JP2007044135A - Ｘ線露出制御用検出器およびそれを用いたｘ線撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易な構造でＸ線を正確に検出することができるＸ線露出制御用検出器およびそれを用いたＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）２によるＸ線撮像を行う際に露出制御を行うためにＦＰＤ２の前段にＸ線露出制御用検出器１を備える。このＸ線露出制御用検出器１は、収集電極１１ａを配置したガラス基板１１と、そのガラス基板１１上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換するＸ線感応型半導体１２と、そのＸ線感応型半導体１２上に積層形成された共通電極１３とを備えるので、全体が薄膜化となり、簡易な構造でＸ線を正確に検出することができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出するＸ線露出制御用検出器およびそれを用いたＸ線撮像装置に関する。
Ｘ線撮像においては自動露出制御機能を備えたＸ線撮像装置が広く利用されている。この自動露出制御機能とは、被検体を透過した後のＸ線の一部を検出し、その検出値に応じて撮像時間を制御することによって、フィルムやフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）などに代表されるＸ線撮像用検出器に照射されるＸ線の積算量を適切な値に設定し、これにより所望の濃度を有した被検体の透過Ｘ線画像を得ようとするものである。
この自動露出制御機能には、キセノン（Ｘｅ）などの電離ガスを封入した電離箱タイプのＸ線露出制御用検出器が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１では、２次元マトリックス状配列で高電圧電極と収集電極とを配設し、各電極の選択スイッチを設けることで、撮像目的に応じて検出位置を選択可能に電離箱を構成している。特許文献２では、上述した特許文献１の構造を簡易にし、左胸部正面、右胸部正面、胸部側面、腹部などの一般撮像の撮像部位に相当する位置および形状に応じて収集電極をそれぞれ設け、撮像時に撮像部位に応じて露出制御に使用する収集電極を選択する。
特公昭６０−１５１８８号公報（第１−２頁、第２，３図） 特開２００３−３６９９５号公報（第２−４頁、図１−３）
しかしながら、電離箱タイプＸ線露出制御用検出器に使用される電極材料は、ある程度の機械強度が必要である。また、アルミニウム（Ａｌ）やカーボンなどのＸ線透過率の良好な材料を電極に使用したとしても、Ｘ線が特異的に吸収される。したがって、ＦＰＤのようなダイナミックレンズの大きい高性能なＸ線撮像用検出器ではアーティファクト（偽像）として検出されてしまい、診断の妨げとなる。また、上述した特許文献２で開示されているような電極配置では被検体の想定外の部位を撮像するときに対応しきれず、上述した特許文献１で開示されているようなマトリックス状配列では構造が複雑になってしまう。
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、簡易な構造でＸ線を正確に検出することができるＸ線露出制御用検出器およびそれを用いたＸ線撮像装置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、被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出するＸ線露出制御用検出器であって、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備え、前記上部電極に電圧を印加した状態で前記半導体層によって変換された電荷情報を前記露出制御用として前記下部電極が読み出す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、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備えている。そして、上部電極に電圧を印加した状態で半導体層によって変換された電荷情報を露出制御用として下部電極が読み出すことで、被検体を透過した後のＸ線の一部を露出制御用に検出する。かかる下部電極を配置した基板や、基板上に積層形成された半導体層、半導体層上に積層形成された上部電極については、フォトリソグラフィー技術や蒸着等の方法によって薄膜化して形成することができる。したがって、各電極部分でＸ線が特異的に吸収されてアーティファクトとして検出されることなく正確にＸ線を検出することができる。また、全体が薄膜化となるので簡易な構造でＸ線を検出することができる。
上述した発明における上部電極の一例は単一電極である（請求項２に記載の発明）。上部電極を単一電極で積層形成することで検出器の製造が容易になる。なお、各々の下部電極を所望の配置で分離形成すれば、上部電極が単一電極で共通であっても、各下部電極によって電荷情報をそれぞれ収集して読み出すことが可能である。
