JP6590950B2 - 放射線検出器 - Google Patents

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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（画素などとも称される）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信号電荷に変換する光電変換素子、信号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、信号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、以下のようにして信号電荷を読み出す。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（信号電荷が蓄積されるために必要となる時間）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、蓄積された信号電荷を積分アンプで電圧に変換し読み出す。
しかしながら、この様にすると、Ｘ線検出器の動作の開始が外部機器からの信号に依存することになるので、外部機器からの信号（例えば、Ｘ線源などからのＸ線照射がされたことを知らせる信号）と同期させる外部回路が必要になる。外部回路を設けるとノイズなどの影響を受けやすくなり、Ｘ線照射との回路同期できない場合には、Ｘ線画像を取得できなくなるおそれがある。
ここで、半導体素子である薄膜トランジスタにＸ線を照射すると、光電効果によりドレイン電極とソース電極との間に電流が流れる。また、薄膜トランジスタのソース電極はデータラインと電気的に接続されている。そこで、Ｘ線が照射された時にデータラインに流れる電流積分値と、Ｘ線が照射されていない時にデータラインに流れる電流積分値との差を検出して、Ｘ線の入射開始時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、検出された電流積分値と、一つ前に検出された電流積分値との差を求めることになる。一つ前に検出された電流積分値が閾値よりやや低い値であった場合には、データラインに流れる電流積分値の差が小さくなり、Ｘ線を検出できない場合がある。また、電圧に変換する際に、低周波ノイズなどの外乱ノイズがあると各積分アンプの電圧値がオフセットする。そのため、低周波ノイズなどの外乱ノイズの影響が大きくなり、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが困難となるおそれがある。
特表２０１４−５２６１７８号公報
本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射開始時を精度良く検出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、基板と、前記基板に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、前記基板に設けられ、前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる複数のデータラインと、前記複数の制御ラインと、前記複数のデータラインと、により画された複数の領域のそれぞれに設けられ、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および光電変換素子を有する光電変換部と、前記複数の制御ラインと電気的に接続され、複数の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制御回路と、前記複数のデータラインと電気的に接続された信号検出回路と、前記信号検出回路と電気的に接続された基準電位部と、前記信号検出回路と電気的に接続された判定部と、を備えている。
前記信号検出回路は、前記薄膜トランジスタがオフ状態の時に、前記データラインを介して第１の電流積分値を検出するとともに、前記基準電位部からの第２の電流積分値を検出する。前記判定部は、検出された前記第１の電流積分値と前記第２の電流積分値との差に基づいて放射線の入射開始時を判定する。
Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。 Ｘ線検出器１のブロック図である。 Ｘ線検出器１の回路図である。 比較例に係るＸ線検出器１０１のブロック図である。 比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法における電流積分値の差の変化を例示するためのグラフ図である。 （ａ）、（ｂ）は、Ｘ線検出器１における処理工程を例示するためのタイミングチャートである。 Ｘ線の入射開始時の検出を例示するためのフローチャートである。 他の実施形態に係る基準電位部６ａ１を例示するためのブロック図である。 他の実施形態に係る基準電位部６ａ２を例示するためのブロック図である。 入射放射線検出部６の効果を例示するためのグラフ図である。 薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にして光電変換部２ｂからの電流を検出する工程におけるサンプリング幅と、求められた電流積分値の差との関係を例示するためのグラフ図である。 薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にして光電変換部２ｂからの電流を検出する工程におけるサンプリング幅と、求められた電流積分値の差との関係を例示するためのグラフ図である。
