(57)【要約】【課題】            簡単な構造で効率的に散乱Ｘ線を排除することができ、かつ高感度の、コリメータを一体に設けたＸ線検出要素及びこれを用いたＸ線検出装置を提供する。【解決手段】        Ｘ線検出要素は、一次元配列された多数のＸ線検知素子を有するＸ線検出半導体と、Ｘ線阻止部材とを交互に重ねて積層してなる。上記Ｘ線検出要素を利用したＸ線検出装置は、上記のＸ線検出要素と、該Ｘ線検出要素にバイアス電圧を印加するバイアス印加部と、前記Ｘ線検出要素からの信号を配線を介して読み出す読出部と、を有してなる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元配列された多数のＸ線検知素子を有するＸ線検出半導体と、Ｘ線阻止部材とを交互に重ねて積層してなるＸ線検出要素。
【請求項２】
一次元配列された多数のＸ線検知素子は、シリコンn型半導体基板の一方の表層部にp+領域を縞状に配列し、他方の表層部にp+領域に対応するn+領域を配してなるものである請求項１に記載のＸ線検出要素。
【請求項３】
一次元配列された多数のＸ線検知素子は、シリコンp型半導体基板の一方の表層部にn+領域を縞状に配列し、他方の表層部にn+領域に対応するp+領域を配してなるものである請求項１に記載のＸ線検出要素。
【請求項４】
Ｘ線検知素子は、放射されたＸ線を縞状のp+又はn+領域の長手方向に受け入れるようにしてなる請求項１〜３のいずれかに記載のＸ線検出要素。
【請求項５】
Ｘ線検出素子の縞状のp+又はn+領域の長手方向の長さは20〜50mmである請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線検出要素。
【請求項６】
Ｘ線阻止部材は、Ｘ線検出要素からの突出量が20〜40mmである請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線検出要素。
【請求項７】
Ｘ線阻止部材は、板厚が40〜100μmである請求項１〜６のいずれかに記載のＸ線検出要素。
【請求項８】
Ｘ線阻止部材は、該Ｘ線阻止部材の端部両面に傾斜角0.05〜0.1°なる傾斜面を設けたものである請求項６又は７に記載のＸ線検出要素。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のＸ線検出要素と、該Ｘ線検出要素にバイアス電圧を印加するバイアス印加部と、前記Ｘ線検出要素からの信号を配線を介して読み出す読出部と、を有するＸ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
Ｘ線光子を直接電気信号に変換するＸ線検出要素及びこれを用いたＸ線検出装置に係り、特にコリメータを一体に設けたＸ線検出要素及びこれを用いたＸ線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置やＸ線透視装置等のＸ線を利用した診断装置においては、被検体で散乱したＸ線を除去するために、通常Ｘ線検出器の前にコリメータを設け、Ｘ線管から放射されたＸ線のうち被検体を透過したものを検知できるようになっている。
【０００３】
このようなコリメータとして種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、複数のコリメータ板により形成された区画ごとに被検体を透過したＸ線を通過させるコリメータにおいて、該コリメータの幅方向の端部付近における前記コリメータ板の配置のピッチを該コリメータの中央部付近における配置のピッチよりも疎にしたコリメータが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、上下面に電極を有しＸ線を直接電荷信号に変換するＸ線変換層と、散乱線除去用のコリメータ板で構成されたコリメータ部とを一次元もしくは２次元状に配置した放射線検出器において、基板に感光性ガラス板を用い、エッチングにより形成された溝に前記コリメータ板を挿入固着し、その裏面にＸ線変換層を設けた複数の副基板を多段に構成し、各副基板の電気配線を共有化できるように主基板上の配線を形成し、Ｘ線変換層を対向もしくは同方向配置させるように構成した放射線検出器が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2003-207575号公報
