JPH0763859A - Two-dimensional detector of radiation - Google Patents

Two-dimensional detector of radiation

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Publication number
JPH0763859A
JPH0763859A JP21318693A JP21318693A JPH0763859A JP H0763859 A JPH0763859 A JP H0763859A JP 21318693 A JP21318693 A JP 21318693A JP 21318693 A JP21318693 A JP 21318693A JP H0763859 A JPH0763859 A JP H0763859A
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JP
Japan
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scintillator
image
photoconductive film
film
radiation
Prior art date
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Application number
JP21318693A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Takemoto
隆之 竹本
Shiro Oikawa
四郎 及川
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Shimadzu Corp
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a two-dimensional detector of radiation of a solid scan system which makes it possible to obtain an image of good quality having high sensitivity and high S/N and to increase the number of collected images for a unit time and which is excellent in light responsiveness. CONSTITUTION:A scintillator 1 converting an image obtained by an X ray into an image of light, a light-transmitting electrode 2, a photoconductive film 3 and a switching element matrix 5 are laminated sequentially, and the photoconductive film 3 is made an amorphous semiconductor layer which is held by electrodes having a check type contact and has a charge multiplying action.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線撮像装置などの医
療用診断装置に用いるに好適なX線等の放射線を検出す
る固体走査方式の放射線2次元検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid scanning two-dimensional radiation detector for detecting radiation such as X-rays suitable for use in medical diagnostic equipment such as X-ray imaging equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】医用分野におけるX線画像を電気信号に
変換する2次元のX線検出器としては、一般にイメージ
インテンシファイアとテレビジョン撮像管とを組み合わ
せたものが用いられている。イメージインテンシファイ
アの画素は少なくとも[数百×数百]のマトリックス相
当から[数千×数千]マトリックス相当の画素数を持っ
ている。
2. Description of the Related Art As a two-dimensional X-ray detector for converting an X-ray image into an electric signal in the medical field, a combination of an image intensifier and a television image pickup tube is generally used. The pixels of the image intensifier have at least a pixel number corresponding to a [hundreds × hundreds] matrix to a [thousands × thousands] matrix.

【0003】このX線2次元検出器は、イメージインテ
ンシファイアで画像増倍された可視光画像をイメージイ
ンテンシファイアと光学的に結合するテレビジョン撮像
管で電子ビーム走査により撮像する構成であるために、
X線画像から最終の電気的画像信号が得られるまでに、
X線−可視光線−電子−可視光線−光学系−可視光線−
電気信号という多くの変換工程が含まれるので、変換効
率が悪化し最終画像のS/N比を低下させると共に、装
置が複雑・大型になるという問題がある。
This X-ray two-dimensional detector has a structure in which a visible light image image-multiplied by an image intensifier is imaged by electron beam scanning by a television image pickup tube which is optically coupled to the image intensifier. for,
By the time the final electrical image signal is obtained from the X-ray image,
X-ray-visible light-electron-visible light-optical system-visible light-
Since many conversion steps of electric signals are included, there are problems that the conversion efficiency is deteriorated, the S / N ratio of the final image is lowered, and the apparatus becomes complicated and large.

【0004】イメージインテンシファイアで画像増倍さ
れた可視光画像をテレビジョン撮像管で電子ビーム走査
により撮像するかわりに、X線を感知するセンサーと薄
膜トランジスタ等で構成されたスイッチング素子マトリ
ックスを一体化し、スイッチング素子を2次元的に走査
し、画像信号を得るようにした固体走査方式の放射線2
次元検出器が種々提案されている。
Instead of picking up a visible light image multiplied by an image intensifier by an electron beam scanning with a television image pickup tube, a sensor for detecting X-rays and a switching element matrix composed of thin film transistors and the like are integrated. , Solid-state scanning radiation 2 which two-dimensionally scans a switching element to obtain an image signal
Various dimension detectors have been proposed.

【0005】例えば、特開平3−185865号公報に
は、アモルファスシリコン層に逆バイアスの電圧を印加
し、X線の吸収によって生成された電子正孔対(電荷)
をマトリックス状に設けたアモルファスシリコン薄膜ト
ランジスタによって走査・撮像するようにした放射線検
出器が開示されている。特開平4−206573号公報
には、X線をシンチレータ層で光に変換した後、薄膜ホ
トダイオードと薄膜トランジスタにより撮像するように
した放射線検出器が開示されている。
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 185865/1993, electron-hole pairs (charges) generated by absorption of X-rays by applying a reverse bias voltage to the amorphous silicon layer.
There is disclosed a radiation detector in which an amorphous silicon thin film transistor provided in a matrix form is used for scanning / imaging. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-206573 discloses a radiation detector in which X-rays are converted into light by a scintillator layer and then imaged by a thin film photodiode and a thin film transistor.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような固体走査方式の放射線2次元検出器では、信号電
流が小さいためにスイッチング素子による画素切り替え
時に起こるスパイクノイズが画素ノイズとなり、画質を
悪化させる。この画質悪化を軽減するためには十分な積
分時間を要して信号を取り出したり、また、放射線画像
を電荷の画像に変換する光導電膜の電荷蓄積作用を用い
ないで、各々の画素を積分する構造となっているために
やはり十分な積分時間を必要とする。そのために単位時
間当りの画像収集枚数を多くできない、換言すれば、光
応答性が悪いという問題がある。
However, in the solid-state scanning radiation two-dimensional detector as described above, since the signal current is small, the spike noise generated when switching the pixels by the switching element becomes pixel noise, which deteriorates the image quality. . In order to reduce this deterioration in image quality, it takes a sufficient integration time to extract the signal, and the charge accumulation function of the photoconductive film that converts a radiation image into an electric charge image is not used, and each pixel is integrated. Due to the structure, the integration time is still required. Therefore, there is a problem that the number of images collected per unit time cannot be increased, in other words, the photoresponsiveness is poor.

