JP2006211693A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換装置を用いた撮像装置において、補正に使うデータを得たときの条件と実際に撮影したときの条件が異なるため、撮影出力に含まれる誤差が、完全に補正されないという問題を解決し、高Ｓ／Ｎの像情報を得る。
【解決手段】一次元もしくは二次元に配列した複数の光電変換素子を含む撮像手段２０を有する撮像装置において、撮影モード時の撮影出力を記憶しておく手段５０と、該撮影モード時の撮影条件を記憶しておく手段４０と、前記記憶しておいた撮影条件を用いて動作させる補正モード時の補正出力を得る手段７０，３０，４０，５１と、前記補正出力を用いて前記撮影出力を補正する手段６０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光もしくは放射線により像を形成する撮像装置に係り、たとえばファクシミリ、デジタル複写機、スチールカメラあるいは放射線撮像装置等の一次元もしくは二次元の撮像装置に関する。

従来、ＣＣＤ型センサ、ＭＯＳ型センサで代表される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、一次元、もしくは二次元に並べた大型センサを用いた撮像装置が各種生産されている。

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、放射線医療機器および非破壊検査の発達にともない放射線像を電気信号に変換する撮像装置も開発されている。

しかしながら、それら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、また変換後のデータ量が大量になりメモリの制限や通信の制限を受け使い勝手が悪く、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。

ところが近年、大容量のメモリや高速な通信の開発がめざましく、これにともない、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、通常、生産工程のばらつきにより固定パターンや感度ばらつきによるＳ／Ｎの低下は避けられず、これを防ぐため、工場出荷時に固定パターンや感度ばらつきをメモリに記憶させて、実際に使う場合に撮影出力とこのメモリとの情報で補正する手法がとられている。

しかしながら、上記従来例では補正に使うデータが撮影より前にとられているため、以下のような欠点があった。

通常、撮像装置を使う場合に、使用者は被写体や周りの環境、撮影の目的等で撮像装置の動作条件を選択する。また、撮像装置に使われている構成部品は温度により特性が異なっている。さらに、撮像中は簡単に失敗のない最適な像を得るために自動露出や自動ゲイン調整をはじめ各種の自動制御が働く。つまり、撮像を実際に行った条件と補正に使用するデータを作った条件とは異なっているのである。Ｓ／Ｎの低下の原因となる固定パターンや感度ばらつきはこれら条件で微妙に異なるため、撮影出力に含まれる誤差は完全に補正されない。このように補正に使うデータを得たときの条件と実際に撮影したときの条件が異なることは、高Ｓ／Ｎの像情報を得るのに重大な問題となる。

本発明の目的は、補正に使うデータを得たときの条件と実際に撮影したときの条件が異なるため、撮影出力に含まれる誤差が、完全に補正されないという問題を解決し、高Ｓ／Ｎの像情報を得られる撮像装置を提供することにある。

本発明は、前述した課題を解決するための手段として、一次元もしくは二次元に配列した複数の光電変換素子を含む撮像手段を有する撮像装置において、撮影モード時の撮影出力を記憶しておく手段と、該撮影モード時の撮影条件を記憶しておく手段と、前記記憶しておいた撮影条件を用いて動作させる補正モード時の補正出力を得る手段と、前記補正出力を用いて前記撮影出力を補正する手段と、を有することを特徴とする撮像装置を有するものである。

また、前記補正出力を得る手段が、前記記憶しておいた撮影条件を用いて、前記光電変換素子に光が入射しない状態で動作させる補正モード１の補正出力を得る手段であることを特徴とする撮像装置でもある。

また、前記補正出力を得る手段が、前記記憶しておいた撮影条件を用いて、被写体が無い状態の基準光を前記光電変換素子に入射させて動作させる補正モード２の補正出力を得る手段であることを特徴とする撮像装置でもある。

