JP2012134827A - 放射線画像検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化、高価格化することなく、オフセット電荷量の計測頻度を削減し、Ｘ線撮影を容易にする放射線画像検出器を提供する。
【解決手段】基板上に、スイッチング素子、光電変換素子、及び電気的容量を有する素子を１組の要素として含む画素が二次元状に複数個配列され、画素上に、外部から入射したＸ線を光に変換する蛍光変換膜が積層された放射線センサ１１と、任意に選択した１本の行選択線に駆動電圧を印加するとともに、隣接行選択線に駆動電圧とは逆方向の電圧を印加するゲート駆動回路１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、オフセット電荷量の計測回数の低減が可能な放射線画像検出器に関する。

新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いた放射線画像検出器が大きな注目を集めている。この放射線画像検出器にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮影像又はリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。また、平面状の固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。この為、多くの大学やメーカーが研究開発に取り組んでいる。

放射線画像検出器は、直接方式と間接方式の２方式に大別される。

直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。

一方の間接方式は、蛍光変換膜によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−Ｓｉフォトダイオードなどにより電荷信号に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く方式である。

現在実用化されている放射線画像検出器の多くが間接方式を採用している。

従来の間接型放射線画像検出器は、ガラス基板上に、可視光を電荷信号に変換するフォトダイオード及びスイッチング素子としてのＴＦＴトランジスタを含む画素を二次元状に配列して画像検出部を形成し、その上に、放射線を可視光に変換する蛍光変換膜が設けられている。

この間接型放射線画像検出器では、外部から入射したＸ線が蛍光変換膜の内部にて可視光に変換され、この可視光が画像検出部の画素内のフォトダイオードに入射した後、電荷に変換され、その電荷はフォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。

電荷に変換されたＸ線情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴトランジスタ）を通して、行方向に配置された行選択線に接続された画素群毎に、各々の画素と列方向に接続された信号線により画像検出部の外部へと伝達される。

ＴＦＴトランジスタを駆動する行選択線の電位は、通常１本のみの行選択線の電位を変化させることにより、ある特定の行に相当するすべての画素内部のＴＦＴトランジスタを導通状態にする。電位を変化させる行選択線を順次変更することで、外部にはある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出される。電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動した選択線の位置を参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。

ガラス基板外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号はアナログ、デジタル変換機にてデジタル値に変換され、最終的には画像信号として編集されて放射線画像検出器の外部へと出力される。

特開２００９−１２８０２３号公報

放射線画像検出器は主に人体を透過したＸ線を画像化することを目的とするため、健康への悪影響を防止する観点から、人体へのＸ線照射は必要最低限に抑えられる。そのため、放射線画像検出器に入射するＸ線の強度は非常に弱く、放射線画像検出器内部のＴＦＴトランジスタから出力される電荷量は極めて小さい。

放射線画像検出器から出力されるＸ線画像情報には、個々の画素に特有の感度差やオフセット電荷がノイズとして含まれているが、特に、オフセット電荷量の有無は微弱なＸ線画像の画質を大きく左右する。

オフセット電荷量は、ＴＦＴパネル内部の画素を構成するフォトダイオードやＴＦＴの漏洩電流が主な発生源である。それら半導体素子からの漏洩電流は素子温度に対して大きく変化することが知られており、放射線画像検出器の周囲温度の変化や、Ｘ線検出器内部の電気回路から発生する熱による温度変化によって変化をしてしまう。

従って、放射線画像検出器を用いてＸ線画像を撮影する場合には、周囲温度や検出器の発熱状態そして放熱条件の変化による放射線画像検出器内部の温度変化に対応してオフセット電荷量の計測を行い、撮影されたＸ線画像に対して最新のオフセット電荷量の情報を用いての画像補正が必要となる。

このため、オフセット電荷量の計測は、特に微弱なＸ線画像診断を行う場合には数分毎に行う必要がある。しかしながら、このオフセット電荷量の測定中はＸ線による撮影を一時中断する必要があり、煩雑なオフセット電化量の計測を行うと緊急を有するＸ線画像診断を行うことができなくなるという不都合が生じる。

