(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、この光電変換素子に対応してマトリクス状に設けられた複数のスイッチング素子と、これら複数のスイッチング素子を行又は列方向に線順次走査するための複数の走査線と、前記光電変換素子で光電変換された信号を前記スイッチング素子を介して読み出すための複数の信号線とを有する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された撮像信号に基づいて表示を行う表示手段と、
前記撮像手段における垂直同期期間が前記表示手段における垂直同期期間よりも短くなるよう、前記撮像手段における撮像タイミングと前記表示手段における表示タイミングとの同期を調整する同期調整手段と
を有することを特徴とする画像入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば医療用Ｘ線診断装置等に用いる画像入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療分野においては、治療を迅速的確に行うために、患者の医療データをデータベース化する方向へと進んでいる。Ｘ線撮影の画像データについてもデータベース化の要求があり、Ｘ線撮影画像のディジタル化が望まれている。
【０００３】
このような装置として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）を用いた撮像装置が提案されている（例えばＵＳＰ４６８９４８７）。以下、この撮像装置について、図９を参照して説明をする。
【０００４】
各画素８１はａ−ＳｉＴＦＴ８２、光電変換素子８３及び画素容量８４で構成され、このように構成された画素８１がアレイ状（例えば、横２０００×縦２０００）に配列されている。光電変換素子８３には電源８５からバイアス電圧が印加されている。ａ−ＳｉＴＦＴ８２には信号線８６及び走査線８７が接続されており、シフトレジスタ８８からなる走査線駆動回路によってａ−ＳｉＴＦＴ８２のオン・オフが制御される。また、各信号線８６の終端は信号検出用の増幅器８９に接続されている。
【０００５】
光が入射すると光電変換素子８３に電流が流れ、画素容量８４に電荷が蓄積される。そして、走査線駆動回路８８で各走査線８７を順次走査することにより、走査された走査線に接続されている全てのＴＦＴ８２をオン状態にすると、蓄積された電荷は信号線８６を通って増幅器８９側に転送される。画素に入射する光の量によって電荷量が異なり、増幅器８９の出力振幅が変化するため、撮像対象物に応じた画像がＣＲＴ等に表示される。
【０００６】
上記の方式では、増幅器８９の出力信号をＡ／Ｄ変換することで直接ディジタル画像にすることができる。また、画素領域はノート型パソコンに使用されているＴＦＴＬＣＤ（薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）と同様の構造であり、薄型で大画面のものが容易に作製可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線撮像装置では、弱いＸ線を照射しながら患部の様子を見る動画表示が必要である（例えば心臓の動きを見る場合）。この場合、Ｘ線撮像装置で取り込んだ画像はリアルタイムでモニタに表示することになる。モニタでは、電子ビームが画面の左上から右下に向かって順次走査され、一つの画面が構成される。次画面を表示するためには、右下の画素を表示した後に左上まで電子ビームを移動させる垂直同期期間が必要となる。例えばＮＴＳＣ方式のテレビ信号の場合、走査線数５２５本のうち４８３本が有効表示期間となり、残りの４２本が垂直同期期間となる。Ｘ線撮像装置で取り込んだ画像をリアルタイムでモニタに表示する場合、撮像装置とモニタとの間の同期をとる必要があるため、撮像装置の駆動においてもこのような垂直同期期間を設けることになる。
【０００８】
ところで、ａ−ＳｉＴＦＴを用いたＸ線撮像装置では、ＴＦＴのリーク電流が問題となる。ＴＦＴのソース・ドレイン間に電位差がある場合、ＴＦＴのオフ時に微少（１０−１１  〜１０−１４  Ａ程度）の電流が流れるため、画素に蓄積されている電荷が信号線に漏れてしまい、信号レベルの低下や固定パターン雑音の原因となる。画素に蓄積されている信号電荷量は最大でも数ｐＣ〜数十ｐＣ程度、最小の信号電荷量としては数ｆｃ程度となる。リーク電流による雑音は最小電荷量と同程度になる可能性があり、リーク電流は表示画質に悪影響を及ぼすことになる。
【０００９】
