(57)【要約】【課題】位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得ることができるＸ線検出素子を提供する。【解決手段】基板１の表面及び裏面に、照射されたＸ線に応じた電荷を発生するＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを設けて、Ｘ線の照射方向に対して各画素２０毎にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び裏面に開口し且つ内部に導電体が形成されたスルーホールが穿設された絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の表面及び裏面の各々に設けられ、照射された放射線に応じた電荷を発生する放射線検出部と、
前記絶縁性基板の表面及び裏面の一方の面に設けられ、当該一方の面に設けられた放射線検出部に接続され、当該放射線検出部に発生した電荷を読み出すための第１スイッチング素子と、
前記絶縁性基板の前記一方の面に設けられ、前記スルーホールの前記導電体を介して他方の面に設けられた放射線検出部に接続され、当該放射線検出部に発生した電荷を読み出すための第２スイッチング素子と、
を備えた放射線検出素子。
【請求項２】
前記スルーホール、前記放射線検出部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を、放射線画像の画素に対応して放射線を検出する画素領域毎に設けた
請求項１記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記一方の面に設けられた前記放射線検出部、及び前記第１スイッチング素子を、放射線画像の画素に対応して放射線を検出する画素領域毎に設け、
前記他方の面に設けられた前記放射線検出部、前記スルーホール、及び前記第２スイッチング素子を、複数の前記画素領域毎に設けた
請求項１記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記スルーホールを、前記他方の面に設けられた前記放射線検出部と重なる位置に配置した
請求項１〜請求項３記載の放射線検出素子。
【請求項５】
前記放射線検出部は、放射線が照射される照射側よりも非照射側の方が高エネルギーの放射線に対して感度が高い
請求項１〜請求項４の何れか１項記載の放射線検出素子。
【請求項６】
放射線が照射される照射側の放射線検出部は、放射線が照射されると電荷を発生する半導体層を含んで構成され、
非照射側の前記放射線検出部は、放射線が照射されると光を発生する波長変換部と、前記波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部と、を含んで構成された
請求項１〜請求項５の何れか１項記載の放射線検出素子。
【請求項７】
非照射側の前記放射線検出部は、前記照射側に低エネルギの放射線を吸収するフィルタを有する
請求項１〜請求項６の何れか１項記載の放射線検出素子。
【請求項８】
前記照射側の放射線検出部は、前記フィルタを兼ねる
請求項７記載の放射線検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子に係り、特に、照射された放射線により示される画像を検出する放射線検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴ（Thin film transistor）アクティブマトリックス基板上にＸ線感応層を配置し、Ｘ線情報を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（flat panel detector）等のＸ線検出素子が実用化されている。このＸ線検出素子は、従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。
【０００３】
この種のＸ線検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、Ｘ線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、Ｘ線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータ（波長変換部）で光に変換し、変換した光をフォトダイオードなどのセンサ部で電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。
【０００４】
ところで、放射線画像の撮影において、被写体の同一の部位を異なる管電圧で撮影し、各管電圧での撮影によって得られた放射線画像に重みを付けて差分を演算する画像処理（以下、「サブトラクション画像処理」と呼ぶ）を行うことで、画像中の骨部等の硬部組織に相当する画像部、及び軟部組織に相当する画像部の一方を強調して他方を除去した放射線画像（以下、「エネルギーサブトラクション画像」と呼ぶ）を得る技術が知られている。例えば、胸部の軟部組織に相当するエネルギーサブトラクション画像を用いると、肋骨で隠れていた病変を見ることが可能になり、診断性能を向上させることができる。
【０００５】
