JP2009147212A - 光検出器および光検出器を用いた光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置することのできる光検出器、およびこの光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置して成る光検出装置を提供すること。
【解決手段】光検出素子で受光した光の強度に基づいて、電気信号を出力する光検出器であって、前記光検出器は、少なくとも、光検出素子実装用フレキシブル配線基板と、前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板上に電気的に接続された光検出素子と、から構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、光検出素子で受光した光の強度に基づいて、電気信号を出力する光検出器およびこの光検出器を備えて成る光検出装置に関する。

従来より医療機関などで使用されるＸ線ＣＴ装置に代表される光検出装置では、被検体に対してＸ線を照射することで、被検体のスライスデータを得て、これを被検体の軸方向に複数回繰り返すことで、被検体の所望の範囲における内部構造が得られるようになっている。

このような光検出装置としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。
図６および図７に示されているように、光検出装置１００は、複数のフォトダイオード素子１２１を列状に並べて成るフォトダイオードアレイ１２０と、パッド形成用突起１１１の上端面がフォトダイオードアレイ１２０の上面と同じ高さとなるように構成されたＭＩＤ基板１１０と、から構成されている。

そして、フォトダイオードアレイ１２０上に配置されたフォトダイオード素子１２１の上面に第１パッド１２２、パッド形成用突起１１１の上端面に第２パッド１１２が設けられ、対応する第１パッド１２２と第２パッド１１２との間はワイヤーボンディング１３０で電気的に接続されている。

また、ＭＩＤ基板１１０の上面には配線パターン１１３が設けられ、ＭＩＤ基板１１０下面には第２パッド１１２の数と同数の第１端子１１４および１個の第２端子１１５が設けられ、第２パッド１１２と第１端子１１４とが１対１の関係で配線１４０によって電気的に接続され、配線パターン１１３と第２端子１１５とが電気的に接続されている。

そして、図８に示されているように、フォトダイオードアレイ１２０の上面に各々のフォトダイオード素子１２１と対応するようにシンチレータアレイ１５０を配置することで、波長の短い特にＸ線を可視光線に変換し、フォトダイオードアレイ１２０で受光した光の強度に基づいて、被検体の単一スライスにおける電気信号を出力することができるようになっている。なお、シンチレータアレイ１５０は、シンチレータ素子１５１とセパレータ１５２とから成るものであって、シンチレータ素子１５１とシンチレータ素子１５１との間にセパレータ１５２が配設されるようになっている。

そしてこのような光検出装置１００は、図９に示されているように、図８で示した光検出装置１００を列状（２次元状）に並べることで、例えばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を大きくし、検出効率を増大することができるようになっている。
特開２００３−８４０６６号公報

しかしながら、このような従来の光検出装置では、縦方向と横方向の両方向であるマトリックス状（３次元状）に並べることはできるが、光検出素子基板の信号取り出し用のピン位置精度、及び、光検出器が取り付けられる信号増幅、変換回路を含む実装用基板への固定位置精度程度でしか配列できなかった。

また、例えばＸ線ＣＴ装置にこのような構成の光検出器として３次元状に配列した場合、図１０のように、増幅器やＡ／Ｄ変換回路、バッファ等信号調整回路などが実装される実装用基板１７０が長手方向へ長くなり、光検出装置全体が大きくなってしまうため、Ｘ線ＣＴ装置において光検出装置を回転させる場合に問題となる。
さらに、３次元状に配列する光検出基板を増やすほど、実装用基板の配線密度が高くなり、高価で信頼性を保つことが困難となる。

本発明は、このような現状に鑑み、光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置することのできる光検出器、および光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置して成る光検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の光検出器は、
光検出素子で受光した光の強度に基づいて、電気信号を出力する光検出器であって、
前記光検出器は、
少なくとも、光検出素子実装用フレキシブル配線基板と、
前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板上に電気的に接続された光検出素子と、
から構成されていることを特徴とする。

このように、光検出素子を光検出素子実装用フレキシブル配線基板上に形成すれば、光検出素子実装用フレキシブル配線基板毎に、独立して位置決め固定することが出来るので、例えば、光検出器をマトリックス状（３次元状）に配設した場合に、光検出素子の位置精度を高めることが出来る。
また、配線基板が可撓性を有するため、配線基板を光検出器の下方に屈設することができる。このため、実装用基板を下方に配設することができるので、光検出装置全体の大きさを小さくすることができ、例えば、Ｘ線ＣＴ装置において光検出装置を回転させることが容易となる。