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（信号電荷）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。
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信号電荷に変換し、信号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線を直接的またはシンチレータと協働して検出する検出部を有するものであれば良い。
また、Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療用途などに用いることができるが、用途に限定はない。
図１は、Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。
なお、図１においては、バイアスライン２ｃ３などを省いて描いている。
図２は、Ｘ線検出器１のブロック図である。
図３は、Ｘ線検出器１の回路図である。
図１〜図３に示すように、Ｘ線検出器１には、アレイ基板２、信号処理部３、画像処理部４、シンチレータ５、および入射放射線検出部６が設けられている。
アレイ基板２は、シンチレータ５によりＸ線から変換された蛍光（可視光）を電気信号に変換する。
アレイ基板２は、基板２ａ、光電変換部２ｂ、制御ライン（又はゲートライン）２ｃ１、データライン（又はシグナルライン）２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３を有する。
なお、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３の数などは例示をしたものに限定されるわけではない。
基板２ａは、板状を呈し、無アルカリガラスなどの透光性材料から形成されている。
光電変換部２ｂは、基板２ａの一方の表面に複数設けられている。
光電変換部２ｂは、矩形状を呈し、制御ライン２ｃ１とデータライン２ｃ２とにより画された領域に設けられている。複数の光電変換部２ｂは、マトリクス状に並べられている。
なお、１つの光電変換部２ｂは、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が設けられている。
また、図３に示すように、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、矩形平板状を呈し、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、蛍光が光電変換素子２ｂ１に入射することで生じた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２ｂ２は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料を含むものとすることができる。薄膜トランジスタ２ｂ２は、ゲート電極２ｂ２ａ、ソース電極２ｂ２ｂ及びドレイン電極２ｂ２ｃを有している。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２ｃ１と電気的に接続される。薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｂは、対応するデータライン２ｃ２と電気的に接続される。薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｃは、対応する光電変換素子２ｂ１と蓄積キャパシタ２ｂ３とに電気的に接続される。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、対応するバイアスライン２ｃ３と電気的に接続される（図３を参照）。
制御ライン２ｃ１は、所定の間隔を開けて互いに平行に複数設けられている。制御ライン２ｃ１は、例えば、行方向（第１の方向の一例に相当する）に延びている。
１つの制御ライン２ｃ１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つと電気的に接続されている。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つが電気的に接続されている。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、信号処理部３に設けられた制御回路３１とそれぞれ電気的に接続されている。
データライン２ｃ２は、所定の間隔を開けて互いに平行に複数設けられている。データライン２ｃ２は、例えば、行方向に直交する列方向（第２の方向の一例に相当する）に延びている。
１つのデータライン２ｃ２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つと電気的に接続されている。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つが電気的に接続されている。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、信号処理部３に設けられた信号検出回路３２とそれぞれ電気的に接続されている。
図３に示すように、バイアスライン２ｃ３は、データライン２ｃ２とデータライン２ｃ２との間に、データライン２ｃ２と平行に設けられている。
バイアスライン２ｃ３には、図示しないバイアス電源が電気的に接続されている。図示しないバイアス電源は、例えば、信号処理部３などに設けることができる。
