JP2009044135A - 放射線検出用基板、放射線検出装置及び放射線撮像システム - Google Patents

放射線検出用基板、放射線検出装置及び放射線撮像システム Download PDF

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Abstract

【課題】ノイズを低減し、良好な画像が得られる。
【解決手段】入射する放射線を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子と接続された転送ＴＦＴと、を有する複数の画素と、第一の信号線と、第二の信号線と、駆動線と、を有する放射線検出装置であって、第一のスイッチ素子は、第一の信号線に電気的に接続された第一の主電極と、光電変換素子と電気的に接続された第二の主電極と、駆動線に電気的に接続されたゲート電極と、を有し、複数の画素の各々は、第二の信号線と接続された第一の主電極と、第一のスイッチ素子と共通に駆動配線に電気的に接続されたゲート電極と、を有する、変換素子と接続されていない第二のスイッチ素子をさらに有し、第一のスイッチ素子と第二のスイッチ素子との出力差に対応した信号を出力する差動アンプを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出装置及び放射線撮像システムに関する。なお、本明細書では、可視光等の電磁波やＸ線、α線、β線、γ線なども、放射線に含まれるものとする。また、変換素子は可視光等の光を電気信号に変換する光電変換素子も含まれる。
従来、医療画像診断で用いられる撮影としては、レントゲン撮影などの静止画像を取得する一般撮影と、動画像を取得する透視撮影とに分類される。それぞれの撮影は、必要に応じて撮影装置を含めて選択される。
近年は、基板上に放射線又はシンチレータ層からの光を電荷に変換する変換素子とスイッチ素子とを有する画素がマトリクス状に配置されたセンサパネルを有するフラットパネル検出器が注目されている。フラットパネル検出器は、以下、ＦＰＤと略記する。
特に、特許文献１から３に記載されているような、アモルファスシリコンなどの非結晶半導体によって準備された変換素子と、非結晶半導体によって準備された薄膜トランジスタとが用いられている。非結晶半導体を以下ａ−Ｓｉと略記し、薄膜トランジスタを以下ＴＦＴと略記する。このようなＦＰＤは、一般撮影から透視撮影まで幅広く応用され始めている。
また、この種の装置では、放射線量の低減が求められており、通常、開口率の向上による信号出力の向上と、ノイズの低減が常に要求されている。特に、ラインノイズの低減はＦＰＤの感度を向上させる効果が大きい。
ラインノイズ発生要因（外来要因と内部要因）を除去する方法と発生ノイズを補償する方法が考えられており、このノイズ補償方法は様々な方法が提案されている。
例えば、特許文献４では、信号線とゲート線交差部で形成される寄生容量に起因するノイズを信号線に平行にノイズ補償ラインを配置して信号出力から減算するといった方法が提案されている。この文献ではこのノイズはオフセット成分と考えられる。
また、この種の放射線検出装置の画像データは、放射線照射前のダーク出力と放射線後のフォト出力が夫々取り込まれ、その後、フォト出力からダーク出力を差し引くことにより得られている。
言い換えれば、一つの画像を得るためには必ずフォト出力からダーク出力を差し引く必要があり、そのため、高速動作、すなわち、動画駆動においては動作速度の向上の障害になることがある。
この時、ダーク出力の読取り回数を最小限に抑えること、すなわち、初期のダーク出力データを用いて差し引きすることも考えられるが、画像品位を考慮すると毎回、又は一定頻度が望ましいと言える。
一例として、特許文献５では、ＦＰＤの端部に光電変換素子を備えていないダミー画素を設けて、その出力をオフセット出力として画像読取出力から除去した提案もされている。
特表平０７−５０２８６５号公報 特開平０８−１１６０４４号公報 特開２００４−０１５００２号公報 特開２００６−１０１３９４号公報 特開２００１−５６３８２号公報
しかしながら、特許文献４に開示された配線交差部のみでの補償方法等ではノイズのキャンセルが不十分であった。
また、特許文献５に開示された、Ｘ線検出部全体のフォト出力をＸ線検出部端部のみに配置されたダミー画素のダーク出力によって差し引きする方法では、オフセット成分、いわゆる、ダーク出力によるノイズのキャンセルの精度が不十分であった。
そのため、依然としてノイズの低減が求められており、良好な画像を得る方法が求められていた。