このような不都合を避けるためには、ペルチェ素子や大容量の放熱構造及びファンを用いて放射線画像検出器内部の温度を高精度に制御し、個々の画素からのオフセット電荷量の変化を抑える必要があるが、放射線画像検出器の大型化や高価格化が避けられない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、装置を大型化、高価格化することなく、オフセット電荷量の計測頻度を削減し、Ｘ線撮影を容易にする放射線画像検出器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本放射線画像検出器は、ゲート、ソース、ドレインを有してスイッチング機能を行うスイッチング素子、光を電荷信号に変換する光電変換素子、及び電気的容量を有する素子を１組の要素として含む画素が基板上に二次元状に複数個配列されており、かつ、前記任意の画素内において、前記スイッチング素子は前記基板上で行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続され、前記光電変換素子は前記スイッチング素子と接続され、前記電気的容量を有する素子は前記スイッチング素子に対して列方向に隣接する隣接スイッチング素子を駆動する隣接行選択線と前記スイッチング素子との間に形成され、更に、前記画素上に、外部から入射したＸ線を光に変換する蛍光変換膜が積層された放射線センサと、前記複数の行選択線のうち、任意に選択した１本の行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧を印加した行選択線と隣接する隣接行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電位変化とは逆方向の電位変化を印加するゲート駆動回路と、を備えることを特徴とする。

また、本放射線画像検出器は、ゲート、ソース、ドレインを有してスイッチング機能を行うスイッチング素子、放射線を直接電荷信号に変換する変換素子、及び電気的容量を有する素子を１組の要素として含む画素が基板上に二次元状に複数個配列されており、かつ、前記任意の画素内において、前記スイッチング素子は前記基板上で行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続され、前記変換素子は前記スイッチング素子と接続され、前記電気的容量を有する素子は前記スイッチング素子に対して列方向に隣接する隣接スイッチング素子を駆動する隣接行選択線と前記スイッチング素子との間に形成された放射線センサと、前記複数の行選択線のうち、任意に選択した１本の行選択線に前記ゲートを駆動する駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧を印加した行選択線と隣接する隣接行選択線に前記ドレインを基準として前記駆動電圧とは逆方向の電圧を印加するゲート駆動回路と、を備えることを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る放射線画像検出器の構成を示す模式図。 図１の放射線画像検出器に用いた放射線センサの一例を示す斜視図。 図２の画像検出部の理想的な等価回路図。 画素内部の理想的な等価回路図。 図１のゲート駆動回路及び読出回路の一例を示す平面図。 画像検出部２５表面に形成された回路パターンの一例を示す平面図。 寄生容量を考慮した画素内部の等価回路図。 補正コンデンサを含む画素内部の等価回路図。 図８の画素を有する画像検出部の等価回路図。 補正コンデンサを含む画素の回路パターンの一例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（放射線画像検出器の全体構成）
図１に、本発明の一実施の形態に係る放射線画像検出器の構成を示す。

この放射線画像検出器１０は、入射したＸ線を光に変換する蛍光体層及び入射した光を電気信号に変換する画像検出部を有する放射線センサ１１と、画像検出部に２次元的に配置された画素につき走査ライン毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路１３と、ゲート駆動回路１３に対して列方向のスキャンタイミングを決める駆動信号を生成する駆動制御回路１５と、選択された一行の画素の電気信号を読み取って増幅する読取回路１７と、読取回路１７での読取タイミングを決める読取信号を生成する読取制御回路１８と、ノイズとしてのオフセット電荷が混入した画像信号からオフセット電荷を減算して画像補正を行う補正回路１９と、ノイズ補正を行った後の画像信号を表示する表示装置２０と、を備えている。

（放射線センサ１１）
図２は、放射線センサ１１の具体的な構成の一例を示すものである。

この放射線センサ１１は、入射Ｘ線２１を蛍光に変換する蛍光変換膜２３と、この蛍光を電気信号による画像情報へと変換する画像検出部２５とを備えている。

画像検出部２５は、主にガラス基板により構成されている保持基板２７上に、フォトダイオード及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む画素２８が多数配列された回路層２９を設けて形成されている。

