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JPWO2010010620A1 - 光または放射線撮像装置 - Google Patents

光または放射線撮像装置 Download PDF

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Abstract

本発明の放射線撮像装置に備わるX線検出器には、X線検出用画像領域と、X線検出器の回路から発生する時間変動ノイズを検出する時間変動ノイズ検出用画像領域と２種類ある。これより、時間変動ノイズ検出用画像領域からの電荷信号の読取りのタイミングをゲート駆動回路がＯＮになる前に行うことで、アクティブマトリクス基板のゲート回路の損傷に関係なく、時間変動ノイズを的確に検出することができる。この結果、画質の向上した放射線撮像装置を製造することができる。

Description

本発明は、医療分野や非破壊検査、ＲＩ（Radio Isotope）検査、および光学検査などの産業分野などに用いられる光または放射線撮像装置に係り、特に、光または放射線を検出する検出器の回路ノイズを除去する技術に関するものである。
従来、光または放射線撮像装置には、光または放射線を検出する光または放射線検出器を備えている。ここで光とは、赤外線、可視光線、紫外線、放射線、γ線等をいうが、特にX線検出器を例に採って説明する。X線検出器には、アクティブマトリックス基板を用いてX線を検出するフラットパネルディテクタ（以下、ＦＰＤと称す）が広く使われている。アクティブマトリックス基板を使うと、各画素ごとのX線検出値を読み込むことができ、非常に有用だからである。
しかしながら、アクティブマトリックス基板を用いたＦＰＤには回路ノイズとして時間変動ノイズが発生する。これは、アクティブマトリックス基板の配線、または、アンプ回路から発生するノイズなどが原因である。この時間変動ノイズを取り除くために、ＦＰＤの両端のＸ線検出用画素としては使用しない領域、例えば、鉛でシールされた筐体内のＸ線遮蔽領域などに配置された補正用画素領域から得られる検出値を時間変動ノイズとして平均値を求め、検出信号から時間変動ノイズを除去する方法がなされていた。
例えば、特許文献１に開示されているように、ＦＰＤの両端の補正用画素領域において、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）回路とＸ線変換層とを断線することで放射線の遮蔽を完全なものとし、ＴＦＴ回路、およびアクティブマトリックス基板の配線、並びにアンプ回路から発生する時間変動ノイズを検出している。
特開２００３−８７６５６号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、ＦＰＤの両端の補正用画素領域において、ＴＦＴ回路と放射線変換層とを断線させなければならないので、X線検出領域とは異なる工程となり、手間が増える。また、補正用画素領域のＴＦＴ回路に欠損がある場合、ＴＦＴ回路の異常出力を時間変動ノイズとして検出してしまう。さらには、ＴＦＴ回路と放射線変換層とを断線させなければならないので、Ｘ線検出素子を補正用素子として使うことできない問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、補正用画素領域の光または放射線に感応する検出素子の異常出力に影響されることなく、時間変動ノイズを正確に除去する光または放射線撮像装置を提供することを目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明の光または放射線撮像装置は、光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送る読み出し手段と、前記光または放射線検出手段から行ごとに読み出される電荷信号をそれぞれ列ごとに電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を列ごとに一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、前記電圧信号保持手段にて所定の時間保持された電圧信号を基に、撮像画像を構成する画像処理部と、前記検出素子は前記光または放射線検出手段内の主画素領域に配設されたものと補正用画素領域に配設されたものとに分けられ、前記補正用画素領域に配設された前記検出素子から前記電荷電圧変換手段に到る経路において、光または放射線に感応して生成したものとは異なって生成した電荷信号を、前記スイッチング信号が送られる前に前記電荷電圧変換手段を介して前記電圧保持手段でサンプリングして補正用電圧信号を得るとともに、前記主画素領域で生成した電荷信号を前記スイッチング信号が送られた後に前記電荷電圧変換手段を介して前記電圧保持手段にサンプリングして主画素検出信号を得るように制御する制御手段とを備え、前記画像処理部にて、前記主画素検出信号と前記補正用電圧信号とを用いて時間変動ノイズを除去した撮像画像を構成することを特徴とする。
この発明の光または放射線撮像装置によれば、補正用画素領域内の検出素子からの電圧信号をサンプリングするタイミングをスイッチング信号が送られる前にすることで、補正用画素領域内の検出素子の異常出力や散乱光または散乱放射線により生成される電荷に影響されることなく、補正用電圧信号を測定することができる。これより、時間変動ノイズを正確に除去することができる光または放射線撮像装置が得られる。
また、補正用画素領域内の検出素子と主画素領域の検出素子とは、電圧信号をサンプリングするタイミングがスイッチング信号が送られる前か後の違いなので、主画素領域の検出素子を補正用画素領域内の検出素子として使うこともできる。
