KR101464630B1 - 방사선 촬상장치, 방사선 촬상장치의 제어 방법, 및 기억매체 - Google Patents

방사선 촬상장치, 방사선 촬상장치의 제어 방법, 및 기억매체 Download PDF

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Abstract

방사선 촬상장치는, 각 화소회로에 대한 방사선에 따른 전하를 축적하는 축적부와, 각 화소회로의 축적부의 전압에 따른 전하를 샘플링 및 홀딩해서 각 화소회로에 대한 아날로그 신호를 출력하는 출력부와, 상기 아날로그 신호를 출력하는 화소회로를 선택하는 선택부, 및 노출 시간과, 모든 화소회로에 대응한 상기 아날로그 신호의 출력에 필요로 하는 출력 시간과의 합계 시간이, 외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호에 의거하는 촬상간격보다 긴 것인가 아닌가를 판정하는 판정부를 포함하고, 상기 출력부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 출력을 정지하고, 상기 선택부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 선택을 정지하고, 상기 판정부에 의해 상기 합계 시간이 상기 촬상간격보다 길다고 판정되는 경우, 상기 출력부가 미리 결정된 수의 화소회로에 대응한 전기신호를 아날로그 신호로서 출력한 후, 상기 선택부는 상기 선택을 정지하고, 상기 출력부는 상기 선택의 정지에 따라 상기 출력을 정지한다.

Description

방사선 촬상장치, 방사선 촬상장치의 제어 방법, 및 기억매체{RADIATION IMAGING APPARATUS, CONTROL METHOD FOR RADIATION IMAGING APPARATUS, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 방사선 촬상장치, 방사선 촬상장치의 제어 방법, 및 기억매체에 관한 것으로, 특히 방사선을 펄스 모양으로 단속적으로 피사체에 조사해서 피사체를 촬상할 때의 화상 아티팩트(artifact)를 저감하는 방사선 촬상장치, 방사선 촬상장치의 제어 방법, 및 기억매체에 관한 것이다.
최근, 방사선 촬상장치, 특히 디지털 X선 촬상장치의 분야에서는, 이미지 인텐서파이어(image intensifier) 대신하여, 해상도의 향상, 체적의 소형화, 화상의 왜곡을 억제할 목적으로, 광전변환소자를 사용한 등배 광학계에 의거하여 대면적 플랫 패널식의 방사선 촬상장치가 보급되어 있다.
방사선 촬상장치에 사용된 등배 광학계에 의거하여 플랫 패널 센서로서, 실리콘 반도체 웨이퍼 위에 CMOS 반도체 제조 프로세스에 의해 생성된 광전변환소자를 2차원적으로 결합하여서 구성한 대면적 플랫 패널 센서가 이용가능하다.
일본국 공개특허공보 특개2002-026302호에는, 실리콘 반도체 웨이퍼 사이즈 이상의 대면적 플랫 패널 센서를 실현하기 위해서, 실리콘 반도체 웨이퍼로부터 광전변환소자를 스트립 형태로 잘라서 얻어진 직사각형 촬상소자인 직사각형 반도체 기판을 복수매 타일링(tiling) 해서 대면적 플랫 패널 센서를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본국 공개특허공보 특개2002-344809호에는, 광전변환소자를 스트립 형태로 잘라서 얻어진 직사각형 반도체 기판의 회로 구성이 개시되어 있다. 스트립 형태로 잘라낸 상기 직사각형 반도체 기판의 각각에는, 이차원적으로 정렬한 광전변환소자와 함께, 판독 제어회로로서 수직 시프트 레지스터와 수평 시프트 레지스터가 배치되어 있다. 수평 시프트 레지스터의 근방에는, 외부단자(전극패드)가 설치된다. 외부단자로부터 입력된 제어신호 및 클록 신호에 의해, 각 직사각형 반도체 기판상의 수직 시프트 레지스터와 수평 시프트 레지스터가 제어되어, 클록 신호와 동기해서 각 시프트 레지스터로부터 순차로 각 화소배열이 출력된다.
예를 들면, 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, 모든 광전변환소자의 전기신호를 출력하기 위해서 필요한 주사 시간ST와 방사선 신호 축적 시간 XT(노출 시간 XT)의 합이, 동기신호의 촬상간격FT보다 작은 경우, 즉, 프레임 레이트가 비교적 느린 경우에는, 중요한 문제는 생기지 않는다.
도 5b는, 모든 광전변환소자의 전기신호를 출력하기 위해서 필요한 주사 시간ST와 방사선 신호 축적 시간 XT(노출 시간 XT)의 합이, 동기신호의 촬상간격FT보다 큰 경우의 촬상 모드의 예를 나타낸다. 즉, 이것은, 각 직사각형 반도체 기판의 시프트 레지스터가 주사를 행하고 아날로그 신호의 출력 기간 동안의, 도 5b에 있어서의 t9로 표시된 시점에서 방사선 신호의 축적을 시작하기 위한 리세트 동작이 행해진다. 그렇지만, 리세트 동작이 아날로그 신호 주사중에 행해지면, 직사각형 반도체 기판의 전체 화소에 동시에 전류가 흐르는 것에 의하여, 직사각형 반도체 기판의 전원전압이 변동해버린다. 즉, 리세트 동작중에 출력된 아날로그 신호에 혼란이 생겨, 동화상에 아티팩트가 발생한다.
