TWI459931B - X-ray imaging device - Google Patents

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TWI459931B
TWI459931B TW099108567A TW99108567A TWI459931B TW I459931 B TWI459931 B TW I459931B TW 099108567 A TW099108567 A TW 099108567A TW 99108567 A TW99108567 A TW 99108567A TW I459931 B TWI459931 B TW I459931B
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Shin-Ichiro Takagi
Yasuhito Yoneta
Hisanori Suzuki
Masaharu Muramatsu
Hiroshi Tsunemi
Takeshi Tsuru
Tadayasu Dotani
Takayoshi Kohmura
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

X光攝像裝置
本發明係關於檢測入射至固體攝像元件之X光而獲取X光影像之X光攝像裝置者。
X光直接檢測型之CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合裝置)係以CCD之檢測像素直接捕捉X光之光子而獲取X光影像，藉而獲得入射X光之位置資訊、能量資訊、及時間資訊等的X光檢測器。如此之X光直接檢測型之CCD(以下稱為X光CCD)等之固體攝像元件由於具有優良之位置分析度及能量分析度，因此乃作為例如在X光天體觀測衛星之標準的X光檢測器而使用(關於X光檢測器例如參照專利文獻1~3)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2001-249184號公報
專利文獻2：日本特開2008-107203號公報
專利文獻3：日本特開平06-302795號公報
上述之X光CCD具有基本上與一般之CCD相同之結構。因此，X光CCD之各檢測像素不僅對於成為檢測對象之X光，亦對於紫外光、可視光、紅外光等之波長長於X光之光(雜訊光)具有檢測感度。在以X光直接檢測為目的之攝像元件中，如此之長波長(低能量)之雜訊光之檢出將會成為X光檢測之S/N特性劣化等之原因。
為抑制如此之雜訊光之檢出，使用以下方法：對於X光CCD等之攝像元件設置於聚醯亞胺膜上蒸鍍鋁而形成之稱為OBF(Optical Blocking Filter、光遮蔽濾光片)的薄膜，藉此構成X光攝像裝置(X光攝像機)。如此之OBF係安裝於例如X光集束用之X光反射鏡與攝像元件之間。
然而，如此之構成中由於需要有用於在X光攝像裝置之內部安裝OBF之空間，故使得裝置大型化。又，為使經由OBF入射之X光透射至攝像元件故須將OBF之膜厚薄化，從而存在導致包含OBF之攝像裝置之構造變得脆弱之問題。又，如上所述，在將攝像裝置搭載於X光天體觀測衛星等之情形下，為使其於釋放至宇宙空間後不會因差壓導致OBF破損，而設置專用之排氣閥等，如此使得裝置結構複雜化。又，隨著如此之裝置結構之複雜化，搭載於觀測衛星之X光攝像裝置之運用上之風險亦增加。
本發明係為解決以上之問題點而完成者，其目的在於提供一種可適當地抑制雜訊光之檢測影響的X光攝像裝置。
