JP2010056397A - Ｘ線検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得ることができるＸ線検出素子を提供する。
【解決手段】基板１にＸ線の照射方向にＸ線検出部２２ＡとＸ線検出部２２Ｂとを積層して設け、照射されたＸ線をＸ線検出部２２Ａで検出すると共に、Ｘ線検出部２２Ａを透過したＸ線をＸ線検出部２２Ｂで検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線検出素子に係り、特に、照射されたＸ線により示される画像を検出するＸ線検出素子に関する。

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Ｘ線検出素子が実用化されている。このＸ線検出素子は、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Ｘ線検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、Ｘ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、Ｘ線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータ（波長変換部）で光に変換し、変換した光をフォトダイオードなどのセンサ部で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。

ところで、放射線画像の撮影において、被写体の同一の部位を異なる管電圧で撮影し、各管電圧での撮影によって得られた放射線画像に重みを付けて差分を演算する画像処理（以下、「サブトラクション画像処理」と呼ぶ）を行うことで、画像中の骨部等の硬部組織に相当する画像部、及び軟部組織に相当する画像部の一方を強調して他方を除去した放射線画像（以下、「エネルギーサブトラクション画像」と呼ぶ）を得る技術が知られている。例えば、胸部の軟部組織に相当するエネルギーサブトラクション画像を用いると、肋骨で隠れていた病変を見ることが可能になり、診断性能を向上させることができる。

アナログＸ線フィルムあるいはイメージングプレートでは、エネルギーサブトラクション画像を得ようとした場合、Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートを２枚重ねてＸ線を１回照射し、各Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートから各々得られる２つの放射線画像にサブトラクション画像処理を行うことでエネルギーサブトラクション画像を得ることができる。

一方、Ｘ線検出素子では、エネルギーサブトラクション画像を得ようとした場合、１枚のＸ線検出素子に対して異なるエネルギーのＸ線を２回連続的に照射して２つの放射線画像を得る撮影方法と、Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートと同様に２枚のＸ線検出素子を重ねてＸ線を１回照射することにより、２つの放射線画像を得る方法が提案されている。

前者の撮影方法は、Ｘ線の照射が２回になることにより、被写体の被曝量が増加し、また、２回の照射の間の画像ズレという原理的なデメリットがある。

これに対し、後者の撮影方法は、Ｘ線検出素子製造時の寸法誤差や振動・膨張による２枚のＸ線検出素子のズレによる画質低下や、Ｘ線源からＸ線が放射状に照射されるため、２枚のＸ線検出素子を重ねた場合に各Ｘ線検出素子から得られる各放射線画像の画素サイズが異なるといったデメリットがあり、また、１枚のＸ線検出素子に比べてコストが上昇するといったデメリットがある。

そこで、本出願人は、特許文献１に、放射線個体検出層を複数枚積層させて各放射線個体検出層から得られる各放射線画像にサブトラクション画像処理を行うことでエネルギーサブトラクション画像を得る場合に、各放射線画像の画素サイズが同一となるように画素サイズの補正を行う技術を開示した。
特開２０００−２９８１９８号公報

しかしながら、１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得る場合に、各放射線画像に位置ズレが無い方が好ましい。

本発明は、上記の事情に鑑み、位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得ることができるＸ線検出素子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、請求項１記載の発明のＸ線検出素子は、基板の一方の面上に設けられ、照射されたＸ線を検出して電荷を発生する第１Ｘ線検出部と、前記第１Ｘ線検出部に対してＸ線の照射方向に積層して設けられ、前記第１Ｘ線検出部を透過したＸ線を検出して電荷を発生する第２Ｘ線検出部と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記第１Ｘ線検出部に接続され、当該第１Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第１スイッチング素子と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記第２Ｘ線検出部に接続され、当該第２Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第２スイッチング素子と、を備えている。

本発明のＸ線検出素子は、照射されたＸ線を検出して電荷を発生する第１Ｘ線検出部が基板の一方の面上に設けられており、Ｘ線を検出して電荷を発生する第２Ｘ線検出部が、第１Ｘ線検出部に対してＸ線の照射方向に積層して設けられており、第１Ｘ線検出部を透過したＸ線を検出して電荷を発生する。

