JP4418639B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ、デジタル複写機、スチールカメラ或いは放射線撮像装置等の二次元の撮像装置及び撮像方法に関するものであって、特に可視光もしくは放射線により像を形成する撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ型センサ、ＭＯＳ型センサに代表されるＳｉ単結晶センサや、水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）のＰＩＮ型センサを用いた撮像素子を、二次元に並べた大型センサを用いた撮像装置が各種実用化されている。これらの撮像装置は可視光の像を形成するのみならず、原子力開発、放射線医療機器及び非破壊検査の発達に伴い放射線像を電気信号に変換する撮像装置として使用されている。
【０００３】
しかしながら、それらの機器におけるＳ／Ｎは２〜３桁のものが多く、それ以上のＳ／Ｎは求められていなかった。これは、高Ｓ／Ｎの出力を高精度でデジタル化するのに適したＡ／Ｄ変換器がなかったり、或いは変換後のデータ量が大量になるため、メモリの制限や通信の制限を受けてしまい、使い勝手が悪く、その結果、高Ｓ／Ｎの撮像装置の必要性が小さかったためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、大容量のメモリや高速な通信の開発は目覚ましく、これに伴い、４〜５桁の高Ｓ／Ｎを持つ撮像装置の要求が高まっている。しかしながら、特に、ライン単位でＳ／Ｈ回路を有する撮像装置において、外界の環境により撮影画像にライン状のノイズが突発的に混入する場合があった。これらの外因性ノイズ源は、特に、Ｘ線撮像装置においては、隣接する撮影室内のＸ線の高圧電源等が挙げられる。この突発的なノイズは、何時如何なるタイミングで発生するのか判らず、偶発的に画像が乱れることが問題であった。
【０００５】
また、読み出し回路内に、各列もしくは各行ごとに設けられるような基準電位を有する装置にも上記問題が発生していた。このように予めセンサパネル内での素子のばらつきなどによる装置固有のノイズと共に、突発的に発生するノイズに対する対応を検討する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ラインノイズの低減された高品質な画像情報を得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、光又は放射線の入射量に応じた電荷を発生する光感知センサ又は放射線感知センサが行方向及び列方向に複数配列された二次元エリアセンサと、前記行方向に配列された複数の光感知センサ又は放射線感知センサが発生した電荷を複数の信号線でパラレルに出力した撮影出力をサンプルホールドして行毎に順次読み出すサンプルホールド回路と、を有する撮像装置であって、前記光感知センサ又は放射線感知センサの撮影出力を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された撮影出力の前記行方向に発生し得るラインノイズの有無を検知するラインノイズ検知手段であって、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ−１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きく、かつ、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ＋１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きい場合に、Ｘ行目にラインノイズ有りと判定するラインノイズ検知手段と、前記ラインノイズ検知手段により前記ラインノイズの有無が検知された場合に、検知した前記ラインノイズの出力量を演算する演算手段と、前記ラインノイズ検知手段により前記ラインノイズの有無が検知された場合に、演算手段によって演算された前記ラインノイズの出力量を前記ラインノイズが検知された行の各撮影出力から減ずることにより撮影出力を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、光又は放射線の入射量に応じた電荷を発生する光感知センサ又は放射線感知センサが行方向及び列方向に複数配列された二次元エリアセンサと、前記行方向に配列された複数の光感知センサ又は放射線感知センサが発生した電荷を複数の信号線でパラレルに出力した撮影出力をサンプルホールドして行毎に順次読み出すサンプルホールド回路と、を有する撮像装置を用いて、放射線もしくは可視光を照射して撮影を行なう撮影方法であって、記憶手段に記憶された撮影時の撮影出力に対して、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ−１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きく、かつ、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ＋１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が前記所定値より大きい場合に、Ｘ行目にラインノイズ有りと判定することにより、前記行方向に発生し得るラインノイズの有無を検知し、前記ラインノイズの有無が検知された場合には前記ラインノイズの出力量を演算し、演算処理回路で前記出力量を前記ラインノイズが検知された行の各撮影出力から減ずることにより、前記記憶した撮影出力の前記ラインノイズを除去することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、先ず撮影を行い、撮影した画像からラインノイズの情報を抽出し、その画像にラインノイズが含まれているかどうかを検知し、ラインノイズが含まれている場合には、そのラインのラインノイズ量を補正することにより、ラインノイズの減算された高品質な画像情報が得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本発明による撮像装置の第１の実施形態の全体構成を示すシステムブロック図である。第１の実施形態では、医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置を例として説明する。
