JP2019113443A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類のインターフェース回路を有していても消費電力の低減を図る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、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部を有するアレイ基板と、複数種類のインターフェース回路と、を備えている。前記複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、前記インターフェース回路の外部の機器との接続側における電位差および電流の少なくともいずれかを測定する測定器と、前記インターフェース回路の外部の機器との接続側とは反対側に設けられた開閉スイッチと、が電気的に接続されている。【選択図】図４

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。Ｘ線検出器には、Ｘ線を電気的な情報に変換する検出部、変換された情報を読み出すための回路、読み出された情報に基づいてＸ線画像を構成する回路などが設けられている。
また、Ｘ線検出器には、Ｘ線検出器を使用するユーザが保有する機器との通信を行うためのインターフェース回路が設けられている。

ここで、インターフェースの方式にはいくつかの種類がある。そのため、外部の機器とＸ線検出器との間でデータの通信を行うためには、同じインターフェースの方式を用いる必要がある。ところが、機器によってはインターフェースの方式が異なる場合がある。この場合、Ｘ線検出器に複数種類のインターフェース回路を設ければ、汎用性を高めることができる。しかしながら、複数種類のインターフェース回路をＸ線検出器に設けると、使用されていないインターフェース回路にも電流が流れることになる。そのため、消費電力の低減が図れないという新たな課題が生じる。
そこで、複数種類のインターフェース回路を有していても消費電力の低減を図ることができる技術の開発が望まれていた。

特開平５−２５２６５９号公報 特開平７−２９５６９９号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数種類のインターフェース回路を有していても消費電力の低減を図る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、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部を有するアレイ基板と、複数種類のインターフェース回路と、を備えている。前記複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、前記インターフェース回路の外部の機器との接続側における電位差および電流の少なくともいずれかを測定する測定器と、前記インターフェース回路の外部の機器との接続側とは反対側に設けられた開閉スイッチと、が電気的に接続されている。

本実施の形態に係るＸ線検出器を例示するための模式斜視図である。 アレイ基板の回路図である。 Ｘ線検出器のブロック図である。 インターフェースのブロック図である。

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。
また、本発明の実施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、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。
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（可視光）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。
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。

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。なお、直接変換方式のＸ線検出器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。
すなわち、Ｘ線検出器は、Ｘ線を電気的な情報に変換する検出部を有するものであれば良い。検出部は、例えば、Ｘ線を直接的またはシンチレータと協働して検出するものとすることができる。
Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、Ｘ線検出器１の用途は、一般医療に限定されるわけではない。

図１は、本実施の形態に係るＸ線検出器１を例示するための模式斜視図である。
図２は、アレイ基板２の回路図である。
図３は、Ｘ線検出器１のブロック図である。
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、シンチレータ４が設けられている。

アレイ基板２は、シンチレータ４によりＸ線から変換された蛍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、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、およびデータライン２ｃ２などの数は例示をしたものに限定されるわけではない。
本実施の形態においては、光電変換部２ｂがＸ線をシンチレータ４と協働して検出する検出部となる。

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、Ｘ線画像の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２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、蓄積キャパシタ２ｂ３への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、ゲート電極２ｂ２ａ、ドレイン電極２ｂ２ｂ及びソース電極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のドレイン電極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のソース電極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、グランドに電気的に接続される。

制御ライン２ｃ１は、所定の間隔をあ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３ａとそれぞれ電気的に接続されている。

データライン２ｃ２は、所定の間隔をあ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に設けられた信号検出回路３ｂとそれぞれ電気的に接続されている。
制御ライン２ｃ１およびデータライン２ｃ２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、およびデータライン２ｃ２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４が設けられる側とは反対側に設けられている。
図３に示すように、回路基板３には、読み出し回路３ａ、信号検出回路３ｂ、画像処理回路３ｃ、インターフェース３ｄ、および制御回路３ｅが設けられている。なお、これらの回路を１つの基板に設けることもできるし、これらの回路を複数の基板に分けて設けることもできる。
読み出し回路３ａ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。
読み出し回路３ａは、複数のゲートドライバ３ａａと行選択回路３ａｂとを有する。

行選択回路３ａｂには、制御回路３ｅから制御信号Ｓ１が入力される。行選択回路３ａｂ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３ａａに制御信号Ｓ１を入力する。
ゲートドライバ３ａａ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３ａは、フレキシブルプリント基板２ｅ１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、蓄積キャパシタ２ｂ３からの電荷（画像データ信号Ｓ２）が受信できるようになる。

信号検出回路３ｂは、複数の積分アンプ３ｂａ、複数の選択回路３ｂｂ、および複数のＡＤコンバータ３ｂｃを有している。
１つの積分アンプ３ｂａは、１つのデータライン２ｃ２と電気的に接続されている。積分アンプ３ｂａ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３ｂａ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選択回路３ｂｂ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３ｂａは、シンチレータ４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。

