KR20110004839A

KR20110004839A - 의료용 ｘ선 촬상 시스템

Info

Publication number: KR20110004839A
Application number: KR1020107014196A
Authority: KR
Inventors: 하루미치 모리; 류지 규시마; 가즈키 후지타
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2011-01-14
Also published as: KR101675599B1; JP5368817B2; US20090268867A1; JP2009279389A; CN102014753A; TW201006441A; WO2009131147A1; CN102014753B; EP2277447B1; US8050381B2; TWI480023B; EP2277447A1; EP2277447A4

Abstract

고체 촬상 장치(1)는 M×N개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어지며, 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부(10)와, 각 화소로부터의 전하의 양에 따른 전압값을 각 열마다 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부(20)를 갖는다. 이 고체 촬상 장치(1)는 회전 제어부에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 회전 제어부는 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 수광부(10)의 행 방향 또는 열 방향이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B와 평행하게 되도록, 또 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한다.

Description

의료용 Ｘ선 촬상 시스템{MEDICAL X-RAY IMAGING SYSTEM}

본 발명은 의료용 X선 촬상 시스템에 관한 것이다.

의료용의 X선 촬영에 있어서, 최근 X선 감광 필름 대신에, X선 촬상 장치를 이용한 X선 이미징 시스템이 널리 이용되게 되었다. 이러한 X선 이미징 시스템은 X선 감광 필름과 같이 현상할 필요 없이, 실시간으로 X선 화상을 확인할 수 있는 등 편리성이 높고, 데이터의 보존성이나 취급의 용이성 면에서도 우위의 점을 갖는다. 치과의 진단에 있어서 X선 촬영에서도, 파노라마, 세팔로(cephalo), CT와 같은 각종 촬상 모드에 있어서 이와 같은 X선 이미징 시스템이 이용되고 있다.

치과용 X선 촬상 시스템의 경우, X선 촬상 장치에 요구되는 촬상 영역의 형상이, 상술한 각종 촬상 모드에 의해 달라지는 경우가 있다. 즉, CT 촬영에 이용되는 촬상 영역(이하, 제1 촬상 영역)에는 횡 방향으로 충분한 폭이 요구되며, 상하 방향으로도 어느 정도의 폭이 요구된다. 또, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영에 이용되는 촬상 영역(이하, 제2 촬상 영역)에는 상하 방향으로 충분한 폭이 요구된다. 그러나 이러한 요구를 충족하는 복수의 X선 촬상 장치를 준비하면, X선 촬상 시스템이 대형화하거나 또는 촬상 모드를 변경할 때에 X선 촬상 장치의 교환이 필요하게 되어, 시간이 걸린다고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 제1 및 제2 촬상 영역에 관한 이러한 요구를 1개의 X선 촬상 장치에 의해 해결할 수 있는 것이 바람직하다.

예를 들어 특허 문헌 1에는 X선 발생부와 X선 검출부를 구비한 치과 진단용의 X선 촬영 장치가 개시되어 있다. 이 X선 촬영 장치에서는 X선 세극(細隙) 빔과 X선 광역 빔을 선택적으로 전환하여 발생할 수 있도록, 가는 홈 형상 슬릿 또는 직사각 형상 슬릿을 통하여 X선이 조사된다. X선 세극 빔은 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영 등에 이용되며, X선 광역 빔은 CT 촬영 등에 이용된다. 그리고 이 특허 문헌 1에는 가는 홈 형상 슬릿을 통과한 X선 세극 빔, 및 직사각 형상 슬릿을 통과한 X선 광역 빔의 쌍방을 1개의 고체 촬상 소자에 의해 촬영하는 것이 기재되어 있다.

또, 이와 같은 의료용의 X선 촬상 시스템에 이용되는 고체 촬상 장치로는 CMOS 기술을 이용한 것이 알려져 있으며, 그 중에서도 패시브 픽셀 센서(PPS: Passive Pixel Sensor) 방식의 것이 알려져 있다. PPS 방식의 고체 촬상 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드를 포함하는 PPS형의 화소가 M행 N열로 2차원 배열된 수광부를 구비하고, 각 화소에 있어서 광 입사에 따라 포토다이오드에서 발생한 전하를 적분 회로에 있어서 용량 소자에 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력하는 것이다.

일반적으로, 각 열의 M개의 화소 각각의 출력단은 그 열에 대응하여 마련되어 있는 독출용 배선을 통하여, 그 열에 대응하여 마련되어 있는 적분 회로의 입력단과 접속되어 있다. 그리고 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하는 제1행으로부터 제M행까지 순차적으로 행마다, 당해 열에 대응하는 독출용 배선을 통하여 적분 회로에 입력되고, 그 적분 회로로부터 전하량에 따른 전압값이 출력된다.

선행 기술 문헌

특허 문헌

특허 문헌 1: 국제 공개 제2006/109808호 팜플릿

전술한 바와 같이, 치과용 X선 촬상 시스템의 경우, 고체 촬상 장치에 요구되는 촬상 영역의 형상이 파노라마나 CT와 같은 각종의 촬상 모드에 따라서 다른 경우가 있고, 이러한 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현할 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지만 특허 문헌 1에 기재된 구성에서는 이러한 촬상 모드에 있어서 X선 빔을 1개의 고체 촬상 장치에 의해 촬영하지만, 횡 방향으로 충분한 폭을 가지며 또한 상하 방향으로도 어느 정도의 폭을 가지는 CT용의 제1 촬상 영역과, 상하 방향으로 충분한 폭을 가지는 파노라마용의 제2 촬상 영역을 1개의 수광면 내에 수용하기 위해서는 상하 방향 및 횡 방향의 쌍방에 있어서 충분한 폭을 가지는 넓은 수광면이 필요하다. 그러나 고체 촬상 장치의 수광부의 재료가 되는 반도체 웨이퍼의 크기 등의 제약에 의해, 이와 같은 넓은 수광면을 가지는 고체 촬상 장치를 생산할 수 없는 경우가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용의 X선 촬상 시스템에 있어서, 이 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현하며, 또한 고체 촬상 장치의 수광면에 요구되는 면적의 증가를 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템은, 피검자 턱부(顎部)의 주위를 이동하면서 X선상(線像)을 촬상하는 고체 촬상 장치를 구비하고, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용 X선 촬상 시스템으로서, 고체 촬상 장치가 포토다이오드를 각각 포함하는 M×N개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어진 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부와; 각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토다이오드와 독출용 스위치를 통하여 접속된 N개의 독출용 배선과; 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와; 각 화소의 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하고, 각 화소의 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부와; 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선 상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 수광부에 출력하는 신틸레이터를 가지고, 고체 촬상 장치를 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지함과 아울러, 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치의 이동 방향으로 수광부의 행 방향 또는 열 방향이 따르도록, 또한 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 경사지도록, 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어하는 회전 제어부를 추가로 구비한다.

본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템에 있어서는, 고체 촬상 장치의 수광부가 직사각 형상의 수광면을 가지고 있고, 이 고체 촬상 장치는 회전 제어부에 의해 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치의 이동 방향으로 수광부의 행 방향 또는 열 방향이 따르도록 고체 촬상 장치의 회전 각이 제어된다. 이 일방의 촬상 모드를 예로 들어 CT 촬영 모드로 한 경우, 행 방향 및 열 방향 중 일방에 충분한 폭을 가지며 또한 타방에도 어느 정도의 폭을 가지는 수광면을 구비하는 고체 촬상 장치를 이용하여, 행 방향 및 열 방향 중 충분한 폭을 가지는 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향을 따르도록 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어함으로써, 상술한 제1 촬상 영역을 바람직하게 실현할 수 있다.

또, 타방의 촬상 모드를 예로 들어 파노라마 촬영 모드나 세팔로 촬영 모드로 한 경우, 전술한 바와 같이 상하 방향으로 충분한 폭을 가지는 제2 촬상 영역이 요구된다. 수광면의 면적을 넓히지 않고 이와 같은 요구를 만족하기 위해서는, 예를 들어 상술한 고체 촬상 장치를 90°회전시켜서, 수광면의 긴 쪽 방향을 상하 방향과 일치시키는 것도 고려할 수 있다. 그렇지만 제2 촬상 영역에 요구되는 상하 방향의 폭이, 제1 촬상 영역의 요구를 만족하는 수광면의 긴 쪽 방향의 폭을 가지고 있어도 부족한 경우가 있다. 예를 들어 현재의 CT 촬영에 있어서 일반적으로 요구되는 촬상 영역의 가로 폭은 12㎝ 정도이나, 파노라마 촬영에 있어서 일반적으로 요구되는 촬상 영역의 상하 폭은 15㎝ 정도이다.