また、画像処理部では、前記主画素検出信号および前記補正用電圧信号からオフセット信号を除去するオフセット信号除去部と、オフセット信号が除去された前記補正用電圧信号の各行ごとの平均値である行別時間変動ノイズ平均値を算出する時間変動ノイズ第１算定部と、前記行別時間変動ノイズ平均値の全ての行の平均値である時間変動ノイズ総平均値を算出する時間変動ノイズ第２算定部と、前記行別時間変動ノイズ平均値から時間変動ノイズ総平均値を減算して各行ごとの時間変動ノイズを算出する時間変動ノイズ第３算定部と、前記主画素検出信号から、対応する各行ごとの時間変動ノイズを減算する時間変動ノイズ除去部とを備えてもよい。
上記の構成により、各行ごとに異なる時間変動ノイズを精度良く算出することができ、主画素検出信号から行別時間変動ノイズを正確に除去することができる。
また、画像処理部の他の構成として、前記主画素検出信号および前記補正用電圧信号からオフセット信号を除去するオフセット信号除去部と、オフセット信号が除去された前記補正用電圧信号の各行ごとの平均値である行別時間変動ノイズ平均値を算出する時間変動ノイズ第１算定部と、ｎ行目から（ｎ−ｍ）行目の各行ごとに得た行別時間変動ノイズ平均値から、ｎ行目からｍ行目までの行全体の平均値である時間変動ノイズブロック平均値を算出する時間変動ノイズ第２算定部と、ｎ行目の前記行別時間変動ノイズ平均値から時間変動ノイズブロック平均値を減算してｎ行目の時間変動ノイズを算出する時間変動ノイズ第３算定部と、ｎ行目の前記主画素検出信号から、ｎ行目の前記時間変動ノイズを減算する時間変動ノイズ除去部とを備え、上記信号処理をｎ行、ｎ+1行、ｎ+2行…と各行順次行うようにしてもよい。
上記の画像処理部の構成によれば、１フレーム分の撮像データをバッファする必要がないので、画像処理部の負担が軽減できる。また、時間変動ノイズをリアルタイムで除去することができるので、動画撮像時などに有効である。
また、補正用画素領域は主画素領域と隣接して配置するのが好ましい。光または放射線が、光または放射線検出手段の全体に照射する場合は、補正用画素領域は放射線または光検出手段の片端または両端に配置すればよい。
これより、光または放射線の放射領域に合わせて領域が変化する主画素領域に隣接して補正用画素領域を配置することができる。たとえ、主画素領域が放射線または光検出手段の一部分であっても、その直近に補正用画素領域を配置することで、時間変動ノイズを的確に取得することができる。
この発明に係る放射線または光撮像装置によれば、補正用画素領域の光または放射線に感応する検出素子の異常出力に影響されることなく、時間変動ノイズを正確に除去する光または放射線撮像装置が得られる。
実施例に係るＸ線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例に係るＸ線撮像装置に備わるＸ線検出器の構成を示す回路図である。 実施例に係るＸ線撮像装置に備わるＸ線検出器のＸ線変換層周辺部の概略縦断面図である。 実施例に係るアンプアレイ部の構成を示すブロック図である。 実施例に係る主画素領域の画素に対するX線検出制御部のタイミングチャート図である。 実施例に係る補正用画素領域の画素に対するX線検出制御部のタイミングチャート図である。 実施例に係る時間変動ノイズを除去するシーケンスを示したフローチャートである。 実施例に係る時間変動ノイズの算出を示す説明図である。 本発明の他の実施例に係る放射線検出器の構成を示す回路図である。 本発明の他の実施例に係る放射線検出器の構成を示す回路図である。 本発明の他の実施例に係る放射線検出器の構成を示す回路図である。 本発明の他の実施例に係る補正用画素領域の画素に対するX線検出制御部のタイミングチャート図である。 本発明の他の実施例に係る補正用画素領域の画素に対するX線検出制御部のタイミングチャート図である。
符号の説明
１ … Ｘ線管
３ … Ｘ線検出器
４ … Ａ／Ｄ変換器
５ … 画像処理部
１１ … Ｘ線検出制御部
１２ … ゲート駆動回路
１３ … アンプアレイ部
１４ … サンプルホールド部
１５ … マルチプレクサ
２２ … 電荷電圧変換アンプ
２３ … 画像メモリ部
２４ … オフセット信号除去部
２５ … 時間変動ノイズ算定部
２６ … 時間変動ノイズ除去部
２７ … 時間変動ノイズ第１算定部
２８ … 時間変動ノイズ第２算定部
２９ … 時間変動ノイズ第３算定部
ＤＵ … 検出素子
Ｓ … 検出面
Ａ１ … 主画素領域
Ｂ１ … 補正用画素領域
ＧＬ１〜ＧＬ１０ … ゲート線
ＤＬ１〜ＤＬ１０ … データ線
ＳＨ１〜ＳＨ１０ … サンプルホールド回路
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は実施例に係るＸ線撮像装置の構成を示すブロック図であり、図２はＸ線撮像装置に備わるＸ線検出器の構成を示す回路図であり、図３はＸ線撮像装置のＸ線変換層周辺の概略縦断面図であり、図４はアンプアレイ部の構成を示すブロック図である。本実施例では、入射する光または放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、放射線撮像装置としてＸ線撮像装置を例に採って説明する。
＜Ｘ線撮像装置＞
本実施例に係るＸ線撮像装置は、被検体にＸ線を照射して撮像を行う。具体的には、被検体を透過したＸ線像がＸ線変換層（本実施例ではアモルファスセレン膜）上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリア（電荷信号）が層内に発生することでキャリアに変換される。
図１に示すように、Ｘ線撮像装置は、撮像対象である被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管１と、被検体Ｍを載置させる天板２と、被検体Ｍを透過したＸ線量に応じた電荷信号を生成（Ｘ線を電荷信号として検出）し、さらに、この電荷信号を電圧信号に変換して出力するＸ線平面検出器３と、Ｘ線平面検出器３から出力された電圧信号をアナログからデジタルへ変換するＡ／Ｄ変換器４と、Ａ／Ｄ変換器４で変換されたデジタルの電圧信号を処理して画像を構成する画像処理部５と、Ｘ線撮像に関する種々の制御を行う主制御部６と、主制御部６での制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御するＸ線管制御部７と、Ｘ線撮像に関する入力設定を行うことが可能な入力部８、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを表示する表示部９、画像処理部５で処理されて得られたＸ線画像などを記憶する記憶部１０などを備えている。さらに、Ｘ線撮像装置の各部構成を詳細に説明する。