リーク電流は有効表示期間、垂直同期期間を問わず常に発生する。また、リーク電流は画素に蓄積される電荷量によって変化する。図９において、増幅器８９には任意の信号線に接続されているＴＦＴからのリーク電流（電荷）が全て蓄積される。この時、全画素に同じ光が常に入射されているとすると、画素に蓄積されている電荷量は、読み出されている画素の１ライン前（すなわち前タイミングで読み出し完了）の電荷量が最も少なく、逆に読み出し画素の１ライン後（すなわち１タイミング後に読み出す画素）の電荷量が最も多いということになる。したがって、リーク電流は１ライン前で最低で１ライン後が最大となる。
【００１０】
ところで、垂直ブランキング期間がある場合、この部分には常に蓄積電荷０、リーク電流０の画素があるとみなすことができる。この部分のリーク電流は常に０であるから、画素の読み出す位置によってリーク電流の総和が異なってくる。すなわち、図１０のように、垂直ブランキング期間直後の読み出しと直前の読み出しでは、そのときの画素からのリーク電流の総和が異なってしまい、画面の上下で信号レベルに差が出てしまう。したがって、表示装置の表示方式としてＮＴＳＣ方式等の垂直同期期間（垂直ブランキング期間）を有する方式を用いた場合、ＴＦＴのリーク電流によって固定パターン雑音が増大するという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、撮像装置で撮像した画像をリアルタイムで表示装置に表示するとともに、ＴＦＴ等のスイッチング素子のリーク電流に基づく固定パターン雑音等を低減することが可能な画像入出力装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明における画像入出力装置は、光電変換素子（この光電変換素子マトリクス状に設けられた方が好ましい）と、この光電変換素子に対応してマトリクス状に設けられた複数のスイッチング素子と、これら複数のスイッチング素子を行又は列方向に走査するための複数の走査線と、前記光電変換素子で光電変換された信号を前記スイッチング素子を介して読み出すための複数の信号線とを有する撮像手段と、前記撮像手段から出力される撮像信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された撮像信号に基づいて表示を行う表示手段と、前記撮像手段における撮像タイミング（撮像手段における走査タイミング）と前記表示手段における表示タイミング（表示手段における走査タイミング）との同期を調整する同期調整手段とを有することを特徴とする画像入出力装置。
【００１３】
前記同期調整手段は、前記撮像手段における垂直同期期間が前記表示手段における垂直同期期間よりも短くなるよう、前記撮像手段における撮像タイミングと前記表示手段における表示タイミングとの同期を調整するものであることが好ましい。この場合、撮像手段には垂直同期期間を設けないようにしてもよい。
【００１４】
前記構成によれば、撮像手段における撮像タイミングと表示手段における表示タイミングとの同期を調整する同期調整手段を設けたので、撮像手段における垂直同期期間を短くする（垂直同期期間がゼロの場合も含む）ことが可能となり、ＴＦＴ等のスイッチング素子のリーク電流に基づく固定パターン雑音等が低減され、ダイナミックレンジの改善をはかることができるとともに、撮像手段で撮像した画像をリアルタイムで表示手段に表示することができる。
【００１５】
前記構成において、撮像手段における垂直同期期間は、１画面表示期間（１フレーム）の５％以下であることが好ましい。５％以下にすることにより、表示画面の上下方向の輝度レベルの差が少なくなるので、例えば医療用Ｘ線診断装置に用いた場合には、患部の診断結果を表示画面上において肉眼で十分把握することが可能となる。
【００１６】
例えば、撮像手段の走査線を５２５本、１ラインの読み出し時間を５７ｍｓとし、ＴＦＴのオフ抵抗を１．５×１０１５Ω、画素の最大蓄積電荷を１０ｐｃとした場合、垂直同期期間５％（２６ライン）とすると、画面上下でのリーク電流の差は１．１ｆｃとなる。最小信号電荷量を７ｆｃとすると、約１６ｄＢのダイナミックレンジが確保できる。
【００１７】
同様に、垂直同期期間を３％（１６ライン）、１％（５ライン）にした場合の画面上下でのリーク電荷の差は、それぞれ０．９ｆｃ、０．５ｆｃとなり、ダイナミックレンジはそれぞれ１８ｄＢ、２３ｄＢとなる。この値は、５％時と比較してそれぞれ２０％、１１０％感度が向上したことを意味し、表示画面での診断をさらに容易にする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、画像処理装置の全体構成を示したブロック図であり、例えば医療用Ｘ線診断装置に用いられるものである。この画像処理装置は、撮像装置１、表示装置２、記憶装置３、撮像側信号処理回路４、表示側信号処理回路５、同期調整回路６から構成されている。
【００１９】
