WO2012066771A1 - X線センサ、そのx線センサの検査方法、およびそのx線センサを用いたx線診断装置 - Google Patents

X線センサ、そのx線センサの検査方法、およびそのx線センサを用いたx線診断装置 Download PDF

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layer
ray sensor
ray
electric field
field relaxation
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PCT/JP2011/006368
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城野 政博
古賀 啓介
裕司 大川
節 久保田
和典 宮川
健吉 谷岡
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パナソニック株式会社
日本放送協会
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    • GPHYSICS
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    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/17Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/085Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors the device being sensitive to very short wavelength, e.g. X-ray, Gamma-rays
    • HELECTRICITY
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output
    • H01J31/28Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output with electron ray scanning the image screen
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/115Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/30Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from X-rays
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32Transforming X-rays

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray sensor, an inspection method for the X-ray sensor, and an X-ray diagnostic apparatus using the X-ray sensor.
  • the X-ray diagnostic apparatus includes an X-ray source and an X-ray sensor.
  • the X-ray sensor is disposed to face the X-ray source at a predetermined interval from the X-ray source.
  • the X-ray source and the X-ray sensor are arranged so that X-rays emitted from the X-ray source are irradiated onto the human body and the X-rays that have passed through the human body enter the X-ray sensor.
  • An X-ray diagnostic apparatus is an apparatus that makes it possible to visually check the state inside a human body by irradiating the human body with X-rays.
  • the X-ray diagnostic apparatus since X-rays are irradiated to the human body, it is preferable that the X-ray irradiation amount be as small as possible. Therefore, in the X-ray diagnostic apparatus, it is necessary to increase the sensitivity of the X-ray sensor.
  • the imaging device includes a hole injection blocking layer, an electron injection blocking layer, and a photoconductive sensitivity layer sandwiched between them.
  • the photoconductive sensitive layer charges are generated by the light incident thereon.
  • a material that causes a charge multiplication action when a high electric field is applied is adopted.
  • Patent Document 1 proposes that the sensitivity layer is formed of an amorphous semiconductor mainly composed of Se. According to this imaging apparatus, it is possible to perform imaging with high sensitivity even with a small amount of light.
  • a photoconductive film comprising a hole injection blocking layer, an electron injection blocking layer, and a photoconductive sensitivity layer having a charge multiplication function sandwiched between them is formed on the X-ray sensor.
  • the sensitivity of the X-ray sensor can be increased.
  • the known technique when a scratch or film thickness unevenness occurs in the hole injection blocking layer, the hole injection blocking effect is insufficient. That is, holes from the high-voltage power supply pass through the flaws and uneven portions of the hole injection blocking layer and reach the sensitivity layer. Therefore, the known technique has a problem that white scratches appear in the captured image.
  • an extremely large area is required for an X-ray sensor.
  • an X-ray diagnostic apparatus for mammography uses an X-ray sensor having a rectangular sensor surface with a side length of about 200 to 250 mm when viewed in plan.
  • An X-ray sensor for a chest uses an X-ray sensor having a rectangular sensor surface with a side length of about 450 mm when viewed in plan.
  • the present invention provides an X-ray sensor that can reduce the number of white flaws caused by scratches or film thickness irregularities even when flaws or film thickness irregularities occur in the hole injection blocking layer.
  • An object of the present invention is to provide an inspection method for the X-ray sensor and an X-ray diagnostic apparatus using the X-ray sensor.
  • an X-ray sensor includes a light-transmitting substrate, a light-transmitting electrode formed on a first surface of the light-transmitting substrate, and the light-transmitting electrode.
  • a photoconductive film including an electron injection blocking layer, and the thickness of the electric field relaxation layer is equal to or greater than the thickness of the layer composed of the translucent electrode and the hole injection blocking layer. It is characterized by that.
  • the X-ray sensor of the present invention even when a flaw or a film thickness unevenness occurs in the hole injection blocking layer, holes flowing from a high-voltage power source that supplies a high voltage to the light-transmitting electrode are detected in the hole trap layer.
  • the electric field between the translucent electrode and the hole trap layer can be relaxed by trapping the holes.
  • the electric field relaxation region can be expanded by the electric field relaxation layer.
  • the thickness of the electric field relaxation layer is made larger than the thickness of the layer composed of the translucent electrode and the hole injection blocking layer, and is made thicker than the electric field relaxation layer of the sensor for visible light application. Therefore, the electric field relaxation effect can be exhibited more effectively than a sensor for visible light application. Therefore, according to the present invention, even when a flaw or film thickness unevenness occurs in the hole injection blocking layer, the number of white flaws generated due to the flaw or film thickness unevenness can be reduced.
  • One of the other side surfaces of the X-ray sensor according to the present invention is a bias light source that irradiates light to the second surface of the translucent substrate on which the X-rays are incident, opposite to the first surface.
  • a bias light source that irradiates light to the second surface of the translucent substrate on which the X-rays are incident, opposite to the first surface.
  • the electric field relaxation effect by a hole trap layer can be more effectively exhibited using a bias light source. Therefore, even if scratches or film thickness irregularities occur in the hole injection blocking layer, the number of white scratches generated due to the scratches or film thickness irregularities can be surely reduced.
  • the electric field relaxation effect by the hole trap layer can be stably generated over the entire sensor surface of the X-ray sensor. Therefore, it is possible to prevent variation in the electric field relaxation effect in the sensor plane of the X-ray sensor due to the X-ray irradiation history. Therefore, it is possible to realize an X-ray sensor having no sensitivity variation.
  • An aspect of the X-ray sensor inspection method is a method for inspecting the above-described X-ray sensor according to the present invention, wherein a voltage is applied to the translucent electrode and the photoconductive film is applied.
  • a first step of irradiating the second surface of the translucent substrate on which the X-rays are incident on the opposite side of the first surface with an electric field applied to the first surface, and irradiating the red light And a second step of taking out an electrical signal corresponding to the amount of charge generated in the sensitive layer of the photoconductive film to the outside of the photoconductive film.
  • the X-ray sensor inspection method of the present invention it is possible to use visible light, red light having a wavelength of 620 nm, instead of using X-rays when evaluating the quality of the X-ray sensor. That is, since red light can pass through the electric field relaxation layer having a thickness of 6 ⁇ m or less, if the thickness of the electric field relaxation layer is 6 ⁇ m or less, the quality of the X-ray sensor using red light can be evaluated. Therefore, it is possible to evaluate film defects (black scratches or white scratches) generated in the photoconductive film of the X-ray sensor by irradiating the X-ray sensor with red light.
  • the X-ray diagnostic apparatus uses the above-described X-ray sensor according to the present invention as an X-ray sensor disposed at a predetermined interval from the X-ray source and facing the X-ray source. It is characterized by that.
  • the X-ray sensor according to the present invention can reduce the number of white flaws caused by flaws and film thickness irregularities even when flaws and film thickness irregularities occur in the hole injection blocking layer.
  • the X-ray sensor inspection method of the present invention it is possible to evaluate the quality of the X-ray sensor using red light. Therefore, the evaluation of the quality of the X-ray sensor uses X-rays. It becomes easier compared with the inspection method.
  • the block diagram of the X-ray diagnostic apparatus concerning embodiment of this invention The block diagram of the X-ray diagnostic apparatus concerning embodiment of this invention
  • Sectional drawing of the X-ray sensor concerning embodiment of this invention 1 is a configuration diagram of a photoconductive film included in an X-ray sensor according to an embodiment of the present invention.
  • Control block diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention
  • Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention Characteristics diagram of X-ray sensor according to an embodiment of the present invention
  • the figure which shows the relationship between the thickness of the electric field relaxation layer concerning embodiment of this invention, and the generation number of a white crack The figure which shows the relationship between the thickness of the electric field relaxation layer concerning embodiment of this invention, and the wavelength of the light irradiated from a bias light source Control block diagram at the time of inspection of the X-ray sensor according to the embodiment of the present invention Sectional drawing of the X-ray sensor concerning other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an X-ray diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the X-ray diagnostic apparatus includes an X-ray source 1 and an X-ray sensor 2.
  • the X-ray sensor 2 is disposed to face the X-ray source 1 at a predetermined interval from the X-ray source 1. Specifically, the X-ray source 1 and the X-ray 1 are irradiated so that X-rays emitted from the X-ray source 1 are irradiated on the imaging subject 3 and the X-rays passing through the imaging subject 3 enter the X-ray sensor 2.
