JP6530600B2 - 放射線検出装置及び放射線検出システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置及び放射線検出システムに関する。

放射線を２次元アレイ状に検出する放射線検出装置が広く利用されている。近年、こうした放射線検出装置の多機能化が検討され、その１つとして自動露出制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＥＣ）機能の内蔵が検討されている。ＡＥＣ機能は、放射線源が放射線を照射している間、放射線検出装置が照射情報を取得する手段として利用される。例えば放射線源から放射線が照射される照射開始のタイミングの取得、放射線の照射が停止される照射停止のタイミングの取得、放射線の瞬間照射量や積算照射量の取得などに利用できる。また例えば、積算照射量を監視し、積算照射量が適正量に達したとき、放射線検出装置が放射線源を制御し、放射線の照射を終了させることも可能となる。

特許文献１には、放射線を検出する検出領域に、画像取得用の画素と、照射情報取得用の検出画素とをマトリクス状に設けた放射線検出装置が示されている。検出画素によって取得された放射線の照射に基づく照射情報信号は、マトリクス中に配された配線（検出配線）を介して画素領域外に設けられた読出し回路で読み出される。これによって、放射線検出装置は、放射線の照射情報を取得する。

特開２０１２−１５９１３号公報

特許文献１の構造において、画像取得用の画素の電荷を読み出すための個別電極と、検出配線との対向する部分が多数存在する。このため、検出配線と個別電極との間の寄生容量が無視できないことを、本発明者は見出した。このような構造を有する放射線検出装置において、放射線照射中に検出画素によって取得された照射情報信号を読み出す場合、放射線照射によって生じる画素の個別電極の電位変動が寄生容量を介して検出配線に伝わる。この結果、検出配線の電位の変動するクロストークが発生する。この寄生容量を介したクロストークによって、放射線照射中の照射情報を正確に取得することが難しい。本発明は、放射線検出装置において、取得する放射線の照射情報の正確性を向上する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面は、放射線を検出した画像を取得するための第１の画素と、放射線の照射情報を取得するための第２の画素と、を有する撮影領域を基板上に有する放射線検出装置に係り、第１の画素は、基板の上に配された第１の電極と、第１の電極の上に配された第２の電極と、を含む第１の変換素子を有し、第２の画素は、第２の画素に照射された放射線に基づく信号を生成する、基板の上に配された第２の変換素子を含む変換回路を有し、放射線検出装置は、第１の変換素子及び変換回路を覆う絶縁層と、第１の変換素子を駆動するためのバイアス電源に第２の電極を接続するためのバイアス線と、第２の変換素子が生成した信号を撮影領域の外部の検出回路へ伝達するための検出線と、第１の変換素子及び変換回路を覆う絶縁層と、絶縁層を貫通し、変換回路と検出線とを接続するコンタクトプラグと、を更に有し、検出線が、第２の電極に対して第１の電極とは反対側に配され、第２の変換素子は、基板の上に配された第３の電極と、第３の電極の上に配された第４の電極と、を含み、第１の電極は、第１のスイッチ素子と信号線とを介して、画像の転送される撮影領域の外部の読出し回路に接続され、第３の電極は、検出線及びコンタクトプラグを介して検出回路に接続され、第４の電極は、バイアス線を介してバイアス電源に接続され、バイアス電源の電位と、検出回路の基準電位と、の差に相当する電圧が第２の変換素子に印加されることを特徴とする。また、本発明の別の側面は、放射線を検出した画像を取得するための第１の画素と、放射線の照射情報を取得するための第２の画素と、を有する撮影領域を基板上に有する放射線検出装置に係り、第１の画素は、基板の上に配された第１の電極と、第１の電極の上に配された第２の電極と、を含む第１の変換素子を有し、第２の画素は、第２の画素に照射された放射線に基づく信号を生成する、基板の上に配された第２の変換素子を含む変換回路を有し、放射線検出装置は、第１の変換素子及び変換回路を覆う絶縁層と、第１の変換素子を駆動するためのバイアス電源に第２の電極を接続するためのバイアス線と、第２の変換素子が生成した信号を撮影領域の外部の検出回路へ伝達するための検出線と、第１の変換素子及び変換回路を覆う絶縁層と、絶縁層を貫通し、変換回路と検出線とを接続するコンタクトプラグと、を更に有し、検出線が、第２の電極に対して第１の電極とは反対側に配され、第２の変換素子は、基板の上に配された第３の電極と、第３の電極の上に配された第４の電極と、を含み、第１の電極は、第１のスイッチ素子と第１の信号線とを介して、画像の転送される撮影領域の外部の読出し回路に接続され、第３の電極は、第２の信号線を介して読出し回路に接続され、第４の電極は、検出線及びコンタクトプラグを介して検出回路に接続され、読出し回路の基準電位と、検出回路の基準電位と、の差に相当する電圧が第２の変換素子に印加されることを特徴とする。