そこで、本発明は、ノイズを低減し、良好な画像を得ることが可能な放射線検出装置及び放射線撮像システムを提供することを目的とする。
本発明の放射線検出用基板は、上記課題を解決するための手段として、入射する放射線を電気信号に変換する変換素子と、
前記変換素子と接続された第一のスイッチ素子と、
前記変換素子と接続されない第二のスイッチ素子と、
を有する画素が二次元に配列され、
一方向に配列された複数の前記画素からなる画素行の各画素の前記第一及び第二のスイッチ素子の制御電極と電気的に接続される駆動配線と、
他方向に配列された複数の前記画素からなる画素列の各画素の前記第一のスイッチ手段の第一の主電極に電気的に接続される第一の信号線と、
前記画素列の各画素の前記第二のスイッチ手段の第一の主電極に電気的に接続される第二の信号線と、を有する放射線検出用基板であって、
前記第一のスイッチ素子は、第二の主電極が前記変換素子と電気的に接続され、
前記画素行の第一及び第二のスイッチ素子がオン状態にあるときに、前記画素列の第一の信号線に前記電気信号が出力され、前記画素列の前記第二の信号線にノイズ信号が出力されてなるものである。
本発明の放射線検出装置及び放射線撮像システムは上記本発明の放射線検出用基板を用いたものである。
本発明によれば、ノイズを低減することができるため、良好な画像を得ることができる。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。
図１において、１０１は入射する放射線（ここでは可視光）を電気信号に変換する変換素子としてのＰＩＮ型光電変換素子、１０２は第一のスイッチ素子としての転送ＴＦＴである。また、１０３は転送ＴＦＴのゲート電極に電気的に接続された駆動線（駆動配線となる）、１０４は転送ＴＦＴの主電極としてのソース又はドレイン電極に電気的に接続された第一の信号線である。転送ＴＦＴは、第一の信号線と電気的に接続された第一の主電極と、変換素子と電気的に接続された第二の主電極と、駆動配線に電気的に接続された制御電極となるゲート電極とを有する。１０５は第一のバイアス線としてのＰＩＮ型光電変換素子に電気的に接続されたバイアス電位を供給するバイアス線である。また、１２は第二のスイッチ素子としてのダミーＴＦＴである。ＰＩＮ型光電変換素子１０１、転送ＴＦＴ１０２、ダミーＴＦＴ１２、第一の信号線１０４、第二の信号線（ダミー信号線）１４、駆動線１０３、バイアス線１０５は絶縁基板上に形成されて、放射線検出用基板３０を構成する。
ダミーＴＦＴは、転送ＴＦＴと略同一構造を有する。略同一構造とは、転送ＴＦＴとダミーＴＦＴとが略同一の寄生容量を有する、ということである。１４は第一の信号線と略同一構造であり、ダミーＴＦＴの主電極であるソース又はドレイン電極に接続された第二の信号線としてのダミー信号線である。ダミーＴＦＴは、第二の信号線と電気的に接続された第一の主電極と、駆動配線に電気的に接続されたゲート電極とを有する。
そして、ＰＩＮ型光電変換素子１０１と、転送ＴＦＴ１０２と、ダミーＴＦＴ１２とで画素を構成している。図１に示すように画素は複数存在する。複数の画素は一方向、そして他方向に二次元に配列されていればよく、本実施形態においては図１に示すように行列に配置されている。一方向に配列された複数の画素からなる画素行の各画素の転送ＴＦＴ１０２のゲート電極とダミーＴＦＴ１２のゲート電極は駆動線１０３に電気的に接続される。
他方向に配列された複数の画素からなる画素列の各画素の転送ＴＦＴ１０２の第一の主電極には第一の信号線１０４が電気的に接続され、この画素列の各画素のダミーＴＦＴ１２の第一の主電極にはダミー信号線１４が電気的に接続される。
同一画素内の転送ＴＦＴ１０２及びダミーＴＦＴ１２の各ゲート電極は共通の駆動線１０３に電気的に接続されている。ダミーＴＦＴ１２はダミースイッチ素子としての機能を果たす。２１は第一のスイッチ素子と第二のスイッチ素子との出力差に対応した信号を出力する差動アンプ（差分手段となる）、２２はバッファアンプ、２３は積分アンプである。１０６は信号処理回路である。１０８はＡ／Ｄ変換器である。１０７は転送ＴＦＴ１０２及びダミーＴＦＴ１２を駆動するための駆動回路である。差分手段は減算処理が可能であればよく、差動アンプでなくともよい。ここで、差動アンプ２１、バッファアンプ２２、積分アンプ２３は放射線検出用基板３０外に設けられ、放射線検出用基板３０と電気的に接続されているが、放射線検出用基板３０の絶縁基板上にＩＣチップとして配置されてもよい。この場合、放射線検出用基板３０は差分手段を搭載することになる。
