(57)【要約】【課題】光源を備える放射線撮像装置において長期間の使用においての光源劣化に伴う光キャリブレーション効果の低減によるＳ／Ｎ比の低下を防ぐ。【解決手段】基板上に１次元又は２次元アレイ状に配列された、入射する放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、変換素子に光を照射するキャリブレーション用の光源と、を有する放射線撮像装置において、変換素子からの出力信号と予め設定された初期出力信号とを比較して生成された制御信号に基づき光源の駆動制御を行う比較演算回路を有する。【選択図】図２
2008134237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に１次元又は２次元アレイ状に配列された、入射する放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、前記変換素子に光を照射するキャリブレーション用の光源と、を有する放射線撮像装置において、
前記変換素子からの出力信号と予め設定された初期出力信号とを比較して生成された制御信号に基づき前記光源の駆動制御を行う比較演算回路を有することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記比較演算回路は、前記光源を駆動する光出力制御期間に前記光源の駆動制御を行うための前記変換素子からの出力信号と予め設定された初期出力信号とを比較し、前記光源を駆動する光出力制御期間は、光モニター期間とその後の光修正期間とを有し、前記光モニター期間において前記変換素子の出力信号を検出し、前記光修正期間において前記出力信号を予め設定された初期出力信号と比較して生成された制御信号に基づき前記光源の発光強度が調整されることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記比較演算回路は、前記光源を駆動する光出力制御期間に前記光源の駆動制御を行うための前記変換素子からの出力信号と予め設定された初期出力信号とを比較し、前記光源を駆動する光出力制御期間は、光モニター期間とその後の光修正期間とを有し、前記光モニター期間において前記変換素子の出力信号を検出し、前記光修正期間において前記出力信号を予め設定された初期出力信号と比較して生成された制御信号に基づき前記光源の発光時間が調整されることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記光源の駆動制御中に、前記光源を間欠的にオン・オフし、前記光源のオン毎時の前記変換素子からの出力信号についてその積算量が一定の値に達した時点で前記光源の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記光源の駆動制御中に、前記光源を間欠的にオン・オフし、前記光源のオン毎時の前記変換素子からの出力信号についてその積算量の微分値がゼロに達した時点で前記光源の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記光源の発光駆動は、前記変換素子の出力検出時間に同期させてオン・オフすることを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記光源の駆動制御中に、前記光源を連続的に駆動し、前記変換素子から間欠的に出力された信号についてその積算量が一定の値に達した時点で前記光源の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記光源の駆動制御中に、前記光源を連続的に駆動し、前記変換素子から間欠的に出力された信号についてその積算量の微分値がゼロに達した時点で前記光源の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記変換素子は、前記変換素子の電荷を掃き出すリフレッシュ動作を行うように駆動されることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記変換素子が、アモルファスセレン半導体を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記変換素子が、アモルファスシリコン半導体を有し、更に前記変換素子の上に配置されたシンチレータを有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記光源として、ＥＬ素子を用いることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の放射線撮像装置と、
前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を被検体に照射して撮像する放射線撮像装置に関する。放射線撮像装置は、特に、病院内の撮影、診断に用いられる医療用Ｘ線撮像装置、又は非破壊検査装置に利用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやアモルファスシリコン半導体のような固体撮像素子を用いたＸ線撮像装置が提案され実用化されている。これは、従来のフィルム方式と同様に、シンチレータ（可視変換蛍光体）を介し、患者のＸ線像を、多数個の２次元アレイ上に配列された撮像素子である光電変換素子で直接デジタル化して読み取る方式である。ほぼリアルタイムでデジタル画像が得られるため、上述したフィルム方式や輝尽性蛍光体を用いる方式に比べて、大きなメリットがある。特に、アモルファスシリコンは大面積で作成できるため、そのようなものを用いたＸ線撮像装置では、胸部撮影のような大きな部位が等倍で撮像される。従って、光の利用効率も良く、高Ｓ／Ｎ比が期待されている。
【０００３】
