JP2011174908A - 放射線検出素子、及び放射線画像撮影装置 - Google Patents

放射線検出素子、及び放射線画像撮影装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来技術と比較して、放射線画像取得用の画素により取得される放射線画像の画質を良好なまま維持しつつ放射線検出用の画素による放射線の検出精度を良好なまま維持させる。
【解決手段】マトリクス状に複数設けられ放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部１０３を備えた画素２０と、複数の画素２０のうち放射線検出用の画素２０Ａに備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線１０１と、放射線検出用の画素２０Ａの各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて、各画素２０Ａに蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線３と、複数の画素２０のうち放射線照射量検出用の画素２０Ｂのセンサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる複数もしくは１本の放射線検出用配線１２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出素子に係り、特に、マトリクス状に複数配置された画素に検出対象とする放射線が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷量を画像を示す情報として検出する放射線検出素子、及び当該放射線検出素子を用いて放射線画像を撮影する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）等の放射線検出素子を用いた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、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。
ここで、同一基板上に画像情報を出力する変換部内に配設された第１の変換素子を有する画素とは独立して、変換部に入射する放射線の総照射量を検出するための第２の光電変換素子（ＡＥＣ（Automatic Exposure Control）制御のための第２の光電変換素子（ＡＥＣ制御用センサ））が配設された放射線撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この第２の光電変換素子は、信号線を介して、変換部内に入射した放射線の総照射量を検出する処理回路部である第２の増幅器（ＡＭＰ）に接続されている。
特開２００４−１３００５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、放射線照射量を精度良く検出しようとした場合、第２の光電変換素子は、比較的大きな領域に配置する必要がある。すなわち、第２の光電変換素子を大きくする必要がある。しかしながら、第２の光電変換素子を大きくすると、第２の光電変換素子が位置する領域では、連続して、画像情報を検出するための第１の変換素子が配置できなくなるか、または第１の変換素子の画素サイズが小さくなり、画像検出精度が低下する、という問題があった。
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、従来技術と比較して、放射線画像取得用の画素により取得される放射線画像の画質を良好なまま維持しつつ放射線検出用の画素による放射線の検出精度を良好なまま維持させることができる放射線検出素子、及び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、請求項１記載の発明の放射線検出素子は、放射線を検出する検出領域にマトリクス状に複数設けられ、放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部を備えた画素と、前記複数の画素のうち、放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素であって、対応するセンサ部に発生した電荷を読み出すために各画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と、前記放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素の各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて、前記放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、前記複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた各画素に接続され、当該各画素のセンサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる複数もしくは１本の放射線検出用配線と、を備えている。
本発明の放射線検出素子は、放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部を備えた画素が、放射線を検出する検出領域にマトリクス状に複数設けられている。
また、本発明では、複数の走査配線は、複数の画素のうち、放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる。これにより各スイッチ素子がスイッチングされる。また、本発明では、複数の信号配線は、放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素の各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて、放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。
そして、本発明では、複数もしくは１本の放射線検出用配線は、複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた各画素に接続されている。これにより、放射線検出用配線に、放射線検出用の画素として予め定められた各画素のセンサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる。
このように、本発明によれば、マトリクス状に設けられた複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた各画素が放射線検出のために用いられ、当該各画素に放射線検出用配線が接続されているので、新たに放射線検出用のセンサを設けることなく、放射線を検出ができる。ここで、複数の信号配線に流れる電気信号に基づいて、放射線検出用画素として予め定められた各画素の画像情報を補間することで、照射された放射線が示す画像を生成することができる。そして、このように補間されて生成された画像の画質は、放射線照射量を精度良く検出しようとして第２の光電変換素子を大きくした従来技術の放射線撮像装置が用いられて生成される画像の画質より良好となる。これは、従来技術では、第２の光電変換素子が大きくなればなるほど当該第２の光電変換素子周辺の第１の変換素子の画素サイズが小さくなり、画像を生成する際の補間処理では、この第１の変換素子の画素の画質に全体の画像の画質を合わせるため、全体の画像の画質が低下してしまうが、一方、本発明のように放射線検出用の画素を配置すると、当該放射線検出用の画素周辺の放射線画像取得用の画素の大きさを小さくするようなことがなくなり、画像を生成する際の補間処理で放射線検出用の画素周辺の放射線画像取得用の画素の画像情報から放射線検出用の画素の画像情報を補間する場合に、放射線照射量検出用の画素周辺の放射線検出用の画素の画質に全体の画像の画質を合わせても、全体の画像の画質が低下しないからである。
以上、説明したように、本発明の放射線検出素子によれば、従来技術と比較して、放射線画像取得用の画素により取得される放射線画像の画質を良好なまま維持しつつ放射線検出用の画素による放射線の検出精度を良好なまま維持させることができる。
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記複数の走査配線は、前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素に対応するセンサ部に設けられた各スイッチ素子に接続され、前記複数の信号配線は、前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素に対応するセンサ部に設けられた各スイッチ素子に接続されるようにしてもよい。