本実施の形態では、不図示のシンチレータ層によって放射線（Ｘ線、α線、β線又はγ線）が可視光に変換され、その可視光をＰＩＮ型光電変換素子１０１が光電変換する。したがって、光電変換素子はセンサとして機能する。
ＰＩＮ型光電変換素子１０１に蓄積された電荷は転送ＴＦＴ１０２を動作させる（オン状態とする）ことにより信号線を介して電気信号として出力される。この出力は、転送ＴＦＴの動作時における装置外部からの影響、又は装置内部での影響（例えば電源から侵入するノイズ成分）が含まれた信号となっている。そして、ノイズ成分の大きさは、いずれも経時的に変化する場合がある。
ダミーＴＦＴを動作させる（オン状態とする）ことによりダミー信号線を介して出力される電荷は、動作時における装置外部からの影響、又は装置内部での影響によるノイズ成分の信号であるノイズ信号となっている。すなわち、画素行の第一及び第二のスイッチ素子がオン状態にあるときに、画素列の第一の信号線に電気信号が出力され、画素列の第二の信号線にノイズ信号が出力される。
そして、転送ＴＦＴと共通の駆動線に接続されたダミーＴＦＴは、転送ＴＦＴと同時に動作する。そのため、配線交差部に加えて、同一画素内の、転送ＴＦＴによって得られた出力からダミー信号線、ダミーＴＦＴに表れるノイズ成分を差し引くことで適切な信号を得ることが可能となる。
したがって、駆動線に与えられるＴＦＴの駆動電位のタイミングに関連するノイズであるラインノイズの低減が、全ての画素で適切に行うことが可能になる。
また、信号線には、駆動線との交差部での寄生容量（全体の約１／２）と、ＴＦＴ部での寄生容量（全体の約１／２）が生じる。したがって、その寄生容量をダミー信号線においても略同一にすることで、ラインノイズを効果的に低減できる。
図２は、本実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図２において、符番は図１と同様である。
図３は、図２のＡ−Ａ線の模式的断面図である。
図３において、１００はガラス基板等の絶縁基板、２０１は転送ＴＦＴのゲート電極、２０２は転送ＴＦＴのゲート絶縁膜、２０３は転送ＴＦＴの半導体層、２０４はそれぞれ転送ＴＦＴの主電極としてのソース及びドレイン電極であり、２０５は保護膜である。
また、２０６は光電変換素子の下部電極、２０７は光電変換素子の半導体層、２０８は光電変換素子の、透明導電膜である上部電極、２０９はバイアス線であり、２１０は保護層である。
一方、３０１はダミーＴＦＴのゲート電極、３０３はダミーＴＦＴの半導体層、３０４はダミーＴＦＴの主電極としてのソース又はドレイン電極であり、３０５は保護膜である（保護膜２０５と保護膜３０５とは、同一の保護膜で形成される）。４０３は層間絶縁層であり、２１２は光電変換素子上に配置した保護層である（最終保護層）。
本実施の形態でのダミーＴＦＴの主電極は、ダミー信号線に電気的に接続されたソース又はドレイン電極の一方の電極のみ有する。
このとき、転送ＴＦＴ１０２においては、オーミック層はソース及びドレイン電極と半導体層との間にあり、チャネル部では除去されている。一方、ダミーＴＦＴにおいてはソース又はドレイン電極下にはオーミック層はあるが、チャネル部を含めたその他領域は除去された構造となっている。これは、ダミー信号線の寄生容量を略同一に存在させるための構造である。
信号線及びダミー信号線、そして転送ＴＦＴ及びダミーＴＦＴは夫々同一層構成、同一サイズとなるように、同一プロセスで形成される。なお、前述の通り、ダミーＴＦＴのダミー信号線に電気的に接続されたソース又はドレイン電極に対向する主電極に対応する電極部分は有さない。
本実施の形態では、信号線と転送ＴＦＴの位置関係とダミー信号線とダミーＴＦＴの位置関係を左右同一方向としている。言い換えれば、駆動線を基準に信号線と転送ＴＦＴに対してダミー信号線とダミーＴＦＴの位置をオフセット配置した構成である。これは、外来因子に対して信号線とダミー信号線が同様な影響を受けるようにするためである。したがって、効果的にノイズ成分が低減された信号を得ることが可能になる。
図４は、本実施の形態の応用例で、光電変換素子が転送ＴＦＴ及びダミーＴＦＴを覆うように積層して配置されていることが図２と異なる点である。
図５は、図４のＢ−Ｂ線の模式的断面図である。光電変換素子の下部電極２０６と、信号配線に電気的に接続された転送ＴＦＴの主電極２０３及びダミー信号配線に電気的に接続された主電極２０４との距離は実質的に同一である。そのため、光電変換素子の下部電極と主電極との間に生じる寄生容量は実質的に同一である。したがって、ラインノイズを効果的に低減できる。
