(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部と、
放射線を検出する検出領域にマトリクス状に設けられ、前記センサ部で発生した電荷を読み出すためのスイッチング素子をそれぞれ備えた複数の画素であって、全行及び全列にそれぞれ１つ以上設けられた複数の放射線画像取得用の第１の画素と行方向及び列方向に離間して設けられた複数の放射線検出用の第２の画素とを含む複数の画素と、
前記マトリクス状に設けられた複数の画素の行毎に配置された第１走査配線であって、前記第１の画素に備えられたスイッチング素子をスイッチングする制御信号を出力する第１制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が流れる複数の第１走査配線と、
前記第１走査配線とは異なり、前記第２の画素の行方向の配置に対応して行方向に設けられ、前記第２の画素に備えられたスイッチング素子をスイッチングする制御信号を繰り返し出力する第２制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が流れる複数の第２走査配線であって、一端が並列に接続されており、当該一端が前記第２制御信号出力手段に接続されている複数の第２走査配線と、
前記マトリクス状に設けられた複数の画素の列方向に配置された信号配線であって、前記複数の第１の画素及び前記複数の第２の画素から読み出された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、
を備えた放射線検出素子。
【請求項２】
前記第２の画素は、前記複数の信号配線のうちの一部の信号配線にそれぞれ一画素以上の間隔を開けて複数設けられた
請求項１項記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記第２の画素は、前記検出領域内の特定の範囲に集中的に配置された
請求項１または請求項２記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記請求項１〜請求項３の何れか１項記載の放射線検出素子と、
放射線画像の撮影を行う際に、前記複数の第２走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を繰り返し出力する前記第２制御信号出力手段と、
前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段と、
を備えた放射線画像撮影装置。
【請求項５】
前記検出手段は、放射線の照射開始を検出し、
前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力する前記第１制御信号出力手段と、
前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線画像を示す画像情報を生成する生成手段と、
待機中、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力して前記放射線検出素子の前記第１の画素から電荷を取り出すリセット動作を繰り返し行うように前記第１制御信号出力手段を制御し、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出された場合、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力し、放射線の照射終了後に前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力するように前記第１制御信号出力手段を制御する制御手段と、をさらに備えた
請求項４記載の放射線画像撮影装置。
【請求項６】
前記制御手段は、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記リセット動作を繰り返し行うように前記第１制御信号出力手段を制御する
請求項５記載の放射線画像撮影装置。
【請求項７】
前記制御手段は、待機中、前記第１制御信号出力手段を制御して、前記リセット動作により読み出された電荷による情報を放射線画像に発生するオフセットの補正用のデータとして取得する
請求項６記載の放射線画像撮影装置。
【請求項８】
前記制御手段は、第２制御信号出力手段が前記複数の第２走査配線に電荷の取り出しを行う制御信号を出力している間、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力するように前記第１制御信号出力手段を制御する
請求項５〜請求項７の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項９】
前記第１制御信号出力手段は、前記リセット動作の際、前記複数の第１走査配線に順に又は前記複数の第１走査配線の全てに一度に電荷の取り出しを行う制御信号を出力する
請求項５〜請求項８の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項１０】
前記生成手段は、前記第２の画素の画像情報を補間して放射線画像を示す画像情報を生成する
請求項５〜請求項９の何れか１項記載の放射線画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子及び放射線画像撮影装置に係り、特に、マトリクス状に複数配置された画素に検出対象とする放射線が照射されることにより発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷量を画像を示す情報として検出する放射線検出素子及び当該放射線検出素子を用いて放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置に関する。
【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放射線感応層を配置し、Ｘ線などの放射線を直接デジタルデータに変換できるＦＰＤ（flat panel detector）等の放射線検出素子を用いた放射線画像撮影装置が実用化されている。このＦＰＤ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】