図２に示されるように、Ｘ線平面検出器３は、複数のＸ線検出素子ＤＵ、Ｘ線検出制御部１１、ゲート駆動回路１２、アンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４、マルチプレクサ１５とが備えられている。これら複数のＸ線検出素子ＤＵはゲート線Ｇ１〜Ｇ１０によりゲート駆動回路１２と接続し、データ線ＤＬ１〜ＤＬ１０によりアンプアレイ部１３と接続されている。Ｘ線検出制御部１１はゲート駆動回路１２、アンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４、マルチプレクサ１５とに接続されている。Ｘ線平面検出器３は本発明における光または放射線検出手段に相当する。
Ｘ線検出素子ＤＵは、入射されたＸ線に感応して電荷信号を出力するものであり、Ｘ線が入射されるＸ線検出面Ｓに縦横の２次元マトリックス状に配列されている。実際のＸ線検出面ＳにはＸ線検出素子ＤＵが、例えば、縦４０９６×横４０９６程度に２次元マトリックス状に配列されて用いられる。なお、図２においては、Ｘ線検出素子ＤＵが縦１０×横１０の２次元マトリックス状に配列したものを一例として図示している。
Ｘ線平面検出器３内の検出面Ｓは主画素領域Ａ１と補正用画素領域Ｂ１とに分けられる。本実施例では、補正用画素領域Ｂ１はＸ線検出面Ｓの左端に配置されている。主画素領域Ａ１に配置されている検出素子ＤＵは、被検体Mを透過した放射線量を測定するためのものであり、補正用画素領域Ｂ１に配置されている検出素子ＤＵは時間変動ノイズを測定するためのものであり、例えば、各行３０〜６０個ほど配置されている。なお、図２においては、２個配置されている。
また、Ｘ線検出素子ＤＵは図３に示されるように、高電圧のバイアス電圧Ｖａを印加する電圧印加電極１６と、入射したＸ線から電荷信号へ変換するＸ線変換層１７とＸ線変換層１７で変換された電荷信号を収集、蓄積、読み出し（出力）を行うアクティブマトリックス基板１８とを備えている。
Ｘ線変換層１７は、Ｘ線感応型半導体からなり、例えば、非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜で形成されている。また、Ｘ線変換層１７にＸ線が入射すると、このＸ線のエネルギーに比例した所定個数のキャリア（電荷信号）が直接生成される構成（直接変換型）となっている。
アクティブマトリックス基板１８は図３に示すように、絶縁性のガラス基板１９が設けられ、このガラス基板１９上には、電圧印加電極１６にバイアス電圧Ｖａが印加されたことに基づいて、Ｘ線変換層１７で変換された電荷信号を収集する収集電極２０、収集電極２０で収集された電荷信号を蓄積するコンデンサＣａ、スイッチング素子としてのＴＦＴ２１、ゲート駆動回路１２からＴＦＴ２１を制御するためのゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０、ＴＦＴ２１から電荷信号が読み出されるデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０とを設けている。
次に、Ｘ線検出制御部１１は主制御部６（図１参照）から制御され、図２に示すようにゲート駆動回路１２とアンプアレイ部１３とサンプルホールド部１４とマルチプレクサ１５とを統括制御するものであり、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的にアンプアレイ部１３へ取り出し、さらに、マルチプレクサ１５から順次出力させる制御を行うものである。具体的にはＸ線検出制御部１１は、ゲート駆動回路１２の動作を開始させるゲート動作信号と、アンプアレイ部１３のアンプリセットを開始させるアンプリセット信号と、サンプルホールド部１４の動作を制御するサンプルホールド制御信号と、マルチプレクサ１５の動作を制御するマルチプレクサ制御信号を出力する構成となっている。
次に、ゲート駆動回路１２は、Ｘ線検出素子ＤＵで検出された電荷信号を順次選択的に取り出すために、各X線検出素子ＤＵのＴＦＴ２１を動作させるものである。ゲート駆動回路１２は、Ｘ線検出制御部１１からのゲート動作信号に基づいて、Ｘ線検出素子ＤＵの横行ごとに共通して接続されるゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を順次選択してゲート信号を送る。この選択した行内のＸ線検出素子ＤＵのＴＦＴ２１は、ゲート信号により一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサＣａに蓄積された電荷信号がデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０を通りアンプアレイ部１３に出力される。ゲート駆動回路１２は、本発明における読み出し手段に相当し、ゲート信号は、本発明におけるスイッチング信号に相当する。
次に、アンプアレイ部１３は図２に示すように、Ｘ線検出素子ＤＵの縦列ごとのデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に対応した数（図２では１０個）の電荷電圧変換アンプ２２が備えられている。電荷電圧変換アンプ２２は、各Ｘ線検出素子ＤＵから出力された電荷信号を電圧信号に変換する電荷検出増幅回路（ＣＳＡ：Charge Sensitive Amplifier）である。電荷電圧変換アンプ２２は、X線検出制御部１１からのアンプリセット信号が停止した後に電荷信号を電圧信号に変換し、サンプルホールド部１４に出力する。アンプアレイ部１３は、本発明における電荷電圧変換手段に相当する。
