JP4131883B2

JP4131883B2 - 平面検出器

Info

Publication number: JP4131883B2
Application number: JP07387598A
Authority: JP
Inventors: 真一山田; 隆之富崎; 卓弥坂口; 明塚本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11271456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線診断装置に用いられる平面検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線診断装置に用いられる平面検出器の従来例として、直接変換方式、又は間接変換方式を採用したＸ線固体平面検出器が幾つか提案されている。前者は、例えば米国特許第５，３１９，２０６号明細書に記載されており、後者は、例えば米国特許第４，６８９，４８７号明細書に記載されている。
【０００３】
図１は直接変換方式のＸ線固体平面検出器の概略構成を示す図、図２は間接変換方式のＸ線固体平面検出器の概略構成を示す図である。
これら平面検出器は、電磁波（Ｘ線）を電荷に変換する手段を具備しており、例えば図１の直接変換方式では、高電界下のＳｅ（セレニウム：フォトコンダクタ）へのＸ線入射が電荷生成に寄与し、画素の容量に蓄積される。また、図２に示す間接変換方式の平面検出器では、増感紙やＣＳＩ結晶などの化学物質（図２に示すシンチレーション層）を介してＸ線を一旦光に変換し、フォトダイオードの作用によって光強度を電荷として画素の容量に蓄積するものとなっている。
【０００４】
また、従来の平面検出器は電荷量を電圧に変換する手段を具備しており、画素に蓄積された電荷を例えば薄膜トランジスタのスイッチング機能によって選択し、この選択された電荷をチャージ（読み出し）アンプに転送することでアンプの電圧出力を得ている。また、アナログとして得られるチャージアンプからの電圧出力をディジタル値に変換する手段（例えばアナログ値をディジタル値に変換するＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ））を具備している。図３に、このような平面検出器における信号（電荷）読み出しのための構成を示す。平面検出器は、入射した電磁波に応じた電荷を発生する変換層と、この変換層で発生した電荷を収集する２次元マトリクス状に配列された画素電極と、画素電極で収集された電荷を蓄積するように各画素電極にそれぞれ接続された電荷蓄積素子と、電荷蓄積素子に蓄積された電荷情報を読み出す読出し手段とを備えている。また、読出し手段は、電荷蓄積素子にそれぞれ接続された電荷情報を読み出すことができるように電荷蓄積素子にそれぞれ接続されたスイッチング素子（例えば、薄膜トランジスタ）と、同一行のＴＦＴゲートを電気的に接続する制御用信号線と、この制御用信号線に制御電圧を供給することによりスイッチング素子のＯｎ、Ｏｆｆを行単位で制御するスイッチング素子制御手段と、同一列のＴＦＴの出力を電気的に接続する出力用信号線と、各出力用信号線の出力を選択して出力する選択手段とを備えている。なお、上述したような平面検出器は特にＸ線に限らず光の平面検出器として考えることもできる。
【０００５】
上述したような平面検出器の動作時及び保管時における許容温度範囲はそれほど大きくはない。具体的には、Ｓｅ（フォトコンダクタ）の融解、変質、及びフリージング（低温時）等を回避すべく例えば１０℃〜５０℃とすることが一般的である。
【０００６】
そして、検出器自体が発熱したり、外気温の変化によっては、このような狭い温度範囲に検出器の温度状態を維持できないという問題がある。
ところで、各々の読み出し手段のスイッチング素子に高電圧が印加される可能性がある場合においては、当該スイッチング素子（具体的には薄膜トランジスタなど）を保護するための機構が設けられる。検出器の中で電流が抵抗部分を流れると熱が発生しＳｅ（フォトコンダクタ）および付加膜等が変質し均一な画像が得られなくなるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、その目的はＸ線平面検出器の温度を適切に制御でき、より具体的には検出器の動作温度及び保管温度内に維持することができ、これによりＸ線平面検出器のフォトコンダクタ等が変質するといった不具合が生じることがなく、均一な画像を得ることができるＸ線平面検出器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は次のように構成されている。