選択回路３ｂｂは、読み出しを行う積分アンプ３ｂａを選択し、電位情報へと変換された画像データ信号Ｓ２を順次読み出す。
ＡＤコンバータ３ｂｃは、読み出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。デジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２は、画像処理回路３ｃに入力される。
画像処理回路３ｃは、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線画像を構成する。構成されたＸ線画像のデータは、インターフェース３ｄを介して外部の機器１００に送信される。

なお、制御回路３ｅから行選択回路３ａｂに制御信号Ｓ１を入力する場合を例示したが、Ｘ線検出器１の外部に設けられた機器１００から行選択回路３ａｂに制御信号Ｓ１を入力することもできる。この場合、制御信号Ｓ１は、後述するインターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３のいずれかを介して行選択回路３ａｂに入力される。
また、回路基板３に画像処理回路３ｃが設けられる場合を例示したが、画像処理回路３ｃはＸ線検出器１の外部に設けられた機器１００に設けることもできる。この場合、デジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２が、後述するインターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３のいずれかを介して外部に設けられた画像処理回路３ｃに入力される。

図４は、インターフェース３ｄのブロック図である。
図４に示すように、インターフェース３ｄには、インターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３が設けられている。
ここで、インターフェースの方式にはいくつかの種類がある。例えば、インターフェースの方式には、大きく分けてパラレル転送方式(Parallel Transmission)とシリアル転送方式(Serial Transmission)方式がある。さらに、パラレル転送方式には、ＳＣＳＩ(Small Computer System Interface)、ＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）、ＩＥＥＥ１２８４（Institute of Electrical and Electronic Engineers 1284）などがある。シリアル転送方式には、ＩＥＥＥ１３９４（Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394）、ＲＳ−２３２Ｃ（Recommended Standard 232 version C）、ＤＶＩ（Digtal Visual Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などがある。

そのため、Ｘ線検出器１と外部の機器１００との間でデータの通信を行うためには、同じインターフェースの方式を用いる必要がある。ところが、機器１００によってはインターフェースの方式が異なる場合がある。この場合、機器１００のインターフェースの方式にＸ線検出器１のインターフェースの方式を合わせる必要がある。
そこで、インターフェース３ｄには、方式が異なるインターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３と、当該インターフェースの方式に適合した端子３ｄ１ａ〜３ｄ３ａが設けられている。
なお、図４においては、３種類のインターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３を例示したが、インターフェース回路の種類の数は例示をしたものに限定されるわけではない。インターフェース回路の種類は２つ以上であればよい。ただし、インターフェース回路の種類の数が多くなれば、Ｘ線検出器１の汎用性を高めることができる。

複数種類のインターフェース回路が設けられていれば、接続する機器１００のインターフェースの方式に応じて使用するインターフェース回路を選択することができる。そのため、インターフェースの方式が異なる各種の機器１００に対応することが可能となる。
ところが、複数種類のインターフェース回路をＸ線検出器１に設けると、使用されていないインターフェース回路にも電流が流れることになる。そのため、消費電力の低減が図れないという新たな課題が生じる。
そこで、本実施の形態に係るインターフェース３ｄにおいては、インターフェース回路３ｄ１〜３ｄ３のうち使用されていないインターフェース回路を検出し、使用されていないインターフェース回路に電流が流れないようにしている。

図４に示すように、インターフェース回路３ｄ１と端子３ｄ１ａとの間には抵抗３ｄ１ｄが設けられている。抵抗３ｄ１ｄの入力側と出力側の電位差、および、抵抗３ｄ１ｄに流れる電流の少なくともいずれかを測定する測定器３ｄ１ｂが設けられている。インターフェース回路３ｄ１の、抵抗３ｄ１ｄが設けられる側とは反対側には開閉スイッチ３ｄ１ｃが設けられている。
インターフェース回路３ｄ２と端子３ｄ２ａとの間には抵抗３ｄ２ｄが設けられている。抵抗３ｄ２ｄの入力側と出力側の電位差、および、抵抗３ｄ２ｄに流れる電流の少なくともいずれかを測定する測定器３ｄ２ｂが設けられている。インターフェース回路３ｄ２の、抵抗３ｄ２ｄが設けられる側とは反対側には開閉スイッチ３ｄ２ｃが設けられている。
インターフェース回路３ｄ３と端子３ｄ３ａとの間には抵抗３ｄ３ｄが設けられている。抵抗３ｄ３ｄの入力側と出力側の電位差、および、抵抗３ｄ３ｄに流れる電流の少なくともいずれかを測定する測定器３ｄ３ｂが設けられている。インターフェース回路３ｄ３の、抵抗３ｄ３ｄが設けられる側とは反対側には開閉スイッチ３ｄ３ｃが設けられている。
測定器３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂからの測定値は、制御回路３ｅに入力される。
すなわち、複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、インターフェース回路の外部の機器１００との接続側における電位差および電流の少なくともいずれかを測定する測定器と、インターフェース回路の外部の機器１００との接続側とは反対側に設けられた開閉スイッチと、が電気的に接続されている。
また、複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、インターフェース回路の外部の機器１００との接続側に抵抗が電気的に接続されている。

