JP2002350551A - Radiation imaging apparatus and radiation imaging system using the same - Google Patents

Radiation imaging apparatus and radiation imaging system using the same

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JP2002350551A
JP2002350551A JP2001157270A JP2001157270A JP2002350551A JP 2002350551 A JP2002350551 A JP 2002350551A JP 2001157270 A JP2001157270 A JP 2001157270A JP 2001157270 A JP2001157270 A JP 2001157270A JP 2002350551 A JP2002350551 A JP 2002350551A
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JP
Japan
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imaging apparatus
accumulation
radiation imaging
radiation
ray
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Application number
JP2001157270A
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Japanese (ja)
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Isao Kobayashi
功 小林
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation imaging apparatus for achieving the shooting of a still image requiring a large dynamic range, and the shooting of a dynamic image requiring an extremely high S/N ratio using the same apparatus. SOLUTION: An MIS type accumulation capacitor C1 is connected to a switch S1 so that it can be connected to the positive potential side of a power supply B1 or GND potential. By switching the switch S1, use can be made in both accumulation and depletion states. In the case of a large accumulation capacity, the accumulation capacitor C1 is used in the accumulation state to increase accumulation capacity for accumulating signal charges being generated by the sensor element in the X-ray image pickup apparatus. The accumulation capacity can be reduced by using the accumulation capacitor C1 in the depletion state to reduce the accumulation capacity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用の診断や工
業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置に関す
る。なお、本明細書では、X線、γ線などの電磁波やα
線、β線も放射線に含めるものとして説明する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radiation imaging apparatus suitable for use in medical diagnosis and industrial nondestructive inspection. In this specification, electromagnetic waves such as X-rays and γ-rays and α
It is assumed that rays and β rays are also included in the radiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、医療器のX線レントゲン分野にお
いて、患者を透過したX線をフィルムに露光するフィル
ム撮影方式から、患者を透過したX線を電気信号(電
荷)に変換してディジタル画像処理する画像処理方式へ
と急速に変わりつつある。ディジタル画像では、X線画
像の画像処理が可能となるため診断精度を向上させるこ
とができる。また、現像の必要性がないため、撮影間隔
を短くでき、集団検診等で効率よく撮影をすることがで
きる。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of X-ray radiography for medical equipment, a digital image is obtained by converting an X-ray transmitted through a patient into an electric signal (charge) by converting the X-ray transmitted through the patient into an electric signal (charge). It is rapidly changing to an image processing method for processing. With digital images, image processing of X-ray images can be performed, so that diagnostic accuracy can be improved. Further, since there is no need for development, the photographing interval can be shortened, and photographing can be efficiently performed in a group checkup or the like.

【0003】このような分野で求められることは、検出
感度の向上と信号の低ノイズ化である。特に検出感度を
向上させると、撮影時のX線曝射量を低減でき、人体へ
の影響を少なくできることから、高感度のX線検出装置
の開発に期待がかかっている。
[0003] In such a field, what is required is an improvement in detection sensitivity and a reduction in signal noise. In particular, if the detection sensitivity is improved, the amount of X-ray exposure at the time of imaging can be reduced and the influence on the human body can be reduced. Therefore, development of a high-sensitivity X-ray detection device is expected.

【0004】ディジタル画像処理に用いるX線撮像装置
には大きく分けて図11及び図12に示した2種類があ
る。一つは、図11に示す、患者506を通った情報を
担ったX線501を蛍光体502で光503に変換し、
その光をフォトダイオードなどの半導体光センサー50
4を用いて電気信号に変換する方法である。もう一つ
は、図12に示す、X線を吸収し光電効果によりX線信
号を電気信号に変換する光電吸収材料507を用いる方
法である。この材料にはアモルファス−セレン(α−S
e)などの非結晶材料やGaAsやシリコンといった結
晶材料が用いられる。共に電気信号を転送する部分は、
半導体(シリコンまたはアモルファスシリコン)で作ら
れた、薄膜トランジスタやMOSトランジスタなどのス
イッチング素子と電気信号を蓄積するための蓄積用コン
デンサを2次元マトリックス状に配置した電気回路基板
505または508を用いる。前者を間接型、後者を直
接型と呼ぶ。
An X-ray imaging apparatus used for digital image processing is roughly classified into two types shown in FIGS. One is that an X-ray 501 carrying information passed through a patient 506 shown in FIG.
The light is transmitted to a semiconductor optical sensor 50 such as a photodiode.
4 is a method of converting into an electric signal. The other is a method shown in FIG. 12, which uses a photoelectric absorbing material 507 that absorbs X-rays and converts an X-ray signal into an electric signal by a photoelectric effect. This material includes amorphous-selenium (α-S
An amorphous material such as e) or a crystalline material such as GaAs or silicon is used. The part that transmits electric signals together
An electric circuit board 505 or 508 made of semiconductor (silicon or amorphous silicon) and having switching elements such as thin film transistors and MOS transistors and storage capacitors for storing electric signals arranged in a two-dimensional matrix is used. The former is called an indirect type, and the latter is called a direct type.

【0005】これらディジタル画像処理に用いるX線撮
像装置は、医療の分野だけでなく測定機器への応用も考
えられつつある。例えば、結晶解析に用いられているX
線回折装置に用いれば、結晶成長の過程をリアルタイム
で測定できるようになる。
[0005] The X-ray imaging apparatus used for digital image processing is being considered for application not only to the medical field but also to measurement equipment. For example, X used for crystal analysis
When used in a line diffractometer, the process of crystal growth can be measured in real time.

【0006】また、X線検出器を高感度化するために必
要な要素に次のようなものがある。 (ア)X線吸収材料の吸収効率 (イ)X線吸収部の体積 (ウ)発生したキャリアの転送効率 (エ)寄生容量 そこで、化合物半導体などの単結晶半導体材料が注目さ
れている。単結晶の化合物半導体は、直接X線を吸収し
て電荷を生成できることから、蛍光体等でX線を光に変
換してから光電変換する構成に比べて、検出したX線の
利用効率が高い。
[0006] The following elements are necessary for increasing the sensitivity of the X-ray detector. (A) Absorption efficiency of X-ray absorbing material (A) Volume of X-ray absorbing part (C) Transfer efficiency of generated carrier (D) Parasitic capacitance Therefore, single crystal semiconductor materials such as compound semiconductors are attracting attention. Since a single-crystal compound semiconductor can directly absorb X-rays and generate charges, the use efficiency of detected X-rays is higher than that of a configuration in which X-rays are converted to light by a phosphor or the like and then photoelectrically converted. .

【0007】しかしながら、現在行われているレントゲ
ンフィルム撮影のX線量のダイナミックレンジは約5桁
あると言われており、レントゲンフィルムと同等の画質
を得るためには、被曝X線量に対するダイナミックレン
ジを大きくしなければならない。
[0007] However, it is said that the dynamic range of X-rays currently used in X-ray film photography is about five orders of magnitude, and in order to obtain the same image quality as that of X-ray films, the dynamic range for X-ray exposure must be increased. Must.

【0008】そのためには、X線検出装置のセンサー素
子によって発生した信号電荷を、蓄積する蓄積容量を大
きくする必要がある。
For this purpose, it is necessary to increase the storage capacitance for storing signal charges generated by the sensor element of the X-ray detector.

