JP2004170216A - 放射線検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】最適な自動露光制御（ＡＥＣ）を行うことができる放射線撮像装置を実現できるようにする。
【解決手段】入射した放射線を電気信号に変換する変換素子１０１が基板上に複数配設された放射線変換部１１１に、変換素子１０１が前記電気信号を転送するスイッチ素子１０２を介して信号線（Ｓ１〜Ｓ４）に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素１０３と、変換素子１０１が直接、信号線（Ｓ２，Ｓ３）に接続され、放射線の照射量を調整するための信号を出力する第２の画素１０４とを備えるようにして、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】入射した放射線を電気信号に変換する変換素子１０１が基板上に複数配設された放射線変換部１１１に、変換素子１０１が前記電気信号を転送するスイッチ素子１０２を介して信号線（Ｓ１〜Ｓ４）に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素１０３と、変換素子１０１が直接、信号線（Ｓ２，Ｓ３）に接続され、放射線の照射量を調整するための信号を出力する第２の画素１０４とを備えるようにして、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に関し、特に、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線を用いた医療画像診断では、静止画像を得る一般撮影が多用されている。通常、この一般撮影は、蛍光板とフィルムを組み合わせたスクリーンフィルム系（以下、Ｓ／Ｆと略記）を用い、フィルムを露光、現像した後、定着させる方法、或いは、放射線画像を輝尽性蛍光体に潜像として記録した後、輝尽性蛍光体にレーザーを走査し、出力された光出力情報をセンサーで読み取る（コンピューティッドラジオグラフィ、以下、ＣＲと略記）方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、これら両方法は、放射線画像を得るためのワークフローが煩雑であるといった欠点があり、且つ、デジタル化は、間接的には可能であるが即時性に欠け、他の医療画像診断で用いられるＣＴ、ＭＲＩなどのデジタル化された環境を考慮すると、整合性があるとは言い難い状況である。言い換えれば、一般撮影のデジタル化は、医療画像診断において、最後の要求とも言える。
【０００４】
この様な環境において、近年、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置としては、放射線を可視光に変換し、変換した可視光を非晶質シリコン薄膜からなる光電変換素子により検出する、所謂、間接型の放射線検出装置が製品化されている。この種の放射線検出装置が製品化された理由としては、主に、光導電性を持った非晶質シリコンを核とした液晶技術の進歩により、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）及び光センサの大面積化が可能になった背景や、従来から使用されているＧＯＳ蛍光体又はＣｓＩ蛍光体などを組み合わせたフラットパネル検出器（以下、ＦＰＤと略記）が提案され、大画面で、且つ、信頼性の高い放射線検出装置を安定的に作製することができるようになったことによる所が大きい。
【０００５】
このＦＰＤの最大の特徴は、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できることであり、また、その放射線画像はデジタル情報として直接取り出すことが可能であるため、データの保管、或いは、加工、転送などの取り扱いが便利であるといったこともある。更に、感度などの諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のＳ／Ｆ系撮影法やＣＲ撮影法と比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。
【０００６】
従来、この種の代表的な放射線検出装置としては、本発明者らが提案しているＭＩＳ型光電変換素子（以下、ＭＩＳ型ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒと略記）とスイッチＴＦＴとから構成されたＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサアレーと、前述の蛍光体とを組み合わせた放射線検出装置がある。本例での光センサアレーの特徴は、前述したスイッチＴＦＴとＭＩＳ型ＰＤとが同一層の構成で同一プロセスにより製造することが可能であることであり、その結果、安定的に、且つ、低価格で製造できるといった利点がある。本構成は、本発明者等により、下記特許文献１により開示されている。
【０００７】
一方、ＰＩＮ型光電変換素子（以下、ＰＩＮ型ＰＤと略記）とスイッチＴＦＴとを組み合わせたＰＩＮ−ＴＦＴ構造、或いは、スイッチ素子にＰＩＮ型ダイオードを用いたＰＩＮ−ＰＩＮ構造の光センサアレーなど、多岐に渡る提案がされている。ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤとしては、高開口率を実現するため、且つ、縦方向、或いは横方向のリーク電流を低減できる構造として、Ｘｅｒｏｘ社により、下記特許文献２にて開示されている。
【０００８】
前述したように、基本的には、放射線を蛍光体で可視光に変換し、変換した可視光を光電変換素子により蓄積電荷として蓄積し、蓄積した電荷をスイッチ素子により順次読み出すといった共通の駆動方法を一般的に用いている。
【０００９】
前述した間接型の放射線検出装置に対して、放射線を直接、電荷に変換する直接型の放射線検出装置がある。例えば、下記非特許文献１に記載されているａ−Ｓｅ膜を用いた直接型の放射線検出装置がある。これは、放射線を直接、電気信号に変換するａ−Ｓｅ半導体薄膜をＴＦＴ基板に直接形成、接続した直接型の放射線検出装置である。この直接型の放射線検出装置は、間接型に比べて光学的損失がなく、また、発生した電荷を電界により引き出すために十分厚膜化することができ、その結果、一層高感度な検出装置が実現できると考えられている。
【００１０】
一般的な放射線検出装置に利用される光センサアレーの模式的な等価回路を図１６に示す。同図では、説明を単純化するために、３×３の合計９個の画素を有する光センサアレーを例として示している。
同図より明らかな様に、一般的には、画素１００は、１つの光電変換素子Ｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）、１つのスイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３））とを備えて構成されている。本図における光電変換素子Ｓｉｊでは、前述のＭＩＳ型ＰＤでも、或いはＰＩＮ型ＰＤでも同一である。また、Ｖｓｎ（ｎ＝１〜３）は光電変換素子のバイアス配線であり、バイアス電源Ｂに接続されている。また、Ｖｇｎ（ｎ＝１〜３）はＴＦＴゲート配線、Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３）は信号線である。
【００１１】
それぞれの光電変換素子Ｓｉｊで変換した信号電荷は、光電変換素子Ｓｉｊ自身に蓄積される。そして、駆動用回路Ｄからの駆動信号によって、スイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ）が順次オンされ、光電変換素子Ｓｉｊ自身に蓄積されている蓄積電荷に対応する電流がスイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ）を介して信号線Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３）に流れる。このようにして読み出された信号は、信号処理回路Ａに入力されて、そこで増幅、Ａ／Ｄ変換されて出力される。
【００１２】
ここで、本従来例では、間接型の放射線検出装置として説明を行ったが、光電変換素子を直接変換素子、或いは、それに接続された容量部などの機能素子に見立てれば、前述した直接型の放射線検出装置と同一の等価回路となり、前述の説明が可能である。
【００１３】
次に、放射線検出装置における重要な装置要素としての自動露出制御（以下、ＡＥＣと略記）について述べる。この機構は、例えば、放射されたＸ線を検出し、適正なＸ線照射量に達した場合、Ｘ線照射を停止させるシステムである。このＡＥＣの結果、任意部位の撮影において、常に同一の撮影環境で、適切な濃度の画像を取得することができる。
【００１４】
従来からＡＥＣに用いられる検出方法には、電離箱を使用し、電離電流を検出する方法（イオンタイマー）と、蛍光体を用いてＸ線により発生する蛍光を光電管などの光電変換素子を用いて、その出力電流を検出する方法（フォトタイマー）とがある。前者のイオンタイマーは、電離箱の出力が微小で増幅器が必要であるため、現在は、後者のフォトタイマーによるＡＥＣが主流となっている。
