JP3661196B2 - 撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に簡単な構成を有し、かつ優れた位置分解能を有し、しかも感度・分解能が劣化しにくい撮像装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源として、Ｘ線等の放射線源を用い、この放射線源から放射される、Ｘ線等の放射線を被写体に照射して、被写体における放射線の吸収、散乱、分散ならびに反射等を利用して、被写体の表面組織や内部組織を分析・検査する技術は、放射線計測、放射線分析の分野の他、非破壊検査技術等として、材料、機械、電気、電子、生物等の技術分野や、医療分野で幅広く利用されている。
【０００３】
放射線の測定・検出方法としては、放射線を可視光線に変換して測定・検出する方法が知られている。
【０００４】
たとえば、軟Ｘ線を測定・検出するには、シリコンダイオードや、ＧａＡｓダイオードを用いる技術が知られている。
【０００５】
また、たとえば、高エネルギーのＸ線（１０ＫｅＶ〜１００ＫｅＶ程度）を測定・検出するには、蛍光体の一種であるシンチレータを用いる技術が知られている。
【０００６】
シンチレータとしては、たとえば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の無機シンチレータや、アントラセン、ナフタリン等の結晶を用いた有機結晶シンチレータや、テルフェニルなどの蛍光物質をポリスチレン中に重合したプラスチックシンチレータや、テルフェニルなどの蛍光物質をトルエンなどの溶媒に溶かした液体シンチレータ等の有機シンチレータが知られている。
【０００７】
従来、この種のシンチレータは、いずれも単体として用いられている。
図７は、従来のＸ線診断装置の一例を概略的に示す構成図である。
【０００８】
図７を参照して、図７（ａ）は、従来のＸ線診断装置の動作原理を説明するための概略的な全体構成図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＸ線診断装置の光学系を概略的に示す構成図である。
【０００９】
図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して、このＸ線診断装置６１は、Ｘ線照射手段６２と、Ｘ線像検出手段としてのＸ線蛍光増倍管６４と、テレビカメラ６３と、データ収集・処理系としての演算処理手段６５とを含む。
【００１０】
Ｘ線照射手段６２は、光源であるシンクロトロン放射光装置（図示せず）から照射されたシンクロトロン放射光（ＳＲ光）から単色Ｘ線を分光して生成するための分光結晶６６を含む。分光結晶６６としては、たとえば、シリコン単結晶が用いられる。そして、この単色Ｘ線のエネルギーの切換は、分光結晶６６と、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）とのなす角を変化させることにより行なえるようになっている。
【００１１】
Ｘ線蛍光増倍管６４内には、入力蛍光面６４ａと、出力蛍光面６４ｂとが収容される。
【００１２】
入力蛍光面６４ａの材質としては、金（Ａｕ）やヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の膜が用いられ、Ｘ線を電子に変換する。
【００１３】
出力蛍光面６４ｂの材質としては、たとえば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が用いられ、電子を可視光に変換する。そして、上述したように、入力蛍光面６４ａおよび出力蛍光面６４ｂのそれぞれは、上記した材料が、単体の膜（スクリーン）の形状で用いられている。
【００１４】
また、テレビカメラ６３は、１次レンズ６６と、ミラー６８と、高速シャッター６７と、２次レンズ６９と、可視光の光画像を電気信号に変換する手段としての撮像管６３ａとを含む。
【００１５】
また、データ収集・処理系としての演算処理手段６５には、テレビカメラ６３で撮影され、電気信号に変換された画像信号からエネルギー差分像を生成する処理プログラムが記憶されている。
【００１６】
また、演算処理手段６５には、たとえば、ＣＲＴディスプレイ等の画像表示手段（図示せず）が接続される。
【００１７】
次に、このＸ線診断装置６１の動作について説明する。
まず、被写体７０を、Ｘ線照射手段６２とＸ線蛍光増倍管６４との間に配置する。
【００１８】
被写体７０には、造影注入器７１から、撮影したい臓器に対し、必要によりカテーテル等を用い、造影剤が注入される。
【００１９】
次に、シンクロトロン放射光装置（図示せず）を使用して、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）を、Ｘ線照射手段６２に照射する。
【００２０】
Ｘ線照射手段６２に照射されたシンクロトロン放射光（ＳＲ光）は、分光結晶６６で、単色Ｘ線にされ、被写体７０に照射される。
【００２１】
被写体７０を透過したＸ線は、Ｘ線蛍光増倍管６４で、可視光の光画像に変換され、テレビカメラ６３で撮影される。
【００２２】
より詳しくは、被写体７０を透過したＸ線は、Ｘ線蛍光増倍管６４の出力蛍光面６４ｂ上に、可視光の光画像を形成する。そして、出力蛍光面６４ｂ上に形成された可視光の光画像は、１次レンズ６６を通過し、ミラー６８により反射され、２次レンズ６９を通過して、撮像管６３ａの入力面上に結像する。
【００２３】
次に、撮像管６３ａの入力面上に結像した光画像は、電気的な画像信号に変換され、演算処理手段６５に送られ、演算処理手段６５に記憶された処理プログラムに従って、エネルギー差分像の電気的な画像信号を出力する。
【００２４】
演算処理手段６５から出力されたエネルギー差分像の電気的な画像信号は、画像表示手段（図示せず）に送られる。そして、画像表示手段（図示せず）に送られたエネルギー差分像の電気的な画像信号は、画像表示手段（図示せず）により画像信号に変換され、画像表示手段（図示せず）に被写体のエネルギー差分像の光画像を映し出す。