なお、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素は、前記センサ部が前記信号配線と電気的に分離されていることが好ましい。このように、放射線検出用の画素のセンサ部が信号配線と電気的に分離されることで、放射線検出用の画素のセンサ部に発生した電荷が信号配線に流れることを防止できる。
なお、本発明は、請求項４に記載の発明のように、放射線検出用の画素として予め定められた各画素間の間隔を、一画素以上の間隔としてもよい。このように、画像を生成する際に補間を行う必要がある画素（放射線検出用の画素）が連続して配置されないようにすることで、補間を行って画像を生成した場合に、その画像の画質の劣化を抑制することができる。
また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記センサ部は、上部電極、光電変換層、及び下部電極を含んで構成され、前記放射線検出用配線は、対応するセンサ部の下部電極に接続されるようにしてもよい。この場合、放射線検出用配線が、スイッチ素子を介さずに、放射線検出用の画素として予め定められた各画素の各センサ部に接続されているので、ダイレクトに各センサ部の電荷を読み取ることができる。よって、本発明の放射線検出素子によれば、スイッチ素子を介して放射線検出用配線とセンサ部とを接続した場合と比較して、迅速に放射線照射量検出を行うことができる。
また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、放射線検出用の各画素から読み出された電荷に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および照射された放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段に、複数もしくは１本の放射線検出用配線が接続されてもよい。このように、検出手段に、複数もしくは１本の放射線検出用配線が接続されるようにすることで、配線負荷の変化に起因したアーティファクトの発生を防止することができる
また、本発明は、請求項７に記載の発明のように、複数もしくは１本の放射線検出用配線は、放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて前記放射線を照射する放射線源による放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続されてもよい。
一方、請求項８記載の発明の放射線画像撮影装置は、前記請求項１〜請求項５の何れか１項記載の放射線検出素子と、前記放射線検出用配線に流れる電気信号に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段と、を備ている。
よって、請求項１記載の発明と同様に作用するので、従来技術と比較して、放射線画像取得用の画素により取得される放射線画像の画質を良好なまま維持しつつ放射線検出用の画素による放射線の検出精度を良好なまま維持させることができる。これにより、放射線検出用の画素で放射線の照射開始、放射線の照射終了および放射線の照射量の少なくとも１つを検出を精度良く検出できる。
また、請求項８に記載の発明は、請求項９に記載の発明のように、前記検出手段は、放射線の照射開始を検出し、前記複数の走査配線に対して前記制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線画像を示す画像情報を生成する生成手段と、待機中、前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力して前記放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素から電荷を取り出すリセット動作を繰り返し行うように前記制御信号出力手段を制御し、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出された場合、前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力し、放射線の照射終了後に前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力するように前記制御信号出力手段を制御する制御手段、をさらに備えてもよい。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１０に記載の発明のように、前記制御手段は、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記リセット動作を繰り返し行うように前記制御信号出力手段を制御してもよい。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１１に記載の発明のように、前記制御手段は、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力するように前記制御信号出力手段を制御してもよい。
また、請求項９〜請求項１１に記載の発明は、請求項１２に記載の発明のように、前記制御信号出力手段は、前記リセット動作の際、複数の走査配線に順に又は複数の走査配線の全てに一度に電荷の取り出しを行う制御信号を出力してもよい。
また、請求項９〜請求項１２に記載の発明は、請求項１３に記載の発明のように、前記生成手段は、前記放射線検出用の画素の画像情報を補間して放射線画像を示す画像情報を生成してもよい。
このように、本発明によれば、検出対象の画質を良好なまま維持しつつ、放射線照射量検出（ＡＥＣ）の精度を良好なまま維持させることができる、という優れた効果を有する。
第１の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。 本実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。 本実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。 本実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。 本実施の形態に係る放射線検出用の画素の設計方法を説明するための図である。 本実施の形態に係る放射線画像取得用の画素及び放射線検出用の画素がその分割されたエリアに配置された一例を示す図である。 本実施の形態に係る放射線画像取得用の画素がその分割されたエリアに配置された一例を示す図である。 本実施の形態に係る放射線検出用の画素が放射線照射領域を検出したい領域に設けられた一例を示す図である。 第２の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。 第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを概略的に示した概略図である。 第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の待機状態での動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。 第２実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。 第３実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。 第４実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。 第５実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。 他の実施の形態に係る放射線検出用配線を列方向（縦方向）に配設した場合の一例を示す図である。 他の実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
以下の実施の形態では、放射線を一旦光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換方式の放射線検出素子１０に本発明を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検出素子１０を用いた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、間接変換方式の放射線検出素子１０を備えている。なお、放射線を光に変換するシンチレータは省略している。