따라서, 본 발명에 관한 의료용 X선 촬상 시스템에 있어서는, 타방의 촬상 모드시, 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 경사지도록 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어한다. 수광면의 형상이 직사각 형상이므로, 이와 같이 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 수광부를 기울어지게 함으로써, 수광면의 상하 방향의 폭을 넓게(예를 들어 대각선 길이로) 할 수 있다. 즉, 제2 촬상 영역에 요구되는 상하 방향의 폭과 비교하여 수광면의 긴 쪽 방향의 폭이 짧아도, 제2 촬상 영역의 요구 폭을 만족하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용의 X선 촬상 시스템에 있어서, 이 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현함과 아울러, 고체 촬상 장치의 수광면에 요구되는 면적의 증가를 억제할 수 있다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 제어부가 타방의 촬상 모드시에, M×N개의 화소 중 소정의 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역을 구성하는 화소로부터 선택적으로 전압값이 독출되도록 신호 독출부의 출력 동작을 제어하고, 소정의 방향이 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방에 대해 경사지며, 또한 고체 촬상 장치의 이동 방향과 교차해도 된다. 이와 같이, 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방에 대해 경사지며, 또한 고체 촬상 장치의 이동 방향과 교차하는 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역은 타방의 촬상 모드에 있어서 촬상 영역으로서 바람직하다. 또, 신호 독출부의 출력 동작이 이와 같이 제어되는 경우, 소정의 방향이 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 직교하는 것이 바람직하고, 촬상 영역이 수광부의 대각선 상의 영역인 것이 바람직하다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 제어부가 타방의 촬상 모드에 있어서 신호 독출부의 출력 동작을 제어할 때에, 수광부의 N열 각각에 대응하여 홀딩된 전압값 중, 연속하는 N₁열(N₁<N)에 대응하여 홀딩된 전압값을 신호 독출부로부터 출력시키며, 또한 수광부에 있어서 이 N₁열의 위치를, 하나 또는 복수의 행에 대응하는 전압값을 독출할 때마다 일정 열수씩 시프트시켜도 된다. 제어부가 신호 독출부의 출력 동작을 예컨대 이와 같이 제어함으로써, 상기한 소정의 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역을 구성하는 화소로부터 전압값을 선택적으로 독출할 수 있다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 수광부에 있어서 행수 M이 열수 N보다 작고, 수광면의 형상이 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상이어도 된다. 이 의료용 X선 촬상 시스템에서는 독출용 배선이 각 열마다 배치되어 있으므로, 수광부를 이와 같이 구성함으로써 독출용 배선의 배치 방향과 수광면의 짧은 쪽 방향이 일치하게 된다. 따라서, 각 프레임에 있어서 독출용 배선으로부터 전하를 독출하는 대상이 되는 화소(포토다이오드)의 수를 적게 할 수 있으므로, 프레임 레이트(단위 시간당으로 출력되는 프레임 데이터의 개수)를 보다 빠르게 할 수 있다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 고체 촬상 장치의 회전 중심이 직사각 형상의 수광부에 있어서 4개의 각부(角部) 중 1개의 각부에 위치하고 있고, 1개의 각부가 2개의 촬상 모드의 쌍방에 있어서 피검자에 대해 아래턱측에 위치하도록 고체 촬상 장치가 회전해도 된다. 고체 촬상 장치가 피검자 턱부의 주위를 이동하면서 X선상을 촬상할 때, 피검자의 아래턱부를 지지대의 위에 얹음으로써 피검자의 머리 부분의 위치를 고정하는 경우가 많고, 이와 같은 경우에는 피검자 턱부의 높이 위치의 기준은 턱의 하단(下端)이 된다. 이 의료용 X선 촬상 시스템에 의하면, 2개의 촬상 모드에 있어서 수광면의 하단의 높이를, 회전 중심으로 되는 각부의 높이로 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 2개의 촬상 모드에 있어서 수광면의 높이와 피검자 턱부의 높이를 정밀도 좋게 맞출 수 있다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 제어부가 타방의 촬상 모드시에, 일방의 촬상 모드와 비교하여 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당으로 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하여, 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 해도 된다. 이로 인해, CT나 파노라마와 같은 각 촬상 모드에 적합한 동작을 행할 수 있다.

또, 의료용 X선 촬상 시스템은 일방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 CT 촬영을 행하는 촬상 모드이고, 타방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 파노라마 촬영을 행하는 촬상 모드인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용의 X선 촬상 시스템에 있어서, 이 2개의 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치에 의해 실현되며, 또한 고체 촬상 장치의 수광면에 요구되는 면적을 작게 할 수가 있다

도 1은 제1 실시 형태에 관한 X선 촬상 시스템(100)의 구성도이다.
도 2는 피사체(A; 피검자의 턱부)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1)가 피사체(A)의 주위를 선회(旋回) 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 고체 촬상 장치(1)의 일부를 잘라 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도이다.
도 5는 촬상 모드에 따른 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치, 및 수광부(10)에 있어서 촬상 영역을 나타내는 도면이다. (a) CT 촬영과 같은 촬상 모드(제1 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치와 수광부(10)의 촬상 영역(10a)을 나타낸다. (b) 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드(제2 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치와 수광부(10)의 촬상 영역(10b)을 나타낸다.
도 6은 도 5(b)에 나타낸 촬상 영역(10b)을 추가로 상세하게 나타내는 도면이다.
도 7은 (a) 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10)를 위해 정사각형의 규격에 맞춘 상태, (b) 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10)를 위해 직사각형의 규격에 맞춘 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 주사 시프트 레지스터(40)로부터 수광부(10)의 각 행마다 배치된 행 선택용 배선에 단선(Q₁)이 발생하고, 신호 독출부(20)로부터 각 열마다 배치된 독출용 배선에 단선(Q₂)이 발생한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9에서 (a)는 수광부(10)의 행 방향과 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B가 직교하도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우에, 수광부(10)의 어느 행에 있어서 결함 화소(Pd₁)가 발생하고, 어떤 열에 있어서 결함 화소(Pd₂)가 발생한 상태, (b)는 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우에, 도 9(a)와 같은 결함 화소(Pd₁, Pd₂)가 발생한 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 수광부를 회전시키지 않고 이용하는 종래의 고체 촬상 장치에 있어서 전하 독출 방식을 나타내는 도면이다. (a)는 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치한 경우를 나타내고 있다. (b)는 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치한 경우를 나타내고 있다.
도 11에서, (a)는 수광부(130)의 짧은 쪽 방향을 따라서 신호 독출부(140)를 배치한 경우에 있어서 전하 독출 방식, (b)는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 전하 독출 방식을 나타내는 도면이다.
도 12는 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심(도 1에 나타낸 축선(C))의 위치에 따른, 수광부(10)의 회전 상태를 나타내는 도면이다. (a)는 수광부(10)의 중심(E)을 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심으로 한 경우를 나타내고 있다. (b)는 직사각 형상의 수광부(10)에 있어서 4개의 각부 중 1개의 각부(F)를 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심으로 하여, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 통하여 각부(F)가 다른 각부에 대해 아랫쪽에 위치하도록 고체 촬상 장치(1)를 회전시킨 경우를 나타내고 있다.
도 13은 정사각 형상의 수광부(10)와, 선 형상의 촬상 영역(10b)을 나타내는 평면도이다.
도 14는 정사각 형상의 수광부(10)와, 면 형상의 촬상 영역(10b)을 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 14에 나타낸 수광부(10)에 의한 촬상의 상태를 피사체(A)의 윗쪽으로부터 본 도면이다.
도 16은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 제1실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 화소(P_m _,n), 적분 회로(S_n) 및 홀딩 회로(H_n) 각각의 회로도이다.
도 18은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 19는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 20은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서, 의료용 X선 촬상 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 X선 촬상 시스템(100)은 주로 치과 의료에 있어서 파노라마 촬영, 세팔로 촬영, CT 촬영과 같은 촬상 모드를 구비하고 있고, 피검자 턱부의 X선상을 촬상한다. X선 촬상 시스템(100)은 고체 촬상 장치와 X선 발생 장치를 구비하고 있고, X선 발생 장치로부터 출력되어 피사체(A; 즉, 피검자의 턱부)를 투과한 X선을 고체 촬상 장치에 의해 촬상한다.

이 도면에 도시된 X선 촬상 시스템(100)은 고체 촬상 장치(1)와, X선 발생 장치(106)와, 고체 촬상 장치(1)를 회전 가능하게 지지하는 회전 제어부(108)를 구비하고 있다.

X선 발생 장치(106)는 피사체(A)를 향하여 X선을 발생한다. X선 발생 장치(106)로부터 발생한 X선의 조사 영역은 1차 슬릿판(106b)에 의해 제어된다. X선 발생 장치(1O6)에는 X선관(線管)이 내장되어 있고, 그 X선관의 관(管) 전압, 관 전류 및 통전 시간 등의 조건이 조정됨으로써 피사체(A)로의 X선 조사량이 제어된다. 또, X선 발생 장치(1O6)는 1차 슬릿판(1O6b)의 개구 범위가 제어됨으로써, 어느 한 촬상 모드일 때에 소정의 확산 각으로 X선을 출력하고, 다른 촬상 모드에서는 이 소정의 확산 각보다 좁은 확산 각으로 X선을 출력할 수 있다.

고체 촬상 장치(1)는 2차원 배열된 복수의 화소를 가지는 CMOS형의 고체 촬상 장치이며, 피사체(A)를 통과한 X선상을 전기적인 화상 데이터(D)로 변환한다. 고체 촬상 장치(1)의 전방에는 X선 입사 영역을 제한하는 2차 슬릿판(1O7)이 마련된다. 회전 제어부(1O8)는 고체 촬상 장치(1)를 고체 촬상 장치(1)의 수광면(11)에 수직인 축선(C) 주위로 회전 가능하게 지지하여, CT 촬영이나 파노라마 촬영, 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드에 따른 소정의 각도 위치로 고체 촬상 장치(1)를 회전시킨다.

X선 촬상 시스템(100)은 선회 암(104)을 추가로 구비하고 있다. 선회 암(104)은 X선 발생 장치(106)와 고체 촬상 장치(1)를 서로 대향시키도록 홀딩하고, CT 촬영이나 파노라마 촬영, 또는 세팔로 촬영시에 이것들을 피사체(A)의 주위로 선회시킨다. 또, 리니어 단층 촬영시에는 고체 촬상 장치(1)를 피사체(A)에 대해 직선 변위시키기 위한 슬라이드 기구(113)가 마련된다. 선회 암(104)은 회전 테이블을 구성하는 암 모터(109)에 의해 구동되며, 그 회전 각도가 각도 센서(112)에 의해 검출된다. 또, 암 모터(109)는 XY 테이블(114)의 가동부에 탑재되어, 회전 중심이 수평면 내에서 임의로 조정된다.

고체 촬상 장치(1)로부터 출력되는 화상 데이터(D)는 CPU(중앙 처리 장치; 121)에 일단 취입된 후, 프레임 메모리(112)에 격납된다. 프레임 메모리(112)에 격납된 화상 데이터로부터, 소정의 연산 처리에 의해 임의의 단층면을 따른 단층 화상이나 파노라마 화상이 재생된다. 재생된 단층 화상이나 파노라마 화상은 비디오 메모리(124)에 출력되고, DA 변환기(125)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후, CRT(음극선관) 등의 화상 표시부(126)에 의해 표시되고, 각종 진단에 제공된다.

CPU(121)에는 신호 처리에 필요한 워크 메모리(123)가 접속되며, 또한 패널 스위치나 X선 조사 스위치 등을 구비한 조작 패널(119)이 접속되어 있다. 또, CPU(121)는 암 모터(109)를 구동하는 모터 구동 회로(111), 1차 슬릿판(106b) 및 2차 슬릿판(107)의 개구 범위를 제어하는 슬릿 제어 회로(115 및 116), 및 X선 발생 장치(106)를 제어하는 X선 제어 회로(118)에 각각 접속되며, 또한 고체 촬상 장치(1)를 구동하기 위한 클록 신호를 출력한다. X선 제어 회로(118)는 고체 촬상 장치(1)에 의해 촬상된 신호에 기초하여, 피사체로의 X선 조사량을 피드백 제어한다.

도 2는 피사체(A; 피검자의 턱부)의 윗쪽으로부터 보아, 고체 촬상 장치(1)가 피사체(A)의 주위를 선회 이동하는 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 이 도면에서는 고체 촬상 장치(1)의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 고체 촬상 장치(1)는 선회 암(104)에 의해 피사체(A)를 중심으로 하여 수평면을 따른 둘레 방향(도면 중의 화살표(B))으로 이동하면서, 피사체(A)를 통과한 X선상의 촬상을 행한다. 이 때, 고체 촬상 장치(1)의 수광면(11)이 항상 피사체(A)와 대향하도록, 고체 촬상 장치(1)의 방향이 설정된다.

