JP4854769B2 - 撮像装置、撮像システム及びそれらの制御方法 - Google Patents

撮像装置、撮像システム及びそれらの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な撮像装置、放射線撮像装置及びシステムに関する。特に平面型の検出器からの信号を複数のA/D変換器でデジタル出力として読み出すことが可能な撮像装置、放射線撮像装置、及びそれらの撮像システムに関するものである。なお、本明細書では、X線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとして説明する。
近年、X線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面型の検出器(Flat Panel Detector、以下FPDと略す)を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このFPDを用いた放射線撮像装置は、患者などの被検体を透過したX線などの放射線をFPDでアナログ電気信号に変換し、そのアナログ電気信号をアナログデジタル変換してデジタル画像信号を取得するデジタル撮影が可能な装置である。このようなFPDを有する放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。
撮像装置に使用される信号出力用回路(読出回路)として、特許文献1や特許文献2に開示されている回路が知られている。特許文献1には、複数の演算増幅器からの並列信号を読み出し用スイッチで直列信号として順次読み出し、出力バッファアンプを介した直列信号をA/D変換回路(ADC)部でデジタルデータを出力する信号転送装置が開示されている。また、特許文献2には、特許文献1の出力バッファアンプの前段にプログラマブルゲインアンプ(PGA)を備えた回路が開示されている。特許文献1及び2に開示された装置又は回路は、S/N特性に優れ、かつ読み出しスピードを高速化し、多画素化に好適な信号転送装置とされている。
特開2002−199292号公報 特開2000−188724号公報
特許文献1及び2に示すような信号出力回路は、更なるチップサイズの小型化や多集積化が求められている。そのため、信号出力回路に使用される素子は、素子サイズを更に小さくすることが要求される。しかしながらサイズの小さな素子を用いると1/fノイズ(フリッカノイズ)が問題となっている。この1/fノイズは、素子サイズの寸法を大きくすることにより低減させることができることが知られている。しかしながら、寸法の小さな素子を用いる場合には、1/fノイズを低減させることができないという問題がある。そのような場合、読み出し用スイッチ以降の出力バッファアンプや、PGA、ADC部での1/fノイズにより、画像に低周波数のアーチファクトが発生する。撮像装置のうち、特に放射線撮像装置には広いダイナミックレンジが必要なため、放射線撮像装置に用いられる読み出し回路には低ノイズ性が求められる。
本発明は、上記問題点を鑑みて、素子サイズの寸法を小さくしても1/fノイズによる取得画像に対するアーチファクトを低減することが可能な撮像装置又は撮像システムを提供することを課題とするものである。
本願発明者は、上述の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
本発明に係る撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換し当該電荷に基づくアナログ電気信号を出力するための画素を行列状に複数備えた検出部と、リセット信号を出力するリセット手段を有し、複数の前記画素から出力されたアナログ電気信号に基づく複数の画素信号を出力する合間に、複数の前記リセット信号を出力する信号処理動作を行う読出回路と、前記読出回路から出力された複数の画素信号及び複数の前記リセット信号、順次デジタルデータである複数の画素データ及び複数のリセットデータそれぞれ変換して出力するA/D変換器と、前記複数の画素データの補正処理を行う補正処理部と、を有する撮像装置であって、前記補正処理部は、前記複数の画素データの夫々を、前記複数のリセットデータの少なくとも一部を加算平均処理した値で減算処理するものであり、且つ、前記加算平均処理されるリセットデータは、前記A/D変換器からの各画素データの出力に対し、時間的に前に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、時間的に後に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと含むことを特徴とする。
本発明に係る撮像装置の制御方法は、放射線又は光を電荷に変換し当該電荷に基づくアナログ電気信号を出力するための画素を行列状に複数備えた検出部と、リセット信号を出力するリセット手段を有して複数の前記画素から出力されたアナログ電気信号に基づく複数の画素信号を出力する合間に複数の前記リセット信号を出力する信号処理動作を行う読出回路と、前記読出回路から出力された複数の画素信号及び複数の前記リセット信号、順次デジタルデータである複数の画素データ及び複数のリセットデータそれぞれ変換して出力するA/D変換器と、前記複数の画素データの補正処理を行う補正処理部と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記補正処理部が前記複数のリセットデータの少なくとも一部を加算平均処理した値で前記複数の画素データの夫々を減算処理するように、前記補正処理部を制御し、前記加算平均処理されるリセットデータは、前記A/D変換器からの各画素データの出力に対し、時間的に前に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、時間的に後に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、素子サイズの寸法を小さくしても1/fノイズによる取得画像に対するアーチファクトを低減することが可能な撮像装置又は撮像システムを提供することが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の概念的ブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の概念的な等価回路図を含む撮像装置の概念図である。 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の補正処理を説明するためのブロック図及びタイミングチャートである。 本発明の効果を説明するための画像データである。 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の補正処理を説明するためのブロック図である。 本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の読出回路の等価回路図である。 本発明の撮像装置を用いた放射線撮像システムを説明する概念図である。
