JP5512228B2

JP5512228B2 - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP5512228B2
Application number: JP2009250924A
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: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011095166A

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、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コンバータ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）。

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では、まだ十分なノイズ対策を講じることができず、放射線検出装置の出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上が十分に果たせなかった。

すなわち、小型軽量のため、蛍光体膜を搭載した光検出器と回路基板とを並行配置し、この光検出器と回路基板との間をフレキシブル回路基板にて接続した構造において、如何に回路基板のノイズ対策を施した場合でも、フレキシブル回路基板の信号配線がアンテナとなり外乱電磁波を受信する可能性がある。

外乱電磁波としては外部から浸入する電磁波の他、放射線検出装置の内部のデジタル回路やデジタル信号配線から発生する電磁波、またデジタル電源電位の変動などによってデジタル電源回路やデジタル電源配線から発生する電磁波などがある。

フレキシブル回路基板は光検出器と回路基板との間を接続するため、筐体の隔壁などで完全に電磁遮蔽することは困難であり、フレキシブル回路基板の信号配線がアンテナとなり外乱電磁波を受信し、微弱なアナログ信号にノイズを重畳する問題があった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、十分なノイズ対策を講じることができ、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、放射線を検出する放射線検出パネルと、この放射線検出パネルを電気的に駆動するデジタル信号を出力し、かつ前記放射線検出パネルから出力されるアナログ信号を電気的に処理する少なくとも１つの回路基板と、第１面側とこの第１面に対向する第２面側とにデジタルＧＮＤに接続されるＧＮＤパターンおよび一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成されるパターンがそれぞれ配置され、これらパターン間に挟まれた領域に前記放射線検出パネルと前記回路基板側とを電気的に接続するデジタル信号用の信号配線が配置されたデジタル信号配線用のフレキシブル回路基板と、第１面側とこの第１面に対向する第２面側とにアナログＧＮＤに接続されるＧＮＤパターンおよび一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成されるパターンがそれぞれ配置され、これらパターン間に挟まれた領域に前記放射線検出パネルと前記回路基板側とを電気的に接続するアナログ信号用の信号配線が配置されたアナログ信号配線用のフレキシブル回路基板とを具備しているものである。

本発明によれば、フレキシブル回路基板の主要な第１面側と第２面側とにＧＮＤパターンおよび一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成されるパターンをそれぞれ配置し、これらパターン間に挟まれた領域に信号配線を配置したため、フレキシブル回路基板からの十分なノイズ対策を講じることができ、放射線検出装置の出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上も果たすことができる。

本発明の放射線検出装置の第１の実施の形態を示すＸ線検出装置に用いるフレキシブル回路基板における図２のＡ−Ａ断面図である。同上フレキシブル回路基板の一部の正面図である。同上Ｘ線検出装置の一部の断面図である。同上Ｘ線検出装置の一部を拡大した断面図である。本発明の放射線検出装置の第２の実施の形態を示すＸ線検出装置に用いるフレキシブル回路基板であって図６のＢ−Ｂ断面図である。同上フレキシブル回路基板の一部の正面図である。本発明の放射線検出装置の第３の実施の形態を示すＸ線検出装置に用いるフレキシブル回路基板における図８のＣ−Ｃ断面図である。同上フレキシブル回路基板の一部の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１ないし図４に第１の実施の形態を示す。

図３は平面型の放射線検出装置としてのＸ線検出装置11の一部の断面図である。

このＸ線検出装置11は、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、光電変換基板としての光検出器19を有し、この光検出器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。光検出器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）と光電変換素子としてのフォトダイオード素子とを形成して構成されている。この光検出器19の外周部には、光検出器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の光検出器19を電気的に駆動しかつ光検出器19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、フレキシブル回路基板28と、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とＩＣ搭載基板30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、屈曲性に優れた柔軟性を有する扁平状の回路基板である。フレキシブル回路基板28の両端部には接続部31が形成され、一端の接続部31が光検出器19の端子パッド22に接続され、他端の接続部31がＩＣ搭載基板30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、これにより、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、一面には光検出器19の光検出器19が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の外周部近傍には光検出器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44が形成されている。

また、筐体16は、カバー部42とカバー部43とを有し、これらカバー部42とカバー部43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42とカバー部43との周縁部間および支持基板15の各取付孔44を通じてねじやボルト・ナットなどの取付具45によって結着している。

そして、回路基板13は、光検出器19を駆動する信号を発生するとともに、光検出器19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、光検出器19の駆動信号を発生するデジタル回路部と、光検出器19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場合には、微弱なアナログ信号に対して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。

ところで、回路基板13では、上述のようなアナログ信号への過渡的なノイズ成分の混入を防ぐ手段として、アナログ回路部とデジタル回路部との分離手段や、筐体ＧＮＤによる遮蔽手段が考案され、実施されている。

