JP2016107062A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＴスキャナ等の撮像装置を小型・軽量化し、さらに検出器のハイブリッド化により、異なる被検体組成或いは異なる入射光エネルギーに対しても最適な画像情報の取得を可能にし、診断・治療精度を飛躍的に向上させる。【解決手段】半導体基板側面部を受光窓とする半導体撮像素子の基板面が被検体移動手段の移動方向又は半導体撮像素子を含む撮像部の移動方向或いは体軸方向に対し垂直となるように、かつ受光窓が被検体に対向するように撮像部内に配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、空間、時間、及びエネルギー分解能に優れ、かつ高感度、小型軽量、低消費電力化を可能にする撮像装置に関する。

撮像装置、例えば、医療用コンピュータトモグラフィー装置（以下、ＣＴスキャナと呼ぶ）を例に背景技術について概観する。ＣＴスキャナは、内臓疾患に加え、頭部や歯科領域における様々な被検体に関わる疾病等の早期診断に欠かせないものとなっている。図１０（ａ）に示すように、典型的なＣＴスキャナ１００の構造は、多数の撮像素子の集合体とデータアクイジションサブシステム（ＤＡＳ）から構成される撮像部１（ガントリとも呼ばれる）、これに対向する位置にあるＸ線発生装置３、両者の中間の位置に置かれる被検体７、寝台（被検体）移動装置５、撮像部１により得られたデータを処理する画像描出部２、及び撮像部１と画像描出部２の間における電気的接続を可能にする所謂スリップリング４等から構成されている。本装置には、これら以外にも、図示していない冷却装置、安定化電源等が含まれている。そのため、大型、高重量かつ高額な設備機器であり、主に都市部の大規模病院や検査機関等に設置されている。

被検体外部からＸ線その他放射線（以下Ｘ線等と呼ぶ。）を、角度を変えながら或いは被検体体軸（図１０（ａ）のＺ軸）方向に順次ずらしながら被検体に照射し、その透過Ｘ線等を撮像部１により電気信号として読み出し、後段の画像描出部２により被検体の断層像を再構成する。即ち、撮像部１は、上記Ｚ軸に鉛直な面内、例えばＸ−Ｙ平面においてＸ線発生装置３と同期して回転する（同図（ｂ））。従来のＣＴスキャナにおいては、撮像部１に使用する撮像素子は、同図（ｃ）に示すような縦長の二次元撮像素子６を二以上、その長手方向が上記Ｚ軸方向に一致するようにかつ被検体７を取り囲むように短冊状に並べられている。Ｘ線ビーム８はＸ線発生装置３から撮像部１に向かって広がりもった所謂ファンビーム形状であるため、撮像部１は図示するように湾曲している。撮像部内における撮像素子上に照射されるＸ線ビーム８の入射角度の変動を軽減するためである（同図（ｄ））。

しかし、撮像素子６の撮像領域９は平面であるため、細長い撮像素子６を多数枚、短冊状に配置しても近似的な曲面を構成するに過ぎない。また、近年、撮像素子６の長手方向（Ｚ軸方向）の画素数を増やすことにより高速スキャンを可能にする方式（マルチスライスＣＴ）が開発されている。しかし、スライス数を増加すると、Ｘ線ビームのコーン角（体軸方向の広がり）の影響が無視できなくなり良好な画像の再構成が困難になるという問題がある。いずれも、撮像素子上の画素位置により入射Ｘ線の減衰量が異なり、所謂アーチファクトの原因となる。

さらに、個々の撮像素子６の特性バラツキ、特に回転方向における画素間及び素子間の感度バラツキを最小限に抑える必要がある。最も感度の低い撮像素子又は画素を基準に感度特性を揃えなければならず、これが放射線被曝量の低減を妨げる要因の一つになっている。後述するように、これら多数枚の撮像素子６はＸ線発生装置３に対向するように精密に撮像部内に固定する必要がある（同図（ｄ））。撮像部は回転運動をすること、及び一旦固定した撮像素子６はその後のメンテナンスにおいて交換できるように取り外し可能な構造にする必要がある。撮像素子６上に積層するＸ線発光材料（シンチレータ）、例えば、ヨウ化セシウムの針状結晶の化学的安定性に問題があるためである。このような使用環境であっても、再構成画像の品質を低下させないためには、撮像素子６等を実装した回路基板を精密加工された金属治具により正確にかつ取り外し可能な状態で固定する必要がある。その結果、固定治具の複雑化、高重量化、メンテナンス負荷の増大が避けられず、ＣＴスキャナの小型・軽量化及び低価格化を妨げている（特許文献１）。

さらに、撮像素子６の撮像面の周囲には、撮像領域９以外の他の回路や入出力端子等が占める面積を最小化する必要がある。これらは、光電変換には寄与せず、またトランジスタ等の素子にＸ線照射等に起因する損傷が発生するリスクが高くなるからである。従って、光電変換を行うフォトダイオードアレイと最小限の走査回路のみをオンチップ化し、それ以外の周辺回路、例えばアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）等は個別（ディスクリート）の高速マルチチャンネルＡＤＣ素子等を実装したプリント基板１０を撮像素子６の背面に密接して配置する必要がある。各プリント基板１０からの入出力信号は、後段の信号処理回路、例えば、信号制御回路１１、マルチプレクサ１２、データバッファ回路１３、パラレルシリアル変換回路１４等を含むＤＡＳに贈られる。このように、撮像素子６に他の集積回路をオンチップ化することが困難なため、ＤＡＳの高速駆動、低消費電力駆動、発熱量の低減、小型軽量化、メンテナンスの容易化等を妨げている。

画像描出部２では、撮像部１から送られてきた画像データを、スリップリング４を介して受信しネットワークインターフェース１５に送る。さらに、ＣＰＵ（中央演算装置）１６，ディスクコントローラ１７、ハードディスクユニット１８等により、再構成された断層像を画像出力装置１９により描画する。なお、本図（ｄ）では、撮像部１と画像描出部２の間における電気的接続をスリップリング４で行っているが、撮像部１と画像描出部２が共に固定されているＣＴスキャナ（例えば、Ｘ線ターゲットへの電子ビーム走査方式）等では、スリップリングのような機械的電気接点は不要である。

従来のＸ線診断装置等では、例えば、アモルファスセレン等のＸ線に感度を有する非晶質光導電膜により光電変換を行う撮像素子を使用するものと、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）針状結晶等のシンチレータ材料を撮像素子上に積層した撮像素子を使用するタイプが知られている。前者は、化学的安定性と毒性に問題があり、また成膜に特殊な製造工程を必要とする。さらに、残像の影響が解消できないため、高速撮像には適さないという問題がある。他方、後者は、半導体撮像素子と組み合わせることにより、Ｘ線に感度を有する高速撮像が可能になるが、シンチレータ材料の化学的安定性（潮解性）と積層方法に課題が残っている。今後画素の微細化に対応するためには、シンチレータの結晶サイズを微細化或いは薄層化する必要があるが、そうすると逆に発光効率が下がるというジレンマがある。さらに、これらいずれの撮像素子においても、上述の撮像素子上に他の集積回路をオンチップ化できないという問題を解消することはできない。

