JP2013078020A - 放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる、放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムを提供する。
【解決手段】画素２０が、ＴＦＴスイッチ４と、センサ部１０３と、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２と、を備えている。ＴＦＴスイッチ４２は、ゲート端子がセンサ部１０３に接続されており、一端が専用配線４４に接続されており、他端が放射線検出配線１２２に接続されている。放射線検出モードでは、センサ部１０３で発生した電荷により、ＴＦＴスイッチ４２がスイッチングされ、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷が放射線検出配線１２２に出力される。すなわち、照射された放射線の線量に応じた電荷がＴＦＴスイッチ４２により放射線検出配線１２２に出力される。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムに係り、特に照射された放射線に応じた放射線画像の撮影に用いられる放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システムに関する。

従来、医療診断等を目的とした放射線撮影を行う放射線画像撮影装置が知られている。当該放射線画像撮影装置は、放射線照射装置から照射され、被検体を透過した放射線を検出して放射線画像を撮影する。当該放射線画像撮影装置は、照射された放射線に応じて発生した電荷を収集して読み出すことにより放射線画像の撮影を行う。このような放射線画像撮影装置としては、いわゆるカセッテ等のＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）パネルが挙げられる。

このような放射線画像撮影装置として、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検知した放射線に応じて電荷を発生する光電変換素子等によるセンサ部と、当該センサ部で発生した電荷を読み出すスイッチング素子と、を備えると共に、当該センサ部で発生した電荷に応じて、放射線の照射に関する検出（照射の開始や、終了の検出等）を行う検出部を備えたものが知られている。当該技術では、検出部の検出結果に基づいて、センサ部による電荷の蓄積の開始または終了等を行わせる。

例えば、特許文献１には、信号電荷をゲートに蓄積するとともにその電位を非破壊で読み出す役目を有する非破壊読み出し用兼信号電荷蓄積用トランジスタと、各センサーセルから信号電荷を読み出す破壊読み出し用トランジスタとを、各センサーセルが備え、トランジスタのゲートに現れる信号電圧をソースフォロアの出力とすることにより、リセット動作を伴わない非破壊で読み出した電荷に応じて放射線の照射開始を検出する技術が記載されている。

また、特許文献２には、画素部に、リセット用ＭＯＳトランジスタと、出力切り換え用ＭＯＳトランジスタと、ソースフォロア回路を構成する読み出し用ＭＯＳトランジスタと、を備え、非破壊で読み出した電荷に応じて放射線の照射開始を検出する技術が記載されている。

特開２００２−１３９５７１号公報 特開２００３−１２６０７２号公報

上記従来の技術では、いずれも、１画素内に３つのトランジスタ（スイッチング素子）を備えるため、構造が煩雑になるという問題がある。このように構造が煩雑になると、整合が困難になる場合が生じる可能性がある。

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、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる、放射線検出器、放射線画像撮影装置、及び放射線画像撮影システム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に記載の放射線検出器は、照射された放射線の線量に応じた電荷を発生して蓄積するセンサ部と、前記センサ部で発生された電荷を読み出して信号配線に出力する第一スイッチング素子と、ソースフォロア回路であり、かつ前記センサ部で発生した電荷が制御端子に入力され、かつ所定の電圧が入力端子に入力され、かつ前記センサ部で発生された電荷に応じた電荷を出力端子から出力する放射線検知用の第二スイッチング素子と、を備えた複数の画素を備える。

本発明では、センサ部で発生した電荷が制御端子に入力され、かつ所定の電圧が入力端子に入力され、かつセンサ部で発生された電荷に応じた電荷を出力端子から出力する放射線検知用の第二スイッチング素子によりソースフォロア回路が形成されている。

ソースフォロア回路では、放射線の照射に応じてセンサ部１０３で発生した電荷により、第二スイッチング素子がスイッチングされ、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷が出力端子から出力される。このようにして出力端子から出力された電荷をモニタリング（検出）することにより、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

本発明によれば、このように、１画素内に、２つのスイッチング素子を備えることにより非破壊で放射線の照射に関する検出を行うことができる。従って、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

また、本発明は、請求項２に記載の放射線検出器のように、前記センサ部は、前記センサ部にバイアス回路から供給されるバイアス電圧を供給する第一バイアス配線に接続されていることが好ましい。

また、本発明は、請求項３に記載の放射線検出器のように、前記第二スイッチング素子に前記バイアス回路から前記バイアス電圧とは異なる前記所定の電圧を供給する第二バイアス配線を備えることが好ましい。