さらに、電荷電圧変換アンプ２２の電気的構成について、図４を用いて詳細に説明する。図４に示すように、電荷電圧変換アンプ２２は、増幅素子であり、反転入力端子がデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０に接続された演算増幅器Ａ１と、この演算増幅器Ａ１の反転入力端子および出力端子の間に設けられた帰還コンデンサＣｆ１と、この帰還コンデンサＣｆ１に並列に設けられたスイッチＳＷ１とを備えている。また、演算増幅器Ａ１の非反転入力端子には、基準電圧Ｖrefが印加されている。なお、基準電圧Ｖrefは、接地レベル（０［V］）である。
また、スイッチSW１は、X線検出制御部１１からの制御に基づいて、導通状態および遮断状態に変化するものである。具体的には、スイッチSW１はX線検出制御部１１からのアンプリセット信号に基づいて、所定の時間において導通状態となる。ここで、スイッチSW1が導通状態の場合には、帰還コンデンサＣｆ１に蓄積された電荷（電荷信号）が放電され、帰還コンデンサＣｆ１がリセットされた状態となり、電荷電圧変換アンプ２２が初期化された状態となる。さらに、所定の時間経過後にスイッチＳＷ１が遮断状態になると初期化状態が解除され、この時点以降にデータ線ＤＬ１〜ＤＬ１０から入力された電荷信号が電圧信号として帰還コンデンサＣｆ１に蓄積される。これより、電荷電圧変換アンプ２２は、初期化状態が解除された時点以降に入力された電荷信号に応じた電圧を出力する構成である。
次に、サンプルホールド部１４は、電荷電圧変換アンプ２２の数に対応した数のサンプルホールド回路ＳＨ１〜ＳＨ１０が設けられている。また、Ｘ線検出制御部１２からのサンプルホールド制御信号に基づいて、電荷電圧変換アンプ２２から出力された電圧信号を所定の時間においてサンプリングし、所定の時間が経過した時点での電圧信号を保持（ホールド）し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ１５に出力するものである。サンプルホールド部１４は、本発明における電圧信号保持手段に相当する。
次に、マルチプレクサ１５の内部には、サンプルホールド回路ＳＨ１〜ＳＨ１０の数に対応した数のスイッチが設けられている。また、Ｘ線検出制御部１２からのマルチプレクサ制御信号に基づいて、スイッチのいずれかひとつを順次ＯＮ状態に切り替えて、サンプルホールド回路ＳＨ１〜ＳＨ１０から出力される各電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として、図１に示すＡ／Ｄ変換器４に出力する。
次に、Ａ／Ｄ変換器４は、マルチプレクサ１５からの時分割信号の各電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの時分割信号の各電圧信号に変換し、画像処理部５に出力する。
図１に示すように画像処理部５は内部に画像メモリ部２３、オフセット信号除去部２４、時間変動ノイズ算定部２５、時間変動ノイズ除去部２６とを設けている。時間変動ノイズ算定部２５内にはさらに、時間変動ノイズ第１算定部２７と、時間変動ノイズ第２算定部２８と、時間変動ノイズ第３算定部２９とを設けている。
Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタルの時分割信号の電圧信号は画像メモリ部２３に一時的に記憶される。また、予め測定されたオフセット信号も画像メモリ部２３に記憶される。ここで、オフセット信号は、Ｘ線管１からＸ線を照射しない時に撮影した複数枚の暗時画像を平均化することで得ることができる。もちろん、この暗時画像にも時間変動ノイズが含まれるが、複数枚の画像信号を平均化することで時間変動ノイズが相殺され、オフセット信号への影響がほとんど無くなる。
オフセット信号除去部２４では、Ａ／Ｄ変換器４から出力された電圧信号からオフセット信号を除去する。Ａ／Ｄ変換器４から出力された電圧信号が主画素領域Ａ１の検出素子DUからの主画素検出信号であれば、画像メモリ部２３へ再び格納し、補正用画素領域Ｂ１の検出素子DUからの補正用電圧信号であれば、時間変動ノイズ算定部２５へ出力する。ここで、本実施例において、主画素領域Ａ１の検出画素ＤＵからデータ線ＤＬ３〜Ｄ１０、アンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４、マルチプレクサ１５を通って画像処理部５へ入力される電圧信号を主画素検出信号と呼ぶ。また、補正用画素領域Ｂ１の検出画素ＤＵからデータ線ＤＬ１またはＤ２、アンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４、マルチプレクサ１５を通って画像処理部５へ入力される電圧信号を補正用電圧信号と呼ぶ。
時間変動ノイズ算定部２５では、各ゲート線ごとの時間変動ノイズを算定して時間変動ノイズ除去部２６へ出力する。この時間変動ノイズの算定方法については、後で詳述する。
時間変動ノイズ除去部２６では、画像メモリ部２３に格納された主画素検出信号から、時間変動ノイズ算定部２５から出力される時間変動ノイズを除去することで、ノイズの無い撮像画像を構成する。
＜Ｘ線撮像＞
次に、この実施例におけるＸ線撮像装置でＸ線撮像が実行される場合の動作を、図１〜図９を用いて説明する。
まず、図１〜図３に示すように、入力部８でのＸ線撮像開始の指示がされると、主制御部６は、Ｘ線管制御部７とＸ線平面検出器３のＸ線検出制御部１１とを制御する。Ｘ線管制御部７は、主制御部６からの制御に基づいて管電圧や管電流を発生させＸ線管１を制御し、Ｘ線管１からＸ線が被検体Ｍに照射される。さらに、被検体Ｍを透過したＸ線は、Ｘ線平面検出器３のＸ線検出素子ＤＵにより被検体Ｍを透過したＸ線量に応じた電荷信号に変換され、コンデンサＣａにより蓄積される。
次に、図５を用いて、主画素領域Ａ１に配置された各検出素子ＤＵにゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を介して接続されたゲート駆動回路１２の動作、およびデータ線ＤＬ３〜ＤＬ１０を介して接続されたアンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４の動作、並びにこれらを制御するＸ線検出制御部１１の動作を説明する。