アナログＸ線フィルムあるいはイメージングプレートでは、エネルギーサブトラクション画像を得ようとした場合、Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートを２枚重ねてＸ線を１回照射し、各Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートから各々得られる２つの放射線画像にサブトラクション画像処理を行うことでエネルギーサブトラクション画像を得ることができる。
【０００６】
一方、Ｘ線検出素子では、エネルギーサブトラクション画像を得ようとした場合、１枚のＸ線検出素子に対して異なるエネルギーのＸ線を２回連続的に照射して２つの放射線画像を得る撮影方法と、Ｘ線フィルムあるいはイメージングプレートと同様に２枚のＸ線検出素子を重ねてＸ線を１回照射することにより、２つの放射線画像を得る方法が提案されている。
【０００７】
前者の撮影方法は、Ｘ線の照射が２回になることにより、被写体の被曝量が増加し、また、２回の照射の間の画像ズレという原理的なデメリットがある。
【０００８】
これに対し、後者の撮影方法は、Ｘ線検出素子製造時の寸法誤差や振動・膨張による２枚のＸ線検出素子のズレによる画質低下や、Ｘ線源からＸ線が放射状に照射されるため、２枚のＸ線検出素子を重ねた場合に各Ｘ線検出素子から得られる各放射線画像の画素サイズが異なるといったデメリットがあり、また、１枚のＸ線検出素子に比べてコストが上昇するといったデメリットがある。
【０００９】
そこで、本出願人は、特許文献１に、放射線個体検出層を複数枚積層させて各放射線個体検出層から得られる各放射線画像にサブトラクション画像処理を行うことでエネルギーサブトラクション画像を得る場合に、各放射線画像の画素サイズが同一となるように画素サイズの補正を行う技術を開示した。
【特許文献１】特開２０００−２９８１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、１回のＸ線の照射で異なるエネルギーのＸ線による放射線画像を得る場合に、各放射線画像に位置ズレが無い方が好ましい。
【００１１】
なお、上記では、Ｘ線検出素子がＸ線を検出対象としているため、Ｘ線の場合について記載したが、検出対象がガンマ線線や中性子線等の放射線による放射線画像を得る場合にも共通する課題である。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑み、位置ズレを生じることなく１回のＸ線の照射で異なるエネルギーの放射線による放射線画像を得ることができる放射線検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の放射線検出素子は、表面及び裏面に開口し且つ内部に導電体が形成されたスルーホールが穿設された絶縁性基板と、前記絶縁性基板の表面及び裏面の各々に設けられ、照射された放射線に応じた電荷を発生する放射線検出部と、前記絶縁性基板の表面及び裏面の一方の面に設けられ、当該一方の面に設けられた放射線検出部に接続され、当該放射線検出部に発生した電荷を読み出すための第１スイッチング素子と、前記絶縁性基板の前記一方の面に設けられ、前記スルーホールの前記導電体を介して他方の面に設けられた放射線検出部に接続され、当該放射線検出部に発生した電荷を読み出すための第２スイッチング素子と、を備を備えている。
【００１４】
本発明の放射線検出素子は、表面及び裏面に開口し且つ内部に導電体が形成されたスルーホールが穿設された絶縁性基板の表面及び裏面の各々に放射線検出部が設けられ、放射線検出部に照射された放射線に応じた電荷を発生する。
【００１５】
また、本発明の放射線検出素子は、絶縁性基板の表面及び裏面の一方の面に第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子が設けられ、第１スイッチング素子が当該一方の面に設けられた放射線検出部に接続され、第２スイッチング素子がスルーホールの導電体を介して他方の面に設けられた放射線検出部に接続されており、第１スイッチング素子により一方の面に設けられた放射線検出部に発生した電荷が読み出され、第２スイッチング素子により他方の面に設けられた放射線検出部に発生した電荷が読み出される。
【００１６】
このように、本発明によれば、絶縁性基板の表面及び裏面の各々に、照射された放射線に応じた電荷を発生する放射線検出部を設けて、放射線の照射方向に対して放射線検出部を積層配置しているので、位置ズレを生じることなく１回の放射線の照射で異なるエネルギーの放射線による放射線画像を得ることができる。
【００１７】
なお、請求項１記載の発明は、請求項２に記載の発明のように、前記スルーホール、前記放射線検出部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を、放射線画像の画素に対応して放射線を検出する画素領域毎に設けてもよい。
【００１８】
また、請求項１記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記一方の面に設けられた前記放射線検出部、及び前記第１スイッチング素子を、放射線画像の画素に対応して放射線を検出する画素領域毎に設け、前記他方の面に設けられた前記放射線検出部、前記スルーホール、及び前記第２スイッチング素子を、複数の前記画素領域毎に設けてもよい。
