JP2006179980A - 撮像装置および撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレータ内で発光するシンチレーション光に対する撮像が高解像度で行える撮像装置と、この撮像装置を用いた撮像システムと、を提供すること。
【解決手段】入射したエネルギー線に応じてシンチレーション光を発光させるシンチレータ２１と、前記シンチレーション光による画像を撮像する第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０と、を備え、前記第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とは、各々の撮像部１１ｅが向き合うように配置され、かつ、シンチレータ２１は、二つの撮像部１１ｅの間に挟まれるとともに、これら二つの撮像部１１ｅに対し平面視で重なるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線などのエネルギー線に対する撮像を行う撮像装置と、この撮像装置を備えた撮像システムと、に関する。

電荷結合素子（以下、ＣＣＤという。）を用いた撮像装置は、優れたエネルギー分解能と位置分解能とを有する撮像装置である。ＣＣＤは、軟Ｘ線と称する比較的低いエネルギー帯域（０．１〜２０ｋｅＶ）のエネルギー線や可視光に対する検出効率に優れているが、シリコンを構成素材に用いているため、硬Ｘ線と称する比較的高いエネルギー帯域（２０〜１００ｋｅＶ）のエネルギー線に対する検出効率は極端に低い。このため、ＣＣＤを用いて硬Ｘ線を撮像しようとする場合、シンチレータなどを用いて、硬Ｘ線を、ＣＣＤで撮像可能なエネルギー帯域のシンチレーション光（例えば可視光線）に変換する必要がある。

特許文献１には、このように広いエネルギー帯域のＸ線を撮像するための技術が開示されている。ここで開示された撮像システム（半導体装置および放射線撮像システム）は、軟Ｘ線撮像用のＣＣＤと、硬Ｘ線撮像用のＣｓＩシンチレータとを共に備えた構成となっている。
特開２００１−７４８４５号公報

ところで、上記特許文献１に開示の放射線撮像システムは、ＣＣＤの撮像面がＣｓＩシンチレータの表面に光学接着剤を介して貼り付けられ、さらに、ＣｓＩシンチレータの表面のうち、このＣＣＤの撮像面とは反対側の面にアルミニウムなどの金属膜が反射用に貼り付けられたものとなっている。このＣｓＩシンチレータに硬Ｘ線が入射すると、全方位に（等方的に）シンチレーション光が放射されるが、ＣＣＤの撮像面とは反対側に放射されたシンチレーション光は上記金属膜によって反射され、撮像面側に集光されるようになっている。このように、金属膜を介して反射されたシンチレーション光は、シンチレータから直接入射するシンチレーション光に比べて、入射領域が広がった状態でＣＣＤの撮像面に入射する。このため、解像度が低下することとなる。

本発明の目的は、シンチレータ内で発光するシンチレーション光に対する撮像が高解像度で行える撮像装置と、この撮像装置を用いた撮像システムと、を提供することである。

本発明の撮像装置は、入射したエネルギー線に応じてシンチレーション光を発光させるシンチレータと、上記シンチレーション光による画像を撮像する第１撮像素子および第２撮像素子と、を備え、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子とは、各々の撮像面が互いに向き合って配置され、かつ、上記シンチレータは、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子の各撮像面の間に挟まれた状態で当該二つの撮像面に対し平面視で重なって配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１撮像素子の撮像面と第２撮像素子の撮像面とが互いに向き合って配置され、更に両撮像面の間にはシンチレータが挟まれた状態で配置されている。このため、シンチレータ内で発光するシンチレーション光のほとんど全てが、第１および第２撮像素子にて、金属膜などによる反射を経ずに直接撮像可能となるため、高い画像解像度が得られる。さらに、シンチレータ内で発光するシンチレーション光のほとんど全てが第１および第２撮像素子にて撮像されるため、エネルギー分解能の向上も図られる。

さらに、本発明では、入射したエネルギー線による画像を撮像する第３撮像素子をさらに備え、この第３撮像素子の撮像面が、上記第１撮像素子および上記第２撮像素子の各撮像面に平面視で重なるように配置されているのが好ましい。

