(57)【要約】【課題】  後方照射によって半導体放射線撮像装置の空間分解能を改善させる。【解決手段】  放射線は、基板及び感光性素子の画素化アレイを通ってシンチレータ材料まで移動し、該シンチレータ材料が放射線を吸収する。感光性素子の画素化アレイは、光フォトンを受けて、シンチレータ材料との放射線の相互作用によって生成された光の量を測定する。この撮像装置を用いれば、拡散及びボケが減少し、従ってより良い品質の画像が得られる。別の実施形態では、感光性素子の画素化アレイとシンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料がある。実質的に透過性の材料は、電子を吸収し、電子が感光性素子の画素化アレイの活性領域に入るのを実質的に阻止する。これにより、撮像装置はその仕様に従ってより長い期間作動することが可能となる。【選択図】      図２
2005114731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体放射線撮像装置であって、
入射放射線を受けるように適合された第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板と、
第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料と、
前記実質的に放射線透過性の基板と前記シンチレータ材料との間に配置された感光性素子の画素化アレイと、
を備え、
前記感光性素子の画素化アレイが、前記シンチレータ材料の第１の表面と前記実質的に放射線透過性の基板の第２の表面との間に配置されている半導体放射線撮像装置。
【請求項２】
前記実質的に放射線透過性の基板がガラス材料を含む請求項１に記載の半導体放射線撮像装置。
【請求項３】
前記実質的に放射線透過性の基板が約８０パーセントより大きい透過率を有する請求項１に記載の半導体放射線撮像装置。
【請求項４】
前記実質的に放射線透過性の基板が約１００ミクロン〜約５０００ミクロンの範囲の厚さを有する請求項１に記載の半導体放射線撮像装置。
【請求項５】
Ｘ線撮像装置であって、
入射Ｘ線を受けるように適合された第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的にＸ線透過性の基板を備え、
第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有し、前記実質的にＸ線透過性の基板によって受けられた入射Ｘ線を吸収して光を生成するように適合されたシンチレータ材料と、
前記実質的にＸ線透過性の基板と前記シンチレータ材料との間に配置された感光性素子の画素化アレイと、
を備え、
前記感光性素子の画素化アレイが、前記シンチレータ材料の第１の表面と前記実質的にＸ線透過性の基板の第２の表面との間に配置され、前記感光性素子の画素化アレイが、前記アレイ内の各画素によって受けられたＸ線エネルギの量を求めるように適合されているＸ線撮像装置。
【請求項６】
半導体放射線撮像装置であって、
入射放射線を受けるように適合された第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板と、
第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料と、
前記実質的に放射線透過性の基板と前記シンチレータ材料との間に配置され、前記シンチレータ材料の第１の表面と前記実質的に放射線透過性の基板の第２の表面との間に配置されている感光性素子の画素化アレイと、
前記シンチレータ材料の前記第２の表面上に配置された保護カバーと、
を備える半導体放射線撮像装置。
【請求項７】
半導体放射線撮像装置であって、
入射放射線を受けるように適合された第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板と、
第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料と、
前記実質的に放射線透過性の基板の前記第２の表面上に配置された第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する、前記実質的に放射線透過性の基板と前記シンチレータ材料との間に配置された感光性素子の画素化アレイと、
前記感光性素子の画素化アレイと前記シンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料と、
を備え、
前記実質的に透過性の材料が、前記シンチレータ材料の第１の表面と前記感光性素子の画素化アレイの第２の表面との間に配置されている半導体放射線撮像装置。
【請求項８】
前記実質的に透過性の材料はシリコンをベースとする誘電体を含む請求項７に記載の半導体放射線撮像装置。
【請求項９】
前記シリコンをベースとする誘電体は、約２ミクロン〜約１２ミクロンの範囲の厚さを有する請求項８に記載の半導体放射線撮像装置。
