(57)【要約】【課題】モアレ現象の低減が可能な放射線画像検出器を提供する。【解決手段】保持基板２７上で行方向及び列方向にそれぞれ行選択線及び信号線３７を一定間隔置きに複数本配置し、行選択線及び信号線３７にて囲まれた領域に、フォトダイオード３３を含む画素を配置して画像検出部２５を構成する。また、画像検出部２５の複数の画素上には蛍光変換膜２３を形成し、蛍光変換膜２３上には放射線遮蔽材４２と放射線透過材４３とを交互に配置したグリッド２２を設ける。さらに、隣接する画素同士の隙間でかつ蛍光変換膜２３と信号線３７との間に、反射膜３８を形成する。【選択図】図６
2012211835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上で行方向及び列方向にそれぞれ行選択線及び信号線が一定間隔置きに複数本配置され、前記行選択線及び前記信号線にて囲まれた領域には可視光を入射して画像の信号情報に変換する複数の画素が配置されて画像検出部を構成し、前記画像検出部の前記複数の画素上には放射線を前記可視光に変換する蛍光変換膜が形成され、さらに前記蛍光変換膜上には放射線遮蔽材と放射線透過材とが前記行選択線又は前記信号線と平行な方向に交互に配置されたグリッドを設けた放射線画像検出器において、
隣接する前記画素同士の隙間でかつ前記前記蛍光変換膜と前記行選択線又は前記信号線との間に、前記行選択線及び／又は前記信号線に沿って反射膜を形成したことを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項２】
前記画素は、ゲート、ソース、ドレインを有してスイッチング機能を行うスイッチング素子及び光を電荷信号に変換する光電変換素子を含み、かつ、前記任意の画素内において、前記スイッチング素子は前記ゲートで前記行選択線の１本と、前記ソースで前記信号線のうちの１本と、前記ドレインで前記光電変換素子と接続され、さらに、前記光電変換素子の上部には当該光電変換素子にバイアス電圧を印加するバイアス線が配置されており、前記バイアス線と前記反射膜とが同一平面内で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、モアレ現象の低減が可能な放射線画像検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線画像検出器は、直接変換方式（直接型）と間接変換方式（間接型）の２方式に大別されるが、現在実用化されている放射線画像検出器の多くが、蛍光変換膜によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−Ｓｉフォトダイオードなどにより電荷信号に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く間接型を採用している。
【０００３】
従来の間接型放射線画像検出器では、ガラス基板上に、図７に示すような回路パターンによる画像検出部が形成されている。即ち、水平方向に配置された複数の行選択線３５と、垂直方向に多数配置された信号線３７が直交されており、行選択線３５と信号線３７にて囲まれた領域にはフォトダイオード３３が形成され、フォトダイオード３３の上部にはバイアス線２６が配置される。フォトダイオード３３上部とバイアス線２６は電気的に接続されており、それぞれのフォトダイオード３３にバイアス電圧を印加している。
【０００４】
また、薄膜トランジスタ３１は行選択線３５の一部領域をゲート電極１４として使用しており、同様に信号線３７の一部をソース電極１５に、フォトダイオード３３の下部電極２４の一部をドレイン電極１６として使用することによりスイッチング素子を形成している。
【０００５】
さらに、図７に示す回路パターンによる画像検出部の上には、放射線を可視光に変換する蛍光変換膜が設けられている。
【０００６】
このような間接型放射線画像検出器では、人体等を透過したＸ線が蛍光変換膜に入射される。
【０００７】
しかし、人体等を透過したＸ線は透過した物質内部において減衰と散乱の作用を受け、その後に放射線画像検出器に入射されることになる。この入射したＸ線において人体内部において散乱作用を受けたＸ線は散乱を受けずに入射したＸ線と比較すると、透過した人体内部の構造に関する情報が少ない。そのため散乱を受けたＸ線が放射線画像検出器に入射すると、Ｘ線画像のコントラストが下がり、画像品質が低下することが知られている。
【０００８】
この散乱を受けたＸ線を除去するため、放射線画像検出器と被写体との間にグリッドを挿入することが行われる。
【０００９】
図８に、グリッドを形成した従来の放射線画像検出器の構造の一例を示す。
【００１０】
この図は、図７に示すＡ-Ａ'線における断面に沿って見たものであり、蛍光変換膜２３上に形成されているグリッド２２において、Ｘ線遮蔽材４２とＸ線透過材４３とが信号線３７と平行な方向に交互に配置されている。
【００１１】
人体などの被写体を通過した入射Ｘ線２１は、Ｘ線発生装置から直進してきたＸ線成分と、被写体内部にて散乱し進行方向の乱された散乱Ｘ線とに分けられる。
【００１２】
