JP2009145053A - 放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法 - Google Patents

放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】X線等の放射線を照射せずにフォトダイオードの機能検査を行うことができ、しかも、コンパクト化を図ることが可能な放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法を提供する。
【解決手段】放射線検出器40の撮像部1は、入射面3a側から入射する放射線を、可視光を含む別の波長の電磁波に変換するシンチレータ3と、シンチレータ3により変換された電磁波を電気信号に変換する複数のフォトダイオード7と、フォトダイオード7が感知可能な波長の光を透過する絶縁基板4とを備えたセンサ部2と、を備え、複数のフォトダイオード7は絶縁基板4のシンチレータ3側の面4a上に形成され、かつ、フォトダイオード7の絶縁基板4側の電極71はフォトダイオード7が感知可能な波長の光を透過するように形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法に係り、特に、照射された放射線をシンチレータで電磁波に変換してフォトダイオードで検出する放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法に関する。
照射されたX線等の放射線をシンチレータで可視光等の他の波長の電磁波に変換し、変換された電磁波を複数のフォトダイオード(画素)で受光して電荷を発生させ、発生した電荷を各フォトダイオードごとに取り出して放射線画像を撮像する放射線検出器(FPD(Flat Panel Detector))が種々開発されている(例えば特許文献1、2等参照)。
ところで、このような放射線検出器の製造段階においては、通常、各フォトダイオードが正常に機能しているか否かの検査を行う検査工程が行われる。
放射線検出器には、予め正常に機能することが確認されたフォトダイオードが用いられるが、製造段階において、例えば、シンチレータが形成されたシンチレータ基板が絶縁基板上に配置された複数のフォトダイオードに貼付されるような場合に静電気が発生することがある。そして、この静電気のために、フォトダイオードや、フォトダイオードから電荷を取り出すためのスイッチ素子である薄膜トランジスタ等が損傷したり動作電圧が変動してしまい、フォトダイオードが正常に機能しなくなる場合がある。
そのため、上記の検査工程は、通常、絶縁基板上に複数のフォトダイオードが配置されたセンサ部にシンチレータ基板等の比較的大きな面積を有する部材が接近されたり貼付されたりして静電気が発生する可能性がある工程の後に行われる。
特開2007−225598号公報 特開2007−185493号公報
しかしながら、フォトダイオードが正常に機能しているか否かの検査は、放射線検出器のシンチレータに実際にX線等の放射線を照射して行わなければならず、放射線を照射させたり、放射線源を調整したり、光源の交換等のメンテナンスを行うためにコストがかかる。
また、放射線検出器や、その製造途中の、センサ部にシンチレータが貼付された状態の撮像部を、X線照射器等が設置された検査場所に搬送したり、検査場所から製造ラインに戻したりせねばならず、搬送の際の振動や衝突等によりセンサ部に故障が生じる可能性があった。
その点、特許文献1、2では、フォトダイオードのゲイン補正等のためではあるが、X線等の放射線ではなくフォトダイオードが感知可能な波長の光をフォトダイオードに照射する光源をセンサ部やシンチレータの近傍に新たに設けるように構成された放射線検出器が記載されている。そして、このような光源を用いれば、X線等の放射線を照射しなくても、新たに設けられた光源を点灯させることで、各フォトダイオードが正常に機能しているか否かを検査することが可能であると考えられる。