なお、バイアスライン２ｃ３は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。バイアスライン２ｃ３が設けられない場合には、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、バイアスライン２ｃ３に代えてグランドに電気的に接続される。
制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３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２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３を覆っている。
保護層２ｆは、例えば、酸化物絶縁材料、窒化物絶縁材料、酸窒化物絶縁材料、および樹脂材料の少なくとも１種を含む。
酸化物絶縁材料は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどである。
窒化物絶縁材料は、例えば、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどである。
酸窒化物絶縁材料は、例えば、酸窒化シリコンなどである。
樹脂材料は、例えば、アクリル系樹脂などである。
信号処理部３は、アレイ基板２の、シンチレータ５側とは反対側に設けられている。
信号処理部３には、制御回路３１と、信号検出回路３２とが設けられている。
制御回路３１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。
図２に示すように、制御回路３１は、複数のゲートドライバ３１ａと行選択回路３１ｂとを有する。
行選択回路３１ｂには、画像処理部４などから制御信号Ｓ１が入力される。行選択回路３１ｂは、Ｘ線画像の走査方向に従って、対応するゲートドライバ３１ａに制御信号Ｓ１を入力する。
ゲートドライバ３１ａは、対応する制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を入力する。
例えば、制御回路３１は、フレキシブルプリント基板２ｅ１と制御ライン２ｃ１とを介して、制御信号Ｓ１を各制御ライン２ｃ１毎に順次入力する。制御ライン２ｃ１に入力された制御信号Ｓ１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となり、光電変換素子２ｂ１からの信号電荷（画像データ信号Ｓ２）が受信できるようになる。
信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態の時に、データライン２ｃ２を介して電流積分値を検出するとともに、基準電位部６ａからの電流積分値を検出する。
信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、画像処理部４からのサンプリング信号に従って光電変換素子２ｂ１から信号電荷（画像データ信号Ｓ２）を読み出す。
画像処理部４は、配線４ａおよび判定部６ｂを介して、信号検出回路３２と電気的に接続されている。なお、画像処理部４は、信号処理部３と一体化されていてもよい。
Ｘ線画像は、以下のようにして構成される。
まず、制御回路３１によって薄膜トランジスタ２ｂ２が順次オン状態となる。薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となることで、バイアスライン２ｃ３を介して一定の電荷が光電変換素子２ｂ１に蓄積される。次に、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にする。Ｘ線が照射されると、シンチレータ５によりＸ線が蛍光に変換される。蛍光が光電変換素子２ｂ１に入射すると、光電効果によって電荷（電子およびホール）が発生し、発生した電荷と、蓄積されている電荷（異種電荷）とが結合して蓄積されている電荷が減少する。次に、制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２を順次オン状態にする。信号検出回路３２は、サンプリング信号に従って各光電変換素子２ｂ１に蓄積されている減少した電荷（画像データ信号Ｓ２）をデータライン２ｃ２を介して読み出す。
画像処理部４は、読み出された画像データ信号Ｓ２を受信し、受信した画像データ信号Ｓ２を順次増幅し、増幅された画像データ信号Ｓ２（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。そして、画像処理部４は、デジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。構成されたＸ線画像のデータは、画像処理部４から外部の機器に向けて出力される。
シンチレータ５は、複数の光電変換素子２ｂ１の上に設けられ、入射するＸ線を可視光すなわち蛍光に変換する。シンチレータ５は、基板２ａ上の複数の光電変換部２ｂが設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けられている。
シンチレータ５は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などを用いて形成することができる。この場合、真空蒸着法などを用いて、シンチレータ５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５が形成される。
シンチレータ５の厚み寸法は、例えば、６００μｍ程度とすることができる。
