平面型Ｘ線センサ
【課題】内部駆動タイミングと外部基準クロックとを整合させる。
【解決手段】Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサの内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路５０に、ＰＬＬ構成の基準クロック生成回路５１を備える。基準クロック生成回路５１は、電圧制御発振器６２と分周回路６３と位相比較回路６１とを備える。電圧制御発振器６２は、たとえば水晶発振器を用いて、内部基準クロックを生成する。分周回路６３は、内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する。位相比較回路６１は、外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を電圧制御発振器６２に入力する。
【解決手段】Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサの内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路５０に、ＰＬＬ構成の基準クロック生成回路５１を備える。基準クロック生成回路５１は、電圧制御発振器６２と分周回路６３と位相比較回路６１とを備える。電圧制御発振器６２は、たとえば水晶発振器を用いて、内部基準クロックを生成する。分周回路６３は、内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する。位相比較回路６１は、外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を電圧制御発振器６２に入力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、平面型Ｘ線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
入射されたＸ線を光に変換し、その光を平面にアレイ状に配置された光電変換素子を用いて、電気信号として取り出すことによりＸ線撮影像をリアルタイムのデジタル信号として出力させる平面状に光電変換素子を配列した光電変換素子アレイを用いた固体検出器が開発されている。平面状の固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも優れている。
【０００３】
この固体検出器は、たとえばＸ線発生装置などからなる外部装置ともに用いられる。一般に、Ｘ線発生装置などからなる外部装置は、外部基準クロックに基づいてＸ線を発生させる信号を生成し、Ｘ線を照射する。光電変換素子アレイは、照射されたＸ線のうち被写体を経由して入射したＸ線量を、電荷に変換し電気信号として取り出す。外部装置は外部基準クロックを平面型Ｘ線センサにも伝達するが、光電変換素子アレイを用いた平面型Ｘ線センサは、通常、内部のクロック生成回路によって一定の周波数の内部基準クロックを生成し、そのクロックを分周することによって内部の動作のタイミングを決める駆動信号を生成する。
【０００４】
外部装置は、測定する対象物や測定内容によって外部基準クロックを変化させて、同期周波数を変更する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５２５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平面型Ｘ線センサにおいて画像はデジタル信号であり、一般に、平面型Ｘ線センサは内部で作成される特定の周波数で与えられるタイミング信号を基準として動作している。このため、その動作をＸ線発生装置などの外部装置から伝達される外部基準クロックに完全にあわせることはできず、内部のタイミングとずれが発生する。その結果、画像に乱れが発生する可能性がある。
【０００７】
たとえば内部の読出動作と外部の同期信号が一致した際には、読み出しを一周期分禁止するなどの対応を行う。平面センサに配置された光電変換素子にはリーク電荷が存在するため、内部の読み出しを一周期分停めるとリーク電荷が画像信号に漏れることによって、輝度レベルが変動したり、画像むらが発生するなどの問題が発生してしまう。
【０００８】
そこで各実施形態は、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため実施形態による平面型Ｘ線センサは、Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、内部基準クロックを生成する電圧制御発振器と、前記内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する分周回路と、前記外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を前記電圧制御発振器に入力する位相比較回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、実施形態による平面型Ｘ線センサは、Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と、前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と、前記固定クロックを前記分周比で分周して内部基準クロックを生成する分周回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【図２】第１実施形態によるＸ線撮像システムのブロック図である。
【図３】第１実施形態による光電変換素子アレイの模式的斜視図である。
【図４】第１実施形態による光電変換素子アレイの等価回路図である。
【図５】第１実施形態におけるタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】第１実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】第２実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【図９】第２実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１０】第２実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図１１】第２実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、いくつかの実施形態によるＸ線平面センサを、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
［第１実施形態］
図２は、第１実施形態によるＸ線撮像システムのブロック図である。
【００１４】
Ｘ線撮像システムは、Ｘ線発生装置１０と平面型Ｘ線センサ２０とを有している。Ｘ線発生装置１０は、外部基準クロック発生器１１とＸ線発生器１２とを有している。外部基準クロック発生器１１は、外部基準クロックを発生する。外部基準クロックは、Ｘ線発生器１２がＸ線を発生するタイミングの基準となる。外部基準クロックは、パルス状の信号として伝達される。Ｘ線発生器１２は、外部基準クロックに基づく所定の周期でＸ線１３を発生する。たとえば、Ｘ線発生器１２は、外部基準クロックの１周期毎にＸ線を発生する。
【００１５】
平面型Ｘ線センサ２０は、光電変換素子アレイ３０、ゲート駆動回路２２、読出回路２３、駆動制御回路２４、画像記憶・転送回路２５および内部駆動信号生成回路５０を有している。
【００１６】
光電変換素子アレイ３０には、患者などの撮像対象１４を透過したＸ線１３が入射する。光電変換素子アレイ３０は、入射したＸ線１３の線量を電荷に変換して電気信号として出力する。
【００１７】
