JP2003204054A - 放射線検出装置及び放射線検出方法 - Google Patents

放射線検出装置及び放射線検出方法

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JP2003204054A
JP2003204054A JP2002001561A JP2002001561A JP2003204054A JP 2003204054 A JP2003204054 A JP 2003204054A JP 2002001561 A JP2002001561 A JP 2002001561A JP 2002001561 A JP2002001561 A JP 2002001561A JP 2003204054 A JP2003204054 A JP 2003204054A
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Takamasa Ishii
孝昌 石井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換を行って放射線を検出する際の装置
の駆動速度を速くする。 【解決手段】 1つの半導体変換素子(フォトダイオー
ド)P11〜P45と、1つのTFT(T11〜T4
5)との組からなる画素を複数備えて構成される画素エ
リア1内の信号線(Sig線)Sig1〜Sig5方向
に隣接した2つの画素が、1本のゲート線(Vg線)V
g1〜Vg5を共有する構成とすることにより、1本の
ゲート線(Vg線)の駆動で2ラインの画素を読み出す
ようにして、読み出し速度を向上させ、光電変換を行っ
て放射線を検出する放射線装置の駆動速度を早くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出装置及
び放射線検出方法に関し、特に、医療用画像診断装置、
非破壊検査装置、及び放射線を用いた分析装置などに応
用するために用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来の放射線検出装置の構成の一例を示
す等価回路図を図12に示す。また、図13は、図12
に示した放射線検出装置の平面図である。
【0003】図12及び図13において、P211〜P
245は、光電変換素子などの変換素子、T211〜T
245は、薄膜トランジスタ(TFT)であり、これら
1組で1画素を構成している。
【0004】なお、ここでは画素エリア61に4×5画
素がある場合を示しているが、実際には例えば1000
×2000画素が絶縁基板62に配置されている。
【0005】図示するように、変換素子P211〜P2
45は、列ごとに共通のバイアス線Vs41〜Vs44
に接続されており、読み出し装置63から上記バイアス
線Vs41〜Vs44を介して一定値のバイアスが印加
されている。
【0006】また、各TFT(T211〜T245)の
ゲート電極は、行ごとに共通のゲート線Vg41〜Vg
45に接続されており、ゲート駆動装置64は、上記ゲ
ート電極にゲート駆動パルスを出力することによってT
FT(T211〜T245)のゲートのON、OFFを
制御する。
【0007】また、各TFT(T211〜T245)の
ソース若しくはドレイン電極は、列ごとに共通の信号線
Sig41〜Sig44に接続されており、さらに、各
信号線Sig41〜Sig44は、読み出し装置63に
接続されている。
【0008】被検体に向けて曝射されたX線は、被検体
により減衰を受けて透過し、図示しない蛍光体層で可視
光に変換され、この可視光が変換素子P211〜P24
5に入射し、電荷に変換される。
【0009】この電荷は、ゲート駆動装置64により印
加される上記ゲート駆動パルスによりTFT(T211
〜T245)を介して信号線Sig41〜Sig44に
転送され、読み出し装置63により外部に読み出され
る。
【0010】その後、共通のバイアス線Vs41〜Vs
44により、変換素子P211〜P245で発生し、転
送されきれなかった電荷が除去される。この動作をリフ
レッシュと呼ぶ。
【0011】従来、この種の代表的な放射線検出装置と
しては、MIS型光電変換素子とスイッチTFTとから
構成されたMIS−TFT構造の光センサーと、放射線
を可視光に変換するための蛍光体とを組み合わせた放射
線検出装置がある。
【0012】図14は、上記MIS−TFT構造の光セ
ンサーの1画素の層構成の一例を示す図であり、図14
(a)は平面図、図14(b)は図14(a)のB−B
´方向の断面図である。
【0013】図14において、MIS型光電変換素子P
は、第1の電極層(下部電極)65、第1の絶縁膜6
6、第1の半導体層67、n+型半導体層(n+層)6
8、及び第2の電極層により形成されたバイアス線など
を備えて構成され、下部電極65はTFT(T)のソー
ス・ドレイン電極70と接続されている。
【0014】薄膜トランジスタ(TFT)Tは、ゲート
電極層71、ゲート絶縁層72、第2の半導体層73、
オーミックコンタクト層74、及びソース・ドレイン電
極70を備えている。
【0015】また、各ゲート線(Vg線)は、TFTの
ゲート電極が形成される電極層71に、各信号線(Si
g線)は、ソース・ドレイン電極を形成する層70にそ
れぞれ接続されている。そして、n+型半導体層(n+
層)68上部にはバイアス線Vsが形成されている。
【0016】さらに、このような構成のMIS型光電変
換素子Pと薄膜トランジスタ(TFT)Tの上方には、
第2の絶縁膜75、ポリイミド層76、接着層77、蛍
光体78が積層形成されている。このようにして、上記
MIS−TFT構造の光センサーの1画素が形成され
る。
【0017】また、図15は、前記構成の従来の放射線
検出装置を用いた場合に電荷を蓄積してから読み出しに
要するまでの時間を、タイミングチャートで示してい
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】ところで、TFTを用
