WO2019188361A1 - 放射線検出器及び放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

放射線検出器は、光透過性を有する基板と、基板に設けられた複数の画素と、基板の第１の面の側に積層されたシンチレータと、基板の第１の面とは反対側の第２の面の側に積層された光電変換膜を含む光検出部と、を含む。光電変換膜によって吸収される光の波長域のうち、吸収率が最も高い波長である吸収ピーク波長が、シンチレータから発せられる光の波長域である発光波長域内に存在し、且つ基板によって吸収される光の波長域である吸収波長域から外れている。

Description

放射線検出器及び放射線画像撮影装置

　開示の技術は、放射線検出器及び放射線画像撮影装置に関する。

　放射線画像撮影装置に関する技術として、以下の技術が知られている。例えば、特開２０１５－１７２５９０号公報（特許文献１）には、被写体を透過した放射線を吸収して発光するシンチレータと、シンチレータから放出された光を画像として検出する第１検出手段と、有機光電変換材料から成りシンチレータから放出された光を検出する第２検出手段と、が放射線の到来方向に沿って積層された放射線検出パネルが記載されている。

　放射線画像撮影装置に用いられる放射線検出器として、基板と、基板に設けられた光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素と、基板に積層されたシンチレータと、を含むものが知られている。近年、放射線検出器を構成する基板の材料として、樹脂フィルム等の可撓性及び光透過性を有する材料が用いられている。

　一方、放射線画像撮影装置においては、放射線源が放射線を照射する照射タイミングに合わせて、放射線検出器が信号電荷を蓄積する蓄積動作を開始するように、放射線検出器と放射線源との間で同期制御を行う必要がある。放射線画像撮影装置を制御するコンソール等の制御装置は、放射線の照射が開始されるタイミングと放射線検出器が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させるために、放射線源に接続された照射スイッチが発生する照射開始信号を受信すると、同期信号を放射線画像撮影装置に供給する。放射線画像撮影装置は、同期信号を受信すると蓄積動作に移行する。

　放射線画像撮影装置と放射線源とを含む撮影システムを構成する場合において、放射線画像撮影装置やそのコンソールに標準で装備されている同期制御用のインターフェース（ケーブルやコネクタの規格、同期信号の形式等）が、放射線源のインターフェースと適合しない場合もある。このような事情から、同期信号を用いることなく放射線画像撮影装置自身で放射線の照射を検出する機能を有するものが開発されている。

　上記の機能を有する放射線画像撮影装置に用いられる放射線検出器の構成として、例えば、以下の構成が想定される。例えば、光透過性を有する基板と、基板に設けられ、第１の光電変換素子をそれぞれ含む複数の画素と、基板の第１の面の側に積層されたシンチレータと、基板の第１の面とは反対側の第２の面の側に積層され、第１の光電変換素子とは異なる第２の光電変換素子を含む光検出部と、を備えた放射線検出器が想定される。

　上記の放射線検出器の構成によれば、シンチレータから発せられる光は、基板を介して光検出部に入射する。従って、シンチレータから発せられる光の波長、光検出部によって吸収される光の波長、及び基板によって吸収される光波長の関係が不適切であると、光検出部において、シンチレータから発せられる光を適切に検出することが困難となる。

　開示の技術は、シンチレータから発せられた光が、基板を透過して光検出部に入射する構成において、光検出部がシンチレータから発せられる光を適切に検出できるようにすることを目的とする。

　開示の技術の第１の態様に係る放射線検出器は、光透過性を有する基板と、基板に設けられた複数の画素と、基板の第１の面の側に積層されたシンチレータと、基板の第１の面とは反対側の第２の面の側に積層された光電変換膜を含む光検出部と、を含み、光電変換膜によって吸収される光の波長域のうち、吸収率が最も高い波長である吸収ピーク波長が、シンチレータから発せられる光の波長域である発光波長域内に存在し、且つ基板によって吸収される光の波長域である吸収波長域から外れている。

　開示の技術の第２の態様に係る放射線検出器において、基板は、吸収波長域の端である吸収波長端が５００ｎｍ未満であるポリイミドを含んで構成されていてもよく、光電変換膜の吸収ピーク波長が５００ｎｍ以上であってもよい。

　開示の技術の第３の態様に係る放射線検出器において、シンチレータの発光波長域のうち、発光強度が最も高い波長である発光ピーク波長と、基板の吸収波長域の端である吸収波長端との乖離の幅が１００ｎｍ以上であってもよい。