このため、例えば光検出器をＸ線ＣＴ装置に用いれば、被検体の所望の箇所を短時間に検査可能であり、被検体へのＸ線照射量も少なくでき、また装置稼働率を向上させることができる。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板と光検出素子とが、ワイヤーボンディングによって接続されていることを特徴とする。

このように構成することによって、確実に光検出素子と光検出素子実装用フレキシブル配線基板とを接続可能とすることができ、所望の電気信号を確実に得ることができる。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板と光検出素子とが、ＢＧＡ（ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）によって接続されていることを特徴とする。

このように構成すれば、光検出素子の大きさ内で、光検出素子実装用フレキシブル配線基板と光検出素子とを接続可能であるため、例えば光検出素子を複数並べて配置させる場合に、隣り合う光検出素子同士を隙間無く並べることが可能であり、効率良く配置可能である。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板は、
一方側面に光検出素子が電気的に接続され、
他方側面に補強板が形成されていることを特徴とする。

このように補強板を形成すれば、特に光検出器の光検出素子に無理な力が加わって破損することを効果的に防止することができ、安全に光検出器を取り扱うことができる。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子が、
複数の光検出素子から成る素子集合体であることを特徴とする。

このように複数の光検出素子から成る素子集合体で有れば、一つ一つばらばらになった光検出素子を取り扱う場合に比べて容易であるとともに、例えば光検出器を複数並べて配設する場合でも、作業を容易に行うことができる。

また、本発明の光検出器は、
前記素子集合体が、列状に並べられた複数の光検出素子から成ることを特徴とする。
このように素子集合体が列状となっていれば、これを複数並べることで、例えば光検出に必要な所定面積を確保することができる。
また、例えば装置によって光検出に必要な所定面積が異なっていても、大きさを調整可能であるため、様々な大きさの装置に本発明の光検出器を用いることが可能である。

また、本発明の光検出器は、
前記素子集合体が、マトリックス状に並べられた複数の光検出素子から成ることを特徴とする。

このように素子集合体がマトリックス状となっていれば、上記した列状の場合に比べてより広範囲に光検出器を並べることができる。
このため、さらに様々な大きさの装置に本発明の光検出器を用いることが可能である。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子上であって、前記光検出素子と対応する位置に所定の波長の光を可視光線に変換するシンチレータ素子を備えることを特徴とする。

このように構成すれば、通常の光だけでなく、波長の短い放射線であっても、シンチレータ素子を介することで可視光線に変換することができ、これを光検出器で受光して光の強度に基づいて電気信号を出力することができる。このため、このような光検出器を特にＸ線ＣＴ装置に好適に使用することができる。

また、本発明の光検出器は、
前記所定の波長の光が、Ｘ線であることを特徴とする。
このように所定の波長の光がＸ線であれば、被検体の内部状況を的確に得るＸ線ＣＴ装置に好適である。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子が、フォトダイオードであることを特徴とする。
このように光検出素子がフォトダイオードであれば、高速で高感度であるため、光強度の正確な測定が可能であり、特に光検出器を医療機器分野に適用する場合に好適である。

また、本発明の光検出器は、
前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板が、ＴＡＢテープであることを特徴とする。
このように光検出素子実装用フレキシブル配線基板がＴＡＢテープであれば、特にケーブルの曲げ強度、捻り強度が強いため、例えばＸ線ＣＴ装置で回動状態で光検出器が使用される場合において、好適である。

また、本発明の光検出装置は、
上記に記載の光検出器を、列状に並べてなることを特徴とする。

このように光検出器を列状に並べれば、光検出に必要な所定面積の大きさを確実に得ることができる。
また、本発明の光検出装置は、
上記に記載の光検出器を、マトリックス状に並べてなることを特徴とする。

このように光検出器をマトリックス状に並べれば、列状に並べる場合よりも、より大きな光検出面積を得ることができ、様々な大きさの装置に適応可能となる。

本発明によれば、光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置することのできる光検出器、および光検出器をマトリックス状（３次元状）に配置して成る光検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１から図３は、本発明の光検出器の一実施例に係るものであって、図１は光検出器の実施例による分解斜視図、図２は光検出器の概略斜視図、図３は光検出素子がマトリックス状に配設された光検出器の概略斜視図である。

図１または図２に示したように、本発明の光検出器１０は、光検出素子で受光した光の強度に基づいて、電気信号を出力するものであり、例えばＸ線ＣＴ装置に用いて、Ｘ線を被検体に対して照射することで、被検体のスライス写真を得て、これを被検体の軸方向に複数回繰り返すことで、被検体の所望の範囲における内部構造を得るのに用いられるものである。