【請求項１０】
半導体放射線撮像装置であって、
入射放射線を受けるように適合された第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板と、
第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料と、
前記実質的に放射線透過性の基板の前記第２の表面上に配置された第１の表面と該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する、前記実質的に放射線透過性の基板と前記シンチレータ材料との間に配置された感光性素子の画素化アレイと、
前記感光性素子の画素化アレイと前記シンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料と、
前記感光性素子の画素化アレイと前記シンチレータ材料との間に配置され、前記シンチレータ材料の第１の表面と前記感光性素子の画素化アレイの第２の表面との間に配置されている実質的に透過性の材料と、
前記シンチレータ材料の第２の表面上に配置された保護カバーと、
を備える半導体放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体放射線撮像装置に関し、より具体的には、後方照射による半導体放射線撮像装置の空間分解能の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像装置などの典型的な半導体放射線撮像装置は、少なくとも部分的にＸ線不透過性の基板上に作られた感光性素子の画素化アレイを用いる。感光性素子の画素化アレイに接続されたシンチレータは、入射Ｘ線を受ける。幾つかのＸ線撮像装置は、シンチレータを保護するためにシンチレータの上に配置されたＸ線透過性保護カバーを有する。通常の動作中、入射Ｘ線は保護カバーを透過してシンチレータ内に入る。シンチレータは、Ｘ線を吸収して光フォトンを生成し、該光フォトンは、あらゆる方向に等方的に発散する。感光性素子の画素化アレイは、シンチレータを通って伝播する光フォトンを受ける。感光性素子の画素化アレイは、入射放射線のエネルギレベルに対応する電気信号を生成する。Ｘ線撮像装置に接続された画像処理回路は、電気信号を処理して画像を形成する。
【０００３】
Ｘ線画像の品質は、通常、撮像装置によって吸収されるＸ線の総数及びその空間分解能又は発生するボケの程度の両方に依存する。一般に、Ｘ線吸収の効率は、シンチレータの厚さが増大するにつれて高くなる。シンチレータの厚さを増大させると、Ｘ線がより良く吸収され且つ無駄になるＸ線が減少することになる。シンチレータの厚さが増大する際に起こる問題は、画像のボケが生じることである。ボケは、Ｘ線吸収のほとんどがシンチレータの下部ではなくシンチレータの上部において発生し、これにより生成された光フォトンが感光性素子の画素化アレイに到達するために伝播しなければならない距離が増大することによって起こる。光はあらゆる方向に等方的に発散するので全ての光フォトンが感光性素子の画素化アレイまで伝播することにはならないため、距離が問題である。感光性素子の画素化アレイに到達するために光が移動しなければならない距離が長くなるほど、光がアレイから離れる方向に拡散する可能性が高くなり、このことがアレイによって検出されるエネルギレベルに影響を及ぼしてボケが生じる結果となる。ボケは、シンチレータの厚さが減少するにつれて改善されることになる。従って、現在のＸ線撮像装置は、トレードオフを行って、Ｘ線吸収に対してボケの釣り合いがとれたシンチレータの厚さを選択しなければならない。
【０００４】
Ｘ線吸収に対してボケの釣り合いがとれたシンチレータの厚さを選択するトレードオフに対処するために用いられてきた１つの手法は、個々の針内に蒸着されたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）のシンチレータ材料を用いる方法である。シンチレータの針は、光フォトンが針を下って感光性素子の画素化アレイに向かって移動するのを可能にする光導体としての機能を果たす。シンチレータの針は光フォトンを感光性素子の画素化アレイに向けて配向するのに有益であるが、幾らかの光の拡散は依然として発生し、これによってボケが生じる結果となる。