制御回路３ｅは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と半導体メモリなどを備えたコンピュータとすることができる。
制御回路３ｅは、Ｘ線検出器１に設けられた各要素を制御する。
なお、読み出し回路３ａ、信号検出回路３ｂ、および画像処理回路３ｃにおける制御には既知の技術を適用することができる。そのため、以下においては、インターフェース３ｄにおける制御について説明する。

制御回路３ｅは、測定器３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂからの測定値に基づいて、開閉スイッチ３ｄ１ｃ〜３ｄ３ｃを制御する。制御回路３ｅは、測定器３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂからの測定値に基づいて、使用されていないインターフェース回路を検出する。制御回路３ｅは、使用されていないインターフェース回路に電気的に接続された開閉スイッチをＯＦＦ状態（非導通状態）にする。
例えば、制御回路３ｅは、以下の様にして使用されていないインターフェース回路を検出し、使用されていないインターフェース回路に流れる電流を遮断する。
まず、制御回路３ｅは、全ての開閉スイッチ３ｄ１ｃ〜３ｄ３ｃをＯＮ状態(導通状態）にする。
すると、使用されているインターフェース回路には電流が流れ、使用されていないインターフェース回路には電流が流れない。そのため、測定器３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂにより、電位差および電流の少なくともいずれかを測定すれば、使用されていないインターフェース回路を検出することができる。
例えば、図４に例示をしたものの場合には、測定器３ｄ１ｂ、３ｄ３ｂからの測定値が０（ゼロ）となる。そのため、制御回路３ｅは、測定器３ｄ１ｂ、３ｄ３ｂが電気的に接続されたインターフェース回路３ｄ１、３ｄ３が使用されていないと判定することができる。

次に、制御回路３ｅは、測定器３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂからの測定値に基づいて開閉スイッチ３ｄ１ｃ〜３ｄ３ｃを制御する。
すなわち、制御回路３ｅは、使用されていないと判定されたインターフェース回路に電気的に接続されている開閉スイッチをＯＦＦ状態とし、使用されていると判定されたインターフェース回路に電気的に接続されている開閉スイッチをＯＮ状態のままとする。
以上の様にすれば、使用されているインターフェース回路にのみ電流を流すことができるので、無駄な電力消費を抑制することができる。すなわち、複数種類のインターフェース回路を有していても消費電力の低減を図ることができる。

シンチレータ４は、複数の光電変換素子２ｂ１の上に設けられ、入射するＸ線を蛍光に変換する。シンチレータ４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４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４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４が形成される。

また、シンチレータ４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４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。

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４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、Ｘ線検出器１には、シンチレータ４と反射層を覆う図示しない防湿体を設けることができる。防湿体を設ければ、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ４の特性と反射層の特性が劣化するのを抑制することができる。
また、Ｘ線検出器１には、アレイ基板２、回路基板３、およびシンチレータ４を収納する筐体を設けることができる。筐体の内部には板状の支持板３０を設けることができる。そして、図１に示すように、支持板３０のＸ線の入射側にはアレイ基板２およびシンチレータ４を設け、支持板３０のＸ線の入射側とは反対側には回路基板３を設けることができる。

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、３ 回路基板、３ａ 読み出し回路、３ｂ 信号検出回路、３ｃ 画像処理回路、３ｄ インターフェース、３ｄ１〜３ｄ３ インターフェース回路、３ｄ１ａ〜３ｄ３ａ 端子、３ｄ１ｂ〜３ｄ３ｂ 測定器、３ｄ１ｃ〜３ｄ３ｃ 開閉スイッチ、３ｄ１ｄ〜３ｄ３ｄ 抵抗、３ｅ 制御回路、４ シンチレータ、１００ 機器

Claims (5)

1. 放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部を有するアレイ基板と、
   複数種類のインターフェース回路と、
   を備え、
   前記複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、
   前記インターフェース回路の外部の機器との接続側における電位差および電流の少なくともいずれかを測定する測定器と、
   前記インターフェース回路の外部の機器との接続側とは反対側に設けられた開閉スイッチと、が電気的に接続されている放射線検出器。
2. 複数の前記開閉スイッチを制御する制御回路をさらに備え、
   前記制御回路は、複数の前記測定器からの測定値に基づいて、前記複数の開閉スイッチを制御する請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記制御回路は、前記複数の測定器からの測定値に基づいて、使用されていないインターフェース回路を検出する請求項２記載の放射線検出器。
4. 前記制御回路は、前記使用されていないインターフェース回路に電気的に接続された前記開閉スイッチをＯＦＦ状態にする請求項３記載の放射線検出器。
5. 前記複数種類のインターフェース回路のそれぞれには、前記インターフェース回路の外部の機器との接続側に抵抗が電気的に接続されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
   
   
   
   
   
   

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