ノイズ成分は、回路配線上を伝達するだけでは無く、デジタル回路部などから放射される電磁波としてアナログ信号へ浸入する経路や、デジタル回路部から発信するデジタル信号を導通するデジタル信号配線から放射する電磁波がアナログ信号へ浸入する経路もある。

このため、上述のアナログ回路部とデジタル回路部との分離手段や、筐体ＧＮＤによる遮蔽手段がのみでは、完全にノイズ成分を防止することはできない。

例えば、図４に示すように、光検出器19と回路基板13またはＩＣ搭載基板30とを接続するフレキシブル回路基板28がアンテナとなり、ノイズ成分となる電磁波47の放射作用や吸収作用が生じる。

デジタル配線を持つフレキシブル回路基板28ではデジタル信号に伴うノイズ成分の電磁波を放射し、アナログ配線を持つフレキシブル回路基板28ではノイズ成分の電磁波47を吸収してしまうことによりアナログ信号にデジタル信号起因のノイズ成分が重畳する。

そこで、このフレキシブル回路基板28についても、ノイズ成分の電磁波47を遮蔽し、ノイズ成分の電磁波47の放射作用や吸収作用を防止する構造とした。

図１はフレキシブル回路基板28における図２のＡ−Ａ断面図であり、図２はフレキシブル回路基板28の一部の正面図である。

フレキシブル回路基板28は、ポリイミドなどを主材とする柔軟な基材である絶縁樹脂層51を有し、この絶縁樹脂層51上に銅箔などを貼り合せた後、その銅箔をエッチング法などにより信号配線52やＧＮＤパターン（ＧＮＤ電極パターン）53に加工したものを積層して形成されている。さらに、必要に応じて、銅からなる信号配線52やＧＮＤパターン53の少なくとも一部にニッケルメッキや金メッキなどのメッキ層54を施し、電気的接続に対する安定化や腐食に対する耐久性を確保している。

本例では、フレキシブル回路基板28の広い面である主要な第１面55とこの第１面55に対向（第１面55に対して反対側）する第２面56との間の中央部に信号配線52が形成され、この信号配線52が２層の絶縁樹脂層51により挟まれ、これら２層の絶縁樹脂層51上の略全域に２層のＧＮＤパターン53が形成され、これら２層のＧＮＤパターン53がフレキシブル回路基板28の端部にてスルーホール配線57を介して導通されている。さらに、これら２層のＧＮＤパターン53の表面にメッキ層54が形成されている。

フレキシブル回路基板28の端部の端子部31では、メッキ層54が施された信号配線52およびＧＮＤパターン53が、ＡＣＦ58によりＩＣ搭載基板30に対して所定の端子同士が接続される。

なお、ＩＣ搭載基板30を介在させずに、フレキシブル回路基板28と回路基板13とを直接接続する場合も同じである。

ところで、光検出器19は、行列方向に整列した薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）とフォトダイオード素子とから構成されることから、行方向と列方向それぞれに対応して駆動用のデジタル信号と光検出電荷を出力するアナログ信号の接続端子部がある。

従って、フレキシブル回路基板も、行方向と列方向とのそれぞれに対応してデジタル信号配線用のフレキシブル回路基板とアナログ信号配線用のフレキシブル回路基板とに分かれて構成されている。これらデジタル信号配線用のフレキシブル回路基板とアナログ信号配線用のフレキシブル回路基板とのそれぞれに、図１および図２の構造のフレキシブル回路基板28を適用することができる。

デジタル信号配線用のフレキシブル回路基板28は第１面55側と第２面56側の２層のＧＮＤパターン53が光検出器19のデジタルＧＮＤに接続され、アナログ信号配線用のフレキシブル回路基板28は第１面55側と第２面56側の２層のＧＮＤパターン53が光検出器19のアナログＧＮＤに接続されている。

これらの効果としては、前者のデジタル信号配線用のフレキシブル回路基板28ではデジタル信号にともなうノイズ成分の電磁波放射を防止し、後者のアナログ信号配線用のフレキシブル回路基板28ではアナログ信号へのノイズ成分電磁波の入射を防止するものである。

また、デジタル信号にともなうノイズ成分電磁波の放射が比較的小さい場合には、アナログ信号配線用のフレキシブル回路基板のみに、図１および図２の構造のフレキシブル回路基板28を適用し、アナログ信号へのノイズ成分の浸入を防止して、アナログ信号のノイズ要因を抑制する効果を得ることができる。

このように、フレキシブル回路基板28の主要な第１面55側と第２面56側とにＧＮＤパターン53をそれぞれ配置し、これらＧＮＤパターン53間に挟まれた領域に信号配線52を配置したため、フレキシブル回路基板28からの十分なノイズ対策を講じることができ、Ｘ線検出装置11の出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上も果たすことができる。

なお、本発明が目的とする機能は、ＧＮＤパターン53の電位をＧＮＤに特定することに限定されるものではなく、安定した一定の電位であっても、同一の効果をもたらすことができる。

