JP2003004857A - 放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮影システム - Google Patents
放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮影システムInfo
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- G—PHYSICS
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- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 散乱Ｘ線を低減して画質の劣化を防ぐと共
に、被写体に入射する放射線の増大を防止する放射線検
出装置を提供する。 【解決手段】 電圧可変電源６は、２通りの印加電圧を
設定可能な構成である。（ａ）に示すように電圧を高く
設定して空乏化領域を大きくした状態と、（ｂ）に示す
ように電圧を低く設定して空乏化領域を小さくした状態
を切り換えて使用することができる。被写体の低エネル
ギー散乱Ｘ線が少ない場合は（ａ）の状態で撮影し、散
乱Ｘ線が多い場合には（ｂ）の状態で撮影する。（ｂ）
の状態で撮影すれば低エネルギーの散乱Ｘ線は、主に入
射面近く（ｐ層付近）の半導体層の空乏化されない領域
で吸収され信号を生じない。有効な画像情報を含む高エ
ネルギーのＸ線は、主に空乏化領域で吸収され信号電荷
を発生させ読み出される。散乱Ｘ線をｐ層側の空乏化さ
れない領域で吸収させ、良好な画像を得ることができ
る。
に、被写体に入射する放射線の増大を防止する放射線検
出装置を提供する。 【解決手段】 電圧可変電源６は、２通りの印加電圧を
設定可能な構成である。（ａ）に示すように電圧を高く
設定して空乏化領域を大きくした状態と、（ｂ）に示す
ように電圧を低く設定して空乏化領域を小さくした状態
を切り換えて使用することができる。被写体の低エネル
ギー散乱Ｘ線が少ない場合は（ａ）の状態で撮影し、散
乱Ｘ線が多い場合には（ｂ）の状態で撮影する。（ｂ）
の状態で撮影すれば低エネルギーの散乱Ｘ線は、主に入
射面近く（ｐ層付近）の半導体層の空乏化されない領域
で吸収され信号を生じない。有効な画像情報を含む高エ
ネルギーのＸ線は、主に空乏化領域で吸収され信号電荷
を発生させ読み出される。散乱Ｘ線をｐ層側の空乏化さ
れない領域で吸収させ、良好な画像を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線撮影システム
などに用いられる放射線検出装置に関する。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。
などに用いられる放射線検出装置に関する。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。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来技術について図を用いて説明
する。
する。
【０００３】図１４は、従来のＸ線センサ（放射線検出
装置）の画素の断面図である。また図１５は、従来のＸ
線センサの模式的回路図である。さらに図１６は、従来
のＸ線センサを用いたＸ線撮影システムである。
装置）の画素の断面図である。また図１５は、従来のＸ
線センサの模式的回路図である。さらに図１６は、従来
のＸ線センサを用いたＸ線撮影システムである。
【０００４】図１４に示すように従来のＸ線センサはア
モルファスシリコンのフォトダイオード４３と薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）４４で画素が構成されている。Ｘ線
の入射面すなわちフォトダイオード４３の上面には蛍光
体４１が配置されており、Ｘ線を可視光に変換する。ま
た図１５に示すように画素が二次元状に配列され、マト
リクス駆動される。すなわち共通ゲートラインに接続さ
れたゲートドライバ２２で駆動され、共通データライン
に接続された読み出し回路２１により読み出される。本
説明図のＸ線センサは蛍光体とアモルファスシリコンの
フォトダイオードとＴＦＴで構成されているが、蛍光体
とＣＣＤで構成される場合もある。図１６に示すよう
に、被写体３０を透過した被写体情報を含むＸ線は、Ｘ
線センサ３５で読み取られる。
モルファスシリコンのフォトダイオード４３と薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）４４で画素が構成されている。Ｘ線
の入射面すなわちフォトダイオード４３の上面には蛍光
体４１が配置されており、Ｘ線を可視光に変換する。ま
た図１５に示すように画素が二次元状に配列され、マト
リクス駆動される。すなわち共通ゲートラインに接続さ
れたゲートドライバ２２で駆動され、共通データライン
に接続された読み出し回路２１により読み出される。本
説明図のＸ線センサは蛍光体とアモルファスシリコンの
フォトダイオードとＴＦＴで構成されているが、蛍光体
とＣＣＤで構成される場合もある。図１６に示すよう
に、被写体３０を透過した被写体情報を含むＸ線は、Ｘ
線センサ３５で読み取られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
被写体を透過したＸ線には、有効な被写体情報を有する
Ｘ線と散乱Ｘ線が含まれる。一般にコンプトン効果など
による散乱Ｘ線は低エネルギーであり、画質の劣化の原