【００１３】
図１において、１０２はＸ線源であり、撮影スイッチ１０５によりＸ線パルスのオン、オフが制御され、制御回路１０７によりＸ線源１０２内の管球の管電圧、管電流が制御される。Ｘ線源１０２で発したＸ線は診断対象となる患者である被写体１０１を透過し、Ｘ線を可視光に変換するＣｓＩ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ等で構成される蛍光体１０３に入射する。
【００１４】
この時、被写体１０１を透過するＸ線は被写体１０１の内部の骨や内臓の大きさや形、病巣の有無により透過量が異なりそれらの像情報を含んでいる。なお、ここでは放射線してＸ線を用いているが、α線、γ線等を用いることも可能である。これは、以下の実施形態においても同様である。
【００１５】
患者を透過して、その情報を含んだＸ線は蛍光体１０３により可視光に変換され、二次元エリアセンサ１０４に入射する。二次元エリアセンサ１０４は二次元に配列された複数のセンサとそれらを駆動する駆動回路から成っていて、像情報光を被写体の二次元情報を含む電気信号に変換して出力する。二次元エリアセンサ１０４は制御回路１０７により蓄積時間や駆動スピードが制御される。二次元エリアセンサ１０４の出力はメモリ回路１１０に記憶される。図１では、蛍光体と二次元エリアセンサは離して描かれているが、密着して構成するほうが好適である。
【００１６】
次に、メモリ回路１１０に記憶されている二次元エリアセンサ１０４の撮影出力にラインノイズが存在しているかをラインノイズ検知手段１１１により検知する。ここで、メモリ回路１１０、ラインノイズ検知手段１１１、演算処理回路１１２は、破線で囲んで示すように補正回路１１３を構成するものであり、各々制御回路１０７により制御される。上述したようにラインノイズとしては、読み出し動作を行なっている際の外因性ノイズが多く、特に医療用放射線撮像装置の場合においては、放射線源の高圧電源等によるものが多い。
【００１７】
二次元エリアセンサ１０４には、センサ出力をサンプルホールドして読み出すサンプルホールド回路を含む読み出し回路が設けられている。二次元エリアセンサ１０４はｎ行（row）ｍ列(column)の複数のセンサから成っており、サンプルホールド回路は行（row）方向に配列され、各々のセンサ出力がサンプルホールドして読み出される。
【００１８】
即ち、二次元エリアセンサ１０４の信号を読み出す場合は、複数の信号線から信号電荷がパラレルに転送され、サンプルホールド回路により行方向のセンサ出力が１ライン毎に順次読み出され、順次メモリ回路１１０に記憶させて全てのラインの撮像出力がメモリ回路１１０に記憶される。したがって、電荷がサンプルホールド用容量に蓄積されている時に、外因性ノイズが発生した場合には、その蓄積されている信号電荷全てが影響を受けることとなり、すなわちラインノイズとなる。
【００１９】
メモリ回路１１０に記憶されている二次元エリアセンサ１０４の撮影出力に、ラインノイズの存在がラインノイズ検知手段１１１により検知された場合は、そのラインノイズの量が演算処理回路１１２により求められる。次に、演算処理回路１１２により求められたラインノイズの量を、メモリ回路１１０に記憶しておいた二次元エリアセンサ１０４の撮影出力のラインノイズが存在するラインの撮影出力のみから減ずることにより、二次元エリアセンサ１０４の撮影出力においてラインノイズが減算された撮影出力を得ることが可能となる。すなわち、放射線源等に用いる高電圧源が存在するような撮影室においても好適な画像を得ることが可能となる。
【００２０】
図２は補正回路１１３の補正動作を示すフローチャートである。まず、図１で説明したように二次元エリアセンサ１０４の撮影出力をメモリ回路１１０に記憶させる（Ｓ１）。ここで、二次元エリアセンサ１０４の各センサの個数をｎ行ｍ列とすると、全ての撮影出力は、
DAT(1,1)，DAT(2,1)，・・・DAT(m,1)
・・・・・
DAT(1,n)，DAT(2,n)，・・・DAT(m,ｎ)
となる。
【００２１】
次いで、メモリ回路１１０に記憶されている二次元エリアセンサ１０４の撮影出力にラインノイズが存在しているかをラインノイズ検知手段１１１により検知する（Ｓ２）。これは、まず、各行の出力値の和：
Δ(DAT(１,ｎ)＋・・・＋DAT(ｍ,ｎ))＝SUMrowｎ
を求める。
【００２２】
即ち、全ての行の出力値の和：
SUMrow(1)，SUMrow(2)，・・・SUMrow(ｎ)
を求める。
【００２３】
次に、ｘ行目を基準にした両隣の行の出力値の和との比較、即ち、各ラインにおける出力値の総和のライン間比較：
ΔSUMrow(x-1,x)＝| SUMrow(x-1)−SUMrow(x)|＞Ａ
ΔSUMrow(x,x+1)＝| SUMrow(x)−SUMrow(x+1)|＞Ａ
を行う。ここで、Ａの値はメモリ回路１１０に記憶されている二次元エリアセンサ１０４の撮影出力に応じて適宜決定する。そして、
（ΔSUMrow(x-1,x)＝| SUMrow(x-1)−SUMrow(x)|＞Ａ）
（ΔSUMrow(x,x+1)＝| SUMrow(x)−SUMrow(x+1)|＞Ａ）
の場合、すなわち、x行目とx-1行目及びx行目とx+1行目の出力の差を基準値Ａと比較して、両者がＡよりも大きい時にはラインノイズがＸ行に存在することが判る。
【００２４】