【特許文献２】特開2002-90463号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの従来のコリメータは、複雑で大きな装置になりやすいという問題がある。また、コリメータを構成する金属板の間に中間材や支持部材等の補強部材を要するものもあり、それらが被検体からの透過Ｘ線を吸収するためＸ線検出装置の感度が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題に鑑み、簡単な構造で効率的に散乱Ｘ線を排除することができ、かつ高感度の、コリメータを一体に設けたＸ線検出要素及びこれを用いたＸ線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＸ線検出要素は、一次元配列された多数のＸ線検知素子を有するＸ線検出半導体と、Ｘ線阻止部材とを交互に重ねて積層してなる。
【０００９】
上記発明において、一次元配列された多数のＸ線検知素子は、シリコンn型半導体基板の一方の表層部にp+領域を縞状に配列し、他方の表層部にp+領域に対応するn+領域を配してなるものが好ましく、また、シリコンｐ型半導体基板の一方の表層部にn+領域を縞状に配列し、他方の表層部にn+領域に対応するp+領域を配してなるものとすることができる。
【００１０】
さらに、Ｘ線検知素子は、放射されたＸ線を縞状のp+又はn+領域の長手方向に受け入れるようになっているのが好ましく、縞状のp+又はn+領域の長手方向の長さは20〜50mmであるのが好ましい。
【００１１】
また、Ｘ線阻止部材は、Ｘ線検出要素からの突出量が20〜40mmであるのが好ましく、板厚が40〜100μmであるのが好ましい。また、Ｘ線阻止部材は、Ｘ線阻止部材の端部両面に傾斜角0.05〜0.1°なる傾斜面を設けるのが好ましい。
【００１２】
上記のＸ線検出要素を利用したＸ線検出装置は、上記Ｘ線検出要素と、該Ｘ線検出要素にバイアス電圧を印加するバイアス印加部と、前記Ｘ線検出要素からの信号を配線を介して読み出す読出部と、を有してなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＸ線検出要素は、コリメータ機能を有するＸ線阻止部材がＸ線を検知するＸ線検出半導体と一体に構成されており、簡単な構造で効率的に散乱Ｘ線を排除することができる。また、そのＸ線検出半導体は、広く利用されているシリコン半導体の製造に用いられる方法により容易に製造することができる。さらに、このＸ線検出要素を利用して高感度でコンパクトなＸ線検出装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るＸ線検出要素の一実施例を図を基に以下に説明する。本Ｘ線検出要素100の断面を図１に示し、平面図を図２に示す。図１に示すように、Ｘ線検出要素100は、Ｘ線検出半導体10とＸ線阻止部材20とを交互に重ねて積層してなる。
【００１５】
この例では、Ｘ線検出半導体10はシリコンn型半導体基板から構成されており、その上側表層部の最外層にはSiO2層14が形成され、SiO2層14の下部には図２に示すようにp+領域12が縞状に配列されている。一方、Ｘ線検出半導体10の下側表層部には、p+領域12に対応する層状のn+領域13が形成され、さらにその下部には層状のAl電極15が形成されている。p+領域12とn+領域13の間には空乏層11が形成されている。
【００１６】
本Ｘ線検出半導体10は、公知のシリコンストリップ検出器（SSD）と同様の方法で製造することができる。Ｘ線検出半導体10のSiO2層14からAl電極15を含む全厚さは200〜600μmであり、SiO2層14、n+領域13及びAl電極15の厚さはそれぞれ約1μmである。
【００１７】
p+領域12は、厚さ約1μm、幅10〜300μm、長さが20〜50mmであり、20〜500μmのピッチで数十から1000本程度縞状に配列されている。各p+領域12においてＸ線を感知することができるから、Ｘ線検出半導体10は、厚さ200〜600μm、幅20〜500μm、長さ30〜50mmの多数のＸ線検知素子17（17A、17B、17C）がＸ線入射方向に直交して一次元に配列された構造をしている。従って、このＸ線検知素子17がピクセルとなり、これによってＸ線画像を描くことができる。
【００１８】
p+領域12の長さは、2〜150ｍｍにすることができるが、本発明においては上記のように20〜50mmとするのがよい。この長さは、シリコン型半導体のＸ線吸収長の2〜4倍に相当し、Ｘ線検出半導体10に入射したほとんどのＸ線の捕捉が可能な長さであり、必要十分の長さである。
【００１９】
