JP2003232857A - Ｘ線画像検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 解像度特性の劣化を抑え、製造が容易なＸ線
画像検出器を提供すること。 【解決手段】 外部から入射したＸ線を電気信号に変換
する検出層１４と、この検出層１４のＸ線の入射する側
に設けられた上部電極１５と、検出層１４の上部電極１
５と反対側に設けられた下部電極１３と、検出層１４で
変換された電気信号を蓄積し、蓄積した電気信号が読み
出される複数の画素単位が２次元的に配列された画素単
位層１２とを具備したＸ線画像検出器において、検出層
１４が、Ｘ線を光に変換する蛍光体３１と、この蛍光体
３１が変換した光を吸収し電荷を発生する電荷発生材３
２と、この電荷発生材３２が発生した電荷を輸送する電
荷輸送材３３とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線画像を検出する
Ｘ線画像検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用診断装置などでは、被写体の撮影
にＸ線が使用されている。また、被写体を撮影したＸ線
画像の検出にＸ線検出器が用いられている。Ｘ線検出器
としては、これまでイメージ管が多く利用されている。
近年、新世代のＸ線検出器として、複数のＸ線検出素子
を平面上に二次元的に配置したＸ線画像検出器が注目さ
れている。Ｘ線画像検出器はＸ線で撮影したＸ線画像あ
るいはリアルタイムのＸ線画像をデジタル信号として出
力する構成になっている。Ｘ線画像検出器は固体検出器
であるため、画質性能の向上や安定性の面でも期待され
ている。

【０００３】Ｘ線画像検出器は、比較的大きな線量で静
止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものはすで
に開発され、商品化もされている。近い将来、より一層
の高性能化で、たとえば透視線量のもとで毎秒３０画面
以上のリアルタイムのＸ線動画の検出が実現し、循環器
や消化器などの分野に応用した製品の商品化も予想され
ている。このようなＸ線動画の検出には、Ｓ／Ｎの改善
や微小信号のリアルタイム処理技術などの開発が求めら
れている。

【０００４】Ｘ線画像検出器は、大きく分けると直接方
式および間接方式の２つがある。直接方式は、ａ−Ｓｅ
などの光導電膜を用いてＸ線を信号電荷に直接変換し、
変換した信号電荷を電荷蓄積用の容量素子などに蓄積す
る方式である。間接方式は、シンチレータ層でＸ線を可
視光に変換し、変換した可視光をａ−Ｓｉフォトダイオ
ードやＣＣＤで信号電荷に変換し、電荷蓄積用の容量素
子などに蓄積する方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線画像検出器には、
先に述べたように直接方式と間接方式の２つの方式があ
る。直接方式のＸ線画像検出器は、Ｘ線の吸収率を向上
させるために、たとえばａ−Ｓｅの光導電膜を１ｍｍ程
度の厚さに形成している。そして、Ｘ線フォトン１個あ
たりの光導電電荷の生成率を上げるため、および、生成
した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップされること
なく電荷蓄積用の容量素子に導くため、さらにはバイア
ス電界と直角方向への光導電電荷の拡散を抑えるため
に、たとえばａ−Ｓｅの光導電膜の両端に１０Ｖ／μｍ
の強バイアス電界が印加される。したがって、ａ−Ｓｅ
光導電膜の膜厚が１ｍｍ程度の場合、１０ｋＶ程度の高
電圧が印加される。

【０００６】直接方式と間接方式を比較すると、直接方
式は解像度特性がすぐれている。しかし、直接方式に使
用される動作電圧の低いＴＦＴを高電圧から保護する必
要があり、信頼性の確保が困難になっている。また、低
暗電流特性および高感度特性、熱的安定性などを備えた
光導電材料を容易に入手できないという問題がある。

【０００７】またＸ線に対して電荷を発生する材料は半
導体物質に限られている。このような半導体物質をＴＦ
Ｔ回路上に数１００μｍもの厚膜で数十ｃｍ角の大面積
に成膜することはきわめて困難である 間接方式のＸ線画像検出器はフォトダーオードやＣＣＤ
を用いている。そのため、高電圧の印加を必要とせず、
高電圧による絶縁破壊などは発生しない。また、シンチ
レータ材料やフォトダーオードは既知の技術であり、直
接方式と比較すると、製品化が容易である。

【０００８】しかし、直接方式に比べ解像度特性が劣る
という問題がある。また、感度特性を向上させるために
シンチレータ層を厚くすると、フォトダイオードなどの
光電変換素子に到達するまでに光学的な拡散や散乱が生
じ、解像度が劣化するという問題がある。さらに、シン
チレータ層で散乱したＸ線が隣接画素のシンチレータ層
に入り込み、解像度を低下させるという問題もある。

