(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配列された画素アレイと、処理部とを備え、
前記複数の画素のそれぞれは、放射線フォトンを検知するための検知素子と、該検知素子で検知された放射線フォトンに応じて変化する電圧を保持する保持部と、該保持部により保持されている電圧を画素信号として出力する出力部とを含み、
前記出力部が画素信号を出力した後において前記検知素子により新たに放射線フォトンが検知されていない場合には、前記保持部の電圧は、該画素信号が出力されたときのまま保持され、
前記処理部は、
前記複数の画素から非破壊読出で読み出された画素信号の群を１フレーム分の画像データとして、前記画素アレイに対して放射線が照射されている間に画像データの読み出しを繰り返し行って、複数フレームの画像データを取得する第１処理と、
前記複数フレームの画像データの間でのデータの差に基づく、前記画素アレイに入射した放射線フォトンの数及びエネルギー量の少なくとも一方、並びに、該放射線フォトンの前記画素アレイにおける入射位置に基づいて、放射線画像用のデータを生成する第２処理と、
を行う
ことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第２処理では、前記第１処理において連続で取得された２フレームの画像データの間でのデータの差に基づいて、該２フレームの画像データを取得する間に前記画素アレイに入射した放射線フォトンの数および該放射線フォトンの入射位置を算出する
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３】
前記処理部は、前記第２処理では、前記複数の画素のそれぞれに入射した放射線フォトンの数及びエネルギー量の少なくとも一方に基づいて、前記複数の画素のそれぞれに対応する信号値であって放射線画像用のデータを構成する信号値を算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第２処理では、前記エネルギー量のうち所定の基準値より小さいものについては放射線画像用のデータの生成に用いない
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記第２処理では、前記エネルギー量のうち所定の範囲内のものを用いて放射線画像用のデータを生成する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素のそれぞれから画素信号を読み出すための読出部をさらに備え、
前記読出部は、１フレーム分の画像データの読み出しを、前記複数の画素のそれぞれからの信号をサンプリングする動作と、該サンプリングされた信号を前記処理部に出力する動作とにより行う
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素を駆動する駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、前記画素アレイに対する放射線の照射が開始される前に、前記複数の画素をリセットし、前記処理部が前記第１処理を行っている間には前記複数の画素をリセットしない
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、放射線を発生する放射線源とを具備する
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項９】
複数の画素が配列された画素アレイを備える放射線撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の画素のそれぞれは、放射線フォトンを検知するための検知素子と、該検知素子で検知された放射線フォトンに応じて変化する電圧を保持する保持部と、該保持部により保持されている電圧を画素信号として出力する出力部とを含み、
前記出力部が画素信号を出力した後において前記検知素子により新たに放射線フォトンが検知されていない場合には、前記保持部の電圧は、該画素信号が出力されたときのまま保持され、
前記駆動方法は、
前記複数の画素から非破壊読出で読み出された画素信号の群を１フレーム分の画像データとして、前記画素アレイに対して放射線が照射されている間に画像データの読み出しを繰り返し行って、複数フレームの画像データを取得する工程と、
前記複数フレームの画像データの間でのデータの差に基づく、前記画素アレイに入射した放射線フォトンの数及びエネルギー量の少なくとも一方、並びに、該放射線フォトンの前記画素アレイにおける入射位置に基づいて、放射線画像用のデータを生成する工程と、
を含む
ことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
コンピュータに、請求項９に記載の放射線撮像装置の駆動方法の各工程を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、放射線撮像装置、その駆動方法及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線撮像装置は、例えば、放射線（Ｘ線等）を検知するための複数の画素が配列された画素アレイと、複数の画素のそれぞれから読み出された画素信号を処理して画像データを取得する処理部とを備え、画像診断（レントゲン撮影）や非破壊検査等に用いられる。
【０００３】
放射線撮像装置のなかには、画素アレイに入射した放射線フォトンの個々を検出し、その数を計測するフォトンカウンティング方式により放射線撮影を行うものがある（特許文献１参照）。具体的には、画素アレイに放射線フォトンが入射することにより、画素アレイにおける該放射線フォトンの入射位置に対応する画素は、該放射線フォトンのエネルギー量に応じた画素信号を出力する。処理部は、例えば、複数の画素からの画素信号の群を１つ（１フレーム分）の画素データとして所定周期で読み出し、それにより複数フレームの画素データを取得し、その後、該複数フレームの画素データに基づいて放射線画像用のデータを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画素信号は、放射線フォトンに基づく信号成分の他、温度依存性を有するノイズ成分を含みうる。ここで、上述の手法で複数フレームの画素データを取得している間（画像データを所定周期で読み出している間）には、放射線撮像装置（特に画素アレイ）の温度が変化する可能性があり、温度が変化した場合にはノイズ成分が変化してしまう。このことは、画像の品質の低下の原因となりうる。