上記手段により、放射線検出装置において、取得する放射線の照射情報の正確性を向上する技術が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の全体図。 図１の放射線検出装置の画素及び読出し回路の等価回路図。 図１の放射線検出装置の検出画素周辺の平面図。 図１の放射線検出装置の画素の断面図。 図１の放射線検出装置の画素の断面図の変形例を示す図。 図１の放射線検出装置の検出画素周辺の平面図の変形例を示す図。 図１の放射線検出装置の画素の断面図の別の変形例を示す図。 図１の放射線検出装置の全体図及び画素の等価回路図の変形例を示す図。 図１の放射線検出装置の検出画素周辺の平面図の別の変形例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の画素及び読出し回路の等価回路図。 図１０の放射線検出装置の検出画素周辺の平面図。 図１０の放射線検出装置の画素の断面図。 本発明の実施形態に係る放射線検出装置の放射線源に対する配置図。 本発明の実施形態に係る放射線検出装置の検出画素の配置例を示す図及び検出画素の駆動タイミング例を示す図。 図１４の検出画素周辺の等価回路図。 本発明の実施形態に係る放射線検出装置を用いた放射線検出システムの構成例を説明する図。

以下、本発明に係る放射線検出装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

第１の実施形態
図１から９を参照して、第１の実施形態による放射線検出装置の構造を説明する。図１は、第１の実施形態における放射線検出装置１０１を模式的に示す全体図である。放射線検出装置１０１の放射線を検出する撮影領域１０７に、複数の画素が２次元行列的にアレイ状に配されている。撮影領域１０７に配された複数の画素は２種類の画素を含む。１つは放射線を検出した画像を取得するための第１の画素である撮像画素１１０であり、もう１つは放射線の照射情報を取得するための第２の画素である検出画素１１１である。本実施形態では撮影領域１０７に２種類の画素のみが配されるが、他の種類の画素が配されてもよい。図１には説明を簡単にするために検出画素１１１を１つのみ示しているが、撮影領域１０７には複数の検出画素１１１が点在していてもよい。また、検出画素１１１は、行又は列方向に複数接続して配置されていてもよいし、特定の領域に偏るように配置されていてもよい。

それぞれの撮像画素１１０は、制御線１５０、信号線１６０及びバイアス線１９０に接続される。制御線１５０は、行方向に配され、撮像画素１１０と走査回路１０２とを接続する。信号線１６０は、列方向に配され、撮像画素１１０と読出し回路１０３とを接続する。バイアス線１９０は、バイアス電源１０５に接続され、撮像画素１１０の変換素子が放射線を電荷に変換するためのバイアス電位を供給する。放射線検出装置１０１において、走査回路１０２を駆動することによって、撮像画素１１０の出力信号が信号線１６０を介して読出し回路１０３で読み出される。この結果、診断に用いられる２次元画像が得られる。

検出画素１１１は、検出画素用制御線１０８、検出線１６１及びバイアス線１９０に接続される。検出画素用制御線１０８は、検出画素１１１と検出画素用走査回路１０６とを接続する。検出線１６１は、検出画素１１１と撮影領域１０７の外部に配される検出回路である検出画素用読出し回路１０４とを接続する。バイアス線１９０は、バイアス電源１０５に接続され、検出画素１１１の変換素子を駆動するためのバイアス電位を供給する。検出画素用走査回路１０６を駆動することによって、検出画素１１１に照射された放射線に基づき生成された照射情報信号が検出線１６１を介して検出画素用読出し回路１０４で読み出される。この検出画素１１１からの出力信号によって、検出画素１１１の配された場所に到達した放射線の照射開始や照射停止のタイミング、瞬間照射量、積算照射量などの照射情報が得られる。

検出線１６１は、撮像画素１１０の上を横切るように配されてもよい。図１に示す放射線検出装置１０１において、撮像画素１１０のうち、画素の上を検出線１６１が横切る画素を検出線通過画素１１２と表す。

本実施形態において、走査回路１０２、読出し回路１０３、バイアス電源１０５及び検出画素用走査回路１０６は、撮影領域１０７の外部に配される。また本実施形態において、読出し回路１０３と検出画素用読出し回路１０４とは、それぞれ独立した読出し回路として設けられるが、読出し回路１０３と検出画素用読出し回路１０４とは、一体の読出し回路であってもよい。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に、撮像画素１１０及び検出画素１１１の等価回路を示す。撮像画素１１０は、第１の変換素子である光電変換素子１２０と第１のスイッチ素子であるスイッチ素子１３０とを備える。光電変換素子１２０は、第１の電極１２５、第２の電極１２６及び変換部１２４を含む。スイッチ素子１３０として、例えばトランジスタが用いられる。スイッチ素子１３０は、ドレイン電極１３５、ソース電極１３６及びゲート電極１３２を含む。第１の電極１２５は、ドレイン電極１３５に接続される。第１の電極１２５は、各画素の光電変換素子１２０それぞれから信号を読み出す個別の電極であり、第１の電極１２５からスイッチ素子１３０及び信号線１６０を介して読出し回路１０３に各画素の出力信号が送られる。第２の電極１２６は、バイアス線１９０に接続される。第２の電極１２６は、各画素の光電変換素子それぞれに共通の電極であり、バイアス電源１０５からバイアス電位が供給される。列方向に配置された撮像画素１１０のスイッチ素子１３０のソース電極１３６は、列方向に共通の信号線１６０に接続される。行方向に配置された撮像画素１１０のスイッチ素子１３０のゲート電極１３２は、行方向に共通の制御線１５０に接続されている。ゲート電極１３２へ印加される電位によって、スイッチ素子１３０のＯＮ、ＯＦＦが制御される。なお検出線通過画素１１２の等価回路は、撮像画素１１０の等価回路と同じであってよい。