また、更に、前記補正モード１と、前記補正モード２の両モード時の補正出力を用いて、前記撮影出力を補正する手段を有することを特徴とする撮像装置でもある。

また、一次元もしくは二次元に配列した複数の光電変換素子を含む撮像手段を含む撮像装置において、前記光電変換素子に像情報光の入射を制御可能な像情報入射手段、撮影条件を自動制御および設定制御可能な撮影条件制御手段および前記撮影条件制御手段が自動制御された条件を記憶する条件記憶手段を有し、先ず、自動制御で所望の撮影出力が得られるよう前記撮影条件制御手段を動作させながら前記像情報入射手段により像情報光を前記撮像手段に入射させ、このときの撮影出力を撮影出力記憶手段に記憶させると同時に前記撮影条件制御手段が選択した設定値を前記条件記憶手段に記憶させ、その後、前記条件記憶手段に記憶された設定値により前記撮影条件制御手段を設定動作させ、このときの出力を補正出力とし、これと前記撮影出力記憶手段に記憶された撮影出力により演算処理回路で処理し撮像手段の誤差を取り除かれた出力とするシステム制御回路および補正回路を有することを特徴とする。

また、前記像情報入射手段はパルス状の像情報光及び／又は基準光をセンサに入射可能でそのパルス幅は撮影条件制御手段で自動ならびに設定制御可能なことを特徴とし、さらに、撮像装置はゲイン調整回路を含みそのゲインは前記撮影条件制御手段で自動ならびに設定制御可能なことを特徴とし、さらにまた、前記ゲイン調整回路は複数のアナログ−ディジタル変換器を含み撮像手段の出力はその値により適切な変換器が選択可能で、またその選択は撮影条件制御手段で自動ならびに設定制御可能なことを特徴とし、またさらに、前記光電変換素子は蓄積型であり、その蓄積時間は撮影条件制御手段で自動ならびに設定制御可能なことを特徴とすることも可能である。

また、前記像情報入射手段とは放射線源および蛍光体から構成され、前記放射線源と前記蛍光体との間に被写体が設置可能なことを特徴とすることもでき、これによりＸ線フィルムの代わりに胸部レントゲン検診や乳ガン検診に使用できる。

［作用］
すなわち本発明によれば、各種自動制御された条件で、先ず撮影を行い、撮影出力を得て、この撮影出力と、撮影条件を記憶しておき、この撮影時に記憶しておいた撮影条件と、得たい補正出力により、条件を設定して再度動作させることにより補正出力を得ているため、補正に使うデータを得たときの条件と実際に撮影したときの条件を、実質的に同条件とすることができる。

このため、この補正出力を用いて、記憶しておいた撮影出力を補正することにより、より誤差の少ない撮影出力を得ることが可能となり、高Ｓ／Ｎの像情報を得ることができる。

また、本発明によれば、各種自動制御を行っても、撮影時と同じ条件で補正出力を得ることができるため、使いやすく、楽に最適に近い条件で撮影ができる高性能な撮像装置が提供できる。

また、前記光電変換素子に光が入射しない状態で動作させる補正モード１の補正出力を用いることにより、光電変換素子の暗時出力の補正を行なうことができる。

また、被写体が無い状態の基準光を前記光電変換素子に入射させて動作させる補正モード２の補正出力を用いることにより、ゲインばらつきによる誤差を取り除くことができる。

本発明によれば、補正に使うデータを得たときの条件と実際に撮影したときの条件を、実質的に同条件とすることができる。このため、この補正出力を用いて、記憶しておいた撮影出力を補正することにより、より誤差の少ない撮影出力を得ることが可能となり、高Ｓ／Ｎの像情報を得ることができる。

また、本発明によれば、各種自動制御を行っても、撮影時と同じ条件で補正出力を得ることができるため、使いやすく、楽に最適に近い条件で撮影ができる高性能な撮像装置が提供できる。

すなわち、撮影条件制御手段と条件記憶手段を持つことにより、各種自動制御が働いている中で撮影出力を得た後、同じ条件で補正出力を得ることができ、簡単に、失敗のない、高精度で補正エラーの少ない高Ｓ／Ｎの像情報が得られる低価格の撮像装置を提供することができる。

次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る撮像装置の全体システムブロック図である。本実施例では医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置が構成されている。

図１において、１０はＸ線１３をパルス状に発することができるＸ線源であり、撮影条件制御手段として働くＡＥコントローラ３０によりＸ線パルスのオン、オフやＸ線源内の管球の管電圧、管電流が制御される。Ｘ線源１０で発したＸ線１３は診断対象となる患者である被写体１１を透過しＸ線を可視光に変換するＣｓＩ、Ｇｄ₂ Ｏ₂ Ｓ等で構成される蛍光体１２に入射する。このとき被写体１１を透過するＸ線は被写体１１の内部の骨や内蔵の大きさや形、病巣の有無により透過量が異なりそれらの像情報が含まれている。このＸ線１３は蛍光体１２により可視光に変換され像情報光１４として撮像手段として働く二次元エリアセンサ２０に入射する。二次元エリアセンサ２０は二次元に配列した複数の光電変換素子とそれらを駆動する駆動回路からなり、像情報光１４を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２０は、ＡＥコントローラ３０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２０の出力はゲイン調整回路２１に入力されるとともにＡＥコントローラ３０にも撮影条件を制御するための情報として入力される。