ゲート駆動回路２２は、光電変換素子アレイ３０にゲート駆動信号を与える。読出回路２３は、入射したＸ線１３の線量を電荷に変換した電気信号を光電変換素子アレイ３０から読み出す。
【００１８】
内部駆動信号生成回路５０は、光電変換素子アレイ３０に蓄えられた電気信号を取り出すために、Ｘ線発生装置１０から与えられた外部基準クロックから内部の駆動タイミング信号を生成する。より具体的には、内部駆動信号生成回路５０は、外部基準クロック発生器１１から外部基準クロックの信号を受信して駆動タイミング信号を生成し、駆動制御回路２４に与える。
【００１９】
駆動制御回路２４は、内部駆動信号生成回路５０で生成された駆動タイミング信号に従って光電変換素子アレイ３０を駆動する。より具体的には、駆動制御回路２４は、駆動タイミング信号に従ってゲート駆動回路２２および読出回路２３を制御する。画像記憶・転送回路２５は、読出回路２３が読み出した電気信号を記憶し、外部に転送する。
【００２０】
図３は、本実施形態による光電変換素子アレイの模式的斜視図である。図４は、本実施形態による光電変換素子アレイの等価回路図である。
【００２１】
光電変換素子アレイ３０は、アレイ基板３１とシンチレータ膜３２とを有している。アレイ基板３１は、ガラス基板３３を有している。ガラス基板３３の表面には、複数の微細な画素３４が正方格子状に配列されている。それぞれの画素３４は、薄膜トランジスタ３５とフォトダイオード３６とを有している。また、ガラス基板３３の表面には、画素３４が配列された正方格子の行と同数のゲートライン３７が各画素３４の間を延びている。さらに、ガラス基板３３の表面には、画素３４が配列された正方格子の列の数と同数のデータライン３８が各画素３４の間を延びている。
【００２２】
シンチレータ膜３２は、アレイ基板３１の画素３４が配列された領域の表面に形成されている。シンチレータ膜３２は、Ｘ線１３が入射すると可視光領域の蛍光を発生する。発生した蛍光は、アレイ基板３１の表面に到達する。
【００２３】
アレイ基板３１は、シンチレータ膜３２で発生した蛍光を受光して電気信号を発生する。その結果、入射したＸ線によってシンチレータ膜３２で発生した可視光像は、電気信号で表現された画像情報に変換される。
【００２４】
それぞれのフォトダイオード３６は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ３５を介してゲートライン３７およびデータライン３８に接続されている。また、それぞれのフォトダイオード３６には、蓄積キャパシタ３９が並列に接続されている。
【００２５】
フォトダイオード３６およびそれに並列に接続された蓄積キャパシタ３９は、薄膜トランジスタ３５のドレイン・ソース電極を介してデータライン３８に接続されている。薄膜トランジスタ３５のゲート電極は、ゲートライン３７に接続されている。
【００２６】
配列の同じ行に位置する画素３４の薄膜トランジスタ３５のゲート電極は、同一のゲートライン３７に接続されている。配列の同じ列に位置する画素３４のフォトダイオード３６および蓄積キャパシタ３９は、薄膜トランジスタ３５を介して同一のデータライン３８に接続されている。各薄膜トランジスタ３５は、フォトダイオード３６への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。
【００２７】
光電変換素子アレイ３０は、平面構造のため２次元的に走査する必要がある。ゲート駆動回路２２は、２次元配列された画素３４の横方向の１行を選択し、その１行に対応するゲートライン３７に薄膜トランジスタ３５をＯＮの状態にするパルス状の信号を与える。ゲート駆動回路２２が選択するラインを縦方向に順次切り替えて、すべての行選択を走査することにより、平面すべてが選択される。また、読出回路２３は、ゲート駆動回路２２によって選択された１行内で、横方向に信号を走査して読み出すための回路である。
【００２８】
このように、ゲート駆動回路２２による行選択と、読出回路２３による１行内の信号読出を繰り返すことにより、平面すべての画素３４の信号を読み出すことができる。画像記憶・転送回路２５は、順次読み出された電気信号を一時的に記録し、画像処理、画像表示に適したデータに並び替え、転送する。これらの動作により、被写体を透過したＸ線信号を電気信号の強弱の２次元データとして取り込むことができる。
【００２９】
なお、図３および図４において、画素は５行５列あるいは４行４列分しか記載していないが、実際にはもっと多く、解像度、撮像面積に応じて必要な画素が形成されている。
【００３０】
図１は、本実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【００３１】
内部駆動信号生成回路５０は、基準クロック生成回路５１、分周・位相制御回路５２および内部同期信号生成回路５３を有している。基準クロック生成回路５１は、位相比較回路６１と電圧制御発振器６２と分周回路６３とを有している。電圧制御発振器６２は、高い精度で発振する水晶発振子を用いた電圧制御発振器（ＶＣｘＯ）であることが望ましい。
【００３２】
基準クロック生成回路５１は、いわゆる位相同期回路（ＰＬＬ）であり、外部基準クロック発生器１１が生成した外部基準クロックと位相のそろった内部基準クロックを生成する。内部基準クロックは、たとえば１５ＭＨｚである。したがって、内部基準クロックの周期は６７ｎｓｅｃである。
【００３３】
外部基準クロックは、パルス状の信号として、位相比較回路６１に入力される。位相比較回路６１の出力は、電圧制御発振器６２に入力される。電圧制御発振器６２の出力信号は、分周・位相制御回路に伝達されるとともに、分周回路６３に伝達される。分周回路６３は、電圧制御発振器６２の出力信号をあらかじめ定められた分周比で分周する。分周回路６３から出力される分周クロックは、位相比較回路６１に入力される。位相比較回路６１は、外部基準クロックおよび分周クロックの位相を比較し、位相差を出力し、電圧制御発振器６２に入力する。このようにして電圧制御発振器６２は、内部基準クロックを生成する。
【００３４】
内部同期信号生成回路５３は、分周回路６３から内部基準クロックを分周したクロック信号を受け取り、内部同期信号を生成する。分周・位相制御回路５２は、内部同期信号生成回路５３から内部同期信号を受信し、また、電圧制御発振器６２から内部基準クロックを受信して、スタートパルスを生成する。分周・位相制御回路５２が生成するスタートパルスは、駆動制御回路２４に与えられる。駆動制御回路２４は、スタートパルスを受け取ると処理を開始する。つまり、スタートパルスは、駆動制御回路２４による処理の開始のタイミングを示す内部駆動信号である。
【００３５】
図５は、本実施形態におけるタイミングチャートである。図６は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。図７は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【００３６】
図５に示すように、本実施形態によれば、分周回路６３が生成する内部分周クロックは、外部基準クロックと位相のそろったものとなる。この内部分周クロックが外部基準クロックと周波数がずれたりして、位相がずれてしまった場合には、位相比較回路Ｘがその位相差を検出し、位相差を電圧値に変換する。この位相差が変換された電圧によって電圧制御発振器Ｘが制御される。
【００３７】
図６に示すように、内部分周クロックが外部基準クロックの位相に対して進んだ場合、すなわち、内部分周クロックの周波数が外部基準クロックの周波数に比べて高い場合には、電圧制御発振器Ｘの発振周波数を下げる方向に制御される。つまり、この場合には、内部分周クロックと外部基準クロックの位相を比較した後の内部基準クロックの周期ｔ２は、位相比較前の内部分周クロックの周期ｔ１よりも長くなるように制御される。
【００３８】
