JP2002048871A

JP2002048871A - 撮像装置、放射線検出装置および画像処理システム

Info

Publication number: JP2002048871A
Application number: JP2000235629A
Authority: JP
Inventors: Osamu Hamamoto; 修浜本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】医療診断用のＸ線デジタル撮影装置に求めら
れる高解像度、動画面像といった性能と、広範なセンサ
有効面積、装置の小型化、低価格化とを両立し、高精度
の医療に耐え得る、Ｘ線などの放射線撮像装置、この放
射線撮像装置に用いられる好適な撮像装置、および、こ
れらを用いた画像処理システムを提供する。【解決手段】画素となる複数の光電変換素子を配設し
た基板と、入射した光を光電変換素子に導く導光体とを
有する光電変換装置を、前記導光体の厚みの異なる光電
変換装置が隣接する形で、複数、配置してあることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、放射線
検出装置および画像処理システムに係わり、特に、解像
度を損なうことなく、Ｘ線などの放射線ダメージの低
減、小型軽量化、さらには、光電変換装置を繋ぎ合わせ
ることで、入力範囲の拡大を可能にした、放射線検出
（撮像）装置、および、それを用いた画像処理システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、医療診断を目的とするＸ線撮
影には、増感紙とＸ線写真フィルムを組み合わせたフィ
ルムスクリーンシステムがよく用いられている。この方
法によれば、被写体を透過したＸ線は、被写体内部の情
報を含み、それが増感紙によって、Ｘ線の強度に比例し
た可視光に変換され、Ｘ線フィルム上に感光される。

【０００３】また、最近では、Ｘ線を蛍光体によってＸ
線の強度に比例した可視光に変換し、それを、光電変換
素子を用いて、電気信号に変換し、ＡＤ変換器でデジタ
ル信号に変換するＸ線デジタル撮影装置が使用されはじ
めている。

【０００４】この例として、ガラスからなる基板上に、
アモルファス半導体を電極で挟んだ光電変換素子をマト
リックス状に配列した撮像素子上に、Ｘ線を可視光変換
する蛍光体を積層して構成したＸ線デジタル撮影装置
や、光ファイバーの束を熱などにより軟化させ、引き延
ばした、テーパー型の光ファイバーを用いて、テーパー
の絞った側にＣＣＤなどの光電変換素子を配置し、該光
電変換素子とは反対側に蛍光体を積層させたモジュール
を、２次元に繋ぎ合わせたＸ線デジタル撮影装置などが
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＸ線デジ
タル撮影装置は、主に、医療診断などに活用されてお
り、異状個所の早期発見や的確な診断を行うためには、
高解像度、低ノイズ、動画画像、広範な撮影面積などが
確保される必要がある。

【０００６】しかしながら、従来のＸ線デジタル撮影装
置では、次のような問題点があった。即ち、ガラス基板
上にアモルファスシリコンなどからなる半導体を用いて
画素となる光電変換素子を構成する装置では、センサ配
列の有効サイズを大きくとることは可能であるが、個々
の画素のサイズを細かくすることは、プロセス上および
デバイス特性上から困難である。

【０００７】一方、ＣＣＤなどの、シリコン基板上で構
成した光電変換素子を用いた場合、個々の画素サイズを
細かくすることが可能であり、高感度、高速駆動が可能
であることから、動画面像の撮影までも容易にできるも
のの、プロセス制約上およびセンサ配列の有効面積を大
きくとることができなかった。

【０００８】そこで、図６に示すように、光電変換素子
の非センサ領域同士が重ならないように、テーパー状に
加工した光ファイバを用い、画素となる光電変換素子の
数を増すことで、センサ有効面積を拡大したものも提唱
された。即ち、図６において、１は光電変換素子が形成
された基板、２は光電変換素子で検出可能な波長の、可
視光などの光に、Ｘ線を変換するシンチレータ、８はテ
ーパー状に加工した光ファイバー、１０は保護ガラス、
１１はワイヤーボンディング、１２はセラミックパッケ
ージである。

【０００９】しかし、このテーパー状光ファイバー８
は、高価な上に、厚みも重量もあるため、数個程度のつ
なぎ合わせは可能なものの、胸部撮影に必要な程度のセ
ンサ有効面積を得るには、非現実的な対処手段である。

【００１０】このような問題点により、医療診断用のＸ
線デジタル撮影装置に求められている、高解像度、動画
面像といった性能と、広範なセンサ有効面積、装置の小
型化、低価格化を両立することは、依然として困難であ
った。

【００１１】本発明の目的は、医療診断用のＸ線デジタ
ル撮影装置に求められる高解像度、動画面像といった性
能と、広範なセンサ有効面積、装置の小型化、低価格化
とを両立し、高精度の医療に耐え得る、Ｘ線などの放射
線撮像装置、この放射線撮像装置に用いられる好適な撮
像装置、および、これらを用いた画像処理システムを提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の撮像
装置は、画素となる複数の光電変換素子を配設した基板
と、入射した光を光電変換素子に導く導光体とを有する
光電変換装置を、前記導光体の厚みの異なる光電変換装
置が隣接する形で、複数、配置してあることを特徴とす
る。

【００１３】また、本発明の放射線検出（撮像）装置
は、放射線を光に変換するシンチレータと、画素となる
複数の光電変換素子を配設した基板と、前記シンチレー
タからの光を光電変換素子に導く導光体とを有する光電
変換装置を、前記導光体の厚みの異なる光電変換装置が
隣接する形で、複数、配置してあることを特徴とする。

