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JP2002148342A - 放射線撮像装置 - Google Patents

放射線撮像装置

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Publication number
JP2002148342A
JP2002148342A JP2000339298A JP2000339298A JP2002148342A JP 2002148342 A JP2002148342 A JP 2002148342A JP 2000339298 A JP2000339298 A JP 2000339298A JP 2000339298 A JP2000339298 A JP 2000339298A JP 2002148342 A JP2002148342 A JP 2002148342A
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JP
Japan
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charge
radiation imaging
imaging apparatus
radiation
phosphor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000339298A
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English (en)
Inventor
Masakazu Morishita
正和 森下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Priority to US09/985,534 priority patent/US6707066B2/en
Priority to EP01126292A priority patent/EP1206125A3/en
Publication of JP2002148342A publication Critical patent/JP2002148342A/ja
Priority to US10/668,350 priority patent/US20040065840A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出効率、光利用効率、歩留まりを向上さ
せ、高速動作を実現し、信号／雑音比を改善することを
可能とした大型の放射線撮像装置を提供する。 【解決手段】 放射線を光に変換する蛍光体４０と、放
射線を電荷に変換すると共に蛍光体４０からの光を電荷
に変換する半導体層３０と、蓄積された電荷に基づく信
号を読み出すＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０で読み出された
電荷を出力する出力線とを具備し、絶縁性基板１上に、
半導体層３０、電荷蓄積容量２０、ＴＦＴ１０、出力線
を形成し、蛍光体４０を、半導体層３０に積層すると共
に、半導体層３０を、絶縁性基板１上における電荷蓄積
容量２０、ＴＦＴ１０、出力線の形成面に積層し、半導
体層３０と絶縁性基板１上の電荷蓄積容量２０を、接続
電極を介して電気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射線撮像装置に
関し、特に、人体をＸ線照射により画像化するＸ線撮像
装置に好適に用いることができる放射線撮像装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、入射したＸ線を光に変換する蛍光
体と、蛍光体からの光を検出する光センサとを積層した
構造を有するＸ線センサがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例においては次のような問題点があった。即ち、
上記従来例のＸ線センサは、Ｘ線の検出効率、光利用効
率、歩留まり、高速動作、信号／雑音比が充分でないと
いう問題点があった。
【０００４】本発明の目的は、検出効率、光利用効率、
歩留まりを向上させ、高速動作を実現し、信号／雑音比
を改善することを可能とした大型の放射線撮像装置を提
