JP5038209B2

JP5038209B2 - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP5038209B2
Application number: JP2008085513A
Authority: JP
Inventors: 重典関根; 敏一簗田
Original assignee: Nihon Kessho Koogaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Kessho Koogaku Co Ltd
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2008263190A

Description

本発明は、基板上面の一部領域上に配置されかつ受光面上に第１パッドを有する光電素子を備え、この光電素子が受光する光の強度に基づく電気信号を出力する技術に関し、光電素子が配置される平面において、光電素子が占める面積の割合を高く維持し、容易に製造することのできる放射線検出装置に関する。

医療機関などで使用されるＸ線ＣＴ装置では、被検体に対してＸ線を照射することによって被検体の内部構造を撮影する。具体的には、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射源と、Ｘ線照射源と被検体を介して対抗配置された、Ｘ線検出部が１次元アレイ状に配置された構造の放射線検出器を有する。ここで、検出部は、受線したＸ線を電気信号に変換する機能を有し、Ｘ線を可視光線に変換するシンチレータ素子と、可視光線を電気信号に変換するフォトダイオードとを有する。この放射線検出器によって被検体を通過したＸ線を受線し、受線したＸ線に基づいて得られる電気信号を記録する。そして、Ｘ線照射源と放射線検出器の位置関係を維持したまま、Ｘ線を照射する角度を様々に変化させてＸ線の受線をくり返す。その後、得られた電気信号に対してコンボルーション（畳み込み）やバックプロジェクション（逆投影）等の処理をおこなうことで、Ｘ線が通過した被検体の断面（以下、「スライス」と言う）の画像を再構成する。

特に近年、一回のＸ線照射によって、同時に複数のスライスについて撮影することのできるマルチスライスＸ線ＣＴ装置の開発が盛んである。マルチスライスＸ線ＣＴ装置は、複数のスライスに対応して、アレイ状のＸ線検出部を複数配置して、それぞれのスライスを通過したＸ線を収集してスライス画像を再構成している。したがって、マルチスライスＸ線ＣＴ装置においては、検出部が１次元アレイ状ではなく、２次元アレイ状に配置された、放射線検出装置を備える必要がある。このため、検出部を構成するフォトダイオードについても、２次元的に配置されなければならない。

図２４（ａ）に示す放射線検出器は、複数の単一スライス用１次元フォトダイオードアレイ１０２を並列に基板１０１上に並べてフォトダイオード素子１０３を２次元状に配列し、さらにその上に個々のフォトダイオードに対応したシンチレータ素子を有する２次元シンチレータアレイを搭載して放射線検出器を形成する（以下、「従来技術１」と言う）。個々のフォトダイオード素子１０３は、基板１０１上に設けられた第２パッド１０５とワイヤボンディング１０６によって電気的に接続され、フォトダイオード素子１０３から出力される電気信号は、基板１０１上に設けられた配線を伝わり、基板１０１の外部に出力される。

また、マトリックス状に分布する複数のフォトダイオードとそれに対応した配線を同一の半導体基板上に一体的に形成した構造が知られている（以下、「従来技術２」と言う）。そして、このようにフォトダイオードを作り込んだ半導体基板上に、個々のフォトダイオードに対応したシンチレータ素子を有する２次元シンチレータアレイを搭載することで、放射線検出器を形成する。

しかし、従来技術１には以下の問題がある。まず、従来技術１では、平板状の基板１０１上に１次元フォトダイオードアレイ１０２を配置している。したがって、基板１０１上の第２パッド１０５と、フォトダイオード素子１０３との間でフォトダイオードアレイ１０２の厚みの分だけ段差が生じるという問題を有する。このような段差を生じた状態でワイヤボンディング１０６を施す場合、図２４（ｂ）に示すように、第２パッド１０５の位置をフォトダイオード素子１０３から水平方向に所定距離だけ離す必要がある。しかし、第２パッド１０５の位置をフォトダイオード素子１０３から離すことによって、フォトダイオードアレイ１０２相互の間隔が広くなる。その結果、放射線検出器全体に対してフォトダイオードが占める面積が相対的に小さくなり、Ｘ線受線感度が低下するという問題を有する。

また、基板１０１上に１次元フォトダイオードアレイ１０２を正確に配置する必要もある。したがって、従来技術１のような放射線検出器を製造する際には、基板１０１上に１次元フォトダイオードアレイを固定するための実装装置を新たに設けるか、特別な位置決め治具が必要となるという問題を有する。

さらに、従来技術１は、複数配列した１次元フォトダイオードアレイ１０２の上に２次元シンチレータアレイを直接配置する構造を有するため、接触面積が小さく、機械的強度が低下するという問題も有する。

一方、従来技術２にも問題がある。まず、１枚の半導体基板上にすべてのフォトダイオードを作り込むため、２次元フォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードのうち、不良素子が一つでも存在すれば放射線検出器を構成することはできず、半導体基板上に作り込まれた他のフォトダイオードについても破棄せざるを得ない。ここで、２次元フォトダイオードアレイを構成する個々のフォトダイオードは、２次元状に配置されている必要がある。したがって、ＤＲＡＭで採用されるような冗長回路を用いることもできず、従来技術２の構造では歩留まりが非常に悪いという問題を有する。

また、従来技術２では、必要な配線についても半導体基板上に作り込む構造となっている。ここで、これらの配線は個々のフォトダイオードに対応して設けられることから、フォトダイオードの数が増大するにしたがって、配線の数も増大する。特に、スライス数を増大させた場合には外部に出力するために必要な配線の数が増大する。ここで、半導体基板上においてフォトダイオードが占める面積の低下を抑制するためには、各配線の幅を細くする必要があるが、配線を細くした場合には電気抵抗が増大し、断線の可能性も高くなるという問題を有する。

なお、上記した問題のいくつかは、マルチスライスの場合に限定されず、単一スライス用の放射線検出器についても成立する。たとえば、基板上に１次元フォトダイオードアレイを配置する構造とした場合には、従来技術１と同様にパッドとフォトダイオードとの間の段差が問題となる。

また、以上述べた問題は、放射線検出器のみならず、一般の光検出器についても成立する。一般に、光検出器は、上記の放射線検出器の構造からシンチレータ素子を除外した構造を有し、２次元フォトダイオードを配置する点では放射線検出器と同じである。受光感度を向上させるためには、基板上においてフォトダイオードが占める面積が大きいことが望ましいが、同様の問題により受光面積を狭めざるを得ないという問題を有する。

この発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、放射線検出装置において、フォトダイオードが配置される平面において、フォトダイオードの占める面積の割合を高く維持でき、容易に製造することのできる放射線検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、基板上面の一部領域上に配置されかつ受光面上に第１パッドを有する光電素子を備え、該光電素子が受光する光の強度に基づく電気信号を出力する放射線検出器用部品であって、前記基板の他の領域上に配置されたパッド形成部と、該パッド形成部上に形成され、前記光電素子の受光面上に配置された前記第１パッドと同一平面を形成するよう配置され、前記第１パッドと電気的に接続された第２パッドとを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記第１パッドと前記第２パッドとの間はワイヤボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記基板裏面に配置された第３パッドと、前記第２パッドと前記第３パッドとを電気的に接続する立体配線とをさらに備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の前記基板はＭＩＤ基板であって、前記立体配線は、前記ＭＩＤ基板によって形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の発明において、前記立体配線は、前記基板を貫通して形成されるスルーホールを含むことを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の発明において、前記基板および前記パッド形成部は、一体的に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、前記光電素子の受光面上に配置され、受線した放射線を前記光電素子が電気信号に変換可能な波長帯域の光に変換する変換素子とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、ＭＩＤ基板およびそれに接触して設置されたフォトダイオードアレイを有し、該フォトダイオードアレイの下面と接触する側の該ＭＩＤ基板上面にパッド形成用突起が設けられていて該パッド形成用突起の上端面が該フォトダイオードアレイの上面と同じ高さであり、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子の上面で該パッド形成用突起に隣接する部分にそれぞれ第１パッドが設けられており、該パッド形成用突起の上端面で各々の第１パッドと隣接する部分にそれぞれ第２パッドが設けられており、対応する該第１パッドと該第２パッドとの間にはワイヤボンディングが設けられており、該フォトダイオードアレイと接触する該ＭＩＤ基板上面上には配線パターンが設けられており、該ＭＩＤ基板下面には該第２パッドの数と同数の第１端子および１個の第２端子が設けられており、該第２パッドと該第１端子とが１対１の関係で電気的に接続されており、該配線パターンと該第２端子とが電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記ＭＩＤ基板上面に前記フォトダイオードアレイの位置決めのための溝または位置決め突起が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、１個のＭＩＤ基板およびそれに接触して設置された複数個のフォトダイオード素子を有し、各々の該フォトダイオード素子の下面と接触する側の該ＭＩＤ基板上面に各々の該フォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起が設けられており、また、該ＭＩＤ基板上面にパッド形成用突起が設けられていて該パッド形成用突起の上端面が各々の該フォトダイオード素子の上面と同じ高さであり、各々の該フォトダイオード素子の上面で該パッド形成用突起に隣接する部分にそれぞれ第１パッドが設けられており、該パッド形成用突起の上端面で各々の第１パッドと隣接する部分にそれぞれ第２パッドが設けられており、対応する該第１パッドと該第２パッドとの間にはワイヤボンディングが設けられており、各々の該フォトダイオード素子と接触する該ＭＩＤ基板上面上には配線パターンが設けられており、該ＭＩＤ基板下面には該第２パッドの数と同数の第１端子および１個の第２端子が設けられており、該第２パッドと該第１端子とが１対１の関係で電気的に接続されており、該配線パターンと該第２端子とが電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、位置決め突起が土手状となっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品のフォトダイオードアレイの上面の上に各々の素子が対応するように設置されたシンチレータアレイとを有することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品の各々のフォトダイオード素子の上面の上に各々の素子に対応するように設置されたシンチレータ素子とを有することを特徴とする。