【0007】一方、特開平3−185865号公報に示
すX線を光に変換せずに直接検出し電気信号に変換する
タイプのものは、X線吸収の感応層である半導体層の厚
みを数百μm以上にまで成膜しなければ大きな信号が得
られないという問題がある。さらに、半導体層の厚みを
大きくすると、電子正孔対の移動度に関係する時定数が
大きくなり、その結果残像が大きくなるという性能上の
問題がある。
On the other hand, in the type disclosed in JP-A-3-185865, which directly detects X-rays without converting them into light and converts them into electric signals, the thickness of the semiconductor layer, which is a sensitive layer for X-ray absorption, is several. There is a problem that a large signal cannot be obtained unless the film is formed to a thickness of 100 μm or more. Furthermore, when the thickness of the semiconductor layer is increased, the time constant related to the mobility of electron-hole pairs increases, resulting in a large afterimage, which is a performance problem.

【0008】本発明は、上記に鑑み、高感度でS/N比
の高い良質の画像が得られ、且つ、単位時間当たりの画
像収集枚数が大きく取れる光応答性に優れていると共
に、構造が簡単で、しかも大視野にすることのできる放
射線2次元検出器を提供することを目的とする。また、
電荷増倍作用を起こす、阻止型接触を持つ電極に挟まれ
た電荷増倍作用をもつ非晶質半導体層からなる光導電膜
と、X線を光に変換するシンチレータを最適の条件でそ
れぞれ独立に形成することを可能にした放射線2次元検
出器をも提供することをも目的とする。
In view of the above, the present invention is capable of obtaining a high-quality image with high sensitivity and a high S / N ratio, and is excellent in light responsivity capable of obtaining a large number of images collected per unit time, and has a structure. It is an object of the present invention to provide a two-dimensional radiation detector which is simple and has a large field of view. Also,
Under optimal conditions, a photoconductive film made of an amorphous semiconductor layer having a charge multiplying effect, sandwiched between electrodes having a charge multiplying effect, which causes a charge multiplying effect, and a scintillator for converting X-rays into light are independently provided under optimum conditions. It is also an object to provide a radiation two-dimensional detector that can be formed into

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決し、上
記目的を達成するために、第1の発明の放射線2次元検
出器は、放射線による画像を光の画像に変換するシンチ
レータと、透光性電極を介して密接した光導電膜からな
るターゲット膜とを備え、ターゲット膜は電圧が印加さ
れた阻止型接触を持つ電極に挟まれた電荷増倍作用を持
つ非晶質半導体層からなる光導電膜で構成され、ターゲ
ット膜を走査し信号を取り出すために光導電膜に接して
2次元的に配置されたスイッチング素子マトリックス
と、このスイッチング素子マトリックスの駆動、およ
び、信号取り出し回路を設けた、ことを特徴としてい
る。
In order to solve the above problems and to achieve the above objects, a two-dimensional radiation detector of the first invention is a scintillator for converting an image of radiation into an image of light, and A target film made of a photoconductive film that is in close contact with a photoconductive electrode, and the target film is made of an amorphous semiconductor layer having a charge multiplying effect, sandwiched between electrodes having blocking contacts to which a voltage is applied. A switching element matrix composed of a photoconductive film, which is two-dimensionally arranged in contact with the photoconductive film for scanning the target film and extracting a signal, a driving of the switching element matrix, and a signal extraction circuit are provided. , Is characterized.

【0010】第2の発明の放射線2次元検出器は、シン
チレータと阻止型接触を持つ電極に挟まれた電荷増倍作
用を持つ非晶質半導体層からなる光導電膜(透光性電極
も含む)との間に、表面が平坦な透明平板を介在させ
た、ことを特徴としている。
A two-dimensional radiation detector according to a second aspect of the invention is a photoconductive film (including a translucent electrode) formed of an amorphous semiconductor layer having a charge multiplication effect, which is sandwiched between electrodes having a blocking contact with a scintillator. ), A transparent flat plate having a flat surface is interposed.