【００１９】
また、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記スルーホールを、前記他方の面に設けられた前記放射線検出部と重なる位置に配置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記放射線検出部は、放射線が照射される照射側よりも非照射側の方が高エネルギーの放射線に対して感度が高いことが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、放射線が照射される照射側の放射線検出部が、放射線が照射されると電荷を発生する半導体層を含んで構成され、非照射側の前記放射線検出部が、放射線が照射されると光を発生する波長変換部と、前記波長変換部で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部と、を含んで構成されてもよい。
【００２２】
また、本発明は、請求項７に記載の発明のように、非照射側の前記放射線検出部が、前記照射側に低エネルギの放射線を吸収するフィルタを有してもよい。
【００２３】
また、請求項７記載の発明は、請求項８に記載の発明のように、前記照射側の放射線検出部が、前記フィルタを兼ねてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の放射線検出素子は、絶縁性基板の表面及び裏面の各々に、照射された放射線に応じた電荷を発生する放射線検出部を設けて、放射線の照射方向に対して放射線検出部を積層配置しているので、位置ズレを生じることなく１回の放射線の照射で異なるエネルギーの放射線による放射線画像を得ることができる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を、Ｘ線などの放射線による放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置１００に適用した場合ついて説明する。
【００２６】
図１には、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。
【００２７】
同図に示すように、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、Ｘ線検出素子１０を備えている。
【００２８】
同図に示すように、Ｘ線検出素子１０は、放射線画像を構成する画素の情報としてＸ線を検出する複数の画素２０が一方向（図１の横方向）及び当該一方向に対する交差方向（図１の縦方向）にマトリクス状に設けられている。
【００２９】
また、Ｘ線検出素子１０は、一方向の各画素列毎に走査配線１０１が並列に設けられ、交差方向の各画素列毎に信号配線３が並列に設けられている。なお、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、交差方向の各画素列毎に２本ずつ信号配線３を設けており、各画素列毎に画素２０の一方側（図１の左側）に信号配線３Ａを設け、画素２０の他方側（図１の右側）に信号配線３Ｂを設けている。
【００３０】
図２には、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０の１つの画素２０の概略的な構成に示した模式図が示されている。
【００３１】
同図に示すように、画素２０には、照射された放射線に応じた電荷を発生する２つのＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂが、基板１の表面及び裏面の各々に設けられている。
【００３２】
また、基板１には、表面及び裏面に開口し且つ内部に導電体が形成されたスルーホール２８が穿設されている。
【００３３】
Ｘ線検出部２２Ａは、Ｘ線を直接電荷に変換して蓄積する直接変換方式のものとされており、Ｘ線が照射されると電荷を発生する半導体層６を有している。
【００３４】
Ｘ線検出部２２Ｂは、Ｘ線を一度光に変換した後に電荷に変換して蓄積する間接変換方式のものとされており、Ｘ線が照射されると光を発生する波長変換部２４と、波長変換部２４で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部２６と、を有している。
【００３５】
また、画素２０は、Ｘ線検出部２２Ａに発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４Ａと、Ｘ線検出部２２Ｂに発生した電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４Ｂと、が設けられている。
【００３６】
ＴＦＴスイッチ４Ａは、ソースがＸ線検出部２２Ａに接続され、ドレインが信号配線３Ａに接続され、ゲートが走査配線１０１に接続されている。ＴＦＴスイッチ４Ｂは、スルーホール２８の導電体を介してソースがＸ線検出部２２Ｂに接続され、ドレインが信号配線３Ｂに接続され、ゲートが走査配線１０１に接続されている。
【００３７】
