(57)【要約】  放射線検出カメラヘッドは、標準の製造公差を持ち、隣接する検出器モジュール間の所定のギャップを用いて検出器アレイ内で容易に取り外し及び交換が可能な検出器モジュールを使用しつつ、カメラヘッドの全体にわたって画素間のピッチが一定なピクセル検出器の焦点面アレイを有する。検出器モジュールの側壁の画素は、モジュール間の製造変動にもかかわらず、アレイ全体にわたって一定のピッチとなるようにサイズが小さくされる。このサイズ減少による感度の低下を、側壁に絶縁導体バンドを貼り付けることによって補償する。ヘッドコリメータは、ヘッドの感度が最適な値で維持されるように、隔壁が画素間及びモジュール間に位置するように配置される。
2008506945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線検出カメラヘッドであって、該ヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、該モジュールは画素及び側壁を有し、
前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペアの前記側壁間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、
前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置されることを特徴とする放射線検出カメラヘッド。
【請求項２】
前記隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールは、前記隣接するペアの他のモジュールと干渉することなく、前記ヘッドから取り外し可能であるか、または前記ヘッドに挿入可能であるかの少なくとも何れかである、請求項１に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項３】
前記モジュール間の前記ギャップは、前記第１の横寸法よりも小さい前記第２の横寸法について寸法的に保証して、前記アレイ全体にわたって前記画素間で原則的に一定のピッチを保つ、請求項１に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項４】
前記画素間の前記一定のピッチは、前記カメラで取得された画像の歪みを低減するように作用する、請求項３に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項５】
前記モジュールの横寸法は、前記モジュールの第１の製造公差にしたがって変動し、かつ第１の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１の許容最大値の少なくとも２倍である、請求項１に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項６】
前記少なくとも二つのモジュールは、取り付け用ハードウェアを用いて前記カメラヘッドに取り付けられ、前記取り付け用ハードウェアは第２の製造公差にしたがって横寸法が変動し、かつ第２の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１及び第２の許容最大値の和の少なくとも２倍である、請求項５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項７】
放射線検出カメラヘッドであって、該ヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、該モジュールは画素及び側壁を有し、
前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペアの前記側壁間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、
前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置され、
前記カメラヘッドは複数のホールを有するコリメータを有し、該ホールは前記モジュールの前記画素のピッチと略等しいピッチで配置され、かつ該ホールは隔壁で隔てられ、
前記コリメータは前記隔壁が前記検出器の画素間の領域に位置するように配置されることを特徴とする放射線検出カメラヘッド。
【請求項８】
前記コリメータ及び前記モジュールは、前記隔壁が前記モジュール間の前記ギャップにも位置するように配置される、請求項７に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項９】
前記カメラヘッドは前記アレイ内のデッドエリアによる検出ロスを低減する、請求項７に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１０】
前記隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールは、前記隣接するペアの他のモジュールと干渉することなく、前記ヘッドから取り外し可能であるか、または前記ヘッドに挿入可能であるかの少なくとも何れかである、請求項７に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１１】
前記モジュール間の前記ギャップは、前記第１の横寸法よりも小さい前記第２の横寸法について寸法的に保証して、前記アレイ全体にわたって前記画素間で原則的に一定のピッチを保つ、請求項７に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１２】