他方、半導体基板の側面からＸ線を入射させ、Ｘ線が半導体基板内部を半導体基板面に平行な方向に進む間に光電変換を行わせることにより、Ｘ線分光解析を可能にする方式（特許文献２）及び近赤外光にも感度を有する撮像素子が開示されている（特許文献３）。可視光線に比べ、Ｘ線及び近赤外線のいずれの場合もシリコン内部における入射光路長を長くすることにより感度が向上するからである。例えば、上記側面入射撮像素子の原理をＣＴスキャナに応用した例が特許文献４に記載されている。

しかし、矩形の半導体基板の一側面を受光部としているので、一次元（ライン）撮像素子に限られる。そのため、図１０（ｄ）を用いて説明したように、ＣＴスキャナに上記二次元エリアセンサを用いた場合と同等の受光面積を得るためには多数の撮像ユニットを密接して放射状に固定する必要がある。しかし、個々の撮像素子自体の厚さにより回転方向における画素ピッチが制約されるため、例えば数百ミクロンメートル以上の画素ピッチとなり、解像度を向上させることが困難である。また、このような基板側面を受光部とする撮像素子は、半導体ウエーハを切断（ダイシング）して個々の撮像素子に分割（個片化）することによって得られる。そのため、撮像素子表面の周辺部、或いは側壁部はこのダイシング工程により機械的、熱的に損傷を受け、結晶欠陥が発生する。さらに外部からの重金属や反応性化学物質等の汚染に曝される。このように、基板側面を受光部とする撮像素子については、解決すべき技術課題が多く残され未だ実用化には至っていない。

特開２００７−３３３５４７ 特開昭５５−１４４５７６ 特開２０１１−２０５０８５ 特表２０１２−５１７６０４

本発明の目的は、ＣＴスキャナ等の撮像装置の小型・軽量化、低消費電力化、及び温度・湿度・振動等の耐環境性能の向上である。

さらに本発明の目的は、ＣＴスキャナ等の撮像装置の空間分解能、時間分解能、エネルギー分解能の向上である。

さらに本発明の目的は、ＣＴスキャナ等の撮像装置の高画質化、高感度化、即ちＸ線等の被曝量の低減である。

さらに本発明の目的は、ＣＴスキャナ等の撮像装置の設置環境要件の緩和とメンテナンス負荷の軽減、及び製品の長寿命化である。

さらに本発明の目的は、様々な被検体形状に対応可能なＣＴスキャナ等の撮像装置を実現することにより、ＣＴスキャナの適用領域を拡大することである。

さらに本発明の目的は、異なる光源（線源）に対しても撮像可能なハイブリッドＣＴスキャナを実現することによりさらに正確な診断と治療に結びつけることである。

上記目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、撮像部内の半導体撮像素子のシリコン基板面に集積回路を形成しかつシリコン基板面に鉛直な方向が被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向と一致し、さらにシリコン基板の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、撮像部内の半導体撮像素子のシリコン基板面に集積回路を形成しかつシリコン基板面が被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向に対し４５°以上９０°未満のチルト角を有し、さらにチルトしたシリコン基板面を基準とした平面視座上におけるシリコン基板の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、二以上の半導体撮像素子をシリコン基板面と平行な平面上に配置した撮像素子群を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、シリコン基板面を基準とした平面視座上におけるシリコン基板側面の外形形状が凹状に湾曲した半導体撮像素子を撮像部内に配置した。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、集積回路が形成されたシリコン基板面内の一部が除去された中空領域を有しかつ中空領域の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、中空領域の形状がシリコン基板面を基準とした平面視座上円形である半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、半導体撮像素子又は撮像素子群を二以上積層した積層撮像素子群を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、隣接する二以上の半導体撮像素子間に金属薄膜を有する積層撮像素子群を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、隣接する二以上の半導体撮像素子間における光電変換領域の配列ピッチが個々の半導体撮像素子の素子厚寸法より大きくした積層撮像素子群を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、撮像部内の半導体撮像素子はシリコン基板面上に集積回路を形成しかつシリコン基板面に鉛直な方向にあるシリコン基板の側面部に入射する光信号を検出し、さらに半導体撮像素子は光信号が入射するシリコン基板側面の長手方向が被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向に進む螺旋曲線に沿うように撮像部内に配置した。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、半導体撮像素子を固定する治具であって、螺旋曲線に沿うねじ山状の断面形状を有する固定治具を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、シリコン基板側面部のうち少なくとも光信号が入射するシリコン基板側面部はシリコン酸化膜で被覆され残りの他の側面部はシリコン基板が露出している半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、シリコン基板側面に入射する光信号を光電変換する光電変換領域がシリコン基板側面側からシリコン基板面に平行にシリコン基板内部方向に放射状に形成されている半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、データ圧縮回路を有する半導体撮像素子を撮像部内に設けた。

上記の目的を達成するため、ＣＴスキャナ等の撮像装置において、積層半導体撮像素子群にさらに半導体画像処理素子を積層した半導体モジュールを撮像部内に設けた。

ＣＴスキャナ等の撮像装置の小型・軽量化、及び低消費電力化が可能になる。これにより、検査施設の建設コストとその維持経費も軽減でき、さらには一般車両等に搭載した移動可能なＣＴスキャナも容易に実現できる。撮像装置を小型・軽量化した場合においても画像の高画質化、高速撮像、感度バラつきや偽信号の少ない撮像特性を有する撮像装置が可能になるので、被曝量の低減と応用範囲の拡大をもたらす。被検体形状やＸ線等の入射方向に対し好適な撮像素子形状及びその配置を有する撮像装置を実現できるので、高画質、高解像度、かつＸ線エネルギー分解能に優れた撮像装置が可能になる。取得画像に白キズ、クロストーク等の画像劣化を防止し、撮像素子の信頼性と製品寿命を向上させる効果が得られる。近赤外光等を用いた異なる撮像機能も単一の撮像モジュールにおいて同時に実現し、小型軽量化、高感度・高画質化に加え、複数の診断機能を有するハイブリッド撮像診断装置を可能にする。さらに、被検体（人体や臓器など）の大きさや形状、或いは様々な被検体組成（骨、筋肉、血管など）及び入射光エネルギーの相違に対応した最適な画像情報の取得を可能にする新たなＣＴスキャナ等が実現する。

