JPH0651070A - デジタルラジオグラフィ−で使用するのためのハイブリッド半導体画素検出器アレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、製造プロセスで実時間非破壊的検
査が可能なＸ線非破壊試験システムを提供することを目
的とする。 【構成】 高エネルギ管、コバルト60、シンクロトロン
等のＸ線源12と、それにより発生されるＸ線15に露出さ
れて選択的にＸ線を吸収する被試験物体と、被試験物体
に接近して配置されて被試験物体を通過する吸収されて
いないＸ線光子を受けて電気信号に変換するハイブリッ
ド半導体画素アレイ4 と、この半導体画素アレイ4 の出
力電気信号を受信して電子画像に変換するプロセッサ35
とを具備していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通常Ｘ線画像に使用する
ハイブリッド画素アレイに関し、特にそれぞれ生物医学
応用および製造プロセスの有機物および無機物の非破壊
的実時間試験に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線からの可視光を生成するための蛍光
体またはある種のシンチレーション材料のような変換装
置が知られている。固体装置により受けられるときＸ線
は電子信号に変換される。電子信号に直接Ｘ線を変換す
るためにシリコンを使用する可視光装置も知られてい
る。これらは個々の大型の検出器または約10ミクロンの
比較的浅い感知領域を有するモノリシックな電荷結合装
置（ＣＣＤ）として製造される。単一の大型検出器また
はＣＣＤのアレイは10ＫｅＶより低い低エネルギでＸ線
を検出し、イメ−ジ化するのに適している。

【０００３】比較的感度が低く、コントラストおよび空
間的解像度が低いシンチレーション装置および蛍光画像
装置の解像度を改良する必要がある。

【０００４】現在のＸ線画像技術は少数の特殊な場合に
のみ製造プロセスにおける実時間の非破壊的検査に適し
ている。現在の実時間Ｘ線システムは最初にＸ線を可視
光に変換し結果的な可視画像を通常の、または低い光レ
ベルのビジコンまたはＣＣＤカメラで観察する光コンバ
−タスクリ−ン又は増幅装置を使用する。これらの既知
のシステムは光コンバ−タスクリ−ンにおける非効率と
Ｘ線光子の感知および結果的なデジタル電子画像の期間
の多重段階のために感度と解像度が減少する。スクリ−
ン技術の欠点は処理と検出器に伝送するときの蛍光の自
然拡散により生じる空間的ぼけによる効率の損失がある
ことである。また空間的解像度とコントラスト感度はＸ
線コンバ−タスクリ−ンだけでなく可視観察システムに
より限定される。

【０００５】電荷結合装置（ＣＣＤ）は固体画像センサ
の最も普通の構造である。ＣＣＤではシリコンに吸収さ
れた光は孔電子対を生成する。この可視波長の電荷生成
のほとんどは検出器表面の数ミクロン内である。電荷は
表面近辺の局部的な電界の影響下で拡散し、キャパシタ
のアレイ上に収集される。画像はトランジスタのチェイ
ンに沿って収集した電荷を連続してシフトすることによ
り読取られる。２次元読取りソウチは単一の読取り行の
連続するポ−トを空にするため多数の並列な列を整列す
ることにより達成され、単一読取り行の全体内容は列シ
フトのステップにつき一回シフトされる。小サイ信号は
単一の低雑音増幅器によりチップ上で増幅される。

【０００６】ＣＣＤの主要な制限の１つはＸ線の検出に
ある。通常の埋設チャンネルＣＣＤでは前面のゲ−トア
レイに直接近接する電界が電荷形態を１つの蓄積位置か
ら次の蓄積位置に伝送する役目がある。これらの電界は
バルクな基体シリコン中に延在しない。これらはゲ−ト
間距離よりも長い距離から拡散される電荷を効率的に捕
らえることができない。

【０００７】この制限は光の貫通深さは数ミクロンのみ
である光画像感知、または１ミクロンの何分の１かであ
る低いＸ線帯域では特に重要ではない。

【０００８】シリコンの同一層の読取り部と検出部を結
合するＣＣＤの製造は困難である。検出器チップは高抵
抗、低ド−ピング濃度の基体を必要とし、一方読取りチ
ップには低抵抗媒体が最良である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】製造プロセスの実時間
非破壊的検査が要求されている。実時間システムは製造
した製品のひび、欠陥、隠れた特徴のＸ線画像を可能に
する。この能力は広範囲の製造プロセスの監視および制
御を改良する。

