(57)【要約】【課題】好適な被曝線量を保証しながら好適な撮影画像を得ること。【解決手段】入射する放射線を電気信号に変換して、画像情報を取得する為の第１光電変換素子（８）と、前記第１光電変換素子と同一の基板上に形成された、入射する放射線を電気信号に変換する第２光電変換素子（９）とを有する放射線画像撮像装置において、前記第１光電変換素子の時定数を、前記第２光電変換素子の時定数よりも大きくしたことを特徴とする。【選択図】  図５
2004325261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線を電気信号に変換して、画像情報を取得する為の第１の変換手段と、
前記第１の変換手段と同一の基板上に形成された、入射する放射線を電気信号に変換する第２の変換手段とを有し、
前記第１の変換手段の時定数を、前記第２の変換手段の時定数よりも大きくしたことを特徴とする放射線画像撮像装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の変換手段はそれぞれ容量及びスイッチを有し、前記時定数は、容量とスイッチ抵抗との積であることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮像装置。
【請求項３】
前記第２の変換手段は、前記第１の変換手段の下方部位に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像撮像装置。
【請求項４】
前記第２の変換手段は、前記第１の変換手段の複数の領域に亘って形成されることを特徴とする請求項３に記載の放射線画像撮像装置。
【請求項５】
前記第２の変換手段は、前記第１の変換手段の画素間に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像撮像装置。
【請求項６】
前記第２の変換手段は入射放射線量を測定し、測定した入射放射線量に基づいて露出制御を行うためのＡＥＣセンサとして用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線画像撮像装置。
【請求項７】
前記放射線画像撮像装置は動画像撮影に使用可能であり、秒間の最大フレームレートをＮ、前記第２の変換手段の時定数をＲＣとすると、５×ＲＣ≦（０．１／Ｎ）秒であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射する放射線を画像用センサで電気信号に変換し画像情報を生成するとともに、一方で放射線の入射量をＡＥＣセンサで検出して放射線に対する露出制御を行う画像撮影装置に適用可能な放射線画像撮影装置に関し、特に、画像情報を生成するための変換手段と、放射線の入射量を測定・制御する為の変換手段との時定数（応答速度）を特定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射線画像撮影装置では、通常、例えば人体などの被検体を透過した放射線を２次元で検出し画像にする画像撮影用放射線検出装置と、放射線源から入射される放射線の露出を制御する放射線自動露出制御装置（ＡＥＣ）とが別々に組み込まれている。
【０００３】
この種の画像撮影用放射線検出装置としては、ＭＩＳ型光電変換素子とスイッチＴＦＴとで構成された画素をマトリックス状に配置し、その放射線の入射面に放射線を可視光に変換する蛍光体を配置したものが一般的である。
【０００４】
図１５は、従来の画像撮影用放射線検出装置の等価回路図である。図１６は、図１５に示した画像撮影用放射線検出装置の平面図である。
【０００５】
図１５、図１６において、１００８は光電変換素子などの半導体変換素子、１００７はスイッチＴＦＴであり、これらにより画素が構成されている。なお、ここでは画素エリアに４×４画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板に配置されている。
【０００６】
ＴＦＴ１００７のゲート電極は共通のゲート線１に接続されており、ゲート線１００１はＴＦＴのＯＮ、ＯＦＦを制御するゲートドライバ１００２に接続されている。さらに各ＴＦＴ１００７のソース若しくはドレイン電極は共通の信号線１００３に接続されており、信号線１００３はアンプＩＣ１００４に接続されている。また、図示するように光電変換素子駆動用バイアス線１００５は共通電極ドライバ１００６に接続されている。
【０００７】
被検体に向けて入射された放射線は、被検体の透過時に減衰を受け、蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子１００８に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲートドライバ１００２より印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴ１００７を介して信号線３に転送され、アンプＩＣ１００４により外部に読み出される。その後、光電変換素子駆動用バイアス線１００５により、光電変換素子１００８で発生し転送されきれなかった電荷が除去される。この動作をリフレッシュと呼ぶ。
【０００８】
図１７は、図１６のＤ−Ｄ’に沿った模式的断面図であり、ＭＩＳ型光電変換素子１００８とスイッチＴＦＴ１００７で構成された１画素領域の層構成を示している。ここでは、ＭＩＳ型光電変換素子１００８とスイッチＴＦＴ１００７を同時に形成する例を示している。
