JP5368817B2

JP5368817B2 - 医療用ｘ線撮像システム

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Publication number: JP5368817B2
Application number: JP2009026471A
Authority: JP
Inventors: 治通森; 竜次久嶋; 一樹藤田
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Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2013-12-18
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Description

本発明は、医療用Ｘ線撮像システムに関するものである。

医療用のＸ線撮影において、近年、Ｘ線感光フィルムに代えて、Ｘ線撮像装置を使用したＸ線イメージングシステムが広く用いられるようになってきた。こうしたＸ線イメージングシステムは、Ｘ線感光フィルムのように現像の必要がなく、リアルタイムにＸ線画像を確認することができるなど利便性が高く、データの保存性や取扱いの容易性の面でも優位な点を有する。歯科の診断におけるＸ線撮影においても、パノラマ、セファロ、ＣＴといった各種の撮像モードにおいてこのようなＸ線イメージングシステムが使用されつつある。

歯科用のＸ線撮像システムの場合、Ｘ線撮像装置に要求される撮像領域の形状が、上述した各種の撮像モードによって異なる場合がある。すなわち、ＣＴ撮影に使用される撮像領域（以下、第１の撮像領域）には横方向に十分な幅が要求され、上下方向にも或る程度の幅が要求される。また、パノラマ撮影やセファロ撮影に使用される撮像領域（以下、第２の撮像領域）には上下方向に十分な幅が要求される。しかし、これらの要求を満たす複数のＸ線撮像装置を用意すると、Ｘ線撮像システムが大型化したり、或いは撮像モードを変更する際にＸ線撮像装置の交換が必要となり手間がかかるといった問題が生じる。したがって、第１及び第２の撮像領域に関するこれらの要求を一つのＸ線撮像装置により解決できることが好ましい。

例えば特許文献１には、Ｘ線発生部とＸ線検出部とを備えた歯科診断用のＸ線撮影装置が開示されている。このＸ線撮影装置では、Ｘ線細隙ビームとＸ線広域ビームとを選択的に切り替えて発生できるように、細溝状スリット又は矩形状スリットを介してＸ線が照射される。Ｘ線細隙ビームはパノラマ撮影やセファロ撮影等に使用され、Ｘ線広域ビームはＣＴ撮影等に使用される。そして、この特許文献１には、細溝状スリットを通過したＸ線細隙ビーム、及び矩形状スリットを通過したＸ線広域ビームの双方を一つの固体撮像素子によって撮影することが記載されている。

また、このような医療用のＸ線撮像システムに用いられる固体撮像装置としては、ＣＭＯＳ技術を用いたものが知られており、その中でもパッシブピクセルセンサ（ＰＰＳ： Passive Pixel Sensor）方式のものが知られている。ＰＰＳ方式の固体撮像装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むＰＰＳ型の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列された受光部を備え、各画素において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を積分回路において容量素子に蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力するものである。

一般に、各列のＭ個の画素それぞれの出力端は、その列に対応して設けられている読出用配線を介して、その列に対応して設けられている積分回路の入力端と接続されている。そして、各画素のフォトダイオードで発生した電荷は、第１行から第Ｍ行まで順次に行毎に、当該列に対応する読出用配線を通って積分回路に入力され、その積分回路から電荷量に応じた電圧値が出力される。

国際公開第２００６／１０９８０８号パンフレット

前述したように、歯科用のＸ線撮像システムの場合、固体撮像装置に要求される撮像領域の形状がパノラマやＣＴといった各種の撮像モードによって異なる場合があり、これらの撮像モードを一つの固体撮像装置により実現できることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、これらの撮像モードにおけるＸ線ビームを一つの固体撮像装置によって撮影するものの、横方向に十分な幅を有し且つ上下方向にも或る程度の幅を有するＣＴ用の第１の撮像領域と、上下方向に十分な幅を有するパノラマ用の第２の撮像領域とを一つの受光面内に収める為には、上下方向および横方向の双方において十分な幅を有する広い受光面が必要となる。しかし、固体撮像装置の受光部の材料となる半導体ウェハの大きさ等の制約により、このような広い受光面を有する固体撮像装置を生産できない場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、少なくとも二つの撮像モードを有する医療用のＸ線撮像システムにおいて、該二つの撮像モードを一つの固体撮像装置によって実現し、且つ固体撮像装置の受光面に要求される面積の増加を抑えることを目的とする。

本発明に係る医療用Ｘ線撮像システムは、被検者の顎部の周囲を移動しつつＸ線像を撮像する固体撮像装置を備え、少なくとも二つの撮像モードを有する医療用Ｘ線撮像システムであって、固体撮像装置が、フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る矩形状の受光面を有する受光部と、各列毎に配設され、対応する列の画素に含まれるフォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、各画素の読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、信号読出部における電圧値の出力動作を制御して、各画素のフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部から出力させる制御部と、入射したＸ線に応じてシンチレーション光を発生してＸ線像を光像へと変換し、該光像を受光部へ出力するシンチレータとを有し、固体撮像装置を受光面に垂直な軸線周りに回転可能に支持するとともに、二つの撮像モードのうち一方の撮像モードの際には固体撮像装置の移動方向に受光部の行方向または列方向が沿うように、また、二つの撮像モードのうち他方の撮像モードの際には固体撮像装置の移動方向に対し受光部の行方向および列方向の双方が傾斜するように、固体撮像装置の回転角を制御する回転制御部を更に備えることを特徴とする。

本発明に係る医療用Ｘ線撮像システムにおいては、固体撮像装置の受光部が矩形状の受光面を有しており、この固体撮像装置は、回転制御部によって受光面に垂直な軸線周りに回転可能に支持されている。そして、二つの撮像モードのうち一方の撮像モードの際には、固体撮像装置の移動方向に受光部の行方向または列方向が沿うように固体撮像装置の回転角が制御される。この一方の撮像モードを例えばＣＴ撮影モードとした場合、行方向および列方向のうち一方に十分な幅を有し且つ他方にも或る程度の幅を有する受光面を備える固体撮像装置を使用し、行方向および列方向のうち十分な幅を有する方向が固体撮像装置の移動方向に沿うように固体撮像装置の回転角を制御することで、上述した第１の撮像領域を好適に実現できる。

また、他方の撮像モードを例えばパノラマ撮影モードやセファロ撮影モードとした場合、前述したように上下方向に十分な幅を有する第２の撮像領域が要求される。受光面の面積を拡げることなくこのような要求を満足するためには、例えば、上述した固体撮像装置を９０°回転させて、受光面の長手方向を上下方向と一致させることも考えられる。しかしながら、第２の撮像領域に要求される上下方向の幅が、第１の撮像領域の要求を満足する受光面の長手方向の幅をもってしても足りない場合がある。例えば、現在のＣＴ撮影において一般的に要求される撮像領域の横幅は１２ｃｍ程度であるが、パノラマ撮影において一般的に要求される撮像領域の上下幅は１５ｃｍ程度である。

そこで、本発明に係る医療用Ｘ線撮像システムにおいては、他方の撮像モードの際、固体撮像装置の移動方向に対し受光部の行方向および列方向の双方が傾斜するように固体撮像装置の回転角を制御する。受光面の形状が矩形状なので、このように固体撮像装置の移動方向に対して受光部を斜めにすることによって、受光面の上下方向の幅を広く（例えば対角線の長さに）することができる。すなわち、第２の撮像領域に要求される上下方向の幅と比べて受光面の長手方向の幅が短くても、第２の撮像領域の要求幅を満足することが可能となる。したがって、本発明によれば、少なくとも二つの撮像モードを有する医療用のＸ線撮像システムにおいて、該二つの撮像モードを一つの固体撮像装置によって実現するとともに、固体撮像装置の受光面に要求される面積の増加を抑えることができる。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、制御部が、他方の撮像モードの際に、Ｍ×Ｎ個の画素のうち所定の方向を長手方向とする撮像領域を構成する画素から選択的に電圧値が読み出されるように信号読出部の出力動作を制御し、所定の方向が、受光部の行方向および列方向の双方に対して傾斜し、且つ固体撮像装置の移動方向と交差することを特徴としてもよい。このように、受光部の行方向および列方向の双方に対して傾斜し、且つ固体撮像装置の移動方向と交差する方向を長手方向とする撮像領域は、他方の撮像モードにおける撮像領域として好適である。また、信号読出部の出力動作がこのように制御される場合、所定の方向が固体撮像装置の移動方向に対して直交することが好ましく、撮像領域が受光部の対角線上の領域であることが好ましい。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、制御部が、他方の撮像モードにおいて信号読出部の出力動作を制御する際に、受光部のＮ列それぞれに対応して保持された電圧値のうち、連続するＮ_１列（Ｎ_１＜Ｎ）に対応して保持された電圧値を信号読出部から出力させ、且つ、受光部における該Ｎ_１列の位置を、一又は複数の行に対応する電圧値を読み出す度に一定列数ずつシフトさせることを特徴としてもよい。制御部が、信号読出部の出力動作を例えばこのように制御することにより、上記した所定の方向を長手方向とする撮像領域を構成する画素から電圧値を選択的に読み出すことができる。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、受光部における行数Ｍが列数Ｎより小さく、受光面の形状が行方向を長手方向とする長方形状であることを特徴としてもよい。この医療用Ｘ線撮像システムでは読出用配線が各列毎に配設されているので、受光部をこのように構成することにより、読出用配線の配設方向と受光面の短手方向とが一致することとなる。したがって、各フレームにおいて読出用配線から電荷を読み出す対象となる画素（フォトダイオード）の数を少なくできるので、フレームレート（単位時間当たりに出力されるフレームデータの個数）をより速くすることができる。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、固体撮像装置の回転中心が、矩形状の受光部における四つの角部のうち一つの角部に位置しており、一つの角部が二つの撮像モードの双方において被検者に対し下顎側に位置するように固体撮像装置が回転することを特徴としてもよい。固体撮像装置が被検者の顎部の周囲を移動しつつＸ線像を撮像する際、被検者の下顎部を支持台の上に載せることにより被検者の頭部の位置を固定することが多く、このような場合には被検者の顎部の高さ位置の基準は顎の下端となる。この医療用Ｘ線撮像システムによれば、二つの撮像モードにおける受光面の下端の高さを、回転中心となる角部の高さで互いに一致させることができる。したがって、二つの撮像モードにおける受光面の高さと被検者の顎部の高さとを精度良く合わせることができる。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、制御部が、他方の撮像モードの際に、一方の撮像モードと比べて、信号読出部から出力される電圧値に基づくフレームデータにおける読出し画素ピッチを小さくし、単位時間当たりに出力されるフレームデータの個数であるフレームレートを速くし、信号読出部における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを大きくすることを特徴としてもよい。これにより、ＣＴやパノラマといった各撮像モードに適した動作を行うことができる。