【0011】[0011]

【作用】シンチレータは、入力した放射線を光に変換す
る。この変換された光は透光性電極を透過して光導電膜
に入射し、この膜内に電子正孔対(電荷)を生成する。
生成された電子正孔対は、光導電膜内の電界によって膜
内を移動し、この際電子正孔対を増倍する。この結果と
して、ターゲット膜の電位を入射光量に応じて大きく変
化させる。ターゲット膜は、面方向に対しては大きな電
界がないため入射像に対応した電位分布がターゲット膜
上に現れる。
The scintillator converts the input radiation into light. The converted light passes through the translucent electrode and enters the photoconductive film to generate electron-hole pairs (charges) in the film.
The generated electron-hole pairs move in the film due to the electric field in the photoconductive film, and at this time multiply the electron-hole pairs. As a result, the potential of the target film is largely changed according to the amount of incident light. Since the target film has no large electric field in the surface direction, a potential distribution corresponding to the incident image appears on the target film.

【0012】光導電膜内部での電荷増倍作用で増倍され
た電荷は、光導電膜に接してマトリックス状に配置され
たスイッチング素子がそれの駆動回路によって順次駆動
されて、信号取り出し回路で順次読み出される。この信
号取り出し回路で読み出される電気信号は、ターゲット
膜内のそれぞれの画素に応じた電位によって流れる電流
で、放射線画像に対応した画像信号である。この画像信
号は、光導電膜内部での電荷増倍作用のために非常に大
きく、且つ、ダイナミックレンジの大きなものとなるこ
とから、高感度で、S/N比の高い高画質の画像が得ら
れる放射線2次元検出器が提供できる。
The charges multiplied by the charge multiplication effect inside the photoconductive film are sequentially driven by the drive circuits of the switching elements arranged in a matrix in contact with the photoconductive film, and the signal extraction circuit operates. It is read out sequentially. The electric signal read out by the signal extraction circuit is a current flowing at a potential corresponding to each pixel in the target film, and is an image signal corresponding to a radiation image. This image signal is very large due to the charge multiplication effect inside the photoconductive film and has a large dynamic range. Therefore, a high-quality image with high sensitivity and high S / N ratio can be obtained. Radiation two-dimensional detector can be provided.

【0013】しかも、阻止型ターゲット膜であることか
ら残像が少ないので、単位時間当たりの画像収集枚数が
大きく取れる光応答性に優れた放射線2次元検出器が得
られる。また、放射線の光への変換は、CsI等のシン
チレータで行うので、シンチレータを厚くすることで、
放射線を効率良く光に変換することがき、光導電膜を薄
くできる。
Further, since the blocking target film has a small afterimage, a two-dimensional radiation detector excellent in photoresponsiveness can be obtained in which a large number of images can be collected per unit time. Moreover, since the conversion of radiation into light is performed by a scintillator such as CsI, by thickening the scintillator,
Radiation can be efficiently converted into light, and the photoconductive film can be thinned.

【0014】すなわち、、シンチレータによる放射線か
ら光への高効率変換と阻止型ターゲット膜のその内部で
の電荷増倍作用と相俟って大きな画像信号が得られるこ
とから、高感度の放射線2次元検出器が提供できる。ア
モルファスセレン等の非晶質半導体層は、熱に弱く30
℃を越えると結晶化し、破壊する。また、シンチレータ
としてCsIを用いた場合には基板温度(蒸着温度)で
結晶状態が大きく変化し、有効なCsIシンチレータを
得るには200〜300℃程度の基板温度が好ましい。
このように非晶質半導体層とCsIシンチレータの形成
条件が相違しており、その条件が相反している。
That is, since a large image signal is obtained in combination with the highly efficient conversion of radiation into light by the scintillator and the charge multiplication action inside the blocking target film, a two-dimensional radiation with high sensitivity is obtained. A detector can be provided. Amorphous semiconductor layers such as amorphous selenium are vulnerable to heat.
If it exceeds ℃, it will crystallize and destroy. Further, when CsI is used as the scintillator, the crystal state changes greatly with the substrate temperature (deposition temperature), and a substrate temperature of about 200 to 300 ° C. is preferable to obtain an effective CsI scintillator.
Thus, the formation conditions of the amorphous semiconductor layer and the CsI scintillator are different, and the conditions are contradictory.