また、本発明は、所定数の上記の発明に記載の放射線検出器が縦横に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、シンチレータアレイと、該シンチレータアレイのアレイ整列方向の一方の側面に配置されたフォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されていて該フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線とを有し、該各々の配線の末端が該シンチレータアレイとの接触部分よりも受光方向下流側に存在していることを特徴とする。

また、本発明は、シンチレータアレイと、該シンチレータアレイのアレイ整列方向の一方の側面に配置されたフォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されていて該フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線とを有し、該各々の配線が該シンチレータアレイとの接触部分よりも受光方向下流側に延びた後、該シンチレータアレイのアレイ整列方向に延び、該各々の配線の末端が該シンチレータアレイとの接触部分を越えた側方位置に存在していることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品を支持する基板と、該基板に設けられた配線とを有し、該基板の配線が上記フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線の末端に電気的に連結されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品を支持する基板とを有することを特徴とする。

また、本発明は、所定数の上記の発明に記載の放射線検出器が、シンチレータアレイのアレイ整列方向とは直角の方向に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、基板の一部に設けられた埋め込み用溝部と、１次元アレイ状に配列された複数の光電素子を備え、前記埋め込み用溝部に埋め込まれた光電素子アレイと、前記光電素子の受光面上にそれぞれ配置された第１パッドと、前記第１パッドに対応して前記基板にそれぞれ設けられ、前記第１パッドと電気的に接続された第２パッドとを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記光電素子アレイよりも受光方向上流側に、光導波路をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記光導波路は、基板上面上に設けられた受光部分に入射する光を、該受光部分よりも小さい受光面積を有する前記光電素子の受光面まで導波することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記第２パッドは前記基板上面上に配置され、前記光電素子アレイの厚みと前記溝部の深さとは同一であって、前記光電素子アレイ上面と、前記基板上面とが同一の平面を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記溝部の深さと前記光電素子アレイの厚みとの差分値が１μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明の発明において、前記埋め込み用溝部を複数備え、複数の前記光電素子アレイは、前記光電素子アレイのアレイ整列方向とは直角の方向に配列されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記基板の裏面に第３パッドをさらに備え、該第３パッドと前記第２パッドとは前記基板を貫通して形成されたスルーホールによって電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の放射線検出器用部品および放射線検出器においては、ＭＩＤ基板を採用してフォトダイオードの上面と一次基板の表面との段差をなくしてワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、出力端子を一次基板の下側に配置し、出力端子とワイヤボンディングパッドとを立体配線で接続することにより放射線検出器を小型化しているので、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。

また、本発明の放射線検出器用部品および放射線検出器においては、フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されている各々の配線を放射線検出器の受光方向下流側、すなわち下側で取り出しているので、単位放射線検出器の小型化および制作が容易になり、かつ放射線検出装置の制作が容易になり、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。

さらに、本発明の放射線検出装置においては、基板上面に溝部を形成し、その溝部にフォトダイオードアレイを埋め込むことで、フォトダイオードアレイの位置決めを容易におこなうことができる。また、フォトダイオードアレイ上に配置される第１パッドと、基板上に配置される第２パッドとが同一平面を形成するように配置されているため、ワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、たとえばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。さらに、第２パッドは、基板裏面に設けられた第３パッドとスルーホール等の立体配線によって電気的に接続され、第３パッドから電気信号を出力する構造としたため、有効Ｘ線受線面積を最大にするとともに、配線のための領域を広く確保することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる放射線検出器用部品について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる放射線検出器用部品の、ＭＩＤ（Molded Interconnected Device）基板１とフォトダイオードアレイとを分離した状態で示す概略斜視図である。また、図２は、図１のＩ−Ｉ線での断面図であり、図３（ａ）は、ＭＩＤ基板１とフォトダイオードアレイ２とを組み立てた状態の実施の形態１にかかる放射線検出器用部品の概略斜視図である。さらに、図３（ｂ）は、組み立てた状態におけるフォトダイオードアレイの電気的接続について説明するための断面図である。

図１〜図３に示すように、実施の形態１にかかる放射線検出器用部品は、立体成形および立体配線を施したＭＩＤ基板１およびそれに接触して設置されたフォトダイオードアレイ２を有している。フォトダイオードアレイ２の下面と接触する側のＭＩＤ基板上面にはパッド形成用突起３が設けられており、このパッド形成用突起３の上端面はフォトダイオードアレイ２の上面と同じ高さまたは実質的に同じ高さにしてある。なお、図１〜図３には示されていないが、ＭＩＤ基板上面にはフォトダイオードアレイの位置決めのための溝または位置決めのための突起が設けられていても良い。位置決めのための溝または突起を設けることによって、放射線検出器用部品の製造において、フォトダイオードアレイ２をＭＩＤ基板１上に配置する際に特別な位置決め治具を必要としなくて済む。また、フォトダイオードアレイ２の位置決めを容易におこなうことができ、製造工程を簡略化することができる。

フォトダイオードアレイ２の各々のフォトダイオード素子の上面でパッド形成用突起３に隣接する部分にそれぞれ第１パッド４が設けられており、また、パッド形成用突起３の上端面で各々の第１パッド４が設けられており、また、パッド形成用突起３の上端面で各々の第１パッド４と隣接する部分にそれぞれ第２パッド５が設けられており、これらの対応する第１パッド４と第２パッド５との間にはワイヤボンディング６が設けられている。

第１パッド４と第２パッド５との間の電気的接続について、図３（ｂ）を参照して説明する。上述したように、対応する第１パッド４と第２パッド５との間は、ワイヤボンディング６によって電気的に接続されている。ここで、パッド形成用突起３の上端面とフォトダイオードアレイ２の上面の高さは、図３（ｂ）にも示すように、同じか実質的に同じである。したがって、ワイヤボンディング６を設けるにあたって、第１パッド４と、第２パッド５との間の水平距離を大きく取る必要はなく、パッド形成用突起３の幅を狭くすることができる。なお、第１パッド４と第２パッド５との間の水平距離を小さくする観点からは、第１パッド４および第２パッド５の高さが同じか実質的に同じであれば足りる。したがって、この条件が満たされてさえいれば、フォトダイオードアレイ２の上面とパッド形成用突起３の上端面とが同じもしくは実質的に同じ高さである必要はない。