（ａ）は本発明に係る撮像装置の一例を示す斜視図とその三次元座標軸であり、（ｂ）は同装置をＺ軸方向から見た場合の平面図であり、（ｃ）は同装置の被検体移動手段及び撮像部を上方（Ｘ軸方向）から見た平面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる半導体撮像素子の構造を示す平面図であり、（ｂ）は同装置における撮像部の他の構成を説明するために、被検体移動手段及び撮像部を上方（Ｘ軸方向）から見た平面図であり、（ｃ）は（ｂ）の構成による半導体撮像素子の走査軌跡を説明するための模式図である。 （ａ）は本発明に係る他の撮像装置をＺ軸方向から見た場合の平面図であり、（ｂ）はさらに他の撮像装置をＺ軸方向から見た場合の平面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる半導体撮像素子の他の一例を示す平面図であり、（ｂ）は同じく本発明に係る撮像装置に用いる半導体撮像素子のさらに他の一例を示す平面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子の他の一例を示す斜視図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子の構造を説明するための断面図であり、（ｂ）は本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子の他の構成例を示す断面図であり、（ｃ）は本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子のさらに他の構成例を示す断面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置の他の一例を説明するための模式図であり、（ｂ）は同装置に用いる半導体撮像素子の構造を説明する平面図であり、（ｃ）は同装置の撮像部に使用する半導体撮像素子固定治具の断面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる半導体撮像素子の構造を説明するための断面図であり、（ｂ）は（ａ）における光電変換部の詳細を説明するための断面図である。 （ａ）は本発明に係る撮像装置に用いる半導体撮像素子の他の構造を説明するための平面図であり、（ｂ）は同じく本発明に係る撮像装置に用いる積層型半導体撮像素子の他の構造を説明するための斜視図であり、（ｃ）は同積層型半導体撮像素子に使用する半導体画像処理素子の構成を説明するためのブロック図であり、（ｄ）は本発明に係る撮像装置の撮像部と画像描出部の構成を説明するための回路ブロック図である。 （ａ）は従来技術に係る撮像装置を説明するための斜視図であり、（ｂ）は同じく従来技術に係る撮像装置をＺ軸方向から見た場合の平面図であり、（ｃ）は従来技術に係る撮像装置の撮像部に使用する撮像素子の斜視図であり、（ｄ）は従来の撮像装置の撮像部と画像描出部の構成を説明するための回路ブロック図である。

本発明の第一の実施例に係るＣＴスキャナについて以下に説明する。図１（ａ）に示すように、撮像装置１１０は、半導体撮像素子４０を含む撮像部１、Ｘ線発生装置３、被検体７を移動させるための被検体移動手段５等に加え、後述するように、図示していない画像描出部、及び撮像部１と画像描出部の間における電気的接続を可能にする所謂スリップリング等から構成されている。Ｘ線発生装置３からは、扇状のＸ線ビーム８が照射され、被検体７を透過したＸ線ビーム８が対向する位置にある撮像部１に到達する。本発明の実施形態を説明するため、撮像装置１１０及びその構成要素について三次元座標軸を定義する。即ち、被検体移動手段５の移動方向をＺ軸とし、これに垂直な平面をＸ軸及びＹ軸により規定する。

後述するように、撮像部１の内部に格納された半導体撮像素子４０により、到達したＸ線量やＸ線エネルギーの相違を電気信号として検出する。被検体７を輪切りにした断層像を再構成するために、撮像部１とＸ線発生装置３は被検体７を挟んで、被検体７の周囲を回転しながら撮像しつつ、さらに被検体移動手段５により被検体７をＺ軸方向に移動させることにより、任意の被検体部位についての断層像を連続的に得ることができる。なお、被検体７が移動せず、撮像部１がＺ軸方向に移動する撮像装置においても、半導体撮像素子４０の撮像部１の内部における配置は同様である。半導体撮像素子４０と被検体７の相対的位置関係は変わらないからである。半導体撮像素子４０は、半導体基板の側面部がＸ線発生装置３及び被検体７に対向するように撮像部１の内部に固定されている。即ち、半導体基板面は、図１（ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面上にあり、該半導体基板面に鉛直な方向がＺ軸方向に一致する配置となっている。図１（ｃ）に示すように、Ｚ軸から見た半導体撮像素子４０の基板面の角度θは、９０°である。なお、既に説明した従来技術（図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））における当該角度θは０°である。

本発明における半導体撮像素子４０は、半導体基板の側面部を受光面とする撮像素子である。受光面となる該側面部の形状は、Ｘ線ビーム８の扇状の広がり（ファンビーム）が狭い場合は、直線的であっても良いが、より好ましくは、図１（ａ）及び（ｂ）に図示するように、凹状に湾曲した形状が好適である。上記受光面上に照射されるＸ線ビーム８の入射角度の変動を軽減することができるためである。なお、半導体基板の側面部を湾曲形状とする手法、及び後述する半導体基板側面部の受光面表面を薄いシリコン酸化膜で被覆する手法については、本願出願人による他の特許出願（特願2015-168489）において詳細に説明している。

図２（ａ）は、半導体撮像素子４０の構造を説明するための平面図である。Ｚ軸、即ち、本図面に垂直な方向に平行な受光面は、図示するように凹状に湾曲した構造となっている。少なくとも、受光面の表面は薄いシリコン酸化膜３５で被覆されている。機械的、熱的損傷に伴う結晶欠陥を減少させ、かつ外部からの重金属や反応性化学物質等の汚染から光電変換部３３を保護するためである。回路ブロック２１は光電変換部３３から信号電荷を読みだすための信号読み出し走査回路、回路ブロック２３は半導体撮像素子４０の内部で必要な制御信号を供給するためのタイミングパルス発生回路、回路ブロック２５は読みだされた電気信号をデジタル変換するためのＡＤ変換回路（ＡＤＣ）、回路ブロック２７はデジタル化された画像信号を処理するためのデジタル信号処理回路、回路ブロック２９は外部素子と通信するためのインターフェース回路、３１は外部回路との電気的接点をとるための入出力端子である。

後述するように、半導体基板側面部を受光面とし、入射Ｘ線等の侵入距離を、例えば１ミリメートル以上に設定することが容易となり、シリコン基板を用いた場合であってもＸ線等、或いは近赤外線等に対しても高い検出感度が得られる。さらに、ＡＤＣ等の周辺回路をオンチップ化できるので、撮像素子毎或いは画素群毎に並列ＡＤ変換が可能になるため、信号処理の高速化と駆動周波数の低減による消費電力の削減と発熱量の低減が可能になる。また、撮像部１の回転方向に隣接する画素が、同一の半導体撮像素子の側面に形成されているので、画素間の感度バラツキを最小限にすることができるため、感度と画質を向上させることができる。また、上記回路ブロック（２１乃至２９）は、光電変換領域３３を挟んで受光面側とは反対側の領域に形成されているので、例えば、Ｘ線等の高エネルギー入射光はその多くを半導体基板中で吸収される確率が高く、これら回路ブロックに形成されたＭＯＳトランジスタ等に与える可能性のある放射線損傷を軽減できる効果を有する。これにより、取得する画像に所謂白キズ等の画像劣化を防止でき、半導体撮像素子４０の信頼性、従ってＣＴスキャナ装置のメンテナンス負荷を軽減し、或いは製品寿命を向上させる効果が得られる。

