JP5725188B2 - 撮像装置 - 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などに用いられる撮像装置に関する。

電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置についてＸ線を入射して電荷情報に変換する場合を例に採って説明する。撮像装置は、Ｘ線感応型のＸ線変換層を備えており、Ｘ線の入射によりＸ線変換層はキャリア（電荷情報）に変換する。Ｘ線変換層としては、Ｘ線を電荷情報に直接に変換する「直接変換型」と、Ｘ線をＣｓＩ等の蛍光体（シンチレータ）によって光に変換し、光感応型の物質で形成された変換層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」とに大別される。直接変換型においては、従来は、Ｘ線変換層としては非晶質のアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜が用いられていたが、近年では、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の結晶体が採用されている。

また、撮像装置は、Ｘ線変換層で変換されたキャリアを蓄積して読み出す回路を備えている。この回路は、図６に示すように、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

各々のコンデンサＣａや各々の薄膜トランジスタＴｒなどで各検出素子を構成しており、ゲートラインＧを選択することで、その選択されたゲートラインＧに電気的に接続された検出素子を駆動させてキャリアの読み出しを行う。したがって、ゲートラインＧは、検出素子を駆動させる駆動ラインの役割を果たす。ゲートラインＧを駆動させる前に、先にバイアス電圧を電圧印加電極（図６では図示省略）に印加した状態で、検出対象であるＸ線を入射させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３４９２６９号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、特許文献１のようにＸ線強度（入射線量）に応じてバイアス電圧を可変する以外には、バイアス電圧については一定の値を使用している。実際に、バイアス電圧が一定の値の場合には、より高いダイナミックレンジや空間解像度を得ることができないということが判明した。

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、所望の検出膜特性を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。

発明者らは、上記の問題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。

すなわち、上記の問題を解決するためには、上述のダイナミックレンジや空間解像度などに代表される検出膜特性に関わらず、従来ではバイアス電圧については一定の値を使用していたのを、検出膜特性とバイアス電圧との間に一定の相関関係があるとの仮定の下で、設定すべき検出膜特性に応じてバイアス電圧を設定制御するという知見を得た。図４（ａ）は、温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフであり、図４（ｂ）は、空間解像度とバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフである。図４の各グラフからも明らかなように、検出膜特性とバイアス電圧との間に一定の相関関係があることが判明した以上、設定すべき検出膜特性に応じてバイアス電圧を設定制御すれば、設定制御されたバイアス電圧で印加すると、その設定すべき検出膜特性が所望の検出膜特性になるという知見を得た。

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、この発明に係る撮像装置は、放射線を検出する検出素子を２次元マトリックス状配列で構成された検出器を備え、その検出器で検出されたデータに基づいて画像を得る撮像装置であって、前記放射線をキャリアに変換する変換層を検出膜として備えるとともに、バイアス電圧を印加する電圧印加電極と、パターン形成された絶縁基板とを備え、前記絶縁基板，前記変換層および前記電圧印加電極を順に積層形成し、前記撮像装置は、さらに前記検出器における検出膜特性と、前記電圧印加電極に印加するバイアス電圧との相関関係を記憶する相関関係記憶手段と、その相関関係記憶手段に記憶された前記検出膜特性と前記バイアス電圧との前記相関関係、および設定すべき前記検出膜特性に基づいて、前記バイアス電圧を設定制御するバイアス電圧設定制御手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］この発明に係る撮像装置は、放射線をキャリアに変換する変換層を検出膜として備えるとともに、バイアス電圧を印加する電圧印加電極と、パターン形成された絶縁基板とを備え、絶縁基板，変換層および電圧印加電極を順に積層形成している。かかる撮像装置によれば、検出膜特性とバイアス電圧との相関関係を記憶する相関関係記憶手段を備え、相関関係記憶手段に記憶された検出膜特性とバイアス電圧との相関関係、および設定すべき検出膜特性に基づいて、バイアス電圧を設定制御するバイアス電圧設定制御手段を備えている。このように相関関係記憶手段およびバイアス電圧設定制御手段を備えることで、相関関係記憶手段に記憶された検出膜特性とバイアス電圧との相関関係を用いて、設定すべき検出膜特性に応じてバイアス電圧設定制御手段がバイアス電圧を設定制御すれば、設定制御されたバイアス電圧で印加すると、その設定すべき検出膜特性が所望の検出膜特性になる。その結果、所望の検出膜特性を得ることができる。

