JP2003255049A

JP2003255049A - 光検出装置及び放射線検出装置

Info

Publication number: JP2003255049A
Application number: JP2002060571A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Koike; 稔子小池; Masakazu Morishita; 正和森下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の感度（検出面積）を維持しつつ、Ｘ・
Ｙ方向共に高解像度化を実現可能な光検出装置、放射線
検出装置を提供する。【解決手段】光信号を電気信号に変換する光検出素子
１１１と、光検出素子１１２の信号を読み出すスイッチ
ＴＦＴ１１１とを有する画素が2次元に配置された光検
出装置において、光検出素子の検出位置がＸ・Ｙ方向に
半ピッチずれるように画素を配置する。また、生成され
た画像情報に基づいて画素間補間処理を行う。光検出素
子の検出位置は重心位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用放射線カメ
ラや分析装置、非破壊検査装置等に用いられる光検出装
置及び放射線検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療用X線カメラにおいて、フィ
ルムを用いた撮像方式からデジタル画像処理方式へと急
速に移行しつつある。デジタル方式では画像処理が可能
となるため診断精度を向上させる事が出来る。また、現
像の必要がないため撮影間隔を短く出来、集団検診等で
効率よく撮影する事が出来る。

【０００３】デジタル方式ではＸ線を光に変換し、その
光を電荷に変換する間接方式と、Ｘ線を直接電荷に変換
する直接方式とがある。間接方式では光検出素子とスイ
ッチＴＦＴとが対となって画素が構成され、直接方式で
は放射線検出素子とスイッチＴＦＴとが対となって画素
が構成されている。

【０００４】一般に、デジタル方式の医療用Ｘ線カメラ
は、画素をマトリクス状に配置する事で2次元エリアセ
ンサとし、□100〜300um角(正方形)の同一画素がＸ・Ｙ
方向に等ピッチで配置されている(参考：SPIE Vol.333
6 medical Imaging1998 Physics of Medical Imaging
pp45-56 fig.6)。

【０００５】図１３はＭＩＳ型光検出素子＋ＴＦＴに代
表される従来の間接方式の画素配置を示す模式的平面図
である。1画素領域にはスイッチＴＦＴ１１１と光検出
素子１１２とが形成され、これらは1対1に対応してい
る。また、１０１はスイッチＴＦＴの駆動電位を印加す
るためのゲート線、１０２はスイッチＴＦＴより信号を
不図示のアンプICへと送る信号線、１０３は光検出素子
に共通電位を印加するバイアス線である。従来の検出位
置は、画素サイズがX・Yともに同じであるため(正方
形)、図１４に示すように画素サイズと等ピッチの格子
状になる。

【０００６】一般に、ビデオカメラや電子カメラのよう
な光検出装置では高解像度を実現するための手法として
画素ずらし法という検出方法が採用されている。画素ず
らし法とは図１５（ａ）、（ｂ）に示すように正方形、
又は正六角形の画素を半ピッチずらして(画素ずらし)配
置する方法である。これは、光検出によって生成された
画像は図１５に示す●２０３に相当し、格子状に配置し
た際に対応画素がない部分(×印で示す２０４)を演算処
理により補間することで高解像度を得るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１３に示
す従来の光検出装置を医療用Ｘ線カメラとして使用した
場合には、照射放射線量の増加は人体に悪影響を与える
ため感度の向上が強く求められている。感度は光検出素
子(直接方式においては放射線検出素子)の面積と比例関
係にあるため、画素サイズが大きいほど照射放射線量は
少なくて済む。

【０００８】しかしながら、画素サイズが大きくなると
解像度が低下し、粗い画像になり(粒状感が増す)画質が
低下するという問題があった。そのため、感度と解像度
を同時に改善することは難しかった。

【０００９】また、高解像度化の手法としては、前述の
ように画素ずらし法が用いられているが、従来の画素ず
らしは正方形または正六角形であったため、X、Yのどち
らか一方向の解像度しか上げる事が出来なかった。この
時、周囲4点を用いた演算処理を行っているが、Ｘ方向
とＹ方向の画像データの間隔が異なり、補間精度に問題
があった。一方、画素ずらしを用いない場合にも、上下
・左右２点を用いた演算処理による画素補間が一般に行
われているが、これも同様に補間精度に問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、従来と同等の感度を維持しつ
つ、解像度を向上することが可能な光検出装置及び放射
線検出装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、光信号を電気信号に変換する光検出素子
と、前記光検出素子の信号を読み出すスイッチＴＦＴと
を有する画素が2次元に配置された光検出装置におい
て、前記光検出素子の検出位置がＸ・Ｙ方向に半ピッチ
ずれるように前記画素が配置されていることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明は、上記光検出装置の光入射
側に放射線を可視光に変換する蛍光体を設けたことを特
徴とする。