これにより、第１および第２撮像素子による撮像が困難な比較的低いエネルギー帯域（例えば、軟Ｘ線）に属するエネルギー線が、第３撮像素子により直接撮像できるようになる。このため、より広いエネルギー帯域のエネルギー線が良好な解像度で撮像可能となる。例えば、硬Ｘ線による画像は、この硬Ｘ線によりシンチレータ内で発光されたシンチレーション光を介し、第１および第２撮像素子によって反射を経ずに直接撮像される。さらに、第１および第２撮像素子では撮像が困難な軟Ｘ線による画像は、第３撮像素子により直接撮像される。このため、軟Ｘ線から硬Ｘ線までの広いエネルギー帯域に属するＸ線が、良好な解像度で撮像可能となる。

さらに、本発明では、上記第１撮像素子または上記第２撮像素子は、平面視で前記撮像面が覆う領域が厚み方向に薄化されているのが好ましい。また、上記第３撮像素子は、平面視で前記撮像面が覆う領域が厚み方向に薄化されているのが好ましい。

したがって、上記のような厚み方向が薄化された撮像素子に対し、撮像面の反対側から入射したエネルギー線は、エネルギーが大きく減衰されることなく、この撮像面に到達可能となる。このため、比較的低いエネルギー帯域に属するエネルギー線（例えば軟Ｘ線）が、薄化された第１または第２撮像素子、あるいは、第３撮像素子の撮像面の反対側から入射した場合であっても、このエネルギー線は、良好な解像度を得るのに十分なエネルギーを保持した状態で撮像面に到達可能となる。ここで、比較的高いエネルギー帯域に属するエネルギー線（例えば硬Ｘ線）については、シンチレータに入射してシンチレーション光を発光させ、このシンチレーション光が第１および第２撮像素子により撮像される。このため、例えば、上述の薄化された第１または第２撮像素子の間にシンチレータが挟まれた構成のものを用いた場合、軟Ｘ線は、この薄化された第１または第２撮像素子によって撮像され、硬Ｘ線については、シンチレータに入射して発光されたシンチレーション光を介して第１および第２撮像素子により撮像されることとなる。また、例えば、特に薄化はされていない第１または第２撮像素子の間にシンチレータが挟まれたものと、上述の薄化された第３撮像素子と、を併せて用いた場合、軟Ｘ線は、この第３撮像素子により撮像され、硬Ｘ線については、シンチレータに入射して発光されたシンチレーション光を介して第１および第２撮像素子により撮像されることとなる。このように、本発明によれば、軟Ｘ線から硬Ｘ線までの広いエネルギー帯域に属するＸ線が、良好な解像度で撮像可能となる。

さらに、本発明では、上記シンチレータは、ＣｓＩ、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２およびＧｄ_２Ｏ_２Ｓのうち一または複数を含むのが好ましい。ＣｓＩ、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２あるいはＧｄ_２Ｏ_２Ｓは、何れも柱状結晶を成すため、シンチレータ内におけるシンチレーション光の発光箇所を高い精度で特定可能となる。さらに、シンチレーション光の発光量が多いため、高いエネルギー分解能が得られることとなる。

本発明の撮像システムは、上記の撮像装置と、この撮像装置が有する上記第１撮像素子と上記第２撮像素子とが上記シンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことを検知する検知手段と、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子とが上記シンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことが上記検知手段により検知されると、この撮像された二つの画像による画像信号を合成して出力する画像処理手段と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１および第２撮像素子は、シンチレータで発光されたシンチレーション光による画像を同タイミング（タイミングゲート等の所定の時間幅内を意味する。以下同様。）で撮像して、この撮像した画像の画像信号を出力し、検知手段は、前記第１および第２撮像素子が同タイミングで画像信号を出力したことを検知し、画像処理手段は、この検知結果に応じて、これら二つの画像信号を合成して出力する。したがって、シンチレーション光による画像信号であっても、良好な解像度を得るのに十分な信号レベルで出力されることとなる。このため、このようなシンチレーション光による画像信号が高いエネルギー分解能を有する高品質な状態で提供可能となる。

さらに、本発明では、上記検知手段は、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子とが基準レベル以上の画像信号を同タイミングで出力した場合を検知するのが好ましい。したがって、例えば、同期駆動によって駆動され、常に同タイミングで撮像が行われる第１および第２撮像素子を用いた場合であっても、出力される二つの画像信号が共に基準レベル以上の信号レベルを有しているもののみが画像処理手段により合成されて出力されることとなる。このため、基準レベルに満たない画像信号がノイズとして処理可能となり、より高品質な画像信号が提供できる。

