JP2017184946A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線の入射開始時期の誤検出を抑制することができ、且つ、迅速なＸ線撮影を行うことができる放射線検出器を提供することである。【解決手段】実施形態に係る放射線検出器は、放射線を信号電荷に変換する光電変換膜を有し前記放射線を直接的に検出する検出部、または、前記放射線をシンチレータと協働して検出する検出部と、前記検出部からの出力に基づいて放射線画像信号を作成する撮影動作を実行する制御回路と、振動検出器と、を備えている。前記制御回路は、前記振動検出器からの出力が第１の閾値を超えた場合には、前記撮影動作の実行を禁止する撮影禁止期間を設定し、前記撮影禁止期間の経過後に前記検出部からの出力が所定の閾値を超えた場合には前記撮影動作を実行する。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。

放射線検出器の一例にＸ線検出器がある。現在実用化されているＸ線検出器の多くは間接変換方式を採用している。間接変換方式のＸ線検出器には、例えば、複数の光電変換部（画素などとも称される）を有するアレイ基板と、複数の光電変換部の上に設けられＸ線を蛍光に変換するシンチレータとが設けられている。間接変換方式のＸ線検出器においては、外部から入射したＸ線はシンチレータにより蛍光（可視光）に変換される。発生した蛍光は、光電変換部により信号電荷に変換される。そして、この信号電荷の増幅と電位信号への変換を行い、アナログ信号である電位信号をデジタル信号へ変換し、画像処理を施すことでＸ線画像信号を作成している。

また、直接変換方式のＸ線検出器も実用化されている。直接変換方式のＸ線検出器には、例えば、アモルファスセレンなどからなる光電変換膜が設けられている。直接変換方式のＸ線検出器においては、外部から入射したＸ線は、光電変換膜に吸収され、信号電荷に直接変換される。そして、間接変換方式のＸ線検出器の場合と同様に、この信号電荷からＸ線画像信号を作成している。

ここで、Ｘ線検出器は、Ｘ線の入射に同期させて撮影に必要な動作を実行する必要がある。
この場合、Ｘ線検出器が、Ｘ線発生器に対して同期信号を出力するようにすることができる。しかしながら、この様にすると、Ｘ線発生器に、外部からの同期信号によってＸ線を照射する機能を設けなければならない。ところが、既存のフィルム撮影システムなどに設けられたＸ線発生器には、この様な機能が設けられていないので、改造が必要となる。そのため、撮影システムのコストが増大するおそれがある。

そこで、Ｘ線の入射を検出する機能を備えたＸ線検出器が提案されている。Ｘ線検出器がＸ線の入射を検出する機能を備えていれば、既存のフィルム撮影システムなどに設けられたＸ線発生器に対しても対応が可能となる。

ここで、Ｘ線の照射量は必要最小限に抑える必要があるため、Ｘ線検出器に入射するＸ線は極めて微弱な強度となる。そのため、Ｘ線の入射開始時を検出する検出器は、極めて高感度なものとする必要がある。ところが、この検出器は感度が高いため、外部からの振動や衝撃により、Ｘ線の入射開始時を誤検出する場合がある。
この場合、振動や衝撃を検出するための加速度センサを設け、加速度センサからの出力が所定の閾値を超えた場合には、Ｘ線検出器の全動作の実行を停止する技術が提案されている。しかしながら、Ｘ線検出器の全動作の実行を停止させると、所定の時間の経過後に、Ｘ線検出器を再度起動させる必要がある。この場合、再起動には所定の時間を要するため、迅速なＸ線撮影を行うことが困難となるおそれがある。
そこで、放射線の入射開始時期の誤検出を抑制することができ、且つ、迅速な放射線撮影を行うことができる技術の開発が望まれていた。

特開２０１２−１００８０７号公報

本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射開始時期の誤検出を抑制することができ、且つ、迅速な放射線撮影を行うことができる放射線検出器を提供することである。

実施形態に係る放射線検出器は、放射線を信号電荷に変換する光電変換膜を有し前記放射線を直接的に検出する検出部、または、前記放射線をシンチレータと協働して検出する検出部と、前記検出部からの出力に基づいて放射線画像信号を作成する撮影動作を実行する制御回路と、振動検出器と、を備えている。
前記制御回路は、前記振動検出器からの出力が第１の閾値を超えた場合には、前記撮影動作の実行を禁止する撮影禁止期間を設定し、前記撮影禁止期間の経過後に前記検出部からの出力が所定の閾値を超えた場合には前記撮影動作を実行する。

Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。 Ｘ線検出器１のブロック図である。 アレイ基板２の回路図である。 比較例に係るＸ線検出器の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。 外部からの振動や衝撃が比較例に係るＸ線検出器に加えられた場合の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。 本実施の形態に係るＸ線検出器１の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。 他の実施形態に係るＸ線検出器１の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本実施の形態に係る放射線検出器は、Ｘ線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてＸ線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「Ｘ線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。

また、以下に例示をするＸ線検出器１は、放射線画像であるＸ線画像を検出するＸ線平面センサである。Ｘ線平面センサには、大きく分けて直接変換方式と間接変換方式がある。
以下においては、一例として、間接変換方式のＸ線検出器１を例示するが、本発明は直接変換方式のＸ線検出器にも適用することができる。
すなわち、Ｘ線検出器は、Ｘ線を信号電荷に変換する光電変換膜を有しＸ線を直接的に検出する直接変換方式の検出部、または、Ｘ線をシンチレータと協働して検出する間接変換方式の検出部を有するものであれば良い。
なお、直接変換方式の検出部には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。

また、Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療用途などに用いることができるが、用途に限定はない。

図１は、Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。
なお、図１においては、バイアスライン２ｃ３などを省いて描いている。
図２は、Ｘ線検出器１のブロック図である。
図３は、アレイ基板２の回路図である。
図１〜図３に示すように、Ｘ線検出器１には、アレイ基板２、回路基板３、画像構成部４、シンチレータ５、入射Ｘ線検出部６、および振動検出器７が設けられている。
なお、Ｘ線検出器１は、アレイ基板２、回路基板３、入射Ｘ線検出部６、および振動検出器７などが収納される図示しない筐体をさらに備えることができる。そして、アレイ基板２および入射Ｘ線検出部６は、筐体の内部に設けられた図示しない支持板の一方の面に設け、回路基板３および振動検出器７は、支持板の、アレイ基板２および入射Ｘ線検出部６が設けられる側とは反対側の面に設けることができる。

アレイ基板２は、シンチレータ５によりＸ線から変換された蛍光（可視光）を信号電荷に変換する。
アレイ基板２は、基板２ａ、光電変換部２ｂ、制御ライン（又はゲートライン）２ｃ１、データライン（又はシグナルライン）２ｃ２、バイアスライン２ｃ３、および保護層２ｆなどを有する。
なお、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３の数などは例示をしたものに限定されるわけではない。

基板２ａは、板状を呈し、無アルカリガラスなどの透光性材料から形成されている。
光電変換部２ｂは、基板２ａの一方の表面に複数設けられている。
光電変換部２ｂは、矩形状を呈し、制御ライン２ｃ１とデータライン２ｃ２とにより画された領域に設けられている。複数の光電変換部２ｂは、マトリクス状に並べられている。
なお、１つの光電変換部２ｂは、１つの画素（pixel）に対応する。

複数の光電変換部２ｂのそれぞれには、光電変換素子２ｂ１と、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）２ｂ２が設けられている。
また、図３に示すように、光電変換素子２ｂ１において変換した信号電荷を蓄積する蓄積キャパシタ２ｂ３を設けることができる。蓄積キャパシタ２ｂ３は、例えば、矩形平板状を呈し、各薄膜トランジスタ２ｂ２の下に設けることができる。ただし、光電変換素子２ｂ１の容量によっては、光電変換素子２ｂ１が蓄積キャパシタ２ｂ３を兼ねることができる。

光電変換素子２ｂ１は、例えば、フォトダイオードなどとすることができる。
薄膜トランジスタ２ｂ２は、蛍光が光電変換素子２ｂ１に入射することで生じた電荷の蓄積および放出のスイッチングを行う。薄膜トランジスタ２ｂ２は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料を含むものとすることができる。薄膜トランジスタ２ｂ２は、ゲート電極２ｂ２ａ、ソース電極２ｂ２ｂ及びドレイン電極２ｂ２ｃを有している。薄膜トランジスタ２ｂ２のゲート電極２ｂ２ａは、対応する制御ライン２ｃ１と電気的に接続される。薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｂは、対応するデータライン２ｃ２と電気的に接続される。薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｃは、対応する光電変換素子２ｂ１と蓄積キャパシタ２ｂ３とに電気的に接続される。また、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、対応するバイアスライン２ｃ３と電気的に接続される（図３を参照）。

制御ライン２ｃ１は、所定の間隔を開けて互いに平行に複数設けられている。制御ライン２ｃ１は、例えば、行方向に延びている。
１つの制御ライン２ｃ１は、基板２ａの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド２ｄ１のうちの１つと電気的に接続されている。１つの配線パッド２ｄ１には、フレキシブルプリント基板２ｅ１に設けられた複数の配線のうちの１つが電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板２ｅ１に設けられた複数の配線の他端は、回路基板３に設けられた読み出し回路３１とそれぞれ電気的に接続されている。