　開示の技術の第４の態様に係る放射線検出器は、基板と光検出部との間に設けられた接着層を更に含んでいてもよい。

　開示の技術の第５の態様に係る放射線検出器において、基板と接着層との間の屈折率差、及び光検出部と接着層との間の屈折率差は、それぞれ１０％以下であることが好ましい。

　開示の技術の第６の態様に係る放射線検出器において、基板は、厚さが０．２ｍｍ以下のポリイミドフィルムを含んで構成されていてもよい。

　開示の技術の第７の態様に係る放射線画像撮影装置は、上記第１乃至第６のいずれかの態様の放射線検出器と、動作モードが蓄積モードである場合、画素の各々において生成された電荷を、当該画素に蓄積する制御を行い、動作モードが読み出しモードである場合、画素の各々に蓄積された電荷の読み出す制御を行う動作制御部と、読み出しモードにおいて画素の各々から読み出された電荷に基づいて画像データを生成する生成部と、シンチレータから発せられた光が光検出部によって検出された場合に、蓄積制御部の動作モードを蓄積モードに移行する制御を行うモード移行制御部と、を含む。

　開示の技術の第１の態様によれば、光検出部がシンチレータから発せられる光を適切に検出することが可能となる。

　開示の技術の第２の態様によれば、光検出部がシンチレータから発せられる光を適切に検出することが可能となる。

　開示の技術の第３の態様によれば、シンチレータの発光ピーク波長と、基板の吸収波長端との乖離の幅が１００ｎｍ未満である場合と比較して、シンチレータから発せられた光の、基板による吸収を抑制することができる。

　開示の技術の第４の態様によれば、接着層を設けない場合と比較して、基板と光検出部との間における空気層の形成を抑制することができ、基板と光検出部との界面における光の反射を抑制することができる。

　開示の技術の第５の態様によれば、基板と接着層との間の屈折率差、及び光検出部と接着層との間の屈折率差がそれぞれ１０％よりも大きい場合と比較して、基板と接着層との界面及び光検出部と接着層との界面における光の反射を抑制することができる。

　開示の技術の第６の態様によれば、基板の、一般撮影用Ｘ線源から出射されるＸ線に対する透過率を９９％以上とすることができる。

　開示の技術の第７の態様によれば、光検出部がシンチレータから発せられる光を適切に検出することが可能となる。

開示の技術の実施形態に係る放射線画像撮影装置の構成の一例を示す斜視図である。 開示の技術の実施形態に係る放射線画像撮影装置の構成の一例を示す断面図である。 開示の技術の実施形態に係る放射線画像撮影装置の電気的構成の一例を示す図である。 開示の技術の実施形態に係るカセッテ制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。 開示の技術の実施形態に係るカセッテ制御部において実施されるモード移行制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 開示の技術の実施形態に係るシンチレータの発光波長、光電変換膜の吸収波長、及びＴＦＴ基板の吸収波長の関係の一例を示す図である。 開示の技術の実施形態に係るシンチレータの発光強度、光電変換膜の光の吸収率、及びＴＦＴ基板の光の透過率の波長特性の一例を示す図である。 開示の技術の実施形態に係る放射線検出器の一部を拡大して示す断面図である。 開示の技術の実施形態に係る放射線検出器の一部を拡大して示す断面図である。

　以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。

　図１は、開示の技術の実施形態に係る放射線画像撮影装置１の構成の一例を示す斜視図である。放射線画像撮影装置１は、可搬型の電子カセッテの形態を有する。放射線画像撮影装置１は、放射線検出器３（FPD: Flat Panel Detectors）、制御ユニット１００、支持板７、及びこれらを収容する筐体２を含んで構成されている。

　筐体２は、例えば、Ｘ線等の放射線の透過性が高く、軽量で耐久性の高い炭素繊維強化樹脂（カーボンファイバー）により構成されたモノコック構造を有する。筐体２の上面は、放射線源（図示せず）から出射され、被写体（図示せず）を透過した放射線が入射する放射線入射面とされている。筐体２内には、放射線入射面側から順に、放射線検出器３、支持板７が配置されている。

　支持板７は、信号処理等を行う集積回路チップが搭載された回路基板９（図２参照）を支持しており、筐体２に固定されている。制御ユニット１００は、筐体２内の端部に配置されており、バッテリ（図示せず）及びカセッテ制御部７０（図３参照）を含んで構成されている。

　図２は、放射線画像撮影装置１の構成の一例を示す断面図である。放射線検出器３は、ＴＦＴ（(Thin-Film-Transistor）基板１０と、ＴＦＴ基板１０の表面に設けられた、光電変換素子２１（図３参照）を含む複数の画素２０と、ＴＦＴ基板１０の第１の面Ｐ１の側に積層されたシンチレータ４と、ＴＦＴ基板１０の第１の面Ｐ１の側とは反対側の第２の面Ｐ２の側に積層された光検出部８０と、を含んで構成されている。

