KR20220116298A - 방사선 검출기 - Google Patents

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KR20220116298A
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슈이치 후지타
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캐논 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤
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Abstract

제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인; 상기 제1 방향으로 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인; 대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되며, 광전 변환 소자를 갖는 광전 변환부; 복수의 상기 광전 변환부 상에 설치된 신틸레이터; 복수의 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속된 바이어스 라인; 상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속된 전압 생성 회로; 및 상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속되고 방사선의 입사 개시 시에 발생하는 전압의 변화를 검출하는 방사선 입사 판정 회로;를 구비하고 있다.

Description

방사선 검출기
본 발명의 실시 형태는 방사선 검출기에 관한 것이다.
방사선 검출기의 일례로 X선 검출기가 있다. X선 검출기에는 예를 들면, 복수의 광전 변환부를 갖는 어레이 기판과, 복수의 광전 변환부 상에 설치되어 X선을 형광으로 변환하는 신틸레이터가 설치되어 있다. 또한, 광전 변환부에는 신틸레이터로부터의 형광을 전하로 변환하는 광전 변환 소자, 전하의 축적 및 방출을 스위칭을 실시하는 박막 트랜지스터 등이 설치되어 있다.
일반적으로는 X선 검출기는 이하와 같이 하여 화상 데이터를 판독한다. 우선, 외부로부터 입력된 신호에 의해 X선의 입사 개시를 인식한다. 다음에, 미리 정해진 시간의 경과 후에, 판독을 실시하는 광전 변환부의 박막 트랜지스터를 온 상태로 하고, 축적된 전하를 화상 데이터로서 판독한다. 그러나, 이와 같이 하면, X선원 등의 외부 기기와 X선 검출기의 동기를 취하기 위한 동기 인터페이스가 필요해진다.
여기에서, 신틸레이터와 광전 변환 소자에 의해 얻어진 화상 데이터의 값은 X선이 입사했을 때와, X선이 입사하고 있지 않을 때로 변화된다. 그 때문에, X선이 입사하고 있지 않을 때의 화상 데이터의 값과, X선이 입사했을 때의 화상 데이터의 값의 차를 검출하여 X선의 입사 개시를 검출하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이와 같이 하면, 비교의 베이스가 되는 X선이 입사하고 있지 않을 때의 화상 데이터를 촬영 준비 단계에서 미리 취득, 보존해 두고, 항상 화상 데이터를 취입하여 비교 연산을 실시할 필요가 있다.
그 때문에, X선이 입사하고 있지 않은 대기 시에도 항상 전력을 소비하고 있어, 소비 전력이 커진다는 문제가 있다. 이 경우, 전지를 전원으로 하는 휴대형의 X선 검출기의 경우에는 전지의 소모가 커지므로, 장시간의 사용이 곤란해진다. 또한, 전력 소비가 크므로 회로의 온도가 상승하기 쉬워져, 고온 환경에서의 X선 검출기의 사용에 제한이 생기는 경우가 있다. 또한, 비교 화상의 보존이 필요해지므로, 대용량의 화상 메모리가 필요로 된다.
그래서, 방사선의 입사를 검출할 때의 소비 전력을 억제할 수 있는 방사선 검출기의 개발이 요망되고 있었다.
일본 공개 특허 제2019-020141호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사선의 입사를 검출할 때의 소비 전력을 억제할 수 있는 방사선 검출기를 제공하는 것이다.
실시 형태에 관한 방사선 검출기는 제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인, 상기 제1 방향으로 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인, 대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되고, 광전 변환 소자를 갖는 광전 변환부, 복수의 상기 광전 변환부 상에 설치된 신틸레이터, 복수의 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속된 바이어스 라인, 상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속된 전압 생성 회로, 및 상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속되어, 방사선의 입사 개시 시에 발생하는 전압의 변화를 검출하는 방사선 입사 판정 회로를 구비하고 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 X선 검출기를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 어레이 기판의 회로도이다.
도 3은 X선 검출기의 블럭도이다.
도 4는 화상 데이터의 판독을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 5는 화상 데이터의 판독을 예시하기 위한 타이밍 차트이다.
도 6은 X선 화상의 취득 동작의 내부 등가 회로이다.
도 7은 비교예에 관한 X선의 입사 개시의 판정을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 8은 다른 실시 형태에 관한 X선 검출기의 블럭도이다.
도 9는 X선 입사 판정 회로를 예시하기 위한 회로도이다.
도 10은 X선의 입사 개시의 판정을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 11은 대기 상태를 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 12는 X선 화상의 촬영을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 13은 촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 있던 경우의 시퀀스도이다.
도 14는 촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 없었던 경우의 시퀀스도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해서 예시한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
본 실시 형태에 관한 방사선 검출기는 X선 이외에도 γ선 등의 각종 방사선에 적용시킬 수 있다. 여기에서는 일례로서, 방사선 중의 대표적인 것으로서 X선에 관한 경우를 예로 들어 설명을 한다. 따라서, 이하의 실시 형태의 「X선」을 「다른 방사선」으로 치환함으로써, 다른 방사선에도 적용시킬 수 있다.
