JP3984676B2

JP3984676B2 - 光電変換装置、及び該装置を有するシステム

Info

Publication number: JP3984676B2
Application number: JP05459897A
Authority: JP
Inventors: 純一山吉; 秀樹野中; 隆小倉; 豊遠藤; 紀之海部; 功小林; 登志男亀島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-03-10
Also published as: EP0798783A2; US6160260A; EP0798783A3; JPH09322062A; EP0798783B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置、該装置を有するシステム及び画像読み取り方法に係わり、特にＸ線等の放射線検出装置用として好適に用いることができる光電変換装置、それを用いたシステム及び画像読み取り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療診断を目的とする放射線撮影である医療用放射線撮影あるいは、物体の内部構造を物体を破壊せずに検査する非破壊検査において、（スポット）撮影には増感紙とＸ線写真フィルムを組み合わせたＸ線写真法が用いられている。この方法によれば、人体や物体などの被検体を透過したＸ線等の放射線が増感紙に入射すると、増感紙に含まれる蛍光体がこのＸ線エネルギーを吸収し、蛍光を発する。
【０００３】
この発光がＸ線写真フィルムを感光させ、Ｘ線写真フィルム上には放射線画像が形成される。このフィルムを現像・定着処理することによってＸ線画像を可視化することができる。
【０００４】
最近では放射線画像をディジタル的に取り込む手法が種々開発されている。Ｘ線に感度を持ち、検出したＸ線をその強度に応じた電気信号に変換・出力する光電変換素子、あるいはＸ線エネルギーを吸収し、それに応じた強度の蛍光を発する蛍光体と、可視光に感度を持ちその強度に応じた電気信号を出力する光電変換素子の組み合わせからなるＸ線像検出手段を用いて、Ｘ線画像を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換によってディジタル的に取り込む手法等がある。
【０００５】
この光電変換材料としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた光電変換素子の一例が欧州特許公開公報ＥＰ０６６０４２１Ａに示されている。
【０００６】
図５は、この光電変換素子を用いた光電変換装置の一例を示す概略的回路図であり、Ｓ１１〜Ｓ４４は光電変換素子である。Ｔ１１〜Ｔ４４はスイッチングＴＦＴである。Ｖｓは読み出し電源、Ｖｒはリフレッシュ電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｒを介して光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ４４のドレイン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ＳＷｒは直接に、リフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間中は、スイッチＳＷｒがＯＮ、その他の期間は、スイッチＳＷｓがＯＮするよう制御されている。また、ｒｆはリフレッシュライン、ｇ１〜ｇ４はゲート駆動ライン、ｏ１〜ｏ４は読み出しラインであり、ＳＲ１，ＳＲ２は夫々シフトレジスタである。
【０００７】
１画素は、１個の光電変換素子と１個のスイッチングＴＦＴとで構成され、行アドレス選択回路としてのシフトレジスタＳＲ１で選択された行の画素の出力信号は、転送回路としてのシフトレジスタＳＲ２によって順次出力され増幅器Ａｍｐによって所望の出力に増幅される。
【０００８】
（発明の目的）
本発明はＳＮ比の優れた画像情報を担った信号を出力することが可能な光電変換装置及び該装置を有するシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
又、本発明は、画像読み取りを連続的に又は読み取りもリフレッシュなどの動作を行なわない無駄な期間なしに行なうことができる光電変換装置及び該装置を有するシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
更に本発明は装置の構成が複雑にならず、かつ、工程数の増加することなく高性能な読み出しを行なうことができる光電変換装置及び該装置を有するシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