また、医療用Ｘ線撮像システムは、一方の撮像モードは歯科用Ｘ線撮影におけるＣＴ撮影を行う撮像モードであり、他方の撮像モードは歯科用Ｘ線撮影におけるパノラマ撮影を行う撮像モードであることが好適である。

本発明によれば、少なくとも二つの撮像モードを有する医療用のＸ線撮像システムにおいて、該二つの撮像モードを一つの固体撮像装置によって実現し、且つ固体撮像装置の受光面に要求される面積を小さくすることができる。

第１実施形態に係るＸ線撮像システム１００の構成図である。被写体Ａ（被検者の顎部）の上方から見て、固体撮像装置１が被写体Ａの周囲を旋回移動する様子を示す図である。固体撮像装置１の一部を切り欠いて示す平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った固体撮像装置１の側断面図である。撮像モードに応じた固体撮像装置１の角度位置、および受光部１０における撮像領域を示す図である。（ａ）ＣＴ撮影といった撮像モード（第１撮像モード）における、固体撮像装置１の角度位置と受光部１０の撮像領域１０ａとを示す図である。（ｂ）パノラマ撮影やセファロ撮影といった撮像モード（第２撮像モード）における、固体撮像装置１の角度位置と受光部１０の撮像領域１０ｂとを示す図である。図５（ｂ）に示した撮像領域１０ｂを更に詳しく示す図である。（ａ）シリコンウェハＷにおいて受光部１０の為に正方形の面付けを行った様子を示す図である。（ｂ）シリコンウェハＷにおいて受光部１０の為に長方形の面付けを行った様子を示す図である。走査シフトレジスタ４０から受光部１０の各行毎に配設された行選択用配線に断線Ｑ_１が発生し、信号読出部２０から各列毎に配設された読出用配線に断線Ｑ_２が発生した様子を示す図である。（ａ）受光部１０の行方向と固体撮像装置１の移動方向Ｂとが直交するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合に、受光部１０の或る行において欠陥画素Ｐｄ_１が発生し、或る列において欠陥画素Ｐｄ_２が発生した状態を示す図である。（ｂ）受光部１０の行方向および列方向の双方が固体撮像装置１の移動方向Ｂに対して傾斜するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合に、図９（ａ）と同様の欠陥画素Ｐｄ_１，Ｐｄ_２が発生した状態を示す図である。受光部を回転させずに使用する従来の固体撮像装置における電荷読み出し方式を示す図である。（ａ）信号読出部１２０を撮像領域１１０ａの長手方向に沿って配置した場合を示している。（ｂ）信号読出部１２０を撮像領域１１０ｂの長手方向に沿って配置した場合を示している。（ａ）受光部１３０の短手方向に沿って信号読出部１４０を配置した場合における電荷読み出し方式を示す図である。（ｂ）第１実施形態に係る固体撮像装置１の電荷読み出し方式を示す図である。固体撮像装置１の回転中心（図１に示した軸線Ｃ）の位置に応じた、受光部１０の回転の様子を示す図である。（ａ）受光部１０の中心Ｅを固体撮像装置１の回転中心とした場合を示している。（ｂ）矩形状の受光部１０における四つの角部のうち一つの角部Ｆを固体撮像装置１の回転中心とし、第１撮像モード及び第２撮像モードを通じて角部Ｆが他の角部に対して下方に位置するように固体撮像装置１を回転させた場合を示している。正方形状の受光部１０と、線状の撮像領域１０ｂとを示す平面図である。正方形状の受光部１０と、面状の撮像領域１０ｂとを示す平面図である。図１４に示した受光部１０による撮像の様子を被写体Ａの上方から見た図である。第１実施形態に係る固体撮像装置１の内部構成を示す図である。第１実施形態に係る固体撮像装置１の画素Ｐ_ｍ，ｎ，積分回路Ｓ_ｎおよび保持回路Ｈ_ｎそれぞれの回路図である。第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作を説明するタイミングチャートである。第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作を説明するタイミングチャートである。第１実施形態に係る固体撮像装置１の構成の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態として、医療用Ｘ線撮像システム１００の構成を示す図である。本実施形態のＸ線撮像システム１００は、主に歯科医療におけるパノラマ撮影、セファロ撮影、ＣＴ撮影といった撮像モードを備えており、被検者の顎部のＸ線像を撮像する。Ｘ線撮像システム１００は、固体撮像装置とＸ線発生装置とを備えており、Ｘ線発生装置から出力されて被写体Ａ（すなわち被検者の顎部）を透過したＸ線を固体撮像装置により撮像する。

この図に示されるＸ線撮像システム１００は、固体撮像装置１と、Ｘ線発生装置１０６と、固体撮像装置１を回転可能に支持する回転制御部１０８とを備えている。

Ｘ線発生装置１０６は、被写体Ａに向けてＸ線を発生する。Ｘ線発生装置１０６から発生したＸ線の照射野は、一次スリット板１０６ｂによって制御される。Ｘ線発生装置１０６にはＸ線管が内蔵されており、そのＸ線管の管電圧、管電流および通電時間などの条件が調整されることによって、被写体ＡへのＸ線照射量が制御される。また、Ｘ線発生装置１０６は、一次スリット板１０６ｂの開口範囲が制御されることで、或る撮像モードのときに所定の拡がり角でＸ線を出力し、別の撮像モードではこの所定の拡がり角より狭い拡がり角でＸ線を出力することができる。

固体撮像装置１は、２次元配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像装置であり、被写体Ａを通過したＸ線像を電気的な画像データＤに変換する。固体撮像装置１の前方には、Ｘ線入射領域を制限する二次スリット板１０７が設けられる。回転制御部１０８は、固体撮像装置１を、固体撮像装置１の受光面１１に垂直な軸線Ｃ周りに回転可能に支持し、ＣＴ撮影やパノラマ撮影、セファロ撮影といった撮像モードに応じた所定の角度位置に固体撮像装置１を回転させる。

Ｘ線撮像システム１００は、旋回アーム１０４を更に備えている。旋回アーム１０４は、Ｘ線発生装置１０６と固体撮像装置１とを互いに対向させるように保持して、ＣＴ撮影やパノラマ撮影、或いはセファロ撮影の際にこれらを被写体Ａの周りに旋回させる。また、リニア断層撮影の際には、固体撮像装置１を被写体Ａに対して直線変位させるためのスライド機構１１３が設けられる。旋回アーム１０４は、回転テーブルを構成するアームモータ１０９によって駆動され、その回転角度が角度センサ１１２によって検出される。また、アームモータ１０９は、ＸＹテーブル１１４の可動部に搭載され、回転中心が水平面内で任意に調整される。

固体撮像装置１から出力される画像データＤは、ＣＰＵ（中央処理装置）１２１にいったん取り込まれた後、フレームメモリ１２２に格納される。フレームメモリ１２２に格納された画像データから、所定の演算処理によって任意の断層面に沿った断層画像やパノラマ画像が再生される。再生された断層画像やパノラマ画像は、ビデオメモリ１２４に出力され、ＤＡ変換器１２５によってアナログ信号に変換された後、ＣＲＴ（陰極線管）などの画像表示部１２６によって表示され、各種診断に供される。

ＣＰＵ１２１には、信号処理に必要なワークメモリ１２３が接続され、さらにパネルスイッチやＸ線照射スイッチ等を備えた操作パネル１１９が接続されている。また、ＣＰＵ１２１は、アームモータ１０９を駆動するモータ駆動回路１１１、一次スリット板１０６ｂ及び二次スリット板１０７の開口範囲を制御するスリット制御回路１１５及び１１６、並びにＸ線発生装置１０６を制御するＸ線制御回路１１８にそれぞれ接続され、さらに、固体撮像装置１を駆動するためのクロック信号を出力する。Ｘ線制御回路１１８は、固体撮像装置１により撮像された信号に基づいて、被写体へのＸ線照射量を帰還制御する。

図２は、被写体Ａ（被検者の顎部）の上方から見て、固体撮像装置１が被写体Ａの周囲を旋回移動する様子を示す図である。なお、この図では、固体撮像装置１の軌跡を一点鎖線で示している。固体撮像装置１は、旋回アーム１０４によって、被写体Ａを中心とし水平面に沿った周方向（図中の矢印Ｂ）に移動しながら、被写体Ａを通過したＸ線像の撮像を行う。この際、固体撮像装置１の受光面１１が常に被写体Ａと対向するように、固体撮像装置１の向きが設定される。

