(57)【要約】【課題】直接型放射線撮像装置では電気回路が光電変換素子の裏面にあるため、何らかの放射線遮蔽がない限り光電変換素子を透過した放射線を浴びてしまい、電気回路の誤動作や損傷を招く。【解決手段】光電変換素子基板２２０の変換素子と転送回路基板２２３の転送回路とを電気的に接続する複数の接続部材２１１を有する接続基板２２１を設け、接続部材２１１は接続基板２２１の垂線方向に対し一方向に突出するくの字状に形成し、くの字状接続部材２１１によって転送回路基板２２３へ入射する放射線を遮蔽する。【選択図】　　　　図１
2004071638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は前記接続基板の垂線方向に対しくの字状に折り曲げられ、前記くの字状接続部材によって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記くの字状接続部材の前記接続基板の垂線方向に対する屈曲角度θは、画素ピッチをＰ、接続部材の極半径をｒ、前記接続基板の厚さをｔとする場合、
【数１】
2004071638.tif 000006
を満足することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は前記接続基板の垂線方向に対しくの字状に折り曲げられ、前記くの字状接続部材をその投影像が前記転送回路基板の全面を覆うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項４】
前記くの字状接続部材の前記接続基板の垂線方向に対する屈曲角度θは、画素ピッチをＰ、接続部材の半径をｒ、前記接続基板の厚さをｔとする場合、
【数２】
2004071638.tif 000007
を満足することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は柱状部の位置によって張り出し部の位置が異なる複数の種類の接続部材から成り、前記複数の種類の接続部材を隣接する張り出し部同士が接触しないように、且つ、前記張り出し部同士が互いに重なり合うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項６】
放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は螺旋状形状を有し、前記螺旋状接続部材を隣接する接続部材同士が接触せずに、且つ、互いに重なり合うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項７】
前記変換素子は結晶半導体を用いた変換素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記転送回路基板は、結晶半導体基板の上に複数の金属−酸化膜−半導体トランジスタで構成される転送回路を持つことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記接続基板１枚に対し、前記変換素子基板を複数及び前記転送回路基板を複数接続したことを特徴とする請求項１〜８に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置を制御する制御回路と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する画像処理部と、前記画像処理部からの信号に基づいて画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項１１】
前記画像処理部の出力信号を記録する記録装置を有することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を用いて撮像を行う放射線撮像装置に関し、特に、医療診断用或いは非破壊検査用等に好適な放射線撮像装置及びそれを用いたシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体技術の進歩に伴い、その技術を応用し放射線機器のディジタル化が進んでいる。このように放射線機器をディジタル化すると、フィルムや紙で保存していた画像や医療情報をディジタル情報として記録できるばかりでなく、リアルタイムに画像や情報を表示することや、遠隔地へ転送することが可能である。また、新しい原理、材料を用いてより高感度、高性能な装置を誕生させるまでに至っている。
【０００３】
このようなＸ線撮像装置は、従来の蛍光体と感光フィルムの組み合わせではなく、蛍光体で発した光をフォトダイオード等の半導体光センサで検出する方法や、物質の光電効果を利用してＸ線を電気信号へ変化する材料を用いることで感度の向上が図られている。感度が向上すると、患者に照射する線量を少なくすることができるので、患者の負担を軽減することができる。更に、従来、別々の装置であった静止画撮影と動画撮影を一つの装置で撮影できるため、診断や検診の効率化や患者の負担を軽減できる等のメリットがあり、医療現場の大きな進歩として期待されている。