データライン２ｃ２は、所定の間隔を開けて互いに平行に複数設けられている。データライン２ｃ２は、例えば、行方向に直交する列方向に延びている。
１つのデータライン２ｃ２は、基板２ａの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド２ｄ２のうちの１つと電気的に接続されている。１つの配線パッド２ｄ２には、フレキシブルプリント基板２ｅ２に設けられた複数の配線のうちの１つが電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板２ｅ２に設けられた複数の配線の他端は、回路基板３に設けられた増幅・変換回路３２とそれぞれ電気的に接続されている。

図３に示すように、バイアスライン２ｃ３は、データライン２ｃ２とデータライン２ｃ２との間に、データライン２ｃ２と平行に設けられている。
バイアスライン２ｃ３には、図示しないバイアス電源が電気的に接続されている。図示しないバイアス電源は、例えば、回路基板３などに設けることができる。
なお、バイアスライン２ｃ３は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。バイアスライン２ｃ３が設けられない場合には、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、バイアスライン２ｃ３に代えてグランドに電気的に接続される。

制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３は、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。

保護層２ｆは、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３を覆っている。
保護層２ｆは、例えば、酸化物絶縁材料、窒化物絶縁材料、酸窒化物絶縁材料、および樹脂材料の少なくとも１種を含む。

回路基板３は、アレイ基板２の、シンチレータ５側とは反対側に設けられている。
回路基板３には、読み出し回路３１、増幅・変換回路３２、および制御回路３３が設けられている。
読み出し回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２のオン状態とオフ状態を切り替える。

図２に示すように、読み出し回路３１は、複数のゲートドライバ３１ａと行選択回路３１ｂとを有する。
行選択回路３１ｂには、制御回路３３などから制御信号Ｓ１が入力される。行選択回路３１ｂは、Ｘ線画像の走査方向に従って、対応するゲートドライバ３１ａに制御信号Ｓ１を入力する。
ゲートドライバ３１ａは、対応する制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を入力する。
例えば、読み出し回路３１は、フレキシブルプリント基板２ｅ１と制御ライン２ｃ１とを介して、制御信号Ｓ１を各制御ライン２ｃ１毎に順次入力する。制御ライン２ｃ１に入力された制御信号Ｓ１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となり、光電変換素子２ｂ１からの信号電荷（画像データ信号Ｓ２）が受信できるようになる。

増幅・変換回路３２は、複数の積分アンプ３２ａ、複数の並列−直列変換回路３２ｂ、および複数のアナログ−デジタル変換回路３２ｃを有している。
積分アンプ３２ａは、データライン２ｃ２と電気的に接続されている。
並列−直列変換回路３２ｂは、切り換えスイッチを介して積分アンプ３２ａと電気的に接続されている。
アナログ−デジタル変換回路３２ｃは、並列−直列変換回路３２ｂと電気的に接続されている。

積分アンプ３２ａは、光電変換部２ｂからの画像データ信号Ｓ２を順次受信する。
そして、積分アンプ３２ａは、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を並列−直列変換回路３２ｂへ出力する。この様にすれば、所定の時間内にデータライン２ｃ２を流れる電流の値（電荷量）を電圧値に変換することが可能となる。
すなわち、積分アンプ３２ａは、シンチレータ５において発生した蛍光の強弱分布に対応した画像データ情報を、電位情報へと変換する。

並列−直列変換回路３２ｂは、電位情報へと変換された画像データ信号Ｓ２を順次直列信号に変換する。
アナログ−デジタル変換回路３２ｃは、直列信号に変換された画像データ信号Ｓ２をデジタル信号に順次変換する。

制御回路３３は、シンチレータ５を有した間接変換方式の検出部、またはＸ線を信号電荷に変換する光電変換膜を有した直接変換方式の検出部からの出力に基づいてＸ線画像信号を作成する撮影動作を実行する。
制御回路３３は、Ｘ線検出器１に設けられた各要素の動作を制御して、撮影動作を実行する。なお、撮影動作に関する詳細は後述する。

画像構成部４は、配線４ａを介して、回路基板３に設けられたアナログ−デジタル変換回路３２ｃと電気的に接続されている。なお、画像構成部４は、回路基板３に設けられていてもよい。
画像構成部４は、アナログ−デジタル変換回路３２ｃによりデジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２に基づいて、Ｘ線画像信号を作成する。構成されたＸ線画像信号は、画像構成部４から外部の機器に向けて出力される。

