JP4040879B2 - Ｘ線像検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線像検出装置に関する。

従来のＸ線像検出装置は、特許文献１及び特許文献２に記載されている。前者はＸ線遮蔽性のＦＯＰ（ファイバオプティックプレート）上にシンチレータ材料を形成し、これを固体撮像素子上に接着しており、後者はシンチレータ材料を固体撮像素子上に直接形成している。
特開昭６０−２３４６４５号公報 特開平５−２４２８４１号公報

しかしながら、前者の装置においては接着剤内の気泡によって影ができる場合があり、また、後者においては固体撮像素子をシンチレータ材料形成環境下に配置するため画質が劣化する可能性がある。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、良好なＸ線画像が得られるＸ線像検出装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本Ｘ線像検出装置は、Ｘ線透過性基板の表面にシンチレータ材料を形成してなるシンチレータ基板と、シンチレータ材料がその撮像面上に配置される固体撮像素子と、固体撮像素子が固定されると共に固体撮像素子からの出力信号が入力される配線が形成されたマウント基板と、固体撮像素子を囲むようにマウント基板上に固定されると共に、シンチレータ基板方向に向かって突出しシンチレータ基板に少なくとも一部が当接する位置決め部を有する枠体と、位置決め部とマウント基板との間の空間内に位置し固体撮像素子と配線とを接続するボンディングワイヤとを備え、シンチレータ基板の外縁が長方形であり、位置決め部は、シンチレータ基板の周囲４つの側面を取り囲んでおり、これらの側面に接触していることを特徴とする。

Ｘ線透過性基板を透過したＸ線像は、これに形成されたシンチレータ材料によって可視像に変換され、この可視像は、固体撮像素子の撮像面に直接入射し、固体撮像素子から出力される可視像の映像信号は、位置決め部によって保護されたボンディングワイヤを介してマウント基板上に形成された配線に出力される。したがって、本装置においては良質なＸ線画像を得ることができる。

特に、枠体の位置決め部が、これの下部に位置するボンディングワイヤを保護すると共に、これに当接するシンチレータ基板の位置決め及び支持を行うので、固体撮像素子を気泡の入る可能性がある接着剤で接着しなくてもよく、また、枠体が金属からなる場合には、固体撮像素子の読出部、ボンディングワイヤ、ボンディングパッド等へのＸ線入射を抑制する遮蔽効果を向上させる。なお、遮蔽率が十分でない場合は、枠体の位置決め部のボンディングワイヤ側とは反対側にＸ線遮蔽性の材料からなる遮蔽材を更に設けることによって、Ｘ線を遮蔽することが望ましい。

なお、位置決め部は、その少なくとも一部がシンチレータ基板に当接するが、位置決め部の内縁が長方形（正方形を含む）であり、シンチレータ基板の外縁が長方形（正方形を含む）である場合、シンチレータ基板外縁の２辺を、位置決め部内縁の２辺に押し付ければ、シンチレータ基板は位置決めされることとなり、双方の４辺が全て接触している必要はない。

シンチレータ基板は、マウント基板の表面を水平にして用いる場合には特に固定しなくてもよい場合があるが、好適にはこれを固定する。すなわち、本装置は、枠体の開口を塞ぐように枠体に固定された押さえ板と、押さえ板とシンチレータ基板との間に介在する弾性体とを更に備え、弾性体はシンチレータ基板を固体撮像素子方向へ付勢することが好ましい。

この場合、シンチレータ基板は押さえ板及び弾性体によって固定されると共に、固体撮像素子方向へと付勢されるので、シンチレータ基板の固体撮像素子との密着性を高めて更に良質なＸ線画像を得ることができる。特に、Ｘ線が軟Ｘ線の場合には、Ｘ線透過性基板によるＸ線透過率を僅かにでも向上させるため、基板の厚みは比較的薄く設定されるが、基板の厚みが薄い場合には撓みが発生し、これが画像劣化の要因となる。本装置においては、上記のように、付勢によって密着性を高めているので、基板の撓みを矯正し、更に良質な画像を得ることができる。