【００１５】
実際のフォトタイマーは、例えば、カセッテ（Ｓ／Ｆ系で用いられるフィルムと蛍光板を組み合わせた撮影媒体）を用いた撮影では、Ｘ線照射側のカセッテ前面に設置される場合と、カセッテ後面に設置される場合とがある。もちろん、ＦＰＤを用いた放射線検出装置においても同様である。従来は、ＦＰＤ前面に、Ｘ線の減衰が５％程度である薄型のＡＥＣ用センサーを複数個配置して、これらの出力によりＸ線の曝射を停止して、画像化に適切なＸ線照射量を得ている。
【００１６】
この様に、ＦＰＤを用いた放射線検出装置においても、常に、適正な放射線画像を得るためには、入力される放射線量を調整することが必要であり、前述したＡＥＣ用センサーをＦＰＤとは別に設置する方法が様々考えられている。
また、下記特許文献３には、画素をＦｉｒｓｔ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓとＳｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓにわけて、Ｓｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓに、ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ２６，ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ２７が接続され、ｓｉｇｎａｌの積分値とｔｈｒｅｓｈｏｌｄ値とを比較し、Ｘ線を遮断する構成が開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開平０８−１１６０４４
【特許文献２】
特開２００１−２５０９３５
【特許文献３】
ＵＳＰ５４４８６１６
【非特許文献１】
ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２７０８ Ｐ５１１〜Ｐ５２２
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したＦＰＤを用いた放射線検出装置により、放射線画像のデジタル化が可能となって多くの利点を得るに至っているが、未だ放射線検出装置としての完成度は十分とは言えない。特に、個々の被写体の撮影において、常に最適な撮影を可能とする放射線検出装置を実現するには至っていない。つまり、適正な画像濃度を得るためにＡＥＣ機構が十分機能しているとは言い難い現状である。
【００１９】
例えば、ＦＰＤの前面にＡＥＣ用センサーを設置して、入射光量、或いは放射線量を計測し、入射する入射光量、或いは放射線を制御する場合には、まず、ＡＥＣ用センサーの配置が問題となる。
【００２０】
つまり、一般にＡＥＣを行う場合、必要な情報は被写体の中央部分、即ち、ＦＰＤの中央部分にＡＥＣを行うためのＡＥＣ用センサーを設置することが望ましい。しかし、この時、撮像に支障がまったく無いようにＡＥＣ用センサーを配置することは原理的に困難であり、現状では、高品位画像になるに従ってその影響がでてくる。
【００２１】
また、撮像に支障が無いようにＡＥＣ用センサーの配置位置をＦＰＤの端部にした場合は、必要な撮影部分の情報が得ることができず、ＡＥＣ用の情報の精度が低く、ＡＥＣ情報としては不充分となってしまう。
【００２２】
また、アクリル板などを導光板として用いて、板端部に設置して検出する場合、特に、光減衰などから高感度のＡＥＣ用センサーが必要となる。そこで、一般には、光電子増倍管が用いられるが、被写体の吸収の大小、管電圧の大小によって、ＦＰＤの感度と光電子増倍管の感度に差異が現れる場合が多く、完全に整合性を得るのは困難となる。
【００２３】
一方、ＦＰＤの背面にＡＥＣ用センサーを設置した場合は、ＦＰＤの背面での光吸収、反射などの減衰により、高感度な光電子増倍管が前述と同様に必要となり、同様な問題を引き起こす。更に、コストアップ、放射線検出装置の大型化、重量アップなどの問題も発生する。
【００２４】
また、上記特許文献３においては、画素の詳細な説明がなく、Ｆｉｒｓｔ ｇｒｏｕｐ ｏｆｐｉｘｅｌｓおよびＳｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓ適した画素構成などは検討の余地が残されていると考えられる。
【００２５】
本発明は前述の問題点にかんがみてなされたもので、ＡＥＣ用センサーを最適箇所に配設できるようにして、最適濃度の画像の取得を可能とする放射線検出装置を実現することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線検出装置は、入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、前記放射線変換部は、前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素と、前記変換素子が直接、信号線に接続され、前記放射線の照射を検出する第２の画素とを備えていること特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の放射線検出装置の実施形態について説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、変換素子としてＭＩＳ型ＰＤ、或いは、ＰＩＮ型ＰＤなどを適用した間接型のＸ線検出装置の例を説明する。
図１は、第１の実施形態におけるＸ線検出装置の模式的等価回路図である。
図１に示すように、このＸ線検出装置は、入射したＸ線を電気信号に変換する光電変換素子１０１が２次元状に配設されたＸ線変換部１１１を有しており、このＸ線変換部１１１には、光電変換素子１０１と光電変換素子１０１の電気信号を転送するスイッチＴＦＴ１０２からなる第１の画素１０３と、光電変換素子１０１のみからなる第２の画素１０４とが配設されている。図１には、簡略化のため、４画素×４画素の合計１６画素で構成された場合のＸ線変換部１１１を示している。
【００２９】
第１の画素１０３の光電変換素子１０１には、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加され、スイッチＴＦＴ１０２は、それぞれＴＦＴ駆動用配線Ｇ１〜Ｇ４を介してその駆動を制御するシフトレジスタ１０５と接続されている。また、スイッチＴＦＴ１０２の出力信号は、信号線Ｓ１〜Ｓ４を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に転送され、順次に信号処理される。
【００３０】
ここで、図２に、第１の画素１０３の１画素の模式的平面図を示す。
図に示す１０１は光電変換素子、１０２はスイッチＴＦＴ、ＧはスイッチＴＦＴ駆動配線、Ｓは信号線、Ｖｓはバイアス線である。
【００３１】
また、図３に、図２のＡ−Ａ間において、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す１は絶縁基板、２はＭＩＳ型ＰＤの下電極、３はスイッチＴＦＴのゲート電極、４は絶縁層、５は真性ａ−Ｓｉ半導体層、６はｎ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層、７はバイアス線、８は信号線、９は保護層、１０は接着層、１１は蛍光体である。
【００３２】
また、図６に、図２のＡ−Ａ間において、光電変換素子１０１がＰＩＮ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す１２はｐ型μｃ−Ｓｉ層、１３は真性ａ−Ｓｉ半導体層、１４はｎ型μｃ−Ｓｉ層、１５は透明電極層である。
【００３３】
一方、第２の画素１０４の光電変換素子１０１は、第１の画素１０３と同様に、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加されているが、光電変換素子１０１は直接、信号線Ｓ２〜Ｓ３を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に接続されている。
【００３４】
ここで、図４に、第２の画素１０４の１画素の模式的平面図を示す。
また、図５に、図４のＢ−Ｂ間において、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
第２の画素１０４の光電変換素子１０１は、直接信号線Ｓに接続されている。図５に示す２はコンタクトホールを介して８と接続された構成となっている。
【００３５】
また、図７に、図４のＢ−Ｂ間において、光電変換素子１０１がＰＩＮ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す符号は、図６で示した第１の画素１０３と同様である。
【００３６】
図２〜図７で示した第１の画素１０３と第２の画素１０４の模式的平面図及び断面図から、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤ、或いはＰＩＮ型ＰＤどちらにおいても、第１の画素１０３は、光電変換素子１０１がスイッチＴＦＴ１０２を介して信号線Ｇと接続されており、第２の画素１０４は、光電変換素子１０１が信号線Ｇに直接接続されている。