【0015】第2の発明では、シンチレータと阻止型接
触を持つ電極に挟まれた電荷増倍作用を持つ非晶質半導
体層からなる光導電膜との間に、表面が平坦な透明平板
を介在させたので、非晶質半導体層の形成とは別に透明
平板上にシンチレータを最適な温度条件で形成すること
が可能となり、シンチレータの形成時の熱的ダメージを
非晶質半導体層に与えることがない。なお、シンチレー
タが形成された透明平板は、別の基板上に形成された非
晶質半導体層からなる光導電膜と光学的接着剤で接合一
体化される。
In the second invention, a transparent flat plate having a flat surface is interposed between the scintillator and a photoconductive film made of an amorphous semiconductor layer having a charge multiplication effect, which is sandwiched between electrodes having blocking contact. As a result, it becomes possible to form the scintillator on the transparent flat plate under the optimum temperature condition separately from the formation of the amorphous semiconductor layer, and thermal damage at the time of forming the scintillator can be given to the amorphous semiconductor layer. Absent. The transparent flat plate on which the scintillator is formed is joined and integrated with a photoconductive film made of an amorphous semiconductor layer formed on another substrate by an optical adhesive.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の好ましい一実施例について図
面を参照しながら説明する。図1は本発明の放射線2次
元検出器の基本構成を示す模式図である。代表的な放射
線として70KeVのエネルギを持つX線の場合、シン
チレータ1は、X線を十分吸収し発光を起こすように2
00〜400μmの厚に形成する。 シンチレータに沃
化セシウム(CsI)を用いた場合、70KeVのX線
に対しては、50〜70%を吸収し、このX線吸収によ
り光を放出する。シンチレータ1に光学的に密接して透
光性電極2が設けられており、この電極は酸化インジウ
ムスズ(ITO)膜等よりなり、光の散乱の影響を少な
くすのためにできるだけ薄く形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of a two-dimensional radiation detector of the present invention. In the case of X-rays having energy of 70 KeV as a typical radiation, the scintillator 1 absorbs the X-rays sufficiently and emits light.
It is formed to a thickness of 00 to 400 μm. When cesium iodide (CsI) is used for the scintillator, it absorbs 50 to 70% of 70 KeV X-rays and emits light by this X-ray absorption. A transparent electrode 2 is provided in optical contact with the scintillator 1 and is made of an indium tin oxide (ITO) film or the like, and is formed as thin as possible in order to reduce the influence of light scattering. There is.

【0017】さらに、この電極2に密接して、光導電膜
3であるターゲット膜が1〜数十μmの厚さで設けられ
ている。なお、透光性電極2は抵抗が小さく、電導率の
小さい光導電膜3に一定の電位を与えるために設けられ
ている。この光導電膜3は、セレンを主成分とする非晶
質半導体31を酸化セシウムで作られた電極32と硫化
アンチモン33で作られた電極で挟まれた構造となって
おり、これらの電極はそれぞれ正孔・電子の電荷注入を
阻止する、所謂、阻止型接触を持つ電極で、光導電膜層
3内に強い電界が作られるように外部に設けられた電源
装置4によって透光性電極2を通して電圧が印加されて
いる。
Further, a target film which is the photoconductive film 3 is provided in a thickness of 1 to several tens of μm in close contact with the electrode 2. The transparent electrode 2 has a small resistance and is provided to apply a constant potential to the photoconductive film 3 having a low electric conductivity. The photoconductive film 3 has a structure in which an amorphous semiconductor 31 containing selenium as a main component is sandwiched between an electrode 32 made of cesium oxide and an electrode made of antimony sulfide 33. Each of the electrodes has a so-called blocking type contact for blocking charge injection of holes / electrons, and the transparent electrode 2 is provided by a power supply device 4 provided outside so that a strong electric field is created in the photoconductive film layer 3. A voltage is applied through.

【0018】シンチレータ1で発光した光は、光導電膜
3で吸収され電子正孔対(電荷)を生成し、これらの電
荷が電界によって移動する際に電荷増倍作用を引き起こ
して光導電膜3の電位を変化させる。これらの過程にお
いて入射光子数に対して利得1以上で電子正孔対が生成
するため、光導電膜に現れる電位変化は従来の光導電膜
より非常に大きく、高感度である。また、この電位は、
面方向に対しては大きな電界がないので、通常の画素走
査時間では、電位の緩和現象に伴う画像のボケは無視で
き、入射したX線透過像に対応した電位分布が膜上に現
れる。
The light emitted from the scintillator 1 is absorbed by the photoconductive film 3 to generate electron-hole pairs (charges), and when these charges are moved by the electric field, a charge multiplication action is caused to cause a photoconductive film 3. Change the potential of. In these processes, electron-hole pairs are generated with a gain of 1 or more with respect to the number of incident photons, so that the potential change appearing in the photoconductive film is much larger than that in the conventional photoconductive film, and the sensitivity is high. Also, this potential is
Since there is no large electric field in the plane direction, the blur of the image due to the relaxation phenomenon of the potential can be ignored during the normal pixel scanning time, and the potential distribution corresponding to the incident X-ray transmission image appears on the film.

【0019】光導電膜3に現れた電位の読みだしは、2
次元的に配置したスイッチング素子5で行われる。この
スイッチング素子5は、所謂、薄膜トランジスタ(TF
T)や薄膜ダイオード(TFD)素子であり、前者はシ
リコン半導体層と絶縁層および電極で構成されたトラン
ジスタであり、後者には一般にアモルファスシリコンダ
イオードやタンタル電極−タンタル酸化物−クロム電極
で構成されたMIM素子型ダイオードが考えられる。
The reading of the potential appearing on the photoconductive film 3 is 2
This is performed by the switching elements 5 arranged in a dimension. This switching element 5 is a so-called thin film transistor (TF).
T) or a thin film diode (TFD) device, the former is a transistor composed of a silicon semiconductor layer, an insulating layer and an electrode, and the latter is generally composed of an amorphous silicon diode or a tantalum electrode-tantalum oxide-chromium electrode. A MIM element type diode can be considered.