放射線検出素子１０には、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積するセンサ部１０３と、センサ部１０３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２０が複数配置されている（設けられている）。本実施の形態では、センサ部１０３では、シンチレータによって変換された光が照射されることにより、電荷が発生する。なお、ＴＦＴスイッチ４は、本発明のスイッチ素子に対応する。
画素２０は、一方向（図１の横方向、以下「行方向」ともいう。）及び当該行方向に対する交差方向（図１の縦方向、以下「列方向」ともいう。）にマトリクス状に複数配置されている。
本実施の形態では、複数の画素２０のうち、放射線画像取得用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂが予め定められている。放射線画像取得用の画素２０Ａは、放射線を検出して放射線が示す画像を生成するために用いられ、放射線検出用の画素２０Ｂは、放射線を照射する放射源（図示せず）による放射線の照射を制御するために用いられる。なお、全画素２０に対する放射線検出用の画素２０Ｂの割合は、例えば、１〜１０％が考えられるが、この割合は、以下で説明する信号処理装置での補間処理の精度などに基づいて定めることができる。例えば、この補間処理によって生成される画像の画質が良好でない場合には、全画素２０に対する放射線検出用の画素２０Ｂの割合は、例えば、１％位にすることが好ましい。また、図１では、破線に囲まれた画素が、放射線検出用の画素２０Ｂである。
また、放射線検出素子１０には、基板１（図３参照）上に、ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１と、上記センサ部１０３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。
なお、後述するように、走査配線１０１には、各ＴＦＴスイッチ４をスイッチングするための制御信号が流れる。このように制御信号が各走査配線１０１に流れることによって、各ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされる。
また、後述するように、信号配線３には、各放射線画像取得用の画素２０Ａの各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて、各画素２０Ａに蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。より具体的には、各信号配線３には、当該信号配線３に接続された画素２０Ａの何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることにより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が接続されている。また、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デジタルデータへ変換することより、画像を構成する各画素の情報（画像情報）として、各センサ部１０３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回路１０４には、信号検出回路１０５において変換されたデジタルデータに対してノイズ除去などの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制御部１０６が接続されている。
本実施の形態の制御部１０６は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭおよびＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を備えている。制御部１０６は、上記所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理（補間処理）を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。すなわち、制御部１０６は、各放射線照射量検出用の画素２０の画像情報を、上記所定の処理が施された画像情報に基づいて補間することで、照射された放射線が示す画像を生成する。
また、本実施の形態では、後述するように、センサ部１０３が、上部電極２２、光電変換層２１Ｂ、及び下部電極１１を含んで構成されており、各放射線検出用の画素２０Ｂの下部電極１１に放射線検出用配線１２０が接続されている。これにより、各放射線検出用の画素２０Ｂの各センサ部１０３に発生した電荷に応じた電気信号が放射線検出用配線１２０に流れる。
また、放射線検出用配線１２０には、放射線の照射量を積算することにより放射線の総照射量を検出するための積算放射線量検出回路１２１が接続されている。なお、図１では、行方向の２つの画素列に対して１つの積算放射線量検出回路１２１（１２１Ａ、１２１Ｂ）が設けられており、各積算放射線量検出回路１２１は、放射線源（図示せず）による放射線の照射を制御する放射線照射制御装置（図示せず）に接続されている。すなわち、各積算放射線検出回路１２１には、所定数の放射線検出用配線１２０が接続されている。なお、積算放射線量検出回路１２１を放射線照射制御装置に含めて構成し、放射線検出用配線１２０が、放射線照射制御装置（より具体的には放射線照射制御装置の積算放射線量検出回路１２１）に接続されるようにしてもよい。
上述したように、本実施の形態では、放射線検出用配線１２０が、スイッチ素子を介さずに、放射線検出用の画素２０Ｂとして予め定められた各画素の各センサ部１０３に接続されているので、ダイレクトに各センサ部１０３の電荷を読み取ることができる。よって、本実施の形態の放射線検出素子１０によれば、スイッチ素子を介して放射線検出用配線１２０とセンサ部１０３とを接続した場合と比較して、迅速に放射線照射量検出（ＡＥＣ）を行うことができる。
図２には、本実施形態に係る間接変換方式の放射線検出素子１０の構造を示す平面図が示されており、図３には、図２の放射線画像取得用の画素２０ＡのＡ−Ａ線断面図が示されており、図４には、図２の放射線検出用の画素２０ＢのＢ−Ｂ線断面図が示されている。
図３に示すように、放射線検出素子１０の画素２０Ａ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（図２参照。）、ゲート電極２が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図２参照。）。この走査配線１０１、ゲート電極２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、ＳｉＮＸ 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上には、半導体活性層８が島状に形成されている。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が形成されている。ソース電極９は信号配線３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、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との間には不純物添加アモルファスシリコン等による不純物添加半導体層（不図示）が形成されている。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。なお、ＴＦＴスイッチ４は後述する下部電極１１により収集、蓄積される電荷の極性によってソース電極９とドレイン電極１３が逆となる。
これら第２信号配線層を覆い、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、ＴＦＴスイッチ４や信号配線３を保護するために、ＴＦＴ保護膜層３０が形成されている。このＴＦＴ保護膜層３０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。
このＴＦＴ保護膜層３０上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。
本実施の形態に係る放射線検出素子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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層３０のドレイン電極１３と対向する位置にコンタクトホール１７が形成されている。
