(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、
各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、
各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、
を有する２次元光センサにおいて、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする２次元光センサ。
【請求項２】
前記共通電極線の配線部の少なくとも一方の端面の主要部分は、真上から投影して、前記信号線の端面と同じ、もしくは端面より内側にある請求項１に記載の２次元光センサ。
【請求項３】
前記共通電極線は、前記スイッチング素子部分で前記スイッチング素子のチャネル部分を覆っている請求項１に記載の２次元光センサ。
【請求項４】
行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する２次元光センサ上に、放射線を可視光に変換する手段を設けた放射線検出装置において、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項５】
行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有し、
前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されている２次元光センサと、
前記２次元光センサ上に設けた放射線を可視光に変換する手段と、
を有する放射線検出装置を、放射線診断装置の画像読取り手段として用いたことを特徴とする放射線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿からの反射光を検出する２次元光センサ、あるいはＸ線、γ線等の放射線を直接あるいは可視光に変換後に検出するのに適した２次元光センサ、ならびにこの２次元光センサを用いて構成した放射線検出装置及び放射線診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線診断で放射線透過像を観察するのに、一般的にはフィルムが用いられていた。また、放射線を照射しながらリアルタイムで透過像を観察するのために、イメージインテンシファイア（以下「Ｉ／Ｉ」と記す）が用いられているが、大型で重いという問題があった。
【０００３】
最近、小型、軽量であり、リアルタイムで透過像を観察する検出器として、アモルファスシリコン（以下「ａ−Ｓｉ」と記す）を用いた大型センサが提案されている。これは、ａ−Ｓｉを用いた受光エレメントであるフォトダイオードと、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」と記す）を１対１で組み合わせて１画素とし、ａ−Ｓｉで形成されたこの受光エレメントを２次元のマトリクス状に並べて構成したものである（たとえば特表平７−５０２８６５号公報参照）。
【０００４】
このフォトダイオードは、ｐｉｎ型フォトダイオードであるが、フォトダイオードには、ｐｎ型、ショットキー型などのフォトダイオードがある。また、その他、ＭＩＳ型のフォトセンサも本出願人により提案された（特開平８−１１６０４４号公報）。このフォトセンサでは、光の入射側の上には透明電極が設けられ、更にセンサの共通電極の配線Ｖｃｅ線が金属で形成されている。フォトダイオードからスイッチであるＴＦＴを経て光信号をアンプまで出力する信号線Ｖｓｉｇ線に平行に、Ｖｃｅ線がフォトダイオードの上部の一部を通って配線されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような従来の技術では、センサの共通電極として、光に対して不透明な金属（例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等）を用いているために、共通電極線がフォトダイオードの受光部を覆い、受光部の開口度を下げ、それにより光出力の減少とＳ／Ｎの低下を招いていた。
【０００６】
