JP2001027673A

JP2001027673A - Ｘ線検出器及びこれを用いるｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2001027673A
Application number: JP11201725A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshida; 稔吉田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30
Also published as: US6393092B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】シンチレ−タとシリコンフォトダイオードア
レイを組み合わせた多素子Ｘ線検出器の隣接する素子間
における光の漏れ込みを防止するとともに、シンチレ−
タからの発光を有効にシリコンフォトダイオードアレイ
に導き、Ｓ／Ｎが高く、空間分解能の向上を図ることが
できるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に好適なＸ線検出
器及びこれを用いるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】基板上に所定のピッチで配列された多チ
ャンネルのフォトダイオ−ドアレイ３に該チャンネル毎
にシンチレ−タ１を接着し、これらのシンチレータのチ
ャンネル間を隔離壁２で分離し、前記多チャンネルのフ
ォトダイオードアレイの各受光部と受光部との間に前記
チャンネル間を分離する分離帯域を設け、この分離帯域
の表面を光を吸収する物質で覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線ＣＴ装置に使用
されるＸ線検出器に係り、特に同時に複数スライスのＸ
線透過データを検出するに好適な高空間分解能、高Ｓ／
Ｎの多素子固体Ｘ線検出器及びこれを用いるＸ線ＣＴ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置に使用されるＸ線検
出器として、Ｘ線検出精度の向上を図るため、従来のキ
セノンガスによる電離箱方式のものに対し、シンチレー
タを用いた固体検出器が広く用いられるようになった。
この固体検出器は、入射Ｘ線を光に変換するシンチレー
タと、このシンチレータで変換された光を検出して電気
信号として出力するシリコンフォトダイオードなどの光
検出素子とから成るＸ線検出素子をＸ線源を中心として
円弧状に多数のチャンネルを配列して構成される。

【０００３】Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット向
上のため、1枚のＣＴ画像を得るのに要する時間の短縮
化が望まれている。この時間の短縮の方法として以下の
2つがあげられる。（1）スキャナ1回転あたりに要する時間の短縮化（2）スキャナ1回転あたりに撮影できる断層画像の増加

【０００４】（1）に関しては、Ｘ線発生装置であるＸ
線管の軽量化等により、スキャナの回転速度の向上が図
られている。他方、（2）に関しては、Ｘ線検出器にお
いて、これまでチャンネル方向に1次元的に配列されて
いたＸ線検出素子の列を、スライス方向（チャンネル方
向に直交する方向）に2列もしくはそれ以上の複数列配
置することにより達成される。このようなＸ線検出器は
マルチスライス型Ｘ線検出器と呼ばれている（これに対
し、従来の1次元配列のＸ線検出器はシングルスライス
型Ｘ線検出器と呼ばれる）。

【０００５】マルチスライス型Ｘ線検出器の概略図を図
８に示す。図８は、マルチスライス型Ｘ線検出器13と被
検体11とＸ線管10との関係を示している。図８におい
て、マルチスライス型Ｘ線検出器13はスライス方向に配
列された4列のＸ線検出素子列12によって構成されてい
るため、Ｘ線管10より放射されたＸ線ビーム14を受光す
ることにより、被検体11のスライス1からスライス4まで
の4スライス分の領域の画像データを同時に計測でき
る。この結果、従来のシングルスライス型Ｘ線検出器に
比較すると、Ｘ線管10からのＸ線ビーム14の利用効率が
4倍に向上するという利点が得られる。この利点はＸ線
検出素子列12の数を増加するとともに向上する。

【０００６】マルチスライス型Ｘ線検出器は従来のシン
グルスライス型Ｘ線検出器の技術を基盤にして開発が進
められ、シングルスライス型Ｘ線検出器をスライス方向
に並べる方式が多い。しかし、マルチスライス型Ｘ線検
出器では、Ｘ線検出素子をチャンネル方向およびスライ
ス方向にそれぞれ複数列配列するため、個々のＸ線検出
素子の性能が全体として十分揃っていることが必要とな
る。Ｘ線検出素子間で性能にばらつきが存在すると、再
構成されたＣＴ画像にリングアーチファクトなどが発生
し、画質を悪化させることになる。

【０００７】また、Ｘ線検出素子の性能のばらつきがス
ライス方向で存在すると、被検体11の同一のスライス面
の画像データを計測した場合でも、スライス方向のどの
位置のＸ線検出素子によって計測されたかによって計測
データに差異が生じ、ＣＴ画像の画質やそのＣＴ画像か
ら得られる医療情報が異なってしまうおそれがある。同
一の被検体11の同一のスライス面の画像データを計測し
たにもかかわらず、計測に用いたＸ線検出素子特性が異
なるためにＣＴ画像が異なってしまうことは絶対にあっ
てはならないことである。このために、Ｘ線検出素子の
特性は、チャンネル方向に加えて、スライス方向につい
ても十分に揃っていることが必要である。

