JPH11345956A

JPH11345956A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH11345956A
Application number: JP11061576A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kitani; 充志木谷; Kenji Kajiwara; 賢治梶原; Yoshinori Shimamura; 吉則島村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 1999-12-14
Also published as: US6323891B1; EP0943931A3; EP0943931A2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型・軽量化に適し、取扱いが容易な撮像装
置、可搬性に優れ、所謂、カセッテとして使用するのに
好適な撮像装置、駆動あるいは各種処理用に利用される
ような、ＩＣの発熱による問題、更には、光電変換素子
の配置された位置による熱の影響の問題を解決して、よ
り安定して、正確で解像度の高い撮像を行うことができ
る撮像装置を提供する。【解決手段】基体と、該基体上に配された光電変換素
子と、該光電変換素子に関連して前記基体に設けられた
半導体素子と、該半導体素子からの熱を外部に放出する
ための冷熱素子とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
更に詳しくは、デジタル複写機、スキャナー、医療用画
像入力器、非破壊検査器の画像入力部などに好適に用い
ることができる撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の撮像装置は、例えば、医療また
は非破壊検査のための画像入力部に用いられる。これら
では、Ｘ線やγ線などの放射線源からの放射線を被写体
に照射し、被写体の透過線量に応じて、蛍光板などの波
長変換体で、受光部の感光波長域に波長変換し、これを
受光素子により、電気信号に変換して、電気情報として
画像情報を得るのである。

【０００３】このような撮像装置の一例を図６に示す。
図６において、１は蛍光板、２は光電変換素子、３はセ
ンサー基板、４はスペーサー、５はフレキシブル回路基
板であるＴＡＢフィルム、６は電子部品（半導体回路素
子）、７は防湿フィルム、８は基台、９は装置筐体、９
ａは枠体、９ｂはグリッドとしての蓋体、９ｃは底部、
１０は接着剤層、１１は読み出し用などの駆動ＩＣ、１
２は放熱シート、１３は駆動回路基板、１４は放熱フィ
ン、１５はスペーサー、Ｗは荷重（または放射線）方向
である。

【０００４】撮像装置は、図６に示すように、光電変換
素子２と蛍光板１を組み合わせて構成される。光電変換
素子２は、光電変換層として、例えば、非晶質シリコン
（以下ａ−Ｓｉ膜と称する）が利用されている。これ
は、大面積のガラス基板のような、センサー基板３に容
易に形成することが可能であること、更には、光電変換
素子２としてばかりでなく、スイッチング素子としての
スイッチＴＦＴの半導体材料としても用いることが可能
である点で、好適だからである。

【０００５】また、これは、ａ−Ｓｉを半導体材料に用
いる場合に、光電変換素子２と、そのスイッチＴＦＴ
（図示せず）とを、同時にガラス基板２ｂ上に形成する
ことが可能なために、光電変換素子２の半導体材料とし
て、広く利用されている。

【０００６】ここでは、光電変換素子２を形成した基板
（センサー基板）３には、半導体との化学作用がないこ
と、半導体形成プロセスの温度に耐えること、寸法安定
性があることなどの必要から、上述のガラス基板が多く
用いられる。また、蛍光板１には、金属化合物の蛍光材
料を樹脂板に塗布したものが用いられる。なお、蛍光板
１と光電変換素子２との間隔は、光電変換素子２の画素
寸法（百数十μｍ）に比べて、十分小さい値（例えば、
十数μｍ程度）に保持する必要があるので、実用上は、
蛍光板１とガラス基板３とを接着剤で接着する方法が採
用されている。

【０００７】また、光電変換素子２または蛍光板１に耐
湿性が求められる場合は、不透湿かつＸ線透過性フィル
ム（例えば、Ａｌ蒸着フィルムなど）の防湿フィルム７
を用いて、蛍光板１と光電変換素子２とを覆い、密封し
ている。更に、光電変換素子２を形成したセンサー基板
３の裏面に、スペーサー１５を介して、光電変換素子２
を駆動し、読出しなどを行うための駆動回路基板１３を
装着して、これに駆動用の半導体回路素子（電子部品）
６を装着した上で、基板３を基台８の表面に、接着剤層
１０を介して、固定している。そして、その上で、保持
部材としての装置筐体９の底部９ｃに、スペーサー４を
介して、基台８を取り付けている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種の撮像装
置には、定置式のＸ線撮像装置への利用のみならず、よ
り迅速に、かつ、高精度な撮影を可能にするために、近
年、小型で軽量な可搬型のものが求められるようになっ
てきた。

【０００９】しかしながら、上記の構成の場合、運搬時
に加わる衝撃からセンサー基板３などを保護する目的
で、あるいは、図６の符号Ｗで示されるような、Ｘ線撮
影時に加わる荷重（主に、被写体である人体の荷重な
ど）で、装置筐体９の蓋体９ｂが変形するのを防止する
目的で、基台８、装置筐体９自体を強固にする必要があ
る。