【特許文献１】米国特許第６０３１２３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、Ｘ線吸収に対してボケの釣り合いがとれるシンチレータの厚さを選択するトレードオフに対処することにより、改善された画質を提供することができるＸ線撮像装置が必要である。より詳細には、同一のボケを維持しながら、Ｘ線吸収及び線量効率を改善するためにより厚いシンチレータを有することができるＸ線撮像装置を有することが望ましい。同様に、許容可能なＸ線吸収レベルを維持しながら、画像の空間分解能を高めるためにボケを減少させることができるＸ線撮像装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態では、半導体放射線撮像装置がある。この実施形態において、半導体放射線撮像装置は、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板を備える。第１の表面は、入射放射線を受けるように適合されている。この半導体放射線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料をも備える。感光性素子の画素化アレイが、実質的に放射線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイは、シンチレータ材料の第１の表面と実質的に放射線透過性の基板の第２の表面との間に配置される。
【０００７】
別の実施形態では、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的にＸ線透過性の基板を備え、該第１の表面が入射Ｘ線を受けるように適合されているＸ線撮像装置がある。このＸ線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料を備える。シンチレータ材料は、実質的にＸ線透過性の基板により受けられた入射Ｘ線を吸収して光を生成するように適合されている。感光性素子の画素化アレイは、実質的にＸ線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイは、シンチレータ材料の第１の表面と実質的にＸ線透過性の基板の第２の表面との間に配置される。感光性素子の画素化アレイは、アレイ内の各画素により受けられたＸ線エネルギの量を求めるように適合されている。
【０００８】
第３の実施形態では、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板を備える半導体放射線撮像装置がある。第１の表面は、入射放射線を受けるように適合されている。半導体放射線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料を備える。感光性素子の画素化アレイは、実質的に放射線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイは、シンチレータ材料の第１の表面と実質的に放射線透過性の基板の第２の表面との間に配置される。半導体放射線撮像装置はまた、シンチレータ材料の第２の表面上に配置された保護カバーを備える。
【０００９】
別の実施形態では、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板を備える半導体放射線撮像装置がある。第１の表面は、入射放射線を受けるように適合されている。半導体放射線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料を備える。第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する感光性素子の画素化アレイは、実質的に放射線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイの第１の表面は、実質的に放射線透過性の基板の第２の表面上に配置される。半導体放射線撮像装置はまた、感光性素子の画素化アレイとシンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料を備える。具体的には、実質的に透過性の材料は、シンチレータ材料の第１の表面と感光性素子の画素化アレイの第２の表面との間に配置される。
【００１０】
第５の実施形態では、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的にＸ線透過性の基板を備え、該第１の表面が入射Ｘ線を受けるように適合されているＸ線撮像装置がある。Ｘ線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料を備える。シンチレータ材料は、実質的にＸ線透過性の基板により受けられた入射Ｘ線を吸収して光を生成するように適合されている。第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する感光性素子の画素化アレイは、実質的にＸ線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイの第１の表面は、実質的にＸ線透過性の基板の第２の表面上に配置される。感光性素子の画素化アレイは、アレイ内の各画素により受けられたＸ線エネルギの量を求めるように適合されている。Ｘ線撮像装置はまた、感光性素子の画素化アレイとシンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料を備える。具体的には、実質的に透過性の材料は、シンチレータ材料の第１の表面と感光性素子の画素化アレイの第２の表面との間に配置される。実質的に透過性の材料は、感光性素子の画素化アレイをシンチレータ材料内で生成される電子から遮蔽するように適合されている。