この放射線画像検出器５０において、入射Ｘ線２１がグリッド２２に入射すると、散乱Ｘ線の大部分はグリッド２２内部のＸ線遮蔽材４２に衝突し吸収・消滅する一方、入射Ｘ線２１のうち直進成分を持つＸ線のみがグリッド２２を通過し、蛍光変換膜２３に入射する。
【００１３】
このため、グリッド２２を透過したＸ線は、グリッド２２内部のＸ線遮蔽材４２による影が発生し、蛍光変換膜２３に入射することとなる。
【００１４】
蛍光変換膜２３に入射したＸ線は、蛍光変換膜２３内部にて可視光に変換される。可視光へと変換されたＸ線画像は、蛍光変換膜２３に入射したＸ線画像の画像情報を保ったまま、画像検出部２５の表面に入射する。
【００１５】
画像検出部２５には、図７に示すように、フォトダイオード３３、信号線３７、行選択線３５、薄膜トランジスタ３１、バイアス線２６などが形成されているが、フォトダイオード３３に入射した可視光は電気信号に変換され、画像信号として外部に出力される。
【００１６】
しかし、フォトダイオード３３以外の領域に入射した可視光は電気信号に変換されることはなく、金属にて構成されている信号線３７や行選択線３５、そしてバイアス線２６の表面にて一部は吸収され、一部は反射して再び蛍光変換膜２３に戻ることとなる。これに対して、それ以外の可視光は主に透明なガラスにて構成されている保持基板２７に入射し、保持基板２７の裏面から外部に排出されてしまう。
【００１７】
即ち、周期的に配置されているフォトダイオード３３間の隙間の領域から可視光の一部が保持基板２７裏面へと抜けてしまうため、被写体とグリッド２２を通過し蛍光変換膜２３にて可視光に変換されたＸ線画像の一部は電気信号に変換されない。
【００１８】
このため、放射線画像検出器から出力される画像情報には「モアレ」と呼ばれる周期的な濃淡による縞模様が発生することが知られている。これは、周期構造を有するグリッド２２内部のＸ線遮蔽材４２の周期構造と、画像検出部２５内部に配置されているフォトダイオード３３の周期構造による「うなり」が原因である。そのモアレに含まれる濃淡の変動幅は、画像検出部２５内部のフォトダイオード３３に入射する可視光に対する保持基板２７を通り外部に排出されてしまう可視光の割合に従って増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−１２８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
放射線画像検出器の画素間隔をＡ、グリッド２２を構成するＸ線吸収材４３の間隔をＢとすると、出力画像に発生するモアレの間隔Ｃは以下の式にて表される。
Ｃ＝１／（１／Ａ−１／Ｂ）
上記式によって表されるモアレの間隔Ｃは、モアレの性質上、画素間隔ＡやＸ線吸収材４３の間隔Ｂよりも大きな値となることが知られている。特に、画素間隔ＡとＸ線吸収材４３の間隔Ｂが近い値である場合、縞模様であるモアレの間隔Ｃは非常に大きな値となってしまい、Ｘ線を用いた画像診断に大きな悪影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
上記モアレ現象を改善するために、これまで以下のような手法が知られている。
【００２２】
第一に、グリッド２２の内部の箔状のＸ線遮蔽材４２の厚みを薄くすることである。このようにすることでＸ線遮蔽材４２によって発生する影が少なくなり、モアレの強度を下げることが可能である。しかし、Ｘ線遮蔽材４２の幅を薄くすると、グリッド２２本来の目的である散乱Ｘ線の除去性能が低下してしまうため、Ｘ線画像のコントラストを悪化させてしまう。
【００２３】
第二に、画像検出部２５内部におけるフォトダイオード３３の受光面積割合を増やすことである。しかし、微細な回路形成技術を用いて製造される画像検出部２５において、フォトダイオード３３の面積の割合を増やすことは、一般的に非常に困難であり、その実現には多額の費用が発生するため、放射線画像検出器の大幅な価格の上昇が避けられない。
【００２４】
第三に、グリッド２２内部のＸ線遮蔽材４２とＸ線透過材４３とからなる周期と、放射線画像検出器の画素の周期を大きくずらす手法がある。このことによりモアレの縞模様の間隔は狭くなり、Ｘ線画像診断においてモアレは目立たなくなる。
【００２５】
しかし、高品位なＸ線画像診断を行うためには放射線画像検出器を構成する画素の周期は非常に狭くすることが求められる。また、グリッド２２においてもＸ線遮蔽材４２の間隔が広いとＸ線遮蔽材４２自身による影が画像診断の妨げとなるため、高品位のＸ線画像を得るためにはグリッド２２のＸ線遮蔽材４２の間隔は狭いことが求められている。そのため、放射線画像検出器の画素の周期よりもグリッド２２内部のＸ線遮蔽材４２の周期が短いことが必要になる。しかし、このような微細構造を持つグリッド２２の作成は非常に困難であり、グリッド２２の価格を大幅に上昇させる要因となっている。
【００２６】
第四に、撮影中のグリッド２２を機械的に動かす手法がある。Ｘ線照射中にグリッド２２を内部のＸ線遮蔽材４２の周期方向に移動することで、モアレ模様を露光時間内にて平均化し、結果としてモアレ模様を改善する手法である。
【００２７】