【００１０】産業上の応用はフィルムの価格と長い露出
回数により妨害される。蛍光ベースの電子アレイと画像
増幅装置は低解像度画像を生成する。これらの欠点はタ
−ビンブレ−ド検査のような最も臨界的な高端部応用に
対する製造にＸ線検査を限定する。高生産放率の鋳造ラ
インおよびはんだ付けされた回路板に適用された高動作
の高解像度Ｘ線ビジョンは生産効率と製品の品質を非常
に向上する。既存の検査方法はレ−ザ溶接のような処理
の閉ル−プ制御に利用できない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機物物体の
非破壊的検査への特定の応用でＸ線画像を使用するため
のハイブリッド半導体画素アレイを適用する。本発明の
別の実施例としては産業および生産処理の実時間処理監
視と非破壊的試験検査も示されている。

【００１２】非破壊的試験システムは試験下の物体に向
けられるＸ線を生成するための光源を含む。物体がＸ線
に露出されると選択的にＸ線を吸収する。試験下の物体
近くに位置するハイブリッド半導体画素アレイは物体を
通る吸収されていないＸ線光子を受けて直接電子信号に
変換する。プロセッサは電気信号を受信し電子画像に変
換する。

【００１３】製造プロセスにおける自動化した実時間の
非破壊的試験システムは試験下の物体に向けられたＸ線
源を備えている。物体は選択的にこれらのＸ線を吸収す
る。試験下の物体に近接して位置するハイブリッド半導
体画素アレイは通過する吸収していないＸ線光子を受け
て電気信号に変換する。ハイブリッド半導体画素アレイ
の読取り部分に接続されたプロセッサは電気信号を受信
し電子画像に変換する。コンピュータ化された断層レン
トゲン写真撮影のような画像再構成技術も使用される。
比較器はこの電子画像を試験下の物体の蓄積された既知
の画像と比較する。この比較期間中に発見された偏差は
比較器がフィ−ドバック電気信号を生成したとき製造プ
ロセスで補償される。フィ−ドバック電気信号は将来の
製造目的のためのシステムの補正を行う製造プロセスへ
の実時間入力となる。

【００１４】生物医学の応用の非破壊的試験システムは
試験下の有機物物体に向けられたＸ線の低エネルギ源を
備えている。低エネルギのＸ線に露出されている物体は
選択的にＸ線を吸収する。試験下の有機物物体に近接し
て位置されるハイブリッド半導体画素アレイは物体を通
過する吸収されていないＸ線光子を受信し電気信号に変
換する。プロセッサは電気信号を受信し試験下の有機物
物体の電子画像に変換する。

【００１５】選択的に吸収したＸ線光子を直接電気信号
に変換するためハイブリッド半導体画素アレイを使用し
て有機および無機物体の両者の非破壊的試験の方法が開
示されている。

【００１６】本発明の前述および他の特徴は添付図面を
伴って後述の本発明の詳細な説明でより明白になるであ
ろう。

【００１７】

【実施例】ハイブリッドは各画素とマルチプレクサ出力
に対する個々の増幅器と信号条件回路を有する対応した
読取り装置に接続された単一の半導体基体上の数千の個
々の検出器画素を有する検出器アレイである。

【００１８】これらのアレイは相互接続によりハイブリ
ッド化される。インジウムバンプ接続の１例のみにより
説明する。相互接続バンプ技術はＸ線画像に対する大面
積で高密度の画素アレイを精製する赤外線以外のエネル
ギに最適なセンサに読取り装置をインタ−フェイスする
のに使用される。

【００１９】コントラスト解像度の改良は直接Ｘ線光子
を電子画像に変換するための半導体画素アレイ検出器の
能力に基づく。半導体画素検出器ではＸ線光子は単一の
段階で電気信号に直接変換される。ハイブリッドアレイ
は応用のエネルギ範囲を最適にするため変化される厚さ
の種々の固体材料を使用する柔軟性を提供する。増加し
た空間的解像度は製造される小型の30×30ｕｍの画素セ
ルの関数である。

