WO2017179290A1 - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、電源ラインを介して侵入するノイズは、電源ラインにフィルタを設けることで低減させることができる。
ところが、グランドラインは共通となるため、グランドラインを介して侵入するノイズは除去することができない。
本実施の形態に係る放射線検出器は、X線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてX線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「X線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。
直接変換方式は、入射X線により光導電膜内部に発生した光導電電荷(信号電荷)を高電界により電荷蓄積用の蓄積キャパシタに直接導く方式である。
間接変換方式は、X線をシンチレータにより蛍光(可視光)に変換し、蛍光をフォトダイオードなどの光電変換素子により信号電荷に変換し、信号電荷を蓄積キャパシタに導く方式である。
以下においては、一例として、間接変換方式のX線検出器1を例示するが、本発明は直接変換方式のX線検出器にも適用することができる。
すなわち、X線検出器は、X線を直接的またはシンチレータと協働して検出する検出部を有するものであれば良い。
また、X線検出器1は、例えば、一般医療用途などに用いることができるが、用途に限定はない。
図2は、X線検出器1のブロック図である。
図3は、アレイ基板2の回路図である。
図1~図3に示すように、X線検出器1には、アレイ基板2、シンチレータ3、信号処理部4、および制御処理部5が設けられている。
アレイ基板2は、基板2a、光電変換部2b、制御ライン(又はゲートライン)2c1、およびデータライン(又はシグナルライン)2c2を有する。
基板2aは、板状を呈し、無アルカリガラスなどの透光性材料から形成されている。
光電変換部2bは、基板2aの一方の表面に複数設けられている。
光電変換部2bは、矩形状を呈し、制御ライン2c1とデータライン2c2とにより画された領域に設けられている。複数の光電変換部2bは、マトリクス状に並べられている。
なお、1つの光電変換部2bは、1つの画素(pixel)に対応する。
また、光電変換部2bは、X線をシンチレータ3と協働して検出する検出部となる。
また、図3に示すように、光電変換素子2b1において変換した信号電荷を蓄積する蓄積キャパシタ2b3を設けることができる。蓄積キャパシタ2b3は、例えば、矩形平板状を呈し、各薄膜トランジスタ2b2の下に設けることができる。ただし、光電変換素子2b1の容量によっては、光電変換素子2b1が蓄積キャパシタ2b3を兼ねることができる。
薄膜トランジスタ2b2は、蛍光が光電変換素子2b1に入射することで生じた電荷の蓄積および放出のスイッチングを行う。薄膜トランジスタ2b2は、アモルファスシリコン(a-Si)やポリシリコン(P-Si)などの半導体材料を含むものとすることができる。薄膜トランジスタ2b2は、ゲート電極2b2a、ソース電極2b2b及びドレイン電極2b2cを有している。薄膜トランジスタ2b2のゲート電極2b2aは、対応する制御ライン2c1と電気的に接続される。薄膜トランジスタ2b2のソース電極2b2bは、対応するデータライン2c2と電気的に接続される。薄膜トランジスタ2b2のドレイン電極2b2cは、対応する光電変換素子2b1と蓄積キャパシタ2b3とに電気的に接続される。
1つの制御ライン2c1は、基板2aの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド2d1のうちの1つと電気的に接続されている。1つの配線パッド2d1には、フレキシブルプリント基板2e1に設けられた複数の配線のうちの1つが電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板2e1に設けられた複数の配線の他端は、信号処理部4に設けられたゲートドライバGDとそれぞれ電気的に接続されている。
1つのデータライン2c2は、基板2aの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド2d2のうちの1つと電気的に接続されている。1つの配線パッド2d2には、フレキシブルプリント基板2e2に設けられた複数の配線のうちの1つが電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板2e2に設けられた配線の他端は、信号処理部4に設けられた読出回路ROと電気的に接続されている。
制御ライン2c1およびデータライン2c2は、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。
保護層2fは、例えば、酸化物絶縁材料、窒化物絶縁材料、酸窒化物絶縁材料、および樹脂材料の少なくとも1種を含む。
酸化物絶縁材料は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどである。
窒化物絶縁材料は、例えば、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどである。
酸窒化物絶縁材料は、例えば、酸窒化シリコンなどである。
樹脂材料は、例えば、アクリル系樹脂などである。
シンチレータ3は、例えば、ヨウ化セシウム(CsI):タリウム(Tl)、あるいはヨウ化ナトリウム(NaI):タリウム(Tl)などを用いて形成することができる。この場合、真空蒸着法などを用いて、シンチレータ3を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ3が形成される。