逆に、内部分周クロックが外部基準クロックの位相に対して遅れた場合、すなわち、内部分周クロックの周波数が外部基準クロックの周波数に比べて低い場合には、電圧制御発振器Ｘの発振周波数を上げる方向に制御される。つまり、この場合には、内部分周クロックと外部基準クロックの位相を比較した後の内部基準クロックの周期ｔ３は、位相比較前の内部分周クロックの周期ｔ１よりも長くなるように制御される。
【００３９】
これらの制御によって、外部基準クロックと内部分周クロックとは完全に周波数および位相が一致する。１秒間に６０フレームの動画を撮影する場合には、撮像間隔は約１７ｍｓｅｃである。しかし、本実施形態のようにＰＬＬ回路によって周波数を追従させる場合、周波数の追従に要する時間はこの撮像間隔に比べて非常に小さいため、次の撮像までの間に周波数は追従する。さらに、一旦、外部基準クロックと内部分周クロックとが同期した後には、同期した状態からの変化にのみ追従すればよいため、より速く同期することになる。
【００４０】
このように、本実施形態の平面型Ｘ線センサ２０においては、外部基準クロックと内部分周クロックを一致させるために、内部駆動信号発生回路５０内の基準基準クロックを生成する回路で生成するクロックの周波数を固定ではなく、可変としている。内部基準クロックを、外部基準クロックにあわせて可変とすることで外部基準クロックと内部動作の基準となる内部分周クロックの周波数および位相を一致させることができる。
【００４１】
外部基準クロックとは無関係に特定の周波数のクロックを発振して内部基準クロックを生成し、内部同期信号もそのクロックを分周して生成すると、外部基準クロックと内部同期信号との位相を完全に一致させることはできない。つまり、外部基準クロックと内部の処理クロックは非同期の関係となる。この場合、以下のような問題が生じる。
【００４２】
Ｘ線発生装置１０と平面型Ｘ線センサ２０とが非同期に動作する場合、外部基準クロックは、平面型Ｘ線センサ２０の処理クロックとは非同期に入力されることになる。動画を撮像する場合は、通常、外部基準クロックは一定の周波数で入力され、平面型Ｘ線センサ２０も外部基準クロックに合わせて動作する。
【００４３】
平面型Ｘ線センサ２０の動作期間（内部処理の期間）は、Ｘ線からの透過線による電荷を取り込む信号蓄積期間と、受け取った電荷を外部装置に転送するための信号処理・転送期間とに分けられる。信号蓄積期間は、内部基準クロックを分周することによって得られるＸ線の電荷蓄積を決める期間である。このため、信号蓄積期間の長さが変わると蓄積される電荷量も変わってしまう。また、信号処理・転送期間も、処理に所定の時間が必要である。したがって、信号蓄積期間および信号処理・転送期間を動画のフレーム毎に変えることはできない。つまり、内部処理の期間は、いずれのフレームでも実質的に一定である。
【００４４】
そこで、外部基準クロックによって、これらの動作の開始タイミングを設定し、一定期間を確保することで、外部基準クロックに追従させる方法がある。この方法では、信号蓄積期間と信号処理・転送期間の和が外部基準クロックの周期より十分短い場合は、待機時間を設けることによって同期をとることができる。逆に、信号蓄期間と信号処理・転送期間の和が、外部基準クロックの周期より長い場合は、たとえば外部基準クロックの２周期毎に１回の信号蓄積および信号処理・転送をするなど、外部基準クロックを間引くことにより、外部基準クロックと同期をとって平面型Ｘ線センサを動作させることができる。
【００４５】
しかし、外部基準クロックと内部分周クロックがほぼ同じ周期になり内部基準クロックの１周期内の差しかない場合や、外部基準クロックの周期が、信号蓄積時間と信号処理・転送時間の和の周期が整数倍になる場合には、内部処理が外部基準クロックの周期に間に合う場合と間に合わない場合が発生する。間に合う場合には、外部装置から伝達される次の同期信号で次の処理に移ることができるが、間に合わない場合には、次の外部基準クロック１周期分は処理をせず、その次の同期信号で動作が開始することになる。すなわち、同期信号に追従できない期間が発生し、特定のタイミングで１フレーム抜けることになる。
【００４６】
つまり、外部基準クロックの周期と内部処理の周期がほぼ一致してしまう場合や外部同期信号が内部処理周期のほぼ整数倍になってしまう場合の問題点は、内部基準クロックの１クロックの期間内で同期ずれが発生するために、固定周期の内部基準クロックでは制御できないことにある。内部基準クロックを分周して作成される内部同期と外部同期では内部クロック１クロックの期間内のずれが発生するため、同期周波数がほぼ一致する場合には、１周期毎、外部基準クロックの周期が内部分周クロックの周期のＮ倍の場合には、Ｎ回の同期ごとに処理が間に合わない期間が発生してしまう。
【００４７】
平面センサ内の光電変換素子には、電荷が蓄積される。この電荷は、読み出す必要があるため、ＴＦＴ構造の素子に接続されている。しかし、ＴＦＴ構造の半導体を通して電荷が少しずつリークしてしまい、隣接画素や信号線へ電荷が移動してしまう症状が発生する。リーク量は、画素から読み出しをしない場合に発生し、画素によって特性が異なるため、読み出しを行わない時間差が大きいほどリークによる影響が大きくなる。その結果、内部処理が外部基準クロックに追従できない期間が発生した場合、その間でのリーク電荷の影響により、周期内に読み出せる場合と読み出し電荷量が変化し画像輝度が一定にならないという問題が発生する。結果として、特定の周期で動画の画像輝度が揺れる症状となってしまう。
【００４８】
しかし、本実施形態では、内部基準クロックを生成する基準クロック生成回路５１は、ＰＬＬ構成をとり、内部基準クロックは電圧制御発振器６２により生成される。内部基準クロックは、分周回路６３で分周され、外部基準クロックとほぼ同じ周波数の内部分周クロックが生成される。この際、分周回路６３の分周比は、外部基準クロックの周期にあわせて電圧制御発振器６２の発振範囲を超えないように制御される。
【００４９】
その結果、外部基準クロックと内部分周クロックのタイミングが一致し、平面型Ｘ線センサ２０における処理を開始するタイミング信号であるスタートパルスは、外部基準クロックに対応したタイミングとなる。このように本実施形態によれば、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることができる。
【００５０】
したがって、外部基準クロックのある特定期間に平面型Ｘ線センサ２０が処理できない状況が発生する可能性は極めて小さくなる。動画を撮影している場合には、特定のタイミングで１フレーム抜けてしまう可能性が極めて小さくなる。また、画素３４からのリーク電荷の影響を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、Ｘ線発生装置１０などの外部装置と平面型Ｘ線センサとで同一の基準クロックを用いなくても、フリッカやむらの無い画像を得ることができる。したがって、平面型Ｘ線センサとＸ線発生装置などの外部装置とを独立して設計できる。このため、既存のＸ線発生装置と本実施形態の平面型Ｘ線センサとを組み合わせても、フリッカやむらの無い画像を得ることができる。
【００５２】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【００５３】
本実施形態の平面型Ｘ線センサは、第１実施形態の基準クロック生成回路５１（図１参照）の代わりに、同期追従回路５４を設けたものである。同期追従回路５４は、基準発振器７２と、周波数判定回路７１と、分周回路７３と、を有している。
【００５４】
基準発振器７２は、所定の周波数の固定クロックを生成する。基準発振器７２は、たとえば水晶発振器であって、非常に精度の高い周波数の固定クロックを生成する。周波数判定回路７１は、外部基準クロックの１周期での固定クロックのクロック数をカウントする。また、周波数判定回路７１は、カウントしたクロック数に基づいて分周比を算出する。分周回路７３は、基準発振器７２が生成した固定クロックをこの分周比で分周して内部基準クロックを生成する。
