JP3930644B2 - Ｘ線パネルセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線イメージを撮像するＸ線パネルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線パネルセンサは、特開平９−２８８１８４号公報に記載されている。このセンサは、半導体イメージセンサをシンチレータの下に設けてＸ線検出を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＸ線パネルセンサでは良質な画像を得ることができない。すなわち、半導体イメージセンサの出力信号には、蛍光体を透過したＸ線によるノイズ及び半導体イメージセンサの高周波駆動信号及び外部からのノイズが重畳される場合がある。特に、半導体イメージセンサが大型のＭＯＳ型イメージセンサである場合には、出力信号を伝送するビデオラインが長くなるため、出力信号にノイズが重畳しやすくなり、このようなノイズは画像の劣化を招く。本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、従来に比して更に良質の画像を得ることができるＸ線パネルセンサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＸ線パネルセンサは、入射したＸ線像を蛍光像に変換するシンチレータ及びシンチレータにより変換された蛍光像を撮像するＭＯＳ型イメージセンサを備えたＸ線パネルセンサにおいて、ＭＯＳ型イメージセンサがその上側に固定される第１配線基板と、グランド電位を有する第１金属薄膜をその上下面間に有し、第１配線基板の下側に対向すると共に第１配線基板に電気的に接続されるように配置された第２配線基板と、第１及び第２配線基板間に介在しグランド電位を有するＸ線遮蔽板と、第２配線基板の上面側に設けられＭＯＳ型イメージセンサからの出力信号をアナログ処理するアナログ回路と、第２配線基板の下面側に設けられ前記ＭＯＳ型イメージセンサの駆動信号のタイミングを生成するデジタル回路とを備え、第２配線基板はグランド電位を有する第２金属薄膜をその上下面間に有し、第１及び第２金属薄膜はそれぞれアナログ回路及びデジタル回路のグランドにそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明のＸ線パネルセンサによれば、ＭＯＳ型イメージセンサからの出力信号をアナログ処理するアナログ回路は、第２配線基板の上面側に配置され、また、共にグランド電位を有する第２配線基板の第１金属薄膜とＸ線遮蔽板との間に配置される。
【０００６】
本発明のＸ線パネルセンサによれば、アナログ回路を介して出力されるＭＯＳ型イメージセンサの出力信号に重畳されるべきノイズ、すなわち、上側からアナログ回路に入射するＸ線のノイズ及び下側からアナログ回路に伝搬してくるデジタル回路及び外部からのノイズは、それぞれＸ線遮蔽板及び第１金属薄膜によって抑制される。
【０００７】
従来、ＭＯＳ型イメージセンサの大型化に伴うノイズの増加が、画像劣化を引き起こしていたため、良質な画像を得ることができる大型のＭＯＳ型イメージセンサを搭載したＸ線パネルセンサを実現することができなかった。
【０００８】
一方、本発明によれば、そのノイズを低下させることにより、大型のＭＯＳ型イメージセンサ（例えば縦横寸法＝５０ｍｍ×５０ｍｍ）を搭載したＸ線パネルセンサを実現することができ、しかも、第１配線基板と第２配線基板とを対向させて配置し、第２配線基板の上下面にアナログ及びデジタル回路を搭載することとしたので、Ｘ線パネルセンサ全体の寸法は小型化することができる。なお、本発明は小型のＭＯＳ型イメージセンサを搭載したＸ線パネルセンサにも適用することが可能である。
【０００９】
なお、上述のように、第２配線基板はグランド電位を有する第２金属薄膜をその上下面間に有し、第１及び第２金属薄膜はそれぞれアナログ回路及びデジタル回路のグランドにそれぞれ電気的に接続されていることが望ましい。第１及び第２金属薄膜は、上述のノイズ遮蔽機能を達成すると共に、これらがアナログ回路及びデジタル回路に対応してそれぞれ設けられていることにより、双方の回路の安定化を達成することができる。
【００１０】
更に、本発明のＸ線パネルセンサは、第１及び第２配線基板間に介在して第１配線基板を第２配線基板上に支持すると共に、ＭＯＳ型イメージセンサの出力信号をアナログ回路に伝送し、デジタル回路の出力信号をＭＯＳ型イメージセンサに伝送するコネクタを更に備えることが望ましい。この場合、上記機能を果たすコネクタ自体が、第１配線基板を第２配線基板上に支持するので、構造上の強度が増加すると共に部品点数を減少させることができる。