【００１０】更に、フレキシブル回路基板５上の、読出
し用ＩＣなどの駆動ＩＣ１１を含むＩＣ（集積回路素
子）からの放熱のために、放熱フィンのような放熱部材
１４などを設けることが考えられている。また、放射線
照射は、駆動回路基板１３上の半導体回路素子（電子部
品）６やフレキシブル回路基板５上の駆動ＩＣ１１を含
む駆動回路の誤動作、あるいは、半導体回路素子５の破
壊を起こす場合があるので、駆動回路やＩＣ部分を、Ｘ
線から遮蔽するために、特別の部材を用いることが考え
られている。このため、例えば、基台８にＰｂ板を被覆
するようにして、放射線照射による問題を生じないよう
な構成が採用される。しかしながら、このような構成
は、撮像装置の小型、軽量化を妨げる結果を招くことに
なる。

【００１１】従って、運搬時に加わる衝撃からセンサー
基板３などを保護すること、また、Ｘ線撮影時に加わる
ような荷重により、装置筐体９が変形し、光電変換素子
などに悪影響を与えるのを防止することなどを配慮した
上で、しかも、如何にして、小型化、軽量化をはかり、
容易に運搬可能な構成にするかが、当面の課題となって
いる。

【００１２】即ち、上述の例で言えば、光電変換素子２
を形成したセンサー基板３を保持する基台８、これを固
定する装置筐体９の底部９ｃ、それらの外周にある装置
筐体９の枠体９ａ、駆動ＩＣ１１の放熱部材１４、Ｘ線
遮蔽部材用のＰｂ板（図示せず）などの、重量の大きな
部材の存在が軽量化を妨げており、また、上記部品の点
数、例えば、駆動ＩＣ１１、特に、読出し用ＩＣには、
アナログ信号を読み出す場合の温度特性を一定にするた
め、１個のＩＣに対応して１個の放熱部材１４を設ける
ことから、部品点数が多くなり、小型化を阻害してい
た。

【００１３】図２は、撮像装置を放射線撮影用のカセッ
テとして用いた場合の、別の一例を示す概略断面図であ
る。装置筐体９は、外枠に蓋体（グリット）９ｂをビス
留めした構成であり、カセッテ内の点線枠で囲われた領
域Ａに、放射線固体撮像部がある。放射線固体撮像部の
概略は、図３の模式的断面図、および、図４の概略的上
面図において、それぞれ、図解されている。ここには、
上面が受光部となる光電変換素子を有するセンサー基板
３があり、そこに、光電変換素子２とＴＦＴ素子（図示
せず）とが形成された画素領域Ｂ１〜Ｂ４を有する。セ
ンサー基板３とそれを保持するための基台８とは、接着
剤１６で、互いに固定されている。前記センサー基板３
は、二次元方向に画素ピッチが合うよう位置合わせさ
れ、前記基台８上に固定される。これは、小型基板を複
数個、配列させて、大判化するといった、製造歩留まり
の良さを目的として、行われている。従って、歩留まり
の良い１枚の大面積基板が製造可能であれば、基台のな
い構成であっても良い。なお、放射線を可視光に変換す
る蛍光板１には、ＣａＷＯ₄やＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ³⁺な
どの粒状の蛍光材を樹脂板に塗布したものが用いられ
る。

【００１４】符号１７は、光電変換素子２及びＴＦＴ素
子を駆動させるための入力信号とＸ線情報を読み取った
出力信号とを、センサー基板３外にある、入力あるいは
出力システムにおいて、やり取りする引き出し電極部で
ある。引き出し電極部１７は、フレキシブル回路基板５
を介して、プリント回路基板１３Ａへと接続されてい
る。該フレキシブル回路基板５には、入力信号あるいは
出力信号処理回路を備えた駆動ＩＣ１１が搭載されてい
る。また、引き出し電極部１７とフレキシブル回路基板
５の接合部には、引き出し電極部１７の電蝕を防止する
ために、封止材１８が設けられており、この封止材に
は、一般に、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ
樹脂が用いられる。

【００１５】不透湿かつ放射線透過性の性質を持った、
金属フィルムなどの防湿フィルム７は、前述の通り、例
えば、Ａｌ蒸着フィルムなどで形成される。金属フィル
ムは、蛍光板１上に、接着剤１６Ａを介して、設けられ
ている。なお、光電変換素子２及びＴＦＴ素子に対して
防湿あるいは電磁波遮蔽が求められる場合に、金属フィ
ルムが、蛍光板１と光電変換素子２及びＴＦＴ素子を密
閉する目的で、用いられている。更に、蛍光板１と光電
変換素子２及びＴＦＴ素子の密閉をより確実にするた
め、前記金属フィルム上からセンサー基板３までの間
を、封止材１９で充填する。

【００１６】上記の構成をとる放射線固体撮像部（領域
Ａ）は、カセッテ内で、支持柱２０に支えられ、接着剤
あるいは粘着剤、または、粘着剤あるいは接着剤の順
で、それらを両面に有する固定材（スペーサ）２１によ
り、支持柱２０ならびにグリッドである蓋体９ｂを固定
している。フレキシブル回路基板５やプリント回路基板
１３Ａは各々、取り付け板２２にビス留めすることで、
装置筐体９に固定される。

【００１７】また、フレキシブル回路基板５に搭載され
た駆動ＩＣ１１の発熱を考慮して、取り付け板２２は、
装置筐体９への熱伝導路を担い、更に、カセッテ内の空
気循環を良くするために、装置筐体９には、多くの通気
口２３を備えるという放熱対策がなされている。