因となることが知られている。
被写体を透過したＸ線には、有効な被写体情報を有する
Ｘ線と散乱Ｘ線が含まれる。一般にコンプトン効果など
による散乱Ｘ線は低エネルギーであり、画質の劣化の原
因となることが知られている。
【０００６】すなわち前述のような従来のＸ線センサを
用いたＸ線撮影システムでは、被写体からの低エネルギ
ーの散乱Ｘ線によって蛍光体が発光し、その情報も読み
取られてしまい画質の劣化の原因となる場合がある。
用いたＸ線撮影システムでは、被写体からの低エネルギ
ーの散乱Ｘ線によって蛍光体が発光し、その情報も読み
取られてしまい画質の劣化の原因となる場合がある。
【０００７】また従来のＸ線センサを用いたＸ線撮影シ
ステムでは、上述の散乱Ｘ線の影響を低減するために、
図１６に示す散乱Ｘ線除去用グリッド３４を設ける場合
がある。しかしながらこの場合、グリッドが画像に現れ
てしまい画質を劣化させる場合があった。
ステムでは、上述の散乱Ｘ線の影響を低減するために、
図１６に示す散乱Ｘ線除去用グリッド３４を設ける場合
がある。しかしながらこの場合、グリッドが画像に現れ
てしまい画質を劣化させる場合があった。
【０００８】すなわち従来技術では、散乱Ｘ線のために
画質が低下する場合がある、散乱Ｘ線除去用グリッドが
画像に現れる場合がある、等の課題があった。
画質が低下する場合がある、散乱Ｘ線除去用グリッドが
画像に現れる場合がある、等の課題があった。
【０００９】そこで本発明は、散乱Ｘ線を低減して画質
の劣化を防ぐと共に、被写体に入射する放射線の増大を
防止する放射線検出装置を提供することを目的とする。
の劣化を防ぐと共に、被写体に入射する放射線の増大を
防止する放射線検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、半導体層に放射線を入射して、発生した
電荷を読み出す放射線検出装置において、電界を印加す
ることにより空乏化した半導体層中の空乏化領域を、電
圧可変電源を用いて制御することを特徴とする。また、
被写体を透過したＸ線を半導体層の空乏化させない領域
側から入射させる。さらにエネルギーの低い散乱Ｘ線
を、空乏化させない領域で吸収させる機能を有する。
め、本発明は、半導体層に放射線を入射して、発生した
電荷を読み出す放射線検出装置において、電界を印加す
ることにより空乏化した半導体層中の空乏化領域を、電
圧可変電源を用いて制御することを特徴とする。また、
被写体を透過したＸ線を半導体層の空乏化させない領域
側から入射させる。さらにエネルギーの低い散乱Ｘ線
を、空乏化させない領域で吸収させる機能を有する。
【００１１】このように本発明の構成により、散乱Ｘ線
の低減が可能となり、画質の劣化を防ぐことができる。
また被写体に入射させるＸ線の増大を防ぐことができ
る。さらに散乱Ｘ線除去用グリッドが画像に写り込むこ
とを防ぐことができる。
の低減が可能となり、画質の劣化を防ぐことができる。
また被写体に入射させるＸ線の増大を防ぐことができ
る。さらに散乱Ｘ線除去用グリッドが画像に写り込むこ
とを防ぐことができる。
【００１２】
【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。
て図面を参照して説明する。
【００１３】（第１の実施の形態）図１，２は、本発明
のＸ線センサ（放射線検出装置）の第１の実施形態の画
素断面図である。図３は、本発明のＸ線センサの動作を
説明するための、印加電圧と空乏層厚さの関係を示す。
また図４は、本発明の動作を説明するＸ線エネルギーと
アルミに対するＸ線透過率の関係を示す。
のＸ線センサ（放射線検出装置）の第１の実施形態の画
素断面図である。図３は、本発明のＸ線センサの動作を
説明するための、印加電圧と空乏層厚さの関係を示す。
また図４は、本発明の動作を説明するＸ線エネルギーと
アルミに対するＸ線透過率の関係を示す。
【００１４】はじめに本実施形態のＸ線センサの原理に
ついて説明する。図１に示すように本実施形態のＸ線セ
ンサは半導体層にガリウム砒素を用いている。図示され
るようにＸ線の入射面から順に上部電極層１、ｐ型ガリ
ウム砒素層２、ガリウム砒素半導体層３、ｎ型ガリウム
砒素層４、下部電極層５の構成となっている。さらに本
実施形態のＸ線センサでは、上部電極層１と下部電極層
５が電圧可変電源６と接続されている。電圧可変電源６
は、ガリウム砒素半導体層３を空乏化する方向、すなわ
ち逆バイアス方向に電界を印加している。空乏化された
半導体層に入射したＸ線は吸収され、Ｘ線量に応じたホ
ール・電子対を発生させる。発生したホール及び電子は
電界により、ホールは上部電極１側へ、電子は下部電極
５側へ移動し、読み出し回路（図示省略）で信号として
読み出される。空乏化されない半導体領域に吸収された
Ｘ線は、ホール・電子対を発生させるが電界が弱いた
め、信号としては読み出されない。すなわち空乏層領域
はＸ線に対する感度を有するが、空乏化されない領域は
Ｘ線感度を持たないと考えられる。本実施形態では半導
体材料としてガリウム砒素を用いているが、他の材料例
えばアモルファスセレン、ヨウ化水銀、ヨウ化鉛、ガリ
ウムリン、ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどを用いることも
できる。
ついて説明する。図１に示すように本実施形態のＸ線セ
ンサは半導体層にガリウム砒素を用いている。図示され
るようにＸ線の入射面から順に上部電極層１、ｐ型ガリ
ウム砒素層２、ガリウム砒素半導体層３、ｎ型ガリウム
砒素層４、下部電極層５の構成となっている。さらに本
