JP4254602B2 - 二次元放射線検出器 - Google Patents

Description

この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野等に用いられて放射線を検出する二次元放射線検出器に関する。

従来、この種の放射線検出器は、放射線情報を電荷情報に変換する放射線感応型の放射線変換層（半導体層）と、変換された電荷を読み出すアクティブマトリクス基板とを有する。

この放射線検出器において、放射線変換層で変換された電荷情報は、アクティブマトリクス基板によって読み出される。なお、読み出された電荷情報は、増幅器等によって処理されて、放射線検出信号として、外部に出力される。このようにして得られた放射線検出信号は、透視画像等の生成に供される。

しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。

すなわち、放射線変換層の感度が変動するという現象が起こる。また、残留出力が発生するという現象が起こる。このような問題を知見し、先行特許出願（特願２００３−０５８４８７）の明細書に記載の発明（以下、先行発明という）によって問題の解消が図られている。

この先行発明にかかる放射線検出器の一実施例を図５と図６に示す。図５は、先行発明に係る放射線検出器の要部の概略図であり、図６は、先行発明に係る放射線検出器の要部の作用を説明する図である。この放射線検出器は、放射線変換層５１とアクティブマトリクス基板５３と、アクティブマトリクス基板５３の下側に放射線変換層５１に光を照射する光源部５５を備えている。さらに、放射線変換層５１の下面には、複数個の分割されたキャリア収集電極５７が配置されている。

このように構成された放射線検出器において、放射線を入射する前に、光源部５５から光を照射する。これにより、放射線変換層５１内では、図６に示すように、光によって発生した電荷がキャリア収集電極５７間のスペースの領域に溜まる（符号Ａで示す）。したがって、放射線変換層５１内の電気力線は、一点鎖線の矢印で示すように歪む。

そして、光源部５５から光を照射している状態で、放射線を入射する。このとき、放射線の入射によって、さらにキャリア収集電極５７間の領域に電荷が溜まることはない。したがって、電気力線の状態や、有感面積も変化せず、感度変動はおこらない。また、放射線入射が停止したあとでも光源部５５からの光の照射を継続すると、キャリア収集電極５７間の領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されていくことはなく、残留出力は発生しない。よって、放射線に対する感度変動は起こすことなく、適切に放射線情報を電荷情報に変換することができる。

ここで、光源部５５は、例えば、発光ダイオードを内部に面実装した透明プレート等が例示される。もちろん、光源の種類は発光ダイオードに限られない。しかし、いずれの光源を採用しても、電源を供給する必要があり、これについては通常のスイッチング電源が適している。スイッチング電源によれば、小型軽量、かつ、高容量だからである。

また、いずれの光源を採用しても、それに応じた点灯回路が必要である。例えば、上記した発光ダイオードであれば電流制限回路が必要であり、冷陰極管等であれば、インバータによる昇圧回路等が必要となる。

このような構成を有する先行発明は、さらに、次のような問題があることが判明した。

すなわち、光源部５５に供給される電源には、スイッチングパルスが多く含まれ、また、光源部５５は点灯回路を有する。よって、これらに起因するノイズが光源部５５から輻射される。輻射されたノイズによっても、放射線変換層５１またはアクティブマトリクス基板５３において電荷情報を発生してしまう。したがって、先行発明に係る放射線検出器は、放射線情報から変換された電荷情報のほかに、かかるノイズによる電荷情報（ノイズ成分）も併せて検出してしまう。放射線情報から変換される電荷情報自体が微弱であるため、放射線から変換された電荷情報に重畳するノイズ成分の影響は大きい。

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、感度変動がなく、かつ、光源部から輻射されるノイズの影響を抑制することができる放射線検出器を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、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、放射線の入射により、放射線情報を電荷情報に変換する半導体層と、この半導体層が表面に積層され、この半導体層から電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板と、光を照射する光照射手段と、アクティブマトリクス基板の裏面側に配設され、光照射手段からの光を端面側から受けて、アクティブマトリクス基板を介して半導体層に導く面状導光手段とを備えた二次元放射線検出器において、光照射手段とアクティブマトリクス基板との間であって、光照射手段がアクティブマトリクス基板に対向する領域に、電磁シールドを配設し、光照射手段は、アクティブマトリクス基板の裏面側、かつ、面状導光手段の端面側に配置されていることを特徴とする。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、光照射手段は、面状導光手段の端面側に光を照射する。この光を受けて、面状導光手段は、その表面側からアクティブマトリクス基板に向けて面状に発光する。アクティブマトリクス基板は、この光を透過するので、半導体層に光が入射する。このように、光照射手段から照射された光は、半導体層に供給される。