以下、本発明を好適に適用可能な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の概念的ブロック図である。図1の撮像装置100は、放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を行列状に複数備えた検出部101と、検出部101からアナログ電気信号を出力するために検出部101を駆動する駆動回路102と、を有する。本実施形態では、説明の簡便化のために検出部101は、8行8列の画素を有する形態とし、4画素列分を一組とする第1の画素群101a、第2の画素群101bに分割されている。第1の画素群101aの画素から出力されたアナログ電気信号である画素信号は、対応する第1の読出回路103aによって読み出される。第1の読出回路103aの画素から出力されたアナログ電気信号である画素信号113は、対応する第1のA/D変換器104aによってデジタルデータ114に変換される。同様に、第2の画素群101bからのアナログ電気信号は、対応する第2の読出回路103b及び第2のA/D変換器104bによって読み出されてデジタルデータに変換される。第1及び第2のA/D変換器104a,bからのデジタルデータは、デジタルデータ処理手段105によって、後述する信号処理やデジタルマルチプレックス処理、オフセット補正等が行われ、デジタル画像信号として出力される。信号処理部106は、第1及び第2の読出回路103a,bを含む読出回路部103と、第1及び第2のA/D変換器104a,bを含むA/D変換部104と、デジタルデータ処理手段105とを有する。そして、撮像装置100は、信号処理部106に対して夫々に対応するバイアスを与える電源部107を有する。電源部107は、読出回路部103に対して基準電圧Vref1,Vref2,Vref3を与える。撮像装置100は更に、信号処理部106及び電源部107の少なくとも一方を制御するための制御部108を有する。この制御部108は電源部107に対して制御信号118を供給している。また、制御回路108は、読出回路部103に対して制御信号116、117、120を供給している。そして、制御回路108は、駆動回路102に駆動制御信号119を供給し、駆動回路102はそれに基づいて検出部101に駆動信号111を供給している。
図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の概念的な等価回路図を含む撮像装置の概念図である。なお、図1を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。検出部101は、行列状に複数配置された画素201を有する。図2(a)には8行8列にわたって8×8個の画素201が配置されている。画素201は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子Sと、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Tと、を有する。光を電荷に変換する変換素子Sとしては、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置され、アモルファスシリコンを主材料とするPIN型フォトダイオードなどの、光電変換素子が好適に用いられる。放射線を電荷に変換する変換素子としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子Tとしては、制御端子と2つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、光電変換素子が絶縁性基板上の備えられる画素の場合には、薄膜トランジスタ(TFT)が好適に用いられる。変換素子Sの一方の電極はスイッチ素子Tの2つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通の配線を介してバイアス電源106aと電気的に接続される。行方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばT11〜T18は、それらの制御端子が1行目の駆動配線Gに共通に電気的に接続されており、駆動回路102からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が、駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばT11〜T81は、それらの他方の主端子が1列目の信号配線Sigに電気的に接続されており、導通状態になっている間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路103に出力する。列方向に複数配列された信号配線Sig〜Sigは、検出部101の複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路部103に伝送する。本実施形態では、検出部101は4画素列分を一組とする第1の画素群101a、第2の画素群101bに分割されている。第1の画素群101aから出力されたアナログ電気信号は、読出回路103内の対応する第1の読出回路103aによって並列に読み出され、第2の画素群101bから出力されたアナログ電気信号は、第2の読出回路103bによって並列に読み出される。