【００２５】
次に、エネルギー差分像の形成原理を説明する。
造影剤は、あるエネルギーでＸ線の吸収係数が変化する物質を含む。
【００２６】
たとえば、血管造影剤の主成分であるヨウ素は、３３．１７ＫｅＶのエネルギーで、Ｘ線の吸収係数が６倍程度変化する。このＸ線の吸収係数が変化するエネルギーは、吸収端と呼ばれている。そして、この吸収端の上と下で、それぞれＸ線吸収像を形成し、その差を求めると、ヨウ素だけが他の組織に比べ非常に高感度で画像化できる。すなわち、吸収端の上と下で計測した２枚の画像管で差分をとった場合、生体組織に関しては、２つのエネルギーでＸ線吸収係数にほとんど差がないので、差分により消去され、造影剤を含む臓器部分のみを描出した画像（エネルギー差分像）が得られる。
【００２７】
ところで、図７（ｂ）を再び参照して、このＸ線診断装置６１では、真空管の一種である撮像管６３ａが用いられている。
【００２８】
近年、真空管の一種である撮像管６３ａの代わりに、ＣＣＤ（Charged Coupled device) 型撮像素子等の固体撮像素子が幅広く用いられるようになってきている。
【００２９】
ＣＣＤ型撮像素子等の固体撮像素子は、真空管の一種である撮像管と違って、半導体で構成されているために、次のような多くの長所がある。
【００３０】
（１） 長寿命である。
（２） 振動や衝撃に強い。
【００３１】
（３） 焼き付きがない。
（４） 電子ビームを用いないので、電磁界の影響を受けない。
【００３２】
（５） 偏向コイルなどを用いないので、軽量であり、高い電圧を必要としない。
【００３３】
（６） 消費電力が少ない。
（７） 電子ビームを加速、偏向する距離が必要ないので、小型化が可能である。
【００３４】
（８） 規則正しく画素が配列されているので、画像歪みがない。
（９） ヒータを用いないので、瞬時に信号が得られる。
【００３５】
図８は、従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）の一例を概略的に示す図である。
【００３６】
図８を参照して、図８（ａ）は、従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子の外観を概略的に示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に従う概略的な断面図である。
【００３７】
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、この可視光用のＣＣＤ型撮像素子７３は、凹部７４ｈを有する支持体７４と、支持体７４の凹部７４ｈに収容され、受けた光を電気信号に変換するための光電変換素子部７５と、支持体７４の表面上に、凹部７４ｈを覆うように設けられ、かつ凹部７４ｈに収容された光電変換素子部７５を密封するように設けられた光入射窓７６を含む。
【００３８】
光入射窓７６の材質としては、たとえばガラスが用いられている。
ＣＣＤ型撮像素子７３は、光電変換素子部７５に、複数個の画素（センサ）７２が、１次元または２次元に配列されたアレイ型センサである。
【００３９】
図９は、従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【００４０】
図９を参照して、図９（ａ）に示すＣＣＤ型撮像素子は、フレーム・トランスファ型ＣＣＤの動作原理を説明するための概略的な構成図であり、図９（ｂ）に示すＣＣＤ型撮像素子は、インタライン・トランスファ型ＣＣＤの動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【００４１】
図９（ａ）を参照して、このフレーム・トランスファ型ＣＣＤ８３は、受光部８４と、光遮蔽された蓄積部８５を含む。
【００４２】
受光部８４は、光を感じる複数の有効画素（以下、単に画素という）８２を含む。複数の画素８２は、水平方向、垂直方向に、格子状に配列される。
【００４３】
蓄積部８５は、複数の画素８２と同じ数の遮光された遮光画素８６を含む。
複数の遮光画素８６は、複数の画素８２と同様、格子状に配列される。
【００４４】
次に、このフレーム・トランスファ型ＣＣＤ８３の動作について説明する。
まず、受光部８４の複数の画素８２のそれぞれに発生した電荷が、垂直帰線期間に蓄積部８５に一度に高速転送される。
【００４５】
次に、蓄積部８５に転送された電荷は、複数の垂直ＣＣＤシフトレジスタ８７の１ラインごとに、水平ＣＣＤシフトレジスタ８８から出力される。
【００４６】
また、図９（ｂ）を参照して、このインタライン・トランスファ型ＣＣＤ９３は、受光部９４と、蓄積部９５を含む。
【００４７】
受光部９４は、複数の画素９２を含む。複数の画素９２は、水平方向、垂直方向に格子状に配列される。
【００４８】
格子状に配列された複数の画素９２の列のそれぞれは、蓄積部９５を構成する垂直ＣＣＤシフトレジスタ９７と隣合わせになるように交互に配列される。
【００４９】
次に、このインタライン・トランスファ型ＣＣＤ９３の動作について説明する。
【００５０】
まず、受光部９４の複数の画素９２のそれぞれに発生した電荷が、隣接して設けられた垂直ＣＣＤシフトレジスタ９７に読出される。
【００５１】
次に、垂直ＣＣＤシフトレジスタ９７に読出された電荷は、複数の垂直ＣＣＤシフトレジスタ９７の１ラインごとに、水平ＣＣＤシフトレジスタ９８から出力される。
【００５２】
次に、受光部を構成する画素の基本構成について説明する。
画素（光電変換素子）は、ＭＯＳ構造を有する。
【００５３】
可視光用のＣＣＤ型２次元撮像素子では、画素として、たとえば、２次元型アレイ型センサを製作しやすい、シリコンダイオードや、ＧａＡｓダイオード等のフォトダイオードが用いられている。
【００５４】
図１０は、画素の基本構成を概略的に示す断面図であり、画素として、シリコンダイオードが用いられた例を示す。
【００５５】
