JP2005210480A - Ａ／ｄ変換回路及びその出力補正方法、それを用いた撮像装置、放射線撮像装置、放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高画質が要求される医療用放射線撮像装置に好適なＡ／Ｄコンバータの誤差補正方法を提供する。
【解決手段】 基準信号を発生する基準信号発生手段（カウンタ８０６とＤ／Ａコンバータ８０５）を用い、Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２の出力信号を基準信号発生手段の基準信号に合わせて補正する。また、この補正手段として、Ａ／Ｄコンバータの出力信号をアドレスデータとして入力し、Ａ／Ｄコンバータの出力信号に同期した前記信号をＡ／Ｄコンバータの出力によって指定されたアドレスに記憶するメモリ８０３（８０４）で構成する。これによって、Ａ／Ｄコンバータの非直線性誤差によって発生する画像違和感を低減でき、高画質化を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換回路及びその出力補正方法、それを用いた撮像装置、放射線撮像装置、放射線撮像システムに関し、特に、Ａ／Ｄ変換回路の誤差補正技術に関するものである。

近年、半導体技術の進歩によりフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）と呼ばれる光を電気信号へ変換する光電変換装置を用いたデジタルＸ線撮像装置が実用化されている。デジタルＸ線撮像装置は、フィルム式より優れた感度や画質を有し、更に、撮影後に各種の画像処理が容易に行えるため診断医の必要な画像が容易に得られる、短時間に画像が得られる、画像のデジタル化による画像管理が容易である、ネットワークを利用した遠隔診断等の新たな医療サービスが可能となる等、診断精度の向上や効率化等新たな医療サービスへの展開等、従来のＸ線撮像装置に比べて多くの利点を持っている。

図１０はこのようなＦＰＤの一例を示す回路図である。まず、１画素は光電変換素子とその信号を転送するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）から構成され、この画素を２次元に配列することで２次元センサが構成されている。なお、光電変換素子としては、ＭＩＳ型光電変換素子を用いているが、ＰＩＮ型光電変換素子を用いても良い。

また、１０５は２次元センサのＴＦＴのゲート電圧を制御する主にシフトレジスタによって構成された垂直駆動回路、１０４はＴＦＴから信号線を介して転送される電荷を増幅する信号増幅回路である。６０５−１、６０５−２は信号増幅器回路１０４からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータである。

信号増幅回路１０４は信号増幅器６０１、増幅器６０１の出力を一定時間保持するサンプルホールド回路６０２、サンプルホールド回路６０２に保持されている信号をシリアル転送するマルチプレキサ回路６０３から構成されている。また、Ａ／Ｄコンバータを複数個用いているので、個々のＡ／Ｄコンバータから出力される信号を一つのシリアルデータに変換するマルチプレキサ回路６０４が設けられている。６０６は２次元センサのセンサバイアス線にバイアス電圧を印加するリフレッシュ電源である。リフレッシュ電源６０６は蓄積動作時とリフレッシュ動作時とでバイアス電圧を切り換える。

ＦＰＤの画像信号を読み出す場合には、垂直駆動回路１０５によりゲート線の電圧を操作してＴＦＴをオンし、光電変換素子に蓄積された電荷を信号増幅器６０１に転送する。この時、図１０に示すように横１ラインのＴＦＴは同じゲート線を共有しているため、横１ライン同時に信号増幅器６０１に信号が転送される。信号増幅器６０１で増幅された信号はサンプルホールド回路６０２へ転送され、サンプルホールド回路６０２によって後段のマルチプレキサ回路６０３によってＡ／Ｄコンバータ６０５へ転送されるまで保持される。最後に、マルチプレキサ回路６０３によって信号は時系列的にＡ／Ｄコンバータ６０５−１、６０５−２へ転送され、デジタル化される。デジタル化された画像信号は図示しない画像処理装置に送られ、オフセットやゲイン補正等の画像処理を行うことで診断画像として保存・表示される。

このようにＦＰＤは光電変換素子に蓄積された電荷からデジタル画像として読み出すことができるが、サンプルホールド回路６０２に保持された信号を時系列的にＡ／Ｄコンバータ６０５へ転送するため、１ラインの画素数が多いと画像を読み出すまでの時間が長くなってしまう。特に、Ｘ線撮像装置では人体の胸部を撮影することが求められるので、2次元センサの大きさは４０ｃｍ四方以上であることが望まれ、一方、小さな病巣の発見や体組織の観察を行う上で画素のピッチは小さいほど良いとされている。そのため、Ｘ線撮像装置では一般の撮像装置よりもセンサの画素数が多くなり、読み出し時間が長くなってしまう傾向にある。

例えば、横１ライン２５００画素、縦２５００ラインのＦＰＤの全画素を転送する時間を計算すると、１画素の転送に２００ｎｓｅｃ（５ＭＨｚ駆動）の場合には、横１ラインの転送にかかる時間は５００μｓｅｃであり、全画素読み出すには１．２５ｓｅｃかかる計算となる。

読み出しに時間がかかると、読み出しの最初と後で暗電流が蓄積する時間が異なるため、画像のシェーディングが発生するという画質の問題、動画等のフレームレートが高いアプリケーションに対応できないという問題、或いは撮影から画像を表示するまでに時間がかかるといった使い勝手の問題があった。

そこで、このような問題点を解決するため、例えば、特開平４−２１２４５６号公報（特許文献１）或いは特開平１１−１５０２５５号公報（特許文献２）に記載されているように複数のＡ／Ｄ変換器を用いて並列的に処理する方法が提案されている。