前記画素間の前記一定のピッチは、前記カメラで取得された画像の歪みを低減するように作用する、請求項１１に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１３】
前記モジュールの横寸法は、前記モジュールの第１の製造公差にしたがって変動し、かつ第１の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１の許容最大値の少なくとも２倍である、請求項７に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１４】
前記少なくとも二つのモジュールは、取り付け用ハードウェアを用いて前記カメラヘッドに取り付けられ、前記取り付け用ハードウェアは第２の製造公差にしたがって横寸法が変動し、かつ第２の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１及び第２の許容最大値の和の少なくとも２倍である、請求項１３に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１５】
放射線検出カメラヘッドであって、該ヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、該モジュールは画素及び側壁を有し、
前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、
前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置され、
前記カメラヘッドは、少なくとも一つの前記側壁に沿って配置された前記画素の小さい方の横寸法から生じる感度低下を補償するように、前記少なくとも一つのモジュールの前記側壁の少なくとも一つに貼り付けられた絶縁導体バンドをさらに有することを特徴とする放射線検出カメラヘッド。
【請求項１６】
前記ギャップは、前記絶縁導体バンドを収容する十分な広さを有する、請求項１５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１７】
前記隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールは、前記隣接するペアの他のモジュールと干渉することなく、前記ヘッドから取り外し可能であるか、または前記ヘッドに挿入可能であるかの少なくとも何れかである、請求項１５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１８】
前記モジュール間の前記ギャップは、前記第１の横寸法よりも小さい前記第２の横寸法について寸法的に保証して、前記アレイ全体にわたって前記画素間で原則的に一定のピッチを保つ、請求項１５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項１９】
前記画素間の前記一定のピッチは、前記カメラで取得された画像の歪みを低減するように作用する、請求項１８に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２０】
前記モジュールの横寸法は、前記モジュールの第１の製造公差にしたがって変動し、かつ第１の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１の許容最大値の少なくとも２倍である、請求項１５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２１】
前記少なくとも二つのモジュールは、取り付け用ハードウェアを用いて前記カメラヘッドに取り付けられ、前記取り付け用ハードウェアは第２の製造公差にしたがって横寸法が変動し、かつ第２の許容最大値を持ち、前記ギャップは前記第１及び第２の許容最大値の和の少なくとも２倍である、請求項２０に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２２】
複数のホールを有するコリメータをさらに有し、該ホールは前記モジュールの前記画素のピッチと略等しいピッチで配置され、かつ該ホールは隔壁で隔てられ、前記コリメータは前記隔壁が前記検出器の画素間の領域にに位置するように配置される、請求項１５に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２３】
前記コリメータ及び前記モジュールは、前記隔壁が前記モジュール間の前記ギャップにも位置するように配置される、請求項２２に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２４】
前記カメラヘッドは前記アレイ内のデッドエリアによる検出ロスを低減する、請求項２２に記載の放射線検出カメラヘッド。
【請求項２５】
放射線検出カメラヘッドの製造方法であって、
画素及び側壁を有する少なくとも二つのピクセル検出器モジュールを準備するステップであって、前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置されるステップと、
前記少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを前記カメラヘッドに取り付けるステップであって、前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられるステップと、
を含むことを特徴とする放射線検出カメラヘッドの製造方法。
【請求項２６】
放射線検出カメラヘッドの製造方法であって、
画素及び側壁を有する少なくとも二つのピクセル検出器モジュールを準備するステップであって、前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置されるステップと、
