JP2015095759A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線照射量に応じた出力を行うことができる放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することを課題とする。
【解決手段】放射線撮像装置は、各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動（Ｒ１）と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動（Ｒ１）を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動（Ｒ１）とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

近年、デジタルＸ線撮像装置の分野では、イメージインテンシファイアに代わり、解像度の向上、体積の小型化、画像の歪みを抑えることを目的に、光電変換素子を用いた等倍光学系の大面積フラットパネル式の放射線撮像装置が普及している。放射線撮像装置に用いられる等倍光学系のフラットパネルセンサの一つとして、シリコン半導体ウエハ上にＣＭＯＳ半導体製造プロセスにより生成された光電変換素子を二次元につなぎ合わせて構成した大面積フラットパネルセンサがある。

特許文献１には、シリコン半導体ウエハサイズ以上の大面積のフラットパネルセンサが開示されている。大面積フラットパネルセンサは、シリコン半導体ウエハから光電変換素子を短冊状に切り出した矩形撮像素子である矩形半導体基板を複数枚タイリングして大面積フラットパネルセンサとしている。

特許文献２には、光電変換素子を短冊状に切り出した矩形半導体基板の回路構成が開示されている。短冊状に切り出した矩形半導体基板上には、二次元に整列した光電変換素子と共に読み出し制御回路として垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタが構成されている。水平シフトレジスタの近傍には、外部端子（電極パット）が設けられている。外部端子から入力される制御信号及びクロック信号により、矩形半導体基板上の垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタが制御され、クロック信号に同期して各シフトレジスタから順次各画素列に信号が出力される。

特開２００２−０２６３０２号公報 特開２００２−３４４８０９号公報

特許文献２によると、Ｘ線照射検出待機駆動時、一定時間毎に電荷蓄積を複数の画素に対して一括でリセットする処理を実施しているため、Ｘ線照射の非検出期間が存在する。そのため、Ｘ線照射開始を撮像装置側で検出して撮影動作を発生させる場合、Ｘ線照射タイミングによっては、Ｘ線照射が非検出期間に掛かり、無効照射となり、Ｘ線照射量に応じた画素出力値を得ることができない。

本発明の目的は、放射線照射量に応じた出力を行うことができる放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することである。

本発明の放射線撮像装置は、各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする。

放射線照射のタイミングが一部の領域の画素回路のリセット駆動のタイミングに重なっても、その重なった領域の画素回路の信号を補正することができるので、放射線照射量に応じた出力を行うことができる。

放射線撮像システムの構成例を示す図である。 画素回路の構成例を示す図である。 矩形半導体基板の構成例を示す図である。 Ｘ線照射待機駆動時のタイムチャートである。 Ｘ線照射画像取得時のタイムチャートである。 Ｘ線照射待機駆動の領域分けの一例を示す図である。 Ｘ線照射待機駆動の領域分けにおける駆動のタイムチャートである。 Ｘ線照射検出時のフローチャートである。 暗画像補正用画像取得時のタイムチャートである。

図１は、本発明の実施形態による放射線撮像システムの構成例を示す図である。放射線撮像システムは、放射線撮像装置１００と画像処理装置１０１とが分離した大面積フラットパネル式の放射線撮像システムである。１００は放射線撮像装置、１０１は画像処理装置、１０２は画像表示装置、１０３はＸ線発生装置、１０４はＸ線管である。１０６はコマンド制御用インターフェースである。１０７は高速通信が可能な画像データインターフェースである。放射線撮像装置１００は、撮影制御部１０５、アンプ１０８、アナログデジタル変換器１０９及び例えば８枚の矩形半導体基板３０１を有する。８枚の矩形半導体基板３０１は、それぞれ、シリコン半導体ウエハから短冊状に切り出された基板である。８枚の矩形半導体基板３０１をタイリングすることにより、大面積フラットパネルセンサを構成する。

