JP2021179396A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる放射線検出器を提供する。【解決手段】実施形態に係る放射線検出器は、制御ラインとデータラインと薄膜トランジスタを有し、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と、薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替えるゲート駆動回路と、薄膜トランジスタがオン状態の時にデータラインを介して検出部から画像データを読み出す信号検出回路と、読み出された画像データの値に基づいて放射線の入射開始を判定する放射線入射判定回路と、ゲート駆動回路および信号検出回路を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、複数のデータラインを第１の群と第２の群とに分けて制御を行う。放射線入射判定回路は、第１の群に含まれているデータラインに電気的に接続された検出部から読み出された画像データの値に基づいて放射線の入射開始を判定する。【選択図】図１０

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、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線を蛍光に変換するシンチレータとが設けられている。また、光電変換部には、シンチレータからの蛍光を電荷に変換する光電変換素子、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、電荷を蓄積する蓄積キャパシタなどが設けられている。

一般的には、Ｘ線検出器は、以下のようにして画像データを読み出す。まず、外部から入力された信号によりＸ線の入射を認識する。次に、予め定められた時間の経過後に、読み出しを行う光電変換部の薄膜トランジスタをオン状態にして、蓄積された電荷を画像データとして読み出す。しかしながら、この様にすると、Ｘ線源などの外部機器とＸ線検出器との同期をとるための同期インターフェースが必要になる。

ここで、シンチレータと光電変換素子とによって得られた画像データの値は、Ｘ線が入射した時と、Ｘ線が入射していない時とで変化する。そのため、Ｘ線が入射していない時の画像データの値と、Ｘ線が入射した時の画像データの値との差を検出して、Ｘ線の入射開始を検出する技術が提案されている。しかしながら、この様にすると、比較のベースとなる、Ｘ線が入射していない時の画像データを撮影準備段階で予め取得、保存しておき、常に画像データを取り込んで比較演算を行う必要がある。

そのため、Ｘ線が入射していない待機時においても常に電力を消費しており、消費電力が大きくなるという問題がある。この場合、電池を電源とする携帯型のＸ線検出器の場合には、電池の消耗が大きくなるので、長時間の使用が困難となる。また、電力消費が大きいため回路の温度が上昇しやすくなり、高温環境でのＸ線検出器の使用に制限が生じる場合がある。さらに、比較画像の保存が必要となるので、大容量の画像メモリが必要となる。
そこで、放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる放射線検出器の開発が望まれていた。

特開２０１９−０２０１４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制す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、第１の方向に延び、前記第１の方向に交差する第２の方向に並べられた複数の制御ラインと、前記第２の方向に延び、前記第１の方向に並べられた複数のデータラインと、対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続された薄膜トランジスタを有し、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と、前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替えるゲート駆動回路と、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に、前記データラインを介して前記検出部から画像データを読み出す信号検出回路と、前記読み出された画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始を判定する放射線入射判定回路と、前記ゲート駆動回路、および前記信号検出回路を制御するコントローラと、を備えている。前記コントローラは、前記複数のデータラインを、第１の群と、前記第１の方向において前記第１の群に隣接する第２の群とに分けて前記制御を行う。前記放射線入射判定回路は、前記第１の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記検出部から読み出された前記画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始を判定する。

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。 画像データの読み出しを例示するためのシーケンス図である。 画像データの読み出しを例示するためのタイミングチャートである。 Ｘ線画像の取得動作の内部等価回路である。 Ｘ線入射判定回路を例示するためのブロック図である。 「入射検出領域」を例示するための模式図である。 読み出しの切り替えを考慮した場合の等価回路である。 画像データの読み出しの切り替えを例示するためのシーケンス図である。 「入射検出領域」からの画像データの読み出しを例示するためのタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、被写体の位置と「入射検出領域」との関係を例示するための模式図である。 画像データの値の変化のパターンを例示するための模式図である。 「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データの読み出し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。
直接変換方式は、入射Ｘ線により光導電膜内部に発生した光導電電荷（電荷）を高電界により電荷蓄積用の蓄積キャパシタに直接導く方式である。なお、直接変換方式のＸ線検出器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。
間接変換方式は、Ｘ線をシンチレータにより蛍光（可視光）に変換し、蛍光をフォトダイオードなどの光電変換素子により電荷に変換し、電荷を蓄積キャパシタに導く方式である。