図１０を参照して、この画素１０２は、Ｐ型シリコン半導体１０３と、Ｐ型シリコン半導体１０３の表面１０３Ｓ上に、たとえば、ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜１０４を介して形成された電極１０５を含む。
【００５６】
そして、絶縁膜１０４の表面１０４Ｓおよび電極１０５の表面１０５Ｓをともに覆うように保護膜１０６が設けられる。
【００５７】
保護膜１０６の材質としては、たとえば、多結晶シリコンが用いられている。
ところで、可視光用のＣＣＤ型撮像素子は、ビデオカメラなどに幅広く使用されているが、宇宙Ｘ線観測衛星等に搭載されているＸ線専用のＣＣＤ型撮像素子は、一般には手に入り難く、安価で、位置分解能の劣化しにくいＸ線用のＣＣＤ型撮像素子の開発が望まれている。
【００５８】
比較的手に入りやすいＸ線用のＣＣＤ型撮像素子としては、応用物理第６２巻第７号（１９９３）ｐａｇｅ７１８〜ｐａｇｅ７１９に記載される直接Ｘ線撮像型ＣＣＤが知られている。
【００５９】
この直接Ｘ線撮像型ＣＣＤは、可視光用のＣＣＤ型撮像素子をＸ線用のＣＣＤ型撮像素子に設計変更しているものである。
【００６０】
図８を再び参照して、可視光用のＣＣＤ型撮像素子７３では、光入射窓７６の材料としては、ガラスが用いられている。
【００６１】
ガラスは、可視光に対しては透明であるが、Ｘ線は透過しにくい。
また、図１０を再び参照して、可視光用のＣＣＤ型撮像素子に含まれる画素１０２は、その表面が、多結晶シリコン膜等の保護膜１０６で覆われている。
【００６２】
多結晶シリコンは、可視光を通すが、１ＫｅＶ以下のＸ線を吸収する。
また、画素の光電吸収を起こす空乏層の領域（図示せず）は、可視光をよく吸収するが、Ｘ線は透過しやすい。
【００６３】
このため、可視光用のＣＣＤ型撮像素子を、Ｘ線用のＣＣＤ型撮像素子として用いる場合には、光入射窓７６を取り去ったり、保護膜１０６の膜厚を薄くしたり、空乏層を厚くしたりするといった設計変更が必要である。
【００６４】
また、インタライン・トランスファ型ＣＣＤにおいて、複数の画素の各々を光学的に別個独立したものとするために用いられる薄いアルミ膜（図示せず）は、可視光を遮蔽できるが、Ｘ線は透過するため、Ｘ線用のＣＣＤ型撮像素子としては、可視光用のＣＣＤ型撮像素子として多様されている、インタライン・トランスファ型ＣＣＤではなく、フレーム・トランスファ型ＣＣＤを用いる必要がある。
【００６５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示される従来のＸ線診断装置６１のような装置では、Ｘ線蛍光増倍管６４や、撮像管６３ａが用いられている。
【００６６】
Ｘ線蛍光増倍管６４には、出力蛍光面６４ｂとして、上述したように、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）の材料からなる単体の膜（蛍光体スクリーン）が用いられる。
【００６７】
出力蛍光面６４ｂとして、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）の結晶を用いる場合には、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）の大型結晶を作製するのが難しく、量産性に欠けるという問題があり、結果として、Ｘ線診断装置が高額になるという問題があった。
【００６８】
また、出力蛍光面６４ｂを単体の膜（スクリーン）として形成した場合には、被写体の位置分解能がよくないという問題があった。
【００６９】
また、真空管の一種である撮像管６３ａを用いた場合には、撮像管の寿命が短いという問題や、消費電力が大きくなるという問題や、画像歪みが生じるという問題や、焼き付きが生じるといった問題がある。
【００７０】
他方、応用物理第６２巻第７号（１９９３）ｐａｇｅ７１８〜ｐａｇｅ７１９に記載される、直接Ｘ線撮像型ＣＣＤでは、特に軟Ｘ線波長数Å〜数１００Å程度、エネルギーが数ＫｅＶ用として用いる場合には、光入射窓（図８に示す光入射窓７６）を取り去る必要があるが、光入射窓を取り去ると、画素を構成するシリコンダイオード等のフォトダイオードの表面の汚れ等が原因して、感度が経時的に変化するという問題がある。
【００７１】
また、エネルギーが、１０ＫｅＶ以上の高エネルギーのＸ線用として用いる場合には、光電吸収を起こす空乏層の領域でのＸ線の吸収率が低下するため、この種の直接Ｘ線撮像型ＣＣＤでは、高エネルギーＸ線用として用いると、感度が低下するという問題がある。
【００７２】
上述したように、可視光用のＣＣＤ型撮像素子を設計変更して、Ｘ線用のＣＣＤ型撮像素子を作製する技術には、その応用範囲に限界があるという問題がある。
【００７３】
また、Ｘ線専用のＣＣＤ型撮像素子の開発が望まれるが、Ｘ線専用のＣＣＤ型撮像素子は、製作技術上等の種々の問題から、一般には、手に入りにくいという問題がある。
【００７４】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、簡単な構成を有し、かつＸ線等の放射線用の撮像装置として、優れた位置分解能を有し、しかも感度・分解能が経時的に劣化しにくい撮像装置を提供することを目的とする。
【００７５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成するために鋭意努力した結果、可視光用のＣＣＤ型撮像素子を、Ｘ線用のＣＣＤ型撮像素子に設計変更するよりも、可視光用のＣＣＤ型撮像素子と、Ｘ線等の放射線に感応して、可視光線を発するシンチレータ等の蛍光体とを組合わせれば、感度が経時的に変化しにくいＸ線用等の放射線用の撮像装置を提供することができることを知見して、本発明を完成するに至った。
【００７６】
また、本発明者は、シンチレータ等の蛍光体を単体として用いるのではなく、アレイ型センサの一種であるＣＣＤ型撮像素子の受光部に含まれる複数の画素のそれぞれに対応するように、光学的に別個独立した複数のシンチレータ等の蛍光体として用いれば、撮像装置の位置分解能が、ＣＣＤ型撮像素子の位置分解能に概ね一致することを知見して、本発明を完成するに至った。