信号線には、駆動線との交差部での寄生容量（全体の約１／３）と、ＴＦＴ部での寄生容量（全体の約１／３）と、光電変換素子との重なり部での寄生容量（全体の約１／３）が生じる。したがって、その寄生容量をダミー信号線においても略同一にすることで、ラインノイズを効果的に低減できる。
また、図４及び図５のような構成は、ダミーＴＦＴを有する構成においても光電変換素子の開口率を向上させることができるため、好適である。
図６は、図１で示した放射線検出装置の応用例としての構成を示す模式的回路図である。画素からの信号を積分アンプ、バッファアンプ、差動アンプの順で処理していたのに変わり、画素からの信号を差動アンプ２１、バッファアンプの順に処理する構成を示している。
このような構成により、転送ＴＦＴとダミーＴＦＴからの信号を積分アンプやバッファアンプを介することなく差動アンプに入力できることから、ノイズ除去の精度が向上する。
［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態として放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。本実施の形態は、転送ＴＦＴ１０２及びダミーＴＦＴ１２の各々が、二つのＴＦＴを直列に接続され、ゲート電極を共通の駆動線で接続されたダブルゲート構造である。そして、後述のように転送ＴＦＴとダミーＴＦＴとはポリシリコンＴＦＴである。転送ＴＦＴとダミーＴＦＴとをダブルゲート構造とすることで、各ＴＦＴのリーク電流を低減できるため、ノイズが低減され、良好な画像を得ることができる。
図８は、本実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図８において、符番は図７と同様である。図９は、図８のＣ−Ｃ線の模式的断面図である。
図９において、１００はガラス基板等の絶縁基板、２０１は転送ＴＦＴのゲート電極、２０２は転送ＴＦＴのゲート絶縁膜であり、６０３、６０４及び６０５は転送ＴＦＴのポリシリコン半導体層、２０５は保護膜である。ここで、６０４は転送ＴＦＴの主電極としてのソース及びドレイン電極であり、不純物元素がドープされた半導体領域である。６０５は６０４に比較して低ドープの半導体領域である。６０３の半導体領域はノンドープの半導体領域又は極低ドープの半導体領域である。
一方、３０１はダミーＴＦＴのゲート電極であり、７０３、７０４及び７０５はダミーＴＦＴの半導体層であり、３０５は保護膜である（保護膜２０５と保護膜３０５とは、同一の保護膜で形成される）。４０３は層間絶縁層であり、２１２は光電変換素子上に配置した保護層である（最終保護層）。
このような構成により、ダミー信号線に接続される寄生容量を信号線と略同一とすることができる。また、図９においてはダミーＴＦＴ１２のゲート電極を二つにしたが、ダブルゲート構造の二つのＴＦＴのうち、ダミー信号線に接続されたＴＦＴのみにゲート電極を有する構成でもかまわない。
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態として放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。
図１０において、５０１はバイアス電位の供給などが可能な電源、５０２はダミーＴＦＴ用の基準電位配線である。その他は同一符号を付す。
本実施の形態においても第１の実施形態と同様に、ダミー信号線、ダミーＴＦＴは、夫々信号線、転送ＴＦＴと同一層構成、同一サイズである。
図１１は、本実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図１１において、符番は図１０と同様である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ線の模式的断面図である。
ダミーＴＦＴ１２の主電極であるソース及びドレイン電極は、第一の電極がダミー信号線に電気的に接続され、第二の電極が固定電位の供給線である基準電位配線５０２に電気的に接続されている。例えば、筐体接地などが固定電位として用いられる。したがって、ダミーＴＦＴは、第１の実施形態と同様に光電変換素子とは接続されていない。
本実施の形態は、光電変換素子とＴＦＴとの間に層間絶縁層を配置した構成において、光電変換素子の下部電極による影響を最小限にするための構造である。具体的には、層間絶縁膜の誘電率が高い、又は厚膜の形成が困難な場合など、光電変換素子の下部電極の影響が無視できない場合により好適に用いられる。
