(57)【要約】      （修正有）【課題】放射線の入射開始時を精度良く検出でき、且つ、画像班の発生を抑制する放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１は、基板２と、基板の一方の面に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ライン２ｃ１と、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２ｃ２と、複数の制御ラインと複数のデータラインとにより画された複数の領域に設けられた光電変換素子２ｂ１及び薄膜トランジスタ２ｂ２と、光電変換素子の上に設けられ、放射線を可視光に変換可能なシンチレータ５と、薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替え可能な制御回路と、画像データを読み出し可能な信号検出回路と、読み出された画像データの値に基づいて放射線の入射開始時を判定可能な入射放射線検出部６と、を備える。光電変換素子は、珪素系の半導体材料を含む。薄膜トランジスタは、珪素系の半導体材料よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含む。【選択図】図４
2020068358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、
前記基板の一方の面に設けられ、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た光電変換素子および薄膜トランジスタと、
複数の前記光電変換素子の上に設けられ、放射線を可視光に変換可能なシンチレータと、
前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替え可能な制御回路と、
前記薄膜トランジスタがオン状態の時に画像データを読み出し可能な信号検出回路と、
前記薄膜トランジスタがオン状態の時に読み出された画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始時を判定可能な入射放射線検出部と、
を備え、
複数の前記光電変換素子は、珪素系の半導体材料を含み、
複数の前記薄膜トランジスタは、前記珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含む放射線検出器。
【請求項２】
前記複数の薄膜トランジスタに含まれる前記半導体材料は、前記シンチレータにおいて発生した可視光を透過可能となっている請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記複数の薄膜トランジスタに含まれる前記半導体材料は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料である請求項１または２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記複数の薄膜トランジスタに含まれる前記半導体材料のバンドギャップは、前記複数の光電変換素子に含まれる前記半導体材料のバンドギャップよりも１ｅＶ以上高い請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記シンチレータにおいて発生した前記可視光のピーク波長に対応する結合エネルギーにおいて、前記薄膜トランジスタに含まれる前記半導体材料の光吸収係数が、前記光電変換素子に含まれる前記半導体材料の光吸収係数の１／１０以下となっている請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータは、ＣｓＩ：Ｔｌ、または、テルビウムイオンで賦活された蛍光材料を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器の一例にＸ線検出器がある。Ｘ線検出器には、例えば、複数の光電変換部を有するアレイ基板と、複数の光電変換部の上に設けられＸ線を可視光に変換するシンチレータとが設けられている。また、光電変換部には、シンチレータからの可視光を電荷に変換する光電変換素子、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、電荷を蓄積する蓄積キャパシタなどが設けられている。
【０００３】
一般的には、Ｘ線検出器は、以下のようにして画像データを読み出す。まず、外部から入力された信号によりＸ線の入射を認識する。次に、予め定められた時間の経過後に、読み出しを行う光電変換部の薄膜トランジスタをオン状態にして、蓄積された電荷を画像データとして読み出す。しかしながら、この様にすると、Ｘ線検出器の動作の開始が外部からの信号に依存することになるので、タイムラグなどにより処理時間が長くなるという問題がある。
【０００４】
ここで、半導体素子である薄膜トランジスタにＸ線が照射されると、薄膜トランジスタがオフ状態となっていてもドレイン電極とソース電極との間に電流が流れる。また、薄膜トランジスタのドレイン電極はデータラインと電気的に接続されている。そこで、薄膜トランジスタをオフ状態とし、Ｘ線が照射された時にデータラインに流れる電流の値と、Ｘ線が照射されていない時にデータラインに流れる電流の値との差に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出する技術が提案されている。
【０００５】
ところが、薄膜トランジスタがオフ状態となっている時にデータラインに流れる電流の値は極めて小さくなる。またさらに、人体に対して大量のＸ線照射を行うと健康への悪影響があるため、人体へのＸ線照射量は必要最低限に抑えられる。そのため、医療に用いられるＸ線検出器の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなり、薄膜トランジスタがオフ状態となっている時にデータラインに流れる電流の値がさらに小さくなる。
【０００６】