【００５５】
図９は、本実施形態におけるタイミングチャートである。図１０は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。図１１は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【００５６】
周波数判定回路７１は、次のようにして分周比を算出する。まず、外部基準クロックの１周期での固定クロックのクロック数をカウントする。次に、ここでカウントしたクロック数を、規定カウント数と比較する。ここで、この規定カウント数とは、内部処理に必要な時間を基準発振器７２が発振する固定クロックのクロック数で表したものである。
【００５７】
外部基準クロック１周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数で表した値よりも少ない場合を考える。この場合、外部基準クロックの１周期の間に内部処理が完了しないことになる。そこで、このような場合には、外部基準クロックを数パルス間引くことによって、内部処理が可能な最短周期よりも長くなるように外部基準クロックを調整する。たとえば外部基準クロックの２周期毎に、信号蓄積とその信号の読み取り・転送を行うこととする。
【００５８】
このようにして、外部基準クロック１周期あるいは所定の周期の間に内部処理が完了するように、内部処理の時間を設定しておく。つまり、外部基準クロック１周期あるいは所定の周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数よりも小さくならないようにしておく。さらに、内部分周クロックの周期を間引かれた外部基準クロックの周期と同一になるように分周比を設定する。
【００５９】
次に、外部基準クロック１周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数に比べて多い場合を考える。この場合、基準カウント数を分周比として、内部分周クロックを生成すると、その内部分周クロックの周波数は外部基準クロックの周波数よりも高くなる。したがって、外部基準クロックの１周期よりも短い時間で内部処理は完了する。そこで、内部処理の完了後、基準クロックのいくつかの周期分、次のスタートパルスを遅らせる。つまり分周比を大きくする。これにより、外部基準クロック１周期ごとに、適切に内部処理を完了することができる。
【００６０】
外部基準クロックの周期と内部処理の周期とがほぼ一致する場合や、外部基準クロックの周期が内部処理周期のほぼ整数倍する場合以外、つまり、これらの周波数が異なる場合は、周波数の差に応じて、数周期間隔で処理が間に合わないタイミングが発生する。この場合、本実施形態では、内部の基準となるクロックの周波数の調整を行わずに、駆動制御回路２４などを制御する。
【００６１】
分周回路７３は、外部基準クロックにあわせて、基準発振器７２が生成した固定クロックを分周して、内部分周クロックを生成する。この内部分周クロックが外部基準クロックと比べて遅れてしまうと、次の外部基準クロック１周期分は処理をせず、その次の同期信号で動作が開始することになる。すなわち、同期信号に追従できない期間が発生し、特定のタイミングで１フレーム抜けることになる。
【００６２】
この状態を避けるため、本実施形態では、分周回路７３のクロック分周比を必ず外部基準クロックの周期と比べて内部分周クロックの周期が小さくなるように設定する。この分周比を決定するのが、周波数判定回路７１である。
【００６３】
外部基準クロックの周期が内部処理に要する時間よりも短い場合は、同期信号を数パルス間引くことにより、処理可能な最小周期となるように外部同期信号を調整する。また、内部分周クロックの周期を間引かれた外部同期信号と同一になるように、分周比を調整する。更に、クロック１個分の差によって内部分周クロックに遅れが発生する場合は、分周比を１クロック分少なくすることにより位相遅れが無い様に随時調整を行う。この動作を継続的に行うことによって、外部同期１周期のずれをなくし、１クロック分の時間差で吸収する事ができる。
【００６４】
このように本実施形態によれば、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることができる。このときリーク電荷は、同期信号一周期分である数ミリ〜数十ミリ秒の単位から、数十ナノ秒〜数マイクロ秒に圧縮される為、無視できるレベルに低減される。
【００６５】
また、本実施形態と第１実施形態を組み合わせてもよい。この場合は、外部基準クロックと内部分周クロックの位相差が固定クロックの１クロック範囲内の違いかどうかを周波数判別回路で判断する。位相差が１クロック範囲外であれば、本実施形態の処理を行い、１クロック内であれば第１実施形態と同様の処理を行う。このような組合せで処理を行うことにより、本実施形態では発生する１クロック分のリーク電荷の影響も避けることができる。
【００６６】
［他の実施の形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…Ｘ線発生装置、１１…外部基準クロック発生器、１２…Ｘ線発生器、１３…Ｘ線、１４…撮像対象、２０…平面型Ｘ線センサ、２２…ゲート駆動回路、２３…読出回路、２４…駆動制御回路、２５…画像記憶・転送回路、３０…光電変換素子アレイ、３１…アレイ基板、３２…シンチレータ膜、３３…ガラス基板、３４…画素、３５…薄膜トランジスタ、３６…フォトダイオード、３７…ゲートライン、３８…データライン、３９…蓄積キャパシタ、５０…内部駆動信号生成回路、５１…基準クロック生成回路、５２…分周・位相制御回路、５３…内部同期信号生成回路、５４…同期追従回路、６１…位相比較回路、６２…電圧制御発振器、６３…分周回路、７１…周波数判定回路、７２…基準発振器、７３…分周回路
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、平面型Ｘ線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
入射されたＸ線を光に変換し、その光を平面にアレイ状に配置された光電変換素子を用いて、電気信号として取り出すことによりＸ線撮影像をリアルタイムのデジタル信号として出力させる平面状に光電変換素子を配列した光電変換素子アレイを用いた固体検出器が開発されている。平面状の固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも優れている。
【０００３】
この固体検出器は、たとえばＸ線発生装置などからなる外部装置ともに用いられる。一般に、Ｘ線発生装置などからなる外部装置は、外部基準クロックに基づいてＸ線を発生させる信号を生成し、Ｘ線を照射する。光電変換素子アレイは、照射されたＸ線のうち被写体を経由して入射したＸ線量を、電荷に変換し電気信号として取り出す。外部装置は外部基準クロックを平面型Ｘ線センサにも伝達するが、光電変換素子アレイを用いた平面型Ｘ線センサは、通常、内部のクロック生成回路によって一定の周波数の内部基準クロックを生成し、そのクロックを分周することによって内部の動作のタイミングを決める駆動信号を生成する。
【０００４】
外部装置は、測定する対象物や測定内容によって外部基準クロックを変化させて、同期周波数を変更する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５２５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平面型Ｘ線センサにおいて画像はデジタル信号であり、一般に、平面型Ｘ線センサは内部で作成される特定の周波数で与えられるタイミング信号を基準として動作している。このため、その動作をＸ線発生装置などの外部装置から伝達される外部基準クロックに完全にあわせることはできず、内部のタイミングとずれが発生する。その結果、画像に乱れが発生する可能性がある。
【０００７】