도 3 및 도 4는 본 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3은 고체 촬상 장치(1)의 일부를 잘라 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 고체 촬상 장치(1)의 측단면도이다. 또한, 도 3 및 도 4에는 이해를 용이하게 하기 위해 XYZ 직교 좌표계를 함께 나타내고 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 반도체 기판(3)의 주면(主面)에 설치된 수광부(10), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 주사 시프트 레지스터(40)를 구비하고 있다. 또한, 수광부(10), 신호 독출부(20), A/D 변환부(30) 및 주사 시프트 레지스터(40)는 각각 별개의 반도체 기판 상에 형성되어 있어도 된다. 또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 반도체 기판(3) 외에, 평판 형상의 기재(其材; 2), 신틸레이터(4) 및 X선 차폐부(5)를 구비하고 있다. 반도체 기판(3)은 기재(2)에 첩부되고, 신틸레이터(4)는 반도체 기판(3) 상에 배치되어 있다. 신틸레이터(4)는 입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 수광부(10)에 출력한다. 신틸레이터(4)는 수광부(10)를 덮도록 설치되거나, 또는 수광부(10) 상에 증착에 의해 마련된다. X선 차폐부(5)는 X선의 투과율이 매우 낮은 납 등의 재료로 이루어진다. X선 차폐부(5)는 반도체 기판(3)의 주연부를 덮고 있어, 신호 독출부(20) 등으로 X선의 입사를 방지한다.

수광부(10)는 M×N개의 화소(P)가 M행 N열로 2차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 또한, 도 3에 있어서 열 방향은 X축 방향과 일치하고, 행 방향은 Y축 방향과 일치한다. M, N 각각은 2 이상의 정수이며, M<N을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 수광부(10)에 있어서 행 방향의 화소(P)의 수는 열 방향의 화소(P)의 수보다 많은 것이 바람직하다. 그 경우, 수광부(10)의 수광면은 행 방향(Y축 방향)을 긴 쪽 방향으로 하고, 열 방향(X축 방향)을 짧은 쪽 방향으로 하는 직사각 형상을 나타낸다. 각 화소(P)는 예를 들어 100㎛ 피치로 배열되어 있고, PPS 방식의 것으로서 공통의 구성을 가지고 있다.

또한, 반도체 기판(3)에 있어서, 수광부(10)의 주위에도 화소가 형성되어 있으나, 이와 같은 화소는 X선 차폐부(5)에 의해 덮혀 있어, 광이 입사하지 않아 전하가 발생하지 않으므로, 촬상에는 기여하지 않는다. 본 실시 형태의 수광부(10)는 촬상을 위한 유효한 화소로서, M행 N열로 2차원 배열된 M×N개의 화소(P)를 포함하는 것이다. 환언하면, 본 실시 형태의 반도체 기판(3)에 있어서 수광부(10)로 되는 영역은 X선 차폐부(5)의 개구(5a)에 의해 규정된다.

신호 독출부(20)는 수광부(10)의 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력한다. AD 변환부(30)는 신호 독출부(20)로부터 출력된 전압값을 입력하고, 그 입력한 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리하여, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 출력한다. 주사 시프트 레지스터(40)는 각 화소(P)에 축적된 전하가 행마다 신호 독출부(20)에 순차적으로 출력되도록 각 화소(P)를 제어한다.

이와 같은 고체 촬상 장치(1)를 구비하는 X선 촬상 시스템(100)은 전술한 바와 같이, CT 촬영, 파노라마 촬영, 및 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드를 구비하고 있다. 그리고 고체 촬상 장치(1)는 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하도록 회전 제어부(108)에 의해 지지되어 있고, 촬상 모드에 따른 소정의 각도 위치로 제어된다. 또, 고체 촬상 장치(1)는 수광부(10)에 있어서 촬상 영역(수광부(10) 중 촬상 데이터에 기여하는 영역)을 촬상 모드에 따라 변경하는 기능을 갖는다.

여기서, 도 5는 촬상 모드에 따른 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치, 및 수광부(10)에 있어서 촬상 영역을 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 CT 촬영과 같은 촬상 모드(제1 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치와 수광부(10)의 촬상 영역(10a)을 나타낸다. 또, 도 5(b)는 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 촬상 모드(제2 촬상 모드)에 있어서, 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치와 수광부(10)의 촬상 영역(10b)을 나타낸다. 또한, 도 5(a), (b)에 있어서, 화살표(B)는 선회 암(104; 도 1 참조)에 의한 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향을 나타내고 있다.

도 5(a)에 나타내는 바와 같이, CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드시에는 수광부(10)의 행 방향(도면 중의 화살표(G1)) 및 열 방향(도면 중의 화살표(G2)) 중 하나가 이동 방향 B를 따르도록, 더욱 바람직하게는, 수광부(10)의 긴 쪽 방향(본 실시 형태에서는 행 방향 G1)이 이동 방향 B와 평행하게 되도록, 고체 촬상 장치(1)의 회전 각이 제어된다. 또, 이때의 촬상 영역(10a)은 수광부(10)에 있어서 M행 N열의 모든 화소(P)에 의해 구성된다. 즉, 촬상 영역(10a)의 행 방향 및 열 방향의 폭은 각각 수광부(10)와 동일하다.

또, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 수광부(10)의 행 방향 G1 및 열 방향 G2의 쌍방이 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각이 제어된다. 즉, 이 제2 촬상 모드에 있어서는 수광부(10)의 행 방향 G1 또는 열 방향 G2와 고체 촬상 장치(1)의 선회 평면(H)이 이루는 각 θ가 0°<θ<90°를 만족하는 값으로 된다. 따라서, 예를 들어 CT 촬상 모드로부터 파노라마 촬상 모드로 이행할 때에, 고체 촬상 장치(1)는 각도 θ만큼 회전하게 된다.

보다 바람직하게는, 수광부(10)에 있어서 1개의 대각선이 선회 평면(H)에 대해 수직으로 되도록, 고체 촬상 장치(1)의 회전 각이 제어되면 된다. 이 경우@ 고체 촬상 장치(1)의 각도 위치는 수광부(10)의 행 방향 G1의 폭과 열 방향 G2의 폭과의 비율에 의해 결정된다. 예를 들어 행 방향 G1의 폭과 열 방향 G2의 폭이 서로 동일한 경우에, 고체 촬상 장치(1)의 선회 평면(H)이 이루는 각 θ는 45°인 것이 바람직하다. 또, 행 방향 G1의 폭과 열 방향 G2의 폭과의 비율이 2:1인 경우에, 고체 촬상 장치(1)의 선회 평면(H)이 이루는 각 θ는 60°인 것이 바람직하다.

또, 이때의 촬상 영역(10b)은 수광부(10)에 있어서 소정의 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 가늘고 긴 영역으로 설정되어 있다. 이 소정의 방향이란, 수광부(10)의 행 방향 G1 및 열 방향 G2의 쌍방에 대해 경사져 있으며, 또한 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B와 교차하는 방향이다. 본 실시 형태에서, 촬상 영역(10b)의 상기 소정의 방향(긴 쪽 방향)은 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B와 직교하고 있며, 또한 수광부(10)의 대각선을 따르고 있다. 그리고 촬상 영역(10b)은 수광부(10)의 대각선 상에 설정되어 있다. 이로 인해, X선 촬상 시스템(100)의 상하 방향, 즉 선회 평면(H)과 수직인 방향에 있어서 촬상 영역(10b)의 일단은 수광부(10)에 있어서 최상부(도 5(b)에 나타내는 꼭대기부(J1))와 일치하고, 동 방향에 있어서 촬상 영역(10b)의 타단은 수광부(10)에 있어서 최하부(도 5(b)에 나타내는 꼭대기부(J2))와 일치하게 된다. 제2 촬상 모드시에는 수광부(10)가 가지는 M×N개의 화소 중, 이와 같은 촬상 영역(10b)을 구성하는 화소로부터 선택적으로 전압값이 독출되도록 신호 독출부(20)의 출력 동작이 제어된다.

여기서, 도 6은 도 5(b)에 나타낸 촬상 영역(10b)을 더욱 자세하게 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 촬상 영역(10b)은 수광부(10)의 각 행에 있어서, N열의 화소(P) 중 연속하는 N₁열(2

N₁<N, 도 6에서는 N₁=4로서 도시)의 화소(P)로 이루어지며, 또한 그 연속하는 N₁열의 위치(예를 들어 선두열 번호)가, 각 행마다 일정 열수씩(도 6에서는 2열씩) 시프트되어 있다. 고체 촬상 장치(1)에 있어서는 이와 같은 촬상 영역(10b)에 포함되는 화소(P)로부터 출력되는 전하에 따른 전압값을 신호 독출부(20)가 선택적으로 출력한다.

또한, 촬상 영역(10b)은 도 6에 나타낸 형태로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 연속하는 N₁열의 위치(선두열 번호)가 복수 행마다 일정 열수씩 시프트되어 있어도 된다. 또, 도 6에 나타낸 형태에서는 열 방향의 양단에 위치하는 행(제1행 및 제M행)에 있어서도, 연속하는 N₁열에 의해 촬상 영역(10b)이 구성되어 있다. 예를 들어 열 방향의 양단에 위치하는 행에 있어서는 촬상 영역(10b)을 구성하는 열수가 N₁보다 적게 하는 등, 촬상 영역(10b)의 양단의 형상이 다소 변경되어 있어도 된다.

본 실시 형태에 관한 X선 촬상 시스템(100)에 있어서는 이와 같이 고체 촬상 장치(1)의 회전 각이 제어됨으로써, 이하의 효과가 얻어진다. 상술한 바와 같이, X선 촬상 시스템(100)에 있어서는 고체 촬상 장치(1)의 수광부(10)가 직사각 형상의 수광면을 가지고 있다. 그리고 제1 촬상 모드시에는 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 수광부(10)의 행 방향 또는 열 방향이 따르도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각이 제어된다. 이 제1 촬상 모드를 예로 들어 CT 촬영 모드로 한 경우, 행 방향 및 열 방향 중 일방(본 실시 형태에서는 행 방향)에 충분한 폭을 가지며, 또한 타방(본 실시 형태에서는 열 방향)에도 어느 정도의 폭을 가지는 수광면을 구비하는 고체 촬상 장치(1)를 이용하여, 행 방향 및 열 방향 중 충분한 폭을 가지는 방향이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 따르도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어함으로써, 제1 촬상 모드에 있어서 촬상 영역(10a)을 바람직하게 실현할 수 있다.