Ｘ線管１０４は、Ｘ線発生装置１０３及び画像処理装置１０１の制御の下、被写体を介して放射線（Ｘ線）を放射線撮像装置１００に照射する放射線源である。以下、放射線の一例としてＸ線の例を説明する。矩形半導体基板３０１は、被写体を透過した放射線を不図示のシンチレータにより可視光に変換し、光量に応じた２次元画像の電気信号をアンプ１０８に出力する。アンプ１０８は、電気信号を増幅してアナログデジタル変換器１０９に出力する。アナログデジタル変換器１０９は、電気信号をアナログからデジタルに変換し、２次元画像データを、撮影制御部１０５及び画像データインターフェース１０７を介して画像処理装置１０１に出力する。画像処理装置１０１は、画像処理を行い、画像表示装置１０２に放射線画像を表示する。

撮影制御部１０５は、画像処理装置１０１に対して制御コマンドを通信し、画像処理装置１０１へ画像データを送信する。また、撮影制御部１０５は、内蔵するＦＰＧＡやＣＰＵの働きにより、後述する矩形半導体基板３０１の駆動信号を生成する。コマンド制御用インターフェース１０６は、画像処理装置１０１から撮影制御部１０５へ撮影モード設定及び各種パラメータ設定の信号を通信し、撮影制御部１０５から画像処理装置１０１へ放射線撮像装置１００のステータス等の信号を通信する。画像データインターフェース１０７は、高速通信が可能なインターフェースで、放射線撮像装置１００から画像処理装置１０１へ画像データを転送する。

図３は、図１のＣＭＯＳ矩形半導体基板３０１の構成例を示す図である。矩形半導体基板３０１は、チップセレクト端子ＣＳ、光信号出力端子Ｓ１、ノイズ信号出力端子Ｎ１、垂直走査回路スタート信号端子ＶＳＴ、垂直走査回路クロック端子ＣＬＫＶ、水平走査回路スタート信号端子ＨＳＴ及び水平走査回路クロック端子ＣＬＫＨを有する。複数の画素回路３０２は、２次元行列状に配置され、放射線を可視光に変換し、可視光を電荷に変換し、サンプルホールドされた光信号（画素信号）を光信号出力端子Ｓに出力し、サンプルホールドされたノイズ信号をノイズ信号出力端子Ｎに出力する。垂直走査回路３０３は、垂直走査クロック端子ＣＬＫＶのクロックに同期して、複数の行信号線３０５の行選択信号Ｖ１〜Ｖｍを垂直方向に走査して順次イネーブル状態にすることにより、行列状の画素回路３０２のスイッチＭ９及びＭ１２を行毎に順次オンさせる。オンされた行の画素回路３０２の光信号出力端子Ｓ及びノイズ信号出力端子Ｎは、それぞれ、列毎に、光信号列信号線３０６及びノイズ信号列信号線３０７に接続される。水平走査回路３０４は、水平走査クロック端子ＣＬＫＨのクロックに同期して、列選択信号Ｈ１〜Ｈｎを水平方向に走査して順次イネーブル状態にすることにより、各列の列信号線３０６及び３０７のスイッチを列毎に順次オンさせる。オンされた列の列信号線３０６及び３０７は、それぞれ、アナログ出力線３０９及び３０８に接続される。アナログ出力線３０８及び３０９は、それぞれ、チップセレクト端子ＣＳにより制御されるスイッチを介して、光信号出力端子Ｓ１及びノイズ信号出力端子Ｎ１に接続される。

以上のように、矩形半導体基板３０１は、垂直走査回路３０３及び水平走査回路３０４を使用したＸＹアドレス方式によるスイッチング動作によって画素選択を行う。端子ＣＬＫＶは、垂直走査回路３０３のクロック信号の端子である。端子ＶＳＴは、垂直走査回路３０３のスタート信号の端子である。垂直走査スタート信号端子ＶＳＴをハイレベルにした後、垂直走査クロック端子ＣＬＫＶにクロック信号を入力することにより、行選択信号Ｖ１，Ｖ２，・・・，Ｖｍが順次イネーブル状態になる。その後、垂直走査スタート信号端子ＶＳＴをローレベルにする。

端子ＣＬＫＨは、水平走査回路３０４のクロック信号の端子である。端子ＨＳＴは、水平走査回路３０４のスタート信号の端子である。水平走査スタート信号端子ＨＳＴをハイレベルにし、水平走査クロック端子ＣＬＫＨにクロック信号を入力することにより、列選択信号Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈｎが順次イネーブル状態になる。その後、水平走査スタート信号端子ＨＳＴをローレベルにする。