供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射した放射
線に基づき撮像を行う放射線撮像装置において、前記放
射線を光に変換する波長変換手段と、前記放射線を電荷
に変換すると共に前記波長変換手段からの光を電荷に変
換する電荷変換手段と、該電荷変換手段で変換され電荷
蓄積手段に蓄積された電荷に基づく信号を読み出す読出
手段と、該読出手段で読み出された電荷を出力する出力
線とを具備してなり、前記電荷変換手段を、少なくとも
絶縁性基板に形成すると共に、前記電荷蓄積手段、前記
読出手段、前記出力線を、前記絶縁性基板の一面に形成
し、前記波長変換手段を、前記電荷変換手段に積層する
と共に、前記電荷変換手段を、前記絶縁性基板における
前記電荷蓄積手段、前記読出手段、前記出力線の形成面
に積層し、前記電荷変換手段と前記絶縁性基板上の電荷
蓄積容量を、接続電極を介して電気的に接続したことを
特徴とする。
【０００６】また、本発明の放射線撮像装置は、図１を
参照しつつ説明すれば、入射した放射線に基づき撮像を
行う放射線撮像装置において、前記放射線を光に変換す
る波長変換手段（４０）と、前記放射線を電荷に変換す
ると共に前記波長変換手段からの光を電荷に変換する電
荷変換手段（３０）と、該電荷変換手段で変換され電荷
蓄積手段に蓄積された電荷に基づく信号を読み出す読出
手段（１０）と、該読出手段で読み出された電荷を出力
する出力線とを具備してなり、前記電荷変換手段を、少
なくとも絶縁性基板（１）に形成すると共に、前記電荷
蓄積手段、前記読出手段、前記出力線を、前記絶縁性基
板の一面に形成し、前記波長変換手段を、前記電荷変換
手段に積層すると共に、前記電荷変換手段を、前記絶縁
性基板における前記電荷蓄積手段、前記読出手段、前記
出力線の形成面に積層し、前記電荷変換手段と前記絶縁
性基板上の電荷蓄積容量（２０）を、接続電極を介して
電気的に接続したものである。
【０００７】［作用］本発明の放射線撮像装置は、波長
変換手段（蛍光体）と電荷変換手段（半導体検出器）を
併用する。そのため、検出効率を高くすることができ
る。また、蛍光体を空間的フィルタとして用いる。その
ため、エイリアシングを除去することができる。また、
ガラス基板上に読み出し回路を作成し、波長変換手段
（蛍光体）、電荷変換手段（半導体検出器）を積層す
る。そのため、大型の放射線撮像装置を提供することが
できる。
【０００８】また、積層構造により、読出手段やリセッ
ト手段を構成するトランジスタの設計自由度が増し、オ
ン抵抗を低くできる。そのため、高速動作（３０フレー
ム毎秒以上）が可能となる。また、波長変換手段（蛍光
体）と電荷変換手段（半導体層）の間に透明電極を作製
するか、或いは部分的に透明電極を構成する。そのた
め、光利用効率を向上させることができる。また、光吸
収の側の高濃度不純物領域を吸収係数の１／５以下にす
る。そのため、光利用効率を高くすることができる。
【０００９】また、絶縁性基板上の電荷蓄積容量と読出
手段（薄膜トランジスタ）を同じ層構成とする。そのた
め、製作工程が簡単になり歩留まり向上を図ることがで
きる。また、電荷蓄積手段の電荷をリセットする。その
ため、動画動作において残像を少なくすることができ
る。また、波長変換手段及び電荷変換手段としてバンド
ギャップが１ｅＶ以上の半導体材料を使用する。そのた
め、暗電流を低減し、雑音が低く、Ｓ／Ｎ（信号／雑
音）比が大きい放射線撮像装置を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】［実施形態］次に、本発明の実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】図１は本発明の実施形態の放射線撮像装置
（Ｘ線センサ）の概略構造を示す断面図である。放射線
撮像装置において、ガラスからなる絶縁性基板１の上部
には、スイッチとしての薄膜トランジスタ（以下ＴＦ
Ｔ）１０、電荷蓄積のための容量である電荷蓄積容量２
０が形成されている。更に、絶縁性基板１上におけるＴ
ＦＴ１０を始めとする各種半導体素子の上部には、Ｘ線
を吸収し直接キャリアに変換する半導体層３０が積層さ
れ形成されている。更に、半導体層３０の上部には、蛍
光体４０が積層されている。
【００１２】放射線撮像装置においては、照射されたＸ
