JP2003215255A - X-ray detector - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はX線画像などを検出
するX線検出器に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an X-ray detector for detecting an X-ray image or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】医療用診断装置などでは、被写体の撮影
にたとえばX線が使用され、被写体を撮影したX線画像
の検出にX線検出器が用いられている。X線検出器には
たとえばイメージ管が利用されている。近年、新世代の
X線検出器として、X線検出用の複数の画素単位を平面
上に二次元的に配置した平面型X線検出器が注目されて
いる。2. Description of the Related Art In a medical diagnostic apparatus or the like, for example, X-rays are used for photographing an object, and an X-ray detector is used for detecting an X-ray image of the object. An image tube is used as the X-ray detector, for example. In recent years, as a new-generation X-ray detector, a planar X-ray detector in which a plurality of pixel units for X-ray detection are two-dimensionally arranged on a plane has attracted attention.
【0003】平面型X線検出器はX線で撮影したX線画
像あるいはリアルタイムのX線画像をデジタル信号とし
て出力する構成になっている。平面型X線検出器には固
体素子が用いられ、画質性能の向上や安定性の面でも期
待されている。The flat X-ray detector is constructed so as to output an X-ray image taken by X-ray or a real-time X-ray image as a digital signal. A solid-state element is used for the flat panel X-ray detector, and it is expected to improve image quality performance and stability.
【0004】平面型X線検出器については、比較的大き
な線量で静止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用の
ものがすでに開発され、商品化もされている。近い将
来、より一層の高性能化によって、たとえば透視線量の
もとで毎秒30画面以上のリアルタイムのX線動画の検
出が実現され、循環器や消化器などの分野に応用した製
品の商品化も予想されている。このようなX線動画の検
出については、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム
処理技術などの開発が求められている。As the flat panel X-ray detector, those for general radiography for capturing a still image with a relatively large dose and those for chest radiography have already been developed and commercialized. In the near future, even higher performance will enable real-time detection of X-ray movies with 30 or more screens per second under fluoroscopy dose, and commercialization of products applied to fields such as cardiovascular system and digestive system. Is expected. In order to detect such X-ray moving images, improvement of S / N and development of real-time processing technology for minute signals are required.
【0005】平面型X線検出器は、大きく分けると直接
方式および間接方式の2つがある。直接方式は、a−S
eなどの光導電膜を用いてX線を信号電荷に直接変換
し、変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシターに蓄積
する方式である。間接方式はシンチレータ層でX線を可
視光に変換し、変換した可視光をさらにa−Siフォト
ダイオードやCCDなどで信号電荷に変換し、電荷蓄積
用キャパシターに蓄積する方式である。The flat type X-ray detector can be roughly classified into a direct type and an indirect type. The direct method is a-S
In this method, a photoconductive film such as e is used to directly convert X-rays into signal charges, and the converted signal charges are stored in a charge storage capacitor. The indirect method is a method in which X-rays are converted into visible light by a scintillator layer, the converted visible light is further converted into signal charges by an a-Si photodiode, CCD or the like, and stored in a charge storage capacitor.
【0006】直接方式は、X線の入射で発生した信号電
荷を、高電界を利用して電荷蓄積用キャパシターに導く
構成になっている。この構成の場合、その解像度特性は
画素ピッチでほぼ規定される。一方、間接方式は、シン
チレータ層で変換された可視光がフォトダイオードに到
達するまでの間に拡散しあるいは散乱して解像度が劣化
する。したがって、間接方式では解像度特性の改善が求
められる。The direct system has a structure in which signal charges generated by the incidence of X-rays are guided to a charge storage capacitor by utilizing a high electric field. In the case of this configuration, the resolution characteristic is almost defined by the pixel pitch. On the other hand, in the indirect method, the visible light converted by the scintillator layer diffuses or scatters before reaching the photodiode, and the resolution deteriorates. Therefore, the indirect method requires improvement in resolution characteristics.
【0007】なお、直接方式は、X線の吸収率を向上さ
せるために、たとえばa−Seの光導電膜を1mm程度
の厚さに形成している。また、X線フォトン1個あたり
の信号電荷の生成率を上げるため、および、生成した信
号電荷を膜中の欠陥準位にトラップされることなく蓄積
用キャパシターに導くため、さらにバイアス電界と直角
方向への信号電荷の拡散を抑えるため、たとえばa−S
eの光導電膜の両端に10V/μmの強いバイアス電界
が印加される。したがってa−Se光導電膜の膜厚が1
mm程度の場合、10kV程度の高電圧が印加される。In the direct method, in order to improve the absorption rate of X-rays, a photoconductive film of a-Se, for example, is formed with a thickness of about 1 mm. Further, in order to increase the generation rate of signal charges per X-ray photon and to guide the generated signal charges to the storage capacitor without being trapped by the defect level in the film, the direction perpendicular to the bias electric field is further increased. In order to suppress the diffusion of signal charges to the
A strong bias electric field of 10 V / μm is applied to both ends of the photoconductive film of e. Therefore, the film thickness of the a-Se photoconductive film is 1
In the case of about mm, a high voltage of about 10 kV is applied.
【0008】直接方式と間接方式を比較すると、直接方
式の方が解像度特性にすぐれている。しかし、動作電圧
が低いTFTを高電圧から保護する必要があり、信頼性
の確保が困難になっている。また、低暗電流特性および
高感度特性、熱的安定性などを備えた光導電材料を容易
に入手できないという問題がある。Comparing the direct method and the indirect method, the direct method is superior in resolution characteristics. However, it is necessary to protect the TFT having a low operating voltage from a high voltage, which makes it difficult to secure reliability. In addition, there is a problem that a photoconductive material having low dark current characteristics, high sensitivity characteristics, thermal stability, etc. cannot be easily obtained.
