特開 2021-124504 放射線検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-124504(P2021-124504A)

(43)【公開日】2021年8月30日

(54)【発明の名称】放射線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 7/00 20060101AFI20210802BHJP

   A61B 6/00 20060101ALI20210802BHJP

   H04N 5/32 20060101ALI20210802BHJP

【ＦＩ】

   G01T7/00 A

   A61B6/00 300S

   A61B6/00 300Q

   H04N5/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2021-10236(P2021-10236)

(22)【出願日】2021年1月26日

(31)【優先権主張番号】特願2020-18897(P2020-18897)

(32)【優先日】2020年2月6日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】503382542

【氏名又は名称】キヤノン電子管デバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100157901

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 達哲

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(74)【代理人】

【識別番号】100197538

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 功

(72)【発明者】

【氏名】藤田 修一

【テーマコード（参考）】

2G188

4C093

5C024

【Ｆターム（参考）】

2G188AA03

2G188AA25

2G188BB02

2G188CC22

2G188DD05

2G188EE25

4C093AA01

4C093CA32

4C093CA35

4C093EB12

4C093EB13

4C093EB17

4C093EB20

4C093EE14

4C093GA05

5C024AX11

5C024CY42

5C024GX09

5C024GY31

5C024HX29

5C024HX35

5C024HX47

(57)【要約】

【課題】放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる放射線検出器を提供することである。
【解決手段】第１の方向に延びる複数の制御ラインと、前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる複数のデータラインと、対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続され、光電変換素子を有する光電変換部と、複数の前記光電変換部の上に設けられたシンチレータと、複数の前記光電変換素子に電気的に接続されたバイアスラインと、前記バイアスラインに電気的に接続された電圧生成回路と、前記バイアスラインに電気的に接続され、放射線の入射開始時に生じる電圧の変化を検出する放射線入射判定回路と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に延びる複数の制御ラインと、
前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる複数のデータラインと、
対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続され、光電変換素子を有する光電変換部と、
複数の前記光電変換部の上に設けられたシンチレータと、
複数の前記光電変換素子に電気的に接続されたバイアスラインと、
前記バイアスラインに電気的に接続された電圧生成回路と、
前記バイアスラインに電気的に接続され、放射線の入射開始時に生じる電圧の変化を検出する放射線入射判定回路と、
を備えた放射線検出器。

【請求項2】

前記電圧生成回路は、第１のバイアス電圧を生成する回路と、前記第１のバイアス電圧よりも低い第２のバイアス電圧を生成する回路と、を有し、
前記放射線入射判定回路は、
前記第１のバイアス電圧を生成する回路に電気的に接続された第１のスイッチと、
前記第２のバイアス電圧を生成する回路に電気的に接続された第２のスイッチと、
前記バイアスラインに電気的に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに電気的に接続されたコンパレータと、
を有する請求項１記載の放射線検出器。

【請求項3】

前記第１のバイアス電圧を生成する回路、および前記第２のバイアス電圧を生成する回路が、集積回路として一体化されている請求項２記載の放射線検出器。

【請求項4】

前記電圧生成回路は、前記コンパレータに印加する閾値電圧を生成する回路をさらに有し、
前記第１のバイアス電圧を生成する回路、前記第２のバイアス電圧を生成する回路、および前記閾値電圧を生成する回路が、集積回路として一体化されている請求項３記載の放射線検出器。

【請求項5】

前記第１のスイッチと、前記第２のスイッチと、を制御するコントローラをさらに備え、
前記放射線の入射開始を検出する際に、
前記コントローラは、前記第１のスイッチをＯＦＦ状態とし、前記第２のスイッチのＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を周期的に繰り返し、
前記コンパレータは、前記コンデンサにおける電圧と、閾値電圧と、を比較する請求項２〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。

【請求項6】

前記放射線入射判定回路は、撮影された放射線画像と比較画像とをさらに比較し、前記放射線画像と前記比較画像との間に所定の差が無ければ、
前記コントローラは、前記第１のスイッチをＯＦＦ状態とし、前記第２のスイッチのＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を周期的に繰り返す請求項５記載の放射線検出器。

【請求項7】

前記放射線入射判定回路は、撮影された放射線画像と比較画像とをさらに比較し、前記放射線画像と前記比較画像との間に所定の差が有れば、
前記コントローラは、前記第１のスイッチをＯＮ状態とし、前記第２のスイッチをＯＦＦ状態とする請求項５記載の放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線検出器の一例にＸ線検出器がある。Ｘ線検出器には、例えば、複数の光電変換部を有するアレイ基板と、複数の光電変換部の上に設けられＸ線を蛍光に変換するシンチレータとが設けられている。また、光電変換部には、シンチレータからの蛍光を電荷に変換する光電変換素子、電荷の蓄積および放出のスイッチングを行う薄膜トランジスタなどが設けられている。

