JP2019153692A - Radiation imaging device and radiation imaging system - Google Patents

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覚 澤田
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実 渡辺
健太郎 藤吉
Kentaro Fujiyoshi
健太郎 藤吉
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Abstract

To provide a technique capable of taking an energy subtraction image with a simple and convenient element structure.SOLUTION: A radiation imaging device comprises: a light transmitting substrate with a plurality of photoelectric conversion elements which are arranged like a two-dimensional array on a first face side; a first scintillator arranged so as to hold the substrate and the plurality of photoelectric conversion elements therebetween; and a second scintillator disposed on a second face side of the substrate opposite to the first face side thereof. The plurality of photoelectric conversion elements include a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element. The second photoelectric conversion element includes a metal conductive layer serving as a first electrode, an impurity semiconductor layer, a semiconductor layer, and a second electrode from the side of the substrate in turn. The first photoelectric conversion element includes no metal conductive layer, an impurity semiconductor layer serving as a first electrode, a semiconductor layer, and a second electrode from the side of the substrate in turn.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。   The present invention relates to a radiation imaging apparatus and a radiation imaging system.

医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、放射線を電荷に変換する変換素子と薄膜トランジスタ(TFT)などのスイッチ素子とを組み合わせた画素がアレイ状に配された撮像パネルを含む放射線撮像装置が広く利用されている。このような放射線撮像装置を用いて、エネルギ成分が異なる放射線を用いた放射線画像を複数取得し、取得した放射線画像の差分などから、特定の被写体部分を分離または強調したエネルギサブトラクション画像を取得する方法が知られている。特許文献1には、光透過性を有する基板の両面にシンチレータを配し、一方の側のシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードと他方の側のシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードとを配することが示されている。互いに異なるシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードによって、1回の放射線の照射で2つの異なるエネルギ成分の信号が取得され、エネルギサブトラクション画像が生成できる。   As an imaging apparatus used for medical image diagnosis and nondestructive inspection, there is a radiation imaging apparatus including an imaging panel in which pixels in which a combination of a conversion element that converts radiation into electric charge and a switching element such as a thin film transistor (TFT) are arranged in an array Widely used. Using such a radiation imaging apparatus, a method of acquiring a plurality of radiation images using radiation having different energy components, and acquiring an energy subtraction image in which a specific subject portion is separated or emphasized from a difference of the acquired radiation images It has been known. In Patent Document 1, scintillators are arranged on both surfaces of a light-transmitting substrate, and a photodiode for detecting light emitted from one side of the scintillator and a photodiode for detecting light emitted from the other side of the scintillator are arranged. Has been shown to do. By detecting light emitted from different scintillators, signals of two different energy components are acquired by one irradiation of radiation, and an energy subtraction image can be generated.

特開2010−56396号公報JP 2010-56396 A

特許文献1において、一方のシンチレータからの光に対して、一方のフォトダイオードの電極には透光性を持たせ、他方のフォトダイオードの電極には遮光性を持たせる必要がある。そのため、放射線画像の1つの画素データを生成するのに、それぞれ電極に用いる導電材料の異なる2つのフォトダイオードを用いるため、素子構造が複雑になり、製造コストが上昇してしまう可能性がある。   In Patent Document 1, it is necessary that the light of one of the photodiodes be light-transmitting and the light of the other photodiode be light-shielding with respect to light from one scintillator. Therefore, in order to generate one pixel data of a radiographic image, two photodiodes having different conductive materials used for the electrodes are used, so that the element structure becomes complicated and the manufacturing cost may increase.

本発明は、簡便な素子構造でエネルギサブトラクション画像の取得が可能な技術を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a technique capable of acquiring an energy subtraction image with a simple element structure.

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、第1の面の側に複数の光電変換素子が2次元アレイ状に配された光を透過する基板と、前記基板と前記複数の光電変換素子を挟むように配された第1のシンチレータと、前記基板のうち前記第1の面とは反対の第2の面の側に配された第2のシンチレータと、を含む放射線撮像装置であって、前記複数の光電変換素子は、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを含み、前記第2の光電変換素子は、前記基板の側から順に、第1の電極として機能する金属の導電層と、不純物半導体層と、半導体層と、第2の電極と、を含み、前記第1の光電変換素子は、前記基板の側から順に、金属の導電層を有さずに、第1の電極として機能する不純物半導体層と、半導体層と、第2の電極と、を含むことを特徴とする。   In view of the above problems, a radiation imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a substrate that transmits light in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array on the first surface side, the substrate, and the substrate. Radiation comprising: a first scintillator disposed so as to sandwich a plurality of photoelectric conversion elements; and a second scintillator disposed on the second surface side opposite to the first surface of the substrate. In the imaging apparatus, the plurality of photoelectric conversion elements include a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and the second photoelectric conversion element is first in order from the substrate side. A metal conductive layer functioning as an electrode; an impurity semiconductor layer; a semiconductor layer; and a second electrode. The first photoelectric conversion element includes a metal conductive layer in order from the substrate side. In addition, the impurity semiconductor layer functioning as the first electrode, the semiconductor layer, and the second Characterized in that it comprises a pole, a.

上記手段によって、簡便な素子構造で表裏に配置した蛍光体からの発光を任意に選択し、効率よく受光可能な技術を提供する。   By the above means, there is provided a technique capable of efficiently selecting light emitted from phosphors arranged on the front and back with a simple element structure and efficiently receiving light.

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the radiation imaging system using the radiation imaging device which concerns on embodiment of this invention. 図1の放射線撮像装置の撮像パネルの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the imaging panel of the radiation imaging device of FIG. 図1の放射線撮像装置の画素の断面の構造例を示す図。The figure which shows the structural example of the cross section of the pixel of the radiation imaging device of FIG. 図1の放射線撮像装置の画素の配置例を示す図。The figure which shows the example of arrangement | positioning of the pixel of the radiation imaging device of FIG. 図1の放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。2 is a timing chart showing the operation of the radiation imaging apparatus of FIG. 図1の放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。2 is a timing chart showing the operation of the radiation imaging apparatus of FIG. 図1の放射線撮像装置の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the radiation imaging device of FIG. 図1の放射線撮像装置の画素補間の例を示す図。The figure which shows the example of the pixel interpolation of the radiation imaging device of FIG.

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。なお、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子(光子を含む)の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばX線や粒子線、宇宙線なども含みうる。   Hereinafter, specific embodiments of a radiation imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description and drawings, common reference numerals are given to common configurations over a plurality of drawings. Therefore, a common configuration is described with reference to a plurality of drawings, and a description of a configuration with a common reference numeral is omitted as appropriate. The radiation in the present invention includes a beam having energy of the same degree or more, such as X-rays, β-rays, γ-rays, etc., which are beams formed by particles (including photons) emitted by radiation decay, such as X It can also include rays, particle rays, and cosmic rays.

図1〜8を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置の構成および動作について説明する。図1は、本発明の実施形態における放射線撮像装置210を用いた放射線撮像システム200の構成例を示す図である。放射線撮像システム200は、放射線から変換される光学像を電気的に撮像し、放射線画像を生成するための電気的な信号(放射線画像データ)を得るように構成される。放射線撮像システム200は、例えば、放射線撮像装置210、放射線源230、曝射制御部220およびコンピュータ240を含む。   With reference to FIGS. 1-8, the structure and operation | movement of the radiation imaging device by embodiment of this invention are demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radiation imaging system 200 using a radiation imaging apparatus 210 according to an embodiment of the present invention. The radiation imaging system 200 is configured to electrically capture an optical image converted from radiation and obtain an electrical signal (radiation image data) for generating a radiation image. The radiation imaging system 200 includes, for example, a radiation imaging apparatus 210, a radiation source 230, an exposure control unit 220, and a computer 240.

放射線源230は、曝射制御部220からの曝射指令(放射指令)に従って放射線の放射を開始する。放射線源230から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置210に照射される。放射線源230はまた、曝射制御部220からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。   The radiation source 230 starts radiation emission in accordance with an exposure command (radiation command) from the exposure control unit 220. The radiation emitted from the radiation source 230 is irradiated to the radiation imaging apparatus 210 through an unillustrated object. The radiation source 230 also stops radiation emission according to a stop command from the exposure control unit 220.

放射線撮像装置210は、撮像パネル212と、撮像パネル212を制御する制御部214とを含む。制御部214は、撮像パネル212から得られる信号に基づいて、放射線源230からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。停止信号は、曝射制御部220に供給され、曝射制御部220は、停止信号に応答して、放射線源230に対して停止指令を送る。制御部214は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Arrayの略。)などのPLD(ProgrammableLogic Deviceの略。)、又は、ASIC(Application Specific Integrated Circuitの略。)、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。   The radiation imaging apparatus 210 includes an imaging panel 212 and a control unit 214 that controls the imaging panel 212. The control unit 214 generates a stop signal for stopping radiation emission from the radiation source 230 based on a signal obtained from the imaging panel 212. The stop signal is supplied to the exposure control unit 220, and the exposure control unit 220 sends a stop command to the radiation source 230 in response to the stop signal. The control unit 214 is, for example, PLD (abbreviation of Programmable Logic Device) such as FPGA (abbreviation of Field Programmable Gate Array), or ASIC (abbreviation of Application Specific Integrated Computer, or an abbreviation of a computer program integrated with a computer). Or a combination of all or part of them.

コンピュータ240は、放射線撮像装置210および曝射制御部220を制御する。また、コンピュータ240は、放射線撮像装置210から出力される放射線画像データを受信し、放射線画像データを処理する信号処理部241を含む。信号処理部241は、放射線画像データから放射線画像を生成しうる。   The computer 240 controls the radiation imaging apparatus 210 and the exposure control unit 220. The computer 240 also includes a signal processing unit 241 that receives the radiation image data output from the radiation imaging apparatus 210 and processes the radiation image data. The signal processing unit 241 can generate a radiation image from the radiation image data.

曝射制御部220は、一例として曝射スイッチ(不図示)を有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源230に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ240に送る。該開始通知を受けたコンピュータ240は、該開始通知に応答して、放射線の放射の開始を放射線撮像装置210の制御部214に通知する。   The exposure control unit 220 has an exposure switch (not shown) as an example. When the exposure switch is turned on by the user, the exposure control unit 220 sends an exposure command to the radiation source 230 and starts indicating the start of radiation emission. A notification is sent to the computer 240. Upon receiving the start notification, the computer 240 notifies the control unit 214 of the radiation imaging apparatus 210 of the start of radiation emission in response to the start notification.