또, 제2 촬상 모드를 예로 들어 파노라마 촬영 모드나 세팔로 촬영 모드로 한 경우, 상하 방향에 충분한 폭을 가지는 촬상 영역이 요구된다. 수광부(10)의 면적을 넓히지 않고 이와 같은 요구를 만족하기 위해서는 예를 들어 상술한 고체 촬상 장치(1)를 90˚회전시켜서, 수광부(10)의 긴 쪽 방향(본 실시 형태에서는 행 방향)을 상하 방향과 일치시키는 것도 생각할 수 있다. 그렇지만 당해 촬상 영역에 요구되는 상하 방향의 폭이, 제1 촬상 영역(10a)의 요구를 만족하는 수광부(10)의 긴 쪽의 폭을 가지고서도 부족한 경우가 있다.

CT 촬영을 행하는 제1 촬상 모드에서는 1회의 촬영으로 치열의 폭 전체를 촬영할 필요가 있으므로, 촬상 영역의 치수로서 예를 들어 높이(즉 이동 방향 B와 직교하는 방향의 폭) 8㎝ 이상, 가로 폭(이동 방향 B와 평행한 방향의 폭) 12㎝ 이상이 요구된다. 따라서, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 거의 원형의 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10)를 위해 정사각형의 규격에 맞춤으로써, 수광부(10)의 치수를 예컨대 가로 폭 12㎝, 높이 12㎝로 하면 제1 촬상 모드의 요구 치수를 만족한다. 그러나 파노라마 촬영을 행하는 제2 촬상 모드에서는 1회의 촬영으로 턱으로부터 상하 치열까지를 촬영할 필요가 있으므로, 촬상 영역의 치수로서 예를 들어 높이 15㎝ 이상이 요구된다(또한, 가로 폭은 7㎜ 이상 있으면 됨). 따라서, 1개의 고체 촬상 장치를 이용하여 쌍방의 촬상 모드를 실현하고자 하는 경우, 특허 문헌 1에 기재된 구성과 같이 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 이러한 촬상 영역을 할당하면, 높이 15㎝ 이상, 가로 폭 12㎝ 이상의 수광부가 필요하게 되어, 보다 큰 실리콘 웨이퍼가 필요하게 된다.

따라서, X선 촬상 시스템(100)에 있어서는 제2 촬상 모드시, 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한다. 수광부(10)의 형상이 직사각 형상이므로, 이와 같이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 수광부(10)를 기울어지게 함으로써, 수광부(10)의 상하 방향의 폭을 넓게(예를 들어 대각선 길이로) 할 수 있다. 예를 들어 수광부(10)의 치수가 12㎝×12㎝인 경우, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭을 최대로 17㎝(즉 수광부(10)의 대각선 길이)까지 확대할 수 있다. 이와 같이, 촬상 영역(10b)에 요구되는 상하 방향의 폭과 비교하여 수광부(10)의 긴 쪽 방향의 폭이 짧아도, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 요구 폭을 만족하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시 형태의 X선 촬상 시스템(100)에 의하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 1개의 고체 촬상 장치(1)에 의해 실현할 수 있음과 아울러, 고체 촬상 장치(1)의 수광부(10)의 수광면에 요구되는 면적의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(W)에 있어서 수광부(10)의 치수를 15㎝×8㎝의 직사각형으로 하면, 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 수광부(10)의 긴 쪽 방향이 직교하도록(즉, 수광부(10)를 경사시키지 않게) 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어함으로써, 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역의 요구 치수를 만족할 수 있다. 그렇지만 이와 같이 수광부(10)의 긴 쪽 방향의 치수가 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역의 상하 치수를 만족하는 경우에도, 본 실시 형태와 같이 수광부(10)를 이동 방향 B에 대해 경사시킴으로써, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭을 보다 길게 할 수 있다. 예를 들어 수광부(10)의 치수가 15㎝×8㎝인 경우, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭을 최대로 17㎝(즉 수광부(10)의 대각선 길이)까지 확대할 수 있다.

또, 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향을 이동 방향 B에 대해 경사시킴으로써, 이하에 기술하는 효과를 추가로 얻을 수 있다. 도 8은 주사 시프트 레지스터(40)로부터 수광부(10)의 각 행마다 배치된 행 선택용 배선(각 화소(P)의 포토다이오드에서 발생한 전하의 독출을 행마다 제어하는 배선)에 단선(Q₁)이 발생하고, 신호 독출부(20)로부터 각 열마다 배치된 독출용 배선(각 화소(P)의 포토다이오드에서 발생한 전하를 신호 독출부(20)에 전송하는 배선)에 단선(Q₂)이 발생한 상태를 나타내는 도면이다. 이러한 단선(Q₁, Q₂)이 발생한 경우, 당해 열 또는 당해 행에 있어서 신호 독출부(20) 또는 주사 시프트 레지스터(40)로부터 보아 단선 개소(箇所)보다 먼 화소(P; 도 8에 있어서, 사선의 해칭(hatching)이 실시된 화소)는 전하의 독출이 불가능한 결함 화소(이른바 디펙트)로 된다. 이러한 결함 화소는 단선(Q₁, Q₂)의 발생 개소를 기점으로 하여, 수광부(10)의 당해 행 또는 당해 열에 있어서 연속해서 발생한다.

도 9(a)는 수광부(10)의 행 방향과 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B가 직교하도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우에, 수광부(10)의 어떤 한 행에 있어서 결함 화소(Pd₁)가 발생하고, 어떤 한 열에 있어서 결함 화소(Pd₂)가 발생한 상태를 나타낸다. 또, 도 9(b)는 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우에, 도 9(a)와 동일한 결함 화소(Pd₁, Pd₂)가 발생한 상태를 나타낸다. 또한, 도 9(a)에 나타내는 수광부(10)에 있어서 영역(10c)은 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10)의 행 방향과 이동 방향 B를 직교시킨 경우의 바람직한 촬상 영역이다.

도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 수광부(10)의 행 방향이 이동 방향 B와 직교하도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우, 결함 화소(Pd₂)의 연속 방향과 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B가 서로 평행으로 된다. 따라서, 이 결함 화소(Pd₂)가 촬상 영역(10c) 내에도 존재하는 경우에, 고체 촬상 장치(1)가 피검자의 주위를 선회하면서 촬영한 후에 얻어지는 재구성 화상에 있어서, 이 결함 화소(Pd₂)에 상당하는 부분이 이른바 가공물(artifact)로서 나타나게 된다.

이에 대해, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 수광부(10)의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B에 대해 경사지도록 고체 촬상 장치(1)의 회전 각을 제어한 경우, 결함 화소(Pd₁, Pd₂)의 연속 방향과 고체 촬상 장치(1)의 이동 방향 B와는 서로 경사지게 되어, 결코 평행하게는 되지 않는다. 따라서, 고체 촬상 장치(1)가 피검자의 주위를 선회하면서 촬영함으로써, 결함 화소(Pd₁, Pd₂)에 상당하는 화상 부분을 다음 이후의 프레임 데이터에 의해 보충할 수 있고, 재구성 화상에 있어서 가공물을 피하는 것이 가능하게 된다.

또, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 구성과 같이 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 이용하면, 도 10(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 수광부(110)에 있어서 제1 촬상 모드의 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향과 제2 촬상 모드의 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향이 서로 직교하게 된다. 이와 같은 구성에서는 예를 들어 도 10(a)에 나타내는 바와 같이 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110a)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치하면, 촬상 영역(110a)에 있어서 1열당의 화소 수는 적어지지만(도 10(a)의 화살표(E₁)), 촬상 영역(110b)에 있어서 1열당의 화소 수가 많아지게 되어(도 10(a)의 화살표(E₂)), 제2 촬상 모드에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸린다. 반대로, 예를 들어 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 신호 독출부(120)를 촬상 영역(110b)의 긴 쪽 방향을 따라서 배치하면, 촬상 영역(110b)에 있어서 1열당의 화소 수는 적어지지만(도 10(b)의 화살표(E₃)), 촬상 영역(110a)에 있어서 1열당의 화소 수가 많아지게 되어(도 10(b)의 화살표(E₄)), 제1 촬상 모드에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸린다. 이와 같이, 고체 촬상 장치를 회전시키지 않고 각 촬상 영역을 할당하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드 중 어느 것에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸리고, 프레임 레이트(단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수)가 늦어지게 된다.

또, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 수광부(130)의 형상을 직사각형으로 하고, 고체 촬상 장치를 회전하여 이용한 경우에도, 열수 N이 행수 M보다 적은 경우(환언하면, 수광부(130)의 짧은 쪽 방향을 따라서 신호 독출부(140)를 배치한 경우), 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드의 촬상 영역에 있어서, 1열당의 화소 수가 많아지고 만다(도 11(a)의 화살표(E₅)). 이 경우, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드의 양쪽에 있어서 전하의 독출에 시간이 걸려서 프레임 레이트가 늦어지고 만다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이 수광부(10)의 수광면의 형상이 직사각형인 경우에, 이 수광부(10)는 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하여, M<N 즉 화소(P)의 열수 N이 행수 M보다 많게 하는 것이 바람직하다. 고체 촬상 장치(1)에서는 각 화소(P)로부터 전하를 독출하기 위한 N개의 독출용 배선(후술)이 각 열마다 배치되나, 이와 같은 구성에 의해, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드의 쌍방에 있어서, 독출용 배선으로부터 전하를 독출하는 대상이 되는 화소(P)의 수를 적게 할 수 있으므로(도 11(b)의 화살표(E₆)), 전하의 독출 시간을 단축할 수 있고, 프레임 레이트를 보다 빠르게 할 수 있다.

또, 전술한 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 회전 제어부(108)에 의해 지지되어 있고, 촬상 모드에 따른 각도 위치에 제어된다. 여기서, 도 12는 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심(도 1에 나타낸 축선(C))의 위치에 따른, 수광부(10)의 회전 상태를 나타내는 도면이다. 도 12(a)는 수광부(10)의 중심(E)을 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심으로 한 경우를 나타내고 있다. 또, 도 12(b)는 직사각 형상의 수광부(10)에 있어서 4개의 각부 중 1개의 각부(F)를 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심으로 하여, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드를 통하여 각부(F)가 다른 각부에 대해 아랫쪽에 위치하도록(즉, 피검자에 대해 각부(F)가 항상 아래턱측에 위치하도록) 고체 촬상 장치(1)를 회전시킨 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 12(a), (b)에 있어서, 실선으로 나타낸 도면은 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드에 있어서 수광부(10)의 각도 위치를 나타내고 있고, 파선으로 나타낸 도면은 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10)의 각도 위치를 나타내고 있다.