行選択信号Ｖ１がイネーブル状態になると、行選択信号Ｖ１が供給される第１行の画素（１，１）〜（ｎ、１）が選択される。すると、第１行の画素（１，１）〜（ｎ、１）の光信号出力端子Ｓ及びノイズ信号出力端子Ｎから各列の列信号線３０６及び３０７に光信号及びノイズ信号がそれぞれ出力される。水平走査回路３０４の列選択信号Ｈ１，Ｈ２，・・・，Ｈｎを順次イネーブル状態に切り換える。これにより、選択された１行の画素の光信号及びノイズ信号が順次アナログ信号出力線３０８及び３０９を経由して光信号出力端子Ｓ１及びノイズ信号出力端子Ｎ１にそれぞれ出力される。行選択信号Ｖｍまで同様な走査を行うことにより、全画素の画素出力が得られる。以下、上記の処理を読み出し駆動ＲＤ１という。

図２は、図３の画素回路３０２の構成例を示す回路図である。ＰＤは、光電変換を行う光電変換部（フォトダイオード）である。シンチレータは、放射線を可視光に変換する。フォトダイオードＰＤは、可視光を電荷に変換する。Ｍ２は、フローティングディフュージョン（浮遊拡散領域）ＦＤに蓄積された電荷をリセット電圧ＶＲＥＳにより放電させるためのリセットＭＯＳトランジスタ（リセットスイッチ）である。Ｃｆｄは、電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤの容量である。Ｍ１は、高ダイナミックレンジモードと高感度モードを切り換えるための感度切り換え用ＭＯＳトランジスタ（感度切り換えスイッチ）である。Ｃ１は、ダイナミックレンジ拡大用の容量であり、感度切り換えスイッチＭ１をオンすると電荷の蓄積が可能となる。感度切り換えスイッチＭ１をオンすると、フローティングディフュージョンＦＤの容量が実質的に増え、感度は低くなるが、ダイナミックレンジを拡大することができる。よって、例えば高感度が必要な透視撮影時には感度切り換えスイッチＭ１をオフし、高ダイナミックレンジが必要なＤＳＡ撮影時などには感度切り換えスイッチＭ１をオンする。Ｍ４は、ソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（第１の画素アンプ）である。Ｍ３は、第１の画素アンプＭ４を動作状態とさせるための選択ＭＯＳトランジスタ（第１の選択スイッチ）である。

第１の画素アンプＭ４の後段には、光電変換部ＰＤで発生するｋＴＣノイズを除去するクランプ回路が設けられている。Ｃｃｌは、クランプ容量である。Ｍ５は、クランプ用ＭＯＳトランジスタ（クランプスイッチ）である。Ｍ７は、ソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（第２の画素アンプ）である。Ｍ６は、第２の画素アンプＭ７を動作状態とするための選択ＭＯＳトランジスタ（第２の選択スイッチ）である。

第２の画素アンプＭ７の後段には、２つのサンプルホールド回路が設けられている。Ｍ８は、光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ（光信号用サンプルホールドスイッチ）である。ＣＳは、光信号用ホールド容量である。Ｍ１１は、ノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成するサンプルホールドＭＯＳトランジスタ（ノイズ信号用サンプルホールドスイッチ）である。ＣＮは、ノイズ信号用ホールド容量である。Ｍ１０は、ソースフォロアとして動作する光信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（光信号用画素アンプ）である。Ｍ９は、光信号用画素アンプＭ１０で増幅された光信号を行信号線３０６へ出力するためのアナログスイッチ（光信号用転送スイッチ）である。Ｍ１３は、ソースフォロアとしての動作するノイズ信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（ノイズ信号用画素アンプ）である。Ｍ１２は、ノイズ信号用画素アンプＭ１３で増幅されたノイズ信号を行信号線３０７へ出力するためのアナログスイッチ（転送スイッチＮ）である。

