KR20160037883A - 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 표시 시스템 - Google Patents

방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 표시 시스템 Download PDF

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KR20160037883A
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신지 후지모토
히로노리 킥카와
야스히로 야마다
미치루 센다
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소니 주식회사
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Abstract

방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와, 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과, 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과, 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 포함하는 방사선 촬상 장치를 제공한다. 방사선 촬상 장치는, 파장 변환층과 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 것이다.

Description

방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 표시 시스템{RADIATION IMAGE PICKUP UNIT AND RADIATION IMAGE PICKUP DISPLAY SYSTEM}
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2013년 7월 24일에 출원된 일본 우선권 특허출원 JP2013-153318의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 본원에 참고로서 인용된다.
본 개시는, 입사한 방사선에 의거하여 화상을 취득하는 방사선 촬상 장치, 및 그와 같은 방사선 촬상 장치를 구비한 방사선 촬상 표시 시스템에 관한 것이다.
근래, X선 등의 방사선에 의거한 화상을 전기 신호로서 취득하는 방사선 촬상 장치가 개발되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1). 이와 같은 방사선 촬상 장치는, 이른바 간접 변환형의 것과 직접 변환형의 것으로 대별된다. 간접 변환형의 방사선 촬상 장치에서는, 예를 들면 X선을 가시광으로 변환하는 변환층을 구비한 파장 변환 기판(신틸레이터(scintillator) 플레이트)과, 가시광에 의거하여 전기 신호를 발생하는 광전 변환 소자를 구비한 센서 기판이 맞붙여져 있다.
일본 특개2002-228757호 공보
상기한 바와 같은 방사선 촬상 장치에서는, 센서 기판과 변환 기판과의 간극을 최적화하여 촬상 화상의 화질 향상을 도모하는 것이 가능한 소자 구조의 실현이 요망되고 있다.
본 개시는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 촬상 화상의 화질을 향상시키는 것이 가능한 방사선 촬상 장치, 및 그와 같은 방사선 촬상 장치를 구비한 방사선 촬상 표시 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 실시의 형태에 관하여, 방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와, 화소마다 광전 변환 소자를 포함하는 소자 기판과, 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과, 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 포함하는 방사선 촬상 장치를 제공한다. 방사선 촬상 장치는, 파장 변환층과 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 것이다.
본 개시의 실시의 형태에 관하여, 방사선 촬상 장치와, 이 방사선 촬상 장치에 의해 얻어진 촬상 신호에 의거한 화상 표시를 행하는 표시 장치를 구비한 방사선 촬상 표시 시스템을 제공한다. 방사선 촬상 장치는, 방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와, 화소마다 광전 변환 소자를 포함하는 소자 기판과, 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과, 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 포함한다. 방사선 촬상 장치는, 파장 변환층과 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 것이다.
본 개시의 각각의 실시의 형태에 관한 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 표시 시스템에서는, 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과, 파장 변환층과의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 소정의 임계치 이상 또는 그 임계치 이하가 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 소자 기판과 파장 변환층과의 간극이 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여 최적화되고, 촬상 화상의 MTF(선예도(線銳度), sharpness)의 저감이 억제되고, 또는 무아레(moire)의 발생 등이 억제된다.
본 개시의 각각의 실시의 형태에 관한 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 표시 시스템에 의하면, 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과, 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 소정의 임계치 이상 또는 그 임계치 이하가 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 소자 기판과 파장 변환층과의 간극이 최적화되고, 촬상 화상의 MTF의 저감 또는 무아레의 발생 등을 억제할 수 있다. 따라서, 촬상 화상의 화질을 향상시키는 것이 가능해진다.
상술한 일반적인 설명 및 후술할 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구된 기술의 추가적인 설명을 제공하기 위하여 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부하는 도면은 본 기술의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부에 포함되고 구성이 된다. 도면은 실시의 형태를 설명하고, 명세서와 함께, 본 기술의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 개시의 한 실시의 형태에 관한 방사선 촬상 장치의 전체 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시한 화소 등의 상세 구성례를 도시하는 회로도.
도 3은 도 1에 도시한 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 4는 도 3에 도시한 화소부의 평면 모식도.
도 5는 도 1에 도시한 열 선택부의 상세 구성례를 도시하는 블록도.
도 6은 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 7A는 비교례 1에 관한 화소부의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 7B는 도 6에 도시한 화소부의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 8은 본 개시의 제2의 실시의 형태에 관한 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 9A는 비교례 2에 관한 화소부의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 9B는 도 8에 도시한 화소부의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 10은 본 개시의 제3의 실시의 형태에 관한 화소부의 구성을 도시하는 단면도.
도 11은 변형례 1-1에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시하는 단면도.
도 12는 변형례 1-2에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시하는 단면도.
도 13은 변형례 1-3에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시하는 단면도.
도 14는 변형례 2에 관한 화소 등의 구성을 도시하는 회로도.
도 15는 변형례 3에 관한 화소 등의 구성을 도시하는 회로도.
도 16은 변형례 4-1에 관한 화소 등의 구성을 도시하는 회로도.
도 17은 변형례 4-2에 관한 화소 등의 구성을 도시하는 회로도.
도 18은 적용례에 관한 방사선 촬상 표시 시스템의 개략 구성을 도시하는 모식도.
이하, 본 개시의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1.전체 구성(방사선 촬상 장치 및 화소부의 구성례)
2.제1의 실시의 형태(촬상 대상물의 공간 주파수가 나이키스트 주파수 이하인 경우에 있어서 소자 기판과 파장 변환층과의 간극을 최적화한 예)
3. 제2의 실시의 형태(촬상 대상물의 공간 주파수가 나이키스트 주파수 이상인 경우에 있어서 소자 기판과 파장 변환층과의 간극을 최적화한 예)
4. 제3의 실시의 형태(소자 기판과 파장 변환층과의 사이에 굴절률이 다른 2개의 중간층이 개재하는 경우의 예)
5. 변형례 1-1(2개의 중간층이 개재하는 경우의 다른 예)
6. 변형례 1-2(2개의 중간층이 개재하는 경우의 다른 예)
7. 변형례 1-3(2개의 중간층이 개재하는 경우의 다른 예)
8. 변형례 2(패시브형의 다른 화소 회로의 예)
9. 변형례 3(패시브형의 다른 화소 회로의 예)
10.변형례 4-1, 4-2(액티브형의 화소 회로의 예)
11. 적용례(방사선 촬상 표시 시스템의 예)
<전체 구성>
도 1은, 본 개시의 한 실시의 형태에 관한 방사선 촬상 장치(방사선 촬상 장치(1))의 전체의 블록 구성을 도시하는 것이다. 여기서는, 후술하는 제1 내지 제3의 실시의 형태의 설명에 앞서서, 각 실시의 형태에 공통의 구성에 관해 설명한다. 방사선 촬상 장치(1)는, 입사하는 방사선(예를 들면 X선)에 의거하여 피사체의 정보를 판독하는(피사체를 촬상하는) 것이다. 이 방사선 촬상 장치(1)는, 화소부(11)를 구비함과 함께, 이 화소부(11)의 구동 회로로서, 행 주사부(13), A/D 변환부(14), 열 주사부(15) 및 시스템 제어부(16)를 구비하고 있다. 이 방사선 촬상 장치(1)는, 예를 들면 간접 변환형 FPD(flat panel detector)이다. 상세는 것은 후술하지만, 화소부(11)에서는, 방사선이 한 번 가시광으로 변환된 후, 그 가시광에 의거한 전기 신호를 얻을 수 있도록 되어 있다.