前記少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを前記カメラヘッドに取り付けるステップであって、前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられるステップと、
前記アレイの表面に複数のホールを有するコリメータを貼り付けるステップであって、該ホールは前記モジュールの前記画素のピッチと略等しいピッチで配置され、かつ該ホールは隔壁で隔てられ、該隔壁が前記検出器の画素間の領域に位置するステップと、
を含むことを特徴とする放射線検出カメラヘッドの製造方法。
【請求項２７】
放射線検出カメラヘッドの製造方法であって、
画素及び側壁を有する少なくとも二つのピクセル検出器モジュールを準備するステップであって、前記モジュールの前記画素は第１の横寸法を持つ前記側壁に隣接しないで配置され、前記第１の横寸法よりも小さい第２の横寸法を持つ前記側壁に沿って前記画素の少なくとも幾つかが配置されるステップと、
前記少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを前記カメラヘッドに取り付けるステップであって、前記少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、隣接する前記少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが存在するように、前記モジュールは前記少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュールの横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられるステップと、
前記少なくとも一つの側壁に沿って配置された前記画素の小さい方の横寸法から生じる感度低下を補償するように、少なくとも一つの前記モジュールの前記側壁の少なくとも一つに絶縁導体バンドを貼り付けるステップと、
を含むことを特徴とする放射線検出カメラヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線検出の分野に関し、特に、Ｘ線及びγ線の検出及び撮像カメラの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体カメラ（Solid-state cameras）は、その良好なエネルギー分解能及び高い空間分解能により、高品質な画像を取得する能力を有する。エネルギー分解能は、主としてカメラヘッドの検出器を構成する材料固有の物理的な性質に依存する。そのような材料として、一般に様々な半導体、CdTe、CdZnTe、Si、GaAs、Ge、InGaAs及びAlGaAsといったものがある。一方、半導体カメラの空間分解能は、主として形状設計及びカメラヘッドの焦点面アレイを形成する画素の大きさに依存する。Ｘ線及びガンマ線イメージングの分野では、空間分解能は、検出器の焦点面の画素の分解能とこの焦点面の前面に一般的に配置されるコリメータの分解能のコンボリューションによって決定される。
【０００３】
高品質の画像を生成するために、検出器は高いエネルギー分解能、高い空間分解能、高感度を達成する能力を有さねばならず、それは良好なコントラストを提供する。さらに、物体面から焦点面アレイへの空間変換は、正確になされるべきである。この空間変換を、正確かつ画像の歪みなく行うために、カメラヘッドの検出器の焦点面における画素間のピッチは、この面全体にわたって一定に保たれるべきである。
【０００４】
Ｚテクノロジーとして知られ、１９７０年代の初頭から開発されてきた技術は、全てのピクセル検出器（pixelated detector）モジュールの側面から個々の検出器モジュールを接合することにより、所望のサイズの焦点面アレイの製造を可能とする。Ｚテクノロジーは、最近のレビュー記事である、J.C.カーソン、「アドバンスドＺテクノロジー焦点面アーキテクチャの応用」、インフレアドディテクターアンドアレイ、SPIE、1988年、第930巻、p.164-182、及び米国特許第4,490,626号、第4,525,921号、第4,551,629号、第4,555,623号に様々に記載されており、それらは、各々ここに参照としてその全てが組み込まれる。この接合能力は、検出器の画素のそれぞれに結合される全てのリードアウト電子回路を、検出面をＸＹ平面としてＺ方向におけるレイヤのスタックの形成の際に検出器の背面に集積することにより達成される。Ｚ方向にリードアウトの電子回路を備えたこの構成は、隣接するモジュール及び周囲のモジュールとの接合されるよう、モジュールの側面をフリーにする。
【０００５】
この技術では、各モジュールは、画素のピッチで互いに分離した、整数個の画素を含む。焦点面全体にわたってこのピッチを保つことが正確な画像を取得するために必要とされ、そのために、個々のモジュールはそれらの間にデッドスペースができないように、モジュールとモジュールとの間が固定のピッチで接合されなければならない。モジュール間にスペースのないモジュール接合は、画像の取得に寄与しない、カメラヘッドにおけるデッドエリアをなくすことも確実にする。
【０００６】
しかし、標準の製造技術では、モジュールの寸法公差、及びカメラヘッドの電子基板にそれらを取り付けるために用いる組み立て部品の寸法公差が、隣接するモジュール間に許容できないギャップを生じるか、逆に隣接するモジュールの端部間の干渉を生じるため、モジュールを基板に並べて固定することができないといったことになる。全てのモジュールをアレイ状に固定することができたとしても、これらの公差のために、画素ピッチの周期性は低下するであろう。モジュールを全て「完璧に」固定するようなタイトな公差でモジュールを製造すると、そのようなカメラヘッドのコストを非常に高価なものにしてしまうであろう。
