JPWO2008012897A1 - 光または放射線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
この発明の光または放射線撮像装置は、主信号から第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算する第1の演算部50と、第2のオフセット信号と、第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算する第2の演算部51と、第1の演算部50で演算された第1の演算値を、当該第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、第2の演算部51で演算された第2の演算値を用いて補正を行う補正部52と、を備えているので、第1の演算値は、第1のオフセット信号から主信号までの期間に蓄積された電荷信号の漏れによるノイズ成分を除去する補正がされる。したがって、X線検出素子11で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなることを防ぐことができる。
Description
この発明は、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、光または放射線を検出する検出素子からの電荷信号を読み出す技術に関する。
従来、検出された光または放射線に基づいて撮像を行う撮像装置は、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、X線検出器を例に採って説明する。X線検出器は、X線感応型のX線変換層(X線変換膜)を備えており、X線の入射によりX線変換層はキャリア(電荷信号)に変換し、その変換された電荷信号を読み出すことでX線を検出するものである。例えば、X線検出器は、縦横の2次元マトリックス状に配列され、入射されたX線を電荷信号に変換する複数のX線検出素子、X線検出素子で変換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)、電荷検出増幅回路からの電圧信号を増幅する信号増幅回路、信号増幅回路から出力される電圧信号をサンプリングし、このサンプリングされた電圧信号を保持(ホールド)し、A/D変換器に出力するサンプルホールド回路などを備えたものがある。
さらに、X線検出素子は、共通電極からバイアス電圧が印加されたことに基づいて、X線変換層で変換された電荷信号を収集する収集電極、収集電極で収集された電荷信号を蓄積するコンデンサ、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)、ゲートドライバから薄膜トランジスタを制御するためのゲート線、薄膜トランジスタから電荷信号が読み出されるデータ線などからなるものである。
ここで、被検体MにX線を照射してX線撮像を行う場合には、被検体Mを透過したX線像がアモルファスセレン膜上に投影されて、像の濃淡に比例した電荷信号が膜内に発生する。その後、膜内で生成された電荷信号が、キャリア収集電極に収集され、この収集電極で収集された電荷信号をコンデンサにより蓄積する。さらに、このコンデンサに蓄積された電荷信号は、薄膜トランジスタ(TFT)によるスイッチング動作により電荷検出増幅回路に出力される。
このような構成において、X線検出器のコンデンサに蓄積された電荷信号は、薄膜トランジスタによるスイッチング動作により電荷検出増幅回路に出力されるが、この薄膜トランジスタがOFFの状態であっても、このOFFの状態は完全ではなく、コンデンサから若干の電荷信号の漏れ(漏れ電流)が存在する。さらに、薄膜トランジスタから電荷信号が読み出されるデータ線に多くの検出素子が接続されていると、この検出素子の数だけ電荷信号の漏れも増え、画質に与える影響が大きくなる。つまり、この電荷信号の漏れによりアーチファクトが発生し画質が劣化するという問題がある。この問題を解決するために、最初に、ゲートドライバからの制御により各ゲート線に接続された全検出素子の薄膜トランジスタを順次ONの状態にして、漏れ電流を含んだ全検出素子からのデータ(電荷信号)を収集する。その後、漏れ電流に相当する全検出素子からのデータ(電荷信号)を収集し、漏れ電流を含んだ全検出素子からの電荷信号から、漏れ電流分のみの電荷信号を減算することにより、コンデンサからの電荷信号の漏れの影響を低減させていた(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2004−23750号公報
特開2003−319264号公報
しかしながら、従来の光または放射線撮像装置では、次のような問題がある。すなわち、ゲートドライバからの制御により各ゲート線に接続された全検出素子の薄膜トランジスタを順次ONの状態にして、漏れ電流を含んだ全検出素子からのデータ(電荷信号)を収集する。その後、漏れ電流に相当する全検出素子からのデータ(電荷信号)を収集し、漏れ電流を含んだ全検出素子からの電荷信号から、漏れ電流分のみの電荷信号を減算する。このような場合には、漏れ電流に相当する全検出素子からのデータ(電荷信号)を収集するための時間が余分に必要となり、撮影時間が長くなるという問題がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、X線検出器の検出素子で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなることを防ぐ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、(A)光または放射線に感応して電荷信号を出力する行列状に配列された複数の検出手段と、(B)前記複数の検出手段から出力された、それぞれの電荷信号を電圧信号に変換する複数の電荷電圧変換手段と、(C)前記複数の電荷電圧変換手段で変換された電圧信号を入力し、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するA/D変換手段と、(D)前記検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う制御手段と、(E)前記制御手段と、前記行列状に配列された複数の検出手段のうち、行方向に配列され検出手段と、を共通に接続する複数のゲート線と、(F)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を終了した直後に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である主信号から、当該制御手段により当該検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算する第1の演算手段と、(G)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、前記第1の演算手段での演算に用いられたゲート線の近傍の、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第2のオフセット信号と、前記第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算する第2の演算手段と、(H)前記第1の演算手段で演算された第1の演算値を、当該第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、前記第2の演算手段で演算された第2の演算値を用いて補正を行う補正手段と、を備えていることを特徴とするものである。
