JP4884964B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像を撮像する放射線撮像装置に関し、特に、マンモグラフィ等の用途に用いられる大型の放射線撮像装置に関する。

医療用、産業用のＸ線撮影において、近年、Ｘ線感光フィルムに代えて、放射線検出素子を用いた放射線イメージングシステムが広く用いられるようになってきた。こうした放射線イメージングシステムは、Ｘ線感光フィルムのように現像の必要がなく、リアルタイムに放射線画像を確認することができるなど利便性が高く、データの保存性や取扱いの容易性の面でも優位な点を有する。

一般的な放射線イメージングシステムは、入射した放射線画像をシンチレータによって可視光等（紫外線・赤外線を含む。）に変換し、変換後の光像を１次元または２次元状に配列された光検出素子により検出して画像データに対応する電気信号として出力するものである。特に、固体撮像素子の受光面上にシンチレータを直接堆積した構造の放射線検出素子は、その取り扱いが容易になるという利点を有している。

ところで、固体撮像素子は、大画面化するほど製造時の歩留りが低下してしまう。そのため、個々の撮像素子の大画面化には限界がある。一方で、放射線は、可視光等と異なり、光学系によって像を縮小することができないため、実像をカバーするサイズの撮像素子を必要とする。例えば、胸部のレントゲン撮影装置や乳ガン検診用のマンモグラフィ装置、顎部のパノラマ撮影装置等においては、小型の撮像素子をタイル状に並べたバタブル配列によって大画面の撮像素子を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、バタブル配列における各撮像素子間の境界部分におけるデッドエリアを縮小する技術として、複数の検出器をその撮像領域が重なり合うように、放射線入射方向からみて前後にずらして配置する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１５３６０６号公報 特開２０００−２９２５４６号公報

上述したように撮像素子をバタブル配列する場合、特許文献２に記載されているように互いの境界部におけるデッドエリアの発生が問題となる。特許文献２の技術によれば、その撮像領域が重なり合うように配置することでデッドエリアを縮小しているが、放射線入射方向からみて前面に配置される撮像素子によって遮られている箇所では、基板等により放射線が減衰してしまう。特に、医療用の放射線撮像装置では、被験者や操作者の被爆量を減らすため、放射線量を減らしつつ、高感度・高解像度の測定を行える機器が求められており、こうした減衰は得られる画像の解像度を劣化させるため好ましくない。

そこで、本発明は、少ない放射線量でも高感度・高解像度で大画面の放射線画像を取得する事ができるバタブル配列の放射線撮像装置を提供する事を課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る放射線撮像装置は、２次元に画素を配列して受光部を形成した固体撮像素子の受光面に、放射線入射によってこの固体撮像素子が感度を有する波長の光を含む光を発するシンチレータを堆積し、シンチレータを保護膜で覆って形成した放射線撮像素子を基台上にｍ×ｎ（ｍは２以上、ｎは１以上の整数）個並べて配置した放射線撮像装置において、隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子間では、（１）一方の放射線撮像素子の基台への固定面が他方の放射線撮像素子の放射線入射面より放射線入射方向に突出するとともに、（２）放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の受光部が前面に配置される放射線撮像素子によって遮られない状態で、両者は近接して配置されており、（３）前面に配置される放射線撮像素子の受光部は、背面に配置される放射線撮像素子側の周縁部まで広がっており、該周縁部まで受光部中心部と略同一の厚みのシンチレータが形成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、基台に隣接して配置される放射線撮像素子間では、その受光部が近接して配置される。このとき、放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の受光部が前面に配置される放射線撮像素子によって遮られることがないので、背面側に配置される放射線撮像素子においても受光部の全面が有効撮像領域となる。また、前面に配置される放射線撮像素子は、背面に配置される放射線撮像素子に近い側の周縁部まで受光部が広がっているので、受光領域の境界が背面に配置される放射線撮像素子に近い側まで拡大されている。そして、周縁部までシンチレータを均一な厚さに形成することで、前面に配置される放射線撮像素子の有効画像領域を拡大するとともに、領域内での撮像特性の均一化が図られている。

隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子において、放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の端部と前面に配置される放射線撮像素子の端部とが重なり合う位置に配置されているとよい。これにより、放射線入射方向からみて受光部が近接して配置される。

隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子において、放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子においては、前面に配置される放射線撮像素子で遮られる端部側の受光部端部より外側までシンチレータが堆積されており、この受光部端部まで均一な厚みのシンチレータが形成されているとよい。

