(57)【要約】【課題】画素内に電流−電圧変換回路を設けることなく、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制した放射線検出器を提供する。【解決手段】各画素７に、各々感度特性が異なり、放射線が照射されることにより電荷が発生し、照射された放射線量に応じて電荷が蓄積されるセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂが設けられており、走査配線１０１を介して各画素７に設けられたスイッチ素子４Ａ、４Ｂに制御信号が流れ、当該スイッチ素子４Ａ、４Ｂのスイッチング状態に応じて各画素７のセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂに各々蓄積された電荷に応じた電気信号が信号配線３に流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々感度特性が異なり、放射線が照射されることにより電荷が発生し、照射された放射線量に応じて電荷が蓄積される複数のセンサ部、及び当該複数のセンサ部に発生した電荷を読み出すためのスイッチ素子からなる、放射線を検出する検出領域内に２次元状に配置された複数の画素と、
前記各画素に設けられた前記スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と、
前記スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記各画素の複数のセンサ部に各々蓄積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器。
【請求項２】
前記複数のセンサ部は、放射線量に応じて蓄積される電荷量が飽和する値が異なる
請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記複数のセンサ部は、同層に形成され、サイズが各々異なる
請求項１又は請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記検出領域上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光部が形成され、
前記複数のセンサ部は、前記発光部で発生した光が照射されて電荷が発生し、何れかの少なくとも一部が遮光された
請求項１〜請求項３の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記複数のセンサ部は、印加されるバイアス電圧に応じて蓄積可能な電荷量が変化し、
各々異なる電圧のバイアス電圧を供給する複数のバイアス配線をさらに備え、
前記複数のセンサ部は、各々何れかの前記バイアス配線を介して異なるバイアス電圧が印加された
請求項１〜請求項４の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記複数のセンサ部は、少なくとも一方に、発生した電荷を蓄積する補助容量がセンサ部に対して電気的に並列に設けられた
請求項１〜請求項４の何れか１項記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に係り、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器に関する。
【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）等の放射線検出器を用いた放射線画像撮影装置が実用化されている。この放射線検出器は、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器は、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、変換した光をフォトダイオードで電荷に変換して蓄積する間接変換方式がある。放射線画像撮影装置では、放射線検出器のフォトダイオードに蓄積された電荷の電気信号をアンプで増幅した後にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部でデジタルデータに変換している。
【０００４】
ところで、放射線検出器では、Ｓ/Ｎ比の向上とダイナミックレンジの両立が重要な課題である。
【０００５】
フォトダイオードは、照射された光の光量に応じて線形的に電荷が蓄積される。このため、低線量域でのＳ／Ｎ比向上のためには、光に対するフォトダイオードの感度を向上させるとともに、アンプのゲイン低下させることが有効である。
【０００６】
しかし、図２８に示すように、アンプは、増幅可能な電気信号の範囲が定っており、発生する電荷量を増やして光に対するフォトダイオードの感度を向上させた場合、電気信号がアンプで増幅可能な範囲内に収まらなくなり、ダイナミックレンジの低下する。また、放射線画像診断で重要な低線量域でのＳ／Ｎ値の高い画像が得られるものの、高線量域の情報が欠落し、マクロ的な画像（たとえば人体の輪郭情報）が得られないといった問題があった。
【０００７】
Ｓ/Ｎ比の向上とダイナミックレンジの両立させる技術として、特許文献１には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）センサにおいて、画素内に電流−電圧変換回路を配置し、診断対象レンジの情報を高Ｓ／Ｎで（ゲイン小）増幅し、大線量域の情報は低Ｓ／Ｎ（ゲイン大）で電圧に変換し出力する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７０７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、医療の分野でも用いられる放射線検出器は、撮影対象が人体であり、撮影対象とする部位が収まる程度のセンサ面積が必要である。具体的には３５×４３センチや４３×４３センチの定型サイズが一般的である。このため、直径６〜１２インチのシリコン基板上への形成が必要なＣＭＯＳでは製造が困難であり、放射線検出器は、ガラスなどの絶縁性基板上にＴＦＴ技術を用いてトランジスタアレイを形成している。
【００１０】
しかしながら、ＴＦＴは以下のような問題があり、電流−電圧変換回路を内蔵することは現実的ではない。
【００１１】
（１）ＴＦＴのしきち値の均一性、製造安定性、信頼性が低く、精度の高い電流→電圧変換が困難である。
【００１２】
