JP5258536B2

JP5258536B2 - 撮像装置及び撮像システム

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Publication number: JP5258536B2
Application number: JP2008317274A
Authority: JP
Inventors: 啓吾横山; 忠夫遠藤; 登志男亀島; 朋之八木; 克郎竹中
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Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2013-08-07
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Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な撮像装置、放射線撮像装置及びシステムに関する。特に平面型の検出器からの信号を複数のＡ／Ｄ変換器でデジタル出力として読み出すことが可能な撮像装置、放射線撮像装置、及びそれらの撮像システムに関するものである。なお、本明細書では、Ｘ線、γ線などの電磁波やα線、β線も放射線に含めるものとして説明する。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面型の検出器（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このＦＰＤを用いた放射線撮像装置は、患者などの被検体を透過したＸ線などの放射線をＦＰＤでアナログ電気信号に変換し、そのアナログ電気信号をアナログデジタル変換してデジタル画像信号を取得するデジタル撮影が可能な装置である。この放射線撮像装置に用いられるＦＰＤとしては、直接変換型と間接変換型に大別される。直接変換型の放射線撮像装置は、ａ−Ｓｅなどの放射線を直接電荷に変換可能な半導体材料を用いた変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。間接変換型の放射線撮像装置は、放射線を光に変換可能な蛍光体などの波長変換体と、光を電荷に変換可能なａ−Ｓｉなどの半導体材料を用いた光電変換素子と、を有する変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。このようなＦＰＤを有する放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。

放射線撮像装置からは、被検体を透過した放射線に基づく撮影時の画像信号のほかに、オフセット補正用の画像信号や感度補正用の画像信号など、撮影時の画像信号の補正を行うための補正用の画像信号が取得される。このオフセット補正用の画像信号は、検出器に光又は放射線が照射されていない状態で取得された出力（暗出力）に基づくものである。また、感度補正用の画像信号は、検出器に光又は放射線が略一様に照射された状態で取得された出力（明出力）に基づくものである。このような補正用の画像信号を用いて撮影時の画像信号を補正処理することにより、補正後の画像信号は低ノイズで高精度なものとなる。

また、この放射線撮像装置には、前述の検出器と、検出器を駆動するための駆動回路と、検出器からのアナログ電気信号を読み出すための読み出し回路と、そのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とが含まれている。Ａ／Ｄ変換器からは、デジタル化された撮影時の画像信号や補正用の画像信号がそれぞれ出力される。

しかしながら、Ａ／Ｄ変換器は、その入力されるアナログ電気信号と出力されるデジタル信号との間の変換特性（Ａ／Ｄ変換特性）において、理想的な線形的な特性とならない非線形性誤差を生ずる場合がある。そのため、デジタル信号から作成された画像に、Ａ／Ｄ変換器の非直線性誤差に起因するノイズや違和感が生じる場合がある。このようなノイズや違和感が生じる場合には、非直線性誤差を抑える、或いは、非直線性誤差による影響を補正することが望ましい。

特許文献１には、Ａ／Ｄ変換手段の出力信号をアドレスデータとして同期した基準信号を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し、その基準信号に合わせてＡ／Ｄ変換手段の出力信号を補正するＡ／Ｄ変換回路が開示されている。これによって、Ａ／Ｄ変換手段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ことが開示されている。

また、特許文献２には、複数のＡＤ変換回路と対として設けられ、ＡＤ変換回路ごとの入出力特性に応じて設定されたＬＵＴを有し、ＬＵＴに入力されるデジタル信号を所定の入出力信号特性に沿った値に変換して出力するＡＤ変換装置が開示されている。これによって、ＡＤ変換回路ごとの特性差を補正し、それぞれが所定の入出力特性に沿った出力をすることが開示されている。

