JP7003015B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。

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、電荷を蓄積する蓄積キャパシタなどが設けられている。

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線検出器の動作の開始が外部からの信号に依存することになるので、タイムラグなどにより処理時間が長くなるという問題がある。

ここで、半導体素子である薄膜トランジスタにＸ線が照射されると、薄膜トランジスタがオフ状態となっていてもドレイン電極とソース電極との間に電流が流れる。また、薄膜トランジスタのドレイン電極はデータラインと電気的に接続されている。
そこで、薄膜トランジスタをオフ状態とし、Ｘ線が照射された時にデータラインに流れる電流の値と、Ｘ線が照射されていない時にデータラインに流れる電流の値との差に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出する技術が提案されている。

ところが、薄膜トランジスタがオフ状態となっている時にデータラインに流れる電流の値は極めて小さくなる。またさらに、人体に対して大量のＸ線照射を行うと健康への悪影響があるため、人体へのＸ線照射量は必要最低限に抑えられる。そのため、医療に用いられるＸ線検出器の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなり、薄膜トランジスタがオフ状態となっている時にデータラインに流れる電流の値がさらに小さくなる。 そのため、薄膜トランジスタがオフ状態となっている時にデータラインに流れる電流の値を検出しても、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが困難となるおそれがある。

そこで、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、読み出された画像データを用いてＸ線の入射開始時を検出する技術が提案されている。ところが、薄膜トランジスタの数は非常に多いので、Ｘ線の入射開始時の検出に用いるデータの量（読み出された画像データの量）が膨大となる。そのため、Ｘ線の入射開始時の検出時間が長くなるおそれがある。
そこで、放射線の入射開始時を精度良く検出することができ、且つ、検出時間の短縮を図ることができる放射線検出器の開発が望まれていた。

特表２０１４－５２６１７８号公報 特許第６３０２１２２号公報

本発明が解決しようとする課題は、放射線の入射開始時を精度良く検出することができ、且つ、検出時間の短縮を図ることができる放射線検出器を提供することである。

実施形態に係る放射線検出器は、基板と、前記基板に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、前記基板に設けられ、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、前記第１の方向および前記第２の方向に並べて設けられ、それぞれが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た薄膜トランジスタを有し、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部と、前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替える制御回路と、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に、前記複数の検出部のそれぞれから画像データを読み出す信号検出回路と、第１の放射線画像を構成する複数の前記画像データと、前記第１の放射線画像の直前に撮影された第２の放射線画像を構成する複数の前記画像データから選定された複数の前記画像データと、に基づいて、または、前記第１の放射線画像を構成する複数の前記画像データと、前記選定された複数の画像データから作成された複数の補間データと、に基づいて、前記放射線の入射開始時を判定する入射放射線検出部と、を備えている。前記選定された複数の画像データは、選定された複数の前記制御ラインのそれぞれに沿って設けられた複数の前記検出部、および、選定された複数の前記データラインのそれぞれに沿って設けられた複数の前記検出部の少なくともいずれかから読み出された画像データである。

Ｘ線検出器を例示するための模式斜視図である。 Ｘ線検出器のブロック図である。 アレイ基板の回路図である。 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。 入射Ｘ線検出部の構成を例示するためのブロック図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｃ）は、領域のデータ量を表すための模式図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｃ）は、領域のデータ量を表すための模式図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｃ）は、領域のデータ量を表すための模式図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｃ）は、領域のデータ量を表すための模式図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域、および入射Ｘ線の強度を表すための模式図である。 （ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域を表すための模式図である。

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、以下に例示をするＸ線検出器１は、放射線画像であるＸ線画像を検出するＸ線平面センサである。Ｘ線平面センサには、大きく分けて直接変換方式と間接変換方式がある。
直接変換方式のＸ線検出器には、例えば、アモルファスセレンなどからなる光電変換膜が設けられている。直接変換方式のＸ線検出器においては、外部から入射したＸ線は、光電変換膜に吸収され、信号電荷に直接変換される。
間接変換方式の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（可視光）に変換するシンチレータとが設けられている。間接変換方式のＸ線検出器においては、外部から入射したＸ線はシンチレータにより蛍光に変換される。発生した蛍光は、光電変換部により信号電荷に変換される。

以下においては、一例として、間接変換方式のＸ線検出器１を例示するが、本発明は直接変換方式のＸ線検出器にも適用することができる。
すなわち、Ｘ線検出器は、Ｘ線を電気的な情報に変換する検出部を有するものであれば良い。検出部は、例えば、Ｘ線を直接的またはシンチレータと協働して検出するものとすることができる。
なお、直接変換方式のＸ線検出器の基本的な構成には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。