  • the line sensor 2 is arranged.
  • the X-ray diagnostic apparatus is an apparatus that makes it possible to visually check the internal state of the imaging target person 3 by irradiating the imaging target person 3 with X-rays.
  • the X-ray source 1 is provided at one end of the arm 4 having a substantially semicircular shape when viewed from the side, and the X-ray sensor 2 is provided at the other end of the arm 4.
  • the X-ray source 1 and the X-ray sensor 2 are arranged to face each other at a predetermined interval. Therefore, the X-ray source 1 and the X-ray sensor 2 can be disposed opposite to each other with the arm 4 sandwiching the imaging target person 3 lying on the bed 5, so that the X-ray source 1 radiates and passes through the imaging target person 3. X-rays can be detected by the X-ray sensor 2.
  • the arm 4 is rotatably attached to the main body case 6.
  • the body case 6 incorporates a drive device (not shown) that rotates the arm 4. By comprising in this way, it becomes possible to view the internal state of the imaging subject person 3 from various angles.
  • FIG. 2 is a block diagram of the X-ray diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the X-ray source 1 is connected to an X-ray control unit 7, and the X-ray control unit 7 is connected to a controller 8.
  • the controller 8 controls the overall operation of the X-ray diagnostic apparatus.
  • the X-ray control unit 7 controls the X-ray emission operation by the X-ray source 1 and the X-ray irradiation amount from the X-ray source 1 in accordance with a command signal from the controller 8.
  • the X-ray sensor 2 is connected to the image processing unit 9.
  • the image processing unit 9 detects an electrical signal (photoelectric conversion signal) extracted from the X-ray sensor 2 and executes image processing.
  • the signal processed by the image processing unit 9 is transmitted to the controller 8.
  • the controller 8 displays an image based on the amount (intensity) of X-rays detected by the X-ray sensor 2 on the monitor 10.
  • the image displayed on the monitor 10 displays the internal state of the person 3 to be imaged.
  • the X-ray sensor 2 is also connected to the electron source control unit 11.
  • the electron source control unit 11 is also connected to the controller 8.
  • the electron source control unit 11 controls an electron beam irradiation operation by an electron source, which will be described later, and an electron beam irradiation amount from the electron source in accordance with a command signal from the controller 8.
  • the X-ray sensor 2 is also connected to the bias light source control unit 12.
  • the bias light source controller 12 is also connected to the controller 8.
  • the bias light source control unit 12 controls the irradiation operation of light (bias light) by a bias light source, which will be described later, and the irradiation amount of light from the bias light source in accordance with a command signal from the controller 8.
  • a drive device (not shown) that is built in the main body case 6 and rotates the arm 4 is connected to the movement control unit 13, and the movement control unit 13 is connected to the controller 8.
  • the movement control unit 13 controls the rotation operation of the arm 4 according to a command signal from the controller 8.
  • the controller 8 is further connected to an input unit 14.
  • the controller 8 comprehensively controls the operation of the entire X-ray diagnostic apparatus according to a command input from the input unit 14.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the X-ray sensor according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the X-ray sensor according to the embodiment of the present invention
  • FIG. It is a block diagram of the photoconductive film
  • FIG. 6 is a control block diagram of the X-ray sensor concerning embodiment of this invention.
  • the X-ray sensor 2 includes a mounting substrate 15 having a rectangular shape when viewed in plan. Further, as shown in FIG. 4, an electron source 16 having a rectangular shape when viewed from above is provided on the main surface of the mounting substrate 15 in the same manner as the mounting substrate 15. The translucent substrate 17 is disposed to face the mounting substrate 15.
  • a translucent electrode (not shown) is formed on the first surface of the translucent substrate 17 facing the mounting substrate 15, and is opposite to the first surface on which the translucent electrode is formed.
  • the second surface of the translucent substrate 17 is a surface on which X-rays are incident (X-ray incident surface). Therefore, the translucent substrate 17 is disposed to face the mounting substrate 15 so that the first surface on which the translucent electrode is formed faces the electron source 16.
  • a photoconductive film 18 is provided on the first surface of the translucent substrate 17 on which the translucent electrode is formed.
  • the electron source 16 and the translucent substrate 17 are covered with a cover 19 on the main surface of the mounting substrate 15, and the translucent substrate 17 of the translucent substrate 17 is included in the cover 19.
  • a bias light source 20 that irradiates light (bias light) to the X-ray incident surface is disposed.
  • the bias light source 20 is preferably arranged at a position that is out of the projection area of the translucent substrate 17.
  • the photoconductive film 18 includes a hole injection blocking layer 22 sequentially provided on the first surface of the translucent substrate 17 on which the translucent electrode 21 is formed, and an electric field relaxation layer. 23, a hole trap layer 24 for trapping holes generated by irradiation with X-rays or visible light, a photoconductive sensitivity layer 25 having a charge multiplication function, and an electron injection blocking layer 26. Therefore, the translucent substrate 17 is disposed to face the mounting substrate 15 so that the surface of the photoconductive film 18 on the electron injection blocking layer 26 side faces the electron source 16. With this configuration, the electron source 16 can irradiate an electron beam toward the surface of the photoconductive film 18 on the electron injection blocking layer 26 side.
  • indium tin oxide ITO
  • tin oxide indium tin oxide or the like is used.
  • the hole injection blocking layer 22 is made of cerium oxide (CeO 2 )
  • the electric field relaxation layer 23 is made of amorphous selenium (a-Se)
  • the hole trapping layer 24 is made of amorphous selenium (a-Se).
  • lithium fluoride (LiF) amorphous selenium (a-Se) is used for the sensitivity layer 25
  • antimony trisulfide Sb 2 S 3
  • the electric field relaxation layer 23 and the hole trap layer 24 are provided in the photoconductive film 18 even when the hole injection blocking layer 22 has scratches or uneven film thickness. This is to reduce the number of white scratches caused by the scratches and film thickness unevenness.
  • the high voltage applied to the translucent electrode 21 from the high voltage power source connected to the translucent electrode 21 causes the hole Flows into the photoconductive film 18 through a flaw or uneven portion of the hole injection blocking layer 22. Therefore, when the hole injection blocking layer 22 and the sensitivity layer 25 are adjacent to each other, the inflowed holes are accelerated and multiplied by the internal electric field of the photoconductive film 18 and appear as white scratches.
  • a hole trap layer 24 is provided between the hole injection blocking layer 22 and the sensitivity layer 25. According to this configuration, holes can be trapped by the hole trap layer 24, and further, the electric field between the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 can be relaxed by trapping the holes. it can. Therefore, even when the hole injection blocking layer 22 has scratches or film thickness irregularities, it is possible to make it difficult for holes flowing in from the high-voltage power source to reach the sensitivity layer 25 and reduce the number of white scratches appearing in the captured image. can do.
  • an electric field relaxation layer 23 is disposed between the hole injection blocking layer 22 and the hole trap layer 24.
  • the electric field relaxation region between the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 can be expanded. Therefore, the number of white scratches can be further reduced by the electric field relaxation layer 23.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is made larger than the thickness of the layer composed of the translucent electrode 21 and the hole injection blocking layer 22. According to this structure, the thickness of the electric field relaxation layer 23 can be made thicker than the thickness (about 30 nm) of the electric field relaxation layer of the sensor for visible light applications. Therefore, the electric field relaxation effect can be more effectively exhibited than a sensor for visible light use.
  • indium tin oxide (ITO) or tin oxide is used for the translucent electrode
  • cerium oxide (CeO 2 ) is used for the hole injection blocking layer.
  • Amorphous selenium (a-Se) is used for the layer, amorphous selenium (a-Se) and lithium fluoride (LiF) are used for the hole trap layer, and amorphous selenium is used for the sensitivity layer.
  • a-Se amorphous selenium
  • LiF lithium fluoride
  • amorphous selenium is used for the sensitivity layer.
  • A-Se is used
  • antimony trisulfide (Sb 2 S 3 ) is used for the electron injection blocking layer.
  • the bias light source 20 is provided in order to more effectively exert the electric field relaxation effect by the hole trap layer 24. That is, by irradiating light (bias light) from the bias light source 20 to the X-ray incident surface of the translucent substrate 17 before the X-ray irradiation, holes generated by the light emitted from the bias light source 20 are changed to holes.
  • the trap layer 24 can be trapped to develop an electric field relaxation effect. Accordingly, it is possible to reduce the influence of scratches and film thickness unevenness on the sensitivity layer 25.