【０００８】以上のことから、マルチスライス型Ｘ線検
出器は、Ｘ線検出器全体の構造や個々のＸ線検出素子の
構造が従来の1次元配列のシングルスライス型Ｘ線検出
器と比較して非常に複雑になる。また、Ｘ線検出素子の
特性値を揃えるためには、シンチレータとシリコンフォ
トダイオードの特性の均一化と隣接する検出器の各素子
間での電気的クロストーク、光学的クロストークの低減
が重要となる。

【０００９】図４は従来のシングルスライス型Ｘ線検出
器の基本的な構造を示す斜視図である。図４において、
１は入射Ｘ線５を光に変換するシンチレ−タ、２ａは隣
接するＸ線検出素子間を隔離する隔離板、３はシンチレ
−タにより変換された光を電気信号に変換するシリコン
フォトダイオ−ドアレイで、シリコンフォトダイオ−ド
アレイの表面に設けられた複数の受光部毎の上面にシン
チレ−タ１を接着して隔離板２とともに回路基板６上に
所定のピッチで平行に配列されてＸ線検出素子アレイを
構成している。また、７はシンチレ−タ１からの光を効
率的に反射させてシリコンフォトダイオ−ドアレイ３へ
導くための上面反射板である。

【００１０】上記構造において、検出器へ入射したＸ線
５はシンチレ−タ１によりＸ線５の強度に比例した強度
の可視光に変換される。変換された光は上面反射板７の
表面や、隔離板２ａの表面、シンチレ−タ１の界面若し
くは表面等で反射が繰り返されながらシンチレ−タ１の
中を透過してシリコンフォトダイオ−ドアレイ３の表面
に設けられた受光部に導かれ、光電変換され、光の強度
即ち、Ｘ線５の強度に比例した強度の電気信号（光電
流）として検出されるようになっている。

【００１１】ところで、Ｘ線検出器の特性は、主として
Ｓ／Ｎおよび空間分解能により評価される。Ｓ／Ｎは、
入射Ｘ線５の出力信号への寄与率、すなわちＸ線利用効
率とＸ線検出器にＸ線が入射しない時のシリコンフォト
ダイオ−ド３を含む電気回路系に発生する電気信号（ノ
イズ信号）によって決まる。そして、このＸ線利用効率
はシンチレ−タ１の発光効率（光変換効率）、シリコン
フォトダイオ−ド３の光電変換効率、Ｘ線検出器の空間
的なＸ線の利用効率である空間利用効率、およびＸ線検
出器内の光の伝達効率によって決まる。

【００１２】また、ノイズ信号はシリコンフォトダイオ
−ド３のショット雑音、空乏層における再結合電流によ
る暗電流およびプリアンプなど電気回路系のノイズ電流
が主たる要因である。上記のＸ線利用効率を左右する要
因のうち、シンチレ−タ１の発光効率（光変換効率）、
シリコンフォトダイオ−ドアレイ３の光電変換効率はそ
れぞれの物理特性により一義的に決定される。空間利用
効率は、各素子間を隔離する隔離板２ａが占める空間の
ように入射Ｘ線５の検出に寄与しない領域、すなわちシ
ンチレータ１以外の領域を少なくすることにより向上す
る。光の伝達効率は、シンチレータ１内における光の自
己吸収と上面反射板７の表面や、隔離板２ａの表面にお
ける光の吸収とを減少させるとともに、屈折率の大きな
シンチレータ１の表面とシリコンフォトダイオ−ド３の
受光面表面との効率の良い光学的なカップリングの実現
により各々の表面での光の反射量を減少させ、より多く
の光を受光部に取り込むようにすることにより向上す
る。

【００１３】一方、このようなＸ線検出器によって得ら
れたＸ線データを用いて再構成した画像の空間分解能を
左右する要因は、幾何学的には図４に示す隣接する隔離
板２ａ間の距離、すなわちＸ線検出器の各素子の開口幅
であり、物理、光学的には隣接するＸ線検出器の各素子
間での電気的信号の漏れ込み量（以下、電気的クロスト
ークと称する）、およびＸ線あるいは光の漏れみ量（以
下、光学的クロストークと称する）である。さらには、
著しいＳ／Ｎの劣化による画像ノイズ量が挙げられる。

【００１４】先ず、幾何学的要因であるＸ線検出器の各
素子の開口幅は、これを狭くすることにより空間分解能
は向上する。最近では、より高い空間分解能が要求され
るため各検出素子の開口幅は１ｍｍ以下のものが多くな
っている。しかし、この開口幅の狭少化には限度があ
る。すなわち、開口幅を狭くして行くと、各Ｘ線検出素
子への入射Ｘ線５の量も減少するためＸ線検出素子の出
力信号が低下し、Ｓ／Ｎが劣化する。