本発明によれば、シンチレータ内で発光するシンチレーション光に対する撮像が高解像度で行える撮像装置と、この撮像装置を用いた撮像システムと、を提供できる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。図１は、本実施形態に係る撮像装置の断面構成を示す図である。以下、撮像対象となるＸ線などのエネルギー線の入射側（図１において下側）を裏面側、その反対側（図１において上側）を表面側という。

図１に示すように、本実施形態に係る撮像装置１は、第１ＣＣＤ部（第１撮像素子）１０、シンチレータ部２０および第２ＣＣＤ部（第２撮像素子）３０を有する。

まず、第１ＣＣＤ部１０の構成について説明する。第１ＣＣＤ部１０は、フルフレーム転送（ＦＦＴ）型のＣＣＤである。第１ＣＣＤ部１０は、半導体基板部１１と信号抽出部１２とが、裏面側から表面側に向けて積層されて成る。半導体基板部１１は、入射したエネルギー線を光電変換してキャリア電荷を生成する機能を有し、絶縁層１１ａ、ｐ^＋型半導体層１１ｂおよびｐ型エピタキシャル層１１ｃが、裏面側から表面側に向けて順次積層されて成る。

絶縁層１１ａは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、またはこれらが複合されたものであり、厚みが０．１μｍ程度となっている。ｐ^＋型半導体層１１ｂは、ボロンが高濃度にドーピングされたシリコン基板から成り、厚みが３００μｍ程度である。半導体基板部１１の裏面側にあるｐ^＋型半導体層１１ｂのうち、平面視で、後述する撮像部１１ｅにより覆われる領域には凹部１１ｄが形成され、厚み方向が薄化されている。凹部１１ｄの深さはｐ^＋型半導体層１１ｂとほぼ同じ深さである。ｐ^＋型半導体層１１ｂのうち、凹部１１ｄの形成領域の厚みは１μｍ程度であり、アキュムレーション層として機能する。このように、半導体基板部１１の裏面側（ｐ^＋型半導体層１１ｂ）には凹部１１ｄが形成され、薄化されているので、入射するエネルギー線のエネルギー減衰量は少ない。

ｐ型エピタキシャル層１１ｃは、ｐ^＋型半導体層１１ｂの表面側に積層されている。ｐ型エピタキシャル層１１ｃは、数ｋΩｃｍ程度の高抵抗を有し、厚みが５０〜１００μｍ程度である。空乏化されたｐ型エピタキシャル層１１ｃに、軟Ｘ線から可視光線までのエネルギー線が入射すると、ｐ型エピタキシャル層１１ｃ内でエネルギー線が光電変換され、このエネルギー線のエネルギーに比例した量のキャリア電荷が生成される。

また、ｐ型エピタキシャル層１１ｃには撮像部１１ｅが形成されている。この撮像部１１ｅは、平面視で、後述する転送電極１２ｄに対応する位置にある（換言すれば、平面視で撮像部１１ｅが覆う領域には転送電極１２ｄが含まれる。）。そして、この撮像部１１ｅ内では、転送電極１２ｄに印加される電圧によってポテンシャル井戸が形成されたり、または、ポテンシャル井戸の形状や位置が変化したりする。このように、転送電極１２ｄを介して撮像部１１ｅ内のポテンシャル井戸が制御されることにより、撮像部１１ｅで生成されたキャリア電荷が、ポテンシャル井戸に蓄積されたり、複数のポテンシャル井戸の間で転送（移動）されたりできる。この撮像部１１ｅの表面側は撮像面となっている。

信号抽出部１２は、撮像部１１ｅにて生成されたキャリア電荷から画像信号を抽出する機能を有し、絶縁層１２ａ，１２ｂおよび１２ｃが、裏面側から表面側に向けて順次積層されて成る。絶縁層１２ａは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、またはこれらが複合されたものであり、厚みが０．１μｍ程度となっている。絶縁層１２ｂは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、またはこれらが複合されたものであり、この絶縁層１２ｂ内には、ポリシリコンからなる複数の転送電極１２ｄが設けられている。特に、ｐ型エピタキシャル層１１ｃ内の撮像部１１ｅは、転送電極１２ｄに印加される電圧によって、ポテンシャル井戸が制御される。また、絶縁層１２ｃは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、またはこれらが複合されたものであり、厚みが０．１μｍ程度となっている。