【００７７】
すなわち、本発明に従う撮像装置の製造方法は、複数の画素を含む固体撮像素子を準備する工程と、遮光体と蛍光体とからなる蛍光体フィルムを準備する工程と、固体撮像素子上に蛍光体フィルムを固定する工程とを備える。蛍光体フィルムを準備する工程では、複数の貫通孔を有する遮光体を準備する工程と、複数の貫通孔の内部にそれぞれ蛍光体を配置する工程とを実施する。固体撮像素子上に蛍光体フィルムを固定する工程は、固体撮像素子における画素のそれぞれと、蛍光体フィルムにおける複数の貫通孔の内部に配置された蛍光体のそれぞれとが重なるように、蛍光体フィルムを固定する。
また、上記遮光体を準備する工程は、レジストパターンを形成する工程と、金属構造体を形成する工程と、樹脂型を形成する工程と、遮光体を得る工程とを含んでいてもよい。レジストパターンを形成する工程では、シンクロトロン放射光を用いたフォトリソグラフィー法を利用して、複数の柱状体を有するレジストパターンを形成してもよい。金属構造体を形成する工程では、レジストパターンを埋設するように金属層を形成した後、レジストパターンを金属層から除去することにより、金属構造体を形成してもよい。金属構造体は、柱状体が配置されていた位置に凹部が形成された表面を有していてもよい。樹脂型を形成する工程では、金属構造体の上記表面上から凹部の内部にまで延在する樹脂層を形成した後、金属構造体を樹脂層から除去することにより、上記樹脂層からなる樹脂型を形成してもよい。この樹脂型では、上記凹部の内部に位置していた樹脂層の一部が柱状のパターンを形成していてもよい。遮光体を得る工程では、樹脂型における柱状のパターンが形成された面上に、Ｘ線および可視光線を遮光できる材料層を形成してもよい。そして、材料層から樹脂型を取外すことにより、上記材料層からなる遮光体を得てもよい。遮光体には上記柱状のパターンに対応した複数の貫通孔が形成されていてもよい。
【００７８】
遮光体は、好ましくは、Ｘ線および可視光線を遮光する材料からなることを特徴とする。
【００７９】
Ｘ線および可視光を遮光する材料としては、特に以下の場合に限定されることはないが、たとえば金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料を挙げることができる。
【００８０】
また、複数の画素を含む固体撮像素子は、ＣＣＤ型撮像素子であることを特徴とする。
【００８１】
なお、本明細書で用いる用語「蛍光体」は、外部からの種々の刺激により、可視光を発する物質を意味する。
【００８２】
蛍光体としては、特に以下の場合に限定されることはないが、たとえば、本発明に従う撮像装置をＸ線用として用いる場合には、ＮＥ１０２（ＮｕｃｌｅａｒＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅ社製），ＮＥ１１１（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ社製）等のプラスチックシンチレータや、アントラセン等の有機結晶等を挙げることができる。
【００８３】
【作用】
本発明に従う撮像装置の製造方法は、以下の構成を備えている。
【００８４】
（１） 複数の画素を含む固体撮像素子を準備する工程を備えている。
（２） 遮光体と蛍光体とからなる蛍光体フィルムを準備する工程を備えている。
【００８５】
（３） 固体撮像素子における画素のそれぞれと、蛍光体フィルムにおける蛍光体のそれぞれとが重なるように、固体撮像素子上に蛍光体フィルムを固定する工程を備えている。
本発明に従った撮像装置の製造方法では、固体撮像素子上に別部材である蛍光体フィルムを配置する。
また、本発明に従う撮像装置の製造方法により製造された撮像装置では、蛍光体により、Ｘ線等の放射線の光画像を可視光の光画像とした後、複数の画素を含む固体撮像素子により、可視光の光画像を電気的な画像信号に変換する。
【００８６】
すなわち、本発明に従う撮像装置の製造方法により製造した撮像装置では、可視光の光画像を、固体撮像素子により撮影している結果、ガラス等の材料からなる光入射窓を取り去る必要がなく、また、画素の表面に設けられた保護膜の膜厚を薄くする必要もない。
【００８７】
したがって、本発明に従う撮像装置の製造方法により製造した撮像装置は、画素を構成するフォトダイオード等の光電変換素子の表面の汚れ等が防止される結果、たとえば、軟Ｘ線用等の放射線用の撮像装置として用いても、感度・位置分解能が経時的に変化しにくい。
【００８８】
また、本発明に従う撮像装置の製造方法により製造した撮像装置では、蛍光体を単体として用いるのではなく、蛍光体は、遮光体の複数の貫通孔内のそれぞれに設けられる。
【００８９】
遮光体は、固体撮像素子の表面上に形成され、固体撮像素子の複数の画素のそれぞれと、遮光体の複数の貫通孔のそれぞれとは、それぞれ対応するように設けられる。
【００９０】
複数の貫通孔内に設けられた蛍光体のいずれかに入射したＸ線等の放射線は、当該他の貫通孔内に設けられた蛍光体の方へは透過しない。
【００９１】
また、複数の貫通孔内に設けられた蛍光体のいずれかに入射したＸ線等の放射線に感応して発せられた可視光線も、当該他の貫通孔内に設けられた蛍光体の方へは散乱しない。
【００９２】
すなわち、複数の貫通孔内に設けられた蛍光体のいずれかに入射したＸ線等の放射線は、当該蛍光体により、可視光線に変換された後、当該貫通孔に対応して設けられる固体撮像素子の画素により撮影される。
【００９３】
したがって、本発明に従う撮像装置の製造方法により製造した撮像装置は、固体撮像素子の位置分解能に概ね一致する位置分解能を有する。
【００９４】
【実施例】
以下、この発明の一実施例について、図面を参照して、詳細に説明する。
【００９５】
図１は、本発明の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