本発明の第二の実施例に係るＣＴスキャナ１２０について、図２（ｂ）及び図２（ｃ）を用いて以下に説明する。第一の実施例と異なる点は、図２（ｂ）に示すように、撮像部１内の半導体撮像素子４０の半導体基板面のＺ軸に対する角度が異なっていることにある。図１（ｃ）では、Ｚ軸から見た半導体撮像素子４０の基板面の角度θは、９０°であったが、本実施例では、図２（ｂ）に示すように、θが４５°以上かつ９０°未満のチルト角を有している。そのため、図２（ｃ）に示すように、撮像部１の回転移動に伴う各受光窓２０（実際は、本図面の反対側に位置する基板側面上に位置するため破線の四角形で表示した。）の撮像軌跡は、一列から複数列となりマルチスライス化することができる。また、チルト角を変えることにより、空間解像度やＺ軸方向における隣接する画素情報の相関度を精密に制御することができる。受光窓２０の配列ピッチは、半導体撮像素子４０を設計・製造する段階、即ちパターニングにより、例えば、０．１ミクロンメートル以下の精度で確定することができるからである。なお、被検体移動手段５が移動中に連続して撮像を行う場合、取得する画像位置の軌跡はヘリカル（螺旋）状となる。

本発明の第三及び第四の実施例に係るＣＴスキャナについて、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて以下に説明する。図３（ａ）におけるＣＴスキャナ１３０では、３枚の撮像素子４０−１、４０−２、４０−３をＸＹ平面上において被検体７を取り巻くように撮像部１内に配置している。このように、二以上の半導体撮像素子４０を連続して円周状に配置することにより、より広範囲の撮像を高速に行うことが容易になる。半導体撮像素子４０は、シリコンウエーハから製造されるため、使用するシリコンウエーハの直径により、半導体撮像素子４０の最大形状が制約される。しかし、本実施例のように、複数の半導体撮像素子４０を同一面内に並置することにより、人体等の比較的大型の被検体を対象とするＣＴスキャナにも適用可能になる。さらに、二以上の撮像素子４０を連続して配置することにより、より広範囲の撮像を高速に行うことが容易になり、Ｘ線被曝を低減することができる。また、複数の半導体撮像素子４０を同一の製造ラインにおける同一ロットから製造することにより、半導体撮像素子間の感度等の特性バラツキを最小化することができる。さらに、使用する半導体撮像素子４０の数を増加しても、既に説明したように、信号処理の高速化と駆動周波数の低減による消費電力の削減と発熱量の低減が可能になるといった従来技術では実現困難であった特段の効果が得られる。

半導体撮像素子４０の枚数を増加し、被検体７の周囲を３６０度取り囲むように配置した撮像部１からなる第四の実施例に係るＣＴスキャナ１４０を図３（ｂ）に示す。本装置では、例えば、Ｘ線を発生するターゲットリングを半導体撮像素子４０と同様に被検体の周囲に環状に配置する。そして、電子偏光スキャンにより、電子ビームをターゲットリングに照射しＸ線を発生させ、被検体７を透過したＸ線を対向する位置にある半導体撮像素子４０により検出する。これにより、撮像部１及びＸ線発生装置３を機械的に回転させる必要がなく、装置全体の小型・軽量化が容易になる。なお、既に説明したように、半導体撮像素子４０を使用することにより、信号処理の高速化と駆動周波数の低減による消費電力の削減と発熱量の低減が可能になる。そのため、特に時間分解能に要求される高速スキャンが容易になり、特に循環器用途等の動く被検体を撮像するＣＴスキャナ等にも好適である。

なお、第四の実施例における構成は、上記Ｘ線ＣＴスキャナ以外にも、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）撮像装置にも有効である。ポジトロン核種が被検体組織内部で陽電子を放出して崩壊する際に発生するガンマ線２本が互いに１８０°方向に発生するからである。さらに、ラジオアイソトープ（RI）を用いた画像診断装置等にも好適な構成である。被検体に投与された放射性核種（標識薬剤）から放出されるガンマ線を多方面から捕え、三次元データを断層面に逆投影し断層像を再構成する場合に空間及び時間分解能に優れているからである。また、本実施形態のように、半導体撮像素子４０の湾曲した側面が形成する円周が被検体中心部を中心とする同心円の円弧となるように半導体撮像素子４０の曲率が定められているので、被検体７の中心部から放射されるガンマ線は前記湾曲した側面、即ち受光窓にほぼ垂直に入射するので、被検体中心部以外の被検体内部から放射されるガンマ線吸収量の補正が容易になる。なお、Ｘ線以外の、例えば、近赤外光源を用いた近赤外光脳計測装置等にも適用可能である。

本発明の第五及び第六の実施例に係るＣＴスキャナについて、図４（ａ）、及び（ｂ）を用いて以下に説明する。図４（ａ）は、本発明に係るＣＴスキャナに好適な半導体撮像素子４０の他の実施形態を説明する平面図である。図２（ａ）における半導体撮像素子４０の実施形態は、半導体基板の一辺が、平面視座上、湾曲した形状を有していた。これに対し本実施形態では、受光面となる半導体基板面側面部が、平面視座上、閉じた円形形状からなり、光電変換部３３は当該円の中心から放射状に半導体基板内部に向かって延在して配置されている。受光面となる半導体基板面側面部は、さらに薄いシリコン酸化膜３５により被覆されている。機械的、熱的損傷に伴う結晶欠陥を減少させ、かつ外部からの重金属や反応性化学物質等の汚染から光電変換部３３を保護するためである。

本構造により、単一の半導体基板を用いた半導体撮像素子４０であっても、被検体を３６０°方向から撮像可能になる。符号３２は、通常の入出力端子３１に替え、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）構造に使用するマイクロパッドである。後述するように、二以上の半導体撮像素子を積層し新たな積層撮像素子群（半導体モジュール）を構成する場合に好適だからである。その他の回路ブロック２１、２３、２５、２７、２９は、図２（ａ）の場合と同様である。光電変換部３３、及び信号読み出し走査回路２１の構成は、所謂ＣＣＤ型、或いはＭＯＳ型のいずれであっても良い。

受光面を形成する円の直径は、使用する半導体基板、例えば、シリコンウエーハのサイズに依存する。そのため、ウエーハのサイズが１２インチ程度の場合には、例えば、頭部や歯科用途、或いは小動物等の画像診断に特に有効である。既に述べた有利な効果、画素間の感度等の特性バラツキの最小化、信号処理の高速化と駆動周波数の低減による消費電力の削減と発熱量の低減、高速スキャンによる動く被検体の撮像等が期待できる。さらに、図示していない撮像部１の形状を小型・軽量化することができるので、車両等による移動可能な可搬型ＣＴスキャナを容易に実現できるという特段の効果を奏する。なお、同図中のＡ−Ａ’部の素子構造については後述する。

