６での制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御するＸ線管制御部７と、Ｘ線撮像に関する入力設定を行うことが可能な入力部８と、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを表示する表示部９と、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを記憶する記憶部１０と、ＦＰＤ３の内部の温度を測定する温度センサ１１などを備えている。さらに、Ｘ線撮像装置の各部構成を詳細に説明する。

図２に示すように、ＦＰＤ３には、複数のＸ線検出素子ＤＵ、Ｘ線検出制御部１２、ゲート駆動回路１３、電荷電圧変換部１４、サンプル・ホールド部１５、マルチプレクサ１６とが備えられている。これら複数のＸ線検出素子ＤＵはゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０によりゲート駆動回路１３と接続しつつ、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０により電荷電圧変換部１４と接続されている。Ｘ線検出制御部１２は、ゲート駆動回路１３、電荷電圧変換部１４、サンプル・ホールド部１５およびマルチプレクサ１６とに接続されている。Ｘ線検出素子ＤＵは本発明における検出素子に相当し、電荷電圧変換部１４は本発明における電荷電圧変換手段に相当する。

また、ＦＰＤ３の内部には温度センサ１１が設置されており、Ｘ線変換層１９の温度およびＦＰＤ３の内部の温度を測定し、測定した温度を画像処理部５および主制御部６へ送る。温度センサ１１としては、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等を採用することができる。

Ｘ線検出素子ＤＵは、入射されたＸ線に感応して電荷信号を出力するものであり、Ｘ線が入射されるＸ線検出部ＸＤに縦横の２次元マトリックス状に配列されている。なお、図２においては、Ｘ線検出素子ＤＵが縦１０×横１０の２次元マトリックス状に配列したものを一例として図示しているが、実際のＸ線検出部ＸＤにはＸ線検出素子ＤＵが、例えば、縦４０９６×横４０９６程度に２次元マトリックス状に配列されて用いられる。

また、Ｘ線検出素子ＤＵは図３に示すように、高電圧のバイアス電圧Ｖａを印加する電圧印加電極１８と、入射したＸ線から電荷信号へ変換するＸ線変換層１９とＸ線変換層１９で変換された電荷信号の読み出し（出力）を行うアクティブマトリックス基板２０とを備えている。アクティブマトリックス基板２０は本発明における読み出し手段に相当する。

Ｘ線変換層１９は、Ｘ線感応型半導体からなり、例えば、多結晶化合物半導体膜のＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅで形成されている。多結晶化合物半導体膜であれば、結晶成長が容易で大面積のＸ線変換層１９を形成することができる。また、多結晶化合物半導体膜のなかでもＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを主原料とすることで、Ｘ線の応答性がよく、変換効率のよいＸ線変換層１９を形成することができる。Ｘ線変換層１９にＸ線が入射すると、このＸ線のエネルギーに比例した所定個数の電荷信号（キャリア）が直接生成される構成（直接変換型）となっている。また、生成された電荷信号は、電圧印加電極１８にバイアス電圧Ｖａが印加されることでＸ線変換層１９内に発生する電界により、画素電極２２ごとに収集される。

アクティブマトリックス基板２０は図３に示すように、絶縁性のガラス基板２１が設けられ、このガラス基板２１上には、画素電極２２ごとに収集された電荷信号を蓄積するコンデンサＣａ、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称す）２３、ゲート駆動回路１３からＴＦＴ２３を制御するためのゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０、ＴＦＴ２３から電荷信号が読み出されるデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０とを設けている。

次に、Ｘ線検出制御部１２は主制御部６（図１参照）から制御され、図２に示すようにゲート駆動回路１３と電荷電圧変換部１４とサンプル・ホールド部１５とマルチプレクサ１６とを統括制御するものであり、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的に電荷電圧変換部１４へ取り出し、さらに、マルチプレクサ１６から順次出力させる制御を行うものである。具体的にはＸ線検出制御部１２は、ゲート駆動回路１２の動作を開始させるゲート動作信号と、電荷電圧変換部１４のアンプリセットを開始させるアンプリセット信号と、サンプル・ホールド部１５のサンプル・ホールドを制御するサンプルホールド制御信号と、マルチプレクサ１６の動作を制御するマルチプレクサ制御信号とを出力する構成となっている。