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１７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、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１１は、後述する半導体層２１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など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
一方、半導体層２１の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層２１で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、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。
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２１が形成されている。本実施の形態では、半導体層２１として、ｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）を積層した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２１Ａ、ｉ層２１Ｂ、ｐ＋層２１Ｃを順に積層して形成する。ｉ層２１Ｂは、光が照射されることにより電荷（自由電子と自由正孔のペア）が発生する。ｎ＋層２１Ａ及びｐ＋層２１Ｃは、コンタクト層として機能し、下部電極１１及び後述する上部電極２２とｉ層２１Ｂをと電気的に接続する。なお、ｉ層２１Ｂは、本発明の光電変換層に対応する。
また、本実施の形態では、下部電極１１を半導体層２１よりも大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４の光の照射側を半導体層２１で覆っている。これにより、画素領域内での光を受光できる面積の割合（所謂、フィルファクタ）を大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４への光入射を抑制している。
各半導体層２１上には、それぞれ個別に上部電極２２が形成されている。この上部電極２２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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、上部電極２２や半導体層２１、下部電極１１を含んでセンサ部１０３が構成されている。
層間絶縁膜１２、半導体層２１及び上部電極２２上には、上部電極２２に対応する一部で開口２７Ａを持ち各半導体層２１を覆うように、塗布型の層間絶縁膜２３が形成されている。
この層間絶縁膜２３上には、共通電極配線２５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ている。共通電極配線２５は、開口２７Ａ付近にコンタクトパッド２７が形成され、層間絶縁膜２３の開口２７Ａを介して上部電極２２と電気的に接続される。
また、図４に示すように、放射線検出素子１０の画素２０Ｂ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（図２参照。）、ゲート電極２、放射線検出用配線１２０が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図２参照。）。この走査配線１０１、ゲート電極２、放射線検出用配線１２０が形成された配線層（「第１信号配線層」）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、ＳｉＮＸ 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上には、半導体活性層８が島状に形成されている。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が形成されている。ソース電極９は信号配線３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、及び信号配線３が形成された配線層（「第２信号配線層」）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との間には不純物添加アモルファスシリコン等による不純物添加半導体層（不図示）が形成されている。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。なお、ＴＦＴスイッチ４は後述する下部電極１１により収集、蓄積される電荷の極性によってソース電極９とドレイン電極１３が逆となる。
本実施の形態に係る放射線検出素子１０の画素２０Ｂでは、ドレイン電極１３の放射線検出用配線１２０と対向する位置にコンタクトホール１８が形成されている。
絶縁膜１５上には、コンタクトホール１８を埋めるようにドレイン電極１３が形成されており、放射線検出用配線１２０は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。すなわち、放射線検出用配線１２０は、下部電極１１に電気的に接続されている。このように、ＴＦＴスイッチ４を介さずに放射線検出用配線１２０が下部電極１１に接続されているため、ダイレクトにセンサ部１０３の電荷を読み取ることができ、スイッチ素子を介して放射線検出用配線１２０とセンサ部１０３とを接続した場合と比較して、迅速に放射線照射量検出を行うことが可能となる。
第２信号配線層を覆い、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、ＴＦＴスイッチ４や信号配線３を保護するために、ＴＦＴ保護膜層３０が形成されている。このＴＦＴ保護膜層３０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。
このＴＦＴ保護膜層３０上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。
本実施の形態に係る放射線検出素子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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層３０のドレイン電極１３と対向する位置にコンタクトホール１７が形成されている。
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１７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、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１１は、後述する半導体層２１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など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
一方、半導体層２１の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層２１で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、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。
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２１が形成されている。本実施の形態では、半導体層２１として、ｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）を積層した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２１Ａ、ｉ層２１Ｂ、ｐ＋層２１Ｃを順に積層して形成する。ｉ層２１Ｂは、光が照射されることにより電荷（自由電子と自由正孔のペア）が発生する。ｎ＋層２１Ａ及びｐ＋層２１Ｃは、コンタクト層として機能し、下部電極１１及び後述する上部電極２２とｉ層２１Ｂをと電気的に接続する。
また、本実施の形態では、下部電極１１を半導体層２１よりも大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４の光の照射側を半導体層２１で覆っている。これにより、画素領域内での光を受光できる面積の割合（所謂、フィルファクタ）を大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４への光入射を抑制している。