本発明では、所定の電圧をバイアス電圧と異ならせている。例えば、所定の電圧は、バイアス電圧よりも低い電圧であり、かつ放射線の照射に関する検出に必要な充分な大きさの電圧であることが好ましい。所定の電圧が高すぎた場合、放射線の照射に関する検出の際に流れる電流が通常時に流れる電流よりも大きく流れすぎ、信頼性に問題が発生する懸念があるため、このように所定の電圧をバイアス電圧よりも低い電圧とすることが好ましい。

このように第二スイッチング素子にバイアス電圧を供給する第二バイアス配線を、センサ部にバイアス回路から前記バイアス電圧を供給する第一バイアス配線と別途に設けることにより、放射線画像に生じる画像ムラを抑制することができる。

また、本発明は、請求項４に記載の放射線検出器のように、前記第二スイッチング素子は、前記第一バイアス配線に接続されてもよい。

このようにバイアス配線を兼用することにより、配線の数を削減することができ、より簡易な構造にすることができる。

また、本発明は、請求項５に記載の放射線検出器のように、前記第二スイッチング素子は、放射線検出用配線に前記出力端子が接続されていることが好ましい。

このように信号配線とは別途に備えられた放射線検出用配線を設けることにより、放射線画像に生じる画像ムラを抑制することができる。

また、本発明は、請求項６に記載の放射線検出器のように、前記第二スイッチング素子は、前記信号配線に前記出力端子が接続されてもよい。

このように信号配線を兼用することにより、配線の数を削減することができ、より簡易な構造にすることができる。

請求項７に記載の放射線画像撮影装置は、前記請求項１から前記請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出器と、前記放射線検出回路の第一スイッチング素子の制御端子に駆動信号を出力する駆動回路と、前記放射線検出器のソースフォロア回路から出力された電荷に基づいて、放射線の照射に関する検出を行う放射線検出回路と、を備える。

また、本発明は、請求項８に記載の放射線画像撮影装置のように、前記センサ部に蓄積された電荷を排出させてリセットするための予め定められたタイミングで前記第一スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を出力し、かつ、前記放射線検出回路で前記放射線の照射開始を検出後は、予め定められた期間、前記第一スイッチング素子をオフ状態にした後、オン状態にして、前記センサ部に蓄積された電荷を排出させる駆動信号を出力するように前記駆動回路を制御する制御手段を備えることができる。

また、本発明は、請求項９に記載の放射線画像撮影装置のように、前記制御手段は、前記放射線検出回路で前記放射線の照射終了を検出後は、前記センサ部に蓄積された電荷を排出させるよう前記第一スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を出力するように前記駆動回路を制御することができる。

また、本発明は、請求項１０に記載の放射線画像撮影装置のように、前記放射線検出回路で照射線の照射開始を検出した場合に、前記ソースフォロア回路の第二スイッチング素子の入力端子に入力される予め定められた電圧を、０Ｖまたは、予め定められたグランド電圧に切り替える電圧切替手段を備えることができる。

請求項１１に記載の放射線画像撮影システムは、放射線照射装置と、前記放射線照射装置から照射された放射線により放射線画像を撮影する前記請求項１から前記請求項１０のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置と、を備える。

以上説明したように、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる、という効果が得られる。

第１の実施の形態に係る放射線画像撮影システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 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の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る信号回路の全体構成の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る放射線検出器の構成の一例を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る放射線検出器の一例の線断面図である。 第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置による放射線画像の撮影の動作の流れの一例を示したタイムチャートである。 照射された放射線の強度と、放射線検出器の動作との関係の一例を示した説明図である。 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の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態に係る放射線検出器の構成の一例を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成の一例を示す構成図である。 第４の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成の一例を示す構成図である。 その他の放射線画像撮影装置の全体構成の一例を示す構成図である。

以下、各図面を参照して本実施の形態の一例について説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本実施の形態の放射線画像撮影装置を用いた放射線画像撮影システムの概略構成について説明する。図１は、本実施の形態の放射線画像撮影システムの一例の概略構成図である。

放射線画像撮影システム２００は、放射線（例えばエックス線（Ｘ線）等）を被検体２０６に照射する放射線照射装置２０４と、放射線照射装置２０４から照射され、被検体２０６を透過した放射線を検出する放射線検出器１０を備えた放射線画像撮影装置１００と、放射線画像の撮影を指示すると共に、放射線画像撮影装置１００から放射画像を取得する制御装置２０２と、を備えている。制御装置２０２の制御に基づいたタイミングで、放射線照射装置２０４から照射され撮影位置に位置している被検体２０６を透過することで画像情報を担持した放射線は放射線画像撮影装置１００に照射される。

次に、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００の概略構成について説明する。本実施の形態では、Ｘ線等の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器１０に本発明を適用した場合について説明する。本実施の形態では、放射線画像撮影装置１００は、間接変換方式の放射線検出器１０を備えて構成されている。なお、図２では、放射線を光に変換するシンチレータは省略している。

