JP3545130B2

JP3545130B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3545130B2
Application number: JP14175696A
Authority: JP
Inventors: 洋夫山本; 誠一郎水野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09326479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に係り、特に医療における放射線撮像に適した固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理技術の普及に伴い光電変換機能を有する主要なデバイスとしてＣＣＤやＢＢＤに代表される電荷転送デバイスやＭＯＳ型固体撮像デバイスなどが開発されており、これらを利用した種々の固体撮像装置が知られている。
【０００３】
ところで、医療の分野では、２０世紀初頭に発明されたＸ線レントゲンフィルムを用いた画像診断は、いまだに最前線で活用されているが、患者数の増大とともに、保管方法や保管場所などが大きな問題となっている。
【０００４】
そこで、最近では、第１に、Ｘ線をシンチレータ等により可視光等に変換後、テーパ状の光ファイバプレート（テーパファイバ）を用いてフォトダイオードに入力して光電変換する方法、第２に、Ｘ線をシンチレータ等により可視光等に変換後、光ファイバプレートを用いることなく、アモルファスシリコン等の大面積イメージセンサに直接入力して画像化する方法が行われている。
【０００５】
図１１に上記第１の方法で用いる装置を示す。この放射線撮像装置は、ＣｓＩにより形成されＸ線を光信号に変換するシンチレータ板１を備え、このシンチレータ板１と固体撮像部２との間には、３行３列に束ねたテーパファイバ３が介在されている。固体撮像部２は、テーパファイバ３に対応するように正方形板状のチップ４をマトリックス状に配置して構成されている。そして、その一単位のチップ４には、図１２に示すように、フォトダイオードとスイッチ素子とを１組の受光要素とし、この受光要素を垂直・水平方向にマトリックス状に配列して受光部５が形成されている。また、受光部５の周囲であるチップ４外周辺近傍には、受光要素を一つずつ順次選択して信号を出力する垂直シフトレジスタ６および選択された各受光要素からの信号を処理するチャージアンプアレイ７が配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の放射線撮像装置では、図１２に示すように、１チップ４内に受光部５を配置するとともに、受光部５の周辺に垂直シフトレジスタ６やチャージアンプアレイ７の回路部を配置していたため、シンチレータ板１で変換した全ての光信号を取り込むためには必然的にテーパファイバ３を用いて光を絞り込まなければならなかった。
【０００７】
ところが、テーパファイバは、その製造上の理由から非常に高額である。Ｘ線写真フィルムを用いる例からも判るように、医療の分野における画像診断の対象は人体であり、それも胸部等の大面積の領域であることから、撮像装置も大きなものが必要となる。したがって、高額なテーパファイバを用いて人体に対応する面積の放射線撮像装置を実現しようとすると、１システム当りのコストは膨大なものになるという問題があった。
【０００８】
また、テーパファイバは、製造時にファイバの四隅が丸くなることから、ファイバ角部に対応する位置おいて画像が得られなかったり、若干画像が歪むという問題もあった。
【０００９】
一方、アモルファスシリコンを用いる上記第２の方法の場合、容易に大面積を達成できるものの、微細加工技術を施せないために、最もノイズの発生に寄与するビデオライン容量を小さくできないという問題があり、特に人体の大きさまでセンサを大きくすると、この問題はより一層深刻となり、良好なＳ／Ｎ比を得ることは困難であった。
【００１０】
これら問題を解決するために、ＭＯＳイメージセンサを用いた例が知られている。例えば、特開平４ー３５８８号公報に示すように、２次元ＭＯＳセンサの１水平受光部単位毎に積分器を配置してビデオラインを分割し、Ｓ／Ｎ比を稼ぐ方法がある。この方法を用いれば、もともとＭＯＳイメージセンサは１単位当りの画素サイズを２００μｍ×２００μｍ以上にできるので、これを大面積化することが考えられる。
