JP2016003966A - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像用光電変換素子の飽和線量の拡大とモニタ用光電変換素子の検知精度の向上とを実現するのに有利な放射線撮像装置を提供する。【解決手段】放射線に応じた撮像信号を生成するための、第１電極と第２電極とを有する複数の第１の変換素子と、放射線を検知するための、第３電極と第４電極とを有する複数の第２の変換素子と、前記第１の変換素子の前記第１電極と前記第２電極との間に第１の電位差を印加し、かつ前記第２の変換素子の前記第３電極と前記第４電極との間に前記第１の電位差よりも小さい第２の電位差を印加して、前記第１の変換素子と前記第２の変換素子とをリセットする電源と、前記第２の変換素子からの信号に基づいて前記放射線の照射量の測定を行う測定部とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関するものである。

近年、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた液晶パネルの製造技術が進展し、パネルの大型化と共に表示部の大画面化が進んでいる。この製造技術は、半導体によって構成された光電変換素子等の変換素子とＴＦＴ等のスイッチ素子を有する大面積エリアセンサ（検出装置）に応用されている。エリアセンサは、Ｘ線等の放射線を可視光等の光に波長変換する蛍光体と組み合わせて、医療用Ｘ線検出装置のような放射線検出装置の分野で利用されている。最近では、放射線検出装置に以下の２つの機能を内蔵させることが提案されている。
・放射線の自動検出機能
・放射線自動露出制御機能
特許文献１には、１画素内に、ＴＦＴを介して信号配線と接続された撮像用光電変換素子と、前記撮像用光電変換素子と同層で配置されたモニタ用（放射線自動露出制御用)光電変換素子において、バイアス線が共通化された構成が提案されている。蛍光体層で可視光に変換された放射線がモニタ用光電変換素子に入射されると、可視光が電荷に変換され、配線を通じてモニタ用信号処理回路部に輸送される。この輸送された電荷量をＸ線照射量としてリアルタイムで測定し、設定量に到達したところでＸ線源に信号を送り、Ｘ線の照射を停止させる。その後、撮像用光電変換素子に蓄積された電荷を読み取る。それによって、放射線自動露出制御機能を検出装置に内蔵させることを可能としている。

特許第４６５９３３７号

しかしながら、特許文献１の構成では、撮像用光電変換素子とモニタ用光電変換素子とのバイアス線が共通化されている。飽和線量拡大のために撮像用光電変換素子に印加される電界を強く設定すると、モニタ用光電変換素子に印加される電界も強くなって検知精度が低下する恐れがある。本発明は、撮像用光電変換素子の飽和線量の拡大とモニタ用光電変換素子の検知精度の向上とを実現するのに有利な放射線撮像装置を提供する。

本発明の一側面は、放射線に応じた撮像信号を生成するための第１電極と第２電極とを有する複数の第１の変換素子と、放射線を検知するための、第３電極と第４電極とを有する複数の第２の変換素子と、前記第１の変換素子の前記第１電極と前記第２電極との間に第１の電位差を印加し、かつ前記第２の変換素子の前記第３電極と前記第４電極との間に前記第１の電位差よりも小さい第２の電位差を印加して、前記第１の変換素子と前記第２の変換素子とをリセットする電源と、前記第２の変換素子からの信号に基づいて前記放射線の照射量の測定を行う測定部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像用光電変換素子の飽和線量の拡大とモニタ用光電変換素子の検知精度の向上とを実現するのに有利な放射線撮像装置を提供することができる。

実施形態１に係る放射線撮像装置の平面図。 実施形態１に係る画素の平面図。 実施形態１に画素の断面図。 撮像用信号処理回路の入力回路例。 実施形態２に係る放射線撮像装置の平面図。 実施形態２に係る画素の平面図。 実施形態２に係る画素の断面図。 実施形態３に係る放射線撮像装置の平面図。 実施形態３に係る画素の平面図。 実施形態４に係る画素の断面図。 実施形態４に係る放射線撮像装置の平面図。 実施形態４に係る画素の平面図。 放射線撮像システムの構成例を示す図。

最初に、本願発明の原理について説明をする。光電変換素子等の変換素子とＴＦＴ等のスイッチとを有するエリアセンサは、スイッチにより変換素子からの信号の読み出しが制御される。撮像信号を生成するための撮像用光電変換素子を第１の変換素子と称する。撮像用光電変換素子は、撮像感度の観点からは飽和線量が大きい方がよい。飽和線量を大きくするためには、読み出し時に変換素子の電極間にかかる電圧を高くして、変換素子に加わる電界を高くした方が有利である。

