JP2008096278A - 放射線画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に設けられた、放射線を電気信号に変換するアレイ状に配置された複数の画像センサ部と、画像センサ部で変換された電気信号を転送する複数のデータ配線と、データ配線により転送された電気信号を積分するチャージアンプ回路とを備えた放射線画像検出器において、大型化することなく５０μｍ前後の高精細な画素ピッチを実現する。
【解決手段】チャージアンプ回路３０に対し複数のデータ配線５を順次切り替えて接続するセレクタ回路５０を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、アレイ状に配置された複数の画像センサ部により変換された電気信号をデータ配線により転送し、チャージアンプ回路により積分する放射線画像検出器に関するものである。

近年、ＴＦＴアクティブマトリクスアレイ上にＸ線感応層を配置し、Ｘ線情報を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が実用化されている。従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。

従来の放射線画像検出器は、収集電極をアレイ状に配置したアクティブマトリクス基板上に、電磁波導電性を有する半導体膜が形成され、その上に上部電極が順次形成されている。上部電源は高圧電源に接続されている。そして、半導体膜２０は、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜で、Ｘ線が照射されると、膜の内部に電荷を発生する。

図５に従来の放射線画像検出器の等価回路図を示す。

アクティブマトリクス基板上にアレイ状に配置された収集電極の近傍には、図５に示すように、ＴＦＴスイッチ３と蓄積容量２とが設けられており、ＴＦＴスイッチ３のゲート電極には走査配線４が接続されており、ソース電極にはデータ配線５が接続されている。そして、走査配線４にはゲートドライバＩＣ４０が接続されており、データ配線５にはチャージアンプ回路を備えたチャージアンプＩＣ３５が接続されている。

図６に従来の放射線画像検出器の平面構成図を示す。

アクティブマトリクス基板１０はガラス基板７０上に形成され、そのガラス基板１０に対しゲートドライバＩＣ４０がＴＣＰ４５により接続され、チャージアンプＩＣ３５がＴＣＰ３６により接続される。そして、ＴＣＰ３６には、Ａ／Ｄ変換回路６０やコントロールＩＣ８０が設けられたデータ処理基板８０が接続され、ＴＣＰ４５にはゲート基板４６が接続される。

ここで、ＴＣＰは端子接続部がフイルム材料で構成されているため、線膨張の影響が大きく、一般的な構成では７０μｍピッチが限界と言われている。これに対し、放射線画像検出器の画素ピッチはより高精細化されており、７０μｍ以下の画素ピッチが望まれている。
特開２００２−２３６０５４号公報

しかしながら、上記のように放射線画像検出器の画素ピッチを７０μｍ以下とすると、ＴＣＰの端子接続部の線ピッチは７０μｍが限界であるので、ＴＣＰが放射線画像検出器アクティブマトリクス基板１０の範囲に実装できない問題が生じる。ガラス基板を大型化すればＴＣＰを実装することは可能であるが、そのような大型な放射線画像検出器は実用的ではない。

本発明は、上記の事情に鑑み、大型化することなく５０μｍ前後の高精細な画素ピッチを実現可能な放射線画像検出器を提供することを目的とする。

放射線画像検出器を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像検出器は、基板上に設けられた、放射線を電気信号に変換するアレイ状に配置された複数の画像センサ部と、画像センサ部で変換された電気信号を転送する複数のデータ配線と、データ配線により転送された電気信号を積分するチャージアンプ回路とを備えた放射線画像検出器において、チャージアンプ回路に対し複数のデータ配線を順次切り替えて接続するセレクタ回路を備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出器においては、セレクタ回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップを基板上に実装するようにすることができる。

また、チャージアンプ回路とセレクタ回路とを互いに異なるＩＣチップ上に形成するようにすることができる。

本発明の放射線画像検出器によれば、基板上に設けられた、放射線を電気信号に変換するアレイ状に配置された複数の画像センサ部と、画像センサ部で変換された電気信号を転送する複数のデータ配線と、データ配線により転送された電気信号を積分するチャージアンプ回路とを備えた放射線画像検出器において、チャージアンプ回路に対し複数のデータ配線を順次切り替えて接続するセレクタ回路を備えるようにしたので、チャージアンプ回路の接続端子のピッチよりもデータ配線の線ピッチの方を細かくすることができ、大型化することなく５０μｍ前後の高精細な画素ピッチを実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の一実施形態について説明する。