  • the electron source 16 is supplied with a voltage Vd for irradiating an electron beam. Further, the electron source 16 is connected to an X scan driver 27 and a Y scan driver 28. Both the X scan driver 27 and the Y scan driver 28 are included in the electron source control unit 11. Therefore, the electron source 16 is controlled by the X scan driver 27 and the Y scan driver 28 to scan the electron beam on the surface of the photoconductive film 18 on the electron injection blocking layer 26 side.
  • the X-ray sensor 2 may include a mesh 29 provided with a plurality of openings, as shown in FIG.
  • the mesh 29 is an intermediate electrode provided for accelerating the electron beam irradiated from the electron source 16, focusing the electron beam, and collecting surplus electrons, and is included in the electron source control unit 11.
  • the mesh voltage application unit 30 is connected.
  • the mesh voltage application unit 30 applies a positive voltage (mesh voltage) Vmesh to the mesh 29.
  • the mesh 29 can be formed of a known metal material, alloy, semiconductor material, or the like.
  • the translucent electrode 21 is connected to a high voltage source 31 that supplies a high voltage Vharp. This high voltage Vharp applies a high electric field to the sensitive layer 25 of the photoconductive film 18. Further, the translucent electrode 21 is connected to the image processing unit 9. As described above, the image processing unit 9 detects the photoelectric conversion signal extracted from the translucent electrode 21 and executes image processing. The level of the photoelectric conversion signal changes according to the amount of light (intensity) of light incident on the X-ray incident surface of the translucent substrate 17.
  • the light (bias light) is uniformly irradiated from the bias light source 20 to the entire surface of the X-ray incident surface of the translucent substrate 17 before X-ray imaging of the imaging subject 3 is performed.
  • the reason for performing such an initial operation is to make the electric field relaxation effect by the hole trap layer 24 more effective. That is, if the X-ray incident surface of the translucent substrate 17 is irradiated with bias light, a sufficient amount of holes are trapped in the hole trap layer 24, so that an electric field relaxation effect is exhibited before X-ray imaging. be able to.
  • bias light is uniformly irradiated onto at least a region of the X-ray incident surface of the translucent substrate 17 where the photoconductive film 18 is projected.
  • FIG. 5 there is an A part where no subject exists in front of the X-ray incident surface of the transparent substrate 17 and a subject with poor X-ray transmittance in front of the X-ray incident surface of the transparent substrate 17. Even when the portion B is generated, the electric field relaxation effect by the hole trap layer 24 can be stably generated on the entire sensor surface of the X-ray sensor 2.
  • FIG. 7 shows a case where an A portion where no subject exists in front of the line incident surface and a B portion where an object with poor X-ray transmittance exists in front of the X-ray incident surface of the translucent substrate 17. It demonstrates concretely using thru
  • the electric field relaxation effect does not appear, and both the A part and the B part are blocked from electron injection from the translucent electrode 21.
  • the voltage up to the layer 26 has a characteristic that linearly decreases along the depth direction of the photoconductive film 18.
  • the bias light is uniformly applied to at least the entire region where the photoconductive film 18 is projected on the X-ray incident surface of the translucent substrate 17.
  • a sufficient amount of holes are trapped in the hole trap layer 24 in both the A part and the B part, and an electric field relaxation effect is exhibited. That is, the voltage of the hole trap layer 24 increases, the voltages of the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 become substantially the same, and the electric field between the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 is reduced. Nearly zero. Since the voltage of the hole trap layer 24 is increased in this way, the voltage change between the hole trap layer 24 and the electron injection blocking layer 26 becomes steep in both the A part and the B part.
  • the voltage between the translucent electrode 21 and the electron injection blocking layer 26 is the same as in the initial state in both the A part and the B part as shown by the broken line in FIG.
  • the photoconductive film 18 has a characteristic that linearly decreases along the depth direction of the film thickness.
  • part B the amount of holes generated by X-ray irradiation and trapped in the hole trap layer 24 becomes insufficient. Therefore, when the bias light is not irradiated, incomplete electric field relaxation appears. That is, in part B, as indicated by a broken line in FIG. 9, although the voltage of the hole trap layer 24 slightly rises, the voltage between the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 is reduced by the photoconductive film. 18 linearly decreases along the film thickness direction. Therefore, the change in voltage between the hole trap layer 24 and the electron injection blocking layer 26 is not as steep as the A part.
  • the amount of holes generated by the X-ray irradiation and trapped in the hole trap layer 24 can be changed between the A part and the B part.
  • the electric field strength applied to the sensitivity layer 25 has a large relationship with the sensitivity of the sensitivity layer 25, if the electric field strength applied to the sensitivity layer 25 differs between the A portion and the B portion, the same subject is photographed. However, there is a difference in signal level between the A part and the B part. That is, when the bias light is not irradiated, the influence of the history of the subject photographed before appears.
  • the electric field relaxation effect can be expressed in both the A part and the B part. Therefore, as indicated by a solid line in FIG. 9, the voltage change between the hole trap layer 24 and the electron injection blocking layer 26 can be made steep in both the A part and the B part.
  • the electric field relaxation effect by the hole trap layer 24 can be more effectively exhibited. Furthermore, it is possible to realize an X-ray sensor that is not affected by irradiation history and has no sensitivity variation. In particular, the effect of bias light becomes more remarkable as the thickness of the electric field relaxation layer 23 increases. That is, when the bias light is not irradiated, as shown in FIG. 9, the electric field strength that is the amount of change in voltage between the hole trap layer 24 and the electron injection blocking layer 26 between the A part and the B part is obtained. There is a difference. The difference in electric field strength between the A part and the B part increases as the thickness of the electric field relaxation layer 23 increases.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 increases, the variation of the electric field relaxation effect in the sensor surface due to the history of the subject photographed previously increases, and the influence of the irradiation history increases.
  • the film thickness of the electric field relaxation layer 23 is increased, the electric field relaxation effect becomes unstable.
  • the bias light is irradiated, the voltage of the translucent electrode 21 and the hole trap layer 24 is almost the same in the B portion.
  • the electric field relaxation effect can be stably exhibited by suppressing variations in the electric field strength. Therefore, by using the bias light source 20, the electric field relaxation effect is more effectively exhibited, and the number of white scratches appearing in the captured image (the number of white scratches generated) is reduced, and the sensitivity variation is further suppressed.
  • a line sensor can be realized.
  • the bias light source 20 is always turned on at least before X-ray imaging so that the entire sensor surface of the X-ray sensor 2 is stable. It is desirable to develop an electric field relaxation effect.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 will be described.
  • the thickness of the electric field relaxation layer of the sensor for visible light use is about 30 nm, whereas in this embodiment, the thickness of the electric field relaxation layer 23 is set to be different from that of the translucent electrode 21 and the hole injection. It is thicker than the thickness of the layer composed of the blocking layer 22 and thicker than the electric field relaxation layer of the sensor for visible light application.
  • the thickness of the electric field relaxation layer of the sensor for visible light use is about 30 nm because in the sensor for visible light use, all visible light needs to reach the sensitivity layer,
  • the electric field relaxation layer 23 can be made thicker than the electric field relaxation layer of a sensor for visible light application.
  • the thickness of the translucent electrode 21 is about 30 nm
  • the thickness of the hole injection blocking layer 22 is about 30 nm. Therefore, the layer composed of the translucent electrode 21 and the hole injection blocking layer 22 is formed.
  • the thickness is about 60 nm. Therefore, in this embodiment, it is preferable to set the thickness of the electric field relaxation layer 23 to 60 nm or more.
  • the bias light source 20 is used to record the history of the subject photographed previously. It is possible to realize an X-ray sensor that is not affected and that suppresses sensitivity variations.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is made thicker than that of the layer composed of the translucent electrode 21 and the hole injection blocking layer 22 and thicker than the electric field relaxation layer of the sensor for visible light application.
  • the electric field relaxation effect can be more effectively exhibited than a sensor for visible light application.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is set to be equal to the light-transmitting electrode 21 and the hole injection blocking layer 22. It is desirable to set the thickness to be sufficiently thicker than the thickness of the layer consisting of (about 60 nm).
  • FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the electric field relaxation layer 23 of the X-ray sensor 2 in this embodiment and the number of white scratches generated.
