JP2003167060A - Ｘ線平面検出器 - Google Patents
Ｘ線平面検出器Info
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- JP2003167060A JP2003167060A JP2001365950A JP2001365950A JP2003167060A JP 2003167060 A JP2003167060 A JP 2003167060A JP 2001365950 A JP2001365950 A JP 2001365950A JP 2001365950 A JP2001365950 A JP 2001365950A JP 2003167060 A JP2003167060 A JP 2003167060A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シンチレータ層を用いた場合の解像度特性を
向上させたＸ線平面検出器を提供すること。 【解決手段】 ２次元的に配列した複数の画素単位１２
を備え、この画素単位１２のそれぞれが、シンチレータ
部３８と、このシンチレータ部３８で変換された光を信
号電荷に変換するフォトダイオード１３と、このフォト
ダイオード１３で変換された信号電荷を蓄積する電荷蓄
積キャパシタ１５と、信号電荷の読み出しを制御するＴ
ＦＴ１４とを有するＸ線平面検出器において、隣接する
画素単位のシンチレータ部どうし間に反射部材を配置し
ている。
向上させたＸ線平面検出器を提供すること。 【解決手段】 ２次元的に配列した複数の画素単位１２
を備え、この画素単位１２のそれぞれが、シンチレータ
部３８と、このシンチレータ部３８で変換された光を信
号電荷に変換するフォトダイオード１３と、このフォト
ダイオード１３で変換された信号電荷を蓄積する電荷蓄
積キャパシタ１５と、信号電荷の読み出しを制御するＴ
ＦＴ１４とを有するＸ線平面検出器において、隣接する
画素単位のシンチレータ部どうし間に反射部材を配置し
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ線画像を検出する
Ｘ線平面検出器に関する。
Ｘ線平面検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】医療用診断装置では、被写体の撮影にた
とえばＸ線が使用されている。また、被写体を撮影した
Ｘ線画像の検出にＸ線検出器が用いられている。Ｘ線検
出器としては、これまでイメージ管が多く利用されてい
る。近年、新世代のＸ線検出器として、複数のＸ線検出
素子を平面上に二次元的に配置したＸ線平面検出器が注
目されている。Ｘ線平面検出器はＸ線で撮影したＸ線画
像あるいはリアルタイムのＸ線画像をデジタル信号とし
て出力する構成になっている。Ｘ線平面検出器は固体検
出器であるため、画質性能の向上や安定性の面でも期待
されている。
とえばＸ線が使用されている。また、被写体を撮影した
Ｘ線画像の検出にＸ線検出器が用いられている。Ｘ線検
出器としては、これまでイメージ管が多く利用されてい
る。近年、新世代のＸ線検出器として、複数のＸ線検出
素子を平面上に二次元的に配置したＸ線平面検出器が注
目されている。Ｘ線平面検出器はＸ線で撮影したＸ線画
像あるいはリアルタイムのＸ線画像をデジタル信号とし
て出力する構成になっている。Ｘ線平面検出器は固体検
出器であるため、画質性能の向上や安定性の面でも期待
されている。
【０００３】Ｘ線平面検出器は、比較的大きな線量で静
止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものはすで
に開発され、商品化もされている。近い将来、より一層
の高性能化で、たとえば透視線量のもとで毎秒３０画面
以上のリアルタイムのＸ線動画の検出が実現し、循環器
や消化器などの分野に応用した製品の商品化も予想され
ている。このようなＸ線動画の検出には、Ｓ／Ｎの改善
や微小信号のリアルタイム処理技術などの開発が求めら
れている。
止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものはすで
に開発され、商品化もされている。近い将来、より一層
の高性能化で、たとえば透視線量のもとで毎秒３０画面
以上のリアルタイムのＸ線動画の検出が実現し、循環器
や消化器などの分野に応用した製品の商品化も予想され
ている。このようなＸ線動画の検出には、Ｓ／Ｎの改善
や微小信号のリアルタイム処理技術などの開発が求めら
れている。
【０００４】Ｘ線平面検出器は、大きく分けると直接方
式および間接方式の２つがある。直接方式は、ａ−Ｓｅ
などの光導電膜を用いてＸ線を信号電荷に直接変換し、
変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシターに蓄積する
方式である。間接方式は、シンチレータ層でＸ線を可視
光に変換し、変換した可視光をａ−Ｓｉフォトダイオー
ドやＣＣＤで信号電荷に変換し、電荷蓄積用キャパシタ
ーに蓄積する方式である。
式および間接方式の２つがある。直接方式は、ａ−Ｓｅ
などの光導電膜を用いてＸ線を信号電荷に直接変換し、
変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシターに蓄積する
方式である。間接方式は、シンチレータ層でＸ線を可視
光に変換し、変換した可視光をａ−Ｓｉフォトダイオー
ドやＣＣＤで信号電荷に変換し、電荷蓄積用キャパシタ
ーに蓄積する方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】直接方式のＸ線平面検
出器は、Ｘ線の入射で発生した光導電電荷を、高電界を
利用して電荷蓄積用キャパシターに導く構成になってい
る。この構成の場合、その解像度特性は画素ピッチでほ
ぼ規定される。一方、間接方式のＸ線平面検出器は、シ
ンチレータ層で変換された可視光がフォトダイオードに
到達するまでの間に拡散したり散乱したりして解像度が
劣化する。したがって、間接方式のＸ線平面検出器の場
合、とくに解像度特性の改善が必要とされる。