상기의 과제를 감안하여, 본 발명은, 고속 촬상 모드에 있어서도 아티팩트를 저감하여서 고화질 화상을 얻는 기술을 제공한다.
본 발명의 일 국면에 따른 방사선 촬상장치는, 각 화소회로에 대한 방사선에 따른 전하를 축적하는 축적부와, 각 화소회로의 축적부의 전압에 따른 전하를 샘플링 및 홀딩해서 각 화소회로에 대한 아날로그 신호를 출력하는 출력부와, 상기 아날로그 신호를 출력하는 화소회로를 선택하는 선택부, 및 노출 시간과, 모든 화소회로에 대응한 상기 아날로그 신호의 출력에 필요로 하는 출력 시간과의 합계 시간이, 외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호에 의거하는 촬상간격보다 긴 것인가 아닌가를 판정하는 판정부를 포함하고, 상기 출력부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 출력을 정지하고, 상기 선택부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 선택을 정지하고, 상기 판정부에 의해 상기 합계 시간이 상기 촬상간격보다 길다고 판정되는 경우, 상기 출력부가 미리 결정된 수의 화소회로에 대응한 전기신호를 아날로그 신호로서 출력한 후, 상기 선택부는 상기 선택을 정지하고, 상기 출력부는 상기 선택의 정지에 따라 상기 출력을 정지한다.
본 발명의 다른 국면에 따른 방사선 촬상장치의 제어방법은, 각 화소회로에 대한 방사선에 따라 축적부로 전하를 축적하는 축적단계; 각 화소회로의 축적부의 전압에 따라 전하를 샘플링 및 홀딩해서 화소회로마다 아날로그 신호를 출력하는 출력단계; 상기 아날로그 신호를 출력하는 화소회로를 선택하는 선택단계; 및 노출 시간과, 모든 화소회로에 대응한 상기 아날로그 신호의 출력에 필요로 하는 출력 시간과의 합계 시간이, 외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호에 의거하는 촬상간격보다 긴 것인가 아닌가를 판정하는 판정단계를 포함하고, 상기 출력단계에서의 출력은 상기 축적부의 리세트 동작 동안 정지되고, 상기 선택단계에서는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 선택을 정지하고, 상기 판정단계에서 상기 합계 시간이 상기 촬상간격보다 길다고 판정되는 경우, 상기 출력단계에서 미리 결정된 수의 화소회로에 대응한 전기신호를 아날로그 신호로서 출력한 후, 상기 선택단계에서 상기 선택을 정지하고, 상기 출력단계에서 상기 선택의 정지에 따라 상기 출력을 정지한다.
본 발명의 또 다른 특징들은, 첨부된 도면들을 참조하여 아래의 실시예들로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 방사선 동화상 촬상 시스템 전체를 나타내는 모식적 블록도,
도 2는, 직사각형 반도체 기판의 내부 구조를 모식적으로 나타낸 도면,
도 3은, 화상판독동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트,
도 4는, 직사각형 반도체 기판의 1화소분의 등가회로를 나타낸 회로도,
도 5a 및 5b는, 직사각형 반도체 기판 제어신호의 타이밍 차트,
도 6은, 직사각형 반도체 기판 제어신호의 타이밍 차트,
도 7은, 직사각형 반도체 기판 제어시의 흐름도다.
이하, 본 발명의 예시적 실시예들은, 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 이때, 이들 실시예에 기재된 구성요소, 수식 및 수치의 상대적인 배치는 특별히 달리 언급되지 않으면 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
(제1실시예)
도 1을 참조하여, 대면적 플랫 패널식의 방사선 동화상 촬상 시스템 전체를 나타내는 모식적 블록도에 관하여 설명한다. 방사선 동화상 촬상 시스템은, 방사선 촬상장치(100)와, 화상처리/시스템 제어장치(101)와, 화상표시장치(102)와, X선 발생 장치(103)와, X선관(104)을 구비한다. 촬상동작시에는, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 방사선 촬상장치(100)와 X선 발생 장치(103)를 동기적으로 제어한다. 신틸레이터(미도시됨)는, 피사체를 투과한 방사선을, 광량에 따라 광전변환이 이루어지는 가시광선으로 변환한다. 그리고, 그 결과의 데이터는, A/D변환된다. A/D변환 후, X선 조사에 대응한 프레임 화상 데이터가 방사선 촬상장치(100)로부터 화상처리/시스템 제어장치(101)에 전송된다. 화상처리 후, 화상표시장치(102)는 실시간으로 방사선 화상을 표시한다.
방사선 촬상장치(100)는, 플랫 패널 센서(106)를 구비한다. 플랫 패널 센서(106)는, 실리콘 반도체 웨이퍼로부터 스트립 형태로 이차원적으로 잘라진 직사각형 반도체 기판(107)을 구비한다. 직사각형 반도체 기판(107)은, (도면에 나타내지 않은) 평면 기틀(base) 위에 14열×2행의 매트릭스 모양으로 타일링되어 있다. 플랫 패널 센서(106)의 상변부와 하변부 각각에는, 매트릭스 모양으로 배열된 직사각형 반도체 기판(107)에 설치된 (도면에 나타내지 않은) 외부단자(전극 패드)가 한줄로 배열되어 있다. 직사각형 반도체 기판(107)에 설치된 전극 패드는, (도면에 나타내지 않은) 플라잉(flying) 리드식(lead type) 인쇄회로 기판으로 외부의 회로와 접속된다. 아날로그 멀티플렉서131 내지 아날로그 멀티플렉서138은, 촬상부 제어회로(108)로부터의 제어신호에 따라, 상기 접속된 직사각형 반도체 기판(107)의 화소출력을 선택하여, 아날로그 멀티플렉서131 내지 아날로그 멀티플렉서138의 각각에 접속된 차동증폭기141 내지 차동증폭기148에 출력한다. A/D변환기151 내지 A/D변환기158은, 촬상부 제어회로(108)로부터 출력된 동기 클록에 따라, 차동증폭기141 내지 차동증폭기148로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여, 촬상부 제어회로(108)에 출력한다. 촬상부 제어회로(108)는, A/D변환기151 내지 A/D변환기158에 의해 A/D변환된 블록마다의 디지털 화상 데이터를 프레임 데이터에 합성하여, 접속부(109)를 거쳐서 화상처리/시스템 제어장치(101)에 전송한다.