また、図３（ａ）からも分かるように、フォトダイオードアレイ２と接触するＭＩＤ基板１の上面上には、配線パターン７、たとえばカソード配線パターン７が設けられており、ＭＩＤ基板下面には第２パッド５の数と同数の、たとえばピン状の第１端子８、たとえばアノード端子８および１個のたとえばピン状の第２端子９、たとえばカソード端子９が設けられている。さらに、第２パッド５と第１端子８、たとえばアノード端子８とが１対１の関係で、ＭＩＤにより形成されている配線１０により電気的に接続されており、また、配線パターン７たとえばカソード配線パターン７と第２端子９、たとえばカソード端子９とがたとえばＭＩＤ基板１に設けられた穴に配置した配線により電気的に接続されている。これにより、フォトダイオードアレイ２を構成する個々のフォトダイオード素子の第１パッド４は、ワイヤボンディング６を介して第２パッド５と電気的に接続する。さらに、第２パッド５は、図２で示したように、配線１０を介して第１端子８に電気的に接続することから、個々のフォトダイオード素子の第１パッド４は、第１端子８と電気的に接続している。一方、個々のフォトダイオード素子は底面においてカソード電極を有し、その電極は配線パターン７を介して第２端子９に電気的に接続している。ここで、個々のフォトダイオード素子のカソード電極は互いに短絡して共通の第２端子９に接続されているが、個々のフォトダイオード素子の第１パッド４は、互いに短絡することなく第１端子８に接続されている。したがって、個々のフォトダイオード素子から出力される電気信号は、それぞれに対応した第１端子８を介して個別に取り出すことができる構造となっている。なお、このアノードとカソードとが逆になっていても全く同様である。

このような構成で放射線検出装置を実現した場合、フォトダイオードアレイ２を構成する個々のフォトダイオードから発生する電気信号を検出するための配線に必要な領域が少なくてすむという特徴を有する。すなわち、第２パッド５から出力される電気信号をＭＩＤ基板１の下部に設けた第１端子８から取り出す立体配線構造とすることで、従来のように基板表面に２次元的な配線を施した場合と比べて、フォトダイオードアレイ間の隙間領域を狭くすることが可能となる。従来のように基板表面に２次元的な配線をした場合には、必要な配線をすべてフォトダイオードアレイ間の隙間領域に平面状に配置する構造となる。したがって、必要な配線を確保するためには隙間領域を広くする必要があった。本実施の形態１にかかる放射線検出装置は、従来と比較してフォトダイオードの占有面積を相対的に大きく取ることができ、有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。

なお、図１〜図３においては、放射線検出器用部品の上面のフォトダイオード素子の数、したがって第２パッド５の数が８であり、放射線検出器用部品の裏面のピン状端子の数が９である場合を例示しているので、各々の第２パッド５の間隔と、各々のピン状端子の間隔、各々の穴の間隔とは一致していない。ここで、当然のことながら図１〜図３で示すフォトダイオード素子の数、第２パッド５の数、および第１端子８の数はあくまで例示的なものである。したがって、フォトダイオードの数が８よりも多い場合でも、少ない場合であっても図１〜図３に示すような構造を実現することができる。

なお、実施の形態１にかかる放射線検出器用部品では、ＭＩＤ基板１に配線１０を施すことによって立体配線を実現しているが、ＭＩＤ基板１およびパッド形成用突起３を貫通したスルーホールによって立体配線を形成しても良い。スルーホールを用いた場合、基板についてもＭＩＤ基板以外の基板を用いることが可能である。

（変形例）
次に、実施の形態１にかかる放射線検出器用部品の変形例について説明する。この変形例では、フォトダイオードアレイ２を用いるのではなく、互いに分離した個々のフォトダイオード素子をＭＩＤ基板１上に配列する構造を有する。

すなわち、変形例にかかる放射線検出器用部品は、図１〜図３に示した実施の形態１にかかる放射線検出器用部品で用いたフォトダイオードアレイ２を複数個のフォトダイオード素子に変更し、ＭＩＤ基板１上面に各々のフォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起を設けるように変更したものである。この位置決め突起が土手状となっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能するように構成することによりフォトダイオードとシンチレータとの間に用いる透明接着剤層による光クロストークを低減できるので好ましい。

また、位置決め突起もしくは溝を有することで、個々のフォトダイオード素子をＭＩＤ基板１上に配置する際に特別な位置決め治具を要しないという利点も有する。また、容易にフォトダイオード素子の位置決めをおこなうことができるため、放射線検出器用部品の製造を低コストで迅速におこなうことができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる放射線検出器について説明する。図４は、実施の形態１にかかる放射線検出器用部品とシンチレータアレイとを分離した状態で示す概略斜視図であり、図５は、上記の実施の形態１にかかる放射線検出器用部品とシンチレータアレイを組み立てた状態の実施の形態２にかかる放射線検出器の概略斜視図である。

図４および図５に示すように、実施の形態２にかかる放射線検出器は、図３に示す上記の実施の形態１にかかる放射線検出器用部品と、放射線検出器用部品のフォトダイオードアレイの上面上に各々の素子が対応するように設置されたシンチレータアレイ１１とを有している。このシンチレータアレイ１１は、シンチレータ素子１２とセパレータ１３とからなるものである。また、上記の放射線検出器用部品とシンチレータアレイ１１とは光学接着剤で固定されている。

（変形例）
実施の形態２の変形例にかかる放射線検出器は、図１〜図３に示した実施の形態１にかかる放射線検出器用部品で用いたフォトダイオードアレイ２を複数個のフォトダイオード素子に変更し、ＭＩＤ基板１上面に各々のフォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起を設けるように変更した実施の形態１の変形例にかかる放射線検出器用部品と、放射線検出器用部品の各々のフォトダイオード素子の上面の上に各々の素子に対応する用に設置されたシンチレータ素子とを有するものであり、その他は図４および図５に示した実施の形態２にかかる放射線検出器と実質的に同一である。変形例にかかる放射線検出器においては、この位置決め突起が土手状になっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能するように構成することによりフォトダイオードとシンチレータとの間に用いる透明接着剤層による光クロストークを低減できるので好ましい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる放射線検出装置について説明する。図６は、図５に示した所定数の放射線検出器を縦横に配置して得た実施の形態３にかかる放射線検出装置の概略斜視図であり、図７は、さらにコリメータ１４を組み込んだ放射線検出装置の概略斜視図である。図６および図７で示すように、放射線検出装置は、フォトダイオードとシンチレータ素子との組み合わせからなる放射線検出部が２次元的に配列された構造を有する。このことから、単一スライスのみならず、マルチスライスＸ線ＣＴ装置における放射線検出装置として使用することができる。

上で述べたように、実施の形態１〜３においては、フォトダイオードの上面と一次基板の表面との段差をなくしてワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、出力端子を一次基板の下側に配置し、出力端子とワイヤボンディングパッドとを立体配線で接続することにより放射線検出器を小型化しているので、図６または図７に示すように、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。

（実施例）
図１に示したフォトダイオードアレイ２として、長さ１３．６ｍｍ、幅１．３５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＰＩＮ型シリコンフォトダイオードを用いた。また、図１に示したＭＩＤ基板１として、基材がポリプラスチック社製の液晶ポリマーであり、基板全体の長さが１３．６ｍｍ、厚さが１．５ｍｍ、幅が１．５ｍｍ、突起部の長さが１３．６ｍｍ、高さが０．３ｍｍ、幅が０．１４ｍｍ、ピン状出力端子の直径が０．４６ｍｍであり、配線がワイヤボンディングパッド部、垂直配線部およびスルーホール部とも銅メッキ、ニッケルメッキおよび金メッキを施したものを用いた。図４に示したシンチレータとして、長さ１３．６ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ₄を用いた。

上記のフォトダイオードおよびＭＩＤ基板１を組み立てて本発明の放射線検出器用部品を作製し、さらにシンチレータを組み入れて本発明の放射線検出器を作製した。また、所定数のこの放射線検出器を組み立てて、二次元放射線検出装置を作製した。

なお、本発明においては、ＭＩＤ基板１について上記のポリプラスチック社製の液晶ポリマーの代わりに、立体成形の可能な任意の樹脂を用いることができ、ＭＩＤ基板上の配線として上記のメッキの代わりに導電性材料の印刷、銅箔の転写を採用することができ、ピン状出力端子の代わりにスルーホールのままでも、はんだバンプでも良い。また、シンチレータの材質について、ＣｓＩやＮａＩでも良く、その他にもＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂、ＢａＦ₂、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅や、各種セラミックシンチレータなどが代表的な材料として例示できるが、基本的には入射する放射線を光に変換することのできる素子であればよい。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる放射線検出器用部品について説明する。図８（ａ）は、実施の形態４にかかる放射線検出器用部品の構造を示すため、フォトダイオードアレイ２２とシンチレータアレイ２１とを分離した状態で示す概略模式図である。また、図８（ｂ）は、フォトダイオードアレイ２２とシンチレータアレイ２１とを接触させた放射線検出器用部品の概略斜視図である。図８（ｂ）に示すように、本実施の形態４にかかる放射線検出器用部品においては、シンチレータアレイ２１のアレイ整列方向の一方の側面にフォトダイオードアレイ２２が配置され、シンチレータアレイ２１とフォトダイオードアレイ２２とは、光学接着剤によって接着されている。シンチレータアレイ２１は、個々のシンチレータ素子２３と、セパレータ２４とからなるものであり、このフォトダイオードアレイ２２には、図８（ａ）に示すように、個々のシンチレータ素子２３と対面する部分に各々のフォトダイオード素子２２ａが形成されている。また、各々のフォトダイオード素子２２ａにはそれぞれ配線２５が電気的に接続されており、各々の配線２５はフォトダイオードアレイの表面に配置されていて、各々の配線２５の末端は、フォトダイオードアレイ２２とシンチレータアレイ２１とが接触する部分よりも受光方向下流側、すなわち図８（ａ）および図８（ｂ）における下側に存在していて、端子２６を形成している。