図2には、撮像パネル212の構成例が示される。撮像パネル212は、画素アレイ112を備える。画素アレイ112は、放射線を検出するための2次元アレイ状に配された光電変換素子Sをそれぞれ含む複数の画素PIXを備える。また、画素アレイ112は、光電変換素子Sで生成された信号を出力するための列方向(図2の縦方向)に沿った複数の列信号線Sig1〜Sig4を有する。さらに、撮像パネル212は、画素アレイ112を駆動する駆動回路(行選択回路)114、および、画素アレイ112の列信号線Sigに現れる信号を検出するための読出回路113を備える。図2に示す構成では、記載の簡単化のために、画素アレイ112は、4行×4列の画素PIXで構成されているが、実際には、より多くの画素PIXが配列されうる。一例において、撮像パネル212は、17インチの寸法を有し、約3000行×約3000列の画素PIXを有しうる。   FIG. 2 shows a configuration example of the imaging panel 212. The imaging panel 212 includes a pixel array 112. The pixel array 112 includes a plurality of pixels PIX each including photoelectric conversion elements S arranged in a two-dimensional array for detecting radiation. Further, the pixel array 112 includes a plurality of column signal lines Sig1 to Sig4 along the column direction (vertical direction in FIG. 2) for outputting the signal generated by the photoelectric conversion element S. Further, the imaging panel 212 includes a drive circuit (row selection circuit) 114 that drives the pixel array 112 and a readout circuit 113 for detecting a signal that appears on the column signal line Sig of the pixel array 112. In the configuration shown in FIG. 2, for simplification of description, the pixel array 112 is configured by 4 rows × 4 columns of pixels PIX, but in reality, more pixels PIX can be arranged. In one example, the imaging panel 212 may have dimensions of 17 inches and may have approximately 3000 rows by approximately 3000 columns of pixels PIX.

それぞれの画素PIXは、放射線を検出するための光電変換素子Sと、光電変換素子毎に光電変換素子Sと列信号線Sig(複数の信号線Sigのうち光電変換素子Cに対応する信号線Sig)とを接続するスイッチ素子Tとを含む。それぞれの光電変換素子Sは、入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Sigに出力する。光電変換素子Sは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするPIN型フォトダイオードが用いられ得る。本実施形態において、変換素子Sは、放射線をシンチレータで光に変換した後に、光を検出する間接型の素子として構成されうる。間接型の素子において、シンチレータは、複数の画素PIX(複数の光電変換素子S)によって共有されうる。   Each pixel PIX includes a photoelectric conversion element S for detecting radiation, and a photoelectric conversion element S and a column signal line Sig for each photoelectric conversion element (a signal line Sig corresponding to the photoelectric conversion element C among the plurality of signal lines Sig). And a switch element T for connecting the two. Each photoelectric conversion element S outputs a signal corresponding to the amount of incident radiation to the column signal line Sig. As the photoelectric conversion element S, for example, a PIN type photodiode that is disposed on an insulating substrate such as a glass substrate and mainly uses amorphous silicon can be used. In the present embodiment, the conversion element S can be configured as an indirect element that detects light after the radiation is converted into light by a scintillator. In the indirect element, the scintillator can be shared by a plurality of pixels PIX (a plurality of photoelectric conversion elements S).

スイッチ素子Tは、例えば、制御端子(ゲート)と2つの主端子(ソース、ドレイン)とを有する薄膜トランジスタ(TFT)などのトランジスタによって構成されうる。光電変換素子Sは、2つの主電極を有し、光電変換素子Sの一方の主電極は、スイッチ素子Tの2つの主端子のうちの一方に接続され、光電変換素子Sの他方の主電極は、共通のバイアス線Bsを介してバイアス電源103に接続されている。バイアス電源103は、バイアス電圧Vsを供給する。第1行に配されるそれぞれの画素PIXのスイッチ素子Tの制御端子は、行方向(図2の横方向)に沿って配されたゲート線Vg1に接続される。同様に、第2〜4行に配されるそれぞれの画素PIXのスイッチSWの制御端子は、それぞれゲート線Vg2〜Vg4に接続される。ゲート線Vg1〜Vg4には、駆動回路114によってゲート信号が供給される。   The switch element T can be configured by a transistor such as a thin film transistor (TFT) having a control terminal (gate) and two main terminals (source, drain), for example. The photoelectric conversion element S has two main electrodes, one main electrode of the photoelectric conversion element S is connected to one of the two main terminals of the switch element T, and the other main electrode of the photoelectric conversion element S Are connected to a bias power supply 103 via a common bias line Bs. The bias power supply 103 supplies a bias voltage Vs. The control terminal of the switch element T of each pixel PIX arranged in the first row is connected to the gate line Vg1 arranged along the row direction (lateral direction in FIG. 2). Similarly, the control terminals of the switches SW of the respective pixels PIX arranged in the second to fourth rows are connected to the gate lines Vg2 to Vg4, respectively. A gate signal is supplied to the gate lines Vg1 to Vg4 by the drive circuit 114.

第1列に配されるそれぞれの画素PIXは、スイッチ素子Tの光電変換素子Sと接続されない側の主端子が、第1列の列信号線Sig1に接続される。同様に、第2〜4列に配されるそれぞれの画素PIXは、スイッチ素子Tの光電変換素子Sと接続されない側の主端子が、それぞれ第2〜4列の列信号線Sig2〜Sig4に接続される。   In each pixel PIX arranged in the first column, the main terminal of the switch element T that is not connected to the photoelectric conversion element S is connected to the column signal line Sig1 in the first column. Similarly, in each pixel PIX arranged in the second to fourth columns, the main terminal on the side not connected to the photoelectric conversion element S of the switch element T is connected to the column signal lines Sig2 to Sig4 in the second to fourth columns, respectively. Is done.

読出回路113は、1つの列信号線Sigに1つの列増幅部CAが対応するように複数の列増幅部CAを有する。それぞれの列増幅部CAは、積分増幅器105、可変増幅器104、サンプルホールド回路107、バッファ回路106を含みうる。積分増幅器105は、列信号線Sigに現れた信号を増幅する。積分増幅器105は、演算増幅器と、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Vrefが供給される。リセットスイッチをオンさせることによって積分容量がリセットされるとともに、列信号線Sigの電位が基準電位Vrefにリセットされる。リセットスイッチは、制御部214から供給されるリセットパルスRCによって制御されうる。   The read circuit 113 has a plurality of column amplifiers CA so that one column amplifier CA corresponds to one column signal line Sig. Each column amplifier CA may include an integrating amplifier 105, a variable amplifier 104, a sample hold circuit 107, and a buffer circuit 106. The integrating amplifier 105 amplifies the signal appearing on the column signal line Sig. The integrating amplifier 105 can include an operational amplifier and an integrating capacitor and a reset switch connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier. A reference potential Vref is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. The integration capacitor is reset by turning on the reset switch, and the potential of the column signal line Sig is reset to the reference potential Vref. The reset switch can be controlled by a reset pulse RC supplied from the control unit 214.

可変増幅器104は、積分増幅器105から出力された信号を設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路107は、可変増幅器104から出力された信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路107は、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路106は、サンプルホールド回路107から出力された信号をバッファリング(インピーダンス変換)して出力する。サンプリングスイッチは、制御部214から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。   The variable amplifier 104 amplifies the signal output from the integrating amplifier 105 with a set amplification factor. The sample hold circuit 107 samples and holds the signal output from the variable amplifier 104. The sample hold circuit 107 can be configured by a sampling switch and a sampling capacitor. The buffer circuit 106 buffers the signal output from the sample hold circuit 107 (impedance conversion) and outputs the result. The sampling switch can be controlled by a sampling pulse supplied from the control unit 214.

また、読出回路113は、それぞれの列信号線Sigに対応するように設けられた複数の列増幅部CAからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ108を含む。マルチプレクサ108は、例えば、シフトレジスタを含む。シフトレジスタは、制御部214から供給されるクロック信号CLKに従ってシフト動作を行い、シフトレジスタによって複数の列増幅部CAからの1つの信号が選択される。読出回路113は、さらに、マルチプレクサ108から出力される信号をバッファリング(インピーダンス変換)するバッファ109、および、バッファ109から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器110を含みうる。AD変換器110の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ240に転送される。   Read circuit 113 also includes a multiplexer 108 that selects and outputs signals from a plurality of column amplifiers CA provided in correspondence with each column signal line Sig in a predetermined order. The multiplexer 108 includes, for example, a shift register. The shift register performs a shift operation in accordance with the clock signal CLK supplied from the control unit 214, and one signal from the plurality of column amplification units CA is selected by the shift register. Read circuit 113 further includes a buffer 109 for buffering (impedance conversion) the signal output from multiplexer 108 and an AD converter 110 for converting an analog signal output from buffer 109 into a digital signal. sell. The output of the AD converter 110, that is, radiation image data is transferred to the computer 240.