上記の実施形態において、信号線、転送ＴＦＴとダミー信号線とダミーＴＦＴが略同一構造であることが望ましい。また、ラインノイズの外来因子として、特に、電場、磁場の方向性があるため、各素子の配置位置も図１０のように同一の向きに配置されていることが望ましい。
［第４の実施形態］
図１３は、本発明の第４の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。
図１３において、１０１はＰＩＮ型光電変換素子、１０２は転送ＴＦＴ、１０３は転送ＴＦＴの駆動線、１０４は信号線、１０５はＰＩＮ型光電変換素子のバイアス線である。また、１１はＰＩＮ型光電変換素子と略同一構造の、ダミー変換素子としてのダミーＰＩＮ型光電変換素子（ダミー光電変換素子）、１２は転送ＴＦＴと略同一構造のダミーＴＦＴである。また、１４は信号線と略同一構造のダミー信号線、１５は第二のバイアス線としてのダミーＰＩＮ型光電変換素子のバイアス線である。ＰＩＮ型光電変換素子１０１、転送ＴＦＴ１０２、ダミーＰＩＮ型光電変換素子１１、ダミーＴＦＴ１２、第一の信号線１０４、第二の信号線１４、駆動線１０３、バイアス線１０５，１５は絶縁基板上に形成されて、放射線検出用基板３０を構成する。
このとき、ダミーＴＦＴのゲート電極は駆動線１０３に電気的に接続されており、転送ＴＦＴとダミーＴＦＴは同時に動作する。
２１は差動アンプ、２２はバッファアンプ、２３は積分アンプである。
また、ダミー光電変換素子は、ダーク出力を検出するため、光入射されないように遮光されている。したがって、ダミー光電変換素子は、単純な容量（容量素子）として形成されている。遮光は、バイアス線がアルミニウムなどの、入射光を遮光可能な金属層で形成されている場合、バイアス線と同じ金属層を用いて配置できるため、製造工程の簡略化が可能になる。
放射線検出装置では、不図示のシンチレータ層によって放射線が可視光に変換され、その変換光を光電変換素子で光電変換する。
光電変換素子に蓄積された電荷は、転送ＴＦＴを動作させることにより信号線を介して出力される。
この出力には、ダーク出力、すなわち、オフセット出力が含まれている。
同一画素内に配置されたダミー信号線部、ダミー光電変換素子、ダミーＴＦＴからの出力が含まれるオフセット出力を差し引くことで適切な信号を得ることが可能となる。各画素に光電変換素子とダミー光電変換素子、そしてＴＦＴとダミーＴＦＴを配置したことで、画素領域内に温度分布が発生した場合にも適切な信号を得ることができる。
図１４は、本実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図１４において、符番は図１３と同様である。
図１５は、図１４のＤ−Ｄ線の模式的断面図である。
図１５において、２０１は転送ＴＦＴのゲート電極、２０２は転送ＴＦＴのゲート絶縁膜、２０３は転送ＴＦＴの半導体層、２０４は転送ＴＦＴのソース及びドレイン電極であり、２０５は保護膜である。
また、２０６は光電変換素子の下部電極、２０７は光電変換素子の半導体層、２０８は光電変換素子の透明上部電極、２０９はバイアス線であり、２１０は保護層である。
一方、３０１はダミーＴＦＴのゲート電極、３０３はダミーＴＦＴの半導体層、３０４はダミーＴＦＴのソース及びドレイン電極であり、３０５は保護膜である。
また、３０６はダミー光電変換素子の下部電極、３０７はダミー光電変換素子の半導体層、３０９は第二のバイアス線としてのダミー光電変換素子の上部電極を兼ねるバイアス線である。
転送ＴＦＴ及びダミーＴＦＴ、光電変換素子及びダミー光電変換素子は夫々同一層構成であり、同一プロセスで形成される。言い換えれば、夫々略同一の容量を有するということである。
本実施の形態では、ダミー信号線、ダミーＴＦＴ、ダミー光電変換素子は夫々信号線、転送ＴＦＴ、光電変換素子と同一層構成、同一サイズであるが、ダミー光電変換素子又は／及びダミーＴＦＴを小型化することも可能である。この場合、ダミー信号線からの出力に係数を掛けて差し引くことにより可能となる。係数は、光電変換素子（ＴＦＴ）の容量Ｃ１に対するダミー光電変換素子（ダミーＴＦＴ）の容量Ｃ２の比から求める。
Ｃ１／Ｃ２＝（ε０×εＳ１×Ｓ１／Ｌ１）／（ε０×εＳ２×Ｓ２／Ｌ２）
ε０：真空の誘電率、εＳ：絶縁体の誘電率、Ｓ：電極面積、Ｌ：電極間距離
図１６は、開口率を考慮して、ダミー光電変換素子を小型化した場合の模式的回路図である。
［第５の実施形態］