【０００６】
一方、上記温度の変化に伴って変化したノイズ成分を適切に除去するため、複数フレームの画像データを取得する間のそれぞれにおいて（即ち、各フレームの画素データを取得する前または後に）補正用データを取得する方法が考えられる。この補正用データは、例えば、放射線の照射がされていない状態で画素アレイから読み出され且つ信号成分を実質的に含まない画素データであり、オフセットデータ、暗画像データ、ＦＰＮ画像データ等とも称されうる。例えば、各フレームの画素データを、その直前または直後に取得された補正用データを用いて補正することにより、各フレームの画素データからノイズ成分を除去することができる。しかしながら、この方法によると、取得するべきデータ量が多くなり、撮影時間が長くなってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、フォトンカウンティング方式の放射線撮影を行う構成において画像の品質を維持しながら撮影時間を短くするのに有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、複数の画素が配列された画素アレイと、処理部とを備え、前記複数の画素のそれぞれは、放射線フォトンを検知するための検知素子と、該検知素子で検知された放射線フォトンに応じて変化する電圧を保持する保持部と、該保持部により保持されている電圧を画素信号として出力する出力部とを含み、前記出力部が画素信号を出力した後において前記検知素子により新たに放射線フォトンが検知されていない場合には、前記保持部の電圧は、該画素信号が出力されたときのまま保持され、前記処理部は、前記複数の画素から非破壊読出で読み出された画素信号の群を１フレーム分の画像データとして、前記画素アレイに対して放射線が照射されている間に画像データの読み出しを繰り返し行って、複数フレームの画像データを取得する第１処理と、前記複数フレームの画像データの間でのデータの差に基づく、前記画素アレイに入射した放射線フォトンの数及びエネルギー量の少なくとも一方、並びに、該放射線フォトンの前記画素アレイにおける入射位置に基づいて、放射線画像用のデータを生成する第２処理と、を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画像の品質を維持しながら撮影時間を短くするのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像システムの構成の例を説明するためのブロック図である。
【図２】撮像部の構成の例を説明するためのブロック図である。
【図３】信号出力部の構成の例を説明するためのブロック図である。
【図４】撮像部の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】単位画素の構成の例を説明するためのブロック図である。
【図６】単位画素の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】読み出された画像データを構成する画素信号を説明するための図である。
【図８】読み出された画像データの処理結果を説明するための図である。
【図９】放射線画像用のデータの生成方法を説明するための図である。
【図１０】単位画素の駆動方法の参考例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を述べる。なお、各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載されたものに過ぎず、図示された各要素の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において、同一の要素には同一の参照番号を付しており、以下、重複する内容については説明を省略する。
【００１２】
図１は、放射線（典型的にはＸ線が用いられ、その他、α線、β線等が用いられてもよい。）を用いた診断・検査等を行うための撮像システム１００の構成例を示すブロック図である。撮像システム１００は、フォトンカウンティング方式により放射線撮影を行うための放射線撮像装置であり、例えば、放射線源１０１、放射線源制御部１０２、処理部１０３、撮像部１０４を具備する。
【００１３】
撮像部１０４は、例えば、放射線を光に変換するシンチレータ１０５と、複数の画素２０が行列状に配列された画素アレイ１０６とを含む。より具体的には、画素アレイ１０６には、シンチレータ１０５からの光（シンチレーション光）を検出する複数の画素２０が、複数の行および複数の列を形成するように配列されている。画素２０は「センサ」と称されてもよく、また、画素アレイ１０６は「センサアレイ」と称されてもよい。なお、ここでは、放射線を光に変換して該光を検出する間接型の検出方式を例示するが、放射線を直接的に検出する直接型の検出方式が採用されてもよい。
【００１４】
処理部１０３は、例えば、撮像部１０４および放射線源制御部１０２を制御し、放射線撮影を行う。処理部１０３は、例えば、放射線の照射開始の許可を示す信号を撮像部１０４から受けて放射線源制御部１０２を制御し、放射線の照射を開始させる。処理部１０３は、例えば、撮像部１０４から該照射された放射線に基づく画像データ（またはそれを形成する画素信号の群）を受ける。そして、処理部１０３は、該画像データに基づいて、画素アレイ１０６に入射した放射線フォトン（本明細書において、単に「フォトン」という。）の数および画素アレイ１０６における該フォトンの入射位置を算出する。処理部１０３は、該算出結果に基づいて、例えばディスプレイ等の表示部（不図示）に放射線画像を表示させるためのデータを生成する。詳細は後述とするが、処理部１０３は、例えば、第１演算部１０３ａと第２演算部１０３ｂとを含み、これらを用いて該データを生成するための演算処理を行う。処理部１０３は、更に、該データに対して所定の補正処理を行ってもよい。