図３に画像検出部２５の理想的な等価回路を、図４に画素２８内部の理想的な等価回路を示す。

画素２８ａは、薄膜トランジスタ３１、フォトダイオード３３を含み、薄膜トランジスタ３１のゲートには行選択線（ゲート線）３５が接続され、薄膜トランジスタ３１のソースには信号線３７が接続され、薄膜トランジスタ３１のドレインにはフォトダイオード３３とコンデンサ３６とが並列に接続されている。なお、コンデンサ３６は、フォトダイオード３３の電極間の容量である。

また、信号線３７の終端には、信号線３７を伝わる電荷信号を増幅し、外部に出力する機能を有する積分アンプ４１が信号線３７と一対一に接続されている。

更に、行選択線（ゲート線）３５は、図５に示すゲートドライバ６３の特定の信号線に接続される。

（ゲート駆動回路１３、読取回路１７）
図５は、図１のゲート駆動回路１３及び読取回路１７の具体的な構成の一例を示すものである。

ゲート駆動回路１３は、ゲートドライバ６３及び行選択回路６５を備え、読取回路１７は積分アンプ４１、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器６７及び駆動器６９を備えている。

ゲートドライバ６３は、外部からの信号を受信すると、放射線センサ１１に接続されている多数の信号線の電圧を順番に変更していく機能を有している。また、このゲートドライバ６３には行選択回路６５が接続される。

行選択回路６５は、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ６３へと信号を送る機能を有しており、図１の駆動制御回路１５と接続されている。

また、積分アンプ４１は、Ａ／Ｄ変換器６７を介して駆動器６９に接続されている。駆動器６９は、図１に示す読取制御回路１８と接続されており、読取制御回路１８からの読取信号により、Ａ／Ｄ変換器６７でデジタル化された信号の読み取りを行う。

（放射線画像検出器１０の動作）
以下に、上記の放射線画像検出器１０の動作について説明する。

初期状態において、図４におけるコンデンサ３６には電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード３３には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は、信号線３７に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード３３はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサ３６に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

この状態において、図２に示す入射Ｘ線２１が蛍光変換膜２３に入射すると、蛍光変換膜２３内部において、高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の一部は、画像検出部２５の表面に配置されているフォトダイオード３３へと到達する。

図４に示すフォトダイオード３３に入射した蛍光は、フォトダイオード３３内部にて電子とホールからなる電荷に変換され、コンデンサ３６に印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード３３の両端子へと到達することで、フォトダイオード３３内部を流れる電流として観測される。

フォトダイオード３３の内部において発生した電流は、並列接続されているコンデンサ３６へと流れ込み、コンデンサ３６内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサ３６に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ３６の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

図５において、ゲートドライバ６３は多数の制御線の電位を順番に変化させる機能を有するが、ある特定の時間において電位の変化している制御線は１本のみである。この制御線に接続されている行選択線３５に並列接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン間端子は、絶縁状態から導通状態へと変化する。

図４の各信号線３７には特定の電圧がかけられており、電位の変化した行選択線３５に接続されている薄膜トランジスタ３１のソース、ドレイン端子を通じて接続されているコンデンサ３６に電圧が印加されることになる。

初期状態においては、コンデンサ３６は信号線３７と同じ電位状態になっているため、コンデンサ３６の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ３６では信号線３７からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からの入射Ｘ線２１より蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード３３と並列接続しているコンデンサ３６では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため導通状態となった薄膜トランジスタ３１を通じて信号線３７より電荷の移動が発生し、コンデンサ３６内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また、移動した電荷量は信号線３７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。

図４における信号線３７を流れる電流は、対応する積分アンプ４１へと入力され、積分アンプ４１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外部へと出力する。この動作を行うことで、ある一定時間内に信号線を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、入射Ｘ線２１にて蛍光変換膜２３内部にて発生した蛍光の強弱分布に対応した電荷信号がフォトダイオード３３内部にて発生し、この電荷信号が積分アンプ４１によって電位情報へと変換される。

積分アンプ４１より発生した電位は、図５に示すＡ／Ｄ変換器６７にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、駆動器６９を介して、図１に示す補正回路１９にてオフセット電荷を除去した後、図示しない画像合成回路にて回路層２９に配置された画素の行と列に従って順次整理され、画像信号として外部へと出力される。

外部へと出力された電気信号による画像情報は、通常のディスプレイ装置などの表示装置２０によって容易に画像化が可能であり、Ｘ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。

