JP4854972B2 - 信号検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、相関２重サンプリングにより画像信号を検出する信号検出装置に関するものである。

従来、光の照射を受けてその光を電荷信号に変換して出力するＣＣＤやフォトマルチプライヤーなどの光電変換素子や、放射線の照射を受けて電荷を蓄積するとともに、該蓄積された電荷に応じた電荷信号を出力する画像読取装置が様々な分野で利用されている。そして、上記のような光電変換素子や画像読取装置から出力された電荷信号を検出するものとして、ＩＣ化が可能であり、比較的ノイズが小さいチャージアンプが一般的に用いられている。このチャージアンプは、蓄積モードに切り替えることにより上記電荷信号の蓄積を開始し、リセットモードに切り替えられることにより蓄積された電荷信号を放電してその電荷量に応じた電荷信号を出力するものである。

ここで、上記チャージアンプにおける蓄積モードへの切り替えは、チャージアンプのリセットスイッチをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることにより行われる。このリセットスイッチの切替えによりリセットスイッチの有するｋＴＣノイズが発生し、このノイズが信号成分の電荷信号に含まれてしまう。そこで、このｋＴＣノイズの影響を回避するために相関２重サンプリング処理が施される。相関２重サンプリング処理とは、信号蓄積回路が蓄積モードに切り替わった後所定のベースラインサンプリング時間経過した時に出力される電荷信号とリセットモードに切り替わる直前に出力される電荷信号との差をとり、その差を信号成分とすることにより、上記ｋＴＣノイズの影響を回避することができる処理である。

そして、上記のような相関２重サンプリング処理を行う回路においては、信号蓄積回路から出力される電荷信号における高周波ノイズを低減するため信号蓄積回路の後段にローパスフィルターが設けられており、信号蓄積回路から出力された電荷信号はこのローパスフィルターを通過して出力される。
特開２００４−１４７２５５号公報

ところで、１画素を読み取る時間（１周期）の短縮化を行うことにより画像情報の読取りを高速化したときにはいわゆるフィードスルー期間も短縮する。このとき、フィードスルー期間において基準レベル信号の変動が収束せず、基準レベル信号にリセットノイズが含まれてしまい、その結果ダイナミックレンジが低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、画像記録体からの画像の読取りを高速化した場合であっても、リセットノイズの発生を確実に防止することができる信号検出装置を提供することを目的とするものである。

本発明の信号検出装置は、画像情報が電荷信号として記録された画像記録体から電荷信号を読取る信号検出装置において、電荷信号を蓄積する信号蓄積回路と、信号蓄積回路に蓄積された電荷信号が入力される第１ローパスフィルターと、第１ローパスフィルターを通過した電荷信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、信号蓄積回路に蓄積された電荷信号が入力される第２ローパスフィルターと、第２ローパスフィルターを通過した電荷信号の入力が基準電位になったときの基準レベル信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路と、第１サンプルホールド回路から出力される電荷信号と第２サンプルホールド回路から出力される基準レベル信号との差分を画像信号として出力する差分手段と、第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングを制御する制御手段とを備え、制御手段が、第１サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングが第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングよりも早くなるように、第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路を制御するものであることを特徴とするものである。

ここで、画像記録体は、たとえばＣＣＤ素子であってもよいし、放射線の照射により画像情報を静電潜像として記録する固体検出器であってもよい。

なお、制御手段は、第１サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングが第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングよりも早く制御するものであれば、信号蓄積回路のリセットタイミングとの関係において、第１サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングおよび第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングを調整する機能を有していてもよい。

本発明の信号検出装置によれば、制御手段が、第１サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングが、第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングよりも早くなるように制御することにより、第１サンプルホールド回路に残存する残存電荷を先に放出して基準レベル信号の基準電位からの変動を最小限に抑えることができるため、読取が高速化され基準レベル信号の安定させるための期間が短縮された場合であっても、その期間内に基準レベル信号を基準電位に収束させることができ、読取が高速化されたときに確実にリセットノイズの発生を防止することができる。

なお、制御手段が、第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングを調整する機能を有するものであれば、電荷蓄積手段における蓄積・リセットのタイミングに合わせて第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングを調整することができる。