本実施の形態４においては、フォトダイオードアレイ２２は、シンチレータアレイ２１に対して受光方向下流側に位置しておらず、シンチレータアレイ２１の整列方向の一方の側面に配置されている。しかし、フォトダイオードアレイ２２に含まれる各々のフォトダイオード素子２２ａは、Ｘ線を直接電気信号に変換するのではない。具体的には、各々のフォトダイオード素子２２ａは、シンチレータアレイ２１に入射したＸ線に起因して、シンチレータ素子２３を構成する原子から放射状に分散される可視光線を受光している。したがって、Ｘ線についての受光方向下流側に位置していなくとも、フォトダイオード素子２２ａは、問題なく可視光線を受光することができる。

このように、シンチレータアレイ２１に対して、アレイ整列方向の一方の側面にフォトダイオードアレイ２２を配置することで、次の利点が生じる。すなわち、フォトダイオードアレイ２２の厚みは、厚くともせいぜい数百μｍ程度しかない。したがって、受光方向から実施の形態４にかかる放射線検出器用部品を見た場合、シンチレータアレイ２１の占める面積と比較して、フォトダイオードアレイ２２が占める面積を非常に小さくすることができる。これにより、放射線検出器用部品を複数配列して放射線検出器を構成した場合に、放射線検出器用部品を隙間なく配置することができる。したがって、たとえばＸ線ＣＴ装置に使用した場合、Ｘ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を大きくし、検出効率を増大させることができるという利点を有する。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５にかかる放射線検出器について説明する。図９は、実施の形態４にかかる放射線検出器用部品を複数用いて、放射線検出器を構成した場合の状態を示す概略断面図である。図９に示すように、実施の形態５にかかる放射線検出器は、図８（ａ）に示す放射線検出器用部品２７が、基板２８の上に固定されることによって支持されている。ここで、基板２８は、シンチレータアレイ２１のアレイ整列方向の長さに関してはシンチレータアレイ２１とほぼ同じ長さを有し、シンチレータアレイ整列方向と直角の方向の幅に関しては、シンチレータアレイ２１とほぼ同じ幅を有する。なお、基板２８の高さに関しては、特に制限はない。基板２８上には各々のフォトダイオード素子に対応するように配線２９が設けられている。

次に、図９に示した放射線検出器の組立方法について、説明する。図９に示す構造に組み立てる場合には、ワイヤボンディング操作が容易になるように、基板２８上に設けられた配線２９は、隣接する放射線検出器用部品２７のフォトダイオードアレイ２２の表面に配置されている各々の配線の端子２６にワイヤボンディング３０により電気的に連結されており、各基板２８にはワイヤボンディング３０の位置に相当する部分に窪みが設けられている。

ここで、図９に示した状態に組み立てるためは、水平方向に順次組み立てていくのではなく、図９の左側を下にして垂直方向に置いて順次組み立てる。すなわち、放射線検出器用部品（説明の便宜上、２７Ａとする）と基板（説明の便宜上、２８Ａとする）とを横方向に並べて配置させた後、放射線検出器用部品２７Ａの上に放射線検出器用部品２７Ｂを重ねて固定し、その重ねた放射線検出器用部品２７Ｂの端子２６と基板２８Ａ上に設けられた配線２９とをワイヤボンディング３０で電気的に連結する。そして、基板２８Ａの上に基板２８Ｂを重ねて固定する。その後、放射線検出器用部品２７Ｃを重ねて固定し、放射線検出器用部品２７Ｃの端子２６と基板２８Ｂの配線２９とをワイヤボンディング３０で電気的に連結する。この操作をくり返して所定数の放射線検出器用部品を用いた二次元放射線検出装置を形成する。

さらに必要に応じて、このようにして組み立てた二次元放射線検出装置がシンチレータアレイ２１のアレイ整列方向に２組以上配置された一層広い有効面積の二次元放射線検出装置とすることもできる。

なお、基板２８は、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、液晶ポリマー基板、エポキシ樹脂のモールド品で構成する基板、その他のプラスチック基板等の材料を用いることができる。

図９に示す放射線検出器においては、複数個の放射線検出器用部品２７とそれに対応した個数の基板２８とで構成されているが、図１０に示すように、シンチレータアレイのアレイ整列方向とは直角の方向に、所定数の放射線検出器分の長さに渡って連続させた基板３１を用いることもできる。この場合には、基板３１の上面に、放射線検出器用部品２７のフォトダイオードアレイ２２とシンチレータアレイ２１との接触部分よりも下に延伸しているフォトダイオードアレイ２２の部分を収容する溝を設け、また、基板３１中に導電性ピン３２を埋め込んで、フォトダイオードアレイ２２の表面に配置されている各々の配線の端子２６と電気的に連結できるようにする。

図１１は、図９または図１０に示した所定数の放射線検出器を連結して配置して得た二次元放射線検出装置から、基板２８の部分を除いて図示した概略斜視図である。

上で述べたように、放射線検出器用部品２７および放射線検出器においては、フォトダイオードアレイ２２の各々のフォトダイオード素子に電気的に接続している各々の配線２５を放射線検出器の受光方向下流側、すなわち下側で取り出しているので、図１１に示すように、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばＸ線ＣＴ装置の単位面積あたりの有効Ｘ線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。

（実施の形態６）
図１２および図１３は、本発明の実施の形態６にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器を説明するための概略斜視図である。ここで、図１２は、フォトダイオードアレイ３３と、シンチレータアレイ３４とを分離した状態で示す概略斜視図であり、図１３は、フォトダイオードアレイ３３と、シンチレータアレイ３４とを組み立てた状態を示す概略斜視図である。

図１２および図１３からも明らかなように、実施の形態６にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器においては、シンチレータアレイ３４のアレイ整列方向の一方の側面にフォトダイオードアレイ３３が配置され、光学接着剤で固定される。このフォトダイオードアレイ３３の各々のフォトダイオード素子にはそれぞれ配線３５が電気的に接続されており、各々の配線３５は、シンチレータアレイ３４との接触部分よりも受光方向下流側に延伸した結果、シンチレータアレイ３４のアレイ整列方向にのび、各々の配線の末端は、シンチレータアレイ３４との接触部分を超えた側方位置に存在していて、端子３６を形成している。基板３７は、その一部がフォトダイオードアレイ３３の裏面に固着され、他の部分において配線３８を有し、配線３８と端子３６とは、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。

このように構成することで、フォトダイオードアレイ３３に含まれる各々のフォトダイオード素子から引き出す配線３５および端子３６について、次の利点を有する。すなわち、フォトダイオードアレイ３３は、シンチレータアレイ３４の側面に配置されているため、フォトダイオードアレイ３３の厚みのみが有効Ｘ線受線面積に影響を与える。したがって、フォトダイオードアレイ３３のフォトダイオード素子が配置される面の面積を大きくすることができる。このことから、フォトダイオードアレイ３３を受光方向下流側に大きく延伸することが可能となる。フォトダイオードアレイ３３において、各々のフォトダイオード素子が配置された領域以外については配線３５を配置することが可能である。したがって、フォトダイオードアレイ３３の面積を大きくすることで、配線３５および端子３６を配置する領域を広くとれることとなり、配線３５の幅および端子３６の面積を大きくすることができる。したがって、従来のように微細配線を施す必要はなく、断線や、高抵抗といった問題を防止することができる。