しかし、この手法はグリッド２２を撮影のタイミングに合わせて機械的に振動させる複雑な機構が必要であるため、装置全体の価格が高くなってしまうという難点がある。また、Ｘ線動画像の撮影にこの手法を用いる場合、グリッドを途切れなく移動させることが必要となるため、技術的な難度が高くなる。
【００２８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、モアレ現象の低減が可能な放射線画像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】
【００２９】
上述の目的を達成するため、本放射線画像検出器は、基板上で行方向及び列方向にそれぞれ行選択線及び信号線が一定間隔置きに複数本配置され、前記行選択線及び前記信号線にて囲まれた領域には可視光を入射して画像の信号情報に変換する複数の画素が配置されて画像検出部を構成し、前記画像検出部の前記複数の画素上には放射線を前記可視光に変換する蛍光変換膜が形成され、さらに前記蛍光変換膜上には放射線遮蔽材と放射線透過材とが前記行選択線又は前記信号線と平行な方向に交互に配置されたグリッドを設けた放射線画像検出器において、隣接する前記画素同士の隙間でかつ前記前記蛍光変換膜と前記行選択線又は前記信号線との間に、前記行選択線及び／又は前記信号線に沿って反射膜を形成したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態に係る放射線画像検出器の構成を示す斜視図。
【図２】図１の画像検出部の理想的な等価回路図。
【図３】画素内部の理想的な等価回路図。
【図４】図１の放射線画像検出器の周辺回路の一例を示す平面図。
【図５】本実施の形態に係る放射線画像検出器の画像検出部表面に形成された回路パターンの一例を示す平面図。
【図６】本実施の形態に係る放射線画像検出器を示す断面図。
【図７】従来の放射線画像検出器の画像検出部表面に形成された回路パターンの一例を示す平面図。
【図８】グリッドを形成した従来の放射線画像検出器を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（放射線画像検出器１０）
図１は、本実施の形態に係る放射線画像検出器１０の構成を示すものである。
【００３２】
この放射線画像検出器１０は、蛍光を電気信号による画像情報へと変換する画像検出部２５と、画像検出部２５上に設けられ入射Ｘ線２１を蛍光に変換する蛍光変換膜２３と、蛍光変換膜２３上に設けられ被写体等で散乱を受けたＸ線を除去するグリッド２２と、を備えている。
【００３３】
画像検出部２５は、主にガラス基板により構成されている保持基板２７上に、フォトダイオード及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む画素２８が多数配列された回路層２９を設けて形成されている。
【００３４】
図２に画像検出部２５の理想的な等価回路を、図３に画素２８内部の理想的な等価回路を示す。
【００３５】
画素２８は、薄膜トランジスタ３１、フォトダイオード３３を含み、薄膜トランジスタ３１のゲートには行選択線（ゲート線）３５が接続され、薄膜トランジスタ３１のソースには信号線３７が接続され、薄膜トランジスタ３１のドレインにはフォトダイオード３３とコンデンサ３６とが並列に接続されている。なお、コンデンサ３６は、フォトダイオード３３の電極間の容量であり、フォトダイオード３３内部にて発生した電荷が蓄積される。また、行選択線３５は、薄膜トランジスタ３１のスイッチング動作を制御している。
【００３６】
また、信号線３７の終端には、信号線３７を伝わる電荷信号を増幅し、外部に出力する機能を有する積分アンプ４１が信号線３７と一対一に接続されている。
【００３７】
更に、行選択線３５は、図４に示すゲートドライバの特定の信号線に接続される。
【００３８】
（放射線画像検出器１０の周辺回路）
図４は、図１の放射線画像検出器１０の周辺回路であるゲート駆動回路１３及び読取回路１７の具体的な構成の一例を示すものである。
【００３９】
ゲート駆動回路１３は、ゲートドライバ６３及び行選択回路６５を備え、読取回路１７は積分アンプ４１、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器６７及び駆動器６９を備えている。
【００４０】
ゲートドライバ６３は、外部からの信号を受信すると、放射線センサ１１に接続されている多数の信号線の電圧を順番に変更していく機能を有している。また、このゲートドライバ６３には行選択回路６５が接続される。
【００４１】
行選択回路６５は、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ６３へと信号を送る機能を有している。
【００４２】
また、積分アンプ４１は、Ａ／Ｄ変換器６７を介して駆動器６９に接続されている。
【００４３】
（反射膜３８）
図５は、放射線画像検出器１０の画像検出部２５の表面に形成された回路パターンを示している。
【００４４】
この回路パターンは、図７に示す従来の回路パターンと比較して、隣接する下部電極２４間に行選択線３５方向に沿って新たに反射膜３８が形成されている点が異なっている。