放射線検出器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スイッチング素子であるＴＦＴスイッチ４（第一スイッチング素子）と、ソースフォロア回路４０を形成するＴＦＴスイッチ４２（第二スイッチング素子）と、を含んで構成される画素２０が複数、マトリックス状（行列状）に配置されている。本実施の形態では、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、センサ部１０３で電荷が発生する。

画素２０は、一方向（図２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２の縦方向、以下「列方向」ともいう）にマトリックス状に複数配置されている。図２では、画素２０の配列を簡略化して示しているが、例えば、画素２０は行方向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置されている。

本実施の形態のＴＦＴスイッチ４は、制御端が走査配線１０１に接続されており、一端がセンサ部１０３に接続されており、他端が信号配線３に接続されている。本実施の形態のＴＦＴスイッチ４は、走査配線１０１を流れる駆動信号に応じてスイッチングし、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出して、読み出した電荷に応じた電気信号を信号配線３に出力する機能を有している。

一方、本実施の形態のＴＦＴスイッチ４２は、ソースフォロア回路４０を形成しており、制御端（ゲート端子）がセンサ部１０３に接続されており、一端が専用配線４４に接続されており、他端が放射線検出配線１２２に接続されている。本実施の形態のＴＦＴスイッチ４２は、センサ部１０３で発生・蓄積された電荷に応じてスイッチングし、専用配線４４を流れる電荷を放射線検出配線１２２に出力する機能を有している。なお、ＴＦＴスイッチ４２の一端及び他端をドレイン端子及びソース端子のいずれとするかは特に限定されず、例えば、一端をドレイン端子とし、他端をソース端子としてもよい。また、極性が逆になった際には、接続を逆向き（一端がソース端子、他端がドレイン端子）としてもよい。

また、放射線検出器１０には、基板１（図５参照）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。本実施の形態では、一方向の各画素列に信号配線３が１本ずつ設けられ、交差方向の各画素列に走査配線１０１が１本ずつ設けられており、例えば、画素２０が行向及び列方向に１０２４個×１０２４個配置されている場合、信号配線３及び走査配線１０１はそれぞれ１０２４本ずつ設けられている。

さらに、放射線検出器１０には、各信号配線３と並列にバイアス配線２５が設けられている。各画素２０のセンサ部１０３は、画素２０の列毎にバイアス配線２５に接続されており、バイアス配線２５を介してバイアス回路１１０からバイアス電圧が印加されている。

また、本実施の形態の放射線検出器１０は、バイアス配線２５と並列に専用配線４４が設けられている。各画素２０のソースフォロア回路４０のＴＦＴスイッチ４２は、画素２０の列毎に専用配線４４に接続されており、専用配線４４を介してバイアス回路１１０からバイアス電圧が一端に印加されている。

走査配線１０１には、各ＴＦＴスイッチ４をスイッチング（駆動）するための駆動信号が流れる。このように駆動信号が各走査配線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。

信号配線３には、各画素２０のＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態に応じて、各画素２０のセンサ部１０３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２０の何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることによりセンサ部１０３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回路１０５が接続されている。なお、本実施の形態で電気信号の「検出」とは、電気信号をサンプリングすることを示している。

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するための駆動信号を出力する駆動回路１０４が接続されている。図２では、信号回路１０５及び駆動回路１０４を１つに簡略化して示しているが、例えば、信号回路１０５及び駆動回路１０４を複数設けて所定本（例えば、２５６本）毎に信号配線３または走査配線１０１を接続する。例えば、信号配線３及び走査配線１０１が１０２４本ずつ設けられている場合、駆動回路１０４を４個設けて２５６本ずつ走査配線１０１を接続し、信号回路１０５も４個設けて２５６本ずつ信号配線３を接続する。

信号回路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５０を内蔵している。信号回路１０５の具体的一例を図３に示す。信号回路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５０により増幅し、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５４によりデジタル信号へ変換する。

増幅回路５０は、チャージアンプ回路で構成されており、オペアンプ等のアンプ５２と、アンプ５２に並列に接続されたコンデンサＣと、アンプ５２に並列に接続された電荷リセット用のスイッチＳＷ１と、を備えて構成されている。

増幅回路５０では、電荷リセット用のスイッチＳＷ１がオフの状態で画素２０のＴＦＴスイッチ４により電荷（電気信号）が読み出され、コンデンサＣにＴＦＴスイッチ４により読み出された電荷が蓄積され、蓄積される電荷量に応じてアンプ５２から出力される電圧値が増加するようになっている。