次に、Ｘ行に重畳されているラインノイズの量を求める（Ｓ３）。即ち、Ｘ行のラインの両隣のラインの出力値の総和を２で割ることにより、Ｘ行の予想値の和（平均値）：
SUMSrow(x)＝(SUMrow(x-1)+SUMrow(x+1))／２
を求める。
【００２５】
次に、それをエリアセンサの列数ｍで割ることによりＸ行の予想値（１つのセンサ出力の平均値）：Srow(x)＝(SUMSrow(x))／m
を求める。
【００２６】
ここで、Ｘ行における撮影出力の総和を列数ｍで割った値から、Ｘ行の予想値を減ずることによりＸ行におけるラインノイズ出力値（補正値）：
Nrow(x)＝(SUMrow(x)/ｍ)−Srow(x)
を求めることができる。
【００２７】
次に、撮影出力の補正を行う（Ｓ４）。即ち、Ｘ行におけるラインノイズ出力値（補正値）を、メモリ回路１１０に記憶しておいた二次元エリアセンサ１０４の撮影出力のラインノイズが存在するラインの撮影出力のみから減ずることにより、補正後の撮影出力：
DAT(1〜m,x)＝DAT(1〜m,x)−Ｎrow(x)
が得られる。従って、二次元エリアセンサ１０４の撮影出力においてラインノイズが減算された撮影出力を得ることが可能となる。
【００２８】
このように本実施形態によれば、先ず撮影を行い、撮影した画像からラインノイズの情報を抽出し、その画像にラインノイズが含まれているかどうかを検知し、含まれている場合には、そのラインのノイズ量を補正することにより、突発的に発生した外因性などによるラインノイズの減算された高品質な画像情報を得ることができる。即ち、放射線源等に用いる高電圧源が存在するような撮影室においても好適な画像を得ることが可能となる。
【００２９】
図３は第１の実施形態の放射線撮像装置で撮影した画像の一例を模式的に示す。この画像からラインノイズが存在することを確認できる。即ち、図３における横方向の筋状の画像が外因性ノイズによる画像の乱れを示す。この撮影を行なったセンサパネルはスイッチ素子の駆動回路は左右に配され、サンプルホールド回路を含む読み出しＩＣは、上下に配される。つまり、電荷がサンプルホールド用容量に蓄積されている時に、外因性ノイズが発生し、その蓄積されている信号電荷全てが影響を受けて、信号線と直交する方向、スイッチ素子の駆動線と平行にラインノイズが発生したと考えらえる。この画像において全センサの撮影出力を行（column）方向に足し合わせたデータＳＵＭrowが図４である。図４を見ると、行（ｒｏｗ）６５０あたりにラインノイズの存在を確認できる。体内構造は、行方向の平均を算出した場合、図４に示されるような急峻な像情報は含まれないため、ラインノイズとして判断される。
【００３０】
図５は二次元エリアセンサ１０４の構成を示す全体回路図の一例を示す。図６（ａ）は二次元エリアセンサ１０４中の１画素に相当する各構成素子の平面図、図６（ｂ）はその断面図である。
【００３１】
図５において、Ｓ1-1〜Ｓ3-3は可視光を受光し電気信号に変換するためのＧ電極とＤ電極を有する光電変換素子であり、Ｔ1-1〜Ｔ3-3は光電変換素子で光電変換された信号電荷を、マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３側へ転送するためのスイッチ素子である。Ｇ１〜Ｇ３はシフトレジスタ（ＳＲ１）に接続され且つスイッチ素子Ｔ1-1〜Ｔ3-3に接続されたスイッチのゲート駆動用配線である。マトリクス信号配線Ｍ１には、スイッチ素子の電極間容量（Ｃgs）の３個分の容量が転送時において付加されており、図５内では容量素子としての表記をしていない。他のマトリクス信号配線Ｍ２、Ｍ３についても同様である。
【００３２】
５０２はスイッチ素子Ｔ1-1〜Ｔ3-3を開閉するためのシフトレジスタ（ＳＲ１）で構成される駆動用回路部である。５０７は読み出し回路であってＡ１〜Ａ３はオペアンプであり、Ｓｎ１からＳｎ３はオペアンプＡ１〜Ａ３の出力すなわち各マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３の出力を読み出し、読み出しコンデンサＣL1〜ＣL3へ転送する転送スイッチである。この読み出し用コンデンサにおいてサンプルホールドする。このサンプルホールド用の容量の一端が基準電位、ここでは接地されている。外因性ノイズがある場合には、この基準電位に影響を及ぼすため、ラインノイズが発生すると考えられる。
【００３３】
５０３は読み出し用スイッチＳr1〜Ｓr3を切り替えるためのシフトレジスタ（ＳＲ２）である。ＣL1〜 ＣL3の並列信号は、Ｓr1〜Ｓr3とシフトレジスタ（ＳＲ２）５０３により直列変換され、最終段の電圧ホロワ回路を構成したオペアンプ５０４に入力され、さらにＡ／Ｄ変換回路部５０５でデジタル化される。ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３はマトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３に付加された容量（３個分のＣgs）に蓄えられた信号成分をリセットするためのリセット用スイッチであり、ＣＲＥＳ端子からのパルスによりあるリセット電位にリセット（図中ではＧＮＤ電位にリセット）される。
【００３４】
また、５０６Ａは光電変換素子Ｓ1-1〜Ｓ3-3にバイアスを与えるための電源、５０６Ｂは光電変換素子のリフレッシュバイアスを与えるための電源である。リフレッシュ時においては、スイッチ素子Ｔがオンとなり同時にＲＥＳもオンとなり光電変換素子のＧ電極が一定電位に固定され（ここでは接地）、ＶＲＥＦ５０６Ｂのバイアスが光電変換素子に印加されてリフレッシュが行なわれる。
【００３５】
本実施形態の二次元エリアセンサは計９個の画素を３つのブロックに分け、１ブッロク当たり３画素の出力を同時にパラレルに転送し、この信号配線を通して検出用集積回路によって順次出力に変換され出力される。また、１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００３６】