ところが、アモルファスシリコン薄膜を用いて、大面積で多数の光電変換素子を作る場合には、製造過程に混入する微量の不純物やダングリングボンドの増加等により、それらが膜中に欠陥準位として形成されるという問題がある。これらはトラップ準位として働き、光電変換過程において不必要なダーク電流（暗電流）となってＳ／Ｎ比の低下をもたらす。これらのダーク電流を軽減させる光電変換基板の駆動法としては、光電変換素子（又はスイッチング素子）にバイアスしてから数秒から数１０秒程度待って、ダーク電流が緩和された後に光電変換するという方法が考えられる。しかし、Ｘ線撮像装置にこの方法を適用すると、複数の患者を撮影するサイクルが長くなったり、装置の操作性が悪くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、上記事態を改善するため、下記特許文献１又は２に開示されているような放射線撮像装置が提唱されている。
【０００５】
この放射線撮像装置は、光電変換基板にＬＥＤ（発光ダイオード）と導光板を組み合せ面状に発光する光源やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いたシート状の光源を備えている。この光源は、光源の発する光を光電変換素子に照射することにより光電変換素子のトラップ準位への電荷注入を促進させ、光電変換素子の特性改善を図る光キャリブレーション動作に用いられる。
【０００６】
また、特許文献３には、放射線を照射することなく光電変換装置及び蛍光体の光入出力特性を検出し、この検出結果を用いて放射線画像を校正可能にする放射線検出装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３３６５９号公報
【特許文献２】特開平０２−２２５９０号公報
【特許文献３】特開平１０−１８６０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光源による光キャリブレーションを行う場合、光源の経時劣化による発光強度の低下によって使用初期の状態と同じ設定で光電変換素子に効果的な光量（発光強度×照射時間）を長期にわたり照射することが難しい。ＬＥＤや、ＥＬ素子などの発光素子は、駆動による劣化、環境湿度の浸入による経時変化による発光強度の劣化、放射線損傷による劣化が著しく、初期に設定した条件（例えば供給電圧）では光源出力が低下するためである。このため、長期使用において初期に設定した光キャリブレーション設定での光量では、十分な光キャリブレーション効果が得られる光量を光電変換素子に与えられなくなってしまう。
【０００８】
このように光源出力の低下により、光源点灯時の光電変換素子出力が低下し、光電変換素子へ光源オフ後の光電変換素子出力のダーク電流が増加し、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。
【０００９】
その結果、高画質（高Ｓ／Ｎ比）且つ撮影サイクルの短い放射線撮像装置として、長期信頼性が得られないという問題が起きる。また、光源の劣化を鑑み初期の発光強度を十分大きくするように例えば電圧を高く設定することも考えられるが、結果的に駆動劣化を促進させ最低必要な光量までに至る時間を延ばすことが困難であった。
【００１０】
以上述べたように、アモルファスシリコンを用いた大面積の光電変換基板においては、膜中の欠陥準位によるＳ／Ｎ比の低下という問題に対し、光源を備え光キャリブレーション動作による促進効果を得ていた。ところが、新たに備えた光源の劣化により長期使用にわたりその効果を持続させることが困難となり、結果的に放射線撮像装置の寿命が低下する問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、光源を備える放射線撮像装置において長期間の使用における光源の劣化に伴う光キャリブレーション効果の低減によって特性変動の悪化やダーク電流の増加によるＳ／Ｎ比の低下を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明の放射線撮像装置は、基板上に１次元又は２次元アレイ状に配列された、入射する放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、前記変換素子に光を照射するキャリブレーション用の光源と、を有する放射線撮像装置において、
前記変換素子からの出力信号と予め設定された初期出力信号とを比較して生成された制御信号に基づき前記光源の駆動制御を行う比較演算回路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放射線又は光を電気信号に変換する変換素子からの出力信号に基づき光キャリブレーション効果を促す光源の駆動制御を行うことにより、光源の照射時間（光出力制御期間）内に変換素子への照射光量を一定に保つことができる。よって、長期使用による光源の劣化により光源強度が低下しても、安定した光キャリブレーション効果を得るに必要な光量を長期にわたり制御することができる。また、Ｓ／Ｎ比の高い高感度かつ撮影サイクルが短く使い勝手の良く、長期間その性能を維持できる長寿命の放射線撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明するが、まず従来の装置による比較例としてＬＥＤ光源を備えた放射線撮像装置とその光キャリブレーション動作を説明する。放射線撮像装置は、基板上に１次元又は２次元アレイ状に配列された、入射する放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、変換素子に光を照射するキャリブレーション用の光源とを有する。
【００１５】
（比較例）
図１１は、比較例に係るＬＥＤ光源を備えた放射線撮像装置を示す模式的断面図である。
【００１６】
図１１において、放射線撮像装置１は、波長変換体であるシンチレータ７、絶縁基板４上に形成された光電変換素子（フォトダーオード）１０５からなる光電変換基板８及びＬＥＤ光源１０９等をシャーシ２で覆ったものになっている。このシャーシ２は、Ｘ線の吸収が極めて少ない材料を用いればよく、アルミニウムやステンレススチール等の金属が、安価で強度的にも優れており、適している。Ｘ線源３は被読み取り物体（被検体）を撮像するためのＸ線源である。
【００１７】