【００１１】
また、Ｘ線パネルセンサが、シンチレータとＭＯＳ型イメージセンサとの間に介在し、鉛を含有するファイバオプティカルプレートを更に備えることとすると、シンチレータで変換されなかったＸ線をＭＯＳ型イメージセンサの受光面に到達する前に遮蔽することができる。
【００１２】
さらに、Ｘ線パネルセンサが、第１配線基板上に配置されるＭＯＳ型イメージセンサのための電子素子と、ファイバオプティカルプレートの周囲に配置され、電子素子を入射Ｘ線像のＸ線から遮蔽する枠体を更に備えることとすれば、この電子素子は、ファイバオプティカルプレートの周囲に配置された枠体によりＸ線から遮蔽することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るＸ線パネルセンサについて説明する。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１はＸ線パネルセンサの平面図であり、図２は図１に示したＸ線パネルセンサのＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【００１５】
本Ｘ線パネルセンサは、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕからなる配線が形成された配線基板１上に固定された枠体２と、枠体２の内縁にその外縁が接着され、鉛をシリカガラス中に含むファイバオプティカルプレート３と、ファイバオプティカルプレート３の一方の表面に設けられ入射したＸ線を蛍光に変換するシンチレータ（蛍光体）４と、ファイバオプティカルプレート３の他方の表面に対向して配線基板１上に設けられた半導体イメージセンサ５（ＭＯＳ型イメージセンサ）とを備えている。枠体２は、その内縁でファイバオプティカルプレート３を固定するために、ファイバオプティカルプレート３と略同じ、若しくは若干大きな面積を有する矩形状の開口を有している。また、ファイバオプティカルプレート３の光軸はＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面に垂直である。
【００１６】
上記部材は鉄製の筐体６内部に配置され、筐体６の上面にはＸ線入射領域を規定する矩形開口を有する蓋部材７が設けられ、この蓋部材７にはＸ線入射領域に設けられた窓材８が内面側から固定されている。すなわち、蓋部材７はＸ線を遮蔽する厚さ約１ｍｍの金属（Ｆｅ）から形成され、窓材８はＸ線を透過させる厚さ約０．５ｍｍの樹脂（ポリカーボネイト）から形成されている。なお、配線基板１を透過するＸ線が低減されるように、基板裏面側にはＣｕ／Ｎｉ／Ａｕからなる遮蔽膜が形成されている。
【００１７】
ＭＯＳ型イメージセンサ５は、２次元状に配置された複数のフォトダイオードと、光の入射に応答してそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の読み出しを制御するための複数のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とからなる受光領域と、その周辺部に配置された電極パッドとを備えている。配線基板１上にはＭＯＳＦＥＴの駆動制御を行うためのシフトレジスタ９と、ＭＯＳ型イメージセンサ５の出力を増幅する電子素子としての増幅素子（アンプアレイ）１０がベアチップの状態で設けられ、それぞれボンディングワイヤによりＭＯＳイメージセンサの電極パッドに電気的に接続されている。ここで、ＭＯＳ型イメージセンサ５、シフトレジスタ９、アンプアレイ１０と配線基板１との間には導電性フィラーを含む熱硬化性樹脂（エポキシ系樹脂）が介在しており、これらは配線基板１上の配線と電気的に接続されると同時に物理的に固定されている。
【００１８】
配線基板１は、Ａｌからなる複数のスペーサ１１，１２及び信号処理基板（第２配線基板）１３上から上方に立設したコネクタ１６を介して信号処理基板１３に固定されている。信号処理基板１３はＡｌからなる複数のスペーサ１４，１５を介して筐体６の底面に固定されている。コネクタ１６は、配線基板１と信号処理基板１３とを電気的に接続するものである。なお、装置全体の小型化のために、ＭＯＳイメージセンサ５は、その１つの角部が配線基板１の角部の近傍に位置するように配置されている。したがって、この位置には、ネジ止めの必要なスペーサを設けることはできないため、この位置において配線基板１と信号処理基板１３との間に介在するスペーサ１１は、ブロック形状とした。