また、シンチレータ５は、例えば、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）などを用いて形成することもできる。この場合、例えば、以下のようにしてシンチレータ５を形成することができる。まず、酸硫化ガドリニウムからなる粒子をバインダ材と混合する。次に、混合された材料を、有効画素領域を覆うように塗布する。次に、塗布された材料を焼成する。次に、ブレードダイシング法などを用いて、焼成された材料に溝部を形成する。この際、複数の光電変換部２ｂごとに四角柱状のシンチレータ５が設けられるように、マトリクス状の溝部を形成することができる。溝部には、大気（空気）、あるいは酸化防止用の窒素ガスなどの不活性ガスが満たされるようにすることができる。また、溝部が真空状態となるようにしてもよい。
その他、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、シンチレータ５の表面側（Ｘ線の入射面側）を覆うように図示しない反射層を設けることができる。
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ５の特性と図示しない反射層の特性が劣化するのを抑制するために、シンチレータ５と図示しない反射層を覆う図示しない防湿体を設けることができる。
ここで、一般的なＸ線検出器は、以下のようにして信号電荷を読み出す。まず、Ｘ線源などの外部機器からの信号により、Ｘ線が入射したのを認識する。次に、予め定められた時間（信号電荷が蓄積されるために必要となる時間）の経過後に、読み出しを行う光電変換部２ｂの薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして、蓄積された信号電荷を読み出す。
すなわち、一般的なＸ線検出器の場合は、Ｘ線が実際にＸ線検出器に入射したのを検出しているわけではない。
そのため、外部機器からの信号が入力された時点と、読み出し動作を開始する時点との間に所定の時間を設ける必要がある。またさらに、外部機器からの信号（例えば、Ｘ線源などからのＸ線照射がされたことを知らせる信号）と同期させる外部回路が必要になる。外部回路を設けるとノイズなどの影響を受けやすくなり、Ｘ線照射との回路同期できない場合には、Ｘ線画像を取得できなくなるおそれがある。
ここで、物質にＸ線を照射すると、電子（Ｘ線光電子）が物質の表面から放出される（光電効果）。そのため、絶縁材料や半導体材料などからなる部材にＸ線を照射して、光電効果により部材内に電子を発生させ、部材の両端に電圧を印加し、部材の内部に電界をかけると、Ｘ線が照射されている期間に電流（Ｘ線光導電流）を取り出すことができる。前述した直接変換方式のＸ線検出器は、これを利用したものである。
間接変換方式のＸ線検出器においても、半導体素子である薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線を照射すると、光電効果によりドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂとの間に電流が流れる。すなわち、薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線を照射すると、抵抗値が下がり、見掛け上、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態になる。そのため、これを利用すれば、Ｘ線の入射開始時を直接検出することができる。
図４は、比較例に係るＸ線検出器１０１のブロック図である。
図４に示すように、Ｘ線検出器１０１には、アレイ基板２および信号処理部３が設けられている。また、図示は省略するが、画像処理部４およびシンチレータ５も設けられている。ただし、Ｘ線検出器１０１には、入射放射線検出部６が設けられていない。
Ｘ線検出器１０１においては、以下のようにしてＸ線の入射開始時を検出する。
まず、各薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にする。信号処理部３などにより、各データライン２ｃ２の電流積分値を検出する。電流積分値は、データライン２ｃ２に電気的に接続された複数の光電変換部２ｂ毎に順次検出する。この様な電流積分値の検出を反復して行う。そして、検出された電流積分値と、一つ前に検出された電流積分値との差を比較回路などにより求め、電流積分値の差が変化した時点を検出し、電流積分値の差が変化した時点をＸ線の入射開始時と判定する。この様にすれば、Ｘ線の入射開始時を直接検出することができる。
ところが、光電変換部２ｂからの電流積分値を検出している期間に（信号電荷を読み出している期間に）、低周波ノイズなどの外乱ノイズがあると、外乱ノイズが検出された電流積分値に重なる。外乱ノイズの影響は、例えば、Ｘ線画像上において行画素単位で現れる。この様な外乱ノイズの影響は、横引きノイズと呼ばれている。
比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法においては、検出された電流積分値と、一つ前に検出された電流積分値との差を求める。この場合、前述の横引きノイズがあると、検出された電流積分値にさらにオフセットが重畳する。その結果、Ｘ線の入射開始時の判定において誤判定が生じる要因となる。この場合、信号を大きくするために求められた電流積分値の差を積分すると、横引きノイズの影響も大きくなり、さらに誤判定が生じるおそれがさらに高くなる。
図５は、比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法における電流積分値の差の変化を例示するためのグラフ図である。
図５中のＸ１は、入射したＸ線のパルス幅である。Ｎ１は、ノイズである。Ｓ１はＸ線の入射開始時の判定に用いることができる有効電気信号である。