図１１は、放射線撮像装置の断面構成の図として表記しているが、紙面奥行き方向にも、光電変換素子やＬＥＤが２次元状に配置されている。また、本図では省略しているが、絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置されていてもよい。一般的に、絶縁基板上に配置されたスイッチング素子は、アモルファス又は結晶の薄膜トランジスタである。
【００１８】
図１１において、Ｘ線源３から出射したＸ線は、被読み取り物体に入射される。被読み取り物体を透過した透過Ｘ線は、シンチレータ７に到達する。シンチレータ７では、Ｘ線を吸収してシンチレータ内部の発光中心を励起し、可視光を放出する。シンチレータ７からの可視光は、絶縁基板４上に配置された光電変換素子１０５の受光面に照射され、その受光面で光電変換される。光電変換素子１０５は、耐湿性向上を目的とした保護層６で覆われている。光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置されている場合は、画素が保護層６で覆われている。
【００１９】
絶縁基板４の材料としては、主に、アルカリ成分の少ない透明なガラスが用いられる。また、シンチレータ７の材料としては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂやＣｓＩ：Ｔｌ等が用いられる。
【００２０】
一方、絶縁基板４の下に配置されたＬＥＤ光源１０９から出射された光（可視光）は、絶縁基板４を透過し、光電変換素子１０５の側面を通過した後、シンチレータ７で反射し、光電変換素子１０５の受光面に照射される。シンチレータ７は、その材料によって、ＬＥＤ光源１０９からの光の反射特性が異なるが、完全に吸収するものでなければよく、数％程度の光が光電変換素子に到達するものであればよい。
【００２１】
図１２は、本比較例の放射線撮像装置における光電変換素子１画素分の回路図である。
【００２２】
本比較例において光電変換素子１０５は、ＰＩＮ型フォトダイオードを示しており、材料としてはアモルファスシリコン、結晶シリコンのどちらでもよい。
【００２３】
光電変換素子１０５のダイオードのカソード側は、光電変換素子制御回路１１１のＳＷ１に、アノード側は電流計等の光電変換素子出力検出回路１１２に接続されている。絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置する場合、スイッチ素子は、光電変換素子１０５のアノード側と光電変換素子出力検出回路１１２との間に電気的に接続されている。ＳＷ１の他方は、光電変換素子１０５にバイアスを与えるための電源（ＶＳ）に接続されるか、又は零バイアス（ＶＧＮＤ）に接続されるか、どちらかに切り替えることができる。１１３はＬＥＤ光源の点灯制御するための光源制御回路であり、供給電源ＶＬＥＤ、点灯のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）を制御するスイッチＳＷ２とからなる。
【００２４】
また、各々の回路は、放射線撮像装置全体のタイミングを司る放射線撮像装置制御回路１１５と制御信号の受渡しを行い、その動作が制御されている。
【００２５】
Ｘ線源３から照射したＸ線は、図示しない被読み取り物体に照射され、そこを通過したＸ線はシンチレータ７に当たる。シンチレータ７でＸ線は吸収され、可視光に変換される。シンチレータ７からの可視光は、光電変換素子１０５に照射される。
【００２６】
ＬＥＤ光源１０９は、Ｘ線とは別の光路で光電変換素子に照射される。ＳＷ３はＸ線源３を点灯させるスイッチである。
【００２７】
図１３は、本比較例の放射線撮像装置における回路の動作のタイミングチャートであり、Ｘ線源、ＬＥＤ光源、光電変換素子のバイアス、光電変換素子の出力（出力信号）を記載している。
【００２８】
図１３において、（Ｆ１），（Ｆ２）は非読み取り期間、（Ｆ３）は読み取り期間である。非読み取り期間において、Ｘ線源３及びＬＥＤ光源１０９が点灯していない状態で光電変換素子１０５にバイアス電源（ＶＳ）によってバイアス電圧を与えると、光電変換素子１０５にダーク電流Add９１、Add９２、Add９３が流れる。その様子を光電変換素子の出力の実線−破線で示す。ダーク電流は、理想的には零が望ましいが実際には零ではない。また、電源をオンすると同時に一定の電流が流れるのではなく、ダーク電流は、Add９１に示すようにオン直後は大きく、Add９２、Add９３と示すように時間と共に減衰する。
【００２９】
一般に、光電変換素子を、アモルファスシリコン半導体を主たる材料にするＰＩＮフォトダイオードで形成する場合には、アモルファス半導体膜中のダングリングボンドや作成過程で混入した不純物によって、欠陥準位を形成する。それらは、トラップ準位として働き、電源をオンした直後あるいはオンさせる前においても、電子又は正孔をトラップしており、数ミリ秒〜数十秒間の時間を経てから、伝導帯あるいは価電子帯に熱的に励起され、伝導電流（ダーク電流）が流れる。特に、Ｐ層とＩ層との界面部分やＩ層とＮ層との界面部分は、トラップ準位が多いといわれ、それらがダーク電流に寄与するものと考えられている。また、Ｐ層、Ｎ層のブロッキング特性も完全なものではなく、外からＩ層内部へ流入してくるキャリアによるダークの成分も増加するとも考えられている。
【００３０】
また、アモルファス半導体膜を用いずに、結晶型のＰＩＮ型フォトダイオードを用いる場合には、作成するプロセス条件や装置などにも依存するが、アモルファスほどトラップ準位は多くはないといわれる。しかし、Ｐ層とＩ層との界面部分又はＩ層とＮ層との界面部分は、結晶格子のミスマッチが多く、トラップ準位は零ではなく、やはり、図１３で示した光電変換素子の出力の傾向をもつ。
【００３１】
光電変換素子のダーク出力（ダーク電流）が十分減衰するのを待てば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。しかし、目標とするダーク出力レベルに減衰するまでに数秒〜数１０秒の長い時間を要する場合には、非常に使い勝手がよくない装置となる。
【００３２】
