JP6480670B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

Ｘ線等の放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる放射撮影装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素が配列されたアレイを有する放射線撮像装置が実用化されている。

近年、放射線撮像装置の多機能化が検討されている。その一つとして、放射線の照射をモニターする機能を内蔵することが検討されている。この機能によって、例えば、放射線源からの放射線の照射が開始されたタイミングの検知、放射線の照射を停止されるべきタイミングの検知、放射線の照射量または積算照射量の検知が可能になる。

特許文献１には、放射線画像撮影用の画素と、放射線検出用の画素（放射線の照射の開始を検出するための画素）とを有する放射線画像撮影装置が開示されている。放射線画像撮影用の画素の信号および放射線検出用の画素の信号は、同一の信号配線を介して検出される。

特開２０１２−５２８９６号公報

特許文献１に記載された装置では、放射線の照射の開始を検出するためには、放射線が照射されている状態で信号配線に現れる信号を検知する必要がある。ここで、放射線が照射されている状態では、放射線画像撮影用の画素の下部電極の電位が変化する。下部電極と信号配線との間には無視できない寄生容量が存在するので、放射線画像撮影用の画素の下部電極の電位が変化すると、下部電極と信号配線との容量結合（即ち、クロストーク）によって信号配線の電位が変化する。したがって、信号配線の電位は、放射線検出用の画素からの信号のほか、放射線画像撮影用の画素の下部電極との容量結合によっても変化する。特許文献１には、以上のような課題に対する認識についても、そのような課題に対する対策についても開示がない。

本発明は、放射線画像を取得するための画素から放射線をモニターするためのセンサへのクロストークを低減し、放射線をより正確にモニターするために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線撮像装置に係り、前記放射線撮像装置は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、放射線をモニターするためのセンサと、前記複数の変換素子の出力電極から列信号線を介して出力される信号および前記センサの出力電極から検知信号線を介して出力される信号を処理する処理部と、シールドと、を備え、前記シールドは、前記複数の変換素子のうち前記シールドが配置された変換素子の前記出力電極と前記列信号線との間の容量結合を低減するように配置されており、前記複数の変換素子が配列された撮像領域に平行な面への正投影において、前記検知信号線および前記シールドは、前記複数の変換素子のうち互いに隣り合う変換素子と変換素子との間を通って延在するように配置されている。

本発明によれば、放射線画像を取得するための画素から放射線をモニターするためのセンサへのクロストークを低減し、放射線をより正確にモニターするために有利な技術が提供される。

本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の第１実施形態における第１画素、第２画素、第３画素の配置例を示す図。 本発明の第１実施形態における第１画素の構成例を示す図。 本発明の第１実施形態における第２画素の構成例を示す図。 本発明の第１実施形態における第３画素の構成例を示す図。 本発明の第２実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の第２実施形態における第１画素の構成例を示す図。 本発明の第２実施形態における第２画素の構成例を示す図。 本発明の第２実施形態における第３画素の構成例を示す図。 本発明の第３実施形態における第１画素の構成例を示す図。 本発明の第３実施形態における第２画素の構成例を示す図。 本発明の第３実施形態における第３画素の構成例を示す図。 本発明の第４実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の第５実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の第５実施形態における第２画素の構例を示す図。 本発明の第５実施形態の放射線撮像装置の動作を例示する図。 本発明の第６実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の第６実施形態における第２画素の構成例を示す図。 本発明の第７実施形態における第２画素の構成例を示す図。 本発明の第７実施形態における第３画素の構成例を示す図。 放射線撮像システムの構成例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。放射線撮像装置２００は、複数の行および複数の列を構成するように撮像領域ＩＲに配列された複数の画素を有する。該複数の画素は、第１画素１、第２画素２および第３画素３を含む。図１に示された例では、６行×６列を構成するように画素が配列されているが、これは作図上の便宜のためであり、実際には、より多くの画素が配列されうる。