そこで、薄膜トランジスタを順にオン状態にさせて蓄積キャパシタに蓄積された電荷を読み出し、読み出された電荷の値に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出する技術が提案されている。ところが、アモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタに、シンチレータにおいて発生した可視光が入射すると、薄膜トランジスタがオフ状態となっていてもドレイン電極とソース電極との間に電流が流れる。そのため、オン状態となっている薄膜トランジスタが接続されたデータラインには、オフ状態となっている他の薄膜トランジスタからの電流も流れるので、Ｘ線の入射が開始された際の画像データを用いてＸ線画像を構成すると、画像班が発生するという新たな問題が生じる。
【０００７】
この場合、Ｘ線の入射が開始された際の画像データを廃棄すると、その分、Ｘ線画像の品質が低下することになる。Ｘ線の入射が開始された際の画像データを用いるためには、オフ状態となっている他の薄膜トランジスタからの電流分を除去する補正が必要となる。
そこで、放射線の入射開始時を精度良く検出することができ、且つ、画像班の発生を抑制することができる放射線検出器の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１４−５２６１７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−３３０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射開始時を精度良く検出することができ、且つ、画像班の発生を抑制することができる放射線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態に係る放射線検出器は、基板と、前記基板の一方の面に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、前記基板の一方の面に設けられ、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た光電変換素子および薄膜トランジスタと、複数の前記光電変換素子の上に設けられ、放射線を可視光に変換可能なシンチレータと、前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替え可能な制御回路と、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に画像データを読み出し可能な信号検出回路と、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に読み出された画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始時を判定可能な入射放射線検出部と、を備えている。複数の前記光電変換素子は、珪素系の半導体材料を含んでいる。複数の前記薄膜トランジスタは、前記珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｘ線検出器を例示するための模式斜視図である。
【図２】Ｘ線検出器のブロック図である。
【図３】アレイ基板の回路図である。
【図４】半導体材料の特性を例示するためのグラフ図である。
【図５】画像データの読み出しを例示するためのタイミングチャートである。
【図６】Ｘ線検出器における処理過程を例示するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
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。
【００１３】
また、以下に例示をするＸ線検出器１は、放射線画像であるＸ線画像を検出するＸ線平面センサである。また、Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療などに用いることができるが、用途に限定はない。
【００１４】
図１は、Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。  
なお、図１においては、バイアスライン２ｃ３などを省いて描いている。  
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、信号処理部３、画像処理部４、シンチレータ５、入射Ｘ線検出部６、およびメモリ７が設けられている。
【００１５】
アレイ基板２は、シンチレータ５によりＸ線から変換された可視光を電気信号に変換する。  
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、データライン（又はシグナルライン）２ｃ２、バイアスライン２ｃ３、配線パッド２ｄ１、配線パッド２ｄ２、および保護層２ｆなどを有する。  
なお、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３などの数は例示をしたものに限定されるわけではない。
【００１６】
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の一方の面に複数設けられている。光電変換部２ｂは、複数の制御ライン２ｃ１と複数のデータライン２ｃ２とにより画された複数の領域のそれぞれに設けられている。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、Ｘ線画像における１つの画素（pixel）に対応する。
【００１７】
複数の光電変換部２ｂのそれぞれには、光電変換素子２ｂ１と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）２ｂ２とが設けられている。また、図３に示すように、光電変換素子２ｂ１において変換した電荷が供給される蓄積キャパシタ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、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。
【００１８】
光電変換素子２ｂ１が蓄積キャパシタ２ｂ３を兼ねる場合（蓄積キャパシタ２ｂ３が省略される場合）には、電荷の蓄積および放出が行われるのは光電変換素子２ｂ１となる。この場合、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態とすることで光電変換部２ｂから電荷が放出され、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態とすることで光電変換部２ｂに電荷が蓄積される。蓄積キャパシタ２ｂ３が設けられる場合には、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にするとバイアスライン２ｃ３から蓄積キャパシタ２ｂ３に一定の電荷が蓄積され、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にすると蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積されている電荷が放出される。なお、以下においては、一例として、蓄積キャパシタ２ｂ３が設けられる場合を例示する。