各信号配線３Ａには、当該信号配線３Ａに接続された何れかのＴＦＴスイッチ４ＡがＯＮされることによりＸ線検出部２２Ａに発生して蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れ、各信号配線３Ｂには、当該信号配線３Ｂに接続された何れかのＴＦＴスイッチ４ＢがＯＮされることによりＸ線検出部２２Ｂに発生して蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
【００３８】
各信号配線３Ａ、３Ｂには、各信号配線３Ａ、３Ｂに流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５（図１参照）が接続されており、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢをＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力するスキャン信号制御回路１０４が接続されている。
【００３９】
信号検出回路１０５は、各信号配線３Ａ、３Ｂのそれぞれ毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３Ａ、３Ａより入力される電気信号を各増幅回路により増幅して検出することにより、画像を構成する各画素の情報として、各画素２０の２つのＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂに発生した電荷量を検出する。
【００４０】
この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御回路１０４には、信号検出回路１０５において検出された各画素の情報を各信号配線３Ａによる画像情報と各信号配線３Ｂによる画像情報とに分けて所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御回路１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置１０６が接続されている。なお、各信号配線３Ａ、３Ｂを１つの信号検出回路１０５に接続したが、信号検出回路１０５を２つ設け、信号配線３Ａと信号配線３Ｂを別な信号検出回路１０５に接続するようにしてもよい。これにより、従来の１つの放射線画像を検出するＸ線検出素子に使用される信号検出回路を使用することができる。
【００４１】
次に、図３及び図４を参照して、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０についてより詳細に説明する。なお、図３には、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０の１画素単位の構造を示す平面図が示されており、図４には、図３のＡ−Ａ線断面図が示されている。
【００４２】
図４に示すように、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０は、ポリイミド等の絶縁体を用いたフレキシブルプリント（ＦＰＣ）基板（以下、「基板」という。）１を備えている。この基板１には、表面及び裏面に開口し且つ内部に導電体が形成されたスルーホール２８が画素２０を設ける画素領域毎に穿設されている。また、基板１は、スルーホール２８の表面及び裏面部分にメタルキャップ３１Ａ、３１Ｂが形成されている。メタルキャップ３１Ａとメタルキャップ３１Ｂはスルーホール２８によって電気的に接続されている。基板１にスルーホール２８やメタルキャップ３１Ａ、３１Ｂを形成する技術は、例えば、フジクラ技報  第１０８号（２００５年４月発行）  Ｐ４４〜４７、「市場の要求に応えるＦＰＣの量産技術」に記載されているため、詳細な説明を省略する。
【００４３】
この基板１には、走査配線１０１（図４参照。）、２つのゲート電極２Ａ、２Ｂ、及びコンタクト１４が形成されている。ゲート電極２Ａ、２Ｂはそれぞれ走査配線１０１に接続されている（図４参照。）。コンタクト１４はメタルキャップ３１Ａに接続されている。この走査配線１０１、ゲート電極２Ａ、２Ｂ、及びコンタクト１４が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５は、ゲート電極２Ａ、２Ｂ上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂにおけるゲート絶縁膜として作用する。絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜により形成される。
【００４５】
絶縁膜１５上には、ゲート電極２Ａ、２Ｂに対応する位置に半導体層８が形成されている。半導体層８は、ゲート電極２Ａ、２Ｂ上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂにおける半導体活性層（チャネル部）として作用する。半導体層８は、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
【００４６】