次に、ゲート駆動回路１３は、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的に取り出すために、各Ｘ線検出素子ＤＵのＴＦＴ２３を動作させるものである。ゲート駆動回路１３は、Ｘ線検出制御部１２からのゲート動作信号に基づいて、Ｘ線検出素子ＤＵの横行ごとに共通して接続されるゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を順次選択してゲート信号を送る。この選択した行内のＸ線検出素子ＤＵのＴＦＴ２３は、ゲート信号により一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサＣａに蓄積された電荷信号がデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０を通り電荷電圧変換部１４に出力される。

次に、電荷電圧変換部１４には、Ｘ線検出素子ＤＵの縦列ごとのデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に対応した数（図２では１０個）の図４に示すような電荷電圧変換アンプ２４が備えられている。電荷電圧変換アンプ２４は、各Ｘ線検出素子ＤＵから出力された電荷信号を電圧信号に変換する電荷検出増幅回路（ＣＳＡ：Charge Sensitive Amplifier）である。電荷電圧変換アンプ２４にて、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０から読み込まれた電荷信号を電圧信号に変換し、サンプル・ホールド部１５に出力する。電荷電圧変換部１４は、本発明における電荷電圧変換手段に相当する。

次に、サンプル・ホールド部１５は、電荷電圧変換アンプ２４の数に対応した数のサンプル・ホールド回路が設けられている。また、Ｘ線検出制御部１２からのサンプル・ホールド信号に基づいて、電荷電圧変換アンプ２４から出力された電圧信号を所定の時間においてサンプリングし、所定の時間が経過した時点での電圧信号を保持（ホールド）し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ１６に出力するものである。

次に、マルチプレクサ１６の内部には、サンプル・ホールド回路の数に対応した数のスイッチが設けられている。Ｘ線検出制御部１２からのマルチプレクサ制御信号に基づいてスイッチのいずれかひとつを順次オン状態に切り替えて、各サンプル・ホールド回路から出力される電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として、Ａ／Ｄ変換器４へ出力する。Ａ／Ｄ変換器４は、マルチプレクサ１６からの電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの電圧信号に変換し、画像処理部５に出力する。

＜画像処理部＞
画像処理部５の内部には、図１に示すように、画像メモリ部２５と、オフセット信号除去部２６と、暗電流ノイズ算出部２７と、ノイズ変動量算出部２８と、ノイズ変動量除去部２９と、画像構成部３０とを備えている。画像処理部５では、ＦＰＤ３からＡ／Ｄ変換器４を介して転送された電圧信号からオフセット信号および温度変動ノイズを除去してＸ線透視画像を構成する。

まず、画像処理部５に転送される電圧信号がどのような信号であるかを説明する。画像処理部５に転送される電圧信号（以下、検出電圧信号と称す）は、その発生する原因によって３つの成分に分けることができる。つまり、検出電圧信号は、Ｘ線透視画像を再構成するＸ線透視画像信号と、Ｘ線変換層を流れる暗電流を原因とする暗電流ノイズＮｔと電荷電圧変換部１４などで電圧信号が増幅される際に発生するアンプノイズＭｔとにより構成される。

（検出電圧信号）＝（Ｘ線透視画像信号）＋ Ｎｔ ＋ Ｍｔ … （１）

Ｘ線透視画像信号とは、Ｘ線変換層１９により被検体Ｍを透過したＸ線から変換された電荷信号による電圧信号であり、Ｘ線透過画像を再構成するのに必要な電圧信号である。

暗電流ノイズＮｔとは、Ｘ線変換層１９内を流れる暗電流が電圧信号として変換されたノイズ信号であり、Ｘ線変換層１９の温度Ｔにより敏感にその値が変動する。暗電流ノイズＮｔは一般に以下の式で表すことができる。