또한, X선 검출기(1)는 예를 들면, 일반 의료 등에 사용할 수 있다. 단, X선 검출기(1)의 용도는 일반 의료 등에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 실시형태에 관한 X선 검출기(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 어레이 기판(2)의 회로도이다.
도 3은 X선 검출기(1)의 블럭도이다.
도 4는 화상 데이터(100)의 판독을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 5는 화상 데이터(100)의 판독을 예시하기 위한 타이밍 차트이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, X선 검출기(1)에는 X선 검출 모듈(10) 및 회로 기판(20)을 설치할 수 있다. 또한, X선 검출기(1)에는, 도시하지 않은 하우징을 설치할 수 있다. 하우징의 내부에는 X선 검출 모듈(10) 및 회로 기판(20)을 설치할 수 있다. 예를 들면, 하우징의 내부에 지지판을 설치하고, 지지판의 X선의 입사측의 면에는 X선 검출 모듈(10)을 설치하며, 지지판의 X선의 입사측과는 반대측의 면에는 회로 기판(20)을 설치할 수 있다.
X선 검출 모듈(10)에는 어레이 기판(2) 및 신틸레이터(3)를 설치할 수 있다.
어레이 기판(2)에는 기판(2a), 광전 변환부(2b), 제어 라인(또는 게이트 라인)(G), 데이터 라인(또는 시그널 라인)(S), 배선 패드(2d1), 배선 패드(2d2) 및 보호층(2f)을 설치할 수 있다. 또한, 광전 변환부(2b), 제어 라인(G) 및 데이터 라인(S)의 수 등은 예시한 것에 한정되는 것은 아니다.
기판(2a)은 판 형상을 나타내고, 무알칼리 유리 등의 유리로 형성할 수 있다. 기판(2a)의 평면 형상은 사각형으로 할 수 있다.
광전 변환부(2b)는 기판(2a)의 일방의 면측에 복수 설치할 수 있다. 광전 변환부(2b)는 직사각형 형상을 나타내고, 제어 라인(G)과 데이터 라인(S)에 의해 구획된 영역에 설치할 수 있다. 복수의 광전 변환부(2b)는 매트릭스 형상으로 나열할 수 있다. 또한, 하나의 광전 변환부(2b)는 예를 들면, X선 화상의 하나의 화소(pixel)에 대응한다.
복수의 광전 변환부(2b)의 각각에는 광전 변환 소자(2b1)와, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor)(2b2)를 설치할 수 있다. 또한, 광전 변환 소자(2b1)에서 변환한 신호 전하를 축적하는 축적 커패시터를 설치할 수도 있다. 단, 광전 변환 소자(2b1)의 용량에 따라서는, 광전 변환 소자(2b1)가 축적 커패시터를 겸할 수 있다. 이하에서는, 광전 변환 소자(2b1)가 축적 커패시터를 겸하는 경우를 예시한다.
광전 변환 소자(2b1)는 예를 들면, 포토 다이오드 등으로 할 수 있다.
박막 트랜지스터(2b2)는 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)로의 전하의 축적 및 방출의 스위칭을 실시할 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)는 게이트 전극(2b2a), 드레인 전극(2b2b) 및 소스 전극(2b2c)을 가질 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)의 게이트 전극(2b2a)은 대응하는 제어 라인(G)과 전기적으로 접속할 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)의 드레인 전극(2b2b)은 대응하는 데이터 라인(S)과 전기적으로 접속할 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)의 소스 전극(2b2c)은 대응하는 광전 변환 소자(2b1)에 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 광전 변환 소자(2b1)의 애노드측은 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다.
제어 라인(G)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 복수 설치할 수 있다. 복수의 제어 라인(G)은 예를 들어, 행 방향(제1 방향의 일례에 상당함)으로 연장되고, 행 방향에 교차하는 열 방향(제2 방향의 일례에 상당함)으로 나열되어 있다. 하나의 제어 라인(G)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d1) 중 하나와 전기적으로 접속할 수 있다. 하나의 배선 패드(2d1)에는 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선 중 하나를 전기적으로 접속할 수 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선의 타단은, 회로 기판(20)에 설치된 게이트 구동 회로(20a)와 각각 전기적으로 접속할 수 있다.
데이터 라인(S)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 복수 설치할 수 있다. 데이터 라인(S)은 예를 들어, 열 방향으로 연장되고, 행 방향으로 나열되어 있다. 하나의 데이터 라인(S)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d2) 중 하나와 전기적으로 접속할 수 있다. 하나의 배선 패드(2d2)에는 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 복수의 배선 중 하나를 전기적으로 접속할 수 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 복수의 배선의 타단은 회로 기판(20)에 설치된 신호 검출 회로(20b)와 각각 전기적으로 접속할 수 있다.
제어 라인(G), 데이터 라인(S) 및 바이어스 라인(Vbias)은 예를 들면, 알루미늄이나 크롬 등의 저저항 금속을 사용하여 형성할 수 있다.