たとえば内部の読出動作と外部の同期信号が一致した際には、読み出しを一周期分禁止するなどの対応を行う。平面センサに配置された光電変換素子にはリーク電荷が存在するため、内部の読み出しを一周期分停めるとリーク電荷が画像信号に漏れることによって、輝度レベルが変動したり、画像むらが発生するなどの問題が発生してしまう。
【０００８】
そこで各実施形態は、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため実施形態による平面型Ｘ線センサは、Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、内部基準クロックを生成する電圧制御発振器と、前記内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する分周回路と、前記外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を前記電圧制御発振器に入力する位相比較回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、実施形態による平面型Ｘ線センサは、Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と、前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と、前記固定クロックを前記分周比で分周して内部基準クロックを生成する分周回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【図２】第１実施形態によるＸ線撮像システムのブロック図である。
【図３】第１実施形態による光電変換素子アレイの模式的斜視図である。
【図４】第１実施形態による光電変換素子アレイの等価回路図である。
【図５】第１実施形態におけるタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】第１実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】第２実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【図９】第２実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１０】第２実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【図１１】第２実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、いくつかの実施形態によるＸ線平面センサを、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
［第１実施形態］
図２は、第１実施形態によるＸ線撮像システムのブロック図である。
【００１４】
Ｘ線撮像システムは、Ｘ線発生装置１０と平面型Ｘ線センサ２０とを有している。Ｘ線発生装置１０は、外部基準クロック発生器１１とＸ線発生器１２とを有している。外部基準クロック発生器１１は、外部基準クロックを発生する。外部基準クロックは、Ｘ線発生器１２がＸ線を発生するタイミングの基準となる。外部基準クロックは、パルス状の信号として伝達される。Ｘ線発生器１２は、外部基準クロックに基づく所定の周期でＸ線１３を発生する。たとえば、Ｘ線発生器１２は、外部基準クロックの１周期毎にＸ線を発生する。
【００１５】
平面型Ｘ線センサ２０は、光電変換素子アレイ３０、ゲート駆動回路２２、読出回路２３、駆動制御回路２４、画像記憶・転送回路２５および内部駆動信号生成回路５０を有している。
【００１６】
光電変換素子アレイ３０には、患者などの撮像対象１４を透過したＸ線１３が入射する。光電変換素子アレイ３０は、入射したＸ線１３の線量を電荷に変換して電気信号として出力する。
【００１７】
ゲート駆動回路２２は、光電変換素子アレイ３０にゲート駆動信号を与える。読出回路２３は、入射したＸ線１３の線量を電荷に変換した電気信号を光電変換素子アレイ３０から読み出す。
【００１８】
内部駆動信号生成回路５０は、光電変換素子アレイ３０に蓄えられた電気信号を取り出すために、Ｘ線発生装置１０から与えられた外部基準クロックから内部の駆動タイミング信号を生成する。より具体的には、内部駆動信号生成回路５０は、外部基準クロック発生器１１から外部基準クロックの信号を受信して駆動タイミング信号を生成し、駆動制御回路２４に与える。
【００１９】
駆動制御回路２４は、内部駆動信号生成回路５０で生成された駆動タイミング信号に従って光電変換素子アレイ３０を駆動する。より具体的には、駆動制御回路２４は、駆動タイミング信号に従ってゲート駆動回路２２および読出回路２３を制御する。画像記憶・転送回路２５は、読出回路２３が読み出した電気信号を記憶し、外部に転送する。
【００２０】
図３は、本実施形態による光電変換素子アレイの模式的斜視図である。図４は、本実施形態による光電変換素子アレイの等価回路図である。
【００２１】
光電変換素子アレイ３０は、アレイ基板３１とシンチレータ膜３２とを有している。アレイ基板３１は、ガラス基板３３を有している。ガラス基板３３の表面には、複数の微細な画素３４が正方格子状に配列されている。それぞれの画素３４は、薄膜トランジスタ３５とフォトダイオード３６とを有している。また、ガラス基板３３の表面には、画素３４が配列された正方格子の行と同数のゲートライン３７が各画素３４の間を延びている。さらに、ガラス基板３３の表面には、画素３４が配列された正方格子の列の数と同数のデータライン３８が各画素３４の間を延びている。
【００２２】
シンチレータ膜３２は、アレイ基板３１の画素３４が配列された領域の表面に形成されている。シンチレータ膜３２は、Ｘ線１３が入射すると可視光領域の蛍光を発生する。発生した蛍光は、アレイ基板３１の表面に到達する。
【００２３】
アレイ基板３１は、シンチレータ膜３２で発生した蛍光を受光して電気信号を発生する。その結果、入射したＸ線によってシンチレータ膜３２で発生した可視光像は、電気信号で表現された画像情報に変換される。
【００２４】
それぞれのフォトダイオード３６は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ３５を介してゲートライン３７およびデータライン３８に接続されている。また、それぞれのフォトダイオード３６には、蓄積キャパシタ３９が並列に接続されている。
【００２５】
フォトダイオード３６およびそれに並列に接続された蓄積キャパシタ３９は、薄膜トランジスタ３５のドレイン・ソース電極を介してデータライン３８に接続されている。薄膜トランジスタ３５のゲート電極は、ゲートライン３７に接続されている。
【００２６】
配列の同じ行に位置する画素３４の薄膜トランジスタ３５のゲート電極は、同一のゲートライン３７に接続されている。配列の同じ列に位置する画素３４のフォトダイオード３６および蓄積キャパシタ３９は、薄膜トランジスタ３５を介して同一のデータライン３８に接続されている。各薄膜トランジスタ３５は、フォトダイオード３６への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。
【００２７】
光電変換素子アレイ３０は、平面構造のため２次元的に走査する必要がある。ゲート駆動回路２２は、２次元配列された画素３４の横方向の１行を選択し、その１行に対応するゲートライン３７に薄膜トランジスタ３５をＯＮの状態にするパルス状の信号を与える。ゲート駆動回路２２が選択するラインを縦方向に順次切り替えて、すべての行選択を走査することにより、平面すべてが選択される。また、読出回路２３は、ゲート駆動回路２２によって選択された１行内で、横方向に信号を走査して読み出すための回路である。
【００２８】