Ｎｔ＝α（ｅｘｐ（β／Ｔ）−１）、（α、β：定数、Ｔ：絶対温度［Ｋ］） … （２）

アンプノイズＭｔとは、電荷電圧変換部１４におけるアンプの増幅作用により生じるノイズ信号であり、温度が変化するとアンプノイズＭｔも変動するが、暗電流ノイズＮｔの温度に対する変動量と比べると、その変動量は格段に小さいものである。これより、アンプノイズＭｔは周期的にオフセット信号を取得するだけで除去することができる。

暗電流ノイズＮｔとアンプノイズＭｔは共にＸ線透視画像信号のダイナミックレンジを縮小させるものである。また、Ｘ線撮像装置の設置される環境の温度は空調をしているといえども時々刻々と常に変化しており、暗電流ノイズＮｔが温度変化により透視画像上に現れると正確な透視画像を得ることができない。図５は、暗電流ノイズＮｔとアンプノイズＭｔを図示したものである。暗電流ノイズＮｔは暗電流の性質上温度Ｔに対して指数関数的に変動する。また、アンプノイズＭｔは温度Ｔに対して緩やかに変化する。

これら、暗電流ノイズＮｔとアンプノイズＭｔとを加算した全ノイズ信号Ｄｔ（図５参照）は、Ｘ線管１からＸ線を照射しない時に得た検出電圧信号であるオフセット信号Ｆｔを取得することで正確に求めることができる。

Ｄｔ＝Ｎｔ ＋ Ｍｔ … （３）
＝Ｆｔ … （４）

ここで、図６に示すように、ある温度Ｔｏでオフセット信号Ｆｏを取得した時と温度Ｔ_２においてＸ線撮像した時との時間間隔が短い場合、両時点のＦＰＤ３の温度差が小さいので、Ｘ線撮像した時のアンプノイズＭ_２とオフセット信号Ｆｏを取得した時のアンプノイズＭｏとの差ΔＭ_２（＝Ｍ_２−Ｍｏ）は微小であるので、Ｍｏ≒Ｍ_２とみなすことができる。この結果、Ｘ線撮像した時の全ノイズ信号Ｄｔは温度変動ノイズΔＮ_２を用いて、次のように表すこともできる。

Ｄ_２＝Ｎ_２＋Ｍ_２
≒Ｎ_２＋Ｍｏ （∵Ｍｏ≒Ｍ_２）
＝（ΔＮ_２＋Ｎo）＋Ｍｏ （∵ΔＮ_２＝Ｎ_２−Ｎｏ）
＝ΔＮ_２＋Ｆｏ … （５） （∵Ｆｏ＝Ｎｏ＋Ｍｏ）

ここで、温度変動ノイズΔＮ_２とは、Ｘ線撮像時における検出電圧信号に含まれる暗電流ノイズＮ_２と、オフセット信号Ｆｏ取得時におけるオフセット信号Ｆｏ内に含まれる暗電流ノイズＮｏとの差である。また、オフセット信号Ｆｏを取得した時とＸ線撮像した時との温度条件が同じ場合、ΔＮ_２＝０なので検出電圧信号は２つの成分にて構成される。

（検出電圧信号）＝（Ｘ線透視画像信号）＋ Ｆｏ 、（但し、温度一定） … （６）

これより、暗電流ノイズＮｔの温度特性を予め求めておけば、オフセット信号Ｆｏを取得した時からＸ線変換層１９の温度が変化しても、Ｘ線変換層１９の温度を測定することで、検出電圧信号より暗電流ノイズＮｔおよびアンプノイズＭｔを除去することができる。そこで暗電流ノイズＮｔを精度良く測定する方法を以下に説明する。