具体的には、特許文献１のものは、２次元センサの各読み出しライン（信号配線）毎に増幅器が設けられ、１ラインの増幅器は所定数の増幅器群に分けられ、それぞれの増幅器群毎に増幅器出力の並列信号を直列信号に変換するマルチプレキサが設けられている。そして、各マルチプレキサの出力毎にＡ／Ｄ変換器が設けられ、各々のマルチプレキサにおいてＡ／Ｄ変換処理を並列処理するように構成されている。

図１０のＡ／Ｄコンバータはこれに該当し、マルチプレキサ回路６０３により２次元センサの信号線の偶数ラインの信号がＡ／Ｄコンバータ６０５−１に出力され、奇数ラインの信号がＡ／Ｄコンバータ６０５−２に出力され、２つのＡ／Ｄコンバータ６０５−１、６０５−２でＡ／Ｄ変換処理を並列処理する。２つのＡ／Ｄコンバータ６０５−１、６０５−２の偶数ラインと奇数ラインからのデジタル信号はマルチプレキサ回路６０４により交互に出力され、図示しない画像処理装置に供給される。

また、特許文献２のものは、２次元センサの複数の信号配線が複数の配線群に分けられ、各信号配線群毎に増幅器群、アナログ記憶回路であるＳ／Ｈ回路群、Ｓ／Ｈ回路群の出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器群が設けられている。特許文献２のものでは、Ｓ／Ｈ回路群毎にＡ／Ｄ変換器群で並列処理するものである。
特開平４−２１２４５６号公報 特開平１１−１５０２５５号公報

特許文献１、２に記載されているように複数のＡ／Ｄ変換器を用いて画像信号をデジタル化すると、それぞれのＡ／Ｄ変換器の特性の違いが画像に現れる問題が発生する。一般的に、Ａ／Ｄ変換器はアナログの入力に対しリニアにデジタルデータを出力できず、図１１（ａ）に示すような積分非直線性誤差、或いは図１１（ｂ）に示すような微分非直線性誤差と呼ばれる非直線性の誤差を持っている。

このような誤差特性は、同型のＡ／Ｄ変換器であっても個体差があるため、複数のＡ／Ｄ変換器を用いたＦＰＤの場合には、複数のＡ／Ｄ変換器の積分非直線性誤差や微分非直線性誤差の差から縦すじ状の画像違和感が発生する。また、一つの画像の上下又は左右を別々のＡ／Ｄ変換器でデジタル化した場合には、その境界線が見える画像違和感が発生する。

このような複数のＡ／Ｄ変換器を用いた場合の非直線性誤差特性の違いによる画像違和感は数ＬＳＢ程度であるが、医療画像診断のような微妙な陰影を読み取るアプリケーションにおいては大きな問題となる。また、医療画像診断に用いられる放射線検出装置では、撮像装置より高い解像度が要求され、そのため用いられるＡ／Ｄ変換器に対しても高い解像度が要求される。高い解像度のＡ／Ｄ変換器では、１つの半導体チップに複数のＡ／Ｄ変換器を有することは製造上困難であり、現状の放射線検出装置においては、１つのＡ／Ｄ変換器を有する半導体チップを複数設けて構成されている。しかしながら、上記のように複数のＡ／Ｄ変換器が異なる半導体チップに形成されていると、Ａ／Ｄ変換器の非直線性誤差特性の差は非常に顕著となる。このように複数のＡ／Ｄ変換器を用いた場合には、その非直線性の特性であるがゆえに効果的な補正方法がないのが現状であった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、非直線性誤差を簡便に補正することが可能なＡ／Ｄ変換回路及びその出力補正方法、並びにそれを用いることによって画像の質を著しく向上させることが可能な撮像装置、放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、Ａ／Ｄ変換回路において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、出力信号を前記基準信号発生手段の基準信号に合わせて補正する補正手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、Ａ／Ｄ変換回路の誤差特性を補正する補正方法であって、出力信号を基準信号に合わせて補正することを特徴とする。

また、本発明は、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元に配列された画素部と、複数の前記画素を行方向に接続する複数の制御配線と、複数の前記画素の前記スイッチ素子を介して前記光電変換素子からの電気信号を読み出す複数の信号配線と、を備えた変換回路部と、前記複数の制御配線を順次駆動する駆動回路部と、前記複数の信号配線と接続され、前記光電変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部と、を有する撮像装置において、前記読み出し用回路部は、前記複数の信号配線からの信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記複数のＡ／Ｄ変換手段の出力信号を補正する補正部とを有し、前記補正部は、基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を前記基準信号に合わせて補正する補正手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、入射した放射線を電気信号に変換する変換手段と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元に配列された画素部と、複数の前記画素を行方向に接続する複数の制御配線と、複数の前記画素の前記スイッチ素子を介して前記変換素子からの電気信号を読み出す複数の信号配線と、を備えた変換回路部と、前記複数の制御配線を順次駆動する駆動回路部と、前記複数の信号配線と接続され、前記変換手段からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部と、を有する放射線撮像装置において、前記読み出し用回路部は、前記複数の信号配線からの信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記複数のＡ／Ｄ変換手段の出力信号を補正する補正部とを有し、前記補正部は、基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を前記基準信号に合わせて補正する補正手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、上記放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を画像として処理する処理手段と、前記処理手段からの信号を記録する記録手段と、前記処理手段からの信号を表示する表示手段と、前記処理手段からの信号を伝送する伝送手段と、前記放射線を発生する放射線源とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、Ａ／Ｄコンバータの積分非直線性誤差或いは微分非直線性誤差を簡便に補正することができる。従って、このＡ／Ｄコンバータの非直線性補正技術を撮像装置等に用いることにより、縦すじ状の画像違和感或いは１つの画像の上下又は左右を別々のＡ／Ｄコンバータでデジタル化した場合の、その境界が見えるような画像違和感の発生を無くすことができ、画像の質を著しく向上することができる。よって、高画質を要求される医療画像診断分野において微妙な陰影を読み取るアプリケーションに好適に使用でき、診断能力の向上に寄与することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す回路図である。まず、本実施形態では、図１０に示すＦＰＤと基本構成は同じであるが、Ａ／Ｄコンバータの非直線性誤差が小さくなるように補正する補正手段を有することを特徴とする。