また、本発明では、第１Ｘ線検出部に接続され、第１Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第１スイッチング素子と、第２Ｘ線検出部に接続され、第２Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第２スイッチング素子とが基板の一方の面上に設けられている。

このように、本発明によれば、基板にＸ線の照射方向に第１Ｘ線検出部と第２Ｘ線検出部とを積層して設け、照射されたＸ線を第１Ｘ線検出部で検出すると共に、第１Ｘ線検出部を透過したＸ線を第２Ｘ線検出部で検出しているので、位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得ることができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記基板が、光透過性を有し、第２Ｘ線検出部が、前記基板の他方の面上に設けられ、Ｘ線が照射されると光を発生する第２波長変換部と、前記基板の前記一方の面上に設けられ、前記第２波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生する第２センサ部と、を含んで構成してもよい。

また、請求項２記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が、同じ層に形成されてもよい。

また、請求項３記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、前記第２センサ部が、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子と同じ層に形成され、当該層の上層に層間絶縁膜を介して前記第１Ｘ線検出部が設けてもよい。

また、請求項４記載の発明は、請求項５に記載の発明のように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子が、薄膜トランジスタであり、前記第２センサ部が、ＭＩＳ型のフォトダイオードであり、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子である薄膜トランジスタの半導体活性層と前記第２センサ部であるＭＩＳ型のフォトダイオードの半導体層、及び当該薄膜トランジスタの絶縁層と当該フォトダイオードの絶縁層を同じ層に形成してもよい。

また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記第２Ｘ線検出部が、前記第１Ｘ線検出部側に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを有することが好ましい。

また、請求項６記載の発明は、請求項７に記載の発明のように、前記第１Ｘ線検出部が、前記フィルタを兼ねてもよい。

また、本発明は、請求項８に記載の発明のように、前記第１Ｘ線検出部を、前記第２Ｘ線検出部が設けれた領域を覆うように設けることが好ましい。

また、請求項１〜請求項８記載の発明は、請求項９に記載の発明のように、前記第１Ｘ線検出部を、Ｘ線が照射されると電荷を発生する半導体層を含んで構成してもよい。

また、請求項１〜請求項８記載の発明は、請求項１０に記載の発明のように、前記第１Ｘ線検出部を、Ｘ線が照射されると光を発生する第１波長変換部と、前記第１波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生する第１センサ部と、を含んで構成し、前記第１波長変換部を、前記第１センサ部を覆うように設けてもよい。

また、本発明は、請求項１１に記載の発明のように、前記第１Ｘ線検出部が、高エネルギー部分にＫ吸収端を有さないことが好ましい。

また、本発明は、請求項１２に記載の発明のように、前記基板に、放射線画像を構成する画素の情報としてＸ線を検出する複数の画素部が面方向に設けられており、前記第１Ｘ線検出部、前記第２Ｘ線検出部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を、前記画素部毎に複数設けることが好ましい。

本発明のＸ線検出素子は、基板にＸ線の照射方向に第１Ｘ線検出部と第２Ｘ線検出部とを積層して設け、照射されたＸ線を第１Ｘ線検出部で検出すると共に、第１Ｘ線検出部を透過したＸ線を第２Ｘ線検出部で検出しているので、位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得ることができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の画像検出器の一実施の形態を適用した放射線画像撮影装置１００について説明する。

図１には、本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、Ｘ線検出素子１０を備えている。

同図に示すように、Ｘ線検出素子１０は、放射線画像を構成する画素の情報としてＸ線を検出する複数の画素２０が一方向（図１の横方向）及び当該一方向に対する交差方向（図１の縦方向）にマトリクス状に設けられている。

また、Ｘ線検出素子１０は、一方向の各画素列毎に走査配線１０１が並列に設けられ、交差方向の各画素列毎に信号配線３が並列に設けられている。なお、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、交差方向の各画素列毎に２本ずつ信号配線３を設けており、各画素列毎に画素２０の一方側（図１の左側）に信号配線３Ａを設け、画素２０の他方側（図１の右側）に信号配線３Ｂを設けている。

図２には、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０の１つの画素２０の概略的な構成に示した模式図が示されている。

同図に示すように、画素２０には、Ｘ線に対して感度を有し、Ｘ線を検出して電荷を発生する２つのＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂが積層して設けられている。