스트립 형태로 잘라진 직사각형 반도체 기판(107) 각각은, 예를 들면, 폭 약 20mm와 길이 약 140mm의 기판이다. 상기 기판을 14열×2행의 매트릭스 모양으로 타일링하여서 구성된 플랫 패널 센서(106)는, 예를 들면, 길이 약 280mm와 폭 약 280mm을 갖는, 즉 약 11인치 스퀘어의 사이즈의 정방형이다.
다음에, 도 2를 참조하여, 직사각형 반도체 기판(107)의 내부 구조를 설명한다. 도 3을 참조하여, 직사각형 반도체 기판(107)이 타일링된 플랫 패널 센서(106)로부터의 화상판독 처리의 일례를 나타내는 타이밍 차트를 설명한다.
도 2를 참조하면, 직사각형 반도체 기판(107)은, 화소회로(201)와, 수직 시프트 레지스터(202)와, 수평 시프트 레지스터(203)를 구비한다. 행 제어신호(204)는, 행방향의 신호다. 열 제어신호(205)는 열방향의 신호다.
화소회로(201)는, 직사각형 반도체 기판(107) 위에 이차원적으로 정렬한 광전변환소자를 포함하는 화소회로다. 수직 시프트 레지스터(202) 및 수평 시프트 레지스터(203)는, 판독 제어회로로서 기능하되, 수평 시프트 레지스터 스타트 신호HST, 수직 시프트 레지스터 스타트 신호VST, 수평 시프트 클록 신호CLKH, 및 수직 시프트 클록 신호CLKV가 외부단자를 거쳐 수신한다.
도 3의 타이밍 차트에 있어서, 수직 시프트 레지스터 스타트 신호VST가 “H”의 상태에서 수직 시프트 클록 신호CLKV가 상승하면, 수직 시프트 레지스터(202)의 내부의 회로는 리세트된다. 그리고, 수직 시프트 레지스터(202)의 출력VO에 “H”신호가 출력되어, 행 제어신호(204)에 의해 제어되는 1라인에 해당한 화소출력이 유효하게 된다. 또한, 수평 시프트 레지스터 스타트 신호HST가 “H”의 상태에서 수평 시프트 클록 신호CLKH가 상승하면, 수평 시프트 레지스터(203)의 내부의 회로는 리세트된다. 그리고, 수평 시프트 레지스터(203)의 출력HO에 “H”신호가 출력되어, 행 제어신호(204)에 의해 가능해진 화소출력의 하나가 그 출력HO에서 선택된 화소회로(201)로부터 아날로그 출력 단자에 출력된다. 순차로 수평 시프트 클록 신호CLKH펄스가 수평 시프트 레지스터(203)에 입력되어, "H”출력은, 순차로 HO, H1, ..., H126 및 H127에 쉬프트하고, 1라인에 해당한 판독동작이 종료한다. 다음에, 수직 시프트 클록 신호CLKV가 입력되어 수직 시프트 레지스터(202)의 “H”출력은 V1으로 전환된다. 그 후에, 행 제어신호(204)에 의해 제어된 1라인에 해당한 화소출력이 유효하게 되어 화소의 판독동작이 행해진다. 이것들의 동작을 순차로 반복하여서, 직사각형 반도체 기판(107) 전체의 화소출력을 판독할 것이다.
수평 시프트 클록 신호CLKH에 동기해서 직사각형 반도체 기판(107)의 화소값이 순차로 외부 아날로그 출력 단자에 출력되므로, A/D변환기는, 수평 시프트 클록 신호CLKH와 동기하는 A/D변환 클록CLKAD에 의해 A/D변환을 행한다.