線の一部を蛍光体４０で吸収し、蛍光体から発光した光
Ｈを半導体層３０により吸収し、且つ蛍光体４０を通過
したＸ線を半導体層３０においても吸収することで、Ｘ
線の吸収効率を向上させ、蛍光体４０からの光の入射効
率を上げることが重要である。図１では、後述の透明電
極３６を半導体層３０の蛍光体側に用いている。
【００１３】絶縁性基板１の上部には、各種の電極や層
が形成されている。即ち、１１はＴＦＴ１０と電荷蓄積
容量２０の下部電極、１２はＴＦＴ１０と電荷蓄積容量
２０の誘電体膜、１３はＴＦＴ１０の高抵抗半導体層、
１４は低抵抗半導体層、１５は上部電極、１６は電荷蓄
積容量２０から電荷を取り出すための取り出し電極層で
ある。
【００１４】以上の構成により、絶縁基板１上に、上述
したＴＦＴ１０と電荷蓄積容量２０が形成される。この
場合、ＴＦＴ１０の半導体材料としては、アモルファス
シリコンやポリシリコンが大面積センサの半導体材料と
して最適である。
【００１５】光とＸ線の両方を検出する半導体層３０
は、電極３１、ｐ型かｎ型の不純物濃度が高い低抵抗の
半導体領域３２、低抵抗の半導体領域３２よりは不純物
濃度が低いｐ型かｎ型の半導体領域３３、高抵抗の半導
体領域３４、ｎ型かｐ型の不純物濃度が高い半導体領域
３５、透明電極３６から構成されている。この場合、半
導体材料としては、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴ
ｅ、ＧａＰ、Ｓｉなどが半導体単結晶として適してい
る。
【００１６】半導体層３０と絶縁基板１上の電荷蓄積容
量２０は、接続電極２５により、電気的、機械的両面で
接続されている。更に、半導体層３０には、半導体層３
０のｐｎ接合に逆バイアスをかけて空乏層を形成するた
めに、電源３７が接続されている。また、蛍光体４０
は、半導体層３０の上に積層されており、蛍光体４０上
には、光Ｈを半導体層３０に有効に導くための反射層の
役割を果たす層４１が形成されている。
【００１７】Ｘ線の検出効率（吸収効率）は、蛍光体４
０の実効Ｘ線エネルギでの吸収係数をμ１、蛍光体の厚
みをＷ１、半導体の実効Ｘ線エネルギでのＸ線吸収係数
をμ２、半導体の厚みをＷ２とすると、実効Ｘ線エネル
ギにおいて近似的に次式で表すことができる。
【００１８】 検出効率＝（１−ｅｘｐ（−μ１Ｗ１））＋ｅｘｐ（−μ１Ｗ１） ×（１−ｅｘｐ（−μ２Ｗ２）） ・・・（１） 図２は透明電極３６として使用される透明導電膜をガラ
ス基板上に堆積した状態での光の透過率のデータを示す
説明図である。横軸は光学波長（ｎｍ）を示し、縦軸は
透過率（％）である。４００ｎｍから１３００ｎｍ付近
の波長まで９０％程度の透過率を有している。図２の透
明電極材料の例としては、錫添加された酸化インジウム
（Ｉｎ2Ｏ3 ：Ｓｎ）を挙げることができる。
【００１９】図３はＸ線発生装置においてタングステン
（Ｗ）をターゲットにして電子の加速電圧を１２０ＫＶ
にした条件での各種の蛍光体の厚さに対するＸ線検出効
率（吸収される量にほぼ比例する）の計算結果を示す説
明図である。Ｘ線の検出効率を上げるためには、蛍光体
４０の厚みを厚くする必要がある。図３は各材料におい
て１００％の充填率で計算されている。
【００２０】蛍光体４０の構造は、通常、結晶粒と結合
材料を混ぜることで層状を形成したものとなっている。
そのために、充填率は１００％で形成されないので、実
質的には図３の蛍光体４０の厚みに対して充填率の係数
で除算すると、実際に使用される蛍光体層の厚みとな
る。通常５０％程度である。
【００２１】結晶粒を用いた蛍光体層の厚みは、Ｘ線検
出セルのピッチと同程度以下がよい。その理由は、光の
広がりは、実質的に厚みと同程度になるからである。光
の広がりが蛍光体層の厚みに依存しているため、ピッチ
より蛍光体層の厚みが厚いとＸ線の吸収効率は上昇する
が、光の広がりが大きくなり、Ｘ線検出器のピッチを生
かした分解能が得られなくなる。
【００２２】例えば２００μｍのピッチのＸ線検出器で
あれば、ＧＯＳで充填率５０％の場合、蛍光体層を２０
０μｍにすると、図３においてＧＯＳの厚み０．１ｍｍ
と同等であり、検出効率３０％となる。残り７０％が蛍
光体層を通過することになる。
【００２３】蛍光体だけによりＸ線を検出し、蛍光体で
発生した光を検出する方法では、必要とする光学的分解