また、制御部１０６は、電荷リセット用スイッチＳＷ１に電荷リセット信号を印加して電荷リセット用のスイッチＳＷ１のオン／オフを制御するようになっている。なお、電荷リセット用のスイッチＳＷ１がオン状態とされると、アンプ５２の入力側と出力側とが短絡され、コンデンサＣの電荷が放電される。

Ａ／Ｄ変換回路５４は、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）スイッチＳＷがオン状態において、増幅回路５０から入力されたアナログ信号である電気信号をデジタル信号に変換する機能を有するものである。Ａ／Ｄ変換回路５４は、デジタル信号に変換した電気信号を制御部１０６に順次出力する。

なお、本実施の形態のＡ／Ｄ変換回路５４には、信号回路１０５に備えられた全ての増幅回路５０から出力された電気信号が入力される。すなわち、本実施の形態の信号回路１０５は、増幅回路５０（信号配線３）の数にかかわらず、１つのＡ／Ｄ変換回路５４を備えている。

また、本実施の形態の放射線検出器１０は、複数の放射線検出配線１２２がバイアス配線２５及び専用配線４４と交差するように設けられている。本実施の形態では、各画素行毎に、放射線検出配線１２２が１本ずつ設けられている。放射線検出配線１２２には、ＴＦＴスイッチ４２の一端が接続されており、ＴＦＴスイッチ４２により、センサ部１０３で発生・蓄積された電荷に応じて、専用配線４４を流れる電荷が出力される。また、本実施の形態では、複数の放射線検出配線１２２は、放射線検出器１０内で１本の放射線検出配線１２３に接続される。放射線検出配線１２３は、放射線検出回路１２０に接続されている。

放射線検出回路１２０は、放射線検出配線１２３を流れる電荷（電気信号）と、放射線の照射に関する検出用の予め定められた閾値とを比較して、放射線の照射開始や、照射終了等を検出する機能を有している。

信号回路１０５、駆動回路１０４、及び放射線検出回路１２０には、制御部１０６が接続されている。本実施の形態の制御部１０６は、信号回路１０５において変換されたデジタル信号に対してノイズ除去などの所定の処理を施すとともに、放射線検出回路１２０で検出された放射線の照射開始タイミングに基づいて、信号回路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、駆動回路１０４に対して駆動信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する機能を有している。

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、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、放射線画像の撮影のための制御を行う。

また、制御部１０６は、放射線検出回路１２０により放射線の照射開始が検出されると、放射線画像の撮影を開始するように駆動回路１０４及び信号回路１０５を制御し、画素２０のセンサ部１０３が発生した電荷を所定の期間蓄積し、所定の期間経過後に、順次、走査配線１０１にオン信号を出力させて各画素２０毎に信号配線３を介して電気信号（画像情報）を読取って、画像情報に基づいて放射線画像を生成する。

図４には、本実施形態に係る間接変換方式の放射線検出器１０の１画素当りの構造を示す平面図が示されており、図５には、図４に示した画素２０のＡ−Ａ線断面図が示されている。なお、図が煩雑になるのを避けるため、図４では、バイアス配線２５の記載を省略している。

図５に示すように、放射線検出器１０の画素２０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４参照）、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４参照）。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、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４参照。）。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。当該ソース電極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（図示省略）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、ＳｉＮ_Ｘ 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器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器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系材料やＩＴＯ等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で光の吸収が十分でないことによる、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（一対の自由電子と自由正孔）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、本実施形態では、フォトダイオードとして機能する半導体層２１をＰＩＮ型フォトダイオードとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ＭＩＳ型ダイオードやＮＩＰ型ダイオードを用いてもよい。

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器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、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。

なお、図示を省略したバイアス配線２５は、開口部を有する層間絶縁膜２３の上層に形成されており、開口部及び開口部付近に形成されたコンタクトパッドを介して上部電極２２と電気的に接続されている。

また、ＴＦＴスイッチ４２の構造は、ゲート電極がセンサ部１０３（下部電極１１）と接続されており、ドレイン電極が専用配線４４に接続されており、ソース電極が放射線検出配線１２２に接続されている他は、略同様の構造であるため、構造についての詳細な説明は省略する。

このように形成された放射線検出器１０の表面には、シンチレータが備えられる。例えば、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、放射線検出器１０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。また例えば、射線検出器１０の表面にＣＳＩ等からなるシンチレータが直接蒸着、または貼り付けられる。

次に、図６及び図７を参照して、上記構成の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、放射線の照射開始の検出動作を中心に説明する。本実施の形態では、制御装置２０２からの指示に基づいて、制御部１０６の制御により放射線画像の撮影を行う。図６は、放射線画像の撮影の動作の流れの一例を示したタイムチャートである。また、図７は、照射された放射線の強度と、放射線検出器の動作との関係の一例を示した説明図である。