図３及び図４は、本実施形態における固体撮像装置１の構成を示す図である。図３は固体撮像装置１の一部を切り欠いて示す平面図であり、図４は図３のIV−IV線に沿った固体撮像装置１の側断面図である。なお、図３及び図４には、理解を容易にするためＸＹＺ直交座標系を併せて示している。

図３に示すように、固体撮像装置１は、半導体基板３の主面に作り込まれた受光部１０、信号読出部２０、Ａ／Ｄ変換部３０および走査シフトレジスタ４０を備えている。なお、受光部１０、信号読出部２０、Ａ／Ｄ変換部３０および走査シフトレジスタ４０は、それぞれ別個の半導体基板上に形成されていても良い。また、図４に示すように、固体撮像装置１は、半導体基板３の他、平板状の基材２、シンチレータ４およびＸ線遮蔽部５を備えている。半導体基板３は基材２に貼り付けられ、シンチレータ４は半導体基板３上に配置されている。シンチレータ４は、入射したＸ線に応じてシンチレーション光を発生してＸ線像を光像へと変換し、この光像を受光部１０へ出力する。シンチレータ４は受光部１０を覆うように設置されるか、或いは受光部１０上に蒸着により設けられる。Ｘ線遮蔽部５は、Ｘ線の透過率が極めて低い鉛等の材料からなる。Ｘ線遮蔽部５は半導体基板３の周縁部を覆っており、信号読出部２０等へのＸ線の入射を防止する。

受光部１０は、Ｍ×Ｎ個の画素ＰがＭ行Ｎ列に２次元配列されることにより構成されている。なお、図３において、列方向はＸ軸方向と一致し、行方向はＹ軸方向と一致する。Ｍ，Ｎそれぞれは２以上の整数であり、Ｍ＜Ｎを満たすことが好ましい。すなわち、受光部１０における行方向の画素Ｐの数は、列方向の画素Ｐの数より多いことが好ましい。その場合、受光部１０の受光面は、行方向（Ｙ軸方向）を長手方向とし、列方向（Ｘ軸方向）を短手方向とする長方形状を呈する。各画素Ｐは、例えば１００μｍピッチで配列されており、ＰＰＳ方式のものであって共通の構成を有している。

なお、半導体基板３において、受光部１０の周囲にも画素が形成されているが、このような画素はＸ線遮蔽部５によって覆われていて、光が入射せず電荷が発生しないので、撮像には寄与しない。本実施形態の受光部１０は、撮像の為の有効な画素として、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素Ｐを含むものである。換言すれば、本実施形態の半導体基板３において受光部１０となる領域は、Ｘ線遮蔽部５の開口５ａによって規定される。

信号読出部２０は、受光部１０の各画素Ｐから出力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する。ＡＤ変換部３０は、信号読出部２０から出力された電圧値を入力し、その入力した電圧値（アナログ値）に対してＡ／Ｄ変換処理して、その入力電圧値に応じたデジタル値を出力する。走査シフトレジスタ４０は、各画素Ｐに蓄積された電荷が行毎に信号読出部２０へ順次出力されるように各画素Ｐを制御する。

このような固体撮像装置１を備えるＸ線撮像システム１００は、前述したように、ＣＴ撮影、パノラマ撮影、及びセファロ撮影といった撮像モードを備えている。そして、固体撮像装置１は、受光面に垂直な軸線周りに回転可能なように回転制御部１０８によって支持されており、撮像モードに応じた所定の角度位置に制御される。また、固体撮像装置１は、受光部１０における撮像領域（受光部１０のうち撮像データに寄与する領域）を撮像モードに応じて変更する機能を有する。

ここで、図５は、撮像モードに応じた固体撮像装置１の角度位置、および受光部１０における撮像領域を示す図である。図５（ａ）は、ＣＴ撮影といった撮像モード（第１撮像モード）における、固体撮像装置１の角度位置と受光部１０の撮像領域１０ａとを示す図である。また、図５（ｂ）は、パノラマ撮影やセファロ撮影といった撮像モード（第２撮像モード）における、固体撮像装置１の角度位置と受光部１０の撮像領域１０ｂとを示す図である。なお、図５（ａ），（ｂ）において、矢印Ｂは旋回アーム１０４（図１参照）による固体撮像装置１の移動方向を示している。

図５（ａ）に示すように、ＣＴ撮影といった第１撮像モードの際には、受光部１０の行方向（図中の矢印Ｇ１）および列方向（図中の矢印Ｇ２）のうち一方が移動方向Ｂに沿うように、更に好ましくは受光部１０の長手方向（本実施形態では行方向Ｇ１）が移動方向Ｂと平行になるように、固体撮像装置１の回転角が制御される。また、このときの撮像領域１０ａは、受光部１０におけるＭ行Ｎ列の全ての画素Ｐによって構成される。すなわち、撮像領域１０ａの行方向及び列方向の幅は、それぞれ受光部１０と同じである。

また、図５（ｂ）に示すように、パノラマ撮影やセファロ撮影といった第２撮像モードの際には、固体撮像装置１の移動方向Ｂに対して受光部１０の行方向Ｇ１および列方向Ｇ２の双方が傾斜するように固体撮像装置１の回転角が制御される。すなわち、この第２撮像モードにおいては、受光部１０の行方向Ｇ１または列方向Ｇ２と、固体撮像装置１の旋回平面Ｈとの成す角θが０°＜θ＜９０°を満たす値となる。したがって、例えばＣＴ撮像モードからパノラマ撮像モードに移行する際には、固体撮像装置１は角度θだけ回転することとなる。

より好ましくは、受光部１０における一つの対角線が旋回平面Ｈに対して垂直となるように、固体撮像装置１の回転角が制御されるとよい。この場合の固体撮像装置１の角度位置は、受光部１０の行方向Ｇ１の幅と、列方向Ｇ２の幅との比によって決定される。例えば、行方向Ｇ１の幅と列方向Ｇ２の幅とが互いに等しい場合には、固体撮像装置１の旋回平面Ｈとの成す角θは４５°であることが好ましい。また、行方向Ｇ１の幅と列方向Ｇ２の幅との比が２：１である場合には、固体撮像装置１の旋回平面Ｈとの成す角θは６０°であることが好ましい。

また、このときの撮像領域１０ｂは、受光部１０において所定の方向を長手方向とする細長い領域として設定されている。この所定の方向とは、受光部１０の行方向Ｇ１および列方向Ｇ２の双方に対して傾斜しており、且つ固体撮像装置１の移動方向Ｂと交差する方向である。本実施形態では、撮像領域１０ｂの上記所定の方向（長手方向）は固体撮像装置１の移動方向Ｂと直交しており、且つ受光部１０の対角線に沿っている。そして、撮像領域１０ｂは受光部１０の対角線上に設定されている。これにより、Ｘ線撮像システム１００の上下方向、すなわち旋回平面Ｈと垂直な方向における撮像領域１０ｂの一端は受光部１０における最上部（図５（ｂ）に示す頂部Ｊ１）と一致し、同方向における撮像領域１０ｂの他端は受光部１０における最下部（図５（ｂ）に示す頂部Ｊ２）と一致することとなる。第２撮像モードの際には、受光部１０が有するＭ×Ｎ個の画素のうち、このような撮像領域１０ｂを構成する画素から選択的に電圧値が読み出されるように、信号読出部２０の出力動作が制御される。

ここで、図６は、図５（ｂ）に示した撮像領域１０ｂを更に詳しく示す図である。図６に示すように、撮像領域１０ｂは、受光部１０の各行において、Ｎ列の画素Ｐのうち連続するＮ_１列（２≦Ｎ_１＜Ｎ、図６ではＮ_１＝４として図示）の画素Ｐからなり、且つ、その連続するＮ_１列の位置（例えば先頭列番号）が、各行毎に一定列数ずつ（図６では２列ずつ）シフトしている。固体撮像装置１においては、このような撮像領域１０ｂに含まれる画素Ｐから出力される電荷に応じた電圧値を、信号読出部２０が選択的に出力する。

なお、撮像領域１０ｂは図６に示された形態に限られるものではなく、例えば連続するＮ_１列の位置（先頭列番号）が複数行毎に一定列数ずつシフトしていてもよい。また、図６に示した形態では、列方向の両端に位置する行（第１行および第Ｍ行）においても、連続するＮ_１列によって撮像領域１０ｂが構成されている。例えば、列方向の両端に位置する行においては撮像領域１０ｂを構成する列数がＮ_１より少ない等、撮像領域１０ｂの両端の形状が多少変更されていてもよい。

本実施形態に係るＸ線撮像システム１００においては、このように固体撮像装置１の回転角が制御されることにより、以下の効果が得られる。上述したように、Ｘ線撮像システム１００においては、固体撮像装置１の受光部１０が矩形状の受光面を有している。そして、第１撮像モードの際には、固体撮像装置１の移動方向Ｂに受光部１０の行方向または列方向が沿うように固体撮像装置１の回転角が制御される。この第１撮像モードを例えばＣＴ撮影モードとした場合、行方向および列方向のうち一方（本実施形態では行方向）に十分な幅を有し、且つ他方（本実施形態では列方向）にも或る程度の幅を有する受光面を備える固体撮像装置１を使用し、行方向および列方向のうち十分な幅を有する方向が固体撮像装置１の移動方向Ｂに沿うように固体撮像装置１の回転角を制御することで、第１撮像モードにおける撮像領域１０ａを好適に実現できる。