本実施形態において、後述するように、基板の放射線を入射させるための入射面(第1の面)の側と、入射面とは反対の側の裏面(第2の面)と、の両方に、放射線を可視光に変換するシンチレータが、それぞれの面を覆うように配される。また、それぞれの画素PIXに含まれる光電変換素子Sは、2種類の光電変換素子Sを含む。図2に示す構成において、光電変換素子S12、S14、S21、S23、S32、S34、S41、S43は、2つのシンチレータからの光を受光するように配される。以下において、光電変換素子Sのうち2つのシンチレータからの光を受光するこれらの光電変換素子を特定する場合、第1の光電変換素子901と呼ぶ。また、光電変換素子S11、S13、S22、S24、S31、S33、S42、S44には、裏面のシンチレータと当該光電変換素子Sの間に遮光層903が配される。これによって、光電変換素子S11、S13、S22、S24、S31、S33、S42、S44は、裏面のシンチレータからの光が遮断され、入射面のシンチレータからの光を受光するように配される。これらの光電変換素子Sを、以下において、光電変換素子Sのうち裏面のシンチレータからの光が遮断されるこれらの光電変換素子を特定する場合、第2の光電変換素子902と呼ぶ。遮光層903は、シンチレータで発光した光を遮る層であり、基板の裏面の側を覆うシンチレータと、第2の光電変換素子902との間を遮光すればよい。このとき、第2の光電変換素子902において、裏面のシンチレータからの光が完全に遮断されなくてもよい。第1の光電変換素子901よりも裏面のシンチレータから受光できる光の量が少なくなるように、基板の裏面の側を覆うシンチレータと、第2の光電変換素子902との間に遮光層903が配されればよい。   In the present embodiment, as will be described later, on both the incident surface (first surface) side for allowing the radiation of the substrate to enter and the back surface (second surface) opposite to the incident surface. A scintillator for converting radiation into visible light is arranged so as to cover each surface. The photoelectric conversion element S included in each pixel PIX includes two types of photoelectric conversion elements S. In the configuration shown in FIG. 2, the photoelectric conversion elements S12, S14, S21, S23, S32, S34, S41, and S43 are arranged to receive light from two scintillators. Below, when specifying these photoelectric conversion elements which receive the light from two scintillators among the photoelectric conversion elements S, it calls the 1st photoelectric conversion element 901. In the photoelectric conversion elements S11, S13, S22, S24, S31, S33, S42, and S44, a light shielding layer 903 is disposed between the scintillator on the back surface and the photoelectric conversion element S. Accordingly, the photoelectric conversion elements S11, S13, S22, S24, S31, S33, S42, and S44 are arranged so that light from the scintillator on the back surface is blocked and light from the scintillator on the incident surface is received. Hereinafter, these photoelectric conversion elements S are referred to as second photoelectric conversion elements 902 when the photoelectric conversion elements S among the photoelectric conversion elements S from which light from the scintillator on the back surface is blocked are specified. The light-blocking layer 903 is a layer that blocks light emitted from the scintillator, and may block light between the scintillator that covers the back side of the substrate and the second photoelectric conversion element 902. At this time, in the second photoelectric conversion element 902, the light from the scintillator on the back surface may not be completely blocked. A light shielding layer 903 is disposed between the scintillator that covers the back side of the substrate and the second photoelectric conversion element 902 so that the amount of light that can be received from the back scintillator is smaller than that of the first photoelectric conversion element 901. It only has to be done.

ここで、基板の裏面の側に配されたシンチレータと第2の光電変換素子902との間に遮光層903が配される。そのため、基板の入射面の側から入射した放射線のうち、エネルギの低い成分は、基板の入射面の側を覆うシンチレータで吸収され、可視光に変換されて、それぞれの画素PIXに入射する。また、放射線のうち、基板の入射面の側に配されたシンチレータで吸収されなかったエネルギの高い成分は、基板の裏面の側を覆うシンチレータで吸収され、可視光に変換される。第2の光電変換素子902は、基板の裏面の側が遮光されているため、基板の裏面の側で発光した光が入射しない。そのため、放射線のエネルギの高い成分から変換された光は、第2の光電変換素子902に入射しない。一方、第1の光電変換素子901は、遮光層903が配されないため、放射線のエネルギの高い成分から変換された光が入射する。   Here, a light shielding layer 903 is disposed between the scintillator disposed on the back surface side of the substrate and the second photoelectric conversion element 902. Therefore, of the radiation incident from the incident surface side of the substrate, the low energy component is absorbed by the scintillator that covers the incident surface side of the substrate, is converted into visible light, and enters each pixel PIX. Moreover, the high energy component which was not absorbed by the scintillator arranged on the incident surface side of the substrate in the radiation is absorbed by the scintillator covering the back surface side of the substrate and converted into visible light. In the second photoelectric conversion element 902, since the back surface side of the substrate is shielded from light, light emitted from the back surface side of the substrate does not enter. Therefore, light converted from a component with high energy of radiation does not enter the second photoelectric conversion element 902. On the other hand, since the first photoelectric conversion element 901 is not provided with the light shielding layer 903, light converted from a component having high radiation energy is incident thereon.

このように、第1の光電変換素子901において、放射線のうちエネルギの高い成分およびエネルギの低い成分に起因する信号、第2の光電変換素子902において、放射線のうちエネルギの低い成分に起因する信号が、それぞれ取得できる。つまり、互いに隣接する画素PIXで、異なる放射線エネルギの情報を保持することができる。このように隣接する画素PIXで、異なるエネルギ成分の放射線から取得される情報を保持することによって、後述する方法を用いてエネルギサブトラクションを行うことができる。   As described above, in the first photoelectric conversion element 901, a signal caused by a high energy component and a low energy component of radiation, and in the second photoelectric conversion element 902, a signal caused by a low energy component of radiation. Can be acquired respectively. That is, information on different radiation energies can be held in the pixels PIX adjacent to each other. By holding information acquired from radiation of different energy components in adjacent pixels PIX in this way, energy subtraction can be performed using a method described later.

図3は、第1の光電変換素子901を有する画素PIXA、画素PIXC、及び、PIXDと第2の光電変換素子902を有する画素PIXBとの断面構造の一例が模式的に示される。ここでは、図面の上側から放射線を入射させるとして説明するが、図面の下側から放射線を入射させてもよい。図3(a)において、第1の光電変換素子901および第2の光電変換素子902が基板310と基板310の入射面(第1の面)の側に配されたシンチレータ904との間に配される。さらに、図3(a)では、画素PIXBにおいて、遮光層903が、第2の光電変換素子902とシンチレータ905との間に配される場合を示す。また、図3(b)および図3(c)は、第1の光電変換素子901および第2の光電変換素子902が基板310と基板310の入射面の側を覆うシンチレータ904との間に配されることは図3(a)と同じである。一方、図3(c)の構成において、画素PIXDにおいて、遮光層903が、第1の光電変換素子901と基板310の入射面(第1の面)の側に配されたシンチレータ904との間に配される場合を示す。図3(b)および図3(c)は、基板310への平面視において、画素PIXCおよび画素PIXDの第1の光電変換素子901の面積は、画素PIXBの第2の光電変換素子902よりも小さく構成している。   FIG. 3 schematically illustrates an example of a cross-sectional structure of the pixel PIXA, the pixel PIXC, and the pixel PIXB having the first photoelectric conversion element 901 and the pixel PIXB having the second photoelectric conversion element 902. Here, the radiation is described as being incident from the upper side of the drawing, but the radiation may be incident from the lower side of the drawing. 3A, the first photoelectric conversion element 901 and the second photoelectric conversion element 902 are disposed between the substrate 310 and the scintillator 904 disposed on the incident surface (first surface) side of the substrate 310. Is done. Further, FIG. 3A shows a case where the light shielding layer 903 is arranged between the second photoelectric conversion element 902 and the scintillator 905 in the pixel PIXB. 3B and 3C illustrate that the first photoelectric conversion element 901 and the second photoelectric conversion element 902 are arranged between the substrate 310 and the scintillator 904 that covers the incident surface side of the substrate 310. It is the same as FIG. 3A. On the other hand, in the configuration of FIG. 3C, in the pixel PIXD, the light shielding layer 903 is disposed between the first photoelectric conversion element 901 and the scintillator 904 disposed on the incident surface (first surface) side of the substrate 310. The case where it is arranged is shown. 3B and FIG. 3C show the area of the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXC and the pixel PIXD as compared with the second photoelectric conversion element 902 of the pixel PIXB in a plan view to the substrate 310. It is small.

それぞれの画素PIXの光電変換素子Sは、シンチレータ904、905で発光した光を透過するガラス基板などの絶縁性を有する基板310の上に配される。それぞれ画素PIXは、基板310の上に、導電層311、絶縁層312、半導体層313、不純物半導体層314および導電層315を、この順番で含む。導電層311は、スイッチ素子Tを構成するトランジスタ(例えばTFT)のゲート電極を構成する。絶縁層312は、導電層311を覆うように配置され、半導体層313は、絶縁層312を介して導電層311のうちゲート電極を構成する部分の上に配されている。不純物半導体層314は、スイッチ素子Tを構成するトランジスタの2つの主端子(ソース、ドレイン)を構成するように半導体層313の上に配されている。導電層315は、スイッチ素子Tを構成するトランジスタの2つの主端子(ソース、ドレイン)にそれぞれ電気的に接続された配線パターンを構成している。導電層315の一部は、列信号線Sigを構成し、他の一部は、光電変換素子Sとスイッチ素子Tとを接続するための配線パターンを構成する。   The photoelectric conversion element S of each pixel PIX is disposed on an insulating substrate 310 such as a glass substrate that transmits light emitted from the scintillators 904 and 905. Each pixel PIX includes a conductive layer 311, an insulating layer 312, a semiconductor layer 313, an impurity semiconductor layer 314, and a conductive layer 315 in this order on a substrate 310. The conductive layer 311 constitutes a gate electrode of a transistor (for example, TFT) constituting the switch element T. The insulating layer 312 is disposed so as to cover the conductive layer 311, and the semiconductor layer 313 is disposed on a portion of the conductive layer 311 that constitutes the gate electrode with the insulating layer 312 interposed therebetween. The impurity semiconductor layer 314 is disposed on the semiconductor layer 313 so as to constitute two main terminals (source and drain) of the transistor constituting the switch element T. The conductive layer 315 constitutes a wiring pattern that is electrically connected to each of two main terminals (source and drain) of the transistor that constitutes the switch element T. A part of the conductive layer 315 constitutes a column signal line Sig, and the other part constitutes a wiring pattern for connecting the photoelectric conversion element S and the switch element T.