第１画素１、第２画素２および第３画素３は、構造が互いに異なる画素である。第１画素１、第２画素２および第３画素３は、放射線を電気信号に変換する変換素子４と、列信号線（信号線）７と変換素子４との間に配置されたスイッチ５とを含む。スイッチ５は、ＴＦＴ(薄膜トランジスタ)で構成されうる。スイッチ５の制御電極（ゲート電極）には、ゲート駆動部５２によって駆動されるゲート線８が接続されている。ここで、１つの行の画素には、１つのゲート線８が共通に接続されている。なお、ゲート線８が延びた方向が行方向であり、列信号線７が延びた方向が列方向である。

変換素子４の出力電極から出力される信号は、スイッチ５および列信号線７を介して処理部６０（信号処理部６１）に伝送される。第２画素２は、更に、放射線をモニターするためのセンサ６を含む。センサ６の出力電極から出力される信号は、列信号線７を介して処理部６０（信号処理部６１）に伝送される。第２画素２および第３画素３は、シールド１０を含む。シールド１０は、変換素子４の出力電極と列信号線７との間の容量結合を低減するように配置されている。シールド１０には、シールド電源５６から固定電位が供給される。１つの列に配置された第２画素２および第３画素のシールド１０は、相互に接続され、かつ、シールド電源５６に接続されている。

変換素子４およびセンサ６は、放射線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一般的には、撮像領域ＩＲを覆うようにシート状に形成され、複数の画素（複数の変換素子４、および、１または複数のセンサ６）によって共有されうる。光電変換素子は、例えば、ＰＩＮ型光電変換素子でありうる。あるいは、変換素子４およびセンサ６は、放射線を直接に光に変換する変換素子で構成されうる。変換素子４およびセンサ６には、バイアス線９を介してバイアス電源５３からバイアス電位が供給される。

変換素子４およびセンサ６のそれぞれの一方の電極は、バイアス線９を介してバイアス電源５３に接続され、それぞれの他方の電極である出力電極は、列信号線７を介して処理部６０（信号処理部６１）に接続されている。変換素子４およびセンサ６がシンチレータおよび光電変換素子で構成される場合、放射線を受けたシンチレータは、可視光を発生する。この可視光が光電変換素子に入射すると、光電変換によって電子および正孔が発生する。電子および正孔の一方が出力電極に移動し、これにより、列信号線７に電気信号が現れる。この電気信号が信号処理部６１によって読み出される。

図２には、本発明の第１実施形態における第１画素１、第２画素２および第３画素３の配置例が示されている。第１画素１は第１領域Ｒ１に配置され、第２画素２は第２領域Ｒ２に配置され、第３画素３は第３領域Ｒ３に配置されている。第１画素１、第２画素２および第３画素３の配置、あるいは。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の配置は、図２の例に限定されない。

図３には、本発明の第１実施形態における第１画素１の構成が例示されている。ここで、図３（ａ）は、第１画素１の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。なお、平面図は、放射線撮像装置２００の撮像領域ＩＲに平行な面への正投影と等価である。第１画素１は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する変換素子４と、変換素子４の電荷に応じた電気信号を列信号線７に出力するスイッチ（ＴＦＴ）５とを含みうる。図３（ｂ）では、省略されているが、変換素子４は、複数の画素で共有されるシンチレータを含みうる。

スイッチ（ＴＦＴ）５は、ガラス基板等の絶縁性の基板１００の上に配置される。スイッチ５の上には、第１層間絶縁層１１０が配置され、第１層間絶縁層１１０の上に変換素子４が配置されている。スイッチ５は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極１０１と、第１絶縁層１０２と、第１半導体層１０３と、第１半導体層１０３よりも不純物濃度の高い第１不純物半導体層１０４と、第１主電極１０５および第２主電極１０６と、を含む。第１不純物半導体層１０４は、第１主電極１０５および第２主電極１０６にそれぞれ接する領域を有し、第１半導体層１０３のうち当該領域の間に位置する領域がスイッチ５のチャネル領域となる。制御電極１０１は、ゲート線８に接続され、第１主電極１０５は、列信号線７に接続され、第２主電極１０６は、変換素子４の出力電極（個別電極）１１１に接続されている。