特許文献１及び特許文献２では、上述のようにＡ／Ｄ変換器からのデジタル出力に補正を行うことで、Ａ／Ｄ変換器の非直線性誤差に起因するノイズや違和感を抑えている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２のような補正を行う場合、デジタル出力を補正するために膨大な回路が必要となってしまうという問題点を有していた。また、予め各Ａ／Ｄ変換器の非直線性を補正するための変換データを取得しておく工程や、補正処理の度にＬＵＴにアクセスしてデジタル画像処理する工程が必要となり、結果的にシステムが複雑化する問題点を有していた。

本発明は、上記問題点を鑑みて、簡易な構成及び簡便な処理によりＡ／Ｄ変換器の非直線性誤差に起因するノイズや違和感を低減し得る撮像装置又は撮像システムを提供することを課題とするものである。

本願発明者は、上述の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係る撮像装置は、放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、前記検出部から出力されたアナログ電気信号を読み出す読出回路と、前記読出回路からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含む信号処理部と、前記検出部及び前記信号処理部に対して各種バイアスを与える電源部と、を有する撮像装置であって、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域に入力される前記アナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように、前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする。また、本発明に係る撮像装置は、放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、前記検出部から出力されたアナログ電気信号を読み出す読出回路と、前記読出回路からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含む信号処理部と、前記検出部及び前記信号処理部に対して各種バイアスを与える電源部と、を有する撮像装置であって、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される前記アナログ電気信号が、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域にあたらないように、前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする。

本発明に係る撮像システムは、放射線をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、前記検出部から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、放射線を発生するための放射線発生装置と、を含む撮像システムであって、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域に入力される前記アナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように、前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定して前記放射線発生装置を制御する制御部を有することを特徴とする。また、本発明に係る撮像システムは、放射線をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、前記検出部から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、放射線を発生するための放射線発生装置と、を含む撮像システムであって、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される前記アナログ電気信号が、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域にあたらないように、前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定して前記放射線発生装置を制御する制御部を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成及び簡便な処理によりＡ／Ｄ変換器の非直線性誤差に起因するノイズや違和感を低減し得る撮像装置又は撮像システムを提供することが可能となる。

以下、本発明を好適に適用可能な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概念的ブロック図である。図１の撮像装置１００は、放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部１０１と、検出部１０１からアナログ電気信号を出力するために検出部１０１を駆動する駆動回路１０２と、を有する。また、撮像装置１００は、検出部１０１から出力されたアナログ電気信号を読み出す読出回路１０３と、読出回路１０３からのアナログ電気信号１１３をデジタル信号１１４に変換するＡ／Ｄ変換器１０４と、を含む信号処理部１０５を有する。そして、撮像装置１００は、検出部１０１及び信号処理部１０５に対して夫々に対応するバイアスを与える電源部１０６を有する。この電源部１０６は、検出部に対してセンサバイアスＶｓを供給するバイアス電源１０６ａ、読出回路１０３に第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を供給する第１の基準電源１０６ｂ、Ａ／Ｄ変換器１０４に第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を供給する第２の基準電源１０６ｃを含む。撮像装置１００は更に、信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御するための制御部１０９を有する。

この制御部１０９は、Ａ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換特性に関する情報が記憶された記憶手段１０８と、その情報を基に信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御する制御回路１０７と、を有する。制御回路１０７は、バイアス電源１０６ａに対してゲイン調整信号１１６を、第１の基準電源１０６ｂに対して基準電圧調整信号１１７を、第２の基準電源１０６ｃに対して基準電圧調整信号１１８を、それぞれ供給している。また、制御回路１０７は、読出回路１０３に対してゲイン調整信号１１５を供給している。そして、制御回路１０７は、駆動回路１０２に駆動制御信号１１９を供給し、駆動回路１０２はそれに基づいて検出部１０１に駆動信号１１１を供給している。