それぞれの画素PIXは、さらに、絶縁層312および導電層315を覆う層間絶縁膜316を含む。層間絶縁膜316には、導電層315のうちスイッチ素子Tを構成する部分と接続するためのコンタクトプラグ317が設けられている。また、それぞれの画素PIXは、層間絶縁膜316の上に配された光電変換素子Sを含む。図3に示される例では、光電変換素子Sは、シンチレータ904、905で放射線から変換された光を電気信号に変換する間接型の光電変換素子として構成されている。光電変換素子Sは、基板310の側から順に、層間絶縁膜316の上に積層された導電層318、絶縁層319、半導体層320、不純物半導体層321、導電層322、電極層325を含む。光電変換素子Sの上には、保護層323および接着層324が配される。シンチレータ904は、接着層324の上に、基板310の入射面の側を覆うように配される。また、シンチレータ905は、基板310の入射面とは反対の裏面の側を覆うように配される。   Each pixel PIX further includes an interlayer insulating film 316 that covers the insulating layer 312 and the conductive layer 315. The interlayer insulating film 316 is provided with a contact plug 317 for connecting to a portion of the conductive layer 315 constituting the switch element T. Each pixel PIX includes a photoelectric conversion element S disposed on the interlayer insulating film 316. In the example illustrated in FIG. 3, the photoelectric conversion element S is configured as an indirect photoelectric conversion element that converts light converted from radiation by the scintillators 904 and 905 into an electrical signal. The photoelectric conversion element S includes a conductive layer 318, an insulating layer 319, a semiconductor layer 320, an impurity semiconductor layer 321, a conductive layer 322, and an electrode layer 325 stacked on the interlayer insulating film 316 in order from the substrate 310 side. A protective layer 323 and an adhesive layer 324 are disposed on the photoelectric conversion element S. The scintillator 904 is disposed on the adhesive layer 324 so as to cover the incident surface side of the substrate 310. The scintillator 905 is arranged so as to cover the back surface side opposite to the incident surface of the substrate 310.

ここで、第2の光電変換素子902は、下部電極(第1の電極)として機能する金属の導電層318があり、第1の光電変換素子901は、下部電極(第1の電極)として機能する金属の導電層318がない。また、導電層322および電極層325は、それぞれの光電変換素子Sの上部電極(第2の電極)を構成する。不純物半導体層319、半導体層320、不純物半導体層321、および、導電層322は、光電変換素子SとしてPIN型フォトダイオードを構成している。例えば、不純物半導体層319は、n型の不純物半導体層で形成され、不純物半導体層321は、p型の不純物半導体層で形成される。ここで、不純物半導体層319をp型の不純物半導体層とし、不純物半導体層321をn型の不純物半導体層で形成しても良い。この構成により、第1の光電変換素子901は、金属の導電層318がなく、不純物半導体層319が下部電極として機能しており、シンチレータ905からの光を、半導体層320に入射させることができる。不純物半導体層319は、金属よりも抵抗が高い材料の為、図3(b)及び図3(c)に示す様に、第1の光電変換素子901の面積は、基板310への平面視で第2の光電変換素子902よりも小さくするとよい。更に、第1の光電変換素子901にかかる電界を略均一にする為、第1の光電変換素子901の不純物半導体層319と、導電層315を接続する為のコンタクトプラグ317は、基板310への平面視で第1の光電変換素子901の略中央に配置すると良い。また、第1の光電変換素子の不純物半導体層319に接続するコンタクトプラグ317は、第1の光電変換素子の不純物半導体層319と同じ材料で構成されていても良い。シンチレータ904、905は、GOS(酸硫化ガドリニウム)やCsI(ヨウ化セシウム)などの材料を用いて構成されうる。これらの材料は、貼り合わせや印刷、蒸着などによって形成されうる。シンチレータ904とシンチレータ905とは、同じ材料を用いてもよいし、取得する放射線のエネルギに応じて異なる材料を用いてもよい。   Here, the second photoelectric conversion element 902 includes a metal conductive layer 318 that functions as a lower electrode (first electrode), and the first photoelectric conversion element 901 functions as a lower electrode (first electrode). There is no conductive layer 318 of metal to be used. In addition, the conductive layer 322 and the electrode layer 325 constitute an upper electrode (second electrode) of each photoelectric conversion element S. The impurity semiconductor layer 319, the semiconductor layer 320, the impurity semiconductor layer 321, and the conductive layer 322 constitute a PIN photodiode as the photoelectric conversion element S. For example, the impurity semiconductor layer 319 is formed of an n-type impurity semiconductor layer, and the impurity semiconductor layer 321 is formed of a p-type impurity semiconductor layer. Here, the impurity semiconductor layer 319 may be a p-type impurity semiconductor layer, and the impurity semiconductor layer 321 may be an n-type impurity semiconductor layer. With this structure, the first photoelectric conversion element 901 does not have the metal conductive layer 318 and the impurity semiconductor layer 319 functions as a lower electrode, so that light from the scintillator 905 can enter the semiconductor layer 320. . Since the impurity semiconductor layer 319 is a material having higher resistance than a metal, the area of the first photoelectric conversion element 901 is as viewed in a plan view with respect to the substrate 310 as illustrated in FIGS. 3B and 3C. It is preferable that the size be smaller than that of the second photoelectric conversion element 902. Further, in order to make the electric field applied to the first photoelectric conversion element 901 substantially uniform, the contact plug 317 for connecting the impurity semiconductor layer 319 of the first photoelectric conversion element 901 and the conductive layer 315 is connected to the substrate 310. It is preferable that the first photoelectric conversion element 901 be arranged at substantially the center in plan view. In addition, the contact plug 317 connected to the impurity semiconductor layer 319 of the first photoelectric conversion element may be formed using the same material as the impurity semiconductor layer 319 of the first photoelectric conversion element. The scintillators 904 and 905 can be formed using a material such as GOS (gadolinium oxysulfide) or CsI (cesium iodide). These materials can be formed by bonding, printing, vapor deposition, or the like. The scintillator 904 and the scintillator 905 may use the same material, or may use different materials depending on the energy of radiation to be acquired.

本実施形態において、光電変換素子Sは、PIN型フォトダイオードを用いる例を示しているが、これに限定されることはない。光電変換素子Sは、例えば、pn型のフォトダイオードであってもよい。   In the present embodiment, the photoelectric conversion element S is an example using a PIN photodiode, but is not limited thereto. The photoelectric conversion element S may be, for example, a pn type photodiode.

次いで、第2の光電変換素子902に配される、シンチレータ905から入射する光を遮断するための遮光層903の配置について説明する。   Next, the arrangement of the light shielding layer 903 that is disposed in the second photoelectric conversion element 902 and blocks light incident from the scintillator 905 will be described.

図3(a)に示す構成において、画素PIXBの第2の光電変換素子902は、基板310の入射面の側からシンチレータ904に向かって下部電極を構成する導電層318と半導体層320と上部電極を構成する導電層322とをこの順番で含む。この下部電極を構成する導電層318が、遮光層903として機能する。具体的には、コンタクトプラグ317及び導電層318をAl、Mo、Cr、Cuなど、シンチレータ905で発せられる光に対して不透明な金属材料で構成し、シンチレータ905と半導体層320との間に配置する。このことによって、導電層318が遮光層903として機能する。つまり、画素PIXBの第2の光電変換素子902は、第1の光電変換素子901よりもシンチレータ905から受光できる光の量が少なくなるように、シンチレータ905と第2の光電変換素子902との間に遮光層903が配される。また、画素PIXBの第2の光電変換素子902は、画素PIXAの第1の変換素子光電変換素子901と同様に、シンチレータ904からの光を受光するように配される。これによって、隣接する画素PIXAと画素PIXBとの間でエネルギ成分の異なる信号を取得することができる。   3A, the second photoelectric conversion element 902 of the pixel PIXB includes a conductive layer 318, a semiconductor layer 320, and an upper electrode that form a lower electrode from the incident surface side of the substrate 310 toward the scintillator 904. , And a conductive layer 322 constituting the structure. The conductive layer 318 constituting this lower electrode functions as the light shielding layer 903. Specifically, the contact plug 317 and the conductive layer 318 are made of a metal material that is opaque to light emitted from the scintillator 905, such as Al, Mo, Cr, or Cu, and is disposed between the scintillator 905 and the semiconductor layer 320. To do. Thus, the conductive layer 318 functions as the light shielding layer 903. In other words, the second photoelectric conversion element 902 of the pixel PIXB is disposed between the scintillator 905 and the second photoelectric conversion element 902 so that the amount of light that can be received from the scintillator 905 is smaller than that of the first photoelectric conversion element 901. A light shielding layer 903 is disposed on the surface. Further, the second photoelectric conversion element 902 of the pixel PIXB is arranged to receive light from the scintillator 904, similarly to the first conversion element photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXA. As a result, signals having different energy components can be acquired between the adjacent pixels PIXA and PIXB.

また、図3(c)に示す構成において、画素PIXDの第1の光電変換素子901は、基板310の入射面の側から、不純物半導体層319、半導体層320、不純物半導体層321と上部電極を構成する導電層322、電極層325とをこの順番で含む。この上部電極を構成する導電層322が、遮光層903として機能する。具体的には、導電層322をAl、Mo、Cr、Cuなど、シンチレータ904で発せられる光に対して不透明な金属材料で構成し、シンチレータ904と半導体層320との間に配置することによって、導電層3318が遮光層903として機能する。つまり、画素PIXDの第1の光電変換素子901は、第2の光電変換素子902よりもシンチレータ904から受光できる光の量が少なくなるように、シンチレータ904と第1の光電変換素子901との間に遮光層903が配される。また、画素PIXDの第1の光電変換素子901は、画素PIXAの第1の光電変換素子901と同様に、シンチレータ905からの光を受光するように配される。一方、光電変換素子Sにおいて、電極層325には、ITO(酸化インジウムスズ)など、シンチレータ904で発せられる光に対して透明な材料が用いられる。これによって、隣接する画素PIXAまたは画素PIXCまたは画素PIXDと画素PIXBとの間でエネルギ成分の異なる信号を取得することができる。   3C, the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXD includes the impurity semiconductor layer 319, the semiconductor layer 320, the impurity semiconductor layer 321, and the upper electrode from the incident surface side of the substrate 310. The conductive layer 322 and the electrode layer 325 are included in this order. The conductive layer 322 constituting this upper electrode functions as the light shielding layer 903. Specifically, the conductive layer 322 is made of a metal material that is opaque to light emitted from the scintillator 904, such as Al, Mo, Cr, or Cu, and is disposed between the scintillator 904 and the semiconductor layer 320, The conductive layer 3318 functions as the light-blocking layer 903. In other words, the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXD has a space between the scintillator 904 and the first photoelectric conversion element 901 so that the amount of light that can be received from the scintillator 904 is smaller than that of the second photoelectric conversion element 902. A light shielding layer 903 is disposed on the surface. Also, the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXD is arranged to receive light from the scintillator 905, similarly to the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXA. On the other hand, in the photoelectric conversion element S, a material transparent to light emitted from the scintillator 904 such as ITO (indium tin oxide) is used for the electrode layer 325. As a result, signals having different energy components can be acquired between the adjacent pixel PIXA or the pixel PIXC or the pixel PIXD and the pixel PIXB.