各発明において、半導体層および上部電極を覆うように絶縁材料で封止するのが好ましい（請求項３に記載の発明）。このように封止することで、検出器周辺の環境による悪影響を及ぼすことなく耐環境性、および機械強度を確保することができる。
各発明における半導体層の一例はアモルファスセレンである（請求項４に記載の発明）。アモルファスセレンの場合には、真空蒸着などの方法で容易に積層形成することが可能で、大面積の半導体層を積層形成することができる。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線露出制御用検出器を用いたＸ線撮像装置であって、前記装置は、Ｘ線の入射方向から見て上流側から前記Ｘ線露出制御用検出器とＸ線撮像用検出器とを順に備え、Ｘ線露出制御用検出器は、被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出し、かつ、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備え、前記上部電極に電圧を印加した状態で前記半導体層によって変換された電荷情報を前記露出制御用として前記下部電極が読み出し、前記Ｘ線撮像用検出器は、被検体のＸ線撮像を行うためにＸ線露出制御用検出器を透過した後のＸ線を検出し、かつ、その検出面が平面形状であることを特徴とするものである。
［作用・効果］請求項５に記載の発明によれば、Ｘ線露出制御用検出器が簡易な構造でＸ線を正確に検出することができるので、その正確なＸ線に基づく露出制御によってＸ線撮像を適切に行うことができる。
なお、本明細書は、次のようなＸ線撮像装置に用いられる検出器を製造する検出器の製造方法に係る発明も開示している。
（１）Ｘ線撮像装置に用いられる検出器を製造する検出器の製造方法であって、検出器は、被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出するＸ線露出制御用検出器と、被検体のＸ線撮像を行うためにＸ線露出制御用検出器を透過した後のＸ線を検出し、かつ、その検出面が平面形状であるＸ線撮像用検出器との２つであって、（Ａ）前記Ｘ線露出制御用検出器について、基板に下部電極を配置し、その基板上にＸ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層を積層形成し、その半導体層上に上部電極を積層形成し、前記半導体層および上部電極を覆うように絶縁材料で封止し、（Ｂ）前記Ｘ線撮像用検出器について基板に下部電極を配置し、その基板上にＸ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層を積層形成し、その半導体層上に上部電極を積層形成し、（Ｃ）封止された前記Ｘ線露出制御用検出器の基板と、前記Ｘ線撮像用検出器の基板との間に絶縁材料を流し込んでＸ線撮像用検出器を封止することを特徴とする検出器の製造方法。
前記（１）に記載の発明によれば、封止されたＸ線露出制御用検出器を（Ａ）の工程で製造するとともに、封止前のＸ線撮像用検出器を（Ｂ）の工程で製造する。（Ｃ）の工程で封止されたＸ線露出制御用検出器の基板と、Ｘ線撮像用検出器の基板との間に絶縁材料を流し込んでＸ線撮像用検出器を封止することで、Ｘ線撮像用検出器の封止の際に機能する補助板材をＸ線露出制御用検出器の基板が兼用する。したがって、Ｘ線露出制御用検出器とＸ線撮像用検出器とが一体化したものを実現することができる。また、封止するための補助板材の数を減らすことができ、減らした分だけＸ線露出制御用検出器によるＸ線の減衰を低減させることができる。その結果、被検体へのＸ線被曝を低減させることができる。
この発明に係るＸ線露出制御用検出器およびそれを用いたＸ線撮像装置によれば、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備えるので、全体が薄膜化となり、簡易な構造でＸ線を正確に検出することができる。
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Ｘ線露出制御用検出器の断面図であり、図２は、Ｘ線露出制御用検出器のガラス基板とそれに配置された収集電極およびその配線のパターンの平面図であり、図３は、封止した状態のＸ線露出制御用検出器の断面図であり、図４は、Ｘ線露出制御用検出器とフラットパネル型Ｘ線検出器とを組み合わせた断面図であり、図５は、側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図６は、平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図７は、Ｘ線露出制御用検出器とフラットパネル型Ｘ線検出器とを備えたＸ線撮像装置の概略ブロック図である。本実施例では、Ｘ線撮像用検出器として、直接変換型のフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）を例に採って説明する。