【0003】

一般的には、Ｘ線検出器は、以下のようにして画像データを読み出す。まず、外部から入力された信号によりＸ線の入射開始を認識する。次に、予め定められた時間の経過後に、読み出しを行う光電変換部の薄膜トランジスタをオン状態にして、蓄積された電荷を画像データとして読み出す。しかしながら、この様にすると、Ｘ線源などの外部機器とＸ線検出器との同期をとるための同期インターフェースが必要になる。

【0004】

ここで、シンチレータと光電変換素子とによって得られた画像データの値は、Ｘ線が入射した時と、Ｘ線が入射していない時とで変化する。そのため、Ｘ線が入射していない時の画像データの値と、Ｘ線が入射した時の画像データの値との差を検出して、Ｘ線の入射開始を検出する技術が提案されている。しかしながら、この様にすると、比較のベースとなるＸ線が入射していない時の画像データを撮影準備段階で予め取得、保存しておき、常に画像データを取り込んで比較演算を行う必要がある。

【0005】

そのため、Ｘ線が入射していない待機時においても常に電力を消費しており、消費電力が大きくなるという問題がある。この場合、電池を電源とする携帯型のＸ線検出器の場合には、電池の消耗が大きくなるので、長時間の使用が困難となる。また、電力消費が大きいため回路の温度が上昇しやすくなり、高温環境でのＸ線検出器の使用に制限が生じる場合がある。さらに、比較画像の保存が必要となるので、大容量の画像メモリが必要となる。
そこで、放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる放射線検出器の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９−０２０１４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる放射線検出器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態に係る放射線検出器は、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる複数のデータラインと、対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続され、光電変換素子を有する光電変換部と、複数の前記光電変換部の上に設けられたシンチレータと、複数の前記光電変換素子に電気的に接続されたバイアスラインと、前記バイアスラインに電気的に接続された電圧生成回路と、前記バイアスラインに電気的に接続され、放射線の入射開始時に生じる電圧の変化を検出する放射線入射判定回路と、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施の形態に係るＸ線検出器を例示するための模式斜視図である。

【図2】アレイ基板の回路図である。

【図3】Ｘ線検出器のブロック図である。

【図4】画像データの読み出しを例示するためのシーケンス図である。

【図5】画像データの読み出しを例示するためのタイミングチャートである。

【図6】Ｘ線画像の取得動作の内部等価回路である。

【図7】比較例に係るＸ線の入射開始の判定を例示するためのシーケンス図である。

【図8】他の実施形態に係るＸ線検出器のブロック図である。

【図9】Ｘ線入射判定回路を例示するための回路図である。

【図10】Ｘ線の入射開始の判定を例示するためのシーケンス図である。

【図11】待機状態を例示するためのシーケンス図である。

【図12】Ｘ線画像の撮影を例示するためのシーケンス図である。

【図13】撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差があった場合のシーケンス図である。

【図14】撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差が無かった場合のシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本実施の形態に係る放射線検出器は、Ｘ線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてＸ線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「Ｘ線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。
また、Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、Ｘ線検出器１の用途は一般医療などに限定されるわけではない。

【0011】

図１は、本実施の形態に係るＸ線検出器１を例示するための模式斜視図である。
図２は、アレイ基板２の回路図である。
図３は、Ｘ線検出器１のブロック図である。
図４は、画像データ１００の読み出しを例示するためのシーケンス図である。
図５は、画像データ１００の読み出しを例示するためのタイミングチャートである。

【0012】

図１〜図３に示すように、Ｘ線検出器１には、Ｘ線検出モジュール１０、および回路基板２０を設けることができる。また、Ｘ線検出器１には、図示しない筐体を設けることができる。筐体の内部には、Ｘ線検出モジュール１０、および回路基板２０を設けることができる。例えば、筐体の内部に支持板を設け、支持板のＸ線の入射側の面にはＸ線検出モジュール１０を設け、支持板のＸ線の入射側とは反対側の面には回路基板２０を設けることができる。

【0013】

Ｘ線検出モジュール１０には、アレイ基板２、およびシンチレータ３を設けることができる。
アレイ基板２には、基板２ａ、光電変換部２ｂ、制御ライン（又はゲートライン）Ｇ、データライン（又はシグナルライン）Ｓ、配線パッド２ｄ１、配線パッド２ｄ２および保護層２ｆを設けることができる。なお、光電変換部２ｂ、制御ラインＧ、およびデータラインＳの数などは例示をしたものに限定されるわけではない。