実施形態のＸ線センサでは、上部電極層１と下部電極層
５が電圧可変電源６と接続されている。電圧可変電源６
は、ガリウム砒素半導体層３を空乏化する方向、すなわ
ち逆バイアス方向に電界を印加している。空乏化された
半導体層に入射したＸ線は吸収され、Ｘ線量に応じたホ
ール・電子対を発生させる。発生したホール及び電子は
電界により、ホールは上部電極１側へ、電子は下部電極
５側へ移動し、読み出し回路（図示省略）で信号として
読み出される。空乏化されない半導体領域に吸収された
Ｘ線は、ホール・電子対を発生させるが電界が弱いた
め、信号としては読み出されない。すなわち空乏層領域
はＸ線に対する感度を有するが、空乏化されない領域は
Ｘ線感度を持たないと考えられる。本実施形態では半導
体材料としてガリウム砒素を用いているが、他の材料例
えばアモルファスセレン、ヨウ化水銀、ヨウ化鉛、ガリ
ウムリン、ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどを用いることも
できる。
【００１５】図３に示すように、空乏層の厚さは半導体
層に印加する電圧に依存する。本実施形態では空乏層の
厚さは、印加電圧の対数に比例している。また図４に示
すようにＸ線の透過率は波長に依存し、低エネルギー
（ここでは３０ｋｅＶ）のＸ線は高エネルギー（６０ｋ
ｅＶ）のＸ線よりも透過率が低い、すなわち吸収が大き
い。図４はアルミの例であるが、ガリウム砒素、アモル
ファスセレン、ヨウ化水銀、ヨウ化鉛、ガリウムリン、
ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどの材料も同様の傾向を持
つ。このことは前述の半導体材料にＸ線が入射した場
合、入射面近くで低エネルギーのＸ線が吸収される割合
が大きいことを示す。したがってコンプトン効果などに
よる被写体の散乱Ｘ線は低エネルギー成分を多く含むた
め、この低エネルギーの散乱Ｘ線は半導体材料の入射面
近くで吸収される割合が大きい。
層に印加する電圧に依存する。本実施形態では空乏層の
厚さは、印加電圧の対数に比例している。また図４に示
すようにＸ線の透過率は波長に依存し、低エネルギー
（ここでは３０ｋｅＶ）のＸ線は高エネルギー（６０ｋ
ｅＶ）のＸ線よりも透過率が低い、すなわち吸収が大き
い。図４はアルミの例であるが、ガリウム砒素、アモル
ファスセレン、ヨウ化水銀、ヨウ化鉛、ガリウムリン、
ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどの材料も同様の傾向を持
つ。このことは前述の半導体材料にＸ線が入射した場
合、入射面近くで低エネルギーのＸ線が吸収される割合
が大きいことを示す。したがってコンプトン効果などに
よる被写体の散乱Ｘ線は低エネルギー成分を多く含むた
め、この低エネルギーの散乱Ｘ線は半導体材料の入射面
近くで吸収される割合が大きい。
【００１６】次に本実施形態の動作について図２を用い
て説明する。電圧可変電源６は、少なくとも２通りの印
加電圧を設定可能な構成である。すなわち（ａ）に示す
ように電圧を高く設定して空乏化領域を大きくした状態
と、（ｂ）に示すように電圧を低く設定して空乏化領域
を小さくした状態を切り換えて使用することができる。
例えば被写体の低エネルギー散乱Ｘ線が少ない場合は
（ａ）の状態で撮影し、散乱Ｘ線が多い場合には（ｂ）
の状態で撮影することができる。（ｂ）の状態で撮影す
れば低エネルギーの散乱Ｘ線は、主に入射面近く（ｐ層
付近）の半導体層の空乏化されない領域で吸収され信号
を生じない。一方有効な画像情報を含む高エネルギーの
Ｘ線は、主に空乏化領域で吸収され信号電荷を発生させ
読み出される。本実施形態によれば画質を低下させる散
乱Ｘ線をｐ層側の空乏化されない領域で吸収させること
が可能となり、良好な画像を得ることができる。
て説明する。電圧可変電源６は、少なくとも２通りの印
加電圧を設定可能な構成である。すなわち（ａ）に示す
ように電圧を高く設定して空乏化領域を大きくした状態
と、（ｂ）に示すように電圧を低く設定して空乏化領域
を小さくした状態を切り換えて使用することができる。
例えば被写体の低エネルギー散乱Ｘ線が少ない場合は
（ａ）の状態で撮影し、散乱Ｘ線が多い場合には（ｂ）
の状態で撮影することができる。（ｂ）の状態で撮影す
れば低エネルギーの散乱Ｘ線は、主に入射面近く（ｐ層
付近）の半導体層の空乏化されない領域で吸収され信号
を生じない。一方有効な画像情報を含む高エネルギーの
Ｘ線は、主に空乏化領域で吸収され信号電荷を発生させ
読み出される。本実施形態によれば画質を低下させる散
乱Ｘ線をｐ層側の空乏化されない領域で吸収させること
が可能となり、良好な画像を得ることができる。
【００１７】本実施形態では電圧可変電源６で切り換え
る電圧を２通りとしたが、さらに細かく設定しても良
い。また、Ｘ線のエネルギー量は、管電圧によって容易
に求めることができるため、エネルギー値によってオペ
レータが判断して適宜制御しても良いし、フォトタイマ
（Ｘ線検出器）を設けて照射Ｘ線のエネルギー値をモニ
タし、そのエネルギー値を閾値と比較することによって
設定しても良い。この場合、フォトタイマはＸ線の波長
（振動数）によって決まる光量子エネルギーを分解でき
るように構成されていることが望ましい。散乱Ｘ線の悪
影響を低減するために、空乏化されない領域の厚さを２
０ｋｅＶ以下のエネルギーのＸ線を５０％以上吸収する
ように、電圧可変電源６で電圧を設定することが好まし
い。また、Ｘ線入射側に、散乱Ｘ線を吸収するような，