図２は、本発明の撮像装置の概念的な等価回路図を含む撮像システムの概念図である。なお、図１を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。検出部１０１は、行列状に複数配置された画素２０１を有する。図２にはｍ行ｎ列にわたってｍ×ｎ個の画素２０１が配置されている。画素２０１は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子Ｓと、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Ｔと、を有する。光を電荷に変換する変換素子Ｓとしては、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置され、アモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードやＭＩＳ型変換素子などの、光電変換素子が好適に用いられる。放射線を電荷に変換する変換素子としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子Ｔとしては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、光電変換素子が絶縁性基板上の備えられる画素の場合には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が好適に用いられる。変換素子Ｓの一方の電極はスイッチ素子Ｔの２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通の配線を介してバイアス電源１０６ａと電気的に接続される。行方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ_１１〜Ｔ_１ｎは、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ_１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が、駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数の画素のスイッチ素子、例えばＴ_１１〜Ｔ_ｍ１は、それらの他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ_１に電気的に接続されており、導通状態になっている間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ_１〜Ｓｉｇ_ｎは、検出部１０１の複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路１０３に伝送する。

読出回路１０３は、検出部１０１から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路部２０２と、増幅回路部２０２からの電気信号をサンプルしホールドするためのサンプルホールド回路部２０３と、を有する。増幅回路部２０２は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器Ａと、積分容量群Ｃｆと、増幅率切り換えのためのスイッチ群ＳＷと、積分容量をリセットするリセットスイッチＲＣと、を有する増幅回路を、各信号配線に対応して有している。演算増幅器Ａの反転入力端子には出力された電気信号が入力され、正転入力端子には第１の基準電源１０６ｂから第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、複数の積分容量が並列に備えられた積分容量群Ｃｆが演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子の間に配置される。サンプルホールド回路部２０３は、サンプリングスイッチＳＨとサンプリング容量Ｃｈとによって構成されるサンプルホールド回路を、各増幅回路に対応して有している。また読出回路１０３は、サンプルホールド回路部２０３から並列に読み出された電気信号を順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ２０４と、画像信号をインピーダンス変換して出力する出力バッファである可変増幅器２０５と、を有する。読出回路１０３から出力されたアナログ電気信号である画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０４によってデジタル画像信号に変換されて出力される。Ａ／Ｄ変換器１０４には、第２の基準電源１０６ｃから第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２が供給される。

図２の制御回路１０７は、図１で説明したゲイン調整信号１１５として、増幅回路のスイッチ群ＳＷに対してゲイン調整信号１１５ａを、可変増幅器２０５に対してゲイン調整信号１１５ｂを、それぞれ与えている。また、制御回路１０７は更に、Ｘ線源等の放射線発生装置２０６に対して、出射される放射線の線量を制御するための線量制御信号１２０を供給する。そして、制御回路１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換特性に関する情報を記憶した記憶手段１０８の情報を基に、信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御する。

記憶手段１０８に記憶されるＡ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換特性に関する情報には、以下に示すものが含まれる。まずは、Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報が挙げられる。この非直線性とは、実際のアナログ入力とデジタル出力（Ａ／Ｄ変換値）の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示すもので、具体的には微分非直線性（ＤＮＬ）或いは積分非直線性（ＩＮＬ）で示される。図３（ａ），（ｂ）を用いてＩＮＬ及びＤＮＬについて説明する。ＩＮＬとは、Ａ／Ｄ変換器の入出力特性全体を見渡したときの理想の入出力直線に対する実際の入出力特性のずれを意味する。このＩＮＬは、Ａ／Ｄ変換器があるデジタル出力Ｎを出すアナログ入力量の理想値Ｖ_{ＮＩｄｅａｌ}と出力Ｎを実際に出す為に必要なアナログ入力量Ｖ_Ｎとのずれ量を、デジタル出力の１ＬＳＢ変化に必要な理想的なアナログ入力量Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ}で規格化した値である。つまり、ＩＮＬは次の式１で示される。
ＩＮＬ＝（Ｖ_Ｎ−Ｖ_{ＮＩｄｅａｌ}）／Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ} （式１）
ここで、デジタル出力Ｎを出すアナログ入力量の理想値Ｖ_{ＮＩｄｅａｌ}とは、１ＬＳＢ変化の理想的なアナログ入力量Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ}をＮ倍したものに、Ａ／Ｄ変換器が有するオフセットＶ_{ｏｆｆｓｅｔ}を加えたものであり、次の式２で示される。
Ｖ_{ＮＩｄｅａｌ}＝Ｎ×Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ}＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ} （式２）
ＤＮＬとは、入出力の各ステップを個別に見た場合の理想ステップとのずれを意味する。具体的にＤＮＬは、デジタル出力Ｎをデジタル出力Ｎ＋１に（１ＬＳＢ分）変化させる為に必要なアナログ入力量の変化量Ｖ_ΔＮと上述のＶ_{ΔＩｄｅａｌ}とのずれ量をＶ_{ΔＩｄｅａｌ}で規格化した値である。つまりＤＮＬは、次の式３で示される。
ＤＮＬ＝（Ｖ_ΔＮ−Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ}）／Ｖ_{ΔＩｄｅａｌ} （式３）