【００１５】
処理部１０３は、上述の各ユニットおよびそれを構成する各要素を同期制御しながらそれらを駆動する駆動部としての機能を兼ねてもよいが、該駆動部は、処理部１０３とは別に配置されてもよい。処理部１０３は、例えば、本明細書で説明される各動作を実現するためのプログラム又はソフトウェアが格納されたパーソナルコンピュータでもよいし、専用の集積回路（例えばＡＳＩＣ）を備える演算装置でもよい。
【００１６】
撮像システム１００の構成は、上述の例に限られるものではなく、あるユニットの一部の機能を、他のユニットが有するように構成されてもよいし、いくつかのユニットが一体になるように構成されてもよい。例えば、ここでは処理部１０３と撮像部１０４とが個別に配された構成を例示したが、これらは単一のユニットで実現されてもよい。また、ここでは放射線源制御部１０２と処理部１０３とが個別に配された構成を例示したが、これらは単一のユニットで実現されてもよい。
【００１７】
図２は、撮像部１０４の構成例を示すブロック図である。撮像部１０４は、例えば、画素アレイ１０６を形成する複数の画素２０と、各画素２０を駆動する垂直走査回路３０３と、各画素２０からの信号を外部に出力するための水平転送を行う水平走査回路３０４とを含む。複数の画素２０は、ｍ行×ｎ列で配列されており、図中には、それぞれの画素位置を示す情報を示している。例えば第１行かつ第２列の画素には、画素位置を示す情報として（２，１）と図示される。
【００１８】
なお、詳細は後述とするが、各画素２０からは、画素２０におけるノイズ成分に相当する信号（Ｎ信号）と、画素２０にフォトンが入射したことに伴う信号成分を該ノイズ成分と共に含む信号（Ｓ信号）とが、非破壊読出でそれぞれ読み出される。該信号成分は、入射したフォトンのエネルギー量に相当するレベルを示し、Ｓ信号とＮ信号との差を算出することにより得られる。Ｎ信号およびＳ信号は、各画素２０において図示された端子ｔｎおよび端子ｔｓから、それぞれ独立して出力されうる。
【００１９】
垂直走査回路３０３および水平走査回路３０４は、例えばシフトレジスタで構成されており、所定の基準信号（例えば、クロック信号、処理部１０３からの駆動信号等）に基づいて動作する。例えば、垂直走査回路３０３は、制御線３０５を介して各画素２０に制御信号を入力し且つ該制御信号に基づいて各画素２０を行単位で駆動する駆動部に相当する。即ち、垂直走査回路３０３は行選択部として機能し、信号読出の対象となる画素２０を行ごとに選択する。また、水平走査回路３０４は列選択部として機能し、制御信号に基づいて各画素２０を列ごとに選択しながら、該選択された画素２０からの信号を順に出力する（水平転送）。
【００２０】
また、撮像部１０４は、各画素２０からのＳ信号およびＮ信号をそれぞれ読み出すための端子ＥＳおよび端子ＥＮを有しうる。また、撮像部１０４はセレクト端子ＥＣＳをさらに有し得、端子ＥＣＳが受ける信号が活性化されることによって、各画素２０のＳ信号およびＮ信号が端子ＥＳ及びＥＮを介してそれぞれ読み出されうる。具体的には、端子ｔｓ及びｔｎは、列信号線３０６及び３０７にそれぞれ接続されている。列信号線３０６及び３０７は、水平走査回路３０４からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＨを介して、アナログ出力線３０８及び３０９にそれぞれ接続されている。アナログ出力線３０８及び３０９の信号は、端子ＥＣＳが受ける信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＣＳを介して、端子ＥＳ及びＥＮからそれぞれＳ信号およびＮ信号として出力される。
【００２１】
また、撮像部１０４は、垂直走査回路３０３および水平走査回路３０４を制御するための各制御信号を受ける端子ＨＳＴ、ＣＬＫＨ、ＶＳＴおよびＣＬＫＶをさらに有する。端子ＨＳＴは、水平走査回路３０４に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＨは、水平走査回路３０４に入力されるクロック信号を受ける。端子ＶＳＴは、垂直走査回路３０３に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＶは、垂直走査回路３０３に入力されるクロック信号を受ける。
【００２２】
図３は、信号出力部ＵＯＵＴを説明するための図である。信号出力部ＵＯＵＴは、撮像部１０４に含まれ得、差動増幅部１０７およびアナログテジタル変換部１５１（以下、「ＡＤ変換部」と記載する。）を含みうる。差動増幅部１０７は、端子ＥＮ及びＥＳを介してＮ信号およびＳ信号を受ける。具体的には、Ｓ信号は差動増幅部１０７の反転入力端子に入力され、Ｎ信号は差動増幅部１０７の非反転入力端子に入力される。差動増幅部１０７では、Ｎ信号とＳ信号との差分が増幅され、該差分はＡＤ変換部１５１でＣＬＫＡＤ端子を介して入力されるクロック信号に基づいてアナログデジタル変換（ＡＤ変換）される。このような構成により、ノイズ成分が除去され、画像データを形成する画素信号の群の個々が得られ、そして、該画像データはＡＤＯＵＴ端子を介して出力される。
【００２３】
図４は、画像データの読出動作（本明細書において「読出動作ＲＯ」とする。）を行うためのタイミングチャートを示している。図中の縦軸に示された各制御信号（ＶＳＴ、ＣＬＫＶ、ＨＳＴ、ＣＬＫＨ及びＣＬＫＡＤ）は、各端子に入力される制御信号を示す。例えば、制御信号ＶＳＴは、端子ＶＳＴに入力される制御信号を示す（他の制御信号についても同様である）。
【００２４】
信号ＶＳＴはスタートパルス信号であり、この信号により、第１行目の各画素２０が垂直走査回路３０３により選択される。信号ＣＬＫＶはクロック信号であり、端子ＣＬＫＶで該クロック信号を受けるたびに、選択されている行が第１行目から第ｍ行目まで順にシフトされる（即ち、各画素２０が、第１行目から第ｍ行目まで行ごとに順に選択される）。信号ＨＳＴはスタートパルス信号であり、端子ＨＳＴで該スタートパルス信号を受けることにより、第１列目の各画素２０が水平走査回路３０４により選択される。信号ＣＬＫＨはクロック信号であり、端子ＣＬＫＨで該クロック信号を受けるたびに、選択されている列が第１列目から第ｎ列目まで順にシフトされる（即ち、各画素２０が、第１列目から第ｎ列目まで行ごとに順に選択される）。信号ＣＬＫＡＤはクロック信号であり、端子ＣＬＫＡＤで該クロック信号を受けることにより、前述のＡＤ変換部１５１によりＡＤ変換が為される。