(화소부(11))
화소부(11)는, 방사선에 의거하여 신호 전하를 발생시키는 복수의 화소(촬상 화소, 단위 화소)(20)를 구비한 것이다. 복수의 화소(20)는, 행렬형상(매트릭스형상)으로 2차원 배치되어 있다. 또한, 도 1 중에 도시한 바와 같이, 화소부(11) 내에서의 수평 방향(행방향)을 "H"방향으로 하고, 수직 방향(열방향)을 "V"방향으로 한다.
도 2는, 화소(20)의 회로 구성(이른바 패시브형의 회로 구성)을, A/D 변환부(14) 내의 차지 앰프 회로(171)(후술)의 회로 구성과 함께 예시한 것이다. 이 패시브형의 화소(20)에는, 예를 들면 하나의 광전 변환 소자(21)와, 하나의 TFT(22)가 마련되어 있다. 이 화소(20)에는 또한, H방향에 따라 연재되는 판독 제어선(Lread)(주사선, 게이트선)과, V방향에 따라 연재되는 신호선(Lsig)이 접속되어 있다.
광전 변환 소자(21)는, 예를 들면 PIN(Positive Intrinsic Negative)형의 포토 다이오드 또는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형 센서로 이루어지고, 입사광량에 응한 전하량의 신호 전하를 발생시킨다. 또한, 이 광전 변환 소자(21)의 캐소드는, 여기서는 축적 노드(N)에 접속되어 있고, 애노드는 예를 들면 접지 또는 바이어스선에 접속되어 있다.
TFT(22)는, 판독 제어선(Lread)으로부터 공급되는 행 주사 신호에 응하여 온 상태가 됨에 의해, 광전 변환 소자(21)에 의해 얻어진 신호 전하(입력 전압(Vin))을 신호선(Lsig)에 출력하는 트랜지스터(판독용 트랜지스터)이다. 이 TFT(22)는, 예를 들면 n채널형(n형)의 전계 효과 트랜지스터(FET ; Field Effect Transistor)에 의해 구성되어 있다. 단, TFT(22)는 P채널형(P형)의 FET 등에 의해 구성되어 있어도 좋다.
이 TFT(22)는, 예를 들면 반도체층(활성층)을 사이에 두고 2개의 게이트 전극이 대향 배치됐다, 이른바 듀얼 게이트형(양면 게이트형, 더블 게이트형)의 소자 구조를 갖고 있다. 또는, 보텀 게이트형 또는 톱 게이트형의 소자 구조를 갖고 있어도 좋다. TFT(22)의 반도체층은, 예를 들면 비정질 실리콘(어모퍼스 실리콘), 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘(폴리실리콘) 등의 실리콘계 반도체에 의해 구성되고, 바람직하게는 저온 다결정 실리콘(LTPS : Low Temperature Poly-silicon)에 의해 구성되어 있다. 단, 이들의 실리콘계 반도체로 한정되지 않고 예를 들면 산화인듐갈륨아연(InGaZnO) 또는 산화아연(ZnO) 등의 산화물 반도체에 의해 구성되어 있어도 좋다.
도 3은, 상기한 바와 같은 화소(20)로 이루어지는 화소부(11)의 단면 구성을 도시한 것이다. 도 4는, 화소부(11)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 화소부(11)는, 소자 기판(센서 기판)(110)의 광 입사측(수광면측)에, 파장 변환층(25)을 구비한 것이다. 파장 변환층(25)은, 격벽(26)에 의해 화소(20)마다 분리되어 있다. 파장 변환층(25) 및 격벽(26)은, 예를 들면 지지 기판(120)의 일면에 형성되어 있고, 파장 변환 기판(신틸레이터 플레이트)을 구성한다. 화소부(11)에서는, 예를 들면 지지 기판(120)과 소자 기판(110)이, 파장 변환층(25) 및 격벽(26)을 사이에 두고 맞붙여져 있다. 이하에 설명하는 각 실시의 형태에서는, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이에, 하나 또는 복수의 중간층(중간층(24))이 개재한다. 또한, 도 3에서는, 간편화를 위해, 3개의 화소(20)가 배열된 구성을 도시하고 있지만, 화소부(11)의 화소수 및 화소 배열은 이것으로 한정되는 것이 아니다.
소자 기판(110)은, 유리 등의 기판(110a)상에, 상술한 광전 변환 소자(21) 및 TFT(22)가 형성됨과 함께, 배선(23) 등이 형성된 것이다. 배선(23)은, 예를 들면 판독 제어선(Lread), 신호선(Lsig) 또는 바이어스선(Lbias) 등에 상당하는 것이다. 소자 기판(110)에서, 광전 변환 소자(21), TFT(22) 및 배선(23)(Lread, Lsig, Lbias)은, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이 레이아웃 된다. 예를 들면, 판독 제어선(Lread)과 신호선(Lsig)이 서로 교차하도록, 또한 격벽(26)에 대향하여 배치되어 있다. 또한, 바이어스선(Lbias)은, 예를 들면 신호선(Lsig)과 병행하여 배치되어 있다. TFT(22)는, 노이즈 저감 및 필팩터 저감 억제를 위해, 판독 제어선(Lread) 및 신호선(Lsig)에 인접하여(또는 부근에) 형성되어 있다. 광전 변환 소자(21)는, 이들의 판독 제어선(Lread), 신호선(Lsig) 및 바이어스선(Lbias)과 TFT(22)에 의해 둘러싸여진 영역에 형성되어 있다.
격벽(26)은, 화소(20) 사이의 영역에 형성되고, 파장 변환층(25)을 화소마다 분리하는 것이다. 환언하면, 격벽(26)은, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같은 격자형상을 이루고, 이 격자에 의해 둘러싸여진 각 부분(개구 부분)에, 파장 변환층(25)이 충전되어 있다. 이와 같은 격벽(26)은, 예를 들면 감광성 유리(예를 들면 세라믹분(粉)과 저융점 유리가 혼합된 것)에 의해 구성되어 있다. 격벽(26)의 두께(높이)는 예를 들면 약 0.1㎜ 내지 3.0㎜이고, 격벽(26)의 폭(폭(w))은, 예를 들면 약 0.02㎜ 내지 0.06㎜이다.