しかし、このように新たに光源を設けると、特許文献2には光源を追加してもコンパクトなサイズにすることができる旨記載されているが、光源を発光させるための電極等を設けなければならないこともあり、やはりセンサ部付近が大きくなり、放射線検出器が大型化してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、X線等の放射線を照射せずにフォトダイオードの機能検査を行うことができ、しかも、コンパクト化を図ることが可能な放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
前記の問題を解決するために、本発明の放射線検出器の撮像部は、
入射面側から入射する放射線を、可視光を含む別の波長の電磁波に変換するシンチレータと、
前記シンチレータにより変換された電磁波を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を透過する絶縁基板とを備えたセンサ部と、
を備え、
前記複数のフォトダイオードは前記絶縁基板の前記シンチレータ側の面上に形成され、かつ、前記フォトダイオードの前記絶縁基板側の電極は前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を透過するように形成されていることを特徴とする。
本発明の放射線検出器の製造方法は、
本発明の放射線検出器の撮像部の前記センサ部を構成する前記絶縁基板の前記シンチレータ側の面とは反対側の面側から前記複数のフォトダイオードに対して前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を光源から照射して、前記複数のフォトダイオードが正常に機能するか否かの検査を行う検査工程を有することを特徴とする。
本発明のような方式の放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法によれば、撮像部の絶縁基板やフォトダイオードの電極が、フォトダイオードが感知可能な波長の光を透過するように形成されているため、絶縁基板の裏面側からフォトダイオードが感知可能な波長の光を照射すると、その光はそれらの部材を透過してフォトダイオードに到達する。そして、各フォトダイオードは前記光の照射を受けて電荷を発生させて蓄積させるため、各フォトダイオードから電荷を取り出した際に電荷が正常に取り出せるか否かを判定して、各フォトダイオードが正常に機能するか否かの機能検査を容易かつ的確に検査することが可能となる。
その際、撮像部や放射線検出器の製造ライン上で容易に検査を行うことができるため、検査にかかるコストを大幅に低減することが可能となり、撮像部を検査場所に搬送する際の振動や衝突等により故障が生じることを確実に防止することが可能となる。また、完成した放射線検出器には検査に用いられた光源が組み込まれないため、放射線検出器の大型化を防止して、放射線検出器のコンパクト化を図ることが可能となる。
以下、本発明に係る放射線検出器の撮像部および放射線検出器の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
[放射線検出器の撮像部]
まず、本実施形態に係る放射線検出器の撮像部の構成について説明する。放射線検出器の撮像部1は、図1に示すように、主に、絶縁基板4上に後述する複数のフォトダイオード7が配置された検査部Dを有するセンサ部2と、シンチレータ3とで構成されている。
センサ部2は、図2に示すように、絶縁基板4の一方の面(以下、表面という。)4a上に、複数の走査線5と複数の信号線6とが互いに交差するように配設されており、複数の走査線5と複数の信号線6により区画された各小領域Rにそれぞれフォトダイオード7が配設されて構成されている。
また、フォトダイオード7が設けられた領域R全体、すなわち図2の1点鎖線で示す領域でセンサ部2の検出部Dが形成されている。
各フォトダイオード7は、電磁波の照射を受けると光エネルギを吸収して電子正孔対を発生させて光エネルギを電荷に変換するようになっている。また、図3の拡大図に示すように、各領域Rには、それぞれフォトダイオード7の第1電極71(後述する図4参照)と、信号線6と、走査線5とがソース電極10s、ドレイン電極10dおよびゲート電極10gにそれぞれ接続された薄膜トランジスタ(以下、TFTという。)10が設けられている。TFT10は、フォトダイオード7から電荷を取り出すためのスイッチ素子である。