次に、図２を参照しながら第１ＣＣＤ部１０の詳細構成について説明する。図２は、本実施形態に係る撮像装置の概略平面図である。

絶縁層１２ｂには、垂直シフトレジスタＡ１、水平シフトレジスタＡ２、入力部Ａ３および出力部Ａ４が設けられている。そして、絶縁層１２ｂの表面側の端部には複数のパッド電極Ａ５が設けられている。垂直シフトレジスタＡ１、水平シフトレジスタＡ２、入力部Ａ３および出力部Ａ４は、図示しない配線を介して、それぞれ対応するパッド電極Ａ５と電気的に接続されている。

垂直シフトレジスタＡ１は、複数の転送電極１２ｄが２次元的なマトリクス状に配置されたものであり、水平シフトレジスタＡ２は、複数の転送電極１２ｄが１次元的に配置されたものである。そして、垂直シフトレジスタＡ１と水平シフトレジスタＡ２とを介して、ｐ型エピタキシャル層１１ｃの撮像部１１ｅ内に種々のポテンシャル井戸が形成される。

このような種々のポテンシャル井戸によって、撮像部１１ｅ内に、撮像エリアＢ１、オプティカルブラックエリアＢ２およびアイソレーションエリアＢ３が形成される。撮像エリアＢ１は、入射したエネルギー線に応じてキャリア電荷が発生する領域となっている。オプティカルブラックエリアＢ２は、撮像エリアＢ１を取り囲むように形成され、エネルギー線が入射しない領域となっている。アイソレーションエリアＢ３は、撮像エリアＢ１とオプティカルブラックエリアＢ２との間に配置され、撮像エリアＢ１とオプティカルブラックエリアＢ２とを電気的に分離するための領域となっている。オプティカルブラックエリアＢ２およびアイソレーションエリアＢ３は、暗電流のレファレンスなどとして利用可能であるが、本実施形態では必ずしも必要ではない。

入力部Ａ３は、垂直シフトレジスタＡ１と水平シフトレジスタＡ２とに対して、放射線によるＣＣＤの電荷転送効率の劣化を低減するためのバイアスチャージとして信号電荷を入力する。この信号電荷は、パッド電極Ａ５を介して外部から入力される。撮像部１１ｅ内のポテンシャル井戸に蓄積されたキャリア電荷は、ポテンシャル井戸が制御されることによって、出力部Ａ４に向けて順次転送される。出力部Ａ４は、上記のように転送されたキャリア電荷を抽出し、この抽出したキャリア電荷を電圧に変換して増幅し、画像信号としてパッド電極Ａ５を介して外部に出力する。パッド電極Ａ５は、垂直シフトレジスタＡ１、水平シフトレジスタＡ２および入力部Ａ３などに対し、外部からのクロック信号などの各種電気信号を供給したり、撮像部１１ｅからキャリア電荷を抽出したりする。なお、パッド電極Ａ５にボンディングワイヤ（図示せず）が取り付けられていれば、パッド電極Ａ５は、ボンディングワイヤを介して外部基板などと電気的に接続可能となる。

図１に戻ってシンチレータ部２０について説明する。シンチレータ部２０は、ＣｓＩシンチレータであり、平面視で第１ＣＣＤ部１０の撮像部１１ｅを覆うように形成されたものとなっている。シンチレータ部２０は、シンチレータ２１と保護膜２２とを含む。シンチレータ２１は、硬Ｘ線であるエネルギー線を、撮像部１１ｅが感度を有するエネルギー帯域のシンチレーション光（５５０ｎｍの波長帯域の可視光線）に変換する。シンチレータ２１の厚さは１００〜５００μｍ程度となっている。シンチレータ２１の表面側には、保護膜２２がコーティングされている。保護膜２２は、ポリパラキシリレンからなる有機膜で構成されている。この有機膜は２０μｍ以下の厚みを有し、シンチレータ２１が空気に触れるのを防止するとともに、潮解性による発光効率の劣化を防ぐためのものである。

上記したシンチレータ部２０の表面側には、第２ＣＣＤ部３０の裏面側が光学接着剤によって固着されている。この光学接着剤は、少なくとも、シンチレータ２１が発光するシンチレーション光を透過する。