Ｘ線検出部２２Ａは、Ｘ線を直接電荷に変換して蓄積する直接変換方式のものとされており、Ｘ線が照射されると電荷を発生する半導体層６を有している。

Ｘ線検出部２２Ｂは、Ｘ線を一度光に変換した後に電荷に変換して蓄積する間接変換方式のものとされており、Ｘ線が照射されると光を発生する波長変換部２４と、波長変換部２４で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部２６と、を有している。

センサ部２６は、基板１の一方の面（図２の上側の面）上に設けられ、波長変換部２４は、基板１の他方の面（図２の下側の面）上に設けられている。半導体層６は基板１の一方の面上のセンサ部２６上を、Ｘ線検出部２２Ｂが設けれた領域を覆うように設けられている。

また、画素２０は、Ｘ線検出部２２Ａに接続され、Ｘ線検出部２２Ａに発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４Ａと、Ｘ線検出部２２Ｂに接続され、Ｘ線検出部２２Ｂに発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４Ｂと、が設けられている。

ＴＦＴスイッチ４Ａは、ソースがＸ線検出部２２Ａに接続され、ドレインが信号配線３Ａに接続され、ゲートが走査配線１０１に接続されている。ＴＦＴスイッチ４Ｂは、ソースがＸ線検出部２２Ｂに接続され、ドレインが信号配線３Ｂに接続され、ゲートが走査配線１０１に接続されている。

各信号配線３Ａには、当該信号配線３Ａに接続された何れかのＴＦＴスイッチ４ＡがＯＮされることによりＸ線検出部２２Ａに発生して蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れ、各信号配線３Ｂには、当該信号配線３Ｂに接続された何れかのＴＦＴスイッチ４ＢがＯＮされることによりＸ線検出部２２Ｂに発生して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３Ａ、３Ｂには、各信号配線３Ａ、３Ｂに流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５（図１参照）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４Ａ、４Ｂ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回路１０４が接続されている。

信号検出回路１０５は、各信号配線３Ａ、３Ｂのそれぞれ毎に、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３Ａ、３Ａより入力される電気信号を各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、各画素２０の２つのＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂに発生し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回路１０４には、信号検出回路１０５において検出された各画素の情報を各信号配線３Ａによる画像情報と各信号配線３Ｂによる画像情報とに分けて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、スキャン信号制御回路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。なお、各信号配線３Ａ、３Ｂを１つの信号検出回路１０５に接続したが、信号検出回路１０５を２つ設け、信号配線３Ａと信号配線３Ｂを別な信号検出回路１０５に接続するようにしてもよい。これにより、従来の１つの放射線画像を検出するＸ線検出素子に使用される信号検出回路を使用することができる。

次に、図３及び図４を参照して、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０についてより詳細に説明する。なお、図３には、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０の画素２０の詳細な構造を示す平面図が示されており、図４には、図３のＡ−Ａ線断面図が示されている。

図４に示すように、Ｘ線検出素子１０は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１の一方の面（図４の上側の面）上に、電極３２が形成されている。この電極３２は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、光に対して透過性を有する。なお、本実施の形態では、後述するゲート電極２Ａ、２Ｂ部分にもＩＴＯによって電極３２Ａ、３２Ｂを形成しているが必須の構成ではない。

この基板１及び電極３２の上層には、走査配線１０１（図３参照。）、及び２つのゲート電極２Ａ、２Ｂが形成されている。ゲート電極２Ａ、２Ｂはそれぞれ走査配線１０１に接続されている。この走査配線１０１、及びゲート電極２Ａ、２Ｂ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が形成されている。絶縁膜１５は、ゲート電極２Ａ、２Ｂ上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂにおけるゲート絶縁膜として作用し、電極３２上に位置する部位が後述するＭＩＳ型のフォトダイオードにおける絶縁層として作用する。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。この絶縁膜１５には電極３２の端部分にコンタクトホール３３が形成されている。