第１実施形態では、第１主電極１０５、第２主電極１０６および列信号線７は、同一の導電層で構成され、第１主電極１０５が列信号線７の一部をなしている。第１主電極１０５、第２主電極１０６および列信号線７の上には、列信号線７の側から順に、第２絶縁層１０７、第３絶縁層１０９、第１層間絶縁層１１０が配置されている。第３絶縁層１０９は、スイッチ５、制御電極１０１および列信号線７を覆うように設けられている。

図３（ｂ）に示された例では、スイッチ５は、非晶質シリコンを主材料とした半導体層および不純物半導体層を用いた逆スタガ型のＴＦＴによって構成されているが、これは例示に過ぎない。スイッチ５は、例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のＴＦＴ、有機ＴＦＴ、または、酸化物ＴＦＴで構成されうる。第１層間絶縁層１１０は、スイッチ５を覆うように、基板１００と出力電極（個別電極）１１１との間に配置されており、コンタクトホールを有している。

変換素子４の出力電極１１１と第２主電極１０６とは、第１層間絶縁層１１０に形成されたコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグを通して接続されている。変換素子４は、第１層間絶縁層１１０の上に、第１層間絶縁層１１０の側から順に、出力電極（個別電極）１１１と、第２不純物半導体層１１２と、第２半導体層１１３と、第３不純物半導体層１１４と、共通電極１１５と、を含む。変換素子４の共通電極１１５の上には、第４絶縁層１１６が配置されている。変換素子４の共通電極１１５は、第２層間絶縁層１２０の上に配置されたバイアス線９が接続されている。バイアス線９の上には、保護膜としての第５絶縁層１２１が配置されている。

図４には、本発明の第１実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図４（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。第２画素２は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する変換素子４と、変換素子４の電荷に応じた電気信号を列信号線７に出力するスイッチ（ＴＦＴ）５と、放射線をモニターするためのセンサ６と、シールド１０とを含みうる。図３（ｂ）では、省略されているが、変換素子４およびセンサ６は、複数の画素で共有されるシンチレータを含みうる。センサ６は、第１層間絶縁層１１０の上に配置されていて、第１画素１の変換素子４と同様の構造を有する。放射線画像を取得するための変換素子４および放射線をモニターするためのセンサ６の共通電極１１５は、第２層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス線９に接続されている。モニター用のセンサ６の出力電極（個別電極）１１１は、第１層間絶縁層１１０に形成されたコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグを通して列信号線７に接続されている。

列信号線７の上には、列信号線７の側から順に、第２絶縁層１０７、シールド１０、第３絶縁層１０９、第１層間絶縁層１１０が配置されている。列信号線７の上にシールド１０を配置することによって、変換素子４の出力電極（個別電極）１１１と列信号線７との間の容量結合を低減することができる。ここで、シールド１０は、放射線画像を取得するための変換素子４の出力電極１１１とセンサ６からの信号を読み出すための列信号線７との間に配置された部分を含む。

図５には、本発明の第１実施形態における第３画素３の構成が例示されている。ここで、図５（ａ）は、第３画素３の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ’における断面図である。第３画素３は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する変換素子４と、変換素子４の電荷に応じた電気信号を列信号線７に出力するスイッチ（ＴＦＴ）５と、シールド１０とを含みうる。列信号線７の一部を構成する第２主電極１０５の上にシールド１０を配置することによって、変換素子４の出力電極（個別電極）１１１と列信号線７との間の容量結合を低減することができる。ここで、シールド１０は、放射線画像を取得するための変換素子４の出力電極（個別電極）１１１とセンサ６からの信号を読み出すための列信号線７との間に配置された部分を含む。

第１実施形態では、第１画素１および第３画素３の変換素子４の面積よりも第２画素２の変換素子４の面積が小さいので、第２画素２から読み出される信号の値は、第１画素１および第３画素３から読み出される信号の値よりも小さくなりうる。しかし、このような問題は、信号を増幅するゲインを調整することにより、または、画像処理により、簡単に解決することができる。

