JP2005164521A - Photoelectric conversion system and radiation detector for x-ray computed tomography - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置及びＸ線コンピュータトモグラフィ装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置）に用いられるＸ線ＣＴ用放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector for X-ray CT used in a photoelectric conversion device and an X-ray computed tomography device (hereinafter referred to as X-ray CT device).
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と放射線検出装置とを有する。Ｘ線管で発生されたＸ線は、被検体を透過して、放射線検出装置に入射する。放射線検出装置は、Ｘ線を電気信号として検出する複数の検出素子を備えている。検出素子は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ等の蛍光体と、その光を電荷（電気信号）に変換するフォトダイオード等の光電変換素子とを有する。 The X-ray CT apparatus has an X-ray tube and a radiation detection apparatus. X-rays generated by the X-ray tube pass through the subject and enter the radiation detection apparatus. The radiation detection apparatus includes a plurality of detection elements that detect X-rays as electrical signals. The detection element includes a phosphor such as a scintillator that converts X-rays into light, and a photoelectric conversion element such as a photodiode that converts the light into electric charges (electric signals).
近年、マルチスライス型のＸ線ＣＴ用放射線検出器が多く利用されてきている。マルチスライス型のＸ線ＣＴ用放射線検出器は、スライス方向に沿って並列された複数の検出素子列を備えている。検出素子列各々は、スライス方向に略直交するチャンネル方向に一列に配列された複数の検出素子を有する。 In recent years, many multi-slice type radiation detectors for X-ray CT have been used. The multi-slice X-ray CT radiation detector includes a plurality of detection element arrays arranged in parallel along the slice direction. Each of the detection element arrays has a plurality of detection elements arranged in a line in the channel direction substantially orthogonal to the slice direction.
このように配列された検出素子を有するマルチスライス型の放射線検出器は、当該素子の増加が要求されている。しかし、従来の放射線検出器ではアレイを構成する前記検出素子の数に制限があった。 The multi-slice type radiation detector having the detection elements arranged in this way is required to increase the number of the elements. However, the conventional radiation detector has a limit on the number of the detection elements constituting the array.
放射線検出器のアレイを構成する前記素子の数の増加を妨げる最大の要因は、配線構造と接続構造とにある。尚、この説明において、フォトダイオードは、ｍ列×ｎ行（スライス方向×チャンネル方向）のアレイ状に配設されているものとする。つまり、フォトダイオードは、チャンネル方向に関してｍ個配列され、そのフォトダイオード列が、スライス方向にｎ個並列されている。 The greatest factor that hinders the increase in the number of elements constituting the array of radiation detectors is the wiring structure and the connection structure. In this description, it is assumed that the photodiodes are arranged in an array of m columns × n rows (slice direction × channel direction). That is, m photodiodes are arranged in the channel direction, and n photodiode arrays are arranged in parallel in the slice direction.
複数のフォトダイオードと複数のスイッチング素子との間は、複数の信号線を介してボンディングワイヤーによって接続される。スライス方向に並んでいるｎ個のフォトダイオードのｎ本の信号線は、チャンネル方向に関して隣のフォトダイオードとの間のギャップに形成されている。 The plurality of photodiodes and the plurality of switching elements are connected by bonding wires via a plurality of signal lines. N signal lines of n photodiodes arranged in the slice direction are formed in a gap between adjacent photodiodes in the channel direction.
従って、スライス方向に同列のフォトダイオードの個数は、チャンネル方向に関して隣り合うフォトダイオードのギャップに形成可能な信号線の本数に依存して決まってしまう。またギャップを拡大すれば、信号線の本数を増加させることは可能であるが、その場合、ギャップの拡大に反比例してフォトダイオードの受光領域が縮小されるので、感度が低下してしまう。 Therefore, the number of photodiodes in the same row in the slice direction is determined depending on the number of signal lines that can be formed in the gap between adjacent photodiodes in the channel direction. If the gap is enlarged, the number of signal lines can be increased. However, in this case, the light receiving area of the photodiode is reduced in inverse proportion to the gap enlargement, so that the sensitivity is lowered.
このような問題点を解決すべく、スライス方向に同列のフォトダイオードの個数を増やすことのできる放射線検出器、放射線検出システム及びＸ線ＣＴ装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。 In order to solve such a problem, a technique relating to a radiation detector, a radiation detection system, and an X-ray CT apparatus capable of increasing the number of photodiodes in the same row in the slice direction is disclosed (for example, Patent Document 1). .
図７は、従来のＸ線ＣＴ用放射線検出器の例として特許文献１に記載の技術を説明する図である。図７に示すように、放射線発生源（ここではX線管）から発生され、被検体Ｐを透過した放射線（ここではＸ線）を検出するための検出モジュールとしての基板１が、前記放射線発生源に対して略円弧状をなすように複数配列されてなる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the technique described in Patent Document 1 as an example of a conventional X-ray CT radiation detector. As shown in FIG. 7, a substrate 1 as a detection module for detecting radiation (here, X-rays) generated from a radiation source (here, X-ray tube) and transmitted through a subject P includes the radiation generation. A plurality are arranged so as to form a substantially arc shape with respect to the source.
図８は、従来のＸ線ＣＴ用放射線検出器の基板１の構成例として特許文献１に記載の技術を概略的に示した上面図である。また、図９は、図８におけるＣ−Ｃ断面図である。ここで、本説明では、被検体Ｐの体軸方向に略平行な方向をスライス方向とし、被検体Ｐの体軸方向に略直交する方向をチャンネル方向として以下に説明する。 FIG. 8 is a top view schematically showing the technique described in Patent Document 1 as a configuration example of the substrate 1 of the conventional X-ray CT radiation detector. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. Here, in the present description, a direction substantially parallel to the body axis direction of the subject P is defined as a slice direction, and a direction substantially orthogonal to the body axis direction of the subject P is described as a channel direction.
図８及び図９に示すように、検出モジュールとしての基板１はスライス方向に長く、その表面には、入射した放射線（Ｘ線）を光に変換するシンチレータ３１がアレイ状（ｍ列×ｎ行）に一定のギャップを隔てて複数配設されたシンチレータブロック３と、各シンチレータ３１に対応するようにアレイ状（ｍ列×ｎ行）に配設され、シンチレータ３１によって変換された光を受信して電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード２１が形成された光電変換素子基板としてのフォトダイオード基板２と、フォトダイオード基板２から引き出された信号線２２から電気信号を読出すスイッチング素子を備えたスイッチング基板４と、読み出された電気信号を増幅し、ディジタル化するＤＡＳチップ（図示せず）とが実装されている。ここで、シンチレータ３１の個々の大きさは、対応するフォトダイオード２１の大きさよりも大きく設計される。また、「基板１の表面」とは、被検体Ｐに対向する側の面（シンチレータ３１にあっては、前記放射線発生源から照射された放射線を受ける面）を指し、以下、「表面」と記載する場合には、同じ方向に向く面について用いることとする。
As shown in FIGS. 8 and 9, the substrate 1 as a detection module is long in the slicing direction, and a scintillator 31 for converting incident radiation (X-rays) into light is arrayed on the surface (m columns × n rows). ) And a plurality of
また、スイッチング基板４及び前記ＤＡＳチップは、フォトダイオード基板２に対してスライス方向にフォトダイオード基板２を挟むように基板１上に配置される。
The switching substrate 4 and the DAS chip are disposed on the substrate 1 so as to sandwich the
さらに、フォトダイオード２１は、互いに直交する第１の対称軸Ｌ１及び第２の対称軸Ｌ２において対称となるように配設されており、特に、第１の対称軸Ｌ１付近の所定行のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１は、スライス方向の端部から所定行のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ２よりも小さく設定されている。そして、第１の対称軸Ｌ１付近の所定行のフォトダイオード２１によって構成される領域を第１のフォトダイオード形成領域とし、前記スライス方向の端部から所定行のフォトダイオード２１によって構成される領域を第２のフォトダイオード形成領域としている。さらに、第１のフォトダイオード形成領域のダイオード２１の構成及び第２のフォトダイオード形成領域のダイオード２１の構成は、第１の対称軸L１に対して対称となっている。ここで、それぞれのフォトダイオード形成領域を構成する各フォトダイオードの受光領域をアクティブエリアと称する。 Furthermore, the photodiodes 21 are arranged so as to be symmetric with respect to the first symmetry axis L 1 and the second symmetry axis L 2 which are orthogonal to each other, and in particular, a predetermined row near the first symmetry axis L 1. The width (slice thickness) w s1 in the slice direction of each photodiode 21 is set to be smaller than the width (slice thickness) w s2 in the slice direction of the photodiodes 21 in a predetermined row from the end in the slice direction. A region constituted by the photodiodes 21 in a predetermined row near the first symmetry axis L1 is defined as a first photodiode formation region, and a region constituted by the photodiodes 21 in a predetermined row from the end in the slice direction. Is the second photodiode formation region. Further, the configuration and construction of the second photo diode forming region of the diode 21 of the first photo diode forming region of diode 21 is symmetrical with respect to the first symmetry axis L 1. Here, the light receiving area of each photodiode constituting each photodiode forming area is referred to as an active area.
ここで、第１の対称軸Ｌ１は、チャンネル方向に平行な軸で、フォトダイオード基板２をスライス方向に２分割する軸であり、第２の対称軸Ｌ２は、スライス方向に平行な軸で、フォトダイオード基板２をチャンネル方向に２分割する軸である。
Here, the first symmetry axis L 1 is a axis parallel to the channel direction, an axis bisecting the
尚、前述のように、シンチレータ３１は、フォトダイオード２１に対応するようにシンチレータブロック３に形成されているので、フォトダイオード２１と同様に、第１の対称軸Ｌ１及び第２の対称軸Ｌ２に対して対称となるようにシンチレータブロック３に配設されている。
As described above, since the scintillator 31 is formed in the
図１０は、特許文献1に記載のフォトダイオード基板２の具体的な構成を示す図である。図１０に示すように、ｍ列ｎ行（１＜ｍ＜１２，１＜ｎ＜１０）のアレイ状にフォトダイオード２１が形成された場合、第１の対称軸Ｌ１によって対称となる４列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１がそれぞれ同じであり、前記４列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１のうち、２列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ５及びｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ7）のフォトダイオード２１は、ｍ１ｎ５〜ｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１とｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ６のフォトダイオード２１との間の第１の対称軸Ｌ１に対して対称になっている。
FIG. 10 is a diagram showing a specific configuration of the
このようにして、第１の対称軸Ｌ１を介した４行（ｍ１ｎ４〜ｍ１２ｎ４，ｍ１ｎ５〜ｍ１２ｎ５，ｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ６，ｍ１ｎ７〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１が前記第１のフォトダイオード形成領域を構成する。 In this way, four rows (m 1 n 4 to m 12 n 4 , m 1 n 5 to m 12 n 5 , m 1 n 6 to m 12 n 6 , m 1 through the first symmetry axis L 1 are used. n 7 to m 12 n 7 ) constitutes the first photodiode formation region.