出器は、Ｘ線の入射で発生した光導電電荷を、高電界を
利用して電荷蓄積用キャパシターに導く構成になってい
る。この構成の場合、その解像度特性は画素ピッチでほ
ぼ規定される。一方、間接方式のＸ線平面検出器は、シ
ンチレータ層で変換された可視光がフォトダイオードに
到達するまでの間に拡散したり散乱したりして解像度が
劣化する。したがって、間接方式のＸ線平面検出器の場
合、とくに解像度特性の改善が必要とされる。
【０００６】また、直接方式のＸ線平面検出器は、Ｘ線
の吸収率を向上させるために、たとえばａ−Ｓｅの光導
電膜を１ｍｍ程度の厚さに形成している。そしてＸ線フ
ォトン１個あたりの光導電電荷の生成率を上げるため、
および、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラッ
プされることなく電荷蓄積用キャパシターに導くため、
さらにはバイアス電界と直角方向への光導電電荷の拡散
を抑えるために、たとえばａ−Ｓｅの光導電膜の両端に
１０Ｖ／μｍの強バイアス電界が印加される。したがっ
て、ａ−Ｓｅ光導電膜の膜厚が１ｍｍ程度の場合、１０
ｋＶ程度の高電圧が印加される。
の吸収率を向上させるために、たとえばａ−Ｓｅの光導
電膜を１ｍｍ程度の厚さに形成している。そしてＸ線フ
ォトン１個あたりの光導電電荷の生成率を上げるため、
および、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラッ
プされることなく電荷蓄積用キャパシターに導くため、
さらにはバイアス電界と直角方向への光導電電荷の拡散
を抑えるために、たとえばａ−Ｓｅの光導電膜の両端に
１０Ｖ／μｍの強バイアス電界が印加される。したがっ
て、ａ−Ｓｅ光導電膜の膜厚が１ｍｍ程度の場合、１０
ｋＶ程度の高電圧が印加される。
【０００７】直接方式と間接方式を比較すると、直接方
式は解像度特性がすぐれている。しかし、動作電圧が低
いＴＦＴを高電圧から保護する必要があり、信頼性の確
保が困難になっている。また、低暗電流特性および高感
度特性、熱的安定性などを備えた光導電材料を容易に入
手できないという問題がある。
式は解像度特性がすぐれている。しかし、動作電圧が低
いＴＦＴを高電圧から保護する必要があり、信頼性の確
保が困難になっている。また、低暗電流特性および高感
度特性、熱的安定性などを備えた光導電材料を容易に入
手できないという問題がある。
【０００８】間接方式のＸ線平面検出器はフォトダーオ
ードやＣＣＤを用いている。そのため、高電圧の印加を
必要とせず、高電圧による絶縁破壊などは発生しない。
また、シンチレータ材料やフォトダーオードは既知の技
術であり、直接方式と比較すると、製品化が容易であ
る。
ードやＣＣＤを用いている。そのため、高電圧の印加を
必要とせず、高電圧による絶縁破壊などは発生しない。
また、シンチレータ材料やフォトダーオードは既知の技
術であり、直接方式と比較すると、製品化が容易であ
る。
【０００９】しかし、直接方式に比べ解像度特性が劣る
という問題がある。また、感度特性を向上させるために
シンチレータ層を厚くすると、フォトダイオードなどの
光電変換素子に到達するまでに光学的な拡散や散乱が生
じ、解像度を劣化させるという問題もある。さらに、シ
ンチレータ層で散乱したＸ線が隣接画素のシンチレータ
層に入り込み、解像度を低下させるという問題もある。
という問題がある。また、感度特性を向上させるために
シンチレータ層を厚くすると、フォトダイオードなどの
光電変換素子に到達するまでに光学的な拡散や散乱が生
じ、解像度を劣化させるという問題もある。さらに、シ
ンチレータ層で散乱したＸ線が隣接画素のシンチレータ
層に入り込み、解像度を低下させるという問題もある。
【００１０】本発明は、上記した欠点を解決し、シンチ
レータ層を用いた場合の解像度特性を向上させたＸ線平
面検出器を提供することを目的とする。
レータ層を用いた場合の解像度特性を向上させたＸ線平
面検出器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、２次元的に配
列した複数の画素単位を備え、この画素単位のそれぞれ
が、所定の入力面から入射したＸ線を光に変換するシン
チレータ部と、このシンチレータ部で変換された前記光
を信号電荷に変換する光導電変換部と、この光導電変換
部で変換された前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
この電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の読み出しを
制御するスイッチング部とを有するＸ線平面検出器にお
いて、隣接する画素単位のシンチレータ部どうし間に、
シンチレータ部どうしが連続しない中断領域を設け、こ
の中断領域に前記シンチレータ部と相違する材料で形成
した反射部材を配置したことを特徴とする。
列した複数の画素単位を備え、この画素単位のそれぞれ
が、所定の入力面から入射したＸ線を光に変換するシン
チレータ部と、このシンチレータ部で変換された前記光
を信号電荷に変換する光導電変換部と、この光導電変換
部で変換された前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
この電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の読み出しを
制御するスイッチング部とを有するＸ線平面検出器にお
いて、隣接する画素単位のシンチレータ部どうし間に、
シンチレータ部どうしが連続しない中断領域を設け、こ
の中断領域に前記シンチレータ部と相違する材料で形成
した反射部材を配置したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図１の
模式的な構成図を参照して説明する。符号１１は光電変
換部で、光電変換部１１は、ガラスなどの絶縁基板上
に、同じ構造の複数の画素単位１２が行方向（たとえば
図の横方向）および列方向（たとえば図の縦方向）に所
定のピッチＬで２次元に形成されている。図１では、た
とえば９個の画素単位１２ａ〜１２ｉが示されている。