【００１９】
光電変換素子２ｂ１は、例えば、可視光を電荷に変換するフォトダイオードなどとすることができる。光電変換素子２ｂ１は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの珪素系の半導体材料を含むものとすることができる。珪素系の半導体材料を含む光電変換素子２ｂ１とすれば、可視光に対する感度（分光感度）が高くなる。そのため、シンチレータ５において発生した可視光を効率よく電荷に変換することができる。
【００２０】
薄膜トランジスタ２ｂ２は、蓄積キャパシタ２ｂ３への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、ゲート電極２ｂ２ａ、ドレイン電極２ｂ２ｂ及びソース電極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と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｂは、対応するデータライン２ｃ２と電気的に接続することができる。
【００２１】
すなわち、薄膜トランジスタ２ｂ２は、対応する制御ライン２ｃ１と対応するデータライン２ｃ２とに電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｃは、対応する光電変換素子２ｂ１と蓄積キャパシタ２ｂ３とに電気的に接続することができる。また、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、対応するバイアスライン２ｃ３と電気的に接続することができる（図３を参照）。
【００２２】
ここで、一般的には、薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの珪素系の半導体材料を含んでいる。珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタに、シンチレータ５において発生した光が入射すると、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっていてもドレイン電極２ｂ２ｂとソース電極２ｂ２ｃとの間に電流が流れる。すなわち、リーク電流が発生する。リーク電流が発生すると、Ｘ線画像に画像班が発生するおそれがある。
なお、画像班の発生に関する詳細は後述する。
【００２３】
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ２ｂ２は、珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含むものとされている。薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料は、シンチレータ５において発生した可視光を透過可能とすることができる。薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料は、例えば、Ｉｎ（インジウム）−Ｇａ（ガリウム）−Ｚｎ（亜鉛）−Ｏ（酸素）系の半導体材料とすることができる。この様な半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２とすれば、シンチレータ５において発生した可視光が薄膜トランジスタ２ｂ２に入射したとしてもリーク電流が発生するのを抑制することができる。  
なお、画像班の発生の抑制と、薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料との関係に関する詳細は後述する。
【００２４】
制御ライン２ｃ１は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けられている。制御ライン２ｃ１は、例えば、行方向（第１の方向の一例に相当する）に延びている。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３に設けられた制御回路３１とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２５】
データライン２ｃ２は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けられている。データライン２ｃ２は、例えば、行方向に交差する列方向（第２の方向の一例に相当する）に延びている。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に設けられた複数の配線の他端は、信号処理部３に設けられた信号検出回路３２とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２６】
図３に示すように、バイアスライン２ｃ３は、データライン２ｃ２とデータライン２ｃ２との間に、データライン２ｃ２と平行に設けられている。バイアスライン２ｃ３には、図示しないバイアス電源が電気的に接続されている。図示しないバイアス電源は、例えば、信号処理部３などに設けることができる。なお、バイアスライン２ｃ３は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。バイアスライン２ｃ３が設けられない場合には、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、バイアスライン２ｃ３に代えてグランドに電気的に接続される。
【００２７】
制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３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。
【００２８】
保護層２ｆは、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３を覆っている。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。