【0014】

基板２ａは、板状を呈し、無アルカリガラスなどのガラスから形成することができる。基板２ａの平面形状は、四角形とすることができる。
光電変換部２ｂは、基板２ａの一方の面側に複数設けることができる。光電変換部２ｂは、矩形状を呈し、制御ラインＧとデータラインＳとにより画された領域に設けることができる。複数の光電変換部２ｂは、マトリクス状に並べることができる。なお、１つの光電変換部２ｂは、例えば、Ｘ線画像の１つの画素（pixel）に対応する。

【0015】

複数の光電変換部２ｂのそれぞれには、光電変換素子２ｂ１と、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）２ｂ２を設けることができる。また、光電変換素子２ｂ１において変換した信号電荷を蓄積する蓄積キャパシタを設けることもできる。ただし、光電変換素子２ｂ１の容量によっては、光電変換素子２ｂ１が蓄積キャパシタを兼ねることができる。以下においては、光電変換素子２ｂ１が蓄積キャパシタを兼ねる場合を例示する。

【0016】

光電変換素子２ｂ１は、例えば、フォトダイオードなどとすることができる。
薄膜トランジスタ２ｂ２は、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１への電荷の蓄積および放出のスイッチングを行うことができる。薄膜トランジスタ２ｂ２は、ゲート電極２ｂ２ａ、ドレイン電極２ｂ２ｂ及びソース電極２ｂ２ｃを有することができる。薄膜トランジスタ２ｂ２のゲート電極２ｂ２ａは、対応する制御ラインＧと電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｂは、対応するデータラインＳと電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ２ｂ２のソース電極２ｂ２ｃは、対応する光電変換素子２ｂ１に電気的に接続することができる。また、光電変換素子２ｂ１のアノード側は、バイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。

【0017】

制御ラインＧは、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。複数の制御ラインＧは、例えば、行方向（第１の方向の一例に相当する）に延び、行方向に交差する列方向（第２の方向の一例に相当する）に並べられている。１つの制御ラインＧは、基板２ａの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド２ｄ１のうちの１つと電気的に接続することができる。１つの配線パッド２ｄ１には、フレキシブルプリント基板２ｅ１に設けられた複数の配線のうちの１つを電気的に接続することができる。フレキシブルプリント基板２ｅ１に設けられた複数の配線の他端は、回路基板２０に設けられたゲート駆動回路２０ａとそれぞれ電気的に接続することができる。

【0018】

データラインＳは、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けることができる。データラインＳは、例えば、列方向に延び、行方向に並べられている。１つのデータラインＳは、基板２ａの周縁近傍に設けられた複数の配線パッド２ｄ２のうちの１つと電気的に接続することができる。１つの配線パッド２ｄ２には、フレキシブルプリント基板２ｅ２に設けられた複数の配線のうちの１つを電気的に接続することができる。フレキシブルプリント基板２ｅ２に設けられた複数の配線の他端は、回路基板２０に設けられた信号検出回路２０ｂとそれぞれ電気的に接続することができる。
制御ラインＧ、データラインＳ、およびバイアスラインＶｂｉａｓは、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。

【0019】

保護層２ｆは、光電変換部２ｂ、制御ラインＧ、データラインＳ、およびバイアスラインＶｂｉａｓを覆うことができる。保護層２ｆは、絶縁性材料から形成することができる。

【0020】

シンチレータ３は、複数の光電変換部２ｂの上に設けることができる。シンチレータ３は、入射したＸ線を蛍光に変換することができる。シンチレータ３は、複数の光電変換部２ｂが設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けることができる。シンチレータ３は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいは臭化セシウム（ＣｓＢｒ）：ユーロピウム（Ｅｕ）などを用いて形成することができる。シンチレータ３は、真空蒸着法を用いて形成することができる。真空蒸着法を用いてシンチレータ３を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ３が形成される。

【0021】

また、シンチレータ３は、例えば、テルビウム賦活硫酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ／Ｔｂ、又はＧＯＳ）などを用いて形成することもできる。この場合、複数の光電変換部２ｂごとに四角柱状のシンチレータ３が設けられるように、マトリクス状の溝部を設けることができる。

【0022】

その他、シンチレータ３のＸ線の入射側に、反射層を設けることができる。反射層は、シンチレータ３において生じた蛍光のうち、光電変換部２ｂが設けられた側とは反対側に向かう光を反射させて、光電変換部２ｂに向かうようにする。
また、シンチレータ３および反射層を覆う防湿部を設けることができる。