模式的な構成図を参照して説明する。符号１１は光電変
換部で、光電変換部１１は、ガラスなどの絶縁基板上
に、同じ構造の複数の画素単位１２が行方向（たとえば
図の横方向）および列方向（たとえば図の縦方向）に所
定のピッチＬで２次元に形成されている。図１では、た
とえば９個の画素単位１２ａ〜１２ｉが示されている。
【００１３】たとえば画素単位１２ｉは、光を信号電荷
に変換する光電変換部たとえばフォトダイオード１３、
および、スイッチング部を構成する薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴという）１４、信号電荷を蓄積する電荷蓄
積部たとえば蓄積キャパシタ１５などから構成されてい
る。ＴＦＴ１４はゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓ、ド
レイン電極Ｄを有し、たとえばドレイン電極Ｄはフォト
ダイオード１３および蓄積キャパシタ１５と電気的に接
続されている。
に変換する光電変換部たとえばフォトダイオード１３、
および、スイッチング部を構成する薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴという）１４、信号電荷を蓄積する電荷蓄
積部たとえば蓄積キャパシタ１５などから構成されてい
る。ＴＦＴ１４はゲート電極Ｇおよびソース電極Ｓ、ド
レイン電極Ｄを有し、たとえばドレイン電極Ｄはフォト
ダイオード１３および蓄積キャパシタ１５と電気的に接
続されている。
【００１４】上記した構成の光電変換部１１の上方に、
外部から入射するＸ線を光に変換するシンチレータ層な
どが形成されているが、図１では示されていない。
外部から入射するＸ線を光に変換するシンチレータ層な
どが形成されているが、図１では示されていない。
【００１５】光電変換部１１の外部にＴＦＴ１４の動作
状態たとえばオン・オフを制御する制御回路１６が設け
られている。制御回路１６には、複数の制御ライン１
７、たとえば図では第１ないし第４の４個の制御ライン
１７１〜１７４が設けられている。それぞれの制御ライ
ン１７は、同じ行の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４
のゲート電極Ｇに接続されている。たとえば第１の制御
ライン１７１は画素１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇにそ
れぞれ接続されている。
状態たとえばオン・オフを制御する制御回路１６が設け
られている。制御回路１６には、複数の制御ライン１
７、たとえば図では第１ないし第４の４個の制御ライン
１７１〜１７４が設けられている。それぞれの制御ライ
ン１７は、同じ行の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４
のゲート電極Ｇに接続されている。たとえば第１の制御
ライン１７１は画素１２ａ〜１２ｃのゲート電極Ｇにそ
れぞれ接続されている。
【００１６】列方向には、複数のデータライン１８、た
とえば図では第１ないし第４の複数のデータライン１８
１〜１８４が設けられている。それぞれのデータライン
１８は、同じ列の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４の
ソース電極Ｓに接続されている。たとえば第１のデータ
ライン１８１は画素単位１２ａ、１２ｄ、１２ｇのソー
ス電極Ｓに接続されている。各データライン１７は対応
する電荷増幅器１９に接続されている。
とえば図では第１ないし第４の複数のデータライン１８
１〜１８４が設けられている。それぞれのデータライン
１８は、同じ列の画素単位１２を構成するＴＦＴ１４の
ソース電極Ｓに接続されている。たとえば第１のデータ
ライン１８１は画素単位１２ａ、１２ｄ、１２ｇのソー
ス電極Ｓに接続されている。各データライン１７は対応
する電荷増幅器１９に接続されている。
【００１７】電荷増幅器１９はたとえば演算増幅器で構
成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が
接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方
の入力端子ａ１と出力端子ｂ間にコンデンサＣが接続さ
れ積分機能を有する構成になっている。また、コンデン
サＣに並列にスイッチＳが接続され、たとえばスイッチ
Ｓを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成に
なっている。
成され、その一方の入力端子ａ１にデータライン１８が
接続され、他方の入力端子ａ２は接地されている。一方
の入力端子ａ１と出力端子ｂ間にコンデンサＣが接続さ
れ積分機能を有する構成になっている。また、コンデン
サＣに並列にスイッチＳが接続され、たとえばスイッチ
Ｓを閉じてコンデンサＣに残った電荷を放電する構成に
なっている。
【００１８】それぞれの電荷増幅器１９は、並列に入力
する複数の電気信号を直列信号に変換する並列／直列変
換器２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、
アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換器２１に接続されている。
する複数の電気信号を直列信号に変換する並列／直列変
換器２０に接続されている。並列／直列変換器２０は、
アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換器２１に接続されている。
【００１９】次に、画素単位の構造について図２の模式
的な断面図を参照して説明する。図２は１つの画素単位
の部分を抜き出した図で、図１に対応する部分に同じ符
号を付し重複する説明は一部省略する。
的な断面図を参照して説明する。図２は１つの画素単位
の部分を抜き出した図で、図１に対応する部分に同じ符
号を付し重複する説明は一部省略する。
【００２０】ガラスなどの絶縁基板３１上にＴＦＴ１４
および蓄積キャパシタ１５が形成されている。ＴＦＴ１