すなわち、この発明の光または放射線撮像装置は、(A)光または放射線に感応して電荷信号を出力する行列状に配列された複数の検出手段と、(B)前記複数の検出手段から出力された、それぞれの電荷信号を電圧信号に変換する複数の電荷電圧変換手段と、(C)前記複数の電荷電圧変換手段で変換された電圧信号を入力し、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するA/D変換手段と、(D)前記検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う制御手段と、(E)前記制御手段と、前記行列状に配列された複数の検出手段のうち、行方向に配列され検出手段と、を共通に接続する複数のゲート線と、(F)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を終了した直後に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である主信号から、当該制御手段により当該検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算する第1の演算手段と、(G)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、前記第1の演算手段での演算に用いられたゲート線の近傍の、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第2のオフセット信号と、前記第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算する第2の演算手段と、(H)前記第1の演算手段で演算された第1の演算値を、当該第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、前記第2の演算手段で演算された第2の演算値を用いて補正を行う補正手段と、を備えていることを特徴とするものである。
請求項1の発明の作用は次のとおりである。まず、行列状に配列された複数の検出手段に光または放射線が入射された場合に、これら検出手段は、この入射された光または放射線に感応して電荷信号を出力する。さらに、検出手段から出力された電荷信号は、電荷電圧変換手段で電圧信号に変換される。また、A/D変換手段は、電荷電圧変換手段で変換された電圧信号を入力し、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの各電圧信号に変換する。
また、制御手段は、検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う。ここで、制御手段と、行列状に配列された複数の検出手段のうち、行方向に配列された検出手段とは、複数のゲート線により共通に接続されている。また、第1の演算手段は、制御手段が、複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線に接続された検出手段に対して制御を終了した直後に、A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である主信号から、当該制御手段により当該検出手段に対して制御を開始する直前に、A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算する。つまり、第1の演算値は、主信号に含まれているノイズ成分の信号(第1のオフセット信号)を除去した値となる。さらに、第2の演算手段は、制御手段が、複数のゲート線のうち、第1の演算手段での演算に用いられたゲート線の近傍の、所定の一つのゲート線に接続された検出手段に対して制御を開始する直前に、A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第2のオフセット信号と、第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算する。つまり、第2の演算値は、第2のオフセット信号と第1のオフセット信号との期間において蓄積された、電荷信号の漏れ(漏れ電流)の値である。さらに、補正手段は、第1の演算手段で演算された第1の演算値を、当該第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、前記第2の演算手段で演算された第2の演算値を用いて補正を行う。つまり、第1の演算値は、第1のオフセット信号から主信号までの期間に蓄積された電荷信号の漏れによるノイズ成分を除去する補正がされる。
したがって、検出手段で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなることを防ぐことができる。
また、請求項2の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記電荷電圧変換手段とA/D変換手段との間には、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持する保持手段と、を備えていることを備えていることを特徴とするものである。
この発明の請求項2の光または放射線撮像装置によれば、ローパスフィルタは、電荷電圧変換手段で変換された電圧信号における、高周波帯域成分の信号(高周波ノイズ)の通過を制限し、保持手段では、このローパスフィルタを通過した電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持する。さらに、この保持手段からの安定したアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換する。つまり、A/D変換手段では、安定したアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換し、また、高周波ノイズがA/D変換手段に入力されることを低減させ、S/N比を高くすることができ、高精度な画像を得ることができる。