【００２５】
第１期間Ｔ１において、まず、信号ＶＳＴ及びＣＬＫＶのハイレベル（Ｈレベル）のパルスが供給され、それにより、第１行目の各画素２０が選択された状態になる。そして、信号ＨＳＴのＨレベルのパルスが供給され（即ち、第１列目の画素２０が選択され）、その後、クロック信号ＣＬＫＨ及びＣＬＫＡＤに基づいて、第１列目から第ｎ列目まで順に選択される。これにより、第１行目について、第１列目から第ｎ列目までの各画素２０から画素信号が順に読み出される。
【００２６】
次に、第２期間Ｔ２において、信号ＣＬＫＶのＨレベルのパルスが供給され、それにより、第２行目の各画素２０が選択された状態になる。そして、期間Ｔ１同様、信号ＨＳＴのＨレベルのパルスが供給され（即ち、第１列目の画素２０が選択され）、その後、クロック信号ＣＬＫＨ及びＣＬＫＡＤに基づいて、第１列目から第ｎ列目まで順に選択される。これにより、第２行目について、第１列目から第ｎ列目までの各画素２０から画素信号が順に読み出される。
【００２７】
その後の第３期間Ｔ３では、同様に、第３行目について、第１列目から第ｎ列目までの各画素２０から画素信号が順に読み出される。不図示の第４期間以降についても同様である。このようにして、全ての画素２０（第ｍ行×第ｎ列の各画素２０）から画素信号が読み出され、それらに基づいて１フレーム分の画像データが形成される。
【００２８】
図５は、単位画素２０の等価回路図を示す。画素２０は、例えば、第１部分ｐｓ１と第２部分ｐｓ２と第３部分ｐｓ３とを含みうる。第１部分ｐｓ１は、フォトダイオードＰＤ、トランジスタＭ１及びＭ２、フローティングディフュージョン容量ＣＦＤ（以下、ＦＤ容量ＣＦＤ）、並びに、感度切り替え用の容量ＣＦＤ’を有しうる。フォトダイオードＰＤは光電変換素子であり、画素２０に入射したフォトンは、それに起因してシンチレータ１０５（図１参照）で発生した光（シンチレーション光）に基づいてフォトダイオードＰＤにより検出され、電気信号に変換される。この観点で、フォトダイオードＰＤは、シンチレータ１０５と共に放射線を検知するための検知素子を形成している。即ち、シンチレーション光の光量に応じた量の電荷がフォトダイオードＰＤで発生し、該発生した電荷量に応じたＦＤ容量ＣＦＤの電圧が第２部分ｐｓ２に出力される。
【００２９】
感度切り替え用の容量ＣＦＤ’は、画素２０の放射線に対する感度を切り替えるために用いられ、トランジスタＭ１を介してフォトダイオードＰＤに接続されている。信号ＷＩＤＥが活性化されることによってトランジスタＭ１が導通状態になり、ＦＤ容量ＣＦＤと容量ＣＦＤ’との合成容量の電圧が第２部分ｐｓ２に出力される。画素２０は、ここでは、信号ＷＩＤＥがＨｉレベルのときには低感度モードとなり、Ｌｏｗレベルのときには高感度モードとなる。このように、画素２０は、容量ＣＦＤ’を用いるか否かで放射線に対する感度を変更することが可能である。
【００３０】
トランジスタＭ２は、ＰＲＥＳ信号が活性化されることによってフォトダイオードＰＤの電荷を初期化し、第２部分ｐｓ２に出力される電圧をリセットする。
【００３１】
第２部分ｐｓ２は、トランジスタＭ３〜Ｍ７とクランプ容量ＣＣＬと定電流源とを有しうる。トランジスタＭ３とトランジスタＭ４と定電流源（例えばカレントミラー構成のトランジスタ）とは電流経路を形成するように直列に接続されている。トランジスタＭ３のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮが活性化されることによって、第１部分ｐｓ１からの電圧を受けるトランジスタＭ４が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、第１部分ｐｓ１からの電圧に応じた電圧が出力される。
【００３２】
その後段には、トランジスタＭ５〜Ｍ７とクランプ容量ＣＣＬとで構成されたクランプ回路が設けられている。具体的には、クランプ容量ＣＣＬの一方の端子ｎ１が、第１部分ｐｓ１のトランジスタＭ３とトランジスタＭ４との間のノードに接続されており、他方の端子ｎ２が、クランプスイッチとして機能するトランジスタＭ５に接続されている。また、トランジスタＭ６とトランジスタＭ７と定電流源とは電流経路を形成するように直接に接続されており、他方の端子ｎ２は、トランジスタＭ７のゲートに接続されている。この構成により、第１部分ｐｓ１のフォトダイオードＰＤで生じるｋＴＣノイズ（いわゆるリセットノイズ）が除去される。
【００３３】
具体的には、前述のリセット時における第１部分ｐｓ１からの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１に入力される。また、クランプ信号ＰＣＬが活性化されることによりトランジスタＭ５が導通状態になり、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２に入力される。このようにして、クランプ容量ＣＣＬの両端子ｎ１−ｎ２間で生じた電位差をノイズ成分としてクランプし、その後のフォトダイオードＰＤでの電荷の発生および蓄積に伴う電圧の変化分を信号成分として出力する。
【００３４】
イネーブル信号ＥＮはトランジスタＭ６のゲートにも入力され、イネーブル信号ＥＮが活性化されることによってトランジスタＭ７が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、トランジスタＭ７のゲート電圧に応じた電圧が第３部分ｐｓ３に出力される。
【００３５】
第３部分ｐｓ３は、トランジスタＭ８、Ｍ１０、Ｍ１１及びＭ１３、アナログスイッチＳＷ９及びＳＷ１２、並びに、容量ＣＳ及びＣＮを有しうる。トランジスタＭ８及びＭ１０とアナログスイッチＳＷ９と容量ＣＳとが形成するユニットを「第１のユニットＵＳＨＳ」と称する。