いた液晶パネルの製造技術の発展や、光電変換素子を有
するエリアセンサーの各分野への利用(例えばX線撮像
装置)の進展により、TFTを用いたパネルの大画面化
が急速に進んでいる。
【0019】また、例えば、X線撮像装置ではこれまで
の静止画から動画への利用要求が高まっている。
【0020】しかしながら、従来の構成では1画像を得
るために、ゲート線(Vg線)の数だけゲートパルスを
印加しなければならないため、大画面化が進むに従い、
駆動速度の低下が生じてしまう。
【0021】また、MIS型光電変換素子とスイッチT
FTとから構成されたMIS−TFT構造の光センサー
では、リフレッシュ動作が必要な場合があることから
も、駆動速度の向上が大きな課題となっている。
【0022】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
ので、放射線を検出する際の装置の駆動速度を速くする
ことを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の放射線検出装置
は、基板上にマトリックス状に配置された放射線を電荷
に変換する複数個の変換素子と、上記変換素子に接続さ
れるスイッチ素子と、上記スイッチ素子を駆動させるた
めの駆動信号を、上記スイッチ素子に供給する上記変換
素子が配置されたマトリックス状の領域の行方向に配設
された駆動線と、上記駆動線から供給された駆動信号に
より、上記スイッチ素子を介して上記変換素子から電荷
を読み出すべく上記変換素子が配置されたマトリックス
状の領域の列方向に配設された信号線とを含み、1本の
駆動線に駆動信号を供給し、複数の行に配置されている
上記変換素子から電荷の読み出しを行うことを特徴とし
ている。また、本発明の他の特徴とするところは、上記
マトリックス状に配置した複数個の変換素子のうち、異
なる行に配置されている変換素子に接続されたスイッチ
素子が、1本の駆動線を共有することを特徴としてい
る。また、本発明のその他の特徴とするところは、上記
信号線方向に隣接して配置されている変換素子に接続さ
れた2つのスイッチ素子が、1本の駆動線を共有するこ
とを特徴としている。また、本発明のその他の特徴とす
るところは、上記駆動線を1本おきに駆動させることを
特徴としている。また、本発明のその他の特徴とすると
ころは、上記マトリックス状に配置した複数個の変換素
子のうち、対角方向で隣接する位置に配置されている変
換素子に接続された2つのスイッチ素子が、1本の駆動
線を共有することを特徴としている。また、本発明のそ
の他の特徴とするところは、放射線を波長変換する波長
変換体を有し、前記波長変換体で波長変換された放射線
を電荷に変換する変換素子を有することを特徴としてい
る。また、本発明のその他の特徴とするところは、上記
変換素子は、外部から入射した放射線を直接電荷に変換
することを特徴としている。また、本発明のその他の特
徴とするところは、上記変換素子は、アモルファスセレ
ン、またはガリウム砒素を含むエネルギー変換体である
ことを特徴としている。また、本発明のその他の特徴と
するところは、共通電極と、放射線を電荷に変換するエ
ネルギー変換体と、変換された電荷を収集する電荷収集
用電極とを有する放射線変換基板と、上記電荷収集用電
極により収集された電荷を蓄積する容量素子を有する基
板とを有し、上記電荷収集用電極と上記容量素子とが電
気的に接続されており、上記駆動線から供給された駆動
信号により、上記容量素子に蓄積された電荷を上記信号
線から読み出すことを特徴としている。
【0024】本発明の放射線検出方法は、放射線を電荷
に変換するマトリックス状に配置した変換素子に接続さ
れたスイッチ素子を駆動させる駆動信号を、駆動線を介
して上記スイッチ素子に供給して、上記スイッチ素子に
接続された変換素子から電荷の読み出しを行うに際し
て、1本の駆動線に駆動信号を供給し、上記マトリック
ス状に配置した複数個の変換素子のうち、複数の行に配
置されている変換素子から電荷の読み出しを行うことを
特徴としている。また、本発明の他の特徴とするところ
は、上記マトリックス状に配置した複数個の変換素子の
うち、異なる行に配置されている変換素子に接続された
スイッチ素子が、1本の駆動線を共有することを特徴と
している。また、本発明のその他の特徴とするところ
は、上記駆動線を1本おきに駆動することを特徴として
いる。また、本発明のその他の特徴とするところは、放
射線を波長変換する波長変換体を有し、前記波長変換体
で波長変換された放射線を変換素子により電荷に変換す
ることを特徴としている。また、本発明のその他の特徴
とするところは、入射した放射線を直接電荷に変換する
ことを特徴としている。また、本発明のその他の特徴と
するところは、上記エネルギー変換体により変換された
電荷を収集して蓄積し、上記駆動線から供給された駆動
信号により上記スイッチ素子が駆動した時に、上記蓄積
した電荷を読み出すことを特徴としている。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の放射線検出装置
及び放射線検出方法の実施の形態を、添付の図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、次に説明する各実施の形
態では、可視光等の電磁波やX線、α線、β線、γ線な
ども、放射線に含まれるものとする。
【0026】(第1の実施の形態)以下に、本発明の放
射線検出装置及び放射線検出方法の第1の実施の形態
を、図面を用いて説明する。図1は本発明の放射線検出
装置の第1の実施の形態を説明する等価回路図、図2は
上記放射線検出装置の平面図、図3は上記放射線検出装
置を用いた場合の放射線検出動作を説明するタイミング
チャートである。
【0027】図1及び図2において、P11〜P15、
P21〜P25、P31〜P35、及びP41〜P45