例えばフィルム状のアルミなどを設ければ、印加する電
圧を下げることができ、省電力を計ることが可能であ
る。
る電圧を２通りとしたが、さらに細かく設定しても良
い。また、Ｘ線のエネルギー量は、管電圧によって容易
に求めることができるため、エネルギー値によってオペ
レータが判断して適宜制御しても良いし、フォトタイマ
（Ｘ線検出器）を設けて照射Ｘ線のエネルギー値をモニ
タし、そのエネルギー値を閾値と比較することによって
設定しても良い。この場合、フォトタイマはＸ線の波長
（振動数）によって決まる光量子エネルギーを分解でき
るように構成されていることが望ましい。散乱Ｘ線の悪
影響を低減するために、空乏化されない領域の厚さを２
０ｋｅＶ以下のエネルギーのＸ線を５０％以上吸収する
ように、電圧可変電源６で電圧を設定することが好まし
い。また、Ｘ線入射側に、散乱Ｘ線を吸収するような，
例えばフィルム状のアルミなどを設ければ、印加する電
圧を下げることができ、省電力を計ることが可能であ
る。
【００１８】また本実施形態ではＸ線センサの断面構造
を、Ｘ線入射の側からｐ層、半導体層、ｎ層としたが、
ｐ層、半導体層、絶縁層の順の構造としても良い。
を、Ｘ線入射の側からｐ層、半導体層、ｎ層としたが、
ｐ層、半導体層、絶縁層の順の構造としても良い。
【００１９】以上説明したように、本実施形態の構成に
より散乱Ｘ線の影響の少ない、良好な画像を得られるＸ
線センサを実現できる。また散乱Ｘ線除去用グリッドを
設ける必要がないため、グリッドが画像に写りこむ不具
合も回避できる。
より散乱Ｘ線の影響の少ない、良好な画像を得られるＸ
線センサを実現できる。また散乱Ｘ線除去用グリッドを
設ける必要がないため、グリッドが画像に写りこむ不具
合も回避できる。
【００２０】本実施形態で特に留意すべき点は次の通り
である。電圧可変電源によって、半導体層に印加する電
圧を切り換えることができ、空乏層領域を変化させるこ
とができることである。またＸ線が半導体層のうち空乏
化されない側、すなわちｐ層側から入射する構成とする
ことである。
である。電圧可変電源によって、半導体層に印加する電
圧を切り換えることができ、空乏層領域を変化させるこ
とができることである。またＸ線が半導体層のうち空乏
化されない側、すなわちｐ層側から入射する構成とする
ことである。
【００２１】（第２の実施の形態）次に本発明の第２の
実施形態について説明する。図５は本発明のＸ線センサ
の第２の実施形態の断面図である。また図６は第２の実
施形態のＸ線センサの画素の等価回路図である。本実施
形態はスイッチング素子を有するＸ線センサの例であ
る。
実施形態について説明する。図５は本発明のＸ線センサ
の第２の実施形態の断面図である。また図６は第２の実
施形態のＸ線センサの画素の等価回路図である。本実施
形態はスイッチング素子を有するＸ線センサの例であ
る。
【００２２】図５の断面図に示すように本実施形態は、
第１の実施形態のＸ線センサを、ガラス基板１０上に形
成した薄膜トランジスタ９及び蓄積容量８と、接続用バ
ンプ７を用いて接続した構成である。Ｘ線を入射し電荷
を発生させる部分の動作については第１の実施形態と同
様であり、上部電極は電圧可変電源と接続（図示省略）
されている。
第１の実施形態のＸ線センサを、ガラス基板１０上に形
成した薄膜トランジスタ９及び蓄積容量８と、接続用バ
ンプ７を用いて接続した構成である。Ｘ線を入射し電荷
を発生させる部分の動作については第１の実施形態と同
様であり、上部電極は電圧可変電源と接続（図示省略）
されている。
【００２３】図６の等価回路に示すように、下部電極
は、蓄積容量とＴＦＴのドレイン電極と接続されてい
る。ＴＦＴのゲート電極はゲート駆動回路（図示省略）
に接続されている。さらにＴＦＴのソース電極は読み出
し回路（図示省略）などに接続される。ガラス基板上の
ＴＦＴと蓄積容量は、液晶ディスプレーなどで用いられ
るアモルファスシリコン製造プロセス又はポリシリコン
製造プロセスなどで成膜、形成することができる。この
際には、ＴＦＴの半導体層にセンサ部を透過してきたＸ
線が入射して誤動作を起こす場合が考えられるため、Ｔ
ＦＴ上に鉛などのＸ線遮蔽部材を設けても良い。
は、蓄積容量とＴＦＴのドレイン電極と接続されてい
る。ＴＦＴのゲート電極はゲート駆動回路（図示省略）
に接続されている。さらにＴＦＴのソース電極は読み出
し回路（図示省略）などに接続される。ガラス基板上の
ＴＦＴと蓄積容量は、液晶ディスプレーなどで用いられ
るアモルファスシリコン製造プロセス又はポリシリコン
製造プロセスなどで成膜、形成することができる。この
際には、ＴＦＴの半導体層にセンサ部を透過してきたＸ
線が入射して誤動作を起こす場合が考えられるため、Ｔ
ＦＴ上に鉛などのＸ線遮蔽部材を設けても良い。
【００２４】（第３の実施の形態）次に本発明の第３の
実施形態について説明する。本実施形態はマトリクス駆
動を行うＸ線エリアセンサの例である。図７はその断面
図であり、図８は等価回路図である。Ｘ線を入射、吸収
し信号電荷を発生する部分の動作については前述の第
１、第２の実施形態と同様である。本実施形態で特に注
目すべき点は、上部電極１１、ｐ層１２、半導体層１３
が共通となっている点である。一方、ｎ層１４、下部電
極１５は個別に設けられ、接続用バンプによりＴＦＴ及
び蓄積容量に接続されている。
実施形態について説明する。本実施形態はマトリクス駆
動を行うＸ線エリアセンサの例である。図７はその断面
図であり、図８は等価回路図である。Ｘ線を入射、吸収
し信号電荷を発生する部分の動作については前述の第