弾性体を用いない場合においても、本装置が枠体の開口を塞ぐように枠体に固定された押さえ板を更に備え、シンチレータ基板の厚みがＸ線透過性基板が押さえ板に接触するように設定されることとしても、シンチレータ基板の密着性を向上させることができるため、上記と同様に良質な画像を得ることができる。

上述の密着性向上手法を用いる場合、或いは用いない場合において、位置決め部とシンチレータ基板とは接着されていることが望ましい。この場合、接着によってシンチレータ基板の位置決めがより強固なものとなり、また、これと固体撮像素子の撮像面との間に接着剤を用いる必要がなくなるので、気泡による影の混入を防止することができる。

このような接着手法を行う場合、押さえ板を用いないこともできるので、Ｘ線透過性基板のシンチレータ材料側とは反対側の面は露出させることもできる。したがって、この場合、シンチレータ材料へのＸ線入射率を向上させることができる。

また、シンチレータ材料は樹脂膜によって被覆されていることが好ましい。これにより、シンチレータ材料の耐湿性が向上する。樹脂膜は一層又は多層とすることができるが、一層である場合にはシンチレータ材料で発生した可視光像の減衰を抑えることができる。しかしながら、その一方で多層被覆と比較すると、耐湿性は劣る。上記接着手法を用いる場合には、位置決め部に塗布される接着剤がシンチレータ材料設置空間内における防湿作用をも奏するので、樹脂膜一層被覆を用いた場合、可視光像の減衰を抑制すると共に耐湿性も向上させることができる。

なお、Ｘ線透過性基板は、Ｘ線透過性ガラス又はアモルファスカーボンからなり、シンチレータ材料は柱状結晶のＣｓＩからなり、樹脂膜はポリパラキシリレンからなることが好ましい。

更に、大面積のＸ線撮像を行う場合においては、上記固体撮像素子は、複数の半導体撮像素子チップを配列してなることが好ましい。このような場合においては、従来のように撮像面に接着剤を塗布すると、気泡の混入率が著しく高まるが、本装置においては、これを確実に抑制することができる。

特に、複数の半導体撮像素子チップの撮像面が、全て同一平面内に位置するように、複数の半導体撮像素子チップは一塊の弾性体によってマウント基板方向へ付勢されていると、その効果を顕著とすると共に、撮像される画像の歪を低減させることができる。

本装置においては良質なＸ線画像を得ることができる。

以下、本発明に係るＸ線像検出装置の実施形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）

図１は第１実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。本装置は、Ｘ線透過性基板１ａの表面にシンチレータ材料１ｂを形成してなるシンチレータ基板１を備えている。また、本装置は、シンチレータ材料１ｂがその撮像面上に配置される固体撮像素子２を備えており、シンチレータ材料１ｂは、この撮像面に接触している。なお、シンチレータ材料１ｂを樹脂膜によって被覆する場合には、これが撮像面に接触する。固体撮像素子２はＣＣＤイメージセンサからなることとしてもよいが、本例ではＭＯＳ型イメージセンサであることとする。

固体撮像素子２は、マウント基板３上に固定されている。マウント基板３の表面には、固体撮像素子２からの出力信号が入力される配線３ａが形成されている。

更に、本装置は、固体撮像素子２を囲むようにマウント基板３上に固定された枠体４を備えている。枠体４は、シンチレータ基板１方向に向かって突出しシンチレータ基板１に当接する位置決め部４ａを有する。シンチレータ基板１の形状は長方形又は正方形である。位置決め部４ａは、シンチレータ基板１の周囲４つの側面を取り囲んでおり、これらの側面に接触している。

なお、位置決め部４ａは、その少なくとも一部がシンチレータ基板１に当接するが、位置決め部４ａの内縁が長方形（正方形を含む）であり、シンチレータ基板１の外縁が長方形（正方形を含む）である場合、シンチレータ基板外縁の２辺を、位置決め部内縁の２辺に押し付ければ、シンチレータ基板１は位置決めされることとなり、双方の４辺が全て接触している必要はない。