【０００９】
ＭＩＳ型光電変換素子１００８は、第１の導電層（下部電極）１１０１、第１の絶縁層１１０２、第１の半導体層１１０３、オーミックコンタクト層１１０５、第２の導電層（バイアス線）１１０６、及び、透明電極１１１３（例えばＩＴＯ）から構成され、下部電極はＴＦＴ１００７のソース若しくはドレイン電極と接続されている。ＴＦＴ１００７は、第１の導電層１１０１（ゲート電極層）、第１の絶縁層１１０２（ゲート絶縁層）、第１の半導体層１１０３、オーミックコンタクト層１１０５、及び、第２の導電層１１０６（ソース及びドレイン電極）を備えている。各ゲート線はＴＦＴ１００７のゲート電極が形成される電極層に、各信号線はソース及びドレイン電極を形成する層にそれぞれ接続されている。また、上述したＭＩＳ型光電変換素子１００８及びＴＦＴ１００７の構成の上部には、例えばＳｉＮと有機膜からなる保護層１１８と、放射線を可視光に変換する蛍光体１１１９が形成される。
【００１０】
また、従来ａ−Ｓｅ等に代表される放射線の直接変換材料と蓄積コンデンサ、スイッチＴＦＴとを組み合わせた画像撮影用放射線検出装置も実用化されている。
【００１１】
次に、放射線画像撮影装置において、放射線源から入射される放射線の露出を制御する、放射線自動露出制御装置（ＡＥＣ）について説明する。
【００１２】
一般に、２次元状に配設されたセンサを有する放射線画像撮影装置においては、入射する放射線量を被検体毎に、若しくは撮影毎に調整（ＡＥＣ制御）する必要がある。従来はＡＥＣ制御用センサを、画像撮影用放射線検出装置とは別に設けている。放射線の減衰が５％程度の薄型のＡＥＣセンサ複数個を、画像撮影用放射線検出装置の前面に別途設け、これらのＡＥＣセンサの出力により放射線の入射をストップさせ、画像化に適切な放射線量を得ていた。ここで使用されるＡＥＣセンサとしては、放射線をイオンチャンバで直接電荷として取り出すものや、蛍光体を介して可視光に変換し光ファイバで外部に取り出し、フォトマルで電荷に変換するものなどが使用されている。被検体が肺１２３である場合の、従来の放射線画像撮影装置１２０を構成する画像撮影用放射線検出装置１２１と、放射線自動露出制御装置（ＡＥＣ）１２２の位置関係を図１８に示す。
【００１３】
前述したようなＡＥＣセンサ形成する方法を、本発明者は２件提案している。それらは、画像を形成するための検出部に積層させる方法（特許文献１参照）と、画像を形成するための検出部の間隙に埋め込む方法（特許文献２参照）である。積層させる場合、間隙に埋め込む場合、それぞれに利点がある。つまり、積層させる場合は、ＡＥＣセンサを組み込んでも画像形成用のセンサの開口率に影響をあたえない。また、間隙に埋め込む場合は、開口率の変化を画像処理による補正で対応できれば製造プロセスを簡単化できるメリットがある。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１３９５７１号公報
【特許文献２】
特開平９−９８９７０号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の提案においては、画像を形成する為の検出部とＡＥＣ用の検出部の応答速度の関係について開示していなかった。つまり、画像を形成するための時間と、ＡＥＣ制御をするためのセンサ応答時間を明確にしていなかった。
【００１６】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、好適な被曝線量を保証しながら好適な撮影画像を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の放射線画像撮像装置は、入射する放射線を電気信号に変換して、画像情報を取得する為の第１の変換手段と、前記第１の変換手段と同一の基板上に形成された、入射する放射線を電気信号に変換する第２の変換手段とを有し、前記第１の変換手段の時定数を、前記第２の変換手段の時定数よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本実施の形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態として、放射線画像撮影装置を構成する画像撮影用放射線検出装置において、スイッチＴＦＴと同時にＡＥＣセンサ（第２光電変換素子）を形成し、その上に有機絶縁膜を介してＭＩＳ型光電変換素子（第１光電変換素子）を積層して形成する。画像撮影用のＭＩＳ型光電変換素子（第１光電変換素子）の間隙に光が入射するように素子間隙の光吸収層を薄膜化する例を図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は本第１の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。図２、図３は本第１の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的平面図であり、異なる２種類の構成を例示している。図４（ａ）は図２及び図３のＡ−Ａ’に沿った模式的断面図であり、図２及び図３に示す放射線画像撮影装置の１画素領域の層構成を示す。また、図４（ｂ）は図３のａ−ａ’に沿った模式的断面図であり、図３に示す放射線画像撮影装置の１画素領域の層構成を示す。
【００２１】