Ｘ線露出制御用検出器１は、図１に示すように、収集電極１１ａやその収集電極１１ａの配線１１ｂ（図２を参照）をパターン形成したガラス基板１１と、そのガラス基板１１上に積層形成されたＸ線感応型半導体１２と、そのＸ線感応型半導体１２上に積層形成された共通電極１３とを備えている。このＸ線感応型半導体１２は、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報であるキャリアに変換する。ガラス基板１１は絶縁基板であって、Ｘ線感応型半導体１２は非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）で形成される。また、収集電極１１ａや配線１１ｂや共通電極１３を形成する材料については、アルミニウム、ＩＴＯ、カーボンなどに代表される導体であれば、特に限定されない。収集電極１１ａは、この発明における下部電極に相当し、ガラス基板１１は、この発明における基板に相当し、Ｘ線感応型半導体１２は、この発明における半導体層に相当し、共通電極１３は、この発明における上部電極に相当する。また、Ｘ線露出制御用検出器１は、この発明におけるＸ線露出制御用検出器に相当する。
本実施例では、ガラス基板１１とＸ線感応型半導体１２との間にはキャリア選択性のバッファ層１４を積層形成して備えるとともに、Ｘ線感応型半導体１２と共通電極１３との間にはキャリア選択性のバッファ層１５とを積層形成して備えている。かかるキャリア選択性のバッファ層１４，１５を備えることで暗電流を低減させることができる。また、キャリア選択性のバッファ層１５上に共通電極１３が積層形成される際にそのバッファ層１５が下地になるので、共通電極１３の密着性を高めることができる。本明細書中での『キャリア選択性』とは、半導体中の電荷移動媒体（キャリア）である電子と正孔とで、電荷移動作用への寄与率が著しく異なる性質を示す。
通常、共通電極１３に正のバイアス電圧を印加する場合には、キャリア選択性のバッファ層１５に電子の寄与率が大きい材料を使用する。これにより共通電極１３からの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減させることができる。キャリア選択性のバッファ層１４に正孔の寄与率が大きい材料を使用する。これによりガラス基板１１の収集電極１１ａからの電子の注入が阻止され、暗電流を低減させることができる。
逆に、共通電極１３に負のバイアス電圧を印加する場合には、キャリア選択性のバッファ層１５に正孔の寄与率が大きい材料を使用する。これにより共通電極１３からの電子の注入が阻止され、暗電流を低減させることができる。キャリア選択性のバッファ層１４に電子の寄与率が大きい材料を使用する。これによりガラス基板１１の収集電極１１ａからの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減させることができる。
キャリア選択性のバッファ層１４，１５に用いられる半導体としては、Ｓｂ2 Ｓ3 ，ＺｎＴｅ，ＣｅＯ2 ，ＣｄＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ等の多結晶半導体、Ｎａ等のアルカリ金属やＣｌ等のハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体が大面積化適性に優れるものとして挙げられる。
バッファ層１４，１５に用いられる半導体のうち、電子の寄与が大きいものとして、ｎ型半導体であるＣｅＯ2 ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳのような多結晶半導体や、アルカリ金属やＡｓやＴｅをドープして正孔の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体が挙げられる。
また、正孔の寄与が大きいものとして、ｐ型半導体であるＺｎＴｅのような多結晶半導体や、ハロゲンをドープして電子の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体が挙げられる。
さらに、Ｓｂ2 Ｓ3 ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ2 ，ＨｇＩ2 ，ＴｌＢｒや、ノンドープのアモルファスＳｅまたはＳｅ化合物の場合、電子の寄与が大きいものと正孔の寄与が大きいものとの両方がある。これらの場合、製膜条件の調節で電子の寄与が大きいものでも、正孔の寄与が大きいものでも、選択形成できる。
収集電極１１ａは、Ｘ線感応型半導体１２によって変換されたキャリアを露出制御用として収集して読み出すものである。収集電極１１ａを、図１、図２に示すように複数に分離形成して、分離形成された各収集電極１１ａに対して配線１１ｂをそれぞれ電気的に接続する。配線１１ｂに対して信号の流れる方向から見て上流側から増幅器１６とマルチプレクサ１７とを順に電気的に接続する。なお、後述するＦＰＤ２と相違し、ＦＰＤ２では収集電極２１ａから収集されたキャリア（電荷信号）をキャパシタンス２１ｅに一旦蓄積して、スイッチング素子２１ｄのＯＮのみに応じて読み出すのに対して、Ｘ線露出制御用検出器１では、収集電極１１ａから収集されたキャリアを直接的に読み出す。