第２ＣＣＤ部３０は、上述した第１ＣＣＤ部１０とほぼ同様の構成となっているが、以下の二つの点で第１ＣＣＤ部１０と異なったものとなっている。まず、第２ＣＣＤ部３０は、絶縁層１２ｃ、絶縁層１２ｂ、絶縁層１２ａ、ｐ型エピタキシャル層１１ｃ、ｐ^＋型半導体層１１ｂおよび絶縁層１１ａが、裏面側から表面側に向けて順次積層されている、という点で第１ＣＣＤ部１０とは異なっている。そして、第２ＣＣＤ部３０の絶縁層１２ｃが、シンチレータ部２０の表面側、すなわち、シンチレータ部２０の保護膜２２に光学接着剤を介して固着されている。さらに、第２ＣＣＤ部３０は、凹部１１ｄがｐ^＋型半導体層１１ｂに形成されていない、という点でも、第１ＣＣＤ部１０とは異なっている。この場合、第２ＣＣＤ部３０には凹部１１ｄが形成されていないため、第２ＣＣＤ部３０のｐ^＋型半導体層１１ｂの方が、第１ＣＣＤ部１０のｐ^＋型半導体層１１ｂよりも積層方向に厚くなっている。したがって、第２ＣＣＤ部３０の表面側から入射する軟Ｘ線は、第２ＣＣＤ部３０のｐ^＋型半導体層１１ｂおよびｐ型エピタキシャル層１１ｃにて大きく減衰するため、この方向から入射する軟Ｘ線に対する感度は低いものとなる。

このように、第１ＣＣＤ部１０、シンチレータ部２０および第２ＣＣＤ部３０は、第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０の各撮像部１１ｅが、シンチレータ２１を挟んだ状態で互いに平面視で重なり合うように、裏面側から表面側に向かって順次積層されて成る。これにより、シンチレータ２１で発光するシンチレーション光のうち、裏面側に向かうシンチレーション光は、第１ＣＣＤ部１０の撮像部１１ｅによって撮像され、表面側に向かうシンチレーション光は、第２ＣＣＤ部３０の撮像部１１ｅによって撮像されることとなる。

次に、図３を参照して、撮像装置１ａの動作を説明する。まず、図３（ａ）を参照して説明する。第１ＣＣＤ部１０が有するｐ型エピタキシャル層１１ｃの撮像部１１ｅは軟Ｘ線に対する感度が高い。このため、第１ＣＣＤ部１０の裏面側から軟Ｘ線が入射する場合には、この軟Ｘ線は、空乏化したｐ型エピタキシャル層１１ｃの撮像部１１ｅにて光電変換される。そして、この入射した軟Ｘ線のエネルギーに応じた（比例した）量のキャリア電荷が撮像部１１ｅにて生成される。この際、上述のような光電変換により生成されたキャリア電荷は、撮像部１１ｅ内で形成されたポテンシャル井戸の各々に蓄積される。

次に、図３（ｂ）を参照して説明する。第１ＣＣＤ部１０が有するｐ型エピタキシャル層１１ｃの撮像部１１ｅは硬Ｘ線に対する感度が低い。このため、第１ＣＣＤ部１０の裏面側から硬Ｘ線が入射する場合には、この硬Ｘ線は、第１ＣＣＤ部１０を透過してシンチレータ２１に入射することとなる。硬Ｘ線がシンチレータ２１に入射すると、シンチレータ２１でシンチレーション光が発光し、全方位に放射される。この全方位に放射されたシンチレーション光のうち、一部は、第１ＣＣＤ部１０へ向かって第１ＣＣＤ部１０の撮像部１１ｅに入射し、そして、他の一部は、第２ＣＣＤ部３０に向かって第２ＣＣＤ部３０の撮像部１１ｅに入射する。これにより、シンチレータ２１内で発光するシンチレーション光のうち、裏面側に向かうシンチレーション光は第１ＣＣＤ部１０の撮像部１１ｅによって撮像され、表面側に向かうシンチレーション光は第２ＣＣＤ部３０の撮像部１１ｅによって撮像されることとなる。したがって、シンチレータ２１内で発光し、全方位に放射されたシンチレーション光のほとんど全てが第１ＣＣＤ部１０または第２ＣＣＤ部３０の何れかによって撮像されることとなる。

＜撮像システム＞
次に、図４を参照して、上記した撮像装置１ａを用いて、硬Ｘ線や軟Ｘ線による画像を撮像するための撮像システム１について説明する。

撮像システム１は、上述の撮像装置１ａと、検知手段４０と、画像処理手段５０とを有する。さらに、撮像システム１は、撮像装置１ａを駆動するための駆動回路（図示せず）を有する。そして、撮像装置１ａは、上述のように第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とを含む。第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから出力される各画像信号は、共に、検知手段４０と画像処理手段５０とに入力される。

検知手段４０は、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とが同タイミングで画像信号を出力したことを検知すると（この場合の画像信号は所定の信号レベル以上の画像信号である。以下同様。）、この検知結果を示す信号を画像処理手段５０に出力する。