この種の放射線検出素子は、種々のタイプのものが提案されており、例えば、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式や、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、変換した光を半導体層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、この放射線検出素子は、放射線が照射されていない状態であっても暗電流等によって電荷が発生して各画素に電荷が蓄積される。このため、放射線検出素子を用いた放射線画像撮影装置では、待機中、放射線検出素子の各画素に蓄積された電荷を取り出して除去するリセット動作を繰り返し行っており、撮影時、リセット動作を停止して放射線の照射期間の間、電荷を蓄積させ、照射期間終了後に放射線検出素子の各画素に蓄積された電荷を読み出しを行う。
【０００５】
この放射線の照射タイミングと放射線検出素子による電荷蓄積の開始タイミングとを同期させる技術として、特許文献１、２には、放射線検出素子の撮影領域外に個別に放射線を検出可能なセンサを配置し、当該センサで放射線が検出されたタイミングで放射線検出素子により電荷の蓄積を開始させる技術が開示されている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８１９４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５１７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、放射線画像の撮影では、被験者や放射線技師の不要な被曝を防ぐため、放射線の照射領域を極力狭く設定する。すなわち、撮影したい部分にのみに放射線が照射されるように照射領域が設定される。
【０００８】
このため、特許文献１、２に記載の技術の技術では、放射線の照射領域を狭く設定された場合、センサで放射線の照射を検出できない場合がある。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線を確実に検出できる放射線検出素子及び放射線画像撮影装置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】
【００１０】
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、放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部と、放射線を検出する検出領域にマトリクス状に設けられ、前記センサ部で発生した電荷を読み出すためのスイッチング素子をそれぞれ備えた複数の画素であって、全行及び全列にそれぞれ１つ以上設けられた複数の放射線画像取得用の第１の画素と行方向及び列方向に離間して設けられた複数の放射線検出用の第２の画素とを含む複数の画素と、前記マトリクス状に設けられた複数の画素の行毎に配置された第１走査配線であって、前記第１の画素に備えられたスイッチング素子をスイッチングする制御信号を出力する第１制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が流れる複数の第１走査配線と、前記第１走査配線とは異なり、前記第２の画素の行方向の配置に対応して行方向に設けられ、前記第２の画素に備えられたスイッチング素子をスイッチングする制御信号を繰り返し出力する第２制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が流れる複数の第２走査配線であって、一端が並列に接続されており、当該一端が前記第２制御信号出力手段に接続されている複数の第２走査配線と、前記マトリクス状に設けられた複数の画素の列方向に配置された信号配線であって、前記複数の第１の画素及び前記複数の第２の画素から読み出された電荷に応じた電気信号が流れる複数の信号配線と、を備えている。
【００１１】
本発明の放射線検出素子は、放射線または放射線が変換された光が照射されることにより電荷を発生するセンサ部を備えている。放射線検出素子には、センサ部で発生した電荷を読み出すためのスイッチング素子をそれぞれ備えた画素が、放射線を検出する検出領域にマトリクス状に複数設けられている。複数の画素は、全行及び全列にそれぞれ１つ以上設けられた複数の放射線画像取得用の第１の画素と行方向及び列方向に離間して設けられた複数の放射線検出用の第２の画素とを含んでいる。
【００１２】
そして、本発明では、複数の画素のうち、第１の画素に備えられた各スイッチング素子をスイッチングする制御信号を出力する第１制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が複数の第１走査配線に流れ、第２の画素に備えられた各スイッチング素子をスイッチングする制御信号を繰り返し出力する第２制御信号出力手段に接続され、当該制御信号が、第１走査配線とは異なり、第２の画素の行方向の配置に対応して行方向に設けられた複数の第２走査配線であって、一端が並列に接続されており、当該一端が前記第２制御信号出力手段に接続されている複数の第２走査配線に流れるものとされており、マトリクス状に設けられた複数の画素の列方向に配置された信号配線に複数の第１の画素及び複数の第２の画素から読み出された電荷に応じた電気信号が流れる。
【００１３】
このように、本発明によれば、放射線を検出する検出領域に、第１の画素及び第２の画素を含む複数の画素がマトリクス状に設けられているため、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線検出用の画素で放射線を確実に検出できる。
【００１４】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記第２の画素を、前記複数の信号配線のうちの一部の信号配線にそれぞれ一画素以上の間隔を開けて複数設けることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記第２の画素を、前記検出領域内の特定の範囲に集中的に配置してもよい。
【００１８】
一方、請求項４記載の発明の放射線画像撮影装置は、前記請求項１〜請求項３の何れか１項記載の放射線検出素子と、放射線画像の撮影を行う際に、前記複数の第２走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を繰り返し出力する前記第２制御信号出力手段と、前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線の照射開始、放射線の照射終了および放射線の照射量の少なくとも１つを検出する検出手段と、を備えている。
【００１９】
よって、請求項１記載の発明と同様に作用するので、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線検出用の画素で放射線を確実に検出できる。
【００２０】