파장 변환층(25)은, 방사선(Rrad)(예를 들면 α선, β선, γ선, X선 등)을, 광전 변환 소자(21)의 감도역의 파장으로 변환하는 것이고, 예를 들면 X선을 흡수하여 가시광을 발하는 형광체(예를 들면, 신틸레이터)로 이루어진다. 형광체 재료로서는, 예를 들면 CsI(Tl 첨가), Gd2O2S, BaFX(X는 Cl, Br, I 등), NaI 또는 CaF2 등을 들 수 있다. 파장 변환층(25)의 두께는, 격벽(26)의 두께(높이)와 동등하거나 그 이하이다.
지지 기판(120)은, 예를 들면 유리, 세라믹, 반도체, 금속, 고분자 재료, 등으로 이루어진다. 예를 들면, 석영, 붕규산 유리 및 화학적 강화 유리 등의 판유리, 사파이어, 질화규소 및 탄화규소 등의 세라믹, 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 갈륨인 및 갈륨질소 등의 반도체, 알루미늄(Al), 철(Fe) 및 구리(Cu) 등의 금속 또는 이들의 금속을 그 금속 산화물로 피막한 것 등을 들 수 있다. 또한, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 탄소섬유 강화 수지 등의 고분자 재료(플라스틱)라도 좋다.
중간층(24)은, 상술한 바와 같이 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이에서, 예를 들면 소자 기판(110)의 전면에 걸쳐서 마련되어 있다. 중간층(24)은, 상세는 후술하지만, 소정의 재료에 의해 구성되어 있어도 좋고, 공기층이라도 좋다. 이 중간층(24)은, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이의 거리(간극(d))를 규정하는 것이다. 이 중간층(24)의 굴절률 및 막두께 등을 적절히 설정함에 의해, 이하의 각 실시의 형태에서는, 촬상 대상물의 공간 주파수(fs)에 응하여 간극(d)이 최적화된다. 또한, 간극(d)은, 상세하게는, 소자 기판(110)의 광전 변환 소자(21)의 수광면과 파장 변환층(25)의 광출사면과 사이의 거리에 상당한다.
구체적으로는, 간극(d)은, 공간 주파수(fs)에 응하여, 미리 설정된 임계치(d0) 이하 또는 임계치(d0) 이상이 되도록 설정되어 있다. 임계치(d0)는, 파장 변환층(25)을 출사한 광이, 인접 화소의 광전 변환 소자(21)의 단연(端緣)(수광 영역과 비수광 영역과의 경계)에 입사할 때의 간극의 크기이다. 즉, 임계치(d0)는, 이하의 식(1), (2)에 의해 표시된다. 단, s는, 광전 변환 소자(21)의 단연부터 화소(20)의 단연까지의 거리의 최소치(도 4 참조)에 상당한 값이다. 또한, A1는 파장 변환층(25)과 중간층(24)과의 계면에의 입사각(최대치), A2는 파장 변환층(25)과 중간층(24)과의 계면에서의 굴절각, n1은 파장 변환층(25)의 굴절률, n2은 중간층(24)의 굴절률이다.
[수식 1]
d0=(s+w/2)/tanA2 ………(1)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) ………(2)
각 파라미터 및 임계치(d0)의 한 예를 들면, A1=20°(+20도, -20도)이다. A1가 20도를 초과하면, 격벽(26)에서의 반사에 의한 감쇠에 의해, 가시광은 파장 변환층(25)의 밖으로 출사되기 어렵기 때문이다. 또한, n1=2.2, n2=1.5, s=10㎛, w=25㎛로 설정할 수 있다. 이와 같이 설정한 경우, d0=38.8㎛가 된다.
(행 주사부(13))
행 주사부(13)는, 후술하는 시프트 레지스터 회로나 소정의 논리 회로 등을 포함하여 구성되어 있고, 화소부(11)의 복수의 화소(20)에 대해 행 단위(수평 라인 단위)로의 구동(선순차 주사)을 행하는 화소 구동부(행 주사 회로)이다. 구체적으로는, 각 화소(20)의 판독 동작이나 리셋 동작 등의 촬상 동작을 예를 들면 선순차 주사에 의해 행한다. 또한, 이 선순차 주사는, 판독 제어선(Lread)을 통하여 전술한 행 주사 신호를 각 화소(20)에 공급함에 의해 행하여진다.
(A/D 변환부(14))
A/D 변환부(14)는, 복수(여기서는 4개)의 신호선(Lsig)마다 하나 마련된 복수의 열 선택부(17)를 갖고 있고, 신호선(Lsig)을 통하여 입력된 신호 전압(신호 전하에 응한 전압)에 의거하여 A/D변환(아날로그/디지털 변환)을 행하는 것이다. 이에 의해, 디지털 신호로 이루어지는 출력 데이터(Dout)(촬상 신호)가 생성되고, 외부에 출력된다.
각 열 선택부(17)는, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 차지 앰프(172), 용량 소자(콘덴서 또는 피드백 용량 소자 등)(C1), 스위치(SW1), 샘플 홀드(S/H)회로(173), 4개의 스위치(SW2)를 포함하는 멀티플렉서 회로(선택 회로)(174), 및 A/D 컨버터(175)를 갖고 있다. 이들 중, 차지 앰프(172), 용량 소자(C1), 스위치(SW1), S/H 회로(173) 및 스위치(SW2)는, 신호선(Lsig)마다 마련되어 있다. 또한, 이들 중, 차지 앰프(172), 용량 소자(C1) 및 스위치(SW1)는, 도 2에 도시한 차지 앰프 회로(171)에 상당한다. 멀티플렉서 회로(174) 및 A/D 컨버터(175)는, 열 선택부(17)마다 마련되어 있다.
차지 앰프(172)는, 신호선(Lsig)으로부터 판독된 신호 전하를 전압으로 변환(Q-V변환)하기 위한 앰프(증폭기)이다. 이 차지 앰프(172)에서는, 부측(-측)의 입력 단자에 신호선(Lsig)의 일단이 접속되고, 정측(+측)의 입력 단자에는 소정의 리셋 전압(Vrst)이 입력되도록 되어 있다. 차지 앰프(172)의 출력 단자와 부측의 입력 단자 사이는, 용량 소자(C1)와 스위치(SW1)와의 병렬 접속 회로를 통하여 귀환 접속(피드백 접속)되어 있다. 즉, 용량 소자(C1)의 일방의 단자가 차지 앰프(172)의 부측의 입력 단자에 접속되고, 타방의 단자가 차지 앰프(172)의 출력 단자에 접속되어 있다. 마찬가지로, 스위치(SW1)의 일방의 단자가 차지 앰프(172)의 부측의 입력 단자에 접속되고, 타방의 단자가 차지 앰프(172)의 출력 단자에 접속되어 있다. 또한, 이 스위치(SW1)의 온·오프 상태는, 시스템 제어부(16)로부터 앰프 리셋 제어선(Lcarst)을 통하여 공급되는 제어 신호(앰프 리셋 제어 신호)에 의해 제어된다.