本実施形態では、図１０のＡ／Ｄコンバータ６０５−１、６０５−２がそれぞれ図１のＡ／Ｄコンバータ８０１、８０２に対応するものとして説明する。また、図１０の２次元センサからの信号線の偶数ラインをＡ／Ｄコンバータ８０１が受け持ち、奇数ラインをＡ／Ｄコンバータ８０２が受け持ち、並列にＡ／Ｄ変換処理を行う。マルチプレキサ回路８１０は図１０のマルチプレキサ回路６０４に対応するもので、Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２からの２次元センサの信号線の偶数ラインと奇数ラインの信号を交互に出力する。

図１０のＦＰＤの構成については詳しい説明は省略するが、上述のように光電変換素子とＴＦＴから成る画素を２次元に配列した２次元センサ、２次元センサを駆動する垂直駆動回路１０５、信号増幅器６０１とサンプルホールド回路６０２とマルチプレキサ回路６０３とを有する信号増幅回路１０４、リフレッシュ電源６０６、Ａ／Ｄコンバータ６０５−１、６０５−２、マルトプレキサ回路６０４等から構成されている。図１０におけるＦＰＤの画像信号の読み出し動作等に関しては詳しい説明を省略する。

まず、８０３、８０４はデジタルデータを記憶するメモリ、８０５はＤ／Ａコンバータ、８０６はカウンタである。Ｄ／Ａコンバータ８０５とカウンタ８０６は後述するようにＡ／Ｄコンバータの非直線性誤差を補正するための基準信号を発生する基準信号発生器を構成している。また、ＳＷ８１１はＡ／Ｄコンバータ８０１の入力を２次元センサの信号線からの出力信号又はＤ／Ａコンバータ８０５の出力信号に切り換えるスイッチ、ＳＷ８１２はＡ／Ｄコンバータ８０２の入力を２次元センサの信号からの出力信号又はＤ／Ａコンバータ８０５の出力信号に切り換えるスイッチである。スイッチＳＷ８１１、ＳＷ８１２は制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄによって制御される。

８０８はメモリ８０３のアドレス線をカウンタ８０６の出力又はＡ／Ｄコンバータ８０１の出力に切り換えるマルチプレキサ回路、８０９はメモリ８０４のアドレス線をカウンタ８０６の出力又はＡ／Ｄコンバータ８０２の出力に切り換えるマルチプレキサ回路である。マルチプレキサ回路８０８、８０９は制御信号ｉｎｉｔによって制御される。

ＳＷ８０７はカウンタ８０６の出力とメモリ８０３のデータ線との接続をオン／オフするスイッチ、ＳＷ８０８はカウンタ８０６の出力とメモリ８０４のデータ線との接続をオン／オフするスイッチである。スイッチＳＷ８０７、ＳＷ８０８は制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄによって制御される。図１における太線はバスを示す。

次に、図１、図２を用いて本発明によるＡ／Ｄコンバータの非直線性誤差の補正方法について説明する。一例として、Ａ／Ｄコンバータの特性がカウンタから出力される基準デジタル値に対して図２（ａ）に実線で示すような特性の場合、即ち、Ｄ／Ａコンバータ８０５から出力される基準信号に対して図２（ａ）のグラフのような誤差特性を持っている場合について説明する。なお、図２（ａ）の破線は誤差が無い場合の理想的なＡ／Ｄ出力を示す。また、Ａ／Ｄコンバータ８０１側を例として補正方法を説明する。

本発明では、Ａ／Ｄコンバータの非直線性誤差を調べ、Ａ／Ｄコンバータの非直線性誤差の補正に必要な準備を行うキャリブレーションモード（出力特性誤差取得動作）と、２次元センサーからのアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換モード（実駆動動作）の二つの動作モードを有し、上記２つの動作モードを用いて複数のＡ／Ｄコンバータの出力特性の補正を実現する。

Ａ／Ｄコンバータ８０１の誤差を補正するには以下の順に回路を動作させる。まず、制御信号ｉｎｉｔをローレベルとし、制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄをローレベルとする。この時、スイッチＳＷ８０７はオンするためカウンタ８０６の出力とメモリ８０３のデータ線が接続され、マルチプレキサ回路８０８はカウンタ８０６の出力を選択するためカウンタ８０６の出力がメモリ８０３のアドレス線に接続される。

この状態で、カウンタ８０６を動作させてカウンタ８０６の出力信号をメモリ８０３に書き込む。この場合には、上述のようにマルチプレキサ回路８０８の入力はカウンタ８０６の出力を選択するため、メモリ８０３のアドレス値と書き込むデータは同じである。こうしてメモリ８０３にはアドレス値と同じデータが書き込まれる。以上の処理によりメモリ８０３の初期化を行う。