【００１３】更に、本発明は、放射線信号を電気信号に
変換する放射線検出素子と、前記放射線検出素子の信号
を読み出すスイッチＴＦＴとを有する画素が2次元に配
置された放射線検出装置において、前記放射線検出素子
の検出位置がＸ・Ｙ方向に半ピッチずれるように前記画
素が配置されていることを特徴とする。

【００１４】本発明においては、Ｘ・Ｙ方向の半ピッチ
ずれた位置に画像データが配置され、周囲４点の画像情
報を用いた演算処理による画素補間を行うことにより、
十分な感度を維持しつつ、Ｘ・Ｙ方向共に解像度を向上
することが出来る。この時、Ｘ方向とＹ方向の画像デー
タの間隔は等しいので、良好な補間精度を得ることが出
来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、光検出装置の
画素の重心（即ち、光検出素子の重心）について従来の
縦・横等サイズの画素を用いて説明する。一般に、重心
とは多角形においてその座標を持つと左右のバランスが
取れる位置である。ここでいう画素重心とは画素の中心
点ではなく、光検出素子部分の重心を指す。

【００１６】例えば、光検出素子のを細かく分割したも
のをdSとすると、∫dSは光検出素子の面積である。ここ
で、座標Pと微小面積を積和し、光検出素子面積で割っ
たもの、∫PdS／∫dSが重心である。

【００１７】具体的には、図1に示すように対象となる
光検出素子１１２が配線、スイッチＴＦＴ１１１の配置
上、画素の左側に偏って配置されているため、画素重心
２０１と画素の中心点２０２といったように異なった位
置となる。

【００１８】（第１の実施形態）そこで、本発明の光検
出装置の第１の実施形態について説明する。第１の実施
形態では、従来正方形である画素を縦：横寸法が1：2で
ある長方形とした光検出装置について説明する。従来例
にあるようなガラス基板上にａ−Ｓｉを形成し、光検出
装置を作製するプロセスでは、現状成膜技術、フォトリ
ソ技術の問題から５０×５０μmの画素では十分な感度
を得る事が出来ない。

【００１９】図２は本発明による光検出装置の第１の実
施形態の画素配置を示す図である。図中１０１はスイッ
チＴＦＴの駆動電位を印加するためのゲート線、１０２
はスイッチＴＦＴより信号を不図示のアンプICへと送る
信号線、１０３は光検出素子に共通電位を印加するバイ
アス線である。また、１１２は光信号を電気信号に変換
する光検出素子、１１１は光検出素子１１２の信号を読
み出すスイッチＴＦＴである。

【００２０】第１の実施形態では、図２に示すように５
０×１００μmの画素をＸ・Ｙ方向に画素重心が半ピッ
チずれるように配置している。この時、光検出素子１１
２の面積を画素内で出来るだけ広く取り、且つ、配線の
重なりによるノイズの発生を抑える為、ゲート線１０
１、信号線１０２は光検出素子１１２と重ならないよう
に形成する。また、上下の画素を鏡面対称パターンと
し、バイアス線１０３とスイッチＴＦＴ１１１を同距離
離す事でノイズの発生に対して有利である。

【００２１】図３は第１の実施形態の光検出装置によっ
て生成される画像情報を示す模式図である。本実施形態
では、以上のような構成によって、図３の●２０３に相
当する画像情報が得られ、周囲４点の画像情報を用いて
一般的な画素補間演算処理を図示しない補間演算処理部
で行うことにより、対象画素のない×２０４を補間する
事で５０×５０μmの画素サイズに相当する画像情報が
得られる。このような構成により、十分な感度と高解像
度を同時に実現することが可能である。また、従来配線
部分に位置して検出できなかったパターンも検出する事
が出来る。

【００２２】図４は光検出素子１１２とスイッチＴＦＴ
１１１を含む画素が図２に示すように配置された光検出
パネル部を有する光検出装置の全体の構成を示すブロッ
ク図である。図４において、１２１はスイッチＴＦＴ１
１１を駆動するゲートドライバー、１２２は光検出素子
１１２にバイアス電位を印加する共通電極ドライバー、
１２３は光検出素子１１２の信号の増幅等の処理を行う
アンプＩＣである。また、１２４はバイアス線、１２５
はゲート線、１２６は信号線である。

