JP2005043308A - 光または放射線検出器用駆動電圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電源部が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる光または放射線検出器用駆動電圧システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 電源部２０および放射線検出器３０を電気的に接続するケーブル１５，２５を間に介在させて電源部２０および検出器３０の個々の機能を分割するように構成することで、電源部２０が大型化してもケーブル１５，２５の長さを調節することで電源部２０を所望の位置に設置することができる。また、ノイズの混入・発生や電圧降下がケーブル１５，２５に生じても、所定の電圧に制御するセンシング部２０を備え、電源部１０とセンシング部２０との間にケーブル１５を介在させて電気的に接続するとともに、センシング部２０と検出器３０との間にケーブル２５を介在させて電気的に接続することで、センシング部２０が所定の電圧に制御した状態で検出器３０に供給することができ、電荷情報を正確に読み出すことができる。その結果、電源部２０が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる光または放射線検出器用駆動電圧システムに関するものである。

放射線検出器を例に採って説明する。放射線検出器はＸ線変換層（半導体層）を備えているとともに、Ｘ線変換層に入射したＸ線から変換されたキャリア（電荷情報）の読出しを制御する薄膜トランジスタ（スイッチング素子）や、薄膜トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する読出し配線（ゲート線）や、読み出されたキャリアを増幅し電気信号として読み出す回路などを備えている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２６７６２２号公報（第５頁、図３）

ところで、かかる検出器には、検出器の駆動に関連する電圧（例えばゲート線や増幅用回路に供給する電圧）を供給する電源部が配設されており、この電源部から電圧が供給されることで検出器は所定の動作を行って、電荷情報を画像として処理する。医用放射線検出装置や産業用非破壊検査装置などに検出器を用いる場合には良好な画像が望まれる。そのためには、各部のノイズを減らす必要があり、電源部から供給される各電圧も同様である。

電源部から電圧を供給する方式として、発振および整流を行うスイッチング方式、所定の電圧に整流を単純に行うドロッパ方式が挙げられる。前者のスイッチング方式の場合には装置を小型化するのに最適であるが、発振を強制的に行って整流を行うので発振周波数ノイズが混入して画像が良好に得難い。後者のドロッパ方式の場合には、コイルの巻数などで整流を制御するのでノイズは混入し難いが、コイルなどによって電源部本体が大型化してしまう。その結果、配設できる位置にまで電源部を検出器から離して、電源部と検出器とをケーブル（電気的接続手段）で電気的に接続させなければならない。

後者の場合にはケーブルが長大化すると検出器を正確に駆動し難くなる。特に、増幅用回路に電圧を供給する場合には電流が過大に流れるので、ケーブルの長さが長いほどノイズ成分が混入・発生するのみならず、抵抗成分などにより電圧降下が生じてしまう。その結果、電荷情報を正確に読み出すことができなくなる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電源部が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる光または放射線検出器用駆動電圧システムを提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、請求項1に記載の発明は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層を備え、変換された電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線検出器と、その検出器の駆動に関連する電圧を供給する電源部とを有し、その電源部および検出器を電気的に接続する電気的接続手段を間に介在させることで電源部および検出器の個々の機能を分割するように構成された光または放射線検出器用駆動電圧システムであって、所定の電圧に制御する帰還部を備え、電源部と帰還部との間に前記電気的接続手段を介在させて電気的に接続するとともに、帰還部と検出器との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、電源部および検出器を電気的に接続する電気的接続手段を間に介在させて電源部および検出器の個々の機能を分割するように構成することで、電源部が大型化しても電気的接続手段の長さを調節することで電源部を所望の位置に設置することができる。また、ノイズの混入・発生や電圧降下が電気的接続手段に生じても、所定の電圧に制御する帰還部を備え、電源部と帰還部との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続するとともに、帰還部と検出器との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続することで、帰還部が所定の電圧に制御した状態で検出器に供給することができ、電荷情報を正確に読み出すことができる。その結果、電源部が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる。

