JP2013012886A - 放射線撮像装置、方法、および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の回数の非破壊読み出しを行うことが出来ないフレームレート要求による動画像撮影を防止する放射線撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出手段と、前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、被写体を透過した放射線から放射線撮像画像を取得する放射線撮像装置に関するものである。

近年、デジタル放射線撮像装置の分野では、イメージインテンシファイアに代わり、解像度の向上や体積の小型化、画像の歪みを押さえることを目的として、光電変換素子を用いた等倍光学系の大面積フラットパネル式の放射線センサが普及している。

光電変換素子を用いた放射線撮像装置には、アモルファスシリコン型、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型などがある。

ガラス基板上のアモルファスシリコン半導体を使った撮像素子は大画面のものを作成しやすい。しかし、その反面、アモルファスシリコンは単結晶シリコン半導体基板に比べガラス基板上の半導体基板の微細加工が難しい。その結果、出力信号線の容量が大きくなるなど動作に対して半導体特性が十分ではない。ＣＣＤ撮像装置は、完全空乏型であり、高感度であるが、大画面の撮像装置としては電荷転送の転送段数が増加する。また、消費電力がＣＭＯＳ型撮像素子よりも１０倍以上大きくなるなど大画面化には不向きである。

ここで、大面積フラットパネル式のセンサとして、光電変換素子にＣＭＯＳ型撮像素子を使用し、シリコン半導体ウエハからＣＭＯＳ型の光電変換素子を矩形状に切り出した矩形半導体基板をタイリングすることにより大面積を実現したものが、特許文献１に開示されている。

ＣＭＯＳ型撮像素子は、微細加工によりアモルファスシリコンより高速読み出しが可能で、さらに高感度が得られる。また、ＣＣＤ型撮像素子のような電荷転送の転送段数や消費電力に問題が無く大面積化が容易であり、大面積フラットパネル式のセンサの特に動画像撮像装置として、優位性が高いことが知られている。

特開２００２−３４４８０９

放射線撮影装置で撮影された放射線撮影画像には、一般的にランダムノイズが含まれている。しかし、ＣＭＯＳ型撮像素子を用いた放射線撮像装置では、放射線撮影後、ＣＭＯＳ型撮像素子の電荷をホールドすることによって、複数回の非破壊読み出しが可能である。

よって、複数回の非破壊読み出しを行い、読み出された複数の放射線撮像画像の平均値を求めることによって、画像内のランダムノイズを抑制することが出来る。

尚、一般的に、非破壊読み出しの回数が多いほどランダムノイズの抑制効果は高まるため、非破壊読み出しの回数は、求める放射線撮像画像の画質に応じて決定される。ただし、動画像の撮影を行う場合、単位フレームあたりの非破壊読み出しを行う時間は限られているため、所望の回数の非破壊読み出しを行うことが出来ないことがある。よって、放射線撮影装置システムは、フレームレート、非破壊読み出しの回数などのそれぞれのバランスを考慮して、各種撮影パラメータを設定しなくてはならない。

しかしながら、放射線撮影装置と制御装置とが独立して稼働しているシステムである場合、所望の回数の非破壊読み出しを行うことが出来ないフレームレート要求が、制御装置から放射線撮影装置になされてしまう可能性がある。この場合、所望の画質を満たさない放射線動画像が得られてしまったり、フレーム落ちが発生してしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、所望の回数の非破壊読み出しを行うことが出来ないフレームレート要求による動画像撮影を防止する放射線撮像装置を提供することを目的とする。

入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出手段と、前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、所望の回数の非破壊読み出しを行うことが出来ないフレームレート要求による動画像撮影を防止する放射線撮像装置を提供することが出来る。

１画素分の画素回路の一例を示した図である。 動画撮影時の駆動制御の一例を示すタイミングチャートを示す図である。 ＣＭＯＳ矩形半導体基板の内部構造の一例を模式的に示す図である。 大面積フラットパネル式の放射線動画撮像装置システム全体を示す模式的ブロック図である。 タイリングされた３枚の矩形半導体基板の画素データを１つのＡ／Ｄで読み出すためのタイムチャートを示す図である。 ＣＭＯＳ型矩形半導体基板内の画素加算回路の回路図および模式的構成図である。 本実施形態における放射線撮像装置１００の処理を示す処理フローである。

以下、図面を参照して、本実施形態における放射線撮像装置の構成について説明する。

図１は、タイリングに用いられるＣＭＯＳ型矩形半導体基板に、二次元構成される画素回路において、１画素分の画素回路の一例を示したものである。

図１において、ＰＤは光電変換を行うフォトダイオードである。Ｍ２はフローティングディフュージョンに蓄積された電荷を放電させるためのリセットＭＯＳトランジスタ（リセットスイッチ）、Ｃｆｄは電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（浮遊拡散領域）の容量である。