検出画素１１１は、第２の変換素子である光電変換素子１２１を含む変換回路と第２のスイッチ素子であるスイッチ素子１３１とを備える。本実施形態において、変換回路は光電変換素子と第２のスイッチ素子を有する。また変換回路は、例えば増幅回路などを有してもよい。光電変換素子１２１は、第３の電極１２５１、第４の電極１２６１及び変換部１２４１を含む。スイッチ素子１３１として、例えばトランジスタが用いられる。スイッチ素子１３１は、ドレイン電極１３５１、ソース電極１３６１及びゲート電極１３２１を含む。第３の電極１２５１は、ドレイン電極１３５１に接続される。第３の電極１２５１からスイッチ素子１３１及び検出線１６１を介して検出画素用読出し回路１０４に、検出画素１１１の光電変換素子１２１に照射された放射線に基づく出力信号が伝達される。第４の電極１２６１は、バイアス線１９０に接続される。第４の電極１２６１は、撮像画素１１０及び検出線通過画素１１２の第２の電極１２６と同様に、バイアス電源１０５からバイアス電位が供給される。列方向に配置された検出画素１１１のスイッチ素子１３１のソース電極１３６１は、検出線１６１に接続される。行方向に配置された検出画素１１１のスイッチ素子１３１のゲート電極１３２１は、検出画素用制御線１０８に接続されている。ゲート電極１３２１へ印加される電位によって、スイッチ素子１３１のＯＮ、ＯＦＦを制御する。

次にバイアス電源１０５、読出し回路１０３及び検出画素用読出し回路１０４について説明する。撮像画素１１０の光電変換素子１２０を光電変換動作させるため、光電変換素子１２０の第１の電極１２５と第２の電極１２６との間に印加される電圧、つまりバイアス電源１０５と読出し回路１０３との間の電位差を適切に設定する。具体的には、光電変換素子１２０の変換部１２４を構成する例えばＰＩＮフォトダイオードやＭＩＳ型素子などの半導体層の少なくとも一部に空乏層が形成されるように、この電位差を設定する。また同様に検出画素１１１の光電変換素子１２１を光電変換動作させるため、第３の電極１２５１と第４の電極１２６１との間に印加される電圧、つまりバイアス電源１０５と検出画素用読出し回路１０４との間の電位差を適切に設定する。これらの条件のもと、放射線検出装置１０１を動作させる際の読出し回路１０３の基準電位、検出画素用読出し回路１０４の基準電位及びバイアス電源１０５の電位は自由に選択してよい。また読出し回路１０３及び検出画素用読出し回路１０４での信号の読出しの方式は、電荷読出し方式、電圧読出し方式、電流読出し方式などの、いずれの方式であってもよい。図２（ｃ）に読出し回路１０３、図２（ｄ）に検出画素用読出し回路１０４として用いることのできる電荷読出し方式の等価回路の例を示す。読出し回路１０３及び検出画素用読出し回路１０４の基準電位は、各積分増幅器の基準電位であり、例えば図２（ｃ）及び図２（ｄ）の場合、接地電位（ＧＮＤ電位）である。この場合、光電変換素子１２０及び光電変換素子１２１に印加される電圧は、ともにバイアス電源１０５とＧＮＤ電位との間の電位差と等しくなる。

図３に、検出画素１１１周辺の平面図を示す。図３は、撮影領域１０７のうち、２つの撮像画素１１０、１つの検出画素１１１及び１つの検出線通過画素１１２を示す。光電変換素子１２０及び光電変換素子１２１の１辺の大きさは、例えば１００〜２００μｍ程度であり、互いに隣接する光電変換素子１２０同士の間隔及び互いに隣接する光電変換素子１２０と光電変換素子１２１との間隔は、例えば５〜２０μｍ程度である。

図４に、撮像画素１１０、検出画素１１１及び検出線通過画素１１２の断面図を示す。図４（ａ）から（ｃ）は、図３のＡ−Ａ’間からＣ−Ｃ’間における各画素の断面図である。撮影領域１０７の基板１００の上に、各画素が形成される。本実施形態において、基板１００として絶縁基板を用い、スイッチ素子１３０、１３１として、逆スタガ型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いる。また変換部１２４、１２４１として、ＰＩＮフォトダイオードを用いる。しかし本発明は、これに限られるものではない。基板１００として、例えばガラスやプラスチックなどの絶縁基板を用いてもよいし、例えばシリコンなどを用いた半導体基板や、アルミニウムなどの金属を用いた導電体基板を基板１００として用いてもよい。半導体基板や導電体基板を基板１００として用いる場合、基板１００の表面の一部又は全面を絶縁膜で覆って用いてもよい。また例えばスイッチ素子１３０、１３１に、トップゲート型のＴＦＴを用いてもよいし、ＴＦＴのチャネル部に多結晶シリコンを用いてもよい。またシリコンなどの半導体基板を用いて、この基板上にトランジスタを形成してもよい。また例えば、変換部１２４、１２４１にＭＩＳ型素子を用いてもよい。また例えば撮像画素１１０の変換部１２４はＰＩＮダイオードを用い、検出画素１１１の変換部１２４１はＭＩＳ型素子を用いるなど、異なる構造の素子を用いてもよい。これら組み合わせは、自由に選択できる。放射線検出装置１０１の撮影領域１０７及び撮影領域１０７の外部に配される画素や素子、回路に応じて適宜選択すればよい。