加えて本発明は上記目的を達成することができる画像読み取り方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであり、本発明の光電変換装置は、複数の光電変換素子がマトリクス状に配された光電変換装置において、複数の前記光電変換素子に共通に接続される信号ラインを複数有し、前記信号ラインを介して前記光電変換素子に電位を与えるリフレッシュ電源と読出電源の組を備え、複数の前記光電変換素子は、複数の前記信号ラインにより複数の群に分けられると共に、前記群ごとに、独立した信号を発生する前記リフレッシュ電源と前記読出電源の組が群ごとに対応して複数設けられ、各群の前記信号ラインによって各群の前記光電変換素子にそれぞれ接続されているものである。
【００１３】
加えて本発明のシステムは、複数の光電変換素子がマトリクス状に配された光電変換装置と該光電変換装置からの情報を処理するための画像処理装置とを有するシステムにおいて、複数の前記光電変換素子に共通に接続される信号ラインを複数有し、前記信号ラインを介して前記光電変換素子に電位を与えるリフレッシュ電源と読出電源の組を備え、複数の前記光電変換素子は、複数の前記信号ラインにより複数の群に分けられると共に、前記群ごとに、独立した信号を発生する前記リフレッシュ電源と前記読出電源の組が群ごとに対応して複数設けられ、各群の前記信号ラインによって各群の前記光電変換素子にそれぞれ接続されているものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について必要に応じて図面を用いて説明する。
【００１６】
図５に示される画像読取装置における画像データの読み出しタイミングの一例を図２に示す。
【００１７】
図２に示すように、時刻ｔ1 でリフレッシュを行なうとその直後に多大な暗電流が発生し、それが電荷として光電変換素子に蓄積される。そこで、実際に光電変換素子から画素データを読み出す場合、本読み（時刻ｔ3 ）の前に光電変換素子を空読み（時刻ｔ2 ）して、蓄積された電荷を放出する。
【００１８】
画像データに対するノイズは、暗電流によって蓄積された電荷の平方根に比例することが知られている。そこで、上記空読みの後、一定時間後に本読みを行なうわけであるが、空読みから本読みまでの間にも暗電流による電荷は、蓄積されており、この値は、できるだけ少ない方が望ましい。暗電流は、時間と共に減少するため上記リフレッシュ動作後、できるだけ遅らせて空読みを行なうことによって本読みでのノイズを減らすことができる。
【００１９】
しかしながら、リフレッシュ動作から空読みまでの時間を充分に遅らせると、一定時間ごとに読み出せる本読みの回数が減少する。この場合、遅らせた時間によっては連続画像出力（所謂動画）とならない場合がある。
【００２０】
このような問題はリフレッシュ動作を全画素一括に行なわず、複数のグループに分割して行なうことで解決することができる。
【００２１】
つまり、リフレッシュ信号ラインを複数の群に分け、独立にリフレッシュできるように、たとえば独立に駆動可能なリフレッシュ信号発生源に夫々のラインを接続したり、共通のリフレッシュ信号発生手段にスイッチなどのリフレッシュライン選択手段を介して接続すればよい。
【００２２】
また更に、読取動作間隔を少なくするためにはたとえばリフレッシュ信号ラインの群ごとに分けられた光電変換素子の群の１つを選択し、該１つの群の光電変換素子を駆動し、他の群の少なくとも１つの群の中の光電変換素子をリフレッシュ動作するようにすればよい。
【００２３】
上記点について更に詳述する。
【００２４】
光信号から電気信号に変換された画像データを得るためにまず、光電変換素子列を例えば２つの系統に分け、第１の系統のライン（光電変換素子列）のリフレッシュと第２の系統のラインのリフレッシュとを別のタイミングで行なうものとし、第１の系統のラインを選択してリフレッシュが必要になるまでの時間は、連続して第１の系統のラインから画像をとりこむ。そして、第１の系統がリフレッシュ動作を行いその後の信号読み出しが不能な時間（例えば、図３のリフレッシュ時刻Ｔrf1 から空読みまで）は、第２の系統のラインから同様にしてデータを読み出す。この動作を繰り返すことによって第１系統のラインの画像と第２系統のラインの画像が交代で更新され、低ノイズの画像を連続的に読み出すことが可能である。もちろん、光電変換素子列を３以上の系統に分けてリフレッシュ動作を行なうこともでき、同様に低ノイズの画像を連続的に読み出すことが可能である。
【００２５】
本発明の光電変換装置を用いた放射線検出装置では、Ｘ線等の放射線が蛍光体（シンチレータ）などの波長変換体によって光電変換素子の感光性がある又は感度の高い波長を含む波長帯域の光に変換され、その光が２次元マトリクス状に配列された光電変換素子を有する本発明の光電変換装置に入射され、低ノイズの画像を連続的に読み出すことが可能となる。なお、放射線としてはＸ線の他にα線、β線、γ線等が適用できる。また、紫外線などを波長変換してもよいのは言うまでもない。
【００２６】