Ｍ１は高ダイナミックレンジモードと高感度モードを切り換えるための感度切り換え用ＭＯＳトランジスタ（感度切り換えスイッチ）である。

Ｃ１はダイナミックレンジ拡大用の容量であり、感度切り換えスイッチ（Ｍ１）をオンすると電荷の蓄積が可能となる。感度切り換えスイッチ（Ｍ１）をオンするとフローティングノード部の容量が実質増え、感度は低くなるがダイナミックレンジを拡大することができる。よって例えば高感度が必要な透視撮影時には感度切り換えスイッチ（Ｍ１）をオフし、高ダイナミックレンジが必要なＤＳＡ撮影時などには感度切り換えスイッチ（Ｍ１）をオンする。Ｍ４はソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ１）である。Ｍ３は画素アンプ１（Ｍ４）を動作状態とさせるための選択ＭＯＳトランジスタ（選択スイッチ１）である。

画素アンプ（Ｍ４）の後段は光電変換部で発生するｋＴＣノイズを除去するクランプ回路が設けられている。Ｃｃｌはクランプ容量で、Ｍ５はクランプ用ＭＯＳトランジスタ（クランプスイッチ）である。Ｍ７はソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ２）である。Ｍ６は画素アンプ（Ｍ７）を動作状態とするための選択ＭＯＳトランジスタ（選択スイッチ２）である。

画素アンプ２（Ｍ７）の後段には２つのサンプルホールド回路が設けられている。Ｍ８は光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する、サンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ（サンプルホールドスイッチＳ）である。ＣＳは光信号用ホールド容量である。Ｍ１１はノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する、サンプルホールドＭＯＳトランジスタ（サンプルホールドスイッチＮ）である。ＣＮはノイズ信号用ホールド容量である。Ｍ１０はソースフォロアとして動作する光信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプＳ）である。Ｍ９は画素アンプＳ（Ｍ１０）で増幅された光信号をＳ信号出力線へ出力するためのアナログスイッチ（転送スイッチＳ）である。Ｍ１３はソースフォロアとしての動作するノイズ信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプＮ）である。Ｍ１２は画素アンプＮ（Ｍ１３）で増幅されたノイズ信号をＮ信号出力線へ出力するためのアナログスイッチ（転送スイッチＮ）である。

ＥＮ信号は、選択スイッチ１（Ｍ３）、選択スイッチ２（Ｍ６）のゲートに接続され、画素アンプ１（Ｍ４）、画素アンプ２（Ｍ７）を動作状態とさせるための制御信号である。ＥＮ信号がハイレベルの時、画素アンプ１（Ｍ４）、画素アンプ２（Ｍ７）は同時に動作状態となる。ＷＩＤＥ信号は、感度切り換えスイッチ（Ｍ１）のゲートに接続され感度の切換を制御する。ＷＩＤＥ信号がローレベルの時は、感度切り換えスイッチがオフし高感度モードとなる。ＰＲＥＳ信号は、リセットスイッチ（Ｍ２）をオンしてフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を放電させるリセット信号である。ＰＣＬ信号はクランプスイッチ（Ｍ５）を制御する信号で、ＰＣＬ信号がハイレベルのときクランプスイッチ（Ｍ５）がオンし、クランプ容量（Ｃｃｌ）を基準電圧ＶＣＬにセットする。ＴＳ信号は光信号サンプルホールド制御信号で、ＴＳ信号をハイレベルとし、サンプルホールドスイッチＳ（Ｍ８）をオンすることで光信号が画素アンプ２（Ｍ７）を通して容量ＣＳに一括転送される。次いで、全画一括で信号ＴＳをローレベルとし、サンプルスイッチＳ（Ｍ８）をオフすることで、サンプルホールド回路への光信号電荷の保持が完了する。ＴＮ信号はノイズ信号サンプルホールド制御信号で、ＴＮ信号をハイレベルとし、サンプルホールドスイッチＮ（Ｍ１１）をオンすることでノイズ信号が画素アンプ２（Ｍ７）を通して容量ＣＮに一括転送される。次いで、全画一括で信号ＴＮをローレベルとし、サンプルスイッチＮ（Ｍ１１）をオフすることで、サンプルホールド回路へのノイズ信号電荷の保持が完了する。容量ＣＳ、容量ＣＮのサンプルホールド後は、サンプルホールドスイッチＳ（Ｍ８）、サンプルホールドスイッチＮ（Ｍ１１）がオフとなり、容量ＣＳ、容量ＣＮは前段の蓄積回路と切り離されるため、再度サンプルホールドされるまで蓄積した光信号を非破壊で読み出すことが可能である。

図２は、図１の画素回路における、動画撮影時の駆動制御の一例を示すタイミングチャートである。以下、動画像撮影において、光信号用ホールド容量ＣＳおよびノイズ信号用ホールド容量ＣＮに電荷がサンプルホールドされるまでの制御信号のタイミングについて図２を用いて説明する。