【００１５】また、開口幅を狭くして行くと各Ｘ線検出
素子間に挿入される一定の厚さを有する隔離板２ａの占
める空間の割合が増すため、空間利用効率も低下する。
さらに、開口幅が狭くなるとシンチレータ１から発せら
れた光は、シンチレータ１内での自己吸収や、シンチレ
ータ１、上面反射板７の表面、および隔離板２ａの表面
における反射の繰り返し頻度が高くなるため減衰量が増
加し、光の伝達効率が低下する。この結果としてＸ線検
出器の出力信号が下がり、Ｓ／Ｎを低下させる。

【００１６】隣接するＸ線検出器の各素子間での電気的
クロストークや、光学的クロストークの量が多くなると
空間分解能が劣化するが、従来これらのクロストークを
低減する方法として以下のような手段が用いられてい
る。先ず、多素子シリコンフォトダイオードアレイの場
合には電気的クロストークを低減するために図５に示す
ような方法が用いられる。

【００１７】図５は、一般的なＰＩＮ型多素子シリコン
フォトダイオードアレイの断面構造を示す。図５におい
て、３ａはｎ型半導体Ｎ＋層、３ｂは空乏層の広がる領
域の不純物濃度を低くした真性半導体（ｉ型半導体）Ｎ
−層、表面に複数個設けられた３ｃはｐ型半導体Ｐ＋層
（受光域）を示す。複数の受光域３ｃと受光域３ｃとの
間には不感域Ｉ（Ｎ−）層、すなわち３ｂ’が存在し、
素子間を電気的に分離している。そして電気的な分離を
より確実にする目的で不感域Ｉ（Ｎ−）層、すなわち前
記３ｂ’にアイソレーションとして局所的に３ａ’（ｎ
型半導体領域）、３ｃ’（ｐ型半導体領域）を形成して
いる。なお、図５において、３ｄはシリコンフォトダイ
オードのアノード電極、３ｅはシリコンフォトダイオー
ドの反射防止膜、３ｆはシリコンフォトダイオードの保
護酸化膜である。

【００１８】また、光学的クロストークを防止する方法
としては図６に示すような隣接するシンチレータ間の狭
いすき間に隔離壁を兼ねた光反射材（白色顔料）２ｂを
充填する方法（特願昭５７−１０３２７４号公報）や、
図７に示すように隣接するシンチレータ間に隔離壁とし
て金属製の隔離板２ａ’を挿入する方法（特許第２７２
０１５９号、特許第２７２０１６２号）などが提案され
ている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のクロ
ストーク低減方法には以下のような問題点が挙げられ
る。すなわち、特願昭５７−１０３２７４号公報の図６
に示す構造においては、各シンチレータ１間のピッチを
均一にすることによって、該シンチレータ１間の光学的
クロストークの防止を図る方法としては有効であるが、
シンチレータ間の狭いすき間に隔離壁を兼ねた光反射材
２ｂを均一に充填することは技術的に非常に困難であ
り、気泡等が混入した場合には感度のばらつきや、感度
分布の不均一および光の漏れ込みの要因となる。さら
に、シンチレータ１とシリコンフォトダイオード３を接
着する接着層４の部分には光学的分離部分が無いため、
この接着層４における光の漏れ込みが発生するなどの問
題が考えられる。

【００２０】また、特許第２７２０１５９号に開示され
ている図７に示す構造においては、シンチレータ１とシ
リコンフォトダイオード３を接着した後に、シリコンフ
ォトダイオード３内部まで切断して各検出素子間を分離
しているため、シンチレータ１とシリコンフォトダイオ
ード３の位置ずれが防止でき、また、シリコンフォトダ
イオード内部まで隔離壁として金属製の隔離板２ａを挿
入するため光の漏れ込みを防止できる利点があるが、反
面、シリコンフォトダイオード３の表面を切断する際に
発生するマイクロクラック等の影響によりシリコンフォ
トダイオードの漏れ電流や、暗電流が増大し、Ｓ／Ｎの
低下や、検出素子特性のばらつきの要因となる等の問題
が考えられる。上記の問題点を有する電気的、光学的ク
ロストーク低減方法をマルチスライス型Ｘ線検出器に用
いると以下のような問題が考えられる。

【００２１】すなわち、マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置
は、図８に示したように、チャンネル方向とスライス方
向に複数列配置される二次元多素子検出器とする必要が
ある。このような二次元多素子検出器を実現する場合に
は、光電変換素子であるシリコンフォトダイオードアレ
イも二次元多素子構造とする必要があり、この二次元多
素子構造で空間分解能の向上を図るためには、シリコン
フォトダイオードアレイの実装密度向上は不可欠とな
る。

