(57)【要約】【課題】無効曝射が少なく、かつシステムノイズの低い高ダイナミックレンジの撮影装置を提供する。【解決手段】光に応じた電荷を蓄積する複数の画素を有する撮像装置は、画素に蓄積された電荷を保持したまま信号を読み出す非破壊読み出しを実行し、非破壊読み出しにより読み出された信号に基づいて複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎に画素に蓄積された電荷をリセットする。【選択図】図３
2015139163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線に応じた電荷を蓄積する複数の画素を有する撮像装置であって、
前記画素に蓄積された電荷を保持したまま信号を読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された信号に基づいて、前記複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎に画素に蓄積された電荷をリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記読出手段により読み出された信号に基づいて、前記複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎にリセットの要否を判定する判定手段を備え、
前記リセット手段は、前記判定手段によりリセットが要であると判定された部分領域を構成する画素に蓄積された電荷をリセットすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記部分領域は単一の画素で構成され、
前記判定手段は、前記読出手段により読み出された画素の信号が所定の閾値以上の場合に、該画素のリセットが必要であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記部分領域は複数画素で構成され、
前記判定手段は、前記読出手段により読み出された前記複数画素の信号のうちの少なくとも一つの信号が所定の閾値以上の場合に、リセットが必要であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記部分領域は、主走査方向の１ラインであることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記部分領域は、主走査方向と副走査方向に複数の画素が並ぶ２次元の領域であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記画素は、ビニングにより結合された画素群で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記読出手段は、各画素について、撮影の１フレームの期間中に複数回の非破壊読み出しを実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記読出手段により読み出された信号に基づいて、前記読出手段による非破壊読み出しの実行の間隔を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記変更手段は、前記読出手段により読み出された信号が所定値を超えた場合に、前記間隔を短くすることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
各画素について、画素値を生成するために、前記リセット手段によるリセットが実行される直前の信号と前記１フレームの終了時に読み出された信号とを加算する加算手段をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記判定手段は、前記読出手段により読み出される前記画素の信号の変化率が所定値を超える場合にリセットが必要と判定し、
前記加算手段は、前記変化率が所定値を超えたことによりリセットが実行された場合の信号を加算の対象から除外することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記加算手段は、前記１フレームにおいてリセットの発生で区切られた期間のうち、前記変化率が所定値を超えたことによりリセットが発生した期間を除いた時間長と前記１フレームの時間長の比に基づいて加算の結果を補正し、前記１フレームの時間長に対応した画素値を生成することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記判定手段は、前記読出手段により読み出される前記画素の信号の変化率が所定値を超える場合にリセットが必要と判定することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記判定手段によりリセットの要否の判定基準が部分領域毎に定められていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
光に応じた電荷を蓄積する複数の画素を有する撮像装置の制御方法であって、
前記画素に蓄積された電荷を保持したまま信号を読み出す非破壊読み出しを実行する読出工程と、
前記読出工程で読み出された信号に基づいて、前記複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎に画素に蓄積された電荷をリセットするリセット工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載された撮像装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を用いて被写体の撮影を行う撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線画像診断の領域において、微細な固体撮像素子を画素として二次元格子状に配置した放射線検出器を用い、放射線情報を電荷に変換する放射線撮影装置（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が使われ始めている。一般的にＦＰＤでは、蛍光体により放射線量に対応した光量に変換し、一回の撮影時に画素ごとにフォトダイオードによってその光量を電荷に変換しコンデンサに移すことにより、放射線量をコンデンサの電極間の電圧に変換している。この構成により、コンデンサ電極間には放射線の線量率に応じた電圧が生じ、その電圧を読み取ることで、放射線情報が得られる。撮影が終了すると、コンデンサに蓄積された電荷を除去するリセット動作が行われ、次の撮影が可能となる。