信号ＥＮは、第１の選択スイッチＭ３及び第２の選択スイッチＭ６のゲートに接続され、第１の画素アンプＭ４及び第２の画素アンプＭ７を動作状態とさせるための制御信号である。信号ＥＮがハイレベルの時、第１の画素アンプＭ４及び第２の画素アンプＭ７は同時に動作状態となる。信号ＷＩＤＥは、感度切り換えスイッチＭ１のゲートに接続され、感度の切換を制御する。信号ＷＩＤＥがローレベルの時は、感度切り換えスイッチＭ１がオフし、高感度モードとなる。信号ＷＩＤＥがハイレベルの時は、感度切り換えスイッチＭ１がオンし、高ダイナミックレンジモードとなる。信号ＰＲＥＳは、リセットスイッチＭ２をオンして、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を放電させるためのリセット信号である。信号ＰＣＬは、クランプスイッチＭ５を制御するための信号である。信号ＰＣＬがハイレベルの時、クランプスイッチＭ５がオンし、クランプ容量Ｃｃｌを基準電圧ＶＣＬにセットする。信号ＴＳは、光信号サンプルホールド制御信号である。信号ＴＳをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチＭ８をオンすることにより、光信号が第２の画素アンプＭ７を通して容量ＣＳに全画素一括転送される。次いで、全画素一括で信号ＴＳをローレベルとし、光信号用サンプルスイッチＭ８をオフすることで、サンプルホールド回路の容量ＣＳへの光信号電荷の保持が完了する。信号ＴＮは、ノイズ信号サンプルホールド制御信号である。信号ＴＮをハイレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチＭ１１をオンすることで、ノイズ信号が第２の画素アンプＭ７を通して容量ＣＮに全画素一括転送される。次いで、全画素一括で信号ＴＮをローレベルとし、ノイズ信号用サンプルスイッチＭ１１をオフすることで、サンプルホールド回路の容量ＣＮへのノイズ信号電荷の保持が完了する。容量ＣＳ及び容量ＣＮのサンプルホールド後は、サンプルホールドスイッチＭ８及びＭ１１がオフとなり、容量ＣＳ及び容量ＣＮは前段の蓄積回路と切り離されるため、再度サンプルホールドされるまで蓄積した信号を非破壊で読み出すことが可能である。

次に、Ｘ線照射待機時における放射線撮像装置１００の駆動方法について説明する。放射線撮像システムは、放射線撮影装置１００とＸ線発生装置１０３との間で撮影同期用信号をやり取りせず、Ｘ線の照射を放射線撮像装置１００が検出することにより撮影動作を行う、いわゆるＸ線非同期撮影システムである。放射線撮像装置１００は、起動後、撮影制御部１０５等からの指示に応じて、Ｘ線照射待機駆動を実施しながら、Ｘ線照射を待機する。この時、暗画像補正（オフセット補正）が実現可能なように、Ｘ線照射待機駆動時には、一定時間間隔で、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をリセット電圧ＶＲＥＳにリセットする駆動を実施する。

図４は、放射線撮像装置１００のＸ線照射待機駆動の駆動方法を示すタイミングチャートである。まず、時刻ｔ５０では、信号ＷＩＤＥをローレベルにし、撮影モードを設定する。次に、時刻ｔ５１〜ｔ５６では、リセット駆動Ｒ１を行う。時刻ｔ５１では、信号ＥＮをハイレベルにし、第１の画素アンプＭ４及び第２の画素アンプＭ７を動作状態にする。次に、時刻ｔ５２では、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤにリセット電圧ＶＲＥＳを供給することによりリセットを行う。次に、時刻ｔ５３では、信号ＰＣＬをハイレベルにすることにより、クランプスイッチＭ５をオンし、クランプ容量Ｃｃｌの第２の画素アンプＭ７側の端子に基準電圧ＶＣＬを印加する。その後、時刻ｔ５４では、信号ＰＲＥＳをローレベルにして、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤのリセット処理を終了する。クランプ容量Ｃｃｌの第１の画素アンプＭ４側の端子には、リセット電圧ＶＲＥＳがセットされる。その後、時刻ｔ５５では、信号ＰＣＬをローレベルにすることにより、クランプスイッチＭ５をオフし、基準電圧ＶＣＬとリセット電圧ＶＲＥＳの差分の電圧に応じた電荷がクランプ容量Ｃｃｌに蓄積され、クランプが終了する。次に、時刻ｔ５６では、信号ＥＮをローレベルして、第１の画素アンプＭ４及び第２の画素アンプＭ７を非動作状態にし、リセット駆動Ｒ１が終了する。Ｘ線照射待機駆動において、このリセット駆動Ｒ１を、一定時間間隔にて繰り返すことにより、電荷蓄積時間が制御され、暗画像補正（ＦＰＮ補正）が可能となる。

