JP2004134711A - Radiation solid state detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射された放射線の線量あるいは該放射線の励起により発せられる光の光量に応じた量の電荷を潜像電荷として蓄積する蓄電部を有する放射線固体検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
今日、医療診断等を目的とする放射線撮影において、放射線を検出して得た電荷を潜像電荷として蓄電部に一旦蓄積し、該蓄積した潜像電荷を放射線画像情報を表す電気信号に変換して出力する放射線固体検出器(以下単に検出器ともいう)を使用する放射線画像情報読出装置が各種提案されている。この装置において使用される放射線固体検出器としては、種々のタイプのものが提案されているが、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面から、検出器に読取光(読取用の電磁波)を照射して読み出す光読出方式のものと、TFT(薄膜トランジスタ)を走査駆動して読み出すTFT読出方式のものとがある。
【0003】
本出願人は、読出しの高速応答性と効率的な信号電荷の取り出しの両立を図ることができる光読出方式の放射線固体検出器として、記録用の放射線あるいは該放射線の励起により発せられる光(以下記録光という)に対して透過性を有する第1電極、記録光を受けることにより導電性を呈する記録用光導電層、第1電極に帯電される電荷と同極性の電荷に対しては略絶縁体として作用し、かつ、該同極性の電荷と逆極性の電荷に対しては略導電体として作用する電荷輸送層、読取光(読取用の電磁波)の照射を受けることにより導電性を呈する読取用光導電層、読取光に対して透過性を有する第2電極を、この順に積層して成り、記録用光導電層と電荷輸送層との界面に形成される蓄電部に、画像情報を担持する信号電荷(潜像電荷)を蓄積する放射線固体検出器を提案している(特許文献1、特許文献2および特許文献3参照)。
【0004】
そして、上記特許文献2および特許文献3においては、特に、読取光に対して透過性を有する第2電極を多数の線状読出電極とすると共に、蓄電部に蓄積された潜像電荷の量に応じたレベルの電気信号を出力させるための多数の線状補助電極を、前記線状読出電極と交互にかつ互いに平行となるように設けた静電記録体を提案している。なお、第2の電極を線状読出電極として構成する際には、線状読出電極の間を読取光が透過できるため、必ずしも読取光に対して透過性を有する必要はない。
【0005】
このように、多数の線状補助電極を第2電極に設けることにより、蓄電部と線状補助電極との間に新たなコンデンサが形成され、記録光によって蓄電部に蓄積された潜像電荷と逆極性の輸送電荷を、読取りの際の電荷再配列によってこの線状補助電極にも帯電させることが可能となる。これにより、読取用光導電層を介して線状読出電極と蓄電部との間で形成されるコンデンサに配分される前記輸送電荷の量を、この線状補助電極を設けない場合よりも相対的に少なくすることができ、結果として検出器から外部に取り出し得る信号電荷の量を多くして読取効率を向上させると共に、読出しの高速応答性と効率的な信号電荷の取り出しの両立をも図ることができるようになっている。通常、線状読出電極から読み出された電荷は、チャージアンプ等の電荷−電圧変換回路により電圧信号に変換された後、A/D変換され、デジタル画像データとして保存される。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−105297号公報
【0007】
【特許文献2】
特開2000−284056号公報
【0008】
【特許文献3】
特開2000−284057号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記放射線固体検出器は、被写体とほぼ同じ大きさの検出器である事が多く、線状読出電極は非常に長い電極となり、その抵抗値は、数10kΩを越えることも多い。このために、線状読出電極は、熱雑音を発生しやすく、また外来ノイズを拾いやすい。
【0010】
一方、線状読出電極と平行に線状補助電極が配置されている場合には、この線状読出電極と線状補助電極との間には、大きな静電容量Ciが存在することがある。一般に信号読み出しの際には、線状読出電極は演算増幅器等を介して接地され、線状補助電極も接地されていることが多いが、微視的な見地からは、線状読出電極と線状補助電極間は同電位とはならないため、静電容量Ciの値が大きな値となる。電極の構造により多少その値はばらつくが、静電容量Ciが100pF以上となることもある。この静電容量Ciが、線状読出電極に接続されたチャージアンプ等の電荷−電圧変換回路に用いられるコンデンサの容量Cfより大きい場合には、このチャージアンプは交流増幅器として動作してしまう。
【0011】
すなわち、周波数fの信号に対しては、入力インピーダンスZi、フィードバックループインピーダンスZfおよび交流増幅器としてのゲインGは次式で得られる。
【0012】
Zi=(2πf・Ci)−1
Zf=(2πf・Cf)−1
G=Zf/Zi=Ci/Cf
上式からわかるように、静電容量Ciが、チャージアンプの電荷−電圧変換に用いられるコンデンサの容量Cfより大きい場合には、チャージアンプは、周波数に関わらず、ゲインが一定の交流増幅器として動作する。
【0013】
チャージアンプの電荷−電圧変換に用いられるコンデンサの容量Cfは、1画素あたりに発生する電荷量と、チャージアンプに接続されるA/D変換器のフルスケール電圧に基づいて決定され、通常は数pF以下に設定されることが多い。一方、線状読出電極と線状補助電極との間の静電容量Ciは、上述のように、100pF以上となることもあり、線状電極の高精細化が進む現在では、ますます増加しつつある。
【0014】