図２のタイムチャートにおいて、（ｔ５０）で撮影モードが設定され、撮影パルスが入力されると、それをトリガに、（ｔ５１）から撮影のための駆動が開始される。（ｔ５１）から（ｔ５６）までは、リセットとクランプを行うリセット駆動Ｒ１である。

まず、（ｔ５１）で信号ＥＮをハイレベルにし、画素アンプ１（Ｍ４）、画素アンプ２（Ｍ７）を動作状態にする。次に（ｔ５２）で信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、フォトダイオードＰＤを基準電圧に接続しリセットを行う。その後、（ｔ５４）にて信号ＰＲＥＳをローレベルにしてリセットを終了し、クランプ容量（Ｃｃｌ）の画素アンプ１（Ｍ４）側にリセット電圧がセットされる。次に（ｔ５３）で信号ＰＣＬをハイレベルにすることによりクランプスイッチをオン（Ｍ５）し、クランプ容量（Ｃｃｌ）の画素アンプ２（Ｍ７）側に基準電圧ＶＣＬがセットされる。その後、（ｔ５５）でクランプスイッチ（Ｍ５）をオフし、基準電圧ＶＣＬと基準電圧ＶＲＥＳの差分の電圧に応じた電荷がクランプ容量（Ｃｃｌ）に蓄積されクランプが終了する。（ｔ５６）で信号ＥＮをローレベルしてリセット駆動Ｒ１を終了し、（ｔ５６）からフォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョン容量（Ｃｆｄ）の光電変換部の蓄積が開始される。図２のタイムチャートにおいては、このリセット駆動を適時行うことにより、蓄積時間を制御している。

タイリングされたＣＭＯＳ型撮像素子は、動画撮影時に撮像素子間、走査線間の時間的スイッチングのずれにより発生する画像ズレを防止するために、タイリングされた各撮像素子の全ての画素を一括して同一のタイミング、同一の期間で蓄積開始駆動が行われる。その後一括してフォトダイオードＰＤで発生した光電荷が容量（Ｃｆｄ）に蓄積される。

（ｔ５１）から（ｔ５６）までのリセット駆動において光電変換部でリセットノイズ（ｋＴＣノイズ）が発生するが、クランプ回路のクランプ容量（Ｃｃｌ）の画素アンプ２（Ｍ７）側に基準電圧ＶＣＬをセットすることによりリセットノイズが除去される。

引き続き、撮影パルスが入力されると、それをトリガに（ｔ６０）から（ｔ７０）で示すサンプル駆動Ｓ１を開始する。（ｔ６０）で信号ＥＮをハイレベルにし選択スイッチ１（Ｍ３）、選択スイッチ２（Ｍ６）をオンすることで、容量（Ｃｆｄ）に蓄積されている電荷は電荷／電圧変換されソースフォロアとして動作する画素アンプ１（Ｍ４）により電圧としてクランプ容量（Ｃｃｌ）に出力される。画素アンプ１（Ｍ４）の出力はリセットノイズを含むが、クランプ回路によりリセット時に画素アンプ２（Ｍ７）側を基準電圧ＶＣＬにセットしているので、リセットノイズが除去された光信号となって画素アンプ２（Ｍ７）に出力される。次にサンプルホールド制御信号ＴＳを（ｔ６１）でハイレベルとし、サンプルホールドスイッチＳ（Ｍ８）をオンすることで、光信号は画素アンプ２（Ｍ７）を通して光信号用ホールド容量（ＣＳ）に一括転送される。（ｔ６３）で信号ＴＳをローレベルとし、サンプルホールドスイッチＳ（Ｍ８）をオフすることで、光信号用ホールド容量（ＣＳ）に光電荷信号がサンプルホールドされる。次に（ｔ６４）でリセット信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、リセットスイッチ（Ｍ２）をオンし、容量（Ｃｆｄ）を基準電圧ＶＲＥＳにリセットする。（ｔ６６）でリセット信号ＰＲＥＳをローレベルとしリセットを完了する。また、（ｔ６５）で信号ＰＣＬをハイレベルとする。クランプ容量（Ｃｃｌ）には電圧ＶＣＬと電圧ＶＲＥＳの差分の電圧にリセットノイズが重畳した電荷が蓄積される。その後、（ｔ６７）で信号ＴＮをハイレベルとし、サンプルホールドスイッチＮ（Ｍ１１）をオンすることで、基準電圧ＶＣＬにセットされた時のノイズ信号をノイズ信号用ホールド容量（ＣＮ）に転送する。続いて（ｔ６８）で、信号ＴＮをローレベルとし、サンプルホールドスイッチＮ（Ｍ１１）をオフすることで、ノイズ信号のノイズ信号用ホールド用容量（ＣＮ）にノイズ信号がサンプルホールドされる。信号ＥＮ、信号ＰＣＬを（ｔ７０）および（ｔ６９）でローレベルとし、サンプリング駆動Ｓ１を終了する。サンプリング駆動は全画素を一括して行う。以降、撮影パルス入力タイミングに応じて、上記動作を繰り返す。