上述した検出膜特性が、検出器を使用する温度にも依存する場合には、この発明に係る撮像装置において、相関関係記憶手段は、検出膜特性とバイアス電圧との相関関係の他に、さらに温度との相関関係を記憶し、検出器を使用する温度に基づいて、バイアス電圧設定制御手段はバイアス電圧を設定制御するのが好ましい。例えば、検出器の使用が想定される複数の環境温度（例えば標準設定温度の−５℃〜＋５℃）毎に最適なバイアス電圧を設定制御することで、使用環境に応じて設定変更できるようにする。

検出膜特性が温度にも依存する場合には、検出膜特性の一例として、リーク電流やリーク電流に関連したダイナミックレンジがある。したがって、相関関係記憶手段は、ダイナミックレンジあるいはリーク電流とバイアス電圧との相関関係の他に、さらに温度との相関関係を記憶するのが好ましい。

上述したこれらの撮像装置において、検出器における検出膜の一例は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）で形成された半導体層である。

この発明に係る撮像装置は、放射線をキャリアに変換する変換層を検出膜として備えるとともに、バイアス電圧を印加する電圧印加電極と、パターン形成された絶縁基板とを備え、絶縁基板，変換層および電圧印加電極を順に積層形成している。かかる撮像装置によれば、検出膜特性とバイアス電圧との相関関係を記憶する相関関係記憶手段と相関関係記憶手段に記憶された検出膜特性とバイアス電圧との相関関係、および設定すべき検出膜特性に基づいて、バイアス電圧を設定制御するバイアス電圧設定制御手段とを備えることで、所望の検出膜特性を得ることができる。

実施例に係るＸ線撮影装置の概略ブロック図である。 Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図である。 （ａ）は温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係のテーブル、（ｂ）は空間解像度とバイアス電圧との相関関係のテーブルである。 （ａ）は温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフ、（ｂ）は空間解像度とバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフである。 変形例に係る温度毎のリーク電流とバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフである。 従来のＸ線撮影装置の概略ブロック図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線撮影装置の概略ブロック図であり、図２は、Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図である。本実施例では、入射する放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、撮像装置としてＸ線撮影装置を例に採って説明する。

本実施例に係るＸ線撮影装置は、被検体にＸ線を照射して撮像を行う。具体的には、被検体を透過したＸ線像がＸ線変換層（本実施例ではＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ）上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリア（電荷情報）が層内に発生することでキャリアに変換される。

Ｘ線撮影装置は、図１に示すように、後述するゲートラインＧを選択するゲート駆動回路１と、Ｘ線変換層２３（図２を参照）で変換されたキャリアを蓄積して読み出すことでＸ線を検出する検出素子用回路２と、その検出素子用回路２で読み出されたキャリアを電圧に変換した状態で増幅する電荷電圧変換アンプ３と、その電荷電圧変換アンプ３で増幅された電圧のアナログ値からディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４と、そのＡ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して信号処理を行って画像を得る画像処理部５と、これらの回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御するコントローラ６と、処理された画像などを記憶するメモリ部７と、入力設定を行う入力部８と、処理された画像などを表示するモニタ９とを備えている。本明細書では、キャリアや画像などの情報を、画像に関する画像情報とする。Ｘ線変換層２３は、この発明における検出膜に相当し、検出素子用回路２は、この発明における検出器に相当する。