このように、ゲート駆動回路２２による行選択と、読出回路２３による１行内の信号読出を繰り返すことにより、平面すべての画素３４の信号を読み出すことができる。画像記憶・転送回路２５は、順次読み出された電気信号を一時的に記録し、画像処理、画像表示に適したデータに並び替え、転送する。これらの動作により、被写体を透過したＸ線信号を電気信号の強弱の２次元データとして取り込むことができる。
【００２９】
なお、図３および図４において、画素は５行５列あるいは４行４列分しか記載していないが、実際にはもっと多く、解像度、撮像面積に応じて必要な画素が形成されている。
【００３０】
図１は、本実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【００３１】
内部駆動信号生成回路５０は、基準クロック生成回路５１、分周・位相制御回路５２および内部同期信号生成回路５３を有している。基準クロック生成回路５１は、位相比較回路６１と電圧制御発振器６２と分周回路６３とを有している。電圧制御発振器６２は、高い精度で発振する水晶発振子を用いた電圧制御発振器（ＶＣｘＯ）であることが望ましい。
【００３２】
基準クロック生成回路５１は、いわゆる位相同期回路（ＰＬＬ）であり、外部基準クロック発生器１１が生成した外部基準クロックと位相のそろった内部基準クロックを生成する。内部基準クロックは、たとえば１５ＭＨｚである。したがって、内部基準クロックの周期は６７ｎｓｅｃである。
【００３３】
外部基準クロックは、パルス状の信号として、位相比較回路６１に入力される。位相比較回路６１の出力は、電圧制御発振器６２に入力される。電圧制御発振器６２の出力信号は、分周・位相制御回路に伝達されるとともに、分周回路６３に伝達される。分周回路６３は、電圧制御発振器６２の出力信号をあらかじめ定められた分周比で分周する。分周回路６３から出力される分周クロックは、位相比較回路６１に入力される。位相比較回路６１は、外部基準クロックおよび分周クロックの位相を比較し、位相差を出力し、電圧制御発振器６２に入力する。このようにして電圧制御発振器６２は、内部基準クロックを生成する。
【００３４】
内部同期信号生成回路５３は、分周回路６３から内部基準クロックを分周したクロック信号を受け取り、内部同期信号を生成する。分周・位相制御回路５２は、内部同期信号生成回路５３から内部同期信号を受信し、また、電圧制御発振器６２から内部基準クロックを受信して、スタートパルスを生成する。分周・位相制御回路５２が生成するスタートパルスは、駆動制御回路２４に与えられる。駆動制御回路２４は、スタートパルスを受け取ると処理を開始する。つまり、スタートパルスは、駆動制御回路２４による処理の開始のタイミングを示す内部駆動信号である。
【００３５】
図５は、本実施形態におけるタイミングチャートである。図６は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。図７は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。
【００３６】
図５に示すように、本実施形態によれば、分周回路６３が生成する内部分周クロックは、外部基準クロックと位相のそろったものとなる。この内部分周クロックが外部基準クロックと周波数がずれたりして、位相がずれてしまった場合には、位相比較回路Ｘがその位相差を検出し、位相差を電圧値に変換する。この位相差が変換された電圧によって電圧制御発振器Ｘが制御される。
【００３７】
図６に示すように、内部分周クロックが外部基準クロックの位相に対して進んだ場合、すなわち、内部分周クロックの周波数が外部基準クロックの周波数に比べて高い場合には、電圧制御発振器Ｘの発振周波数を下げる方向に制御される。つまり、この場合には、内部分周クロックと外部基準クロックの位相を比較した後の内部基準クロックの周期ｔ２は、位相比較前の内部分周クロックの周期ｔ１よりも長くなるように制御される。
【００３８】
逆に、内部分周クロックが外部基準クロックの位相に対して遅れた場合、すなわち、内部分周クロックの周波数が外部基準クロックの周波数に比べて低い場合には、電圧制御発振器Ｘの発振周波数を上げる方向に制御される。つまり、この場合には、内部分周クロックと外部基準クロックの位相を比較した後の内部基準クロックの周期ｔ３は、位相比較前の内部分周クロックの周期ｔ１よりも長くなるように制御される。
【００３９】
これらの制御によって、外部基準クロックと内部分周クロックとは完全に周波数および位相が一致する。１秒間に６０フレームの動画を撮影する場合には、撮像間隔は約１７ｍｓｅｃである。しかし、本実施形態のようにＰＬＬ回路によって周波数を追従させる場合、周波数の追従に要する時間はこの撮像間隔に比べて非常に小さいため、次の撮像までの間に周波数は追従する。さらに、一旦、外部基準クロックと内部分周クロックとが同期した後には、同期した状態からの変化にのみ追従すればよいため、より速く同期することになる。
【００４０】
このように、本実施形態の平面型Ｘ線センサ２０においては、外部基準クロックと内部分周クロックを一致させるために、内部駆動信号発生回路５０内の基準基準クロックを生成する回路で生成するクロックの周波数を固定ではなく、可変としている。内部基準クロックを、外部基準クロックにあわせて可変とすることで外部基準クロックと内部動作の基準となる内部分周クロックの周波数および位相を一致させることができる。
【００４１】
外部基準クロックとは無関係に特定の周波数のクロックを発振して内部基準クロックを生成し、内部同期信号もそのクロックを分周して生成すると、外部基準クロックと内部同期信号との位相を完全に一致させることはできない。つまり、外部基準クロックと内部の処理クロックは非同期の関係となる。この場合、以下のような問題が生じる。
【００４２】
Ｘ線発生装置１０と平面型Ｘ線センサ２０とが非同期に動作する場合、外部基準クロックは、平面型Ｘ線センサ２０の処理クロックとは非同期に入力されることになる。動画を撮像する場合は、通常、外部基準クロックは一定の周波数で入力され、平面型Ｘ線センサ２０も外部基準クロックに合わせて動作する。
【００４３】
平面型Ｘ線センサ２０の動作期間（内部処理の期間）は、Ｘ線からの透過線による電荷を取り込む信号蓄積期間と、受け取った電荷を外部装置に転送するための信号処理・転送期間とに分けられる。信号蓄積期間は、内部基準クロックを分周することによって得られるＸ線の電荷蓄積を決める期間である。このため、信号蓄積期間の長さが変わると蓄積される電荷量も変わってしまう。また、信号処理・転送期間も、処理に所定の時間が必要である。したがって、信号蓄積期間および信号処理・転送期間を動画のフレーム毎に変えることはできない。つまり、内部処理の期間は、いずれのフレームでも実質的に一定である。
【００４４】
そこで、外部基準クロックによって、これらの動作の開始タイミングを設定し、一定期間を確保することで、外部基準クロックに追従させる方法がある。この方法では、信号蓄積期間と信号処理・転送期間の和が外部基準クロックの周期より十分短い場合は、待機時間を設けることによって同期をとることができる。逆に、信号蓄期間と信号処理・転送期間の和が、外部基準クロックの周期より長い場合は、たとえば外部基準クロックの２周期毎に１回の信号蓄積および信号処理・転送をするなど、外部基準クロックを間引くことにより、外部基準クロックと同期をとって平面型Ｘ線センサを動作させることができる。
【００４５】
しかし、外部基準クロックと内部分周クロックがほぼ同じ周期になり内部基準クロックの１周期内の差しかない場合や、外部基準クロックの周期が、信号蓄積時間と信号処理・転送時間の和の周期が整数倍になる場合には、内部処理が外部基準クロックの周期に間に合う場合と間に合わない場合が発生する。間に合う場合には、外部装置から伝達される次の同期信号で次の処理に移ることができるが、間に合わない場合には、次の外部基準クロック１周期分は処理をせず、その次の同期信号で動作が開始することになる。すなわち、同期信号に追従できない期間が発生し、特定のタイミングで１フレーム抜けることになる。