次に、非直線性に起因するＡ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報が挙げられる。ＩＮＬやＤＮＬは、実際のアナログ入力量に対して出力されるべきデジタル出力と異なるデジタル出力に変換される入出力誤差を生じさせる原因となる。また、図３（ｃ）に示すように、ＤＮＬが±１／２ＬＳＢを上回ると、出力すべきデジタル出力がＡ／Ｄ変換器から出力されないというミッシングコードという問題が発生する可能性がある。これらＡ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報やミッシングコードの情報を含めて、Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報とする。

また、記憶手段１０８は、Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報を保持している。この情報は、オフセット補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲や、感度補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲や、実際の撮影時の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲に関する情報等が含まれる。特に、オフセット補正用や感度補正用等、補正用の画像信号を撮像装置が取得する際には、Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号の幅は、ダイナミックレンジ全体に比べて非常に狭い範囲に限定されており、精度の高い予測が可能となる。また、補正用の画像信号は、狭い範囲に限定されているため、Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差やミッシングコードによって受ける影響が、撮影時の画像信号に比べて大きい。補正用の画像信号が大きな影響を受けると補正精度に大きな影響を与えることとなるため、補正用の画像信号が入出力誤差やミッシングコードの影響を避けることは補正精度に対して大きな意義を有する。これらの入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報は、出荷時又は設置時に、動画撮影動作や静止画撮影動作、又はそれらにおける各補正画像取得動作に対応して、予め取得及び記憶されていることが好ましい。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、実際にＡ／Ｄ変換器に入力される直前のアナログ電気信号を監視して入力アナログ電気信号の範囲に関する情報をリアルタイムで取得し、それを基に制御を行っても良い。