【００３６】
第１のユニットＵＳＨＳにおいて、トランジスタＭ８と容量ＣＳとはサンプルホールド回路を形成しており、第２部分ｐｓ２からの出力値を保持する保持部として機能する。具体的には、制御信号ＴＳを用いてトランジスタＭ８の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることによって、第２部分ｐｓ２から得られる信号（シンチレーション光の光量にしたがう信号）を容量ＣＳに保持している。トランジスタＭ１０は、そのソースフォロワ動作によってアンプとして機能し、これによって該信号は増幅される。該増幅された信号は、制御信号ＶＳＲを用いてアナログスイッチＳＷ９を導通状態にすることより、前述のＳ信号として、端子ｔｓから出力される。
【００３７】
第１のユニットＵＳＨＳと同様にして、トランジスタＭ１１及びＭ１３とアナログスイッチＳＷ１２と容量ＣＮとは、端子ｔｎから信号を出力する「第２のユニットＵＳＨＮ」を形成している。第２のユニットＵＳＨＮでは、前述のＮ信号（に相当する電圧）が容量ＣＮにより保持され、同様に、アナログスイッチＳＷ１２を導通状態にすることより端子ｔｎから出力される。
【００３８】
まとめると、画素２０で生じた電荷量に基づく電圧が容量ＣＳに保持され、該電荷量に基づく電圧は、任意のタイミングでＳ信号として読み出されうる。ここで、該電荷量に基づく電圧は、容量ＣＳに保持されたままの状態であり、該Ｓ信号の読み出しによって消失しない。換言すると、Ｓ信号は、第１のユニットＵＳＨＳから非破壊読出で読み出される。同様に、Ｎ信号は、第２のユニットＵＳＨＮから非破壊読出で読み出される。この観点で、ユニットＵＳＨＳ及びＵＳＨＮを制御する垂直走査回路３０３は、画素信号を読み出すための読出部の一部を形成している。その後、前述の信号出力部ＵＯＵＴ（図３参照）によりＳ信号とＮ信号との間の差を取得することにより、熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつき等に起因するノイズ成分が除去され、画素信号が得られる。
【００３９】
以上のようにして画素信号の群が非破壊読出で取得され、それらに基づいて画像データが形成される。即ち、各画素信号は、画素アレイ１０６のうち対応する画素位置の画素２０から得られ、このようにして複数の画素２０から読み出された画素信号の群は、１フレーム分の画像データを形成する。以下において、１フレーム分の画像データを得るための上述の一連の動作を「読出動作ＲＯ」と示す場合がある。
【００４０】
図６は、本実施形態に係る単位画素２０の駆動方法の例を説明するためのタイミングチャートを示す。図中の「読出動作」におけるＨレベルは読出動作ＲＯを実行していることを示す。また、図中の「放射線」におけるＨレベルは放射線が照射されている状態を示す。その強度（単位時間あたりの照射量）は、フォトンカウンティング方式の放射線撮影を行う場合、比較的低く（具体的には、１フレーム分の画像データを取得する間に、１つの画素２０に２以上のフォトンが入射しない程度に）設定されうる。
【００４１】
図６の（Ａ）に例示されるように、画素アレイ１０６に対する放射線の照射が開始される前、リセット駆動ＲＤが為される。図６の（Ｂ）は、より具体的にリセット駆動ＲＤを説明するためのタイミングチャートの拡大図である。リセット駆動ＲＤは、放射線の照射開始前において例えば所定周期で繰り返し実行されうる。その後、放射線の照射開始に応答して、サンプリング駆動ＳＤと読出動作ＲＯとが繰り返し実行されうる。図６の（Ｃ）は、より具体的にサンプリング駆動ＳＤを説明するためのタイミングチャートの拡大図である。
【００４２】
時刻ｔ５１〜ｔ５６ではリセット駆動ＲＤが為され、それにより各画素２０がリセットされる。具体的には、時刻ｔ５１では、イネーブル信号ＥＮをＨレベルにして、トランジスタＭ３及びＭ６を導通状態にする。これにより、トランジスタＭ４及びＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。
【００４３】
時刻ｔ５２では、信号ＰＲＥＳをＨレベルにしてリセット用のトランジスタＭ２を導通状態にする。これにより、フォトダイオードＰＤが基準電圧ＶＲＥＳに接続され、フォトダイオードＰＤがリセットされると共に容量ＣＦＤの電圧もリセットされる。また、リセット直後のトランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧が、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１（トランジスタＭ４側の端子）に入力される。なお、低感度モードの場合には、時刻ｔ５２で、信号ＷＩＤＥをＨレベルにして感度切替え用のトランジスタＭ１を導通状態にし、容量ＣＦＤ’の電圧をリセットしてもよい。
【００４４】
時刻ｔ５３では、信号ＰＣＬをＨレベルにして、前述のクランプを行うためのトランジスタＭ５を導通状態にする。これにより、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。また、時刻ｔ５３では、信号ＴＳ及びＴＮをＨレベルにして、前述のサンプリングを行うためのトランジスタＭ８及びＭ１１を導通状態にし、容量ＣＳ及びＣＮを初期化してもよい。
【００４５】
時刻ｔ５４では、信号ＰＲＥＳをＬレベルにして、トランジスタＭ２を非導通状態にすることにより、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後のトランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。なお、低感度モードの場合は、信号ＷＩＤＥをＬレベルにしてトランジスタＭ１を非導通状態にすることにより、容量ＣＦＤ’は、リセット直後の電圧で固定される。
【００４６】
時刻ｔ５５では、信号ＰＣＬをＬレベルにして、トランジスタＭ５を非導通状態にする。これにより、端子ｎ１と端子ｎ２との電位差（基準電圧ＶＲＥＳにしたがう電圧と基準電圧ＶＣＬとの電位差）に応じた電荷がクランプ容量ＣＣＬに保持され、前述のｋＴＣノイズのクランプが完了する。また、時刻ｔ５３で容量ＣＳ及びＣＮを初期化した場合には、時刻ｔ５５で信号ＴＳ及びＴＮをＬレベルにしてトランジスタＭ８及びＭ１１を非導通状態にすることにより、容量ＣＳ及びＣＮの電圧が固定される。