背面に配置される放射線撮像素子においては、前面に配置される放射線撮像素子によって遮られる位置に受光部以外の部分が存在していてもよい。つまり、受光部より外側に回路や、保持部を形成することが可能である。そして、受光部端部まで均一な厚みのシンチレータが形成されていれば、受光部全体で撮像特性を均一化することが容易である。

本発明によれば、有効画像領域を制限することなく、各放射線撮像素子の受光部を近接して配置することができるため、デッドエリアの発生を抑制しつつ、有効画像領域内における撮像特性を均一化することができる。このため、複数の撮像素子を組み合わせて大画面の撮像素子をバタブル配列によって形成する場合に、撮像素子が異なることによって発生する画像ムラやピントずれを抑制することができ、少ない放射線量でも高感度・高解像度の画像を得ることができる。

放射線入射方向からみて端部が重なり合うように配置すると、受光部をより近接して配置することができるため、デッドエリアを小さくすることができる。

背面に配置される放射線撮像素子においては、前面に配置される放射線撮像素子と異なり、受光部を周縁部近くに近接して配置する必要はない。受光部を基板の中央付近に設けることで、受光部の端部まで均一な厚みのシンチレータを形成することが容易になり、製品の歩留りがよりいっそう向上する。特に、大きさの異なる２つの放射線撮像素子を隣接して配置する場合には、背面に配置する放射線撮像素子の方を大きくすることで、受光部の端部まで均一な厚みのシンチレータを形成することが容易になり、製品の歩留りがより一層向上する。

本発明に係る放射線撮像装置の放射線入射方向から見た正面図である。 図１のII−II線断面図である。 図２の放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。 本発明に係る放射線撮像装置に用いる放射線撮像素子の製造工程を示す図である。 図４の工程の続きを示す図である。 図５の工程の続きを示す図である。 本発明に係る放射線撮像装置で用いる配線基板を示す図である。 図６の工程の続きを示す図である。 放射線撮像素子の載置に用いる装置を説明する図である。 本発明に係る放射線撮像装置によるマンモグラフィ撮影を説明する図である。 本発明に係る放射線撮像装置の第２の実施形態を示す断面構成図である。 図１１の放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。 本発明に係る放射線撮像装置の第３の実施形態を示す断面構成図である。 図１３の放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。

符号の説明

１ 基台
２、３、３ａ 放射線撮像素子
５ イメージセンサ
６ 載置用装置
９ 被験者
１０ 固定基台
１０ａ、１０ｂ 載置面
１１、１２ 配線基板
２０、３０ Ｓｉ基板
２１、３１ 光感応部
２２、３２ シフトレジスタ部
２３、３３ 増幅部
２４、３４ ボンディングパッド部
２５、３５ シンチレータ
２６、３６ 保護膜
６０ 上空間
６１ 下空間
６２ 真空ポンプ
７０、７１ プレート
７５ 放射線源
９０ 乳房
１００ 放射線撮像装置
１１１、１２１ 貫通孔
１１２、１２２ 接着材

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

本発明に係る放射線撮像装置の第１の実施形態を図１〜図３に示す。図１は、放射線入射方向から見た正面図であり、図２は、そのII−II線断面図であり、図３は、図２における放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。

図１〜図３に示すように、この放射線撮像装置１００は、基台１上に放射線撮像素子２と３が段違いに配置されている。各放射線撮像素子２、３は、Ｓｉ基板２０、３０上に形成されたＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor：金属酸化物半導体）型のイメージセンサであり、矩形平板状に形成されている。ここでは、Ｓｉ基板２０のサイズが１８４ｍｍ×２３１ｍｍであり、Ｓｉ基板３０のサイズが９６ｍｍ×２３１ｍｍであり、厚さはいずれも７２５μｍである。

このＳｉ基板２０、３０表面の隣接する２辺の近傍まで受光領域である光感応部（受光部）２１、３１が配置されている。この２辺は、図１においては、他方の放射線撮像素子２または３に配置される側の辺と図中下側に位置する辺である。各光感応部２１、３１は、光電変換を行う光電変換素子である多数のフォトダイオードが２次元状に配列されて画素を形成している。各フォトダイオードには、それぞれに対応するＭＯＳＦＥＴ（Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）が配置されており、フォトダイオードで発生した電荷の読み出しを制御している。光感応部２１のサイズは、１７９．４ｍｍ×２０９ｍｍ（面積約３７５００ｍｍ^２）であり、３５２０×４４１６画素（計約１５５０万画素）を有している。一方、光感応部３１のサイズは、その約半分の８２．８ｍｍ×２０９ｍｍ（面積約１７３００ｍｍ^２）であり、１７６０×４４１６画素（計約７８０万画素）を有している。