このため、線状読出電極から読み出された信号に熱雑音や外来ノイズが含まれていた場合には、チャージアンプにより、これらの熱雑音や外来ノイズが増幅され、チャージアンプから出力された信号のS/Nが低下するという問題がある。
【0015】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、線状読出電極および線状補助電極を備えた放射線固体検出器において、S/Nを向上させることを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明による放射線固体検出器は、画像情報を静電潜像として記録する蓄電部と、
前記静電潜像に応じた電荷を出力する多数の線状読出電極と、
前記多数の線状読出電極に対して略平行に配置された多数の線状補助電極と、
前記線状読出電極が反転入力側に接続された演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力側と出力間に接続された積分容量と、該積分容量と並列接続された短絡手段とを有し、該短絡手段が所望の周期で前記積分容量を短絡することにより、前記線状読出電極から出力された電荷を電圧に変換する電荷−電圧変換手段とを備えた放射線固体検出器において、
前記多数の線状補助電極が、前記多数の線状読出電極に対して個別に対をなして配置されるものであり、
前記演算増幅器の非反転入力側の電位と、該演算増幅器に接続された前記線状読出電極と対をなす前記線状補助電極の電位との間の電位差を低減する電位差低減回路を備えたことを特徴とするものである。
【0017】
なお、「略平行に配置された」とは、隣り合う状態で略平行に配置された状態や、対向する状態で略平行に配置された状態等を含むものである。また、「所望の周期で前記積分容量を短絡する」とは、1つの画像の画像情報を読み取る際に、同一の周期で前記積分容量を短絡することに限定されるものではなく、1つの画像の一部の領域から画像情報を読み取る際には、ある所望の周期で積分容量を短絡し、他の領域から画像情報を読み取る際に、上記のある所望の周期とは異なる他の所望の周期で積分容量を短絡してもよい。
【0018】
また、「電位差を低減する電位差低減回路」とは、この電位差低減回路を設けた場合には、「演算増幅器の非反転入力側の電位と、該演算増幅器に接続された前記線状読出電極と対をなす前記線状補助電極の電位との間の電位差」を、この回路を設けなかった場合に生じる電位差よりも小さくすることができる回路を意味している。
【0019】
上記電位差低減回路は、前記演算増幅器の非反転入力側の電位をインピーダンス変換して、低インピーダンスにして前記線状補助電極へ供給するインピーダンス変換回路であってもよい。このようなインピーダンス変換回路としては、例えばボルテージフォロワ回路等がある。
【0020】
前記放射線固体検出器は、読取光の照射を受けることにより、前記多数の線状読出電極から前記静電潜像に応じた電荷を出力するものであってもよい。このような放射線固体検出器としては、例えば特許文献2あるいは特許文献3に記載されるような、記録光に対して透過性を有する第1の電極と、記録光の照射を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層と、記録光の光量に応じた量の電荷を潜像電荷として蓄積する蓄電部と、読取光の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層と、読取光に対して透過性を有する多数の線状読出電極と、多数の線状補助電極とを備え、線状読出電極と線状補助電極とが交互に配置された第2の電極とを、この順に積層してなる放射線固体検出器等がある。なお、上記放射線固体検出器は、第1の電極、記録用光導電層、読取用光導電層および第2の電極をこの順に有すると共に、記録用光導電層と読取用光導電層との間に蓄電部が形成されて成るものであって、さらに他の層や微小導電部材(マイクロプレート)等を積層して成るものであってもかまわない。
【0021】
また、上記蓄電部を形成する方法としては、電荷輸送層を設けてこの電荷輸送層と記録用光導電層との界面に蓄電部を形成する方法(本出願人による特開2000−105297号公報、特開2000−284056号公報参照)、トラップ層を設けこのトラップ層内若しくはトラップ層と記録用光導電層との界面に蓄電部を形成する方法(例えば、米国特許第4535468号明細書参照)、あるいは潜像電荷を集中させて蓄電する微小導電部材等を設ける方法(本出願人による特開2000−284057号公報参照)等を用いるとよい。
【0022】
また、「読取光に対して透過性を有する線状読出電極」とは、読取光を透過させ読取用光導電層に電荷対を発生せしめる電極である。線状読出電極の間を読取光が透過できる場合には、必ずしも線状読出電極は読取光に対して透過性を有する必要はない。また、「線状補助電極」とは、蓄電部に蓄積された潜像電荷の量に応じたレベルの電気信号を出力させるための電極であり、読取光に対して遮光性を有することが望ましいが、線状補助電極と読取光照射手段との間に遮光性を有する遮光膜等を設ける場合は、線状補助電極は必ずしも遮光性を有する必要はない。ここで、「遮光性」とは、読取光を完全に遮断して全く電荷対を発生させないものに限らず、その読取光に対する多少の透過性は有していてもそれにより発生する電荷対が実質的に問題とならない程度のものも含むものとする。従って、読取用光導電層に発生する電荷対は全て線状読出電極を透過した読取光のみによるものとは限らず、線状補助電極を僅かに透過した読取光によっても読取用光導電層において電荷対が発生しうるものとする。
【0023】
さらに、「読取光」は、静電記録体における電荷の移動を可能として、電気的に静電潜像を読み取ることを可能とするものであればよく、具体的には光や放射線等である。
【0024】
【発明の効果】