シンチレータ3の厚み寸法は、例えば、600μm程度とすることができる。柱状結晶の柱(ピラー)の太さ寸法は、例えば、最表面で8μm~12μm程度とすることができる。
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ3の特性と図示しない反射層の特性が劣化するのを抑制するために、シンチレータ3と図示しない反射層を覆う図示しない防湿体を設けることができる。
図4は、比較例に係るX線検出器100のブロック図である。
図4に示すように、X線検出器100には、アレイ基板2、シンチレータ3、システム電源回路101、駆動制御回路102、読出し制御回路103、および画像処理回路104が設けられている。
ゲートドライバGDは、駆動制御回路102からの制御信号を受信すると、対応する制御ライン2c1に電圧を印加する。
画像処理回路104は、読出し制御回路103からの画像データ信号に基づいてX線画像を構成する。
デジタル回路においては、高周波のデジタルノイズが発生する。発生したデジタルノイズが、信号ライン102a、103aやグランドライン101bを介して、読出回路ROに設けられた積分増幅器などのアナログ回路に侵入すると、得られるX線画像の品質が著しく低下するおそれがある。
図1に示すように、信号処理部4は、アレイ基板2の、シンチレータ3が設けられる側とは反対側に設けられている。
また、図2に示すように、信号処理部4には、電源回路41、駆動タイミング生成回路42、画像データ信号転送回路43、複数のゲートドライバGD、および複数の読出回路ROが設けられている。
複数のゲートドライバGDは、複数の制御ライン2c1のそれぞれに電気的に接続されている。
複数の読出回路ROは、複数のデータライン2c2のそれぞれに電気的に接続されている。
図5に示すように、電源回路41には、DC-AC変換部41a、トランス41b、整流部41c、およびコンデンサ41d(第3のコンデンサの一例に相当する)が設けられている。
DC-AC変換部41aは、システム電源回路51から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。
DC-AC変換部41aは、発振回路41a1とスイッチング素子41a2を有する。
発振回路41a1は、所定の周波数でスイッチング素子41a2をON/OFFさせる。
スイッチング素子41a2は、電流をスイッチングすることで、トランス41bの一次側にパルス状の電流を流す。スイッチング素子41a2は、例えば、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、MOSFET、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)などとすることができる。
トランス41bは、例えば、絶縁トランス、シールドトランスなどとすることができる。
整流部41cは、トランス41bの二次側と複数の読出回路ROとの間に電気的に接続されている。整流部41cは、トランス41bの二次側に流れる交流電流を整流する。整流部41cは、トランス41bの二次側において、交流電圧を直流電圧に変換する。
コンデンサ41dは、整流部41cとグランドライン44との間に電気的に接続されている。
また、電源回路41には、コンデンサ41dが設けられているので、グランドライン44を介して、光電変換部2bに設けられた光電変換素子2b1や薄膜トランジスタ2b2にノイズが侵入するのを抑制することができる。
駆動タイミング生成回路42は、駆動制御回路52と複数のゲートドライバGDとの間に電気的に接続されている。
駆動タイミング生成回路42は、後述する駆動制御回路52からのシリアルデータ(第1のシリアルデータの一例に相当する)を複数のスタート信号(走査を開始するタイミングを指示するための信号)と複数のクロック信号(制御ライン2c1を切り替えるための信号)とに復元し、復元されたスタート信号とクロック信号を対応するゲートドライバGDに送信する。
図6に示すように、駆動タイミング生成回路42には、バッファ42a1、42a2、インバータ42b1、42b2、コンデンサ42c1、42c2、42c3、42c4(第1のコンデンサの一例に相当する)、作動アンプ42d1、42d2、分周回路42e、および、シフトレジスタ42fが設けられている。
ゲートドライバGDは、制御信号S1を受信すると、対応する制御ライン2c1に電圧を印加する。制御ライン2c1に電圧が印加されると、薄膜トランジスタ2b2がON状態となり、光電変換素子2b1からの信号電荷(画像データ信号S2)が受信できるようになる。
画像データ信号転送回路43は、複数の読出回路ROのそれぞれからの画像データ信号S2をシリアルデータ(第2のシリアルデータの一例に相当する)に変換する。
図7に示すように、画像データ信号転送回路43には、逓倍回路43a、パラレル-シリアル変換回路43b、バッファ43c1、43c2、インバータ43d1、43d2、コンデンサ43e1、43e2、43e3、43e4(第2のコンデンサの一例に相当する)、作動アンプ43f1、43f2が設けられている。
また、N個の読出回路ROのそれぞれは、積分増幅器と、アナログ-デジタル変換器を有する。読出回路ROは、読み出された画像データ信号S2を増幅し、増幅された画像データ信号S2(アナログ信号)をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画像データ信号S2は、パラレル-シリアル変換回路43bに送信される。