Ｓｉ基板２０、３０の光感応部２１、３１の外側の２辺に沿った領域には、それぞれシフトレジスタ部２２、３２と増幅部２３、３３とが形成されており、そのさらに外側にボンディングパット部２４、３４が形成されている。

シフトレジスタ部２２、３２は、それぞれ光感応部２１、３１内の対応するＭＯＳＦＥＴと図示していない配線によって電気的に接続されており、ＭＯＳＦＥＴの駆動を制御してフォトダイオードで発生した電荷を増幅部２３、３３へと転送する。

増幅部２３、３３はそれぞれ、多数の増幅器（チャージアンプ）と、各増幅器に並列に接続された容量素子と、これらに並列に接続されたスイッチ素子等からなる。増幅部２３、３３の各増幅器は、ＭＯＳＦＥＴを介して対応するフォトダイオードに図示していない配線によって電気的に接続されている。

ボンディングパッド部２４、３４は、シフトレジスタ部２２、３２に図示していない配線によってそれぞれ接続されているボンディングパット部２４ａ、３４ａと、増幅部２３、３３に図示していない配線によってそれぞれ接続されているボンディングパット部２４ｂ、３４ｂとからなる。

チップエッジに電極や配線を形成することで、ダイシングによって生ずるマイクロクラックや当該部分で発生した電子正孔対を光感応部２１、３１へと到達させない効果がある。

光感応部２１、３１とその周囲のＳｉ基板２０、３０表面上には、放射線入射によって所定波長を含む光を発生するシンチレータ２５、３５が形成されている。ここで、シンチレータ２５、３５は光感応部２１、３１が近接しているＳｉ基板２０、３０の側壁部まで連続して形成されている。また、シンチレータ２５、３５はシフトレジスタ部２２、３２や増幅部２３、３３を覆って形成されていてもよい。なお、シフトレジスタ部２２、３２や増幅部２３、３３は好ましくは、それらの表面が光遮蔽部材と放射線遮蔽部材で覆われていることが好ましいが、シンチレータ２５、３５によって覆われている場合には、放射線遮蔽部材を有しない構成でもよい。シフトレジスタ部２２、３２や増幅部２３、３３に放射線が直接入射すると、ノイズの要因となったり、誤動作の要因となることがあるが、放射線を吸収するシンチレータ２５、３５で覆うことで、このようなノイズや誤動作の発生を抑制できる。なお、ボンディングパッド部２４、３４は露出させる必要があるため、シンチレータ２５、３５はこれらの領域には達しないように形成されている。

シンチレータ２５、３５が発生する光は、光感応部２１、３１のフォトダイオードが感度を有する波長の光を含むものであればよく、可視光のほか、紫外線や赤外線であってもよい。シンチレータ２５、３５には各種の材料を用いることができるが、発光効率のよいＴｌドープのＣｓＩが材料としては好ましい。このシンチレータ２５、３５は蒸着によって光感応部２１、３１の表面に柱状結晶として直接形成されている。

なお、シンチレータ２５、３５は、光感応部２１、３１上では、その端部に至るまで略均一な厚さに形成されている。シンチレータ２５、３５の厚みは、３０〜５５０μｍ程度とすることが好ましい。本実施形態では、シンチレータ２５、３５の厚みは１６５μｍに設定されている。

シンチレータ２５、３５の表面を覆ってこれらをそれぞれ密封するように保護膜２６、３６が形成されている。シンチレータ２５、３５として用いられるＣｓＩは、空気中の水蒸気（湿気）を吸収して溶解する潮解性を有している。シンチレータ２５、３５への水蒸気の侵入を防止するため、水蒸気遮断性（水分不透過性）が良好な耐湿保護膜で覆っている。保護膜２６、３６は、水蒸気遮断性が良好な有機膜、無機膜およびこれらの組み合わせを用いることができるが、例えば、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）や、その一種であるポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。