実施の形態６にかかる放射線検出器用部品を用いて放射線検出器を作製する際には、図１２および図１３に示すように、シンチレータアレイ３４と接触していない部分のフォトダイオードアレイ３３に基板３７を設けることができる。他の方法としては、放射線検出器用部品の下に放射線検出器用部品を支持する基板を設けても良く、この場合には、図９および図１０に示した場合のように、フォトダイオードアレイ３３上の端子２６を基板の配線２９または導電性ピン３２に電気的に連結させる必要はない。

さらに、上記の放射線検出器を用いて二次元放射線検出装置を作製する場合には、図１４の概略斜視図に示すように、シンチレータアレイ３４のアレイ整列方向とは直角の方向に任意の数の放射線検出器を連結させることができる。また、端子３６を両側に出すことによりシンチレータアレイ３４のアレイ整列方向に２組を配置させることができ、有効Ｘ線受線面積をさらに大きくすることができる。

（実施例）
図１５（ａ）は、放射線検出器のシンチレータアレイのアレイ整列方向で切断した状態の二次元放射線検出装置の概略断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に対して垂直の方向で切断した状態の二次元放射線検出装置の概略断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、フォトダイオードアレイ３９としては２４チャンネルフォトダイオードアレイ（長さ３８．０５ｍｍ、幅６．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、受光部サイズ１．１８ｍｍ×３．８ｍｍ、チャンネルピッチ１．５８７５ｍｍ）のＰＩＮ型シリコンフォトダイオードを用い、シンチレータアレイ４０として、長さ３８．０５ｍｍ、幅５．０ｍｍ、厚さ２．１９ｍｍ（チャンネルサイズ１．３３ｍｍ×４．０ｍｍ×２．０ｍｍ）のＣｄＷＯ₄を用いた。また、基板４１として厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシ基板を用い、フォトダイオードと基板４１の配線とはワイヤボンディング４２によって接続し、基板配線からの出力端子として、１．２７ｍｍピッチ、２５チャンネルコネクター４３を用いた。この２５チャンネルのうち、２４チャンネルは、アノードピン４４であり、１チャンネルはカソードピン４５である。この２４チャンネル検出器基板を５段に積層し、その空間部分にはエポキシ樹脂４６を充填し、基板のない側には保護カバー板４７を設けて１２０チャンネルの二次元Ｘ線検出器を試作した。

なお、本発明においては、ピンのかわりにＢＧＡ用のバンプを用いてもスルーホール端子を用いても良い。また、シンチレータの材質も、ＣｄＷＯ₄の他に、ＣｓＩやＮａＩ、ＬＳＯでも良く、各種セラミックシンチレータでも良い。

（実施の形態７）
次に、実施の形態７にかかる放射線検出器用部品ついて説明する。図１６は、実施の形態７にかかる放射線検出装置の概略斜視図である。実施の形態７にかかる放射線検出器用部品は、図１６に示すように、スライス方向に延伸した構造の溝部５２を有する基板５１と、溝部５２に埋め込まれたフォトダイオードアレイ５３とを有する。また、基板５１および基板の溝部５２に埋め込まれたフォトダイオードアレイ５３の上には、２次元シンチレータアレイ５４が配置されている。ここで、図１６においては、２次元シンチレータアレイ５４は、基板５１から空間的に離間して配置されている。これは実施の形態７にかかる放射線検出装置の構造の理解を容易にするためであり、実際には２次元シンチレータアレイ５４と基板５１とは透明接着剤によって密着した状態で固定されている。また、基板５１の下には、回路基板６４が配置され、回路基板６４上に配置される電気回路は、フォトダイオードアレイ５３を構成する個々のフォトダイオード素子５５と電気的に導通している。

フォトダイオードアレイ５３は、複数のフォトダイオード素子５５を有し、複数のフォトダイオード素子５５は、フォトダイオードアレイ５３上において、１次元アレイ状の配列を有するように配置されている。本実施の形態７では、フォトダイオードアレイ５３は、長手方向がスライス方向となるように配置されている。したがって、放射線検出装置は、図１６で示すように、チャンネル方向（スライス方向と直角の方向）に４個のフォトダイオード素子５５を有し、スライス方向に３個のフォトダイオード素子５５を有する構造となる。

２次元シンチレータアレイ５４は、複数のシンチレータ素子５９とセパレータ６０を有する。フォトダイオード素子５５に対応して複数のシンチレータ素子５９が２次元状に配置されており、個々のシンチレータ素子５９の境界にセパレータ６０を挟み込む構造をしている。

シンチレータ素子５９は、入射するＸ線を可視光線に変換するためのものである。シンチレータ素子５９はＣｄＷＯ₄や、ＣｓＩ、ＮａＩなどで構成され、入射するＸ線の強度に応じた可視光線をフォトダイオード素子５５に対して出力する機能を有する。また、シンチレータ素子５９の外表面には白色塗装が施されており、シンチレータ素子５９の内部で変換された可視光線がシンチレータ素子５９の外部に漏れ出すことを防止している。なお、シンチレータ素子５９を構成する材料は、上記のもの以外でも良く、Ｂｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂、ＢａＦ₂、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅や、各種セラミックシンチレータなどが代表的な材料として例示できるが、基本的には入射する放射線を光に変換することのできる素子であればよい。

セパレータ６０は、Ｘ線および可視光線の透過を防止するためのものである。セパレータ６０は、鉛（Ｐｂ）等を含み、Ｘ線および可視光線を反射もしくは吸収する機能を有する。セパレータ６０をシンチレータ素子５９相互の間に挟み込むことで、シンチレータ素子５９の表面に対して斜め方向から入射した場合に、同一のＸ線が複数のシンチレータ素子５９に入射することによって生じるクロストークを防止する。このことはＸ線から変換された可視光線についても同様である。すなわち、セパレータ６０を配置することで、あるシンチレータ素子５９内部で発生した可視光線が、隣接した他のシンチレータ素子５９に入射することで生じる光クロストークを防止することができる。

フォトダイオード素子５５は、対応するシンチレータ素子５９の内部でＸ線から変換された可視光線を受光して、受光した可視光線を電気信号に変換して外部に出力するためのものである。フォトダイオード素子５５はＰＩＮ型フォトダイオードからなり、底部にｎ型層を有し、フォトダイオードアレイ５３の表面部分ではｐ型層を形成している。さらに、上面の周端部にｐ型層に接触したアノード電極５６を有し、底部にｎ型層に接触したカソード電極を有する。

次に、実施の形態７にかかる放射線検出装置の構造のうち、フォトダイオード素子５５と回路基板６４との電気的接続の態様について、図１７を参照して説明する。図１７は、実施の形態７にかかる放射線検出装置の断面構造の一部を表す。なお、図１７では、理解を容易にするために、２次元シンチレータアレイ５４および回路基板６４を省略して表示している。

図１６および図１７に示すように、フォトダイオード素子５５は基板５１に設けられた溝部５２に埋め込まれている。ここで、図１７から明らかなように、溝部５２はフォトダイオード素子５５の厚みと同等の深さを有する。そのため、フォトダイオード素子５５が埋め込まれた状態では、フォトダイオード素子５５の上面に配置されたアノード電極５６と、基板５１の上面に配置されたパッド５７とが同一の平面を形成している。また、フォトダイオード素子５５の上面に配置されたアノード電極５６と、基板５１の上面に配置されたパッド５７との間はワイヤボンディング６１によって接続されている。さらに、図１７における破線領域には、スルーホール５８が設けられており、スルーホール５８とパッド５７とは電気的に接続している。

また、スルーホール５８は、基板５１の裏面まで貫通し、基板５１の裏面に配置されたパッド６３に電気的に接続している。したがって、アノード電極５６から出力される電気信号はワイヤボンディング６１、パッド５７、スルーホール５８を経て、基板５１の裏面に配置されたパッド６３にまで伝えられる。基板５１の裏面は、図１６でも示したように、回路基板６４が配置されている。パッド６３は、回路基板６４上に設けられた電気回路と電気的に接続している。パッド６３の下には、あらかじめ半田ボール６２が配置されており、パッド６３と、回路基板６４上に設けられた電気回路とは、半田ボール６２によって電気的に接続されている。具体的には、回路基板６４上に基板５１を仮固定した状態で熱を印加して半田ボール６２を溶融し、パッド６３と電気回路との間の導通を確保している。上記のような構造を有することで、実施の形態７にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子５５からの電気信号を、回路基板６４上に設けられたパッド６３から外部に出力することができる。

次に、フォトダイオード素子５５の裏面に設けられているカソード電極と回路基板６４との導通の態様について説明する。図１８は、実施の形態７にかかる放射線検出装置を構成する基板５１の端部についての上面図である。なお、図１８は、フォトダイオードアレイ５３を埋め込む前の状態を示している。