本発明は、大画面、高精細な光センサであっても、受光部の開口度を確保し、光出力を増加させ、良好なＳ／Ｎを確保することが可能な２次元光センサを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記の２次元光センサを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する２次元光センサにおいて、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記共通電極線の配線部の少なくとも一方の端面の主要部分は、真上から投影して、前記信号線の端面と同じ、もしくは端面より内側におかれる。
【００１０】
共通電極線は、前記スイッチング素子部分で前記スイッチング素子のチャネル部分を覆うように設けられる。
【００１１】
また本発明は、行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有する２次元光センサ上に、放射線を可視光に変換する手段を設けた放射線検出装置において、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明は、行と列の２次元マトリクス状に配置され、受光エレメントとスイッチング素子からなる画素の複数と、各受光エレメントが持つ一対の電極の一方に共通に接続され前記各受光エレメントにバイアスを印加するための共通電極線と、各行毎に駆動された前記スイッチング素子により列毎の受光エレメントの光信号を転送する信号線と、を有し、前記共通電極線の主要な配線部は前記信号線の主要な配線部に重なるように形成されている２次元光センサと、前記２次元光センサ上に設けた放射線を可視光に変換する手段と、を有する放射線検出装置を、放射線診断装置の画像読取り手段として用いたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す平面図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ′部分の断面図、図２（ｂ）は図１のＡ−Ａ′部分の断面図である。
【００１４】
図１において、符号１１はフォトダイオードを示し、これはａ−Ｓｉにより形成されたｐｉｎ型、ｐｎ型、またはショットキー型（ＭＩＳ型を含む）のフォトダイオードである。このフォトダイオード１１は、ＴＦＴ１３のドレイン電極１２上に形成されている。ＴＦＴ１３は、フォトダイオード１１に光が入射して発生した光出力を信号線（Ｖｓｉｇ線）１４に転送する。１６はＴＦＴ１３を駆動するゲート線である。
【００１５】
図２において、フォトダイオード１１は、光入射側に設けられた透明電極１０４を経て、絶縁保護膜１０３に開けられた開口を通して、共通電極線（Ｖｃｅ線）１５により一定の電位のバイアスが印加される。この共通電極線（Ｖｃｅ線）１５は、図１、図２で示されるように、フォトダイオード１１から取り出す部分を除く殆どの部分が、信号線１４の上部に形成されている。従って、共通電極線（Ｖｃｅ線）１５の配線部は、フォトダイオード１１の入射部を殆ど遮光しない。特に図２（ｂ）に明らかなように、共通電極線１５の配線部は、信号線１４と同じもしくはそれよりも幅が狭い信号線１４の上部の範囲内に形成されている。
【００１６】
図３は、本発明の光センサを作成工程を説明するプロセス図である。この作成工程を、図１のＣ−Ｃ′部分の断面を用いて説明する。
【００１７】
（ａ）ガラス基板１０１上にＴＦＴのゲート配線１６を形成する。
【００１８】
（ｂ）その上に、ゲート絶縁膜となる、例えば窒化シリコン等からなる絶縁膜１０２、半導体層１０５、及び例えば窒化シリコン等の絶縁膜からなるチャネル保護膜１０６を堆積する。
【００１９】
（ｃ）その後、チャネル保護膜１０６を、チャネル部分のみ残すようにパターニングする。
【００２０】
（ｄ）その上に、例えばｎ+ にドープしたａ−Ｓｉや微結晶（μｃ−）ＳｉからなるＴＦＴのオーミックコンタクト層１０７を堆積し、オーミックコンタクト層１０７と半導体層１０５をＴＦＴ部分のみ残すようにパターニングする。
【００２１】
（ｅ）さらに、金属例えばＡｌを１μｍスパッタで堆積し、信号線（ソース電極）１４とソース電極１２をパターニングし、ＴＦＴ１３を形成する。
【００２２】
（ｆ）ＴＦＴのドレイン電極１２上にａ−Ｓｉのｐ層、ｉ層、ｎ層を堆積し、その上にＩＴＯ（インジウムティンオキサイド）等の透明電極を成膜し、受光部分をパターニングし、ｐｉｎ型フォトダイオード１１及び透明電極１０４を形成する。フォトダイオード１１を形成するａ−Ｓｉの型の順序は、前述とは逆のｎ層、ｉ層、ｐ層の順でも構わないが、正孔の拡散長の方が電子の拡散長より長いことから、光入射側をｐ層とする方がセンサの効率がより良い。