上述した発明において、帰還部を検出器の近傍に配設するのが好ましい（請求項２に記載の発明）。ここで、本明細書中の『近傍』とは、ノイズ混入・発生や電圧降下が生じない程度の電気的接続手段の長さの程度を指し、例えば約１０ｍ未満である。従って、帰還部を検出器から例えば約１０ｍ未満離間した近傍に配設することで、ノイズ混入・発生や電圧降下を低減させることができる。なお、上流部においてノイズ混入・発生や電圧降下が生じても、帰還部によって所定の電圧に制御することができるので、電源部と帰還部との間の距離については特に限定されない。

検出器の駆動に関連する電圧の供給形態としては、以下のようなものが挙げられる。すなわち、検出器は、ＯＮ／ＯＦＦによって電荷情報の読出しを制御するスイッチング素子と、そのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート線とを備え、電源部は、電気的接続手段を介してそのゲート線に電圧を供給する（請求項３に記載の発明）。ゲート線に電圧を供給する場合には電荷情報の読み出しについて影響を受けるので、電気的接続手段の長さによってノイズ成分が混入・発生すれば電荷情報を正確に読み出すことができなくなる恐れがあるが、この発明が上述した場合にも適用することで、かかる電荷情報を正確に読み出すことができる。また、検出器は、読み出された電荷情報を読み出す増幅手段を備え、電源部は、電気的接続手段を介してその増幅手段に電圧を供給する（請求項４に記載の発明）。増幅手段に電圧を供給する場合には電流が過大に流れるので、電気的接続手段の長さが長いほどノイズ成分が混入・発生するのみならず、抵抗成分などにより電圧降下が生じてしまう恐れがあるが、この発明が上述した場合にも適用することで、かかるノイズ混入・発生や電圧降下を低減させて電荷情報を正確に読み出すことができる。

この発明に係る光または放射線検出器用駆動電圧システムによれば、所定の電圧に制御する帰還部を備え、電源部と帰還部との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続するとともに、帰還部と検出器との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続することで、電源部が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

図１は、実施例に係る放射線検出器用駆動電圧システムにおける検出器の概略断面図および電源部のブロック図であり、図２は、検出器の構成を示す平面図である。

本実施例の放射線検出器用駆動電圧システムは、図１に示すように、電源部１０とセンシング部２０と放射線検出器３０とから構成される。電源部１０とセンシング部２０との間にはケーブル１５を介在させて電気的に接続するとともに、センシング部２０と検出器３０との間にはケーブル２５を介在させて電気的に接続している。このように、ケーブル１５，２５を間に介在させることで電源部１０および検出器３０の個々の機能を分割するように構成している。ケーブル１５，２５はこの発明における電気的接続手段に、センシング部２０は、この発明における帰還部にそれぞれ相当する。

電源部１０は、交流（ＡＣ）電圧から直流（ＤＣ）電圧に変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路１１と、変換されたＤＣ電圧を後述するゲート線３５などに印加するのに必要な所定のＤＣ電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路１２とから構成される。このＤＣ−ＤＣ変換回路１２とセンシング部２０とは、ケーブル１５を介して接続されている。本実施例では、例えば１００Ｖ程度のＡＣ電源をＡＣ−ＤＣ変換回路１１が例えば３０Ｖ程度のＤＣ電源に変換し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は例えば３．３〜８Ｖ程度のＤＣ電源に変換して、この３．３〜８Ｖ程度の電圧をゲート線３５などに印加する。なお、ＤＣ電源から変換する場合には、ＡＣ−ＤＣ変換回路１１は不要である。

センシング部２０は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２で変換された電圧値に維持するように構成された帰還回路であって、出力側の電圧を検出して入力側にフィードバックをかけることで所定の電圧値に制御する。本実施例では、センシング部２０は３．３〜８Ｖ程度の電圧に維持する。センシング部２０とゲート線３５などとは、ケーブル２５を介して接続されている。なお、ノイズの混入・発生による影響が大きければ、センシング部２０の出力側にフィルタを接続してもよい。