Ｘ線阻止部材20は、金属板21とその両面に設けられた絶縁層23及び25からなり、絶縁材で金属板21を挟み込んだ構造をしている。金属板21は、被検体内で散乱された散乱Ｘ線のＸ線検知素子17への入射を阻止し、また、Ｘ線検知素子17内で生ずる散乱Ｘ線を上下に積層された他のＸ線検出半導体10に到達させないようにするコリメータ機能を有する。このため、金属板21は原子番号及び密度の大きいものが好ましく、また、加工性のよいものが好ましい。例えば、原子番号47番の銀〜82番の鉛又はこれらの合金が好ましい。また、金属板21に白金又は金を蒸着させたものは、Ｘ線を効率よく全反射させるのでＸ線阻止部材20として優れる。
【００２０】
絶縁層23及び25は、金属板21とＸ線検出半導体10との通電を防止する機能を有するものであれば足り、その厚さは薄いほどよい。例えば、厚さが10μm以下のカプトンフィルム、金属酸化膜等を利用することができる。なお、絶縁層23及び25はＸ線検出半導体10に一体に形成されたものであってもよい。
【００２１】
Ｘ線阻止部材20は、図３（a）に示すように、Ｘ線検出要素100からＸ線入射方向側に20〜40mm突出させるのがよい（L＝20〜40mm）。これにより、被検体内で散乱された散乱Ｘ線のＸ線検出要素100への入射を効果的に阻止することができる。すなわち、散乱Ｘ線の除去率を表す最大開口角度は、本Ｘ線検出要素100の場合は以下に示すように1°以下にすることができ、従来のものに比較して散乱Ｘ線の除去率がかなり高く、高感度のＸ線検出要素100を構成することができる。
【００２２】
最大開口角度αは、Ｘ線阻止部材20のＸ線検出要素100からの突出量Lとし、Ｘ線阻止部材20間の内幅をSとするとき、図３（a）に示すように、α＝tan-1（S/L）により表される。しかし本発明に係るＸ線検出要素100の実質的な最大開口角度α1は、シリコン型半導体のＸ線吸収長が5〜15mmであることを考慮すると、α1＝tan-1（S/L1）で表される。本Ｘ線検出要素100の場合、例えばL＝20mm、L1＝30mm、S＝0.4mmとすると、α＝1.1°、α1＝0.8°となる。ちなみに、特許文献１には最大開口角度αが3.4°の例が示されている。
【００２３】
Ｘ線阻止部材20の金属板21の板厚Tは40〜100μmとするのが好ましい。この板厚部分は、被検体を透過したＸ線がＸ線検出要素100に検出されない不感領域となるのでできるだけ薄い方が好ましい。しかしながら、実用上、強度を確保する必要があるので、金属板21の板厚は40〜100μmとするのがよい。
【００２４】
上記不感領域は、図３（b）に示すように、Ｘ線阻止部材20の端部両面に傾斜角θ＝0.05〜0.1°なる傾斜面を設けることにより、小さくすることができる。すなわち、被検体からの透過Ｘ線のうち、図３（b）に示すようなＸ線阻止部材20の端部の傾斜面に当たるものを全反射させ、Ｘ線検知素子17に導くことができるので透過Ｘ線の検出範囲が広くなるからである。上記の構成により、さらにＸ線検出要素100の感度を向上させることができる。
【００２５】
以上説明したように、本Ｘ線検出要素100は、Ｘ線阻止部材20がコリメータの機能を有し、Ｘ線検出半導体10がＸ線検出機能を有するとともにコリメータの中間材（支持材）としての機能を有する。すなわち、本Ｘ線検出要素100は簡単な構造でコンパクトなコリメータ付きのＸ線検出器として機能する。
【００２６】
上述のＸ線検出要素100を利用することにより、図１及び図４に示すようなＸ線検出装置を構成することができる。本Ｘ線検出装置300は、上記Ｘ線検出要素100と、Ｘ線検出要素100にバイアス電圧を印加するバイアス印加部110と、Ｘ線検出要素100からの信号を配線を介して読み出す読出部200を有してなる。
【００２７】
バイアス印加部110は、図１に示すように、電源111及びバイアス抵抗112を有し、Ｘ線検出要素100にＸ線検知素子17のp+領域12とAl電極15を通じてバイアス電圧を印加できるようになっている。本例の場合は、50〜150Vの逆バイアス電圧を与えるようになっている。なお、バイアス電圧V（ボルト）は、Ｘ線検知素子17の厚みD（μm）及び抵抗率ρ（Ωcm）とすると、Ｘ線検知素子17がシリコンn型半導体基板からなる場合は、V＝((D/0.53)2×(1/ρ)と表される。また、Ｘ線検知素子17がシリコンp型半導体基板からなる場合は、V＝((D/0.32)2×(1/ρ)と表される。これによると、Ｘ線検知素子17の厚さが410μmのシリコンn型半導体基板からなり、D＝410μm、ρ＝10kΩcmである場合は、バイアス電圧Vは約60Vとなる。
【００２８】