次に、第１実施形態の放射線撮像装置２００の動作を説明する。まず、列信号線７にリセット電位を印加しながら複数のゲート線８を順次に活性化する。これにより、第１画素１、第２画素および第３画素３の変換素子４の出力電極１１１の電位がリセットされる。また、センサ６の出力電極１１１は、列信号線７に接続されているので、列信号線７にリセット電位が印加されることによって、センサ６の出力電極１１１の電位がリセットされる。

バイアス電源５３からは、バイアス線９を介して変換素子４およびセンサ６の共通電極１１５に一定のバイアス電位が印加される。このような状態で、センサ６に放射線が入射すると、これが不図示のシンチレータで可視光に変換され、この可視光が第２半導体層１１３で電荷に変換され、その電荷に応じた電気信号が列信号線７を介して処理部６０（信号処理部６１）に出力される。つまり、放射線をモニターするためのセンサ６から、放射線の照射に応じた信号が処理部６０（信号処理部６１）によって読み出される。これにより、放射線の照射をリアルタイムでモニターすることができる。

ここで、放射線が照射されている間は、放射線画像を取得するための第１画素１、第２画素２および第３画素３の変換素子４の出力電極（個別電極）１１１の電位は変化し続ける。シールド１０が設けられていない場合、変換素子４の出力電極１１１と列信号線７との容量結合に起因するクロストークノイズが、列信号線７を介してセンサ６から処理部６０（信号処理部６１）に出力される信号に重畳される。一方、第１実施形態のように、シールド１０を設けることによって、変換素子４の出力電極１１１と列信号線７との容量結合が低減され、クロストークも低減される。

センサ６からの出力に基づいて放射線の照射が検知されると、所定時間の経過後に、放射線画像を取得するための画素（変換素子４）から処理部６０（信号処理部６１）によって信号が読み出される。また、センサ６からの出力に基づいて放射線の照射が検知された後、センサ６からの出力の積分値が規定量に達した段階で、放射線の照射を停止させる信号が放射線源に送られてもよい。

以下、本発明の第２実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。

図６には、本発明の第２実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。第２実施形態では、センサ６の出力電極１１１が列信号線７を介して信号処理部６１に接続されているが、第２実施形態では、センサ６の出力電極１１１が専用の検知信号線（信号線）１１を介して検知部６２に接続されている。ここで、１つの検知信号線１１に対して１または複数のセンサ６が接続される、放射線撮像装置２００は、１または複数の検知信号線１１を有しうる。検知部６２は、検知信号線１１を介してセンサ６から信号を読み出し、これにより放射線をモニターする機能を有する。

図７には、本発明の第２実施形態における第１画素１の構成が例示されている。ここで、図７（ａ）は、第１画素１の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。第１実施形態における第１画素１は、シールド１０を覆うように配置された第２絶縁層１０９を有するが、第２実施形態における第１画素１は、第２絶縁層１０９を有しない。第２実施形態における第１画素１は、他の点においては、第１実施形態における第１画素１と同様である。

図８には、本発明の第２実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図８（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。第２画素２は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する変換素子４と、変換素子４の電荷に応じた電気信号を列信号線７に出力するスイッチ５と、放射線をモニターするためのセンサ６と、シールド１０とを含みうる。

変換素子４およびセンサ６は、複数の画素で共有されるシンチレータを含みうる。センサ６は、第１層間絶縁層１１０の上に配置されていて、画素１の変換素子４と同様の構造を有する。放射線画像を取得するための変換素子４および放射線をモニターするためのセンサ６の共通電極１１５は、第２層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス線９に接続されている。モニター用のセンサ６の出力電極（個別電極）１１１は、第１層間絶縁層１１０に形成されたコンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグを通して検知信号線１１に接続されている。

第２実施形態の第２画素２では、検知信号線１１は、平面図（即ち、撮像領域ＩＲに平行な面への正投影）において、複数の変換素子４の出力電極１１１と重なっていない。また、第２実施形態の第２画素２では、シールド１０は、複数の変換素子４の出力電極１１１と同一の層に配置された部分を含む。