【０００４】
動画撮影が可能なディジタルＸ線撮像装置には、図１５に示すように大きく分けて２種類がある。一つは図１５（ａ）に示す間接型と呼ばれる方法である。この間接型は、患者１０１を通り患者１０１の身体情報を担ったＸ線１００を蛍光体１０２で可視光１０３に変換し、その光を光ファイバ１０４を介してフォトダイオード等の半導体光センサ１０５に集光し、この半導体光センサ１０５によって電気信号に変換する方法である。１０６は半導体光センサ１０５の信号を転送する電荷転送回路である。
【０００５】
もう一つは、図１５（ｂ）に示す直接型と呼ばれる方法である。直接型は、Ｘ線を吸収し光電効果によりＸ線信号を電気信号に変換する光電変換材料１０８を用いて、患者１０７を透過したＸ線を電気信号に変換する方法である。この光電変換材料１０８には、アモルファス−セレン（α−Ｓｅ）等の非結晶材料やＧａＡｓやシリコンといった結晶材料に不純物をドープした層や金属電極を形成しダイオード型の光電変換素子としたものが用いられる。
【０００６】
ここで、電気信号を転送する電荷転送回路１０９または図１５（ａ）に示す間接型の電荷転送回路１０６には、シリコン半導体上にＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子と電気信号を蓄積するためのキャパシタを２次元マトリックス状に配置し、更に電気信号増幅用のオペアンプ等を組み込んだものが用いられる。電荷転送回路に結晶シリコンを材料とした電子回路を用いるのは高速動作が可能なためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、結晶シリコンを用いた電子回路はＸ線照射に対し弱いことが問題であった。即ち、Ｘ線が半導体中に照射されると、原子同士の結合が切断され結晶欠陥を誘発してしまう。特に、多量のＸ線が照射され、結晶欠陥がトランジスタの形成されている部分に多量に発生すると、トランジスタのスイッチング動作異常を引き起こし、回路の誤動作や電子回路の故障を引き起こす問題があった。そのため、何らかの方法でＸ線が結晶シリコンを用いた電荷転送回路に照射されないようにする必要があった。
【０００８】
そこで、間接型の装置では、半導体光センサに光を集光するファイバに放射線遮蔽効果を持たせて出来るだけ結晶シリコンで作られた回路に放射線が照射されないようにしているが、ファイバに鉛を添加するためファイバが蛍光体で発生した光を吸収し撮像装置の感度が低下する問題があった。よって、間接型の装置ではＸ線を遮蔽しようとすると、その分、可視光も遮蔽することになるため、電子回路自身にＸ線に対する耐性性を持たせ、感度低下をできるだけ防ぐほか手段がなかった。
【０００９】
一方、直接型では、電荷転送回路が光電変換素子の裏面にあるため、何らかのＸ線遮蔽物が無い限り光電変換素子を透過したＸ線をじかに浴びてしまう。そこで、光電変換素子と電荷転送回路との接続に伝導性があり、且つ、Ｘ線遮蔽に有効な材料を用いて形成した例えば、光電変換素子と電荷転送回路を接続するバンプメタルを大きく長くすることでＸ線に対する遮蔽能力を向上することが考えられる。しかし、バンプメタルは垂直方向にしか形成できないため、バンプメタルがない部分はＸ線の照射にさらされてしまい、バンプメタル直下の電荷転送回路上にトラにジスタを形成することになってしまうため、Ｘ線から保護することができなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、確実に放射線を遮蔽し、光電変換素子の感度低下を損なうことなく、転送回路を保護することが可能な放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は前記接続基板の垂線方向に対しくの字状に折り曲げられ、前記くの字状接続部材によって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は前記接続基板の垂線方向に対しくの字状に折り曲げられ、前記くの字状接続部材をその投影像が前記転送回路基板の全面を覆うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は柱状部の位置によって張り出し部の位置が異なる複数の種類の接続部材から成り、前記複数の種類の接続部材を隣接する張り出し部同士が接触しないように、且つ、前記張り出し部同士が互いに重なり合うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、放射線を電気信号に変換する複数の変換素子を有する変換素子基板と、前記変換素子の信号を転送する複数の転送回路を有する転送回路基板と、前記変換素子