図４は、本発明の光電変換装置を用いたシステムの１つであるＸ線画像検出装置の一例を表す模式的構成図である。図２において、１はＸ線発生装置、２は被写体、３はシンチレータ、４は光電変換装置、５は画像処理装置を表す。Ｘ線発生装置１から照射されたＸ線は、被写体２を通過してシンチレータ３によって入射したＸ線量に比例した光に変換される。この光は、光電変換装置４によって電気信号に変換され、画像処理装置５に転送される。尚、Ｘ線発生装置は必要な波長を発する光源であり、この光源からの光に対して感光性がある場合、波長変換体としてのシンチレータ３は不要である。
【００２７】
図１は本発明の光電変換装置の構成を表した図である。なお、図５に示した構成部材と同一構成部材については同一符号を付する。図１の光電変換装置は図５に示した光電変換装置と同様に図４の光電変換装置４として用いることができる。
【００２８】
図１において、Ｓ１１〜Ｓ４４は光電変換素子である。光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ４４は夫々上側電極、下側電極を有する例を１例として示している。Ｔ１１〜Ｔ４４はスイッチングＴＦＴである。Ｖｓは読み出し電源、Ｖｒはリフレッシュ電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ１，ＳＷｒ１を介してリフレッシュ信号ラインｒｆ１により光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４及びＳ３１〜Ｓ３４のドレイン電極に接続され、またスイッチＳＷｓ２，ＳＷｒ２を介してリフレッシュ信号ラインｒｆ２により光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４及びＳ４１〜Ｓ４４のドレイン電極に接続されている。
【００２９】
スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２はインバータＩｎ１，Ｉｎ２を介して、スイッチＳＷｒ１，ＳＷｒ２は直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続されており、リフレッシュ期間中は、スイッチＳＷｒ１もしくはＳＷｒ２がＯＮ、その他の期間は、スイッチＳＷｓ１もしくはＳＷｓ２がＯＮするよう制御されている。なお、リフレッシュ電源Ｖｒ，スイッチＳＷｒ１，リフレッシュ制御回路ＲＦ、及びリフレッシュ電源Ｖｒ，スイッチＳＷｒ２，リフレッシュ制御回路ＲＦはそれぞれリフレッシュ信号発生源となる。リフレッシュと読み取りの切換えを行なう切換手段はここではスイッチとインバーター回路を有している。
【００３０】
１画素は、１個の光電変換素子と１個のスイッチングＴＦＴとで構成され、行アドレス選択回路ＳＲ１で選択された行の画素の出力信号は、転送回路ＳＲ２によって順次出力される。
【００３１】
図３は、本発明を実施するためのＸ線照射、画像読み出し、リフレッシュのタイミングを表すタイミングチャートである。図１，図３，図４を用いてその動作の一例を説明する。
【００３２】
まず、図３の時刻Ｔrf1 において、図１中の行アドレス選択回路ＳＲ１によって制御配線ｇ１，ｇ３はＨレベルにされ、転送回路ＳＲ２によって出力配線ｏ１〜ｏ４が出力可能になると同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦがスイッチＳＷｒ１にＨレベルを出し、スイッチＳＷｒ１はＯＮ状態になり、第１系統の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４のドレイン電極はリフレッシュ電源Ｖｒによって正電位になる。すると第１系統の光電変換素子は、リフレッシュモードになり、リフレッシュされる。
【００３３】
次に、行アドレス選択回路ＳＲ１によって制御配線ｇ１，ｇ３はＬレベルにされ、転送回路ＳＲ２によって出力配線ｏ１〜ｏ４が出力不能になると同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦはスイッチＳＷｓ１にＨレベルを出し、スイッチＳＷｓ１はＯＮ状態になり、第１系統の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４のドレイン電極は、読み出し電源Ｖｓによって正電位になり光電変換モードになる。
【００３４】
ここで、Ｘ線は図３のＸ−ｒａｙに示すようにパルス的に出射され、被写体を通過し、シンチレータでＸ線量に比例した光として光電変換素子に入射する。この光によって生じた電荷は、光電変換素子内に蓄積される。そして、行アドレス選択回路ＳＲ１によって制御配線ｇ１をＨレベルにし、転送回路ＳＲ２によってｏ１〜ｏ４を出力可能状態にすることで、光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４に蓄積された電荷による信号がスイッチＴＦＴたるＴ１１〜Ｔ１４、転送回路ＳＲ２を介して順次出力される。
【００３５】