４は、絶縁基板３１上に形成されたゲート電極Ｇおよび
ゲート電極Ｇを覆う絶縁膜３２、絶縁膜３２上に形成さ
れた半絶縁膜３３、半絶縁膜３３上に設けられたソース
電極Ｓ、ドレイン電極Ｄなどから構成されている。
および蓄積キャパシタ１５が形成されている。ＴＦＴ１
４は、絶縁基板３１上に形成されたゲート電極Ｇおよび
ゲート電極Ｇを覆う絶縁膜３２、絶縁膜３２上に形成さ
れた半絶縁膜３３、半絶縁膜３３上に設けられたソース
電極Ｓ、ドレイン電極Ｄなどから構成されている。
【００２１】ＴＦＴ１４のゲート電極Ｇは、図１に示す
ように、同じ行に位置する他のＴＦＴ１４のゲート電極
Ｇとともに共通の制御ライン１７に接続されている。ソ
ース電極Ｓは、同じ列に位置する他のＴＦＴ１４のソー
ス電極Ｓとともに共通のデータライン１８に接続されて
いる。
ように、同じ行に位置する他のＴＦＴ１４のゲート電極
Ｇとともに共通の制御ライン１７に接続されている。ソ
ース電極Ｓは、同じ列に位置する他のＴＦＴ１４のソー
ス電極Ｓとともに共通のデータライン１８に接続されて
いる。
【００２２】蓄積キャパシタ１５は絶縁基板３１上に形
成された下部電極３４、ゲート電極Ｇ上から下部電極３
４上まで延長する絶縁膜３２、絶縁膜３２上に設けられ
た上部電極３５などから構成されている。上部電極３５
はドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。ＴＦＴ１
４および蓄積キャパシタ１５の上方に絶縁層３６１が設
けられ、この絶縁層３６１上にフォトダイオード１３が
形成されている。
成された下部電極３４、ゲート電極Ｇ上から下部電極３
４上まで延長する絶縁膜３２、絶縁膜３２上に設けられ
た上部電極３５などから構成されている。上部電極３５
はドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。ＴＦＴ１
４および蓄積キャパシタ１５の上方に絶縁層３６１が設
けられ、この絶縁層３６１上にフォトダイオード１３が
形成されている。
【００２３】フォトダイオード１３は、ａ−Ｓｉのｐｎ
ダイオードやＰＩＮダイオードなどで形成される。絶縁
層３６の一部にスルーホール３７が形成され、フォトダ
イオード１３の図示下方に位置する第１電極１３１はス
ルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと
電気的に接続されている。
ダイオードやＰＩＮダイオードなどで形成される。絶縁
層３６の一部にスルーホール３７が形成され、フォトダ
イオード１３の図示下方に位置する第１電極１３１はス
ルーホール３７を介してＴＦＴ１４のドレイン電極Ｄと
電気的に接続されている。
【００２４】フォトダイオード１３の図示上方に位置す
る第２電極１３２は、たとえばスパッタリング法によっ
てＩＴＯ透明導電膜の成膜で形成され、第１電極１３１
と第２電極１３２間にバイアス電圧が印加される。ま
た、第２電極１３２上に、シンチレータ層３８が形成さ
れている。
る第２電極１３２は、たとえばスパッタリング法によっ
てＩＴＯ透明導電膜の成膜で形成され、第１電極１３１
と第２電極１３２間にバイアス電圧が印加される。ま
た、第２電極１３２上に、シンチレータ層３８が形成さ
れている。
【００２５】シンチレータ層３８は、たとえばＣｓＩ：
ＮａやＣｓＩ：Ｔｌなどのシンチレータ材料を真空蒸着
法で成膜する。この場合、シンチレータ層３８は、フォ
トダイオード１３の入力電極領域に対したとえば位置を
ずれせて形成される。また、隣接する画素単位のシンチ
レータ層３８１との境界に、たとえばその深さ方向に溝
が形成され、隣接する画素単位のシンチレータ層どう
し、たとえばシンチレータ層３８とシンチレータ層３８
１が連続しないように中断領域３９が形成されている。
そして、Ｘ線が入射する図示上方の入力面３８ａ上およ
び中断領域３９にそれぞれ、たとえばシンチレータ層３
８と相違する材料で形成した反射部材４０ａ、４０ｂが
配置されている。反射部材４０ａ、４０ｂは可視光を反
射する材料たとえばＴｉＯ2 を沈降法などで形成する。
ＮａやＣｓＩ：Ｔｌなどのシンチレータ材料を真空蒸着
法で成膜する。この場合、シンチレータ層３８は、フォ
トダイオード１３の入力電極領域に対したとえば位置を
ずれせて形成される。また、隣接する画素単位のシンチ
レータ層３８１との境界に、たとえばその深さ方向に溝
が形成され、隣接する画素単位のシンチレータ層どう
し、たとえばシンチレータ層３８とシンチレータ層３８
１が連続しないように中断領域３９が形成されている。
そして、Ｘ線が入射する図示上方の入力面３８ａ上およ
び中断領域３９にそれぞれ、たとえばシンチレータ層３
８と相違する材料で形成した反射部材４０ａ、４０ｂが
配置されている。反射部材４０ａ、４０ｂは可視光を反
射する材料たとえばＴｉＯ2 を沈降法などで形成する。
【００２６】また、隣接する画素単位のフォトダイオー
ド１３１とフォトダイオード１３間は絶縁層３６２で電
気的に分離されている。
ド１３１とフォトダイオード１３間は絶縁層３６２で電
気的に分離されている。
【００２７】ここで、シンチレータ層３８に溝を設け、
シンチレータ層３８に中断領域３９を形成する方法につ
いて説明する。
シンチレータ層３８に中断領域３９を形成する方法につ
いて説明する。
【００２８】１つの方法としてダイシング法が用いられ
る。たとえば幅２０μｍのダイアモンドブレードを用
い、ダイサーでシンチレータ層３８に切り込みを入れ
る。この方法によれば、幅Ｗが２３μｍで、画素ピッチ
が１５０μｍの溝を形成できる。その後、たとえば溝内
にＴｉＯ2 を充填し、１００℃で乾燥させる。
る。たとえば幅２０μｍのダイアモンドブレードを用
い、ダイサーでシンチレータ層３８に切り込みを入れ
る。この方法によれば、幅Ｗが２３μｍで、画素ピッチ
が１５０μｍの溝を形成できる。その後、たとえば溝内
にＴｉＯ2 を充填し、１００℃で乾燥させる。
【００２９】また、レーザーを用いる方法もある。たと
えばＹＡＧレーザーの３次高調波を用い、シンチレータ
層にパルス波を照射して穴を開ける。また、レーザーの
焦点位置を穴径の１／４ずつ距離をずらしてパルス波を