これらのＸ線感応型半導体１２や配線１１ｂや共通電極１３などを覆うように絶縁材料１８で封止する。具体的には、収集電極１１ａや配線１１ｂをパターン形成したガラス基板１１と同じガラスなどの絶縁基板で形成された補助板材１９と、そのガラス基板１１との間に絶縁材料１８を流し込んで封止する。絶縁材料１８としては、エポキシ樹脂や絶縁性フィラー（添加剤）を添加した樹脂などに代表される封止に適した物質であれば、特に限定されない。なお、補助板材１９がなく絶縁材料１８のみで覆って封止する構造でもよい。
共通電極１３にバイアス電圧を印加した状態でＸ線感応型半導体１２によって変換されたキャリア（電荷信号）を露出制御用として各収集電極１１ａが収集する。収集された電荷信号を、配線１１ｂを介して増幅器１６で増幅して、マルチプレクサ１７で１つの電荷信号にまとめて出力する。出力された電荷信号を、図示を省略するＡ／Ｄ変換器でディジタル化して露出制御用信号として出力する。なお、Ａ／Ｄ変換器を、マルチプレクサ１７の上流側（前段）に備えてもよい。また、各々の配線１１ｂを選択するスイッチを設けてもよい。このスイッチを設けることで、選択された配線１１ｂに接続される収集電極１１ａに応じた撮像部位のみに対して露出制御に使用することができる。
このように構成されたＸ線露出制御用検出器１と、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）２とを図４に示すように組み合わせている。すなわち、Ｘ線の入射方向から見て上流側からＸ線露出制御用検出器１とＦＰＤ２とを順に配設している。ＦＰＤ２もＸ線露出制御用検出器１と同様に封止されており、ＦＰＤ２の封止の際に機能する補助板材をＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１が兼用している。
ＦＰＤ２は、図４〜図６に示すように、ＦＰＤ用の収集電極２１ａやゲートバスライン用の配線２１ｂやデータバスライン用の配線２１ｃや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング素子２１ｄやキャパシタンス２１ｅなどをパターン形成したガラス基板２１と、そのガラス基板２１上に積層形成されたＦＰＤ用のＸ線感応型半導体２２と、そのＸ線感応型半導体２２上に積層形成されたＦＰＤ用の共通電極２３とを備えている。本実施例では、ＦＰＤ２のガラス基板２１は、Ｘ線露出制御用検出器１のガラス基板１１と同じ材質で形成され、ＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２はＸ線露出制御用検出器１のＸ線感応型半導体１２と同じ非晶質のアモルファスセレンで形成される。また、収集電極２１ａや配線２１ｂ，２１ｃや共通電極２３を形成する材料については、Ｘ線露出制御用検出器１と同様に、アルミニウム、ＩＴＯ、カーボンなどに代表される導体であれば、特に限定されない。ＦＰＤ２は、この発明におけるＸ線撮像用検出器に相当する。
本実施例では、図４に示すように、ガラス基板２１とＸ線感応型半導体２２との間にはキャリア選択性のバッファ層２４を積層形成して備えるとともに、Ｘ線感応型半導体２２と共通電極２３との間にはキャリア選択性のバッファ層２５とを積層形成して備えている。ＦＰＤ２におけるキャリア選択性のバッファ層２４は、Ｘ線露出制御用検出器１におけるキャリア選択性のバッファ層１４と同じ機能であって、ＦＰＤ２におけるキャリア選択性のバッファ層２５は、Ｘ線露出制御用検出器１におけるキャリア選択性のバッファ層１５と同じ機能である。各バッファ層２４，２５の材料についてはＸ線露出制御用検出器１の各バッファ層２４，２５でも述べた材料の中から適宜選択すればよい。なお、図５ではバッファ層２４の図示を省略している。
収集電極２１ａは、Ｘ線感応型半導体１２によって変換されたキャリア（電荷信号）をＸ線撮像用として収集して、データバスライン用の配線２１ｃを介して読み出すものである。収集電極２１ａを、Ｘ線露出制御用検出器１の収集電極１１ａと同様に、２次元マトリックス状配列で多数個（例えば、1028個×1028個）に分離形成して、分離形成された各収集電極２１ａに対して、各スイッチング素子２１ｄを介して、データバスライン用の配線２１ｃをそれぞれ電気的に接続する。
具体的には、各スイッチング素子２１ｄのソースＳに対して収集電極２１ａおよびキャパシタンス２１ｅを一対一で電気的にそれぞれ接続するとともに、各スイッチング素子２１ｄのドレインＤに対してデータバスライン用の配線２１ｃをそれぞれ電気的に接続する。一方、各スイッチング素子２１ｄのゲートＧに対してゲートバスライン用の配線２１ｂをそれぞれ電気的に接続する。
なお、Ｘ線露出制御用検出器１の収集電極１１ａは撮像部位に応じて設けられ、ＦＰＤ２の収集電極２１ａは画素に応じて設けられるので、Ｘ線露出制御用検出器１の収集電極１１ａの数よりもＦＰＤ２の収集電極２１ａの数の方を多く設定するのが好ましい。もちろん、Ｘ線露出制御用検出器１の収集電極１１ａにおいてもＦＰＤ２の収集電極２１ａと同等の数だけ配設してもよい。
上述したゲートバスライン用の配線２１ｂに対してゲートドライバ２６を電気的に接続する。そして、データバスライン用の配線２１ｃに対して信号の流れる方向から見て上流側から増幅器２７とマルチプレクサ２８とを順に電気的に接続する。