【００１８】上記の構成を持った撮像装置においても、
放射線源から被写体を透過してカセッテ内に入射した放
射線を、蛍光板内で、可視光（センサ感光波長）へと変
換する。さらに、変換された可視光は、蛍光板直下の接
着剤を透過し、センサー基板上に形成された光電変換素
子に入射される。そして、これを光電変換し、二次元画
像へと出力する。

【００１９】なお、図５に示されるように、光の透過
性、光電変換素子及びＴＦＴ素子への機械的衝撃、及
び、電蝕の防止を考慮に入れ、センサー基板上面に透明
ガラス基板２４を設けてもよい。

【００２０】前記固体撮像部は、パッケージ内での撮像
部上面の固定を除いて、前記放射線撮像部と同様の方式
で、筐体９に固定されている。なお、撮像部上面と筐体
９との固定は、筐体９上面にビス留めすることで取り付
けられた抑え板２５で、透明ガラス基板２５上の画素領
域に相当しない外側の領域を抑える。

【００２１】上述の大画面イメージセンサーは、被写体
の画像情報を、レンズ及びプリズムなどの光学系を介し
て、あるいは、直接、光電変換素子へ入射させ、二次元
画像へと出力する。

【００２２】しかしながら、装置筐体９に通気口２３を
設けたとしても、内部の空気を効率良く放出又は変換し
なければ、充分な冷却が行い難く、また、強制的な空気
の循環を採用する場合は、ファンなどの別の手段を必要
とするために、可搬性のある、小型・軽量化した装置に
おいて、不適当である。

【００２３】また、光電変換部の温度分布は暗電流の変
化をもたらすので、通気口２３からの冷却により、通気
口２３近傍と、それから離れた場所とで、光電変換素子
の特性が変化してしまい、正確な光電変換を行うことが
できなくなる場合がある。

【００２４】本発明は、上述した従来の欠点を改善する
ために成されたもので、その第１の目的は、小型・軽量
化に適し、取扱いが容易な撮像装置を提供することであ
る。

【００２５】本発明の第２の目的は、可搬性に優れ、所
謂、カセッテとして使用するのに好適な撮像装置を提供
することである。

【００２６】本発明の第３の目的は、駆動あるいは各種
処理用に利用されるような、ＩＣの発熱による問題、更
には、光電変換素子の配置された位置による熱の影響の
問題を解決して、より安定して正確な撮像を行うことが
できる撮像装置を提供することである。

【００２７】本発明の第４の目的は、より小型で、より
効率良く、放熱を行うことが可能で、かつ、部品点数が
減少し、軽量化をはかることが可能な撮像装置を提供す
ることである。

【００２８】また、本発明の第５の目的は、解像度が高
く、高ＳＮ比で、高階調の画像情報入力を行い得る撮像
装置を提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の撮像
装置では、基体と、該基体上に配された光電変換素子
と、該光電変換素子に関連して設けられた半導体素子
と、該半導体素子からの熱を外部に放出するための冷熱
素子とを有することを特徴とする。なお、その他の特徴
については、以下に述べる実施の形態において説明す
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を必要に応じて図面
を参照しながら説明する。

【００３１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態を示す撮像装置の模式的断面図であり、
光電変換素子を有するガラス基板を、金属製基台に保持
し、この基台中に、冷熱素子として、熱伝導素子である
ヒートパイプを設けた構成になっている。なお、図７
は、図１に示される撮像装置の模式的斜視図、図８は本
発明における金属製の基台７における電子部品等の配置
例を示す模式的断面図である。

【００３２】図１において、符号１は蛍光板、２は光電
変換素子（センサー）、３はセンサー基板で、ここで
は、ガラス基板である。１１ａは読出しＩＣ、１１ｂは
ドライバーＩＣ、８は駆動回路基板および装置筐体９の
底部を兼ねた基台で、その基材は、金属製であり、特
に、この実施の形態では、Ａｌが用いられていて、上述
の駆動回路基板における回路素子（後述）から発生する
熱を、基台を通じて伝達できるように構成している。

【００３３】更に、符号５はフレキシブル回路基板とし
てのＴＡＢフィルム、６はＴＡＢフィルム上に実装され
た光電変換素子２の駆動用、読取り用の電子部品（例え
ば、半導体回路素子）、９ａは装置筐体９の枠体、９ｂ
は光電変換素子２上の保護を兼ねた装置筐体９の蓋体
（グリッド）、１０はセンサー基板３と蛍光板１との接
着剤層、２６はその一部を基台８に埋め込まれ、他部を
装置筐体９外に突出させたヒートパイプである。なお、
符号４はガラス基板３を基台８に固定するスペーサー、
符号２６ａはヒートパイプ２６の放熱部である。

【００３４】図８には、基台８の裏面に構成される駆動
回路部の電子部品などの配置例が示されており、ここ
で、符号２７は基台８の金属基材（Ａｌ）であり、２８
は回路配線、２９ａ、２９ｂは、金属基材２７と回路配
線２８とがショートしないように、金属基材２７に設け
た絶縁膜である。また、３０は配線２８上のソルダーレ
ジスト、２８ａは半田付けのための導体部、３１は電子
部品６のための半田である。このように、駆動回路は、
金属基材２７上に絶縁膜を塗布し、更に、その上に配線
２８を形成することにより構成されるので、基台８が駆
動回路基板を兼用している。