本発明による放射線固体検出器によれば、線状補助電極を読出電極に対して個別に対をなして配置し、また演算増幅器の非反転入力側の電位と、該演算増幅器に接続された線状読出電極と対をなす線状補助電極の電位との間の電位差を低減する電位差低減回路を備えたことにより、線状読出電極と、この線状読出電極と対をなす線状補助電極との間に生じる静電容量Ciの値が見かけ上小さくなるので、電荷−電圧変換手段における交流増幅率も小さくなり、線状読出電極から出力される電荷に重畳された熱雑音やノイズの増幅率が低減され、電荷−電圧変換手段から出力された信号のS/Nが向上する。
【0025】
上記電位差低減回路が、演算増幅器の非反転入力側の電位をインピーダンス変換して、低インピーダンスにして線状補助電極へ供給するインピーダンス変換回路であれば、容易に線状補助電極の電位を演算増幅器の非反転入力側の電位近傍へ追従させることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態による放射線固体検出器に備えられた静電記録体の概略構成を示す図であり、図1(A)は静電記録体20aの斜視図、図1(B)は静電記録体20aのQ矢指部のXZ断面図、図1(C)は静電記録体20aのP矢指部のXY断面図である。図2は放射線固体検出器を用いた記録読取システムの概略図である。なお、図2中においては、支持体18、絶縁層30および遮光膜31は省略している。
【0027】
本発明の第1の実施の形態の放射線固体検出器は、静電記録体20aと、信号検出手段70とからなる。
【0028】
静電記録体20aは、被写体を透過したX線等の放射線の画像情報を担持する記録光(放射線もしくは放射線の励起により発生した光)に対して透過性を有する第1電極21、この第1電極21を透過した記録光の照射を受けることにより電荷対を発生し導電性を呈するa−Se(アモルファスセレン)等を主成分とする光導電性物質からなる記録用光導電層22、前記電荷対の内の潜像極性電荷(例えば負電荷)に対しては略絶縁体として作用し、かつ該潜像極性電荷と逆極性の輸送極性電荷(上述の例においては正電荷)に対しては略導電体として作用する有機系化合物等からなる電荷輸送層23、読取光の照射を受けることにより電荷対を発生して導電性を呈するa−Se(アモルファスセレン)等を主成分とする光導電性物質からなる読取用光導電層24、ストライプ電極26および補助ストライプ電極27を備えた第2電極25、読取光に対して透過性を有する絶縁層30、読取光に対して透過性を有するガラス基板などからなる支持体18をこの順に配してなるものである。記録用光導電層22と電荷輸送層23との界面に、記録用光導電層22内で発生した画像情報を担持する潜像極性電荷を蓄積する2次元状に分布した蓄電部29が形成される。なお、記録用光導電層22の厚さは、記録光を十分に吸収できるようにするには、50μm以上1000μm以下であるのが好ましい。
【0029】
また電荷輸送層23と読取用光導電層24との厚さの合計は記録用光導電層22の厚さの1/2以下であることが望ましく、また薄ければ薄いほど読取時の応答性が向上するので、例えば1/10以下、さらには1/100以下等にするのが好ましい。
【0030】
なお、上記各層の材料は、第1電極21に負電荷を、第2電極25に正電荷を帯電させて、記録用光導電層22と電荷輸送層23との界面に形成される蓄電部29に潜像極性電荷としての負電荷を蓄積せしめるとともに、電荷輸送層23を、潜像極性電荷としての負電荷の移動度よりも、その逆極性となる輸送極性電荷としての正電荷の移動度の方が大きい、いわゆる正孔輸送層として機能させるものとして好適なものの一例であるが、これらは、それぞれが逆極性の電荷であっても良く、このように極性を逆転させる際には、正孔輸送層として機能する電荷輸送層を電子輸送層として機能する電荷輸送層に変更する等の若干の変更を行なうだけでよい。
【0031】
第1電極21としては、記録光に対して透過性を有するものであればよく、例えば可視光に対して透過性を持たせる場合には、光透過性金属薄膜として周知のネサ皮膜(SnO2 )、ITO(Indium Tin Oxide)、あるいはエッチングのし易いアモルファス状光透過性酸化金属であるIDIXO(Idemitsu Indium X−metal Oxide ;出光興産(株))等の酸化金属を50〜200nm厚程度、好ましくは100nm以上にして用いることができる。また、アルミニウムAl、金Au、モリブデンMo、クロムCr等の純金属を、例えば20nm以下(好ましくは10nm程度)の厚さにすることによって可視光に対して透過性を持たせることもできる。なお、記録光としてX線を使用し、第1電極21側から該X線を照射して画像を記録する場合には、第1電極21としては可視光に対する透過性が不要であるから、該第1電極21は、例えば100nm厚のAlやAu等の純金属を用いることもできる。
【0032】
第2電極25は、多数の読取光透過性の線状読出電極26aをストライプ状に配列して成るストライプ電極26と多数の読取光遮光性の線状補助電極27aをストライプ状に配列してなる補助ストライプ電極27とを備えている。各線状読出電極26a,27aは、線状読出電極26aと線状補助電極27aとが交互にかつ互いに平行に配置されるように配列されている。両線状電極の間は読取用光導電層24の一部が介在しており、ストライプ電極26と補助ストライプ電極27とは電気的に絶縁されている。補助ストライプ電極27は、記録用光導電層22と電荷輸送層23との略界面に形成される蓄電部29に蓄積された潜像電荷の量に応じたレベルの電気信号を出力させるための導電部材である。
【0033】
ここで、ストライプ電極26の各線状読出電極26aを形成する電極材の材質としては、ITO(Indium Tin Oxide)、IDIXO(Idemitsu Indium X−metal Oxide ;出光興産(株))、アルミニウムまたはモリブデン等を用いることができる。また、補助ストライプ電極27の各線状補助電極27aを形成する電極材の材質としては、アルミニウム、モリブデンまたはクロム等を用いることができる。
【0034】