制御回路１０７は、記憶手段１０８に記憶された、Ａ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換特性に関する情報を基に、信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御し得る。つまり、制御回路１０７と記憶手段１０８を含む制御部１０９は、Ａ／Ｄ変換器１０４のＡ／Ｄ変換特性に関する情報を基に、信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御することができる。ここで、制御回路１０７は、Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報及びＡ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報のうちの少なくとも一方と、Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を用いて制御を決定する。そして、制御回路１０７は、Ａ／Ｄ変換特性に関する情報を基に、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ電気信号がＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域にあたらないように、信号処理部１０５及び電源部１０６の少なくとも一方を制御する。Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域とは、Ａ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域やＡ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域、例えば入出力誤差の標準偏差が３σより大きい領域、である。所定値は形態や構成にあわせて適宜設定し得る。具体的には、制御回路１０７は、信号処理部１０５が有する読出回路１０３に属する増幅回路部２０２や可変増幅器２０５の増幅率を決定し必要があれば変更する。例えば増幅回路部２０２の増幅率は、増幅率切り換えのためのスイッチ群ＳＷによって積分容量群Ｃｆの容量値を決定する。また、制御回路１０７は、電源部１０６が有する、バイアス電源１０６ａ、第１の基準電源１０６ｂ、及び第２の基準電源１０６ｃのうちの少なくとも一つの変更を決定し、必要があれば変更する。バイアス電源１０６ａから供給されるセンサバイアスＶｓが変更されれば、検出器の感度が変更される。第１の基準電源１０６ｂから供給される第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が変更されれば、増幅回路部２０２に入力されるアナログ電気信号に正又は負の直流成分が付加されることとなり、出力されるアナログ電気信号が変更される。この第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１の決定及び変更は、演算増幅器単位で行っても良く、増幅回路部２０２内の複数の演算増幅器を複数の群に分割し群単位で行っても良く、増幅回路部２０２全体で行っても良い。また第２の基準電源１０６ｃから供給される第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２が変更されれば、Ａ／Ｄ変換器の参照電圧を変更することとなり、Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域が変更される。本発明の制御部１０９は、画像信号となる入力アナログ信号を出力する画素のうち、Ａ／Ｄ変換特性の好ましくない領域に含まれる入力アナログ信号を出力する画素の数を、制御により低減するものである。言い換えると、画像信号となる全ての入力アナログ信号のうちＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域にあたる入力アナログ信号の量が上記制御により低減されればよい。例えば、本発明の制御部１０９は、上述の制御を好適に選択して行うことにより、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ電気信号の平均値がＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域にあたらないようにする。ただし、本発明の制御部１０９は、上述の制御を好適に選択して行うことにより、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ電気信号がＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域にあたらないようにすることがより好ましい。ここで、バイアス電源１０６ａ又は読出回路１０３の増幅率の変更による撮像装置のゲインの変更、第１の基準電源１０６ｂの変更による直流成分の付加、第２の基準電源１０６ｃによるＡ／Ｄ変換器１０４のレベル遷移は、撮影条件などにより好適に選択され得る。上述の制御部１０９による制御は、読出回路１０３からの入力アナログ電気信号が、Ａ／Ｄ変換器１０４のダイナミックレンジ内に収まるようになされることが望ましい。また、例えば上記制御が補正用の画像信号を取得する際になされた場合、他の補正用の画像信号を取得する際や実際の撮影時の画像信号を取得する際には、変更された項目をあわせて動作されることが望ましい。なお、バイアス電源１０６ａ、基準電源１０６ｂ、及び基準電源１０６ｃには公知の可変電圧源が適宜用いられ、制御回路１０７には、マイコン、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、カスタムＩＣ等が適宜用いられる。

以下に、図面を用いて具体的な制御例を説明する。図４は、本実施形態における制御のフローチャートである。本例では、Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報としてミッシングコードの情報を、入力アナログ電気信号に関する情報としてオフセット補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲に関する情報を用いる。そして、制御部１０９は、電源部１０６の第１の基準電源１０６ｂを制御して、増幅回路部２０２に与える第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１の変更を決定する制御を行い得る。

まず、図４（ａ）において、工場出荷時又は装置設置時において、静止画撮影や動画撮影等の各種動作毎に、オフセット補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲を記憶手段１０８に記憶する。この際、増幅回路部２０２の増幅率、バイアス電源１０６ａのセンサバイアスＶｓ第１の基準電源１０６ｂの基準電圧値Ｖｒｅｆ１、第２の基準電源１０６ｃの基準電圧値Ｖｒｅｆ２を、デフォルト値として記憶手段１０８に記憶しておくことが望ましい。このデフォルト値を、実際の撮影時のデフォルト値として用いることができる。また、記憶手段１０８はＡ／Ｄ変換部１０４のミッシングコードの情報を記憶する。