一方、放射線を検出したり放射線量を計測するのに用いるモニタ用光電変換素子が第１の変換素子と一緒にエリアセンサに配置されている。モニタ用光電変換素子を第２の変換素子と称する。第２の変換素子に求められる特性の一つとして、検知精度が高いことが挙げられる。光電変換素子には、入射した光の強度に応じた信号と共に暗電流が流れる。第２の変換素子に印加される電界強度が大きいと暗電流も大きくなる為、暗電流の影響により放射線量の検知精度が悪化する。その為、第２の変換素子に印加される電界強度は、入射光に対して線形性が保たれる範囲内において、可能な限り小さい方が良い。また、第２の変換素子がスイッチを介さずに配線と直接に接続される構成とした場合には、可視光が変換素子に入射すると、発生した電荷は変換素子内に蓄積すること無く、直ちに配線を通じて電荷が輸送される為、変換素子が飽和する事は無い。したがって、第１の変換素子に要求されるような飽和線量拡大の為の強い電界は不要である。以上のことから、撮像用とモニタ用のそれぞれの光電変換素子の動作をそれぞれ良好に行わせるために、変換素子に印加する電圧を適切に設定できる構成について、以下に、添付の図面を参照して説明する。なお、本願明細書において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（実施形態１）
先ず、図１、２を用いて本発明の実施形態１について説明する。図１は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。ここで、図１には６行６列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではなく、例えば、２０００×２０００画素が設けられていても良い。

本実施形態において、撮像用光電変換素子１５は、スイッチとして動作するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１６及び信号配線３０を介して、撮像用信号処理回路５１へ接続されている。又、放射線自動検出及び放射線自動露光制御用のモニタ用光電変換素子１７は第１のモニタ用配線３１を介して、モニタ用信号処理回路５５へ接続されている。本実施形態の放射線撮像装置は、撮像用光電変換素子１５とＴＦＴ１６を有する第１の撮像用画素１及び第１のモニタ用配線３１が画素内に引き回されている第２の撮像用画素３とが行列状に配置された撮像領域を有する。モニタ用光電変換素子１７が設けられている第１のモニタ用素子２は、撮像領域内において画素の代わりに配置されている。ここで、本実施形態に示す第１の撮像用画素１、第２の撮像用画素３及び第１のモニタ用素子２の配置に関しては、あくまでも一例である為、これに限定されるものではない。

第１の撮像用画素１について説明する。本実施形態では、図１に示すようにゲート配線３２が延びる方向に沿った横並びを行と称し、信号配線３０に沿った縦並びを列と称する。同じ列に配置された第１の撮像用画素１及び第２の撮像用画素３の光電変換素子１５と第１のモニタ用素子２の光電変換素子１７の電極の一端は共通のバイアス配線３３に接続されている。電極にはバイアス配線３３を介してバイアス電源５３から一定のバイアス電圧が印加されている。第１の撮像用画素１及び第２の撮像用画素３の光電変換素子１５の電極の他端はＴＦＴ１６に接続されている。各行の同じ列に配置された光電変換素子１５は、ＴＦＴ１６のソース電極及びドレイン電極を介して、列毎に配置されている共通の信号配線３０に接続されている。所定の行の第１の撮像用画素１及び第２の撮像用画素３に配置されたＴＦＴ１６のゲート電極は、各行に配置されている共通のゲート配線３２に接続されており、ゲート駆動回路５２よりＴＦＴ１６のＯＮ／ＯＦＦが行毎に制御される。信号配線３０は、撮像用信号処理回路５１に接続されている。

第１のモニタ用素子２のモニタ用光電変換素子１７はＰＩＮ型のセンサである。モニタ用光電変換素子１７の一方の電極は、第１のモニタ用配線３１を介してモニタ用信号処理回路５５に接続されており、もう一方の電極は、撮像用光電変換素子１５と共通の第１のバイアス配線３３を介してバイアス電源５３に接続されている。蛍光体により可視光に変換された放射線が第１のモニタ用素子２に設けられたモニタ用光電変換素子１７に入射すると、半導体層内に発生した電子及び正孔が、モニタ用光電変換素子１７の両端の電極に印加された電圧により発生した電界により読み取られる。つまり、バイアス電源５３とモニタ用信号処理回路５５とからモニタ用光電変換素子１７の両端の電極に印加された電位差により、電子及び正孔がモニタ用光電変換素子１７の各電極に輸送される。この電荷をモニタ用信号処理回路５５で読み取ることによって、放射線照射のタイミングの検知及び、放射線照射量の測定が可能となる。