【0009】間接方式はフォトダーオードやCCDなど
を用いている。そのため、高電圧の印加が必要とされ
ず、高電圧による絶縁破壊などは発生しない。また、シ
ンチレータ材料やフォトダーオードなどは既知の技術で
あり、直接方式と比較すると製品化が容易である。The indirect method uses a photo diode or CCD. Therefore, application of high voltage is not required, and dielectric breakdown due to high voltage does not occur. In addition, scintillator materials and photo diode materials are known techniques, and can be easily commercialized as compared with the direct method.
【0010】しかし、直接方式に比べ解像度特性が劣る
という問題がある。これはシンチレータ層からフォトダ
ーオードなどに到達するまでの光の広がりが1つの原因
になっている。また、シンチレータ層とフォトダーオー
ドとの間に生じる隙間も解像度を劣化させる原因にな
る。However, there is a problem that the resolution characteristic is inferior to that of the direct method. This is partly due to the spread of light from the scintillator layer to the photo diode. In addition, the gap formed between the scintillator layer and the photo diode will also cause deterioration of resolution.
【0011】たとえば、間接方式の場合、シンチレータ
層とフォトダーオード間の光反射率が両者の距離によっ
て変化するという特性がある。そのため、シンチレータ
層とフォトダーオード間に隙間があると、隙間の大きさ
によって反射率が相違し、輝度が変化し解像度が低下す
る。For example, the indirect method has a characteristic that the light reflectance between the scintillator layer and the photo diode is changed depending on the distance between the two. Therefore, if there is a gap between the scintillator layer and the photo diode, the reflectance varies depending on the size of the gap, the brightness changes, and the resolution decreases.
【0012】ここで、従来のX線検出器について図8を
参照して説明する。図8は1つ画素単位部分を抜き出し
た断面図で、ガラスなどの絶縁基板81上に薄膜トラン
ジスタ(以下TFTという)82および蓄積用キャパシ
タ83が形成されている。TFT82は、絶縁基板81
上に形成されたゲート電極Gおよびゲート電極Gを覆う
絶縁膜84、絶縁膜84上に形成された半導体膜85、
半導体膜85上に設けられたソース電極S、ドレイン電
極Dなどから構成されている。Now, a conventional X-ray detector will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view in which one pixel unit portion is extracted, and a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) 82 and a storage capacitor 83 are formed on an insulating substrate 81 such as glass. The TFT 82 is an insulating substrate 81
A gate electrode G formed thereon, an insulating film 84 covering the gate electrode G, a semiconductor film 85 formed on the insulating film 84,
It is composed of a source electrode S, a drain electrode D, and the like provided on the semiconductor film 85.
【0013】蓄積用キャパシタ83は絶縁基板81上に
形成された下部電極86、ゲート電極G上から下部電極
84上まで延長する絶縁膜84、絶縁膜84上に設けら
れた上部電極87などから構成されている。上部電極8
7はドレイン電極Dと電気的に接続されている。The storage capacitor 83 comprises a lower electrode 86 formed on the insulating substrate 81, an insulating film 84 extending from the gate electrode G to the lower electrode 84, an upper electrode 87 provided on the insulating film 84, and the like. Has been done. Upper electrode 8
7 is electrically connected to the drain electrode D.
【0014】TFT82および蓄積用キャパシタ83の
上方に樹脂による平坦化層88が設けられ、平坦化層8
8上にフォトダイオード89が形成されている。フォト
ダイオード89は画素単位ごとに設けられている。平坦
化層88にスルーホール90が形成され、フォトダイオ
ード89の図示下方の下面電極89aはドレイン電極D
および蓄積用キャパシタ83と電気的に接続している。A flattening layer 88 made of resin is provided above the TFT 82 and the storage capacitor 83, and the flattening layer 8 is formed.
A photodiode 89 is formed on the surface 8. The photodiode 89 is provided for each pixel unit. Through holes 90 are formed in the flattening layer 88, and the lower surface electrode 89a below the photodiode 89 in the drawing is the drain electrode D.
It is also electrically connected to the storage capacitor 83.
【0015】フォトダイオード89の図示上方の上面電
極89bは、たとえばITO透明電極膜で形成され、上
面電極89b上にシンチレータ層91が形成されてい
る。また、シンチレータ層91上に光反射部92が形成
されている。符号93は上面電極89bとシンチレータ
層91を密着させた際に、両者の間に発生した隙間を示
している。The upper surface electrode 89b above the photodiode 89 is formed of, for example, an ITO transparent electrode film, and the scintillator layer 91 is formed on the upper surface electrode 89b. Further, a light reflecting portion 92 is formed on the scintillator layer 91. Reference numeral 93 indicates a gap generated between the upper electrode 89b and the scintillator layer 91 when they are brought into close contact with each other.
【0016】上記した構造の画素単位が縦方向および横
方向の2次元に形成され、平面型X線検出器が構成され
る。そして、外部から入射するX線がシンチレータ層9
1で光に変換される。この光はフォトダイオード89で
信号電荷に変換され、ドレイン電極Dを経て蓄積用キャ
パシタ83に蓄積される。蓄積用キャパシタ83に蓄積
された信号電荷は、その後、TFT82のゲート電極G
にオン信号が加えられると、ソース電極Sから電気信号
として出力される。The pixel unit having the above-described structure is formed two-dimensionally in the vertical direction and the horizontal direction to form a planar X-ray detector. Then, X-rays incident from the outside are scintillator layer 9
It is converted into light at 1. This light is converted into a signal charge by the photodiode 89, and is stored in the storage capacitor 83 via the drain electrode D. The signal charge stored in the storage capacitor 83 is then transferred to the gate electrode G of the TFT 82.