次に、キャリブレーションモードについて説明する。制御信号ｉｎｉｔをハイレベルとし、制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄはローレベルのままとする。この時、マルチプレキサ回路８０８によりメモリ８０３のアドレス線とＡ／Ｄコンバータ８０１の出力が接続され、スイッチＳＷ８１１によりＤ／Ａコンバータ８０５とＡ／Ｄコンバータ８０１が接続される。

この状態で、Ｄ／Ａコンバータ８０５から基準信号を出力し、Ａ／Ｄコンバータ８０１でデジタル化する。図３は基準信号発生器の各部の信号を示す。図３（ａ）はカウンタ８０５に供給されるクロックＣＬＫ＿ｃｕｎｔ１、図３（ｂ）はカウンタ８０６のＮビットの出力、図３（ｃ）はカウンタ８０６に供給されるクロックＣＬＫ＿ＤＡ、図３（ｄ）はＤ／Ａコンバータ８０５からＡ／Ｄコンバータ８０１に出力されるステップ状のアナログ基準信号を示す。

ここで、図３（ｄ）のステップ状の基準信号は、１ステップが使用されているＡ／Ｄコンバータの１ＬＳＢに相当する電圧と同じ電圧である。また、カウンタ８０６の出力が全て“０”の時にＡ／Ｄコンバータ出力の下限であり、カウンタ８０６の出力が全て“１”の時にＡ／Ｄコンバータ出力の上限となるように設定されている。

また、この場合には、Ｄ／Ａコンバータ８０５、カウンタ８０６、Ａ／Ｄコンバータ８０１に入力するクロック周波数（図１のＣＬＫ＿ＤＡ、ＣＬＫ１、ＣＬＫ＿ＡＤ１）を同じにして、Ｄ／Ａコンバータ８０５、カウンタ８０６、Ａ／Ｄコンバータ８０１を同期して動作させるようになっており、Ａ／Ｄコンバータ８０１によってデジタル化されたデータはメモリ８０３のアドレス線に出力される。

一方、カウンタ８０６の出力はメモリ８０３のデータ線と接続されているため、Ａ／Ｄコンバータ８０１から出力されたデジタル値のアドレスにその時のカウンタ８０６の出力値が書き込まれる。Ｄ／Ａコンバータ８０５、カウンタ８０６、Ａ／Ｄコンバータ８０１は同期して動作しているので、Ａ／Ｄコンバータ８０１に誤差がなければメモリ８０３に書き込まれるデータ値とアドレス値は一致する。また、Ａ／Ｄコンバータ８０１に誤差があればメモリ８０３に書き込まれるデータ値とアドレス値は異なることになる。ここまでの動作をキャリブレーションモードという。

このキャリブレーションモード時にメモリ８０３に書き込まれるデータ値とそのアドレス値の関係を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）の例では、カウンタ８０６の“００…０００”、“００…００１”に相当するアナログ入力に対しては、Ａ／Ｄコンバータ８０１は誤差を持っておらず、カウンタ８０６の出力と同じ値を出力する。この時、メモリ８０３のアドレスと書き込まれるデータは一致している。

一方、カウンタ８０６の“００…０１０”、“００…０１１”に相当するアナログ入力に対しては２ビット分の誤差によってそのアドレスは指定されない。アドレスが指定されないところのデータは初期化時のデータのままである。図２（ｂ）ではこの部分を破線で囲んで示す。カウンタ８０６の“００…１００”以降に関しては、２ビット分の誤差を持つＡ／Ｄコンバータ８０１によって指定されたアドレス値にその時のカウンタ８０６の値が書き込まれる。

次に、A／D変換モードについて説明する。A／D変換モード時に２次元センサからの画像信号をＡ／Ｄ変換する場合には、制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄをハイレベルとする。この時、スイッチＳＷ８１１により図１０の２次元センサの信号線からの信号をＡ／Ｄコンバータ８０１に入力する。また、制御信号ｉｎｉｔをハイレベルとし、スイッチＳＷ８０７をオフすると共に、マルチプレキサ回路８０８によりＡ／Ｄコンバータ８０１の出力はメモリ８０３のアドレス線に出力される。

一方、メモリ８０３は制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄがハイレベルとなったことで、アウトプットモードとなり、Ａ／Ｄコンバータ８０１から指定されたアドレスのデータを出力する。図２（ｃ）はこの時のメモリ８０３の出力特性（アドレス−データ相関）を示す。図２（ａ）及び図２（ｃ）から明らかなようにカウンタ８０６の出力“００…０１０”に相当する信号を入力した場合には、Ａ／Ｄコンバータ８０１自身の持つ誤差特性によって“００…１００”をメモリ８０３に出力する。これを受けて、メモリ８０３からは“００…１００”のアドレスに記録されている“００…０１０”の信号が出力される。よって、メモリ８０３の出力はカウンタ８０６の出力と一致する。

また、図２（ａ）と図２（ｃ）を比較すると、キャリブレーションモード時にＡ／Ｄコンバータ８０１によって指定されなかった“００…０１１”のアドレス以外の特性はＡ／Ｄコンバータ８０１の特性の逆関数になっていて、Ａ／Ｄコンバータ８０１の出力関数をメモリ８０３が打ち消すように働くことがわかる。即ち、Ａ／Ｄコンバータ８０１の誤差特性はメモリ８０３を介することによって補正することが可能である。