また、以下においては、一例として、配線を介してデータ通信を行う有線タイプのＸ線検出器１を例示するが、本発明は配線を介さずにデータ通信を行う無線タイプのＸ線検出器にも適用することができる。
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、一般医療に限定されるわけではない。

図１は、Ｘ線検出器１を例示するための模式斜視図である。
なお、図１においては、バイアスライン２ｃ３などを省いて描いている。
図２は、Ｘ線検出器１のブロック図である。
図３は、アレイ基板２の回路図である。
図１～図３に示すように、Ｘ線検出器１には、アレイ基板２、信号処理部３、画像処理部４、シンチレータ５、メモリ６、および入射Ｘ線検出部７が設けられている。

アレイ基板２は、シンチレータ５によりＸ線から変換された蛍光を電気信号に変換する。
アレイ基板２は、基板２ａ、光電変換部２ｂ、制御ライン（又はゲートライン）２ｃ１、データライン（又はシグナルライン）２ｃ２、バイアスライン２ｃ３、配線パッド２ｄ１、配線パッド２ｄ２、および保護層２ｆなどを有する。
本実施の形態においては、光電変換部２ｂがＸ線をシンチレータ５と協働して検出する検出部となる。
なお、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３などの数は例示をしたものに限定されるわけではない。

基板２ａは、板状を呈し、無アルカリガラスなどの透光性材料から形成されている。
光電変換部２ｂは、基板２ａの一方の面に複数設けられている。光電変換部２ｂは、制御ライン２ｃ１とデータライン２ｃ２とにより画された領域に設けられている。複数の光電変換部２ｂは、制御ライン２ｃ１が延びる方向（第１の方向の一例に相当する）、およびデータライン２ｃ２が延びる方向（第２の方向の一例に相当する）に並べて設けられている。複数の光電変換部２ｂは、マトリクス状に並べられている。なお、１つの光電変換部２ｂは、Ｘ線画像における１つの画素（pixel）に対応する。

複数の光電変換部２ｂのそれぞれには、光電変換素子２ｂ１と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）２ｂ２とが設けられている。
また、図３に示すように、光電変換素子２ｂ１において変換した電荷が供給される蓄積キャパシタ２ｂ３を設けることができる。蓄積キャパシタ２ｂ３は、例えば、矩形平板状を呈し、薄膜トランジスタ２ｂ２の下に設けることができる。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２ｂ３を兼ねることができる。

光電変換素子２ｂ１が蓄積キャパシタ２ｂ３を兼ねる場合（蓄積キャパシタ２ｂ３が省略される場合）には、電荷の蓄積および放出が行われるのは光電変換素子２ｂ１となる。この場合、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態とすることで光電変換部２ｂから電荷が放出され、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態とすることで光電変換部２ｂに電荷が蓄積される。
蓄積キャパシタ２ｂ３が設けられる場合には、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にするとバイアスライン２ｃ３から蓄積キャパシタ２ｂ３に一定の電荷が蓄積され、薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にすると蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積されている電荷が放出される。
なお、以下においては、一例として、蓄積キャパシタ２ｂ３が設けられる場合を例示する。

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２ｂ３への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を有している。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２ｃ１と電気的に接続される。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２ｃ２と電気的に接続される。すなわち、薄膜トランジスタ２ｂ２は、対応する制御ライン２ｃ１と対応するデータライン２ｃ２とに電気的に接続されている。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と蓄積キャパシタ２ｂ３とに電気的に接続される。また、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、対応するバイアスライン２ｃ３と電気的に接続される（図３を参照）。

制御ライン２ｃ１は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けられている。制御ライン２ｃ１は、例えば、行方向に延びている。１つの制御ライン２ｃ１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つと電気的に接続されている。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つが電気的に接続されている。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、信号処理部３に設けられた制御回路３１とそれぞれ電気的に接続されている。

データライン２ｃ２は、所定の間隔をあけて互いに平行に複数設けられている。データライン２ｃ２は、例えば、行方向に交差する列方向に延びている。１つのデータライン２ｃ２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つと電気的に接続されている。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つが電気的に接続されている。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、信号処理部３に設けられた信号検出回路３２とそれぞれ電気的に接続されている。

図３に示すように、バイアスライン２ｃ３は、データライン２ｃ２とデータライン２ｃ２との間に、データライン２ｃ２と平行に設けられている。バイアスライン２ｃ３には、図示しないバイアス電源が電気的に接続されている。図示しないバイアス電源は、例えば、信号処理部３などに設けることができる。なお、バイアスライン２ｃ３は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。バイアスライン２ｃ３が設けられない場合には、光電変換素子２ｂ１のアノード側と蓄積キャパシタ２ｂ３は、バイアスライン２ｃ３に代えてグランドに電気的に接続される。
制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３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。