撮像画素１１０のスイッチ素子１３０は、基板１００の上に形成される。本実施形態において、スイッチ素子１３０は、第１の電極１２５の下の層、すなわち第１の電極１２５よりも基板１００に近い位置に形成される。ゲート絶縁膜１３３は、図４（ａ）に示すように、撮像画素１１０全体を覆っていてもよいし、例えばスイッチ素子１３０のゲート電極１３２だけを覆っていてもよい。スイッチ素子１３０の上に、保護膜１３４及び層間絶縁膜１４２が、スイッチ素子１３０、制御線１５０及び信号線１６０を覆うように形成される。光電変換素子１２０は、層間絶縁膜１４２の上に形成される。光電変換素子１２０は、基板１００に近い側から第１の電極１２５、第１の不純物半導体層１２７、真性半導体層１２８、第１の不純物半導体層１２７と逆の導電型の第２の不純物半導体層１２９、第２の電極１２６の順番に積層される。第１の不純物半導体層１２７と真性半導体層１２８と第２の不純物半導体層１２９とは、ＰＩＮフォトダイオードを構成し、変換部１２４を構成する。第１の電極１２５は、保護膜１３４及び層間絶縁膜１４２を貫通したコンタクトホール設けられたコンタクトプラグＣ１を介して、スイッチ素子１３０のドレイン電極１３５に接続される。第２の電極１２６の上には、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３を含む絶縁層が、光電変換素子１２０を覆うように形成される。層間絶縁膜１４３の上にはバイアス線１９０が基板１００の表面に平行な方向に延在し、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３に設けられたコンタクトプラグＣ２を介して、第２の電極１２６に接続される。バイアス線１９０の上には、保護膜１４１が形成される。コンタクトプラグＣ１及びＣ２には、例えば金属などの導電部材からなる配線が用いられ得る。

図４（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ’間における検出線通過画素１１２の断面図である。図４（ａ）に示す撮像画素１１０と比較して、基板１００の表面に平行な方向に延在する検出線１６１を有することが異なり、他の部分は撮像画素１１０と同じであってよい。検出線１６１は、第２の電極１２６に対して第１の電極１２５とは反対側に配される。本実施形態において検出線１６１は、第１の電極１２５の上に配された第２の電極１２６の上の、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３で構成される絶縁層の上に延在し、保護膜１４１で覆われる。検出線１６１は、図４（ａ）に示すようにバイアス線１９０の配される層間絶縁膜１４３と同じ層間絶縁膜の上に配されてもよい。検出線１６１は、第２の電極１２６よりも基板１００の表面から離れており、第２の電極１２６の上に配された絶縁層の上に配される。また本実施形態において、検出線通過画素１１２の検出線１６１は、基板１００の表面に対する平面視において第２の電極１２６に重なる位置を含む。

図４（ｃ）は、図３のＣ−Ｃ’間における検出画素１１１の断面図である。検出画素１１１のスイッチ素子１３１は、基板１００の上に形成される。本実施形態において、スイッチ素子１３１は、第３の電極１２５１よりも下の層、すなわち基板１００に近い位置に形成される。ゲート絶縁膜１３３は、撮像画素１１０と同様に図４（ｃ）に示すように、検出画素１１１全体を覆っていてもよいし、例えばスイッチ素子１３１のゲート電極１３２１だけを覆っていてもよい。スイッチ素子１３１の上に、保護膜１３４及び層間絶縁膜１４２が、スイッチ素子１３１、制御線１５０及び信号線１６０を覆うように形成される。光電変換素子１２１は、層間絶縁膜１４２の上に形成される。光電変換素子１２１は、基板１００に近い側から第３の電極１２５１、第１の不純物半導体層１２７１、真性半導体層１２８１、第２の不純物半導体層１２９１、第４の電極１２６１の順番に積層される。第１の不純物半導体層１２７１と真性半導体層１２８１と第２の不純物半導体層１２９１とは、ＰＩＮフォトダイオードを構成し、変換部１２４１を構成する。ここで変換部１２４１は、撮像画素１１０及び１１２の変換部１２４と同じ構成であってもよい。第３の電極１２５１は、保護膜１３４及び層間絶縁膜１４２に設けられたコンタクトプラグＣ３を介して、スイッチ素子１３１のドレイン電極１３５１に接続される。第４の電極１２６１の上には、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３を含む絶縁層が、変換回路を構成する光電変換素子１２１を覆うように形成される。層間絶縁膜１４３の上にはバイアス線１９０が延在し、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３に設けられたコンタクトプラグＣ２を介して、第４の電極１２６１に接続される。検出線１６１は、保護膜１３４、１４０及び層間絶縁膜１４２、１４３を貫通したコンタクトホールに設けられたコンタクトプラグＣ４を介して、変換回路を構成するスイッチ素子１３１のソース電極１３６１に接続される。検出線１６１及びバイアス線１９０の上には、保護膜１４１が形成される。ここで、層間絶縁膜１４２は各画素間のスイッチ素子の上の平坦化膜でありうる。また層間絶縁膜１４３は、各画素間の光電変換素子の上の平坦化膜でありうる。コンタクトプラグＣ３及びＣ４には、例えば金属などの導電部材からなる配線が用いられ得る。