図４（ｂ）は、本発明に係るＣＴスキャナに好適な半導体撮像素子４０のさらに他の実施形態を説明する平面図である。図２（ａ）における半導体撮像素子４０の実施形態は、半導体基板の一辺が、平面視座上、湾曲した形状を有していた。これに対し本実施形態では、受光面となる半導体基板面側面部及び半導体基板外周部のいずれもが、平面視座上、円形でありドーナツ型の外形形状を有する。光電変換部３３は、図４（ａ）の場合と同様に、当該円の中心から放射状に半導体基板内部に向かって延在して配置されている。受光面となる半導体基板面側面部に加え、半導体基板外周部も薄いシリコン酸化膜３５により被覆されている。半導体基板外周部にも内部回路ブロック２３、２５、２７、２９等を半導体基板外周部に近接して配置した場合であっても、機械的、熱的損傷に伴う結晶欠陥を減少させ、かつ外部からの重金属や反応性化学物質等の汚染から集積回路を保護するためである。また、後述するように、半導体撮像素子４０を螺旋状に撮像部１の内部に固定する場合に好適な構造となる。本実施形態が奏する他の特徴、効果は上記図４（ａ）の場合と同様である。

本発明の第七及び第八の実施例に係るＣＴスキャナについて、図５（ａ）、及び（ｂ）を用いて以下に説明する。図５（ａ）は、本発明に係るＣＴスキャナに適用する場合に好適な積層撮像素子群２００の斜視図である。積層撮像素子群２００は、図２（ａ）に示す半導体撮像素子４０を二以上、前記Ｚ軸方向に積層し一体化したモジュールである。所謂スライス数を増加できるので、マルチスライスＣＴスキャナ或いはコーンビーム型ＣＴスキャナにおいても小型軽量かつ高画質、高感度の撮像装置が容易に実現する。

同様に、図５（ｂ）は、本発明に係るＣＴスキャナに適用する場合に好適な積層撮像素子群２１０の斜視図である。図３（ｂ）に示す半導体撮像素子４０を二以上、前記Ｚ軸方向に積層し一体化したモジュールである。本実施形態では、さらに使用する半導体撮像素子４０について、その分光特性等が異なる半導体撮像素子４１、４２を積層している。例えば、これら複数の半導体撮像素子間おいて、光電変換領域３３の基板内の延在距離を変えることにより、半導体撮像素子の分光特性を異ならせ、或いは回転方向の画素ピッチ（画素寸法）を変えることにより相反する解像度と感度の関係を最適化することができる。このように、撮像特性の最適化、及びハイブリッド構成の採用によりＣＴスキャナの応用範囲が飛躍的に拡大する。

本発明の第九、第十、及び第十一の実施例に係るＣＴスキャナについて、図６（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を用いて以下に説明する。図６（ａ）は、本発明の第九の実施例に係るＣＴスキャナに使用する積層撮像素子群２２０の断面図である。積層撮像素子群２２０は、半導体撮像素子４０をＺ軸方向に３枚積層したもので、図６（ａ）の左部分は、Ｘ−Ｚ平面側からみた積層撮像素子群２２０の断面図である。図示するように、多数の受光窓２０を二次元アレー状に配置した構造が得られる。ここで注意すべき点は、受光窓２０の横方向の配列ピッチ（Ｄｈ）と縦方向の配列ピッチ（Ｄｖ）である。横方向の配列ピッチ（Ｄｈ）は、半導体撮像素子４０のホトマスク設計段階において精密に決定することができる。即ち、個別の半導体撮像素子４０を製造する段階のパターニングにより確定する。他方、縦方向の配列ピッチ（Ｄｖ）は、半導体撮像素子４０の厚み（Ｄｔ）と半導体撮像素子間の接着層５３の厚みに依存する。即ち、同図右手に記載したＹ−Ｚ平面側から見た積層撮像素子群２２０の断面構造に示すように、個別の半導体撮像素子４０は、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）５１、及びマイクロバンプ５５を介し、互いに電気的接続をとり、入出力マイクロパッド３２により素子外部との接続を行っている。このような三次元ＩＣ構造を採用するため、設計段階において縦方向の配列ピッチ（Ｄｖ）を見積もった後に、横方向の配列ピッチ（Ｄｈ）を決定する必要がある。

好適には、横方向の配列ピッチ（Ｄｈ）を、個別の半導体撮像素子４０の厚さ（Ｄｔ）よりも大きく設定する。或いは、半導体基板をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等により薄化すれば、数百ミクロンメータから数ミクロンメータ程度まで容易かつ高精度に基板厚を制御することができる。複数の半導体撮像素子４０を積層する場合に、接着層５３等に起因する縦方向の配列ピッチ（Ｄｖ）の増大に対応するためである。これにより、画素の配列ピッチが縦方向及び横方向共に等方的かつ規則正しく整列した撮像素子を実現できると同時に、画素数或いは解像度を飛躍的に向上させることができる。即ち、積層した半導体撮像素子間の電気的接続はＴＳＶ構造により実現できるので、半導体撮像素子４０を互いに密接に張り合わせることにより、Ｚ軸方向における解像度は薄化した半導体基板の厚みに当該張り合わせに必要な接着層の厚みを加味したものとなる。その結果、積層撮像素子群２２０を搭載したＣＴスキャナにおいては、回転方向の空間解像度に加え、Ｚ軸（体軸）方向の空間解像度も飛躍的に向上させることが出来るという特段の効果を奏する。これは、従来の固定治具によって複数の撮像素子をそれぞれ位置合わせし固定する方法に比べ、装置全体の小型軽量化が可能であり、かつ高画質化、高解像度化には特に有利な特徴である。

図６（ｂ）は、本発明の第十の実施例に係るＣＴスキャナに使用する積層撮像素子群２３０を受光面側から見た場合の断面図である。積層撮像素子群２３０は、半導体撮像素子４０をＺ軸方向に３枚積層したものであるが、さらに各半導体撮像素子４０の一方の面に金属遮光膜５７を積層していている。金属遮光膜として、例えば、タングステン等の元素番号の大きい金属を含む材料を使用することにより、外部或いは隣接する半導体撮像素子４０から侵入するＸ線等、その他入射光による影響を軽減することができる。これにより、画素間のクロストークやノイズの少ない高画質の撮像が可能になる。また、遮光膜としてタングステン等の金属元素を含む場合には、その放熱効果により積層撮像素子群２３０自体の温度上昇を抑制する効果も期待できるので、半導体撮像素子４０における暗電流を低減し、撮像特性、特にＳ／Ｎを改善できる。

