JP4005704B2 - Ｘ線パネルセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線イメージを撮像するＸ線パネルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線パネルセンサは、特開平９−２８８１８４号公報に記載されている。このセンサは、半導体イメージセンサをシンチレータの下に設けてＸ線検出を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＸ線パネルセンサにおいては、配線基板上に設けられた半導体イメージセンサにおいて良質な画像を得るには不十分であった。本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、従来に比して更に良質の画像を得ることができるＸ線パネルセンサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＸ線パネルセンサは、蓋部材が設けられた筐体内部に配置された配線基板上に固定され、Ｘ線を遮蔽する金属で作製され、矩形状の開口を有し、配線基板側の面が配線基板の表面との間に所定の隙間を与える凹領域を有する枠体と、枠体の開口の内縁にその外縁が接着剤を介して接着されたファイバオプティカルプレートと、ファイバオプティカルプレートの一方の表面に設けられ入射したＸ線を蛍光に変換するシンチレータと、ファイバオプティカルプレートの他方の表面に対向して配線基板上に設けられた半導体イメージセンサと、を備えることを特徴とする。
【０００５】
本発明のＸ線パネルセンサによれば、半導体イメージセンサと入射Ｘ線を蛍光に変換するシンチレータとの間に分解能を向上させるためのファイバオプティカルプレートを介在させる。このファイバオプティカルプレートは、枠体の内縁にその外縁が接着される。もちろん、ファイバオプティカルプレートを半導体イメージセンサの受光面に接着することも可能であるが、接着剤の内部に気泡が混入するような場合には半導体イメージセンサによって良質な画像を得ることができない。このような気泡の混入を抑制するためには、半導体イメージセンサの受光面積を縮小化すればよいが、この受光面積の低下はイメージサイズの低下を招く。
【０００６】
本発明のＸ線パネルセンサによれば、枠体の内縁にファイバオプティカルプレートの外縁が接着されているので、枠体によりファイバオプティカルプレートが位置決めされるとともに、この部位が接着されることにより、半導体イメージセンサとファイバオプティカルプレートとの間の気泡混入による画質の劣化を抑制し、以て受光面積の大型化を達成して良質な画像を得ることができる。但し、本発明はファイバオプティカルプレートと半導体イメージセンサの間に例えば光学的マッチングオイルなどの媒体が介在することを排除するものではない。
【０００７】
また、本発明のＸ線パネルセンサは、半導体イメージセンサの出力を増幅する増幅素子を更に備えることが好ましい。また、増幅素子は配線基板上に設けられていることが好ましく、この場合、半導体イメージセンサと増幅素子とを近接させることができ、これらの接続配線に重畳されるノイズを低減させ、良質な画像を得ることができる。
【０００８】
上記のように増幅素子を近接させた場合においても、入射Ｘ線の影響は撮像時に低減されることが望ましい。そこで、上記枠体は、Ｘ線を遮蔽する金属で作製されており、増幅素子は金属によってＸ線の入射が遮蔽される位置に設けられていることが望ましい。このような場合には、増幅素子は枠体によってＸ線の影響が抑制されるので、本Ｘ線パネルセンサにおいては、更に良質な画像を得ることができる。
【０００９】
また、このようなＸ線遮蔽を効率的に達成するために、枠体の配線基板側の面は、配線基板の表面との間に所定の隙間を与える凹領域を有しており、増幅素子は前記隙間に配置されていることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るＸ線パネルセンサについて説明する。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ものとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１はＸ線パネルセンサの平面図であり、図２は図１に示したＸ線パネルセンサのＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【００１２】
本Ｘ線パネルセンサは、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕからなる配線が形成された配線基板１上に固定された枠体２と、枠体２の内縁にその外縁が接着され、鉛をシリカガラス中に含むファイバオプティカルプレート３と、ファイバオプティカルプレート３の一方の表面に設けられ入射したＸ線を蛍光に変換するシンチレータ（蛍光体）４と、ファイバオプティカルプレート３の他方の表面に対向して配線基板１上に設けられた半導体イメージセンサ５（ＭＯＳ型イメージセンサ）とを備えている。枠体２は、その内縁でファイバオプティカルプレート３を固定するために、ファイバオプティカルプレート３と略同じ、若しくは若干大きな面積を有する矩形状の開口を有している。また、ファイバオプティカルプレート３の光軸はＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面に垂直である。
【００１３】