これらの上層には、ソース電極９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂが形成されている。このソース電極９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂが形成された配線層には、ソース電極９Ａ、９Ｂ、及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂとともに、信号配線３Ａ、３Ｂが形成されており、また、コンタクト１４に対応する位置にコンタクト１８が形成されている。ソース電極９Ａは信号配線３Ａに接続され（図４参照。）、ソース電極９Ｂは信号配線３Ｂに接続され、ドレイン電極１３Ｂはコンタクト１８に接続され、コンタクト１８はコンタクト１４に接続されている。ソース電極９Ａ、９Ｂ、ドレイン電極１３Ａ、１３Ｂ、信号配線３Ａ、３Ｂ、及びコンタクト１８が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
このソース電極９Ａ、９Ｂ及びドレイン電極１３Ａ、１３Ｂと半導体活性層８との間にはコンタクト層（不図示）が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。
【００４８】
本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、ゲート電極２Ａ、ゲート絶縁膜１５、ソース電極９Ａ、ドレイン電極１３Ａ、及び半導体層８によりＴＦＴスイッチ４Ａが構成され、ゲート電極２Ｂ、ゲート絶縁膜１５、ソース電極９Ｂ、ドレイン電極１３Ｂ、及び半導体層８によりＴＦＴスイッチ４Ｂが構成されている。なお、ＴＦＴスイッチ４ＡはＸ線検出部２２Ａに発生する電荷の極性によってソース電極９Ａとドレイン電極１３Ａが逆となり、ＴＦＴスイッチ４ＢはＸ線検出部２２Ｂに発生する電荷の極性によってソース電極９Ｂとドレイン電極１３Ｂが逆となる。
【００４９】
第２信号配線層上には、これらを覆い、基板１上の画素２０が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂などの有機材料からなり、膜厚が１〜４μｍ、比誘電率が２〜４である。本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層６の形状が平坦化されるため、半導体層６の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜１２には、ドレイン電極１３Ａと対向する位置にコンタクトホール１６が形成されている。
【００５０】
層間絶縁膜１２上には、各画素２０毎に、各々コンタクトホール１６を埋めつつ、画素領域を覆うように下部電極１１が形成されている。この下部電極１１は、非晶質透明導電酸化膜（ＩＴＯ）からなり、ドレイン電極１３Ａと接続されている。
【００５１】
下部電極１１上の基板１上の画素２０が設けられた画素領域のほぼ全面には、半導体層６が一様に形成されている。この半導体層６は、Ｘ線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものである。つまり、半導体層６は導電性を有し、Ｘ線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、半導体層６は、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。
【００５２】
この半導体層６上には、上部電極７が形成されている。この上部電極７には、不図示のバイアス電源が接続されており、当該バイアス電源から数ｋＶ程度のバイアス電圧が供給されている。
【００５３】
一方、基板１の裏面には、各画素２０毎に、画素領域を覆うように下部電極４２が形成されており、この下部電極４２は、メタルキャップ３１Ｂと接続されている。この下部電極４２は、後述する半導体層４４が１μｍ前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Ａｌ系材料、ＩＴＯ（酸化スズインジウム）など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
【００５４】
一方、半導体層４４の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層４４で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂへの光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、遮光性メタルを主体とする合金、もしくは積層膜とすることが好ましい。
【００５５】
下部電極４２上には、画素領域のほぼ全面にフォトダイオードとして機能する半導体層４４が一様に形成されている。本実施の形態では、半導体層４４として、ＰＩＮ構造のフォトダイオードを採用しており、下層からｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層を順に積層して形成する。なお、本実施の形態では、半導体層４４のほぼ全面に一様に形成しているが、半導体層４４を各画素領域毎に分割して設けてもよい。
【００５６】
この半導体層４４上には、上部電極４６が形成されている。この上部電極４６には、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化亜鉛インジウム）などの光透過性の高い材料を用いている。