また、請求項3の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力するマルチプレクサを備え、前記A/D変換手段は、前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換することを特徴とするものである。
この発明の請求項3の光または放射線撮像装置によれば、マルチプレクサは、複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力する。さらに、A/D変換手段は、前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。したがって、複数の電荷電圧変換手段に対して、A/D変換手段を一つだけ備えるだけで、アナログの電圧信号からデジタルの電圧信号に変換することができ、デジタルの電圧信号に変換するためのコストを削減することができる。
また、請求項4の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、A/D変換手段は、前記複数の電荷電圧変換手段に対応した数を備えていることを特徴とするものである。
この発明の請求項4の光または放射線撮像装置によれば、A/D変換手段は、複数の電荷電圧変換手段に対応した数を備えている。したがって、複数の電荷電圧変換手段に対して一つだけA/D変換手段を備えている場合と比べて、A/D変換手段での処理時間を短縮することができる。
また、請求項5の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記主信号と、前記第1のオフセット信号と、前記第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つを複数回サンプリングし、これらを平均した値であることを特徴とするものである。
この発明の請求項5の光または放射線撮像装置によれば、主信号と、第1のオフセット信号と、第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つを複数回サンプリングし、これらを平均した値である。したがって、主信号と、第1のオフセット信号と、第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つの信号のそれぞれにおいてのバラツキを減らし、精度の高い値に基づいて補正を行うことができ、その結果、補正手段で補正された値は精度の高いものとすることができる。
また、請求項6の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記第1の演算手段での第1の演算値と、前記第2の演算手段での第2の演算値と、前記補正手段で補正された第1の演算値との、少なくともいずれか一つをフィルタ処理することを特徴とするものである。
この発明の請求項6の光または放射線撮像装置によれば、第1の演算手段での第1の演算値と、第2の演算手段での第2の演算値と、補正手段で補正された第1の演算値との、少なくともいずれか一つをフィルタ処理することにより、最適な第1の演算値、第2の演算値、補正手段で補正された第1の演算値を求めることができる。
また、請求項7の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記第2の演算手段での第2の演算値を、過去に取得した当該第2の演算手段での第2の演算値を用いて、平均化処理を行うことを特徴とするものである。
この発明の請求項7の光または放射線撮像装置によれば、第2の演算手段での第2の演算値は、過去に取得した当該第2の演算手段での第2の演算値を用いて、平均化処理が行われる。したがって、最適な第2の演算値を求めることができ、この平均化処理された第2の演算値に基づく、最適な補正手段で補正された第1の演算値を求めることができる。
また、請求項8の発明の光または放射線撮像装置は、請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、第2の演算手段の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間は、第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間の、2の累乗であることを特徴とするものである。
この発明の請求項8の光または放射線撮像装置によれば、第2の演算手段の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間は、第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間の、2の累乗である。したがって、割り算処理の簡略化を行うことでき、処理速度を高めることができる。
また、請求項9の発明の光または放射線撮像装置は、前記検出手段は、前記制御手段の制御に基づいて電荷信号を出力するスイッチング素子と、を備え、前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とするものである。
この発明の請求項9の光または放射線撮像装置によれば、スイッチング素子は、薄膜トランジスタである。したがって、MOS型FETなどのスイッチング素子に比べて、光または放射線の照射によるスイッチング素子自体の劣化が少ない。つまり、長期間使用することができる。また、複数の検出手段を備えて検出面積を大きくすることができる。
この発明に係る光または放射線撮像装置によれば、補正手段は、第1の演算手段で演算された第1の演算値を、当該第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、第2の演算手段で演算された第2の演算値を用いて補正を行う。つまり、第1の演算値は、第1のオフセット信号から主信号までの期間に蓄積された電荷信号の漏れによるノイズ成分を除去する補正がされる。したがって、検出手段で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなることを防ぐことができる。
4 … A/D変換器(A/D変換手段)
11 … X線検出素子(検出手段)
12 … X線検出制御部(制御手段)
21 … 薄膜トランジスタ
31 … 電荷検出増幅回路(電荷電圧変換手段)
33 … サンプルホールド回路(保持手段)
34 … ローパスフィルタ
36 … マルチプレクサ
50 … 第1の演算部(第1の演算手段)
51 … 第2の演算部(第2の演算手段)
52 … 補正部(補正手段)
GL1〜GL5 … ゲート線
11 … X線検出素子(検出手段)
12 … X線検出制御部(制御手段)
21 … 薄膜トランジスタ
31 … 電荷検出増幅回路(電荷電圧変換手段)
33 … サンプルホールド回路(保持手段)
34 … ローパスフィルタ
36 … マルチプレクサ