【００４７】
時刻ｔ５６では、イネーブル信号ＥＮをＬレベルにして、トランジスタＭ３及びＭ６を非導通状態にする。これにより、トランジスタＭ４及びＭ７を非動作状態にする。その後、放射線の照射開始を許可する信号をアクティブレベルにする（許可状態にする）。放射線の照射が開始された場合、フォトダイオードＰＤでは、照射された放射線量に応じた電荷が発生し蓄積される。
【００４８】
以上のようにして、リセット駆動ＲＤの一連の動作が終了する。即ち、リセット駆動ＲＤでは、フォトダイオードＰＤをリセットすると共に、第１部分ｐｓ１のフォトダイオードＰＤに起因するｋＴＣノイズに相当する電圧がクランプ容量ＣＣＬに保持され、また、必要に応じて容量ＣＳ及びＣＮが初期化される。
【００４９】
時刻ｔ６０〜ｔ７０ではサンプリング駆動ＳＤが為され、それにより各画素２０ではＳ信号およびＮ信号がサンプリングされる。具体的には、画素２０の電荷量に応じた信号レベルを容量ＣＳに保持し（Ｓ信号）、また、第２部分ｐｓ２の回路構成に依存する熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつき等の固定パターンノイズに相当するノイズレベルを容量ＣＮに保持する（Ｎ信号）。
【００５０】
時刻ｔ６０では、イネーブル信号ＥＮをＨレベルにしてトランジスタＭ３及びＭ６を導通状態にし、トランジスタＭ４及びＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。トランジスタＭ４のゲート電圧は、フォトダイオードＰＤで発生し蓄積された電荷量に応じて変化しており、該変化したゲート電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１に入力され、端子ｎ１の電位が変化する。クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２の電位変化は、端子ｎ１の電位変化にしたがう。ここで、前述のとおり、クランプ容量ＣＣＬにはｋＴＣノイズに相当する電圧が保持されているため、この電位変化の量が信号成分として第３部分ｐｓ３に出力される。
【００５１】
時刻ｔ６１では、信号ＴＳをＨレベルにしてトランジスタＭ８を導通状態にすることにより、第２部分ｐｓ２からの出力電圧が容量ＣＳに保持される。即ち、容量ＣＳの電圧は、第２部分ｐｓ２の出力電圧（トランジスタＭ７のゲート電圧に応じた電圧）になる。
【００５２】
時刻ｔ６２では、時刻ｔ６１でサンプリングを開始したので、放射線の照射開始を許可する信号をノンアクティブレベルにする（禁止状態にする）。
【００５３】
時刻ｔ６３では、信号ＴＳをＬレベルにしてトランジスタＭ８を非導通状態にすることにより、第２部分ｐｓ２の出力電圧が容量ＣＳに固定される。
【００５４】
即ち、時刻ｔ６０〜ｔ６３では、画素２０で生じた電荷量に応じた信号レベルが、容量ＣＳに保持される。
【００５５】
時刻ｔ６４では、信号ＰＲＥＳをＨレベルにして、リセット用のトランジスタＭ２を導通状態にし、ＦＤ容量ＣＦＤ（及びＣＦＤ’）の電圧をリセットして基準電圧ＶＲＥＳにすると共に、端子ｎ１の電圧も時刻ｔ５２と同じ状態になる。
【００５６】
時刻ｔ６５では、信号ＰＣＬをＨレベルにしてトランジスタＭ５を導通状態にすることにより、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。
【００５７】
時刻ｔ６６では、信号ＰＲＥＳをＬレベルにしてトランジスタＭ２を非導通状態にすることにより、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後のトランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。なお、低感度モードの場合は、信号ＷＩＤＥをＬレベルにしてトランジスタＭ１を非導通状態にすることにより、容量ＣＦＤ’はリセット直後の電圧で固定されうる。
【００５８】
時刻ｔ６７では、信号ＴＮをＨレベルにしてトランジスタＭ１４を導通状態にすることにより、容量ＣＮの電圧は、トランジスタＭ７のゲート電圧が基準電圧ＶＣＬのときの第２部分ｐｓ２の出力電圧になる。
【００５９】
時刻ｔ６８では、信号ＴＮをＬレベルにしてトランジスタＭ１４を非導通状態にすることにより、容量ＣＮの電圧が固定される。
【００６０】
即ち、時刻ｔ６４〜ｔ６８では、第２部分ｐｓ２の回路構成に依存する熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつき等の固定パターンノイズに相当するノイズレベルが容量ＣＮに保持される。
【００６１】
最後に、時刻ｔ６９では信号ＰＣＬをＬレベルにしてトランジスタＭ５を非導通状態にし、時刻ｔ７０では、イネーブル信号ＥＮをＬレベルにしてトランジスタＭ３及びＭ６を非導通状態（トランジスタＭ４及びＭ７を非動作状態）にする。
【００６２】
以上のようにして、サンプリング駆動ＳＤの一連の動作が終了する。即ち、サンプリング駆動ＳＤでは、画素２０の電荷量に応じた信号レベル（Ｓ信号）が容量ＣＳに保持されると共に、第２部分ｐｓ２に起因する固定パターンノイズに相当するノイズレベル（Ｎ信号）が容量ＣＮに保持される。
【００６３】
図７は、図６の（Ａ）に例示されたタイミングチャートを簡略化したものと、該タイミングチャートに従う駆動方法により得られた画素信号の画素値と、該画素値を演算処理して得られた結果とを説明するための図である。画素値は、単一の画素２０から得られた画素信号のデジタル値であり、説明の容易化のため、ここでは単一の画素２０に着目して述べるが、他の複数の画素２０についても、それぞれ、同様の手順で画素値が得られ且つ演算処理が為される。即ち、以下の演算処理は、画像データを構成する画素信号の群の個々について為される。
【００６４】