【0020】これらのマトリックス状に配置されたスイ
ッチング素子は、駆動回路6により順次駆動され、光導
電膜3に現れた電位を初期電位にリセットするために流
れる電流が、各画素毎に信号取り出し回路7によって読
みだされる。なお、透光性電極2は省略してもよい。
The switching elements arranged in a matrix are sequentially driven by the drive circuit 6, and a current flowing for resetting the potential appearing on the photoconductive film 3 to the initial potential is a signal extraction circuit for each pixel. Read by 7. The transparent electrode 2 may be omitted.

【0021】[実施例1]スイッチング素子5としてシ
リコン半導体TFT素子を用いた第1の発明の実施例に
ついて説明する。まず、表面が十分に平滑された絶縁基
板(図示せず)の上にプラズマCVDなどの気相成長法
やスパッタ法、または、フォトリソグラフィー技術を用
いて半導体素子をマトリックス状に設け、それぞれの素
子に電極を設ける。絶縁基板にはガラス基板が最も好ま
しく、またTFTの特性劣化を避けるためにはナトリウ
ム含有量の非常に少ない、所謂、無アルカリガラスが最
も適している。さらに、その平滑度は数cmの範囲での
曲率が200μm以下、1mm程度の範囲での、所謂、
ウネリが数nm以下であることが望ましい。半導体素子
には、アモルファスシリコンや多結晶シリコンを用いる
ことができる。
[Embodiment 1] An embodiment of the first invention using a silicon semiconductor TFT element as the switching element 5 will be described. First, semiconductor elements are provided in a matrix on an insulating substrate (not shown) whose surface is sufficiently smooth by a vapor phase growth method such as plasma CVD or a sputtering method, or a photolithography technique. An electrode is provided on. A glass substrate is most preferable for the insulating substrate, and so-called alkali-free glass having a very low sodium content is most suitable for avoiding deterioration of TFT characteristics. Further, the smoothness is a so-called, in which the curvature within a range of several cm is 200 μm or less and within a range of about 1 mm.
It is desirable that the swelling is several nm or less. Amorphous silicon or polycrystalline silicon can be used for the semiconductor element.

【0022】アモルファスシリコンを用いれば低温での
素子形成が可能であるため安価なガラスが使用でき、経
済的には好ましい。また、多結晶シリコンは、TFT素
子内のキャリア移動度がアモルファスシリコンに比べて
大きいために素子特性上は、多結晶シリコンが好まし
い。この半導体素子の上に上記に述べた阻止型接触の電
極を持つ光導電膜3、および、透光性電極2が蒸着法や
スパッタ法により形成される。さらに、その上に、シン
チレータ1が蒸着法により設けられる。シンチレータ1
に沃化セシウム(CsI)を用いた場合は、沃化セシウ
ムが潮解性を持ち、湿度によりその発光特性が劣化する
のを避けるために、全体を封止するか、真空容器内に収
容することが好ましい。
If amorphous silicon is used, elements can be formed at a low temperature, and thus inexpensive glass can be used, which is economically preferable. Further, since polycrystalline silicon has a higher carrier mobility in the TFT element than amorphous silicon, polycrystalline silicon is preferable in terms of element characteristics. On the semiconductor element, the photoconductive film 3 having the above-mentioned blocking contact electrode and the transparent electrode 2 are formed by the vapor deposition method or the sputtering method. Furthermore, the scintillator 1 is provided thereon by a vapor deposition method. Scintillator 1
When cesium iodide (CsI) is used as the material, the cesium iodide has a deliquescent property and must be sealed or housed in a vacuum container in order to avoid the deterioration of its emission characteristics due to humidity. Is preferred.

【0023】次に光導電膜3に現れる電位の読み出しに
ついて、図2の電気的等価回路を用いて説明する。光導
電膜は、構造的には検出部全体で一体の膜であるが、電
気的には各画素毎にキャパシタンスと抵抗からなる並列
回路で表され、その一端の透光性電極側は電源装置4に
よって同電位に保たれている。X線がシンチレータ1に
入射するとシンチレーション発光が生じ、その光は透光
性電極2を経て光導電膜3に導かれる。光導電膜3の各
画素に光が入射するとキャパシタンスに充電された電位
が光の入射量に応じて変化する。
Next, reading of the potential appearing on the photoconductive film 3 will be described with reference to the electrical equivalent circuit of FIG. Although the photoconductive film is structurally an integrated film in the entire detection portion, it is electrically represented by a parallel circuit composed of a capacitance and a resistance for each pixel, and the light-transmitting electrode side at one end is a power supply device. 4 keeps the same potential. When X-rays enter the scintillator 1, scintillation light emission is generated, and the light is guided to the photoconductive film 3 via the transparent electrode 2. When light enters each pixel of the photoconductive film 3, the potential charged in the capacitance changes according to the amount of light incident.