基板と前記転送回路基板とを電気的に接続する複数の接続部材を有する接続基板とを含み、前記接続部材は螺旋状形状を有し、前記螺旋状接続部材を隣接する接続部材同士が接触せずに、且つ、互いに重なり合うように配置することによって前記転送回路基板へ入射する放射線を遮蔽することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置を制御する制御回路と、前記放射線撮像装置からの信号を処理する画像処理部と、前記画像処理部からの信号に基づいて画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、放射線遮蔽用接続部材によって放射線から電荷転送回路を遮蔽することができ、光電変換素子の感度の低下を招くことなく、確実に放射線照射から電荷転送回路を保護することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明による放射線撮像装置の第１の実施形態を示す層構成図である。図中２００は窒化シリコンまたは絶縁性の樹脂によって形成され、上部電極２０１を保護するための保護層である。上部電極層２０１は光電変換素子に電圧を印加する電極であり、金または金と他の金属の合金である。２０３はＸ線等の放射線に対し感度を有するＮ型の高抵抗（１０８Ωｃｍ程度）ＧａＡｓ基板、２０２は有機金属気層堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等で堆積したＰ型ＧａＡｓ層、２０４は有機金属気層堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等で堆積したＮ型ＧａＡｓ層である。
【００１９】
また、２０５はスパッター等で堆積したＡｕ等の金属膜である画素電極、２０６は化学気層堆積法（ＣＶＤ）で堆積したシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）である。更に、２０７はバンプメタル２０８を形成するためのバリアメタルで、チタンとパラジウム、金をスパッタで積層したものである。バンプメタル２０８はメッキ処理で形成した金のバンプメタルである。ここで、保護層２００、上部電極２０１、Ｐ型ＧａＡｓ層２０２、高抵抗Ｎ型ＧａＡｓ層２０３、Ｎ型ＧａＡｓ層２０４、画素電極２０５、シリコン窒化膜層２０６、バリアメタル２０７、バンプメタル２０８から成る素子を光電変換素子２２０（光電変換素子基板）とする。
【００２０】
２１０は絶縁性の樹脂等で作られた接続基板基台であり、接続基板２２１の基台となるものである。接続基板２２１は光電変換素子２２０と後述する転送回路基板２２３を電気的、機械的に接続するのに用いられる。２１１は接続基板２２１に埋め込まれた形で形成され、放射線遮蔽機能と光電変換素子と転送回路基板を電気的、機械的に接続する接続機能を兼ねた放射線遮蔽用接続部材である。接続部材２１１はくの字状に形成され、このくの字の突出方向が横方向（縦方向でもよい）に向いた状態で配置されている。
【００２１】
２１２は２０８と同様のバンプメタル、２１３は結晶シリコン基板上に金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等で作られた光電変換素子の各画素からの信号を転送するための転送回路、２２３は複数の転送回路２１３を有する転送回路基板である。
【００２２】
光電変換素子２２０と転送回路基板２２３は、接続基板２２１を介して接続されている。この場合、光電変換素子２２０のバンプメタル２０８と接続基板２２１の接続部材２１１が半田２０９で、接続基板２２１の接続部材２１１と転送回路基板２２３のバンプメタル２１２が半田２０９でそれぞれ接続されている。なお、放射線としてはＸ線、β線、γ線等があるが、ここではＸ線を用いるものとする。これは以下の全ての実施形態において同様である。
【００２３】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように接続部材２１１をくの字型に形成することにより、放射線が素通りすることなく、確実に放射線を遮蔽することが出来る。これにより、転送回路２１３においてトランジスタを形成する領域の制限を無くすことができる。
【００２４】
ここで、接続部材２１１の傾きについて図２を用いて定義する。接続部材２１１の傾き角は放射線の入射面から見て、隣接する接続部材の投影像同士が重なるようにしなければならない。よって、図２に示すように放射線遮蔽接続部材ａの上部左端Ｑ１が放射線遮蔽接続部材ｂの右端Ｑ２（中央部）よりも左側にないといけいない。この条件を満たす角度θは、接続基板２２１の厚み：ｔ、接続部材の半径（接続部材は断面円形のものを折り曲げている）：ｒ、画素ピッチ：Ｐとすると、
【００２５】
【数３】
2004071638.tif 000003
【００２６】
【数４】