【００１１】
更に別の実施形態では、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する実質的に放射線透過性の基板を備える半導体放射線撮像装置がある。第１の表面は、入射放射線を受けるように適合されている。半導体放射線撮像装置はまた、第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有するシンチレータ材料を備える。第１の表面と、該第１の表面と反対の側の第２の表面とを有する感光性素子の画素化アレイは、実質的に放射線透過性の基板とシンチレータ材料との間に配置される。具体的には、感光性素子の画素化アレイの第１の表面は、実質的に放射線透過性の基板の第２の表面上に配置される。半導体放射線撮像装置はまた、感光性素子の画素化アレイとシンチレータ材料との間に配置された実質的に透過性の材料を備える。具体的には、実質的に透過性の材料は、シンチレータ材料の第１の表面と感光性素子の画素化アレイの第２の表面との間に配置される。半導体放射線撮像装置はまた、シンチレータ材料の第２の表面上に配置された保護カバーを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の簡単な説明は、以下に言及する図面を参照して次の詳細な説明を読めばより良く理解されるであろう。
【００１３】
図１は、先行技術によるＸ線撮像装置などの半導体放射線撮像装置１０の概略断面図である。撮像装置１０は、Ｘ線不透過性基板１２を備える。大型のフラットパネル撮像装置（例えば、１０ｃｍ×１０ｃｍより大きい撮像装置）では、基板１２は、通常ガラスから構成される。Ｘ線不透過性基板の１つの実施例は、ＣＯＲＮＩＮＧ  １．１ｍｍ  １７３７基板であり、該基板は、バリウムなどの大きな原子番号（Ｚ）を有する元素がドープされ、半導体処理に要求される厳しい製造仕様に耐えることができる空間特性を与える。この種類の基板は、Ｘ線透過率が極めて小さい。例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ  １．１ｍｍ  １７３７基板は、マンモグラフィＸ線用途に用いられる典型的な放射線スペクトルにおいては１５％より低く、血管Ｘ線用途に対して用いられる典型的なスペクトルにおいては７０％より低いＸ線透過率を有する。
【００１４】
Ｘ線撮像装置１０はまた、Ｘ線不透過性基板１２上に配置された感光性素子の画素化アレイ１４を備える。感光性素子の画素化アレイ１４は一般に、画素の一次元アレイか或いは横列及び縦列で配列された画素の二次元アレイであるが、アレイは、所望の種類のイメージングに対して適切な任意の大きさ及び形状を有することができる。二次元アレイ内の各画素は、スイッチングトランジスタ（例えば、薄膜電界効果トランジスタ）を介して２つの別個のアドレスライン、スキャンライン及びデータラインに接続されたフォトダイオードなどの光センサを有する。画素の各横列において、各スイッチングトランジスタの各々は、該トランジスタのゲート電極を通じて共通のスキャンラインに接続される。画素の各縦列において、トランジスタの読み出し電極（例えば、トランジスタのドレイン電極）がデータラインに接続される。
【００１５】
図１は、Ｘ線撮像装置１０がまた感光性素子の画素化アレイ１４上に配置されたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などのシンチレータ材料１６をも備えることを示している。図１はシンチレータ材料１６を固体のブロックとして示しているが、この材料は、所定の距離だけ互いから分離された個別の針の形状を取ることができる。シンチレータ材料１６は、Ｘ線束などの放射線を吸収して光フォトンを生成し、該光フォトンが、感光性素子の画素化アレイ１４に向かって伝播する。図１は、感光性素子の画素化アレイ１４に向かって下方に伝播する光フォトンを示しているが、光は、実際にはあらゆる方向に等方的に発散する。
【００１６】
Ｘ線撮像装置１０はまた、シンチレータ材料１６上に配置されたＸ線透過性保護カバー１８を備える。保護カバー１８は、典型的にはグラファイト又は炭素繊維であるが、アルミニウム、酸化アルミニウム、ベリリウム、石英、又はプラスチックなどの他のＸ線透過性材料は、カバーとしての使用に好適である。Ｘ線透過性保護カバー１８の目的は、基本的にはシンチレータ材料１６を保護することである。具体的には、Ｘ線透過性保護カバー１８は、シンチレータ材料１６への水の侵入及び光漏れを防ぐと同時に、物理的損傷を機械的に防御する。
【００１７】