本発明の一観点に係る平面検出器は、Ｘ線を検出する画素が２次元的に配列されたＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段において前記Ｘ線が入射する面とは反対側に設けられたガラス支持体と、前記ガラス支持体の前記Ｘ線検出手段とは反対側に、ペルチェ素子等の半導体素子と放熱フィンとを備え、前記ガラス支持体と前記ペルチェ素子等の半導体素子との間及び前記ペルチェ素子等の半導体素子と前記放熱フィンとの間にシリコンゴムを備えた温度制御手段とを備えたことを特徴とする平面検出器である。
【０００９】
この構成によれば電荷変換手段近傍の所定の熱発生領域の温度を制御でき、これにより平面検出器の温度が動作時及び保管時における許容温度範囲を超過することを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図４は本発明の第１実施形態に係るＸ線平面検出器に設けられた冷却機構の構成を斜視図である。同図において６０はＸ線平面検出器のガラス支持体であって、このガラス支持体６０はＸ線の検出面とは反対側に設けられる。本実施形態はＸ線平面検出器の温度を調整する手段として、ガラス支持体６０の熱発生領域６１に取付けられる冷却機構６を備えている。なお、Ｘ線平面検出器の構成については上述した従来のものと同様であるので、ここでは具体的な説明を省略する。
【００１１】
冷却機構６は、ここではペルチェ素子６３、放熱フィン６５、及び強制空冷ファン６６から構成される。また、ペルチェ素子６３とガラス支持体６０との間、および放熱フィン６６とペルチェ素子６３との間には熱伝導体であるシリコンゴム６２、６４が設けられている。
【００１２】
ペルチェ素子６３及び強制空冷ファン６６は独立して駆動制御される。このため各々を同時に作動させ、又は個別に作動させることが可能となっている。
以上のように構成された本実施形態の動作を説明する。
【００１３】
先ず、検出器本体の動作開始後にペルチェ素子６３の駆動が開始される。この時の駆動電圧は特定の値に限定されない。また、ペルチェ素子の駆動と共に強制空冷ファン６６も駆動されて作動する。
【００１４】
ペルチェ素子６３が作動することにより、熱発生領域６１からの熱はシリコンゴム６２及び６４を介して放熱フィン６５側に伝導する。このシリコンゴム６２及び６４は熱伝導体から成るので、熱発生領域６１とペルチェ素子６３との間、及びペルチェ素子６３と放熱フィン６５との間の熱伝導は良好なものとなる。また、放熱フィン６５によればシリコンゴム６４から伝わった熱が放射される。一方、強制空冷ファン６６が作動することにより、熱発生領域６０乃至放熱フィン６５間が強制的に冷却される。
【００１５】
ペルチェ素子６３及び強制空冷ファン６６の駆動の終了は、Ｘ線平面検出器の動作が終了した後に行われる。
尚、過冷却を防ぎ、又は蓄熱によってペルチェ素子６３自体が高温になる現象を防ぐためにペルチェ素子６３或は強制空冷ファン６６の駆動を制御することが望ましい。
【００１６】
以上説明した本実施形態によれば、Ｘ線平面検出器の温度が動作時及び保管時における許容温度範囲を超過することがなくなる。したがってＸ線平面検出器のフォトコンダクタが熱により変質するといった不具合が生じることがなく、これにより均一な画像を得ることができるようになる。
【００１７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、熱発生領域の温度を計測し、これが動作時又は保管時の許容温度範囲外となった場合に強制的に冷却又は暖房を行う温度制御手段を備えたＸ線平面検出器に関する。図５はこの温度調整手段の概略構成を示す回路図である。
【００１８】
同図に示すように例えば熱電対等から成る温度計測センサ７０を備えており、これによりＸ線平面検出器の温度を電気信号として取り出す構成となっている。例えばこの温度計測センサはＸ線平面検出器内部の高電圧面を除く部分に接触させるように設けられる。Ｘ線平面検出器の構成については上述した従来のものと同様である。
