JP5355940B2

JP5355940B2 - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP5355940B2
Application number: JP2008151314A
Authority: JP
Inventors: 仁千代間
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009300084A

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。

近年、放射線、特にＸ線を光に変換する蛍光体膜と、その光を電気信号に変換する光電変換素子とをその構成要素として含む平面型の放射線検出装置が実用化されてきている。

これは、放射線検出装置全体の小型軽量化に貢献するとともに、放射線を介した検査対象物からの画像情報を当該放射線検出装置によりデジタル電気情報に変換し、デジタル画像処理、デジタル画像保存など、デジタル情報処理の多くの利便性を享受することができるためである。

この放射線検出装置は、患者の診断や治療に使用する医療用や歯科用、非破壊検査などの工業用、構解析などの科学研究用など広い分野で使われつつある。

それぞれの分野において、デジタル情報処理による高精度な画像抽出、高速度な画像検出が可能となることにより、不要な放射線被爆量の低減や、迅速な検査、診断などの効果が期待できる。

これら放射線検出装置の蛍光体膜には、従来のＸ線イメージ管で用いられているＣｓ及びＩを主成分とするシンチレータ材の技術を転用することが多い。これは、主成分であるヨウ化セシウム（以下ＣｓＩ）が柱状結晶を成すため、他の粒子状結晶からなるシンチレータ材に比較し、光ガイド効果による感度と解像度の向上を成すことができるためである。

また、従来のＸ線イメージ管では真空管内の電子レンズ構成を必要としたため、大きく重い構成となっていたが、当該放射線検出装置では光電変換素子を有する光検出器をアモルファスシリコンなどからなる薄膜素子で構成することにより、２次元的な薄く小型軽量な放射線検出装置を形成することが可能となっている。

この薄く小型軽量な特徴をより高度に実現するためには、例えば、蛍光体膜を搭載した光検出器と回路基板とを並行配置とする構造とし、この光検出器と回路基板との間をシフトレジスタ及び検出用集積回路ＩＣを実装したフレキシブル回路基板にて接続し、装置全体の小型化を図った事例がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような回路基板には、放射線検出パネルを駆動するためのデジタル回路、放射線検出パネルから出力される微弱な信号を増幅し処理するためのアナログ回路、アナログ信号をデジタル化するＡＤ変換回路、各回路へ電力を供給する電源回路などの複数の回路が混在する。

そのため、特にデジタル信号や電源回路におけるＤＣ−ＤＣコンバターのようにスイッチング動作を行う部分から発生するノイズがアナログ信号に与える影響が問題であった。

このノイズ対策として、例えば、各アナログ回路、デジタル回路、電源回路などを別基板として分離、さらに筐体に接続する隔壁でそれぞれを分離する手法が考案されている（例えば、特許文献２参照）。また、電源回路を放射線検出領域外に設置する場合などもある。
特開平８−１１６０４４号公報（第３３頁、図５２）特開２００３−１２１５５３号公報（第４−６頁、図１−５）

しかしながら、以上に説明した従来技術によると以下のような問題が生じる。

まずは、筐体構造の複雑化、それに伴う大型化の問題である。すなわち、各アナログ回路、デジタル回路、電源回路、などを別基板として分離し、さらに筐体に接続する隔壁でそれぞれを分離した場合には、回路基板の必要面積や回路基板の設置領域が増大することになり、平面型の放射線検出装置の小型軽量であるという特徴が損なわれる。また、電源回路を放射線検出領域外に設置した場合には、平面型の放射線検出装置の面積がより大きくなる。