【００３５】なお、実際には、絶縁膜上にＣｕ箔を接着
し、このＣｕ箔をパターン加工することにより、配線の
導体部２８ａを形成し、この上に、電子部品６を半田付
けするか、あるいは、配線部材であるＦＰＣなどを接続
する端子部分を残して、ソルダーレジスト３０を塗布し
て、固定する。また、必要に応じて、前記端子部分に
は、表面処理（例えば、半田めっきなどの処理）を行
い、駆動回路が形成してもよい。そして、更に、半田付
け部（導体部）２８ａに電子部品６を半田付けすること
になる。

【００３６】なお、本発明における基台８（これは駆動
回路基板を兼ねている）の基材を、Ｐｂにすることによ
り、あるいは、Ｐｂを表面（ガラス基板３側）に被覆す
ることにより、駆動回路上の電子部品に対する放射線の
影響を遮蔽することが可能になり、放射線遮蔽材と一体
化した構成にできるために、軽量化が可能となる。

【００３７】また、駆動回路基板を兼ねた基台８の基材
が金属製であり、この基台８中に、冷熱変換素子である
ヒートパイプ２６の一部を配することで、読出しＩＣ、
ドライバーＩＣなどから発生する熱を、装置筐体９の外
部に逃すことができる。即ち、基台８内では、ヒートパ
イプ２６中の液体を気化させることにより、ＩＣなどか
ら出た熱を、放熱部２６ａまで運ぶ。放熱部２６ａでは
熱を外部に放熱するので、気化した液体は、熱を奪われ
て、再び、液状となり、基台８内部に戻って、繰り返
し、吸熱・放熱作用を行うことが可能になる。

【００３８】このような構成にすることで、基台８の基
材の熱容量を大きくすることなく、効果的に放熱が行
え、ＩＣ間の温度差を小さくすることが可能になる。こ
のために、性能を損なうことなく、撮像装置の軽量化、
小型化に大きく寄与することができる。また、基台８が
効率良く冷却されることで、光電変換素子自体の温度が
安定し、その結果、安定した画像情報の読み取りを行う
ことができる。

【００３９】（第２の実施の形態）図９には、ヒートパ
イプを用いた本発明の第２の実施の形態が示されてい
る。ここでは、図９の模式的断面図に示されるように、
ヒートパイプ２６は、その一端を基台８中に、その他端
をフィンなどの放熱手段を有する放熱部２６ａとして構
成される。また、装置筐体９と基台８とは、断熱部材３
２によって、断熱されている。

【００４０】ＩＣ１１のような発熱源から発せられた熱
エネルギーは、基台８とＩＣ１１とが接した状態で配置
されているので、基台８に伝達され、ヒートパイプ２６
を通して、放熱部２６ａから外部に放出される。図示の
ように、ヒートパイプ２６は、装置筐体９と非接触であ
り、また、基台８は、断熱部材３２により装置筐体９と
熱的に絶縁してあるので、装置筐体９の温度が、撮像装
置の使用によっても、上昇しないか、ほとんど上昇しな
いように、することができる。また、図示されるよう
に、放熱部２６ａを装置筐体９から突出しないようにす
ることで、取扱いに際しても、熱い部分がない。特に、
人体のＸ線撮影などの場合、撮像装置の一部に体の一部
が触れることが多い事例では、このように、放熱部を内
設することで、接触の可能性を減少させ、より安心、安
全に撮影を進めることができる。

【００４１】（第３の実施の形態）図１０は、本発明の
第３の実施の形態を示す模式的斜視図である。ここで
は、ヒートパイプの代わりに、冷熱素子として冷熱変換
素子であるペルチェ素子３３を採用しており、これを駆
動ＩＣ１１と接するように、装置筐体９の枠体９ａ内に
設けている。これによって、ペルチェ素子３３による、
読出しＩＣ、ドライバーＩＣを効果的に冷却することが
できる。つまり、駆動ＩＣ１１からの熱を、装置筐体９
外に逃がしている。この場合も、前記の実施の形態と同
様に、軽量化を阻害することなく、ＩＣなどの温度上昇
を抑えることが可能になる。

【００４２】図１１及び図１２は、撮像装置を、その側
面の２方向からみた模式的断面図であり、また、図１
３、図１４は、撮像部の下面方向と上面方向とからみた
模式的平面図である。この実施の形態では、撮像装置
を、医療用放射線撮像装置のカセッテの形で、図解して
いる。図中の３３はペルチェ素子である。図１５は、一
段のペルチェ素子の構成である。これは、Ｂｉ₂Ｔｅ₃
のような熱電半導体で作られるｐ型３３ａ及びｎ型３３
ｂのチップを、平面状に多数、交互に配置し、互いにオ
ーミック電極３４によって、電気的に直列に接続し、こ
れを、その表面を電気的に絶縁したアルミニウム・窒化
アルミのような、スペーサー（固定材）を挟んで、固定
する。このスペーサーの熱伝導率は、可能な限り大きい
ものを使用するのが好ましい。上側スペーサー３５に冷
却するもの、下側スペーサー３６に放熱するものを取り
付ける。図のように、ペルチェ素子３３に電流を流す
と、ｐおよびｎの両素子共に、多数キャリヤが左から右
に移動し、その時、電流と共に熱流も運ぶ。このため、
上側の温度は下がり、下側の温度は上がる。