ここで、本実施形態におけるフォトダイオード7およびTFT10等の構造について、図4に示す拡大された断面図を用いて説明する。図4は、図3におけるA−A線に沿う模式断面図である。
センサ部2の基台となる絶縁基板4は、フォトダイオード7が感知可能な波長の光(例えば可視光)を透過する材料で形成されており、本実施形態では、ガラスで形成されている。
まず、TFT10の部分から説明すると、ガラスからなる絶縁基板4の面4a上に、TFT10のAlやCr等からなるゲート電極10gが走査線5(図3参照)と一体的に積層されて形成されており、ゲート電極10g上および絶縁基板4の面4a上には、窒化シリコン(SiN)等からなるゲート絶縁層101が積層されている。本実施形態では、ゲート絶縁層101はTFT10の部分にのみ形成されており、フォトダイオード7と絶縁基板4との間にまでは延設されていない。
なお、図5に示すように、ゲート絶縁層101をフォトダイオード7側に延設してフォトダイオード7の絶縁層76とし、ゲート絶縁層101と絶縁層76とを共通の層として形成することも可能である。この場合には、ゲート絶縁層101と絶縁層76とは窒化シリコンや酸化シリコン、酸窒化シリコン等のフォトダイオード7が感知可能な波長の光を透過する材料で形成されることが好ましい。また、この場合、フォトダイオード7は絶縁層76上に後述する第1電極71が積層されるように形成される。
図4に示すように、ゲート絶縁層101上のゲート電極10gの上方部分には、水素化アモルファスシリコン(a−Si)等からなる半導体層102が積層されており、その上方には、フォトダイオード7の第1電極71に接続されたソース電極10sと、信号線6に接続されたドレイン電極10dとが分割された状態で積層されている。また、半導体層101とソース電極10sやドレイン10dとの間には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてn型に形成されたオーミックコンタクト層103a、103bがそれぞれ積層されている。
続いて、フォトダイオード7の部分について説明すると、絶縁基板4の面4a上には、本実施形態ではITO(Indium Tin Oxide)からなる第1電極71が積層されている。つまり、本実施形態では、フォトダイオード7の第1電極71は、絶縁基板4の表面4a上に直接形成されている。また、本実施形態では、第1電極71は、TFT10のソース電極10sと一体的に形成されているが、両者を別体として形成して接続するように構成することも可能である。
第1電極71は、本実施形態のようなITOやIZO(Indium Zinc Oxide)のような透明導電性酸化物で構成されていれば、フォトダイオード7が感知可能な波長の光を透過することが可能となり好ましい。しかし、第1電極71を、Mo、Ti、Al、またはAl合金で構成してもよい。ただし、この場合、第1電極71はフォトダイオード7が感知可能な波長の光が透過できる程度に薄膜状に形成される。
第1電極71の上には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてn型に形成されたいわゆるn層72、水素化アモルファスシリコンで形成され電磁波の照射を受けて電子正孔対を発生させる変換層であるいわゆるi層73、水素化アモルファスシリコンにIII族元素をドープしてp型に形成されたいわゆるp層74が下方から順に積層されて形成されている。
すなわち、本実施形態では、フォトダイオード7は、いわゆるPIN型のフォトダイオードとして形成されている。なお、n層72、i層73、p層74の上下の順はこの逆であってもよい。また、フォトダイオード7はPIN型のフォトダイオードに限定されず、例えばMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型等の他の形式のフォトダイオード等で構成することも可能である。
p層74の上には、ITO等で形成され透明電極とされた第2電極75が積層されて形成されており、第2電極75の上面には、バイアス線8が接続されている。本実施形態のフォトダイオード7は、バイアス線8から第2電極75に電圧が印加され逆方向バイアスがかけられて駆動するようになっている。また、フォトダイオード7に蓄積された電荷はTFT10がオン状態とされると、第1電極71やソース電極10s、ドレイン電極10dを介して信号線6に取り出されるようになっている。