【００２９】
信号処理部３は、アレイ基板２の、シンチレータ５側とは反対側に設けられている。  
信号処理部３には、制御回路３１と、信号検出回路３２とが設けられている。  
制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２のオン状態とオフ状態を切り替える。
図２に示すように、制御回路３１は、複数のゲートドライバ３１ａと行選択回路３１ｂとを有する。
【００３０】
行選択回路３１ｂには、画像処理部４などから制御信号Ｓ１が入力される。行選択回路３１ｂは、Ｘ線画像のスキャン方向に従って、対応するゲートドライバ３１ａに制御信号Ｓ１を入力する。ゲートドライバ３１ａは、対応する制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を入力する。
【００３１】
例えば、制御回路３１は、フレキシブルプリント基板２ｅ１を介して、制御信号Ｓ１を各制御ライン２ｃ１毎に順次入力する。制御ライン２ｃ１に入力された制御信号Ｓ１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となり、光電変換部２ｂ（蓄積キャパシタ２ｂ３）からの電荷（画像データＳ２）が受信できるようになる。
【００３２】
信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、光電変換部２ｂ（蓄積キャパシタ２ｂ３）から電荷（画像データＳ２）を読み出す。また、信号検出回路３２は、読み出された画像データＳ２（アナログ信号）を順次デジタル信号に変換する。また、入射放射線検出部６が、Ｘ線の入射が開始されたと判定した場合には、信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に画像データＳ２をさらに読み出すことができる。
【００３３】
メモリ７は、信号検出回路３２と画像処理部４との間に電気的に接続されている。メモリ７は、デジタル信号に変換された画像データＳ２を一時的に保存する。  
画像処理部４は、メモリ７に保存されている画像データＳ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。画像処理部４、メモリ７および入射Ｘ線検出部６は、信号処理部３と一体化されていてもよい。
【００３４】
シンチレータ５は、複数の光電変換素子２ｂ１の上に設けられ、入射するＸ線を可視光に変換する。シンチレータ５は、基板２ａ上の複数の光電変換部２ｂが設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けることができる。なお、可視光は、ピーク波長が３６０ｎｍ以上、８３０ｎｍ以下の範囲にある光とすることができる。この場合、珪素系の半導体材料を含む光電変換素子２ｂ１を用いる場合には、シンチレータ５において緑色の光（例えば、ピーク波長が４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の光）が発生するようにすることが好ましい。緑色の光が、珪素系の半導体材料を含む光電変換素子２ｂ１に入射すれば、入射した光を効率よく電荷に変換することができる。
【００３５】
シンチレータ５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５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５が形成される。
【００３６】
また、シンチレータ５は、例えば、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）などを用いて形成することもできる。この場合、複数の光電変換部２ｂごとに四角柱状のシンチレータ５が設けられるように、マトリクス状の溝部を形成することができる。溝部には、大気（空気）、あるいは酸化防止用の窒素ガスなどの不活性ガスが満たされるようにすることができる。また、溝部が真空状態となるようにしてもよい。
【００３７】
前述したように、珪素系の半導体材料を含む光電変換素子２ｂ１を用いる場合には、シンチレータ５において緑色の光が発生するようにすることが好ましい。この場合、ＣｓＩ：Ｔｌを主成分として含むシンチレータ５とすれば、Ｘ線がシンチレータ５に入射した際に、ピーク波長が５５０ｎｍ程度の光を発生させることができる。
【００３８】
また、所望の蛍光材料を所定の賦活剤で賦活すれば、Ｘ線がシンチレータ５に入射した際に緑色の光を発生させることができる。例えば、所望の蛍光材料をテルビウムイオン（Ｔｂ３＋）で賦活すれば、Ｘ線がシンチレータ５に入射した際に緑色の光を発生させることができる。この場合、テルビウムイオンで賦活することができる蛍光材料は、例えば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、ＧｄＰＯ４、ＬａＰＯ４、ＹＰＯ４、ＧｄＯＣｌ、  ＬａＯＣｌ、ＹＯＣｌ、ＧｄＯＢｒ、ＬａＯＢｒ、ＹＯＢｒなどとすることができる。
【００３９】
その他、Ｘ線検出器１には、反射層を設けることができる。反射層は、シンチレータ５において発生した可視光のうち、光電変換部２ｂが設けられた側とは反対側に向かう可視光を反射させて、光電変換部２ｂに向かうようにする。反射層は、シンチレータ５の表面側（Ｘ線の入射面側）を覆うように設けることができる。反射層を設ければ、シンチレータ５において発生した可視光の利用効率を向上させることができ、ひいては感度特性を改善させることができる。  
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ５の特性と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５と反射層を覆う防湿体を設けることができる。
【００４０】
ここで、Ｘ線検出器１は、以下のようにしてＸ線画像を構成することができる。  
まず、制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にする。薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となることで、バイアスライン２ｃ３を介して一定の電荷が蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積される。次に、Ｘ線が照射されると、シンチレータ５によりＸ線が可視光に変換される。シンチレータ５において発生した可視光が光電変換素子２ｂ１に入射すると、光電効果によって電荷（電子およびホール）が発生し、発生した電荷と、蓄積されている電荷（異種電荷）とが結合して蓄積されている電荷が減少する。