  • the number of white scratches shown in FIG. 10 is measured in a state where neither X-rays nor bias light is irradiated. As shown in FIG. 10, the number of occurrences of white scratches sharply decreases when the thickness of the electric field relaxation layer 23 ranges from 30 nm to 1.5 ⁇ m, and when the thickness of the electric field relaxation layer 23 becomes thicker than 1.5 ⁇ m, The curve where the number of white scratches decreases becomes gentle.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is set to 1.5 ⁇ m or more, which is sufficiently thicker than the thickness (about 60 nm) of the layer composed of the translucent electrode 21 and the hole injection blocking layer 22, It is possible to more effectively reduce the influence of flaws and film thickness unevenness generated in the injection blocking layer 22 on the sensitivity layer 25.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is desirably set to a thickness that prevents light (bias light) emitted from the bias light source 20 from reaching the sensitivity layer 25. This is because by preventing the light emitted from the bias light source 20 from reaching the sensitivity layer 25, the bias light does not affect the photoelectric conversion signal even if the bias light source 20 is continuously turned on. That is, it is not necessary to control the lighting timing of the bias light source 20. Specifically, it is not necessary to turn on the bias light source 20 before X-ray irradiation or turn on the bias light source 20 every blanking period of X-ray moving image photographing.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 that prevents the bias light from reaching the sensitivity layer 25 differs depending on the wavelength of light emitted from the bias light source 20.
  • FIG. 11 shows the relationship between the thickness of the electric field relaxation layer and the wavelength of light emitted from the bias light source in this embodiment.
  • the light emitted from the bias light source 20 can be obtained by setting the thickness of the electric field relaxation layer 23 to 1 ⁇ m or more. Can be prevented from reaching the sensitivity layer 25.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is set to 1.5 ⁇ m or more as described above, the number of white scratches can be sufficiently reduced, and the bias light is selected from, for example, 440 nm to 540 nm. If light having a wavelength to be emitted (for example, blue light or green light) is selected, it is sufficiently possible to prevent the light irradiated from the bias light source 20 from reaching the sensitivity layer 25.
  • the bias light is selected from, for example, 440 nm to 540 nm. If light having a wavelength to be emitted (for example, blue light or green light) is selected, it is sufficiently possible to prevent the light irradiated from the bias light source 20 from reaching the sensitivity layer 25.
  • the light emitted from the bias light source 20 is sensitive by setting the thickness of the electric field relaxation layer 23 to 8 ⁇ m or more. Reaching the layer 25 can be prevented, and the number of white scratches can be sufficiently reduced. As shown in FIG. 11, even if the thickness of the electric field relaxation layer 23 is 8 ⁇ m or more, X-rays are almost transmitted through the electric field relaxation layer 23 and are not attenuated.
  • the number of white scratches can be further reduced, and the bias light can be prevented from reaching the sensitivity layer 25.
  • the electric field relaxation layer 23 becomes too thick, visible light cannot pass through the electric field relaxation layer 23, so X-rays are required for the inspection of the X-ray sensor 2, and an inspection including an X-ray shielding mechanism is performed. The equipment becomes large. Therefore, in order to carry out the inspection of the X-ray sensor 2 more easily, it is necessary to limit the thickness of the electric field relaxation layer 23 to enable the inspection using visible light.
  • the thickness of the electric field relaxation layer 23 is limited to 6 ⁇ m or less, and a light source capable of irradiating visible light having a wavelength of, for example, 440 nm (blue) or 540 nm (green) is used as the bias light source 20.
  • a light source capable of irradiating visible light having a wavelength of, for example, 440 nm (blue) or 540 nm (green) is used as the bias light source 20.
  • red light can pass through the electric field relaxation layer 23 until the thickness of the electric field relaxation layer 23 is about 6 ⁇ m. Therefore, red light having a wavelength of 620 nm, which is visible light. Inspection of the X-ray sensor 2 using light becomes possible.
  • FIG. 12 is a control block diagram at the time of inspection of the X-ray sensor using red light.
  • a voltage is applied to the translucent electrode 21 to apply an electric field of 50 V / ⁇ m to 100 V / ⁇ m to the photoconductive film 18, and the X-ray incident surface of the translucent substrate 17 from the light source 32. Is uniformly irradiated with red light having a wavelength of 620 nm (first step).
  • This red light is incident on the sensitivity layer 25. Therefore, charges are generated in the sensitivity layer 25 by red light.
  • the electron source 16 is controlled by the X scan driver 27 and the Y scan driver 28, and the electron beam is scanned on the surface of the photoconductive film 18 on the electron injection blocking layer 26 side.
  • An electric signal corresponding to the amount of electric charge generated in the sensitivity layer 25 by irradiating red light by this electron beam scanning, that is, an electric signal corresponding to the intensity of the red light incident on the sensitivity layer 25 is generated in the image processing unit. 9 is read out (second step).
  • the read electric signal is subjected to image processing by the image processing unit 9 and then displayed on the monitor 10 as a video signal by the controller 8.
  • image processing unit 9 image processing unit 9
  • black scratches appear black on the display screen of the monitor 10. Therefore, the scratch of the photoconductive film 18 using red light that is visible light can be evaluated.
  • the hole injection blocking layer 22 has scratches and film thickness unevenness. Even if it occurs, it is possible to effectively exhibit the electric field relaxation effect and reduce the number of white scratches (number of white scratches) appearing in the captured image.
  • the sensitivity variation is further suppressed without being affected by the history of the subject photographed previously.
  • An X-ray sensor can be realized.
  • the quality of the X-ray sensor 2 when the quality of the X-ray sensor 2 is evaluated, it is possible to use red light having a wavelength of 620 nm which is visible light. Compared to the case where is used, it becomes easier.
  • the X-ray sensor 2 is different from the above-described embodiment in that the light guide plate 33 is disposed on the upper part of the translucent substrate 17. That is, in this other embodiment, as shown in FIG. 13, light (bias light) emitted from the bias light source 20 is incident on the side surface of the light guide plate 33. Then, the light guide plate 33 uniformly irradiates the light received from the bias light source 20 over the entire X-ray incident surface of the translucent substrate 17. Thereby, it is possible to uniformly irradiate the hole trap layer 24 with the bias light.
  • the X-ray sensor and the X-ray diagnostic apparatus using the X-ray sensor according to the present invention even when a scratch or film thickness unevenness occurs in the hole injection blocking layer, the number of white scratches appearing due to the scratch or film thickness unevenness Can be reduced. Furthermore, according to the X-ray sensor inspection method of the present invention, it is possible to evaluate the quality of the X-ray sensor using red light having a wavelength of 620 nm that is visible light. Compared with the inspection method using X-rays, it becomes easier. Therefore, the X-ray sensor, the inspection method for the X-ray sensor, and the X-ray diagnostic apparatus using the X-ray sensor according to the present invention are devices for observing the internal state of the inspection object using X-rays. Useful.