2004071638.tif 000004
と定義することができる。接続部材が重なっているほど、ムラなく放射線を遮蔽できるのは言うまでもない。
【００２７】
放射線遮蔽接続部材２１１の材料としては、放射線遮蔽能力を考えると鉛が望ましいが、タングステン等の他の金属材料でも構わない。この場合、電極の厚さを厚くし放射線を遮蔽できる十分な厚みにする。
【００２８】
図３は図１の光電変換素子（光電変換素子基板）２２０の製造プロセスを示す図である。まず、図３（ａ）に示すように高抵抗のＰ型ＧａＡｓ基板２０３にＭＯＣＶＤ法によりＮ型ＧａＡｓ層２０４を３０００Å堆積し、続いてスパッターでＡｕを１μｍ蒸着する。その後、図３（ｂ）に示すようにリソグラフィーによってパターニングし、エッチングすることで画素電極２０５を形成する。更に、図３（ｃ）に示すようにＮ型ＧａＡｓ層２０４と画素電極２０５を保護する目的でシリコン窒化膜２０６をＣＶＤ法によって１μｍ堆積する。
【００２９】
反対の面に図３（ｄ）に示すようにＭＯＣＶＤ法でＰ型ＧａＡｓ層２０２を３０００Å、スパッターで上部電極２０１となるＡｕを１μｍ堆積する。次いで、その上にＣＶＤによって窒化シリコン膜を１μｍ堆積し、保護層２００（図３では図示せず）を形成する。また、図３（ｅ）に示すように画素電極２０５のある側の窒化膜をリソグラフィーとエッチングを用いて開口し、図３（ｆ）に示すようにバリアメタル２０７を順次堆積し、最後に図３（ｇ）に示すようにメッキ処理により金のバンプメタル２０８を形成する。
【００３０】
ここで、光電変換素子の大きさはＧａＡｓ半導体基板として４インチのウェハーを使用すると、最大で６８ｍｍ四方のセンサーが得られ、また、放射線検出能力を考えると厚さは６００μｍ以上が望ましい。また、１画素を１６０μｍピッチで設計すると１枚の光電変換素子の画素数は４００×４００画素となる。
【００３１】
また、バンプメタル２０８の径は大きいほど、転送回路基板との接続抵抗を小さくできるが、貼り合わせ時のずれに対するマージンが小さくなる。逆に、径が小さいと接続抵抗が大きくなる。以上により、バンプメタル２０８の径は接続抵抗とずれに対するマージンを考慮して最適な径に形成するのが望ましい。また、バンプメタル２０８の高さは貼り合わせる際に用いる接着剤の塗布厚さから逆算し決定する。
【００３２】
次に、光電変換素子の動作原理について図４を用いて説明する。本実施形態では、光電変換素子としてＰＮ型フォトダイオードを用いている。図４（ａ）は光電変換素子の層構成を、図４（ｂ）は電圧を印加しない平衡状態のバンドダイアグラムを、図４（ｃ）は光電変換素子の上部電極２０１にマイナスの電位を与えた時の光電変換素子のバンドダイアグラムを示す。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように１０８Ωｃｍ程度の抵抗率を持つＮ型ＧａＡｓ基板２０３を用いた場合、上部電極２０１に電圧を印加しない状態では、ＰＮ接合のビルトイン電圧によって高抵抗Ｎ型ＧａＡｓ層２０３の電子４０１はＮ型ＧａＡｓ層２０４へ、正孔４０２はＰ型ＧａＡｓ層２０２へ拡散するため、高抵抗Ｎ型ＧａＡｓ基板２０３内はキャリアが枯渇した層、空乏層４０３が形成される。
【００３４】
この空乏層４０３では電子／正孔の濃度が極めて低いため、光電効果によって発生した電子／正孔が再結合によって消滅する時間は非常に長い。しかしながら、ＰＮ接合によるビルトイン電圧はせいぜい１Ｖ程度であり、光電効果によって発生した電子／正孔が消滅する前に電子をＮ型ＧａＡｓ層２０４へ、又は正孔をＰ型ＧａＡｓ層２０２へ移動させるに十分なエネルギーを与えることが出来ない。
【００３５】
このため、図４（ｃ）に示すように上部電極２０１にマイナス電圧を与えて電子をＮ型ＧａＡｓ層２０４へ、または正孔をＰ型ＧａＡｓ２０２層へ移動させるようにすることで、光電効果によって発生した電子／正孔を電気信号として取り出すことが出来る。
【００３６】
また、光及び放射光が照射されない場合、光電変換素子が流す電流は空乏層で熱的に発生したキャリアによるもので、光電効果により発生する電流に比べてごく僅かである。以上により、光電変換素子は照射された光量に応じた電気信号を発生することができる。
【００３７】
次に、本実施形態に用いる接続基板２２１の製造プロセスを図５を参照して説明する。接続基板２２１は以下の手順によって作製する。
【００３８】
まず、図５（ａ）に示すように接続部材となる材料を針金状にし、くの字型に加工する。この針金５０２を専用の電極固定治具５０１を用いて画素ピッチ間隔に並べる。治具５０１には画素ピッチ間隔の穴が開いており、この穴に針金５０２を通すことで針金を固定する。また、針金部材が倒れたり、傾いたりしないように針金５０２は両端で固定する。
【００３９】
