JP2012088152A - Radiation detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、X線やガンマ線等の放射線を検出する放射線検出装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a radiation detection apparatus that detects radiation such as X-rays and gamma rays.
近年、放射線、特にX線等を光に変換する蛍光体膜と、その光を電気信号に変換する光電変換素子とをその構成要素として含む平面型X線検出装置が実用化されている。 2. Description of the Related Art In recent years, a planar X-ray detection apparatus that includes a phosphor film that converts radiation, particularly X-rays or the like, into light and a photoelectric conversion element that converts the light into an electrical signal has been put into practical use.
この平面型X線検出装置は、患者診断や治療に使用する医療用や歯科用、非破壊検査などの工業用、構解析などの科学研究用、など広い分野で使われている。それぞれの分野において、デジタル情報処理による高精度な画像抽出、高速度な画像検出が可能となることにより、不要なX線被爆量の低減や、迅速な検査、診断、などの効果が期待できる。 This flat X-ray detector is used in a wide range of fields such as medical and dental use for patient diagnosis and treatment, industrial use such as nondestructive inspection, and scientific research such as structural analysis. In each field, high-precision image extraction by digital information processing and high-speed image detection are possible, so that effects such as reduction of unnecessary X-ray exposure amount, rapid inspection and diagnosis can be expected.
また、この平面型X線検出装置によれば、X線装置全体の小型軽量化に貢献できると共に、X線を介した検査対象物からの画像情報をデジタル電気情報に変換し、デジタル画像処理、デジタル画像保存、などデジタル情報処理の多くの利便性を享受することができる。 Further, according to this flat X-ray detection apparatus, it is possible to contribute to the reduction in size and weight of the entire X-ray apparatus, and also converts image information from an inspection object via X-rays into digital electrical information, Many conveniences of digital information processing such as digital image storage can be enjoyed.
この平面型X線検出装置の蛍光体膜には、従来のX線イメージ管で用いられているCs及びIを主成分とするシンチレータ材の技術を転用することが多い。これは、主成分であるヨウ化セシウム(以下CsI)が柱状結晶をなすため、他の粒子状結晶からなるシンチレータ材に比較し、光ガイド効果による感度と解像度の向上を成すことができるためである。 For the phosphor film of the flat X-ray detection apparatus, the scintillator material technique mainly containing Cs and I used in the conventional X-ray image tube is often used. This is because cesium iodide (hereinafter referred to as CsI), which is the main component, forms a columnar crystal, so that sensitivity and resolution can be improved by the light guide effect as compared to scintillator materials made of other particulate crystals. is there.
また、従来のX線イメージ管では真空管内の電子レンズ構成を必要としたため大きく重い検出装置となったが、平面型X線検出装置では光電変換素子を有する光電変換基板をガラス基板上に成膜形成したアモルファスシリコンなどからなる複数の薄膜素子を2次元に配置構成することにより、薄い平面型X線検出装置を形成することが可能となっている。 In addition, the conventional X-ray image tube requires a configuration of an electron lens in the vacuum tube, and thus becomes a large and heavy detection device. In the flat X-ray detection device, a photoelectric conversion substrate having a photoelectric conversion element is formed on a glass substrate. A thin planar X-ray detector can be formed by two-dimensionally arranging and forming a plurality of thin film elements made of amorphous silicon or the like.
さらに、蛍光体膜と光電変換素子とからなるX線検出パネルと、回路基板とを並行配置とする構造とし、これらX線検出パネルと回路基板とを包含する筐体からなる主要構成部とすることで、小型軽量化を実現している。 Further, the X-ray detection panel composed of the phosphor film and the photoelectric conversion element and the circuit board are arranged in parallel, and the main constituent part is a casing including the X-ray detection panel and the circuit board. As a result, it is possible to reduce size and weight.
一方、平面型X線検出装置では、X線検出パネルを駆動し、精細なX線画像信号を得るため、上記回路基板にはX線検出パネルを駆動するためのデジタル回路、X線検出パネルから出力される微弱な信号を増幅し処理するためのアナログ回路、アナログ信号をデジタル化するAD変換回路、各回路への電力を供給する電源回路、などの素子が複数混在する。 On the other hand, in the flat type X-ray detection apparatus, in order to drive the X-ray detection panel and obtain a fine X-ray image signal, the circuit board includes a digital circuit for driving the X-ray detection panel, an X-ray detection panel. A plurality of elements such as an analog circuit for amplifying and processing a weak signal to be output, an AD conversion circuit for digitizing the analog signal, and a power supply circuit for supplying power to each circuit are mixed.