When an ON signal is applied to the source electrode S, the source electrode S outputs the electrical signal.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】従来のX線検出器の場
合、シンチレータ層は、CsI:NaやCsI:Tlな
どのシンチレータ材料およびGd2 O2 S:Tbの粉末
を主成分とするX線発光蛍光体樹脂などで構成され、た
とえば真空蒸着法によって形成される。In the case of a conventional X-ray detector, the scintillator layer is composed of a scintillator material such as CsI: Na or CsI: Tl and an X-ray emission fluorescent material containing Gd2O2S: Tb powder as a main component. It is made of a body resin or the like and is formed by, for example, a vacuum vapor deposition method.
【0018】なお、X線検出器のスイッチ部を構成する
TFTは高温(140℃以上)に弱いという特性があ
る。そのため、シンチレータ層を形成する場合、TFT
やフォトダイオードなどを形成した光電変換基板上に蒸
着する方法でなく、たとえば光反射部材となる別の基板
上にシンチレータ層を蒸着し、その後、2つの基板を密
着させる方法が用いられる。このとき、基板に凹凸があ
るため、シンチレータ層とフォトダイオードが完全に密
着せず、両者の間に隙間(図8の符号93)が発生し、
フォトダイオードの上面電極たとえばITO透明電極で
の反射率が変化する。The TFT which constitutes the switch portion of the X-ray detector has a characteristic that it is vulnerable to high temperatures (140 ° C. or higher). Therefore, when forming the scintillator layer, the TFT
Instead of vapor deposition on a photoelectric conversion substrate having a photodiode or the like formed thereon, for example, a method of vapor depositing a scintillator layer on another substrate to be a light reflecting member and then bringing the two substrates into close contact is used. At this time, since the substrate has irregularities, the scintillator layer and the photodiode are not completely adhered to each other, and a gap (reference numeral 93 in FIG. 8) is generated between them,
The reflectance of the upper surface electrode of the photodiode, for example, the ITO transparent electrode changes.
【0019】ここで、上記したX線検出器の反射特性に
ついて図9で説明する。横軸は隙間たとえば空気層の厚
み(μm)、縦軸は反射率(%)で、境界に対し光(波
長550nm)が垂直に入射した場合の特性である。Here, the reflection characteristics of the X-ray detector described above will be described with reference to FIG. The horizontal axis represents the gap (eg, air layer thickness (μm)), and the vertical axis represents the reflectance (%), which is the characteristic when light (wavelength 550 nm) is incident perpendicularly to the boundary.
【0020】反射特性Pは、シンチレータ材料(Cs
I:Na)の屈折率を1.7〜1.8、蛍光体樹脂(G
d2 O2 S)の屈折率を1.7、ITO透明電極の屈折
率を2.0とし、シンチレータ層(屈折率nS=1.
7)とITO透明電極(屈折率nd=2.0)の間に空
気層(屈折率n1=1.0)が生じた場合の特性で、I
TO透明電極での光反射率(波長550nm)の計算結
果を示している。The reflection characteristic P depends on the scintillator material (Cs
The refractive index of I: Na) is 1.7 to 1.8, and the phosphor resin (G
The refractive index of d2 O2 S) is 1.7, the refractive index of the ITO transparent electrode is 2.0, and the scintillator layer (refractive index nS = 1.
7) and the ITO transparent electrode (refractive index nd = 2.0), an air layer (refractive index n1 = 1.0) is generated.
The calculation result of the light reflectance (wavelength 550 nm) at the TO transparent electrode is shown.
【0021】反射特性Pから分かるように、空気層の厚
さによって反射率が変化する。したがってシンチレータ
層とITO透明電極が密着しない場合、画素単位ごとに
輝度が最大30%程度も変化する。その結果、解像度特
性が劣化し良好なX線画像が得られなくなる。As can be seen from the reflection characteristic P, the reflectance changes depending on the thickness of the air layer. Therefore, when the scintillator layer and the ITO transparent electrode are not in close contact, the brightness changes by about 30% at the maximum for each pixel unit. As a result, the resolution characteristic is deteriorated and a good X-ray image cannot be obtained.
【0022】本発明は、上記した欠点を解決し、解像度
特性および輝度特性を向上させたX線検出器を提供する
ことを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to provide an X-ray detector having improved resolution characteristics and brightness characteristics.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明は、入射X線を光
に変換するX線光変換部と、このX線光変換部から電極
を通して入力する前記光を信号電荷に変換する光電変換
部と、前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に
蓄積された前記信号電荷の読み出しを制御するスイッチ
ング部とを具備したX線検出器において、前記X線光変
換部と前記電極との間に、前記X線光変換部および前記
電極のそれぞれと材料が相違する反射防止部材からなる
少なくとも1つの層を設けたことを特徴とする。According to the present invention, there is provided an X-ray light conversion section for converting incident X-rays into light, and a photoelectric conversion section for converting the light input from the X-ray light conversion section through electrodes into signal charges. An X-ray detector comprising: a storage unit that stores the signal charge; and a switching unit that controls reading of the signal charge stored in the storage unit. At least one layer made of an antireflection member made of a material different from that of the X-ray light conversion unit and the electrode is provided between them.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図1の
模式的な回路構成図を参照して説明する。符号11は光
電変換部で、光電変換部11は、ガラスなどの絶縁基板
上に複数の画素単位12を行方向(たとえば図の横方
向)および列方向(たとえば図の縦方向)に2次元に配
置して構成されている。複数の画素単位12は同じ構造
に形成され、図1では9個の画素単位12a〜12iが
示されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic circuit configuration diagram of FIG. Reference numeral 11 denotes a photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit 11 two-dimensionally arranges a plurality of pixel units 12 on an insulating substrate such as glass in a row direction (for example, a horizontal direction in the drawing) and a column direction (for example, a vertical direction in the drawing). It is arranged and configured. The plurality of pixel units 12 are formed in the same structure, and nine pixel units 12a to 12i are shown in FIG.