また、読み出し回路の別の構成例を図１４に示す。図１４において、６１２が図５のマトリクス配線と接続される複数の端子、６０３は端子６１２を介して転送された並列信号を直列信号に変換して出力する読み出し用回路部、Ｅ１〜Ｅ３は各端子６１２に接続された複数の演算増幅器において、端子６１２に対して初段である第１演算増幅器、Ｃｆ１は第１演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３の反転入力端子と出力端子との間に接続された第１積分容量、ＳRES1〜ＳRES3は各第１積分容量Ｃｆ１の第１リセットスイッチ、ＣＲＥＳはＳRES1、ＳRES2、ＳRES3に印加する制御信号、ＶＲＥＦ１は第１演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３の正転入力端子が設定された第１基準電圧、Ｓｎ１〜Ｓｎ３は第１演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３を通して出力された出力信号をサンプリングするサンプリングスイッチ、ＳＭＰＬはサンプリングスイッチＳｎ１〜Ｓｎ３に印加する電圧パルス、ＣL1〜ＣL3はサンプリングコンデンサ、Ｂ１〜Ｂ３はサンプリングコンデンサＣL1〜ＣL3に蓄積された信号電荷をインピーダンス変換するバッファアンプ、Ｓｒ１〜Ｓｒ３はバッファアンプＢ１〜Ｂ３の出力を直列信号として順次読み出す読み出し用スイッチ、６０４は読み出し用スイッチ駆動用回路部（シフトレジスタ：ＳＲ２）、６０５は出力バッファアンプ、６１３は出力バッファアンプ６０５から出力された出力信号を用途に応じて他の回路に接続させるための端子である。
【００３７】
又、６０６はＡ／Ｄ変換回路部であり、本実施形態においては読み出し用回路部６０３からの出力信号はＡ／Ｄ変換回路部に接続されているがその限りではない。例えば、Ａ／Ｄ変換回路部６０６が読み出し用回路部６０３の中に含まれて構成され、端子６１３を介して処理回路例えばメモリ等に接続されることできる。また演算増幅器をＥとＢのアンプの間に更に多段に設けても良い。
【００３８】
図１４の例では、サンプルホールド用のコンデンサＣＬの一方の端子が基準電位（ここでは接地）になっているため、突発的な外因性ノイズが発生した場合には、この基準電位に影響を及ぼすためにラインノイズが発生する恐れがある。
【００３９】
次に、センサパネルの具体的な構成について説明する。図５中破線で囲む部分は大面積の同一絶縁基板上に形成されているが、このうち第１画素に相当する部分の平面図を図６（ａ）に示す。Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、ＳＩＧは信号配線（マトリクス配線）である。本実施形態においては光電変換素子Ｓ１１の電極の面積を大きくすることによりコンデンサＣ１１を形成している。
【００４０】
これは、本実施形態の光電変換素子とコンデンサが同じ層構成であるから可能で、本実施形態の特徴でもある。また、図中Ａ−Ｂ線における断面図を図６（ｂ）に示す。画素上部にはパッシベーション用窒化シリコン膜ＳｉＮ８、ＣｓＩ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ等の蛍光体１２が形成されている。紙面上方より像情報の含まれるＸ線１３が入射すると蛍光体１２により像情報を有する光１４に変換され、この光が光電変換素子に入射する。蛍光体１２は図１の蛍光体１０３に対応する。
【００４１】
ここで、図６に基づいて各素子の形成方法について順に説明する。まず、絶縁材料であるガラス基板１上にスパッタ等により下部メタル層２としてＣｒを約５０nm堆積させ、その後フォトリソによりパターニングし、不必要なエリアをエッチングする。これにより、光電変換素子Ｓ１１の下部電極、ＴＦＴ・Ｔ１１のゲート電極及びコンデンサＣ１１の下部電極を形成する。
【００４２】
次に、ＣＶＤにより同一真空内でＳｉＮ（７）／ｉ（４）／ｎ（５）層をそれぞれ約２００／５００／５０nm堆積する。これら各層は光電変換素子Ｓ１１の絶縁層／光電変換半導体層／ホール注入阻止層、ＴＦＴ・Ｔ１１のゲート絶縁膜／半導体層／オーミックコンタクト層、及びコンデンサＣ１１の中間層となる。また、信号配線のクロス部絶縁層としても使われる。各層の厚さはこれに限らず二次元エリアセンサとして使用する電圧、電流、電荷、入射光量等により最適に設計するが、少なくともＳｉＮは電子とホールが通過できず、また、ＴＦＴのゲート絶縁膜として機能する５０nm以上が必要である。
【００４３】
各層堆積後、上部メタル層６としてＡｌをスパッタ等で約１μm堆積させる。更に、フォトリソによりパターニングし、不必要なエリアをエッチングし、光電変換素子Ｓ１１の上部電極、ＴＦＴ・Ｔ１１の主電極であるソース電極並びにドレイン電極、コンデンサＣ１１の上部電極及び信号配線ＳＩＧを形成する。
【００４４】
また、ＴＦＴ・Ｔ１１のチャネル部のみｎ層をＲＩＥでエッチングし、その後不必要なＳｉＮ（７）／ｉ（４）／ｎ（５）層をエッチングし、各素子を分離する。これで光電変換素子Ｓ１１、ＴＦＴ・Ｔ１１及びコンデンサＣ１１が完成する。以上、第一画素目について説明したが他の画素についても同時に形成することは言うまでもない。また、耐久性を向上するため通常各素子の上部がＳｉＮ等のパッシベーション膜８で覆われ、更に、ＣｓＩ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ等の蛍光体１２が形成される。
【００４５】
本実施形態では、光電変換素子、ＴＦＴ、コンデンサ及び信号配線ＳＩＧとが同時に堆積された共通の下部メタル層２、ＳｉＮ（７）／ｉ（４）／ｎ（５）層、及び上部メタル層６と各層のエッチングのみで形成することができる。また、光電変換素子Ｓ１１内に注入素子層が１カ所しかなく、且つ、同一真空内で形成できる。更に、ＴＦＴの特性上重要なゲート絶縁膜／ｉ層界面も同一真空内で形成できる。また、コンデンサＣ１１の中間層が熱によるリークの少ない絶縁層を含んでいるため良好な特性のコンデンサが得られる。