そして、これら４行のフォトダイオード２１の外側（ｍ１ｎ１〜ｍ１２ｎ３とｍ１ｎ８〜ｍ１２ｎ１０）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ２が前記４行（ｍ１ｎ４〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１よりも小さく設定されており、これら（ｍ１ｎ１〜ｍ１２ｎ３とｍ１ｎ８〜ｍ１２ｎ１０）のフォトダイオード２１が前記第２のフォトダイオード形成領域を構成する。 The width (slice thickness) ws 2 in the slice direction of the photodiodes 21 outside the four rows of photodiodes 21 (m 1 n 1 to m 12 n 3 and m 1 n 8 to m 12 n 10 ) is 4 The width (slice thickness) ws 1 in the slice direction of the photodiodes 21 of the rows (m 1 n 4 to m 12 n 7 ) is set to be smaller than those (m 1 n 1 to m 12 n 3 and m 1 n 8 to m 12 n 10 ) photodiodes 21 constitute the second photodiode formation region.
このような各フォトダイオード２１のスライス方向の幅（ｗｓ１及びｗｓ２）は、各フォトダイオード２１に対応して、フォトダイオード基板２に設置されるシンチレータブロック３のシンチレータ３１についても同様に適用される。
The width in the slice direction (w s1 and w s2 ) of each photodiode 21 is similarly applied to the scintillator 31 of the
さらに、各フォトダイオード２１から引き出された信号線２２はそれぞれ、フォトダイオード２１から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出され、当該フォトダイオード２１の第２の対称軸Ｌ２側に隣接するフォトダイオード２１との間を第２の対称軸Ｌ２と平行に外側へ引き出される。このとき、引き出される信号線２２は、第１の対称軸Ｌ１とは反対側に引き出され、かつ、その第１の対称軸Ｌ１と反対側に引き出された方向（スライス方向の端部の方向）に隣接するフォトダイオード２１から引き出された信号線２２よりも第２の対称軸Ｌ２側を通って引き出される。そしてこの信号線２２の構造においても、第１の対称軸Ｌ１に対して対称構造となっている。 Further, each of the signal lines 22 drawn out from the photodiode 21 is once pulled out from the photodiode 21 to the second axis of symmetry L 2 side, photo adjacent to the second axis of symmetry L 2 side of the photodiode 21 The space between the diode 21 and the diode 21 is drawn outward in parallel with the second axis of symmetry L2. In this case, the signal line 22 drawn, the first symmetry axis L 1 drawn on the opposite side, and the end of the first axis of symmetry L 1 and led out on the opposite side on the direction (slice direction The signal line 22 drawn from the photodiode 21 adjacent in the direction) is drawn through the second axis of symmetry L2. And even in the structure of the signal line 22, and has a symmetrical structure with respect to the first axis of symmetry L 1.
従って、同じ列に属するフォトダイオード２１の第２の対称軸Ｌ２側には、同列の各フォトダイオード２１から引き出された信号線２２が形成された領域（同一列におけるフォトダイオード形成領域：図中ハッチングで表示）が存在する。また、前記同じ列に属するフォトダイオード２１の数が大きいほど、信号線２２が多くなり、信号線２２の形成領域が第２の対称軸Ｌ２側に拡がるので、前記同一列におけるフォトダイオード形成領域の第１の対称軸Ｌ１に平行な幅が大きくなる。 Therefore, the second axis of symmetry L 2 side of the photodiode 21 belonging to the same row, same column of the photo diode forming region in the photo signal line 22 drawn from the diode 21 is formed a region (the same column: figure (Indicated by hatching). Also, the larger the number of photodiodes 21 belonging to the same column is large, the more the signal line 22, the formation region of the signal line 22 extends to the second axis of symmetry L 2 side, the photodiode formed region of the same column the first width parallel to the axis of symmetry L 1 becomes large.
特許文献１に記載の技術では、信号線２２を第２の対称軸Ｌ２に平行な外側２方向に分けて引き出したので、信号線２２を一方向に引き出すように敷設された場合に比べ、前記同一列におけるフォトダイオード形成領域内における信号線２２の形成領域が１／２となり、各列（スライス方向）のフォトダイオード２１の配列個数は、信号線２２を一方向に引き出すように敷設された場合のフォトダイオード基板２のフォトダイオード２１の配列個数の２倍となるのである。
In the technique described in Patent Document 1, since the signal line 22 drawn separately in parallel outwardly in two directions to a second symmetry axis L 2, compared to when it is laid so as to draw the signal line 22 in one direction, The signal line 22 formation region in the photodiode formation region in the same column is halved, and the number of photodiodes 21 arranged in each column (slice direction) is laid so that the signal line 22 is drawn out in one direction. This is twice the number of photodiodes 21 arranged on the
一方、各フォトダイオード２１から引き出され、２つの方向に振り分けられた信号線２２は、それぞれ前記トランジスタを介して、１方向ずつボンディングワイヤー５に共通接続される。 On the other hand, the signal lines 22 drawn out from the respective photodiodes 21 and distributed in two directions are commonly connected to the bonding wires 5 one by one through the transistors.
スイッチング基板４の各々は、基板１上に、ＣＭＯＳ型の複数のトランジスタ（図示せず）がスイッチング素子として形成されてなる。複数のトランジスタは、複数のフォトダイオード２１にそれぞれ接続される。同じ側の同じスライス列上に配置されたｎ／２個のフォトダイオード２１は、ｎ／２本の信号線２２、ｎ／２個のトランジスタを介して、信号読出し線（図示せず）に共通に接続される。信号読出し線には前記ＤＡＳチップが接続される。 Each of the switching substrates 4 is formed by forming a plurality of CMOS transistors (not shown) as switching elements on the substrate 1. The plurality of transistors are respectively connected to the plurality of photodiodes 21. The n / 2 photodiodes 21 arranged on the same slice column on the same side are common to a signal readout line (not shown) via n / 2 signal lines 22 and n / 2 transistors. Connected to. The DAS chip is connected to the signal readout line.
前記トランジスタが入力（オン）されることによりフォトダイオード２１に蓄積された電荷が電流信号として前記信号読み出し線に読み出される。前記トランジスタのオン／オフ（ゲート電圧）は、読み出し制御回路（図示せず）により制御される。上述したようにスライス方向に並んでいるｎ／２本の信号線２２が前記信号読出し線に共通に接続されているので、対応するｎ／２個の前記トランジスタを個々に順番に入力（オン）することにより、ｎ／２個のフォトダイオード２１の信号を個々に順番に読み出すことができる。また、前記信号読出し線の各々に前記ＤＡＳチップが個々に接続されているので、ｎ／２個のフォトダイオード２１をシリアルに読み出すために要する時間で、検出モジュールとしての基板１上の全てのフォトダイオード２１の信号読み出しを完了することができる。 When the transistor is input (turned on), the charge accumulated in the photodiode 21 is read out to the signal readout line as a current signal. On / off (gate voltage) of the transistor is controlled by a read control circuit (not shown). As described above, since n / 2 signal lines 22 arranged in the slice direction are connected in common to the signal readout line, the corresponding n / 2 transistors are individually input in turn (ON). By doing so, the signals of the n / 2 photodiodes 21 can be read out individually in order. In addition, since the DAS chip is individually connected to each of the signal readout lines, all the photos on the substrate 1 as the detection module can be obtained in a time required for serially reading out n / 2 photodiodes 21. The signal reading of the diode 21 can be completed.
また、隣り合う複数個のフォトダイオード２１に対応する複数個のトランジスタを同時に入力（オン）すると、当該複数個のフォトダイオード２１からの信号はアナログ的に加算され得る。この場合、当該複数個のフォトダイオード２１は、１つのチャンネルを構成することとなる。このような配線構造及び電子的な読出し制御により、スライス厚を任意に変更することができる。例えば、第１のフォトダイオード形成領域に属するフォトダイオードのスライス厚を、第２のフォトダイオード形成領域に属するフォトダイオードのスライス厚の１／２にすることにより容易にスライス厚を変更することができる。 When a plurality of transistors corresponding to a plurality of adjacent photodiodes 21 are simultaneously input (turned on), signals from the plurality of photodiodes 21 can be added in an analog manner. In this case, the plurality of photodiodes 21 constitute one channel. With such a wiring structure and electronic readout control, the slice thickness can be arbitrarily changed. For example, the slice thickness can be easily changed by setting the slice thickness of the photodiode belonging to the first photodiode formation region to ½ of the slice thickness of the photodiode belonging to the second photodiode formation region. .
また、フォトダイオード基板２及びシンチレータブロック３と、スイッチング基板４と、ＤＡＳチップとを共通の１枚の基板１に実装したことにより、これら３者間の接続が容易になり、フォトダイオード３の個数の増加に対応することができる。
Further, since the
また、ｎ／２本の信号線２２を前記信号読出し線に共通接続したことにより、スイッチング基板４と前記ＤＡＳチップとの間の信号読出し線の本数を減らすことができる。また、前述したように、ｎ／２本の信号線２２を前記信号読出し線に共通接続した簡単な構成により、前記トランジスタの電子的な制御で、同列の隣接するフォトダイオード２１を組み合せることができ、結果として、スライス厚を簡単に変更することができる。 Further, since n / 2 signal lines 22 are commonly connected to the signal readout line, the number of signal readout lines between the switching substrate 4 and the DAS chip can be reduced. Further, as described above, the adjacent photodiodes 21 in the same column can be combined by electronic control of the transistors with a simple configuration in which n / 2 signal lines 22 are commonly connected to the signal readout lines. As a result, the slice thickness can be easily changed.