この保護膜２６、３６は、Ｓｉ基板２０、３０の受光面上のシンチレータ２５、３５と、その周囲のボンディングパッド部２４、３４とシンチレータ２５、３５との境界領域から、シンチレータ２５、３５が形成されている側壁部分を超えてＳｉ基板２０、３０の裏面（光感応部２１、３１の形成面の反対面）まで連続的に一体として形成されている。保護膜２６、３６の厚さは、数μｍ〜十数μｍ程度が好ましく、本実施形態では１０μｍに設定されている。

一方、基台１は、上面が階段状に形成された固定基台１０と、この固定基台１０の載置面１０ａ、１０ｂ上にそれぞれ固定されており、各放射線撮像素子２、３がその上に固定される配線基板１１、１２からなる。

固定基台１０は例えば、セラミック製であって、そのサイズは３７２×２４５ｍｍであり、厚さは載置面１０ａ部分で５ｍｍ、載置面１０ｂ部分で４ｍｍであって、１０ａと１０ｂの段差は１ｍｍである。載置面１０ａ、１０ｂはいずれも後述する配線基板１１、１２より若干広めに形成されている。

配線基板１１、１２もまた、セラミック製の基板であって、そのサイズは対応する放射線撮像素子２、３より若干量広く設定されており、例えば、配線基板１１が２２６×２４８ｍｍであり、配線基板１２が１３８×２４８ｍｍである。なお、厚さはいずれも３．２ｍｍに設定されている。

配線基板１１、１２には、表面から裏面に貫通する貫通孔１１１、１２１が多数設けられている（図２、３参照）。これらの貫通孔１１１、１２１は、表面または裏面側から見て、等間隔に引かれた格子線の交点上に配置されている。以下、隣接する貫通孔１１１、１２１の間隔であるピッチをｐで表す。これらの貫通孔１１１、１２１は放射線撮像素子２、３をそれぞれ載置する領域内のみに設ければ足りるが、載置領域をはみ出して全面に設けても構わない。貫通孔１１１、１２１の大きさ、配置は配線基板１１、１２の強度や、厚み、貫通孔１１１、１２１の通気性を考慮して適宜設定される。本実施形態では、貫通孔１１１、１２１の直径は、０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度に、そのピッチｐは、２０ｍｍに設定されている。

次に、この放射線撮像装置１００の製造方法を具体的に説明する。まず、図４に示されるように、矩形のＳｉ基板２０上に光感応部２１、シフトレジスタ部２２（図示せず）、増幅部２３（図示せず）、ボンディングパッド部２４を形成済みのイメージセンサ５を用意する。ここで、光感応部２１は、Ｓｉ基板２０の中央に位置するのではなく、隣接する２辺近傍に寄って配置されている。このイメージセンサ５は、例えば、１２インチ（約３０センチ）径のＳｉウエハ上にステッパ装置等を利用した公知の手法により集積化された回路を形成した後に所望のサイズに裁断することで製造することができる。

次に、光感応部２１より広い領域が露出するようにマスクを施した状態でＳｉ基板２０をシンチレータの蒸着室内に配置し、シンチレータ２５を形成する。ここで、光感応部２１が近接しているＳｉ基板２０の側壁部分についてもマスクから露出させておく。マスクとしては、光感応部２１の周囲の２辺に沿った部分と、その部分の裏面を利用してＳｉ基板２０を反対向きに保持する蒸着ホルダーを用いるとよい。

この状態で、真空蒸着法によって、Ｓｉ基板２０の露出部分にＴｌをドープしたＣｓＩの柱状結晶を成長させる。蒸着されたシンチレータ２５の厚みが所望の厚み（例えば、１６５μｍ）に達したら蒸着室からシンチレータ２５が形成されたイメージセンサ５（図５参照）を取り出す。これにより、光感応部２１の全面から隣接する側壁部に至るまで略均一な厚みを持つシンチレータ２５を形成することができる。

シンチレータ２５の素材であるＣｓＩは、吸湿性が高く、露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して溶解してしまう（潮解性を有する）。そこで、シンチレータ２５の保護のため、ＣＶＤ（化学的蒸着）法によりイメージセンサ５の略全体を厚さ１０μｍのパリレンで包み込み、保護膜２６を形成する。

ＣｓＩの柱状結晶の間には隙間があるが、パリレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、保護膜２６は、シンチレータ２５に密着し、シンチレータ２５を密封する。このパリレンコーティングにより、表面に微細な凹凸のあるシンチレータ２５の上に均一な厚さの精密薄膜コーティングを形成することができる。また、パリレンのＣＶＤ形成は、金属蒸着時よりも真空度が低く、常温で行うことができるため、加工が容易である。