【００３７】
次に、図１を用いて、本実施形態における放射線検出装置の基本原理について概略を説明する。本実施例では、放射線検出装置が間接型のＸ線検出装置であるため、Ｘ線をＧＯＳ、或いはＣｓＩなどの蛍光体により可視光に変換して、ＦＰＤ内の第１の画素１０３及び第２の画素１０４に入射する。この入射光量に応じて、光電変換素子１０１内に電荷が蓄積される。
【００３８】
このとき、第２の画素１０４に接続された信号線Ｓ２及びＳ３の電位は、入射光量に応じて変動する。そこで、本実施形態では、対象となる信号線から出力を読み取り、各信号線の出力を演算して、その算出された演算値と予め設定した設定値とを比較して、その比較結果に基づいてＸ線曝射を停止するようにする。そして、各信号線からの読出しが終了した後には、増幅器側からリセット動作が行われる。
【００３９】
その後、第１の画素１０３に、入射光量に応じて蓄積された電荷をシフトレジスタ１０５によりスイッチＴＦＴ駆動配線Ｇ１〜Ｇ４を順次駆動させ、各信号線Ｓ１〜Ｓ４から読出し、増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６により処理され、画像情報として転送される。
【００４０】
図８に、画素ピッチが１６０μｍで２５６０画素×２５６０画素の大面積ＦＰＤの模式的平面図を示す。
図に示す３０１は大面積ＦＰＤの全画素領域である。また、３０２は、第１の画素１０３と第２の画素１０４とが混在しているＡＥＣ用領域である。図８に示すＦＰＤは、ＡＭＰ（増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６）側に２５６ビット処理ＩＣを１０個用いた構成としており、また、Ｄｒ（シフトレジスタ１０５）側も２５６ビット処理ＩＣを１０個用いた構成としている。
【００４１】
この例では、ＡＥＣ用領域３０２は、ＡＭＰ＿ＩＣ、或いはＤｒ＿ＩＣの基本単位として、２５６画素×２５６画素の領域となっている。このように、Ｘ線変換部１１１の領域を区分して構成するのは、後述する読み取り動作において都合が良いためである。
【００４２】
図９に、ＡＥＣ用領域３０２の拡大図を示す。
図に示す白抜きの領域は第１の画素１０３であり、黒ぬりの領域は第２の画素１０４である。第２の画素１０４はＡＥＣ用に使用されるため、画像情報を生成するときには、その第２の画素１０４を左右、上下から補正する必要がある。そこで、本実施形態におけるＸ線検出装置は、第２の画素１０４の周囲に第１の画素１０３を配設するように構成している。
【００４３】
本実施形態では、信号線の寄生容量の大きな変動を防ぐために、１本の信号線には、１つの第２の画素１０４を接続するように配置しているが、１本の信号線に複数の第２の画素１０４を接続することも可能である。
また、ＡＥＣ情報を大きな領域で得るためには、基本的には、画像情報、或いは撮像方法に影響なく、本実施形態のように２５６画素×２５６画素の範囲に一様に配列することが望ましい。
【００４４】
次に、ＦＰＤの動作について説明する。
まず、Ｘ線照射が開始されると、第１の画素１０３に画像情報が蓄積される。その間に、第２の画素１０４からのＡＥＣ用の出力信号を複数回読み出す。
図１０に、このＦＰＤ動作におけるタイミングチャートを示す。
第２の画素１０４、全ての出力読込みは、一定の時間間隔で行われる。この第２の画素１０４からの出力読込みを行うときには、ＡＥＣ用領域がＡＭＰ＿ＩＣ単位で形成されているため、該当するＡＭＰ＿ＩＣにおける出力を読み取れば良いことになる。
【００４５】
本実施形態では、ＡＭＰ＿ＩＣ内に配設された切り替えスイッチを切り替えることにより、第２の画素１０４からのＡＥＣ用出力信号の読み込みと第１の画素１０３からの画像出力信号の読み込みとを動作させることが可能である。このＡＥＣ用出力信号は演算回路で演算処理され、一方、画像出力信号は、通常の増幅、Ａ／Ｄ変換処理がなされる。また、図１０のタイミングチャートを参照すると明らかなように、ＡＥＣ用の第２の画素１０４が接続された信号線には、画素から読み出された信号を加算する回路が接続されている。
【００４６】
この読み取り処理は、該当するＡＭＰ＿ＩＣ単位のすべての信号線から行われ、読み出し後に読み出した信号線がリセットされる。ＡＥＣ用領域３０２から読み出された出力は加算されて、必要に応じて平均化された情報を読み込み回数に従って積算し、その積算値と予め設定された閾値とを比較して、比較結果に基づいてＸ線照射を停止する信号をＸ線発生装置などに出力する。
【００４７】
また、その他の方法として、第２の画素１０４の読み込み回数を１回とし、予め設定された設計値に対して、その出力値からＸ線曝射時間を推定し算出して、その算出結果に基づいてＸ線照射を停止する信号をＸ線発生装置などに出力することも可能である。図１１に、Ｘ線照射開始からＸ線照射を停止するまでのフローチャートを示す。ここで、通常のＸ線照射時間内に読み込みが必要であることと、その後の画像読み込み前には信号線のリセットが必要である。
【００４８】
本実施形態によれば、ＡＥＣ用の第２の画素１０４を画像読み取り用の第１の画素１０３と同一基板内に造り込み、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるため、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の小型化、さらに回路構成の簡易化を図ることができる。
【００４９】
また、ＡＥＣ用センサーである第１の画素１０３と画像情報に使用するセンサーである第２の画素１０４とを同一形態で形成することができるため、ＡＥＣ用センサーの感度と読み取りセンサーの感度とを略同一にすることができる。これにより、ＡＥＣが容易となり、画質を安定させることができる。その結果、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらず、最適濃度の画像を取得することができる。
【００５０】
また、第２の画素１０４の周囲に前記第１の画素１０３を配設するようにしたので、画像を生成するときに、その第２の画素の位置における画像情報を左右、上下から補正することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、変換素子としてａ−Ｓｅを用いた直接型のＸ線検出装置の例を説明する。
図１２は、第２の実施形態におけるＸ線検出装置の模式的等価回路図である。
図１に示すように、このＸ線検出装置は、入射したＸ線を電気信号に直接変換するａ−Ｓｅならなる直接変換素子２０１が２次元状に配設されたＸ線変換部１２１を有しており、このＸ線変換部１２１には、直接変換素子２０１と直接変換素子２０１で変換された電気信号を蓄積する蓄積容量素子２０２と蓄積容量素子２０２に蓄積された電気信号を転送するスイッチＴＦＴ１０２からなる第１の画素２０３と、直接変換素子２０１と蓄積容量素子２０２のみからなる第２の画素２０４とが配設されている。図１２には、簡略化のため、４画素×４画素の合計１６画素で構成された場合のＸ線変換部１２１を示している。
【００５２】
第１の画素２０３の直接変換素子２０１は、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加され、スイッチＴＦＴ１０２は、それぞれＴＦＴ駆動用配線Ｇ１〜Ｇ４を介してその駆動を制御するシフトレジスタ１０５と接続されている。また、スイッチＴＦＴ１０２の出力信号は、信号線Ｓ１〜Ｓ４を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に転送され、順次に信号処理される。
【００５３】
本実施形態では、前述したように直接型のＸ線検出装置であるため、入射したＸ線はａ−Ｓｅなどの直接変換素子２０１により電荷に変換され、それぞれの蓄積容量２０２に蓄積される。
【００５４】
このとき、第２の画素２０４に接続された信号線Ｓ２及びＳ３の電位は、入射光量に応じて変動する。そこで、本実施形態では、対象となる信号線から出力を読み取り、各信号線の出力を演算して、その算出された演算値が予め設定した閾値を越えた時点で、Ｘ線曝射を停止するようにする。そして、各信号線からの読出しが終了した後には、増幅器側からリセット動作が行われる。
【００５５】
その後、第１の画素２０３に、入射光量に応じて蓄積された電荷をシフトレジスタ１０５によりスイッチＴＦＴ駆動配線Ｇ１〜Ｇ４を順次駆動させ、各信号線Ｓ１〜Ｓ４から読出し、増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６により処理され、画像情報として転送される。
【００５６】
本実施形態によれば、ＡＥＣ用の第２の画素２０４を画像読み取り用の第１の画素２０３と同一基板内に造り込み、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるため、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の小型化、さらに回路構成の簡易化を図ることができる。