ＡＥコントローラ３０には、撮影条件を制御するために制御パネル３２や温度センサ３３およびフォトタイマ３１の出力も入力されている。制御パネル３２は医師もしくは技師が患者の症状、体格、年齢や得たい情報を考慮し撮影露光の度に最適な撮影出力が得られるように条件をパネル操作で入力し、電気信号に変換されＡＥコントローラ３０に入力される。

温度センサ３３は撮影露光時における部屋の温度や管球の温度および二次元エリアセンサ２０等の、温度により特性が変化し最適な動作条件が変化する構成部品の温度を検出しＡＥコントローラ３０に入力される。これら検出される温度はまさに撮影露光されている時点の温度であることが好ましい。

フォトタイマ３１は、被写体１１と二次元エリアセンサ２０との間におかれ撮影露光中に被写体１１の基準部分（例えば肺胞部）を透過するＸ線の量を検知しＡＥコントローラ３０に入力される。フォトタイマ３１でのＸ線の吸収は微少なため撮影露光にほとんど悪影響しない。

ＡＥコントローラ３０は、これら入力の撮影露光の直前の値もしくは撮影露光中の値をもとにＸ線源１０のＸ線パルス幅や二次元エリアセンサ２０の蓄積時間・駆動スピードおよびゲイン調整回路２１の増幅率を自動制御および設定制御できる。これら制御によりゲイン調整回路２１の出力を適切な撮影出力にすることが可能である。

また、このときＡＥコントローラ３０が撮影露光時に制御・設定した条件は条件記憶手段として働く条件メモリ回路４０に条件値として記憶しておくことが可能である。この条件メモリ回路４０は条件を記憶できると同時に、逆に記憶した条件値をＡＥコントローラ３０に入力することも可能である。このときＡＥコントローラ３０は条件メモリ回路４０から入力された条件値をもとにＸ線源１０、二次元エリアセンサ２０およびゲイン調整回路２１を制御・設定し動作させることができる。つまり、過去の撮影露光条件と同じ制御・設定で再び撮影露光することが可能となっている。このとき一部の条件や制御・設定を異ならすことにより補正露光としゲイン調整回路２１の出力を補正出力とすることができる。つまり、Ｘ線パルスを発せずに他は前回の撮影露光時と同じにしシステムを動作させれば、二次元エリアセンサ２０の暗時出力の補正出力が得られる。

図１中、８０の破線内は補正回路であり、撮影露光時に得られる撮影出力はスイッチ５１を介し撮影出力記憶手段であるフレームメモリ５０に一度記録でき、補正露光時に得られる補正出力Ｂとフレームメモリ５０に記憶された撮影出力Ａにより演算処理回路６０で処理し撮影時の誤差を取り除いた像情報出力Ｏとすることができる。この像情報出力Ｏは画像処理システム等に電送される。

７０はシステム制御回路であり撮影露光開始ボタン７１が押されたことを検知し、図示はしていないがＡＥコントローラ３０を介してＸ線源１０、二次元エリアセンサ２０、ゲイン調整回路２１を制御し撮影露光や補正露光を行ない、また、スイッチ５１、フレームメモリ５０および演算処理回路６０を制御し補正回路８０として動作させる。

すなわち、図１に示す構成は、一次元もしくは二次元に配列した複数の光電変換素子を含む撮像手段２０と、前記光電変換素子に像情報光の入射を制御可能な像情報入射手段１０と、撮影条件を自動制御および設定制御可能な撮影条件制御手段３０と、および前記撮影条件制御手段が自動制御された条件を記憶する条件記憶手段４０とを有する撮像装置において、先ず、自動制御で所望の撮影出力が得られるよう前記撮影条件制御手段３０を動作させながら前記像情報入射手段３１により像情報光を前記撮像手段２０に入射させ、このときの撮影出力を撮影出力記憶手段５０に記憶させると同時に前記撮影条件制御手段３０が選択した設定値を前記条件記憶手段４０に記憶させ、その後、前記条件記憶手段４０に記憶された設定値により前記撮影条件制御手段３０を設定動作させ、このときの出力を補正出力とし、これと前記撮影出力記憶手段５０に記憶された撮影出力により演算処理回路６０で処理し、撮像手段２０の誤差を取り除いた出力とすることを特徴とする撮像装置、及び撮像方法である。