ここで、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とが同タイミングで出力する画像信号は、共に、硬Ｘ線の入射によりシンチレータ部２０内で発光したシンチレーション光による画像であり、第１ＣＣＤ部１０のみにより出力された画像信号は、軟Ｘ線による画像である。すなわち、検知手段４０は、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とがシンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことを検知するものである。

画像処理手段５０は、検知手段４０から出力された上記検知結果に応じて、第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０から出力された画像信号を画像処理して出力する。すなわち、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とが同タイミングで画像信号を出力した場合（検知手段４０から上記検知結果を示す信号が入力された場合）、画像処理手段５０は、この二つの画像信号を合成して出力する。一方、第１ＣＣＤ部１０のみが画像信号を出力した場合（検知手段４０から上記検知結果を示す信号が入力されない場合）には、画像処理手段５０は、この画像信号のみを出力する。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置１ａは、第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０の各撮像部１１ｅがシンチレータ２１を挟んだ状態で互いに向き合うように配置され、かつ、シンチレータ２１は、これら撮像部１１ｅに対し平面視で重なり合うように配置される。これにより、シンチレータ２１内で発光するシンチレーション光のうち、裏面側に向かうシンチレーション光は、第１ＣＣＤ部１０によって撮像され、表面側に向かうシンチレーション光は、第２ＣＣＤ部３０によって撮像されることとなる。このため、解像度の低下を招く虞のある集光用の金属膜を用いることなく、シンチレータ２１内で発光するシンチレーション光のほとんど全てが、反射を経ずに第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０にて直接撮像可能となる。したがって、解像度を低下させることなく、シンチレーション光に対する撮像が可能となる。

また、第１ＣＣＤ部１０では、半導体基板部１１のうち撮像部１１ｅが覆う厚み方向に広がる領域は、凹部１１ｄが設けられているため薄化されている。このため、軟Ｘ線が反射を経ずに撮像部１１ｅにて直接撮像可能となる。このため、解像度を低下させることなく、第１ＣＣＤ部１０だけを用いて軟Ｘ線に対する撮像が可能となる。すなわち、本実施形態に係る撮像装置１ａによれば、解像度を低下させることなく、軟Ｘ線から硬Ｘ線に至る０．１〜１００ｋｅＶの広いエネルギー帯域に属するＸ線に対する撮像が可能となる。

また、シンチレータ部２０には、柱状結晶によるＣｓＩが用いられている。このため、発光位置に対する高い決定精度が実現できるとともに、発光量も多いので高いエネルギー分解能が実現できる。

さらに、本実施形態に係る撮像システム１によれば、検知手段４０は、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから同タイミングで画像信号（硬Ｘ線による画像信号）が出力されたこと、すなわち、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とがシンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことを検知し、この検知結果を示す信号を画像処理手段５０に出力する。そして、画像処理手段５０は、この検知結果に応じて、硬Ｘ線による画像信号が出力された場合には、この二つの画像信号を合成して出力し、第１ＣＣＤ部１０のみから画像信号が出力された場合、すなわち、軟Ｘ線による画像信号が出力された場合には、この画像信号のみを出力する。

＜変形例＞
なお、本発明は、本実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、シンチレータ２１は、光学接着剤を介して第１ＣＣＤ部１０の絶縁層１２ｃに直接貼り付けられたものとしているが、これに限らず、第２ＣＣＤ部３０の絶縁層１２ｃに光学接着剤を介して直接張り付けられたものとしても良い。

また、第１ＣＣＤ部１０およびシンチレータ部２０は、何れもＦＦＴ型のＣＣＤとしたが、これに限らず、インターライン型など他の転送型のＣＣＤであっても良い。

また、撮像システム１では半導体基板部１１をｐ型としているが、これに限らず、ｎ型であっても良い。この場合、ｎ型半導体の方が不純物濃度を低くできるため、ｐ型半導体を用いた場合よりも空乏層をさらに厚くすることが可能となる。このため、凹部１１ｄを設けて半導体基板部１１内を部分的に薄化する必要が無くなるため、凹部１１ｄを形成する工程が不要となる。