【００５７】
また、ＡＥＣ用センサーである第１の画素２０３と画像情報に使用するセンサーである第２の画素２０４とを同一形態で形成することができるため、ＡＥＣ用センサーの感度と読み取りセンサーの感度とを略同一にすることができる。これにより、ＡＥＣが容易となり、画質を安定させることができる。その結果、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらず、最適濃度の画像を取得することができる。
【００５８】
また、第２の画素２０４の周囲に前記第１の画素２０３を配設するようにしたので、画像を生成するときに、その第２の画素の位置における画像情報を左右、上下から補正することができる。
【００５９】
（第３の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、第２の画素をフォトタイマーとして使用する前述の第１の実施形態及び第２の実施形態の２例とは異なり、Ｘ線モニターとして使用する場合のＸ線検出装置の例を説明する。また、本実施形態では、変換素子としてＭＩＳ型ＰＤ、或いは、ＰＩＮ型ＰＤなどを適用した間接型のＸ線検出装置について説明する。
【００６０】
通常、Ｘ線モニターは、Ｘ線の照射が終了したこと検出するものであり、フォトタイマーと同様に別体で設置されており、機能的には、その信号によりＦＰＤの画像読出し動作を開始するものである。
【００６１】
図１３に、画素ピッチ１６０μｍで２５６０画素×２５６０画素の大面積ＦＰＤの模式的平面図を示す。
図に示す４０１は大面積ＦＰＤの全画素領域である。また、４０２は、第１の画素２０３と第２の画素２０４とが混在しているＡＥＣ用領域である。図１４に、このＡＥＣ用領域４０２の拡大図を示す。図１４に示す白抜きの領域は第１の画素２０３であり、黒ぬりの領域は第２の画素２０４である。第２の画素２０４は、撮像上の影響度合いが少ないＦＰＤ全体の領域の端部に配置され、図１４では、この端部から６画素の領域内に繰り返し配列されている場合を示している。
【００６２】
次に、ＦＰＤの動作について説明する。
まず、Ｘ線照射が開始されると、第１の画素２０３に画像情報が蓄積される。その間に、第２の画素２０４からのＡＥＣ用の情報を読み出す。
図１５に、このＦＰＤ動作におけるタイミングチャートを示す。
第２の画素２０４からの出力の読込みは、一定の時間間隔で行われる。この第２の画素２０４からの出力読込みを行うときには、ＡＥＣ用領域がＡＭＰ＿ＩＣ単位で形成されているため、該当するＡＭＰ＿ＩＣにおける出力を読み取れば良いことになる。
【００６３】
この読み取り処理は、該当するＡＭＰ＿ＩＣ単位のすべての信号線から行われ、読み出し後に読み出した信号線がリセットされる。ＡＥＣ用領域３０２から読み出された出力は加算されて、必要に応じて平均化された情報を読み込み回数に従って積算する。本実施形態では、この積算値が一定割合で増加しなくなった場合、Ｘ線照射が停止されたと判断する。
【００６４】
また、本実施形態のＡＥＣ領域４０２は、ＦＰＤ全体の領域の端部に配置されているために、殆どの場合に被写体が配置されない場所となるため、前述したＡＭＰ＿ＩＣ単位を十分な時間で走査することが可能となる。即ち、２５６本の信号線を読み込んでいる間に、必ず放射線が停止するように走査することができる。つまり、仮に、Ｘ線照射が停止した場合、読み込み走査途中で各信号線からの出力信号が一定となって、それをＸ線照射が停止されたと判断することも可能である。以上、述べたように、ＡＥＣ領域、或いはＡＥＣ情報の判定方法及び駆動方法により、Ｘ線モニターとして機能させることも可能である。
【００６５】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００６６】
［実施様態１］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、
前記放射線変換部は、
前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素と、
前記変換素子が直接、信号線に接続され、前記放射線の照射を検出する第２の画素とを備えていること特徴とする放射線検出装置。
【００６７】
［実施様態２］ 前記第２の画素の周囲に前記第１の画素が配設されていることを特徴とする実施様態１に記載の放射線検出装置。
【００６８】
［実施様態３］ 前記放射線変換部は、前記変換素子からの出力を一括して処理するための同一信号処理領域を複数有しており、前記第２の画素は、ある同一信号処理領域内に複数配設されていることを特徴とする実施様態１または２に記載の放射線検出装置。
【００６９】
［実施様態４］ 前記第２の画素は、前記放射線の総照射量を検出する処理回路部に接続されており、前記処理回路部には、少なくとも、前記第２の画素からの出力を演算する演算手段と、当該演算手段により算出された演算値と予め設定されている設定値と比較する比較手段と、当該比較手段の結果に基づいて前記放射線変換部に照射する前記放射線を停止する放射線遮断手段とを有することを特徴とする実施様態１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【００７０】
［実施様態５］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、
前記放射線変換部は、
前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続されている第１の画素と、
前記変換素子が直接、信号線に接続されている第２の画素とを備えていること特徴とする放射線検出装置。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線の照射量を調整するための信号を出力する第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができ、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の構成を簡易にすることができる。また、第１の画素と第２の画素とが略同一であることから、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらずに最適濃度の画像の取得が可能となり、さらに低価格化と機能性の向上を同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における放射線検出装置の模式的等価回路図である。
【図２】第１の実施形態における放射線検出装置の第１の画素の模式的平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ間の模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態における放射線検出装置の第２の画素の模式的平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態における放射線検出装置の第１の画素の模式的断面図である。
【図７】第１の実施形態における放射線検出装置の第２の画素の模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態における放射線検出装置の大面積ＦＰＤの模式的平面図である。
【図９】第１の実施形態における放射線検出装置のＡＥＣ用領域の拡大図である。
【図１０】第１の実施形態における放射線検出装置のＦＰＤ動作におけるタイミングチャートである。
【図１１】第１の実施形態における放射線検出装置の１回の読み込み処理のフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態における放射線検出装置の模式的等価回路図である。
【図１３】第３の実施形態における放射線検出装置の大面積ＦＰＤの模式的平面図である。
【図１４】第３の実施形態における放射線検出装置のＡＥＣ画素領域の拡大図である。
【図１５】第３の実施形態における放射線検出装置ＦＰＤ動作のタイミングチャートである。
【図１６】従来の放射線検出装置におけるＦＰＤの模式的等価回路図である。
【符号の説明】
Ｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３） 光電変換素子
Ｔｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３） スイッチＴＦＴ
Ｖｓｎ（ｎ＝１〜３） 光電変換素子のバイアス配線
Ｖｇｎ（ｎ＝１〜３） ＴＦＴゲート配線
Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３） 信号線
１ 絶縁基板
２ ＭＩＳ型ＰＤの下電極
３ スイッチＴＦＴのゲート電極
４ 絶縁層
５，１３ 真性ａ−Ｓｉ半導体層
６，１４ ｎ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層