【００１９】
また、温度計測センサから得られた電気信号に基づき、Ｘ線平面検出器の現在の温度が動作時及び保管時における許容温度範囲外にあるか否かを判定するためのコンパレータ７１，７２を備える。
【００２０】
さらに、コンパレータ７１，７２の判定結果に従って、Ｘ線平面検出器の温度を制御するためのヒータ７３及び冷却器７４を備える。冷却器７４は、ここでは上記第１実施形態において説明したペルチェ等の半導体素子とするが、これのみに限定されず、他の手段が用いられても良い。具体的には、放熱板、強制空冷手段、水冷手段、油冷手段、ヒートパイプのいずれか又はこれらの組み合わせが用いられていても良い。
【００２１】
尚、制御を行い易くするために温度を表す電気信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等を備えていても良い。
以上のように構成された本実施形態の動作を説明する。
【００２２】
先ず温度検出センサ７０により温度計測が行われる。同センサ７０の測定結果である温度を示す電気信号はコンパレータ７１，７２にそれぞれ供給される。コンパレータ７１は検出された温度が動作時又は保管時における許容温度範囲よりも小さい場合は真の値を出力し、これによりヒータ７３が駆動されて検出器を暖房する。
【００２３】
これにより、フォトコンダクタ（Ｓｅ）の膨張率とガラス支持体の膨張率との間に差によりガラス支持体からフォトコンダクタが剥離するといった検出器の低温時における問題を回避できる。
【００２４】
一方、コンパレータ７２は検出された温度が動作時又は保管時における許容（保証）温度範囲よりも大きい場合は真の値を出力し、これにより冷却器７４が駆動されて検出器を強制冷却する。なお、動作時又は保管時における許容温度範囲は、具体的には、１０℃乃至４０℃である。なお、検出器の暖房時において、ペルチェ素子を駆動する電流の極性を反転させることにより暖房効果を高めるようにしても良い。
【００２５】
このような本実施形態によれば、第１実施形態よりも高精度に、Ｘ線平面検出器の温度を動作温度及び保管温度内に維持することができる。このためＸ線平面検出器のフォトコンダクタが変質するといった不具合が生じることがなく、これにより均一な画像を得ることができるようになる。
【００２６】
ここで、第２実施形態の変形例を説明する。
（変形例１）
変形例１は、第２実施形態のＸ線平面検出器を備えたＸ線診断装置に関する。この装置においては、Ｘ線平面検出器の温度が異常となった場合に、Ｘ線管からのＸ線曝射を停止させるとともに検出器の駆動を停止させる手段を備える。
【００２７】
図６は変形例１の構成を説明するためのブロック図である。
検出器動作中に異常な温度上昇（又は低下）が発生し、当該検出器の温度が動作時又は保管時における許容温度範囲外の状態となった場合、図５に示したコンパレータ７１、７２からＯＦＦ信号が発せられ、この信号がＸ線の発生を制御するコントローラ８０、及び平面検出器の駆動動作を司る制御部８２に供給される。
【００２８】
これによりコントローラ８０はＸ線の発生を停止するようにＸ線管８１を制御する。また、制御部８２は検出器の駆動を停止するような制御動作を行う。
Ｘ線の発生停止及び検出器の駆動停止時においては、上述した冷暖房機構による温度調整が行われる。
【００２９】
このような変形例１によれば、異常温度時において検出器が動作し続けることによる不具合を回避可能となる。
（変形例２）
変形例２は上述した温度調節機構がペルチェ素子等の半導体素子から成る場合のより具体的な構成例に関する。
【００３０】
図７は本実施形態の変形例２に係るＸ線平面検出器の断面図である。
同図に示すように、ゲートＧ、ドレインＤ、ソースＳを含む信号読み出し用の薄膜トランジスタのゲートＧ側にはガラス面９０が形成されており、このガラス面９０の検出器とは反対側の面にペルチェ素子９１を形成する。ペルチェ素子９１はｎ型半導体、ｐ型半導体、及びメタル９２を有して成り、当該素子の駆動用ＤＣ電源９４が接続される。このペルチェ素子９１のさらに外側には、放熱効果（冷却駆動時）を高めるためのヒートシンク９５が設けられる。
【００３１】
このような変形例２によれば、温度調整機構が一体化されたＸ線平面検出器を提供できる。