보호층(2f)은 광전 변환부(2b), 제어 라인(G), 데이터 라인(S) 및 바이어스 라인(Vbias)을 덮을 수 있다. 보호층(2f)은 절연성 재료로 형성할 수 있다.
신틸레이터(3)는 복수의 광전 변환부(2b) 상에 설치할 수 있다. 신틸레이터(3)는 입사된 X선을 형광으로 변환할 수 있다. 신틸레이터(3)는 복수의 광전 변환부(2b)가 설치된 영역(유효 화소 영역)을 덮도록 설치할 수 있다. 신틸레이터(3)는 예를 들면, 아이오딘화세슘(CsI):탈륨(Tl), 아이오딘화나트륨(NaI):탈륨(Tl), 또는 브롬화세슘(CsBr):유로퓸(Eu) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 신틸레이터(3)는 진공 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 진공 증착법을 이용하여 신틸레이터(3)를 형성하면, 복수의 기둥 형상 결정의 집합체로 이루어지는 신틸레이터(3)가 형성된다.
또한, 신틸레이터(3)는 예를 들면, 터븀 부활 황산화가돌리늄(Gd2O2S/Tb, 또는 GOS) 등을 사용하여 형성할 수도 있다. 이 경우, 복수의 광전 변환부(2b)마다 사각 기둥 형상의 신틸레이터(3)가 설치되도록 매트릭스 형상의 홈부를 설치할 수 있다.
그 밖에, 신틸레이터(3)의 X선의 입사측에 반사층을 설치할 수 있다. 반사층은 신틸레이터(3)에서 발생한 형광 중, 광전 변환부(2b)가 설치된 측과는 반대측을 향하는 광을 반사시켜 광전 변환부(2b)를 향하도록 한다.
또한, 신틸레이터(3) 및 반사층을 덮는 방습부를 설치할 수 있다.
회로 기판(20)은 어레이 기판(2)의, 신틸레이터(3)가 설치되는 측과는 반대측에 설치할 수 있다. 회로 기판(20)은 X선 검출 모듈(10)(어레이 기판(2))과 전기적으로 접속할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 회로 기판(20)에는 게이트 구동 회로(20a), 신호 검출 회로(20b), 메모리(20c), 화상 구성 회로(20d), 전압 생성 회로(20e), X선 입사 판정 회로(20f) 및 컨트롤러(20g)를 설치할 수 있다. 또한, 이들을 하나의 기판에 설치할 수도 있고, 이들을 복수의 기판에 나누어 설치할 수도 있다.
게이트 구동 회로(20a)는 박막 트랜지스터(2b2)의 온 상태와 오프 상태를 전환할 수 있다. 게이트 구동 회로(20a)는 복수의 게이트 드라이버(20aa)와 행 선택 회로(20ab)를 가질 수 있다.
행 선택 회로(20ab)에는 컨트롤러(20g)로부터 제어 신호(101)를 입력할 수 있다. 행 선택 회로(20ab)는 X선 화상의 스캔 방향을 따라, 대응하는 게이트 드라이버(20aa)에 제어 신호(101)를 입력할 수 있다.
게이트 드라이버(20aa)는 대응하는 제어 라인(G)에 제어 신호(101)를 입력할 수 있다.
예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 게이트 구동 회로(20a)는 플렉시블 프린트 기판(2e1)을 통하여, 제어 신호(101)를 제어 라인(G1~Gm)마다 순차적으로 입력할 수 있다. 제어 라인(G)에 입력된 제어 신호(101)에 의해 박막 트랜지스터(2b2)가 온 상태가 되어, 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)로부터 전하(화상 데이터(100))를 판독할 수 있게 된다.
신호 검출 회로(20b)는 박막 트랜지스터(2b2)가 온 상태일 때, 광전 변환부(2b)로부터 화상 데이터(100)를 판독할 수 있다. 신호 검출 회로(20b)는 복수의 적분 증폭기(20ba), 복수의 선택 회로(20bb) 및 복수의 AD 컨버터(20bc)를 가질 수 있다.
하나의 적분 증폭기(20ba)는 하나의 데이터 라인(S)과 전기적으로 접속할 수 있다. 적분 증폭기(20ba)는 광전 변환부(2b)로부터의 화상 데이터(100)를 순차적으로 수신할 수 있다. 그리고, 적분 증폭기(20ba)는 일정 시간 내에 흐르는 전류를 적분하고, 그 적분값에 대응한 전압을 선택 회로(20bb)에 출력할 수 있다. 이와 같이 하면, 소정의 시간 내에 데이터 라인(S)을 흐르는 전류의 값(전하량)을 전압값으로 변환할 수 있다. 즉, 적분 증폭기(20ba)는 신틸레이터(3)에서 발생한 형광의 강약 분포에 대응한 화상 데이터 정보를, 전위 정보로 변환할 수 있다.
선택 회로(20bb)는 판독을 실시하는 적분 증폭기(20ba)를 선택하고, 전위 정보로 변환된 화상 데이터(100)를 순차적으로 판독할 수 있다.