【０００７】
そのため、検出器支持基板（ＤＣＢ）上に連続的で標準の敷き詰めパターンにモジュールを取り付けることができ、これらのモジュールについて一般に使用される製造公差であるにもかかわらず、一定のピッチを持つピクセル検出器の焦点面アレイを製造するために敷き詰めることができる検出器モジュールを構成し、配置する方法が必要とされている。さらに、その必要性は、そのような検出器モジュールの焦点面アレイにおいて、カメラの焦点面全体にわたって画素のピッチを一定に保ちつつ、モジュールをＤＣＢから自由に取り外したり、挿入したりできることにもある。
【０００８】
この項目及び本明細書の他の項目で言及した各刊行物の開示内容は、参照としてここにその全体が組み込まれる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、標準の製造公差を持つ検出器モジュールを用いつつ、それでもなおモジュールを検出器アレイから容易に取り出せ、かつ容易に置換できる、カメラヘッド全体にわたって画素間のピッチが一定な、ピクセル検出器の焦点面アレイを有する新しい放射線カメラヘッドを提供することを目的とする。さらに、ヘッドコリメータはヘッドの感度がその最適値に保たれるようなものである。
【００１０】
そのため、本発明の好ましい実施態様によれば、ピクセル検出器モジュールのそれぞれが原則的に同一の画素ピッチを持つ、検出器モジュールのアレイを組み込んだ放射線カメラヘッドが提供される。モジュール間のピッチは、モジュール間あるいはモジュールに関連する取り付け用ハードウェアの何れかの間で予測される最も大きい製造公差を超える量により、モジュールのサイズよりも僅かに大きくなるようにされ、そのためモジュールの製造サイズの変動とは無関係に、アレイ内でのモジュールの簡単な取り外し及び挿入を可能とするギャップがモジュール間に生成される。
【００１１】
さらに、本発明の他の好ましい実施態様によれば、隣接するモジュール間のギャップにもかかわらず、アレイ全体にわたって一定の画素ピッチを保つために、各画素の側壁に隣接する画素のサイズを減少させることが好ましい。これらの画素の寸法におけるこの減少は、モジュール間ギャップに対して必要とされる空間を与えるために「提供」される。しかし、減少されたサイズの画素は感度も低下し、また全体として一定の画素感度であることが画像全体にわたるコントラストの変化を避けるために重要であるため、これらの側壁の画素の性能を向上するために、モジュールの側壁に絶縁導体バンドをつけることが好ましい。
【００１２】
本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、コリメータが、その隔壁が検出器画素間のギャップに位置するように、またモジュール間のギャップにも位置するように配置される。この手法では、コリメータは画素に対して合わせられ、検出器のアクティブな画素エリアの影となるので、アレイ内での感度ロスの原因とはならない。この新規な構成の結果として、以下の利点を備えた放射線カメラヘッドが提供される。すなわち、
(i)画素間のピッチを一定に保つので、取得される画像の歪みが避けられる。
(ii)画素に対して正確に合わせられたコリメータを利用するので、検出感度が向上する。
(iii)モジュール間ギャップによって生じるデッドエリアによる検出ロスが最小化される。
(iv)上記の(i)から(iii)の利点を保ちつつ、個々のモジュールをカメラヘッド内へ挿入したり、カメラヘッドから取り外すことが可能となる。
【００１３】
本発明の他の好ましい実施態様によれば、放射線検出カメラヘッドは、そのヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、その少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、そのモジュールはその少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュール横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、そのため隣接する少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが一般的に存在し、かつピクセル検出器モジュールは側壁を有し、モジュールの画素は第１の横寸法を持つ側壁に隣接しないで配置され、第１の横寸法よりも一般に小さい第２の横寸法を持つ側壁に沿って配置される。
【００１４】
上記の放射線検出器カメラヘッドでは、隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールを、隣接するペアの他のモジュールからの干渉なしに、ヘッドから取り外し可能若しくはヘッドに挿入可能としてもよい。さらに、モジュール間のギャップは、第２の横寸法が一般に第１の横寸法よりも小さいということについて寸法的に保証するよう設計され、そのため原則的にアレイ全体にわたって一定の画素ピッチが保たれる。画素間の一定のピッチは、カメラにより取得される画像の歪みを低減するよう作用する。
【００１５】
さらに、本発明のさらなる他の好ましい実施態様によれば、上記の放射線検出器カメラヘッドにおいて、モジュールの横寸法は、モジュールの製造公差にしたがって変動してもよく、許容可能な最大値を持ち、ギャップはその許容最大値の少なくとも２倍であることが好ましい。さらに、その少なくとも二つのモジュールが取り付け用ハードウェアを用いてカメラヘッドに取り付けられる場合、取り付け用ハードウェアの横寸法も取り付け用ハードウェアの製造公差にしたがって変動してよく、許容可能な最大値を持ち、ギャップはモジュールと取り付け用ハードウェアの予測される製造公差の最大値の和の少なくとも２倍であることが好ましい。