【００５７】
上部電極４６には、不図示のバイアス電源に接続されており、当該バイアス電源から数十Ｖ程度のバイアス電圧が供給されている。なお、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性の高い材料は、アルミなどの低抵抗配線材料に比べて抵抗率が５０〜２００倍と非常に大きく、半導体層４４に一律に同じバイアス電圧を印加できない場合がある。このため、上部電極４６上に共通電極配線を配設し、共通電極配線を介して上部電極４６にバイアス電圧を印加するものとしてもよい。
【００５８】
そして、このように形成されたＸ線検出素子１０には、光吸収性の低い接着樹脂等を用いてＧＯＳ等からなるシンチレータ３０が貼り付けられている。
【００５９】
次に、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００の動作原理について説明する。
【００６０】
放射線画像撮影装置１００では、放射線画像の撮影する場合、Ｘ線検出素子１０に被写体を透過したＸ線が照射される。この被写体を透過したＸ線には高エネルギーな成分と低エネルギーな成分が含まれる。
【００６１】
Ｘ線検出素子１０は、各画素２０に、図５に示すように、Ｘ線検出部２２Ａ、２２Ｂが基板１の表面及び裏面の各々に設けており、Ｘ線の照射方向に対して積層されている。このため、低エネルギーなＸ線はＸ線検出部２２Ａで吸収されてＸ線検出部２２Ｂまで到達せず、高エネルギーなＸ線はＸ線検出部２２Ａを透過してＸ線検出部２２Ｂまで到達する。よって、Ｘ線検出部２２Ａは、低エネルギーのＸ線に対して感度を有することとなり、Ｘ線検出部２２Ｂは、高エネルギーのＸ線に対して感度を有こととなる。
【００６２】
Ｘ線検出部２２Ａでは、半導体層６にＸ線が照射されることにより半導体層６内に電荷が発生し、Ｘ線検出部２２Ｂは、Ｘ線がシンチレータ３０で可視光に変換され、変換された可視光が半導体層８に照射されることにより電荷が発生する。なお、Ｘ線検出部２２ＡのようにＸ線を半導体層６で直接電荷に変換する直接変換方式の場合は、半導体層６が厚く、発生した電荷を下部電極１１で十分に蓄積できない場合もある。このため、直接変換方式の場合は、下部電極１１により収集された電荷を蓄積する蓄積容量を設けてもよい。
【００６３】
本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、Ｘ線検出部２２Ａを直接変換方式のものとし、半導体層６にａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）を用いており、Ｘ線検出部２２Ｂを間接変換方式のものとし、シンチレータ３０にＧＯＳを用いている。
【００６４】
図６には、各種材料のＸ線の吸収特性が示されている。
【００６５】
同図に示すように、低エネルギー(＜４０［ＫｅＶ］)のＸ線は、ａ−Ｓｅで多くが吸収される。このため、ＧＯＳもａ−Ｓｅと略同等の吸収率ではあるが、下層にあるシンチレータ３０まで到達するＸ線は少なく、半導体層６を有するＸ線検出部２２Ａで多くが検出される。
【００６６】
一方、高エネルギー放射線（＞５０［ＫｅＶ］)は、ａ−Ｓｅでは吸収が少ない。これに対しＧＯＳは、Ｋエッジが５０［ＫｅＶ］付近にあるため、高エネルギーのＸ線を効率よく吸収できる。
【００６７】
よって、本実施の形態に係るＸ線検出素子１０では、放射線が照射される照射側のＸ線検出部２２Ａよりも非照射側のＸ線検出部２２Ｂの方が高エネルギーのＸ線に対して感度が高い。Ｘ線検出部２２Ａにおける好ましい条件は、撮影に使用するＸ線のエネルギー範囲にＫエッジを持たないことであり、半導体層６を構成する構成元素の原子番号に依存する。
【００６８】
このように、Ｘ線検出部２２Ａは、低エネルギーの放射線画像を撮影するため、低エネルギー部分のＸ線の吸収率μがＸ線検出部２２Ｂと同等以上であることが好ましく、Ｘ線検出部２２Ｂは、高エネルギーの放射線画像を撮影するため、高エネルギー部分のＸ線の吸収率μがＸ線検出部２２Ａよりも高くなっている材料の組合せが理想的である。
【００６９】
本実施の形態では、半導体層６とシンチレータ３０の材料の組合せをａ−ＳｅとＧＯＳとしたが、ａ−ＳｅとＣｓＩ（ヨウ化セシウム）、ａ−ＳｅとＢａ（バリウム）でもよく、他の材料でも組合せが上記のコンセプトを満たせばよりエネルギーの異なるＸ線による放射線画像を得ることができる。
【００７０】
画像読出時には、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのゲート電極２Ａ、２Ｂに走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号が印加される。これにより、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂは順次ＯＮされ、信号配線３Ａには、Ｘ線検出部２２Ａに発生した電荷が電気信号として流れ、信号配線３Ｂには、Ｘ線検出部２２Ｂに発生した電荷が電気信号として流れる。
【００７１】