【0009】一般に、X線検出装置におけるセンサー素
子の配置されるピッチは100〜200μmであるの
で、X線検出装置における配置パターンは100〜20
0μm四方の中に、少なくとも、センサー素子で生成さ
れた電気信号を蓄積する蓄積容量とそこに蓄積された電
気信号を転送するスイッチング素子を配置する必要があ
る。
In general, the pitch at which sensor elements are arranged in an X-ray detection device is 100 to 200 μm, and thus the arrangement pattern in the X-ray detection device is 100 to 20 μm.
It is necessary to arrange at least a storage capacitor for storing the electric signal generated by the sensor element and a switching element for transferring the electric signal stored therein in the 0 μm square.

【0010】センサー素子で生成された電気信号を蓄積
する蓄積容量とそこに蓄積された電気信号を転送するス
イッチング素子については、構成される膜厚により、単
位面積当たりの容量値と転送効率は異なるのであるが、
一般に50μm四方の面積においては、最大1pF程度
が限度であると考えられる。
[0010] Regarding the storage capacitor for storing the electric signal generated by the sensor element and the switching element for transferring the electric signal stored therein, the capacitance value per unit area and the transfer efficiency differ depending on the thickness of the film. However,
Generally, in an area of 50 μm square, it is considered that the maximum is about 1 pF.

【0011】このような状況において、センサー素子で
生成された電気信号を蓄積する蓄積容量を少しでも大き
くすることが、レントゲンフィルムと同等の画質を得る
ために必要であると考えられる。
In such a situation, it is considered necessary to increase the storage capacity for storing the electric signal generated by the sensor element as much as possible in order to obtain an image quality equivalent to that of an X-ray film.

【0012】一方、最近の医療のレントゲン撮影の動向
として、静止画のみならず動画の必要性が重要視されて
いる。具体的には、現在大型であるイメージインテンシ
ファイアー(I.I.)で行われているバリウム等の造
影剤によるリアルタイム撮影を、高感度で小型の直接型
X線検出装置で行うことが世界各地で報告されつつあ
る。バリウム等の造影剤のリアルタイム撮影(動画)に
おいては、微少な放射線量しか得られないため、非常に
高S/Nが必要とされる。
On the other hand, the necessity of not only still images but also moving images has been emphasized as a recent trend in medical radiography. Specifically, real-time imaging with a contrast agent such as barium, which is currently performed by a large-scale image intensifier (II), using a high-sensitivity, small-sized direct-type X-ray detection device is a worldwide standard. It is being reported in various places. In real-time imaging (moving images) of a contrast agent such as barium, only a very small radiation dose can be obtained, so that a very high S / N is required.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大きな
ダイナミックレンジを必要とする静止画像撮影と、微少
な放射線量しか得られず、非常に高S/Nが必要とされ
る動画像撮影とを同じ装置で実現することは困難である
といわれている。
However, the same apparatus is used for photographing a still image requiring a large dynamic range and for photographing a moving image requiring only a small radiation dose and requiring a very high S / N. It is said that it is difficult to achieve this.

【0014】上記説明のように、現在行われているレン
トゲンフィルム撮影(静止画)のX線量のダイナミック
レンジは約5桁あり、レントゲンフィルムと同等の画質
を得るためには、高感度で小型の直接型X線撮像装置に
おける被爆X線量に対するダイナミックレンジを大きく
しなければならず、そのためには蓄積容量を大きくする
必要がある。
As described above, the dynamic range of the X-ray dose of X-ray film photographing (still image) currently performed is about 5 digits, and in order to obtain image quality equivalent to X-ray film, high sensitivity and small size are required. It is necessary to increase the dynamic range of the direct X-ray imaging apparatus for the X-ray dose to be exposed, and for that purpose, it is necessary to increase the storage capacity.

【0015】しかし、一般のX線検出装置におけるセン
サー素子の配置されるピッチにおいて、センサー素子で
生成された電気信号を蓄積する蓄積容量を十分に大きく
構成することは電極面積などの関係から困難である。
However, it is difficult to configure a sufficiently large storage capacitor for storing an electric signal generated by the sensor element at a pitch at which the sensor element is arranged in a general X-ray detector, due to the electrode area and the like. is there.

【0016】一方、バリウム等の造影剤のリアルタイム
撮影(動画)においては、微少な放射線量しか得られな
いため、非常に高S/Nが必要とされ、そのためには、
X線検出装置のセンサー素子によって発生した信号電荷
を蓄積する蓄積容量を小さくする必要がある。蓄積容量
を小さくすることにより、信号電荷を蓄積容量から読み
出し回路に転送する場合に発生する転送ノイズ(一般
に、kTCノイズという)を小さくすることが可能とな
るからである。
On the other hand, in real-time imaging (moving images) of a contrast agent such as barium, only a very small radiation dose can be obtained, so that a very high S / N is required.
It is necessary to reduce the storage capacitance for storing the signal charges generated by the sensor element of the X-ray detection device. This is because by reducing the storage capacitance, transfer noise (generally called kTC noise) generated when the signal charge is transferred from the storage capacitance to the readout circuit can be reduced.

【0017】そこで本発明は、X線撮像装置の被爆X線
量に対するダイナミックレンジを大きくするために、決
められた小面積において、X線撮像装置のセンサー素子
によって発生した信号電荷を蓄積する蓄積容量を大きく
することによって、大きなダイナミックレンジを必要と
する静止画像撮影を実現すると共に、微少な放射線量し
か得られず、非常に高S/Nを必要とする動画像撮影を
同じ装置で実現する放射線撮像装置及び放射線撮像シス
テムを提供することを目的とする。
In order to increase the dynamic range of the X-ray imaging apparatus with respect to the X-ray exposure, the present invention provides a storage capacitor for storing signal charges generated by a sensor element of the X-ray imaging apparatus in a predetermined small area. By increasing the size, a radiographic imaging that realizes a still image radiographing that requires a large dynamic range, obtains only a small radiation dose, and realizes a moving image radiographing that requires a very high S / N with the same device. It is an object to provide an apparatus and a radiation imaging system.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、放射線を電気信号に変換する変換体と、
この変換された電気信号を蓄積する電荷蓄積素子と、こ
の蓄積された電荷を転送する転送素子とを備え、この転
送された電荷を画像信号として読み取る放射線撮像装置
において、MIS型の蓄積容量が、電源の正電位または
GND電位に接続できるようにスイッチと接続され、こ
のスイッチを切り替えることによりアキュミュレイショ
ン(蓄積)状態とデプレッション(空乏)状態の両方で
使うことを可能とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a converter for converting radiation into an electric signal,
In a radiation imaging apparatus that includes a charge storage element that stores the converted electric signal and a transfer element that transfers the stored charge, the MIS-type storage capacitor includes a MIS-type storage capacitor that reads the transferred charge as an image signal. It is connected to a switch so that it can be connected to the positive potential or the GND potential of the power supply. By switching this switch, it can be used in both the accumulation (accumulation) state and the depletion (depletion) state.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、
X線直接変換材料として、GaAs基板を用いた場合を
例に説明するが、これに限定されるものではなく、Si
基板やCdTe基板などを用いてもよい。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment,
An example in which a GaAs substrate is used as the X-ray direct conversion material will be described, but the present invention is not limited to this.
A substrate or a CdTe substrate may be used.

【0020】まずここで電荷蓄積手段をアキュミレーシ
ョン状態にするスイッチ手段を設けない直接型の放射線
撮像装置を比較の為説明する。図4〜図10は、直接型
の放射線撮像装置の例である。以下にその説明を行う。
First, a direct type radiation imaging apparatus having no switch means for bringing the charge storage means into an accumulation state will be described for comparison. 4 to 10 show examples of a direct type radiation imaging apparatus. The description is given below.