システム電源回路51は、DC/DCコンバータなどを有し、外部から供給された直流電圧を所定の直流電圧に変換する。システム電源回路は、電源回路41、駆動制御回路52、読出し制御回路53、および画像処理回路54に変換された直流電圧を印加する。
駆動制御回路52は、複数のゲートドライバGDのそれぞれに対してスタート信号とクロック信号とを生成する。また、駆動制御回路52は、生成した複数のスタート信号と複数のクロック信号とをシリアルデータに変換する。駆動制御回路52は、シリアルデータを駆動タイミング生成回路42に送信する。
読出し制御回路53は、画像データ信号転送回路43からのシリアルデータを複数の画像データ信号S2に復元する。
図7に示すように、読出し制御回路53には、分周回路53a、シリアル-パラレル変換回路53b、および送信回路53cが設けられている。
分周回路53aは、受信した転送クロック信号の周波数の1/N倍の周波数を有するクロック信号を生成する。生成されたクロック信号は、シリアル-パラレル変換回路53bおよび送信回路53cに送信される。
送信回路53cは、変換されたパラレルデータを画像処理回路54に送信する。
図8(a)~(d)は、比較例に係るX線検出器100におけるノイズを例示するためのグラフ図である。
なお、図8(a)は、電源ライン101aにおけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図8(b)は、グランドライン101bにおけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図8(c)は、制御処理部5側で発生したデジタルノイズや信号のスキューにより発生したノイズなどの高周波ノイズを表している。図8(d)は、グランドライン101bにおける合成されたノイズを表している。
なお、図9(a)は電源ライン56におけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図9(b)は、グランドライン55におけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図9(c)は、制御処理部5側で発生したデジタルノイズや信号のスキューにより発生したノイズなどの高周波ノイズを表している。図9(d)は、グランドライン44における低周波ノイズの状態を表している。図9(e)は、グランドライン44における合成されたノイズを表している。
なお、図10(a)は電源ライン56におけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図10(b)は、グランドライン55におけるスイッチングノイズ(低周波ノイズ)を表している。図10(c)は、グランドライン44における低周波ノイズの状態を表している。図10(d)は、制御処理部5側で発生したデジタルノイズや信号のスキューにより発生したノイズなどの高周波ノイズを表している。図10(e)は、信号処理部4側の信号ラインにおける高周波ノイズの状態を表している。図10(f)は、グランドライン44における合成されたノイズを表している。
Claims (5)
- 第1の方向に延びる複数の制御ラインと、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる複数のデータラインと、前記複数の制御ラインと前記複数のデータラインとにより画された複数の領域のそれぞれに設けられ、対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続され、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する検出部と、を有するアレイ基板と、
前記複数の制御ラインのそれぞれに電気的に接続されたゲートドライバと、
複数の前記ゲートドライバのそれぞれに対してスタート信号とクロック信号とを生成し、生成した複数の前記スタート信号と複数の前記クロック信号とを第1のシリアルデータに変換する駆動制御回路と、
前記駆動制御回路と前記複数のゲートドライバとの間に電気的に接続され、前記第1のシリアルデータを複数の前記スタート信号と複数の前記クロック信号とに復元し、前記復元されたスタート信号とクロック信号を対応する前記ゲートドライバに送信する駆動タイミング生成回路と、
前記複数のデータラインのそれぞれに電気的に接続された読出回路と、
複数の前記読出回路のそれぞれからの画像データ信号を第2のシリアルデータに変換する画像データ信号転送回路と、
前記第2のシリアルデータを複数の前記画像データ信号に復元する読出し制御回路と、
を備えた放射線検出器。 - 外部から供給された直流電圧を所定の直流電圧に変換するシステム電源回路と、
前記システム電源回路から供給された直流電圧を交流電圧に変換するDC-AC変換部と、
一次側が前記DC-AC変換部と電気的に接続され、二次側が前記複数の読出回路と電気的に接続されたトランスと、
前記トランスの二次側と前記複数の読出回路との間に電気的に接続された整流部と、
をさらに備えた請求項1記載の放射線検出器。 - 前記駆動タイミング生成回路は、前記第1のシリアルデータを受信する側に第1のコンデンサを有している請求項1または2に記載の放射線検出器。
- 前記画像データ信号転送回路は、前記第2のシリアルデータを送信する側に第2のコンデンサを有している請求項1~3のいずれか1つに記載の放射線検出器。
- 前記整流部とグランドとの間に電気的に接続された第3のコンデンサをさらに備えた請求項2~4のいずれか1つに記載の放射線検出器。
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