なお、以上の説明はＡ／Ｄコンバータ８０１の誤差特性の補正に関して説明したが、他方のＡ／Ｄコンバータ８０２に関しても全く同様である。実際には、メモリ８０３と同時に他方側のメモリ８０４の初期化を行い、キャリブレーションモード時には基準信号をＡ／Ｄコンバータ８０１、８０２に同時に入力して同時にキャリブレーションを行う。また、Ａ／Ｄ変換時には、Ａ／Ｄコンバータ８０２側はＡ／Ｄコンバータ８０１側と全く同様にメモリ８０４を用いて出力特性の補正を行う。

このように複数のＡ／Ｄコンバータの出力特性を基準信号に揃えることによってＡ／Ｄコンバータの持つ誤差を補正でき、Ａ／Ｄコンバータの誤差特性の差から生じる画像違和感の発生を抑えることが出来る。また、本実施形態では、誤差を順次補正していくため、静止画、動画に拘わらず、用いる事が出来る。特に、微妙な陰影を読み取る医療画像診断に用いられる放射線検出装置においては、著しい画質の向上が得られ、診断精度の向上に貢献することが可能となる。さらに、異なる半導体チップに形成された複数のＡ／Ｄコンバータを使用した、高性能のＡ／Ｄコンバータが必要とされる放射線検出装置においては、異なる半導体チップに形成されたことに起因する非直線性誤差特性の差による画像の質を著しく向上することが可能となる。

なお、一般にＡ／Ｄコンバータに比べてＤ／Ａコンバータは精度が高いため、使用しているＡ／Ｄコンバータと同じビット数のＤ／Ａコンバータを用いてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータに入力する基準信号は上記条件が満たされれば良く、Ａ／Ｄコンバータより高いビット数のＤ／Ａコンバータを用いて、その出力段にアッテネータを取り付けることで実現しても良い。

また、Ａ／Ｄコンバータの特性は温度によって影響を受けやすいため、キャリブレーションモードは出来るだけ撮影の直前に行うのが望ましい。更に、本実施形態ではＡ／Ｄコンバータを２個用いた場合の例を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、それ以上のＡ／Ｄコンバータを用いても良い。その場合には、Ａ／Ｄコンバータの数だけメモリが必要であるが、カウンタとＤ／Ａコンバータは１セットあれば良い。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態を示す回路図である。なお、図４では図１と同一部分は同一符号を付している。本実施形態では、複数のＡ／Ｄコンバータの特性を一つのＡ／Ｄコンバータの特性に揃える手段として、ソフトウェアと処理装置を用いたものである。本実施形態では、例えば、図７に示すコントロールＰＣ１１１に格納されているソフトウェアと処理装置を用いるものとして説明する。図７は本発明による撮像装置を用いた放射線撮像システムの一実施形態を示すものであるが、これについては後述する。

また、第１の実施形態のメモリに相当するものは無いが、第１の実施形態と同様にＤ／Ａコンバータ８０５とカウンタ８０６から成る基準信号発生を備えている。更に、図４では２個のＡ／Ｄコンバータ８０１、８０２を示しており、図１１の２次元センサの信号線から送られてくる信号のうち偶数ラインをＡ／Ｄコンバータ８０１が、奇数ラインをＡ／Ｄコンバータ８０２が受け持ち、並列にＡ／Ｄ変換を行う。

次に、本実施形態における補正方法を説明する。まず、以下のキャリブレーションモードによってＡ／Ｄコンバータの非直線性誤差の補正に必要なデータをコントロールＰＣ１１１内のメモリに記録する。即ち、Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２の特性を調べるため、制御信号Ｃａｌ／Ｒｅａｄ信号をローレベルとし、Ｄ／Ａコンバータ８０５と各Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２を接続する。Ｄ／Ａコンバータ８０５からは図３（ｄ）に示すような基準信号が出力され、各Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２はこの基準信号をＡ／Ｄ変換する。

各Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２の出力信号はマルチプレキサ回路８１５を介して交互に撮像装置内のコントロールＰＣ１１１に記録される。この時、各Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２、Ｄ／Ａコンバータ８０５、カウンタ８０６、コントロールＰＣ１１１は同期して動作しており、Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２は順次Ｄ／Ａコンバータ８０５の出力のＡ／Ｄ変換を行い、その結果をコントロールＰＣ１１１に記録していく。

図５（ａ）、（ｂ）はこのキャリブレーションモードによって得られたデータの例を示すグラフである。図５（ａ）はＡ／Ｄコンバータ８０１、図５（ｂ）はＡ／Ｄコンバータ８０２のグラフである。横軸は信号が取り込まれる順で、縦軸はＡ／Ｄコンバータの出力値を示す。ここで、各Ａ／Ｄコンバータ８０１、８０２、Ｄ／Ａコンバータ８０５、カウンタ８０６、コントロールＰＣ１１１は同期して動作しているため、図５（ａ）、（ｂ）の横軸はカウンタ８０６の出力値に相当する。よって、横軸を２進数に変換した値が誤差の無い理想的なＡ／Ｄコンバータが出力するデジタル値に相当する。