【0021】図4は、直接型の放射線撮像装置の1画素
の等価回路図である。ここでD1は放射線を電気信号に
変換するGaAsセンサー素子であり、センサー素子で
感知した電気信号を蓄積する素子が蓄積容量C11であ
る。さらに蓄積容量C11から増幅するアンプ(Am
p)へ電気信号を転送する素子がトランジスタT1であ
る。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the direct type radiation imaging apparatus. Here, D1 is a GaAs sensor element that converts radiation into an electric signal, and an element that stores the electric signal detected by the sensor element is a storage capacitor C11. An amplifier (Am) that further amplifies from the storage capacitor C11
The element that transfers the electric signal to p) is the transistor T1.

【0022】また、本放射線撮像装置は、センサー素子
を構成しているGaAs基板と蓄積容量C11及び転送
用トランジスタT1を構成するガラス基板を導電性接着
剤で接合する構成としている。そのため、GaAs基板
とガラス基板との接合抵抗をr1としており、センサー
素子D1と接合抵抗をr1とを合わせてセンサー部R1
として図4中で破線で示している。
Further, the radiation imaging apparatus has a configuration in which a GaAs substrate forming a sensor element and a glass substrate forming a storage capacitor C11 and a transfer transistor T1 are joined with a conductive adhesive. Therefore, the junction resistance between the GaAs substrate and the glass substrate is defined as r1, and the sensor part R1 is determined by combining the sensor element D1 and the junction resistance with r1.
And is indicated by a broken line in FIG.

【0023】図5は、図4における放射線撮像装置の画
素部分の模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a pixel portion of the radiation imaging apparatus in FIG.

【0024】ここで、図4において説明したそれぞれの
素子は、センサー素子D1と接合抵抗をr1とを合わせ
たセンサー部R1とに相当するセンサー部と、蓄積容量
C11に相当する蓄積容量と、転送用トランジスタT1
に相当するトランジスタ4である。
Here, each of the elements described with reference to FIG. 4 includes a sensor section corresponding to the sensor section R1 including the sensor element D1 and the junction resistance r1, a storage capacitor corresponding to the storage capacitor C11, and a transfer element. Transistor T1
Is equivalent to the transistor 4.

【0025】また、GaAs基板2の共通電極1と、G
aAsセンサー素子によって変換された電気信号、すな
わち電荷を収集する電荷収集電極3と、GaAs基板2
とガラス基板10とを電気的に接続する導電性接着剤
5、蓄積容量からの電気信号の読み出しを制御するトラ
ンジスタ4に接続されている接合電極6が示されてい
る。
The common electrode 1 of the GaAs substrate 2 is
an electric signal converted by the aAs sensor element, that is, a charge collecting electrode 3 for collecting electric charges, and a GaAs substrate 2
FIG. 1 shows a conductive adhesive 5 for electrically connecting the substrate and the glass substrate 10, and a bonding electrode 6 connected to a transistor 4 for controlling reading of an electric signal from a storage capacitor.

【0026】また、ガラス基板10に形成された、蓄積
容量及びトランジスタ4の層構成は、第1層のメタル層
が9であり、その上に堆積される絶縁層が8であり、更
にその上に真性半導体層7が堆積されている。
The layer structure of the storage capacitor and the transistor 4 formed on the glass substrate 10 is as follows: the first metal layer is 9; the insulating layer deposited thereon is 8; The intrinsic semiconductor layer 7 is deposited.

【0027】図4において説明した蓄積容量C11及び
図5における蓄積容量はMIS型のコンデンサであり、
図5における一定電位電極9は、接地されているのでデ
プレッション(空乏)状態で常に使用することになる。
The storage capacitance C11 described in FIG. 4 and the storage capacitance in FIG. 5 are MIS type capacitors.
The constant potential electrode 9 in FIG. 5 is always used in a depletion state because it is grounded.

【0028】図6は、図5におけるMIS型コンデンサ
の対向電極の電位差に対する容量値を示す特性図であ
る。ここで対向電極の電位差Vgは、図5における接合
電極6の電位に対する、一定電位電極9の電位で表して
いる。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a capacitance value with respect to a potential difference of a common electrode of the MIS type capacitor in FIG. Here, the potential difference Vg of the counter electrode is represented by the potential of the constant potential electrode 9 with respect to the potential of the bonding electrode 6 in FIG.

【0029】図6に示すように、MIS型コンデンサで
はVgを負にすると、真性半導体層7に空乏領域が広が
る為に、小さい容量値で一定になる(23の領域:デプ
レッション状態)。また、Vgを正にすると、半導体層
に電荷(電子)が注入され空乏領域が狭くなり容量値が
次第に増加し(22の領域)、空乏領域が無くなると絶
縁層のみがコンデンサの誘電体となり、容量値は大きな
値で一定となる(21の領域:アキュミュレイション状
態)。
As shown in FIG. 6, in the MIS type capacitor, when Vg is made negative, the depletion region expands in the intrinsic semiconductor layer 7 and becomes constant at a small capacitance value (region 23: depletion state). When Vg is made positive, charges (electrons) are injected into the semiconductor layer, the depletion region becomes narrower, and the capacitance value gradually increases (region 22). When the depletion region disappears, only the insulating layer becomes the dielectric of the capacitor. The capacitance value is constant at a large value (area 21: accumulation state).

【0030】図7は、直接型の放射線撮像装置の概略の
等価回路図である。以下にその説明を行う。
FIG. 7 is a schematic equivalent circuit diagram of a direct type radiation imaging apparatus. The description is given below.

【0031】装置は、2000個×2000個の画素を
有し、2000個×2000個のセンサー素子と200
0個×2000個の転送素子(薄膜トランジスタ:TF
T)を有する。更に、TFTに接続されたTFTを駆動
するための垂直駆動回路104と、TFTから出力され
た信号を読み取る為の読み取り回路100からなるX線
2次元センサーおよび、電源103と、X線2次元セン
サーの制御および、X線2次元センサーから出力された
信号を受け取り2次元画像として表示と保存と画像の補
正、およびX線2次元センサーの制御を司るコンピュー
タ105からなっている。
The device has 2000 × 2000 pixels and has 2000 × 2000 sensor elements and 200 pixels.
0 × 2000 transfer elements (thin film transistor: TF
T). Further, an X-ray two-dimensional sensor and a power source 103 each including a vertical drive circuit 104 for driving the TFT connected to the TFT, a reading circuit 100 for reading a signal output from the TFT, and an X-ray two-dimensional sensor And a computer 105 that receives the signal output from the X-ray two-dimensional sensor, displays and stores it as a two-dimensional image, corrects the image, and controls the X-ray two-dimensional sensor.

【0032】2次元のX線画像を得るには、1本のゲー
ト線に+15Vの電圧を印加し、ゲート線(g1〜g2000)
に接続されているTFTをONにし、センサー素子から
コンデンサに蓄積された電気信号を、信号転送線(Sig1
〜Sig2000)を介し、読み取り回路100のサンプルホー
ルド回路102に転送する。信号の転送は一定時間TF
TをON状態にした後、ゲート線に−5Vを印加してT
FTをOFFして終了する。
To obtain a two-dimensional X-ray image, a voltage of +15 V is applied to one gate line, and the gate lines (g1 to g2000)
Is turned on, and the electric signal accumulated in the capacitor from the sensor element is transferred to the signal transfer line (Sig1).
Through Sig2000) to the sample and hold circuit 102 of the reading circuit 100. Signal transfer is for a fixed time TF
After turning on T, -5V is applied to the gate line to make T
The FT is turned off and the process ends.

