(57)【要約】【課題】  スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能を発揮することができる光または放射線検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  信号監視回路１５が外部のホスト信号からのスタート信号の停止を検出して、スイッチング素子である薄膜トランジスタのＯＮまたはＯＦＦ状態が、薄膜トランジスタの特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、ゲート駆動信号合成回路１１から薄膜トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成する。具体的には、スタート信号発生回路１４からのスタート信号を、信号切り換え回路１３のＡ入力端子を介してＯ出力端子に出力するように切り換える。その結果、薄膜トランジスタの特性が変化せずに薄膜トランジスタのスイッチとしての機能を発揮することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層を備え、変換された電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線検出装置であって、ＯＮ／ＯＦＦによって前記電荷情報の読出しを制御するスイッチング素子と、外部からのスタート信号に同期して前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御するスイッチ駆動手段と、前記外部からのスタート信号を監視する監視手段とを備え、その監視手段が前記スタート信号の停止を検出して、スイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦ状態が、スイッチング素子の特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、前記スイッチ駆動手段からスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成することを特徴とする光または放射線検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光または放射線検出装置において、前記装置は、変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出することを特徴とする光または放射線検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光または放射線検出装置において、前記半導体層は、放射線の入射により前記放射線の情報を電荷情報に変換する放射線感応型の層であって、その放射線感応型の層で変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出することを特徴とする光または放射線検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光または放射線検出装置において、前記装置は、放射線の入射により光に変換する変換層を備え、前記半導体層は、前記変換層で変換された光により前記光の情報を電荷情報に変換する光感応型の層であって、その光感応型の層で変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出することを特徴とする光または放射線検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光または放射線検出装置において、前記半導体層は、光の入射により前記光の情報を電荷情報に変換する光感応型の層であって、前記装置は、変換された電荷情報を読み出すことで光を検出することを特徴とする光または放射線検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光または放射線検出装置において、前記スイッチング素子が、薄膜トランジスタであることを特徴とする光または放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる光または放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線検出装置を例に採って説明する。Ｘ線検出装置はＸ線感応型のＸ線変換層（半導体層）を備えており、Ｘ線の入射によりＸ線変換層はキャリア（電荷情報）に変換し、その変換されたキャリアを読み出すことでＸ線を検出する。キャリアの読出しを制御するには、薄膜トランジスタ（スイッチング素子）のＯＮ／ＯＦＦによって行われる。Ｘ線変換層としては非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜が用いられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
被検体にＸ線を照射して放射線撮像を行う場合には、被検体を透過した放射線像がアモルファスセレン膜上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリアが膜内に発生する。その後、膜内で生成されたキャリアが、２次元状に配列されたキャリア収集電極に収集されて、所定時間（『蓄積時間』とも呼ばれる）分だけ積分された後、薄膜トランジスタを経由して外部に読み出される。
【非特許文献１】W. Zhao, et al. , "A flat panel detector for digital radiology using active matrix readout of amorphous selenium," Proc. SPIE Vol. 2708, pp. 523 - 531, 1996.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のＯＮ／ＯＦＦ切り換えなどの駆動は、外部のホスト装置から一定時間毎に入力されるスタート信号に同期して開始される。したがって、そのスタート信号が何らかの理由で停止した場合には、ＴＦＴの駆動も同時に停止しまう。ＴＦＴの駆動が停止すると、ＴＦＴのＯＮまたはＯＦＦ状態が長時間にわたって継続されてしまう。すなわち、ＴＦＴのゲートにＯＮ電圧またはＯＦＦ電圧が長時間印加されてしまう。長時間にＯＮ電圧またはＯＦＦ電圧が印加され続けると、ＴＦＴの特性が変化して、例えばＯＮ／ＯＦＦのＴＦＴのしきい値電圧がシフトしてしまう。そして、スイッチング素子のスイッチとしての機能を喪失するという問題が生じる。スイッチング素子がＴＦＴの場合には、しきい値のシフトが顕著に出る。