能の制限からＸ線検出をあまり高く取ることができな
い。蛍光体によるＸ線検出効率と光学的分解能は、相反
する関係を有する。また、蛍光体を厚くしていくと、蛍
光体の中でＸ線検出により発生した光の吸収や散乱が起
こることにより、かえって外部に取り出される光は徐々
に減少する。
【００２４】
【表１】 表１は蛍光体４０の種類と発光色、ピーク波長、発光エ
ネルギ効率を示す説明図である。蛍光体４０から発光さ
れる色は、緑色から紫色までの発光色であり、効率は５
％から２０％程度まである。発光材料の選択は特に重要
であり、蛍光体層の厚みに対するＸ線検出効率、発光効
率、更に発光波長は、光検出器の波長依存検出効率によ
って選択すべきである。
【００２５】即ち、図２に示したような窓材の光透過
率、更に光検出の材料の波長依存検出効率を考慮する必
要がある。発光波長から言うと、短波長の紫色の発光材
料や青色の発光材料より緑色の発光材料が好適であり、
光検出器の効率や受光率から検討するとよい。
【００２６】ＧｄＯＳ：Ｔｂ、ＣｓＩ：Ｔｌは、発光波
長が緑色であり、且つ薄い蛍光体厚みで高い検出効率を
得ることができ、光検出器の受光効率も高くできるた
め、最適である。尚、図１で示した、Ｘ線及び光の検出
の両方を行う半導体材料も各種ある。
【００２７】図４はＸ線が半導体材料に入射した場合の
半導体中で一対の電子、正孔を生成するために必要なエ
ネルギεを示す説明図である。エネルギεとバンドギャ
ップＥｇにおける経験的な関係式としては、 ε＝２．６７Ｅｇ＋０．８７（ｅＶ） ・・・（２） で表すことができる。
【００２８】バンドギャップＥｇが小さい程、必要なエ
ネルギεが小さくて効率が良いが、バンドギャップＥｇ
の小さい半導体材料は、半導体のバンドギャップＥｇで
決まる暗電流が大きくなり、Ｘ線及び光のセンサとして
雑音が大きくなる。室温状態で使うためには、少なくと
も１ｅＶ以上のバンドギャップＥｇがないと、暗電流が
多くて最適なセンサが作成できない。
【００２９】図５はＸ線を直接キャリアに変換する場合
の変換の検出効率をタングステン（Ｗ）ターゲットのＸ
線発生装置で加速電圧１２０ＫＶｐの条件における半導
体の厚みに対して表した説明図である。Ｓｉは、元素番
号が小さいため、１ｍｍの厚さにおいても検出効率が低
い。Ｇｅ、Ｓｅ、ＧａＡｓは、ほぼ同じ検出効率を示
す。
【００３０】しかし、Ｇｅは、バンドギャップが小さい
ため、検出器での暗電流が大きくなることが問題であ
る。また、Ｓｅは、現在、通常アモルファスＳｅで使わ
れるが、アモルファスＳｅは、式（２）から大きく外れ
ており、エネルギεは５０ｅＶ近く必要である。ＧａＡ
ｓは、バンドギャップＥｇも１．５ｅＶ程度で、且つＸ
線吸収も０．５ｍｍの厚みでＸ線検出効率が４０％近く
あり、検出用半導体として有用である。
【００３１】先に述べたＧＯＳを２００μｍ積層し、Ｇ
ａＡｓを０．５ｍｍとし、式（１）を用いて計算する
と、ＧＯＳで０．３、ＧａＡｓで０．７×０．４＝０．
２８、総合で０．５８となる。５８％の検出効率が達成
できる。他の材料の組み合わせも勿論できる。Ｐｂ
Ｉ2、ＨｇＩ2、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅなどもＸ線吸収
特性は優れ、且つバンドギャップも大きく性能では優れ
ている。図４中の材料でＳｉＣは、原子番号が小さいの
でＸ線吸収特性はＳｉより小さくて検出効率が悪い。
【００３２】Ｘ線検出器としての半導体層の厚さは、検
出効率が２０％程度以上の厚みにしなければ、実質的に
意味がない。図５からいえば、Ｓｅ、ＧａＡｓであれ
ば、厚さは２００μｍ以上はなければならない。検出効
率が３０％以上の厚みがより望ましい。その場合は、厚
みは４００μｍ以上となる。但し、入射Ｘ線のエネルギ
に依存して図５の厚みと検出効率は異なる。低いＸ線エ
ネルギであると、Ｘ線透過率は低下する。Ｘ線エネルギ
が高い場合は、透過率は良くなるので厚い半導体厚みと
なる。
【００３３】図６は図１に示した放射線撮像装置の概略
等価回路を示す回路図である。１２１は半導体層の検出
部、１２２はキャリアの蓄積用容量、１２３は蓄積用容
量１２２のリセットを行うリセット用トランジスタ、１
２４は蓄積された電荷を読み出す読み出し用トランジス
タである。また、１５０は読み出し配線のリセットトラ
ンジスタ、１２５は出力線、１４０は各出力線１２５に