【００２３】光は紙面の上部から入射し、各光検出素子
１１２で電荷に変換され、各光検出素子の内部に蓄積さ
れる。各光検出素子１１２には共通電極ドライバー１２
２からバイアス線１２４を通してバイアス電位を印加さ
れている。その後、ゲートドライバー１２１からゲート
線１２５を通してスイッチＴＦＴ１１１のゲートに駆動
信号が供給され、スイッチＴＦＴ１１１をオンすること
で光検出素子１１２の信号が信号線１２６を通してアン
プＩＣ１２３に読み出される。図４の１ライン毎に順次
スイッチＴＦＴをオンすることで全ての光検出素子の信
号が読み出される。

【００２４】簡単ではあるが以上が動作の説明である。
なお、図４の光検出装置の全体の構成は以下の実施形態
において全て同様である。そのため、以下の実施形態に
おいては、発明の主要部である画素形状や配置等の構成
のみ説明し、装置全体の説明は省略する。また、後述す
る放射線検出装置の実施形態の場合も全体の構成は図４
の場合と同様である。

【００２５】（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。第２の実施形態では、従来
正方形である画素を底辺：高さが２：１である平行四辺
形とした光検出装置について説明する。従来例にあるよ
うなガラス基板上にａ−Ｓｉを形成し、光検出装置を作
製するプロセスでは、現状成膜技術、フォトリソ技術の
問題から５０×５０μmの画素では十分な感度を得る事
が出来ない。

【００２６】図５は第２の実施形態の画素配置を示す。
なお、図５では図１と同一部分は同一符号を付してい
る。第２の実施形態では、図５に示すように底辺１００
×高さ５０μmの平行四辺形の画素をＸ・Ｙ方向に画素
重心が半ピッチずれるように配置している。この時、第
１の実施形態と同様に光検出素子１１２の面積を画素内
で出来るだけ広く取り、且つ、配線の重なりによるノイ
ズの発生を抑える為に、ゲート線１０１、信号線１０２
は光検出素子１１２と重ならないように形成する。

【００２７】また、上下の画素のスイッチＴＦＴ１１１
の位置を鏡面対称とし、バイアス線１０３とスイッチＴ
ＦＴ１１１を同距離離す事でノイズの発生に対して有利
である。

【００２８】図６は第２の実施形態の光検出装置によっ
て生成される画像情報を示す模式図である。本実施形態
では、以上のような構成によって図６の●２０３に相当
する画像情報が得られ、周囲4点の画像情報を用いて一
般的な画素補間演算処理を図示しない補間演算処理部で
行うことにより対象画素のない×２０４を補間する事
で、５０×５０μmの画素サイズに相当する画像情報が
得られる。これにより十分な感度と高解像度が同時に実
現できる。

【００２９】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。第３の実施形態では、従来
正方形である画素を４５度回転させて正方形とした光検
出装置について説明する。従来例にあるようなガラス基
板上にａ−Ｓｉを形成し、光検出装置を作製するプロセ
スでは、現状成膜技術、フォトリソ技術の問題から５０
×５０μmの画素では十分な感度を得る事が出来ない。

【００３０】図７は第３の実施形態の画素配置を示す。
なお、図７では図１と同一部分は同一符号を付してい
る。第３の実施形態では、図７に示すように一辺が７０
×７０μmの４５度回転した正方形の画素をＸ・Ｙ方向
に画素重心が半ピッチずれるように配置している。この
時、同様に光検出素子１１２の面積を画素内で出来るだ
け広く取り、且つ、配線の重なりによるノイズの発生を
抑える為に、ゲート線１０１、信号線１０２は光検出素
子１１２と重ならないように形成する。

【００３１】また、上下の画素の光検出素子部をゲート
線１０１を挟んで対称とすることでゲート線１０１の本
数を１／２とし、効率よくスイッチＴＦＴ１１１の駆動
を行う事が出来る。

【００３２】図８は本実施形態の光検出装置によって生
成される画像情報の模式図である。以上のような構成に
よって図８の●２０３に相当する画像情報が得られ、周
囲４点の画像情報を用いて一般的な画素補間演算処理を
図示しない補間演算処理部で行うことにより対象画素の
ない×２０４を補間する事で約５０×５０μmの画素サ
イズに相当する画像情報が得られる。これにより、十分
な感度と高解像度が同時に実現できる。