また、図2に示すように、センサ部2の絶縁基板4の表面4a上の検出部Dの外側の部分には、各走査線5上および各信号線6上にそれぞれ入出力端子11が形成されている。後述するように、放射線検出器の製造工程において、入出力端子11には、COF(Chip On Film)が圧着され、走査線5、信号線6および結線9がCOFを介してバイアス電圧印加回路や走査駆動回路、信号読み出し回路等に接続されるようになっている。
なお、図2〜図5では、シンチレータ3の図示が省略されている。また、図4および図5では、フォトダイオード7やTFT10に比べて絶縁基板4の厚さが実際よりも薄く表現されている。
図1に示すように、シンチレータ3は、センサ部2の検出部Dに貼付されて形成されている。シンチレータ3は、入射面3a側から入射するX線等の放射線を別の波長の電磁波に変換するようになっており、X線等の放射線が入射すると、可視光を含む例えば300〜800nmの波長の電磁波に変換して出力する蛍光体を主成分として構成されている。
本実施形態では、センサ部2の絶縁基板4とは別体のガラス基板31の下面に予め上記の蛍光体等を塗布したり蒸着させたりしてシンチレータ3を層状に形成したシンチレータ基板32を検出部Dの上面に貼り合わせることによってセンサ部2の検出部Dにシンチレータ3が貼付されるようになっている。
なお、シンチレータ3の形成手法としては、この他にも、例えばセンサ部2の検出部Dに上記の蛍光体等を直接塗布しまたは蒸着させてシンチレータ3を層状に形成おき、その上面を、ガラス基板や樹脂の薄膜等で構成される図示しないカバー部材でカバーするようにして貼り合せるように形成することも可能である。
[放射線検出器の製造方法]
次に、上記の放射線検出器の撮像部1を用いた放射線検出器の製造方法について説明する。本実施形態に係る放射線検出器の製造方法は、図6に示すフローチャートに従って行われるようになっている。以下、このフローチャートに従って説明する。
放射線検出器の製造においては、図1に示したように、まず、センサ部2の検出部Dにシンチレータ3を貼り合わせるシンチレータ貼り合わせ工程が行われて(図6のステップS1)、放射線検出器の撮像部1が形成されるようになっている。
続いて、この状態で、撮像部1の検出部Dの各フォトダイオード7が正常に機能するか否かの検査を行う検査工程が行われるようになっている(ステップS2)。
本実施形態の検査工程では、図1の状態の撮像部1のセンサ部2を構成する絶縁基板4のシンチレータ3側の面とは反対側の面すなわち裏面4b側から、検出部Dの複数のフォトダイオード7に対してフォトダイオード7が感知可能な波長の光を照射してフォトダイオード7の機能検査が行われるようになっている。
フォトダイオード7が感知可能な波長の光としては、例えば放射線の照射を受けてシンチレータ3が発光する緑色の光と同じ波長帯域の波長の光が採用される。以下、フォトダイオード7が感知可能な波長の光を、可視光と略称する。
フォトダイオード7に対して可視光を照射する手法としては、種々の手法を採用することができる。
第1の手法としては、図7(a)に示すように、撮像部1のセンサ部2の絶縁基板4の裏面4b側から検出部Dの複数のフォトダイオード7に可視光を照射する光源20を、検出部Dと同程度の面積を有する例えばEL(electroluminescence)シート20a等の面光源として構成して、可視光を複数のフォトダイオード7の全部に対して一度に照射するように構成することができる。
この場合、ELシート20aのセンサ部2に対向する面とは反対側の面側に反射板21を設けて、ELシート20aから外部に漏れる光を遮光してセンサ部2側に反射するように構成することが好ましい。
また、第2の手法としては、図7(b)に示すように、複数のフォトダイオード7に可視光を照射する光源20として、検出部Dの図中の奥行き方向の長さを有する棒状の光源20bを用い、可視光を照射させながら棒状の光源20bを絶縁基板4に沿って移動させることで全てのフォトダイオード7に可視光を照射するように構成することができる。