保護層２ｆは、光電変換部２ｂ、制御ライン２ｃ１、データライン２ｃ２、およびバイアスライン２ｃ３を覆っている。保護層２ｆは、例えば、酸化物絶縁材料、窒化物絶縁材料、酸窒化物絶縁材料、および樹脂材料の少なくとも１種を含む。

信号処理部３は、アレイ基板２の、シンチレータ５側とは反対側に設けられている。
信号処理部３には、制御回路３１と、信号検出回路３２とが設けられている。
制御回路３１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。

図２に示すように、制御回路３１は、複数のゲートドライバ３１ａと行選択回路３１ｂとを有する。
行選択回路３１ｂには、画像処理部４などから制御信号Ｓ１が入力される。行選択回路３１ｂ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３１ａに制御信号Ｓ１を入力する。
ゲートドライバ３１ａは、対応する制御ライン２ｃ１に制御信号Ｓ１を入力する。
例えば、制御回路３１は、フレキシブルプリント基板２ｅ１を介して、制御信号Ｓ１を各制御ライン２ｃ１毎に順次入力する。制御ライン２ｃ１に入力された制御信号Ｓ１により薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となり、光電変換部２ｂ（蓄積キャパシタ２ｂ３）からの電荷（画像データＳ２）が受信できるようになる。

信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に、複数の光電変換部２ｂ（蓄積キャパシタ２ｂ３）のそれぞれから電荷（画像データＳ２）を読み出す。また、信号検出回路３２は、読み出された画像データＳ２（アナログ信号）をデジタル信号に順次変換する。

読み出された画像データＳ２は、メモリ６に一時的に格納される。
また、複数の画像データＳ２は、入射Ｘ線検出部７のベース画像メモリ７２にも入力される。この際、後述する選定条件に基づいて選定された複数の画像データＳ２がベース画像メモリ７２に入力されるようにすることができる。複数の画像データＳ２の選定は、例えば、画像処理部４により行うことができる。

入射Ｘ線検出部７によりＸ線が入射したと判定された場合には、画像処理部４は、メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。
なお、複数の画像データＳ２の選定、入射Ｘ線検出部７の作用などに関する詳細は後述する。
画像処理部４、メモリ６、および入射Ｘ線検出部７は、信号処理部３と一体化されていてもよい。

シンチレータ５は、複数の光電変換素子２ｂ１の上に設けられ、入射するＸ線を蛍光に変換する。シンチレータ５は、基板２ａ上の複数の光電変換素子２ｂ１が設けられた領域（有効画素領域）を覆うように設けられている。
シンチレータ５は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などを用いて形成することができる。この場合、真空蒸着法などを用いて、シンチレータ５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５が形成される。

また、シンチレータ５は、例えば、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）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５が設けられるように、マトリクス状の溝部を形成することができる。溝部の内部には、大気（空気）、あるいは酸化防止用の窒素ガスなどの不活性ガスが満たされるようにすることができる。また、溝部の内部が真空状態となるようにしてもよい。

その他、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、シンチレータ５の表面側（Ｘ線の入射面側）を覆うように図示しない反射層を設けることができる。
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ５の特性と反射層の特性が劣化するのを抑制するために、シンチレータ５と反射層を覆う図示しない防湿部を設けることができる。

メモリ６は、信号検出回路３２と画像処理部４との間に電気的に接続されている。メモリ６は、デジタル信号に変換された画像データＳ２を一時的に格納する。メモリ６は、Ｘ線が入射したか否かの判定対象となるＸ線画像を構成する複数の画像データＳ２を格納する。
また、メモリ６は、Ｘ線の入射開始時を判定する際に用いられる光電変換部２ｂ（検出部）に関する情報を格納することもできる。すなわち、メモリ６は、複数の光電変換部２ｂのそれぞれから読み出された画像データＳ２と、Ｘ線の入射開始時を判定する際に用いられる光電変換部２ｂに関する情報と、を格納することができる。なお、Ｘ線の入射開始時を判定する際に用いられる光電変換部２ｂに関する情報（光電変換部２ｂの選定条件）については後述する。なお、光電変換部２ｂの選定条件は、ベース画像メモリ７２に格納してもよい。

入射Ｘ線検出部７は、メモリ６に電気的に接続されている。入射Ｘ線検出部７は、信号検出回路３２などを介してメモリ６に電気的に接続することができる。
入射Ｘ線検出部７は、判定対象となるＸ線画像（第１の放射線画像の一例に相当する）を構成する複数の画像データＳ２と、判定対象となるＸ線画像の直前に撮影されたＸ線画像（第２の放射線画像の一例に相当する）を構成する複数の画像データＳ２から選定された複数の画像データＳ２と、に基づいてＸ線の入射開始時を判定する。
また、入射Ｘ線検出部７は、判定対象となるＸ線画像を構成する複数の画像データＳ２と、選定された複数の画像データＳ２から作成された複数の補間データと、に基づいてＸ線の入射開始時を判定することもできる。
なお、入射Ｘ線検出部７に関する詳細は後述する。