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Abstract

 本発明にかかるX線センサは、透光性基板(17)と、前記透光性基板(17)の一方の面上に形成された透光性電極(21)と、前記透光性電極(21)が形成された前記透光性基板(17)の一方の面上に順次設けられた正孔注入阻止層(22)と、電界緩和層(23)と、正孔トラップ層(24)と、電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層(25)と、電子注入阻止層(26)とを含む光導電性膜(18)と、を備え、前記電界緩和層(23)の厚みが、前記透光性電極(21)と前記正孔注入阻止層(22)とからなる層の厚みよりも厚いことを特徴とする。

Description

X線センサ、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置
 本発明は、X線センサ、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置に関する。
 X線診断装置は、X線源と、X線センサとを備える。X線センサは、X線源から所定の間隔を隔てて、そのX線源に対向して配置されている。具体的には、X線源から放射したX線が人体に照射され、その人体を通過したX線がX線センサに入射するように、X線源とX線センサは配置されている。X線診断装置は、X線を人体に照射することにより、人体内部の状態を目視可能にする装置である。このようにX線診断装置においては、X線が人体に照射されるので、X線の照射量はできるだけ少ないほうが好ましい。したがってX線診断装置では、X線センサの感度を高める必要がある。
 X線センサの感度を高める方法としては、X線センサに、阻止型構造を有する光導電性のターゲット部に電荷増倍機能を持たせた撮像装置を採用することが考えられる。このような撮像装置は、例えば、特許文献1に提案されている。
 その撮像装置は、具体的には、正孔注入阻止層と、電子注入阻止層と、それらの間に挟まれる光導電性の感度層と、を備える。光導電性の感度層では、そこに入射した光により電荷が発生する。その感度層の材料には、高電界をかけると電荷増倍作用が起こるものが採用されている。特許文献1には、感度層を、Seを主体とする非晶質半導体で形成することが提案されている。この撮像装置によれば、少ない光量でも感度よく撮像ができるようになる。
 したがって、正孔注入阻止層と、電子注入阻止層と、これらの間に挟まれる電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層と、を備える光導電性膜を、X線センサに形成することにより、X線センサの感度を高めることができる。
特開昭63-304551号公報
 しかしながら、既知の技術では、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合、正孔注入阻止効果が不十分となる。つまり、高圧電源からの正孔が、正孔注入阻止層のキズやムラ部を通過して、感度層に到達してしまう。そのため、既知の技術では、撮像画像に白キズが出現するという問題があった。
 正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生するのは、透光性基板に残留する微小なゴミに起因するところが大きい。つまり、透光性基板にゴミが残留すると、そのゴミによって発生する凹凸が、薄い透光性電極に転写されて、その結果、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生する。
 ところで、X線診断装置においては、X線センサに極めて大きな面積が必要となる。例えば、マンモグラフィー用のX線診断装置には、平面視したときの各辺の長さが200~250mm程度のサイズの矩形状のセンサ面を持つX線センサが用いられている。また、胸部用のX線診断装置には、平面視したときの各辺の長さが450mm程度のサイズの矩形状のセンサ面を持つX線センサが用いられている。このように大きな面積のX線センサを製造するときには、どうしても、透光性基板から完全にゴミを除去できずに、光導電性膜の一部にキズや膜厚ムラが発生してしまうことがある。
 本発明は、上記した問題に鑑み、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、そのキズや膜厚ムラによって発生する白キズの個数を減少させることができるX線センサを提供すること、ならびに、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置を提供することを目的とする。
 上記した目的を達成するために、本発明にかかるX線センサの一側面は、透光性基板と、前記透光性基板の第1面上に形成された透光性電極と、前記透光性電極が形成されている前記透光性基板の前記第1面上に順次設けられた正孔注入阻止層と、電界緩和層と、正孔トラップ層と、電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層と、電子注入阻止層とを含む光導電性膜と、を備え、前記電界緩和層の厚みが、前記透光性電極と前記正孔注入阻止層とからなる層の厚み以上であることを特徴とする。
 本発明にかかるX線センサよれば、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、透光性電極に高電圧を供給する高圧電源から流入した正孔を正孔トラップ層においてトラップすることができ、さらに、その正孔のトラップによって透光性電極と正孔トラップ層との間の電界を緩和できる。また、本発明によれば、電界緩和層によって電界緩和領域を広げることができる。また、本発明によれば、電界緩和層の厚みを、透光性電極と正孔注入阻止層とからなる層の厚みよりも厚くして、可視光用途のセンサの電界緩和層よりも厚くすることができるので、可視光用途のセンサよりも電界緩和効果を効果的に発揮させることができる。したがって本発明によれば、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、そのキズや膜厚ムラによって発生する白キズの個数を減少させることができる。
 また、本発明にかかるX線センサの他の側面の一つは、前記第1面とは反対側の、X線が入射される前記透光性基板の第2面に光を照射するバイアス光源をさらに備えることを特徴とする。この構成によれば、バイアス光源を用いて、正孔トラップ層による電界緩和効果をより効果的に発揮させることができる。したがって、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、そのキズや膜厚ムラによって発生する白キズの個数を確実に減少させることができる。また、バイアス光源を用いて、正孔トラップ層による電界緩和効果をX線センサのセンサ面全体で安定的に発生させることができる。したがって、X線照射履歴によるX線センサのセンサ面内での電界緩和効果のバラツキ防止を図ることができる。よって、感度バラツキの無いX線センサの実現を図ることができる。
 また、本発明にかかるX線センサの検査方法の一側面は、上記した本発明にかかるX線センサを検査する方法であって、前記透光性電極に電圧を印加して前記光導電性膜に電界をかけた状態で、前記第1面とは反対側の、X線が入射される前記透光性基板の第2面に赤色光を照射する第1工程と、前記赤色光を照射することにより前記光導電性膜の前記感度層に発生した電荷の量に応じた電気信号を前記光導電性膜の外部へ取り出す第2工程と、を具備することを特徴とする。
 上記本発明にかかるX線センサの検査方法によれば、X線センサの品質を評価する際に、X線を用いる代わりに、可視光である波長620nmの赤色光を用いることが可能となる。すなわち、赤色光は6μm以下の厚みの電界緩和層を透過可能であることから、電界緩和層が6μm以下の厚みであれば、赤色光を用いたX線センサの品質の評価が可能となる。したがって、赤色光をX線センサに照射して、X線センサの光導電性膜に発生する膜欠陥(黒キズや白キズ)を評価することが可能となる。
 また本発明にかかるX線診断装置は、X線源から所定の間隔をおいて、そのX線源に対向して配置されるX線センサに、上記した本発明にかかるX線センサを用いたことを特徴とする。
 本発明にかかるX線センサよれば、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、そのキズや膜厚ムラによって発生する白キズの個数を減少させることができる。
 また、本発明にかかるX線センサの検査方法によれば、赤色光を用いてX線センサの品質を評価することが可能となるので、X線センサの品質の評価が、X線を用いた検査方法と比較して容易になる。
本発明の実施の形態にかかるX線診断装置の構成図 本発明の実施の形態にかかるX線診断装置のブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの外観を示す斜視図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの断面図 本発明の実施の形態にかかるX線センサが有する光導電性膜の構成図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの制御ブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの特性図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの特性図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの特性図 本発明の実施の形態にかかる電界緩和層の厚みと白キズの発生個数との関係を示す図 本発明の実施の形態にかかる電界緩和層の厚みとバイアス光源から照射される光の波長との関係を示す図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの検査時の制御ブロック図 本発明の他の実施の形態にかかるX線センサの断面図
 以下、本発明にかかるX線センサ、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置の実施の一形態について、添付図面を交えて説明する。但し、添付図面は、理解を容易にするために模式的ないしは概念的な図を示している。また、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。