次いで、図５（ｂ）に示すようにこの画素ピッチ間隔に並んだ針金５０２の側面から絶縁性の樹脂（絶縁材）５０３を流し込み樹脂で針金５０２を覆う。この樹脂が図１の接続基板基台２１０となる。この樹脂の注入は樹脂が流れない部分が発生しないように絶縁性樹脂の粘性と流し込む圧力を最適化した条件で行う。次に、図５（ｃ）に示すように樹脂が硬化した後、治具５０１を切り離し、更に、図５（ｄ）に示すように両端を切削、研磨してくの字状接続部材２１１を有する接続基板２２１が完成する。
【００４０】
図６は転送回路の１画素に相当する回路図を示す。図中６００は、図１に示すＧａＡｓ基板を用いた光電変換素子であり、１画素は画素電極２０５の１個分である。６０１は光電変換素子からの電気信号をオン／オフするための転送トランジスタ、６０２はソースフォロアトランジスタ６０３のゲート電位をリセットするためのリセットトランジスタである。トランジスタ６０３はソースフォロアとして動作し、ゲート電圧に応じた電流を流すためのソースフォロアトランジスタである。
【００４１】
また、６０４は画素の信号転送をオン／オフするための画素選択トランジスタ、６０５は複数の画素が接続されている信号線、６０６は光電変換素子の上部電極、６０７は光電変換素子の上部電極に電圧を印加するための電源である。また、６０８、６０９、６１０はそれぞれリセットトランジスタ６０２、転送トランジスタ６０１、画素選択トランジスタ６０４のゲートラインであり、各々トランジスタを制御するための電源と接続されている。６１２は電流源である。
【００４２】
なお、光電変換素子及び上部電極は転送回路には含まれないが、便宜上図示している。転送トランジスタ及びリセットトランジスタはＮ−チャネルＭＯＳＦＥＴ、ソースフォロアトランジスタ、画素選択トランジスタは、Ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００４３】
次に、光電変換素子で発生した電気信号の読み出し動作について図７を参照して説明する。まず、図７（ａ）に示すように放射線が照射されると、光電変換素子は光電効果によって放射線のエネルギー及び放射線の照射時間に比例した電荷を発生する（図７（ｂ））。この時、転送用トランジスタ６０１のゲートＶｇ１は図７（ｃ）に示すようにローレベルになっており、転送用トランジスタ６０１はオフされていて、転送用トランジスタ６０１のドレイン部に電荷が蓄積される。
【００４４】
一方、リセットトランジスタ６０２のゲート電圧Ｖｇ３は図７（ｈ）に示すようにハイレベルとなっており、リセットトランジスタ６０２はオンされていて、ソースフォロアトランジスタ６０３のゲート電圧Ｖｇｓは図７（ｄ）に示すようにリセット電位となる。
【００４５】
放射線の照射が終わると、図７（ｈ）に示すようにＶｇ３をローレベルにしてリセットトランジスタ６０２をオフする。また、図７（ｃ）に示すようにＶｇ１をハイレベルとし、転送用トランジスタ６０１をオンして、光電変換素子で発生した電荷をソースフォロアトランジスタ６０３のゲート電極へ転送する。ソースフォロアトランジスタ６０３のゲート電極に電荷が蓄積することで、ソースフォロアトランジスタ６０３はゲート電圧Ｖｇｓ（図７（ｄ））に応じたドレイン電流Ｉｓ（図７（ｅ））を流すことができる。画素の信号を読み出すのは、図７（ｆ）に示すようにＶｇ２をローレベルとし、画素選択トランジスタ６０４をオンすることで、ドレイン電流Ｉｓを図７（ｇ）に示すようにＩｓｉｇとして信号線６０５へ流すことで行う。
【００４６】
図８は図６に示す回路を３×３画素のマトリックス状に配置し、更に、読み出し用のアンプやＭＯＳＦＥＴのゲート駆動用のシフトレジスタ等を配置して、放射線撮像装置を構成した場合の一例を示すブロック図である。
【００４７】
図６の回路をマトリックス状に配置した場合、Ｖｇ２（６０２のゲートライン）は横方向の画素と共通であり、シフトレジスタ８０３に接続される。図８ではＶｇ２−１〜Ｖｇ２−３として示す。また、Ｖｇ３（６０８のゲートライン）は各画素共通で、図８のＶｇ３電源８０８によってすべての画素のリセットトランジスタ６０２が同時に制御される。更に、リセット電圧ＶｒはＶｒ電源８１０から各画素に供給される。Ｖｇ１（６０９のゲートライン）もＶｇ３と同様に各画素共通で、Ｖｇ１電源８０９から供給される。Ｖｓ電源８０７は光電変換素子に印加する電圧源、電流源８１１は各画素のソースフォロアトランジスタのソースへ電流を供給する電流源である。
【００４８】
また、Ａｍｐ１　、Ａｍｐ２、　Ａｍｐ３は電荷蓄積型のオペアンプであり、信号線に流れる電流を増幅し、電流に比例した電圧を出力する。８０１はマルチプレクサであり、Ａｍｐ１　、Ａｍｐ２、　Ａｍｐ３から送られた信号をシリアル信号に変換し、アナログ−デジタル変換回路８０２（ＡＤＣ）へ転送する。また、Ａｍｐ１　、Ａｍｐ２、　Ａｍｐ３は増幅率の切り替えができ、必要な感度が得られるよう増幅率を切り替えることが出来るものとする。
【００４９】