ここで、Ｘ線検出器１は、例えば、以下のようにしてＸ線画像を構成することができる。
まず、制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２をオフ状態にする。薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となることで、バイアスライン２ｃ３を介して一定の電荷が蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積される。次に、Ｘ線が照射されると、シンチレータ５によりＸ線が蛍光に変換される。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。次に、制御回路３１は、薄膜トランジスタ２ｂ２を順次オン状態にする。信号検出回路３２は、サンプリング信号に従って各蓄積キャパシタ２ｂ３に蓄積されている電荷（画像データＳ２）をデータライン２ｃ２を介して読み出す。そして、信号検出回路３２は、読み出された画像データＳ２（アナログ信号）をデジタル信号に順次変換する。デジタル信号に変換された画像データＳ２は、メモリ６に格納される。画像処理部４は、メモリ６に格納されている画像データＳ２に基づいて、Ｘ線画像を構成する。構成されたＸ線画像のデータは、画像処理部４から外部の機器などに向けて出力される。

図４は、画像データＳ２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４は、ｎ本の制御ライン２ｃ１と、ｍ本のデータライン２ｃ２が設けられた場合である。
まず、画像処理部４などから信号検出回路３２にサンプリング信号２１を入力する。図４に示すように、サンプリング信号２１がオンとなることで、信号検出回路３２は、データライン（１）～データライン（ｍ）に対するサンプリングを開始する。サンプリング信号２１は所定の期間経過後にオフとなる。

一方、サンプリング信号２１がオンとなっている間に、画像処理部４などから制御回路３１を介して制御ライン（１）に制御信号Ｓ１を入力する。制御信号Ｓ１がオンとなることで、制御ライン（１）に電気的に接続された薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となる。制御信号Ｓ１は所定の期間経過後にオフとなる。
信号検出回路３２は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時にデータライン（１）～データライン（ｍ）からの画像データＳ２を順次読み出す。
その後、以上の手順を制御ライン（２）～制御ライン（ｎ）に対して行う。
以上の様にして読み出された画像データＳ２は、メモリ６に格納される。薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に読み出された画像データＳ２は、ｎ行ｍ列の画像データＳ２となる。

なお、図４においては、制御信号Ｓ１をオンとする前にサンプリング信号２１をオンにしているが、制御信号Ｓ１のオンとサンプリング信号２１のオンとは同時であってもよいし、制御信号Ｓ１をオンにした後にサンプリング信号２１をオンとしてもよい。
また、図４においては、制御信号Ｓ１をオフとした後にサンプリング信号２１をオフにしているが、制御信号Ｓ１のオフとサンプリング信号２１のオフとは同時であってもよいし、制御信号Ｓ１をオフにする前にサンプリング信号２１をオフとしてもよい。

ここで、一般的なＸ線検出器においては、以下のようにしてＸ線検出器にＸ線が入射したことを認識し、撮影動作を開始する。
まず、Ｘ線源などの外部機器からの信号により、Ｘ線がＸ線検出器に入射したのを認識する。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２ｂの薄膜トランジスタ２ｂ２をオン状態にして、蓄積されている電荷を読み出す。すなわち、一般的なＸ線検出器の場合には、Ｘ線が実際にＸ線検出器に入射したのを検出しているわけではない。そのため、外部機器からの信号が入力された時点と、読み出し動作を開始する時点との間に所定の時間を設ける必要がある。その結果、タイムラグなどが生じて、処理時間が長くなる。

ここで、半導体素子である薄膜トランジスタ２ｂ２にＸ線が照射されると、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっていてもドレイン電極２ｂ２ｂとソース電極２ｂ２ｃとの間に電流が流れる。また、薄膜トランジスタ２ｂ２のドレイン電極２ｂ２ｂはデータライン２ｃ２と電気的に接続されている。そのため、Ｘ線が照射された時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値と、Ｘ線が照射されていない時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値との差に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出することができる。Ｘ線の入射開始時を直接検出することができれば、タイムラグなどが生じることがないので、処理時間が長くなるのを抑制することができる。

ところが、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値は極めて小さくなる。またさらに、人体に対して大量のＸ線照射を行うと健康への悪影響があるため、人体へのＸ線照射量は必要最低限に抑えられる。そのため、医療に用いられるＸ線検出器の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなり、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値がさらに小さくなる。
その結果、薄膜トランジスタ２ｂ２がオフ状態となっている時にデータライン２ｃ２に流れる電流の値に基づいてＸ線の入射開始時を検出すると、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが困難となるおそれがある。