【０００３】
ここでコンデンサに蓄積できる電荷量は有限であるため、フォトダイオードによって変換された電荷が所定以上の場合、コンデンサが飽和し、コンデンサの電極間の電圧が一定となる。すなわち放射線の線量率が所定以上の場合、放射線の線量率に比例した電圧を得ることができなくなる。
【０００４】
一方、放射線画像診断では、操作者がより明瞭な放射線透視画像を得るために、高い線量率で撮影を行う場合がある。そのような撮影の場合、上述したようなコンデンサの飽和が発生しやすくなり、ＦＰＤからの信号を二次元画像に変換した際に被写体情報が失われてしまうことがある。したがって、ＦＰＤには、高い線量率においても線量率に比例した放射線情報が得られるように、十分な広さのダイナミックレンジが求められる。
【０００５】
ＦＰＤにおいて高い線量率でも、線量率に比例した放射線情報が得られるようにするための方法として、特許文献１に記載されている方法がある。特許文献１では、まず、第一の撮影において、蓄積時間中に非破壊読み出しにより撮像素子から出力される全画素の信号を常時監視し、信号が飽和するまで蓄積を行い、全画素の信号を読み出し、全画素のリセットを行っている。そしてそれに続く第二の撮影において、第一の蓄積時間より長い時間信号の蓄積を行い、全画素の信号を読み出し、全画素のリセットを行っている。そして、第一の撮影による画像と、第二の撮影による画像を合成することによってダイナミックレンジの高い画像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５５１１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら文献１記載の高ダイナミックレンジ画像の取得方法を前述の放射線撮影装置で実施した場合、第二の撮影において一部の画素で信号が飽和することがあり、その部分が無効曝射となる。また第一の撮影、及び第二の撮影の合計の蓄積時間でも信号が飽和しない画素の領域は、画像合成時に第二の撮影によって得られた信号のみを用いれば第一の撮影が無効曝射となる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、無効曝射を抑制して高ダイナミックレンジの画像を得る撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様による撮像装置は、以下の構成を備える。すなわち、
放射線に応じた電荷を蓄積する複数の画素を有する撮像装置であって、
前記画素に蓄積された電荷を保持したまま信号を読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された信号に基づいて、前記複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎に画素に蓄積された電荷をリセットするリセット手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無効曝射を抑制して高ダイナミックレンジの画像を得る撮影装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による放射線検出部の１つの画素回路を示す図。
【図２】放射線検出部の矩形半導体基板の内部構造の一例を模式的に示す図。
【図３】実施形態に係る放射線撮影装置の構成例を示す図。
【図４】第１実施形態による放射線撮影装置の処理を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態による放射線撮影装置の処理を示すフローチャート。
【図６】第３実施形態による放射線撮影装置の処理を示すフローチャート。
【図７】第３実施形態による信号加算処理を示すフローチャート。
【図８】第１実施形態による信号加算処理を説明する図。
【図９】第３実施形態による信号加算処理を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態のいくつかを、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の本発明の各実施形態の説明では、本発明に係る放射線撮影装置は、例えば、ｘ線、α線、β線、γ線等の放射線を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置に適用される。また、ディジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ等の放射線撮影装置以外の撮影装置に適用することも可能である。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態に係る放射線撮影装置３００の全体構成を示す図である。放射線撮影装置３００は、特に医療用画像を取得するために使用される。図３において、放射線照射部３０１は、放射線を発生する放射線発生部３１１（管球）と、放射線発生部において発生した放射線のビーム広がり角を規定するコリメータ３１２とを備え、被写体Ｐに放射線を照射する。放射線検出部３０２は被写体Ｐを透過した放射線を検出し、放射線画像データを生成する。放射線検出部３０２は、放射線検出部３０２は放射線を可視光に変換する蛍光体（不図示）と、図２に示されるＦＰＤ（矩形半導体基板２０１）とを具備する。ＦＰＤの固体撮像素子の１画素は図１で示される回路と等価な機能を有している。
【００１４】
撮影条件設定部３０３は、被写体に照射される放射線の線量、フレームレート、ビニング等の撮影条件を操作者が入力するための撮影条件入力部を有し、操作者が入力した撮影条件情報を撮影制御部３０４に送信する。撮影制御部３０４は撮影条件設定部３０３からの信号（撮影条件の情報）を基に、放射線照射部３０１を制御する。また撮影制御部３０４は、放射線照射部３０１による放射線照射のタイミングを示す放射線照射情報をリセット制御部３０５に送信する。
【００１５】