【００４５】
この反射膜３８は、バイアス線２６と同一面上にあって、バイアス線２６と一体化して形成されている。
【００４６】
（反射膜３８の作用）
図６に、放射線画像検出器１０の断面構造を示す。
【００４７】
この図は、図５に示すＡ-Ａ'線における断面に沿って見たものであり、蛍光変換膜２３上に形成されているグリッド２２において、図８と同様に、Ｘ線遮蔽材４２とＸ線透過材４３とが信号線３７と平行な方向に交互に配置されている。
【００４８】
本実施の形態に係る放射線画像検出器１０では、従来の放射線画像検出器５０と同様に、被写体を通過した入射Ｘ線２１がグリッド２２を通過する際に、入射Ｘ線２１に含まれる散乱Ｘ線成分はＸ線遮蔽材４２に吸収・除去される。
【００４９】
グリッド２２を透過したＸ線画像は、蛍光変換膜２３内部にて可視光画像に変換される。可視光に変換されたＸ線画像は画像検出部２５に到達し、その一部はフォトダイオード３３表面に入射することで電気信号に変換され、放射線画像検出器から画像信号として外部に出力される。
【００５０】
画像検出部２５に入射した可視光画像のうち、フォトダイオード３３以外の領域に入射した成分は反射膜３８に入射する。反射膜３８にて反射された可視光は蛍光変換膜２３に戻り、蛍光変換膜２３上部にある反射膜３０にて反射もしくは蛍光変換膜２３内部にて散乱されることにより、再び画像検出部２５に入射することとなる。
【００５１】
反射膜３８にて反射され蛍光変換膜２３を経由して再び画像検出部２５内部に戻った可視光の一部はフォトダイオード３３に入射し、電気信号に変換されて放射線画像検出器から画像信号として外部に出力される。フォトダイオード３３以外の反射膜３８に入射した可視光は再び蛍光変換膜２３内部にて反射され、最終的にフォトダイオード３３に入射するまで画像検出部２５と蛍光変換膜２３の間を反射し続けることになる。
【００５２】
上記動作を行う結果、フォトダイオード３３以外の領域に入射した可視光成分は反射膜３８と蛍光変換膜２３との間で反射を繰り返し、最終的に近隣画素のフォトダイオード３３に入射し、画像信号として放射線画像検出器から出力されることになる。
【００５３】
その結果、保持基板２７への可視光の抜けを大幅に防止することが可能になり、結果としてモアレの濃淡差を大幅に減少させ、Ｘ線画像の画質を高めることが可能になる。
【００５４】
（画像検出部２５の動作）
次に、放射線画像検出器１０の画像検出部２５における動作を説明する。
【００５５】
初期状態において、図３におけるコンデンサ３６には電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード３３には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は信号線３７に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード３３はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサ３６に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。
【００５６】
この状況にて、図６において被写体を通過しグリッド２２にて散乱線が除去された入射Ｘ線２１が蛍光変換膜２３に入射すると、蛍光変換膜２３内部において高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。
【００５７】
蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の一部は画像検出部２５表面に配置されているフォトダイオード３３へと到達する。
【００５８】
図３に示すフォトダイオード３３に入射した蛍光はフォトダイオード３３内部にて電子とホールからなる電荷に変換され、コンデンサ３６にて印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード３３の持つ両端子へと到達することで、フォトダイオード３３内部を流れる電流として観測される。
【００５９】
蛍光の入射により発生したフォトダイオード３３内部を流れる電流は並列接続されているコンデンサ３６へと流れ込み、コンデンサ３６内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサ３６に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ３６の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。
【００６０】
図２、３において示される行選択線（ゲート線）３５は、図４にて示すゲートドライバ６３の特定の信号線に接続される。ある特定の時間においてはゲートドライバ６３において電位の変化している制御線は１本のみであり、電位の変化した制御線に接続されている行選択線３５に並列接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン間端子は絶縁状態から導通状態へと変化する。