次に、各画素の読み出し動作について説明する。図７で説明したように放射線を照射し、光電変換素子で発生した電荷を各画素のソースフォロアトランジスタ６０３のゲート電極に蓄積した状態にする。ここで、シフトレジスタ８０３によって横１列の画素選択トランジスタ６０４をオンする。
【００５０】
即ち、図８のＶｇ２−１をローレベルとし、横１列の画素選択トランジスタ６０４（図８では、Ｔｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３とする）をオンする。画素選択トランジスタがオンすることで、その画素に蓄積した電荷に応じた電流がＳｉｇ１、Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３へ流れ込む。Ａｍｐ１、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３ではそれぞれ電流を増幅し、マルチプレクサ８０１へ転送する。
【００５１】
マルチプレクサ８０１は送られた信号をシリアル信号に変換しＡＤＣ８０２に転送する。ＡＤＣ８０２はマルチプレクサ８０１から送られた各画素の信号をデジタル値へ変換する。次の画素を読み出すには、Ａｍｐ１、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３をリセットし、信号線の既成容量に蓄積した電荷をリセットし、Ｖｇ２−１をハイレベルとしてトランジスタＴｒ１１〜ＴＲ１３をオフする。その後、上述と同様に今度はＶｇ２−２をローレベルとして次のラインの画素選択トランジスタをオンし、以下、順次画素選択トランジスタを１ライン毎にオンすることで各ラインの画素の読み出しを行う。
【００５２】
ここで、動画像の撮像の場合には、上述の動作を上（又は下）のラインの画素から順に行い、一番下（又は上）のラインの画素を読み終えたら次に上（下）のラインの画素から読み出す動作を繰り返し行う。
【００５３】
なお、図８では画素数は３×３画素としたが、これに限るものではない。例えば、一般的なレントゲン撮影を網羅するには、放射線撮像素子の有効画素領域は４０ｃｍ×４０ｃｍ程度必要となる。仮に、１６０μｍ２の画素とすると光電変換素子の画素数は２６８８×２６８８画素となる。
【００５４】
また、転送回路基板２２３のトランジスタの動作は動画のフレーム数や１ラインの画素数で最適化する。例えば、縦２６８８ラインの光電変換装置で１秒間に３０フレーム（１秒間に３０枚の画像を取得する）を実現するならば、横１ライン読むのに許容される時間は１２．４μｓｅｃとなる。転送回路のトランジスタの駆動速度は必要なフレーム数に応じて可変され、トランジスタの設計はそれに即したものである。
【００５５】
更に、Ａｍｐ１　、Ａｍｐ２、　Ａｍｐ３やマルチプレクサ８０１、シフトレジスタ８０３は画素と同一の基板に形成したものでも構わないし、別々にして作製し、あとで画素の形成された基板に接続しても構わない。
【００５６】
図９は本実施形態の基板構成の例を示す。放射線撮像装置は図９に示すように９枚の光電変換素子２２０と１枚の接続基板２２１と４枚の転送回路基板２２３とで構成されている。接続基板２２１が１枚であると、光電変換素子２２０と転送回路基板２２３を別々の枚数で貼り合わせることができるため、用意できる光電変換素子２２０や転送回路基板２２３のサイズに融通が利くことが特徴である。また、１枚の基板へ貼り合わせることから、位置ずれの問題や機械的強度の面でも有利である。
【００５７】
放射線撮像装置の組み立ては、光電変換素子２２０と接続基板２２１を貼り合わせた後、各光電変換素子２２０の上部電極２０１を接続し、その後、転送回路基板２２３との貼り合わせを行う。その後、接続基板２２１と転送回路基板２２３とを貼り合わせ、図９では図示していないが、光電変換素子２２０上部電極２０１と転送回路基板２２３に組み込まれた電源との接続、光電変換素子上面の保護層２００の形成を行う。
【００５８】
図１０は本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの一例を示すブロック図である。図中１１０１はコントロール用のコンピュータである。このコントロールコンピュータ１１０１により放射線撮像装置を含む各部の制御を行う。１１０２は画像処理装置であり、放射線撮像装置から送られてくる画像信号を動画または静止画として加工し、ディスプレイ１１０４やコントロールコンピュータ１１０１へ転送する。
【００５９】