【００４６】
次に、図１、図５及び図７によって本実施形態の放射線撮像装置の動作について説明する。本実施形態の光電変換素子は定期的にリフレッシュ駆動を行なう構成となっている。光電変換モードにおいては入射した光に比例した光電流を出力する光センサとして動作する。図７は本実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【００４７】
まず、医師または技師は診断対象である患者、つまり被写体１０１をＸ線源１０２と二次元エリアセンサ１０４の間に位置させて診断したい部位が観察できるように被写体にポーズさせる。同時に、前もって問診等で得た患者の症状、体格、年齢や得たい情報を考慮し、最適な撮影出力が得られるように条件を制御パネル（図示せず）に入力する。この信号は電気信号で制御回路１０７に電送され、同時に条件メモリ回路（図示せず）にこれら条件が記憶される。
【００４８】
この状態で医師または技師が撮影スイッチ１０５を押すと、撮影モードが開始される。まず、制御回路１０７は二次元エリアセンサ１０４を上述したようにリフレッシュ動作させる。その後、光電変換モードとなり、光電変換素子Ｓ1-1〜Ｓ3-3で光電変換された信号電荷は、光電変換素子内で形成されている容量成分に一定の期間だけ蓄積される。
【００４９】
第１行の光電変換素子Ｓ1-1〜Ｓ1-3に蓄積されていた信号電荷は、シフトレジスタ（ＳＲ１）５０２のゲートパルス信号Ｇ１によりスイッチング素子Ｔ1-1〜Ｔ1-3がＯＮし、マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３の各配線に形成される容量成分（スイッチング素子Ｔ1-1〜Ｔ3-3のＣgs３個分の容量）に転送される。図７中、Ｍ１〜Ｍ３はその転送の様子を示しており、各光電変換素子内に蓄えられた信号量が異なった場合を示している。マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号出力は、それぞれオペアンプＡ１〜Ａ３によりインピーダンス変換される。
【００５０】
その後、読み出し用回路部５０７内のスッチイング素子Ｓｎ１〜Ｓｎ３が、図７中に示されるＳＭＰＬパルスによりＯＮし、読み出しコンデンサＣL1〜ＣL3にそれぞれ転送される。読み出しコンデンサＣL1〜ＣL3の信号は、それぞれバッファアンプＢ１〜Ｂ３によりインピーダンス変換される。その後読み出し用スイッチＳr1〜Ｓr3がシフトレジスタ（ＳＲ２）５０３からのシフトパルスにより順次ＯＮすることにより、読み出し用コンデンサＣL1〜ＣL3に転送されていた並列の信号電荷が、直列変換され読み出される。直列変換された信号は最終段のオペアンプ５０４から出力され、さらにＡ／Ｄ変換回路部１０５によりデジタル化される。
【００５１】
図７中に示されたＶｏｕｔはＡ／Ｄ変換回路部に入力される前のアナログ信号を示している。第１行のＳ１−１〜Ｓ１−３の並列信号すなわちマトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号電位の並列信号が、それらの信号の大小に比例してＶｏｕｔ信号上で、直列変換されている。最後に、マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３の信号電位はＣＲＥＳパルスがＯＮすることによりリセット用スイッチ素子ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３を介して一定のリセット電位（ＧＮＤ電位）にリセットされ、次の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３の第２行の信号電荷の転送に備える。以下同様に第２行、第３行の光電変換された信号が繰り返し読み出される。
【００５２】
これらの出力は、撮影出力記憶手段である図１に示したメモリ回路１１０に記憶される。この後、図１及び図２で説明したようにメモリ回路１１０に記憶しておいた二次元エリアセンサ１０４の撮影出力において、ラインノイズが存在しているかどうかをラインノイズ検知手段１１１により検知する。そして、メモリ回路１１０に記憶しておいた二次元エリアセンサ１０４の撮影出力において、確認できた場合には、そのラインノイズの量が演算処理回路１１２により求められる。
【００５３】
最後に、Ｘ行におけるラインノイズ出力量を、メモリ回路１１０に記憶しておいた二次元エリアセンサ１０４の撮影出力のラインノイズが存在するラインの撮影出力のみから減ずることにより、補正後の撮影出力を得ることができる。即ち、二次元エリアセンサ１０４の撮影出力においてラインノイズが減算された撮影出力を得ることが可能となる。
【００５４】
このように本実施形態によれば、先ず撮影を行い、撮影した画像からラインノイズの情報を抽出し、その画像にラインノイズが含まれているかどうかを検知し、ラインノイズが含まれている場合には、そのラインのノイズ量を補正することにより、ラインノイズの減算された高品質な画像情報が得ることができる。
【００５５】
また、図１における補正回路１１３及び制御回路１０７の少なくとも一つを二次元エリアセンサ１０４と蛍光体１０３が含まれる筐体の中に含むようなカセッテ構造にすれば、可搬性が向上し好ましい。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は撮像手段が蛍光体と二次元エリアセンサを用いた構成ではなく、Ｘ線を直接検知して電荷を発生する撮像手段を用いた放射線撮像装置の形態である。本実施形態においても医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置を例として説明する。
