JP2009243960A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体層に印加されるバイアス電圧のノイズによる放射線画像の画質の低下を抑制することができる放射線画像撮影装置を提供する。
【解決手段】電磁波検出素子１０の検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層６に対してバイアス電源３０からのバイアス電圧を供給する配線３２に、抵抗値をｍ［Ω］とし、電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器４２を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線画像撮影装置に係り、特に、放射線画像撮影装置に関する。

近年、ＴＦＴ（Thin film transistor）アクティブマトリックス基板上に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）等の放射線画像撮影装置が実用化されている。このＦＰＤは、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。

この種の放射線画像撮影装置は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

この種の放射線画像撮影装置では、半導体層の一方の面にバイアス電圧を印加する電極を設けると共に、半導体層の他方の面に電荷を収集する電極を多数設け、半導体層に発生した電荷を収集して画像を示す情報として蓄積する。

ところで、この種の放射線画像撮影装置では、多量の放射線が入射した場合に半導体層に多量の電荷が発生し、収集された電荷を蓄積するコンデンサにかかる電圧が上昇し、このコンデンサにかかる電圧の上昇が、蓄積量の飽和によるダイナミックレンジの制限、並びに、コンデンサにつながるスイッチング素子が耐電圧破壊を引き起こす場合がある。

そこで、特許文献３には、バイアス電圧を供給する配線に抵抗器を設け、半導体層に多量の電荷が発生して配線に流れる電流量が多くなった場合に抵抗器で電圧を低下させることにより、半導体層に対して印加されるバイアス電圧を自動的に制限する技術が開示されている。
特開平１１−２１２８３７号公報 特開２００１−６８６５７号公報 特開２０００−１１１６５２号公報

ところで、この種の放射線画像撮影装置は、微少な電荷を画像に変換するためノイズに弱く、特に、蓄積された電荷を読み出す際に半導体層に印加されるバイアス電圧のノイズが放射線画像に重畳され、放射線画像の画質が低下する場合がある、という問題点があった。

なお、特許文献３に記載の技術は、放射線画像を撮影する際の曝射時に、半導体層に多量の放射線が入射した場合の、電荷を蓄積するコンデンサにかかる電圧の上昇の抑制、及び当該コンデンサにつながるスイッチング素子が耐電圧オーバーによって破壊されることの防止を目的としてバイアス電圧を供給する配線に抵抗を設けた技術であり、蓄積された電荷を読み出す際のバイアス電圧のノイズの低減を目的としたものではない。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、放射線画像の画質の低下を抑制することができる放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の放射線画像撮影装置は、検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層を有し、当該半導体層に対してバイアス電圧を印加して前記半導体層に発生した電荷を収集して画像を示す情報として蓄積する電磁波検出素子と、前記電磁波検出素子に配線を介して接続され、前記バイアス電圧を供給する電源と、前記配線に設けられた、抵抗値をｍ［Ω］とし、前記電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器と、を備えている。

本発明の放射線画像撮影装置は、電磁波検出素子が、検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層を有しており、当該半導体層に対してバイアス電圧を印加して半導体層に発生した電荷を収集することにより、発生した電荷を画像を示す情報として蓄積しており、電源から配線を介して当該電磁波検出素子にバイアス電圧が供給されている。

そして、本発明では、電源からのバイアス電圧が供給される配線に、抵抗値をｍ［Ω］とし、電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器が設けられている。

このように、本発明の放射線画像撮影装置は、電磁波検出素子の検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層に対して電源からのバイアス電圧を供給する配線に、抵抗値をｍ［Ω］とし、電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器を設けることによってバイアス電圧からのノイズによる放射線画像の画質の低下を抑制することができることを本出願人は見出した。

なお、上記放射線画像撮影装置は、上記抵抗器が、前記ｎ：ｍの比率が１：１００〜１：１，０００の範囲内であることが更に好ましい。

また、上記放射線画像撮影装置は、前記配線に、前記抵抗器を含んで構成され、抵抗値を変更可能な可変抵抗回路を設けてもよい。

また、上記放射線画像撮影装置は、前記可変抵抗回路の抵抗値を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段が、前記画像を示す情報として蓄積された電荷を前記電磁波検出素子から読出す際よりも前記電磁波検出素子への電磁波の照射中に前記可変抵抗回路の抵抗値が小さくなるように制御してもよい。