また、第２撮像モードを例えばパノラマ撮影モードやセファロ撮影モードとした場合、上下方向に十分な幅を有する撮像領域が要求される。受光部１０の面積を拡げることなくこのような要求を満足するためには、例えば、上述した固体撮像装置１を９０°回転させて、受光部１０の長手方向（本実施形態では行方向）を上下方向と一致させることも考えられる。しかしながら、当該撮像領域に要求される上下方向の幅が、第１撮像領域１０ａの要求を満足する受光部１０の長手方向の幅をもってしても足りない場合がある。

ＣＴ撮影を行う第１撮像モードでは、一回の撮影で歯列の幅全体を撮影する必要があるので、撮像領域の寸法として例えば高さ（すなわち移動方向Ｂと直交する方向の幅）８ｃｍ以上、横幅（移動方向Ｂと平行な方向の幅）１２ｃｍ以上が要求される。そこで、図７（ａ）に示すように、略円形のシリコンウェハＷにおいて受光部１０の為に正方形の面付けを行うことにより、受光部１０の寸法を例えば横幅１２ｃｍ、高さ１２ｃｍとすれば第１撮像モードの要求寸法を満足する。しかし、パノラマ撮影を行う第２撮像モードでは、一回の撮影で顎から上下歯列までを撮影する必要があるので、撮像領域の寸法として例えば高さ１５ｃｍ以上が要求される（なお、横幅は７ｍｍ以上あればよい）。したがって、一つの固体撮像装置を用いて双方の撮像モードを実現しようとする場合、特許文献１に記載された構成のように固体撮像装置を回転させずにこれらの撮像領域を割り付けると、高さ１５ｃｍ以上、横幅１２ｃｍ以上の受光部が必要となり、より大きなシリコンウェハが必要となる。

そこで、Ｘ線撮像システム１００においては、第２撮像モードの際、固体撮像装置１の移動方向Ｂに対し受光部１０の行方向および列方向の双方が傾斜するように固体撮像装置１の回転角を制御する。受光部１０の形状が矩形状なので、このように固体撮像装置１の移動方向Ｂに対して受光部１０を斜めにすることによって、受光部１０の上下方向の幅を広く（例えば対角線の長さに）することができる。例えば、受光部１０の寸法が１２ｃｍ×１２ｃｍである場合、撮像領域１０ｂの上下方向の幅を最大で１７ｃｍ（すなわち受光部１０の対角線の長さ）まで拡大することができる。このように、撮像領域１０ｂに要求される上下方向の幅と比べて受光部１０の長手方向の幅が短くても、撮像領域１０ｂの上下方向の要求幅を満足することが可能となる。したがって、本実施形態のＸ線撮像システム１００によれば、第１撮像モード及び第２撮像モードを一つの固体撮像装置１によって実現できるとともに、固体撮像装置１の受光部１０の受光面に要求される面積の増加を抑えることができる。

なお、図７（ｂ）に示すように、例えばシリコンウェハＷにおける受光部１０の寸法を１５ｃｍ×８ｃｍの長方形とすれば、固体撮像装置１の移動方向Ｂに対し受光部１０の長手方向が直交するように（すなわち、受光部１０を傾斜させずに）固体撮像装置１の回転角を制御することで、第２撮像モードにおける撮像領域の要求寸法を満足することができる。しかしながら、このように受光部１０の長手方向の寸法が第２撮像モードにおける撮像領域の上下寸法を満足する場合であっても、本実施形態のように受光部１０を移動方向Ｂに対して傾斜させることによって、撮像領域１０ｂの上下方向の幅をより長くすることができる。例えば、受光部１０の寸法が１５ｃｍ×８ｃｍである場合、撮像領域１０ｂの上下方向の幅を最大で１７ｃｍ（すなわち受光部１０の対角線の長さ）まで拡大することができる。

また、受光部１０の行方向および列方向を移動方向Ｂに対して傾斜させることにより、以下に述べる効果を更に得ることができる。図８は、走査シフトレジスタ４０から受光部１０の各行毎に配設された行選択用配線（各画素Ｐのフォトダイオードで発生した電荷の読み出しを行毎に制御する配線）に断線Ｑ_１が発生し、信号読出部２０から各列毎に配設された読出用配線（各画素Ｐのフォトダイオードで発生した電荷を信号読出部２０へ伝送する配線）に断線Ｑ_２が発生した様子を示す図である。これらの断線Ｑ_１，Ｑ_２が発生した場合、当該列または当該行において信号読出部２０または走査シフトレジスタ４０から見て断線箇所より遠い画素Ｐ（図８において、斜線のハッチングを施された画素）は、電荷の読み出しができない欠陥画素（いわゆるディフェクト）となる。これらの欠陥画素は、断線Ｑ_１，Ｑ_２の発生箇所を起点とし、受光部１０の当該行または当該列において連続して発生する。

図９（ａ）は、受光部１０の行方向と固体撮像装置１の移動方向Ｂとが直交するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合に、受光部１０の或る行において欠陥画素Ｐｄ_１が発生し、或る列において欠陥画素Ｐｄ_２が発生した状態を示す図である。また、図９（ｂ）は、受光部１０の行方向および列方向の双方が固体撮像装置１の移動方向Ｂに対して傾斜するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合に、図９（ａ）と同様の欠陥画素Ｐｄ_１，Ｐｄ_２が発生した状態を示す図である。なお、図９（ａ）に示す受光部１０における領域１０ｃは、第２撮像モードにおいて受光部１０の行方向と移動方向Ｂとを直交させた場合の好適な撮像領域である。

図９（ａ）に示すように、受光部１０の行方向が移動方向Ｂと直交するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合、欠陥画素Ｐｄ_２の連続方向と固体撮像装置１の移動方向Ｂとが互いに平行となる。したがって、この欠陥画素Ｐｄ_２が撮像領域１０ｃ内にも存在する場合には、固体撮像装置１が被検者の周囲を旋回しながら撮影した後に得られる再構成画像において、この欠陥画素Ｐｄ_２に相当する部分がいわゆるアーティファクトとして現れることとなる。

これに対し、図９（ｂ）に示すように、受光部１０の行方向および列方向の双方が固体撮像装置１の移動方向Ｂに対して傾斜するように固体撮像装置１の回転角を制御した場合、欠陥画素Ｐｄ_１，Ｐｄ_２の連続方向と固体撮像装置１の移動方向Ｂとは互いに傾斜することとなり、決して平行にはならない。したがって、固体撮像装置１が被検者の周囲を旋回しながら撮影することで、欠陥画素Ｐｄ_１，Ｐｄ_２に相当する画像部分を次以降のフレームデータにより補うことができ、再構成画像におけるアーティファクトを避けることが可能となる。

また、例えば特許文献１に記載された構成のように固体撮像装置を回転させずに使用すると、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、受光部１１０において第１撮像モードの撮像領域１１０ａの長手方向と第２撮像モードの撮像領域１１０ｂの長手方向とが互いに直交することとなる。このような構成では、例えば図１０（ａ）に示すように信号読出部１２０を撮像領域１１０ａの長手方向に沿って配置すると、撮像領域１１０ａにおける一列あたりの画素数は少なくなるが（図１０（ａ）の矢印Ｅ_１）、撮像領域１１０ｂにおける一列あたりの画素数が多くなってしまい（図１０（ａ）の矢印Ｅ_２）、第２撮像モードにおける電荷の読み出しに時間が掛かる。逆に、例えば図１０（ｂ）に示すように信号読出部１２０を撮像領域１１０ｂの長手方向に沿って配置すると、撮像領域１１０ｂにおける一列あたりの画素数は少なくなるが（図１０（ｂ）の矢印Ｅ_３）、撮像領域１１０ａにおける一列あたりの画素数が多くなってしまい（図１０（ｂ）の矢印Ｅ_４）、第１撮像モードにおける電荷の読み出しに時間が掛かる。このように、固体撮像装置を回転させずに各撮像領域を割り付けると、第１撮像モード及び第２撮像モードの何れかにおいて電荷の読み出しに時間が掛かり、フレームレート（単位時間当たりに出力されるフレームデータの個数）が遅くなってしまう。

また、図１１（ａ）に示すように、受光部１３０の形状を長方形とし、固体撮像装置を回転して使用した場合であっても、列数Ｎが行数Ｍより少ない場合（換言すれば、受光部１３０の短手方向に沿って信号読出部１４０を配置した場合）、第１撮像モード及び第２撮像モードの撮像領域において、一列あたりの画素数が多くなってしまう（図１１（ａ）の矢印Ｅ_５）。この場合、第１撮像モードと第２撮像モードの両方において電荷の読み出しに時間が掛かり、フレームレートが遅くなってしまう。

したがって、本実施形態に係る固体撮像装置１において、図１１（ｂ）に示すように受光部１０の受光面の形状が長方形である場合には、この受光部１０は行方向を長手方向とし、Ｍ＜Ｎ、すなわち画素Ｐの列数Ｎが行数Ｍより多くなっていることが好ましい。固体撮像装置１では、各画素Ｐから電荷を読み出すためのＮ本の読出用配線（後述）が各列毎に配設されるが、このような構成により、第１撮像モード及び第２撮像モードの双方において、読出用配線から電荷を読み出す対象となる画素Ｐの数を少なくできるので（図１１（ｂ）の矢印Ｅ_６）、電荷の読み出し時間を短縮でき、フレームレートをより速くすることができる。