【００４３】なお、この実施の形態では、センサー基板
３を固定した基台８の裏面に、ペルチェ素子３３の冷却
サイドが接続され、基台裏面に、複数個、配列されてい
る。これで、基台８から間接的に大面積のセンサー基板
の冷却を行う。図１３では、ペルチェ素子の配列が画素
領域Ｂを含み、該領域Ｂより大きな面積領域をカバーし
ている。実際は、画素領域Ｂのみ冷却すれば良いので、
ペルチェ素子３３の配列は、冷却能力が十分であれば、
画素領域Ｂ内のみでの配置が好ましい。

【００４４】上記方法において、いくつかの対策を施す
ことより、更なる冷却能力の向上を達成できる。それは
基台からセンサー基板までの熱伝達路の熱抵抗値の低減
である。熱は、ペルチェ素子、基台、基台とセンサー基
板間の接着剤、センサー基板の順序で伝達される。一般
に、熱抵抗値の低減は、構成部材の熱伝導率や形状（断
面積・伝達方向の長さ）、構成部材間の接触方法に左右
される。抵抗値の低減には、高い熱伝導率の材料で構成
され、且つ、長さはできるだけ短く、断面積の大きい形
状をとる構成部材であること、また、構成部材間の微細
領域での密着性を良くすることが好ましい。

【００４５】具体的には、基台、センサー基板に、鉄・
ステンレス・アルミニウム・銅・黄銅・鉛・マグネシウ
ム合金などの金属及び合金材料、炭化シリコン・ベリリ
ヤ・窒化アルミニウム・ボロンナイトライドなどのセラ
ミックス材料、グラファイトシートなどの有機樹脂、酸
化アルミニウム・ＩＴＯなどの金属酸化物が最適であっ
て、常温時の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料が良
い。

【００４６】センサー基板は、半導体層を成膜する都合
上、ガラス基板を使用している。一方、基台は、複数の
センサー基板が二次元方向に画素ピッチが合うように、
固定されている。そのため、高温時に、貼り合わせ部の
ピッチサイズが変わらぬように、センサー基板と基台の
熱膨張係数を合わせ、できれば、同一材料を選択するこ
とが好ましい。ガラスは熱伝導率が約３Ｗ／ｍ・℃と低
く、熱伝導が悪い。そこで、このように低熱伝導率の部
材には、先に記した１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料、例え
ば、アルミニウム・クロム・ＩＴＯなどの金属あるいは
金属酸化物を、蒸着・めっき法によって、構成部材表面
にコーティングを施すのであるが、基台は、表裏面の全
域に、センサー基板は、その裏面、少なくとも画素領域
に、当該処理を行うのがよい。これより、表面の熱抵抗
値を低減させ、構成部材の表面を熱伝達路とする。

【００４７】センサー基板と基台、基台とペルチェ素子
の接続に関しては、当然のことながら、熱伝導性の良い
材質の他に、接続界面のミクロな凹凸によるエアーギャ
ップを極力少なくする、柔らかな材質が求められてい
る。この要求に応えるには、導熱樹脂を用いるのが好ま
しく、主に、シリコーングリースやシリコーンラバーを
用いる。さらに、高い熱伝導性が必要な場合は、半田・
導電ペーストや、先に記した１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料
を、粉末状にし混入した接着剤・粘着剤を代表とする樹
脂を使用するのが好ましい。また、ペルチェ素子と基台
の接続には、直接、ペルチェ素子を基台上に成膜した構
成が良い。なお、構成部材の形状、寸法に関しては、市
場で求められる放射線撮像装置の大きさが多様であるた
め、具体的に限定することが難しい。

【００４８】以上述べたことは、小型センサー基板を複
数個配列させ、大判化させた放射線撮像装置に関するも
のである。仮に１枚の大面積のセンサー基板が、作成可
能であれば、センサー基板裏面にペルチェ素子を接続す
れば良い。冷却効率の改善方法に関しては、先に述べた
ように、センサー基板を熱伝導性の高い構成部材に選択
すること、１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料を、センサー基板
裏面、少なくとも画素領域にコーティング処理を行うこ
と、そして、センサー基板裏面とペルチェ素子の接続に
導熱樹脂を用いること、あるいは、直接、基板に成膜す
る方法を用いることがよい。

【００４９】（第４の実施の形態）また、本発明の第４
の実施の形態では、図１０に示されるように、熱を発生
する素子の近傍に、ペルチェ素子３３を個別に配置する
ことが可能になるため、各素子間の温度差（ばらつき）
を、前述のヒートパイプ２６の場合より、更に小さくす
ることが可能になり、基台８の基材の熱容量を大きくす
ることなく、十分な放熱効果が得られ、撮像装置の軽量
化、小型化を損なうことなく、画像信号のばらつきを、
更に小さくすることが可能である。