さらに支持体18上の各線状補助電極27aおよび線状読出電極26aと線状補助電極27aとの間に対応する部分に、読取光の線状補助電極27aへの照射強度が読取光の線状読出電極26aへの照射強度よりも小さくなるように光透過性の劣る部材からなる遮光膜31が設けられている。
【0035】
信号検出手段70は、各線状読出電極26a毎に接続された電荷−電圧変換手段であるチャージアンプ71と、各線状補助電極27a毎に接続されたインピーダンス変換回路であるバッファアンプ72とからなる。
【0036】
チャージアンプ71は、線状読出電極26aが反転入力端子73aに接続された演算増幅器73と、演算増幅器73の反転入力端子73aと出力73c間に接続された積分コンデンサ74と、積分コンデンサ74と並列接続されたリセットスイッチ75とを有している。なお、演算増幅器73および積分コンデンサ74は、積分回路を構成するものである。チャージアンプ71では、1画素の読出周期で、リセットスイッチ75を短絡し、積分コンデンサ74を短絡することにより、線状読出電極26aから出力された電荷を電圧に変換して、出力端子73cから信号電圧を不図示の信号処理回路へ出力するものである。なお非反転入力端子73bは、バッファアンプ72に接続され、かつ抵抗76を介して接地されている。
【0037】
バッファアンプ72は、ボルテージフォロワ接続された演算増幅器77からなり、非反転入力端子77bは演算増幅器73の非反転入力端子73bへ接続され、かつ抵抗76を介して接地されている。出力端子77cは、線状補助電極27aおよび反転入力端子77aへ接続されている。このようなボルテージフォロワ接続された演算増幅器においては、入力インピーダンスは高く、かつ出力インピーダンスは低くなり、また出力端子の電位は非反転入力端子の電位と略同電位となる。
【0038】
なお、上記のチャージアンプ71においては、積分コンデンサ74によりネガティブフィードバックがかかっているため、反転入力端子73aと非反転入力端子73bは、仮想短絡(Imaginary Short)状態となり、その電位がほぼ等しい状態となる。そのため、非反転入力端子73bを、抵抗76を介して接地するとともに、この非反転入力端子73bの電位をインピーダンス変換して、低インピーダンスにして線状補助電極27aへ供給すれば、線上補助電極27aの電位は、線上読出電極26aの電位とほぼ同電位となる。
【0039】
次に、上述の静電記録体20aに画像情報を静電潜像として記録し、さらに記録された静電潜像を読み出す基本的な方法について簡単に説明する。図2は静電記録体20aを用いた記録読取システムの概略図である。
【0040】
この記録読取システムは、静電記録体20aと、記録光照射手段(図示省略)と、画像信号取得手段としての信号検出手段70、読取光走査手段(図示省略)とからなる。
【0041】
次に、上記構成の記録読取システムにおいて、静電記録体20aに画像情報を静電潜像として記録し、さらに記録された静電潜像を読み出す方法について説明する。最初に静電潜像記録過程について、図2(A)に示す電荷モデルを参照しつつ説明する。なお、記録光L1によって記録用光導電層22内に生成される負電荷(−)および正電荷(+)を、図面上では−または+を○で囲んで表すものとする。
【0042】
静電記録体20aに静電潜像を記録する際には、第1電極21とストライプ電極26および補助ストライプ電極27との間に直流電圧を印加して両者を帯電させる。このとき、ストライプ電極26および補助ストライプ電極27とを同電位になるように制御電圧を印加すれば、第1電極21と第2電極25との間で形成される電界分布を均一にできる。
【0043】
次に放射線を被写体9に爆射し、被写体9の透過部9aを通過した被写体9の放射線画像情報を担持する記録光L1を静電記録体20aに照射する。すると、静電記録体20aの記録用光導電層22内で正負の電荷対が発生し、その内の負電荷が静電記録体20a内の電界分布に沿って蓄電部29に移動する。
【0044】
一方、記録用光導電層22内で発生した正電荷は第1電極21に向かって高速に移動し、第1電極21と記録用光導電層22との界面で電源74から注入された負電荷と電荷再結合し消滅する。また、記録光L1は被写体9の遮光部9bを透過しないから、静電記録体20aの遮光部9bの下部にあたる部分は何ら変化を生じない。
【0045】
このようにして、被写体9に記録光L1を爆射することにより、被写体像に応じた電荷を光導電層22と電荷転送層23との界面である蓄電部29に蓄積することができるようになる。この蓄積される潜像電荷(負電荷)の量は被写体9を透過し静電記録体20aに入射した放射線の線量に略比例するので、この潜像電荷が静電潜像を担持することとなり、該静電潜像が静電記録体20aに記録される。
【0046】
次に、静電記録体20aから静電潜像を読み取る際には、第1電極21は接地電位とされ、線状読出電極26aの長手方向に読取光照射手段を移動させる、すなわち副走査することにより、ライン状の読取光L2で静電記録体20aの全面を走査露光する。この読取光L2の走査露光により副走査位置に対応する読取光L2が入射した読取用光導電層24内に正負の電荷対が発生する。
【0047】
そして、線状補助電極27aに対応する部分、すなわち線状補助電極27aの上空部分の潜像電荷が、線状補助電極27aを介して順次読み出される。すなわち、図2(B)に図示するように、線状読出電極26aから、その隣の線状補助電極27aに対応する(上空にある)潜像電荷に向けて放電が生じ、それによって読出しが進行する。このとき、線状読出電極26aへは正電荷が流れ込むこととなる。
【0048】
この線状読出電極26aへの正電荷の流れ込みにより、チャージアンプ71の積分コンデンサ74に電荷が蓄積される。1画素の読出周期で、リセットスイッチ75により積分コンデンサ74が短絡されると、線状読出電極26aから出力された電荷は電圧に変換されて、出力端子73cから信号電圧とし不図示の信号処理回路へ出力される。