なお、本発明の光検出器は、従来技術における同様の装置とは、その構造が異なるものであって、光検出器や光検出装置の原理や使用方法については、特許文献１に記載のものと基本的には同様のものである。

また、本明細書中で「光」とは、波長１０ｋｍ程度の超超波から波長１０ｐｍ程度のガンマ線までの所謂広い意味での光を指すものであって、Ｘ線や放射線は、本明細書中の「光」に含まれるものである。

すなわち、本発明の一実施例による光検出器１０は、光検出素子実装用フレキシブル配線基板３０（以下、フレキシブル配線基板３０とも言う）と、このフレキシブル配線基板３０の一方側面（図１では上面）に電気的に複数の光検出素子２２が接続され、他方側面（図１では下面）に補強板４０が取り付けられた構成となっており、フレキシブル配線基板３０が、光検出素子２２と補強板４０とで挟まれた３層構造となっている。

そして複数の光検出素子２２（図１では３つの光検出素子２２）は、一つの素子集合体２０として構成されており、この光検出素子２２としては、例えば、ＳｉまたはＧａＡｓ
等の化合物半導体を材料としたＰＮ接合型のフォトダイオード、ＰＩＮ型のフォトダイオード、フォトトランジスタ、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）からなるフォトレジスタなどが挙げられるが、光を電気信号に変換することのできる素子であれば、特に限定されるものではない。特にＸ線の検出を目的とした場合には、光検出素子２２として、速度・感度に優れるフォトダイオードを用いることが好ましい。

また光検出素子２２は、フレキシブル配線基板３０とワイヤーボンディング（図示せず）されており、光検出素子２２の電極パッド（図示せず）とフレキシブル配線基板３０の電極パッド（図示せず）との間が電気的に接続されるようになっている。
なお、フレキシブル配線基板３０は、例えば、絶縁基板と、絶縁基板の少なくとも一方の面に形成された銅からなる配線パターンと、この配線パターンの端子部を除き配線パターン上に形成された絶縁保護膜から構成されている。
また、フレキシブル配線基板３０は、少なくとも１カ所で折り曲げられ、図１では、３カ所で折り曲げた例を示している。

なお、光検出素子２２とフレキシブル配線基板３０との電気的な接続方法としては、例えば他にもＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）による接続も可能である。

また、フレキシブル配線基板３０は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ＯＮ Ｆｉｌｍ）テープ、Ｔ−ＢＧＡ(Ｔａｐｅ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ
Ａｒｒａｙ)テープ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）テープ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）テープなど）、２メタル（両面配線）テープ、多層配線テープなどを挙げることができ、可撓性を有する配線基板であれば特に限定されるものではない。

しかしながら、後述するように本発明の光検出器をＸ線ＣＴ装置に用いる場合には、良好な屈曲性、及び、５〜５０μｍ程度の精細な配線幅を必要とすることから、例えば、絶縁基板がポリイミドフィルムで、厚さが５０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ〜４０μｍであり、配線パターンである銅の厚さが１５μｍ以下、好ましくは、３μｍ〜８μｍであるフレキシブル配線基板３０であることが望ましく、特にＴＡＢテープ（例えば、三井金属鉱業株式会社製）が好適である。

一方、補強板４０については、フレキシブル配線基板３０上に接続された光検出素子２２の破損を防止するよう、フレキシブル配線基板３０の下面側から両部材を支えるものであるため、その役目をなす強度を有する材質であれば特に限定されないものであるが、好ましくは、金属、セラミックス、プラスチックス、及びこれらの複合物などが挙げられ、中でも、例えば、アルミニウムやセラミックスであれば十分な加工性や強度が得られるため本光検出器１０の補強板４０として好適である。

上記したような部材から成る光検出器１０は、特許文献１に記載されている光検出装置と同じように、所定の光を光検出素子２２で受光し、この受光した光を電気信号に変換することで、所望のデータを得ることができるようになっている。

なお、図１または図２に示した光検出器１０では、光検出素子２２が列状（図１または図２では３個）に配置されているが、図３に示したようにマトリックス状（図３では９個）に配置しても良いものである。どちらの場合であっても、この状態が一つの光検出器１０である。実際には、一つの光検出素子２２は１ｍｍ角程度の大きさであって、これを３０個×３０個程度、マトリックス状に配設したものが、一つの光検出器として取り扱われ
ることとなる。