図１７は、本発明の第４の実施形態としての放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。本実施の形態は第３の実施形態の他の一例である。そのため、回路構成は第３の実施形態の場合と同様である。
図１８は、図１７のＥ−Ｅ線の模式的断面図である。
図１８において、４０１はＭＩＳ型の構造を有するダミー光電変換素子の下部電極であり、不図示の固定電位に接続されている。また、４０２はダミー光電変換素子の上部電極であり、ダミーＴＦＴに電気的に接続されている。光電変換素子は、４０３の層間絶縁層を介して転送ＴＦＴ、ダミーＴＦＴ及びダミー光電変換素子上を覆うように積層して配置されている。変換素子としての光電変換素子上には、放射線を可視光に変換するシンチレータ層が配置されている（不図示）。本構成は、受光部の開口率がＴＦＴと光電変換素子を平面的に配置した構成より大きい。
本実施形態では、第４の実施形態と同様に、ダミー信号線、ダミーＴＦＴは、夫々信号線、転送ＴＦＴと同一層構成、同一サイズであり、また、ダミー光電変換素子と光電変換素子とは概ね同一容量である。ダミー光電変換素子は、シンチレータ層からの光が入射されないように遮光されている。したがって、ダミー光電変換素子は、単純な容量（容量素子）として形成されている。
その結果、信号出力からダーク出力を効果的に差し引くことが可能となる。
［第６の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。
図１９において、６０１は光電変換素子をリセットするための第三のスイッチ素子としてのリセットＴＦＴ、６０２はリセット用バイアス線、６０３はリセット用電源であり、その他は同一符号を付す。ＰＩＮ型光電変換素子１０１、転送ＴＦＴ１０２、ダミーＴＦＴ１２、第一の信号線１０４、第二の信号線１４、駆動線１０３、リセットＴＦＴ６０１、リセット用バイアス線６０２は絶縁基板上に形成されて、放射線検出用基板３０を構成する。
本実施形態においても第５の実施形態と同様に、ダミー信号線、ダミーＴＦＴは、夫々信号線、転送ＴＦＴと同一層構成、同一サイズであり、また、ダミー光電変換素子と光電変換素子とは概ね同一容量である。また、ダミー光電変換素子と光電変換素子には不図示のバイアス線が接続されている。
その結果、信号出力からダーク出力を効果的に差し引くことが可能となる。
本実施の形態では、信号線とダミー信号線のゲート線との交差部の数が同一となるように各素子が配置されている。このようにＴＦＴの数が多くなった場合は、交差部の数を同一にすることで、適切な信号を得ることができる。
以上説明した各実施形態では、Ｘ線などを可視光に変換するシンチレータとＰＩＮ型光電変換素子とを組合わせた間接型ＦＰＤに関して記載しているが、ＭＩＳ型光電変換素子を用いた間接型ＰＰＤにおいても応用可能である。そして、Ｘ線などを直接電荷に変換する直接変換型素子（例えば、ａ−Ｓｅなど）を用いた直接型ＦＰＤにおいても応用可能である。また、可視光の検出装置においても同様な効果がある。ＴＦＴ構成は、ａ−ＳｉやＰｏｌｙ−Ｓｉを用いた構造においても同様な効果がある。
図２１は、本実施形態の放射線検出装置の構成の斜視図を示している。放射線検出用基板３０の上部にＸ線を可視光等の光に変換するシンチレータ４５を配置し、周辺にはゲートドライバー回路部（駆動回路となる）４２と信号処理回路部４１を設けている。共通電極ドライバー回路部は不図示であるが信号処理回路部４１側に設けられている。変換素子として放射線を可視光等の光に変換する直接変換型素子を用いた場合にはシンチレータ４５は不要となる。４２はゲートドライバー回路の一部となるＩＣである。４４は信号処理回路の一部となるＩＣである。このＩＣ４４に差分手段となる差動アンプ２１、バッファアンプ２２、積分アンプ２３等の外部回路を含ませることができる。４６はフレキシブル基板である。
放射線検出用基板３０の上部にＸ線を可視光等の光に変換するシンチレータ４５を配置するには、図２２に示すように、放射線検出用基板３０上に直接、蒸着等によりシンチレータ層を形成する構成を取ることができる。
図２２に示すように、放射線検出用基板３０の窒化シリコン等よりなる第１の保護層５０上に、有機樹脂層からなる第２の保護層５１を設ける。第２の保護層５１はなくてもよい。第１の保護層５０（もしくは第２の保護層５１）上にシンチレータ層５４が形成されている。シンチレータ層５４は、直接、放射線検出用基板３０上に蒸着等の手法によって形成することができる。シンチレータ層５４上には耐湿保護層５２、反射層５３を設ける。耐湿保護層５２はシンチレータ層５４への水分の侵入を防ぎ、反射層５３はシンチレータ層５４からの光を放射線検出用基板３０側に反射させるものである。