【0023】

回路基板２０は、アレイ基板２の、シンチレータ３が設けられる側とは反対側に設けることができる。回路基板２０は、Ｘ線検出モジュール１０（アレイ基板２）と電気的に接続することができる。

【0024】

図３に示すように、回路基板２０には、ゲート駆動回路２０ａ、信号検出回路２０ｂ、メモリ２０ｃ、画像構成回路２０ｄ、電圧生成回路２０ｅ、Ｘ線入射判定回路２０ｆ、およびコントローラ２０ｇを設けることができる。なお、これらを１つの基板に設けることもできるし、これらを複数の基板に分けて設けることもできる。

【0025】

ゲート駆動回路２０ａは、薄膜トランジスタ２ｂ２のオン状態とオフ状態を切り替えることができる。ゲート駆動回路２０ａは、複数のゲートドライバ２０ａａと行選択回路２０ａｂとを有することができる。

【0026】

行選択回路２０ａｂには、コントローラ２０ｇから制御信号１０１を入力することができる。行選択回路２０ａｂは、Ｘ線画像のスキャン方向に従って、対応するゲートドライバ２０ａａに制御信号１０１を入力することができる。
ゲートドライバ２０ａａは、対応する制御ラインＧに制御信号１０１を入力することができる。

【0027】

例えば、図４および図５に示すように、ゲート駆動回路２０ａは、フレキシブルプリント基板２ｅ１を介して、制御信号１０１を制御ラインＧ１〜Ｇｍ毎に順次入力することができる。制御ラインＧに入力された制御信号１０１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となり、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１から電荷（画像データ１００）を読み出すことができるようになる。

【0028】

信号検出回路２０ｂは、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、光電変換部２ｂから画像データ１００を読み出すことができる。信号検出回路２０ｂは、複数の積分アンプ２０ｂａ、複数の選択回路２０ｂｂ、および複数のＡＤコンバータ２０ｂｃを有することができる。
１つの積分アンプ２０ｂａは、１つのデータラインＳと電気的に接続することができる。積分アンプ２０ｂａは、光電変換部２ｂからの画像データ１００を順次受信することができる。そして、積分アンプ２０ｂａ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選択回路２０ｂｂへ出力することができる。この様にすれば、所定の時間内にデータラインＳを流れる電流の値（電荷量）を電圧値に変換することができる。すなわち、積分アンプ２０ｂａは、シンチレータ３において発生した蛍光の強弱分布に対応した画像データ情報を、電位情報へと変換することができる。

【0029】

選択回路２０ｂｂは、読み出しを行う積分アンプ２０ｂａを選択し、電位情報へと変換された画像データ１００を順次読み出すことができる。
ＡＤコンバータ２０ｂｃは、読み出された画像データ１００をデジタル信号に順次変換することができる。デジタル信号に変換された画像データ１００は、メモリ２０ｃに格納することができる。

【0030】

例えば、信号検出回路２０ｂは、フレキシブルプリント基板２ｅ２を介して、画像データ１００をデータラインＳ１〜Ｓｎ毎に順次読み出すことができる。
この様なＸ線画像の取得動作を内部等価回路で表すと、図６のようになる。

【0031】

メモリ２０ｃは、例えば、回路基板２０に設けられた各回路を制御する制御プログラムを格納することができる。また、メモリ２０ｃは、例えば、制御プログラムを実行する際に必要となる閾値などのデータを格納することができる。また、メモリ２０ｃは、デジタル信号に変換された画像データ１００を一時的に格納することができる。

【0032】

画像構成回路２０ｄは、メモリ２０ｃに格納されている画像データ１００に基づいて、Ｘ線画像を構成することができる。なお、画像構成回路２０ｄは、Ｘ線検出器１の外部に設けることもできる。画像構成回路２０ｄがＸ線検出器１の外部に設けられる場合には、回路基板２０と画像構成回路２０ｄとの間のデータ通信を無線により行うこともできるし、配線などを介して行うこともできる。画像構成回路２０ｄは、構成されたＸ線画像のデータを、Ｘ線検出器１の外部に設けられた表示装置やその他の機器に送信することができる。

【0033】

図２に示すように、電圧生成回路２０ｅは、バイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。電圧生成回路２０ｅは、例えば、バイアス電圧を生成する。電圧生成回路２０ｅは、蓄積キャパシタとして機能する複数の光電変換素子２ｂ１に所定の電荷を蓄積させる。電圧生成回路２０ｅは、例えば、直流電源などとすることができる。Ｘ線がＸ線検出器１に入射すると、シンチレータ３において蛍光が発生し、発生した蛍光が光電変換素子２ｂ１に入射する。蛍光が光電変換素子２ｂ１に入射すると、光電効果によって電荷（電子およびホール）が発生し、発生した電荷と、蓄積されている電荷（異種電荷）とが結合して蓄積されている電荷が減少する。減少した後の電荷は、画像データ１００として読み出すことができる。