ここで、容量結合は、電極間のポテンシャル勾配が高いほど大きくなるが、電極同士が平面図において重ならない構成では、ポテンシャル勾配が小さくなるので、容量結合が小さくなる。よって、平面図において検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１とが重なってない構成により、検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との容量結合を低減し、クロストークを低減することができる。また、シールド１０と検知信号線１１との間に第１層間絶縁層１１０を配置することによって、検知信号線１１の寄生容量を低減することができる。

第２実施形態では、シールド１０は、検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との間に配置された部分を有しない。しかし、検知信号線１１とシールド１０との距離が検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との距離より小さいので、シールド１０によって検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との容量結合を低減することができる。

図９には、本発明の第２実施形態における第３画素３の構成が例示されている。ここで、図９（ａ）は、第３画素３の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ’における断面図である。第３実施形態の第３画素３では、第２画素２と同様に、検知信号線１１は、平面図において、複数の変換素子４の出力電極１１１と重ならない。また、第２実施形態の第３画素３では、シールド１０は、複数の変換素子４の出力電極１１１と同一の層に配置された部分を含む。これにより、第３画素における検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との容量結合を低減し、クロストークを低減することができる。また、シールド１０と検知信号線１１との間に第１層間絶縁層１１０を配置することによって、検知信号線１１の寄生容量を低減することができる。

以下、本発明の第３実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第３実施形態として言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、シールド１０は、放射線画像を取得するための画素の変換素子４およびセンサ６にバイアス電位を供給するためのバイアス線９と同一層に配置された部分を含む。

図１０には、本発明の第３実施形態における第１画素１の構成が例示されている。ここで、図１０（ａ）は、第１画素１の平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。第１実施形態における第１画素１は、シールド１０を覆うように配置された第２絶縁層１０９を有するが、第３実施形態では、第１画素１の変換素子４の面積と第３画素３の変換素子４の面積とが等しい。これにより、第１画素１の感度と第２画素３の感度との差を小さくすることができる。

図１１には、本発明の第３実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図１１（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＣ−Ｃ’における断面図である。図１１（ｂ）と図１１（ｃ）とは同一の構造を示すものであるが、図１１（ｃ）の方が図１１（ｂ）よりも、現実のアスペクト比に近い。第３実施形態の第２画素２では、シールド１０は、複数の変換素子４およびセンサ６にバイアス電位を供給するためのバイアス線９と同一層に配置された部分を含む。

図１２には、本発明の第３実施形態における第３画素３の構成が例示されている。ここで、図１２（ａ）は、第３画素３の平面図であり、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＣ−Ｃ’における断面図である。図１２（ｂ）と図１２（ｃ）とは同一の構造を示すものであるが、図１２（ｃ）の方が図１２（ｂ）よりも、現実のアスペクト比に近い。第３実施形態の第３画素３では、シールド１０は、複数の変換素子４およびセンサ６にバイアス電位を供給するためのバイアス線９と同一層に配置された部分を含む。

第３実施形態では、検知信号線１１とシールド１０との距離が検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との距離より小さいので、シールド１０によって検知信号線１１と変換素子４の出力電極１１１との容量結合を低減することができる。

以下、本発明の第４実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第４実施形態として言及しない事項は、第１乃至第３実施形態に従いうる。図１３には、本発明の第４実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。第４実施形態では、放射線画像を取得するための画素１、２、３の変換素子４は、スイッチ５および列信号線７を介して信号処理部６１に接続され、センサ６は、検知信号線１１を介して検知部６２に接続されている。

第４実施形態の放射線撮像装置２００は、複数の検知信号線１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と複数のシールド１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）とを有する。ここで、１つの検知信号線１１（例えば、１１ａ）に対して１つのシールド１０（１０ａ）が設けられている。つまり、１つの検知信号線１１（例えば、１１ａ）と１つのシールド１０（１０ａ）とが対をなしている。対をなす検知信号線１１およびシールド１０は、同一列に配置される。複数のシールド１０は、検知部５８に接続されている。検知部５８は、各シールド１０ａ、１０ｂ、１０ｃに現れる電気信号を検知する。処理部６０は、例えば、検知部６２によって検知された信号を検知部５８によって検知された信号に基づいて補正することによって、クロストークによる影響を低減する。第４実施形態における第１画素１、第２画素２、第３画素３は、それぞれ第２実施形態における第１画素１、第２画素２、第３画素３はと同様の構成を有しうる。