リセット駆動Ｒ１の終了時刻ｔ５６では、フォトダイオードＰＤ及びフローティングディフュージョン容量Ｃｆｄの電荷蓄積が開始される。電荷蓄積時間中の時刻ｔ９０では、信号ＥＮをハイレベルにし、第１の選択スイッチＭ３及び第２の選択スイッチＭ６をオンする。これにより、容量Ｃｆｄに蓄積されている電荷は電圧に変換され、ソースフォロアとして動作する第１の画素アンプＭ４により電圧としてクランプ容量Ｃｃｌに出力される。第１の画素アンプＭ４の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によりリセット時に第２の画素アンプＭ７側のクランプ容量Ｃｃｌの端子を基準電圧ＶＣＬにセットしているので、リセットノイズが除去された光信号となって第２の画素アンプＭ７に出力される。

次に、電荷蓄積期間中の時刻ｔ９１〜ｔ９５では、列毎に順次、高速非破壊読み出しＦＲＤ１を実施する。時刻ｔ９１では、サンプルホールド制御信号ＴＳをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチＭ８をオンすることで、光信号は第２の画素アンプＭ７を通して光信号用ホールド容量ＣＳに全画素一括転送される。次に、時刻ｔ９２では、信号ＴＳをローレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチＭ８をオフすることで、光信号用ホールド容量ＣＳに光信号がサンプルホールドされる。次に、時刻ｔ９３では、信号ＡＤＤ０をハイレベル、信号ＡＤＤ１をハイレベルとし、画素加算回路により画素信号の加算を行う。次に、時刻ｔ９４では、画素の読み出し処理を開始する。光信号用転送スイッチＭ９及びノイズ信号用転送スイッチＭ１２をオンする。これにより、光信号用ホールド容量ＣＳの電圧及びノイズ信号用ホールド用容量ＣＮの電圧が、それぞれ、光信号用画素アンプＭ１０及びノイズ信号用画素アンプＭ１３を通して、光信号出力線３０６及びノイズ信号出力線３０７に転送される。ノイズ信号出力線３０７と光信号出力線３０６に転送された信号は、ノイズ信号出力線３０７と光信号出力線３０６に接続された不図示の差動入力アンプで減算される。画素の読み出しが終了した時刻ｔ９５では、信号ＡＤＤ０及び信号ＡＤＤ１をローレベルとし、次のフレームのサンプリングに備える。この間、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を放電させるリセット信号の制御は行わないので、電荷蓄積時間中の画素信号は破壊されず、非破壊で読み出すことができる。高速非破壊読み出しＦＲＤ１をすべての列について行うことにより、全画素の信号を読み出す。上記の処理を１フレームとして、フレーム処理を繰り返す。すなわち、撮影制御部１０５は、画素回路３０２の電荷をリセットするリセット駆動Ｒ１と、複数の画素回路３０２の信号を読み出す高速非破壊読み出しＦＲＤ１の処理とを行う。このようにして読み出された出力を監視することにより、Ｘ線照射検出が可能となる。Ｘ線照射待機駆動中、Ｘ線照射開始が検出されれば、電荷蓄積動作が継続され、図５の撮影動作へと移行する。

図５は、放射線撮像装置１００の撮影動作の駆動方法を示すタイミングチャートである。Ｘ線照射検出は、例えば放射線撮像装置１００内に予め格納された照射検出閾値と画素回路３０２の出力値とを随時比較し、画素回路３０２の出力値が照射検出閾値以上となったら、Ｘ線照射が開始されたと判断すればよい。一方、Ｘ線照射終了は、画素回路３０２の出力値の変化量が照射終了判定値以下となったら、Ｘ線照射が終了したと判断すればよい。