Ｘ線撮像装置１０の動作中、Ｘ線束がパルス状に放射され、検査を受けている対象物を透過するＸ線が保護カバー１８上に入射する。シンチレータ材料１６が、保護カバー１８を通って伝播するＸ線を吸収して相互作用を生じさせ、その結果光フォトンが生成される。光フォトンは、あらゆる方向に等方的に発散するが、図１には下方に伝播するフォトンを示している。感光性素子の画素化アレイ１４は、シンチレータ材料１６を通って伝播する光フォトンを受ける。感光性素子の画素化アレイ１４は、シンチレータ材料１６とのＸ線の相互作用によって生成された光の量を測定する。具体的には、画素フォトダイオードのそれぞれのトランジスタスイッチが不作動である間に、画素フォトダイオードが光を吸収して電荷を生成する。トランジスタが切り替わり、スキャンラインが導電性を帯びると、連続的に有効にされる画素横列によって電荷データが読み出され、それぞれのデータラインを介してそれぞれの画素からの電気信号が読み取られる。次いで、Ｘ線撮像装置１０に接続された画像処理回路が、電気信号を処理して画像を形成する。
【００１８】
上述のように、図１に示すような従来のＸ線撮像装置に関する問題は、Ｘ線吸収及び線量効率を改善するためにシンチレータの厚さを増大させることが望ましい場合に従来のＸ線撮像装置がボケを免れないということである。更に、許容できるＸ線吸収レベルを維持しながら画像の空間分解能を高めるためにボケを低減させることができる量には限界がある。また更に、当業者であれば、基板内の吸収を補償するためにＸ線照射量を増加させることは一般的に許容できないことは理解されるであろう。医療用イメージングにおいては、これは患者に対するＸ線照射量が増大し医療上望ましいものではない。Ｘ線管の出力に限界があることにより、これは照射時間を長くすることになろう。患者の運動によるボケ及び患者の不快さが増大する理由から、より長い照射時間は医療用イメージングにおいては特に望ましくない。
【００１９】
この問題に対する本発明の解決策は、基板の組成を変更して実質的にＸ線透過性とし、入射Ｘ線が、シンチレータ材料に到達する前に基板及び感光性素子の画素化アレイを通過するようにＸ線撮像装置を反転させるものである。シンチレータ材料に到達する前に基板及び感光性素子の画素化アレイを通過する入射Ｘ線は、後方照射として知られている。本発明は、Ｘ線不透過性基板１２に関連する制限のために、シンチレータ材料に到達する前に入射Ｘ線に感光性素子の画素化アレイを通過させることが単に図１の構造を反転させることによっては実現できないことを認識している。具体的には、基板は、限定ではないが、大きな温度変動、半導体処理及びエッチングを含む厳しい仕様を満足する必要がある。通常、これらの基板は、この厳しい仕様を満たすためにバリウムなどの大きな原子番号（Ｚ）を有する元素がドープされている。この種類の基板はＸ線を透過しない（即ち、Ｘ線を吸収する）ので、これは、入射Ｘ線を受けて感光性素子の画素化アレイまで通過させるために用いるのには適していない。恐らく、従来の基板が本発明に記載した方法で実装された場合には、マンモグラフィ用途に対しては約６０％、及び血管用途に対しては約３０％のＸ線を吸収する結果に終わるであろう。その結果として得られる画像は、吸収されるＸ線が多すぎるために画質が極めて悪く、高品質の画像を生成するには不十分な量の情報を残すことになる。
【００２０】
本発明に開示するように、基板の組成を変更して実質的にＸ線透過性とし、且つＸ線撮像装置を反転させることにより、シンチレータ材料の入口地点近傍で発生するＸ線相互作用の大部分が、これで感光性素子の画素化アレイに実質的により近接することになる。これによりボケが有意に減少し、且つ同一のＸ線量で動作させながらより良好な画質を得ることが可能となる。以下に、この構造の更なる詳細と、同一のＸ線量で動作しながらボケを有意に減少させてより良好な画質をもたらす方法を説明する。
【００２１】
図２には、本発明の１つの実施形態による半導体放射線撮像装置の概略断面図を示す。この実施形態における半導体放射線撮像装置及び後の実施形態は、Ｘ線撮像装置として説明される。当業者であれば、本発明の教示の範囲及び外延がＸ線撮像装置に限定されず、且つ他の種類の放射線撮像装置に好適とすることができることを理解されるであろう。図２では、Ｘ線撮像装置２０は、第１の表面２４及び第１の表面と反対側の第２の表面２６とを有する実質的に放射線透過性又はＸ線透過性の基板２２を備えており、第１の表面は、Ｘ線などの入射放射線を受けるように適合されている。この実施形態では、実質的にＸ線透過性とは、約８０％より大きい透過率を有することを意味する。Ｘ線撮像装置２０はまた、第１の表面２８及び第１の表面と反対の側の第２の表面３０を有するシンチレータ材料１６をも備える。Ｘ線撮像装置２０は、実質的にＸ線透過性の基板２２とシンチレータ材料１６との間に配置された感光性素子の画素化アレイ１４を更に備えており、該感光性素子の画素化アレイは、シンチレータ材料の第１の表面２８と実質的にＸ線透過性の基板の第２の表面２６との間に配置される。
【００２２】