図３はＣＭＯＳ矩形半導体基板の内部構造の一例を模式的に示す図である。

３０１は矩形半導体基板で、チップセレクト端子ＣＳ，光信号出力端子Ｓ，ノイズ信号出力端子Ｎ、垂直走査回路スタート信号ＶＳＴ、垂直走査回路クロック端子ＣＬＫＶ、水平走査回路スタート信号端子ＨＳＴ、水平走査回路クロック端子ＣＬＫＨを有する。

３０３は横方向の画素群を選択し、垂直走査クロックＣＬＫＶに同期して画素群を順次副走査方向である垂直方向に走査する垂直走査回路である。３０４は垂直走査回路により選択された主査方向である横方向の画素群の列信号線を水平走査クロックＣＬＫＨに同期して順次１画素ずつ選択する水平走査回路である。３０２は図１に示した画素回路で、垂直水平走査回路３０３の出力線である行信号線３０５がイネーブルになることにより、列信号線３０６、３０７にサンプルホールドされた光信号電圧信号Ｓ、ノイズ電圧信号Ｎを出力する。列信号線３０６，３０７に出力された電圧信号を水平走査回路３０４が順次選択することにより、アナログ出力線３０８，３０９に各画素の電圧信号が順次出力される。

以上のように、矩形半導体基板は、垂直水平走査回路３０３、水平走査回路３０４を使用したＸＹアドレス方式によるスイッチング動作によって画素選択が行われ、トランジスタで増幅された各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎの電圧信号は、列信号線３０６，３０７、アナログ電圧出力線３０８，３０９を通してアナログ出力端子Ｓ，Ｎに出力される。

端子ＣＳはチップセレクト信号入力端子で、端子ＣＳをオンすることにより内部走査に従った撮像素子の光電圧信号Ｓ、ノイズ電圧信号Ｎがアナログ出力端子Ｓ、Ｎから出力される。サンプルホールド回路後段のＳ信号出力切り換えアナログスイッチ（転送スイッチＳ）、Ｎ信号出力切り換えアナログスイッチ（転送スイッチＮ）、光電圧信号Ｓ、ノイズ電圧信号Ｎの伝送路である列信号線３０６、３０７、列信号線を水平走査回路３０４の出力により切り換えるスイッチングトランジスタは、読み出し走査の伝送回路を構成している。

端子ＣＬＫＶは垂直走査回路のクロック、端子ＶＳＴは垂直走査回路のスタート信号である。垂直走査スタート信号ＶＳＴをハイにした後、垂直走査クロックＣＬＫＶを入力することにより、Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｍと行選択信号が順次イネーブルに入れ替わる。垂直走査が開始されたら垂直走査スタート信号ＶＳＴをローにする。端子ＣＬＫＨは水平走査回路のクロック、端子ＨＳＴは水平走査回路のスタート信号である。水平走査スタート信号ＨＳＴをハイにし、水平走査クロックＣＬＫＨを入力することにより、Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎと列選択信号が順次イネーブルに入れ替わる。水平走査が開始されたら水平走査スタート信号ＨＳＴをローにする。

垂直走査回路３０３の行選択信号Ｖ１出力がイネーブルになると行選択信号Ｖ１に接続する横１行の画素群（１，１）から（ｎ、１）が選択され、横１行の各画素からそれぞれの列信号線３０６、３０７にＳ，Ｎ電圧信号が出力される。水平走査回路３０４の列選択信号のイネーブルをＨ１，Ｈ２，・・・Ｈｎと順次切り換えることにより、横１行の画素のＳ，Ｎ電圧信号が順次アナログ信号出力線３０８、３０９を経由してアナログログ出力端子Ｓ、Ｎに出力される。行選択信号Ｖｍまで同様な水平走査を行うことにより、全画素の画素出力が得られる。

次に、図面を参照して本実施形態のシステムについて詳細に説明する。

図４は、本実施形態における、大面積フラットパネル式の放射線動画撮像装置（Ｘ線動画撮像装置）システム全体（放射線撮像システム）を示す模式的ブロック図である。

１００は、被写体を透過した放射線を検出する放射線検出部を有し、入射した放射線を電気信号に変換して放射線撮影画像を取得する放射線撮像装置１００である。連続爆射による放射線を検出することにより、放射線動画像を検出することも可能である。