は、それぞれ、変換素子、T11〜T15、T21〜T
25、T31〜T35、T41〜T45は、それぞれ、
スイッチ素子としてのTFTである。上記変換素子の具
体例としてはフォトダイオードが挙げられる。
【0028】なお、以下では、上記変換素子を総称する
場合の符号をP11〜P45、上記TFTを総称する場
合の符号をT11〜T45と表す。
【0029】また、ここでは画素エリア1に4×5画素
がある場合を示しているが、実際には、例えば1000
×2000画素が絶縁基板2上に配置されている。
【0030】図示するように、変換素子P11〜P15
は共通のバイアス線Vs1に、変換素子P21〜P25
は共通のバイアス線Vs2に、変換素子P31〜P35
は共通のバイアス線Vs3に、変換素子P41〜P45
は共通のバイアス線Vs4にそれぞれ接続されており、
読み出し装置3からバイアス線Vs1〜Vs4を介して
一定値のバイアスが印加される。
【0031】一方、TFT(T11、T31)のゲート
電極は共通のゲート線Vg1に、TFT(T21、T2
2、T41、T42)のゲート電極は共通のゲート線V
g2に、TFT(T12、T13、T32、T33)の
ゲート電極は共通のゲート線Vg3に、TFT(T2
3、T24、T43、T44)のゲート電極は共通のゲ
ート線Vg4に、TFT(T14、T15、T34、T
35)のゲート電極は共通のゲート線Vg5に、TFT
(T25、T45)のゲート電極は共通のゲート線Vg
6にそれぞれ接続されており、ゲート線Vg1〜Vg6
は、TFT(T11〜T45)のON、OFFを制御す
るゲート駆動装置4に接続されている。なお、上記ゲー
ト線Vgが駆動線としての機能を有する。
【0032】また、図示するように、TFT(T12、
T14)のソースまたはドレイン電極は共通の信号線S
ig1に、TFT(T11、T13、T15、T21、
T23、T25)のソースまたはドレイン電極は共通の
信号線Sig2に、TFT(T22、T24、T32、
T34)のソースまたはドレイン電極は共通の信号線S
ig3に、TFT(T31、T33、T35、T41、
T43、T45)のソースまたはドレイン電極は共通の
信号線Sig4に、TFT(T42、T44)のソース
またはドレイン電極は共通の信号線Sig5にそれぞれ
接続されており、信号線Sig1〜Sig5は、読み出
し装置3に接続されている。
【0033】入射放射線より変換素子P11〜P45で
発生した電荷は、ゲート駆動装置4により印加されるゲ
ート駆動パルスにより信号線Sig1〜Sig5に転送
され、読み出し装置3により読み出される。
【0034】変換素子とTFTとからなる画素の情報を
読み出す際、1行につき1本のゲート線(Vg線)にゲ
ート駆動パルスを印加するのと比較して、本実施の形態
の放射線検査装置では、上述したように、信号線(Si
g線)Sig1〜Sig5方向に隣接した2つの画素
が、1本のゲート線(Vg線)を共有する構成をとるこ
とにより、ゲート線(Vg線)は1本の駆動で2行の読
み出しが可能となる。
【0035】また、この2画素を1画素分ずらして隣の
列に配置すると、図2のようにA列とB列の2つの異な
った列が交互にできる。これにより、A列を読む時はゲ
ート線Vg1、Vg3、Vg5に、また、B列を読む時
はゲート線Vg2、Vg4、Vg6に順次ゲート駆動パ
ルスを印加し、A列とB列を交互に読み出すことが可能
となり、電荷の読み出し速度を向上できる。
【0036】図3に、電荷の読み出し例を、従来の装置
を用いた読み出し方法と比較してタイミングチャートで
示す。図3(a)が従来の放射線検出装置を使用した読
み出し方法のタイミングチャート、図3(b)が本実施
の形態の放射線検出装置を使用した場合のタイミングチ
ャート(実施例1)である。
【0037】なお、以下では、従来の放射線検出装置も
図1及び図2に示した本実施の形態の放射線検出装置と
同様に、画素エリアに4×5画素がある場合を例に挙げ
て説明する。
【0038】例えば動画用の放射線検出装置において電
荷の蓄積と読み出しを繰り返す場合、図3(a)に示す
ように、従来の放射線検出装置を用いた読み出し方法で
は、ゲート線(Vg線)1本分の読み出し時間をtとす
ると、全てのゲート線(Vg線)においては5tの時間
が必要であった。したがって、電荷の蓄積時間を3tと
すると、電荷を蓄積してから読み出すまでに1画像あた
り8tの時間が必要であった。
【0039】これに対して、図3(b)に示すように、
本実施の形態の放射線検出装置では、ゲート線(Vg
線)1本分の読み出し時間はtであり同じだが、A列と
B列をそれぞれ3tの時間で読める。
【0040】よって、従来の放射線検査装置が3画像読
む間に、1列おきに間引かれた画像が、5画像読み出さ
れる。つまり、大幅な読み出し速度の向上が実現でき
る。
【0041】なお、画像情報を有した放射線を検出する
には、変換素子P11〜P45に例えばGdAsなどの
放射線を直接電荷に変換するものを用いてもよいし、蛍
光体などの放射線を可視光等に変換する波長変換体を変
換素子の上部に設けてもよい。
【0042】(第2の実施の形態)以下に、本発明の放
射線検出装置及び放射線検出方法の第2の実施の形態
を、図面を用いて説明する。図4は本発明の放射線検出
装置の第2の実施の形態を説明する等価回路図、図5は
上記放射線検出装置の平面図、図6は上記放射線検出装
置において読み出される画像の例を示した図である。
【0043】図4及び図5において、P51〜P55、
P61〜P65、P71〜P75、及びP81〜P85
は、それぞれ、変換素子、T51〜T55、T61〜T
65、T71〜T75、及びT81〜T85は、それぞ
れ、スイッチ素子としてのTFTである。上記変換素子
の具体例としてはフォトダイオードが挙げられる。
【0044】なお、以下では、上記変換素子を総称する
場合の符号をP51〜P85、上記TFTを総称する場
合の符号をT51〜T85と表す。また、ここでは画素