　ＴＦＴ基板１０は、光透過性及び可撓性を有するフレキシブル基板である。本明細書において、ＴＦＴ基板１０が可撓性を有するとは、矩形状のＴＦＴ基板１０の４辺のうち１辺を固定したときに、ＴＦＴ基板１０の重量により、ＴＦＴ基板１０の固定辺から１０ｃｍ離れた部位の高さが、固定辺の高さよりも２ｍｍ以上低くなることを意味する。例えば、ＴＦＴ基板１０は、樹脂基板であってもよく、高耐熱性ポリイミドフィルムであるＸｅｎｏｍａｘ（登録商標）等の樹脂フィルムを好適に用いることができる。ＴＦＴ基板１０の材料として樹脂フィルムを用いることで、ＴＦＴ基板１０の材料としてガラス基板を用いる場合と比較して、放射線検出器３の軽量化及び低コスト化を図ることができ、更に、衝撃によってＴＦＴ基板１０が破損するリスクを低減することができる。複数の画素２０は、それぞれ、ＴＦＴ基板１０の第１の面Ｐ１に設けられている。

　シンチレータ４は、ＴＦＴ基板１０の第１の面Ｐ１の側に積層されている。シンチレータ４は、照射された放射線を光に変換する蛍光体を含む。シンチレータ４は、一例としてＣｓＩ：Ｔｌ（タリウムが添加されたヨウ化セシウム）を含む柱状結晶の集合体によって構成されている。ＣｓＩ：Ｔｌの柱状結晶は、例えば気相成長法によってＴＦＴ基板１０上に直接形成することができる。なお、ＴＦＴ基板１０とは別の基板に形成したＣｓＩ：Ｔｌの柱状結晶を、ＴＦＴ基板１０に貼り付けてもよい。また、シンチレータ４の材料としてＧｄ_２Ｏ_２Ｓ:Ｔｂ（テルビウムが添加された酸硫化ガドリニウム）を用いることができる。複数の画素２０を構成する光電変換素子２１（図３参照）の各々は、シンチレータ４から発せられた光に基づいて電荷を生成する。

　シンチレータ４の、ＴＦＴ基板１０と接する面Ｐ６とは反対側の面Ｐ３及び面Ｐ３と交差する面Ｐ４は、反射膜４００によって覆われている。反射膜４００は、シンチレータ４から発せられた光をＴＦＴ基板１０側に反射させる機能を有する。反射膜４００の材料として、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３を用いることができる。反射膜４００は、シンチレータ４の面Ｐ３及び面Ｐ４を覆い且つシンチレータ４の周辺部においてＴＦＴ基板１０上をも覆っている。なお、反射膜４００が設けられていなくても放射線画像撮影装置１において所望の画質の放射線画像を得ることができる場合には、反射膜４００を省略することが可能である。

　本実施形態において、放射線画像撮影装置１は、放射線の入射側にＴＦＴ基板１０を配置する、表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling）による撮影方式を採用している。表面読取方式を採用することで、放射線の入射側にシンチレータ４を配置する、裏面読取方式（ＰＳＳ： Penetration Side Sampling）を採用した場合と比較して、シンチレータ４における強発光位置と画素２０との間の距離を短くすることができ、その結果、放射線画像の解像度を高めることができる。なお、放射線画像撮影装置１は、裏面読取方式を採用するものであってもよい。

　支持板７は、シンチレータ４の放射線入射側とは反対側に配置されている。支持板７とシンチレータ４との間には、隙間が設けられている。支持板７は、筐体２の側部に固定されている。支持板７のシンチレータ４側とは反対側の面には、回路基板９が設けられている。回路基板９には、画像データを生成する第１の信号処理部４１、第１の信号処理部４１により生成された画像データを記憶する画像メモリ５０、光検出部８０において生成された電荷による信号を処理する第２の信号処理部４２等が搭載されている。

　回路基板９とＴＦＴ基板１０とは、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）やＴＣＰ（Tape Carrier Package）またはＣＯＦ（Chip On Film）８にプリントされた配線を介して電気的に接続されている。回路基板９とＴＦＴ基板１０とを電気的に接続する、図２において図示されていない、別のＣＯＦ上には、ゲート線駆動部３０（図３参照）が搭載されている。