【0025】たとえば画素単位12iの場合、光を信号
電荷に変換するフォトダイオード13およびスイッチン
グ部を構成する薄膜トランジスタ(以下TFTという)
14、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部たとえば蓄積用キ
ャパシタ15などから構成されている。TFT14はゲ
ート電極Gおよびソース電極S、ドレイン電極Dを有
し、ドレイン電極Dはフォトダイオード13および蓄積
用キャパシタ15と電気的に接続されている。For example, in the case of the pixel unit 12i, a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) which constitutes a photodiode 13 for converting light into a signal charge and a switching portion.
14, a charge storage unit for storing signal charges, for example, a storage capacitor 15 and the like. The TFT 14 has a gate electrode G, a source electrode S, and a drain electrode D, and the drain electrode D is electrically connected to the photodiode 13 and the storage capacitor 15.
【0026】光電変換部11の外部に、TFT14の動
作状態たとえばオン・オフを制御する制御回路16が設
けられている。制御回路16には複数の制御ライン17
が設けられている。図ではたとえば第1ないし第4の4
個の制御ライン171〜174が示されている。それぞ
れの制御ライン17は、同じ行に位置する画素単位12
のTFT14のゲート電極Gに接続されている。たとえ
ば第1の制御ライン171は画素単位12a〜12cの
ゲート電極Gに接続されている。A control circuit 16 for controlling the operating state of the TFT 14, for example, ON / OFF, is provided outside the photoelectric conversion section 11. The control circuit 16 includes a plurality of control lines 17
Is provided. In the figure, for example, the first to fourth four
Individual control lines 171-174 are shown. Each control line 17 has a pixel unit 12 located in the same row.
Is connected to the gate electrode G of the TFT 14. For example, the first control line 171 is connected to the gate electrodes G of the pixel units 12a to 12c.
【0027】列方向には、複数のデータライン18が設
けられている。図ではたとえば第1ないし第4の4個の
データライン181〜184が示されている。それぞれ
のデータライン18は、同じ列に位置する画素単位12
のTFT14のソース電極Sに接続されている。たとえ
ば第1のデータライン181は画素単位12a、12
d、12gのソース電極Sに接続されている。また各デ
ータライン17はそれぞれ対応する電荷増幅器19に接
続されている。A plurality of data lines 18 are provided in the column direction. In the figure, for example, four first to fourth data lines 181 to 184 are shown. Each data line 18 has a pixel unit 12 located in the same column.
Is connected to the source electrode S of the TFT 14. For example, the first data line 181 has pixel units 12a, 12
It is connected to the source electrodes S of d and 12 g. Each data line 17 is connected to a corresponding charge amplifier 19.
【0028】電荷増幅器19はたとえば演算増幅器で構
成され、その一方の入力端子a1にデータライン18が
接続され、他方の入力端子a2は接地されている。一方
の入力端子a1と出力端子b間にコンデンサCが接続さ
れ積分機能を有する構成になっている。また、コンデン
サCに並列にスイッチSWが接続され、たとえばスイッ
チSWを閉じてコンデンサCに残った電荷を放電する構
成になっている。The charge amplifier 19 is composed of, for example, an operational amplifier, one input terminal a1 of which is connected to the data line 18, and the other input terminal a2 of which is grounded. A capacitor C is connected between the one input terminal a1 and the output terminal b to have an integration function. A switch SW is connected in parallel with the capacitor C, and the switch SW is closed to discharge the electric charge remaining in the capacitor C, for example.
【0029】それぞれの電荷増幅器19は、並列に入力
する複数の電気信号を直列信号に変換して出力する並列
/直列変換器20に接続されている。並列/直列変換器
20は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナロ
グデジタル変換器21に接続されている。Each charge amplifier 19 is connected to a parallel / serial converter 20 which converts a plurality of electric signals input in parallel into serial signals and outputs the serial signals. The parallel / serial converter 20 is connected to an analog-digital converter 21 that converts an analog signal into a digital signal.
【0030】次に、光導変換部について図2を参照して
説明する。図2は1つの画素単位部分を抜き出した断面
図で、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説
明を一部省略する。ガラスなどの絶縁基板31上にTF
T14および蓄積用キャパシタ15が形成されている。
TFT14は、絶縁基板31上に形成されたゲート電極
Gおよびゲート電極Gを覆う絶縁膜32、絶縁膜32上
に形成された半導体膜33、半導体膜33上に設けられ
たソース電極S、ドレイン電極Dなどから構成されてい
る。Next, the light conversion section will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view in which one pixel unit portion is extracted, and portions corresponding to those in FIG. TF on the insulating substrate 31 such as glass
A T14 and a storage capacitor 15 are formed.
The TFT 14 includes a gate electrode G formed on the insulating substrate 31, an insulating film 32 covering the gate electrode G, a semiconductor film 33 formed on the insulating film 32, a source electrode S provided on the semiconductor film 33, and a drain electrode. D and so on.