【００２０】ハイブリッドアレイでは検出器アレイと読
取りアレイまたはチップは、検出器が読取りから別々に
進行されるので別々に最適化される。別々の最適化は性
能の改良と価格の減少のために提供される。１つの読取
りタイプは種々の異なった感知アレイで使用される。ハ
イブリッドのフォーマットは高い充満係数のために提供
される。検出器アレイは読取りアレイまたはチップの頂
点に位置され、95％以上の充満係数が達成される。30ミ
クロンより小さい画素サイズは高い生産で得られる。読
取り技術は100 Ｈｚを超過するフレ−ム率を支持する。

【００２１】種々の既知のＸ線検出器の空間的解像度は
画素検出器と比較して表１で示されている。

【００２２】 表１ 検出器 解像度 キセノン比例管 2000ミクロン 光変換スクリ−ン 200 −300 ミクロン 高品質フィルム 100 ミクロン 画素検出器 30 ミクロン 画素検出器アレイは最も高い品質のＸ線フィルムのため
の100 ミクロンと比較して30ミクロンの高い空間的解像
度を提供する。1000ミクロンまでの厚さを検出する固体
画素検出器はＸ線の電気信号への直接変換を100 ＫｅＶ
以上１ＫｅＶ以下の全体のスペクトル範囲にわたって行
う。画素検出器アレイはＣＣＤと共に使用するとき蛍光
コンバ−タスクリ−ンの中間使用を必要としない。

【００２３】半導体ダイオ−ドアレイは電流光コンバ−
タスクリ−ンより大きい程度のコントラスト解像度とＸ
線エネルギの全領域にわたる空間解像度の改良係数５を
与える。

【００２４】図１はハイブリッド化した半導体画素アレ
イを備えた自動製造プロセスの概略図である。製造装置
５において、Ｘ線試験システム10はＸ線非破壊的試験装
置８を使用して製造ユニット13を評価する。

【００２５】ユニット13は製造ライン上でＸ線15の光源
12に露出される。試験下のユニット13' はＸ線15の露出
期間中、ハイブリッド半導体画素アレイ４上に位置され
る。試験下のユニット13' は露出に応答して画素アレイ
４に電気信号を生成させるためにＸ線15を選択的に吸収
する。

【００２６】画像コンピュ−タ35は画素アレイ４から電
気信号を受信する。図１で示されているように画像コン
ピュ−タ35は信号を画像ディスプレイモニタ40に表示さ
れる電子画像に変換する。画像ディスプレイ局９に座る
オペレ−タはモニタ40からの画像を視覚的に解釈して試
験下のユニット13' の検出した欠陥に応答して製造プロ
セスに影響を与える。

【００２７】十分に自動化した製造装置では画像ディス
プレイモニタにより受信された信号も処理制御システム
25への入力となる。処理制御システム25は試験下のユニ
ット13' の電子画像と既知の蓄積画像とを比較する。生
成した電子画像と蓄積した既知の電子画像との間の正確
な比較が存在しないと、試験下のユニット13' の欠陥が
検出される。フィ−ドバック信号６は将来の生成の欠陥
に対してユニット13を補正するために製造プロセスに送
られる。

【００２８】自動試験システムの１つの製造応用は自動
車製造期間中、自動車本体のレ−ザ溶接ラインのＸ線非
破壊的試験およびフィ−ドバック制御を使用する。この
応用は多数の溶接を検査する実時間で動作する小型の軽
量のロボットに取付けられたシステムを使用する。

【００２９】現在、自動車本体のスポット溶接が完全で
あることを確実に知る方法はない。不適切な溶接は安全
性の理由で許容できない。自動車本体の完全性を保証す
るために現在使用されている共通の技術は余分の溶接を
行うことである。典型的な自動車生産ラインでは統計を
基礎として、付加的な20％の余分な溶接が全ての自動車
本体は構造的に完全に造られることを保証するため自動
車本体に対して設計される。従って現在生産される自動
車の大部分は必要以上に溶接箇所が多く、溶接数および
全体的な自動車価格が上昇する。

【００３０】実時間で高解像度の非破壊的試験システム
はプロセス中100 ％の溶接を検査する。セル制御ソフト
ウェアは不適切な溶接が検出されたときにのみ余分な溶
接が付加されるようにセットされる。溶接器は不適切な
溶接が生じたときも調節される。非破壊的試験システム
の実時間フィ−ドバック特性は従って100 ％の良好な溶
接を保証する。