前述のとおり、放射線の強度（単位時間あたりの照射量）は、フォトンカウンティング方式では比較的低く設定されうる。ここでは説明の容易化のため、１フレーム分の画像データを取得する間において、１つの画素２０に１つのフォトンが入射するか、及び、該１つの画素２０にフォトンが１つも入射しないか、のいずれかが生じる場合を考える。即ち、以下の説明において、１フレーム分の画像データを取得している期間に、１つの画素２０に２以上のフォトンが入射することはないものとする。
【００６５】
放射線の照射が開始されたことに応じてリセット駆動ＲＤを終了し、その後、放射線が照射されている間（或いは、該照射が終了されたことが検知されるまで）、本例では、Ｎ個のフレームが得られる。図中において、第ｋフレームを取得する期間を「期間Ｔｆ（ｋ）」と示し（ｋ＝１〜Ｎ）、期間Ｔｆ（ｋ）におけるサンプリング駆動ＳＤ及び読出動作ＲＯをそれぞれ「ＳＤ（ｋ）」及び「ＲＯ（ｋ）」と示す。
【００６６】
本例では、期間Ｔｆ（１）では、画素２０にフォトンは入射せず（画素２０ではフォトンが検知されず）、したがって、そのときの画素値Ｘ（１）は初期値（例えば０）のままとなる。期間Ｔｆ（２）では、画素２０に１つのフォトンが入射し、それに伴い、そのときの画素値Ｘ（２）はＸ（１）から増加する。この増加量は、該入射した１つのフォトンのエネルギー量に相当する。期間Ｔｆ（３）では、画素２０にフォトンは入射せず、そのときの画素値Ｘ（３）は、画素値Ｘ（２）と同じ値のままである。期間Ｔｆ（４）では、画素２０に１つのフォトンが入射し、それに伴い、そのときの画素値Ｘ（４）はＸ（３）から増加する。この増加量は、該入射した１つのフォトンのエネルギー量に相当する。
【００６７】
即ち、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０に１つのフォトンが入射した場合、該入射した１つのフォトンのエネルギー量に相当する量を画素値Ｘ（ｋ−１）に加えた値が、画素値Ｘ（ｋ）として得られる。一方、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０にフォトンが入射しなかった場合、Ｘ（ｋ）＝Ｘ（ｋ−１）となる。
【００６８】
図中の演算結果は、連続する２フレーム間での画素値の差を算出した結果を示し、例えば、期間Ｔｆ（ｋ）において得られる差をΔＸ（ｋ）とすると、ΔＸ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−１）で与えられる。ΔＸ（ｋ）は、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０に入射した１つのフォトンのエネルギー量に相当する。
【００６９】
図８は、上記演算結果をフレームごとにまとめたグラフを示しており、横軸を、フレームの番号（ｋ＝１〜Ｎ）とし、縦軸を、演算結果の値（即ち、画素値の差ΔＸ（ｋ））とする。例えば、差ΔＸ（ｋ）に基づいて、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０に入射したフォトンのエネルギー量が算出される。なお、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０にフォトンが入射しなかった場合、差ΔＸ（ｋ）＝０となる。
【００７０】
図中には、フォトンのエネルギー量を算出するための基準値である閾値Ｅｔｈ（１）及びＥｔｈ（２）を合わせて示している。ある実施形態では、差ΔＸ（ｋ）が閾値Ｅｔｈ（１）より小さい場合には、これはノイズ（例えばシステムノイズ等）であるものとして採用されなくてもよい。例えば、ノイズに起因するばらつきにおける標準偏差σを用いて閾値Ｅｔｈ（１）を４σに設定し、それによりノイズを除去してもよい。閾値Ｅｔｈ（１）は、例えば、ノイズの除去の他、放射線の散乱成分の除去等のために用いられてもよい。
【００７１】
また、差ΔＸ（ｋ）が閾値Ｅｔｈ（２）より大きい場合には、これはイレギュラーなフォトンが入射したことに起因するものとして採用されなくてもよい。なお、該イレギュラーなフォトンは、例えば、宇宙線等の入射、シンチレータ１０５により光に変換されなかったフォトンの入射（いわゆるダイレクトヒット）等、検知対象外のフォトンを含みうる。
【００７２】
他の実施形態では、差ΔＸ（１）〜ΔＸ（Ｎ）のうち、Ｅｔｈ（１）からＥｔｈ（２）までの範囲内のものについて採用され、該範囲外のものについては採用されなくてもよい。さらに他の実施形態では、３以上の閾値Ｅｔｈが設けられてもよく、各閾値Ｅｔｈと差ΔＸ（ｋ）とを比較することにより、フォトンを弁別することが可能になり、例えば、フォトンが通過した被検体の材料の識別等を行うことが可能になる。
【００７３】
２フレーム間の差ΔＸ（ｋ）の算出は、例えば、処理部１０３に包含される演算部１０３ａ（図１参照）によって為され得、また、差ΔＸ（ｋ）に基づくフォトンのエネルギー量の算出は、例えば、処理部１０３に包含される演算部１０３ｂによって為されうる。図１には、これらの演算処理が演算部１０３ａ及び１０３ｂによってそれぞれ実現される構成を例示したが、これらは単一の手段によって実現されてもよい。
【００７４】
図９は、以上の手順で演算処理が為された複数の画像データに基づいて１つの放射線画像用のデータを生成する態様を示す概念図である。即ち、該複数の画像データは、１つの放射線画像用のデータに合成される（以下において、該放射線画像用のデータを「合成データ」という場合がある。）。
【００７５】
各画像データにおける白いドットは、上述の演算処理で算出された差ΔＸ（ｋ）（即ち、期間Ｔｆ（ｋ）において画素２０にフォトンが入射したことに伴う信号成分であって該フォトンのエネルギー量に基づく信号成分）に相当する。例えば、差ΔＸ（ｋ）が大きいほど（即ち、フォトンのエネルギー量が大きいほど）、図中のドットの輝度は大きくなる。一方、白いドットが付されていない黒い領域は、差ΔＸ（ｋ）＝０（即ち、期間Ｔｆ（ｋ）においてフォトンが入射しなかった領域）を示す。
【００７６】