【００４１】
次に、制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２を順次オン状態にする。信号検出回路３２は、サンプリング信号に従って各蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積されている電荷（画像データＳ２）をデータライン２ｃ２を介して読み出す。そして、信号検出回路３２は、読み出された画像データＳ２（アナログ信号）を順次デジタル信号に変換する。
【００４２】
メモリ７は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に得られたデータを画像データＳ２として一時的に保存する。  
画像処理部４は、メモリ７に保存されている画像データＳ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。Ｘ線画像のデータは、画像処理部４から外部の機器などに向けて出力される。
【００４３】
ここで、一般的なＸ線検出器においては、以下のようにして撮影動作を開始する。まず、Ｘ線源などの外部機器からの信号により、Ｘ線がＸ線検出器に入射したのを認識する。次に、予め定められた時間の経過後に、読み出しを行う光電変換部２ｂの薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして、蓄積された電荷を読み出す。
【００４４】
すなわち、一般的なＸ線検出器の場合には、Ｘ線が実際にＸ線検出器に入射したのを検出しているわけではない。そのため、外部機器からの信号が入力された時点と、読み出し動作を開始する時点との間に所定の時間を設ける必要がある。その結果、タイムラグなどが生じ、処理時間が長くなる。
【００４５】
また、半導体素子である薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線が照射されると、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっていてもドレイン電極２ｂ２ｂとソース電極２ｂ２ｃとの間に電流が流れる。また、薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｂはデータライン２ｃ２と電気的に接続されている。そのため、Ｘ線が照射された時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値と、Ｘ線が照射されていない時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値との差に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出することができる。Ｘ線の入射開始時を直接検出することができれば、タイムラグなどが生じることがないので、処理時間が長くなるのを抑制することができる。
【００４６】
ところが、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値は極めて小さくなる。またさらに、人体に対して大量のＸ線照射を行うと健康への悪影響があるため、人体へのＸ線照射量は必要最低限に抑えられる。そのため、医療に用いられるＸ線検出器の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなり、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値がさらに小さくなる。
【００４７】
その結果、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値に基づいてＸ線の入射開始時を検出すると、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが困難となるおそれがある。
【００４８】
そこで、本実施の形態に係るＸ線検出器１には、以下のような入射Ｘ線検出部６が設けられている。  
入射Ｘ線検出部６は、信号検出回路３２と電気的に接続されている。入射Ｘ線検出部６は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、当該薄膜トランジスタ２ｂ２が電気的に接続されたデータライン２ｃ２に流れる電流の値に基づいてＸ線の入射開始時を判定する。すなわち、入射Ｘ線検出部６は、薄膜トランジスタがオン状態の時に読み出された画像データＳ２の値に基づいてＸ線の入射開始時を判定する。例えば、入射Ｘ線検出部６は、オン状態となっている薄膜トランジスタ２ｂ２が接続されたデータライン２ｃ２に流れる電流を検出し、検出された電流の値が所定の閾値を超えた場合には、Ｘ線が入射したと判定することができる。所定の閾値は、Ｘ線が照射された時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値と、Ｘ線が照射されていない時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値との差に基づいて予め設定することができる。
【００４９】
薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となっていれば、オフ状態の場合と比べて電気抵抗を小さくすることができるので、データライン２ｃ２に流れる電流の値が大きくなる。そのため、Ｘ線の入射開始時を検出するのが容易となる。前述したように、医療に用いられるＸ線検出器１の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなる。しかしながら、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時にＸ線の入射開始時を検出すれば、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが可能となる。
【００５０】