なお、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記検出手段が、放射線の照射開始を検出し、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力する第１制御信号出力手段と、前記複数の信号配線に流れる電気信号に基づき、放射線画像を示す画像情報を生成する生成手段と、待機中、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力して前記放射線検出素子の前記第１の画素から電荷を取り出すリセット動作を繰り返し行うように前記第１制御信号出力手段を制御し、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出された場合、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力し、放射線の照射終了後に前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを行う制御信号を出力するように前記第１制御信号出力手段を制御する制御手段と、をさらに備えてもよい。
【００２１】
また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記制御手段が、放射線画像の撮影を行う際に、前記検出手段により放射線の照射開始が検出されるまで前記リセット動作を繰り返し行うように前記第１制御信号出力手段を制御してもよい。
【００２２】
また、本発明は、請求項８記載の発明のように、前記制御手段が、第２制御信号出力手段が前記複数の第２走査配線に電荷の取り出しを行う制御信号を出力している間、前記複数の第１走査配線に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力するように前記第１制御信号出力手段を制御してもよい。
【００２３】
また、本発明は、請求項９記載の発明のように、前記第１制御信号出力手段が、前記リセット動作の際、前記複数の第１走査配線に順に又は前記複数の第１走査配線の全てに一度に電荷の取り出しを行う制御信号を出力してもよい。
【００２４】
また、本発明は、請求項１０記載の発明のように、前記生成手段が、前記第２の画素の画像情報を補間して放射線画像を示す画像情報を生成してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
このように、本発明によれば、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線を確実に検出できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】実施の形態に係る放射線検出素子の構成を示す平面図である。
【図３】実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。
【図４】実施の形態に係る放射線検出素子の線断面図である。
【図５】実施の形態に係る放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素及び放射線検出用の画素の配置構成を示す構成図である。
【図６】実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを概略的に示した概略図である。
【図７】実施の形態に係る放射線画像撮影装置の待機状態での動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。
【図８】実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線画像を撮影する際の動作の流れを詳細に示したタイムチャートであるである。
【図９】他の形態に係る放射線検出素子の構成を示す構成図である。
【図１０】他の形態に係る放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素及び放射線検出用の画素の配置構成を示す構成図である。
【図１１】他の形態に係る放射線検出素子の放射線画像撮影用の画素及び放射線検出用の画素の配置構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００２８】
本実施の形態では、Ｘ線などの放射線を一旦光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換方式の放射線検出素子１０に本発明を適用した場合について説明する。
【００２９】
図１には、本実施の形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。
【００３０】
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、間接変換方式の放射線検出素子１０を備えている。なお、放射線を光に変換するシンチレータは省略している。
【００３１】
放射線検出素子１０には、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積するセンサ部１０３と、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素２０が複数配置されている。本実施の形態では、センサ部１０３が、シンチレータによって変換された光が照射されることにより、電荷が発生する。なお、ＴＦＴスイッチ４は、本発明のスイッチ素子に対応する。
【００３２】
画素２０は、一方向（図１の横方向、以下「行方向」ともいう。）及び当該行方向に対する交差方向（図１の縦方向、以下「列方向」ともいう。）にマトリクス状に複数配置されている。図１及び後述する図５では、画素２０配列を簡略化して示しているが、例えば、画素２０は一方向及び交差方向に１０２４×１０２４個配置されている。
【００３３】
本実施の形態では、複数の画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂが予め定められている。図１及び後述する図５では、放射線検出用の画素２０Ｂを破線で囲んでいる。放射線画像撮影用の画素２０Ａは、放射線を検出して放射線が示す画像を生成するために用いられ、放射線検出用の画素２０Ｂは、放射線の照射開始を検出するために用いられる。
【００３４】