第1の読出回路103aは、第1の画素群101aから並列に出力された電気信号を増幅する第1の増幅回路部202aと、第1の増幅回路部202aからの電気信号をサンプルしホールドするための第1のサンプルホールド回路部203aと、を有する。第2の読出回路103bも同様に、第2の増幅回路部202bと第2のサンプルホールド回路部203bとを有する。また第1及び第2の読出回路は、第1又は第2のサンプルホールド回路部から並列に読み出された電気信号を、それぞれ順次出力して直列信号の画像信号として出力する第1及び第2のマルチプレクサ204a,bを有する。更に第1及び第2の読出回路は、画像信号をインピーダンス変換して出力する出力バッファである第1及び第2の可変増幅器205a,bを夫々有する。画素からの電気信号は、信号用バッファSFSを介して第1の可変増幅器205a又は第2の可変増幅器205bに入力される。また、ノイズ成分は、ノイズ用バッファSFNを介して第1の可変増幅器205a又は第2の可変増幅器205bに入力される。第1の可変増幅器205aに入力された画素からの電気信号とノイズ成分は減算されて出力され、第1のA/D変換器104aに入力される。同様に、第2の可変増幅器205bに入力された画素からの電気信号とノイズ成分は減算されて出力され、第2のA/D変換器104bに入力される。第1の及び第2のA/D変換器104a,bには、電源部107から基準電圧Vrefが入力される。ここで、第1及び第2の読み出し回路103a,bの信号用バッファSFSのゲートにはリセットスイッチSRSを介して電源部107から所定のタイミングで基準電圧Vref2が入力される。また、第1及び第2の読み出し回路103a,bのノイズ用バッファSFNのゲートにはリセットスイッチSRNを介して電源部107から所定のタイミングで基準電圧Vrefが入力される。つまりリセットスイッチSRは、所定のタイミングでバッファSFのゲートに基準電圧Vrefを与えることにより、所定のタイミングで可変増幅器の入力をリセットするものである。
制御回路108は、第1及び第2の増幅回路部202a,bに対して制御信号116を与えている。また制御回路108は、リセットスイッチSRS,SRNに対して制御信号117aを、第1及び第2のマルチプレクサに対して制御信号117bを、夫々与えている。そして、制御回路108は、第1及び第2のサンプルホールド回路部に対して制御信号120s、120nを、夫々与えている。更に、制御回路108は、第1及び第2のA/D変換器に対して制御信号129を、デジタルデータ処理手段105に対して制御信号130を、それぞれ与えて制御する。
図2(b)は、読出回路103を詳細に説明するための等価回路図である。増幅回路部202は各信号配線に対応してそれぞれ、画素から読み出された電気信号(画素信号)を増幅して出力する演算増幅器Aと、積分容量Cfと、積分容量をリセットするリセットスイッチRCと、を有する増幅回路を備える。演算増幅器Aの反転入力端子には出力された電気信号が入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。演算増幅器Aの正転入力端子には電源部107から基準電圧Vrefが入力される。また、積分容量Cfが演算増幅器Aの反転入力端子と出力端子の間に配置され、積分容量Cfと並列にリセットスイッチRCが接続される。サンプルホールド回路部203は、各増幅回路に対応して奇数行信号用サンプルホールド回路、偶数行信号用サンプルホールド回路、奇数行ノイズ用サンプルホールド回路、偶数行ノイズ用サンプルホールド回路を備えている。奇数行信号用サンプルホールド回路は、奇数行の画素からの電気信号をサンプリングするサンプリングスイッチSHOSと、奇数行の画素信号を保持するサンプリング容量Chosとを有している。偶数行信号用サンプルホールド回路は、偶数行の画素信号をサンプリングするサンプリングスイッチSHESと、偶数行の画素信号を保持するサンプリング容量Chesとを有している。奇数行ノイズ用サンプルホールド回路は、奇数行の画素信号をサンプリングする前に演算増幅器のノイズ成分をサンプリングするサンプリングスイッチSHONと、当該ノイズ信号を保持するサンプリング容量Chonとを有している。偶数行ノイズ用サンプルホールド回路は、偶数行の画素信号をサンプリングする前に演算増幅器のノイズをサンプリングするサンプリングスイッチSHENと、当該ノイズ信号を保持するサンプリング容量Chenとを有している。マルチプレクサ204は、奇数行信号用サンプルホールド回路に対応してスイッチMSOSを、偶数行信号用サンプルホールド回路に対応してスイッチMSESを、各増幅回路に対応して夫々備えている。また、奇数行ノイズ用サンプルホールド回路に対応してスイッチMSONを、偶数行ノイズ用サンプルホールド回路に対応してスイッチMSENを各増幅回路に対応して夫々備えている。そして、各スイッチを順次選択することにより、画素信号又はノイズ成分の並列信号を直列信号に変換する動作が行われる。
次に、図2及び図3を参照して、本発明の撮像装置の動作を説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。
まず、撮像装置100は行単位の画素の出力動作を行う。検出部101に放射線又は光が照射されて、各変換素子Sには照射された放射線又は光に応じた電荷が生成される。まず制御部108から制御信号116が与えられたリセットスイッチRCによって積分容量Cfがリセットされ、増幅回路がリセットされる。次に、制御部108からサンプルホールド回路部に制御信号120n,120oeが与えられる。それにより奇数行ノイズ用サンプルホールド回路のサンプリングスイッチSHONが導通され、リセットされた増幅回路から増幅回路のノイズ成分がサンプリング容量Chonに転送される。サンプリングスイッチSHONが非導通にされてノイズ成分がサンプリング容量Chonに保持される。次に、駆動回路102から1行目の駆動配線Gに与えられて1行目のスイッチ素子T11〜T18が導通される。それにより、1行目の変換素子S11〜S14で発生された電荷に基づくアナログ電気信号が、各画素から信号配線Sig〜Sigを介して並列に第1の読出回路103aに伝送される。また1行目の変換素子S15〜S18で発生された電荷に基づくアナログ電気信号が、各画素から信号配線Sig〜Sigを介して並列に第2の読出回路103bに伝送される。そして、制御部108からサンプルホールド回路部に制御信号120s,120oeが与えられる。それにより奇数行信号用サンプルホールド回路のサンプリングスイッチSHOSが導通され、読み出された画素信号が増幅回路を介してサンプリング容量Chosに転送される。この際、画素信号には増幅回路のノイズ成分が付加される。そしてサンプリングスイッチSHOSが非導通にされてノイズ成分が付加された画素信号がサンプリング容量Chonに保持される。