次に、図４（ｂ）において、撮像装置１００がオフセット補正用の画像信号を取得する動作を開始する際に以下の動作を行う。制御回路１０７は、記憶手段１０８に記憶された情報のうち、その後に行う撮影動作にあわせて、対応するミッシングコードの情報と入力アナログ電気信号の範囲に関する情報を参照する。そして、その入力アナログ電気信号の範囲に、Ａ／Ｄ変換部のミッシングコードが存在するか否か判定する。入力アナログ電気信号の範囲内にミッシングコードが存在しないと判定された場合、制御部１０９は電源部１０６から出力される各電圧をデフォルト値とすることを決定する。そして、撮像装置１００にオフセット補正用の画像信号の取得を行わせる。一方、入力アナログ電気信号の範囲内にミッシングコードが存在すると判定された場合には、入力アナログ電気信号の範囲がミッシングコードと重ならないようにするための直流成分を入力アナログ電気信号に与えることが必要となる。制御部１０９は、直流成分となる、第１の基準電源１０６ｂの電圧値のデフォルト値からの変更量を決定し、それに基づいて基準電圧調整信号１１７を第１の基準電源１０６ｂに与えて第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を変更する。そして、変更された第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が増幅回路部２０２に与えられた状態で、撮像装置１００にオフセット補正用の画像信号の取得を行わせる。なお、上述の具体例において、Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報としてミッシングコードの情報を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。出力誤差に関する情報の代わりにＡ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報を用いる場合には、制御回路１０７が非直線性に関する情報から出力誤差に関する情報を生成して制御に用いても良い。また、オフセット補正用の画像信号を取得する動作について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、感度補正用又は実際の撮影時の画像信号を取得する動作に用いても良い。ただし、補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の幅は実際の撮影時に比べて非常に狭い範囲に限定されているため、補正用の画像信号を取得する際に本発明を適用することがより望ましい。

本実施形態によると、Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域に入力されるアナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように制御することが可能となる。更に、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ電気信号がＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域にあたらないように制御することが可能となる。それにより、Ａ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換特性の好ましくない領域を有していても、精度の高いＡ／Ｄ変換を、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を補正処理する方式に比べて簡便に行うことが可能となる。また、デジタル信号を補正するための回路に比べて、規模が小さく簡易な回路を用いて精度の高いＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、図２、図３、図５を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態において説明した箇所は同じ番号を付与し詳細な説明は割愛する。図５は、本実施形態における制御のフローチャートである。

Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報として、第１の実施形態ではミッシングコードの情報を用いたが、本実施形態では入出力誤差の情報を用いる点で相違する。

また、入力アナログ電気信号に関する情報として、第１の実施形態では記憶手段１０８に記憶されたオフセット補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲に関する情報を用いた。一方、本実施形態では、取得されてＡ／Ｄ変換された感度補正用の画像信号を平均化した平均値を、記憶手段１０８に予め記憶させずに直接用いており、その点で第１の実施形態と相違する。

更に、第１の実施形態では制御部１０９が第１の基準電源１０６ｂの電圧値を決定・変更する制御を行ったが、本実施形態では、放射線発生装置２０６から出射される放射線量を決定・調節する制御を行う点で相違する。それ以外は第１の実施形態と同様の構成であり、同様の処理を行う。

まず、図５（ａ）において、工場出荷時において、記憶手段１０８はＡ／Ｄ変換部１０４の入出力誤差の情報として、入出力誤差が所定値より大きなデジタル出力値を記憶する。例えば、ＤＮＬが±１／２ＬＳＢを上回るデジタル出力値や、ＩＮＬの標準偏差が３σより大きいデジタル出力値である。これら入出力誤差の情報は、適宜設定され得るものであり、入出力誤差が所定値より大きい領域に相当するものである。