50 … 第1の演算部(第1の演算手段)
51 … 第2の演算部(第2の演算手段)
52 … 補正部(補正手段)
GL1〜GL5 … ゲート線
検出手段で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなること防ぐという目的を実現した。
実施例の光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明する。以下、このX線撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1はX線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図2はX線検出器を示すブロック図である。図3はX線検出素子の構成を示す断面図である。図4は電荷検出部を示すブロック図である。
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線量に応じた電荷信号に変換(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線検出器3と、X線検出器3から出力された電圧信号をデジタルの電圧信号に変換する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化する画像処理部5と、X線撮影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線撮影に関する入力設定を行うことが可能な入力部8、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、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、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。なお、上述したA/D変換器4は、本発明におけるA/D変換手段に相当する。
X線管1は、天板2に載置されている被検体Mを挟んでX線検出器3と対向するように配置されている。また、X線検出器3は、図2に示すように、複数のX線検出素子11、X線検出制御部12、ゲートドライバ部13、アンプアレイ部14、マルチプレクサ36とが備えられている。これら複数のX線検出素子11は、ゲート線GL1〜GL5によりゲートドライバ部13と接続し、データ線DL1〜DL5によりアンプアレイ部14と接続されている。さらに、アンプアレイ部14は、マルチプレクサ36と接続されている。また、X線検出制御部12はゲートドライバ部13とアンプアレイ部14とに接続されている。
X線検出素子11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線検出面Sに縦横の2次元マトリックス状(行列状)に配列されている構成となっている。例えば、実際のX線検出面Sには、X線検出素子11が行(横)4096×列(縦)4096程度の2次元マトリックス状に配列されているものが用いられている。なお、図2においては、X線検出素子11が行5×列5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おり、複数のゲート線GL1〜GL5は、ゲートドライバ部13(X線検出制御部12)と、行列状に配列された複数のX線検出素子11のうち、行方向に配列されX線検出素子11と、を共通に接続するものである。また、X線検出素子11は、図3に示すように、高電圧のバイアス電圧を印加するための共通電極15と、入射したX線を電荷信号に変換するX線変換層16と、X線変換層16で変換された電荷信号を収集,蓄積,読み出し(出力)を行うアクティブマトリックス基板17と、を備えている。
X線変換層16は、X線感応型半導体からなり、例えば、アモルファスセレン(a−Se)が、このX線変換層16の表面へ面状に積層形成されている。また、X線変換層16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キャリア(電荷信号)が直接生成される構成(直接変換型)となっている。
アクティブマトリックス基板17は、図3に示すように、ガラス基板18が設けられ、さらに、このガラス基板18上には、共通電極15からバイアス電圧が印加されたことに基づいて、X線変換層16で変換された電荷信号を収集する収集電極19、収集電極19で収集された電荷信号を蓄積するコンデンサ20、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)21、ゲートドライバ部13から薄膜トランジスタ21を制御するためのゲート線GL1〜GL5、薄膜トランジスタ21から電荷信号が読み出されるデータ線DL1〜DL5、とを設けている。なお、上述したX線検出素子11は、本発明における検出手段に相当する。
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、ゲートドライバ部13とアンプアレイ部14とマルチプレクサ36とA/D変換器4とを統括制御するものであり、全X線検出素子11で検出された電荷信号を順次選択的にアンプアレイ部14から取り出し、さらに、マルチプレクサ36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、ゲートドライバ部13の動作を開始させるゲート動作信号と、アンプアレイ部14の動作を開始させるアンプ動作信号と、マルチプレクサ36の動作を制御するマルチプレクサ制御信号と、A/D変換器4の動作を制御するA/D変換制御信号とを出力する構成となっている。なお、上述したX線検出制御部12は、本発明におけるゲートドライバ部13の動作を開始させ、X線検出素子11に対して電荷信号を出力させる制御を行う制御手段に相当する。
次に、ゲートドライバ部13は、全X線検出素子11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11の薄膜トランジスタ21を動作させるものである。詳細には、ゲートドライバ部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、ゲート線GL1〜GL5を順次選択的に動作させ、この動作されたゲート線に接続されたX線検出素子11の薄膜トランジスタ21が一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサ20に蓄積された電荷信号がデータ線DL1〜DL5を通りアンプアレイ部14に出力される構成となっている。なお、上述した電荷検出増幅回路31は、本発明における電荷電圧変換手段に相当する。