【００２２】したがって、マルチスライス型Ｘ線検出器
においては、シリコンフォトダイオードアレイの占める
面積をより少なくするとともに、この部分を配線領域と
して用いるなど、実装密度を上げる工夫が不可欠とな
る。このような実装上の特徴を有するマルチスライス型
Ｘ線検出器に、特願昭５７−１０３２７４号公報や特許
第２７２０１５９号等に開示されている従来の方法を採
用しても、所定の空間分解能とＳ／Ｎを確保した上での
実装密度を上げるには限界がある。

【００２３】そこで、本発明の目的は、各検出素子間に
おける電気的、光学的クロストークを低減し、実装密度
を上げるとともに各検出素子の特性を均一化することが
できるＸ線検出器、特にマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置
に好適な多素子固体Ｘ線検出器及びこれを用いるＸ線Ｃ
Ｔ装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下によって
達成される。（1）基板上に所定のピッチで配列された多チャンネル
のフォトダイオ−ドアレイと、該フォトダイオ−ドに前
記チャンネル毎に対応して接着された複数個のシンチレ
−タと、該シンチレータのチャンネル間に設けた隔離壁
とからなるＸ線検出素子アレイを備えた多素子固体Ｘ線
検出器において、前記多チャンネルのフォトダイオード
アレイの各受光部間に前記チャンネル間を分離する分離
帯域を設け、この分離帯域の表面を光を吸収する物質で
覆う。（2）前記分離帯域の表面に光を吸収する物質で覆う領
域は、前記シンチレータのチャンネル間に設けた隔離壁
が占める領域と一致若しくは該シンチレータでＸ線を検
出しない領域よりも小さく、かつ前記チャンネル毎に前
記フォトダイオ−ドアレイとシンチレータとを接着する
接着層の厚さ方向の領域よりも大きくする。（3）前記フォトダイオ−ドアレイと前記シンチレ−タ
との接着に用いる接着剤の屈折率は、前記シンチレ−タ
の屈折率および前記フォトダイオ−ドアレイの受光部分
の表面に設けた反射防止膜の屈折率よりも小さくする。（4）前記分離帯域は、この分離帯域の表面に光を吸収
する物質で覆う領域と光反射膜で覆う領域とを併せ持
つ。（5）前記光を吸収する物質で覆う領域と光反射膜で覆
う領域とを併せ持つ領域は、前記隔離壁の領域よりも広
い領域とする。（6）前記分離帯域の表面に設ける光を吸収する物質
は、炭素若しくは炭素化合物である。（7）前記分離帯域の表面に設ける光を吸収する物質
は、銀と硫黄との化合物若しくはＦｅＳ，ＮｉＳ，Ｍｏ
₂Ｓ₃などの硫化物の群から選択される一種、若しくは複
数種の組合せの物質である。（8）前記分離帯域の表面に設ける光を吸収する物質
は、ＯｓＯ，ＣｒＯ，ＳｎＯ，ＴｅＯ，Ｐｂ₂Ｏ，Ｎｂ
Ｏ，ＢｉＯ，ＭｏＯ，ＲｕＯなどの酸化物の群から選択
される一種、若しくは複数種の組合せの物質である。（9）Ｘ線ＣＴ装置用のＸ線検出器として上記（1）〜
（8）のＸ線検出器を用いる。

【００２５】上記の構造のＸ線検出器は、個々に分離さ
れたシンチレータから発せられた光が接着層を通して隣
接するシンチレータやフォトダイオ−ドアレイの各受光
部へ漏れ込む際には、必ず上記のフォトダイオ−ドアレ
イの各受光部と受光部との間の分離帯域を通過する際に
光を吸収する物質で吸収されることになる。したがっ
て、前記分離帯域に達した光は全て光吸収物質に吸収さ
れてしまうため、隣接する互いの素子に漏れ込むことが
無くなり、空間分解能の向上を図ることができる。ま
た、特許第２７２０１５９号に開示されているような、
シリコンフォトダイオード３の内部まで各検出素子を切
断分離する必要も無いため、加工時に発生するマイクロ
クラック等の影響によるシリコンフォトダイオードの漏
れ電流や、暗電流の増大により、Ｓ／Ｎの低下や検出素
子特性ばらつきの要因になる等の問題も解消できる。し
たがって、効率良くＸ線を電気信号に変換するＸ線検出
器を得ることができ、これをＸ線ＣＴ装置、特に検出素
子数が非常に多くなるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に
用いることによって高画質の複数のスライスの断層像を
一度に得ることができるようになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１、図
２ないし図３を用いて詳細に説明する。図１は本発明を
マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器に用いた二
次元多素子固体Ｘ線検出器の構成を示す斜視図、図２は
図１の二次元多素子検出器の第１の実施形態の断面図、
図３は図１の二次元多素子検出器の第２の実施形態の断
面図で、それぞれチャンネル方向に用いた場合の断面図
である。なお、前記図１、図２、図３の図中、同符号の
ものは同じものを示す。