上述のように、基板２２は実質的にＸ線透過性で、且つ入射Ｘ線がシンチレータ材料１６に到達する前に基板及び感光性素子の画素化アレイ１４を通過するように、図１に示す位置から反転される。１つの実施形態では、実質的にＸ線透過性の基板は、石英などのガラス材料を含むことができるが、当業者であれば、ＣＯＲＮＩＮＧ  ＥＡＧＬＥなどの他のガラス材料が実質的にＸ線透過性の基板２２として用いるのに好適であることが理解されるであろう。石英などのガラス材料は、約８０％より大きいＸ線透過率を有し、好ましい範囲は約８５パーセント〜約９５パーセントの間である。８０パーセントより大きいＸ線透過率を達成することができるガラス材料は、通常小さい原子番号（Ｚ）であることが必要である。本発明において、ガラス材料は、その組成の少なくとも８５パーセント又はそれ以上において１４に等しいか又はそれより小さい原子番号（Ｚ）を有する。Ｘ線透過率は、材料の厚さ、密度及び原子番号（Ｚ）に応じて変化するので、当業者であれば、所望の透過性を達成するためには、ガラス材料は約２００ミクロン〜約７００ミクロンの範囲の厚さとすることができることが分かるであろう。この厚さの範囲内のガラス材料は、薄い可撓性ガラスを用いることによるか、又は約１１００ミクロンの厚さを有する従来のガラス基板を研磨又はラッピングすることにより得ることができる。構造上の強度を付加するには、ガラス材料を高温重合体に積層することができる。
【００２３】
ガラス材料は基板として好ましいものであるが、過酷な半導体処理条件に耐えることができる他の材料も、実質的にＸ線透過性の基板２２として使用するのに適している。例えば、実質的にＸ線透過性の基板２２は、重合体材料を含むことができる。具体的には、この重合体は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネート及びポリエーテルイミドを含むことができる。可能な重合体のこのリストは、実質的にＸ線透過性の基板２２として用いるのに適した重合体の種類を網羅したものではない。重合体材料は、約６〜約７の範囲の原子番号（Ｚ）を有するので、特にマンモグラフィＸ線用途及び血管Ｘ線用途向けの実質的にＸ線透過性の基板２２として好適である。この範囲の原子番号（Ｚ）を有している場合、当業者であれば、重合体材料は１に近いより低い密度を有するので、約５００ミクロン〜約５０００ミクロンの範囲の厚さを有することができることが分かるであろう。実質的にＸ線透過性の基板２２として用いることができる別の材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。酸化アルミニウムは、小さい原子番号（Ｚ）（即ち、アルミニウムは１３、酸素は８の原子番号を有する）を有するので、実質的にＸ線透過性の基板２２として作動するのに好適である。この範囲の原子番号（Ｚ）を有している場合、当業者であれば、酸化アルミニウム材料が２と３の間の範囲の密度を有するので、約２００ミクロン〜約２０００ミクロンの範囲の厚さを有することができることが分かるであろう。
【００２４】
図３は、図２に示すＸ線撮像装置２０の別の実施形態である。具体的には、図３は、シンチレータ材料１６の第２の表面３０上に配置された保護カバー３２を有するＸ線撮像装置２０を示す。図１の保護カバー１８と異なり、保護カバー３２は、高いＸ線吸収率を提供する大きな原子番号（Ｚ）（例えば、Ｚ＞２５）を有する放射線又はＸ線不透過性の材料である。本発明において、Ｘ線不透過性保護カバー３２は、タングステン又はタンタルを含むことができる。保護カバー３２の主要な目的は、通常Ｘ線撮像装置の背後に直接取り付けられる撮像装置の電子部品に対する放射線遮蔽として機能することである。更に、保護カバー３２は、シンチレータを水、光及び物理的損傷から保護する。
【００２５】
図２及び図３に示すＸ線撮像装置２０の動作中、Ｘ線束がパルス状に放射され、検査中の対象物を透過するＸ線は、実質的にＸ線透過性の基板２２上に入射する。Ｘ線は、基板２２及び感光性素子の画素化アレイ１４を通って移動してシンチレータ材料１６に到達し、このシンチレータ材料１６がＸ線を吸収する。上述のように、吸収のほとんどはシンチレータ１６の最上部において発生する。Ｘ線がシンチレータ材料１６内に吸収される際に電子の雲が生成され、それらが更にシンチレータと相互作用して光フォトンを生成する。図２及び図３には感光性素子の画素化アレイ１４に向かって上方に伝播するフォトンを示しているが、フォトンは、あらゆる方向に等方的に発散する。感光性素子の画素化アレイ１４は、光フォトンを受け入れ、図１の撮像装置を参照して説明した方法と同様にして、シンチレータ材料１６とのＸ線の相互作用によって生成された光の量を測定する。吸収及び相互作用の大部分は、感光性素子の画素化アレイ１４の入口平面に近接するシンチレータ材料１６の最上部において発生するので、光が画素に到達するまでの移動距離が短くなる。これは光の拡散が小さくし且つボケの低減をもたらし、従って、従来の撮像装置で得られるものよりも良好な品質の画像が得られる。高エネルギＸ線用途で必要とされることもあるが、シンチレータ材料の厚さを増大することが求められる場合、光が感光性素子の画素化アレイ１４の入口に到達するまでに移動しなければならない距離はほとんどのＸ線に対して同一であるため、これは画像の品質には影響を及ぼさないであろう。