【００４６】
つまり、外部基準クロックの周期と内部処理の周期がほぼ一致してしまう場合や外部同期信号が内部処理周期のほぼ整数倍になってしまう場合の問題点は、内部基準クロックの１クロックの期間内で同期ずれが発生するために、固定周期の内部基準クロックでは制御できないことにある。内部基準クロックを分周して作成される内部同期と外部同期では内部クロック１クロックの期間内のずれが発生するため、同期周波数がほぼ一致する場合には、１周期毎、外部基準クロックの周期が内部分周クロックの周期のＮ倍の場合には、Ｎ回の同期ごとに処理が間に合わない期間が発生してしまう。
【００４７】
平面センサ内の光電変換素子には、電荷が蓄積される。この電荷は、読み出す必要があるため、ＴＦＴ構造の素子に接続されている。しかし、ＴＦＴ構造の半導体を通して電荷が少しずつリークしてしまい、隣接画素や信号線へ電荷が移動してしまう症状が発生する。リーク量は、画素から読み出しをしない場合に発生し、画素によって特性が異なるため、読み出しを行わない時間差が大きいほどリークによる影響が大きくなる。その結果、内部処理が外部基準クロックに追従できない期間が発生した場合、その間でのリーク電荷の影響により、周期内に読み出せる場合と読み出し電荷量が変化し画像輝度が一定にならないという問題が発生する。結果として、特定の周期で動画の画像輝度が揺れる症状となってしまう。
【００４８】
しかし、本実施形態では、内部基準クロックを生成する基準クロック生成回路５１は、ＰＬＬ構成をとり、内部基準クロックは電圧制御発振器６２により生成される。内部基準クロックは、分周回路６３で分周され、外部基準クロックとほぼ同じ周波数の内部分周クロックが生成される。この際、分周回路６３の分周比は、外部基準クロックの周期にあわせて電圧制御発振器６２の発振範囲を超えないように制御される。
【００４９】
その結果、外部基準クロックと内部分周クロックのタイミングが一致し、平面型Ｘ線センサ２０における処理を開始するタイミング信号であるスタートパルスは、外部基準クロックに対応したタイミングとなる。このように本実施形態によれば、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることができる。
【００５０】
したがって、外部基準クロックのある特定期間に平面型Ｘ線センサ２０が処理できない状況が発生する可能性は極めて小さくなる。動画を撮影している場合には、特定のタイミングで１フレーム抜けてしまう可能性が極めて小さくなる。また、画素３４からのリーク電荷の影響を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、Ｘ線発生装置１０などの外部装置と平面型Ｘ線センサとで同一の基準クロックを用いなくても、フリッカやむらの無い画像を得ることができる。したがって、平面型Ｘ線センサとＸ線発生装置などの外部装置とを独立して設計できる。このため、既存のＸ線発生装置と本実施形態の平面型Ｘ線センサとを組み合わせても、フリッカやむらの無い画像を得ることができる。
【００５２】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態による平面型Ｘ線センサのブロック図である。
【００５３】
本実施形態の平面型Ｘ線センサは、第１実施形態の基準クロック生成回路５１（図１参照）の代わりに、同期追従回路５４を設けたものである。同期追従回路５４は、基準発振器７２と、周波数判定回路７１と、分周回路７３と、を有している。
【００５４】
基準発振器７２は、所定の周波数の固定クロックを生成する。基準発振器７２は、たとえば水晶発振器であって、非常に精度の高い周波数の固定クロックを生成する。周波数判定回路７１は、外部基準クロックの１周期での固定クロックのクロック数をカウントする。また、周波数判定回路７１は、カウントしたクロック数に基づいて分周比を算出する。分周回路７３は、基準発振器７２が生成した固定クロックをこの分周比で分周して内部基準クロックを生成する。
【００５５】
図９は、本実施形態におけるタイミングチャートである。図１０は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して遅れた場合の変化を示すタイミングチャートである。図１１は、本実施形態において内部分周クロックの位相が外部基準クロックに対して進んだ場合の変化を示すタイミングチャートである。
【００５６】
周波数判定回路７１は、次のようにして分周比を算出する。まず、外部基準クロックの１周期での固定クロックのクロック数をカウントする。次に、ここでカウントしたクロック数を、規定カウント数と比較する。ここで、この規定カウント数とは、内部処理に必要な時間を基準発振器７２が発振する固定クロックのクロック数で表したものである。
【００５７】
外部基準クロック１周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数で表した値よりも少ない場合を考える。この場合、外部基準クロックの１周期の間に内部処理が完了しないことになる。そこで、このような場合には、外部基準クロックを数パルス間引くことによって、内部処理が可能な最短周期よりも長くなるように外部基準クロックを調整する。たとえば外部基準クロックの２周期毎に、信号蓄積とその信号の読み取り・転送を行うこととする。
【００５８】
このようにして、外部基準クロック１周期あるいは所定の周期の間に内部処理が完了するように、内部処理の時間を設定しておく。つまり、外部基準クロック１周期あるいは所定の周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数よりも小さくならないようにしておく。さらに、内部分周クロックの周期を間引かれた外部基準クロックの周期と同一になるように分周比を設定する。
【００５９】
次に、外部基準クロック１周期での固定クロックのカウント数が、規定カウント数に比べて多い場合を考える。この場合、基準カウント数を分周比として、内部分周クロックを生成すると、その内部分周クロックの周波数は外部基準クロックの周波数よりも高くなる。したがって、外部基準クロックの１周期よりも短い時間で内部処理は完了する。そこで、内部処理の完了後、基準クロックのいくつかの周期分、次のスタートパルスを遅らせる。つまり分周比を大きくする。これにより、外部基準クロック１周期ごとに、適切に内部処理を完了することができる。
【００６０】
外部基準クロックの周期と内部処理の周期とがほぼ一致する場合や、外部基準クロックの周期が内部処理周期のほぼ整数倍する場合以外、つまり、これらの周波数が異なる場合は、周波数の差に応じて、数周期間隔で処理が間に合わないタイミングが発生する。この場合、本実施形態では、内部の基準となるクロックの周波数の調整を行わずに、駆動制御回路２４などを制御する。
【００６１】
分周回路７３は、外部基準クロックにあわせて、基準発振器７２が生成した固定クロックを分周して、内部分周クロックを生成する。この内部分周クロックが外部基準クロックと比べて遅れてしまうと、次の外部基準クロック１周期分は処理をせず、その次の同期信号で動作が開始することになる。すなわち、同期信号に追従できない期間が発生し、特定のタイミングで１フレーム抜けることになる。
【００６２】
この状態を避けるため、本実施形態では、分周回路７３のクロック分周比を必ず外部基準クロックの周期と比べて内部分周クロックの周期が小さくなるように設定する。この分周比を決定するのが、周波数判定回路７１である。
【００６３】
外部基準クロックの周期が内部処理に要する時間よりも短い場合は、同期信号を数パルス間引くことにより、処理可能な最小周期となるように外部同期信号を調整する。また、内部分周クロックの周期を間引かれた外部同期信号と同一になるように、分周比を調整する。更に、クロック１個分の差によって内部分周クロックに遅れが発生する場合は、分周比を１クロック分少なくすることにより位相遅れが無い様に随時調整を行う。この動作を継続的に行うことによって、外部同期１周期のずれをなくし、１クロック分の時間差で吸収する事ができる。