さらに、第3の手法としては、図7(c)に示すように、点光源または面光源である単数または複数の光源20から照射した可視光を、拡散板22によって拡散させて、上記の図7(a)や図7(b)のように絶縁基板4の裏面4b側から拡散された可視光を検出部Dの複数のフォトダイオード7に照射するように構成することができる。
なお、図7(a)〜図7(c)において、光源20を単数または複数のLED(Light Emitting Diode)で構成してもよい。すなわち、図7(a)に示した第1の手法では複数のLEDを検出部Dと同程度の面積を有するように配置し、図7(b)に示した第2の手法では複数のLEDを検出部Dの奥行き方向の長さになるように1列または数列並べて配置し、図7(c)では単数または複数のLEDから照射した可視光を拡散板22により拡散させるように構成される。
このようにして、絶縁基板4の裏面4b側から可視光が照射されると、前述したように絶縁基板4や第1電極71(および絶縁層76)が可視光を透過する材料で構成され、或いは可視光を透過するように構成されているため、それらは可視光を透過し、検出部Dの複数のフォトダイオード7に可視光すなわちフォトダイオード7が感知可能な波長の光が照射される。
各フォトダイオード7では、可視光の照射を受けると、変換層であるi層73で電子正孔対が発生し、本実施形態では、正孔はバイアス線8を介して流出し電子がフォトダイオード7内に蓄積する。そこで、検査工程では、各フォトダイオード7に対応するTFT10のゲートをそれぞれ開き、各フォトダイオード7から電子を取り出せるか否かを判定して各フォトダイオード7が正常に機能するか否かが検査されるようになっている。
続いて、COFによるタブ接続のために、入出力端子11にCOFを圧着するCOF圧着工程が行われるようになっている(図6のステップS3)。COF圧着工程では、COFリールからの打ち抜きにより形成されたCOF23を、図8に示すように撮像部1のセンサ部2の入出力端子11に異方性導電接着フィルム(Anisotropic Conductive Film)や異方性導電ペースト(Anisotropic Conductive Paste)等の異方性導電性接着材料24を介して圧着させて接続されるようになっている。
そして、COF23の通電検査が行われた後、COF23上のIC25等を駆動するためのPCB基板をCOF23に圧着するPCB基板圧着工程が行われるようになっている(図6のステップS4)。PCB基板圧着工程では、図9に示すように、入出力端子11に圧着されたCOF23が、絶縁基板4の裏面4b側に引き回されて、裏面4b側でPCB基板26とCOF23とが圧着されるようになっている。
なお、上記の検査工程(図6のステップS2)の後、PCB基板圧着工程(ステップS4)までのいずれかの段階で、絶縁基板4の裏面4bを図示しない遮光膜等で遮蔽し、外光が絶縁基板4や第1電極71等を透過してフォトダイオード7に到達しないようにする処置が施される。
PCB基板26が取り付けられ、金属製の部材の露出部分等に対する腐食防止処理等の処理が適宜行われた後、COF23やPCB基板26等が取り付けられた撮像部1が図10に示すような筐体41に収納されて、最終的に放射線検出器40が完成される
なお、図10に示した放射線検出器40の筐体41は、カーボン板やプラスチック等の材料で形成されている。また、筐体41の側面部等には、例えばLED等で構成され図示しない充電池の充電状況や各種の操作状況等を表示するインジケータ42や、充電池等の取り出し口に嵌め込まれる蓋部材43、外部の機器と電気的に接続するための端子44、電源スイッチ45等が設けられている。また、筐体41や蓋部材43等にアンテナ装置等を設けて、外部の機器との間で無線により情報の送受信を行うように構成することも可能である。
以上のように、本実施形態に係る放射線検出器40の撮像部1および放射線検出器40の製造方法によれば、撮像部1の絶縁基板4やフォトダイオード7の第1電極71(および絶縁基板4と第1電極71の間に絶縁層76を形成する場合には絶縁層76)が、フォトダイオード7が感知可能な波長の光を透過する材料で構成され、或いはフォトダイオード7が感知可能な波長の光が透過し得るように構成されているため、絶縁基板4の裏面4b側からフォトダイオード7が感知可能な波長の光を照射すると、その光がそれらの部材を透過して検出部Dのフォトダイオード7に到達する。