Ｘ線検出制御部１１は、主制御部６からの制御に基づいて、アンプアレイ部１３の電荷電圧変換アンプ２２に対して、アンプリセット信号を出力する。アンプリセット信号により、電荷電圧変換アンプ２２のスイッチＳＷ１がオン状態で導通し、帰還コンデンサＣｆ１がリセットされ、図５（ａ）に示すように、電荷電圧変換アンプ２２が初期化する（ｔ０〜ｔ１）。そして、電荷電圧変換アンプ２２の初期化が終わった後、Ｘ線検出制御部１１はゲート駆動回路１２に対してゲート動作信号を出力する。このゲート動作信号により、図５（ｂ）に示すようにゲート駆動回路１２がゲート線を順次選択する（ｔ３〜ｔ４）。本実施例では、ゲート線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇ９，Ｇ１０の順に１つずつ選択するものとして説明する。Ｘ線検出制御部１１は、本発明における制御手段に相当する。
先ず、ゲート駆動回路１２がゲート線Ｇ１を選択して、ゲート線Ｇ１に接続された各検出素子ＤＵが指定される。指定された各検出素子ＤＵのＴＦＴ２１のゲートは、ゲート信号が送られることで電圧が印加され、ＯＮ状態となる。これより、指定された各ＴＦＴ２１に接続されるコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、ＴＦＴ２１を経由して、データ線ＤＬ３〜ＤＬ１０に読み出される。次に、ゲート駆動回路１２がゲート線Ｇ２を選択して、同様の手順で、ゲート線Ｇ２に接続された各検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷信号が、データ線Ｄ３〜Ｄ１０の順に読み出される。残りのゲート線Ｇ３からＧ１０についても同様に順に選択することで、２次元状にキャリアを読み出す。
このように、ゲート駆動回路１２がゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を順次選択することで、各ゲート線に接続された検出素子ＤＵが指定され、その指定された各検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷信号が、データ線ＤＬ３〜ＤＬ１０に読み出される。
各データ線ごとに読みだされた電荷信号は電荷電圧変換アンプ２２において電圧信号へ変換されるとともに増幅され、帰還コンデンサＣｆ１に蓄積される。
そして、Ｘ線検出制御部１１はゲート駆動回路１２へゲート動作信号を停止した後、アンプアレイ部１３を介してデータ線Ｄ３〜Ｄ１０とそれぞれ接続されたサンプルホールド回路ＳＨ３〜ＳＨ１０へサンプルホールド制御信号を送る。この信号により、サンプルホールド回路ＳＨ３〜ＳＨ１０では、図５（ｃ）に示すように、アンプアレイ部１３にて変換された電圧信号をサンプリングするとともに一旦ホールドする（ｔ５〜ｔ６）。
その後、Ｘ線検出制御部１１はマルチプレクサ１５へマルチプレクサ制御信号を送る。この信号により、マルチプレクサ１５からサンプルホールド回路ＳＨ３〜ＳＨ１０にホールドされた電圧信号を時分割信号として順次出力する。出力された電圧信号はＡ／Ｄ変換器４にてアナログ値からデジタル値へ変換される。この変換されたデジタル信号に基づいて、画像処理部５は信号処理を行って、２次元状の撮像画像を構成する。
次に、図６を用いて、補正用画素領域Ｂ１に配置された各検出素子ＤＵにゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０を介して接続されたゲート駆動回路１２の動作、およびデータ線ＤＬ１またはＤＬ２を介して接続されたアンプアレイ部１３、サンプルホールド部１４の動作並びにこれらを制御するＸ線検出制御部１１の動作を説明する。
Ｘ線検出制御部１１は、主制御部６からの制御に基づいて、アンプアレイ部１３の電荷電圧変換アンプ２２に対して、アンプリセット信号を出力する。アンプリセット信号により、図６（ａ）に示すように、電荷電圧変換アンプ２２が初期化する（ｔ０〜ｔ１）。そして、電荷電圧変換アンプ２２の初期化が終わった後、Ｘ線検出制御部１１はサンプルホールド回路ＳＨ１およびＳＨ２へサンプルホールド制御信号を送る。この信号により、サンプルホールド回路ＳＨ１およびＳＨ２では、図６（ｃ）に示すように、電荷電圧変換アンプ２２のコンデンサＣｆ１に蓄積された電圧信号をサンプリングするとともに一旦ホールドする（ｔ２〜ｔ３）。
つまり、補正用画素領域Ｂ１に配置された検出素子ＤＵに対するサンプルホールドのタイミングと主画素領域Ａ１に配置された検出素子ＤＵ対するサンプルホールドのタイミングとを、ゲート駆動回路１２からゲート信号が送られる前と後とにずらしている。主画素領域Ａ１に配置された検出素子ＤＵに対しては、各検出素子ＤＵにゲート信号を送った後、各検出素子ＤＵ内の電荷信号をアンプアレイ部１３へ読み込んで電圧信号へ変換し、この電圧信号をサンプルホールドする。
これに対して、補正用画素領域Ｂ１に配置された検出素子ＤＵに対しては、各検出素子ＤＵにゲート信号を送る前、すなわち検出素子ＤＵ内の電荷信号をアンプアレイ部１３へ読み込む前に、既にアンプアレイ部１３にて電荷信号から電圧信号へ変換された電圧信号を、サンプルホールドする。この場合、各検出素子ＤＵにゲート信号が送られる前なので、各検出素子ＤＵのＴＦＴ２１はＯＦＦ状態であり、コンデンサＣａに蓄積された電荷信号をアンプアレイ部１３へ読み込むことはできない。つまり、サンプルホールド回路ＳＨ１およびＳＨ２がサンプリングしてホールドする電圧信号は、電荷電圧変換アンプ２２がリセットされた後、補正用画素領域Ｂ１に配置された各検出素子ＤＵのＴＦＴ２１のゲートからデータ線ＤＬ１またはＤＬ２を介して電荷電圧変換アンプ２２に到る経路にて発生する時間変動ノイズが電荷電圧変換アンプ２２内のコンデンサＣｆ１に蓄積された電圧信号である。この電圧信号には、データ線ＤＬ１またはＤＬ２や電荷電圧変換アンプ２２において発生する時間変動ノイズも含まれる。