【００６１】
各信号線３７には特定の電圧が掛けられており、電位の変換した行選択線３５に接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン端子を通じて接続されているコンデンサ３６に印加されることになる。
【００６２】
初期状態においてコンデンサ３６は信号線３７と同じ電位状態になっているため、コンデンサ３６の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ３６には信号線３７からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からの入射Ｘ線２１より蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード３３と並列接続しているコンデンサ３６では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため導通状態となった薄膜トランジスタ３１を通じて信号線３７より電荷の移動が発生し、コンデンサ３６内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また移動した電荷量は信号線３７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。
【００６３】
図２、３における信号線３７はそれぞれに対応した積分アンプ４１に１対１に接続されており、信号線３７を流れる電流は対応する積分アンプ４１へと入力される。積分アンプ４１では一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する。この動作を行うことで、ある一定時間内に信号線を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、入力Ｘ線２１にて蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード３３内部にて発生する電荷信号は、積分アンプ４１によって電位情報へと変換される。
【００６４】
積分アンプ４１より発生した電位はＡ／Ｄ変換器６７にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は画像検出部２５内部に配置された画素の行と列にしたがって順次整理され、画像信号として外部へと出力される。
【００６５】
上記動作を連続して行うことにより、Ｘ線画像情報は電気信号による画像情報へと変換され、外部へと出力される。外部へと出力された電気信号による画像情報は通常のディスプレイ装置によって容易に画像化が可能であり、その画像のよりＸ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。
【００６６】
（本実施の形態の効果）
（１）反射膜３８を設けることにより、フォトダイオード３３以外の領域に入射した可視光成分は反射膜３８と蛍光変換膜２３との間で反射を繰り返し、最終的に近隣画素のフォトダイオード３３に入射し、画像信号として放射線画像検出器１０から出力されるため、保持基板２７への可視光の抜けを大幅に防止することが可能になり、モアレの濃淡差を大幅に減少させ、Ｘ線画像の画質を高めることが可能になる。
【００６７】
（２）反射膜３８は、従来のバイアス線２６と同一面上にあって、バイアス線２６と一体化して形成されているので、従来の放射線画像検出器の製造方法と比較して大幅な変更点は無く、製品価格の大幅な上昇を避けることが可能である。
【００６８】
（３）バイアス線２６は導電率の高いアルミを多く用いており、可視光の反射率の高いバイアス線２６と同じ材質を用いて反射膜３８を形成しているため、反射膜３８と蛍光変換膜２３間にて反射される可視光の減衰を抑え、モアレの低減に大きな効果が期待できる。
【００６９】
なお、本実施の形態では反射膜３８を行選択線３５に沿って形成したが、信号線３７に沿って反射膜を形成しても同様の効果が得られる。
【００７０】
また、行選択線３５及び信号線３７の双方に沿って同時に反射膜を形成することにより、一層効果的にモアレを低減することが可能になる。
【符号の説明】
【００７１】
１０：放射線画像検出器
１３：ゲート駆動回路
１４：ゲート電極
１５：ソース電極
１６：ドレイン電極
１７：読取回路
２１：入射Ｘ線
２２：グリッド
２３：蛍光変換膜
２４：下部電極
２５：画像検出部
２６：バイアス線
２７：保持基板
２８：画素
２９：回路層
３０：反射膜
３１：薄膜トランジスタ
３３：フォトダイオード（光電変換素子）
３５：行選択線
３６：コンデンサ
３７：信号線
３８：反射膜
４１：積分アンプ
４２：Ｘ線遮蔽材（放射線遮蔽材）
４３：Ｘ線透過材（放射線透過材）
５０：放射線画像検出器
【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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