図６（ｃ）は、本発明の第十一の実施例に係るＣＴスキャナに使用する積層撮像素子群２４０の受光面を上にした状態で、基板側面側から見た断面図である。積層撮像素子群２４０は、半導体撮像素子４０−４、４０−５、４０−６、４０−７を順次積層したものである。半導体撮像素子４０−４の受光面上には、カラーフィル５９が積層されている。カラーフィルタにより特定波長域の入射光を選択的に透過或いは遮断できるので波長分解能が向上する。また、画質を損なう虞のある入射光を減衰又は遮断できる遮光膜を積層することにより、画質低下を防止できる。半導体撮像素子４０−５の受光面上には、特に何も積層されていないので、例えば、Ｘ線等の検出に有効である。半導体撮像素子４０−６の受光面上には、近赤外光（ＮＩＲ）透過膜６１が積層されているので、近赤外光以外の可視光等の入射を防止することができる。半導体撮像素子４０−７の受光面上には、シンチレータ６３が積層されている。シンチレータには、例えば、成膜が容易なアントラセンやスチルベン等の有機系材料であっても良い。シンチレータ層において発光に寄与しなかった透過Ｘ線等であっても、半導体基板内で光電変換されるので入射Ｘ線エネルギーを有効に光電変換できると同時に、特定波長の入射Ｘ線等に対する発光ピークを検出することにより分光感度、或いは波長分解能をさらに向上させることができる。このように、異なる撮像特性を有する半導体撮像素子を積層することにより、多面的な画像情報と分光分析により、高精度かつ複数の診断機能を有するＣＴスキャナ、多用途画像診断装置等を可能にすることができる。このように、本発明の効果は小型軽量化、高感度・高画質化に加え、ハイブリッド撮像診断機能を実現するものであり、その恩恵は極めて大きいものがある。

本発明の第十二、第十三、及び第十四の実施例に係るＣＴスキャナについて、図７（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を用いて以下に説明する。図７（ａ）は、本発明の第十二の実施例に係るＣＴスキャナにおける半導体撮像素子４０の配置を説明するための斜視図である。湾曲する矢印の実線は、Ｚ軸方向に向かう螺旋状の軌跡で、実際に存在するものではない。実施例に係るＣＴスキャナにおいて使用する半導体撮像素子４０の受光面となる基板側面部が、この螺旋状の軌跡に沿うように配置されていることを特徴とする。半導体撮像素子４０の受光面自体は、このような螺旋状に沿う三次元的な湾曲形状を形成することは困難であるが、半導体撮像素子４０の受光面の湾曲形状を最適化し、或いは二以上の半導体撮像素子４０を並べることにより、近似的に螺旋形状に沿うように配置することができる。

半導体撮像素子４０を螺旋状に配置することにより、所謂ヘリカルスキャンの効果とマルチスライスの効果が得られる小型・軽量のＣＴスキャンが容易に実現する。また、被検体移動手段５のＺ軸方向の移動速度とＸ線発生装置３の回転に伴う上記螺旋軌跡のＺ軸方向の移動速度を同期させることにより、回転方向と被検体移動方向のいずれにおいても空間分解能が著しく改善し、同時に高速、低被曝のＣＴ撮像が可能になる。

図７（ｂ）は、本発明の第十三の実施例に係るＣＴスキャナにおける半導体撮像素子４０のさらに好適な実施形態を示す平面図である。基本的な回路構成は、図６（ｂ）に示した半導体撮像素子と同様であるが、円形の受光面が閉じた円形ではなく、図示するように基板ギャップ部６５が形成されている。このギャップ部を設けることにより、受光面となる基板側面部を螺旋状の軌跡に沿うように変形させることが容易になる。同図中に示した破線矢印方向から見た半導体撮像素子４０の形状を図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）では、半導体撮像素子４０をＺ軸方向に２枚重ねた構造となっている。半導体撮像素子４０の外形は直線的に描かれているが、実際は、滑らかな螺旋軌跡に沿うように変形している。このような、螺旋形状を維持するため、図示するような固定治具６７を導入している。固定治具６７は、半導体撮像素子４０を取り囲む筒状の形状であり、その内面には図示するようなねじ山状の溝が形成されている。即ち、半導体撮像素子４０と固定治具６７は、それぞれボルトとナットの関係に類似しているため、撮像部１内において、半導体撮像素子４０を容易かつ精密に位置合わせすることができる。

本発明の第十五、及び第十六の実施形態に係るＣＴスキャナについて、図８（ａ）、及び（ｂ）を用いて以下に説明する。図８（ａ）は、図４（ａ）の破線矢印で示すＡ−Ａ’部の断面構造である。Ｘ線ビーム８は、図面の左方向から半導体（シリコン）基板側面部に入射し、光電変換領域３３に到達する。受光面には、例えば、熱酸化プロセスにより形成された薄いシリコン酸化膜３５が形成されている。半導体基板は、例えばｐ型シリコン基板２９であり、その一方の側壁部は上述の如く、薄いシリコン酸化膜３５によりで被覆され、他方、入出力端子３１に近い半導体基板側面部は半導体基板が露出した面７７である。受光面側は、シリコン酸化膜３５で被覆されているので、この部分が使用時に外部に露出するような状況に置かれても半導体撮像素子の信頼性低下を防止する効果が期待できる。他方、半導体基板が露出した側面７７周辺にはコンタクトパッド３１のみが配置されているので、従来の半導体素子と同様、素子の信頼性が低下するリスクは少ない。光電変換領域３３と入出力端子３１の間の領域には、ｎ−ウエル７１及びｐ−ウエル７３が形成されており、その上部にはゲート酸化膜７５、さらに厚い酸化膜８１が積層されている。半導体基板の裏面、及びシリコン酸化膜３５の下部には、それぞれ薄いｐ^＋領域７９と８３が形成されている。基板表面の結晶欠陥や不純物汚染の影響を防止するためである。薄いｐ^＋領域８３は、薄いシリコン酸化膜８５によって被覆されていてもよい。半導体基板裏面には、タングステン等の金属原子を含む遮光膜５７が形成されている。その効果は、既に説明した通りである。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の光電変換領域の詳細を説明するための断面図である。ｐ型の半導体基板６９内にｎ型の不純物が導入された光電変換領域３３が入射Ｘ線８の進行方向に沿って半導体基板面に平行に延在して形成されている。光電変換領域３３の延在する長さは、赤外線やＸ線を吸収するのに十分な長さ、例えば、数ミクロンメータから数十ミリメータ程度の範囲まで設定することができるので、シンチレータ層を積層しないシリコン半導体基板のみであっても入射光を効率的に電気信号に変換することができる。さらに好適には、図４等で説明したように、光電変換部３３は、入射Ｘ線８の出射方向に向かって、平面視座上、放射状に形成されている。また、光電変換領域３３は、素子分離領域、例えば、図示していない高濃度ｐ型不純物領域により周辺回路ブロックから電気的に分離されている。