以下、図面を参照して本発明の信号検出装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の信号検出装置が用いられた画像読取装置の好ましい実施の形態を示す概略構成図である。この画像読取装置１は、画像情報が記録された画像記録体である固体検出器１０と、固体検出器１０にライン光からなる読取光Ｌを走査しながら照射するパネル状光源２０とを備えている。

まず、図１を参照して固体検出器１０について説明する。固体検出器１０は、たとえば特開２０００−２８４０５６号公報に開示されているような、いわゆる光読み出し方式とよばれるものであって、読取用電極１１、読取用光導電層１２、電荷輸送層１３、記録用光導電層１４、第２電極１５を積層した構造を有している。

読取用電極１１はたとえばネサ被膜等からなり、矢印Ｙ方向に向かって延びた副数本の第２電極が略平行に形成された構造を有している。この読取用電極１１は、各第２電極は電気的に絶縁した状態になっている。読取用光導電層１２はたとえばアモルファスセレンからなっており、読取光の照射により導電性を呈し電荷対を発生するものである。電荷輸送層１３は読取用光導電層１２に積層されており、負電荷に対しては略絶縁体として作用し、正電荷に対しては略導電体として作用するようになっている。記録用光導電層１４は、たとえばアモルファスセレンからなっており、記録用の電磁波（光または放射線）の照射によって導電性を呈し電荷対を発生するようになっている。さらに、記録用光導電層１４の上には、照射される記録用の電磁波を透過するたとえばＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の材料からなる、矢印Ｚ方向に向かって延びた複数の線状電極により構成された第２電極１５が積層されている。

電荷輸送層１３と記録用光導電層１４との界面には蓄電部１９が形成されている。つまり、記録用光導電層１４内で発生した電子が、読取用電極１１と第２電極１５の間で形成される電界により、読取用電極１１側へ移動しようとしたときに、電荷輸送層１３によってその移動が制限されるようになっている。よって蓄電部１９には、記録用の電磁波の照射量に応じた電荷が静電潜像として蓄積され、画像情報が記録されることになる。

ここで、固体検出器１０に画像情報を記録するとき、信号検出装置３０から読取用電極１１と第２電極１５との間に高電圧が印加される。すると、読取用電極１１には負電荷が帯電し、第２電極１５には正電荷が帯電する。次に、第２電極１５側から記録用の電磁波が照射されたとき、記録用の電磁波の照射量に応じて、記録用光導電層１４において正負の電荷対が発生する。そのうち、電荷対の正孔は第２電極１５側に移動し、第２電極１５の負電荷と結像し消滅する。一方、電荷対の電子は、読取用電極１１側に移動するが、電荷輸送層１３によってその移動が制限される。これにより、蓄電部１９に静電潜像として画像情報が記録される。

蓄電部１９に記録された画像情報を読み取る場合、パネル状光源２０から矢印Ｙ方向に延びているライン状の読取光Ｌ１が、読取用電極１１側から矢印Ｘ方向に走査しながら照射される。すると、読取光Ｌ１の照射量に応じた電荷対が読取用光導電層１２において発生する。発生した電荷対の正孔は、電荷輸送層１３を透過して蓄電部１９に蓄積された負電荷と結像し消滅する。一方、電荷対の電子は読取用電極１１側へ移動し正電荷と結像する。そして、読取用電極１１において正孔と負電荷が結像したときに電流が流れる。この電流の変化を信号検出装置３０が検出することにより画像情報が読み取られる。

図２は本発明の信号検出装置３０の好ましい実施の形態を示す回路図である。信号検出装置３０は、画像情報が各画素毎に電荷信号として記録された画像記録体から電荷信号を検出する相関２重サンプリング回路であって、電荷信号を蓄積する信号蓄積回路３１と、信号蓄積回路３１に蓄積された電荷信号がサンプルホールドされる第１サンプルホールド回路３２と、基準レベル信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路３３と、第１サンプルホールド回路から出力される電荷信号と第２サンプルホールド回路３３から出力される基準レベル信号との差分を画像信号として出力する差分手段３４と、第１サンプルホールド回路３２および第２サンプルホールド回路３３のサンプル開始タイミングを制御する制御手段４０とを備えている。