なお、図１〜図３において、８は半導体変換素子などからなる第１光電変換素子、７はスイッチＴＦＴであり、これらにより画素が構成されている。そして複数の画素領域にまたがって第２光電変換素子９が構成され、ＡＥＣセンサ用読み出し装置１０、第１ＡＥＣセンサ用制御装置１１、第２ＡＥＣセンサ用制御装置１２に接続されている。
【００２２】
なお、図２、図３の平面図では３×３画素分の画素エリアを示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板上に配置される。さらに第２光電変換素子９は２×２画素領域にまたがった形状となっているが、実際には例えば１個の第２光電変換素子９は２００×２００画素にまたがり、パネル内で少なくとも３個以上配置される。
【００２３】
第１光電変換素子８とスイッチＴＦＴ７は従来例と同様に、ＴＦＴ７のゲート電極は共通のゲート線１に接続されており、ゲート線１はＴＦＴ７のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲートドライバ２に接続されている。さらに各ＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極は共通の信号線３に接続されており、信号線３はアンプＩＣ４に接続されている。また、光電変換素子駆動用バイアス線５は共通電極ドライバ６に接続されている。
【００２４】
第２光電変換素子９のソース線１４、ゲート線１５はそれぞれ第１ＡＥＣセンサ用制御装置１１、第２ＡＥＣセンサ用制御装置１２に接続されており、第２光電変換素子９からは、入射光量に応じた電荷を常に出力することができる。そのため、常に一定電位が印加されている。各第２光電変換素子９で検出された電荷は、ドレイン線１３を介してＡＥＣセンサ用読み出し装置１０で増幅され、この出力を加算することにより放射線の総入射量を検出する。
【００２５】
次に、図４（ａ）を用いて、本第１の実施形態に係る放射線画像撮影装置の層構成を説明する。図４（ａ）は、図２又は図３のＡ−Ａ’部分の断面を模式的に示している。
【００２６】
まずガラス基板１００上にスイッチＴＦＴ７と、ＡＥＣセンサとして用いる第２光電変換素子９を形成する。まず、第一の導電層１０１をスパッタリング法により成膜し、ＴＦＴ７及び第２光電変換素子９のゲート電極及びゲート線（例えばＡｌＮｄ／Ｍｏ  ２５００Å）、その上に第一の絶縁層１０２（例えばＳｉＮ  ３０００Å）、第一の半導体層（第一の光吸収層）１０３（例えばａ−Ｓｉ  １５００Å）、第二の絶縁層１０４（例えばＳｉＮ  ２０００Å）をＣＶＤ法により連続成膜し、第二の絶縁層１０４を裏面露光により各ソース、ドレイン間の保護膜としてゲート電極及びゲート線上に形成する。
【００２７】
続いてＣＶＤ法により第一のオーミックコンタクト層１０５（例えばａ−Ｓｉ（ｎ＋）２００Å）を、スパッタリング法により第二の導電層１０６（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ４０００Å）を成膜し、各ソース、ドレイン電極及び配線を形成する。更にその上には、保護層である第三の絶縁層１０７（例えば有機膜ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン））を形成する。このように、本第１の実施形態によればＴＦＴ７と第２光電変換素子９とを同時に形成することによって、ＴＦＴ７と第２光電変換素子９を同一層に備えた撮像回路基板を形成している。
【００２８】
更に、第三の導電層１０８（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）をスパッタリング法により成膜し、コンタクトホールによりＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極と接続し、さらに第１光電変換素子８の下電極として画素毎に分離する。その上に第四の絶縁層１０９（例えばＳｉＮ  ２０００Å）、第二の半導体層（第二の光吸収層）１１０（例えばａ−Ｓｉ  ５０００Å）、第二のオーミックコンタクト層１１１（例えばａ−Ｓｉ（ｎ＋）２００Å）をＣＶＤ法により連続成膜する。
【００２９】
さらにスパッタリング法により第四の導電層１１２（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）を成膜し、第１光電変換素子８のバイアス線を形成し、続いてスパッタリング法により透明導電層１１３（例えばＩＴＯ  ２００Å）を成膜する。第２光電変換素子９に光を入射させるため（光伝播領域１６）に、第２光電変換素子９のソース・ドレイン線に沿ったストライプ状の領域の透明導電層１１３、第二のオーミックコンタクト層１１１、第二の半導体層（第二の光吸収層）１１０をウエット及びドライ方式によりエッチングし、第二の半導体層に窪み１１７を形成する。
【００３０】
このとき光伝播領域１６の第二の半導体層（第二の光吸収層）１１０を完全に無くし、開孔パターンを形成するほうが、第２光電変換素子９への光の入射量が大きくなり好ましいが、図４（ａ）に示すようにハーフエッチングの状態でも第二の半導体層（第二の光吸収層）１１０での吸収が５０％以下になる残膜量であれば機能可能である。また本第１の実施形態では第２光電変換素子９のソース・ドレイン線に沿ったストライプ状に光伝播領域１６を形成するが（図４（ａ）参照）、画素ごとに第二の半導体層（第二の光吸収層）１１０を素子分離しても構わない。
【００３１】
その後保護層１１８（例えばＳｉＮと有機膜）、蛍光体１１９を上面に形成する。
【００３２】