【００２７】図１において、５は入射するＸ線を示し、
７は検出器に入射する外光を遮り、シンチレ−タ１から
の発光を効率的に反射させてシリコンフォトダイオ−ド
アレイ３に導く目的で設けられた上面反射板を示す。検
出器内部は二次元シリコンフォトダイオ−ドアレイ３の
表面に設けられた複数の受光部毎の上面に接着してチャ
ンネル方向の隔離板２ａ、スライス方向の隔離板２ａ’
とともに回路基板６上に所定のピッチで二次元的平行に
配列されて二次元Ｘ線検出素子アレイを構成している。
本図の実施例の二次元Ｘ線検出素子アレイの場合には１
２チャンネル、４スライス（各チャンネル毎長手方向に
４分割）対応となっている。したがって、本二次元Ｘ線
検出素子アレイを組み込んだＸ線検出器を搭載したＸ線
ＣＴ装置では、１回のスキャンで同時に４スライス（４
断層）の断層像が得られるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装
置を構成できる。このような構成の二次元多素子固体Ｘ
線検出器の光学的クロストーク及び電気的クロストーク
は、以下に説明する図２、図３に示す手段により低減す
るものである。

【００２８】（第１の実施形態）図２において、１は入
射Ｘ線を光に変換するシンチレ−タ、２ａは隣接するシ
ンチレ−タ間を光学的に分離隔離する隔離板、３（３ａ
〜３ｇ）はシンチレ−タ１により変換された光を電気信
号に変換する二次元シリコンフォトダイオ−ドアレイ、
４はシンチレ−タ１および隔離板２ａと二次元シリコン
フォトダイオ−ドアレイ３とを光学的、かつ機械的に結
合する接着剤（接着層）である。図中の二次元シリコン
フォトダイオ−ドアレイは高い量子効率とともに、速い
応答速度を得るためｐ型半導体３ｃとｎ型半導体３ａと
の中間の空乏層の広がる領域の不純物濃度を低くした真
性半導体（ｉ型半導体）層３ｂを有するｐｉｎ形シリコ
ンフォトダイオ−ドとすることが望ましい。さらにキャ
パシタンスを小さく、暗電流を小さくして検出器のＳ／
Ｎの向上を図るためにはｐｉｎ形シリコンフォトダイオ
−ドの基板（ウエファー）をエピタキシャル基板とする
ことが望ましい。

【００２９】受光領域であるｐ型半導体３ｃの屈折率ｎ
はｎ≒３．５と大きく、表面と接する媒体である接着剤
（接着層）４（屈折率ｎ≒１．５）の屈折率との差が大
きいため入射する光に対する臨界角が小さくなり、ｐ型
半導体３ｃ表面での反射量が多くなってしまう。このた
め、ｐ型半導体３ｃの光入射側表面には光を効率的に入
射させる目的で屈折率ｎが２．１〜２．７程度の反射防
止膜３ｅ（ＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂膜など）を設ける。ま
た、受光領域であるｐ型半導体３ｃ表面の一部には信号
電流（光電流）を取り出すためのアノード電極３ｄ（Ａ
ｌ薄膜など）を設け、その表面は腐食防止を目的に保護
膜３ｆ（ＳｉＯ₂膜など）で覆う。

【００３０】ここで本実施例に数値を加えてより具体的
に説明する。検出器のチャンネル方向のピッチを１ｍｍ
と仮定すると、検出器の開口幅（即ちシンチレータ１の
幅）は０．９ｍｍ、隔離壁（隔離板２ａ）の幅は０．１
ｍｍが妥当となる。一方、組み合わせるシリコンフォト
ダイオ−ドアレイ側のディメンションは、シリコン基板
内部に隣接する各受光部（ｐ型半導体３ｃ）と受光部
（ｐ型半導体３ｃ）とのピッチを１ｍｍとすると、受光
部（ｐ型半導体３ｃ）の幅は０．７ｍｍ〜０．８ｍｍと
し、上記検出器の開口幅（即ちシンチレータ１の幅）
０．９ｍｍよりも狭めに設定する。そして、この受光部
（ｐ型半導体３ｃ）の表面は全て光を効率的に入射させ
る目的で屈折率ｎが２．１〜２．７程度の透明な光学薄
膜である反射防止膜３ｅ（ＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂膜など）
で覆う。