次に、撮像装置100は以下に示す信号処理動作を行う。制御部108から各リセットスイッチSRS,SRNに制御信号117aが与えられる。それにより各リセットスイッチSRS,SRNが導通されて各バッファSFS,SFNのゲートに基準電圧Vrefが与えられ、各可変増幅器205a,205bの入力がリセットされる。つまり、リセットスイッチSRS,SRNは、A/D変換器にリセット信号を出力するリセット手段である。この際に各A/D変換器104a,104bはそれぞれ可変増幅器205a,205bからの出力をデジタルデータ(デジタルデータ)Nd1,Nd4に変換してデジタルデータ処理手段105に出力する。このデジタルデータNd1,Nd4は、可変増幅器の1/fノイズ成分を含む各可変増幅器のリセットデータである。次に、各リセットスイッチSRS,SRNが非導通にされ、この際に各A/D変換器104a,104bはそれぞれ各可変増幅器205a,205bからの出力をデジタルデータSd1,Sd1に変換してデジタルデータ処理手段105に出力する。この動作を擬似リセットデータ出力動作と称する。
次に、各リセットスイッチSRS,SRNが再度導通されて各バッファSFS,SFNのゲートに基準電圧Vrefが与えられ、各可変増幅器205a,205bの入力が再度リセットされる。この際に各A/D変換器104a,104bは、制御部108からの制御信号129に応じて、それぞれ可変増幅器205a,205bからの出力をデジタルデータN(1,1),N(1,5)に変換してデジタルデータ処理手段105に出力する。このデジタルデータN(1,1),N(1,5)はデジタルデータNd1,Nd4と同様に、可変増幅器の1/fノイズ成分を含む各可変増幅器のリセットデータである。この動作をリセットデータ出力動作と称する。
次に、制御部108から各マルチプレクサに制御信号117bが与えられる。それに応じて、第1のマルチプレクサ204aのスイッチMSOS1及びスイッチMSON1が導通される。それにより、ノイズ成分が付加された1列目の画素の画素信号がバッファSFSを介して、ノイズ成分がバッファSFNを介して、それぞれ第1の可変増幅器205aに入力される。また、第2のマルチプレクサ204bのスイッチMSOS5及びスイッチMSON5が同時に導通される。それにより、ノイズ成分が付加された5列目の画素の画素信号がバッファSFSを介して、ノイズ成分がバッファSFNを介して、それぞれ第2の可変増幅器205bに入力される。ノイズ成分が付加された画素信号とノイズ成分は、各可変増幅器において差分処理される。そして、差分処理された画素信号が増幅されて可変増幅器から出力される。これにより増幅回路からの出力から各増幅回路のノイズ成分が除去される。各A/D変換器104a,104bは出力された各画素信号をデジタルデータS(1,1)、S(1,5)に変換してデジタルデータ処理手段105に出力する。このデジタルデータS(1,1)、S(1,5)は、画素信号に各可変増幅器の1/fノイズ成分が付加されたデータである。この動作を画素データ出力動作と称する。
次に、再びリセットデータ出力動作が行われ、各A/D変換器104a,104bからデジタルデータN(1,2),N(1,6)がデジタルデータ処理手段105に出力される。
そして、2列目及び6列目に対して画素データ出力動作が行われ、各A/D変換器104a,104bからデジタルデータS(1,2)、S(1,6)がデジタルデータ処理手段105に出力される。
同様に、リセットデータ出力動作、3列目及び7列目に対する画素データ出力動作、リセットデータ出力動作、4列目及び8列目に対する画素データ出力動作が順次行われる。それによりデジタルデータ処理手段105にデジタルデータN(1,3)とN(1,7)、S(1,3)とS(1,7)、N(1,4)とN(1,8)、S(1,4)とS(1,8)がそれぞれ出力される。
その後、擬似リセットデータ出力動作が2回繰り返し行われ、デジタルデータ処理手段105にデジタルデータNd2とNd5、Sd2とSd5、Nd3とNd6、Sd3とSd6、が出力される。
これらの各A/D変換器から出力された各データは、デジタルデータ処理手段105で後に説明する補正処理が行われて、各補正後画素データD(1,1)〜D(1,4)、D(1,5)〜D(1,8)が出力される。
このように、行単位の画素の信号処理動作には、擬似リセットデータ出力動作と、各列単位のリセットデータ出力動作及び画素データ出力動作と、その後の2回の擬似リセットデータ出力動作が含まれている。そして行単位の画素の出力動作と信号処理動作により、行単位の画素の読出動作が達成される。そしてこの行単位の画素の読出動作が繰り返し行われて、1画像分の読出動作が達成される。
ここで本実施形態において、2行目の画素の出力動作は、1行目の信号処理動作がなされる期間内で行われている。まず1行目と同様にリセットスイッチRCによって積分容量Cfがリセットされ、増幅回路がリセットされる。次に偶数行ノイズ用サンプルホールド回路のサンプリングスイッチSHENが導通され、リセットされた増幅回路から増幅回路のノイズ成分がサンプリング容量Chenに転送される。サンプリングスイッチSHENが非導通にされてノイズ成分がサンプリング容量Chenに保持される。次に、駆動回路102から2行目の駆動配線Gに与えられて2行目のスイッチ素子T21〜T28が導通される。それにより、2行目の変換素子S21〜S24で発生された電荷に基づくアナログ電気信号が、各画素から信号配線Sig〜Sigを介して並列に第1の読出回路103aに伝送される。また1行目の変換素子S25〜S28で発生された電荷に基づくアナログ電気信号が、各画素から信号配線Sig〜Sigを介して並列に第2の読出回路103bに伝送される。そして、偶数行信号用サンプルホールド回路のサンプリングスイッチSHESが導通され、読み出された画素信号が増幅回路を介してサンプリング容量Chesに転送される。この際、画素信号には増幅回路のノイズ成分が付加される。そしてサンプリングスイッチSHESが非導通にされてノイズ成分が付加された画素信号がサンプリング容量Chenに保持される。2行目の画素データ出力動作においては、各マルチプレクサのスイッチMSES及びスイッチMSENが、1行目と同様順次導通される。それ以外は1行目と同様の動作が行われる。このような出力動作及び信号処理動作を行うため、次の行単位の出力動作を、先の行単位の信号処理動作がなされる期間内で行うことができる。そのため、次の行単位の信号処理動作後に先の行単位の出力動作を行う場合に比べて、1画像分の読み出し動作にかかる時間を短縮することができる。