また、放射線検出素子１０には、基板１（図３参照）上に、ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の第１走査配線１０１と、上記センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３と、が互いに交差して設けられている。本実施の形態では、一方向の各画素列に信号配線３が１本ずつ設けられ、交差方向の各画素列に第１走査配線１０１が１本ずつ設けられており、例えば、画素２０が一方向及び交差方向に１０２４×１０２４個配置されている場合、信号配線３及び第１走査配線１０１は１０２４本ずつ設けられている。
【００３５】
また、放射線検出素子１０には、放射線検出用の画素２０Ｂが設けられた交差方向の各第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８が設けられている。
【００３６】
複数の画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、ＴＦＴスイッチ４のゲートが第１走査配線１０１に接続され、放射線検出用の画素２０Ｂは、ＴＦＴスイッチ４のゲートが第２走査配線１０８に接続されている。また、放射線画像撮影用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂは、共にＴＦＴスイッチ４のソースが信号配線３に接続されている。
【００３７】
さらに、放射線検出素子１０には、各信号配線３と並列に共通電極配線２５が設けられている。共通電極配線２５は、一端及び他端が並列に接続されており、一端が所定のバイアス電圧を供給する電源１１０に接続されている。各画素２０のセンサ部１０３は共通電極配線２５に接続されており、共通電極配線２５を介してバイアス電圧が印加されている。
【００３８】
第１走査配線１０１には、放射線画像撮影用の画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４をスイッチングするための制御信号が流れ、第２走査配線１０８には、放射線検出用の画素２０ＢのＴＦＴスイッチ４をスイッチングするための制御信号が流れる。画素２０のうち、放射線画像撮影用の画素２０Ａは、各第１走査配線１０１に制御信号が流れることによって、ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされ、放射線検出用の画素２０Ｂは、各第２走査配線１０８に制御信号が流れることによって、ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされる。
【００３９】
信号配線３には、各画素２０のＴＦＴスイッチ４のスイッチング状態に応じて、各画素２０に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。より具体的には、各信号配線３には、当該信号配線３に接続された画素２０の何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることにより蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
【００４０】
各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されている。また、各第１走査配線１０１には、各第１走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４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。さらに、第２走査配線１０８は、一端が並列に接続されており、一端が各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力する制御信号出力回路１２０に接続されている。
【００４１】
なお、図１及び後述する図５では、信号検出回路１０５及びスキャン信号制御回路１０４を１つに簡略化して示しているが、例えば、信号検出回路１０５及びスキャン信号制御回路１０４を複数設けて所定本（例えば、２５６本）毎に信号配線３又は第１走査配線１０１を接続しており、例えば、信号配線３及び第１走査配線１０１が１０２４本ずつ設けられている場合、スキャン信号制御回路１０４を４個設けて２５６本ずつ第１走査配線１０１を接続し、信号検出回路１０５も４個設けて２５６本ずつ信号配線３を接続する。
【００４２】
信号検出回路１０５は、各信号配線３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３より入力される電気信号を増幅回路により増幅してデジタルデータへ変換する。
【００４３】
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において変換されたデジタルデータに対してノイズ除去などの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に対して読み出しタイミングを示す制御信号を出力する制御部１０６が接続されている。
【００４４】
本実施の形態の制御部１０６は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭおよびＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を備えている。制御部１０６は、上記所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理（補間処理）を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。すなわち、制御部１０６は、各放射線照射量検出用の画素２０の画像情報を、上記所定の処理が施された画像情報に基づいて補間することで、照射された放射線が示す画像を生成する。
【００４５】
さらに、制御信号出力回路１２０は、制御部１０６に接続され、制御部１０６からの制御により動作し、各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を出力する。
【００４６】
図２には、本実施形態に係る間接変換方式の放射線検出素子１０の３つの放射線画像撮影用の画素２０Ａと１つの放射線画像撮影用の画素２０Ｂによる４画素の構造を示す平面図が示されており、図３には、図２の放射線画像撮影用の画素２０ＡのＡ−Ａ線断面図が示されており、図４には、図２の放射線検出用の画素２０ＢのＢ−Ｂ線断面図が示されている。
【００４７】
図３、図４に示すように、放射線検出素子１０の画素２０は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、第１走査配線１０１（図２参照。）、第２走査配線１０８（図２参照。）、ゲート電極２が形成されており、画素２０Ａでは第１走査配線１０１とゲート電極２が接続され、画素２０Ｂでは第２走査配線１０８とゲート電極２が接続されている（図２参照。）。この第１走査配線１０１、第２走査配線１０８、ゲート電極２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。