【００３１】受光部（ｐ型半導体３ｃ）間に設ける素子
を分離するための不感域（ｐ型半導体が形成されていな
いｉ型半導体領域）３ｂの幅は０．３ｍｍ（受光部の幅
が０．８ｍｍの場合には０．２ｍｍ）とし、この領域の
幅は上記隔離壁（隔離板２ａ）の幅よりも必ず広くす
る。また、この領域に電気的なクロストークを防止し、
電気的な分離をより確実にする目的で局所的に形成させ
る３ａ’（ｎ型半導体領域）、３ｃ’（ｐ型半導体領
域）、３ａ’（ｎ型半導体領域）の幅はそれぞれ０．０
３ｍｍ〜０．０５ｍｍ（受光部の幅が０．８ｍｍの場合
には０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍ）、設置間隔は基板不
感域の表面の第一層目絶縁保護膜３ｆ（ＳｉＯ2膜な
ど）、第二層目３ｅ（ＳｉＮ膜など）、および不感域へ
入射する光を遮るための第三層目の遮光膜兼光反射膜３
ｇ（Ａｌ，Ａｇ膜など）の幅はいずれも不感域３ｂとほ
ぼ同じ０．３ｍｍ（受光部の幅が０．８ｍｍの場合には
０．２ｍｍ）とする。さらにその上の第四層目は幅方向
の中央部分に上記隔離壁（隔離板２ａ）の幅と同一の
０．１ｍｍもしくは０．１ｍｍを若干下回る幅の光吸収
膜３ｈ（Ｃ膜など）を設ける（上記隔離壁２ａの幅を上
回ることの無いようにすることが望ましい）。さらにこ
の光吸収膜３ｈ（Ｃ膜など）を挟む幅方向の両側には透
明な光学薄膜である保護膜３ｆ（ＳｉＯ₂膜など）を設
ける。保護膜３ｆ（ＳｉＯ₂膜など）の幅は不感域３ｂ
の幅が０．３ｍｍの場合には０．１ｍｍと同等以上、
（不感域３ｂの幅が０．２ｍｍの場合には０．０５ｍｍ
と同等以上）とする。この保護膜３ｆの表面は光反射率
は８０％以上と高いため不感域３ｂの幅が上記隔離壁２
ａよりも広くなり、シンチレ−タの領域にはみ出しても
保護膜３ｆの表面での吸収による光の損失を減少させる
ことができる。

【００３２】上記光吸収膜３ｈはシンチレ−タ１から発
せられた光を選択的に全て吸収する物質が理想である
が、一般的には炭素（Ｃ）、炭化物のような黒色、灰黒
色、暗褐色を呈する物質を用いる。光吸収膜３ｈの成膜
法としては炭素（Ｃ）をＰＶＤ法やスパッタリング法に
より形成する方法、炭化珪素（ＳｉＣ）をＣＶＤ法によ
り形成する方法、下地の光反射膜に銀（Ａｇ）を用いた
場合には硫黄と反応させて硫化銀（Ａｇ₂Ｓ）を形成す
る方法、あるいは銀（Ａｇ）膜に硫化水素（Ｈ₂Ｓ）作
用させて硫化銀（Ａｇ₂Ｓ）を形成する方法などが考え
られる。光吸収物質としては上記のほかに、黒色もしく
は灰黒色を呈する物質、すなわちＦｅＳ，ＮｉＳ，Ｍｏ
₂Ｓ₃などの硫化物、ＯｓＯ，ＣｒＯ，ＳｎＯ，ＴｅＯ，
Ｐｂ₂Ｏ，ＮｂＯ，ＢｉＯ，ＭｏＯ，ＲｕＯなどの酸化
物なども使用できる。

【００３３】また、シンチレ−タ１および隔離板２ａと
二次元シリコンフォトダイオ−ドアレイ３とを光学的、
かつ機械的に結合する接着剤（接着層）４は透明度が高
くＸ線に対して安定でかつ屈折率ｎ≧１．５を満たすエ
ポキシ樹脂、例えば主剤にビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、硬化剤にはポリアミド硬化剤３，９−ビス（３−
アミノプロピル）−２、４、８、１０−テトラピロ
〔５，５〕ウンデカン：（ＡＴＵ）、粘度調整用に反応
性希釈剤、樹脂改質剤としてシランカップリング剤を混
入したものなどが望ましい。接着剤（接着層）４の厚さ
は光学的クロストーク量に影響し、厚さが厚過ぎるとク
ロストーク量が増大し、厚さが薄過ぎると気泡が混入し
易くなったり、機械的強度が弱くなるなどの問題が発生
する。このため、接着剤（接着層）４の厚さの選択は重
要で、上記隔離壁（隔離板２ａ）の幅の１／２以下、隔
離壁（隔離板２ａ）の幅が０．１ｍｍの場合には０．０
５ｍｍ以下（実用的には０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍ）
とすることが望ましい。