본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심은 예를 들어 도 12(a)의 중심(E)나 도 12(b)의 각부(F) 등 다양한 위치에 설정 가능하나, 도 12(b)의 각부(F)에 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심이 설정되는 것이 가장 바람직하다. 고체 촬상 장치(1)가 피검자 턱부의 주위를 이동하면서 X선상을 촬상할 때, 피검자의 아래턱부를 지지대 위에 얹어 놓는 것에 의해 피검자의 머리 부분의 위치를 고정하는 경우가 많고, 이와 같은 경우에, 피검자 턱부의 높이 위치의 기준은 턱의 하단이 된다. 따라서, 도 12(b)의 각부(F)에 고체 촬상 장치(1)의 회전 중심을 설정하면, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10)의 하단의 높이를, 각부(F)의 높이로 서로 일치시킬 수 있다. 따라서, 제1 촬상 모드 및 제2 촬상 모드의 쌍방에 있어서, 수광부(10)의 높이와 피검자 턱부의 높이를 정밀도 좋게 맞출 수 있다.

또, 전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 수광부(10)의 치수가 12㎝×12㎝인 경우, 고체 촬상 장치(1)의 선회 평면(H)이 이루는 각 θ를 45°로 함으로써, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭을 최대로 17㎝(즉 수광부(10)의 대각선 길이)까지 확대할 수 있다. 여기서, 도 13은 이와 같은 치수를 가지는 수광부(10)를 나타내는 평면도이고, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드에 있어서 수광부(10)의 상태와, 촬상 영역(10b)을 나타내고 있다. 이 제2 촬상 모드에서는 수광부(10)의 대각선 상에 촬상 영역(10b)을 설정함으로써, 상하 방향의 폭을 17㎝로 할 수 있다. 또, 이 경우, 촬상 영역(10b)의 가로 폭은 7㎜ 정도 있으면 된다.

그러나 예를 들어 파노라마 촬영에 있어서, 촬상 영역의 상하 방향의 폭은 15㎝ 정도면 되는 경우가 있다. 또, X선 촬상 시스템의 구성에 따라서는 14㎝ 정도이어도 되는 경우도 있다. 이러한 경우에, 도 14에 나타내는 바와 같이, 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭이 15㎝(또는 14㎝) 이상으로 되는 범위에서, 촬상 영역(10b)의 가로 폭(WT)를 가능한 넓게 설정하는 것이 바람직하다.

도 14는 이와 같이 촬상 영역(10b)의 가로 폭(WT)를 보다 넓게 설정한 경우의 수광부(10)를 나타내는 평면도이다. 도 14에 나타나는 촬상 영역(10b)은 이하에 설명하는 복수의 화소(P)에 의해 구성된다. 우선, 수광부(10)의 제1행 ~ 제M행 중, 제1행을 포함하는 일방의 단부의 수 행(數行)에 있어서는 제1열로부터 수 열(數列) 떨어진 어떤 열을 중심으로 하여 행번(行番)이 증가할수록 열수가 차츰 증가하도록 촬상 영역(10b)의 화소(P)가 설정된다. 또, 제M행을 포함하는 타방의 단부의 수 행에 있어서는 제N열(단, 이 예에서는 N=M)로부터 수 열 떨어진 어떤 열을 중심으로 하여, 행번이 감소할수록 열수가 차츰 증가하도록 촬상 영역(10b)의 화소(P)가 설정된다. 그리고 수광부(10)의 제1행 ~ 제M행 중 나머지의 각 행에 있어서, 촬상 영역(10b)은 상술한 단부의 각 행에서 촬상 영역(10b)을 구성하는 열수 중 최대의 열수 N₂와 같은 수인 N₂열의 화소(P)로 이루어지며, 또한 그 N₂열의 위치(예를 들어 선두열 번호)가, 각 행마다 1열씩 시프트하고 있다.

고체 촬상 장치(1)에 있어서는 이와 같은 촬상 영역(10b)에 포함되는 화소(P)로부터 출력되는 전하에 따른 전압값을 신호 독출부(20)가 선택적으로 출력한다. 또는 모든 화소(P)를 포함하는 화상 데이터를 고체 촬상 장치(1)가 출력한 후, 도 1에 나타낸 CPU(121)에 있어서, 상기 촬상 영역(10b)에 포함되는 화소(P)에 대응하는 데이터를 추출해도 된다. 또는 모든 화소(P)를 포함하는 화상 데이터를 CPU(121)가 프레임 메모리(112)에 격납한 후, 파노라마 화상을 구성할 때에, 상기 촬상 영역(10b)에 포함되는 화소(P)에 대응하는 데이터를 선택적으로 이용하여 화상을 구성해도 된다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 제2 촬상 모드에 있어서 필요한 촬상 영역(10b)의 상하 방향의 폭을 확보하면서, 촬상 영역(10b)의 가로 폭(WT)를 가능한 넓게 설정함으로써, 다음의 이점이 얻어진다. 즉, 제2 촬상 모드시에는 가로로 긴 촬상 영역(10b)에 피사체(A)의 주위를 회전시켜서 촬상을 행한다. 도 13에 나타낸 선 형상(1차원 형상)의 촬상 영역(10b)의 경우, 고체 촬상 장치(1)는 피사체(A)의 주위를 회전하면서 연속적으로 촬상 동작을 행할 필요가 있다. 그리고 이 경우에는 피사체(A)에 대해 X선을 연속적으로 조사하게 된다. 이에 대해, 도 14에 나타낸 바와 같이, 촬상 영역(10b)의 가로 폭을 가능한 넓게 설정하여 촬상 영역(10b)을 면 형상(2차원 형상)으로 함으로써, 촬상 영역(10b)의 가로 폭(WT)에 대응하는 단계마다에 고체 촬상 장치(1)를 정지시키고, 그 동안만 X선을 극히 짧은 시간(펄스 형상으로) 조사하여 촬상하는 것이 가능하게 된다.

도 15는 이와 같은 촬상의 상태를 피사체(A)의 윗쪽으로부터 본 도면이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 피사체(A)를 촬상할 때에는 피사체(A)를 사이에 두도록 X선원(150) 및 고체 촬상 장치(1)를 배치한다. X선원(150)은 근소한 시간의 펄스 형상 X선을 방사하는 펄스파 X선원이다. 그리고 촬상 영역(10b)의 가로 폭(WT)에 대응하는 회전 각

마다에 고체 촬상 장치(1)를 정지시키고, 그 동안만 X선 펄스를 X선원(150)으로부터 조사하여 고체 촬상 장치(1)에 있어서 촬상한다. 이 동작을 반복하는 것에 의해, 파노라마 화상이나 세팔로 화상을 취득할 수 있다. 이와 같은 촬상 방식에 의하면, 고체 촬상 장치(1)가 이동하는 동안은 피사체(A)를 촬상하지 않으므로 고속으로 이동시키는 것이 가능하게 되어, 1매의 파노라마 화상(또는 세팔로 화상)의 취득에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 피사체(A)인 피검자가 정지되어야 하는 시간이 단축되어, 피검자의 부담을 경감할 수 있다. 또, 촬상마다 고체 촬상 장치(1)를 정지시키므로, 피사체(A)의 움직임에 기인하는 화상의 흐려짐을 억제하여 보다 명료한 화상을 취득할 수 있다. 또한, 고체 촬상 장치(1)가 정지하여 촬상하는 근소한 시간만 X선을 조사하므로, 피검자의 피폭량(被曝量)을 보다 경감할 수 있다.

또한, 도 15에 나타낸 촬상 방식에 있어서, 펄스파 X선원인 X선원(150) 대신에 연속파 X선원과, 이 연속파 X선원으로부터 출사되는 X선을 근소한 시간만 통과시키는 셔터를 마련해도 된다. 이와 같은 구성이어도, 상술한 효과를 효과적으로 얻을 수 있다.

계속해서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 16은 고체 촬상 장치(1)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 수광부(10)는 M×N개의 화소(P₁ _,1~P_M _,N)가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어진다. 화소(P_m _,n)는 제m행 제n열에 위치한다. 여기서, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이며, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 제m행의 N개의 화소(P_m _,1~P_m _,N) 각각은 제m행 선택용 배선(L_V _,m)에 의해 주사 시프트 레지스터(40)와 접속되어 있다. 또한, 도 16에 있어서, 주사 시프트 레지스터(40)는 제어부(6)에 포함되어 있다. 제n열의 M개의 화소(P_1,n~P_M,n) 각각의 출력단은 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 의해, 신호 독출부(20)의 적분 회로(S_n)와 접속되어 있다.

신호 독출부(20)는 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 및 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 포함한다. 각 적분 회로(S_n)는 공통의 구성을 가지고 있다. 또, 각 홀딩 회로(H_n)는 공통의 구성을 가지고 있다. 각 적분 회로(S_n)는 독출용 배선(L_O _,n)과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하고, 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단으로부터 홀딩 회로(H_n)에 출력한다. N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각은 리셋용 배선(L_R)에 의해 제어부(6)와 접속되며, 또한 게인 설정용 배선(L_G)에 의해 제어부(6)와 접속되어 있다. 각 홀딩 회로(H_n)는 적분 회로(S_n)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 출력단으로부터 전압 출력용 배선(L_out)에 출력한다. N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각은 홀딩용 배선(L_H)에 의해 제어부(6)와 접속되어 있다. 또, 각 홀딩 회로(H_n)는 제n열 선택용 배선(L_H _,n)에 의해 제어부(6)의 독출 시프트 레지스터(41)와 접속되어 있다.

A/D 변환부(30)는 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각으로부터 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값을 입력하고, 그 입력한 전압값(아날로그값)에 대해 A/D 변환 처리를 행하고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값을 화상 데이터(D)로서 출력한다.

제어부(6)의 주사 시프트 레지스터(40)는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행 선택용 배선(L_V _,m)에 출력하고, 이 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m행의 N개의 화소(P_m _,1~P_m _,N) 각각에 준다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M))는 순차적으로 유의값(有意値)으로 된다. 또, 제어부(6)의 독출 시프트 레지스터(41)는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 제n열 선택용 배선(L_H _,n)에 출력하고, 이 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))를 홀딩 회로(H_n)에 준다. N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))도 순차적으로 유의값으로 된다.