そこで、本実施の形態に係るＸ線検出器１には、入射Ｘ線検出部７が設けられている。 Ｘ線検出器１にＸ線が入射すると、入射したＸ線の強度に応じて画像データＳ２の値が変化する。例えば、Ｘ線が入射すると、画像データＳ２の値が小さくなる（Ｘ線画像が明るくなる）。そのため、入射Ｘ線検出部７は、撮影されたＸ線画像（判定対象となるＸ線画像）を構成する複数の画像データＳ２と、当該Ｘ線画像の直前に撮影されたＸ線画像（比較対象となるＸ線画像）を構成する複数の画像データＳ２と、を比較することで、Ｘ線の入射開始時を検出することができる。

図５は、入射Ｘ線検出部７の構成を例示するためのブロック図である。
図５に示すように、入射Ｘ線検出部７には、第１のセレクタ７１、ベース画像メモリ７２、第２のセレクタ７３、減算回路７４、比較・カウンタ回路７５、および判定回路７６が設けられている。

第１のセレクタ７１は、メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２から判定対象となる画像データＳ２を抽出する。画像データＳ２の抽出は、例えば、判定対象となる画像データＳ２が読み出された光電変換部２ｂのアドレス情報に基づいて行うことができる。

ベース画像メモリ７２は、比較対象となるＸ線画像における複数の画像データＳ２を格納する。比較対象となるＸ線画像は、判定対象となるＸ線画像（メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２）の直前に撮影されたＸ線画像とすることができる。この場合、ベース画像メモリ７２は、選定された光電変換部２ｂから読み出された画像データＳ２を格納することができる。ベース画像メモリ７２に格納される複数の画像データＳ２は、例えば、画像処理部４により選定することができる。なお、ベース画像メモリ７２に格納される複数の画像データＳ２に関する詳細は後述する。

第２のセレクタ７３は、ベース画像メモリ７２に格納されている複数の画像データＳ２から、第１のセレクタ７１により抽出された画像データＳ２に対応する画像データＳ２を抽出する。
減算回路７４は、第１のセレクタ７１により抽出された画像データＳ２と、第２のセレクタ７３により抽出された画像データＳ２との差を演算する。

比較・カウンタ回路７５は、例えば、減算回路７４により演算された値が所定の範囲を超えた回数が閾値を超えたか否かを演算する。
判定回路７６は、比較・カウンタ回路７５により閾値を超えたことが判明した場合には、Ｘ線がＸ線検出器１に入射したと判定することができる。
なお、この判定に用いられる閾値などは、実験やシミュレーションを行うことで予め設定することができる。

判定回路７６により、Ｘ線がＸ線検出器１に入射したと判定された場合には、画像処理部４は、メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２を用いてＸ線画像を構成する。 判定回路７６により、Ｘ線がＸ線検出器１に入射していないと判定された場合には、ベース画像メモリ７２に格納されている複数の画像データＳ２が消去される。また、後述する選定条件に基づいて、メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２から、所定の画像データＳ２が抽出されてベース画像メモリ７２に格納される。その後、メモリ６に格納されている複数の画像データＳ２が消去される。画像データＳ２の抽出と格納、画像データＳ２の消去は、例えば、画像処理部４により行うことができる。

以上に説明したように、入射Ｘ線検出部７は、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となっている時に読み出された画像データＳ２に基づいてＸ線が入射したか否かを判定する。この場合、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態となっていれば抵抗が低くなるので、データライン２ｃ２に流れる電流の値（読み出された画像データＳ２の値）が大きくなる。そのため、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが容易となる。
また、前述したように、医療に用いられるＸ線検出器１の場合には、入射するＸ線の強度が非常に弱いものとなる。しかしながら、薄膜トランジスタ２ｂ２がオン状態の時に得られた画像データＳ２を用いてＸ線の入射開始時を検出すれば、Ｘ線の入射開始時を精度良く検出することが可能となる。

この場合、Ｘ線検出器１の温度が変化すると、画像データＳ２の値が変動する場合がある。そのため、Ｘ線の入射開始時を検出する際には、判定対象となるＸ線画像を構成する複数の画像データＳ２と、当該Ｘ線画像の直前に撮影されたＸ線画像を構成する複数の画像データＳ２と、を用いることが好ましい。この様にすれば、Ｘ線検出器１の温度変化に伴う画像データＳ２の値の変動を抑制することができる。