絶縁膜１５上には、ゲート電極２Ａ、２Ｂに対応する位置と電極３２に対応する位置に半導体層８が形成されている。半導体層８は、ゲート電極２Ａ、２Ｂ上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂにおける半導体活性層（チャネル部）として作用し、電極３２上に位置する部位が後述するＭＩＳ型のフォトダイオードにおける半導体層として作用する。半導体層８は、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９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂが形成されている。このソース電極９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂが形成された配線層には、ソース電極９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂとともに、信号配線３Ａ、３Ｂが形成されており、また、半導体層８上に電極３４が形成されている。ソース電極９Ａは信号配線３Ａに接続され（図３参照。）、ソース電極９Ｂは信号配線３Ｂに接続され、ドレイン電極１３Ｂはコンタクトホール３３を介して電極３２に接続されている。ソース電極９Ａ、９Ｂ、ドレイン電極１３Ａ、１３Ｂ、電極３４及び信号配線３Ａ、３Ｂ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９Ａ、９Ｂ、ドレイン電極１３Ａ、１３Ｂ、電極３４と半導体層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Ｘ線検出素子１０では、ゲート電極２Ａ、ゲート絶縁膜１５、ソース電極９Ａ、ドレイン電極１３Ａ、及び半導体層８によりＴＦＴスイッチ４Ａが構成され、ゲート電極２Ｂ、ゲート絶縁膜１５、ソース電極９Ｂ、ドレイン電極１３Ｂ、及び半導体層８によりＴＦＴスイッチ４Ｂが構成されている。なお、ＴＦＴスイッチ４ＡはＸ線検出部２２Ａに発生する電荷の極性によってソース電極９Ａとドレイン電極１３Ａが逆となり、ＴＦＴスイッチ４ＢはＸ線検出部２２Ｂに発生する電荷の極性によってソース電極９Ｂとドレイン電極１３Ｂが逆となる。

また、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、電極３２、半導体層８、絶縁膜１５、及び電極３４によりＭＩＳ型のフォトダイオードが構成されている。本実施の形態では、このフォトダイオードがセンサ部２６に対応する。

この第２信号配線層上には、画素２０の中央部分に信号配線３Ａ、３Ｂと並列に共通電極配線２５が形成されている。この共通電極配線２５は電極３４に接続されている。共通電極配線２５は、不図示のバイアス電源に接続されており、当該バイアス電源から数十Ｖ程度のバイアス電圧が供給されている。

そして、これらを覆い、基板１上の画素２０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Ｘ線検出素子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、ドレイン電極１３Ａ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２０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下部電極１１が形成されている。この下部電極１１は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、ドレイン電極１３Ａと接続されている。

下部電極１１上の基板１上の画素２０が設けられた画素領域（検出対象領域）のほぼ全面には、半導体層６が一様に形成されている。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、不図示のバイアス電源が接続されており、当該バイアス電源から数ｋＶ程度のバイアス電圧が供給されている。

本実施の形態では、下部電極１１、半導体層６、及び上部電極７がＸ線検出部２２Ａに対応する。

一方、基板１の裏面には、光吸収性の低い接着樹脂４０等を用いて光吸収性の低い接着樹脂等を用いてＧＯＳ等からなるシンチレータ３０が貼り付けられている。

本実施の形態では、シンチレータ３０が波長変換部２４に対応する。

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説明する。

放射線画像撮影装置１００では、放射線画像の撮影する場合、Ｘ線検出素子１０に被写体を透過したＸ線が照射される。この被写体を透過したＸ線には高エネルギーな成分と低エネルギーな成分が含まれる。

Ｘ線検出素子１０は、各画素２０に、図５に示すように、Ｘ線検出部２２Ａ、２２Ｂが積層されている。このため、低エネルギーなＸ線はＸ線検出部２２Ａで吸収されてＸ線検出部２２Ｂまで到達せず、高エネルギーなＸ線はＸ線検出部２２Ａを透過してＸ線検出部２２Ｂまで到達する。よって、Ｘ線検出部２２Ａは、低エネルギーのＸ線に対して感度を有することとなり、Ｘ線検出部２２Ｂは、高エネルギーのＸ線に対して感度を有こととなる。

Ｘ線検出部２２Ａでは、半導体層６にＸ線が照射されることにより半導体層６内に電荷が発生し、Ｘ線検出部２２Ｂは、Ｘ線がシンチレータ３０で可視光に変換され、変換された可視光が半導体層８に照射されることにより電荷が発生する。なお、Ｘ線検出部２２ＡのようにＸ線を半導体層６で直接電荷に変換する直接変換方式の場合は、半導体層６が厚く、発生した電荷を下部電極１１で十分に蓄積できない場合もある。このため、直接変換方式の場合は、下部電極１１により収集された電荷を蓄積する蓄積容量を設けてもよい。

