JP4011734B2 - 2次元光センサ、それを用いた放射線検出装置及び放射線診断システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿からの反射光を検出する2次元光センサ、あるいはX線、γ線等の放射線を直接あるいは可視光に変換後に検出するのに適した2次元光センサ、ならびにこの2次元光センサを用いて構成した放射線検出装置及び放射線診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、放射線診断で放射線透過像を観察するのに、一般的にはフィルムが用いられていた。また、放射線を照射しながらリアルタイムで透過像を観察するのために、イメージインテンシファイア(以下「I/I」と記す)が用いられているが、大型で重いという問題があった。
【0003】
最近、小型、軽量であり、リアルタイムで透過像を観察する検出器として、アモルファスシリコン(以下「a−Si」と記す)を用いた大型センサが提案されている。これは、a−Siを用いた受光エレメントであるフォトダイオードと、スイッチング素子である薄膜トランジスタ(以下「TFT」と記す)を1対1で組み合わせて1画素とし、a−Siで形成されたこの受光エレメントを2次元のマトリクス状に並べて構成したものである(たとえば特表平7−502865号公報参照)。
【0004】
このフォトダイオードは、pin型フォトダイオードであるが、フォトダイオードには、pn型、ショットキー型などのフォトダイオードがある。また、その他、MIS型のフォトセンサも本出願人により提案された(特開平8−116044号公報)。このフォトセンサでは、光の入射側の上には透明電極が設けられ、更にセンサの共通電極の配線Vce線が金属で形成されている。フォトダイオードからスイッチであるTFTを経て光信号をアンプまで出力する信号線Vsig線に平行に、Vce線がフォトダイオードの上部の一部を通って配線されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような従来の技術では、センサの共通電極として、光に対して不透明な金属(例えばAl、Cr、W、Ta、Mo等)を用いているために、共通電極線がフォトダイオードの受光部を覆い、受光部の開口度を下げ、それにより光出力の減少とS/Nの低下を招いていた。
【0006】
本発明は、大画面、高精細な光センサであっても、受光部の開口度を確保し、光出力を増加させ、良好なS/Nを確保することが可能な2次元光センサを提供することを目的とする。
【0007】
本発明の他の目的は、上記の2次元光センサを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する2次元光センサにおいて、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする。
【0009】
好ましくは、前記共通電極線の配線部の少なくとも一方の端面の主要部分は、真上から投影して、前記信号線の端面と同じ、もしくは端面より内側におかれる。
【0010】
共通電極線は、前記スイッチング素子部分で前記スイッチング素子のチャネル部分を覆うように設けられる。
【0011】
また本発明は、行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する2次元光センサ上に、放射線を可視光に変換する手段を設けた放射線検出装置において、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする。
【0012】
さらに本発明は、行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有し、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されている2次元光センサと、前記2次元光センサ上に設けた放射線を可視光に変換する手段と、を有する放射線検出装置を、放射線診断装置の画像読取り手段として用いたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態を示す平面図であり、図2(a)は図1のA−A′部分の断面図、図2(b)は図1のA−A′部分の断面図である。
【0014】
図1において、符号11はフォトダイオードを示し、これはa−Siにより形成されたpin型、pn型、またはショットキー型(MIS型を含む)のフォトダイオードである。このフォトダイオード11は、TFT13のドレイン電極12上に形成されている。TFT13は、フォトダイオード11に光が入射して発生した光出力を信号線(Vsig線)14に転送する。16はTFT13を駆動するゲート線である。
【0015】
図2において、フォトダイオード11は、光入射側に設けられた透明電極104を経て、絶縁保護膜103に開けられた開口を通して、共通電極線(Vce線)15により一定の電位のバイアスが印加される。この共通電極線(Vce線)15は、図1、図2で示されるように、フォトダイオード11から取り出す部分を除く殆どの部分が、信号線14の上部に形成されている。従って、共通電極線(Vce線)15の配線部は、フォトダイオード11の入射部を殆ど遮光しない。特に図2(b)に明らかなように、共通電極線15の配線部は、信号線14と同じもしくはそれよりも幅が狭い信号線14の上部の範囲内に形成されている。
【0016】
図3は、本発明の光センサを作成工程を説明するプロセス図である。この作成工程を、図1のC−C′部分の断面を用いて説明する。