なお、本実施形態によると、撮像領域内でモニタ用光電変換素子１７が配置されている位置からは撮像信号が得られないので、第１のモニタ用素子２の位置は点欠陥になってしまう。又、第２の撮像用画素３のように第１のモニタ用配線３１が配置されている画素は、第１の撮像用画素１とは形状が異なる為に、第１の撮像用画素１とでは撮像信号のレベルやＳＮＲが異なるものとなってしまう。したがって、第１のモニタ用素子２による点欠陥の部分と第２の撮像用画素３からの撮像信号に関しては、画像処理によってデータを補正する必要があるが、これに関しては、補完などの画像処理技術で対応が可能である。

次に、撮像用画素及びモニタ用素子の構成について説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１中の第１の撮像用画素１、第１のモニタ用素子２、第２の撮像用画素３の平面図。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図２中、Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’に対応する断面図である。

本実施形態における第１の撮像用画素１は、撮像用の光電変換素子１５と、光電変換素子１５の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子であるＴＦＴ１６とを含む。撮像用の光電変換素子１５は、ガラス基板等の絶縁性の基板の上に設けられたＴＦＴ１６の上に、第１の層間絶縁層１１０を挟んで積層されて配置されている。ＴＦＴ１６は、基板の上に、基板側から順に、制御電極１０１と、絶縁層１０２と、半導体層１０３と、半導体層１０３よりも不純物濃度の高い不純物半導体層１０４と、第１主電極１０５と、第２主電極１０６とを含む。不純物半導体層１０４はその一部領域で第１主電極１０５及び第２主電極１０６と接しており、その一部領域と接する半導体層１０３の領域の第１主電極１０５と第２主電極１０６との間の領域が、ＴＦＴのチャネル領域となる。制御電極１０１はゲート配線３２と電気的に接合されており、第１主電極１０５は信号配線３０と電気的に接合されており、第２主電極１０６は撮像用光電変換素子１５の個別電極１１１と電気的に接合されている。図２（ａ）では個別電極１１１は個別電極２０として示されている。

なお、本実施形態では第１主電極１０５と第２主電極１０６と信号配線３０とは、同じ導電層で一体的に構成されており、第１主電極１０５が信号配線３０の一部をなしている。絶縁層１０７はＴＦＴ、ゲート配線３２及び信号配線３０を覆うように設けられている。本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層及び不純物半導体層を用いた逆スタガ型のＴＦＴを用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のＴＦＴを用いたり、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴ等を用いたりすることができる。

第１の層間絶縁層１１０は、ＴＦＴを覆うように、基板と後述する複数の個別電極との間に配置されており、コンタクトホール１０８を有している。撮像用光電変換素子１５の個別電極１１１とＴＦＴの第２主電極１０６とが、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホール１０８に形成されたコンタクトを介して電気的に接合される。撮像用光電変換素子１５は、第１の層間絶縁層１１０の上に、第１の層間絶縁層１１０側から順に、個別電極１１１、第３絶縁層１１２、第２の不純物半導体層１１３、第２半導体層１１４、第３の不純物半導体層１１５、共通電極１１６を含んで形成されている。第２の層間絶縁膜１２０に設けられたコンタクトホール１２２に形成されたコンタクトを介して共通電極１１６には、第２の層間絶縁層上１２０に配置された第１のバイアス配線３３が電気的に接合される。そして、第１のバイアス配線３３の上には保護膜としての第４絶縁層１２１が配置されている。

次に、第１のモニタ用素子２について図２（ｂ）、図３（ｂ）により説明する。なお、第１の撮像用画素１と同じ構成には同じ参照番号を付与し、説明は省略する。第１のモニタ用素子２の光電変換素子１７は、第１の層間絶縁層１１０の上に、第１の層間絶縁層１１０の側から順に、個別電極１１１、第３絶縁層１１２、第２の不純物半導体層１１３を含む。さらに、第２半導体層１１４、第３の不純物半導体層１１５、共通電極１１６を含んで形成されている。共通電極１１６には第２の層間絶縁層１２０上に配置された第１のバイアス配線３３が電気的に接合される。また、第１の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホール１０８に形成されたコンタクトを介して、個別電極１１１が第１のモニタ用配線３１に接続されている。光電変換素子から信号を読み出すときに、信号配線３０、第１のモニタ用配線３１は各々、撮像用信号処理回路５１、モニタ用信号処理回路５５によりそれぞれ異なる基準電位にリセットされる。