１０１は、放射線撮像装置１００で取得された画像に対して所定の画像処理を行う画像処理装置及び、放射線撮影を制御するシステム制御装置１０１である。

１０２は、放射線撮像装置１００で取得された画像を表示する画像表示装置１０２である。

１０３は、Ｘ線の発生を制御するＸ線発生装置１０３である。

１０４は、被写体に対してＸ線を照射するＸ線管１０４である。

放射線撮影時には画像処理装置及びシステム制御装置１０１により、放射線撮像装置１００とＸ線発生装置１０３とが同期制御される。被写体を透過した放射線は、不図示のシンチレータにより可視光に変換され、光量に応じた光電変換後Ａ／Ｄ変換が行われる。そして、Ｘ線照射に対応したフレーム画像データが放射線撮像装置１００から画像処理装置１０１に転送され、画像処理が行われた後、画像表示装置１０２に放射線画像がリアルタイムに表示される。

１０９は撮影制御部１０９である。撮影制御部１０９は、画像処理装置１０１と制御コマンドの通信、同期信号の通信、画像処理装置１０１への画像データの送信をおこなう。また、撮影制御部１０９は、フラットパネルセンサの制御機能も兼ね備えており、フラットパネルセンサの駆動制御、撮影モード制御、放射線撮像装置１００内の複数のＡ／Ｄ変換装置からＡ／Ｄ変換されたブロックごとのデジタル画像データをフレームデータに合成し、画像処理装置１０１に転送する。

１１０はコマンド制御用通信ライン１１０である。画像処理装置１０１からは撮影制御部１０９への撮影モードの設定、各種パラメータの設定、撮影開始設定、撮影終了設定などが、撮影制御部１０９からは画像処理装置１０１へ放射線撮像装置の状態等が通信される。

１１１は画像データインターフェース１１１である。撮影された画像データは、データインターフェース１１１を介して、撮影制御部１０９から画像処理装置１０１へ送られる。

１１２はＲＥＡＤＹ信号で放射線撮像装置１００が撮影可能状態になったことを撮影制御部１０９から画像処理装置１０１へ伝える信号を示している。

１１３は外部同期信号で、画像処理装置１０１が撮影制御部１０９のＲＥＡＤＹ信号１１２を受け、撮影制御部１０９にＸ線曝射のタイミングを知らせる信号である。

１１４は曝射許可信号で、曝射許可信号１１４がイネーブルの間に画像処理装置１０１からＸ線発生装置１０３に曝射信号が送信され、Ｘ線発生装置１０４から曝謝されたＸ線が有効なＸ線として蓄積され、Ｘ線画像が形成される。

１０５はフラットパネルセンサ１０５である。フラットパネルセンサ１０５は、シリコン半導体ウエハから二次元の光電変換素子を短冊状に切り出したＣＭＯＳ型撮像素子である矩形半導体基板１０６が１２列×２行にマトリクス状にタイリングされて構成されている。横約２０ｍｍ、縦約１４０ｍｍの短冊状に切り出した矩形半導体基板１０６には、１６０μｍピッチで、横方向に画素が１２８画素、縦方向に画素が８９６画素形成されている。

フラットパネルセンサ１０５は、タイリングされた３枚の矩形半導体基板を１つのＡ／Ｄ変換器１０８の変換領域としてデジタル変換する。ここで、矩形半導体基板読み出しのＡ／Ｄ変換器１０８の変換クロックを２０ＭＨｚとする。Ａ／Ｄ変換１０８は、矩形半導体基板が３枚で構成される１つのＡ／Ｄ変換領域を、チップセレクトを切り換えながら領域内の矩形半導体基板を横方向に１ラインのＡ／Ｄ変換を行い、この変換を順次外側から中心部に向かって縦方向に繰り返す。

図５は、タイリングされた３枚の矩形半導体基板の画素データを１つのＡ／Ｄで読み出すためのタイムチャートを示す図である。

信号ＣＳ０〜ＣＳ３は矩形半導体基板のアナログ信号の出力を制御するチップセレクト信号である。図４の矩形半導体基板のアナログ出力信号に振られている番号は、タイムチャートのチップセレクト信号ＣＳの数字と１対１で対応している。たとえば、ＣＳ０が“Ｈ”の間は矩形半導体基板のアナログ出力信号番号“０”のアナログ出力が有効になり、次段の増幅器１０７に出力される。ＣＳ１が“Ｈ”の時はアナログ出力信号番号“１”のアナログ出力が有効になり、次段の増幅器１０７に出力される。ＣＳ０はアナログ出力信号番号“０”の矩形半導体基板に接続され、ＣＳ１はアナログ出力信号番号“１”の矩形半導体基板に接続され、ＣＳ２はアナログ出力信号番号“２”の矩形半導体基板に接続され、ＣＳ３はアナログ出力信号番号“３”の矩形半導体基板に接続されている。

