JP4191459B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の放射線撮像装置として、ファイバオプティカルプレート(以下、FOPと称する)と、このFOPの一方の表面に設けられたシンチレータと、FOPの他方の表面に対向して設けられた半導体イメージセンサと、半導体イメージセンサの出力を増幅する増幅部(増幅素子)と、半導体イメージセンサ及び増幅部を囲むように設けられた枠体と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、光電変換を行う光検出器が1次元又は2次元に配列された光検出器アレイと、光検出器の光入射面上に直接形成されたシンチレータと、を備えた放射線撮像装置も知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−28735号公報
【特許文献2】
国際公開WO98/36290号パンフレット
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1に開示されたような撮像装置では、FOP自体の大面積化が不可能であるために、撮像面積の大面積化は困難であった。このため、上記特許文献2に開示されているように、FOPを用いることなく、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成する手法が考えられる。また、光検出器の光入射面上にシンチレータを直接形成するのではなく、支持体上にシンチレータを形成し、光検出器の光入射面とシンチレータとを密着させる手法も考えられる。
【0006】
しかしながら、FOPを用いない構成とした場合、増幅部の特性が劣化するという新たな問題点が発生するようになった。発明者等の調査研究の結果、放射線(例えば、X線)がシンチレータまたは枠体に入射すると、コンプトン効果により、散乱放射線が発生していることが判明した。シンチレータまたは枠体にて散乱放射線が発生していても、FOPが存在する場合には、散乱放射線はFOPに含まれる鉛により遮蔽される。ところが、FOPが存在しない場合には、発生した散乱放射線は遮蔽されることなく、増幅部に入射することとなる。したがって、増幅部の特性劣化の要因は、散乱放射線の入射によるものと考えられる。特に、半導体イメージセンサや光検出器アレイといった光感応部と増幅部とを同一の半導体基板上に形成した場合、光感応部と増幅部とが近づいて配置されることとなり、増幅部に散乱放射線が入射しやすくなる。また、増幅部をSi基板に形成した場合、散乱放射線は撮像装置に入射するX線よりも低エネルギーであるために、Siでの吸収が大きく、増幅部に与えるダメージも大きくなる。
【0007】
本発明は、増幅部への放射線の入射を抑制して、当該増幅部の特性が劣化するのを防止することが可能な放射線撮像装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放射線撮像装置は、基板の一方面側に形成され、入射された光を光電変換する光感応部と、上記基板の一方面側に形成され、光感応部からの出力を増幅する増幅部と、基板の一方面における光感応部及び増幅部が形成された領域を覆うように配置され、放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有することを特徴としている。
【0009】
本発明に係る放射線撮像装置では、シンチレータにより増幅部が形成された領域も覆われているので、シンチレータ等で発生した散乱放射線は、増幅部に到達するまでの間に、シンチレータに吸収されて弱められることとなる。この結果、シンチレータ等で発生した散乱放射線が増幅部に入射するのが抑制され、増幅部の特性が劣化するのを防止することができる。
【0010】
また、本発明においては、装置が本来備えているシンチレータを用いることにより、増幅部への散乱放射線の入射を抑制しているので、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を用いる必要がなく、装置の構成や製造工程等が複雑化するようなことはない。
【0011】
また、基板の一方面側に形成され、光感応部からの出力を増幅部に向けて送り出すためのシフトレジスタ部を更に有し、シンチレータは、基板の一方面におけるシフトレジスタ部が形成された領域を更に覆うように配置されていることが好ましい。この場合、シフトレジスタ部が形成された領域もシンチレータにより覆われているので、シンチレータ等で発生した散乱放射線がシフトレジスタ部に入射するのも抑制されることとなり、シフトレジスタ部の特性が劣化するのも防止することができる。
【0012】
また、シンチレータは、基板の一方面上に直接形成されていることが好ましい。また、光感応部は、2次元に配列された複数の光電変換素子を含んでいることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による放射線撮像装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【0014】
図1及び図2は、本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図であり、図3は、本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。なお、図3では、ボンディングワイヤの図示を省略している。
【0015】
本実施形態の放射線撮像装置1は、図1〜図3に示されるように、固体撮像素子11、シンチレータ21、マウント基板31、枠体41等を備えている。
【0016】