【００１１】
ところが、チップ自体の面積を半導体ウェハサイズ以上にはできないという制約があるために、フォトダイオード一つ当りの大きさをウェハサイズぎりぎりまでとして、そのチップを何個も組み合わせて人体の大きさまで構築する方法を採用せざるを得ない。しかし、この方法でも、各フォトダイオードの繋ぎめ毎にアンプアレイおよび水平、垂直シフトレジスタ自体の占有面積があるため、その分チップ間に大きな隙間が数ｍｍ存在することになり、画像上に大きなブランク領域が発生するので、実用上大きな障害となるという欠点があった。
【００１２】
また、このような大面積チップを製造する際、特に問題となるのが、オフセットばらつきである。ＭＯＳデバイスについては、そのしきい値電圧Ｖｔｈは製造工程上どうしてもばらつくが、特に大面積チップを構成する際に、そのＶｔｈばらつきはより一層顕著となる。ところが、特開平４ー３５８８号公報記載の装置では、その工夫がなされておらず、その影響がフィクストパターン画像ノイズとなって現れることは明白であり、その解決手段を持たない限り、実用とはなり得ないものである。
【００１３】
また、１単位当りの画素サイズを大きくしたとしても、大面積チップとし、各垂直ラインの受光要素数を増大させると、ビデオライン容量の１つの構成要素である配線容量はチップサイズとともに増大するし、またビデオライン容量の他の構成要素である各ビデオラインに接続された受光要素のスイッチ素子の総容量も増大するので、ＭＯＳデバイスとはいえど、こうした容量の増加を無視することができなくなる。
【００１４】
こうしたビデオラインの容量の増大に対して、特開昭６３−１８５２８１に開示の技術のように、受光要素のスイッチ素子の他に接続経路設定用のスイッチを設けて、動作時のビデオラインにおける接続スイッチ素子の数を低減することも考えられるが、各画素単位の読み出しごとの接続経路設定用のスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うスイッチングノイズの影響が増大することになる。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、テーパファイバを用いることなく、安価に製造することができ、画像に抜けや歪がなく、Ｓ／Ｎの良い画像が得られる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の固体撮像装置は、（ａ）フォトダイオードとこれに入力端子を接続したスイッチ素子とを１組とする受光要素を第１の数を列数とし第２の数を行数としてマトリックス状に配列して受光部を形成し、かつ外周辺近傍に受光要素の各行の第１の数のスイッチ素子のゲート端子に共通接続された第２の数のゲート用電極パッドと、第２の数の略半数の各列のスイッチ素子の出力端子に共通接続された第１の数の第１の出力用電極パッドと、第１の出力用電極パッドに接続されない第２の数の略半数のスイッチ素子の出力端子に共通接続された第２の数の第２の出力用電極パッドとを配列して電極パッド部が形成された複数のフォトダイオードアレイチップを、同一の配列平面上にマトリックス状に配置した受光ユニットと、（ｂ）隣り合うフォトダイオードアレイチップの間または何れかのフォトダイオードアレイチップの側辺において配列平面と垂直な平面上に配設され、受光要素を順次選択する信号を出力するための信号出力パッドを有する垂直シフトレジスタチップと、（ｃ）隣り合うフォトダイオードアレイチップの間または何れかのフォトダイオードアレイチップの側辺において配列平面と垂直な平面上に配設され、選択された第１の出力用電極パッドからの信号を入力するための信号入力パッドを有するとともに、この入力信号を処理する第１のチャージアンプアレイチップと、（ｄ）隣り合うフォトダイオードアレイチップの間または何れかのフォトダイオードアレイチップの側辺において配列平面と垂直な平面上に配設され、選択された第２の出力用電極パッドからの信号を入力するための信号入力パッドを有するとともに、この入力信号を処理する第２のチャージアンプアレイチップと、（ｅ）ゲート用電極パッドと信号出力パッドとを電気的に接続し、第１の出力用電極パッドと第１のチャージアンプアレイチップの信号入力パッドとを電気的に接続し、第２の出力用電極パッドと第２のチャージアンプアレイチップの信号入力パッドとを電気的に接続する接続手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、第２の数の略半数とは、第２の数が偶数の場合には（第２の数）／２を意味し、また、第２の数が奇数の場合には（第２の数＋１）／２および（第２の数−１）／２のいずれか一方を適宜意味する。
