(57)【要約】【課題】  Ｘ線を検出する半導体素子を容器内に収容して，その容器の内部を大気から遮断することで，半導体素子が大気の湿度の影響を受けないようにする。【解決手段】  容器１０は台座１４とキャップ１６からなる。台座１４の外周付近とキャップ１６のフランジ１８は密封接合されている。キャップ１６には円形の開口２２が形成されていて，この開口２２を覆うようにベリリウム窓２４が密封接合されている。ＡＰＤ１２は基板２６に搭載されていて，基板２６は台座１４の内面に接着されている。台座１４には二つの貫通孔２８が形成されていて，第１リード端子３０と第２リード端子３２がそれぞれ貫通孔２８を通過している。その貫通部分はガラス・ハーメチックシール３８で密封封止されている。容器１０の内部は大気から遮断された密封空間であり，この密封空間は乾燥窒素ガスで満たされている。【選択図】図１
2006125969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の構成を備えるＸ線検出素子。
（ア）２００Ｖ以上のバイアス電圧が印加されてＸ線を検出する半導体素子。
（イ）前記半導体素子を収容する容器であって，その内部が大気から遮断された密封空間となっている容器。
（ウ）前記容器に形成されたＸ線透過窓であって，このＸ線透過窓を透過したＸ線が前記半導体素子に当たるような位置関係に配置されたＸ線透過窓。
（エ）前記半導体素子に電気的に接続されていて，一部が前記容器の外部に露出している第１端子及び第２端子。
【請求項２】
次の構成を備えるＸ線検出素子。
（ア）Ｘ線を検出するアバランシェフォトダイオード。
（イ）前記アバランシェフォトダイオードを収容する容器であって，その内部が大気から遮断された密封空間となっている容器。
（ウ）前記容器に形成されたＸ線透過窓であって，このＸ線透過窓を透過したＸ線が前記アバランシェフォトダイオードに当たるような位置関係に配置されたＸ線透過窓。
（エ）前記アバランシェフォトダイオードに電気的に接続されていて，一部が前記容器の外部に露出している第１端子及び第２端子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＸ線検出素子において，前記容器の内部が乾燥気体で満たされていることを特徴とするＸ線検出素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のＸ線検出素子において，前記半導体素子は６００Ｖ以上のバイアス電圧が印加されてＸ線を検出するものであることを特徴とするＸ線検出素子。
【請求項５】
次の構成を備えるＸ線検出装置。
（ア）請求項１から４までのいずれか１項に記載されたＸ線検出素子。
（イ）前記Ｘ線検出素子の第１端子に２００Ｖ以上のバイアス電圧を供給する高電圧発生装置。
（ウ）前記Ｘ線検出素子の第２端子に接地電位を供給する接地手段。
（エ）前記高電圧発生装置と前記第１端子とをつなぐ配線及び前記第１端子自体を大気から遮断する封止手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００Ｖ以上のバイアス電圧が印加されてＸ線を検出する半導体素子を用いたＸ線検出素子，及び，そのようなＸ線検出素子を用いたＸ線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を直接，電気信号に変換する半導体素子として，ＳｉＰＩＮフォトダイオードが知られている。この半導体素子をＸ線検出素子として使う場合には，バックグラウンドノイズを下げるために，半導体素子を低温に冷却して用いるのが普通である。そして，半導体素子を冷却して用いるときには，結露等の悪影響を避けるために，Ｘ線検出装置の全体を密封して大気から遮断する必要がある。
【０００３】
一方，Ｘ線を直接，電気信号に変換する半導体素子の別の例として，アバランシェフォトダイオード（以下，ＡＰＤと略称する）が知られている。このＡＰＤは，高いバイアス電圧を印加することで素子内部に増幅作用を持たせており，Ｘ線検出信号に比べて，バックグラウンドノイズが非常に低いことが特徴である。したがって，ＡＰＤは冷却する必要がなく，そのために厳密な密封封止を必要としないことが常識となっている。
【０００４】
このＡＰＤは可視光の検出に使うことが多いが，可視光用のＡＰＤのバイアス電圧は１００Ｖ程度である。これに対して，Ｘ線検出用のＡＰＤは，検出効率を高めるために，２００Ｖ〜１ｋＶの高いバイアス電圧，より好ましくは６００Ｖ〜１ｋＶのバイアス電圧，を利用している。Ｘ線検出素子としてＡＰＤを使うことを開示するものとしては，例えば，次の特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００４−３７３６０号公報
【０００５】