各々接続されている増幅器、１２０は読み出しパルス
（Φvi）・センサセルのリセットパルス（ΦＲi）を供
給する水平走査回路１２０、１３０は出力回路である。
図６では、二次元的に行列を形成することで、面センサ
を形成している。
【００３４】図７は図６の等価回路における動作タイミ
ングを示す説明図である。ΦＶＲは信号線リセットパル
ス、Φvi（ｉ＝１、２、３、…）は読み出しパルス、Φ
Ｒi（ｉ＝１、２、３、…）はセンサセルリセットパル
スである。例えば、ΦＲ１のパルスとパルスの繰り返し
時間が、Ｘ線から生じるキャリアの蓄積時間となる。Ｘ
線が連続してセンサに照射されている場合、１秒に３０
回の画像取り込み（３０ＦＰＳ）で１／３０秒＝３３ｍ
ｓｅｃとなる。６０画像で１／６０秒＝１６．５ｍｓｅ
ｃである。
【００３５】次に、本発明の実施形態の動作について図
６〜図７を参照して詳細に説明する。
【００３６】図６及び図７に基づき動作を説明すると、
ΦＲ１でセンサセルをリセットした後、蓄積時間とな
り、ΦＶＲで信号線をリセットした後、ΦＶ１のパルス
で出力線１２５に読み出し動作を行う。読み出しは、出
力線１２５の浮遊容量に読み出しが行われた後、図６に
は図示してないが、転送パルスΦＴにより、出力回路１
３０中に転送される。出力回路１３０中では、その後、
順次信号が出力される。ΦＲ２、ΦＶＲ、ΦＶ２、Φ
Ｔ、ΦＲ３・・と順次動作して、全ての２次元センサか
ら読み出される。
【００３７】ΦＶＲi 、Φvi+1、ΦＴのオンのパルス時
間は、１秒間のｍ画像数（ｍＦＰＳ）と画素数（ｎ×
ｎ）で決まり、次の式で表される。
【００３８】 ΦＶＲi ＋Φvi+1＋ΦＴ≦１／（ｍ×ｎ）（秒） ・・・（３） 以上説明したように本発明の実施形態によれば、放射線
を蛍光体４０で吸収して光に変換し、その光を半導体層
３０で検出し、更に吸収できなかった放射線を半導体層
３０において吸収し、放射線を電荷に変換して、有効に
放射線の検出を行うため、下記の効果を得ることができ
る。
【００３９】蛍光体４０と半導体層３０の併用により、
検出効率を高くすることができる。また、蛍光体４０を
空間的フィルタとして用いることにより、エイリアシン
グを除去することができる。
【００４０】また、絶縁性基板１上に読み出し回路を作
成し、蛍光体４０、半導体層３０の積層により、大型の
放射線撮像装置を提供することができる。
【００４１】また、上記積層構造により、ＴＦＴ１０や
リセット用トランジスタ１２３等のトランジスタの設計
自由度が増し、オン抵抗を低くできるため、高速動作
（３０フレーム毎秒以上）が可能となる。
【００４２】また、蛍光体４０と半導体層３０の間に透
明電極を作製するか、或いは部分的に透明電極を構成す
ることにより、光利用効率を向上させることができる。
【００４３】また、光吸収側の高濃度不純物領域を吸収
係数の１／５以下にすることにより、光利用効率を高く
することができる。
【００４４】また、絶縁性基板１上の電荷蓄積容量２０
とＴＦＴ１０を同じ層構成とすることにより、製作工程
が簡単になり歩留まり向上を図ることができる。
【００４５】また、蓄積された電荷をリセットすること
により、動画動作において残像を少なくすることができ
る。
【００４６】また、半導体層３０としてバンドギャップ
が１ｅＶ以上の半導体材料を使用することにより、暗電
流を低減し、雑音が低く、Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比が大
きい放射線撮像装置を得ることができる。
【００４７】［他の実施形態］次に、本発明の各種の他
の実施形態について説明する。
【００４８】図８は図１に示した絶縁基板１上のＴＦＴ
１０、電荷蓄積容量２０が同じ層で作製される場合の断
面図であり、図１に示した絶縁基板１上のＴＦＴ１０と
蓄積容量２０の他の実施形態を示したものである。ＴＦ
Ｔ１０と電荷蓄積容量２０を同じ構造で作製している。
作製プロセスが簡便になり、コスト、歩留まりなどに良
い効果を得ることができる。１７はＴＦＴ１０と電荷蓄
積容量２０の保護膜である。
【００４９】図９はｐｎ接合で光受光部の一部電極をな
くすセンサ構造を示す断面図であり、図１に示したＸ線
検出側の蛍光体４０と半導体層３０の他の実施形態を示
したものである。半導体層の蛍光体４０側の電極３７を
アルミニウムなどの金属で作製した場合、蛍光体４０か