ゲート駆動回路１は複数のゲートラインＧに電気的に接続されている。ゲート駆動回路１から各ゲートラインＧに電圧を印加することで、後述する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＴｒをＯＮにして後述するコンデンサＣａに蓄積されたキャリアの読み出しを開放し、各ゲートラインＧへの電圧を停止する（電圧を−１０Ｖにする）ことで、薄膜トランジスタＴｒをＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断する。なお、各ゲートラインＧに電圧を印加することでＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断し、各ゲートラインＧへの電圧を停止することでＯＮにしてキャリアの読み出しを開放するように、薄膜トランジスタＴｒを構成してもよい。

検出素子用回路２は、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタＴｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

説明の便宜上、本実施例では、縦・横式２次元マトリックス状配列で10×10個の薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａが形成されているとする。すなわち、ゲートラインＧは、１０本のゲートラインＧ１〜Ｇ１０からなり、データラインＤは、１０本のデータラインＤ１〜Ｄ１０からなる。各ゲートラインＧ１〜Ｇ１０は、図１中のＸ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒのゲートにそれぞれ接続され、各データラインＤ１〜Ｄ１０は、図１中のＹ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒの読み出し側にそれぞれ接続されている。薄膜トランジスタＴｒの読み出し側とは逆側にはコンデンサＣａが電気的に接続されており、薄膜トランジスタＴｒとコンデンサＣａとの個数が一対一に対応する。

また、検出素子用回路２は、図２に示すように、検出素子ＤＵが２次元マトリックス状配列で絶縁基板２１にパターン形成されている。すなわち、絶縁基板２１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、上述したゲートラインＧ１〜Ｇ１０およびデータラインＤ１〜Ｄ１０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２２，Ｘ線変換層２３および電圧印加電極２４を順に積層形成することで構成されている。検出素子ＤＵは、この発明における検出素子に相当する。

Ｘ線変換層２３は、Ｘ線感応型の半導体厚膜（検出膜）で形成されており、本実施例では、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）で形成された半導体層で形成されている。Ｘ線変換層２３は、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報であるキャリアに変換する。なお、Ｘ線変換層２３は、Ｘ放射線の入射によりキャリアが生成されるＸ線感応型の物質であれば、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅに限定されない。また、Ｘ線以外の放射線（γ線など）を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、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を用いてもよい。また、光を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質を用いてもよい。

キャリア収集電極２２は、コンデンサＣａに電気的に接続されており、Ｘ線変換層２３で変換されたキャリアを収集してコンデンサＣａに蓄積する。このキャリア収集電極２２も、薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａと同様に、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（本実施例では10×10個）形成されている。それらキャリア収集電極２２，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２４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。

このように、検出素子ＤＵなどが２次元マトリックス状配列でパターン形成した絶縁基板２１、Ｘ線変換層２３および電圧印加電極２４を順に積層形成している。これらのＸ線変換層２３を含んだ検出素子用回路２はフラットパネル型Ｘ線検出器（FPD: Flat Panel Detector）とも呼ばれている。

本実施例では、その他に、Ｘ線変換層２３の温度を測定する温度センサ１０を備えている。温度センサ１０による測定結果をコントローラ６に送り込む。温度センサ１０を備えることで、検出素子用回路２を使用する温度、ひいては環境温度を測定する。

Ｘ線変換層２３の温度を測定するには、図２に示すように検出有効エリア（図示省略）から外れた端部において電圧印加電極２４に温度センサ１０を設ける。具体的には、図２（ａ）に示すように電圧印加電極２４中に温度センサ１０を埋め込んでもよいし、図２（ｂ）に示すように電圧印加電極２４上に温度センサ１０を積層してもよい。なお、Ｘ線変換層２３中に温度センサを埋め込む、あるいはＸ線変換層２３上に温度センサ１０を積層してもよい。