放射線検出器３０は、例えばＸ線などの放射線が入射することによりキャリアが生成される放射線感応型の半導体厚膜３１と、半導体厚膜３１の表面に設けられた電圧印加電極３２と、半導体厚膜３１の放射線入射側とは反対側にある裏面に設けられたキャリア収集電極３３と、キャリア収集電極３３への収集キャリアを溜める電荷蓄積用のコンデンサＣａと、コンデンサＣａに蓄積された電荷を取り出すための通常時ＯＦＦ（遮断）の電荷取り出し用のスイッチ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒとを備えている。本実施例では、半導体厚膜３１は放射線の入射によりキャリアが生成される放射線感応型の物質で形成されているが、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質であってもよい。半導体厚膜３１は、この発明における半導体層に、薄膜トランジスタＴｒは、この発明におけるスイッチング素子にそれぞれ相当する。

この他に、検出器３０は、薄膜トランジスタＴｒのソースに接続されているデータ線３４と、薄膜トランジスタＴｒのゲートに接続されているゲート線３５とを備えており、電圧印加電極３２，半導体厚膜３１，キャリア収集電極３３，コンデンサＣａ，薄膜トランジスタＴｒ，データ線３４，およびゲート線３５が絶縁基板３６の上に積層されて構成されている。

次に、放射線検出器３０の全体構成について説明する。図１，図２に示すように、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（例えば、1024個×1024個）形成されたキャリア収集電極３３ごとに、上述した各々のコンデンサＣａおよび薄膜トランジスタＴｒがそれぞれ接続されており、それらキャリア収集電極３３，コンデンサＣａ，および薄膜トランジスタＴｒが各検出素子ＤＵとしてそれぞれ分離形成されている。また、電圧印加電極３２は、全検出素子ＤＵの共通電極として全面にわたって形成されている。また、上述したデータ線３４は、図２に示すように、横（Ｘ）方向に複数本に並列されているとともに、上述したゲート線３５は、図２に示すように、縦（Ｙ）方向に複数本に並列されており、各々のデータ線３４およびゲート線３５は各検出素子ＤＵに接続されている。また、データ線３４は電荷−電圧変換群３７を介してマルチプレクサ３８に接続されており、ゲート線３５はゲートドライバ３９に接続されている。なお、検出素子ＤＵの配列個数は上述の1024個×1024個だけでなく、実施形態に応じて配列個数を変更して使用することができる。従って、検出素子ＤＵが１個のみの形態であってもよい。

また、電荷−電圧変換群３７には増幅回路部・Ｒｅｆ電圧部３７ａを備えており、電荷−電圧変換群３７でデータ線３４に読み出されたキャリアは増幅されて電圧に変換されてマルチプレクサ３８に送信される。マルチプレクサ３８に送信された電圧は信号処理部・コントロール信号発生部４０にて処理される。増幅回路部３７ａは、この発明における増幅手段に相当する。

電荷−電圧変換群３７やマルチプレクサ３８やゲートドライバ３９や信号処理部・コントロール信号発生部４０は、上述したケーブル２５を介してセンシング２０に接続されており、ケーブル２５を介して電圧を供給することで、電荷−電圧変換群３７やマルチプレクサ３８やゲートドライバ３９や信号処理部・コントロール信号発生部４０を駆動させる。また、ゲートドライバ２５については、ゲートドライバ２５に電圧を供給することで、それに接続されたゲート線３５に電圧を印加して供給する。ゲート線３５に電圧が印加されると薄膜トランジスタＴｒのゲートがＯＮされる。つまり、ゲート線３５は薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦを制御する。

また、本実施例では、センシング部２０を検出器３０の近傍に配設している。ここで、本明細書中の『近傍』とは、ノイズ混入・発生や電圧降下が生じない程度のケーブル２５の長さの程度を指し、例えば約１０ｍ未満である。従って、センシング部２０を検出器３０から１０ｍ未満離間した近傍に配設すればよい。なお、上流部においてノイズ混入・発生や電圧降下が生じても、センシング部２０によって所定の電圧に維持することができるので、電源部１０とセンシング部２０との間の距離、すなわちケーブル１５の長さについては特に限定されない。