　光検出部８０は、ＴＦＴ基板１０の第１の面Ｐ１とは反対側の第２の面Ｐ２の側に積層されている。光検出部８０は、第１の導電膜８１、第２の導電膜８２及び第１の導電膜８１と第２の導電膜８２との間に設けられた光電変換膜８３を含んで構成されている。光電変換膜８３を、第１の導電膜８１と第２の導電膜８２との間に挟むことにより、光電変換素子８５（図３参照）が構成される。シンチレータ４から発せられた光は、ＴＦＴ基板１０を透過して光検出部８０に入射する。光検出部８０の光電変換膜８３は、入射した光の量に応じた量の電荷を生成する。光電変換膜８３の材料として、有機光電変換材料を用いることができる。有機光電変換材料の一例として、キナクリドンが挙げられる。放射線画像撮影装置１において、光検出部８０は、放射線源（図示せず）からの放射線の照射の有無を判定するために用いられる。

　光検出部８０によって放射線の照射検出を行う場合、光電変換膜８３にはバイアス電圧が印加される。光電変換膜８３に対するバイアス電圧の印加は、第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２を介して行われる。第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２には、パターニングが施されていてもよい。第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２のパターニングにより、光検出部８０において複数の光電変換素子が構成されていてもよい。

　第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２によりシンチレータ４に入射する放射線が遮られることがないように、第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２は、放射線の透過率が９０％以上であることが好ましい。例えば、放射線源として一般撮影用Ｘ線源（タングステン管球使用、管電圧５０ｋＶ（ピークｔｏピーク））を用いる場合、第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２を、厚さ２５μｍ以下のアルミニウムまたは厚さ０．９μｍ以下の銅で構成することで、Ｘ線に対する透過率を９９％以上とすることができる。また、放射線源としてマンモグラフィー撮影用Ｘ線源（モリブデン管球、モリブデンフィルタ（３２μｍ）使用、管電圧２４ｋＶ（ピークｔｏピーク））を用いる場合、第１の導電膜８１及び第２の導電膜８２を、厚さ４μｍ以下のアルミニウムで構成することで、Ｘ線に対する透過率を９９％以上とすることができる。光検出部８０のＴＦＴ基板１０との接触面とは反対側の面Ｐ５は、接着層６を介して筐体２の内壁に貼り付けられている。

　図３は、放射線画像撮影装置１の電気的構成の一例を示す図である。ＴＦＴ基板１０には、マトリックス状に配置された複数の画素２０が設けられている。複数の画素２０の各々は、光電変換素子２１、キャパシタ２３及び薄膜トランジスタ２２を含んで構成されている。光電変換素子２１は、例えば、アモルファスシリコンを含んで構成されるフォトダイオードであってもよい。光電変換素子２１の各々は、カソードがバイアス電圧が印加されるバイアス配線（図示せず）に接続され、アノードが対応する薄膜トランジスタ２２のソースに接続されている。キャパシタ２３は、一端が対応する薄膜トランジスタ２２のソースに接続され、他端がグランドラインに接続されている。

　ＴＦＴ基板１０には、複数のゲート配線１１と、ゲート配線１１の各々と交差する複数の信号配線１２とが設けられている。複数のゲート配線１１及び複数の信号配線１２は、複数の画素２０の配列に沿って配置されている。ゲート配線１１の各々は、ゲート線駆動部３０及び薄膜トランジスタ２２のゲートに接続されている。信号配線１２の各々は、第１の信号処理部４１及び薄膜トランジスタ２２のドレインに接続されている。

　ゲート線駆動部３０は、待機モード、蓄積モード及び読み出しモードの３種類のいずれかの動作モードで動作する。待機モードは、放射線画像撮影装置１において、放射線源（図示せず）からの放射線の照射を待機している場合に選択されるモードである。ゲート線駆動部３０は、待機モードにおいて、薄膜トランジスタ２２の各々が一定間隔でオンオフを繰り返すように薄膜トランジスタ２２の各々を制御する。これにより、画素２０の各々が備える光電変換素子２１の各々において生成された電荷が、当該画素２０から間欠的に除去される。この処理により、放射線の未照射時に各画素２０において生成される電荷に起因する暗電流の影響が抑制される。薄膜トランジスタ２２のオンオフは、ゲート線駆動部３０から出力され、ゲート配線１１を介して薄膜トランジスタ２２のゲートに入力される駆動信号により制御される。

　蓄積モードは、放射線画像撮影装置１において、放射線源（図示せず）からの放射線の照射が検出された場合に選択される動作モードである。ゲート線駆動部３０は、蓄積モードにおいて、全ての薄膜トランジスタ２２をオフ状態に制御する。これにより、画素２０の各々が備える光電変換素子２１の各々において生成された電荷が、対応するキャパシタ２３に蓄積される。