１、第２の実施形態と同様である。本実施形態で特に注
目すべき点は、上部電極１１、ｐ層１２、半導体層１３
が共通となっている点である。一方、ｎ層１４、下部電
極１５は個別に設けられ、接続用バンプによりＴＦＴ及
び蓄積容量に接続されている。
【００２５】図８に示すように、各ＴＦＴのソース電極
は共通のデータラインに接続され、共通データラインは
アンプ、アナログマルチプレクサなどから構成される読
み出し回路２１に接続される。各ＴＦＴのゲート電極は
共通ゲートラインに接続され、共通ゲートラインはシフ
トレジスタ（図示省略）などで構成されるゲートドライ
バ２２に接続される。上部共通電極はバイアスラインに
接続され、さらに電圧可変電源と接続される。本実施形
態の構成により、二次元のＸ線画像情報を読み出すこと
が可能となる。
は共通のデータラインに接続され、共通データラインは
アンプ、アナログマルチプレクサなどから構成される読
み出し回路２１に接続される。各ＴＦＴのゲート電極は
共通ゲートラインに接続され、共通ゲートラインはシフ
トレジスタ（図示省略）などで構成されるゲートドライ
バ２２に接続される。上部共通電極はバイアスラインに
接続され、さらに電圧可変電源と接続される。本実施形
態の構成により、二次元のＸ線画像情報を読み出すこと
が可能となる。
【００２６】（第４の実施の形態）次に本発明の第４の
実施形態について説明する。図９は本発明のＸ線センサ
の第４の実施形態の断面図である。本実施形態は第３の
実施形態と同様にマトリクス駆動を行うＸ線エリアセン
サの例である。詳しくはＸ線入射側に散乱Ｘ線の吸収を
目的としたアルミフィルム１６と、ＴＦＴ９上に透過Ｘ
線の除去を目的とした鉛などの放射線遮蔽部材１７を設
けた例である。本構成のように、２０ｋｅＶ以下のエネ
ルギーのＸ線を５０％以上吸収するアルミフィルム１６
などを設けることにより、半導体層１３に印加する電界
を低減したり、効率よく散乱Ｘ線を吸収除去することが
可能となる。またＴＦＴ９上に鉛などの放射線遮蔽部材
１７を設けることにより、透過Ｘ線によるＴＦＴ９の誤
動作やリークなどを防ぐことが可能となる。本実施形態
ではアルミフィルム１６と放射線遮蔽部材１７の両方を
設けているが、どちらか一方でも良い。また材料もアル
ミや鉛に限らず、同様の効果を有する他の材料を用いて
も良い。
実施形態について説明する。図９は本発明のＸ線センサ
の第４の実施形態の断面図である。本実施形態は第３の
実施形態と同様にマトリクス駆動を行うＸ線エリアセン
サの例である。詳しくはＸ線入射側に散乱Ｘ線の吸収を
目的としたアルミフィルム１６と、ＴＦＴ９上に透過Ｘ
線の除去を目的とした鉛などの放射線遮蔽部材１７を設
けた例である。本構成のように、２０ｋｅＶ以下のエネ
ルギーのＸ線を５０％以上吸収するアルミフィルム１６
などを設けることにより、半導体層１３に印加する電界
を低減したり、効率よく散乱Ｘ線を吸収除去することが
可能となる。またＴＦＴ９上に鉛などの放射線遮蔽部材
１７を設けることにより、透過Ｘ線によるＴＦＴ９の誤
動作やリークなどを防ぐことが可能となる。本実施形態
ではアルミフィルム１６と放射線遮蔽部材１７の両方を
設けているが、どちらか一方でも良い。また材料もアル
ミや鉛に限らず、同様の効果を有する他の材料を用いて
も良い。
【００２７】（第５の実施の形態）次に本発明の第５の
実施形態について説明する。図１０は本発明のＸ線セン
サの第５の実施形態の断面図である。第４の実施形態と
異なる点はＸ線センサがガラス基板上ではなく、結晶シ
リコン基板１９上に設けられている点である。結晶シリ
コン基板１９上には、図示しないＣＣＤやＣ−ＭＯＳス
イッチ素子や容量素子などが設けられている。本構成の
ようにアルミフィルム１６などを設けることにより、半
導体層１３に印加する電界を低減したり、効率よく散乱
Ｘ線を吸収除去することが可能となる。また結晶シリコ
ン基板１９上に鉛などの放射線遮蔽部材１８を設けるこ
とにより、透過Ｘ線による誤動作やリークなどを防ぐこ
とが可能となる。一般的に結晶シリコンはアモルファス
シリコンやポリシリコンに比べてＸ線の吸収が大きいた
め、散乱Ｘ線や透過Ｘ線の影響を受けやすく、誤動作す
る場合がある。本実施形態のように散乱Ｘ線除去を目的
としたアルミフィルム１６と、放射線遮蔽部材１８を設
けることは、結晶シリコン基板を用いた場合特に効果が
大きい。本実施形態ではアルミフィルム１６と放射線遮
蔽部材１８の両方を設けているが、どちらか一方でも良
い。また材料もアルミや鉛に限らず、同様の効果を有す
る他の材料を用いても良い。
実施形態について説明する。図１０は本発明のＸ線セン
サの第５の実施形態の断面図である。第４の実施形態と
異なる点はＸ線センサがガラス基板上ではなく、結晶シ
リコン基板１９上に設けられている点である。結晶シリ
コン基板１９上には、図示しないＣＣＤやＣ−ＭＯＳス
イッチ素子や容量素子などが設けられている。本構成の
ようにアルミフィルム１６などを設けることにより、半
導体層１３に印加する電界を低減したり、効率よく散乱
Ｘ線を吸収除去することが可能となる。また結晶シリコ
ン基板１９上に鉛などの放射線遮蔽部材１８を設けるこ
とにより、透過Ｘ線による誤動作やリークなどを防ぐこ
とが可能となる。一般的に結晶シリコンはアモルファス
シリコンやポリシリコンに比べてＸ線の吸収が大きいた
め、散乱Ｘ線や透過Ｘ線の影響を受けやすく、誤動作す
る場合がある。本実施形態のように散乱Ｘ線除去を目的
としたアルミフィルム１６と、放射線遮蔽部材１８を設
けることは、結晶シリコン基板を用いた場合特に効果が