シンチレータ５は、複数の光電変換素子２ｂ１の上に設けられ、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換する。シンチレータ５は、基板２ａ上の複数の光電変換部２ｂが設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けられている。
シンチレータ５は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などを用いて形成することができる。この場合、真空蒸着法などを用いて、シンチレータ５を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ５が形成される。

また、シンチレータ５は、例えば、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）などを用いて形成することもできる。この場合、複数の光電変換部２ｂごとに四角柱状のシンチレータ５が設けられるように、マトリクス状の溝部を形成することができる。

入射Ｘ線検出部６は、入射したＸ線の強度に応じた信号を出力する。入射Ｘ線検出部６は、アレイ基板２のＸ線が入射する側とは反対側に設けられている。入射Ｘ線検出部６は、アレイ基板２の直下に設けることができる。

入射Ｘ線検出部６は、例えば、２つの電極と、２つの電極間に満たされた所定のガスと、２つの電極間に高電圧を印加する電源とを備えたものとすることができる。この様な構成を有する入射Ｘ線検出部６に外部からＸ線が入射すると、２つの電極間に満たされているガスが電離してイオンと電子が発生する。２つの電極間には電圧が印加されているので、発生したイオンと電子が電極に到達する。そのため、入射したＸ線の強度に応じた電気信号が出力される。

なお、入射Ｘ線検出部６の構成は、例示をしたものに限定されるわけではない。入射Ｘ線検出部６は、Ｘ線を検出できるものであればよい。入射Ｘ線検出部６は、例えば、テルル化カドミウム半導体を用いたものや、シンチレータとフォトダイオードを有するものなどであってもよい。

また、シンチレータ５とアレイ基板２を入射Ｘ線検出部６として用いることもできる。すなわち、少なくとも１つの光電変換素子２ｂ１からの出力をＸ線の入射開始の検出に用いることができる。この場合、後述するように、光電変換素子２ｂ１からの出力は微弱であるため、複数の光電変換素子２ｂ１からの出力を加算したものをＸ線の入射開始の検出に用いることもできる。

例えば、全ての光電変換素子２ｂ１からの出力を加算したものをＸ線の入射開始の検出に用いる場合には以下のようにすることができる。
まず、全ての制御ライン２ｃ１の電圧を操作し、全ての薄膜トランジスタ２ｂ２をＯＮ状態に設定する。
Ｘ線が入射すると、シンチレータ５によりＸ線が蛍光に変換され、光電変換素子２ｂ１により蛍光が電荷に変換され、ＯＮ状態にある薄膜トランジスタ２ｂ２を介してアレイ基板２から信号が出力される。

Ｘ線の入射時は、Ｘ線の未入射時よりも値の高い信号がアレイ基板２から出力されるので、Ｘ線の入射を検出することができる。
Ｘ線の検出後は、全ての制御ライン２ｃ１の電圧を操作し、全ての薄膜トランジスタ２ｂ２をＯＦＦ状態に設定する。全ての薄膜トランジスタ２ｂ２をＯＦＦ状態に設定することで、撮影動作を実行することが可能となる。すなわち、後述する待機状態とすることができる。

また、入射Ｘ線検出部６の配設位置は、Ｘ線検出器１に入射するＸ線が検出できる位置であれば特に限定はない。ただし、図１に示すように、アレイ基板２の、Ｘ線の入射側とは反対側に入射Ｘ線検出部６を設ける様にすれば、アレイ基板２に入射するＸ線の強度が弱まるのを防止することができる。

振動検出器７は、Ｘ線検出器１に加えられた衝撃や振動などを電気信号に変換する。振動検出器７は、衝撃や振動などを検出できるものであれば特に限定はない。振動検出器７は、例えば、振動の変位を検出する変位センサ、振動速度を検出する速度センサ、振動の加速度を検出する加速度センサなどとすることができる。
なお、以下においては、一例として、振動検出器７が加速度センサである場合を説明する。

その他、Ｘ線検出器１には、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、シンチレータ５の表面側（Ｘ線の入射面側）を覆うように図示しない反射層を設けることができる。
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ５の特性と図示しない反射層の特性が劣化するのを抑制するために、シンチレータ５と図示しない反射層を覆う図示しない防湿体を設けることができる。

次に、比較例に係るＸ線検出器の撮影動作について説明する。
図４は、比較例に係るＸ線検出器の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。
なお、比較例に係るＸ線検出器には、振動検出器７が設けられていない。
図４に示すように、Ｘ線検出器の外部に設けられたＸ線発生器からＸ線が照射されると、入射Ｘ線検出部６から入射したＸ線の強度に応じた電気信号が出力される。そして、入射Ｘ線検出部６からの出力が所定の閾値を超えた場合には、制御回路３３は、Ｘ線の入射が開始されたとして以下の撮影動作を実行させる。