位置決め部４ａとマウント基板３との間には空間Ｓが形成されている。空間Ｓ内には、固体撮像素子２の読出部、マウント基板３上の配線３ａに繋がるボンディングパッド部、固体撮像素子２と配線３ａとを接続するボンディングワイヤ５が位置する。なお、マウント基板３の裏面側には固体撮像素子３を駆動する駆動信号を入力すると共に出力信号を読み出すコネクタ６が取付けられている。

本装置においては、Ｘ線透過性基板１ａ方向からシンチレータ材料１ｂにＸ線が入射する。Ｘ線透過性基板１ａを透過したＸ線像は、これに形成されたシンチレータ材料１ｂによって可視像に変換され、この可視像は、固体撮像素子２の撮像面に直接入射し、固体撮像素子２から出力される可視像の映像信号は、位置決め部４ａによって保護されたボンディングワイヤ５を介してマウント基板３上に形成された配線３ａに入力される。なお、マウント基板３上には、図示していないが固体撮像素子２を駆動するための駆動回路、及び固体撮像素子２から出力された映像信号を配線３ａを介して受信して増幅する増幅器が配置されており、この映像信号はＸ線画像としてコネクタ６から出力される。

本装置においては、枠体４の位置決め部４ａが、これの下部に位置するボンディングワイヤ５を保護すると共に、これに当接するシンチレータ基板１の位置決め及び支持を行うので、固体撮像素子２を気泡の入る可能性がある接着剤で接着しなくてもよく、また、枠体４が金属からなる場合には、固体撮像素子２の読出部、ボンディングワイヤ５、ボンディングパッド等へのＸ線入射を抑制する遮蔽効果を向上させる。なお、本例においては、枠体４の位置決め部４ａのボンディングワイヤ５側とは反対側にＸ線遮蔽性の材料からなる遮蔽材７を更に設けており、Ｘ線を十分に遮蔽している。なお、遮蔽材７は、鉛からなる。

シンチレータ基板１は、マウント基板３に固定されている。すなわち、本装置は、枠体４の開口を塞ぐように枠体４に固定された押さえ板８と、押さえ板８とシンチレータ基板１との間に介在する弾性体９を備えており、弾性体９はシンチレータ基板１を固体撮像素子２方向へ付勢し、加圧している。本例においては、弾性体はウレタン等のスポンジからなる。

この場合、シンチレータ基板１は押さえ板８及び弾性体９によってマウント基板３に固定されると共に、固体撮像素子２方向へと付勢されるので、シンチレータ基板１の固体撮像素子２との密着性を高めて更に良質なＸ線画像を得ることができる。特に、入射Ｘ線が軟Ｘ線の場合には、Ｘ線透過性基板によるＸ線透過率を向上させるため、基板１ａの厚みは比較的薄く設定されるが、基板１ａの厚みが薄い場合には撓みが発生し、これが画像劣化の要因となる。本装置においては、上記のように、付勢によって密着性を高めているので、基板１ａの撓みを矯正し、更に良質な画像を得ることができる。

また、位置決め部４ａとシンチレータ基板１とは接着剤１０によって接着されている。この場合、接着によってシンチレータ基板１の位置決めがより強固なものとなり、また、これと固体撮像素子２の撮像面との間に接着剤を用いる必要がなくなるので、気泡による影の混入を防止することができる。

シンチレータ材料１ｂは樹脂膜１ｃによって被覆されている。これにより、シンチレータ材料１ｂの耐湿性が向上する。樹脂膜１ｃは一層又は多層とすることができるが、一層である場合にはシンチレータ材料１ｂで発生した可視光像の減衰を抑えることができる。しかしながら、一層の場合、多層被覆と比較すると、耐湿性は劣る。上記接着手法を用いる場合には、位置決め部４ａに塗布される接着剤１０がシンチレータ材料設置空間内における防湿作用をも奏するので、樹脂膜一層被覆を用いた場合、可視光像の減衰を抑制すると共に耐湿性も向上させることができる。