特許文献１に記載の技術は、第１の対称軸付近のフォトダイオードのスライス方向の幅（スライス厚）を狭くしたフォトダイオードによって構成される第１のフォトダイオード形成領域を形成することによって、スライス方向に同列のフォトダイオードの個数を増やすことができ、スライス厚の変更の自由度を高めたものであるが、それによりスライス方向の最外端のフォトダイオード（図１０におけるｍ１ｎ１〜ｍ１２ｎ１及びｍ１ｎ１０〜ｍ１２ｎ１０のフォトダイオード２１）の第２の対称軸側には、当該フォトダイオードが属する列のフォトダイオードの数に応じた信号線が形成されることとなる。前記最外端のフォトダイオードのチャンネル方向の幅は、同列のフォトダイオードの個数（行数）、各信号線の幅及び信号線同士（又は信号線とフォトダイオードと）の間隔（ギャップ）を考慮して決定される。そして、決定された前記最外端のフォトダイオードのチャンネル方向の幅に合わせて、同列のフォトダイオードのチャンネル方向の幅が同じ寸法に決定されていた。 In the technique described in Patent Document 1, a first photodiode formation region configured by a photodiode having a narrowed width (slice thickness) in the slice direction of the photodiode in the vicinity of the first symmetry axis is formed. The number of photodiodes in the same row in the direction can be increased, and the degree of freedom in changing the slice thickness is increased, whereby the outermost photodiodes in the slice direction (m 1 n 1 to m in FIG. 10). A signal line corresponding to the number of photodiodes in the column to which the photodiode belongs is formed on the second symmetry axis side of the photodiodes 21) of 12 n 1 and m 1 n 10 to m 12 n 10. Become. The width of the outermost photodiode in the channel direction takes into account the number of photodiodes in the same column (number of rows), the width of each signal line, and the interval (gap) between the signal lines (or between the signal line and the photodiode). To be determined. Then, the width in the channel direction of the photodiodes in the same row is determined to have the same size in accordance with the determined width in the channel direction of the outermost photodiode.
すなわち、各フォトダイオードから引き出された信号線を２つの外方向に振り分け、第２のフォトダイオード形成領域と第１のフォトダイオード形成領域とを構成することによって、第１のフォトダイオード形成領域における分解能を高め、スライス方向のフォトダイオードの数も増加させることができるが、各フォトダイオードのチャンネル方向の幅は、前記最外端のフォトダイオードのチャンネル幅に合わせて決定していたに過ぎないので、第１のフォトダイオード形成領域を構成する各フォトダイオードのアクティブエリア（受光領域）は、第２のフォトダイオード形成領域を構成する各フォトダイオードのアクティブエリア（受光領域）よりも小さくなってしまっていた。 That is, the signal lines drawn from each photodiode are distributed in two outward directions, and the second photodiode formation region and the first photodiode formation region are configured, whereby the resolution in the first photodiode formation region is determined. The number of photodiodes in the slice direction can be increased, but the width in the channel direction of each photodiode is only determined according to the channel width of the outermost photodiode, The active area (light receiving area) of each photodiode constituting the first photodiode forming area is smaller than the active area (light receiving area) of each photodiode constituting the second photodiode forming area. .
フォトダイオードのアクティブエリア（受光領域）の低下は、各フォトダイオードの感度低下（Ｓ／Ｎ比の低下）につながり、光電変換装置及びＸ線ＣＴ用放射線検出器における高解像度化がさらに求められた場合には、フォトダイオードのスライス方向の数の増加に伴って、フォトダイオード（特に、第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオード）のＳ／Ｎ比の低下が顕著になり、測定結果にも影響をもたらすことが考えられるため、それを未然に解決する技術が求められていた。 The decrease in the active area (light receiving area) of the photodiode leads to a decrease in sensitivity of each photodiode (decrease in the S / N ratio), and higher resolution in the photoelectric conversion device and the X-ray CT radiation detector is further required. In this case, as the number of photodiodes in the slice direction increases, the S / N ratio of the photodiode (particularly, the photodiode constituting the first photodiode formation region) significantly decreases, and the measurement result is Therefore, there is a need for technology to solve this problem.
また、フォトダイオードの形成領域は、フォトダイオード基板上に形成される信号線の形成領域に依存するので、フォトダイオード基板の内部に配線を多層に形成する技術も提案されている。しかし、製造工程上の煩雑さに加えて信号線の形成に高い精度が要求されるため、歩留まりの点で適した手法とはいえなかった。すなわち、製造上の効率を考慮すれば、フォトダイオードと信号線とが同一面に形成することが有効なのであるが、そのようなフォトダイオード基板において、フォトダイオード（特に、第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオード）のアクティブエリアを如何に大きく確保するかが課題となっていた。 Further, since the formation region of the photodiode depends on the formation region of the signal line formed on the photodiode substrate, a technique for forming wirings in multiple layers inside the photodiode substrate has been proposed. However, in addition to the complexity in the manufacturing process, high accuracy is required for the formation of the signal line, and thus it cannot be said that the method is suitable in terms of yield. That is, in consideration of manufacturing efficiency, it is effective to form the photodiode and the signal line on the same plane. In such a photodiode substrate, the photodiode (particularly, the first photodiode formation region). The problem is how to secure a large active area of the photodiode).
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構造で、高分解能を要するフォトダイオードのＳ／Ｎ比の低下を軽減する光電変換装置及びＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device and an X-ray CT that can reduce a decrease in the S / N ratio of a photodiode that requires a high resolution with a simple structure. It is to provide a radiation detector for use.
本発明の放射線検出器は、表面側から入射するＸ線を光に変換するシンチレータ３１と、変換された光を電気信号に変換する複数のフォトダイオード２１を備えた少なくとも１つのフォトダイオード基板２と、複数のフォトダイオード２１から複数の信号を読み出す複数のスイッチング素子を備えた少なくとも１つのスイッチング基板４と、読み出された複数の信号を増幅し、ディジタル化する複数のデータ収集部を備えた少なくとも１つのデータ収集チップとを有する。フォトダイオード基板２と、スイッチング基板４と、データ収集（ＤＡＳ）チップとは、基板（例えば、リジッド多層配線基板）１に共通に実装される。
The radiation detector of the present invention includes a scintillator 31 that converts X-rays incident from the surface side into light, and at least one
上記課題を解決するための、請求項１記載の発明に係る光電変換装置は、１つの対称軸によって対称構造をなすようにアレイ状に配設され、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と、係る光電変換素子の各々から引き出された信号線と、前記電気信号を読出すために前記信号線に接続された複数のスイッチング素子とを有する光電変換装置であって、前記一の光電変換素子と同列で、前記一の光電変換素子より前記対称軸に直交する方向の幅を小とした他の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅が、前記一の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅よりも大であることを特徴とする。 The photoelectric conversion device according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problems is arranged in an array so as to form a symmetric structure with one symmetry axis, and converts the incident light into an electric signal. A photoelectric conversion device comprising: an element; a signal line drawn from each of the photoelectric conversion elements; and a plurality of switching elements connected to the signal line for reading the electrical signal. The width in the direction parallel to the symmetry axis of the other photoelectric conversion element is the same as that of the one photoelectric conversion element, and the width in the direction perpendicular to the symmetry axis is smaller than that of the one photoelectric conversion element. It is larger than the width in the direction parallel to the symmetry axis.
かかる構成は、少なくとも、第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅（前記対称軸に平行な幅）が、第２のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅（前記対称軸に平行な幅）よりも大であることを示すものである。換言すれば、第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子から引き出される信号線の、前記対称軸に直交する方向に引き出された部分の長さは、第２のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子から引き出された信号線のその長さよりも長いため、その差を第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅の拡大に利用したことにある。 In such a configuration, at least the width of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode formation region in the channel direction (width parallel to the symmetry axis) is the channel of the photoelectric conversion element constituting the second photodiode formation region. It indicates that it is larger than the width in the direction (width parallel to the symmetry axis). In other words, the length of the portion of the signal line drawn out from the photoelectric conversion element constituting the first photodiode forming region in the direction perpendicular to the axis of symmetry constitutes the second photodiode forming region. This is because the length of the signal line led out from the photoelectric conversion element is longer than the length of the signal line, and the difference is used to expand the width of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode formation region in the channel direction.
従って、高分解能を要する第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のアクティブエリア（受光領域）を従来よりも大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比の低下を軽減する光電変換装置を提供することができる。 Therefore, since the active area (light receiving region) of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode formation region requiring high resolution can be made larger than before, a photoelectric conversion device that reduces the decrease in the S / N ratio is provided. Can be provided.
上記課題を解決するための、請求項２記載の発明に係る光電変換装置は、１つの対称軸によって対称構造をなすようにアレイ状に配設され、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と、係る光電変換素子の各々から引き出された信号線と、前記電気信号を読出すために前記信号線に接続された複数のスイッチング素子とを有する光電変換装置であって、前記一の光電変換素子より前記対称軸に近い他の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅が、前記一の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅よりも大であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the photoelectric conversion device according to the invention described in
かかる構成とすることにより、各光電変換素子の受光領域を、従来よりも大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比の低下を軽減する光電変換装置を提供することができる。 With such a configuration, since the light receiving region of each photoelectric conversion element can be made larger than before, it is possible to provide a photoelectric conversion device that reduces the decrease in the S / N ratio.
本発明の構成は、光電変換素子から引き出された信号線の従来の形成位置を可能な限り大幅に変更することなく、光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅を大きくしたことが特徴である。そして、少なくとも、最外端の光電変換素子における前記対称軸に平行な方向の幅に対して、前記対称軸に近い光電変換素子における前記対称軸に平行な方向の幅が大きい構成とした。換言すれば、光電変換素子基板の端面から離れた位置に形成された光電変換素子から引き出される信号線において、光電変換素子自体から前記対称軸に平行な方向に引き出された部分の長さは、光電変換素子基板の端面付近に形成された光電変換素子から引き出された信号線のその長さよりも長いため、その差を光電変換素子のチャンネル方向の幅の拡大に利用したことにある。 The configuration of the present invention is characterized in that the width of the photoelectric conversion element in the direction parallel to the symmetry axis is increased without changing the conventional formation position of the signal line led out from the photoelectric conversion element as much as possible. It is. At least the width in the direction parallel to the symmetry axis in the photoelectric conversion element close to the symmetry axis is larger than the width in the direction parallel to the symmetry axis in the outermost photoelectric conversion element. In other words, in the signal line drawn from the photoelectric conversion element formed at a position away from the end face of the photoelectric conversion element substrate, the length of the portion drawn from the photoelectric conversion element itself in the direction parallel to the symmetry axis is: Since the length of the signal line led out from the photoelectric conversion element formed in the vicinity of the end face of the photoelectric conversion element substrate is longer than that, the difference is used for expanding the width of the photoelectric conversion element in the channel direction.
従って、光電変換素子から引き出された信号線の一部を、当該光電変換素子の信号線が引き出された方向に拡げるための余地として利用することによって、当該光電変換素子の受光領域が大きくなるので、光電変換装置に設けられるアクティブエリアが増大し、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐことができる。 Therefore, by using a part of the signal line drawn out from the photoelectric conversion element as a room for expanding in the direction in which the signal line of the photoelectric conversion element is drawn, the light receiving area of the photoelectric conversion element becomes large. The active area provided in the photoelectric conversion device increases, and the S / N ratio can be prevented from decreasing.