Ｘ線照射終了が検出されると、時刻ｔ９９では、信号ＥＮをローレベルにし、読み出しを終了する。次に、時刻ｔ６０〜ｔ６９では、サンプリング駆動Ｓ１を行う。時刻ｔ６０では、信号ＥＮをハイレベルにし、第１の選択スイッチＭ３及び第２の選択スイッチＭ６をオンする。これにより、容量Ｃｆｄに蓄積されている電荷は電圧に変換され、ソースフォロアとして動作する第１の画素アンプＭ４により電圧としてクランプ容量Ｃｃｌに出力される。第１の画素アンプＭ４の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によりリセット時に第２の画素アンプＭ７側のクランプ容量Ｃｃｌの端子を基準電圧ＶＣＬにセットしているので、リセットノイズが除去された光信号となって第２の画素アンプＭ７に出力される。次に、時刻ｔ６１では、サンプルホールド制御信号ＴＳをハイレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチＭ８をオンすることで、光信号は第２の画素アンプＭ７を通して光信号用ホールド容量ＣＳに全画素一括転送される。サンプルホールドを開始したので、曝射許可信号をディセーブルとしＸ線曝射は禁止される。次に、時刻ｔ６２では、信号ＴＳをローレベルとし、光信号用サンプルホールドスイッチＭ８をオフすることで、光信号用ホールド容量ＣＳに光信号がサンプルホールドされる。次に、時刻ｔ６３では、リセット信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、リセットスイッチＭ２をオンし、容量Ｃｆｄを基準電圧ＶＲＥＳにリセットする。次に、時刻ｔ６４では、信号ＰＣＬをハイレベルとし、クランプスイッチＭ５をオンさせる。すると、クランプ容量Ｃｃｌには、電圧ＶＣＬと電圧ＶＲＥＳの差分の電圧にリセットノイズが重畳した電荷が蓄積される。次に、時刻ｔ６５では、リセット信号ＰＲＥＳをローレベルとし、リセットスイッチＭ２をオフし、リセットを完了する。次に、時刻ｔ６６では、信号ＴＮをハイレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチＭ１１をオンすることで、基準電圧ＶＣＬにセットされた時のノイズ信号をノイズ信号用ホールド容量ＣＮに転送する。次に、時刻ｔ６７では、信号ＴＮをローレベルとし、ノイズ信号用サンプルホールドスイッチＭ１１をオフすることで、ノイズ信号用ホールド用容量ＣＮにノイズ信号がサンプルホールドされる。次に、時刻ｔ６８では、信号ＰＣＬをローレベルとし、時刻ｔ６９では、信号ＥＮをローレベルとし、サンプリング駆動Ｓ１を終了する。その後、前述の読み出し駆動ＲＤ１を実施する。

本実施形態では、図４のＸ線照射待機駆動において、例えば図６のように、放射線撮像装置１００内の複数の画素回路３０２は複数の領域Ａ及び領域Ｂに分けられる。領域Ａ内の画素回路３０２と領域Ｂ内の画素回路３０２とでは、図７のようにリセット駆動Ｒ１（図４）をタイミングをずらして実施する。すなわち、撮影制御部１０５は、複数の画素回路３０２が分けられた複数の領域のうち一の領域Ａの複数の画素回路３０２に対して一括にリセット駆動Ｒ１を行う。また、撮影制御部１０５は、複数の領域のうち一の領域Ａとは別の異なる領域Ｂの複数の画素回路３０２に対して一括にリセット駆動Ｒ１を行う。また、撮影制御部１０５は、一の領域Ａの複数の画素回路３０２に対して一括に行うリセット駆動Ｒ１を異なる領域Ｂの複数の画素回路３０２に対して一括に行うリセット駆動Ｒ１とは別の期間に行うリセット処理を行う。撮影制御部１０５は、そのリセット処理を、画素回路３０２の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行う。複数の領域Ａ及びＢのうちの異なる領域の画素回路３０２は、異なるタイミングでリセット駆動Ｒ１が行われる。この際、各領域Ａ及びＢにおける電荷蓄積時間Ｔ１は同じとする。前述の通り、リセット駆動Ｒ１中はＸ線照射検出ができない非検出期間となる。そこで、本実施形態では、領域Ａと領域Ｂとでリセット駆動Ｒ１をタイミングをずらして実施することにより、常に何れかの領域Ａ又はＢにてＸ線照射検出が可能となる。その結果、何れかの領域Ａ又はＢのリセット駆動Ｒ１にＸ線照射が重なったか否か、更に、重なっていた場合は、重なった領域と重なり時間とが検出可能となる。