【００５０】なお、ここでは、ペルチェ素子を用いた別
の一例について説明する。ペルチェ素子３３は、基台８
の他に、防湿あるいは電磁波遮蔽を目的とした金属フィ
ルム７上にも複数個、設けてもよい。配置の一例とし
て、前述の図１４の構成が挙げられる。ここでは、放射
線撮像部が上面方向から図解されている。ここでのペル
チェ素子３３は、画素領域に入るＸ線情報を妨げないた
め、画素領域の外側にあり、また、均一な温度分布を
得、熱抵抗をなるべく低減させ、効率良い冷却を行うた
めに、画素領域になるべく近く、且つ、該領域を囲むよ
うに、配置・接続されている。その際、金属フィルム端
は、封止材１９で覆われているので、封止材と画素領域
間に配置する。ペルチェ素子３３と金属フィルム７の接
続には、導熱樹脂によって接続する方法あるいは直接、
金属フィルム上に成膜する方法を用いる。これより、金
属フィルム７を熱拡散板とし、金属フィルムを介して、
センサー基板３の上面を、均一に冷却することができ
る。なお、基板裏面部のペルチェ素子３３の配置で、均
一な温度分布をもつ冷却能力があれば、上面からの冷却
手段は、あえて、行わなくても良い。

【００５１】次に、ペルチェ素子の放熱サイドについて
述べる。既に示した図１１〜図１４において、ヒートパ
イプ２６は、金属導体に比べ、非常に熱伝導率の良い熱
輸送用パイプである。ヒートパイプ２６は、その一端側
をペルチェ素子３３の放熱サイドに取り付け、その他端
を、高い熱伝導率をもつ部材で構成されている装置筐体
９に繋げている。装置筐体９には、マグネシウム合金・
アルミニウムなど、機械強度に優れ且つ熱伝導率が１０
Ｗ／ｍ・℃以上の材料を用いる。ヒートパイプ２６は、
狭い装置筐体９の内部に設置しやすいように、変形自在
で、熱伝達路を自在に構成できることが望ましい。

【００５２】なお、ヒートパイプとペルチェ素子間、ヒ
ートパイプと筐体間の接続方法を以下に記す。まず、ヒ
ートパイプとペルチェ素子間は、半田・導電ペーストや
先に記した１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料を粉末状に混入し
た接着剤・粘着剤を介して、接続する。また、ヒートパ
イプ２６と装置筐体９は、上記の取り付け方法の他に、
図１６に記すように、取り付け金具３７と装置筐体９の
間にヒートパイプ２６を配置し、更に、シリコーンラバ
ーのような導熱性の樹脂３８とゴム片３９とで、両端か
ら挟み、ネジ４０を閉めて、取り付け板の外圧で、装置
筐体９とヒートパイプ２６を固定する。これより、ペル
チェ素子３３で発生した熱は、ヒートパイプ２６を介し
て、装置筐体９へと熱を伝達するようにしてもよい。

【００５３】さて、これまで、センサー基板の冷却方法
を何点か述べてきたが、いくら冷却を行っても、所望の
温度範囲に保持することは重要である。そこで、冷却効
率を考え、センサー基板の保温方法の一例に関して説明
する。保温方法の考え方として、冷却を対象とする部品
（センサー基板）を、それ以上の温度にある部品と直
接、接触させないこと、対象となる冷却部品の周りは空
気対流の少ない密閉空間にすることが挙げられる。

【００５４】図１１、図１２には、その保温構造が示さ
れている。ここでは、装置筐体９を支える支持柱２０、
２０ａの内、外側の支持柱２０は、筐体底面から上面へ
と接続されており、基台８を含めたセンサー基板３の４
辺を取り囲んでいる。支持柱２０にはヒートパイプ２
６、フレキシブル回路基板５を通す穴が設けられてお
り、穴とヒートパイプ２６、フレキシブル回路基板５の
隙間をなくすために、樹脂が充填されている。支持柱２
０とグリッド９ｂと装置筐体９とにより、基台８を含め
たセンサー基板３の占める空間の密閉性を達成してい
る。

【００５５】撮像部は、接着剤あるいは粘着剤、粘着剤
あるいは接着剤の順で、それらを両面に有する固定材３
５、３６を介して、グリッド９ｂと支持柱２０に固定す
る。固定材３５、３６は熱伝導率の低い材質であり、例
えば、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン
樹脂などの高分子材料を用いる。これより、センサー基
板３とグリッド９ｂと支持柱２０との、不要な熱の行き
来を抑え、所望の冷却温度を維持することができる。

【００５６】（第５の実施の形態）本発明による更に別
の撮像装置の一例を示す。なお、前述の実施の形態と同
一または同等のものに関しては、その説明を簡略化し、
若しくは、省略する。これは、図１７、図１８に示され
ており、これらは、装置側面の２方向からみた模式的断
面図である。

【００５７】なお、この実施の形態では、前述の事例と
は、そのペルチェ素子３３上に接続する冷却器、及び、
その放熱方法、更に、もう一つに、装置筐体の断熱方法
が異なる。そこで、その相違点に関してのみ述べる。前
述と同じ方法で、ペルチェ素子３３上にヒートシンク４
１を取り付ける。ヒートシンク４１の放熱は、基台裏面
部側については、装置筐体９の下部に設置された排気フ
ァン４２により、強制空冷で行う。支持柱や筐体には穴
を設け、通風性を良くしており、一方、防湿膜としての
金属フィルム７上に取り付けられたヒートシンク４１
は、その先端が、グリッド９ｂに設けられた穴より装置
筐体９の外部に露出しており、その部分より、自然空冷
で行う。以上、ヒートシンク４１を介して、空気接触に
より、ペルチェ素子３３から発生した熱を放出してい
る。