　読み出しモードは、画素２０の各々に蓄積された電荷に基づいて放射線画像を取得する場合に選択される動作モードである。ゲート線駆動部３０は、読み出しモードにおいて、薄膜トランジスタ２２を行単位で順次オン状態に制御する。オン状態とされた薄膜トランジスタ２２によって読み出された電荷は、電気信号として各信号配線１２を介して第１の信号処理部４１に入力される。

　第１の信号処理部４１は、図示しないチャージアンプ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含んで構成されている。チャージアンプは、個々の信号配線１２を介して各画素２０から読み出された電荷の量に応じた電圧レベルを有する電気信号を生成する。チャージアンプによって生成された電気信号の信号レベルはサンプルホールド回路に保持される。サンプルホールド回路の各々の出力端子には、共通のマルチプレクサに接続される。マルチプレクサは、サンプルホールド回路で保持された信号レベルをシリアルデータに変換してこれをＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器に供給する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから供給されるアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。第１の信号処理部４１は、Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号を各画素２０の座標位置に対応付けた画像データを生成する。

　第１の信号処理部４１には画像メモリ５０が接続されており、第１の信号処理部４１によって生成された画像データは画像メモリ５０に記憶される。画像メモリ５０は所定枚分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ５０に順次記憶される。

　無線通信部６０は、外部機器との間での無線通信による各種情報の伝送を制御する。カセッテ制御部７０は、無線通信部６０を介して、放射線画像の撮影に関する制御を行うコンソール（図示せず）などの外部装置と無線通信が可能とされており、外部機器との間で各種情報の送受信が可能とされている。

　光検出部８０は、第１の導電膜８１、第２の導電膜８２及び光電変換膜８３を含んで構成される光電変換素子８５を有する。光電変換素子８５は、入射した光の量に応じた量の電荷を生成する。光電変換素子８５は、例えば、フォトダイオードであってもよい。光電変換素子８５は、カソードがバイアス電圧が印加されるバイアス配線（図示せず）に接続され、アノードが第２の信号処理部４２に接続されている。なお、図３には、光検出部８０が、単一の光電変換素子８５を有する形態が例示されているが、光検出部８０は、複数の光電変換素子８５が、マトリックス状に配置された形態を有していてもよい。

　第２の信号処理部４２は、第１の信号処理部４１と同様の構成を有する。第２の信号処理部４２は、光検出部８０の光電変換素子８５によって生成された電荷の量に応じた電圧レベルを有する電気信号を生成し、この電気信号をデジタル信号に変換した光検出信号を出力する。すなわち、光検出信号は、光検出部８０に入射した光の強度を示す。光検出信号は、カセッテ制御部７０に供給される。

　カセッテ制御部７０は、ゲート線駆動部３０、第１の信号処理部４１、第２の信号処理部４２、画像メモリ５０及び無線通信部６０と、通信可能に接続され、放射線画像撮影装置１全体の動作を統括的に制御する。

　放射線画像撮影装置１は、放射線源（図示せず）からの放射線の照射の有無を判定する機能を有する。この機能は、カセッテ制御部７０が、以下に説明するモード移行制御処理を行うことで実現される。

　ここで、図４は、カセッテ制御部７０のハードウェア構成の一例を示す図である。カセッテ制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７０１、一時記憶領域としての主記憶装置７０２、不揮発性の補助記憶装置７０３、通信Ｉ／Ｆ（InterFace）７０４を備えたコンピュータで構成されている。通信Ｉ／Ｆ７０４は、ゲート線駆動部３０、第１の信号処理部４１、第２の信号処理部４２、画像メモリ５０及び無線通信部６０との間で通信を行うためのインターフェースである。ＣＰＵ７０１、主記憶装置７０２、補助記憶装置７０３、及び通信Ｉ／Ｆ７０４は、それぞれ、バス７０６に接続されている。補助記憶装置７０３には、上記のモード移行制御処理の手順を記述したモード移行制御プログラム７０５が格納されている。カセッテ制御部７０は、ＣＰＵ７０１がモード移行制御プログラム７０５を実行することで、モード移行制御部として機能する。

　図５は、カセッテ制御部７０において実施されるモード移行制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

　例えば、放射線画像撮影装置１に対して、放射線画像の撮影開始を指示する操作がなされると、ステップＳ１において、ＣＰＵ７０１は、ゲート線駆動部３０の動作モードを、待機モードに設定する。