こうして形成した保護膜２６を所定の位置で切断して不要部分を除去することでボンディングパット部２４部分を露出させる（図６参照）。本実施形態では、シンチレータ２５を取り囲む領域のみに保護膜２６を残しているが、これより広い領域まで保護膜２６を残しておいてもよい。例えば、ボンディングパッド部２４ａ、２４ｂのみを露出させ、それ以外の領域は保護膜２６で覆ったままにしておいてもよい。

これにより、図１〜図３に示される放射線撮像素子２が得られる。放射線撮像素子３についても同様の手法によって製造することができる。

次に、図７に示されるように貫通孔１１１を有する配線基板１１を用意し、配線基板１１の放射線撮像素子２の載置面に格子状に絶縁性樹脂の接着材１１２を塗布する。このとき、接着材１１２は、貫通孔１１１を避けて、水平方向で隣接する貫通孔１１１との間の略中心位置上に配置される。具体的には、貫通孔１１１を配置する格子線を、格子線の延長方向である２方向にそれぞれ０．５ｐずつずらした格子線上に延在するよう接着材１１２は塗布される。本実施形態では、接着材１１２の幅は１ｍｍ、厚みは０．５ｍｍ程度とされる。

接着材１１２を塗布したら、配線基板１１の接着材塗布面上に放射線撮像素子２の裏面（Ｓｉ基板２０の光感応部２１の形成面と反対側の表面）を向けて載置し（図８参照）、その状態で配線基板１１を図９に示されるような装置６へ導入する。この装置６は、導入された配線基板１１の上側に面する空間６０と下側に面する空間６１とが配線基板１１によって分離される構成をとる。そして、下側の空間６１内の空気を排出する真空ポンプ６２を備えている。

配線基板１１を装置６に導入したら、真空ポンプ６２を作動させて下側の空間６１内を減圧する。配線基板１１の貫通孔１１１は、下側の空間６１に通じているため、この減圧によって放射線撮像素子２の裏面側の気圧は、その表面（光感応部２１形成面）側の気圧より低くなる。こうして生じた表面側と裏面側との気圧差によって、放射線撮像素子２は、配線基板１１へと押しつけられる。これにより接着材１１２は、放射線撮像素子２と配線基板１１との間に薄く広がる。この状態で接着材１１２を硬化させて放射線撮像素子２を配線基板１１へと固定する。

固定後、配線基板１１の放射線撮像素子２のボンディングパッド部２４と向き合う領域に配置されている図示していないボンディングパッド部と対応するボンディングパッド部２４とを同じく図示していないワイヤにより接続する（ワイヤボンディング）。同様の手法により、放射線撮像素子３を配線基板１２上に接着材１２２により固定する。

このように、配線基板１１、１２に設けた貫通孔１１１、１２１を利用して放射線撮像素子２、３の表面と裏面間に気圧差を発生させ、発生した気圧差により、放射線撮像素子２、３を配線基板１１、１２へと押しつけて固定するので、放射線撮像素子２、３の表面上に押圧のための余分なスペースを設ける必要がなく、シンチレータ２５、３５の形成面を放射線撮像素子２、３の表面において最大限確保することができる。このため、光感応部２１、３１に対して、放射線撮像素子２、３の面積をコンパクトなものとすることができ、最終的に得られる放射線撮像装置１００のコンパクト化が図れる。さらに、気圧差によって放射線撮像素子２、３の表面全体を略均一な力で配線基板１１、１２へと押しつけることができるため、大面積・薄型の放射線撮像素子２、３を固定する場合でも撓み、歪み、反り等の発生を抑制して受光面の平板性を確保することができる。さらに、シンチレータ２５、３５に局所的に力が付与されることがないので、固定に際してシンチレータ２５、３５が損傷することがなく、製品の歩留りも向上する。

また、保護膜２６、３６は、側壁のシンチレータ２５、３５を包囲する部分が放射線撮像素子２、３の裏側まで回り込んで配線基板１１、１２との間に挟み込まれて固定されているので保護膜２６、３６のはがれを効果的に防止できる。ここで、放射線撮像素子２、３のシンチレータ２５、３５が側壁まで形成されている箇所のうち、放射線撮像装置１００に配置される場合に図１中の下側の辺を形成することになる位置では、配線基板１１、１２より放射線撮像素子２、３を僅かに（１ｍｍ程度）内側に配置すると、使用中に側壁上の保護膜２６、３６に余計な力が加わるのを防止して、この部分からのはがれを効果的に抑制することができる。