（２）製造装置の制限から最小線幅が大きく（ＣＭＯＳ  ≦０．１μｍ、  ＴＦＴ≒５μｍ）、電流→電圧変換にＣＭＯＳの１００倍以上の面積が必要である。
【００１３】
以上により、放射線検出器において画素内に電流−電圧変換回路を設ける技術が提案されているものの、実用化は困難である。
【００１４】
本発明は上記事実を鑑みて成されたものであり、画素内に電流−電圧変換回路を設けることなく、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制した放射線検出器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】
【００１５】
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器は、各々感度特性が異なり、放射線が照射されることにより電荷が発生し、照射された放射線量に応じて電荷が蓄積される複数のセンサ部、及び当該複数のセンサ部に発生した電荷を読み出すためのスイッチ素子からなる、放射線を検出する検出領域内に２次元状に配置された複数の画素と、前記各画素に設けられた前記スイッチ素子をスイッチングする制御信号が流れる複数の走査配線と、前記スイッチ素子のスイッチング状態に応じて前記各画素の複数のセンサ部に各々蓄積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。
【００１６】
本発明では、各画素に、各々感度特性が異なり、放射線が照射されることにより電荷が発生し、照射された放射線量に応じて電荷が蓄積される複数のセンサ部が設けられており、走査配線を介して各画素に設けられたスイッチ素子に制御信号が流れ、当該スイッチ素子のスイッチング状態に応じて各画素の複数のセンサ部に各々蓄積された電荷に応じた電気信号が信号配線に流れる。ここで、感度特性とは、Ｘ線や可視光などの放射線の照射量と、センサ部に蓄積される電荷量との関係を示す性質をいい、センサ部のサイズ、センサ部を構成する材料、センサ部に印加するバイアス電圧等で決まる。ここで、サイズとは、センサ部の面積の大きさ、または膜厚、もしくはその両方を言う。
【００１７】
このように、本発明によれば、各画素に感度特性の異なる複数のセンサ部を設けることにより、画素内に電流−電圧変換回路を設けることなく各画素から出力される電気信号の出力特性を変化させることができるため、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【００１８】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記複数のセンサ部は、放射線量に応じて蓄積される電荷量が飽和する値が異なってもよい。
【００１９】
また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記複数のセンサ部は、同層に形成され、サイズが各々異なってもよい。
【００２０】
また、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記検出領域上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光部が形成され、前記複数のセンサ部は、前記発光部で発生した光が照射されて電荷が発生し、何れかの少なくとも一部が遮光されてもよい。ここで、発光部で発生する光は、可視光、赤外光、紫外光の何れであってもよい。
【００２１】
また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記複数のセンサ部は、印加されるバイアス電圧に応じて蓄積可能な電荷量が変化し、各々異なる電圧のバイアス電圧を供給する複数のバイアス配線をさらに備え、前記複数のセンサ部は、各々何れかの前記バイアス配線を介して異なるバイアス電圧が印加されてもよい。
【００２２】
また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記複数のセンサ部は、少なくとも一方に、発生した電荷を蓄積する補助容量がセンサ部に対して電気的に並列に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明によれば、画素内に電流−電圧変換回路を設けることなく、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る放射線検出器のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る放射線検出器のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る放射線検出器のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の放射線検出器の構成図である。
【図７】第１の実施の形態に係る放射線検出器の１つの画素に注目した等価回路図である。
【図８】第１の実施の形態に係るセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂの感度特性を示すグラフである。
【００２５】
【図９】第１の実施の形態に係る画素の感度特性を示すグラフである。
【図１０】第２の実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る放射線検出器の１つの画素に注目した等価回路図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るセンサ部１０３Ａの感度特性を示すグラフである。
【図１３】第２の実施の形態に係るセンサ部１０３Ｂの感度特性を示すグラフである。
【図１４】第２の実施の形態に係る画素の感度特性を示すグラフである。
【図１５】第３の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の構成図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る放射線検出器のＡ−Ａ線断面図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る放射線検出器の１つの画素に注目した等価回路図である。
【図１９】第３の実施の形態に係るセンサ部１０３Ａの感度特性を示すグラフである。
【図２０】第３の実施の形態に係るセンサ部１０３Ｂの感度特性を示すグラフである。