エリア11に4×5画素がある場合を示しているが、実
際には、例えば1000×2000画素が絶縁基板12
上に配置されている。
【0045】図示するように、変換素子P51〜P55
は共通のバイアス線Vs11に、変換素子P61〜P6
5は共通のバイアス線Vs12に、変換素子P71〜P
75は共通のバイアス線Vs13に、変換素子P81〜
P85は共通のバイアス線Vs14にそれぞれ接続され
ており、読み出し装置13からバイアス線Vs11〜V
s14を介して一定値のバイアスが印加される。
【0046】一方、TFT(T51、T71)のゲート
電極は共通のゲート線Vg11に、TFT(T52、T
61、T72、T81)のゲート電極は共通のゲート線
Vg12に、TFT(T53、T62、T73、T8
2)のゲート電極は共通のゲート線Vg13に、TFT
(T54、T63、T74、T83)のゲート電極は共
通のゲート線Vg14に、TFT(T55、T64、T
75、T84)のゲート電極は共通のゲート線Vg15
に、TFT(T65、T85)のゲート電極は共通のゲ
ート線Vg6にそれぞれ接続されており、ゲート線Vg
11〜Vg16はTFT(T51〜T85)のON、O
FFを制御するゲート駆動装置14に接続されている。
なお、上記ゲート線Vgが駆動線としての機能を有す
る。
【0047】また、図示するように、TFT(T51〜
T55)のソースまたはドレイン電極は共通の信号線S
ig11に、TFT(T61〜T65)のソースまたは
ドレイン電極は共通の信号線Sig12に、TFT(T
71〜T75)のソースまたはドレイン電極は共通の信
号線Sig13に、TFT(T81〜T85)のソース
またはドレイン電極は共通の信号線Sig14にそれぞ
れ接続されており、Sig11〜Sig14は読み出し
装置13に接続されている。
【0048】入射放射線より変換素子P51〜P85で
発生した電荷は、ゲート駆動装置12により印加される
ゲート駆動パルスにより信号線Sig11〜Sig14
に転送され、読み出し装置13により読み出される。
【0049】変換素子とTFTとからなる画素の情報を
読み出す際、1ラインにつき1本のゲート線(Vg線)
にゲート駆動パルスを印加する場合と比較して、本実施
の形態のように、マトリックス状に配置されている複数
の画素のうち、対角方向で隣接する2つの画素が1本の
ゲート線(Vg線)を共有し、かつ、1本のゲート線
(Vg線)が2つの行に配置されている画素に接続さ
れ、かつ、1本おきに配設されているゲート線(Vg
線)が各行の少なくとも何れか1つの画素を接続する構
成をとることにより、ゲート線(Vg線)は1本の駆動
で2行の読み出しが可能となる。
【0050】すなわち、本実施の形態の放射線検出装置
の実現には、マトリックス状に配置されている複数の画
素のうち、対角方向で隣接する2つの画素が1本のゲー
ト線(Vg線)を共有する構成とすることが第1の条件
となる。
【0051】図6に、従来の放射線検査装置において間
引きを行って読み出される画像、上述した第1の実施の
形態の放射線検査装置、及び本実施の形態の放射線検出
装置において読み出される画像の例を示す。図6におい
て、1つの正方形が1画素の出力を示し、白が読み出さ
れたデータである。
【0052】なお、以下では、従来の放射線検出装置、
及び上述した第1の実施の形態の放射線検出装置も図4
及び図5に示した本実施の形態の放射線検出装置と同様
に、画素エリアに4×5画素がある場合について説明す
る。
【0053】図6に示したように、従来の放射線検出装
置ではゲート線(Vg線)を1ラインおきに駆動するこ
とにより、1行おきに間引かれた画像を得ることができ
る。
【0054】なお、図6の従来例の1画像目はゲート線
Vg41、Vg43、Vg45を、2画像目はゲート線
Vg42、Vg44を駆動させた場合の例である。
【0055】また、上述した第1の実施の形態の放射線
検出装置では、上述したように1列おきの読み出しとな
るため、図1及び図2のゲート線Vg1、Vg3、Vg
5を駆動すると、図6の実施例1の1画像目のようにな
り、ゲート線Vg2、Vg4、Vg6を駆動すると図6
の実施例1の2画像目のようになる。
【0056】このように、従来の放射線検出装置と第1
の実施の形態の放射線検出装置においては、駆動速度を
向上させるためにゲート線(Vg線)を1ラインおきに
駆動させると、画像が行もしくは列のラインで抜けてし
まう(図6の従来例及び実施例1を参照)。
【0057】しかしながら、本実施の形態の放射線検出
装置では、上述したように対角に位置した2つの画素
が、1本のゲート線(Vg線)を共有する構成をとるこ
とにより、ゲート線(Vg線)Vg11〜Vg16を1
ラインおきに駆動させても、ラインで画像が抜けること
はない(図6の実施例2を参照)。
【0058】なお、図6の実施例2の1画像目は図4及
び図5のゲート線Vg11、Vg13、Vg15を、2
画像目はゲート線Vg12、Vg14、Vg16をそれ
ぞれ駆動させた場合の例である。
【0059】よって、本実施の形態の放射線検出装置
は、上述した第1の実施の形態の放射線検出装置の効果
に加え、画像の質の良い間引き駆動が可能になるという
効果を有する。
【0060】なお、変換素子P51〜P85としては、
GdAsなどの放射線を直接電荷に変換する物質を用い
てもよいし、放射線を可視光等に波長変換する蛍光体な
どの波長変換体を放射線の入射側に設けてもよい。
【0061】(第3の実施の形態)以下に、本発明の放
射線検出装置及び放射線検出方法の第3の実施の形態
を、図面を用いて説明する。図7は本発明の放射線検出
装置の第3の実施の形態を説明する立体図、図8は上記
放射線検出装置の1画素の層構成の一例を示す平面図及
び断面図、図9は上記放射線検出装置の等価回路図、図
10は上記放射線検出装置の平面図、図11は上記放射
線検出装置を用いた場合の放射線検出動作を説明するタ
イミングチャートである。
【0062】図7のように、本実施の形態の放射線検出