一方、縦軸はＡ／Ｄコンバータの出力を示しており、図５（ａ）、（ｂ）の特性から図５（ｃ）、（ｄ）に示すような第１の実施形態のメモリ８０３、８０４のデータに相当する補正表を作成することができる。図５（ｃ）は図５（ａ）に対応し、図５（ｄ）は図５（ｂ）に対応する。この補正表は２行、２^ｎ列（ｎはＦＰＤに実装されるＡ／Ｄコンバータのビット数で決まる）の配列であり、一方の列に基準信号をＡ／Ｄ変換した値、他方の列に補正値として図５（ａ）、（ｂ）のグラフの横軸を２進数に変換した値が入力される。ここで、Ａ／Ｄコンバータ８０１の補正表を配列Ｌｕｔ１（ａ，ｂ）、Ａ／Ｄコンバータ８０２の補正表を配列Ｌｕｔ２（ａ，ｂ）と定義する。

Ａ／Ｄコンバータの誤差補正処理はソフトウェアによって図６（ａ）のフローチャートのように行う。図６では図４の回路によって一つの画像をデジタル化する場合を想定しており、Ａ／Ｄコンバータ８０１は偶数側ライン、Ａ／Ｄコンバータ８０２は奇数側ラインを担当する。また、デジタル化された２次元センサの画像は図６（ｂ）に示すＩｍａｇｅ（Ｘ，Ｙ）という配列に格納されている。

図６（ａ）において、まず、ａ＝０、Ｘ＝０、Ｙ＝０として補正処理を開始する（Ｓ１０１）。次いで、Ｉｍａｇｅ（０，０）の画素とＩｍａｇｅ（１，０）の画素のデータを抜き取り、それぞれＩｍａｇｅ（２Ｘ，Ｙ）＝Ｌｕｔ１（ａ，１）、Ｉｍａｇｅ（２Ｘ＋１，Ｙ）＝Ｌｕｔ２（ａ，１）であるかを判定する（Ｓ１０２）。Ｉｍａｇｅ（２Ｘ，Ｙ）は偶数列、Ｉｍａｇｅ（２Ｘ＋１，Ｙ）は奇数列である。

この時、Ｌｕｔ、１Ｌｕｔ２内に格納されたＡ／Ｄコンバータ８０１、８０２の出力値と画素の出力値とを比較して、画素の出力値と同じＡ／Ｄ出力値を探し、一致するＡ／Ｄ出力値に相当する補正値を画素に書き込む。即ち、Ｉｍａｇｅ（２Ｘ，Ｙ）にＬｕｔ（ａ，２）の値を代入し、Ｉｍａｇｅ（２Ｘ＋１，Ｙ）にＬｕｔ（ａ，２）の値を代入する（Ｓ１０３）。この処理を横１ライン分繰り返し行い、２Ｘ＋１＝Ｘ_ＭＡＸ、又は２Ｘ＝Ｘ_ＭＡＸにまで処理したら（Ｓ１０４）、Ｙを１画素繰り上げ、次のラインの処理を同様に行い、Ｙ_ＭＡＸになるまでＳ１０２〜Ｓ１０５の処理を繰り返し行う。

以上の処理はコントロールＰＣ内に記録されているソフトウェアによって行い、画像データや補正表のデータは図示しない画像処理装置１０９のメモリ内に記憶されている。

本実施形態は、既存のＦＰＤの制御基板にＤ／Ａコンバータとカウンタを追加し、ソフトウェアを変更するだけの小さな変更で、複数のＡ／Ｄコンバータの非直線性誤差を補正することが可能となるのが特徴である。また、既存のＦＰＤの制御基板にＤ／Ａコンバータやカウンタを実装できない場合或いは既存のシステムに変更を加えたくない場合には、図５に示す補正表を何らかの方法で予め作成し、コントロールＰＣに記憶させることで対応可能である。

このように本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、複数のＡ／Ｄコンバータの出力特性を簡便に補正でき、この補正技術を撮像装置や放射線撮像装置に用いることによって画像の質を著しく向上することが可能である。特に、微妙な陰影を読み取る医療画像診断に用いられる放射線検出装置においては、著しい画質の向上が得られ、診断精度の向上に貢献することが可能となる。さらに、異なる半導体チップに形成された複数のＡ／Ｄコンバータを使用した、高性能のＡ／Ｄコンバータが必要とされる放射線検出装置においては、異なる半導体チップに形成されたことに起因する非直線性誤差特性の差による画像の質を著しく向上することが可能となる。また、複数のＡ／Ｄコンバータの特性をリアルタイムに補正するため、動画のようなリアルタイム性が要求されるアプリケーションにも対応可能である。

（第３の実施形態）
図７は上述のようなＡ／Ｄコンバータの誤差補正機能を有する撮像装置を用いた放射線撮像システムの一実施形態を示すブロック図である。なお、図７では図１０のＦＰＤと同一部分は同一符号を付している。図中１０１は人体を透過した放射線を可視光１０２に変換する蛍光体である。放射線としてはＸ線を用いているが、α線、β線、γ等を用いることも可能である。１１９はＸ線１２０を放射するＸ線源である。

また、１０３は図示しないガラス基板上にアモルファスシリコンプロセスを用いて作製した２次元センサであり、蛍光体１０１からの可視光を等倍で読み取る。２次元センサ１０３は図１０の２次元センサと同じであり、蛍光体１０１から発した人体の情報を担った光を電気信号へと変換し、蓄積する光電変換素子と、光電変換素子の信号を転送するＴＦＴとを有する画素を２次元に配列したものである。２次元センサには、ゲート線、信号線、センサバイアス線が設けられている。