S/H 회로(173)는, 차지 앰프(172)와 멀티플렉서 회로(174)와의 사이(스위치(SW2))에 배치되어 있고, 차지 앰프(172)로부터의 출력 전압(Vca)을 일시적으로 유지하기 위한 회로이다.
멀티플렉서 회로(174)는, 열 주사부(15)에 의한 주사 구동에 따라 4개의 스위치(SW2) 중의 하나가 순차적으로 온 상태로 됨에 의해, 각 S/H 회로(173)와 A/D 컨버터(175) 사이를 선택적으로 접속 또는 차단하는 회로이다.
A/D 컨버터(175)는, 스위치(SW2)를 통하여 입력된 S/H 회로(173)로부터의 출력 전압에 대해 A/D 변환을 행함에 의해, 상기한 출력 데이터(Dout)를 생성하여 출력하는 회로이다.
(열 주사부(15))
열 주사부(15)는, 예를 들면 도시하지 않은 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등을 포함하여 구성되어 있고, 상기한 열 선택부(17) 내의 각 스위치(SW2)를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이와 같은 열 주사부(15)에 의한 선택 주사에 의해, 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 판독된 각 화소(20)의 신호(상기 출력 데이터(Dout))가, 순번대로 외부에 출력되도록 되어 있다.
(시스템 제어부(16))
시스템 제어부(16)는, 행 주사부(13), A/D 변환부(14) 및 열 주사부(15)의 각 동작을 제어하는 것이다. 구체적으로는, 시스템 제어부(16)는, 전술한 각종의 타이밍 신호(제어 신호)를 생성하는 타이밍 제너레이터를 갖고 있고, 이 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로, 행 주사부(13), A/D 변환부(14) 및 열 주사부(15)의 구동 제어를 행한다. 이 시스템 제어부(16)의 제어에 의거하여, 행 주사부(13), A/D 변환부(14) 및 열 주사부(15)가 각각 화소부(11) 내의 복수의 화소(20)에 대한 촬상 구동(선순차 촬상 구동)을 행함에 의해, 화소부(11)로부터 출력 데이터(Dout)가 취득되도록 되어 있다.
이하, 상기한 바와 같은 방사선 촬상 장치(1)에서, 공간 주파수(fs)에 응한 간극(d)의 최적화에 관해 설명한다.
<제1의 실시의 형태>
(구성)
도 6은, 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 화소부(11)의 단면 구성을 도시한 것이다. 본 실시의 형태에서는, 촬상 대상물의 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn)(예를 들면 화소 피치(p)의 1/2) 이하(fs≤fn)인 경우의 간극(d)의 최적화에 관해 설명한다. 이 경우, 화소부(11)는, 간극(d)이 상기 임계치(d0) 이하의 값(dA)이 되도록 구성되어 있다. 즉, 간극(dA)은, 이하의 식(A), (2)에 의해 표시된다.
[수식 2]
d=dA≤(s+w/2)/tanA2 ………(A)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) ………(2)
소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이에는, 상술한 중간층(24)의 한 구체례로서 중간층(24A)(제1의 중간층)이 형성되어 있다. 중간층(24A)은, 예를 들면 파장 변환층(25)과 동일한 구성 재료(신틸레이터)로 이루어지는 것이 바람직하다. 또는, 파장 변환층(25)과 다른 재료로 구성되어 있어도 좋지만, 파장 변환층(25)과의 사이에서 굴절률차(굴절률(n1, n2)의 차)가 적은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이가 예를 들면 공기층인 경우에 비하여, 굴절각(A2)이 작아지고 간극(dA)의 설계 범위가 넓어짐으로써, 프로세스 마진이 확대하기 때문이다. 또한, 중간층(24)으로서 신틸레이터 재료가 분체(粉體) 또는 액체라면, 충전이 용이하다.
(작용, 효과)
본 실시의 형태의 방사선 촬상 장치(1)에서는, 예를 들면 X선 등의 방사선이 화소부(11)에 입사하면, 파장 변환층(25)에서 방사선이 흡수되어 가시광을 발생한다. 이 가시광은, 파장 변환층(25)으로부터 출사한 후, 소자 기판(110)에서 화소(20)마다(광전 변환 소자(21)마다)에 수광된다. 이에 의해, 각 화소(20)(광전 변환 소자(21))에서는, 입사광에 의거한 신호 전하가 발생한다(광전 변환이 이루어진다). 이 때, 축적 노드(N)(도 2)에서는, 발생하는 신호 전하의 축적에 의해, 노드 용량에 응한 전압 변화가 생긴다. 이 전압 변화에 응하여, TFT(22)의 드레인에는 입력 전압(Vin)(신호 전하에 대응한 전압)이 공급된다. 그 후, 판독 제어선(Lread)으로부터 공급되는 행 주사 신호에 응하여 TFT(22)가 온 상태가 되면, 상기한 신호 전하가 신호선(Lsig)에 판독된다.
판독된 신호 전하는, 신호선(Lsig)을 통하여 복수(여기서는 4개)의 화소열마다, A/D 변환부(14) 내의 열 선택부(17)에 입력된다. 열 선택부(17)에서는, 우선, 각 신호선(Lsig)으로부터 입력되는 신호 전하마다, 차지 앰프(172) 등으로 이루어지는 차지 앰프 회로에서 Q-V변환(신호 전하로부터 신호 전압으로의 변환)을 행한다. 뒤이어, 변환된 신호 전압(차지 앰프(172)로부터의 출력 전압(Vca))마다, S/H 회로(173) 및 멀티플렉서 회로(174)를 통하여 A/D 컨버터(175)에서 A/D변환을 행하여, 디지털 신호로 이루어지는 출력 데이터(Dout)(촬상 신호)를 생성한다. 이와 같이 하여, 각 열 선택부(17)로부터 출력 데이터(Dout)가 순번대로 출력되고, 외부에 전송된다(또는 도시하지 않은 내부 메모리에 입력된다).
여기서, 본 실시의 형태에서는, 화소부(11)에서, 간극(dA)이 임계치(d0) 이하가 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(Nyquist frequency)(fn) 이하인 경우에, 촬상 화상의 화질을 향상시킬 수 있다. 그 이유에 관해 설명한다.