【０００５】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能を発揮することができる光または放射線検出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】
【０００６】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層を備え、変換された電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線検出装置であって、ＯＮ／ＯＦＦによって前記電荷情報の読出しを制御するスイッチング素子と、外部からのスタート信号に同期して前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御するスイッチ駆動手段と、前記外部からのスタート信号を監視する監視手段とを備え、その監視手段が前記スタート信号の停止を検出して、スイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦ状態が、スイッチング素子の特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、前記スイッチ駆動手段からスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成することを特徴とするものである。
【０００７】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、スイッチング素子の他に、外部からのスタート信号に同期してスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御するスイッチ駆動手段と、上述した外部からのスタート信号を監視する監視手段とを備えている。その監視手段がスタート信号の停止を検出して、スイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦ状態が、スイッチング素子の特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、上述したスイッチ駆動手段からスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成することで、スイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦ状態が所定時間を超えて継続したことによるスイッチング素子の特性の変化を防止することができる。そして、スイッチ駆動手段からスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御することで、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動は継続して行われる。その結果、スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能を発揮することができる。
【０００８】
ここで、スイッチング素子の特性が変化する場合として、スイッチング動作自体に支障を来たす場合や、リーク電流が増加する等、本来の特性と異なる状態に変化する場合が該当する。また、所定時間として具体的な設定期間については、スイッチング素子によって異なるが、試行錯誤で支障が生じないことが明らかな期間を設定すればよい。
【０００９】
上述した発明の一例では、装置は、変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出する（請求項２に記載の発明）。また、上述した発明の他の例では、上述した半導体層は、光の入射により光の情報を電荷情報に変換する光感応型の層であって、装置は、変換された電荷情報を読み出すことで光を検出する（請求項５に記載の発明）。
【００１０】
また、前者（請求項２に記載の発明）のように変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出する場合には、以下のようなものがある。例えば、上述した半導体層は、放射線の入射により放射線の情報を電荷情報に変換する放射線感応型の層であって、その放射線感応型の層で変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出する（請求項３に記載の発明。また、例えば、装置は、放射線の入射により光に変換する変換層を備え、上述した半導体層）は、上述した変換層で変換された光により光の情報を電荷情報に変換する光感応型の層であって、その光感応型の層で変換された電荷情報を読み出すことで放射線を検出する（請求項４に記載の発明）。
【００１１】
また、上述したこれらの発明において、上述したスイッチング素子は、薄膜トランジスタであるのが好ましい（請求項６に記載の発明）。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の場合には、長時間にＯＮ電圧またはＯＦＦ電圧が印加され続けるとしきい値のシフトが顕著に出る。したがって、この発明がスイッチング素子としてＴＦＴに適用することで、スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能をより一層発揮することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る光または放射線検出装置によれば、監視手段がスタート信号の停止を検出して、スイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦ状態が、スイッチング素子の特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、スイッチ駆動手段からスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成することで、スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能を発揮することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る放射線検出装置の検出素子周辺を等価回路で表した回路図であり、図２は、平面的に表した回路図であり、図３は、放射線検出装置の制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【００１４】