（画像検出部２５表面に形成された回路パターン）
図６に、画像検出部２５表面に形成された回路パターンの一例を示す。

この回路パターンでは、水平方向に配置された複数の行選択線３５と、垂直方向に多数配置された信号線３７が直交されており、これらの配線は絶縁膜３０によって電気的に絶縁された状態になっている。

行選択線３５と信号線３７にて囲まれた領域にはフォトダイオード３３が形成され、フォトダイオード３３の上部にはバイアス線２６が配置される。フォトダイオード３３上部とバイアス線２６は電気的に接続されており、それぞれのフォトダイオード３３にバイアス電圧を印加している。

薄膜トランジスタ３１は行選択線３５の一部領域をゲート電極４０として使用しており、同様に信号線３７の一部をソース電極４３に、フォトダイオード３３の下部電極２４の一部をドレイン電極４２として使用することによりスイッチング素子を形成している。

画像検出部２５が図６に示す回路パターンを有していることにより、実際の画素の等価回路は図４に示した理想的な等価回路とは異なってくる。特に、薄膜トランジスタ３１は、ゲート電極４０とドレイン電極４２との間、及びゲート電極４０とソース電極４３との間を半導体膜と絶縁膜３０をはさんで配置した構造としているため、ゲート電極４０とドレイン電極４２の間、及びゲート電極４０とソース電極４３との間に寄生容量と呼ばれる容量成分が発生することが知られている。

今回特に問題となるのは、薄膜トランジスタ３１のゲート電極４０とドレイン電極４２間の寄生容量である。

（寄生容量を考慮した画素２８内部の等価回路）
図７に、寄生容量を考慮した画素２８ｂの内部の等価回路を示す。

この等価回路では、行選択線３５と信号線３７にて囲まれた領域に、薄膜トランジスタ３１とフォトダイオード３３とコンデンサ３６にて画素２８ｂが形成されるが、それに加えて薄膜トランジスタ３１のゲート電極、ドレイン電極間に寄生容量２２が追加された構造となる。

ちなみにゲート電極とソース電極間にも寄生容量が発生するが、今回の実施形態に対しては無関係なので図示していない。

（寄生容量を考慮した等価回路を持つ画素２８ｂを有する放射線画像検出器１０の動作）
図７に示す等価回路を持つ画素を有する放射線画像検出器１０においても、上述した図４に示す放射線画像検出器の動作と同様に、行選択線３５により駆動される薄膜トランジスタ３１が導通状態になることにより、フォトダイオード３３にて発生した電荷により電位差の減少したコンデンサ３６は、薄膜トランジスタ３１を通じて信号線３７より電荷が補充される。

この際に、薄膜トランジスタ３１を導通状態にするためには、行選択線３５の電圧を変化させる必要がある。一般的な薄膜トランジスタ３１の場合、ドレイン−ソース間を導通状態にするためのゲート電圧は２０Ｖ程度、非道通状態にするためのゲート電圧は−５Ｖ程度である。

これにより、任意の行選択線３５に接続されている薄膜トランジスタ３１を導通状態にするために、行選択線３５に２０Ｖ程度の電圧が印加される。この際に導通状態になった薄膜トランジスタ３１を通じ信号線３７から電荷が流れ、コンデンサ３６へ電荷が充電される。これと同時に、寄生容量２２へも電荷が充電されることとなる。

上記動作により電荷情報が読み取られた後、行選択線３５の電圧を−５Ｖ程度に変化させることにより、行選択線３５に接続されている薄膜トランジスタ３１は非導通状態へと変化する。これにより信号線３７と分断されたフォトダイオード３３とコンデンサ３６は他の回路から隔離されることとなる。

放射線画像検出器へのＸ線入射が無い場合には、入射Ｘ線により発生する蛍光が無いため、フォトダイオード３３に電流は発生せず、コンデンサ３６の電位差は保持される。

ここで、図４に示す画素２８ａのように寄生容量がない場合には、コンデンサ３６とつながっている薄膜トランジスタ３１のドレイン電極の電位とソース電極の電位は等しい。非導通状態の薄膜トランジスタ３１においてもドレイン−ソース間には有限の値を持つ抵抗が存在するが、ドレイン−ソース間に電位差が発生していないため、非導通状態の薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間の漏れ電流は発生しない。