（２）式のαとβの値は、Ｘ線変換層１９の構成物質および構成状態により変動する値である。そこで、図７に示すように、コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間を変えてオフセット信号を取得し、それぞれの差をとると、その温度における暗電流ノイズＮｔを求めることができる。つまり、同じ温度条件下で、コンデンサＣａに電荷信号を時間２Ｔｓ間蓄積したオフセット信号Ｆ_２Ｔｓから、電荷信号を時間Ｔｓ間蓄積したオフセット信号Ｆ_Ｔｓを差し引くことで、その温度における暗電流ノイズＮｔを測定することができる。ここで、時間Ｔｓは、Ｘ線撮像するときにコンデンサＣａに電荷信号を蓄積する実際の時間とする。このように、コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間を変えて取得したオフセット信号の差を各温度ごとに測定することで、暗電流ノイズＮｔの温度特性を求めることができる。この暗電流ノイズＮｔの温度特性は、（２）式の近似式として求めてもよいし、各温度に対応するルックアップテーブルとして求めてもよい。

コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間を変えるには、図８に示すように、ゲートのオン・オフ時間と、電荷電圧変換アンプ２４のスイッチＳＷ１のオン・オフ時間を制御することで調節することができる。この制御は、Ｘ線制御部１２がゲート駆動回路１３と電荷電圧変換部１４とをそれぞれ制御することで行う。

まず、コンデンサＣａに時間Ｔｓ間、電荷信号を蓄積する場合を説明する。暗画像信号取得時に、図８（ａ）に示すように、ＧＬ１〜ＧＬ１０を順次選択して各ゲート線に接続された検出素子ＤＵ内のゲートをオン状態にすると、コンデンサＣａに蓄積された電荷信号は電荷電圧変換部１４に順に読み出される。電荷電圧変換部１４では、読み出された電荷信号が各データ線と接続された電荷電圧変換アンプ２４へ入力される。電荷電圧変換アンプ２４では、図８（ｂ）に示すように、各ゲートをオン状態にする直前にスイッチＳＷ１を一旦オン状態にして電荷電圧変換アンプ２４の初期化を行い、その後、入力された電荷信号を電圧信号へと変換しつつ増幅する。ＧＬ１からＧＬ１０まで順次選択して二次元画像情報の読み出しが終了すると、一定時間ゲートおよびスイッチＳＷ１がオフ状態である休止時間がある。動画撮像時には、この休止時間に次のフレームのＸ線撮像を行う。すなわち、蓄積時間Ｔｓは、１０×１０のＸ線検出素子ＤＵから電荷信号を読み出す読み出し時間と休止時間とを合わせた時間となる。蓄積時間Ｔｓは、実際にＸ線撮像する際のコンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間が好ましい。このようにして、コンデンサＣａに時間Ｔｓの間電荷信号が蓄積されたオフセット信号Ｆ_ＴＳを得ることができる。オフセット信号Ｆ_ＴＳの信号成分は以下の通りである。

Ｆ_Ｔｓ ＝ Ｎ_Ｔｓ ＋ Ｍ_Ｔｓ … （７）

次に、先ほどコンデンサＣａに電荷信号を蓄積した時間Ｔｓの２倍の時間２Ｔｓの間、電荷信号を蓄積する場合を説明する。暗画像信号取得時に、図８に示した休止時間を調節することで蓄積時間Ｔｓの２倍の２Ｔｓ間、コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する。そして、ゲートを順次オン状態にしてコンデンサＣａに蓄積された電荷信号を電荷電圧変換部１４へ読み出す。このようにして、コンデンサＣａに時間２Ｔｓの間電荷信号が蓄積されたオフセット信号Ｆ_２Ｔｓを得ることができる。電荷電圧変換アンプ２４の増幅器が作用する時間は、オフセット信号Ｆ_Ｔｓを取得した時と同じであるので、取得したオフセット信号に発生するアンプノイズ信号も同じ値となる。また、暗電流ノイズＮｔは、Ｘ線変換層１９に流れる暗電流により発生した電荷信号がコンデンサＣａに蓄積される時間に比例するので、オフセット信号Ｆ_２Ｔｓの信号成分は以下の通りである。

Ｆ_２Ｔｓ ＝ Ｎ_２Ｔｓ ＋ Ｍ_Ｔｓ
＝ ２×Ｎ_Ｔｓ＋ Ｍ_Ｔｓ … （８）

（７）式と（８）式とにより、コンデンサＣａに時間２Ｔｓの間電荷信号を蓄積して取得したオフセット信号Ｆ_２Ｔｓから、コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間を半分の時間Ｔｓにして取得したオフセット信号Ｆ_Ｔｓを差し引くと、暗電流変動ノイズＮ_Ｔｓを正確に求めることができる。