また、図3(a)や(b)に示す画素PIXBのように、シンチレータ905からの光を遮断する場合、シンチレータ905からの光を受光する画素PIXAや画素PIXCのスイッチ素子Tや列信号線Sigの位置を画素PIXBの側に寄せて配してもよい。このような配置にすることによって、画素PIXAや画素PIXCにおいて、第1の光電変換素子901のシンチレータ905に対する開口率を上げることができる。   When the light from the scintillator 905 is blocked as in the pixel PIXB shown in FIGS. 3A and 3B, the switch elements T and column signal lines of the pixels PIXA and PIXC that receive the light from the scintillator 905 are used. The position of Sig may be arranged close to the pixel PIXB side. With such an arrangement, the aperture ratio of the first photoelectric conversion element 901 to the scintillator 905 can be increased in the pixel PIXA and the pixel PIXC.

また、遮光層903は、上述のようにシンチレータ904またはシンチレータ905から光電変換素子Sへの光を完全に遮光する必要はない。隣接する画素PIXAまたは画素PIXCと、画素PIXBと、の間で、遮光層903が配される側のシンチレータ904またはシンチレータ905からの受光する量が異なるようにすれば、エネルギサブトラクションは可能である。このような場合、画素PIXAまたは画素PIXCまたは画素PIXCの第1の光電変換素子901が受光する光に対して何%の光が、画素PIXBの第2の光電変換素子902に入射するかを事前に調べておく。それに基づいて、第1の光電変換素子901の出力を基準に差分処理をすることによって補正できる。   Further, the light shielding layer 903 does not need to completely shield the light from the scintillator 904 or the scintillator 905 to the photoelectric conversion element S as described above. Energy subtraction is possible if the amount of light received from the scintillator 904 or scintillator 905 on the side where the light shielding layer 903 is arranged is different between the adjacent pixel PIXA or pixel PIXC and the pixel PIXB. In such a case, it is determined in advance how much light is incident on the second photoelectric conversion element 902 of the pixel PIXB with respect to the light received by the first photoelectric conversion element 901 of the pixel PIXA, the pixel PIXC, or the pixel PIXC. Check it out. Based on this, correction can be performed by performing difference processing based on the output of the first photoelectric conversion element 901.

図3に示されるように、基板310の入射面に対する正射影において、列信号線Sigのそれぞれが、画素PIXの一部と重なるように配される。このような構成は、それぞれの画素PIXの光電変換素子Sの面積を大きくする点において有利であるが、一方、列信号線Sigと光電変換素子Sとの間の容量結合が大きくなるという点で不利である。光電変換素子Sに放射線が入射し、光電変換素子Sに電荷が蓄積されて下部電極である導電層318の電位が変化すると、列信号線Sigと光電変換素子Sとの間の容量結合によって列信号線Sigの電位が変化するクロストークが発生してしまう。図4(a)〜(c)は、このクロストークへの対応方法を示している。複数の光電変換素子Sのうち列方向と交差する行方向に並ぶ光電変換素子Sにおいて、含まれる遮光層903が配される第2の光電変換素子902を有する画素PIXの数が、行ごとに同じになるように配置する。また、複数の光電変換素子Sのうち列方向に並ぶ光電変換素子Sにおいて、含まれる複数の第2の光電変換素子902を有する画素PIXの数が、列ごとに同じになるように配置する。このように配置することによって、行、列単位でのクロストークによるアーチファクトの発生が抑制できる。   As shown in FIG. 3, in the orthogonal projection with respect to the incident surface of the substrate 310, each column signal line Sig is arranged so as to overlap a part of the pixel PIX. Such a configuration is advantageous in that the area of the photoelectric conversion element S of each pixel PIX is increased, but on the other hand, the capacitive coupling between the column signal line Sig and the photoelectric conversion element S is increased. It is disadvantageous. When radiation is incident on the photoelectric conversion element S, electric charges are accumulated in the photoelectric conversion element S, and the potential of the conductive layer 318 that is the lower electrode changes, the column is connected by capacitive coupling between the column signal line Sig and the photoelectric conversion element S. Crosstalk in which the potential of the signal line Sig changes occurs. 4A to 4C show a method for dealing with this crosstalk. In the photoelectric conversion elements S arranged in the row direction intersecting the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements S, the number of pixels PIX having the second photoelectric conversion elements 902 in which the included light shielding layers 903 are arranged is determined for each row. Arrange them to be the same. In addition, in the photoelectric conversion elements S arranged in the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements S, the pixels PIX having the plurality of second photoelectric conversion elements 902 included are arranged so as to be the same for each column. By arranging in this way, occurrence of artifacts due to crosstalk in units of rows and columns can be suppressed.

また、放射線撮像装置210が、放射線の照射開始を自動で検知する機能を有していてもよい。この場合、例えば、ゲート線Vgをスイッチ素子Tがオン/オフするように動作させ、当該光電変換素子Sからの信号を読み出し、出力信号から放射線照射の有無を判定する。遮光層903を備える第2の光電変換素子902を有する画素PIXの数が行ごとに異なる場合、行ごとに出力される信号量が変わり、検知精度がばらついてしまう。そのため、図4(a)〜(c)に示されるように、複数の光電変換素子Sのうち列方向と交差する行方向に並ぶ光電変換素子Sにおいて、含まれる遮光層903が配される第2の光電変換素子902を有する画素PIXの数が、行ごとに同じになるように配置する。このような配置をすることによって、放射線の照射開始を自動で検知する検知精度が安定する。   Further, the radiation imaging apparatus 210 may have a function of automatically detecting the start of radiation irradiation. In this case, for example, the gate line Vg is operated so that the switch element T is turned on / off, a signal from the photoelectric conversion element S is read, and the presence / absence of radiation irradiation is determined from the output signal. When the number of pixels PIX having the second photoelectric conversion elements 902 including the light shielding layer 903 is different for each row, the amount of signal output for each row is changed, and the detection accuracy varies. For this reason, as shown in FIGS. 4A to 4C, in the photoelectric conversion elements S arranged in the row direction intersecting the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements S, the light shielding layer 903 included is arranged. The number of pixels PIX having two photoelectric conversion elements 902 is arranged to be the same for each row. With such an arrangement, the detection accuracy for automatically detecting the start of radiation irradiation is stabilized.

また、図4(b)の画素PIXの配置例は、図4(a)の画素PIXの配置例に比べて、第1の光電変換素子901を有する画素PIXの密度を減らしている。シンチレータ905からの光は、基板310を介して光電変換素子Sに入射するため、基板310の厚さによって光が拡散し、MTF(Modulation Transfer Function)が低下してしまう。このため、第1の光電変換素子901を有する画素PIXの密度を減らしても実質的に解像力の低下が起こらない。つまり、第1の光電変換素子901が、シンチレータ905が発する光を受光する場合、第2の光電変換素子902を備える画素PIXの数よりも、第1の光電変換素子901を備える画素PIXの数の方が少なくてもよい。   In addition, the arrangement example of the pixels PIX in FIG. 4B reduces the density of the pixels PIX having the first photoelectric conversion elements 901 as compared with the arrangement example of the pixels PIX in FIG. Since the light from the scintillator 905 enters the photoelectric conversion element S through the substrate 310, the light diffuses depending on the thickness of the substrate 310, and MTF (Modulation Transfer Function) decreases. For this reason, even if the density of the pixel PIX having the first photoelectric conversion element 901 is reduced, the resolution is not substantially lowered. That is, when the first photoelectric conversion element 901 receives light emitted from the scintillator 905, the number of pixels PIX including the first photoelectric conversion element 901 is larger than the number of pixels PIX including the second photoelectric conversion element 902. May be less.

また、シンチレータ905からの基板310を介した光の拡散を抑制しMTFの低下を低減するために、機械研磨や化学研磨によって、基板310の厚さを薄くしてもよい。また、MTFの低下を低減するために、図3に示すように、シンチレータ905と基板310との間に、シンチレータで発せられた光に指向性を付与するルーバー層やマイクロレンズなどの散乱防止層326を設けてもよい。また、MTFの低下を低減するために、コンピュータ240の信号処理部241における画像処理で、鮮鋭化処理によって解像力を上げてもよい。また、シンチレータ904からの光による低エネルギ成分と、シンチレータ905からの光による高エネルギ成分とのMTFを合わせる方法として、解像力を上げる以外にも、解像力の高い方を低い方に合わせてMTFを低下させる。その後、エネルギサブトラクション処理を行ってもよい。   Further, in order to suppress the diffusion of light from the scintillator 905 through the substrate 310 and reduce the decrease in MTF, the thickness of the substrate 310 may be reduced by mechanical polishing or chemical polishing. Further, in order to reduce the decrease in MTF, as shown in FIG. 3, an anti-scattering layer such as a louver layer or a micro lens that imparts directivity to light emitted by the scintillator between the scintillator 905 and the substrate 310. 326 may be provided. Further, in order to reduce the decrease in MTF, the resolution may be increased by a sharpening process in the image processing in the signal processing unit 241 of the computer 240. Also, as a method of matching the MTF of the low energy component due to the light from the scintillator 904 and the high energy component due to the light from the scintillator 905, in addition to increasing the resolving power, the MTF is lowered by matching the higher resolving power with the lower one. Let Thereafter, energy subtraction processing may be performed.

次いで、図5を参照しながら放射線撮像装置210および放射線撮像システム200の動作を説明する。ここでは、図2に示される、それぞれ光電変換素子Sを備える4行4列の画素PIXを含む撮像パネル212を有する放射線撮像装置210の動作を例に説明する。放射線撮像システム200の動作は、コンピュータ240によって制御される。放射線撮像装置210の動作は、コンピュータ240による制御の下で、制御部214によって制御される。   Next, operations of the radiation imaging apparatus 210 and the radiation imaging system 200 will be described with reference to FIG. Here, the operation of the radiation imaging apparatus 210 having the imaging panel 212 including the pixels PIX each having 4 rows and 4 columns each including the photoelectric conversion element S illustrated in FIG. 2 will be described. The operation of the radiation imaging system 200 is controlled by the computer 240. The operation of the radiation imaging apparatus 210 is controlled by the control unit 214 under the control of the computer 240.