【００１８】
請求項１の構成の固体撮像装置において、撮像に関して無駄なスペースとなる垂直シフトレジスタやチャージアンプアレイの回路部は、フォトダイオードアレイを形成したチップとは別のチップに形成され、かつ、フォトダイオードアレイチップからなる受光ユニットとは異なる平面上に設けられ、フォトダイオードアレイチップには、受光要素群である受光部と小さな電極パッド部しか存在しない。したがって、この固体撮像装置では、通常の光ファイバプレートを使用することができる。これにより、放射線撮像装置を安価に提供することができる。また、テーパファイバを用いないので、画像の抜けや劣化はなくなる。さらに、アモルファスシリコンを用いたようなＳ／Ｎの低下はない。
【００１９】
また、１つのビデオラインに接続される受光要素のスイッチ素子の数は、各列における受光要素の数の略半数なので、従来方式に比べてビデオライン容量のスイッチ素子の容量分が半減する。さらに、１つのビデオライン接続される受光要素を列方向の中央位置を基準としてどちらか一方の側に局在させ、かつ一方の側の列の端に出力用電極パッドを配置することにより、従来方式に比べてビデオライン容量の配線容量分が半減する。こうしたビデオライン容量の低減により高いＳ／Ｎで撮像が可能となる。
【００２０】
請求項２の固体撮像装置は、請求項１の固体撮像装置において、接続手段が、(i)隣り合うフォトダイオードアレイチップの間または何れかのフォトダイオードアレイチップの側辺において板面を配列平面と垂直にして配設されるとともに、板面には複数のゲート用電極パッドに対応するゲート用配線または複数の出力用電極パッドに対応する出力用配線が施され、垂直シフトレジスタチップと第１のチャージアンプアレイチップと第２のチャージアンプアレイチップとを搭載する配線板と、(ii)フォトダイオードチップの電極パッドと配線板の配線とを電気的に接続する配線手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
ここで、配線手段は、（ｉ）ボンディングワイヤや（ｉｉ）フレキシブルケーブルを好適に採用可能である。
【００２２】
請求項２の固体撮像装置によれば、撮像に関して無駄なスペースとなる垂直シフトレジスタやチャージアンプアレイの回路部は、フォトダイオードアレイを形成したチップとは別のチップに形成され、かつ、フォトダイオードアレイチップからなる受光ユニットとは垂直な配線板に設けられ、フォトダイオードアレイチップには、受光要素群である受光部と小さな電極パッド部しか存在しない。したがって、この放射線撮像装置では、通常の光ファイバプレートを使用することができる。これにより、放射線撮像装置を安価に提供することができる。
【００２３】
ワイヤボンディングによる接続では、接続に要する領域が小さくなる。
【００２４】
また、フレキシブルケーブルとして、最近、液晶パネルなどの実装で一般的になっているＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）の方法を好適に用いることができる。フレキシブルケーブルを用いると、小さなスペースにおいても接続が容易となり、また確実となる。
【００２５】
請求項５の固体撮像装置は、請求項１の固体撮像装置において、接続手段が、(i)ゲート用電極パッドと信号出力パッドとに電気的に直接接続される第１のボールグリッドアレイ配線材と、(ii)第１の出力用電極パッドと第１のチャージアンプアレイチップの信号入力パッドとに電気的に直接接続される第２のボールグリッドアレイ配線材と、(iii)第２の出力用電極パッドと第２のチャージアンプアレイチップの信号入力パッドとに電気的に直接接続される第３のボールグリッドアレイ配線材とを備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項５の固体撮像装置によれば、撮像に関して無駄なスペースとなる垂直シフトレジスタやチャージアンプアレイの回路部は、フォトダイオードアレイを形成したチップとは別のチップに形成され、かつ、フォトダイオードアレイチップからなる受光ユニットとは異なる平面上に設けられるとともに、フォトダイオードアレイチップと回路部とは第１、２、３のボールグリッドアレイ配線材で電気的に直接接続され、フォトダイオードアレイチップには、受光要素群である受光部と小さな電極パッド部しか存在しない。したがって、この放射線撮像装置では、通常の光ファイバプレートを使用することができる。これにより、放射線撮像装置を安価に提供することができる。