【図２１】第３の実施の形態に係る画素の感度特性を示すグラフである。
【図２２】第４の実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る放射線検出器の１つの画素に注目した等価回路図である。
【図２４】第４の実施の形態に係るセンサ部１０３Ａの感度特性を示すグラフである。
【図２５】第４の実施の形態に係るセンサ部１０３Ｂの感度特性を示すグラフである。
【図２６】第４の実施の形態に係る画素の感度特性を示すグラフである。
【図２７】他の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図２８】従来の画素の感度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための各実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
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、間接変換方式の放射線検出器１０を備えている。
【００２８】
放射線検出器１０は、後述するシンチレータから出射された光を受けて電荷を蓄積する２つのセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂと、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂにそれぞれ蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂと、を含んで構成される画素７が一方向（図１の横方向、以下「行方向」ともいう。）及び当該一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２次元状に複数設けられている。本実施の形態では、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのゲート電極を共通化している。また、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂは、後述するように感度特性が異なるものとされている。
【００２９】
また、放射線検出器１０は、上記ＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢをそれぞれＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１が行方向に並列に設けられており、上記センサ部１０３Ａ、１０３Ｂに蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３が列方向に並列に設けられ、各信号配線３に並列に共通電極配線１０９が設けられている。
【００３０】
さらに、放射線検出器１０には、画素７が２次元状に設けられた検出領域の周囲を囲むように、所定のバイアス電圧を供給する電源１１０に接続された配線１０７が設けられている。各共通電極配線１０９は両端が配線１０７に接続されている。各画素７のセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂは共通電極配線１０９に接続されており、共通電極配線１０９及び配線１０７を介してバイアス電圧が印加されている。
【００３１】
各信号配線３には、当該信号配線３に接続された何れかの画素７のＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされることによりセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂに蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。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装置１０４が接続されている。
【００３２】
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、各センサ部１０３に蓄積された電荷量を検出する。
【００３３】
この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御装置１０４には、信号検出回路１０５において検出された電気信号に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、スキャン信号制御装置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。
【００３４】
図２〜図５には、本実施形態に係る放射線検出器１０の構成の一例が示されている。なお、図２には、本実施形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７の構造を示す平面図が示されており、図３には、図２のＡ−Ａ線断面図が示され、図４には、図２のＢ−Ｂ線断面図が示され、図５には、図２のＣ−Ｃ線断面図が示されている。
【００３５】
図３〜図５に示すように、本実施の形態の放射線検出器１０は、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１、ゲート電極２、が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図２参照。）。走査配線１０１及びゲート電極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。
【００３６】
この走査配線１０１及びゲート電極２上には、走査配線１０１及びゲート電極２を覆い一面に絶縁膜１５Ａ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４Ａ，４Ｂにおけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜１５Ａ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。
【００３７】
絶縁膜１５Ａ上のゲート電極２上には、半導体活性層８Ａ、８Ｂが島状に形成されている。この半導体活性層８Ａ、８Ｂは、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂ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。