本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、Ｘ線検出部２２Ａを直接変換方式のものとし、半導体層６にａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）を用いており、Ｘ線検出部２２Ｂを間接変換方式のものとし、シンチレータ３０にＧＯＳを用いている。

図６には、各種材料のＸ線の吸収特性が示されている。

同図に示すように、低エネルギー(＜４０［ＫｅＶ］)のＸ線は、ａ−Ｓｅで多くが吸収される。このため、ＧＯＳもａ−Ｓｅと略同等の吸収率ではあるが、下層にあるシンチレータ３０まで到達するＸ線は少なく、半導体層６を有するＸ線検出部２２Ａで多くが検出される。

一方、ａ−Ｓｅは高エネルギー部分にＫ吸収端（Ｋエッジ）を有さないため、高エネルギー放射線（＞５０［ＫｅＶ］)は、ａ−Ｓｅでは吸収が小さい。これに対しＧＯＳは、Ｋエッジが５０［ＫｅＶ］付近にあるため、高エネルギーのＸ線を効率よく吸収できる。

よって、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、Ｘ線検出部２２Ａは低エネルギーのＸ線に対して高い感度を有し、Ｘ線検出部２２Ｂは高エネルギーのＸ線に対して高い感度を有する。

なお、本実施の形態では、低エネルギーを＜４０［ＫｅＶ］、高エネルギーを＞５０［ＫｅＶ］としているが、エネルギーの高低の分け方は上記に限らない。例えば、例えば、I（ヨウ素）を用いた血管造影の場合はＩのＫ吸収端である約３３［ＫｅＶ］がその境界となる。また、骨部と軟部組織の分離を行う場合、ＣａのＫ吸収端は使用するＸ線には含まれない３．６［ＫｅＶ］なのでＸ線検出部の変換材料に含まれる元素のＫ吸収端をその境界と考える。なお、造影の場合は造影剤のＫ吸収端と変換材料のＫ吸収端が近い方が好ましい。

このように、Ｘ線検出部２２Ａは、低エネルギーの放射線画像を撮影するため、低エネルギー部分のＸ線の吸収率μがＸ線検出部２２Ｂと同等以上であることが好ましく、Ｘ線検出部２２Ｂは、高エネルギーの放射線画像を撮影するため、高エネルギー部分のＸ線の吸収率μがＸ線検出部２２Ａよりも高くなっている材料の組合せが理想的である。

本実施の形態では、半導体層６とシンチレータ３０の材料の組合せをａ−ＳｅとＧＯＳとしたが、ａ−ＳｅとＣｓＩ（ヨウ化セシウム）、ａ−ＳｅとＢａ（バリウム）でもよく、他の材料でも組合せが上記のコンセプトを満たせばよりエネルギーの異なるＸ線による放射線画像を得ることができる。

画像読出時には、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのゲート電極２Ａ、２Ｂに走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号が印加される。これにより、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂは順次ＯＮされ、信号配線３Ａには、Ｘ線検出部２２Ａに発生した電荷が電気信号として流れ、信号配線３Ｂには、Ｘ線検出部２２Ｂに発生した電荷が電気信号として流れる。

信号検出回路１０５は、各信号配線３Ａ、３Ｂに流れ出した電気信号に基づいてＸ線検出部２２Ａ及びＸ線検出部２２Ｂに発生した電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。信号処理装置１０６は、信号検出回路１０５において検出された各画素の情報を各信号配線３Ａによる画像情報と各信号配線３Ｂによる画像情報とに分けて所定の処理を施す。これにより、Ｘ線検出素子１０に照射された高エネルギーのＸ線により示される放射線画像を示す画像情報と、低エネルギーのＸ線により示される放射線画像を示す画像情報を得ることができる。