なお、配線基板１１、１２が放射線撮像素子２、３の載置面の外側の領域にも貫通孔１１１、１２１を有している場合は、その貫通孔１１１、１２１を予め塞いでおく必要がある。これらの貫通孔１１１、１２１を塞ぐ方法としては、これらの貫通孔１１１、１２１を載置面側から気密性のフィルムで覆うか、反対側から気密性のパネル、マスク等で覆えばよい。このようにすると、装置６内で上側の空間６０と下側の空間６１とが貫通孔１１１、１２１により直接連通されることがなく、両空間６０、６１間に確実に気圧差を発生させることが可能となる。

ここでは、下空間６１を減圧することで、両空間６０、６１に気圧差を発生させたが、放射線撮像素子２、３の表面側の気圧が下側の気圧より高くなればその他の方法を利用してもよい。例えば、上空間６０に気体（例えば、空気）を送り込み、上空間６０内の気体を加圧することで両空間６０、６１間に気圧差を発生させてもよい。さらに、両方を併用して上空間６０内を加圧し、下空間６１内を減圧してもよい。この場合、下空間６１内の気体を上空間６０内へと導いて単独のポンプを用いて加圧と減圧を行うこともできる。また、装置内に両方の空間を設けずとも、加圧または減圧を行う空間６０または６１の一方のみを設け、他方は開放状態としてもよい。また、気体としては、空気に限らず窒素等を用いることもでき、装置６を窒素ボックスの中に入れた上で行うこととしてもよい。

こうして配線基板１１、１２上に放射線撮像素子２、３をそれぞれ固定したら、配線基板１１、１２を放射線撮像素子２、３の光感応部２１、３１が近接するようにそれぞれの載置面１０ａ、１０ｂ上に配置して固定することで、図１〜図３に示される放射線撮像装置１００が得られる。

ここで、放射線撮像素子２、３を基台１上に段差を設けて配置することで、同一平面上に放射線撮像素子２、３を並べて配置する場合に比較して、放射線撮像素子２、３の光感応部２１、３１を重なり合わない程度に近接して配置することができる。また、放射線入射方向からみてそれぞれの光感応部２１、３１を近接して配置した場合においても、両放射線撮像素子２、３の端部が接触することがないため、端部のシンチレータ２５、３５や保護膜２６、３６の接触による破損を防止することができる。このため、保護膜２６、３６の損傷による剥がれも抑制できるため、シンチレータ２５、３５の耐湿性を確保することができる。

放射線撮像素子２と３は、放射線入射方向からみると異なる距離に配置されることになるが、その距離は１〜１．５ｍｍ程度とされる。このような大画面の放射線撮像装置１００においては、５０センチ程度離れた位置の放射線源から略垂直に入射する放射線によって形成された画像を撮像しており、この距離の差は得られる画像や鮮明度、解像度を低下させるものではない。したがって、低被爆量の放射線量によっても鮮明で解像度の高い映像を取得することができる。

本実施形態においては、放射線入射方向で背面に配置される放射線撮像素子３においても光感応部３１上のシンチレータ３５に入射する放射線が遮られないため、その隅に至るまで有効な感度領域とすることができる。一方、放射線入射方向で前面に配置される放射線撮像素子２においても、その端部ぎりぎりまで有効な感度領域を拡大することができる。このため、隣接して配置される光感応部２１、３１間の距離を約１５０μｍ程度まで低減でき、素子の光感応部２１、３１間のデッドエリアＤを２〜３画素分程度に縮小することができる。また、デッドエリアＤに近接する画素の出力が損なわれないため、両放射線撮像素子２、３から得られた画像信号を合成する際の画像処理が容易であり、境界部分まで鮮明な画像を得ることができる。また、デッドエリアＤの画像情報を補間処理により求める場合でもその補間処理が容易になる。

本発明によれば、１２インチウエハを利用した製造プロセスで最大サイズとされている２２×１８ｃｍサイズ以下の受光エリアを有するイメージセンサを用いて２７×２２ｃｍサイズの受光領域を有する放射線撮像装置１００を実現することができる。このため、製造コストの低減と歩留りの向上を図ることができる。

続いて、本実施形態の動作を説明する。マンモグラフィでは、図１０に示されるように被験者９の乳房９０を放射線透過性の２枚のプレート７０、７１で挟み込み、放射線源７５から発せられたＸ線の乳房９０透過画像をプレート７１側に配置した放射線撮像装置１００によって撮像する。このとき、被験者９の胴部側に図１に示される放射線撮像装置１００の下辺側を配置すると、光感応部２１、３１を胴部に近接させることができる。