信号検出回路１０５は、各信号配線３Ａ、３Ｂに流れ出した電気信号に基づいてＸ線検出部２２Ａ及びＸ線検出部２２Ｂに発生した電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。信号処理装置１０６は、信号検出回路１０５において検出された各画素の情報を各信号配線３Ａによる画像情報と各信号配線３Ｂによる画像情報とに分けて所定の処理を施す。これにより、Ｘ線検出素子１０に照射された高エネルギーのＸ線により示される放射線画像を示す画像情報と、低エネルギーのＸ線により示される放射線画像を示す画像情報を得ることができる。
【００７２】
この得られた高エネルギーのＸ線による画像情報と低エネルギーのＸ線による画像情報を用いてサブトラクション画像処理を行うことにより、エネルギーサブトラクション画像を得ることができる。
【００７３】
以上のように、本実施の形態によれば、基板１の表面及び裏面に、照射されたＸ線に応じた電荷を発生するＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを設けて、Ｘ線の照射方向に対して各画素２０毎にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置しているので、Ｘ線検出素子１０によって得られる高エネルギーのＸ線により示される放射線画像と低エネルギーのＸ線により示される放射線画像との間に画素間の位置ズレが発生を生じることなく１回のＸ線の照射で２つのエネルギーの放射線画像を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、Ｘ線検出部２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ画素領域毎に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、一方の面にＸ線検出部２２Ａ、及びＴＦＴスイッチ４Ａを、放射線画像の画素に対応してＸ線を検出する画素領域毎に設け、他方の面に複数の画素領域毎（例えば、２×２画素領域毎）にＸ線検出部２２Ｂ、スルーホール２８、及びＴＦＴスイッチ４Ｂを設けてもよい。エネルギーサブトラクション画像を得る場合、診断画像は高精細な画像であることが好ましいが、診断画像に対して重みを付けて差分を演算する画像は高精細な画像である必要は必ずしもない。このように重みを付けて差分を演算する画像の画素の数を減らすことにより、撮影によって得られた画像データを転送する際の転送時間を短くすることができ、当該画像データの記憶領域も削減することができる。
【００７５】
また、上記実施の形態では、Ｘ線検出部２２Ａを直接変換方式のものとした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｘ線検出部２２Ａを間接変換方式のものとしてもよい。また、Ｘ線検出部２２Ｂを間接変換方式のものとした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｘ線検出部２２Ｂを直接変換方式のものとしてもよい。
【００７６】
図７には、Ｘ線検出部２２Ａを間接変換方式とした場合のＸ線検出素子１０の１つの画素２０の概略的な構成に示した模式図が示されている。図７に示すＸ線検出部２２Ａは、Ｘ線が照射されると光を発生する波長変換部４８及び波長変換部４８で発生した光が照射されることにより電荷が発生するセンサ部４９を有している。
【００７７】
この図７に示すようにＸ線検出部２２Ａを間接変換方式とした場合においても、各画素２０にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置しているので、Ｘ線検出素子１０によって得られる高エネルギーのＸ線により示される放射線画像と低エネルギーのＸ線により示される放射線画像との間に画素間の位置ズレが発生を生じることなく１回のＸ線の照射で２つのエネルギーの放射線画像を得ることができる。
【００７８】
また、図８には、Ｘ線検出部２２Ｂを直接変換方式とした場合のＸ線検出素子１０の１つの画素２０の概略的な構成に示した模式図が示されている。図８に示すＸ線検出部２２Ｂは、Ｘ線検出部２２Ａは、Ｘ線が照射されると電荷を発生する半導体層４７を有している。
【００７９】
この図８に示すようにＸ線検出部２２Ｂを直接変換方式とした場合においても、各画素２０にＸ線検出部２２Ａ、２２Ｂを積層配置しているので、Ｘ線検出素子１０によって得られる高エネルギーのＸ線により示される放射線画像と低エネルギーのＸ線により示される放射線画像との間に画素間の位置ズレが発生を生じることなく１回のＸ線の照射で２つのエネルギーの放射線画像を得ることができる。
【００８０】
また、上記実施の形態では、Ｘ線検出部２２Ａ、２２Ｂの間（例えば、層間絶縁膜１２上）に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを形成してもよい。上記実施の形態のようにＸ線検出部２２Ｂを覆うようにＸ線検出部２２Ａを形成した場合、低エネルギーのＸ線はＸ線検出部２２Ａによって吸収され、Ｘ線検出部２２Ａが低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを兼ねるが、Ｘ線検出部２２ＢのＸ線検出部２２Ａ側に低エネルギのＸ線を吸収するフィルタを有することが好ましい。