また、１１０３はハードディスクや光磁気ディスク等の記録装置であり、画像や患者情報等を記録する。１１０５はシステムの制御卓であり、管球の設定等の撮影条件や患者情報等を入力するのに用いられる。１１０７は放射線撮像装置の制御装置であり、コントロールコンピュータ１１０１からの信号の転送を行う。１１０８は電源であり、制御回路１１０７や放射線撮像装置１１０９へ必要な電圧を供給する。１１０９は前述の実施形態で説明した放射線撮像装置、１１１０は放射線撮像装置を覆う筐体である。また、１１０６はＸ線爆射スイッチ、１１１１はＸ線源、１１１２はＸ線源を駆動するための電源である。なお、放射線撮像装置としては後述する実施形態の放射線撮像装置を用いても良い。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１（ａ）は本実施形態の接続基板２２１の平面図、図１１（ｂ）は断面図である。なお、図１１では接続基板２２１の構成のみを示しているが、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００６１】
本実施形態では、第１の実施形態と比べてくの字状の放射線遮蔽用接続部材２１１の配置が異なっている。即ち、図１１（ａ）に示すように接続部材２１１が画素の配列方向に対して所定角度（４５度）傾いた状態で配置されている。このように接続部材２１１を配置すると、接続部材２１１の投影像が転送回路基板２２３全体を覆うように見える。この結果、接続部材２１１によって転送回路基板２２３の殆どを覆うことができる。これにより、トランジスタを形成する領域に関する制限がなくなり、トランジスタの大型化や配線の幅広化によって電荷転送回路の性能向上を望める。
【００６２】
また、本実施形態では、接続部材２１１が接続基板２２１の対角方向に向かって傾いている。この場合、第１の実施形態と同様に必要な接続部材２１１の傾きは接続基板２２１の対角線上に見て隣接する接続部材と重なる角度である。即ち、接続部材２１１の接続基板２２１の垂線方向に対する角度θは、画素ピッチＰ、接続部材半径ｒ、接続基板の厚みｔとすると、見かけ上ピッチが√２されたのと同じになるから、
【００６３】
【数５】
2004071638.tif 000005
と表せる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１２は本発明の第３の実施形態の接続基板を示す。なお、図１２では接続基板のみ示しているが、その他の構成は第１の実施形態と同様である。図１２（ａ）は放射線遮蔽接続部材の種類、図１２（ｂ）は接続部材の配列方法、図１２（ｃ）は接続部材の並びをそれぞれ示す。
【００６５】
本実施形態では、図１２（ａ）に示すように接続基板２２１内の接続部材２５０は直径の違う円柱を２つ組み合わせており、直径の大きい部分（張り出し部）が形成されている位置によって形状Ａ〜Ｄの４種類がある。この４種類の接続部材を図１２（ｂ）に示すように配置することで、互いに接することなく、転送回路基板への放射線を完全に遮蔽することができる。図１２（ｃ）はこの場合の接続部材Ａ、Ｂ及び接続部材Ｃ、Ｄの並びを示す。
【００６６】
なお、この時、張り出している円柱部分の半径は、素抜け部分が出来ないように画素ピッチの√２倍より大きくなくてはならない。大きく張り出している円柱の厚みは放射線を遮蔽するのに十分な厚みを有していることは言うまでも無い。また、放射線遮蔽接続部材の材料は放射線遮蔽能力を考えると鉛が望ましいが他の金属材料でも構わない。
【００６７】
ここで、この接続部材を用いた接続基板の厚みｔは、張り出している円柱の厚みをＷ、円柱同士のギャップをｄと置くと、
ｔ＝４Ｗ＋３ｄ＋２α
と定義できる。ここで、αは図１２（ｃ）に示すように接続基板２２１が光電変換素子基板２２０及び転送回路基板２２３と接続する面から、一番近い、接続部材の張り出し面までの距離である。また、円柱同士のギャップｄは、画素間のクロストークが起きないように最適化されたものを用いるものとする。
【００６８】
図１３は本実施形態の接続基板の製造プロセスを示す図である。接続基板は以下の手順によって作製する。
【００６９】
まず、接続部材の材料を図１２に示す４種類の形状へ加工した後、図１３（ａ）に示すように接続部材２５０を専用の治具５０１を用いて画素ピッチ間隔に並べる。治具５０１には画素ピッチ間隔の穴があいており、この穴に接続部材を通すことで接続部材を固定する。また、接続部材が倒れたり、傾いたりしないように接続部材は両端で固定する。
【００７０】
次いで、図１３（ｂ）に示すようにこの画素ピッチ間隔に並んだ接続部材の側面から絶縁性の樹脂（絶縁材）５０３を流し込み樹脂で接続部材を覆う。この樹脂が接続基板基台２１０となる。この樹脂の注入は樹脂が流れない部分が発生しないように絶縁性樹脂の粘性と流し込む圧力を最適化した条件で行う。次に、樹脂が硬化した後、図１３（ｃ）に示すように治具５０１を切り離し、その後、図１３（ｄ）に示すように樹脂と接続部材の両端を切削、研磨して接続基板２２１が完成する。