ここで、本実施形態の効果について説明する。検出線通過画素１１２において、検出線１６１と、検出線通過画素１１２の読出し回路１０３に接続される第１の電極１２５との間で、保護膜や層間絶縁膜などの絶縁層を介した寄生容量が存在する。放射線検出装置１０１において、放射線の照射中、各画素の光電変換素子で光電変換が起こり、各画素の第１の電極１２５の電位が変動する。検出線通過画素１１２の第１の電極１２５の電位が変化すると、この寄生容量を介したクロストークによって、検出線１６１の電位が変動する。このため、検出画素１１１から検出画素用読出し回路１０４へ伝達される出力信号が変動してしまい、放射線の照射情報を正確に取得することが困難になる。また検出線通過画素１１２は、検出線１６１に沿って多数配される。このため、検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量を介したクロストークの影響が大きくなる。特許文献１に示される検出線１６１と第１の電極１２５とが対向する構造は、検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量が大きくなるため、クロストークの影響を受けやすい。このクロストークを抑制するために、本実施形態では、検出線通過画素１１２において、検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量を低減させる。

本実施形態において、検出線１６１は、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３を含む絶縁層を介して第２の電極１２６の上に延在する。放射線検出装置１０１が動作している間、第２の電極１２６は、バイアス電源１０５によって一定の電位に維持され電位の変動を起こさない。また検出線１６１が第２の電極１２６に対して第１の電極とは反対側に位置する。つまり検出線１６１と第１の電極１２５との間に第２の電極１２６が配されることによって、検出線１６１が各画素で個別に電位の変動する第１の電極１２５から静電遮蔽される。このため検出線通過画素１１２において、検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量が低減する。この結果、クロストークを抑制することが可能となり、放射線の照射情報、特に放射線照射中の照射情報を正確に取得することが可能となる。

上記の効果を得るための検出線通過画素１１２及び検出画素１１１の構成は、この実施形態に限られるものではない。以下に、検出線通過画素１１２及び検出画素１１１の構成の変形例を述べる。

図５（ａ）に、本実施形態の第１の変形例の検出線通過画素１１２の断面図を示す。検出線１６１は、バイアス線１９０の配された層間絶縁膜と異なる保護膜や層間絶縁膜などを含む絶縁層の上に配されてもよい。本変形例において、検出線１６１は、保護膜１４１及び層間絶縁膜１４４で構成された絶縁層の上に形成される。検出線１６１は、バイアス線１９０の配された絶縁層よりも上の層に位置し、バイアス線１９０よりも基板１００の表面から離れている。検出線１６１の上に、保護膜１４５が配される。このとき検出線１６１は、保護膜１３４、１４０、１４１及び層間絶縁膜１４２、１４３、１４４に設けられたコンタクトプラグＣ４を介して、スイッチ素子１３１のソース電極１３６１に接続される。本変形例において、検出線１６１と第１の電極１２５との間の距離が、第１の実施形態よりも長くなる。このため、第１の実施形態と比較して寄生容量が減少する。この結果、本変形例のクロストーク抑制の効果は、第１の実施形態よりも大きくなる。

図５（ｂ）に、本実施形態の第２の変形例の検出線通過画素１１２の断面図を示す。検出線１６１は、第２の電極１２６に対して第１の電極１２５とは反対側、第１の電極１２５の上に配された第２の電極１２６よりも更に上の層に配されていればよい。図５（ｂ）に示すように、基板１００の表面に対する平面視において検出線１６１を、互いに隣接する画素の光電変換素子１２０の第２の電極１２６の間の部分を含み配してもよい。この場合、検出線１６１の両側に位置する画素が検出線通過画素１１２となる。本変形例のクロストーク抑制の効果は、先述した第１の変形例よりも小さい。しかし、第２の電極１２６による静電遮蔽の効果を得ることが可能である。また第１の実施形態と比較して、光電変換素子１２０の上の配線が減少するため、画素の開口率が向上し、放射線検出装置１０１の感度が向上する。本変形例に限らず、バイアス線１９０と検出線１６１との少なくとも一方を、基板１００の表面に対する平面視において光電変換素子１２０と重なる位置に配さないことによって、放射線検出装置１０１の検出線通過画素１１２の開口率が向上し、感度が向上する。また例えば、バイアス線１９０を互いに隣接する画素の光電変換素子１２０の第２の電極１２６の間に配し、検出線１６１を検出線通過画素１１２の上に配してもよい。この場合、開口率の向上と、第１の実施形態と同等のクロストーク抑制の効果とが得られる。

図６に、本実施形態の第３の変形例の検出画素１１１の周辺の平面図を示す。図６は、撮影領域１０７のうち、１つの検出画素１１１及び検出線１６１の両側に配される３つの検出線通過画素１１２を示す。また図７（ａ）から（ｄ）は、図６のＡ−Ａ’間からＤ−Ｄ’間の断面図である。基板１００の表面に対する平面視において互いに隣接する検出画素１１１及び検出線通過画素１１２の間の部分を含み検出線１６１及びバイアス線１９０が配置される。検出線１６１は、バイアス線１９０の上に、保護膜１４１及び層間絶縁膜１４４を含む絶縁層を隔てて配される。また検出線１６１とバイアス線１９０とは、基板１００の表面に対する平面視において重なる位置に配されてもよい。本変形例において、検出線１６１は、第２の電極１２６のみでなくバイアス線１９０によって、第１の電極１２５から静電遮蔽される。また放射線検出装置１０１が動作している間、バイアス線１９０は、バイアス電源によって第２の電極１２６と同様に一定の電位に維持される。この結果、本変形例における検出線通過画素１１２の検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量は、第１の変形例と同等となり、クロストークの抑制においても第１の変形例と同等の効果が得られる。また第１の実施形態、第１の変形例及び第２の変形例と比較して、本変形例は撮像画素１１０及び検出線通過画素１１２の開口率が向上するため、放射線検出装置１０１の感度が更に向上する。