次に、ベース画像メモリ７２に格納される複数の画像データＳ２についてさらに説明する。
以下に例示をする比較例においては、Ｘ線の入射開始時を検出する際に、全ての光電変換部２ｂから読み出された画像データＳ２の値（Ｘ線画像の全領域における画像データＳ２の値）同士を比較している。
図６（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図６（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２を表すための模式図である。
図６（ｃ）は、領域１０２のデータ量１０３を表すための模式図である。
比較例に係るＸ線の入射開始時の検出においては、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ線画像の全領域における画像データＳ２の値を比較している。
ところが、光電変換部２ｂの数は非常に多い。例えば、光電変換部２ｂの数は、数百万個に達する場合もある。そのため、Ｘ線画像の全領域における画像データＳ２の値を比較すると、図６（ｃ）に示すように、比較するデータ量１０３の量が膨大となる。
比較するデータ量１０３の量が多くなると、検出時間が長くなる。医療に用いられるＸ線検出器１の場合には、Ｘ線の照射時間が長くなると健康への悪影響があるため、Ｘ線の照射時間は短くすることが好ましい。そのため、検出時間が長くなると、Ｘ線が照射されている期間内にＸ線の入射判定が完了しなくなるおそれがある。すなわち、検出時間が長くなると、Ｘ線の入射開始時が検出できなくなるおそれがある。
またさらに、比較対象となるＸ線画像を構成する複数の画像データＳ２は、温度などの環境の変化によって変動することから書き換えが必要となる場合がある。また、振動や外部電磁波などの突発的ノイズ、駆動回路等に起因する自己ノイズによる誤動作を防ぐため、数枚のＸ線画像を撮影し、画像データＳ２を平均化するなどの対策が必要となる場合がある。そのため、大容量のベース画像メモリ７２が必要なったり、平均化の処理に時間がかかったりしてコストアップや処理時間が長くなるなどの問題も生じる場合がある。

そこで、本実施の形態に係る入射Ｘ線検出部７は、選定された光電変換部２ｂから読み出された画像データＳ２に基づいて、Ｘ線の入射開始時を検出するようにしている。この様にすれば、比較するデータ量を低減させることができるので、検出時間の短縮を図ることができる。選定された光電変換部２ｂから読み出された画像データＳ２は、ベース画像メモリ７２に格納される。

図７（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図７（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２ａを表すための模式図である。
なお、領域１０２ａは、選定された複数の光電変換部２ｂが設けられている領域である。
図７（ｃ）は、領域１０２ａのデータ量１０３ａを表すための模式図である。

図７（ｂ）に示すように、領域１０２ａは、選定された複数の制御ライン２ｃ１に沿った領域とすることができる。複数の制御ライン２ｃ１は、例えば、所定のピッチ寸法で選定することができる。この様にすれば、図７（ｃ）に示すように、比較するデータ量１０３ａを少なくすることができる。なお、選定される複数の制御ライン２ｃ１の数が少なすぎると検出精度が悪くなるおそれがある。選定される複数の制御ライン２ｃ１の数が多すぎると、検出時間の短縮が図れなくなるおそれがある。そのため、複数の制御ライン２ｃ１の数やピッチ寸法などは、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。

図８（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図８（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２ｂを表すための模式図である。
なお、領域１０２ｂは、選定された複数の光電変換部２ｂが設けられている領域である。
図８（ｃ）は、領域１０２ｂのデータ量１０３ｂを表すための模式図である。

図８（ｂ）に示すように、領域１０２ｂは、選定された複数のデータライン２ｃ２に沿った領域とすることができる。複数のデータライン２ｃ２は、例えば、所定のピッチ寸法で選定することができる。この様にすれば、図８（ｃ）に示すように、比較するデータ量１０３ｂを少なくすることができる。なお、選定される複数のデータライン２ｃ２の数が少なすぎると検出精度が悪くなるおそれがある。選定される複数のデータライン２ｃ２の数が多すぎると、検出時間の短縮が図れなくなるおそれがある。そのため、複数のデータライン２ｃ２の数やピッチ寸法などは、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。

図９（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図９（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２ａ、１０２ｂを表すための模式図である。
図９（ｃ）は、領域１０２ａ、１０２ｂのデータ量１０３ｃを表すための模式図である。
図９（ｂ）に示すように、領域１０２ａは、選定された複数の制御ライン２ｃ１に沿った領域とすることができる。領域１０２ｂは、選定された複数のデータライン２ｃ２に沿った領域とすることができる。複数の制御ライン２ｃ１は、例えば、所定のピッチ寸法で選定することができる。複数のデータライン２ｃ２は、例えば、所定のピッチ寸法で選定することができる。この様にすれば、図９（ｃ）に示すように、比較するデータ量１０３ｃを少なくすることができる。なお、選定される複数の制御ライン２ｃ１の数、および複数のデータライン２ｃ２の数が少なすぎると検出精度が悪くなるおそれがある。選定される複数の制御ライン２ｃ１の数、および複数のデータライン２ｃ２の数が多すぎると、検出時間の短縮が図れなくなるおそれがある。そのため、複数の制御ライン２ｃ１の数やピッチ寸法、および複数のデータライン２ｃ２の数やピッチ寸法などは、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。