この特許文献１は，蛍光Ｘ線ホログラフィーを検出するシステムにおいて，高いカウントレート（計数率）を有するＡＰＤを用いることで，従来よりも短時間で測定を終わらせることができる，としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２００Ｖ以上の高いバイアス電圧を利用する半導体素子の場合，湿度の影響により，高電圧部位から瞬間的な電流漏れが発生しやすい。このような電流漏れに起因する異常信号は，その大きさが，正規のＸ線検出信号（Ｘ線のエネルギーを変換した電気信号）と同程度になることがあり，その場合は，両者の区別がつきにくい。特に，６００Ｖ以上のバイアス電圧を利用する場合には，その影響が顕著である。
【０００７】
正規のＸ線検出信号と異常信号の大きさの比較について，数値を示して説明する。例えば，半導体素子と増幅回路との間に接続されたコンデンサの合成容量Ｃを１００ｐＦとし，増幅される前の半導体素子からの正規のＸ線検出信号の振幅Ｖを０．１ｍＶとし，信号の立ち上がりに要する時間ｔを１０ナノ秒とすると，このときに流れる瞬時電流ｄＩは，ｄＩ＝Ｃ×（ｄＶ／ｄｔ）＝１μＡとなる。したがって，この場合の正規のＸ線検出信号の大きさは１μＡである。これに対して，湿度が高いときには，１μＡ程度の瞬時の漏れ電流が発生することがある。半導体素子の実装状態にもよるが，例えば，数百Ｖのバイアス電圧を印加した状態で，湿度７０％の環境に半導体素子を置くと，１μＡ程度の漏れ電流が発生することがある。その場合は，正規のＸ線検出信号と漏れ電流に起因する異常信号との区別ができなくなる。
【０００８】
特にＡＰＤの場合，出力信号の立ち上がりが高速であり，ＡＰＤの後段の増幅回路は，そのような高速の信号変化に適した信号帯域のものを用意する必要がある。すなわち，増幅回路自体の信号の立ち上がり時間も１〜１０ナノ秒程度にする必要がある。このような高速の立ち上がり信号は，漏れ電流（高電圧部位における短絡または放電により発生する電流）に起因する異常信号の立ち上がりと良く似ている。そのために，増幅回路では，正規のＸ線検出信号と異常信号との弁別ができなくなる。一方，ＡＰＤ以外のＸ線検出用の半導体素子では，信号の立ち上がりはこれほどの高速ではないので（例えば，ＳｉＰＩＮダイオードでは数百ナノ秒のオーダーである），後段の増幅回路の信号帯域は低い周波数帯域で済む。ゆえに，そのような半導体素子では，漏れ電流に起因する高い周波数帯域のノイズは増幅回路で遮断されて，ほとんど影響を受けない。
【０００９】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり，その目的は，湿度の影響を受けないＸ線検出素子及びＸ線検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために，本発明のＸ線検出素子では，Ｘ線を検出する半導体素子を容器内に収容して，その容器の内部を大気から遮断することで，半導体素子が大気の湿度の影響を受けないようにしている。本発明のＸ線検出素子は，次の（ア）〜（エ）の構成を備えている。（ア）２００Ｖ以上のバイアス電圧が印加されてＸ線を検出する半導体素子。（イ）前記半導体素子を収容する容器であって，その内部が大気から遮断された密封空間となっている容器。（ウ）前記容器に形成されたＸ線透過窓であって，このＸ線透過窓を透過したＸ線が前記半導体素子に当たるような位置関係に配置されたＸ線透過窓。（エ）前記半導体素子に電気的に接続されていて，一部が前記容器の外部に露出している第１端子及び第２端子。
【００１１】
前記半導体素子の代表例はアバランシェフォトダイオードである。このアバランシェフォトダイオードは２００Ｖ〜１ｋＶの高いバイアス電圧を印加してＸ線を検出するものであり，本発明はそのようなアバランシェフォトダイオードを用いたＸ線検出素子に適用すると効果的である。そして，特に，６００Ｖ〜１ｋＶの高いバイアス電圧を印加する場合には，半導体素子を大気中で使用している従来のＸ線検出素子と比較して，湿度の影響でバックグラウンドレベルが上昇することがほとんどない。
【００１２】
前記容器の内部は，乾燥窒素ガスや乾燥空気などの乾燥気体で満たすことが好ましい。あるいは，容器の内部を真空排気して密封空間としてもよい。
【００１３】