【００３１】図２はハイブリッド化した半導体アレイ試
験システム10の概略図である。アレイ試験システム10は
５つの主要な部品、即ち検出パッケ−ジ構造（ＤＰＡ）
20、制御電子ユニット（ＣＥＵ）26、ディスプレイ電子
ユニット（ＤＥＵ）30、ディスプレイモニタ40、制御コ
ンピュ−タ35に分かれる。画像システム設計はＤＰＡ20
とＣＥＵ26の交換の可能性を許容する。

【００３２】Ｘ線15の光源12は試験下のユニット13' に
Ｘ線照射を加える。試験下のユニット13' は画素アレイ
を含む検出パッケ−ジ構造20を露出するＸ線15を選択的
に吸収する。ＤＰＡ20は通常のＸ線画像システムのＸ線
フィルムおよび保持装置または蛍光スクリ−ンのいずれ
かと同等である。ＤＰＡ20はハイブリッド検出器および
読取りアレイを含むハイブリッド画素アレイおよびその
支持固定物またはコネクタを具備する。

【００３３】検出器材料が熱誘導検出器雑音を減少する
ために室温より低い冷却を必要とするアレイで使用され
ると、小型の熱電気冷却装置のような冷却チップ手段は
ＤＰＡ20に含まれる。ＣＥＵ26は各ハイブリッドアレイ
を動作するのに必要な特殊設計のクロックとバイアス生
成電子装置を含む。このシステムはＤＥＵ30からのマス
タ−クロックパルスとバイアス信号34を受信し、画像コ
ンピュ−タ35により制御される。ＤＰＡ30と同様に、Ｃ
ＥＵ26は使用されるアレイのタイプに応じて交換可能で
ある。

【００３４】図２で示されているように、ＤＥＵ30はチ
ップおよびＣＥＵ26のマスタ−クロックパルスとバイア
スを生成する。ＤＥＵ30は利得／オフセット補正、アナ
ログデジタルコンバ−タ、多重フレ−ム蓄積バッファ、
画像信号のフレ−ム毎の表示のためのサブシステム表示
モニタへの直接接続を含む必要なデ−タ獲得電子装置を
提供する。

【００３５】画像コンピュ−タ35の指令下ではＤＥＵ30
はＤＰＡ20とＣＥＵ26を制御し、従って画像デ−タの単
一および多重フレ−ムを得る。ＤＰＡ20から受信したア
ナログデ−タ29は12ビットのアナログデジタルコンバ−
タを使用してデジタル化され、フレ−ムバッファに蓄積
される前に利得とオフセットの非均一性に対して補正さ
れる。デ−タは画像モニタ40に直接表示されるかまたは
フレ−ム付加および他の低レベルの画像処理アルゴリズ
ムのような付加的な操作のために画像コンピュ−タ35に
送信される。

【００３６】図２で示されている画像コンピュ−タ35は
Ｘ線試験システム10全体の制御に十分のパワ−であり、
システム外部の装置に対するインタ−フェイスとしての
役目をする。画像コンピュ−タ35には大型の固定したデ
ィスク蓄積容量と、獲得したデ−タを付加的な画像処理
が達成される他のコンピュ−タシステムに転送すること
に適しているネットワ−ク接続が設けられている。

【００３７】図３はハイブリッド半導体画素アレイ４を
備えた生物医学応用における非破壊的試験の概略図であ
る。Ｘ線の２次元画像は３次元コンピュ−タ断層レント
ゲン写真撮影の可能性も提供する。図３で示されている
ようにハイブリッド半導体画素アレイ４は検出器アレイ
22と内部接続23と読取りチップ24を含む。

【００３８】多重Ｘ線光源12は有機物体２のイメ−ジ生
成に使用される。画素検出器アレイ４は有機物物体２を
通るＸ線光路11,11',11'' の大きな分布から放射された
Ｘ線15を検出するのに使用される。多重Ｘ線光源12の使
用は回転機能の必要性を除去し、ＣＴ画像の生成時間を
短縮する。