上記課題を解決するための、請求項３記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子がアレイ状に配設された光電変換素子基板と、入射した放射線を光に変換して前記光電変換素子に照射するシンチレータと、前記光電変換素子の各々から引き出され、且つ前記光電変換素子の間を通るように配置された信号線と、前記電気信号を読出すために前記信号線に接続された複数のスイッチング素子とを有するＸ線ＣＴ放射線検出器であって、前記光電変換素子基板は、前記光電変換素子をアレイ状に配設した第１の光電変換素子形成領域と、その第１の光電変換素子形成領域の前記光電変換素子よりスライス方向の幅が広く、且つ、チャンネル方向の幅が狭い光電変換素子を配設した第２の光電変換素子形成領域とを有することを特徴とする。
A radiation detector for X-ray CT according to the invention of
従って、高分解能を要する第１の光電変換素子形成領域（第１のフォトダイオード形成領域）を構成する光電変換素子のアクティブエリア（受光領域）を従来よりも大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比の低下を軽減するＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 Accordingly, since the active area (light receiving region) of the photoelectric conversion element constituting the first photoelectric conversion element formation region (first photodiode formation region) requiring high resolution can be made larger than the conventional one, the S / N It is possible to provide an X-ray CT radiation detector that reduces the decrease in the ratio.
上記課題を解決するための、請求項４記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、請求項３に記載のＸ線ＣＴ用放射線検出器において、前記第２の光電変換素子形成領域は、前記第１の光電変換素子形成領域のスライス方向の両側に隣接して設けられ、前記スイッチング素子は、前記第２の光電変換素子形成領域の側部に設けられ、前記第１の光電変換素子形成領域内の光電変換素子に接続される前記信号線は、前記第２の光電変換素子形成領域を通って前記スイッチング素子に接続するように構成されたことを特徴とする。
The X-ray CT radiation detector according to the invention described in claim 4 for solving the above-mentioned problems is the X-ray CT radiation detector according to
係る構成のように、高分解能を要する第１の光電変換素子形成領域（第１のフォトダイオード形成領域）を中心にして第２の光電変換素子形成領域及び前記スイッチング素子を分配したので、前記信号線及び光電変換素子を効率よく配設した高集積のＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 Since the second photoelectric conversion element formation region and the switching element are distributed around the first photoelectric conversion element formation region (first photodiode formation region) that requires high resolution as in this configuration, the signal It is possible to provide a highly integrated X-ray CT radiation detector in which a line and a photoelectric conversion element are efficiently arranged.
上記課題を解決するための、請求項５記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、少なくともチャンネル方向の対称軸によって対称構造をなすようにアレイ状に配設され、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と、各光電変換素子に対応して設置され、入射した放射線を光に変換して前記光電変換素子に対して照射するシンチレータと、前記光電変換素子の各々から引き出された信号線と、前記電気信号を読出すために前記信号線に接続された複数のスイッチング素子とを有するＸ線ＣＴ用放射線検出器であって、前記一の光電変換素子とスライス方向に同列で、前記一の光電変換素子よりスライス方向の幅を小とした他の光電変換素子の前記チャンネル方向の幅が、前記一の光電変換素子のチャンネル方向の幅よりも大であることを特徴とする。 The X-ray CT radiation detector according to the invention described in claim 5 for solving the above-mentioned problem is arranged in an array so as to form a symmetrical structure at least with respect to the axis of symmetry in the channel direction. A photoelectric conversion element that converts signals, a scintillator that is installed corresponding to each photoelectric conversion element, converts incident radiation into light, and irradiates the photoelectric conversion element, and is extracted from each of the photoelectric conversion elements X-ray CT radiation detector comprising a signal line and a plurality of switching elements connected to the signal line for reading the electrical signal, wherein the X-ray CT radiation detector is in the same row as the one photoelectric conversion element in the slice direction. The width in the channel direction of another photoelectric conversion element having a smaller width in the slice direction than the one photoelectric conversion element is larger than the width in the channel direction of the one photoelectric conversion element. The features.
かかる構成は、少なくとも、第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅（前記対称軸に平行な幅）が、第２のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅（前記対称軸に平行な幅）よりも大であることを示すものである。換言すれば、第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子から引き出される信号線の、前記対称軸に直交する方向に引き出された部分の長さは、第２のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子から引き出された信号線のその長さよりも長いため、その差を第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のチャンネル方向の幅の拡大に利用したことにある。 In such a configuration, at least the width of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode formation region in the channel direction (width parallel to the symmetry axis) is the channel of the photoelectric conversion element constituting the second photodiode formation region. It indicates that it is larger than the width in the direction (width parallel to the symmetry axis). In other words, the length of the portion of the signal line drawn out from the photoelectric conversion element constituting the first photodiode forming region in the direction perpendicular to the axis of symmetry constitutes the second photodiode forming region. This is because the length of the signal line led out from the photoelectric conversion element is longer than the length of the signal line, and the difference is used to expand the width of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode formation region in the channel direction.
従って、高分解能を要する第１のフォトダイオード形成領域を構成する光電変換素子のアクティブエリア（受光領域）を従来よりも大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比の低下を軽減するＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 Therefore, since the active area (light receiving area) of the photoelectric conversion element constituting the first photodiode forming area requiring high resolution can be made larger than the conventional one, it is for X-ray CT that reduces the decrease in the S / N ratio. A radiation detector can be provided.
上記課題を解決するための、請求項６記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、少なくともチャンネル方向の対称軸によって対称構造をなすようにアレイ状に配設され、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子と、各光電変換素子に対応して設置され、入射した放射線を光に変換して前記光電変換素子に対して照射するシンチレータと、前記光電変換素子の各々から引き出された信号線と、前記電気信号を読出すために前記信号線に接続された複数のスイッチング素子とを有するＸ線ＣＴ用放射線検出器であって、一の光電変換素子から引き出された信号線よりも、前記一の光電変換素子より前記対称軸に近い他の光電変換素子のチャンネル方向の幅が、前記一の光電変換素子のチャンネル方向の幅よりも大であることを特徴とする。 The X-ray CT radiation detector according to the invention described in claim 6 for solving the above-mentioned problem is arranged in an array so as to form a symmetrical structure at least with respect to the axis of symmetry in the channel direction. A photoelectric conversion element that converts signals, a scintillator that is installed corresponding to each photoelectric conversion element, converts incident radiation into light, and irradiates the photoelectric conversion element, and is extracted from each of the photoelectric conversion elements A radiation detector for X-ray CT having a signal line and a plurality of switching elements connected to the signal line for reading the electrical signal, the signal line being drawn from one photoelectric conversion element The width in the channel direction of the other photoelectric conversion element closer to the symmetry axis than the one photoelectric conversion element is larger than the width in the channel direction of the one photoelectric conversion element. .
かかる構成とすることにより、各光電変換素子の受光領域を、従来よりも大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比の低下を軽減するＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 By adopting such a configuration, the light receiving area of each photoelectric conversion element can be made larger than before, so that it is possible to provide an X-ray CT radiation detector that reduces the decrease in the S / N ratio.
本発明の構成は、光電変換素子から引き出された信号線の従来の形成位置を可能な限り大幅に変更することなく、光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅を大きくしたことが特徴である。そして、少なくとも、最外端の光電変換素子における前記対称軸に平行な方向の幅に対して、前記対称軸に近い光電変換素子における前記対称軸に平行な方向の幅が大きい構成とした。換言すれば、光電変換素子基板の端面から離れた位置に形成された光電変換素子から引き出される信号線において、光電変換素子自体から前記対称軸に平行な方向に引き出された部分の長さは、光電変換素子基板の端面付近に形成された光電変換素子から引き出された信号線のその長さよりも長いため、その差を光電変換素子のチャンネル方向の幅の拡大に利用したことにある。 The configuration of the present invention is characterized in that the width of the photoelectric conversion element in the direction parallel to the symmetry axis is increased without changing the conventional formation position of the signal line led out from the photoelectric conversion element as much as possible. It is. At least the width in the direction parallel to the symmetry axis in the photoelectric conversion element close to the symmetry axis is larger than the width in the direction parallel to the symmetry axis in the outermost photoelectric conversion element. In other words, in the signal line drawn from the photoelectric conversion element formed at a position away from the end face of the photoelectric conversion element substrate, the length of the portion drawn from the photoelectric conversion element itself in the direction parallel to the symmetry axis is: Since the length of the signal line led out from the photoelectric conversion element formed in the vicinity of the end face of the photoelectric conversion element substrate is longer than that, the difference is used for expanding the width of the photoelectric conversion element in the channel direction.
従って、光電変換素子から引き出された信号線の一部を、当該光電変換素子の信号線が引き出された方向に拡げるための余地として利用することによって、当該光電変換素子の受光領域が大きくなり、光電変換装置に設けられるアクティブエリアが増大し、Ｓ／Ｎ比の低下を解消したＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 Therefore, by using a part of the signal line led out from the photoelectric conversion element as a room for expanding in the direction in which the signal line of the photoelectric conversion element is drawn, the light receiving region of the photoelectric conversion element becomes large, An active area provided in the photoelectric conversion device is increased, and a radiation detector for X-ray CT in which a decrease in S / N ratio is eliminated can be provided.
上記課題を解決するための、請求項７記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、請求項３〜請求項６のいずれかに記載のＸ線ＣＴ用放射線検出器において、前記信号線は、各光電変換素子からチャンネル方向に一旦引き出され、チャンネル方向に隣接する光電変換素子との間をスライス方向に引き出されると共に、前記他の光電変換素子から引き出された信号線は、前記一の光電変換素子から引き出された信号線よりも、当該光電変換素子から信号線が引き出された方向に所定の間隔をもって形成されることを特徴とする
The X-ray CT radiation detector according to
上記課題を解決するための、請求項８記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、請求項３〜請求項７のいずれかに記載のＸ線ＣＴ用放射線検出器において、光電変換素子の前記対称軸に直交する方向の幅は、前記対称軸に近づくにつれて徐々に小さくなっていることを特徴とする。 An X-ray CT radiation detector according to an eighth aspect of the invention for solving the above-mentioned problems is the X-ray CT radiation detector according to any one of the third to seventh aspects, wherein the photoelectric conversion element is used. The width in the direction perpendicular to the symmetry axis is gradually reduced toward the symmetry axis.