図２は、二次元エリアセンサ２０の構成を示す全体回路図、図３（ａ）（ｂ）は二次元エリアセンサ２０中の１画素に相当する各構成素子の平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。なお、図１と同一機能の部分には同一符号を付している。

図２において、Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換素子で下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転送用ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇを介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、スイッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間はＳＷｇがｏｎ、その他の期間はＳＷｓがｏｎするよう制御されている。１画素は１個の光電変換素子とコンデンサ、およびＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより検出用集積回路ＩＣに接続されている。本実施例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ブロックあたり３画素の出力を同時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。

図中破線で囲んだ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３（ａ）に示す。Ｓ１１は光電変換素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、およびＳＩＧは信号配線である。本実施例においてはコンデンサＣ１１と光電変換素子Ｓ１１とは特別に素子を分離しておらず光電変換素子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。これは本実施例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例の特徴でもある。また図中破線Ａ−Ｂで示した部分の断面図を図３（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 とＣｓＩ、Ｇｄ₂ Ｏ₂ Ｓ等の蛍光体１２が形成されている。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により像情報光１４に変換され、この光が光電変換素子に入射される。

ここで図３により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５００オングストローム堆積させ、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、およびコンデンサＣ１１の下部電極が形成される。

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２０００／５０００／５００オングストローム堆積する。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、およびコンデンサ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ができる５００オングストローム以上が必要である。

各層堆積後、上部メタル層６としてＡｌをスパッタ等で約１００００オングストローム堆積させる。さら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、および信号配線ＳＩＧが形成される。

またさらに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が分離される。これで光電変換素子Ｓ１１、ＴＦＴ・Ｔ１１およびコンデンサ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されることは言うまでもない。

また、耐久性を向上させるため通常各素子の上部をＳｉＮ等のパッシベーション膜８で覆い、さらにＣｓＩ、Ｇｄ₂ Ｏ₂ Ｓ等の蛍光体１２が形成される。

以上の説明の通り本実施例では光電変換素子、ＴＦＴ、コンデンサ、および信号配線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、および上部メタル層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、かつ、同一真空内で形成できる。さらに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。またさらにコンデンサ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形成される。

ここで本実施例で使用している光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の動作について説明する。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施例のリフレッシュモードおよび光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギバンド図で図３（ｂ）の各層の厚さ方向の状態を表している。２はＣｒで形成された下部電極（以下Ｇ電極と記す）である。７は電子、ホール共に通過を阻止するＳｉＮで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。４は水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉの真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層、５は光電変換半導体層４にホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層、６はＡｌで形成される上部電極（以下Ｄ電極と記す）である。本実施例ではＤ電極はｎ層を完全には覆っていないがＤ電極とｎ層との間は電子の移動が自由に行われるためＤ電極とｎ層の電位は常に同電位であり以下説明ではそれを前提としている。本光電変換素子にはＤ電極、Ｇ電極の電圧の印可の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作がある。

リフレッシュモード（ａ）においてＤ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層４中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層４に注入される。このとき一部のホールと電子はｎ層５、ｉ層４において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばｉ層４内のホールはｉ層４から掃き出される。

この状態から光電変換モード（ｂ）にするには、Ｄ電極はＧ電極に対して正の電位を与える。するとｉ層４中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかしホールはｎ層５が注入阻止層として働くためｉ層４に導かれることはない。この状態でｉ層４内に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層４内を移動しｉ層４と絶縁層７の界面に達する。しかし、絶縁層７内には移動できないため、ｉ層４内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層４内の絶縁層７界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つため電流がＧ電極から電流が流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。

ある期間光電変換モード（ｂ）を保った後、再びリフレッシュモード（ａ）の状態になると、ｉ層４に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時ｉ層４内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施例においての光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量を出力することもできる。このことは本実施例の光電変換素子の大きな特徴といえる。

しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、Ｄのように光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは図４（ｃ）のように、ｉ層４内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層４内の電界が小さくなり、発生した電子がＤ電極に導かれなくなりｉ層４内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層４内のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が得られる。