７ バイアス線
８ 信号線
９ 保護層
１０ 接着層
１１ 蛍光体
１２ ｐ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層
１５ 透明電極層
１０１ 光電変換素子
１０２ スイッチＴＦＴ
１０３，２０３ 第１の画素
１０４，２０４ 第２の画素
１０５ シフトレジスタ
１０６ 増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器
１０７ バイアス手段
１１１，１２１ Ｘ線変換部
２０１ 直接変換素子
２０２ 蓄積容量素子
３０１，４０１ 大面積ＦＰＤの全画素領域
３０２，４０２ 第１の画素と第２の画素とが混在しているＡＥＣ用領域
Ｖｓ バイアス線
Ｇ，Ｇ１〜Ｇ４ ＴＦＴ駆動用配線
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ４ 信号線
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置に関し、特に、医療画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線を用いた医療画像診断では、静止画像を得る一般撮影が多用されている。通常、この一般撮影は、蛍光板とフィルムを組み合わせたスクリーンフィルム系（以下、Ｓ／Ｆと略記）を用い、フィルムを露光、現像した後、定着させる方法、或いは、放射線画像を輝尽性蛍光体に潜像として記録した後、輝尽性蛍光体にレーザーを走査し、出力された光出力情報をセンサーで読み取る（コンピューティッドラジオグラフィ、以下、ＣＲと略記）方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、これら両方法は、放射線画像を得るためのワークフローが煩雑であるといった欠点があり、且つ、デジタル化は、間接的には可能であるが即時性に欠け、他の医療画像診断で用いられるＣＴ、ＭＲＩなどのデジタル化された環境を考慮すると、整合性があるとは言い難い状況である。言い換えれば、一般撮影のデジタル化は、医療画像診断において、最後の要求とも言える。
【０００４】
この様な環境において、近年、Ｘ線、γ線などの放射線を検出する放射線検出装置としては、放射線を可視光に変換し、変換した可視光を非晶質シリコン薄膜からなる光電変換素子により検出する、所謂、間接型の放射線検出装置が製品化されている。この種の放射線検出装置が製品化された理由としては、主に、光導電性を持った非晶質シリコンを核とした液晶技術の進歩により、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）及び光センサの大面積化が可能になった背景や、従来から使用されているＧＯＳ蛍光体又はＣｓＩ蛍光体などを組み合わせたフラットパネル検出器（以下、ＦＰＤと略記）が提案され、大画面で、且つ、信頼性の高い放射線検出装置を安定的に作製することができるようになったことによる所が大きい。
【０００５】
このＦＰＤの最大の特徴は、放射線画像を瞬時に読み取り、瞬時にディスプレイ上に表示できることであり、また、その放射線画像はデジタル情報として直接取り出すことが可能であるため、データの保管、或いは、加工、転送などの取り扱いが便利であるといったこともある。更に、感度などの諸特性は、撮影条件に依存するが、従来のＳ／Ｆ系撮影法やＣＲ撮影法と比較して、同等又はそれ以上であることが確認されている。
【０００６】
従来、この種の代表的な放射線検出装置としては、本発明者らが提案しているＭＩＳ型光電変換素子（以下、ＭＩＳ型ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒと略記）とスイッチＴＦＴとから構成されたＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサアレーと、前述の蛍光体とを組み合わせた放射線検出装置がある。本例での光センサアレーの特徴は、前述したスイッチＴＦＴとＭＩＳ型ＰＤとが同一層の構成で同一プロセスにより製造することが可能であることであり、その結果、安定的に、且つ、低価格で製造できるといった利点がある。本構成は、本発明者等により、下記特許文献１により開示されている。
【０００７】
一方、ＰＩＮ型光電変換素子（以下、ＰＩＮ型ＰＤと略記）とスイッチＴＦＴとを組み合わせたＰＩＮ−ＴＦＴ構造、或いは、スイッチ素子にＰＩＮ型ダイオードを用いたＰＩＮ−ＰＩＮ構造の光センサアレーなど、多岐に渡る提案がされている。ＰＩＮ型ＰＤを用いたＦＰＤとしては、高開口率を実現するため、且つ、縦方向、或いは横方向のリーク電流を低減できる構造として、Ｘｅｒｏｘ社により、下記特許文献２にて開示されている。
【０００８】
前述したように、基本的には、放射線を蛍光体で可視光に変換し、変換した可視光を光電変換素子により蓄積電荷として蓄積し、蓄積した電荷をスイッチ素子により順次読み出すといった共通の駆動方法を一般的に用いている。
【０００９】
前述した間接型の放射線検出装置に対して、放射線を直接、電荷に変換する直接型の放射線検出装置がある。例えば、下記非特許文献１に記載されているａ−Ｓｅ膜を用いた直接型の放射線検出装置がある。これは、放射線を直接、電気信号に変換するａ−Ｓｅ半導体薄膜をＴＦＴ基板に直接形成、接続した直接型の放射線検出装置である。この直接型の放射線検出装置は、間接型に比べて光学的損失がなく、また、発生した電荷を電界により引き出すために十分厚膜化することができ、その結果、一層高感度な検出装置が実現できると考えられている。
【００１０】
一般的な放射線検出装置に利用される光センサアレーの模式的な等価回路を図１６に示す。同図では、説明を単純化するために、３×３の合計９個の画素を有する光センサアレーを例として示している。
同図より明らかな様に、一般的には、画素１００は、１つの光電変換素子Ｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）、１つのスイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３））とを備えて構成されている。本図における光電変換素子Ｓｉｊでは、前述のＭＩＳ型ＰＤでも、或いはＰＩＮ型ＰＤでも同一である。また、Ｖｓｎ（ｎ＝１〜３）は光電変換素子のバイアス配線であり、バイアス電源Ｂに接続されている。また、Ｖｇｎ（ｎ＝１〜３）はＴＦＴゲート配線、Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３）は信号線である。
【００１１】
それぞれの光電変換素子Ｓｉｊで変換した信号電荷は、光電変換素子Ｓｉｊ自身に蓄積される。そして、駆動用回路Ｄからの駆動信号によって、スイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ）が順次オンされ、光電変換素子Ｓｉｊ自身に蓄積されている蓄積電荷に対応する電流がスイッチＴＦＴ（Ｔｉｊ）を介して信号線Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３）に流れる。このようにして読み出された信号は、信号処理回路Ａに入力されて、そこで増幅、Ａ／Ｄ変換されて出力される。
【００１２】
ここで、本従来例では、間接型の放射線検出装置として説明を行ったが、光電変換素子を直接変換素子、或いは、それに接続された容量部などの機能素子に見立てれば、前述した直接型の放射線検出装置と同一の等価回路となり、前述の説明が可能である。
【００１３】
次に、放射線検出装置における重要な装置要素としての自動露出制御（以下、ＡＥＣと略記）について述べる。この機構は、例えば、放射されたＸ線を検出し、適正なＸ線照射量に達した場合、Ｘ線照射を停止させるシステムである。このＡＥＣの結果、任意部位の撮影において、常に同一の撮影環境で、適切な濃度の画像を取得することができる。
【００１４】
従来からＡＥＣに用いられる検出方法には、電離箱を使用し、電離電流を検出する方法（イオンタイマー）と、蛍光体を用いてＸ線により発生する蛍光を光電管などの光電変換素子を用いて、その出力電流を検出する方法（フォトタイマー）とがある。前者のイオンタイマーは、電離箱の出力が微小で増幅器が必要であるため、現在は、後者のフォトタイマーによるＡＥＣが主流となっている。
【００１５】
実際のフォトタイマーは、例えば、カセッテ（Ｓ／Ｆ系で用いられるフィルムと蛍光板を組み合わせた撮影媒体）を用いた撮影では、Ｘ線照射側のカセッテ前面に設置される場合と、カセッテ後面に設置される場合とがある。もちろん、ＦＰＤを用いた放射線検出装置においても同様である。従来は、ＦＰＤ前面に、Ｘ線の減衰が５％程度である薄型のＡＥＣ用センサーを複数個配置して、これらの出力によりＸ線の曝射を停止して、画像化に適切なＸ線照射量を得ている。
【００１６】
この様に、ＦＰＤを用いた放射線検出装置においても、常に、適正な放射線画像を得るためには、入力される放射線量を調整することが必要であり、前述したＡＥＣ用センサーをＦＰＤとは別に設置する方法が様々考えられている。