次に、アンプアレイ部14は、図2に示すように、データ線DL1〜DL5に対応した数(図2では5つ)の電荷検出部30が備えられている。さらに、各電荷検出部30は、図4に示すように、各X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路(CSA:Charge Sensitive Amplifier)31を備えている。
また、図2に示すアンプアレイ部14内の電荷検出部30は、X線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて動作する構成となっている。具体的には、X線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて、図4に示す電荷検出部30の電荷検出増幅回路31は電荷信号を電圧信号に変換し、マルチプレクサ36に出力するものである。
さらに、電荷検出部30の電気的構成について、図4を用いて詳細に説明する。図4に示すように、電荷検出部30の電荷検出増幅回路31は、増幅素子であり、反転入力端子がデータ線DL1〜DL5に接続された演算増幅器A1と、この演算増幅器A1の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサCf1と、この帰還コンデンサCf1に並列に設けられたスイッチSW1と、を備えている。また、演算増幅器A1の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが印加されている。なお、基準電圧Vrefは、接地レベル(0[V])である。
また、スイッチSW1は、X線検出制御部12からの制御に基づいて、導通状態および遮断状態に変化するものである。具体的には、スイッチSW1はX線検出制御部12からのアンプ動作信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW1が導通状態の場合には、帰還コンデンサCf1に蓄積された電荷(電荷信号)が放電され、帰還コンデンサCf1がリセットされた状態となり、電荷検出増幅回路31が初期化された状態となる。さらに、所定の時間経過後に、スイッチSW1が遮断状態、つまり、初期化状態が解除された時点以降にデータ線DL1〜DL5から入力された電荷信号が蓄積される。したがって、電荷検出増幅回路31は、初期化状態が解除された時点以降に入力された電荷信号に応じた電圧を出力する構成となっている。
次に、図2に示すように、マルチプレクサ36は、電荷検出部30の数に対応した数のスイッチS1〜S5(図2では5つ)が設けられている。また、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、順次スイッチS1〜S5のいずれか一つをON状態に切換えて、電荷検出部30(ここでは、5つ)から出力される各電圧信号(CH1〜CH5)の一つずつを束ねた時分割信号として、図4に示すA/D変換器4に出力する構成となっている。
次に、A/D変換器4は、マルチプレクサ36からの時分割信号の各電圧信号を、X線検出制御部12からのA/D変換制御信号に基づいて、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部5に出力するものである。
画像処理部5は、図1に示すように、第1の演算部50と、第2の演算部51と、補正部52とを備えている。第1の演算部50は、X線検出制御部12が、複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線に接続されたX線検出素子11に対して制御を終了した直後に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号である主信号から、当該X線検出制御部12により当該X線検出素子11に対して制御を開始する直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号である第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算するものである。
第2の演算部51は、X線検出制御部12が、複数のゲート線のうち、第1の演算部50での演算に用いられたゲート線の近傍の、所定の一つのゲート線に接続されたX線検出素子11に対して制御を開始する直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号である第2のオフセット信号と、第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算するものである。
補正部52は、第1の演算部50で演算された第1の演算値を、当該第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、第2の演算部51で演算された第2の演算値を用いて補正を行うものである。また、補正部52は、第1の演算部50の演算に用いられる第1のオフセット信号から主信号までの期間に対する、第2の演算部51の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間の比を記憶する期間比記憶部53を備えている。なお、上述した第1の演算部50は、本発明における第1の演算手段に相当し、上述した第2の演算部51は、本発明における第2の演算手段に相当し、上述した補正部52は、本発明における補正手段に相当する。
次に、このX線撮像装置において、コンデンサ20に蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させるための動作を、図1〜5を用いて説明する。図5は、A/D変換器でデジタルの電圧信号に変換されるタイミングを説明する図である。まず、図1〜3に示すように、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線検出器3のX線検出制御部12とが制御される。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、X線検出器3のX線検出素子11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20により蓄積される。
ここで、コンデンサ20に蓄積された電荷信号は、X線検出器3のゲートドライバ部13からのゲート動作信号に基づいて、スイッチング素子である薄膜トランジスタ21が開いた状態となり、データ線DL1〜DL5を通りアンプアレイ部14に出力されることになる。また、X線検出器3のゲートドライバ部13からのゲート動作信号が出力されていない場合には、薄膜トランジスタ21は閉状態であるが、この閉状態は完全なものではなく、データ線に接続された複数のX線検出素子11のコンデンサ20のそれぞれに蓄積された電荷信号の一部は漏れてアンプアレイ部14に到達することになる。また、上述したように、図2では、X線検出素子11が行5×列5の2次元マトリックス状に配列したものを一例としているが、行4096×列4096程度の2次元マトリックス状に配列されているものにおいては、一つのデータ線に接続されているX線検出素子11の数は、4096個にもなり、コンデンサ20から漏れる電荷信号も大きくなる。また、X線検出素子11に入射されるX線強度が大きい場合においても、コンデンサ20に蓄積される電荷信号も大きくなり、コンデンサ20から漏れる電荷信号も大きくなる。