各半導体層２１上には、それぞれ個別に上部電極２２が形成されている。この上部電極２２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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、上部電極２２や半導体層２１、下部電極１１を含んでセンサ部１０３が構成されている。
層間絶縁膜１２、半導体層２１及び上部電極２２上には、塗布型の層間絶縁膜２３が形成されている。
このように形成された放射線検出素子１０には、必要に応じてさらに光吸収性の低い絶縁性の材料により保護膜が形成されて、その表面に光吸収性の低い接着樹脂を用いてＧＯＳ等からなるシンチレータが貼り付けられる。
次に、コンタクトホール１８の形成方法の一例を説明する。放射線検出素子１０のアクティブエリアがフォトマスクより大きい場合、図５に示すように、アクティブエリア５０を分割して、分割された領域毎に露光する。なお、図５の例では、アクティブエリア５０を５×６ショットに分割している。図には、分割された各領域が示されており、本実施の形態では、「Ｓｈｏｔ Ａ」の領域（部分）で、コンタクトホール１８を形成するためのフォトマスクを用いて露光を行っている。これにより、例えば、図６に示すように、放射線画像取得用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂがその分割されたエリアに配置される。このとき、放射線検出用の画素２０Ｂが連続して配置されないように、放射線検出用の画素２０Ｂとして予め定められた各画素の間隔が、一画素以上の間隔となるようにすることが望ましい。これにより、信号処理装置での補間処理によって生成される画像の画質が、放射線検出用の画素２０Ｂが連続して配置された場合と比較して良好となる。また、分割された各領域のうち何も記載されていない領域（空白の部分）では露光を行わないため、図７に示すようにそのエリアには放射線画像取得用の画素２０Ａとして予め定められた画素のみ配置される。なお、「Ｓｈｏｔ Ａ」の領域の大きさは、例えば、検出対象の関心部位の大きさに基づいて定めても良い。
図８には、「Ｓｈｏｔ Ａ」の領域を放射線照射量（露光量）を検出したい領域に設定して、放射線検出用の画素２０Ｂが放射線照射領域を検出したい領域に設けられた一例が示されている。
次に、上記構造の放射線画像撮影装置１００の動作原理について説明する。
Ｘ線が照射されると、照射されたＸ線は、シンチレータに吸収され、可視光に変換される。なお、Ｘ線は、放射線検出素子１０の表側、裏側の何れから照射されてもかまわない。シンチレータで可視光に変換された光は、基板１上にアレイ状に配置されたセンサ部１０３の半導体層２１に照射される。
放射線検出素子１０には、半導体層２１が各画素単位に分離して備えられている。半導体層２１は、共通電極配線２５を介して上部電極２２から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層２１が下層からｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層の順に積層したＰＩＮ構造の場合は、上部電極２２に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、ｉ層２１の膜厚が１μｍ程度の場合、印加されるバイアス電圧が−５〜−１０Ｖ程度である。
半導体層２１には、バイアス電圧が印加された状態で光が未照射の場合、数ｐＡ／ｍｍ２以下の電流しか流れない。一方、半導体層２１には、バイアス電圧が印加された状態で光が照射（１μＷ／ｃｍ２）されると、数〜数十ｎＡ／ｍｍ２程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極１１により収集される。下部電極１１は、画素２０ＡではＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されており、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９は、信号配線３に接続されている。また、下部電極１１は、画素２０Ｂでは、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３及び放射線検出用配線１２０と接続されている。画像検出時には、画素２０Ａでは、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オフ状態に保持されており、下部電極１１に収集された電荷が蓄積される。
画像読出時には、画素２０Ａでは、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１に対して１本ずつ順にＯＮ信号が出力されて、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、複数配置された画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各下部電極１１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、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換する。制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。このように補間されて生成された画像の画質は、放射線照射量を精度良く検出しようとして第２の光電変換素子を大きくした従来技術の放射線撮像装置が用いられて生成される画像の画質より良好となる。これは、従来技術では、第２の光電変換素子が大きくなればなるほど当該第２の光電変換素子周辺の第１の変換素子の画素サイズが小さくなり、画像を生成する際の補間処理では、この第１の変換素子の画素の画質に全体の画像の画質を合わせるため、全体の画像の画質が低下してしまうが、一方、本実施の形態のように放射線検出用の画素２０Ｂを配置すると、当該放射線検出用の画素２０Ｂ周辺の放射線画像取得用の画素２０Ａの大きさを小さくするようなことがなくなり、画像を生成する際の補間処理で、放射線検出用の画素２０Ｂ周辺の放射線画像取得用の画素２０Ａの画質に全体の画像の画質を合わせても、全体の画像の画質が低下しないからである。
一方、画素２０Ｂでは、下部電極１１は、放射線検出用配線１２０にスイッチ素子を介さずに接続されているため、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電気信号が放射線検出用配線１２０に流れ出す。積算放射線量検出回路１２１は、射線の照射量を積算することにより放射線の総照射量を検出する。そして、放射線照射制御装置は、検出された放射線の総照射量に基づいて、放射線源による放射線の照射を制御する。
このように、本実施の形態の放射線検出素子１０によれば、マトリクス状に設けられた複数の画素２０のうち、放射線検出用の画素２０Ｂとして予め定められた各画素が放射線照射量検出のために用いられ、当該各画素の各センサ部１０３に発生した電荷に応じた電気信号が放射線検出用配線１２０に流れるので、新たに放射線照射量検出用のセンサを設けることなく、放射線照射量検出ができる。
以上、説明したように、本実施の形態の放射線検出素子１０によれば、従来技術と比較して、検出対象の画質を良好なまま維持しつつ、放射線照射量検出（ＡＥＣ）の精度を良好なまま維持させることができる。
また、本実施の放射線検出素子１０によれば、放射線検出用配線１２０が、スイッチ素子を介さずに、放射線検出用の画素２０Ｂとして予め定められた各画素の各センサ部１０３に接続されているので、ダイレクトに各センサ部１０３の電荷を読み取ることができる。よって、本実施の放射線検出素子１０によれば、スイッチ素子を介して放射線検出用配線１２０とセンサ部１０３とを接続した場合と比較して、迅速に放射線照射量検出を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、放射線画像取得用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂを放射線検出素子１０の放射線画像が撮影可能な撮影領域に設けることにより、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線を確実に検出できる。
また、本実施の形態によれば、放射線検出用の画素２０Ｂを放射線画像取得用の画素２０Ａと同一形状とし、分散して配置したことにより、アーティファクトの発生や撮影される放射線画像の画質の低下を防ぐことができる。
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。