大きい。本実施形態ではアルミフィルム１６と放射線遮
蔽部材１８の両方を設けているが、どちらか一方でも良
い。また材料もアルミや鉛に限らず、同様の効果を有す
る他の材料を用いても良い。
【００２８】（第６の実施の形態）次に本発明の第６の
実施形態について説明する。本実施形態は、本発明のＸ
線センサを用いたＸ線撮影システムである。図１１は本
実施形態のＸ線撮影システムの構成図である。本実施形
態のＸ線撮影システムは、Ｘ線発生装置３１、実施の形
態１〜３で説明したＸ線センサ３２、これらに接続され
た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は撮影情報を入力する機能、入力された撮影
情報に応じて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。
実施形態について説明する。本実施形態は、本発明のＸ
線センサを用いたＸ線撮影システムである。図１１は本
実施形態のＸ線撮影システムの構成図である。本実施形
態のＸ線撮影システムは、Ｘ線発生装置３１、実施の形
態１〜３で説明したＸ線センサ３２、これらに接続され
た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は撮影情報を入力する機能、入力された撮影
情報に応じて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。
【００２９】図１２，１３は、本発明のＸ線センサの駆
動制御のアルゴリズムの例である。図１２の例ではワー
クステーション３３に入力されたＸ線発生装置３１の管
電圧によって、Ｘ線センサ３２の空乏層厚さを制御して
いる。すなわち、撮影条件を入力し（ＳＴ１）、Ｘ線発
生装置３１の管電圧が設定値より高い場合（ＳＴ２）、
Ｘ線センサ３２に印加する電圧を低く設定し（ＳＴ
３）、空乏化されない領域を大きくして、散乱Ｘ線の影
響を低減している。管電圧が低い場合は（ＳＴ２）、Ｘ
線センサ３２に印加する電圧を高く設定する（ＳＴ
４）。また別途フォトタイマなどを設け、Ｘ線のエネル
ギー値をモニタし、測定したエネルギー値をフィードバ
ックして制御することも可能である。この場合、フォト
タイマはＸ線の波長（振動数）によって決まる光量子エ
ネルギーを分解できるように構成されていることが望ま
しい。
動制御のアルゴリズムの例である。図１２の例ではワー
クステーション３３に入力されたＸ線発生装置３１の管
電圧によって、Ｘ線センサ３２の空乏層厚さを制御して
いる。すなわち、撮影条件を入力し（ＳＴ１）、Ｘ線発
生装置３１の管電圧が設定値より高い場合（ＳＴ２）、
Ｘ線センサ３２に印加する電圧を低く設定し（ＳＴ
３）、空乏化されない領域を大きくして、散乱Ｘ線の影
響を低減している。管電圧が低い場合は（ＳＴ２）、Ｘ
線センサ３２に印加する電圧を高く設定する（ＳＴ
４）。また別途フォトタイマなどを設け、Ｘ線のエネル
ギー値をモニタし、測定したエネルギー値をフィードバ
ックして制御することも可能である。この場合、フォト
タイマはＸ線の波長（振動数）によって決まる光量子エ
ネルギーを分解できるように構成されていることが望ま
しい。
【００３０】また図１３の例ではワークステーションに
入力された被写体の情報によってＸ線センサの空乏層厚
さを制御している。すなわち、被写体情報を入力し（Ｓ
Ｔ１１）、被写体の密度（比重）が設定値より大きい場
合（ＳＴ１２）、散乱Ｘ線が大きい場合があるので、Ｘ
線センサ３２の電圧を低く設定し（ＳＴ１３）、空乏化
されない領域を大きくして散乱Ｘ線の影響を低減してい
る。被写体の密度が小さい場合は（ＳＴ１２）、Ｘ線セ
ンサ３２の電圧を高く設定する（ＳＴ１４）。
入力された被写体の情報によってＸ線センサの空乏層厚
さを制御している。すなわち、被写体情報を入力し（Ｓ
Ｔ１１）、被写体の密度（比重）が設定値より大きい場
合（ＳＴ１２）、散乱Ｘ線が大きい場合があるので、Ｘ
線センサ３２の電圧を低く設定し（ＳＴ１３）、空乏化
されない領域を大きくして散乱Ｘ線の影響を低減してい
る。被写体の密度が小さい場合は（ＳＴ１２）、Ｘ線セ
ンサ３２の電圧を高く設定する（ＳＴ１４）。
【００３１】被写体が人体の場合は、上記の例よりもさ
らに複雑に制御することが望ましい。すなわち密度に相
当する撮影部位（たとえば四肢か胸部かなど）及び管電
圧の両方から、Ｘ線センサに印加する最適な電圧を設定
することが望ましい。
らに複雑に制御することが望ましい。すなわち密度に相
当する撮影部位（たとえば四肢か胸部かなど）及び管電
圧の両方から、Ｘ線センサに印加する最適な電圧を設定
することが望ましい。
【００３２】さらに本実施形態のＸ線撮影システムでは
Ｘ線発生装置の管電圧あるいは、Ｘ線センサに印加する
電圧を変化させて複数のＸ線画像を取得することができ
る。これら複数の取得画像をワークステーションで演算
処理することにより、これらの画像から演算処理された
画像を得ることができる。この機能は、エネルギーサブ
トラクションなどの診断画像取得に応用することができ
る。
Ｘ線発生装置の管電圧あるいは、Ｘ線センサに印加する
電圧を変化させて複数のＸ線画像を取得することができ
る。これら複数の取得画像をワークステーションで演算
処理することにより、これらの画像から演算処理された
画像を得ることができる。この機能は、エネルギーサブ
トラクションなどの診断画像取得に応用することができ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電界を