その後、Ｘ線検出制御部１１は既に上述したように、ゲート駆動回路１２に対してゲート動作信号を出力する。このゲート動作信号により、図６（ｂ）に示すように、ゲート駆動回路１２がゲート線を順次選択する（ｔ３〜ｔ４）。こうして、主画素領域Ａ１に属する検出素子ＤＵと同様に、補正用画素領域Ｂ１に属する検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷信号を読み出して、電荷電圧変換アンプ２２内のコンデンサＣｆ１に蓄積するが、サンプリングは既にされているので、検出素子ＤＵにて生成されコンデンサＣａに蓄積された電荷信号から変換された電圧信号は、画像処理部へ送られることなくアンプリセット時に消去される。
その後、Ｘ線検出制御部１１はマルチプレクサ１５へマルチプレクサ制御信号を送る。この信号により、マルチプレクサ１５からサンプルホールド回路ＳＨ１〜ＳＨ２にホールドされた電圧信号を時分割信号として順次出力する。出力された電圧信号はＡ／Ｄ変換器４にてアナログ値からデジタル値へ変換される。このデジタル値へ変換された補正用電圧信号は画像処理部５へ送られ、画像処理が施される。
＜時間変動ノイズ除去＞
次に、主画素領域Ａ１における各検出画素ＤＵにて検出された主画素検出信号から、時間変動ノイズを除去する方法を説明する。
主画素領域Ａ１の検出素子ＤＵから画像処理部５までの経路から得られる主画素検出信号は、
（主画素検出信号）＝（Ｘ線透過画像信号）＋（時間変動ノイズ信号）＋（オフセット信号）
と、３つの信号成分から構成される。ここで、予め測定しておいたオフセット信号を除去することで、
（Ｘ線透過画像信号）＋（時間変動ノイズ信号）
からなる電圧信号を求める。
これに対し補正用画素領域Ｂ１の検出画素ＤＵから画像処理部５までの経路から得られる補正用電圧信号は、
（補正用電圧信号）＝（時間変動ノイズ信号）＋（オフセット信号）
と、２つの成分から構成されるので、画像処理部５にて、予め測定しておいたオフセット信号を除去することで、（時間変動ノイズ信号）を求める。
主画素領域Ａ１の検出素子ＤＵから得られた主画素検出信号から、補正用画素領域Ｂ１で得られた補正用電圧信号に含まれる時間変動ノイズ信号を除去することで、ノイズの除去されたＸ線透過画像信号を得ることができる。この時間変動ノイズの算出方法にはいくつか方法があるので、これを説明する。
図１および図７を参照して、時間変動ノイズを加算平均して除去する方法を説明する。
画像処理部５では上述した方法により主画素領域Ａ１からの経路により得た主画素検出信号と補正用画素領域Ｂ１からの経路より得た補正用電圧信号を用いて、以下に説明する方法にて、主画素検出信号から時間変動ノイズ信号を除去する。まず、静止画における時間変動ノイズの除去の方法を説明する。
（ステップ１）オフセット信号除去
オフセット信号除去部２４にて、画像メモリ部２３に記憶されている主画素検出信号および補正用電圧信号から予め計測しておいた各検出素子ＤＵに対応するオフセット信号を減算することでオフセット信号を除去する。オフセット信号を除去された主画素検出信号は再びメモリ部３７へ格納される。オフセット信号を除去された補正用電圧信号は、時間変動ノイズ算定部２５へ送られる。
（ステップ２）行別時間変動ノイズ平均値算定
次に、時間変動ノイズ第１算定部において、ステップ１にてオフセット信号が除去された補正用電圧信号のゲート線ごとの平均値を算定し、行別時間変動ノイズ平均値を求める。本実施例では、ゲート線が１０本あるので、ゲート線ＧＬ１〜ＧＬ１０ごとの行別時間変動ノイズ平均値を計算して、１０個の行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１〜Ｄａ１０を得る。この行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１〜Ｄａ１０を時間変動ノイズ第２算定部と時間変動ノイズ第３算定部へ送る。
（ステップ３）時間変動ノイズ総平均値算出
次に、時間変動ノイズ第２算定部において、ステップ２で求めた行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１〜Ｄａ１０の平均を求める。すなわち、補正用画素領域Ｂ１全ての検出素子ＤＵから得てオフセット信号を除去した補正用電圧信号の全ての平均値である時間変動ノイズ総平均値Ａvdを求める。そして、時間変動ノイズ総平均値Ａvdを時間変動ノイズ第３算定部へ送る。
（ステップ４）行別時間変動ノイズ算出
次に、時間変動ノイズ第３算定部において、時間変動ノイズ総平均値Ａvdと、行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１〜Ｄａ１０との差を各行ごとに求める。この差を各ゲート線Ｇ１〜Ｇ１０の行別時間変動ノイズＮｚ１〜Ｎｚ１０とする。
（ステップ５）主画素検出信号補正
各ゲート線Ｇ１〜Ｇ１０の主画素検出信号からこれに対応するステップ４で求めた時間変動ノイズＮｚ１〜Ｎｚ１０を減算する。これにより、主画素領域Ａ１内の検出画素ＤＵにて検出されたＸ線透過画像信号を正確に計測することができる。このＸ線透過画像信号を基に、画像処理部５ではＸ線透過画像を構成し、主制御部６へＸ線透過画像を送る。
以上の時間変動ノイズの算出方法によれば、各ゲート線ごとの時間変動ノイズを対応する主画素検出信号より除去することができるので、ゲート線ごとに対応した時間変動ノイズを除去することができる。また、時間変動ノイズ総平均値Ａvdから行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１〜Ｄａ１０を減算して行別時間変動ノイズＮｚ１〜Ｎｚ１０を算出することで、より正確なゲート線ごとの時間変動ノイズを求めることができる。また、この方法は、時間変動ノイズ総平均値Ａvdを求めることから、特に静止画のように画像処理にかける時間に余裕がある場合などに有効である。
上記の方法で動画の画像処理をする場合、画像メモリ部２３において１枚分の画像データを保持するか、１枚分の画像データを保持するバッファー部を画像処理部５内に設ければ、上記補正を施した画像を動画であってもモニタに映しだすことができる。このようにすれば、動画であっても、行別時間変動ノイズの全ての平均を求めて時間変動ノイズ総平均値を算出することができる。モニタに映しだす際には、フレームとして１枚遅れで映しだされる。