【００２７】
請求項６の固体撮像装置は、請求項１の固体撮像装置において、垂直シフトレジスタチップおよびチャージアンプアレイチップは、フォトダイオードアレイチップの受光面が存在する領域とは反対の領域に位置することを特徴とする。
【００２８】
請求項６の固体撮像装置では、放射線をシンチレータ板で光信号に変換し、例えばその光信号を光ファイバで伝送する。このとき、光ファイバ中にＰｂ等の放射線を遮断する成分が存在させることができるので、放射線による弊害は少ないが、回路部をフォトダイオードアレイチップの受光面が存在する領域とは反対の領域に位置させることで、撮像領域を狭めることなく、また垂直シフトレジスタチップやチャージアンプアレイチップの回路部を放射線から完全に保護することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の固体撮像装置の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
本実施形態の固体撮像装置の固体撮像部１０は、図２に示すように、フォトダイオードアレイチップ１１をマトリックス状に配置した受光ユニット１２と、隣り合うフォトダイオードアレイチップ１１間において板面を受光ユニット１２と垂直にして配設した配線板１３と、図１に示すような、配線板１３に設けられた垂直シフトレジスタチップ１４と、同じく配線板１３に設けられたチャージアンプアレイチップ１５ａおよびチャージアンプアレイチップ１５ｂとから概略構成されている。なお、図１（ａ）は本実施形態の正面図であり、図１（ｂ）は本実施形態の平面図である。
【００３１】
図３に、フォトダイオードアレイチップ１１と、垂直シフトレジスタチップ１４と、チャージアンプアレイチップ１５ａ、１５ｂとの関係を回路図で示す。
【００３２】
正方形板状のフォトダイオードアレイチップ１１には、画素であるフォトダイオード２０とこのフォトダイオード２０に入力端子を接続したＭＯＳトランジスタなどのスイッチ素子２１とを１組の受光要素２２とし、この受光要素２２をマトリックス状に配列して受光部２３が形成されている。そして、フォトダイオードアレイチップ１１の受光部２３の周りには、複数の受光要素２２の各行（水平受光部２４）の各スイッチ素子２１のゲート端子に共通接続した複数のゲート用電極パッド４４ａと、各列（垂直受光部２５）の半数のスイッチ素子２１の出力端子に共通接続した複数の出力用電極パッド４４ｂと、各列（垂直受光部２５）の残りの半数のスイッチ素子２１の出力端子に共通接続した複数の出力用電極パッド４４ｃとが配列されている。すなわち、フォトダイオードアレイチップ１１の受光部２３の周りには、ゲート用電極パッド４４ａと出力用電極パッド４４ｂと出力用電極パッド４４ｃとで構成される電極パッド部４４が形成されている。
【００３３】
垂直シフトレジスタチップ１４は、垂直シフトレジスタ２６を備え、光検出結果を読み出す受光要素２２の垂直方向の位置を指示すべく、水平受光部２４を一つずつ順次選択して信号を出力するための信号出力パッド４５ａが形成されている。
【００３４】
一方、チャージアンプアレイチップ１５ａには、選択された各受光要素２２からの信号を入力するための信号入力パッド４５ｂが形成され、チャージアンプアレイチップ１５ｂには、選択された各受光要素２２からの信号を入力するための信号入力パッド４５ｃが形成されている。また、チャージアンプアレイチップ１５ａおよびチャージアンプアレイチップ１５ｂは、夫々、垂直受光部２５ごとに配置され、垂直受光部２５の出力をそれぞれ積分する、チャージアンプ２７を備えたＣーＭＯＳ積分回路２８と、この積分回路２８ごとに出力された信号をサンプル／ホールドするサンプルホールド回路２９と、サンプルホールド回路２９の外部への出力／非出力を行うスイッチ３０と、スイッチ３０の出力端子に接続されたＡ／Ｄ変換回路３１と、光検出結果を読み出す受光要素２２の水平方向の位置をスイッチ３０のＯＮ／ＯＦＦにより指示する水平シフトレジスタ３２とを備えている。