【００５７】
図８は直接型の放射線撮像装置に用いる１画素を示す等価回路図である。図８において、Ｓ１１は放射線を電気信号に変換するＧａＡｓセンサ素子であり、センサ素子で感知した電気信号を蓄積する素子が蓄積容量Ｃ１１である。更に、蓄積容量Ｃ１１から増幅するアンプ（Ａｍｐ）へ電気信号を転送する素子がトランジスタＴ１１である。
【００５８】
また、センサ素子を構成するＧａＡｓ基板と蓄積容量Ｃ１１及び転送用トランジスタＴ１１を構成するガラス基板を導電性接着剤で接合する構成としている。そのため、ＧａＡｓ基板とガラス基板との接合抵抗をｒ１１としており、センサ素子Ｓ１１と接合抵抗をｒ１１とを合わせてセンサ部Ｒ１１として図８中の破線で示している。
【００５９】
図９は図８における画素部分の模式的断面図である。図８で説明したそれぞれの素子は、センサ素子Ｓ１１と接合抵抗をｒ１１とを合わせたセンサ部Ｒ１１に相当するセンサ部と、蓄積容量Ｃ１１に相当する蓄積容量と、転送用トランジスタＴ１１に相当するトランジスタ９０３である。
【００６０】
また、ＧａＡｓ基板９０２の共通電極９０５と、ＧａＡｓセンサ素子によって変換された電気信号を収集する電荷収集電極９０６と、ＧａＡｓ基板９０２とガラス基板９１５とを電気的に接続する導電性接着剤９０７と、蓄積容量からの電気信号の読み出しを制御するトランジスタ９０３に接続されている接合電極９０８とが示されている。
【００６１】
更に、ガラス基板９１５に形成された蓄積容量及びトランジスタ９０３の層構成は、第１層のメタル層が９０４であり、その上に堆積される絶縁層が９２０であり、更にその上に真性半導体層９３０が堆積されている。
【００６２】
図１０は図８、図９の画素を用いた二次元エリアセンサの一例を示す構成図である。この二次元エリアセンサは、2000個×2000個の画素を有し、2000個×2000個のセンサ素子と2000個×2000個の転送回路（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）と2000個のコンデンサとを有する。センサ素子は図８のセンサ部Ｒ１１、ＴＦＴはトランジスタＴ１１、コンデンサは蓄積容量Ｃ１１に対応する。これらの各素子によって二次元エリアセンサが構成されている。なお、図１０のＡｍｐは図８のＡｍｐに対応する。
【００６３】
更に、ＴＦＴを駆動する垂直駆動回路７０４、ＴＦＴから出力された信号を読み取る読み取り回路７００、電源７０３、Ｘ線二次元エリアセンサの制御及び２次元エリアセンサから出力された信号を受け取り２次元画像として表示と保存と画像の補正、二次元エリアセンサの制御を司るコンピュータ７０５からなっている。読み取り回路７００はセンサ部の信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路７０２、Ａｍｐを含んでいる。
【００６４】
２次元のＸ線画像を得るには、１本のゲート線ｇに＋１５Ｖの電圧を印加し、ゲート線に接続されているＴＦＴをオンにし、センサ素子からコンデンサに蓄積された電気信号を、信号転送線(Sig1〜Sig2000)を介し、読み取り回路７００のサンプルホールド回路７０２に転送する。信号の転送は一定時間ＴＦＴをオン状態にした後、ゲート線に−５Ｖを印加しＴＦＴをオフして終了する。
【００６５】
更に、サンプルホールド回路７０２からマルチプレクサ（図示せず）によって信号は順次転送される。この動作を順次繰り返すことで、Ｘ線２次元画像を得ることができる。この例において、電気信号を蓄積するコンデンサはＭＩＳ型であり、一定電位電極は接地されているのでデプレッション（空乏）状態で常に使用することになる。
【００６６】
ここで、本実施形態において、図１０の構成は第１の実施形態における図１の二次元エリアセンサ１０４に相当する。また、図１０のコンピュータ７０５は図１の制御回路１０７に相当する。従って、図１０では前述のように直接型の放射線検出素子を用いた二次元エリアセンサについて説明したが、第２の実施形態の全体の構成としては図１の二次元エリアセンサ１０４の代わりに図１０の構成を用い、その他の構成は図１と同じ構成する。但し、直接型の放射線検出素子を用いているため図１の蛍光体１０３は不要である。
【００６７】
また、第２の実施形態においてもラインノイズを検知し、そのラインノイズを補正することは、第１の実施形態と全く同様である。このように直接型の放射線撮像装置においても、ラインノイズの減算された高品質の画像を得ることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図１１は直接型の放射線撮像装置の更に他の実施形態を示す図である。なお、図１１は直接型の放射線撮像装置の２画素分の断面図であり、センサ素子及び蓄積用コンデンサ及びＴＦＴの層構成を示す。図１１のセンサ素子としては半導体であるシリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)や、ガリウムリン(GaP)等が適応できるが、ここではGaAsを用いて説明する。
【００６９】
センサ素子はGaAsウェハーを用いて、まず、上から保護層２００、アルミニウム(Al)等の金属材料によって形成された上部電極層２０１、GaAs基板と前記上部基板をオーミックコンタクトを取るためのｐ⁺型GaAs層２０３、光電効果によりキャリアを発生する光電変換層２０４、ｎ型GaAs層２０５、下部接続電極とオーミックコンタクトを取るためのｎ⁺型GaAs層２０６、及び、アルミニウムなどの金属電極で形成される下部接続電極２０７からなるＰＩＮ型ダイオードになっている。
【００７０】
まず、半絶縁性GaAs基板または低ドーピングのｐ型GaAs基板上にｎ型GaAs層300nm、ｎ⁺型GaAs層を100nm、分子線エピタキシー法(MBE法)や液相エピタキシー法(LPE法)等で順次堆積する、その後、リソグラフィーによりパターニングし、各電極に対応した形状にエッチングする。更に、シリコン窒化膜(SiNx)を化学気相堆積法(CVD法)で１μｍ堆積し表面を保護する。