また、本実施例に係る検出器３０を作成する場合には、絶縁基板３６の表面に、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によるパターン技術を利用して、データ線３４およびゲート線３５を配線し、薄膜トランジスタＴｒ，コンデンサＣａ，キャリア収集電極３３，半導体厚膜３１，電圧印加電極３２などを順に積層形成する。なお、半導体厚膜３１を形成する半導体については、アモルファス型の半導体や多結晶型の半導体などに例示されるように、用途や耐電圧などに応じて適宜選択することができる。また、半導体厚膜３１を形成する物質についても、セレン（Ｓｅ）などに例示されるように、特に限定されない。

続いて、本実施例に係るシステムの作用について説明する。１００Ｖ程度のＡＣ電源をＡＣ−ＤＣ変換回路１１が３０Ｖ程度のＤＣ電源に変換し、そのＤＣ電源をＤＣ−ＤＣ変換回路１２は３．３〜８Ｖ程度のＤＣ電源に変換して、この３．３〜８Ｖ程度の電圧を、ケーブル１５を介してセンシング部２０に供給する。センシング部２０は３．３〜８Ｖ程度の電圧に維持するように制御し、ケーブル２５を介してその電圧を電荷−電圧変換群３７やマルチプレクサ３８やゲートドライバ３９に供給して駆動させる。

電圧印加電極３２に高電圧（例えば数１００Ｖ〜数１０ｋＶ程度）のバイアス電圧Ｖ_Aを印加した状態で、検出対象である放射線を入射させる。このバイアス電圧Ｖ_Aは、電源部２０とは独立した高電圧発生部（図示省略）から供給される。

放射線の入射によってキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報として電荷蓄積用のコンデンサＣａに蓄積される。ゲートドライバ３９の信号取り出し用の走査信号によって、ゲート線３５が選択されて、さらに選択されたゲート線３５に接続されている検出素子ＤＵが選択指定される。その指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、選択されたゲート線３５の信号によってＯＮ状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データ線３４に読み出される。

また、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、データ線３４およびゲート線３５の信号取り出し用の走査信号に基づいて行われる。マルチプレクサ３８およびゲートドライバ３９に信号取り出し用の走査信号が送り込まれると、ゲートドライバ３９から縦（Ｙ）方向の走査信号に従って各検出素子ＤＵが選択される。そして、横（Ｘ）方向の走査信号に従ってマルチプレクサ３８が切り換えられることによって、選択された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、データ線３４を介して、電圧−電圧変換群３７およびマルチプレクサ３８を順に経て信号処理部・コントロール信号発生部４０に送り出されるとともに、外部に送り出される。

上述の動作によって、例えばＸ線透視撮影装置の透視Ｘ線像の検出に本実施例に係るシステムを用いた場合、データ線３４を介して外部に読み出された電荷情報が画像情報に変換されて、Ｘ線透視画像として出力される。

上述した本実施例に係るシステムによれば、電源部２０および放射線検出器３０を電気的に接続するケーブル１５，２５を間に介在させて電源部２０および検出器３０の個々の機能を分割するように構成することで、電源部２０が大型化してもケーブル１５，２５の長さを調節することで電源部２０を所望の位置に設置することができる。また、ノイズの混入・発生や電圧降下がケーブル１５，２５に生じても、所定の電圧に制御するセンシング部２０を備え、電源部１０とセンシング部２０との間にケーブル１５を介在させて電気的に接続するとともに、センシング部２０と検出器３０との間にケーブル２５を介在させて電気的に接続することで、センシング部２０が所定の電圧に制御した状態で検出器３０に供給することができ、電荷情報を正確に読み出すことができる。その結果、電源部２０が大型化しても電荷情報を正確に読み出すことができる。

本実施例では、センシング部２０を検出器３０の近接に配設することで、センシング部２０よりも下流側、すなわち検出器３０側でノイズ混入・発生や電圧降下を低減させることができる。