リセット制御部３０５は、放射線照射情報の受信に応じて、放射線検出部３０２に撮影開始信号を送信する。またリセット制御部３０５は放射線検出部３０２から出力される各画素の信号を監視し、画素ごとにリセットの要否を判定し、リセット要と判定された画素に対するリセット信号を放射線検出部３０２に送信する。またリセット制御部３０５は、放射線検出部３０２から出力される各画素の信号のうち、リセット直前の信号及び座標情報を画像処理部３０６に送信する。画像処理部３０６は受信した信号をＡＤ変換し、フレーム毎かつ画素毎に加算し、加算後の情報を各画素の画素値とした画像情報を画像表示部に送信する。画像表示部３０７は画像処理部３０６から送信された画像情報を、モニタ等に出力する。読出部３０８は、放射線検出部３０２の各画素に蓄積された電荷を保持したまま、すなわち、非破壊で、放射線検出部３０２より信号を読み出す。
【００１６】
図１は第１実施形態に係る、放射線検出部３０２の固体撮像素子の１画素の等価回路である。固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型矩形半導体基板に二次元に構成されている。図１において、ＰＤは光電変換を行うフォトダイオードである。Ｍ２はフローティングディフュージョンに蓄積された電荷を放電させるためのリセットＭＯＳトランジスタ（リセットスイッチ）、Ｃｆｄは電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（浮遊拡散領域）の容量である。Ｍ１はリセットスイッチＭ２のオン、オフを制御するためのＭＯＳトランジスタ（リセット制御スイッチ）である。Ｍ４はソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（第１画素アンプ）である。Ｍ３は第１画素アンプＭ４を動作状態とさせるための選択ＭＯＳトランジスタ（第１選択スイッチ）である。
【００１７】
第１画素アンプＭ４の後段は光電変換部で発生するｋＴＣノイズを除去するクランプ回路が設けられている。Ｃｃｌはクランプ容量で、Ｍ５はクランプ用ＭＯＳトランジスタ（クランプスイッチ）である。Ｍ７はソースフォロアとして動作する増幅ＭＯＳトランジスタ（第２画素アンプ）である。Ｍ６は第２画素アンプＭ７を動作状態とするための選択ＭＯＳトランジスタ（第２選択スイッチ）である。
【００１８】
第２画素アンプＭ７の後段には２つのサンプルホールド回路が設けられている。Ｍ８は光信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する、サンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ（Ｓ−サンプルホールドスイッチ）である。ＣＳは光信号用ホールド容量である。Ｍ１１はノイズ信号蓄積用のサンプルホールド回路を構成する、サンプルホールドＭＯＳトランジスタ（Ｎ−サンプルホールドスイッチ）である。ＣＮはノイズ信号用ホールド容量である。Ｍ１０はソースフォロアとして動作する光信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（Ｓ−画素アンプ）である。Ｍ９はＳ−画素アンプＭ１０で増幅された光信号をＳ信号出力線へ出力するためのアナログスイッチ（Ｓ−転送スイッチ）である。Ｍ１３はソースフォロアとして動作するノイズ信号の増幅ＭＯＳトランジスタ（Ｎ−画素アンプ）である。Ｍ１２はＮ−画素アンプＭ１３で増幅されたノイズ信号をＮ信号出力線へ出力するためのアナログスイッチ（Ｎ−転送スイッチ）である。
【００１９】
ＥＮ信号は、第１選択スイッチＭ３、第２選択スイッチＭ６のゲートに接続され、第１画素アンプＭ４、第２画素アンプＭ７を動作状態とさせるための制御信号である。ＥＮ信号がハイレベルの時、第１画素アンプＭ４、第２画素アンプＭ７は同時に動作状態となる。ＰＲＥＳ信号及びＲＥＳＥＴ信号は、リセットスイッチＭ２のＯＮ、ＯＦＦを切り替えるリセット制御信号である。ＰＲＥＳ信号及びＲＥＳＥＴ信号が共にハイレベルのときリセットスイッチＭ２がオンとなり、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷が放電（リセット）される。ＰＣＬ信号はクランプスイッチＭ５を制御する信号で、ＰＣＬ信号がハイレベルのときクランプスイッチＭ５がオンし、クランプ容量Ｃｃｌを基準電圧ＶＣＬにセットする。
【００２０】
ＴＳ信号は光信号サンプルホールド制御信号で、ＴＳ信号をハイレベルとし、Ｓ−サンプルホールドスイッチＭ８をオンすることで光信号が第２画素アンプＭ７を通して容量ＣＳに一括転送される。次いで、全画一括で信号ＴＳをローレベルとし、Ｓ−サンプルスイッチＭ８をオフすることで、サンプルホールド回路への光信号電荷の保持が完了する。ＴＮ信号はノイズ信号サンプルホールド制御信号で、ＴＮ信号をハイレベルとし、Ｎ−サンプルホールドスイッチＭ１１をオンすることでノイズ信号が第２画素アンプＭ７を通して容量ＣＮに一括転送される。次いで、全画一括で信号ＴＮをローレベルとし、Ｎ−サンプルスイッチＭ１１をオフすることで、サンプルホールド回路へのノイズ信号電荷の保持が完了する。容量ＣＳ、容量ＣＮのサンプルホールド後は、Ｓ−サンプルホールドスイッチＭ８、Ｎ−サンプルホールドスイッチＭ１１がオフとなり、容量ＣＳ、容量ＣＮは前段の蓄積回路と切り離される。これによって、再度サンプルホールドされるまで蓄積した光信号を非破壊で読み出すことが可能である。
【００２１】
図２は第１実施形態に係る放射線検出部３０２が有するＦＰＤ、すなわち、ＣＭＯＳ矩形半導体基板の内部構造の一例を模式的に示す図である。矩形半導体基板２０１は、チップセレクト端子ＣＳ、光信号出力端子Ｓ、リセット信号端子ＲＥＳＥＴ、ノイズ信号出力端子Ｎを有する。さらに、矩形半導体基板２０１は、垂直走査スタート信号端子ＶＳＴ、垂直走査クロック端子ＣＬＫＶ、水平走査スタート信号端子ＨＳＴ、水平走査クロック端子ＣＬＫＨを有する。垂直走査回路２０３は、垂直走査スタート信号と垂直走査クロックに同期して、主走査方向の画素群を選択する走査を副走査方向に行う垂直走査回路である。水平走査回路２０４は、垂直走査回路２０３により選択された主査方向の画素群の列信号線を水平走査クロックに同期して順次１画素ずつ選択する。
【００２２】