本例において、Ｘ線透過性基板１ａは、Ｘ線透過性ガラス又はアモルファスカーボンからなり、シンチレータ材料１ｂは柱状結晶のＣｓＩからなり、樹脂膜はポリパラキシリレンからなり、Ｘ線の透過率を向上させるとともに、高解像度の可視光像を得ることができ、この可視光像を低い減衰で固体撮像素子２に入射させることができる。

なお、本装置においては、遮蔽材７も位置決め部を構成しており、枠体４の位置決め部４ａの上面よりもシンチレータ基板１の上面の方が低く設定されている。また、枠体４の開口端には押さえ板位置決め用の位置決め部４ｂが設けられており、この位置決め部４ｂの段差に押さえ板８が嵌まり込む共に、押さえ板８の下面は遮蔽材７及び図面右方の位置決め部４ａの上面に当接し、押さえ板８は、これらの間に介在する接着剤によって枠体４に固定されている。

（第２実施形態）

図２は第２実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。本例では、第１実施形態の装置において用いた弾性体９を備えておらず、他の構成は第１実施形態と同一である。すなわち、シンチレータ基板１の厚みはＸ線透過性基板１ａが押さえ板８に接触するように設定されており、これによってシンチレータ基板１の固体撮像素子２との密着性を向上させている。この場合にも、上記と同様に良質な画像を得ることができる。なお、本装置においては、遮蔽材７も位置決め部を構成しており、枠体４の位置決め部４ａの上面とシンチレータ基板１の上面との高さは同一である。

（第３実施形態）

図３は第３実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。本例では、上述の接着剤１０を用いることにより、第２実施形態における押さえ板８を省略したものであり、他の構成は第２実施形態と同一である。すなわち、Ｘ線透過性基板１ａのシンチレータ材料１ｂ側とは反対側の面は露出している。この場合、押さえ板８が無いため、第２実施形態ものと比較して、シンチレータ材料１ｂへのＸ線入射率を向上させることができる。

（第４実施形態）

図４は第４実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。本例では、第３実施形態と比較して、枠体４の位置決め部４ａの上面よりもシンチレータ基板１の上面の方が高く設定されており、他の構成は第３実施形態と同一である。本例の場合、若干基板１ａが位置決め部４ａよりも突出するので、製造時において、この突出部を保持したまま、枠体４開口部内にシンチレータ基板１を挿入することができる。

（第５実施形態）

図５は第５実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。本装置においては、固体撮像素子２は、１つの半導体撮像素子チップからではなく、複数の半導体撮像素子チップ２’を隣接するように平面状に配列したものからなる。本装置においては、この点が第１実施形態の装置と異なり、他の構成は同一である。大面積のＸ線撮像を行う場合においては、従来のように撮像面に接着剤を塗布すると、気泡の混入率が著しく高まるが、本装置においては、これを確実に抑制することができる。

特に、本例では、複数の半導体撮像素子チップ２’の撮像面が、全て同一平面内に位置するように、複数の半導体撮像素子チップ２’は一塊の弾性体９によってマウント基板３方向へ付勢されているので、その効果を顕著とすると共に、撮像される画像の歪を低減させることができる。

なお、固体撮像素子２を複数の半導体撮像素子チップ２’から構成するものは、上記第２乃至第４実施形態の装置にも適用することができる。

（第６実施形態）

図６は第６実施形態に係るＸ線像検出装置を分解して示す斜視図である。本実施形態においては、第１乃至第５実施形態に係るＸ線像検出装置のいずれか１つをハウジング内に収容してなるものである。このハウジングはハウジング本体ＨＳ_Ｌと、これに嵌まる上蓋ＨＳ_Ｕからなり、上蓋ＨＳ_ＵにはＸ線入射用開口ＯＰが形成されている。この開口ＯＰは上蓋ＨＳ_Ｕの内側に取付けられたＸ線透過性平板１１によって塞がれており、Ｘ線透過性平板１１は好適にはポリカーボネイト又はアモルファスカーボンからなる。