このため、それぞれの素子の発熱が筐体の内部を加温し、X線検出パネルの温度特性を変動させてしまう問題がある。 For this reason, there is a problem that the heat generated by each element heats the inside of the housing and fluctuates the temperature characteristics of the X-ray detection panel.
特に、高速画像処理のための高周波デジタルクロック駆動や、X線検出パネルからの微弱なアナログ信号を増幅するための増幅処理などを行う集積回路素子は発熱量が大きく、その発熱を放熱するための手段が必要である。 In particular, an integrated circuit element that performs high-frequency digital clock driving for high-speed image processing or amplification processing for amplifying a weak analog signal from an X-ray detection panel generates a large amount of heat, so that the heat generated can be dissipated. Means are needed.
この発熱対策として、回路基板上の集積回路素子を熱伝導グリースなどの熱伝導材を介して金属筐体と熱的に接続し、集積回路素子の発熱を金属筐体に放熱する方法がある。 As a countermeasure against this heat generation, there is a method in which the integrated circuit element on the circuit board is thermally connected to the metal casing through a heat conductive material such as thermal conductive grease, and the heat generated by the integrated circuit element is radiated to the metal casing.
しかしながら、上記の方法では金属筐体がヒートシンクとしての機能を担う必要があるため、放熱性を確保すべく厚板の金属筐体が必要となり、薄く軽量な平面型X線検出装置を構成する上での障害となる。 However, in the above method, since the metal casing needs to function as a heat sink, a thick metal casing is necessary to ensure heat dissipation, and a thin and lightweight flat X-ray detection apparatus is configured. It becomes an obstacle.
さらに、金属筐体全体に熱が伝達されるために、金属筐体の内壁を通して金属筐体内部の空間を2次的に加温してしまう問題もある。 Furthermore, since heat is transmitted to the entire metal casing, there is a problem that the space inside the metal casing is secondarily heated through the inner wall of the metal casing.
高解像度、高速駆動になれば集積回路素子からの発熱量は増加する傾向にあるが、その放熱のためには筐体のヒートシンク機能をより高める必要があり、この場合、薄く軽量な平面型X線検出装置を構成することは更に困難となる。 The amount of heat generated from the integrated circuit element tends to increase with high resolution and high speed driving. However, in order to dissipate the heat, it is necessary to enhance the heat sink function of the housing. It becomes more difficult to construct a line detection device.
本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたもので、高解像度、高速駆動においても薄く軽量な放射線検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thin and lightweight radiation detection apparatus even in high resolution and high speed driving.
上述の目的を達成するため、本発明の実施の形態に係る放射線検出装置は、放射線を光に変換する蛍光体膜及び前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する放射線検出パネルと、前記放射線検出パネルを機械的に保持する支持基板と、前記支持基板において前記放射線検出パネルが保持された面とは反対側の面に配置され、前記放射線検出パネルを駆動する集積回路素子を搭載した回路基板と、前記放射線検出パネル、前記支持基板、及び前記回路基板を包含する筐体と、前記筐体において前記回路基板と対向した位置に配置され、かつ前記集積回路素子の少なくとも一つと接触された放熱板と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a radiation detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes a radiation detection panel including a phosphor film that converts radiation into light, and a photoelectric conversion element that converts the light into an electrical signal; A circuit having a support substrate that mechanically holds the radiation detection panel and an integrated circuit element that is disposed on a surface of the support substrate opposite to the surface on which the radiation detection panel is held and that drives the radiation detection panel A substrate, a housing including the radiation detection panel, the support substrate, and the circuit substrate; and the housing is disposed at a position facing the circuit substrate and in contact with at least one of the integrated circuit elements. And a heat sink.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態に係る放射線検出装置を示すものである。 FIG. 1 shows a radiation detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
この放射線検出装置10は、光電変換素子を有する光電変換基板上に蛍光体膜を成膜したX線検出パネル2が支持基板4の上に固定され、さらにX線検出パネル2上には防湿カバー3が封着されている。 In this radiation detection apparatus 10, an X-ray detection panel 2 in which a phosphor film is formed on a photoelectric conversion substrate having a photoelectric conversion element is fixed on a support substrate 4, and a moisture-proof cover is further provided on the X-ray detection panel 2. 3 is sealed.