【0034】

ここで、Ｘ線がＸ線検出器１に入射すると、光電変換素子２ｂ１に蓄積されている電荷が減少するので、電荷を検出すればＸ線の入射開始を検出することができる。
Ｘ線入射判定回路２０ｆは、バイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。Ｘ線入射判定回路２０ｆは、光電変換素子２ｂ１から電荷を読み出すことでＸ線の入射開始を判定することができる。Ｘ線入射判定回路２０ｆは、Ｘ線の入射開始時に生じる電圧の変化を検出することができる。Ｘ線入射判定回路２０ｆは、検出された電圧値が閾値よりも小さければＸ線の入射が開始されたと判定し、検出された電圧値が閾値を超えている場合にはＸ線の入射が開始されていないと判定することができる。Ｘ線入射判定回路２０ｆは、Ｘ線の入射が開始されたと判定した場合には、Ｘ線の入射が開始された旨の信号をコントローラ２０ｇに送信することができる。

【0035】

コントローラ２０ｇは、メモリ２０ｃに格納されている制御プログラムに基づいて、回路基板２０に設けられた各回路を制御することができる。コントローラ２０ｇは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算素子を有するものとすることができる。

【0036】

次に、Ｘ線の入射開始の判定についてさらに説明する。
図７は、比較例に係るＸ線の入射開始の判定を例示するためのシーケンス図である。
図７に示すように、Ｘ線がＸ線検出器に入射すると、光電変換素子２ｂ１において電流Ｉｐｄが発生する。また、光電変換素子２ｂ１に蓄積されていた電荷が徐々に減少するので、光電変換素子２ｂ１における電圧Ｖｐｄが徐々に低下する。そのため、光電変換素子２ｂ１に蓄積されている電荷を画像データ１００として読み出し、「比較画像」との差を求めれば、Ｘ線の入射開始を検出することができる。

【0037】

例えば、Ｘ線の入射前においては、蓄積されている電荷に変化がないので、読み出された「画像Ａ」の画像データ１００の値と、予め求められている「比較画像」の画像データ１００の値との間の差が小さくなる。これに対して、Ｘ線の入射後においては、蓄積されている電荷に変化が生じるので、読み出された「画像Ｂ」の画像データ１００の値と、「比較画像」の画像データ１００の値との間の差が大きくなる。そのため、画像データ１００の値の差に基づいて、Ｘ線の入射開始を検出することができる。

【0038】

ところが、Ｘ線の入射時期を予想することは困難であるため、判定の対象となるＸ線画像の画像データ１００を継続的に取得および比較する必要がある。そのため、ゲート駆動回路２０ａおよび信号検出回路２０ｂを常に動かしておく必要がある。その結果、Ｘ線が入射していない待機時においても消費電力が大きくなる。また、発熱による温度上昇が生じるので、高温環境でのＸ線検出器１の使用に制限が生じる場合がある。さらに、１枚分の「比較画像」のデータを保存する必要があるので、大容量の画像メモリが必要となる。

【0039】

本実施の形態に係るＸ線検出器１においては、Ｘ線入射判定回路２０ｆは、バイアスラインＶｂｉａｓに生じる電圧の変化を検出することでＸ線の入射開始を判定する。そのため、電力消費量が多いゲート駆動回路２０ａおよび信号検出回路２０ｂを常に動かす必要がないので、Ｘ線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる。また、回路の温度が上昇するのを抑制することができるので、高温環境でのＸ線検出器の使用に制限が生じるのを抑制することができる。また、「比較画像」のデータを保存する画像メモリを設ける必要がない。

【0040】

なお、Ｘ線の入射が検出された後は、電圧生成回路２０ｅにより、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１に電荷を再度蓄積すればよい。再度蓄積された電荷は、光電変換素子２ｂ１により発生した電荷により減少し、画像データ１００の読み出しが可能となる。

【0041】

図８は、他の実施形態に係るＸ線検出器１ａのブロック図である。
図９は、Ｘ線入射判定回路２１ｆを例示するための回路図である。
図８に示すように、Ｘ線検出器１ａには、Ｘ線検出モジュール１０、および回路基板２１を設けることができる。回路基板２１には、ゲート駆動回路２０ａ、信号検出回路２０ｂ、メモリ２０ｃ、画像構成回路２０ｄ、電圧生成回路２１ｅ、Ｘ線入射判定回路２１ｆ、およびコントローラ２０ｇを設けることができる。