Ｆ_２Ｔｓ−Ｆ_Ｔｓ＝（２×Ｎ_Ｔｓ＋ Ｍ_Ｔｓ）−（Ｎ_Ｔｓ ＋ Ｍ_Ｔｓ）
＝Ｎ_Ｔｓ … （９）

以上のようにして、コンデンサＣａに電荷信号を蓄積する時間を変えて得たオフセット信号より、その温度における暗電流ノイズＮｔを精度よく求めることができ、これをＸ線変換層１９の温度を変えながら、暗電流ノイズＮｔを求めることで暗電流ノイズＮｔの温度特性を精度よく求めることができる。例えば、２つの定数α、βを求めることで暗電流ノイズＮｔの近似式を求めることができる。温度とオフセット信号との測定を増やせば増やすほど精度の良い近似式を求めることができる。また、近似式のかわりに温度と暗電流ノイズＮｔとの関係のルックアップテーブルを作成してもよい。このようにして、検出素子ＤＵごとの温度と暗電流ノイズＮｔとの近似式またはルックアップテーブルを作成することができる。

次に、検出電圧信号からＸ線透視画像信号を求める画像処理部５の各構成部の説明をする。

Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタルの電圧信号は画像メモリ部２５に一時的に記憶される。

オフセット信号除去部２６には、周期的に暗画像を撮像した際に取得したオフセット信号が保管されている。保管されているオフセット信号は暗画像を撮像する度に更新される。オフセット信号除去部２６は、画像メモリ部２５から送られた検出電圧信号からオフセット信号を除去して、除去した値をノイズ変動量除去部２９へ送る。

暗電流ノイズ算出部２７には、暗電流ノイズＮｔの温度特性である温度変換近似式またはルックアップテーブルが備えられており、温度センサ１１から送られる温度情報に基づいて暗電流ノイズＮｔを算出する。温度変換近似式またはルックアップテーブルのどちらかを用いる構成でもよいし、静止画撮像時には温度変換近似式を用いて高精度に温度補正をし、動画時にはルックアップテーブルを用いて高速に温度補正をするというように使い分けてもよい。周期的に暗画像を撮像した際の温度Ｔｏにおける暗電流ノイズＮｏと、Ｘ線撮像時の温度Ｔ_２における暗電流ノイズＮ_２をそれぞれ算出して、ノイズ変動量算出部２８へ送る。

ノイズ変動量算出部２８では、図９に示すように、周期的に暗画像を撮像した際の温度Ｔｏにおける暗電流ノイズ成分Ｎｏをゼロ点として、Ｘ線撮像時の温度Ｔ_２における暗電流ノイズＮｔとの差である温度変動ノイズΔＮ_２を算出する。算出された温度変動ノイズΔＮ_２はノイズ変動量除去部２９へ送られる。

ノイズ変動量除去部２９では、オフセット信号Ｆｏが除去された検出電圧信号から算出された温度変動ノイズΔＮ_２を除去することで、Ｘ線検出素子ＤＵごとのＸ線透視画像信号を得ることができる。

画像構成部３０では、Ｘ線透視画像信号よりＸ線透過画像を構成する。また、透過画像に限らず、ＣＴ撮像時には断層像を再構成することもできる。構成されたＸ線透過画像は、主制御部６に転送され、表示部９で表示されるか、記憶部１０にて格納される。