【００３８】
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、ドレイン電極１３Ａ、１３Ｂとともに、共通電極配線１０９が形成されている。信号配線３、ソース電極９、及び共通電極配線１０９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。
【００３９】
このソース電極９Ａ及びドレイン電極１３Ａと半導体活性層８Ａとの間、並びにソース電極９Ｂ及びドレイン電極１３Ｂと半導体活性層８Ｂ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。ゲート電極２、半導体活性層８Ａ、ソース電極９Ａ、及びドレイン電極１３ＡによりＴＦＴスイッチ４Ａが構成され、ゲート電極２、半導体活性層８Ｂ、ソース電極９Ｂ、及びドレイン電極１３ＢによりＴＦＴスイッチ４Ｂが構成される。
【００４０】
これら半導体活性層８Ａ、８Ｂ、ソース電極９Ａ、９Ｂ、ドレイン電極１３Ａ、１３Ｂ、及び共通電極配線１０９を覆い、基板１上の画素７が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、第２絶縁膜１５Ｂが形成されている。この第２絶縁膜１５Ｂ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。
【００４１】
第２絶縁膜１５Ｂ上には、信号配線３、コンタクト２４、及びコンタクト３６Ａ、３６Ｂが形成されている。信号配線３、コンタクト２４、及びコンタクト３６Ａ、３６Ｂが形成された配線層（以下、この配線層を「第３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。
【００４２】
第２絶縁膜１５Ｂには、信号配線３とソース電極９Ａ、９Ｂとがそれぞれ対向する位置にコンタクトホール３７Ａ、３７Ｂ（図２参照）がそれぞれ形成され、コンタクト３６Ａとドレイン電極１３Ａとが対向する位置にコンタクトホール３８Ａが形成され、コンタクト３６Ｂとドレイン電極１３Ｂとが対向する位置にコンタクトホール３８Ｂが形成され、コンタクト２４と共通電極配線１０９と対向する位置にコンタクトホール３９Ａが形成されている。
【００４３】
信号配線３はコンタクトホール３７Ａを介してソース電極９Ａに接続されると共にコンタクトホール３７Ｂを介してソース電極９Ｂに接続されており（図１参照。）、コンタクト３６Ａはコンタクトホール３８Ａを介してドレイン電極１３Ａに接続され、コンタクト３６Ｂはコンタクトホール３８Ｂを介してドレイン電極１３Ｂに接続され、コンタクト２４はコンタクトホール３９Ａを介して共通電極配線１０９に接続されている。
【００４４】
この第３信号配線層上には、一面に第３絶縁膜１５Ｃが形成され、さらに塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この第３絶縁膜１５Ｃ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。層間絶縁膜１２及び第３絶縁膜１５Ｃには、コンタクト３６Ａと対向する位置にコンタクトホール４０Ａが形成され、コンタクト３６Ｂと対向する位置にコンタクトホール４０Ｂが形成され、コンタクト２４と対向する位置にコンタクトホール３９Ｂが形成されている。
【００４５】
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール４０Ａを埋めるように下部電極１８Ａが形成され、コンタクトホール４０Ｂを埋めるように下部電極１８Ｂが形成されている。下部電極１８Ａは、コンタクトホール４０Ａを介してコンタクト３６Ａに接続され、コンタクト３６Ａを介してＴＦＴスイッチ４Ａのドレイン電極１３Ａと接続されている。また、下部電極１８Ｂは、コンタクトホール４０Ｂを介してコンタクト３６Ｂに接続され、コンタクト３６Ｂを介してＴＦＴスイッチ４Ｂのドレイン電極１３Ａと接続されている。この下部電極１８Ａ、１８Ｂは、後述する半導体層６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。
【００４６】
一方、半導体層６Ａ、６Ｂの膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層６Ａ、６Ｂ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。
【００４７】
下部電極１８Ａ上には、フォトダイオードとして機能する半導体層６Ａが形成され、下部電極１８Ｂ上には、半導体層６Ｂが形成されている。本実施の形態では、半導体層６Ａ、６Ｂ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、下部電極１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ半導体層６Ａ、６Ｂよりも大きくしている。なお、半導体層６Ａ、６Ｂの膜厚が薄い場合（例えば、０．５μｍ以下の場合）には、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂへの光入射を防ぐ目的で、遮光性金属を配置してＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂを覆うことが好ましい。
【００４８】
好ましくは、デバイス内部の光の乱反射によるＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂへの光進入を抑制するため、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのチャネル部から遮光性金属からなる下部電極１８Ａ、１８Ｂの端部への間隔を５μｍ以上確保している。
【００４９】
半導体層６Ａ上には、上部電極２２Ａが形成され、半導体層６Ｂ上には、上部電極２２Ｂが形成されている。この上部電極２２Ａ、２２Ｂ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。
【００５０】