以下に、第１光電変換素子８と第２光電変換素子９の時定数に関して説明する。光電変換素子は、それぞれ電荷蓄積容量Ｃとスイッチ部（ＴＦＴなど）の抵抗成分Ｒから等価的に形成される。
【００３３】
第１光電変換素子８に係わる電荷蓄積容量をＣ１、抵抗成分をＲ１とすると、電荷蓄積後にゲート線１の制御によりスイッチがＯＮされた場合の電荷輸送量の時定数ＲＣ１は、ＲＣ１＝Ｒ１×Ｃ１で表される。実験による経験から、データ精度を確保するためにはサンプルホールドするまでに時定数の５倍以上を保証するので、ゲート線１によるスイッチＯＮから５×ＲＣ１時間経過以後にデータを確定させる。
【００３４】
同様に、第２光電変換素子９に係わる電荷蓄積容量をＣ２、抵抗成分をＲ２とすると、電荷蓄積後にゲート線１５の制御によりスイッチがＯＮされた場合の電荷輸送量の時定数ＲＣ２は、ＲＣ２＝Ｒ２×Ｃ２で表される。同様に実験による経験から、データ精度を確保するためにはサンプルホールドするまでに５倍の時定数を保証するので、ゲート線１５によるスイッチＯＮから５×ＲＣ２時間経過後にデータを確定させる。
【００３５】
ここで、ＲＣ１とＲＣ２の大小関係について説明する。ＲＣ１は画像形成用の第１光電変換素子８の応答時間を表し、ＲＣ２はＡＥＣ用の第２光電変換素子９の応答時間を表しているが、ＲＣ１＞ＲＣ２となるように画像撮影装置を構成することが望ましい。理由は以下の通りである。
【００３６】
ＡＥＣ用のセンサ出力に閾値を設けて、出力が設定値に達した時点でＸ線を遮断するが、遮断の際の遅れは不必要に患者が被曝することになり、医療装置としては好ましくない。時定数が大きいと設定値への到達の検出が遅くなるため、遮断に使用するＡＥＣセンサの応答速度が画像形成センサの応答速度より十分に早いことが望まれる。この関係を図５に示す。
【００３７】
Ｘ線曝射に伴ってＡＥＣセンサの出力が上昇し、閾値に到達するとＸ線曝射が遮断されて、所定時間後に画像形成用センサのデータが読み出される。図５には好適な例を示しているが、ＡＥＣセンサの時定数が大きい場合にはＸ線曝射が不必要に大きくなってしまう。ＲＣ１とＲＣ２の大小関係を規定する根拠は、画像形成用センサの画素数がＡＥＣセンサの画素数に較べて膨大であり、ＲＣ１＞ＲＣ２のように構成することが画質的に有利になるからである。
【００３８】
応答速度の遅いＡＥＣセンサを使用した場合であっても不必要な被曝を減らすために、到達までの時間を予測することも考えられるが、予測精度は十分には達成できない。
【００３９】
図５においては、１回の曝射に対する１回の画像収集の例を示しているが、１秒間にＮ枚の画像を収集する動画撮影の場合にも同様にＡＥＣセンサによる曝射量の制御が必要になる。図６に示すように、（１／Ｎ）秒間にＸ線曝射を検出して十分な精度でＸ線を遮断するには、動画像間隔に対して１０倍の応答速度が必要なことが経験的にわかっている。具体的には、５×ＲＣ２≦（０．１／Ｎ）秒が成立するようにＡＥＣセンサを形成することを望ましい。
【００４０】
本第１の実施形態では第１光電変換素子８としてＭＩＳ型光電変換素子を用いたが、もちろんＰＩＮ型光電変換素子を用いても構わない。また本第１の実施形態では第２光電変換素子９としてゲート、ソース、ドレインの３つで構成されるＴＦＴ型の光電変換素子を用いたが、ゲートを除いた構成でも十分な性能が得られる。ただし、ゲートを除いた構造の場合は、スイッチ素子としての抵抗ではなく、ソースとドレイン間の抵抗をＲとして解釈する。
【００４１】
また図２のように第２光電変換素子９のゲート線１５を第１光電変換素子８の下電極の間隙に配置すれば、ゲート線１５と第１光電変換素子８間における寄生容量の発生を回避することができノイズ等の面で有利であるが、図３、図４（ｂ）に示すように第１光電変換素子８の下電極の真下に配置すれば第１光電変換素子８の下電極面積を広く取ることができるため、信号値が向上する。また、本第１の実施形態では、図２及び図３に示されるように、ＴＦＴ７の上方にも第１光電変換素子８を形成しており、これによって第１光電変換素子８の高い開口率を確保しているが、第１光電変換素子８の形成領域からＴＦＴ７の上方部位を除いても構わない。
【００４２】
本第１の実施形態によれば、第１の光電変換素子の時定数をＡＥＣセンサ（第２光電変換素子）の時定数よりも大きくすることで、好適な被曝線量を保証しながら好適な撮影画像を得ることが可能になる。
【００４３】
また、ＡＥＣセンサ（第２光電変換素子）を画像撮影用放射線検出装置の基板に同時に作りこむため、放射線自動露出制御装置（ＡＥＣ）を別体で設ける必要がなくなり、放射線画像撮影装置を小型化できると共に、画像撮影用放射線検出装置の基板の作製プロセスをそのまま用いているため、コスト面で有効である。
【００４４】
また、ＡＥＣセンサは同時に放射線モニタとして使うこともできる。放射線モニタとは、画像撮影用放射線検出装置に入射する放射線のＯＮ、ＯＦＦを検知し、画像撮影用放射線検出装置の検出を制御するものであり、第１の実施形態に限らず、以下の実施形態全てにおいて使用可能である。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４６】
本発明の第２の実施形態では、放射線画像撮影装置を構成する画像撮影用放射線検出装置において、スイッチＴＦＴと同時にＡＥＣセンサ（第２光電変換素子）を形成し、その上に有機絶縁膜を介してＰＩＮ型光電変換素子（第１光電変換素子）を積層する際に、画像撮影用のＰＩＮ型光電変換素子（第１光電変換素子）の間隙に光が入射するように素子間隙の光吸収層を除去するように構成した場合について説明する。