즉, 방사선 촬상 장치(1)는, 상술한 바와 같이, 소자 기판(110)과, 파장 변환층(25) 및 격벽(26)이 형성된 지지 기판(120)을, 맞붙여서 형성된 것이다. 이 때, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)이 화소부(11)의 전면에서 밀착되는 것이 이상적이다. 그런데, 실제로는, 소자 기판(110)의 왜곡 또는 표면의 요철 등에 기인하여, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이에 공극이 생긴다. 도 7A에 도시한 바와 같이, 이 공극이 어느 정도 크면(공극의 크기 d100>d0)면, 파장 변환층(25)을 출사한 광(L100)이, 하나의 화소(20) 내에 머무르지 않고, 인접 화소까지 이르는 일이 있다. 또한, 공극에서의 굴절 또는 산란에 의해, 수광량이 저감하는 경우도 있다. 이러한 것은, 센서로서의 분해능을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 그와 같은 공극의 크기가 면내에서 흐트러지면, 촬상 화상에서 면내의 밝기가 불균일하게 되어 버린다.
이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 도 7B에 도시한 바와 같이, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이에 중간층(24A)을 마련하고, 간극(d)이 간극(dA)(≤d0)이 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 간극(d)이 최적화되고, 파장 변환층(25)을 출사한 광(LA)이 인접 화소에 누입되기 어렵고, 하나의 화소(20) 내에서 수광된다. 또한, 중간층(24A)의 개재에 의해, 굴절이나 산란을 억제할 수 있기 때문에, 보다 많은 광을 받아들이기 쉽게 되어, 수광량의 저감을 억제할 수 있다. 따라서, 촬상 화상의 MTF(선예도)의 저감이 억제된다.
이상과 같이 본 실시의 형태에서는, 화소(20)마다 광전 변환 소자(21)를 갖는 소자 기판(110)과, 파장 변환층(25)과의 간극(d)이, 촬상 대상물의 공간 주파수(fs)에 응하여, 임계치(d0) 이상 또는 임계치(d0) 이하가 되도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시의 형태에서는, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이하인 경우에, 간극(d)이 임계치(d0) 이하가 되도록 구성되어 있기 때문에, 공간 주파수(fs)에 응하여 간극(d)이 최적화되어, 촬상 화상의 MTF(선예도)의 저감 등을 억제할 수 있다. 따라서, 촬상 화상의 화질을 향상시키는 것이 가능해진다.
이하, 상기 제1의 실시의 형태의 다른 실시의 형태 및 변형례에 관해 설명한다. 또한, 상기 제1의 실시의 형태의 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다.
<제2의 실시의 형태>
(구성)
도 8은, 본 개시의 제2의 실시의 형태에 관한 화소부(11)의 단면 구성을 도시한 것이다. 본 실시의 형태에서는, 촬상 대상물의 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이상(fs≥fn)인 경우의 간극(d)의 최적화에 관해 설명한다. 이 경우, 화소부(11)는, 간극(d)이 상기 임계치(d0) 이상의 값(dB)이 되도록 구성되어 있다. 즉, 간극(dB)은, 이하의 식(B), (2)에 의해 표시된다.
[수식 3]
d=dB≥(s+w/2)/tanA2 ………(B)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) ………(2)
소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이에는, 상술한 중간층(24)의 한 구체례로서 평탄화층(24B)(제1의 중간층)이 형성되어 있다. 평탄화층(24B)은, 예를 들면 유기 재료 등의 평탄화재료로 구성되어 있다. 평탄화층(24B)의 개재에 의해, 간극(d)을 최적화하면서, 소자 기판(110)의 왜곡이나 요철을 완화할 수 있다. 이 때문에, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이가 예를 들면 공기층뿐인 경우에 비하여, 간극(d)의 면내 흐트러짐을 억제하여 밝기가 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있다.
(작용, 효과)
본 실시의 형태에서도, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 예를 들면 X선 등의 방사선이 화소부에 입사하면, 파장 변환층(25)에서 방사선이 흡수되고, 가시광을 발생한다. 이 가시광이, 소자 기판(110)에서 화소(20)마다(광전 변환 소자(21)마다)에 수광된다. 이에 의해, 각 화소(20)에서는 입사광에 의거한 신호 전하가 발생하고, 발생한 신호 전하가 신호선(Lsig)에 판독된다. 판독된 신호 전하는, 출력 데이터(Dout)로서, 외부에 전송된다(또는 도시하지 않은 내부 메모리에 입력된다).
여기서, 본 실시의 형태에서는, 화소부(11)에서, 간극(dB)이 임계치(d0) 이상이 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이상인 경우에, 촬상 화상의 화질을 향상시킬 수 있다. 그 이유에 관해 설명한다.
도 9A 및 도 9B에, 화소부(11)의 주요부 구성과 함께, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이상인 경우의 촬상 대상물의 X선 투과율의 파형(실선 : S1)과, 각 화소(20)로부터 얻어진 신호치의 파형(1점 쇄선 : S101, S2)을, 모식적으로 도시한다. 이 경우, 파장 변환층(25)에서 발생한 가시광은, 격벽(26)에 의해 확산 반사되기 어렵다. 이 때문에, 도 9A에 도시한 바와 같이 간극(d101)이 임계치(d0)보다 작으면, 파장 변환층(25)으로부터 출사한 광(L101)은, 대응하는 화소(20)에서 선택적으로 수광되기 쉽다. 이 결과, 파형(S101)으로 도시한 바와 같이, 이른바 에일리어싱 노이즈가 발생하고, 촬상 화상에서 무아레가 생겨 버린다.
이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 도 9B에 도시한 바와 같이, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 간극(d)이 간극(dB)(≥d0)이 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 간극(d)이 최적화되어, 파장 변환층(25)을 출사한 광(LB)이, 대응하는 화소(20)뿐만 아니라 인접 화소에까지 분산되어 수광된다. 이 결과, 파형(S2)으로 도시한 바와 같이, 에일리어싱 노이즈가 저감되고, 촬상 화상에서의 무아레의 발생이 억제된다.
이상과 같이 본 실시의 형태에서는, 화소(20)마다 광전 변환 소자(21)를 갖는 소자 기판(110)과, 파장 변환층(25)과의 간극(d)이, 촬상 대상물의 공간 주파수(fs)에 응하여, 임계치(d0) 이상 또는 임계치(d0) 이하가 되도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시의 형태에서는, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이상인 경우에, 간극(d)(dB)이 임계치(d0) 이상이 되도록 구성되어 있기 때문에, 공간 주파수(fs)에 응하여 간극(d)이 최적화되고, 촬상 화상에서 무아레의 발생 등을 억제할 수 있다. 따라서, 촬상 화상의 화질을 향상시키는 것이 가능해진다.
<제3의 실시의 형태>
도 10은, 본 개시의 제3의 실시의 형태에 관한 화소부(11)의 단면 구성을 도시한 것이다. 상기 제1 및 제2의 실시의 형태에서는, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25)과의 사이에 마련된 중간층이 1층인 경우에 관해 설명하였지만, 중간층은 2층 이상의 복수층으로 구성되어 있어도 좋다. 여기서는, 상기 제2의 실시의 형태에서 설명한 경우(fs≥fn인 경우)를 예로 들고, 중간층이 2층인 경우의 간극(d)의 최적화에 관해 설명한다. 구체적으로는, 본 실시의 형태에서는, 상술한 중간층(24)으로서, 파장 변환층(25)의 측부터 차례로, 중간층(24C)(제1의 중간층) 및 중간층(24D)(제2의 중간층)을 갖고 있다.