放射線検出用基板３０の上部にＸ線を可視光等の光に変換するシンチレータ４５を配置する他の構成として、放射線検出用基板３０と、図２３に示すシンチレータパネルとを接着剤で貼り合わせる構成を取ることができる。
図２３に示すように、シンチレータパネルは、アモルファスカーボンのようなＸ線を透過する基台６０、光を反射する無機膜６１、シンチレータ層６２、有機膜からなる防湿保護膜６３からなる。
［応用例］
図２０は、本発明の好適な実施の形態に係る放射線検出装置を放射線診断システムである放射線撮像システムへ適用した場合の応用例を示す図である。本応用例では、放射線は、Ｘ線，γ線、あるいはα線，β線，等の粒子線である。
放射線源としての放射線チューブ１００１で発生した放射線１００２は、被験者（患者など）１００３の胸部などの体の部位１００４を透過し、シンチレータを上部に実装した、放射線検出装置１１００に入射する。放射線検出装置１１００は上記の実施形態で説明したものを適用可能である。
この入射した放射線１００２には被験者１００３の体内部の情報が含まれている。放射線検出装置１１００では、放射線１００２の入射に対応してシンチレータが発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。
また、放射線検出装置１１００では、放射線１００２を直接電荷に変換して、電気的情報を得てもよい。この情報はディジタルに変換され、信号処理手段としてのイメージプロセッサ１００５により画像処理されて、制御室の表示手段としてのディスプレイ１００６に表示される。
また、この情報は、無線又は電話回線などの有線等の伝送手段１００７により遠隔地へ転送することができる。
これによって、別の場所のドクタールーム等に設置された、表示手段としてのディスプレイ１００８に表示するか、又は記憶手段としてのフィルムプロセッサ１００９により光ディスク等の記録媒体に保存することができる。
これによって、遠隔地の医師が診断することも可能である。
また、フィルムプロセッサ１００９は、印刷手段としてのレーザプリンタに接続され、伝送手段１００７により伝送された情報をフィルム等の記録媒体に記録することができる。
本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに利用可能である。
本発明の第１の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。 本発明の第１の実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。 図２のＡ−Ａ線の模式的断面図である。 本発明の第１の実施形態の放射線検出装置の応用例の１画素の模式的平面図である。 図４のＢ−Ｂ線の模式的断面図である。 本発明の第１の実施形態の放射線検出装置の応用例の模式的回路図である。 本発明の第２の実施形態として放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。 本発明の第２の実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。 図８のＣ−Ｃ線の模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態として放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。 本発明の第３の実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。 図１１のＣ−Ｃ線の模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。 本発明の第４の実施形態の放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。 図１４のＤ−Ｄ線の模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態において、開口率を考慮して、ダミー光電変換素子を小型化した場合の模式的回路図である。 本発明の第５の実施形態としての放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。 図１７のＥ−Ｅ線の模式的断面図である。 本発明の第５の実施形態としての放射線検出装置の構成を示す模式的回路図である。 本発明の好適な実施の形態に係る放射線検出装置を放射線診断システムである放射線撮像システムへ適用した場合の応用例を示す図である。 本実施形態の放射線検出装置の構成の斜視図である。 放射線検出用基板の上部にＸ線等の放射線を可視光等の光に変換するシンチレータ層を配置した構成を示す図である。 シンチレータパネルを示す断面図である。