AD 컨버터(20bc)는 판독된 화상 데이터(100)를 디지털 신호로 순차적으로 변환할 수 있다. 디지털 신호로 변환된 화상 데이터(100)는 메모리(20c)에 저장할 수 있다.
예를 들면, 신호 검출 회로(20b)는 플렉시블 프린트 기판(2e2)을 통하여 화상 데이터(100)를 데이터 라인(S1~Sn)마다 순차적으로 판독할 수 있다.
이와 같은 X선 화상의 취득 동작을 내부 등가 회로로 나타내면, 도 6과 같이 된다.
메모리(20c)는 예를 들면, 회로 기판(20)에 설치된 각 회로를 제어하는 제어 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(20c)는 예를 들어, 제어 프로그램을 실행할 때 필요로 되는 임계값 등의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(20c)는 디지털 신호로 변환된 화상 데이터(100)를 일시적으로 저장할 수 있다.
화상 구성 회로(20d)는 메모리(20c)에 저장되어 있는 화상 데이터(100)에 기초하여, X선 화상을 구성할 수 있다. 또한, 화상 구성 회로(20d)는 X선 검출기(1)의 외부에 설치할 수도 있다. 화상 구성 회로(20d)가 X선 검출기(1)의 외부에 설치되는 경우에는, 회로 기판(20)과 화상 구성 회로(20d) 사이의 데이터 통신을 무선에 의해 실시할 수도 있고, 배선 등을 통하여 실시하는 것도 가능하다. 화상 구성 회로(20d)는 구성된 X선 화상의 데이터를, X선 검출기(1)의 외부에 설치된 표시 장치나 그 밖의 기기에 송신할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전압 생성 회로(20e)는 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다. 전압 생성 회로(20e)는 예를 들면, 바이어스 전압을 생성한다. 전압 생성 회로(20e)는 축적 커패시터로서 기능하는 복수의 광전 변환 소자(2b1)에 소정의 전하를 축적시킨다. 전압 생성 회로(20e)는 예를 들면, 직류 전원 등으로 할 수 있다. X선이 X선 검출기(1)에 입사하면, 신틸레이터(3)에서 형광이 발생하고, 발생한 형광이 광전 변환 소자(2b1)에 입사한다. 형광이 광전 변환 소자(2b1)에 입사하면, 광전 효과에 의해 전하(전자 및 홀)가 발생하고, 발생한 전하와, 축적되어 있는 전하(이종 전하)가 결합하여 축적되어 있는 전하가 감소된다. 감소된 후의 전하는 화상 데이터(100)로서 판독할 수 있다.
여기에서, X선이 X선 검출기(1)에 입사하면, 광전 변환 소자(2b1)에 축적되어 있는 전하가 감소되므로, 전하를 검출하면 X선의 입사 개시를 검출할 수 있다.
X선 입사 판정 회로(20f)는 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다. X선 입사 판정 회로(20f)는 광전 변환 소자(2b1)로부터 전하를 판독함으로써 X선의 입사 개시를 판정할 수 있다. X선 입사 판정 회로(20f)는 X선의 입사 개시 시에 발생하는 전압의 변화를 검출할 수 있다. X선 입사 판정 회로(20f)는 검출된 전압값이 임계값보다 작으면 X선의 입사가 개시되었다고 판정하고, 검출된 전압값이 임계값을 초과하고 있는 경우에는 X선의 입사가 개시되어 있지 않다고 판정할 수 있다. X선 입사 판정 회로(20f)는 X선의 입사가 개시되었다고 판정된 경우에는, X선의 입사가 개시된 취지의 신호를 컨트롤러(20g)에 송신할 수 있다.
컨트롤러(20g)는 메모리(20c)에 저장되어 있는 제어 프로그램에 기초하여, 회로 기판(20)에 설치된 각 회로를 제어할 수 있다. 컨트롤러(20g)는 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 소자를 갖는 것으로 할 수 있다.
다음에, X선의 입사 개시의 판정에 대하여 추가로 설명한다.
도 7은 비교예에 관한 X선의 입사 개시의 판정을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 7에 도시한 바와 같이 X선이 X선 검출기에 입사하면, 광전 변환 소자(2b1)에서 전류(Ipd)가 발생한다. 또한, 광전 변환 소자(2b1)에 축적되어 있던 전하가 서서히 감소되므로, 광전 변환 소자(2b1)에서의 전압(Vpd)이 서서히 저하된다. 그 때문에, 광전 변환 소자(2b1)에 축적되어 있는 전하를 화상 데이터(100)로서 판독하고 「비교 화상」과의 차이를 구하면, X선의 입사 개시를 검출할 수 있다.