以下、第４実施形態における処理部６０の動作例を説明する。クロストークは、放射線画像を取得するための変換素子４の出力電極１１１と検知信号線１１との間の他、変換素子４の出力電極１１１とシールド１０との間でも生じうる。したがって、シールド１０に現れる電気信号に基づいて容量結合（クロストーク）の影響を示す信号を得ることができる。以下において、具体的な例を説明する。

第３画素３の変換素子４の出力電極１１１と検知信号線１１との間の寄生容量をＣｍ、第３画素３の変換素子４の出力電極１１１とシールド１０との間の寄生容量をＣｓとする。検知信号線１１が横切る第３画素３の個数をＮｍ、シールド１０が横切る第３画素３の個数をＮｓとする。

容量結合によって検知信号線１１に流れる信号は、Ｃｍ×Ｎｍに比例する。一方、容量結合によってシールド１０に流れる信号は、Ｃｓ×Ｎｓに比例する。検知信号線１１とシールド１０とは、同一の列の第３画素３を通っているので、Ｎｍ＝Ｎｓである。

したがって、検知信号線１１、シールド１０のそれぞれから得られる容量結合に起因する信号をそれぞれＳｍ、Ｓｓとすると、ＳｍとＳｓの比は、以下のようになる。

Ｓｍ：Ｓｓ ＝ Ｃｍ：Ｃｓ
よって、ＳｍをＳｓで表わすと、
Ｓｍ ＝ Ｓｓ×（Ｃｍ／Ｃｓ）
となる。

ここで、Ｃｍ、Ｃｓは、設計情報に基づいて得られる既知の値である。したがって、シールド１０から得られる信号Ｓｓをモニターしておけば、放射線の照射中に検知信号線１１に重畳されるクロストークの成分であるＳｍを、Ｓｓに基づいて補正することができる。処理部６０は、以上の原理に基づいて、検知部６２によって検知された信号を検知部５８によって検知された信号に基づいて補正することができる。

以下、本発明の第５実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第５実施形態として言及しない事項は、第１乃至第４実施形態に従いうる。図１４には、本発明の第５実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。第１乃至第４実施形態では、センサ６の出力電極１１１と列信号線７または検知信号線１１とが直接に接続されている。第５実施形態では、センサ６の出力電極１１１と検知信号線１１とがスイッチ（ＴＦＴ）２０を介して接続されている。なお、図１４には、第５実施形態として、第２実施形態を変形した例が示されているが、第１、第３または第４実施形態を、センサ６の出力電極１１１と列信号線７または検知信号線１１とがスイッチ（ＴＦＴ）２０を介して接続されるように変更してもよい。

第１画素１および第３画素３は、第２実施形態と同様の構成を有しうる。図１５には、本発明の第５実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図１５（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。第２画素２は、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する変換素子４と、変換素子４の電荷に応じた電気信号を列信号線７に出力するスイッチ５と、放射線をモニターするためのセンサ６と、シールド１０とを含みうる。また、第２画素２は、センサ６の電荷に応じた電気信号を検知信号線１１に出力するスイッチ２０を含みうる。図示されていないが、スイッチ２０は、スイッチ５と同様の構成を有しうる。

放射線画像を取得するための変換素子４を列信号線７に接続するためのスイッチ５の制御電極（ゲート電極）には、ゲート線８が接続され、ゲート線８には、ゲート駆動部５２によってＶｇ（Ｖｇ１〜Ｖｇ６）が印加される。ここで、Ｖｇ１〜Ｖｇ６は、互いに異なる行のスイッチ５に印加される信号を相互に区別するための標記である。センサ６を検知信号線１１に接続するためのスイッチ２０の制御電極（ゲート電極）には、ゲート線１２が接続され、ゲート線１２には、ゲート駆動部５２によってＶｄ（Ｖｄ１〜Ｖｄ３）が印加される。ここで、Ｖｄ１〜Ｖｄ３は、互いに異なる行のスイッチ２０に印加される信号を相互に区別するための標記である。