照射し穴を開ける方法を用いることもできる。たとえ
ば、レーザー光の焦点位置を直線状に移動し、この工程
を繰り返すことによって溝が形成され、中断領域３９が
形成される。
えばＹＡＧレーザーの３次高調波を用い、シンチレータ
層にパルス波を照射して穴を開ける。また、レーザーの
焦点位置を穴径の１／４ずつ距離をずらしてパルス波を
照射し穴を開ける方法を用いることもできる。たとえ
ば、レーザー光の焦点位置を直線状に移動し、この工程
を繰り返すことによって溝が形成され、中断領域３９が
形成される。
【００３０】上記した構成において、Ｘ線４１が反射部
材４０ａを通して入力面３８ａからシンチレータ層３８
に入射し可視光４２に変換される。この可視光４２はフ
ォトダイオード１３に入力し信号電荷に変換され、スル
ーホール３７およびドレイン電極Ｄを経て蓄積キャパシ
タ１５に蓄積される。
材４０ａを通して入力面３８ａからシンチレータ層３８
に入射し可視光４２に変換される。この可視光４２はフ
ォトダイオード１３に入力し信号電荷に変換され、スル
ーホール３７およびドレイン電極Ｄを経て蓄積キャパシ
タ１５に蓄積される。
【００３１】一方、各画素単位１２の蓄積キャパシタ１
５に蓄積した信号電荷の読み出しは制御回路１６によっ
て制御され、たとえば画素単位１２の行ごとに順に行わ
れる。まず、制御回路１６から第１のゲートライン１７
１を通して第１行目に位置する画素単位１２ａ〜１２ｃ
のゲート電極Ｇに、たとえば１０Ｖのオン信号を加え、
第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオン状態にする。
５に蓄積した信号電荷の読み出しは制御回路１６によっ
て制御され、たとえば画素単位１２の行ごとに順に行わ
れる。まず、制御回路１６から第１のゲートライン１７
１を通して第１行目に位置する画素単位１２ａ〜１２ｃ
のゲート電極Ｇに、たとえば１０Ｖのオン信号を加え、
第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオン状態にする。
【００３２】このとき、第１行目の画素単位１２ａ〜１
２ｃの蓄積キャパシタ１５に蓄積された信号電荷が、そ
れぞれドレイン電極Ｄからソース電極Ｓに電気信号とし
て出力する。ソース電極Ｓに出力した電気信号はそれぞ
れ複数の電荷増幅器１９に並列に加えられ増幅される。
その後、並列／直列変換器１９で直列信号に変換され、
さらにアナログデジタル変換機２０でデジタル信号に変
換され、次段の信号処理回路（図示せず）に送られる。
２ｃの蓄積キャパシタ１５に蓄積された信号電荷が、そ
れぞれドレイン電極Ｄからソース電極Ｓに電気信号とし
て出力する。ソース電極Ｓに出力した電気信号はそれぞ
れ複数の電荷増幅器１９に並列に加えられ増幅される。
その後、並列／直列変換器１９で直列信号に変換され、
さらにアナログデジタル変換機２０でデジタル信号に変
換され、次段の信号処理回路（図示せず）に送られる。
【００３３】第１行目に位置する画素単位の蓄積キャパ
シタ１５の電荷の読み出しが終了すると、制御回路１６
から第１ゲートライン１７１を通して第１行目の画素単
位のゲート電極Ｇにたとえば−５Ｖのオフ信号が加えら
れ、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオフ状態にす
る。
シタ１５の電荷の読み出しが終了すると、制御回路１６
から第１ゲートライン１７１を通して第１行目の画素単
位のゲート電極Ｇにたとえば−５Ｖのオフ信号が加えら
れ、第１行目の画素単位のＴＦＴ１４をオフ状態にす
る。
【００３４】上記した動作が第２行目以下の画素単位１
２についても順に行われる。そして、すべての画素単位
１２の蓄積キャパシタ１５に蓄積した信号電荷の読み出
しが行われ、順次、デジタル信号に変換されて出力さ
れ、１つのＸ線画面に対応する電気信号がアナログデジ
タル変換機２０から出力される。
２についても順に行われる。そして、すべての画素単位
１２の蓄積キャパシタ１５に蓄積した信号電荷の読み出
しが行われ、順次、デジタル信号に変換されて出力さ
れ、１つのＸ線画面に対応する電気信号がアナログデジ
タル変換機２０から出力される。
【００３５】上記した構成によれば、隣接する画素単位
のシンチレータ部３８、３８１どうし間に、シンチレー
タ部が連続しない中断領域３９が設けられ、中断領域３
９に反射部材４０ｂが配置されている。また、シンチレ
ータ部３８の入力面３８ａ上にも反射部材４０ａが配置
されている。したがって、シンチレータ部３８で変換さ
れた可視光４２は、シンチレータ部３８の上面３８ａお
よび側面３８ｂで反射され、フォトダイオード１３に入
力する。そのため、シンチレータ部３８におけるＸ線４
１から光４２への変換効率が向上する。
のシンチレータ部３８、３８１どうし間に、シンチレー
タ部が連続しない中断領域３９が設けられ、中断領域３
９に反射部材４０ｂが配置されている。また、シンチレ
ータ部３８の入力面３８ａ上にも反射部材４０ａが配置
されている。したがって、シンチレータ部３８で変換さ
れた可視光４２は、シンチレータ部３８の上面３８ａお
よび側面３８ｂで反射され、フォトダイオード１３に入
力する。そのため、シンチレータ部３８におけるＸ線４
１から光４２への変換効率が向上する。
【００３６】また、図の横方向たとえば隣接する画素単
位の方向に進む光は、図２の矢印Ｙ１やＹ２で示すよう
に側面３８ｂで反射し、隣接する画素単位に入力しな
い。したがって、解像度も改善する。
位の方向に進む光は、図２の矢印Ｙ１やＹ２で示すよう
に側面３８ｂで反射し、隣接する画素単位に入力しな
い。したがって、解像度も改善する。
【００３７】シンチレータ部３８の上面３８ａおよび中
断領域３９に配置する反射部材４０ａ、４０ｂは同じ材
料でもよく、上面３８ａに配置する材料および中断領域
３９に配置する材料は相違させてもよい。また、反射部
材４０ｂは中断領域３９全体に充填してもよく、中断領
域３９の一部たとえば側面３８ｂに接する部分だけに配
置することもできる。
断領域３９に配置する反射部材４０ａ、４０ｂは同じ材
料でもよく、上面３８ａに配置する材料および中断領域