図８（ａ）に、本実施形態の第４の変形例の放射線検出装置１０１１を模式的に示す全体図を示す。検出画素１１１において、スイッチ素子１３１を省略してもよい。このため図８（ａ）に示すように、検出画素用走査回路１０６及び検出画素用制御線１０８が不要となり、図１に示す放射線検出装置１０１と比較して、放射線検出装置の構成が簡略化できる。本変形例において、変換回路は光電変換素子１２１で構成される。図８（ｂ）に、放射線検出装置１０１１の検出画素１１１０の等価回路を示す。放射線検出装置１０１の検出画素１１１と比較して、放射線検出装置１０１１の検出画素１１１０は、スイッチ素子１３１を有さず、第３の電極１２５１は、検出線１６１に直接接続される。図９に、本実施形態の第４の変形例の検出画素１１１０の周辺の平面図を示す。また図５（ｃ）は、図９のＣ−Ｃ’間の断面図である。スイッチ素子１３１に代わり、信号線１６０の配される層に導電部材１３９が配される。検出線１６１は、コンタクトプラグＣ４、導電部材１３９及びコンタクトプラグＣ３を介して第３の電極１２５１に接続される。また導電部材１３９を形成せず、第３の電極１２５１の一部を拡大し、検出線１６１と第３の電極１２５１とを、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３に設けられたコンタクトプラグ（不図示）を介して直接、接続してもよい。本変形例において、検出線通過画素１１２の検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量は、第１の実施形態と同等であり、クロストークの抑制の効果も第１の実施形態と同等である。

第２の実施形態
図１０から１２を参照して、第２の実施形態による放射線検出装置の構造を説明する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に、撮像画素１１０及び検出画素１１１の等価回路を示す。検出画素１１１において、第４の電極１２６１が検出線１６１に接続されること、及びスイッチ素子１３１のソース電極１３６１が信号線１６０に接続されることが、第１の実施形態と異なる。放射線検出装置１０１の全体の模式図及び図１０（ａ）に示す撮像画素１１０の等価回路は、第１の実施形態の図１及び図２（ａ）と同じであってよい。また第１の実施形態と同様に、検出線通過画素１１２の等価回路は、撮像画素１１０と同じであってよい。

光電変換素子１２０の第１の電極１２５と第２の電極１２６との間に印加される電圧は、第１の実施形態と同様にバイアス電源１０５の電位と読出し回路１０３の基準電位との間の電位差である。一方、検出画素１１１の光電変換素子１２１の第３の電極１２５１と第４の電極１２６１との間に印加される電圧は、検出画素用読出し回路１０４の基準電位と読出し回路１０３の基準電位との間の電位差である。本実施形態においても、光電変換素子１２０及び１２１を駆動し光電変換動作させるため、これらの電位差を適切に設定する。図１０（ｃ）に、読出し回路１０３、図１０（ｄ）に、検出画素用読出し回路１０４として用いることのできる電荷読出し方式の等価回路の例を示す。読出し回路１０３は、図２（ｃ）に示す読出し回路と同じであってよい。一方、検出画素用読出し回路１０４は、基準電位を調整するための電源２００１を有する。本実施形態において、検出画素１１１の光電変換素子１２１に印加される電圧は、検出画素用読出し回路１０４の基準電位である電源２００１の電位と、読出し回路１０３の基準電位であるＧＮＤ電位との電位差になる。

図１１に、本実施形態の放射線検出装置１０１の平面図、また図１２（ａ）から（ｃ）に、図１１のＡ−Ａ’間からＣ−Ｃ’間における断面図を示す。図１２（ｃ）に示すように、検出画素１１１において、スイッチ素子１３１のドレイン電極１３５１は、保護膜１３４及び層間絶縁膜１４２に設けられたコンタクトプラグＣ５を介して、第３の電極１２５１と接続される。また第４の電極１２６１は、保護膜１４０及び層間絶縁膜１４３に設けられたコンタクトプラグＣ６を介して、検出線１６１と接続される。また本実施形態の放射線検出装置１０１は、第１の実施形態で用いたコンタクトプラグＣ４に相当するコンタクトプラグを有さなくてもよい。これ以外の検出画素１１１の構成や、図１２（ａ）及び（ｂ）に示す撮像画素１１０及び検出線通過画素１１２の構成は、図４（ａ）及び（ｂ）に示す第１の実施形態と同じであってよい。コンタクトプラグＣ５及びＣ６には、例えば金属などの導電部材からなる配線が用いられ得る。