画像の読み出しは、まずチップセレクトＣ０が選択される。

垂直走査スタート信号ＶＳＴがハイの状態で、垂直走査クロックＣＬＫＶが立ち上がると、図３の垂直走査回路の行信号線Ｖ１がイネーブルとなり、行信号Ｖ１で選択される画素群（１，１）から（ｎ，１）の出力が有効になり、列信号線に画素群（１，１）から（ｎ，１）の各画素の画素電圧信号が出力される。

水平走査スタート信号ＨＳＴがハイの状態で、水平走査クロックＣＬＫＨが立ち上がると、水平走査回路の列選択行信号Ｈ１がイネーブルとなる。ＣＬＫＨの立ち上がりに同期して、水平走査回路の列選択行信号がＨ２，・・Ｈｎと切り換わり、画素を（１，１）から順番に（ｎ，１）まで選択し、水平方向のチップセレクトＣ０で選択された矩形半導体基板の横方向画素群の走査を終了する。Ａ／Ｄ変換はＣＬＫＨに同期して行われる。次にチップセレクトをＣ１に切り換え同様に水平走査を行い、Ｃ２も同様に水平走査を行うことにより、３枚の矩形半導体基板の、横１ラインに配列した画像群の読み出しを終了する。

以降、ＣＬＫＶにより垂直走査回路の行信号線を順次切り換えながら、同様に水平走査をＶｍまで行うことにより、矩形半導体基板３枚の全画素の読み出しが完了する。

図６は、ＣＭＯＳ型矩形半導体基板内の画素加算回路の回路図および模式的構成図である。図６（ａ）は図１の画素回路を２回路分簡略した回路に画素加算回路を挿入した回路例である。実際の回路はＳ信号、Ｎ信号それぞれ画素加算回路が構成されているが、図６ではＳ信号、Ｎ信号のサンプルホールド回路は説明簡略化のため片方のみ記載している。

１６０、１６１は、それぞれの回路のフォトダイオードである。フォトダイオード１６０、１６１は、図１のフォトダイオードＰＤに該当する。

１６２、１６３、１６６、１６７、１７２、１７３はそれぞれの回路のソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（画素アンプ）である。１６２、１６３は図１の画素アンプ１（Ｍ４）に該当し、１６６、１６７は図１の画素アンプ２（Ｍ７）に該当する。そして、１７２、１７３は図１の画素アンプＳ（Ｍ１０）もしくは画素アンプＮ（Ｍ１３）に該当する。１６４、１６５はそれぞれの回路のクランプ容量であり、図１のクランプ容量（Ｃｃｌ）にあたる。

１６８、１６９は、それぞれの回路の光信号もしくはノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する、サンプルＭＯＳトランジスタ（サンプルスイッチ）である。１６８、１６９は図１のサンプルホールドスイッチＳ（Ｍ８）もしくはサンプルホールドスイッチＮ（Ｍ１１）に該当する。

１７０、１７１は光信号用もしくはノイズ信号用ホールド容量である。光信号用もしくはノイズ信号用ホールド容量１７０、１７１は、図１の光信号用ホールド容量（ＣＳ）もしくはノイズ信号用ホールド容量（ＣＮ）に該当する。１５０および１５１は画素加算回路を構成する加算用ＭＯＳトランジスタ（加算スイッチ）である。

図６（ｂ）は、矩形半導体基板の１画素分の画素回路を“□”で表した画素加算回路を示す。

図６（ａ）の点線で囲まれた部分と図６（ｂ）の点線で囲まれた部分は同じ回路部を示している。図６（ｂ）に示すように、隣り合う画素ごとの光信号もしくはノイズ信号用ホールド容量を接続し、画素加算を行う。これにより画素情報を捨てることなく走査する画素を減らし、より高速なフレームレートでの信号の読み出しを可能としている。

図６（ｂ）では、信号ＡＤＤ０をハイレベル、信号ＡＤＤ１をローレベルにすると、２×２の画素加算を行う。信号ＡＤＤ０をハイレベル、信号ＡＤＤ１をハイレベルにすると４×４の画素加算を行う。この機能は、アナログ的にビニングを実施しているので、アナログビニング機能と呼ばれる。

また、撮影部内のＦＰＧＡ内にて、読み出し画像をデジタル的に加算平均する機能も有する。加算平均の領域としては、例えば、２×２画素の加算平均や、４×４画素の加算平均を有する。この機能は、デジタルビニング機能と呼ばれる。デジタルビニング機能は、ｎ×ｎ画素の加算平均処理により、ランダムノイズ量が１／ｎに低減されることが知られている。

また、本ＣＭＯＳ型センサは、画素の非破壊読み出しが可能なので、ランダムノイズ低減の目的で、非破壊読み出し回数がシステム制御装置からの指示によって設定される機能を備える。

読み出し画素値の加算平均処理は撮影部内ＦＰＧＡによって実施され、１回目の非破壊読み出しの画素値をＰＸ１、ｎ回目の非破壊読み出しの画素値をＰＸｎとすると、非破壊読み出しｎ回時の画素値ＰＸは、