【００１９】
図３は、図１に示したＸ線パネルセンサの回路構成図である。以下、図１及び図２を参照しつつ、Ｘ線パネルセンサの回路構成について説明する。信号処理基板１３の一方面上には、アンプアレイ１０から出力された映像信号に所定の演算処理を行う演算処理回路１７ａ，１７ｂ、演算処理回路１７ａ，１７ｂの出力を増幅する増幅器１８ａ，１８ｂ、及び増幅器１８ａ，１８ｂの出力を２分の１周期ずらして合成するマルチプレクサ１９等のアナログ回路が設けられている。
【００２０】
ＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面は、水平方向のアドレス０番地から１２７番地までの行とこれに垂直な列で規定される第１受光領域と、水平方向のアドレス１２８番地から２５５番地までの行とこれに垂直な列で規定される第２受光領域とから構成されている。なお、それぞれのアドレスには信号電荷を読み出すためのＭＯＳＦＥＴが配置されている。それぞれの受光領域内のフォトダイオードからの信号の読み出しは、シフトレジスタ９によってＭＯＳＦＥＴを制御することにより同時進行で行われ、フォトダイオードからの信号読み出しは高速化されている。
【００２１】
アンプアレイ１０は、ＭＯＳ型イメージセンサ５の第１及び第２受光領域からの出力信号をタイミングパルス発生回路２０からの同期信号に基づいてそれぞれ増幅する第１アンプアレイ１０ａ及び第２アンプアレイ１０ｂから構成されている。演算処理回路１７ａ，１７ｂ及び増幅器１８ａ，１８ｂは、アンプアレイ１０ａ，１０ｂにそれぞれ対応して設けられている。アンプアレイ１０ａ，１０ｂは配線基板１上に設けられているので、ＭＯＳ型イメージセンサ５とアンプアレイ１０ａ，１０ｂとを近接させることができ、これらの接続配線に重畳されるノイズを低減させ、良質な画像を得ることができる。アンプアレイ１０ａ，１０ｂを近接させた場合においても、入射Ｘ線の影響は撮像時に低減されることが望ましい。そこで、枠体２は、Ｘ線を遮蔽する金属（Ａｌ又は原子量の大きな金属）で作製されることとし、アンプアレイ１０は金属によってＸ線の入射が遮蔽される位置に設けられている。
【００２２】
同時に、枠体２は、ＭＯＳ型イメージセンサ５の電極パッド、アンプアレイ１０ａ，１０ｂ、シフトレジスタ９を覆っているため、電極パッドとアンプアレイ１０ａ，１０ｂ、及び電極パッドとシフトレジスタとを接続するボンディングワイヤを外的負荷から保護している。
【００２３】
信号処理基板１３の他方面には、シフトレジスタ９及びアンプアレイ１０ａ，１０ｂに信号の読み出しタイミング及び信号増幅タイミングをそれぞれ与え、これらから構成される駆動信号を発生するタイミングパルス発生回路２０、及びタイミングパルス発生回路２０の基準クロックを生成する発振器２１等のデジタル回路が設けられている。
【００２４】
マルチプレクサ１９は、タイミングパルス発生回路２０から出力される同期信号に同期して増幅器１８ａ，１８ｂの出力を２分の１周期ずらして合成する。マルチプレクサ１９から出力された映像信号は、映像信号出力端子２４から出力される。なお、筐体６には、この他にタイミングパルス発生回路２０駆動のためのトリガ信号を装置内部で発生するか、外部で発生するかを切り換える切換スイッチ２６、外部からトリガ信号を入力する場合の外部トリガ信号入力端子２５、タイミングパルス発生回路２０から出力された同期信号を出力する同期信号出力端子２３、及び装置全体に電源を供給するための電源コネクタ２２が設けられている。
【００２５】
本実施の形態に係るＸ線パネルセンサによれば、窓材８を介してセンサ内にＸ線が入射すると、シンチレータ４がＸ線の入射に応答して蛍光発光する。この蛍光は、複数の光ファイバの集合体であるファイバオプティカルプレート３内を、隣接光ファイバ間を通過する光と混合することなく、その光軸方向に沿って伝搬し、ＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面に入射する。ＭＯＳ型イメージセンサ５から出力された信号は、アンプアレイ１０に入力されることによって増幅され、コネクタ１６を介して信号処理基板１３上の回路に入力され、映像信号出力端子２４から出力される。
【００２６】
ここで、コネクタ１６は、第１配線基板１及び信号処理基板１３間に介在して第１配線基板１を信号処理基板１３上に支持すると共に、ＭＯＳ型イメージセンサ５の出力信号をアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９に伝送し、デジタル回路２０，２１の出力信号をＭＯＳ型イメージセンサ５に伝送する。本実施の形態においては、コネクタ１６自体が、第１配線基板１を信号処理基板１３上に支持するので、構造上の強度が増加すると共に部品点数を減少させることができる。