この得られた高エネルギーのＸ線による画像情報と低エネルギーのＸ線による画像情報を用いてサブトラクション画像処理を行うことにより、エネルギーサブトラクション画像を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｘ線検出素子１０の各画素２０にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置しているので、Ｘ線検出素子１０によって得られる高エネルギーのＸ線により示される放射線画像と低エネルギーのＸ線により示される放射線画像との間に画素間の位置ズレが発生を生じることなく１回のＸ線の照射で２つのエネルギーの放射線画像を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、従来のように２枚のＸ線検出素子を重ねて構成した場合に比べて１枚で構成することができるため製造する際のコスト増加を抑えることができる。

さらに、本実施の形態によれば、センサ部２６をＭＩＳ型のフォトダイオードとし、半導体層８と絶縁膜１５により、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂの半導体活性層及び絶縁層とセンサ部２６の半導体層及び絶縁層を同じ層にしたので、Ｘ線検出素子１０を製造する際のコスト増加を抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、Ｘ線検出部２２Ａを直接変換方式のものと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、Ｘ線検出部２２Ａを間接変換方式のものとしてもよい。また、Ｘ線検出部２２Ｂを間接変換方式のものと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、Ｘ線検出部２２Ｂを直接変換方式のものとしてもよい。

図７には、Ｘ線検出部２２Ａを間接変換方式とした場合のＸ線検出素子１０の１つの画素２０の概略的な構成に示した模式図が示されている。図７に示すＸ線検出部２２Ａは、Ｘ線検出部２２Ａは、基板１の一方の面（図７の上側の面）側に、Ｘ線が照射されると光を発生する波長変換部２８及び波長変換部２８で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部２９を有している。

図８には、Ｘ線検出部２２Ａを間接変換方式とした場合のＸ線検出素子１０の詳細な構造が示されている。なお、図４と同一部分については説明を省略する。

層間絶縁膜１２には、ドレイン電極１３Ａ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２０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下部電極１１が形成されている。この下部電極１１は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、ドレイン電極１３Ａと接続されている。この下部電極１１は、半導体層６が１μｍ前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Ａｌ系材料、ＩＴＯ（酸化スズインジウム）など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。

一方、下部電極１１は、半導体層６の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層６で光が吸収が十分でないため、遮光性メタルを主体とする合金、若しくは積層膜とすることが好ましい。なお、半導体層６と半導体層８の間、例えば、層間絶縁膜１２上に、光入射を防ぐ目的で、遮光性部材により遮光膜を形成してもよい。

下部電極１１上には、フォトダイオードとして機能する半導体層６が形成されている。この半導体層６としては、例えば、ＰＩＮ構造のフォトダイオードを採用しており、下層からｎ^＋層、ｉ層、ｐ^＋層を順に積層して形成する。なお、下部電極１１を半導体層６よりも大きくしている。

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、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化亜鉛インジウム）などの光透過性の高い材料を用いている。

この下部電極１１、半導体層６、及び上部電極７により構成されるＰＩＮ型のフォトダイオードがセンサ部２９に対応する。

層間絶縁膜１２及び上部電極７上には、保護絶縁膜１７が形成されている。保護絶縁膜１７は、例えば、ＳｉＮx等からなっており、例えば、ＣＶＤ成膜により形成される。保護絶縁膜１７には、共通電極配線３５と上部電極７を接続するためコンタクト部２７が設けられている。

この保護絶縁膜１７上には、共通電極配線３５がＡｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした合金あるいは積層膜で形成される。

さらに、保護絶縁膜１７には、共通電極配線３５と上部電極７を接続するためコンタクト部２７が設けられている。

このコンタクト部２７には、中央に保護絶縁膜１７の形成されたコンタクトホール２７Ａが設けられており、コンタクトホール２７Ａを覆うようにコンタクトパッド２７Ｂが設けられている。

共通電極配線３５は、保護絶縁膜１７に設けられたコンタクト部２７を介して上部電極７と電気的に接続される。この共通電極配線３５には、不図示のバイアス電源が接続されており、当該バイアス電源から数十Ｖ程度のバイアス電圧が供給されている。

このように形成されたＸ線検出素子１０の基板１の一方の面側に接着樹脂４０等を用いてＧＯＳからなるシンチレータ３１が貼り付けられる。このシンチレータ３１が波長変換部２８に対応する。