一方、光照射手段からアクティブマトリクス基板、または半導体層に向けて輻射されるノイズは、電磁シールドによって遮蔽される。よって、放射線から変換された電荷情報にノイズ成分が重畳することを防止できる。

したがって、光照射手段から輻射されるノイズの影響を抑制し、かつ、放射線に対する感度変動を生じることなく、放射線を検出できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次元放射線検出器において、電磁シールドは、光照射手段の周囲を蔽い、かつ、光照射手段が面状導光手段の端面側へ光を照射することを許容する開口を備えることを特徴とする。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、光照射手段が露出することがないように、かつ、面状導光手段の端面側へ照射する光の光路を確保するように、電磁シールドで蔽う。これによって、光照射手段から輻射されるノイズであって、アクティブマトリクス基板、または半導体層以外の方向に向けて輻射されるものも、遮蔽することができる。よって、半導体層、およびアクティブマトリクス基板に対するノイズの影響は、より一層抑制できる。さらには、放射線検出器が有する周辺回路に対しても、同様にノイズの影響も抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の二次元放射線検出器において、さらに、前記検出器は、外部電源から光照射手段に電力を供給する配電手段を備え、配電手段は、供給される電力によって輻射されるノイズを遮蔽する導電層を有し、導電層は接地されていることを特徴とする。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、配電手段が接地された導電層を備えることで、配電手段から周囲にノイズが輻射することを防止できる。したがって、配電手段は、半導体層やマトリクス基板や電荷情報処理手段に対して、ノイズの影響を与えることなく、光照射手段に電力を供給することができる。また、これにより、電荷情報処理手段を、配電手段の配置を考慮することなく、自由に配置することができる。

この発明に係る放射線検出器によれば、光照射手段から輻射されるノイズは遮蔽しつつ、光照射手段から照射される光を半導体層に供給することができる。よって、光照射手段から輻射されるノイズの影響を抑制することができる。勿論、光を半導体層に供給した状態で放射線を検出するので、放射線に対する感度変動は生じず、適切に放射線を検出することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施例１を説明する。

図１は、実施例１に係る放射線検出器の概略構成を示す図であり、図２は、アクティブマトリクス基板と増幅器等とゲートドライバとの概略構成を示す図である。

本実施例に係る放射線検出器は、図１に示す実線の矢印方向に入射する放射線を検出する。放射線は、例えばＸ線等である。放射線検出器は、この放射線情報を電荷情報に変換する放射線感応型の半導体厚膜１と、表面側に半導体厚膜１が積層形成され、半導体厚膜１から電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板３とを有する。アクティブマトリクス基板３の裏面側には、発光面をアクティブマトリクス基板３側とした面状導光部７が設けられ、その面状導光部７の端面側には、光照射部５が配置されている。さらに、アクティブマトリクス基板３と光照射部５との間であって、光照射部５がアクティブマトリクス基板３に対向する領域には、ノイズを遮蔽する電磁シールド１３が配置されている。また、アクティブマトリクス基板３には、フレキシブル基板２１と増幅器２３とＡＤコンバータ２５とが、電気的に直列に接続されている。

半導体厚膜１は、放射線情報から電荷情報に直接変換するものであり、アモルファスセレン等に例示される半導体物質によって形成される。半導体厚膜１の入射側には、図示省略の印加電極が積層形成されており、バイアス電圧が印加される。また、半導体厚膜１の入射側と反対側には、図示省略の複数個の分割されたキャリア収集電極が２次元マトリクス状に形成されており、変換された電荷情報が収集される。半導体厚膜１は、この発明における半導体層に相当する。

アクティブマトリクス基板３は、その表面に積層形成された半導体厚膜１中に生成された電荷情報をキャリア収集電極によって収集して読み出す。図２を参照して、アクティブマトリクス基板３を具体的に説明する。アクティブマトリクス基板３上には、上述したキャリア収集電極ごとに、電荷情報を蓄積するコンデンサＣａと、この電荷情報を取り出すスイッチ素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistors））Ｔｒとの対を一単位として、二次元マトリクス状配列で多数個（１０２４個×１０２４個）分離形成されている。

また、アクティブマトリクス基板３は、各薄膜トランジスタＴｒのゲートに接続されるゲート線３１と、各薄膜トランジスタＴｒのソースに接続されるデータ線３５とを有している。図２においては、各ゲート線３１は、横（Ｘ）方向に複数本に並列して形成されており、データ線３５は、縦（Ｙ）方向に複数本に並列して形成されている。アクティブマトリクス基板３は、この発明におけるアクティブマトリクス基板に相当する。