そこで、光キャリブレーション動作としてＬＥＤ光源による光照射を行う。短時間でＸ線爆射を行う際に、光電変換素子のダーク電流を小さくするために予めＬＥＤ光源を点灯させる。このときに流れる光電流は、画像情報の読み取りとしてはなんら関係ない。非読み取り期間と読み取り期間の長さ、あるいはＬＥＤの照射時間などは、光電変換素子のダーク出力の特性や光電変換装置として求められるＳ／Ｎ比によって設計されている。
【００３３】
図１３の光電変換素子の出力に示された一点破線で示す出力は、被読み取り物体の撮像をする前の非読み取り期間においてＬＥＤ光源１０９を一定期間点灯させ、その後の読み取り期間においてＸ線源３を点灯し撮像を行った場合を示す波形である。
【００３４】
非読み取り期間の（Ｆ２）において、ＬＥＤ光源１０９をオンし、光電変換素子１０５に光を照射させることにより、一点鎖線で示される電流が流れる。光電流Ap９０が流れ、やがてＬＥＤ光源１０９をオフすると同時に光電流は絶たれる。このとき、ＬＥＤ光源１０９のオフ後のダーク電流Adp９２及びAdp９３は、ＬＥＤ光源１０９をオンさせなかったときに比べて、ダーク電流が時間に対して安定し、場合によって小さくなる。これは、照射したＬＥＤの光エネルギーによって、半導体層内部に生成された過剰なキャリアによって半導体層内の内部状態、特に界面部が安定化され、電子又は正孔が光を照射したことによって、解き放たれたことによるものである。このダーク電流の低い状態において、Ｘ線を照射すれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。
【００３５】
つまり、Ｘ線撮影の期間（Ｆ３）前の非読み取り期間内の（Ｆ２）のタイミングにＬＥＤ光を照射し、ダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなくＳ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【００３６】
しかし、前述したように、光源の経時劣化による発光強度の低下によって使用初期の状態と同じ設定で光電変換素子に効果的な光量（発光強度×照射時間）を照射することができなくなってしまう。
【００３７】
その様子を図１３の光電変換素子の出力及びＬＥＤ光源出力を実線で示しており、ＬＥＤ光源出力の低下、光源点灯時の光電変換素子１０５の出力低下（初期Ap９０からAp９１に）がみられる。このように光源出力が低下すると、光電変換素子５へ光源オフ後の光電変換素子出力のダーク電流が増加し（初期Adp９３からAdp９９に）、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。
【００３８】
特に、光源として小型・軽薄な形態を構成可能なことからＥＬ発光素子を用いられる。ＥＬ発光素子の駆動による劣化や環境湿度の浸入による経時変化による発光強度の劣化が著しく初期に設定した条件（例えば供給電圧）では光源出力が早期に低下していく。
【００３９】
このように、長期使用において初期に設定した光キャリブレーション設定での光量では十分な光キャリブレーション効果を生む光量を光電変換素子に与えられなくなってしまう。
【００４０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る放射線撮像装置を示す模式的断面図である。
【００４１】
本実施形態の放射線撮像装置１は、図１１の比較例の装置との相違は、ＬＥＤ光源１０９の代わりにＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源９、ＰＩＮ型の光電変換素子１０５をＭＩＳ型の光電変換素子５としたものであり、他の構成要素は同様である。
【００４２】
なお、図１では、ＥＬ光源９からの光がシンチレータ７に垂直に照射されているように表記されているが、実質上、斜め方向から入射する光もあるため、シンチレータ面での鏡面反射成分を含めれば、シンチレータで光をすべて吸収することはない。
【００４３】
図２は、本実施形態に係る放射線撮像装置における光電変換素子１画素分の回路図である。
【００４４】
図２において、光電変換素子５は、アモルファスシリコン半導体を材料とするＭＩＳ型光電変換素子である。ＭＩＳ型の光電変換素子は、下部の金属電極層（Metal）の上に絶縁層（Insulator）と半導体層（Semiconductor）を積層したものである。通常、半導体層の上には注入素子層（Ｎ層又はＰ層）と上部電極が配置される。また、本図では省略しているが、絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置されていてもよい。
【００４５】
図２において、ＭＩＳ型光電変換素子５には、一方の電極に光電変換素子制御回路１１が接続されている。光電変換素子制御回路１１においてスイッチＳＷ１により、３つの電位が切り換えられる。すなわち、光電変換するためのバイアス電圧を与える電源ｓ（Ｖｓ）と、ＭＩＳ型光電変換素子５の容量内の蓄積電荷をリフレッシュするための電源（ＶＲＥＦ）と、光電変換素子を動作させない時の零バイアス（ＶＧＮＤ）を与えるための接地点（ＧＮＤ）がある。もう一方の電極には光電変換素子出力検出回路１２に接続される。光電変換素子出力検出回路１２は、検出信号を増幅させる増幅器や検出電流を蓄積し一定時間の出力（出力信号）を得る積分回路等からなる。絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置する場合、スイッチ素子は、光電変換素子５と光電変換素子出力検出回路１２との間に電気的に接続されている。
【００４６】
１３，１４はＥＬ光源９を制御するための回路である。光源制御回路１３は、光源への供給電圧が可変可能な電源ＶＥＬ及び発光時間を制御するＳＷ２等からなる。比較演算回路１４は、光電変換素子出力検出回路１２から得た光モニター出力信号値と予め設定された初期出力信号値を比較して光源の電圧レベルや出力時間を演算処理し光源制御回路１３への制御信号を生成する。
【００４７】
ＳＷ３は、Ｘ線源を点灯させるスイッチであり、放射線撮像装置全体のタイミング等を司る放射線撮像装置制御回路１５により制御されている。
【００４８】
図２において、被読み取り物体の撮像を得るためにＸ線源３から出射したＸ線は、図示しない被検体（病院では患者）を照射し、そこを通過したＸ線はシンチレータ７に当たる。