次に、第１のモニタ用配線３１と撮像用の光電変換素子１５とが配置された第２の撮像用画素３について図２（ｃ）、図３（ｃ）により説明する。第２の撮像用画素３は第１の撮像用画素１に対して、第１のモニタ用配線３１が絶縁膜１０２の下に配置されている点で相違し、他の構成は第１の撮像用画素１と同様である。第１のモニタ用配線３１はゲート配線３２と平行に配置され、画素領域の外で接続されて、モニタ用信号処理回路５５に接続されている。

図４は、信号配線３０からの信号が入力される撮像用信号処理回路５１内の入力部の回路図である。なお、撮像用信号処理回路５１の後段部の説明は、割愛する。信号配線３０は、オペアンプ１６２の反転入力端子１０に接続される。オペアンプ１６２の反転入力端子１０は、蓄積容量１６４を介して出力端子１１に接続されている。蓄積容量１６４には並列にスイッチ１６３が接続されている。非反転入力端子１２は、基準電源１７６に接続されている。また、出力端子１１は撮像用信号処理回路５１の後段の回路に接続されている。撮像用画素から撮像信号を読み出すときは、まずスイッチ１６３を短絡して、光電変換素子の個別電極の電位を基準電源１７６の電位にリセットする。このとき撮像用画素のＴＦＴ１６もオンにする。オペアンプの作用によって理想的には、信号配線３０及び光電変換素子１５のＴＦＴ１６が接続されている電極の電位は基準電源１７６に固定される。その後、スイッチ１６３を開くと、オペアンプ１６２は、信号配線３０から読み出された、光電変換素子で可視光によって発生した電流を蓄積容量１６４で積分し、撮像信号を電圧信号として出力する。同様に、第１のモニタ用配線３１も前記基準電源とは、別電圧の基準電源に接続されており、読み出し時に別電圧にリセットされた後、モニタ用信号が出力される。即ち、本実施形態においては、撮像用光電変換素子１５とモニタ用光電変換素子１７とをリセットする電源は、バイアス電源５３と、モニタ用信号処理回路部５５の基準電源と、撮像用信号処理回路５１の基準電源と、によって構成されている。

続いて、本実施形態に係る放射線検出装置の動作について詳細に説明する。まず、第１の撮像用画素１及び第２の撮像用画素３のＴＦＴに順次ＯＮ電圧を印加していき、撮像用光電変換素子１５の個別電極１１１を信号配線３０の電位にリセットする。このときオペアンプ１６２の入出力間に設けられたスイッチ１６３を短絡してリセットすることは上に述べたとおりである。モニタ用の光電変換素子１７は第１のモニタ用配線３１と直接接続されており、モニタ用光電変換素子１７の個別電極１１１は第１のモニタ用配線３１に接続されている別の基準電源によりリセットされる。また、バイアス電源５３からバイアス配線３３を介して、撮像用の光電変換素子１５及びモニタ用の光電変換素子１７の共通電極１１６に一定電圧のバイアスを印加しておく。この時、撮像用の光電変換素子１５には、バイアス電源５３の電位と基準電源１７６でリセットされた個別電極１１１の電位との電位差、及び、第２半導体層１１４の膜厚で決定する電界強度Ｅ１が印加される。

また、モニタ用の光電変換素子１７には、バイアス電源５３の電位と第１のモニタ用の配線３１に印加されるリセット時の電位との電位差、及び第２半導体層１１４の膜厚で決定する電界強度Ｅ２が印加される。撮像用の光電変換素子１５は、飽和線量拡大の為、電界強度Ｅ１は大きい方が良い。また、モニタ用の光電変換素子１７は、電界強度Ｅ２を大きくしてしまうことで暗電流が増加し、検知精度が悪化する恐れがある。その為、電界強度Ｅ２は蛍光体層（不図示）で可視光に変換された放射線に対して、光電変換の線形性が確保可能な範囲で、小さく設定するのが良い。以上のことを考慮して、例えば以下の様な関係のＥ１及びＥ２を印加する。バイアス電源５３の電位、信号配線３０の電位、第１のモニタ用配線３１の電位、撮像用の光電変換素子１５及びモニタ用の光電変換素子１７の第二半導体層１１４の膜厚を考慮して決定するのが良い。
Ｅ１≧40000V/cm
20000V/cm≦Ｅ２≦40000V/cm
Ｅ１≧Ｅ２
このような状態で、蛍光体層（不図示）で可視光線に変換された放射線がモニタ用光電変換素子１７に入射すると、第２半導体層１１４で吸収された可視光が電荷に変換される。電界強度Ｅ２により第１のモニタ用配線３１を通じてモニタ用信号処理回路５５へ電荷が輸送される。その為、放射線自動検知や、放射線照射量の測定をリアルタイムに行うことが出来る。即ち、放射線が照射される際に、撮像用光電変換素子１５よりもモニタ用光電変換素子１７の方が小さい電位差が印加されている。