図１６には、本発明の第５実施形態の放射線撮像装置２００の動作が示されている。放射線撮像装置２００の動作期間は、期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を含む。期間Ｔ１では、Ｖｇ１〜Ｖｇ６、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に順次に活性化される。これにより、画素１〜画素３の変換素子４の出力電極１１１が列信号線７のリセット電位に応じた電位にリセットされ、センサ６の出力電極１１１が検知信号線１１のリセット電位に応じた電位にリセットされる。期間Ｔ２は、放射線が照射されている期間である。期間Ｔ２では、放射線の照射がモニターされる。期間Ｔ２では、例えば、放射線の積算照射量が測定される。期間Ｔ２では、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に断続的に活性化され、第２画素２のセンサ６から信号が読み出される。期間Ｔ３では、放射線の照射が終了し、放射線画像を取得するための変換素子４から信号が読み出される。期間Ｔ３では、Ｖｄ１〜Ｖｄ３は非活性され、Ｖｇ１〜Ｖｇ５が順次に活性化される。

以下、本発明の第６実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第６実施形態として言及しない事項は、第１乃至第５実施形態に従いうる。図１７には、本発明の第６実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。第６実施形態の放射線撮像装置２００では、第２画素２は、変換素子４およびスイッチ５を含まず、センサ６およびスイッチ２０を含む。ここで、センサ６は、スイッチ２０および検知信号線１１を介して処理部６０（検知部６２）に接続されている。第３画素３は、検知信号線１１およびシールド１０を含む。

第１画素１および第３画素３は、例えば、第２実施形態の第１画素１と同様の構成を有しうる。図１８には、本発明の第６実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図１８（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。

スイッチ２０は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極１０１と、第１絶縁層１０２と、第１半導体層１０３と、第１半導体層１０３よりも不純物濃度の高い第１不純物半導体層１０４と、第１主電極１０５および第２主電極１０６と、を含む。第１不純物半導体層１０４は、第１主電極１０５および第２主電極１０６にそれぞれ接する領域を有し、第１半導体層１０３のうち当該領域の間に位置する領域がスイッチ２０のチャネル領域となる。制御電極１０１は、ゲート線１２に接続され、第１主電極１０５は、検知信号線１１に接続され、第２主電極１０６は、センサ６の出力電極（個別電極）１１１に接続されている。

第２画素２からは、放射線画像を構成する信号を読み出すことができないが、周辺の画素の信号を用いて補間処理を行うことで、第２画素２の位置の信号を得ることができる。

以下、本発明の第７実施形態の放射線撮像装置２００について説明する。なお、第７実施形態として言及しない事項は、第１乃至第６実施形態に従いうる。第１画素１は、例えば、第２実施形態の第１画素１と同様の構成を有しうる。図１９には、本発明の第７実施形態における第２画素２の構成が例示されている。ここで、図１９（ａ）は、第２画素２の平面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図である。図２０には、本発明の第７実施形態における第３画素３の構成が例示されている。ここで、図２０（ａ）は、第３画素３の平面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＣ−Ｃ’における断面図である。

放射線画像を取得するための変換素子４に放射線が照射されると、変換素子４の出力電極１１１とシールド１０との容量結合によってシールド１０に電流が流れる。第７実施形態では、処理部６０は、シールド１０に現れる電気信号、即ち、シールド１０を流れる電流に基づいて放射線の照射の開始を検知する。

第２画素２および第３画素では、シールド１０は、第１層間絶縁層１１０に形成されたコンタクトホールに充填されたコンタクトプラグを介して検知信号線１１と同層の金属層１９０に接続されている。金属層１９０は、平面図において、放射線画像を取得するための変換素子４の出力電極１１１と重なっている。このような構成によれば、変換素子４の出力電極１１１とシールド１０との間の寄生容量が増加する。これにより、放射線が変換素子４に入射した際のシールド１０の電位変動が大きくなる。よって、シールド１０に現れる電気信号が大きくなり、放射線の照射開始をより正確に検出することができる。