読出部200は、Ｘ線検出要素100からの信号を増幅するプリアンプ202、増幅された信号の波形整形をするシェーパ204、一定以上の強さの信号のＸ線検出要素100への入力があった場合にデジタル信号を出力するコンパレータ206、該デジタル信号をカウントするカウンタ208及びカウンタ208からの信号を画像として出力するコンピュータ230へ入力するためのインターフェース220を有してなる。
【００２９】
このように上述のＸ線検出要素100は、簡単な構造で効果的に散乱Ｘ線を防止することができるコリメータ付きのＸ線検出器であり、広く利用されているシリコン半導体製造方法を使用して作成することができる。また、Ｘ線検出装置300は高感度で鮮明なＸ線画像を得ることができる。しかしながら、このようなＸ線検出要素100及びＸ線検出装置300は、上述の実施例に限らない。Ｘ線検出半導体10は、Ｘ線光子により生成された電子・正孔対を直接検知することにより入射Ｘ線の強度及び入射量を検出することができるものであればよく、例えば、Ｘ線検出要素100を構成するＸ線検出半導体10のn+領域13を、図５（a）に示すように、p+領域12に対向させた縞状にすることができる。また、図５（b）に示すように、p+領域12とn+領域13とが千鳥に配列された構造にすることができる。この場合にp+領域12とn+領域13のそれぞれのピッチが同じなら、電子と正孔に基づく２つの出力を利用することができＸ線の検知感度を向上させることができる。
【００３０】
さらに、Ｘ線検出半導体10を、シリコンp型半導体基板を基に構成することができる。この場合、Ｘ線検出半導体10はシリコンp型半導体基板の一方の表層部にn+領域を縞状に配列し、他方の表層部にn+領域に対応するp+領域を配するように形成される。
【００３１】
また、点源から放出されるＸ線を検出する場合は、図６（a）に示すように、Ｘ線検出要素100の形状を、Ｘ線検出半導体10のp+領域12が形成する縞模様がＸ線入射方向と反対方向に末広がりの形状になるようにするのがよい。また、図６（b）に示すようにＸ線検出要素100の形状を、Ｘ線阻止部材20の配列が末広がりの形状になるようにするのがよい。これにより、効果的に散乱Ｘ線を排除することができる。
【００３２】
さらに、Ｘ線検出装置の読出部を以下のような構成にすることができる。すなわち、読出部20１を、図７に示すように、プリアンプ202、シェーパ204、サンプルホールド211、マルチプレクサ213、A/D変換装置215、インターフェース220及びコンピュータ230からなるようにすることができる。この場合は、サンプルホールド211部で一旦保持されたＸ線検出要素100からの信号をマルチプレクサ213により順番を付けて読み出し、読み出された信号を順次A/D変換装置215によりA/D変換してコンピュータ230に出力することができるので、経済的なＸ線検出装置300を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るＸ線検出要素の断面を模式的に示す図である。
【図２】図１のＸ線検出半導体部の平面図である。
【図３】図１のＸ線阻止部材部の断面を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係るＸ線検出装置を示すレイアウト図である。
【図５】Ｘ線検知素子の他の実施例を示す模式図である。
【図６】Ｘ線検出要素の他の実施例を示す模式図である。
【図７】Ｘ線検出装置の他の実施例を示すレイアウト図である。
【符号の説明】
【００３４】
10    Ｘ線検出半導体
11    空乏層
12    p+領域
13    n+領域
14    SiO2層
15    Al電極
17（17A、17B、17C）    Ｘ線検知素子
20    Ｘ線阻止部材
21    金属板
23    絶縁層
25    絶縁層
30    点源からのＸ線
100    Ｘ線検出要素
110    バイアス印加部
111    電源
112    バイアス抵抗
200、201    読出部
202    プリアンプ
204    シェーパ
206    コンパレータ
208    カウンタ
211    サンプルホールド
213    マルチプレクサ
215    A/D変換装置
220    インターフェース
230    コンピュータ
300    Ｘ線検出装置
【図１】
2005062169.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005062169.tif 000007
【図６】
2005062169.tif 000008
【図７】
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