【００４７】
図７は本第２の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。図８、図９は本第２の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的平面図であり、異なる２種類の構成を例示している。図１０（ａ）は図８及び図９のＢ−Ｂ’に沿った模式的断面図であり、図８及び図９に示す放射線画像撮影装置の１画素領域の層構成を示す。また、図１０（ｂ）は図９のｂ−ｂ’に沿った模式的断面図であり、図９に示す放射線画像撮影装置の１画素領域の層構成を示す。
【００４８】
なお、図７〜図９において、図１〜図３と同様の構成には同じ参照番号を付している。図７〜図９において、８’は第１光電変換素子などの半導体変換素子、７はスイッチＴＦＴであり、これらにより画素が構成されている。そして複数の画素領域にまたがって第２光電変換素子９’が構成され、ＡＥＣセンサ用読み出し装置１０、第１ＡＥＣセンサ用制御装置１１、第２ＡＥＣセンサ用制御装置１２に接続されている。
【００４９】
なお、図８、図９の平面図では３×３画素分の画素エリアを示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板上に配置される。さらに第２光電変換素子９’は２×２画素領域にまたがった形状となっているが、実際には例えば１個の第２光電変換素子９’は２００×２００画素にまたがり、パネル内で少なくとも３個以上配置される。
【００５０】
第１光電変換素子８’とスイッチＴＦＴ７は従来例と同様に、ＴＦＴ７のゲート電極は共通のゲート線１に接続されており、ゲート線１はＴＦＴ７のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲートドライバ２に接続されている。さらに各ＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極は共通の信号線３に接続されており、信号線３はアンプＩＣ４に接続されている。また、図示するように光電変換素子駆動用バイアス線５は共通電極ドライバ６に接続されている。
【００５１】
第２光電変換素子９’のソース線１４、ゲート線１５はそれぞれ第１ＡＥＣセンサ用制御装置１１、第２ＡＥＣセンサ用制御装置１２に接続されており、第２光電変換素子９’からは、入射光量に応じた電荷を常に出力することができる。そのため、常に一定電位が印加されている。各第２光電変換素子９’で検出された電荷は、ドレイン線１３を介してＡＥＣセンサ用読み出し装置１０で増幅され、この出力を加算することにより放射線の総入射量を検出する。
【００５２】
次に、図１０（ａ）を用いて、本第２の実施形態に係る放射線画像撮影装置の層構成を説明する。図１０（ａ）は、図８又は図９のＢ−Ｂ’部分の断面を模式的に示している。
【００５３】
まずガラス基板１００上に、スイッチＴＦＴ７と、ＡＥＣセンサとして用いる第２光電変換素子９’を形成する。まず、第一の導電層１０１をスパッタリング法により成膜し、ＴＦＴ７及び第２光電変換素子９’のゲート電極及びゲート線（例えばＡｌＮｄ／Ｍｏ  ２５００Å）、その上に第一の絶縁層１０２（例えばＳｉＮ  ３０００Å）、第一の半導体層（第一の光吸収層）１０３（例えばａ−Ｓｉ  ５０００Å）をＣＶＤ法により連続成膜する。
【００５４】
ＴＦＴ７は転送速度が速いほうが望ましいため、第一の半導体層１０３は薄膜の方が望ましい。従って、ＴＦＴ部分のみハーフエッチングにより第一の半導体層１０３を薄膜化する。続いてＣＶＤ法により第一のオーミックコンタクト層１０５（例えばａ−Ｓｉ（ｎ＋）２００Å）を、そして、スパッタリング法により第二の導電層１０６（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）を成膜し、各ソース、ドレイン電極及び配線を形成する。
【００５５】
その上には、特にＴＦＴ７のチャネル部分を保護するためにＣＶＤ法により第二の絶縁層１０４（例えばＳｉＮ  ２０００Å）を成膜し、さらに保護層である第三の絶縁層１０７（例えば有機膜ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン））を形成する。
【００５６】
更に、第三の導電層１０８（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）をスパッタリング法により成膜し、コンタクトホールによりＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極と接続し、さらに第１光電変換素子８’の下電極としてＴＦＴ７部分の上にかからないように画素毎に分離する。その上にＮ型半導体層１１４（例えばａ−Ｓｉ（Ｐ）  １０００Å）、高抵抗半導体層（第二の光吸収層）１１５（例えばａ−Ｓｉ  ５０００Å）、Ｐ型半導体層１１６（例えばａ−Ｓｉ（Ｎ）  １０００Å）をＣＶＤ法により連続成膜する。さらにスパッタリング法により第四の導電層１１２（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）を成膜し、第１光電変換素子８’のバイアス線を形成する。
【００５７】