まず、制御回路３３は、待機状態から蓄積・露光状態に移行させる。
蓄積・露光状態においては、Ｘ線検出器に入射したＸ線の画像情報が、電荷情報として、光電変換部２ｂの内部に所定の期間分蓄積される。
次に、制御回路３３は、蓄積・露光状態から読み出し・画像出力状態に移行させる。
読み出し・画像出力状態においては、制御回路３３は、読み出し回路３１、増幅・変換回路３２、および画像構成部４に以下の動作を実行させる。
読み出し・画像出力状態においては、光電変換部２ｂの内部に蓄積された信号電荷は画像データ信号Ｓ２として読み出され、読み出された画像データ信号Ｓ２は、増幅され、電位情報へと変換され、順次直列信号に変換され、デジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２は、マトリクス状に並べられた光電変換部２ｂ（画素）の並びに対応した電気信号へと変換されてＸ線画像信号が作成され、作成されたＸ線画像信号が外部の機器に向けて出力される。

以上の様にして、１回の撮影が行われる。
撮影動作が終了すると、制御回路３３は、読み出し・画像出力状態から待機状態に移行させ、次の撮影が可能となる。

ここで、Ｘ線検出器１は、主に、人体や動物等のＸ線透視画像を得る用途に使用される。人体に大量のＸ線を照射すると人体に悪影響を与える恐れがあるため、Ｘ線による撮影の際にはＸ線の照射量を必要最小限に抑えることが重要となる。
人体に照射されたＸ線は人体の内部において多くが吸収され、吸収されずに透過したＸ線がＸ線検出器１に入射するため、Ｘ線検出器１に入射するＸ線は極めて微弱な強度となっていることが多い。この様な微弱なＸ線を検出するために、入射Ｘ線検出部６は、極めて高感度なセンサーとなっている。

ところが、入射Ｘ線検出部６は、高感度であるため、外部からの振動や衝撃などによるノイズも検出しやすくなる。例えば、外部からの振動や衝撃などにより、入射Ｘ線検出部６の内部や外部において配線の位置関係が変わると静電容量の変化が発生して出力の変動が生じる場合がある。この出力変動をＸ線の入射として誤検出するおそれがある。

また、入射Ｘ線検出部６に代えてアレイ基板２からの出力を用いる場合にも、外部からの振動や衝撃が、アレイ基板２に加わると、アレイ基板２が振動し、アレイ基板２と支持板などの筐体内の要素との位置関係が変わることで静電容量の変化が発生して出力の変動が生じる場合がある。この出力変動をＸ線の入射として誤検出するおそれがある。

外部からの振動や衝撃の多くは、Ｘ線検出器１の位置を調整するためにＸ線検出器１を移動させたり、人体や動物などの被写体がＸ線検出器１に接触したりした場合に発生する。

図５は、外部からの振動や衝撃が比較例に係るＸ線検出器に加えられた場合の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。
図５に示すように、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器に加えられると、Ｘ線が入射していないにもかかわらず、入射Ｘ線検出部６から信号が出力される。この場合、振動や衝撃による出力と、Ｘ線の入射による出力とを判別するのは困難である。そのため、振動や衝撃による出力が所定の閾値を超えた場合には、制御回路３３は、Ｘ線の入射が開始されたとして、前述した撮影動作を実行してしまう。

意図しないタイミングで撮影動作が開始されてしまうと、この意図しない撮影動作が終了するまでの間にＸ線が入射したとしても意図した撮影動作を行うことができず撮影が失敗することになる。また、意図しない撮影動作が終了するまでの間は次の撮影動作を開始することができないので待ち時間が発生する。そのため、このようなＸ線の入射開始の誤検出が頻発すると、正常な撮影動作を行うことができず、撮影業務に大きな障害となる。

この場合、Ｘ線の入射開始を判定するための閾値を大幅に高くすれば、Ｘ線の入射開始の誤検出を抑制することができる。
しかしながら、閾値を大幅に高くすると、微弱なＸ線の検出が困難となるおそれがある。そのため、閾値を大幅に高くするためには、Ｘ線の照射量を多くする必要がある。ところが、Ｘ線の照射量を多くすると、被写体である人体などへのＸ線被曝量が増加するので、Ｘ線による人体などへの悪影響が増加するおそれがある。そのため、閾値を大幅に高くすることでＸ線の入射開始の誤検出を抑制することは困難である。

そこで、本実施の形態に係るＸ線検出器１においては、振動検出器７を設けることで、意図しないタイミングで撮影動作が開始されるのを抑制するようにしている。
図６は、本実施の形態に係るＸ線検出器１の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。