【００３４】（第２の実施形態）図３は図１の二次元多
素子検出器の第２の実施形態の断面図（チャンネル方向
の任意の断面図）である。図３においては、同一シリコ
ン基板上に受光部（ｐ型半導体３ｃ）をマトリックス状
に集積した二次元シリコンフォトダイオ−ドアレイの隣
接する各受光部（ｐ型半導体３ｃ）と受光部（ｐ型半導
体３ｃ）との中間の素子間を分離するための、不感域の
構造が若干異なる以外は図２に示した第１の実施形態と
ほぼ同一構造となっており、図中同符号のものは同じも
のを示す。唯一異なる不感域の部分には、不感域の基板
表面に絶縁酸化膜を介して各受光部（ｐ型半導体３ｃ）
の信号電流（光電流）を取り出すためのアノード電極３
ｄ（Ａｌ薄膜など）に接続された図１に示す信号引出し
配線３ｄ’（（Ａｌ薄膜など）を設けている。

【００３５】この信号引出し配線３ｄ’の表面は絶縁膜
で覆い、絶縁膜の表面には第１の実施形態と同様に不感
域へ入射する光を遮るため遮光膜兼光反射膜３ｇ（Ａ
ｌ，Ａｇ膜など）を設け、さらにその表面には同じく保
護膜３ｆ（ＳｉＯ₂膜など）、および光を吸収する物質
で覆われた領域、すなわち光吸収膜３ｈ（Ｃ膜など）を
設ける。

【００３６】以上の図２、図３の実施形態によれば、Ｘ
線検出素子アレイのシンチレ−タ１より発せられた光は
隔離板２ａ、上面反射板の表面やシンチレ−タ１の界面
若しくは表面等で反射が繰り返されながらシンチレ−タ
１の中を透過して接着層４へ射出し、さらに接着層４を
透過してシリコンフォトダイオ−ドアレイの各受光部
（ｐ型半導体３ｃ）へ導かれ光電変換され、電気信号
（光電流）として検出される。ところが、接着層４へ射
出された光はシリコンフォトダイオ−ドアレイの各受光
部（ｐ型半導体３ｃ）へ全てが向かわず、接着層４内を
横方向、すなわち隣接する素子の方向へ向かうものもあ
る。接着層４（屈折率ｎ≒１．５）と受光領域の光入射
表面に設けられた反射防止膜３ｅ（屈折率ｎ≒２．１〜
２．７）との屈折率の差が大く、受光領域に入射する光
に対する臨界角が約４０度以下と小さくなるため、横方
向から入射する入射角の大きな光はその殆どが反射防止
膜３ｅ表面で全反射され受光領域には入射しないが、入
射角の小さな臨界角の範囲内の光は受光領域に入射して
しまいこれが光のクロストークの要因となる。

【００３７】しかし、本発明の実施形態によれば、二次
元シリコンフォトダイオ−ドアレイの隣接する各受光部
（ｐ型半導体３ｃ）と受光部（ｐ型半導体３ｃ）との中
間の素子間を分離するための不感域の表面には光を吸収
する物質で覆われた領域すなわち光吸収膜３ｈが設けら
れている。このため個々に分離されたシンチレータから
発せられた光が接着層を通して隣接するシンチレータや
フォトダイオ−ドアレイの各受光部へ漏れ込む際には、
必ず上述のフォトダイオ−ドアレイの受光部分以外の分
離帯域の表面に設けられた光を吸収する物質で覆われた
領域を通過する際に吸収されることになる。したがっ
て、この領域に達した光は全て光吸収物質に吸収されて
しまうため、隣接する互いの素子に漏れ込むことが無く
なり、光学的クロストークによる空間分解能劣化が防止
できる。

【００３８】また、光吸収膜３ｈを挟む幅方向の両側に
は光反射率が８０％以上と高い透明な光学薄膜（光学薄
膜の下層にＡｌ，Ａｇなどの光反射率が高い膜が存在す
るため反射率が高くなる）である保護膜３ｆを設けたた
め、不感域３ｂの幅が上記隔離壁２ａよりも広くなり、
シンチレ−タ１の領域にはみ出しても保護膜３ｆの表面
での吸収による光の損失を減少させることができる。

【００３９】また、上記の構造とすることにより、特許
第２７２０１５９号に開示されているような、シリコン
フォトダイオード３の内部まで各検出素子を切断分離す
る領域を必要としないため、前記切断分離の加工時に発
生するマイクロクラック等の影響によるシリコンフォト
ダイオードの漏れ電流や、暗電流が増大し、Ｓ／Ｎの低
下や検出素子特性ばらつきの要因になる等の問題も解消
できる。