【００３９】試験システムに使用されるタイプのＸ線光
源は、高エネルギ管、コバルト60またはシンクロトロン
により生成されたＸ線を含むがそれに限定されない。毎
秒100 フレ−ムを超過するフレ−ム速度を有する高速度
はダイナミックＸ線画像を容易にする。これらのアレイ
のより高い感度は試験下の有機物物体２に向けられたＸ
線の総量を減少する。

【００４０】例示として、生物医学における図３に示さ
れている本発明の１つの応用は歯科のＸ線機械に導入さ
れている。この応用は高い空間解像度用の非常に小型の
検出器を必要とする。検出器は健康上の危険性を減少す
るため高いコントラスト、低エネルギ、短期間で少ない
照射回数で済む高感度を有する。完全な検出器アレイは
約１ｃｍ方形で数ミリメ−トルの厚さである。適切にパ
ッケ−ジするとアレイが簡単に口内の任意の部分にも適
合できる。画像の撮影は即座にディスプレイされ、増強
され、再度撮影され、現像され回収される。画像分析と
強化ソフトウェアは虫歯と他の歯の欠陥を即座に検出す
る。

【００４１】ハイブリッド半導体、実時間、非破壊的試
験Ｘ線画像の他の生物医学の使用は低照射量、全電子的
Ｘ線、顕微鏡手術の内視鏡、ガラスにおける心臓動作、
セルの縮瞳および有糸分裂、ウイルス感染と蛋白質の結
晶学とＸ線顕微鏡と医学的コンピュ−タ断層レントゲン
写真撮影を含むがそれに限定されない。

【００４２】図４はＸ線非破壊的試験とハイブリッド半
導体画素アレイ４を備えた製造プロセスの概略図であ
る。Ｘ線源12は試験下のユニット13' にＸ線15を照射す
る。ユニット13' はＸ線光子16を選択的に吸収する。吸
収されていない光子はハイブリッド半導体画素アレイ４
への露出を通じて自動製造プロセスの画像獲得段に入力
される。画素アレイ４は制御および信号処理電子装置25
に入る電気信号60に直接受信した光子16を変換する。制
御および信号処理電子装置25により生成された電子画像
はメモリ50へのデジタルデ−タ65として蓄積される。メ
モリ50内に蓄積されたこのデ−タ65は画像プロセッサ35
により画像処理75された後ディスプレイ30のための適切
な電気表示画像信号70に変換される。同一のデ−タは蓄
積装置55のデジタル情報80として蓄積されるかまたはフ
ィ−ドバック信号６に変換される。フィ−ドバック信号
６は欠陥の検出に応答して製造プロセスに作用する。

【００４３】図５はハイブリッド半導体画素アレイ４の
概略図である。提案されたアレイ４は特定のＸ線エネル
ギに最適であることを許容する種々の厚さのシリコン、
或いははゲルマニウム、テルル化カドミウムのようなそ
の他の高い原子数材料から製造される。

【００４４】検出器22は図５でより鮮明に示されている
ように通常の手段により製造されたシリコン読取りチッ
プ24に結合される。読取りチップ24と検出器チップ22は
個々に最適化される。より高い原子番号の検出器材料は
高エネルギのＸ線に有用である。ハイブリッド画素Ｘ線
検出器の使用は全ての製造プロセス応用の高解像度、低
照射量、実時間、高コントラスト画像を可能にする。こ
の非破壊的試験能力は強化するが、金属、合金鋳造凝
固、超高急冷速度合金形成、複合した微細な欠陥機構、
金属マトリクス組成混合の領域に限定されない。

【００４５】図５に示されているように、２つの分離し
た半導体材料の層はインジウムバンプ23結合により250,
000 画素以上に接続される。この能力をＸ線検出器に適
用することにより、Ｘ線15の広範囲のエネルギに感知す
る非常に小さい（−30μｍ）画素検出器４の領域または
線形アレイを生成する。

【００４６】検出器アレイ22と読取りアレイまたはチッ
プ24との間に利用される内部接続処理は電気信号７の転
送を容易にする。検出器アレイ22の下部表面を読取りチ
ップ24の上部表面に内部接続するインジウムバンプ23の
結合処理は例示として図５に示されている。

【００４７】この方法の特徴は1000のそれぞれの画素21
検出器からの信号を処理する能力である。これは半導体
の２個のチップのハイブリッドが集積するインジウムバ
ンプ23のハイブリッド化により達成した。読取り装置と
検出器の処理フローの両者の最終段はアレイ４の各画素
21に対するそれぞれのインジウムバンプ23の配置と限定
である。