本発明の光検出器１０においては、光検出素子２２を接続する基板を、可撓性を有するフレキシブル配線基板３０としたために、配線基板を光検出器の下方に屈設することができる。
このため、図２に示したように、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換器、バッファ等信号調整回路などが実装された、実装用基板７０を光検出器１０の下方に配設することが可能となる。
また上記したような光検出器１０は、図４に示したように、光検出器１０をさらにマトリックス状（３次元状）に配設することで、広範囲の光を電気信号に変換することのできる光検出装置５０とすることができる。特に光検出装置５０を構成する光検出器１０において、光検出素子２２を接続する配線基板を、可撓性を有するフレキシブル配線基板３０としたために、配線基板を光検出器の下方に屈設することができ、マトリックス状（３次元状）の広範囲に光検出器１０を配設して好適に光検出装置５０を構成することができる。

なお、図５に示したように、図４に示した光検出装置５０の光検出素子２２の上面にシンチレータ素子６０を配設すれば、特にＸ線を電気信号に変換して所望のデータを得ることができるようになる。

これは、シンチレータ素子６０が、Ｘ線を可視光線に変換し、この可視光線を光検出素子２２で電気信号に変換して所望のデータを得ることができるためである。
このため、特にＸ線ＣＴ装置に図５に示されているような光検出装置５０を配設すれば、被検体の所望の部位における内部状態をスライス状にして得ることができるようになる。しかも、本発明では、光検出器１０をマトリックス状（３次元状）に配設して成る光検出装置５０であるため、一度に複数のスライスデータを得ることができ、被検体へのＸ線照射量を抑えることができ、被検体に優しい検査が可能である。

以上、本発明の光検出器および光検出装置の好ましい実施の態様について説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更や機能追加が可能である。

図１は、本発明の実施例による光検出器の分解斜視図である。 図２は、本発明の実施例による光検出器の概略斜視図である。 図３は、光検出素子がマトリックス状に配設された光検出器の概略斜視図である。 図４は、本発明の光検出器を用いた光検出装置の概略斜視図である。 図５は、図４に示した光検出装置の光検出素子上にシンチレータ素子を配設した状態を示した概略斜視図である。 図６は、従来の光検出装置の分解斜視図である。 図７（ａ）は従来の光検出装置の概略斜視図であって、図７（ｂ）は図７（ａ）の縦断面図である。 図８は、従来の光検出装置の概略斜視図である。 図９は、従来の光検出装置の概略斜視図である。 図１０は、従来の光検出装置の概略斜視図である。

符号の説明

１０・・・光検出器
２０・・・素子集合体
２２・・・光検出素子
３０・・・光検出素子実装用フレキシブル配線基板（フレキシブル配線基板）
４０・・・補強板
５０・・・光検出装置
６０・・・シンチレータ素子
７０・・・実装用基板
１００・・・光検出装置
１１０・・・ＭＩＤ基板
１１１・・・パッド形成用突起
１１２・・・第２パッド
１１３・・・配線パターン
１１４・・・第１端子
１１５・・・第２端子
１２０・・・フォトダイオードアレイ
１２１・・・フォトダイオード素子
１２２・・・第１パッド
１３０・・・ワイヤーボンディング
１４０・・・配線
１５０・・・シンチレータアレイ
１５１・・・シンチレータ素子
１５２・・・セパレータ
１７０・・・実装用基板

Claims (12)

1. 光検出素子で受光した光の強度に基づいて、電気信号を出力する光検出器であって、
   前記光検出器は、
   少なくとも、光検出素子実装用フレキシブル配線基板と、
   前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板上に電気的に接続された光検出素子と、
   から構成されていることを特徴とする光検出器。
2. 前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板と光検出素子とが、ワイヤーボンディングによって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
3. 前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板と光検出素子とが、ＢＧＡ（ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
4. 前記光検出素子実装用フレキシブル配線基板は、
   一方側面に光検出素子が電気的に接続され、
   他方側面に補強板が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光検出器。
5. 前記光検出素子が、
   複数の光検出素子から成る素子集合体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光検出器。
6. 前記素子集合体が、列状に並べられた複数の光検出素子から成ることを特徴とする請求項５に記載の光検出器。
7. 前記素子集合体が、マトリックス状に並べられた複数の光検出素子から成ることを特徴とする請求項５に記載の光検出器。
8. 前記光検出素子上であって、前記光検出素子と対応する位置に所定の波長の光を可視光線に変換するシンチレータ素子を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光検出器。
9. 前記所定の波長の光が、Ｘ線であることを特徴とする請求項８に記載の光検出器。
10. 前記光検出素子が、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光検出器。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の光検出器を、列状に並べてなることを特徴とする光検出装置。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の光検出器を、マトリックス状に並べてなることを特徴とする光検出装置。

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