しかし、図７に示す画素２８ｂのように寄生容量２２が存在する場合においては、行選択線３５を通じて薄膜トランジスタ３１のゲート電極に２０Ｖ程度の電圧を印加して薄膜トランジスタ３１を導通状態した場合、通常では０Ｖに設定されている信号線３７から導通状態の薄膜トランジスタ３１を通じて寄生容量２２に電荷が蓄積される。

通常の放射線画像検出器にて発生する寄生容量は約１０ｆＦ（ｆＦ：１０^−１５Ｆ）程度の値である。そのため、２０Ｖ程度の電圧を印加される薄膜トランジスタ３１のゲート電極と、導通状態になりソース電極を通じて信号線３７と同電位のＯＮとなるドレイン電極との間に発生する寄生容量２２には、２００ｆＣ（電荷＝電圧×容量＝２０×１０＝２００）ほどの電荷が寄生容量２２に蓄積されることになる。

一方、行選択線３５を通じて薄膜トランジスタ３１のゲート電極に−５Ｖ程度の電圧を印加することにより、薄膜トランジスタ３１は非導通状態へと変化する。外部から放射線画像検出器１０に入射するＸ線を検出する期間の薄膜トランジスタ３１は非導通状態を維持する必要があり、薄膜トランジスタ３１の大部分の期間は非導通状態となる。

薄膜トランジスタ３１が非導通状態になることで、画素を構成するフォトダイオード３３とコンデンサ３６は信号線３７とは電気的に分離する。この時に寄生容量２２に蓄積した電荷がコンデンサ３６と寄生容量２２に分配される。通常の放射線画像検出器のコンデンサ３６の容量は１ｐＦ（ｐＦ：１０^−１２Ｆ）程度のため、１０ｆＦの寄生容量２２に蓄積された電荷量（約２００ｆＣ）の大部分（９９％）がコンデンサ３６へと移動することになる。

寄生容量２２に蓄積された電荷量の大部分がコンデンサ３６へと分配されるため、コンデンサ３６の端子電圧は変化することになる。今回の例では約０．２Ｖの電圧変化（電圧＝電荷÷容量＝２００÷１０００＝０．２）に相当することになる。

コンデンサ３６の端子電圧が変化するため、コンデンサ３６に接続されている薄膜トランジスタ３１のドレイン電圧も変化する。その結果、薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間に約０．２Ｖ程度の電位差が発生することになる。行選択線３５を通じて非導通状態となっている薄膜トランジスタ３１であるが、ドレイン−ソース間には有限の抵抗が存在することは避けられない。そのためドレイン−ソース間の電位差により漏れ電流が発生し、コンデンサ３６に蓄積されている電荷が薄膜トランジスタ３１を通じて信号線３７に流れ込むことになる。

外部から入射したＸ線により画素内部のフォトダイオード３３により発生した電荷情報を読み出すために、行選択線３５を通じて薄膜トランジスタ３１を導通状態にするが、その際にはフォトダイオード３３にて発生した電荷情報に加え、上記漏れ電流により減少した電荷量も読み出されることになる。

この漏れ電流の成分はＸ線画像とは無関係な情報であり、Ｘ線画像に対してはノイズとして現われることになる。漏れ電流の量はあらかじめ計測を行い、その成分を画像情報から差分を取ることで影響を除去することが可能である。

しかし、漏れ電流の量は半導体により構成されている薄膜トランジスタ３１の温度によって大きく変化するため、放射線画像検出器１０内部の温度の変化に伴い漏れ電流の量を計測する必要がある。この計測期間はＸ線画像の撮影はできないため、実際にＸ線による医療行為を行う際の大きな支障となってしまう。このため、以下に説明するように画素に補正コンデンサを組み込むことを考える。

（補正コンデンサを含む画素２８ｃの内部の等価回路）
図８に補正コンデンサを含む画素の内部の等価回路を、図９にこの補正コンデンサを含む画素を有する画像検出部２５の等価回路を示す。

図８に示す等価回路では、図７の等価回路の要素に加えて、更に補正コンデンサ３８を有している。補正コンデンサ３８は、行選択線３５ａと接続した薄膜トランジスタ３１のドレイン電極と、選択線３５ａと隣接する行選択線３５ｂの間に形成されている。