為達成如此之目的，本發明之X光攝像裝置之特徵為具備：(1)背面入射型之固體攝像元件，其於其中一面側設置成1維或2維排列有檢測入射之X光之複數個檢測像素的X光檢測部，而另一面成為X光入射面；及(2)遮蔽層，其設置於固體攝像元件之X光入射面上，且用於遮蔽波長長於成為檢測對象之X光之光；且，(3)遮蔽層包含：直接設置於X光入射面上之第1鋁層；設置於第1鋁層上之第2鋁層；及設置於第1鋁層及第2鋁層之間且用於遮蔽紫外光之紫外光遮蔽層。
在上述之X光攝像裝置中，作為X光直接檢測型之攝像元件，係使用背面入射型之固體攝像元件。且，採用之構成為對於波長長於X光之雜訊光，於攝像元件之X光入射面上直接形成遮蔽層。根據如此之構成，可使包含攝像元件及遮蔽機構之X光攝像裝置整體小型化、結構簡單化。又，由於使攝像元件與遮蔽層一體化，故攝像裝置在構造上不會變得脆弱。
又，上述之攝像裝置所採用之構成係於攝像元件之入射面上形成用於遮蔽可視光及紅外光之第1鋁層，且於其上進一步設置紫外光遮蔽層。藉此可獲得對於包含紫外光、可視光、及紅外光之雜訊光之波長範圍整體充分之遮蔽效果。又，於紫外光遮蔽層之外側，進而設置有第2鋁層。藉此可抑制原子氧造成之紫外光遮蔽層之侵蝕等，從而保護紫外光遮蔽層。根據上述構成，可實現能適當地抑制X光檢測時雜訊光檢出之影響的X光攝像裝置。
根據本發明之X光攝像裝置，作為X光直接檢測型之攝像元件而使用背面入射型之固體攝像元件，於攝像元件之X光入射面上直接形成遮蔽層，且令遮蔽層從X光入射面側至少包含第1鋁層、紫外光遮蔽層、第2鋁層之3層之遮蔽層，藉此構成可適當地抑制X光檢測時雜訊光檢出之影響。
以下，茲參照圖式詳細說明本發明之X光攝像裝置之較佳之實施形態。另，在圖式之說明中，對相同之要素附加相同之符號，且省略重複之說明。又，圖式之尺寸比率未必與說明者一致。
圖1係概略地顯示本發明之X光攝像裝置之基本構成之立體圖。圖1所示之X光攝像裝置1之構成為具備固體攝像元件10、與遮蔽層20。用於X光之檢測之固體攝像元件10係直接檢測不經由閃爍器等入射之X光而獲取X光影像之X光直接檢測型之攝像元件，可使用例如上述之X光CCD。
固體攝像元件10為背面入射型之攝像元件，其一面(表面)11側形成有將檢測X光之複數個檢測像素排列成1維或2維而成之X光檢測部(受光部)。又，與該表面11成相反側之另一面(背面)12係成為檢測對象之X光入射之X光入射面。
對於如此之攝像元件10，於其X光入射面12上形成有用於遮蔽波長長(低能量)於成為檢測對象之X光之光的遮蔽層20。利用該遮蔽層20可遮蔽從X光入射面12側入射至攝像元件10之包含紫外光、可視光、及紅外光之雜訊光。
具體而言，遮蔽層20包含：直接設置於攝像元件10之入射面12上之第1鋁層21；設置於第1鋁層21上(相對於第1鋁層21，與入射面12成相反側)之第2鋁層22；及設置於第1、第2鋁層21、22之間之紫外光遮蔽層25。
該遮蔽層20中，第1鋁層21係用於遮蔽入射至攝像元件10之雜訊光中之可視光及紅外光。又，紫外光遮蔽層25係用於遮蔽雜訊光中之紫外光。又，第2鋁層22係用於與第1鋁層21一起遮蔽可視光及紅外光。另，該第2鋁層22係成為遮蔽層20之最外層(暴露面)，且作為對於內側之紫外光遮蔽層25等之保護層而發揮功能。
又，在介隔紫外光遮蔽層25而積層之第1鋁層21與第2鋁層22之間，設置有將其電性連接之導通部23。又，該導通部23之構成具體如後述。
作為紫外光遮蔽層25，具體而言可使用例如聚醯亞胺層。又，關於構成遮蔽層20之各層之厚度，作為其一例可使用之構成為將第1鋁層21之厚度設為100 nm(1000)、將作為紫外光遮蔽層25之聚醯亞胺層之厚度設為100 nm(1000)、將第2鋁層22之厚度設為40 nm(400)。
以下就本發明之X光攝像裝置之效果進行說明。