【０００９】また、間接方式はＴＦＴ回路上にフォトダ
イオードが形成される。フォトダイオードの形成にはＴ
ＦＴ回路と異なる技術が必要で、新たな追加設備が必要
とされ、製品価格を上昇させる。

【００１０】本発明では、上記した欠点を解決し、解像
度特性の劣化を抑え、製造が容易なＸ線画像検出器を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から入射
したＸ線を電気信号に変換する検出層と、この検出層の
前記Ｘ線の入射する側に設けられた上部電極と、前記検
出層の前記上部電極と反対側に設けられた下部電極と、
前記検出層で変換された前記電気信号を蓄積し、蓄積し
た電気信号が読み出される２次元的に配列された複数の
画素単位とを具備したＸ線画像検出器において、前記検
出層が、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、この蛍光体が変
換した前記光を吸収し電荷を発生する電荷発生材と、こ
の電荷発生材が発生した前記電荷を輸送する電荷輸送材
とを含んでいることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図１の
分解斜視図を参照して説明する。図１は本発明のＸ線画
像検出器の概略構造図で、保持基板１１上に画素単位層
１２が形成されている。画素単位層１２には複数の画素
単位が形成され、画素単位層１２上に複数の下部電極１
３が配置されている。下部電極１３はそれぞれが１つの
画素単位と対応し、画素単位とともに縦方向および横方
向の二次元的に配置され、対応する画素単位と電気的に
接続されている。下部電極１３上に、Ｘ線を電気信号た
とえば信号電荷に変換する検出層１４が積層されてい
る。検出層１４上に上部電極１５が形成されている。

【００１３】上記した構成において、外部からＸ線１６
が検出層１４に入射する。検出層１４に入射したＸ線１
６は検出層１４内部でたとえば信号電荷に変換される。
信号電荷は入射したＸ線１５の大きさに対応し、下部電
極１３を経て画素ごとに電荷蓄積用のたとえば容量素子
（図示せず）に蓄積される。蓄積された信号電荷は、そ
の後、画素単位ごとに電気信号として読み出され、Ｘ線
画像に再生される。

【００１４】次に、画素単位層１２および下部電極１３
の構成について図２を参照して説明する。図２は、図１
に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明は一部
省略する。

【００１５】画素単位層１２は複数の画素単位２１たと
えば１６個の画素単位２１０１〜２１１６から構成され
ている。下部電極１３も画素単位１６の数に合わせて１
６個の下部電極１３０１〜１３１６が示されている。画
素単位１６の外側に制御回路２２および並列／直列変換
回路２３が設けられている。

【００１６】各画素単位２１および下部電極１３は図の
行方向（図示横方向）および列方向（図示縦方向）の２
次元的に配置されている。各画素単位２１は、たとえば
画素単位２１１６に示すように、スイッチング素子とし
て機能する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）２４
や電荷蓄積用の容量素子（図示せず）などから構成され
ている。ＴＦＴ２４はゲート電極Ｇおよびソース電極
Ｓ、ドレイン電極Ｄを有し、対応する画素を構成するＴ
ＦＴ２４のドレイン電極Ｄと下部電極１３は電気的に接
続されている。

【００１７】また、制御回路２２に複数の制御線２５た
とえば第１ないし第４の４個の制御線２５１〜２５４が
設けられている。各制御線２５は同じ行方向に位置する
画素単位のＴＦＴ２４のゲート電極Ｇに接続されてい
る。たとえば第１制御線２５１は第１行目に位置する画
素単位２１０１〜２１０４のＴＦＴ２４のゲート電極Ｇ
に接続されている。

【００１８】また、並列／直列変換回路２３に複数の読
み出し線２６たとえば第１ないし第４の４個の読み出し
線２６１〜２６４が接続されている。各読み出し線２６
は同じ列方向に位置する画素単位１６のＴＦＴのソース
電極Ｓに接続されている。たとえば第１読み出し線２６
１は画素単位２１０１、２１０５、２１０９、２１１３
のＴＦＴ２４のソース電極Ｓに接続されている。

【００１９】上記の構成で、制御回路２２から制御線２
５１〜２５４に対して順にＯＮ信号が出力される。たと
えば第１制御線２５１にＯＮ信号が出力すると、第１制
御線２５１に接続するＴＦＴ２４がＯＮ状態になる。こ
のとき、ＯＮ状態のＴＦＴ２４が接続されている各画素
単位に蓄積された電荷が電気信号としてソース電極Ｓに
出力され、読み出し線２６１〜２６４を経て並列／直列
変換回路２３に並列に入力する。その後、並列／直列変
換回路２３で直列信号に変換され、次の信号処理回路へ
と送られる。