본 실시의 형태에서 임계치(d0')는, 이하의 식(3) 내지 (8)에 의해 표시된다. 단, d1는 중간층(24C)의 막두께, d2는 중간층(24D)의 막두께, A1는 파장 변환층(25) 및 중간층(24C)의 계면에의 입사각(최대치), A2는 파장 변환층(25) 및 중간층(24C)의 계면에서의 굴절각(중간층(24C, 24D)의 계면에의 입사각), A3는 중간층(24C, 24D)의 계면에서의 굴절각, n2은 중간층(24C)의 굴절률, n3은 중간층(24D)의 굴절률이다.
[수식 4]
d0'=d1+d2 ………(3)
d1=s1/tanA2 ………(4)
d2=s2/tanA3 ………(5)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) ………(6)
A3=sin-1(n2·sinA2/n3) ………(7)
s1+s2=s+w/2 ………(8)
이와 같이 중간층(24C, 24D)을 갖는 경우에는, 상기한 바와 같은 임계치(d0')를 이용하여, 공간 주파수(fs)에 응한 간극(d)의 최적화가 이루어진다. 예를 들면 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이상인 경우에는, 화소부(11)는, 간극(d)이 임계치(d0') 이상이 되도록 구성되어 있다. 또는, 도시는 하지 않지만, 공간 주파수(fs)가 나이키스트 주파수(fn) 이하인 경우에는, 화소부(11)는, 간극(d)이 임계치(d0') 이하가 되도록 구성되어 있으면 된다.
본 실시의 형태에서도, 중간층(24C, 24D)의 굴절률 및 막두께 등을 적절하게 설정함에 의해, 간극(d)을 최적화할 수 있다. 따라서, 상기 제1의 실시의 형태(또는 상기 제2의 실시의 형태)와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 여기서는, 중간층이 2층인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 중간층은 3층 이상이라도 좋다. 그 경우에는, d, A, n, s 등의 파라미터의 수를 추가하여, 파장 변환층(25)을 출사한 광이, 인접 화소의 광전 변환 소자(21)의 단연에 입사할 때의 간극(d)을 임계치로서 설정하면 좋다.
이하, 상기 제3의 실시의 형태의 변형례(변형례 1-1 내지 1-3)로서, 상기 중간층(24C, 24D)의 구체례에 관해 설명한다.
<변형례 1-1>
도 11은, 변형례 1-1에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시한 것이다. 이와 같이, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이에, 파장 변환층(25)의 측부터 공기층(24c1) 및 평탄화층(24d1)이 마련되어 있어도 좋다. 공기층(24c1)은, 예를 들면 격벽(26)의 개구부의 일부에 파장 변환층(25)이 형성됨(개구부의 일부에 신틸레이터 재료가 충전됨)에 의해, 형성되어 있다. 또한, 평탄화층(24d1)은, 상기 제2의 실시의 형태와 같은 평탄화재료로 구성되어 있다.
<변형례 1-2>
도 12는, 변형례 1-2에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시한 것이다. 이와 같이, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이에, 파장 변환층(25)의 측부터 접착층(24c2) 및 평탄화층(24d2)이 마련되어 있어도 좋다. 접착층(24c2)은, 예를 들면 UV 경화성 수지 등으로 이루어지고, 평탄화층(24d2)은, 상기 제2의 실시의 형태와 같은 평탄화재료로 구성되어 있다.
<변형례 1-3>
도 13은, 변형례 1-3에 관한 화소부의 주요부 구성을 도시한 것이다. 이와 같이, 소자 기판(110)과 파장 변환층(25) 사이에, 파장 변환층(25)의 측부터 접착층(24c3) 및 평탄화층(24d3)이 마련되어 있어도 좋다. 접착층(24c3)은, 예를 들면 UV 경화 수지 등에, 파장 변환층(25)과 같은 구성 재료(신틸레이터 재료)를 함유시킨 것이다. 또한, 평탄화층(24d3)은, 상기 제2의 실시의 형태와 같은 평탄화재료로 구성되어 있다. 또한, 도시는 하지 않지만, 평탄화층(24d3)에 신틸레이터 재료가 함유한 구성이라도 좋다.
<변형례 2>
도 14는, 변형례 2에 관한 화소(화소(20A))의 회로 구성을, 상기 실시의 형태에서 설명한 차지 앰프 회로(171)의 회로 구성례와 함께 도시한 것이다. 본 변형 예의 화소(20A)는, 실시의 형태의 화소(20)와 마찬가지로 이른바 패시브형의 회로 구성이 되어 있고, 하나의 광전 변환 소자(21)와 하나의 TFT(22)를 갖고 있다. 또한, 이 화소(20A)에는 H방향에 따라 연재되는 판독 제어선(Lread)과, V방향에 따라 연재되는 신호선(Lsig)이 접속되어 있다.
단, 본 변형 예의 화소(20A)에서는, 상기 실시의 형태의 화소(20)와는 달리, 광전 변환 소자(21)의 애노드가 축적 노드(N)에 접속되고, 캐소드가 그라운드에 접속(접지)되어 있다. 이와 같이, 화소(20A)에서 광전 변환 소자(21)의 애노드에 축적 노드(N)가 접속되도록 하여도 좋다.
<변형례 3>
도 15는, 변형례 3에 관한 화소(화소(20B))의 회로 구성을, 상기 실시의 형태에서 설명한 차지 앰프 회로(171)의 회로 구성례와 함께 도시한 것이다. 본 변형 예의 화소(20B)는, 실시의 형태의 화소(20)와 마찬가지로 이른바 패시브형의 회로 구성을 가지며 하나의 광전 변환 소자(21)를 가짐과 함께, H방향에 따라 연재되는 판독 제어선(Lread)과, V방향에 따라 연재되는 신호선(Lsig)에 접속되어 있다.
단, 본 변형례에서는, 화소(20B)가, 2개의 TFT(22)를 갖고 있다. 이들 2개의 TFT(22)는, 서로 직렬로 접속되어 있다(일방의 소스 또는 드레인과 타방의 소스 또는 드레인이 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 하나의 화소(20B)에 2개의 TFT(22)를 마련함에 의해, 오프 리크(off-leak)를 저감시킬 수 있다.