【0031】蓄積用キャパシタ15は絶縁基板31上に
形成された下部電極34、ゲート電極G上から下部電極
34上まで延長する絶縁膜32、絶縁膜32上に設けら
れた上部電極35などから構成されている。上部電極3
5はドレイン電極Dと電気的に接続されている。The storage capacitor 15 is composed of a lower electrode 34 formed on the insulating substrate 31, an insulating film 32 extending from the gate electrode G to the lower electrode 34, an upper electrode 35 provided on the insulating film 32, and the like. Has been done. Upper electrode 3
5 is electrically connected to the drain electrode D.
【0032】TFT14および蓄積用キャパシタ15の
上方に樹脂の平坦化層36が設けられ、平坦化層36上
にフォトダイオード13が形成されている。フォトダイ
オード13は、a−SiのpnダイオードやPINダイ
オードなどによって画素ごとに設けられる。平坦化層3
6にスルーホール37が形成され、フォトダイオード1
3の図示下方の下面電極13aはドレイン電極Dおよび
蓄積用キャパシタ15と電気的に接続している。A resin flattening layer 36 is provided above the TFT 14 and the storage capacitor 15, and the photodiode 13 is formed on the flattening layer 36. The photodiode 13 is provided for each pixel by an a-Si pn diode, a PIN diode, or the like. Flattening layer 3
Through hole 37 is formed in 6 and photodiode 1
The lower surface electrode 13a on the lower side of FIG. 3 is electrically connected to the drain electrode D and the storage capacitor 15.
【0033】フォトダイオード13は、たとえば蓄積用
キャパシタ15およびTFT14に重ならない領域に形
成されている。しかし、フォトダイオード13の受光面
積を大きくする場合、TFT14および蓄積用キャパシ
タ15上に絶縁層を設け、画素単位の全域にフォトダイ
オード13を設ける構造にすることもできる。The photodiode 13 is formed in a region that does not overlap the storage capacitor 15 and the TFT 14, for example. However, when the light receiving area of the photodiode 13 is increased, an insulating layer may be provided on the TFT 14 and the storage capacitor 15, and the photodiode 13 may be provided in the entire area of the pixel unit.
【0034】フォトダイオード13の図示上方の上面電
極13bは、たとえばITO透明電極を成膜して形成さ
れ、上面電極13b上にシンチレータ層38が形成され
る。このとき、上面電極13bおよびシンチレータ層3
8間の隙間に反射防止部材39が充填されている。ま
た、シンチレータ層38の図示上側の表面に光反射部4
0が形成されている。The upper surface electrode 13b above the photodiode 13 is formed by depositing an ITO transparent electrode, for example, and the scintillator layer 38 is formed on the upper surface electrode 13b. At this time, the upper surface electrode 13b and the scintillator layer 3
An antireflection member 39 is filled in the gap between the eight. Further, the light reflecting portion 4 is formed on the surface of the scintillator layer 38 on the upper side in the drawing.
0 is formed.
【0035】反射防止部材39は、たとえば透明接着剤
やパラキシレンなどの誘電体材料で形成される。シンチ
レータ層38は、たとえばCsI:NaやCsI:Tl
などのシンチレータ材料およびGd2 O2 S:Tbの粉
末を主成分とするX線発光蛍光体樹脂などの材料で形成
される。光反射部40は、たとえばAl基板およびこの
Al基板のシンチレータ層38側の表面に設けられた反
射膜などから構成され、シンチレータ層38で発生した
蛍光を反射し、フォトダイオード13に向わせるように
作用する。The antireflection member 39 is formed of a dielectric material such as a transparent adhesive or paraxylene. The scintillator layer 38 is made of, for example, CsI: Na or CsI: Tl.
Etc. and a material such as an X-ray emitting phosphor resin whose main component is a powder of Gd2 O2 S: Tb. The light reflector 40 is composed of, for example, an Al substrate and a reflective film provided on the surface of the Al substrate on the side of the scintillator layer 38, and reflects the fluorescence generated in the scintillator layer 38 and directs it toward the photodiode 13. Act on.
【0036】そして、上記の画素単位が絶縁基板31上
の縦方向および横方向に2次元に形成され、平面型X線
検出器が構成される。The above-mentioned pixel unit is two-dimensionally formed in the vertical and horizontal directions on the insulating substrate 31 to form a planar X-ray detector.
【0037】上記した構成において、フォトダイオード
13の上面電極13bと下面電極13aとの間にバイア
ス電圧が印加され、外部からX線が入射すると、シンチ
レータ層38で蛍光に変換される。この蛍光はフォトダ
イオード13で信号電荷に変換され、ドレイン電極Dを
経て蓄積用キャパシタ15に蓄積される。蓄積用キャパ
シタ15に蓄積された信号電荷は、TFT14のゲート
電極Gにオン信号が加えられると、ソース電極Sから電
気信号として出力される。In the above structure, when a bias voltage is applied between the upper surface electrode 13b and the lower surface electrode 13a of the photodiode 13 and an X-ray is incident from the outside, the scintillator layer 38 converts it into fluorescence. This fluorescence is converted into a signal charge by the photodiode 13 and stored in the storage capacitor 15 via the drain electrode D. The signal charge stored in the storage capacitor 15 is output from the source electrode S as an electric signal when an ON signal is applied to the gate electrode G of the TFT 14.
【0038】ここで、上面電極13bおよびシンチレー
タ層38間に反射防止部材39を設けた場合の反射特性
について図3を参照して説明する。図3の横軸は光透過
膜の厚み(μm)、縦軸は反射率(%)である。Here, the reflection characteristics when the antireflection member 39 is provided between the upper surface electrode 13b and the scintillator layer 38 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the thickness (μm) of the light transmitting film, and the vertical axis represents the reflectance (%).