【0017】
(a)ガラス基板101上にTFTのゲート配線16を形成する。
【0018】
(b)その上に、ゲート絶縁膜となる、例えば窒化シリコン等からなる絶縁膜102、半導体層105、及び例えば窒化シリコン等の絶縁膜からなるチャネル保護膜106を堆積する。
【0019】
(c)その後、チャネル保護膜106を、チャネル部分のみ残すようにパターニングする。
【0020】
(d)その上に、例えばn+ にドープしたa−Siや微結晶(μc−)SiからなるTFTのオーミックコンタクト層107を堆積し、オーミックコンタクト層107と半導体層105をTFT部分のみ残すようにパターニングする。
【0021】
(e)さらに、金属例えばAlを1μmスパッタで堆積し、信号線(ソース電極)14とソース電極12をパターニングし、TFT13を形成する。
【0022】
(f)TFTのドレイン電極12上にa−Siのp層、i層、n層を堆積し、その上にITO(インジウムティンオキサイド)等の透明電極を成膜し、受光部分をパターニングし、pin型フォトダイオード11及び透明電極104を形成する。フォトダイオード11を形成するa−Siの型の順序は、前述とは逆のn層、i層、p層の順でも構わないが、正孔の拡散長の方が電子の拡散長より長いことから、光入射側をp層とする方がセンサの効率がより良い。
【0023】
上記の工程(a)から(f)までは、図1のC−C′部分の断面を用いた。(f)と同じ工程を、図1のA−A′部分の断面で(g)に示す。以下の(g)〜(i)の工程は、A−A′部分の断面を使って説明する。
【0024】
(g)TFT部を含まないA−A′断面でドレイン電極12上にフォトダイオード11、透明電極104が形成されている。
【0025】
(h)その上に絶縁保護膜103を堆積し、透明電極104と共通電極線15を接続するためのコンタクトホール108を開ける。
【0026】
(i)その上に例えばAlのような金属を堆積し、絶縁保護103に開けられたコンタクトホール108を介して、透明電極104と接続するとともに、共通電極線15を信号線14の上部にパターニングし、電源への接続に必要な配線部分は信号線14上に配置するようにする。特に共通電極線15のセンサから引き出す部分以外は、信号線14の上部に信号線14より小さい幅か同じ幅で共通電極線15を形成する。共通電極線15の主要な配線部は、14信号線上に形成されている。
本発明の第2の実施の形態を図4にしたがって説明する。
【0027】
図4の例では、共通電極線15を、TFT13の部分のみでTFT13上部に張り出させたものである。共通電極線15のTFT13の上部には、TFT13のチャネル部を覆うよう遮光部17が形成されて、TFT13のチャネル部分を上部から入射する光から遮光している。
【0028】
尚、図5のTFTはいわゆるチャネルエッチタイプで、チャネル保護層を設けずに、TFTの金属電極(ソース・ドレイン電極)を形成した後にチャネル部分のオーミックコンタクト層107を除去している。この場合には、半導体層105も若干オーバーエッチングされているが、チャネル保護層を設ける為のマスクが不要で、プロセスが簡便になるという利点がある。
【0029】
図6(a)、(b)は、前述の第1の実施の形態の構成のセンサを、放射線検出装置に用いた構成例の断面図を示す。
【0030】
ここで用いられたセンサは、TFT、フォトダイオード、配線部を形成した後、センサ部分を保護する窒化シリコンからなる第2絶縁膜109を形成してある。この第2絶縁膜109を無機膜で形成することで水、湿気の進入を完全に防ぐ事も出来る。その上にエポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる接着剤を使ってシンチレーター111をはりつけてある。シンチレーター111としては希土類系の蛍光体、あるいはCsI(Tl)等を使用することができる。このシンチレーター111は、X線112を、a−Siのセンサの感度の大きい波長の可視光に変換する。
【0031】
図7、図8は、本発明のセンサを放射線検出装置、例えばX線検出装置に適用した場合の模式的構成図及び模式的断面図を示している。図7において、a−Siセンサ基板200内に、a−Siフォトダイオード及びa−SiTFTからなる複数個の受光エレメントがマトリクス状に形成され、このa−Siセンサ基板200の一方の縁部表面に、シフトレジスタIC(SRI)が実装された第1フレキシブル回路基板201が、さらにこの縁部に直角なもう一方の縁部の表面に、センサの光信号を増幅し、検出する検出用ICが実装された第2フレキシブル回路基板202がそれぞれ接続されている。また第1、第2フレキシブル回路基板の、センサ基板200とは反対側には、各々、回路基板PCB1およびPCB2が接続されている。
【0032】
図8において、前記a−Siセンサ基板200が複数枚(例えば4枚)基台203上に貼り合わされ、大型の2次元光センサを構成している。基台203のX線212の入射側と反対側には、処理回路206のメモリ205のような電気回路あるいはICをX線から保護するための鉛板204が実装されている。さらに検出用IC202は、フレキシブル回路基板をU字形に折り曲げることにより、入射X線に対して保護用鉛204の影になるように配置してある。a−Siセンサ基板200上には、X線212を可視光に変換するためのシンチレーター例えばCsI(TI)210が貼り付け、あるいは表面に直接形成されている。
【0033】
このように構成されたX線検出装置は、前述と同様の原理で変換された可視光の量を検出することで、X線の量を検出することができる。