本実施の形態に係る放射線検出器１０では、上部電極２２Ａ、半導体層６Ａ、下部電極１８Ａによりセンサ部１０３Ａを構成し、上部電極２２Ｂ、半導体層６Ｂ、下部電極１８Ｂによりセンサ部１０３Ｂを構成しており、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの大きさを異ならせ、光の受光面積を変えることによりセンサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの感度特性を異なせている。具体的には、画素領域の８０％程度をセンサ部１０３Ａの領域とし、画素領域の２０％程度をセンサ部１０３Ｂの領域として、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの受光面積を４倍程度異ならせている。
【００５１】
この層間絶縁膜１２、上部電極２２Ａ、２２Ｂ上には、上部電極２２Ａ、２２Ｂに対応する一部でそれぞれ開口４１Ａ、４１Ｂを持ち、半導体層６Ａ、６Ｂを覆うように、塗布型の層間絶縁膜２３が形成されている。この層間絶縁膜２３は、コンタクト２４に対応する位置にコンタクトホール３９Ｂが形成されている。
【００５２】
この層間絶縁膜２３上には、画素領域を覆うように電極４５が形成されている。この電極４５には、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性の高い材料を用いている。電極４５は、開口４１Ａを介して上部電極２２Ａに接続され、開口４１Ｂを介して上部電極２２Ｂに接続され、さらに、コンタクトホール３９Ｂを介してコンタクト２４に接続されている。よって、上部電極２２Ａ、２２Ｂはコンタクト２４及び電極４５を介して共通電極配線１０９と電気的に接続されている。
【００５３】
このように形成された放射線検出器１０には、図６に示すように、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２８が形成され、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７０が貼り付けられる。シンチレータ７０は、照射された放射線を光に変換して、光を出射する。図６に示すように、本実施の形態のシンチレータ７０の下部には、光を反射させるための部材である反射体が設けられている。
【００５４】
次に、上記構造の放射線画像撮影装置１００の動作原理について説明する。
【００５５】
図６の上方からＸ線が照射されると、照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。なお、Ｘ線は図６の下方から照射されてもよく、この場合においても照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。この発生した光は、接着樹脂２８の層を通過して、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂにそれぞれ照射される。
【００５６】
図７には、第１の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７に注目した等価回路図が示されている。
【００５７】
センサ部１０３Ａ、１０３Ｂには、共通電極配線１０９を介して所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると半導体層６Ａ、６Ｂに電荷が発生する。半導体層６Ａ、６Ｂに発生した電荷は下部電極１８Ａ、１８Ｂにより収集される。センサ部１０３Ａ、１０３Ｂは、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂにそれぞれ接続されている。画像検出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極１８Ａ、１８Ｂに収集された電荷が蓄積される。
【００５８】
画像読出時には、各走査配線１０１に順次ＯＮ信号（＋１０〜２０Ｖ）が印加される。これにより、行毎に各画素７のＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされて下部電極１８Ａ、１８Ｂに蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３にそれぞれ流れ出す。信号検出回路１０５は、各信号配線３に流れ出した電気信号に基づいて各画素７のセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂに蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、放射線検出器１０に照射されたＸ線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。
【００５９】
ところで、本実施形態に係る放射線検出器１０では、各画素７にセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けており、図２に示すように、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂのサイズを異ならせることにより感度特性を異ならせており、具体的には、センサ部１０３Ａをセンサ部１０３Ｂの４倍の受光面積としている。
【００６０】
センサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂには、照射された光の光量に応じて線形的に電荷が蓄積され、電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ａ、２２Ｂの電位が上昇し、上部電極２２Ａ、２２Ｂの電位がバイアス電圧と同電位になると電荷の蓄積が飽和する。
【００６１】
センサ部１０３Ａは、受光面積が大きいため、図８（Ａ）に示すように光の受光量に対して蓄積される電荷量が多く、蓄積される電荷が早く飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＡがセンサ部１０３Ａのダイナミックレンジとなる。
【００６２】
一方、センサ部１０３Ａは、受光面積が小さくため、図８（Ｂ）に示すように光の受光量に対して蓄積される電荷量が少なく、蓄積される電荷の飽和が遅い。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＢがセンサ部１０３Ｂのダイナミックレンジとなる。
【００６３】