【００４９】
更に、シンチレータ７でＸ線は吸収され、可視光に変換される。シンチレータ７からの可視光は光電変換素子５に照射される。図２は、１画素分の図であるので、光電変換素子５とシンチレータ７の位置関係は図示されていないが、図１に示されているように、両者を実質上密着させることにより、画像の解像度特性を向上させている。シンチレータの配置は、保護膜上に、直接蒸着する方法又は接着剤によって接着する方法がある。一方、追加光源であるＥＬ光源９からの可視光は、Ｘ線とは別の光路で光電変換素子５に照射される。ＳＷ３は、Ｘ線源３を点灯させるスイッチである。
【００５０】
図３は、図２で示した放射線撮像装置の回路における動作のタイミングチャートである。
【００５１】
図４は、本実施形態に係る放射線撮像装置における光キャリブレーションのフローを示した図である。
【００５２】
図３において、Ｘ線源３、ＥＬ光源９、光電変換素子５のバイアス及び出力が示されている。なお、本図においても説明を明瞭にするために光電変換基板８としては光電変換素子５が１画素の場合について説明する。
【００５３】
読み取り期間と非読み取り期間という、２つの動作期間があり、Ｘ線源３は、読み取り期間に点灯し、ＥＬ光源９は非読み取り期間に点灯する。医療用のＸ線撮像装置の場合にはＸ線源であるが、非破壊検査装置等の別用途に用いる場合γ線などの他の放射線を用いることもできる。
【００５４】
Ｘ線源３からの光は、図示していないが、被読み取り物体の画像情報を得るために、撮影体に照射される光である。医療用Ｘ線撮像装置であれば、撮影体とは、来院患者の体である。追加光源からの光は、特に被読み取り物体に照射される必要はなく、何らかの光路を経て、光電変換素子に到達されればよい。
【００５５】
図３において、光電変換素子５にバイアス電源Ｖｓからバイアス電圧を与える駆動においては、駆動中に光電変換素子５に蓄積された電荷掃き出しを行うためのリフレッシュ動作として、光電変換素子５にリフレッシュ電源ＶＲＥＦを周期的に与えている。サイクル（Ｆ２）でＥＬ光源を点灯、光キャリブレーションを実行させ、サイクル（Ｆ３）でＸ線源３を点灯させ被読み取り物体の撮像を得ている。図３に示す例では、サイクル（Ｆ１）及びサイクル（Ｆ２）を非読み取り期間、サイクル（Ｆ３）を読み取り期間としている。
【００５６】
ＥＬ光源９の発する光の照射によって流れる光電流Ap１及びAp２（実線）は、画像信号として読み取らない。すなわち非読み取り期間サイクル（Ｆ２）でＥＬ光源９を点灯させている。
【００５７】
ＥＬ光源９の光照射によって光電変換素子５に光電流Ap１及びAp２が流れるが、光のオフと同時にダーク電流が流れる状態Adp２に戻る。しかしながら、ＥＬ光源９をオフした後は、図３に示したように、ＥＬ光源９をサイクル（Ｆ２）で照射しなかった場合のダーク出力（ダーク電流）Add２（破線）よりも小さく安定したダーク出力Adp２を示す。
【００５８】
これは、半導体層でＥＬ光源の光エネルギーを吸収し、生成したキャリアが絶縁層界面に溜まり、半導体層の内部電界が緩和されて注入阻止層から流入キャリアが減少したことによる。次のサイクル（Ｆ３）においては、サイクル（Ｆ２）のＥＬ光源９の照射光による生成キャリアが、ダーク状態で数サイクル分駆動させた効果がある。このため、ＥＬ光源９をサイクル（Ｆ２）で照射しなかった場合のダーク出力Add３（破線）よりも小さく安定したダーク出力Adp３が出力初期から得られる。更に、予めトラップされていたダーク電流に寄与する電子又は正孔が、光照射によって減少したとも考えられる。
【００５９】
このダーク電流の低い状態において、Ｘ線を照射すれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。
【００６０】
つまり、Ｘ線撮影前にＥＬ光源光を照射してダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなくＳ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【００６１】
この非読み取り期間サイクル（Ｆ２）の操作によって、次のサイクル（Ｆ３）は、ダーク電流が小さいサイクルとなっている。図３におけるサイクル（Ｆ６）以降のダーク電流の挙動が飽和したサイクルと同じであると考えてよい。読み取り期間サイクル（Ｆ３）にＸ線を爆射させれば、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られる。図示していないがサイクル（Ｆ４）の信号を取り込み、サイクル（Ｆ３）のＸ線出力から減算処理を施せば、サイクル（Ｆ３）の信号Ｘ線に含まれるダーク電流の固定成分が補正される。結果として、Ｘ線撮影前にＥＬ光源光を照射してダーク電流を小さくすれば、長い時間を待つことなく、Ｓ／Ｎ比の高いＸ線画像が得られる。
【００６２】
このように、サイクル（Ｆ２）においてＥＬ光源９の光を光電変換素子５に所望の光量を照射することにより、読み取り期間における光電変換素子５の安定かつ小さなダーク電流の状態にすることができる。
【００６３】
次に、サイクル（Ｆ２）おける、ＥＬ光源９の光の照射方法、すなわちＥＬ光源９の制御方法について、図２、図３及び図４を用いて説明する。
【００６４】
図３において、ＥＬ光源９の発する光照射は光出力制御期間内で行われ、さらに、光制御期間は光モニター期間とその後の光修正期間とからなっている。
【００６５】
まず始めに、サイクル（Ｆ２）の光モニター期間において、放射線撮像装置制御回路１５により光モニター期間制御信号に対応する予め設定された光源強度設定値ＶＥＬ０に、図２の光源制御回路１３の光源供給電源ＶＥＬを調整設定する。
【００６６】
その後、光源点灯スイッチＳＷ２をオンさせてＥＬ光源９を発光させる。その照射光を受けた光電変換素子５は図３に図示した出力Ap１（実線）を出力する。光電変換素子５からの出力を光電変換素子出力検出回路１２で検出した出力値Ap１及び光モニター期間と予め比較演算回路内に設定されている検出出力である初期出力信号値Ap０（一点鎖線）及び光修正期間を基に比較処理する。光出力制御期間における光源出力を図２に示す比較演算回路１４で演算処理し、図３の示す次期間である光修正期間における光修正調整信号に対応する光源強度設定値ＶＥＬ１が算出される。