本実施形態の放射線画像検出器としてのフラットパネル型イメージセンサは、たとえば、人体を透過したＸ線像を画像化するＸ線撮像装置等に使用され、Ｘ線等の画像を検出できるイメージセンサである。なお、本発明の放射線画像検出器は、必ずしもフラットパネル型に限らず、基板が曲面にて形成される曲面基板からなるイメージセンサを含むものとする。

すなわち、例えば、図２に示すように、Ｘ線管球９１から出射されるＸ線による被検体９２の透過Ｘ線像が、２次元アレイ状に光電変換素子が配置された本実施形態の放射線画像検出器１００により画像信号に変換されるようになっている。

この放射線画像検出器１００から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器９３によりデジタル画像信号に変換され、画像処理装置９４に取り込まれる。画像処理装置９４は、種々の画像処理を行うとともに、保存が必要な画像を画像記憶装置９６に記憶させる。また、画像処理装置９４から出力されるデジタル画像信号は、Ｄ／Ａ変換器９５によりアナログ信号に変換されて、画像モニタ装置９７の画面に表示することができるものとなっている。

図１に本実施形態の放射線画像検出器１００の概略構成図を示す。

本実施形態の放射線画像検出器１００は、図１に示すように、アクティブマトリクス基板１０と、このアクティブマトリクス基板１０上の略全面に形成された半導体膜２０と、誘電体層２１と、上部電極２２および後述する収集電極８の上に設けられる電子阻止層２３とによって構成されている。

半導体膜２０は、電磁波導電性を有するものであり、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生するものである。半導体膜２０としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚保１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜を用いることができる。上記半導体膜２０は、真空蒸着法によってたとえば３００〜１０００μｍの厚みで形成されている。

また、誘電体層２１及び電子阻止層２３は、Ｘ線の照射時に漏れ電流が原因で電荷が後述する蓄積容量４に蓄積するのを防止するために設けられているものであり、必要に応じて設ければ良い。

すなわち、誘電体層２１は、動作電圧が上部電極２２に印加されたときに、電荷が上部電極２２から半導体膜２０に注入されるのを防ぐ一方、電子阻止層２３は、電荷が収集電極８から半導体膜２０に注入されるのを防ぐものとなっている。これにより、漏洩電流を防止して、Ｘ線イメージの解像度を向上させることができる。

上部電極２２は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で構成されている。そして、上部電極２２には、高圧電源２４が接続されている。

アクティブマトリクス基板１０は、半導体膜２０において発生した電荷を収集する収集電極１、収集電極１によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量２および蓄積容量２に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ３を有する多数の画素１１とＴＦＴスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線４と蓄積容量４に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ配線５とを備えている。画素１１は、アレイ状に配置されている。

ＴＦＴスイッチ３としては、一般的には、アモルファスシリコンを活性層に用いたａ−ＳｉＴＦＴが用いられる。そして、ＴＦＴスイッチ３のゲート電極には、ＴＦＴスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦするための走査配線１が接続されており、ソース電極には、蓄積容量４に蓄積された電荷が読み出されるデータ配線５が接続されている。そして、データ配線５の終端には、チャージアンプ３０が接続されている。

次に、図３に本実施形態の放射線画像検出器の等価回路図を示す。

図３に示すように、図３の水平方向に複数の走査配線１が、垂直方向に複数のデータ配線５が配置されている。そして、走査配線１には、走査配線１にＴＦＴスイッチ３をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力するゲートドライバＩＣ４０が接続されており、データ配線５には、セレクタＩＣ５０が接続され、セレクタＩＣ５０の出力端には、チャージアンプ３０が複数搭載されたチャージアンプＩＣ３５が接続され、チャージアンプＩＣ３５の出力端には、Ａ／Ｄ変換回路６０が接続されている。

セレクタＩＣ５０は、チャージアンプＩＣ３５の各チャージアンプ３０に複数のデータ配線５をクロック信号ＣＫに応じて順次切り替えて接続するものである。

次に、図４に本実施形態の放射線画像検出器の平面構成図を示す。

図４に示すように、本実施形態の放射線画像検出器のアクティブマトリクス基板１０はガラス基板７０上に画素１１と走査配線１とデータ配線５を形成したものである。

そして、ガラス基板７０上には、セレクタ回路がＩＣチップ上に形成されたセレクタＩＣ５０が設けられている。すなわちセレクタＩＣ５０はＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）より実装されている。

そして、ガラス基板７０の一辺には、チャージアンプＩＣ３５が搭載されたＴＣＰ３６が接続されている。そして、ＴＣＰ３６にはＡ／Ｄ変換回路６０とコントロールＩＣ８０とが搭載されたデータ処理基板８５が接続されている。コントロールＩＣ８０は放射線画像検出器の動作を制御するものである。