図５から分かるように、Ｘ線が入射すると、電流積分値の差が増加する。そのため、電流積分値の差の変化を検出すればＸ線の入射開始時を検出することができる。
ところが、前述したように、外乱ノイズの影響が大きくなる。この場合、同じ光電変換部２ｂにおける電流積分値同士の差を求めるため、求められた電流積分値の差が小さくなる。そのため、有効電気信号Ｓ１の値が小さくなりやすくなるので、Ｘ線の入射開始時の判定において誤判定がさらに生じやすくなる。
そこで、本実施の形態に係るＸ線検出器１には、入射放射線検出部６が設けられている。
図１および図２に示すように、入射放射線検出部６は、基準電位部６ａおよび判定部６ｂを有する。
基準電位部６ａは、例えば、定電圧電源や定電流電源などの電源と電気的に接続されたものとすることができる。基準電位部６ａは、電源などと電気的に接続せず、フロート電位と電気的に接続することもできる。
判定部６ｂは、信号検出回路３２を介して基準電位部６ａと電気的に接続されている。
基準電位部６ａおよび判定部６ｂは、Ｘ線が入射しない領域に設けることができる。基準電位部６ａおよび判定部６ｂは、例えば、信号処理部３または画像処理部４が設けられる領域に設けることができる。基準電位部６ａおよび判定部６ｂは、信号処理部３または画像処理部４と一体化することもできる。
図６（ａ）、（ｂ）は、Ｘ線検出器１における処理工程を例示するためのタイミングチャートである。
図６（ａ）は、Ｘ線の入射開始時の検出を例示するためのタイミングチャートである。
図６（ｂ）は、Ｘ線の入射が開始された後の処理工程を例示するためのタイミングチャートである。
図７は、Ｘ線の入射開始時の検出を例示するためのフローチャートである。
図６（ａ）および図７に示すように、Ｘ線の入射開始時を検出する場合には、まず、制御回路３１は、全ての制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１（電圧）を入力しないようにする。すなわち、全ての薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にする。続いて、画像処理部４から信号処理部３に順次サンプリング信号を入力し、サンプリングを開始する。前述したように、Ｘ線が光電変換部２ｂに照射されると、光電効果により、ドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂとの間に電流が流れる。各光電変換部２ｂからの電流積分値の検出は、それぞれのサンプリング幅内で終了させる。また、それぞれのサンプリング幅内で基準電位部６ａからの電流積分値を検出する（図７のステップＳＴ１）。
次に、判定部６ｂは、各光電変換部２ｂからの電流積分値と、基準電位部６ａからの電流積分値との差を求める（図７のステップＳＴ２）。
次に、判定部６ｂは、求められた電流積分値の差が所定の判定基準を満たしているか否かを判定する（図７のステップＳＴ３）。
判定基準を満たしている場合には、判定部６ｂは、Ｘ線が入射したと判定する。判定基準を満たしていない場合には、判定部６ｂは、Ｘ線が入射していないと判定する。
判定部６ｂによりＸ線が入射したと判定された場合には、図６（ｂ）に例示をするＸ線画像を構成するための処理を行う（図７のステップＳＴ４）。
例えば、図６（ｂ）に示すように、画像処理部４から信号処理部３に順次サンプリング信号を入力し、サンプリングを開始する。
次に、制御回路３１は、一定期間経過後に、それぞれのサンプリング幅内において、制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を入力する。すなわち、制御回路３１は、一定期間経過後に、サンプリングを行う薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にする。
なお、「一定期間」は、実験やシミュレーションにより予め求められた時間とすることができる。この場合、「一定期間」は、固定的に設定することもできるし、Ｘ線の照射の前にその都度設定することもできる。
また、「一定期間」は、検出値が第１の閾値を超え、第２の閾値を下回った時とすることもできる。
入力された制御信号Ｓ１は、サンプリング幅内において終了させる。制御信号Ｓ１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となると、光電変換素子２ｂ１からの信号電荷（画像データ信号Ｓ２）が受信できるようになる。信号検出回路３２により読み出された画像データ信号Ｓ２は、判定部６ｂを通過して、画像伝送部４に入力される。画像伝送部４は、入力された画像データ信号Ｓ２を順次増幅し、デジタル信号に変換する。そして、画像伝送部４は、デジタル信号に変換された画像データ信号Ｓ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。構成されたＸ線画像のデータは、画像伝送部４から外部の機器に向けて出力される。
判定部６ｂによりＸ線が入射していないと判定された場合には、判定までの工程（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ３）を繰り返し行った回数（判定の回数）、および経過時間の少なくともいずれかを検出する（図７のステップＳＴ５）。
次に、検出された判定の回数および経過時間の少なくともいずれかが規定値を超えているか否かを判定する（図７のステップＳＴ６）。
検出された判定の回数などが規定値を超えていなければ、ステップＳＴ１に戻り前述した工程を再度行う。
すなわち、制御回路３１は、複数の薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態に維持する。