ここで、前述したように、一般的には、薄膜トランジスタ２ｂ２は、アモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料を含むものとされる。ところが、珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２に、シンチレータ５において発生した可視光が入射すると、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっていても、ドレイン電極２ｂ２ｂとソース電極２ｂ２ｃとの間に電流が流れる。すなわち、リーク電流が発生する。
【００５１】
そのため、Ｘ線の入射が開始された際には、オン状態となっている薄膜トランジスタ２ｂ２が接続されたデータライン２ｃ２に、オフ状態となっている他の薄膜トランジスタ２ｂ２からの電流が流れることになる。そのため、Ｘ線の入射が開始された際に得られた画像データＳ２を用いてＸ線画像を構成すると、画像班が発生するという新たな問題が生じる。
【００５２】
この場合、Ｘ線の照射が終了した後にオン状態とされた薄膜トランジスタ２ｂ２が接続されたデータライン２ｃ２には、他の薄膜トランジスタ２ｂ２からのリーク電流が流れない。そのため、Ｘ線の入射が開始された際の画像データＳ２を廃棄し、Ｘ線の照射が終了した後の画像データＳ２のみを用いてＸ線画像を構成すれば画像班を抑制することができる。しかしながら、この様にすると、Ｘ線の入射が開始された際の画像データＳ２が失われるので、その分、Ｘ線画像の品質が低下することになる。
【００５３】
一方、リーク電流の発生を抑制することができれば、Ｘ線の入射が開始された際の画像データＳ２を用いてＸ線画像を構成しても画像班が発生するのを抑制することができる。また、Ｘ線の入射が開始された際の画像データＳ２を用いることができるので、Ｘ線画像の品質が低下するのを抑制することができる。リーク電流の発生を抑制するためには、珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２とすればよい。
【００５４】
図４は、半導体材料の特性を例示するためのグラフ図である。  
図４中の「Ａ」は、珪素系の半導体材料の光エネルギーに対する光吸収係数である。  
「Ｂ」は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料の光エネルギーに対する光吸収係数である。  
「Ｃ」は、ＣｓＩ：Ｔｌを主成分として含むシンチレータ５において発生した可視光の発光スペクトルである。この場合、シンチレータ５において発生した可視光は緑色の光であり、「Ｃ」におけるピーク波長は５５０ｎｍ程度である。  
「Ｅ１」は、珪素系の半導体材料のエネルギーバンドギャップである。「Ｅ１」は１．７ｅＶ程度である。  
「Ｅ２」は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料のエネルギーバンドギャップである。「Ｅ２」は、３．２ｅＶ程度である。  
「Ｅ３」は、ピーク波長（５５０ｎｍ程度）に対応する結合エネルギー（２．２５ｅＶ程度）である。この場合、発光バンド幅は１．７ｅＶ程度以上、３．５ｅＶ程度以下である。
【００５５】
一般的に、光吸収係数は、エネルギーバンドギャップ以上の領域において増加が著しくなる。  
前述したように、光電変換素子２ｂ１には、珪素系の半導体材料が含まれている。図４から分かるように、緑色の光の発光スペクトルである「Ｃ」は、珪素系の半導体材料のエネルギーバンドギャップである「Ｅ１」以上の領域（光吸収係数の増加が顕著な領域）に位置している。そのため、シンチレータ５において緑色の光を発生させれば、光電変換素子２ｂ１において光を効率よく電荷に変換することができる。この場合、シンチレータ５において発生した可視光の大部分は、光電変換素子２ｂ１に吸収されるが、一部は薄膜トランジスタ２ｂ２に到達する。
【００５６】
一方、緑色の光の発光スペクトルである「Ｃ」は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料のエネルギーバンドギャップである「Ｅ２」以下の領域（光吸収係数の増加が少ない領域）に位置している。そのため、シンチレータ５において緑色の光が発生しても、薄膜トランジスタ２ｂ２において光が吸収されるのが抑制される。そのため、リーク電流を抑制することができ、ひいては画像班が発生するのを抑制することができる。
【００５７】
この場合、「Ｅ１」と「Ｅ２」の差が大きくなれば、シンチレータ５において発生した可視光が光電変換素子２ｂ１により効率よく吸収され、且つ、可視光が薄膜トランジスタ２ｂ２により吸収されるのを抑制することが容易となる。本発明者の得た知見によれば、「Ｅ１」と「Ｅ２」の差は、１ｅＶ以上とすることが好ましい。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料を用いる場合には、「Ｅ１」と「Ｅ２」の差が１．５ｅＶ程度となる。「Ｅ１」と「Ｅ２」の差が１ｅＶ以上となっていれば、ＣｓＩ：Ｔｌを主成分として含むシンチレータ５において発生した可視光が薄膜トランジスタ２ｂ２に入射したとしても画像班はほとんど発生しない。
【００５８】
なお、シンチレータ５が、テルビウムイオンで賦活された蛍光材料を含む場合も同様である。テルビウムイオンで賦活された蛍光材料は、ＣｓＩ：Ｔｌと同様に、ピーク波長が５４５ｎｍ程度、ピーク波長に対応する結合エネルギーが２．２ｅＶ程度の可視光を発生させることができるからである。テルビウムイオンで賦活された蛍光材料は、例えば、
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、ＧｄＰＯ４、ＬａＰＯ４、ＹＰＯ４、
ＧｄＯＣｌ、ＬａＯＣｌ、ＹＯＣｌ、ＧｄＯＢｒ、ＬａＯＢｒ、ＹＯＢｒなどとすることができる。
【００５９】
また、光電変換素子２ｂ１に含まれる半導体材料の光吸収係数（例えば、図４中の「Ａ」）が大きくなれば、光電変換素子２ｂ１における変換効率を向上させることが容易となる。薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料の光吸収係数（例えば、図４中の「Ｂ」）が小さくなれば、薄膜トランジスタ２ｂ２におけるリーク電流の発生を抑制するのが容易となる。そのため、光電変換素子２ｂ１に含まれる半導体材料の光吸収係数と、薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料の光吸収係数との差が大きくなるようにすることが好ましい。