【００３３】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態について説明する。第４の実施形態では、従来
正方形である画素を縦：横寸法が2：3である六角形とし
た光検出装置について説明する。従来例にあるようなガ
ラス基板上にａ−Ｓｉを形成し、光検出装置を作製する
プロセスでは、現状成膜技術、フォトリソ技術の問題か
ら５０×５０μmの画素では十分な感度を得る事が出来
ない。

【００３４】図９は本発明の第４の実施形態の画素の配
置を示す図である。なお、図９では図１と同一部分は同
一符号を付している。第４の実施形態では、図９に示す
ように縦、横寸法が６６×１００μmの六角形の画素を
Ｘ・Ｙ方向に画素重心が半ピッチずれるように配置して
いる。この時、光検出素子１１２の面積を画素内で出来
るだけ広く取り、且つ、配線の重なりによるノイズの発
生を抑える為に、ゲート線１０１、信号線１０２は光検
出素子１１２と重ならないように形成する。

【００３５】また、上下の画素を鏡面対称パターンと
し、バイアス線１０３とスイッチＴＦＴ１１１を同距離
離す事でノイズの発生に対して有利である。更に、ゲー
ト１０１線を挟んで光電変換素子１１２を対称とするこ
とでゲート線１０１の本数を１／２にすることができ、
効率よくスイッチＴＦＴ１１１の駆動を行う事が出来
る。

【００３６】図１０は本実施形態の光検出装置によって
生成される画像情報の模式図である。以上のような構成
によって図１０の●２０３に相当する画像情報が得ら
れ、周囲4点の画像情報を用いて一般的な画素補間演算
処理を図示しない補間演算処理部で行うことにより、対
象画素のない×２０４を補間する事で５０×５０μmの
画素サイズに相当する画像情報が得られる。これによ
り、十分な感度と高解像度が同時に実現できる。また、
従来配線部分に位置して検出できなかったパターンも検
出する事が出来る。

【００３７】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態について説明する。第５の実施形態では、放射
線検出装置について説明する。即ち、ａ−Ｓｅを放射線
検出素子として用いた直接型の放射線検出装置におい
て、従来正方形である画素を縦：横寸法が１：２である
長方形とした実施形態について説明する。

【００３８】図１１は本実施形態の画素配置を示す図で
ある。光検出素子１１２の代わりに放射線検出素子１１
３が用いられ、放射線検出素子１１３の形状や配置は第
１の実施形態の場合の画素形状や配置と全く同様であ
る。また、ａ−Ｓｅを用いた放射線検出装置では、図１
１の放射線検出素子１１３が下からコンデンサ、ａ−Ｓ
ｅ、電極となっており、ａ−Ｓｅ上には不図示であるが
全面に金属電極が形成されている。

【００３９】第５の実施形態では、第１の実施形態と同
様に５０×１００μmの画素をＸ・Ｙ方向に画素重心が
半ピッチずれるように配置している。この時、放射線検
出素子１１３の面積を画素内で出来るだけ広く取り、且
つ、配線の重なりによるノイズの発生を抑える為、ゲー
ト線１０１、信号線１０２は放射線検出素子１１３と重
ならないように形成する必要がある。

【００４０】図１２は本実施形態の放射線検出装置によ
って生成される画像情報の模式図である。以上のような
構成によって図１２の●２０３に相当する画像情報が得
られ、周囲4点の画像情報を用いて一般的な画素補間演
算処理を図示しない補間演算処理部で行うことにより対
象画素のない×２０４を補間する事で５０×５０μmの
画素サイズに相当する画像情報が得られる。これによ
り、十分な感度と高解像度が同時に実現できる。

【００４１】なお、第５の実施形態では、第１の実施形
態と同様の画素形状や画素配置としたが、第２〜第４の
実施形態と同様の画素形状や画素配置としても良い。ま
た、第５の実施形態では放射線検出素子を用いたが、第
１〜４の実施形態の光入射側に放射線を可視光に変換す
る蛍光体を設けることで放射線検出装置を構成すること
も可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
素の検出位置がＸ・Ｙ方向に半ピッチずれるように画素
を配置しているので、従来と同等の感度（検出面積）を
維持しつつ、Ｘ・Ｙ方向共に解像度を向上することが出
来る。即ち、Ｘ・Ｙ方向に半ピッチずれた位置に画像デ
ータが配置され、周囲４点の画像情報を用いた演算処理
による画素補間を行うことで十分な感度を維持しつつ、
Ｘ・Ｙ方向共に解像度を向上できる。この際、Ｘ方向と
Ｙ方向の間隔は等しいので、良好な補間精度を得ること
が出来る。