本発明のＸ線検出装置は，上述のようなＸ線検出素子を備えていて，その高電圧印加部分（少なくとも，高電圧発生装置とＸ線検出素子の高電圧印加端子とをつなぐ配線及びその高電圧印加端子自体）を大気から遮断することを特徴としている。例えば，高電圧印加部分を電気絶縁性の樹脂で覆うことができる。これにより，高電圧印加部分での放電に起因する異常信号をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，Ｘ線を検出する半導体素子が大気から遮断されているので，湿度の影響を受けることがない。また，この半導体検出素子を備えるＸ線検出装置においても，高電圧印加部分を大気から遮断しているので，湿度の影響を受けることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。図１は，本発明のＸ線検出素子の一実施例の断面図である。このＸ線検出素子は容器１０を備えており，この容器１０の内部にＡＰＤ１２を収容している。容器１０は，円板形状の台座１４と，フランジ１８付きの有底円筒形状のキャップ１６からなる。台座１４とキャップ１６の材質はコバール（Ｆｅ５３％−Ｎｉ２８％−Ｃｏ１８％の合金）である。台座１４の外周付近とキャップ１６のフランジ１８は溶接接合により互いに密封接合されている。キャップ１６の底部２０（図２では上方にある端面部分）には円形の開口２２が形成されている。この開口２２を覆うようにベリリウム窓２４が溶接接合により密封接合されている。このベリリウム窓２４がＸ線透過窓に相当する。ベリリウム窓２４とＡＰＤ１２の位置関係は，ベリリウム窓２４を透過したＸ線がＡＰＤ１２の検出面にちょうど当たるような位置関係となっている。
【００１６】
ＡＰＤ１２は基板２６に搭載されていて，基板２６は台座１４の内面に接着されている。基板２６の材質はセラミックである。台座１４には二つの貫通孔２８が形成されていて，第１リード端子３０と第２リード端子３２がそれぞれ貫通孔２８を通過している。二つの端子３０，３２の外周面と貫通孔２８の内壁面との間の隙間はガラス・ハーメチックシール３８によって密封封止されている。二つの端子３０，３２の一端は容器１０の内部に突き出ていて，一方，他端は容器１０の外部に露出している。ＡＰＤ１２の第１電極は第１ボンディングワイヤ３４によって第１リード端子３０に接続しており，ＡＰＤ１２の第２電極は第２ボンディングワイヤ３６によって第２リード端子３２に接続している。
【００１７】
容器１０の内部は大気（容器１０の外部の空間に存在する）から遮断された密封空間であり，この密封空間は乾燥窒素ガスで満たされている。ゆえに，ＡＰＤ１２は大気の湿度の影響を受けることがない。乾燥窒素ガスの代わりに，その他の乾燥気体（乾燥空気など）を用いてもよい。
【００１８】
図２は図１のＸ線検出素子の外観を示している。キャップ１６の開口２２のところにはベリリウム窓２４が露出しているのが見えている。台座１４の下方には一対のリード端子３０，３２が見えている。
【００１９】
図３は図１のＸ線検出素子を含むＸ線検出装置の分解斜視図である。Ｘ線検出素子４０の二つのリード端子はプリント配線板４２の第１面（図３における上面）に半田付けで固定されている。プリント配線板４２の第２面（図３における下面）には第１シールドブロック４４がねじ４６で固定される。プリント配線板４２の第１面には第２シールドブロック４８が，第２面側から挿入されるねじで固定される。第２シールドブロック４８の上面にはシールド蓋５０がねじ５２によって固定される。第１シールドブロック４４の正面側の端面と，第２シールドブロック４８の正面側の端面には，シールド正面板５４がねじ５６で固定される。シールド正面板５４には貫通孔６０が形成されていて，この貫通孔６０にＸ線検出素子４０のキャップが入り込み，Ｘ線検出素子のベリリウム窓２４がこの貫通孔６０のところで外部に露出することになる。
【００２０】
第１シールドブロック４４，第２シールドブロック４８，シールド蓋５０及びシールド正面板５４は，すべて金属製であり，これらの部品によってシールドケースが構成されている。このシールドケースの内部空間に，高電圧が印加される電気部品や配線が収納される。このシールドケースは接地電位になっていてＸ線検出装置の電気的安定性をもたらすとともに，Ｘ線検出装置の機械的強度を確保する役目も果たしている。このシールドケースによってＸ線検出素子４０も機械的に保護されている。
【００２１】
プリント配線板４２の第１面には高電圧発生回路５８が固定されている。この高電圧発生回路５８は第２シールドブロック４８の外側にある。高電圧発生回路５８の出力端子はプリント配線板４２の裏側に出ている。
【００２２】
図４は図３のＸ線検出装置の平面図である。ただし，シールド正面板５４は断面図で示してあり，シールド蓋５０は一部を切り欠いて示してある。シールド正面板５４はねじ５６によって第１シールドブロック４４に固定されている。シールド正面板５４の貫通孔６０にはＸ線検出素子４０のキャップ１６が入り込んでいて，Ｘ線検出素子４０のベリリウム窓２４が外部に露出している。第１シールドブロック４４の上面にはプリント配線板４２がねじ４６で固定されている。プリント配線板４２の上面と下面の表面積の大部分は，接地電位を供給するための導体層６４で覆われている。この導体層６４は図４ではクロスハッチングで示している。プリント配線板４２の上面には第２シールドブロック４８が固定されている。この第２シールドブロック４８の上面にはシールド蓋５０がねじ５２で固定されている。シールド蓋５０は一部を切り欠いて示してあり，第２シールドブロック４８の内部の様子が部分的に示されている。第２シールドブロック４８の外側の領域では，プリント配線板４２の上面に高電圧発生回路５８と外部電気回路６２が固定されている。第２シールドブロック４８の内側の領域では，プリント配線板４２の上面に，Ｘ線検出素子４０の１対のリード端子と，直流カットコンデンサ６６と，内部電気回路６８が固定されている。