【００２７】
本実施の形態においては、信号処理基板１３は、金属薄膜１３ａ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｇ及びガラス繊維を含む絶縁性薄膜１３ｂ，１３ｄ，１３ｆとが交互に積層されてなる４層配線基板である。露出した金属薄膜１３ａ及び１３ｇは、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕからなり、内部の金属薄膜１３ｃ，１３ｅはＣｕからなる。
【００２８】
この中で、信号処理基板１３の上面側に形成された回路に最も近い内部金属薄膜１３ｃは、信号処理基板１３の上面側に形成された回路のグランド電位に接続されており、信号処理基板１３の裏面側に形成された回路に最も近い内部金属薄膜１３ｅは、信号処理基板１３の裏面側に形成された回路のグランド電位に接続されている。また、これらの内部金属薄膜１３ｃ，１３ｅは、一カ所のみで電気的に接続されている。
【００２９】
すなわち、信号処理基板１３はグランド電位を有する第２金属薄膜１３ｅをその上下面間に有し、第１及び第２金属薄膜１３ｃ，１３ｅはそれぞれアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９及びデジタル回路２０，２１のグランドにそれぞれ電気的に接続されている。第１及び第２金属薄膜１３ｃ，１３ｅは、アナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９へのデジタル回路２０，２１側からのノイズを遮蔽する。また、これらがアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９及びデジタル回路２０，２１に対応してそれぞれ設けられていることにより、双方の回路の安定化が達成される。
【００３０】
信号処理基板１３へのＸ線の入射を抑制するために、配線基板１と信号処理基板１３との間には段部を有する遮蔽板２７が介在し、遮蔽板２７の上段部はスペーサ２８によって、下段部はスペーサ２９によって信号処理基板１３に固定されている。遮蔽板２７は、表面にＮｉメッキが施された真鍮からなり、グランド電位に接続されている。
【００３１】
上述のように、本実施の形態に係るＸ線パネルセンサは、入射したＸ線像を蛍光像に変換するシンチレータ４及びシンチレータ４により変換された蛍光像を撮像するＭＯＳ型イメージセンサ５を備えたＸ線パネルセンサにおいて、ＭＯＳ型イメージセンサ５がその上側に固定される第１配線基板１と、グランド電位を有する第１金属薄膜１３ｃをその上下面間に有し、第１配線基板１の下側に対向すると共に第１配線基板１に電気的に接続されるように配置された信号処理基板１３と、第１配線基板１及び信号処理基板１３間に介在しグランド電位を有するＸ線遮蔽板２７と、信号処理基板１３の上面側に設けられＭＯＳ型イメージセンサ５からの出力信号をアナログ処理するアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９と、信号処理基板１３の下面側に設けられＭＯＳ型イメージセンサ５の駆動信号のタイミングを生成するデジタル回路２０，２１とを備えている。
【００３２】
本実施の形態のＸ線パネルセンサによれば、ＭＯＳ型イメージセンサ５からの出力信号を増幅処理するアンプアレイ１０は、ＭＯＳ型イメージセンサ５とアナログ回路との接続距離が短くなるように第１配線基板の上面側に配置され、また、アンプアレイ１０からの出力を更にアナログ処理するアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９は、共にグランド電位を有する第２配線基板１３の第１金属薄膜１３ｃとＸ線遮蔽板２７との間に配置されている。
【００３３】
したがって、この接続距離の短縮によって出力信号のノイズ耐性が向上すると共に、アナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９を介して出力されるＭＯＳ型イメージセンサ５の出力信号に重畳されるべきノイズ、すなわち、上側からシンチレータ４及び筐体６を透過し、ＭＯＳ型イメージセンサ５、アンプアレイ１０、アナログ回路に入射するＸ線、及び下側からアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９、ＭＯＳ型イメージセンサ５、アンプアレイ１０に伝搬してくるデジタル回路２０，２１及び外部からのノイズは、それぞれ鉛入りファイバオプティカルプレート３及び枠体２と、Ｘ線遮蔽板２７及び第１金属薄膜１３ｃによって抑制される。