예를 들면, X선의 입사 전에는, 축적되어 있는 전하에 변화가 없으므로, 판독된 「화상 A」의 화상 데이터(100)의 값과, 미리 구해져 있는 「비교 화상」의 화상 데이터(100)의 값 사이의 차이가 작아진다. 이에 대하여, X선의 입사 후에는 축적되어 있는 전하에 변화가 생기므로, 판독된 「화상 B」의 화상 데이터(100)의 값과, 「비교 화상」의 화상 데이터(100)의 값 사이의 차이가 커진다. 그 때문에, 화상 데이터(100)의 값의 차이에 기초하여, X선의 입사 개시를 검출할 수 있다.
그러나, X선의 입사 시기를 예상하는 것은 곤란하므로, 판정의 대상이 되는 X선 화상의 화상 데이터(100)를 계속적으로 취득 및 비교할 필요가 있다. 그 때문에, 게이트 구동 회로(20a) 및 신호 검출 회로(20b)를 항상 작동시켜 둘 필요가 있다. 그 결과, X선이 입사되어 있지 않은 대기 시에서도 소비 전력이 커진다. 또한, 발열에 의한 온도 상승이 발생하므로, 고온 환경에서의 X선 검출기(1)의 사용에 제한이 생기는 경우가 있다. 또한, 1 매분의 「비교 화상」의 데이터를 보존할 필요가 있으므로, 대용량의 화상 메모리가 필요해진다.
본 실시 형태에 관한 X선 검출기(1)에서는, X선 입사 판정 회로(20f)는 바이어스 라인(Vbias)에 발생하는 전압의 변화를 검출함으로써 X선의 입사 개시를 판정한다. 그 때문에, 전력 소비량이 많은 게이트 구동 회로(20a) 및 신호 검출 회로(20b)를 항상 작동시킬 필요가 없으므로, X선의 입사를 검출할 때의 소비 전력을 억제할 수 있다. 또한, 회로의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있으므로, 고온 환경에서의 X선 검출기의 사용에 제한이 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 「비교 화상」의 데이터를 보존하는 화상 메모리를 설치할 필요가 없다.
또한, X선의 입사가 검출된 후에는 전압 생성 회로(20e)에 의해, 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)에 전하를 재차 축적하면 된다. 재차 축적 된 전하는 광전 변환 소자(2b1)에 의해 발생한 전하에 의해 감소되어 화상 데이터 (100)의 판독이 가능해진다.
도 8은 다른 실시 형태에 관한 X선 검출기(1a)의 블럭도이다.
도 9는 X선 입사 판정 회로(21f)를 예시하기 위한 회로도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, X선 검출기(1a)에는 X선 검출 모듈(10) 및 회로 기판(21)을 설치할 수 있다. 회로 기판(21)에는 게이트 구동 회로(20a), 신호 검출 회로(20b), 메모리(20c), 화상 구성 회로(20d), 전압 생성 회로(21e), X선 입사 판정 회로(21f) 및 컨트롤러(20g)를 설치할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 전압 생성 회로(21e)는 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)와, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)를 가질 수 있다.
또한, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)는, 공급 전원선의 임피던스를 수십 ㏀ 레벨이 되도록 매우 큰 값으로 해 두는 것이 중요하다.
제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)는 X선 입사 판정 회로(21f)의 스위치(21f1)를 통하여 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다. 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)는 바이어스 라인(Vbias)에, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 인가한다. 제1 바이어스 전압(Vb1)은 X선 화상의 촬영 시에 사용하는 바이어스 전압으로 할 수 있다. 예를 들어, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)는 상술한 전압 생성 회로(20e)로 해도 된다.
제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)는 X선 입사 판정 회로(21f)의 스위치(21f2)를 통하여 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다. 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)는 바이어스 라인(Vbias)에, 제1 바이어스 전압(Vb1)과는 다른 제2 바이어스 전압(Vb2)을 인가한다. 제2 바이어스 전압(Vb2)은 X선의 입사 개시를 검출할 때에 사용하는 바이어스 전압으로 할 수 있다. 예를 들어, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)의 전위는 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)의 전위보다 낮게(제2 바이어스 전압(Vb2)은 제1 바이어스 전압(Vb1)보다 낮게) 할 수 있다. 예를 들어, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)의 전위는 전원 내부의 임피던스에 의존하지만, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)의 전위의 약 1.5배 낮아지도록 설정한다.
이 경우, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)와, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)를 일체화해도 된다. 예를 들어, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)로부터의 제1 바이어스 전압(Vb1)을 저항 등을 이용하여 제2 바이어스 전압(Vb2)으로 해도 된다. 이 경우, 저항 등이 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)가 된다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1), 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2), 및 컴퍼레이터(21f4)에 인가하는 임계치 전압(Vsh)을 생성하는 회로(21e3)를 갖는 전압 생성 회로(21e4)를 설치할 수도 있다.
또한, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1), 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2), 및 임계치 전압(Vsh)을 생성하는 회로(21e3)를 개별적으로 설치해도 되고, 예를 들면 이들을 집적 회로로서 일체화해도 된다. 집적 회로로 하는 것에 대한 상세한 내용은 후술한다.
X선 입사 판정 회로(21f)는 스위치(21f1), 스위치(21f2), 컨덴서(21f3) 및 컴퍼레이터(21f4)를 가질 수 있다.　