図１０（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図１０（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２ａ、および入射Ｘ線の強度を表すための模式図である。
図１０（ｂ）の右側のグラフ図に示すように、入射Ｘ線の強度は、Ｘ線画像の中央領域で強く、Ｘ線画像の周縁領域で弱くなる傾向がある。また、入射Ｘ線の強度の変化量は、Ｘ線画像の中央領域で少なく、Ｘ線画像の周縁領域で多くなる傾向がある。
そのため、図１０（ｂ）の左側の図に示すように、Ｘ線画像の周縁領域においては、選定される複数の制御ライン２ｃ１のピッチ寸法を短くしたり、数を多くしたりすることが好ましい。この様にすれば、検出精度を向上させることが容易となる。また、Ｘ線画像の中央領域においては、選定される複数の制御ライン２ｃ１のピッチ寸法を長くしたり、数を少なくしたりすることが好ましい。この様にすれば、データ量を少なくすることができるので検出時間の短縮を図るのが容易となる。

なお、Ｘ線検出器１が設置される環境によっては、入射Ｘ線の強度が変動する場合がある。この様な場合には、発生した入射Ｘ線の強度の違いに合わせて、選定される複数の制御ライン２ｃ１のピッチ寸法や数などを変更することもできる。
そのため、複数の制御ライン２ｃ１の数やピッチ寸法などは、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。
なお、以上においては、複数の制御ライン２ｃ１が並ぶ方向（複数のデータライン２ｃ２が延びる方向）における入射Ｘ線の強度について説明したが、複数のデータライン２ｃ２が並ぶ方向（複数の制御ライン２ｃ１が延びる方向）における入射Ｘ線の強度についても同様である。すなわち、入射Ｘ線の強度の変化に応じて、複数の制御ライン２ｃ１の選定条件、および複数のデータライン２ｃ２の選定条件の少なくともいずれかを変更することができる。

図１１（ａ）は、判定対象となるＸ線画像の領域１０１を表すための模式図である。
図１１（ｂ）は、比較対象となるＸ線画像の領域１０２ａを表すための模式図である。 図１１（ｂ）に示すように、実際に画像データＳ２を読み出す領域１０２ａは、選定された複数の制御ライン２ｃ１に沿った領域とすることができる。そして、領域１０２ａと領域１０２ａの間の領域１０２ｃにおいては、実際に読み出された画像データＳ２に基づいて作成された補間データを適用することができる。例えば、領域１０２ｃにおける補間データは、領域１０２ｃを挟む２つの領域１０２ａのいずれかの画像データＳ２と同じとすることができる。領域１０２ｃにおける補間データは、領域１０２ｃを挟む２つの領域１０２ａの画像データＳ２を平均したり、線形補間したりしたものとすることができる。領域１０２ｃにおける補間データは、領域１０２ｃの近傍における３つ以上の領域１０２ａの画像データＳ２に基づいて作成された近似式により求められたものとすることができる。

この様にすれば、メモリ６に格納されるのは、実際に読み出された画像データＳ２となるので、格納されるデータ量が増加することはない。また、作成された補間データを用いることができるので、全画像の比較や任意の領域の比較を行うことが可能となる。そのため、検出精度の更なる向上を図ることができる。

なお、以上においては、複数の制御ライン２ｃ１が並ぶ方向（複数のデータライン２ｃ２が延びる方向）における補間データの作成について説明したが、複数のデータライン２ｃ２が並ぶ方向（複数の制御ライン２ｃ１が延びる方向）における補間データの作成についても同様である。すなわち、領域１０２ａにおいて実際に読み出された画像データＳ２、または、領域１０２ｂにおいて実際に読み出された画像データＳ２を用いて、補間データを作成することができる。

また、図７（ａ）～図１１（ｂ）において例示をした選定条件は、Ｘ線検出器１の機種や、要求される検出精度などに応じて適宜選択したり組み合わせたりすることができる。
以上に説明したように、選定された複数の画像データＳ２は、選定された複数の制御ライン２ｃ１のそれぞれに沿って設けられた複数の光電変換部２ｂ、および、選定された複数のデータライン２ｃ２のそれぞれに沿って設けられた複数の光電変換部２ｂの少なくともいずれかから読み出された画像データＳ２とすることができる。
選定された複数の制御ライン２ｃ１は、所定のピッチ寸法で並んでいるものとすることができる。
データライン２ｃ２が延びる方向における基板２ａの周縁領域に設けられた選定された複数の制御ライン２ｃ１のピッチ寸法は、データライン２ｃ２が延びる方向における基板２ａの中央領域に設けられた選定された複数の制御ライン２ｃ１のピッチ寸法よりも短くすることができる。
選定された複数のデータライン２ｃ２は、所定のピッチ寸法で並んでいるものとすることができる。
制御ライン２ｃ１が延びる方向における基板２ａの周縁領域に設けられた選定された複数のデータライン２ｃ２のピッチ寸法は、制御ライン２ｃ１が延びる方向における基板２ａの中央領域に設けられた選定された複数のデータライン２ｃ２のピッチ寸法よりも短くすることができる。