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。
また、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の用途は一般医療など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４は、画像データ１００の読み出しを例示するためのシーケンス図である。
図５は、画像データ１００の読み出しを例示するためのタイミングチャートである。
図６は、Ｘ線画像の取得動作の内部等価回路である。

図１〜図３に示すように、Ｘ線検出器１には、Ｘ線検出モジュール１０、および回路基板２０を設けることができる。また、Ｘ線検出器１には、図示しない筐体を設けることができる。筐体の内部には、Ｘ線検出モジュール１０、および回路基板２０を設けることができる。例えば、筐体の内部に板状の支持板を設け、支持板のＸ線の入射側の面にはＸ線検出モジュール１０を設け、支持板のＸ線の入射側とは反対側の面には回路基板２０を設けることができる。

Ｘ線検出モジュール１０には、アレイ基板２、およびシンチレータ３を設けることができる。
アレイ基板２には、基板２ａ、光電変換部２ｂ、制御ライン（又はゲートライン）Ｇ、データライン（又はシグナルライン）Ｓ、配線パッド２ｄ１、配線パッド２ｄ２および保護層２ｆを設けることができる。なお、光電変換部２ｂ、制御ラインＧ、およびデータラインＳの数などは例示をしたものに限定されるわけではない。
また、本実施の形態に係るＸ線検出器１の場合には、光電変換部２ｂが、Ｘ線をシンチレータ３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ガラスから形成することができる。基板２ａの平面形状は、四角形とすることができる。
光電変換部２ｂは、基板２ａの一方の面側に複数設けることができる。光電変換部２ｂは、制御ラインＧとデータラインＳとにより画された領域に設けることができる。複数の光電変換部２ｂは、マトリクス状に並べることができる。なお、１つの光電変換部２ｂは、例えば、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を設けることができる。また、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、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ことができる。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を有することができる。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Ｇと電気的に接続することができる。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Ｓと電気的に接続することができる。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とに電気的に接続することができる。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することができる。なお、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、図示しないバイアスラインに電気的に接続することもできる。

制御ラインＧは、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。複数の制御ラインＧは、例えば、行方向（第１の方向の一例に相当する）に延び、行方向に交差する列方向（第２の方向の一例に相当する）に並べられている。１つの制御ラインＧ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つと電気的に接続することができる。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つを電気的に接続することができる。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２０に設けられたゲート駆動回路２０ａとそれぞれ電気的に接続することができる。

データラインＳは、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。データラインＳは、例えば、列方向に延び、行方向に並べられている。１つのデータラインＳ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つと電気的に接続することができる。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つを電気的に接続することができる。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２０に設けられた信号検出回路２０ｂとそれぞれ電気的に接続することができる。
制御ラインＧ、およびデータラインＳ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Ｇ、およびデータラインＳを覆うことができる。保護層２ｆは、絶縁性材料から形成することができる。

シンチレータ３は、入射したＸ線を蛍光に変換することができる。シンチレータ３は、複数の光電変換部２ｂの上に設けることができる。シンチレータ３は、複数の光電変換部２ｂが設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けることができる。シンチレータ３は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいは臭化セシウム（ＣｓＢｒ）：ユーロピウム（Ｅｕ）などを用いて形成することができる。シンチレータ３は、真空蒸着法を用いて形成することができる。真空蒸着法を用いてシンチレータ３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３が形成される。

また、シンチレータ３は、例えば、テルビウム賦活硫酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ／Ｔｂ、又はＧＯＳ）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３が設けられるように、マトリクス状の溝部を設けることができる。

その他、シンチレータ３のＸ線の入射側に、反射層を設けることができる。反射層は、シンチレータ３において生じた蛍光のうち、光電変換部２ｂが設けられた側とは反対側に向かう光を反射させて、光電変換部２ｂに向かうようにする。
また、シンチレータ３および反射層を覆う防湿部を設けることができる。

回路基板２０は、アレイ基板２の、シンチレータ３が設けられる側とは反対側に設けることができる。回路基板２０は、Ｘ線検出モジュール１０（アレイ基板２）と電気的に接続することができる。

