(57)【要約】【課題】取得する放射線画像において中央部と周辺部の明るを同等または明度差を減少させる。【解決手段】画素１６を画素間を一定として２次元配設して画素エリア１３を形成し、画素ごとに可視光を受光する光電変換素子１２を配置した光電変換基板１１と、光電変換基板１１上に配置され放射線を可視光に変換するシンチレータ層１４とを具備し、光電変換素子１２の受光面積が画素エリア１３の中央部１３ａから周辺部１３ｂに近づくほど大きくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素を画素間を一定として２次元配設して画素エリアを形成し、前記画素ごとに可視光を受光する光電変換素子を配置した光電変換基板と、前記光電変換基板上に配置され放射線を可視光に変換するシンチレータ層とを具備し、
前記光電変換素子の受光面積が前記画素エリアの中央部から周辺部に近づくほど大きくなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
放射線発生点から前記画素エリアの中央の距離をＬ、前記画素エリアの中央の画素の光電変換素子面積をα、前記画素エリアの中央から距離がＭの位置の画素の光電変換素子の面積をβとするとき、
β２／α２＝（Ｌ２＋Ｍ２）／Ｌ２ 
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記光電変換素子が前記シンチレータ層からの光を受光して光電変換するフォトダイオードからなりこのフォトダイオードにドレイン電極が接続され前記フォトダイオードに発生した電荷を蓄積、放出する薄膜トランジスタとともに前記各画素に設けられ、前記薄膜トランジスタのゲート電極に接続されたゲート配線とソース電極に接続された信号配線が交差してマトリクス配置され、前記ゲート配線と前記信号配線に囲まれた各領域を画素として前記フォトダイオードが前記画素エリア内に配設され、前記フォトダイオードの受光面積が前記画素エリアの中央から周辺部に近づくほど大きいことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記受光面積が連続的に変化していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記受光面積が複数行および列単位で段階的に変化していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記フォトダイオードは隣接する信号配線またはゲート配線との間隔が前記画素エリアの中央で広く周辺部で狭く形成されていることを特徴とする請求項３に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、２次元アレイ配列の画素に光電変換素子が配列された光電変換基板を備えた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線の平面検出器は、照射された放射線像を検出することにより、放射線撮影像、あるいはリアルタイムの放射線画像をデジタル信号として出力することができる。
【０００３】
この平面検出器は、放射線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）フォトダイオード、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得する。
【０００４】
光電変換素子は、平面基板上に２次元アレイに配列されて光電変換基板として平面検出器を構成する。通常、光電変換基板上表面から見た光電変換素子の受光表面積は、画素エリアを形成する全画素で同じ面積である。ここで、光電変換素子の表面積と光感度は比例関係が成り立ち、同じ表面積の場合、同じ光感度となる。また画素エリアの周辺部に対して中央部の画素の密度を高くする構造が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４０１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記記載された構成では、Ｘ線管などの放射線の発生点から各画素の光電変換素子までの距離が光電変換基板画素エリア中央部と周辺部では、周辺部のほうが遠くなる。このため中央部より周辺部のほうが入射する放射線強度が小さくなり、取得される放射線画像は中央部より周辺部が暗くなってしまうという問題を有している。また画素エリアの粗密化は配線を複雑にし、画像全体の明度差を解消することが難しい。
【０００７】