【００３５】
このような回路構成では、垂直シフトレジスタ２６により選択された半水平受光部２４分の各フォトダイオード２０からの電荷量がＣＭＯＳ積分回路２８に転送されて電圧信号としてサンプルホールド回路２９に入力される。サンプルホールドされた結果は、水平シフトレジスタ３２によりＯＮ／ＯＦＦされたスイッチ３０を介してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換回路３１に与えられ、ディジタル信号となって外部に最終信号出力の形で出力される。
【００３６】
本実施形態の固体撮像装置の骨組は、図１、図２および図４に示すように、フォトダイオードアレイチップ１１の台座３５の四辺をＹ方向の配線板１３ａおよびＸ方向の配線板１３ｂで組み込み支持して構成されている。正方形板状の台座３５のＹ方向の対向辺には、角部を切り欠いてなる中央の第１の凸部３６と角部を突き出してなる一対の第２の凸部３７が形成されている。一方、Ｘ方向の配線板１３ｂの両側辺中間部には、切り欠き３８が形成されており、配線板１３ｂの切り欠き３８より上部の板厚はそれより下部の板厚より薄くなっていて、図１および図４で配線板１３ｂの裏側となる面には段部が形成されている。
【００３７】
台座３５は、その第１の凸部３６がＹ方向前方の配線板１３ｂの段部に係合され、対をなす第２の凸部３７が後方の配線板１３ｂの切り欠き３８に嵌め込まれて、Ｘ方向の配線板１３ｂに支持されている。
【００３８】
さらに、Ｘ方向の配線板１３ｂの両側辺上部には、段違いとなる凸部３９、４０が形成されている。そして、Ｙ方向の配線板１３ａの上辺に形成された切り欠き４１に、Ｘ方向の配線板１３ｂの下側の凸部４０を嵌め込むとともに、嵌め込んだ凸部４０の上に隣の配線板１３ｂの上側の凸部３９が重なるようにして嵌め込んでＸＹ方向の配線板１３ａ、１３ｂが縦横立体的に組み立てられている。
【００３９】
図１に示すように、台座３５に載置されたフォトダイオードアレイチップ１１の受光部２３の隣り合う二辺の周り、すなわちフォトダイオードアレイチップ１１の外周二辺の近傍には、前述のように、受光要素２２の各水平受光部２４および垂直受光部２５ごとにそれぞれ対応する数の電極パッド４５ａ、４５ｂが形成されている。一方、Ｙ方向の配線板１３ａおよびＸ方向の配線板１３ｂには、図１および図４に示すように、切り欠き３８位置の上下方向にわたって、金めっき等の配線により、各ゲート用電極パッド４４ａ、出力用電極パッド４４ｂおよび出力用電極パッド４４ｃに対応した数のゲート用配線４６ａ、出力用配線４６ｂ、および出力用配線４６ｃがそれぞれ施されている。
【００４０】
そして、図１に示すように、フォトダイオードアレイチップ１１を搭載した台座３５を配線板１３ａ、１３ｂに組み込んだ状態で、フォトダイオードアレイチップ１１のゲート用電極パッド４４ａとＹ方向の配線板１３ａのゲート用配線４６ａ、出力用電極パッド４４ｂとＸ方向の配線板１３ｂの出力用配線４６ｂ、および出力用電極パッド４４ｃとＸ方向の配線板１３ｂの出力用配線４６ｃとは、ボンディングワイヤ４７によりそれぞれ電気的に接続されている。
【００４１】
また、Ｙ方向の配線板１３ａにおいて、フォトダイオードアレイチップ１１の受光面が存在する領域とは反対の領域（配線板１３ａの下部）には、図１および図４に示すように、垂直シフトレジスタチップ１４が接着剤によりダイボンドされている。同様にして、Ｘ方向の配線板１３ｂにおいて、フォトダイオードアレイチップ１１の受光面が存在する領域とは反対の領域（配線板１３ｂの下部）には、チャージアンプアレイチップ１５ａおよびチャージアンプアレイチップ１５ｂが接着剤によりダイボンドされている。
【００４２】
そして、垂直シフトレジスタチップ１４の信号出力パッド４５ａとＹ方向の配線板１３ａのゲート用配線４６ａ、およびチャージアンプアレイチップ１５ａの信号入力パッド４５ｂとＸ方向の配線板１３ｂの出力用配線４６ｂ、チャージアンプアレイチップ１５ｂの信号入力パッド４５ｃとＸ方向の配線板１３ｂの出力用配線４６ｃとは、ボンディングワイヤ４７によりそれぞれ電気的に接続されている。
【００４３】