また、ほかの効果としては、フレキシブル回路基板28の第１面55側と第２面56側とにＧＮＤまたは一定電位のパターンを形成し、中央部に信号配線52のパターンを形成することにより、各信号配線52のインピーダンスを適切に設計することも容易になる。

次に、図５および図６に第２の実施の形態を示す。

図５はフレキシブル回路基板28における図６のＢ−Ｂ断面図であり、図６はフレキシブル回路基板28の一部の正面図である。

第１の実施の形態と同様、フレキシブル回路基板28の主要な第１面55とこの第１面55に対向する第２面56との間の中央部に信号配線52が形成され、この信号配線52が２層の絶縁樹脂層51により挟まれ、これら２層の絶縁樹脂層51上の略全域に２層のＧＮＤパターン53が形成され、これら２層のＧＮＤパターン53がフレキシブル回路基板28の端部にてスルーホール配線57を介して導通されている。これら２層のＧＮＤパターン53の表面を覆って基材と同じ絶縁材を用いた絶縁樹脂層51が形成されている。

このＧＮＤパターン53の表面を絶縁樹脂層51にて覆うことにより、腐食などに対する信頼性の向上と、接触などによる電気的ショートの防止の効果が得られる。

なお、機能面での効果については、上記第１の実施の形態と同じである。

次に、図７および図８に第３の実施の形態を示す。

図７はフレキシブル回路基板28における図８のＣ−Ｃ断面図であり、図８はフレキシブル回路基板28の一部の正面図である。

この第３の実施の形態では、ＧＮＤパターン53が第１面55側と第２面56側との他に中間層にも略全域に形成され、全部で３層のＧＮＤパターン53が積層され、これら３層のＧＮＤパターン53がフレキシブル回路基板28の端部にてスルーホール配線57を介して導通されている。これら３層のＧＮＤパターン53の間に２層の信号配線52が形成されている。それぞれのＧＮＤパターン53と信号配線52との間に絶縁樹脂層51が形成されている。第１面55側と第２面56側の表面を覆って基材と同じ絶縁材を用いた絶縁樹脂層51が形成されている。

このような構造は、特に多数の信号配線52や緻密な信号配線52が必要となる場合に有効である。

なお、中間層のＧＮＤパターン53は１層、信号配線52は２層に限らず、それ以上に積層した積層構造に形成してもよい。

このように、フレキシブル回路基板28の第１面55側と第２面56側のＧＮＤパターン53間に少なくとも１層以上の中間層のＧＮＤパターン53を配置し、これらＧＮＤパターン53間に挟まれた領域に少なくとも２層以上の信号配線52を配置したため、フレキシブル回路基板28からの十分なノイズ対策を講じることができ、Ｘ線検出装置11の出力信号の安定とＳ／Ｎ特性の向上も果たすことができる。

なお、以上の実施の形態では、Ｘ線検出パネル12が、Ｘ線を光に変換し、この光を電気信号に変換して読み出す間接変換方式の形態になっているが、Ｘ線を電荷に変換し、この電荷を読み出す直接変換方式においても同様のことが可能である。

11 放射線検出装置としてのＸ線検出装置
12 放射線検出パネルとしてのＸ線検出パネル
13 回路基板
20 放射線としてのＸ線
28 フレキシブル回路基板
51 絶縁樹脂層
52 信号配線
53 ＧＮＤパターン
55 第１面
56 第２面

Claims

放射線を検出する放射線検出パネルと、
この放射線検出パネルを電気的に駆動するデジタル信号を出力し、かつ前記放射線検出パネルから出力されるアナログ信号を電気的に処理する少なくとも１つの回路基板と、
第１面側とこの第１面に対向する第２面側とにデジタルＧＮＤに接続されるＧＮＤパターンおよび一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成されるパターンがそれぞれ配置され、これらパターン間に挟まれた領域に前記放射線検出パネルと前記回路基板側とを電気的に接続するデジタル信号用の信号配線が配置されたデジタル信号配線用のフレキシブル回路基板と、
第１面側とこの第１面に対向する第２面側とにアナログＧＮＤに接続されるＧＮＤパターンおよび一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成されるパターンがそれぞれ配置され、これらパターン間に挟まれた領域に前記放射線検出パネルと前記回路基板側とを電気的に接続するアナログ信号用の信号配線が配置されたアナログ信号配線用のフレキシブル回路基板と
を具備していることを特徴とする放射線検出装置。
前記各フレキシブル回路基板の前記パターン同士は、互いに導通されている
ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
前記各フレキシブル回路基板の前記パターンは、絶縁樹脂層により覆われている
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。
前記各フレキシブル回路基板は、前記第１面側と前記第２面側との前記パターン間に、前記ＧＮＤパターンおよび前記一定電位パターンのうちのいずれか一方で構成される少なくとも１層以上の中間層のパターンを有し、これらパターン間に挟まれた領域に少なくとも２層以上の前記信号配線が配置された積層構造に形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の放射線検出装置。