リアルタイムで画像処理する場合、時間変動ノイズを算定する補正用電圧信号のゲート線の直前の３行程のゲート線の行別時間変動ノイズ平均値から時間変動ノイズを求めるような移動平均法を用いてもよい。この場合、時間変動ノイズ第２算定部にて、過去３行程の行別時間変動ノイズ平均値と新たに処理する行の行別時間変動ノイズ平均値とを平均することで、４行分の時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdを求める。この時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdと行別時間変動ノイズ平均値からの差である行別時間変動ノイズを求めて、主画素検出信号から行別時間変動ノイズを差し引いて、Ｘ線透過画像信号を表示してもよい。
例えば、実施例において、ゲート線ＧＬ６と接続された検出素子ＤＵの補正用画素領域Ｂ１からの時間変動ノイズを求める場合、ゲート線ＧＬ３〜ＧＬ５の行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ３〜Ｄａ５とゲート線ＧＬ６の行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ６との時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdを求めて更新し、時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdから行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ６を差し引き行別時間変動ノイズＮｚ６を求めて、ゲート線６の画素ＤＵからの画像データから差し引く。以下の行もこれを順次繰り返していけばよい。
また、ゲート線ＧＬ１の補正用画素領域Ｂ１からの時間変動ノイズを求める場合など直前の行が無い場合、直前のフレームで算出したゲート線ＧＬ７〜ＧＬ１０の行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ７〜Ｄａ１０とゲート線ＧＬ１の行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１との時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdを求めて更新し、時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdから行別時間変動ノイズ平均値Ｄａ１を差し引き行別時間変動ノイズＮｚ１を求めて、ゲート線１の画素ＤＵからの画像データから差し引けばよい。
また、常に、直前の３行の行別時間変動ノイズ平均値から算出してもよいし、求めた時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdを次々と更新してもよい。この場合、１行前で算出した時間変動ノイズブロック平均値と、現在の行の行別時間変動ノイズ平均値との平均値を新たな時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdとして、行別時間変動ノイズを求めてもよい。
このようにすれば、動画を撮像時でも、フレームを遅らすことなく時間変動ノイズを除去することができる。これより、リアルタイムの透視画像でありながら時間変動ノイズが除去された撮像画像を表示することができる。また、上述した例では、時間変動ノイズブロック平均値Ａvbdを４行分の行別時間変動ノイズ平均値から算出していたが、４行に限らず、適宜最適な行数を設定すればよい。
上記のように構成したＸ線撮像装置１は、補正用画素領域内の検出素子の異常出力、例えば、ＴＦＴ２１の異常出力やＸ線変換層１７の欠損による異常出力などに影響されることなく、時間変動ノイズを正確に検出することができ、除去することができる。また、補正用電圧信号をサンプルホールドするタイミングがゲート駆動される前なので、散乱Ｘ線により生成される電荷を取り込むことがない。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上述した実施例では、補正用画素領域Ｂ１は検出面Ｓの片端に配置されていただけであったが、図９に示すように検出面Ｓの両端に補正用画素領域Ｂ２および補正用画素領域Ｂ３とあってもよい。また、検出面Ｓの両端に補正用画素領域を設けた場合、両端の補正用画素領域Ｂ２およびＢ３の補正用電圧信号の平均値を用いてもよいし、図１０に示すように主画像領域も２つに分割して主画像領域Ａ３およびＡ４それぞれ独立して補正をかけてもよい。
（２）上述した実施例では、主画素領域Ａ１および補正用画素領域Ｂ１は固定された領域であったが、図１１に示すように、スポット撮影時など撮像画像の範囲が狭い場合、その撮像画像範囲Ａ５の直近の外側の検出領域を補正用画素領域B６として補正用電圧信号を検出してもよい。つまり、主画素領域の検出素子を補正用画素領域の検出素子として使用することもできる。本発明によれば、主画素領域と補正用画素領域はともに固定された領域ではなく、検出素子ＤＵのサンプルホールドのタイミングを変えるだけでどちらの用途にも使うことができる。
（３）上述した実施例では、補正用画素領域Ｂ１の検出素子ＤＵのＴＦＴ回路にもゲート信号が送られていたが、図１２に示すように、補正用画素領域Ｂ１の検出素子ＤＵにはゲート信号を送らない構成でもよい。この構成によれば、サンプルホールドするタイミングはｔ１〜ｔ６の間のどのタイミングでもよい。これより、Ｘ線変換層１７で生成された電荷はサンプルホールドされないので、補正用電圧信号を検出することができる。
（４）上述した実施例では、補正用画素領域Ｂ１の検出素子ＤＵと接続されたアンプアレイ部１３のリセットが解除されてからゲートがＯＮになっていたが、図１３に示すように、ゲートがＯＮになっている間もアンプリセットを行う構成でもよい。この構成でも、Ｘ線変換層１７で生成された電荷はサンプルホールドされないので、補正用電圧信号を検出することができる。