図１を参照して、図１（ａ）は、本発明に従う撮像装置の動作原理を概略的に示す一部切欠き斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す撮像装置のＩ−Ｉ線に従う概略的な断面図である。
【００９６】
図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、この撮像装置１は、複数の画素２を含む固体撮像素子３と、複数の画素２を含む固体撮像素子３の表面３Ｓ上に形成され、複数の画素２に対応して設けられた複数の貫通孔４ｈを有する遮光体４と、複数の貫通孔４ｈ内のそれぞれに設けられた蛍光体５とを備える。
【００９７】
本実施例においては、特に、単体として用いられる蛍光体（蛍光体スクリーン）との区別を明確にするため、複数の画素２を含む固体撮像素子３の表面３Ｓ上に形成され、複数の画素２に対応して設けられた複数の貫通孔４ｈを有する遮光体４と、複数の貫通孔４ｈ内のそれぞれに設けられた蛍光体５とを備える、部材を、蛍光体フィルム９という。
【００９８】
なお、本実施例では、固体撮像素子としては、公知の可視光用の固体撮像素子を用いている。したがって、図１では、本願発明の特徴である、複数の画素と、複数の画素に対応して設けられた複数の貫通孔を有する遮光体と、複数の貫通孔内のそれぞれに設けられた蛍光体について中心に図示し、固体撮像素子の基本回路、周辺回路および固体撮像素子の動作についての説明を省略する。
【００９９】
また、図１では、説明を容易とするため、固体撮像素子３に含まれる複数の画素２の表面上に、蛍光体フィルム９が直接接しているように図示しているが、通常は、蛍光体フィルム９は、固体撮像素子３に含まれる光入射窓（図８に示される光入射窓７６）の表面上に載置され、固定される。
【０１００】
固体撮像素子としては、複数の画素（ピクセル）を含む、可視光用の固体撮像素子であれば、公知の固体撮像素子、すなわち、公知のアレイ型撮像素子を好適に用いることができる。そのような可視光用の固体撮像素子としては、たとえば、ＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤイメージセンサや、ＢＢＤイメージセンサ等の固体カメラとして知られている固体撮像素子を挙げることができる。
【０１０１】
次に、この撮像装置１の動作原理について説明する。
図１（ｂ）を参照して、図１（ｂ）より明らかなように、蛍光体５のそれぞれは、遮光体４により仕切られている。Ｘ線等の放射線６が、遮光体４により仕切られている任意の蛍光体（以下、蛍光体セルという）５へ入射すると、蛍光体セル５は、放射線に感応して、可視光線７を発する。
【０１０２】
蛍光体セル５のそれぞれは、遮光体４により仕切られているので、任意の蛍光体セル５に入射した放射線６は、当該他の蛍光体セルの方へは透過しない。
【０１０３】
また、任意の蛍光体セル５に入射したＸ線等の放射線６に感応して発せられた可視光線７も、当該他の蛍光体セルの方へは散乱しない。
【０１０４】
すなわち、蛍光体セル５にいずれかに入射したＸ線等の放射線６は、蛍光体セル５により可視光線７に変換された後、当該蛍光体セル５に対応して設けられた固体撮像素子３の画素２ｍにより撮影される。
【０１０５】
したがって、本発明に従う撮像装置１は、固体撮像素子３の位置分解能に概ね一致する位置分解能を有する。
【０１０６】
参考例
図２は、参考例としての撮像装置の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【０１０７】
図２を参照して、図２（ａ）に示す撮像装置１１は、以下の点を除き、図１に示す撮像装置１と同様の構成であるので、相当する部材については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１０８】
この撮像装置１１は、撮像装置１とは、蛍光体１５の設けられ方が異なっている。
【０１０９】
すなわち、この撮像装置１１では、固体撮像素子３の表面３Ｓ上に、単体としての蛍光体１５が設けられている。
【０１１０】
このように、単体としての蛍光体１５を固体撮像素子３の表面３Ｓ上に設けた撮像装置１１では、蛍光体１５の膜厚を厚くすると、蛍光体１５に入射したＸ線等の放射線６に感応して発せられた可視光線７が、蛍光体１５内において散乱し、可視光線７が、固体撮像素子３に含まれる、本来到達すべき画素２ｍのみではなく、当該画素２ｍに隣接する、または当該画素２ｍの周辺の複数の画素２ｗへも到達する。その結果、撮像装置１１により撮影された像は、ぼけたものとなる。
【０１１１】
図２を再び参照して、図２（ｂ）に示す撮像装置２１は、以下の点を除き、図２（ａ）に示す撮像装置１１と同様の構成であるので、相当する部材については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１１２】
この撮像装置２１は、撮像装置１１とは、蛍光体２５の設けられ方が異なっている。
【０１１３】
すなわち、この撮像装置２１では、固体撮像素子３の表面３Ｓ上に設けられた単体としての蛍光体２５の膜厚が、撮像装置１１の蛍光体１５の膜厚に比べ薄く形成されている。
【０１１４】
このように、単体としての蛍光体２５の膜厚を薄くすると、蛍光体２５に入射し、Ｘ線等の放射線６に感応して発せられる可視光線７の蛍光体２５内における散乱は低減され、その結果、撮像装置２１では、撮像装置１１に比べて、撮影された像のぼけが低減される。
【０１１５】
しかしながら、蛍光体２５の膜厚を薄くすると、今度は、Ｘ線等の放射線６が蛍光体２５を透過してしまって、撮像装置２１の感度が下がってしまう。
【０１１６】
参考例に示した撮像装置１１および撮像装置２１に見られる上記した問題は、蛍光体を単体として用いるのではなく、上記した実施例に示すように、固体撮像素子に含まれる複数の画素に対応して設けられた、遮光体の複数の貫通孔内のそれぞれに蛍光体を設けるという構成により解決される。
【０１１７】
また、高エネルギーのＸ線用の撮像装置として用いる場合には、高エネルギーのＸ線は、蛍光体に対する透過率が大きくなるが、そのような場合には、蛍光体フィルム９の膜厚を厚く形成する、または、一定の膜厚を有する蛍光体フィルム９を複数枚重ねることによって対応することができる。