또, 제어부(6)는 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(L_R)에 출력하고, 이 리셋 제어 신호(Reset)를 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 준다. 제어부(6)는 게인 설정 신호(Gain)을 게인 설정용 배선(L_G)에 출력하고, 이 게인 설정 신호(Gain)을 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 준다. 제어부(6)는 홀딩 제어 신호(Hold)를 홀딩용 배선(L_H)에 출력하고, 이 홀딩 제어 신호(Hold)를 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 준다. 또한, 제어부(6)는 도시하고 있지는 않으나, A/D 변환부(30)에 있어서 A/D 변환 처리도 제어한다.

도 17은 고체 촬상 장치(1)의 화소(P_m _,n), 적분 회로(S_n) 및 홀딩 회로(H_n) 각각의 회로도이다. 여기서는 M×N개의 화소(P₁ _,1~P_M _,N)를 대표하여 화소(P_m _,n)의 회로도를 나타내고, N개의 적분 회로(S₁~S_N)를 대표하여 적분 회로(S_n)의 회로도를 나타내며, 또한 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 대표하여 홀딩 회로(H_n)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m행 제n열의 화소(P_m,n) 및 제n열 독출용 배선(L_O,n)에 관련된 회로 부분을 나타낸다.

화소(P_m _,n)는 포토다이오드(PD) 및 독출용 스위치(SW₁)를 포함한다. 포토다이오드(PD)의 애노드 단자는 접지되고, 포토다이오드(PD)의 음극 단자는 독출용 스위치(SW₁)를 통하여 제n열 독출용 배선(L_O _,n)과 접속되어 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 독출용 스위치(SW₁)는 제어부(6)로부터 제m행 선택용 배선(L_V _,m)을 통하여 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 주어진다. 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소(P_m,1~P_m,N)각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 화소(P_m _,n)에서는 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로 레벨일 때에, 독출용 스위치(SW₁)가 열려서, 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 출력되지 않고 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때에, 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀서, 그때까지 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 독출용 스위치(SW₁)를 경유하여 제n열 독출용 배선(L_O _,n)에 출력된다.

제n열 독출용 배선(L_O _,n)은 수광부(10)에 있어서 제n열의 M개의 화소(P_1,n~P_M,n) 각각의 독출용 스위치(SW₁)와 접속되어 있다. 제n열 독출용 배선(L_O,n)은 M개의 화소(P_1,n~P_M,n) 중 어느 화소의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하를, 이 화소의 독출용 스위치(SW₁)를 통하여 독출하여 적분 회로(S_n)에 전송한다.

적분 회로(S_n)는 앰프(A₂), 적분용 용량 소자(C₂₁), 적분용 용량 소자(C₂₂), 방전용 스위치(SW₂₁) 및 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 포함한다. 적분용 용량 소자(C₂₁) 및 방전용 스위치(SW₂₁)는 서로 병렬적으로 접속되고, 앰프(A₂)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 또, 적분용 용량 소자(C₂₂) 및 게인 설정용 스위치(SW₂₂)는 서로 직렬적으로 접속되고, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 앰프(A₂)의 입력 단자측에 접속되도록 앰프(A₂)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A₂)의 입력 단자는 제n열 독출용 배선(L_O,n)과 접속되어 있다.

방전용 스위치(SW₂₁)에는 제어부(6)로부터 리셋용 배선(L_R)을 경유한 리셋 제어 신호(Reset)가 주어진다. 리셋 제어 신호(Reset)는 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 방전용 스위치(SW₂₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 게인 설정용 스위치(SW₂₂)는 제어부(6)로부터 게인 설정용 배선(L_G)을 경유한 게인 설정 신호(Gain)가 주어진다. 게인 설정 신호(Gain)은 N개의 적분 회로(S₁~S_N)각각의 게인 설정용 스위치(SW₂₂)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 적분 회로(S_n)에, 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂) 및 게인 설정용 스위치(SW₂₂)는 용량값이 가변인 귀환 용량부를 구성하고 있다. 즉, 게인 설정 신호(Gain)가 로 레벨로서 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 열려 있을 때에, 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C₂₁)의 용량값과 동일하다. 한편, 게인 설정 신호(Gain)가 하이 레벨로서 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 닫혀져 있을 때는 귀환 용량부의 용량값은 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂) 각각의 용량값의 합과 동일하다. 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때에, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서, 귀환 용량부가 방전되어 적분 회로(S_n)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 리셋 제어 신호(Reset)가 로 레벨일 때, 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려서 입력단에 입력된 전하가 귀환 용량부에 축적되고, 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)로부터 출력된다.

홀딩 회로(H_n)는 입력용 스위치(SW₃₁), 출력용 스위치(SW₃₂) 및 홀딩용 용량 소자(C₃)를 포함한다. 홀딩용 용량 소자(C₃)의 일단은 접지되어 있다. 홀딩용 용량 소자(C₃)의 타단은 입력용 스위치(SW₃₁)를 통하여 적분 회로(S_n)의 출력단과 접속되고, 출력용 스위치(SW₃₂)를 통하여 전압 출력용 배선(L_out)과 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW₃₁)에는 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(L_H)을 통하여 홀딩 제어 신호(Hold)가 주어진다. 홀딩 제어 신호(Hold)는 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 출력용 스위치(SW₃₂)에는 제어부(6)로부터 제n열 선택용 배선(L_H,n)을 통하여 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 주어진다. 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))는 홀딩 회로(H_n)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.

이 홀딩 회로(H_n)에서는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변하면, 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 변하고, 그 때에 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C₃)에 홀딩된다. 또, 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n))가 하이 레벨일 때에, 출력용 스위치(SW₃₂)가 닫혀서, 홀딩용 용량 소자(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

제어부(6)는 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소(P_m,1~P_m,N) 각각의 수광 강도에 따른 전압값을 출력할 때에, 리셋 제어 신호(Reset)에 의해, N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각의 방전용 스위치(SW₂₁)를 일단 닫은 후에 열도록 지시한 후, 제m행 선택 제어 신호(Vsel(m))에 의해, 수광부(10)에 있어서 제m행의 N개의 화소(P_m _,1~P_m _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)를 소정 기간에 걸쳐 닫도록 지시한다. 제어부(6)는 그 소정 기간에 홀딩 제어 신호(Hold)에 의해, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)를 닫음 상태로부터 열림 상태로 변하도록 지시한다. 그리고 제어부(6)는 그 소정 기간 후에, 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))에 의해, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)를 순차적으로 일정 기간만 닫도록 지시한다. 제어부(6)는 이상과 같은 제어를 각 행에 대해 순차로 행한다.

이와 같이, 제어부(6)는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 신호 독출부(20)에 있어서 전압값의 홀딩 동작 및 출력 동작을 제어한다. 이로 인해, 제어부(6)는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소(P₁ _,1~P_M _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 프레임 데이터로서 신호 독출부(20)로부터 반복하여 출력시킨다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)는 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드와, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드를 갖는다. 그리고 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서는 수광부(10)에 있어서 촬상 영역이 서로 다르다(제1 촬상 모드에서는 도 5(a)의 영역 10a, 제2 촬상 모드에서는 도 5(b)의 영역 10b). 따라서, 제어부(6)는 제1 촬상 모드시에는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소(P_1,1~P_M,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 출력시킨다. 또, 제어부(6)는 제2 촬상 모드시에는 수광부(10)에 있어서 M×N개의 화소(P₁ _,1~P_M _,N) 중, 촬상 영역(10b)을 구성하는 특정 범위의 화소(P_m _,n) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 신호 독출부(20)로부터 선택적으로 출력시킨다.

또, 제어부(6)는 제2 촬상 모드시에 신호 독출부(20)로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 제1 촬상 모드와 비교하여 작게 하고, 단위 시간당으로 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하여, 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 한다. 예를 들어 CT 촬영과 같은 제1 촬상 모드일 때, 화소 피치는 200㎛이며, 프레임 레이터는 30F/s이다. 또, 파노라마 촬영이나 세팔로 촬영과 같은 제2 촬상 모드일 때, 화소 피치는 100㎛이며, 프레임 레이트는 300F/s이다.

이와 같이, 제1 촬상 모드일 때와 비교하여 제2 촬상 모드시에는 화소 피치가 작고, 프레임 레이트가 빠르다. 따라서, 제1 촬상 모드시에는 제2 촬상 모드시보다 화소 피치를 크게 하기 위해, 비닝(binning) 독출을 할 필요가 있다. 또, 제1 촬상 모드시와 비교하여 제2 촬상 모드시에는 프레임 레이트가 빠르므로 각 프레임 데이터의 각 화소가 받는 광의 양이 적다.

따라서, 제어부(6)는 신호 독출부(20)에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 다르게 한다. 즉, 도 17에 나타내는 바와 같이 각 적분 회로(S_n)가 구성되는 경우에, 제어부(6)는 게인 설정 신호(Gain)에 의해 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 개폐 제어함으로써, 각 적분 회로(S_n)의 귀환 용량부의 용량값을 적절히 설정하여, 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드에서 게인을 다르게 한다.

보다 구체적으로는, 제1 촬상 모드시에, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 닫음으로써, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 용량 소자(C₂₁) 및 적분용 용량 소자(C₂₂)의 각 용량값의 합에 동일하게 한다. 그런 한편으로, 제2 촬상 모드일 때에, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)를 개방함으로써, 귀환 용량부의 용량값을 적분용 용량 소자(C₂₁)의 용량값에 동일하게 한다. 이와 같이 함으로써, 제1 촬상 모드일 때와 비교하여 제2 촬상 모드일 때에, 각 적분 회로(S_n)의 귀환 용량부의 용량값을 작게 하여 게인을 크게 한다. 이로 인해, 어떤 한 광량에 대한 화소 데이터를 제1 촬상 모드와 제2 촬상 모드로 서로 가까운 값으로 할 수 있고, 각 촬상 모드에 있어서 바람직한 동작을 할 수 있다.

다음으로, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작에 대해 상세히 설명한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 제어부(6)에 의한 제어하에서, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각이 소정의 타이밍에 레벨 변화함으로써, 수광부(10)에 입사된 광의 상을 촬상하여 프레임 데이터가 얻어진다.

제1 촬상 모드일 때 고체 촬상 장치(1)의 동작은 이하와 같다. 도 18은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 여기서는 2행 2열의 비닝 독출을 하는 제1 촬상 모드일 때의 동작에 대해 설명한다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소 피치의 2배로 한다. 각 적분 회로(S_n)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 닫혀져 있고, 귀환 용량부의 용량값이 큰 값으로 설정되고, 게인이 작은 값으로 설정된다.