＜Ｘ線撮像＞
次に、この実施例におけるＸ線撮像装置でＸ線撮像が実行される場合の動作を、図１〜図４を用いて説明する。

まず、オフセット信号を取得する周期は入力部８から操作者が設定可能であり、例えば、１０分間隔でオフセット信号を取得すると設定する。この設定により、主制御部６はＸ線管制御部７とＦＰＤ３のＸ線検出制御部１２へ１０分間ごとにオフセット信号を取得するように指示する。次に、入力部８でのＸ線撮像開始の指示がされると、主制御部６は、Ｘ線管制御部７とＸ線検出制御部１２とを制御する。Ｘ線管制御部７は、主制御部６からの制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御し、Ｘ線管１からＸ線が被検体Ｍに照射される。さらに、被検体Ｍを透過したＸ線は、ＦＰＤ３のＸ線検出素子ＤＵにより被検体Ｍを透過したＸ線量に応じた電荷信号に変換され、コンデンサＣａに蓄積される。

次に、Ｘ線検出制御部１２はゲート駆動回路１３に対してゲート動作信号を出力する。このゲート動作信号により、ゲート駆動回路１３がゲート線を順次選択する。本実施例では、ゲート線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇ９，Ｇ１０の順に１つずつ選択するものとして説明する。ゲート駆動回路１３がゲート線Ｇ１を選択して、ゲート線Ｇ１に接続された各検出素子ＤＵが指定される。指定された各検出素子ＤＵのＴＦＴ２３のゲートは、ゲート信号が送られることで電圧が印加され、オン状態となる。これより、指定された各ＴＦＴ２３に接続されるコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、ＴＦＴ２３を経由して、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に読み出される。次に、ゲート駆動回路１３がゲート線Ｇ２を選択して、同様の手順で、ゲート線Ｇ２に接続された各検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷信号が、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に読み出される。残りのゲート線Ｇ３〜Ｇ１０についても同様に順に選択することで、２次元状に電荷信号を読み出す。

このように、ゲート駆動回路１３がゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を順次選択することで、各ゲート線に接続された検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷信号が、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に読み出される。

各データ線に読みだされた電荷信号は電荷電圧変換部１４内のＴＦＴ２３電荷電圧変換アンプ２４において電圧信号へ変換されるとともに増幅される。そして、サンプル・ホールド部１５では、電荷電圧変換部１４にて変換された電圧信号をサンプリングするとともに一旦ホールドする。その後、マルチプレクサ１６からサンプル・ホールド部１５にホールドされた電圧信号を時分割信号として順次出力する。出力された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器４にてアナログ値からデジタル値へ変換される。デジタル値へ変換された電圧信号は画像処理部５へ送られる。

画像処理部５へ送られた電圧信号（検出電圧信号）は画像メモリ部２５へ保管される。次に、画像メモリ部２５よりオフセット信号除去部２６へ検出電圧信号が送られる。オフセット信号除去部２６では、周期的に、例えば１０分間隔に取得されたオフセット信号が保管されており、このオフセット信号を検出電圧信号から除去する。しかしながら、オフセット信号が除去された検出電圧信号内には、オフセット信号取得時とＸ線撮像時とではＦＰＤ３およびＸ線検出層１９の温度が異なるので、この温度変化によるノイズが除去しきれていない。

次に、暗電流ノイズ算出部２７は、オフセット信号を取得した時には、温度センサ１１よりオフセット信号取得時の温度Ｔｏが送られるので、暗電流ノイズＮｔの温度特性によりオフセット信号取得時の暗電流ノイズＮｏを算出し、ノイズ変動量算出部２８へ暗電流ノイズＮｏを転送する。また、Ｘ線撮像時にも、温度センサ１１によりＸ線撮像した時の温度Ｔ_２が暗電流ノイズ算出部２７に送られるので、暗電流ノイズＮｔの温度特性から暗電流ノイズＮ_２を算出して、ノイズ変動量算出部２８へ暗電流ノイズＮ_２を送る。

ノイズ変動量算出部２８では、Ｘ線撮像した時の暗電流ノイズＮ_２からオフセット信号取得時の暗電流ノイズＮｏを減算することで温度変動ノイズΔＮ_２を算出する。この算出された温度変動ノイズΔＮ_２はノイズ変動量除去部２９へ送られる。