図３に示すように、回路基板２０には、ゲート駆動回路２０ａ、信号検出回路２０ｂ、メモリ２０ｃ、Ｘ線入射判定回路２０ｄ、コントローラ２０ｅ、および画像構成回路２０ｆを設けることができる。なお、これらを１つの基板に設けることもできるし、これらを複数の基板に分けて設けることもできる。

ゲート駆動回路２０ａ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ことができる。ゲート駆動回路２０ａは、複数のゲートドライバ２０ａａと行選択回路２０ａｂとを有することができる。

行選択回路２０ａｂには、コントローラ２０ｅから制御信号１０１を入力することができる。行選択回路２０ａｂは、Ｘ線画像のスキャン方向に従って、対応するゲートドライバ２０ａａに制御信号１０１を入力することができる。
ゲートドライバ２０ａａは、対応する制御ラインＧに制御信号１０１を入力することができる。

例えば、図４および図５に示すように、ゲート駆動回路２０ａは、フレキシブルプリント基板２ｅ１を介して、制御信号１０１を制御ラインＧ１〜Ｇｍ毎に順次入力することができる。制御ラインＧに入力された制御信号１０１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から電荷（画像データ１００）を読み出すことができるようになる。

信号検出回路２０ｂは、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、光電変換部２ｂから画像データ１００を読み出すことができる。信号検出回路２０ｂは、複数の積分アンプ２０ｂａ、複数の選択回路２０ｂｂ、および複数のＡＤコンバータ２０ｂｃを有することができる。

１つの積分アンプ２０ｂａは、１つのデータラインＳと電気的に接続することができる。積分アンプ２０ｂａは、光電変換部２ｂからの画像データ１００を順次受信することができる。そして、積分アンプ２０ｂａ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２０ｂｂへ出力することができる。この様にすれば、所定の時間内にデータラインＳを流れる電流の値（電荷量）を電圧値に変換することができる。すなわち、積分アンプ２０ｂａは、シンチレータ３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ことができる。

選択回路２０ｂｂは、読み出しを行う積分アンプ２０ｂａを選択し、電位情報へと変換された画像データ１００を順次読み出すことができる。
ＡＤコンバータ２０ｂｃは、読み出された画像データ１００をデジタル信号に順次変換することができる。デジタル信号に変換された画像データ１００は、メモリ２０ｃに格納することができる。

例えば、信号検出回路２０ｂは、フレキシブルプリント基板２ｅ２を介して、画像データ１００をデータラインＳ１〜Ｓｎ毎に順次読み出すことができる。
この様なＸ線画像の取得動作を内部等価回路で表すと、図６のようになる。なお、図４および図６は、単に、画像データ１００を読み出す場合であり、後述する「入射検出領域」からの画像データ１００の読み出しと、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しとの切り替えは考慮していない。

メモリ２０ｃは、例えば、回路基板２０に設けられた各回路を制御する制御プログラムを格納することができる。また、メモリ２０ｃは、例えば、制御プログラムを実行する際に必要となる閾値などのデータを格納することができる。また、メモリ２０ｃは、デジタル信号に変換された画像データ１００を一時的に格納することもできる。

また、メモリ２０ｃは、Ｘ線入射判定回路２０ｄによりＸ線の入射開始を判定する際に用いられる「比較データ」を格納する比較データ用メモリ２０ｃ１を有することができる（図７を参照）。「比較データ」は、例えば、判定の対象となる画像データ１００の直前に読み出された画像データ１００とすることができる。

Ｘ線入射判定回路２０ｄは、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に読み出された画像データ１００の値に基づいてＸ線の入射開始を判定することができる。
図７は、Ｘ線入射判定回路２０ｄを例示するためのブロック図である。
図７に示すように、Ｘ線入射判定回路２０ｄには、セレクタ２０ｄ１、セレクタ２０ｄ２、減算回路２０ｄ３、比較回路２０ｄ４、および判定回路２０ｄ５を設けることができる。