도 4는, 타일링된 각 직사각형 반도체 기판의 1화소분의 회로도다. 도 4에 있어서, 스위치용 MOS트랜지스터301에 리세트 전압VRES를 인가 함에 의해, 포토다이오드부(302) 및 플로팅 디퓨전 용량(310)을 리세트시킨다. 스위치용 MOS트랜지스터303은, 플로팅 디퓨전 앰프(amplifier)로서 기능하는 MOS트랜지스터314를 기동한다. 스위치용 MOS트랜지스터313은, 소스 폴로워 앰프로서 기능하는 MOS트랜지스터315를 기동한다. 스위치용 MOS트랜지스터304는, 클램프 용량(305)(커패시터305)과 조합함으로써 클램프회로를 구성하여, 포토다이오드부(302)에서 발생한 kTC노이즈(리세트 노이즈)를 제거할 수 있다. 스위치용 MOS트랜지스터306은 광량에 대응한 신호 전압을 샘플링하여 홀딩한다. 스위치용 MOS트랜지스터307은, 클램프 전압VCL을 샘플링하여 홀딩한다. 스위치용 MOS트랜지스터306이 온(ON)의 상태로 되면, 커패시터(308)는 전하를 축적한다. 커패시터(308)는, 포토다이오드부(302)의 전압에 대응한 노이즈 성분 및 암전류성분을 첨가한 전하를 축적한다. 스위치용 MOS트랜지스터307이 온의 상태로 되면, 커패시터(309)는 전하를 축적한다. 커패시터(309)는, 클램프 전압VCL, 즉 노이즈 성분 및 암전류성분에 대응한 전하를 축적한다. 커패시터(308)에 축적된 전하로부터 커패시터(309)에 축적된 전하를 감산함에 의해, 포토다이오드부(302)로부터의 광량에 대응한 전압을 얻을 수 있다. 이 감산은, 차동증폭기141 내지 차동증폭기148에 의해 행해진다.
직사각형 반도체 기판(107)으로부터 얻어진 화소값 데이터는, 커패시터(308)에 축적된 전하로부터 커패시터(309)에 축적된 전하를 감산하여서 배제할 수 없는 포토다이오드부(302)에서 발생된 노이즈 성분을 포함한다. 그 때문에, 방사선을 조사하지 않고 촬상된 화소값 데이터를 고정 패턴 노이즈(FPN), 즉 FPN화상으로서 사용하여 보정을 행하는 것이 잘 알려져 있다.
방사선을 펄스 모양으로 단속적으로 피사체에 조사해서 동화상을 촬상할 경우의 샘플링 동작에 대해서, 도 4 및 도 5a를 참조해서 설명한다.
도 5a에 있어서, 시각 t1에서, 화상처리/시스템 제어장치(101)로부터 동기신호SYNC가 입력된다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 그 동기신호SYNC가 입력되면, 방사선의 축적을 시작하기 위해서, 시각 t2에서 EN신호를 하이(High)로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313을 온의 상태로 한다. 그리고, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 센서 칩상의 화소회로를 기동하고, PRES신호를 하이로 설정하는 것에 의하여 스위치용 MOS트랜지스터301을 온의 상태로 한다. 그리고, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 플로팅 디퓨전 용량(310)에 리세트 전압VRES를 인가하여, 센서를 리세트한다. 이 동기신호SYNC이 입력되는 간격이, 동화상의 촬상간격FT에 해당한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t3에서 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프(OFF)의 상태로 함으로써 리세트를 해제한 후, PCL신호를 하이로 함으로써, 스위치용 MOS트랜지스터304를 온의 상태로 하고, 커패시터(305)에 클램프 전압VCL의 전압을 인가한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t4에서 스위치용 MOS트랜지스터303(EN신호) 및 스위치용 MOS트랜지스터304(PCL신호)를 오프의 상태로 하여, 화소의 리세트 동작을 종료하고, 포토다이오드부(302)에 있어서의 축적이 개시되어, 방사선의 노출이 유효해진다.
방사선은 소정기간의 펄스 형태로 피사체에 조사된다. 그러므로, 포토다이오드부(302)에서 발생한 노이즈 성분의 영향을 최소화하기 위해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 그 방사선 조사 시간에 대응한 시간이 경과하면 축적을 종료시킨다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t5에서, 다시 EN신호를 하이로 하여 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313을 온의 상태로 하고, 센서 칩상의 화소회로를 기동한다. 그리고, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, TS신호를 하이로 하여 스위치용 MOS트랜지스터306을 온의 상태로 하고, 커패시터(308)에 포토다이오드부(302)의 전압을 샘플링 하여 홀딩한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t6에서, 스위치용 MOS트랜지스터306(TS신호)을 오프의 상태로 하고 샘플링 및 홀딩을 종료하고, 방사선의 노출을 무효로 한다. 계속해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PRES신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터301을 온의 상태로 하고, 플로팅 디퓨전 용량(310)에 리세트 전압VRES를 인가하여서, 상기 센서를 리세트한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t7에서, 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프의 상태로 한 후, PCL신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터304를 온의 상태로 하고, 커패시터(305)에 클램프 전압VCL의 전압을 인가한다. 계속해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, TN신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터307을 온의 상태로 해서 커패시터(309)에 클램프 전압VCL을 샘플링하여 홀딩한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t8에서, 스위치용 MOS트랜지스터307(TN신호), 스위치용 MOS트랜지스터304(PCL신호), 스위치용 MOS트랜지스터303, 및 스위치용 MOS트랜지스터313(EN신호)을 오프의 상태로 하여서 샘플링 및 홀딩을 종료한다. 그리고, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 수직 시프트 레지스터 및 수평 시프트 레지스터를 주사하는 것에 의하여, 커패시터308과 커패시터309에 의해 샘플링하여 홀딩된 전압을 순차로 외부에 출력한다.