かかる構成は、最外端の光電変換素子における記対称軸に直交する方向の幅と、前記対称軸に近い光電変換素子における前記対称軸に直交する方向の幅との相対的な差に限られず、光電変換素子における前記対称軸に平行な方向の幅が、前記対称軸に近いほど、短くなっていることを意味している。このような構成を採用することによって、光電変換素子基板上に形成される光電変換素子の占有率が高く（前記対称軸に直交する方向に光電変換素子数が増大）なり、分解能が高くなるので、高解像度のＸ線ＣＴ用放射線検出器を提供することができる。 Such a configuration is not limited to the relative difference between the width in the direction perpendicular to the symmetry axis in the outermost photoelectric conversion element and the width in the direction perpendicular to the symmetry axis in the photoelectric conversion element close to the symmetry axis. It means that the width of the photoelectric conversion element in the direction parallel to the symmetry axis is shorter as it is closer to the symmetry axis. By adopting such a configuration, the occupation ratio of the photoelectric conversion elements formed on the photoelectric conversion element substrate is high (the number of photoelectric conversion elements increases in the direction perpendicular to the symmetry axis), and the resolution is increased. A high-resolution X-ray CT radiation detector can be provided.
上記課題を解決するための、請求項９記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器は、請求項３〜請求項８のいずれかに記載のＸ線ＣＴ用放射線検出器において、前記チャンネル方向に引き出された信号線の長さは、同列に属する最外端の光電変換素子の信号線のチャンネル方向に引き出された信号線の長さと略同じであることを特徴とする。
The X-ray CT radiation detector according to claim 9 for solving the above-mentioned problems is the X-ray CT radiation detector according to any one of
かかる構成は、光電変換素子から引き出された信号線の具体的な構成を示すものである。すなわち、従来は、同列の光電変換素子から最初に引き出された信号線（前記対称軸に平行な方向の信号線）は、前記対称軸に近いほうが長くなっていた。これは、最外端から遠退く光電変換素子の信号線ほど、その外側の光電変換素子から引き出されている信号線より回りこんで配設されているからである。従って、請求項９記載の発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器では、光電変換素子から引き出される信号線の前記対称軸に平行な方向に向かう部分の長さを同列最外端の光電変換素子から引き出される信号線の前記対称軸に平行な方向に向かう部分の長さに略等しくしてしまうことにより、前記対称軸に平行な方向の幅を拡げる余地を、前記対称軸に対する近さに応じて与えることで担保するものである。 Such a configuration shows a specific configuration of the signal line led out from the photoelectric conversion element. That is, conventionally, a signal line (a signal line in a direction parallel to the symmetry axis) first drawn from the photoelectric conversion elements in the same row is longer near the symmetry axis. This is because the signal lines of the photoelectric conversion elements that are farther away from the outermost end are arranged so as to wrap around from the signal lines drawn from the photoelectric conversion elements on the outer side. Accordingly, in the X-ray CT radiation detector according to the ninth aspect of the invention, the length of the portion of the signal line extending from the photoelectric conversion element in the direction parallel to the symmetry axis is set to the photoelectric conversion element at the outermost end of the same column. By making the length of the portion of the signal line extending from the signal line in the direction parallel to the symmetry axis substantially equal, the room for expanding the width in the direction parallel to the symmetry axis can be increased according to the proximity to the symmetry axis. It is guaranteed by giving.
本発明によれば、配線パターンの本数に応じて配線パターンを形成するのに必要な領域を確保し、その範囲内で高分解能を要するフォトダイオード形成領域の幅を最大限に拡げ、そのフォトダイオード形成領域における受光面積を大きく確保することができるので、出力感度の向上（Ｓ／Ｎ比の増加）が図れ、結果として解像度の高い画像収集においても高画質化が可能となる。 According to the present invention, an area necessary for forming a wiring pattern is ensured according to the number of wiring patterns, and the width of a photodiode forming area that requires high resolution within the range is maximized. Since a large light receiving area in the formation region can be ensured, output sensitivity can be improved (an increase in S / N ratio), and as a result, high image quality can be achieved even in high-resolution image collection.
以下、本発明に係る光電変換装置及びＸ線ＣＴ用放射線検出器の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、２次元アレイ型の光電変換装置及びそれを用いた放射線検出器、およびその放射線検出器を装備したＸ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピューテッドトモグラフィ装置）に関する。Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ROTATE/ROTATE）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（STATIONARY/ROTATE）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。 Hereinafter, embodiments of a photoelectric conversion device and an X-ray CT radiation detector according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment relates to a two-dimensional array photoelectric conversion device, a radiation detector using the photoelectric conversion device, and an X-ray CT apparatus (X-ray computed tomography apparatus) equipped with the radiation detector. In the X-ray CT apparatus, a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation (STATIONARY / ROTATE) type in which only the tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described.
また、１ボリュームの（＝１つのボリュームデータを構成する）ボクセルデータ（又は１枚の断層像）（いずれも後述）を再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも２１０〜２４０°程度分の投影データが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。ここでは、一般的な前者の約３６０°分の投影データから１ボリュームのボクセルデータ（又は１枚の断層像）を再構成するものとして説明する。 In addition, in order to reconstruct one volume of voxel data (which constitutes one volume data) (or one tomographic image) (both will be described later), a projection of about 360 ° around the subject is performed. The projection data corresponding to about 210 to 240 ° is also required for the data even in the half scan method. The present invention can be applied to any method. Here, a description will be given assuming that one volume of voxel data (or one tomographic image) is reconstructed from the projection data of about 360 ° of the general former.
また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、特定の半導体のＸ線により半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出装置としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。 In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charge includes an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charge by a photoelectric conversion element such as a photodiode, and a specific semiconductor. The mainstream is the generation of electron-hole pairs in semiconductors by the X-rays and the transfer to the electrodes, that is, the direct conversion type utilizing the photoconductive phenomenon. Any of these methods may be adopted as the X-ray detection apparatus, but here, the former indirect conversion type will be described.
また、以下でフォトダイオードのアクティブエリアの幅は、Ｘ線管の回転中心軸上での換算値として定義する。つまり、「１ｍｍのアクティブエリア幅を有するフォトダイオード」とは、「Ｘ線管の回転中心軸上で１ｍｍに相当するアクティブエリア幅を有するフォトダイオード」を意味し、Ｘ線が放射状に拡散することを考慮すると、フォトダイオードの実際のアクティブエリアの幅は、Ｘ線焦点と回転中心軸との距離に対するＸ線焦点とフォトダイオードのアクティブエリアとの実際の距離の比率に従って、１ｍｍより若干広くなる。 In the following, the width of the active area of the photodiode is defined as a converted value on the rotation center axis of the X-ray tube. In other words, “a photodiode having an active area width of 1 mm” means “a photodiode having an active area width corresponding to 1 mm on the rotation center axis of the X-ray tube”, and X-rays diffuse radially. , The width of the actual active area of the photodiode is slightly wider than 1 mm according to the ratio of the actual distance between the X-ray focal point and the active area of the photodiode to the distance between the X-ray focal point and the rotation center axis.
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ用放射線検出器の第１の実施形態における構成を示す斜視図である。図１に示すように、本発明のＸ線ＣＴ用放射線検出器は、放射線発生源（Ｘ線管）から発生され、被検体Ｐを透過した放射線（ここではＸ線）を検出するための検出モジュールとしての基板１が、前記放射線発生源（Ｘ線管）に対して略円弧状をなすように複数配列されている。ここで、本発明の実施形態の説明では、被検体Ｐの体軸方向に略平行な方向をスライス方向とし、被検体Ｐの体軸方向に略直交する方向をチャンネル方向として以下に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the X-ray CT radiation detector according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the X-ray CT radiation detector of the present invention is a detection for detecting radiation (here, X-rays) generated from a radiation generation source (X-ray tube) and transmitted through a subject P. A plurality of substrates 1 as modules are arranged so as to form a substantially arc shape with respect to the radiation source (X-ray tube). Here, in the description of the embodiment of the present invention, a direction substantially parallel to the body axis direction of the subject P will be referred to as a slice direction, and a direction substantially perpendicular to the body axis direction of the subject P will be described as a channel direction.
図２は、本発明に係る光電変換装置の第１の実施形態における構成を示す上面図である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図２及び図３に示すように、検出モジュールとしての基板１はスライス方向に長く、その表面には、入射した放射線（Ｘ線）を光に変換するシンチレータ３１がアレイ状（ｍ列×ｎ行）に一定のギャップを隔てて複数配設されたシンチレータブロック３と、各シンチレータ３１に対応するようにアレイ状（ｍ列×ｎ行）に配設され、シンチレータ３１によって変換された光を受信して電気信号に変換する光電変換素子としてのフォトダイオード２１が形成された光電変換素子基板としてのフォトダイオード基板２と、フォトダイオード基板２から引き出された信号線２２から電気信号を読出すスイッチング素子を備えたスイッチング基板４と、読み出された電気信号を増幅し、ディジタル化するＤＡＳチップ（図示せず）とが実装されている。ここで、シンチレータ３１の個々の大きさは、対応するフォトダイオード２１の大きさよりも大きく設計される。また、「基板１の表面」とは、被検体Ｐに対向する側の面（シンチレータ３１にあっては、前記放射線発生源から照射された放射線を受ける面）を指し、以下、「表面」と記載する場合には、同じ方向に向く面について用いることとする。
FIG. 2 is a top view showing a configuration of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the substrate 1 as a detection module is long in the slicing direction, and a scintillator 31 for converting incident radiation (X-rays) into light is arrayed on the surface thereof (m columns × n rows). ) And a plurality of
また、スイッチング基板４及び前記ＤＡＳチップは、フォトダイオード基板２に対してスライス方向にフォトダイオード基板２を挟むように基板１上に配置される。
The switching substrate 4 and the DAS chip are disposed on the substrate 1 so as to sandwich the
さらに、フォトダイオード２１は、互いに直交する第１の対称軸Ｌ１及び第２の対称軸Ｌ２において対称となるように配設されており、特に、第１の対称軸Ｌ１付近のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１は、スライス方向に同列最外端のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ２よりも小さく設定されている。そして、第１の対称軸Ｌ１付近の所定行のフォトダイオード２１によって構成される領域を第１のフォトダイオード形成領域（第１の光電変換素子形成領域）とし、前記スライス方向の端部から所定行のフォトダイオード２１によって構成される領域を第２のフォトダイオード形成領域（第２の光電変換素子形成領域）としている。さらに、第１のフォトダイオード形成領域のダイオード２１の構成及び第２のフォトダイオード形成領域のダイオード２１の構成は、第１の対称軸L１に対して対称となっている。ここで、それぞれのフォトダイオード形成領域を構成する各フォトダイオードの受光領域をアクティブエリアと称する。また、本実施形態では、フォトダイオードの形成領域とアクティブエリア（受光領域）とは同義として説明する。従って、フォトダイオードの形成面積が大きいとは、（フォトダイオードの）アクティブエリア（受光領域）が大きいことを示す。 Furthermore, the photodiode 21 is disposed so as to be symmetric with respect to the first symmetry axis L 1 and the second symmetry axis L 2 which are orthogonal to each other, and in particular, the photodiode near the first symmetry axis L 1. The width (slice thickness) w s1 in the slice direction of 21 is set smaller than the width (slice thickness) w s2 in the slice direction of the photodiode 21 at the outermost end in the same row in the slice direction. Then, a region constituted by the photodiodes 21 in a predetermined row near the first symmetry axis L1 is defined as a first photodiode formation region (first photoelectric conversion element formation region), and predetermined from the end in the slice direction. A region constituted by the photodiodes 21 in the row is a second photodiode formation region (second photoelectric conversion element formation region). Further, the configuration and construction of the second photo diode forming region of the diode 21 of the first photo diode forming region of diode 21 is symmetrical with respect to the first symmetry axis L 1. Here, the light receiving area of each photodiode constituting each photodiode forming area is referred to as an active area. In the present embodiment, a photodiode formation area and an active area (light receiving area) are described as synonymous. Therefore, the large formation area of the photodiode means that the active area (light receiving region) (of the photodiode) is large.