<변형례 4-1, 4-2>
도 16은, 변형례 4-1에 관한 화소(화소(20C))의 회로 구성을, 이하 설명하는 차지 앰프 회로(171A)의 회로 구성례와 함께 도시한 것이다. 또한, 도 17은, 변형례 4-2에 관한 화소(화소(20D))의 회로 구성을, 차지 앰프 회로(171A)의 회로 구성례와 함께 도시한 것이다. 이들의 화소(20C, 20D)는 각각, 지금까지 설명한 화소(20, 20A, 20B)와는 달리, 이른바 액티브형의 화소 회로를 갖고 있다.
이 액티브형의 화소(20C, 20D)에는, 하나의 광전 변환 소자(21)와, 3개의 TFT(22, 23, 24)가 마련되어 있다. 이들의 화소(20C, 20D)에는 또한, H방향에 따라 연재되는 판독 제어선(Lread) 및 리셋 제어선(Lrst)과, V방향에 따라 연재되는 신호선(Lsig)과 접속되어 있다.
화소(20C, 20D)에서는 각각, TFT(22)의 게이트가 판독 제어선(Lread)에 접속되고, 소스가 신호선(Lsig)에 접속되고, 드레인이, 소스 팔로워 회로를 구성하는 트랜지스터(23)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(23)의 소스는 전원(VDD)에 접속되고, 게이트는, 축적 노드(N)를 통하여, 광전 변환 소자(21)의 캐소드(도 16의 예) 또는 애노드(도 17의 예)와, 리셋용 트랜지스터로서 기능하는 트랜지스터(24)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(24)의 게이트는 리셋 제어선(Lrst)에 접속되고, 소스에는 리셋 전압(Vrst)이 인가되도록 되어 있다. 변형례 4-1에서는, 광전 변환 소자(21)의 애노드가 그라운드에 접속되고, 변형례 4-2에서는, 광전 변환 소자(21)의 캐소드가 그라운드에 접속되어 있다.
또한, 차지 앰프 회로(171A)는, 전술한 차지 앰프 회로(171)에서의 차지 앰프(172), 용량 소자(C1) 및 스위치(SW1)에 대신하여, 앰프(176) 및 정전류원(177)을 마련한 것이다. 앰프(176)에서는, 정측의 입력 단자에는 신호선(Lsig)이 접속됨과 함께, 부측의 입력 단자와 출력 단자가 서로 접속되어, 볼티지 팔로워 회로가 형성되어 있다. 또한, 신호선(Lsig)의 한단측에는 정전류원(177)의 일방의 단자가 접속되고, 이 정전류원(177)의 타방의 단자에는 전원(VSS)이 접속되어 있다.
<적용례>
계속해서, 상기 실시의 형태 및 변형례에 관한 방사선 촬상 장치는, 이하에 설명하는 바와 같은 방사선 촬상 표시 시스템에 적용하는 것도 가능하다.
도 18은, 적용례에 관한 방사선 촬상 표시 시스템(방사선 촬상 표시 시스템(5))의 개략 구성례를 모식적으로 도시한 것이다. 방사선 촬상 표시 시스템(5)은, 상기 실시의 형태 등에 관한 화소부(11) 등을 갖는 방사선 촬상 장치(1)와, 화상 처리부(52)와, 표시 장치(4)를 구비하고 있다.
화상 처리부(52)는, 방사선 촬상 장치(1)로부터 출력되는 출력 데이터(Dout)(촬상 신호)에 대해 소정의 화상 처리를 시행함에 의해, 화상 데이터(d1)를 생성하는 것이다. 표시 장치(4)는, 화상 처리부(52)에서 생성된 화상 데이터(d1)에 의거한 화상 표시를, 소정의 모니터 화면(40)상에서 행하는 것이다.
이 방사선 촬상 표시 시스템(5)에서는, 방사선 촬상 장치(1)가, X선원 등의 방사선원(51)으로부터 피사체(50)를 향하여 조사된 방사선에 의거하여, 피사체(50)의 화상 데이터(Dout)를 취득하고, 화상 처리부(52)에 출력한다. 화상 처리부(52)는, 입력된 화상 데이터(Dout)에 대해 상기한 소정의 화상 처리를 시행하고, 그 화상 처리 후의 화상 데이터(표시 데이터)(D1)를 표시 장치(4)에 출력한다. 표시 장치(4)는, 입력된 화상 데이터(d1)에 의거하여, 모니터 화면(40)상에 화상 정보(촬상 화상)를 표시한다.
이와 같이, 본 적용례의 방사선 촬상 표시 시스템(5)에서는, 방사선 촬상 장치(1)에서 피사체(50)의 화상을 전기 신호로서 취득 가능하기 때문에, 취득한 전기 신호를 표시 장치(4)에 전송함에 의해 화상 표시를 행할 수가 있다. 즉, 방사선 사진 필름을 이용하는 일 없이, 피사체(50)의 화상을 관찰하는 것이 가능해지고, 또한, 동화 촬영 및 동화 표시에도 대응하는 것이 가능해진다.
이상, 실시의 형태, 변형례 및 적용례를 들었지만, 본 개시 내용은 이들의 실시의 형태 등으로 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태 등의 화소부에서의 화소의 회로 구성은, 상술한 것(화소(20, 20A 내지 20D)의 회로 구성)으로는 한정되지 않고, 다른 회로 구성이라도 좋다. 마찬가지로, 행 주사부나 열 선택부 등의 회로 구성에 대해서도, 상기 실시의 형태 등으로 설명한 것으로는 한정되지 않고, 다른 회로 구성이라도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 등으로 설명한 화소부, 행 주사부, A/D 변환부(열 선택부) 및 열 주사부 등은 각각, 예를 들면 동일 기판상에 형성되어 있도록 하여도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면 저온 다결정 실리콘 등의 다결정 반도체를 이용함에 의해, 이들의 회로부분에서의 스위치 등도 동일 기판상에 형성할 수 있도록 된다. 이 때문에, 예를 들면 외부의 시스템 제어부로부터의 제어 신호에 의거하여, 동일 기판상에서의 구동 동작을 행하는 것이 가능해지고, 협액자화(3 변 프리의 액자 구조)나 배선 접속할 때의 신뢰성 향상을 실현할 수 있다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다.
(1)
방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와,
상기 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과,
상기 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 상기 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과,
상기 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 포함하고,
상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 상기 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 방사선 촬상 장치.