画像処理部５は、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して各種の信号処理を行って画像を求める。コントローラ６は、回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御し、本実施例では後述する検出膜特性とバイアス電圧との相関関係、および設定すべき検出膜特性に基づいて、バイアス電圧を設定制御する機能（バイアス電圧設定制御の機能）をも備えている。画像処理部５およびコントローラ６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ）などの組み合わせで構成されている。コントローラ６は、この発明におけるバイアス電圧設定制御手段に相当する。

メモリ部７は、画像情報などを書き込んで記憶し、コントローラ６からの読み出し指令に応じて画像情報などがメモリ部７から読み出される。メモリ部７は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。なお、画像情報の書き込みにはＲＡＭが用いられ、例えば制御シーケンスに関するプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる場合には、制御シーケンスに関するプログラムの読み出し専用にはＲＯＭが用いられる。本実施例では、上述の相関関係、および設定すべき検出膜特性に基づいて、バイアス電圧を設定制御する制御シーケンスに関するプログラムをメモリ部７に記憶させ、そのプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる。

その他に、メモリ部７は、上述の相関関係を予め記憶した相関関係メモリ部７ａを備えている。相関関係メモリ部７ａは、この発明における相関関係記憶手段に相当する。

入力部８は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイス、あるいはボタンやスイッチやレバーなどの入力手段で構成されている。入力部８に入力設定すると、入力設定データがコントローラ６に送り込まれ、入力設定データに基づいて回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５やメモリ部７やモニタ９などが制御される。

続いて、本実施例のＸ線撮影装置の制御シーケンスについて説明する。電圧印加電極２４に高電圧（例えば数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度）のバイアス電圧Ｖ_Ａを印加した状態で、検出対象であるＸ線を入射させる。なお、バイアス電圧Ｖ_Ａについては、後述する説明から明らかなように、一定の値でなく、コントローラ６によって選択されて設定制御される。

Ｘ線の入射によってＸ線変換層２３でキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報としてキャリア収集電極２２を介してコンデンサＣａに蓄積される。ゲート駆動回路１の信号（ここではキャリア）読み出し用の走査信号（すなわちゲート駆動信号）によって、対象となるゲートラインＧが選択される。本実施例では、ゲートラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇ９，Ｇ１０の順に１つずつ選択されるものとして説明する。また、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号は、ゲートラインＧに電圧（例えば１５Ｖ程度）を印加する信号である。

ゲート駆動回路１から対象となるゲートラインＧを選択して、選択されたゲートラインＧに接続されている各薄膜トランジスタＴｒが選択指定される。この選択指定で選択指定された薄膜トランジスタＴｒのゲートに電圧が印加されてＯＮ状態となる。その選択指定された各薄膜トランジスタＴｒに接続されているコンデンサＣａから蓄積されたキャリアが、選択指定されてＯＮ状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データラインＤに読み出される。すなわち、選択されたゲートラインＧに関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、データラインＤに読み出される。

具体的には、データラインＤに接続されている電荷電圧変換アンプ３がリセットされて、さらに薄膜トランジスタＴｒがＯＮ状態（すなわちゲートがＯＮ）に移行することで、キャリアがデータラインＤに読み出され、電荷電圧変換アンプ３にて電圧に変換された状態で増幅される。

つまり、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号と、データラインＤに接続されている電荷電圧変換アンプ３の選択とに基づいて行われる。

先ず、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ１を選択して、選択されたゲートラインＧ１に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、全データラインＤ同時に読み出されて、サンプルホールド後にデータラインＤ１〜Ｄ１０の順にＡ／Ｄ変換器４にてディジタル値に変換される。次に、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ２を選択して、同様の手順で、選択されたゲートラインＧ２に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、全データラインＤ同時に読み出されて、サンプルホールド後にデータラインＤ１〜Ｄ１０の順にＡ／Ｄ変換器４にてディジタル値に変換される。残りのゲートラインＧについても同様に順に選択することで、２次元状のキャリアを読み出す。