画素回路２０２は図１に示した１画素の回路で、垂直走査回路２０３の出力線である行信号線２０５がイネーブルになることにより列信号線２０６、２０７にサンプルホールドされた光信号電圧信号Ｓ、ノイズ電圧信号Ｎを出力する。列信号線２０６，２０７に出力された電圧信号を水平走査回路２０４が順次選択することにより、アナログ出力線２０８，２０９に各画素の電圧信号が順次出力される。また、行信号線がイネーブルになると図１のＰＲＥＳ信号がハイレベルとなる。したがって、垂直走査回路２０３によってｙ行が選択され、水平走査回路２０４によってｘ列が選択された状態でＲＥＳＥＴ信号にハイレベルが入力さると、ｘ列の列信号線２１１がイネーブルとなり、（ｘ，ｙ）画素がリセットされる。
【００２３】
以上のように、垂直走査回路２０３、水平走査回路２０４を使用したＸＹアドレス方式によるスイッチング動作によって画素選択が行われ、トランジスタで増幅された各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎの電圧信号がアナログ出力端子Ｓ，Ｎに出力される。またＲＥＳＥＴ信号にハイレベルを入力することにより、選択中の画素がリセットされる。したがって、１つの画素を選択している間に、画素値の読み取りを行い、ＲＥＳＥＴ信号をハイレベルにすると、当該選択中の画素について画素値の読み取りとリセットが実行されることになる。
【００２４】
端子ＣＳはチップセレクト信号入力端子で、端子ＣＳをオンすることにより内部走査に従った撮像素子の光電圧信号Ｓ、ノイズ電圧信号Ｎがアナログ出力端子Ｓ、Ｎから出力される。なお、
・図１に示したサンプルホールド回路後段のＳ−転送スイッチＭ９およびＮ−転送スイッチＭ１２、
・図２に示した、光電圧信号Ｓの伝送路である列信号線２０６、ノイズ電圧信号Ｎの伝送路である列信号線２０７、
・図２に示した、選択する列信号線を水平走査回路２０４の出力により切り換えるスイッチングトランジスタ、は、読み出し走査の伝送回路を構成している。
【００２５】
ＶＳＴ端子において垂直走査スタート信号をハイにした後、ＣＬＫＶ端子に垂直走査クロックを入力することにより、Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖｍと行選択信号が順次イネーブルに入れ替わる。なお、垂直走査が開始されたら垂直走査スタート信号（ＶＳＴ端子）をローにする。ＨＳＴ端子において水平走査スタート信号をハイにし、ＣＬＫＨ端子から水平走査クロックを入力することにより、Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎと列選択信号が順次イネーブルに入れ替わる。水平走査が開始されたら水平走査スタート信号（ＨＳＴ端子）をローにする。
【００２６】
垂直走査回路２０３の行選択信号Ｖ１がイネーブルになると行選択信号Ｖ１に接続されている横１行の画素群（１，１）から（ｎ、１）が選択され、横１行の各画素からそれぞれの列信号線２０６、２０７にＳ，Ｎ電圧信号が出力される。この状態で水平走査回路２０４の列選択信号のイネーブルがＨ１，Ｈ２，・・・Ｈｎと順次切り換えられることにより、横１行の画素のＳ，Ｎ電圧信号が順次にアナログ出力線２０８、２０９を経由してアナログログ出力端子Ｓ、Ｎに出力される。行選択信号Ｖｍまで同様な水平走査を行うことにより、全画素の画素出力が得られる。
【００２７】
次に図４を用いて、第１実施形態に係る放射線撮像処理（被写体の撮影開始から終了までの処理）を説明する。第１実施形態では、操作者が撮影モードとして、透視撮影モードを選択した場合の例を示す。ステップＳ１０１において、撮影制御部３０４は、操作者が撮影条件入力手段を用いて設定した、撮影モード、照射線量、フレームレートといった被写体撮影時の撮影条件を撮影条件設定部３０３より入力し、撮影条件を決定する。撮影制御部３０４は受診した撮影条件情報を基に、例えば、放射線発生部３１１へ印加する電圧や、１フレームあたりの放射線照射時間Ｔｔｈを決定する。
【００２８】
ステップＳ１０２において、撮影制御部３０４は、ステップＳ１０１で決定された撮影条件を基に、線量制御信号を放射線照射部３０１に送信する。放射線照射部３０１は、送信された線量制御信号に基づいて被写体に放射線を照射する。また、撮影制御部３０４は、これと並行してリセット制御部３０５に放射線照射開始信号を送信する。リセット制御部３０５は、放射線照射開始信号を受信すると、放射線検出部３０２に撮影開始信号を送信する。放射線検出部３０２は撮影開始信号を受信すると、光電変換を開始する。
【００２９】
次いでステップＳ１０３において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔに１をセットする。放射線照射指標Ｔとは、各画素から非破壊読み出しを行うタイミングを規定するものであり、例えば、１フレーム中に１０回の非破壊読み出しを行う設定であれば、Ｔ＝Ｔｔｈ／１０となる。リセット制御部３０５は、照射開始からの経過時間がＴになるのを待ち、経過時間がＴになると、ステップＳ１０４において、読出部３０８は、放射線検出部３０２から各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを取得する。ステップＳ１０４からステップＳ１１０までの処理は、各画素ごとに独立に行われる。
【００３０】
ステップＳ１０５において、リセット制御部３０５は、ノイズ信号Ｎから光信号Ｓの減算を行うことにより得られた信号量が予め定められた閾値以上（Ｖｔｈ以上）であるかを判定する。信号量が閾値Ｖｔｈ未満の場合には処理はステップＳ１０９へ進み、撮影制御部３０４はＴにＴ＋１をセットすることで次の非破壊読み出しのタイミングをＴに設定し、照射開始からの経過時間が次の非破壊読み出しのタイミング（Ｔ）になるのを待つ。他方、信号量（Ｎ−Ｓ）が閾値Ｖｔｈ以上の場合は、処理はステップＳ１０６に進む。
【００３１】