이러한 구동 타이밍은 소정의 설정에 따라 변경가능하지만, 촬상동작중에 그 설정한 구동동작이 반복되어, 제어를 간략화한다. 즉, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t9에서 다시 동기신호SYNC를 검출한다. 동기신호SYNC를 검출하면, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 tlO에서 EN신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313을 온의 상태로 하고, 센서 칩상의 화소회로를 기동한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 상기의 동작을 반복한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 이상의 샘플링 동작을 모든 화소에서 동시에 행한다. 이에 따라 일괄 전자셔터 동작을 실현하고, 각 화소의 축적 시간을 동일하게 해서, 직사각형 반도체 기판의 타일링에 의해 생긴 화소값 불연속성을 방지한다. 상기 샘플링하여 홀딩된 전압은, 직사각형 반도체 기판마다 수평방향 및 수직방향의 시프트 레지스터를 주사하는 것에 의하여, 아날로그 신호로서 판독된다. 이 아날로그 신호를 A/D변환기에서 디지털 신호로 변환 함에 의해, 디지털 화상신호가 생성된다. 방사선 노출을 행하면서 주사하면, 방사선의 축적 및 주사를 같은 타이밍에서 행할 수 있기 때문에, 동화상 촬상시의 고속 프레임 레이트에 대응할 수 있다.
도 5a, 5b, 6, 및 도 7을 참조하여, 방사선을 펄스 모양으로 단속적으로 피사체에 조사해서 동화상을 촬상하는 경우에 행해지는 샘플링 동작에 관하여 설명한다.
우선, 도 7의 단계S401에 있어서, 방사선 촬상장치(100)는, 화상처리/시스템 제어장치(101)에 의해 설정된 촬상 모드로 동작을 시작한다. 촬상 모드는, 예를 들면, 고속 또는 저속의 프레임 레이트에서의 촬상이다.
단계S402에 있어서, 방사선 촬상장치(100)는, 화상처리/시스템 제어장치(101)로부터 입력된 제1의 화상에 대응한 동기신호가 검출된 것인가 아닌가를 판정한다. 방사선 촬상장치(100)는 동기신호가 검출되었다고 판정되었을 경우(단계S402에서 YES), 단계S403의 처리로 진행된다. 방사선 촬상장치(100)는 동기신호가 검출되지 않았다고 판정되었을 경우(단계S402에서 NO), 동기신호가 검출될 때까지 처리는 대기한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 단계S403에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 모든 화소를 리세트하고, 방사선의 축적을 시작한다. 도 6의 시각 tl에서, 화상처리/시스템 제어장치(101)로부터 최초의 동기신호SYNC가 입력되면, 방사선의 축적을 시작하기 위해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t2에서 EN신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS 트랜지스터313을 온의 상태로 하고, 센서 칩상의 화소회로를 기동한다. 이와 동시에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PRES신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터301을 온의 상태로 하고, 포토다이오드부(302) 및 플로팅 디퓨전 용량(310)에 리세트 전압VRES를 인가하고, 그 센서를 리세트한다. 계속해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t3에서 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프의 상태로 하여서 그 리세트를 해제한다. 그 후에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PCL신호를 하이로 함으로써, 스위치용 MOS트랜지스터304를 온의 상태로 하고, 클램프 용량(305)(커패시터(305))에 클램프 전압VCL의 전압을 인가한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t4에서, 스위치용 MOS트랜지스터304(PCL신호) 및 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프의 상태로 함으로써, 리세트 동작을 종료한다. 이에 따라 포토다이오드부(302)의 축적이 개시되어, 방사선의 노출이 유효해진다.
단계S404에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 소정의 축적 시간X가 경과한 후에, 샘플링 및 홀딩을 행한다. 방사선은 소정의 기간동안 펄스의 형태로 피사체에 조사된다. 그 조사 시간에 대응한 축적 시간X가 경과하면, 축적을 종료시키기 위해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t5에서 EN신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313을 온의 상태로 하고, 센서 칩상의 화소회로를 기동한다. 이와 동시에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, TS신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터306을 온의 상태로 하고, 커패시터(308)에 포토다이오드부(302)의 전압을 샘플링하여 홀딩한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)가 시각 t6에서 스위치용 MOS트랜지스터306(TS신호)을 오프의 상태로 하면, 상기 샘플링 및 홀딩동작이 종료하여, 방사선 노출이 무효가 된다. 계속해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PRES신호를 하이로 하는 것에 의하여 스위치용 MOS트랜지스터301을 온의 상태로 하고, 플로팅 디퓨전 용량(310)에 리세트 전압VRES를 인가하여서, 상기 센서를 리세트한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t7에서 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프의 상태로 한 후, PCL신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터304를 온의 상태로 하고, 커패시터(305)에 클램프 전압VCL의 전압을 인가한다. 계속해서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, TN신호를 하이로 설정함으로써 스위치용 MOS트랜지스터307을 온의 상태로 해서, 커패시터(309)에 그 클램프 전압VCL을 샘플링하여 홀딩한다.
화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t8에서, 스위치용 MOS트랜지스터307(TN신호)을 오프의 상태로 하고, 스위치용 MOS트랜지스터304(PCL신호), 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313(EN신호)을 오프의 상태로 함으로써, 샘플링 및 홀딩동작을 종료한다.
단계S405에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 설정된 촬상 모드로부터 동기신호의 최소의 촬상간격FT를 결정한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 모든 광전변환소자의 전기신호를 출력하는데도 필요로 하는 주사 시간ST(출력 시간 ST라고도 칭한다)와 방사선 신호 축적 시간XT(노출 시간XT라고도 칭한다)과의 합계 시간이 동기신호의 촬상간격FT보다 큰 것인가 아닌가를 판정한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)가 그 합계 시간이 동기신호의 촬상간격FT보다 길다고 판정되었을 경우(단계S405에서 YES), 단계S406의 처리로 진행된다. 화상처리/시스템 제어장치(101)가 상기 합계 시간이 동기신호의 촬상간격FT보다 짧다고 판정되었을 경우(단계S405에서 NO), 단계S412의 처리로 진행된다. 단계S412에 있어서의 구동신호의 타이밍은, 도 5a와 같은 타이밍이므로, 그 설명을 생략한다.