【0033】更に、サンプルホールド回路から、マルチ
プレクサー101によって、信号は順次転送される。こ
の動作を順次繰り返すことで、X線2次元画像を得るこ
とができる。
Further, signals are sequentially transferred from the sample and hold circuit by the multiplexer 101. By sequentially repeating this operation, an X-ray two-dimensional image can be obtained.

【0034】この例においても、電気信号を蓄積するコ
ンデンサはMIS型であり、一定電位電極は、接地され
ているのでデプレッション(空乏)状態で常に使用する
ことになる。
Also in this example, since the capacitor for storing the electric signal is of the MIS type, and the constant potential electrode is grounded, it is always used in a depletion (depletion) state.

【0035】図8は、直接型の放射線撮像装置の更なる
別の例であり、直接型の放射線撮像装置の2画素分の断
面図であり、センサー素子及び蓄積用コンデンサ及びT
FTの層構成を示す。以下にその説明を行う。
FIG. 8 is still another example of the direct type radiation imaging apparatus. FIG. 8 is a cross-sectional view of two pixels of the direct type radiation imaging apparatus.
3 shows a layer configuration of FT. The description is given below.

【0036】図8のセンサー素子は、半導体であるシリ
コン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)や、ガリウム
リン(GaP)等が適応できるが、ここでは、GaAs
を用いて説明する。
For the sensor element shown in FIG. 8, semiconductors such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), and gallium phosphide (GaP) can be used.
This will be described with reference to FIG.

【0037】センサー素子はGaAsウェハーを用い
て、まず、上から保護層201、アルミニウム(Al)
などの金属材料によって形成された上部電極層202、
GaAs基板と前記上部基板をオーミックコンタクトを
取るためのp+型GaAs層203、光電効果によりキ
ャリアを発生する光電変換層204、n型GaAs層2
05と、下部接続電極とオーミックコンタクトを取るた
めのn+型GaAs層206、及び、アルミニウムなど
の金属電極で形成される下部接続電極207からなるP
IN型ダイオードになっている。
As a sensor element, a GaAs wafer is used. First, a protective layer 201, aluminum (Al)
An upper electrode layer 202 formed of a metal material such as
P + type GaAs layer 203 for making ohmic contact between the GaAs substrate and the upper substrate, photoelectric conversion layer 204 for generating carriers by photoelectric effect, n type GaAs layer 2
05, an n + -type GaAs layer 206 for making ohmic contact with the lower connection electrode, and a lower connection electrode 207 formed of a metal electrode such as aluminum.
It is an IN type diode.

【0038】まず、半絶縁性GaAs基板または、低ド
ーピングのp型GaAs基板上にn型GaAs層300
0Å、n+型GaAs層を1000Å、分子線エピタキ
シー法(MBE法)や液相エピタキシー法(LPE法)
などで順次堆積する、その後、リソグラフィーによりパ
ターニングし各電極に対応した形状にエッチングする。
さらに、シリコン窒化膜(SiNx)を化学気相体積法
(CVD法)で1μm堆積し表面を保護する。次に、基
板の反対面にp型GaAs層を分子線エピタキシー法
(MBE法)や液相エピタキシー法(LPE法)で30
00Å、アルミニウムなどの金属層を1μm、スパッタ
ーで順次堆積する。n型GaAs層を堆積した側のシリ
コン窒化膜をエッチングにより開口し、下部接続電極と
なるアルミニウムなど金属層をスパッターなどで1μm
堆積する。さらに、リソグラフィーによりパターニング
後、不要部分をエッチングし電極を形成する。
First, an n-type GaAs layer 300 is formed on a semi-insulating GaAs substrate or a lightly doped p-type GaAs substrate.
0 °, n + type GaAs layer at 1000 °, molecular beam epitaxy (MBE) or liquid phase epitaxy (LPE)
Then, patterning is performed by lithography and etching is performed in a shape corresponding to each electrode.
Further, a silicon nitride film (SiNx) is deposited to a thickness of 1 μm by a chemical vapor deposition method (CVD method) to protect the surface. Next, a p-type GaAs layer is formed on the opposite surface of the substrate by molecular beam epitaxy (MBE) or liquid phase epitaxy (LPE).
A metal layer such as aluminum is deposited in order of 1 μm by sputtering. The silicon nitride film on the side on which the n-type GaAs layer is deposited is opened by etching, and a metal layer such as aluminum serving as a lower connection electrode is made 1 μm thick by sputtering or the like.
accumulate. Further, after patterning by lithography, unnecessary portions are etched to form electrodes.

【0039】下側の電気回路基板は、少なくとも表面が
絶縁である基板210上に、蓄積用コンデンサ及び、ス
イッチング素子である薄膜トランジスタ(TFT)と、
信号を転送するための配線等からなっている。層構成は
それぞれ、絶縁基板上にクロム(Cr)などからなる蓄
積用コンデンサの下部電極211とTFTのゲート電極
216、絶縁層であるアモルファス窒化シリコン(a−
SiNx)層212,217,TFTのチャネル層や蓄
積用コンデンサの誘電体層となる水素化アモルファスシ
リコン(a−Si:H)層213,218、上部電極の
オーミックコンタクトを取るためのn+型a−Si:H
層214,219、蓄積用コンデンサの上部電極及びT
FTのソース電極及びドレイン電極となるAlなどの金
属からなる電極層215,220、及び、保護層となる
a−SiNx層221、光電変換層と接続のための上部
接続電極層222からなっている。上部接続電極層は、
コンタクトホールを介して蓄積用コンデンサの下部電極
と接続される。
The lower electric circuit board has a storage capacitor and a thin film transistor (TFT) as a switching element on a substrate 210 having at least an insulating surface.
It is composed of wiring and the like for transferring signals. The layer structure is such that a lower electrode 211 of a storage capacitor made of chromium (Cr) or the like, a gate electrode 216 of a TFT, and an amorphous silicon nitride (a-
SiNx) layers 212 and 217, hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) layers 213 and 218 serving as TFT channel layers and dielectric layers of storage capacitors, and n + type a- for obtaining ohmic contact of upper electrodes. Si: H
Layers 214 and 219, upper electrode of storage capacitor and T
It is composed of electrode layers 215 and 220 made of a metal such as Al serving as a source electrode and a drain electrode of the FT, an a-SiNx layer 221 serving as a protective layer, and an upper connection electrode layer 222 for connection with a photoelectric conversion layer. . The upper connection electrode layer is
It is connected to the lower electrode of the storage capacitor via the contact hole.

【0040】少なくとも表面が絶縁である基板上に、C
r等の金属をスッパターにより1000Å形成する、リ
ソグラフィーでパターニングした後、エッチングし、蓄
積用コンデンサの下部電極とTFTのゲート電極に分離
する。次に、絶縁層となるa−SiNx層3000Å、
a−Si:H層3000Å、n型a−Si:H層750
Å順次CVD法で堆積する。リソグラフィーでパターニ
ングした後、リアクティブイオンエッチング(RIE)
でエッチングし、蓄積用コンデンサとTFTに分離し、
さらにTFTと蓄積用コンデンサを接続するためのコン
タクトホールをRIEで形成する。
On a substrate having at least an insulating surface, C
A metal such as r is formed to a thickness of 1000 ° by a sputtering method. After patterning by lithography, etching is performed to separate the lower electrode of the storage capacitor and the gate electrode of the TFT. Next, an a-SiNx layer 3000 # serving as an insulating layer,
a-Si: H layer 3000 #, n-type a-Si: H layer 750
Å Deposit sequentially by CVD method. After patterning by lithography, reactive ion etching (RIE)
Etching, separating into a storage capacitor and TFT,
Further, a contact hole for connecting the TFT and the storage capacitor is formed by RIE.