読み出された各キャリアは電荷電圧変換アンプ３で電圧に変換された状態でそれぞれ増幅されて、Ａ／Ｄ変換器４でアナログ値からディジタル値に変換される。このディジタル値に変換された電圧値に基づいて、画像処理部５は各種の信号処理を行って、２次元状の画像を得る。得られた２次元状の画像やキャリアなどに代表される画像情報は、コントローラ６を介してメモリ部７に書き込まれて記憶され、必要に応じてコントローラ６を介してメモリ部７から読み出される。また、画像情報は、コントローラ６を介してモニタ９に表示される。

次に、検出膜特性とバイアス電圧との相関関係、およびバイアス電圧設定制御の機能について、図３および図４を参照して説明する。図３（ａ）は、温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係のテーブルであり、図３（ｂ）は、空間解像度とバイアス電圧との相関関係のテーブルであり、図４（ａ）は、温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフであり、図４（ｂ）は、空間解像度とバイアス電圧との相関関係を概略的に示したグラフである。

検出素子用回路２（図１、図２を参照）における検出膜特性と、その検出素子用回路２（の電圧印加電極２４（図２を参照））に印加するバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａ（図１を参照）に書き込んで記憶する。検出膜特性としては、検出膜に相当するＸ線変換層２３（図２を参照）に依存する特性であれば特に限定されず、本実施例ではダイナミックレンジ(DR: dynamic range)および空間解像度（MTF: Modulation Transfer Function）を例に採って説明する。

本実施例では、検出素子用回路２をも含んだＸ線撮影装置の出荷時に、印加されるバイアス電圧の最適値を、個々の装置で取得された画像のダイナミックレンジや空間解像度と対応付けることで、ダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶するとともに、空間解像度とバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶する。相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶する場合には、例えば図３に示すテーブル形式で記憶してもよいし、図４に示す近似式のプログラムとして記憶してもよい。

図３に示すテーブル形式で記憶する場合で、温度毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶するときには、図３（ａ）に示すように行う。具体的には、図３（ａ）に示すように、環境温度Ｔ_１においてバイアス電圧Ｖ_１とダイナミックレンジＤＲ_１１とを対応付け、環境温度Ｔ_１においてバイアス電圧Ｖ_２とダイナミックレンジＤＲ_１２とを対応付け、以下同様にして環境温度Ｔ_１において各バイアス電圧と各ダイナミックレンジとをそれぞれ対応付けることで、環境温度Ｔ_１毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係をテーブル形式で記憶する。同様に、図３（ａ）に示すように、環境温度Ｔ_２においてバイアス電圧Ｖ_１とダイナミックレンジＤＲ_２１とを対応付け、環境温度Ｔ_２においてバイアス電圧Ｖ_２とダイナミックレンジＤＲ_２２とを対応付け、以下同様にして環境温度Ｔ_２において各バイアス電圧と各ダイナミックレンジとをそれぞれ対応付けることで、環境温度Ｔ_２毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係をテーブル形式で記憶する。同様に、図３（ａ）に示すように、環境温度Ｔ_３においてバイアス電圧Ｖ_１とダイナミックレンジＤＲ_３１とを対応付け、環境温度Ｔ_３においてバイアス電圧Ｖ_２とダイナミックレンジＤＲ_３２とを対応付け、以下同様にして環境温度Ｔ_３において各バイアス電圧と各ダイナミックレンジとをそれぞれ対応付けることで、環境温度Ｔ_３毎のダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係をテーブル形式で記憶する。

一方、図３に示すテーブル形式で記憶する場合で、空間解像度とバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶するときには、図３（ｂ）に示すように行う。具体的には、図３（ｂ）に示すように、バイアス電圧Ｖ_１と空間解像度ＭＴＦ_１１とを対応付け、バイアス電圧Ｖ_２と空間解像度ＭＴＦ_１２とを対応付け、以下同様にして各バイアス電圧と各空間解像度とをそれぞれ対応付けることで、空間解像度とバイアス電圧との相関関係をテーブル形式で記憶する。