図９には、第２の実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、第２の実施の形態に係る放射線検出素子１０の構成は、第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一であるので、説明を省略する。
本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、Ｘ線検出回路１３０を備えている。
放射線検出素子１０に設けられた放射線検出用配線１２０は、Ｘ線検出回路１３０に接続されている。Ｘ線検出回路１３０は、放射線検出用配線１２０を流れる電気信号を増幅回路により増幅している。Ｘ線検出回路１３０は、制御部１０６からの制御により動作し、放射線検出用配線１２０より入力される電気信号を増幅回路により増幅してデジタルデータへ変換して制御部１０６へ出力する。
次に、図１０を用いて、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００による放射線画像を撮影する際の動作の流れについて簡単に説明する。
放射線検出素子１０は、放射線が照射されていない状態であっても暗電流等によって電荷が発生して各画素２０に電荷が蓄積される。このため、放射線画像撮影装置１００では、待機状態の間も放射線検出素子１０の各画素２０に蓄積された電荷を取り出して除去するリセット動作を繰り返し行っている。このリセット動作で読み出された電荷による情報は、暗電流等により放射線画像に発生するノイズ（オフセット）の補正に利用される。
放射線画像撮影装置１００は、放射線の照射開始を検出して放射線検出素子１０の各画素２０で電荷の蓄積を開始することにより放射線画像を撮影するものとされている。放射線画像の撮影を行う際、放射線画像撮影装置１００には、撮影モードへの移行が通知される。
放射線画像撮影装置１００は、撮影モードへの移行が通知されると、放射線の検出を行う放射線検出待ち状態に移行し、放射線を検出すると放射線検出素子１０で電荷を蓄積する電荷蓄積状態に移行し、放射線を検出してから所定時間後に蓄積された電荷の読み出す電荷読出状態に移行し、電荷の読み出し終了後、待機状態に移行する。
図１１、図１２には、第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。
制御部１０６は、待機状態の場合、スキャン信号制御回路１０４を制御して、図１１に示すように、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号（電位ＶｇＨの信号）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させて電荷の取り出しを行う。これにより、１ラインずつ順に各画素２０に蓄積された電荷が電気信号として各信号配線３に流れ出す。制御部１０６は、動作状態が待機状態である間、所定期間経過後に、１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出して１フレーム分リセットするリセット動作を繰り返す。
制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行し、スキャン信号制御回路１０４を制御して、図１２に示すように、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）を出力させる。また、制御部１０６は、Ｘ線検出回路１３０を制御してＸ線検出回路１３０による放射線検出用配線１２０のサンプリングを開始させる。Ｘ線検出回路１３０は、所定周期１Ｈで放射線検出用配線１２０を流れる電気信号を検出してデジタルデータに変換し、制御部１０６へ出力するサンプリングを繰り返す。なお、所定周期１Ｈを、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力して画像の読み出しや、リセット動作を行う際の１ラインに対する周期と同一としている。
放射線画像撮影装置１００は、放射線を発生する放射線発生装置と間隔を空けて配置され、被験者を透過した放射線が照射される。
放射線が照射されると、照射された放射線は、シンチレータに吸収され、可視光に変換される。なお、放射線は、放射線検出素子１０の表側、裏側の何れから照射されてもかまわない。シンチレータで可視光に変換された光は、各画素２０のセンサ部１０３に照射される。
センサ部１０３では。光が照射されると内部に電荷が発生する。この発生した電荷は下部電極１１により収集される。
画素２０Ａでは、下部電極１１に収集された電荷が蓄積されるが、画素２０Ｂでは、下部電極１１に収集された電荷が放射線検出用配線１２０に流れ出す。各画素２０Ｂから流れ出した電気信号は、放射線検出用配線１２０で積算される。すなわち、各画素２０Ｂから流れ出した電気信号のレベル変化が小さくても、各画素２０Ｂの電気信号が積算されることにより、Ｘ線による電気信号のレベルの変化が大きくなるため、放射線の検出精度を高めることができる。
制御部１０６は、Ｘ線検出回路１３０により変換されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。
制御部１０６は、放射線の照射を検出すると、所定の蓄積期間経過後に、スキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、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信号を印加する。これにより、複数配置された画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各画素２０Ａ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、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換する。制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。
このように本実施の形態によれば、画素２０ＢはＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態にかかわらず電気信号が放射線検出用配線１２０に流れ出すため、スキャン信号制御回路１０４により各走査配線１０１にＯＦＦ信号を出力しているオフ期間でも、Ｘ線検出回路１３０でのサンプリングにより放射線の検出が可能となる。
また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、放射線の照射開始を検出して放射線検出素子１０の各画素２０で電荷の蓄積を開始するため、放射線の照射が検出されるまでの期間に照射された放射線が放射線画像に寄与しなくなるが、通常の撮影での放射線の照射期間は１００ｍｓ以上であり、周期１Ｈは１００μｓ前後であるため、照射された放射線をほとんどロスせず利用できる。
また、本実施の形態によれば、複数の放射線検出用の画素２０Ｂを放射線検出用配線１２０に接続したことにより、画素２０Ｂを１つしか接続しない場合の複数倍の電荷を得ることができる。これにより、放射線のエネルギーが少ない段階で放射線の照射を検出でき、蓄積動作に移行することができる。すなわち、放射線のロスを低減することが可能である。特に、Ｘ線は応答特性が緩慢で、照射初期は高いエネルギーが出ない場合が多い。このため、複数の放射線検出用の画素２０Ｂを放射線検出用配線１２０に接続することにより、Ｘ線の照射開始の検出精度が向上する。
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態に係る放放射線検出素子１０の構成は、第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一であり、射線画像撮影装置１００の構成及び放射線画像を撮影する際の概略的な動作の流れは、第２の実施の形態（図９、図１０参照）と同一であるので、説明を省略する。
図１３には、第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。
制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行し、スキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１にＯＦＦ信号を出力させると共に、Ｘ線検出回路１３０を制御して所定周期１ＨでＸ線検出回路１３０により放射線検出用配線１２０に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返す。
しかし、放射線の検出待ち期間が長くなると暗電流等によって各画素２０に電荷が蓄積される。そこで、本実施の形態では、制御部１０６が定期的にスキャン信号制御回路１０４を制御して全走査配線１０１に対してＯＮ信号を出力させて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行う。