또한, 상기의 샘플링 동작에서는, 직사각형 반도체 기판의 전체 화소회로에 동시에 전류가 흐르므로, 직사각형 반도체 기판의 전원전압이 변동해버린다.
따라서, 본 실시예에서는, 단계S406에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 전원전압의 변동이 수렴될 때까지 소정의 기간 대기한다. 도 6의 시각 t9에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 방사선 노출A에 의해 방사선이 축적된 각 화소회로를 주사하여, 얻어진 값을 아날로그 신호로서 출력하기 위해 주사A1을 시작한다. 소정수의 화소회로에 대응한 아날로그 신호가 출력되면, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t1O에서 시프트 레지스터의 주사를 일시적으로 정지한다. 구체적으로는, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 도 2의 수직 시프트 레지스터(202)와 수평 시프트 레지스터(203)에 입력되는 수평 시프트 레지스터 스타트 신호HST, 수직 시프트 레지스터 스타트VST, 수평 시프트 클록 신호CLKH, 및 수직 시프트 클록 신호CLKV를 정지하고, 아날로그 신호의 출력을 일시적으로 정지시킨다.
단계S407에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 도 6의 시각 tll에서 제2 화상에 대한 동기신호SYNC가 검출된 것인가 아닌가를 판정한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)가 동기신호SYNC을 검출했다고 판정되었을 경우(단계S407에서 YES), 단계S408의 처리로 진행된다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는 동기신호SYNC를 검출하지 않았다고 판정되었을 경우(단계S407에서 NO), 그 신호가 검출될 때까지 처리를 대기한다.
단계S408에 있어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 방사선의 축적을 시작하기 위해서, 시각 t12에서 EN신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313을 온의 상태로 하고, 센서 칩상의 화소회로를 기동한다. 이와 동시에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PRES신호를 하이로 함으로써 스위치용 MOS트랜지스터301을 온의 상태로 하고, 포토다이오드부(302) 및 플로팅 디퓨전 용량(310)에 리세트 전압VRES를 인가하고, 그 센서를 리세트한다.
이 때, 모든 화소회로에 전류가 흐르므로, 반도체 회로 기판의 전원전압이 변동한다. 그렇지만, 주사는 일시적으로 정지하고 있기 때문에, 출력 아날로그 신호가 교란되지 않는다. 그러나, 화소회로의 구성에 따라, 전원전압의 변동은, 샘플링하여 홀딩된 아날로그 신호에 오프셋을 주어버리기도 한다. 이 전원전압의 변동에 의하여 발생된 오프셋은 일정하다. 그 때문에, 방사선을 노출하기 전에, 상기와 같은 구동동작에 의한 노이즈 부분의 오프셋 보정을 위한 FPN화상(고정 패턴 노이즈 화상)을 취득하고, 해당 오프셋 보정용의 FPN화상의 화소값 데이터와 방사선 화상과의 차분에 의거하여 오프셋을 캔슬할 수 있다.
이어서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t13에서, 스위치용 MOS트랜지스터301(PRES신호)을 오프의 상태로 함으로써 리세트를 해제한다. 그 후에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, PCL신호를 하이로 함으로써, 스위치용 MOS트랜지스터304를 온의 상태로 하고, 커패시터(305)에 클램프 전압VCL를 인가한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시각 t14에서, 스위치용 MOS트랜지스터304(PCL신호), 스위치용 MOS트랜지스터303 및 스위치용 MOS트랜지스터313(EN신호)을 오프의 상태로 함으로써, 화소의 리세트 동작을 종료한다. 이에 따라 포토다이오드부(302)의 축적이 개시되어, 방사선 노출B가 유효해진다.
시각 t12로부터 시각 t14까지의 리세트 동작에 의하여, 반도체회로 기판의 전원전압이 변동한다. 이 전원전압의 변동이 수렴될 때까지 소정시간이 경과한 후, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 출력되지 않은 아날로그 신호를 반도체회로 기판이 출력시키도록 주사A2를 재개한다. 시각 t16에서, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 모든 반도체회로 기판이 아날로그 신호를 출력하면 주사를 정지한다. 이 때, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 주사A2의 주사 시간ST2가 노출 시간XT 이하가 되도록 주사 시간STl을 결정한다. 주사Al에서 주사되는 화소수는, 주사 시간ST1에 해당하는 화소수이어도 된다.
예를 들면, 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 직사각형 반도체 기판(107)의 화소수는 128×896=114688화소이고, 수평 시프트 클록 신호CLKH는 20MHz의 주파수다. 주사 시간ST는, 4장의 직사각형 반도체 기판(107)을 주사하는데 필요한 시간에 해당하므로,
ST=114688×(1/20M)×4= 약 23ms
프레임 레이트가 15FPS인 경우에, 촬상간격FT은,
FT=1/15=66.7ms로 나타낸다.
방사선 신호의 축적 시간XT(노출 시간XT)가 16ms이면,
XT+ST=16ms+23ms ＝39ms < FT=66.7ms다.