Ｘ線露出制御用検出器１と同様に、これらのＸ線感応型半導体２２や配線２１ｂ，２１ｃや共通電極２３などを覆うように絶縁材料２９で封止する。具体的には、Ｘ線露出制御用検出器１の説明でも述べたＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１と、ＦＰＤ２でのガラス基板２１との間に絶縁材料２９を流し込んで封止する。つまり、上述したように、ＦＰＤ２の封止の際に機能する補助板材をＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１が兼用する。絶縁材料２９としては、Ｘ線露出制御用検出器１と同様に、封止に適した物質であれば、特に限定されない。
共通電極２３にバイアス電圧を印加した状態でＸ線感応型半導体２２によって変換されたキャリア（電荷信号）を各収集電極２１ａが収集してキャパシタンス２１ｅに一旦蓄積する。ゲートバスライン用の配線２１ｂの電圧を印加（または０Ｖに）することでスイッチング素子２１ｄのゲートＧをＯＮにする。ＯＮに選択されたスイッチング素子２１ｄに接続されているキャパシタンス２１ｅに蓄積された電荷信号のみを、スイッチング素子２１ｄのソースＳとドレインＤとを介してデータバスライン用の配線２１ｃに読み出す。
その読み出された電荷信号を増幅器２７で増幅して、マルチプレクサ２８で１つの電荷信号にまとめて出力する。出力された電荷信号を、図示を省略するＡ／Ｄ変換器でディジタル化して撮像用信号として出力する。
このようなＸ線露出制御用検出器１とＦＰＤ２とをＸ線撮像装置が備える場合には、例えば図７に示すような構成となる。すなわち、Ｘ線の入射方向から見て上流側からＸ線露出制御用検出器１とＦＰＤ２とを順に配設している。このように配設することで、Ｘ線露出制御用検出器１が、被検体Ｍを透過した後のＸ線の一部を検出するとともに、ＦＰＤ２が、被検体ＭのＸ線撮像を行うためにＸ線露出制御用検出器１を透過した後のＸ線を検出する。
この他に、Ｘ線撮像装置は、被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管３と、Ｘ線露出制御用検出器１から出力された露出制御用信号に基づいてＸ線管３に対して露出制御を行うＸ線自動露出制御部４と、高電圧発生部５を有するＸ線管制御部６と、ＦＰＤ２から出力された撮像用信号に基づいて画像処理を行う画像処理部７と、これらを統括制御するコントローラ８とを備えている。
Ｘ線自動露出制御部４は、Ｘ線の積算量を得る積分器４ａと、画素の濃度を所定の値を有する設定値に設定する濃度設定部４ｂと、積分器４ａおよび濃度設定部４ｂからの両データを比較する比較器４ｃと、Ｘ線遮断信号を出力するＸ線遮断信号発生部４ｄとを備えている。濃度設定部４ｂには、所望の画素の濃度に対応した信号電流の積分量を設定値として予め設定している。
Ｘ線露出制御用検出器１から出力された露出制御用信号は信号電流として積分器４ａに入力される。時間経過に伴って信号電流が積分され、その積分値と濃度設定部４ｂからの設定値とを比較器４ｃは比較する。Ｘ線照射の開始初期には積分値は設定値よりも小さいが、積分値は徐々に増加し、両者が一致する。すると、Ｘ線遮断信号発生部４ｄがＸ線遮断信号を出力し、コントローラ８を介してこの信号をＸ線管制御部６に送り込む。Ｘ線管制御部６は高電圧発生部７を操作してＸ線管３からのＸ線の照射を停止するように制御する。これによって、ＦＰＤ２に照射されるＸ線の積算量を適切な値に設定し、これにより所望の濃度を有した被検体Ｍの透過Ｘ線画像を得ることができる。
ＦＰＤ２から出力された撮像用信号に対して画像処理部７は種々の画像処理を行って透過Ｘ線画像を求める。透過Ｘ線画像をコントローラ８に送り込み、メモリなどに代表される記憶媒体（図示省略）に透過Ｘ線画像を書き込んで記憶し、あるいはモニタやプリンタなどに代表される出力部（図示省略）に透過Ｘ線画像を出力する。
次に、Ｘ線撮像装置のＸ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２の製造方法について、図８を参照して説明する。図８は、Ｘ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２の製造工程の断面図であり、図８（ａ）は各検出器を組み合わせる前の断面図、図８（ｂ）は組み合わせた後の断面図である。
Ｘ線露出制御用検出器１において、収集電極１１ａや配線１１ｂをフォトリソグラフィーやマスク蒸着等の方法でガラス基板１１にパターン形成する。パターン形成されたガラス基板１１上に真空蒸着等の方法を用いてキャリア選択性のバッファ層１４、Ｘ線感応型半導体１２およびキャリア選択性のバッファ層１５の順に積層形成する。共通電極１３についてもフォトリソグラフィーやマスク蒸着等の方法でパターン形成する。図示を省略する枠体で補助板材１９を共通電極１３に対して離間させた状態で配設する。この離間させた状態で補助板材１９とガラス基板１１との間に絶縁材料１８を流し込んで封止する。