図６に示すように、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられると、振動検出器７から振動や衝撃の大きさに対応した信号が出力される。
また、図５に例示をしたものと同様に、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられると、Ｘ線が入射していないにもかかわらず、入射Ｘ線検出部６から信号が出力される。

制御回路３３は、振動検出器７からの出力値が所定の閾値Ａ１（下限値）以上、もしくは閾値Ａ２（上限値）以下となった場合（振動検出器７からの出力が第１の閾値を超えた場合）には、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられたと判断する。なお、閾値Ａ１および閾値Ａ２の両方を用いるようにしてもよい。
そして、制御回路３３は、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられたと判断した場合には、待機状態から撮影動作の開始が禁止される「撮影禁止期間」に移行させる。すなわち、制御回路３３は、撮影動作の実行を禁止する「撮影禁止期間」を設定する。「撮影禁止期間」の間は、撮影動作の実行のみが一時的に停止される。
「撮影禁止期間」は、予め定められた時間が経過した後に終了させることができる。
「撮影禁止期間」の長さには特に限定はないが、「撮影禁止期間」の長さを長くしすぎると撮影の待ち時間が長くなる。一方、「撮影禁止期間」の長さを短くしすぎるとＸ線の入射開始時期の誤検出が発生しやすくなる。そのため、「撮影禁止期間」の長さは、実験やシミュレーションなどを行い決定するようにすることが好ましい。

ここで、撮影動作の開始を禁止するために、Ｘ線検出器１の全動作の実行を停止することもできる。しかしながら、Ｘ線検出器１の全動作の実行を停止させると、「撮影禁止期間」の経過後に、Ｘ線検出器１を再度起動させる必要がある。この場合、再起動には所定の時間を要するため、迅速なＸ線撮影を行うことが困難となるおそれがある。そのため、本実施の形態においては、Ｘ線検出器１の撮影動作の実行のみを一時的に停止させるようにしている。

「撮影禁止期間」においては、入射Ｘ線検出部６からの信号に基づく撮影動作の開始が禁止される。そのため、「撮影禁止期間」中に、振動や衝撃により入射Ｘ線検出部６から閾値Ｂ以上の信号が出力されたとしても撮影動作が開始されることはない。
そのため、Ｘ線の入射開始時期の誤検出を抑制することができる。また、Ｘ線検出器１の撮影動作の実行のみを一時的に停止させるようにしているので、「撮影禁止期間」の経過後に、迅速なＸ線撮影を行うことが可能となる。

次に、制御回路３３は、「撮影禁止期間」の経過後に、再び待機状態に移行させる。待機状態となれば、入射Ｘ線検出部６からの信号に基づいて撮影の実行、すなわち、待機状態から蓄積・露光状態に移行させることが可能となる。

次に、「撮影禁止期間」の経過後、Ｘ線検出器１の外部に設けられたＸ線発生器からＸ線が照射されると、入射Ｘ線検出部６からＸ線の強度に対応した信号が出力される。
入射Ｘ線検出部６からの出力値が所定の閾値Ｂを超えた場合には、制御回路３３は、Ｘ線の入射が開始されたとして前述した撮影動作を実行させる。

例えば、制御回路３３は、「撮影禁止期間」中は撮影動作を実行しない。そして、制御回路３３は、「撮影禁止期間」の経過後に、入射Ｘ線検出部６からの出力値が所定の閾値Ｂを超えた場合には撮影動作を実行する。

また、入射Ｘ線検出部６に代えてアレイ基板２からの信号を用いる場合にも、制御回路３３は、「撮影禁止期間」中は、撮影動作を実行しない。そして、制御回路３３は、「撮影禁止期間」の経過後に、少なくとも１つの光電変換素子２ｂ１からの出力が所定の閾値Ｂを超えた場合には撮影動作を実行する。すなわち、入射Ｘ線検出部６が設けられていない場合には、シンチレータ５と少なくとも１つの光電変換素子２ｂ１を入射Ｘ線検出部６として用いる。この場合、光電変換素子２ｂ１からの出力は微弱であるため、複数の光電変換素子２ｂ１からの出力を加算したものを用いることもできる。

本実施の形態によれば、「撮影禁止期間」中は、外部からの振動や衝撃による出力が入射Ｘ線検出部６から出力されたとしても、撮影動作が実行されることがない。そのため、意図しない撮影動作が実行されるのを抑制することができるので、本来のＸ線撮影業務への悪影響を最小限に抑えることが可能となる。
また、Ｘ線の入射開始を判定するための閾値Ｂを低くすることも可能となる。閾値Ｂを低くすることができれば、低線量のＸ線の入射を誤動作無く検出することが可能になり、被写体である人体へのＸ線被爆を低減することができる。

