(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、前記半導体層に高電圧を印加するための印加電極とを備え、前記印加電極から半導体層に高電圧を印加した状態で変換される前記電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御装置であって、前記印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段と、前記印加電極に与えられた高電圧の電圧または電流の変化を検出して放電の予兆を検知する検知回路と、前記検知回路の検知結果に応じて前記高電圧発生手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする高電圧制御装置。
【請求項２】
光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、前記半導体層に高電圧を印加するための印加電極とを備え、前記印加電極から半導体層に高電圧を印加した状態で変換される前記電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御方法であって、前記印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段から、放電の予兆を示す低電圧または過電流が瞬時あるいは定常的に発生すると、前記高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧発生手段から印加電極への高電圧の供給を停止するように制御することを特徴とする高電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高電圧制御装置について、図４を参照して以下に説明する。図４に示す高電圧制御装置１０１は、印加電極１０２，半導体層１０３，基板１０４の順に上から積層されてなる光または放射線の検出装置１０５に用いられており、高電圧制御装置１０１は、例えば、印加電極１０２に高電圧を与える高電圧発生回路１０６，スイッチング回路１０７，制御回路１０８，電圧制御回路１０９を備えている。図４に示すような高電圧制御装置で、交流（ＤＣ）電源から高電圧を発生させる場合には、上述した回路１０６〜１０９の他に、直流（ＡＣ）電流に変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路１１０をも備えている。
【０００３】
高電圧発生回路１０６から印加電極１０２に高電圧（バイアス電圧）を与え、その印加電極１０２から半導体層１０３に高電圧を印加した状態で光または放射線が入射することで、電子・正孔対（キャリア）が生成され、電荷情報に変換される。変換された電荷情報を読み出すことで光または放射線が検出される。例えばこのような検出装置を、Ｘ線透視撮影装置の透視Ｘ線像の検出に用いた場合、検出装置から出力される放射線検出信号（電荷情報）に基づいて画像情報が得られ、その画像情報からＸ線透視画像が得られることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する高電圧制御装置の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の高電圧制御装置を光または放射線の検出装置に用いて使用すると、検出装置が破壊する、あるいは検出装置の使用の続行が困難になるという問題がある。
【０００５】
上記の検出装置の印加電極（図４中では印加電極１０２）には高電圧が印加されているので、この状態で使用し続けていると、印加電極の端縁から半導体層（図４中では半導体層１０３）表面に沿って基板（図４中の基板１０４）などに放電する沿面放電や、印加電極から半導体層を貫通して放電する貫通放電が発生する。
【０００６】
放電が起こると、例えばＸ線透視撮影装置の場合、放射線検出信号のノイズとなって画質の低下を招き、場合によっては検出装置が破壊する可能性もある。また、例えば、Ｘ線透視撮影装置において被検体に血液造影剤用のカテーテルを挿入して、カテーテルを通して血液造影剤を注入して被検体の手術を行う場合には、手術の続行が困難になる。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光または放射線の検出装置の破壊を防止し、その検出装置の使用中の停止を低減させる高電圧制御装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明者は、上記の目的を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
上記の目的を解決するための手法の１つとして、耐電圧の高い半導体で半導体層を形成する、あるいは半導体層の膜厚を厚くする手法がある。しかしながら、耐電圧の高い半導体で半導体層を形成する場合には耐電圧の高い半導体に限定されてしまい、半導体層の膜厚を厚くする場合にも半導体の種類によって変化するなど、汎用性として低い。また、上記の目的を解決するための手法の１つとして、印加電極に与える高電圧（バイアス電圧）を低くする手法があるが、その手法の場合には十分な検出感度が得られない。