【0024】駆動回路6によって、例えば、[i]行が
選択されたとすると、[i]行上のTFT素子がオンに
なり、それぞれの画素を再充電するための電流が流れ、
各画素は初期電位にリセットされる。この時の電流量が
信号となって信号取り出し回路7を通じて各列[j−
1,j,j+1・・・]ごとに読み出される。信号取り
出し回路7が出力する信号は、サンプルホールド回路
(図示せず)やマルチプレクサ回路(図示せず)、A/
D変換回路(図示せず)等を通してデジタル画像信号と
して記録することができ、また、適当なタイミング回路
(図示せず)と組み合わせてテレビ信号のようなアナロ
グ画像信号とすることもできる。 [実施例2]スイッチング素子としてアモルファスシリ
コン半導体素子を用いた第1の発明の他の実施例につい
て説明する。なお、本実施例もつぎに示す実施例3もス
イッチング素子部分の構成のみが実施例1と相違してお
り、他の構成は実施例1で示した構造と同じである。ま
ず、表面が十分に平滑されたガラス基板の上に気相成長
法等を用いて、アモルファスシリコンを堆積し、フォト
リソグラフィー技術を用いて、ダイオード素子をマトリ
ックス状に形成する。それぞれのダイオード素子には駆
動用の電極と信号読みだし用の電極がマトリックス状に
設けられている。その上に実施例1と同様に光導電膜
3、および、透光性電極2が形成され、さらに、シンチ
レータ1が設けられる。光導電膜3上に現れる電位は、
駆動回路によって、ある選択行のダイオード素子がオン
になることで、各画素の信号が信号取り出し回路を通し
て読み出される。 [実施例3]スイッチング素子と
してMIM素子を用いた、第1の発明のさらに他の実施
例について説明する。十分に平滑された表面を持つガラ
ス基板の上にタンタル金属をスパッタ法により堆積した
後、フォトリソグラフィー技術を用いて不要部分を取り
除く。次に、このタンタル金属を陽極酸化法により表面
を酸化させタンタル酸化物を形成する。さらに、クロム
金属をタンタル金属同様にスパッタ法により堆積し、不
要部分を取り除く。
If, for example, the [i] row is selected by the drive circuit 6, the TFT elements on the [i] row are turned on, and a current for recharging each pixel flows,
Each pixel is reset to the initial potential. The current amount at this time becomes a signal and is passed through the signal extraction circuit 7 to each column [j-
1, j, j + 1 ...]. The signal output from the signal extraction circuit 7 is a sample hold circuit (not shown), a multiplexer circuit (not shown), A /
It can be recorded as a digital image signal through a D conversion circuit (not shown) or the like, or can be combined with an appropriate timing circuit (not shown) to form an analog image signal such as a television signal. [Embodiment 2] Another embodiment of the first invention using an amorphous silicon semiconductor element as a switching element will be described. It should be noted that this embodiment and the following third embodiment are different from the first embodiment only in the structure of the switching element portion, and the other structures are the same as the structure shown in the first embodiment. First, amorphous silicon is deposited on a glass substrate having a sufficiently smooth surface by a vapor phase growth method or the like, and a diode element is formed in a matrix by a photolithography technique. Each diode element is provided with driving electrodes and signal reading electrodes in a matrix. A photoconductive film 3 and a translucent electrode 2 are formed thereon, as in Example 1, and a scintillator 1 is further provided. The potential appearing on the photoconductive film 3 is
The drive circuit turns on the diode element of a certain selected row, whereby the signal of each pixel is read out through the signal extraction circuit. [Embodiment 3] Still another embodiment of the first invention will be described in which an MIM element is used as a switching element. After depositing tantalum metal on a glass substrate having a sufficiently smooth surface by a sputtering method, an unnecessary portion is removed by using a photolithography technique. Next, the surface of this tantalum metal is oxidized by an anodic oxidation method to form a tantalum oxide. Further, chromium metal is deposited by sputtering similarly to tantalum metal to remove unnecessary portions.

【0025】この様にしてMIMダイオードが作られ、
この素子の上に光導電膜3および透光性電極2が形成さ
れ、さらに、シンチレータ1が設けられる。光導電膜3
上に現れる電位は駆動回路によって、ある選択行のMI
M素子がオンになることで、各画素の信号が信号取り出
し回路を通して読み出される。この方法は素子作成の工
程が少なく簡便で経済的に有利である。
In this way, the MIM diode is manufactured,
A photoconductive film 3 and a translucent electrode 2 are formed on this element, and a scintillator 1 is further provided. Photoconductive film 3
The potential that appears on the top depends on the MI of a selected row by the drive circuit.
When the M element is turned on, the signal of each pixel is read out through the signal extraction circuit. This method has a small number of steps for producing an element, is simple, and is economically advantageous.

【0026】以上に示した実施例1から実施例3は、光
導電膜3上に設けた透光性電極2上にシンチレータ1を
蒸着し、シンチレータ1と光導電膜3とを密接形成した
実施例であるが、つぎにシンチレータと光導電膜との間
に表面が平坦な透明平板を介在させ、シンチレータと光
導電膜とを別個に作成することを可能にするために、両
者間に表面が平坦な透明平板を介在させた第2の発明を
図にしたがって説明する。
In Examples 1 to 3 described above, the scintillator 1 was vapor-deposited on the translucent electrode 2 provided on the photoconductive film 3, and the scintillator 1 and the photoconductive film 3 were closely formed. As an example, next, a transparent flat plate having a flat surface is interposed between the scintillator and the photoconductive film, so that the scintillator and the photoconductive film can be separately manufactured so that the surface between them can be formed separately. The second invention with a flat transparent plate interposed will be described with reference to the drawings.