放射線画像撮影装置１００は、放射線の照射開始を検知して放射線検出器１０の各画素２０で電荷を蓄積し、蓄積した電荷に応じた画像データに基づいた放射線画像を出力することにより放射線画像を撮影する。

本実施の形態では、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制御装置２０２から通知される。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、待機モードから放射線の照射開始の検出を行う放射線検出モードに移行し、放射線の照射開始を検出すると放射線検出器１０のセンサ部１０３で電荷を蓄積する電荷蓄積モードに移行し、放射線の照射開始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モードに移行し、電荷の読み出し終了後、再び待機モードに移行する。

以下、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００における放射線画像の撮影動作を詳細に説明する。

放射線検出モードに移行すると、ＴＦＴスイッチ４により、センサ部１０３の電荷を読み出すリセット動作を行う。本実施の形態の放射線検出器１０では、センサ部１０３でリーク電流が発生するため、放射線検出モードでは、走査配線１０１に順次オン信号を出力し、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次オン信号を印加して一定期間毎にセンサ部１０３から電荷を外部に出力させることにより、センサ部１０３に蓄積された電荷をリセットするリセット動作を行う。

放射線照射装置２０４から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、放射線検出器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、照射された放射線（放射線が変換された光）の線量に応じて電荷を発生させる。ソースフォロア回路４０のＴＦＴスイッチ４２では、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷を放射線検出配線１２２に出力する。

放射線検出回路１２０では、放射線検出配線１２３により入力される電気信号（電荷）と、放射線の照射開始の検出用に予め定められた閾値（検出閾値）とを比較して、閾値を越えた場合に、放射線の照射が開始されたことを検出する（図７参照）。

本実施の形態では、このようにして放射線の照射開始が検出されると、電荷蓄積モードに移行する。

電荷蓄積モードでは、制御部１０６は、放射線検出器１０の各画素２０に電荷の蓄積を指示する。画素２０では、ＴＦＴスイッチ４がオフ状態のままであるため、センサ部１０３に電荷が蓄積された状態になる。なお、本実施の形態の放射線検出器１０では、電荷蓄積モード中も、ＴＦＴスイッチ４２により、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷を放射線検出配線１２２が出力される。

放射線の照射開始を検出、または電荷蓄積モードに移行してから所定時間経過したことを図示を省略したタイマーに基づいて判断し、所定時間経過した場合は、蓄積モードを終了して、各画素２０から蓄積された電荷を読み出す読み出モードに移行する。読出モードでは、具体的には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次オン信号を印加することにより、画素２０のＴＦＴスイッチ４が順次オンされ、画素２０のセンサ部１０３に蓄積された電荷量に応じた電気信号を信号配線３に出力させることにより電荷を読み出す。

以上説明したように、本実施の形態の放射線検出器１０を備えた放射線画像撮影装置１００では、画素２０が、ＴＦＴスイッチ４と、センサ部１０３と、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２と、を備えて構成されている。ＴＦＴスイッチ４２は、ゲート端子がセンサ部１０３に接続されており、一端が専用配線４４に接続されており、他端が放射線検出配線１２２に接続されている。放射線検出モードでは、ＴＦＴスイッチ４を順次オンにして、リーク電流によりセンサ部１０３に蓄積された電荷を排出するリセット動作を順次行う。一方、センサ部１０３で発生した電荷により、ＴＦＴスイッチ４２がスイッチングされ、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷が放射線検出配線１２２に出力される。すなわち、照射された放射線の線量に応じた電荷がＴＦＴスイッチ４２により放射線検出配線１２２に出力される。放射線検出回路１２０では、放射線検出配線１２２及び放射線検出配線１２３を介して、各画素２０のＴＦＴスイッチ４２により出力された電荷情報（電気信号）と、放射線の照射開始検出用の閾値とを比較して、閾値を越えた場合に、放射線の照射が開始されたことを検出する。放射線の照射開始が検出されると、制御部１０６の制御により、蓄積モードに移行する。

このように本実施の形態では、ＴＦＴスイッチ４により、センサ部１０３のリセット動作を行うことができ、かつ、ＴＦＴスイッチ４２により放射線の照射に関する検出を行うことができる。すなわち、１画素２０内に、ＴＦＴスイッチ４及びＴＦＴスイッチ４２の２つのスイッチング素子（トランジスタ）を備えることにより、ＴＦＴスイッチ４２により非破壊で放射線の照射に関する検出を行うことができる。従って、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

また、本実施の形態では、ＴＦＴスイッチ４によりセンサ部１０３に蓄積された電荷を読み出して放射線画像の撮影を行うことができるため、信頼性を確保しつつ、ソースフォロア回路４０により非破壊読出しを行うことができる。