【０００９】
その一方で、放電の予兆として、例えば、放電によりショート状態（電圧の場合には低電圧，電流の場合には過電流）が瞬時あるいは定常的に発生するなど、光または放射線の検出装置の状態（以下、適宜『装置情報』とする）が通常時と異なる場合が発生する。してみれば、一般の光または放射線の検出装置に対応することができるように、上記の検出装置の状態を示す装置情報に基づいて、検出装置に用いられる高電圧制御装置側の方で改良を加えるようにすればよい。このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、前記半導体層に高電圧を印加するための印加電極とを備え、前記印加電極から半導体層に高電圧を印加した状態で変換される前記電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御装置であって、前記印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段と、前記印加電極に与えられた高電圧の電圧または電流の変化を検出して放電の予兆を検知する検知回路と、前記検知回路の検知結果に応じて前記高電圧発生手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、光または放射線の検出装置の状態を示す装置情報に応じて、印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段について制御する制御手段を、高電圧制御装置に備えるように構成しているので、例えば放電の予兆を示すような、通常時とは異なる装置情報を検知すると、制御手段は高電圧発生手段を制御することで、例えば高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧の供給を停止して、光または放射線の検出装置の破壊を防止することができるとともに、その検出装置の使用中の停止を低減させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、前記半導体層に高電圧を印加するための印加電極とを備え、前記印加電極から半導体層に高電圧を印加した状態で変換される前記電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御方法であって、前記印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段から、放電の予兆を示す低電圧または過電流が瞬時あるいは定常的に発生すると、前記高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧発生手段から印加電極への高電圧の供給を停止するように制御することを特徴とするものである。
〔作用・効果〕請求項２に記載の発明によれば、高電圧発生手段から、放電の予兆を示す低電圧または過電流が瞬時あるいは定常的に発生すると、高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧発生手段から印加電極への高電圧の供給を停止するように制御することで、光または放射線の検出装置の破壊を防止し、その検出装置の使用中の停止を低減させることができる。
【００１２】
なお、本明細書は、光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御方法も開示している。
【００１３】
（１）光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する半導体層と、前記半導体層に高電圧を印加するための印加電極とを備え、前記印加電極から半導体層に高電圧を印加した状態で変換される前記電荷情報を読み出すことで光または放射線を検出する光または放射線の検出装置に用いられる高電圧制御方法であって、前記印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段から、放電の予兆を示す低電圧または過電流が瞬時あるいは定常的に発生すると、前記高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧発生手段から印加電極への高電圧の供給を停止するように制御することを特徴とする高電圧制御方法。
【００１４】
〔作用・効果〕上記の発明によれば、高電圧発生手段から、放電の予兆を示す低電圧または過電流が瞬時あるいは定常的に発生すると、高電圧発生手段から印加電極に与える高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧発生手段から印加電極への高電圧の供給を停止するように制御することで、光または放射線の検出装置の破壊を防止し、その検出装置の使用中の停止を低減させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１は、本実施例に係る放射線の検出装置の概略断面図およびその検出装置に用いられる高電圧制御装置の概略構成を示したブロック図であって、図２は平面視した状態での本実施例に係る放射線の検出装置のブロック図である。