また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層４内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図４（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間およびｎ層５の注入阻止層の特性を決めればよい。また、さらにリフレッシュモードにおいてｉ層４への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層４に留まっている場合には例えＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ｎ層５の注入阻止層の特性も同様に電子をｉ層４に注入できることが必要条件ではない。

次に図１、図２および図５によって本実施例の放射線撮像装置の動作について説明する。前述の説明のように本実施例においての光電変換素子は定期的にリフレッシュすれば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５は本実施例の動作を示すタイミングチャートである。

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１１をＸ線源１０と二次元エリアセンサ２０の間に置き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３２に入力する。この信号は電気信号でＡＥコントローラ３０に電送される。同時に条件メモリ回路４０にこれら条件が記憶される。

この状態で医師または技師が撮影露光開始ボタン７１を押すと撮影モードが開始される。まずシステム制御回路７０は二次元エリアセンサ２０をリフレッシュ動作させる。ここでリフレッシュ動作を説明する。まずシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＨｉが印可される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｎし導通し、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＧＮＤ電位になる（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計されているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがＨｉを出力しスイッチＳＷｇがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖｇにより正電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３はリフレシュモードになりリフレッシュされる。つぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがＬｏを出力しスイッチＳＷｓがｏｎし全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。すると全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードになり同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。この状態でシフトレジスタＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にＬｏが印可される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３がｏｆｆし、全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ１３によって電位は保持される。しかしこの時点ではＸ線は入射されていないため全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射されず光電流は流れない。これでリフレッシュ動作は終了する。

この時点で温度センサ３３は撮影露光時における部屋の温度や管球の温度および二次元エリアセンサ２０等の、温度により特性が変化し最適な動作条件が変化する構成部品の温度を検出しＡＥコントローラ３０に入力される。これら検出される温度はまさに撮影露光される直前の温度である。同時に条件メモリ回路４０にこれら温度が条件として記憶される。

ここでＡＥコントローラは制御パネル３２からの情報と温度センサ３３からの情報で撮影露光時における初期条件を決定する。同時に条件メモリ回路４０にこれら初期条件が記憶される。初期条件の内容はＸ線源１０の管球の電圧、電流および最大パルス幅や二次元エリアセンサ２０の駆動スピードである。例えば、制御パネル３２で胸部が設定されていればＸ線源１０の管球の電圧は高く、腹部の場合は低く条件を設定する。また、制御パネル３２で患者が子どもや妊婦が指示されていれば、フォトタイマ３１による終了条件を短く設定し、最大パルス幅も短く設定される。二次元エリアセンサ２０の温度が高い場合は光電変換素子の暗電流が高いがＴＦＴの能力が高いため駆動スピードを速くし暗電流の蓄積を抑えＳ／Ｎの低下を防ぐ最適条件にしたり、逆に温度が低いときはＴＦＴの能力が低いが光電変換素子の暗電流も低いため駆動スピードを低くしＴＦＴの電荷の転送の低下による画像の歪みを抑える。

この初期条件でＸ線が出射され被写体１１を通過し蛍光体１２に入射すると光に変換され、その光がそれぞれの光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射する。同時に被写体１１と二次元エリアセンサ２０との間におかれたフォトタイマ３１にも入射する。これら光は人体等の内部構造の情報が含まれている。フォトタイマ３１の出力は随時ＡＥコントローラ３０に入力され、この値の積分が初期条件で決められた一定値を越えるとＡＥコントローラ３０はＸ線をストップさせる。これにより撮影露光において最適な露光量が得られる。また、もし初期条件で決められた最大パルス幅になった場合はフォトセンサ３１にかかわらずＡＥコントローラ３０はＸ線をストップさせる。このとき、条件メモリ回路４０にはこれら実際に出射されたパルス幅を露光時間として記憶される。

ある一定量この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積されＸ線の入射終了後も保持される。つぎに二次元エリアセンサ２０は読み出し動作をする。シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ１にＨｉの制御パルスが印可され、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印可によって転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ１３、スイッチＭ１〜Ｍ３を通してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様にシフトレジスタＳＲ１、ＳＲ２の制御により他の光信号も出力される。これにより人体等の内部構造の二次元情報がｖ１〜ｖ９として得られる。