らの入射光を有効に取り入れることができる。他の実施
形態では、各セルの周辺にしか電極を配置してないが、
一部入射光量が削られるが、光を入射する真中部分に
も、ストライプ或いはメッシュで電極をいれてもよい。
３８、３９は保護膜である。
【００５０】図１０は光の吸収特性の説明図である。横
軸が光の波長、縦軸が吸収係数であり、Ｓｉの吸収係数
を示している。例えば、ＧＯＳ、ＣｓＩ：Ｔ１の蛍光体
の発光波長は、緑色であると吸収係数がほぼ６０００ｃ
ｍ-1であり、Ｓｉ半導体中の侵入距離（λ）は１．６μ
ｍ程度である。１．６μｍの距離で６３％の光吸収が行
われるということである。しかしながら、図１或いは図
９中の高不純物濃度領域３５は光センサとしては不感帯
となるので、薄く作製したほうがよく、侵入距離
（λ）、即ち、吸収係数の１／５程度以下がよい。半導
体層中の空乏層或いは光を吸収して電荷に変換するに必
要な厚みは、３λ以上あればよい。半導体層の厚みは、
それ以上となる。
【００５１】図１１は放射線撮像装置（センサセル）の
概略等価回路の例を示す回路図であり、半導体層のＸ線
検出部１２１と蓄積容量の間にＴＦＴを作製した他の実
施形態である。尚、図６と同一構成には同一符号を付し
説明を省略する。このＴＦＴにより、検出部１２１の電
界を一定に保つ機能を有する。検出部１２１の電界を一
定にすることにより、センサのＸ線検出を安定して行わ
せる。
【００５２】図１２は図１１に示した出力回路１３０の
他の実施形態を示す回路図である。出力回路１３０は、
サンプリング容量１３１、サンプリング容量１３１のリ
セットＴＦＴ１３２、シフトレジスタ１６０、シフトレ
ジスタ１６０からのパルスを受けて順次読み出しを行う
ＴＦＴ１３３、バッファアンプ１３４、転送用ＴＦＴ１
３５により構成されている。
【００５３】図１３は放射線撮像装置の半導体層の他の
実施形態を示す断面図である。図１３では、半導体層３
０がｐｎ接合でなく、導電度変調方式となっている。半
導体層３０が高抵抗であれば、高い電圧を印加しても暗
電流は小さく、Ｘ線による発生キャリア及び光から生成
されたキャリアを検出できる。本例は、半導体のｐｎ接
合を作製する工程が簡単になる特徴を有する。例えば、
１Ｅ１１Ωｃｍ以上の抵抗率をもつアモルファスセレン
（ａ−Ｓｅ）や、１Ｅ８Ωｃｍ程度以上の半絶縁性の抵
抗率をもつ半導体材料であるＧａＡｓ、ＩｎＰにおいて
実施できる。３９は高抵抗半導体である。高抵抗半導体
３９の厚さは、Ｘ線が充分検出できる厚みが必要であ
り、少なくとも図５の検出効率が０．２以上は必要であ
る。
【００５４】図１４はセンサセルの他の回路例を示す回
路図であり、蓄積容量１２２からソースフォロアのアン
プを介して読み出す他の実施形態である。トランジスタ
１２７、１２８でソースフォロアを形成し、コンデンサ
１２２の蓄積電荷を電荷増幅する。電荷増幅することに
より、ノイズに対する信号を改善できる。１３５は転送
用トランジスタである。Ｃ２は配線につく寄生容量であ
る。
【００５５】図１５は出力回路の例を示す回路図であ
る。２つの転送トランジスタ１３５、１３６と、電荷保
持用容量ＣＴ１、ＣＴ２を有し、Φｎのパルスでノイズ
（Ｎ）をＣＴ１に蓄積し、Ｘ線のセンサセルに照射後、
Φｓのパルスで信号＋ノイズ（Ｓ＋Ｎ）をＣＴ２に蓄積
し、差動アンプ１３９から、（Ｓ＋Ｎ）−（Ｎ）＝Ｓの
動作により、信号（Ｓ）を出力する。図中１７０は水平
シフトレジスタ、１８０は垂直シフトレジスタである。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、放
射線を波長変換手段（蛍光体）で吸収して光に変換し、
その光を電荷変換手段で検出し、更に吸収できなかった
放射線を電荷変換手段において吸収し、放射線を電荷に
変換して、有効に放射線の検出を行うため、下記の効果
を得ることができる。
【００５７】波長変換手段（蛍光体）と電荷変換手段
（半導体検出器）の併用により、検出効率を高くするこ
とができる。
【００５８】また、蛍光体を空間的フィルタとして用い
ることにより、エイリアシングを除去することができ
る。
【００５９】また、ガラス基板上に読み出し回路を作成
し、波長変換手段（蛍光体）、電荷変換手段（半導体検
出器）の積層により、大型の放射線撮像装置を提供する
ことができる。
【００６０】また、上記積層構造により、読出手段やリ