また、図３に示すテーブル形式以外の検出膜特性（ダイナミックレンジや空間解像度）を参照してバイアス電圧を設定制御する場合には、最も近い値の検出膜特性を参照してバイアス電圧を設定制御する。あるいは、テーブル形式で記憶された相関関係からバイアス電圧を補間してもよい。例えば、相関関係が図４に示すような一次式の関係で表される場合において、ダイナミックレンジＤＲ_１１とＤＲ_１２との中間値のダイナミックレンジ（ＤＲ_１１＋ＤＲ_１２）／２からバイアス電圧を設定制御する場合には、ダイナミックレンジＤＲ_１１，ＤＲ_１２に対応したバイアス電圧Ｖ_１とＶ_２との中間値の（Ｖ_１＋Ｖ_２）／２をバイアス電圧として求めて、その求められたバイアス電圧（Ｖ_１＋Ｖ_２）／２の値に設定制御すればよい。

図３に示すテーブル形式では、離散的な値の集合であるので、図４に示すような関数で近似して、その近似式のプログラムを相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶してもよい。このように近似式のプログラムを記憶することにより連続的な値でバイアス電圧を設定制御することが可能である。なお、近似式については最小自乗法などを用いて求めればよい。また、近似式については、図４に示すような一次式の関係に限定されず、二次式以上の多項式であってもよいし、部分的に指数関数や三角関数や対数関数などでそれぞれ近似してもよい。

図４（ａ）に示すようにバイアス電圧Ｖが高くなるとダイナミックレンジＤＲは低下するが、図４（ｂ）に示すように空間解像度ＭＴＦは高くなって、空間解像度の良い画像を撮影して取得することができる。また、環境温度をＴ_１＜Ｔ_２＜Ｔ_３とすると、図４（ａ）に示すように、環境温度が相対的に低い（例えばＴ_１）場合に比較すると、環境温度が相対的に高い（例えばＴ_３）と、同じバイアス電圧Ｖではリーク電流が減少して、逆にダイナミックレンジＤＲは上昇する。

上述したように、バイアス電圧Ｖが高いほど空間解像度ＭＴＦは高くなって空間解像度の特性は良くなるが、最低限保つべきダイナミックレンジＤＲの値（図４（ａ）ではＤＲ_bottom）を考慮して、Ｘ線撮影装置や検出素子用回路２の使用が想定される複数の環境温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３（例えば標準設定温度の−５℃〜＋５℃）それぞれにおいて最適なバイアス電圧（例えば図４（ａ）ではＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３）を算出しておくことで、使用環境に応じてバイアス電圧を変更することが可能である。なお、図３中のバイアス電圧Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３と図４中のバイアス電圧Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３とはそれぞれ別の値であることに留意されたい。

このようにして、図３あるいは図４に示す相関関係を用いて、出荷後の使用時において、設定すべき検出膜特性（例えば図４（ａ）中のＤＲ_bottom）に応じてコントローラ６（図１を参照）がバイアス電圧を設定制御する。最低限保つべきダイナミックレンジＤＲの値としてＤＲ_bottomを設定した場合には、図４（ａ）に示すように環境温度Ｔ_１のときにＶ_１の値をバイアス電圧として選択して設定制御する。同様に、環境温度Ｔ_２のときにＶ_２の値をバイアス電圧として選択して設定制御する。同様に、環境温度Ｔ_３のときにＶ_３の値をバイアス電圧として選択して設定制御する。

なお、環境温度が未知の場合には、温度センサ１０（図２を参照）によってＸ線変換層２３の温度を測定すればよい。環境温度が既知の場合には、入力部８（図１を参照）により環境温度の値を入力すればよい。このようにして、コントローラ６がバイアス電圧を設定制御すれば、設定制御されたバイアス電圧で印加すると、その設定すべきダイナミックレンジＤＲ_bottomが所望のダイナミックレンジになる。設定すべき空間解像度に応じてバイアス電圧を設定制御する場合も、ダイナミックレンジに応じてバイアス電圧を設定制御する場合と手法が同じであるので、その説明を省略する。