그러므로, 이 경우, 도 7의 단계S405로부터 단계S412로 이동하고, 시프트 레지스터의 주사는 일시 정지를 하지 않고 도 5a와 같이 제어된다.
그렇지만, 프레임 레이트가 30FPS로 더욱 증가된 경우에, 촬상간격FT는,
FT=1/30=33.3ms로 나타낸다.
그러므로, 방사 신호의 축적 시간XT가 16ms이면,
XT+ST=16ms+23ms＝39ms >FT=33.3ms가 된다.
도 7의 단계S405로부터 단계S406으로 처리를 이동한다. 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 시프트 레지스터의 주사를 일시적으로 정지하고, 도 6에 나타낸 것처럼 제어동작을 행한다. 이 때, 리세트 시간을 고려해서 주사 시간ST2=14ms <XT=16ms라고 하면, 예를 들면 주사 시간STl을 9ms로 설정하여도 된다. 9ms에 해당하는 화소수를 주사하면, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 주사를 일시적으로 정지하면 좋다.
상기한 바와 같이, 소정의 화소수가 주사되면, 동기신호를 검출할 때까지 주사를 일시적으로 정지한다. 이 동작에 의해, 동기신호에 지터가 생기는 경우에도, 리세트 동작전과 리세트 동작후에 주사하는 화소수는 변하지 않는다. 이 때문에, 오프셋 보정용의 FPN화상을 취득하고, 그것과 방사선 화상과의 차분을 연산하여 아티팩트를 저감하는 것도 가능하다. 이에 따라 고화질의 방사선 화상을 출력하는 것이 가능하다.
(제2실시예)
제1실시예에서는 주사된 화소수가 소정수에 도달했을 경우에, 화상처리/시스템 제어장치(101)는, 수직 시프트 레지스터(202)와 수평 시프트 레지스터(203)에 입력되는 수평 시프트 레지스터 스타트 신호HST, 수직 시프트 레지스터 스타트VST, 수평 시프트 클록 신호CLKH, 및 수직 시프트 클록 신호CLKV를 일시적으로 정지하고, 동기신호를 검출한다. 그렇지만, 본 발명은, 이 방법에 한정되지 않는다. 상기 장치는, 소정수의 행을 주사했을 때 수평 시프트 레지스터 스타트 신호HST, 수직 시프트 레지스터 스타트VST, 수평 시프트 클록 신호CLKH, 및 수직 시프트 클록 신호CLKV를 일시적으로 정지하고, 동기신호를 검출하도록 구성되어도 된다.
이에 따라 시프트 레지스터 주사의 일시 정지 및 재개의 제어를, 수직 시프트 클록 신호CLKV를 카운트 하는 것만으로 가능하게 된다. 그러므로, 시프트 레지스터의 제어를 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 장치가 시프트 레지스터 주사를 라인마다 일시정지 및 재개하므로, 아티팩트가 보다 눈에 뜨이지 않게 된다.
추가로, 복수의 직사각형 반도체 기판(107)의 아날로그 출력을 선택하기 위한 아날로그 멀티플렉서131 내지 아날로그 멀티플렉서138의 제어신호마다, 시프트 레지스터의 주사를 제어하는 것이 가능하다. 이에 따라 주사 시간STl 및 ST2의 설정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 고속 촬상 모드에서 아티팩트를 저감하여 고화질 화상을 얻는 것이 목적이다.
(기타의 실시예)
또한, 본 발명의 국면들은, 메모리 디바이스에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하여 상기 실시예(들)의 기능들을 수행하는 시스템 또는 장치(또는 CPU 또는 MPU 등의 디바이스들)의 컴퓨터에 의해서, 또한, 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 수행된 단계들, 예를 들면, 메모리 디바이스에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하여 상기 실시예(들)의 기능들을 수행하는 방법에 의해, 실현될 수도 있다. 이를 위해, 상기 프로그램은, 예를 들면, 네트워크를 통해 또는, 여러 가지 형태의 메모리 디바이스의 기록매체(예를 들면, 컴퓨터 판독 가능한 기억매체)로부터, 상기 컴퓨터에 제공된다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims (18)

  1. 각 화소회로에 대한 방사선에 따른 전하를 축적하는 축적부와,
    각 화소회로의 축적부의 전압에 따른 전하를 샘플링 및 홀딩해서 각 화소회로에 대한 아날로그 신호를 출력하는 출력부와,
    상기 아날로그 신호를 출력하는 화소회로를 선택하는 선택부, 및
    노출 시간과, 모든 화소회로에 대응한 상기 아날로그 신호의 출력에 필요로 하는 출력 시간과의 합계 시간이, 외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호에 의거하는 촬상간격보다 긴 것인가 아닌가를 판정하는 판정부를 포함하고,
    상기 출력부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 출력을 정지하고,
    상기 선택부는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 선택을 정지하고,