ステップＳ１０６において、リセット制御部３０５は、放射線検出部３０２にＲＥＳＥＴ信号を送信する。放射線検出部３０２は、ＲＥＳＥＴ信号を受信すると、ＲＥＳＥＴ信号にハイレベルを入力し、リセット制御スイッチＭ１をオンにする。これにより、行信号線と列信号線により選択中の画素に蓄積された電荷が放電され、当該画素のフォトダイオードＰＤにおける浮遊拡散領域の容量Ｃｆｄがリセットされる。次に、ステップＳ１０７において、リセット制御部３０５は、ステップＳ１０４で取得した画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎ、及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を画像処理部３０６に送信する。画像処理部３０６は受信したノイズ信号Ｎから光信号Ｓを減算し、ＡＤ変換を実施し、ＡＤ変換後の値と（ｘ，ｙ）アドレス情報を記録する。次いで、ステップＳ１０８において、リセット制御部３０５が、ステップＳ１０４で取得した光信号Ｓに、受信したノイズ信号Ｎを入力する。
【００３２】
次いでステップＳ１０９において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔに１を加算して、次の非破壊読み出しのタイミングをＴに設定し、照射開始からの経過時間が次の非破壊読み出しのタイミング（Ｔ）になるのを待つ。次の非破壊読出しのタイミングになると、ステップＳ１１０において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔが１フレームあたりの放射線照射時間Ｔｔｈ以上であるかどうかを判定する。ＴがＴｔｈに満たない場合は、処理をステップＳ１０４に戻し、上述のステップＳ１０４〜Ｓ１０９を繰り返す。他方、放射線照射時間指標ＴがＴｔｈ以上である場合は、１フレームの撮影を終えるため、処理をステップＳ１１１に進める。こうして、各画素について、撮影の１フレームの期間中に複数回の非破壊読み出しが実行される。
【００３３】
ステップＳ１１１において、撮影制御部３０４は放射線照射部３０１に放射線照射停止信号を送信する。放射線照射部３０１は、放射線照射停止信号を受信すると、被写体への放射線照射を終了する。これと同時に撮影制御部３０４は、リセット制御部３０５に放射線照射終了信号を送信する。リセット制御部３０５は放射線照射終了信号を受信すると、放射線検出部３０２に撮影終了信号を送信する。
【００３４】
放射線検出部３０２は撮影終了信号を受信すると各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを出力する。ステップＳ１１２において、リセット制御部３０５は各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを読み取る。そして、ステップＳ１１３において、リセット制御部３０５は放射線検出部３０２に、全画素に対するＲＥＳＥＴ信号を送信する。放射線検出部３０２はＲＥＳＥＴ信号を受信すると、全画素について蓄積された電荷を放電（リセット）する。
【００３５】
次いでステップＳ１１４において、リセット制御部３０５は、ステップＳ１１２で取得した放射線検出部３０２の全画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを、それぞれの（ｘ，ｙ）アドレス情報とともに画像処理部３０６に転送する。画像処理部３０６は受信したノイズ信号Ｎから光信号Ｓを減算し、ＡＤ変換を実施し、変換後の値と（ｘ，ｙ）アドレス情報を記録する。
【００３６】
ステップＳ１１５において、画像処理部３０６は、ステップＳ１０７及びステップＳ１１４で転送され、記録された各画素のリセット直前の信号情報及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を基に、画素ごとにリセット直前の信号を加算する。ステップＳ１１６において、画像処理部３０６は、加算後の信号を画像表示部３０７に送信すると、画像表示部３０７が、受信した信号を２次元画像に変換して操作者に表示する。
【００３７】
次いでステップＳ１１７において、操作者より撮影終了が指示されたか否かを判定し、撮影終了が指示されていなければ、撮影制御部３０４は次のフレームの撮影を行うべく処理をステップＳ３０２に戻す。他方、撮影終了が指示されていれば、処理を終了する。操作者は、画像表示部３０７に表示された画像データを確認し、撮影を継続するか否かを判断し、その情報を撮影条件設定部３０３に入力することができ、ステップＳ１１７の判定はこの入力を監視することでなされる。
【００３８】
以上の処理を、図８を参照して更に説明する。図８（ａ）のように、線量率の大きい画素では、１フレームの期間（Ｔｔｈ）の間に、画素値（Ｎ−Ｓ）≧Ｖｔｈとなるタイミングが２回存在しており、２回のリセットが実行されている。これらの２回のリセットは、ステップＳ１０６で実行されることになる。ステップＳ１１５における信号加算処理では、各画素について、画素値を生成するために、リセットが実行される直前の信号（ステップＳ１０７で転送された信号）と１フレームの終了時に読み出された信号（ステップＳ１１４で転送された信号）とを加算する。したがって、ステップＳ１１５で算出されるこの画素の画素値は、Ｖｔｈ×２＋Ｖｅｎｄとなる。同様に、図８（ｂ）の画素では、１フレームの期間中に１回のリセットが発生し、画素値は、Ｖｔｈ＋Ｖｅｎｄとなる。また、図８（ｃ）の画素では、１フレームの期間中には１度もリセットが発生しておらず、画素値はＶｅｎｄとなる。
【００３９】
放射線に応じた電荷を蓄積する複数の画素を有する撮像装置であって、
画素に蓄積された電荷を保持したまま信号を読み出す読出手段（読出部３０８）と、読出手段により読み出された信号に基づいて、複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎に画素に蓄積された電荷をリセットするリセット手段（リセット制御部３０５）とを備える。よって、無効曝射を抑制して高ダイナミックレンジの画像を得る撮影装置を実現することが可能となる。たとえば、リセット制御部３０５が、読出部３０８により読み出された信号に基づいて、複数の画素によって構成される撮像領域の部分領域毎にリセットの要否を判定し、リセットが要であると判定された部分領域を構成する画素に蓄積された電荷をリセットするように構成することができる。なお、第１の実施形態ではリセットの要否判定はＡＤ変換前の信号を基に判定したが、ＡＤ変換後の信号を基に実施しても良い。
【００４０】