【0041】Alをスパッターで1μm堆積しリソグラ
フィーでパターニングした後、エッチングし、TFTの
ソース電極、ドレイン電極、蓄積用コンデンサの上部電
極及び信号転送配線に分離する。
After 1 μm of Al is deposited by sputtering and patterned by lithography, etching is performed to separate the source electrode and drain electrode of the TFT, the upper electrode of the storage capacitor, and the signal transfer wiring.

【0042】保護層となるa−SiNxをCVD法で堆
積しRIEを用いて、下部電極と上部接続電極とを繋ぐ
ためのコンタクトホールを、RIEを用いて形成する。
さらに、上部接続電極となる、Alなどの金属層をスッ
パターなどで堆積しリソグラフィーでパターニングした
のち、RIEで不要な部分をエッチングし上部接続電極
層を形成する。
An a-SiNx serving as a protective layer is deposited by the CVD method, and a contact hole for connecting the lower electrode and the upper connection electrode is formed by RIE using RIE.
Furthermore, after a metal layer of Al or the like serving as an upper connection electrode is deposited by a sputter or the like and patterned by lithography, unnecessary portions are etched by RIE to form an upper connection electrode layer.

【0043】図8では、2画素分のみ図示しているが、
実際には多数の画素が同時に形成されている。また、各
層の厚さは、これに限らず最適な膜厚を用いる。
FIG. 8 shows only two pixels.
Actually, many pixels are formed simultaneously. The thickness of each layer is not limited to this, and an optimal film thickness is used.

【0044】センサー素子とTFTの接続方法は、セン
サー素子にバンプ208を形成し、異方導電接着剤で両
者を電気的に接続する。バンプはセンサー素子に金(A
u)1μm、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)から
なるバリアメタルを形成した後、15μm高さのAuの
バンプを形成する。
As a method of connecting the sensor element and the TFT, a bump 208 is formed on the sensor element, and the two are electrically connected with an anisotropic conductive adhesive. The bump is made of gold (A
u) After forming a barrier metal made of 1 μm, palladium (Pd) and titanium (Ti), an Au bump having a height of 15 μm is formed.

【0045】図9にGaAs基板のセンサー素子を、図
10に下側の電気回路基板のそれぞれ両者の接続側から
見た模式図をしめす。
FIG. 9 is a schematic view of the sensor element of the GaAs substrate, and FIG. 10 is a schematic view of the lower electric circuit board as viewed from the connection side of both.

【0046】図9に示すように、センサー素子のキャリ
ア供給電極309はすだれ状になっており、すべて同電
位を与えられるようになっている。電圧は、キャリア供
給電極上接続部310を介してTFTから供給される。
As shown in FIG. 9, the carrier supply electrodes 309 of the sensor element are in the shape of an interdigital transducer, and are all supplied with the same potential. The voltage is supplied from the TFT via the connection portion 310 on the carrier supply electrode.

【0047】図10に示すように、下側の電気回路基板
は、TFT407、蓄積用コンデンサ408からなる画
素とTFTのゲート電極にバイアスを供給するゲートバ
イアス線(400〜402)、TFTから出力された電
気信号を読み出し回路へ転送するための信号転送線(4
03〜405)、蓄積用コンデンサの上部電極と接続さ
れ電位を固定するための電極406と、センサー素子と
接続され、キャリア供給電極309に電圧を与えるキャ
リア供給電極下接続部409などで構成される。
As shown in FIG. 10, the lower electric circuit board has a pixel formed of a TFT 407 and a storage capacitor 408 and a gate bias line (400 to 402) for supplying a bias to a gate electrode of the TFT, and a signal output from the TFT. Signal transfer line (4) for transferring the electrical signal to the readout circuit.
03 to 405), an electrode 406 connected to the upper electrode of the storage capacitor for fixing the potential, a carrier supply electrode lower connection portion 409 connected to the sensor element and applying a voltage to the carrier supply electrode 309, and the like. .

【0048】電極406、ゲート電極(400〜40
2)は蓄積用コンデンサの下部電極と同じ材料で形成さ
れ、信号転送線(403〜405)は蓄積用コンデンサ
の上部電極と同じ材料で形成され、それぞれ下部電極及
び上部電極の形成時に作られる。
The electrode 406 and the gate electrode (400 to 40
2) is formed of the same material as the lower electrode of the storage capacitor, and the signal transfer lines (403 to 405) are formed of the same material as the upper electrode of the storage capacitor, and are formed when forming the lower electrode and the upper electrode, respectively.

【0049】図9及び図10において、3×3画素の例
を示したが、実際の画素数はこれに限らない。また、T
FTからキャリア供給電極へ電圧を供給する方法を示し
たが、何らかの方法でセンサー素子から直接、電源へ接
続する方法でもかまわない。
Although FIGS. 9 and 10 show an example of 3 × 3 pixels, the actual number of pixels is not limited to this. Also, T
Although the method of supplying a voltage from the FT to the carrier supply electrode has been described, a method of directly connecting the sensor element to a power supply by some method may be used.

【0050】ここで本発明の構成を説明する。図1は、
本発明の実施形態である、直接型放射線撮像装置の1画
素の等価回路図である。ここで図4と同様の機能を有す
るものは同一の番号を付している。D1は放射線を電気
信号に変換するGaAsセンサー素子であり、センサー
素子で感知した電気信号を蓄積する素子が蓄積容量C1
である。さらに蓄積容量C1から増幅アンプ(Amp)
へ電気信号を転送する素子がトランジスタT1である。
また、蓄積容量C1における一定電位電極は、電源B1
の正電位側に接続されている。
Here, the configuration of the present invention will be described. FIG.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the direct radiation imaging apparatus according to the embodiment of the present invention. Here, components having the same functions as those in FIG. 4 are given the same numbers. D1 is a GaAs sensor element for converting radiation into an electric signal, and an element for storing the electric signal detected by the sensor element is a storage capacitor C1.
It is. Further, from the storage capacitor C1 to the amplification amplifier (Amp)
An element that transfers an electric signal to the transistor T1 is a transistor T1.
The constant potential electrode of the storage capacitor C1 is connected to the power source B1.
Is connected to the positive potential side.

【0051】また、本放射線撮像装置は、センサー素子
を構成しているGaAs基板と蓄積容量C1及び転送用
トランジスタT1を構成するガラス基板を導電性接着剤
で接合する構成としているため、GaAs基板とガラス
基板との接合抵抗をr1としており、センサー素子D1
と接合抵抗をr1とを合わせてセンサー部R1として図
1中で破線で示していることも図4と同様である。
Further, the radiation imaging apparatus of the present invention has a configuration in which the GaAs substrate forming the sensor element and the glass substrate forming the storage capacitor C1 and the transfer transistor T1 are joined with a conductive adhesive, so that the GaAs substrate and the GaAs substrate are joined together. The junction resistance with the glass substrate is represented by r1, and the sensor element D1
It is shown by a broken line a contact resistance in FIG. 1 as the sensor portion R1 together with r 1 and is the same as FIG.