これら出力はゲイン調整回路２１に入力されると共にＡＥコントローラ３０にも入力される。ＡＥコントローラ３０ではこれら出力を適切な値にするためのゲインを随時判断し、その値を条件メモリ回路４０に記憶させると同時にゲイン調整回路２１に指示する。これによりゲイン調整回路２１の出力は後にそれらを処理するのに最適な撮影出力となる。この撮影出力はシステム制御回路７０によって制御されたスイッチ５１を介し撮影出力記憶手段であるフレームメモリ５０に一度記録される。

以上の説明のとおり、ＡＥコントローラ３０は制御パネル３２、温度センサ３３、フォトタイマ３１および二次元エリアセンサ２０の設定や出力によりＸ線源１０や二次元エリアセンサ２０やゲイン調整回路２１をほぼリアルタイムに自動制御し、その結果、最適に近い各種条件で撮影出力を得ることができる。これで撮影モードは終了する。

次に、システム制御回路７０は補正モードに入り再び二次元エリアセンサ２０をリフレッシュ動作させる。リフレッシュ終了後、撮影露光時に条件メモリ回路４０に記憶された各種条件をＡＥコントローラ３０に呼び出す。そして、Ｘ線源１０以外は撮影モード時と全く同じ条件で動作させる。つまり、温度センサ３３やフォトタイマ３１の出力は使わずに条件メモリ回路４０に記憶された値に基づき動作させる。Ｘ線源１０は補正モードでは動作させず、Ｘ線は出射しない。ただし、Ｘ線源１０を動かさなくとも撮影モード時の露光時間に相当する時間を待ってから二次元エリアセンサ２０は読み出し動作を行う。駆動スピードやゲイン調整回路２１のゲインは撮影モードと同じ条件で動作させる。この時のゲイン調整回路２１の出力を補正出力とする。つまり、Ｘ線源１０や二次元エリアセンサ２０やゲイン調整回路２１を条件メモリ回路４０の記憶された値に設定制御し補正出力を得ることができる。

この補正出力は各画素のダーク時の電流や、転送時の固定パターンノイズや、二次元エリアセンサ２０の内部のアンプやゲイン調整回路２１のオフセット電圧などを反映した出力である。この補正出力は撮影モード時と同じ蓄積時間であるからダーク時の電流の蓄積による影響量も同じである。また、この補正出力は駆動スピードも同じであるからクロックリーク等の影響による固定パターンの影響量も同じである。さらにゲインも同じためオフセット電圧の影響量も同じである。つまり、条件メモリ回路４０により撮影モードと補正モードでＸ線源以外全く同じ動作であるから先に述べた影響量のみならずＸ線の出射、非出射以外の撮影にとって好ましくない影響量が全て同じになる。したがって、補正出力は撮影出力中の好ましくない誤差だけが同じ量含まれていることになる。

よって、フレームメモリ５０に記憶されている撮影出力をＡとし、補正モードで得られた補正出力をＢとし、演算処理回路６０で減算処理し、
Ｏ＝Ａ−Ｂ
とすると、撮影モード時に得られた撮影出力の固定パターン等の誤差を取り除いた良好な像情報出力Ｏとすることができる。ここでは、説明の簡単化のため単純な式（Ｏ＝Ａ−Ｂ）で説明したが、実際には良好な画質を得るためもっと複雑な演算とすることが好ましい。

本実施例の二次元エリアセンサでは９個の画素を３×３に二次元配置し３画素ずつ同時に、３回に分割して転送・出力したがこれに限らず、例えば縦横１ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個の画素を二次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍの二次元エリアセンサが得られ、医療用Ｘ線診断を目的とする放射線撮像装置が構成できる。するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴで映し出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を得ることもできる。

つぎに本発明における第２の実施例を説明する。第１の実施例に比較して第２の実施例の異なる大きな点は、図１においてのシステム制御回路７０、ＡＥコントローラ３０および演算処理回路６０の構成と動作である。他は第１の実施例とほぼ同じため図１に基づき異なる部分のみ説明する。