ここで、第１の対称軸Ｌ１（前記「対称軸」）は、チャンネル方向に平行な軸で、フォトダイオード基板２をスライス方向に２分割する軸であり、第２の対称軸Ｌ２（前記「対称軸」に直交する対称軸）は、スライス方向に平行な軸で、フォトダイオード基板２をチャンネル方向に２分割する軸である。
Here, the first symmetry axis L 1 (the “symmetry axis”) is an axis parallel to the channel direction and is an axis that divides the
尚、前述のように、シンチレータ３１は、フォトダイオード２１に対応するようにシンチレータブロック３に形成されているので、フォトダイオード２１と同様に、第１の対称軸Ｌ１及び第２の対称軸Ｌ２に対して対称となるようにシンチレータブロック３に配設されている。
As described above, since the scintillator 31 is formed in the
図４は、本発明に係る光電変換装置の第１の実施形態における構成を示す図である。図４に示すように、ｍ列ｎ行（１＜ｍ＜１２，１＜ｎ＜１０）のアレイ状にフォトダイオード２１が形成された場合、第１の対称軸Ｌ１によって対称となる４列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ7）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１がそれぞれ同じであり、前記４列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ7）のフォトダイオード２１のうち、２列（ｍ１ｎ4〜ｍ１２ｎ５及びｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ7）のフォトダイオード２１は、ｍ１ｎ５〜ｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１とｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ６のフォトダイオード２１との間の第１の対称軸Ｌ１に対して対称になっている。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration in the first embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention. As shown in FIG. 4, when the photodiodes 21 are formed in an array of m columns and n rows (1 <m <12, 1 <n <10), the four columns are symmetric with respect to the first symmetry axis L1. The widths (slice thicknesses) ws 1 in the slice direction of the photodiodes 21 (m 1 n 4 to m 12 n 7 ) are the same, and the photodiodes 21 in the four rows (m 1 n 4 to m 12 n 7 ). Among these, the photodiodes 21 in two rows (m 1 n 4 to m 12 n 5 and m 1 n 6 to m 12 n 7 ) are the photodiodes 21 of m 1 n 5 to m 12 n 5 and m 1 n 6. It is symmetrical with respect to the first symmetry axis L 1 between the photodiodes 21 to m 12 n 6 .
このようにして、第１の対称軸Ｌ１を介した４行（ｍ１ｎ４〜ｍ１２ｎ４，ｍ１ｎ５〜ｍ１２ｎ５，ｍ１ｎ６〜ｍ１２ｎ６，ｍ１ｎ７〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１が前記第１のフォトダイオード形成領域を構成する。 In this way, four rows (m 1 n 4 to m 12 n 4 , m 1 n 5 to m 12 n 5 , m 1 n 6 to m 12 n 6 , m 1 through the first symmetry axis L 1 are used. n 7 to m 12 n 7 ) constitutes the first photodiode formation region.
そして、これら４行のフォトダイオード２１の外側（ｍ１ｎ１〜ｍ１２ｎ３とｍ１ｎ８〜ｍ１２ｎ１０）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ２が前記４行（ｍ１ｎ４〜ｍ１２ｎ７）のフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）ｗｓ１よりも大きく設定されており、これら（ｍ１ｎ１〜ｍ１２ｎ３とｍ１ｎ８〜ｍ１２ｎ１０）のフォトダイオード２１が前記第２のフォトダイオード形成領域を構成する。 The width (slice thickness) ws 2 in the slice direction of the photodiodes 21 outside the four rows of photodiodes 21 (m 1 n 1 to m 12 n 3 and m 1 n 8 to m 12 n 10 ) is 4 The width (slice thickness) ws 1 in the slice direction of the photodiodes 21 in the rows (m 1 n 4 to m 12 n 7 ) is set larger than these (m 1 n 1 to m 12 n 3 and m 1 n 8 to m 12 n 10 ) photodiodes 21 constitute the second photodiode formation region.
このような各フォトダイオード２１のスライス方向の幅（ｗｓ１及びｗｓ２）は、各フォトダイオード２１に対応して、フォトダイオード基板２に設置されるシンチレータブロック３のシンチレータ３１についても同様に相似形で形成される。
The width (w s1 and w s2 ) of each photodiode 21 in the slice direction is similar to that of the scintillator 31 of the
さらに、各フォトダイオード２１から引き出された信号線２２はそれぞれ、フォトダイオード２１から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出され、当該フォトダイオード２１の第２の対称軸Ｌ２側に隣接するフォトダイオード２１との間を第２の対称軸Ｌ２と平行に外側へ引き出される。このとき、引き出される信号線２２は、第１の対称軸Ｌ１とは反対側に引き出され、かつ、その第１の対称軸Ｌ１と反対側に引き出された方向（スライス方向の端部の方向）に隣接するフォトダイオード２１から引き出された信号線２２よりも第２の対称軸Ｌ２側を通って引き出される。そしてこの信号線２２の構造においても、第１の対称軸Ｌ１に対して対称構造となっている。 Further, each of the signal lines 22 drawn out from the photodiode 21 is once pulled out from the photodiode 21 to the second axis of symmetry L 2 side, photo adjacent to the second axis of symmetry L 2 side of the photodiode 21 The space between the diode 21 and the diode 21 is drawn outward in parallel with the second axis of symmetry L2. In this case, the signal line 22 drawn, the first symmetry axis L 1 drawn on the opposite side, and the end of the first axis of symmetry L 1 and led out on the opposite side on the direction (slice direction The signal line 22 drawn from the photodiode 21 adjacent in the direction) is drawn through the second axis of symmetry L2. And even in the structure of the signal line 22, and has a symmetrical structure with respect to the first axis of symmetry L 1.
このように、信号線２２を第２の対称軸Ｌ２に平行な外側２方向に分けて引き出したので、信号線２２を一方向に引き出すように敷設された場合に比べ、前記同一列におけるフォトダイオード形成領域内における信号線２２の形成領域を１／２に減らすことができる。 Thus, since the signal line 22 drawn separately in parallel outwardly in two directions to a second symmetry axis L 2, compared to when it is laid so as to draw the signal line 22 in one direction, the photo in the same row The formation region of the signal line 22 in the diode formation region can be reduced to ½.
ここで、本実施形態では、第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオード２１（例えば、図４でいうｍ１２ｎ４及びｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１）から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線２２の長さは、最外端のフォトダイオード２１（図４でいうｍ１２ｎ１のフォトダイオード２１）から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線２２の長さよりも大きく確保することができる。これは、最外端のフォトダイオード２１よりも第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオード２１のほうが、第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線２２の長さ（第１の対称軸Ｌ１に平行な信号線２２の一部分）が長くなるため、それによって得られる領域をチャンネル方向の幅に転用できるからである。 Here, in the present embodiment, the second symmetry axis L 2 from the photodiode 21 constituting the first photodiode formation region (for example, the photodiodes 21 of m 12 n 4 and m 12 n 5 in FIG. 4). The length of the signal line 22 drawn once to the side is such that the signal line 22 drawn once from the outermost photodiode 21 (m 12 n 1 photodiode 21 in FIG. 4) to the second symmetry axis L 2 side. It is possible to ensure a larger length than the length of. This is because the photodiode 21 constituting the first photodiode formation region is longer than the outermost photodiode 21 in the length of the signal line 22 that is once drawn to the second symmetry axis L 2 side (first since the portion of the symmetry axis L parallel to the signal lines 22 to 1) is long, because the area obtained thereby can diverted to the width in the channel direction.
従って、より望ましい形態として、フォトダイオード２１の各々から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線の長さは、最外端のフォトダイオード２１から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線の長さに略等しく設定される。具体的に、図４において同一列におけるフォトダイオード形成領域内（ハッチングで表示）のフォトダイオード２１に関して説明すると、ｍ１２ｎ１のフォトダイオード２１から鉤状に外方に引き出される信号線２２において、第２の対称軸Ｌ２側に向かう部分（第１の対称軸Ｌ１に平行な部分）の長さが、同列のｍ１２ｎ２〜ｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１から鉤状に外方に引き出される信号線２２において、第２の対称軸Ｌ２側に向かう部分（第１の対称軸Ｌ１に平行な部分）の長さに略等しいことを意味している。 Thus, a more desirable form, once from each of the photodiode 21 the length of the second axis of symmetry L 2 side once led the signal lines from the photodiode 21 of Saisototan the second axis of symmetry L 2 side It is set approximately equal to the length of the signal line to be drawn. Specifically, in the photodiode formation region will be described with respect to the photodiode 21 (shown by hatching), the signal lines 22 drawn out from the photodiode 21 of the m 12 n 1 outward like a hook in the same column in FIG. 4, The length of the portion toward the second symmetry axis L 2 (the portion parallel to the first symmetry axis L 1 ) is outward in a bowl shape from the photodiodes 21 of the same row m 12 n 2 to m 12 n 5. in the signal line 22 drawn in, which means that approximately equal to the length of the portion toward the second symmetry axis L 2 side (parallel portions to the first axis of symmetry L 1).