次に、図4を用いてデジタルデータ処理手段105で行われる補正処理を説明する。図4(a)は、デジタルデータ処理手段105に含まれる補正処理部400を説明するためのブロック図である。図4(b)は、補正処理部400にて行われる補正処理を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施形態において、図4(a)の補正処理部400は各A/D変換器毎に備えられており、以下の説明では、第1のA/D変換器104aに対応して設けられたものとして説明を行う。ただし本補正処理部は上記に限定されるものではなく、第1及び第2のA/D変換器からのデータをデジタルマルチプレックスした後のデータに対して補正処理するように設けられていてもよい。
補正処理部400は、リセットデータ処理部401と画素データ処理部402と加算器403とを含む。リセットデータ処理部401は、複数の遅延素子411〜414と加算器415と乗算器416とを含む。画素データ処理部402は、複数の遅延素子421〜422を含む。
制御部108からの制御信号130に基づいて、リセットデータ処理部401の各遅延素子411〜414にはN_CLKが、画素データ処理部402の各遅延素子421〜422にはS_CLKが、それぞれ与えられている。第1のA/D変換器104aから出力されたデジタルデータNd1が補正処理部400に入力され、N_CLKの立ち上がりに応じてリセットデータ処理部401の遅延素子411に保持される。次に、Sd1が補正処理部400に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じて画素データ処理部402の遅延素子421に保持される。次に、N(1,1)が補正処理部400に入力され、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子411に保持され、Nd1は遅延素子412に保持される。次に、S(1,1)が補正処理部400に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子421に保持される。次に、N(1,2)が補正処理部400に入力され、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子411に保持され、N(1,1)は遅延素子412に保持され、Nd1は遅延素子413に保持される。次に、S(1,2)が補正処理部400に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子421に保持され、S(1,1)は遅延素子422に保持され、遅延素子422から加算機403にS(1,1)が出力される。次に、N(1,3)が補正処理部400に入力され、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子411に保持され、N(1,2)は遅延素子412に保持され、N(1,1)は遅延素子413に保持され、Nd1は遅延素子414に保持される。そして、各遅延素子411〜414からの出力が加算器115に出力されて加算され、乗算器416で平均化のために1/4倍されて加算器403に出力される。加算器403は、画素データ処理部402から出力されたデータとリセットデータ処理部401から出力されたデータを減算処理し、補正された画素データD(1,1)を出力する。この処理により、画素データD(1,1)は、S(1,1)−(Nd1+N(1,1)+N(1,2)+N(1,3))/4となる。同様に画素データD(1,2)は、S(1,2)−(N(1,1)+N(1,2)+N(1,3)+N(1,4))/4となる。つまり、本補正処理では、まず行単位の信号処理動作の期間内に読出回路が複数のリセット信号をA/D変換器に与える。A/D変換器は複数のリセット信号を複数のリセットデータに変換する。補正処理部は、A/D変換器から出力された複数のリセットデータを加算平均処理する。そして補正処理部は、同じ期間内にA/D変換器から出力された所定行の画素データと加算平均処理されたリセットデータとを減算処理することにより、補正後の画素データを取得する。また、本実施形態では、補正処理される画素データに対して時間的に近傍で且つ前後2つずつの計4つのリセットデータを加算平均処理している。ただし本実施形態は前後2つずつに限定されるものではなく、前後同数ずつであればよい。
図5(a)及び(b)を用いて本発明の効果を説明する。図5(a)は本補正処理を行っていない画像データを示すものであり、図5(b)は本補正処理を行った画像データを示すものである。本補正処理を行った画像データは、本補正処理を行っていない画像データに比べて横筋状のノイズが目立たなく良好な画像となっている。これは、高周波なノイズ成分と低周波な1/fノイズ成分とを含むリセットデータを加算平均処理することにより、処理されたリセットデータ中の高周波なノイズ成分が抑制される。つまり、加算平均処理はリセットデータに対してローパスフィルタ(LPF)がかけられたと考えることができる。そのため、加算平均処理されたリセットデータは、低周波な1/fノイズ成分が主体的となる。このLPF処理は、加算平均処理するリセットデータの数が多くなれば精度が向上する。そして、低周波な1/fノイズ成分を含む画素データと加算平均処理されたリセットデータを減算することにより、画素データから良好に1/fノイズ成分を低減することができる。この減算処理は、画素データに対してハイパスフィルタ(HPF)がかけられたと考えることができる。つまり本補正処理は、画素データに対してLPF処理とHPF処理の両方を行うことができるものであり、良好な補正処理が行い得る。このHPF処理は、減算処理に使用するデータが時間的に近ければ近いほど精度が向上する。そして、横筋状のノイズの原因となる1/fノイズ成分を低減することにより、画像に与えるアーチファクトを低減することが可能となる。このように、本補正処理を行う補正処理部400によって、素子サイズの寸法が小さい読出回路もしくはA/D変換器を使用しても、読出回路もしくはA/D変換器で発生する1/fノイズが、取得された画像に与えるアーチファクトを低減することが可能となる。
また、本実施形態では、第1の画素群101a及び第2の画素群101bに応じて、2つの読出回路部とA/D変換器を並列に用いて画像データを出力している。このような形態では、第1の読出回路部103a及び第1のA/D変換器104aと、第2の読出回路部103b及び第2のA/D変換器104bとの間で、ノイズ特性が異なる場合がある。その場合、得られた画像データに、第1の画素群101aと第2の画素群101bに応じた画像段差が発生する場合がある。本発明の補正処理により、各読出回路部とA/D変換器で発生するノイズを良好に低減できるため、読出回路部とA/D変換器を並列に用いた形態でも画像段差を低減することが可能となる。