放射線撮像装置１００の駆動信号は、撮影制御部１０５に内蔵されるＦＰＧＡ又はＣＰＵにより生成される。代表的な設計では、ＣＰＵからＦＰＧＡに対して、各駆動信号の駆動タイミングが設定され、ＦＰＧＡは設定された値に応じて、実際の駆動信号を生成する。放射線撮像装置１００は、Ｘ線照射検出時、ＦＰＧＡ又はＣＰＵの動作により、生成した駆動タイミングと照らし合わせて、Ｘ線照射が何れかの領域Ａ又はＢのリセット駆動Ｒ１と重なったか否か、更に、重なっていた場合は、重なった領域と重なり時間とを検出する。なお、一例として、リセット駆動Ｒ１の時間は１ｍｓ、高速非破壊読み出しＦＲＤ１の時間は０．１ｍｓとした場合、リセット駆動Ｒ１の時間中に１０ポイントのサンプリングポイントが存在する。

図８は、放射線撮像装置１００のＸ線照射検出時の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、放射線撮像装置１００は、図４のＸ線照射待機駆動を行う。次に、ステップＳ２では、放射線撮像装置１００は、Ｘ線照射を検出するまで、ステップＳ１の処理を繰り返し、Ｘ線照射を検出すると、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、放射線撮像装置１００は、Ｘ線照射のタイミングがリセット駆動Ｒ１のタイミングと重なる領域があるかを判定する。全領域に渡って重なり領域がない場合は、ステップＳ６に進み、リセット駆動と重なる領域が存在した場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ６では、放射線撮像装置１００は、全領域Ａ及びＢに渡って、通常画素出力を実施し、ステップＳ７へ進む。ステップＳ４では、放射線撮像装置１００は、重なっていない領域Ａ又はＢのＸ線照射検出情報を用いて、重なり領域の重なり時間を検出する。すなわち、撮影制御部１０５は、複数の画素回路３０２の信号を基に、放射線照射のタイミングがリセット駆動Ｒ１のタイミングと重なった時間を検出する。次に、ステップＳ５では、放射線撮像装置１００は、重なっていない領域に対して、通常の画素出力を行い、重なり領域に対して、重なり時間に応じたゲイン補正出力を実施する。撮影制御部１０５は、重なり時間を基に、放射線照射のタイミングがリセット駆動Ｒ１のタイミングと重なった領域の画素回路３０２の信号をゲイン補正する。その後、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、放射線撮像装置１００は、処理を終了する。

領域Ａ及びＢを分けない場合には、リセット駆動Ｒ１の間に照射されたＸ線が電荷蓄積の対象とならずに無効照射となり、所望の画素出力値が得られない。これに対し、本実施形態では、領域Ａ及びＢに分けることにより、Ｘ線照射のタイミングがリセット駆動Ｒのタイミングに重なった領域に対しても、所望の画素出力値を得ることが可能となる。

ステップＳ５のゲイン補正出力は、次式のようにゲイン補正値Ｇを算出し、ゲイン補正後出力値を決定する。ここで、ＴＸはＸ線照射時間であり、ＴＲはＸ線照射とリセット駆動Ｒ１の重なり時間である。
ゲイン補正値Ｇ＝ＴＸ／（ＴＸ−ＴＲ）
ゲイン補正後出力値＝通常画素出力値×ゲイン補正値Ｇ