【００４８】電子装置がＸ線の検出用に用いられるとき
光電子は検出器媒体で生成される。光電子は典型的に媒
体により再吸収され、電子孔の対を生成する。例えば、
純粋なシリコン中の１つの電子孔の対を生成するのに必
要なエネルギは3.6 ｅＶである。１−ｋｅＶのＸ線は約
300 の電子孔対を生成する。

【００４９】電子検出器の最小の検出可能なフラックス
は雑音レベルと同等の電子信号を生成するフラックスに
ほぼ一致する。固体装置が20×20μｍと毎秒10ｅの電子
雑音である単一の素子（画素）を有するならば最小の検
出可能なフラックスは以下のように算出される。

【００５０】 （１０電子孔対×3.6 ｅＶ／電子孔対）／（20μｍ×20μｍ×１秒）＝ 9.0 ×１０^-3ｅＶμｍ^-2秒^-1＝1.4 ×１０^-6エルグ ｃｍ^-2秒^-1 最大の検出可能なフラックスは読取り時間により限定さ
れ、電荷の最大量は読取り装置により蓄積されることが
できる。この蓄積能力は“ウエルの深さ”と呼ばれる。
ＣＣＤの典型的な蓄積能力は約２×１０⁵ から５×１０
⁵ 電子の範囲内である。フォトダイオ−ドアレイは典型
的に約１０⁷ 電子のウエルの深さを有する大型の蓄積容
量を有する。直接のＸ線画像形成用のＣＣＤはハイブリ
ッド画素アレイより低い等級の数個の配列である量子効
率を有する。

【００５１】図６は図５のハイブリッド半導体アレイ４
のＶ１−Ｖ１の線に沿って切断した断面図である。読取
りチップ24と検出器チップ22のダイはインジウムバンプ
23を接触させて位置される。機械的圧力はバンプ23を溶
解し冷溶接する。この溶着は各検出器画素21から対応す
る読取りユニットセル増幅器への電気接続を提供し、ま
た２つのチップの間の機械的接続の役目をする。ハイブ
リッド設計は検出器材料と厚さと読取りチップの設計と
処理が個々に最適化されることも許容する。

【００５２】限定する意味ではなく例示として図５で示
されているアレイはシリコンで構成されている。検出器
アレイ22はほぼ300 μｍの厚さを有する約5000Ωｃｍの
Ｎタイプのシリコンである。読取りアレイまたはチップ
24は約１Ωｃｍのシリコンである。各画素21は30μｍ×
30μｍの構造を有する。

【００５３】出力電気信号７をインジウムバンプ23から
変換するように動作可能な読取りおよび信号処理回路は
米国特許第4,970,567 号明細書（Ａhlgrenによる“Meth
od and Apparatus for Detecting Infrared Radiation
”）に開示されている。読取りおよび信号処理回路は
文献（Bluzer N. とStehlac R.の“Bufferred Direct I
njection of Photocurrents into Charge-Coupled Devi
ces ”IEEE Transactionon Electron Devices, ED25,n.
2p. 160、1978年２月）に記載されたものとも類似して
いる。半導体層から出力を処理するための他の適切な手
段が使用できることも理解できよう。

【００５４】Ｘ線の非破壊的試験システムにより監視さ
れる物体と処理は使用するＸ線エネルギのパワ−を決定
する。与えられた材料中のＸ線の相互動作（吸収）は材
料の厚さと密度の指数関数である。材料の画像を最適化
するため送信した光子対吸収した光子の割合を最適化す
るようにＸ線光子エネルギの補正を選択しなければなら
ない。従って、複合体、エポキシ、有機物のような低密
度の材料は40ＫｅＶより低い低エネルギのＸ線を必要と
し、一方薄い金属のシ−トは40〜100 ＫｅＶの間のエネ
ルギを必要する。

【００５５】100 乃至300 ＫｅＶの高エネルギはエンジ
ン部品および重量のある鉄鋳造物に用いられる。厚い壁
の重量のある鉄鋳造物または重量物金属の溶接は100 Ｋ
ｅＶから１ＭｅＶの範囲のＸ線エネルギにより試験され
る。