装置の基本的な構成として、入射したX線などの放射線
を直接電荷に変換する電荷変換手段としての単結晶半導
体基板(GaAs基板)21を使用し、変換された電荷
を蓄積する電荷蓄積手段としてのコンデンサーやTFT
22が形成された絶縁基板23を使用しており、1枚の
GaAs基板21と1枚の絶縁基板23を導電性の接着
剤24により画素ごとに電気的に接続している。
【0063】図8(b)は、図7中A−A’の断面図、
図8(a)は、絶縁基板23の平面図である。上述した
ように、電荷変換手段としてのエネルギー変換体である
単結晶半導体基板21には例えばGaAs(ガリウム砒
素)を使用している。なお、単結晶半導体基板21は、
GaAs(ガリウム砒素)だけでなく、例えばアモルフ
ァスセレンを使用してもよい。これら基板は複数の基板
を貼り合わせて1枚の大面積パネルとして使用すること
も可能である。
【0064】図8(b)に示すように、GaAs基板2
1の表裏にp層25とn層26を形成し、各層25、2
6の上にアルミニウム(Al)膜27、28を形成し、
アルミニウム(Al)膜27にバイアスを印加し、Ga
Asを空乏化させることにより、GaAs基板21を電
荷変換手段として使用している。また、アルミニウム
(Al)膜27上には、第1の絶縁膜29が形成されて
いる。
【0065】GaAsで吸収したX線は、エレクトロン
とホールを生成する。発生したエレクトロンは、バンプ
メタル30から導電性接着剤24を介して絶縁基板23
上に配置された第2の接続用金属31へ引き出され、さ
らに絶縁基板23に配置された容量素子としてのキャパ
シタ部32で蓄積され、TFT22の駆動により後述す
る読出し装置へ転送される構成になる。
【0066】また、上記第2の接続用金属31は、絶縁
基板23に配置されたキャパシタ部32の第2の電極3
3と接続されている。単結晶半導体基板21側の第1の
接続用金属であるAl膜28上には、第1のバリアメタ
ル34、第2のバリアメタル35が成膜されており、第
1のバリアメタル34にはチタン(Ti)を、第2のバ
リアメタル35にはパラジウム(Pd)を用いている。
また、バンプメタル30には金(Au)を用いている。
【0067】そして、GaAs基板21表面の、第1の
バリアメタル34、及び第2のバリアメタル35の側方
領域には、第2の絶縁膜36が形成されている。
【0068】さらに、第2の電極33上の所定領域に
は、第3の絶縁膜37、第1の半導体層38、n+型半
導体層(n+層)39、第1の電極40が形成されてい
る。
【0069】また、スイッチ素子としてのTFT22
は、ソース・ドレイン電極41と、ゲート電極42と、
ゲート絶縁膜43と、第2の半導体層53と、オーミッ
クコンタクト層44とを備えて構成される。そして、上
記第2の電極33は、TFT22のソース・ドレイン電
極41と接続されている。
【0070】さらに、駆動線としてのゲート線(Vg
線)45はTFT22のゲート電極42に、信号線(S
ig線)46はソース・ドレイン電極41にそれぞれ接
続されている。そして、キャパシタ部32とTFT22
は、上部から第4の絶縁膜47で覆われている。
【0071】図9は、本実施の形態の放射線検出装置の
構成の一例を示した等価回路である。GaAs基板21
には、空乏層を広げるためのバイアスを印加している
が、これを制御するのが制御手段である。
【0072】図9において、C91〜C95、C101
〜C105、C111〜C115、及びC121〜C1
25は、それぞれGaAs基板21で発生したエレクト
ロンを蓄積するためのコンデンサー(上述したキャパシ
タ部32)であり、T91〜T95、T101〜T10
5、T111〜T115、T121〜T125はそれぞ
れTFT(上述したTFT22)である。
【0073】なお、以下では、上記コンデンサーを総称
する場合の符号をC91〜C125、上記TFTを総称
する場合の符号をT91〜T125と表す。
【0074】また、ここでは画素エリア52に4×5画
素がある場合を示しているが、実際には、例えば100
0×2000画素が絶縁基板23上に配置されている。
【0075】図示するように、TFT(T91)のゲー
ト電極はゲート線Vg21に、TFT(T111)のゲ
ート電極はゲート線Vg22に、TFT(T101、1
02)のゲート電極は共通のゲート線Vg23に、TF
T(T121、122)のゲート電極は共通のゲート線
Vg24に、TFT(T92、93)のゲート電極は共
通のゲート線Vg25に、TFT(T112、113)
のゲート電極は共通のゲート線Vg26に、TFT(T
103、T104)のゲート電極はゲート線Vg27
に、TFT(T123、124)のゲート電極は共通の
ゲート線Vg28に、TFT(T94、95)のゲート
電極は共通のゲート線Vg29に、TFT(T114、
115)のゲート電極は共通のゲート線Vg30に、T
FT(T105)のゲート電極は共通のゲート線Vg3
1に、TFT(T125)のゲート電極は共通のゲート
線Vg32に接続されている。
【0076】また、ゲート線Vg21、Vg23、Vg
25、Vg27、Vg29、Vg31は、TFT(T9
1〜T125)のON、OFFを制御する第1のゲート
駆動装置48に、ゲート線Vg22、Vg24、Vg2
6、Vg28、Vg30、Vg32は、第2のゲート駆
動装置49に接続されている。
【0077】また、図示するように、TFT(T92)
のソースまたはドレイン電極は信号線Sig21に、T
FT(T91、T93、T101、T103)のソース
またはドレイン電極は信号線Sig22に、TFT(T
102、T112)のソースまたはドレイン電極は信号
線Sig23に、TFT(T111、T113、T12
1、T123)のソースまたはドレイン電極は信号線S
ig24に、TFT(T122)のソースまたはドレイ
ン電極は信号線Sig25に、TFT(T94)のソー
スまたはドレイン電極は信号線Sig26に、TFT