【0049】
本実施の形態においては、バッファアンプ72を介して、演算増幅器77の非反転入力端子77bは演算増幅器73の非反転入力端子73bへ接続されているため、演算増幅器73の反転入力端子73aの電位は、演算増幅器77の出力端子77cの電位とほぼ同電位となっている。したがって、線上補助電極27aの電位は、線上読出電極26aの電位とほぼ同電位となる。このため、チャージアンプ71側から見ると、線上読出電極26aと線上補助電極27aとの間に存在する静電容量Ciは、非常に小さい値となる。静電容量Ciが小さければ、チャージアンプ71における交流増幅器としての増幅率も小さくなるため、線状読出電極26aから出力される電荷に重畳された熱雑音やノイズが増幅されることがなく、チャージアンプ71から出力された電圧信号のS/Nが向上する。また、線上補助電極27aは、バッファアンプ72により低インピーダンスで駆動されるため、線上補助電極27aに重畳されるノイズは線上読出電極26aに誘導しにくく、一層信号のS/Nが向上する。
【0050】
なお、上記実施の形態において、S/Nの向上が必須でない場合には、チャージアンプ71の積分コンデンサ74の容量Cfを小さくすることができる。容量Cfを小さくすれば、信号検出手段70の小型化、すなわち放射線固体検出器の小型化が可能となる。また、チャージアンプの電荷−電圧変換係数が大きくなるので、チャージアンプのみで十分な増幅度を得ることができ、後段に接続する増幅器が不要となる。
【0051】
なお、一般にリセットスイッチ75としては、アナログスイッチなどの半導体制御素子が用いられることが多いが、これらのスイッチでは、開放の瞬間に不確定成分がスイッチの両極に表れるチャージインジェクションと呼ばれる現象が生じる。この不確定成分が、リセットノイズとなり、リセット終了直後のチャージアンプからの出力信号のレベルが、リセット毎に異なることがある。このようなリセットノイズが、チャージアンプによる検出電荷量に比べて無視できない大きさである場合には、チャージアンプの後段に相関2重サンプリング回路を設ければ、リセットノイズの影響を低減することができる。
【0052】
また、本実施の形態においては、図3(1)に示すように、チャージアンプ71とバッファアンプ72は、対になった線上読出電極26aと線上補助電極27aとの逆側の端部へ接続されているが、図3(2)に示すように、同じ側の端部へ接続してもよい。また、線上読出電極26aと線上補助電極27aの形状を図3(3)に示すように、複数本の線状電極を組み合わせた形状としてもよい。
【0053】
以上、本発明による放射線固体検出器の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。
【0054】
例えば、上記実施の形態による検出器は、何れも、記録用光導電層が、記録用の放射線の照射によって導電性を呈するものであるが、本発明による検出器の記録用光導電層は必ずしもこれに限定されるものではなく、記録用光導電層は、記録用の放射線の励起により発せられる光の照射によって導電性を呈するものとしてもよい(特開2000−105297号公報参照)。この場合、第1電極の表面に記録用の放射線を、例えば青色光等、他の波長領域の光に波長変換するいわゆるX線シンチレータといわれる波長変換層を積層したものとするとよい。この波長変換層としては、例えばヨウ化セシウム(CsI)等を用いるのが好適である。また、第1電極は、記録用の放射線の励起により波長変換層で発せられた光に対して透過性を有するものとする。
【0055】
また、上記実施の形態による静電記録体は、記録用光導電層と読取用光導電層との間に電荷輸送層を設け、記録用光導電層と電荷輸送層との界面に蓄電部を形成するようにしたものであるが、電荷輸送層をトラップ層に置き換えたものとしてもよい。トラップ層とした場合には、潜像電荷は、該トラップ層に捕捉され、該トラップ層内またはトラップ層と記録用光導電層の界面に潜像電荷が蓄積される。また、このトラップ層と記録用光導電層の界面に、画素毎に、格別に、マイクロプレートを設けるようにしてもよい。
【0056】
なお、読出方式として、TFT読出方式を用いている場合であっても、静電潜像に応じた電荷を出力する多数の線状読出電極と、この多数の線状読出電極に対して略平行に配置された多数の線状補助電極とを備えた放射線個体検出器であれば、本発明が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による放射線固体検出器に備えられた静電記録体の斜視図(A)、Q矢指部のXZ断面図(B)、P矢指部のXY断面図(C)
【図2】本発明の第1の実施の形態による放射線固体検出器を使用する場合における、静電潜像記録過程を示す電荷モデル(A)、静電潜像読取過程を示す電荷モデル(B)
【図3】本発明の実施の形態による放射線固体検出器の第2電極および信号検出手段の模式図
【符号の説明】
20a 放射線固体検出器
21 第1電極
22 記録用光導電層
23 電荷輸送層
24 読取用光導電層
25 第2電極
26 ストライプ電極
26a 線状読出電極
27 補助ストライプ電極
27a 線状補助電極
29 蓄電部
70 信号検出手段
71 チャージアンプ
72 バッファアンプ
73 演算増幅器
74 積分コンデンサ
75 リセットスイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation solid-state detector having a power storage unit that accumulates, as a latent image charge, an amount of charge corresponding to the dose of irradiated radiation or the amount of light emitted by excitation of the radiation.