【００５６】50ＫｅＶより低い光子エネルギで光コンバ
−タにわたって半導体アレイの非常に改良されたエネル
ギ感度に基づいて、このシステムはプラスチック、複合
体、電子装置、薄い壁の鋳造物のＸ線非破壊的試験のた
めの例外的な利用を有することが推測できる。

【００５７】ハイブリッド半導体画素アレイの１例は25
6 ×256 フォーマットの既存の電子読取り装置に接続す
る30×30μｍ画素サイズを有するハイブリッド化した30
0 μｍの厚さのシリコン画素検出装置アレイである。こ
のアレイは図５で示されているように高解像度のＸ線画
像を提供する。アレイの活性領域は約7.68ｍｍ方形であ
る。約300 個の電子の室温における電子読取り装置の雑
音レベルはこのアレイと関連づけられている。

【００５８】例示としてシリコンはハイブリッド半導体
アレイの製造に使用される。代りのアレイ材料はゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ア
ンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を含むがそれに限定
されない。1000ミクロンに達する感度の厚さを有するこ
れらの材料から製造される固体検出器はコンバ−タスク
リ−ンで使用される既存の検出器と比較して直接変換と
Ｘ線の改良した感度を提供する。

【００５９】要約すると、本発明のハイブリッド画素ア
レイは現在のＸ線画像技術より３倍良好な空間解像度
と、現在技術の同じＸ線照射よりも10〜100 倍高いコン
トラスト感度と、現在技術の同じコントラスト解像度よ
りも５〜100 倍低い露出照射量と、現在技術より10倍以
上大きいダイナミック領域を提供する。

【００６０】本発明の研究の応用は、Ｘ線露出に敏感な
ハイブリッド半導体画素アレイを使用して有機物および
無機物物体の非破壊的試験を含むが、それに限定されな
いことが理解できよう。特に前述の本発明はＸ線ラジオ
グラフィ−、機械ビジョン、非破壊的試験および評価、
生物医学および科学的研究の分野で導入されるがそれに
限定されない。ハイブリッド半導体画素アレイを備えた
Ｘ線画像はいかなるところでも使用され、内部構造の高
解像度の画像が使用される。さらに図面で示されている
種々のブロックには代りの材料およびアナログまたはデ
ジタル部品が設けられている。

【００６１】以上本発明は好ましい実施例に関して特に
示され、説明されたが、本発明の技術的範囲から逸脱す
ることなく種々の形態および細部の変化が行われること
が可能であることが当業者に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハイブリッド半導体画素アレイを備えた自動製
造プロセスの概略図。

【図２】ハイブリッド半導体アレイ試験システムの概略
図。

【図３】ハイブリッド半導体画素アレイを備えた生物医
学的応用の非破壊的試験の概略図。

【図４】Ｘ線試験とハイブリッド半導体画素アレイを備
えた製造プロセスの概略図。

【図５】ハイブリッド半導体画素アレイの概略図。

【図６】図５のハイブリッド半導体アレイの線Ｖ１−Ｖ
１に沿った断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチュアート・ワーレイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92026、エスコンディド、フェアークレス ト・ウエイ 28236 (72)発明者 ゴードン・クラマー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90277、レドンド・ビーチ、パロス・バー デス・ブールバード 432 (72)発明者 ダグラス・ダブリュ・ウルフェ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90245、エル・セグンド、リッチモンド・ ナンバー２ 333