次に、X線検出器3のX線検出制御部12は、主制御部6(図1参照)からの制御に基づいて、まず、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31に対して、図5に示すアンプ動作信号を出力させる制御を行い、さらにその後に、X線検出制御部12は、ゲートドライバ部13に対して図5に示すゲート動作信号を出力させる制御を行う。ここで図5について説明する。図5において、アンプ動作信号、ゲート動作信号、A/D変換器のそれぞれがHレベルの状態において、動作している状態であることを示す。また、図5の左側の部分には、(i−1)行目のデータ線(例えば、図2に示すDL1)に接続された、X線検出素子11におけるタイミング、図5の右側の部分には、i行目のデータ線(例えば、図2に示すDL2)に接続された、X線検出素子11におけるタイミングについて図示されている。
また、X(i)は、X線検出制御部12により、i行目のデータ線(DL2)に接続されたX線検出素子11に対してゲート動作信号を出力する直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号であるオフセット信号(第1のオフセット信号)である。Y(i)は、複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線(i行目のデータ線)に接続されたX線検出素子11において、X線検出制御部12が当該X線検出素子11に対してゲート動作信号を出力され、ゲート動作が終了した直後に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号である主信号である。また、X(i−1)は、複数のゲート線のうち、当該第1の演算部50での演算に用いられたゲート線(DL2)の近傍の、所定の一つのゲート線である、(i−1)行目のデータ線(DL1)に接続されたX線検出素子11における、アンプ動作信号が出力されてからゲート動作信号の出力が開始される直前に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号であるオフセット信号(第2のオフセット信号)である。Y(i−1)は、(i−1)行目のデータ線に接続されたX線検出素子11において、X線検出制御部12が当該X線検出素子11に対してゲート動作信号を出力され、ゲート動作が終了した直後に、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号である主信号である。
また、一つのデータ線に接続された、X線検出素子11で検出された電荷信号を処理する時間であるアンプ動作信号の周期の時間をTLとし、また、ゲート動作信号の前後のオフセット信号と主信号との期間である、例えばX(i)からY(i)までの期間およびX(i−1)からY(i−1)までの期間をTLKとする。なお、TLKは、10μs〜100μs程度の期間である。
ここで、図2に示す、例えば、i行目のデータ線(DL2)に接続されたX線検出素子11のコンデンサ20から漏れでた電荷信号による画質の劣化を低減させるための動作について説明する。まず、ゲートドライバ部13は、ゲート線GL1〜GL5のそれぞれから順にゲート動作信号が出力される。ここで、ゲート線GL1を介してゲート動作信号が出力される前後においては、A/D変換器4では、図5に示すX(i−1),Y(i−1)のデジタルの電圧信号を得る。さらに、ゲート線GL2を介してゲート動作信号が出力される前後においては、A/D変換器4では、図5に示すX(i),Y(i)のデジタルの電圧信号を得る。
次に、第1の演算部50では、主信号Y(i)から、第1のオフセット信号X(i)を減算する演算を行い、主信号Y(i)に含まれているノイズ成分である第1のオフセット信号X(i)を除去された値が求められ、この値を第1の演算値Z(i)とする。さらに、第1の演算部50は、第1の演算値Z(i)を示す信号を補正部52に出力する。
次に、第2の演算部51では、第2のオフセット信号と第1のオフセット信号と、の差分である、第1のオフセット信号X(i)から第2のオフセット信号X(i−1)を減算する演算を行い、第2のオフセット信号X(i−1)から第1のオフセット信号X(i)までの期間において、データ線DL1に接続されているX線検出素子11のコンデンサ20から漏れた電荷信号の大きさを求めることができる。この値を第2の演算値L(i)とする。さらに、第2の演算部51は、第2の演算値L1(i)を示す信号を補正部52に出力する。
次に、補正部52では、まず、第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した第2の演算値L2(i)が求められる。例えば、図5に示すように、第1の演算部50の演算に用いられる第1のオフセット信号から主信号までの期間(TLK)における、第2の演算部51の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間(TL)の比であるTL/TLKが2である場合には、補正部52の期間比記憶部53には、予めTL/TLK=2が記憶されており、補正部52は、この値を読み出して、第2の演算値L2(i)を第2の演算値L1(i)/(TL/TLK)として演算する。したがって、第1のオフセット信号X(i)から主信号Y(i)までの期間における、データ線DL1に接続されているX線検出素子11のコンデンサ20から漏れる電荷信号を求めることができる。
さらに、補正部52は、第1の演算部50で演算された第1の演算値Z(i)から第2の演算値L2(i)を減算することで、第1のオフセット信号X(i)から主信号Y(i)までの期間における、データ線DL1に接続されているX線検出素子11のコンデンサ20から漏れる電荷信号分を除去することができる。
上述したようにX線撮像装置によれば、補正部52は、第1の演算部50で演算された第1の演算値を、当該第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、第2の演算部51で演算された第2の演算値を用いて補正を行う。つまり、第1の演算値は、第1のオフセット信号から主信号までの期間に蓄積された電荷信号の漏れによるノイズ成分を除去する補正がされる。したがって、X線検出素子11で蓄積された電荷信号の漏れ(漏れ電流)による画質の劣化を低減させ、かつ、撮影時間が長くなることを防ぐことができる。