また、本実施の形態では、バイアス配線２５とは別に設けた専用配線４４によりバイアス回路１１０からバイアス電圧をＴＦＴスイッチ４２に供給しており、さらに、信号配線３とは別に設けた放射線検出配線１２２にＴＦＴスイッチ４２から電荷が出力されるため、ＴＦＴスイッチ４２の駆動に起因した画像ムラが発生するのを抑制することができる。

［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。

本実施の形態の放射線検出器１０、画素２０、及び放射線画像撮影装置１００は、第１の実施の形態と略同一の構成及び動作であるため、同一部分については、説明を省略する。本実施の形態の放射線検出器１０では、ＴＦＴスイッチ４２から出力された電荷が信号配線３に出力されるように構成されている点が第１の実施の形態と異なるため、異なる構成及び動作についてここでは説明する。

本実施の形態の放射線画像撮影装置１００の全体構成の一例の構成図を図８に示す。また、１画素当りの構造を示す平面図を図９に示す。図８及び図９に示すように、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２の出力端子が信号配線３に接続されている。このように本実施の形態の信号配線３（図８では、信号配線３（Ｄ２））は、放射線の照射に関する検出（放射線検出モード：ＴＦＴスイッチ４２により電荷が出力）と、放射線画像の撮影（読出モード：ＴＦＴスイッチ４により電荷が出力）と、で兼用されるように構成されている。

そのため、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、第１の実施の形態の放射線画像撮影装置１００では備えられていた放射線検出回路１２０を備えておらず、信号回路１０５が第１の実施の形態の放射線検出回路１２０が有していた機能と同等の機能を有する。

放射線検出モードでは、センサ部１０３で発生した電荷により、ＴＦＴスイッチ４２がスイッチングされ、センサ部１０３で発生した電荷に応じた電荷が信号配線３に出力される。すなわち、照射された放射線の線量に応じた電荷がＴＦＴスイッチ４２により信号配線３に出力される。信号回路１０５では、信号配線３により入力された電荷情報（電気信号）と、放射線の照射開始検出用の閾値とを比較して、閾値を越えた場合に、放射線の照射が開始されたことを検出する。放射線の照射開始が検出されると、制御部１０６の制御により、蓄積モードに移行する。

このように、本実施の形態では、信号配線３をＴＦＴスイッチ４と、ＴＦＴスイッチ４２と、で兼用することにより、放射線検出配線１２２及び放射線検出回路１２０を設けなくてよいため、より、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

［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。

本実施の形態の放射線検出器１０、画素２０、及び放射線画像撮影装置１００は、第１の実施の形態と略同一の構成及び動作であるため、同一部分については、説明を省略する。本実施の形態の放射線検出器１０では、ＴＦＴスイッチ４２にバイアス配線２５を介してバイアス回路１１０からバイアス電圧が印加されるように構成されている点が第１の実施の形態と異なるため、異なる構成及び動作についてここでは説明する。

本実施の形態の放射線画像撮影装置１００の全体構成の一例の構成図を図１０に示す。図１０に示すように、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２の入力端子がバイアス配線２５に接続されている。このように本実施の形態のバイアス配線２５には、センサ部１０３（上部電極２２）と、ＴＦＴスイッチ４２の入力端子と、が接続されており、両者にバイアス回路１１０からバイアス電圧を供給する。すなわち、本実施の形態では、バイアス配線２５がセンサ部１０３と、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）とで兼用されるように構成されている。

そのため、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、第１の実施の形態の放射線画像撮影装置１００では備えられていた専用配線４４を備えていない。

このように、本実施の形態では、バイアス配線２５をセンサ部１０３と、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）と、で兼用することにより、専用配線４４を設けなくてよいため、より、簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

［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。

本実施の形態の放射線検出器１０、画素２０、及び放射線画像撮影装置１００は、第１の実施の形態と略同一の構成及び動作であるため、同一部分については、説明を省略する。本実施の形態の放射線検出器１０では、ＴＦＴスイッチ４２から出力された電荷が信号配線３に出力され、かつ、ＴＦＴスイッチ４２にバイアス配線２５を介してバイアス回路１１０からバイアス電圧が印加されるように構成されている点が第１の実施の形態と異なるため、異なる構成及び動作についてここでは説明する。

本実施の形態の放射線画像撮影装置１００の全体構成の一例の構成図を図１１に示す。図１１に示すように、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、第２の実施の形態と同様に、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２の出力端子が信号配線３に接続されている。本実施の形態の信号配線３（図１１では、信号配線３（Ｄ２））は、ＴＦＴスイッチ４からの出力と、ＴＦＴスイッチ４２からの出力と、で兼用されるように構成されている。そのため、本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、信号回路１０５が第１の実施の形態の放射線検出回路１２０と同様の機能を有している。