上述した本実施例に係るＸ線撮影装置によれば、検出膜特性（本実施例ではダイナミックレンジおよび空間解像度）とバイアス電圧との相関関係を記憶する相関関係メモリ部７ａを備え、相関関係メモリ部７ａに記憶された検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）とバイアス電圧との相関関係、および設定すべき検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）に基づいて、バイアス電圧を設定制御するバイアス電圧設定制御の機能をコントローラ６は備えている。このように相関関係メモリ部７ａおよびバイアス電圧設定制御の機能を備えることで、相関関係メモリ部７ａに記憶された検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）とバイアス電圧との相関関係を用いて、設定すべき検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）に応じてバイアス電圧設定制御の機能がバイアス電圧を設定制御すれば、設定制御されたバイアス電圧で印加すると、その設定すべき検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）が所望の検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）になる。その結果、所望の検出膜特性（ダイナミックレンジおよび空間解像度）を得ることができる。

本実施例のように、検出膜特性（例えばダイナミックレンジ）が、検出器（検出素子用回路２）を使用する温度（例えば環境温度）にも依存する場合には、好ましくは、相関関係メモリ部７ａは、検出膜特性（ダイナミックレンジ）とバイアス電圧との相関関係の他に、図３（ａ）あるいは図４（ａ）に示すように、さらに温度との相関関係を記憶し、検出器（検出素子用回路２）を使用する温度に基づいて、バイアス電圧設定制御の機能はバイアス電圧を設定制御している。例えば、検出器（検出素子用回路２）の使用が想定される複数の環境温度（例えば標準設定温度の−５℃〜＋５℃）毎に最適なバイアス電圧を設定制御することで、使用環境に応じて設定変更できるようにする。

本実施例では、検出膜特性が温度にも依存する場合として、リーク電流に関連したダイナミックレンジを例に採って説明している。したがって、本実施例では、好ましくは、相関関係メモリ部７ａは、ダイナミックレンジとバイアス電圧との相関関係の他に、図３（ａ）あるいは図４（ａ）に示すように、さらに温度との相関関係を記憶している。

本実施例では、検出器（検出素子用回路２）における検出膜（本実施例ではＸ線変換層２３）として、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）で形成された半導体層を例に採って説明している。

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。

（１）上述した実施例では、図１に示すようなＸ線撮影装置を例に採って説明したが、この発明は、例えばＣ型アームに配設されたＸ線透視撮影装置にも適用してもよい。また、この発明は、Ｘ線ＣＴ装置にも適用してもよい。

（２）上述した実施例では、入射したＸ線に代表される放射線をＸ線変換層（変換層）によって電荷情報に直接に変換した、「直接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用したが、入射した放射線をシンチレータなどの変換層によって光に変換し、光感応型の物質で形成された変換層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用してもよい。

（３）上述した実施例では、Ｘ線を検出するための検出素子用回路を例に採って説明したが、この発明は、ＥＣＴ（Emission Computed Tomography）装置のように放射性同位元素（ＲＩ）を投与された被検体から放射されるγ線を検出するための検出素子用回路に例示されるように、放射線を検出する検出素子用回路であれば特に限定されない。同様に、この発明は、上述したＥＣＴ装置に例示されるように、放射線の入射により撮像を行う装置であれば特に限定されない。

（４）上述した実施例では、Ｘ線などに代表される放射線撮像を例に採って説明したが、この発明は、光の入射により撮像を行う装置にも適用することができる。

（５）上述した実施例では、電圧印加電極２４は図２に示すような構造であったが、例えば支持基板と電圧印加電極とを兼用したグラファイト基板を備えた構造にもこの発明は適用することができる。