【００８１】
また、上記実施の形態では、センサ部２６をＰＩＮ型のフォトダイオードとした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ部２６をＭＩＳ型のフォトダイオードとしてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態では、図１に示すように、一方向の各画素列毎に１本ずつ走査配線１０１を設けて、各画素列の各画素２０のＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂを同じ走査配線１０１に接続した場合について説明したが、例えば、一方向の各画素列毎に２本ずつ走査配線１０１を設けて、各画素列の各画素２０のＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを別な走査配線１０１に接続して、ＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを別々にスイッチングするようにしてもよい。また、この場合、交差方向の各画素列毎に１本ずつ信号配線３を設けてＴＦＴスイッチ４ＡとＴＦＴスイッチ４Ｂを同じ信号配線３に接続するようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態では、基板１としてポリイミド等の絶縁体を用いた場合について説明したが、無アルカリガラス等からなる基板を用いもよい。この場合は、例えば、ウェットエッジ又はサンドブラスト工程を行うことにより基板にスルーホールを形成することができる。
【００８４】
また、上記実施の形態では、信号配線３を第２信号配線層に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、より多くの金属層を用いて形成してもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態では、各信号配線層を導電性を有する金属材料によって形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性を有すれば金属材料に限定されるものではない。
【００８６】
また、上記各実施の形態では、検出対象とする放射線としてＸ線を検出することにより画像を検出するＸ線検出素子に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、検出対象とする放射線はガンマ線や中性子線、ガンマ線と中性子線等いずれであってもよく、例えば、ガンマ線のエネルギー弁別、中性子線とガンマ線の弁別を行なう放射線検出素子に適用してもよい。
【００８７】
ガンマ線のエネルギー弁別は、原理的には上記実施の形態と同様だがより広いエネルギー範囲になり、主に高エネルギー側なので、Ｋエッジが関係なくなる場合もある。非照射側に金属箔＋シンチレータの適用も考えられる。
【００８８】
中性子線とガンマ線の弁別は、例えば照射側では６Ｌｉや１０Ｂに吸収させて２次粒子を発生させ、ZnS:Agのようなシンチレータを用いて中性子線を検出する一方、非照射側にCsI:Tlシンチレータを用いてガンマ線を検出、あるいは照射側にa-Se厚膜を用いてガンマ線を検出し、非照射側にGd2O2S:Tbを用いて中性子線を検出する系が考えられる。
【００８９】
その他、上記実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００の構成（図１参照。）及びＸ線検出素子１０の構成（図２〜図８参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施の形態に係る放射線画像撮影装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態に係るＸ線検出素子の１つの画素の概略的な構成に示した模式図である。
【図３】実施の形態に係るＸ線検出素子の構成を示す平面図である。
【図４】実施の形態に係るＸ線検出素子の線断面図である。
【図５】実施の形態に係るＸ線検出素子の１つの画素に入射したＸ線の流れを示した模式図である。
【図６】各種材料のＸ線の吸収特性を示すグラフである。
【図７】別な形態に係るＸ線検出素子の１つの画素の概略的な構成に示した模式図である
【図８】別な形態に係るＸ線検出素子の１つの画素の概略的な構成に示した模式図である
【符号の説明】
【００９１】
１    基板（絶縁性基板）
４Ａ  ＴＦＴスイッチ（第１スイッチング素子）
４Ｂ  ＴＦＴスイッチ（第２スイッチング素子）
６    半導体層
１０  Ｘ線検出素子（放射線検出素子）
１８  コンタクト
２０  画素
２２Ａ、２２Ｂ  Ｘ線検出部（放射線検出部）
２４    波長変換部
２６    センサ部
２８    スルーホール
３０    シンチレータ
４４    半導体層
４７    半導体層
４８    波長変換部
４９    センサ部
１００  放射線画像撮影装置
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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