図７は、他の実施形態に係るＸ線検出器１の撮影動作を例示するためのタイミングチャートである。
前述したように、外部からの振動や衝撃の多くは、Ｘ線検出器１の位置を調整するためにＸ線検出器１を移動させたり、人体や動物などの被写体がＸ線検出器１に接触したりした場合に発生する。そのため、外部からの振動や衝撃の多くは、比較的短時間で収束する。しかしながら、外部からの振動や衝撃が比較的長時間続いたり、より短時間で収束したりする場合もあり得る。
そのため、本実施の形態においては、以下のようにして「撮影禁止期間」を設定している。

図７に示すように、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられると、振動検出器７から振動や衝撃の大きさに対応した信号が出力される。
制御回路３３は、振動検出器７からの出力値が所定の閾値Ａ１（下限値）以上、もしくは閾値Ａ２（上限値）以下となった場合には、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられたと判断する。なお、閾値Ａ１および閾値Ａ２の両方を用いるようにしてもよい。 そして、制御回路３３は、外部からの振動や衝撃がＸ線検出器１に加えられたと判断した場合には、待機状態から撮影動作の開始が禁止される「撮影禁止期間」に移行させる。

次に、制御回路３３は、外部からの振動や衝撃の程度に応じて「撮影禁止期間」の終期を設定する。
制御回路３３は、振動検出器７からの出力値が所定の閾値Ａ３以上、もしくは閾値Ａ４以下となった場合には、所定の待機時間の経過後に「撮影禁止期間」を終了させる。すなわち、制御回路３３は、「撮影禁止期間」の設定後、振動検出器７からの出力が第１の閾値（閾値Ａ１、Ａ２）の絶対値よりも小さい絶対値を有する第２の閾値（閾値Ａ３、Ａ４）に未達になった場合には、所定の時間の経過後に「撮影禁止期間」を終了させる。
なお、閾値Ａ３および閾値Ａ４の両方を用いるようにしてもよい。また、閾値Ａ３は、閾値Ａ１と閾値Ａ２の間に設定され、閾値Ａ４は、閾値Ａ３と閾値Ａ２の間に設定される。待機時間の長さには、特に限定はない。待機時間の長さは、例えば、実験やシミュレーションなどを行い決定することができる。

以降、図６に例示をしたものと同様にして撮影動作が実行される。

本実施の形態によれば、図６に例示をしたものと同様の効果を得ることができる。
またさらに、外部からの振動や衝撃の程度に応じて「撮影禁止期間」の終期を自動的に設定することができるので、Ｘ線の入射開始時期の誤検出をより確実に抑制することができる。また、余分な待ち時間の発生を抑制することができるので、より迅速なＸ線撮影を行うことが可能となる。

次に、Ｘ線検出器１の作用、すなわち、Ｘ線画像信号の作成（Ｘ線画像の構成）について説明する。
初期状態においては、蓄積キャパシタ２ｂ３にはバイアスライン２ｃ３を通じて電荷が蓄えられている。また、蓄積キャパシタ２ｂ３と並列接続されている光電変換素子２ｂ１には逆バイアス状態の電圧が印加されている。光電変換素子２ｂ１と薄膜トランジスタ２ｂ２とを連結する配線の電圧はデータライン２ｃ２に印加されている電圧と同じである。 フォトダイオードである光電変換素子２ｂ１は、ダイオードの一種であるため、逆バイアスの電圧が印加されても電流はほとんど流れることはないい。そのため、蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

次に、Ｘ線発生器から照射されたＸ線がシンチレータ５に入射すると、シンチレータ５の内部において、高エネルギーのＸ線が蛍光に変換され、シンチレータ５の内部において発生した蛍光の一部が光電変換部２ｂへ到達する。

光電変換部２ｂに設けられた光電変換素子２ｂ１に入射した蛍光は、光電変換素子２ｂ１の内部において電子とホールからなる電荷に変換される。この電荷は、蓄積キャパシタ２ｂ３からの電界の方向に沿って光電変換部２ｂの両端子へと到達するので、光電変換部２ｂの内部を流れる電流となる。

この電流は、光電変換素子２ｂ１と並列接続されている蓄積キャパシタ２ｂ３に流れ込み、蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄えられている電荷を打ち消す。その結果、蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄えられていた電荷は減少し、蓄積キャパシタ２ｂ３の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