まず、放射線源230からの放射線の放射、換言すると、放射線撮像装置210への放射線の照射が開始されるまで、制御部214は、駆動回路114および読出回路113に空読みを実施させる。空読みは、駆動回路114が画素アレイ112のそれぞれの行のゲート線Vg1〜Vg4に供給されるゲート信号を順にアクティブレベルに駆動し、光電変換素子Sに蓄積されているダーク電荷をリセットするものである。ここで、空読みの際、積分増幅器105のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、列信号線Sigが基準電位にリセットされる。ダーク電荷とは、光電変換素子Sに放射線が入射しないにも関わらず発生する電荷である。   First, the control unit 214 causes the drive circuit 114 and the readout circuit 113 to perform idle reading until radiation of radiation from the radiation source 230, in other words, irradiation of radiation to the radiation imaging apparatus 210 is started. In the idle reading, the driving circuit 114 sequentially drives the gate signals supplied to the gate lines Vg1 to Vg4 of each row of the pixel array 112 to the active level, and resets the dark charges accumulated in the photoelectric conversion element S. It is. Here, during idle reading, an active level reset pulse is supplied to the reset switch of the integrating amplifier 105, and the column signal line Sig is reset to the reference potential. The dark charge is a charge that is generated even though no radiation is incident on the photoelectric conversion element S.

制御部214は、例えば、曝射制御部220からコンピュータ240を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源230からの放射線の放射の開始を認識することができる。また、図1に示すように、放射線撮像装置210に画素アレイ112のバイアス線Bsまたは列信号線Sigなどを流れる電流を検出する検出回路216が設けられてもよい。制御部214は、検出回路216の出力に基づいて放射線源230からの放射線の照射の開始を認識することができる。   The control unit 214 can recognize the start of radiation emission from the radiation source 230 based on the start notification supplied from the exposure control unit 220 via the computer 240, for example. Further, as shown in FIG. 1, the radiation imaging apparatus 210 may be provided with a detection circuit 216 that detects a current flowing through the bias line Bs or the column signal line Sig of the pixel array 112. The control unit 214 can recognize the start of radiation irradiation from the radiation source 230 based on the output of the detection circuit 216.

放射線が照射されると、制御部214は、スイッチ素子Tを開かれた状態(オフ状態)に制御する。これによって、放射線の照射によって光電変換素子Sに発生した電荷が蓄積される。放射線の照射が終了まで、制御部214は、この状態で待機する。   When the radiation is irradiated, the control unit 214 controls the switch element T to be in an opened state (off state). As a result, charges generated in the photoelectric conversion element S due to radiation irradiation are accumulated. The control unit 214 stands by in this state until radiation irradiation is completed.

次に、制御部214は、駆動回路114および読出回路113に本読みを実行させる。本読みでは、駆動回路114が、画素アレイ112のそれぞれの行のゲート線Vg1〜Vg4に供給されるゲート信号をアクティブレベルに駆動する。そして、読出回路113は、列信号線Sigを介して光電変換素子Sに蓄積されている電荷を読み出し、マルチプレクサ108、バッファ109およびAD変換器110を通して放射線画像データとしてコンピュータ240に出力する。   Next, the control unit 214 causes the driving circuit 114 and the reading circuit 113 to perform the main reading. In the main reading, the drive circuit 114 drives the gate signal supplied to the gate lines Vg1 to Vg4 in each row of the pixel array 112 to the active level. Then, the readout circuit 113 reads out the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element S through the column signal line Sig, and outputs it to the computer 240 as radiation image data through the multiplexer 108, the buffer 109, and the AD converter 110.

次にオフセット画像データの取得について説明する。光電変換素子Sは、放射線を照射しない状態においても、ダーク電荷が溜まり続ける。このため、制御部214は、放射線を照射せずに放射線画像データを取得する際と同様の動作を行うことによって、オフセット画像データを取得する。放射線画像データからオフセット画像データを引き算することで、ダーク電荷によるオフセット成分が除去できる。   Next, acquisition of offset image data will be described. The photoelectric conversion element S continues to accumulate dark charges even in a state where it is not irradiated with radiation. For this reason, the control part 214 acquires offset image data by performing the same operation | movement as acquiring radiation image data, without irradiating a radiation. By subtracting the offset image data from the radiation image data, the offset component due to the dark charge can be removed.

次に、図6を用いて動画を撮像するための駆動について説明する。動画を撮像する場合、高速に読み出すため、同時に複数のゲート線Vgをアクティブレベルに駆動する。このとき、第1の光電変換素子901を備える画素PIXと第2の光電変換素子902を有する画素PIXとの信号を1つの列信号配線Sigに出力してしまうと、エネルギ成分を分離できなくなってしまう。そのため、図6に示すように、ゲート線Vg1とゲート線Vg3とに供給されるゲート信号を同時にアクティブレベルにすることによって、第1の光電変換素子901である光電変換素子S12と光電変換素子S32との信号が列信号線Sig2に出力される。同時に、第2の光電変換素子902である光電変換素子S11と光電変換素子S31との信号が列信号線Sig1へ出力される。第1の光電変換素子901と第2の光電変換素子902との信号を、それぞれ異なる列信号線Sigに出力することによって、エネルギサブトラクション処理ができる。   Next, driving for capturing a moving image will be described with reference to FIG. When capturing a moving image, a plurality of gate lines Vg are simultaneously driven to an active level in order to read out at high speed. At this time, if signals of the pixel PIX having the first photoelectric conversion element 901 and the pixel PIX having the second photoelectric conversion element 902 are output to one column signal wiring Sig, energy components cannot be separated. End up. Therefore, as shown in FIG. 6, by simultaneously setting the gate signals supplied to the gate line Vg1 and the gate line Vg3 to the active level, the photoelectric conversion element S12 that is the first photoelectric conversion element 901 and the photoelectric conversion element S32. Is output to the column signal line Sig2. At the same time, signals from the photoelectric conversion elements S11 and S31, which are the second photoelectric conversion elements 902, are output to the column signal line Sig1. By outputting the signals of the first photoelectric conversion element 901 and the second photoelectric conversion element 902 to different column signal lines Sig, energy subtraction processing can be performed.

次に、本実施形態における画像処理フローについて、図7を用いて説明する。まず、ステップS910において、制御部214は、上述の空読みを行った後、放射線画像データを取得するために、放射線の照射中に光電変換素子Sで生成される電荷を蓄積するように制御する。次いで、制御部214は、ステップS911において、駆動回路114および読出回路113に本読みを実行させ、放射線画像データを読み出す。このステップS911で、放射線画像データがコンピュータ240に出力される。次いで、制御部214は、ステップS912においてオフセット画像データを取得するための蓄積動作を行い、ステップ913において、オフセット画像データを駆動回路114および読出回路113に読み出させ、コンピュータ240に出力させる。   Next, an image processing flow in the present embodiment will be described with reference to FIG. First, in step S910, the control unit 214 performs control so as to accumulate charges generated by the photoelectric conversion element S during radiation irradiation in order to acquire radiation image data after performing the above-described idle reading. . Next, in step S911, the control unit 214 causes the drive circuit 114 and the reading circuit 113 to perform main reading, and reads out radiation image data. In step S911, radiation image data is output to the computer 240. Next, the control unit 214 performs an accumulation operation for acquiring offset image data in step S912. In step 913, the control unit 214 causes the drive circuit 114 and the readout circuit 113 to read the offset image data, and causes the computer 240 to output the offset image data.

次いで、コンピュータ240の信号処理部241は、ステップS911で取得した放射線画像データを、ステップS913で取得したオフセット画像データで引き算することによってオフセット補正を行う。信号処理部241は、次に、ステップS915において、オフセット補正後の放射線画像データを、第1の光電変換素子901から出力される放射線画像データと、第2の光電変換素子902から出力される放射線画像データに分離する。ここでは、第2の光電変換素子902は、図3(a)の構成において、図中の上から放射線が入射し、シンチレータ904からの光が遮光され、シンチレータ905からの高エネルギの放射線によって生じる光を受光するものとして説明する。また、第1の光電変換素子901から出力された放射線画像データを両面画像データ、第2の光電変換素子902から出力された放射線画像データを片面画像データとそれぞれ表記する。   Next, the signal processing unit 241 of the computer 240 performs offset correction by subtracting the radiation image data acquired in step S911 by the offset image data acquired in step S913. Next, in step S <b> 915, the signal processing unit 241 performs the radiation image data after the offset correction, the radiation image data output from the first photoelectric conversion element 901, and the radiation output from the second photoelectric conversion element 902. Separate into image data. Here, in the configuration of FIG. 3A, the second photoelectric conversion element 902 is irradiated with radiation from the top in the drawing, light from the scintillator 904 is blocked, and is generated by high-energy radiation from the scintillator 905. A description will be given assuming that light is received. The radiation image data output from the first photoelectric conversion element 901 is referred to as double-sided image data, and the radiation image data output from the second photoelectric conversion element 902 is referred to as single-sided image data.

信号処理部241は、次いで、ステップS916において、被写体が無い状態で撮影したゲイン補正用画像データを用いて、両面画像データのゲイン補正を行う。また、信号処理部241は、ステップS917において、ゲイン補正用画像データを用いて、両面画像データのゲイン補正を行う。   Next, in step S916, the signal processing unit 241 performs the gain correction of the double-sided image data using the gain correction image data captured without the subject. In step S917, the signal processing unit 241 performs gain correction of the double-sided image data using the gain correction image data.

ゲイン補正を行った後、信号処理部241は、ステップS918において、第1の光電変換素子901を含まない画素PIX、換言すると第2の光電変換素子902を有する画素PIXの両面画像データの欠落を補うための画素補間を行う。同様に信号処理部241は、ステップS919において、第2の光電変換素子902を含まない画素PIX、換言すると第1の光電変換素子901を有する画素PIXの片面画像データの欠落を補うための画素補間を行う。このステップS918、S919での画素補間について、図8を用いて説明する。ここでは、図4(b)に示される、第1の光電変換素子901を備える画素PIXの方が、第2の光電変換素子902を備える画素PIXよりも多い場合の配置を例に説明する。   After performing the gain correction, in step S918, the signal processing unit 241 detects the missing double-sided image data of the pixel PIX that does not include the first photoelectric conversion element 901, in other words, the pixel PIX that includes the second photoelectric conversion element 902. Perform pixel interpolation to compensate. Similarly, in step S919, the signal processing unit 241 performs pixel interpolation to compensate for missing single-sided image data of the pixel PIX that does not include the second photoelectric conversion element 902, in other words, the pixel PIX that includes the first photoelectric conversion element 901. I do. The pixel interpolation in steps S918 and S919 will be described with reference to FIG. Here, an example of the arrangement shown in FIG. 4B when the number of pixels PIX including the first photoelectric conversion element 901 is larger than the number of pixels PIX including the second photoelectric conversion element 902 will be described.