垂直駆動回路１０５は２次元センサ１０３のゲート線から駆動信号を供給することでＴＦＴを駆動し、ＴＦＴから読み出された電気信号は信号増幅回路１０４で増幅された後、中継基板１２３を介して制御基板１２４へ送られ、Ａ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号へ変換される。Ａ／Ｄコンバータ１０６は上述のように複数のＡ／Ｄコンバータを用いて並列処理を行い、且つ、複数のＡ／Ｄコンバータの出力特性の補正機能を有するものである。

制御基板１２４は信号増幅回路１０４や垂直駆動回路１０５へ２次元センサ１０３を駆動するための制御信号を送る制御用コンピュータ１０８のほか、２次元センサ１０３、垂直駆動回路１０５、信号増幅回路１０４で必要な電源を作るレギュレータ１０７を内包している。ここで、ＦＰＤ１１２は蛍光体１０１、２次元センサ１０３、信号増幅回路１０４、垂直駆動回路１０５、中継基板１２３、制御基板１２４で構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号へ変換された画像データはコントロールＰＣ１１１内の画像処理装置１０９に送られ、診断に適した画像に処理され、モニター１１８上に表示される。表示された画像はオペレータの操作によってプリンタ１１６に出力することもできる。更に、画像データはコントロールＰＣ１１１内の記録装置１２２や外部記録装置１１７や病院のネットワーク上にある記録装置に適宜保存される。コントロールＰＣ１１１は画像処理装置１０９、記録装置１２２のほか、システム全体を制御するプログラム／制御ボード１１０を含んでいる。

これら放射線撮像システムの制御はコントロールＰＣ１１１によってすべて行い、Ｘ線源１１９との同期や画像の保存、画像の印刷、病院内ネットワーク１２６との接続等もこのコントロールＰＣ１１１で行うことができる。制御卓１１３は患者ＩＤの登録、撮影部位の情報入力や、並びに撮影した画像の画像処理の方法等を入力するものであり、これらの入力情報はコントロールＰＣ１１１に送られる。また、ＦＰＤの動作状態は動作表示灯１２５やモニター１１８によって表示される。なお、Ｘ線源制御卓１１５はＸ線源１１９の設定を行い、電源１１４はレギュレータ１０７に電源を供給する。

２次元センサ１０３に用いる光電変換素子には、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型光電変換素子またはＰＩＮ型光電変換素子が用いられ、これら光電変換素子やＴＦＴは大面積を均一に成膜できるアモルファスシリコンプロセスによって作製される。また、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど他の光電変換素子を用いても構わない。なお、光電変換素子ではなく、放射線を直接電気信号に変換する、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）や多結晶ＣｄＳなどからなる変換素子を用いることも可能である。その場合には、蛍光体１０１は不要である。

図８はＴＦＴとＭＩＳ型光電変換素子を用いた画素を示す断面図である。図８において、ＴＦＴ２１９はガラス基板２０１上に形成され、クロム、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなるゲート電極２０２、アモルファスシリコン窒化膜で形成される絶縁膜２０３、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）によって形成されるチャネル層２０４、チャネル層２０４と金属電極とをオーミックコンタクトをとるためのＮ^＋アモルファスシリコン層２０５、アルミニウムまたはアルミニウムの合金等の金属によって形成されるソース電極２０６、ドレイン電極２０７から構成されている。

ＭＩＳ型光電変換素子２２０はＴＦＴ２１９と同じくガラス基板２０１上にクロム、アルミニウムまたはアルミニウムの合金等の金属によって形成されるセンサ下部電極２０９、ＭＩＳ型フォトセンサの絶縁層となる窒化シリコン薄膜からなる絶縁層２１０、水素化アモルファスシリコンによって形成される可視光を電気信号へ変換する光電変換層２１１、光電変換層２１１と電極とのオーミックコンタクトを取り、且つ、センサバイアス線からの正孔の注入をブロックするＮ^＋型アモルファスシリコン層２１２、ＭＩＳ型フォトセンサに電圧を供給するＩＴＯからなる透明電極２１３及びアルミニウムやクロムで形成されるセンサバイアス線２１４から構成されている。

更に、光電変換素子２２０とＴＦＴ２１９を湿度や異物から保護するための保護層２１５、放射線を可視光に変換する蛍光体２１７、蛍光体を接着するための接着層２１６、蛍光体を湿度から保護するための蛍光体保護層２１８からなっている。図８では図７の蛍光体１０１を蛍光体２１７として素子内部に組み込んでいる。

図９はＴＦＴとＰＩＮ型光電変換素子を用いた画素の断面図を示す。図９において、ＴＦＴ４１９はガラス基板４０１上にクロム、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなるゲート電極４０２、アモルファスシリコン窒化膜で形成される絶縁膜４０３、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）によって形成されるチャネル層４０４、チャネル層４０４と金属電極とをオーミックコンタクトをとるための負の導電性を持つＮ^＋アモルファスシリコン層４０５、アルミニウムまたはアルミニウムの合金等の金属によって形成されるソース電極４０６、ドレイン電極４０７、信号線４０８から構成されている。

ＰＩＮ型光電変換素子４２０はアルミニウムまたはアルミニウムの合金からなるセンサ下部電極層４０９、センサ下部電極層４０９から光電変換層４１１へ正孔の注入を阻止するため負の導電性を持つＮ^＋アモルファスシリコン層４１０、水素化アモルファスシリコンによって形成される可視光を電気信号に変換する光電変換層４１１、センサバイアス線４１４並びに透明電極４１３から光電変換層４１１への電子の注入を阻止する正の導電性を持つＰ^＋型アモルファスシリコン層４１２から構成されている。