(T95、T105)のソースまたはドレイン電極は信
号線Sig27に、TFT(T104、T114)のソ
ースまたはドレイン電極は信号線Sig28に、TFT
(T115、T125)のソースまたはドレイン電極は
信号線Sig29に、TFT(T124)のソースまた
はドレイン電極は信号線Sig30にそれぞれ接続され
ている。
【0078】そして、信号線Sig21〜Sig25は
第1の読み出し装置50に、信号線Sig26〜Sig
30は第2の読み出し装置51に接続されている。蓄積
されたエレクトロンは、ゲート駆動装置48、49によ
り印加されるゲート駆動パルスにより信号線Sig21
〜Sig30に転送され、読み出し装置50、51によ
り読み出される。
【0079】さらに、図10において、Vs21〜Vs
28は、バイアス線である。これらバイアス線Vs21
〜Vs28は、各コンデンサーC91〜C125の上部
電極(図8に示した第1の電極40)に接続されてお
り、読み出し装置50、51からバイアス線Vs21〜
Vs28を介して一定値のバイアスが印加される。
【0080】コンデンサーとTFTとからなる画素の情
報を読み出す際、1画素につき1本のゲート線(Vg
線)にゲート駆動パルスを印加するのに比較して、本実
施の形態のように、Sig線方向に隣接した2つの画素
が、1本のゲート線(Vg線)を共有する構成をとるこ
とにより、異なる列にある2画素につきゲート線(Vg
線)は1本で良い。
【0081】また、この2画素を1画素分ずらして隣の
列に配置すると、図10のようにA列とB列の2つの異
なった列が交互にできる。これにより、A列を読む時は
ゲート線Vg21、Vg22、Vg25、Vg26、V
g29、Vg30に、また、B列を読む時はゲート線V
g23、Vg24、Vg27、Vg28、Vg31、V
g32に順次ゲート駆動パルスを印加することにより、
A列とB列を交互に読み出すことが可能となり、読み出
し速度が向上できる。
【0082】また、センサ基板の向かい合う辺にそれぞ
れ読み出し装置及び駆動装置を設けているためにゲート
線(Vg線)の長さは片側のみに設けたものと比較して
1/2となるため、配線抵抗も1/2となる。よって、
ゲート駆動装置48、49から離れた位置においてもT
FT(T91〜T125)を制御するためのゲートパル
スのナマリは小さくなり、TFT(T91〜T125)
のON時間を長くする必要がなく、ゲート線(Vg線)
1本分の読み出し時間tを短くできる。
【0083】また、図示するように、読み出し装置5
0、51が画素エリア52を挟んで上下に配置されてい
るため、図10において、例えば、A列を読み出す時
は、ゲート線Vg21、Vg22とゲート線Vg29、
Vg30を同時に読むことができる。
【0084】図11に、電荷の読み出し例を、従来例と
比較してタイミングチャートで示す。図11(a)が従
来の放射線検出装置を使用した場合のタイミングチャー
ト、図11(b)が本実施の形態の放射線検出装置を使
用した場合のタイミングチャートである。
【0085】なお、以下では、従来の放射線検出装置も
図9及び図10に示した本実施の形態の放射線検出装置
と同様に、画素エリアに4×5画素がある場合について
説明する。
【0086】例えば動画用の放射線検出装置において電
荷の蓄積と読み出しを繰り返す場合、図11(a)に示
すように、従来の放射線検出装置を用いた読み出し方法
では、ゲート線(Vg線)1本分の読み出し時間をtと
すると、全てのゲート線(Vg線)においては5tの時
間が必要であった。したがって、電荷の蓄積時間を3t
とすると、電荷を蓄積してから読み出すまでに1画像あ
たり8tの時間が必要であった。
【0087】これに対して、図11(b)に示すよう
に、本実施の形態の放射線検出装置では、ゲート線(V
g線)1本分の読み出し時間を同じ時間tにしても、A
列とB列をそれぞれ3tの時間で読め、更に上述のよう
に、上下方向から同時に電荷を読み出せるため、1列あ
たりの読出し時間は2tで良い。
【0088】よって、例えば従来の放射線検出装置を用
いた読み出し方法において3画像読む間に、1列おきに
間引かれた画像が、6画像読み出される。つまり、本実
施の形態の放射線検出装置を用いれば、従来の放射線検
出装置だけでなく、上述した第1及び第2の実施の形態
の放射線検出装置よりも更に読み出し速度を向上でき好
ましい。
【0089】なお、本実施形態においては、直接変換型
を例にとって説明したが、蛍光体などの波長変換体を設
ける間接型を用いて、駆動装置、読み出し装置をセンサ
基板の向かい合う辺にそれぞれ設けて実施してもよいも
のである。
【0090】(本発明の他の実施形態)上述した実施形
態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるよ
うに、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステ
ム内のコンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現
するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、
そのシステムあるいは装置のコンピュータ(CPUある
いはMPU)に格納されたプログラムに従って上記各種
デバイスを動作させることによって実施したものも、本
発明の範疇に含まれる。
【0091】また、この場合、上記ソフトウェアのプロ
グラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現する
ことになり、そのプログラムコード自体、およびそのプ
ログラムコードをコンピュータに供給するための手段、
例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は
本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する