(第2の実施形態)
次に、図6及び図7を用いて第2の実施形態を説明する。本実施形態は、補正処理部を除いて第1の実施形態と同一の装置を用いている。また、本実施形態は、第1の実施形態と動作が異なっている。第1の実施形態と同様の装置構成及び動作については詳細な説明は割愛する。
図6は、本実施形態に係る撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。図7は、本実施形態に係る補正処理部700を説明するためのブロック図である。本実施形態に係る信号処理動作は、擬似リセットデータ出力動作を行っていない。そのため、信号処理動作及び読出動作に掛かる時間が第1の実施形態に比べて短くなる。また、本実施形態に係る補正処理は、行単位の信号処理動作によって得られたリセットデータを全て使用して加算平均処理を行う。補正処理部700は、リセットデータ処理部701と画素データ処理部702と加算器703とを含む。リセットデータ処理部701は、加算器711と遅延素子712と乗算器413とを含む。この遅延素子712には、図4(b)で示すものと同じN_CLKが与えられている。画素データ処理部702は、FIFO(First−In First−Out)によって構成されている。この画素データ処理部702には、図4(b)で示すものと同じS_CLKが与えられている。
第1のA/D変換器104aから出力されたデジタルデータN(1,1)が補正処理部700に入力され、N_CLKの立ち上がりに応じてリセットデータ処理部701の遅延素子712に保持される。次に、S(1,1)が補正処理部700に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じて画素データ処理部702のFIFOに保持される。次に、N(1,2)が補正処理部700に入力され、加算器711でN(1,2)とN(1,1)が加算されたデータが、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子712に保持される。次に、S(1,2)が補正処理部700に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じてFIFOに保持される。次に、N(1,3)が補正処理部700に入力され、加算器711でN(1,3)とN(1,1)及びN(1,2)が加算されたデータが、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子712に保持される。次に、S(1,3)が補正処理部700に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じてFIFOに保持される。次に、N(1,4)が補正処理部700に入力され、加算器711でN(1,4)とN(1,1)、N(1,2)及びN(1,3)が加算されたデータが、N_CLKの立ち上がりに応じて遅延素子712に保持される。この時の加算されたデータは乗算器713で平均化のために1/4倍されて加算器703に入力される。次に、S(1,4)が補正処理部700に入力され、S_CLKの立ち上がりに応じてFIFOに保持され、S(1,1)がFIFOから加算器703に入力される。加算器703は、画素データ処理部702から出力されたデータとリセットデータ処理部701から出力されたデータを減算処理し、補正された画素データD(1,1)を出力する。この処理により、画素データD(1,1)は、S(1,1)−(N(1,1)+N(1,2)+N(1,3)+N(1,4))/4となる。同様に画素データD(1,2)は、S(1,2)−(N(1,1)+N(1,2)+N(1,3)+N(1,4))/4となる。
本実施形態は、行方向の画素数が多くなればなるほど、第1の実施形態と比べてLPF処理の精度が高くなり、より良好な補正処理を行うことが可能となる。また、擬似リセットデータ出力動作を行わないため、信号処理動作及び読出動作に掛かる時間が第1の実施形態に比べて短くすることができる。ただし、行単位で全てのリセットデータが補正処理部700に入力されるまで画素データの補正を開始することができないため、補正処理に掛かる時間が長くなる可能性がある。
(第3の実施形態)
次に、図8を用いて第3の実施形態を説明する。本実施形態は、第1及び第2の実施形態と動作が異なっている。第1及び第2の実施形態と同様の装置構成及び動作については詳細な説明は割愛する。
図8は、本実施形態に係る撮像動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施形態に係る信号処理動作は、行単位の信号処理動作の期間に行われる最初の画素データ出力動作よりも前に第1の擬似リセットデータ出力動作を有している。また、最後の画素データ出力動作よりも後に第2の擬似リセットデータ出力動作を有している。そして、画素データ出力動作の間にリセットデータ出力動作を有していない。そのため、信号処理動作及び読出動作に掛かる時間が第1及び第2の実施形態に比べて短くなる。また、本実施形態に係る補正処理は、行単位の擬似リセットデータ出力動作によって得られたリセットデータを使用して加算平均処理を行う。この処理により、画素データD(1,1)は、S(1,1)−(Nd1+Nd2)/2となる。同様に画素データD(1,2)は、S(1,2)−(Nd1+Nd2)/2となる。
本実施形態は、画素データ出力動作の間にリセットデータ出力動作を有していないため、信号処理動作及び読出動作に掛かる時間が第1及び第2の実施形態に比べて短くすることができる。ただし、最後に擬似リセットデータ出力動作のリセットデータが補正処理部に入力されるまで画素データの補正を開始することができない。そのため、補正処理を開始するまでの時間が長くなる可能性がある。
(第4の実施形態)
次に、図9を用いて第4の実施形態を説明する。本実施形態は、第1の実施形態と比べて、読出回路の構成及び使用方法が異なる。その相違を第1の読出回路103aを例に説明する。
図9は、本実施形態に係る読出回路を説明するための等価回路図である。本実施形態では、第1の増幅回路部202aとして、増幅率可変型の増幅回路を用いている。そして、制御部108は、制御信号116swを与えることで、透視(動画)撮影と一般(静止画)撮影等の撮影モードに応じて増幅回路部202の増幅率を切り替える。本実施形態では、制御部108は透視撮影においては増幅率を10倍とし、一般撮影においては増幅率を1倍とするよう、増幅回路部202の増幅率を制御している。