【００２６】
図４は、図２及び図３に示すＸ線撮像装置２０による空間分解能の改善の予測を示す図である。具体的には、図４は、図１に示す従来の撮像装置と図２及び図３に示す本発明の撮像装置との間の相対的空間分解能を示す。従来の撮像装置と本発明の撮像装置２０との間の相対的空間分解能は、ボケの量を示す変調伝達関数（ＭＴＦ）によって図４に示される。図４は、従来の撮像装置と本発明の撮像装置２０との間の相対的変調伝達が空間周波数が増大するにつれて増加することを示している。具体的には、本図は、本発明の撮像装置に対して１．５倍の改善が予測されることを示している。この図を作成するために使用されたモデルは、１００ミクロンの画素化アレイと２００ミクロンの厚さを有するヨウ化セシウムシンチレータとを仮定している。
【００２７】
シンチレータ材料に到達する前に入射Ｘ線に基板及び感光性素子の画素化アレイを通過させることの潜在的欠点は、画素化アレイにおいて放射線障害が発生する可能性があることである。通常、感光性素子の画素化アレイ１４は、数ミクロンの厚さを有する極めて薄いものである。通常、画素化アレイはあまり多量のＸ線を吸収するものではないが、吸収が発生することにより、感光性素子（即ち、フォトダイオード及びトランジスタ）に放射線障害を生じさせる可能性がある。実際には、ほとんどの障害は、隣接するシンチレータ材料内で生じるＸ線吸収によって発生し、感光性素子内で発生する直接吸収によって生じるものではない。シンチレータ材料内への吸収により発生する放射線障害は、ほとんどのＸ線吸収が発生するシンチレータ１６の最上部において生成される電子の雲によるものである。電子の雲は、入ってくるＸ線と関連する高エネルギ電子からシンチレータにおける吸収プロセスに関与する他の電子へのエネルギ伝達の結果である。雲の範囲は比較的小さいが、一般には感光性素子の画素化アレイ１４内へ数ミクロン拡散することになる。電子の雲に対する曝露が長引くと感光性素子の画素化アレイ１４の放射線障害につながる可能性がある。例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をベースとする電界効果トランジスタを使用する感光性素子の画素化アレイは、放射線に対する長時間の曝露後にこれらの閾値電圧及び漏れ電流に変化を生じる場合がある。また、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をベースとする感光性ニップダイオードは、放射線曝露後に漏れ電流が増加する可能性がある。これらの変化は、Ｘ線撮像装置がその仕様に従って作動するのを妨害する恐れがある。
【００２８】
この起こり得る問題に対する解決策は、電子を吸収してアレイの活性領域に入るのを実質的に阻止するために、シンチレータ材料１６と感光性素子の画素化アレイ１４との間に実質的に透過性の薄膜材料を配置することである。この薄膜材料が、感光性素子の電気的特性の劣化を防止し、且つ撮像装置がその仕様に従ってより長い期間作動可能にする。以下に、この構造を有する撮像装置をより詳細に説明する。
【００２９】
図５は、本発明の第２の実施形態によるＸ線撮像装置３４の概略断面図である。Ｘ線撮像装置３４は、撮像装置３４が感光性素子の画素化アレイ１４とシンチレータ材料１６との間に配置された実質的に透過性の材料４０を備えることを除き、図２に示すＸ線撮像装置２０と同様である。図５は、感光性素子の画素化アレイ１４が第１の表面３６及び第１の表面と反対の側の第２の表面３８を有することを示している。実質的に透過性の材料４０は、シンチレータ材料１６の第１の表面２８と感光性素子の画素化アレイ１４の第２の表面３０との間に配置される。
【００３０】
上述のように、実質的に透過性の材料４０は薄膜材料である。実質的に透過性の材料４０は、電子が感光性素子の画素化アレイ１４の活性領域に入るのを遮蔽又は阻止し、これは素子の電気的特性の劣化を防止するのに役立つ。この実施形態に関して説明する機能を実行するために、実質的に透過性の材料４０は、入射Ｘ線束に対して実質的に透過性である。一般に、実質的に透過性の材料４０は、効率的なＸ線吸収を防止するために、１４に等しいか又はこれよりも少ない小さい原子番号、即ちＺを有する。更に、実質的に透過性の材料４０は、シンチレータ材料１６内で発生するＸ線吸収事象によって生成される電子を吸収するが、生成される光学的光に対しては実質的に透過性である。関心のあるＸ線エネルギが通常約１５ＫｅＶ〜約２０ＫｅＶであるマンモグラフィＸ線用途に対しては、実質的に透過性の材料４０は、材料の密度に応じて約２ミクロン〜約６ミクロンの範囲の厚さを有することができる。より高いＸ線エネルギが使用される（例えば、約３０ＫｅＶ〜約８０ＫｅＶ）血管Ｘ線用途に対しては、実質的に透過性の材料４０は、材料の密度に応じて約１ミクロン〜約２０ミクロンの範囲の厚さを有することができる。
【００３１】