以下、図２１を参照しながら放射線撮像装置２００を放射線撮像システムに応用した例を説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、前述の放射線撮像装置２００に代表される放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ２１６は発光し、これを光電変換素子で光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

２００：放射線撮像装置、ＩＲ：撮像領域、４：変換素子、５：スイッチ、６：センサ、６０：処理部、１０：シールド、７：列信号線、１１：検知信号線

Claims (13)

1. 放射線撮像装置であって、
   放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、
   放射線をモニターするためのセンサと、
   前記複数の変換素子の出力電極から列信号線を介して出力される信号および前記センサの出力電極から検知信号線を介して出力される信号を処理する処理部と、
   シールドと、を備え、
   前記シールドは、前記複数の変換素子のうち前記シールドが配置された変換素子の前記出力電極と前記列信号線との間の容量結合を低減するように配置されており、
   前記複数の変換素子が配列された撮像領域に平行な面への正投影において、前記検知信号線および前記シールドは、前記複数の変換素子のうち互いに隣り合う変換素子と変換素子との間を通って延在するように配置されている、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記検知信号線は、前記複数の変換素子が配列された撮像領域に平行な面への正投影において、前記複数の変換素子の前記出力電極と重なっていない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記シールドは、前記複数の変換素子の前記出力電極と同一の層に配置された部分を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 放射線撮像装置であって、
   撮像領域に配置され、放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、
   前記撮像領域に配置され、放射線をモニターするためのセンサと、
   前記複数の変換素子の出力電極および前記センサの出力電極から出力される信号を処理する処理部と、
   前記センサと前記撮像領域の一辺との間に配置され、前記センサには配置されていないシールドと、を備え、
   前記センサの前記出力電極から出力される信号は、信号線を介して前記処理部に供給され、
   前記シールドは、前記複数の変換素子のうち前記シールドが配置された変換素子の前記出力電極と前記信号線との間の容量結合を低減するように配置されている、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
5. 前記シールドは、前記複数の変換素子の前記出力電極と前記信号線との間に配置された部分を含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記信号線は、前記センサの前記出力電極から前記処理部に信号を伝送するため、および、前記複数の変換素子の少なくとも１つの変換素子の前記出力電極から前記処理部に信号を伝送するために使われる、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記複数の変換素子の前記出力電極から出力される信号は、前記信号線とは異なる列信号線を介して前記処理部に伝送される、
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記シールドは、前記変換素子および前記センサにバイアス電位を供給するためのバイアス線と同一層に配置された部分を含む、
   ことを特徴とする請求項１、２および４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記処理部は、前記シールドに現れる電気信号を検知する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 放射線撮像装置であって、
    放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、
    放射線をモニターするためのセンサと、
    前記複数の変換素子の出力電極および前記センサの出力電極から出力される信号を処理する処理部と、
    シールドと、を備え、
    前記センサの前記出力電極から出力される信号は、信号線を介して前記処理部に供給され、
    前記シールドは、前記複数の変換素子のうち前記シールドが配置された変換素子の前記出力電極と前記信号線との間の容量結合を低減するように配置され、
    前記シールドは、前記変換素子および前記センサにバイアス電位を供給するためのバイアス線と同一層に配置された部分を含む、
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
11. 放射線撮像装置であって、
    放射線画像を取得するために放射線を電気信号に変換する複数の変換素子と、
    放射線をモニターするためのセンサと、
    前記複数の変換素子の出力電極および前記センサの出力電極から出力される信号を処理する処理部と、
    シールドと、を備え、
    前記センサの前記出力電極から出力される信号は、信号線を介して前記処理部に供給され、
    前記シールドは、前記複数の変換素子のうち前記シールドが配置された変換素子の前記出力電極と前記信号線との間の容量結合を低減するように配置され、
    前記処理部は、前記シールドに現れる電気信号を検知する、
    ことを特徴とすることを特徴とする放射線撮像装置。
12. 前記処理部は、前記シールドに現れる電気信号に基づいて、前記センサから得られた信号を補正する、
    ことを特徴とする請求項９又は１１に記載の放射線撮像装置。
13. 放射線を発生する放射線源と、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。