[0002]
[Prior art]
Today, in radiography for medical diagnosis and the like, charges obtained by detecting radiation are temporarily stored as latent image charges in a power storage unit, and the stored latent image charges are converted into electrical signals representing radiation image information. Various types of radiation image information reading devices using a radiation solid-state detector (hereinafter also simply referred to as a detector) for outputting the same have been proposed. Various types of solid-state radiation detectors used in this apparatus have been proposed. From the viewpoint of a charge reading process for reading out the accumulated charges to the outside, reading light (electromagnetic waves for reading) is applied to the detector. ) And a TFT readout system that reads and reads out TFTs (thin film transistors).
[0003]
As a radiation solid-state detector of an optical readout system capable of achieving both high-speed readout response and efficient signal charge extraction, the applicant of the present application is a recording radiation or light emitted by excitation of the radiation (hereinafter referred to as the radiation solid-state detector). A first electrode that is transparent to the recording light), a photoconductive layer for recording that exhibits conductivity by receiving the recording light, and substantially insulated against charges having the same polarity as the charges charged in the first electrode A charge transport layer that acts as a body and acts as a conductor for charges of the same polarity and opposite polarity, and reading that exhibits conductivity by irradiation with reading light (reading electromagnetic waves). A photoconductive layer for recording and a second electrode that is transparent to reading light are stacked in this order, and image information is carried on a power storage unit formed at the interface between the photoconductive layer for recording and the charge transport layer. Signal charge (latent image charge) It proposes that a radiation solid-state detector (see
[0004]
And in the said
[0005]
In this way, by providing a large number of linear auxiliary electrodes on the second electrode, a new capacitor is formed between the power storage unit and the linear auxiliary electrode, and the latent image charge accumulated in the power storage unit by the recording light and It is possible to charge the linear auxiliary electrode with the transport charge having the reverse polarity by charge rearrangement at the time of reading. Accordingly, the amount of the transport charge distributed to the capacitor formed between the linear readout electrode and the power storage unit via the readout photoconductive layer is set to be relatively larger than that in the case where the linear auxiliary electrode is not provided. As a result, the amount of signal charge that can be extracted from the detector to the outside is increased to improve the reading efficiency, and at the same time, both high-speed reading response and efficient signal charge extraction are achieved. Can be done. Usually, the charges read from the linear readout electrodes are converted into voltage signals by a charge-voltage conversion circuit such as a charge amplifier, then A / D converted, and stored as digital image data.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-105297 A
[0007]
[Patent Document 2]
JP 2000-284056 A
[0008]
[Patent Document 3]
JP 2000-284057 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the radiation solid detector is often a detector having the same size as the subject, and the linear readout electrode is a very long electrode, and its resistance value often exceeds several tens of kΩ. For this reason, the linear readout electrode easily generates thermal noise and easily picks up external noise.
[0010]
On the other hand, when the linear auxiliary electrode is arranged in parallel with the linear readout electrode, there may be a large capacitance Ci between the linear readout electrode and the linear auxiliary electrode. In general, at the time of signal readout, the linear readout electrode is grounded via an operational amplifier or the like, and the linear auxiliary electrode is also often grounded. However, from a microscopic viewpoint, the linear readout electrode and the linear readout electrode are often grounded. Since the potential between the auxiliary electrodes is not the same, the value of the capacitance Ci becomes a large value. The value varies somewhat depending on the structure of the electrode, but the capacitance Ci may be 100 pF or more. If the capacitance Ci is larger than the capacitance Cf of a capacitor used in a charge-voltage conversion circuit such as a charge amplifier connected to the linear readout electrode, the charge amplifier operates as an AC amplifier.
[0011]
That is, for a signal of frequency f, input impedance Zi, feedback loop impedance Zf, and gain G as an AC amplifier are obtained by the following equations.
[0012]
Zi = (2πf · Ci)-1
Zf = (2πf · Cf)-1
G = Zf / Zi = Ci / Cf
As can be seen from the above equation, when the capacitance Ci is larger than the capacitance Cf of the capacitor used for charge-voltage conversion of the charge amplifier, the charge amplifier operates as an AC amplifier having a constant gain regardless of the frequency. To do.
[0013]
The capacitance Cf of the capacitor used for charge-voltage conversion of the charge amplifier is determined based on the amount of charge generated per pixel and the full-scale voltage of the A / D converter connected to the charge amplifier, and is usually a few It is often set to pF or less. On the other hand, as described above, the capacitance Ci between the linear readout electrode and the linear auxiliary electrode may be 100 pF or more, and at the present time, as the definition of the linear electrode increases, it increases more and more. It's getting on.
[0014]
For this reason, if thermal noise or external noise is included in the signal read from the linear readout electrode, the thermal amplifier or external noise is amplified by the charge amplifier, and the signal output from the charge amplifier is output. There is a problem that the S / N ratio of the lowering.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve S / N in a radiation solid state detector including a linear readout electrode and a linear auxiliary electrode.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A radiation solid state detector according to the present invention includes a power storage unit that records image information as an electrostatic latent image, and
A number of linear readout electrodes that output a charge corresponding to the electrostatic latent image;
A plurality of linear auxiliary electrodes arranged substantially parallel to the plurality of linear readout electrodes;
An operational amplifier in which the linear readout electrode is connected to the inverting input side; an integration capacitor connected between the inverting input side and the output of the operational amplifier; and a short-circuit means connected in parallel to the integration capacitor; A radiation solid-state detector comprising charge-voltage conversion means for converting charge output from the linear readout electrode into voltage by short-circuiting the integration capacitor at a desired cycle.