【００５８】前述の例のように、ヒートパイプ２６を通
じて、筐体表面で外気に放熱するのでなく、センサー基
板３の近傍で、ヒートシンク４１を用いて、筐体内部で
放熱するため、その領域は、通風性を良好にするのが望
ましい。そこで、基台８を含めたセンサー基板３の上下
を、板状の断熱板４３で挟み込む。この断熱板４３の形
状は、４辺の支持柱４４で囲われた枠形状と同じで、そ
の厚さは、ペルチェ素子３３とヒートシンク４１とを合
わせた高さ方向の長さより短い。また、断熱板４３は、
ペルチェ素子３３と支持柱４４とセンサー基板３の固定
材３５の領域で、刳り抜かれている。断熱板４３は、ポ
リエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂など
の高分子材料を用いる。これら上下の断熱板と支持柱
で、センサー基板３の密閉を行い、センサー基板３の冷
却温度を所望の範囲内に保つことができる。

【００５９】なお、本発明の撮像装置は、医療業界や映
像機器業界などの市場から高画質への要求を達成可能に
し、例えば、放射線撮影のための撮像装置に好適に使用
できる。このような使用において、撮像装置は、主に胸
部、胃部、乳房等のＸ線画像診断を対象に用いることが
可能になる。より具体的には、このような診断に際して
撮像装置は、１００×１００ｍｍ〜５００×５００ｍｍ
の受光領域を有する大面積のセンサー基板を用いられ、
検診部位の微細領域のわずかな影、濃度変化に注目し、
診断するにたる高感度・高解像度の像情報が提供可能で
ある。

【００６０】通常のＸ線画像は、図１９に示されるよう
に、Ｘ線源５００１からのＸ線５００４を被写体５００
２に照射し、その透過光５００５を撮像装置５００３内
の受光部の光電変換素子で、電気信号に変換した後、得
ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
小型、軽量化に適し、取扱いが容易な撮像装置を提供す
ることができる。また、本発明によれば、可搬性に優
れ、カセッテとしての使用が好適な撮像装置を提供する
ことができる。

【００６２】特に、本発明によれば、光電変換素子など
の駆動ＩＣ、電気信号の処理ＩＣなどの半導体素子を効
果的に冷却することで、半導体素子の特性を安定させる
ことができ、高ＳＮ比の信号出力を安定して行うことが
できる。

【００６３】また、本発明によれば、半導体素子の発熱
に起因して、光電変換素子が配された受光部が加熱さ
れ、受光部の温度に不要な分布が生じないか、生じ難く
くなるため、より安定した正確な像情報を得ることがで
きる。そして、これによって、より高階調で高解像度な
高品質な像情報を得ることができる。

【００６４】更に、本発明によれば、光電変換素子を有
するガラス基板の保持部材としての基台が、光電変換素
子の駆動のための駆動回路、そこに用いる電子部品の保
持体を兼ねると共に、それ自体で剛性のある金属部材、
例えば、ＡｌあるいはＰｂなどにより構成することで、
全体の強度を落とすことなく、重量を減少させ、部品点
数が減少し、性能を損なうことなく、放射線源を用いた
撮像装置の軽量化、小型化が可能になる。

【００６５】また、その基台の基材内、あるいは、これ
らを内装する装置筐体の枠体内にヒートパイプやペルチ
ェ素子などの冷熱変換素子を設けることで、搭載された
駆動ＩＣ、読出しＩＣ、周辺回路から発生する熱を、効
果的に外部に逃がすことが可能になり、特に、基台の基
材にＰｂを採用することで、放射線遮蔽材を兼ね、体積
を大きくすることなく、効率良く、放熱を行うことが可
能になる。

【００６６】更に、本発明によれば、センサー基板裏面
あるいはセンサー基板を固定する基台裏面上、少なくと
も、画素領域内にヒートパイプやペルチェ素子のような
冷熱変換素子を接続することで、大面積を均一な温度に
保ち冷却することができ、光電変換素子の熱雑音及び暗
電流を低減させ、高いＳ／Ｎ比で解像度の向上をはかる
ことができる。

【００６７】また、放射線撮像装置のようなセンサー基
板上部に金属フィルムを備えた撮像装置において、金属
フィルム上の画素領域に対応しない領域（非画素領域）
にペルチェ素子を配列することで、センサー基板上面よ
り冷却を行い十分な冷却効果が得られ、更なる解像度の
向上をはかることができる。また、更にペルチェ素子よ
り発生した熱を、ヒートパイプやヒートシンクを介し
て、放熱することで、センサー基板・基台・接着剤など
の構成部材の高熱伝導化、構成部材間の導熱性樹脂等に
よる接触抵抗の低下、筐体、支持柱、グリッド、断熱材
を用いたセンサー基板の密閉構造により、所望部分の冷
却効率の向上を達成し、素子に必要な消費電力を低減さ
せ、稼動コストを安価なものとすることができる。ま
た、液体窒素や炭酸ガスによる気体を媒体とした冷却方
法に比べて、システムの規模が小さく、撮像装置の、よ
り一層の小型化とメンテナンス性の向上を図ることがで
きる。