また、筐体のフレームＧＮＤが不足した場合には、逆に回路基板の各ＧＮＤパターンおよび電源パターンへのノイズ導入のおそれもある。本来ノイズに敏感なアナログ回路を重点的に保護すべきところを、ノイズに強いデジタル回路や電源回路についても共通の保護構造を用いているため、フレームＧＮＤの接地が不十分の場合にはアナログ回路へのノイズ誘導源となるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型軽量化を達成し、かつアナログ信号のノイズ要因を抑制し、出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上も果たすことができる放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、放射線を光に変換する蛍光体膜、光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光検出器と、この光検出器を電気的に駆動するデジタル回路部、および前記光検出器からの出力信号を電気的に処理するアナログ回路部を有する少なくとも１つの回路基板と、前記デジタル回路部および前記アナログ回路部に電力を供給する電源回路部とを具備し、前記デジタル回路部は、デジタルＧＮＤパターンを有し、前記電源回路部は、スイッチングレギュレータおよび電源ＧＮＤパターンを有し、この電源ＧＮＤパターンが前記デジタルＧＮＤパターンと接続されており、前記回路基板は、前記アナログ回路部のアナログＧＮＤパターンおよびアナログ電源電位パターンのうちの少なくともいずれか一方のパターン、およびこのパターンに導通する導体カバーを備え、前記アナログ回路部が前記パターンと前記導体カバーとによって覆われているものである。

本発明によれば、アナログ回路部をアナログＧＮＤパターンおよびアナログ電源電位パターンのうちの少なくともいずれか一方のパターンと導体カバーとによって覆う構成としたため、放射線検出装置の小型軽量化を達成し、かつアナログ信号のノイズ要因を抑制し、出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上も果たすことができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図４は平面型の放射線検出装置としてのＸ線検出装置11の一部の断面図を示す。

このＸ線検出装置11は、光検出器である放射線検出パネルとしてのＸ線検出パネル12、このＸ線検出パネル12を電気的に駆動しかつＸ線検出パネル12からの出力信号を電気的に処理する回路基板13、これらＸ線検出パネル12と回路基板13とを接続する接続基板14、これらＸ線検出パネル12および回路基板13を支持する支持基板15、および支持基板15を介してこれらを収容する筐体16を備えている。

そして、Ｘ線検出パネル12は、光電変換基板19を有し、この光電変換基板19における放射線としてのＸ線20の入射側に図示しない蛍光体膜を成膜し、さらに蛍光体膜を覆う防湿カバー21を封着した構造となっている。光電変換基板19は、０．７ｍｍ厚のガラス基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を基材とした複数の薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）とフォトダイオード素子とを形成して構成されている。この光電変換基板19の外周部には、光電変換基板19の駆動のための電気信号の入力および出力信号の出力のために外部と接続する複数の端子パッド22が形成されている。

また、回路基板13は、Ｘ線検出パネル12を電気的に駆動しかつＸ線検出パネル12からの出力信号を電気的に処理するものであり、外周部には接続基板14が電気接続されるコネクタ25が配設されている。

また、接続基板14は、配線のみを形成したフレキシブル回路基板28と、このフレキシブル回路基板28より可撓性が小さく集積回路半導体素子29などを搭載したＩＣ搭載基板30とを備え、これらフレキシブル回路基板28の一端側とＩＣ搭載基板30の一端側とを接続して構成されている。

フレキシブル回路基板28は、例えばポリイミド製フィルム上にＣｕフィルムから成る配線パターンを形成した屈曲性に優れた柔軟性を有する回路基板である。フレキシブル回路基板28の他端側である先端側には、配線パターンが露出するとともにその露出部分には電気接続の安定性を確保するために金メッキが施された接続部31が形成されている。このフレキシブル回路基板28の接続部31がＸ線検出パネル12の端子パッド22に接続されている。このフレキシブル回路基板28の接続部31と端子パッド22との接続には、非等方性導電フィルム（以下ＡＣＦと記す）による熱圧着法が用いられる。この方法により、複数の微細な信号線の電気的接続が確保される。

ＩＣ搭載基板30は、例えばガラスエポキシ材に多層のＣｕフィルムを積層して構成された剛性を有する多層配線基板であり、一面に集積回路半導体素子29などが搭載されるとともにフレキシブル回路基板28の一端側が接続され、他面に回路基板13のコネクタ25と電気接続されるコネクタ32が配設されている。