【００２０】その後、第１制御線２５１にＯＦＦ信号が
加えられ、第１制御線２５１に接続するＴＦＴ２４がＯ
ＦＦになる。その後、次の第２制御線２５２にＯＮ信号
が出力される。このような動作が行ごとに順に行われ、
すべての画素単位に蓄積されている電荷が電気信号とし
て読み出され、１つの画面に対応する電気信号が出力さ
れる。

【００２１】次に、検出層１４の構造について図３を参
照して説明をする。図３は、図１および図２に対応する
部分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。

【００２２】保持基板１１上に画素単位層１２および下
部電極１３が順に形成され、下部電極１３上に検出層１
４が形成され、検出層１４上に上部電極１５が形成され
ている。

【００２３】検出層１４は、粉末の蛍光体３１および電
荷発生材３２、電荷輸送材３３を混合し一体化して構成
されている。蛍光体３１はたとえばＧｄ2 Ｏ2 Ｓ：Ｔｂ
の酸化物などから構成され、外部から入射するＸ線のエ
ネルギーを吸収し可視光に変換して外部に放出する。電
荷発生材３２はたとえば有機物顔料粉末のチタニルフタ
ロシアニン微粉末や無機材料粉末のセレン微粉末などか
ら構成され、光を電荷に変換する。電荷輸送材３３はた
とえば有機材料のブタジエン化合物から構成され電荷を
輸送する。なお、電荷発生材３２や電荷輸送材３３には
有機材料を用いると加工が容易になるという利点があ
る。

【００２４】電荷発生材３２および電荷輸送材３３はた
とえば樹脂中に混合され、また、バインダーとしてポリ
スチレンが混合されている。これらの材料を有機溶媒た
とえばＤＭＦに溶かし込んだものを蛍光体３１中に充填
し、その後、乾燥させ、蛍光体３１の粒子間に電荷発生
材３２および電荷輸送材３３を充填した構造に形成され
る。その後、検出層１４の上部に上部電極１５が蒸着さ
れる。動作時、たとえば上部電極１５に正の電圧が印加
され、下部電極１３に負の電圧が印加され、検出層１４
内に電界が形成される。

【００２５】上記の構成において、Ｘ線が外部から検出
層１４に入射すると、蛍光体３１によってたとえば緑色
の蛍光に変換される。この蛍光は電荷発生材３２で吸収
され、電荷発生材３２は電荷を発生する。電荷の正孔
は、検出層１４内の電界の働きで、電荷輸送材３３によ
って下部電極１３に輸送され、各画素の容量素子に蓄積
される。このようにして入射したＸ線は電気信号の画像
情報として各画素単位に蓄積される。

【００２６】上記した構成によれば、蛍光体で発生した
蛍光は、その周囲の電荷発生材で電荷に変換され、そし
て電荷輸送材によって下部電極に輸送される。この場
合、蛍光の拡散などがなく解像度特性が向上する。

【００２７】また、上記した構成はａ−Ｓｅなどを用い
ていない。そのため、検出層の製造に必要とされている
真空装置が不要となる。また有害な重金属を使用しない
ためコストが安くなる。半導体を使用しないため製造技
術上の問題も少なくなり、直接方式や間接方式のＸ線画
像検出器がもつ問題が解消される。

【００２８】次に、本発明の他の実施形態について図４
を参照して説明する。図４は、図１〜図３に対応する部
分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。

【００２９】この実施形態の場合、検出層１４が第１お
よび第２の２つの層１４１、１４２から構成されてい
る。第１の層１４１は、蛍光体３１の隙間に電荷輸送材
３３を充填して形成され、第１の層上に位置する第２の
層１４２は電荷発生材３２で形成されている。また第２
の層１４２の上に上部電極１５が形成されている。

【００３０】上記した構成によれば、外部から入射する
Ｘ線は第１の層１４１の蛍光体３１によって蛍光に変換
される。この場合、蛍光体３１の周囲に光を吸収する電
荷発生材３２が含まれていないため、蛍光は四方に放射
され、最終的には第２の層１４２に到達し、電荷発生材
３２によって電荷（電子、正孔）に変換される。このと
き、上部電極１５に正の高電圧が印加されているため、
電子は上部電極１５に吸収される。そして、電荷のうち
正孔だけが第１の層１４１の電荷輸送材３３によって下
部電極１３に輸送される。