各画素の分離と、第２光電変換素子９’への光伝播経路確保のために、Ｎ型半導体層１１４、高抵抗半導体層（第二の光吸収層）１１５、Ｐ型半導体層１１６を、第１光電変換素子８’の下電極に沿った形状でドライエッチングする（素子分離）。本第２の実施形態では図１０（ａ）のように、画素ごとにＮ型半導体層１１４、高抵抗半導体層（第二の光吸収層）１１５、Ｐ型半導体層１１６を、第１光電変換素子の下電極に沿った形状で素子分離したが、第１の実施形態のように第２光電変換素子９’のソース・ドレイン線に沿ったストライプ状に光伝播領域１６を形成したほうが、第１光電変換素子８’の開口率が広がり好ましい。その後保護層１１８（例えばＳｉＮと有機膜）、蛍光体１１９を上面に形成する。
【００５８】
上記構成においても、第１の実施形態と同様に、第１光電変換素子８’の時定数をＲＣ１、第２光電変換素子９’の時定数をＲＣ２とした場合に、ＲＣ１＞ＲＣ２となるように構成することが望ましい。
【００５９】
本第２の実施形態では第１光電変換素子８’としてＰＩＮ型光電変換素子を用いたが、もちろんＭＩＳ型光電変換素子を用いても構わない。また本第２の実施形態では第２光電変換素子９’としてゲート、ソース、ドレインの３つで構成されるＴＦＴ型の光電変換素子を用いたが、ゲートを除いた構成でも十分な性能が得られる。
【００６０】
また図８のように第２光電変換素子９’のゲート線１５を第２光電変換素子９’の下電極の間隙に配置すれば、ゲート線１５と第１光電変換素子８’間における寄生容量の発生を回避することができノイズ等の面に有利であるが、図９、図１０（ｂ）に示すように第２光電変換素子９’の下電極の真下に配置すれば第１光電変換素子８’の下電極面積を広く取ることができるため、信号値が向上する。また、本第２の実施形態ではＴＦＴ７の上方部位を第１光電変換素子８’の形成領域から除いた構成としているが、ＴＦＴ７の光リーク電流を考慮した場合には第１の実施形態の図４（ａ）に示すようにＴＦＴ７上方部位にも第１光電変換素子８’を形成し、ＴＦＴ７への光入射を低減させても良い。
【００６１】
上記の通り第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６３】
本発明の第３の実施形態では、放射線画像撮影装置を構成する画像撮影用放射線検出装置において、スイッチＴＦＴ７と、その上に有機絶縁膜を介してアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などに代表される放射線の直接検出材料（第１放射線変換素子）を形成する際に、その第１放射線変換素子の間隙にＡＥＣセンサ（第２放射線変換素子）を形成する例を図面を用いて説明する。
【００６４】
図１１は本第３の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。図１２は本第３の実施形態の放射線画像撮影装置の模式的平面図である。図１３は図１２のＣ−Ｃ’に沿った模式的断面図であり、図１２に示す放射線画像撮影装置の１画素領域の層構成を示す。なお、図１２〜図１３において、図１〜３及び図７〜Ｅと同様の構成には同じ参照番号を付している。
【００６５】
図１１、図１２において、１７は半導体変換素子などの第１放射線変換素子、７はスイッチＴＦＴであり、これらにより画素が構成されている。そして複数の画素にまたがって第２放射線変換素子１８が構成される。第２放射線変換素子１８は第１放射線変換素子１７とバイアス線５を共有し、第２放射線変換素子１８固有の下電極配線２０はＡＥＣセンサ用読み出し装置１０に接続されている。
【００６６】
なお、図１２の平面図では３×３画素分の画素エリアを示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板上に配置される。さらに第２放射線変換素子１８は図１１では２×２画素領域にまたがった形状となっているが、実際には例えば１個の第２放射線変換素子１８は２００×２００画素にまたがり、パネル内で少なくとも３個以上配置される。
【００６７】
被検体に向けて入射された放射線は、被検体により減衰を受けて透過し、例えばａ−Ｓｅで構成される第１放射線変換素子１７へ入射する。第１放射線変換素子１７に放射線が入ると、光導電効果により入射した放射線エネルギーに応じたプラスとマイナスの電荷が発生する。共通電極ドライバ６からつながるバイアス線５を用いて第１放射線変換素子１７の両端に数キロボルトの電圧を印加しておくと、発生した電荷は電場に沿って光流として取り出す事ができ、画像撮像用の第１放射線変換素子１７で発生した電荷は、絶縁基板上に配置した蓄積用コンデンサ１９に蓄積される。この蓄積された電荷は、ＴＦＴ７を介して信号線３に転送され、アンプＩＣ４により外部に読み出される。ＴＦＴ７のゲート電極は共通のゲート線１に接続されており、ゲート線１はＴＦＴのＯＮ、ＯＦＦを制御するゲートドライバ２に接続されている。
【００６８】
一方、第２放射線変換素子１８はバイアス線５（上電極）と下電極配線２０に挟まれ、常に一定電位を印加することで、入射光量に応じて電荷を出力することができる。発生した電荷は下電極を介して直接接続されたＡＥＣセンサ用読み出し装置１０において増幅され、この出力を加算することにより放射線の総入射量を検出する。
【００６９】
次に、図１３を用いて、本第３の実施形態に係る放射線画像撮影装置の層構成を説明する。
【００７０】