フォトダイオードアレイチップ１１を搭載した台座３５と、垂直シフトレジスタチップ１４およびチャージアンプアレイチップ１５を搭載した配線板１３ａ、１３ｂとを組み立て、フォトダイオードアレイチップ１１をマトリックス状に配置して受光ユニット１２を配線板１３ａ、１３ｂで支持した固体撮像部１０は、図５に示すような枠体５０に収められる。この枠体５０は、上面が開口した箱体であり、側壁５１上部には溝５２が形成されるとともに、底板５３の上面にも溝５４が形成されている。そして、Ｘ方向の配線板１３ｂの下側の凸部３９および上側の凸部４０並びにＹ方向の配線板１３ａの上部の凸部４２（図２および図４参照）を枠体５０の溝５２にそれぞれ嵌め込むとともに、Ｙ方向およびＸ方向の配線板１３ａ、１３ｂの下部に突出して設けた脚部４３（図１、図２および図４参照）を底板５３の溝５４に嵌め込んで、固体撮像部１０が枠体５０に収められる。
【００４４】
もちろん、この固体撮像部１０は、固体撮像装置に組み込んで用いるものであるから、図６に示すように、台座３５に搭載されるフォトダイオードアレイチップ１１上に、全体が均一の太さの通常の光ファイバプレート６０と、ＣｓＩからなるシンチレータ板６１とを、光学接着剤６２により順次貼り付けた状態として枠体５０に組み込むものである。
【００４５】
図７は、そのように光ファイバプレート６０およびシンチレータ板６１を備えた本実施形態の固体撮像装置７０を枠体５０に組み込んだ状態を示す。
【００４６】
この固体撮像装置７０により人体を固体撮像するには、図９に示すように、固体撮像装置７０をフォトダイオードアレイチップ１１の受光部２３の対角線方向に移動させて行うとよい。すなわち、ごく小さな領域ではあるが、１度の撮像では、フォトダイオードアレイチップ１１の電極パッド部４４の領域分および配線板１３ａ、１３ｂの厚さ分の撮像に寄与しない領域が存在する。そこで、２度目の撮像では、例えば電極パッド部４４と配線板１３ａ、１３ｂとから形成される撮像不能領域のΔＸおよびΔＹ分だけ固体撮像装置７０を対角線方向に移動させる。これにより、撮像不能領域を完全に補うことができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態の固体撮像装置７０によれば、撮像に関して無駄なスペースとなる垂直シフトレジスタチップ１４やチャージアンプアレイチップ１５ａ、１５ｂは、受光ユニット１２とは垂直な配線板１３に設けられ、フォトダイオードアレイチップ１１上には、受光要素２２群である受光部２３と小さな電極パッド部４４しか存在しない。したがって、固体撮像装置７０を製造するにあたっては、通常の光ファイバプレート６０を使用することができる。これにより、固体撮像装置７０を安価に提供することができる。また、テーパファイバを用いないので、画像の抜けや劣化はなくなる。さらに、アモルファスシリコンを用いたようなＳ／Ｎ比の低下はない。
【００４８】
また、垂直シフトレジスタチップ１４およびチャージアンプアレイチップ１５ａ、１５ｂをフォトダイオードアレイチップ１１の受光面が存在する領域とは反対の領域の配線板１３ａ、１３ｂ下部に位置させることで、撮像領域を狭めることなく、また垂直シフトレジスタチップ１４やチャージアンプアレイチップ１５ａ、１５ｂを放射線から完全に保護することができる。
【００４９】
なお、図１に示す固体撮像部１０では、フォトダイオードアレイチップ１１の電極パッド４４ａ、４４ｂ、４４ｃと配線板１３ａ、１３ｂの配線４６ａ、４６ｂ、４６ｃとの接続は、ワイヤボンディングにより行ったが、図８に示すように、ＴＣＰ４８により接続してもよい。また、配線板１３ａ、１３ｂの配線４６ａ、４６ｂ、４６ｃと垂直シフトレジスタチップ１４の信号出力パッド４５ａおよびチャージアンプアレイチップ１５ａ、１５ｂの信号入力パッド４５ｂ、４５ｃとの接続もＴＣＰ４８により接続することが可能である。なお、図８においては、フォトダイオードアレイチップ１１の電極パッド４４ｃと配線板１３ｂの配線４６ｃとの接続および配線板１３ｂの配線４６ｃとチャージアンプアレイチップ１５ｂの信号入力パッド４５ｃとの接続態様の図示を省略している。
【００５０】
ＴＣＰ４８による接続は、容易であって、また確実である。