また、上記放射線画像撮影装置は、前記検出対象とする電磁波が、放射線であり、前記電磁波検出素子が、被写体を透過した放射線が照射されることにより、当該放射線により表わされる放射線画像を撮影し、前記制御手段が、前記被写体の撮影部位、及び前記被写体の静止画像又は動画像を撮影する撮影モードの少なくとも一方に応じて前記電磁波検出素子への電磁波の照射中に前記可変抵抗回路の抵抗値を制御してもよい。

また、上記放射線画像撮影装置は、前記電磁波検出素子の容量に並列に接続されたコンデンサをさらに備えてもよい。

さらに、上記放射線画像撮影装置は、前記コンデンサと並列に接続されたスイッチ素子と、前記電源からのバイアス電圧の供給を停止する際に、前記スイッチ素子をオンとして前記コンデンサをショートさせる制御を行う第２制御手段と、をさらに備えてもよい。

ここで、前記電磁波は上記半導体層において検出されて電荷を発生させる電磁波を意味し、たとえば間接変換方式の放射線画像撮影装置に用いられる電磁波検出素子の場合はシンチレータによって発せられる光がこれに相当する。

このように、本発明によれば、電磁波検出素子の検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層に対して電源からのバイアス電圧を供給する配線に、抵抗値をｍ［Ω］とし、電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器を設けているので、バイアス電圧からのノイズによる放射線画像の画質の低下を抑制することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、本発明を、直接変換方式の放射線画像撮影装置１００に適用した場合について説明する
［第１の実施の形態］
図１には、第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。

同図に示すように、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、電磁波検出素子１０を備えている。

電磁波検出素子１０は、後述する上部電極と半導体層と下部電極を備え、照射された放射線を受けて電荷を発生するセンサ部１０３と、画像センサ部１０３で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素が２次元状に多数設けられている。電荷蓄積容量５の一方の電極は後述する蓄積容量配線１０２（図２参照。）を介して接地されてグランドレベルとされている。なお、図１では、電荷蓄積容量５の一方の電極が個別にグランドに接続されているものとして示している。

また、電磁波検出素子１０には、上記ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１と、上記電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３と、が互いに交差して設けられている。

各信号配線３には、当該信号配線３に接続された何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることにより電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されており、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力するスキャン信号制御装置１０４が接続されている。

信号検出回路１０５は、各信号配線３毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、画像を構成する各画素の情報として、各電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量を検出する。

この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御装置１０４には、信号検出回路１０５において検出された電気信号に所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置１０６が接続されている。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る電磁波検出素子１０についてより詳細に説明する。なお、図２には、本実施形態に係る電磁波検出素子１０の１画素単位の構造を示す平面図が示されており、図３には、図２のＡ−Ａ線断面図が示されている。

図３に示すように、電磁波検出素子１０は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１、蓄積容量下部電極１４、ゲート電極２及び蓄積容量配線１０２（図２参照。）が形成されており、ゲート電極２は走査配線１０１に接続され、蓄積容量下部電極１４は蓄積容量配線１０２に接続されている。この走査配線１０１、蓄積容量下部電極１４、ゲート電極２及び蓄積容量配線１０２が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。

この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮ_Ｘ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜により形成される。

絶縁膜１５上のゲート電極２に対応する位置には、半導体活性層８が形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。

これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３が形成され、また、絶縁膜１５上の蓄積容量下部電極１４に対応する位置に蓄積容量上部電極１８が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続され、ドレイン電極１３は蓄積容量上部電極１８に接続されている（図２参照。）。ソース電極９、ドレイン電極１３、蓄積容量上部電極１８及び信号配線３が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。

このソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間にはコンタクト層（不図示）が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、ゲート電極２やゲート絶縁膜１５、ソース電極９、ドレイン電極１３、半導体層６によりＴＦＴスイッチ４が構成されており、蓄積容量下部電極１４やゲート絶縁膜１５、蓄積容量上部電極１８により電荷蓄積容量５が構成されている。

そして、これら第２信号配線層を覆い、基板１上の画素が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂などの有機材料からなり、膜厚が１〜４μｍ、比誘電率が２〜４である。本実施の形態に係る電磁波検出素子１０では、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層６の形状が平坦化されるため、半導体層６の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜１２には、蓄積容量上部電極１８と対向する位置にコンタクトホール１６が形成されている。

層間絶縁膜１２上には、各画素毎に、各々コンタクトホール１６を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１１が形成されており、この下部電極１１は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、蓄積容量上部電極１８と接続されている。

下部電極１１上の基板１上の画素が設けられた領域のほぼ全面には、半導体層６が形成されている。この半導体層６は、Ｘ線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、半導体層６は電磁波導電性を有し、Ｘ線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、半導体層６は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。

この半導体層６上には、上部電極７が形成されている。この上部電極７には、後述するバイアス電源３０（図４参照。）が接続されており、バイアス電源３０からバイアス電圧が供給されている。

図４には、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０の１画素部分に注目した等価回路図が示されている。

同図に示すように、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９は信号配線３に接続され、この信号配線３は信号検出回路１０５に内蔵された増幅回路してのチャージアンプ１０５Ａに接続されている。また、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３は電荷蓄積容量５の蓄積容量上部電極１８及び下部電極１１に接続され、ゲート電極２は走査配線１０１に接続されている。

また、上部電極７は、配線３２を介してバイアス電源３０に接続されており、バイアス電源３０からバイアス電圧が供給されている。また、バイアス電源３０は、配線３３を介して接地されている。

さらに、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、配線３２にノイズを低減させるための抵抗器４２を設けている。

次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の動作原理について簡単に説明する。

上部電極７と蓄積容量下部電極１４との間にバイアス電圧を印加した状態で、半導体層６にＸ線が照射されると、半導体層６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。半導体層６と電荷蓄積容量５とは電気的に直列に接続された構造となっている。このため、半導体層６内に発生した電子は＋（プラス）電極側に、正孔は−（マイナス）電極側に移動する。画像検出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に負バイアスが印加されてＯＦＦ状態に保持されている。この結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

画像読出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号（＋１０〜２０Ｖ）が印加される。これにより、ＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。信号検出回路１０５は、信号配線３に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部１０３の電荷蓄積容量５に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、電磁波検出素子１０に照射されたＸ線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。

ところで、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０は、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出す際に、バイアス電源３０から半導体層６に印加されるバイアス電圧のノイズが画像に重畳され、画像の画質が低下する場合がある。

ここで、放射線を直接、半導体層６で電荷に変換して蓄積する直接変換方式の電磁波検出素子１０での半導体層６に蓄積される電荷とＸ線照射時の電源から半導体層６に供給される電荷を比較して、バイアス電圧のノイズの放射線画像への影響について説明する。

半導体層６が、例えば、ａ−Ｓｅである場合、半導体層６の容量Ｃｐｃは以下の（１）式から求められる。

Ｃｐｃ＝ε₀×ε_r×Ｓ／ｄ ・・・（１）
ここで、
ε₀：真空の誘電率（８．８５×１０⁻¹²[Ｆ／ｍ]）
ε_r：比誘電率
Ｓ：半導体層６の面積
ｄ：半導体層６の膜厚
ａ−Ｓｅの比誘電率ε_rを約６．５とし、半導体層６を１７インチ四方（面積Ｓ＝(１７×０．０２５４)^２）とし、半導体層６の膜厚ｄ＝１ｍｍとすると、上記（１）式から半導体層６の容量Ｃｐｃは以下のように求まる。

Ｃｐｃ＝８．８５×１０⁻¹²×６．５×(１７×０．０２５４)^２／（０．００１）
≒１０７００［ｐＦ］
よって、半導体層６に蓄積される電荷量は、バイアス電圧をＶを１０ｋＶとした場合、Ｑ＝Ｃｐｃ×ＶよりＱ＝１０７００×１０⁻¹²×１０×１０００＝１．０７×１０⁻⁴ ［Ｃ］と求められる。