まずガラス基板１００上に、第一の導電層１０１をスパッタリング法により成膜し、ＴＦＴ７のゲート電極及びゲート線、第２放射線変換素子用の蓄積コンデンサ１９の下電極を形成する（例えばＡｌＮｄ／Ｍｏ  ２５００Å）。その上に第一の絶縁層１０２（例えばＳｉＮ  ３０００Å）、第一の半導体層（第一の光吸収層）１０３（例えばａ−Ｓｉ  １５００Å）、第二の絶縁層１０４（例えばＳｉＮ  ２０００Å）をＣＶＤ法により連続成膜し、第二の絶縁層１０４を裏面露光によりＴＦＴソース、ドレイン間の保護膜として第一の導電層１０１上に形成する。
【００７１】
続いてＣＶＤ法により第一のオーミックコンタクト層１０５（例えばａ−Ｓｉ（ｎ＋）２００Å）を、そして、スパッタリング法により第二の導電層１０６（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）を成膜し、各ソース、ドレイン電極及び配線、第２放射線変換素子１８の下電極配線２０を形成する。更にその上には、保護層である第三の絶縁層１０７（例えば有機膜ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン））を形成する。ＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極上のコンタクトホール部と、第２放射線変換素子１８の下電極配線２０部分の第三の絶縁層１０７をエッチングにより除去する。
【００７２】
第三の導電層１０８（例えばＣｕ２０００Å）をスパッタリング法により成膜し、コンタクトホールによりＴＦＴ７のソース若しくはドレイン電極と接続し、さらに第１放射線変換素子１７の下電極として画素毎に分離する。その上に第１放射線変換素子１７を形成する。さらにスパッタリング法により第四の導電層１１２（例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ  ４０００Å）を成膜する。その後上面に保護層１１８（例えばＳｉＮと有機膜）を形成する。
【００７３】
上記構成においても、第１の実施形態と同様に、第１放射線変換素子１７６の時定数をＲＣ１、第２放射線変換素子１８の時定数をＲＣ２とした場合に、ＲＣ１＞ＲＣ２となるように構成することが望ましい。
【００７４】
また本第３の実施形態ではＡＥＣセンサとして用いる第２放射線変換素子１８の発生電荷は下電極配線２０を介して直接読み出されるが、第一の導電層１０１で固有の電極を形成すれば、蓄積後の読み出しも可能となる。さらに本第３の実施形態では、図１３に示すように、ＴＦＴ７の上方部位にも第１放射線変換素子１７を形成した構成としているが、第２の実施形態の図１０（ａ）に示すようにＴＦＴ７上方部位にも第１放射線変換素子１７を形成しＴＦＴ７への光入射を増加させても良い。
【００７５】
上記の通り第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００７７】
図１４は本第４の実施形態の放射線画像撮像装置の模式的透過回路図である。図１４に示すように、本第４の実施形態の放射線画像撮像装置は、第１光電変換素子２０１とそれに接続された転送用スイッチ素子であるトランジスタ２０２から各画素２０３が構成される。また、２次元状に縦４セル、横４セルの合計１６画素で構成された場合を示しているが、実際には、例えば２０００×２０００画素が絶縁基板上に配置される。
【００７８】
第１光電変換素子２０１は２次元状に等ピッチ間隔ｐで配置され、第１バイアス部２０４に接続される。トランジスタ２０２はそのゲートが行毎にゲート線Ｇ１〜Ｇ４を介してシフトレジスタ２０５と接続される。また、トランジスタ２０２の出力信号は列毎に信号線Ｓ１〜Ｓ４を介して増幅器、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器を含む信号処理部２０６に転送され、順次信号処理される。また、トランジスタ２０２の列毎の信号線Ｓ１〜Ｓ４には、リセット部２０７が接続されている。
【００７９】
さらに、図１４において、通常の画像を撮像するための第１光電変換素子２０１とは異なる形状をした、細長い形状の第２光電変換素子２０８が配置されている。
【００８０】
上記構成において、シフトレジスタ２０５により選択された行に対応する第１光電変換素子２０１で生成された電荷は、トランジスタ２０２を介して読み出されて信号処理部２０６に転送され、選択的に増幅され、その後、Ａ／Ｄ変換される。その読み出し後に、リセット部２０７により電荷のリセット動作が行われる。ただし、これは放射線画像撮像装置の構造によっては必要無い場合もある。
【００８１】
第２光電変換素子２０８は、画素２０３間に、かつ列方向の信号線（Ｓ２とＳ３）間に細長く配置されている。本第４の実施形態においては、第２光電変換素子２０８は、第１光電変換素子２０１と同一平面内に配置されるため、第２光電変換素子２０８に隣接して配置された第１光電変換素子２０１’は、その他の第１光電変換素子２０１よりも面積を小さくする。
【００８２】
第２光電変換素子２０８は、第２のバイアス部２０９に接続されており、その電荷の読出しの際には、シフトレジスタ２０５により選択されることなく、入射光量に応じて電荷を常に出力することができる。そのため、常に一定電位が印加されている。この第２光電変換素子２０８で検出された電荷は、増幅器２１０で増幅される。この出力を加算することにより放射線の総照射量を検出している。
【００８３】
本第４の実施形態によれば、ＡＥＣ制御用センサ（第２光電変換素子２０８）を光電変換基板２１１内に作り込むため、ＡＥＣ制御用センサを別体で設ける必要が無くなり、放射線検出装置を小型化でき、また回路構成を簡易にすることが可能となる。また、ＡＥＣ制御用センサを画像情報に使用するセンサ（第１光電変換素子２０１）を別構成とし、別に処理回路部を設けていることにより、高速駆動して電荷の読み出しを行う必要も無くなるため、撮像画像の画質低下を防止することができる。