　ステップＳ２において、ＣＰＵ７０１は、光検出部８０の光電変換素子８５において生成された電荷に基づく電気信号のサンプリング値を第２の信号処理部４２から取得する。

　ステップＳ３において、ＣＰＵ７０１は、上記電気信号のサンプリング値に基づいて、上記電気信号のレベルが、閾値を超えたか否かを判定する。ＣＰＵ７０１は、上記電気信号のレベルが、閾値を超えていないと判定した場合、放射線が照射されていないものとして処理をステップＳ２に戻し、上記電気信号のレベルが、閾値を超えたと判定した場合、放射線が照射されたものとして、処理をステップＳ４に移行する。

　放射線源（図示せず）から放射線が出射されると、シンチレータ４は、放射線を吸収して光を発する。シンチレータ４から発せられた光は、ＴＦＴ基板１０を透過して光検出部８０に入射する。光検出部８０は、シンチレータ４から発せられた光の量に応じた量の電荷を生成する。放射線源（図示せず）から放射線が出射されると、光検出部８０において生成される電荷に基づく電気信号のレベルが、上記ステップＳ３の判定に用いられる閾値を超える。

　ステップＳ４において、ＣＰＵ７０１は、ゲート線駆動部３０に制御信号を供給することにより、ゲート線駆動部３０の動作モードを蓄積モードに移行する。これにより、ゲート線駆動部３０は、全ての薄膜トランジスタ２２をオフさせる。これにより、放射線の照射に伴って、画素２０の各々が備える光電変換素子２１の各々において生成された電荷が、対応するキャパシタ２３に蓄積される。

　ステップＳ５において、ＣＰＵ７０１は、ゲート線駆動部３０の動作モードを蓄積モードに移行してから所定期間が経過したか否かを判定する。上記所定期間は、画素２０において、放射線画像の画素情報を記録するのに十分な時間に設定される。ＣＰＵ７０１は、ゲート線駆動部３０の動作モードを蓄積モードに移行してから所定期間が経過したと判定すると、処理をステップＳ６に移行する。

　ステップＳ６において、ＣＰＵ７０１は、ゲート線駆動部３０に制御信号を供給することにより、ゲート線駆動部３０の動作モードを読み出しモードに移行する。これにより、ゲート線駆動部３０は、薄膜トランジスタ２２を行単位で順次オン状態に制御する。オン状態とされた薄膜トランジスタ２２によって読み出された電荷は、各信号配線１２を介して第１の信号処理部４１に入力される。第１の信号処理部４１は、各画素２０から読み出された電荷に基づいて、画像データを生成する。第１の信号処理部４１によって生成された画像データは、画像メモリ５０に記憶される。

　このように、シンチレータ４から発せられ、ＴＦＴ基板１０を透過した光が、光検出部８０に入射し、これによって光検出部８０において生成された電荷に基づく信号のレベルが、閾値を超えると、放射線源（図示せず）から放射線が照射されたものとして、蓄積モードに移行する。

　この放射線の照射検出の精度を高めるためには、シンチレータ４から発せられた光の、光電変換膜８３における吸収効率を高めることが好ましい。シンチレータ４から発せられた光の、光電変換膜８３における吸収効率を高めるためには、シンチレータ４から発せられる光の波長（以下、シンチレータ４の発光波長という）、光検出部８０の光電変換膜８３によって吸収される光の波長（以下、光電変換膜８３の吸収波長という）、及びＴＦＴ基板１０によって吸収される光の波長（以下、ＴＦＴ基板１０の吸収波長という）の関係を適切に定める必要がある。

　図６は、シンチレータ４の発光波長、光電変換膜８３の吸収波長、及びＴＦＴ基板１０の吸収波長の関係の一例を示す図である。図６に示すように、光電変換膜８３の吸収波長域のうち、最も吸収率が高い波長である吸収ピーク波長が、シンチレータ４の発光波長域内に存在している。また、光電変換膜８３の吸収ピーク波長が、ＴＦＴ基板１０の吸収波長域から外れている。換言すれば、光電変換膜８３の吸収ピーク波長が、ＴＦＴ基板１０の透過波長域内に存在している。

　シンチレータ４の発光波長、光電変換膜８３の吸収波長、及びＴＦＴ基板１０の吸収波長の関係を上記のように定めることで、シンチレータ４から発せられる光のうち、光電変換膜８３の吸収ピーク波長に相当する波長成分の多くがＴＦＴ基板１０を透過し、光電変換膜８３に到達する。また、光電変換膜８３に到達した光が、光電変換膜８３によって効率的に吸収される。従って、開示の技術の実施形態に係る放射線検出器３によれば、光検出部８０がシンチレータ４から発せられる光を適切に検出することが可能である。