【0039】反射特性Qは、シンチレータ層38で変換
された光の波長が550nmで、シンチレータ層(Cs
I:Na、屈折率ns=1.7)とフォトダイオードの
上面電極(以下ITO透明電極と表現する。屈折率nd
=2.0)との間に、シンチレータ層とほぼ同じ屈折率
をもつ反射防止部材(屈折率n1=1.7)を満たした
場合の計算結果を示す。反射特性Qから分かるように、
ITO透明電極での反射率は、反射防止部材の厚さに関
係なくほぼ一定になる。The reflection characteristic Q is that the wavelength of the light converted by the scintillator layer 38 is 550 nm, and the scintillator layer (Cs
I: Na, refractive index ns = 1.7, and upper surface electrode of the photodiode (hereinafter referred to as ITO transparent electrode. Refractive index nd
= 2.0), a calculation result in the case where an antireflection member (refractive index n1 = 1.7) having substantially the same refractive index as the scintillator layer is satisfied is shown. As can be seen from the reflection characteristic Q,
The reflectance of the ITO transparent electrode is almost constant regardless of the thickness of the antireflection member.
【0040】したがって、たとえば基板上に形成された
シンチレータ層と、別の基板上に形成されたフォトダイ
オードとを密着させる際に、シンチレータ層およびフォ
トダイオード間に隙間が発生する場合、その隙間に反射
防止部材を充填する構成にすれば反射率が均一化する。
その結果、画素単位ごとの輝度変化が小さくなり、解像
度特性が向上する。Therefore, for example, when a scintillator layer formed on a substrate and a photodiode formed on another substrate are brought into close contact with each other, when a gap occurs between the scintillator layer and the photodiode, the reflection occurs in the gap. If the prevention member is filled, the reflectance becomes uniform.
As a result, the change in brightness for each pixel unit is reduced, and the resolution characteristics are improved.
【0041】図3の特性は、反射防止部材の屈折率n1
とシンチレータ層の屈折率nsが同じ値の場合である。
しかし、反射防止部材の屈折率n1とITO透明電極の
屈折率ndが同じ値の場合も、同様の効果が得られる。The characteristic shown in FIG. 3 is the refractive index n1 of the antireflection member.
And the scintillator layer has the same refractive index ns.
However, when the refractive index n1 of the antireflection member and the refractive index nd of the ITO transparent electrode have the same value, the same effect can be obtained.
【0042】また、反射防止部材の屈折率n1を、たと
えば一方の側に隣接するシンチレータ層の屈折率nsよ
りも大きく、他方の側に隣接するITO電極の屈折率n
dよりも小さい中間の値、たとえば屈折率nsと屈折率
ndとの積の平方根n1=1.84(n12 =ns×n
d)に設定した場合も、反射防止部材の厚さによる反射
率の変化が小さくなる。The refractive index n1 of the antireflection member is, for example, larger than the refractive index ns of the scintillator layer adjacent to one side and the refractive index n of the ITO electrode adjacent to the other side.
An intermediate value smaller than d, for example, the square root of the product of the refractive index ns and the refractive index nd n1 = 1.84 (n1 2 = ns × n
Also in the case of setting d), the change in reflectance due to the thickness of the antireflection member is small.
【0043】次に、本発明の他の実施形態について図4
を参照して説明する。図4は図3に対応する部分に同じ
符号を付し重複する説明を一部省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. In FIG. 4, parts corresponding to those in FIG.
【0044】この実施形態は、シンチレータ層(屈折率
ns=1.7)38のITO透明電極側の表面に、シン
チレータ層38と空気の屈折率(屈折率n1=1)との
中間の値を持つ反射防止部材(屈折率n2=1.31:
n22 =ns×n1)39を0.1μmの厚さに形成
し、この反射防止部材39とITO透明電極との間の隙
間が空気層41になっている場合である。In this embodiment, an intermediate value between the scintillator layer 38 and the refractive index of air (refractive index n1 = 1) is provided on the surface of the scintillator layer (refractive index ns = 1.7) 38 on the ITO transparent electrode side. Antireflection member (refractive index n2 = 1.31:
This is a case where n2 2 = ns × n1) 39 is formed with a thickness of 0.1 μm and the gap between the antireflection member 39 and the ITO transparent electrode is an air layer 41.
【0045】この場合の反射特性を図5の符号Rで示
す。図5の縦軸は反射率(%)、横軸は隙間たとえば空
気層41の厚さ(μm)で、反射特性Rから分かるよう
に、反射率は10%前後あるものの、シンチレータ層3
8とITO電極との間に隙間(空気層)が発生しても、
空気層の厚さによるITO透明電極での反射率の変化が
小さくなっている。The reflection characteristic in this case is indicated by reference symbol R in FIG. The vertical axis of FIG. 5 is the reflectance (%), the horizontal axis is the gap, for example, the thickness (μm) of the air layer 41. As can be seen from the reflection characteristic R, the reflectance is around 10%, but the scintillator layer 3
Even if a gap (air layer) is generated between 8 and the ITO electrode,
The change in reflectance at the ITO transparent electrode due to the thickness of the air layer is small.
【0046】次に、本発明の他の実施形態について図6
を参照して説明する。図6は図3に対応する部分に同じ
符号を付し重複する説明を一部省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. In FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be partially omitted.