セレクタ２０ｄ１は、メモリ２０ｃに格納されている、判定の対象となる画像データ１００を抽出することができる。
セレクタ２０ｄ２は、比較データ用メモリ２０ｃ１に格納されている、「比較データ」を抽出することができる。
減算回路２０ｄ３は、判定の対象となる画像データ１００と、「比較データ」との差を求めることができる。
比較回路２０ｄ４は、減算回路２０ｄ３により求められた差分の値と、メモリ２０ｃに格納されている閾値と、を比較することができる。例えば、Ｘ線が入射すると、読み出された画像データ１００の値が変化するので差分の値が大きくなる。そのため、判定回路２０ｄ５は、差分の値が閾値よりも小さければＸ線の入射が開始されていないと判定し、差分の値が閾値を超えた場合にはＸ線の入射が開始されたと判定することができる。
Ｘ線入射判定回路２０ｄは、Ｘ線の入射が開始されたと判定した場合には、Ｘ線の入射が開始された旨の信号をコントローラ２０ｅに送信することができる。

コントローラ２０ｅは、メモリ２０ｃに格納されている制御プログラムに基づいて、回路基板２０に設けられた各回路を制御することができる。例えば、コントローラ２０ｅは、制御プログラムに基づいて、ゲート駆動回路２０ａ、および信号検出回路２０ｂを制御することができる。

画像構成回路２０ｆは、メモリ２０ｃに格納されている画像データ１００に基づいて、Ｘ線画像を構成することができる。なお、画像構成回路２０ｆは、Ｘ線検出器１の外部に設けることもできる。画像構成回路２０ｆがＸ線検出器１の外部に設けられる場合には、回路基板２０と画像構成回路２０ｆとの間のデータ通信を無線により行うこともできるし、配線などを介して行うこともできる。画像構成回路２０ｆは、構成されたＸ線画像のデータを、Ｘ線検出器１の外部に設けられた表示装置やその他の機器に送信することができる。

次に、Ｘ線の入射開始の判定についてさらに説明する。
前述したように、判定の対象となる画像データ１００と、「比較データ」との差を求めれば、Ｘ線の入射開始を知ることができる。Ｘ線の入射時期を予想することは困難であるため、判定の対象となる画像データ１００と、「比較データ」とを継続的に取得および比較する必要がある。そのため、図７に例示をしたＸ線入射判定回路２０ｄを常に動かしておく必要がある。この場合、１枚分のＸ線画像のデータを用いて、Ｘ線の入射開始の判定を行うと、Ｘ線入射判定回路２０ｄのほぼすべてが常時動作することになり、Ｘ線が入射していない待機時においても消費電力が大きくなる。また、発熱による温度上昇が生じるので、高温環境でのＸ線検出器１の使用に制限が生じる場合がある。さらに、１枚分のＸ線画像の「比較データ」の保存が必要となるので、大容量の比較データ用メモリ２０ｃ１が必要となる。

そこで、本実施の形態に係るＸ線検出器１においては、複数のデータラインＳを、第１の群と、行方向において第１の群に隣接する第２の群とに分けて、ゲート駆動回路２０ａ、および信号検出回路２０ｂの制御を行う。例えば、第１の群は、「入射検出領域」に含まれる複数のデータラインＳとすることができる。例えば、第２の群は、「Ｘ線画像を取得する領域」に含まれる複数のデータラインＳとすることができる。

図８は、「入射検出領域」を例示するための模式図である。
行方向において、「入射検出領域」は、「Ｘ線画像を取得する領域」の少なくとも一方の外側に設けることができる。図８に例示をしたものの場合には、「入射検出領域」は、「Ｘ線画像を取得する領域」の両方の外側のそれぞれに設けられている。

本発明者の得た知見によれば、Ｘ線の入射検出には、数本のデータラインＳ（図８においては、「ｋ本」または「ｎ−ｍ本」）が含まれていればよい。例えば、全データラインＳのうち、５％程度のデータラインＳを用いるようにすればよい。既存のＸ線検出器において本発明を実施する場合には、既に設けられている複数のデータラインＳの一部を「入射検出領域」として用いることができる。この場合、複数のデータラインＳの一部を「入射検出領域」のみに用いたとしても、全体の数％程度であるため、Ｘ線画像の品質が大幅に低下することがない。また、「入射検出領域」の画像データは、Ｘ線画像の周縁部分の構成に用いられるが、Ｘ線画像の周縁部分に撮影対象があったり、重要な撮影部分があったりすることは非常に少ない。そのため、複数のデータラインＳの一部を「入射検出領域」のみに用いたとしても、診断などに悪影響が生じるおそれは少ない。