【0034】
図7、図8の例では、センサ基板電気回路全体をカーボンファイバー製のケース211に収納している。
【0035】
図9は、本発明の2次元光センサの放射線診断システムへの応用例を示したものである。
【0036】
X線チューブ301で発生したX線302は、患者あるいは被験者303の胸部304を透過し、蛍光体を上部に実装した光電変換装置305に入射する。この入射したX線像には、患者303の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応して蛍光体が発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され、イメージプロセッサ306により画像処理され、制御室のディスプレイ307で観察できる。
【0037】
また、この情報は、電話回線308の伝送手段により遠隔地へ転送でき、離れた別の場所のドクタールームなどでディスプレイ309に、必要あれば白黒反転して表示し、もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師の診断に利用することも可能である。またフィルムプロセッサ310によりフィルム311に記録することもできる。
【0038】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、受光エレメントの開口が大きくなり、大きなセンサ出力を得る事が出来るので、SN比が高い2次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。さらに、開口を大きくすることで、同じセンサ出力を得るのに必要な画素サイズを小さくすることが出来、高精細な2次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。
【0039】
また、本発明において、共通電極をTFTの遮光に用いることで、TFTのoff時のリーク電流を低減することが出来、これにより更にSN比の高い、特性の安定した2次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を表す平面図である。
【図2】(a)は図1のA−A′部分の断面図。
(b)は図1のA−A′部分の断面図。
【図3】本発明の光センサを作成工程を説明するブロセス図である。
【図4】第2の実施例の断面図で、共通電極線をTFT上部に張り出させたもの。
【図5】別の実施例の断面図。
【図6】(a)、(b)は本発明のセンサを放射線検出装置に用いたときの断面図。
【図7】本発明を放射線検出装置に用いたときの模式的構成図。
【図8】本発明を放射線検出装置に用いたときの模式的断面図。
【図9】本発明を放射線診断システムへの応用例を示す図。
【符号の説明】
11 フォトダイオード
12 ドレイン電極
13 TFT
14 信号線
15 共通電極線
16 ゲート線
101 ガラス基板
102 絶縁膜
103 絶縁保護膜
104 透明電極
105 半導体層
106 チャンネル保護層
107 オーミックコンタクト層
108 コンタクトホール
109 第2絶縁膜
110 接着層
111 シンチレーター
200 a−Siセンサ基板
201 第1フレキシブル回路基板
202 第2フレキシブル回路基板
203 基台
204 鉛板
205 メモリ
206 処理回路
210 シンチレーター
211 ケース
301 X線チューブ
302 X線
303 患者
304 胸部
305 光電変換装置
306 イメージプロセッサ
307 ディスプレイ
308 電話回線
309 ディスプレイ
310 フィルムプロセッサ
311 フィルム
Claims (5)
- 行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、
各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、
各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、
を有する2次元光センサにおいて、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする2次元光センサ。 - 前記共通電極線の配線部の少なくとも一方の端面の主要部分は、真上から投影して、前記信号線の端面と同じ、もしくは端面より内側にある請求項1に記載の2次元光センサ。
- 前記共通電極線は、前記スイッチング素子部分で前記スイッチング素子のチャネル部分を覆っている請求項1に記載の2次元光センサ。
- 行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する2次元光センサ上に、放射線を可視光に変換する手段を設けた放射線検出装置において、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする放射線検出装置。 - 行と列の2次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有し、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されている2次元光センサと、
前記2次元光センサ上に設けた放射線を可視光に変換する手段と、
を有する放射線検出装置を、放射線診断装置の画像読取り手段として用いたことを特徴とする放射線診断装置。
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