 まず、この実施の形態にかかるX線診断装置の全体構成について、図1および図2を用いて説明する。
 図1は本発明の実施の形態にかかるX線診断装置の構成図である。図1に示すように、X線診断装置は、X線源1と、X線センサ2とを備える。X線センサ2は、X線源1から所定の間隔を隔てて、そのX線源1に対向して配置されている。具体的には、X線源1から放射したX線が撮像対象者3に照射され、その撮像対象者3を通過したX線がX線センサ2に入射するように、X線源1とX線センサ2は配置されている。X線診断装置は、X線を撮像対象者3に照射することにより、撮像対象者3の内部の状態を目視可能とする装置である。
 より具体的には、側面視したときの形状が略半円状のアーム4の一端にX線源1が設けられ、該アーム4の他端にX線センサ2が設けられている。このようにしてX線源1とX線センサ2が所定の間隔をおいて対向配置されている。したがってアーム4によって、ベッド5に横たわった撮像対象者3を挟んでX線源1とX線センサ2とを対向配置させることができるので、X線源1から放射されて撮像対象者3を通過したX線を、X線センサ2で検出することができる。
 アーム4は、本体ケース6に回動自在に取り付けられている。本体ケース6は、アーム4を回動させる駆動装置(図示せず)を内蔵している。このように構成することで、撮像対象者3の内部の状態を様々な角度から目視することが可能となる。
 図2は本発明の実施の形態にかかるX線診断装置のブロック図である。
 図2に示すように、X線源1はX線制御部7に接続されており、X線制御部7はコントローラ8に接続されている。コントローラ8は、X線診断装置全体の動作を統括的に制御する。X線制御部7は、コントローラ8からの指令信号に従って、X線源1によるX線の放射動作や、X線源1からのX線の照射量を制御する。
 X線センサ2は画像処理部9に接続されている。画像処理部9は、X線センサ2から取り出された電気信号(光電変換信号)を検出し、画像処理を実行する。画像処理部9により処理された信号はコントローラ8に送信される。コントローラ8は、X線センサ2が検出したX線の光量(強度)に基づく画像をモニタ10に映し出す。このモニタ10に映し出された画像は、撮像対象者3の内部の状態を表示している。
 またX線センサ2は、電子源制御部11にも接続されている。この電子源制御部11もコントローラ8に接続されている。電子源制御部11は、コントローラ8からの指令信号に従って、後述する電子源による電子線の照射動作や、その電子源からの電子線の照射量を制御する。
 さらにX線センサ2は、バイアス光源制御部12にも接続されている。このバイアス光源制御部12もコントローラ8に接続されている。バイアス光源制御部12は、コントローラ8からの指令信号に従って、後述するバイアス光源による光(バイアス光)の照射動作や、そのバイアス光源からの光の照射量を制御する。
 本体ケース6に内蔵されてアーム4を回動させる駆動装置(図示せず)は移動制御部13に接続されており、移動制御部13はコントローラ8に接続されている。移動制御部13は、コントローラ8からの指令信号に従って、アーム4の回動動作を制御する。
 コントローラ8は、さらに入力部14とも接続されている。コントローラ8は、入力部14から入力された指令に従って、X線診断装置全体の動作を統括的に制御する。
 続いて、この実施の形態にかかるX線センサ2について、図3ないし図6を用いて説明する。図3は本発明の実施の形態にかかるX線センサの外観を示す斜視図であり、図4は本発明の実施の形態にかかるX線センサの断面図であり、図5は本発明の実施の形態にかかるX線センサが有する光導電性膜の構成図であり、図6は本発明の実施の形態にかかるX線センサの制御ブロック図である。
 図3および図4に示すように、X線センサ2は、平面視したときの形状が矩形状の取り付け基板15を備える。また図4に示すように、取り付け基板15の主面上には、平面視したときの形状が取り付け基板15と同じく矩形状の電子源16が設けられており、その電子源16の上部には、透光性基板17が取り付け基板15に対向して配置されている。
 詳しくは、取り付け基板15に対向する透光性基板17の第1面には、図示しない透光性電極が形成されており、その透光性電極が形成されている第1面とは反対側の透光性基板17の第2面が、X線が入射される面(X線入射面)となる。したがって、透光性基板17は、透光性電極が形成されている第1面が電子源16を向くように、取り付け基板15に対して対向配置される。また、透光性電極が形成されている透光性基板17の第1面上に光導電性膜18が設けられている。
 さらに図3および図4に示すように、取り付け基板15の主面上において、電子源16と透光性基板17がカバー19で覆われており、そのカバー19内に、透光性基板17のX線入射面に光(バイアス光)を照射するバイアス光源20が配置されている。バイアス光源20は、透光性基板17の投影領域から外れる位置に配置されるのが望ましい。
 図5に示すように、光導電性膜18は、透光性電極21が形成されている透光性基板17の第1面上に順次設けられた正孔注入阻止層22と、電界緩和層23と、X線や可視光などの照射によって発生した正孔をトラップする正孔トラップ層24と、電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層25と、電子注入阻止層26とからなる。したがって、透光性基板17は、光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面が電子源16を向くように、取り付け基板15に対して対向配置される。この構成により、電子源16は光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面に向けて電子線を照射することができる。
 ここで、透光性電極21には酸化インジウム・スズ(ITO)や酸化スズなどが使用される。また、正孔注入阻止層22には酸化セリウム(CeO)が、電界緩和層23には非晶質セレン(a-Se)が、正孔トラップ層24には非晶質セレン(a-Se)とフッ化リチウム(LiF)が、感度層25には非晶質セレン(a-Se)が、電子注入阻止層26には三硫化アンチモン(Sb)がそれぞれ使用される。
 この実施の形態において、光導電性膜18に電界緩和層23と正孔トラップ層24が設けられているのは、正孔注入阻止層22にキズや膜厚ムラが発生している場合でも、そのキズや膜厚ムラによって発生する白キズの個数を減少させることができるようにするためである。
 すなわち、正孔注入阻止層22にキズや膜厚ムラが発生している状態では、透光性電極21に接続される高圧電源からその透光性電極21に印加される高電圧によって、正孔が正孔注入阻止層22のキズやムラ部を通じて光導電性膜18内に流入する。そのため、正孔注入阻止層22と感度層25が隣接している場合、流入した正孔が、光導電性膜18の内部電界により加速し且つ増倍して、白キズとして現れてしまう。この問題に鑑み、正孔注入阻止層22と感度層25との間に正孔トラップ層24が設けられている。この構成によれば、正孔トラップ層24で正孔をトラップすることができ、さらに、その正孔のトラップによって透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電界を緩和させることができる。したがって、正孔注入阻止層22にキズや膜厚ムラがある場合でも、高圧電源から流入した正孔が感度層25へ到達し難くすることができ、撮像画像に出現する白キズの個数を低減することができる。
 さらに、この実施の形態では、正孔注入阻止層22と正孔トラップ層24との間に電界緩和層23が配置されてる。この構成により、透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電界緩和領域を広げることができる。よって、電界緩和層23により、白キズの発生数をより減少させることができる。
 またさらに、この実施の形態では、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚みよりも厚くしている。この構成によれば、電界緩和層23の厚みを、可視光用途のセンサの電界緩和層の厚み(30nm程度)よりも厚くすることができる。したがって、可視光用途のセンサよりも電界緩和効果を効果的に発揮させることができる。なお、可視光用途のセンサにおいても、透光性電極には酸化インジウム・スズ(ITO)や酸化スズなどが使用され、正孔注入阻止層には酸化セリウム(CeO)が使用され、電界緩和層には非晶質セレン(a-Se)が使用され、正孔トラップ層には非晶質セレン(a-Se)とフッ化リチウム(LiF)が使用され、感度層には非晶質セレン(a-Se)が使用され、電子注入阻止層には三硫化アンチモン(Sb)が使用される。
 また、この実施の形態において、バイアス光源20が設けられているのは、正孔トラップ層24による電界緩和効果をより効果的に発揮させるためである。すなわち、X線照射前にバイアス光源20から透光性基板17のX線入射面に光(バイアス光)を照射することにより、そのバイアス光源20から照射された光によって発生する正孔を正孔トラップ層24でトラップさせて電界緩和効果を発現させることができる。したがって、キズや膜厚ムラの感度層25への影響を小さくすることができる。
 図6に示すように、電子源16には、電子線を照射するための電圧Vdが供給される。さらに電子源16は、X走査ドライバ27とY走査ドライバ28に接続している。X走査ドライバ27とY走査ドライバ28は共に、電子源制御部11に含まれる。したがって、電子源16は、X走査ドライバ27とY走査ドライバ28によってコントロールされて、光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面上に電子線を走査する。
 またX線センサ2は、図6に示すように、複数の開口が設けられたメッシュ29を備えてもよい。メッシュ29は、電子源16から照射される電子線を加速させたり、その電子線を集束させたり、余剰電子を回収したりするために設けられる中間電極であり、電子源制御部11に含まれるメッシュ電圧印加部30に接続している。メッシュ電圧印加部30はメッシュ29に正電圧(メッシュ電圧)Vmeshを印加する。メッシュ29は、公知の金属材料、合金、半導体材料等で形成することができる。