３９に配置する材料は相違させてもよい。また、反射部
材４０ｂは中断領域３９全体に充填してもよく、中断領
域３９の一部たとえば側面３８ｂに接する部分だけに配
置することもできる。
【００３８】上記した構成の場合、フォトダイオード１
５をたとえば蓄積キャパシタ１３やＴＦＴ１４と位置的
に重ならないように形成している。しかし、フォトダイ
オード１５に入力する受光面積を広くする場合は、ＴＦ
Ｔ１４および蓄積キャパシタ１５上に絶縁層を設け、フ
ォトダイオード１５の入力電極面がたとえば画素単位の
ほぼ全域に広がる構造にすることもできる。
５をたとえば蓄積キャパシタ１３やＴＦＴ１４と位置的
に重ならないように形成している。しかし、フォトダイ
オード１５に入力する受光面積を広くする場合は、ＴＦ
Ｔ１４および蓄積キャパシタ１５上に絶縁層を設け、フ
ォトダイオード１５の入力電極面がたとえば画素単位の
ほぼ全域に広がる構造にすることもできる。
【００３９】また、シンチレータ層３８は、ＣｓＩ：Ｎ
ａやＣｓＩ：Ｔｌなどのシンチレータ材料を真空蒸着法
で成膜している。しかし、Ｘ線発光蛍光体たとえばＧｄ
2 Ｏ2 Ｓ：Ｔｂの粉末を樹脂バインダーと有機溶剤で塗
液とし、ディスペンサーやインクジェット、スプレーな
どを用いた塗布法によりシンチレータ含有塗膜層を形成
し、その後、乾燥工程で有機溶剤を除去し、シンチレー
タ層として固化させる方法を用いることもできる。この
方法によれば、剥離やクラックなどを生じない良好な特
性をもつシンチレータ層が得られる。
ａやＣｓＩ：Ｔｌなどのシンチレータ材料を真空蒸着法
で成膜している。しかし、Ｘ線発光蛍光体たとえばＧｄ
2 Ｏ2 Ｓ：Ｔｂの粉末を樹脂バインダーと有機溶剤で塗
液とし、ディスペンサーやインクジェット、スプレーな
どを用いた塗布法によりシンチレータ含有塗膜層を形成
し、その後、乾燥工程で有機溶剤を除去し、シンチレー
タ層として固化させる方法を用いることもできる。この
方法によれば、剥離やクラックなどを生じない良好な特
性をもつシンチレータ層が得られる。
【００４０】上記の実施形態の場合、反射部材としてＴ
ｉＯ2 を用い、中断領域に充填している。ＴｉＯ2 は粒
径が１〜２μｍと小さく、中断領域に隙間なく充填で
き、光の拡散が確実に抑えられる。
ｉＯ2 を用い、中断領域に充填している。ＴｉＯ2 は粒
径が１〜２μｍと小さく、中断領域に隙間なく充填で
き、光の拡散が確実に抑えられる。
【００４１】また、一般に、反射部材が粒子で形成され
る場合、粒子の平均粒径が中断領域の幅Ｗの１／３以下
にすると、光の拡散が抑えられ解像度特性が改善する。
平均粒径がそれよりも大きくなると、光の拡散が低下す
ることが実験によって確認されている。
る場合、粒子の平均粒径が中断領域の幅Ｗの１／３以下
にすると、光の拡散が抑えられ解像度特性が改善する。
平均粒径がそれよりも大きくなると、光の拡散が低下す
ることが実験によって確認されている。
【００４２】なお、反射部材には、シンチレータ層を形
成する材料と相違する材料、あるいは、シンチレータ層
と光学的屈折率が相違する材料、たとえば酸化チタンの
他、酸化鉛や珪素、硫化アンチモン、硫化カドミニウ
ム、酸化鉄、タングステン、ダイヤモンド、白金、ＫＲ
Ｓ−５などの高屈折材料の１つ、あるいは、これらの中
の複数の材料を使用できる。また、Ｘ線を吸収するＸ線
吸収材料、たとえばアルミニウムを反射部材として用
い、中断領域に配置することもできる。Ｘ線吸収材料を
用いた場合は解像度が向上する。Ｘ線吸収材料は他の反
射部材に含めて用いることもできる。
成する材料と相違する材料、あるいは、シンチレータ層
と光学的屈折率が相違する材料、たとえば酸化チタンの
他、酸化鉛や珪素、硫化アンチモン、硫化カドミニウ
ム、酸化鉄、タングステン、ダイヤモンド、白金、ＫＲ
Ｓ−５などの高屈折材料の１つ、あるいは、これらの中
の複数の材料を使用できる。また、Ｘ線を吸収するＸ線
吸収材料、たとえばアルミニウムを反射部材として用
い、中断領域に配置することもできる。Ｘ線吸収材料を
用いた場合は解像度が向上する。Ｘ線吸収材料は他の反
射部材に含めて用いることもできる。
【００４３】また、反射部材には気体たとえば大気やガ
スを用い、あるいは真空とし、中断領域などの空間に気
体を充満させ、あるいは真空に構成することもできる。
この場合、気体などの屈折率をｎｇ、シンチレータ層の
屈折率をｎｓとすると、シンチレータ層から気体などへ
の振幅屈折率γはγ＝（ｎｓ−ｎｇ）／（ｎｓ＋ｎｇ）
となる。ｎｓとｎｇの差が大きいほど光の反射効果が大
きくなり、シンチレータ層内での光の散乱や拡散が防止
される。
スを用い、あるいは真空とし、中断領域などの空間に気
体を充満させ、あるいは真空に構成することもできる。
この場合、気体などの屈折率をｎｇ、シンチレータ層の
屈折率をｎｓとすると、シンチレータ層から気体などへ
の振幅屈折率γはγ＝（ｎｓ−ｎｇ）／（ｎｓ＋ｎｇ）
となる。ｎｓとｎｇの差が大きいほど光の反射効果が大
きくなり、シンチレータ層内での光の散乱や拡散が防止
される。
【００４４】一般に、反射部材の屈折率をｎｒ、シンチ
レータ層の屈折率をｎｓとした場合、ｎｒ／ｎｓ＜１と
いう条件に設定すれば、シンチレータ層で変換された蛍
光が反射部材で囲まれたシンチレータ層内を光学的に案
内され、フォトダイオードに効率よく入力し光電変換効
率が向上する。また、解像度や感度も向上する。
レータ層の屈折率をｎｓとした場合、ｎｒ／ｎｓ＜１と
いう条件に設定すれば、シンチレータ層で変換された蛍
光が反射部材で囲まれたシンチレータ層内を光学的に案
内され、フォトダイオードに効率よく入力し光電変換効
率が向上する。また、解像度や感度も向上する。
【００４５】なお、反射部材の屈折率ｎｒとシンチレー
タ層を形成する材料の屈折率ｎｓの差が大きいほど、シ
ンチレータ層内で発生した光の横方向への散乱や拡散が
抑制される。
タ層を形成する材料の屈折率ｎｓの差が大きいほど、シ
ンチレータ層内で発生した光の横方向への散乱や拡散が
抑制される。
【００４６】また、シンチレータ層の側面に形成した金
属材料の皮膜を反射部材として利用することもできる。
この場合、金属皮膜の材料の光反射率が高いほど、シン