(2)
상기 공간 주파수가 나이키스트 주파수의 1/2 이하인 경우, 상기 간극은 상기 임계치 이하로 설정되어 있는 상기 (1)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(3)
상기 공간 주파수가 나이키스트 주파수의 1/2 이상인 경우, 상기 간극은 상기 임계치 이상으로 설정되어 있는 상기 (1)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(4)
상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이에 제1의 중간층을 더 포함하고,
상기 임계치(d0)는, 이하의 식(1), (2)에 의해 표시되는 것으로 하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 방사선 촬상 장치.
d0=(s+w/2)/tanA2 (1)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) (2)
단,
s : 광전 변환 소자단부터 화소단까지의 거리의 최소치,
w : 격벽의 폭,
A1: 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에의 입사각,
A2 : 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에서의 굴절각,
n1 : 파장 변환층의 굴절률,
n2 : 제1의 중간층의 굴절률
(5)
상기 제1의 중간층은, 상기 파장 변환층과 동일한 구성 재료로 이루어지는 상기 (4)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(6)
상기 제1의 중간층은, 평탄화층인 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(7)
상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이에, 상기 파장 변환층의 측부터 차례로 제1의 중간층 및 제2의 중간층을 더 포함하고,
상기 임계치(d0')는, 이하의 식(3) 내지 (8)에 의해 표시되는 것으로 하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 방사선 촬상 장치.
d0'=d1+d2 (3)
d1=s1/tanA2 (4)
d2=s2/tanA3 (5)
A2=sin-1(n1·sinA1/n2) (6)
A3=sin-1(n2·sinA2/n3) (7)
s1+s2=s+w/2 (8)
단,
s : 광전 변환 소자단부터 화소단까지의 거리의 최소치,
w : 격벽의 폭,
d1 : 제1의 중간층의 막두께,
d2 : 제2의 중간층의 막두께,
A1: 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에의 입사각,
A2 : 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에서의 굴절각(제1 및 제2의 중간층의 계면에의 입사각),
A3 : 제1 및 제2의 중간층의 계면에서의 굴절각,
n1 : 파장 변환층의 굴절률,
n2 : 제1의 중간층의 굴절률,
n3 : 제2의 중간층의 굴절률
(8)
상기 제1의 중간층은 공기층이고,
상기 제2의 중간층은 평탄화층인 상기 (7)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(9)
상기 제1의 중간층은 접착층이고,
상기 제2의 중간층은 평탄화층인 상기 (7)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(10)
상기 접착층 또는 상기 평탄화층은, 상기 파장 변환층과 동일한 구성 재료를 함유하는 상기 (9)에 기재된 방사선 촬상 장치.
(11)
방사선 촬상 장치와, 이 방사선 촬상 장치에 의해 얻어진 촬상 신호에 의거한 화상 표시를 행하는 표시 장치를 구비하고,
상기 방사선 촬상 장치는,
방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와,
상기 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과,
상기 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 상기 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과,
상기 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 포함하고,
상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 상기 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 방사선 촬상 표시 시스템.
1 : 방사선 촬상 장치
11 : 화소부
13 : 행 주사부
14 : A/D 변환부
15 : 열 주사부
16 : 시스템 제어부
17 : 열 선택부
171, 171A : 차지 앰프 회로
172 : 차지 앰프
173 : S/H 회로
174 : 멀티플렉서 회로
175 : A/D 컨버터
176 : 앰프
177 : 정전류원
20, 20A∼20D : 화소(촬상 화소)
21 : 광전 변환 소자
22, 23, 24 : 트랜지스터
110 : 소자 기판
23 : 배선
24, 24A, 24C, 24D : 중간층
24B : 평탄화층
25 : 파장 변환층
26 : 격벽
120 : 지지 기판
4 : 표시 장치
40 : 모니터 화면
5 : 방사선 촬상 표시 시스템
50 : 피사체
51 : 광원(방사선원)
52 : 화상 처리부
Lsig : 신호선
Lread : 판독 제어선
Lbias : 바이어스선
Lrst : 리셋 제어선
Lcarst : 앰프 리셋 제어선
Dout : 출력 데이터
N : 축적 노드
SW1 : 스위치
d : 간극
d0, d0' : 임계치
w : 격벽 폭
p : 화소 피치

Claims (11)

  1. 방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와,
    상기 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과,
    상기 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 상기 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과,
    상기 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 구비하고,
    상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 상기 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간 주파수가 나이키스트 주파수의 1/2 이하인 경우,
    상기 간극은 상기 임계치 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간 주파수가 나이키스트 주파수의 1/2 이상인 경우,
    상기 간극은 상기 임계치 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이에 제1의 중간층을 더 구비하고,
    상기 임계치(d0)는, 이하의 식(1), (2)에 의해 표시되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
    d0=(s+w/2)/tanA2 (1)
    A2=sin-1(n1·sinA1/n2) (2)
    단,
    s : 광전 변환 소자단부터 화소단까지의 거리의 최소치,
    w : 격벽의 폭,
    A1: 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에의 입사각,
    A2 : 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에서의 굴절각,
    n1 : 파장 변환층의 굴절률,
    n2 : 제1의 중간층의 굴절률
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1의 중간층은, 상기 파장 변환층과 동일한 구성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1의 중간층은, 평탄화층인 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이에, 상기 파장 변환층의 측부터 차례로 제1의 중간층 및 제2의 중간층을 더 구비하고,
    상기 임계치(d0')는, 이하의 식(3) 내지 (8)에 의해 표시되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
    d0'=d1+d2 (3)
    d1=s1/tanA2 (4)
    d2=s2/tanA3 (5)
    A2=sin-1(n1·sinA1/n2) (6)
    A3=sin-1(n2·sinA2/n3) (7)
    s1+s2=s+w/2 (8)
    단,
    s : 광전 변환 소자단부터 화소단까지의 거리의 최소치,
    w : 격벽의 폭,
    d1 : 제1의 중간층의 막두께,
    d2 : 제2의 중간층의 막두께,
    A1 : 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에의 입사각,
    A2 : 파장 변환층 및 제1의 중간층의 계면에서의 굴절각(제1 및 제2의 중간층의 계면에의 입사각),
    A3 : 제1 및 제2의 중간층의 계면에서의 굴절각,
    n1 : 파장 변환층의 굴절률,
    n2 : 제1의 중간층의 굴절률,
    n3 : 제2의 중간층의 굴절률
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1의 중간층은 공기층이고,
    상기 제2의 중간층은 평탄화층인 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1의 중간층은 접착층이고,
    상기 제2의 중간층은 평탄화층인 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접착층 또는 상기 평탄화층은, 상기 파장 변환층과 동일한 구성 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 장치.
  11. 방사선 촬상 장치와, 이 방사선 촬상 장치에 의해 얻어진 촬상 신호에 의거한 화상 표시를 행하는 표시 장치를 구비하고,
    상기 방사선 촬상 장치는,
    방사선에 의거하여 신호 전하를 발생하는 복수의 화소와,
    상기 화소마다 광전 변환 소자를 갖는 소자 기판과,
    상기 소자 기판의 광 입사측에 마련되고, 상기 방사선을 다른 파장으로 변환하는 파장 변환층과,
    상기 파장 변환층을 화소마다 분리하는 격벽을 구비하고,
    상기 파장 변환층과 상기 소자 기판 사이의 간극이, 촬상 대상물의 공간 주파수에 응하여, 미리 설정된 임계치 이상 또는 상기 임계치 이하가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 표시 시스템.
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