また、下記特許文献３には、画素をＦｉｒｓｔ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓとＳｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓにわけて、Ｓｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓに、ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ２６，ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ２７が接続され、ｓｉｇｎａｌの積分値とｔｈｒｅｓｈｏｌｄ値とを比較し、Ｘ線を遮断する構成が開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開平０８−１１６０４４
【特許文献２】
特開２００１−２５０９３５
【特許文献３】
ＵＳＰ５４４８６１６
【非特許文献１】
ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２７０８ Ｐ５１１〜Ｐ５２２
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したＦＰＤを用いた放射線検出装置により、放射線画像のデジタル化が可能となって多くの利点を得るに至っているが、未だ放射線検出装置としての完成度は十分とは言えない。特に、個々の被写体の撮影において、常に最適な撮影を可能とする放射線検出装置を実現するには至っていない。つまり、適正な画像濃度を得るためにＡＥＣ機構が十分機能しているとは言い難い現状である。
【００１９】
例えば、ＦＰＤの前面にＡＥＣ用センサーを設置して、入射光量、或いは放射線量を計測し、入射する入射光量、或いは放射線を制御する場合には、まず、ＡＥＣ用センサーの配置が問題となる。
【００２０】
つまり、一般にＡＥＣを行う場合、必要な情報は被写体の中央部分、即ち、ＦＰＤの中央部分にＡＥＣを行うためのＡＥＣ用センサーを設置することが望ましい。しかし、この時、撮像に支障がまったく無いようにＡＥＣ用センサーを配置することは原理的に困難であり、現状では、高品位画像になるに従ってその影響がでてくる。
【００２１】
また、撮像に支障が無いようにＡＥＣ用センサーの配置位置をＦＰＤの端部にした場合は、必要な撮影部分の情報が得ることができず、ＡＥＣ用の情報の精度が低く、ＡＥＣ情報としては不充分となってしまう。
【００２２】
また、アクリル板などを導光板として用いて、板端部に設置して検出する場合、特に、光減衰などから高感度のＡＥＣ用センサーが必要となる。そこで、一般には、光電子増倍管が用いられるが、被写体の吸収の大小、管電圧の大小によって、ＦＰＤの感度と光電子増倍管の感度に差異が現れる場合が多く、完全に整合性を得るのは困難となる。
【００２３】
一方、ＦＰＤの背面にＡＥＣ用センサーを設置した場合は、ＦＰＤの背面での光吸収、反射などの減衰により、高感度な光電子増倍管が前述と同様に必要となり、同様な問題を引き起こす。更に、コストアップ、放射線検出装置の大型化、重量アップなどの問題も発生する。
【００２４】
また、上記特許文献３においては、画素の詳細な説明がなく、Ｆｉｒｓｔ ｇｒｏｕｐ ｏｆｐｉｘｅｌｓおよびＳｅｃｏｎｄ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｐｉｘｅｌｓ適した画素構成などは検討の余地が残されていると考えられる。
【００２５】
本発明は前述の問題点にかんがみてなされたもので、ＡＥＣ用センサーを最適箇所に配設できるようにして、最適濃度の画像の取得を可能とする放射線検出装置を実現することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線検出装置は、入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、前記放射線変換部は、前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素と、前記変換素子が直接、信号線に接続され、前記放射線の照射を検出する第２の画素とを備えていること特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の放射線検出装置の実施形態について説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、変換素子としてＭＩＳ型ＰＤ、或いは、ＰＩＮ型ＰＤなどを適用した間接型のＸ線検出装置の例を説明する。
図１は、第１の実施形態におけるＸ線検出装置の模式的等価回路図である。
図１に示すように、このＸ線検出装置は、入射したＸ線を電気信号に変換する光電変換素子１０１が２次元状に配設されたＸ線変換部１１１を有しており、このＸ線変換部１１１には、光電変換素子１０１と光電変換素子１０１の電気信号を転送するスイッチＴＦＴ１０２からなる第１の画素１０３と、光電変換素子１０１のみからなる第２の画素１０４とが配設されている。図１には、簡略化のため、４画素×４画素の合計１６画素で構成された場合のＸ線変換部１１１を示している。
【００２９】
第１の画素１０３の光電変換素子１０１には、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加され、スイッチＴＦＴ１０２は、それぞれＴＦＴ駆動用配線Ｇ１〜Ｇ４を介してその駆動を制御するシフトレジスタ１０５と接続されている。また、スイッチＴＦＴ１０２の出力信号は、信号線Ｓ１〜Ｓ４を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に転送され、順次に信号処理される。
【００３０】
ここで、図２に、第１の画素１０３の１画素の模式的平面図を示す。
図に示す１０１は光電変換素子、１０２はスイッチＴＦＴ、ＧはスイッチＴＦＴ駆動配線、Ｓは信号線、Ｖｓはバイアス線である。
【００３１】
また、図３に、図２のＡ−Ａ間において、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す１は絶縁基板、２はＭＩＳ型ＰＤの下電極、３はスイッチＴＦＴのゲート電極、４は絶縁層、５は真性ａ−Ｓｉ半導体層、６はｎ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層、７はバイアス線、８は信号線、９は保護層、１０は接着層、１１は蛍光体である。
【００３２】
また、図６に、図２のＡ−Ａ間において、光電変換素子１０１がＰＩＮ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す１２はｐ型μｃ−Ｓｉ層、１３は真性ａ−Ｓｉ半導体層、１４はｎ型μｃ−Ｓｉ層、１５は透明電極層である。
【００３３】
一方、第２の画素１０４の光電変換素子１０１は、第１の画素１０３と同様に、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加されているが、光電変換素子１０１は直接、信号線Ｓ２〜Ｓ３を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に接続されている。
【００３４】
ここで、図４に、第２の画素１０４の１画素の模式的平面図を示す。
また、図５に、図４のＢ−Ｂ間において、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
第２の画素１０４の光電変換素子１０１は、直接信号線Ｓに接続されている。図５に示す２はコンタクトホールを介して８と接続された構成となっている。
【００３５】
また、図７に、図４のＢ−Ｂ間において、光電変換素子１０１がＰＩＮ型ＰＤである場合の模式的断面図を示す。
図に示す符号は、図６で示した第１の画素１０３と同様である。
【００３６】
図２〜図７で示した第１の画素１０３と第２の画素１０４の模式的平面図及び断面図から、光電変換素子１０１がＭＩＳ型ＰＤ、或いはＰＩＮ型ＰＤどちらにおいても、第１の画素１０３は、光電変換素子１０１がスイッチＴＦＴ１０２を介して信号線Ｇと接続されており、第２の画素１０４は、光電変換素子１０１が信号線Ｇに直接接続されている。
【００３７】
次に、図１を用いて、本実施形態における放射線検出装置の基本原理について概略を説明する。本実施例では、放射線検出装置が間接型のＸ線検出装置であるため、Ｘ線をＧＯＳ、或いはＣｓＩなどの蛍光体により可視光に変換して、ＦＰＤ内の第１の画素１０３及び第２の画素１０４に入射する。この入射光量に応じて、光電変換素子１０１内に電荷が蓄積される。
【００３８】
このとき、第２の画素１０４に接続された信号線Ｓ２及びＳ３の電位は、入射光量に応じて変動する。そこで、本実施形態では、対象となる信号線から出力を読み取り、各信号線の出力を演算して、その算出された演算値と予め設定した設定値とを比較して、その比較結果に基づいてＸ線曝射を停止するようにする。そして、各信号線からの読出しが終了した後には、増幅器側からリセット動作が行われる。