ここで、信号蓄積回路３１は、固体検出器１０から出力された電荷信号を蓄積するコンデンサ３１ａと、コンデンサ３１ａに蓄積された電荷信号を放電させるためのリセットスイッチ３１ｂと、アンプ３１ｃを備えている。そして、リセットスイッチ３１ｂがＯＦＦ状態のときに電荷信号がコンデンサ３１ａに蓄積され、リセットスイッチ３１ｂがＯＮ状態になったとき、コンデンサ３１ａに蓄積された電荷信号が出力されるようになっている。

信号蓄積回路３１には抵抗素子Ｒを介して第１サンプルホールド回路３２が接続されている。この第１サンプルホールド回路３２は、スイッチ３２ｂとコンデンサ３２ｃとアンプ３６とを備えている。ここで、抵抗素子Ｒとコンデンサ３２ｃとにより第１ローパスフィルターが構成されている。

そして、スイッチ３２ｂがＯＮ状態になったときにサンプリングが開始され、信号蓄積回路３１から出力された電荷信号は第１ローパスフィルターによるローパスフィルター処理が施された後、第１サンプルホールド回路３２に入力されサンプリングが行われる。その後、スイッチがＯＦＦ状態になったときには第１サンプルホールド回路３２からの出力がホールドされるようになっている。

信号蓄積回路３１には抵抗素子Ｒを介して第２サンプルホールド回路３３が接続されており、第１サンプルホールド回路３２と第２サンプルホールド回路３３とは並列接続された状態になっている。第２サンプルホールド回路３３は、スイッチ３３ｂとコンデンサ３３ｃとアンプ３７とを備えている。ここで、抵抗素子Ｒとコンデンサ３３ｃとにより第２ローパスフィルターが構成されている。

そして、スイッチ３３ｂがＯＮ状態になったときにサンプリングが開始され、第２ローパスフィルターが信号蓄積回路３１から出力された電荷信号にローパスフィルター処理を施した後、第２サンプルホールド回路３３に入力されサンプリングが行われる。そして、スイッチがＯＦＦ状態になったときに第２サンプルホールド回路３３からの出力がホールドされるようになっている。このとき、第２サンプルホールド回路３３は、電荷信号が基準電位になったときにホールドするように制御されており、第２サンプルホールド回路３３から基準レベル信号が出力されるようになっている。

差分手段３４はたとえば差動アンプからなっており、マイナス側に第１サンプルホールド回路３２側が接続されており、プラス側に第２サンプルホールド回路３３が接続されている。そして、差分手段３４は、第１サンプルホールド回路３２側から出力される電荷信号と、第２サンプルホールド回路３３側から出力される基準レベル信号との差分を画像信号として出力する。その後、この画像信号が図示しないＡ／Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換されるようになっている。

ここで、上述した信号蓄積回路３１の電荷信号の蓄積・リセット、第１サンプルホールド回路３２におけるサンプルホールドタイミングおよび第２サンプルホールド回路３３におけるサンプルホールドタイミングは、制御手段４０により制御されており、制御手段４０は図３に示すように各スイッチ３１ｂ、３１ｄ、３２ｂ、３３ｂを制御することにより各種タイミングを制御している。図３は図２の各スイッチを駆動する際のタイムチャートを示すグラフである。図３（ａ）に示すように、信号検出装置３０における信号蓄積回路３１のリセットスイッチ３１ｂは、固体検出器１０への読取光の照射の前にはＯＮ状態になり、コンデンサ３１ａに蓄積された電荷信号がリセットされるようになっている。一方、読取光の照射が開始されるとリセットスイッチ３１ｂがＯＦＦ状態になり、読取光の照射により生じた電荷信号が信号蓄積回路３１のコンデンサ３１ａに蓄積されるようになっている。

ここで、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、リセットスイッチ３１ｂがＯＮ状態になっているときに、第１サンプルホールド回路３２のスイッチ３２ｂがＯＮ状態になる。このとき、第２サンプルホールド回路３３のスイッチ３３ｂはＯＦＦ状態になっている。すると、図３（ｅ）に示すように、前の画素における電荷信号の際にコンデンサ３２ｃに残存している残存電荷信号が差分手段３４から出力され、その後時間経過と共に時間経過とともにゼロに収束する。

次に、図３（ｃ）に示すように、リセットスイッチ３１ｂがＯＮ状態、スイッチ３２ｂがＯＮ状態になっているときに、第２サンプルホールド回路３３のスイッチ３３ｂがＯＮ状態になる。すると、コンデンサ３２ｃ、３３ｃの両端電位が等しくなるように動作するため、コンデンサ３３ｃに保持された電荷信号が第１のＬＰＦ３２側に流れ込み、図３（ｄ）に示すように基準レベル信号が変動するが、時間経過とともに基準電位（たとえば０Ｖ）に収束する。