【００４８】
この第１信号配線層上には、一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜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。
【００４９】
絶縁膜１５上のゲート電極２上には、半導体活性層８が島状に形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
【００５０】
これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続されている（図２参照。）。ソース電極９、ドレイン電極１３、及び信号配線３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。このソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間には不純物添加アモルファスシリコン等による不純物添加半導体層（不図示）が形成されている。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。なお、ＴＦＴスイッチ４は後述する下部電極１１により収集、蓄積される電荷の極性によってソース電極９とドレイン電極１３が逆となる。
【００５１】
これら第２信号配線層を覆い、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、ＴＦＴスイッチ４や信号配線３を保護するために、ＴＦＴ保護膜層３０が形成されている。このＴＦＴ保護膜層３０は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ成膜により形成される。
【００５２】
このＴＦＴ保護膜層３０上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。
【００５３】
本実施の形態に係る放射線検出素子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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層３０のドレイン電極１３と対向する位置にコンタクトホール１７が形成されている。
【００５４】
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１７を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１１が形成されており、この下部電極１１は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１１は、後述する半導体層２１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など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
【００５５】
一方、半導体層２１の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層２１で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４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、若しくは積層膜とすることが好ましい。
【００５６】
下部電極１１上には、フォトダイオードとして機能する半導体層２１が形成されている。本実施の形態では、半導体層２１として、ｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）を積層した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２１Ａ、ｉ層２１Ｂ、ｐ＋層２１Ｃを順に積層して形成する。ｉ層２１Ｂは、光が照射されることにより電荷（自由電子と自由正孔のペア）が発生する。ｎ＋層２１Ａ及びｐ＋層２１Ｃは、コンタクト層として機能し、下部電極１１及び後述する上部電極２２とｉ層２１Ｂをと電気的に接続する。なお、ｉ層２１Ｂは、本発明の光電変換層に対応する。
【００５７】
また、本実施の形態では、下部電極１１を半導体層２１よりも大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４の光の照射側を半導体層２１で覆っている。これにより、画素領域内での光を受光できる面積の割合（所謂、フィルファクタ）を大きくしており、また、ＴＦＴスイッチ４への光入射を抑制している。
【００５８】
各半導体層２１上には、それぞれ個別に上部電極２２が形成されている。この上部電極２２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。本実施の形態に係る放射線検出素子１０では、上部電極２２や半導体層２１、下部電極１１を含んでセンサ部１０３が構成されている。
【００５９】
層間絶縁膜１２、半導体層２１及び上部電極２２上には、上部電極２２に対応する一部で開口２７Ａを持ち、各半導体層２１を覆うように、塗布型の層間絶縁膜２３が形成されている。
【００６０】
この層間絶縁膜２３上には、共通電極配線２５がＡｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした合金あるいは積層膜で形成されている。共通電極配線２５は、開口２７Ａ付近にコンタクトパッド２７が形成され、層間絶縁膜２３の開口２７Ａを介して上部電極２２と電気的に接続される。
【００６１】
このように形成された放射線検出素子１０には、必要に応じてさらに光吸収性の低い絶縁性の材料により保護膜が形成されて、その表面に光吸収性の低い接着樹脂を用いてＧＯＳ等からなるシンチレータが貼り付けられる。
【００６２】
ここで、放射線検出素子１０には、図５に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが特定の信号配線３（ここでは、Ｄ２及びＤ５の信号配線３）に対して複数配置されるように形成することが好ましい。また、画素２０Ｂは一画素以上の間隔で画素２０Ｂが連続して配置されないように形成することが望ましい。これにより、制御部１０６での補間処理によって生成される画像の画質が、放射線検出用の画素２０Ｂが連続して配置された場合と比較して良好となる。