【0052】図1における放射線撮像装置の画素部分の
模式的断面図は図5と同様である。よって、前述の説明
と重複する部分については説明を省略し、図1と図4と
の違い、すなわち本発明の構成を説明する。
A schematic sectional view of a pixel portion of the radiation imaging apparatus in FIG. 1 is similar to FIG. Therefore, the description of the same portions as those described above will be omitted, and the difference between FIGS. 1 and 4, that is, the configuration of the present invention will be described.

【0053】図1における蓄積容量C1及び図4におけ
る蓄積容量C11及び図5における蓄積容量はMIS型
のコンデンサであり両電極の電位により、アキュミュレ
イション(蓄積)状態とデプレッション(空乏)状態に
変化し、図6のような特性を示す。図5における一定電
位電極は、接地されているのでデプレッション(空乏)
状態で常に使用することになる。これに対し本発明の構
成においては、電源B1の正電位側、またはGND電位
に接続できるようにスイッチS1と接続されているた
め、スイッチS1を切り替えることによりアキュミュレ
イション(蓄積)状態とデプレッション(空乏)状態の
両方で使うことが可能となる。
The storage capacitor C1 in FIG. 1, the storage capacitor C11 in FIG. 4, and the storage capacitor in FIG. 5 are MIS-type capacitors, and change between an accumulation (accumulation) state and a depletion (depletion) state depending on the potential of both electrodes. The characteristics shown in FIG. Depletion (depletion) because the constant potential electrode in FIG. 5 is grounded
It will always be used in the state. On the other hand, in the configuration of the present invention, since the switch S1 is connected so that it can be connected to the positive potential side of the power supply B1 or the GND potential, the accumulation (accumulation) state and the depletion ( It can be used in both depletion) states.

【0054】この構成によって、蓄積容量を大きくした
い場合、例えば静止画などを撮影する場合には、スイッ
チS1を切り替え蓄積容量C1を電源B1の正電位に接
続し、蓄積容量C1をアキュミュレイション(蓄積)状
態で使用することにより、X線撮像装置のセンサー素子
によって発生した信号電荷を蓄積する蓄積容量を大きく
することが可能となる。その為、X線撮像装置の被爆X
線量に対するダイナミックレンジを大きくすることがで
き、現在行われているレントゲンフィルム撮影(静止
画)と同等の画質を得ることを可能とする。
With this configuration, when it is desired to increase the storage capacity, for example, when photographing a still image, the switch S1 is switched, the storage capacity C1 is connected to the positive potential of the power supply B1, and the storage capacity C1 is accumulated ( By using in the (accumulated) state, it is possible to increase the accumulated capacitance for accumulating the signal charges generated by the sensor element of the X-ray imaging apparatus. Therefore, X-ray imaging device
The dynamic range with respect to the dose can be increased, and it is possible to obtain the same image quality as that of the currently performed radiography (still image).

【0055】また、蓄積容量を小さくしたい場合は、例
えば動画などを撮影する場合には、スイッチS1を切り
替え蓄積容量C1をGND電位に接続し、蓄積容量C1
をデプレッション(空乏)状態で使用することにより、
蓄積容量を小さくすることも可能となる。その為、信号
電荷を蓄積容量から読み出し回路に転送する場合に発生
する転送ノイズ(kTCノイズ)を小さくすることがで
き、微少な放射線量しか得られず、非常に高S/Nが必
要とされるバリウム等の造影剤を用いたリアルタイム撮
影(動画)と同等の画質を得ることをも可能とする。
When it is desired to reduce the storage capacity, for example, when shooting a moving image, the switch S1 is switched to connect the storage capacity C1 to the GND potential, and the storage capacity C1
By using in a depleted state,
It is also possible to reduce the storage capacity. Therefore, transfer noise (kTC noise) generated when the signal charge is transferred from the storage capacitor to the readout circuit can be reduced, a small radiation dose can be obtained, and a very high S / N is required. It is also possible to obtain image quality equivalent to real-time imaging (moving image) using a contrast agent such as barium.

【0056】すなわち、本発明において、大きなダイナ
ミックレンジを必要とする静止画像撮影と、微少な放射
線量しか得られず、非常に高S/Nが必要とされる動画
像撮影を、例えば第1のモードとして電荷蓄積素子をデ
プレッション状態とし動画を撮影し、第2のモードとし
て電荷蓄積素子をアキュミュレイション状態で静止画を
撮影するという2つのモードを例えばオペレーターなど
によって適宜選択する事ができる。 (第1の実施形態)図2は、本発明の第1の実施形態で
ある直接型放射線撮像装置の等価回路図である。ここで
図7と同様の機能を有するものには同一の番号を付して
いる。
That is, in the present invention, a still image photographing that requires a large dynamic range and a moving image photographing that requires only a very small radiation dose and requires a very high S / N are, for example, the first method. For example, an operator or the like can appropriately select one of two modes, in which the charge storage element is in a depletion state and a moving image is captured, and the second mode is a still image in which the charge storage element is in an accumulation state. (First Embodiment) FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a direct radiation imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. Here, components having the same functions as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.

【0057】本実施形態では基板上に複数のセンサー素
子をマトリックス状に配置し、電荷蓄積素子の一方の電
極に、電源106正電位、またはGND電位に接続でき
るように、スイッチ107と接続されているため、スイ
ッチ107を切り替えることによりアキュミュレイショ
ン(蓄積)状態とデプレッション(空乏)状態の両方で
使うことが可能となる。
In this embodiment, a plurality of sensor elements are arranged in a matrix on a substrate, and one of the electrodes of the charge storage element is connected to a switch 107 so that the power supply 106 can be connected to a positive potential or a GND potential. Therefore, by switching the switch 107, it can be used in both the accumulation (accumulation) state and the depletion (depletion) state.

【0058】それによって、蓄積容量を大きくしたい場
合には、スイッチ107を切り替えコンデンサを電源1
06正電位に接続し、MIS型の蓄積容量をアキュミュ
レイション(蓄積)状態で使用することにより、全画素
の蓄積容量を同時に大きくして、X線撮像装置のセンサ
ー素子によって発生した信号電荷を蓄積する蓄積容量を
大きくすることが可能となる。その為、X線撮像装置の
被爆X線量に対するダイナミックレンジを大きくするこ
とができ、現在行われているレントゲンフィルム撮影
(静止画)と同等のX線量のダイナミックレンジを得る
ことが可能となり、レントゲンフィルムと同等の画質を
得ることができる。
When the storage capacity is to be increased, the switch 107 is switched and the capacitor is connected to the power supply 1.
06 positive potential and using the MIS-type storage capacitor in the accumulation (accumulation) state to simultaneously increase the storage capacity of all pixels and reduce the signal charge generated by the sensor element of the X-ray imaging apparatus. It is possible to increase the storage capacity to be stored. Therefore, the dynamic range of the X-ray imaging apparatus with respect to the exposed X-ray can be increased, and a dynamic range of X-ray equivalent to that of the currently performed X-ray film photographing (still image) can be obtained. It is possible to obtain the same image quality as.