各画素７では、光の受光量に応じてセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに個別に電荷が蓄積され、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされると、図９に示すようにセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに蓄積された電荷が合算された電気信号が信号配線３に流れる。
【００６４】
このように、センサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂの感度特性に差をつけることにより、図９に示すように各画素の出力特性を非線形にカーブさせることができる。これにより、低線量域では、センサ部１０３Ａの感度特性により、光に対する感度を高くできる。また、高線量域では、センサ部１０３Ａに蓄積される電荷が飽和してもセンサ部１０３Ｂに電荷が蓄積され、低線量域に比べて高線量域での電荷の増加量も小さいため、ダイナミックレンジＤＬを狭めることなく電気信号をアンプで増幅可能な範囲内に収めることができる。
【００６５】
以上、本実施の形態によれば、各画素７に感度特性の異なるセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けることにより、各画素７から出力される電気信号の出力特性を非線形にカーブさせることができるため、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、センサ部１０３Ａ、１０３を同層に形成しているので、センサ部１０３Ａ、１０３の膜厚のばらつきを抑えることができるため、例えば各々のセンサ部の受光面積を適宜選択することで各センサの感度特性の差を設計通りに調整することができる。
［第２の実施の形態］
次に第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図１０には、第２の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７の構造を示す平面図が示されている。
【００６８】
放射線検出器１０は、センサ部１０３Ｂ部分においてコンタクト３６Ｂを広く形成して電極部４７Ａを形成し、センサ部１０３Ｂ部分において共通電極配線１０９を広く形成して電極部４７Ａと対向するように電極部４７Ｂを形成しており、電極部４７Ａと電極部４７Ｂにより電荷蓄積容量４７を形成している。
【００６９】
図１１には、第２の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７に注目した等価回路図が示されている。
【００７０】
第２の実施の形態に係る放射線検出器１０は、センサ部１０３Ｂに並列に電荷蓄積容量４７が接続されている。
【００７１】
本実施形態に係る放射線検出器１０では、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂのサイズを異ならせると共に、センサ部１０３Ｂに並列に電荷蓄積容量４７を設けている。
【００７２】
センサ部１０３Ａは、受光面積が大きいため光の受光量に対して蓄積される電荷量が多く、照射された光の光量に応じて線形的に電荷が蓄積され、図１２（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ａの電位が上昇し、上部電極２２Ａの電位がバイアス電圧Ｖｄと同電位になると図１２（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＡがセンサ部１０３Ａのダイナミックレンジとなる。
【００７３】
一方、センサ部１０３Ｂは、受光面積が小さく、電荷蓄積容量４７が並列に接続されているため、図１３（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ｂの電位がゆっくりと上昇し、上部電極２２Ｂの電位がバイアス電圧Ｖｄと同電位になると図１３（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＢがセンサ部１０３Ｂのダイナミックレンジとなる。
【００７４】
各画素７では、光の受光量に応じてセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに個別に電荷が蓄積され、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされると、図１４に示すようにセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに蓄積された電荷が合算された電気信号が信号配線３に流れる。
【００７５】
このように、センサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂの感度特性に差をつけることにより、図１４に示すように各画素の出力特性をカーブさせることができる。これにより、ダイナミックレンジＤＬを狭めることなく電気信号をアンプで増幅可能な範囲内に収めることができ。
【００７６】
以上、本実施の形態によれば、各画素７に感度特性の異なるセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けることにより、各画素７から出力される電気信号の出力特性を非線形にカーブさせることができるため、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【００７７】
本実施の形態によれば、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂの下に電荷蓄積容量４７を配置することでセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂの受光面積を減らすことなく、電荷蓄積容量４７がない場合に比べて各センサ部の感度特性に大きな差をつけることができるため、ダイナミックレンジの低下を抑制できる。
［第３の実施の形態］
次に第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図１５には、第３の実施の形態に係る放射線検出器１０の全体構成が示されている。
【００７９】
放射線検出器１０は、各信号配線３に並列に共通電極配線１０９Ａ、１０９Ｂが設けられている。
【００８０】