【００１６】
本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、放射線検出カメラヘッドが提供される。その放射線検出カメラヘッドは、そのヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、その少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、そのモジュールはその少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュール横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、そのため隣接する少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが一般的に存在し、かつピクセル検出器モジュールは側壁を有し、モジュールの画素は第１の横寸法を持つ側壁に隣接しないで配置され、第１の横寸法よりも一般に小さい第２の横寸法を持つ側壁に沿って配置される。そして、そのカメラヘッドは、複数のホールを備えたコリメータも有し、そのホールはモジュールの画素のピッチと略等しいピッチで配置され、かつそのホールは隔壁で隔てられ、コリメータはその隔壁が検出器画素間の領域にほぼ位置するように配置される。
【００１７】
上記のカメラヘッドでは、コリメータ及びモジュールは、隔壁がモジュール間のギャップにも位置するように配置されることが好ましい。したがって、カメラヘッドはアレイ内のデッドエリアによる検出ロスを好適に低減する。さらに、隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールを、隣接するペアの他のモジュールからの干渉なしに、ヘッドから取り外し可能若しくはヘッドに挿入可能としてもよい。モジュール間のギャップは、第１の横寸法よりも一般に小さい第２の横寸法について寸法的に保証することが好ましく、そのため原則的にアレイ全体にわたって一定の画素ピッチが保たれる。上記の放射線検出カメラヘッドでは、画素間の一定のピッチは、カメラにより取得される画像の歪みを低減するように作用することが好ましい。
【００１８】
本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、上記の放射線検出カメラヘッドにおいて、モジュールの横寸法は、モジュールの製造公差にしたがって一般的に変動してもよく、許容可能な最大値を持ち、ギャップはその許容最大値の少なくとも２倍であることが好ましい。その少なくとも二つのモジュールは、取り付け用ハードウェアを用いてカメラヘッドに取り付けられるようにしてもよい。そして、取り付け用ハードウェアの横寸法も取り付け用ハードウェアの製造公差にしたがって変動してよく、許容可能な最大値を持ち、ギャップはモジュールと取り付け用ハードウェアの予測される製造公差の最大値の和の少なくとも２倍であることが好ましい。
【００１９】
本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、放射線検出カメラヘッドが提供される。その放射線検出カメラヘッドは、そのヘッドに取り付けられた少なくとも二つのピクセル検出器モジュールのアレイを有し、その少なくとも二つのモジュールの各々はモジュールの横寸法を持ち、そのモジュールはその少なくとも二つのモジュールのうちの最大のモジュール横寸法と少なくとも等しいピッチで取り付けられ、そのため隣接する少なくとも二つのモジュールのペア間にギャップが一般的に存在し、かつピクセル検出器モジュールは側壁を有し、モジュールの画素は第１の横寸法を持つ側壁に隣接しないで配置され、第１の横寸法よりも一般に小さい第２の横寸法を持つ側壁に沿って配置される。そして、そのカメラヘッドは、少なくとも一つの側壁に沿って配置された画素の小さい方の横寸法から生じる感度低下を補償するように、少なくとも一つのモジュールの側壁の少なくとも一つに貼り付けられた絶縁導体バンドを有する。
【００２０】
上記の放射線検出カメラヘッドにおいて、ギャップは絶縁導体バンドを収容するために十分な広さを持つことが好ましい。隣接するモジュールのペアの何れか一つのモジュールを、隣接するペアの他のモジュールからの干渉なしに、ヘッドから取り外し可能若しくはヘッドに挿入可能としてもよい。さらに、モジュール間のギャップは、第１の横寸法よりも一般に小さい第２の横寸法について寸法的に保証することが好ましく、そのため原則的にアレイ全体にわたって一定の画素ピッチが保たれる。画素間のこの一定のピッチは、カメラにより取得される画像の歪みを低減するように作用することが好ましい。
【００２１】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記の放射線検出カメラヘッドにおいて、モジュールの横寸法は、モジュールの製造公差にしたがって変動してもよく、許容可能な最大値を持ち、ギャップはその許容最大値の少なくとも２倍であることが好ましい。さらに、その少なくとも二つのモジュールは、取り付け用ハードウェアを用いてカメラヘッドに取り付けられる。そして、取り付け用ハードウェアの横寸法も取り付け用ハードウェアの製造公差にしたがって変動し、許容可能な最大値を持ち、ギャップはモジュールと取り付け用ハードウェアの予測される製造公差の最大値の和の少なくとも２倍である。
【００２２】