ノイズ変動量除去部２９では、オフセット信号Ｆｏを除去された検出電圧信号から、さらに温度変動ノイズΔＮ_２を除去する。ＦＰＤ３およびＸ線変換層１９の温度変化に対して敏感に変動する暗電流ノイズを、温度の変動に伴って除去することができる。オフセット信号Ｆｏおよび温度変動ノイズΔＮ_２が除去された検出電圧信号は、画像構成部３０へ送られＸ線透視像またはＣＴ像などが構成される。構成されたＸ線透視像またはＣＴ像などは、主制御部６を介して表示部９で表示されるか記憶部１０にて保管される。

以上のように、本実施例によれば、周期的に例えば１０分間隔でオフセット信号を取得した時とＸ線撮像を実施した時とでＸ線変換層１９の温度が変化しても、その温度変化に対応して精度良く暗電流ノイズを除去することができる。すなわち、温度変化に敏感な暗電流ノイズＮｔのオフセット信号取得時からの変化量である温度変動ノイズΔＮｔを暗電流ノイズＮｔの温度特性より算出することで精度良くノイズ信号を除去することができる。これは、コンデンサＣａに蓄積される時間を変えたオフセット信号から、Ｘ線変換層に流れる暗電流を原因とする暗電流ノイズＮｔを精度良く求め、異なる温度において暗電流ノイズＮｔを測定することで、暗電流ノイズＮｔの温度特性を予め求めていることにより実現することができる。

また、暗画像信号Ｆｏ取得時の暗電流ノイズＮｏに対する変動量である温度変動ノイズΔＮｔだけを演算して除去するだけでよいので、暗画像信号Ｆｏを頻繁に取得する必要がなく、連続して光または放射線を照射する時でも暗電流ノイズＮｔの温度補正を高精度にすることができる。このように、オフセット信号Ｆｏは周期的に取得すればよいので、例えば、動画撮像時など連続して撮像する場合でも検出電圧信号に含まれるノイズ信号の温度補正を適切に処理することができ、高画質な撮像をすることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、オフセット信号Ｆｏは周期的に取得していたが、オフセット信号を取得した時の温度Ｔｏに対して設定された閾値と、温度センサ１１から経時的に測定される温度とを比較して、閾値よりも測定された温度が高くもしくは低くなったことを温度判定部３１が判別した場合に、オフセット信号Ｆｏを再取得する構成でもよい。つまり、オフセット信号Ｆｏ内に含まれるアンプノイズＭｏと温度センサ１１により測定された温度ＴにおけるアンプノイズＭｔとを同じ値として近似することができないほど温度Ｔが変化してしまった場合、温度判定部３１は主制御部６へオフセット信号を再取得する命令を送る。これより、主制御部６は、Ｘ線管制御部７へＸ線管１の照射を止める指示を送るとともに、Ｘ線検出制御部１２へオフセット信号を取得する指示を出す。このように、オフセット信号Ｆｏを周期的に取得する代わりに、Ｘ線検出層１９の温度変化を絶えず監視しておき、オフセット信号Ｆｏを取得した時の温度と現在の温度との変化量が許容範囲を超えた場合に、オフセット信号Ｆｏを再取得するので、温度変化の許容範囲をどの程度にするかによって、画質の差別化を図ることができる。

（２）上述した実施例では、検出電圧信号からオフセット信号Ｆｏを除去した後に温度変動ノイズΔＮ_２を除去していたが、これに限らず、検出電圧信号から先に温度変動ノイズΔＮ_２を除去した後にオフセット信号Ｆｏを除去してもよいし、検出電圧信号から、オフッセット信号Ｆｏと温度変動ノイズΔＮ_２とを同時に除去してもよい。

（３）上述した実施例では、Ｘ線検出素子ＤＵごとの暗電流ノイズの温度特性を暗電流ノイズ算出部２７にて用いていたが、Ｘ線検出素子ＤＵがまとまった領域ごとに暗電流ノイズの温度特性を求めておき、この領域ごとの温度特性を用いて各Ｘ線検出素子ＤＵの温度変動ノイズを算出してもよい。これより、検出電圧信号の温度補正をさらに高速にすることができる。