 透光性電極21は、高電圧Vharpを供給する高電圧源31に接続している。この高電圧Vharpにより、光導電性膜18の感度層25に高電界がかかる。さらに透光性電極21は画像処理部9に接続している。画像処理部9は、上述したように、透光性電極21から取り出された光電変換信号を検出して、画像処理を実行する。光電変換信号のレベルは、透光性基板17のX線入射面に入射される光の光量(強度)に応じて変化する。
 続いて、この実施の形態にかかるX線診断装置の動作を説明する。この実施形態においては、撮像対象者3のX線撮影が行われる前に、透光性基板17のX線入射面の全面にバイアス光源20から光(バイアス光)が一様に照射される。
 このような初期操作を行う理由は、正孔トラップ層24による電界緩和効果をより効果的に発揮させるためである。すなわち、透光性基板17のX線入射面にバイアス光を照射すれば、正孔トラップ層24に十分な量の正孔がトラップされるので、X線撮影の前に電界緩和効果を発現させることができる。
 さらに、X線撮影が行われる前に、透光性基板17のX線入射面のうちの、少なくとも光導電性膜18が投影される領域にバイアス光を一様に照射することで、例えば図5に示すように、透光性基板17のX線入射面の前に被写体が存在しないA部と、透光性基板17のX線入射面の前にX線の透過率が悪い被写体が存在するB部が発生した場合でも、正孔トラップ層24による電界緩和効果をX線センサ2のセンサ面全体で安定的に発生させることができる。
 以下、X線撮影が行われる前に、透光性基板17のX線入射面に均一にバイアス光を照射する初期操作を行う理由について、図5に示すように、透光性基板17のX線入射面の前に被写体が存在しないA部と、透光性基板17のX線入射面の前にX線の透過率が悪い被写体が存在するB部が発生した場合を例に、図7ないし図9を用いて具体的に説明する。図7ないし図9はそれぞれ、図5に示すA部とB部における透光性電極21から電子注入阻止層26までの間の電圧分布を、上部と下部に分けて示している。
 まず、初期状態では、図7に示すように、正孔トラップ層24で正孔がトラップされていないので電界緩和効果は現れず、A部、B部とも、透光性電極21から電子注入阻止層26までの間の電圧は、光導電性膜18の膜厚深さ方向に沿って線形的に下がる特性になる。
 そして、この初期状態から初回のX線照射の前までに、透光性基板17のX線入射面のうちの、少なくとも光導電性膜18が投影される領域の全体にバイアス光を一様に照射した場合、図8に実線で示すように、A部、B部とも、正孔トラップ層24に十分な量の正孔がトラップされて電界緩和効果が発現する。つまり、正孔トラップ層24の電圧が上昇して、透光性電極21と正孔トラップ層24の電圧がほぼ同じになり、透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電界がほぼゼロになる。そして、このように正孔トラップ層24の電圧が上昇したことにより、A部、B部ともに、正孔トラップ層24から電子注入阻止層26までの間の電圧の変化が急峻になる。
 一方、バイアス光が照射されない場合には、図8に破線で示すように、A部、B部とも、初期状態と同じく、透光性電極21から電子注入阻止層26までの間の電圧は、光導電性膜18の膜厚深さ方向に沿って線形的に下がる特性になる。
 初回のX線照射後、すなわち2回目のX線照射前、A部では、初回のX線照射によって十分な量の正孔が正孔トラップ層24でトラップされている。よって、A部では、図9に示すように電界緩和効果が発現している。したがってA部では、バイアス光が照射されない場合でもX線照射によって電界緩和効果が発現する。
 ところが、B部では、X線照射によって発生し正孔トラップ層24でトラップされる正孔の量が不十分となる。したがって、バイアス光が照射されない場合、不完全電界緩和が発現する。つまり、B部では、図9に破線で示すように、正孔トラップ層24の電圧が若干上昇するものの、透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電圧は、光導電性膜18の膜厚深さ方向に沿って線形的に下がる。そのため、正孔トラップ層24から電子注入阻止層26までの間の電圧の変化は、A部のように急峻にはならない。
 このように、バイアス光が照射されない場合、A部とB部との間で、X線照射によって発生し正孔トラップ層24でトラップされる正孔の量に差ができて、透光性電極21から正孔トラップ層24までの電位に差ができる。つまり、A部とB部との間で正孔トラップ層24による電界緩和効果に差ができる。その結果、A部とB部との間で、正孔トラップ層24から電子注入阻止層26までの間の電圧の変化に差が生じて、正孔トラップ層24と電子注入阻止層26との間に配置された感度層25にかかる電界強度に、A部とB部との間で差が生ずる。感度層25にかかる電界強度は、感度層25の感度と大きな関係があるため、A部とB部との間で感度層25にかかる電界強度に差が生ずると、同一の被写体を撮影してもA部とB部との間で信号レベルに差が出てしまう。つまり、バイアス光が照射されない場合、以前に撮影した被写体の履歴の影響が顕れる。
 これに対して、2回目のX線照射前に、初回のX線照射前と同様にバイアス光を照射することにより、A部、B部ともに、電界緩和効果を発現させることができる。したがって、図9に実線で示すように、A部、B部ともに、正孔トラップ層24から電子注入阻止層26までの間の電圧の変化を急峻にすることができる。
 以上のように、X線照射前にバイアス光を照射することにより、正孔トラップ層24による電界緩和効果をより効果的に発揮させることができる。さらに、照射履歴の影響を受けず、感度バラツキの無いX線センサを実現することができる。特に、電界緩和層23の膜厚が厚くなるほど、バイアス光の効果はより顕著となる。つまり、バイアス光を照射しない場合、図9に示すように、A部とB部との間で、正孔トラップ層24から電子注入阻止層26までの間の電圧の変化量である電界強度に差ができる。そして、このA部とB部との間の電界強度の差は、電界緩和層23の膜厚が厚くなるほど大きくなる。したがって、電界緩和層23の膜厚が厚くなるほど、以前に撮影した被写体の履歴によるセンサ面内での電界緩和効果のばらつきが大きくなり、照射履歴の影響が大きくなる。このように電界緩和層23の膜厚が厚くなると電界緩和効果が不安定になる。これに対し、バイアス光を照射すれば、B部においても透光性電極21と正孔トラップ層24の電圧がほぼ同じになるので、電界緩和層23の膜厚によるA部とB部との間の電界強度のばらつきを抑えて、電界緩和効果を安定して発揮させることができる。したがって、バイアス光源20を用いることにより、電界緩和効果をより効果的に発揮させて、撮像画像に出現する白キズの個数(白キズの発生数)を低減しながら、より感度ばらつきを抑えたX線センサを実現することができる。
 但し、正孔トラップ層24による正孔のトラップは不安定なものであるので、少なくともX線撮影の前には必ずバイアス光源20を点灯させて、X線センサ2のセンサ面全体で安定的に電界緩和効果を発現させることが望ましい。
 続いて、電界緩和層23の厚みについて説明する。既述したように、可視光用途のセンサの電界緩和層の厚みが30nm程度であるのに対して、この実施の形態では、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚みよりも厚くして、可視光用途のセンサの電界緩和層よりも厚くしている。
 すなわち、可視光用途のセンサの電界緩和層の厚みが30nm程度であるのは、可視光用途のセンサにおいては、全ての可視光が感度層まで到達する必要があるためであり、これに対してX線センサにおいては、X線が可視光と比較して透過力が高いために、電界緩和層23の厚みを可視光用途のセンサの電界緩和層に比べて厚くすることが可能となる。この実施の形態においては、透光性電極21の厚みは30nm程度、正孔注入阻止層22の厚みは30nm程度であり、したがって透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚みは、ほぼ60nm程度となっている。よって、この実施の形態では、電界緩和層23の厚みを、60nm以上に設定するのが好ましい。
 また、この実施の形態によれば、電界緩和層23の厚みを可視光用途のセンサの電界緩和層に比べて厚くした場合でも、バイアス光源20を用いることにより、以前に撮影した被写体の履歴の影響を受けず、より感度ばらつきを抑えたX線センサを実現することができる。
 以上説明したように、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚みよりも厚くして、可視光用途のセンサの電界緩和層よりも厚くするだけでも、可視光用途のセンサよりも電界緩和効果を効果的に発揮させることができるが、より好適には、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚み(60nm程度)よりも十分に肉厚に設定するのが望ましい。
 図10に、この実施の形態におけるX線センサ2の電界緩和層23の厚みと白キズの発生個数との関係を示す。この図10に示す白キズの発生個数は、X線もバイアス光も照射していない状態で測定したものである。図10に示すように、白キズの発生個数は、電界緩和層23の厚みが30nmから1.5μmまでの範囲では急峻に減少し、電界緩和層23の厚みが1.5μmよりも厚くなると、白キズの発生個数が減少するカーブは緩やかになる。
 したがって、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚み(60nm程度)よりも十分に肉厚な1.5μm以上にすることにより、正孔注入阻止層22に発生したキズや膜厚ムラが感度層25に与える影響をより効果的に低減することができる。
 一方、この実施の形態では、バイアス光を照射している。そのため、電界緩和層23の厚みは、バイアス光源20から照射される光(バイアス光)が感度層25に到達しないようにする厚みに設定するのが望ましい。バイアス光源20から照射される光が感度層25に到達しないようにすることで、バイアス光源20を連続点灯しても、光電変換信号に対してバイアス光が影響しなくなるためである。つまり、バイアス光源20の点灯タイミングを制御する必要がなくなるためである。具体的には、X線照射前ごとにバイアス光源20を点灯したり、X線動画撮影のブランキング期間ごとにバイアス光源20を点灯しなくて済む。バイアス光が感度層25に到達しないようにする電界緩和層23の厚みは、バイアス光源20から照射される光の波長によって異なる。