이 도면에는 위로부터 순차적으로, (a) N개의 적분 회로(S₁~S_N)각각의 방전용 스위치(SW₂₁)의 개폐 동작을 지시하는 리셋 제어 신호(Reset), (b) 수광부(10)에 있어서 제1행 및 제2행의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1) 및 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (c) 수광부(10)에 있어서 제3행 및 제4행의 화소(P_3,1~P_3,N, P_4,1~P_4,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)의 개폐 동작을 지시하는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3)) 및 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4)), 및 (d) N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 입력용 스위치(SW₃₁)의 개폐 동작을 지시하는 홀딩 제어 신호(Hold)가 나타나 있다.

또, 이 도면에는 다시 계속해서 순차적으로, (e) 홀딩 회로(H₁)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 홀딩 회로(H₂)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 홀딩 회로(H₃)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 홀딩 회로(H_n)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제n열 선택 제어 신호(Hsel(n)), 및 (i) 홀딩 회로(H_N)의 출력용 스위치(SW₃₂)의 개폐 동작을 지시하는 제N열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 나타나 있다.

제1행 및 제2행의 2N개의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t₁₀ 전에, M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.

시각 t₁₀으로부터 시각 t₁₁까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N)각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂)가 방전된다. 또, 시각 t₁₁보다 후의 시각 t₁₂로부터 시각 t₁₅까지의 기간, 제어부(6)로부터 제1행 선택용 배선(L_V _,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제1행의 N개의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀진다. 또, 이 같은 기간(t₁₂~t₁₅)에 제어부(6)로부터 제2행 선택용 배선(L_V _,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제2행의 N개의 화소(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이 기간(t₁₂~t₁₅) 내에 있어서, 시각 t₁₃으로부터 시각 t₁₄까지의 기간, 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(L_H)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌다.

기간(t₁₂~t₁₅) 내에서는 제1행 및 제2행의 각 화소(P₁ _,n, P₂ _,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀져 있고, 각 적분 회로(S_n)의 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려 있다. 따라서, 그때까지 화소(P₁ _,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소(P₁ _,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)을 통하여, 적분 회로(S_n)의 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂)에 전송되어 축적된다. 또, 동시에, 그때까지 화소(P_2,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하도, 그 화소(P_2,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O,n)을 통하여, 적분 회로(S_n)의 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(S_n)의 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력된다.

그 기간(t₁₂~t₁₅) 내의 시각 t₁₄에, 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로부터 로 레벨로 변함으로써, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서, 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 변하고, 그 때에 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력되고, 홀딩 회로(H_n)의 입력단에 입력되어 있는 전압값이 홀딩용 용량 소자(C₃)에 홀딩된다.

그리고 기간(t₁₂~t₁₅)의 후에, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫아서, 각 홀딩 회로(H_n)의 홀딩용 용량 소자(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW₃₂)를 경유하여 전압 출력용 배선(L_out)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값(V_out)은 제1행 및 제2행의 2N개의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N, P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향으로 가산한 값을 나타내는 것이다.

N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되어서, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되며, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.

계속해서, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소(P₃ _,1~P₃ _,N, P₄ _,1~P₄ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.

전술한 동작에 있어서 열 선택 제어 신호(Hsel(1))가 하이 레벨로 되는 시각 t₂₀으로부터, 열 선택 제어 신호(Hsel(N))가 한번 하이 레벨에 되고 나서 로 레벨로 되는 시각보다 후의 시각 t₂₁까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C₂₁, C₂₂)가 방전된다. 또, 시각 t₂₁보다 후의 시각 t₂₂로부터 시각 t₂₅까지의 기간, 제어부(6)로부터 제3행 선택용 배선(L_V _,3)에 출력되는 제3행 선택 제어 신호(Vsel(3))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제3행의 N개의 화소(P₃ _,1~P₃ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다. 또, 이 같은 기간(t₂₂~t₂₅)에, 제어부(6)로부터 제4행 선택용 배선(L_V _,4)에 출력되는 제4행 선택 제어 신호(Vsel(4))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제4행의 N개의 화소(P₄ _,1~P₄ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이 기간(t₂₂~t₂₅) 내에 있어서, 시각 t₂₃으로부터 시각 t₂₄까지의 기간, 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(L_H)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌다.

그리고 기간(t₂₂~t₂₅)의 후에, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제3행 및 제4행의 2N개의 화소(P_3,1~P_3,N, P_4,1~P_4,N) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 열 방향으로 가산한 값을 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각으로부터 순차적으로 출력된 전압값은 A/D 변환부(30)에 입력되고, 그 입력 전압값에 따른 디지털값으로 변환된다. 그리고 A/D 변환부(30)로부터 출력된 N개의 디지털값 중, 제1열 및 제2열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되고, 제3열 및 제4열 각각에 대응하는 디지털값이 가산되며, 그 후에도 2개씩의 디지털값이 가산된다.

제1 촬상 모드일 때에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작, 이에 계속되는 제3행 및 제4행에 대한 동작에 이어서, 이, 제5행으로부터 제M행까지 동일한 동작이 행해져서, 1회의 촬상으로 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료하면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해지고, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10)가 수광한 광상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되어서, 반복하여 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 이 때 얻어지는 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치는 화소 피치의 2배로 되어 있다.

한편, 제2 촬상 모드일 때 고체 촬상 장치(1)의 동작은 이하와 같다. 도 19는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 이 제2 촬상 모드에서는 비닝 독출을 하지 않는다. 즉, 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 화소 피치와 동일하게 한다. 각 적분 회로(S_n)에 있어서, 게인 설정용 스위치(SW₂₂)가 열려 있고, 귀환 용량부의 용량값이 작은 값으로 설정되고, 게인이 큰 값으로 설정된다.

도 19는 수광부(10)에 있어서 제1행 및 제2행 각각에 대한 동작을 나타낸다. 이 도면에는 위로부터 순서대로, (a) 리셋 제어 신호(Reset), (b) 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1)), (c) 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (d) 홀딩 제어 신호(Hold), (e) 제1열 선택 제어 신호(Hsel(1)), (f) 제2열 선택 제어 신호(Hsel(2)), (g) 제3열 선택 제어 신호(Hsel(3)), (h) 제4열 선택 제어 신호(Hsel(4)), (i) 제5열 선택 제어 신호(Hsel(5)), 및 (j) 제6열 선택 제어 신호(Hsel(6))가 나타나 있다.

제1행의 N개의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출은 이하와 같이 하여 행해진다. 시각 t₁₀ 전에는 M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1)~Vsel(M)), N개의 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)), 리셋 제어 신호(Reset) 및 홀딩 제어 신호(Hold) 각각은 로 레벨로 되어 있다.

시각 t₁₀으로부터 시각 t₁₁까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N)각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀져서, 적분용 용량 소자(C₂₁)가 방전된다. 또, 시각 t₁₁보다 후의 시각 t₁₂로부터 시각 t₁₅까지의 기간, 제어부(6)로부터 제1행 선택용 배선(L_V _,1)에 출력되는 제1행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제1행의 N개의 화소(P₁ _,1~P₁ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

기간(t₁₂~t₁₅) 내에서는 제1행의 각 화소(P₁ _,n)의 독출용 스위치(SW₁)가 닫혀져 있고, 각 적분 회로(S_n)의 방전용 스위치(SW₂₁)가 열려 있으므로, 그때까지 각 화소(P₁ _,n)의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 그 화소(P₁ _,n)의 독출용 스위치(SW₁) 및 제n열 독출용 배선(L_O _,n)을 통하여, 적분 회로(S_n)의 적분용 용량 소자(C₂₁)에 전송되어 축적된다. 그리고 각 적분 회로(S_n)의 적분용 용량 소자(C₂₁)에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압값이 적분 회로(S_n)의 출력단으로부터 출력된다.

그리고 기간(t₁₂~t₁₅)의 후, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)) 중, 최초의 연속하는 N₁열(본 실시 형태에서는 N₁=4)에 상당하는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N₁))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 최초의 연속하는 N₁열의 홀딩 회로(H₁~H_N1) 각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫고, 각 홀딩 회로(H_n)의 홀딩용 용량 소자(C₃)에 홀딩되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW₃₂)를 경유하여 전압 출력용 배선(L_out)에 순차적으로 출력된다. 이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되는 전압값(V_out)은 제1행의 N₁개의 화소(P₁ _,1~P₁,_N1) 각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 것이다.

계속해서, 제2행의 N개의 화소(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 포토다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 독출이 이하와 같이 하여 행해진다.

전술한 동작에 있어서 열 선택 제어 신호(Hsel(1))가 하이 레벨로 되는 시각 t₂₀으로부터, 열 선택 제어 신호(Hsel(N₁))가 한 번 하이 레벨로 되고 나서 로 레벨로 되는 시각보다 후의 시각 t₂₁까지의 기간, 제어부(6)로부터 리셋용 배선(L_R)에 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 적분 회로(S₁~S_N) 각각에 있어서, 방전용 스위치(SW₂₁)가 닫혀서 적분용 용량 소자(C₂₁)가 방전된다. 또, 시각 t₂₁보다 후의 시각 t₂₂로부터 시각 t₂₅까지의 기간, 제어부(6)로부터 제2행 선택용 배선(L_V _,2)에 출력되는 제2행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 수광부(10)에 있어서 제2행의 N개의 화소(P₂ _,1~P₂ _,N) 각각의 독출용 스위치(SW₁)가 닫힌다.

이 기간(t₂₂~t₂₅) 내에 있어서, 시각 t₂₃으로부터 시각 t₂₄까지의 기간, 제어부(6)로부터 홀딩용 배선(L_H)에 출력되는 홀딩 제어 신호(Hold)가 하이 레벨로 되고, 이로 인해 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW₃₁)가 닫힌다. 그리고 기간(t₂₂~t₂₅)의 후, 제어부(6)로부터 열 선택용 배선(L_H _,1~L_H _,N)에 출력되는 열 선택 제어 신호(Hsel(1)~Hsel(N)) 중, 연속하는 N₁열로서 그 위치가 제1행의 당해 N₁열로부터 일정 열수(본 실시 형태에서는 2열)분만큼 시프트된 열에 상당하는 열 선택 제어 신호(Hsel(3)~Hsel(N₁+2))가 순차적으로 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, N₁개의 홀딩 회로(H₃~H_N1 ₊₂)각각의 출력용 스위치(SW₃₂)가 순차적으로 일정 기간만 닫힌다. 이상과 같이 하여, 제2행의 N₁개의 화소(P_2,3~P_2,N1+2)각각의 포토다이오드(PD)에 있어서 수광 강도를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력된다.