【００３９】
その後、第１の画素１０３に、入射光量に応じて蓄積された電荷をシフトレジスタ１０５によりスイッチＴＦＴ駆動配線Ｇ１〜Ｇ４を順次駆動させ、各信号線Ｓ１〜Ｓ４から読出し、増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６により処理され、画像情報として転送される。
【００４０】
図８に、画素ピッチが１６０μｍで２５６０画素×２５６０画素の大面積ＦＰＤの模式的平面図を示す。
図に示す３０１は大面積ＦＰＤの全画素領域である。また、３０２は、第１の画素１０３と第２の画素１０４とが混在しているＡＥＣ用領域である。図８に示すＦＰＤは、ＡＭＰ（増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６）側に２５６ビット処理ＩＣを１０個用いた構成としており、また、Ｄｒ（シフトレジスタ１０５）側も２５６ビット処理ＩＣを１０個用いた構成としている。
【００４１】
この例では、ＡＥＣ用領域３０２は、ＡＭＰ＿ＩＣ、或いはＤｒ＿ＩＣの基本単位として、２５６画素×２５６画素の領域となっている。このように、Ｘ線変換部１１１の領域を区分して構成するのは、後述する読み取り動作において都合が良いためである。
【００４２】
図９に、ＡＥＣ用領域３０２の拡大図を示す。
図に示す白抜きの領域は第１の画素１０３であり、黒ぬりの領域は第２の画素１０４である。第２の画素１０４はＡＥＣ用に使用されるため、画像情報を生成するときには、その第２の画素１０４を左右、上下から補正する必要がある。そこで、本実施形態におけるＸ線検出装置は、第２の画素１０４の周囲に第１の画素１０３を配設するように構成している。
【００４３】
本実施形態では、信号線の寄生容量の大きな変動を防ぐために、１本の信号線には、１つの第２の画素１０４を接続するように配置しているが、１本の信号線に複数の第２の画素１０４を接続することも可能である。
また、ＡＥＣ情報を大きな領域で得るためには、基本的には、画像情報、或いは撮像方法に影響なく、本実施形態のように２５６画素×２５６画素の範囲に一様に配列することが望ましい。
【００４４】
次に、ＦＰＤの動作について説明する。
まず、Ｘ線照射が開始されると、第１の画素１０３に画像情報が蓄積される。その間に、第２の画素１０４からのＡＥＣ用の出力信号を複数回読み出す。
図１０に、このＦＰＤ動作におけるタイミングチャートを示す。
第２の画素１０４、全ての出力読込みは、一定の時間間隔で行われる。この第２の画素１０４からの出力読込みを行うときには、ＡＥＣ用領域がＡＭＰ＿ＩＣ単位で形成されているため、該当するＡＭＰ＿ＩＣにおける出力を読み取れば良いことになる。
【００４５】
本実施形態では、ＡＭＰ＿ＩＣ内に配設された切り替えスイッチを切り替えることにより、第２の画素１０４からのＡＥＣ用出力信号の読み込みと第１の画素１０３からの画像出力信号の読み込みとを動作させることが可能である。このＡＥＣ用出力信号は演算回路で演算処理され、一方、画像出力信号は、通常の増幅、Ａ／Ｄ変換処理がなされる。また、図１０のタイミングチャートを参照すると明らかなように、ＡＥＣ用の第２の画素１０４が接続された信号線には、画素から読み出された信号を加算する回路が接続されている。
【００４６】
この読み取り処理は、該当するＡＭＰ＿ＩＣ単位のすべての信号線から行われ、読み出し後に読み出した信号線がリセットされる。ＡＥＣ用領域３０２から読み出された出力は加算されて、必要に応じて平均化された情報を読み込み回数に従って積算し、その積算値と予め設定された閾値とを比較して、比較結果に基づいてＸ線照射を停止する信号をＸ線発生装置などに出力する。
【００４７】
また、その他の方法として、第２の画素１０４の読み込み回数を１回とし、予め設定された設計値に対して、その出力値からＸ線曝射時間を推定し算出して、その算出結果に基づいてＸ線照射を停止する信号をＸ線発生装置などに出力することも可能である。図１１に、Ｘ線照射開始からＸ線照射を停止するまでのフローチャートを示す。ここで、通常のＸ線照射時間内に読み込みが必要であることと、その後の画像読み込み前には信号線のリセットが必要である。
【００４８】
本実施形態によれば、ＡＥＣ用の第２の画素１０４を画像読み取り用の第１の画素１０３と同一基板内に造り込み、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるため、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の小型化、さらに回路構成の簡易化を図ることができる。
【００４９】
また、ＡＥＣ用センサーである第１の画素１０３と画像情報に使用するセンサーである第２の画素１０４とを同一形態で形成することができるため、ＡＥＣ用センサーの感度と読み取りセンサーの感度とを略同一にすることができる。これにより、ＡＥＣが容易となり、画質を安定させることができる。その結果、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらず、最適濃度の画像を取得することができる。
【００５０】
また、第２の画素１０４の周囲に前記第１の画素１０３を配設するようにしたので、画像を生成するときに、その第２の画素の位置における画像情報を左右、上下から補正することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、変換素子としてａ−Ｓｅを用いた直接型のＸ線検出装置の例を説明する。
図１２は、第２の実施形態におけるＸ線検出装置の模式的等価回路図である。
図１に示すように、このＸ線検出装置は、入射したＸ線を電気信号に直接変換するａ−Ｓｅならなる直接変換素子２０１が２次元状に配設されたＸ線変換部１２１を有しており、このＸ線変換部１２１には、直接変換素子２０１と直接変換素子２０１で変換された電気信号を蓄積する蓄積容量素子２０２と蓄積容量素子２０２に蓄積された電気信号を転送するスイッチＴＦＴ１０２からなる第１の画素２０３と、直接変換素子２０１と蓄積容量素子２０２のみからなる第２の画素２０４とが配設されている。図１２には、簡略化のため、４画素×４画素の合計１６画素で構成された場合のＸ線変換部１２１を示している。
【００５２】
第１の画素２０３の直接変換素子２０１は、バイアス線Ｖｓを介してバイアス手段１０７により一定電位が印加され、スイッチＴＦＴ１０２は、それぞれＴＦＴ駆動用配線Ｇ１〜Ｇ４を介してその駆動を制御するシフトレジスタ１０５と接続されている。また、スイッチＴＦＴ１０２の出力信号は、信号線Ｓ１〜Ｓ４を介して増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６に転送され、順次に信号処理される。
【００５３】
本実施形態では、前述したように直接型のＸ線検出装置であるため、入射したＸ線はａ−Ｓｅなどの直接変換素子２０１により電荷に変換され、それぞれの蓄積容量２０２に蓄積される。
【００５４】
このとき、第２の画素２０４に接続された信号線Ｓ２及びＳ３の電位は、入射光量に応じて変動する。そこで、本実施形態では、対象となる信号線から出力を読み取り、各信号線の出力を演算して、その算出された演算値が予め設定した閾値を越えた時点で、Ｘ線曝射を停止するようにする。そして、各信号線からの読出しが終了した後には、増幅器側からリセット動作が行われる。
【００５５】
その後、第１の画素２０３に、入射光量に応じて蓄積された電荷をシフトレジスタ１０５によりスイッチＴＦＴ駆動配線Ｇ１〜Ｇ４を順次駆動させ、各信号線Ｓ１〜Ｓ４から読出し、増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器１０６により処理され、画像情報として転送される。
【００５６】
本実施形態によれば、ＡＥＣ用の第２の画素２０４を画像読み取り用の第１の画素２０３と同一基板内に造り込み、第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができるため、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の小型化、さらに回路構成の簡易化を図ることができる。
【００５７】
また、ＡＥＣ用センサーである第１の画素２０３と画像情報に使用するセンサーである第２の画素２０４とを同一形態で形成することができるため、ＡＥＣ用センサーの感度と読み取りセンサーの感度とを略同一にすることができる。これにより、ＡＥＣが容易となり、画質を安定させることができる。その結果、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらず、最適濃度の画像を取得することができる。
【００５８】
また、第２の画素２０４の周囲に前記第１の画素２０３を配設するようにしたので、画像を生成するときに、その第２の画素の位置における画像情報を左右、上下から補正することができる。
【００５９】
（第３の実施形態）