センサバイアス線４１４はＰＩＮ型光電変換部に電圧を供給するものでアルミニウムやアルミニウム合金からなり、透明電極４１３はＩＴＯ等の透明電極材料で形成されている。また、光電変換素子４２０とＴＦＴ４１９を湿度や異物から保護するための保護層４１５、放射線を可視光に変換する蛍光体４１７、蛍光体を接着するための接着層４１６、蛍光体を湿度から保護するための蛍光体保護層４１８からなっている。図９では図７の蛍光体１０１を蛍光体４１７として素子内部に組み込んでいる。

本発明の第１の実施形態を示す回路図である。 第１の実施形態のＡ／Ｄコンバータの誤差補正を説明する図である。 第１の実施形態の基準信号発生器の各部の信号を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す回路図である。 第２の実施形態のキャリブレーション動作によって得られたデータ及び補正表の例を示す図である。 第２の実施形態の誤差補正処理を示すフローチャートである。 本発明のＡ／Ｄコンバータ誤差補正機能を有する放射線撮像システムの一実施形態を示すブロック図である。 ２次元センサに用いるＭＩＳ型光電変換素子とＴＦＴを示す断面図である。 ２次元センサに用いるＰＩＮ型光電変換素子とＴＦＴを示す断面図である。 ＦＰＤの一例を示す回路図である。 Ａ／Ｄコンバータの誤差特性を示す図である。

符号の説明

１０１ 蛍光体
１０２ 可視光
１０３ ２次元センサ
１０４ 信号増幅回路
１０５ 垂直駆動回路
１０６ Ａ／Ｄコンバータ
１０７ レギュレータ
１０８ 制御用コンピュータ
１０９ 画像処理装置
１１０ プログラム／制御ボード
１１１ コントロールＰＣ
１１２ ＦＰＤ
１１３ 制御卓
１１５ Ｘ線制御卓
１１７ 外部記録装置
１１８ モニター
１１９ Ｘ線源
１２３ 中継基板
１２４ 制御基板
８０１、８０２ Ａ／Ｄコンバータ
８０３、８０４ メモリ
８０５ Ｄ／Ａコンバータ
８０６ カウンタ
ＳＷ８０７、ＳＷ８０８、ＳＷ８１１、ＳＷ８１２ スイッチ
８０８、８０９、８１０、８１５ マルチプキクサ回路

Claims (13)

1. 少なくとも１つのＡ／Ｄ変換手段を有するＡ／Ｄ変換回路において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を前記基準信号発生手段の基準信号に合わせて補正する補正手段とから成る補正部を有することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路。
2. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号と関連付けて前記基準信号を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＡ／Ｄ変換回路。
3. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をアドレスデータとして入力し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号に同期した前記基準信号を前記Ａ／Ｄ変換手段の出力によって指定されたアドレスに記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＡ／Ｄ変換回路。
4. 少なくとも１つのＡ／Ｄ変換手段を有するＡ／Ｄ変換回路の誤差特性を補正する補正方法であって、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を所定基準信号に合わせて補正することを特徴とするＡ／Ｄ変換回路の出力補正方法。
5. 入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元に配列された画素部と、複数の前記画素を行方向に接続する複数の制御配線と、複数の前記画素の前記スイッチ素子を介して前記光電変換素子からの電気信号を読み出す複数の信号配線と、を備えた変換回路部と、
   前記複数の制御配線を順次駆動する駆動回路部と、
   前記複数の信号配線と接続され、前記光電変換素子からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部と、を有する撮像装置において、
   前記読み出し用回路部は、前記複数の信号配線からの信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記複数のＡ／Ｄ変換手段の出力信号を補正する補正部とを有し、
   前記補正部は、基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を前記基準信号に合わせて補正する補正手段とを有することを特徴とする撮像装置。
6. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号と関連付けて前記基準信号を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をアドレスデータとして入力し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号に同期した前記基準信号を前記Ａ／Ｄ変換手段の出力によって指定されたアドレスに記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 入射した放射線を電気信号に変換する変換手段と前記電気信号を転送するスイッチ素子とを含む画素が２次元に配列された画素部と、複数の前記画素を行方向に接続する複数の制御配線と、複数の前記画素の前記スイッチ素子を介して前記変換手段からの電気信号を読み出す複数の信号配線と、を備えた変換回路部と、
   前記複数の制御配線を順次駆動する駆動回路部と、
   前記複数の信号配線と接続され、前記変換手段からの電気信号を行毎に読み出す読み出し用回路部とを有する放射線撮像装置において、
   前記読み出し用回路部は、前記複数の信号配線からの信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記複数のＡ／Ｄ変換手段の出力信号を補正する補正部とを有し、
   前記補正部は、基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を前記基準信号に合わせて補正する補正手段とを有することを特徴とする放射線撮像装置。
9. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号と関連付けて前記基準信号を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をアドレスデータとして入力し、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号に同期した前記信号を前記Ａ／Ｄ変換手段の出力によって指定されたアドレスに記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項８または９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記変換手段は、放射線を可視光に変換する蛍光体と、該系光体からの光を電気信号に変換する光電変換素子と、を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記変換手段は、放射線を直接電気信号に変換する変換素子を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を画像として処理する処理手段と、前記処理手段からの信号を記録する記録手段と、前記処理手段からの信号を表示する表示手段と、前記処理手段からの信号を伝送する伝送手段と、前記放射線を発生する放射線源とを備えたことを特徴とする放射線撮像システム。

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