【0059】また、蓄積容量を小さくしたい場合は、ス
イッチ107を切り替えコンデンサをGND電位に接続
し、MIS型の蓄積容量をデプレッション(空乏)状態
で使用することにより、全画素の蓄積容量を同時に小さ
くすることも可能となる。その為、信号電荷を蓄積容量
から読み出し回路に転送する場合に発生する転送ノイズ
(kTCノイズ)を小さくすることができ、微少な放射
線量しか得られず、非常に高S/Nが必要とされるバリ
ウム等の造影剤を用いたリアルタイム撮影(動画)と同
等の画質を得ることをも可能とする。
When it is desired to reduce the storage capacitance, the switch 107 is switched, the capacitor is connected to the GND potential, and the MIS type storage capacitance is used in a depletion (depletion) state. It is also possible to do. Therefore, transfer noise (kTC noise) generated when the signal charge is transferred from the storage capacitor to the readout circuit can be reduced, a small radiation dose can be obtained, and a very high S / N is required. It is also possible to obtain image quality equivalent to real-time imaging (moving image) using a contrast agent such as barium.

【0060】すなわち、本発明において、大きなダイナ
ミックレンジを必要とする静止画像撮影と、微少な放射
線量しか得られず、非常に高S/Nが必要とされる動画
像撮影を同じ装置で実現することが可能となる。本実施
形態においても、動画(デプレッション状態)と静止画
(アキュミレーション状態)の2つのモードをオペレー
タによって適宜選択することによって一つの装置で静止
画、動画の両者の撮影を好適に行なうことができる。 (第2の実施形態)次に本発明の第2の実施形態につい
て説明する。本実施の形態は、本発明のX線撮像装置を
用いたX線撮像システムである。図3は本実施の形態の
X線撮像システムの構成図である。本実施の形態のX線
撮像システムは、X線発生装置31、第1の実施形態で
説明したX線撮像装置(X線センサ)32、これらに接
続され、X線センサ32からの信号をディジタル変換し
て画像処理するワークステーション33で構成される。
ワークステーション33は、静止画撮影または動画撮影
によって、撮影モードを切り替え設定する機能、設定さ
れた撮影モード等に応じてX線発生装置31及びX線セ
ンサ32の駆動制御を行う機能、取得した画像を演算処
理する機能、画像を表示する機能を有している。
That is, in the present invention, a still image photographing requiring a large dynamic range and a moving image photographing requiring only a very small radiation dose and requiring a very high S / N are realized by the same apparatus. It becomes possible. Also in the present embodiment, by appropriately selecting the two modes of the moving image (depression state) and the still image (accumulation state) by the operator, it is possible to preferably perform the photographing of both the still image and the moving image with one apparatus. it can. (Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an X-ray imaging system using the X-ray imaging device of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of the X-ray imaging system of the present embodiment. The X-ray imaging system according to the present embodiment includes an X-ray generation device 31, an X-ray imaging device (X-ray sensor) 32 described in the first embodiment, and is connected to these, and converts a signal from the X-ray sensor 32 into a digital signal. It is composed of a workstation 33 for converting and performing image processing.
The workstation 33 has a function of switching and setting a shooting mode by shooting a still image or a moving image, a function of controlling the driving of the X-ray generator 31 and the X-ray sensor 32 according to the set shooting mode, and the like. And a function of displaying an image.

【0061】ワークステーション33に動画撮影モード
あるいは静止画撮影モードを入力すると、スイッチ10
7を切り替えることにより、MIS型のコンデンサをデ
プレッション(空乏)状態かアキュミュレイション(蓄
積)状態かに設定する。すなわち、動画撮影モードに設
定すると、スイッチ107を切り替えてGND電位に接
続し、全ての画素のコンデンサをデプレッション(空
乏)状態とする。静止画撮影モードに設定すると、スイ
ッチ107を切り替えて電源106正電位に接続し、全
ての画素のコンデンサをアキュミュレイション(蓄積)
状態とする。
When the moving image shooting mode or the still image shooting mode is input to the workstation 33, the switch 10
By switching 7, the MIS type capacitor is set to a depletion (depletion) state or an accumulation (accumulation) state. That is, when the moving image shooting mode is set, the switch 107 is switched to be connected to the GND potential, and the capacitors of all the pixels are in a depletion (depletion) state. When the mode is set to the still image shooting mode, the switch 107 is switched to connect the power supply 106 to the positive potential, and the capacitors of all pixels are accumulated (accumulated).
State.

【0062】上記構成によって、大きなダイナミックレ
ンジを必要とする静止画像撮影と、微少な放射線量しか
得られず、非常に高S/Nが必要とされる動画像撮影を
同じ装置で実現することが可能となる。このため、動画
像撮影によって、被験者(被写体)30をX線診断し
て、異常が発見された部分を静止画像撮影によって、よ
り鮮明な画像を撮影してその後の診断に用いる等の使い
方が可能となる。
With the above configuration, it is possible to realize, with the same apparatus, the photographing of a still image that requires a large dynamic range and the photographing of a moving image that requires only a very small radiation dose and requires a very high S / N. It becomes possible. For this reason, the subject (subject) 30 can be X-ray diagnosed by moving image shooting, and a portion where an abnormality is found is shot by still image shooting to obtain a clearer image and used for subsequent diagnosis. Becomes

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、放射線
撮像装置のセンサー素子によって発生した信号電荷を蓄
積する蓄積容量を大きくしたい場合には、MIS型の蓄
積容量をアキュミュレイション(蓄積)状態で使用する
ことにより、全画素の蓄積容量を同時に大きくすること
が可能となる。その為、X線撮像装置の場合、被爆X線
量に対するダイナミックレンジを大きくすることがで
き、現在行われているレントゲンフィルム撮影(静止
画)と同等のX線量のダイナミックレンジを得ることが
可能となり、レントゲンフィルムと同等の画質を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, when it is desired to increase the storage capacity for storing the signal charges generated by the sensor element of the radiation imaging apparatus, the accumulation capacity of the MIS type storage capacity is accumulated. By using in this state, it is possible to simultaneously increase the storage capacity of all pixels. Therefore, in the case of the X-ray imaging apparatus, the dynamic range with respect to the X-ray dose can be increased, and the dynamic range with the same X-ray dose as the radiography film (still image) currently performed can be obtained. Image quality equivalent to that of an X-ray film can be obtained.

【0064】また、蓄積容量を小さくしたい場合は、ス
イッチを切り替えて、MIS型の蓄積容量をデプレッシ
ョン(空乏)状態で使うことにより、全画素の蓄積容量
を同時に小さくすることも可能となる。その為、信号電
荷を蓄積容量から読み出し回路に転送する場合に発生す
る転送ノイズ(kTCノイズ)を小さくすることがで
き、微少な放射線量しか得られず、非常に高S/Nが必
要とされるバリウム等の造影剤を用いたリアルタイム撮
影(動画)と同等の画質を得ることをも可能とする。
When it is desired to reduce the storage capacitance, the switch is switched to use the MIS type storage capacitance in a depletion (depletion) state, whereby the storage capacitance of all pixels can be reduced at the same time. Therefore, transfer noise (kTC noise) generated when the signal charge is transferred from the storage capacitor to the readout circuit can be reduced, a small radiation dose can be obtained, and a very high S / N is required. It is also possible to obtain image quality equivalent to real-time imaging (moving image) using a contrast agent such as barium.

【0065】すなわち、本発明において、大きなダイナ
ミックレンジを必要とする静止画像撮影と、微少な放射
線量しか得られず、非常に高S/Nが必要とされる動画
像撮影を同じ装置で実現することが可能となる。
That is, in the present invention, the same apparatus can be used to capture a still image that requires a large dynamic range and a moving image that requires only a very small radiation dose and requires a very high S / N. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態であるX線撮像装置の
1画素を示す等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram illustrating one pixel of an X-ray imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態であるX線撮像装置を
示す等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating an X-ray imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明のX線撮像装置を用いたX線撮像システ
ムの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an X-ray imaging system using the X-ray imaging device of the present invention.