次に、図５（ｂ）において、制御部１０９は、撮像装置１００及び放射線発生装置２０６を動作させてＡ／Ｄ変換された感度補正用の画像信号の平均値を取得する。この際、記憶手段１０８は放射線発生装置２０６の動作条件を記憶しておくことが望ましい。制御回路１０７は、記憶手段１０８に記憶されたＡ／Ｄ変換部１０４の入出力誤差の情報を参照して、その平均値が入出力誤差の大きなデジタル出力値の近傍に存在するか否か判定する。近傍の範囲は適宜設定され得るものである。平均値が入出力誤差の大きなデジタル出力値の近傍に存在しないと判定された場合、取得された感度補正用の画像信号を正式な補正用の画像信号として記憶手段１０８に記憶する。一方、平均値が入出力誤差の大きなデジタル出力値の近傍に存在すると判定された場合には、Ａ／Ｄ変換特性の好ましくない領域に含まれる入力アナログ信号を出力する画素の数を、制御により低減することが必要となる。制御部１０９は、放射線発生装置２０６から発生される放射線量を決定し、それに基づいて線量制御信号１２０を放射線発生装置２０６に与えて放射線量を変更する。そして、変更された放射線量で再度感度補正用の画像信号を取得し、その平均値が入出力誤差の大きなデジタル出力値の近傍に存在しないと判定されるまで繰り返す。

なお、本実施形態では入出力誤差の情報を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、他のＡ／Ｄ変換特性に関する情報を適宜用いることができる。また、本実施形態では感度補正用の画像信号について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、オフセット補正用の画像信号や実際の撮影時の画像信号に適宜適用され得る。ただし、オフセット補正用の画像信号の場合には、制御部１０９は放射線発生装置２０２を制御するのではなく、信号処理部１０５や電源部１０６を制御することとなる。また、実撮影時の画像信号の場合には、制御部１０９は信号処理部１０５、電源部１０６、及び放射線発生装置２０２のうちの少なくとも一つを制御すればよい。また、本実施形態では、記憶手段１０８に感度補正用の画像信号を記憶する形態としたが、本発明はそれに限定されるものではなく、別途記憶手段を設けてもよい。

本実施形態によると、Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性が好ましくない領域に入力されるアナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように制御することが可能となる。それにより、Ａ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換特性の好ましくない領域を有していても、精度の高いＡ／Ｄ変換を、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を補正処理する方式に比べて簡便に行うことが可能となる。また、デジタル信号を補正するための回路に比べて、規模が小さく簡易な回路を用いて精度の高いＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。

（応用例）
次に、図６に本発明を用いた移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図６（ａ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。図６（ａ）において、撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置２０６を用いて撮影を行う例を示している。ここで、Ｃ型アーム６０１は放射線発生装置２０６及び撮像装置１００を保持するものである。６０２は撮像装置１００で得られた画像信号の表示が可能な表示部、６０３は被検体６０４を載せるための寝台である。また、６０５は放射線発生装置２０６、撮像装置１００、及びＣ型アーム６０１を移動可能にする台車、６０６はそれらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置である。制御装置６０６は、撮像装置１００で得られた画像信号を画像処理して表示装置６０２等に伝送することも可能である。また、制御装置６０６による画像処理により生成された画像データは、電話回線等の伝送手段により遠隔地へ転送することができる。それにより、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイに表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、伝送された画像データをフィルムプロセッサによりフィルムとして記録することもできる。なお、本発明の制御部１０９は、その構成の一部又は全部が撮像装置１００内に備えられていてもよく、また制御装置６０６内に備えられていてもよい。

図６（ｂ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムである。図６（ｂ）では、撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置２０６とは別の放射線発生装置６０７を用いて撮影を行う例を示している。なお、本発明の制御部１０９は、放射線発生装置２０６だけでなく、別の放射線発生装置６０７も制御可能であることは言うまでもない。

なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、実施形態１、実施形態２から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

本発明に係る撮像装置の概念的ブロック図である。本発明の撮像装置の概念的な等価回路図を含む撮像システムの概念図である。Ａ／Ｄ変換器のＩＮＬ及びＤＮＬについて説明するための入出力特性である。本発明の第１の実施形態における制御のフローチャートである。本発明の第２の実施形態における制御のフローチャートである。本発明の撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。