その後、モニタ用信号処理回路部に設けられた測定部で測定された放射線照射量が設定値に達すると、放射線源に信号を送り、放射線の照射を停止させる。すると、その直後から、ゲート駆動回路５２からＴＦＴ１６に、各行を選択するＯＮ電圧を順次、印加することにより、撮像用光電変換素子１５に蓄積された電荷を信号配線３０を通じて読み取る。放射線自動検知の場合は、待機中、第１のモニタ用素子２ではリセット動作が繰り返し行われている。その後、モニタ用信号処理回路５５で電荷が検出された段階で、リセット動作を停止し、放射線照射期間の間、電荷を蓄積する。一定時間経過後あるいは放射線量が設定値に達すると、ゲート駆動回路５２から撮像用画素のＴＦＴ１６に行を選択するＯＮ電圧を順次印加することにより、撮像用光電変換素子１５に蓄積された電荷を、信号配線を通じて読み取る。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。図５は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。ここで、図５には６行６列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではなく、例えば、２０００×２０００画素が設けられていても良い。実施形態１との差異は、第１のモニタ用配線３１を信号配線３０と平行に、列に沿って並べて配置した点である。また、撮像用の光電変換素子１５とモニタ用の光電変換素子１７とを１画素内に配置した撮像用画素を有する点。さらに、画素領域の最外周の外側に配線を接続する接続素子を形成し、列状の第１のモニタ用配線３１を接続素子の内部でゲート配線３２と平行する方向の第２のモニタ用配線３５に引き回した点である。

実施形態１の構成では、先に述べたように、モニタ用光電変換素子１７が設けられた第１のモニタ用素子２は点欠陥となる。本実施形態のように、１画素内に撮像用光電変換素子１５とモニタ用光電変換素子１７の両方を配置すれば点欠陥となること無く、放射線自動検知や、放射線照射量のリアルタイム測定が可能となる。又、撮像領域の最外周の行の外側に設けた接続素子５で第１のモニタ用配線３１と第２のモニタ用配線を接続して出力するようにした。第１のモニタ用配線３１を、接続素子５を使って第２のモニタ用配線３５に接続することによって、実施形態１に比べてモニタ用配線の接続が簡単にできスペースもとらない。このような構成でも、撮像用光電変換素子１５とモニタ用光電変換素子１７のそれぞれの電極に印加される電圧を調整することにより、第２半導体層１１４に印加される電界強度をＥ１≧Ｅ２の関係に設定可能である。なお、以下の説明では、第一の実施形態と内容が重複する箇所については説明を割愛する。

本実施形態において、撮像用光電変換素子１５は、ＴＦＴ１６及び信号配線３０を介して、撮像用信号処理回路５１へ接続されている。又、放射線自動検出及び放射線自動露光制御用のモニタ用光電変換素子１７は第１のモニタ用配線３１と第２のモニタ用配線３５とを介して、モニタ用信号処理回路５５へ接続されている。具体的には、第１の撮像用画素１には、実施形態１の画素１と同様に撮像用光電変換素子１５とＴＦＴ１６とが設けられている。そして第３の撮像用画素４にはモニタ用光電変換素子１７及びＴＦＴ１６と接続されている撮像用光電変換素子１５が設けられている。

第４の撮像用画素６には、第１のモニタ用配線３１が引き回されている。第４の撮像用画素６のその他の構成は第１の撮像用画素１と同様である。又、本実施形態においては、撮像領域の画素が配置された最外周の行の外に第１のモニタ用配線３１と第２のモニタ用配線３５とを接続する接続素子５を形成する。接続素子５において、信号配線３０と平行する方向に引き回された第１のモニタ用配線３１が別の配線層へと乗り換えられる。別の配線層に乗り換えられた第１のモニタ用配線３１は、直交する第２のモニタ用配線３５に引き回され、接続される。これによって、複数の列に配置された第１のモニタ用配線３１をまとめることができる。なお、画素の並べ方に関しては、あくまでも一例である為、これに限定されるものではない。