信号検出回路３２は、各光電変換部２ｂからの電流積分値と、基準電位部６ａからの電流積分値とを再度検出する。
判定部６ｂは、各光電変換部２ｂからの電流積分値と、基準電位部６ａからの電流積分値との差に基づいてＸ線の入射開始時を再度判定する。
検出された判定の回数などが規定値を超えていれば、判定にかかわるデータ（判定の回数、経過時間、検出した電流積分値などに関するデータ）を初期化（消去）し、ステップＳＴ１に戻り前述した工程を再度行う。
図８は、他の実施形態に係る基準電位部６ａ１を例示するためのブロック図である。
図８に示すように、基準電位部６ａ１には、薄膜トランジスタ２ｂ２と、蓄積キャパシタ２ｂ３が設けられている。すなわち、基準電位部６ａ１は、光電変換部２ｂから光電変換素子２ｂ１を除いた構成を有している。
なお、基準電位部６ａ１は、薄膜トランジスタ２ｂ２のみを有するものであってもよい。
また、基準電位部６ａ１は、ドレイン電極２ｂ２ｃとバイアスライン２ｃ３を電気的に接続せず、光電変換素子２ｂ１の代わりに絶縁物を成膜したものとすることもできる。
基準電位部６ａ１は、アレイ基板２の周縁領域において、制御ライン２ｃ１とデータライン２ｃ２とにより画された領域に設けられている。複数の基準電位部６ａ１は、制御ライン２ｃ１が並ぶ方向に並べて設けられている。薄膜トランジスタ２ｂ２および蓄積キャパシタ２ｂ３の電気的な接続は、光電変換部２ｂの場合と同様とすることができる。
前述したように、薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線を照射すると、光電効果によりドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂとの間に電流が流れる。この場合、光電変換素子２ｂ１が設けられていないと、ドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂとの間に流れる電流は、ほぼ一定となる。基準電位部６ａ１は、この現象を利用したものである。
基準電位部６ａ１と光電変換部２ｂの構成上の違いは、光電変換素子２ｂ１の有無のみであるため、光電変換部２ｂを形成する工程において基準電位部６ａ１を形成することができる。そのため、製造コストの低減や生産性の向上を図ることができる。
また、基準電位部６ａ１は、アレイ基板２に設けることができる。そのため、省スペース化、ひいてはＸ線検出器１の小型化を図ることができる。
また、マトリクス状に並べられた複数の光電変換部２ｂの内、任意の列に設けられた複数の光電変換部２ｂを基準電位部とすることもできる。
すなわち、基準電位部は、マトリクス状に並べられた複数の光電変換部２ｂのうち、複数の制御ライン２ｃ１が並ぶ方向に並べて設けられた一列の複数の光電変換部２ｂとすることができる。
この場合、Ｘ線画像を検出するための光電変換部２ｂと、基準電位部となる光電変換部２ｂとが異なるものとなるので、前述した比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法のように、電流積分値の検出時期がずれることがない。そのため、外乱ノイズの影響が大きくなることはない。
この様にすれば、Ｘ線画像を検出するための光電変換部２ｂと、基準電位部となる光電変換部２ｂとが全く同じ構成となるので、製造コストの低減や生産性の向上をさらに図ることができる。
図９は、他の実施形態に係る基準電位部６ａ２を例示するためのブロック図である。
図９に示すように、基準電位部６ａ２は、前述した基準電位部となる複数の光電変換部２ｂと、それらを覆う遮蔽部材６ａ２ａを有する。
基準電位部６ａ２となる光電変換部２ｂの上にシンチレータ５が設けられない場合には、遮蔽部材６ａ２ａは、Ｘ線吸収率が高い材料から形成される。Ｘ線吸収率が高い材料は、例えば、鉛、銅、鉄等の重金属とすることができる。基準電位部６ａ２となる光電変換部２ｂの上にシンチレータ５が設けられる場合には、Ｘ線吸収率が高い材料からなる遮蔽部材６ａ２ａをシンチレータ５のＸ線の入射側に設けることができる。遮蔽部材６ａ２ａがシンチレータ５とアレイ基板２との間に設けられる場合には、遮蔽部材６ａ２ａはシンチレータ５からの蛍光を遮光することができる材料から形成することができる。蛍光を遮光することができる材料は、例えば、金属材料、無機材料、有機材料などから適宜選択することができる。
なお、光電変換部２ｂを覆う遮蔽部材６ａ２ａを例示したが、図８に例示をした基準電位部６ａ１を覆う遮蔽部材６ａ２ａを設けることもできる。
遮蔽部材６ａ２ａを設ければ、その下にある光電変換部２ｂにＸ線または蛍光が入射することがない。または、遮蔽部材６ａ２ａの下にある基準電位部６ａ１にＸ線が入射することがない。そのため、Ｘ線がＸ線検出器１に照射された際に、遮蔽部材６ａ２ａの下に設けられた光電変換部２ｂや基準電位部６ａ１において電流が発生するのを抑制することができる。すなわち、基準となる電位をほぼゼロにすることができる。
なお、アレイ基板２の上に基準電位部を設ける場合には、得られるＸ線画像への影響を考慮して、アレイ基板２の周縁領域に基準電位部を設ける様にすることが好ましい。Ｘ線画像の撮影においては、中央領域がより重要な部分の撮影に用いられ、周縁領域は位置決めなどの比較的重要度の低い撮影に用いられるからである。
図１０は、入射放射線検出部６の効果を例示するためのグラフ図である。
なお、図１０は、図９に例示をした基準電位部６ａ２、すなわち、遮蔽部材６ａ２ａを設けた場合である。
図１０中のＸ２は、入射したＸ線のパルス幅である。Ｎ２は、ノイズである。Ｓ２はＸ線の入射開始時の判定に用いることができる有効電気信号である。
図１０から分かるように、Ｘ線が入射すると、電流積分値の差が増加する。そのため、電流積分値の差の変化を検出すればＸ線の入射開始時を検出することができる。