チレータ層内で発生した光の横方向への散乱や拡散が抑
制され効果が大きくなる。金属皮膜材料としては、アル
ミニウムや銀、金、ロジウムなどの金属、および、これ
らの金属を複数用いた金属材料を主成分とするものが適
している。
属材料の皮膜を反射部材として利用することもできる。
この場合、金属皮膜の材料の光反射率が高いほど、シン
チレータ層内で発生した光の横方向への散乱や拡散が抑
制され効果が大きくなる。金属皮膜材料としては、アル
ミニウムや銀、金、ロジウムなどの金属、および、これ
らの金属を複数用いた金属材料を主成分とするものが適
している。
【００４７】また、反射部材はシンチレータ層と同じ材
料で形成することもできる。たとえば、シンチレータ層
を形成する材料よりも平均粒径が小さい粒子を用いた場
合、シンチレータ層の側面で光が反射され、同様の効果
が得られる。
料で形成することもできる。たとえば、シンチレータ層
を形成する材料よりも平均粒径が小さい粒子を用いた場
合、シンチレータ層の側面で光が反射され、同様の効果
が得られる。
【００４８】中断領域の深さは、シンチレータ層の膜厚
と同じにすることが望ましい。しかし、中断領域がシン
チレータ層の厚さよりも浅い場合でも、光の横方向への
散乱や拡散が抑制され効果が得られる。
と同じにすることが望ましい。しかし、中断領域がシン
チレータ層の厚さよりも浅い場合でも、光の横方向への
散乱や拡散が抑制され効果が得られる。
【００４９】また、変換効率および解像度を向上させる
場合、シンチレータ層の側面を平坦化させてもよい。シ
ンチレータ層の側面が平坦化すると、側面における光の
乱反射が抑制され、変換効率および解像度が向上する。
側面の平坦化は、樹脂たとえばパララキシリリレンをＣ
ＶＤ法により側面に付着する方法、あるいは、シンチレ
ータ層を焼きなましする方法などがある。
場合、シンチレータ層の側面を平坦化させてもよい。シ
ンチレータ層の側面が平坦化すると、側面における光の
乱反射が抑制され、変換効率および解像度が向上する。
側面の平坦化は、樹脂たとえばパララキシリリレンをＣ
ＶＤ法により側面に付着する方法、あるいは、シンチレ
ータ層を焼きなましする方法などがある。
【００５０】次に、本発明の効果を説明するために、Ｃ
ＴＦ特性について従来技術と比較した結果を説明する。
この場合、ＣＴＦ値（％）は０．５Ｌｐ／ｍｍ（０．５
ラインペア／ミリメートル）でのコントラスト透過比と
２Ｌｐ／ｍｍでのコントラスト透過比との比である。
ＴＦ特性について従来技術と比較した結果を説明する。
この場合、ＣＴＦ値（％）は０．５Ｌｐ／ｍｍ（０．５
ラインペア／ミリメートル）でのコントラスト透過比と
２Ｌｐ／ｍｍでのコントラスト透過比との比である。
【００５１】従来例は、エポキシ樹脂内に蛍光体粉末
（Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ：Ｔｂ）を分散させた塗液とし、光電変
換部上に４００μｍの膜厚で塗布し、その後、１００℃
に加熱して膜を乾燥、硬化させ、シンチレータ層を形成
した構造である。
（Ｇｄ2 Ｏ2 Ｓ：Ｔｂ）を分散させた塗液とし、光電変
換部上に４００μｍの膜厚で塗布し、その後、１００℃
に加熱して膜を乾燥、硬化させ、シンチレータ層を形成
した構造である。
【００５２】発明例１は、従来例と同じ方法で形成した
シンチレータ層にダイシング法によって、画素ピッチが
１５０μｍ、深さが３５０μｍ、幅が２３μｍの溝を格
子状に形成した構造で、中断領域に大気を満たした構造
である。
シンチレータ層にダイシング法によって、画素ピッチが
１５０μｍ、深さが３５０μｍ、幅が２３μｍの溝を格
子状に形成した構造で、中断領域に大気を満たした構造
である。
【００５３】発明例２は、発明例１の中断領域を形成す
る溝に、粒径が１μｍのＴｉＯ2 粒子を充填した構造で
ある。
る溝に、粒径が１μｍのＴｉＯ2 粒子を充填した構造で
ある。
【００５４】この場合、従来例および発明例１、発明例
２のＣＴＦ値は、２０．６％および２４．３％、４６．
８％となり、発明例１は従来例よりも約２割、発明例２
は従来例よりも２倍以上に増加し、発明の方が解像度特
性が向上している。
２のＣＴＦ値は、２０．６％および２４．３％、４６．
８％となり、発明例１は従来例よりも約２割、発明例２
は従来例よりも２倍以上に増加し、発明の方が解像度特
性が向上している。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、シンチレータ層を用い
た場合の解像度特性を向上させたＸ線平面検出器を実現
できる。
た場合の解像度特性を向上させたＸ線平面検出器を実現
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための模式的な回
路構成図である。
路構成図である。
【図２】本発明の実施形態における画素単位を説明する
ための模式的な断面図である。
ための模式的な断面図である。
１１…光電変換部
１２…画素単位
１３…フォトダイオード
１４…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１５…電荷蓄積キャパシタ
１６…制御回路
１７…制御ライン
１８…データライン
１９…電荷増幅器
２０…並列／直列変換器
２１…アナログデジタル変換器
３１…絶縁基板
３２…絶縁膜
３３…半絶縁膜
３７…スルーホール
３８…シンチレータ層
３９…中断領域
４０ａ、４０ｂ…反射部材
４１…Ｘ線
４２…可視光
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｎ 5/32 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｕ
5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ
(72)発明者 曾田 博之
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG19 JJ05
4M118 AA10 AB01 BA05 CA03 CA05
CB06 CB11 CB20 DD09 DD12