また、マルチプレクサ36は、複数の電荷検出増幅回路31で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷検出増幅回路31のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力する。さらに、A/D変換器4は、マルチプレクサ36から出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換する。したがって、複数の電荷検出増幅回路31に対して、A/D変換器4を一つだけ備えるだけで、アナログの電圧信号からデジタルの電圧信号に変換することができ、デジタルの電圧信号に変換するためのコストを削減することができる。
また、X線検出素子11のスイッチング素子は、薄膜トランジスタ21である。したがって、MOS型FETなどのスイッチング素子に比べて、光または放射線の照射によるスイッチング素子自体の劣化が少ない。つまり、長期間使用することができる。また、複数の検出手段を備えて検出面積を大きくすることができる。
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)上述した実施例の第2の演算部51において、第2のオフセット信号を求めるために用いられる、第1の演算部50での演算に用いられた(i)行目のゲート線(DL2)の近傍の、所定の一つのゲート線として、(i−1)行目のデータ線(DL1)として説明したが、(i−1)行目のデータ線(DL1)以外の近傍のデータ線、例えば、(i+1)行目のデータ線(DL3)とするようにしてもよい。
(2)上述した実施例において、補正部52は、予め第1の演算部50の演算に用いられる第1のオフセット信号から主信号までの期間における、第2の演算部51の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間の比を記憶する期間比記憶部53を備えるようにしていたが、期間比記憶部53を第2の演算部51に備え、第2の演算部51で演算された第2の演算値L1(i)に、期間比記憶部53に記憶されている値であるTL/TLK=2が記憶されている場合には、第2の演算部51で第2の演算値L1(i)/2を行う演算がされ、この値を第2の演算値L2(i)とし、補正部52に出力するようにしてもよい。
(3)上述した実施例において、電荷検出部30は、電荷検出回路30のみを備えるようにしていたが、図6に示すように、各X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換する電荷検出増幅回路31と、この電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号のうち、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタ34と、ローパスフィルタ34を通過した各電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持し、出力するサンプルホールド回路33とを備えているようにしてもよい。したがって、ローパスフィルタ34は、電荷検出増幅回路31で変換された電圧信号における、高周波帯域成分の信号(高周波ノイズ)の通過を制限し、サンプルホールド回路33では、このローパスフィルタ34を通過した電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持する。さらに、このサンプルホールド回路33からの安定したアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換する。つまり、A/D変換器4では、安定したアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換し、また、高周波ノイズがA/D変換器4に入力されることを低減させ、S/N比を高くすることができ、高精度な画像を得ることができる。なお、上述したサンプルホールド回路33は、本発明における保持手段に相当する。
(4)上述した実施例において、複数の電荷検出部30(電荷検出増幅回路31)と、マルチプレクサ36と、一つのA/D変換器4と、を備えるようにしていたが、マルチプレクサ36を備えず、A/D変換器4は、複数の電荷検出増幅回路31に対応した数を備えるようにしてもよい。したがって、複数の電荷検出増幅回路31に対して一つだけA/D変換器4を備えている場合と比べて、A/D変換器4での処理時間を短縮することができる。
(5)上述した実施例において、主信号と、第1のオフセット信号と、第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つを複数回サンプリングし、これらを平均した値であるようにしてもよい。したがって、主信号と、第1のオフセット信号と、第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つの信号のそれぞれにおいてのバラツキを減らし、精度の高い値に基づいて補正を行うことができ、その結果、補正部52で補正された値は精度の高いものとすることができる。
(6)上述した実施例において、第1の演算部50での第1の演算値と、第2の演算部51での第2の演算値と、補正部52で補正された第1の演算値との、少なくともいずれか一つをフィルタ処理するようにしてもよい。つまり、重み付けがされ最適な補正部52で補正された第1の演算値を求めることができる。
(7)上述した実施例において、第2の演算部51での第2の演算値は、過去に取得した当該第2の演算部51での第2の演算値を用いて、平均化処理を行うようにしてもよい。例えば、平均化処理される第2の演算値L1´(i)を、
第2の演算値L1´(i)=((n−1)/n)・L1(i−1)+(1/n) L1(i)
の式により求めるようにしてもよい。ただし、nは定数である。したがって、最適な第2の演算値を求めることができる。さらに、補正部52は、この平均化処理された第2の演算値L1´(i)を用いて、最適な当該補正部52で補正された第1の演算値Z´(i)を、第1の演算値Z´(i)=Z(i)−L1´(i)の式により求めることができる。
第2の演算値L1´(i)=((n−1)/n)・L1(i−1)+(1/n) L1(i)
の式により求めるようにしてもよい。ただし、nは定数である。したがって、最適な第2の演算値を求めることができる。さらに、補正部52は、この平均化処理された第2の演算値L1´(i)を用いて、最適な当該補正部52で補正された第1の演算値Z´(i)を、第1の演算値Z´(i)=Z(i)−L1´(i)の式により求めることができる。