基板５１に設けられた溝部５２の底面には、カソードパッド６５が配置されている。カソードパッド６５は、フォトダイオードアレイ５３上に配置されたそれぞれのフォトダイオード素子５５の底面に設けられたカソード電極のすべてと電気的に接触するように、溝部５２の底面全般に渡って配置されている。したがって、個々のフォトダイオード素子５５は、カソード電極に関しては互いにショートした関係となっているが、アノード電極がフォトダイオード素子５５ごとに分かれているため、電気信号を出力する際に互いの電気信号が合成されてしまうことはない。

また、カソードパッド６５の一部領域において、カソードスルーホール６６が配置されている。カソードスルーホール６６は、溝部５２の底面と、基板５１の裏面とを電気的に接続するためのものである。図１７に示したアノード電極と回路基板６４上の電気回路との接続と同様に、カソードスルーホール６６は、基板５１の裏面に設けられたパッド６３に電気的に接続されている。また、裏面に設けられたパッド６３と、回路基板６４上の電気回路との間は半田ボール６２を介して接続されている。以上により、実施の形態７にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子５５から出力される電気信号を外部に出力する構造を有する。

次に、実施の形態７にかかる放射線検出装置の動作について説明する。図１９は、実施の形態７にかかる放射線検出装置にＸ線が入射する様子を示す模式図である。

シンチレータ素子５９の上面から入射したＸ線は、シンチレータ素子５９内部において、可視光線に変換される。ここで、可視光線への変換効率はＸ線のエネルギーに比例する。ここで、シンチレータ素子５９の上面に対して垂直以外の角度で入射したＸ線については、シンチレータ素子５９の側面に到達する前に可視光線にすべて変換されるか、Ｘ線のまま側面まで到達したとしても、セパレータ６０によって大部分が吸収もしくは反射されるため、隣接した他のシンチレータ素子に入射することはほとんどない。このことは、Ｘ線から変換された可視光線についても同様で、可視光線が他のシンチレータ素子に入射することはない。

そして、Ｘ線から変換された可視光線は、フォトダイオード素子５５に入射する。フォトダイオード素子５５は、受光した可視光線を電気信号に変換する。具体的には、入射光によってフォトダイオード素子５５内部において電子・正孔のペアが発生することに基づいて電気信号が発生する。ここで、電気信号の強度は受光する可視光線が有するエネルギー値に比例する。可視光線のエネルギー値は、上述したようにシンチレータ素子５９に入射するＸ線光線の強度に比例することから、フォトダイオード素子５５から出力される電気信号の強度は、シンチレータ素子５９に入射するＸ線光線の強度に比例することは明らかである。フォトダイオード素子５５から出力される電気信号は、スルーホール５８およびカソードスルーホール６６を介して基板５１の裏面に伝えられ、回路基板６４を介して外部に出力される。なお、図１９では電気信号の例として電流Ｉが出力される態様を示しているが、これに限定されるものではなく、電圧の変化等の形で電気信号を出力しても良い。

以上述べたように、個々のシンチレータ素子５９に入射したＸ線についてその強度に応じた電気信号を出力する構造を有することで、実施の形態７にかかる放射線検出装置は、入射位置に関するＸ線の強度分布を求めることができる。

本実施の形態７にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子５５が列状に配列したフォトダイオードアレイ５３を複数配列する構造を有する。したがって、製品としての歩留まりが向上するという利点を有する。すなわち、図１６で示したような２次元フォトダイオードアレイを同一基板上に形成した場合には、１２個のフォトダイオード素子のうち、１つでも欠陥を有する素子が存在することで残りの１１個のフォトダイオード素子についても放射線検出装置に使用することはできない。

一方、本実施の形態７にかかる放射線検出装置では、仮に１個のフォトダイオード素子５５に欠陥があっても、欠陥を有するフォトダイオード素子５５を有するフォトダイオードアレイ５３を別のものと交換するのみで済み、残りの９個のフォトダイオード素子を有効活用することができる。特に、近年のＸ線ＣＴスキャン装置に用いる放射線検出装置は、多チャンネルおよび多スライス化が進んでいるため、配置するフォトダイオード素子の数が増大する傾向にある。したがって、１次元のフォトダイオードアレイ５３を複数配列する本実施の形態７にかかる放射線検出装置は、さらに高い歩留まりを有することが期待できる。

また、１次元の配列を有するフォトダイオードアレイ５３を溝部５２に埋め込む構造を採用している。このことにより、以下の利点を有する。まず、溝部５２の幅と、フォトダイオードアレイ５３の幅が一致しているため、位置あわせを容易におこなうことができる。したがって、フォトダイオードアレイ５３を基板５１上に配置する際にはスライス方向に関してのみ位置決めをおこなえばよい。さらに、スライス方向の位置決めのために突起部もしくは溝部を新たに設けた場合には、位置調整等の工程を一切経ることなく容易にフォトダイオードアレイ５３を配置することができる。このため、本実施の形態７にかかる放射線検出装置では、製造が容易で、かつ、迅速に製造をおこなうことができる。

さらに、本実施の形態７においては、フォトダイオードアレイ５３の厚みと、溝部５２の深さはほぼ同一の値をとる。このことにより、ワイヤボンディング６１に必要な領域を小さくできるという利点を有する。

フォトダイオードアレイ５３上に配列する個々のフォトダイオード素子５５から電気信号を外部に出力するためには、フォトダイオード素子５５のアノード電極５６およびカソード電極を基板上に設けられた電極と電気的に接続させることが必要である。ここで、フォトダイオードアレイを平板上に配置した場合には、アノード電極と、基板上に配置されたパッドとの段差が避けられないという問題があった。段差を有する場合には、ワイヤボンディングに必要な水平距離を大きく取る必要があった。しかし、本実施の形態７においては、アノード電極５６とパッド５７との間に段差は全く生じないか、生じたとしてもごくわずかであるため、従来のように水平距離を大きく取る必要がない。

さらに、本実施の形態７においては、フォトダイオード素子５５の上面に配置したアノード電極５６を、スルーホール５８を利用することで立体的に引き出す構造を有する。このことにより、隣接するフォトダイオードアレイ５３間に位置する基板５１の土手部分の幅を狭くすることができる。従来は、基板の上面に必要な配線を施していたため、特に多チャンネルおよび多スライス化するにしたがって、配線の幅を狭くするか、フォトダイオードアレイ５３相互の間の幅を大きくする必要があった。

一方、本実施の形態７においては、アノード電極５６を立体的に引き出す構造としており、基板５１の上面に配線を設ける必要がない。したがって、多チャンネルおよび多スライス化によってフォトダイオード素子５５の数が増大する構造となっても、フォトダイオードアレイ５３の間隔を広く取る必要はなく、間隔を一定に保つことができる。具体的には、フォトダイオードアレイ５３の間に位置する基板５１の土手部分の幅は、ワイヤボンディングに必要な幅およびスルーホールに必要な幅さえ確保できればいくらでも狭くすることが可能である。したがって、放射線検出装置においてＸ線入射方向に対して垂直な面でのフォトダイオード素子５５が占める面積を広く取ることができ、高感度の放射線検出装置を実現することができる。

また、本実施の形態７においては、基板５１でアノード電極５６を垂直方向に引き出して回路基板６４に接続した場合、回路基板６４上の電気回路によって電気信号を外部に出力する構造を有する。この場合、回路基板６４上であって、フォトダイオードアレイ５３の下部に位置する領域についても回路を構成することが可能であるため、基板５１の上面に電気回路を配置した場合と比較して、回路に使用する面積を大きくすることができるという利点も有する。したがって、微細配線を施す必要もなくなり、高抵抗化または断線の危険も回避することができる。

さらに、本実施の形態７において、基板５１上に溝部５２を設けることは容易である。たとえば、半導体チップの分離に使用するダイシングソーを用いて基板５１の表面を削ることで、溝部５２を形成することができる。したがって、本実施の形態７では、放射線検出装置を容易に製造することができるという利点も有する。また、単純な構造でフォトダイオードアレイ５３の位置決めをおこなうことができるため、この点でも放射線検出装置を容易に製造することができる。

また、本実施の形態７において、基板５１の裏面に設けられたパッド６３と回路基板６４とは、半田ボール６２を使って電気的に接続されている。このため、基板５１と回路基板６４との間を容易に固定することができ、放射線検出装置を容易に製造することができる。