（５）上述した実施例では、検出素子ＤＵはＸ線に感応するＸ線感応型半導体であったが、光感応型半導体を採用すれば、同じ構成にて時間変動ノイズを除去することができる光撮像装置を製作することができる。

Claims (8)

  1. 光または放射線撮像装置において、
    光または放射線に感応して電荷信号を生成する検出素子が２次元マトリックス状に複数個配設された光または放射線検出手段と、
    前記光または放射線検出手段の２次元マトリックスの行ごとに前記電荷信号を読み出すスイッチング信号を送る読み出し手段と、
    前記光または放射線検出手段から行ごとに読み出される電荷信号をそれぞれ列ごとに電圧信号に変換する電荷電圧変換手段と、
    前記電荷電圧変換手段にて変換された電圧信号を列ごとに一定時間サンプリングして所定の時間保持する電圧信号保持手段と、
    前記電圧信号保持手段にて所定の時間保持された電圧信号を基に、撮像画像を構成する画像処理部と、
    前記検出素子は前記光または放射線検出手段内の主画素領域に配設されたものと補正用画素領域に配設されたものとに分けられ、
    前記補正用画素領域に配設された前記検出素子から前記電荷電圧変換手段に到る経路において光または放射線に感応して生成したものとは異なって生成した電荷信号を、前記スイッチング信号が送られる前に前記電荷電圧変換手段を介して前記電圧保持手段でサンプリングして補正用電圧信号を得るとともに、前記主画素領域で生成した電荷信号を前記スイッチング信号が送られた後に前記電荷電圧変換手段を介して前記電圧保持手段にサンプリングして主画素検出信号を得るように制御する制御手段とを備え、
    前記画像処理部にて、前記主画素検出信号と前記補正用電圧信号とを用いて時間変動ノイズを除去した撮像画像を構成することを特徴とする光または放射線撮像装置。
  2. 請求項１に記載の光または放射線撮像装置において、前記画像処理部には、
    前記主画素検出信号および前記補正用電圧信号からオフセット信号を除去するオフセット信号除去部と、
    オフセット信号が除去された前記補正用電圧信号の各行ごとの平均値である行別時間変動ノイズ平均値を算出する時間変動ノイズ第１算定部と、
    前記行別時間変動ノイズ平均値の全ての行の平均値である時間変動ノイズ総平均値を算出する時間変動ノイズ第２算定部と、
    前記行別時間変動ノイズ平均値から時間変動ノイズ総平均値を減算して各行ごとの時間変動ノイズを算出する時間変動ノイズ第３算定部と、
    前記主画素検出信号から、対応する各行ごとの時間変動ノイズを減算する時間変動ノイズ除去部と
    を備えたことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  3. 請求項１に記載の光または放射線撮像装置において、前記画像処理部には、
    前記主画素検出信号および前記補正用電圧信号からオフセット信号を除去するオフセット信号除去部と、
    オフセット信号が除去された前記補正用電圧信号の各行ごとの平均値である行別時間変動ノイズ平均値を算出する時間変動ノイズ第１算定部と、
    ｎ行目（但し、ｎは自然数）から（ｎ−ｍ）行目（但し、ｍは自然数）の各行ごとに得た行別時間変動ノイズ平均値から、ｎ行目から（ｎ−ｍ）行目までの行全体の平均値である時間変動ノイズブロック平均値を算出する時間変動ノイズ第２算定部と、
    ｎ行目の前記行別時間変動ノイズ平均値から前記時間変動ノイズブロック平均値を減算してｎ行目の時間変動ノイズを算出する時間変動ノイズ第３算定部と、
    ｎ行目の前記主画素検出信号から、ｎ行目の前記時間変動ノイズを減算する時間変動ノイズ除去部とを備え、
    上記信号処理をｎ行目、ｎ+1行目、ｎ+2行目…と各行順次行う
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  4. 請求項３に記載の光または放射線撮像装置において、前記（ｎ−ｍ）が負の整数になる場合、
    ｎ行目から１行目までと、前のフレームの下端の行から下端より｜ｎ−ｍ｜行目までとの各行ごとに得た行別時間変動ノイズ平均値から、
    ｎ行目から１行目までと、前のフレームの下端の行から下端より｜ｎ−ｍ｜行目までとの行全体の平均値である時間変動ノイズブロック平均値を算出する時間変動ノイズ第２算定部と、
    ｎ行目の前記行別時間変動ノイズ平均値から時間変動ノイズブロック平均値を減算してｎ行目の時間変動ノイズを算出する時間変動ノイズ第３算定部と、
    ｎ行目の前記主画素検出信号から、ｎ行目の前記時間変動ノイズを減算する時間変動ノイズ除去部とを備え、
    上記信号処理をｎ行、ｎ+1行、ｎ+2行…と各行順次行う
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  5. 請求項１に記載の光または放射線撮像装置において、前記読み出し手段は、
    補正用画素領域に配設された前記検出素子へは前記スイッチング信号を送らない
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  6. 請求項１から５いずれか１つに記載の光または放射線撮像装置において、
    前記補正用画素領域が前記主画素領域に隣接して配置されている
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  7. 請求項６に記載の光または放射線撮像装置において、
    前記補正用画素領域が前記放射線検出手段の片端に配置されている
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
  8. 請求項７に記載の光または放射線撮像装置において、
    前記補正用画素領域が前記放射線検出手段の両端に配置されている
    ことを特徴とする光または放射線撮像装置。
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