【００７１】
次に、基板の反対面にｐ型GaAs層を分子線エピタキシー法(MBE法)や液相エピタキシー法(LPE法)で300nm、アルミニウム等の金属層を1μｍ、スパッターで順次堆積する。ｎ型GaAs層を堆積した側のシリコン窒化膜をエッチングにより開口し、下部接続電極となるアルミニウム等の金属層をスパッター等で1μｍ堆積する。更に、リソグラフィーによりパターニング後、不要部分をエッチングし電極を形成する。
【００７２】
下側の電気回路基板は、少なくとも表面が絶縁である基板２１０上に、蓄積用コンデンサ及びスイッチング素子である薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)と、信号を転送するための配線等が形成されている。層構成はそれぞれ、絶縁基板上にクロム(Ｃｒ)等からなる蓄積用コンデンサの下部電極２１１とＴＦＴのゲート電極２１６、絶縁層であるアモルファス窒化シリコン(a-SiNx)層２１２、２１７、ＴＦＴのチャネル層や蓄積用コンデンサの誘電体層となる水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)層２１３、２１８、上部電極のオーミックコンタクトを取るためのｎ⁺型a-Si:H層２１４、２１９、蓄積用コンデンサの上部電極及びＴＦＴのソース電極及びドレイン電極となるＡｌ等の金属からなる電極層２１５、２２０、及び、保護層となるa-SiNx層２２１、光電変換層と接続のための上部接続電極層２２２からなっている。上部接続電極層はコンタクトホールを介して蓄積用コンデンサの下部電極と接続される。
【００７３】
また、少なくとも表面が絶縁である基板上にCr等の金属をスパッタにより100nm形成する、リソグラフィーでパターニングした後、エッチングし蓄積用コンデンサの下部電極とＴＦＴのゲート電極に分離する。次に、絶縁層となるa-SiNx層300nm，a-Si:H層300nm、ｎ型a-Si:H層75nmを順次ＣＶＤ法で堆積する。リソグラフィーでパターニングした後、リアクティブイオンエッチング(ＲＩＥ)でエッチングし、蓄積用コンデンサとＴＦＴに分離し、更にＴＦＴと蓄積用コンデンサを接続するためのコンタクトホールをＲＩＥで形成する。
【００７４】
更に、Ａｌをスパッターで１μｍ堆積しリソグラフィーでパターニングした後、エッチングし、ＴＦＴのソース電極、ドレイン電極、蓄積用コンデンサの上部電極及び信号転送配線に分離する。また、保護層となるa-SiNxをＣＶＤ法で堆積しＲＩＥを用いて下部電極と上部接続電極とを繋ぐためのコンタクトホールをＲＩＥを用いて形成する。更に、上部接続電極となるＡｌ等の金属層をスッパター等で体積し、リソグラフィーでパターニングした後、ＲＩＥで不要な部分をエッチングし上部接続電極層を形成する。
【００７５】
ここで、図１１では２画素分のみ図示しているが、実際には撮影に必要な多数の画素が同時に形成されることは言うまでもない。また、各層の厚さは、これに限らず最適な膜厚を用いるものとする。
【００７６】
センサ素子とＴＦＴの接続方法は、センサ素子にバンプ２０８を形成し、異方導電接着剤で両者を電気的に接続する。バンプはセンサ素子に金(Ａｕ)１μｍ、パラジウム(Ｐｄ)、チタン(Ｔｉ)からなるバリアメタルを形成した後、１５μｍ高さのＡｕのバンプを形成する。
【００７７】
図１２はGaAs基板のセンサ素子を、図１３は下側の電気回路基板をそれぞれ両者の接続側から見た模式図を示す。図１２に示すようにセンサ素子のキャリア供給電極はすだれ状になっており、すべて同電位が与えられる。電圧は３１０を介してＴＦＴから供給される。
【００７８】
下側の電気回路基板は、ＴＦＴ４０７、蓄積用コンデンサ４０８からなる画素、ＴＦＴのゲート電極にバイアスを供給するゲートバイアス線４００〜４０２、ＴＦＴから出力された電気信号を読み出し、回路へ転送するための信号転送線４０３〜４０５、蓄積用コンデンサの上部電極と接続され、電位を固定するための電極４０６、センサ素子と接続され、キャリア供給電極に電圧を与える電極等で構成されている。
【００７９】
電極４０６、ゲート電極４００〜４０２は蓄積用コンデンサの下部電極と同じ材料で、信号転送線は蓄積用コンデンサの上部電極と同じ材料で形成され、それぞれ下部電極及び上部電極の形成時に作られる。
【００８０】
なお、図１２及び図１３において、３×３画素の例を示したが、実際の画素数はこれに限らない。また、ＴＦＴからキャリア供給電極へ電圧を供給する方法を示したが、本発明はこれに限らず、何らかの方法でセンサ素子から直接、電源へ接続する方法でも構わない。
【００８１】
ここで、図１１〜図１３では、直接型の放射線検出素子を用いた二次元エリアセンサについて説明したが、これは第１の実施形態の二次元エリアセンサ１０４に相当する。従って、第３の実施形態の全体の構成としては図１の二次元エリアセンサ１０４の代わりに図１１〜図１３の二次元エリアセンサを用い、その他の構成は図１と同じ構成する。但し、直接型の放射線検出素子を用いているため図１の蛍光体１０３は不要である。
【００８２】
また、第３の実施形態においてもラインノイズを検知し、その外因性ラインノイズを補正することは、第１、第２の実施形態と同様である。従って、第３の実施形態においてもラインノイズの減算された高品質の画像が得られる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、先ず、撮影を行い、撮影した画像からラインノイズの情報を抽出し、その画像にラインノイズが含まれているかを検知し、ラインノイズが含まれている場合には、そのラインのラインノイズ量を補正することにより、ラインノイズが減算された高品質な画像情報が得られ、高性能な撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の第１の実施形態を示す全体システムブロック図である。