ゲート線３１は、アクティブマトリクス基板３から、ゲート配線３３によって引き出され、ゲートドライバ４１に電気的に接続される。一方、データ線３５は、アクティブマトリクス基板３から、データ配線３７によって引き出され、増幅器２３、およびＡＤコンバータ２５に直列に接続される。ゲート配線３３およびデータ配線３７は、それぞれフレキシブル基板２１上に形成されている。なお、図１に示すフレキシブル基板２１は、データ配線３７が形成されているものである。

ゲートドライバ４１は、ゲート配線３３とゲート線３１を通じて電荷読出し用の走査信号を順次、各薄膜トランジスタＴｒに与えて、アクティブマトリクス基板３を読出し駆動させる。増幅器２３は、アクティブマトリクス基板３によって読み出された電荷情報を、増幅処理する。さらに、ＡＤコンバータ２５は、電荷情報を増幅処理したものをデジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ２５の他端側には、図示省略の信号用ケーブル等により、放射線検出器の外部に変換されたデジタル信号が出力される。

なお、図２においては、便宜上、アクティブマトリクス基板３のＸ方向の片側にゲートドライバ４１を配置し、Ｙ方向の片側に増幅器２３を配置した構成を示している。しかし、ゲートドライバ４１をアクティブマトリクス基板３のＸ方向の両側に複数個配置してもよい。また、増幅器２３およびＡＤコンバータ２５も、同様にアクティブマトリクス基板３のＹ方向の両側に複数個配置してもよい。

また、図１に示すように、フレキシブル基板２１は折り返されて、増幅器２３、ＡＤコンバータ２５等は適宜配置されて、放射線検出器内の空間利用効率が高められている。また、図１には明示していないが、ゲートドライバ４１等も同様にして収められている。

さらに、増幅器２３とＡＤコンバータ２５は、アクティブマトリクス基板３が読み出した電荷情報を外部に出力する信号に変換、処理する電荷情報処理部の例示である。したがって、外部に出力する信号に応じて、電荷情報処理部は適宜に設計変更されるものであり、実施例１に示した、増幅器２３とＡＤコンバータ２５とを有する構成にかぎられない。

アクティブマトリクス基板３の半導体厚膜１が積層される面と反対側には、プレート状の面状導光部７が、上面を発光面として、アクティブマトリクス基板３と平行に配置されている。面状導光部７の端面側には、光照射部５が配置される。面状導光部７は、その端面において光照射部５が照射した光を受光する。図１において、光照射部５が照射する光を、Ｌ１の符号を付した、点線矢印で示す。面状導光部７は、その内部に進入した光の進路を面状導光部７の上面側に向けて、周囲に均一に発散する。図１において、面状導光部７の上面から発散される光を、Ｌ２の符号を付した、点線矢印で示す。面状導光部７としては、光透過性を有するアクリルやガラス等の物質によって形成され、また、その端面、上面、及び下面は、適宜、平滑面とし、または、微細加工が施される。さらに、光反射シート等を被着することで、光の利用効率が高められている。

光照射部５は、発光体と点灯回路とが収められている。発光体は、面状導光部７の端面側に向けて、配置される。発光体の発光波長は、半導体厚膜１等に応じて適宜に選択される。これによって、放射線検出器の特性を変えることができる。発光体としては、種々のものを適用することができ、例えば、発光ダイオードや、冷陰極管や、白熱管やガス放電を利用したものでもよい。そして、発光ダイオードの中でも、ピーク発光波長が５７０ｎｍ位の緑色発光ダイオードが好ましく用いられる。

点灯回路は、外部から供給された電力を用いて、発光体を点灯させる回路であり、発光体の種類に応じたものとなる。例えば、発光体が発光ダイオードであれば、電流制限回路が点灯回路に相当し、冷陰極管であれば、インバータによる昇圧回路等が点灯回路に相当する。

この光照射部５には、上記点灯回路に電力を供給する配電用ケーブル９が引き込まれて、点灯回路に接続されている。配電用ケーブル９は、いわゆるシールドケーブルであり、金属箔・金属製ブレード(組み紐)などで形成された導電層１０が、内部の電力を通じる導線の周囲を蔽うように配置されており、導電層１０の片端は接地極に接続されている。また、配電用ケーブル９の他端側に接続される外部電源としては、通常のスイッチング電源で構成される。