【００６０】
すなわち、薄膜トランジスタ２ｂ２は、珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含むものとすることが好ましい。薄膜トランジスタ２ｂ２は、例えば、シンチレータ５において発生した可視光を透過可能な半導体材料を含むものとすることが好ましい。
【００６１】
本発明者の得た知見によれば、シンチレータ５において発生した可視光のピーク波長に対応する結合エネルギー（例えば、図４中の「Ｅ３」）において、薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料の光吸収係数が、光電変換素子２ｂ１に含まれる半導体材料の光吸収係数の１／１０以下となれば、リーク電流の発生を抑制するのがさらに容易となる。例えば、光吸収係数が１／１０となれば、発生するリーク電流の値が１／１０程度となると考えられる。  
この場合、光電変換素子２ｂ１がアモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料を含むものであれば、薄膜トランジスタ２ｂ２は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料を含むものとすることができる。
【００６２】
ここで、画像班の発生の抑制と、薄膜トランジスタ２ｂ２に含まれる半導体材料との関係についてさらに説明する。  
前述したように、アモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして制御ライン２ｃ１を順次スキャンし、得られた画像データＳ２からＸ線の入射を判定するようにすると、画像斑が発生する。画像斑が発生する主な原因は、以下のように考えることができる。
【００６３】
１つのデータライン２ｃ２には複数の薄膜トランジスタ２ｂ２が電気的に接続されている。制御ライン２ｃ１をスキャンして所望の制御ライン２ｃ１に電気的に接続された薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態とした場合、それ以外の制御ライン２ｃ１に電気的に接続された薄膜トランジスタ２ｂ２はＯＦＦ状態となっている。薄膜トランジスタ２ｂ２がＯＦＦ状態となっていれば、ソース電極２ｂ２ｃとドレイン電極２ｂ２ｂとの間には電流が流れない。ところが、シンチレータ５において発生した可視光が、珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２に照射されると、ソース電極２ｂ２ｃとドレイン電極２ｂ２ｂとの間の抵抗値が下がる。この抵抗値が下がると、蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積されている電荷の一部がデータライン２ｃ２に放出されて、データライン２ｃ２に流れるリーク電流ΔＩ（図５を参照）となる。一般的なＸ線検出器のデータライン２ｃ２の数は５００ライン以上あるが、多くの薄膜トランジスタ２ｂ２はＯＦＦ状態となっている。そのため、ＯＦＦ状態となっている複数の薄膜トランジスタ２ｂ２においてリーク電流ΔＩが発生するおそれがある。
【００６４】
本発明者の得た知見によれば、画像班は、リーク電流ΔＩと、信号検出回路３２における積分時間ΔＴとの積に比例して増加することが判明した。  
前述したように、アモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料のエネルギーバンドギャップＥ１は１．７ｅＶ程度である。エネルギーバンドギャップ以上のエネルギーを有する光は当該材料に吸収されやすくなるため、珪素系の半導体材料を主成分として含む薄膜トランジスタ２ｂ２においては可視光領域での光吸収係数が高くなる（図４を参照）。そのため、リーク電流ΔＩが発生しやすくなるので画像班が発生しやすくなる。
【００６５】
一方、前述したように、珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２とすれば、リーク電流ΔＩが発生し難くなるので画像班が発生し難くなる。
【００６６】
以上はリーク電流ΔＩを抑制する場合であるが、積分時間ΔＴが短くなれば画像班の発生をさらに抑制することができる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料の電子移動度は、珪素系の半導体材料の電子移動度の２０倍〜５０倍程度である。そのため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２とすれば、オン抵抗を下げるのが容易となるので、光電変換素子２ｂ１の容量と、薄膜トランジスタ２ｂ２のオン抵抗との積で表されるＣＲ時定数を一桁ほど小さくすることができる。その結果、薄膜トランジスタ２ｂ２のオン時間を短くしても画像データ信号Ｓ２を読み取るのが可能となる。そのため、信号検出回路３２における積分時間ΔＴを短くすることができる。  
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料を含む薄膜トランジスタ２ｂ２とすれば、珪素系の半導体材料を含む薄膜トランジスタに比べて、リーク電流ΔＩと積分時間ΔＴとの積を一桁以上小さくすることができる。その結果、画像班の発生が大幅に抑制される。
【００６７】
以上に説明したように、本実施の形態に係るＸ線検出器１とすれば、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時にＸ線の入射開始時を検出することができるので、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することができる。  
また、Ｘ線の入射が開始された際に、オフ状態にある薄膜トランジスタ２ｂ２にシンチレータ５において発生した可視光が入射したとしてもリーク電流が発生するのを抑制することができる。そのため、画像班の発生を抑制することができる。  
また、Ｘ線の入射が開始された際の画像データＳ２を用いることができるので、Ｘ線画像の品質が低下するのを抑制することができる。  
また、薄膜トランジスタ２ｂ２がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体材料を含むものであれば、スイッチング速度を速くすることができる。そのため、信号検出回路３２における積分時間ΔＴを短くすることができるので、画像班の発生をさらに抑制することができる。