なお、実施の形態７では、３スライスを有し、１スライスあたり４個のチャンネルを有する構造としているが、所定のスライスの同一チャンネルについて、スライス方向に複数のフォトダイオード素子を用いる構造としても良い。

また、実施の形態７では、フォトダイオードアレイ５３の長手方向をスライス方向、短手方向をチャンネル方向としているが、それぞれの方向を逆にして配置しても良い。すなわち、フォトダイオードアレイ５３の長手方向がチャンネル方向と平行になるように配置しても本実施の形態７にかかる放射線検出装置を構成することが可能である。

また、図１６および図１７において、アノード電極５６とパッド５７との間を接続するワイヤボンディング６１は、アーチ状となっているが、直線状に接続する構造としても良い。上述の通り、基板５１の上面とフォトダイオード素子５５の上面との間に段差がないため、直線状にワイヤボンディングしても断線等のおそれがないためである。

さらに、スルーホール５８およびカソードスルーホール６６について、水平断面形状は円形でなくてもよい。たとえば、断面形状をフォトダイオードアレイ５３の長手方向に長軸を有する楕円とした場合には外周の長さを大きく取ることができるため、円形とした場合と比較してスルーホールを通過する際の電気抵抗を抑制することができる。

また、本実施の形態７においてはＰＩＮ型フォトダイオードを上面にｐ型層が来るように配置して、アノード電極５６が上面に露出する構造としているが、ｎ型層が上面となり、カソード電極が上面に露出する構造としても良い。このような構造としても、放射線検出装置は同様の利点を得ることができる。

また、フォトダイオードアレイ５３に含まれるフォトダイオード素子５５について、本実施の形態７ではＰＩＮ型フォトダイオードを用いているが、これに限定する必要はなく、ＰＮ接合からなるフォトダイオードやショットキーフォトダイオード、ヘテロ接合フォトダイオードおよびアバランシ・フォトダイオードを使用しても良い。また、光電変換がおこなえるものであれば、フォトダイオード以外の回路素子を利用しても良い。たとえば、照射される光の強度に応じて電気的抵抗が変化する光抵抗をフォトダイオードの代わりに使用しても良い。

さらに、本実施の形態７においては、基板５１の下に回路基板６４を配置する構造としているが、回路基板６４を省略することも可能である。たとえば、基板５１の裏面に回路パターンをあらかじめ形成しておき、外部に出力するためのパッドを基板５１の側面上に配置する構造としても良い。この場合、回路基板６４および半田ボール６２を省略することが可能である。

（実施の形態８）
次に、実施の形態８にかかる放射線検出装置について説明する。図２０は、実施の形態８にかかる放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。ここで、図２０では理解を容易にするため、基板７９に配置される２次元シンチレータアレイおよび基板７９下部に配置される回路基板については省略している。

実施の形態８にかかる放射線検出装置は、基板７９上面に設けられた溝部８０が、実施の形態７よりも深く形成されている。その他の点については、特に断らない限り、実施の形態７と同様の構造を有し、同等の効果を発揮するものとする。

実施の形態８においては、溝部８０の深さを、溝部８０に埋め込むフォトダイオードアレイ６９の厚みよりも大きくしている。このことにより、以下の利点が生じる。

一般に、溝部８０に埋め込まれるフォトダイオードアレイ６９は同一条件で製造されたものを用いるため、厚みが相違することはないと想定されている。しかし、現実には個々のフォトダイオードアレイ６９によって厚みが相違する場合がある。特に、半導体基板上にエピタキシャル成長をおこなうことでフォトダイオード素子を形成する場合には、完全にエピタキシャル成長をおこなうことは困難であり、厚みの違いが生じる場合がある。

このようにフォトダイオードアレイ６９の厚みが互いに相違する場合、基板７９および埋め込まれたフォトダイオードアレイ６９によって形成される上面は平滑な平面を形成することはできない。そのような上面に２次元シンチレータアレイを配置した場合、２次元シンチレータアレイの安定性が損なわれるおそれがある。基板７９と２次元シンチレータアレイとの間に生じる空隙を透明接着剤層で補填する構造も可能であるが、その場合、透明接着剤層で補填された空隙部分において生じる光リークによる光クロストークが問題となる。

したがって、本実施の形態８においては、溝部８０の深さを、フォトダイオードアレイ６９の厚みよりも大きくしている。そして、基板７９の上面と２次元シンチレータアレイとが透明接着剤を介して密着した状態で固定される。ここで、フォトダイオードアレイ６９の上面は、２次元シンチレータアレイとは接触していない。基板７９の上面は、溝部８０を除いて同一平面上を形成するため、上述したような平滑な平面を形成できないという問題を防止することができる。また、基板７９の上面と２次元シンチレータアレイとの間に空隙は生じないため、光クロストークの問題も防止することができる。

ここで、溝部８０の深さとフォトダイオードアレイ６９の厚みとの差は、１μｍ以上、１００μｍ以下とすることが望ましい。１μｍ以上としたのは、あまり差が少ないと個々のフォトダイオードアレイ６９の厚みの相違を吸収できないおそれがあるためである。また、１００μｍ以下としたのは、１００μｍよりも大きくした場合に、フォトダイオードアレイ６９が有するフォトダイオード素子のアノード電極５６と、基板７９の上面に配置されたパッド６８との段差が無視できなくなり、ワイヤボンディングをおこなうためにフォトダイオードアレイ６９相互間の間隔を広くとる必要が生じるためである。

（実施の形態９）
次に、実施の形態９について説明する。図２１は、実施の形態９にかかる放射線検出装置を構成する基板７０および基板７０に埋め込んだフォトダイオードアレイ７３の態様を示す概略斜視図である。実施の形態９にかかる放射線検出装置は、フォトダイオードアレイ７３を埋め込むために設けられた第１の溝部７１の上部に第２の溝部７２を有する。第２の溝部７２は、図２１に示すように、上部においてチャンネル方向に広い開口部を形成し受光下流方向に下るに従い幅が狭くなる構造を有する。一方、第１の溝部７１は、フォトダイオードアレイ７３を埋め込むために形成されるため、長手方向の断面は矩形形状からなる。なお、特に言及しない点については、実施の形態７にかかる放射線検出装置と同様とし、同等の機能を有するものとする。たとえば、実施の形態９において、基板７０の下には、回路基板が配置され回路基板と基板裏面に設けられたパッド６３とは、半田ボール６２を介して電気的に接続され、外部に出力される構造を有している。

図２２は、実施の形態９にかかる放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。フォトダイオードアレイ７３は、基板７０内に形成した溝部７１に埋め込まれ、フォトダイオードアレイ７３上に配置されている個々のフォトダイオード素子ごとにアノード電極７４が、第２の溝部を構成する斜面上に設けられたパッド７５とワイヤボンディングを介して電気的に接続されている。また、第２の溝部７２から基板７０を鉛直方向に貫くスルーホール７６が配置され、スルーホール７６は、パッド７５と電気的に接続されている。さらに、基板７０の裏面にはパッド６３が設けられ、スルーホール７６と電気的に接続している。したがって、フォトダイオードアレイ７３に配置されている個々のフォトダイオード素子から出力される電気信号は、パッド７５、スルーホール７６、パッド６３を通って基板７０の裏面に出力される。

第２の溝部７２は、シンチレータ素子５９においてＸ線から変換された可視光線をフォトダイオードアレイ７３に集める導波路としての機能を有する。すなわち、第２の溝部７２の存在により、シンチレータ素子５９でＸ線から変換された可視光線は、適宜第２の溝部７２を形成する斜面上を反射し、フォトダイオードアレイ７３に含まれるフォトダイオード素子に到達し、個々のフォトダイオード素子によって受光される。ここで、第２の溝部７２において可視光線の反射率を高めるため、また、可視光線を効率良くフォトダイオード素子に入射させるために、第２の溝部７２に屈折率の異なる複数の膜からなる多層構造を積層しても良い。

第２の溝部７２を有することによる利点について説明する。実施の形態９にかかる放射線検出装置は、第２の溝部７２によって可視光線を集光する構造を有する。したがって、シンチレータ素子５９上面のＸ線受線面積と比較して、フォトダイオード素子の受光部分の面積を狭くできる。このため、放射線検出装置を構成するためのフォトダイオード素子を小型化することができ、製造コストを低減することができる。１個あたりのフォトダイオード素子が小さくなることで、１枚のウェハーから製造することのできるフォトダイオード素子の数を増加させることができるためである。