その後、画像処理装置１０１は、所望の画像補正処理を行い、Ｘ線照射画像を形成する。一般的には、基本画像補正として、暗画像（オフセット）補正、白画像（画素出力ばらつき）補正等が行われる。一例として、Ｘ線撮影に続いて、暗画像を取得し、暗画像補正を行う例を図９に示す。ここで、リセット駆動Ｒ１、高速非破壊読み出しＦＲＤ１、サンプリング駆動Ｓ１、読み出し駆動ＲＤ１は、図４及び図５のものと同一である。Ｘ線照射終了を検出すると、領域Ａ及び領域Ｂでは、同時にサンプリング駆動Ｓ１及び読み出し駆動ＲＤ１を実施して、Ｘ線照射画像を得る。その後、暗画像の取得を行うが、領域Ａ及び領域ＢのＸ線撮影時の電荷蓄積時間Ｔ２及びＴ３と暗画像取得時の電荷蓄積時間Ｔ２'及びＴ３'とが、それぞれ同時間（Ｔ２＝Ｔ２'、Ｔ３＝Ｔ３'）となるように制御する。暗画像取得時も、Ｘ線撮影時同様に、サンプリング駆動Ｓ１及び読出し駆動ＲＤ１を実施し、Ｘ線画像から暗画像を減算することにより、暗画像補正を行う。

本実施形態によれば、Ｘ線照射の非検出期間の無い放射線撮像装置１００が提供でき、更に、常に全撮影領域に対して、放射線照射量に応じた画素値を持つ画像を得ることが出来る。

なお、例えば、複数の矩形半導体基板３０１を張り合わせた構造となっている放射線撮像装置１００の場合、矩形半導体基板３０１単位で領域Ａ及びＢを設定するのが、駆動制御のしやすさから望ましい。すなわち、複数の画素回路３０２は、複数の矩形半導体基板３０１に分けられ、同一の矩形半導体基板３０１の画素回路３０２は、同一の領域の画素回路３０２である。また、撮像部位に応じて、自動で若しくは手動でリセット駆動Ｒ１の領域分けを実施してもよい。

また、本実施形態では、Ｘ線照射検出を高速非破壊読み出しＦＲＤ１によって実現する例を示したが、破壊読み出しによっても、同様のＸ線照射検出待機駆動は可能である。ただし、破壊読み出しの場合は、Ｘ線照射と非検出期間との重なり時間の検出が難しいため、重なり時間量に応じたゲイン補正を高精度で行うためには、非破壊読み出しにて実現するのが効果的である。

本実施形態は、Ｘ線照射待機駆動における一定時間毎の電荷蓄積リセット駆動Ｒ１を、領域Ａ及びＢ毎にタイミングをずらして行うことにより、Ｘ線の非検出時間を無くし、無効照射の有無・無効照射時間を検出可能する。更に、その検出結果に応じて、無効照射が発生した対象領域の出力値補正を行うことにより、常に照射線量に応じた画素出力を得ることができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００ 放射線撮像装置、１０５ 撮影制御部、３０１ 矩形半導体基板、３０２ 画素回路

Claims (7)

1. 各々が放射線を電荷に変換して信号を出力する複数の画素回路と、
   前記画素回路の電荷をリセットするリセット駆動と、前記複数の画素回路の信号を読み出す処理と、を行う制御部と、
   を有する放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、前記複数の画素回路が分けられた複数の領域のうち一の領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動を前記複数の領域のうち前記一の領域とは別の異なる領域の複数の画素回路に対して一括に行う前記リセット駆動とは別の期間に行うリセット処理を、前記画素回路の信号を基に放射線の照射を検出するまで繰り返し行うことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記制御部は、放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった領域の画素回路の信号を補正することを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
3. 前記制御部は、前記複数の画素回路の信号を基に、前記放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった時間を検出し、前記重なった時間を基に、前記放射線照射のタイミングが前記リセット駆動のタイミングと重なった領域の画素回路の信号を補正することを特徴とする請求項２記載の放射線撮像装置。
4. 前記制御部は、前記画素回路の信号をゲイン補正することを特徴とする請求項２又は３記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の画素回路は、複数の半導体基板に分けられ、
   同一の前記半導体基板の画素回路は、同一の前記領域の画素回路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、前記複数の画素回路の信号を非破壊で読み出すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   放射線を照射する放射線源と
   を有することを特徴とする放射線撮像システム。

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