【００３４】
また、本実施の形態においては、ＭＯＳ型イメージセンサ５とアンプアレイ１０とが別体の例について説明したが、これらは同一半導体基板上にモノリシックに形成されたものであってもよい。また、図４に示すように、ＭＯＳ型イメージセンサ５上に、直接シンチレータ４を形成することもできる。
【００３５】
したがって、上記実施の形態によれば、出力信号に重畳されるノイズを低下させることにより、大型のＭＯＳ型イメージセンサ（縦横寸法＝５０ｍｍ×５０ｍｍ）５を搭載したＸ線パネルセンサを実現することができる。信号処理基板１３の上下面にはアナログ回路１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９及びデジタル回路２０，２１を搭載することとしたので、Ｘ線パネルセンサ全体の寸法は小型化することができる。
【００３６】
以上、説明したように、本実施の形態に係るＸ線パネルセンサは、良質の画像を得ることができるので、医療機器や宇宙観測機器等の高性能測定機器に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るＸ線パネルセンサによれば、ＭＯＳ型イメージセンサを第１配線基板上に形成し、Ｘ線遮蔽板と、金属薄膜を上下面間に有する第２配線基板との間となる第２配線基板の上面側にアナログ回路を配置し、これと逆側にデジタル回路を配置することとしたので、更に良質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線パネルセンサの平面図。
【図２】図１に示したＸ線パネルセンサのＩＩ−ＩＩ矢印断面図。
【図３】図１に示したＸ線パネルセンサの回路構成図。
【図４】別の形態に係るＸ線パネルセンサの断面図。
【符号の説明】
１…配線基板、２…枠体、３…ファイバオプティカルプレート、４…シンチレータ、５…半導体イメージセンサ、１０…増幅素子、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９…アナログ回路、２０，２１…デジタル回路。

Claims (4)

1. 入射したＸ線像を蛍光像に変換するシンチレータ及び前記シンチレータにより変換された蛍光像を撮像するＭＯＳ型イメージセンサを備えたＸ線パネルセンサにおいて、前記ＭＯＳ型イメージセンサがその上側に固定される第１配線基板と、グランド電位を有する第１金属薄膜をその上下面間に有し、前記第１配線基板の下側に対向すると共に前記第１配線基板に電気的に接続されるように配置された第２配線基板と、前記第１及び第２配線基板間に介在しグランド電位を有するＸ線遮蔽板と、前記第２配線基板の上面側に設けられ前記ＭＯＳ型イメージセンサからの出力信号をアナログ処理するアナログ回路と、前記第２配線基板の下面側に設けられ前記ＭＯＳ型イメージセンサの駆動信号のタイミングを生成するデジタル回路と、を備え、
   前記第２配線基板はグランド電位を有する第２金属薄膜をその上下面間に有し、前記第１及び第２金属薄膜はそれぞれ前記アナログ回路及び前記デジタル回路のグランドにそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とするＸ線パネルセンサ。
2. 前記第１及び第２配線基板間に介在して前記第１配線基板を前記第２配線基板上に支持すると共に、前記ＭＯＳ型イメージセンサの出力信号を前記アナログ回路に伝送し、前記デジタル回路の出力信号を前記ＭＯＳ型イメージセンサに伝送するコネクタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線パネルセンサ。
3. 前記シンチレータと前記ＭＯＳ型イメージセンサとの間に介在し、鉛を含有するファイバオプティカルプレートを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線パネルセンサ。
4. 前記第１配線基板上に配置される前記ＭＯＳ型イメージセンサのための電子素子と、前記ファイバオプティカルプレートの周囲に配置され、前記電子素子を入射Ｘ線像のＸ線から遮蔽する枠体を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のＸ線パネルセンサ。

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