また、前述したように、固体撮像装置１は回転制御部１０８によって支持されており、撮像モードに応じた角度位置に制御される。ここで、図１２は、固体撮像装置１の回転中心（図１に示した軸線Ｃ）の位置に応じた、受光部１０の回転の様子を示す図である。図１２（ａ）は、受光部１０の中心Ｅを固体撮像装置１の回転中心とした場合を示している。また、図１２（ｂ）は、矩形状の受光部１０における四つの角部のうち一つの角部Ｆを固体撮像装置１の回転中心とし、第１撮像モード及び第２撮像モードを通じて角部Ｆが他の角部に対して下方に位置するように（すなわち、被検者に対し角部Ｆが常に下顎側に位置するように）固体撮像装置１を回転させた場合を示している。なお、図１２（ａ），（ｂ）において、実線で示した図はＣＴ撮影といった第１撮像モードにおける受光部１０の角度位置を示しており、破線で示した図はパノラマ撮影やセファロ撮影といった第２撮像モードにおける受光部１０の角度位置を示している。

本実施形態の固体撮像装置１の回転中心は、例えば図１２（ａ）の中心Ｅや図１２（ｂ）の角部Ｆなど様々な位置に設定可能であるが、図１２（ｂ）の角部Ｆに固体撮像装置１の回転中心が設定されることが最も好ましい。固体撮像装置１が被検者の顎部の周囲を移動しつつＸ線像を撮像する際、被検者の下顎部を支持台の上に載せることにより被検者の頭部の位置を固定することが多く、このような場合には被検者の顎部の高さ位置の基準は顎の下端となる。そこで、図１２（ｂ）の角部Ｆに固体撮像装置１の回転中心を設定すれば、第１撮像モード及び第２撮像モードにおける受光部１０の下端の高さを、角部Ｆの高さで互いに一致させることができる。したがって、第１撮像モード及び第２撮像モードの双方において、受光部１０の高さと被検者の顎部の高さとを精度良く合わせることができる。

また、前述したように、本実施形態の固体撮像装置１によれば、受光部１０の寸法が１２ｃｍ×１２ｃｍである場合、固体撮像装置１の旋回平面Ｈとの成す角θを４５°とすることにより、撮像領域１０ｂの上下方向の幅を最大で１７ｃｍ（すなわち受光部１０の対角線の長さ）まで拡大することができる。ここで、図１３は、このような寸法を有する受光部１０を示す平面図であり、パノラマ撮影やセファロ撮影といった第２撮像モードにおける受光部１０の状態と、撮像領域１０ｂとを示している。この第２撮像モードでは、受光部１０の対角線上に撮像領域１０ｂを設定することにより、上下方向の幅を１７ｃｍとすることができる。また、この場合、撮像領域１０ｂの横幅は７ｍｍ程度あればよい。

しかし、例えばパノラマ撮影において、撮像領域の上下方向の幅は１５ｃｍ程度でよい場合がある。また、Ｘ線撮像システムの構成次第では１４ｃｍ程度でも良い場合もある。これらの場合には、図１４に示すように、撮像領域１０ｂの上下方向の幅が１５ｃｍ（または１４ｃｍ）以上となる範囲で、撮像領域１０ｂの横幅ＷＴを可能な限り広く設定することが好ましい。

図１４は、このように撮像領域１０ｂの横幅ＷＴをより広く設定した場合の受光部１０を示す平面図である。図１４に示される撮像領域１０ｂは、以下に説明する複数の画素Ｐによって構成される。まず、受光部１０の第１行〜第Ｍ行のうち、第１行を含む一方の端部の数行においては、第１列から数列離れた或る列を中心として、行番が増すほど列数が次第に増加するように撮像領域１０ｂの画素Ｐが設定される。また、第Ｍ行を含む他方の端部の数行においては、第Ｎ列（但し、この例ではＮ＝Ｍ）から数列離れた或る列を中心として、行番が減るほど列数が次第に増加するように撮像領域１０ｂの画素Ｐが設定される。そして、受光部１０の第１行〜第Ｍ行のうち残りの各行において、撮像領域１０ｂは、上述した端部の各行にて撮像領域１０ｂを構成する列数のうち最大の列数Ｎ_２と同数のＮ_２列の画素Ｐから成り、且つ、そのＮ_２列の位置（例えば先頭列番号）が、各行毎に１列ずつシフトしている。

固体撮像装置１においては、このような撮像領域１０ｂに含まれる画素Ｐから出力される電荷に応じた電圧値を、信号読出部２０が選択的に出力する。又は、全ての画素Ｐを含む画像データを固体撮像装置１が出力したのち、図１に示したＣＰＵ１２１において、上記撮像領域１０ｂに含まれる画素Ｐに対応するデータを抽出してもよい。或いは、全ての画素Ｐを含む画像データをＣＰＵ１２１がフレームメモリ１２２に格納したのち、パノラマ画像を構成する際に、上記撮像領域１０ｂに含まれる画素Ｐに対応するデータを選択的に用いて画像を構成してもよい。

図１４に示したように、第２撮像モードにおいて必要な撮像領域１０ｂの上下方向の幅を確保しつつ、撮像領域１０ｂの横幅ＷＴを可能な限り広く設定することで、次の利点が得られる。すなわち、第２撮像モードの際には、縦長の撮像領域１０ｂに被写体Ａの周りを回転させて撮像を行う。図１３に示した線状（一次元状）の撮像領域１０ｂの場合、固体撮像装置１は被写体Ａの周りを回転しながら連続的に撮像動作を行う必要がある。そして、この場合には被写体Ａに対してＸ線を連続的に照射することとなる。これに対し、図１４に示したように、撮像領域１０ｂの横幅を可能な限り広く設定して撮像領域１０ｂを面状（二次元状）とすることにより、撮像領域１０ｂの横幅ＷＴに対応するステップ毎に固体撮像装置１を停止させ、その間だけＸ線をごく短い時間（パルス状に）照射して撮像することが可能となる。

図１５は、このような撮像の様子を被写体Ａの上方から見た図である。図１５に示すように、被写体Ａを撮像する際には、被写体Ａを挟むようにＸ線源１５０及び固体撮像装置１を配置する。Ｘ線源１５０は、僅かな時間のパルス状Ｘ線を放射するパルス波Ｘ線源である。そして、撮像領域１０ｂの横幅ＷＴに対応する回転角α毎に固体撮像装置１を停止させ、その間だけＸ線パルスをＸ線源１５０から照射し、固体撮像装置１において撮像する。この動作を繰り返すことによって、パノラマ画像やセファロ画像を取得できる。このような撮像方式によれば、固体撮像装置１が移動する間は被写体Ａを撮像しないので高速で移動させることが可能となり、１枚のパノラマ画像（またはセファロ画像）の取得に要する時間を短縮することができる。したがって、被写体Ａである被検者が静止していなければならない時間が短縮され、被検者の負担を軽減できる。また、撮像毎に固体撮像装置１を停止させるので、被写体Ａの動きに起因する画像のぼけを抑え、より明瞭な画像を取得できる。更に、固体撮像装置１が停止して撮像する僅かな時間だけＸ線を照射するので、被検者の被曝量をより低減することができる。

なお、図１５に示した撮像方式において、パルス波Ｘ線源であるＸ線源１５０に代えて、連続波Ｘ線源と、この連続波Ｘ線源から出射されるＸ線を僅かな時間だけ通過させるシャッタとを設けてもよい。このような構成であっても、上述した効果を効果的に得ることができる。

続いて、本実施形態に係る固体撮像装置１の詳細な構成について説明する。図１６は、固体撮像装置１の内部構成を示す図である。受光部１０は、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る。画素Ｐ_ｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。ここで、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれは、第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍにより走査シフトレジスタ４０と接続されている。なお、図１６において、走査シフトレジスタ４０は制御部６に含まれている。第ｎ列のＭ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎそれぞれの出力端は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎにより、信号読出部２０の積分回路Ｓ_ｎと接続されている。

信号読出部２０は、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_ＮおよびＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを含む。各積分回路Ｓ_ｎは共通の構成を有している。また、各保持回路Ｈ_ｎは共通の構成を有している。各積分回路Ｓ_ｎは、読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続された入力端を有し、この入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から保持回路Ｈ_ｎへ出力する。Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれは、リセット用配線Ｌ_Ｒにより制御部６と接続され、また、ゲイン設定用配線Ｌ_Ｇにより制御部６と接続されている。各保持回路Ｈ_ｎは、積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力する。Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれは、保持用配線Ｌ_Ｈにより制御部６と接続されている。また、各保持回路Ｈ_ｎは、第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｈ，ｎにより制御部６の読出シフトレジスタ４１と接続されている。

Ａ／Ｄ変換部３０は、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれから電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される電圧値を入力し、その入力した電圧値（アナログ値）に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、その入力電圧値に応じたデジタル値を画像データＤとして出力する。

制御部６の走査シフトレジスタ４０は、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍへ出力して、この第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれに与える。Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）は順次に有意値とされる。また、制御部６の読出シフトレジスタ４１は、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）を第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｈ，ｎへ出力して、この第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）を保持回路Ｈ_ｎに与える。Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）も順次に有意値とされる。

また、制御部６は、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔをリセット用配線Ｌ_Ｒへ出力して、このリセット制御信号ＲｅｓｅｔをＮ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれに与える。制御部６は、ゲイン設定信号Ｇａｉｎをゲイン設定用配線Ｌ_Ｇへ出力して、このゲイン設定信号ＧａｉｎをＮ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれに与える。制御部６は、保持制御信号Ｈｏｌｄを保持用配線Ｌ_Ｈへ出力して、この保持制御信号ＨｏｌｄをＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれに与える。さらに、制御部６は、図示してはいないが、Ａ／Ｄ変換部３０におけるＡ／Ｄ変換処理をも制御する。

図１７は、固体撮像装置１の画素Ｐ_ｍ，ｎ、積分回路Ｓ_ｎおよび保持回路Ｈ_ｎそれぞれの回路図である。ここでは、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，Ｎを代表して画素Ｐ_ｍ，ｎの回路図を示し、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎを代表して積分回路Ｓ_ｎの回路図を示し、また、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを代表して保持回路Ｈ_ｎの回路図を示す。すなわち、第ｍ行第ｎ列の画素Ｐ_ｍ，ｎおよび第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎに関連する回路部分を示す。