これに対し、Ｘ線照射時にバイアス電源３０から１秒間に供給される最大電荷量は、感度をＧ[ｅ-／μＧｙ／ｐｉｘ]とし、Ｘ線線量率をＲ[μＧｙ／ｓ]とし、画素数をＰとし、電子の電荷量を１．６×１０⁻¹⁹ [Ｃ]とすると以下の（２）式から求められる。

最大電荷量＝Ｇ×Ｒ×Ｐ×１．６×１０⁻¹⁹ [Ｃ／ｓ] ・・・（２）
ここで、Ｇ＝０．１〜０．７Ｍ[ｅ-／μＧｙ／ｐｉｘ]とし、Ｒ＝２〜１０×１０³ [μＧｙ／ｓ]とし、Ｐ＝４〜１６Ｍ[ｐｉｘ]とすると上記（２）式から最大電荷量は約６×１０⁻³ [Ｃ／ｓ]と求まる。

よって、半導体層６がａ−Ｓｅである場合、バイアス電源３０から１秒間に供給される電荷量は、半導体層６に蓄積される電荷量の約５６倍（≒６×１０⁻³／１．０７×１０⁻⁴）である。

一方、半導体層６が、例えば、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）である場合、半導体層６の容量Ｃｐｃは上述した（１）式から以下のように求まる。なお、ＣｄＴｅの比誘電率ε_rは約１４とする。

Ｃｐｃ＝８．８５×１０⁻¹²×１４×（１７×０．０２５４）^２／（０．０００２）
≒１１５，０００［ｐＦ］
よって、半導体層６に蓄積される電荷量は、バイアス電圧をＶを２０Ｖとした場合、Ｑ＝Ｃｐｃ×ＶよりＱ＝１１５，０００×１０⁻¹²×２０＝２．３×１０⁻⁶ ［Ｃ］と求められる。

これに対し、Ｘ線照射時にバイアス電源３０から１秒間に供給される最大電荷量は、Ｇ＝１〜２Ｍ[ｅ-／μＧｙ／ｐｉｘ]とし、Ｒ＝２〜１０×１０³[μＧｙ／ｓ]とし、Ｐ＝４〜１６Ｍ[ｐｉｘ]とすると、上記（２）式から、約２．４×１０⁻² [Ｃ／ｓ]と求まる。

よって、半導体層６がＣｄＴｅである場合、バイアス電源３０から１秒間に供給される最大電荷量は、半導体層６に蓄積される電荷量の約１０４００倍（≒２．４×１０⁻²／２．３×１０⁻⁶）である。

よって、直接変換方式の電磁波検出素子１０では、バイアス電源３０から供給される電荷は半導体層６に蓄積されている電荷量よりも数十倍から１万倍も大きく、バイアス電源３０からのノイズの影響を受けやすい。

ここで、本発明者は、バイアス電源３０と上部電極７を接続する配線３２に高抵抗値の抵抗器４２を直列に接続した場合、放射線画像のノイズが低減することを見出した。

図５には、配線３２に抵抗器４２を設けない放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影した場合（「対策なし」）と、配線３２に抵抗器４２を設けた放射線画像撮影装置１００により、当該抵抗器４２の抵抗値をｍ［Ω］とし、バイアス電源３０から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率を１：１００〜１：１：１０，０００の範囲で比率を変えて放射線画像を撮影した場合の各放射線画像に発生するノイズ量の一例が周波数毎に示されている。なお、同図の周波数は、所定のサンプリング周波数を１として各周波数を正規化した正規化周波数［ｆｓ］として示している。また、ノイズ量は、ｎ：ｍが１：１０，０００で且つ正規化周波数が０．２５［ｆｓ］のノイズ量を１として各ノイズ量を正規化した正規化ノイズとして示している。