このようにｐ型ｎ型の半導体領域において光電変換を行う。具体的は、転送電極群に印加する駆動パルスによりフォトダイオードが完全に空乏化した状態において露光を開始する。本構造においては、光電変換領域３３が半導体基板面に平行に延在し、その延在方向に沿って転送電極群が敷設され、４相駆動パルス供給配線群８７に駆動パルスを印加することにより、光電変換領域３３を完全に空乏化する。このように入射Ｘ線の光電変換のために半導体基板の厚さを厚くする必要がないため、空乏化電圧を低く設定することができ、駆動電圧を従来の二次元ＣＣＤ撮像素子と同等にすることができる。また、入射Ｘ線等が転送電極群を透過し光電変換領域に入射させる必要がないので、転送電極群が入射Ｘ線等を減衰させる弊害が無く、そのため高感度かつ感度バラつきやアーチファクト等の偽信号が少ない撮像特性が得られる。さらに、転送路において形成される電荷パケットの位置情報がそのまま保持された状態で電荷読み出しを行えるので、入射Ｘ線等のエネルギー分光解析が可能になる。

本発明の第十七、及び第十八の実施例に係るＣＴスキャナについて、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）を用いて以下に説明する。図９（ａ）は、第十七の実施例に係るＣＴスキャナに使用する半導体撮像素子４０の回路ブロック図である。図２（ａ）に示した構造と異なる部分について以下に説明する。符号３２は、既に説明したように、ＴＳＶ構造に使用するマイクロパッドであり、積層撮像素子群を構成する場合に好適である。回路ブロック３７はオンチップのバッファメモリであり、回路ブロック３９はデータ圧縮回路である。ＡＤ変換後のデータを、例えば１／３〜１／５程度にロスレスでデータ圧縮することができるため、データ転送のビットレートを下げることが可能になる。

図９（ｂ）は、第十八の実施例に係るＣＴスキャナに使用する積層撮像素子群２５０の斜視図である。図５（ａ）と異なるのは、さらに半導体画像処理素子４５を積層した点にある。下層の半導体撮像素子４０と上層の半導体画像処理素子４５との間にはマイクロパッド及びマイクロバンプがあり、互いの電気的接続が可能になっている。図９（ｃ）は、半導体画像処理素子４５の回路ブロック図である。既に、図１０（ｃ）を用いて背景技術の項で説明したように、従来は、撮像素子を実装したプリント基板とは別のプリント基板上に実装していたデジタル回路ブロック、例えば、信号制御回路１１、マルチプレクサ１２、データバッファ回路１３、パラレルシリアル変換回路１４等を、半導体画像処理素子４５としてワンチップ化したものである。これにより、下層の半導体撮像素子４０から転送された画像データを最短の配線経路により半導体画像処理素子４５に入力できるため、入出力バッファにおける消費電力を削減できるため、高速データ処理が容易になる。なお、第十七の実施例（図９（ａ））において説明したバッファメモリ回路ブロック３７、及びデータ圧縮回路ブロック３９を半導体画像処理素子４５に集積化することもできる。半導体撮像素子４０の素子サイズを小型化でき、かつ複数の半導体撮像素子４０から転送される画像データを一括管理し、効率的にデータ圧縮が可能になるからである。

小型・軽量の高感度・高画質Ｘ線ＣＴスキャナ、さらに利用するＸ線スペクトル線の多様化に対応した高エネルギー分解能を有するＣＴスキャナ等に加え、高精度のＰＥＴ−ＣＴ、近赤外光による画像診断機能をも併せ持つハイブリッド画像診断装置等にも利用可能である。これにより、従来、早期発見が困難であった膵がん、乳がん、胆管がん、その他の微小な病巣を精度よく検知し、治療につなげることが期待される。さらに医療分野以外の各種工業用途、天文物理学等の学術分野等における分光分析等にも幅広く利用可能である。

１・・・撮像部、２・・・画像描出部、３・・・Ｘ線発生装置、４・・・スリップリング、５・・・被検体移動手段、６・・・従来技術に使用される撮像素子、７・・・被検体、８・・・Ｘ線ビーム、９・・・撮像素子６における受光領域、１０・・・従来技術に使用されるマルチチャンネルＡＤ変換基板、１１・・・信号制御回路、１２・・・マルチプレクサ、１３・・・データバッファ回路、１４・・・パラレルシリアル変換回路、１５・・・ネットワークインターフェース、１６・・・ＣＰＵ，１７・・・ディスクコントローラ、１８・・・ハードディスクユニット、１９・・・画像出力装置、２０・・・各画素の受光窓、２１・・・信号読み出し走査回路、２３・・・タイミングパルス発生回路、２５・・・ＡＤ変換回路、２７・・・デジタル信号処理回路、２９・・・インターフェース回路、３１・・・入出力端子、３２・・・ＴＳＶ構造に使用するマイクロパッド、３３・・・光電変換領域、３５・・・シリコン酸化膜、３７・・・バッファメモリ、３９・・・データ圧縮回路、４０，４０−１，４０−２，４０−３，４０−４，４０−５，４０−６，４０−７，４１，４２・・・本発明に使用する半導体撮像素子、４５・・・本発明に使用する半導体画像処理素子、５１・・・貫通電極、５３・・・層間絶縁膜、５５・・・マイクロバンプ、５７・・・金属遮光膜、５９・・・カラーフィルタ、６１・・・近赤外光透過膜、６３・・・シンチレータ、６５・・・基板ギャップ部、６７・・・本発明に使用する半導体撮像素子を固定する治具、６９・・・ｐ型シリコン基板、７１・・・ｎ型ウエル、７３・・・ｐ型ウエル、７５・・・ゲート酸化膜、７７・・・ダイシング後の基板側面部、７９・・・薄いｐ^＋領域、８１・・・厚いシリコン酸化膜、８３・・・シリコン基板裏面の薄いｐ^＋領域、８５・・・シリコン基板裏面の薄いシリコン酸化膜、８７・・・４相駆動パルス供給配線群、８９・・・、９１・・・、９３・・・、９５・・・、１００・・・従来のＣＴスキャナ、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０・・・本発明に係るＣＴスキャナ、２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０・・・本発明に係る積層型半導体撮像素子。