固体撮像素子11は、MOS型イメージセンサであって、Si基板12の一方面側に形成された、光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15を有している。このように、光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15は、同一基板(Si基板12)に形成されている。Si基板12(固体撮像素子11)は、マウント基板31上に固定されている。
【0017】
光感応部13は、光電変換を行う光電変換素子としてのフォトダイオード16を複数含んでおり、これらのフォトダイオード16は二次元状に配列されている。また、固体撮像素子11は、光の入射に応答してそれぞれのフォトダイオード16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)(図示せず)も有している。本実施形態においては、Si基板12の面積は、16900mm2(=130mm×130mm)程度であり、光感応部13の面積は、15625mm2(=125mm×125mm)程度である。
【0018】
シフトレジスタ部14は、それぞれのフォトダイオード16で発生した電荷を順次読み出して対応する増幅部15に向けて出力するように、上記MOSFETの駆動制御を行う。シフトレジスタ部14は、Si基板12に形成された配線(図示せず)を通して、対応するMOSFETに電気的に接続されている。
【0019】
増幅部15は、Si基板12に形成された配線(図示せず)を通して、対応するフォトダイオード16と電気的に接続可能とされており、当該フォトダイオード16からの出力を増幅し、出力する。増幅部15は、例えば、フォトダイオード16からの出力(電流出力)を増幅するアンプ(チャージアンプ)と、このアンプに並列に接続された容量素子と、アンプ及び容量素子に並列に接続されたスイッチ素子等を含む。
【0020】
Si基板12には、それぞれの増幅部15と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部17が複数形成されている。これらのボンディングパッド部17は、ボンディングワイヤ51により、マウント基板31に形成されたボンディングパッド部32に電気的に接続されている。これにより、増幅部15からの出力は、マウント基板31を通して撮像装置1の外部に送られることとなる。また、Si基板12には、それぞれのシフトレジスタ部14と電気的に接続されて形成されたボンディングパッド部18が複数形成されている(特に、図3参照)。これらのボンディングパッド部18は、ボンディングワイヤ(図示せず)により、マウント基板31に形成されたボンディングパッド部33に電気的に接続されている。これにより、撮像装置1の外部からの信号は、マウント基板31を通してシフトレジスタ部14に送られることとなる。
【0021】
シンチレータ21は、入射した放射線(例えば、X線)を可視光に変換するもので、柱状構造を呈している。シンチレータ21は、図3にも示されるように、Si基板12の一方面における光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15が形成された領域を覆うように、当該領域上に直接形成されている。これにより、シンチレータ21は、Si基板12の一方面における光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15が形成された領域に接触して配置されることとなる。なお、Si基板12の一方面におけるボンディングパッド部17,18が形成された領域は、シンチレータ21にて覆われておらず、露出している。
【0022】
シンチレータ21には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良いTlドープのCsI等が好ましい。シンチレータ21の上には、シンチレータ21の柱状構造を覆ってその間隙まで入り込み、シンチレータ21を密閉する保護膜(図示せず)が形成されている。保護膜は、放射線を透過し、水蒸気を遮断する材料、例えばポリパラキシリレン樹脂(スリーボンド社製、商品名パリレン)、特にポリパラクロロキシリレン(同社製、商品名パリレンC)を用いることが好ましい。本実施形態においては、シンチレータ21の厚みは、300μm程度である。
【0023】
シンチレータ21は、蒸着法により、CsIの柱状結晶を成長させることで形成することができる。また、保護膜は、CVD法により形成することができる。なお、シンチレータ21及び保護膜の形成方法については、本願出願人による上記特許文献2(国際公開WO98/36290号パンフレット)等において詳細に開示されており、ここでの説明を省略する。
【0024】
枠体41は、固体撮像素子11を囲むようにマウント基板31上に固定されて、設けられている。枠体41には、光感応部13に対応する位置に、矩形形状の開口42が形成されており、放射線がこの開口42を通ってシンチレータ21に入射することとなる。枠体41と、Si基板12及びマウント基板31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11のシフトレジスタ部14及び増幅部15、ボンディングパッド部17,32、ボンディングワイヤ51等が位置する。このように、ボンディングワイヤ51は、枠体41と、Si基板12及びマウント基板31とで画成される空間S内に配設されているので、当該ボンディングワイヤ51は枠体41によって押さえつけられることなく、外部からの物理的応力から保護される。また、枠体41には、その増幅部15側とは反対側に放射線遮蔽性の材料(例えば、鉛等)からなる遮蔽材43が設けられており、この遮蔽材43にて放射線を十分に遮蔽している。本実施形態においては、遮蔽材43の厚みは2.5mm程度である。
【0025】