【００２３】
上記の工程（ａ）から（ｆ）までは、図１のＣ−Ｃ′部分の断面を用いた。（ｆ）と同じ工程を、図１のＡ−Ａ′部分の断面で（ｇ）に示す。以下の（ｇ）〜（ｉ）の工程は、Ａ−Ａ′部分の断面を使って説明する。
【００２４】
（ｇ）ＴＦＴ部を含まないＡ−Ａ′断面でドレイン電極１２上にフォトダイオード１１、透明電極１０４が形成されている。
【００２５】
（ｈ）その上に絶縁保護膜１０３を堆積し、透明電極１０４と共通電極線１５を接続するためのコンタクトホール１０８を開ける。
【００２６】
（ｉ）その上に例えばＡｌのような金属を堆積し、絶縁保護１０３に開けられたコンタクトホール１０８を介して、透明電極１０４と接続するとともに、共通電極線１５を信号線１４の上部にパターニングし、電源への接続に必要な配線部分は信号線１４上に配置するようにする。特に共通電極線１５のセンサから引き出す部分以外は、信号線１４の上部に信号線１４より小さい幅か同じ幅で共通電極線１５を形成する。共通電極線１５の主要な配線部は、１４信号線上に形成されている。
本発明の第２の実施の形態を図４にしたがって説明する。
【００２７】
図４の例では、共通電極線１５を、ＴＦＴ１３の部分のみでＴＦＴ１３上部に張り出させたものである。共通電極線１５のＴＦＴ１３の上部には、ＴＦＴ１３のチャネル部を覆うよう遮光部１７が形成されて、ＴＦＴ１３のチャネル部分を上部から入射する光から遮光している。
【００２８】
尚、図５のＴＦＴはいわゆるチャネルエッチタイプで、チャネル保護層を設けずに、ＴＦＴの金属電極（ソース・ドレイン電極）を形成した後にチャネル部分のオーミックコンタクト層１０７を除去している。この場合には、半導体層１０５も若干オーバーエッチングされているが、チャネル保護層を設ける為のマスクが不要で、プロセスが簡便になるという利点がある。
【００２９】
図６（ａ）、（ｂ）は、前述の第１の実施の形態の構成のセンサを、放射線検出装置に用いた構成例の断面図を示す。
【００３０】
ここで用いられたセンサは、ＴＦＴ、フォトダイオード、配線部を形成した後、センサ部分を保護する窒化シリコンからなる第２絶縁膜１０９を形成してある。この第２絶縁膜１０９を無機膜で形成することで水、湿気の進入を完全に防ぐ事も出来る。その上にエポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる接着剤を使ってシンチレーター１１１をはりつけてある。シンチレーター１１１としては希土類系の蛍光体、あるいはＣｓＩ（Ｔｌ）等を使用することができる。このシンチレーター１１１は、Ｘ線１１２を、ａ−Ｓｉのセンサの感度の大きい波長の可視光に変換する。
【００３１】
図７、図８は、本発明のセンサを放射線検出装置、例えばＸ線検出装置に適用した場合の模式的構成図及び模式的断面図を示している。図７において、ａ−Ｓｉセンサ基板２００内に、ａ−Ｓｉフォトダイオード及びａ−ＳｉＴＦＴからなる複数個の受光エレメントがマトリクス状に形成され、このａ−Ｓｉセンサ基板２００の一方の縁部表面に、シフトレジスタＩＣ（ＳＲＩ）が実装された第１フレキシブル回路基板２０１が、さらにこの縁部に直角なもう一方の縁部の表面に、センサの光信号を増幅し、検出する検出用ＩＣが実装された第２フレキシブル回路基板２０２がそれぞれ接続されている。また第１、第２フレキシブル回路基板の、センサ基板２００とは反対側には、各々、回路基板ＰＣＢ１およびＰＣＢ２が接続されている。
【００３２】
図８において、前記ａ−Ｓｉセンサ基板２００が複数枚（例えば４枚）基台２０３上に貼り合わされ、大型の２次元光センサを構成している。基台２０３のＸ線２１２の入射側と反対側には、処理回路２０６のメモリ２０５のような電気回路あるいはＩＣをＸ線から保護するための鉛板２０４が実装されている。さらに検出用ＩＣ２０２は、フレキシブル回路基板をＵ字形に折り曲げることにより、入射Ｘ線に対して保護用鉛２０４の影になるように配置してある。ａ−Ｓｉセンサ基板２００上には、Ｘ線２１２を可視光に変換するためのシンチレーター例えばＣｓＩ（ＴＩ）２１０が貼り付け、あるいは表面に直接形成されている。
【００３３】
このように構成されたＸ線検出装置は、前述と同様の原理で変換された可視光の量を検出することで、Ｘ線の量を検出することができる。
【００３４】
図７、図８の例では、センサ基板電気回路全体をカーボンファイバー製のケース２１１に収納している。