撮像装置１には、図２に示すように、複数の信号線１１（Ｓ１  〜Ｓｍ  ）及び複数の走査線１２（Ｇ１  〜Ｇｎ  ）が配置されており、信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  と走査線Ｇ１  〜Ｇｎ  の各交差部には画素１３（ｅｉ，ｊ  ）がマトリクス状に配置されている。一つの画素（ｅｉ，ｊ  ）は、図３に示すように、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１４、積層構造の光電変換膜を用いた光電変換素子１５及び画素容量１６によって構成されている。
【００２０】
薄膜トランジスタ１４のドレイン電極は信号線Ｓｉ  に、ゲ一卜電極は走査線Ｇｊ  に、それぞれ接続されている。また、光電変換素子１５の一方の電極は薄膜トランジスタ１４のソース電極に、他方の電極はバイアス電源に、それぞれ接続されている。
【００２１】
信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  は信号検出用増幅回路１７に接続されており、走査線Ｇ１  〜Ｇｎ  は走査線駆動回路１８に接続されている。走査線Ｇ１  〜Ｇｎ  を順次“Ｈ”レベルにすることにより、“Ｈ”レベルになった走査線に接続された薄膜トランジスタ１４がオン状態となり、各画素に蓄積されている電荷が信号線Ｓ１  〜Ｓｍ  を通して信号検出用増幅回路１７に転送される。
【００２２】
走査線駆動回路１８は、図４に示すように、一般的なアクティブマトリクス型液晶表示装置に用いる駆動回路と類似した構成であり、シフトレジスタ２１及びアナログスイッチ２２を用いて構成されている。シフトレジスタ２１によりクロック信号ＣＰＶの立ち上がりのタイミングでスタート信号ＳＴＶを順次シフトさせ、アナログスイッチ２２を順次オン状態にして走査線Ｇ１  〜Ｇｎ  に“Ｈ”レベル信号を順次供給する。この駆動において、最後の走査線Ｇｎ  を走査した直後にスタート信号ＳＴＶを供給すれば、垂直同期期間を設けることなく最初の走査線Ｇ１  の走査が可能である。
【００２３】
同期調整回路６は、図５に示すように、分周器３１及び３２、信号発生回路３３、３４及び３５から構成されている。以下、この同期調整回路６の動作を、図６に示したタイミングチャートを参照して説明する。
【００２４】
分周器３１及び３２は、マスタクロックＭｃｌｋ  を分周して撮像装置１側及び表示装置２側それぞれに対するクロックＣｘｒａｙ及びＣｍｏｎｉを生成する。例えば、撮像装置１側をＶＧＡ相当（６４０ｄｏｔ  ×４８０Ｈ×２９．９７ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ  ）、表示装置２側をＮＴＳＣ相当（９１０ｄｏｔ  ×５２５Ｈ×２９．９７ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ  ）で駆動すると仮定とすると、マスタクロックＭｃｌｋ  を１９５．４９ＭＨｚに、撮像側分周器３１の分周比を１５０／３１８５（約９．２ＭＨｚに相当）に、表示側分周器３２の分周比を１５０／１０２４（約１４．３ＭＨｚに相当）にすることにより、撮像装置側クロックＣｘｒａｙ及び表示装置側クロックＣｍｏｎｉを生成することができる。
【００２５】
信号発生回路３３及び３５は、撮像装置側クロックＣｘｒａｙ及びＳＹＮＣ信号によって、撮像装置側制御信号であるスタート信号ＳＴｘｒａｙ、イネーブル信号ＥＮＢｘｒａｙ、走査線駆動信号であるＣＰＶ、ＳＴＶを生成する。同様に、信号発生回路３４は、表示装置側クロックＣｍｏｎｉ及びＳＹＮＣ信号によつて、表示装置側制御信号であるスタート信号ＳＴｍｏｎｉ、イネーブル信号ＥＮＢｍｏｎｉを生成する。これらの信号によって、撮像装置１から読み出された垂直同期期間のない画像信号を、表示装置２で表示可能な垂直同期期間のある画像信号に変換することができる。
【００２６】
撮像装置側信号Ｃｘｒａｙ、ＳＴｘｒａｙ及びＥＮＢｘｒａｙによって撮像装置１から出力された信号の中から、画像情報のみを記憶装置３に書き込む。撮像装置１では基本的に垂直ブランキング期間のない駆動をしているため、ＥＮＢｘｒａｙは必要とせず、撮像装置１からの画像信号を記憶装置３にそのまま書き込んでいる。撮像装置側信号Ｃｘｒａｙ、ＳＴｘｒａｙ及びＥＮＢｘｒａｙによってある程度（例えば１フレーム分）の画像を記憶回路３に書き込んだ後、書き込まれた画像は表示装置側信号Ｃｍｏｎｉ、ＳＴｍｏｎｉ及びＥＮＢｍｏｎｉによって表示装置１側に読み出される。表示装置１で必要な垂直同期期間及び水平同期期間は、ＥＮＢｍｏｎｉ信号の“Ｈ”レベル期間を制御することによつて付加される。
【００２７】