また、前述したように、比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法においては、検出された電流積分値と、一つ前に検出された電流積分値との差を求める。そのため、横引きノイズ等による外乱ノイズの影響が増大されることになる。
これに対して、入射放射線検出部６（基準電位部６ａ、６ａ１、６ａ２）を設けるようにすれば、ほぼ同時に検出された光電変換部２ｂからの電流積分値と、基準電位部６ａからの電流積分値との差を求めることができる。ほぼ同時に電流積分値を検出するようにすれば、検出された電流積分値に含まれる外乱ノイズが同等となるので、電流積分値の差を求めた際に外乱ノイズを相殺することができる。すなわち、同相ノイズを除去することができる。
その結果、例えば、図１０と図５とを比較すれば明らかな様に、ノイズＮ２はノイズＮ１にくらべて小さくなる。そのため、有効電気信号Ｓ２の値を大きくすることが可能となる。図５に例示をしたものの場合には、図１０に例示をしたものと比較するとＳ／Ｎ比が５倍になった。
図１１は、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にして光電変換部２ｂからの電流を検出する工程におけるサンプリング幅と、求められた電流積分値の差との関係を例示するためのグラフ図である。
また、横軸はサンプリング幅、縦軸は求められた電流積分値の差を表している。
図１１中の条件２は、条件１におけるＸ線管電流の２倍のＸ線管電流をＸ線源に流した場合である。
図１１から分かるように、Ｘ線管電流に比例して求められた電流積分値の差が増加する。また、サンプリング幅を大きくすることによっても求められた電流積分値の差を増加させることができる。
そのため、信号検出回路３２は、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時のサンプリング幅と、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態の時のサンプリング幅とを変更する。
この場合、信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態の時のサンプリング幅が、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時のサンプリング幅よりも長くなるようにする。
比較例に係るＸ線の入射開始時の検出方法においては、この現象をドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂ間の浮遊結合静電容量の変化としている。すなわち、Ｘ線が照射された場合の浮遊結合静電容量の変化を電圧として検出し、このときの求められた電流積分値の差は、Ｘ線が照射されている制御ライン２ｃ１に電気的に接続されている光電変換部２ｂの数に比例して増加するとしている。
ところが、実際には、図１１に示すように、サンプリング幅に比例して求められた電流積分値の差が増加している。このことは、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態でも薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線が照射されると、光電効果によりドレイン電極２ｂ２ｃとソース電極２ｂ２ｂとの間に電流が流れ、データライン２ｃ２に電流が流れ続けるため、サンプリング幅に比例して求められた電流積分値の差が増加すると理解できる。
図１２は、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にして光電変換部２ｂからの電流を検出する工程におけるサンプリング幅と、求められた電流積分値の差との関係を例示するためのグラフ図である。
図１２中の条件３は、図８に例示をした基準電位部６ａ１において、ドレイン電極２ｂ２ｃとバイアスライン２ｃ３を電気的に接続しない場合である。この場合、基準電位部６ａ１は、光電変換素子２ｂ１の代わりに絶縁物を成膜したものとしている。条件４は、複数の制御ライン２ｃ１が並ぶ方向に並べて設けられた一列の複数の光電変換部２ｂを基準電位部とした場合である。
なお、Ｘ線の照射条件は同じとしている。
図１２から分かるように、ドレイン電極２ｂ２ｃに接続される要素の構成によっても求められた電流積分値の差が変化する。ドレイン電極２ｂ２ｃとバイアスライン２ｃ３を電気的に接続しない条件３では、求められた電流積分値の差は非常に小さくなる。これは、バイアスライン２ｃ３からの電圧印加がないため、電流が流れにくかったためと考えられる。
このように、光電変換素子２ｂ１が設けられていない基準電位部６ａ１を用いれば、求められた電流積分値の差のレベルはほとんど変わらず、かつ、同相ノイズを除去することができる。そのため、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができ、ひいては誤検出を抑制することができる。
なお、以上のことは、基準電位部６ａおよび基準電位部６ａ２の場合も同様である。
一般的に、Ｘ線強度は中央領域から周縁領域に向かうに従い低下する傾向がある。そのため、周縁領域にある光電変換部２ｂの列を基準電位部とすれば、図１２に例示をした効果が得られる。
また、中央領域にある光電変換部２ｂの列を基準電位部とする場合には、判定基準を工夫することによって同様の効果を得ることは十分可能である。
また、基準電位部６ａとしても同相ノイズを除去することができる。