FB03 FB04 FB09 FB13 FB16
FB24 FB25 GA10
5C024 AX12 CX37 GX03
Claims (8)
- 【請求項１】 ２次元的に配列した複数の画素単位を備
え、この画素単位のそれぞれが、所定の入力面から入射
したＸ線を光に変換するシンチレータ部と、このシンチ
レータ部で変換された前記光を信号電荷に変換する光導
電変換部と、この光導電変換部で変換された前記信号電
荷を蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部に蓄積され
た前記信号電荷の読み出しを制御するスイッチング部と
を有するＸ線平面検出器において、隣接する画素単位の
シンチレータ部どうし間に、シンチレータ部どうしが連
続しない中断領域を設け、この中断領域に前記シンチレ
ータ部と相違する材料で形成した反射部材を配置したこ
とを特徴とするＸ線平面検出器。 - 【請求項２】 ２次元的に配列した複数の画素単位を備
え、この画素単位のそれぞれが、所定の入力面から入射
したＸ線を光に変換するシンチレータ部と、このシンチ
レータ部で変換された前記光を信号電荷に変換する光導
電変換部と、この光導電変換部で変換された前記信号電
荷を蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部に蓄積され
た前記信号電荷の読み出しを制御するスイッチング部と
を有するＸ線平面検出器において、隣接する画素単位の
シンチレータ部どうし間に、シンチレータ部どうしが連
続しない中断領域を設け、この中断領域に前記シンチレ
ータ部よりも平均粒径が小さい材料で形成した反射部材
を配置したことを特徴とするＸ線平面検出器。 - 【請求項３】 ２次元的に配列した複数の画素単位を備
え、この画素単位のそれぞれが、所定の入力面から入射
したＸ線を光に変換するシンチレータ部と、このシンチ
レータ部で変換された前記光を信号電荷に変換する光導
電変換部と、この光導電変換部で変換された前記信号電
荷を蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部に蓄積され
た前記信号電荷の読み出しを制御するスイッチング部と
を有するＸ線平面検出器において、隣接する画素単位の
シンチレータ部どうし間に、シンチレータ部どうしが連
続しない中断領域を設け、前記シンチレータ部の前記入
力面および隣接する画素単位側に位置する前記シンチレ
ータ部の側面が、前記シンチレータ部と相違する材料で
形成した反射部材に接しているＸ線平面検出器。 - 【請求項４】 反射部材は、気体または金属、真空であ
る請求項１または請求項３記載のＸ線平面検出器。 - 【請求項５】 反射部材の屈折率をｎｒ、シンチレータ
層の屈折率をｎｓとした場合に、ｎｒ／ｎｓ＜１である
請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のＸ線平
面検出器。 - 【請求項６】 反射部材にＸ線吸収材料が含まれている
請求項１または請求項２記載のＸ線平面検出器。 - 【請求項７】 隣接する画素単位間のピッチをＬ、中断
領域の幅をＷとした場合に、Ｌ／Ｗ＞３である請求項１
ないし請求項６のいずれか１つに記載のＸ線平面検出
器。 - 【請求項８】 反射部材が粒子の集まりで形成され、前
記粒子の平均粒径が中断領域の幅の１／３以下である請
求項１および請求項２、請求項３、請求項５、請求項
６、請求項７のいずれか１つに記載のＸ線平面検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365950A JP2003167060A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Ｘ線平面検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365950A JP2003167060A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Ｘ線平面検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003167060A true JP2003167060A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=19175919
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001365950A Pending JP2003167060A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Ｘ線平面検出器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003167060A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2022172506A1 (ja) | 2021-02-15 | 2022-08-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 放射線画像処理方法、機械学習方法、学習済みモデル、機械学習の前処理方法、放射線画像処理モジュール、放射線画像処理プログラム、及び放射線画像処理システム |
| WO2023281890A1 (ja) | 2021-07-05 | 2023-01-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 放射線画像取得装置、放射線画像取得システム、及び放射線画像取得方法 |
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2001
- 2001-11-30 JP JP2001365950A patent/JP2003167060A/ja active Pending
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