【００６３】
図５では、簡略化して示しているが、信号配線３が１０２４本ずつ設けられている場合、例えば、信号配線３を１２８ライン毎に８本選択し、選択した８本の信号配線３それぞれに６４画素おきに１６画素の画素２０Ｂを形成する。これによって、画素２０Ｂの配置位置が均等になる。この場合、画素２０Ｂの画素数は１２８画素となり、画素２０が１０２４×１０２４個である場合、全体の０．０１％が画素２０Ｂとなる。全画素２０に対する放射線検出用の画素２０Ｂの割合は、これに限定されず、様々が考えられるが、この割合は、制御部１０６での補間処理の精度などに基づいて定めることもできる。例えば、この補間処理によって生成される画像の画質が良好である場合には、全画素２０に対する放射線照射量検出用の画素２０Ｂの割合は、例えば、１％位程度としてもよく、さらに比率を高くしてもよい。
【００６４】
次に、図６を用いて、上記構成の放射線画像撮影装置１００による放射線画像を撮影する際の動作の流れについて簡単に説明する。
【００６５】
放射線検出素子１０は、放射線が照射されていない状態であっても暗電流等によって電荷が発生して各画素２０に電荷が蓄積される。このため、放射線画像撮影装置１００では、待機状態の間も放射線検出素子１０の各画素２０に蓄積された電荷を取り出して除去するリセット動作を繰り返し行っている。このリセット動作で読み出された電荷による情報は、暗電流等により放射線画像に発生するノイズ（オフセット）の補正に利用される。
【００６６】
放射線画像撮影装置１００は、放射線の照射開始を検出して放射線検出素子１０の各画素２０で電荷の蓄積を開始することにより放射線画像を撮影するものとされている。放射線画像の撮影を行う際、放射線画像撮影装置１００には、撮影モードへの移行が通知される。
【００６７】
放射線画像撮影装置１００は、撮影モードへの移行が通知されると、放射線の検出を行う放射線検出待ち状態に移行し、放射線を検出すると放射線検出素子１０で電荷を蓄積する電荷蓄積状態に移行し、放射線を検出してから所定時間後に蓄積された電荷の読み出す電荷読出状態に移行し、電荷の読み出し終了後、待機状態に移行する。
【００６８】
図７、図８には、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００により放射線画像を撮影する際の動作の流れを示すタイミングチャートが示されている。
【００６９】
制御部１０６は、待機状態の場合、スキャン信号制御回路１０４を制御して、図７に示すように、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号（電位ＶｇＨの信号）を出力させ、各第１走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて電荷の取り出しを行う。これにより、１ラインずつ順に各画素２０に蓄積された電荷が電気信号として各信号配線３に流れ出す。制御部１０６は、動作状態が待機状態である間、所定期間経過後に、１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号を出力させて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出して１フレーム分リセットするリセット動作を繰り返す。
【００７０】
制御部１０６は、撮影モードへの移行が通知されると放射線検出待ち状態に移行する。
【００７１】
ところで、放射線の検出待ち期間が長くなると暗電流等によって各画素２０に電荷が蓄積される。
【００７２】
そこで、制御部１０６は、図８に示すように、放射線検出待ち状態の場合、スキャン信号制御回路１０４を制御して、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、各第１走査配線１０１に接続された各ＴＦＴスイッチ４を１ラインずつ順にＯＮさせて放射線検出素子１０の各画素２０の各々に蓄積された電荷を取り出すリセット動作を行う。
【００７３】
また、制御部１０６は、制御信号出力回路１２０を制御して、所定周期１Ｈで制御信号出力回路１２０から各第２走査配線１０８にＯＮ信号を出力させると共に、当該所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により画素２０Ｂが接続された信号配線３（図５の場合、Ｄ２、Ｄ５の少なくとも一方、例えば、Ｄ２）に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返す。なお、所定周期１Ｈを、スキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号を出力して画像の読み出しや、リセット動作を行う際の１ラインに対する周期と同一としている。
【００７４】
また、制御部１０６は、信号検出回路１０５により変換された、画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。
【００７５】
放射線画像撮影装置１００は、放射線を発生する放射線発生装置と間隔を空けて配置され、被験者を透過した放射線が照射される。
【００７６】
放射線が照射されると、照射された放射線は、シンチレータに吸収され、可視光に変換される。なお、放射線は、放射線検出素子１０の表側、裏側の何れから照射されてもかまわない。シンチレータで可視光に変換された光は、各画素２０のセンサ部１０３に照射される。
【００７７】
センサ部１０３では。光が照射されると内部に電荷が発生する。この発生した電荷は下部電極１１により収集される。これにより、各画素２０には、下部電極１１に収集された電荷が蓄積される。
【００７８】
放射線検出用の画素２０Ｂでは、第２走査配線１０８に所定周期１ＨでＯＮ信号が流れることによって、ＴＦＴスイッチ４がスイッチングされ、蓄積された電荷が信号配線３に流れ出す。
【００７９】
本実施の形態では、図５に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂを特定の信号配線３（ここでは、Ｄ２及びＤ５の信号配線３）に対して選択的に配置している。画素２０Ｂから流れ出した電気信号は、当該特定の信号配線３毎に積算される。すなわち、画素２０Ｂを特定の信号配線３に複数配置することにより、放射線による電気信号のレベルの変化が大きくなるため、放射線の検出精度を高めることができる。
【００８０】
制御部１０６は、信号検出回路１０５により変換された、画素２０Ｂが接続された信号配線３（図５の場合、Ｄ２、Ｄ５の少なくとも一方、例えば、Ｄ２）のデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値以上となった否かにより放射線が照射されたか否かの検出を行う。