次に制御配線ｇ３をＨレベルにし光電変換素子Ｓ３１〜Ｓ３４に蓄積された電荷による信号がスイッチＴＦＴたるＴ３１〜Ｔ３４、転送回路ＳＲ２を介して順次出力される。光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４に蓄積された画像データを１フレームとして図４の画像処理装置５内の記憶手段に記憶し、必要に応じてディスプレイ６に表示する。このリフレッシュ後のＸ線画像の読み取りを再度リフレッシュが必要になるまで適当な回数繰り返す。なお、光電変換素子から画素データを読み出す場合には既に述べたように、本読みの前に空読みを行なう。
【００３６】
第１系統の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４での画像読み取りが行なわれている間のある時刻Ｔrf2 において、図１中の行アドレス選択回路ＳＲ１によって制御配線ｇ２，ｇ４は、Ｈレベルにされ、転送回路ＳＲ２によって出力配線ｏ１〜ｏ４が出力可能になると同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦがスイッチＳＷｒ２にＨレベルを出し、スイッチＳＷｒ２はＯＮ状態になり、第２系統の光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ４１〜Ｓ４４のドレイン電極は、リフレッシュ電源Ｖｒによって正電位になる。すると第２系統の光電変換素子はリフレッシュモードになり、リフレッシュされる。
【００３７】
次に行アドレス選択回路ＳＲ１によって、制御配線ｇ２，ｇ４はＬレベルにされ、転送回路ＳＲ２によって出力配線ｏ１〜ｏ４が出力不能になると同時に、リフレッシュ制御回路ＲＦは、スイッチＳＷｓ２にＨレベルを出し、スイッチＳＷｓ２はＯＮ状態になり、第２系統の光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ４１〜Ｓ４４のドレイン電極は読み出し用電源Ｖｓによって正電位になり、光電変換モードになる。
【００３８】
この後、第１系統での画像読み取りが終了する次のＸ線パルスから行アドレス選択回路ＳＲ１によって制御配線ｇ２をＨレベルにし、転送回路ＳＲ２によってｏ１〜ｏ４を出力可能状態にすることで、光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４に蓄積された電荷による信号がスイッチＴＦＴたるＴ２１〜Ｔ２４、転送回路ＳＲ２を介して順次出力される。
【００３９】
次に制御配線ｇ４をＨレベルにし、光電変換素子Ｓ４１〜Ｓ４４に蓄積された電荷による信号がスイッチＴＦＴたるＴ４１〜Ｔ４４、転送回路ＳＲ２を介して順次出力される。光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ４１〜Ｓ４４に蓄積された画像データを１フレームとして図４の画像処理装置５内の記憶手段に記憶し、必要に応じてディスプレイ６に表示する。
【００４０】
以上のようにして第１系統の光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ３１〜Ｓ３４と第２系統の光電変換素子Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ４１〜Ｓ４４での画像読み出しを繰り返し行なうことによって、リフレッシュ後の画像の抜け（リフレッシュ動作から空読みまでの期間の画像抜け）を防ぐことができる。
【００４１】
本実施形態では、リフレッシュ信号ラインをｒｆ１，ｒｆ２の２本設けて２系統としたが、光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４に対しそれぞれ別のリフレッシュ信号ラインを設けて制御することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば光電変換装置の構成を複雑にすることなくリフレッシュ動作の後、実際の信号読み出し動作である本読みの前に信号読み出しに係わらない空読みを行なうことで暗電流などによるＳＮ比の低下の問題を解決することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、光電変換素子のリフレッシュ信号ラインを複数系統設けることによって各系統ごとにリフレッシュ動作を行なうことができる。よって、リフレッシュ動作、空読み動作のような実際の画像読み取りでない動作を各系統ごとに行なうことも可能になるため、本読みである画像読み取りを連続的に（無駄な期間なしに）行なうことができる。
【００４４】
更に、１つの系統の読み取り動作を行っている間に他の系統のリフレッシュ動作や空読み動作を必要に応じて行なうことでより連続的な画像読み取りを行なうことができる。
【００４５】
尚、本発明は上記説明に限定されるわけではなく、本発明の主旨の範囲で適宜、変形、組合せ可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光電変換装置の一例を説明するための概略的回路図である。