제2 촬상 모드일 때에는 이상과 같은 제1행 및 제2행에 대한 동작에 이어서, 이, 제3행으로부터 제M행까지, 전압값 출력 대상인 연속하는 N₁열의 위치가 각 행마다 일정 열수씩 시프트하면서 동일한 동작이 행해지고, 1회의 촬상으로 얻어지는 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 또, 제M행에 대해 동작이 종료하면, 다시 제1행으로부터 제M행까지의 범위에서 동일한 동작이 행해져서, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터가 얻어진다. 이와 같이, 일정 주기로 동일한 동작을 반복함으로써, 수광부(10)가 수광한 광상의 2차원 강도 분포를 나타내는 전압값(V_out)이 전압 출력용 배선(L_out)에 출력되고, 반복해서 프레임 데이터가 얻어진다.

그런데 본 실시 형태에 있어서는 화소 데이터를 고속으로 독출하기 위해, 신호 독출부(20) 및 A/D 변환부(30)를 복수의 세트로 분할하고, 각각의 세트로부터 화소 데이터를 병행하여 출력시키는 구성으로 해도 된다.

예를 들어 도 20에 나타내는 바와 같이, N개의 적분 회로(S₁~S_N) 및 N개의 홀딩 회로(H₁~H_N)를 4세트로 나누고, 적분 회로(S₁~S_i) 및 홀딩 회로(H₁~H_i)로 이루어진 신호 독출부(21)를 제1 세트로 하고, 적분 회로(S_i ₊₁~S_j) 및 홀딩 회로(H_i ₊₁~H_j)로 이루어지는 신호 독출부(22)를 제2 세트로 하고, 적분 회로(S_j ₊₁~S_k) 및 홀딩 회로(H_j+1~H_k)로 이루어지는 신호 독출부(23)를 제3 세트로 하고, 또한 적분 회로(S_k+1~S_N) 및 홀딩 회로(H_k+1~H_N)로 이루어지는 신호 독출부(24)를 제4 세트로 한다. 여기서, 「1<i<j<k<N」이다. 그리고 신호 독출부(21)의 홀딩 회로(H₁~H_i)각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(31)에 의해 디지털값으로 변환하고, 신호 독출부(22)의 홀딩 회로(H_i ₊₁~H_j)각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(32)에 의해 디지털값으로 변환하고, 신호 독출부(23)의 홀딩 회로(H_j ₊₁~H_k)각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(33)에 의해 디지털값으로 변환하고, 또한 신호 독출부(24)의 홀딩 회로(H_k ₊₁~H_N)각각으로부터 순차적으로 출력되는 전압값을 A/D 변환부(34)에 의해 디지털값으로 변환한다. 또, 4개의 A/D 변환부(31~34) 각각에 있어서 A/D 변환 처리를 병렬적으로 행한다. 이와 같이 함으로써 화소 데이터를 더욱 고속으로 독출할 수 있다.

또, 예를 들어 2행 2열의 비닝 독출을 하는 것을 고려하면, N개의 홀딩 회로(H₁~H_N) 중 홀수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제1 세트로 하고, 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로를 제2 세트로 하고, 이러한 제1 세트 및 제2 세트 각각에 대해 개별적으로 A/D 변환부를 마련하고, 이들 2개의 A/D 변환부를 병렬 동작시키는 것도 바람직하다. 이 경우, 홀수 열에 대응하는 홀딩 회로와, 이것의 인접하는 짝수 열에 대응하는 홀딩 회로로부터 동시에 전압값이 출력되고, 이들 2개의 전압값이 동시에 A/D 변환 처리되어 디지털값으로 된다. 그리고 비닝 처리될 때에는 이들 2개의 디지털값이 가산된다. 이와 같이 하는 것으로도 화소 데이터를 고속으로 독출할 수 있다.

또한, 주사 시프트 레지스터(40)에 의한 열 방향의 주사 처리에 관해서는 상기와 같은 분할은 불가능하다. 열 방향의 주사 처리에서는 최초의 화소로부터 최종의 화소까지 순차적으로 주사할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 고체 촬상 장치(1)에 있어서 열수 N을 행수 M보다 많게 함으로써, 신호 독출부를 상술한 바와 같이 분할하는 것에 의한 독출의 고속화와 같은 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 의료용 X선 촬상 시스템은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 실시 형태에서는 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역으로서, 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방에 대해 경사지며, 또한 고체 촬상 장치의 이동 방향과 교차하는 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역을 예시하였으나, 제2 촬상 모드에 있어서 촬상 영역은 이외의 영역이어도 되며, 또는 수광부의 전체 면을 촬상 영역으로서 이용해도 된다. 또, 제1 촬상 모드에 관해서도, 상기 실시 형태와 같이 수광부의 전체 면을 촬상 영역으로 하는 형태로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 수광부에 있어서 임의의 영역을 촬상 영역으로 해도 된다.

1ㆍㆍㆍ고체 촬상 장치,
3ㆍㆍㆍ반도체 기판,
4ㆍㆍㆍ신틸레이터,
5ㆍㆍㆍX선 차폐부,
6ㆍㆍㆍ제어부,
10, 110, 130ㆍㆍㆍ수광부,
10a, 10bㆍㆍㆍ촬상 영역,
11ㆍㆍㆍ수광면,
20, 120, 140ㆍㆍㆍ신호 독출부,
30, 31~34ㆍㆍㆍA/D 변환부,
40ㆍㆍㆍ주사 시프트 레지스터,
41ㆍㆍㆍ독출 시프트 레지스터,
100ㆍㆍㆍX선 촬상 시스템,
104ㆍㆍㆍ선회 암,
106ㆍㆍㆍX선 발생 장치,
108ㆍㆍㆍ회전 제어부,
Aㆍㆍㆍ피사체,
A₂ㆍㆍㆍ앰프,
C₂₁, C₂₂ㆍㆍㆍ적분용 용량 소자,
C₃ㆍㆍㆍ홀딩용 용량 소자,
H₁~H_Nㆍㆍㆍ홀딩 회로,
L_Gㆍㆍㆍ게인 설정용 배선,
L_H _ㆍㆍㆍ홀딩용 배선,
L_H _,nㆍㆍㆍ제n열 선택용 배선,
L_O _,nㆍㆍㆍ제n열 독출용 배선,
L_outㆍㆍㆍ전압 출력용 배선,
L_Rㆍㆍㆍ리셋용 배선,
L_V _,mㆍㆍㆍ제m행 선택용 배선,
P, P_m _,nㆍㆍㆍ화소,
Resetㆍㆍㆍ리셋 제어 신호,
S₁~S_N _ㆍㆍㆍ적분 회로,
SW₁ㆍㆍㆍ독출용 스위치,
SW₂₁ _ㆍㆍㆍ방전용 스위치,
SW₂₂ㆍㆍㆍ게인 설정용 스위치,
SW₃₁ㆍㆍㆍ입력용 스위치,
SW₃₂ㆍㆍㆍ출력용 스위치,
Wㆍㆍㆍ실리콘 웨이퍼.

Claims

피검자 턱부(顎部)의 주위를 이동하면서 X선상(線像)을 촬상하는 고체 촬상 장치를 구비하고, 적어도 2개의 촬상 모드를 가지는 의료용 X선 촬상 시스템으로서,
상기 고체 촬상 장치가,
포토다이오드를 각각 포함하는 M×N개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M행 N열로 2차원 배열되어 이루어지는 직사각 형상의 수광면을 가지는 수광부와,
각 열마다 배치되고, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토다이오드와 독출용 스위치를 통하여 접속된 N개의 독출용 배선과,
상기 독출용 배선을 경유하여 입력된 전하의 양(量)에 따른 전압값을 홀딩하고, 그 홀딩한 전압값을 순차적으로 출력하는 신호 독출부와,
각 화소의 상기 독출용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 신호 독출부에 있어서 전압값의 출력 동작을 제어하고, 각 화소의 상기 포토다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키는 제어부와,
입사한 X선에 따라 신틸레이션 광을 발생하여 상기 X선상을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 상기 수광부에 출력하는 신틸레이터를 가지고,
상기 고체 촬상 장치를 상기 수광면에 수직인 축선 주위로 회전 가능하게 지지함과 아울러, 상기 2개의 촬상 모드 중 일방의 촬상 모드시에는 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향으로 상기 수광부의 행 방향 또는 열 방향이 따르도록, 또한 상기 2개의 촬상 모드 중 타방의 촬상 모드시에는 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 상기 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방이 경사지도록, 상기 고체 촬상 장치의 회전 각을 제어하는 회전 제어부를 추가로 구비하는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부가, 상기 타방의 촬상 모드시에, 상기 M×N개의 화소 중 소정의 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 촬상 영역을 구성하는 상기 화소로부터 선택적으로 전압값이 독출되도록 상기 신호 독출부의 출력 동작을 제어하고,
상기 소정의 방향이, 상기 수광부의 행 방향 및 열 방향의 쌍방에 대해 경사지며, 또한 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향과 교차하는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 소정의 방향이 상기 고체 촬상 장치의 이동 방향에 대해 직교하는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 촬상 영역이 상기 수광부의 대각선 상의 영역인 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 타방의 촬상 모드에 있어서 상기 신호 독출부의 출력 동작을 제어할 때에, 상기 수광부의 N열 각각에 대응하여 홀딩된 전압값 중, 연속하는 N₁열(N₁<N)에 대응하여 홀딩된 전압값을 상기 신호 독출부로부터 출력시키며, 또한 상기 수광부에 있어서 이 N₁열의 위치를, 하나 또는 복수의 행에 대응하는 전압값을 독출할 때마다 일정 열수씩 시프트시키는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수광부에 있어서 행수 M이 열수 N보다 작고, 상기 수광면의 형상이 행 방향을 긴 쪽 방향으로 하는 직사각 형상인 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 촬상 장치의 회전 중심이, 직사각 형상의 상기 수광부에 있어서 4개의 각부(角部) 중 1개의 각부에 위치하고 있고,
상기 1개의 각부가 상기 2개의 촬상 모드의 쌍방에 있어서 상기 피검자에 대해 아래턱측에 위치하도록 상기 고체 촬상 장치가 회전하는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 타방의 촬상 모드시에, 상기 일방의 촬상 모드와 비교해서, 상기 신호 독출부로부터 출력되는 전압값에 기초한 프레임 데이터에 있어서 독출 화소 피치를 작게 하고, 단위 시간당에 출력되는 프레임 데이터의 개수인 프레임 레이트를 빠르게 하고, 상기 신호 독출부에 있어서 입력 전하량에 대한 출력 전압값의 비율인 게인을 크게 하는 의료용 X선 촬상 시스템.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 CT 촬영을 행하는 촬상 모드이고, 상기 타방의 촬상 모드는 치과용 X선 촬영에 있어서 파노라마 촬영을 행하는 촬상 모드인 의료용 X선 촬상 시스템.