本実施形態において、検出線通過画素１１２の検出線１６１と第１の電極１２５との間の寄生容量は、第１の実施形態と同等であり、クロストークの抑制の効果も、第１の実施形態と同等である。一方、本実施形態は、第１の実施形態と比較して検出画素１１１に配されるコンタクトプラグの数が少ない。更にコンタクトプラグを形成するためのコンタクトホールを開口する保護膜及び層間絶縁膜の層数も少ない。このためコンタクトホールの開口及びコンタクトプラグの形成に必要な製造工程数を削減することが可能になる。この結果、放射線検出装置１０１の生産性の向上や製造歩留まりの向上が可能となる。

以上、第１及び第２の実施形態について示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述した各実施形態及び変形例は適宜変更、組み合わせが可能である。例えば、第２の実施形態に第１の実施形態で述べた各変形例を適用してもよい。

図１３に、放射線源に対する上述した放射線検出装置１０１の配置の断面模式図を示す。図１３（ａ）において、放射線源３００１は、例えばＸ線３００３を被写体３００２に向かって放射する。また放射線検出装置１０１において、光電変換素子１２０、１２１の基板１００に対向する側に、Ｘ線の照射によって可視光を発するシンチレータ３００４が配置される。被写体３００２を通過したＸ線によってシンチレータ３００４が発光し、この光を光電変換素子１２０、１２１において検出することによって、放射線検出装置１０１は、Ｘ線３００３を検出する。また基板１００がＸ線３００３を透過する場合、図１３（ｂ）に示すように基板１００の裏面側からＸ線３００３を入射することが好ましい。放射線源３００１がＸ線３００３などの放射線と同時に電磁ノイズを放射した場合においても、検出線通過画素１１２の検出線１６１は、検出線通過画素１１２の第２の電極１２６によって電磁ノイズから静電遮蔽される。このため、検出線１６１は、放射線源３００１からの電磁ノイズの影響を受け難い。この結果、図１３（ｂ）に示す放射線検出装置１０１の配置は、図１３（ａ）に示す配置と比較して照射情報を精度よく取得できる。

また撮影領域１０７において、検出画素１１１は、自由に配置することができる。例えば撮影領域１０７の一部の領域に注目し、この領域に集中的に検出画素１１１を設けてもよい。図１４（ａ）のように、撮影領域１０７上の一部の領域を特定領域４００１とし、特定領域４００１内に複数の検出画素１１１を配してもよい。撮影領域１０７のうち特定領域４００１以外の領域には検出画素１１１が配されなくてもよい。また特定領域４００１内に複数備えられた検出画素１１１を、更に１つ以上の検出画素１１１を含む複数の系列に分け、検出画素１１１を系列ごとに読み出す構成にしてもよい。図１４（ｂ）に、検出画素用走査回路１０６が複数の系列の検出画素用制御線１０８に印加する電圧のタイミング図の例を示す。また図１５は、図１４（ａ）の破線で囲んだ部分４００２の等価回路の例である。図１５において、検出画素１１１は、４つの系列に分かれ、図１４（ｂ）に示す検出画素用走査回路１０６から検出画素用制御線１０８を介して送られる駆動信号によって、それぞれの系列ごとに駆動される。

特定領域４００１において、第１の系列４０１１に属する検出画素１１１１、第２の系列４０１２に属する検出画素１１１２、第３の系列４０１３に属する検出画素１１１３、第４の系列４０１４に属する検出画素１１１４が配置されている。各系列の検出画素１１１は、それぞれスイッチ素子１３１を有し、そのゲート電極には検出画素用制御線１０８が系列ごとに共通に接続される。検出画素用走査回路１０６は、検出画素用制御線１０８を介して検出画素１１１を系列ごとに駆動する。検出画素１１１の配置によって、検出線１６１は、複数の系列の検出画素用制御線１０８と交差しうる。本実施形態において、検出線通過画素１１２の検出線１６１は、第２の電極１２６によって検出画素用制御線１０８から静電遮蔽されている。このため、照射情報を取得し検出画素用読出し回路１０４に転送する間、図１４（ｂ）のように複数の検出画素用制御線１０８の電位が複雑に変化しても、検出線１６１は、検出画素用制御線１０８の電位の変化の影響を受け難い。これによって放射線検出装置は、放射線の照射情報を精度よく取得できる。本例ではこの系列の数を４系列としたが、本発明はこれに限られるものではない。検出画素１１１を系列ごとに読み出す系列数は、３系列以下であってもよいし、５系列以上であってもよい。

以下、図１６を参照しながら本発明の放射線検出装置１０１が組み込まれた放射線検出システムを例示的に説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本発明の放射線検出装置１０１を用いた放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射したＸ線に患者又は被験者６０６１の体内部の情報が含まれる。放射線撮像装置６０４０において、Ｘ線６０６０の入射に対応してシンチレータが発光し、これが放射線検出装置１０１の光電変換素子で光電変換され、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部としてのイメージプロセッサ６０７０によって画像処理され、制御室の表示部としてのディスプレイ６０８０で観察できる。また、この情報は、電話回線６０９０などの伝送処理部によって遠隔地へ転送できる。これによって別の場所のドクタールームなどの表示部であるディスプレイ６０８１に表示し、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この情報は、光ディスクなどの記録媒体に記録することができ、またフィルムプロセッサ６１００によって記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１００ 基板、１０１ 放射線検出装置、１０４ 検出画素用読出し回路、１０５ バイアス電源、１０７ 撮影領域、１１０ 撮像画素、１１１ 検出画素、１２０、１２１ 光電変換素子、１２５ 第１の電極、１２６ 第２の電極、１４０、１４１ 保護膜、１４３、１４４ 層間絶縁膜、１６１ 検出線、１９０ バイアス線