符号の説明

１００撮像装置
１０１検出部
１０２駆動回路
１０３読出回路
１０４Ａ／Ｄ変換器
１０５信号処理部
１０６電源部
１０７制御回路
１０８記憶手段
１０９制御部
２０１画素
２０２増幅回路部
２０３サンプルホールド回路部
２０４マルチプレクサ
２０５可変増幅器
２０６放射線発生装置

Claims

放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、
前記検出部から出力されたアナログ電気信号を読み出す読出回路と、前記読出回路からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含む信号処理部と、
前記検出部及び前記信号処理部に対して夫々に対応するバイアスを与える電源部と、
を有する撮像装置であって、
前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域に入力される前記アナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように、前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする撮像装置。
放射線又は光をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、
前記検出部から出力されたアナログ電気信号を読み出す読出回路と、前記読出回路からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を含む信号処理部と、
前記検出部及び前記信号処理部に対して夫々に対応するバイアスを与える電源部と、
を有する撮像装置であって、
前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される前記アナログ電気信号が、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域にあたらないように、前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御する制御部を有することを特徴とする撮像装置。
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換特性に関する情報として前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報及び前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報のうちの少なくとも一方の情報が記憶された記憶手段と、前記少なくとも一方の情報と前記入力アナログ電気信号に関する情報とを基に前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御する制御回路と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記撮像装置が補正用の画像信号を取得する際に、前記入力アナログ電気信号に関する情報として補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲に関する情報を基に、前記信号処理部及び前記電源部の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記読出回路は、前記検出部から出力されたアナログ電気信号を増幅する増幅回路部を含み、
前記電源部は、前記検出部に対してバイアスを供給するバイアス電源と、前記増幅回路部に第１の基準電圧を供給する第１の基準電源と、前記Ａ／Ｄ変換部に第２の基準電圧を供給する第２の基準電源と、を含み、
前記制御部は、前記バイアス、前記第１の基準電圧、及び前記第２の基準電圧の少なくとも１つの変更を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記制御部は、前記読出回路の増幅率の変更を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
放射線を発生するための放射線発生装置と、
を含む撮像システム。
放射線をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、
前記検出部から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
放射線を発生するための放射線発生装置と、
を含む撮像システムであって、
前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域に入力される前記アナログ電気信号に対応する画素の数が低減するように、前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定して前記放射線発生装置を制御する制御部を有することを特徴とする撮像システム。
放射線をアナログ電気信号に変換するための画素を複数備えた検出部と、
前記検出部から出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
放射線を発生するための放射線発生装置と、
を含む撮像システムであって、
前記Ａ／Ｄ変換器へ入力されるアナログ電気信号と前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の実際の関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報、及び、前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差の情報及びミッシングコードの情報のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報、のうちの少なくとも一方の情報である前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性に関する情報と、前記Ａ／Ｄ変換器への入力が予想される入力アナログ電気信号に関する情報と、を基に、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される前記アナログ電気信号が、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性がミッシングコードを有する領域又は前記Ａ／Ｄ変換器の入出力誤差が所定値より大きい領域にあたらないように、前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定して前記放射線発生装置を制御する制御部を有することを特徴とする撮像システム。
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換特性に関する情報として前記Ａ／Ｄ変換器の非直線性に関する情報及び前記Ａ／Ｄ変換器の出力誤差に関する情報のうちの少なくとも一方の情報を記憶する記憶手段と、前記少なくとも一方の情報と前記入力アナログ電気信号に関する情報とを基に前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定する制御回路と、を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像システム。
前記制御部は、前記撮像システムが補正用の画像信号を取得する際に、前記入力アナログ電気信号に関する情報として補正用の画像信号を取得する際の入力アナログ電気信号の範囲に関する情報を基に、前記放射線発生装置から出射される放射線量を決定することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の撮像システム。