高電圧制御装置１は、図１に示すように、放射線の検出装置２に接続されている。
【００１６】
本実施例に係る放射線の検出装置２は、例えばＸ線などの放射線が入射することによりキャリアが生成される放射線感応型の半導体厚膜３と、半導体厚膜３の表面に設けられた電圧印加電極４と、半導体厚膜３の放射線入射側とは反対側にある裏面に設けられたキャリア収集電極５と、キャリア収集電極５への収集キャリアを溜める電荷蓄積用のコンデンサＣａと、コンデンサＣａに蓄積された電荷を取り出すための通常時オフ（遮断）の電荷取り出し用のスイッチ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒとを備えている。本実施例では、半導体厚膜３は放射線の入射によりキャリアが生成される放射線感応型の物質で形成されているが、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質であってもよい。半導体厚膜３は、この発明における半導体層に、電圧印加電極４は、この発明における印加電極にそれぞれ相当する。
【００１７】
また、本実施例に係る高電圧制御装置１は、電圧印加電極４に高電圧のバイアス電圧ＶAを与える高電圧発生回路６と、コンバータなどが組み込まれたスイッチング回路７と、交流（ＤＣ）電流から直流（ＡＣ）電流に変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路８と、スイッチング回路７を介して高電圧発生回路６を制御する制御回路９と、高電圧発生回路６からのバイアス電圧ＶAに関する電圧または電流の変化を検知する検知回路１０と、制御回路９およびスイッチング回路７を介して検知回路１０からの電圧または電流の変化の検知に応じて高電圧発生回路６のバイアス電圧ＶAを制御する電圧制御回路１１とを備えている。
【００１８】
この高電圧発生回路６には、電圧制御回路１１と制御回路９とスイッチング回路７とにより段階的に切り換えられた入力電圧を、高電圧のバイアスＶAとして最終的に出力するコックロフト回路（倍電圧回路）（図示省略）と、電圧または電流の変化を検知するための出力とを備えており、電圧制御回路１１により切り換えられるスイッチング回路７からの出力、すなわち高電圧発生回路６への入力電圧を変えることで高電圧発生回路６からのバイアス電圧ＶAの大きさを変えている。このバイアス電圧ＶAの大きさは、数１００Ｖ〜数１０ｋＶ程度の電圧である。また、本実施例における検知回路１０は、放電の予兆を示す低電圧または過電流が高電圧発生回路６から瞬時あるいは定常的に発生すると、検知するように構成されている。なお、ＡＣ電源から高電圧を発生させる場合にはＡＣ−ＤＣ変換回路８は不要である。高電圧発生回路６は、この発明における高電圧発生手段に、電圧制御回路１１は、この発明における制御手段にそれぞれ相当する。
【００１９】
この他に、本実施例に係る放射線の検出装置２は、薄膜トランジスタＴｒのソースに接続されているデータ線（ビット線）１２と、薄膜トランジスタＴｒのゲートに接続されているワード線１３とを備えており、電圧印加電極４，半導体厚膜３，キャリア収集電極５，コンデンサＣａ，薄膜トランジスタＴｒ，データ線１２，およびワード線１３が絶縁基板１４の上に積層されて構成されている。
【００２０】
次に、放射線の検出装置２の全体構成について説明する。図１，図２に示すように、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（例えば、1024個×1024個）形成されたキャリア収集電極５ごとに、上述した各々のコンデンサＣａおよび薄膜トランジスタＴｒがそれぞれ接続されており、それらキャリア収集電極５，コンデンサＣａ，および薄膜トランジスタＴｒが各検出素子ＤＵとしてそれぞれ分離形成されている。また、電圧印加電極４は、全検出素子ＤＵの共通電極として全面にわたって形成されている。また、上述したデータ線１２は、図２に示すように、横（Ｘ）方向に複数本に並列されているとともに、上述したワード線１３は、図２に示すように、縦（Ｙ）方向に複数本に並列されており、各々のデータ線１２およびワード線１３は各検出素子ＤＵに接続されている。また、データ線１２は電荷−電圧変換群１５を介してマルチプレクサ１６に接続されており、ワード線１３はゲートドライバ１７に接続されている。なお、検出素子ＤＵの配列個数は上述の1024個×1024個だけでなく、実施形態に応じて配列個数を変更して使用することができる。従って、検出素子ＤＵが１個のみの形態であってもよい。
【００２１】
また、本実施例に係る放射線の検出装置２を作成する場合には、絶縁基板１４の表面に、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によるパターン技術を利用して、データ線１２およびワード線１３を配線し、薄膜トランジスタＴｒ，コンデンサＣａ，キャリア収集電極５，半導体厚膜３，電圧印加電極４などを順に積層形成する。なお、半導体厚膜３を形成する半導体については、アモルファス型の半導体や多結晶型の半導体などに例示されるように、用途や耐電圧などに応じて適宜選択することができる。また、半導体厚膜３を形成する物質についても、セレン（Ｓｅ）などに例示されるように、特に限定されない。