【００５１】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態の要部の構成図である。図１０（ａ）は本実施形態の正面図であり、図１０（ｂ）は本実施形態の平面図である。図１０に示すように、本実施形態の装置は、第１実施形態の装置における配線板１５ａ、１５ｂを形状の同一であって、配線４６ａ、４６ｂ、４６ｃの無い板状部材１５ｃ、１５ｄに置き換え、ボンディングワイヤ４７と配線４６ａ、４６ｂ、４６ｃとで実現していた電気的接続を、ゲート用電極パッド４４ａと信号出力パッドとの間はボールグリッド付き配線用シール材４９ａで、出力用電極パッド４４ｂと信号入力パッド４５ｂとの間はボールグリッド付き配線用シール材４９ｂで、出力用電極パッド４４ｃと信号入力パッド４５ｃとの間はボールグリッド付き配線用シール材４９ｂで実現する点が異なる。
【００５２】
本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の装置と同様にして、画像の抜けや劣化を低減して撮像動作を実行する。
【００５３】
なお、本実施形態の装置は、第１実施形態の装置に比べて、更に組み立てが容易である。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、撮像に関して無駄なスペースとなる垂直シフトレジスタやチャージアンプアレイの回路部は、フォトダイオードアレイを形成したチップとは別のチップに形成され、かつ、フォトダイオードアレイチップかならる受光ユニットとは異なる平面上に設けられ、フォトダイオードアレイチップには、受光要素群である受光部と小さな電極パッド部しか存在しない。したがって、本発明の固体撮像装置では、通常の光ファイバプレートを使用することができる。これにより、固体撮像装置を安価に提供することができる。また、テーパファイバを用いないので、画像の抜けや劣化はなくなる。さらに、アモルファスシリコンを用いたようなＳ／Ｎ比の低下はない。
【００５５】
また、１つのビデオラインに接続される受光要素のスイッチ素子の数を、各列における受光要素の数の略半数としたので、従来方式に比べてビデオライン容量のスイッチ素子の容量分が半減する。さらに、１つのビデオライン接続される受光要素を列方向の中央位置を基準としてどちらか一方の側に局在させ、かつ一方の側の列の端に出力用電極パッドを配置することにより、従来方式に比べてビデオライン容量の配線容量分が半減する。こうしたビデオライン容量の低減により高いＳ／Ｎで撮像が可能となる。
【００５６】
回路部をフォトダイオードアレイチップの受光面が存在する領域とは反対の領域に位置させることで、撮像領域を狭めることなく、また垂直シフトレジスタチップやチャージアンプアレイチップの回路部を放射線から完全に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の要部の構成図である。
【図２】同実施形態の固体撮像装置の骨組の概略構成を示す斜視図である。
【図３】同実施形態の固体撮像装置の固体撮像部の回路構成図である。
【図４】同実施形態の固体撮像装置を示す要部分解斜視図である。
【図５】同実施形態の固体撮像装置の枠体を示す斜視図である。
【図６】同実施形態の固体撮像部にシンチレータ板および光ファイバプレートを設けた状態を示す斜視図である。
【図７】同実施形態の固体撮像装置を示す斜視図である。
【図８】同実施形態の変形例の固体撮像装置の要部を示す斜視図である。
【図９】図７に示す固体撮像装置を用いた撮像方法を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の要部の構成図である。
【図１１】従来の固体撮像装置を示す斜視図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の固体撮像部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…固体撮像装置、１１…フォトダイオードアレイチップ、１２…受光ユニット、１３ａ，１３ｂ…配線板、１４…垂直シフトレジスタチップ、１５ａ，１５ｂ…チャージアンプアレイチップ、２０…フォトダイオード、２１…スイッチ素子、２２…受光要素、２３…受光部、２４…水平受光部、２５…垂直受光部、２６…垂直シフトレジスタ、３５…台座、４４…電極パッド部、４４ａ…ゲート用電極パッド、４４ｂ…出力用電極パッド、４５ａ…信号出力パッド、４５ｂ…信号入力パッド、４６ａ…ゲート用配線、４６ｂ…出力用配線、４７…ボンディングワイヤ、４８…ＴＣＰ、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ…ボールグリッド付き配線用シール材、５０…枠体、６０…光ファイバプレート、６１…シンチレータ板、７０…放射線撮像装置