また、ステップＳ１０６でリセットが実行されている間は放射線に応じた電荷の蓄積を行うことができないので、このリセット期間の放射線情報は破棄されることになる。これに対して、ステップＳ１１３で実行されるリセットは、放射線照射を終了した後なので放射線情報が破棄されることはない。したがって、ステップＳ１０６で実行されるリセットの実行期間は極力短くする必要があり、例えば、ステップＳ１１３で実行されるリセットの実行機関よりも短い。
【００４１】
なお、上記実施形態では、単一の画素を単位としてリセットを実行する構成を説明したが、これに限られるものではなく、複数の画素を単位としたリセットを実行する構成としてもよい。すなわち、複数の画素により構成される撮像領域のうちの部分領域毎にリセットを実行するようにしてもよい。たとえば、リセットの単位である部分領域を行（主走査方向の１ライン）とし、１行中に信号値（Ｎ−Ｓ）がＶｔｈ以上となる画素が一つでもあれば、当該行の全ての画素についてリセットを実行するようにしてもよい。その場合、たとえば、リセットの単位である１行分の画素値を保持するバッファを設けておき、（Ｎ−Ｓ）≧Ｖｔｈの画素が検出された行については、駆動対象の行の切り替え時に一括して画素値の転送とリセットを実行するようにすればよい。また、リセットの単位は行単位といった一次元的な配置の画素の集合に限られるものではなく、たとえば１００×１００画素といったような二次元的な配置の画素の集合を単位としてもよい。
【００４２】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の放射線撮影装置の構成は、第１実施形態（図１〜図３）と同様である。第２実施形態では、放射線検出部３０２からの信号の読み出しからリセット判定までのサイクルタイム（放射線照射時間指標Ｔ）を、照射線量率が高い領域と低い領域で異ならせることにより、より正確に飽和を判定できるようにした構成を説明する。また、第２実施形態では、放射線検出部３０２から固体撮像素子の複数画素の信号を平均することにより、複数画素を結合するビニング処理後に読み出し、その情報を基に画素のリセット要否の判定を行う。第２実施形態の構成によれば、放射線検出部３０２からリセット制御部３０５への信号転送レートに制限がある場合でも、放射線検出部３０２の画素のリセットをより適切なタイミングで実施でき、システムノイズの低減や画素の飽和の抑制をより効果的に実施できる。なお、第２実施形態ではビニング読み出しを行う例を説明するが、第１実施形態のような１×１読み出しにも適用可能である。また、ビニング読み出しとして２×２読み出し（２×２の画素を結合して読み出す）を例示したが、例えば、３×３などの他の画素構成のビニング読み出しを適用可能であることは言うまでもない。
【００４３】
第２実施形態の放射線検出部３０２は、固体撮像素子においてブロック状の４画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを平均して出力するビニング機能を有しており、読み出しモードとして１×１モード、２×２モードが選択できる。図５に第２実施形態による放射線撮影装置の撮影処理のフローチャートを示す。第２実施形態による処理では、第１実施形態（図４）で示した本撮影開始から終了までの処理のうち、ステップＳ１０１、ステップＳ１１３〜Ｓ１１７の処理は同様である。以下、図５を参照して第２実施形態による放射線撮影装置の処理を説明する。
【００４４】
ステップＳ１０１において撮影条件が決定されると、ステップＳ２０１において、撮影制御部３０４は、ステップＳ１０１で決定された撮影条件を基に、線量制御信号を放射線照射部３０１に送信する。放射線照射部３０１は、送信された線量制御信号に基づいて被写体に放射線を照射する。また、撮影制御部３０４は、これと並行してリセット制御部３０５に放射線照射開始信号を送信する。リセット制御部３０５は、放射線照射開始信号を受信すると、放射線検出部３０２に２×２モードでの撮影開始信号を送信する。放射線検出部３０２は撮影開始信号を受信すると、２×２モードで光電変換を開始する。
【００４５】
ステップＳ２０２において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔに１をセットする。リセット制御部３０５は、照射開始からの経過時間がＴになるのを待ち、経過時間がＴになると、ステップＳ１０４において、放射線検出部３０２から２×２モードでの光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを取得する。ステップＳ２０３からステップＳ２１２までの処理は、各読み出し単位（本実施形態では２×２画素）ごとに独立に行われる。ビニング読み出しでは、放射線検出部３０２が読み出し単位である２×２のブロック内の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを平均し、リセット制御部３０５に出力する。
【００４６】
ステップＳ２０４では、リセット制御部３０５において、放射線検出部３０２から受診した各ブロックの光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎについてノイズ信号Ｎから光信号Ｓの減算を行い、減算後の信号量がＶｐｒｅ以上かどうかを判定する。ここで、ＶｐｒｅはＶｔｈよりも小さい所定値であり、減算後の信号量がＶｐｒｅ以上になった場合は信号量が飽和状態に近付いているため、より細かいタイミングでリセット判定を実施するようにする。すなわち、Ｎ−Ｓ≧Ｖｐｒｅの場合は、撮影制御部３０４は放射線照射時間指標Ｔの増分αに０．５を設定し（ステップＳ２０５）、Ｎ−Ｓ＜Ｖｐｒｅの場合は、撮影制御部３０４は放射線照射時間指標Ｔの増分αに１を設定する（ステップＳ２０６）。決定された増分αは、ステップＳ２１１において用いられる。こうして、非破壊読み出しにより読み出された信号に基づいて、非破壊読み出しの実行の間隔が変更される。
【００４７】
次に、ステップＳ２０７において、リセット制御部３０５は、減算後のブロックの信号量が、予め定められた閾値Ｖｔｈ以上であるかを判定する。信号量が閾値Ｖｔｈ未満であれば処理はステップＳ２１１へ進み、撮影制御部３０４は放射線照射時間指標ＴにＴ＋αをセットすることで次の非破壊読み出しのタイミングを設定し、照射開始からの経過時間が次の非破壊読み出しのタイミング（Ｔ）になるのを待つ。他方、信号量（Ｎ−Ｓ）が閾値Ｖｔｈ以上の場合は、処理はステップＳ２０７からステップＳ２０８に進む。