【００６４】
このように本実施形態によれば、光電変換素子アレイの内部駆動タイミングと外部装置の動作の基準となる外部基準クロックとをできるだけ整合させることができる。このときリーク電荷は、同期信号一周期分である数ミリ〜数十ミリ秒の単位から、数十ナノ秒〜数マイクロ秒に圧縮される為、無視できるレベルに低減される。
【００６５】
また、本実施形態と第１実施形態を組み合わせてもよい。この場合は、外部基準クロックと内部分周クロックの位相差が固定クロックの１クロック範囲内の違いかどうかを周波数判別回路で判断する。位相差が１クロック範囲外であれば、本実施形態の処理を行い、１クロック内であれば第１実施形態と同様の処理を行う。このような組合せで処理を行うことにより、本実施形態では発生する１クロック分のリーク電荷の影響も避けることができる。
【００６６】
［他の実施の形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…Ｘ線発生装置、１１…外部基準クロック発生器、１２…Ｘ線発生器、１３…Ｘ線、１４…撮像対象、２０…平面型Ｘ線センサ、２２…ゲート駆動回路、２３…読出回路、２４…駆動制御回路、２５…画像記憶・転送回路、３０…光電変換素子アレイ、３１…アレイ基板、３２…シンチレータ膜、３３…ガラス基板、３４…画素、３５…薄膜トランジスタ、３６…フォトダイオード、３７…ゲートライン、３８…データライン、３９…蓄積キャパシタ、５０…内部駆動信号生成回路、５１…基準クロック生成回路、５２…分周・位相制御回路、５３…内部同期信号生成回路、５４…同期追従回路、６１…位相比較回路、６２…電圧制御発振器、６３…分周回路、７１…周波数判定回路、７２…基準発振器、７３…分周回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、
二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、
内部基準クロックを生成する電圧制御発振器と、前記内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する分周回路と、前記外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を前記電圧制御発振器に入力する位相比較回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、
を具備することを特徴とする平面型Ｘ線センサ。
【請求項２】
前記内部駆動信号生成回路は、所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と前記固定クロックを前記分周比で分周して第２内部基準クロックを生成する第２分周回路とを備えた同期追従回路と、をさらに有し、前記周波数判定回路がカウントしたクロック数と所定の規定クロック数との差が所定の値未満であるときは前記内部基準クロックにそれ以外のときは前記第２内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の平面型Ｘ線センサ。
【請求項３】
前記所定の規定クロック数は前記光電変換素子に電荷を蓄積するのに要する時間と前記光電変換素子から画素信号を読み出すのに要する時間を前記固定クロックの数で表した値よりも大きく、前記所定の値は１であることを特徴とする請求項２に記載の平面型Ｘ線センサ。
【請求項４】
Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、
二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、
所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と、前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と、前記固定クロックを前記分周比で分周して内部基準クロックを生成する分周回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、
を具備することを特徴とする平面型Ｘ線センサ。
【請求項１】
Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、
二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、
内部基準クロックを生成する電圧制御発振器と、前記内部基準クロックをあらかじめ定められた分周比で分周して分周クロックを出力する分周回路と、前記外部基準クロックと前記分周クロックとの位相を比較してその位相差を前記電圧制御発振器に入力する位相比較回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、
を具備することを特徴とする平面型Ｘ線センサ。
【請求項２】
前記内部駆動信号生成回路は、所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と前記固定クロックを前記分周比で分周して第２内部基準クロックを生成する第２分周回路とを備えた同期追従回路と、をさらに有し、前記周波数判定回路がカウントしたクロック数と所定の規定クロック数との差が所定の値未満であるときは前記内部基準クロックにそれ以外のときは前記第２内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の平面型Ｘ線センサ。
【請求項３】
前記所定の規定クロック数は前記光電変換素子に電荷を蓄積するのに要する時間と前記光電変換素子から画素信号を読み出すのに要する時間を前記固定クロックの数で表した値よりも大きく、前記所定の値は１であることを特徴とする請求項２に記載の平面型Ｘ線センサ。
【請求項４】
Ｘ線発生装置が外部基準クロックに基づいて所定の時間間隔で発生したＸ線が被撮影物体を透過したＸ線画像を撮像する平面型Ｘ線センサにおいて、
二次元配列された複数の光電変換素子と前記光電変換素子のそれぞれに対して設けられたスイッチング素子と前記光電変換素子のそれぞれの行に対して設けられて前記スイッチング素子に接続されたゲートラインと前記光電変換素子のそれぞれの列に対して設けられて前記スイッチング素子を介して前記光電変換素子に接続されたデータラインとを有する光電変換素子アレイと、
所定の周波数の固定クロックを生成する基準発振器と、前記外部基準クロックの１周期での前記固定クロックのクロック数をカウントしてそのクロック数に基づいて分周比を算出する周波数判定回路と、前記固定クロックを前記分周比で分周して内部基準クロックを生成する分周回路と、を備えて前記内部基準クロックに基づいて内部駆動信号を生成する内部駆動信号生成回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記ゲートラインにゲート駆動信号を与えるゲート駆動回路と、
前記内部駆動信号に基づいて前記光電変換素子アレイから前記データラインを介して画素信号を読み出す読出回路と、
を具備することを特徴とする平面型Ｘ線センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７０１６８（Ｐ２０１３−７０１６８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６２４２（Ｐ２０１１−２０６２４２）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
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