図９に示す等価回路では、横方向に多数配列した行選択線３５と、縦方向に多数配列した信号線３７は格子状に直交して配列され、行選択線３５と信号線３７に囲まれた領域に、図８に示した画素２８ｃが格子状に配置されている。そして信号線３７は積分アンプ４１に接続されている。

なお、図９では、図面上、図８に示す寄生容量２２を省略している。

（補正コンデンサを含む画素２８ｃの回路パターン）
図１０（ａ）、（ｂ）に、補正コンデンサを含む画素２８ｃを有する放射線画像検出器１０の画像検出部２５の回路パターンの例を示す。

図１０に示す回路パターンが図６に示す回路パターンと比較して異なる点は、行選択線３５ａと接続されているフォトダイオード３３の下層に形成されている下部電極２４’を、隣接する行に属する行選択線３５ｂの上に絶縁膜３０を介して重ねたことである。これにより、補正コンデンサ３８が形成される。

上述したように、フォトダイオード３３の下部電極２４’は、薄膜トランジスタ３１のドレイン電極４２と同じ層にて作成されている。また、上述したように、行選択線３５ａ、３５ｂは薄膜トランジスタ３１のゲート電極４０と同じ層にて形成されている。

このため、補正コンデンサ３８は、薄膜トランジスタ３１のゲート、ドレインと同一の層で形成できることになる。このため、効率良く容易に補正コンデンサ３８を形成することが可能であり、ＴＦＴ製造プロセスの変更を最小限にできると共に、製品価格の上昇を最小限に抑えることが可能になる。

（補正コンデンサを含む画素２８ｃを有する放射線画像検出器１０の動作）
図８乃至図１０に示す補正コンデンサ３８を含む画素２８ｃを有する放射線画像検出器１０の動作を説明する。

先ず、外部から放射線画像検出器１０に入射したＸ線画像は、蛍光変換膜２３内部にて可視光に変換され、画像検出部２５表面に可視光の画像として照射される。

画像検出部２５内部には、図９に示す等価回路を持つ回路が形成されており、図８に示す画素２８ｃが格子状に形成されている。図８に示したコンデンサ３６には電荷が蓄えられており、フォトダイオード３３に逆バイアス状態の電圧が印加されている。

Ｘ線画像を撮影する期間において、薄膜トランジスタ３１は非導通状態となっており、行選択線３５ａからは接続される薄膜トランジスタ３１を非導通状態にするためのゲート電圧（約−５Ｖ）が供給されている。

Ｘ線画像の撮影期間が終了すると、画素２８ｃに蓄えられたＸ線画像の読み出しを行うために薄膜トランジスタ３１を導通状態にし、薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間の抵抗を下げる。

これにより、薄膜トランジスタ３１のソース電極４３につながっている信号線３７と、薄膜トランジスタ３１のドレイン電極４２につながっているコンデンサ３６が電気的に接続され、Ｘ線の照射によりフォトダイオード３３にて発生した電荷により電位差の減少したコンデンサ３６の電位が初期状態に戻る。その時に信号線３７に流れる電荷量を外部に接続された積分アンプ４１にて増幅し、Ｘ線画像として出力する。

上記のＸ線画像の読み出しの際に、行選択線３５ａの電圧を変化（約２０Ｖ）にすることで、行選択線３５ａに接続されている薄膜トランジスタ３１を導通状態にする。このとき、寄生容量２２には信号線３７との電位差（約２０Ｖ）に対応する電荷が蓄積されることになる。

従来、行選択線３５ａに属する画素の読み出し期間中は、隣接する行を駆動する行選択線３５ｂの電位は変化させることは無いが、本実施の形態では、行選択線３５ａと隣接する行選択線３５ｂを同時に変化させる。

具体的には、寄生容量２２の容量が１０ｆＦ、補正コンデンサ３８の容量が１００ｆＦ、コンデンサ３６の容量を１ｐＦとなるように画素２８ｃを設計した場合において、行選択線３５ａに接続されている薄膜トランジスタ３１を非導通状態にする電圧（約−５Ｖ）から導通状態にする電圧(２０Ｖ)に変更した場合、同じタイミングで行選択線３５ｂの電圧を例えば、−５Ｖから−７．５Ｖに設定する。なお、バイアス線には−３Ｖの一定電位を供給している。