本発明は、簡単な構成で、取得した放射線画像の中央部と周辺部の明度が同等、または明度差を減少させた放射線検出器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画素を画素間を一定として２次元配設して画素エリアを形成し、前記画素ごとに可視光を受光する光電変換素子を配置した光電変換基板と、前記光電変換基板上に配置され放射線を可視光に変換するシンチレータ層とを具備し、前記光電変換素子の受光面積が前記画素エリアの中央部から周辺部に近づくほど大きくなることを特徴とする放射線検出器を得るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光電変換基板上表面から見られる光電変換素子の面積を、光電変換基板画素エリアの中央部から周辺部に近づくほど大きくすることで、取得する放射線画像において中央部と周辺部の明るさを同等または明度差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を説明するもので、（ａ）は光電変換基板を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）の画素エリア中央部の画素及び光電変換素子を示す平面図、（ｃ）は（ａ）の画素エリア周辺部の画素及び光電変換素子を示す平面図。
【図２】本発明の一実施形態の放射線検出器を模式的に示す一部断面図。
【図３】放射線源と放射線検出器の画素の関係を説明する図。
【図４】本発明の他の実施形態を説明する略平面図。
【図５】本発明の他の実施形態を説明する略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本発明の放射線検出器の第１の実施形態を図１ないし図３に示す。
【００１２】
図１および図２において、画素間隔（ピッチ）を同じにして、光電変換素子１２の表面積は、光電変換基板１１の画素エリア１３の中央部１３ａから周辺部１３ｂに近づくほど大きくなるように形成する。この光電変換素子を形成した光電変換基板１１上に、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層１４を形成し、かつ、このシンチレータ層を覆って、保護層１５を順次形成する。保護層１５は、シンチレータ層１４側から、光反射材分散膜１５ａと防湿膜１５ｂから形成されている。
【００１３】
また、シンチレータ層１４は、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）により真空蒸着法で柱状のシンチレータを形成したもの、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）蛍光体粒子をバインダ樹脂と混合し、光電変換基板上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで柱状のシンチレータを形成したものなどである。
【００１４】
また、光反射材分散膜１５ａは、シンチレータ層１４により変換された可視光を反射させる光反射材が分散して含有されていて、ここで光反射材は、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの、低放射線吸収率を有する物質により形成されているものである。
【００１５】
また、防湿膜１５ｂは、例えばパラキシリレン薄膜などの防湿性に優れた有機膜である。
【００１６】
さらに、光電変換基板１１は、図１に示すように、２次元アレイ配列すなわち複数行×複数列に配列した複数の画素１６からなり、各画素１６は、フォトダイオードの光電変換素子１２とこのフォトダイオードに電気的に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１７を備えている。これらの複数の画素で画素エリア１３を形成し、放射線像を検出、撮像する有効エリアとなる。
【００１７】
以上において本実施形態では光電変換素子１２をフォトダイオードで構成している。フォトダイオード１２はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）の半導体薄膜で形成され、放射線源からみた表面が受光面積になる。半導体膜の両面に一方がバイアス電極１２ａとなり、他方が薄膜トランジスタのドレイン電極１７ｄに接続された電極１２ｂが配置される。放射線に励起されたシンチレータ層１４からの光はフォトダイオード表面全体に到達して光電変換され、電荷として蓄積される。
【００１８】
薄膜トランジスタ１７は、フォトダイオード１２への光の入射により発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング素子で、結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜で少なくとも一部が構成されている。また、薄膜トランジスタ１７は、ゲート電極１７ｇ、ソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄのそれぞれを有し、ゲート電極１７ｇがゲート配線１８に、ソース電極１７ｓが信号配線１９に、ドレイン電極１７ｄがフォトダイオード１２にそれぞれ電気的に接続されている。このゲート配線１８と信号配線１９にそれぞれ囲まれた領域が画素１６の単位になる。
【００１９】
ゲート配線１８は、各画素１６間に行方向に沿って配設され、光電変換基板の外方でＦＰＣや回路基板に列方向に沿って配設されたゲート駆動回路２１に電気的に接続され、このゲート駆動回路からの信号により各薄膜トランジスタ１７をオン、オフさせることが可能である。
【００２０】