１つの実施形態では、実質的に透過性の材料４０は、シリコンをベースとする誘電体である。シリコンをベースとする誘電体は、窒化シリコン（ＳｉＮ）及び酸化シリコン（ＳｉＯ）を含むことができる。当業者であれば、窒化シリコン（ＳｉＮ）と酸化シリコン（ＳｉＯ）の組み合わせが実質的に透過性の材料４０として用いるのに適していることが分かるであろう。マンモグラフィＸ線用途に対しては、２．３ｇ／ｃｍ３近傍の密度を有するシリコンをベースとする誘電体は、約１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の厚さを有する。血管Ｘ線用途に対しては、この材料は、約２ミクロン〜約１２ミクロンの範囲の厚さを有する。
【００３２】
別の実施形態では、実質的に透過性の材料４０は、重合体材料である。この重合体材料は、ポリイミド及びパラキシリレンを含むことができる。当業者であれば、他の重合体も実質的に透過性の材料４０として用いるのに適していることが分かるであろう。マンモグラフィＸ線用途に対しては、低密度重合体は、約１．５ミクロン〜約８ミクロンの範囲の厚さを有する。血管Ｘ線用途に対しては、重合体材料は、約３ミクロン〜約２０ミクロンの範囲の厚さを有する。
【００３３】
図６は、図５に示すＸ線撮像装置３４の別の実施形態である。具体的には、図６は、シンチレータ材料１６の第２の表面３０上に配置された保護カバー３２を有するＸ線撮像装置３４を示している。保護カバー３２は、図３に関して説明したカバーと同様であり（タングステン又はタンタル）、且つ同じ機能を実行する（即ち、撮像装置の電子機器に対する遮蔽物として機能し、且つシンチレータを水、光及び物理的損傷から保護する）。
【００３４】
Ｘ線撮像装置３４の動作中、Ｘ線束がパルス状に放射され、検査を受けている対象物を透過するＸ線は、実質的にＸ線透過性の基板２２上に入射する。Ｘ線は、基板２２、感光性素子の画素化アレイ１４、実質的に透過性の材料４０を通ってシンチレータ材料１６まで移動し、該シンチレータ材料１６がＸ線を吸収する。上述のように、吸収のほとんどは、シンチレータ１６の最上部において発生する。Ｘ線がシンチレータ材料１６内に吸収される際に電子の雲が生成される。実質的に透過性の材料４０は、これらを吸収することにより電子が感光性素子の画素化アレイに衝突してこれに損傷を与えるのを阻止又は遮蔽する。電子の雲は、更にシンチレータ材料１６と相互作用して光フォトンを生成する。図５及び図６は感光性素子の画素化アレイ１４及び実質的にＸ線透過性の基板２２に向かって上方に伝播するフォトンを示しているが、フォトンはあらゆる方向に等方的に発散する。この実施形態では、光フォトンは、実質的に透過性の材料４０を通って伝播する。感光性素子の画素化アレイ１４は、光フォトンを受けて、シンチレータ材料１６とのＸ線の相互作用によって生成された光の量を測定する。実質的に透過性の材料４０が電子を吸収することによって電子が感光性素子の画素化アレイに衝突してこれを損傷するのを阻止又は遮蔽するので、撮像装置３４は、劣化することなくその仕様に従ってより長期間作動することになる。
【００３５】
図７は、電子が固体材料内を移動することができるおおよその範囲をエネルギの関数として示した図である。図７において実施されたような簡単な分析により、実質的に透過性の材料４０に必要な厚さを選択することができる。
【００３６】
本発明において後方照射を有するＸ線撮像装置と、感光性素子の画素化アレイを損傷から防御する実質的に透過性の材料を有するＸ線撮像装置とが提供されたことは明らかである。本発明をその好ましい実施形態に関連して具体的に示し且つ説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって変形及び修正を達成することができることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術による半導体放射線撮像装置の概略断面図。
【図２】本発明の１つの実施形態による半導体放射線撮像装置の概略断面図。
【図３】図２に示す半導体放射線撮像装置の別の実施形態。
【図４】図２及び図３に示す撮像装置による空間分解能の予測向上を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態による半導体放射線撮像装置の概略断面図。
【図６】図５に示す半導体放射線撮像装置の別の実施形態。
【図７】固体材料内における電子の概略の範囲をエネルギの関数として示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１４  感光性素子の画素化アレイ
１６  シンチレータ材料
２０  Ｘ線撮像装置
２２  基板
２４  基板の第１の表面
２６  基板の第２の表面
２８  シンチレータ材料の第１の表面
３０  シンチレータ材料の第２の表面
【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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