光照射部５の上面には、輻射されるノイズを遮蔽する電磁シールド１３が配置される。ただし、面状導光部７から、アクティブマトリクス基板３を介して半導体厚膜１へ導かれる光を遮らないように、面状導光部７の上方には電磁シールド１３を配置しない。すなわち、電磁シールド１３は、光照射部５とアクティブマトリクス基板３との間であって、光照射部５がアクティブマトリクス基板３に対向する領域に配置される。なお、光照射部５と電磁シールド１３とは接触させる必要はないが、両者の離隔が大きくなるほどノイズを完全に遮蔽することが困難になる。したがって、光照射部５と電磁シールド１３とは、接触させるか、または近接して配置することが好ましい。

電磁シールド１３は、導電性物質で形成されて、接地されているものである。実施例１では、電磁シールド１３は、板状物である。電磁シールド１３を形成する物質としては、アルミニウム、銅等の金属が例示される。アルミニウム板であれば、軽量であり、加工が容易であるので、より好ましい。また、接地については、直接、接地極に接続してもよいし、放射線検出器の筐体等を経由して間接的に接地極に接続することで、グランドに落としてもよい。

続いて、実施例１の動作について、説明する。

放射線検出器において、放射線を入射する前に、予め、光照射部５は光を照射する。

このとき、配電用ケーブル９は、外部電源であるスイッチング電源からの電力を、光照射部５の点灯回路に送電する。送電する電力は、スイッチングパルスを多く含むので、配電用ケーブル９内の導線からはスイッチングパルスに起因するノイズが輻射される。しかし、導線の周囲に配置される導電層１０は、この輻射されるノイズを遮蔽して、片端に接続される接地極に逃がす。よって、配電用ケーブル９から、スイッチングパルスに起因するノイズが周囲に輻射されない。

また、光照射部５の点灯回路は、配電用ケーブル９から電力の供給を受けて、発光体を点灯させる。点灯回路からは、供給される電力に含まれるスイッチングパルスに加えて、点灯回路自体に起因したノイズが輻射される。しかし、電磁シールド１３は、アクティブマトリクス基板３および半導体厚膜１の方向に輻射されるノイズを遮蔽して、接続される接地極に逃がす。よって、半導体厚膜１、及びアクティブマトリクス基板３において、ノイズによる意図しない電荷情報（ノイズ成分）は発生しない。したがって、半導体厚膜１とアクティブマトリクス基板３に対する、光照射部５から輻射されるノイズの影響を抑制することができる。

点灯した発光体により面状導光部７の端面を照射することで、面状導光部７の上面は、面状に発光する。この光が、アクティブマトリクス基板３を透過して、半導体厚膜１に導かれる。半導体厚膜１内には、光の入射による電荷の分布が形成される。

この状態で、半導体厚膜１に放射線を入射する。このとき、半導体厚膜１内に既に形成されている電荷の分布は、放射線の入射によってさらに変動することはない。したがって、半導体厚膜１内の電気力線の状態が変わらず、半導体厚膜１の有感面積も変わらない。よって、放射線に対する感度変動は起こすことなく、放射線情報を電荷情報に変換する。

アクティブマトリクス基板３内のコンデンサＣａは、半導体厚膜１から電荷情報を収集して蓄積する。ゲートドライバ４１は、順次ゲート配線３３を選択して、走査信号を送る。この信号は、そのままゲート線３１を通じて、薄膜トランジスタＴｒのゲートに入力される。これによって、オン状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、コンデンサＣａが蓄積した電荷情報をデータ線３５が読み出す。読み出された電荷情報を、データ配線３７を介して、増幅器２３が受取る。増幅器２３においては、まず、電荷情報を電圧情報に変換してから、電圧情報を増幅する。さらに、ＡＤコンバータ２５が、この電圧情報をデジタル信号に変える。そして、このデジタル信号を放射線検出器の外部に出力する。

上述の動作によって、たとえば、Ｘ線透視撮影装置の透視Ｘ線像の検出に実施例１の放射線検出器を用いた場合、増幅器２３等を経て外部に渡されるデジタル信号は、画像情報としてＸ線透視画像の生成に用いられる。

上述した放射線検出器によれば、電磁シールド１３を備えることで、光照射部５から、アクティブマトリクス基板３、または半導体厚膜１の方向へ輻射されるノイズを遮蔽して、アクティブマトリクス基板３、及び半導体厚膜１に対するスイッチングパルス、及び点灯回路に起因するノイズの影響を抑制できる。ここで、半導体厚膜１が変換し、アクティブマトリクス基板３が読み出す電荷情報は微弱であるため、ノイズの影響を抑制する効果は非常に大きい。