乳房９０の透過Ｘ線画像を構成する乳房９０を透過したＸ線（放射線）は、プレート７１を透過して、放射線撮像装置１００の入射面（保護膜２６、３６表面）へと入射する。入射したＸ線（放射線）は、保護膜２６、３６を透過してシンチレータ２５、３５に達して吸収される。シンチレータ２５、３５は、吸収したＸ線の光量に略比例して所定の波長の光（本実施形態では、波長５７０ｎｍ）を放射（発光）する。

こうしてシンチレータ２５、３５から放射された光は、光感応部２１、３１へと到達し、各々のフォトダイオードで吸収されて光量に応じた電荷として一定時間蓄積される（光電変換）。この光の光量は入射するＸ線の光量に対応しているから、各々のフォトダイオードに蓄積されている電気信号は、入射するＸ線の光量に対応することになる。つまり、各フォトダイオードには、Ｘ線画像の各画素の輝度に対応する電気信号（以下、各画素の画像信号と呼ぶ。）が得られる。

シフトレジスタ部２２、３２によって各フォトダイオードに対応するＭＯＳＦＥＴを操作することで各フォトダイオードの電荷（各画素の画像信号に対応）は、図示していない信号線を通って増幅部２３、３３のチャージアンプへと読み出され、増幅された後にボンディングパッド部２４、３４から対応する配線基板１１、１２側のボンディングパッド部へと送られ、図示していない所定の回路で処理された後に、所定形式の画像データ信号として出力端子から出力される。この出力信号を基にしてモニター上にＸ線画像を表示したり、所定の記憶装置に格納して保存することができる。

本実施形態の放射線撮像装置１００は、光感応部２１、３１が装置の周縁部近傍に配置されているため、乳房９０の根元部分まで撮像を行うことができる。そして、放射線撮像素子２、３それぞれの平板性を確保することができるとともに、両方の光感応部２１、３１を近接して配置しているため、乳房９０全体について歪みのない精度のよいＸ線画像を撮像することができる。また、大柄な女性のマンモグラフィ撮影時においても乳房９０の放射線による全体像を一度の放射線照射で良好に取得することができる。このため、被爆量を低減することができる。そして、胴部に近接する側壁を超えて保護膜２６、３６が形成され、これが配線基板１１、１２との間に挟み込まれているため、人体との接触により保護膜２６、３６が剥がれたり、接触部分から汗や水分が浸入してシンチレータ２５、３５が劣化するのを確実に防止できる。

図１１は、本発明に係る放射線撮像装置の第２の実施形態を示す断面構成図（第１の実施形態における図２に対応）であり、図１２は、その放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。

この実施形態では、放射線入射方向からみて、放射線撮像素子２と放射線撮像素子３の端部が重なり合うように配置している点が図１〜図３に示される第１の実施形態と相違している。ただし、それぞれの光感応部２１、３１は、重なり合わず、背面に配置される放射線撮像素子３の光感応部３１は、放射線撮像素子２により遮られない位置に配置されている。

このように、両撮像素子を配置すると、両放射線撮像素子２、３の端部領域が重なり合うことで、光感応部２１、３１間の境界に生ずるデッドエリアＤの幅を第１の実施形態の半分程度まで減らすことができる。このため、両者間のデッドエリアＤを半分程度の２画素分以下まで減らすことが可能であり、実質的に０画素とすることもできる。

図１３は、本発明に係る放射線撮像装置の第３の実施形態を示す断面構成図（第１の実施形態における図２に対応）であり、図１４は、その放射線撮像素子の境界部分の拡大図である。

この実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、背面に配置される放射線撮像素子３ａの光感応部３１ａが放射線撮像素子２側の周縁部まで広がっておらず、光感応部３１ａから端部までの間が他の実施形態に比べて広くとられている点が相違している。

ここで、前面に配置される放射線撮像素子２においては、有効受光領域の端部まで撮像特性を確保しつつ、他の放射線撮像素子３ａを遮ることにより生ずるデッドエリアＤを小さくするためには、光感応部２１を縁部に近接して配置するとともに、シンチレータ２５を端まで均一な厚みに形成する必要がある。そのためには、上述したようにシンチレータ２５を側壁部分まで略均一な厚みで連続して形成することが好ましいが、シンチレータ２５蒸着プロセスを工夫する必要があり、大型の放射線撮像素子２の場合には、特に手間を要する。