また、撮像システム１は、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２（以下「ＢＧＯ」という。）を含んだシンチレータ２１が用いられたものであっても良い。この場合、ＢＧＯに限らず、他の物質を含んだものであってもよいが、ＢＧＯの重量含有率は９５〜１００％であることが好ましい。ＢＧＯはＣｓＩと同様に柱状結晶を成すため、シンチレータ２１内におけるＸ線入射位置が高精度で特定できる。また、ＢＧＯを含んだシンチレータ２１は発光量が多いため、高いエネルギー分解能が得られる。ところで、撮像装置は、一般に熱雑音を抑制するため冷却して用いる場合が多い。しかし、ＢＧＯは、マイナス１００℃程度に冷却されても発光量は依然多く、このため、撮像装置１を冷却して用いる場合であっても、ＢＧＯを含んだシンチレータ２１を用いれば、高いエネルギー分解能が得られる。

また、撮像システム１は、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓを含んだシンチレータ２１が用いられたものであっても良い。Ｇｄ_２Ｏ_２ＳもまたＣｓＩと同様に柱状結晶を成すため、シンチレータ２１内におけるＸ線入射位置が高精度で特定できる。さらに、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓを含んだシンチレータ２１は発光量が多いため、高いエネルギー分解能が得られる。

また、本発明に係る撮像システムは、図５に示すような撮像システム１であってもよい。ここで、図５に示す撮像システム１は、検知手段４０と画像処理手段５０とを備え、検知手段４０は、二つの信号レベル判別回路４１と、ＡＮＤ回路４２とを有する。そして、図５に示す撮像装置１ａは、同一の読み出し信号で動作（同期駆動）する第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とを含む。

第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから出力される各画像信号は、信号レベル判別回路４１にそれぞれ入力される。各信号レベル判別回路４１では、入力された画像信号の信号レベルが、所定の基準レベルＶｒｅｆ以上であるか否かを判別し、入力画像信号がこの基準レベルＶｒｅｆ以上の信号レベルを有する場合には、この画像信号をＡＮＤ回路４２と画像処理手段５０とに出力する。

ＡＮＤ回路４２は、基準レベルＶｒｅｆ以上の信号レベルを有する画像信号が、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから同タイミングで出力されたことを検知する。そしてＡＮＤ回路４２は、この検知結果を示す信号を画像処理手段５０に出力する。

ここで、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから同タイミングで出力された画像信号は、共に、硬Ｘ線の入射によりシンチレータ部２０内で発光したシンチレーション光による画像であり、また、第１ＣＣＤ部１０のみにより出力された画像信号は、軟Ｘ線による画像である。すなわち、ＡＮＤ回路４２は、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とが、シンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことを検知するものである。

画像処理手段５０は、ＡＮＤ回路４２から出力された上記検知結果に応じて、第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０から出力された画像信号を画像処理して出力する。すなわち、基準レベルＶｒｅｆ以上の信号レベルを有する画像信号が、第１ＣＣＤ部１０と第２ＣＣＤ部３０とから同タイミングで出力された場合（ＡＮＤ回路４２から上記検知結果を示す信号が入力された場合）、画像処理手段５０は、この二つの画像信号を合成して出力する。一方、第１ＣＣＤ部１０のみから基準レベルＶｒｅｆ以上の信号レベルを有する画像信号が出力された場合（ＡＮＤ回路４２から上記検知結果を示す信号が入力されない場合）には、画像処理手段５０は、この画像信号のみを出力する。

したがって、第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０が同期駆動によって駆動され、常に同タイミングで撮像が行われるものであっても、出力される二つの画像信号が共に基準レベルＶｒｅｆ以上の信号レベルを有しているもののみが画像処理手段５０により合成されて出力されることとなる。このため、基準レベルＶｒｅｆに満たない画像信号がノイズとして処理可能となり、高品質な画像信号が提供できる。

さらに、本発明に係る撮像装置は、上述した撮像装置１ａに限らず、図６または図７の何れかに示すものであっても良い。図６に示す構成の撮像装置１ｂは、図１に示す撮像装置１ａの第１ＣＣＤ部１０に凹部１１ｄが形成されていないものとなっている。換言すれば、この撮像装置１ｂは、第１ＣＣＤ部１０に替えて第２ＣＣＤ部３０が用いられたものとなっている。すなわち、この撮像装置１ｂは、二つの第２ＣＣＤ部３０（図６に示す構成の場合、二つの第２ＣＣＤ部３０の各々が、それぞれ第１撮像素子と第２撮像素子とに対応する。）を有する。そして、これら二つの第２ＣＣＤ部３０は、互いの撮像部１１ｅがシンチレータ部２０を挟んだ状態で向き合っているとともに、平面視で相互に重なり合っている。