さらに、放射線検出器１０には、画素７が２次元状に設けられた検出領域の周囲を囲むように配線１０７Ａ、１０７Ｂが設けられている。配線１０７Ａは電源１１０Ａに接続され、配線１０７Ｂは電源１１０Ｂに接続されている。共通電極配線１０９Ａは、両端が配線１０７Ａに接続され、電源１１０Ａから配線１０７Ａを介してバイアス電圧が供給されており、共通電極配線１０９Ｂは、両端が配線１０７Ｂに接続され、電源１１０Ｂから配線１０７Ｂを介してバイアス電圧が供給されている。
【００８１】
図１６、図１７には、第３の実施形態に係る放射線検出器１０の構成の一例が示されている。なお、図１６には、本実施形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７の構造を示す平面図が示されており、図１７には、図１６のＡ−Ａ線断面図が示されている。
【００８２】
本実施形態に係る放射線検出器１０は、層間絶縁膜２３上に共通電極配線１０９Ａ及び共通電極配線１０９Ｂが形成されている。共通電極配線１０９Ａは、開口４１Ａを介して上部電極２２Ａと電気的に接続され、共通電極配線１０９Ｂは、開口４１Ｂを介して上部電極２２Ｂと電気的に接続されている。
【００８３】
図１８には、第３の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７に注目した等価回路図が示されている。
【００８４】
放射線検出器１０は、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂのサイズを異ならせると共に、センサ部１０３Ａ、１０３Ｂに供給するバイアス電圧を異ならせており、センサ部１０３Ａに共通電極配線１０９Ａを介してバイアス電圧Ｖｄ１を供給され、センサ部１０３Ｂに共通電極配線１０９Ｂを介してバイアス電圧Ｖｄ２を供給されるものとされている。
【００８５】
センサ部１０３Ａは、受光面積が大きいため光の受光量に対して蓄積される電荷量が多く、照射された光の光量に応じて線形的に電荷が蓄積され、図１９（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ａの電位が上昇し、上部電極２２Ａの電位がバイアス電圧ｖｄ１と同電位になると図１９（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＡがセンサ部１０３Ａのダイナミックレンジとなる。
【００８６】
一方、センサ部１０３Ｂは、受光面積が小さいるため、図２０（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ｂの電位が上昇し、上部電極２２Ａの電位がバイアス電圧ｖｄ２と同電位になると図２０（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＢがセンサ部１０３Ｂのダイナミックレンジとなる。
【００８７】
各画素７では、光の受光量に応じてセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに個別に電荷が蓄積され、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされると、図２１に示すようにセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに蓄積された電荷が合算された電気信号が信号配線３に流れる。
【００８８】
このように、センサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂの感度特性に差をつけることにより、図２１に示すように各画素の出力特性をカーブさせることができる。これにより、低線量域のＳ／Ｎ比を劣化させることなくダイナミックレンジを拡大できる。
【００８９】
以上、本実施の形態によれば、各画素７に感度特性の異なるセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けることにより、各画素７から出力される電気信号の出力特性を非線形にカーブさせることができるため、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【００９０】
また、本実施の形態によれば、バイアス電圧をパネルの外部から制御することが可能であるため、仕様に応じて各センサ部に印加するバイアス電圧の値を適宜変更することができる。このように、パネル外部からバイアス電圧を制御することで、パネルの製造ばらつきがあっても各センサの感度特性の差を任意に調整することができる。
［第４の実施の形態］
次に第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
図２２には、第４の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７の構造を示す平面図が示されている。
【００９２】
本実施形態に係る放射線検出器１０は、第３の実施の形態と同様に層間絶縁膜２３上に共通電極配線１０９が形成されている。共通電極配線１０９は、開口４１Ａを介して上部電極２２Ａと電気的に接続され、開口４１Ｂを介して上部電極２２Ｂと電気的に接続されている。
【００９３】
また、本実施形態に係る放射線検出器１０では、センサ部１０３Ｂ部分において共通電極配線１０９を広く形成して、センサ部１０３Ｂの一部を遮光する遮光電極部４８を形成している。
【００９４】
図２３には、第４の実施の形態に係る放射線検出器１０の１つの画素７に注目した等価回路図が示されている。
【００９５】
第２の実施の形態に係る放射線検出器１０は、センサ部１０３Ｂの一部を遮光電極部４８により遮光しているため、遮光された部分の感度がゼロとなり、遮光された部分がセンサ部１０３Ｂに並列に接続された補助容量４９として機能する。
【００９６】
センサ部１０３Ａは、受光面積が大きいため光の受光量に対して蓄積される電荷量が多く、照射された光の光量に応じて線形的に電荷が蓄積され、図２４（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ａの電位が上昇し、上部電極２２Ａの電位がバイアス電圧ｖｄと同電位になると図２４（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＡがセンサ部１０３Ａのダイナミックレンジとなる。
【００９７】