画素Ｐ_ｍ，ｎは、フォトダイオードＰＤおよび読出用スイッチＳＷ_１を含む。フォトダイオードＰＤのアノード端子は接地され、フォトダイオードＰＤのカソード端子は読出用スイッチＳＷ_１を介して第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続されている。フォトダイオードＰＤは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。読出用スイッチＳＷ_１は、制御部６から第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍを通った第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）が与えられる。第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）は、受光部１０における第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１の開閉動作を指示するものである。

この画素Ｐ_ｍ，ｎでは、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）がローレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ_１が開いて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎへ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）がハイレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ_１が閉じて、それまでフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチＳＷ_１を経て、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎへ出力される。

第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、受光部１０における第ｎ列のＭ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１と接続されている。第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、Ｍ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎのうちの何れかの画素のフォトダイオードＰＤで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチＳＷ_１を介して読み出して、積分回路Ｓ_ｎへ転送する。

積分回路Ｓ_ｎは、アンプＡ_２，積分用容量素子Ｃ_２１，積分用容量素子Ｃ_２２，放電用スイッチＳＷ_２１およびゲイン設定用スイッチＳＷ_２２を含む。積分用容量素子Ｃ_２１および放電用スイッチＳＷ_２１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ_２の入力端子と出力端子との間に設けられている。また、積分用容量素子Ｃ_２２およびゲイン設定用スイッチＳＷ_２２は、互いに直列的に接続されて、ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２がアンプＡ_２の入力端子側に接続されるようにアンプＡ_２の入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプＡ_２の入力端子は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続されている。

放電用スイッチＳＷ_２１には、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒを経たリセット制御信号Ｒｅｓｅｔが与えられる。リセット制御信号Ｒｅｓｅｔは、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれの放電用スイッチＳＷ_２１の開閉動作を指示するものである。ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２は、制御部６からゲイン設定用配線Ｌ_Ｇを経たゲイン設定信号Ｇａｉｎが与えられる。ゲイン設定信号Ｇａｉｎは、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれのゲイン設定用スイッチＳＷ_２２の開閉動作を指示するものである。

この積分回路Ｓ_ｎでは、積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２およびゲイン設定用スイッチＳＷ_２２は、容量値が可変である帰還容量部を構成している。すなわち、ゲイン設定信号Ｇａｉｎがローレベルであってゲイン設定用スイッチＳＷ_２２が開いているときには、帰還容量部の容量値は積分用容量素子Ｃ_２１の容量値と等しい。一方、ゲイン設定信号Ｇａｉｎがハイレベルであってゲイン設定用スイッチＳＷ_２２が閉じているときには、帰還容量部の容量値は、積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２それぞれの容量値の和と等しい。リセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、帰還容量部が放電され、積分回路Ｓ_ｎから出力される電圧値が初期化される。一方、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔがローレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ_２１が開いて、入力端に入力された電荷が帰還容量部に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路Ｓ_ｎから出力される。

保持回路Ｈ_ｎは、入力用スイッチＳＷ_３１，出力用スイッチＳＷ_３２および保持用容量素子Ｃ_３を含む。保持用容量素子Ｃ_３の一端は接地されている。保持用容量素子Ｃ_３の他端は、入力用スイッチＳＷ_３１を介して積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続され、出力用スイッチＳＷ_３２を介して電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔと接続されている。入力用スイッチＳＷ_３１には、制御部６から保持用配線Ｌ_Ｈを通った保持制御信号Ｈｏｌｄが与えられる。保持制御信号Ｈｏｌｄは、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの入力用スイッチＳＷ_３１の開閉動作を指示するものである。出力用スイッチＳＷ_３２には、制御部６から第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｈ，ｎを通った第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）が与えられる。第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）は、保持回路Ｈ_ｎの出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示するものである。

この保持回路Ｈ_ｎでは、保持制御信号Ｈｏｌｄがハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ_３１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ_３に保持される。また、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ_３２が閉じて、保持用容量素子Ｃ_３に保持されている電圧値が電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される。

制御部６は、受光部１０における第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれの受光強度に応じた電圧値を出力するに際して、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれの放電用スイッチＳＷ_２１を一旦閉じた後に開くよう指示した後、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）により、受光部１０における第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１を所定期間に亘り閉じるよう指示する。制御部６は、その所定期間に、保持制御信号Ｈｏｌｄにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの入力用スイッチＳＷ_３１を閉状態から開状態に転じるよう指示する。そして、制御部６は、その所定期間の後に、列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）により、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの出力用スイッチＳＷ_３２を順次に一定期間だけ閉じるよう指示する。制御部６は、以上のような制御を各行について順次に行う。

このように、制御部６は、受光部１０におけるＭ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１の開閉動作を制御するとともに、信号読出部２０における電圧値の保持動作および出力動作を制御する。これにより、制御部６は、受光部１０におけるＭ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値をフレームデータとして信号読出部２０から繰り返し出力させる。

前述したように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、ＣＴ撮影といった第１撮像モードと、パノラマ撮影やセファロ撮影といった第２撮像モードとを有する。そして、図５に示したように、第１撮像モードと第２撮像モードでは、受光部１０における撮像領域が互いに異なる（第１撮像モードでは図５（ａ）の領域１０ａ、第２撮像モードでは図５（ｂ）の領域１０ｂ）。そこで、制御部６は、第１撮像モードの際には、受光部１０におけるＭ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から出力させる。また、制御部６は、第２撮像モードの際には、受光部１０におけるＭ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，Ｎのうち、撮像領域１０ｂを構成する特定範囲の画素Ｐ_ｍ，ｎそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を信号読出部２０から選択的に出力させる。

また、制御部６は、第２撮像モードの際に、信号読出部２０から出力される電圧値に基づくフレームデータにおける読出し画素ピッチを第１撮像モードと比べて小さくし、単位時間当たりに出力されるフレームデータの個数であるフレームレートを速くし、信号読出部２０における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを大きくする。例えば、ＣＴ撮影といった第１撮像モードのとき、画素ピッチは２００μｍであり、フレームレートは３０Ｆ／ｓである。また、パノラマ撮影やセファロ撮影といった第２撮像モードのとき、画素ピッチは１００μｍであり、フレームレートは３００Ｆ／ｓである。

このように、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときには、画素ピッチが小さく、フレームレートが速い。したがって、第１撮像モードのときには、第２撮像モードのときより画素ピッチを大きくするために、ビニング読出しをする必要がある。また、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときには、フレームレートが速いので各フレームデータの各画素が受ける光の量は少ない。

そこで、制御部６は、信号読出部２０における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを、第１撮像モードと第２撮像モードとで異ならせる。すなわち、図１７に示されるように各積分回路Ｓ_ｎが構成される場合に、制御部６は、ゲイン設定信号Ｇａｉｎによりゲイン設定用スイッチＳＷ_２２を開閉制御することにより、各積分回路Ｓ_ｎの帰還容量部の容量値を適宜設定して、第１撮像モードと第２撮像モードとでゲインを異ならせる。

より具体的には、第１撮像モードのときに、ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２を閉じることにより、帰還容量部の容量値を積分用容量素子Ｃ_２１および積分用容量素子Ｃ_２２の各容量値の和に等しくする。その一方で、第２撮像モードのときに、ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２を開くことにより、帰還容量部の容量値を積分用容量素子Ｃ_２１の容量値に等しくする。このようにすることで、第１撮像モードのときと比べて第２撮像モードのときに、各積分回路Ｓ_ｎの帰還容量部の容量値を小さくして、ゲインを大きくする。これにより、或る光量に対する画素データを第１撮像モードと第２撮像モードとで互いに近い値とすることができ、各撮像モードにおいて好適な動作をすることができる。

次に、第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作について詳細に説明する。本実施形態に係る固体撮像装置１では、制御部６による制御の下で、Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）、Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔおよび保持制御信号Ｈｏｌｄそれぞれが所定のタイミングでレベル変化することにより、受光部１０に入射された光の像を撮像してフレームデータを得ることができる。

第１撮像モードのときの固体撮像装置１の動作は以下のとおりである。図１８は、第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作を説明するタイミングチャートである。ここでは２行２列のビニング読出しをする第１撮像モードのときの動作について説明する。すなわち、フレームデータにおける読出し画素ピッチを画素のピッチの２倍とする。各積分回路Ｓ_ｎにおいて、ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２が閉じていて、帰還容量部の容量値が大きい値に設定され、ゲインが小さい値に設定される。

この図には、上から順に、（ａ）Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれの放電用スイッチＳＷ_２１の開閉動作を指示するリセット制御信号Ｒｅｓｅｔ、（ｂ）受光部１０における第１行および第２行の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎ，Ｐ_２，１〜Ｐ_２，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１の開閉動作を指示する第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）および第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）、（ｃ）受光部１０における第３行および第４行の画素Ｐ_３，１〜Ｐ_３，Ｎ，Ｐ_４，１〜Ｐ_４，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１の開閉動作を指示する第３行選択制御信号Ｖｓｅｌ（３）および第４行選択制御信号Ｖｓｅｌ（４）、ならびに、（ｄ）Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの入力用スイッチＳＷ_３１の開閉動作を指示する保持制御信号Ｈｏｌｄが示されている。