一方、ＦＰＤ２においても、収集電極２１ａや各配線２１ｂ，２１ｃやスイッチング素子２１ｄやキャパシタンス２１ｅをフォトリソグラフィーやマスク蒸着等の方法でガラス基板２１にパターン形成する。パターン形成されたガラス基板２１上に真空蒸着等の方法を用いてキャリア選択性のバッファ層２４、Ｘ線感応型半導体２２およびキャリア選択性のバッファ層２５の順に積層形成する。共通電極２３についてもフォトリソグラフィーやマスク蒸着等の方法でパターン形成する。Ｘ線露出制御用検出器１のＸ線感応型半導体１２およびＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２がともにアモルファスセレンで形成されているときには、ＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２の厚みを１ｍｍにして、Ｘ線露出制御用検出器１のＸ線感応型半導体１２の厚みを１００μｍ〜２００μ以下にして積層形成する。
図示を省略する枠体で、封止されたＸ線露出制御用検出器１と、封止前のＦＰＤ２とを、図８（ａ）に示すように互いに離間させた状態で配設する。この離間させた状態でＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１と、ＦＰＤ２でのガラス基板２１との間に絶縁材料２９を流し込んでＦＰＤ２を封止する。このＦＰＤ２の封止によって、Ｘ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２を組み合わせる。Ｘ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２の組み合わせ後は、図８（ｂ）に示すとおりである。
なお、ＦＰＤ２の封止前であれば、Ｘ線露出制御用検出器１の製造手順がＦＰＤ２の製造手順よりも前であってもよいし、逆にＦＰＤ２の製造手順がＸ線露出制御用検出器１の製造手順よりも前でもよい。また、Ｘ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２をそれぞれ並行に進めて製造してもよい。
以上のように構成された本実施例に係るＸ線露出制御用検出器１によれば、収集電極１１ａをパターン形成で配置したガラス基板１１と、そのガラス基板１１上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報（キャリア・電荷信号）に変換するＸ線感応型半導体１２と、そのＸ線感応型半導体１２上に積層形成された共通電極１３とを備えている。そして、共通電極１３にバイアス電圧を印加した状態でＸ線感応型半導体１２によって変換されたキャリアを露出制御用として収集電極１１ａが収集して読み出すことで、被検体Ｍを透過した後のＸ線の一部を露出制御用に検出する。かかる収集電極１１ａを配置したガラス基板１１や、ガラス基板１１上に積層形成されたＸ線感応型半導体１２、Ｘ線感応型半導体１２上に積層形成された共通電極１３については、フォトリソグラフィー技術や蒸着等の方法によって薄膜化して形成することができる。したがって、各電極１１ａ，１３部分でＸ線が特異的に吸収されてアーティファクトとして検出されることなく正確にＸ線を検出することができる。また、全体が薄膜化となるので簡易な構造でＸ線を検出することができる。
本実施例では、図１に示すように、共通電極１３を単一電極で積層形成している。このように形成することでＸ線露出制御用検出器１の製造が容易になる。なお、各々の収集電極１１ａを図１に示すように所望の配置で分離形成すれば、共通電極１３が単一電極で各収集電極１１ａに対して共通であっても、各収集電極１１ａによってキャリアをそれぞれ収集して読み出すことが可能である。
本実施例では、Ｘ線感応型半導体１２や共通電極１３などを覆うように絶縁材料１８で封止している。このように封止することで、検出器周辺の環境による悪影響を及ぼすことなく耐環境性、および機械強度を確保することができる。また、ＦＰＤ２もＸ線露出制御用検出器１と同様の構造を有しているので、ＦＰＤ２においても同じ効果を奏する。
本実施例では、アモルファスセレンでＸ線感応型半導体１２を形成している。アモルファスセレンの場合には、真空蒸着などの方法で容易に積層形成することが可能で、大面積のＸ線感応型半導体１２を積層形成することができる。また、ＦＰＤ２もＸ線露出制御用検出器１と同様の構造を有しているので、ＦＰＤ２においても同じ効果を奏する。
本実施例に係るＸ線露出制御用検出器１を用いたＸ線撮像装置によれば、Ｘ線露出制御用検出器１が簡易な構造でＸ線を正確に検出することができるので、その正確なＸ線に基づく露出制御によってＸ線撮像を適切に行うことができる。
また、本実施例の図８に示す製造方法によれば、封止されたＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１と、ＦＰＤ２のガラス基板２１との間に絶縁材料２９を流し込んでＦＰＤ２を封止することで、ＦＰＤ２の封止の際に機能する補助板材をＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１が兼用する。したがって、Ｘ線露出制御用検出器１とＦＰＤ２とが一体化したものを実現することができる。また、封止するための補助板材の数を減らすことができ、減らした分だけＸ線露出制御用検出器１によるＸ線の減衰を低減させることができる。その結果、被検体ＭへのＸ線被曝を低減させることができる。