このように、同列のフォトダイオード２１から引き出される信号線２２の一部として、第２の対称軸Ｌ２側に向かう部分の長さを、最外端のフォトダイオード２１から鉤状に外方に引き出される信号線２２の第２の対称軸Ｌ２側に向かう部分（第１の対称軸Ｌ１に平行な部分）の長さに略等しくし、屈曲して外方に引き出される各信号線２２の部分（第２の対称軸Ｌ２に平行な方向に引き出される部分）を従来どおりの位置に設けるとすると、同列のｍ１２ｎ２〜ｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１のチャンネル方向の幅を拡げることができる。そして、その幅の拡げ方は、前記同一列におけるフォトダイオード形成領域の幅ｗｃ１を２分割する中心線Ｌ３によって対象となるように当該幅が拡げられる。 As described above, the length of the portion toward the second axis of symmetry L2 as a part of the signal line 22 drawn out from the photodiodes 21 in the same row is outward from the outermost photodiode 21 in a bowl shape. substantially equal to the length of the portion (the first portion parallel to the axis of symmetry L 1) toward the second symmetry axis L 2 side of the signal line 22 drawn, the signal lines drawn outwardly bent 22 Is provided at the same position as in the past (the portion drawn in the direction parallel to the second axis of symmetry L 2 ), the width in the channel direction of the photodiodes 21 in the same row m 12 n 2 to m 12 n 5 is Can be expanded. Then, spread how its width, the width is expanded to the target by the center line L 3 bisecting the width w c1 of the photo diode forming region in the same column.
以上の構成は、前記同一列におけるフォトダイオード形成領域内のフォトダイオード２１及び信号線２２について説明したものであるが、第１の対称軸Ｌ１を境に各列とも同様に形成され、第１の対称軸Ｌ１及び第２の対称軸Ｌ２に対して対称構造となるように形成される。 Above configuration, wherein at those described for the photodiode 21 and the signal line 22 of the photo diode forming region in the same row, they are formed in the same manner in each column of the first symmetry axis L 1 as a boundary, the first It is formed to be symmetrical structure symmetry axis L 1 and the second symmetry axis L 2.
図５は、本実施形態と従来とにおけるフォトダイオード２１と信号線２２との位置関係の比較を示す上面図であり、図５（ａ）は、本実施形態における第２の対称軸Ｌ２付近のフォトダイオード２１と信号線２２との位置関係を示す上面図、図５（ｂ）は、従来における第２の対称軸Ｌ２付近のフォトダイオード２１と信号線２２との位置関係を示す上面図である。尚、ここに示されているフォトダイオード２１は、例えば、ｍ６ｎ１〜ｍ６ｎ３及びｍ７ｎ１〜ｍ７ｎ３のフォトダイオード２１であり、図上方がスイッチング素子（図示）が設けられる方向、図下方が第１の対称軸Ｌ１の方向を示すものとする。 FIG. 5 is a top view showing a comparison of the positional relationship between the photodiode 21 and the signal line 22 in the present embodiment and the conventional one, and FIG. 5A shows the vicinity of the second axis of symmetry L 2 in the present embodiment. FIG. 5B is a top view showing the positional relationship between the photodiode 21 and the signal line 22 near the second symmetry axis L 2 in the related art. It is. The photodiode 21 shown here is, for example, a photodiode 21 of m 6 n 1 to m 6 n 3 and m 7 n 1 to m 7 n 3 , and a switching element (illustrated) is shown in the upper part of the figure. The provided direction, the lower side of the figure, indicates the direction of the first axis of symmetry L1.
信号線２２同士、又は信号線２２とフォトダイオード２１との間に必要な間隔（ギャップ）をｄとし、信号線２２の太さをｗｃ２とすると、図５（ａ）に示すように、信号線２２が各フォトダイオード２１から引き出される部分（第２の対称軸Ｌ２と直交する方向に引き出された部分）がそれぞれ略等しいので、第１の対称軸Ｌ１に近づくほどフォトダイオード２１のチャンネル方向の幅が中心線Ｌ３によって対象となるように（ｄ＋ｗｃ２）×２（両側）ずつ拡がっていくことになる。 If the necessary distance (gap) between the signal lines 22 or between the signal line 22 and the photodiode 21 is d and the thickness of the signal line 22 is w c2 , as shown in FIG. Since the portions from which the lines 22 are drawn from the respective photodiodes 21 (portions drawn in the direction orthogonal to the second symmetry axis L2) are substantially equal, the closer to the first symmetry axis L1, the more the channel of the photodiode 21 becomes. The width of the direction is expanded by (d + w c2 ) × 2 (both sides) so that the width of the direction is targeted by the center line L 3 .
一方、各フォトダイオード２１から引き出され、２つの方向に振り分けられた信号線２２は、それぞれ前記トランジスタを介して、１方向ずつボンディングワイヤー５に共通接続される。 On the other hand, the signal lines 22 drawn out from the respective photodiodes 21 and distributed in two directions are commonly connected to the bonding wires 5 one by one through the transistors.
スイッチング基板４の各々は、基板１上に、ＣＭＯＳ型の複数のトランジスタ（図示せず）がスイッチング素子として形成されてなる。複数のトランジスタは、複数のフォトダイオード２１にそれぞれ接続される。同じ側の同じスライス列上に配置されたｎ／２個のフォトダイオード２１は、ｎ／２本の信号線２２、ｎ／２個のトランジスタを介して、信号読出し線（図示せず）に共通に接続される。信号読出し線には前記ＤＡＳチップが接続される。 Each of the switching substrates 4 is formed by forming a plurality of CMOS transistors (not shown) as switching elements on the substrate 1. The plurality of transistors are respectively connected to the plurality of photodiodes 21. The n / 2 photodiodes 21 arranged on the same slice column on the same side are common to a signal readout line (not shown) via n / 2 signal lines 22 and n / 2 transistors. Connected to. The DAS chip is connected to the signal readout line.
前記トランジスタが入力（オン）されることによりフォトダイオード２１に蓄積された電荷が電流信号として前記信号読み出し線に読み出される。前記トランジスタのオン／オフは、読み出し制御回路（図示せず）により制御される。上述したようにスライス方向に並んでいるｎ／２本の信号線２２が前記信号読出し線に共通に接続されているので、対応するｎ／２個の前記トランジスタを個々に順番に入力（オン）することにより、ｎ／２個のフォトダイオード２１の信号を個々に順番に読み出すことができる。また、前記信号読出し線の各々に前記ＤＡＳチップが個々に接続されているので、ｎ／２個のフォトダイオード２１をシリアルに読み出すために要する時間で、検出モジュールとしての基板１上の全てのフォトダイオード２１の信号読み出しを完了することができる。 When the transistor is input (turned on), the charge accumulated in the photodiode 21 is read out to the signal readout line as a current signal. On / off of the transistor is controlled by a read control circuit (not shown). As described above, since n / 2 signal lines 22 arranged in the slice direction are connected in common to the signal readout line, the corresponding n / 2 transistors are individually input in turn (ON). By doing so, the signals of the n / 2 photodiodes 21 can be read out individually in order. In addition, since the DAS chip is individually connected to each of the signal readout lines, all the photos on the substrate 1 as the detection module can be obtained in a time required for serially reading out n / 2 photodiodes 21. The signal reading of the diode 21 can be completed.
また、隣り合う複数個のフォトダイオード２１に対応する複数個のトランジスタを同時に入力（オン）すると、当該複数個のフォトダイオード２１からの信号はアナログ的に加算され得る。この場合、当該複数個のフォトダイオード２１は、１つのチャンネルを構成することとなる。このような配線構造及び電子的な読出し制御により、スライス厚を任意に変更することができる。例えば、第１のフォトダイオード形成領域に属するフォトダイオードのスライス厚を、第２のフォトダイオード形成領域に属するフォトダイオードのスライス厚の１／２にすることにより、同列の隣接するフォトダイオード２１を組み合せることができ、容易にスライス厚を変更することができる。 When a plurality of transistors corresponding to a plurality of adjacent photodiodes 21 are simultaneously input (turned on), signals from the plurality of photodiodes 21 can be added in an analog manner. In this case, the plurality of photodiodes 21 constitute one channel. With such a wiring structure and electronic readout control, the slice thickness can be arbitrarily changed. For example, by combining the slice thickness of the photodiode belonging to the first photodiode formation region to ½ of the slice thickness of the photodiode belonging to the second photodiode formation region, the adjacent photodiodes 21 in the same row are combined. The slice thickness can be easily changed.
さらに、フォトダイオード基板２及びシンチレータブロック３と、スイッチング基板４と、ＤＡＳチップとを共通の１枚の基板１に実装したことにより、これら３者間の接続が容易になり、フォトダイオード３の個数の増加に対応することができる。
Furthermore, since the
以上説明したように、本発明によれば、光電変換装置にアレイ状に設けられる光電変換素子（フォトダイオード）から引き出される信号線の配線パターンの一部を利用して光電変換素子（フォトダイオード）のチャンネル方向の幅を拡げる構成を採用したので、光電変換装置において高分解能が要求される第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオードのアクティブエリア（受光領域）を大きく確保することができるので、出力感度の向上（Ｓ／Ｎ比の増加）が図れ、結果として解像度の高い画像収集においても高画質化が可能となる。 As described above, according to the present invention, a photoelectric conversion element (photodiode) using a part of the wiring pattern of the signal line drawn from the photoelectric conversion element (photodiode) provided in an array in the photoelectric conversion device. Since the configuration in which the width in the channel direction is widened is adopted, a large active area (light receiving region) of the photodiode constituting the first photodiode forming region where high resolution is required in the photoelectric conversion device can be secured. As a result, the output sensitivity can be improved (increase in the S / N ratio), and as a result, high image quality can be achieved even in high-resolution image collection.
（第２の実施形態）
以下、本発明に係る光電変換素子の第２の実施形態について図面を参照して説明する。尚、前述の第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
図６は、本発明に係る光電変換装置の第２の実施形態における構成を示す上面図である。本実施形態は、少なくとも第１の対称軸Ｌ１に近いフォトダイオード２１のチャンネル方向の幅が、最外端のフォトダイオード２１のチャンネル方向の幅よりも拡がっている点については、前述の第１の実施形態と共通する構成であるが、同列のフォトダイオードについて第１の対称軸Ｌ１に近づくほどスライス方向の幅が狭まっていることが特徴である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to the drawings. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
FIG. 6 is a top view showing the configuration of the photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is the point that at least a first channel width of the photodiode 21 close to the axis of symmetry L 1 is, have spread than the width of the channel direction of the photodiode 21 of Saisototan the first above is a structure common to the embodiments is characterized in that the width of about slice direction toward the first axis of symmetry L 1 is about the same row of photodiodes is narrowed.