【0027】[実施例4]図3に示す実施例は、透明平
板として薄板ガラスを用いたもので、薄板ガラス9の上
にシンチレータを形成する。これに別途ガラス基板8の
上に、スイッチング素子5と光導電膜3、および、透光
性電極2を設けたものを光学的接着剤91で接合してい
る。また、図示していないが接合面の平滑化と素子の保
護のためにポリイミド層を透光性電極2の上に形成する
ことも有効である。例えば、CsIをシンチレータに選
んだ場合に、CsIは被蒸着面の温度(いわゆる基板温
度)によって形成される結晶構造が大きく変化すること
が分かっており、基板温度としては、200〜300℃
が適している。
[Embodiment 4] In the embodiment shown in FIG. 3, thin glass is used as a transparent flat plate, and a scintillator is formed on thin glass 9. Separately, the glass substrate 8 on which the switching element 5, the photoconductive film 3 and the translucent electrode 2 are provided are bonded to each other with an optical adhesive 91. Although not shown, it is also effective to form a polyimide layer on the transparent electrode 2 for smoothing the joint surface and protecting the element. For example, when CsI is selected as the scintillator, it is known that the crystal structure of CsI formed by the temperature of the surface to be vapor-deposited (so-called substrate temperature) greatly changes, and the substrate temperature is 200 to 300 ° C.
Is suitable.

【0028】この方法によれば、薄板ガラス9を用いて
いるので、光導電膜やスイッチング素子部の形成とシン
チレータ部の形成を分離できるので、シンチレータの形
成に際し、光導電膜やスイッチング素子の熱による特性
劣化を考慮する必要がなくなり、CsI蒸着に最適な温
度制御が可能となる。また、蒸着速度が大きい場合の被
蒸着面の温度上昇も考慮する必要がなく、短時間でのC
sI蒸着が可能となり、最適の条件でシンチレータが作
成でき、且つ、光導電膜等を熱により劣化させることが
ない。
According to this method, since the thin glass plate 9 is used, it is possible to separate the formation of the photoconductive film or the switching element portion from the formation of the scintillator portion. Since it is not necessary to consider the characteristic deterioration due to CsI, the optimum temperature control for CsI vapor deposition becomes possible. In addition, it is not necessary to consider the temperature rise of the surface to be vapor-deposited when the vapor deposition rate is high, and the C
sI vapor deposition becomes possible, a scintillator can be produced under optimum conditions, and the photoconductive film and the like are not deteriorated by heat.

【0029】また、薄板ガラス9では強度的に弱く取扱
いが困難であるため、直径数μm程度のガラスファイバ
ーを束ねて一枚の成形した、いわゆるFOP(ファイバ
ー・オプティカル・プレート)を光学研磨して使用すれ
ば、光の分散による分解能の劣化がなく、FOPを支持
基板として厚みを持たせることができ、取扱いが簡便で
ある。
Further, since the thin glass plate 9 is weak in strength and difficult to handle, a so-called FOP (fiber optical plate) formed by bundling glass fibers having a diameter of several μm is optically polished. If used, the resolution is not deteriorated due to the dispersion of light, the FOP can be used as a supporting substrate to have a thickness, and the handling is easy.

【0030】[実施例5]FOPを用いた他の実施例を
図4に示す。十分に光学研磨されたFOP92の一方の
面に透光性電極2と光導電膜3をそれぞれスパッタ法・
蒸着法を用いて形成する。また、もう一方の面にはシン
チレータ1を形成する。これらは、画素毎に分割されて
いない一つの膜であるので、フォトリソグラフィー法等
の高度な位置合わせ技術は必要ないため、比較的簡便に
作製可能である。 一方、別のガラス基板8の上にマト
リックス状のスイッチング素子5を形成し、導電性接着
剤93を用いて、FOPに形成した光導電膜3と組み合
わせる。
[Fifth Embodiment] FIG. 4 shows another embodiment using the FOP. The transparent electrode 2 and the photoconductive film 3 are sputtered on one surface of the FOP 92 that has been sufficiently optically polished.
It is formed using a vapor deposition method. The scintillator 1 is formed on the other surface. Since these are one film that is not divided for each pixel, a high-level alignment technique such as a photolithography method is not required, and thus it can be produced relatively easily. On the other hand, the matrix-shaped switching element 5 is formed on another glass substrate 8 and combined with the photoconductive film 3 formed on the FOP using the conductive adhesive 93.