【０１１８】
次に、本発明に従う撮像装置の製造方法について、以下に説明する。
本発明に従う撮像装置の製造方法は、以下の工程の備えている。
【０１１９】
（１） 複数の画素を含む固体撮像素子を準備する工程を備えている。
（２） 複数の画素に対応して設けられた複数の貫通孔を有する遮光体を準備する工程を備えている。
【０１２０】
（３） 複数の貫通孔内のそれぞれに蛍光体を設け、複数の貫通孔を有する蛍光体と、複数の貫通孔内のそれぞれに設けられた蛍光体とを備える、蛍光体フィルムを準備する工程を備えている。
【０１２１】
（４） 固体撮像素子に含まれる複数の画素のそれぞれと、蛍光体フィルムの遮光体の複数の貫通孔内のそれぞれに設けられた蛍光体のそれぞれとが、一致するように、固体撮像素子の表面上に、蛍光体フィルムを位置合わせし、固定する工程を備えている。
【０１２２】
次に、図を参照しながら、本発明に従う撮像装置の製造方法の好適な実施例について、以下に説明する。
【０１２３】
図３〜図５は、本発明に従う撮像装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【０１２４】
図３を参照して、まず、図３（ａ）に示す工程において、複数の画素を含む固体撮像素子として、たとえば、公知の可視光用のＣＣＤ型撮像素子３３を準備する。この可視光用のＣＣＤ型撮像素子３３は、凹部３４ｈを有する支持体３４と、支持体３４の凹部３４ｈに収容され、受けた光を電気信号に変換するための光電変換素子部３５と、支持体３４の表面上に凹部３４ｈを覆うように設けられ、かつ凹部３４ｈに収容された光電変換素子部３５を密封するように設けられた光入射窓３６を含む。
【０１２５】
なお、この光入射窓３６の材質としては、通常の光入射窓材料、すなわち、ガラスが用いられている。
【０１２６】
光電変換素子部３５は、複数の画素３２を含む。
なお、本実施例では、公知の可視光用のＣＣＤ型撮像素子を用いている。したがって、本明細書においては、説明を容易とするため、公知の可視光用のＣＣＤ型撮像素子の製造方法については、その説明を省略する。
【０１２７】
図３（ｂ）から図５（ｃ）は、本発明に従う撮像装置を構成する蛍光体フィルムの製造方法の一例を示す。
【０１２８】
まず、図３（ｂ）に示す工程において、たとえば、シリコン基板等の基板３７の表面上に、たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）をベースとするレジスト層３８を形成する。次に、図３（ｃ）に示す工程において、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２のそれぞれと同じ寸法を有し、かつＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２と同じ配列パターンを有するＸ線用マスク３９を準備する。
【０１２９】
そして、このＸ線用マスク３９をマスクとして用い、たとえば、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）（波長２〜５Å程度）を用い、レジスト層３８を露光する。
【０１３０】
次に、図３（ｄ）に示す工程において、露光したレジスト層３８を有する基板３７を、現像液中に浸漬し、現像することにより、規則正しく格子状に配列された複数の柱状体４０ｐを有するレジストパターン４０を形成する。
【０１３１】
より詳しくは、複数の柱状体４０ｐのそれぞれを、基板３７に対して垂直方向に見た場合のそれぞれの寸法は、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２のそれぞれの寸法と概ね一致するように形成される。また、複数の柱状体４０ｐの配列パターンは、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２の配列パターンと概ね一致するように形成される。
【０１３２】
次に、図４（ａ）に示す工程において、図３（ｄ）に示す工程において形成されたレジストパターン４０に従って、電鋳、電気メッキまたは無電解メッキ等により、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属４１を堆積する。
【０１３３】
次に、図４（ｂ）に示す工程において、基板３７およびレジストパターン４０を除去することにより、複数の規則正しく、格子状に配列された凹部４２ｈを有する金属構造体４２を得る。
【０１３４】
次に、図４（ｃ）に示す工程において、図４（ｂ）に示す工程において作製された金属構造体４２を型として用い、射出成型法またはトランスファー成型法等の公知の成型技術を用い、金属構造体４２の複数の凹部４２ｈに誘電性プラスチック４３を充填し、さらに、金属構造体４２の表面４２Ｓおよび金属構造体４２の複数の凹部４２ｈに充填された誘電性のプラスチック４３のそれぞれの表面４３Ｓをともに覆うように、導電性プラスチックシート４４を設ける。
【０１３５】
次に、図４（ｄ）に示す工程において、金属構造体４２を除去することにより、誘電性プラスチック４３と導電性プラスチック４４とからなる樹脂型４５を作製する。
【０１３６】
次に、図５（ａ）に示す工程において、樹脂型４５の谷間４５ｈに電鋳等により、Ｘ線等の放射線および可視光線をともに遮光することのできる材料、たとえば、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属４６を堆積させる。
【０１３７】
なお、図４（ｃ）〜図５（ａ）に示す工程において、金属構造体４２のパターンに従って、導電性プラスチックを充填し、導電性プラスチックからなる樹脂型を作製し、この樹脂型に電鋳等により、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属を堆積してもよい。
【０１３８】