【００６７】
次に、図３に示す光修正期間において、前述の演算処理で調整されたＶＥＬ１の制御信号が比較演算回路１４から光源制御回路１３に送られる。光源供給電源ＶＥＬがＶＥＬ１に調整制御されＥＬ光源９が電圧に応じた光源強度の発光光を光修正期間の間、すなわち光出力制御期間の終了までの間照射させる。
【００６８】
本実施形態では、ＥＬ光源９の発する発光強度を光電変換基板８に備わる光電変換素子５の出力信号を光電変換素子出力検出回路１２にて検出し、予め設定された出力信号値と期間により比較演算回路１４により光源の劣化を観察することができる。
【００６９】
よって、ＥＬ光源９の劣化レベルを検出でき、その後にＥＬ光源９の発光強度を調整することにより、ＥＬ光源９の照射時間（光出力制御期間）内に光電変換素子５への照射光量を一定に保つことができる。これにより、長期使用によるＥＬ光源９の劣化により光源強度が低下しても光キャリブレーション効果を得るに必要な光量を長期にわたり制御することができる。また、Ｓ／Ｎ比の高い高感度かつ撮影サイクルが短く使い勝手の良く長期間その性能を維持できる長寿命の放射線撮像装置を得るこができる。
【００７０】
なお、図３は、サイクル（Ｆ１）及びサイクル（Ｆ２）を非読み取り期間に、サイクル（Ｆ３）を読み取り期間にしたタイミングチャートであるが、もちろんサイクル（Ｆ１）を非読み取り期間に、サイクル（Ｆ２）を読み取り期間にしてもよい。その場合、Ｘ線爆射までの時間は更に短縮される。
【００７１】
また、本実施形態の図２においてＥＬ光源９の供給電源ＶＥＬを可変直流電源の記号で図示しているが、実際にはインバータ電源であり発光強度はインバータ出力の振幅電圧を可変することで制御している。さらに、発光強度を変化させる方法として電圧振幅の周波数を変化させることでも可能である。
【００７２】
本実施形態においてはＥＬ光源９が発光する光修正期間の発光強度のみで調整し光電変換素子への照射光量を調整したが、さらに、修正期間の長さを調整し光電変換素子への照射光量を調整することも可能である。
【００７３】
また、図２は、光修正調整信号（ＶＥＬ１）が光源制御回路１３に出力されているが、実施形態２で説明する図５に示す構成においても本発明の効果が同様に得られる。図５は、放射線撮像装置制御回路１５に出力する構成である点が図２と異なる。この構成の場合、光修正調整信号が、放射線撮像装置制御回路１５から光照射制御信号として光源制御回路１３に出力されＥＬ光源９の発光が調整される。それとともに、光修正調整信号の修正期間時間をもとにサイクル（Ｆ２）のサイクル完了時間をも制御することができる。
【００７４】
なお、絶縁基板上に、光電変換素子と一対でスイッチング素子が１画素として配置する場合、光電変換素子とスイッチ素子とを有する画素からの光モニター期間及び光修正期間のそれぞれの出力は、次のように読み出すことができる。（１）光源がオンからオフに変更されてからスイッチ素子をオンして読み出す。（２）光源がオンされている期間の少なくとも後半部分にスイッチ素子をオンして読み出す（３）上記（１）及び（２）を組み合わせて読み出す。これらの動作は、以下の説明においても同様に適用される。
【００７５】
以上、本発明の変換素子は、アモルファスシリコン半導体を材料とする光を電気信号に変換する光電変換素子である間接型の放射線撮像装置について説明した。しかし、変換素子がアモルファスセレン半導体を材料とする放射線を電気信号に変換する素子である直接型の放射線撮像装置としても実施することができる。
【００７６】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１の光モニター期間はなく、発光期間の長さを調整し光電変換素子への照射光量を調整する光キャリブレーションの制御に係るものである。
【００７７】
以下、本実施形態について図を用いて詳細に説明する。
【００７８】
本実施形態の放射線撮像装置は、図１の実施形態１と同様な装置である。
【００７９】
図５は、本実施形態に係る放射線撮像装置の模式的回路図である。
【００８０】
図６は、本実施形態に係る放射線撮像装置における回路の動作のタイミングチャートである。
【００８１】
図７は、本実施形態に係る放射線撮像装置における光キャリブレーションのフローを示した図である。
【００８２】
図８は、本実施形態に係る放射線撮像装置における光源の駆動回数に対する光電変換素子の出力を示すグラフである。
【００８３】
図８において、横軸が光源の駆動回数、縦軸がその際の光電変換素子基板からの電気信号出力を示したグラフで、電気信号出力は各駆動時毎の出力である各回での出力値と各回での出力値を積算した積算出力値を示した。なお、本図の出力値は光電変換素子の出力電流を一定時間蓄積した蓄積出力で示したものである。
【００８４】
光キャリブレーションは、撮影する直前に光源を駆動し、光電変換素子が飽和状態に達した時点で光源の駆動をオフするように行う。
【００８５】
図２の回路では、光修正調整信号（ＶＥＬ１）が光源制御回路１３に出力されているが、図５は、放射線撮像装置制御回路１５に出力する構成である点が図２と異なる。この構成の場合、光修正調整信号が、放射線撮像装置制御回路１５から光照射制御信号として光源制御回路１３に出力されＥＬ光源９の発光が調整される。
【００８６】
図５、図７において、光キャリブレーションの実行命令を放射線撮像装置制御回路１５より光源制御回路１３と光電変換素子制御回路１１にほぼ同時に行う。命令を受けた光源制御回路１３は、ＥＬ光源９に所定の電流量を注入し所定の時間駆動する。光源の駆動とほぼ同時に命令を受けた光電変換素子制御回路１１は、光電変換素子５を駆動し、光源の駆動時間とほぼ同等の時間ＥＬ光源９からの光を蓄積する。
【００８７】
ＥＬ光源９がオフされると同時にＥＬ光源から照射された光量に相当した光電変換素子５の蓄積出力を光電変換素子出力検出回路１２により検出し、電気信号としての出力信号が比較演算回路１４に出力される。
【００８８】