信号配線１９は、各画素１６間に列方向に沿って配設され、光電変換基板の外方でＦＰＣや回路基板に列方向に沿って配設された信号処理回路２２に電気的に接続され、このフォトダイオード１２からの信号を、オンされた各薄膜トランジスタ１７を介して信号処理回路に送信可能である。さらに、これら信号配線のそれぞれの近傍には、フォトダイオード１２に電気的に接続されるバイアス配線２３が配設され、これらバイアス配線は、バイアス電極ドライバ２４に電気的に接続され、このバイアス電極ドライバにより一定のバイアス電圧がフォトダイオードに印加されている。
【００２１】
ここで画素の間隔すなわち画素の配列ピッチは行列ともに一定である。
【００２２】
本実施形態において、光電変換基板１１上のフォトダイオード１２すなわち光電変換素子の表面積は、画素エリア中央部１３ａから周辺部１３ｂに近づくと、大きくなるように形成されている。したがって光電変換素子と信号配線またはゲート配線との間隔が狭くなる。図１（ｂ）は中央部１３ａのフォトダイオード１２１のパターン、図１（ｃ）は周辺部１３ｂのフォトダイオード１２２のパターンを模式的に示している。
【００２３】
図３により光電変換素子の面積について説明する。Ｘ線管等の放射線源３０は点状発生源であり、放射線は放射状に拡散する。放射線源３０から被検査体３２を経て画素エリア１３中央部１３ａに達する距離をＬ、画素エリア１３の中央部１３ａの画素の光電変換素子面積をα、画素エリアの中央からエリア面方向の距離がＭの位置の画素の光電変換素子の面積をβとするとき、
β２／α２＝（Ｌ２＋Ｍ２）／Ｌ２
を満たすように構成されている。
【００２４】
ただし、ここで画素エリアの中央部の画素は、光電変換基板の行方向と列方向の画素数がそれぞれ奇数の時には存在するが、行方向と列方向の画素数のいずれか一方が偶数の際には存在しない。その際は、画素エリアの中央に最も近い画素の光電変換素子の面積をαと置き換えることが可能である。
【００２５】
また、画素エリア中央と画素の距離Ｍは、画素エリア中央と対象画素中心部の距離とする。
【００２６】
次に、比較例と本発明の実施例について、取得した放射線画像を評価した。
【００２７】
比較例は、１２８０行×１２８０列で２００μｍピッチの画素配列で、光電変換素子として全画素のフォトダイオードの面積を同じ２．０×１０−８ｍ２（フィルファクタ：５０％）となるように光電変換基板を構成した。
【００２８】
この光電変換基板上にシンチレータ層として、膜厚５００μｍのヨウ化セシウム：タリウム膜を形成し、このシンチレータ層の上に、二酸化チタンを用いて樹脂で結着させた膜厚２００μｍの光反射材粒子分散膜を柱状シンチレータ間に浸透しないように形成し、こ−の光反射材粒子分散膜の上に、保護層として、パラキシリレン膜を２００μｍ形成した。
【００２９】
実施例では、比較例の光電変換素子の面積において、前述した関係式、
β２／α２＝（Ｌ２＋Ｍ２）／Ｌ２
が成り立つように光電変換素子を形成した。ここで、Ｌは１．０ｍ、αは２．０×１０−８ｍ２（フィルファクタ：５０％）としている。その他は、比較例と同様である。
【００３０】
上記比較例と実施例で放射線画像を取得し、画像中央と周辺部の明るさの評価から、比較例では、画像中央と画像角の明るさは、１．７％の違いが見られたが、実施例では、０．２％の違いしか見られなかった。
【００３１】
上記比較例では実施例より大きな画素エリアになると、画像の中央部と周辺部での明るさの差はもっと大きなものとなり、周辺部の暗さが目立ってしまうことになる。
【００３２】
以上、本発明の構成により、画素単位の光電変換素子が配列された光電変換基板を備えた放射線検出器において、周辺部が中央部に比べ暗くなるのを抑えた放射線画像を得ることができる。
【００３３】
なお本実施形態は光電変換素子としてフォトダイオードを適用したが、ＣＣＤや光導電体を適用することができる。
【００３４】
図４および図５は本発明の他の実施形態を示している。図４は同一の大きさの画素を複数行または複数列配置して帯状領域に形成し、画素エリア１３の中央部１３ａから周辺部１３ｂにかけて帯状領域４０，４１，４２の光電変換素子の受光面積を半径方向に段階的に大きくしている。また図５の光電変換素子配置パターンは帯状領域５０，５１，５２を画素領域形状に合わせて四辺形にしたものである。中央部１３ａ付近は放射線の立体角が小さいため光電変換素子の受光面積を同じにし、周辺部１３ｂのみ受光面積に傾斜を持たせている。この構造は設計が容易であり、また隣接する帯状領域の光電変換素子との受光面積差が小さく段階状であっても撮像画像への影響を無視できる。
【符号の説明】
【００３５】
１１：光電変換基板
１２：光電変換素子（フォトダイオード）
１３：画素エリア
１３ａ：中央部（画素エリア）
１３ｂ：周辺部（画素エリア）
１４：シンチレータ層
１５：保護層
１６：画素
１７：スイッチング素子（薄膜トランジスタ）
１７ｇ：ゲート電極
１７ｓ：ソース電極
１７ｄ：ドレイン電極
１８：ゲート配線
１９：信号配線
２３：バイアス配線
３０：放射線源
３１：放射線
【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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