また、図６には、バイアス電源３０から供給されるバイアス電圧ｎに対する抵抗器４２の抵抗値ｍの比率（抵抗比率）を０．００１〜１０，０００の範囲で変えた場合の放射線画像に発生する平均ノイズ量の一例が示されている。なお、同図の平均ノイズ量は、ｎ：ｍが１：１０，０００の平均ノイズ量を１として各平均ノイズ量を正規化した平均正規化ノイズとして示している。

図５及び図６に示されるように、ｎ：ｍの比率が大きくなるほどバイアス電圧に含まれるノイズが小さくなり、放射線画像に発生するノイズ量が小さくなる。なお、図５では、ｎ：ｍが１：１，０００、１：５，０００及び１：１０，０００の場合の間でノイズ量の差が小さく、グラフの大部分が重なっている。また、図６では抵抗比率が１，０００以上では測定限界以下となっており、ノイズの抑制効果は飽和している。

このため、放射線画像に発生するノイズ量を小さく抑えるには、バイアス電圧ｎに対する抵抗器４２の抵抗値ｍの比率を大きくすることが好ましい。

一方、抵抗器４２の抵抗値ｍを大きくした場合は、半導体層６にＸ線を照射して放射線画像を撮影する際に、抵抗器４２でのバイアス電圧の低下が大きくなって上部電極７から半導体層６に対して印加されるバイアス電圧が低下し、半導体層６内に発生した電子を十分に下部電極１１に収集させることができないため、Ｘ線に対するセンサ部１０３の感度が低下する。

本発明者は、放射線画像に発生するノイズ量を抑えるには、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内とする必要があり、さらにセンサ部１０３の感度の低下による画質の低下を抑制しつつ、ノイズ量を抑えるには、ｎ：ｍの比率が１：１００〜１：１，０００の範囲内であることが好ましいことを見出した。

図７（Ａ）〜（Ｃ）には、抵抗器４２を設けない放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影した場合（「対策なし」）と、配線３２に抵抗器４２を設けた放射線画像撮影装置１００により、ｎ：ｍの比率を１：１００、及び１：５００として撮影した場合の各放射線画像の一例が示されている。

以上のように、本実施の形態によれば、半導体層６に対してバイアス電源３０からのバイアス電圧を供給する配線３２に、抵抗値をｍ［Ω］とし、電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器４２を設けているので、バイアス電圧からのノイズによる放射線画像の画質の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、抵抗器４２の抵抗値ｍとバイアス電源３０から供給されるバイアス電圧ｎの比率ｎ：ｍを１：１００〜１：１：１，０００の範囲内とすることにより、センサ部１０３の感度の低下による画質の低下を抑制しつつ、ノイズ量の少ない放射線画像を得ることができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の構成は、上記第１の実施の形態（図１〜図３参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

図８には、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０の１画素部分に注目した等価回路図が示されている。なお、図８における図４と同一部分については説明を省略する。

配線３２には抵抗器４２を含んで構成され、抵抗値を変更可能な可変抵抗回路４０が設けられている。この可変抵抗回路４０には、抵抗器４２と並列に、抵抗器４４とスイッチ素子４６が直列に接続された直列配線が設けられている。スイッチ素子４６は、オン・オフが制御部５０から送信される切替指示信号ＳＷ_Ｒ１により制御されている。可変抵抗回路４０は、スイッチ素子４６のオン・オフが切替えられることにより、回路全体での抵抗値が変更可能とされている。

また、制御部５０は電磁波検出素子１０に対してＸ線を射出する放射線源６０と接続されている。放射線源６０は制御部５０から送信される射出指示信号ＸＲによりＸ線の射出が制御されている。さらに、制御部５０は上述の信号処理装置３４とも接続されている。

制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等から成るメモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等から成る不揮発性の記憶部を備えたコンピュータと、このコンピュータに接続された周辺回路を含んで構成されており、不揮発性の記憶部に記憶された所定のプログラムがコンピュータのＣＰＵによって実行され、コンピュータと周辺回路が協働することで、スイッチ素子４６のオン・オフを制御すると共に、放射線源６０におけるＸ線の射出を制御し、また、信号処理装置３４を制御することにより電磁波検出素子１０による放射線画像の撮影動作を制御する。