【００６８】加えて、本発明によれば、放熱部を筐体か
ら突出させずに構成することが可能になるので、被写体
に接触する外装部品である筐体及び外カバーを高温化す
ることなく、内部で発熱した熱を外部へ放熱することが
でき、身体に触れる頻度の高い、放射線センサー用カセ
ッテとして、安心して、適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、冷熱素子を有する
撮像装置の模式的断面図である。

【図２】撮像装置の一例を説明するための模式的断面図
である。

【図３】撮像装置内の撮像部の一例を説明するための模
式的断面図である。

【図４】撮像装置内の撮像部の一例を説明するための模
式的平面図である。

【図５】撮像装置の一例を説明するための模式的断面図
である。

【図６】本発明に係わる、通常の撮像装置の模式的断面
図である。

【図７】撮像装置の模式的斜視図である。

【図８】回路部分の一例を説明するための模式的断面図
である。

【図９】本発明の別の実施の形態を示す、冷熱素子を有
する撮像装置の模式的断面図である。

【図１０】本発明の更に別の実施の形態を示す撮像装置
の模式的斜視図である。

【図１１】冷熱素子を有する撮像装置の模式的断面図で
ある。

【図１２】冷熱素子を有する撮像装置の模式的断面図で
ある。

【図１３】撮像部への冷熱素子の取付けの一例を説明す
る模式的平面図である。

【図１４】撮像部への冷熱素子の取付けの一例を説明す
る模式的平面図である。

【図１５】冷熱素子の一例を示す模式的断面図である。

【図１６】冷熱素子の取付けの一例を示す模式的断面図
である。

【図１７】本発明の別の実施例を示す、冷熱素子を有す
る撮像装置の模式的断面図である。

【図１８】冷熱素子を有する撮像装置の模式的断面図で
ある。

【図１９】撮像装置の使用の一例を説明するための模式
的斜視図である。

【符号の説明】

１蛍光板２光電変換素子３センサー基板（ガラス基板）４スペーサー５フレキシブル回路基板（ＴＡＢフィルム）６電子部品（半導体回路素子）７防湿フィルム（金属フィルム）８基台９装置筐体９ａ枠体９ｂ蓋体（グリッド）９ｃ底部１０接着剤層１１駆動ＩＣ１１ａ読み出し用ＩＣ１１ｂドライバーＩＣ１２放熱シート１３回路基板１３Ａプリント回路基板１４放熱部材（放熱フィン）１５スペーサー１６、１６Ａ接着剤１７引き出し電極部１８、１９封止材２０支持柱２１固定材２２取り付け板２３通気口２４透明ガラス基板２５抑え板２６ヒートパイプ２７金属基材２８回路配線２９ａ、２９ｂ絶縁膜３０ソルダーレジスト３１半田３２断熱部材３３ペルチェ素子３３ａｐ型チップ３３ｂｎ型チップ３４オーミック電極３５上側スペーサー（固定材）３６下側スペーサー（固定材）３７取り付け金具３８樹脂３９ゴム片４０ネジ４１ヒートシンク４２排気ファン４３断熱板４４支持柱Ｗ荷重（放射線）Ａ領域Ｂ、Ｂ１〜Ｂ４画素領域

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体と、該基体上に配された光電変換素
子と、該光電変換素子に関連して前記基体に設けられた
半導体素子と、該半導体素子からの熱を外部に放出する
ための冷熱素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記基体は、基台上に載置され、該基台
に前記冷熱素子が設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記光電変換素子の像情報入力側に、波
長変換体を有することを特徴とする請求項１または２に
記載の撮像装置。
【請求項４】前記波長変換体は、蛍光体を含むことを
特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】前記半導体素子は、集積回路素子である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像
装置。
【請求項６】前記光電変換素子に対応して、スイッチ
ング素子を装備したことを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】前記半導体素子は、複数、装備され、こ
れら半導体素子に対応して、前記冷熱素子が設けられて
いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
撮像装置。
【請求項８】前記冷熱素子は、前記光電変換素子が配
された撮像部に対応して、設けられていることを特徴と
する請求項１〜７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】前記冷熱素子は、複数、装備されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の撮像
装置。
【請求項１０】少なくとも、前記光電変換素子が配さ
れた前記基体と、前記半導体素子とを収容する筐体を有
することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の
撮像装置。
【請求項１１】前記基体は、該基体が載置される基台
を介して、前記筐体に設置されていることを特徴とする
請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】前記基台と前記筐体とは、熱的絶縁体
を介して設置されていることを特徴とする請求項１１に
記載の撮像装置。
【請求項１３】前記光電変換素子上に防湿フィルムを
有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記
載の撮像装置。
【請求項１４】前記防湿フィルムが、金属を含むこと
を特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】前記防湿フィルムを冷却するための冷
熱素子が装備され散ることを特徴とする請求項１３に記
載の撮像装置。
【請求項１６】前記冷熱素子は、熱伝導率が１０Ｗ／
ｍ・℃以上の材料を介して、被冷却側に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の撮
像装置。
【請求項１７】前記冷熱素子は、熱伝導素子を含むこ
とを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の撮像
装置。
【請求項１８】前記熱伝導素子はヒートパイプを有す
ることを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。