同一列におけるフォトダイオード形成領域内（ハッチングで表示）のフォトダイオード２１に関して具体的に説明すると、前述の第１の実施形態において説明したように、少なくとも、第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオード２１（例えば、図４におけるｍ１２ｎ４及びｍ１２ｎ５のフォトダイオード２１）から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線２２の長さを、最外端のフォトダイオード２１（例えば、図４におけるｍ１２ｎ１のフォトダイオード２１）から第２の対称軸Ｌ２側に一旦引き出される信号線２２の長さよりも大きくしたことは維持しつつ、ｍ１２ｎ１からｍ１２ｎ５までのフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）を徐々に狭めているのである。 Specifically, the photodiodes 21 in the photodiode formation region (indicated by hatching) in the same column will be described. As described in the first embodiment, at least the photons constituting the first photodiode formation region. The length of the signal line 22 once drawn from the diode 21 (for example, the photodiodes 21 of m 12 n 4 and m 12 n 5 in FIG. 4) to the second axis of symmetry L 2 is set to the length of the outermost photodiode 21. While maintaining the length of the signal line 22 once drawn from the photodiode 21 (for example, the photodiode 21 of m 12 n 1 in FIG. 4) to the second symmetry axis L 2 side, it is maintained from m 12 n 1 to m 12. n 5 to the photodiode 21 in the slice direction width (slice thickness) is of gradually narrowing.
このように、同列のフォトダイオード２１のチャンネル幅を従来よりも拡げつつ、第１の対称軸Ｌ１に近づくにつれてフォトダイオード２１のスライス方向の幅（スライス厚）をｗｓｎ１・・・ｗｓｎ５（ｗｓｎ１＞ｗｓｎ５）というように徐々に狭めるような構成を採用することによって、同列内のフォトダイオード２１の行数を多くすることやスライス厚の変更の自由度が高まるので、光電変換装置における出力感度の要部となる第１のフォトダイオード形成領域を構成するフォトダイオードのアクティブエリア（受光領域）も細分化され、分解能が高まるので、より解像度の高い画像収集においても高画質化が可能となる。 Thus, while expanding the channel width of the same line of the photodiode 21 than the conventional, the first symmetry axis slice width of the photodiode 21 toward the L 1 a (slice thickness) w sn1 ··· w sn5 ( By adopting a configuration that gradually narrows such that w sn1 > w sn5 ), the number of rows of photodiodes 21 in the same column is increased and the degree of freedom in changing the slice thickness is increased. The active area (light receiving area) of the photodiode that constitutes the first photodiode formation area, which is the main part of the output sensitivity, is also subdivided and the resolution is increased, so that higher image quality can be achieved even when collecting images with higher resolution. Become.
上述の各実施形態は、本発明の一例であり、本発明は各実施の形態に限定されることはない。また、上述の各実施の形態では、ＣＴ等医用のＸ線ＣＴ用放射線検出器に設けられる光電変換装置及びＸ線ＣＴ用放射線検出器の場合を示したが、入射した光の量に応じて電気信号に変換するものであって、複数のアクティブエリアを有するような、フォトダイオード基板上の所定の範囲で高精度の光検出が求められる装置であればＸ線ＣＴ用放射線検出器に設けられる光電変換装置に限られることなく同様に適用でき、本発明によって得られる効果と同様な効果を得ることができる。また、各同一列におけるフォトダイオード形成領域は、第２の対称軸Ｌ２に対して対称構造となっていなくともよい。すなわち、光電変換素子が形成する列間に信号線が設けられた態様で同一列におけるフォトダイオード形成領域がチャンネル方向に順次列設され、第１の対称軸Ｌ１によって対称構造をなす構成であっても同様の効果を奏するものである。さらに、この他であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 Each above-mentioned embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to each embodiment. Further, in each of the above-described embodiments, the case of the photoelectric conversion device and the X-ray CT radiation detector provided in the medical X-ray CT radiation detector such as CT is shown, but depending on the amount of incident light An apparatus that converts an electrical signal and has a plurality of active areas and requires high-precision light detection within a predetermined range on the photodiode substrate is provided in the X-ray CT radiation detector. The present invention is not limited to the photoelectric conversion device and can be similarly applied, and the same effect as that obtained by the present invention can be obtained. Also, the photo diode forming region in each same column may not have a symmetrical structure with respect to the second symmetry axis L 2. That is, the photo diode forming region in the same column in a manner that the signal line is provided between the column of the photoelectric conversion element is formed are sequentially column set in the channel direction, a configuration forming a symmetrical structure with the first axis of symmetry L 1 However, the same effect can be obtained. Furthermore, even in other cases, various modifications can be made according to the design or the like as long as they do not depart from the technical idea of the present invention.
１ 基板
２ フォトダイオード基板（光電変換素子基板）
３ シンチレータブロック
４ スイッチング基板
５ ボンディングワイヤー
２１ フォトダイオード（光電変換素子）
２２ 信号線
３１ シンチレータ
ｄ フォトダイオード（光電変換素子）と信号線又は信号線相互の間隔
Ｌ１ 第１の対称軸
Ｌ２ 第２の対称軸
Ｌ３ 同一列におけるフォトダイオード形成領域の中心線
ｗｓ１ フォトダイオードのスライス方向の幅（第１の実施形態；外側）
ｗｓ２ フォトダイオードのスライス方向の幅（第１の実施形態；内側）
ｗＣ１ 同一列におけるフォトダイオード形成領域の幅
ｗＣ２ 信号線の幅
1
3 Scintillator block 4 Switching substrate 5 Bonding wire 21 Photodiode (photoelectric conversion element)
22 signal line 31 scintillator d distance between photodiode (photoelectric conversion element) and signal line or signal line L 1 first symmetry axis L 2 second symmetry axis L 3 center line of photodiode formation region in the same column w s1 Width of photodiode in slice direction (first embodiment; outside)
width of w s2 photodiode in slice direction (first embodiment; inside)
w C1 width of photodiode formation region in the same column w C2 signal line width
Claims (9)
前記一の光電変換素子と同列で、前記一の光電変換素子より前記対称軸に直交する方向の幅を小とした他の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅が、前記一の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅よりも大であることを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion element that is arranged in an array so as to form a symmetric structure with one symmetry axis, converts incident light into an electric signal, a signal line drawn from each of the photoelectric conversion elements, and the electric signal A photoelectric conversion device having a plurality of switching elements connected to the signal line for reading,
The width in the direction parallel to the symmetry axis of the other photoelectric conversion element in the same row as the one photoelectric conversion element and having a smaller width in the direction perpendicular to the symmetry axis than the one photoelectric conversion element is A photoelectric conversion device having a width greater than a width in a direction parallel to the symmetry axis of the photoelectric conversion element.
前記一の光電変換素子より前記対称軸に近い他の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅が、前記一の光電変換素子の前記対称軸に平行な方向の幅よりも大であることを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion element that is arranged in an array so as to form a symmetric structure with one symmetry axis, converts incident light into an electric signal, a signal line drawn from each of the photoelectric conversion elements, and the electric signal A photoelectric conversion device having a plurality of switching elements connected to the signal line for reading,
The width in the direction parallel to the symmetry axis of the other photoelectric conversion element closer to the symmetry axis than the one photoelectric conversion element is larger than the width in the direction parallel to the symmetry axis of the one photoelectric conversion element. A photoelectric conversion device characterized by that.
前記光電変換素子基板は、
前記光電変換素子をアレイ状に配設した第１の光電変換素子形成領域と、
その第１の光電変換素子形成領域の前記光電変換素子よりスライス方向の幅が広く、且つ、チャンネル方向の幅が狭い光電変換素子を配設した第２の光電変換素子形成領域とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ用放射線検出器。 A photoelectric conversion element substrate in which photoelectric conversion elements that convert incident light into electrical signals are arranged in an array, a scintillator that converts incident radiation into light and irradiates the photoelectric conversion element, and X-ray CT radiation detection having a signal line drawn from each and disposed between the photoelectric conversion elements, and a plurality of switching elements connected to the signal lines for reading the electrical signal A vessel,
The photoelectric conversion element substrate is
A first photoelectric conversion element formation region in which the photoelectric conversion elements are arranged in an array;
A first photoelectric conversion element formation region having a second photoelectric conversion element formation region in which a photoelectric conversion element having a width in the slice direction wider than that of the photoelectric conversion element and a narrow width in the channel direction is provided. A characteristic X-ray CT radiation detector.
前記スイッチング素子は、前記第２の光電変換素子形成領域の側部に設けられ、
前記第１の光電変換素子形成領域内の光電変換素子に接続される前記信号線は、前記第２の光電変換素子形成領域を通って前記スイッチング素子に接続するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ用放射線検出器。 The second photoelectric conversion element formation region is provided adjacent to both sides in the slice direction of the first photoelectric conversion element formation region,
The switching element is provided on a side portion of the second photoelectric conversion element formation region,
The signal line connected to the photoelectric conversion element in the first photoelectric conversion element formation region is configured to connect to the switching element through the second photoelectric conversion element formation region. The X-ray CT radiation detector according to claim 3.
前記一の光電変換素子とスライス方向に同列で、前記一の光電変換素子よりスライス方向の幅を小とした他の光電変換素子の前記チャンネル方向の幅が、前記一の光電変換素子のチャンネル方向の幅よりも大であることを特徴とするＸ線ＣＴ用放射線検出器。 Arranged in an array so as to form a symmetric structure with at least the symmetry axis in the channel direction, photoelectric conversion elements that convert incident light into electrical signals, and installed corresponding to each photoelectric conversion element. A scintillator that converts the light into the photoelectric conversion element and irradiates the photoelectric conversion element, a signal line drawn from each of the photoelectric conversion elements, and a plurality of switching elements connected to the signal line for reading the electrical signal; A radiation detector for X-ray CT comprising:
The width in the channel direction of another photoelectric conversion element that is in the same row as the one photoelectric conversion element in the slice direction and has a smaller width in the slice direction than the one photoelectric conversion element is the channel direction of the one photoelectric conversion element A radiation detector for X-ray CT, which is larger than the width of the X-ray CT.
一の光電変換素子から引き出された信号線よりも、
前記一の光電変換素子より前記対称軸に近い他の光電変換素子のチャンネル方向の幅が、前記一の光電変換素子のチャンネル方向の幅よりも大であることを特徴とするＸ線ＣＴ用放射線検出器。 Arranged in an array so as to form a symmetric structure with at least the symmetry axis in the channel direction, photoelectric conversion elements that convert incident light into electrical signals, and installed corresponding to each photoelectric conversion element. A scintillator that converts the light into the photoelectric conversion element and irradiates the photoelectric conversion element, a signal line drawn from each of the photoelectric conversion elements, and a plurality of switching elements connected to the signal line for reading the electrical signal; A radiation detector for X-ray CT comprising:
Than the signal line drawn from one photoelectric conversion element,
X-ray CT radiation characterized in that the width in the channel direction of another photoelectric conversion element closer to the symmetry axis than the one photoelectric conversion element is larger than the width in the channel direction of the one photoelectric conversion element. Detector.
The length of the signal line drawn in the channel direction is substantially the same as the length of the signal line drawn in the channel direction of the signal line of the outermost photoelectric conversion element belonging to the same column. The radiation detector for X-ray CT in any one of Claims 3-8.
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