【図２】暗電流によるノイズの一例を説明するための模式的タイミングチャートである。
【図３】光電変換装置の駆動の一例を説明するための概略的タイミングチャートである。
【図４】光電変換装置を有する画像読み取りシステムの一例を説明するための模式的構成図である。
【図５】光電変換装置の一例を説明するための概略的回路図である。
【符号の説明】
１Ｘ線発生装置
２被写体
３シンチレータ
４光電変換装置
５画像処理装置
６ディスプレイ
Ｓ１１〜Ｓ４４光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ４４スイッチングＴＦＴ
Ｖｓ読み出し電源
Ｖｒリフレッシュ電源
ＳＷｒ１，ＳＷｒ２スイッチ
ＳＷｓ１，ＳＷｓ２スイッチ
ｒｆ１，ｒｆ２リフレッシュ信号ライン
Ｉｎ１，Ｉｎ２インバータ
ＲＦリフレッシュ制御回路
ＳＲ１行アドレス選択回路
ＳＲ２転送回路

Claims

複数の光電変換素子がマトリクス状に配された光電変換装置において、
複数の前記光電変換素子に共通に接続される信号ラインを複数有し、前記信号ラインを介して前記光電変換素子に電位を与えるリフレッシュ電源と読出電源の組を備え、
複数の前記光電変換素子は、複数の前記信号ラインにより複数の群に分けられると共に、前記群ごとに、独立した信号を発生する前記リフレッシュ電源と前記読出電源の組が群ごとに対応して複数設けられ、各群の前記信号ラインによって各群の前記光電変換素子にそれぞれ接続されていることを特徴とする光電変換装置。
前記複数の群は、少なくとも第１の系統群と第２の系統群とを有し、
前記第１の系統群の前記信号ラインと前記第２の系統群の前記信号ラインとは、それぞれ前記リフレッシュ電源と前記読出電源とを異なるタイミングで切り替えることにより、前記信号を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
前記第１の系統群の前記信号ラインに前記リフレッシュ電源が供給されている時は、前記第２の系統群の前記信号ラインには前記読出電源が供給されると共に、
前記第１の系統群の前記ラインに前記読出電源が供給されている時は、前記第２の系統群の前記信号ラインには前記リフレッシュ電源が供給されることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
前記信号ラインは、前記スイッチと反転回路とによって前記リフレッシュ電源と前記読出電源との前記信号を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
複数の光電変換素子がマトリクス状に配された光電変換装置と該光電変換装置からの情報を処理するための画像処理装置とを有するシステムにおいて、
複数の前記光電変換素子に共通に接続される信号ラインを複数有し、前記信号ラインを介して前記光電変換素子に電位を与えるリフレッシュ電源と読出電源の組を備え、
複数の前記光電変換素子は、複数の前記信号ラインにより複数の群に分けられると共に、前記群ごとに、独立した信号を発生する前記リフレッシュ電源と前記読出電源の組が群ごとに対応して複数設けられ、各群の前記信号ラインによって各群の前記光電変換素子にそれぞれ接続されていることを特徴とするシステム。
前記複数の群は、少なくとも第１の系統群と第２の系統群とを有し、
前記第１の系統群の前記信号ラインと前記第２の系統群の前記信号ラインとは、それぞれ前記リフレッシュ電源と前記読出電源とを異なるタイミングで切り替えることにより、前記信号を切り替えることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
前記第１の系統群の前記信号ラインに前記リフレッシュ電源が供給されている時は、前記第２の系統群の前記信号ラインには前記読出電源が供給されると共に、
前記第１の系統群の前記ラインに前記読出電源が供給されている時は、前記第２の系統群の前記信号ラインには前記リフレッシュ電源が供給されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
前記信号ラインは、前記スイッチと反転回路とによって前記リフレッシュ電源と前記読出電源との前記信号を切り替えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
更にディスプレイ手段を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
更に前記光電変換装置の光入射側に蛍光体を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
更に前記光電変換装置に入力される画像情報を形成するのに利用される光源を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。