記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハー
ドディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−RO
M、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を
用いることができる。
【0092】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能
が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコン
ピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティング
システム)あるいは他のアプリケーションソフト等と共
同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかか
るプログラムコードは本発明の実施形態に含まれること
は言うまでもない。
【0093】さらに、供給されたプログラムコードがコ
ンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続され
た機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そ
のプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボー
ドや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の
一部または全部を行い、その処理によって上述した実施
形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれること
は言うまでもない。
【0094】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変換素子により放射線から電荷に変換し、変換した電荷
を読み出して放射線を検出する際に、複数ラインの変換
素子で変換された電荷を1本のゲート線(Vg線)を駆
動することにより読み出せるようにしたので、電荷の読
み出し速度を大幅に向上でき、光電変換を行って放射線
を検出する際の装置の駆動速度を速くすることが可能に
なる。
【0095】また、本発明の他の特徴によれば、マトリ
ックス状に配置した複数個の変換素子のうち、対角方向
で隣接する位置に配置されている変換素子に接続された
2つのスイッチ素子が、1本の駆動線を共有するパター
ンを含む構成としたので、駆動線を1ラインおきに駆動
させても1ラインの出力が抜けることがなくなり、出力
画像の質をおとすことなく放射線を検出する際の装置の
駆動速度を速くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した等価回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した平面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を示し、放射線検出
装置を用いて電荷を読み出す場合の動作の一例を従来例
と比較して説明するタイミングチャートであり、図3
(a)が従来の放射線検出装置を使用した場合のタイミ
ングチャート、図3(b)が本実施の形態の放射線検出
装置を使用した場合のタイミングチャートである。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した等価回路図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した平面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態を示し、放射線検出
装置を用いて得られる出力画像を、従来例及び第1の実
施の形態と比較して示した図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した立体図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態を示し、放射線検出
装置の1画素の層構成を示した図であり、図8(a)は
平面図、図8(b)は断面図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態を示し、放射線検出
装置の構成の一例を示した等価回路図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態を示し、放射線検
出装置の構成の一例を示した平面図である
【図11】本発明の第3の実施形態を示し、放射線検出
装置を用いて電荷を読み出す場合の動作の一例を従来例
と比較して説明するタイミングチャートであり、図11
(a)が従来の放射線検出装置を使用した場合のタイミ
ングチャート、図11(b)が本実施の形態の放射線検
出装置を使用した場合のタイミングチャートである。
【図12】従来の技術を示し、放射線検出装置の構成の
一例を示した等価回路図である。
【図13】従来の技術を示し、放射線検出装置の構成の
一例を示した平面図である。
【図14】従来の技術を示し、放射線検出装置の1画素
の層構成の一例を示したずであり、図14(a)は平面
図、図14(b)は断面図である。
【図15】従来の技術を示し、放射線検出装置の電荷の
蓄積時間と読み出し時間の一例を示したタイミングチャ
ートである。
【符号の説明】
TFT 薄膜トランジスタ P11〜P85 変換素子(フォトダイオード) T11〜T125 薄膜トランジスタ(TFT) C91〜C125 コンデンサー Vg1〜Vg32 共通のゲート線 Sig1〜Sig30 共通の信号線 Vs1〜Vs28 共通バイアス線 3、13、50、51 読出し装置 4、14、48、49 ゲート駆動装置