比較演算回路１４では、電気信号を数値化して記憶し、その数値が図８に示した光電変換素子の飽和状態にする電気信号出力の一定の目標値と比較する。電気信号出力が目標値に達していなければ、放射線撮像装置制御回路１５へ再度ＥＬ光源９の駆動を実行するとともに光電変換素子５からの出力の検出を開始する。比較演算回路１４では光電変換素子５からの出力の検出毎に電気信号出力を積算し、その積算値を目標値と比較し、次の出力検出の要否を判断する。比較演算回路１４は、電気信号出力の積算出力値が目標値に達した場合、放射線撮像装置制御回路１５へは光キャリブレーション、すなわち光源の駆動を停止する信号を出力する。
【００８９】
図６に示す回路の動作のタイミングチャートにおいて、実施形態１の図３と同様に光電変換出力は、光電変換素子の出力電流値である。また、同様に各項目の出力を示す破線は、実施形態１の説明と同様のものである。
【００９０】
図６において前述の図５及び図７で説明した動作における各項目の出力は一点鎖線、実線で示されている。一点鎖線はＥＬ光源の初期の状態での動作状態を示したものである。実線はＥＬ光源出力が変化（低下）し、光電変換素子の出力がAp０からAp１に低下し、ＥＬ光源の照射光量が調整制御（照射回数）された動作状態を示したものである。
【００９１】
本実施形態に示した、図５に示すように光修正調整信号が、放射線撮像装置制御回路１５から光照射制御信号として光源制御回路１３に出力することにより、ＥＬ光源９の発光を調整する。それとともに、光電変換素子制御回路１１も制御でき、光源の駆動停止とともに光キャリブレーションの実行サイクルを停止させることができる。よって、図６のサイクルＦ２で示した光修正期間を待たずにサイクルＦ３に移行でき、サイクルＦ３への読み取り期間、すなわちＸ線照射撮影までの時間を短縮できる。
【００９２】
また、本実施形態で示した駆動は、実施形態１の光修正期間に適用可能である。
【００９３】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２と同様であり、実施形態１の光モニター期間はなく、発光期間の長さを調整し光電変換素子への照射光量を調整する光キャリブレーションの制御に係るものである。
【００９４】
以下、本実施形態について図を用いて詳細に説明する。
【００９５】
実施形態２において示した、図５の模式的回路、図６の動作タイミング、及び図７の光キャリブレーションのフローは、本実施形態も同様である。
【００９６】
図９は、本実施形態における照射光量に対する光電変換素子の電気信号出力の関係を示したグラフである。
【００９７】
図９において、横軸はＥＬ光源９からの光の量であり、グラフで右に行くほど入射する光の量が強くなるか又は光の積算量が多くなることを示している。縦軸は光に対する光電変換素子が出力する電気信号としての出力信号の大きさを表している。なお、本図の出力値は光電変換素子の出力電流を一定時間蓄積した蓄積出力で示したものである。ところで、本発明の実施形態に用いているＭＩＳ型の光電変換素子５は、図２で示すように光電変換素子が構成するコンデンサの一端からの出力回路となる。このため、光電変換素子の出力はこのコンデンサへ蓄えられる電荷を超えると飽和してしまい電気信号出力が出なくなる特性を有している。つまり、電気信号出力の値に変化（増加）がなくなったポイント以降は、光電変換素子が飽和状態にあることを示している。
【００９８】
本実施形態では、この特性を利用して光キャリブレーションを行うことが特徴である。本実施形態が、実施形態２と異なる点は、比較演算回路１４が、光源の各駆動回毎に光電変換素子５から蓄積検出した電気信号出力を積算し、前回の積算値との微分値がゼロか否かを判断して、次の光源駆動の要否を判断する点である。比較演算回路１４が、微分値が略ゼロになったと判断した場合、放射線撮像装置制御回路１５へ光キャリブレーション、すなわち光源の駆動を停止する信号を出力する。
【００９９】
本実施形態の光キャリブレーションでは、光電変換素子の出力を検出しながら光源を駆動し、飽和状態に達したことを基に光源駆動を停止するため、時間のロスがなく、常に安定した光キャリブレーションを達成することができる。また、光源が経時的に劣化し、発光量に変化があっても、光電変換素子の出力を検出しながら光源の駆動を行うため、常に必要な飽和状態を得ることができる。
【０１００】
本実施形態における回路の動作のタイミングチャートも、実施形態２の図６と同様である。なお、図９で示される電気信号出力の値に変化（増加）がなくなったポイント以降に対応する動作を図６で示される動作のタイミングチャートで説明した場合、ＥＬ光源が駆動された後の光電変換素子の出力は、暗電流程度の値になる。すなわち、飽和状態に達した光電変換素子の出力は、ＥＬ光源の照射光量に対応する出力は得られない。そして、比較演算回路１４が、微分値が略ゼロになったと判断し、次に光源の駆動の停止が行われる。
【０１０１】
また、フォトダイオード型の光電変換素子を用いた場合でも、別素子や配線などを利用して形成したコンデンサに出力を一旦蓄積させ、コンデンサに蓄積された出力を読み出し出力を得るような回路とした場合がある。この場合も同様の特性（出力の飽和状態）が得られるので適用可能である。
【０１０２】
なお、実施形態１ないし実施形態３を含む本発明において、光源には面発光型のＥＬを用いた。ＥＬ光源９は、光電変換素子の光吸収波長領域に発光波長を有する光源である。光源としては比較例で示した図１１の２次元に複数配列したＬＥＤアレイや同じく２次元に複数配列した冷陰極管、蛍光管等の光源、あるいはそれらの導光板との組み合わせの光源を用いることが可能であり同様の効果が得られる。図１４は、導光板とライン状に配置したＬＥＤアレイを組み合せた２次元発光光源を用いた放射線撮像装置の模式的断面図である。
【０１０３】
ＬＥＤ光源１０９をライン状に配置したＬＥＤアレイ２０９がアクリル樹脂からなる導光板２１９の両側面に配置されている。導光板２１９は光電変換基板８の裏面に２次元に配置された光電変換素子と少なくとも同等の領域に配置されている。ＬＥＤ光源１０９の発した光は面状の導光板２１９の側面に入射し、導光板内を反射しながら伝播していき、導光板の表面もしくは裏面に形成された散乱パターンもしくは形状によって光電変換基板８の方向に光を放出し２次元の発光面を得ている。