また、制御部１０６は、Ｘ線検出回路１３０により変換されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。
制御部１０６は、放射線の照射を検出すると、リセット動作を停止して放射線検出素子１０の各画素２０Ａに電荷を蓄積させ、所定の蓄積期間経過後に、スキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、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信号を印加する。これにより、放射線検出素子１０の各画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各画素２０Ａ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、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換し、制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。
このように本実施の形態によれば、放射線検出待ち状態の場合でも待ち期間が長くなるとリセット動作を行うため、放射線検出素子１０から読み出される電気信号に含まれる暗電流等によるノイズを低く抑えることができる。
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態に係る放放射線検出素子１０の構成は、第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一であり、射線画像撮影装置１００の構成及び放射線画像を撮影する際の概略的な動作の流れは、第２の実施の形態（図９、図１０参照）と同一であるので、説明を省略する。
図１４には、第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。
制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行し、スキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１にＯＦＦ信号を出力させると共に、Ｘ線検出回路１３０を制御して所定周期１ＨでＸ線検出回路１３０により放射線検出用配線１２０に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返す。
しかし、放射線の検出待ち期間が長くなると暗電流等によって各画素２０に電荷が蓄積される。そこで、本実施の形態では、制御部１０６がスキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ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させて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行う。
また、制御部１０６は、Ｘ線検出回路１３０により変換されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。
制御部１０６は、放射線の照射を検出すると、リセット動作を停止して放射線検出素子１０の各画素２０Ａに電荷を蓄積させ、所定の蓄積期間経過後に、スキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、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信号を印加する。これにより、放射線検出素子１０の各画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各画素２０Ａ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、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換し、制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。
このように本実施の形態よれば、放射線検出待ち状態の間、待機状態と同様のリセット動作を行っているため、最新のオフセット補正用のデータを取得できる。放射線検出素子１０の各画素２０に発生するオフセットは、放射線検出素子１０の状態に応じて経時的に変化する場合があるため、最新のオフセット補正用のデータを元に補正を行うことにより放射線画像のノイズを減らすことができる。
また、本実施の形態よれば、放射線の照射を検出した時点でリセット動作を停止するため、放射線画像に停止したラインで画像に段差が発生する場合があるが、放射線の照射開示時点の放射線が小さい場合には、放射線のロスの割合が小さいので、そのままの画像を用いることも可能であり、また、段差に隣接ラインの画像情報から補間処理を行うことにより段差を補正するようにしてもよい。
また図１４では、所定周期１Ｈで放射線をサンプリングしているが、所定周期１Ｈよりも短い周期で放射線をサンプリングしてもよい。所定周期１Ｈよりも短い周期で放射線をサンプリングすることで、放射線の照射が検出されるまでの期間を短縮でき、放射線画像に寄与しない放射線を低減することができる。
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態に係る放放射線検出素子１０の構成は、第１の実施の形態（図２〜図４参照）と同一であり、射線画像撮影装置１００の構成及び放射線画像を撮影する際の概略的な動作の流れは、第２の実施の形態（図９、図１０参照）と同一であるので、説明を省略する。
図１５には、第５の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。
第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、上記第１の実施の形態と同様の流れで、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）を出力させると共に、Ｘ線検出回路１３０を制御して所定周期１ＨでＸ線検出回路１３０により放射線検出用配線１２０に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返す。
そして、制御部１０６は、放射線の照射検出後も、Ｘ線検出回路１３０を制御して所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により放射線検出用配線１２０に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返す。
放射線発生装置からの放射線の照射が終了すると、画素２０Ｂで発生する電荷が減少し信号配線３に流れる電気信号のレベルが低下する。
制御部１０６は、Ｘ線検出回路１３０により変換されたデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値未満となった否かにより放射線が照射が終了したか否かの検出を行う。
制御部１０６は、放射線の照射終了を検出すると、検出した時点を起点に所定の終了待機期間だけ待機した後に、スキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、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信号を印加して放射線検出素子１０の各画素２０Ａに蓄積された電荷を電気信号として読み出し、読み出した電気信号から放射線が示す画像を生成する。なお、制御部１０６は、放射線の照射終了を検出したタイミングですぐにスキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各走査配線１０１にＯＮ信号を出力させてもよい。
このように本実施の形態よれば、放射線の照射期間中も画素２０Ｂが接続された放射線検出用配線１２０のサンプリングを行うことにより、放射線が照射終了のタイミングを検出できる。
なお、第１の実施の形態の放射線の照射量の検出、第２〜第４の実施の形態の照射開始の検出、上記第５の実施の形態の照射終了の検出は、適宜組み合わせて実施してもよい。
また、上記各実施の形態では、放射線検出素子１０に放射線検出用配線１２０を行方向（横方向）に１つの画素列毎に１本ずつそれぞれ配設した例について説明したが、放射線検出用配線１２０を行方向にＮ（２以上の整数）行の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設するようにしてもよい。すなわち、放射線検出用配線１２０を行方向に所定数（１以上の整数）の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設するようにしてもよい。