また、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、第３の実施の形態と同様に、ソースフォロア回路４０であるＴＦＴスイッチ４２の入力端子がバイアス配線２５に接続されている。本実施の形態では、バイアス配線２５がセンサ部１０３と、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）とで兼用されるように構成されている。

そのため、本実施の形態の放射線画像撮影装置１００では、第１の実施の形態の放射線画像撮影装置１００では備えられていた放射線検出配線１２２、放射線検出回路１２０、及び専用配線４４を備えていない。

このように、本実施の形態では、信号配線３をＴＦＴスイッチ４と、ＴＦＴスイッチ４２と、で兼用し、さらにバイアス配線２５をセンサ部１０３と、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）と、で兼用することにより、さらに簡易な構造で、放射線の照射に関する検出を行うことができる。

なお、上述した実施の形態（第１及び第３）における放射線検出回路１２０の構成は上述の機能を有していれば特に限定されないが、例えば、信号回路１０５に設けられている増幅回路５０と同様の増幅回路を設けるようにするとよい。当該増幅回路により、放射線検出配線１２３から入力された電気信号（電荷）が増幅されるため、当該増幅された電気信号（電化）を用いることにより、検出感度を向上させることができる。

また、上記各実施の形態では、放射線検出器１０の全ての画素２０にソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）を備え、全ての画素２０を用いて放射線の照射に関する検出を行う場合について説明したがこれに限らず、一部の画素２０のみを上述のように構成し、その他の画素２０をソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４）を備えないように構成して、放射線画像の撮影のみに使用する用に構成してもよい。なお、上記各実施の形態のように、放射線検出器１０の全ての画素２０にソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）を備えることにより、放射線検出器１０に放射線が照射される領域にかかわらず、適切に放射線の照射に関する検出を行うことができる。なお、上記各実施の形態では、リセット動作に依存しないため、面内（放射線が照射される面内）依存性は生じない。

また、上記各実施の形態では、放射線の照射開始のタイミングを検出する場合について説明したがこれに限らず、例えば、放射線照射装置２０４からの放射線の照射終了を検出するようにしてもよい。この場合、蓄積モード中も、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）から出力された電荷（電気信号）をモニタリングし、放射線の照射終了用の閾値を用いて、照射開始の検出と略同様にして検出（この場合は、閾値以下となったか否かにより検出）してもよい。なお、放射線の照射停止を検出した場合は、ＴＦＴスイッチ４により、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出す読出モードに移行させる。また、略同様にして、所定量の放射線が照射されたタイミングの検出等に適用してもよい。

また、蓄積モード中も、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）から出力された電荷（電気信号）をモニタリングし、放射線の照射停止を検出した際に、モニタリングした電荷（電気信号）から照射された放射線の線量を推定してもよい。なお、放射線の線量の推定は、放射線検出回路１２０で行ってもよいし、制御部１０６で行ってもよい。この場合、電荷（電気信号）と照射された放射線の線量との対応関係等を予め記憶しておけばよい。さらに、推定された放射線の線量に基づいて、信号回路１０５の増幅回路５０のアンプ５２の設定値を放射線の線量に応じて予め定められたモード（例えば、高感度モードや高線量モード）の設定値に切り替えて、切り替えた設定値により、センサ部１０３からの電荷の読み出し（読出モード）を行う。このようにすることにより、より、放射線画像の画質を向上させることができる。

また、上記各実施の形態では、放射線検出モード以外でも、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）にバイアス回路１１０からバイアス電圧を印加し続けているがこれに限らない。放射線検出モード以外、例えば、放射線の照射開始を検出した後や、放射の照射が停止した後は、バイアス電圧に変わり、０Ｖの電圧または予め定められたグランド電圧（放射線検出器１０のグランド電圧）等が印加されるようにしてもよい。第２の実施の形態の放射線画像撮影装置１００をこのように構成した場合の放射線画像撮影装置１００の全体構成の一例の構成図を図１２に示す。図１２に示した放射線画像撮影装置１００では、ＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子により構成された切替回路１２６を備える。放射線検出モードでは、切替回路１２６により、専用配線４４とバイアス回路１１０とを接続させＴＦＴスイッチ４２にバイアス電圧が印加される。一方、放射線の照射開始を検出した場合等は、専用配線４４の接続先を０Ｖの電圧または予め定められたグランド電圧に切り替え、ＴＦＴスイッチ４２に０Ｖの電圧または予め定められたグランド電圧が印加されるようにする。このように構成することにより、ソースフォロア回路４０（ＴＦＴスイッチ４２）から余分な電荷（電気信号）が出力されるのを抑制し、ＴＦＴスイッチ４２から出力された電荷が放射線画像の撮影のために出力された電荷と混ざることがなくなるため、放射線画像の画像ムラを抑制することができる。特に、第２の実施の形態のように、信号配線３を兼用する構成の場合に、このように、ＴＦＴスイッチ４２の入力端子に印加される電圧を切り替えることが好ましい。