しかし、背面に配置される放射線撮像素子３ａにおいては、前面に配置される放射線撮像素子２によって光感応部３１ａが遮られない限度（両光感応部２１、３１ａが重なり合わない限度）で光感応部３１ａを放射線撮像素子２に近づけて配置すればよいため、シンチレータ３５ａを側壁部まで略均一な厚みで形成する必要はなく、両端部を保持して蒸着を行うことも可能となる。このため、背面側に配置する放射線撮像素子３ａの製造プロセスが簡略化できる。

また、大きさの異なる２つの放射線撮像素子を隣接して配置する場合には、背面側に配置される放射線撮像素子の方を大きくすることで、受光部の端部まで均一な厚みのシンチレータを形成することが容易になり、製品の歩留りがより一層向上する。

以上の説明では、保護膜２６、３６としてパリレン製の単一膜構造の保護膜について説明してきたが、パリレン膜の表面にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属薄膜からなる反射膜を設ければ、シンチレータ２５、３５から放射された光を光感応部２１、３１へと導き、輝度の高い画像を得ることができる。この金属薄膜の保護のため、さらにその表面にパリレン膜等を施してもよい。また、保護膜２６、３６の周囲を樹脂等でＳｉ基板２０、３０に固定してもよい。

また、上述の実施の形態においては、シンチレータとしてＣｓＩ（Ｔｌ）が用いられているが、これに限らずＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＫＩ（Ｔｌ）等を用いてもよい。

また、上述の実施の形態における、ポリパラキシリレンには、ポリパラキシリレンの他、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレン、ポリテトラクロロパラキシリレン、ポリフルオロパラキシリレン、ポリジメチルパラキシリレン、ポリジエチルパラキシリレン等を含む。

以上の説明では、２個の撮像素子を組み合わせて配置する例を説明したが、３個以上の撮像素子を組み合わせて大画面の撮像装置を形成する場合にも本発明は好適に適用可能である。この場合は、隣接する２つの撮像素子間で上述した撮像素子間の関係が成り立つように配置を行えばよい。

本発明にかかる放射線撮像素子は、マンモグラフィや胸部Ｘ線撮影などの大画面を必要とする放射線撮像素子に好適である。

Claims (7)

1. ２次元に画素を配列して受光部を形成した固体撮像素子の受光面に、放射線入射によって前記固体撮像素子が感度を有する波長の光を含む光を発するシンチレータを堆積し、前記シンチレータを保護膜で覆って形成した放射線撮像素子を基台上にｍ×ｎ（ｍは２以上、ｎは１以上の整数）個並べて配置した放射線撮像装置において、
   隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子間では、一方の放射線撮像素子の基台への固定面が他方の放射線撮像素子の放射線入射面より放射線入射方向に突出するとともに、
   放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の受光部が前面に配置される放射線撮像素子によって遮られない状態で、両者は近接して配置されており、
   放射線入射方向からみて前面に配置される放射線撮像素子の受光部は、他方の放射線撮像素子側の受光部端部を有しており、該受光部端部まで受光部中心部と同一の厚みのシンチレータが形成されており、
   前記隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子において、放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子においては、前面に配置される放射線撮像素子側の受光部端部より外側までシンチレータが堆積されており、該受光部端部まで均一な厚みのシンチレータが形成されていることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記隣接して配置される任意の２つの放射線撮像素子において、放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の端部と前面に配置される放射線撮像素子の端部とが重なり合う位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
3. 放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子の受光部端部より外側となる領域の幅が、前面に配置される放射線撮像素子の受光部端部より外側となる領域の幅よりも広いことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線撮像装置。
4. 放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子が、前面に配置される放射線撮像素子よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の放射線撮像装置。
5. 放射線入射方向からみて背面に配置される放射線撮像素子が備えるシンチレータにおける受光部端部より外側の部分は、前面に配置される放射線撮像素子を構成するＳｉ基板と、背面に配置される放射線撮像素子を構成するＳｉ基板との間に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線撮像装置。
6. シンチレータは、放射線撮像素子を構成するＳｉ基板において、受光部同士が近接している側壁部まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の放射線撮像装置。
7. 保護膜は、放射線撮像素子の裏側まで回り込んで基台との間に挟み込まれて固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の放射線撮像装置。

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