(8)上述した実施例において、第2の演算部51の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間(TL)は、第1の演算部50の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間(TLK)の、2の累乗であるようにしてもよい。つまり、期間比記憶部53には、TL/TLKが2の累乗となる値が記憶されており、第2の演算値L2(i)を求めるための、第2の演算値L1(i)/(TL/TLK)の割り算処理の簡略化を行うことでき、処理速度を高めることができる。
(9)上述した実施例において、医療用の装置として説明したが、医療用以外の非破壊検査、RI(Radio Isotope)検査、および光学検査などの産業分野などについても適用することができる。
(10)上述した実施例において、光または放射線撮像装置の一例として、X線撮像装置を用いて説明したが、X線に限らず、可視光、放射線(中性子線,γ線,β線など)を用いる装置についても適用することができる。
(11)上述した実施例において、X線検出器3のX線検出素子11は、X線検出面Sに縦横の2次元マトリックス状に配列されている構成として説明したが、X線検出素子11は、複数のX線検出素子11を一次元のラインセンサ(データ線に複数のX線検出素子11が接続)であってもよい。
(12)上述した実施例において、X線検出器3のX線検出素子11は、X線を直接的に電荷信号に変換する直接変換型のものとして説明したが、X線を一旦、光に変換し、光を電荷信号に変換する間接変換型であってもよい。
(13)上述した実施例において、アンプアレイ部14の電荷検出増幅回路31において、X線検出素子11から出力された電荷信号を入力し、電圧信号に変換していたが、X線検出素子11に電荷検出増幅回路31を備え、X線検出素子11内で電荷信号を電圧信号に変換するようにしてもよい。
Claims (9)
- (A)光または放射線に感応して電荷信号を出力する行列状に配列された複数の検出手段と、(B)前記複数の検出手段から出力された、それぞれの電荷信号を電圧信号に変換する複数の電荷電圧変換手段と、(C)前記複数の電荷電圧変換手段で変換された電圧信号を入力し、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するA/D変換手段と、(D)前記検出手段に対して電荷信号を出力させる制御を行う制御手段と、
(E)前記制御手段と、前記行列状に配列された複数の検出手段のうち、行方向に配列され検出手段と、を共通に接続する複数のゲート線と、(F)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を終了した直後に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である主信号から、当該制御手段により当該検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第1のオフセット信号を減算した第1の演算値を演算する第1の演算手段と、(G)前記制御手段が、前記複数のゲート線のうち、前記第1の演算手段での演算に用いられたゲート線の近傍の、所定の一つのゲート線に接続された前記検出手段に対して制御を開始する直前に、前記A/D変換手段で変換されたデジタルの電圧信号である第2のオフセット信号と、前記第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号と、の差分である第2の演算値を演算する第2の演算手段と、(H)前記第1の演算手段で演算された第1の演算値を、当該第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間と同じ長さの期間に対応した、前記第2の演算手段で演算された第2の演算値を用いて補正を行う補正手段と、を備えていることを特徴とする光または放射線撮像装置。 - 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記電荷電圧変換手段とA/D変換手段との間には、高周波帯域成分の信号の通過を制限するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した電圧信号をサンプリングし所定の時間において保持する保持手段と、を備えていることを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記複数の電荷電圧変換手段で変換された各電圧信号を入力し、この入力された各電圧信号を所定の順番で時間的に切換え、異なる電荷電圧変換手段のそれぞれで変換された各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として出力するマルチプレクサを備え、前記A/D変換手段は、前記マルチプレクサから出力された時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換することを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 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A/D変換手段は、前記複数の電荷電圧変換手段に対応した数を備えていることを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記主信号と、前記第1のオフセット信号と、前記第2のオフセット信号とのうち、少なくともいずれか一つを複数回サンプリングし、これらを平均した値であることを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記第1の演算手段での第1の演算値と、前記第2の演算手段での第2の演算値と、前記補正手段で補正された第1の演算値との、少なくともいずれか一つをフィルタ処理することを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記第2の演算手段での第2の演算値を、過去に取得した当該第2の演算手段での第2の演算値を用いて、平均化処理を行うことを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記第2の演算手段の演算に用いられる第2のオフセット信号から第1のオフセット信号までの期間は、第1の演算手段の演算に用いられた第1のオフセット信号から主信号までの期間の、2の累乗であることを特徴とする光または放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の光または放射線撮像装置において、前記検出手段は前記制御手段の制御に基づいて電荷信号を出力するスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とする光または放射線撮像装置。
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