Claims (17)

1. 放射線を検出した画像を取得するための第１の画素と、放射線の照射情報を取得するための第２の画素と、を有する撮影領域を基板上に有する放射線検出装置であって、
   前記第１の画素は、前記基板の上に配された第１の電極と、前記第１の電極の上に配された第２の電極と、を含む第１の変換素子を有し、
   前記第２の画素は、前記第２の画素に照射された放射線に基づく信号を生成する、前記基板の上に配された第２の変換素子を含む変換回路を有し、
   前記放射線検出装置は、
   前記第１の変換素子を駆動するためのバイアス電源に前記第２の電極を接続するためのバイアス線と、
   前記第２の変換素子が生成した前記信号を前記撮影領域の外部の検出回路へ伝達するための検出線と、
   前記第１の変換素子及び前記変換回路を覆う絶縁層と、
   前記絶縁層を貫通し、前記変換回路と前記検出線とを接続するコンタクトプラグと、を更に有し、
   前記検出線が、前記第２の電極に対して前記第１の電極とは反対側に配され、
   前記第２の変換素子は、前記基板の上に配された第３の電極と、前記第３の電極の上に配された第４の電極と、を含み、
   前記第１の電極は、第１のスイッチ素子と信号線とを介して、前記画像の転送される前記撮影領域の外部の読出し回路に接続され、
   前記第３の電極は、前記検出線及び前記コンタクトプラグを介して前記検出回路に接続され、
   前記第４の電極は、前記バイアス線を介して前記バイアス電源に接続され、
   前記バイアス電源の電位と、前記検出回路の基準電位と、の差に相当する電圧が前記第２の変換素子に印加されることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記第１のスイッチ素子が、前記基板の上のうち、前記第１の電極の下に配されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記検出回路の基準電位と、前記読出し回路の基準電位と、が互いに等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出装置。
4. 前記検出回路の基準電位と、前記読出し回路の基準電位と、が接地電位であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線検出装置。
5. 前記検出回路と、前記読出し回路と、が一体の回路であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記第３の電極が、第２のスイッチ素子と前記検出線とを介して前記検出回路に接続されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線検出装置。
7. 放射線を検出した画像を取得するための第１の画素と、放射線の照射情報を取得するための第２の画素と、を有する撮影領域を基板上に有する放射線検出装置であって、
   前記第１の画素は、前記基板の上に配された第１の電極と、前記第１の電極の上に配された第２の電極と、を含む第１の変換素子を有し、
   前記第２の画素は、前記第２の画素に照射された放射線に基づく信号を生成する、前記基板の上に配された第２の変換素子を含む変換回路を有し、
   前記放射線検出装置は、
   前記第１の変換素子を駆動するためのバイアス電源に前記第２の電極を接続するためのバイアス線と、
   前記第２の変換素子が生成した前記信号を前記撮影領域の外部の検出回路へ伝達するための検出線と、
   前記第１の変換素子及び前記変換回路を覆う絶縁層と、
   前記絶縁層を貫通し、前記変換回路と前記検出線とを接続するコンタクトプラグと、を更に有し、
   前記検出線が、前記第２の電極に対して前記第１の電極とは反対側に配され、
   前記第２の変換素子は、前記基板の上に配された第３の電極と、前記第３の電極の上に配された第４の電極と、を含み、
   前記第１の電極は、第１のスイッチ素子と第１の信号線とを介して、前記画像の転送される前記撮影領域の外部の読出し回路に接続され、
   前記第３の電極は、第２の信号線を介して前記読出し回路に接続され、
   前記第４の電極は、前記検出線及び前記コンタクトプラグを介して前記検出回路に接続され、
   前記読出し回路の基準電位と、前記検出回路の基準電位と、の差に相当する電圧が前記第２の変換素子に印加されることを特徴とする放射線検出装置。
8. 前記第１のスイッチ素子が、前記基板の上のうち、前記第１の電極の下に配されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線検出装置。
9. 前記第３の電極が、第２のスイッチ素子と前記第２の信号線とを介して前記読出し回路に接続されることを特徴とする請求項７又は８に記載の放射線検出装置。
10. 前記検出線が、前記基板の表面に対する平面視において、前記第１の画素の前記第２の電極と重なる部分を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線検出装置。
11. 前記放射線検出装置は、前記第１の画素を複数備え、
    前記検出線が、前記基板の表面に対する平面視において、互いに隣接する前記第１の画素の前記第２の電極の間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線検出装置。
12. 前記バイアス線が、前記絶縁層の上に配されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線検出装置。
13. 前記絶縁層は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の上の第２の絶縁層とを含み、
    前記バイアス線が、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に配されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線検出装置。
14. 前記検出線が、前記基板の表面に対する平面視において、前記バイアス線と重なる部分を含むことを特徴とする請求項１３に記載の放射線検出装置。
15. 前記絶縁層が、前記第１の変換素子及び前記変換回路を覆う平坦化膜であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
16. 前記基板が、絶縁基板であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の放射線検出装置。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とする放射線検出システム。