【図4】以前我々が提案したX線撮像装置の1画素を示
す等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing one pixel of the X-ray imaging device that we previously proposed.

【図5】図4の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of FIG. 4;

【図6】MIS型コンデンサのC−V特性図である。FIG. 6 is a CV characteristic diagram of the MIS capacitor.

【図7】以前我々が提案したX線撮像装置を示す等価回
路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing an X-ray imaging device we previously proposed.

【図8】以前我々が提案したX線撮像装置を示す断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an X-ray imaging device that we previously proposed.

【図9】以前我々が提案したX線撮像装置におけるGa
As基板のセンサー素子を、接続側から見た模式図であ
る。
FIG. 9 shows Ga in an X-ray imaging apparatus previously proposed by us.
It is the schematic diagram which looked at the sensor element of the As board | substrate from the connection side.

【図10】以前我々が提案したX線撮像装置における、
下側の電気回路基板を接続側から見た模式図である。
FIG. 10 shows the X-ray imaging apparatus we previously proposed.
It is the schematic diagram which looked at the lower electric circuit board from the connection side.

【図11】間接型のX線撮像装置の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of an indirect X-ray imaging apparatus.

【図12】直接型X線撮像装置の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of a direct X-ray imaging apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

B1 電源 C1,C11 蓄積容量 D1 GaAsセンサー素子 r1 接合抵抗 R1 GaAsセンサー部 S1 スイッチ T1 転送用トランジスタ 1 GaAs基板の共通電極 2 GaAs基板 3 GaAs基板の電荷収集電極 4 トランジスタ 5 GaAs基板とガラス基板とを電気的接続を行う導
電性接着剤(接合抵抗) 6 トランジスタ及び蓄積容量に接続されている接合電
極 7 真性半導体層 8 絶縁層 9 メタル層(一定電位電極) 10 ガラス基板
B1 power supply C1, C11 storage capacitance D1 GaAs sensor element r1 junction resistance R1 GaAs sensor section S1 switch T1 transfer transistor 1 common electrode of GaAs substrate 2 GaAs substrate 3 charge collection electrode of GaAs substrate 4 transistor 5 GaAs substrate and glass substrate Conductive adhesive for electrical connection (junction resistance) 6 Junction electrode connected to transistor and storage capacitor 7 Intrinsic semiconductor layer 8 Insulating layer 9 Metal layer (constant potential electrode) 10 Glass substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/335 H01L 27/14 A K Fターム(参考) 2G088 EE01 EE29 FF02 FF04 FF05 FF06 GG21 JJ05 4M118 AA02 BA05 CA02 CA32 CB02 CB11 FB03 FB09 FB13 FB16 FB17 FB22 HA31 5C024 AX11 CX43 CY11 GX03 GX18 GY31 HX35 HX50 5F088 AB02 AB07 BA03 BB03 CB02 CB03 EA04 KA08 KA10 LA07 LA08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04N 5/335 H01L 27/14 AK F term (Reference) 2G088 EE01 EE29 FF02 FF04 FF05 FF06 GG21 JJ05 4M118 AA02 BA05 CA02 CA32 CB02 CB11 FB03 FB09 FB13 FB16 FB17 FB22 HA31 5C024 AX11 CX43 CY11 GX03 GX18 GY31 HX35 HX50 5F088 AB02 AB07 BA03 BB03 CB02 CB03 EA04 KA08 KA10 LA07 LA08

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放射線を電荷に変換する変換体と、変換
された電荷を蓄積する電荷蓄積素子と、蓄積された電荷
を転送する転送素子とを備え、転送された電荷を画像信
号として読み取る放射線撮像装置において、 前記電荷蓄積素子がMIS型のコンデンサであり且つ、
該MIS型のコンデンサがアキュミュレイション(蓄
積)状態となる電位に設定するスイッチ手段を有するこ
とを特徴とする接続して使用されることを特徴とする放
射線撮像装置。
1. A radiation device comprising: a converter for converting radiation into electric charge; a charge storage element for storing the converted electric charge; and a transfer element for transferring the stored electric charge, and reading the transferred electric charge as an image signal. In the imaging device, the charge storage element is a MIS-type capacitor;
A radiation imaging apparatus, wherein the MIS-type capacitor has a switch means for setting a potential at which the MIS-type capacitor is brought into an accumulation (accumulation) state.
【請求項2】 前記電荷蓄積素子がアキュミュレイショ
ン(蓄積)状態で撮影を行なうことを特徴とする請求項
1記載の放射線撮像装置。
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging is performed in a state where the charge storage element is in an accumulation (accumulation) state.
【請求項3】 前記スイッチ手段が複数の前記電荷蓄積
素子に接続されていることを特徴とする請求項1に記載
の放射線撮像装置。
3. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein said switch means is connected to a plurality of said charge storage elements.
【請求項4】 前記変換体は、シリコンまたはガリウム
砒素を材料としていることを特徴とする請求項1または
2記載の放射線撮像装置。
4. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein said converter is made of silicon or gallium arsenide.
【請求項5】 前記電荷蓄積素子の真性半導体層はアモ
ルファスシリコンであることを特徴とする請求項1ない
し4のいずれか1項記載の放射線撮像装置。
5. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the intrinsic semiconductor layer of the charge storage element is made of amorphous silicon.
【請求項6】 前記転送素子は、薄膜トランジスタ(T
FT)であり、且つ、真性半導体層はアモルファスシリ
コンであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
か1項記載の放射線撮像装置。
6. The transfer element comprises a thin film transistor (T)
6. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the radiation imaging apparatus is FT) and the intrinsic semiconductor layer is amorphous silicon.
【請求項7】 前記電荷蓄積素子と前記転送素子は、同
一の膜構成であり、同一のプロセスにより形成されるこ
とを特徴とする請求項6記載の放射線撮像装置。
7. The radiation imaging apparatus according to claim 6, wherein the charge storage element and the transfer element have the same film configuration and are formed by the same process.
【請求項8】 前記変換体が複数個マトリクス状に配置
されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれ
か1項記載の放射線撮像装置。
8. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the converters are arranged in a matrix.
【請求項9】 少なくとも動画を撮影するための第1の
モードと、静止画を撮影するための第2のモードを有
し、前記第1のモードでは前記電荷蓄積素子をデプレッ
ション(空乏)状態とし、前記第2のモードでは前記電
荷蓄積素子をアキュミュレイション(蓄積)状態とする
ことを特徴とする請求項1記載の放射線検出装置。
9. At least a first mode for capturing a moving image and a second mode for capturing a still image, wherein the charge storage element is in a depletion state in the first mode. 2. The radiation detecting apparatus according to claim 1, wherein the charge storage element is in an accumulation (accumulation) state in the second mode.
【請求項10】 被験者または被験物に放射線を照射す
るための放射線源と、 請求項1ないし9のいずれか1項記載の放射線撮像装置
と、 読み取った信号をディジタル変換して画像処理する画像
処理手段と、 処理された画像を表示する表示手段とを備えることを特
徴とする放射線撮像システム。
10. A radiation source for irradiating a subject or a test object with radiation, the radiation imaging apparatus according to claim 1, and image processing for digitally converting a read signal and performing image processing. A radiation imaging system, comprising: means for displaying a processed image.
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