【００４０】以上の図２、図３の実施形態はチャンネル
方向の検出素子に用いた例について説明したが、スライ
ス方向の検出素子についても同様に用いて、これらを組
み合わせてマルチスライス型Ｘ線検出器を構成するもの
である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による多素
子固体Ｘ線検出器は多チャンネルのフォトダイオ−ドア
レイの各受光部と受光部との中間に素子の分離をする目
的で設けた受光部分以外の分離帯域の表面に光を吸収す
る物質で覆われた領域を設けた。これによって、個々に
分離されたシンチレータから発せられた光が接着層を通
して隣接するシンチレータやフォトダイオ−ドアレイの
各受光部へ漏れ込もうとする際には、必ず上記の分離帯
域の表面に光を吸収する物質で覆われた領域を通過する
することになる。したがって、該分離帯域に達した光は
全て光吸収物質に吸収されてしまうため、互いに漏れ込
むことが無くなり、光学的クロストークによる空間分解
能の劣化を防止できるという効果を奏する。また、上記
分離帯域を図１に示すように配線領域として用いるなど
の利用が可能となるので実装密度を高くすることができ
る。

【００４２】さらに、上記の構造とすることにより、特
許第２７２０１５９号に開示されているような、シリコ
ンフォトダイオード３の内部まで各検出素子を切断分離
する領域を必要としないため、前記切断分離の加工時に
発生するマイクロクラック等の影響によるシリコンフォ
トダイオードの漏れ電流や、暗電流が増大し、Ｓ／Ｎの
低下や検出素子特性ばらつきの要因になる等の問題も解
消できる。

【００４３】以上の電気的、光学的クロストーク低減手
段、実装密度向上手段等をＸ線ＣＴ装置、特に検出素子
数が非常に多くなるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に用
いることによって高画質の複数のスライスの断層像を一
度に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマルチスライスＣＴ装置のＸ線検
出器に用いる二次元多素子検出器の構成を示す斜視図。

【図２】図１の二次元多素子検出器の本発明の第１の実
施形態の断面図（チャンネル方向の任意の断面図）。

【図３】図３は図１の二次元多素子検出器の本発明の第
２の実施形態の断面図（チャンネル方向の任意の断面
図）。

【図４】従来の多素子固体Ｘ線検出器の基本的な構造を
示す斜視図。

【図５】一般的なＰＩＮ型多素子シリコンフォトダイオ
ードアレイの断面構造図。

【図６】第１の公知例に見られる多素子固体Ｘ線検出器
の断面構造図。

【図７】第２の公知例に見られる多素子固体Ｘ線検出器
の断面構造図。

【図８】マルチスライス型Ｘ線検出器の概略図。

【符号の説明】

１…シンチレ−タ２…隔離壁２ａ、２ａ’…隔離板３…シリコンフォトダイオ−ドアレイ３ａ…シリコンフォトダイオ−ドｎ型半導体Ｎ＋層３ａ’ …シリコンフォトダイオ−ド局所的ｎ型半導体
領域３ｂ…シリコンフォトダイオ−ド真性半導体（ｉ型半導
体）Ｎ−層３ｃ…シリコンフォトダイオ−ドＰ型半導体Ｐ+層（受
光域）３ｃ’ …シリコンフォトダイオ−ド局所的Ｐ型半導体
領域３ｄ…シリコンフォトダイオ−ドアノード電極３ｄ’ …シリコンフォトダイオ−ド信号引出し配線３ｅ…シリコンフォトダイオ−ド反射防止膜３ｆ…シリコンフォトダイオ−ド保護酸化膜３ｇ…シリコンフォトダイオ−ド遮光膜兼光反射膜４…接着剤（接着層）５…入射Ｘ線６…回路基板７…上面反射板１０…Ｘ線管１１…被検体１２…Ｘ線ビーム１３…マルチスライス型Ｘ線検出器１４…Ｘ線検出素子列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に所定のピッチで配列された多チ
ャンネルのフォトダイオ−ドと、該フォトダイオ−ドに
前記チャンネル毎に対応して接着された複数個のシンチ
レ−タと、該シンチレータのチャンネル間に設けられた
隔離壁とからなるＸ線検出素子アレイを備えた多素子固
体Ｘ線検出器において、前記多チャンネルのフォトダイ
オードの各受光部間に前記チャンネル間を分離する分離
帯域を設け、この分離帯域の表面を光を吸収する物質で
覆うことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】前記分離帯域の表面に光を吸収する物質
で覆う領域は、前記シンチレータのチャンネル間に設け
た隔離壁が占める領域と一致若しくは該シンチレータで
Ｘ線を検出しない領域よりも小さく、かつ前記チャンネ
ル毎に前記フォトダイオ−ドとシンチレータとを接着す
る接着層の厚さ方向の領域よりも大きいことを特徴とす
るＸ線検出器。
【請求項３】前記フォトダイオ−ドと前記シンチレ−
タとの接着に用いる接着剤の屈折率は、前記シンチレ−
タの屈折率および前記フォトダイオ−ドの受光部分の表
面に設けた反射防止膜の屈折率よりも小さいことを特徴
とするＸ線検出器。
【請求項４】Ｘ線ＣＴ装置用のＸ線検出器として請求
項１、２、３のＸ線検出器を用いることを特徴とするＸ
線ＣＴ装置。