在圖1所示之X光攝像裝置1中，作為X光直接檢測型之攝像元件，係使用背面入射型之固體攝像元件10。且，對於波長長於檢測對象之X光之雜訊光，並非設置與攝像裝置1為不同之OBF等之遮蔽機構，而是採用於攝像元件10之X光入射面12上直接形成遮蔽層20之構成。根據如此之構成，可使包含攝像元件10及遮蔽層20之X光攝像裝置1之整體小型化、結構簡單化。又，藉由使攝像元件10與遮蔽層20一體化，來防止攝像裝置1之結構脆弱。
又，背面入射型之攝像元件10中，由於未於X光入射面12上形成吸收紫外光之電極等，故形成於表面11側之X光檢測部之各像素對於包含紫外光、可視光、及紅外光之波長範圍之雜訊光，具有檢出感度。又，於X光入射面12上僅設置利用鋁之遮蔽層之構成，可遮蔽可視光及紅外光，但關於紫外光卻無法獲得充分之遮蔽效果。
相對於此，圖1之X光攝像裝置1所採用之構成係在攝像元件10之入射面12上形成用於遮蔽可視光及紅外光之第1鋁層21，且於其上進一步設置紫外光遮蔽層25。藉此可獲得對於包含紫外光、可視光、及紅外光之雜訊光之波長範圍整體為充分之遮蔽效果。此處，一般情形下紫外光之波長範圍為10 nm~400 nm、可視光之波長範圍為400 nm~750 nm、紅外光之波長範圍為750 nm~100μm左右。
又，於紫外光遮蔽層25之外側，進而設置有第2鋁層22。藉由如此之第2鋁層22，即使於第1鋁層21有針孔等之情形，亦可合併第1、第2鋁層21、22而獲得充分之可視光及紅外光之遮蔽效果。又，第2鋁層22亦具有抑制對固體攝像元件10之因輻射所造成之熱之流入的功能。
又，將如此之X光攝像裝置搭載於觀測衛星等，在宇宙空間使用時，因存在於其運行軌道上之原子氧等會造成紫外光遮蔽層(例如聚醯亞胺層)之侵蝕的問題。相對與此，根據上述般之於紫外光遮蔽層25之外側設置第2鋁層22之構成，可抑制因原子氧等所造成之紫外光遮蔽層25之侵蝕。藉此，根據上述構成，可實現能夠適當抑制X光檢測時雜訊光檢出之影響的X光攝像裝置1。
此處，遮蔽層20中關於設置於第1、第2鋁層21、22之間之紫外光遮蔽層25，具體而言如上所述較佳為使用包含聚醯亞胺層之遮蔽層。根據如此之聚醯亞胺層，可獲得對於入射至攝像元件10之紫外光充分的遮蔽效果。
又，紫外光遮蔽層25之材料，通常不限定於聚醯亞胺，可使用例如鐵氟龍(註冊商標)、PET等之有機類材料、或碳、鈹等之原子序數較小之材料。如此之紫外光遮蔽層25之材料，較佳為考慮在實際之攝像裝置1中，欲截斷之紫外光之波長(能量)、檢測對象之X光之能量等之具體條件而進行選擇。
又，上述構成之遮蔽層20中，第2鋁層22較佳為成為遮蔽層20之最外層。藉此可確實抑制上述之原子氧等所造成之遮蔽層(例如聚醯亞胺層)之侵蝕。
又，就構成遮蔽層20之各層之厚度之範圍，較佳為例如將第1、第2鋁層21、22之厚度分別設為100 nm以下，將聚醯亞胺之紫外光遮蔽層25之厚度設為50 nm以上300 nm以下。但，如此之遮蔽層20之具體之構成條件由於根據攝像裝置1之使用環境、X光之檢測條件等而造成X光或雜訊光之強度、波長分佈等不同，故有必要考慮到遮蔽層20之各層之最佳膜厚等會根據該等條件而變化之事實。
又，如圖1模式性顯示，較佳為對於上述之具有積層結構之遮蔽層20，設置電性連接第1鋁層21與第2鋁層22之導通部23。藉此，可防止位於外側之第2鋁層22帶電，進而使攝像元件10安定地動作。
該情形下，較佳為將導通部23相對於固體攝像元件10，而設置於除對應於X光檢測部之區域以外之區域內(從X光入射方向觀察，脫離X光檢測部之區域內)。藉由如此設定設置導通部23之位置，可防止因在第1、第2鋁層21、22之間形成導通部23所導致之對於X光檢測部之紫外光之遮蔽效果降低，從而可以包含複數個檢測像素之X光檢測部之整體確實地遮蔽雜訊光。