上記のような構成の撮像装置１ｂは、エネルギー線が軟Ｘ線の場合、撮像部１１ｅに到達するまでにエネルギーが大きく減衰してしまうため、軟Ｘ線に対する撮像は困難なものとなる。しかし、エネルギー線が硬Ｘ線の場合には、上述した撮像装置１ａの場合と同様に、シンチレーション光を介し高解像度で硬Ｘ線に対する撮像が可能となる。すなわち、解像度の低下を招く虞のある集光用の金属膜を用いることなく、シンチレータ２１で発光するシンチレーション光のほとんど全てが、反射を経ずに第１ＣＣＤ部１０および第２ＣＣＤ部３０にて直接撮像可能となる。このため、解像度を低下させることなく、シンチレーション光、すなわち、シンチレータ２１に硬Ｘ線が入射することにより発光したシンチレーション光による画像の撮像が可能となる。

また、図７に示す構成の撮像装置１ｃは、図６に示す撮像装置１ｂの裏面側に第１ＣＣＤ部１０（図７に示す構成の場合、この第１ＣＣＤ部１０が第３撮像素子に対応する。）がさらに配置された構成となっている。この撮像装置１ｃは、図６に示す撮像装置１ｂと同様に、エネルギー線が硬Ｘ線の場合には、シンチレーション光を介し高解像度で硬Ｘ線に対する撮像が可能である。さらに、撮像装置１ｃでは、裏面側に配置された第１ＣＣＤ部１０によって軟Ｘ線に対する撮像が可能となるので、エネルギー線が軟Ｘ線の場合であっても、高い解像度で撮像が可能となる。

実施形態に係る撮像装置の断面構成を示す図である。 実施形態に係る撮像装置のＣＣＤ部の概略平面図である。 実施形態に係る撮像装置における撮像の様子を説明するための図である。 実施形態に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。 他の撮像システムの構成を示すブロック図である。 他の撮像装置の断面構成を示す図である。 他の撮像装置の断面構成を示す図である。

符号の説明

１…撮像システム、１ａ，１ｂ，１ｃ…撮像装置、１０…第１ＣＣＤ部、１１…半導体基板部、１１ｅ…撮像部、１１ａ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…絶縁層、１１ｃ…ｐ型エピタキシャル層、１１ｄ…凹部、１１ｂ…ｐ^＋型半導体層、１２…信号抽出部、１２ｄ…転送電極、２０…シンチレータ部、２１…シンチレータ、２２…保護膜、３０…第２ＣＣＤ部、４０…検知手段、４１…信号レベル判別回路、４２…ＡＮＤ回路、５０…画像処理手段、Ａ１…垂直シフトレジスタ、Ａ２…水平シフトレジスタ、Ａ３…入力部、Ａ４…出力部、Ａ５…パッド電極、Ｂ１…撮像エリア、Ｂ２…オプティカルブラックエリア、Ｂ３…アイソレーションエリア。

Claims (7)

1. 入射したエネルギー線に応じてシンチレーション光を発光させるシンチレータと、
   前記シンチレーション光による画像を撮像する第１撮像素子および第２撮像素子と、
   を備え、
   前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とは、各々の撮像面が互いに向き合って配置され、かつ、前記シンチレータは、前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の各撮像面の間に挟まれた状態で当該二つの撮像面に対し平面視で重なって配置されている、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１撮像素子または前記第２撮像素子は、平面視で前記撮像面が覆う領域が厚み方向に薄化されている、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 入射したエネルギー線による画像を撮像する第３撮像素子をさらに備え、該第３撮像素子の撮像面が、前記第１撮像素子および前記第２撮像素子の各撮像面に平面視で重なるように配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記第３撮像素子は、平面視で前記撮像面が覆う領域が厚み方向に薄化されている、ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記シンチレータは、ＣｓＩ、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２およびＧｄ_２Ｏ_２Ｓのうち一または複数を含む、ことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の撮像装置。
6. 請求項１〜５のうち何れか一項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置が有する前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とが前記シンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことを検知する検知手段と、
   前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とが前記シンチレーション光による画像を同タイミングで撮像したことが前記検知手段により検知されると、当該撮像された二つの画像による画像信号を合成して出力する画像処理手段と、
   を備える、ことを特徴とする撮像システム。
7. 前記検知手段は、前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とが基準レベル以上の画像信号を同タイミングで出力した場合を検知する、ことを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。

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