本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、上記の放射線検出カメラヘッドが提供され、その放射線検出カメラヘッドは、複数のホールを備えたコリメータを有し、そのホールはモジュールの画素のピッチと略等しいピッチで配置され、かつそのホールは隔壁で隔てられ、コリメータは隔壁が検出器画素間の領域にほぼ位置するように配置される。このカメラヘッドでは、コリメータ及びモジュールは、隔壁がモジュール間のギャップにも位置するように配置されることが好ましい。そのようなカメラヘッドはアレイ内のデッドエリアによる検出ロスを好適に低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本願は、本願の出願人に譲渡され、2004年7月14日に出願された米国特許仮出願第60/588,191号の優先権を主張し、その出願の開示内容は、参照としてここに組み込まれる。
【００２４】
本発明は、以下の詳細な説明と図から、より全体的に理解され、評価されるであろう。
【００２５】
ここで図１を参照する。図１は、従来のＺテクロノジーによって構成された従来技術の検出器アレイの側面図である。この技術によると、個々の検出器モジュール１００は、接合プロセスにより敷き詰められ、カソード１０４の焦点面アレイ１０２を形成する。モジュール１００の敷き詰めは、検出器支持基板（ＤＣＢ）１０６にモジュールを取り付けることにより達成されることが好ましい。ＤＣＢ１０６は、一般にプリント基板（ＰＣＢ）で作成され、モジュール１００を直接取り付けるためか、あるいは取り付け用ソケット１１０のピン１１２を受けるための取り付け穴１０８を有してもよい。モジュール１００は、そのピングリッドアレイ（ＰＧＡ）１１４をソケット１１０の取り付け穴１１６に挿入することにより、ソケット１１０に取り付けることが好ましい。ＰＧＡ１１４は、さらにＰＧＡフレーム１１８に沿って配置される。ＰＧＡフレーム１１８は、支持板１２０に取り付けられ、検出器１２２は導電性接着剤１２４で支持板１２０に接着される。導電性接着剤１２４は、検出器１２２の画素１２５を支持板１２０のコンタクトパッド１２７と電気的及び機械的に結合する。支持板１２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１２９も支持し、ＡＳＩＣ１２９の入力は、これらの画素１２５で生成される信号を処理するために、各画素１２５と電気的に接続される。ＡＳＩＣ１２９の出力は、ＡＳＩＣで処理された信号を検出器支持基板１０６を通じてリードアウトシステムに対して伝送するために、ＰＧＡ１１４と電気的に接続される。各検出面１２６のサイズは、一般に支持基板１２０と等しいか、それよりも大きい。そして、支持基板１２０は、一般にＰＧＡフレーム１１８と等しいか、それよりも大きい。ＰＧＡ１１４は、ＰＧＡ１１４のピンを直接ＤＣＢ１０６の取り付け穴１０８に挿入するか、ＤＣＢ１０６に取り付けられたソケット１１０の取り付け穴１１６に挿入することにより、ＤＣＢ１０６に取り付けるために使用される。
【００２６】
ＤＣＢ１０６の取り付け穴１０８は、ソケット１１０下の穴のグループという形で配置される。取り付け穴１０８のグループは、ソケット１１０のピン１１２と同一の空間配置を持ち、したがってピン１１２のピットと同一のピッチを持つ。取り付け穴１０８のグループ間のピッチスペースは、モジュール１００の横の長さ１２６と等しい。検出器１２２のカソード面、支持基板１２０、ピン１１４を備えたＰＧＡフレーム、ピン１１２を備えたソケット１１０、及びＰＧＡの取り付け穴１０８のグループは、すべてモジュール１００の対称軸を軸として中心合わせされる。そのような対称軸１２８を、明確化のために、図の左から２番目のモジュールにのみ示した。モジュール１００間にデッドエリアのないような接合性（buttability）を生み出すために、これらのモジュールの製造精度は非常に高いものが要求される。
【００２７】
図１の右側には、モジュール１００と同じ部品を持つ、二つのモジュール１０１及び１０３が示されている。これらは、モジュールの製造公差の影響を示している。モジュール１０１は、検出器１２２、支持基板１２０、ピン１１４を備えたＰＧＡフレーム、ピン１１２を備えたソケット１１０、及びＰＧＡ取り付け穴１０８の集合における全ての製造公差が図１の右方向として示される、一方向に累積されたような、極端な状況を示している。一方、モジュール１０３は、上記の全ての公差が反対方向、すなわち左方向に累積された、別の極端な状況を示している。この状況では、明らかなように、隣接するモジュール１０３との干渉なく、ＤＣＢ１０６あるいはソケットにさえモジュール１０１を挿入するのは不可能である。したがって、従来技術の構成方法によると、モジュール間のデッドスペースなく、モジュールを接合することは、非常に厳しい製造公差を必要とし、それを達成することはコスト的に非現実的であることは明らかである。
【００２８】
ここで図２を参照する。図２は、本発明の好ましい実施態様によって構成され、動作可能な、検出器アレイを組み込んだカメラヘッド１９０の側面断面図である。この構成によれば、モジュール１００の組み立て品は、モジュールまたはそれらに関連する取り付け部品の何れかが標準的な製造公差でもって製造されたとしても、正確な挿入を可能とする手法でＤＣＢ１０６のソケット１１０に取り付けられる。この好ましい構成によれば、取り付け穴１０８のグループ間のピッチ２００は、モジュールサイズ１２６よりも大きくなる。今日コスト的に達成可能な最も厳しい公差に対して、ピッチ２００はモジュールの寸法１２６よりも少なくとも250-300ミクロンは大きくすべきである。そのような拡げられたピッチ２００は、モジュール１００の交換が必要とされる場合、そのような交換を簡単に行えるようにするためにも重要である。この250-300ミクロンの余裕の意義は、完璧に設計された、すなわち、公差０の寸法を持つ、隣接する二つのモジュール１００に対して、モジュール間のギャップ２０２が250-300ミクロンであるということである。別の、許容公差の最大値となるモジュールのグループに対しては、モジュールの一つが、一方の側で隣接するモジュールとほぼ接触し、他方の側で500-600ミクロンのギャップが生じる状況となる。