以下結合具體之實施形態進一步說明本發明之X光攝像裝置之構成。另外，以下之各圖中，在顯示從X光攝像裝置之X光入射方向觀察之構成的俯視圖中，為便於觀察圖，而於相當於導通部23之部份附以斜線表示。
圖2係顯示X光攝像裝置之第1實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。此處，圖2(b)係顯示沿著圖2(a)所示之I-I線之剖面圖。本實施形態之X光攝像裝置1A之構成為具備固體攝像元件10、與遮蔽層20。又，遮蔽層20包含第1鋁層21、紫外光遮蔽層25、及第2鋁層22。
攝像元件10之表面(圖中之下面)11側，設置有在其特定範圍以2維排列有複數個檢測像素之矩形之X光檢測部15。且，X光檢測部15之一邊側(圖中之右邊側)，設置有用於傳送、輸出以檢測部15之各像素檢測X光從而生成之電荷的電荷傳送部16。又，如圖2(b)模式地顯示，攝像元件10之表面11上形成有必要之表面電極13等之各要素，以實現作為攝像元件10(例如CCD)之功能。
在本實施形態之X光攝像裝置1A中，在位於除對應於攝像元件10之X光檢測部15之區域以外之區域內、及位於圖2(a)所示之具體例中以X光檢測部15之右邊與攝像元件10之右邊包夾之區域內的遮蔽層20上，有沿著攝像元件10之右邊延伸之開口部26設置於紫外光遮蔽層25。且，構成有藉由以鋁填充該開口部26而電性連接鋁層21、22之導通部23。根據如此之構成，可一面確保遮蔽層20對於X光檢測部15整體之雜訊光之遮蔽效果，一面利用導通部23導通鋁層21、22，從而適宜地防止第2鋁層22帶電。
如圖3之圖2所示之X光攝像裝置之變形例所示，紫外光遮蔽層25之開口部26及導通部23之構成，具體而言可使用各種之構成。圖3(a)所示之構成中，位於以檢測部15之右邊與攝像元件10之右邊包夾之區域、以檢測部15之左邊與攝像元件10之左邊包夾之區域、以檢測部15之上邊與攝像元件10之上邊包夾之區域、及以檢測部15之下邊與攝像元件10之下邊包夾之區域內的遮蔽層20中，分別於紫外光遮蔽層25設置開口部26，且以鋁填充該等開口部26，藉此構成導通部23。又，圖3(b)所示之構成中，在位於上述之區域內之遮蔽層20上，設置有以包圍檢測部15的方式而一體化之開口部26，且以鋁填充該開口部26，藉此構成導通部23。
圖4係顯示X光攝像裝置之第2實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。此處，圖4(b)係顯示沿著圖4(a)所示之II-II線之剖面圖。本實施形態之X光攝像裝置1B之構成為具備固體攝像元件10、與遮蔽層20。攝像元件10之構成、及遮蔽層20之基本積層結構與圖2所示之X光攝像裝置1A相同。
在本實施形態之X光攝像裝置1B中，於包含鋁層21、22及紫外光遮蔽層25之遮蔽層20之右側之側面上，設置有包含導電性樹脂且作為導通部23發揮功能之樹脂導通部27。根據如此之構成，亦可利用樹脂導通部27導通鋁層21、22，從而適宜地防止第2鋁層22帶電。
如圖5之圖4所示之X光攝像裝置之變形例所示，利用樹脂導通部27所形成之導通部23之構成具體而言可使用各種之構成。圖5(a)所示之構成中，於遮蔽層20之右側之側面上、左側之側面上、上側之側面上、及下側之側面上，分別設置有作為導通部23發揮功能之樹脂導通部27。又，圖5(b)所示之構成中，於上述之側面上設置有作為以包圍遮蔽層20的方式而一體化之導通部23發揮功能之樹脂導通部27。