また、配電用ケーブル９から周囲に、スイッチングパルスに起因するノイズの輻射を防止できる。よって、半導体厚膜１、及びアクティブマトリクス基板３のほか、増幅器２３やＡＤコンバータ２５等の電荷情報処理部やゲートドライバ４１に対して、配電用ケーブル９からのノイズの影響を抑制することができる。これにより、ノイズの影響を考慮することなく、アクティブマトリクス基板３からフレキシブル基板２１により折り返した位置に増幅器２３を配置する等、配置の自由度が増す。

さらに、半導体厚膜１には放射線を入射する前に、予め光照射部５から照射される光が半導体厚膜１に導かれているために、放射線が入射されても半導体厚膜１内の電荷の分布が変動することがない。よって、半導体厚膜１は、放射線に対する感度変動は起こすことなく、適切に放射線情報を電荷情報に変換することができる。

次に、この発明の実施例２を説明する。なお、実施例１と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

図３は、実施例２に係る放射線検出器の概略構成を示す図である。

実施例２に係る放射線検出器は、次のような電磁シールド１３を有する。すなわち、光照射部５の周囲を蔽い、かつ、光照射部５が面状導光部７の端面側へ光を照射することを許容する開口を備える電磁シールド１３を有する。したがって、電磁シールド１３は、垂直断面がコの字状に形成して光照射部５の周囲を蔽うとともに、光照射部５が面状導光部７と向き合う面を開口として、光照射部５から照射できるようにしている。勿論、実施例２における電磁シールド１３も、導電性物質で形成されて、接地されている。

この電磁シールド１３によれば、光照射部５の上面以外から輻射されるノイズも、遮蔽することができる。よって、半導体厚膜１、及びアクティブマトリクス基板３のほか、増幅器２３やＡＤコンバータ２５に対するノイズの影響を抑制することができる。

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。

上述した各実施例１、２では、電磁シールド１３は、光照射部５の一部、または、周囲を蔽うものであったが、これに限られない。図４に、変形例にかかる放射線検出器が有する電磁シールド１３を示す。このように、電磁シールド１３は、光照射部５の周囲を蔽い、かつ、光照射部５が面状導光部７の端面側へ光を照射することを許容する開口を備えているものに、さらに、面状導光部７の底面側を蔽うものを加えたものであってもよい。言い換えれば、電磁シールド１３は、実施例２に示す電磁シールド１３に、面状導光部７の底面側にも電磁シールドを加えたものである。これによって、面状導光部７の底面から周囲に輻射されるノイズをも、遮蔽することができる。さらには、電磁シールド１３を、上面が開口した平箱のような形状とすることができ、光照射部５や面状導光部７等を十分な強度をもって保持する保持部材としての機能も発揮し、構造を簡略化することができる。

実施例１に係る放射線検出器の概略構成を示す図である。 アクティブマトリクス基板と増幅器等とゲートドライバとの概略構成を示す図である。 実施例２に係る放射線検出器の概略構成を示す図である。 変形例に係る放射線検出器の概略構成を示す図である。 従来の放射線検出器の要部の概略図である。 従来の放射線検出器の要部の作用を説明する図である。

符号の説明

１ …半導体厚膜
３ …アクティブマトリクス基板
５ …光照射部
７ …面状導光部
９ …配電用ケーブル
１０ …導電層
１３ …電磁シールド
２１ …フレキシブル基板
２３ …増幅器
２５ …ＡＤコンバータ
４１ …ゲートドライバ

Claims (3)

1. 放射線の入射により、放射線情報を電荷情報に変換する半導体層と、この半導体層が表面に積層され、この半導体層から電荷情報を読み出すアクティブマトリクス基板と、光を照射する光照射手段と、前記アクティブマトリクス基板の裏面側に配設され、光照射手段からの光を端面側から受けて、前記アクティブマトリクス基板を介して前記半導体層に導く面状導光手段とを備えた二次元放射線検出器において、前記光照射手段と前記アクティブマトリクス基板との間であって、前記光照射手段が前記アクティブマトリクス基板に対向する領域に、電磁シールドを配設し、前記光照射手段は、前記アクティブマトリクス基板の裏面側、かつ、前記面状導光手段の端面側に配置されていることを特徴とする二次元放射線検出器。
2. 請求項１に記載の二次元放射線検出器において、電磁シールドは、光照射手段の周囲を蔽い、かつ、光照射手段が面状導光手段の端面側へ光を照射することを許容する開口を備えることを特徴とする二次元放射線検出器。
3. 請求項１または請求項２に記載の二次元放射線検出器において、さらに、前記検出器は、外部電源から光照射手段に電力を供給する配電手段を備え、配電手段は、供給される電力によって輻射されるノイズを遮蔽する導電層を有し、導電層は接地されていることを特徴とする二次元放射線検出器。
   

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