また、支持基板4は、X線検出パネル2の固定面とは反対側の面において、X線遮蔽用の鉛プレート6と放熱絶縁シート7とを挟んで回路基板5を保持すると共に、支柱8によって筐体9と結合されている。さらに、筐体9のX線検出パネル2対向面側には保護板11が配置される一方、筐体9の回路基板5対向面側にはヒートパイプを内蔵した放熱板13が放熱面を筐体9の外側に向け配置されている。
The support substrate 4 holds the circuit board 5 on the surface opposite to the fixed surface of the X-ray detection panel 2 with the lead plate 6 for X-ray shielding and the heat radiation insulating sheet 7 interposed therebetween, and supports 8. It is combined with the
以下、各構成要素について更に説明する。 Hereinafter, each component will be further described.
(X線検出パネル2)
本実施の形態では、X線検出パネル2における蛍光体膜としてCsIにTlを添加した材料を使用し、蒸着法により500μmの厚さで光電変換基板上に膜状に形成した。
(X-ray detection panel 2)
In the present embodiment, a material in which Tl is added to CsI is used as the phosphor film in the X-ray detection panel 2, and the film is formed on the photoelectric conversion substrate in a thickness of 500 μm by a vapor deposition method.
なお、X線検出装置用としては、CsI膜厚は100μmから1000μmの範囲が用いられ、より好ましくは、200μmから600μmの範囲から、所望の感度と画像解像度を評価して設定する。 For the X-ray detection apparatus, the CsI film thickness is in the range of 100 μm to 1000 μm, and more preferably, the desired sensitivity and image resolution are evaluated and set from the range of 200 μm to 600 μm.
また、防湿カバー3は、厚すぎるとX線が減衰し感度の低下を生じるため、なるべく薄いことが望ましい。 Further, if the moisture-proof cover 3 is too thick, X-rays attenuate and the sensitivity is lowered, so that the moisture-proof cover 3 is desirably as thin as possible.
防湿カバー3の寸法は、カバー形状の安定性と工程作業に耐える強度、対するX線減衰とのバランスより、50μmから500μmの範囲から選択し、本実施の形態では200μmのAL合金にて形成した。 The dimension of the moisture-proof cover 3 is selected from the range of 50 μm to 500 μm based on the balance between the stability of the cover shape, the strength to withstand the process work, and the X-ray attenuation, and in this embodiment, it is made of a 200 μm AL alloy. .
光電変換基板は、例えば、0.7mm厚のガラス基板上にアモルファスシリコン(a−Si)を基材とした複数の薄膜トランジスタ素子(TFT)とフォトダイオード素子とを形成して、構成される。 The photoelectric conversion substrate is configured, for example, by forming a plurality of thin film transistor elements (TFTs) and photodiode elements based on amorphous silicon (a-Si) on a 0.7 mm thick glass substrate.
また、この光電変換基板の外周部には、駆動のための電気信号と出力信号とを外部と接続するための複数の端子パッドも形成されている。 In addition, a plurality of terminal pads for connecting electrical signals for driving and output signals to the outside are also formed on the outer periphery of the photoelectric conversion substrate.
端子パッドはフレキシブル回路基板15と接続されている。この端子パッドとフレキシブル回路基板15との接続には、例えば、非等方性導電フィルム(以下ACFと記す)による熱圧着法を用いることができる。この方法により、複数の微細な信号線の電気的接続を確保し得る。
The terminal pads are connected to the
上述のように、X線検出パネル2は薄い部材を積層した構成となっており、その結果、X線検出パネル2は軽く低強度であり、何らかの保持が必要となる。この保持のため、X線検出パネル2は支持基板4上に固定している。 As described above, the X-ray detection panel 2 has a configuration in which thin members are stacked. As a result, the X-ray detection panel 2 is light and low in strength and needs to be held in some way. For this holding, the X-ray detection panel 2 is fixed on the support substrate 4.