また、この図には、更に続いて順に、（ｅ）保持回路Ｈ_１の出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示する第１列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）、（ｆ）保持回路Ｈ_２の出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示する第２列選択制御信号Ｈｓｅｌ（２）、（ｇ）保持回路Ｈ_３の出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示する第３列選択制御信号Ｈｓｅｌ（３）、（ｈ）保持回路Ｈ_ｎの出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示する第ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（ｎ）、および、（ｉ）保持回路Ｈ_Ｎの出力用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示する第Ｎ列選択制御信号Ｈｓｅｌ（Ｎ）が示されている。

第１行および第２行の２Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎ，Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しは、以下のようにして行われる。時刻ｔ_１０前には、Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）、Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔおよび保持制御信号Ｈｏｌｄそれぞれは、ローレベルとされている。

時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２が放電される。また、時刻ｔ_１１より後の時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１５までの期間、制御部６から第１行選択用配線Ｌ_Ｖ，１に出力される第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）がハイレベルとなり、これにより、受光部１０における第１行のＮ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。また、この同じ期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）に、制御部６から第２行選択用配線Ｌ_Ｖ，２に出力される第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）がハイレベルとなって、これにより、受光部１０における第２行のＮ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。

この期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）内において、時刻ｔ_１３から時刻ｔ_１４までの期間、制御部６から保持用配線Ｌ_Ｈへ出力される保持制御信号Ｈｏｌｄがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ_３１が閉じる。

期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）内では、第１行および第２行の各画素Ｐ_１，ｎ，Ｐ_２，ｎの読出用スイッチＳＷ_１が閉じており、各積分回路Ｓ_ｎの放電用スイッチＳＷ_２１が開いている。したがって、それまでに画素Ｐ_１，ｎのフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素Ｐ_１，ｎの読出用スイッチＳＷ_１および第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎを通って、積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２に転送されて蓄積される。また、同時に、それまでに画素Ｐ_２，ｎのフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷も、その画素Ｐ_２，ｎの読出用スイッチＳＷ_１および第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎを通って、積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２に転送されて蓄積される。そして、各積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路Ｓ_ｎの出力端から出力される。

その期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）内の時刻ｔ_１４に、保持制御信号Ｈｏｌｄがハイレベルからローレベルに転じることにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれにおいて、入力用スイッチＳＷ_３１が閉状態から開状態に転じ、そのときに積分回路Ｓ_ｎの出力端から出力されて保持回路Ｈ_ｎの入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ_３に保持される。

そして、期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）の後に、制御部６から列選択用配線Ｌ_Ｈ，１〜Ｌ_Ｈ，Ｎに出力される列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの出力用スイッチＳＷ_３２が順次に一定期間だけ閉じて、各保持回路Ｈ_ｎの保持用容量素子Ｃ_３に保持されている電圧値は出力用スイッチＳＷ_３２を経て電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ順次に出力される。この電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される電圧値Ｖ_ｏｕｔは、第１行および第２行の２Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎ，Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を列方向に加算した値を表すものである。

Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれから順次に出力された電圧値はＡ／Ｄ変換部３０に入力されて、その入力電圧値に応じたデジタル値に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換部３０から出力されたＮ個のデジタル値のうち、第１列および第２列それぞれに対応するデジタル値が加算され、第３列および第４列それぞれに対応するデジタル値が加算され、その後も２個ずつのデジタル値が加算されていく。

続いて、第３行および第４行の２Ｎ個の画素Ｐ_３，１〜Ｐ_３，Ｎ，Ｐ_４，１〜Ｐ_４，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しが以下のようにして行われる。

前述した動作において列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）がハイレベルとなる時刻ｔ_２０から、列選択制御信号Ｈｓｅｌ（Ｎ）が一度ハイレベルになってからローレベルとなる時刻より後の時刻ｔ_２１までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ_２１，Ｃ_２２が放電される。また、時刻ｔ_２１より後の時刻ｔ_２２から時刻ｔ_２５までの期間、制御部６から第３行選択用配線Ｌ_Ｖ，３に出力される第３行選択制御信号Ｖｓｅｌ（３）がハイレベルとなり、これにより、受光部１０における第３行のＮ個の画素Ｐ_３，１〜Ｐ_３，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。また、この同じ期間（ｔ_２２〜ｔ_２５）に、制御部６から第４行選択用配線Ｌ_Ｖ，４に出力される第４行選択制御信号Ｖｓｅｌ（４）がハイレベルとなって、これにより、受光部１０における第４行のＮ個の画素Ｐ_４，１〜Ｐ_４，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。

この期間（ｔ_２２〜ｔ_２５）内において、時刻ｔ_２３から時刻ｔ_２４までの期間、制御部６から保持用配線Ｌ_Ｈへ出力される保持制御信号Ｈｏｌｄがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ_３１が閉じる。

そして、期間（ｔ_２２〜ｔ_２５）の後に、制御部６から列選択用配線Ｌ_Ｈ，１〜Ｌ_Ｈ，Ｎに出力される列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれの出力用スイッチＳＷ_３２が順次に一定期間だけ閉じる。以上のようにして、第３行および第４行の２Ｎ個の画素Ｐ_３，１〜Ｐ_３，Ｎ，Ｐ_４，１〜Ｐ_４，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を列方向に加算した値を表す電圧値Ｖ_ｏｕｔが電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される。

第１撮像モードのときには、以上のような第１行および第２行についての動作、これに続く第３行および第４行についての動作に続いて、以降、第５行から第Ｍ行まで同様の動作が行われて、１回の撮像で得られる画像を表すフレームデータが得られる。また、第Ｍ行について動作が終了すると、再び第１行から第Ｍ行までの範囲で同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部１０が受光した光像の２次元強度分布を表す電圧値Ｖ_ｏｕｔが電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。また、このとき得られるフレームデータにおける読出し画素ピッチは画素のピッチの２倍となっている。

一方、第２撮像モードのときの固体撮像装置１の動作は以下のとおりである。図１９は、第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作を説明するタイミングチャートである。この第２撮像モードではビニング読出しをしない。すなわち、フレームデータにおける読出し画素ピッチを画素のピッチと等しくする。各積分回路Ｓ_ｎにおいて、ゲイン設定用スイッチＳＷ_２２が開いていて、帰還容量部の容量値が小さい値に設定され、ゲインが大きい値に設定される。

図１９は、受光部１０における第１行および第２行それぞれについての動作を示す。この図には、上から順に、（ａ）リセット制御信号Ｒｅｓｅｔ、（ｂ）第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）、（ｃ）第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）、（ｄ）保持制御信号Ｈｏｌｄ、（ｅ）第１列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）、（ｆ）第２列選択制御信号Ｈｓｅｌ（２）、（ｇ）第３列選択制御信号Ｈｓｅｌ（３）、（ｈ）第４列選択制御信号Ｈｓｅｌ（４）、（ｉ）第５列選択制御信号Ｈｓｅｌ（５）、および（ｊ）第６列選択制御信号Ｈｓｅｌ（６）が示されている。

第１行のＮ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しは、以下のようにして行われる。時刻ｔ_１０前には、Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）、Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔおよび保持制御信号Ｈｏｌｄそれぞれは、ローレベルとされている。

時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ_２１が放電される。また、時刻ｔ_１１より後の時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１５までの期間、制御部６から第１行選択用配線Ｌ_Ｖ，１に出力される第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）がハイレベルとなり、これにより、受光部１０における第１行のＮ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。

期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）内では、第１行の各画素Ｐ_１，ｎの読出用スイッチＳＷ_１が閉じており、各積分回路Ｓ_ｎの放電用スイッチＳＷ_２１が開いているので、それまでに各画素Ｐ_１，ｎのフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、その画素Ｐ_１，ｎの読出用スイッチＳＷ_１および第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎを通って、積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１に転送されて蓄積される。そして、各積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路Ｓ_ｎの出力端から出力される。

そして、期間（ｔ_１２〜ｔ_１５）の後、制御部６から列選択用配線Ｌ_Ｈ，１〜Ｌ_Ｈ，Ｎに出力される列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）のうち、最初の連続するＮ_１列（本実施形態ではＮ_１＝４）に相当する列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ_１）が順次に一定期間だけハイレベルとなる。これにより、最初の連続するＮ_１列の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎ１それぞれの出力用スイッチＳＷ_３２が順次に一定期間だけ閉じて、各保持回路Ｈ_ｎの保持用容量素子Ｃ_３に保持されている電圧値は出力用スイッチＳＷ_３２を経て電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ順次に出力される。この電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される電圧値Ｖ_ｏｕｔは、第１行のＮ_１個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎ１それぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を表すものである。

続いて、第２行のＮ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しが以下のようにして行われる。

前述した動作において列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）がハイレベルとなる時刻ｔ_２０から、列選択制御信号Ｈｓｅｌ（Ｎ_１）が一度ハイレベルになってからローレベルとなる時刻より後の時刻ｔ_２１までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、積分用容量素子Ｃ_２１が放電される。また、時刻ｔ_２１より後の時刻ｔ_２２から時刻ｔ_２５までの期間、制御部６から第２行選択用配線Ｌ_Ｖ，２に出力される第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）がハイレベルとなり、これにより、受光部１０における第２行のＮ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１が閉じる。

この期間（ｔ_２２〜ｔ_２５）内において、時刻ｔ_２３から時刻ｔ_２４までの期間、制御部６から保持用配線Ｌ_Ｈへ出力される保持制御信号Ｈｏｌｄがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ_３１が閉じる。
そして、期間（ｔ_２２〜ｔ_２５）の後、制御部６から列選択用配線Ｌ_Ｈ，１〜Ｌ_Ｈ，Ｎに出力される列選択制御信号Ｈｓｅｌ（１）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ）のうち、連続するＮ_１列であってその位置が第１行の当該Ｎ_１列から一定列数（本実施形態では２列）分だけシフトされた列に相当する列選択制御信号Ｈｓｅｌ（３）〜Ｈｓｅｌ（Ｎ_１＋２）が、順次に一定期間だけハイレベルとなる。これにより、Ｎ_１個の保持回路Ｈ_３〜Ｈ_Ｎ１＋２それぞれの出力用スイッチＳＷ_３２が順次に一定期間だけ閉じる。以上のようにして、第２行のＮ_１個の画素Ｐ_２，３〜Ｐ_{２，Ｎ１＋２}それぞれのフォトダイオードＰＤにおける受光強度を表す電圧値Ｖ_ｏｕｔが電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力される。