次に、画素４、６及び接続素子５の構成について説明する。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、撮像用とモニタ用の光電変換素子を含む第３の撮像用画素４、第１のモニタ用配線３１が引き回されている第４の撮像用画素６、最外周に配置された接続素子５の平面図を示す。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、図６中Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’に対応する断面図である。第１の撮像用画素１は実施形態１の第１の撮像用画素１と同様なので説明を省略する。

まず、本実施形態における第３の撮像用画素４について図６（ａ）及び図７（ａ）を用いて説明する。第３の撮像用画素４は、撮像用の光電変換素子１５とモニタ用の光電変換素子１７とを有する。図６（ａ）に示す平面図において個別電極２０の部分が撮像用光電変換素子１５が配置されている部分であり、個別電極２１の部分がモニタ用光電変換装置１７が配置されている部分にあたる。

図７（ａ）は第３の撮像用画素４のモニタ用の光電変換装置１７が配置されている、個別電極２１に対応した部分での断面である。平面図で示す個別電極２１は断面図では個別電極１１１に相当する。モニタ用光電変換素子１７は、ガラス基板等の絶縁性の基板の上の第１の層間絶縁層１１０の上に積層されて配置されている。第１の層間絶縁層１１０は、基板と、モニタ用光電変換素子１７の個別電極１１１との間に配置されている。モニタ用光電変換素子１７の個別電極１１１と第１のモニタ用配線３１とが、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホール１０８に形成されたコンタクトを介して電気的に接合される。モニタ用光電変換素子１７は、第１の層間絶縁層１１０の上に、第１の層間絶縁層１１０の側から順に、個別電極１１１、第３絶縁層１１２、第２の不純物半導体層１１３、第２半導体層１１４、第３の不純物半導体層１１５、共通電極１１６とを含んでいる。共通電極１１６には第２の層間絶縁層１２０上に配置された第１のバイアス配線３３がコンタクトを介して電気的に接合される。絶縁層１０２と絶縁層１０７とに挟まれて第１のモニタ用配線３１が引き回されている。

次に、本実施形態の第４の撮像用画素６について図６（ｂ）及び図７（ｂ）により説明する。本実施形態の第４の撮像用画素６は、第１の撮像用画素１と同様な構造の撮像用光電変換素子１５とＴＦＴ１６とを含む。第４の撮像用画素６には第１のモニタ用配線３１が、列に配置された第１のバイアス配線３３と平行に配置されている。第１のモニタ用配線３１は絶縁膜１０２と絶縁膜１０７に挟まれるように形成されている。

次に、本実施形態における接続素子５について図６（ｃ）及び図７（ｃ）により説明する。接続素子５は撮像素子の周辺部に配置され、出力をしないダミーの光電変換素子を有している。図７（ａ）に示す第１のモニタ用配線３１が、バイアス配線３３と平行に、列に配置された画素に沿って引き回されて、接続素子５に配置されている。一方、接続素子５には図６（ｃ）に示すように第２のモニタ用配線３５が配置される。第１のモニタ用配線３１と第２のモニタ用配線３５とは、第１の層間絶縁層１１０のコンタクトホール１０８、１０９に形成されたコンタクトよって、ダミーの光電変換素子の個別電極１１１と接続されている。即ち、第１のモニタ用配線３１と第２のモニタ用配線３５は電気的に接続されている。したがって接続素子５において第１のモニタ用配線３１は直交する第２のモニタ用配線３５に乗り換えるように接続される。接続素子５は画素を作成するときに、一緒に作成できる。

(実施形態３)
次に、本発明の実施形態３について説明する。図８は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。ここで、図８には６行６列の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではなく、例えば、２０００×２０００画素が設けられていても良い。実施形態１との差異は、バイアス電源として第１のバイアス電源５３と第２のバイアス電源５４との２系統を設けた点である。第１のバイアス電源５３を撮像用光電変換素子１５と接続し、第２のバイアス電源をモニタ用光電変換素子１７に接続する。この結果、撮像用光電変換素子１５に印加される電界強度と、モニタ用光電変換素子１７に印加される電界強度をそれぞれ、バイアス電源によって個別に設定可能にできる。

具体的には、撮像用の光電変換素子１５の一方の電極は、ＴＦＴ１６及び信号配線３０を介して、撮像用信号処理回路５１へ接続される。他方の電極は第１のバイアス電源５３に接続される。放射線自動検出及び放射線自動露光制御用のモニタ用の光電変換素子１７の一方の電極は第１のモニタ用配線３１を介して、モニタ用信号処理回路５５へ接続され、他方の電極は第２のバイアス配線３４を介して第２のバイアス電源５４へ接続されている。