また、本実施例では、電荷−電圧変換群３７やマルチプレクサ３８やゲートドライバ３９や信号処理部・コントロール信号発生部４０に供給する形態の場合のように、増幅回路部３７ａなどに電圧を供給する場合には電流が過大に流れるので、ケーブル１５，２５の長さが長いほどノイズ成分が混入・発生するのみならず、抵抗成分などにより電圧降下が生じてしまう恐れがあるが、この発明を本実施例に適用することで、かかるノイズ混入・発生や電圧降下を低減させて電荷情報を正確に読み出すことができる。

なお、電荷情報の読出しは、半導体厚膜３１の感度などを除けば、ゲートドライバ３９からの電圧や増幅回路部・Ｒｅｆ電圧部３７ａにもっとも影響を受けるので、ゲートドライバ３９や増幅回路部・Ｒｅｆ電圧部３７ａのみに電源部２０から所定の電圧に維持された電圧を供給して、他のマルチプレクサ３８や信号処理部・コントロール信号発生部４０には電源部２０とは独立した電源部（図示省略）から電圧を供給してもよい。もちろん、実施例のように、マルチプレクサ３８や信号処理部・コントロール信号発生部４０にも所定の電圧に維持された電圧を供給してもよい。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、入射した放射線を半導体厚膜３１（半導体層）によって電荷情報に直接に変換した、「直接変換型」の放射線検出器をこの発明は適用したが、入射した放射線をシンチレータによって光に変換し、光感応型の物質で形成された半導体層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」の放射線検出器をこの発明は適用してもよい。

（２）上述した実施例では、電源部１０からセンシング部２０を介して所定の電圧に維持された電圧をゲート線３５や増幅回路部３７ａなどに供給したが、検出器３０の駆動に関連する電圧はゲート線３５や増幅回路部３７ａなどに供給する電圧に限定されない。例えば、検出器３０の駆動に関連する電圧は、電圧印加電極３２に印加する高電圧のバイアス電圧でもよい。この場合には、高電圧発生部（図示省略）と検出器３０との間にセンシング部２０を介在させればよい。ただ、高電圧の場合には過大な電流が流れないので、電圧降下も生じ難い。従って、上述した実施例の場合には、この発明は有用である。

実施例に係る放射線検出器用駆動電圧システムにおける検出器の概略断面図および電源部のブロック図である。 検出器の構成を示す平面図である。

符号の説明

１０ … 電源部
１５，２５ … ケーブル
２０ … センシング部
３０ … 放射線検出器
３１ … 半導体厚膜
３５ … ゲート線
３７ … 電荷−電圧変換部
３７ａ … 増幅回路部・Ｒｅｆ電圧部
Ｔｒ … 薄膜トランジスタ

Claims (4)

1. 光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層を備え、変換された電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線検出器と、その検出器の駆動に関連する電圧を供給する電源部とを有し、その電源部および検出器を電気的に接続する電気的接続手段を間に介在させることで電源部および検出器の個々の機能を分割するように構成された光または放射線検出器用駆動電圧システムであって、所定の電圧に制御する帰還部を備え、電源部と帰還部との間に前記電気的接続手段を介在させて電気的に接続するとともに、帰還部と検出器との間に電気的接続手段を介在させて電気的に接続することを特徴とする光または放射線検出器用駆動電圧システム。
2. 請求項１に記載の光または放射線検出器用駆動電圧システムにおいて、前記帰還部を前記検出器の近傍に配設することを特徴とする光または放射線検出器用駆動電圧システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の光または放射線検出器用駆動電圧システムにおいて、前記検出器は、ＯＮ／ＯＦＦによって前記電荷情報の読出しを制御するスイッチング素子と、そのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート線とを備え、前記電源部は、前記電気的接続手段を介してそのゲート線に電圧を供給することを特徴とする光または放射線検出器用駆動電圧システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光または放射線検出器用駆動電圧システムにおいて、前記検出器は、読み出された電荷情報を読み出す増幅手段を備え、前記電源部は、前記電気的接続手段を介してその増幅手段に電圧を供給することを特徴とする光または放射線検出器駆動電圧システム。
   

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