【００２９】
モジュール１００のそれぞれは、整数個の画素１２５を持つ。この構成では、モジュール１００が、それらの間にスペース２０２をもって敷き詰められた場合、画素１２５のピッチは、カメラヘッド全体における焦点面１０２全体にわたって一定に保たれなくなる。
【００３０】
隔壁２１０とホール２０６を備えたコリメータ２０４が、焦点面アレイ１０２の前面に配置されることが好ましい。そのホールと隔壁は、各モジュール１００内で画素１２５間のピッチと等しいピッチ２０８を持つように配置される。ホールは、モジュール１００の検出器１２２の表面に入射放射線を伝播するように配置される。コリメータ２０４の理想的な配置は、その隔壁の投影が画素１２５間を通るグリッド線と一致する場合に達成される。コリメータ２０４がモジュール１００の全ての画素１２５に関して理想的な配置となるピッチ２０６を持つ場合、そのコリメータは、レジスタードコリメータ(registered collimator)として知られるものとなる。コリメータ２０４を合わせられた位置(registered position)に配置する能力は、二つの理由で非常に重要である。
(i)画素１２５間の対称線の近辺におけるフォトンの吸収によって生じる事象は、電荷共有効果に悩まされる。そのことは、Ａ．Ｅ．ボロニコフ他、「CdZnTeピクセル検出器の接触間の電荷損失」、フィジックスリサーチＡ、核計測装置及び方法、1999年、第432巻、p.326-331に記載されている。吸収されたフォトンによって生成された電荷キャリアの球体は、二つのグループの電荷キャリアに分割される。これらのグループのそれぞれは、画素間の中間領域での対称な電場の影響で異なる隣接画素１２５の方へドリフトする。そのため、吸収されたフォトンのエネルギーが二つの異なる画素１２５に分割されて測定されるので、画素間の中間領域で生じる事象はフォトンエネルギーの測定には適さない。
(ii)さらに、隣接する画素１２５間に導電面が存在すると、ボロニコフ等の前掲の記事に記載されているように、これらの画素間の中間領域は、表面の再結合と電荷損失に最も悩まされる。この電荷損失も、画素間領域において吸収されたフォトンのエネルギー測定を不可能にする要因となる。上記の両方の理由により、この領域は簡単なフォトン計数によるイメージングには基本的に不向きである。
【００３１】
コリメータ２０４の隔壁２１０は、カメラヘッドに衝突する放射線を選別し、これらの隔壁の下にある検出器の領域へのフォトン入射を防ぎ、そのためイメージ処理に使用されることはない。真の事象の損失を減らし、カメラの感度を向上させるために、これらの感度のないエリア、すなわち、画素１２５間の中間線近辺におけるエリア間のスペースはコリメータ２０４の隔壁２１０の直下の領域と原則として一致すべきである。このオーバーラップは、コリメータのレジストレーションを規定する。
【００３２】
したがって、焦点面全体にわたって画素間のピッチを一定に保つことは、以下の二つの非常に重要な理由があることは明らかである。
(i)歪みのない画像を生成するため
(ii)高い検出効率を提供するために、コリメータが焦点面全体にわたってレジストされることを確保するため
【００３３】
以上説明してきたように、カメラヘッド１９０では、ギャップ２０２は標準の製造公差を持つモジュール１００を、ＤＣＢ１０６若しくはソケット１１０に所望に応じて挿入しかつ取り換えることを可能とする。しかし、同時にこれらのギャップは、カメラのアクティブエリア全体にわたって所望の一定の画素ピッチを保つことを妨げ、感度の低下を伴って歪んだ画像を生じるという欠点も持つ。さらに、隣接するモジュール間のギャップ２０２によって生じるデッドエリアはヘッド１９０の感度を低下させる。
【００３４】
ここで図３を参照する。図３は、図２に示すカメラヘッドと同様のカメラヘッドであるが、図２に示す好ましい実施態様の上記欠点を解決する、さらに好ましい実施態様を組み込んだカメラヘッドの合成図である。図３は、２方向の視点からの検出器を示す。上側部分は、コリメータ３０２を備えたカメラヘッド３００の側面断面図である。下側部分は、ピクセル検出器のアレイパターンを示すためにコリメータ３０２を除いたカメラヘッド３００の平面図である。図の上側部分と下側部分の視点間の相対的な位置は、点線の矢印３３６で関連付けられる。
【００３５】
ホール３１２と隔壁３１４を持つコリメータ３０２は、カメラの焦点面アレイを形成するモジュール３０８のカソード３１６の上に置かれる。そのコリメータは、ホールが各モジュール３０８の検出器３２２上の画素３０４のピッチ３２０と等しいピッチ３１８を持つようにされる。図３の下側の平面図において、検出器３２２の画素３０４とエッジ３２４が、検出器の視認可能な上側面の下に位置することを示すために、それらは点線で描かれる。コリメータのホールのピッチと画素のピッチは、カメラヘッド３００の全体にわたって等しくかつ一定であることが好ましい。さらに、ピッチのこの等価性は、モジュール３０８間でも保たれることが好ましい。ギャップ３０６がある、モジュール間でも画素のピッチを一定に保つことは、モジュールの側壁３０７に沿って位置する画素のその寸法を小さくすることによってのみ達成することができる。ここで、画素ピッチが320、ギャップの大きさが306とすると、「内部の」画素の寸法が320×320として表される場合、側壁の画素の寸法は、320×(320-306/2)で与えられる。同様に、角の画素の寸法は、(320-306/2)×(320-306/2)で与えられる。本発明のこの好ましい実施態様によれば、図２に関して上述したように、モジュールの容易な取り換え及び固定を可能にするモジュール間のギャップと一定のピッチを保ちつつ、ヘッド全体にわたって、モジュール間のピッチを一定に保つことを可能にするように、内部、側壁、及び角の画素に対して異なるサイズを使用する。