第２の実施例の特徴は補正出力を得る場合の動作の時、システム制御回路７０は患者、つまり被写体１１を移動させるところにある。例えば移動を促すランプと移動の確認を行うセンサを設けたり、患者を支持する台の移動機構と制御回路を設けてもよい。補正出力を得るには被写体１１を撮像装置から移動後に条件メモリ回路４０により他は前回の撮影露光時と同じにしＡＥコントローラ３０を制御しシステムを動作させれば、二次元エリアセンサ２０には被写体１１が無い状態での基準光が入射され、このときの補正出力はＸ線源１０と蛍光体１２と二次元エリアセンサ２０に至る空間を含めた像情報入射手段や、二次元エリアセンサ２０やゲイン調整回路２１におけるゲインばらつきを補正可能な補正出力が得られる。ここで、基準光とは、被写体が無い状態で、その他の条件は、撮影露光時と同じ状態で二次元エリアセンサ２０に入射される光である。つまり、像情報光１４から被写体の情報のみが差し引かれた情報を含んでおり、像情報入射手段におけるＳ／Ｎを低化させる要因になる不要なばらつきや、誤差等の情報を含んでいる。

演算処理回路６０は、先に得たフレームメモリ６０に記憶された撮影出力と被写体１１がない状態での基準光での補正出力によりＸ線源１０と蛍光体１２と二次元エリアセンサ２０に至る空間を含めた像情報入射手段や、二次元エリアセンサ２０やゲイン調整回路２１におけるゲインばらつきによる撮影時の誤差を取り除いた像情報出力Ｏとすることができる。この像情報出力Ｏは画像処理システム等に電送される。

ここで本実施例の放射線撮像装置の動作について説明する。撮影モードの動作については第１の実施例の動作と同じである。撮影モードの動作後、システム制御回路７０は補正モードに入り再び二次元エリアセンサ２０をリフレッシュ動作させる。リフレッシュ終了後、撮影露光時に条件メモリ回路４０に記憶された各種条件をＡＥコントローラ３０に呼び出す。そして、被写体１１がＸ線源１０と二次元エリアセンサ２０の間にいない以外は撮影モード時と全く同じ条件で動作させる。つまり、温度センサ３３やフォトタイマ３１の出力は使わずに条件メモリ回路４０に記憶された値に基づき動作させる。駆動スピードやゲイン調整回路２１のゲインは撮影モードと同じ条件で動作させる。この時のゲイン調整回路２１の出力を補正出力とする。このときの補正出力はＸ線源１０と蛍光体１２と二次元エリアセンサ２０に至る空間を含めた像情報入射手段内の感度やゲインのばらつきや、二次元エリアセンサ２０やゲイン調整回路２１における感度やゲインばらつきを反映した出力である。よって、フレームメモリ５０に記憶されている撮影出力をＡとし、補正モードで得られた補正出力をＢとし、演算処理回路６０で、各画素単位で除算処理し、
Ｏ＝Ａ÷Ｂ
とすると、撮影モード時に得られた撮影出力の感度やゲインばらつきによる誤差を取り除いた良好な像情報出力Ｏとすることができる。ここでは、説明の簡単化のため単純な式（Ｏ＝Ａ÷Ｂ）で説明したが、実際には良好な画質を得るためもっと複雑な演算とすることが好ましい。

図６に本発明の第３の実施例における補正回路８１のブロック図を示す。補正回路８１以外のシステムは第１および第２の実施例で示した構成を兼ね備えている。本実施例の補正回路８１が図１R>１内の補正回路８０と異なる点はスイッチがＡスイッチ５２とＢスイッチ５３と２個あることとフレームメモリがＡフレームメモリ５４とＢフレームメモリ５５と２個あることである。また、演算処理回路６１の入力がＡ，Ｂ，Ｃと３入力あることも異なっている。

ここで第３の実施例における動作について説明する。本実施例においての動作には「撮影モード」、「補正モード１」および「補正モード２」がある。

「撮影モード」の動作は第１および第２の実施例の撮影モードとほぼ同じである。異なる点は撮影出力はＡスイッチ５２を介してＡフレームメモリ５４に撮影出力Ａとして記憶されるよう制御される。このときＢスイッチ５３は開いていてＢフレームメモリ５５は変化しない。

「補正モード１」の動作は第１の実施例の補正モードとほぼ同じである。異なる点は補正出力は演算処理回路では処理されず、Ｂスイッチ５３を介してＢフレームメモリ５５に補正出力Ｂとして記憶されるよう制御されていることである。このときＡスイッチ５２は開いていてＡフレームメモリは変化しない。