上記部材は鉄製の筐体６内部に配置され、筐体６の上面にはＸ線入射領域を規定する矩形開口を有する蓋部材７が設けられ、この蓋部材７にはＸ線入射領域に設けられた窓材８が内面側から固定されている。すなわち、蓋部材７はＸ線を遮蔽する厚さ約１ｍｍの金属（Ｆｅ）から形成され、窓材８はＸ線を透過させる厚さ約０．５ｍｍの樹脂（ポリカーボネイト）から形成されている。
【００１４】
ＭＯＳ型イメージセンサ５は、２次元状に配置された複数のフォトダイオードと、光の入射に応答してそれぞれのフォトダイオードで発生した電荷の読み出しを制御するための複数のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とを備えている。配線基板１上にはＭＯＳＦＥＴの駆動制御を行うためのシフトレジスタ９と、ＭＯＳ型イメージセンサ５の出力を増幅する増幅素子（アンプアレイ）１０がベアチップの状態で設けられている。ここで、ＭＯＳ型イメージセンサ５、シフトレジスタ９、アンプアレイ１０と配線基板１との間には導電性フィラーを含む熱硬化性樹脂（エポキシ系樹脂）が介在しており、これらは配線基板１上の配線と電気的に接続されると同時に物理的に固定されている。
【００１５】
配線基板１は、Ａｌからなる複数のスペーサ１１，１２及び信号処理基板１３上から上方に立設したコネクタ１６を介して信号処理基板１３に固定されている。信号処理基板１３はＡｌからなる複数のスペーサ１４，１５を介して筐体６の底面に固定されている。コネクタ１６は、配線基板１と信号処理基板１３とを電気的に接続するものである。なお、装置全体の小型化のために、ＭＯＳイメージセンサ５は、その１つの角部が配線基板１の角部の近傍に位置するように配置されている。したがって、この位置には、ネジ止めの必要なスペーサを設けることはできないため、この位置において配線基板１と信号処理基板１３との間に介在するスペーサ１１は、ブロック形状とした。
【００１６】
信号処理基板１３の一方面上には、アンプアレイ１０から出力された映像信号に所定の演算処理を行う演算処理回路１７ａ，１７ｂ、演算処理回路１７ａ，１７ｂの出力を増幅する増幅器１８ａ，１８ｂ、及び増幅器１８ａ，１８ｂの出力を２分の１周期ずらして合成するマルチプレクサ１９が設けられている。
【００１７】
信号処理基板１３の他方面には、シフトレジスタ９及びアンプアレイ１０に信号の読み出しタイミング及び信号増幅タイミングをそれぞれ与え、これらから構成される駆動信号を発生するタイミングパルス発生回路２０、及びタイミングパルス発生回路２０の基準クロックを生成する発振器２１が設けられている。
【００１８】
マルチプレクサ１９から出力された映像信号は、映像信号出力端子２４から出力される。なお、筐体６には、この他にタイミングパルス発生回路２０駆動のためのトリガ信号を装置内部で発生するか、外部で発生するかを切り換える切換スイッチ２６、外部からトリガ信号を入力する場合の外部トリガ信号入力端子２５、タイミングパルス発生回路２０から出力された同期信号を出力する同期信号出力端子２３、及び装置全体に電源を供給するための電源コネクタ２２が設けられている。なお、信号処理基板１３は、金属配線１３ａ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｇ及びガラス繊維を含む絶縁性薄膜１３ｂ，１３ｄ，１３ｆとが交互に積層されてなる４層配線基板である。露出した金属配線１３ａ及び１３ｇは、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕからなり、内部の金属配線１３ｃ，１３ｅはＣｕからなる。この中で、信号処理基板１３の上面側に形成された回路に最も近い内部金属配線１３ｃは、信号処理基板１３の上面側に形成された回路のグランド電位に接続されており、信号処理基板１３の裏面側に形成された回路に最も近い内部金属配線１３ｅは、信号処理基板１３の裏面側に形成された回路のグランド電位に接続されている。また、これらの内部金属配線１３ｃ，１３ｅは、一カ所のみで電気的に接続されている。
【００１９】
信号処理基板１３へのＸ線の入射を抑制するために、配線基板１と信号処理基板１３との間には段部を有する遮蔽板２７が介在し、遮蔽板２７の上段部はスペーサ２８によって、下段部はスペーサ２９によって信号処理基板１３に固定されている。遮蔽板２７は、表面にＮｉメッキが施された真鍮からなり、グランド電位に接続されている。
【００２０】
本実施の形態に係るＸ線パネルセンサによれば、窓材８を介してセンサ内にＸ線が入射すると、シンチレータ４がＸ線の入射に応答して蛍光発光する。この蛍光は、複数の光ファイバの集合体であるファイバオプティカルプレート３内を、隣接光ファイバ間を通過する光と混合することなく、その光軸方向に沿って伝搬し、ＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面に入射する。ＭＯＳ型イメージセンサ５から出力された信号は、アンプアレイ１０に入力されることによって増幅され、コネクタ１６を介して信号処理基板１０上の回路に入力され、映像信号出力端子２４から出力される。本実施の形態に係るＸ線パネルセンサは、上述の如く、枠体２を具備している。
【００２１】