本発明の第十五、及び第十六の実施形態に係るＣＴスキャナについて、図８（ａ）、及び（ｂ）を用いて以下に説明する。図８（ａ）は、図４（ａ）の破線矢印で示すＡ−Ａ’部の断面構造である。Ｘ線ビーム８は、図面の左方向から半導体（シリコン）基板側面部に入射する。受光面には、例えば、熱酸化プロセスにより形成された薄いシリコン酸化膜３５が形成されている。Ｘ線ビーム８は、光電変換領域３３に到達する。半導体基板は、例えばｐ型シリコン基板６９であり、その一方の側壁部は上述の如く、薄いシリコン酸化膜３５によりで被覆され、他方、入出力端子３１に近い半導体基板側面部は半導体基板が露出した面７７である。受光面側は、シリコン酸化膜３５で被覆されているので、この部分が使用時に外部に露出するような状況に置かれても半導体撮像素子の信頼性低下を防止する効果が期待できる。他方、半導体基板が露出した側面７７周辺には入出力端子３１のみが配置されているので、従来の半導体素子と同様、素子の信頼性が低下するリスクは少ない。光電変換領域３３と入出力端子３１の間の領域には、ｎ−ウエル７１及びｐ−ウエル７３が形成されており、その上部にはゲート酸化膜７５、さらに厚い酸化膜８１が積層されている。半導体基板の裏面、及びシリコン酸化膜３５の下部には、それぞれ薄いｐ＋領域７９と８３が形成されている。基板表面の結晶欠陥や不純物汚染の影響を防止するためである。薄いｐ＋領域８３は、薄いシリコン酸化膜８５によって被覆されていてもよい。半導体基板裏面には、タングステン等の金属原子を含む遮光膜５７が形成されている。その効果は、既に説明した通りである。

１・・・撮像部、２・・・画像描出部、３・・・Ｘ線発生装置、４・・・スリップリング、５・・・被検体移動手段、６・・・従来技術に使用される撮像素子、７・・・被検体、８・・・Ｘ線ビーム、９・・・撮像素子６における受光領域、１０・・・従来技術に使用されるマルチチャンネルＡＤ変換基板、１１・・・信号制御回路、１２・・・マルチプレクサ、１３・・・データバッファ回路、１４・・・パラレルシリアル変換回路、１５・・・ネットワークインターフェース、１６・・・ＣＰＵ，１７・・・ディスクコントローラ、１８・・・ハードディスクユニット、１９・・・画像出力装置、２０・・・各画素の受光窓、２１・・・信号読み出し走査回路、２３・・・タイミングパルス発生回路、２５・・・ＡＤ変換回路、２７・・・デジタル信号処理回路、２９・・・インターフェース回路、３１・・・入出力端子、３２・・・ＴＳＶ構造に使用するマイクロパッド、３３・・・光電変換領域、３５・・・シリコン酸化膜、３７・・・バッファメモリ、３９・・・データ圧縮回路、４０，４０−１，４０−２，４０−３，４０−４，４０−５，４０−６，４０−７，４１，４２・・・本発明に使用する半導体撮像素子、４５・・・本発明に使用する半導体画像処理素子、５１・・・貫通電極、５３・・・層間絶縁膜、５５・・・マイクロバンプ、５７・・・金属遮光膜、５９・・・カラーフィルタ、６１・・・近赤外光透過膜、６３・・・シンチレータ、６５・・・基板ギャップ部、６７・・・本発明に使用する半導体撮像素子を固定する治具、６９・・・ｐ型シリコン基板、７１・・・ｎ型ウエル、７３・・・ｐ型ウエル、７５・・・ゲート酸化膜、７７・・・ダイシング後の基板側面部、７９・・・薄いｐ^＋領域、８１・・・厚いシリコン酸化膜、８３・・・シリコン基板裏面の薄いｐ^＋領域、８５・・・シリコン基板裏面の薄いシリコン酸化膜、８７・・・４相駆動パルス供給配線群、８９・・・出力ゲート、９１・・・信号電荷検出回路、９３・・・リセット端子、９５・・・リセットドレイン、１００・・・従来のＣＴスキャナ、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０・・・本発明に係るＣＴスキャナ、２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０・・・本発明に係る積層型半導体撮像素子。

Claims (15)

1. 被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向をＺ軸方向、該Ｚ軸に鉛直な面をＸ−Ｙ平面と定義した場合、該撮像部内の半導体撮像素子のシリコン基板面には集積回路が形成されかつ該シリコン基板面に鉛直な方向が前記Ｚ軸方向と一致し、さらに前記シリコン基板の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を前記撮像部内に有する撮像装置。
2. 被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向をＺ軸方向、該Ｚ軸に鉛直な面をＸ−Ｙ平面と定義した場合、該撮像部内の半導体撮像素子のシリコン基板面には集積回路が形成されかつ該シリコン基板面が前記Ｚ軸方向に対し４５°以上９０°未満のチルト角を有し、さらに前記チルトしたシリコン基板面を基準とした平面視座上における前記シリコン基板の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を前記撮像部内に配置した撮像装置。
3. 二以上の前記半導体撮像素子を前記シリコン基板面と平行な平面上に配置した撮像素子群を前記撮像部内に有する請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記シリコン基板面を基準とした平面視座上における前記シリコン基板側面の外形形状が凹状に湾曲した半導体撮像素子を前記撮像部内に配置した請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 集積回路が形成されたシリコン基板面内の一部が除去された中空領域を有しかつ該中空領域の側面部に入射する光信号を検出する半導体撮像素子を撮像部内に有する撮像装置。
6. 前記中空領域の形状が前記シリコン基板面を基準とした平面視座上円形であることを特徴とする半導体撮像素子を前記撮像部内に有する請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記半導体撮像素子又は前記撮像素子群をＺ軸方向に二以上積層した積層撮像素子群を前記撮像部内に有する請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 隣接する二以上の半導体撮像素子間に金属薄膜を有することを特徴とする積層撮像素子群を前記撮像部内に有する請求項７に記載の撮像装置。
9. 隣接する二以上の半導体撮像素子間における光電変換領域の配列ピッチが前記Ｚ軸方向における個々の半導体撮像素子の素子厚寸法より大きいことを特徴とする積層撮像素子群を前記撮像部内に有する請求項７又は請求項８に記載の撮像装置。
10. 被検体移動手段の移動方向又は撮像部の体軸方向の移動方向をＺ軸方向、該Ｚ軸に鉛直な面をＸ−Ｙ平面と定義した場合、該撮像部内の半導体撮像素子はシリコン基板面上に集積回路が形成されかつ該シリコン基板面に鉛直な方向にある該シリコン基板の側面部に入射する光信号を検出するものであり、さらに該半導体撮像素子は前記光信号が入射するシリコン基板側面の長手方向がＺ軸方向に進行する螺旋曲線に沿うように前記撮像部内に配置されていることを特徴とする撮像装置。
11. 前記半導体撮像素子を固定する治具であって、前記Ｚ軸方向に進行する螺旋曲線に沿うねじ山状の断面形状を有する固定治具を前記撮像部内に有する請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記シリコン基板側面部のうち少なくとも光信号が入射するシリコン基板側面部はシリコン酸化膜で被覆され残りの他の側面部はシリコン基板が露出している半導体撮像素子を前記撮像部内に有する請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
13. 前記シリコン基板側面に入射する光信号を光電変換する光電変換領域が該シリコン基板側面側から該シリコン基板面に平行にシリコン基板内部方向に放射状に形成されている半導体撮像素子を前記撮像部内に有する請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
14. 前記半導体撮像素子上にデータ圧縮回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
15. 前記積層半導体撮像素子群にさらに半導体画像処理素子を積層したことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。