本実施形態の放射線検出装置としては、第２の画素をフォトタイマーとして使用する前述の第１の実施形態及び第２の実施形態の２例とは異なり、Ｘ線モニターとして使用する場合のＸ線検出装置の例を説明する。また、本実施形態では、変換素子としてＭＩＳ型ＰＤ、或いは、ＰＩＮ型ＰＤなどを適用した間接型のＸ線検出装置について説明する。
【００６０】
通常、Ｘ線モニターは、Ｘ線の照射が終了したこと検出するものであり、フォトタイマーと同様に別体で設置されており、機能的には、その信号によりＦＰＤの画像読出し動作を開始するものである。
【００６１】
図１３に、画素ピッチ１６０μｍで２５６０画素×２５６０画素の大面積ＦＰＤの模式的平面図を示す。
図に示す４０１は大面積ＦＰＤの全画素領域である。また、４０２は、第１の画素２０３と第２の画素２０４とが混在しているＡＥＣ用領域である。図１４に、このＡＥＣ用領域４０２の拡大図を示す。図１４に示す白抜きの領域は第１の画素２０３であり、黒ぬりの領域は第２の画素２０４である。第２の画素２０４は、撮像上の影響度合いが少ないＦＰＤ全体の領域の端部に配置され、図１４では、この端部から６画素の領域内に繰り返し配列されている場合を示している。
【００６２】
次に、ＦＰＤの動作について説明する。
まず、Ｘ線照射が開始されると、第１の画素２０３に画像情報が蓄積される。その間に、第２の画素２０４からのＡＥＣ用の情報を読み出す。
図１５に、このＦＰＤ動作におけるタイミングチャートを示す。
第２の画素２０４からの出力の読込みは、一定の時間間隔で行われる。この第２の画素２０４からの出力読込みを行うときには、ＡＥＣ用領域がＡＭＰ＿ＩＣ単位で形成されているため、該当するＡＭＰ＿ＩＣにおける出力を読み取れば良いことになる。
【００６３】
この読み取り処理は、該当するＡＭＰ＿ＩＣ単位のすべての信号線から行われ、読み出し後に読み出した信号線がリセットされる。ＡＥＣ用領域３０２から読み出された出力は加算されて、必要に応じて平均化された情報を読み込み回数に従って積算する。本実施形態では、この積算値が一定割合で増加しなくなった場合、Ｘ線照射が停止されたと判断する。
【００６４】
また、本実施形態のＡＥＣ領域４０２は、ＦＰＤ全体の領域の端部に配置されているために、殆どの場合に被写体が配置されない場所となるため、前述したＡＭＰ＿ＩＣ単位を十分な時間で走査することが可能となる。即ち、２５６本の信号線を読み込んでいる間に、必ず放射線が停止するように走査することができる。つまり、仮に、Ｘ線照射が停止した場合、読み込み走査途中で各信号線からの出力信号が一定となって、それをＸ線照射が停止されたと判断することも可能である。以上、述べたように、ＡＥＣ領域、或いはＡＥＣ情報の判定方法及び駆動方法により、Ｘ線モニターとして機能させることも可能である。
【００６５】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００６６】
［実施様態１］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、
前記放射線変換部は、
前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素と、
前記変換素子が直接、信号線に接続され、前記放射線の照射を検出する第２の画素とを備えていること特徴とする放射線検出装置。
【００６７】
［実施様態２］ 前記第２の画素の周囲に前記第１の画素が配設されていることを特徴とする実施様態１に記載の放射線検出装置。
【００６８】
［実施様態３］ 前記放射線変換部は、前記変換素子からの出力を一括して処理するための同一信号処理領域を複数有しており、前記第２の画素は、ある同一信号処理領域内に複数配設されていることを特徴とする実施様態１または２に記載の放射線検出装置。
【００６９】
［実施様態４］ 前記第２の画素は、前記放射線の総照射量を検出する処理回路部に接続されており、前記処理回路部には、少なくとも、前記第２の画素からの出力を演算する演算手段と、当該演算手段により算出された演算値と予め設定されている設定値と比較する比較手段と、当該比較手段の結果に基づいて前記放射線変換部に照射する前記放射線を停止する放射線遮断手段とを有することを特徴とする実施様態１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【００７０】
［実施様態５］ 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、
前記放射線変換部は、
前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続されている第１の画素と、
前記変換素子が直接、信号線に接続されている第２の画素とを備えていること特徴とする放射線検出装置。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線の照射量を調整するための信号を出力する第２の画素（ＡＥＣ用センサー）を放射線変換部の最適箇所に配設することができ、最適濃度の画像を取得することができる。これにより、ＡＥＣ用センサーを別途設ける必要がなくなり、放射線検出装置の構成を簡易にすることができる。また、第１の画素と第２の画素とが略同一であることから、被写体の吸収の差異、或いは撮影条件の差異によらずに最適濃度の画像の取得が可能となり、さらに低価格化と機能性の向上を同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における放射線検出装置の模式的等価回路図である。
【図２】第１の実施形態における放射線検出装置の第１の画素の模式的平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ間の模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態における放射線検出装置の第２の画素の模式的平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態における放射線検出装置の第１の画素の模式的断面図である。
【図７】第１の実施形態における放射線検出装置の第２の画素の模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態における放射線検出装置の大面積ＦＰＤの模式的平面図である。
【図９】第１の実施形態における放射線検出装置のＡＥＣ用領域の拡大図である。
【図１０】第１の実施形態における放射線検出装置のＦＰＤ動作におけるタイミングチャートである。
【図１１】第１の実施形態における放射線検出装置の１回の読み込み処理のフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態における放射線検出装置の模式的等価回路図である。
【図１３】第３の実施形態における放射線検出装置の大面積ＦＰＤの模式的平面図である。
【図１４】第３の実施形態における放射線検出装置のＡＥＣ画素領域の拡大図である。
【図１５】第３の実施形態における放射線検出装置ＦＰＤ動作のタイミングチャートである。
【図１６】従来の放射線検出装置におけるＦＰＤの模式的等価回路図である。
【符号の説明】
Ｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３） 光電変換素子
Ｔｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３） スイッチＴＦＴ
Ｖｓｎ（ｎ＝１〜３） 光電変換素子のバイアス配線
Ｖｇｎ（ｎ＝１〜３） ＴＦＴゲート配線
Ｓｉｇｎ（ｎ＝１〜３） 信号線
１ 絶縁基板
２ ＭＩＳ型ＰＤの下電極
３ スイッチＴＦＴのゲート電極
４ 絶縁層
５，１３ 真性ａ−Ｓｉ半導体層
６，１４ ｎ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層
７ バイアス線
８ 信号線
９ 保護層
１０ 接着層
１１ 蛍光体
１２ ｐ型マイクロクリスタル（μｃ）−Ｓｉ層
１５ 透明電極層
１０１ 光電変換素子
１０２ スイッチＴＦＴ
１０３，２０３ 第１の画素
１０４，２０４ 第２の画素
１０５ シフトレジスタ
１０６ 増幅器，マルチプレクサ，Ａ／Ｄ変換器
１０７ バイアス手段
１１１，１２１ Ｘ線変換部
２０１ 直接変換素子
２０２ 蓄積容量素子
３０１，４０１ 大面積ＦＰＤの全画素領域
３０２，４０２ 第１の画素と第２の画素とが混在しているＡＥＣ用領域
Ｖｓ バイアス線
Ｇ，Ｇ１〜Ｇ４ ＴＦＴ駆動用配線
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ４ 信号線
Claims (1)
- 入射した放射線を電気信号に変換する変換素子が基板上に複数配設された放射線変換部を有し、
前記放射線変換部は、
前記変換素子が前記電気信号を転送するスイッチ素子を介して信号線に接続され、画像を生成するための信号を出力する第１の画素と、
前記変換素子が直接、信号線に接続され、前記放射線の照射を検出する第２の画素とを備えていること特徴とする放射線検出装置。
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