となる。理論的には、非破壊読み出しｎ回により、ランダムノイズ量が１／√ｎに低減され、Ｓ／Ｎ比が向上することが知られている。しかしながら、現実には、ランダムノイズの発生は完全にランダムにならず、所定回数以上に非破壊読み出し回数を増やしても、ランダムノイズが低減されない場合がある。特に、動画撮影の場合には、各単位フレーム内で４、５回程度の非破壊読み出しを行えば、十分である場合が多い。よって、動画撮影の場合には、非破壊の読み出し回数の設定に上限値を設け、上限値以下の範囲で非破壊の読み出し回数の設定を設定出来るようにすれば良い。

また、ある特定のセンサ領域（エリアサイズ設定）を読出し、画像出力する機能も有する。例えば、撮影対象によっては、通常より狭い撮影領域でも問題ない場合がある。よって、画像サイズを小さく、画像転送時間を短くする目的で、本機能が利用される。

図７は、本実施形態における放射線撮像装置１００の処理を示す処理フローである。

（Ｓ１）Ｓ１では、電源オンにより放射線撮像装置１００が起動する。

（Ｓ２）Ｓ２では、放射線撮像装置１００とシステム制御装置１０１との間でコマンド通信ラインの確立が実施される。

通信ラインの確立は、通信仕様に応じて実施され、例えば通信ＩＣ間のリンク確立作業である。また、イーサネット（登録商標）通信においては、ＩＰアドレスを指定してのポートリンク確立作業になる。

（Ｓ３）Ｓ３では、コマンド通信ラインが確立後、システム制御装置１０１から放射線撮像装置１００が撮影部状態遷移コマンドを受信する。

放射線撮像装置１００は、省電力の目的で、アナログ系電源がオフになっているスリープ状態、アナログ系電源がオンになっているレディー状態、センサリセット駆動の繰り返しにより撮影可能状態となっているエクスポレディー状態等、幾つかの撮影部状態を有する。これを、システム制御装置１０１からのコマンドに応じて、順に状態遷移させていく。

（Ｓ４）Ｓ４では、Ｓ３と同様に、システム制御装置１０１から放射線撮像装置１００が撮影モード設定コマンドを受信する。撮影モード設定コマンドの撮影モード設定パラメータには、非破壊読み出し回数、アナログビニング設定、デジタルビニング設定、ゲイン設定、蓄積時間設定、フレームレート設定、などの設定要求が含まれる。また、放射線撮像装置１００内の温度によって上記各種設定を変更してもよい。なお、撮影モード設定コマンドのタイミングは、前記撮影部状態を遷移させる過程の任意、若しくは、規定のタイミングとする。

（Ｓ５）Ｓ５では、放射線撮像装置１００は、撮影モード設定コマンド受信を受けて、画像転送系の動作可能な最高フレームレート（ＦＰＳｔｍａｘ）を算出する。

具体的には、撮影部の横方向画素数をｎ、縦方向画素数をｍ、画素転送クロック周波数をｔｋ（ＭＨｚ）、アナログビニング設定をａｂ（２×２ビニングならａｂ＝２、４×４ビニングならａｂ＝４）とし、デジタルビニング設定をｄｂ（２×２ビニングならｄｂ＝２、４×４ビニングならａｂ＝４）とし、

より算出する。なお、画像転送動作において、インターバルが存在する場合は、それも加味してＦＰＳｔｍａｘを算出する。また、メモリアクセス含む画像処理系動作が影響する場合は、それも加味する。

（Ｓ６）Ｓ６では、センサ読み出し系の最高フレームレート（ＦＰＳｒｍａｘ）の算出を行う。最初に、画素読み出し時間（ｒｔ）を算出する。センサ１チップの横方向画素数をｎ１、センサ１チップの縦方向画素数をｍ１、非破壊読み出し回数をｎｄｒ、アナログビニング設定をａｂ（２×２ビニングならａｂ＝２、４×４ビニングならａｂ＝４）、センサ読み出しクロックをｓｋ（ＭＨｚ）とすると

となる。なお、画素読み出し時間において、インターバルが存在する場合は、それも加味してｒｔを算出する。

蓄積時間設定をｔｔ、サンプリング駆動に有する時間をｓｔとすると、センサ読み出し系の最高フレームレート（ＦＰＳｒｍａｘ）は、

となる。なお、センサ読み出し系において、インターバルが存在する場合は、それも加味してＦＰＳｒｍａｘを算出する。また、メモリアクセス含む画像処理系動作が影響する場合は、それも加味する。