The plurality of linear auxiliary electrodes are individually arranged in pairs with respect to the plurality of linear readout electrodes;
A potential difference reducing circuit for reducing a potential difference between the potential on the non-inverting input side of the operational amplifier and the potential of the linear auxiliary electrode paired with the linear readout electrode connected to the operational amplifier; It is characterized by.
[0017]
Note that the phrase “arranged substantially in parallel” includes a state in which they are arranged substantially in parallel in an adjacent state, a state in which they are arranged substantially in parallel in an opposed state, and the like. Further, “shorting the integration capacitor at a desired cycle” is not limited to short-circuiting the integration capacitor at the same cycle when reading image information of one image. When reading the image information from a part of the region, the integration capacitor is short-circuited at a certain desired cycle, and when reading the image information from another region, the other desired cycle different from the above desired cycle The integration capacitor may be short-circuited.
[0018]
Further, the “potential difference reducing circuit for reducing the potential difference” means that, when this potential difference reducing circuit is provided, the “potential on the non-inverting input side of the operational amplifier and the linear readout electrode connected to the operational amplifier; This means a circuit in which the “potential difference between the paired linear auxiliary electrodes” can be made smaller than the potential difference generated when this circuit is not provided.
[0019]
The potential difference reduction circuit may be an impedance conversion circuit that impedance-converts the potential on the non-inverting input side of the operational amplifier and supplies it to the linear auxiliary electrode with a low impedance. An example of such an impedance conversion circuit is a voltage follower circuit.
[0020]
The radiation solid detector may output charges corresponding to the electrostatic latent image from the plurality of linear readout electrodes by receiving irradiation of readout light. As such a radiation solid state detector, for example, as described in
[0021]
Further, as a method of forming the power storage unit, a method of forming a power storage unit at the interface between the charge transport layer and the recording photoconductive layer by providing a charge transport layer (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-105297 by the present applicant). , Japanese Patent Laid-Open No. 2000-284056), and a method in which a trap layer is provided and a power storage unit is formed in the trap layer or at the interface between the trap layer and the recording photoconductive layer (see, for example, US Pat. No. 4,535,468) Alternatively, a method of providing a minute conductive member or the like for concentrating latent image charges and storing electricity (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-284057 by the applicant) may be used.
[0022]
The “linear readout electrode having transparency to the reading light” is an electrode that transmits the reading light and generates a charge pair in the reading photoconductive layer. In the case where the reading light can be transmitted between the linear readout electrodes, the linear readout electrode does not necessarily need to be transmissive to the reading light. Further, the “linear auxiliary electrode” is an electrode for outputting an electric signal at a level corresponding to the amount of latent image charge accumulated in the power storage unit, and desirably has a light shielding property against the reading light. However, when a light shielding film having a light shielding property is provided between the linear auxiliary electrode and the reading light irradiation means, the linear auxiliary electrode does not necessarily have a light shielding property. Here, the “light-shielding property” is not limited to the one in which the reading light is completely blocked and no charge pair is generated. Including those that do not cause any substantial problems. Therefore, the charge pairs generated in the reading photoconductive layer are not necessarily all due to the reading light that has passed through the linear readout electrode, and even in the reading photoconductive layer by reading light that has passed through the linear auxiliary electrode slightly. It is assumed that charge pairs can be generated.
[0023]
Further, the “reading light” is not limited as long as it can move the electric charge in the electrostatic recording body and can electrically read the electrostatic latent image. Specifically, it is light, radiation, or the like. .
[0024]
【The invention's effect】
According to the radiation solid-state detector of the present invention, the linear auxiliary electrodes are individually arranged in pairs with respect to the readout electrodes, and the potential on the non-inverting input side of the operational amplifier and the line connected to the operational amplifier By providing a potential difference reduction circuit for reducing the potential difference between the potential of the linear auxiliary electrode paired with the linear readout electrode, the linear readout electrode and the linear auxiliary electrode paired with the linear readout electrode are provided. Since the value of the capacitance Ci generated during the period is apparently reduced, the AC amplification factor in the charge-voltage conversion means is also reduced, and the thermal noise or noise amplification factor superimposed on the charge output from the linear readout electrode is reduced. And the S / N ratio of the signal output from the charge-voltage conversion means is improved.
[0025]
If the potential difference reduction circuit is an impedance conversion circuit that converts the potential on the non-inverting input side of the operational amplifier to a low impedance and supplies it to the linear auxiliary electrode, the potential of the linear auxiliary electrode can be easily obtained from the operational amplifier. It is possible to follow the vicinity of the potential on the non-inverting input side.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electrostatic recording body provided in a radiation solid state detector according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view of an electrostatic recording body 20a. 1 (B) is an XZ cross-sectional view of the Q arrow portion of the
[0027]
The radiation solid state detector according to the first embodiment of the present invention includes an
[0028]
The
[0029]
Further, the total thickness of the
[0030]
The material of each of the above layers is a
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Here, as the material of the electrode material for forming each
[0034]
Further, the irradiation intensity of the read light on the linear
[0035]
The signal detection means 70 includes a
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
In the
[0039]
Next, a basic method for recording image information as an electrostatic latent image on the above-described
[0040]
This recording / reading system includes an
[0041]
Next, a method of recording image information as an electrostatic latent image on the
[0042]
When an electrostatic latent image is recorded on the
[0043]
Next, radiation is blown onto the subject 9, and the recording light L1 carrying the radiation image information of the subject 9 that has passed through the
[0044]
On the other hand, the positive charge generated in the
[0045]
In this way, by bombarding the subject 9 with the
[0046]
Next, when reading the electrostatic latent image from the
[0047]
Then, the latent image charge of the portion corresponding to the linear
[0048]
Due to the flow of positive charges into the
[0049]
In the present embodiment, since the
[0050]
In the above embodiment, when the S / N improvement is not essential, the capacitance Cf of the
[0051]
In general, a semiconductor control element such as an analog switch is often used as the
[0052]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the
[0053]
The preferred embodiments of the radiation solid state detector according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the invention. is there.