【００６８】
図５は、画像データＳ２の読み出しを例示するためのタイミングチャートである。  
図５は、ｎ本の制御ライン２ｃ１と、ｍ本のデータライン２ｃ２が設けられた場合である。  
まず、図５に示すように、Ｘ線検出器１の外部に設けられたＸ線源からＸ線が照射される。Ｘ線の照射は所定の時間経過後に停止される。薄膜トランジスタ２ｂ２がアモルファスシリコンなどの珪素系の半導体材料を含むものであれば、図５に示すように、Ｘ線が照射されている間にリーク電流が発生する。本実施の形態に係る薄膜トランジスタ２ｂ２は、珪素系の半導体材料の光吸収係数よりも低い光吸収係数を有する半導体材料を含んでいるので、リーク電流の発生を抑制することができる。
【００６９】
Ｘ線検出器１においては、画像処理部４などから信号検出回路３２にサンプリング信号２１が入力される。図５に示すように、サンプリング信号２１がオンとなることで、信号検出回路３２は、データライン（１）〜データライン（ｍ）に対するサンプリングを開始する。サンプリング信号２１は所定の期間経過後にオフとなる。
【００７０】
一方、サンプリング信号２１がオンとなっている間に、画像処理部４などから制御回路３１を介して制御ライン（１）に制御信号Ｓ１を入力する。制御信号Ｓ１がオンとなることで、制御ライン（１）に電気的に接続された薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となる。制御信号Ｓ１は所定の期間経過後にオフとなる。
【００７１】
信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時にデータライン（１）〜データライン（ｍ）からの画像データＳ２を順次読み出す。  
また、入射Ｘ線検出部６は、サンプリング信号２１がオンの時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値に基づいてＸ線の入射開始時を判定する。  
次に、以上の手順を制御ライン（２）〜制御ライン（ｎ）に対して行う。
【００７２】
以上の様にして得られたデータは、メモリ７に保存される。薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に得られたデータは、ｎ行ｍ列の画像データＳ２となる。また、画像データＳ２をメモリ７に保存する際には、画像インデックスを付与することができる。図５に例示をしたものの場合には、画像データＳ２に画像インデックスＴＦＴｏｎ１を付与している。この場合、画像インデックスＴＦＴｏｎ１は、最初に取得された画像データＳ２であることを表している。画像インデックスは、制御ライン（１）〜制御ライン（ｎ）に関する画像データＳ２に対してそれぞれ付与することができる。
【００７３】
図６は、Ｘ線検出器１における処理過程を例示するためのフローチャートである。  
図６に示すように、読み出し工程２８においては、制御ライン２ｃ１をスキャンし、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして画像データＳ２を読み出す。薄膜トランジスタ２ｂ２をＯＦＦ状態にして電荷を再充電する。  
制御ライン２ｃ１毎の画像データＳ２に画像インデックスを付けてメモリ７に保存する。
【００７４】
次に、メモリ７に保存されている画像データＳ２をもとに、Ｘ線の入射を判定する。  
例えば、予め定められた閾値を超えた画像数をカウントし、閾値を超えた画像数が予め定められたカウント数に達した場合にはＸ線が入射したと判定することができる。  
以上においては、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にした際の画像データＳ２を用いてＸ線の入射判定を行っているが、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして画像データＳ２を読み出し、電荷を再充電する処理過程における積分期間の信号をＸ線の入射判定に用いてもよい。この様にすると、より早い段階でＸ線の入射を知ることができる。
【００７５】
Ｘ線が入射していないと判定された場合には、画像インデックスを更新し、制御ライン２ｃ１のスキャンをリセットする。すなわち、制御ライン（１）からスキャンを開始し、上記の手順を繰り返す。  
Ｘ線が入射したと判定された場合には、次の周期の制御ライン２ｃ１のスキャンが終了するのを待ち、画像データＳ２がメモリ７に保存された段階で、メモリ７への保存を中断する。メモリ７への保存を中断することで、既に保存されている画像データＳ２が上書きされないようにすることができる。
【００７６】
続いて、Ｘ線が入射したと判定された周期において付与された画像インデックスに基づいて、Ｘ線の入射後の画像データＳ２を抽出し、画像処理部４によりＸ線画像を構成する。
【００７７】
ここで、画像データ信号Ｓ２には、前述したリーク電流以外のノイズ成分が含まれている場合がある。例えば、複数の光電変換部２ｂごとに異なるオフセット成分があるため、このオフセット成分と、このオフセット成分に起因する信号検出回路３２（積分アンプ）における画像ノイズと、を除去するオフセット補正が必要となる場合がある。また、複数の光電変換部２ｂごとに異なる光検出効率、信号検出回路３２に設けられた複数の積分アンプごとに異なる積分率、シンチレータ５における変換効率のばらつきなどに関するゲイン補正が必要となる場合がある。そのため、必要に応じてＸ線画像を補正（例えば、オフセット補正やゲイン補正）することもできる。なお、オフセット補正やゲイン補正には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。
【００７８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  Ｘ線検出器、２  アレイ基板、２ａ  基板、２ｂ  光電変換部、２ｂ１  光電変換素子、２ｂ２  薄膜トランジスタ、２ｂ３  蓄積キャパシタ、２ｃ１  制御ライン、２ｃ２  データライン、３  信号処理部、４  画像処理部、５  シンチレータ、６  入射Ｘ線検出部、７  メモリ
【図１】
2020068358.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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