【００３５】
図９は、本発明の２次元光センサの放射線診断システムへの応用例を示したものである。
【００３６】
Ｘ線チューブ３０１で発生したＸ線３０２は、患者あるいは被験者３０３の胸部３０４を透過し、蛍光体を上部に実装した光電変換装置３０５に入射する。この入射したＸ線像には、患者３０３の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して蛍光体が発光し、これを光電変換して電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され、イメージプロセッサ３０６により画像処理され、制御室のディスプレイ３０７で観察できる。
【００３７】
また、この情報は、電話回線３０８の伝送手段により遠隔地へ転送でき、離れた別の場所のドクタールームなどでディスプレイ３０９に、必要あれば白黒反転して表示し、もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師の診断に利用することも可能である。またフィルムプロセッサ３１０によりフィルム３１１に記録することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、受光エレメントの開口が大きくなり、大きなセンサ出力を得る事が出来るので、ＳＮ比が高い２次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。さらに、開口を大きくすることで、同じセンサ出力を得るのに必要な画素サイズを小さくすることが出来、高精細な２次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。
【００３９】
また、本発明において、共通電極をＴＦＴの遮光に用いることで、ＴＦＴのｏｆｆ時のリーク電流を低減することが出来、これにより更にＳＮ比の高い、特性の安定した２次元光センサ、及びそれを用いた放射線検出装置、及び放射線診断システムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を表す平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ′部分の断面図。
（ｂ）は図１のＡ−Ａ′部分の断面図。
【図３】本発明の光センサを作成工程を説明するブロセス図である。
【図４】第２の実施例の断面図で、共通電極線をＴＦＴ上部に張り出させたもの。
【図５】別の実施例の断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明のセンサを放射線検出装置に用いたときの断面図。
【図７】本発明を放射線検出装置に用いたときの模式的構成図。
【図８】本発明を放射線検出装置に用いたときの模式的断面図。
【図９】本発明を放射線診断システムへの応用例を示す図。
【符号の説明】
１１  フォトダイオード
１２  ドレイン電極
１３  ＴＦＴ
１４  信号線
１５  共通電極線
１６  ゲート線
１０１  ガラス基板
１０２  絶縁膜
１０３  絶縁保護膜
１０４  透明電極
１０５  半導体層
１０６  チャンネル保護層
１０７  オーミックコンタクト層
１０８  コンタクトホール
１０９  第２絶縁膜
１１０  接着層
１１１  シンチレーター
２００  ａ−Ｓｉセンサ基板
２０１  第１フレキシブル回路基板
２０２  第２フレキシブル回路基板
２０３  基台
２０４  鉛板
２０５  メモリ
２０６  処理回路
２１０  シンチレーター
２１１  ケース
３０１  Ｘ線チューブ
３０２  Ｘ線
３０３  患者
３０４  胸部
３０５  光電変換装置
３０６  イメージプロセッサ
３０７  ディスプレイ
３０８  電話回線
３０９  ディスプレイ
３１０  フィルムプロセッサ
３１１  フィルム
【図１】
0004011734.tif 000002
【図２】
0004011734.tif 000003
【図３】
0004011734.tif 000004
【図４】
0004011734.tif 000005
【図５】
0004011734.tif 000006
【図６】
0004011734.tif 000007
【図７】
0004011734.tif 000008
【図８】
0004011734.tif 000009
【図９】
0004011734.tif 000010