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）Ｘ線撮像装置としては、Ｘ線透視撮影装置やＸ線断層撮影装置（例えばＸ線ＣＴ装置）など被検体のＸ線撮像を行うものであれば特に限定されない。また、被検体についても人体や試料など特に限定されず、人体の場合には医用目的、試料の場合には非破壊検査などの工業目的となるが、装置に使用するための目的に限定されない。
（２）上述した実施例では、各検出器（Ｘ線露出制御用検出器１、ＦＰＤ２）において、スイッチング素子が多数個に２次元状に配列されていたが、スイッチング素子が１個のみの非アレイタイプであってもよい。また、スイッチング素子の数については特に限定されない。また、配列の形態についても２次元状に限定されない。
（３）上述した実施例では、Ｘ線撮像用検出器としてフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）２を例に採って説明したが、検出面が平面形状の検出器であれば、特に限定されない。
（４）上述した実施例では、各検出器（Ｘ線露出制御用検出器１、ＦＰＤ２）は、Ｘ線感応型の半導体を備え、入射したＸ線をＸ線感応型の半導体で直接的に電荷信号に変換する直接変換型の検出器であったが、Ｘ線感応型の替わりに光感応型の半導体を備えるとともにシンチレータを備え、入射したＸ線をシンチレータで光に変換し、変換された光を光感応型の半導体で電荷信号に変換する間接変換型の検出器であってもよい。この場合には、シンチレータおよび光感応型の半導体が、この発明における半導体層に相当する。また、各検出器をともに間接変換型の検出器でそれぞれ構成してもよいし、各検出器のうちのいずれか一方を直接変換型の検出器で構成するとともに、他方を間接変換型の検出器で構成してもよい。
（５）上述した実施例では、Ｘ線露出制御用検出器１の収集電極１１ａを、図１、図２に示すように複数に分離形成したが、隣接する収集電極１１ａの相互の影響をより確実になくすために、図９の平面図に示すように、ガード電極１１ｃを各収集電極１１ａの間に配設して、各ガード電極１１ｃがガード電極用の配線１１ｄによって接地電位になるように構成してもよい。なお、配線１１ｂとガード電極１１ｃあるいはガード電極用の配線１１ｄとが交差する部分については絶縁する。
（６）上述した実施例では、Ｘ線露出制御用検出器１の共通電極１３を、図１に示すように単一電極で積層形成したが、図１０の断面図に示すように、各収集電極１１ａに一対一で対応するように共通電極１３の替わりの上部電極１３を複数に分離形成してもよい。この場合には、隣接する収集電極１１ａの相互の影響をより確実になくして、各収集電極１１ａによってキャリア（電荷信号）をより確実にそれぞれ収集して読み出すことができる。また、各収集電極１１ａに一対一で対応せずに上部電極１３を複数に分離形成してもよい。
（７）上述した実施例では、各検出器（Ｘ線露出制御用検出器１、ＦＰＤ２）の半導体層はともにアモルファスセレンであったが、例えばＣｄＴｅのように半導体層であれば、特に限定されない。また、各検出器の半導体層をともにアモルファスセレン以外の半導体（例えばＣｄＴｅ）でそれぞれ形成してもよいし、各検出器のうちのいずれか一方の半導体層をアモルファスセレンで形成するとともに、他方の半導体層をアモルファスセレン以外の半導体で形成してもよい。ＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２がアモルファスセレンで形成され、かつＸ線露出制御用検出器１のＸ線感応型半導体１２がＣｄＴｅで形成されている場合には、ＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２の厚みを１ｍｍにして、Ｘ線露出制御用検出器１のＸ線感応型半導体１２の厚みを５０μｍ程度に積層形成する。
（８）上述した実施例では、図８に示すような製造工程でＸ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２を製造したが、このような製造工程に限定されない。各検出器（Ｘ線露出制御用検出器１、ＦＰＤ２）をともに補助板材で封止してから、互いに組み合わせてもよい。この場合には、ＦＰＤ２の封止の際に機能する補助板材をＸ線露出制御用検出器１のガラス基板１１が兼用することなく、ガラス基板１１とＦＰＤ２の封止の際に機能する補助板材とがそれぞれ別々になって組み合わさる。また、上述した変形例（７）のように、半導体層をＣｄＴｅで形成する場合で、特にＦＰＤ２のＸ線感応型半導体２２をＣｄＴｅで形成する場合には、下記のように製造するのが好ましい。
すなわち、ＣｄＴｅの蒸着温度は実施例のアモルファスセレンの蒸着温度よりも高く、ガラス基板などに代表される基板の上にＣｄＴｅを蒸着して積層形成すると、基板にパターン形成されたスイッチング素子（ＴＦＴ）などが破壊される恐れがある。そこで、積層形成されたＣｄＴｅの半導体層とガラス基板とを貼り合わせる手法を採る。この発明のように、Ｘ線露出制御用検出器１およびＦＰＤ２を組み合わせる場合には、図１１の製造工程の断面図に示すように、封止後あるいは封止前のＸ線露出制御用検出器１でのガラス基板１１の下にＣｄＴｅを蒸着等で積層形成する。