本実施例の放射線検出装置は、図１に示すように、例えばＸ線などの放射線が入射することによりキャリアが生成される放射線感応型の半導体厚膜１と、半導体厚膜１の表面に設けられた電圧印加電極２と、半導体厚膜１の放射線入射側とは反対側にある裏面に設けられたキャリア収集電極３と、キャリア収集電極３への収集キャリアを溜める電荷蓄積用のコンデンサＣａと、コンデンサＣａに蓄積された電荷を取り出すための通常時ＯＦＦ（遮断）の電荷取り出し用のスイッチ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒとを備えている。本実施例では、半導体厚膜１は放射線の入射によりキャリアが生成される放射線感応型の物質で形成されているが、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質であってもよい。半導体厚膜１は、この発明における半導体層に、薄膜トランジスタＴｒは、この発明におけるスイッチング素子にそれぞれ相当する。
【００１５】
この他に、本実施例では、薄膜トランジスタＴｒのソースに接続されているデータ線４と、薄膜トランジスタＴｒのゲートに接続されているゲート線５とを備えており、電圧印加電極２，半導体厚膜１，キャリア収集電極３，コンデンサＣａ，薄膜トランジスタＴｒ，データ線４およびゲート線５が絶縁基板６の上に積層されて構成されている。
【００１６】
図１、図２に示すように、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（例えば、1024個×1024個や4096×4096個）形成されたキャリア収集電極３ごとに、上述した各々のコンデンサＣａおよび薄膜トランジスタＴｒがそれぞれ接続されており、それらキャリア収集電極３，コンデンサＣａ，および薄膜トランジスタＴｒが各検出素子ＤＵとしてそれぞれ分離形成されている。また、電圧印加電極２は、全検出素子ＤＵの共通電極として全面にわたって形成されている。また、上述したデータ線４は、図２に示すように、横（Ｘ）方向に複数本に並列されているとともに、上述したゲート線５は、図２に示すように、縦（Ｙ）方向に複数本に並列されており、各々のデータ線４およびゲート線５は各検出素子ＤＵに接続されている。また、データ線４はアンプアレイ回路７に接続されており、ゲート線５はゲートドライバ回路８に接続されている。なお、検出素子ＤＵの配列個数は上述の1024個×1024個や4096×4096個だけでなく、実施形態に応じて配列個数を変更して使用することができる。したがって、検出素子ＤＵが１個のみの形態であってもよい。
【００１７】
検出素子ＤＵは２次元マトリックス状配列で絶縁基板６にパターン形成されており、検出素子ＤＵがパターン形成された絶縁基板６は『アクティブ・マトリクス基板』とも呼ばれている。
【００１８】
上述したアンプアレイ回路７やゲートドライバ回路８は、制御回路１０に接続されている。制御回路１０は、アンプアレイ回路７やゲートドライバ回路８の動作を統括制御する。例えば、制御回路１０は、各ゲート線５を順次に駆動することで、アンプアレイ回路７から全画素の出力データを収集する。そして、最終的に２次元画像を構成する。
【００１９】
また、本実施例に係る放射線検出装置の検出素子ＤＵ周辺を作成する場合には、絶縁基板６の表面に、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によるパターン技術を利用して、データ線４およびゲート線５を配線し、薄膜トランジスタＴｒ，コンデンサＣａ，キャリア収集電極３，半導体厚膜１，電圧印加電極２などを順に積層形成する。なお、半導体厚膜１を形成する半導体については、アモルファス型の半導体や多結晶型の半導体などに例示されるように、用途や耐電圧などに応じて適宜選択することができる。また、半導体厚膜１を形成する物質についても、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜などに例示されるように、特に限定されない。
【００２０】
次に、制御回路１０の内部構成について図３を参照して説明する。制御回路１０は、図３に示すように、ゲート駆動信号合成回路１１、アンプ駆動信号合成回路１２、信号切り換え回路１３、スタート信号発生回路１４、信号監視回路１５を備えている。
【００２１】
ゲート駆動信号合成回路１１は、ゲートドライバ回路８に接続されているとともに、アンプ駆動信号合成回路１２は、アンプアレイ回路７に接続されている。ゲート駆動信号合成回路１１は、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御するゲート駆動信号を合成する。アンプ駆動信号合成回路１２は、検出素子ＤＵを選択してアンプアレイ回路７で増幅を行うアンプ駆動信号を合成する。ゲート駆動信号合成回路１１は、この発明におけるスイッチ駆動手段に相当する。
【００２２】
信号切り換え回路１３は、Ａ入力端子、Ｂ入力端子、Ｃ入力端子を備えているとともに、Ｏ出力端子を備えている。信号切り換え回路１３では、Ｃ入力端子からの制御によって、Ａ入力端子に入力される信号またはＢ入力端子に入力される信号のいずれか一方が選択的にＯ出力端子に出力されるように構成されている。信号切り換え回路１３のＯ出力端子には、上述したゲート駆動信号合成回路１１およびアンプ駆動信号合成回路１２が接続されている。また、信号切り換え回路１３のＡ入力端子には、スタート信号発生回路１４からの出力が接続されるとともに、Ｂ入力端子には、外部のホスト装置（図示省略）からのスタート信号が接続されている。通常時には、ホスト装置からのスタート信号がＢ入力端子を介してＯ出力端子に出力されるようになっている。
【００２３】
信号監視回路１５は、ホスト装置からのスタート信号を監視する。予め決定された所定時間にわたってホスト装置からのスタート信号が途絶えると、信号監視回路１５は信号切り換え回路１３のＣ入力端子に信号を送る。そして、通常時においてホスト装置からのスタート信号を、Ｂ入力端子を介してＯ出力端子に出力していたのを、スタート信号発生回路１４からのスタート信号を、Ａ入力端子を介してＯ出力端子に出力するように、Ｂ入力端子からＡ入力端子に切り換える。信号監視回路１５は、この発明における監視手段に相当する。
【００２４】
上述した所定時間は、スイッチング素子に相当する薄膜トランジスタＴｒの特性が変化しない期間内で設定された時間である。薄膜トランジスタＴｒに代表されるスイッチング素子の特性が変化する場合として、スイッチング動作自体に支障を来たす場合や、リーク電流が増加する等、本来の特性と異なる状態に変化する場合が該当する。また、所定時間として具体的な設定期間については、スイッチング素子によって異なるが、試行錯誤で支障が生じないことが明らかな期間を設定すればよい。本実施例のように、スイッチング素子が薄膜トランジスタＴｒの場合には、５秒から１分程度が望ましい。
【００２５】
続いて、本実施例に係る放射線装置の作用について説明する。電圧印加電極２に高電圧（例えば数１００Ｖ〜数１０ｋＶ程度）のバイアス電圧ＶAを印加した状態で、検出対象である放射線を入射させる。このバイアス電圧ＶAの印加の制御についても制御回路１０から行う。
【００２６】