【図２】第１の実施形態の補正回路の動作を説明するフローチャートである。
【図３】第１の実施形態の撮像装置で撮影した画像の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の全センサの撮影出力を左右の行方向に足し合わせたデータである。
【図５】第１の実施形態の二次元エリアセンサの構成を示す全体回路図である。
【図６】第１の実施形態の二次元エリアセンサ中の１画素に相当する各構成素子を示す平面図及び断面図である。
【図７】第１の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に用いる１画素の等価回路図である。
【図９】第２の実施形態の１画素の断面図である。
【図１０】第２の実施形態の二次元エリアセンサを示す等価回路図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に用いる画素の断面図である。
【図１２】第３の実施形態におけるGaAs基板のセンサ素子を、接続側から見た模式図である。
【図１３】第３の実施形態における下側の電気回路基板を接続側から見た模式図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態における二次元エリアセンサの読み出し回路の他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１ 患者
１０２ Ｘ線源
１０３ 蛍光体
１０４ 二次元エリアセンサ
１０５ 撮影スイッチ
１０７ 制御回路
１１０ メモリ回路
１１１ ラインノイズ検知手段
１１２ 演算処理回路
１１３ 補正回路
２０４、９０２ ＧａＡｓ基板
２１０、９１５ ガラス基板
９０３ トランジスタ
９０５ ＧａＡｓ基板の共通電極
９０６ ＧａＡｓ基板の電荷収集電極
９０７ 導電性接着剤
９０８ トランジスタ及び蓄積容量に接続されている接合電極
Ｔ１１ トランジスタ
Ｃ１１ 蓄積容量
Ｓ１１ センサ素子
Ｒ１１ センサ部
ｇ１〜ｇ２０００ 制御線
ｓｉｇ１〜ｓｉｇ２０００ 読み出し信号線

Claims (3)

1. 光又は放射線の入射量に応じた電荷を発生する光感知センサ又は放射線感知センサが行方向及び列方向に複数配列された二次元エリアセンサと、
   前記行方向に配列された複数の光感知センサ又は放射線感知センサが発生した電荷を複数の信号線でパラレルに出力した撮影出力をサンプルホールドして行毎に順次読み出すサンプルホールド回路と、を有する撮像装置であって、
   前記光感知センサ又は放射線感知センサの撮影出力を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された撮影出力の前記行方向に発生し得るラインノイズの有無を検知するラインノイズ検知手段であって、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ−１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きく、かつ、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ＋１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きい場合に、Ｘ行目にラインノイズ有りと判定するラインノイズ検知手段と、
   前記ラインノイズ検知手段により前記ラインノイズの有無が検知された場合に、検知した前記ラインノイズの出力量を演算する演算手段と、
   前記ラインノイズ検知手段により前記ラインノイズの有無が検知された場合に、演算手段によって演算された前記ラインノイズの出力量を前記ラインノイズが検知された行の各撮影出力から減ずることにより撮影出力を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記演算手段は、前記ラインノイズが検知された行をＸ行目とする場合、Ｘ行目の両隣における行の撮影出力の総和の平均値を算出すると共に、得られた平均値を列数で割算してＸ行目の補正値を算出し、且つ、Ｘ行目における撮影出力の総和を前記列数で割った値から前記Ｘ行目の補正値を減算することにより、Ｘ行目における前記ラインノイズの出力量を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 光又は放射線の入射量に応じた電荷を発生する光感知センサ又は放射線感知センサが行方向及び列方向に複数配列された二次元エリアセンサと、前記行方向に配列された複数の光感知センサ又は放射線感知センサが発生した電荷を複数の信号線でパラレルに出力した撮影出力をサンプルホールドして行毎に順次読み出すサンプルホールド回路と、を有する撮像装置を用いて、放射線もしくは可視光を照射して撮影を行なう撮影方法であって、
   記憶手段に記憶された撮影時の撮影出力に対して、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ−１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が所定値より大きく、かつ、Ｘ行目の光感知センサの出力値の総和とＸ＋１行目の光感知センサの出力値の総和との差の絶対値が前記所定値より大きい場合に、Ｘ行目にラインノイズ有りと判定することにより、前記行方向に発生し得るラインノイズの有無を検知し、
   前記ラインノイズの有無が検知された場合には前記ラインノイズの出力量を演算し、
   演算処理回路で前記出力量を前記ラインノイズが検知された行の各撮影出力から減ずることにより、前記記憶した撮影出力の前記ラインノイズを除去することを特徴とする撮像方法。

Images