【0042】

図８に示すように、電圧生成回路２１ｅは、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１と、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２とを有することができる。
なお、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２は、供給電源線のインピーダンスを数十ｋΩレベルとなるよう非常に大きい値にしておくことが重要である。
第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１は、Ｘ線入射判定回路２１ｆのスイッチ２１ｆ１を介してバイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１は、バイアスラインＶｂｉａｓに、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を印加する。第１のバイアス電圧Ｖｂ１は、Ｘ線画像の撮影の際に用いるバイアス電圧とすることができる。例えば、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１は、前述した電圧生成回路２０ｅとしてもよい。

【0043】

第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２は、Ｘ線入射判定回路２１ｆのスイッチ２１ｆ２を介してバイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２は、バイアスラインＶｂｉａｓに、第１のバイアス電圧Ｖｂ１とは異なる第２のバイアス電圧Ｖｂ２を印加する。第２のバイアス電圧Ｖｂ２は、Ｘ線の入射開始を検出する際に用いるバイアス電圧とすることができる。例えば、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２の電位は、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１の電位よりも低く（第２のバイアス電圧Ｖｂ２は、第１のバイアス電圧Ｖｂ１よりも低く）することができる。例えば、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２の電位は、電源内部のインピーダンスに依存するが、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１の電位の約１．５倍低くなるように設定する。

【0044】

この場合、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１と、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２とを一体化してもよい。例えば、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１からの第１のバイアス電圧Ｖｂ１を抵抗などを用いて第２のバイアス電圧Ｖｂ２としてもよい。この場合、抵抗などが第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２となる。

【0045】

また、図９に示すように、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、およびコンパレータ２１ｆ４に印加する閾値電圧Ｖｓｈを生成する回路２１ｅ３、を有する電圧生成回路２１ｅ４を設けることもできる。
なお、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、および閾値電圧Ｖｓｈを生成する回路２１ｅ３を個別に設けてもよいし、例えば、これらを集積回路として一体化してもよい。集積回路とすることについての詳細は、後述する。

【0046】

Ｘ線入射判定回路２１ｆは、スイッチ２１ｆ１、スイッチ２１ｆ２、コンデンサ２１ｆ３、およびコンパレータ２１ｆ４を有することができる。
スイッチ２１ｆ１およびスイッチ２１ｆ２は、コントローラ２０ｇからの信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことができる。すなわち、コントローラ２０ｇは、スイッチ２１ｆ１とスイッチ２１ｆ２を制御することができる。そのため、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１と第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２は、決められたタイミングで、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１とコンデンサ２１ｆ３に電荷を蓄積することができる。

【0047】

コンデンサ２１ｆ３は、バイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続することができる。コンデンサ２１ｆ３は、Ｘ線の入射開始を検出する際に、微小な電流変化を電圧として捉えるために設けることができる。コンデンサ２１ｆ３は、第１のバイアス電圧Ｖｂ１または第２のバイアス電圧Ｖｂ２を短時間保持することができる。光電変換素子２ｂ１の容量によってはコンデンサ２１ｆ３を省くこともできるが、コンデンサ２１ｆ３が設けられていれば、Ｘ線の入射開始を精度良く検出することが容易となる。

【0048】

第２のバイアス電圧Ｖｂ２は、抵抗２１ｆ５を介して、コンデンサ２１ｆ３（コンパレータ２１ｆ４）に印加される。コンパレータ２１ｆ４は、コンデンサ２１ｆ３に電気的に接続することができる。コンパレータ２１ｆ４は、コンデンサ２１ｆ３における電圧と、閾値電圧Ｖｓｈとを比較することができる。

【0049】

ここで、基板上において、ディスクリート半導体装置などの素子を組み合わせて、例えば、前述した第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、および閾値電圧Ｖｓｈを生成する回路２１ｅ３、を構成すると、個々の部品の特性のばらつきや温度変動等によって電圧変動が発生する場合がある。また、個々の部品を電気的に接続するための配線パターンが必要となるが、配線パターンにはインピーダンスが有るので、他の回路や周囲環境によっては、誘導ノイズが大きくなるおそれがある。

【0050】

そのため、少なくとも、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、および第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、を集積回路として一体化することが好ましい。
また、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、および閾値電圧Ｖｓｈを生成する回路２１ｅ３を集積回路として一体化することがさらに好ましい。例えば、図９に示すように、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を生成する回路２１ｅ１、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２、および閾値電圧Ｖｓｈを生成する回路２１ｅ３、を集積回路１２１として一体化すれば、個々の部品の特性のばらつきを抑制することができ、配線も集積回路１２１内で完結させることができる。そのため、電圧変動や誘導ノイズを抑制することができる。また、抵抗定数等のパラメータも精度よくトリミングできる。また、集積回路１２１とすれば、同一パッケージ内に各回路が設けられるので、温度変動が各回路毎に異なるのを抑制することができる。そのため、特性を均一にすることができる。