また、複数のデータラインＳの一部を「入射検出領域」と「Ｘ線画像を取得する領域」の両方に用いることができる。例えば、「入射検出領域」によりＸ線の入射が検出された場合には、「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００を読み出す。「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００を読み出している間にもＸ線は照射されているので、「入射検出領域」には再度電荷が蓄積される。そのため、「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００を読み出した後、「入射検出領域」から画像データ１００を読み出せば、１枚分のＸ線画像の画像データ１００を読み出すことができる。

新たに製造するＸ線検出器の場合には、既存のＸ線検出器のデータラインＳの数と同じ数のデータラインＳを設け、前述したものと同様に、データラインＳの一部を「入射検出領域」として用いることができる。また、「入射検出領域」のみに用いるデータラインＳを増加させることもできる。データラインＳを増加させる場合には、増加させたデータラインＳに接続される光電変換部２ｂ、データラインＳ、ゲート駆動回路２０ａ、信号検出回路２０ｂなどを増加させる必要があるが、増加する数は全体の数％程度であり、これらは半導体製造プロセスにより一括して製造されるため、ハードウェアの変更や大幅なコストの増加が生じることはない。

図３に示すように、信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）の電源をＯＮ／ＯＦＦするための回路を追加すれば、「入射検出領域」からの画像データ１００の読み出しと、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しとの切り替えを行うことができる。

図９は、読み出しの切り替えを考慮した場合の等価回路である。
図９に示すように、ＡＤコンバータ２０ｂｃの電源をＯＮ／ＯＦＦするための回路を設けることができる。この様にすれば、「入射検出領域」からの画像データ１００の読み出しと、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しとの切り替えを行うことができる。

図１０は、画像データ１００の読み出しの切り替えを例示するためのシーケンス図である。
図１１は、「入射検出領域」からの画像データ１００の読み出しを例示するためのタイミングチャートである。
図１２（ａ）、（ｂ）は、被写体２００の位置と「入射検出領域」との関係を例示するための模式図である。
図１３は、画像データ１００の値の変化のパターンを例示するための模式図である。
図１４は、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しを例示するためのタイミングチャートである。

図１０に示すように、画像データ１００の読み出しは、複数の制御ラインＧ１〜Ｇｍ毎に順次（例えば、図１０中の制御ラインＧ１から順番に）行われる。例えば、データラインＳ１〜ＳｋおよびデータラインＳｍ〜Ｓｎから画像データ１００を読み出すことで、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」から画像データ１００の読み出しを行うことができる。データラインＳｋ＋１〜Ｓｍ−１から画像データ１００を読み出すことで、「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００の読み出しを行うことができる。

Ｘ線の入射を検出する状態（待機状態）では、図１１の「入射検出領域（１）」、「入射検出領域（２）」に示すように、データラインＳ１〜ＳｋおよびデータラインＳｍ〜Ｓｎについては、信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）の電源をＯＮ状態として、光電変換部２ｂから画像データ１００を読み出す。読み出された画像データ１００を比較データ用メモリ２０ｃ１に格納し、また、読み出された画像データ１００と、比較データ用メモリ２０ｃ１に格納されていた「比較データ」との比較を行うことができる。なお、一例として、データラインＳ１〜ＳｋおよびデータラインＳｍ〜Ｓｎから画像データ１００を読み出す場合を例示したが、データラインＳ１〜ＳｋおよびデータラインＳｍ〜Ｓｎのいずれか一方から画像データ１００を読み出すようにしてもよい。

ここで、「入射検出領域」が被写体２００により覆われると、Ｘ線が被写体２００により吸収されて「入射検出領域」に到達し難くなる。そのため、被写体２００の位置によっては、Ｘ線の入射検出の精度が低下するおそれがある。

この場合、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」から画像データ１００の読み出しを行えば、図１２（ａ）に例示をした様に、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」のいずれか一方が被写体２００により覆われても、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」のいずれか他方を被写体２００の外部に露出させ易くなる。そのため、Ｘ線の入射検出の精度が低下するのを抑制することができる。なお、図１２（ａ）に例示をした場合は、「入射検出領域（１）」が被写体２００により覆われ、「入射検出領域（２）」が被写体２００の外部に露出する場合である。

また、図１２（ｂ）に例示をした様に、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」の一部が被写体２００により覆われても、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」の残りの部分を被写体２００の外部に露出させ易くなる。そのため、Ｘ線の入射検出の精度が低下するのを抑制することができる。