この蒸着の際にはガラス基板１１を上下反転させて行えばよい。なお、図１１（ａ）に示すように、蒸着の前に共通電極２３などガラス基板１１の下に先に形成する。そして、ガラス基板１１の下に積層形成されたＣｄＴｅをＦＰＤ２でのＸ線感応型半導体２２とする。また、必要であればＸ線感応型半導体２２の下にキャリア選択性のバッファ層２４を積層形成してもよい。このＸ線感応型半導体２２付きのＸ線露出制御用検出器１とＸ線感応型半導体２２なしのＦＰＤ２とを離間させる。そして、Ｘ線露出制御用検出器１のガラス基板１１と、ＦＰＤ２でのガラス基板２１との間に絶縁材料２９を流し込んでＦＰＤ２を封止すれば、図１１（ｂ）に示すように組み合わせることができる。
（９）上述した実施例では、各検出器（Ｘ線露出制御用検出器１、ＦＰＤ２）において、キャリア選択性のバッファ層を半導体層の上下の両方にそれぞれ積層形成したが、バッファ層は必ずしも必要ではない。各検出器の半導体層をともにバッファ層なしで構成してもよいし、各検出器のうちのいずれか一方の半導体層にバッファ層を積層形成して構成するとともに、他方の半導体層にバッファ層なしで構成してもよい。また、半導体層の上下のうちのいずれか一方のみにバッファ層を積層形成してもよい。
実施例に係るＸ線露出制御用検出器の断面図である。 Ｘ線露出制御用検出器のガラス基板とそれに配置された収集電極およびその配線のパターンの平面図である。 封止した状態のＸ線露出制御用検出器の断面図である。 Ｘ線露出制御用検出器とフラットパネル型Ｘ線検出器とを組み合わせた断面図である。 側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。 平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。 Ｘ線露出制御用検出器とフラットパネル型Ｘ線検出器とを備えたＸ線撮像装置の概略ブロック図である。 Ｘ線露出制御用検出器およびフラットパネル型Ｘ線検出器の製造工程の断面図であり、（ａ）は各検出器を組み合わせる前の断面図、（ｂ）は組み合わせた後の断面図である。 変形例に係るＸ線露出制御用検出器のガラス基板とそれに配置された収集電極およびその配線のパターンの平面図である。 さらなる変形例に係るＸ線露出制御用検出器の断面図である。 さらなる変形例に係るＸ線露出制御用検出器およびフラットパネル型Ｘ線検出器の製造工程の断面図であり、（ａ）は各検出器を組み合わせる前の断面図、（ｂ）は組み合わせた後の断面図である。
符号の説明
１ … Ｘ線露出制御用検出器
２ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１１ … ガラス基板
１１ａ … 収集電極
１２ … Ｘ線感応型半導体
１３ … 共通電極
１８ … 絶縁材料
Ｍ … 被検体

Claims (5)

  1. 被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出するＸ線露出制御用検出器であって、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備え、前記上部電極に電圧を印加した状態で前記半導体層によって変換された電荷情報を前記露出制御用として前記下部電極が読み出すことを特徴とするＸ線露出制御用検出器。
  2. 請求項１に記載のＸ線露出制御用検出器において、前記上部電極は単一電極であることを特徴とするＸ線露出制御用検出器。
  3. 請求項１または請求項２に記載のＸ線露出制御用検出器において、前記半導体層および上部電極を覆うように絶縁材料で封止したことを特徴とするＸ線露出制御用検出器。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線露出制御用検出器において、前記半導体層はアモルファスセレンであることを特徴とするＸ線露出制御用検出器。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線露出制御用検出器を用いたＸ線撮像装置であって、前記装置は、Ｘ線の入射方向から見て上流側から前記Ｘ線露出制御用検出器とＸ線撮像用検出器とを順に備え、Ｘ線露出制御用検出器は、被検体のＸ線撮像を行う際に露出制御を行うために前記被検体を透過した後のＸ線の一部を検出し、かつ、下部電極を配置した基板と、その基板上に積層形成された、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、その半導体層上に積層形成された上部電極とを備え、前記上部電極に電圧を印加した状態で前記半導体層によって変換された電荷情報を前記露出制御用として前記下部電極が読み出し、前記Ｘ線撮像用検出器は、被検体のＸ線撮像を行うためにＸ線露出制御用検出器を透過した後のＸ線を検出し、かつ、その検出面が平面形状であることを特徴とするＸ線撮像装置。
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