「補正モード２」の動作は第２の実施例の補正モードとほぼ同じである。異なる点は演算処理回路６１には撮影モード時に得られた撮影出力ＡがＡフレームメモリ５４から、また補正モード１時に得られた補正出力ＢがＢフレームメモリ５５から、さらに補正モード２の補正出力を補正出力Ｃとして、入力させる。演算処理回路６１ではこれら入力を、減算ならびに除算処理し、
Ｏ＝（Ａ−Ｂ）÷Ｃ
とすると、撮影モード時に得られた撮影出力の固定パターン等の誤差や感度やゲインばらつきによる誤差を取り除いた良好な像情報出力Ｏとすることができる。ここでは、説明の簡単化のため単純な式、（Ｏ＝（Ａ−Ｂ）÷Ｃ）で説明したが、実際には良好な画質を得るためもっと複雑な演算とすることが好ましい。

本実施例ではフレームメモリを２個にしたがこれに限定せず例えば３個にして補正モードをもう１つ増やして、例えばＸ線源１０の管電流を１／２にし被写体１１なしで補正出力を追加して得れば、２次元エリアセンサ２０の非線形性の補正もできる。

以上、３つの実施例について説明したが、本発明はこれらに限定するものではない。例えば、像情報入射装置としてストロボと被写体とレンズにすればＡＥ機能を持つスチールカメラとなる。また、ストロボがなくても自然光と被写体とレンズでもよく、この場合、光電変換素子を蓄積型とし蓄積時間を自動制御してもよい。

また、光電変換素子は、可視光に感度があるものに限定されるものでなく、赤外光、紫外光、もしくは放射線に感度があるものでもよく、例えば、Ｘ線に感度がある素子を用いれば、第一の実施例において蛍光体１２がなくとも同一効果の撮像装置が得られる。この場合、像情報光とは、像の情報をもつＸ線となる。

また、ゲイン調整回路は複数のアナログ−ディジタル変換器を含み撮像手段の出力はその値により適切な変換器が選択可能で、またその選択は撮影条件制御手段で自動ならびに設定制御可能なことを特徴とすれば、つまり、ゲインの異なるＡｍｐと低精度のＡ／Ｄの複数の組み合わせで、その中からｂｉｔごと適切なもの、つまりオーバーフローをしておらず、かつ、なるべくゲインの高いＡｍｐの組み合わせを自動選択し撮影出力とし、この選択データをｂｉｔごと記憶しておき補正モードで同じ選択データにより固定パターンやゲインばらつきデータを得、補正することで低価格で高精度の撮像装置を提供できる。つまりこれらｂｉｔごとの選択データは撮影モード前では得られず、従来の撮像装置では撮影出力を得たＡｍｐで補正データは作れないため高精度の補正ができないわけである。本発明はこれを可能としている。

また撮像手段であるセンサは２次元に並んでいなくとも１次元に並ぶ、つまり１次元ラインセンサでもよく同様の効果が得られるのは明白である。

本発明に係る第１の実施例のシステムブロック図である。 二次元エリアセンサの構成を示す全体回路図である。 二次元エリアセンサ中の各構成素子の平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。 光電変換素子の各動作モードにおけるエネルギバンド図である。 第１の実施例の動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係る第３の実施例における補正回路のブロック図である。

符号の説明

１０ Ｘ線源
１１ 被写体
１２ 蛍光体
１３ Ｘ線
１４ 像情報光
２０ 二次元エリアセンサ
２１ ゲイン調整回路
３０ ＡＥコントローラ
３１ フォトタイマ
３２ 制御パネル
３３ 温度センサ
４０ 条件メモリ回路
５０ フレームメモリ
５１ スイッチ
６０ 演算処理回路
７０ システム制御回路
７１ 撮影露光開始ボタン
Ｓ１１〜Ｓ３３ 光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ３３ 転送用ＴＦＴ
Ｃ１１〜Ｃ３３ コンデンサ
ＳＲ１、ＳＲ２ シフトレジスタ
ＩＣ 検出用集積回路

Claims (1)

1. 一次元もしくは二次元に配列した複数の光電変換素子を含む撮像手段を有する撮像装置において、
   前記撮像手段に撮影光を入射させる像情報入射手段と、
   被写体がいない状態で前記撮像手段に入射された撮影光に基づく補正出力を得る手段と、を有し、
   前記補正出力を得る手段は、前記像情報入射手段の条件を変化させて得られた少なくとも二つの補正出力を用いて補正することを特徴とする撮像装置。

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