【0031】導電性接着剤93には、市販の銀を主成分
としたものなどを使用することもできるが、半球状のハ
ンダバンプを画素毎に設け、低温接着することや、水銀
系の化合物を用いて接着することもできる。なお、この
実施例では、シンチレータと光導電膜とを別個に作成で
きるので、FOPの一方に、まず、基板の温度を上げて
シンチレータを蒸着形成した後に、他方の面に光導電膜
を形成するようにすれば、光導電膜にシンチレータ形成
時の熱による特性劣化を与えることがない。
As the conductive adhesive 93, a commercially available one containing silver as a main component may be used. However, a hemispherical solder bump is provided for each pixel for low-temperature adhesion, or a mercury-based compound is used. It can also be used and bonded. In this embodiment, since the scintillator and the photoconductive film can be formed separately, the scintillator is first formed on one of the FOPs by elevating the temperature of the substrate, and then the photoconductive film is formed on the other surface. In this case, the photoconductive film is not deteriorated in characteristics due to heat when forming the scintillator.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、シンチレータで放射線
を光に効率よく変換でき、この変換された光は強い電界
のかけられた阻止型接触を持つ電極に挟まれた電荷増倍
作用をもつ非晶質半導体層からなる光導電膜に導かれ、
それ内の電荷増倍作用と前記シンチレータによる放射線
から光への高効率変換と相俟って得られる信号量が極め
て大きくなり、S/N比の良い高画質の画像が得られる
と共に、単位時間当たりの画像収集枚数も大きくでき
る。
According to the present invention, radiation can be efficiently converted into light by a scintillator, and this converted light has a charge multiplication effect sandwiched between electrodes having a blocking contact to which a strong electric field is applied. Is guided to the photoconductive film made of an amorphous semiconductor layer,
The amount of signal obtained in combination with the charge multiplication action therein and the highly efficient conversion of radiation into light by the scintillator becomes extremely large, and a high quality image with a good S / N ratio can be obtained and the unit time The number of images collected per hit can be increased.

【0033】また、CsI等のシンチレータを大きな面
積で形成することは従来のイメージインテンシファイア
製造技術上可能であり、アモルファスセレンの光導電膜
の大型化も容易であることから、従来のイメージインテ
ンシファイアと同様に[数百×数百]から[数千×数
千]マトリックスの大画素をもつ、大面積視野で薄型の
放射線2次元検出器が経済的にも有利な形で実現でき、
しかも、その構造、ならびに、製作が簡単である。
Further, it is possible to form a scintillator such as CsI in a large area in the conventional image intensifier manufacturing technology, and it is easy to increase the size of the photoconductive film of amorphous selenium. Similar to the tensifier, it is possible to realize a economical two-dimensional detector with a large area field of view and a thin radiation two-dimensional detector having a large number of pixels of [hundreds × hundreds] to [thousands × thousands] matrix.
Moreover, its structure and manufacture are simple.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の発明の一実施例にかかる放射線2次元検
出器の構造を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a two-dimensional radiation detector according to an embodiment of the first invention.

【図2】図1の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of FIG.

【図3】第2の発明の一実施例を製造方法との関連で示
した模式図。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the second invention in relation to a manufacturing method.

【図4】第2の発明の他の実施例を製造方法との関連で
示した模式図。
FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the second invention in relation to the manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シンチレータ 2…透光性電極 3…光導電膜 31:非晶質半導体 32:硫化アンチモン 3
3:酸化セシウム 4…電源装置 5…スイッチング素子 6…駆
動回路 7…信号取り出し回路 8…絶縁基板(ガラス基
板) 9…薄板ガラス 91:光学的接着剤 92:FOP 93:導電性
接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scintillator 2 ... Translucent electrode 3 ... Photoconductive film 31: Amorphous semiconductor 32: Antimony sulfide 3
3: Cesium oxide 4 ... Power supply device 5 ... Switching element 6 ... Driving circuit 7 ... Signal extraction circuit 8 ... Insulating substrate (glass substrate) 9 ... Thin glass 91: Optical adhesive 92: FOP 93: Conductive adhesive

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/14 31/09 7630−4M H01L 31/00 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 27/14 31/09 7630-4M H01L 31/00 A

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放射線による画像を光の画像に変換する
シンチレータと、シンチレータからの光の画像を電荷の
画像に変換するターゲット膜と、上記ターゲット膜を2
次元的に走査し、ターゲット膜に蓄えられた電荷を読み
出すスイッチング素子マトリックスとを積層してなる放
射線2次元検出器において、上記ターゲット膜が阻止型
接触を持つ電極に挟まれた電荷増倍作用をもつ非晶質半
導体層からなる光導電膜であることを特徴とする放射線
2次元検出器。
1. A scintillator for converting a radiation image into a light image, a target film for converting a light image from the scintillator into a charge image, and the target film.
In a radiation two-dimensional detector formed by stacking a switching element matrix for two-dimensionally scanning and reading out charges accumulated in a target film, the target film has a charge multiplication function sandwiched between electrodes having blocking contact. A two-dimensional radiation detector characterized in that it is a photoconductive film made of an amorphous semiconductor layer.
【請求項2】 請求項1に記載の放射線2次元検出器に
おいて、上記シンチレータと光導電膜との間に表面が平
坦な透明平板を介在したことを特徴とする放射線2次元
検出器。
2. The two-dimensional radiation detector according to claim 1, wherein a transparent flat plate having a flat surface is interposed between the scintillator and the photoconductive film.
JP21318693A 1993-03-31 1993-08-27 Two-dimensional detector of radiation Pending JPH0763859A (en)

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