第１の撮像用画素１には、撮像用光電変換素子１５とＴＦＴ１６が設けられており、実施形態１と同様な構成となっている。モニタ用光電変換素子１７が設けられた第２のモニタ用素子７は第２のバイアス配線３４に接続されている。第２のモニタ用素子７には、第１のバイアス配線３３、第２のバイアス配線３４、第１のモニタ用配線３１、信号配線３０が配線されている。なお、画素及びモニタ用素子の並べ方に関しては、あくまでも一例である為、これに限定されるものではない。

次に各素子の構成について説明する。図９（ａ）（ｂ）はそれぞれモニタ用の光電変換素子１７が配置された画素７とモニタ用配線とバイアス用の配線が引き回された第５の撮像用画素８の平面図、図１０（ａ）（ｂ）はそれぞれ、図９中Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’断面図である。

本実施形態では、第２のバイアス配線３４と、第１のモニタ用配線３１とが層間絶縁層１１０を挟んで平面視で重なるように配置されている。第２のモニタ用素子７のモニタ用の光電変換素子１７は、第１の層間絶縁層１１０の上に、第１の層間絶縁層側から順に、個別電極１１１、第３絶縁層１１２、第２の不純物半導体層１１３を含む。さらに第２半導体層１１４、第３の不純物半導体層１１５、共通電極１１６とを含んで形成されている。共通電極１１６には第２のバイアス配線３４が電気的に接続される。また個別電極１１１は第１のモニタ用配線３１にコンタクトを介して接続される。ゲート配線３２は第１の層間絶縁層１１０と第３の層間絶縁層１２３の間に挟まれて形成されている。第２のバイアス配線３４と第１のモニタ用配線３１とは対向して配置されている。

第５の撮像用画素８について説明する。第５の撮像用画素８には第１のモニタ用配線３１及び第２のバイアス配線３４が配線されている。第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４とはゲート配線３２と容量結合している。モニタ用光電変換素子１７から流れる電流によって、第１のモニタ用配線３１及び第２のバイアス配線３４は電圧降下を起こす。その電圧降下が容量結合しているゲート配線３２の電位に影響を与えて、撮像用光電変換素子１５から発生する信号へのクロストークの発生の原因になる。または、電流が流れるときに誘導電流が発生する恐れも考えられる。このクロストーク（電流、電圧の変化の影響）を抑制する為に、第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４を平面視で重なるように配置する。さらに、第１のモニタ用配線３１の電圧降下と、第２のバイアス配線３４の電圧降下が等しくなるように設計する。第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４とに流れる電流の向きが反対なので、配線で生じる電流・電圧の変化の影響が打ち消しあうためにクロストークが軽減される。さらに第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線とがそれぞれゲート配線３２との間で持つ容量と距離もクロストーク軽減のために考慮するのがよい。

第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４に流れる電流の変化は同じになる。そこで、第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４とが重なる部分の配線の抵抗を、第１のモニタ用配線３１の配線抵抗をＲａ、第２のバイアス配線３４の配線抵抗をＲｂとする。また、第１のモニタ用配線３１とゲート配線３２との間の結合容量をＣａ、第２のバイアス配線３４とゲート配線３２との間の結合容量をＣｂとしたと仮定すると、
Ｒａ＝Ｒｂ
Ｃａ＝Ｃｂ
となるように、配線幅、配線層膜厚、各絶縁層の膜厚を設定すれば容量結合または誘導結合による影響を軽減できる。

さらに、本実施形態では、第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４が光電変換素子の個別電極２０と重ならないように配置されている。これも、クロストーク対策のためであり、第１のモニタ用配線３１と第２のバイアス配線３４とがそれぞれ個別電極２０と結合しないように配置されることで、モニタ用光電変換素子に流れる電流の影響を軽減する。本実施形態に係る放射線検出装置の動作、及び電界強度の設定は、実施形態１と同様の為、割愛する。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。図１１は本実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図であり、図１２は本実施形態に係る第３のモニタ用素子９の平面図である。実施形態１との差異は、第３のモニタ用素子９のモニタ用光電変換素子１７の個別電極が、ＴＦＴ３６を介して第１のモニタ用配線３１と接続されている点である。また、ＴＦＴ３６のゲートを駆動する第２ゲート駆動回路５６が設けられ、ＴＦＴ３６のゲートと第２ゲート駆動回路との間が第２のゲート配線３７で接続されている点でも相違する。さらに、第１のモニタ用配線３１が信号配線３０と光電変換素子内の同じ層で形成されている点で相違する。