印加し空乏化した半導体層に直接放射線を入射、吸収さ
せて発生した電荷を読み出すことによって、散乱Ｘ線の
低減が可能となり、画質の劣化を防ぐことができる。
印加し空乏化した半導体層に直接放射線を入射、吸収さ
せて発生した電荷を読み出すことによって、散乱Ｘ線の
低減が可能となり、画質の劣化を防ぐことができる。
【００３４】また電圧可変電源を用いて半導体層中の空
乏化領域の厚さを変化させることにより、撮影条件や被
写体条件によって被写体に入射する放射線の増大を防ぐ
ことができる。
乏化領域の厚さを変化させることにより、撮影条件や被
写体条件によって被写体に入射する放射線の増大を防ぐ
ことができる。
【００３５】さらに半導体層中の空乏化されない領域で
散乱Ｘ線を吸収する機能を有することによって、散乱Ｘ
線除去用グリッド自身が画像に移りこむことを防ぐこと
ができる。
散乱Ｘ線を吸収する機能を有することによって、散乱Ｘ
線除去用グリッド自身が画像に移りこむことを防ぐこと
ができる。
【図１】本発明の第１実施形態のＸ線センサの画素断面
図
図
【図２】本発明の第１実施形態のＸ線センサの印加電圧
による状態を示す断面図
による状態を示す断面図
【図３】本発明のＸ線センサの動作説明図（印加電圧と
空乏層の関係）
空乏層の関係）
【図４】本発明のＸ線センサの動作説明図（Ｘ線透過率
とエネルギーの関係）
とエネルギーの関係）
【図５】本発明の第２実施形態のＸ線センサの画素断面
図
図
【図６】本発明の第２実施形態のＸ線センサの画素等価
回路図
回路図
【図７】本発明の第３実施形態のＸ線エリアセンサの画
素断面図
素断面図
【図８】本発明の第３実施形態のＸ線エリアセンサの等
価回路図
価回路図
【図９】本発明の第４実施形態のＸ線エリアセンサの画
素断面図
素断面図
【図１０】本発明の第５実施形態のＸ線エリアセンサの
画素断面図
画素断面図
【図１１】本発明の第６実施形態のＸ線撮影システム図
【図１２】本発明の第６実施形態のＸ線撮影システムの
制御フロー図
制御フロー図
【図１３】本発明の第６実施形態のＸ線撮影システムの
制御フロー図
制御フロー図
【図１４】従来のＸ線センサの画素断面図
【図１５】従来のＸ線センサの等価回路図
【図１６】従来のＸ線撮影システム図
１ 上部電極層
２ ｐ型ＧａＡｓ層
３ ＧａＡｓ半導体層
４ ｎ型ＧａＡｓ層
５ 下部電極層
６ 電圧可変電源
７ 接続用バンプ
８ 蓄積容量
９ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１０ ガラス基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG21 JJ40
4M118 AA05 AB01 BA08 BA14 CA05
CA11 CA27 CB02 CB05 DB20
FB03 FB09 FB13 FB16 FB24
GA02 GA10 GB11 HA26 HA31
5F088 AA03 AB07 BA03 BB07 DA01
EA08 HA10 JA03 JA16 LA07
Claims (19)
- 【請求項１】 半導体層に放射線を入射させ、放射線の
エネルギーを直接電荷に変換する半導体素子と、蓄積さ
れた電荷を転送するスイッチング素子とを有し、転送さ
れた電荷を画像信号として読み出す放射線検出装置にお
いて、 前記半導体層に電界を印加する電圧可変電源を有し、 該電圧可変電源は、前記半導体層の放射線入射側の反対
側を空乏化するように電界を設定、印加することを特徴
とする放射線検出装置。 - 【請求項２】 前記半導体素子は、ｐ型半導体層、半導
体層、ｎ型半導体層を積層した構造を有することを特徴
とする請求項１記載の放射線検出装置。 - 【請求項３】 前記半導体素子は、ｐ型半導体層、半導
体層、絶縁層を積層した構造を有することを特徴とする
請求項１記載の放射線検出装置。 - 【請求項４】 放射線をｐ型半導体層側から入射させる
ことを特徴とする請求項２又は３記載の放射線検出装
置。 - 【請求項５】 前記半導体層は、アモルファスセレン、
ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウム砒素、ガリウムリン、
CdZn、CdZnTeのいずれかを材料としていることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の放射線検出装置。 - 【請求項６】 前記スイッチング素子は、薄膜トランジ
スタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の放射線検出装置。 - 【請求項７】 前記薄膜トランジスタは、アモルファス
シリコン又はポリシリコンを材料とすることを特徴とす
る請求項６記載の放射線検出装置。 - 【請求項８】 前記スイッチング素子は、結晶シリコン
を材料とし、さらに前記スイッチング素子と前記半導体
層の間に放射線遮蔽手段を設けることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の放射線検出装置。 - 【請求項９】 放射線の入射する側に、２０ｋｅＶ以下
のエネルギーの放射線を５０％以上吸収する散乱放射線
吸収層を設けることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
かに記載の放射線検出装置。 - 【請求項１０】 前記散乱放射線吸収層は、フィルム状
のアルミであることを特徴とする請求項９記載の放射線
検出装置。 - 【請求項１１】 前記電圧可変電源に接続され、電圧を