符号の説明
１０１ ＰＩＮ型光電変換素子
１０２ 転送ＴＦＴ
１０３ 転送ＴＦＴの駆動線
１０４ 信号線
１０５ ＰＩＮ型光電変換素子のバイアス線
１１ ＰＩＮ型光電変換素子と略同一構造のダミーＰＩＮ型光電変換素子
１２ ダミーＴＦＴ
１４ ダミー信号線
１５ ダミーＰＩＮ型光電変換素子のバイアス線
２１ 差動アンプ
２２ バッファアンプ
２３ 積分アンプ

Claims (11)

  1. 入射する放射線を電気信号に変換する変換素子と、
    前記変換素子と接続された第一のスイッチ素子と、
    前記変換素子と接続されない第二のスイッチ素子と、
    を有する画素が二次元に配列され、
    一方向に配列された複数の前記画素からなる画素行の各画素の前記第一及び第二のスイッチ素子の制御電極と電気的に接続される駆動配線と、
    他方向に配列された複数の前記画素からなる画素列の各画素の前記第一のスイッチ手段の第一の主電極に電気的に接続される第一の信号線と、
    前記画素列の各画素の前記第二のスイッチ手段の第一の主電極に電気的に接続される第二の信号線と、を有する放射線検出用基板であって、
    前記第一のスイッチ素子は、第二の主電極が前記変換素子と電気的に接続され、
    前記画素行の第一及び第二のスイッチ素子がオン状態にあるときに、前記画素列の第一の信号線に前記電気信号が出力され、前記画素列の前記第二の信号線にノイズ信号が出力されてなる放射線検出用基板。
  2. 前記変換素子は、前記第一のスイッチ素子及び前記第二のスイッチ素子を覆うように配置されたことを特徴とする請求項１記載の放射線検出用基板。
  3. さらに基準電位配線を有し、
    前記第二のスイッチ素子は、前記基準電位配線に電気的に接続された第二の主電極を有することを特徴とする請求項１記載の放射線検出用基板。
  4. 前記画素は、ダミー変換素子をさらに有し、
    前記第二のスイッチ素子は、前記ダミー変換素子に電気的に接続された第二の主電極を有することを特徴とする請求項１記載の放射線検出用基板。
  5. 前記ダミー変換素子は、ダーク出力を検出するために遮光されていることを特徴とする請求項４記載の放射線検出用基板。
  6. 前記変換素子をリセットするための第三のスイッチ素子を有し、前記第三のスイッチ素子と前記変換素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出用基板。
  7. 前記第一の信号線から出力される前記電気信号と、前記第二の信号線から出力されるノイズ信号との差をとる差分手段、を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線検出用基板。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出用基板を有する放射線検出装置であって、
    前記放射線は光であり、前記変換素子は入射する光を電気信号に変換する光電変換素子であり、
    前記光電変換素子上にシンチレータ層を有する放射線検出装置。
  9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線検出用基板と、
    前記第一の信号線から出力される前記電気信号と、前記第二の信号線から出力されるノイズ信号との差をとる差分手段と、
    を有し、
    前記差分手段は前記放射線検出用基板と電気的に接続されてなる放射線検出装置。
  10. 前記変換素子は入射する光を電気信号に変換する光電変換素子であり、
    前記光電変換素子上にシンチレータ層を有する請求項９に記載の放射線検出装置。
  11. 請求項８から１０のいずれか１項記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送手段と、
    前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。
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