（変形例）
次に、実施の形態９の変形例にかかる放射線検出装置について説明する。図２３は、変形例にかかる放射線検出装置を構成する基板７７および基板７７に配置されるフォトダイオード７８を示す概略上面図である。ここで、基板７７の上部には２次元シンチレータアレイが配置され、基板７７の下部には回路基板が配置されているのは実施の形態９と同様である。変形例においては、基板にフォトダイオードアレイを配置するのではなく、個々に分離したフォトダイオード７８を配置するものとする。ここで、フォトダイオード７８は、実施の形態９と同様に、基板７７に設けられた第１の溝部に埋め込まれている。また、フォトダイオード７８が埋め込まれた第１の溝部の上部には、導波路としての機能を有する第２の溝部が形成されている。

変形例において、第２の溝部は、スライス方向のみならず、チャンネル方向についても斜面を有し、入射してくる可視光線をフォトダイオード７８に集束させる導波路としての機能を有する。このため、さらに可視光線を効率的にフォトダイオード７８に集めることができ、フォトダイオード７８をさらに小型化することができる。

以上、実施の形態１〜９にわたって本発明を説明してきたが、本発明はこれら実施の形態に限定されるのではなく、当業者ならばこれらの実施の形態を用いて様々な変形例に相当することが可能である。たとえば、実施の形態１〜３および実施の形態７〜９において、シンチレータ素子もしくはシンチレータ素子アレイを除外した構成として、光検出器を得ることが可能である。本発明によれば、フォトダイオード素子の占有面積を増大させることができるため、本発明の構造を光検出器に応用することで、受光面積が広く、感度の高い光検出器を提供することができる。

また、実施の形態１〜９において、フォトダイオード素子上面に設けられたパッドと、基板との間をワイヤボンディングによって電気的に接続しているが、これに限定する必要はない。たとえば、フリップチップ方式によって接続しても良いし、ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)方式によって接続しても良い。実施の形態１〜９においてはフォトダイオード素子上面に設けられたパッドと基板上に設けられたパッドは、同一平面を形成するため、このような方式によっても容易に電気的に接続することができる。

また、実施の形態７〜９において、フォトダイオード素子は可視光線を電気信号に変換するものとしているが、その他の波長の光をフォトダイオード素子に照射する構造としても良い。具体的には、ショットキーフォトダイオードを使用すれば可視光領域よりも短い波長領域の光に対して光電変換をおこなうことが可能であり、ＩｎＳｂによってフォトダイオードを形成した場合には、窒素温度まで下げることによって赤外線領域まで感度を有する光電素子を得ることが可能である。Ｘ線をこのような波長の光に変換するシンチレータ素子と組み合わせることで、上記の放射線検出器用部品、放射線検出器、放射線検出装置を構成することができる。

さらに、実施の形態７〜９では、１個の溝部に対して１個のフォトダイオードアレイが埋め込まれる構成としているが、スライス方向に並ぶ複数のフォトダイオードアレイを埋め込む構造としても良い。また、１個の溝部に対して１個のフォトダイオードアレイではなく、個々のフォトダイオード素子を複数埋め込む構造としても良い。その場合には、個々のフォトダイオード素子の位置決め用の突起もしくは溝を溝部中に設けることが望ましい。

実施の形態１にかかる放射線検出器用部品の、ＭＩＤ基板とフォトダイオードアレイとを離した状態で示す概略斜視図である。図１のＩ−Ｉ線における断面図である。（ａ）は、ＭＩＤ基板とフォトダイオードアレイとを組み立てた状態の実施の形態１にかかる放射線検出器用部品の概略斜視図であり、（ｂ）は、組み立てた状態におけるフォトダイオードアレイの電気的接続の態様を示す断面図である。実施の形態２にかかる放射線検出器の、放射線検出器用部品とシンチレータアレイとを離した状態で示す概略斜視図である。実施の形態２にかかる放射線検出器の、放射線検出器用部品とシンチレータアレイとを組み立てた状態の概略斜視図である。実施の形態３にかかる放射線検出装置の構造を示す概略斜視図である。実施の形態３にかかる放射線検出装置において、さらにコリメータを配置した場合の構造を示す概略斜視図である。（ａ）は、実施の形態４にかかる放射線検出器用部品において、フォトダイオードアレイとシンチレータアレイとを分離した状態で示す概略斜視図であり、（ｂ）は、放射線検出器用部品を組み立てた状態を示す概略斜視図である。実施の形態５にかかる放射線検出器の構造を示す概略断面図である。実施の形態５にかかる放射線検出器の変形例の構造を示す概略断面図である。実施の形態５にかかる放射線検出装置の構造を示す概略斜視図である。実施の形態６にかかる放射線検出器において、フォトダイオードアレイとシンチレータアレイとを分離した状態で示す概略斜視図である。実施の形態６にかかる放射線検出器の構造を示す概略斜視図である。実施の形態６にかかる放射線検出器を用いた放射線検出装置の構造を示す概略斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、実施例で得られる放射線検出装置の概略断面図である。実施の形態７にかかる放射線検出装置において、２次元シンチレータアレイを分離した状態で示す概略斜視図である。実施の形態７にかかる放射線検出装置において、電気的接続の概要を示す概略断面図である。実施の形態７にかかる放射線検出装置において、基板の構造を示す概略上面図である。実施の形態７にかかる放射線検出装置の動作を示す概略断面図である。実施の形態８にかかる放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。実施の形態９にかかる放射線検出装置の構造を示す概略斜視図である。実施の形態９にかかる放射線検出装置の動作を示す概略断面図である。実施の形態９の変形例にかかる放射線検出装置の構造を示す概略上面図である。（ａ）は、従来技術にかかる放射線検出装置の構造を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、従来技術にかかる放射線検出装置の電気的接続の態様について示す概略断面図である。

符号の説明

１ＭＩＤ基板
２、２２、３３、３９、５３、６９、７３フォトダイオードアレイ
３パッド形成用突起
４第１パッド
５第２パッド
６、３０、４２、６１、６７ワイヤボンディング
７配線パターン
８ピン状の第１端子
９ピン状の第２端子
１０、２５配線
１１、２１、３４、４０シンチレータアレイ
１２、２３シンチレータ素子
１３、２４セパレータ
１４コリメータ
２６、３６端子
２７放射線検出器用部品
２８、３１、３７、４１、５１、７０、７７、７９基板
２９、３５、３８配線
３２導電性ピン
４３２５チャンネルコネクター
４４アノードピン
４５カソードピン
４６エポキシ樹脂
４７保護カバー板
５２、８０溝部
５４２次元シンチレータアレイ
５５フォトダイオード素子
５６アノード電極
５７、６３、６８、７５パッド
５８、７６スルーホール
５９シンチレータ素子
６０セパレータ
６２半田ボール
６４回路基板
６５カソードパッド
６６カソードスルーホール
７１第１の溝部
７２第２の溝部
７４アノード電極
７８フォトダイオード素子

Claims

所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板上に複数の光電変換器を配置した光検出器であり、前記光電変換器は、前記入力端子に対応した出力端子および表面上に前記出力端子と電気的に接続された入力パッドを備えた基板と、前記入力パッドとほぼ同一の平面を形成するよう配置され、前記入力パッドと電気的に接続された出力電極と、該出力電極と電気的に接続され、受光強度に応じた電気信号を出力する光電変換素子とを一次元状に配列した一次元光電変換素子アレイを素子配列方向と垂直方向に複数配列した二次元光電変換部と、を備え、前記基板は、前記一次元光電変換素子アレイを埋め込む溝部を複数備え、前記入力パッドと、前記出力電極との間はワイヤボンディングによって電気的に接続された光検出器と、
前記光検出器の有する二次元光電変換部に対応して受線方向に配置され、受線した放射線を前記光検出器で検出可能な波長の光に変換する複数の光変換素子を有する光変換器と、
前記光変換素子間に配置された遮蔽層と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
前記溝部の上部にさらに開口部が形成され、該開口部は、前記溝部の開口よりも広く、内側側面が前記一次元光電変換素子アレイ方向に沿って前記光変換器側に広がる斜面を形成し、該斜面上に前記入力パッドが設けられることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
前記入力パッドと前記基板の裏面に形成された出力端子との間は、受線方向に沿ったスルーホールによって電気的に接続され、該出力端子は、前記回路基板上の入力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
前記スルーホールの水平断面形状は、前記一次元光電変換素子アレイ方向を長径とする楕円形状であることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。