次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の動作原理について簡単に説明する。

本実施の形態に係る制御部５０は、電磁波検出素子１０で放射線画像を撮影する際に、スイッチ素子４６をオン状態とし、電磁波検出素子１０から放射線画像を読み出す際に、スイッチ素子４６をオフ状態とするように制御している。

図９には、放射線画像撮影時及び放射線画像読出時の制御部５０による制御の流れを示すタイムチャートが示されている。

同図に示すように、制御部５０は、放射線画像を撮影する際、切替指示信号ＳＷ_Ｒ１にオン信号を出力してスイッチ素子４６をオン状態とさせると共に、射出指示信号ＸＲに放射線源６０からのＸ線の射出を指示するオン信号を出力して放射線源６０からＸ線を射出させる。

このように、放射線画像を撮影する際に、スイッチ素子４６をオン状態とすることにより可変抵抗回路４０全体での抵抗値が低下して、半導体層６に対して印加されるバイアス電圧ＨＶの低下が抑制されるため、Ｘ線に対するセンサ部１０３の感度の低下を抑制することができる。

一方、制御部５０は、放射線画像を読出す際、切替指示信号ＳＷ_Ｒ１にオフ信号を出力してスイッチ素子４６をオフ状態とさせ、その後、信号処理装置３４を制御してスキャン信号制御装置３２から１ラインずつ順に各走査配線１０１（ｇａｔｅ１〜ｇａｔｅＮ）にオン信号を出力させ、各走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて、放射線画像の読み出しを行う。

このように、放射線画像を読出す際に、スイッチ素子４６をオフ状態とすることにより可変抵抗回路４０全体での抵抗値が上昇し、放射線画像にノイズが重畳されることを低減することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、配線３２に、抵抗値を変更可能な可変抵抗回路４０を設け、放射線画像を撮影する際に可変抵抗回路４０の抵抗値を低くすることにより、センサ部１０３の感度の低下を抑制できる。また、放射線画像を読出す際に可変抵抗回路４０の抵抗値を高くすることにより、バイアス電圧から重畳されるノイズを小さく抑えることができるため、放射線画像の画質の低下を抑制することができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の構成は、上記第１及び第２の実施の形態（図１〜図３参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

図１０には、本実施の形態に係る電磁波検出素子１０の１画素部分に注目した等価回路図が示されている。なお、図１０における図８と同一部分については説明を省略する。

本実施の形態に係る可変抵抗回路４０は、抵抗器４２、及び抵抗器４４とスイッチ素子４６が直列に接続された直列配線と並列に、スイッチ素子４８が設けられている。スイッチ素子４８は、オン・オフが制御部５０から送信される切替指示信号ＳＷ_Ｒ２により制御されている。可変抵抗回路４０は、スイッチ素子４６、及びスイッチ素子４８のオン・オフが切替えられることにより、回路全体での抵抗値が変更可能とされている。

また、可変抵抗回路４０と上部電極７とを接続する配線３２は、分岐しており、分岐した配線がコンデンサ７０の一端に接続されている。このコンデンサ７０の他端は接地されている。さらに、このコンデンサ７０には、並列に、抵抗器７２とスイッチ素子７４が直列に接続された直列配線が設けられている。スイッチ素子７４は、オン・オフが制御部５０から送信される切替指示信号ＳＷ_Ｄにより制御されている。