（Ｓ７）Ｓ７では、Ｓ５にて算出したＦＰＳｔｍａｘと、Ｓ６で算出したＦＰＳｒｍａｘとを比較する。ＦＰＳｔｍａｘの方が大きかった場合、すなわち、ＦＰＳｒｍａｘでフレームレートが律速している場合は、撮影部の動作可能な最大フレームレートＦＰＳｍａｘをＦＰＳｒｍａｘとする（Ｓ８）。一方、ＦＰＳｒｍａｘの方が大きかった場合は、ＦＰＳｔｍａｘでフレームレートが律速していることになるので、撮影部の動作可能な最大フレームレートＦＰＳｍａｘをＦＰＳｔｍａｘとする（Ｓ９）。

（Ｓ１０）Ｓ１０では、算出されたＦＰＳｍａｘと、撮影モード設定コマンドより受け取ったフレームレート設定（ＦＰＳｓｅｔ）とを比較する。ここで、

の関係が成り立っていない、すなわち、制御装置から指定されたフレームレート設定ではでは撮影動作不可能な場合（単位フレーム内の読み出し可能時間内に所望の回数非破壊読み出しを行うことが出来ない）は、判定ＮＧ通知行い（Ｓ１２）、再び撮影モードの設定コマンド受信へと戻る。

フレームレート判定がＯＫだった場合は（Ｓ１１）、指定されたフレームレートでの撮影可能が確認されたので、撮影パルス入力に応じた撮影動作へと移行する。撮影パルス信号の入力周期は、判定ＯＫとなったフレームレート以下であれば撮影動作可能である。尚、上記フローの処理は、各種制御プログラム（コンピュータ）が格納された、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を有する一般的なパーソナルコンピュータ代用することも可能である。

以上の処理により、指定フレームレートでの撮影動作が可能であるかが予め確認可能となり、所望のフレームレートが達成できない不具合が発生しない、信頼性の高い放射線撮像装置の提供が可能となる。

また、動作可能判定において、実施例に記載のパラメータは一例であり、他にもフレームレートに影響するパラメータが存在する時は、そのパラメータも考慮して判定通知を行うことが可能である。

また、撮影動作時の撮影パルス信号は、制御装置から入力される形でなく、撮影部内部で生成する形でもよい。その場合は、判定ＯＫとなった後、撮影開始コマンドを受信することにより、設定されたフレームレートにて撮影動作が実施される。上記判定結果は、不図示の表示制御手段により表示手段（モニタなど）に表示しても良い。

Claims (11)

1. 入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出手段と、
   前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、
   前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、
   前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記判定手段は、前記非破壊読み出しの読み出し間隔の設定と、アナログビニング設定と、デジタルビニング設定と、ゲイン設定と、読み出しエリアサイズ設定と、前記蓄積時間設定と、放射線検出手段の温度との少なくともいずれか一つに基づき、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記設定手段は、非破壊読み出し回数の上限値を取得し、当該上限値以下で、前記非破壊読み出し回数を設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 更に、前記判定手段による判定結果を表示手段に表示させる表示制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
5. 前記取得手段は、前記放射線動画像を外部に転送する際の最高フレームレートと、前記放射線検出手段の読み出しの最高フレームレートとに基づき、前記フレームレートの設定要求を取得することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
6. 更に、前記放射線動画像を外部装置に転送する転送手段を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
7. 入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出手段と、
   前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、
   前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、
   前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置と、
   前記放射線撮像装置に対して、前記フレームレートの設定要求の送信する送信手段と、
   前記放射線撮像装置から前記放射線動画像を取得する取得手段と、を有することを特徴とする制御装置とから構成される放射線撮像システム。
8. 放射線検出手段に、入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得させる放射線検出工程と、
   取得手段が、前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得工程と、
   設定手段が、前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定工程と、
   出力手段が、前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力工程と、を有することを特徴とする放射線撮像方法。
9. コンピュータを、
   放射線検出手段で、入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出制御手段と、
   前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、
   前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、
   前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
10. コンピュータを、
    放射線検出手段で、入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出制御手段と、
    前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、
    前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を設定する設定手段と、
    前記設定要求されたフレームレートにおいて、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置として機能させるためのコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
11. 入射した放射線を電気信号に変換して放射線画像を取得する放射線検出手段と、
    前記放射線検出手段で放射線動画像を取得する際のフレームレートの設定要求を取得する取得手段と、
    前記放射線動画像に対するＳ／Ｎ比の要求により定められた、前記放射線検出手段による単位フレームごとの非破壊読み出し回数を取得する取得手段と、
    前記設定要求されたフレームレートの単位フレーム内の読み出し可能時間よりも、前記非破壊読み出し回数の読み出し時間が小さい場合、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能であると判定し、
    前記設定要求されたフレームレートの単位フレーム内の読み出し可能時間よりも、前記非破壊読み出し回数の読み出し時間が大きい場合、前記非破壊読み出し回数の読み出しが可能でないと判定する判定手段と、
    前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置。

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