(支持基板4)
支持基板4はX線検出パネル2を安定して保持するために十分な強度と平坦面を有すると共に、回路基板5を保持する機能も併せ持つ。
(Support substrate 4)
The support substrate 4 has sufficient strength and a flat surface to stably hold the X-ray detection panel 2 and also has a function of holding the circuit board 5.
本実施の形態では、支持基板4は、AL合金からなり、X線遮蔽用の鉛プレート6と放熱絶縁シート7とを挟んで回路基板5を保持すると共に、支柱8により筐体9と結合している。
In the present embodiment, the support substrate 4 is made of an AL alloy, holds the circuit board 5 with the X-ray shielding lead plate 6 and the heat radiation insulating sheet 7 interposed therebetween, and is coupled to the
回路基板5は、支持基板4に形成された鉛プレート6上に、放熱絶縁シート7を介してネジなどで固定される。 The circuit board 5 is fixed on the lead plate 6 formed on the support board 4 with screws or the like via the heat radiation insulating sheet 7.
また、回路基板5には、フレキシブル回路基板15に対応するコネクタが実装してあり、このコネクタでX線検出パネル2と電気的に接続される。
Further, a connector corresponding to the
(筐体9、保護板11)
筐体9のX線検出パネル2対向面側(入射X線1側)には保護板11が配置されている。
(
A protective plate 11 is disposed on the side of the
通常、この保護板11を通してX線1が入射するため、X線の散乱を押さえ、X線の感度を確保するために、保護板11は薄くX線吸収率の低い材料であることが好ましい。 Usually, since X-rays 1 are incident through the protective plate 11, the protective plate 11 is preferably made of a thin material having a low X-ray absorption rate in order to suppress X-ray scattering and ensure X-ray sensitivity.
さらに、薄く軽量な放射線検出装置10を実現するためにも保護板11は薄いことが望ましい。 Further, it is desirable that the protective plate 11 is thin in order to realize the thin and light radiation detection apparatus 10.
筐体9の主要構成は、有機樹脂材、例えば、ポリフェニレンサルファイトやポリカーボネイト、またカーボン繊維を含ませたエポキシなどを用いて構成される。
The main structure of the
また、有機樹脂材からなる筐体9の内壁14には、導電性樹脂を塗布し接地電極に導通することにより、筐体9内部にある回路基板5やX線検出パネル2に対する電気シールド効果を持たせることもできる。
In addition, by applying a conductive resin to the inner wall 14 of the
さらに、筐体9において、入射X線1側とは反対側である裏面側に、ヒートパイプを内蔵した放熱板13が配置される。
Further, in the
(放熱板13)
放熱板13は、図2に示すように、放熱面を筐体9の外側に向けると共に、放熱板13の突起部18が筐体9の有機樹脂材の一部を貫通し、回路基板5上に実装された集積回路素子12と熱的に接触している。
(Heatsink 13)
As shown in FIG. 2, the
また、放熱板13の放熱面には、放熱効率を向上するため、薄板の放熱フィン16が形成されている。
Further, thin
放熱板13は、従来の金属ブロックからなるヒートシンクとは異なり、ヒートパイプ17を内蔵した薄板のCu、ALなどの金属板である。即ち、放熱フィン16への熱伝達機能に特化したものであるため、従来の金属ヒートシンクの熱量容量は不要で、従来に比較し大幅に薄く軽量な薄板状の形態とすることができる。
Unlike the heat sink which consists of a conventional metal block, the
また、放熱フィン16への熱伝達性は、内蔵するピートパイプ17により確保される。
Further, heat transfer to the
さらに、筐体9内面側に、熱伝導性が低く断熱性の高い有機樹脂材を配置することにより、筐体内部を二次的に加温してしまうという従来の問題は解消され得る。
Furthermore, the conventional problem that the inside of the housing is secondarily heated can be solved by disposing an organic resin material having low thermal conductivity and high heat insulation on the inner surface side of the
(ヒートパイプ17)
放熱板13には純水などを冷媒としたヒートパイプ17が内蔵されている。
(Heat pipe 17)
A heat pipe 17 using pure water or the like as a refrigerant is built in the
このような薄板のヒートパイプ17の形成方法としては、例えば、金属製の箔状のシートの周辺部を対向配置して接合して形成した密閉されたコンテナ内に、流路を備えた1枚のシート状の第1スペーサと、当該第1スペーサを挟んで、流路を備えていないシート状の2枚の第2スペーサとを設け、コンテナ内に作動流体を封入することによって形成することができる(例えば、特開2008−82698号公報参照)。 As a method of forming such a thin plate heat pipe 17, for example, one sheet provided with a flow path in a sealed container formed by arranging the peripheral portions of a metal foil-like sheet facing each other and joining them. The sheet-shaped first spacer and two sheet-shaped second spacers not provided with a flow path are provided between the first spacer, and the working fluid is sealed in the container. (For example, refer to JP 2008-82698 A).