セット手段を構成するトランジスタの設計自由度が増
し、オン抵抗を低くできるため、高速動作（３０フレー
ム毎秒以上）が可能となる。
【００６１】また、波長変換手段（蛍光体）と電荷変換
手段（半導体層）の間に透明電極を作製するか、或いは
部分的に透明電極を構成することにより、光利用効率を
向上させることができる。
【００６２】また、光吸収側の高濃度不純物領域を吸収
係数の１／５以下にすることにより、光利用効率を高く
することができる。
【００６３】また、絶縁性基板上の電荷蓄積容量と読出
手段（薄膜トランジスタ）を同じ層構成とすることによ
り、製作工程が簡単になり歩留まり向上を図ることがで
きる。
【００６４】また、電荷蓄積手段の電荷をリセットする
ことにより、動画動作において残像を少なくすることが
できる。
【００６５】また、電荷変換手段としてバンドギャップ
が１ｅＶ以上の半導体材料を使用することにより、暗電
流を低減し、雑音が低く、Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比が大
きい放射線撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の放射線撮像装置の概略構造
を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態の透明導電膜をガラス基板上
に堆積した状態での光の透過率のデータを示す説明図で
ある。
【図３】本発明の実施形態のＸ線発生装置においてタン
グステンをターゲットにして電子の加速電圧を１２０Ｋ
Ｖにした条件での各種の蛍光体の厚さに対するＸ線検出
効率の計算結果を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態のＸ線が半導体材料に入射し
た場合の半導体中で一対の電子、正孔を生成するために
必要なエネルギを示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態のＸ線を直接キャリアに変換
する場合の変換の検出効率をタングステンターゲットの
Ｘ線発生装置で加速電圧１２０ＫＶｐの条件における半
導体の厚みに対して表した説明図である。
【図６】図１の概略等価回路を示す回路図である。
【図７】図６の動作タイミングを示す説明図である。
【図８】他の実施形態のＴＦＴ、容量が同じ層で作製さ
れる場合を示す断面図である。
【図９】他の実施形態のｐｎ接合で光受光部品の一部電
極をなくすセンサ構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の光の吸収特性を示す説明
図である。
【図１１】他の実施形態のセンサセルの構成を示す回路
図である。
【図１２】他の実施形態の出力回路の詳細を示す回路図
である。
【図１３】他の実施形態の放射線撮像装置の概略構造を
示す断面図である。
【図１４】他の実施形態のセンサセルの構成を示す回路
図である。
【図１５】他の実施形態の出力回路の構成を示す回路図
である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基板 １０ ＴＦＴ １１ 下部電極 １２ 誘電体膜 １３ 高抵抗半導体層 １４ 低抵抗半導体層 １５ 上部電極 １６ 取り出し電極層 ２０ 電荷蓄積容量 ３０ 半導体層 ３６ 透明電極 ４０ 蛍光体 １２５ 出力線 １２３ リセット用トランジスタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１２月１１日（２００１．１２．
１１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/09 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｃ Ｈ０４Ｎ 5/32 31/00 Ａ Ｆターム(参考） 2G088 EE01 FF02 GG19 GG21 JJ05 JJ09 JJ31 JJ33 JJ37 4M118 AA01 AA05 AA10 AB01 BA05 CA03 CA32 CB01 CB02 CB03 CB05 CB06 CB11 CB14 DD09 DD12 FB09 FB13 FB16 FB17 GA10 5C024 AX11 AX16 CX32 CY47 GX09 GY31 5F088 AA02 BA01 BB03 BB07 EA04 EA08 EA11 EA16 FA02 HA15 JA09 LA07