스위치(21f1) 및 스위치(21f2)는 컨트롤러(20g)로부터의 신호에 기초하여 ON/OFF 동작을 실시할 수 있다. 즉, 컨트롤러(20g)는 스위치(21f1)와 스위치(21f2)를 제어할 수 있다. 그 때문에, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1)와 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)는, 정해진 타이밍에서, 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)와 컨덴서(21f3)에 전하를 축적할 수 있다.
컨덴서(21f3)는 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속할 수 있다. 컨덴서(21f3)는 X선의 입사 개시를 검출할 때 미소한 전류 변화를 전압으로서 포착하기 위해 설치할 수 있다. 컨덴서(21f3)는 제1 바이어스 전압(Vb1) 또는 제2 바이어스 전압(Vb2)을 단시간 유지할 수 있다. 광전 변환 소자(2b1)의 용량에 따라서는 컨덴서(21f3)를 생략할 수도 있지만, 컨덴서(21f3)가 설치되어 있으면, X선의 입사 개시를 정밀도 좋게 검출하는 것이 용이해진다.
제2 바이어스 전압(Vb2)은 저항(21f5)을 통하여 컨덴서(21f3)(컴퍼레이터 (21f4))에 인가된다. 컴퍼레이터(21f4)는 컨덴서(21f3)에 전기적으로 접속할 수 있다. 컴퍼레이터(21f4)는 컨덴서(21f3)에서의 전압과, 임계치 전압(Vsh)을 비교할 수 있다.
여기에서, 기판 상에서 디스크리트 반도체 장치 등의 소자를 조합하여, 예를 들면 상술한 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1), 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2) 및 임계치 전압(Vsh)을 생성하는 회로(21e3)를 구성하면, 개개의 부품의 특성의 편차나 온도 변동 등에 의해 전압 변동이 발생하는 경우가 있다. 또한, 개개의 부품을 전기적으로 접속하기 위한 배선 패턴이 필요해지지만, 배선 패턴에는 임피던스가 있으므로, 다른 회로나 주위 환경에 따라서는 유도 노이즈가 커질 우려가 있다.
그 때문에, 적어도 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1) 및 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)를 집적 회로로서 일체화하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1), 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2) 및 임계치 전압(Vsh)을 생성하는 회로(21e3)를 집적 회로로서 일체화하는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 생성하는 회로(21e1), 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2) 및 임계치 전압(Vsh)을 생성하는 회로(21e3)를 집적 회로(121)로서 일체화하면, 개개의 부품의 특성의 편차를 억제할 수 있고, 배선도 집적 회로(121) 내에서 완결시킬 수 있다. 그 때문에, 전압 변동이나 유도 노이즈를 억제할 수 있다. 또한, 저항 정수 등의 파라미터도 정밀도 좋게 트리밍할 수 있다. 또한, 집적 회로(121)로 하면, 동일한 패키지 내에 각 회로가 설치되므로, 온도 변동이 각 회로마다 다른 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 특성을 균일하게 할 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 제2 바이어스 전압(Vb2)은 저항(21f5)을 통하여 컴퍼레이터(21f4)에 인가된다. 저항(21f5)은 컴퍼레이터(21f4)에 직렬 접속되므로, 흐르는 전류에 비례하여 전압이 발생한다. X선의 입사 개시의 판정은, 저항(21f5)에 전기적으로 접속된 컨덴서(21f3)에서의 전압을 이용하므로, 저항(21f5)의 저항값(R_VI)이 편차가 생기면, 컨덴서(21f3)에서의 전압이 편차가 생겨, X선의 입사 개시의 판정 정밀도가 저하될 우려가 있다.
또한, 컴퍼레이터(21f4)의 특성도 입력 전류에 차이가 생기면 변화된다.
그 때문에, 저항(21f5)의 저항값, 컴퍼레이터(21f4)의 입력 전류값 등을 대략 일정하게 하면, X선의 입사 개시의 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이 경우, 제1 바이어스 전압(Vb1)을 발생시키는 회로, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 발생시키는 회로 및 임계치 전압(Vsh)을 발생시키는 회로(21e3)를 집적 회로(121)로 하면, 저항(21f5)이나 컴퍼레이터(21f4)도 집적 회로(121)에 설치되는 것이 된다. 저항(21f5)을 집적 회로(121)에 설치할 때 트리밍을 실시하면, X선의 입사 개시의 판정 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 컴퍼레이터(21f4)를 집적 회로(121)에 설치할 때 컴퍼레이터(21f4)의 특성을 정밀하게 제어할 수 있으므로, X선의 입사 개시의 판정 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
도 10은 X선의 입사 개시의 판정을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 11은 대기 상태를 예시하기 위한 시퀀스도이다.