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのＸ線源と、 前記Ｘ線に露出され、選択的に前記Ｘ線を吸収するよう
   に動作可能な被試験物体と、 被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を受け
   て電気信号に変換するように動作可能な被試験物体に接
   近して位置されたハイブリッド半導体画素アレイと、 前記電気信号を受信して電子画像に変換するように動作
   可能なプロセッサとを具備していることを特徴とする非
   破壊的試験システム。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線源が高エネルギ管を有する請求
   項１記載の非破壊的試験システム。
3. 【請求項３】 前記Ｘ線源がコバルト60を有する請求項
   １記載の非破壊的試験システム。
4. 【請求項４】 前記Ｘ線源がシンクロトロンを有する請
   求項１記載の非破壊的試験システム。
5. 【請求項５】 前記被試験物体が有機物物体である請求
   項１記載の非破壊的試験システム。
6. 【請求項６】 前記被試験物体が無機物物体である請求
   項１記載の非破壊的試験システム。
7. 【請求項７】 前記ハイブリッド半導体画素アレイが検
   出器層と、読取り層と、前記検出器層と前記読取り層と
   の間の内部接続とを有する請求項１記載の非破壊的試験
   システム。
8. 【請求項８】 少なくとも１つのＸ線源を設け、 前記Ｘ線に露出され、選択的に前記Ｘ線を吸収するよう
   に動作可能な被試験物体を配置し、 前記被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を
   受けて電気信号に変換するように動作可能なハイブリッ
   ド半導体画素アレイを前記被試験物体に接近して配置
   し、 前記電気信号を受信して電子画像に変換するように動作
   可能なプロセッサを設けることを特徴とする非破壊的試
   験システムを与える方法。
9. 【請求項９】 少なくとも１つの光源からのＸ線を生成
   し、 被試験物体に近接して被試験物体を通る吸収されていな
   いＸ線光子を受けて電気信号に変換するように動作する
   ハイブリッド半導体画素アレイを配置置し、 前記電気信号を電子画像に処理するステップを有するこ
   とを特徴とする非破壊的試験方法。
10. 【請求項１０】 少なくとも１つのＸ線源と、 前記Ｘ線を選択的に吸収するように動作可能な前記Ｘ線
    に露出される被試験物体と、 前記被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を
    受けて電気信号に変換するように動作可能な被試験前記
    物体に近接して配置されたハイブリッド半導体画素アレ
    イと、 前記電気信号を受信して電子画像に変換するように動作
    可能なプロセッサと、 前記電子画像を前記物体の蓄積された既知の画像と比較
    し、前記製造プロセスへのフィ−ドバック電気信号を生
    成するように動作可能な比較器とを具備していることを
    特徴とする自動非破壊的試験システム。
11. 【請求項１１】 少なくとも１つのＸ線源を設け、 前記Ｘ線を選択的に吸収するように動作可能な被試験物
    体を前記Ｘ線に露出されるように配置し、 前記被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を
    受けて電気信号に変換するように動作可能な前記被試験
    物体に近接してハイブリッド半導体画素アレイを配置
    し、 前記電気信号を受信して電子画像に変換するように動作
    可能なプロセッサを設け、 前記電子画像を前記物体の蓄積された既知の画像と比較
    し、前記製造プロセスへのフィ−ドバック電気信号を生
    成するように動作可能な比較器を設けることを特徴とす
    る製造プロセスに自動非破壊的試験システムを提供する
    方法。
12. 【請求項１２】 Ｘ線を生成し、 Ｘ線を選択的に吸収するように動作可能な被試験製造物
    体をＸ線に露出し、 被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を受け
    て電気信号に変換するハイブリッド半導体画素アレイを
    被試験前記物体に近接して配置し、 前記電気信号を電子画像に処理し、 前記電子画像を前記製造された物体の蓄積された既知の
    画像と比較し、 前記被試験製造物体と前記製造物体の前記蓄積した既知
    の画像との間の比較に応答して製造プロセスを変更する
    ステップを有することを特徴とする製造プロセスに組込
    まれた非破壊的自動試験方法。
13. 【請求項１３】 少なくとも１つのＸ線源と、 Ｘ線を選択的に吸収するように動作可能なＸ線に露出さ
    れる被試験有機物物体と、 前記被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を
    受けて電気信号に変換するように動作可能な前記被試験
    物体に近接して配置されたハイブリッド半導体画素アレ
    イと、 前記電気信号を受信して被試験前記有機物物体の電子画
    像に変換するように動作可能なプロセッサとを具備して
    いることを特徴とする生物医学用非破壊的試験システ
    ム。
14. 【請求項１４】 少なくとも１つのＸ線源を設け、 Ｘ線を選択的に吸収するように動作可能な被試験有機物
    物体をＸ線に露出させるように配置し、 前記被試験物体を通過する吸収されていないＸ線光子を
    受けて電気信号に変換するように動作可能なハイブリッ
    ド半導体画素アレイを被試験前記物体に近接して配置
    し、 前記電気信号を受信して被試験前記有機物物体の電子画
    像に変換するように動作可能なプロセッサを設けること
    を特徴とする生物医学用非破壊的試験システムを提供す
    る方法。