この図７、図８に示すようにＸ線検出部２２Ａを間接変換方式とした場合においても、各画素２０にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置しているので、Ｘ線検出素子１０によって得られる高エネルギーのＸ線により示される放射線画像と低エネルギーのＸ線により示される放射線画像との間に画素間の位置ズレが発生を生じることなく１回のＸ線の照射で２つのエネルギーの放射線画像を得ることができる。

また、上記実施の形態では、半導体層６と半導体層８の間、例えば、層間絶縁膜１２上に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを形成してもよい。上記実施の形態のようにＸ線検出部２２Ｂを覆うようにＸ線検出部２２Ａを形成した場合、低エネルギーのＸ線はＸ線検出部２２Ａによって吸収され、Ｘ線検出部２２Ａが低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを兼ねるが、Ｘ線検出部２２ＢのＸ線検出部２２Ａ側に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを有することが好ましい。

また、上記実施の形態では、センサ部２６をＭＩＳ型のフォトダイオードとした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、センサ部２６をＰＩＮ型のフォトダイオードとしてもよい。また、センサ部２９をＭＩＳ型のフォトダイオードとしてもよい。

本実施の形態のような無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板に形成可能なフォトダイオードとしては、
（１）ＰＩＮ型：下層よりＰ＋、アモルファスシリコン（IntrinsicのＩ）、Ｎ＋（ＶＤＤ＞０）
（２）ＮＩＰ型：下層よりＮ＋、アモルファスシリコン（IntrinsicのＩ）、Ｐ＋（ＶＤＤ＜０）但しＰ＋＝（Ｐ型不純物添加アモルファスシリコン）、Ｎ＋=(Ｎ型不純物添加アモルファスシリコン）
（３）ＭＩＳ型：下部電極(M)を絶縁膜(I)で覆い、絶縁膜上層に、アモルファスシリコン(S)、Ｎ＋ ＭＩＳ＝Metal, Insulator, Semiconductor
（４）ＴＦＴ型ダイオード ：例えば、特開平６−２３７００７公報参照
がある。

例えば、センサ部２９をＰＩＮ型のフォトダイオードとし、センサ部２６をＭＩＳ型のフォトダイオードとした場合（図７、図８の場合）、センサ部２６はＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂと同層に形成可能となる。また、診断画像の撮影をセンサ部２９で実施する場合は、フレームレートの高速化が可能となる。

また、例えば、センサ部２９をＭＩＳ型のフォトダイオードとし、センサ部２６もＭＩＳ型のフォトダイオードとした場合、センサ部２６はＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂと同層に形成可能であり、また、両フォトダイオードともＭＩＳ型であるため、周辺回路を共通化できる。

また、例えば、センサ部２９をＰＩＮ型のフォトダイオードとし、センサ部２６もＰＩＮ型のフォトダイオードとした場合、フォトダイオードをＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂと別に形成する必要があるが、連続撮影時のフレームレートの高速化に対応できる。

さらに、例えば、センサ部２９をＰＩＮ型のフォトダイオードとし、センサ部２６をＴＦＴ型ダイオードとした場合、ＴＦＴ型ダイオードはスイッチングのＴＦＴとフォトセンサを共通化できる。

また、上記実施の形態では、図１に示すように、一方向の各画素列毎に１本ずつ走査配線１０１を設けて、各画素列の各画素２０のＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂを同じ走査配線１０１に接続した場合について説明したが、例えば、一方向の各画素列毎に２本ずつ走査配線１０１を設けて、各画素列の各画素２０のＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを別な走査配線１０１に接続して、ＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを別々にスイッチングするようにしてもよい。また、この場合、交差方向の各画素列毎に１本ずつ信号配線３を設けてＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを同じ信号配線３に接続するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、センサ部２６の上面側に共通電極配線２５を設け、センサ部２９の上面側に共通電極配線３５を設けた場合について説明したが、例えば、センサ部２６の下面側に共通電極配線２５を設け、センサ部２９の下面側に共通電極配線３５を設けてもよい。

その他、上記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Ｘ線検出素子１０の構成（図２〜図５、図７、図８）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Ｘ線検出素子の１つの画素の概略的な構成に示した模式図である。 実施の形態に係るＸ線検出素子の構成を示す平面図である。 実施の形態に係るＸ線検出素子の線断面図である。 実施の形態に係るＸ線検出素子の１つの画素に入射したＸ線の流れを示した模式図である。 各種材料のＸ線の吸収特性を示すグラフである。 別な形態に係るＸ線検出素子の１つの画素の概略的な構成に示した模式図である 別な形態に係るＸ線検出素子の線断面図である。