また、シンチレータ５に入射したＸ線の一部は、アレイ基板２を透過して、入射Ｘ線検出部６に入射する。Ｘ線が入射Ｘ線検出部６に入射すると、入射Ｘ線検出部６から入射したＸ線の強度に応じた電気信号が出力される。

制御回路３３は、前述した「撮影禁止期間」の経過後、入射Ｘ線検出部６からの出力が所定の閾値Ｂを超えた場合には、読み出し回路３１、増幅・変換回路３２、および画像構成部４に以下の動作を実行させる。

読み出し回路３１は、複数の制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を順次入力する。すなわち、読み出し回路３１は、複数の制御ライン２ｃ１の電位を順番に変化させる。この場合、特定の時間において、電位が変化している制御ライン２ｃ１は１本のみである。そして、この制御ライン２ｃ１に並列接続されている複数の薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｂとドレイン電極２ｂ２ｃとの間の状態が、絶縁状態から導通状態へと変化する。すなわち、電位が変化している制御ライン２ｃ１に接続されている複数の薄膜トランジスタ２ｂ２がＯＮ状態となる。

各データライン２ｃ２には所定の電圧が印加されている。そのため、この電圧が、ＯＮ状態となった薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｂとドレイン電極２ｂ２ｃとを介して蓄積キャパシタ２ｂ３に印加される。

初期状態においては、蓄積キャパシタ２ｂ３は、データライン２ｃ２と同じ電位状態となっている。そのため、蓄積キャパシタ２ｂ３の電荷量が初期状態と変化していない場合には、データライン２ｃ２から蓄積キャパシタ２ｂ３への電荷の移動は発生しない。

しかしながら、Ｘ線検出器１にＸ線が入射したことで、蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄えられていた電荷が減少していると、データライン２ｃ２から蓄積キャパシタ２ｂ３への電荷の移動が発生する。そのため、蓄積キャパシタ２ｂ３における電荷量は初期状態に戻る。この場合、データライン２ｃ２を介して移動する電荷は、データライン２ｃ２を流れる画像データ信号Ｓ２となる。

増幅・変換回路３２は、微弱な信号である画像データ信号Ｓ２を増幅し、電位情報へと変換し、順次直列信号に変換し、デジタル信号に変換する。
そして、画像構成部４は、マトリクス状に並べられた光電変換部２ｂ（画素）の並びに対応した電気信号へと変換してＸ線画像信号を作成する。作成されたＸ線画像信号は、画像構成部４から外部の機器に向けて出力される。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ Ｘ線検出器、２ アレイ基板、２ａ 基板、２ｂ 光電変換部、２ｂ１ 光電変換素子、２ｂ２ 薄膜トランジスタ、２ｂ３ 蓄積キャパシタ、３ 回路基板、４ 画像処理部、５ シンチレータ、６ 入射Ｘ線検出部、７ 振動検出器、３１ 読み出し回路、３２ 増幅・変換回路、３３ 制御回路

Claims (5)

1. 放射線を信号電荷に変換する光電変換膜を有し前記放射線を直接的に検出する検出部、または、前記放射線をシンチレータと協働して検出する検出部と、
   前記検出部からの出力に基づいて放射線画像信号を作成する撮影動作を実行する制御回路と、
   振動検出器と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記振動検出器からの出力が第１の閾値を超えた場合には、前記撮影動作の実行を禁止する撮影禁止期間を設定し、前記撮影禁止期間の経過後に前記検出部からの出力が所定の閾値を超えた場合には前記撮影動作を実行する放射線検出器。
2. 放射線を信号電荷に変換する光電変換膜を有し前記放射線を直接的に検出する検出部、または、前記放射線をシンチレータと協働して検出する検出部と、
   前記検出部からの出力に基づいて放射線画像信号を作成する撮影動作を実行する制御回路と、
   振動検出器と、
   入射した前記放射線の強度に応じた信号を出力する入射放射線検出部と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記振動検出器からの出力が第１の閾値を超えた場合には、前記撮影動作の実行を禁止する撮影禁止期間を設定し、前記撮影禁止期間の経過後に前記入射放射線検出部からの出力が所定の閾値を超えた場合には前記撮影動作を実行する放射線検出器。
3. 前記制御回路は、前記撮影禁止期間の設定後、前記振動検出器からの出力が前記第１の閾値の絶対値よりも小さい絶対値を有する第２の閾値に未達になった場合には、所定の時間の経過後に前記撮影禁止期間を終了させる請求項１または２に記載の放射線検出器。
4. 前記制御回路は、前記撮影禁止期間の設定後、予め定められた時間が経過した後に前記撮影禁止期間を終了させる請求項１または２に記載の放射線検出器。
5. 前記振動検出器は、加速度センサである請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
   
   
   

Images