【００３１】この実施形態の場合、第１の層１４１には
電荷発生材３２が含まれていない。このため、電荷発生
材３２によって電荷の輸送が妨げられるようなことがな
くなり、電荷の輸送速度が早くなり残像の発生が抑えら
れる。また、第１の層１４１に輸送速度の遅い電子が存
在しない。したがって、このような電子による影響もな
くなり、残像の発生が抑えられる。

【００３２】また、光センサーの機能を有する電荷発生
層たとえば第２の層１４２が蛍光の発生強度が高いＸ線
の入射側に位置している。そのため、光センサーがＸ線
の入射側に対してその反対側に位置する間接方式のＸ線
画像検出器に比べると、解像度の劣化が少なくなる。

【００３３】次に、本発明の他の実施形態について図５
を参照して説明する。図５は、図１〜図４に対応する部
分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。

【００３４】図５の実施形態は、図４で示した上部電極
１５上に蛍光体３１を充填した蛍光体層５１が形成され
ている。この場合、蛍光体層５１によってＸ線が吸収さ
れ、蛍光を発生するためＸ線吸収効率が向上する。

【００３５】ところで、本発明の検出層は、蛍光体の周
囲に蛍光を吸収して電気信号に変換する電荷発生材など
が充填されている。この場合、検出層は薄くて密度が高
いほどＸ線吸収特性や解像度が向上する。したがって、
粉末原料である蛍光体を隙間なく敷き詰めることが望ま
れる。一方、蛍光体の周囲に充填される電荷発生材は、
多くの場合、有機材料や無機材料の粉末が用いられる。
このため、電荷発生材の粉末の大きさが大きいと、蛍光
体を隙間なく敷き詰めることができなくなる。

【００３６】この場合、蛍光体を球形として近似して、
蛍光体を細密に充填すると、蛍光体どうし間に一定の空
間が生じる。この空間の最大径は蛍光体の粒子径の２
１．５％であることが計算で求められている。したがっ
て、電荷発生材の平均粒子径を蛍光体の粒子径の２１．
５％にすれば、蛍光体粒子を細密に充填できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、画像特性を改善したＸ
線画像検出器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための概略の分解
斜視図である。

【図２】本発明の実施形態を構成する画像単位層部分を
説明するための概略の構成図である。

【図３】本発明の実施形態を構成する検出層部分を説明
する概略の断面図である。

【図４】本発明の実施形態を構成する他の検出層部分を
説明するための概略の断面図である。

【図５】本発明の実施形態を構成する他の検出層部分を
説明するための概略の断面図である。

【符号の説明】 １１…保持基板 １２…画素単位層 １３…下部電極 １４…検出層 １５…上部電極 １６…入射Ｘ線 ２１…画素単位 ２２…制御回路 ２３…並列／直列変換回路 ３１…蛍光体 ３２…電荷発生材 ３３…電荷輸送材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼橋 浩志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 本間 克久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG20 JJ05 4M118 AB01 BA05 CA14 CB05 CB11 CB20 FB03 FB09 FB13 5F088 AA20 AB01 AB11 AB13 AB19 BB07 EA04 JA17 KA08 LA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から入射したＸ線を電気信号に変換
   する検出層と、この検出層の前記Ｘ線の入射する側に設
   けられた上部電極と、前記検出層の前記上部電極と反対
   側に設けられた下部電極と、前記検出層で変換された前
   記電気信号を蓄積し、蓄積した電気信号が読み出される
   ２次元的に配列された複数の画素単位とを具備したＸ線
   画像検出器において、前記検出層が、Ｘ線を光に変換す
   る蛍光体と、この蛍光体が変換した前記光を吸収し電荷
   を発生する電荷発生材と、この電荷発生材が発生した前
   記電荷を輸送する電荷輸送材とを含んでいることを特徴
   とするＸ線画像検出器。
2. 【請求項２】 蛍光体および電荷発生材、電荷輸送材を
   混合して共通する１つの層が形成されている請求項１記
   載のＸ線画像検出器。
3. 【請求項３】 蛍光体および電荷輸送材を混合して第１
   の層が形成され、前記第１の層と上部電極との間に電荷
   発生材による第２の層が形成されている請求項１記載の
   Ｘ線画像検出器。
4. 【請求項４】 上部電極のＸ線の入射する側に蛍光体に
   よる第３の層が形成されている請求項３記載のＸ線画像
   検出器。
5. 【請求項５】 蛍光体とともに共通する１つの層を形成
   する電荷発生材あるいは電荷輸送材の平均粒径は、前記
   蛍光体の平均粒径の２１．５％以下である請求項１ない
   し請求項４のいずれか１つに記載のＸ線画像検出器。