圖6係顯示X光攝像裝置之第3實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。此處，圖6(b)係顯示沿著圖6(a)所示之III-III線之剖面圖。本實施形態之X光攝像裝置1C之構成為具備固體攝像元件10、與遮蔽層20。攝像元件10之構成及遮蔽層20之基本積層結構與圖2所示之X光攝像裝置1A相同。
本實施形態之X光攝像裝置1C中，在位於面向攝像元件10之右邊之區域內的遮蔽層20上，設置有未形成紫外光遮蔽層25及第2鋁層22而露出第1鋁層21之階差部(第1鋁層露出部)28。且，於該階差部28，利用導通金屬線29電性連接鋁層21、22而構成導通部23。根據如此之構成，亦可利用階差部28及導通金屬線29導通鋁層21、22，從而適宜地防止第2鋁層22帶電。
如圖7之圖6所示之X光攝像裝置之變形例所示，遮蔽層20之階差部28及導通金屬線29之構成具體而言可使用各種之構成。圖7(a)所示之構成中，在位於面向攝像元件10之右邊之區域、面向左邊之區域、面向上邊之區域、及面向下邊之區域內之遮蔽層20上，分別設置有階差部28，在該等之階差部28中，利用導通金屬線29電性連接鋁層21、22，從而構成導通部23。又，圖7(b)所示之構成中，在位於上述之區域內之遮蔽層20上，設置有以包圍檢測部15的方式而一體化之階差部28，且在該階差部28中，利用導通金屬線29電性連接鋁層21、22，從而構成導通部23。
圖8係顯示X光攝像裝置之第4實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。此處，圖8(b)係顯示沿著圖8(a)所示之IV-IV線之剖面圖。本實施形態之X光攝像裝置1D之構成為具備固體攝像元件10、與遮蔽層20。攝像元件10之構成、及遮蔽層20之基本積層結構與圖2所示之X光攝像裝置1A相同。
本實施形態之X光攝像裝置1D中，在位於面向攝像元件10之右邊之區域內之遮蔽層20上，設置有未形成紫外光遮蔽層25及第2鋁層22而露出第1鋁層21之階差部(第1鋁層露出部)28。且，在該階差部28上，利用樹脂導通部30電性連接鋁層21、22，從而構成導通部23。根據如此之構成，亦可利用階差部28及樹脂導通部30導通鋁層21、22，從而適宜地防止第2鋁層22帶電。
如圖9之圖8所示之X光攝像裝置之變形例所示，遮蔽層20之階差部28及樹脂導通部30之構成具體而言可使用各種之構成。圖9(a)所示之構成中，在位於面向攝像元件10之右邊之區域、面向左邊之區域、面向上邊之區域、及面向下邊之區域內之遮蔽層20上，分別設置有階差部28，在該等之階差部28中，利用樹脂導通部30電性連接鋁層21、22，從而構成導通部23。又，圖9(b)所示之構成中，在位於上述之區域內之遮蔽層20上，設置有以包圍檢測部15的方式而一體化之階差部28，且在該階差部28中，利用樹脂導通部30電性連接鋁層21、22，從而構成導通部23。
本發明之X光攝像裝置並非限定於上述實施形態及構成例，亦可進行各種變形。例如，上述實施形態所採用之構成係於第1、第2鋁層21、22之間僅設置1層紫外光遮蔽層25，然而亦可採用於鋁層21、22之間設置包含紫外光遮蔽層25之複數層的構成。又，上述實施形態係將第2鋁層22作為遮蔽層20之最外層，然而亦可進一步於鋁層22之外側設置追加之層，將其設為最外層。
上述實施形態之X光攝像裝置所使用之構成為具備：(1)於其中一面側設置排列有檢測所入射之X光之複數個檢測像素的X光檢測部，且另一面成為X光入射面之背面入射型之固體攝像元件；及(2)設置於固體攝像元件之X光入射面上，且用於遮蔽波長長於成為檢測對象之X光之光的遮蔽層；且，(3)遮蔽層包含：直接設置於X光入射面上之第1鋁層；設置於第1鋁層上之第2鋁層；及設置於第1鋁層及第2鋁層之間且用於遮蔽紫外光之紫外光遮蔽層。