ここで、例えば、ある画素２０に着目した場合において、差ΔＸ（ｋ）に基づいて算出されたエネルギー量をＥ（ｋ）としたとき、その画素２０に入射した全てのフォトンのエネルギー量の合計値は、Σ｛Ｅ（ｋ）｝（ｋ＝１〜Ｎ）と表せる。また、その画素２０に入射したフォトンの数をｄとすると（１≦ｄ≦Ｎを満たす整数）、その画素２０に入射したフォトンの平均エネルギー量ＥＡＶＧは、ＥＡＶＧ＝Σ｛Ｅ（ｋ）｝／ｄである。なお、その画素２０にフォトンが１つも入射していない場合（ｄ＝０の場合）、実質的にＥＡＶＧ＝０である。
【００７７】
上記平均エネルギー量ＥＡＶＧの算出は、複数の画素のそれぞれについて為され、該算出の結果に基づいて合成データが生成されうる。なお、本実施形態では、平均エネルギー量ＥＡＶＧを用いて合成データを生成したが、他の例では、それらの統計値（平均値の他、中央値、最頻値等）が用いられてもよいし、上述の合計値Σ｛Ｅ（ｋ）｝がそのまま用いられてもよい。
【００７８】
本実施形態によると、例えば、サンプリング駆動ＳＤに要する時間は１［ｍｓｅｃ］程度であり、読出動作ＲＯに要する時間（１行あたりに要する時間を１０［μｓｅｃ］としたときに約１０００行に要する時間）は１０［ｍｓｅｃ］程度である。よって、１フレーム分の画像データを取得するのに要する時間は１１［ｍｓｅｃ］程度であり、即ち、フレームレートは約９０［ＦＰＳ］（１秒で９０フレームが得られる駆動速度）となる。
【００７９】
図１０は、参考例として、複数フレームの画像データを取得する間（あるフレームの画像データを取得した後かつその次のフレームの画像データを取得する前）に補正用データを取得する場合のタイミングチャートを、図７と対比できるように示している。補正用データは、放射線を照射していない状態で得られる画像データ（即ち、信号成分を実質的に含まない画像データ）であり、オフセットデータ、暗画像データ、ＦＰＮ（固定パターンノイズ）データ等とも称されうる。
【００８０】
参考例によると、あるフレームの画像データを取得した後、その直後（又は、直前でもよい。）に取得した補正用データを用いて該画像データを補正する。該補正は、画像データと補正用データとの差を取得することにより為される。より具体的には、画像データを構成する複数の画素信号と、補正用データを構成する複数の画素信号との間の個々の信号値の差を取得することにより為される。該補正を行うことにより、複数フレームの画像データを取得する間に生じた温度変化に起因するノイズ（例えば、画像においてアーチファクトやムラの原因となりうるノイズ）を適切に除去することが可能である。該補正は、処理部１０３で為されればよい。
【００８１】
参考例によると、リセット駆動ＲＤ、放射線を受けて各画素２０に電荷を蓄積させる蓄積動作ＡＣＣ、サンプリング駆動ＳＤおよび読出動作ＲＯを順に行うことにより、１フレーム分の画像データを取得する。この一連の動作を行う期間を図中において「期間ＴＡ１」と示す。期間ＴＡ１の後、同様の動作を、放射線が照射されていない状態で行い、即ち、別途、リセット駆動ＲＤ、蓄積動作ＡＣＣ、サンプリング駆動ＳＤおよび読出動作ＲＯを順に行うことにより、補正用データを取得する。この一連の動作を行う期間を図中において「期間ＴＡ２」と示す。上記期間ＴＡ１および期間ＴＡ２をまとめて「期間ＴＡ」とする。即ち、単一の期間ＴＡで、補正された１フレーム分の画像データが得られる。
【００８２】
しかし、参考例によると、補正された１フレーム分の画像データを取得するのに、期間ＴＡ１で得られる画像データと、期間ＴＡ２で得られる補正用データとの２フレーム分のデータが必要になるため、撮影時間が長くなってしまう。そのため、参考例でのフレームレートは２０［ＦＰＳ］程度になってしまう。例えば、図９の合成データを生成するのに４０００フレーム分の補正された画像データを要するとした場合、２０［ＦＰＳ］のフレームレートの下では、２００秒もの時間がかかってしまう。また、参考例によると、１つの合成データを取得するのに、放射線の照射と非照射とを繰り返す必要があり、各ユニットの制御が複雑になってしまう。
【００８３】
これに対して、本実施形態によると、あるサンプリング駆動ＳＤから次のサンプリング駆動ＳＤまでの時間が上述の蓄積動作ＡＣＣの時間に対応し、蓄積動作ＡＣＣを別途設ける必要がなく、また、リセット駆動ＲＤも行わない。その結果、本実施形態によると、４０００フレーム分の画像データを約９０［ＦＰＳ］のフレームレートで取得することが可能となり、参考例に比べて撮影時間を約５分の１にすることができる。よって、本実施形態によると、画像の品質を維持しながら撮影時間を短くするのに有利である。
【００８４】
また、本実施形態によると、２フレーム間の差を算出する際に、それらが有しうるノイズ（互いに略等しい量のノイズ）がキャンセルされるため、上記補正用データを別途取得する必要がなく、即ち、放射線の照射と非照射とを繰り返す必要がない。よって、本実施形態によると、各ユニットの制御も上記参考例に比べて容易である。
【００８５】
以上では、本発明に係る実施形態をその変形例と共に例示したが、本発明は、例示された態様に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
【００８６】
本発明は、実施形態の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、該システム又は装置のコンピュータにおける１以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理により実現されてもよい。例えば、本発明は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によって実現されてもよい。なお、記憶媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等を含みうる。
【符号の説明】
【００８７】
１００：撮像システム、１０３：プロセッサ、１０４：撮像部、１０６：画素アレイ、２０：画素。
【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】
0006700828.tif 000008
【図８】
0006700828.tif 000009
【図９】
0006700828.tif 000010
【図１０】
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