우선, 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)의 바이어스 전압(Vbias)을, X선의 입사를 검출할 때 사용하는 제2 바이어스 전압(Vb2)이 되도록 한다. 예를 들면, 스위치(21f2)를 ON 상태로 함으로써, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)를 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속한다. 또한, 스위치(21f1)를 OFF 상태로 하고, 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로(21e1)를 바이어스 라인(Vbias)으로부터 차단한다. 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)는 컨덴서(21f3)를 충전할 수 있다. 컨덴서(21f3)의 충전이 완료되면 스위치(21f2)를 OFF 상태로 한다. 그 때문에, 스위치(21f2)가 ON 상태가 되는 것은 단시간이다.
광전 변환 소자(2b1)에는, 광전 변환 소자(2b1) 자신이나 박막 트랜지스터(2b2)에 의해 누설 전류(Ir)가 흐르므로, 컨덴서(21f3)에 축적되어 있는 전하가 서서히 방전되어, 전위가 상승한다. 그 때문에, 대기 시(X선의 입사를 기다리는 동안)에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(20g)는 스위치(21f1)를 OFF 상태로 하고, 스위치(21f2)의 ON 상태와, OFF 상태를 주기적으로 반복한다. 스위치(21f2)의 ON 상태와, OFF 상태를 주기적으로 반복함으로써, 컨덴서(21f3)의 재충전이 반복되어 실시된다. 이 경우, 대기 시에(광전류(Ix)가 흐르지 않을 때) 누설 전류(Ir)에 의한 전압 상승으로, 컨덴서(21f3)에서의 전압이 비교용의 임계치 전압(Vsh)을 초과하지 않도록, 스위치(21f2)를 ON상태로 하는 주기를 설정할 수 있다. 또한, 누설 전류(Ir)는 광전 변환 소자(2b1)나 박막 트랜지스터(2b2)에 따라 차이가 있다. 그 때문에, 누설 전류(Ir)의 값에 대응하여, 스위치(21f2)를 ON 상태로 하는 주기를 변화시킬 수 있다. 이와 같이 하면, 어레이 기판(2)마다 누설 전류(Ir)의 값이 달라져 있어도 대응이 가능해진다.
도 10에 도시한 바와 같이, 대기 상태에서 X선이 입사하면, 광전 변환 소자 (2b1)에 광 전류(Ix)가 흐르므로, 컨덴서(21f3)가 급속하게 방전된다. 그 때문에, 전위가 급격하게 상승하여, 컨덴서(21f3)에서의 전압이 비교용의 임계치 전압(Vsh)을 초과하므로, 컴퍼레이터(21f4)의 출력(V_DET)이 ON이 된다. 그 결과, X선의 입사 개시를 검출할 수 있다. 임계치 전압(Vsh)은 광 전류에 의한 전압 상승과 박막 트랜지스터(2b2)에 흐르는 누설 전류(Ir)에 의한 전압 상승의 비율에 의해 결정되지만, 도 10에 도시한 예의 경우, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)의 전위가, 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로(21e1)의 전위의 1.5배 낮게 설정해 두고, 도 10중의 「B부」에 도시한 바와 같이, 누설 전류(Ir)에 의한 전압 상승치와 비교하여, 임계치 전압(Vsh)을 2배의 전위차가 되도록 설정하면, 누설 전류(Ir)에서는 검출되지 않고, 광 전류에 의한 전압의 급격한 변화에 의해 X선의 입사 개시를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 대기 시에 있어서는 신호 검출 회로(20b)(AD 컨버터(20bc)) 및 화상 구성 회로(20d)를 동작시킬 필요가 없으므로, 이들 전원을 OFF 상태로 할 수 있다. 그 때문에, X선의 입사를 검출할 때의 소비 전력을 억제할 수 있다.
도 12는 X선 화상의 촬영을 예시하기 위한 시퀀스도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, X선의 입사가 검출된 경우에는 축적 커패시터로서 기능하는 광전 변환 소자(2b1)의 바이어스 전압(Vbias)을, X선 화상의 촬영 시에 사용하는 제1 바이어스 전압(Vb1)으로 전환한다. 예를 들면, 스위치(21f1)를 ON 상태로 함으로써, 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로(21e1)를 바이어스 라인(Vbias)에 전기적으로 접속한다. 또한, 스위치(21f2)를 OFF 상태로 하고, 제2 바이어스 전압(Vb2)을 생성하는 회로(21e2)를 바이어스 라인(Vbias)으로부터 차단한다.
그 후, 상술한 X선 검출기(1)의 경우와 동일하게 하여, 화상 데이터(100)의 취득과, X선 화상의 구성을 실시할 수 있다.
여기에서, 컨덴서(21f3)에서의 전압은 극히 작으므로, 노이즈에 의한 오검출이 발생할 가능성이 있다.
그 때문에, X선 입사 판정 회로(21f)는 구성된 X선 화상과 비교 화상을 추가로 비교할 수도 있다. 비교 화상은 예를 들면, X선이 입사하고 있지 않을 때의 화상으로 할 수 있다. 비교 화상은 예를 들어 메모리(20c)에 저장할 수 있다.
도 13은 촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 있던 경우의 시퀀스도이다.
촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 있으면, X선이 입사하고 있는 것을 확인할 수 있다. 그 경우에는, 도 13에 도시한 바와 같이, X선 화상의 촬영 시에 사용되는 제1 바이어스 전압(Vb1) 그대로, X선 화상의 촬영 동작을 속행한다. 예를 들면, X선 입사 판정 회로(21f)는, 촬영된 X선 화상과 비교 화상을 추가로 비교하고, X선 화상과 비교 화상 사이에 소정의 차이가 있으면, 스위치(21f1)를 ON 상태로 하고, 스위치(21f2)를 OFF 상태로 한다.
도 14는 촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 없었던 경우의 시퀀스도이다.
촬영된 X선 화상과 비교 화상 사이에 차이가 없으면, X선이 입사되어 있지 않고 오검출이었다고 판정할 수 있다. 그 경우에는, 도 14에 도시한 바와 같이 X선의 입사를 검출할 때 사용되는 제2 바이어스 전압(Vb2)으로 전환하고, 상술한 검출 동작을 실시할 수 있다. 즉, 오검출이라고 판정된 경우, 신속하게 대기 상태로 되돌아갈 수 있다.
예를 들어, X선 입사 판정 회로(21f)는, 촬영된 X선 화상과 비교 화상을 추가로 비교하고, X선 화상과 비교 화상 사이에 소정의 차이가 없으면, 스위치(21f1)를 OFF 상태로 하고, 스위치(21f2)의 ON 상태와 OFF 상태를 주기적으로 반복한다.
이상, 본 발명의 몇 가지 실시 형태를 예시했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것으로, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이들 신규한 실시형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경 등을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형예는, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시형태는 서로 조합하여 실시할 수 있다.
1: X선 검출기 1a: X선 검출기
2: 어레이 기판 2b: 광전 변환부
2b1: 광전 변환 소자 2b2: 박막 트랜지스터
3: 신틸레이터 10: X선 검출 모듈
20: 회로 기판 20a: 게이트 구동 회로
20b: 신호 검출 회로 20c: 메모리
20d: 화상 구성 회로 20e: 전압 생성 회로
20f: X선 입사 판정 회로 20g: 컨트롤러
21: 회로기판
21e1: 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로
21e2: 제2 바이어스 전압을 생성하는 회로
21e3: 임계치 전압을 생성하는 회로
21e4: 전압 생성 회로 21f: X선 입사 판정 회로
21f1: 스위치 21f2: 스위치
21f3: 컨덴서 21f4: 컴퍼레이터
100: 화상 데이터

Claims (7)

  1. 제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인,
    상기 제1 방향으로 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인,
    대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되고, 광전 변환 소자를 갖는 광전 변환부,
    복수의 상기 광전 변환부 상에 설치된 신틸레이터,
    복수의 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속된 바이어스 라인,
    상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속된 전압 생성 회로, 및
    상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속되어, 방사선의 입사 개시 시에 발생하는 전압의 변화를 검출하는 방사선 입사 판정 회로
    를 구비한 방사선 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 생성 회로는 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로와, 상기 제1 바이어스 전압보다 낮은 제2 바이어스 전압을 생성하는 회로를 갖고,
    상기 방사선 입사 판정 회로는
    상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로에 전기적으로 접속된 제1 스위치,
    상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 회로에 전기적으로 접속된 제2 스위치,
    상기 바이어스 라인에 전기적으로 접속된 컨덴서, 및
    상기 컨덴서에 전기적으로 접속된 컴퍼레이터
    를 갖는, 방사선 검출기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로, 및 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 회로가, 집적 회로로서 일체화되어 있는, 방사선 검출기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 생성 회로는 상기 컴퍼레이터에 인가하는 임계치 전압을 생성하는 회로를 추가로 갖고,
    상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 회로, 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 회로, 및 상기 임계치 전압을 생성하는 회로가, 집적 회로로서 일체화되어 있는, 방사선 검출기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치와, 상기 제2 스위치를 제어하는 컨트롤러를 추가로 구비하고,
    상기 방사선의 입사 개시를 검출할 때,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치를 OFF 상태로 하고, 상기 제2 스위치의 ON 상태와, OFF 상태를 주기적으로 반복하며,
    상기 컴퍼레이터는 상기 컨덴서에서의 전압과, 임계치 전압을 비교하는, 방사선 검출기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방사선 입사 판정 회로는, 촬영된 방사선 화상과 비교 화상을 추가로 비교하고, 상기 방사선 화상과 상기 비교 화상 사이에 소정의 차이가 없으면,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 스위치를 OFF 상태로 하고, 상기 제2 스위치의 ON 상태와 OFF 상태를 주기적으로 반복하는, 방사선 검출기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 방사선 입사 판정 회로는, 촬영된 방사선 화상과 비교 화상을 추가로 비교하고, 상기 방사선 화상과 상기 비교 화상 사이에 소정의 차이가 있으면,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 스위치를 ON 상태로 하고, 상기 제2 스위치를 OFF 상태로 하는, 방사선 검출기.
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