制御する制御手段を有し、 該制御手段によって前記電圧可変電源の電圧を変化さ
せ、空乏層の厚さを変化させることを特徴とする請求項
１〜１０のいずれかに記載の放射線検出装置。 - 【請求項１２】 前記制御手段は、前記電圧可変電源の
電圧を制御して、前記半導体層の空乏化されない領域が
少なくとも２０ｋｅＶ以下のエネルギーの放射線を５０
％以上吸収するように、電界を印加する機能を有するこ
とを特徴とする請求項１１記載の放射線検出装置。 - 【請求項１３】 放射線を照射するための放射線発生装
置と、 請求項１１又は１２記載の放射線検出装置と、 該放射線検出装置の制御手段に撮影条件及び被写体情報
を入力する撮影情報入力手段とを有し、 前記制御手段は、入力された撮影条件あるいは被写体情
報に応じて、前記電圧可変電源を制御し、前記半導体層
の空乏化されていない領域の厚さを変化させることを特
徴とする放射線撮影システム。 - 【請求項１４】 前記撮影情報入力手段に入力される撮
影条件は、少なくとも前記放射線発生装置の管電圧を含
むことを特徴とする請求項１３記載の放射線撮影システ
ム。 - 【請求項１５】 前記制御手段は、前記放射線発生装置
の管電圧が設定値より高い場合には前記半導体層の空乏
化されない領域を大きくし、管電圧が低い場合には前記
半導体層の空乏化されない領域を小さくするように、前
記電圧可変電源を制御することを特徴とする請求項１３
記載の放射線撮影システム。 - 【請求項１６】 前記撮影情報入力手段に入力される被
写体情報は、少なくとも被写体の比重に関する情報を含
むことを特徴とする請求項１３記載の放射線撮影システ
ム。 - 【請求項１７】 前記制御手段は、前記被写体の比重が
設定値より大きい場合には、前記半導体層の空乏化され
ない領域を大きくし、比重が小さい場合には前記半導体
層の空乏化されない領域を小さくするように、前記電圧
可変電源を制御することを特徴とする請求項１６記載の
放射線撮影システム。 - 【請求項１８】 前記撮影情報入力手段に入力される被
写体情報は、少なくとも被写体の撮影部位に関する情報
を含むことを特徴とする請求項１３記載の放射線撮影シ
ステム。 - 【請求項１９】 前記放射線検出装置からの画像信号を
処理する画像処理手段を有し、 該画像処理手段は、前記半導体層の空乏化されない領
域、前記放射線発生装置の管電圧のいずれか又は両方を
変化させた複数の画像を取得し、これら複数の画像を画
像処理することにより出力画像を得ることを特徴とする
請求項１３〜１８のいずれかに記載の放射線撮影システ
ム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001191786A JP2003004857A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮影システム |
| US10/176,058 US6795525B2 (en) | 2001-06-25 | 2002-06-21 | Radiation detecting apparatus and radiographing system using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001191786A JP2003004857A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮影システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004857A true JP2003004857A (ja) | 2003-01-08 |
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ID=19030348
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001191786A Withdrawn JP2003004857A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮影システム |
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|---|---|
| US (1) | US6795525B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003004857A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011109514A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子、撮像装置 |
| JP2011164048A (ja) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Yokogawa Electric Corp | 放射線測定装置 |
| WO2015087723A1 (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 放射線イメージセンサ |
| JP2020153756A (ja) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | α線検出装置およびα線検出方法 |
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