そして、各フォトダイオード7は前記光の照射を受けて電荷を発生させて蓄積させるため、各フォトダイオード7から電荷を取り出した際に電荷が正常に取り出せるか否かを判定することで、各フォトダイオード7が正常に機能するか否かの機能検査を容易かつ的確に検査することが可能となる。
このように、本実施形態に係る放射線検出器40の撮像部1および放射線検出器40の製造方法では、撮像部1に可視光等のフォトダイオード7が感知可能な波長の光を照射すればよいから、撮像部1をX線照射装置等が設置された検査場所に搬送する必要はなく、撮像部1や放射線検出器40の製造ライン上で容易に検査を行うことができる。そのため、検査にかかるコストを大幅に低減することが可能となるとともに、撮像部1を検査場所に搬送する際の振動や衝突等により故障が生じることを確実に防止することが可能となる。
さらに、完成した放射線検出器40には検査に用いられた光源が組み込まれないため、放射線検出器40の大型化を防止して、放射線検出器40のコンパクト化を図ることが可能となる。
なお、放射線検出器40は、稼動時には、図9に示すシンチレータ基板32の上面側から放射線を受光し、その放射線をシンチレータ3で別の波長の電磁波に変換してセンサ部2の検出部Dに照射し、上記のように正常に機能することが確認された各フォトダイオード7がその電磁波を受光して電荷を発生させて電気信号に変換するといった通常の放射線検出動作が行われる。
その際、各フォトダイオード7のゲイン調整を行う必要が生じる場合があるが、本実施形態に係る放射線検出器40では、撮像部1の絶縁基板4の裏面4bに貼付される等した遮光膜等を除去して裏面4b側から可視光等を照射して、容易かつ的確にゲイン調整を行うことが可能である。
本実施形態に係る放射線検出器の撮像部を示す概略図である。 図1の撮像部のセンサ部の構成を示す平面図である。 図2におけるフォトダイオードと薄膜トランジスタ等の拡大図である。 図3におけるA−A線に沿う模式断面図である。 センサ部の構成の変形例を示す模式断面図である。 本実施形態に係る放射線検出器の製造方法の手順を示すフローチャートである。 フォトダイオードに光を照射する手法を説明する図であり、(a)は第1の手法、(b)は第2の手法、(c)は第3の手法を示す。 入出力端子に圧着されたCOFを説明する図である。 図8のCOFが絶縁基板の裏面側に引き回されてPCB基板に圧着されることを説明する図である。 完成された放射線検出器を示す斜視図である。
符号の説明
1 撮像部
2 センサ部
3 シンチレータ
3a 入射面
4 絶縁基板
4a 表面(絶縁基板の面)
4b 裏面(絶縁基板のシンチレータ側の面と反対側の面)
7 フォトダイオード
10 薄膜トランジスタ
20 光源
20a ELシート
22 拡散板
40 放射線検出器
71 第1電極(絶縁基板側の電極)
76 絶縁層
101 ゲート絶縁層

Claims (3)

  1. 入射面側から入射する放射線を、可視光を含む別の波長の電磁波に変換するシンチレータと、
    前記シンチレータにより変換された電磁波を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を透過する絶縁基板とを備えたセンサ部と、
    を備え、
    前記複数のフォトダイオードは前記絶縁基板の前記シンチレータ側の面上に形成され、かつ、前記フォトダイオードの前記絶縁基板側の電極は前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を透過するように形成されていることを特徴とする放射線検出器の撮像部。
  2. 前記電極は、透明導電性酸化物で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器の撮像部。
  3. 請求項1または請求項2に記載の放射線検出器の撮像部の前記センサ部を構成する前記絶縁基板の前記シンチレータ側の面とは反対側の面側から前記複数のフォトダイオードに対して前記フォトダイオードが感知可能な波長の光を光源から照射して、前記複数のフォトダイオードが正常に機能するか否かの検査を行う検査工程を有することを特徴とする放射線検出器の製造方法。
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