【００３６】
しかし、側壁及び角の画素は、表面効果による性能の劣化に苦しめられる。さらに、これらの画素は、最早内部の画素のような正方形対称性をもたない。上記の理由により、側壁及び角の画素の性能は低い。側壁３０７に絶縁導体バンド３３２を貼り付けることにより、これらの画素の性能を向上し、内部の画素のレベルにまでそれらの画素の性能を戻すことが可能である。このことは、本願の発明者のうちの幾人かによる、米国特許第6,034,373号、「表面効果を低減させた半導体放射線検出器」に開示されている。なお、その米国特許は、ここに参照としてその全体が組み込まれる。側壁の導体バンド３３２の使用は、本発明によるカメラの性能を確保する上で重要な特徴である。
【００３７】
しかし、導体バンド３３２は、検出器の材質と一体化された部分ではなく、モジュール３０８の外壁に貼り付けられる追加部品であるため、それらの寸法が大きくなる。したがって、ギャップ３０６は、モジュール３０８を検出器支持基板１０６に挿入したり、それから取り外したりできるようにするだけでなく、導体バンド３３２を収容するために十分なスペースがなければならない。
【００３８】
図３の実施態様では、ＰＧＡ３２６、ＰＧＡフレーム３２８及び支持板３３０を含む、図２に示されたモジュール１００に記載された部品と同様の部品も含むようにモジュール３０８を示す。モジュール３０８が図２に示された実施態様のモジュール１００と異なる唯一にして重要な方途は、追加された絶縁導体バンド３３２によるものであり、その方途において検出器の側壁と角の画素は、内部の画素と異なる。
【００３９】
平面図における実線３３４は、コリメータ３０２の隔壁３１４が投影された中間線に沿って示される。この構成では、コリメータは画素３０４に関して合わせられ、画素間の利用不能な中間線領域が隔壁によってほとんど覆われる領域となり、そのことにより、最適なカメラ感度が達成される。さらに、個々のモジュール３０４間の、それら自身の空間３０６と導体バンド３３２からなるデッドエリアは、これらのデッドエリアが検出器の如何なる検知領域も覆わないように、隔壁で覆われる。
【００４０】
本発明の上述した様々な実施態様によれば、カメラヘッド３００の利点は、以下のようにまとめることができる。
(i)カメラヘッドは、画素間のピッチを一定に保つ。そのため、取得された画像の歪みが避けられる。
(ii)カメラヘッドは、画素に関して正確に合わせられたコリメータを利用する。そのため、検出感度が向上する。
(iii)カメラヘッドは、モジュール間のギャップにより生じるデッドエリアによる検出ロスを最小化する。
(iv)カメラヘッドは、上記のパラグラフ(i)から(iii)に述べた利点を維持しつつ、ＤＣＢ若しくはそのソケット（図示せず）へのモジュールの挿入及び取り外しを個々に行うことを可能にする。
【００４１】
ここで図４を参照する。図４は、図３のヘッド３００の平面図から、二つのモジュール３０４を取り出し、適切に配置されたコリメータとともに図示した拡大図である。コリメータの開口３１２のうちの二つは、検出器３２２の露光される上面を示すために、取り除かれて図示されている。アレイの構成部品は、図３に示すものと同様にラベルされている。さらに、絶縁層４００がモジュールの側壁に図示されており、その上に導体バンド３３２が着けられる。
【００４２】
ここに記載された方法及び装置は、主としてＸ線及びγ線の検出及び撮像カメラの構成を扱うものであるが、本発明の原理は、チャージカップルドデバイス（ＣＣＤ）アレイやＣＭＯＳ検出器アレイに基づいた半導体カメラのような、検出器アレイを有する他の構成にも使用できるものである。
【００４３】
したがって、本発明はここに示され、説明されたものに特に限定されないことは当業者には明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は、ここに記載した様々な特徴のコンビネーションやサブコンビネーションだけでなく、従来技術に含まれない、上記の記述を読んだ当業者によって、それらに対して行われる様々な変形や修正も含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のＺテクノロジーによって構成された、従来技術の検出器アレイの側面断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施態様によって構成され、動作可能な、モジュールピッチがモジュールサイズよりも僅かに大きく、コリメータがその隔壁が検出器画素間のギャップに位置するように配置された検出器アレイを組み込んだカメラヘッドの側面断面図である。
【図３】本発明による改良のために、モジュール間のギャップにもかかわらず、一定の画素ピッチを維持可能なように、検出器の側壁及び角のサイズが小さくされ、かつサイズが小さくなった画素の感度を保つように各モジュールの周囲に導体バンドを有するという、さらに好ましい実施態様を組み込んだ、図２に示すカメラヘッドの側面及び平面図である。
【図４】適切に配置されたコリメータを備えた、図３のカメラヘッドの平面図から二つのモジュールを拡大した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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