次に、図５（ｂ）に示す工程において、樹脂型４５を除去し、微細な金属構造体４７、すなわち、複数の貫通孔４７ｈを有する遮光体４７を作製する。以上のようにして形成される遮光体４７の複数の貫通孔４７ｈのそれぞれの孔の形状は、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素（図３（ａ）に示す画素３２）の寸法に概ね一致するように形成される。また、複数の貫通孔４７ｈの配列パターンも、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素の配列パターンに対応するように、規則正しく配列される。
【０１３９】
次に、図５（ｃ）に示す工程において、遮光体４７の複数の貫通孔４７ｈ内のそれぞれに、たとえば、ＮＥ１０２（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ社製），ＮＥ１１１（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ社製）等のプラスチックシンチレータ４８を充填して、蛍光体フィルム４９を作製する。
【０１４０】
より詳しくは、まず、スチレンモノマ中に、たとえば、アントラセン等の適当な有機シンチレータを混合した混合液を作製し、この混合液を遮光体４７の複数の貫通孔４７ｈ内に充填し、しかる後に、遮光体４７の複数の貫通孔４７ｈ内に充填された混合液を重合して、プラスチックシンチレータを作製する。なお、遮光体の上部にはみ出したプラスチックシンチレータは、研磨等によって除去し、均一な厚みとする。
【０１４１】
次に、図５（ｄ）に示す工程において、図５（ｃ）において作製した蛍光体フィルム４９を、ＣＣＤ型撮像素子３３の光入射窓３６の表面上に、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２のそれぞれと、蛍光体フィルム４９に含まれる遮光体４７の複数の貫通孔４７ｈ内のそれぞれに設けられた蛍光体４８のそれぞれとが一致するように、載置し、位置合わせし、固定する。
【０１４２】
なお、この工程においては、光入射窓３６の表面上に、光の乱反射等による光の減衰を防止するための透明なグリースなどを塗布し、しかる後に、蛍光体フィルム４９を位置合わせし、固定してもよい。
【０１４３】
以上の工程により、図５（ｄ）に示す撮像装置５０が作製される。
図５（ｄ）を参照して、この撮像装置５０は、光入射窓３６を有する。したがって、この撮像装置５０では、ＣＣＤ型撮像素子３３に含まれる複数の画素３２は、光入射窓３６により保護されている結果、感度が経時的に変化しにくい。
【０１４４】
また、この撮像装置５０では、撮像装置５０を構成するＣＣＤ型撮像素子３３は、蛍光体フィルム４９により、Ｘ線等の放射線から可視光に変換された光画像を撮影するので、ＣＣＤ型撮像素子３３は、インタライン・トランスファ型ＣＣＤ、フレーム・トランスファ型ＣＣＤのいずれをも用いることができる。
【０１４５】
図６は、本発明に従う撮像装置が用いられたＸ線診断装置の動作原理を説明するための概略的な全体構成図である。
【０１４６】
図６を参照して、このＸ線診断装置５１は、本発明に従う撮像装置１と、Ｘ線照射手段５２と、データ収集・処理系としての演算処理手段５５と、高速シャッター５７とを含む。
【０１４７】
撮像装置１の構成については、図１において、既に詳細に説明したので、説明を容易とするため、同一の部材については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１４８】
Ｘ線照射手段５２は、光源であるシンクロトロン放射光装置（図示せず）から照射されたシンクロトロン放射光（ＳＲ光）から単色Ｘ線を分光して生成するための分光結晶５６を含む。分光結晶５６としては、たとえば、シリコン単結晶が用いられる。そして、この単色Ｘ線のエネルギーの切換は、分光結晶５６と、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）とのなす角を変化させることにより行なえるようになっている。
【０１４９】
図６および図７を参照して、このＸ線診断装置５１は、図７に示すＸ線診断装置６１と、以下の点を除き、同様の構成である。
【０１５０】
すなわち、このＸ線診断装置５１において、Ｘ線診断装置６１のＸ線照射手段６２がＸ線照射手段５２に、演算処理手段６５が演算処理手段５５に、高速シャッター６７が高速シャッター５７に、そして、分光結晶６６が分光結晶５６にそれぞれ相当する。
【０１５１】
Ｘ線診断装置５１は、Ｘ線診断装置６１のＸ線蛍光増倍管６４に代えて、蛍光体フィルム９が用いられ、テレビカメラ６３に代えて、固体撮像素子３が用いられている点において、Ｘ線診断装置６１と異なっている。
【０１５２】
演算処理手段５５には、撮像装置１で撮影され、電気信号に変換された画像信号からエネルギー差分像を生成する処理プログラムが記憶されている。
【０１５３】
また、演算処理手段５５には、ＣＲＴディスプレイ等の画像表示手段（図示せず）が接続される。
【０１５４】
次に、このＸ線診断装置５１の動作について説明する。
まず、被写体７０を、Ｘ線照射手段５２と、撮像装置１との間に配置する。
【０１５５】
被写体７０には、造影注入器７１から、撮影したい臓器に対し、必要によりカテーテル等を用い、造影剤が注入される。
【０１５６】
次に、シンクロトロン放射光装置（図示せず）を使用して、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）をＸ線照射手段５２に照射する。
【０１５７】
Ｘ線照射手段５２に照射されたシンクロトロン放射光（ＳＲ光）は、分光結晶５６で単色Ｘ線にされ、被写体７０に照射される。
【０１５８】
被写体７０を透過したＸ線は、撮像装置１の蛍光フィルム９で、可視光の光画像に変換され、固体撮像素子３で撮影される。
【０１５９】