Ｘ線の入射を検出する状態（待機状態）では、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しを行わない。そのため、図１１に示すように、データラインＳｋ＋１〜Ｓｍ−１までは信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）の電源をＯＦＦ状態とする。これによって、光電変換部２ｂに蓄積されている電荷が保持されるため、Ｘ線がスキャン途中で入力されたとしても、Ｘ線画像の品質への影響はない。「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しは行わないため、光電変換や信号処理（画像データ１００の取得、比較データ用メモリ２０ｃ１への画像データ１００の格納、「比較データ」との比較）も、行う必要がない。

「入射検出領域（１）」における検出、および「入射検出領域（２）」における検出のいずれにおいても、「比較データ」との差が無い場合には、Ｘ線の入射がないと判断して、「入射検出領域（１）」における検出、および「入射検出領域（２）」における検出を繰り返すことができる。この際、ほとんどの光電変換部２ｂが含まれる「Ｘ線画像を取得する領域」における検出では、信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）の電源をＯＦＦ状態とし、「比較データ」との比較などの演算処理も行われない。そのため、Ｘ線の入射を検出する状態（待機状態）における消費電力を大幅に削減することができる。

ここで、Ｘ線の入射検出においては、「入射検出領域（１）」における検出、および「入射検出領域（２）」における検出が繰り返し行われるが、Ｘ線の入射タイミングはランダムであるので、どのタイミングで、Ｘ線が入射するのかは分からない。

そのため、図１３に示すように、入射タイミングによって、検出パターンが４種類生じることになる。

「検出パターン（１）」は、先のスキャンの「入射検出領域（２）」における検出と、後のスキャンの「入射検出領域（１）」における検出との間で、Ｘ線が入射した場合である。この場合には、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」において電荷が蓄積するので、後のスキャンにおいて、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。

「検出パターン（２）」は、後のスキャンの「入射検出領域（１）」における検出の際にＸ線が入射した場合である。この場合にも、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」において電荷が蓄積するので、後のスキャンの、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。また、さらに後のスキャンにおいては、「入射検出領域（１）」に電荷が再度蓄積しているので、「入射検出領域（１）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。一方、さらに後のスキャンにおいては、「入射検出領域（２）」には電荷が再度蓄積していないので、「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じない。

「検出パターン（３）」は、後のスキャンの、「入射検出領域（１）」における検出、および「入射検出領域（２）」における検出の際に、Ｘ線が入射した場合である。この場合にも、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」において電荷が蓄積するので、「入射検出領域（１）」および入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。また、さらに後のスキャンにおいては、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」に電荷が再度蓄積しているので、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。

「検出パターン（４）」は、後のスキャンにおいて、「入射検出領域（２）」における検出の際にＸ線が入射した場合である。この場合には、「入射検出領域（２）」において電荷が蓄積するので、「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。また、さらに後のスキャンにおいては、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」において電荷が再度蓄積しているので、「入射検出領域（１）」および「入射検出領域（２）」における検出画像データ１００の値に変化が生じる。

この場合、「検出パターン（１）」〜「検出パターン（４）」のいずれかに該当した場合にＸ線の入射が開始されたと判断することができる。また、図１３に示すように２つ前のスキャンの結果を含めてＸ線の入射開始を判断することもできる。この様にすれば、ノイズや振動等による誤検出を抑制することができる。

Ｘ線の入射が開始されたと判断された場合には、図１４に示すように、「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００を読み出すことができる。Ｘ線の入射が検出されるまでは、「Ｘ線画像を取得する領域」から画像データ１００を読み出さないので、Ｘ線が入射されてからの画像データ１００を損失なく読み出すことができる。

以上に説明した様に、コントローラ２０ｅは、複数のデータラインＳを、第１の群と、列方向において第１の群に隣接する第２の群とに分けて制御を行う。Ｘ線入射判定回路２０ｄは、第１の群に含まれているデータラインＳに電気的に接続された光電変換部２ｂから読み出された画像データ１００の値に基づいてＸ線の入射開始を判定することができる。

コントローラ２０ｅは、Ｘ線入射判定回路２０ｄによりＸ線の入射開始が検出されるまでは、第２の群に含まれているデータラインＳに電気的に接続された信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）の電源をＯＦＦ状態にすることができる。