【0047】この実施形態は、シンチレータ層(屈折率
ns=1.7)38のITO電極側の表面に、シンチレ
ータ層38とITO透明電極(nd=2.0)との中間
の値の屈折率を持つ材料の第1反射防止層(屈折率n1
=1.84:n12 =ns×nd)39aを0.1μm
の厚さに形成し、第1反射防止層39aとITO透明電
極との隙間を、ITO透明電極とほぼ同じ屈折率をもつ
材料の第2反射防止層39bで満たした場合である。In this embodiment, on the surface of the scintillator layer (refractive index ns = 1.7) 38 on the ITO electrode side, a refractive index intermediate between the scintillator layer 38 and the ITO transparent electrode (nd = 2.0) is used. Antireflection layer of a material having (refractive index n1
= 1.84: n1 2 = ns × nd) 39a 0.1 μm
And the gap between the first antireflection layer 39a and the ITO transparent electrode is filled with the second antireflection layer 39b made of a material having substantially the same refractive index as the ITO transparent electrode.
【0048】この場合の反射特性を図7に示す。図7の
縦軸は反射率(%)、横軸は第2反射防止層の厚み(μ
m)で、反射特性Sから分かるように、ITO透明電極
での反射率はITO透明電極上の反射防止層の厚みに関
係なく一定で、図2の構造の場合よりもさらに反射率が
低くなっている。The reflection characteristics in this case are shown in FIG. The vertical axis of FIG. 7 is the reflectance (%), and the horizontal axis is the thickness of the second antireflection layer (μ
In m), as can be seen from the reflection characteristic S, the reflectance at the ITO transparent electrode is constant regardless of the thickness of the antireflection layer on the ITO transparent electrode, and the reflectance becomes lower than that of the structure of FIG. ing.
【0049】図6は第1反射防止層とITO透明電極と
の隙間を、ITO透明電極と同じ屈折率をもつ第2反射
防止層で満たしている。しかし、シンチレータ層と第1
反射防止層の屈折率を同じ値に設定し、また、第2反射
防止層を、シンチレータ層とITO透明電極との中間の
値の屈折率を持つ材料で、ITO透明電極上に0.1μ
mの厚さに形成しても同様の効果が得られる。In FIG. 6, the gap between the first antireflection layer and the ITO transparent electrode is filled with the second antireflection layer having the same refractive index as the ITO transparent electrode. However, the scintillator layer and the first
The refractive index of the antireflection layer is set to the same value, and the second antireflection layer is made of a material having a refractive index of an intermediate value between the scintillator layer and the ITO transparent electrode, and is 0.1 μm on the ITO transparent electrode.
The same effect can be obtained even if it is formed to a thickness of m.
【0050】なお、上記の実施形態に使用される反射防
止部材には、たとえばシンチレータ層やITO透明電極
と相違する固体あるいは液体、気体の誘電体材料が用い
られる。For the antireflection member used in the above embodiment, for example, a solid, liquid or gas dielectric material different from the scintillator layer or the ITO transparent electrode is used.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、良好な反射特性および
解像度特性をもつX線検出器を実現できる。According to the present invention, an X-ray detector having good reflection characteristics and resolution characteristics can be realized.
【図1】本発明の実施形態を説明するための回路構成図
である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態に使用する画素単位を説明す
るための構造図である。FIG. 2 is a structural diagram for explaining a pixel unit used in an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態の反射特性を説明するための
特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining a reflection characteristic of the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の他の実施形態に使用する画素単位を説
明するための構造図である。FIG. 4 is a structural diagram illustrating a pixel unit used in another embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施形態の反射特性を説明するた
めの特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining reflection characteristics of another embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の実施形態に使用する画素単位を説
明するための構造図である。FIG. 6 is a structural diagram illustrating a pixel unit used in another embodiment of the present invention.
【図7】本発明の他の実施形態の反射特性を説明するた
めの特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining a reflection characteristic of another embodiment of the present invention.
【図8】従来例に使用する画素単位を説明するための構
造図である。FIG. 8 is a structural diagram for explaining a pixel unit used in a conventional example.
【図9】従来例の反射特性を説明するための特性図であ
る。FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining a reflection characteristic of a conventional example.
11…光電変換部 12…画素単位 13…フォトダイオード 14…薄膜トランジスタ(TFT) 15…蓄積用コンデンサ 16…制御回路 17…制御ライン 18…データライン 19…電荷増幅器 20…並列/直列変換器 21…アナログデジタル変換器 31…絶縁基板 32…絶縁膜 33…半導体膜 34…下部電極 35…上部電極 36…平坦化層 37…スルーホール 38…シンチレータ層 39…反射防止部材 40…光反射部 11 ... Photoelectric conversion unit 12 ... Pixel unit 13 ... Photodiode 14 ... Thin film transistor (TFT) 15 ... Storage capacitor 16 ... Control circuit 17 ... Control line 18 ... Data line 19 ... Charge amplifier 20 ... Parallel / serial converter 21 ... Analog-to-digital converter 31 ... Insulating substrate 32 ... Insulating film 33 ... Semiconductor film 34 ... Lower electrode 35 ... Upper electrode 36 ... Planarization layer 37 ... Through hole 38 ... Scintillator layer 39 ... Antireflection member 40 ... Light reflection part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G088 EE01 FF02 GG19 JJ05 JJ09 4M118 AA10 AB01 BA05 CA03 CA19 CA40 CB06 CB11 FB03 FB09 FB13 FB16 FB24 FB25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 2G088 EE01 FF02 GG19 JJ05 JJ09 4M118 AA10 AB01 BA05 CA03 CA19 CA40 CB06 CB11 FB03 FB09 FB13 FB16 FB24 FB25
Claims (8)
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部と前記電極との
間に、前記X線光変換部および前記電極のそれぞれと材
料が相違する反射防止部材からなる少なくとも1つの層
を設けたことを特徴とするX線検出器。1. An X-ray light conversion unit for converting an incident X-ray into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into a signal charge, and accumulating the signal charge. In the X-ray detector, the X-ray detector comprises: a storage unit for controlling the reading of the signal charges stored in the storage unit; and an X-ray light conversion unit between the X-ray light conversion unit and the electrode. An X-ray detector comprising at least one layer made of an antireflection member made of a material different from that of the converter and the electrode.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部と前記電極との
隙間が、前記X線光変換部の屈折率と前記電極の屈折率
との中間の屈折率をもつ反射防止部材で満たされている