Claims

フォトダイオードとこれに入力端子を接続したスイッチ素子とを１組とする受光要素を第１の数を列数とし第２の数を行数としてマトリックス状に配列して受光部を形成し、かつ外周辺近傍に受光要素の各行の前記第１の数の前記スイッチ素子のゲート端子に共通接続された前記第２の数のゲート用電極パッドと、前記第２の数の略半数の各列の前記スイッチ素子の出力端子に共通接続された前記第１の数の第１の出力用電極パッドと、前記第１の出力用電極パッドに接続されない前記第２の数の略半数の前記スイッチ素子の出力端子に共通接続された前記第２の数の第２の出力用電極パッドとを配列して電極パッド部が形成された複数のフォトダイオードアレイチップを、同一の配列平面上にマトリックス状に配置した受光ユニットと、
隣り合う前記フォトダイオードアレイチップの間または何れかの前記フォトダイオードアレイチップの側辺において前記配列平面と垂直な平面上に配設され、前記受光要素を順次選択する信号を出力するための信号出力パッドを有する垂直シフトレジスタチップと、
隣り合う前記フォトダイオードアレイチップの間または何れかの前記フォトダイオードアレイチップの側辺において前記配列平面と垂直な平面上に配設され、前記選択された前記第１の出力用電極パッドからの信号を入力するための信号入力パッドを有するとともに、この入力信号を処理する第１のチャージアンプアレイチップと、
隣り合う前記フォトダイオードアレイチップの間または何れかの前記フォトダイオードアレイチップの側辺において前記配列平面と垂直な平面上に配設され、前記選択された前記第２の出力用電極パッドからの信号を入力するための信号入力パッドを有するとともに、この入力信号を処理する第２のチャージアンプアレイチップと、
前記ゲート用電極パッドと前記信号出力パッドとを電気的に接続し、前記第１の出力用電極パッドと前記第１のチャージアンプアレイチップの前記信号入力パッドとを電気的に接続し、前記第２の出力用電極パッドと前記第２のチャージアンプアレイチップの前記信号入力パッドとを電気的に接続する接続手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記接続手段は、
隣り合う前記フォトダイオードアレイチップの間または何れかの前記フォトダイオードアレイチップの側辺において板面を前記配列平面と垂直にして配設されるとともに、前記板面には前記複数のゲート用電極パッドに対応するゲート用配線または前記複数の出力用電極パッドに対応する出力用配線が施され、前記垂直シフトレジスタチップと前記第１のチャージアンプアレイチップと前記第２のチャージアンプアレイチップとを搭載する配線板と、
前記フォトダイオードチップの電極パッドと前記配線板の配線とを電気的に接続する配線手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記配線手段はボンディングワイヤである、ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
前記配線手段はフレキシブルケーブルである、ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
前記接続手段は、
前記ゲート用電極パッドと前記信号出力パッドとに電気的に直接接続される第１のボールグリッドアレイ配線材と、
前記第１の出力用電極パッドと前記第１のチャージアンプアレイチップの前記信号入力パッドとに電気的に直接接続される第２のボールグリッドアレイ配線材と、
前記第２の出力用電極パッドと前記第２のチャージアンプアレイチップの前記信号入力パッドとに電気的に直接接続される第３のボールグリッドアレイ配線材と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記垂直シフトレジスタチップ、前記第１のチャージアンプアレイチップ、および前記第２のチャージアンプアレイチップは、前記フォトダイオードアレイチップの受光面が存在する領域とは反対の領域に位置することを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。