また、支持基板15は、例えばＡｌ合金からなり、一面にはＸ線検出パネル12の光電変換基板19がゲル状材としての粘着性を有するゲルシート35を介して固定され、他面にはＸ線遮蔽用の鉛プレート37と放熱絶縁シート38とを介して回路基板13が固定されている。また、支持基板15の外周部近傍にはＸ線検出パネル12の光電変換基板19と回路基板13とを接続する接続基板14のフレキシブル回路基板28を通すための開口部40が形成され、支持基板15の角部には複数の取付孔41が形成されている。

また、筐体16は、カバー部44とカバー部45とを有し、これらカバー部44とカバー部45との周縁部間で支持基板15の周縁部を挟持し、これらカバー部44とカバー部45との周縁部間および支持基板15の各取付孔41を通じてねじやボルト・ナットなどの取付具46によって結着している。

そして、回路基板13はＸ線検出パネル12を駆動する信号を発生するとともに、Ｘ線検出パネル12からの微弱な出力信号を増幅、演算するなどの処理を行う機能を有する。

そのため、回路基板13上には、Ｘ線検出パネル12の駆動信号を発生するデジタル回路部と、Ｘ線検出パネル12からの出力信号を処理するアナログ回路部とが混在し、さらにこれらの回路への電源を供給する電源回路部も搭載される。

このようにデジタル回路部とアナログ回路部が混在するため、微弱なアナログ信号に関してはデジタル回路部などからの過渡的なノイズ成分の混入を抑制する手段が必要である。

図１は回路基板の断面図、図２は回路基板の表面側を示す平面図、図３は回路基板の裏面側を示す底面図である。なお、図３の回路基板の裏面側を示す底面図は、便宜上、回路基板の表面側から見た配置で示す。

回路基板13の一面である表面側には、デジタル回路部51、アナログ回路部52、電源回路部53の領域に分離して形成されている。それぞれの回路部領域の間には、必要に応じて駆動信号54や電源供給55のための配線が配置されている。

なお、本実施の形態では、電源回路部53にはスイッチングレギュレータを使用し省電力化を図っており、電源回路部53はデジタル回路部51と類似のノイズ発生要素を持つことになる。

また、回路基板13の他面である裏面側には、デジタルＧＮＤパターン57、アナログＧＮＤパターン58、電源ＧＮＤパターン59の領域に分離して形成されている。

デジタルＧＮＤパターン57はデジタル回路部51の裏面側に対応する領域に形成され、アナログＧＮＤパターン58はアナログ回路部52の裏面側に対応する領域に形成され、電源ＧＮＤパターン59は電源回路部53の裏面側に対応する領域に形成されている。

デジタルＧＮＤパターン57は、電源ＧＮＤパターン59と接続され、すなわち電源回路部53に対応する領域に延長されている。これは、電源回路部53にスイッチングレギュレータを使用し、電源回路部53がデジタル回路的な要素を含んでいるためである。

また、デジタル回路部51では、Ｘ線検出パネル12の複数の薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を順次駆動するためのパルス信号を発生させる等の機能を有する。

アナログ回路部52では、Ｘ線検出パネル12からの微弱な検出信号を読取、増幅するとともに、必要に応じた信号補正処理やアナログ・デジタル変換処理などを行う。

このアナログ回路部52では、微弱なアナログ信号を処理するため、他の部分からノイズの侵入を防御する必要がある。

そのため、回路基板13の表面側に、アナログ回路部52を覆う導体カバーとしてのアナログＧＮＤカバー61が設けられている。したがって、アナログ回路部52は、回路基板13の表面側のアナログＧＮＤカバー61と回路基板13の裏面側のアナログＧＮＤパターン58とにて包含した構造とされ、デジタル回路部51や電源回路部53などの他の部分からの電磁放射ノイズなどの浸入を防止した構造となっている。

アナログＧＮＤパターン58とアナログＧＮＤカバー61とは、回路基板13を貫く複数の接続点としてのスルーホール配線62により電気的に導通されている。なお、このスルーホール配線62の設置は極力緻密であるほうが望ましい。すなわち、外部からの電磁放射ノイズの侵入防止などには緻密であることがより有効である。