そして、基準レベル信号の変動が収束したときに、スイッチ３３ｂがＯＦＦ状態になり、第２サンプルホールド回路３３からの出力が基準レベル信号になるようにホールドされる。そして、図３（ｅ）に示すように、スイッチ３２ｂがＯＮ状態になっている間、差分手段３４から基準レベル信号と電荷信号との差分が画像信号として出力される。

このように、スイッチ３２ｂがスイッチ３３ｂよりも早くＯＮ状態になることにより、基準レベル信号の変動を最小限に抑えることができるため、読取の高速化によりいわゆるフィードスルー期間が短くなったときであっても、確実にリセットのイズの除去を行うことができる。

すなわち、従来においては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１サンプルホールド回路３２と第２サンプルホールド回路３３とがたとえばリセットスイッチ３１ｂがＯＦＦされる１μｓｅｃ前に同時にサンプリングを開始するように制御されている。このとき、図４（ｄ）に示すように、配線抵抗とコンデンサ３２ｃ、３３ｃで決まる回路時定数に準じたスルーレートで基準電位（０Ｖ）に落ち着く。ここで、基準レベル信号が基準電位（０Ｖ）にホールドされている状態において、スイッチ３２ｂ、３３ｂをともにＯＮにしたとき、第１サンプルホールド回路３２と第２のサンプルホールド回路とは並列接続されているため、各サンプルホールド回路３２、３３の両端電位が等しくなるように動作する。

コンデンサ３２ｃにおいて前回の電荷信号検出による電荷信号がホールドされた状態にあり、コンデンサ３３ｃにおいて基準電位（０Ｖ）になっている状態であるため、コンデンサ３２ｃの電荷信号がコンデンサ３３ｃ側に流れ込み、第２のサンプルホールド回路３３から出力される基準レベル信号が変動する。この基準レベル信号の変動は第２のサンプルホールド回路３３がコンデンサ３３ｃの電位をホールドするまでの期間が長ければその期間内に収束し、蓄積された電荷を読取るときには（スイッチ３２ｂがＯＮ状態、スイッチ３３ｂがＯＦＦ状態）、基準レベル信号は基準電位（０Ｖ）になる。ここで、１画素の読取周期Ｔがたとえば１ｍｓｅｃであるときには、基準レベル信号を基準電位に収束させることができる。

しかし、図５に示すように、読取周期Ｔを５００μｓｅｃに設定し画像情報の読取りを高速化した場合、スイッチ３２ｂ、３３ｂがともにＯＮ状態になっている期間が短くなる。したがって、第２のサンプルホールド回路３３がコンデンサ３３ｃの電位をホールドするまでの期間内に基準レベル信号の変動が収束せず、蓄積された電荷を読取る際に基準レベル信号が基準電位（０Ｖ）にならずたとえば３００ｍＶになり、差分手段３４から出力される画像信号がノイズ分だけ小さくなってしまい、ダイナミックレンジが低くなるという問題がある。

そこで、制御手段４０は、上述した図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１サンプルホールド回路３２のサンプル開始タイミングが第２サンプルホールド回路３３のサンプル開始タイミングよりも早くなるように、第１サンプルホールド回路３２および第２サンプルホールド回路３３を制御する。すると、コンデンサ３２ｃの残存電荷信号はすでに放出されているため、基準レベル信号の変動が僅かなものになり基準レベル信号が基準電位に収束するまでの時間を短くすることができる。よって、読取が高速化され基準レベル信号の安定させるための期間が短縮された場合であっても、その期間内に基準レベル信号を基準電位に収束させることができ、読取が高速化されたときに確実にリセットノイズの発生を防止することができる。

上記実施の形態によれば、制御手段４０が、第１サンプルホールド回路３２のサンプル開始タイミングが、第２サンプルホールド回路３３のサンプル開始タイミングよりも早くなるように制御することにより、基準レベル信号の基準電位からの変動を最小限に抑えることができるため、読取が高速化され基準レベル信号の安定させるための期間が短縮された場合であっても、その期間内に基準レベル信号を基準電位に収束させることができ、読取が高速化されたときであっても確実にリセットノイズの発生を防止することができる。