【００２３】
図５は図４におけるＸ線検出素子４０の付近を拡大して示した平面図である。シールド正面板５４（図４を参照）を取り付ける前の状態である。図６（Ａ）は図５のＡ−Ａ線断面図である。図６（Ｂ）は図５のＢ−Ｂ線断面図である。図６（Ａ）において，Ｘ線検出素子４０の第１リード端子３０（高電圧を印加する端子）は配線７０に半田付けされている。配線７０は直流カットコンデンサ６６の一方の端子に接続されていて，直流カットコンデンサ６６の他方の端子は配線７２を介して内部電気回路６８（図４を参照）に接続されている。また，上述の配線７０からは，図５に示すように配線７４が分岐している。そして，図６（Ｂ）に示すように，上述の分岐した配線７４はプリント配線板４２の貫通孔を通過して，プリント配線板４２の裏側に延びていて，その裏側で高電圧発生回路５８（図４を参照）の出力端子に接続されている。図５に戻って，Ｘ線検出素子４０の第２リード端子３２（接地する端子）はプリント配線板４２の導体層６４に半田付けされている。
【００２４】
図６（Ａ）において，第１リード端子３０と配線７０と直流カットコンデンサ６６は，高電圧が印加される部分であり，この部分は電気絶縁性の樹脂７６で覆われている。また，図６（Ｂ）において，配線７４も高電圧が印加される部分であり，この部分もプリント配線板４２の表側の樹脂７８と裏側の樹脂８０で覆われている。これらの樹脂７８，８０も電気絶縁性である。さらに，図３において，高電圧発生回路５８とプリント配線板４２の間も樹脂で満たしている。このように，高電圧が印加される部分を電気絶縁性の樹脂で覆うことにより，大気中の湿気に起因する高電圧印加部分からの放電（ノイズの原因となる）がなくなる。
【００２５】
図７はＸ線検出素子４０を含むＸ線検出装置の電気回路である。高電圧発生部８２は高電圧発生回路５８を含んでいる。高電圧発生部８２の出力端子は，抵抗８４を介してＸ線検出素子４０の第１リード端子３０に接続されている。この第１リード端子３０は直流カットコンデンサ６６を介してプリアンプ回路８６に接続されている。プリアンプ回路８６は図４の内部電気回路６８に含まれている。第１リード端子３０には高電圧発生部８２により２００Ｖ〜１ｋＶのバイアス電圧が印加される。Ｘ線検出素子４０の第２リード端子３２は接地されている。斜線で囲った領域８８は高電圧が印加される部分であり，この部分は，図６（Ａ）及び図６（Ｂ）で示したように，電気絶縁性の樹脂で覆われている。
【００２６】
このＸ線検出装置は，Ｘ線検出素子の周囲が乾燥窒素ガスや乾燥空気などの乾燥気体で満たされており，さらに，高電圧が印加される部分は電気絶縁性の樹脂で覆われているので，大気の湿度状態が変化しても，その影響を受けることがない。すなわち，湿度が変化してもノイズが変化することがなく，また，湿度が増加しても高電圧印加部位での放電等による電流漏れが生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のＸ線検出素子の一実施例の断面図である。
【図２】図１のＸ線検出素子の斜視図である。
【図３】図１のＸ線検出素子を含むＸ線検出装置の分解斜視図である。
【図４】図３のＸ線検出装置の平面図である。
【図５】図４におけるＸ線検出素子の付近を拡大して示した平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図とＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】Ｘ線検出素子を含むＸ線検出装置の電気回路である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  容器
１２  ＡＰＤ
１４  台座
１６  キャップ
１８  フランジ
２２  開口
２４  ベリリウム窓
２６  基板
３０  第１リード端子
３２  第２リード端子
３８  ガラス・ハーメチックシール
４０  Ｘ線検出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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