【００７１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１４は本発明の第４の実施形態における接続基板を示す。なお、図１４では接続基板の構成のみを示しているが、その他の構成は第１の実施形態と同様である。図１４（ａ）は本実施形態の特徴である螺旋構造を持つ接続部材２６０を有する接続基板の断面図、図１４（ｂ）はその接続部材２６０の形状を示す図である。本実施形態では、接続基板内に埋め込まれている接続部材２６０は図１４（ｂ）に示すようにばねのような螺旋構造になっている。
【００７２】
図１４（ｃ）は４×４画素の場合における接続基板の断面図であり、図１４（ａ）を９０度回転させた場合の側面から見た図と上面から見た図を示している。図１４（ｃ）に示すように隣接する接続部材２６０は互いに接触せずに重なり合っている。このような構造にするためには、螺旋構造部はすべて同ピッチであり、ピッチは螺旋を形成する接続部材の線材の直径を考慮し互いに接触しないように最適化している。
【００７３】
ここで、放射線が照射される面からの投影像は、螺旋構造の中心部の空孔が光電変換基板と接続する部分の接続部材で塞がれるため、完全に円形となり接続部材の材料及び直径、螺旋の巻き数を適切とすることで、放射線から転送回路基板を遮蔽することが出来る。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、結晶シリコン等の電気回路を放射線照射による損傷から防ぐことができ、高感度且つ高信頼性の放射線撮像装置を実現することができる。従って、本発明を医療診断分野に用いることにより、動画撮影等において患者の被曝量低減或いは動画の画質向上により質の高い医療を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放射線撮像装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の実施形態の放射線遮蔽接続部材の傾きを説明する図である。
【図３】図１の実施形態の光電変換素子の製造プロセスを示す図である。
【図４】図１の実施形態の光電変換素子の動作原理を説明する図である。
【図５】図１の実施形態の接続基板の製造プロセスを説明する図である。
【図６】図１の実施形態の転送回路を示す回路図である。
【図７】画素の読み出し動作を説明するタイムチャートである。
【図８】図１の放射線撮像装置を用いて３×３画素とした場合の放射線撮像装置の一例を示すブロック図である。
【図９】図１の実施形態の基板の層構成を示す図である。
【図１０】本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの一例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図１３】図１２の実施形態の接続基板の製造プロセスを説明する図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１５】従来のＸ線撮像装置の直接型と間接型を説明する図である。
【符号の説明】
２００　保護層
２０１　上部電極
２０２　Ｐ型ＧａＡｓ層
２０３　高抵抗Ｎ型ＧａＡｓ層
２０４　Ｎ型ＧａＡｓ層
２０５　画素電極
２０６　シリコン窒化膜層
２０７　バリアメタル
２０８、２１２　バンプメタル
２０９　半田
２１０　接続基板基台
２１１　放射線遮蔽用接続部材
２１３　転送回路
２２０　光電変換素子
２２１　接続基板
２２３　転送回路基板
２５０、２６０　接続部材
５０１　固定治具
５０２　針金
５０３　絶縁材
６００　光電変換素子
６０１　転送用トランジスタ
６０２　リセット用トランジスタ
６０３　ソースフォロワトランジスタ
６０４　画素選択トランジスタ
６０５　信号線
８０１　マルチプレクサ
８０２　アナログ−デジタル変換回路
８０３　シフトレジスタ
１１０１　コントロールコンピュータ
１１０２　画像処理装置
１１０３　外部記録装置
１１０４　ディスプレイ
１１０５　制御卓
１１０６　Ｘ線爆射スイッチ
１１０７　制御装置
１１０８　電源
１１０９　放射線撮像装置
１１１０　筐体
１１１１　Ｘ線源
１１１２　Ｘ線源用電源
【図１】
2004071638.tif 000008
【図２】
2004071638.tif 000009
【図３】
2004071638.tif 000010
【図４】
2004071638.tif 000011
【図５】
2004071638.tif 000012
【図６】
2004071638.tif 000013
【図７】
2004071638.tif 000014
【図８】
2004071638.tif 000015
【図９】
2004071638.tif 000016
【図１０】
2004071638.tif 000017
【図１１】
2004071638.tif 000018
【図１２】
2004071638.tif 000019
【図１３】
2004071638.tif 000020
【図１４】
2004071638.tif 000021
【図１５】
2004071638.tif 000022