【００８１】
制御部１０６は、放射線の照射を検出すると、リセット動作を停止して放射線検出素子１０の各画素２０Ａに電荷を蓄積させ、所定の蓄積期間経過後に、スキャン信号制御回路１０４を制御してスキャン信号制御回路１０４から１ラインずつ順に各第１走査配線１０１にＯＮ信号を出力させ、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に第１走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号を印加する。これにより、放射線検出素子１０の各画素２０ＡのＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされ、各画素２０Ａに蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。信号検出回路１０５は、各信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータへ変換し、制御部１０６は、変換されたデジタルデータに対して所定の処理を施し、所定の処理が施された画像情報に対して、各放射線検出用の画素２０Ｂの画像情報を補間する処理を行って、照射された放射線が示す画像を生成する。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば、放射線画像撮影用の画素２０Ａ及び放射線検出用の画素２０Ｂを放射線検出素子１０の放射線画像が撮影可能な撮影領域に設けることにより、放射線の照射領域を狭く設定された場合でも、放射線を確実に検出できる。
【００８３】
また、本実施の形態によれば、放射線画像撮影用の信号検出回路１０５で放射線照射の検出も行えるため、別途、専用の検出回路を設ける必要がない。
【００８４】
また、本実施の形態によれば、放射線検出用の画素２０Ｂを放射線画像撮影用の画素２０Ａと同一形状とし、分散して配置したことにより、アーティファクト発生や撮影される放射線画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００８５】
また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、放射線の照射開始を検出して放射線検出素子１０の各画素２０で電荷の蓄積を開始するため、放射線の照射が検出されるまでの期間に照射された放射線が放射線画像に寄与しなくなるが、通常の撮影での放射線の照射期間は１００ｍｓ以上であり、周期１Ｈは１００μｓ前後であるため、照射された放射線をほとんどロスせず利用できる。
【００８６】
また、本実施の形態によれば、特定の信号配線３上に複数（本実施の形態では１６画素）の放射線検出用の画素２０Ｂを集中して配置したことにより、画素２０Ｂを１つしか設けていない場合の複数倍（本実施の形態では１６倍）の電荷を得ることができる。これにより、放射線のエネルギーが少ない段階で放射線の照射を検出でき、蓄積動作に移行することができる。すなわち、放射線のロスを低減することが可能である。特に、Ｘ線は応答特性が緩慢で、照射初期は高いエネルギーが出ない場合が多い。このため、特定の信号配線３上に複数の放射線検出用の画素２０Ｂを集中して配置することにより、Ｘ線の照射開始の検出精度が向上する。
【００８７】
また、本実施の形態よれば、放射線の検出待ち期間の間、リセット動作による電気信号も信号配線３に流れるが、特定の信号配線３に放射線検出用の画素２０Ｂを複数配置しているため、電気信号のレベルから放射線の照射とリセット動作の判別が行い易い。
【００８８】
また、本実施の形態よれば、放射線検出待ち状態の間、待機状態と同様のリセット動作を行っているため、最新のオフセット補正用のデータを取得できる。放射線検出素子１０の各画素２０に発生するオフセットは、放射線検出素子１０の状態に応じて経時的に変化する場合があるため、最新のオフセット補正用のデータを元に補正を行うことにより放射線画像のノイズを減らすことができる。
【００８９】
また、本実施の形態よれば、放射線の照射を検出した時点でリセット動作を停止するため、リセット動作による放射線のロスを１ライン分のみに抑えられる。放射線の照射開示時点の放射線が小さい場合には、放射線のロスの割合が小さいので、そのままの画像を用いることも可能である。リセット動作を停止したことにより、放射線画像に停止したラインで画像に段差が発生する場合は、段差に隣接ラインの画像情報から補間処理を行うことにより段差を補正することもできる。
【００９０】
また、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００では、第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８を設け、放射線検出用の画素２０ＢのＴＦＴスイッチ４のゲートを第２走査配線１０８に接続したことにより、画素２０Ｂでは、第２走査配線１０８からの制御信号により蓄積された電荷が電気信号として信号配線３に流れ出すため、スキャン信号制御回路１０４により各第１走査配線１０１にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）を出力しているオフ期間や、各第１走査配線１０１にＯＮ信号を順に出力しているリセット動作の期間でも、信号検出回路１０５のサンプリングにより放射線の検出が可能となる。
【００９１】
なお、上記実施の形態では、図１に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂが設けられた交差方向の各画素列に第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８が設け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い。例えば、図９に示すように、交差方向の全ての画素列に第１走査配線１０１と並列に第２走査配線１０８を設けて、放射線検出用の画素２０ＢのＴＦＴスイッチ４を第２走査配線１０８に接続するようにしもてよい。第１走査配線１０１と第２走査配線１０８と信号配線３の配線パターンを同一にすることができる。
【００９２】
また、上記実施の形態では、図５（図１）に示すように、第２走査配線１０８の一端を並列に接続して制御信号出力回路１２０から全ての第２走査配線１０８に一度にＴＦＴスイッチ４をＯＮする制御信号を出力する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、各第２走査配線１０８をそれぞれ個別に制御信号出力回路１２０に接続して、制御信号出力回路１２０から各第２走査配線１０８にＴＦＴスイッチ４をＯＮする制御信号を個別に出力するものとしてもよい。これにより、領域を選択して放射線の検出が行える。