【００４８】
ステップＳ２０８において、リセット制御部３０５は、放射線検出部３０２にＲＥＳＥＴ信号を送信する。放射線検出部３０２は、ＲＥＳＥＴ信号を受信すると、ＲＥＳＥＴ信号にハイレベルを入力し、ビニング読み出しが行われたブロックに存在する２×２画素のリセット制御スイッチＭ１をオンにする。これにより、当該ブロック内の２×２画素のフォトダイオードＰＤにおける浮遊拡散領域の容量Ｃｆｄがリセットされる。次に、ステップＳ２０９において、リセット制御部３０５は、ステップＳ２０３で取得した画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎ、及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を画像処理部３０６に送信する。画像処理部３０６は受信したノイズ信号Ｎから光信号Ｓを減算し、ＡＤ変換を実施し、ＡＤ変換後の値と（ｘ，ｙ）アドレス情報を記録する。ステップＳ２１０において、リセット制御部３０５が、ステップＳ１０４で取得した光信号Ｓに、受信したノイズ信号Ｎを入力する。
【００４９】
次に、ステップＳ２１１において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔにαを加算することにより、次の非破壊読み出しのタイミング（リセット判定のタイミング）を設定する。照射開始からの経過時間が次の非破壊読出しのタイミングになると、ステップＳ１１０において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔが１フレームあたりの放射線照射時間Ｔｔｈ以上であるかどうかを判定する。ＴがＴｔｈに満たない場合は、処理をステップＳ２０３に戻し、上述のステップＳ２０３〜Ｓ２１１を繰り返す。他方、放射線照射時間指標ＴがＴｔｈ以上である場合は、１フレームの撮影を終えるため、処理をステップＳ２１３に進める。
【００５０】
ステップＳ２１３において、撮影制御部３０４は放射線照射部３０１に放射線照射停止信号を送信する。放射線照射部３０１は、放射線照射停止信号を受信すると、被写体への放射線照射を終了する。これと同時に撮影制御部３０４は、リセット制御部３０５に放射線照射終了信号を送信する。リセット制御部３０５は放射線照射終了信号を受信すると、放射線検出部３０２に撮影終了信号を送信する。放射線検出部３０２は撮影終了信号を受信すると各ブロックの光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを出力する。ステップＳ２１４において、リセット制御部３０５は各ブロックの光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを読み取る。以降、ステップＳ１１３〜ステップＳ１１７の処理は第１実施形態で説明したとおりである。
【００５１】
以上のように、第２実施形態によれば、信号量（Ｎ−Ｓ）がＶｐｒｅ以上のブロックにおけるリセット判定の時間間隔は、Ｖｐｒｅ未満のブロックにおけるリセット判定の時間間隔の半分となる。したがって、信号量が飽和に近付いたブロックについてはリセット判定がより頻繁に行われることになり、飽和判定の精度を向上することができる。
【００５２】
また、第２実施形態によれば、放射線検出部３０２からリセット制御部３０５への信号転送レートに制限がある場合でも放射線検出部３０２の画素のリセットをより適切なタイミングで実施できる。したがって、システムノイズの低減、及び画素の飽和の抑制をより効果的に実施できる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、画素のリセットの要否判定の指標に画素から出力される信号の時間変化率を含ませ、信号加算時には、信号の時間変化率に応じて加算の対象とするかどうかを判定する。たとえば、放射線検出部３０２において放射線が蛍光体で可視光に変換されずにＣＭＯＳ型固体撮像素子に入射した場合、画素の信号Ｓがステップ上に減少し、画像として表示した際にノイズとして現れる場合がある。第３の実施形態では、そのように画素の信号が急激に変化した際にその信号を選択的に除外し、画像にショットノイズが現れることを抑止する。
【００５４】
第３実施形態の放射線撮影装置の構成は、第１実施形態（図１〜図３）と同様である。図６に第３実施形態の放射線撮影装置による撮影処理のフローチャートを示す。第３実施形態では、第１実施形態（図４）で示した撮影開始から終了までの処理のうちのステップＳ１０３〜ステップＳ１１０までの処理を、図６のステップＳ３００〜Ｓ３１７の処理に置き換える。
【００５５】
ステップＳ３００において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔに１をセットする。ステップＳ３０１において、リセット制御部３０５は、前回のリセット終了から次回のリセット終了までの時間間隔指標Ｔ’に初期値として１をセットする。ステップＳ３０２において、リセット制御部３０５は、各画素のノイズ信号Ｎと光信号Ｓの差分量（リセット時間間隔指標Ｔ’＝０、−１における差分量）に初期値０をセットする。以下、ステップＳ３０３〜ステップＳ３１７の処理は、画素毎に実行される。
【００５６】
リセット制御部３０５は、照射開始からの経過時間がＴになるのを待ち、経過時間がＴになると、ステップＳ１０４において、放射線検出部３０２から各画素の光信号Ｓ、ノイズ信号Ｎを取得する。ステップＳ３０３において、リセット制御部３０５は、受信したリセット時間間隔指標Ｔ’におけるノイズ信号Ｎと光信号Ｓの差分量から、リセット時間間隔指標Ｔ’−１における各画素のノイズ信号Ｎと光信号Ｓの差分量を減算する。この減算により、Ｔ’−１からＴ’までの信号量の変化が取得される。そして、リセット制御部３０５は、このＴ’−１からＴ’までの信号量の変化が、Ｔ’−２からＴ’−１までの信号量の変化の３倍以上であるかどうかを判定する。すなわち、［（Ｎ−Ｓ）Ｔ’−（Ｎ−Ｓ）Ｔ’−１］≧３×［（Ｎ−Ｓ）Ｔ’−１−（Ｎ−Ｓ）Ｔ’−２］を判定する。この判定において肯定の場合は、ショットノイズが発生したものとみなして、処理をステップＳ３０５へ進める。他の場合は、処理は、ステップＳ３１０に進む。
【００５７】