まず、図8(a)を用いて、両面画像データの画素補間について説明する。片面画像データを出力する第2の光電変換素子902を有する画素Eの両面画像データは、画素Eに隣接する両面画像データを出力する第1の光電変換素子901を有する画素A、B、C、D、F、G、H、Iの両面画像データを用いて補間する。例えば、信号処理部241は、画素Eに隣接する8画素の両面画像データの平均値を用いて、画素Eの両面画像データを補間してもよい。また例えば、信号処理部241は、画素B、D、F、Hのように、隣接する一部の画素の両面画像データの平均値を用いて、画素Eの両面画像データを補間してもよい。ステップS918において、画素補間を行うことによって、それぞれの画素PIXの放射線の高エネルギ成分および低エネルギ成分によって生成された放射線画像データが生成される。   First, pixel interpolation of double-sided image data will be described with reference to FIG. The double-sided image data of the pixel E having the second photoelectric conversion element 902 that outputs single-sided image data is the pixels A, B, C, and the like that have the first photoelectric conversion element 901 that outputs double-sided image data adjacent to the pixel E. Interpolation is performed using double-sided image data of D, F, G, H, and I. For example, the signal processing unit 241 may interpolate the double-sided image data of the pixel E using an average value of double-sided image data of 8 pixels adjacent to the pixel E. Further, for example, the signal processing unit 241 may interpolate the double-sided image data of the pixel E using the average value of the double-sided image data of some adjacent pixels such as the pixels B, D, F, and H. . In step S918, by performing pixel interpolation, radiation image data generated by the high energy component and low energy component of the radiation of each pixel PIX is generated.

次に、図8(b)を用いて、片面画像データの画素補間について説明する。両面画像データを出力する第1の光電変換素子901を有する画素Jの片面画像データは、画素Jに隣接する片面画像データを出力する第2の光電変換素子902を有する画素K、L、M、Nの片面画像データを用いて補間する。例えば、信号処理部241は、画素Jに隣接する4画素の片面画像データの平均値を用いて、画素Jの片面画像データを補間してもよい。この場合、例えば、画素Jの配される位置から画素Kまでの距離と画素Nまでの距離とは異なる。そのため、距離に応じて、それぞれ画素K、L、M、Nから出力される片面画像データに対して重みづけをして平均化してもよい。ステップS919において、画素補間を行うことによって、それぞれの画素PIXの放射線の高エネルギ成分によって生成された放射線画像データが生成される。   Next, pixel interpolation of single-sided image data will be described with reference to FIG. The single-sided image data of the pixel J having the first photoelectric conversion element 901 that outputs double-sided image data is the pixels K, L, M, and the like that have the second photoelectric conversion element 902 that outputs single-sided image data adjacent to the pixel J. Interpolation is performed using N single-sided image data. For example, the signal processing unit 241 may interpolate the single-sided image data of the pixel J using the average value of the single-sided image data of four pixels adjacent to the pixel J. In this case, for example, the distance from the position where the pixel J is arranged to the pixel K and the distance to the pixel N are different. Therefore, the single-sided image data output from the pixels K, L, M, and N may be weighted and averaged according to the distance. In step S919, by performing pixel interpolation, radiation image data generated by the high energy component of the radiation of each pixel PIX is generated.

次いで、信号処理部241は、ステップS920において、放射線の低エネルギ成分による放射線画像データを生成する。上述のように、第2の光電変換素子902の放射線が入射する側に遮光層903を設けた場合、片面画像データは、高エネルギ成分による放射線画像データとなる。また、両面画像データは、高エネルギと低エネルギの両方の成分を有する放射線画像データとなる。このため、画素補間された両面画像データのから画素保管された片面画像データを引き算することによって、低エネルギ成分の放射線画像データを生成することができる。   Next, in step S920, the signal processing unit 241 generates radiation image data based on a low energy component of radiation. As described above, when the light shielding layer 903 is provided on the radiation incident side of the second photoelectric conversion element 902, the single-sided image data is radiation image data based on a high energy component. The double-sided image data is radiation image data having both high energy and low energy components. For this reason, the radiation image data of a low energy component can be produced | generated by subtracting the single-sided image data by which pixel storage was carried out from the double-sided image data by which the pixel interpolation was carried out.

また、第2の光電変換素子902の放射線が入射する側と反対側に遮光層903を設けた場合、片面画像データは、低エネルギ成分による放射線画像データとなる。このため、画素補間された両面画像データのから画素保管された片面画像データを引き算することによって、高エネルギ成分の放射線画像データを生成することができる。しかしながら、高エネルギ成分による放射線画像は、放射線の入射する側のシンチレータ904で吸収しきれなかった放射線の成分のため、シンチレータ905からの光量は、シンチレータ904からの光量よりも少ない。そのため、両面画像データから片面画像データを減算して、高エネルギ成分の放射線画像データを生成すると、低エネルギ成分の放射線画像データのノイズが、高エネルギ成分の放射線画像データに乗ってしまう。結果として、高エネルギ成分の放射線画像データのS/N比が低くなってしまう。このため、上述の本実施形態に示すように、第2の光電変換素子902の放射線が入射する側を遮光し、両面画像データを高エネルギ成分+低エネルギ成分、片面画像データを高エネルギ成分の画像データとする。そして、両面画像データから片面画像データを減算し、低エネルギ画像を生成する方が、S/N比が向上しうる。   Further, when the light shielding layer 903 is provided on the side opposite to the side on which the radiation of the second photoelectric conversion element 902 is incident, the single-sided image data becomes radiation image data based on a low energy component. For this reason, high-energy component radiation image data can be generated by subtracting the single-sided image data stored in the pixel from the double-sided image data subjected to pixel interpolation. However, since the radiation image by the high energy component is a radiation component that cannot be absorbed by the scintillator 904 on the side where the radiation is incident, the light amount from the scintillator 905 is smaller than the light amount from the scintillator 904. Therefore, when the single-sided image data is subtracted from the double-sided image data to generate the high-energy component radiation image data, the noise of the low-energy component radiation image data is carried on the high-energy component radiation image data. As a result, the S / N ratio of the radiation image data of the high energy component is lowered. For this reason, as shown in the above-described embodiment, the radiation incident side of the second photoelectric conversion element 902 is shielded, the double-sided image data is a high energy component + low energy component, and the single-sided image data is a high energy component. Let it be image data. Then, the S / N ratio can be improved by subtracting the single-sided image data from the double-sided image data to generate a low energy image.

信号処理部241は、ステップS922において、エネルギサブトラクション画像の生成を行う。具体的には、信号処理部241は、ステップS920で取得した第1の光電変換素子901から出力される信号と第2の光電変換素子902から出力される信号との差分と、第2の光電変換素子902から出力される信号と、の差分をとる。これによって、高エネルギ成分の放射線画像データと低エネルギ成分の放射線画像データとの差分であるエネルギサブトラクション画像が生成される。   In step S922, the signal processing unit 241 generates an energy subtraction image. Specifically, the signal processing unit 241 determines the difference between the signal output from the first photoelectric conversion element 901 and the signal output from the second photoelectric conversion element 902 acquired in step S920, and the second photoelectric conversion element. The difference from the signal output from the conversion element 902 is taken. As a result, an energy subtraction image that is the difference between the high-energy component radiation image data and the low-energy component radiation image data is generated.

また、信号処理部241は、ステップS918において第1の光電変換素子901からそれぞれ出力された両面画像データに基づいて、ステップS920においてエネルギサブトラクションをしない通常の放射線画像を生成してもよい。第1の光電変換素子901は、放射線の入射する側のシンチレータ904からの光と、放射線が入射する側と反対側のシンチレータ905からの光とを受光する。これによって、一方のシンチレータで発光する光のみを受光する場合よりも、通常の放射線画像において、高いS/N比を得ることができる。   Further, the signal processing unit 241 may generate a normal radiation image that does not perform energy subtraction in step S920 based on the double-sided image data output from the first photoelectric conversion element 901 in step S918. The first photoelectric conversion element 901 receives light from the scintillator 904 on the radiation incident side and light from the scintillator 905 on the opposite side to the radiation incident side. Thus, a higher S / N ratio can be obtained in a normal radiographic image than when only light emitted by one scintillator is received.