 図11に、この実施の形態における電界緩和層の厚みとバイアス光源から照射される光の波長との関係を示す。図11に示すように、例えば、波長440nmの青色光や波長540nmの緑色光をバイアス光源20から照射する場合、電界緩和層23の厚みを1μm以上にすれば、バイアス光源20から照射された光が感度層25に到達することを阻止することができる。
 したがって、上記したように電界緩和層23の厚みを1.5μm以上に設定した場合、白キズの発生個数を充分少なくすることが可能となるとともに、バイアス光として、例えば440nm~540nmのうちから選択される波長を有する光(例えば、青色光や緑色光)を選択すれば、バイアス光源20から照射される光が感度層25に到達することを阻止することが十分に可能となる。
 また例えば、図11に示すように、波長620nmの赤色光をバイアス光源20から照射する場合には、電界緩和層23の厚みを8μm以上にすることにより、バイアス光源20から照射された光が感度層25に到達することを阻止することができ、かつ、白キズの発生個数を充分少なくすることが可能となる。なお、図11に示すように、X線は、電界緩和層23の厚みが8μm以上であっても、殆んど電界緩和層23を透過し、減衰しない。
 以上のように、電界緩和層23の厚みを十分に肉厚にすることで、白キズの発生数をより低減でき、かつ、バイアス光が感度層25に到達することを阻止することができる。しかし、その反面、電界緩和層23が厚くなり過ぎると、可視光が電界緩和層23を透過できなくなるため、X線センサ2の検査にX線が必要になり、X線の遮蔽機構を含め検査装置が大掛かりになる。したがって、より容易にX線センサ2の検査を実施するためには、電界緩和層23の厚みに制限を加えて、可視光を用いた検査を可能にする必要がある。
 そこで、この実施の形態では、電界緩和層23の厚みを6μm以下に制限するとともに、バイアス光源20に、例えば波長が440nm(青色)あるいは540nm(緑色)の可視光を照射できる光源を用いる。このようにすれば、図11に示すように、例えば、赤色光は、電界緩和層23の厚みが6μm程度までは、電界緩和層23を透過可能であるので、可視光である波長620nmの赤色光を用いたX線センサ2の検査が可能となる。
 以下、この実施の形態におけるX線センサ2の検査方法について図12を交えて説明する。図12は、赤色光を用いたX線センサの検査時の制御ブロック図である。
 まず、透光性電極21に電圧を印加して、光導電性膜18に対して50V/μm~100V/μmの電界をかけた状態で、光源32から透光性基板17のX線入射面の全面に波長620nmの赤色光が一様に照射される(第1工程)。
 この赤色光は、感度層25に入射する。よって、赤色光によって感度層25に電荷が発生する。次に、X走査ドライバ27とY走査ドライバ28により電子源16がコントロールされて、光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面上に電子線が走査される。この電子線の走査によって、赤色光を照射することにより感度層25に発生した電荷の量に応じた電気信号、すなわち感度層25に入射した赤色光の強度に応じた電気信号が、画像処理部9へ読み出される(第2工程)。
 この読み出された電気信号は、画像処理部9によって画像処理された後、コントローラ8によって映像信号としてモニタ10に表示される。この結果、モニタ10の表示画面に、白キズが白く、黒キズが黒く映る。したがって、可視光である赤色光を用いた光導電性膜18のキズの評価が可能となる。
 以上のように、この実施の形態によれば、電界緩和層23の厚みを可視光用途のセンサの電界緩和層よりも十分に厚くしたので、正孔注入阻止層22にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、電界緩和効果を効果的に発揮させて、撮像画像に出現する白キズの個数(白キズの発生数)を低減することができる。
 さらに、この実施の形態によれば、電界緩和層23の肉厚を厚くした場合でも、バイアス光源20を用いることにより、以前に撮影した被写体の履歴の影響を受けず、より感度ばらつきを抑えたX線センサを実現することができる。
 さらに、この実施の形態によれば、X線センサ2の品質を評価する際に、可視光である波長620nmの赤色光を用いることが可能であるので、X線センサ2の評価が、X線を用いた場合と比較して容易になる。
 続いて、X線センサの他の実施の形態について説明する。この他の実施の形態にかかるX線センサ2は、図13に示すように、導光板33が透光性基板17の上部に配置されている点が、上述した実施の形態と異なる。すなわち、この他の実施の形態では、図13に示すように、バイアス光源20から放射される光(バイアス光)が導光板33の側面へ入射される。そして、導光板33が、バイアス光源20から受光した光を、透光性基板17のX線入射面全体に均一に照射する。これにより、正孔トラップ層24に対してバイアス光を均一に照射することが可能となる。
 なお、上記した実施の形態は、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
 本発明にかかるX線センサおよびそれを用いたX線診断装置によれば、正孔注入阻止層にキズや膜厚ムラが発生した場合でも、そのキズや膜厚ムラによって出現する白キズの個数を減少させることができる。さらに本発明にかかるX線センサの検査方法によれば、可視光である波長620nmの赤色光を用いてX線センサの品質を評価することが可能となるので、X線センサの品質の評価が、X線を用いた検査方法と比較して容易になる。したがって、本発明にかかるX線センサ、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置は、X線を用いて検査対象体の内部状態を観察するための機器に有用である。
  1   X線源
  2   X線センサ
  3   撮像対象者
  4   アーム
  5   ベッド
  6   本体ケース
  7   X線制御部
  8   コントローラ
  9   画像処理部
 10   モニタ
 11   電子源制御部
 12   バイアス光源制御部
 13   移動制御部
 14   入力部
 15   取り付け基板
 16   電子源
 17   透光性基板
 18   光導電性膜
 19   カバー
 20   バイアス光源
 21   透光性電極
 22   正孔注入阻止層
 23   電界緩和層
 24   正孔トラップ層
 25   感度層
 26   電子注入阻止層
 27   X走査ドライバ
 28   Y走査ドライバ
 29   メッシュ
 30   メッシュ電圧印加部
 31   高電圧源
 32   光源
 33   導光板
 

Claims (13)

  1.  透光性基板と、
     前記透光性基板の第1面上に形成された透光性電極と、
     前記透光性電極が形成されている前記透光性基板の前記第1面上に順次設けられた正孔注入阻止層と、電界緩和層と、正孔トラップ層と、電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層と、電子注入阻止層とを含む光導電性膜と、
    を備え、前記電界緩和層の厚みが、前記透光性電極と前記正孔注入阻止層とからなる層の厚み以上であることを特徴とするX線センサ。
  2.  前記電界緩和層の厚みが60nm以上であることを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  3.  前記電界緩和層の厚みが1.5μm以上であることを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  4.  前記電界緩和層の厚みが1.5μm以上で且つ6μm以下であることを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  5.  前記光導電性膜の前記電子注入阻止層側の面に電子線を照射する電子源をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のX線センサ。
  6.  前記第1面とは反対側の、X線が入射される前記透光性基板の第2面に光を照射するバイアス光源をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載のX線センサ。
  7.  前記バイアス光源が、前記透光性基板の投影領域から外れる位置に配置されていることを特徴とする請求項6記載のX線センサ。
  8.  前記透光性基板を覆うカバーをさらに備え、前記バイアス光源が前記カバー内に配置されていることを特徴とする請求項6記載のX線センサ。
  9.  前記電界緩和層は、前記バイアス光源から照射される光が前記感度層に到達するのを阻止する厚みを有することを特徴とする請求項6から8のいずれか一つに記載のX線センサ。
  10.  前記バイアス光源は、440nm~540nmのうちから選択される波長を有する光を照射し、前記電界緩和層は1μm以上の厚みを有することを特徴とする請求項6から8のいずれか一つに記載のX線センサ。
  11.  前記電界緩和層は6μm以下の厚みを有することを特徴とする請求項10記載のX線センサ。
  12.  請求項1から11のいずれか一つに記載のX線センサを検査する方法であって、
     前記透光性電極に電圧を印加して前記光導電性膜に電界をかけた状態で、前記第1面とは反対側の、X線が入射される前記透光性基板の第2面に赤色光を照射する第1工程と、
     前記赤色光を照射することにより前記光導電性膜の前記感度層に発生した電荷の量に応じた電気信号を前記光導電性膜の外部へ取り出す第2工程と、
    を具備することを特徴とするX線センサの検査方法。
  13.  X線源と、前記X線源から所定の間隔をおいて、前記X線源に対向して配置されたX線センサと、を備え、前記X線センサとして、請求項1から11のいずれか一つに記載のX線センサが設けられたことを特徴とするX線診断装置。
     
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Title
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