符号の説明

１ 基板
４Ａ ＴＦＴスイッチ（第１スイッチング素子）
４Ｂ ＴＦＴスイッチ（第２スイッチング素子）
６ 半導体層
８ 半導体層
１０ Ｘ線検出素子
１２ 層間絶縁膜
２０ 画素（画素部）
２２Ａ Ｘ線検出部（第１Ｘ線検出部、フィルタ）
２２Ｂ Ｘ線検出部（第２Ｘ線検出部）
２４ 波長変換部
２６ センサ部（第２センサ部）
２８ 波長変換部
２９ センサ部（第１センサ部）
３０ シンチレータ（第２波長変換部）
３１ シンチレータ（第１波長変換部）
１００ 放射線画像撮影装置

Claims (12)

1. 基板の一方の面上に設けられ、照射されたＸ線を検出して電荷を発生する第１Ｘ線検出部と、
   前記第１Ｘ線検出部に対してＸ線の照射方向に積層して設けられ、前記第１Ｘ線検出部を透過したＸ線を検出して電荷を発生する第２Ｘ線検出部と、
   前記基板の一方の面上に設けられ、前記第１Ｘ線検出部に接続され、当該第１Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第１スイッチング素子と、
   前記基板の一方の面上に設けられ、前記第２Ｘ線検出部に接続され、当該第２Ｘ線検出部に発生した電荷を読み出すための第２スイッチング素子と、
   を備えたＸ線検出素子。
2. 前記基板は、光透過性を有し、
   前記第２Ｘ線検出部は、
   前記基板の他方の面上に設けられ、Ｘ線が照射されると光を発生する第２波長変換部と、
   前記基板の前記一方の面上に設けられ、前記第２波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生する第２センサ部と、を含んで構成された
   請求項１記載のＸ線検出素子。
3. 前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子は、同じ層に形成された
   請求項２記載のＸ線検出素子。
4. 前記第２センサ部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子と同じ層に形成され、当該層の上層に層間絶縁膜を介して前記第１Ｘ線検出部が設けられた
   請求項３記載のＸ線検出素子。
5. 前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
   前記第２センサ部は、ＭＩＳ型のフォトダイオードであり、
   前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子である薄膜トランジスタの半導体活性層と前記第２センサ部であるＭＩＳ型のフォトダイオードの半導体層、及び当該薄膜トランジスタの絶縁層と当該フォトダイオードの絶縁層は同じ層に形成された
   請求項４記載のＸ線検出素子。
6. 前記第２Ｘ線検出部は、前記第１Ｘ線検出部側に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを有する
   請求項１〜請求項５の何れか１項記載のＸ線検出素子。
7. 前記第１Ｘ線検出部は、前記フィルタを兼ねる
   請求項６記載のＸ線検出素子。
8. 前記第１Ｘ線検出部は、前記第２Ｘ線検出部が設けれた領域を覆うように設けられている
   請求項１〜請求項７の何れか１項記載のＸ線検出素子。
9. 前記第１Ｘ線検出部は、Ｘ線が照射されると電荷を発生する半導体層を含んで構成された
   請求項１〜請求項８の何れか１項記載のＸ線検出素子。
10. 前記第１Ｘ線検出部は、
    Ｘ線が照射されると光を発生する第１波長変換部と、
    前記第１波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生する第１センサ部と、を含んで構成され、
    前記第１波長変換部は、前記第１センサ部を覆うように設けらている
    請求項１〜請求項８の何れか１項記載のＸ線検出素子。
11. 前記第１Ｘ線検出部は、高エネルギー部分にＫ吸収端を有さない
    請求項１〜請求項９の何れか１項記載のＸ線検出素子。
12. 前記基板は、放射線画像を構成する画素の情報としてＸ線を検出する複数の画素部が面方向に設けられており、
    前記第１Ｘ線検出部、前記第２Ｘ線検出部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子は、前記画素部毎に複数設けられている
    請求項１〜請求項１１の何れか１項記載のＸ線検出素子。

Images