通常時には、外部のホスト装置からのスタート信号に同期してゲート駆動信号合成回路１１はゲート駆動信号を合成して、ゲートドライバ回路８を介して、各ゲート線５を順次に駆動して、ゲート線５に接続された薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御する。
【００２７】
放射線の入射によってキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報として電荷蓄積用のコンデンサＣａに蓄積される。ゲートドライバ回路８の信号取り出し用の走査信号（すなわちゲート駆動信号）によって、ゲート線５が選択されて、さらに選択されたゲート線５に接続されている検出素子ＤＵが選択指定される。その指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、選択されたゲート線５の信号によってＯＮ状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データ線４に読み出される。
【００２８】
また、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、データ線４およびゲート線５の信号取り出し用の走査信号（ゲート線５の場合にはゲート駆動信号、データ線４の場合にはアンプ駆動信号）に基づいて行われる。アンプアレイ回路７やゲートドライバ回路８に信号取り出し用の走査信号が送り込まれると、ゲートドライバ回路８から縦（Ｙ）方向の走査信号（ゲート駆動信号）に従って各検出素子ＤＵが選択される。選択された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、データ線４を介してアンプアレイ回路７に送り出され増幅される。そして、横（Ｘ）方向の走査信号（アンプ駆動信号）に従ってアンプアレイ回路７が切り換えられることによって、全画素の出力データとしてアンプアレイ回路７から出力される。
【００２９】
上述の動作によって、例えばＸ線透視撮影装置の透視Ｘ線像の検出に本実施例に係るシステムを用いた場合、データ線４を介して外部に読み出された電荷情報が画像情報に変換されて、Ｘ線透視画像として出力される。
【００３０】
通常時と相違して、予め決定された所定時間にわたってホスト装置からのスタート信号が途絶えた場合には、通常時においてホスト装置からのスタート信号を、Ｂ入力端子を介してＯ出力端子に出力していたのを、スタート信号発生回路１４からのスタート信号を、Ａ入力端子を介してＯ出力端子に出力するように切り換える。この切り換えによって、スタート信号発生回路１４からのゲート駆動信号が、ゲート駆動信号合成回路１１を介して、薄膜トランジスタＴｒに自発的に出力される。つまり、ホスト装置からのスタート信号に同期することなくゲート駆動信号合成回路１１はゲート駆動信号を自発的に合成して、薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御する。
【００３１】
上述した本実施例に係る放射線検出装置によれば、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴｒの他に、外部のホスト装置からのスタート信号に同期して薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を制御するゲート駆動信号合成回路１１と、上述したスタート信号を監視する信号監視回路１５とを備えている。その信号監視回路１５がスタート信号の停止を検出して、薄膜トランジスタＴｒのＯＮまたはＯＦＦ状態が、薄膜トランジスタＴｒの特性が変化しない期間内で設定された所定時間を超えて継続したときに、上述したゲート駆動信号合成回路１１から薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御するようにそれぞれを構成することで、薄膜トランジスタＴｒのＯＮまたはＯＦＦ状態が所定時間を超えて継続したことによる薄膜トランジスタＴｒの特性の変化を防止することができる。そして、ゲート駆動信号合成回路１１から薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動を自発的に制御することで、薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換え駆動は継続して行われる。その結果、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒの特性が変化せずにＴＦＴのスイッチとしての機能を発揮することができる。
【００３２】
本実施例のように、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いる場合には、長時間にＯＮ電圧またはＯＦＦ電圧が印加され続けるとしきい値のシフトが顕著に出る。したがって、本実施例のようにこの発明がスイッチング素子としてＴＦＴに適用することで、スイッチング素子の特性が変化せずにスイッチング素子のスイッチとしての機能をより一層発揮することができる。
【００３３】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００３４】
（１）上述した実施例では、入射した放射線を半導体厚膜１（半導体層）によって電荷情報に直接に変換した、「直接変換型」の放射線検出器をこの発明は適用したが、入射した放射線をシンチレータなどの変換層によって光に変換し、光感応型の物質で形成された半導体層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」の放射線検出器をこの発明は適用してもよい。光感応型の半導体層については、上述した実施例と同じような厚膜で形成してもよいし、フォトダイオードで形成してもよい。
【００３５】
（２）上述した実施例では、薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いたが、通常用いられるスイッチング素子であれば、薄膜トランジスタに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例に係る放射線検出装置の検出素子周辺を等価回路で表した回路図である。
【図２】平面的に表した回路図である。
【図３】放射線検出装置の制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  …  半導体厚膜
Ｔｒ  …  薄膜トランジスタ
１１  …  ゲート駆動信号合成回路
１５  …  信号監視回路
【図１】
2006270559.tif 000003
【図２】
2006270559.tif 000004
【図３】
2006270559.tif 000005