【００４３】更に、従来と同等の感度を維持しつつ高解
像度が得られ、その結果、人体への放射線照射量を減少
させる事が出来る。また、例えば、２００μm以上の大
画素検出装置の画像に見られる画像の粗さ(粒状感)を緩
和でき、特に、医療用放射線カメラとして診断しやすい
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる画素重心を説明する１画素の模
式的平面図である。

【図２】本発明による光検出装置の第１の実施形態の画
素配置を示す模式的配置図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の光検出装置により生
成される画像情報の模式図である。

【図４】第１の実施形態の光検出装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【図５】本発明の第2の実施形態の画素配置を示す模式
的配置図である。

【図６】本発明の第2の実施形態による光検出装置によ
り生成された画像情報の模式図である。

【図７】本発明の第3の実施形態による光検出装置の模
式的画素配置図である。

【図８】本発明の第3の実施形態による光検出装置によ
り生成された画像情報の模式図である。

【図９】本発明の第4の実施形態による光検出装置の模
式的画素配置図である。

【図１０】本発明の第4の実施形態による光検出装置に
より生成された画像情報の模式図である。

【図１１】本発明の第5の実施形態による光検出装置の
模式的画素配置図である。

【図１２】本発明の第5の実施形態による光検出装置に
より生成された画像情報の模式図である。

【図１３】従来の光検出装置の模式的画素配置図であ
る。

【図１４】従来の光検出装置により生成された画像情報
の模式図である。

【図１５】従来の画素ずらし法を説明する図である。

【符号の説明】

１０１ゲート線１０２信号線１０３バイアス線１１１スイッチＴＦＴ１１２光検出素子１１３放射線検出素子１２１ゲートドライバー１２２共通電極ドライバー１２３アンプＩＣ１２４バイアス線１２５ゲート線１２６信号線２０１画素重心２０２画素中心２０３画像情報２０４演算処理により得られる情報

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を電気信号に変換する光検出素子
と、前記光検出素子の信号を読み出すスイッチＴＦＴと
を有する画素が2次元に配置された光検出装置におい
て、前記光検出素子の検出位置がＸ・Ｙ方向に半ピッチ
ずれるように前記画素が配置されていることを特徴とす
る光検出装置。
【請求項２】前記画素の周囲４点の画像情報に基づい
て画素補間処理を行う手段を有することを特徴とする請
求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】前記光検出素子の検出位置は、前記光検
出素子の重心位置であることを特徴とする請求項１に記
載の光検出装置。
【請求項４】前記画素の形状は、底辺：高さが２：１
となる平行四辺形又は長方形であることを特徴とする請
求項１に記載の光検出装置。
【請求項５】前記画素の形状は、正方形を４５°回転
させたひし形であることを特徴とする請求項１に記載の
光検出装置。
【請求項６】前記画素の形状は、縦：横寸法が２：３
となる六角形であることを特徴とする請求項１に記載の
光検出装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに１項に記載の
光検出装置を含み、前記光検出装置の光入射側に放射線
を光に変換する蛍光体を有することを特徴とする放射線
検出装置。
【請求項８】放射線信号を電気信号に変換する放射線
検出素子と、前記放射線検出素子の信号を読み出すスイ
ッチＴＦＴとを有する画素が2次元に配置された放射線
検出装置において、前記放射線検出素子の検出位置がＸ
・Ｙ方向に半ピッチずれるように前記画素が配置されて
いることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項９】前記画素の周囲４点の画像情報に基づい
て画素補間処理を行う手段を有することを特徴とする請
求項８に記載の放射線検出装置。
【請求項１０】前記放射線検出素子の検出位置は、前
記放射線検出素子の重心位置であることを特徴とする請
求項８に記載の放射線検出装置。
【請求項１１】前記画素の形状は、底辺：高さが２：
１となる平行四辺形又は長方形であることを特徴とする
請求項８に記載の放射線検出装置。
【請求項１２】前記画素の形状は、正方形を４５°回
転させたひし形であることを特徴とする請求項８に記載
の放射線検出装置。
【請求項１３】前記画素の形状は、縦：横寸法が２：
３となる六角形であることを特徴とする請求項８に記載
の放射線検出装置。