本実施の形態では、更に、放熱板13の一部に突起部18を形成し、その突起部18を筐体9内部の回路基板5上にある集積回路素子12と熱的に接触させている。
In the present embodiment, a protrusion 18 is further formed on a part of the
また、この突起部18にもヒートパイプ17を形成することにより、集積回路素子12の発熱をより効率よく放熱板13全体へ伝達することができる。
Further, by forming the heat pipe 17 on the protrusion 18, the heat generated by the
放熱板13には薄板の放熱フィン16が多数形成してなるが、この放熱フィン16にもヒートパイプ17を形成し、発熱部の集積回路素子12で発生した熱を放熱フィン16へ迅速に伝達し、集積回路素子12の発熱を効率よく放熱することができる。
The
以上説明したように、本実施の形態では、適切な筺体構造、放熱板構造とすることにより、薄板ヒートパイプ型の放熱板よりも更に効率良く放熱できる。 As described above, in the present embodiment, heat can be radiated more efficiently than a thin heat pipe type heat radiating plate by adopting an appropriate casing structure and heat radiating plate structure.
なお、放熱板13の内部にヒートパイプ17を内蔵しなくても、放熱板13の表面にヒートパイプを固着した構造とすることでも同様な放熱効果を得ることが可能である。
Even if the heat pipe 17 is not built in the
(実施形態の効果)
本実施の形態に係る放射線検出装置10によれば、高解像度、高速駆動においても回路基板5に実装した集積回路素子12などの発熱によるX線検出パネル2の特性変動を低減し、かつ従来よりも薄く軽量な平面型の放射線検出装置を実現することが可能となる。
(Effect of embodiment)
According to the radiation detection apparatus 10 according to the present embodiment, fluctuations in characteristics of the X-ray detection panel 2 due to heat generation of the
1 入射X線
2 X線検出パネル
3 防湿カバー
4 支持基板
5 回路基板
6 鉛プレート
7 放熱絶縁シート
8 支柱
9 筐体
10 放射線検出装置
11 保護板
12 集積回路素子
13 放熱板
14 内壁
15 フレキシブル回路基板
16 放熱フィン
17 ヒートパイプ
18 突起部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Incident X-ray 2 X-ray detection panel 3 Moisture-proof cover 4 Support board 5 Circuit board 6 Lead plate 7 Radiation insulation sheet 8 Support |
Claims (5)
前記放射線検出パネルを機械的に保持する支持基板と、
前記支持基板において前記放射線検出パネルが保持された面とは反対側の面に配置され、前記放射線検出パネルを駆動する集積回路素子を搭載した回路基板と、
前記放射線検出パネル、前記支持基板、及び前記回路基板を包含する筐体と、
前記筐体において前記回路基板と対向した位置に配置され、かつ前記集積回路素子の少なくとも一つと接触された放熱板と、
を備えることを特徴とする放射線検出装置。 A radiation detection panel having a phosphor film that converts radiation into light and a photoelectric conversion element that converts the light into an electrical signal;
A support substrate for mechanically holding the radiation detection panel;
A circuit board on which an integrated circuit element that drives the radiation detection panel is mounted on a surface of the support substrate opposite to the surface on which the radiation detection panel is held;
A housing including the radiation detection panel, the support substrate, and the circuit board;
A heat dissipating plate disposed at a position facing the circuit board in the housing and in contact with at least one of the integrated circuit elements;
A radiation detection apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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