【００９３】
また、上記実施の形態では、放射線検出素子１０に画素２０として、放射線画像撮影用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂを設けた場合ついて説明したが、例えば、他の用途向けの画素を設けてもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態では、放射線検出待ち状態の間、所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により画素２０Ｂが接続された信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返して放射線の照射開始の検出を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、放射線の照射検出後も所定周期１Ｈで信号検出回路１０５により画素２０Ｂが接続された信号配線３に流れる電気信号をデジタルデータに変換させて放射線の検出を行うサンプリングを繰り返し、画素２０Ｂが接続された信号配線３のデジタルデータの値を予め定めた放射線検知用の所定のしきい値と比較し、しきい値未満となった否かにより放射線が照射終了の検出を行うものとしてもよい。また、各サンプリングで検出されるデジタルデータを累積して、累計の放射線の照射量を検出するようにしてもよい。このように累計の放射線の照射量を検出可能となることにより画素２０Ｂを放射線照射量検出（ＡＥＣ）用のセンサとして用いることができる。
【００９５】
また、上記実施の形態では、図５に示すように、放射線検出用の画素２０Ｂを分散して配置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い。例えば、図１１に示すように、特定の範囲にそれぞれ複数の画素２０Ｂを集中的に配置してもよい。特定の範囲は、例えば、画素２０Ｂにより放射線の照射開始や照射終了の検出を行う場合、被写体が主に配置される領域の周辺が好ましく、画素２０Ｂにより放射線の照射開始や照射終了の検出を行う場合、被写体が主に配置される領域の周辺が好ましく、画素２０Ｂにより放射線照射量の検出を行う場合、被写体が主に配置される領域であることが好ましい。一般撮影では、検出領域の中央部分が被写体が主に配置される領域となり、乳房撮影では、患者側になる検出領域の一端部分が被写体が主に配置される領域となる。なお、制御部１０６で画素２０Ｂの画像情報を補間する補間処理を行うため、画素２０Ｂは、互いに隣合わないことが好ましく、例えば、互いに斜めになるように配置するようにしてもよい。この際、特定の範囲に配置された画素２０Ｂを複数のグループに分け、グループ毎に各画素２０Ｂに接続された第２走査配線１０８の一端を並列に接続して制御信号出力回路１２０に接続するようにしてもよい。これにより、何れかの第２走査配線１０８に断線不良が発生した場合、画素２０Ｂに発生した場合でも冗長性を持たせることができ、製造歩留り、信頼性の向上を実現できる。
【００９６】
また、上記実施の形態では、図８に示すように、スキャン信号制御回路１０４から各第１走査配線１０１へのＯＮ信号（電位ＶｇＨの信号）の出力と、制御信号出力回路１２０から第２走査配線１０８へＯＮ信号を出力させると共に信号検出回路１０５による放射線の検出を行うサンプリングと、を同期させ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い。例えば、所定周期１Ｈの間の全第１走査配線１０１にＯＦＦ信号（電位Ｖｇｌの信号）が出力されている期間に、制御信号出力回路１２０から第２走査配線１０８へＯＮ信号を出力させると共に信号検出回路１０５による放射線の検出を行うサンプリングを行うものとしてもよい。また、制御部１０６は、制御信号出力回路１２０が第２走査配線１０８に電荷の取り出しを行う制御信号を出力している間、第１走査配線１０１に対して電荷の取り出しを禁止する制御信号を出力するようにスキャン信号制御回路１０４を制御するようにしてもよい。これにより、放射線画像撮影用の画素２０Ａと放射線検出用の画素２０Ｂの読み出しを分離して実行され、放射線検出用の画素２０Ｂのデジタルデータに放射線画像撮影用の画素２０Ａのデータが混ざらなくなるため、放射線検出の精度が向上する。
【００９７】
また、上記実施の形態では、図７、図８に示すように、リセット動作の際、スキャン信号制御回路１０４から各走査配線１０１に順に電荷の取り出しを行う制御信号を出力する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、スキャン信号制御回路１０４から全での走査配線１０１に一度に電荷の取り出しを行う制御信号を出力するものとしてもよい。
【００９８】
また、上記実施の形態では、間接変換方式の放射線検出素子１０に本発明を適用した場合について説明したが、放射線を直接、半導体層で電荷に変換して蓄積する直接変換方式の放射線検出素子に適用してもよい。この場合、直接変換方式におけるセンサ部は、放射線が照射されることにより電荷を発生する。
【００９９】
また、上記実施の形態では、Ｘ線を検出することにより画像を検出する放射線画像撮影装置１００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、Ｘ線や可視光、紫外線、赤外線、ガンマ線、粒子線等いずれであってもよい。
【０１００】
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、及び放射線検出素子１０の構成は一例であり、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。
【符号の説明】
【０１０１】
３      信号配線
４      ＴＦＴスイッチ
１０    放射線検出素子
２０    画素
２０Ａ  放射線画像取得用の画素（第１の画素）
２０Ｂ  放射線検出用の画素（第２の画素）
１００  放射線画像撮影装置
１０１  第１走査配線
１０３  センサ部
１０４  スキャン信号制御回路（第１制御信号出力手段）
１０５  信号検出回路（検出手段）
１０６  制御部（検出手段、生成手段、制御手段）
１０８  第２走査配線
１２０  制御信号出力回路（第２制御信号出力手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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