また、放射線検出素子１０は、図１６に示すように、第２信号配線層において放射線検出用配線１２０を列方向（縦方向）に配設して、第２信号配線層のドレイン極１３を放射線検出用配線１２０に接続させた画素２０を放射線検出用用の画素２０Ｂとし、第２信号配線層のドレイン極１３を放射線検出用配線１２０に接続させない画素２０を放射線画像取得用の画素２０Ａとして構成するようにしてもよい。このように、放射線検出用配線１２０を配置することで、信号配線３の容量の増加（すなわちＳ／Ｎ低下）を防ぐことができる。なお、図１６に示す場合において、画素２０Ａ及び画素２０Ｂを生成する際には、２つのマスクが用いられる。より具体的には、画素２０Ａを生成する場合には、一方のマスクが用いられ、画素２０Ｂを生成する場合には、他方のマスクが用いられる。
また、第２信号配線層とは異なる層において放射線検出用配線１２０を列方向（縦方向）に配設して、第２信号配線層のドレイン極１３をコンタクトホールを介して放射線検出用配線１２０に接続させた画素２０を放射線検出用の画素２０Ｂとし、第２信号配線層のドレイン極１３を放射線検出用配線１２０に接続させない画素２０を放射線画像取得用の画素２０Ａとして構成するようにしてもよい。
また、列方向に複数の放射線検出用配線１２０を配設させた場合においても、放射線検出用配線１２０を列方向に所定数（１以上の整数）の画素列毎に１本ずつそれぞれ配設するようにしてもよい。
また、放射線検出素子１０は、図１７に示すように、画素２０Ｂをセンサ部１０３とＴＦＴスイッチ４とが電気的に分離されるように形成してもよい。これにより、画素２０Ｂのセンサ部１０３で発生した電荷による電気信号が信号配線３に流れることを防止することができる。
また、上記では間接変換方式の場合について説明したが、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場合に適用することができる。この場合、直接変換方式におけるセンサ部は、放射線が照射されることにより電荷を発生する。
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、及び放射線検出素子１０の構成は一例であり、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。
３ 信号配線
４ ＴＦＴスイッチ
１０ 放射線検出素子
２０ 画素
２０Ａ 放射線画像取得用の画素
２０Ｂ 放射線検出用の画素
１００ 放射線画像撮影装置
１０１ 走査配線
１２０ 放射線量検出用配線
１２１ 積算放射線量検出回路

Claims (13)

  1. 放射線を検出する検出領域にマトリクス状に複数設けられ、放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部を備えた画素と、
    前記複数の画素のうち、放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素であって、対応するセンサ部に発生した電荷を読み出すために各画素に備えられた各スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と、
    前記放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素の各スイッチ素子のスイッチング状態に応じて、前記放射線画像取得用の画素として予め定められた各画素に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、
    前記複数の画素のうち、放射線検出用の画素として予め定められた各画素に接続され、当該各画素のセンサ部に発生した電荷に応じた電気信号が流れる複数もしくは１本の放射線検出用配線と、
    を備えた放射線検出素子。
  2. 前記複数の走査配線は、前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素に対応するセンサ部に設けられた各スイッチ素子に接続され、
    前記複数の信号配線は、前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素に対応するセンサ部に設けられた各スイッチ素子に接続された
    請求項１記載の放射線検出素子。
  3. 前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素は、前記センサ部が前記信号配線と電気的に分離されている
    請求項１又は請求項２記載の放射線検出素子。
  4. 前記放射線検出用の画素として予め定められた各画素間の間隔を、一画素以上の間隔とした請求項１〜請求項３の何れか１項記載の放射線検出素子。
  5. 前記センサ部は、上部電極、光電変換層、及び下部電極を含んで構成され、
    前記放射線検出用配線は、対応するセンサ部の下部電極に接続された
    請求項１〜４の何れか１項に記載の放射線検出素子。
  6. 前記放射線検出用の各画素から読み出された電荷に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および照射された放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段に、複数もしくは１本の放射線検出用配線が接続された請求項１〜５の何れか１項記載の放射線検出素子。
  7. 前記複数もしくは１本の放射線検出用配線は、放射線の照射量を検出し当該照射量に基づいて前記放射線を照射する放射線源による放射線の照射を制御する放射線照射制御装置に接続された請求項１〜６の何れか１項に記載の放射線検出素子。
  8. 前記請求項１〜請求項５の何れか１項記載の放射線検出素子と、
    前記放射線検出用配線に流れる電気信号に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段と、
    を備えた放射線画像撮影装置。
  9. 前記検出手段は、放射線の照射開始を検出し、
    前記複数の走査配線に対して前記制御信号を出力する制御信号出力手段と、
    前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線画像を示す画像情報を生成する生成手段と、
    待機中、前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力して前記放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素から電荷を取り出すリセット動作を繰り返し行うように前記制御信号出力手段を制御し、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出された場合、前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力し、放射線の照射終了後に前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力するように前記制御信号出力手段を制御する制御手段と、をさらに備えた
    請求項８記載の放射線画像撮影装置。
  10. 前記制御手段は、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記リセット動作を繰り返し行うように前記制御信号出力手段を制御する
    請求項９記載の放射線画像撮影装置。
  11. 前記制御手段は、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記複数の走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力するように前記制御信号出力手段を制御する
    請求項９記載の放射線画像撮影装置。
  12. 前記制御信号出力手段は、前記リセット動作の際、複数の走査配線に順に又は複数の走査配線の全てに一度に電荷の取り出しを行う制御信号を出力する
    請求項９〜請求項１１の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
  13. 前記生成手段は、前記放射線検出用の画素の画像情報を補間して放射線画像を示す画像情報を生成する
    請求項９〜請求項１２の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
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