[0054]
For example, in any of the detectors according to the above-described embodiments, the recording photoconductive layer exhibits conductivity when irradiated with recording radiation, but the recording photoconductive layer of the detector according to the present invention is not necessarily provided. However, the present invention is not limited to this, and the recording photoconductive layer may exhibit conductivity when irradiated with light emitted by excitation of recording radiation (see JP-A-2000-105297). In this case, a wavelength conversion layer called a so-called X-ray scintillator that converts the wavelength of recording radiation into light of another wavelength region such as blue light may be laminated on the surface of the first electrode. As this wavelength conversion layer, for example, cesium iodide (CsI) is preferably used. The first electrode is transmissive to light emitted from the wavelength conversion layer by excitation of recording radiation.
[0055]
In the electrostatic recording body according to the above embodiment, a charge transport layer is provided between the recording photoconductive layer and the reading photoconductive layer, and a power storage unit is provided at the interface between the recording photoconductive layer and the charge transport layer. However, the charge transport layer may be replaced with a trap layer. In the case of the trap layer, the latent image charge is trapped in the trap layer, and the latent image charge is accumulated in the trap layer or at the interface between the trap layer and the recording photoconductive layer. In addition, a microplate may be provided for each pixel at the interface between the trap layer and the recording photoconductive layer.
[0056]
Even when the TFT readout method is used as a readout method, a large number of linear readout electrodes that output charges corresponding to the electrostatic latent image and a substantially parallel to the numerous linear readout electrodes. The present invention can be applied to any radiation individual detector including a large number of linear auxiliary electrodes arranged in a line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view (A) of an electrostatic recording body provided in a radiation solid detector according to an embodiment of the present invention, an XZ sectional view (B) of a Q arrow portion, and an XY sectional view (C) of a P arrow portion. )
FIG. 2 shows a charge model (A) showing an electrostatic latent image recording process and a charge model (B) showing an electrostatic latent image reading process in the case of using the radiation solid state detector according to the first embodiment of the present invention. )
FIG. 3 is a schematic diagram of a second electrode and signal detection means of a radiation solid state detector according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
20a Radiation solid state detector
21 1st electrode
22 Photoconductive layer for recording
23 Charge transport layer
24 Photoconductive layer for reading
25 Second electrode
26 Striped electrode
26a Linear readout electrode
27 Auxiliary stripe electrode
27a linear auxiliary electrode
29 Power storage unit
70 Signal detection means
71 Charge amplifier
72 Buffer amplifier
73 Operational amplifier
74 Integration capacitor
75 Reset switch
Claims (3)
前記静電潜像に応じた電荷を出力する多数の線状読出電極と、
前記多数の線状読出電極に対して略平行に配置された多数の線状補助電極と、
前記線状読出電極が反転入力側に接続された演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力側と出力間に接続された積分容量と、該積分容量と並列接続された短絡手段とを有し、該短絡手段が所望の周期で前記積分容量を短絡することにより、前記線状読出電極から出力された電荷を電圧に変換する電荷−電圧変換手段とを備えた放射線固体検出器において、
前記多数の線状補助電極が、前記多数の線状読出電極に対して個別に対をなして配置されるものであり、
前記演算増幅器の非反転入力側の電位と、該演算増幅器に接続された前記線状読出電極と対をなす前記線状補助電極の電位との間の電位差を低減する電位差低減回路を備えたことを特徴とする放射線固体検出器。A power storage unit for recording image information as an electrostatic latent image;
A number of linear readout electrodes that output a charge corresponding to the electrostatic latent image;
A plurality of linear auxiliary electrodes arranged substantially parallel to the plurality of linear readout electrodes;
An operational amplifier in which the linear readout electrode is connected to the inverting input side; an integration capacitor connected between the inverting input side and the output of the operational amplifier; and a short-circuit means connected in parallel to the integration capacitor; A radiation solid-state detector comprising charge-voltage conversion means for converting charge output from the linear readout electrode into voltage by short-circuiting the integration capacitor at a desired cycle.
The plurality of linear auxiliary electrodes are individually arranged in pairs with respect to the plurality of linear readout electrodes;
A potential difference reducing circuit for reducing a potential difference between the potential on the non-inverting input side of the operational amplifier and the potential of the linear auxiliary electrode paired with the linear readout electrode connected to the operational amplifier; A radiation solid state detector.
読取光の照射を受けることにより、前記多数の線状読出電極から前記静電潜像に応じた電荷を出力するものであることを特徴とする請求項1または2記載の放射線固体検出器。The radiation solid state detector is
3. The radiation solid state detector according to claim 1, wherein a charge corresponding to the electrostatic latent image is output from the plurality of linear readout electrodes when irradiated with reading light.
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