また、上記各実施の形態では、バイアス回路１１０から供給されるバイアス電圧を印加される場合について説明したがこれに限らず、少なくとも放射線検出モードの際に一定の電圧が印加される構成であれば特に限定されない。例えば、定電圧回路をバイアス回路１１０と別途に設けてもよい。

また、上記各実施の形態では、放射線の照射開始を予め定められた閾値に基づいて検出しているがこれに限らず、例えば、変化量等に基づいて検出するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、間接変換方式の場合について説明したがこれに限らず、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してもよい。この場合、直接変換方式における放射線検知素子は、放射線が照射されることにより電荷を発生する。

また、上記各実施の形態の放射線検出器１０をフレキシブル基板を用いて構成してもよい。なお、この場合、適用するフレキシブル基板として、近年開発されたフロート法による超薄板ガラスを基材として用いたものを適用することが、放射線の透過率を向上させるうえで好ましい。なお、この際に適用できる超薄板ガラスについては、例えば、「旭硝子株式会社、"フロート法による世界最薄０．１ミリ厚の超薄板ガラスの開発に成功"、[online]、[平成２３年８月２０日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.agc.com/news/2011/0516.pdf＞」に開示されている。

その他、本実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００、放射線検出器１０、及び画素２０等の構成、動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、本発明の放射線は、特に限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を適用することができる。

３ 信号配線
４ ＴＦＴスイッチ
１０ 放射線検出器
２０ 画素
２５ バイアス配線
４０ ソースフォロア回路
４２ ＴＦＴスイッチ
１００ 放射線画像撮影装置
１０３ センサ部
２００ 放射線画像撮影システム

Claims (11)

1. 照射された放射線の線量に応じた電荷を発生して蓄積するセンサ部と、前記センサ部で発生された電荷を読み出して信号配線に出力する第一スイッチング素子と、ソースフォロア回路であり、かつ前記センサ部で発生した電荷が制御端子に入力され、かつ所定の電圧が入力端子に入力され、かつ前記センサ部で発生された電荷に応じた電荷を出力端子から出力する放射線検知用の第二スイッチング素子と、を備えた複数の画素
   を備えた、放射線検出器。
2. 前記センサ部は、前記センサ部にバイアス回路から供給されるバイアス電圧を供給する第一バイアス配線に接続されている、請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記第二スイッチング素子に前記バイアス回路から前記バイアス電圧とは異なる前記所定の電圧を供給する第二バイアス配線を備えた、請求項２に記載の放射線検出器。
4. 前記第二スイッチング素子は、前記第一バイアス配線に接続された、請求項２に記載の放射線検出器。
5. 前記第二スイッチング素子は、放射線検出用配線に前記出力端子が接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
6. 前記第二スイッチング素子は、前記信号配線に前記出力端子が接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
7. 前記請求項１から前記請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出器と、
   前記放射線検出回路の第一スイッチング素子の制御端子に駆動信号を出力する駆動回路と、
   前記放射線検出器のソースフォロア回路から出力された電荷に基づいて、放射線の照射に関する検出を行う放射線検出回路と、
   を備えた放射線画像撮影装置。
8. 前記センサ部に蓄積された電荷を排出させてリセットするための予め定められたタイミングで前記第一スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を出力し、かつ、前記放射線検出回路で前記放射線の照射開始を検出後は、予め定められた期間、前記第一スイッチング素子をオフ状態にした後、オン状態にして、前記センサ部に蓄積された電荷を排出させる駆動信号を出力するように前記駆動回路を制御する制御手段を備えた、請求項７に記載の放射線画像撮影装置。
9. 前記制御手段は、前記放射線検出回路で前記放射線の照射終了を検出後は、前記センサ部に蓄積された電荷を排出させるよう前記第一スイッチング素子をオン状態にする駆動信号を出力するように前記駆動回路を制御する、請求項８に記載の放射線画像撮影装置。
10. 前記放射線検出回路で照射線の照射開始を検出した場合に、前記ソースフォロア回路の第二スイッチング素子の入力端子に入力される予め定められた電圧を、０Ｖまたは、予め定められたグランド電圧に切り替える電圧切替手段を備えた、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
11. 放射線照射装置と、
    前記放射線照射装置から照射された放射線により放射線画像を撮影する前記請求項１から前記請求項１０のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置と、
    を備えた放射線画像撮影システム。

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