　例えば、シンチレータ４の発光波長域のうち、発光強度が最も高い波長である発光ピーク波長が５５０ｎｍ程度である場合、ＴＦＴ基板１０の吸収波長域の端である吸収波長端が、５００ｎｍ未満であり、且つ光検出部８０の光電変換膜８３の吸収ピーク波長が５００ｎｍ以上であることが好ましい。ＴＦＴ基板１０として、例えば、吸収波長端が５００ｎｍ未満であるポリイミドフィルムを用いることができる。光電変換膜８３の材料として、吸収ピーク波長が５００ｎｍ以上であるキナクリドンを用いることが可能である。シンチレータ４の材料として、発光ピーク波長が５５０ｎｍ付近に存在するＣｓＩ：Ｔｌ及びＧｄ_２Ｏ_２Ｓ:Ｔｂを用いることが可能である。

　光電変換膜８３の吸収ピーク波長が、シンチレータ４の発光ピーク波長に近いほど好ましい。これにより、シンチレータ４から発せられた光の、光電変換膜８３における吸収効率をより高めることができる。光電変換膜８３の吸収ピーク波長と、シンチレータ４の発光ピーク波長との差は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。

　シンチレータ４の発光ピーク波長と、ＴＦＴ基板１０の吸収波長端との乖離の幅は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、シンチレータ４から発せられた光の、ＴＦＴ基板１０による吸収を抑制することができ、より多くの光を光検出部８０に到達させることができる。

　ＴＦＴ基板１０の材料としてポリイミドフィルムを用い、放射線源として一般撮影用Ｘ線源（タングステン管球使用、管電圧５０ｋＶ（ピークｔｏピーク））を用いる場合、ＴＦＴ基板１０の厚さは、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。一方、ＴＦＴ基板１０の材料としてポリイミドフィルムを用い、放射線源としてマンモグラフィー撮影用Ｘ線源（モリブデン管球、モリブデンフィルタ（３２μｍ）使用、管電圧２４ｋＶ（ピークｔｏピーク））を用いる場合、ＴＦＴ基板１０の厚さは、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、ポリイミドフィルムによって構成されるＴＦＴ基板１０の、Ｘ線に対する透過率を９９％以上とすることができる。また、シンチレータ４から発せられる光の吸収を抑制することができる。

　図７は、シンチレータ４の発光強度、光電変換膜８３の光の吸収率、及びＴＦＴ基板１０の光の透過率の波長特性の一例を示す図である。図７には、シンチレータ４の材料としてＣｓＩ：Ｔｌを用い、ＴＦＴ基板１０の材料としてポリイミドフィルムを用い、光電変換膜８３の材料としてキナクリドンを用いた場合が例示されている。シンチレータ４、ＴＦＴ基板１０及び光電変換膜８３の各構成材料を適切に選択することで、光電変換膜８３の吸収ピーク波長をシンチレータ４の発光波長域内に存在させ、且つＴＦＴ基板１０の吸収波長域から外すことができる。

　図８Ａは、放射線検出器３の一部を拡大して示す断面図である。ＴＦＴ基板１０上への光検出部８０の取り付けを、例えば圧着によって行った場合、ＴＦＴ基板１０と光検出部８０との間に空気層９０が形成される。この場合、シンチレータ４から発せられ、ＴＦＴ基板１０を透過した光は、ＴＦＴ基板１０と空気層９０との屈折率差に起因して、これらの界面で反射され、反射光が画素２０に入射するおそれがあり、これにより、放射線画像の画質が低下するおそれがある。ＴＦＴ基板１０として、従来のガラス基板（厚さ０．５ｍｍ程度）と比較して厚さが薄い（４０μｍ程度）ポリイミドフィルム等のフィルム状の部材を用いる場合、ガラスよりも屈折率が大きくなり空気層に対する屈折率差が大きくなることから、上記の界面反射による画質低下の問題は、より顕著となる。

　そこで、ＴＦＴ基板１０と光検出部８０との間に空気層が形成されることを抑制するために、図８Ｂに示すように、ＴＦＴ基板１０と光検出部８０との間に、接着剤を含む接着層９１を設けることが好ましい。接着層９１は、シンチレータ４の発光ピーク波長及び光検出部８０の光電変換膜８３の吸収ピーク波長のそれぞれに対して、高い透過性（例えば、透過率７０％以上）を有していることが好ましい。