本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば制御手段４０が、第１サンプルホールド回路３２および第２サンプルホールド回路３３のサンプル開始タイミングを調整する機能を有するものであってもよい。これにより、信号蓄積回路３１における蓄積・リセットのタイミングに合わせて第１サンプルホールド回路３２および第２サンプルホールド回路３３のサンプル開始タイミングを調整することができる。

また、たとえば図１において信号検出装置に入力される電荷信号を出力するものとして、いわゆる光読取方式の放射線画像検出器を用いたもの説明したが、これに限らず、たとえば、いわゆるＴＦＴ方式の放射線画像検出器を用いるようにしてもよいし、また、蓄積性蛍光体シートから発せられた輝尽発光光を光電変換素子により検出して電荷信号を出力する放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。さらには、ＣＣＤ素子の各画素に蓄積された電荷信号を読み取る相関２重サンプリング回路として用いてもよい。

本発明の信号検出装置が用いられた固体検出器の一例を示す構成図 本発明の信号検出装置の好ましい実施の形態を示す回路図 図２の信号検出装置における各スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すグラフ 従来の信号検出装置における各スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すグラフ 図４の信号検出装置における各スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを高速化した場合のグラフ

符号の説明

１０ 固体検出器
３０ 信号検出装置
３１ 信号蓄積回路
３２ 第１サンプルホールド回路（第１ローパスフィルター）
３２ｂ スイッチ
３３ 第２サンプルホールド回路（第２ローパスフィルター）
３４ 差分手段

Claims (7)

1. 画像情報が電荷信号として記録された画像記録体から該電荷信号を読取る信号検出装置において、
   前記電荷信号を蓄積する信号蓄積回路と、
   該信号蓄積回路に蓄積された前記電荷信号が入力される第１ローパスフィルターと、
   該第１ローパスフィルターによりローパスフィルター処理された前記電荷信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、
   前記信号蓄積回路に蓄積された前記電荷信号が入力される第２ローパスフィルターと、
   該第２ローパスフィルターによりローパスフィルター処理された前記電荷信号の入力が基準電位になったときの基準レベル信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路と、
   前記第１サンプルホールド回路から出力される前記電荷信号と前記第２サンプルホールド回路から出力される前記基準レベル信号との差分を画像信号として出力する差分手段と、
   前記第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路におけるサンプルおよびホールドを制御する制御手段と
   を備え、
   前記第１および第２のサンプルホールド回路が、それぞれ、前記電荷信号および基準レベル信号のホールド後、前記信号蓄積回路のリセット時にサンプル状態に制御され、共通のラインを介して前回ホールドした電荷信号および前記基準レベル信号を放出するものであり、
   前記制御手段が、前記第１サンプルホールド回路をサンプル状態として前回ホールドした電荷信号の放出を開始させた後に、前記第１のサンプルホールド回路のサンプル状態を保ったまま、前記第２サンプルホールド回路をサンプル状態として前回ホールドした基準レベル信号の放出を開始させるものであることを特徴とする信号検出装置。
2. 前記制御手段が、前記第１サンプルホールド回路および第２サンプルホールド回路のサンプル開始タイミングを調整する機能を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の信号検出装置。
3. 前記画像記録体が、放射線の照射により静電潜像として画像情報を記録する固体検出器であることを特徴とする請求項１または２に記載の信号検出装置。
4. 前記第１サンプルホールド回路が、前記第２サンプルホールド回路のサンプル開始よりも前にサンプルを開始し、前記第２サンプルホールド回路のサンプル終了よりも後に前記電荷信号のサンプリングを終了させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の信号検出装置。
5. 前記差分手段が差動アンプからなるものであり、プラス側の入力端子に前記第２サンプルホールド回路が接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の信号検出装置。
6. 前記電荷蓄積回路が、前記電荷信号を蓄積するコンデンサを有するチャージアンプと、前記コンデンサへの前記電荷信号の蓄積と放電とを切り替えるためのリセットスイッチとを備えたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の信号検出装置。
7. 前記第１サンプルホールド回路および前記第２サンプルホールド回路が、前記リセットスイッチがオフ状態になり前記チャージアンプによる前記電荷信号の蓄積が開始されるよりも前にサンプルを開始するものであることを特徴とする請求項６記載の信号検出装置。

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