第２撮像モードのときには、以上のような第１行および第２行についての動作に続いて、以降、第３行から第Ｍ行まで、電圧値出力対象である連続するＮ_１列の位置が各行毎に一定列数ずつシフトしながら同様の動作が行われて、１回の撮像で得られる画像を表すフレームデータが得られる。また、第Ｍ行について動作が終了すると、再び第１行から第Ｍ行までの範囲で同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部１０が受光した光像の２次元強度分布を表す電圧値Ｖ_ｏｕｔが電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。

ところで、本実施形態においては、画素データを高速に読み出す為に、信号読出部２０およびＡ／Ｄ変換部３０を複数の組に分割し、それぞれの組から画素データを並行して出力させる構成としてもよい。

例えば、図２０に示されるように、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_ＮおよびＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを４組に分けて、積分回路Ｓ_１〜Ｓ_ｉおよび保持回路Ｈ_１〜Ｈ_ｉからなる信号読出部２１を第１組とし、積分回路Ｓ_ｉ＋１〜Ｓ_ｊおよび保持回路Ｈ_ｉ＋１〜Ｈ_ｊからなる信号読出部２２を第２組とし、積分回路Ｓ_ｊ＋１〜Ｓ_ｋおよび保持回路Ｈ_ｊ＋１〜Ｈ_ｋからなる信号読出部２３を第３組とし、また、積分回路Ｓ_ｋ＋１〜Ｓ_Ｎおよび保持回路Ｈ_ｋ＋１〜Ｈ_Ｎからなる信号読出部２４を第４組とする。ここで、「１＜ｉ＜ｊ＜ｋ＜Ｎ」である。そして、信号読出部２１の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_ｉそれぞれから順次に出力される電圧値をＡ／Ｄ変換部３１によりデジタル値に変換し、信号読出部２２の保持回路Ｈ_ｉ＋１〜Ｈ_ｊそれぞれから順次に出力される電圧値をＡ／Ｄ変換部３２によりデジタル値に変換し、信号読出部２３の保持回路Ｈ_ｊ＋１〜Ｈ_ｋそれぞれから順次に出力される電圧値をＡ／Ｄ変換部３３によりデジタル値に変換し、また、信号読出部２４の保持回路Ｈ_ｋ＋１〜Ｈ_Ｎそれぞれから順次に出力される電圧値をＡ／Ｄ変換部３４によりデジタル値に変換する。また、４つのＡ／Ｄ変換部３１〜３４それぞれにおけるＡ／Ｄ変換処理を並列的に行う。このようにすることで、画素データを更に高速に読み出すことができる。

また、例えば、２行２列のビニング読出しをすることを考慮すると、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎのうち奇数列に対応する保持回路を第１組とし、偶数列に対応する保持回路を第２組として、これら第１組および第２組それぞれに対して個別にＡ／Ｄ変換部を設けて、これら２つのＡ／Ｄ変換部を並列動作させるのも好ましい。この場合、奇数列に対応する保持回路と、これの隣の偶数列に対応する保持回路とから、同時に電圧値が出力され、これら２つの電圧値が同時にＡ／Ｄ変換処理されてデジタル値とされる。そして、ビニング処理される際には、これら２つのデジタル値が加算される。このようにすることでも、画素データを高速に読み出すことができる。

なお、走査シフトレジスタ４０による列方向の走査処理に関しては、上記のような分割はできない。列方向の走査処理では、最初の画素から最終の画素まで順次に走査する必要があるからである。したがって、固体撮像装置１において列数Ｎを行数Ｍより多くすることにより、信号読出部を上述のように分割することによる読み出しの高速化といった効果をより顕著に得ることができる。

本発明による医療用Ｘ線撮像システムは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では第２撮像モードにおける撮像領域として、受光部の行方向および列方向の双方に対して傾斜し、且つ固体撮像装置の移動方向と交差する方向を長手方向とする撮像領域を例示したが、第２撮像モードにおける撮像領域はこれ以外の領域であってもよく、或いは受光部の全面を撮像領域として使用してもよい。また、第１撮像モードに関しても、上記実施形態のように受光部の全面を撮像領域とする形態に限られるものではなく、必要に応じて受光部における任意の領域を撮像領域としてもよい。

１…固体撮像装置、３…半導体基板、４…シンチレータ、５…Ｘ線遮蔽部、６…制御部、１０，１１０，１３０…受光部、１０ａ，１０ｂ…撮像領域、１１…受光面、２０，１２０，１４０…信号読出部、３０，３１〜３４…Ａ／Ｄ変換部、４０…走査シフトレジスタ、４１…読出シフトレジスタ、１００…Ｘ線撮像システム、１０４…旋回アーム、１０６…Ｘ線発生装置、１０８…回転制御部、Ａ…被写体、Ａ_２…アンプ、Ｃ_２１，Ｃ_２２…積分用容量素子、Ｃ_３…保持用容量素子、Ｈ_１〜Ｈ_Ｎ…保持回路、Ｌ_Ｇ…ゲイン設定用配線、Ｌ_Ｈ…保持用配線、Ｌ_Ｈ，ｎ…第ｎ列選択用配線、Ｌ_Ｏ，ｎ…第ｎ列読出用配線、Ｌ_ｏｕｔ…電圧出力用配線、Ｌ_Ｒ…リセット用配線、Ｌ_Ｖ，ｍ〜第ｍ行選択用配線、Ｐ，Ｐ_ｍ，ｎ…画素、Ｒｅｓｅｔ…リセット制御信号、Ｓ_１〜Ｓ_Ｎ…積分回路、ＳＷ_１…読出用スイッチ、ＳＷ_２１…放電用スイッチ、ＳＷ_２２…ゲイン設定用スイッチ、ＳＷ_３１…入力用スイッチ、ＳＷ_３２…出力用スイッチ、Ｗ…シリコンウェハ。

Claims

被検者の顎部の周囲を移動しつつＸ線像を撮像する固体撮像装置を備え、少なくとも二つの撮像モードを有する医療用Ｘ線撮像システムであって、
前記固体撮像装置が、
フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る矩形状の受光面を有する受光部と、
各列毎に配設され、対応する列の前記画素に含まれる前記フォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、
前記読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する信号読出部と、
各画素の前記読出用スイッチの開閉動作を制御するとともに、前記信号読出部における電圧値の出力動作を制御して、各画素の前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記信号読出部から出力させる制御部と、
入射したＸ線に応じてシンチレーション光を発生して前記Ｘ線像を光像へと変換し、該光像を前記受光部へ出力するシンチレータとを有し、
前記固体撮像装置を前記受光面に垂直な軸線周りに回転可能に支持するとともに、前記二つの撮像モードのうち一方の撮像モードの際には前記固体撮像装置の移動方向に前記受光部の行方向または列方向が沿うように、また、前記二つの撮像モードのうち他方の撮像モードの際には前記固体撮像装置の移動方向に対し前記受光部の行方向および列方向の双方が傾斜するように、前記固体撮像装置の回転角を制御する回転制御部を更に備え、
前記受光部における行数Ｍが列数Ｎより小さく、前記受光面の形状が行方向を長手方向とする長方形状であり、
前記制御部が、前記他方の撮像モードの際に、前記Ｍ×Ｎ個の画素のうち所定の方向を長手方向とする撮像領域を構成する前記画素から選択的に電圧値が読み出されるように前記信号読出部の出力動作を制御し、
前記所定の方向が、前記受光部の行方向および列方向の双方に対して傾斜しており、且つ前記固体撮像装置の移動方向に対して直交し、
前記撮像領域が前記受光部の対角線上の領域である、ことを特徴とする医療用Ｘ線撮像システム。
前記制御部が、前記他方の撮像モードにおいて前記信号読出部の出力動作を制御する際に、前記受光部のＮ列それぞれに対応して保持された電圧値のうち、連続するＮ_１列（Ｎ_１＜Ｎ）に対応して保持された電圧値を前記信号読出部から出力させ、且つ、前記受光部における該Ｎ_１列の位置を、一又は複数の行に対応する電圧値を読み出す度に一定列数ずつシフトさせる、ことを特徴とする請求項１に記載の医療用Ｘ線撮像システム。
前記固体撮像装置の回転中心が、矩形状の前記受光部における四つの角部のうち一つの角部に位置しており、
前記一つの角部が前記二つの撮像モードの双方において前記被検者に対し下顎側に位置するように前記固体撮像装置が回転する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用Ｘ線撮像システム。
前記制御部が、前記他方の撮像モードの際に、前記一方の撮像モードと比べて、前記信号読出部から出力される電圧値に基づくフレームデータにおける読出し画素ピッチを小さくし、単位時間当たりに出力されるフレームデータの個数であるフレームレートを速くし、前記信号読出部における入力電荷量に対する出力電圧値の比であるゲインを大きくする、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の医療用Ｘ線撮像システム。
前記一方の撮像モードは歯科用Ｘ線撮影におけるＣＴ撮影を行う撮像モードであり、前記他方の撮像モードは歯科用Ｘ線撮影におけるパノラマ撮影を行う撮像モードである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療用Ｘ線撮像システム。