次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の動作原理について簡単に説明する。

本実施の形態に係る制御部５０は、放射線画像を撮影する際に、被写体の撮影部位、及び被写体の静止画像又は動画像を撮影する撮影モードに応じてスイッチ素子４６、及びスイッチ素子４８のオン・オフを制御して可変抵抗回路４０の抵抗値を制御している。例えば、静止画像を撮影する撮影モードであり、被写体の撮影部位が胸部等のＸ線の透過性の高い部分である場合は、照射されるＸ線の線量が少ないため、例えば、スイッチ素子４６をオン状態とし、スイッチ素子４８をオフ状態として照射中の可変抵抗回路４０の抵抗値を比較的小さく（例えば、１００ｋΩ程度に）する。また、静止画像を撮影する撮影モードであり、被写体の撮影部位が腰椎等のＸ線の透過性の低い部分である場合は、照射されるＸ線の線量が多いため、スイッチ素子４６、及びスイッチ素子４８を共にオン状態として照射中の可変抵抗回路４０の抵抗値を小さく（例えば、０Ω程度）としてバイアス電圧に電圧ドロップやリンギングが発生することを抑えている。また、放射線画像を連続的に撮影することにより動画像を撮影する撮影モードである場合は、スイッチ素子４６、及びスイッチ素子４８を共にオフ状態として照射中の可変抵抗回路４０の抵抗値を最も大きく（例えば、１０ＭΩ程度）してバイアス電圧からのノイズの重畳を抑えている。

また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、配線３２に接続されたコンデンサ７０により平滑フィルタを形成しており、このコンデンサ７０によりバイアス電圧のノイズを低減させている。

本実施の形態に係る制御部５０は、装置本体の電源がオンされて所定の初期処理が完了すると、切替指示信号ＳＷ_Ｄにオフ信号を出力してスイッチ素子７４をオフ状態とさせる。また、制御部５０は、装置終了処理時や、電磁波検出素子１０の放電破壊時、電磁波検出素子１０の異常検知時などの装置異常などによりバイアス電源３０からのバイアス電圧の供給を停止する際に、切替指示信号ＳＷ_Ｄにオン信号を出力してコンデンサ７０をショートさせる制御を行う。これにより、装置終了処理時や装置異常時にバイアス電圧が立ち下がる際の立ち下がりを早くすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、静止画像を撮影する際に、被写体の撮影部位がＸ線の透過性の高い部分である場合は、可変抵抗回路４０の抵抗値を比較的小さくすることにより、バイアス電圧に電圧ドロップやリンギングが発生することを抑えることで感度の低下を抑え、かつ放射線画像を読出す際にはスイッチ素子４６、４８をオフ状態とすることにより可変抵抗回路４０全体での抵抗値が上昇し、放射線画像にノイズが重畳されることを低減することができる。被写体の撮影部位がＸ線の透過性の低い部分である場合は、放射線画像を撮影する際に、可変抵抗回路４０の抵抗値を最も小さくすることにより、センサ部１０３の感度の低下を抑えることができる。また、動画像を撮影する撮影モードである場合は、可変抵抗回路４０の抵抗値を最も大きくすることにより、バイアス電圧からのノイズの重畳を抑え、放射線画像に発生するノイズ量を抑えることができる。

なお、上記各実施の形態では、検出対象とする電磁波としてＸ線を検出することにより画像を検出する放射線画像撮影装置１００に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出対象とする電磁波は可視光や紫外線、赤外線等いずれであってもよい。

また、上記各実施の形態では、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式の電磁波検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放射線を一度シンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層で電荷に変換して蓄積する間接変換方式の電磁波検出素子を用いた放射線画像撮影装置に適用してもよい。

図１１には、間接変換方式の電磁波検出素子の半導体層にバイアス電源から供給されるバイアス電圧ｎに対する抵抗器４２の抵抗値ｍの比率（抵抗比率）を０．００１〜１０，０００の範囲で変えた場合の放射線画像に発生する平均ノイズ量の一例が示されている。なお、同図の平均ノイズ量は、ｎ：ｍが１：１００の平均ノイズ量を１として各平均ノイズ量を正規化した平均正規化ノイズとして示している。

図１１に示されるように、間接変換方式の電磁波検出素子においても、ｎ：ｍの比率が大きくなるほどバイアス電圧に含まれるノイズが小さくなり、放射線画像に発生するノイズ量が小さくなる。

なお、直接変換方式では放射線照射時に放電した半導体層に蓄積されていた電荷をバイアス電源３０から補充する。このため、半導体層に蓄積されている電荷以上には電荷量が発生しない間接変換方式に比べて、前述のように直接変換方式はバイアス電源３０から供給される電荷が半導体層６に蓄積されている電荷量よりも数十倍から１万倍も大きく、バイアス電源３０からのノイズの影響を受けやすいため、直接変換方式の電磁波検出素子に本発明を適用することがより好ましい。