【0051】

また、図９に示すように、第２のバイアス電圧Ｖｂ２は、抵抗２１ｆ５を介してコンパレータ２１ｆ４に印加される。抵抗２１ｆ５は、コンパレータ２１ｆ４に直列接続されるので、流れる電流に比例して電圧が発生する。Ｘ線の入射開始の判定は、抵抗２１ｆ５に電気的に接続されたコンデンサ２１ｆ３における電圧を用いるので、抵抗２１ｆ５の抵抗値Ｒ＿ＶＩがばらつくと、コンデンサ２１ｆ３における電圧がばらついて、Ｘ線の入射開始の判定精度が低下するおそれがある。
また、コンパレータ２１ｆ４の特性も、入力電流に違いが出ると変化する。
そのため、抵抗２１ｆ５の抵抗値、コンパレータ２１ｆ４の入力電流値などを、略一定にすれば、Ｘ線の入射開始の判定精度を向上させることができる。

【0052】

この場合、第１のバイアス電圧Ｖｂ１を発生させる回路、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を発生させる回路、および閾値電圧Ｖｓｈを発生させる回路２１ｅ３、を集積回路１２１とすれば、抵抗２１ｆ５やコンパレータ２１ｆ４も集積回路１２１に設けられることになる。抵抗２１ｆ５を集積回路１２１に設ける際にトリミングを行えば、Ｘ線の入射開始の判定精度をさらに向上させることが可能となる。また、コンパレータ２１ｆ４を集積回路１２１に設ける際にコンパレータ２１ｆ４の特性を精密に制御できるため、Ｘ線の入射開始の判定精度をさらに向上させることが可能となる。

【0053】

図１０は、Ｘ線の入射開始の判定を例示するためのシーケンス図である。
図１１は、待機状態を例示するためのシーケンス図である。
まず、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを、Ｘ線の入射を検出する際に用いる第２のバイアス電圧Ｖｂ２となるようにする。例えば、スイッチ２１ｆ２をＯＮ状態にすることで、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２をバイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続する。また、スイッチ２１ｆ１をＯＦＦ状態とし、第１のバイアス電圧を生成する回路２１ｅ１をバイアスラインＶｂｉａｓから遮断する。第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２は、コンデンサ２１ｆ３を充電することができる。コンデンサ２１ｆ３の充電が完了するとスイッチ２１ｆ２をＯＦＦ状態にする。そのため、スイッチ２１ｆ２がＯＮ状態となるのは、短時間である。

【0054】

光電変換素子２ｂ１には、光電変換素子２ｂ１自身や薄膜トランジスタ２ｂ２により漏れ電流Ｉｒが流れるため、コンデンサ２１ｆ３に蓄積されている電荷が徐々に放電し、電位が上昇する。そのため、待機時（Ｘ線の入射を待っている間）においては、図１１に示すように、コントローラ２０ｇは、スイッチ２１ｆ１をＯＦＦ状態とし、スイッチ２１ｆ２のＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を周期的に繰り返す。スイッチ２１ｆ２のＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を周期的に繰り返すことで、コンデンサ２１ｆ３の再充電が繰り返し行われる。この場合、待機時に（光電流Ｉｘが流れないときに）漏れ電流Ｉｒによる電圧上昇で、コンデンサ２１ｆ３における電圧が比較用の閾値電圧Ｖｓｈを超えないように、スイッチ２１ｆ２をＯＮ状態とする周期を設定することができる。なお、漏れ電流Ｉｒは、光電変換素子２ｂ１や薄膜トランジスタ２ｂ２によって違いがある。そのため、漏れ電流Ｉｒの値に応じて、スイッチ２１ｆ２をＯＮ状態とする周期を変化させることができる。この様にすれば、アレイ基板２毎に漏れ電流Ｉｒの値が異なっていても対応が可能となる。