【００２２】
続いて、本実施例に係る放射線の検出装置２に用いられる高電圧制御方法について、検出装置２の動作とともに説明する。高電圧制御装置１の高電圧発生回路６から所定の大きさのバイアス電圧ＶAを出力するように、制御回路９およびスイッチング回路７を介して、電圧制御回路１１は入力電圧を高電圧発生回路６に与える。所定の大きさのバイアス電圧ＶAになると、高電圧発生回路６からそのバイアス電圧ＶAを電圧印加電極４に与え、その電圧印加電極４から半導体厚膜３にバイアス電圧ＶAを印加した状態で、検出対象である放射線を入射させる。
【００２３】
放射線の入射によってキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報として電荷蓄積用のコンデンサＣａに蓄積される。ゲートドライバ１７の信号取り出し用の走査信号によって、ワード線１３が選択されて、さらに選択されたワード線１３に接続されている検出素子ＤＵが選択指定される。その指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、選択されたワード線１３の信号によってオン（ＯＮ）状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データ線１２に読み出される。
【００２４】
また、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、データ線１２、およびワード線１３の信号取り出し用の走査信号に基づいて行われる。マルチプレクサ１６およびゲートドライバ１７に信号取り出し用の走査信号が送り込まれると、ゲートドライバ１７から縦（Ｙ）方向の走査信号に従って各検出素子ＤＵが選択される。そして、横（Ｘ）方向の走査信号に従ってマルチプレクサ１６が切り換えられることによって、選択された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、データ線１２を介して、電圧−電圧変換群１５およびマルチプレクサ１６を順に経て外部に送り出される。
【００２５】
上述の動作によって、例えばＸ線透視撮影装置の透視Ｘ線像の検出に本実施例に係る放射線の検出装置２を用いた場合、データ線１２を介して外部に読み出された電荷情報が画像情報に変換されて、Ｘ線透視画像として出力される。また、検知回路１０が電圧または電流を観測し続けるように、制御回路９は検知回路１０を制御している。
【００２６】
放電または放電の予兆が発生しない場合には、電荷情報が正常に読み出され、画像が正常に出力されており、またショート状態（低電圧，過電流）が高電圧発生回路６から瞬時かつ定常的に発生していないことから、バイアス電圧ＶAに関する電圧または電流について変化が起きていないと、検知回路１０が判断する。その一方で、高電圧発生回路６は、開始時と同じ大きさのバイアス電圧ＶAを出力し続け、電荷情報の読み出しを続行させる。
【００２７】
放電の予兆が発生した場合には、電荷情報が正常に読み出されなくなり、場合によっては予兆時に画像の低下が見られる。また、ショート状態（低電圧，過電流）が高電圧発生回路６から瞬時あるいは定常的に発生することから、バイアス電圧ＶAに関する電圧または電流の変化を、検知回路１０が検知する。
【００２８】
検知回路１０が電圧または電流の変化を検知すると、その検知結果を電圧制御回路１１に送り込み、送り込まれた検知結果に応じて電圧制御回路１１は、制御回路９およびスイッチング回路７を介して、高電圧発生回路６を制御する。例えば、低電圧，過電流が高電圧発生回路６から瞬時に発生した場合には、開始時の半分の大きさをもったバイアス電圧ＶAを出力するように、入力電圧を電圧制御回路１１から高電圧発生回路６に与え、さらに連続して低電圧，過電流が高電圧発生回路６から定常的に発生した場合には、高電圧発生回路６から電圧印加電極４へのバイアス電圧ＶAの供給を停止するように、入力電圧を０Ｖにして高電圧発生回路６に与える。
【００２９】
上述した放射線の検出装置２に用いられる高電圧制御装置１、および高電圧制御方法によれば、バイアス電圧ＶAに関する電圧または電流の情報に応じて、電圧印加電極４に高電圧であるバイアス電圧ＶAを与える高電圧発生回路６について制御するように電圧制御制御回路１１を構成、すなわちバイアス電圧ＶAに関する電圧または電流の情報に応じて制御する電圧制御回路１１を、高電圧制御装置１に備えるように構成しているので、放電の予兆を示す低電圧，過電流を検知回路１０が検知すると、例えば高電圧発生回路１１から電圧印加電極４に与える高電圧（バイアス電圧ＶA）の大きさを半分にする、あるいは高電圧（バイアス電圧ＶA）の供給を停止するように、電圧制御回路１１は高電圧発生回路６を制御することで、放射線の検出装置２の破壊を防止することができるとともに、その検出装置２の使用中の停止を低減させることができる。
【００３０】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００３１】