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放射線を用いて撮像を行う放射線撮像装
    置において、 放射線を光に変換する波長変換手段と、放射線を電荷に
    変換すると共に前記波長変換手段からの光を電荷に変換
    する電荷変換手段と、該電荷変換手段で変換され電荷蓄
    積手段に蓄積された電荷に基づく信号を読み出す読出手
    段と、該読出手段で読み出された電荷を出力する出力線
    とを具備してなり、 前記電荷変換手段を、少なくとも絶縁性基板に形成する
    と共に、前記電荷蓄積手段、前記読出手段、前記出力線
    を、前記絶縁性基板の一面に形成し、 前記波長変換手段を、前記電荷変換手段に積層すると共
    に、前記電荷変換手段を、前記絶縁性基板における前記
    電荷蓄積手段、前記読出手段、前記出力線の形成面に積
    層し、 前記電荷変換手段と前記絶縁性基板上の電荷蓄積容量
    を、接続電極を介して電気的に接続したことを特徴とす
    る放射線撮像装置。
  2. 【請求項２】 前記電荷蓄積手段の電荷をリセットする
    第一のリセット手段を具備することを特徴とする請求項
    １に記載の放射線撮像装置。
  3. 【請求項３】 前記波長変換手段、前記電荷変換手段、
    前記読出手段を有する複数の入力画素を、二次元マトリ
    クス状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の放
    射線撮像装置。
  4. 【請求項４】 前記電荷変換手段を、ｐｎ構造で形成し
    たことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
  5. 【請求項５】 前記二次元マトリクス状に配置された前
    記複数の入力画素から読み出された電荷を出力する前記
    出力線に信号増幅用の増幅器を接続したことを特徴とす
    る請求項１又は３に記載の放射線撮像装置。
  6. 【請求項６】 前記電荷変換手段の前記ｐｎ構造を、半
    導体単結晶基板に形成したことを特徴とする請求項４に
    記載の放射線撮像装置。
  7. 【請求項７】 前記電荷変換手段が、少なくともバンド
    ギャップ１ｅＶ以上のエネルギバンドギャップを有する
    ことを特徴とする請求項１、３、４、６のいずれかに記
    載の放射線撮像装置。
  8. 【請求項８】 前記出力線をリセットするための出力線
    に接続された第二のリセット手段を具備することを特徴
    とする請求項１又は５に記載の放射線撮像装置。
  9. 【請求項９】 前記読出手段を、薄膜トランジスタから
    構成すると共に、該薄膜トランジスタを、非単結晶半導
    体から構成したことを特徴とする請求項１又は３に記載
    の放射線撮像装置。
  10. 【請求項１０】 前記電荷蓄積手段、前記読出手段を、
    前記絶縁性基板上の一面に下部電極、誘電体膜、高抵抗
    半導体層、低抵抗半導体層、上部電極の同じ層構成で形
    成したことを特徴とする請求項１〜３、９のいずれかに
    記載の放射線撮像装置。
  11. 【請求項１１】 前記電荷変換手段を、半絶縁性半導体
    から構成したことを特徴とする請求項１、３、４、６、
    ７のいずれかに記載の放射線撮像装置。
  12. 【請求項１２】 前記波長変換手段を、蛍光体から構成
    したことを特徴とする請求項１又は３に記載の放射線撮
    像装置。
  13. 【請求項１３】 前記電荷変換手段を構成する高濃度不
    純物領域を、吸収係数の少なくとも１／５以下としたこ
    とを特徴とする請求項１、３、４、６、７、１１のいず
    れかに記載の放射線撮像装置。
  14. 【請求項１４】 前記波長変換手段と前記電荷変換手段
    との間に、透明電極を形成したことを特徴とする請求項
    １、３、４、６、７、１１、１３のいずれかに記載の放
    射線撮像装置。
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