図３は、図１に示したＸ線パネルセンサの上面側部分のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。枠体２の下面は、配線基板１との間に隙間を与える凹領域が設けられており、この隙間にアンプアレイ１０が設けられている。アンプアレイ１０は、ＭＯＳ型イメージセンサ５の出力を増幅するものであり、これらはそれぞれの上に設けられたパッドを介してボンディングワイヤ３１で接続されている。なお、パッドは、当該隙間の中に位置する。枠体２は当該隙間を具備するので、ボンディングワイヤ３１は枠体２によって押さえつけられることなく、外部からの物理的応力から保護されている。枠体２の内縁はファイバオプティカルプレート３の外縁に接着剤３０を介して接着／固定されている。したがって、ファイバオプティカルプレート３が当該隙間を密閉し、これへの塵の混入を抑制している。
【００２２】
なお、シフトレジスタ９も同様に枠体２の隙間内に設けられており、アンプアレイ１０と同様に保護されている。更に、配線基板１を透過するＸ線が低減されるように、基板裏面側にはＣｕ／Ｎｉ／Ａｕからなる遮蔽膜３２が形成されている。
【００２３】
Ｘ線パネルセンサにおいては、ファイバオプティカルプレート３をＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面に接着することで固定することも可能であるが、このような場合、接着剤の内部に気泡が混入する場合がある。気泡部分はシェーディングを引き起こすので、この際には良質な画像を得ることができない。このような気泡の混入は、ＭＯＳ型イメージセンサ５の受光面積を縮小化することにより低減することができるが、この受光面積の低下はイメージサイズの低下を招く。
【００２４】
本実施の形態のＸ線パネルセンサによれば、枠体２の内縁にファイバオプティカルプレート３の外縁が接着されているので、枠体２によりファイバオプティカルプレート３が位置決めされるとともに、この部位が接着されることにより、ＭＯＳ型イメージセンサ５とファイバオプティカルプレート３との間の気泡混入による画質の劣化を抑制し、以て受光面積の大型化を達成して良質な画像を得ることができ、更に歩留まりも向上させることができる。但し、ファイバオプティカルプレート３とＭＯＳ型イメージセンサ５の間に例えば光学的マッチングオイルなどの媒体が介在してもよい。
【００２５】
また、本実施の形態に係るＸ線パネルセンサは、配線基板１上に設けられＭＯＳ型イメージセンサ５の出力を増幅するアンプアレイ１０を備えている。アンプアレイ１０は配線基板１上に設けられているので、ＭＯＳ型イメージセンサ５とアンプアレイ１０とを近接させることができ、これらの接続配線に重畳されるノイズを低減させ、良質な画像を得ることができる。
【００２６】
アンプアレイ１０を近接させた場合においても、入射Ｘ線の影響は撮像時に低減されることが望ましい。そこで、枠体２は、Ｘ線を遮蔽する金属（Ａｌ又は更に原子量の大きな金属）で作製されることとし、アンプアレイ１０は金属によってＸ線の入射が遮蔽される位置に設けられている。この場合には、アンプアレイ１０は枠体２によってＸ線の影響が抑制されるので、本Ｘ線パネルセンサにおいては、更に良質な画像を得ることができる。
【００２７】
また、本実施の形態に係るＸ線パネルセンサにおいては、このようなＸ線遮蔽を効率的に達成するために、枠体２の配線基板１側の面は、配線基板１の表面との間に所定の隙間を与える凹領域を有しており、アンプアレイ１０はこの隙間に配置されている。
【００２８】
以上、説明したように、本実施の形態に係るＸ線パネルセンサは、良質の画像を得ることができるので、医療機器や宇宙観測機器等の高性能測定機器に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るＸ線パネルセンサによれば、枠体を用いることにより従来に比して更に良質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線パネルセンサの平面図。
【図２】図１に示したＸ線パネルセンサのＩＩ−ＩＩ矢印断面図。
【図３】図１に示したＸ線パネルセンサの上面側部分のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図。
【符号の説明】
１…配線基板、２…枠体、３…ファイバオプティカルプレート、４…シンチレータ、５…半導体イメージセンサ、１０…増幅素子。

Claims (5)

1. 蓋部材が設けられた筐体内部に配置された配線基板上に固定され、Ｘ線を遮蔽する金属で作製され、矩形状の開口を有し、前記配線基板側の面が前記配線基板の表面との間に所定の隙間を与える凹領域を有する枠体と、
   前記枠体の前記開口の内縁にその外縁が接着剤を介して接着されたファイバオプティカルプレートと、
   前記ファイバオプティカルプレートの一方の表面に設けられ入射したＸ線を蛍光に変換するシンチレータと、
   前記ファイバオプティカルプレートの他方の表面に対向して前記配線基板上に設けられた半導体イメージセンサと、
   を備えることを特徴とするＸ線パネルセンサ。
2. 前記半導体イメージセンサの出力を増幅する増幅素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線パネルセンサ。
3. 前記増幅素子は前記金属によってＸ線の入射が遮蔽される位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線パネルセンサ。
4. 前記増幅素子は前記隙間に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線パネルセンサ。
5. 前記増幅素子は前記配線基板上に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のＸ線パネルセンサ。

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