以上のように、本実施形態の放射線撮像装置1においては、シンチレータ21によりSi基板12における増幅部15が形成された領域も覆われているので、シンチレータ21または枠体41で発生した散乱放射線は、増幅部15に到達するまでの間に、シンチレータ21に吸収されて弱められることとなる。この結果、シンチレータ21または枠体41で発生した散乱放射線が増幅部15に入射するのが抑制され、増幅部15の特性が劣化するのを防止することができる。
【0026】
また、本実施形態の放射線撮像装置1においては、固体撮像素子11の撮像面側にシンチレータ21を形成する工程により、Si基板12における増幅部15が形成された領域にもシンチレータ21を形成することができる。このように、本来備えているシンチレータ21を用いることにより、増幅部15への散乱放射線の入射を抑制しているので、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を設ける必要がなく、放射線撮像装置1の構成や製造工程等が複雑化するようなことはない。
【0027】
また、本実施形態の放射線撮像装置1においては、シンチレータ21によりSi基板12におけるシフトレジスタ部14が形成された領域も覆われているので、シンチレータ21または枠体41で発生した散乱放射線がシフトレジスタ部14に入射するのも抑制されることとなり、シフトレジスタ部14の特性が劣化するのも防止することができる。
【0028】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、固体撮像素子11として、MOS型イメージセンサの代わりに、CCDイメージセンサを用いてもよい。
【0029】
また、本実施形態においては、シンチレータ21をSi基板12上に直接形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、放射線透過性基板上にシンチレータを形成したシンチレータ基板を用い、Si基板12の一方面における光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15が形成された領域とシンチレータとが接触するように、シンチレータ基板を配置した構成としてもよい。なお、シンチレータの上に保護膜が形成されている場合には、上記光感応部13、シフトレジスタ部14及び増幅部15が形成された領域と保護膜とが接触するようになる。
【0030】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、増幅部への放射線の入射を抑制して、当該増幅部の特性が劣化するのを防止することが可能な放射線撮像装置を提供することができる。
【0031】
また、本発明によれば、散乱放射線の入射を抑制する目的で新たに放射線遮蔽部材等を用いる必要がなく、装置の構成や製造工程等が複雑化するの防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。
【図2】本実施形態に係る放射線撮像装置の断面構成を説明するための概略図である。
【図3】本実施形態に係る放射線撮像装置を示す平面図である。
【符号の説明】
1…放射線撮像装置、11…固体撮像素子、12…Si基板、13…光感応部、14…シフトレジスタ部、15…増幅部、16…フォトダイオード、21…シンチレータ、31…マウント基板。
Claims (6)
- 基板の一方面側に形成され、入射された光を光電変換する光感応部と、
前記光感応部が形成された前記基板の前記一方面側に形成され、前記光感応部からの出力を増幅する増幅部と、
放射線を可視光に変換するシンチレータと、を有しており、
前記光感応部は、2次元に配列された複数の光電変換素子を含むと共に平面視で矩形形状を呈し、
前記増幅部は、前記光感応部の一辺に隣接して形成され、
前記シンチレータは、前記基板の前記一方面における前記光感応部及び前記増幅部が形成された領域を覆うように配置されていることを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記基板の前記一方面側に形成され、前記光感応部からの出力を前記増幅部に向けて送り出すためのシフトレジスタ部を更に有し、
前記シンチレータは、前記基板の前記一方面における前記シフトレジスタ部が形成された領域を更に覆うように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 - 前記シンチレータは、前記基板の前記一方面上に直接形成されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
- 前記基板の一方面側に前記増幅部に隣接して形成され、前記増幅部と電気的に接続されたボンディングパッド部を更に有しており、
前記基板の一方面における前記ボンディングパッド部が形成された領域は、シンチレータにて覆われていないことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 - 前記基板が固定されるマウント基板と、
前記基板を囲むように前記マウント基板上に固定され、前記光感応部に対応する位置に開口が形成された枠体と、
前記マウント基板上に形成され、前記ポンデングパッド部とボンディングワイヤにて電気的に接続されるボンディングパッド部と、を更に有しており、
前記ボンディングワイヤは、前記基板と前記マウント基板と前記枠体との間に形成される空間に位置していることを特徴とする請求項4に記載の放射線撮像装置。 - 前記増幅部は、前記光感応部からの出力を増幅するアンプと、前記アンプに並列接続された容量素子と、前記アンプ及び前記容量素子に並列接続されたスイッチ素子と、を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
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