ことを特徴とするX線検出器。2. An X-ray light conversion unit for converting incident X-rays into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into signal charges, and accumulating the signal charges. In the X-ray detector including a storage unit for controlling the readout of the signal charges stored in the storage unit, a gap between the X-ray light conversion unit and the electrode is the X-ray light. An X-ray detector characterized by being filled with an antireflection member having a refractive index intermediate between the refractive index of the converter and the refractive index of the electrode.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部と前記電極との
隙間が、前記X線光変換部とほぼ同じ屈折率をもつ反射
防止部材で満たされていることを特徴とするX線検出
器。3. An X-ray light conversion unit for converting an incident X-ray into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into a signal charge, and accumulating the signal charge. In the X-ray detector including a storage unit for controlling the readout of the signal charges stored in the storage unit, a gap between the X-ray light conversion unit and the electrode is the X-ray light. An X-ray detector characterized by being filled with an antireflection member having a refractive index substantially the same as that of the conversion section.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部と前記電極との
隙間が、前記電極とほぼ同じ屈折率をもつ反射防止部材
で満たされていることを特徴とするX線検出器。4. An X-ray light conversion unit for converting an incident X-ray into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into a signal charge, and accumulating the signal charge. In an X-ray detector including a storage unit for controlling the readout of the signal charges stored in the storage unit, a gap between the X-ray light conversion unit and the electrode is substantially the same as the electrode. An X-ray detector characterized by being filled with an antireflection member having the same refractive index.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部の前記電極側の
表面に反射防止層が設けられ、かつ、前記反射防止層の
屈折率が、前記反射防止層および前記電極間の隙間を充
填する材料の屈折率と前記X線光変換部の屈折率との中
間の値をもつことを特徴とするX線検出器。5. An X-ray light conversion unit for converting incident X-rays into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into signal charges, and accumulating the signal charges. In the X-ray detector including a storage section for controlling the readout of the signal charges stored in the storage section, an antireflection layer is provided on the electrode-side surface of the X-ray light conversion section. And the refractive index of the antireflection layer has an intermediate value between the refractive index of the material filling the gap between the antireflection layer and the electrode and the refractive index of the X-ray light conversion unit. And an X-ray detector.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記電極の前記X線光変換部側の
表面に反射防止層が設けられ、かつ、前記反射防止層の
屈折率が、前記反射防止層および前記X線光変換部間の
隙間を充填する材料の屈折率と前記電極の屈折率との中
間の値をもつことを特徴とするX線検出器。6. An X-ray light conversion unit for converting incident X-rays into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into signal charges, and accumulating the signal charges. In the X-ray detector, the anti-reflection layer is provided on the surface of the electrode on the X-ray light conversion unit side, the X-ray detector including a storage unit and a switching unit that controls reading of the signal charges stored in the storage unit. And the refractive index of the antireflection layer has an intermediate value between the refractive index of the material filling the gap between the antireflection layer and the X-ray light conversion section and the refractive index of the electrode. And an X-ray detector.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記X線光変換部の前記電極側の
表面に第1反射防止層が設けられ、かつ、前記第1反射
防止層と前記電極との隙間が前記電極とほぼ同じ屈折率
の第2反射防止層で満たされ、前記第1反射防止層の屈
折率が、前記X線光変換部の屈折率と前記第2反射防止
層の屈折率との中間の値をもつことを特徴とするX線検
出器。7. An X-ray light conversion unit for converting incident X-rays into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into signal charges, and accumulating the signal charges. In the X-ray detector, the first antireflection layer is provided on a surface of the X-ray light conversion unit on the electrode side, the X-ray detector including a storage unit that controls the reading of the signal charges stored in the storage unit. And a gap between the first antireflection layer and the electrode is filled with a second antireflection layer having substantially the same refractive index as the electrode, and the refractive index of the first antireflection layer is the X-ray. An X-ray detector having an intermediate value between the refractive index of the light conversion section and the refractive index of the second antireflection layer.
と、このX線光変換部から電極部分を通して入力する前
記光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記信号電荷
を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄積された前記信号
電荷の読み出しを制御するスイッチング部とを具備した
X線検出器において、前記電極の前記X線光変換部側の
表面に第1反射防止層が設けられ、かつ、前記第1反射
防止層と前記X線光変換部との隙間が前記X線光変換部
とほぼ同じ屈折率の第2反射防止層で満たされ、第1反
射防止層の屈折率が、前記電極の屈折率と前記第2反射
防止層の屈折率との中間の値をもつことを特徴とするX
線検出器。8. An X-ray light conversion unit for converting incident X-rays into light, a photoelectric conversion unit for converting the light input from the X-ray light conversion unit through an electrode portion into a signal charge, and accumulating the signal charge. In the X-ray detector, the first antireflection layer is provided on a surface of the electrode on the X-ray light conversion unit side, the X-ray detector including a storage unit that controls the reading of the signal charges stored in the storage unit. And a gap between the first antireflection layer and the X-ray light conversion section is filled with a second antireflection layer having substantially the same refractive index as that of the X-ray light conversion section. X has a refractive index intermediate between the refractive index of the electrode and the refractive index of the second antireflection layer.
Line detector.
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