増幅回路部202の増幅率が高い場合、画素データに含まれるノイズデータは、検出部101及び増幅回路部202で発生するノイズ成分が支配的となる。そのため、可変増幅器205やA/D変換器104の1/fノイズ成分の影響が相対的に小さくなり、画像データに1/fノイズに起因するアーチファクトが目立たなくなる。
そこで、本実施形態では、制御部108は、増幅回路部202の増幅率が高い第1の撮影モードでは先に説明した補正処理を行わず、増幅回路部202の増幅率が低い第2の撮影モードでは当該補正処理を行うよう、読出回路103及び補正処理部400を制御する。補正処理を行わないで得られた画像データにおいて、横筋状のノイズがランダムノイズの1/10以下であれば補正処理を行わなくてもよく、1/10以上であれば補正処理を行う必要がある。また、画像段差がランダムノイズの1/10以下であれば補正処理を行わなくてもよく、1/10以上であれば補正処理を行う必要がある。上記の判断基準に則して、各撮影モードにおいて補正処理を行うか否かを予め決定しておき、制御部108に上記制御を行わせればよい。
このように、上記補正処理が必要ない撮影モードにおいては補正処理を行わないように制御することにより、撮影動作に掛かる時間を短くすることができ、フレームレートを高くすることができる。本実施形態のように、透視撮影においてフレームレートを高くすることができることは非常に好ましい。
(応用例)
次に、図10に本発明を用いた移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図10(a)は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。図10(a)において、撮像装置100をC型アーム601から取り外し、C型アーム601に備えられた放射線発生装置206を用いて撮影を行う例を示している。ここで、C型アーム601は放射線発生装置206及び撮像装置100を保持するものである。602は撮像装置100で得られた画像データの表示が可能な表示部、603は被検体604を載せるための寝台である。また、605は放射線発生装置206、撮像装置100、及びC型アーム601を移動可能にする台車、606はそれらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置である。制御装置606は、撮像装置100で得られた画像信号を画像処理して表示装置602等に伝送することも可能である。また、制御装置606による画像処理により生成された画像データは、電話回線等の伝送手段により遠隔地へ転送することができる。それにより、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイに表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、伝送された画像データをフィルムプロセッサによりフィルムとして記録することもできる。なお、本発明の制御部109は、その構成の一部又は全部が撮像装置100内に備えられていてもよく、また制御装置606内に備えられていてもよい。
図10(b)は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムである。図10(b)では、撮像装置100をC型アーム601から取り外し、C型アーム601に備えられた放射線発生装置206とは別の放射線発生装置607を用いて撮影を行う例を示している。なお、本発明の制御部109は、放射線発生装置206だけでなく、別の放射線発生装置607も制御可能であることは言うまでもない。
なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したCD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、各実施形態では、撮像装置100のデジタルデータ処理手段が補正処理を行ったが、本発明はそれに限定されるものではない。制御装置606等の撮像装置100の外部の画像処理装置で行ってもよい。また、各実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。
100 撮像装置
101 検出部
102 駆動回路
103 読出回路
104 A/D変換器
105 デジタルデータ処理手段
106 信号処理部
107 電源部
108 制御部
201 画素
202 増幅回路部
203 サンプルホールド回路部
204 マルチプレクサ
205 可変増幅器
400 補正処理部

Claims (11)

  1. 放射線又は光を電荷に変換し当該電荷に基づくアナログ電気信号を出力するための画素を行列状に複数備えた検出部と、
    リセット信号を出力するリセット手段を有し、複数の前記画素から出力されたアナログ電気信号に基づく複数の画素信号を出力する合間に、複数の前記リセット信号を出力する信号処理動作を行う読出回路と、前記読出回路から出力された複数の画素信号及び複数の前記リセット信号、順次デジタルデータである複数の画素データ及び複数のリセットデータそれぞれ変換して出力するA/D変換器と、
    前記複数の画素データの補正処理を行う補正処理部と、を有する撮像装置であって
    前記補正処理部は、前記複数の画素データの夫々を、前記複数のリセットデータの少なくとも一部を加算平均処理した値で減算処理するものであり、且つ、前記加算平均処理されるリセットデータは、前記A/D変換器からの各画素データの出力に対し、時間的に前に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、時間的に後に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと含むことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記補正処理部は、前記加算平均処理されるリセットデータとして、前記複数のリセットデータのうち前記A/D変換器からの各画素データの出力に対して時間的に近傍である複数のリセットデータを、加算平均処理することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記補正処理部は、前記加算平均処理されるリセットデータとして、前記複数のリセットデータのうち前記A/D変換器からの各画素データの出力に対して時間的に近傍で且つ前後同数である前記複数のリセットデータを加算平均処理することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  4. 前記複数の画素データのうちの所定の画素データよりも前に前記A/D変換器から出力された前記複数のリセットデータのうちの第1リセットデータと、前記所定の画素データと、前記所定の画素データよりも後に前記A/D変換器から出力された前記複数のリセットデータのうちの第2リセットデータと、が順次に前記補正処理部に出力され、