（４）上述した実施例では、Ｘ線検出素子ＤＵはＸ線に感応するＸ線感応型半導体であったが、光感応型半導体を採用すれば、同じ構成にて変換層の温度変動ノイズを精度良く除去することができる光撮像装置を製作することができる。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明の光または放射線撮像装置は、光または放射線撮像装置において、
光または放射線を電荷信号へ変換する変換層と、前記変換層を２次元マトリックス状に分割した検出素子ごとに前記電荷信号を蓄積するコンデンサと、前記コンデンサに蓄積された電荷信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段から読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、前記変換層の温度を測定する温度測定手段と、前記変換層を流れる暗電流により発生する暗電流ノイズを、予め暗画像時に前記コンデンサに前記電荷信号を蓄積する時間を変えて求めた暗電流ノイズ温度特性と前記温度測定手段により測定された温度とから算出する暗電流ノイズ算出部と、暗画像信号を変換層から読み出された電圧信号から除去する暗画像信号除去部と、暗画像信号取得時の温度における暗電流ノイズと撮像時の温度における暗電流ノイズとの変動量を算出するノイズ変動量算出部と、変換層から読み出された電圧信号からノイズ変動量算出部にて算出されたノイズ変動量を除去するノイズ変動量除去部とを備えることを特徴とする。

また、暗画像信号取得時の暗電流ノイズに対する変動量だけを演算して除去するだけでよいので、暗画像信号を頻繁に取得する必要がなく、連続して光または放射線を照射する時でも暗電流ノイズの温度補正を高精度にすることができる。

Claims (8)

1. 光または放射線撮像装置において、
   光または放射線を電荷信号へ変換する変換層と、
   前記変換層を２次元マトリックス状に分割した検出素子ごとに前記電荷信号を蓄積するコンデンサと、
   前記コンデンサに蓄積された電荷信号を読み出す読み出し手段と、
   前記読み出し手段から読み出される電荷信号を電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、
   前記変換層の温度を測定する温度測定手段と、
   前記変換層を流れる暗電流により発生する暗電流ノイズを、予め暗画像時に前記コンデンサに前記電荷信号を蓄積する時間を変えて求めた暗電流ノイズ温度特性と前記温度測定手段により測定された温度とから算出する暗電流ノイズ算出部と
   を備えることを特徴とする光または放射線撮像装置。
2. 請求項１に記載の光または放射線撮像装置において、
   前記変換層から読み出された電圧信号から暗画像信号を除去する暗画像信号除去部と、
   前記暗電流ノイズ算出部により算出された、暗画像信号取得時の温度における暗電流ノイズと撮像時の温度における暗電流ノイズとの変動量を算出するノイズ変動量算出部と、
   前記ノイズ変動量算出部により算出された暗電流ノイズ変動量を前記変換層から読み出された電圧信号から除去するノイズ変動量除去部と
   を備えることを特徴とする光または放射線撮像装置。
3. 請求項２に記載の光または放射線撮像装置において、
   前記暗画像信号を周期的に取得する
   ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
4. 請求項２に記載の光または放射線撮像装置において、
   前記温度測定手段により測定された温度が予め決められた温度範囲を超えるか判定をする温度判定部を備え、
   前記温度測定手段により測定された温度が予め決められた温度範囲を超えていることを前記温度判定部が判定した場合、前記暗画像信号を取得する
   ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
5. 請求項１から４いずれか１つに記載の光または放射線撮像装置において、
   前記温度変動ノイズ算出部には、前記暗電流ノイズ温度特性を近似式として保管していることを特徴とする光または放射線撮像装置。
6. 請求項１から４いずれか１つに記載の光または放射線撮像装置において、
   前記温度変動ノイズ算出部には、前記暗電流ノイズ温度特性をルックアップテーブルとして保管している
   ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
7. 請求項１から６いずれか１つに記載の光または放射線撮像装置において、
   前記光または放射線変換層は、多結晶化合物半導体である
   ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
8. 請求項７に記載の光または放射線撮像装置において、
   前記光または放射線変換層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを主原料とする
   ことを特徴とする光または放射線撮像装置。

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