　また、界面反射の抑制効果を促進するために、ＴＦＴ基板１０と接着層９１との屈折率差が１０％以下であることが好ましく、６．４％以下であることが更に好ましい。ＴＦＴ基板１０と接着層９１との屈折率差を１０％以下とすることで、ＴＦＴ基板１０と接着層９１との界面において全反射に至る光の入射角（臨界角）を６５°以上とすることができ、ＴＦＴ基板１０と接着層９１との屈折率差を６．４％以下とすることで臨界角を７０°以上とすることができる。臨界角が大きくなることで、ＴＦＴ基板１０と接着層９１との界面における光の反射を抑制することができる。同様に、光検出部８０と接着層９１との屈折率差が１０％以下であることが好ましく、６．４％以下であることが更に好ましい。光検出部８０と接着層９１との屈折率差を１０％以下とすることで、光検出部８０と接着層９１との界面において全反射に至る光の入射角（臨界角）を６５°以上とすることができ、光検出部８０と接着層９１との屈折率差を６．４％以下とすることで臨界角を７０°以上とすることができる。臨界角が大きくなることで、光検出部８０と接着層９１との界面における光の反射を抑制することができる。例えば、ＴＦＴ基板として、ポリイミドフィルム（屈折率１．６５～１．７５）を使用する場合、接着層９１の材料として、屈折率が１．５０～１．６５程度の接着剤を使用してもよい。例えば、接着層９１の材料として、エポキシ樹脂接着剤を用いることができる。

　なお、ゲート線駆動部３０は、開示の技術に係る動作制御部の一例である。カセッテ制御部７０は、モード移行制御部の一例である。第１の信号処理部４１は、開示の技術における生成部の一例である。ＴＦＴ基板１０は、開示の技術における基板の一例である。光検出部８０は、開示の技術における光検出部の一例である。シンチレータ４は、開示の技術におけるシンチレータの一例である。画素２０は、開示の技術における画素の一例である。

　日本出願特願２０１８－０６０７６３号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。

　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１　放射線画像撮影装置
２　筐体
３　放射線検出器
４　シンチレータ
６　接着層
７　支持板
９　回路基板
１０　ＴＦＴ基板
１１　ゲート配線
１２　信号配線
２０　画素
２１　光電変換素子
２２　薄膜トランジスタ
２３　キャパシタ
３０　ゲート線駆動部
４１　第１の信号処理部
４２　第２の信号処理部
５０　画像メモリ
６０　無線通信部
７０　カセッテ制御部
８０ 光検出部
８１ 第１の導電膜
８２ 第２の導電膜
８３ 光電変換膜
８５ 光電変換素子
９０　空気層
９１　接着層
１００　制御ユニット
４００　反射膜
７０１　ＣＰＵ
７０２　主記憶装置
７０３　補助記憶装置
７０４　通信Ｉ／Ｆ
７０５　モード移行制御プログラム
７０６　バス
Ｐ１～Ｐ６　面

Claims (7)

1. 　光透過性を有する基板と、
   　前記基板に設けられた複数の画素と、
   　前記基板の第１の面の側に積層されたシンチレータと、
   　前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面の側に積層された光電変換膜を含む光検出部と、
   　を含み、
   　前記光電変換膜によって吸収される光の波長域のうち、吸収率が最も高い波長である吸収ピーク波長が、前記シンチレータから発せられる光の波長域である発光波長域内に存在し、且つ前記基板によって吸収される光の波長域である吸収波長域から外れている
   　放射線検出器。
2. 　前記基板は、吸収波長域の端である吸収波長端が５００ｎｍ未満であるポリイミドを含んで構成され、
   　前記光電変換膜の吸収ピーク波長が５００ｎｍ以上である
   　請求項１に記載の放射線検出器。
3. 　前記シンチレータの発光波長域のうち、発光強度が最も高い波長である発光ピーク波長と、前記基板の吸収波長域の端である吸収波長端との乖離の幅が１００ｎｍ以上である
   　請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
4. 　前記基板と前記光検出部との間に設けられた接着層を更に含む
   　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
5. 　前記基板と前記接着層との間の屈折率差、及び前記光検出部と接着層との間の屈折率差が、それぞれ１０％以下である
   　請求項４に記載の放射線検出器。
6. 　前記基板は、厚さが０．２ｍｍ以下のポリイミドフィルムを含んで構成されている
   　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線検出器。
7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出器と、
   　動作モードが蓄積モードである場合、前記画素の各々において生成された電荷を、当該画素に蓄積する制御を行い、動作モードが読み出しモードである場合、前記画素の各々に蓄積された電荷を読み出す制御を行う動作制御部と、
   　前記読み出しモードにおいて前記画素の各々から読み出された電荷に基づいて画像データを生成する生成部と、
   　前記シンチレータから発せられた光が前記光検出部によって検出された場合に、前記動作制御部の動作モードを前記蓄積モードに移行する制御を行うモード移行制御部と、
   　を含む放射線画像撮影装置。

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