（１）上述した本実施例では、高電圧制御装置１は、図１に示すような構成であったが、例えば図３に示すような構成であってもよく、この発明における印加電極（本実施例の場合には電圧印加電極４）に高電圧（バイアス電圧）を与えるこの発明における高電圧発生手段（本実施例の場合には高電圧発生回路６）を制御する、この発明における制御手段（本実施例の場合には電圧制御回路１１）であれば、特に限定されない。
【００３２】
図３に示す高電圧制御装置１の場合には、高電圧発生装置１ＡとＰＣ（パーソナル・コンピュータ）部１Ｂとに分かれており、高電圧発生装置１Ａは、本実施例と同様の高電圧発生回路６とスイッチング回路７とＡＣ−ＤＣ変換回路８と制御回路９と検知回路１０と電圧制御回路１１とを備え、さらに電圧制御回路１１を制御するリモートコントロール回路１８を備えている。ＰＣ部１Ｂは、高電圧発生装置１Ａのリモートコントロール回路１８を制御するコントロール部１９を備えており、コントロール部１９は中央演算処理装置（ＣＰＵ）で構成されている。
【００３３】
本実施例と相違し、検知回路１０は検知結果を電圧制御回路１１に与えずにＰＣ部１のコントロール部１９に与え、リモートコントロール回路１８を介してコントロール部１９から与えられた制御情報を電圧制御回路１１は受け取る。また、検知結果に応じて、例えば高電圧発生回路１１から電圧印加電極４に与える高電圧（バイアス電圧ＶA）の大きさを半分にする、あるいは高電圧（バイアス電圧ＶA）の供給を停止すべく電圧制御回路１１から高電圧発生回路６に与える入力電圧を制御するように、コントロール回路１９は制御情報を、リモートコントロール回路１８を介して電圧制御回路１１に与える。従って、この変形例では、このコントロール回路１９が、この発明における制御手段に相当する。
【００３４】
なお、コントロール部１９がリモートコントロール回路１８を自動的に制御するようにＰＣ部１Ｂを構成してもよいし、ＰＣ部１を操作するオペレータが、電荷情報，画像情報，あるいは検知回路１０からの情報に基づいてリモートコントロール回路１８を手動で制御する場合には、マウスやキーボードやタッチパネルなどの入力操作装置（図示省略）をＰＣ部１に備え、コントロール部１９を介して、その入力操作装置からの操作をリモートコントロール回路１８に与えてもよい。
【００３５】
また、入力電圧に応じて高電圧発生回路６から出力するバイアス電圧の大きさを制御するように、制御回路９と電圧制御回路１１とを個別に分けたが、制御回路９と電圧制御回路１１とを１つの回路にまとめてもよい。
【００３６】
（２）上述した本実施例では、高電圧発生回路６から電圧印加電極４に与えられる電圧または電流に応じて、電圧制御回路１１は高電圧発生回路６を制御したが、光または放射線の検出装置の状態を示す装置情報に応じて制御するならば、装置情報の内容については限定されない。例えば、上述したように光または放射線の検出装置の破壊前（例えば放電の予兆前）に、電荷情報の読み出し不能あるいは画像の低下を検知することができれば、電荷情報、またはこれに等価な画像情報に応じて制御してもよい。電荷情報または画像情報に応じて制御する場合には、その画像をモニタ（図示省略）に出力させて、上記（１）の変形例でも述べたように、モニタに出力された画像に応じてオペレータが手動で制御してもよい。
【００３７】
（３）上述した本実施例に係る高電圧制御方法では、高電圧発生回路１１から電圧印加電極４に与える高電圧（バイアス電圧ＶA）の大きさを半分にする、あるいは高電圧（バイアス電圧ＶA）の供給を停止することを例に採って説明したが、高電圧の大きさを低くする、あるいは高電圧の供給を停止する制御方法であれば、制御方法について特に限定されない。例えば、放電が生じても、所定の大きさのまま高電圧を印加し続けるように数秒間放置してもよいし、電圧を段階的に下げてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、光または放射線の検出装置の状態を示す装置情報に応じて、印加電極に高電圧を与える高電圧発生手段について制御する制御手段を高電圧制御装置に備えるように構成しているので、光または放射線の検出装置の破壊を防止し、その検出装置の使用中の停止を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る放射線の検出装置の概略断面図およびその検出装置に用いられる高電圧制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】平面視した状態での本実施例に係る放射線の検出装置のブロック図である。
【図３】変形例に係る放射線の検出装置の概略断面図およびその検出装置に用いられる高電圧制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【図４】従来の高電圧制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  …  高電圧制御装置
２  …  放射線の検出装置
３  …  半導体厚膜
４  …  電圧印加電極
６  …  高電圧発生回路
１１  …  電圧制御回路
【図１】
0003821015.tif 000002
【図２】
0003821015.tif 000003
【図３】
0003821015.tif 000004
【図４】
0003821015.tif 000005