    前記補正処理部は、前記加算平均処理されるリセットデータとして、前記第1リセットデータと前記第2リセットデータとを含む複数のリセットデータを、加算平均処理することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  5. 前記補正処理部は、前記A/D変換器から出力された前記複数のリセットデータを全て使用して加算平均処理することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  6. 前記信号処理動作は、前記読出回路及び前記A/D変換器が前記補正処理部に前記リセットデータを出力するリセットデータ出力動作と、前記読出回路及び前記A/D変換器が前記補正処理部に前記画素データを出力する画素データ出力動作と、前記読出回路及び前記A/D変換器が前記検出部の所定行の複数の画素に応じた前記信号処理動作の期間内に最初に行われる前記画素データ出力動作よりも前に、若しくは、前記期間内に最後に行われる前記画素データ出力動作よりも後に、前記期間内で前記リセットデータを出力する擬似リセットデータ出力動作と、を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
  7. 前記信号処理動作は、前記読出回路及び前記A/D変換器が前記補正処理部に前記リセットデータを出力するリセットデータ出力動作と、前記読出回路及び前記A/D変換器が前記補正処理部に前記画素データを出力する画素データ出力動作と、を含み、且つ、複数の前記画素データ出力動作の間に前記リセットデータ出力動作を有さず、
    前記リセットデータ出力動作、前記読出回路及び前記A/D変換器が、前記検出部の所定行の複数の画素に応じた前記信号処理動作の期間内に最初に行われる前記画素データ出力動作よりも前に前記期間内で前記リセットデータを出力する第1の擬似リセットデータ出力動作と、前記期間内に最後に行われる前記画素データ出力動作よりも後に前記期間内で前記リセットデータを出力する第2の擬似リセットデータ出力動作と、を含み、
    前記補正処理部は、前記第1の擬似リセットデータ出力動作で出力されたリセットデータと前記第2の擬似リセットデータ出力動作で出力されたリセットデータとを加算平均処理することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  8. 前記検出部は、複数の前記画素が複数の画素群に分割されており、
    前記読出回路及び前記A/D変換器は、複数の画素群に応じて複数備えられており、
    複数の前記読出回路の夫々は、前記リセット手段を有し、前記検出部の所定行の複数の画素に応じた前記信号処理動作の期間内で複数の前記読出回路の夫々に応じた各画素群内の前記所定行の複数の画素に応じた複数の画素信号を出力する合間に、複数の前記リセット信号を出力し、
    複数の前記A/D変換器の夫々は、前記期間内に複数の前記読出回路の夫々から出力された複数の画素信号及び複数の前記リセット信号を、順次デジタルデータである複数の画素データ及び複数のリセットデータに変換して出力し、
    前記補正処理部は、複数の前記A/D変換器の夫々から出力される前記複数の画素データの夫々を、前記のA/D変換器からの各画素データの出力に対して時間的に前に前記のA/D変換器から出力されたリセットデータと、記のA/D変換器からの各画素データの出力に対して時間的に後に前記のA/D変換器から出力されたリセットデータと、を加算平均処理した値で減算処理することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 複数の撮影モードに応じて、前記読出回路、前記A/D変換器、及び前記補正処理部の制御を行う制御部更に有し、
    前記制御部は、前記複数の撮影モードのうち、前記補正処理を行わずに得られた画像データにおいて横筋状のノイズがランダムノイズの1/10以下となる撮影モードでは、前記補正処理を行わず、前記横筋状のノイズがランダムノイズの1/10以上となる撮影モードでは前記補正処理を行うように、前記読出回路、前記A/D変換器、及び前記補正処理部の制御を行うことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の撮像装置。
  10. 請求項1からのいずれか1項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置で得られた画像データの表示が可能な表示部と、
    を有する撮像システム。
  11. 放射線又は光を電荷に変換し当該電荷に基づくアナログ電気信号を出力するための画素を行列状に複数備えた検出部と、リセット信号を出力するリセット手段を有して複数の前記画素から出力されたアナログ電気信号に基づく複数の画素信号を出力する合間に複数の前記リセット信号を出力する信号処理動作を行う読出回路と、前記読出回路から出力された複数の画素信号及び複数の前記リセット信号、順次デジタルデータである複数の画素データ及び複数のリセットデータそれぞれ変換して出力するA/D変換器と、前記複数の画素データの補正処理を行う補正処理部と、を有する撮像装置の制御方法であって、
    前記補正処理部が前記複数のリセットデータの少なくとも一部を加算平均処理した値で前記複数の画素データの夫々を減算処理するように、前記補正処理部を制御し、
    前記加算平均処理されるリセットデータは、前記A/D変換器からの各画素データの出力に対し、時間的に前に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、時間的に後に前記A/D変換器から出力されたリセットデータと、を含むことを特徴とする制御方法。
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