【０１０４】
ＥＬ光源は、ＥＬ発光素子の駆動による劣化や環境湿度の浸入による経時変化による発光強度の劣化が著しいが本発明を用いる事により、初期に設定した光量を長期間維持する事ができ、十分な光キャリブレーション効果を得ることができる。
【０１０５】
また、面発光型のＥＬは一体もののため面内発光ムラは少なく、また経時的な変化が生じても面内一様に変化するため面内ムラは生じない点により他の光源より望ましい光キャリブレーションを達成することができる。また、ＬＥＤや冷陰極管は高さを有するため、厚さ方向に大きくかつ重量がかさむがＥＬはシート状で０．２〜０．３ｍｍ程度の厚さであり、かつ非常に軽量であるため実装は容易であり、小型軽量な光キャリブレーションシステムを達成することが可能である。
【０１０６】
また、前述の実施形態２では、ＥＬ光源９の駆動制御中に、光源を間欠的にオン・オフし、ＥＬ光源９のオン毎時の光電変換素子５からの出力信号についてその積算量が一定の値に達した時点でＥＬ光源９の駆動を停止していた。すなわち、ＥＬ光源９のオンとオフを繰り返して駆動して光電変換素子５から間欠的に出力された信号の積算出力値が目標値に達した時点で光キャリブレーションを終了した。その際、ＥＬ光源９の発光駆動は、光電変換素子５の出力検出時間に同期させてオン・オフすることとしている。
【０１０７】
しかし、ＥＬ光源９は放射線撮像装置制御回路１５の命令でオンし、連続的に駆動しながら、光電変換素子５の一定時間毎の出力検出のみを繰り返し、その積算値が目標値に達した時点で光源をオフしても実施形態２と同様の効果を得ることはいうまでもない。
【０１０８】
同様に、実施形態３においても、ＥＬ光源９を連続的に駆動しながら、光電変換素子５の一定時間毎の出力検出のみ繰り返し、その微分値が変化しなくなった時点で光源をオフしても実施形態２と同様の効果を得ることはいうまでもない。この場合、放射線撮像装置制御回路１５は光源制御回路１３には駆動開始と駆動停止の命令を行うだけでよく、駆動開始後は光電変換素子制御回路１１、比較演算回路１４の応答を監視していればよいことになる。
【０１０９】
また、本実施形態で示した駆動は、実施形態１の光修正期間に適用可能である。
【０１１０】
以上、本発明の放射線撮像装置では、常に安定な光キャリブレーションを可能とし、安定かつ正確な連続撮影を可能とするものである。
【０１１１】
図１０は、本発明の放射線撮像装置を放射線撮像システムとして応用した例を示す図である。
【０１１２】
放射線撮像装置は、上記の各実施形態の放射線撮像装置である。
【０１１３】
放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者或いは被検者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線画像を撮影する放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して放射線撮像装置６０４０の波長変換体は発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この電気的情報は、信号処理手段によって処理される。すなわち、この情報は、デジタルに変換されイメージプロセッサ６０７０により画像処理されコントロールルームに有る表示手段としてのディスプレイ６０８０で観察できる。
【０１１４】
また、この情報は、電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールーム等でディスプレイ６０８１に表示するか又は光ディスク等の保存手段に保存することができる。これにより、遠隔地の医師が診断することも可能である。またフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上説明したように、本発明は医療用のデジタルＸ線撮像装置に応用することが可能であり、また非破壊検査等のそれ以外の放射線を用いた用途のデジタル放射線撮像装置に応用した場合も有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る放射線撮像装置の模式的断面図
【図２】同放射線撮像装置における光電変換素子１画素分の回路図
【図３】同放射線撮像装置における回路の動作のタイミングチャート
【図４】同放射線撮像装置における光キャリブレーションのフローを示す図
【図５】本発明の実施形態２に係る放射線撮像装置の模式的回路図
【図６】同放射線撮像装置における回路の動作のタイミングチャート
【図７】同放射線撮像装置における光キャリブレーションのフローを示す図
【図８】同放射線撮像装置における駆動回数に対する光電変換素子の出力を示すグラフ
【図９】本発明の実施形態３に係る放射線撮像装置における照射光量に対する光電変換素子の出力を示すグラフ
【図１０】本発明の放射線撮像装置を放射線撮像システムとして応用した例を示す図
【図１１】比較例に係るＬＥＤ光源を備えた放射線撮像装置を示す模式的断面図
【図１２】同放射線撮像装置における光電変換素子１画素分の回路図
【図１３】同放射線撮像装置における回路の動作のタイミングチャート
【図１４】導光板とライン状に配置したＬＥＤアレイを組み合せた２次元発光光源を用いた放射線撮像装置の模式的断面図
【符号の説明】
【０１１７】
１…放射線撮像装置
３…Ｘ線源
５…光電変換素子
７…シンチレータ（波長変換体）
８…光電変換基板
９…ＥＬ光源
１１…光電変換素子制御回路
１２…光電変換素子出力検出回路
１３…光源制御回路
１４…比較演算回路
１５…放射線撮像装置制御回路
【図１】
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【図２】
2008134237.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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