より詳しくは、被写体７０を透過したＸ線は、蛍光体フィルム９の、被写体７０を透過したＸ線が到達した面の他方側の表面上に可視光の光画像を形成する。そして、蛍光体フィルム９の当該他方側の面上に形成された可視光の光画像は、固体撮像素子３に含まれる複数の画素により受光され、電気的な画像信号に変換され、演算処理手段５５に送られ、演算処理手段５５に記憶された処理プログラムに従って、エネルギー差分像の電気的な画像信号を出力する。
【０１６０】
演算処理手段５５から出力されたエネルギー差分像の電気的な画像信号は、画像表示手段（図示せず）に送られる。
【０１６１】
そして、画像表示手段（図示せず）に送られたエネルギー差分像の電気的な画像信号は、画像表示手段（図示せず）により光画信号に変換され、画像表示手段（図示せず）に被写体のエネルギー差分像の光画像を映し出す。
【０１６２】
なお、エネルギー差分像の形成原理については、既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【０１６３】
また、図１を再び参照して、本発明に従う撮像装置１を用い、被写体（図示せず）に対し、Ｘ線を照射して、被写体を特性Ｘ線で発光させ、この特性Ｘ線をピンホールを通して、蛍光体フィルム９の一方側の表面９Ｓ₁ 上に特性Ｘ線の光画像を結像させ、蛍光体フィルム９の他方側の表面９Ｓ₂ 上に形成される、可視光の光画像を固体撮像素子３で撮影することにより、被写体の分析を行なうことができる。
【０１６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、上記した構成を有する結果、次に記載する効果を奏する。
【０１６５】
蛍光体を、複数の画素を含む固体撮像素子の表面上に形成された遮光体の複数の画素に対応して設けられた貫通孔内のそれぞれに設けているので、固体撮像素子の位置分解能に概ね一致する高い位置分解能を有する。
【０１６６】
固体撮像素子の表面上に蛍光体を設けた結果、固体撮像素子として、可視光用の固体撮像素子を特に設計変更することなく、そのまま用いることができる。
【０１６７】
したがって、可視光用の固体撮像素子の光入射窓を取り去る必要がない等のため、画素の汚れ等が防止され、その結果、本発明に従う撮像装置は、Ｘ線等の放射線用の撮像装置として、感度が経時的に変化しにくい。
また、固体撮像素子として、比較的安価で、手に入りやすい可視光用の固体撮像素子を用い、しかも、簡単な構成により、また、簡単な製造プロセスによりＸ線等の放射線用の撮像装置を作製できるので、Ｘ線等の放射線用の撮像装置の低価格化を実現することができる。
【０１６８】
本発明に従う撮像装置は、上記したＸ線診断装置や、上記したピンホールを用いたＸ線撮像装置や、Ｘ線顕微鏡のフィルムの代わりや、Ｘ線リソグラフィ装置における、照射される光の照度の均一性を計測するモニタ装置や、アンジオグラフィ用の撮像装置など、Ｘ線等の放射線を用いた計測の分野で用いられる装置として、好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【図２】参考例としての撮像装置の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【図３】本発明に従う撮像装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に従う撮像装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に従う撮像装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明に従う撮像装置が用いられたＸ線診断装置の動作原理を説明するための概略的な全体構成図である。
【図７】従来のＸ線診断装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図８】従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子の一例を概略的に示す図である。
【図９】従来の可視光用のＣＣＤ型撮像素子の動作原理を説明するための概略的な構成図である。
【図１０】画素の基本構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 撮像装置
２ 画素
３ 固体撮像素子
４ 遮光体
４ｈ 貫通孔
５ 蛍光体
９ 蛍光体フィルム

Claims (1)

1. 複数の画素を含む固体撮像素子を準備する工程と、
   複数の貫通孔を有する遮光体を準備する工程と、前記複数の貫通孔の内部にそれぞれ蛍光体を配置する工程とを実施することにより、前記遮光体と前記蛍光体とからなる蛍光体フィルムを準備する工程と、
   前記固体撮像素子における前記画素のそれぞれと、前記蛍光体フィルムにおける前記複数の貫通孔の内部に配置された蛍光体のそれぞれとが重なるように、前記固体撮像素子上に前記蛍光体フィルムを固定する工程とを備え、
   前記遮光体を準備する工程は、
   シンクロトロン放射光を用いたフォトリソグラフィー法を利用して、複数の柱状体を有するレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンを埋設するように金属層を形成した後、前記レジストパターンを前記金属層から除去することにより、前記柱状体が配置されていた位置に凹部が形成された表面を有する、前記金属層からなる金属構造体を形成する工程と、
   前記金属構造体の前記表面上から前記凹部の内部にまで延在する樹脂層を形成した後、前記金属構造体を前記樹脂層から除去することにより、前記凹部の内部に位置していた前記樹脂層の一部が柱状のパターンを形成している、前記樹脂層からなる樹脂型を形成する工程と、
   前記樹脂型における前記柱状のパターンが形成された面上に、Ｘ線および可視光線を遮光できる材料層を形成した後、前記材料層から前記樹脂型を取外すことにより、複数の前記貫通孔が形成され、前記材料層からなる遮光体を得る工程とを含む、撮像装置の製造方法。

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