（６）上述した実施例では、検出膜特性として、ダイナミックレンジおよび空間解像度を例に採って説明したが、上述したように検出膜に依存する特性であれば特に限定されない。例えば、これら以外にも、検出膜特性としては、リーク電流や（電荷に関する）感度や（時間的な）応答などであってもよい。特に、検出膜特性がリーク電流の場合には、ダイナミックレンジと同様に、リーク電流とバイアス電圧との相関関係の他に、図５に示すように、さらに温度との相関関係を記憶してもよい。図５の場合には、バイアス電圧Ｖが高いほどリーク電流Ｌは高くなる。また、環境温度が相対的に低い（例えばＴ_１）場合に比較すると、環境温度が相対的に高い（例えばＴ_３）と、同じバイアス電圧Ｖではリーク電流Ｌは増加する。

（７）上述した実施例では、出荷時に検出膜特性とバイアス電圧との相関関係を相関関係メモリ部７ａに書き込んで記憶したが、出荷後の使用時に検出膜特性とバイアス電圧との相関関係を記憶することで出荷後の使用時の相関関係に書き換え可能に相関関係メモリ部７ａを構成してもよい。したがって、相関関係が経年変化した場合においても、対応することができる。

２ … 検出素子用回路
６ … コントローラ
７ａ … 相関関係メモリ部
２３ … Ｘ線変換層
ＤＵ … 検出素子
Ｔ … 温度
Ｖ … バイアス電圧
ＤＲ … ダイナミックレンジ
ＭＴＦ … 空間解像度
Ｌ … リーク電流

Claims (11)

1. 放射線を検出する検出素子を２次元マトリックス状配列で構成された検出器を備え、その検出器で検出されたデータに基づいて画像を得る撮像装置であって、
   前記放射線をキャリアに変換する変換層を検出膜として備えるとともに、
   バイアス電圧を印加する電圧印加電極と、
   パターン形成された絶縁基板と
   を備え、
   前記絶縁基板，前記変換層および前記電圧印加電極を順に積層形成し、
   前記撮像装置は、さらに
   前記検出器における検出膜特性と、前記電圧印加電極に印加するバイアス電圧との相関関係を記憶する相関関係記憶手段と、
   その相関関係記憶手段に記憶された前記検出膜特性と前記バイアス電圧との前記相関関係、および設定すべき前記検出膜特性に基づいて、前記バイアス電圧を設定制御するバイアス電圧設定制御手段と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記相関関係記憶手段は、前記検出膜特性と前記バイアス電圧との相関関係の他に、さらに温度との相関関係を記憶し、
   前記検出器を使用する温度に基づいて、前記バイアス電圧設定制御手段は前記バイアス電圧を設定制御することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記検出膜特性は、ダイナミックレンジであって、
   前記相関関係記憶手段は、前記ダイナミックレンジと前記バイアス電圧との相関関係の他に、さらに温度との相関関係を記憶することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記検出膜特性は、リーク電流であって、
   前記相関関係記憶手段は、前記リーク電流と前記バイアス電圧との相関関係の他に、さらに温度との相関関係を記憶することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記変換層の温度を測定する温度センサを備え、
   前記温度センサを備えることで前記検出器を使用する温度を測定することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記電圧印加電極または前記変換層に前記温度センサを設けることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１に記載の撮像装置において、
   各前記バイアス電圧と各前記検出膜特性とを対応付けることにより前記相関関係記憶手段はテーブル形式で記憶することを特徴とする撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置において、
   前記テーブル形式以外の検出膜特性を参照してバイアス電圧を設定制御する場合には、テーブル形式で記憶された相関関係からバイアス電圧を補間することを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記バイアス電圧と前記検出膜特性とを関数で近似して、近似式のプログラムを前記相関関係記憶手段は記憶することを特徴とする撮像装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮像装置において、
    前記検出膜特性は、空間解像度であって、
    前記相関関係記憶手段は、前記空間解像度と前記バイアス電圧との相関関係を記憶することを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮像装置において、
    前記検出器における検出膜は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）で形成された半導体層であることを特徴とする撮像装置。

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