ここで、特許文献1に示されるような、放射線画像の1つの画素データを生成するために、放射線の入射する側のシンチレータの光のみを受光する光電変換素子と反対側のシンチレータの光のみを受光する光電変換素子とを配する放射線撮像装置を考える。この2つの光電変換素子から出力される2つの信号の差分をとりエネルギサブトラクション画像を生成し、また、2つの信号を加算することによって通常の放射線画像を生成することができる。しかしながら、1つの画素データを生成するために、2つの光電変換素子が必要となることによって、構造が複雑になり、製造コストが上昇してしまう可能性がある。また、1つ1つの光電変換素子の大きさが小さくなり、得られる信号のS/N比が低下してしまう可能性がある。また、通常の放射線画像を生成する際、2つの信号を加算する際、それぞれの信号に重畳するノイズも加算されてしまうため、S/N比が低くなる可能性がある。一方、本実施形態において、複数の画素PIXのうち、第2の光電変換素子902を備える一部の画素PIXにのみ、シンチレータ904またはシンチレータ905からの光を遮断するための遮光層903が配される。つまり、一部の画素PIXに遮光層903を追加するだけでよいため、構造が複雑にならず、製造コストを抑制しつつ、エネルギサブトラクション画像を取得できる放射線撮像装置が実現できる。また、第1の光電変換素子901は、シンチレータ904およびシンチレータ905から発せられる光を受光するため、入射する放射線に対する感度が向上し、結果として、得られる放射線画像の画質が向上しうる。さらに、通常の放射線画像を生成する際においても、2つのシンチレータ904、905で発光した光を受光することで生成される信号から放射線画像が生成される。このため、特許文献1のような構造と比較して、通常の放射線画像を撮影した際のS/N比が向上する。   Here, as shown in Patent Document 1, in order to generate one pixel data of the radiation image, only the light of the scintillator on the opposite side to the photoelectric conversion element that receives only the light of the scintillator on the radiation incident side is used. Consider a radiation imaging apparatus having a photoelectric conversion element for receiving light. A difference between the two signals output from the two photoelectric conversion elements is taken to generate an energy subtraction image, and a normal radiation image can be generated by adding the two signals. However, since two photoelectric conversion elements are required to generate one pixel data, the structure becomes complicated and the manufacturing cost may increase. In addition, the size of each photoelectric conversion element may be reduced, and the S / N ratio of the obtained signal may be reduced. In addition, when generating a normal radiographic image, when two signals are added, noise superimposed on each signal is also added, which may reduce the S / N ratio. On the other hand, in the present embodiment, a light shielding layer 903 for blocking light from the scintillator 904 or the scintillator 905 is disposed only in some of the pixels PIX including the second photoelectric conversion element 902 among the plurality of pixels PIX. The That is, since it is only necessary to add the light shielding layer 903 to some of the pixels PIX, the structure is not complicated, and a radiation imaging apparatus that can acquire an energy subtraction image while suppressing the manufacturing cost can be realized. In addition, since the first photoelectric conversion element 901 receives light emitted from the scintillator 904 and the scintillator 905, sensitivity to incident radiation can be improved, and as a result, the image quality of the obtained radiation image can be improved. Further, when generating a normal radiographic image, a radiographic image is generated from a signal generated by receiving light emitted from the two scintillators 904 and 905. For this reason, compared with a structure like patent document 1, the S / N ratio at the time of image | photographing a normal radiographic image improves.

また、本実施形態において、1つの撮像パネル212を用いて、被写体に対して1回の放射線照射(ワンショット法)で2つの異なるエネルギ成分の放射線の放射線画像を記録することができる。このため、2つの撮像パネルを用いてエネルギサブトラクション画像を生成する放射線撮像装置と比較して、放射線撮像装置の部品点数が少なくなり製造コストが低減できる。また、放射線撮像装置210の重量を削減することが可能となるため、可搬型のユーザにとって使い勝手のよい放射線撮像装置が実現できる。また、1つの撮像パネルでエネルギサブトラクション画像を生成するため、2つの撮像パネル間での光電変換素子同士の位置ずれの問題が発生しない放射線撮像装置が実現できる。さらに、エネルギサブトラクション画像だけでなく、通常の放射線画像を生成において、高いS/N比の放射線画像の生成が可能な放射線撮像装置が実現できる。   In the present embodiment, radiation images of radiation having two different energy components can be recorded with one radiation irradiation (one-shot method) on a subject using one imaging panel 212. For this reason, compared with the radiation imaging device which produces | generates an energy subtraction image using two imaging panels, the number of parts of a radiation imaging device decreases and manufacturing cost can be reduced. Further, since the weight of the radiation imaging apparatus 210 can be reduced, a radiation imaging apparatus that is easy to use for a portable user can be realized. In addition, since the energy subtraction image is generated by one imaging panel, a radiation imaging apparatus that does not cause the problem of positional deviation between the photoelectric conversion elements between the two imaging panels can be realized. Furthermore, it is possible to realize a radiation imaging apparatus capable of generating a radiation image with a high S / N ratio in generating not only an energy subtraction image but also a normal radiation image.

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was shown, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, embodiment mentioned above can be changed and combined suitably. Is possible.

210 放射線撮像装置
310 基板
901 第1の光電変換素子
902 第2の光電変換素子
903 遮光層
904,905 シンチレータ
210 Radiation Imaging Device 310 Substrate 901 First Photoelectric Conversion Element 902 Second Photoelectric Conversion Element 903 Light Shielding Layer 904, 905 Scintillator

Claims (16)

第1の面の側に複数の光電変換素子が2次元アレイ状に配された光を透過する基板と、前記基板と前記複数の光電変換素子を挟むように配された第1のシンチレータと、前記基板のうち前記第1の面とは反対の第2の面の側に配された第2のシンチレータと、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の光電変換素子は、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを含み、
前記第2の光電変換素子は、前記基板の側から順に、第1の電極として機能する金属の導電層と、不純物半導体層と、半導体層と、第2の電極と、を含み、
前記第1の光電変換素子は、前記基板の側から順に、金属の導電層を有さずに、第1の電極として機能する不純物半導体層と、半導体層と、第2の電極と、を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
A substrate that transmits light in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array on the first surface side; a first scintillator that is disposed so as to sandwich the substrate and the plurality of photoelectric conversion elements; A radiation imaging apparatus comprising: a second scintillator disposed on a second surface side of the substrate opposite to the first surface;
The plurality of photoelectric conversion elements include a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element,
The second photoelectric conversion element includes, in order from the substrate side, a metal conductive layer functioning as a first electrode, an impurity semiconductor layer, a semiconductor layer, and a second electrode.
The first photoelectric conversion element includes, in order from the substrate side, an impurity semiconductor layer that functions as a first electrode without a metal conductive layer, a semiconductor layer, and a second electrode. A radiation imaging apparatus.
前記複数の第1の光電変換素子は、前記基板への平面視において前記第2の光電変換素子よりも面積が小さいことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of first photoelectric conversion elements have an area smaller than that of the second photoelectric conversion element in a plan view of the substrate. 前記複数の光電変換素子毎に対応して設けられた複数のスイッチ素子を更に含み、
前記複数のスイッチ素子のうちの1つのスイッチ素子と前記第1の光電変換素子とを電気的に接続するコンタクトプラグは、前記基板への平面視における光電変換素子の略中央に配されており、前記不純物半導体層と同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の放射線撮像装置。
A plurality of switch elements provided corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements;
A contact plug that electrically connects one switch element of the plurality of switch elements and the first photoelectric conversion element is disposed at a substantially center of the photoelectric conversion element in a plan view to the substrate, The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the radiation imaging apparatus is made of the same material as the impurity semiconductor layer.
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子は、PIN型フォトダイオードであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are PIN photodiodes. 前記第2のシンチレータと前記第2の面との間に散乱防止層が配されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein an anti-scattering layer is disposed between the second scintillator and the second surface. 前記第1の光電変換素子の半導体層と、前記第1のシンチレータとの間に遮光層が配置されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein a light shielding layer is disposed between the semiconductor layer of the first photoelectric conversion element and the first scintillator. 前記第1の面の側から放射線を入射させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein radiation is incident from a side of the first surface. 前記第2の面の側から放射線を入射させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein radiation is incident from a side of the second surface. 前記放射線撮像装置は、前記複数の光電変換素子で生成された信号を出力するための列方向に沿った複数の信号線をさらに含み、
前記複数の光電変換素子のうち前記列方向と交差する行方向に並ぶ光電変換素子において、含まれる前記複数の第2の光電変換素子の数が、行ごとに同じことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
The radiation imaging apparatus further includes a plurality of signal lines along a column direction for outputting signals generated by the plurality of photoelectric conversion elements,
2. The photoelectric conversion elements arranged in a row direction intersecting with the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements, the number of the plurality of second photoelectric conversion elements included is the same for each row. The radiation imaging apparatus of any one of thru | or 8.
前記複数の光電変換素子のうち前記列方向に並ぶ光電変換素子において、含まれる前記複数の第2の光電変換素子の数が、列ごとに同じことを特徴とする請求項9に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging according to claim 9, wherein, in the photoelectric conversion elements arranged in the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements, the number of the plurality of second photoelectric conversion elements included is the same for each column. apparatus. 前記放射線撮像装置は、前記複数の光電変換素子で生成された信号を出力するための列方向に沿った複数の信号線をさらに含み、
前記複数の光電変換素子のうち前記列方向に並ぶ光電変換素子において、含まれる前記複数の第2の光電変換素子の数が、列ごとに同じことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
The radiation imaging apparatus further includes a plurality of signal lines along a column direction for outputting signals generated by the plurality of photoelectric conversion elements,
9. The photoelectric conversion element arranged in the column direction among the plurality of photoelectric conversion elements, wherein the number of the plurality of second photoelectric conversion elements included is the same for each column. The radiation imaging apparatus according to item 1.
前記複数の第1の光電変換素子の数よりも前記複数の第2の光電変換素子の数の方が少ないことを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の放射線撮像装置。   The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the number of the plurality of second photoelectric conversion elements is smaller than the number of the plurality of first photoelectric conversion elements. 請求項1乃至12の何れか1項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部と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 12,
A radiation imaging system comprising: a signal processing unit that processes a signal from the radiation imaging apparatus.
前記信号処理部は、前記複数の第1の光電変換素子のそれぞれから出力される信号と前記複数の第2の光電変換素子のそれぞれから出力される信号とに基づいて、エネルギサブトラクション画像を生成することを特徴とする請求項13に記載の放射線撮像システム。   The signal processing unit generates an energy subtraction image based on a signal output from each of the plurality of first photoelectric conversion elements and a signal output from each of the plurality of second photoelectric conversion elements. The radiation imaging system according to claim 13. 前記信号処理部は、前記複数の第1の光電変換素子のそれぞれから出力される信号と前記複数の第2の光電変換素子のそれぞれから出力される信号との差分と、前記第2の光電変換素子のそれぞれから出力される信号と、の差分に基づいてエネルギサブトラクション画像を生成することを特徴とする請求項13または14に記載の放射線撮像システム。   The signal processing unit includes a difference between a signal output from each of the plurality of first photoelectric conversion elements and a signal output from each of the plurality of second photoelectric conversion elements, and the second photoelectric conversion. The radiation imaging system according to claim 13 or 14, wherein an energy subtraction image is generated based on a difference between the signal output from each of the elements. 前記信号処理部は、前記複数の第1の光電変換素子のそれぞれから出力される信号に基づいて、通常の放射線画像を生成することを特徴とする請求項13に記載の放射線撮像システム。   The radiation imaging system according to claim 13, wherein the signal processing unit generates a normal radiation image based on a signal output from each of the plurality of first photoelectric conversion elements.
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