その他、上記各実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００の構成（図１参照。）及び電磁波検出素子１０の構成（図２〜図４、図８、図１０）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。 実施の形態に係る電磁波検出素子の１画素単位の構成を示す平面図である。 実施の形態に係る電磁波検出素子の線断面図である。 第１の実施の形態に係る電磁波検出素子の１画素部分に注目した等価回路図である。 バイアス電圧ｎ：抵抗値ｍの比率を変えて放射線画像を撮影した場合の各放射線画像に発生する周波数毎のノイズ量の一例を示すグラフである。 直接変換方式の電磁波検出素子でのバイアス電圧ｎに対する抵抗値ｍの比率を変えた場合の放射線画像に発生する平均ノイズ量の一例を示すグラフである。 バイアス電圧ｎ：抵抗値ｍの比率を変えて撮影した各放射線画像の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る電磁波検出素子の１画素部分に注目した等価回路図である。 第２の実施の形態に係る放射線画像撮影時及び放射線画像読出時の制御部による制御の流れを示すタイムチャートである。 第３の実施の形態に係る電磁波検出素子の１画素部分に注目した等価回路図である。 間接変換方式の電磁波検出素子でのバイアス電圧ｎに対する抵抗値ｍの比率を変えた場合の放射線画像に発生する平均ノイズ量の一例を示すグラフである。

符号の説明

５ 電荷蓄積容量
６ 半導体層
１０ 電磁波検出素子
３０ バイアス電源（電源）
３２ 配線
４０ 可変抵抗回路
４２ 抵抗器
４６ スイッチ素子
４８ スイッチ素子
５０ 制御部（制御手段、第２制御手段）
７０ コンデンサ
７４ スイッチ素子
１００ 放射線画像撮影装置

Claims (7)

1. 検出対象とする電磁波が照射されることにより電荷が発生する半導体層を有し、当該半導体層に対してバイアス電圧を印加して前記半導体層に発生した電荷を収集して画像を示す情報として蓄積する電磁波検出素子と、
   前記電磁波検出素子に配線を介して接続され、前記バイアス電圧を供給する電源と、
   前記配線に設けられた、抵抗値をｍ［Ω］とし、前記電源から供給されるバイアス電圧をｎ［Ｖ］としたときに、ｎ：ｍの比率が１：１０〜１：１０，０００の範囲内である抵抗器と、
   を備えた放射線画像撮影装置。
2. 前記抵抗器は、前記ｎ：ｍの比率が１：１００〜１：１，０００の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記配線に、前記抵抗器を含んで構成され、抵抗値を変更可能な可変抵抗回路を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射線画像撮影装置。
4. 前記可変抵抗回路の抵抗値を制御する制御手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記画像を示す情報として蓄積された電荷を前記電磁波検出素子から読出す際よりも前記電磁波検出素子への電磁波の照射中に前記可変抵抗回路の抵抗値が小さくなるように制御する
   請求項３記載の放射線画像撮影装置。
5. 前記検出対象とする電磁波は、放射線であり、
   前記電磁波検出素子は、被写体を透過した放射線が照射されることにより、当該放射線により表わされる放射線画像を撮影し、
   前記制御手段は、前記被写体の撮影部位、及び前記被写体の静止画像又は動画像を撮影する撮影モードの少なくとも一方に応じて前記電磁波検出素子への電磁波の照射中に前記可変抵抗回路の抵抗値を制御する
   請求項４記載の放射線画像撮影装置。
6. 前記電磁波検出素子の容量に並列に接続されたコンデンサをさらに備えた
   請求項１〜請求項５の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
7. 前記コンデンサと並列に接続されたスイッチ素子と、
   前記電源からのバイアス電圧の供給を停止する際に、前記スイッチ素子をオンとして前記コンデンサをショートさせる制御を行う第２制御手段と、
   をさらに備えた請求項６記載の放射線画像撮影装置。