これにより、アナログ回路部52はアナログＧＮＤパターン58とアナログＧＮＤカバー61とにより、アナログＧＮＤで全体を包含した構造に形成されている。

また、デジタル回路部51、アナログ回路部52、電源回路部53の間には必要に応じて駆動信号54や電源供給55のための配線部が配置されているが、これらはデジタルＧＮＤパターン57の領域とアナログＧＮＤパターン58の領域とを跨ぐ配線となる。

アナログＧＮＤパターン58とデジタルＧＮＤパターン57との分離は、アナログＧＮＤ安定化やアナログ回路部52へノイズ侵入防止に有効であるが、このままでは上述した配線部に関して帰還電流の流路を阻害することになり、新たな電磁放射原因や信号ノイズ原因となり得る。

そこで、配線部に対応したアナログＧＮＤパターン58とデジタルＧＮＤパターン57との分離箇所に容量性素子としてのバイパスコンデンサ63を設置し、帰還電流の流路を確保し過渡的な電荷変動を吸収させることにより各信号やＧＮＤなどの電位の安定化を図っている。

また、配線部に対応したアナログＧＮＤパターン58と電源ＧＮＤパターン59との分離箇所にも同様にバイパスコンデンサ63を設置した。

このようにして、微弱なアナログ信号に影響を与えるノイズ要因を抑制し、小型軽量化かつ出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上を可能とした平面型のＸ線検出装置11を構成できる。

なお、デジタルＧＮＤパターン57、アナログＧＮＤパターン58、電源ＧＮＤパターン59を回路基板13の裏面側に形成したが、特にこれに規定されるものではなく、多層回路基板の場合には、基板中間層にそれぞれの各ＧＮＤパターンを形成しても、同様な効果を得ることができる。

また、アナログＧＮＤパターン58にてアナログ回路部52を包含した構造としたが、安定した一定のアナログ基準電位であるアナログ電源電位パターンでも、同等のノイズ侵入防止効果を期待できる。

本発明の一実施の形態を示す放射線検出装置の回路基板の断面図である。同上回路基板の表面側を示す平面図である。同上回路基板の裏面側を示す底面図である。同上放射線検出装置の一部の断面図である。

符号の説明

11 放射線検出装置としてのＸ線検出装置
12 光検出器としてのＸ線検出パネル
13 回路基板
20 放射線としてのＸ線
51 デジタル回路部
52 アナログ回路部
53 電源回路部
57 デジタルＧＮＤパターン
58 アナログＧＮＤパターン
59 電源ＧＮＤパターン
61 導体カバーとしてのアナログＧＮＤカバー
62 接続点としてのスルーホール配線
63 容量性素子としてのバイパスコンデンサ

Claims

放射線を光に変換する蛍光体膜、光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光検出器と、
この光検出器を電気的に駆動するデジタル回路部、および前記光検出器からの出力信号を電気的に処理するアナログ回路部を有する少なくとも１つの回路基板と、
前記デジタル回路部および前記アナログ回路部に電力を供給する電源回路部とを具備し、
前記デジタル回路部は、デジタルＧＮＤパターンを有し、
前記電源回路部は、スイッチングレギュレータおよび電源ＧＮＤパターンを有し、この電源ＧＮＤパターンが前記デジタルＧＮＤパターンと接続されており、
前記回路基板は、前記アナログ回路部のアナログＧＮＤパターンおよびアナログ電源電位パターンのうちの少なくともいずれか一方のパターン、およびこのパターンに導通する導体カバーを備え、前記アナログ回路部が前記パターンと前記導体カバーとによって覆われている
ことを特徴とする放射線検出装置。
アナログＧＮＤパターンおよびアナログ電源電位パターンのうちの少なくともいずれか一方のパターンと導体カバーとは、２点以上の接続点で導通されている
ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
アナログＧＮＤパターンおよびアナログ電源電位パターンのうちの少なくともいずれか一方のパターンは、回路基板内の他の同電位パターンとの間に容量性素子が接続されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出装置。