一方、センサ部１０３Ｂは、受光面積が小さく、電荷蓄積容量４９が並列に接続されているため、図２５（Ａ）に示すように電荷の蓄積に応じて上部電極２２Ｂの電位がゆっくり上昇し、上部電極２２Ａの電位がバイアス電圧Ｖｄと同電位になると図２５（Ｂ）に示すように電荷の蓄積が飽和する。この電荷の蓄積が飽和するまでの範囲ＤＬＢがセンサ部１０３Ｂのダイナミックレンジとなる。
【００９８】
各画素７では、光の受光量に応じてセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに個別に電荷が蓄積され、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４ＢがＯＮされると、図２６に示すようにセンサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂに蓄積された電荷が合算された電気信号が信号配線３に流れる。
【００９９】
このように、センサ部１０３Ａ、及びセンサ部１０３Ｂの感度特性に差をつけることにより、図２６に示すように各画素の出力特性をカーブさせることができる。これにより、低線量域のＳ／Ｎ比を劣化させることなくダイナミックレンジを拡大できる。
【０１００】
以上、本実施の形態によれば、各画素７に感度特性の異なるセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けることにより、各画素７から出力される電気信号の出力特性を非線形にカーブさせることができるため、低線量域でのＳ/Ｎ比を向上させつつダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【０１０１】
また、本実施の形態によれば、センサ部の一部を遮光して、センサ部と同層に補助容量を設けることで、異なる層に補助容量を配置する場合に比べて製造ばらつきを抑えることができる。
【０１０２】
なお、上記各実施の形態で説明した放射線画像撮影装置１００の構成、及び放射線検出器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。
【０１０３】
例えば、上記各実施の形態では、各画素７に２つのセンサ部１０３Ａ、１０３Ｂを設けた場合ついて説明したがこれに限定されるものではなく、各画素７に２以上センサ部を設けて各画素７から出力される電気信号の出力特性をより多段的に変化させてもよい。
【０１０４】
また、上記各実施の形態では、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂを同層に形成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、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂを異なる層に形成してもよい。画素サイズが小さくなった場合、２つのセンサ部間の絶縁部分の面積が画素全体の面積に占める割合が大きくなるが、異層にセンサ部を設けることで同層に配置した場合の２つのセンサ部間の絶縁部分にもセンサ部を配置することで受光面積が大きくなるため、各センサ部に蓄積される電荷量が多くなりダイナミックレンジの低下を抑制できる。
【０１０５】
また、上記各実施の形態では、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの受光面積を４倍程度異なら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く、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの受光面積を４倍以上異ならせてもよい。センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの受光面積が異なるほどセンサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの感度特性を異ならせることができる。
【０１０６】
また、上記各実施の形態では、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂのサイズを変えて受光面積を異ならせる等を行うことにより、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの感度特性を異なら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く、半導体層６Ａ、６Ｂの材料を変えることにより、センサ部１０３Ａとセンサ部１０３Ｂの感度特性を異ならせてもよい。
【０１０７】
また、上記各実施の形態では、各画素７のＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのゲート電極２を共通化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、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂをそれぞれ別としてもよい。また、例えば、図２７に示すように、ＴＦＴスイッチ４Ａ、４Ｂのゲート電極２と共にソース電極９も共通化してもよい。これにより、各画素７において信号配線３と接続する配線を減らすことができるため、信号配線３の寄生容量を減少させることができる。
【０１０８】
また、上記各実施の形態では、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。
【符号の説明】
【０１０９】
３      信号配線
４Ａ，４Ｂ  ＴＦＴスイッチ（スイッチ素子）
７      画素
１０    放射線検出器
４５    電極
４８    遮光電極部
７０    シンチレータ（発光部）
１０１  走査配線
１０３Ａ、１０３Ｂ  センサ部
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ  配線（バイアス配線）
１０９、１０９Ａ、１０９Ｂ  共通電極配線（バイアス配線）
【図１】
2011242261.tif 000003
【図２】
2011242261.tif 000004
【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】
2011242261.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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