撮像側信号処理回路４は撮像装置１からの信号を、表示側信号処理回路５は記憶装置３からの信号をそれぞれ処理し、次段へ出力する。すなわち、撮像側信号処理回路４では、撮像装置１からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、線順次信号から点順次信号へと変換する。これは、撮像装置１の駆動が線順次走査であり、表示装置２の駆動が点順次走査であることから、信号フオーマットを変更する必要があるためである。また、表示側信号処理回路５ではＤ／Ａ変換を行うが、表示装置２の入力がディジタル信号の場合はディジタル信号のまま出力する。
【００２８】
図７は、本発明の第２実施形態の構成を示したブロック図である。なお、基本的な構成や動作等については第１実施形態と同様であり、対応する構成要素には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本第２実施形態では、記憶装置３をＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）で構成している。ＦＩＦＯでは、撮像装置側制御信号Ｃｘｒａｙ、ＳＴｘｒａｙ及びＥＮＢｘｒａｙ並びに表示装置側信号Ｃｍｏｎｉ、ＳＴｍｏｎｉ及びＥＮＢｍｏｎｉを直接入力し、画像信号の書き込み及び読み出しを行う。
【００３０】
図８は、本発明の第３実施形態の構成を示したブロック図である。なお、基本的な構成や動作等については第１実施形態と同様であり、対応する構成要素には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
本第３実施形態では、記憶装置３をスタティックＲＡＭ５１ａ及び５１ｂで構成している。記憶装置３をＲＡＭ５１ａ及び５１ｂで構成した場合、ＲＡＭのアドレスを発生するアドレス回路５２ａ及び５２ｂを必要とする。また、ＲＡＭ５１ａ及び５１ｂに対する書き込み用及び読み出し用の２バンクを必要とする。以下、本実施形態の動作を説明する。
【００３２】
第１フレームにおいて、ＲＡＭ５１ａは撮像装置１からの画像信号の書き込み用に設定し、ＲＡＭ５１ｂは表示装置２への信号の読み出し用に設定する。設定は動作は、信号ＯＥ１及びＯＥ２によって行う。この時、ＤＦＦ５３ａ及びＤＦＦ５３ｄがイネーブル状態に、ＤＦＦ５３ｂ及びＤＦＦ５３ｃがディゼーブル状態になる。ＲＡＭ５１ａに第１フレームの画像を書き込んだ後、第２フレームでは第１フレームとは逆に、ＲＡＭ５１ａが読み出し用に設定され、ＲＡＭ５１ｂが書き込み用に設定される。ＤＦＦ５３ａ〜５３ｄもそれぞれ逆の状態に設定される。そして、ＲＡＭ５１ａでは第１フレームの画像を表示装置側へ読み出し、ＲＡＭ５１ｂでは第２フレームの画像を書き込む。このような動作を１フレーム毎に繰り返すことにより、撮像装置１からの画像をリアルタイムで表示装置２に表示することが可能となる。これらの動作において、ＲＡＭ５１ａに与えるアドレスとＲＡＭ５１ｂに与えるアドレスとは一致させる必要はない。書き込み側と読み出し側のアドレスのタイミングを変えることにより、表示装置側に垂直同期期間を付加させる。
【００３３】
なお、上記各実施形態では撮像装置に垂直同期期間を設けていないが、垂直同期期間を付加するようにしてもよい。この場合、撮像装置における垂直同期期間が表示装置における垂直同期期間よりも短いことが好ましい。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像手段における撮像タイミングと表示手段における表示タイミングとの同期を調整する同期調整手段を設けたので、撮像手段における垂直同期期間を短くする（ゼロの場合も含む）ことが可能となり、スイッチング素子のリーク電流に基づく固定パターン雑音等が低減され、ダイナミックレンジの改善をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成例を示したブロック図。
【図２】図１の撮像装置の構成例を示した図。
【図３】図２の１画素の構成例を示した図。
【図４】図２の走査線駆動回路の構成例を示した図。
【図５】図１の同期調整回路の構成例を示した図。
【図６】図５の同期調整回路の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図７】本発明の第２実施形態の構成例を示したブロック図。
【図８】本発明の第３実施形態の構成例を示したブロック図。
【図９】従来技術の構成例を示した図。
【図１０】画面上下でリーク電流が異なる様子を示した図。
【符号の説明】
１…撮像手段
２…表示手段
３…記憶手段
６…同期調整手段
１１…信号線
１２…走査線
１４…スイッチング素子
１５…光電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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