ショットノイズの発生が検出された場合、ステップＳ３０５において、リセット制御部３０５は、放射線検出部３０２にＲＥＳＥＴ信号を送信し、画素をリセットする。リセット制御部３０５は、ステップＳ３０６においてリセット時間間隔指標Ｔ’に１を加算し、ステップＳ３０７においてリセット時間間隔指標Ｔ’及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を画像処理部３０６に送信する。画像処理部３０６は受信したそれらの情報を記録する。その後、リセット制御部３０５は、ステップＳ３０８においてリセット時間間隔指標Ｔ’に０を設定し、ステップＳ３０９においてリセット時間間隔指標Ｔ’＝０、−１における各画素のノイズ信号Ｎと光信号Ｓの差分量に０を設定する。その後、処理はステップＳ３１５へ進む。
【００５８】
一方、ショットノイズの発生が検出されなかった場合、処理はステップＳ３１０へ進む。ステップＳ３１０は図４に示す第１実施形態のステップＳ１０５と同一である。ステップＳ３１０〜ステップＳ３１２の処理は、第１実施形態のステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理と同様であり、画素のリセットと撮影制御部への画素の信号の転送が行われる。但し、ステップＳ３１２では、リセット時間間隔指標Ｔ’も送信される。その後、リセット制御部３０５は、ステップＳ３１３においてリセット時間間隔指標Ｔ’に０を設定し、ステップＳ３１４においてリセット時間間隔指標Ｔ’＝０、−１における各画素のノイズ信号Ｎと光信号Ｓの差分量に０を設定する。その後、処理はステップＳ３１５へ進む。
【００５９】
ステップＳ３１５において、撮影制御部３０４は放射線照射時間指標Ｔを一つインクリメントすることで次の非破壊読み出しのタイミングを設定し、照射開始からの経過時間が次の非破壊読み出しのタイミング（Ｔ）になるのを待つ。ステップＳ３１６において、リセット制御部はリセット時間間隔指標Ｔ’に１を加算する。次の非破壊読出しのタイミングになると、ステップＳ３１７において、撮影制御部３０４は、放射線照射時間指標Ｔが１フレームあたりの放射線照射時間Ｔｔｈ以上であるかどうかを判定する。ＴがＴｔｈに満たない場合は、処理をステップＳ１０２に戻し、上述のステップＳ１０２、Ｓ３００〜Ｓ３１６を繰り返す。他方、放射線照射時間指標ＴがＴｔｈ以上である場合は、１フレームの撮影を終えるため、処理をステップＳ１１１に進める。ステップＳ１１１以降の処理は第１実施形態で説明したとおりである。但し、ステップＳ１１５の信号加算においては、ショットノイズの発生した期間の信号が加算対象から除外される。以下、第３実施形態による信号加算処理について説明する。
【００６０】
図７は、第３実施形態による信号加算処理を説明するフローチャートである。ステップＳ４０１では画像処理部３０６が、ステップＳ３１２及びステップＳ１１４で記録された各画素のリセット直前の信号情報及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を基に、画素ごとにリセット直前の信号を加算する。ステップＳ４０２では画像処理部３０６が、ステップＳ３０７で記録された各画素のリセット時間間隔指標Ｔ’及び（ｘ，ｙ）アドレス情報を基に画素ごとにＴ’を加算し、非加算対象となった信号の時間を計算する。次いでステップＳ４０３では画像処理部３０６が画素ごとにステップＳ４０１で加算された信号に、ステップＳ４０２で加算されたリセット時間間隔指標Ｔ’の和であるＴ’ｓｕｍと１フレームあたりの放射線照射時間Ｔｔｈの比率Ｔｔｈ／Ｔ’ｓｕｍが乗算される。次いで画像処理部３０６が乗算後の信号を画像表示部３０７に送信する。以上の処理によって、ショットノイズの検出により破棄された信号の影響を除外することができる。
【００６１】
図９は、第３実施形態による加算処理を説明する図である。図９の（ａ）は、１フレームの間ショットノイズの発生が検出されなかったため、Ｔｔｈ＝Ｔ１１＋Ｔ１２＋Ｔ１３＋Ｔ１４となる（Ｔ１１〜Ｔ１４はリセット時間間隔指標Ｔ’として転送された値）。よって、ステップＳ１１５の加算処理で得られる画素値は、３×Ｖｔｈ＋Ｖｅｎｄとなる。他方、図９（ｂ）では、タイミング９１０において、ショットノイズが検出され、リセットが発生している。ステップＳ４０１〜Ｓ４０３の信号加算処理において、１フレームにおけるリセットの発生により区切られた期間のうち、変化率が所定値を超えたことによりリセットが発生した期間の和が読み捨て時間となる。信号加算処理では、読み捨て時間と１フレームの時間長の比に基づいて加算の結果を補正し、１フレームの時間長に対応した画素値が生成される。図９（ｂ）の場合、変化率が所定値を超えたことでリセットが発生し、ステップＳ３０７で転送されたリセット時間間隔指標Ｔ’の値はＴ２２である。また、他の期間ではショットノイズが検出されていないので、ステップＳ３１２で転送されるリセと時間間隔指標Ｔ’の値は、Ｔ２１，Ｔ２３，Ｔ２４，Ｔ２５となる。その結果、信号加算処理で得られる画素値は、（３×Ｖｔｈ＋Ｖｅｎｄ）×（Ｔｔｈ／（Ｔｔｈ−Ｔ２２）＝（３×Ｖｔｈ＋Ｖｅｎｄ）×（Ｔｔｈ／（Ｔ２１＋Ｔ２３＋Ｔ２４＋Ｔ２５）となる。すなわち、読み捨て時間を除外した時間としては、「Ｔｔｈ−Ｔ２２」を用いても「Ｔ２１＋Ｔ２３＋Ｔ２４＋Ｔ２５」を用いてもよい。
【００６２】
以上に説明した処理により、放射線の固体撮像素子への直接入射等によって画素の信号が急激に変化した際に、その信号を選択的に除外でき、画像にノイズが現れることを抑止できる。
【００６３】
なお、ステップＳ１０５、Ｓ２０７、Ｓ３０４におけるリセットの要否の判定基準は、部分領域毎に定められていてもよい。
【００６４】
なお、本発明は以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
2015139163.tif 000003
【図２】
2015139163.tif 000004
【図３】
2015139163.tif 000005
【図４】
2015139163.tif 000006
【図５】
2015139163.tif 000007
【図６】
2015139163.tif 000008
【図７】
2015139163.tif 000009
【図８】
2015139163.tif 000010
【図９】
2015139163.tif 000011