モニタ用の光電変換素子１７の個別電極からの信号は、コンタクトとＴＦＴ３６を介して信号線３０と同じ層の導電層に配置されている第１のモニタ用配線３１に接続される。図１１、図１２において、第３のモニタ用素子９のＴＦＴ３６のゲートは、第２のゲート配線３７を介して、第２ゲート駆動回路５６と接続されている。本実施形態では、モニタ信号の測定はＴＦＴ３６を断続的にオン−オフ制御して行うことができる。第２ゲート駆動回路５６は行毎にＴＦＴ３６のゲートを駆動して、ＴＦＴ３６のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。また全てのＴＦＴ３６のゲートを同時に駆動して、第３のモニタ用素子９からモニタ信号を一括で読み出すこともできる。

ＴＦＴ３６を制御して断続的にモニタ信号を読み出す場合は、一定時間、電荷をモニタ用光電変換素子に蓄積してからモニタ信号を読み出すことになる。断続的に読み出した信号の積分値の合計が所定の値を超えたことを検出して、放射線の照射を停止し、撮像用光電変換素子１５から撮像信号を読み出す。この構成においても、先に述べた実施形態と同様、第１のバイアス電源５３，第１のモニタ用配線３１等の電位を調整することにより、モニタ用光電変換素子と撮像用光電変換素子に印加される電界強度をそれぞれ個別に設定可能である。それによって、モニタ用光電変換素子に印加される電界強度Ｅ２と撮像用光電変換素子に印加される電界強度Ｅ１との関係が、Ｅ１≧Ｅ２に設定すれば、検知精度の低下を防止することが可能である。

（実施形態５）
次に、図１３を用いて、本発明の検出装置を用いた放射線撮像システムを説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線が入射すると、放射線撮像装置６０４０で電荷に変換されて、電気的情報が得られる。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１：第１の撮像用画素、２：検知用素子、３：第２の撮像用画素、１５：撮像用光電変換素子、１６：ＴＦＴ、１７：モニタ用光電変換素子、３０：信号線、３１：第１のモニタ用配線、３２：ゲート配線、３３：第１のバイアス配線、５１：撮像用信号処理回路、５２：ゲート駆動回路、５３：バイアス電源、５５：モニタ用信号処理回路

Claims (8)

1. 放射線に応じた撮像信号を生成するための、第１電極と第２電極とを有する複数の第１の変換素子と、放射線を検知するための、第３電極と第４電極とを有する複数の第２の変換素子と、
   前記第１の変換素子の前記第１電極と前記第２電極との間に第１の電位差を印加し、かつ前記第２の変換素子の前記第３電極と前記第４電極との間に前記第１の電位差よりも小さい第２の電位差を印加して、前記第１の変換素子と前記第２の変換素子とをリセットする電源と、
   前記第２の変換素子からの信号に基づいて前記放射線の照射量の測定を行う測定部と、
   を有することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記電源は、前記第１の変換素子の第１電極と前記第２の変換素子の第３電極とに共通に接続されるバイアス配線に接続されるバイアス電源を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記電源は、前記第１の変換素子の第１電極に接続される第１のバイアス配線と、前記第２の変換素子の第３電極に接続される第２のバイアス配線と、
   前記第１のバイアス配線に接続される第１のバイアス電源と、前記第２のバイアス配線に接続される第２のバイアス電源と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記第４電極に第１のモニタ用配線が接続されており、平面視において前記第２のバイアス配線と前記第１のモニタ用配線とは重なるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記電源は、
   前記第１の変換素子の前記第１電極及び前記第２電極間に印加される電界強度をＥ１、前記第２の変換素子の前記第３電極及び前記第４電極に印加される電界強度をＥ２とした時に、
   Ｅ１≧40000V/cm
   20000V/cm≦Ｅ２≦40000V/cm
   Ｅ１≧Ｅ２
   となる、前記第１の電位差と前記第２の電位差とを前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間に印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記第２の変換素子と前記第１のモニタ用配線とはスイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記第１の変換素子を含む画素が行列状に配置されており、
   前記第１のモニタ用配線が列に配置された画素に沿って配置され、
   前記行列状に配置された最外周の画素の外側に、前記第１のモニタ用配線と行に配置された画素に沿って配置された第２のモニタ用配線とを接続する接続素子が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 放射線を発生する放射線源と、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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