【００８４】
また、ＡＥＣ制御用センサ（第２光電変換素子２０８）を行方向の駆動配線と交差して複数の画素にまたがるように配置し、列方向の信号線Ｓ１〜Ｓ４に平行に配置させ、列方向の信号線Ｓ１〜Ｓ４と交差する部分を設けないようにすることによって、信号線Ｓ１〜Ｓ４に余分な容量が寄生することがないため、ＳＮ比の高い出力信号の読み出しを行うことが可能となる。また、信号線と平行な方向には複数の画素がまたがって配置されているために、放射線照射量も広い領域で平均化して検出できるため好ましい。
【００８５】
なお、本第４の実施形態においても、画像形成用の第１光電変換素子２０１の応答時間をＲＣ１とし、ＡＥＣ用の第２光電変換素子２０８の応答時間をＲＣ２とした場合に、ＲＣ１＞ＲＣ２となるように画像撮影装置を構成することが望ましいことは、第１の実施形態で説明した通りである。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、好適な被曝線量を保証しながら好適な撮影画像を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る放射線画像撮影装置の別の模式的平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る放射線画像撮影装置の１画素領域の模式的断面図である。
【図５】ＡＥＣセンサと画像形成用センサの時定数の関係を示す図である。
【図６】動画像撮影時のＡＥＣセンサと画像形成用センサの時定数の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る放射線画像撮影装置の別の模式的平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る放射線画像撮影装置の１画素領域の模式的断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る放射線画像撮影装置の１画素領域の模式的断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る放射線画像撮影装置の模式的等価回路図である。
【図１５】従来例における画像撮影用放射線検出装置の等価回路図である。
【図１６】従来例における画像撮影用放射線検出装置の平面図である。
【図１７】ＭＩＳ型光電変換素子とスイッチＴＦＴで構成された１画素領域の層構成を模式的に示した断面図である。
【図１８】従来例における放射線画像撮影装置を構成する画像撮影用放射線検出装置と、放射線自動露出制御装置（ＡＥＣ）の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ゲート線
２  ゲートドライバ
３  信号線
４  アンプＩＣ
５  バイアス線
６  共通電極ドライバ
７  ＴＦＴ
８、８’  第１光電変換素子
９、９’  第２光電変換素子
１０  ＡＥＣセンサ用読み出し装置
１１  第１ＡＥＣセンサ用制御装置
１２  第２ＡＥＣセンサ用制御装置
１３  ドレイン線
１４  ソース線
１５  ゲート線
１６  光伝播領域
１７  第１放射線変換素子
１８  第２放射線変換素子
１９  蓄積用コンデンサ
２０  下電極配線
１００  ガラス基板
１０１  第一の導電層
１０２  第一の絶縁層
１０３  第一の半導体層
１０４  第二の絶縁層
１０５  第一のオーミックコンタクト層
１０６  第二の導電層
１０７  第三の絶縁層
１０８  第三の導電層
１０９  第四の絶縁層
１１０  第二の半導体層
１１１  第二のオーミックコンタクト層
１１２  第四の導電層
１１３  透明導電層
１１４  Ｎ型半導体層
１１５  高抵抗半導体層
１１６  Ｐ型半導体層
１１７  窪み
１１８  保護層
１１９  蛍光体
２０１  第１光電変換素子
２０２  トランジスタ
２０３  画素
２０４  第１バイアス部
２０５  シフトレジスタ
２０６  信号処理部
２０７  リセット部
２０８  第２光電変換素子
２０９  第２のバイアス部
２１０  増幅器
２１１  光電変換基板
【図１】
2004325261.tif 000003
【図２】
2004325261.tif 000004
【図３】
2004325261.tif 000005
【図４】
2004325261.tif 000006
【図５】
2004325261.tif 000007
【図６】
2004325261.tif 000008
【図７】
2004325261.tif 000009
【図８】
2004325261.tif 000010
【図９】
2004325261.tif 000011
【図１０】
2004325261.tif 000012
【図１１】
2004325261.tif 000013
【図１２】
2004325261.tif 000014
【図１３】
2004325261.tif 000015
【図１４】
2004325261.tif 000016
【図１５】
2004325261.tif 000017
【図１６】
2004325261.tif 000018
【図１７】
2004325261.tif 000019
【図１８】
2004325261.tif 000020