ここで、複数の画像データＳ２のうちには、判定に用いるのに適していないものが含まれている場合がある。例えば、複数の光電変換部２ｂのうちには、短絡や断線などの欠陥がある光電変換部２ｂ（欠陥画素などとも称される）が含まれている場合がある。
例えば、欠陥がある光電変換部２ｂから読み出された画像データＳ２の値は、所定の閾値よりも常に高くなる場合がある。そのため、欠陥がある光電変換部２ｂの数が余り多くなると、Ｘ線が入射していないにも係わらずＸ線が入射したと誤検出するおそれがある。

光電変換部２ｂの欠陥は、主に、アレイ基板２を製造する際に発生する。そのため、アレイ基板２の製品検査またはＸ線検出器１の製品検査を行えば、どの光電変換部２ｂに欠陥があるのかを知ることができる。例えば、被写体がない状態でＸ線画像を撮影し（暗画像の撮影）、複数の光電変換部２ｂのそれぞれから読み出された画像データＳ２の値を調べれば、どの光電変換部２ｂに欠陥があるのかを知ることができる。
また、制御ライン２ｃ１およびデータライン２ｃ２の短絡や断線なども、暗画像を撮影すれば知ることができる。

製品検査やその後の検査において検出された、不適切な画像データＳ２が読み出され得る光電変換部２ｂの位置情報（アドレス情報）は、例えば、メモリ６に格納することができる。
例えば、画像処理部４は、当該位置情報に基づいて、ベース画像メモリ７２に格納する画像データＳ２から、該当する画像データＳ２を除外することができる。
この様にすれば、Ｘ線の入射開始時をさらに精度良く検出することができる。

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。

１ Ｘ線検出器、２ アレイ基板、２ａ 基板、２ｂ 光電変換部、２ｂ１ 光電変換素子、２ｂ２ 薄膜トランジスタ、２ｂ３ 蓄積キャパシタ、２ｃ１ 制御ライン、２ｃ２ データライン、３ 信号処理部、４ 画像処理部、５ シンチレータ、６ メモリ、７ 入射Ｘ線検出部、７１ 第１のセレクタ、７２ ベース画像メモリ、７３ 第２のセレクタ、７４ 減算回路、７５ 比較・カウンタ回路、７６ 判定回路

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に設けられ、第１の方向に延びる複数の制御ラインと、
   前記基板に設けられ、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、
   前記第１の方向および前記第２の方向に並べて設けられ、それぞれが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た薄膜トランジスタを有し、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部と、
   前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替える制御回路と、
   前記薄膜トランジスタがオン状態の時に、前記複数の検出部のそれぞれから画像データを読み出す信号検出回路と、
   第１の放射線画像を構成する複数の前記画像データと、前記第１の放射線画像の直前に撮影された第２の放射線画像を構成する複数の前記画像データから選定された複数の前記画像データと、に基づいて、
   または、前記第１の放射線画像を構成する複数の前記画像データと、前記選定された複数の画像データから作成された複数の補間データと、に基づいて、前記放射線の入射開始時を判定する入射放射線検出部と、
   を備え、
   前記選定された複数の画像データは、選定された複数の前記制御ラインのそれぞれに沿って設けられた複数の前記検出部、および、選定された複数の前記データラインのそれぞれに沿って設けられた複数の前記検出部の少なくともいずれかから読み出された画像データである放射線検出器。
2. 前記選定された複数の制御ラインは、所定のピッチ寸法で並んでいる請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記第２の方向における前記基板の周縁領域に設けられた前記選定された複数の制御ラインのピッチ寸法は、前記第２の方向における前記基板の中央領域に設けられた前記選定された複数の制御ラインのピッチ寸法よりも短い請求項１記載の放射線検出器。
4. 前記選定された複数のデータラインは、所定のピッチ寸法で並んでいる請求項１～３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
5. 前記選定された複数のデータラインのピッチ寸法は、前記第１の方向における前記基板の中央領域に設けられた前記選定された複数のデータラインのピッチ寸法よりも短い請求項１～３のいずれか１つに記載の放射線検出器。

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