また、ガラス基板７０の他の一辺には、ゲートドライバＩＣ４０が搭載されたＴＣＰ４５が多数配列されて接続されている。そして、ＴＣＰ４５にはゲート基板４６が接続されている。

次に、本実施形態の放射線画像検出器の動作原理について説明する。

図１の上方より被写体を透過したＸ線が照射されると半導体膜２０はその内部に電荷を発生する。そして、半導体膜２０で発生した電荷のうち正孔は上部電極２２と収集電極１との間のバイアスにより収集電極１に集められ、収集電極１と電気的に接続された蓄積容量２に蓄積される。半導体膜２０はＸ線量に依存して異なる電荷量を発生するため、Ｘ線が担持した画像情報に依存した量の電荷が各画素１１の蓄積容量２に蓄積される。

その後、走査配線４を介してＴＦＴスイッチ３をＯＮ状態にする信号が順次加えられ、データ配線５を介して蓄積容量２に蓄積された電荷が読み出される。そして、さらにアンプ３０で各画素１１の電荷量を検出することにより画像情報を読み取ることができる。

次に、図３の等価回路図を用いて、本実施形態の放射線画像検出器の駆動方法について説明する。

まず、上述したようにＸ線照射を行うことによりＸ線画像データの書き込みが行われる。上述したようにＸ線の照射量に応じて半導体膜２０において発生した電荷は、各収集電極８に集められ、収集電極８に電気的に接続された蓄積容量４に蓄積される。そして、次に、ゲートドライバＩＣ４０から走査配線１に、ＧＴｎ、ＧＴｎ＋１、ＧＴｎ＋２、・・・の順で順次ＯＮ信号が入力される。

そして、セレクタＩＣ５０のセレクタ回路のａ端子とチャージアンプ３０とが接続され、ａ端子に接続されたデータ配線５から流れ出した電気信号がチャージアンプ３０によって検出される。そして、チャージアンプ３０によって検出されたアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路６０によってデジタル画像信号に変換されて出力される。

そして、次に、ＣＫ信号に応じてセレクタＩＣ５０のセレクタ回路がａ端子からｂ端子に切り替えられ、ｂ端子とチャージアンプ３０とが接続され、ｂ端子に接続されたデータ配線５から流れ出した電気信号がチャージアンプ３０によって検出される。そして、チャージアンプ３０によって検出されたアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路６０によってデジタル画像信号に変換されて出力される。

なお、本実施形態の放射線画像検出器においては、１つのチャージアンプ３０に対して２本のデータ配線５をセレクタＩＣ５０により順次切り替えるようにしたが、これに限らず、１つのチャージアンプ３０に対して３本以上のデータ配線５をセレクタＩＣ５０により順次切り替えるようにしてもよい。

本発明の放射線画像検出器の一実施形態の概略構成図 本発明の放射線画像検出器の適用状態を示す説明図 本発明の放射線画像検出器の一実施形態の画素の等価回路図 本発明の放射線画像検出器の一実施形態の平面構成図 従来の放射線画像検出器の等価回路図 従来の放射線画像検出器の平面構成図

符号の説明

１ 走査配線
２ 蓄積容量
３ ＴＦＴスイッチ
４ データ配線
５ 走査配線
１０ アクティブマトリクス基板
２０ 半導体膜
２１ 誘電体層
２２ 上部電極
２３ 電子阻止層
２４ 高圧電源
３０ チャージアンプ
３５ チャージアンプＩＣ
３６，４５ ＴＣＰ
４０ ゲートドライバＩＣ
４６ ゲート基板
５０ セレクタＩＣ
６０ Ａ／Ｄ変換回路
８０ コントロールＩＣ

Claims (3)

1. 基板上に設けられた、放射線を電気信号に変換するアレイ状に配置された複数の画像センサ部と、該画像センサ部で変換された電気信号を転送する複数のデータ配線と、該データ配線により転送された電気信号を積分するチャージアンプ回路とを備えた放射線画像検出器において、
   前記チャージアンプ回路に対し複数の前記データ配線を順次切り替えて接続するセレクタ回路を備えたことを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記セレクタ回路がＩＣチップ上に形成されており、
   該ＩＣチップが前記基板上に実装されていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
3. 前記チャージアンプ回路と前記セレクタ回路とが互いに異なるＩＣチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像検出器。

Images