このように隣接する行選択線を同時に変化させた場合、薄膜トランジスタ３１が導通状態の時には寄生容量２２には２００ｆＣの電荷が蓄積され、補正コンデンサ３８には−７５０ｆＣの電荷が蓄積されることになる。またコンデンサには−３ｐＣの電荷が蓄積されることになる。

画素からの電荷情報の読み出しが終了し、行選択線３５ａには接続される薄膜トランジスタ３１を非導通状態にする電圧（−５Ｖ）を供給することで、薄膜トランジスタ３１は非導通状態になる。これと同時に、隣接する行選択線３５ｂの電圧も通常電圧(−５Ｖ)を供給する。この状態においては、寄生容量２２と補正コンデンサ３８に蓄積された電荷量は再分配されることになる。この再分配の結果、寄生容量２２には−５０ｆＣ、補正コンデンサ３８には−５００ｆＣ、そしてコンデンサ３６には−３ｐＣの電荷が蓄積された状態になり、薄膜トランジスタ３１の状態を変化させた前後において、電荷の総量は変化しないことになる。

上記駆動にて薄膜トランジスタ３１を導通状態から非導通状態に変化させた前後において、コンデンサ３６に蓄積された電荷は変化していないことになる。薄膜トランジスタ３１が導通状態の場合においては、コンデンサ３６に接続している薄膜トランジスタ３１のドレイン電極４２と、信号線３７に接続されているソース電極４３は同じ電位となっている。

その後、薄膜トランジスタ３１が非導通状態に変化した直後において、コンデンサ３６の電荷状態は変化せず、コンデンサ３６の電位差も変化しない。そのため、薄膜トランジスタ３１を非導通状態に変化させても、薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間の電位差は発生しない。

このため、外部からのＸ線入射が無い限りフォトダイオード３３からの電荷発生は無く、コンデンサ３６の電荷量が変化しない。よって、薄膜トランジスタ３１のドレイン電圧も変化せず、薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間の電位差は０Ｖに保たれる。そのため、外部からのＸ線入射が無い場合においては、非導通状態であるが有限の抵抗値を持つ薄膜トランジスタ３１のドレイン−ソース間には漏れ電流は発生しないことになる。

上記動作において、行選択線３５ａと隣接する行に属する画素を駆動する行選択線３５ｂの電圧を変更しているが、このときの行選択線３５ｂに属する画素の薄膜トランジスタは非導通状態を保つ必要がある。これは隣接画素からの信号が混入しないために必要なことである。一般的な薄膜トランジスタ３１の場合、ゲート電圧を負方向に数ボルト変化させても非導通状態を保つため、本実施の形態のように−５Ｖから−７．５Ｖに変化させても、隣接するその薄膜トランジスタを非導通状態に保つことは容易にできる。

（本実施の形態の効果）
微弱なＸ線画像の検出を必要とする放射線画像検出器において、漏れ電流はＸ線画像の品質を大きく損なうことになる。特に、非常に暗いＸ線画像の検出の場合には、従来の放射線画像検出器の場合では入射Ｘ線による信号量よりも漏れ電流の方が大きくなってしまう。

しかし、本実施の形態の補正コンデンサを含む画素２８ｃを有する放射線画像検出器１０を用いることにより、漏れ電流の大幅な削減が実現できる。これにより、漏れ電流が大きな割合を占める画素のオフセット電荷量を削減することが可能になる。

従って、ペルチェ素子や大容量の放熱構造及びファンを用いて検出器内部の温度を高精度に制御することなく、Ｘ線画像の撮影ができなくなるオフセット電荷量の計測回数を大幅に削減でき、Ｘ線撮影を容易にする放射線画像検出器を提供することができる。

（他の実施の形態）
上記の実施の形態においては、放射線センサ１１としてフォトダイオード３３を設けた間接方式の例を示したが、光導電膜によりＸ線を直接電荷信号に変換して電荷蓄積用のキャパシタに導く直接方式についても同様に適用することができる。この場合は、蛍光変換膜２３を省略し、画像検出部２５のフォトダイオード３３に代えてａ−Ｓｅなどの光導電膜とすることで、同様の効果を奏することができる。