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 31/09 H01L 31/00 A H04N 5/30 27/14 F K Fターム(参考) 2G088 EE01 EE29 FF02 FF04 FF05 FF06 GG19 GG21 JJ05 JJ09 JJ33 4M118 AB01 BA05 CA02 FB03 FB13 FB16 FB25 5C024 AX12 GY31 5F088 AA01 AB01 AB07 BA02 BB03 BB07 EA04 EA08 KA03 LA08

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にマトリックス状に配置された放
    射線を電荷に変換する複数個の変換素子と、 上記変換素子に接続されるスイッチ素子と、 上記スイッチ素子を駆動させるための駆動信号を、上記
    スイッチ素子に供給する上記変換素子が配置されたマト
    リックス状の領域の行方向に配設された駆動線と、 上記駆動線から供給された駆動信号により、上記スイッ
    チ素子を介して上記変換素子から電荷を読み出すべく上
    記変換素子が配置されたマトリックス状の領域の列方向
    に配設された信号線とを含み、 1本の駆動線に駆動信号を供給し、複数の行に配置され
    ている上記変換素子から電荷の読み出しを行うことを特
    徴とする放射線検出装置。
  2. 【請求項2】 上記マトリックス状に配置した複数個の
    変換素子のうち、異なる行に配置されている変換素子に
    接続されたスイッチ素子が、1本の駆動線を共有するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装置。
  3. 【請求項3】 上記信号線方向に隣接して配置されてい
    る変換素子に接続された2つのスイッチ素子が、1本の
    駆動線を共有することを特徴とする請求項1または2に
    記載の放射線検出装置。
  4. 【請求項4】 上記駆動線を1本おきに駆動させること
    を特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の放射線
    検出装置。
  5. 【請求項5】 上記マトリックス状に配置した複数個の
    変換素子のうち、対角方向で隣接する位置に配置されて
    いる変換素子に接続された2つのスイッチ素子が、1本
    の駆動線を共有することを特徴とする請求項1〜4の何
    れか1項に記載の放射線検出装置。
  6. 【請求項6】 放射線を波長変換する波長変換体を有
    し、前記波長変換体で波長変換された放射線を電荷に変
    換する変換素子を有することを特徴とする請求項1〜5
    のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  7. 【請求項7】 上記変換素子は、外部から入射した放射
    線を直接電荷に変換することを特徴とする請求項1〜5
    のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  8. 【請求項8】 上記変換素子は、アモルファスセレン、
    またはガリウム砒素を含むエネルギー変換体であること
    を特徴とする請求項7に記載の放射線検出装置。
  9. 【請求項9】 共通電極と、放射線を電荷に変換するエ
    ネルギー変換体と、変換された電荷を収集する電荷収集
    用電極とを有する放射線変換基板と、 上記電荷収集用電極により収集された電荷を蓄積する容
    量素子を有する基板とを有し、 上記電荷収集用電極と上記容量素子とが電気的に接続さ
    れており、上記駆動線から供給された駆動信号により、
    上記容量素子に蓄積された電荷を上記信号線から読み出
    すことを特徴とする請求項1〜5に記載の放射線検出装
    置。
  10. 【請求項10】 放射線を電荷に変換するマトリックス
    状に配置した変換素子に接続されたスイッチ素子を駆動
    させる駆動信号を、駆動線を介して上記スイッチ素子に
    供給して、上記スイッチ素子に接続された変換素子から
    電荷の読み出しを行うに際して、 1本の駆動線に駆動信号を供給し、上記マトリックス状
    に配置した複数個の変換素子のうち、複数の行に配置さ
    れている変換素子から電荷の読み出しを行うことを特徴
    とする放射線検出方法。
  11. 【請求項11】 上記マトリックス状に配置した複数個
    の変換素子のうち、異なる行に配置されている変換素子
    に接続されたスイッチ素子が、1本の駆動線を共有する
    ことを特徴とする請求項10に記載の放射線検出方法。
  12. 【請求項12】 上記駆動線を1本おきに駆動すること
    を特徴とする請求項10または11に記載の放射線検出
    方法。
  13. 【請求項13】 放射線を波長変換する波長変換体を有
    し、前記波長変換体で波長変換された放射線を変換素子
    により電荷に変換することを特徴とする請求項10〜1
    2のいずれか1項に記載の放射線検出方法。
  14. 【請求項14】 入射した放射線を直接電荷に変換する
    ことを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載
    の放射線検出方法。
  15. 【請求項15】 上記エネルギー変換体により変換され
    た電荷を収集して蓄積し、上記駆動線から供給された駆
    動信号により上記スイッチ素子が駆動した時に、上記蓄
    積した電荷を読み出すことを特徴とする請求項10〜1
    2の何れか1項に記載の放射線検出方法。
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