    상기 판정부에 의해 상기 합계 시간이 상기 촬상간격보다 길다고 판정되는 경우, 상기 출력부가 미리 결정된 수의 화소회로에 대응한 전기신호를 아날로그 신호로서 출력한 후, 상기 선택부는 상기 선택을 정지하고, 상기 출력부는 상기 선택의 정지에 따라 상기 출력을 정지하는, 방사선 촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선의 노출 시간이 경과한 후에, 각 화소회로의 상기 축적부의 전압에 따른 전하 또는 각 화소회로를 샘플링하여 홀딩하도록 상기 출력부를 제어하는 제어부를 더 구비한, 방사선 촬상장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 방사선의 노출 시작으로부터 미리 결정된 기간이 경과한 후에 상기 화소회로의 출력을 재개하는, 방사선 촬상장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호를 검출하는 검출부를 더 구비하고,
    상기 노출 시간이 경과하기 전 상기 검출부에 의해 검출된 상기 동기신호에 따른 상기 방사선의 노출을 시작하고 나서 상기 미리 결정된 기간이 경과한 후 상기 선택부는 상기 선택을 재개하고, 상기 출력부는 나머지의 화소회로로부터의 상기 출력을 재개하는, 방사선 촬상장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호를 검출하는 검출부를 더 구비하고,
    상기 출력부는 상기 검출부에 의해 검출된 상기 동기신호에 따라 상기 방사선의 노출 시작으로부터 미리 결정된 기간이 경과한 후에 나머지의 화소회로로부터 출력을 재개하는, 방사선 촬상장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부로부터 출력된 상기 아날로그 신호에 의거한 방사선 화상과, 상기 방사선을 노출하기 전에 미리 출력된 상기 아날로그 신호에 의거하여 상기 출력부에 의해 미리 취득된 고정 패턴 노이즈의 화소값 데이터와의 차분에 의거하여 노이즈의 오프셋을 보정하는 보정부를 더 구비한, 방사선 촬상장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택부는, 화소회로의 각 배열마다 상기 아날로그 신호를 출력하는 상기 화소회로를 선택하는, 방사선 촬상장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 선택부에 의한 선택 정지에 따라 출력을 정지하는, 방사선 촬상장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 축적부는 방사선의 조사량에 따라 포토다이오드부에서 발생된 전압에 따른 전하를 축적하는 제1 콘덴서이고,
    상기 출력부는 상기 제1 콘덴서의 전압에 따라 전하를 축적하는 제2 콘덴서를 포함하는, 방사선 촬상장치.
  12. 각 화소회로에 대한 방사선에 따라 축적부로 전하를 축적하는 축적단계;
    각 화소회로의 축적부의 전압에 따라 전하를 샘플링 및 홀딩해서 화소회로마다 아날로그 신호를 출력하는 출력단계;
    상기 아날로그 신호를 출력하는 화소회로를 선택하는 선택단계; 및
    노출 시간과, 모든 화소회로에 대응한 상기 아날로그 신호의 출력에 필요로 하는 출력 시간과의 합계 시간이, 외부 장치로부터 입력된 방사선 발생 타이밍을 나타내는 동기신호에 의거하는 촬상간격보다 긴 것인가 아닌가를 판정하는 판정단계를 포함하고,
    상기 출력단계에서의 출력은 상기 축적부의 리세트 동작 동안 정지되고,
    상기 선택단계에서는 상기 축적부의 리세트 동작 동안 상기 선택을 정지하고,
    상기 판정단계에서 상기 합계 시간이 상기 촬상간격보다 길다고 판정되는 경우, 상기 출력단계에서 미리 결정된 수의 화소회로에 대응한 전기신호를 아날로그 신호로서 출력한 후, 상기 선택단계에서 상기 선택을 정지하고, 상기 출력단계에서 상기 선택의 정지에 따라 상기 출력을 정지하는, 방사선 촬상장치.
  13. 컴퓨터에 청구항 12에 기재된 방사선 촬상장치의 제어 방법에 있어서의 각 단계를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램이 기억된, 컴퓨터 판독 가능한 기억매체.
  14. 방사선을 신호로 변환하는 변환부와 상기 신호를 샘플링 및 홀딩하는 샘플링 및 홀딩부와 상기 샘플링 및 홀딩부에 의해 샘플링 및 홀딩된 상기 신호를 출력하는 출력부 및 상기 변환부를 리세트하는 리세트부를 포함하는 화소 회로로 이루어지는 복수의 화소 회로와,
    상기 복수의 화소 회로로부터 상기 생플링 및 홀딩된 신호를 출력하기 위하여, 상기 샘플링 및 홀딩된 신호를 출력하는 화소 회로의 선택 동작을 행하는 선택부와,
    상기 리세트가 방사선 발생 타이밍을 나타내는 신호에 의거하여 상기 복수의 화소 회로에 일괄적으로 행해지고, 상기 샘플링 및 홀딩이 상기 복수의 화소 회로에 일괄적으로 행해지도록 상기 복수의 화소 회로를 제어하는 제어부, 및
    상기 리세트가 상기 방사선 발생 타이밍을 나타내는 신호에 의거하여 행해질 때, 상기 방사선 발생 타이밍의 종료를 나타내는 직전 신호에 의거하여 상기 복수의 화소 회로에 선택 동작이 있는지 여부를 판정하는 판정부를 포함하고,
    상기 선택 동작이 종료되지 않았다고 상기 선택부에 의해 판정된다면, 상기 선택부는 상기 복수의 화소 회로 중 일부의 화소 회로가 선택되지 않은 상태에서 상기 선택 동작을 정지하고, 상기 리세트가 상기 제어부에 의해 행해진 후 상기 일부의 화소 회로에 선택 동작을 재개하는, 방사선 촬상장치.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 리세트가 행해지고 나서 소정 시간 경과한 후에 상기 선택부가 상기 일부의 화소 회로에 대하여 상기 선택 동작을 행하도록 제어하는, 방사선 촬상장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
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