【0055】

図１０に示すように、待機状態において、Ｘ線が入射すると、光電変換素子２ｂ１に光電流Ｉｘが流れるため、コンデンサ２１ｆ３が急速に放電される。そのため、電位が急激に上昇して、コンデンサ２１ｆ３における電圧が比較用の閾値電圧Ｖｓｈを超えるので、コンパレータ２１ｆ４の出力Ｖ_ＤＥＴがＯＮとなる。その結果、Ｘ線の入射開始を検出することができる。閾値電圧Ｖｓｈは、光電流による電圧上昇と薄膜トランジスタ２ｂ２に流れる漏れ電流Ｉｒによる電圧上昇の比率によって決定されるが、図１０に示す例の場合、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２の電位が、第１のバイアス電圧を生成する回路２１ｅ１の電位の１．５倍低く設定しておき、図１０中の「Ｂ部」に示すように、漏れ電流Ｉｒによる電圧上昇値と比べ、閾値電圧Ｖｓｈを２倍の電位差となるように設定すれば、漏れ電流Ｉｒでは検出されず、光電流による電圧の急激な変化によりＸ線の入射開始を精度良く検出することができる。

【0056】

以上に説明した様に、待機時においては、信号検出回路２０ｂ（ＡＤコンバータ２０ｂｃ）および画像構成回路２０ｄを動作させる必要がないため、これらの電源をＯＦＦ状態にすることができる。そのため、Ｘ線の入射を検出する際の消費電力を抑制することができる。

【0057】

図１２は、Ｘ線画像の撮影を例示するためのシーケンス図である。
図１２に示すように、Ｘ線の入射が検出された場合には、蓄積キャパシタとして機能する光電変換素子２ｂ１のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを、Ｘ線画像の撮影の際に用いる第１のバイアス電圧Ｖｂ１に切り替える。例えば、スイッチ２１ｆ１をＯＮ状態にすることで、第１のバイアス電圧を生成する回路２１ｅ１をバイアスラインＶｂｉａｓに電気的に接続する。また、スイッチ２１ｆ２をＯＦＦ状態とし、第２のバイアス電圧Ｖｂ２を生成する回路２１ｅ２をバイアスラインＶｂｉａｓから遮断する。
その後、前述したＸ線検出器１の場合と同様にして、画像データ１００の取得と、Ｘ線画像の構成を行うことができる。

【0058】

ここで、コンデンサ２１ｆ３における電圧は極めて小さいので、ノイズによる誤検出が生じる可能性がある。
そのため、Ｘ線入射判定回路２１ｆは、構成されたＸ線画像と、比較画像とをさらに比較することもできる。比較画像は、例えば、Ｘ線が入射していないときの画像とすることができる。比較画像は、例えば、メモリ２０ｃに格納することができる。

【0059】

図１３は、撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差があった場合のシーケンス図である。
撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差があれば、Ｘ線が入射していることを確認することができる。その場合には、図１３に示すように、Ｘ線画像の撮影の際に用いる第１のバイアス電圧Ｖｂ１のまま、Ｘ線画像の撮影動作を続行する。例えば、Ｘ線入射判定回路２１ｆは、撮影されたＸ線画像と比較画像とをさらに比較し、Ｘ線画像と比較画像との間に所定の差が有れば、スイッチ２１ｆ１をＯＮ状態とし、スイッチ２１ｆ２をＯＦＦ状態とする。

【0060】

図１４は、撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差が無かった場合のシーケンス図である。
撮影されたＸ線画像と比較画像との間に差が無ければ、Ｘ線が入射しておらず、誤検出であったと判定することができる。その場合には、図１４に示すように、Ｘ線の入射を検出する際に用いる第２のバイアス電圧Ｖｂ２に切り替えて、前述した検出動作を行うことができる。すなわち、誤検出と判定された場合には、速やかに、待機状態に戻ることができる。
例えば、Ｘ線入射判定回路２１ｆは、撮影されたＸ線画像と比較画像とをさらに比較し、Ｘ線画像と比較画像との間に所定の差が無ければ、スイッチ２１ｆ１をＯＦＦ状態とし、スイッチ２１ｆ２のＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を周期的に繰り返す。

【0061】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0062】

１ Ｘ線検出器、１ａ Ｘ線検出器、２ アレイ基板、２ｂ 光電変換部、２ｂ１ 光電変換素子、２ｂ２ 薄膜トランジスタ、３ シンチレータ、１０ Ｘ線検出モジュール、２０ 回路基板、２０ａ ゲート駆動回路、２０ｂ 信号検出回路、２０ｃ メモリ、２０ｄ 画像構成回路、２０ｅ 電圧生成回路、２０ｆ Ｘ線入射判定回路、２０ｇ コントローラ、２１ 回路基板、２１ｅ１ 第１のバイアス電圧を生成する回路、２１ｅ２ 第２のバイアス電圧を生成する回路、２１ｅ３ 閾値電圧を生成する回路、２１ｅ４ 電圧生成回路、２１ｆ Ｘ線入射判定回路、２１ｆ１ スイッチ、２１ｆ２ スイッチ、２１ｆ３ コンデンサ、２１ｆ４ コンパレータ、１００ 画像データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】