以下、第１実施形態のより具体的な効果を説明する。
【００３２】
図８は第１実施形態のＸ線平面検出器における冷却時の温度変化を示すグラフである。同グラフにおいて横軸は時間を表し、縦軸は温度を表す。
区間ＡはＸ線平面検出器と冷却機構との密着度を低くし、ペルチェ素子６３及び強制空冷ファン６６を作動させた場合の温度変化であり、区間ＢはＸ線平面検出器と冷却機構との密着度を低くしたままペルチェ素子６３をＯＦＦし、強制空冷ファン６６を作動させた場合であり、区間ＣはＸ線平面検出器と冷却機構との密着度を高くしてペルチェ素子６３及び強制空冷ファン６６を作動させた場合であり、区間ＤはＸ線平面検出器と冷却機構との密着度を高くしたままペルチェ素子６３をＯＦＦし、強制空冷ファン６６のみを作動させた場合である。
【００３３】
同グラフにより、Ｘ線平面検出器と冷却機構との密着度を高くしてペルチェ素子６３及び強制空冷ファン６６を作動させることにより高い冷却効果が得られることがわかる。
【００３４】
以上述べたように、本発明によればＸ線平面検出器の温度を動作温度及び保管温度内に維持することができ、このためＸ線平面検出器のフォトコンダクタが変質するといった不具合が生じることがなく、均一な画像を得ることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＸ線平面検出器の温度を適切に制御でき、より具体的には動作温度及び保管温度内に維持することができ、このためＸ線平面検出器のフォトコンダクタ等が変質するといった不具合が生じることがなく、均一な画像を得ることができるＸ線平面検出器を提供できる。
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例に係る直接変換方式のＸ線固体平面検出器の概略構成を示す図。
【図２】従来例に係る間接変換方式のＸ線固体平面検出器の概略構成を示す図。
【図３】従来例に係る平面検出器における信号（電荷）読み出しのための構成を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＸ線平面検出器に設けられた冷却機構の構成を斜視図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＸ線平面検出器に設けられた温度調整手段の概略構成を示す回路図。
【図６】上記第２実施形態の変形例１の構成を説明するためのブロック図。
【図７】上記第２実施形態の変形例２に係るＸ線平面検出器の断面図。
【図８】上記第１実施形態の具体的な効果を表すグラフ。
【符号の説明】
６０…ガラス支持体
６１…熱発生領域
６２、６４…シリコンゴム
６５…放熱フィン
６６…強制空冷ファン
７０…熱電対
７１、７２…コンパレータ
７３…ヒータ
７４…冷却器
８０…コントローラ
８１…Ｘ線管
８２…制御部
９０…ガラス支持体
９１…ペルチェ素子
９２…メタル
９３…半導体（ｎ型、ｐ型）
９４…ペルチェ素子駆動用ＤＣ電源
９５…ヒートシンク

Claims

Ｘ線を検出する画素が２次元的に配列されたＸ線検出手段と、
前記Ｘ線検出手段において前記Ｘ線が入射する面とは反対側に設けられたガラス支持体と、
前記ガラス支持体の前記Ｘ線検出手段とは反対側に、ペルチェ素子等の半導体素子と放熱フィンとを備え、前記ガラス支持体と前記ペルチェ素子等の半導体素子との間及び前記ペルチェ素子等の半導体素子と前記放熱フィンとの間にシリコンゴムを備えた温度制御手段とを備えたことを特徴とする平面検出器。
前記ガラス支持体における熱発生領域の温度を計測する計測手段を備え、
前記温度制御手段は、前記計測手段の計測結果に基づいて前記熱発生領域を冷却又は暖房することを特徴とする請求項１に記載の平面検出器。
前記温度制御手段は、前記Ｘ線検出手段と別体で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面検出器。
前記温度制御手段は、前記Ｘ線検出手段と一体で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面検出器。
前記温度制御手段は、前記Ｘ線検出手段の温度が動作時又は保管時の許容温度範囲内となるように温度制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の平面検出器。