また、図１１において説明したように、求められた電流積分値の差はサンプリング幅に比例する。そのため、サンプリング幅を長くすれば、求められた電流積分値の差を大きくすることができるので、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
また、信号検出回路３２において、データライン２ｃ２毎に電流積分値が異なるものとなる場合がある。
この場合、判定部６ｂは、複数のデータライン２ｃ２毎の電流積分値を平均し、平均された電流積分値と基準電位部からの電流積分値との差に基づいてＸ射線の入射開始時を判定するようにする。
以上に説明したように、本実施の形態に係るＸ線検出器１は、入射放射線検出部６を備えているので、ほぼ同時に検出された光電変換部２ｂからの電流積分値と、基準電位部６ａからの電流積分値との差を求めることができる。ほぼ同時に検出するようにすれば、検出された電流積分値に含まれる外乱ノイズが同等となるので、電流積分値同士の差を求めた際に外乱ノイズを相殺することができる。すなわち、同相ノイズを除去することができる。そのため、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができるので、誤判定を抑制することができる。
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、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。

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、
    前記基板に設けられ、前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる複数のデータラインと、
    前記複数の制御ラインと、前記複数のデータラインと、により画された複数の領域のそれぞれに設けられ、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および光電変換素子を有する光電変換部と、
    前記複数の制御ラインと電気的に接続され、複数の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制御回路と、
    前記複数のデータラインと電気的に接続された信号検出回路と、
    前記信号検出回路と電気的に接続された基準電位部と、
    前記信号検出回路と電気的に接続された判定部と、
    を備え、
    前記信号検出回路は、前記薄膜トランジスタがオフ状態の時に、前記データラインを介して第１の電流積分値を検出するとともに、前記基準電位部からの第２の電流積分値を検出し、
    前記判定部は、検出された前記第１の電流積分値と前記第２の電流積分値との差に基づいて放射線の入射開始時を判定する放射線検出器。
  2. 前記基準電位部は、前記制御ラインと前記データラインとに電気的に接続された前記薄膜トランジスタを有する請求項１記載の放射線検出器。
  3. 前記基準電位部は、マトリクス状に並べられた前記複数の光電変換部のうち、前記複数の制御ラインが並ぶ方向に並べて設けられた一列の前記複数の光電変換部を有する請求項１記載の放射線検出器。
  4. 前記基準電位部は、前記基準電位部に設けられた前記薄膜トランジスタ、または前記基準電位部に設けられた前記複数の光電変換部を覆う遮蔽部材をさらに有する請求項２または３に記載の放射線検出器。
  5. 前記基準電位部は、電源、または、フロート電位と電気的に接続されている請求項１記載の放射線検出器。
  6. 前記信号検出回路は、前記薄膜トランジスタがオン状態の時のサンプリング幅と、前記薄膜トランジスタがオフ状態の時のサンプリング幅とを変更する請求項１〜５のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  7. 前記薄膜トランジスタがオフ状態の時のサンプリング幅は、前記薄膜トランジスタがオン状態の時のサンプリング幅よりも長い請求項６記載の放射線検出器。
  8. 前記判定部により前記放射線の入射が開始されたと判定された場合には、
    前記制御回路は、一定期間経過後に前記複数の薄膜トランジスタをオン状態にする請求項１〜７のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  9. 前記判定部により前記放射線の入射が開始されていないと判定された場合には、
    前記制御回路は、前記複数の薄膜トランジスタをオフ状態に維持し、
    前記信号検出回路は、前記第１の電流積分値と、前記第２の電流積分値とを再度検出し、
    前記判定部は、前記第１の電流積分値と前記第２の電流積分値との差に基づいて放射線の入射開始時を再度判定する請求項１〜７のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  10. 前記判定部は、前記判定の回数および経過時間の少なくともいずれかを検出し、検出された前記判定の回数および前記経過時間の少なくともいずれかが規定値を超えた場合には、
    前記判定の回数、前記経過時間、前記第１の電流積分値、および前記第２の電流積分値に関するデータを初期化する請求項９記載の放射線検出器。
  11. 前記判定部は、前記複数のデータライン毎の前記第１の電流積分値を平均し、前記平均された前記第１の電流積分値と前記第２の電流積分値との差に基づいて前記放射線の入射開始時を判定する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の放射線検出器。
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