此處，設置於第1、第2鋁層之間之紫外光遮蔽層，具體而言，較佳為使用包含聚醯亞胺層之遮蔽層。根據將如此之聚醯亞胺用作材料之遮蔽層，可獲得對於入射至攝像元件之紫外光充分之遮蔽效果。
又，上述構成之遮蔽層中，較佳為第2鋁層為遮蔽層之最外層。藉此，可確實地抑制上述原子氧造成之遮蔽層(例如聚醯亞胺層)之侵蝕等。
又，較佳的是，對於上述構成之遮蔽層設置有電性連接第1鋁層與第2鋁層之導通部。藉此，可防止位於外側之第2鋁層帶電，從而使攝像元件安定地動作。
該情形下，較佳為上述導通部係相對於固體攝像元件而設置於除對應於X光檢測部之區域以外之區域內(從X光入射方向觀察，脫離X光檢測部之區域內)。藉此，可防止因在第1、第2鋁層之間形成導通部所導致之對於X光檢測部之紫外光遮蔽效果之降低。
產業上之可利用性
本發明可作為能夠適當地抑制X光檢測時雜訊光檢出之影響的X光攝像裝置而供利用。
1、1A、1B、1C、1D．．．X光攝像裝置
10．．．固體攝像元件(X光CCD)
11．．．表面
12．．．X光入射面
13．．．表面電極
15．．．X光檢測部
16．．．電荷傳送部
20．．．遮蔽層
21．．．第1鋁層
22．．．第2鋁層
23．．．導通部
25．．．紫外光遮蔽層(聚醯亞胺層)
26．．．開口部
27．．．樹脂導通部
28．．．階差部
29．．．導通金屬線
30．．．樹脂導通部
圖1係顯示X光攝像裝置之基本構成之立體圖。
圖2係顯示X光攝像裝置之第1實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。
圖3(a)、(b)係顯示圖2所示之X光攝像裝置之變形例之俯視圖。
圖4係顯示X光攝像裝置之第2實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。
圖5(a)、(b)係顯示圖4所示之X光攝像裝置之變形例之俯視圖。
圖6係顯示X光攝像裝置之第3實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。
圖7(a)、(b)係顯示圖6所示之X光攝像裝置之變形例之俯視圖。
圖8係顯示X光攝像裝置之第4實施形態之構成之(a)俯視圖、及(b)側視剖面圖。
圖9(a)、(b)係顯示圖8所示之X光攝像裝置之變形例之俯視圖。
1．．．X光攝像裝置
10．．．固體攝像元件(X光CCD)
11．．．表面
12．．．X光入射面
20．．．遮蔽層
21．．．第1鋁層
22．．．第2鋁層
23．．．導通部
25．．．紫外光遮蔽層

Claims (6)

  1. 一種X光攝像裝置，其特徵在於具備：背面入射型之固體攝像元件，其於其中一面側設置排列有檢測入射之X光之複數個檢測像素的X光檢測部，且另一面成為X光入射面；及遮蔽層，其設置於上述固體攝像元件之上述X光入射面上，且用於遮蔽波長長於成為檢測對象之X光之光；且，上述遮蔽層包含：直接設置於上述X光入射面上之第1鋁層；設置於上述第1鋁層上之第2鋁層；及設置於上述第1鋁層及上述第2鋁層之間，用於遮蔽紫外光之紫外光遮蔽層。
  2. 如請求項1之X光攝像裝置，其中上述紫外光遮蔽層包含聚醯亞胺層。
  3. 如請求項1之X光攝像裝置，其中上述第2鋁層為上述遮蔽層之最外層。
  4. 如請求項2之X光攝像裝置，其中上述第2鋁層為上述遮蔽層之最外層。
  5. 如請求項1至4中任一項之X光攝像裝置，其中設置有電性連接上述第1鋁層與上述第2鋁層之導通部。
  6. 如請求項5之X光攝像裝置，其中上述導通部係對於上述固體攝像元件而設置於除對應於上述X光檢測部之區域以外的區域內。
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