Ｘ線入射用開口ＯＰの直下には、第１乃至第５実施形態に係るＸ線像検出装置のいずれか１つが配置され、そのマウント基板３の裏面側には固体撮像素子２を駆動する駆動回路及び固体撮像素子２からの映像信号を増幅する増幅器等を含む電子回路ユニット１２が設けられ、これらの駆動回路への供給電力や制御信号、映像信号等の送受信はハウジング側面に設けられた複数のコネクタを介して行われる。マウント基板３とハウジングの底面との間にはスペーサ及びステーＳＴが介在しており、上記電子回路ユニット１２が配置される空間を確保している。

本装置によれば、ハウジング内に装置が収納されているので電子回路ユニット１２等が保護される。

本発明はＸ線像検出装置に利用することができる。

第１実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。 第２実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。 第３実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。 第４実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。 第５実施形態に係るＸ線像検出装置の縦断面図である。 第６実施形態に係るＸ線像検出装置を分解して示す斜視図である。

符号の説明

３・・・マウント基板、２・・・固体撮像素子、１２・・・電子回路ユニット、４・・・枠体、４ａ・・・位置決め部、５・・・ボンディングワイヤ。

Claims (11)

1. Ｘ線透過性基板の表面にシンチレータ材料を形成してなるシンチレータ基板と、
   前記シンチレータ材料がその撮像面上に配置される固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が固定されると共に前記固体撮像素子からの出力信号が入力される配線が形成されたマウント基板と、
   前記固体撮像素子を囲むように前記マウント基板上に固定されると共に、前記シンチレータ基板方向に向かって突出し前記シンチレータ基板に少なくとも一部が当接する位置決め部を有する枠体と、
   前記位置決め部と前記マウント基板との間の空間内に位置し前記固体撮像素子と前記配線とを接続するボンディングワイヤと、
   を備え、
   前記シンチレータ基板の外縁が長方形であり、前記位置決め部は、前記シンチレータ基板の周囲４つの側面を取り囲んでおり、これらの側面に接触している、
   ことを特徴とするＸ線像検出装置。
2. 前記枠体は金属からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
3. 前記枠体の前記位置決め部の前記ボンディングワイヤ側とは反対側にＸ線遮蔽性の材料からなる遮蔽材を更に設けたことを特徴とする請求項1に記載のＸ線像検出装置。
4. 前記枠体の開口を塞ぐように前記枠体に固定された押さえ板と、前記押さえ板と前記シンチレータ基板との間に介在する弾性体とを更に備え、前記弾性体は前記シンチレータ基板を前記固体撮像素子方向へ付勢することを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
5. 前記枠体の開口を塞ぐように前記枠体に固定された押さえ板を更に備え、前記シンチレータ基板の厚みは前記Ｘ線透過性基板が前記押さえ板に接触するように設定されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
6. 前記位置決め部と前記シンチレータ基板とは接着されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
7. 前記Ｘ線透過性基板の前記シンチレータ材料側とは反対側の面は露出していることを特徴とする請求項６に記載のＸ線像検出装置。
8. 前記シンチレータ材料は樹脂膜によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
9. 前記Ｘ線透過性基板は、Ｘ線透過性ガラス又はアモルファスカーボンからなり、前記シンチレータ材料は柱状結晶のＣｓＩからなり、前記樹脂膜はポリパラキシリレンからなることを特徴とする請求項８に記載のＸ線像検出装置。
10. 前記固体撮像素子は、複数の半導体撮像素子チップを配列してなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像検出装置。
11. 前記複数の半導体撮像素子チップの撮像面が、全て同一平面内に位置するように、前記複数の半導体撮像素子チップは一塊の弾性体によって前記マウント基板方向へ付勢されていることを特徴とする請求項１０に記載のＸ線像検出装置。

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