１０：放射線画像検出器
１１：放射線センサ
１３：ゲート駆動回路
１５：駆動制御回路
１７：読取回路
１８：読取制御回路
１９：補正回路
２０：表示装置
２１：入射Ｘ線
２２：寄生容量
２３：蛍光変換膜
２４、２４’：下部電極
２５：画像検出部
２６：バイアス線
２７：保持基板
２８：画素
２８ａ：画素
２８ｂ：画素
２８ｃ：画素
２８ｄ：画素
２９：回路層
３０：絶縁膜
３１：薄膜トランジスタ
３３：フォトダイオード
３４：寄生容量
３５：行選択線
３５ａ：行選択線
３５ｂ：行選択線
３６：コンデンサ
３７：信号線
３８：補正コンデンサ
４０：ゲート電極
４１：積分アンプ
４２：ドレイン電極
４３：ソース電極
６３：ゲートドライバ
６５：行選択回路
６７：Ａ／Ｄ変換器
６９：駆動器

Claims (6)

1. ゲート、ソース、ドレインを有してスイッチング機能を行うスイッチング素子、光を電荷信号に変換する光電変換素子、及び電気的容量を有する素子を１組の要素として含む画素が基板上に二次元状に複数個配列されており、かつ、前記任意の画素内において、前記スイッチング素子は前記基板上で行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続され、前記光電変換素子は前記スイッチング素子と接続され、前記電気的容量を有する素子は前記スイッチング素子に対して列方向に隣接する隣接スイッチング素子を駆動する隣接行選択線と前記スイッチング素子との間に形成され、更に、前記画素上に、外部から入射したＸ線を光に変換する蛍光変換膜が積層された放射線センサと、
   前記複数の行選択線のうち、任意に選択した１本の行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧を印加した行選択線と隣接する隣接行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電位変化とは逆方向の電位変化を印加するゲート駆動回路と、
   を備えることを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記任意の行選択線と接続されている前記画素内の前記光電変換素子の下層に下部電極を列方向に延伸して設け、前記行選択線と隣接する隣接行選択線の上に絶縁膜を介して重ねることにより前記電気的容量を有する素子を形成したことを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
3. 更に、前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された前記スイッチング素子に接続される前記光電変換素子から前記信号線を介して画像信号情報を読み取るとともに、Ｘ線による撮影外においてオフセット電荷量を読み取る読取回路と、
   前記画像信号情報を前記オフセット電荷量に基づいて補正するノイズ補正回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出器。
4. ゲート、ソース、ドレインを有してスイッチング機能を行うスイッチング素子、放射線を直接電荷信号に変換する変換素子、及び電気的容量を有する素子を１組の要素として含む画素が基板上に二次元状に複数個配列されており、かつ、前記任意の画素内において、前記スイッチング素子は前記基板上で行方向に延伸する複数本の行選択線のうちの１本及び列方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続され、前記変換素子は前記スイッチング素子と接続され、前記電気的容量を有する素子は前記スイッチング素子に対して列方向に隣接する隣接スイッチング素子を駆動する隣接行選択線と前記スイッチング素子との間に形成された放射線センサと、
   前記複数の行選択線のうち、任意に選択した１本の行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧を印加した行選択線と隣接する隣接行選択線に前記スイッチング素子を導通状態から絶縁状態へと駆動する駆動電位変化とは逆方向の電位変化を印加するゲート駆動回路と、
   を備えることを特徴とする放射線画像検出器。
5. 前記任意の行選択線と接続されている前記画素内の前記変換素子の下層に下部電極を列方向に延伸して設け、前記行選択線と隣接する隣接行選択線の上に絶縁膜を介して重ねることにより前記電気的容量を有する素子を形成したことを特徴とする請求項４記載の放射線画像検出器。
6. 更に、前記駆動電圧が印加された任意の１本の前記行選択線と接続された前記スイッチング素子に接続される前記変換素子から前記信号線を介して画像信号情報を読み取るとともに、Ｘ線による撮影外においてオフセット電荷量を読み取る読取回路と、
   前記画像信号情報を前記オフセット電荷量に基づいて補正するノイズ補正回路と、
   を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の放射線画像検出器。

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