コントローラ２０ｅは、Ｘ線入射判定回路２０ｄによりＸ線の入射開始が検出されるまでは、第２の群に含まれているデータラインＳに電気的に接続された光電変換部２ｂからの画像データ１００の読み出しを停止することができる。

コントローラ２０ｅは、Ｘ線入射判定回路２０ｄによりＸ線の入射開始が検出されるまでは、第２の群に含まれているデータラインＳに電気的に接続された光電変換部２ｂからの画像データ１００に関する減算回路２０ｄ３および比較回路２０ｄ４の演算を停止することができる。

コントローラ２０ｅは、Ｘ線入射判定回路２０ｄによりＸ線の入射開始が検出されるまでは、第２の群に含まれているデータラインＳに電気的に接続された薄膜トランジスタ２ｂ２をＯＦＦ状態にすることができる。

本実施の形態に係るＸ線検出器１は、Ｘ線の入射を検出するのに用いる領域を、複数の光電変換部２ｂが設けられた領域の一部に限定しているため、ＡＤコンバータ２０ｂｃでのＡＤ変換、画像データ１００の保存、比較処理を行う範囲などを削減することができる。「入射検出領域」からの画像データ１００の読み出しと、「Ｘ線画像を取得する領域」からの画像データ１００の読み出しは、制御信号１０１と、ＡＤコンバータ２０ｂｃの電源のＯＮ／ＯＦＦによって制御できる。そのため、既存のＸ線検出器の構成を大きく変えることなく、タイミングを制御するだけで実行可能となる。また、この構成により、Ｘ線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる。また、Ｘ線の入射を検出するのに用いる領域を限定するため、比較データ用メモリ２０ｃ１の容量も少なくて済む。

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、２ｂ 光電変換部、２ｂ２ 薄膜トランジスタ、３ シンチレータ、１０ Ｘ線検出モジュール、２０ 回路基板、２０ａ ゲート駆動回路、２０ｂ 信号検出回路、２０ｂｃ ＡＤコンバータ、２０ｃ メモリ、２０ｄ Ｘ線入射判定回路、２０ｄ３ 減算回路、２０ｄ４ 比較回路、２０ｅ コントローラ、１００ 画像データ

Claims (5)

1. 第１の方向に延び、前記第１の方向に交差する第２の方向に並べられた複数の制御ラインと、
   前記第２の方向に延び、前記第１の方向に並べられた複数のデータラインと、
   対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続された薄膜トランジスタを有し、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と、
   前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替えるゲート駆動回路と、
   前記薄膜トランジスタがオン状態の時に、前記データラインを介して前記検出部から画像データを読み出す信号検出回路と、
   前記読み出された画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始を判定する放射線入射判定回路と、
   前記ゲート駆動回路、および前記信号検出回路を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記複数のデータラインを、第１の群と、前記第１の方向において前記第１の群に隣接する第２の群とに分けて前記制御を行い、
   前記放射線入射判定回路は、前記第１の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記検出部から読み出された前記画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始を判定する放射線検出器。
2. 前記信号検出回路は、前記データラインを介して読み出された前記画像データをデジタル信号に変換するＡＤコンバータを有し、
   前記コントローラは、前記放射線入射判定回路により前記放射線の入射開始が検出されるまでは、前記第２の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記ＡＤコンバータの電源をＯＦＦ状態にする請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記コントローラは、前記放射線入射判定回路により前記放射線の入射開始が検出されるまでは、前記第２の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記検出部からの前記画像データの読み出しを停止する請求項１または２に記載の放射線検出器。
4. 前記放射線入射判定回路は、
   判定の対象となる前記画像データと、比較データとの差を求める減算回路と、
   前記減算回路により求められた差分の値と、閾値と、を比較することで前記放射線の入射開始を判定する比較回路と、
   を有し、
   前記コントローラは、前記放射線入射判定回路により前記放射線の入射開始が検出されるまでは、前記第２の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記検出部からの前記画像データに関する前記減算回路および前記比較回路の演算を停止する請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
5. 前記コントローラは、前記放射線入射判定回路により前記放射線の入射開始が検出されるまでは、前記第２の群に含まれている前記データラインに電気的に接続された前記薄膜トランジスタをＯＦＦ状態にする請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。

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