【００１４】この場合、本発明の実施の形態として、複
数の光電変換素子を配設した前記基板には、光電変換素
子、光電変換素子駆動回路、信号処理回路、外部入出力
端子が設けられており、光電変換素子を除く光電変換素
子駆動回路、信号処理回路、外部入出力端子は、前記基
板の一辺側に配置してあること、前記導光体は、複数の
光電変換素子を配設した前記基板の受光領域と同サイズ
であり、更には、光ファイバープレートであること、前
記光ファイバープレートには、鉛が含有されている材料
から製造されていることが有効である。

【００１５】更に、本発明の画像処理システムは、上述
の撮像装置あるいは放射線検出装置と、該撮像装置ある
いは放射線検出装置からの信号を画像処理する画像処理
手段と、該画像処理手段からの信号を記録するための記
録手段と、該画像処理手段からの信号を表示する表示手
段と、該画像処理手段からの信号を電送するための電送
手段とを有する。

【００１６】なお、ここでの放射線は、Ｘ線を含むα
線、β線、γ線などをいう。また、前記導光体として
は、光を分散することなく、光電変換素子に導くため
に、上述のように、光ファイバープレートを用いること
が望ましいが、光の分散を許容できる、あるいは、光の
分散が少ない場合には、ガラス基板などの透光性基板を
用いることもできる。

【００１７】このように、本発明によれば、光ファイバ
ープレートなどの導光体は板状であり、従来の撮像装置
に用いたテーパー型導光体と比べると、小型化、低価格
化が実現できる。また、導光体は、光電変換素子基板の
受光部サイズと同じであり、光電変換素子基板の光電変
換素子駆動回路、処理回路、外部電極などの領域は、導
光体からはみ出しているものの、導光体の厚みが異なる
もの同士を、隣接して配置することで、光電変換素子基
板の光電変換素子駆動回路、処理回路、外部電極などの
出張り領域が設計上、干渉し合うことなく、受光領域の
みを隣接配置できる。即ち、受光範囲の拡大を可能とす
ることができる。

【００１８】さらには、光ファイバー等の導光体を材質
に鉛を含んだ材料から構成して、シンチレータで光に変
換できなかったＸ線を、鉛にて遮蔽することで、Ｘ線が
光電変換素子に与える影響を低減させ、ノイズの少ない
画像を得ることもできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１ないし図５を参照して、具体的に説明する。なお、本
発明の撮像装置は、以下に説明するＸ線デジタル撮像装
置に好適に用いることができるが、特に、その用途がＸ
線撮像装置に限定されるものではない。

【００２０】図１は、本発明におけるＸ線撮像装置の断
面図、図２はその斜視図である。ここで、１は光電変換
素子基板、１００は光電変換素子が２次元に配列された
受光領域、１０１〜１０４は光電変換素子を駆動するた
めの駆動処理回路、光電変換素子から得られた信号を処
理する信号処理回路、外部入出力端子等の領域、２ａお
よび２ｂは、厚みの異なる導光体としての光ファイバー
プレートである。

【００２１】なお、今回使用した光ファイバープレート
２ａ，２ｂは、１本の直径：約５〜６μｍの光ファイバ
ーを、複数束ね、加熱プレスした後、板状に切断したも
のである。個々のファイバー径には、光電変換素子より
十分細かい解像度を持つものを選択した。

【００２２】また、４はＸ線を可視光変換するシンチレ
ータ、５ａは光電変換素子基板と光ファイバープレート
を接着する透光性接着材である。５ｂはモジュール間の
接着を行う透光性接着材である。６は光電変換素子の外
部入出力端子と画像処理システムとを電気的に接続する
フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）である。

【００２３】図３に、この実施の形態における光電変換
素子基板１を示す。１００は撮像領域であり、１００μ
ｍ角の撮像素子を２次元に配列し、光電変換素子基板の
端まで配置している。１０１は垂直駆動回路（Ｖ−Ｓ
Ｒ）、１０２は列走査回路（Ｈ−ＳＲ）、１０３はメモ
リ回路とアンプ回路、１０４は電極端子であり、光電変
換素子１の１辺側に集結した構成である。

【００２４】また、この実施の形態では、光電変換素子
１の撮像領域１００と同じサイズで、厚みの薄い光ファ
イバープレート２ａを、透光性接着材５ａを用いて接着
する。光ファイバープレートは、予め、光電変換素子の
撮像領域１００と同じ面積になるように、ダイサーなど
で、精度よく切断しておく必要があり、また、ミクロン
オーダーの位置合わせが可能なアライナーで貼り合わせ
ている。

【００２５】また、接着材の使用に際しては、光ファイ
バープレートと光電変換素子との間に異物および気泡な
どが混入しないように配慮する必要がある。また、異方
性導電接着材を用いて、光電変換素子の電極端子１０４
にフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を電気的に接
続することで、薄い光ファイバープレートでのモジュー
ルを完成させた。

【００２６】同様に、厚みが前述の光ファイバープレー
ト２ａに比較して厚い、光ファイバープレート２ｂを、
透光性接着材５ａにて、光電変換素子基板に接着し、厚
い光ファイバープレートでのモジュールを完成させる。
そして、最後に、薄いモジュールと厚いモジュールの光
ファイバープレートの光入射側（光電変換素子基板接着
面の反対側）が同面になるようにして、モジュール間に
隙間が発生しないように、モジュール間を透光性接着剤
で接着する。

【００２７】この作業を続け、更に、厚い光ファイバー
を使用したモジュールを貼り合せることにより、理論上
は、無限に大きな撮像領域を持った撮像装置を製作する
ことが可能となる（実際には、複数個に留まる）。

【００２８】また、上述の撮像装置において、光ファイ
バープレートの光入射側（光電変換素子基板接着面の反
対側）にＸ線を可視光に変換する蛍光体４を備えること
で、図４に示すような、Ｘ線検出（撮像）装置にするこ
とができる。

【００２９】蛍光体の材質としては、よう化セシウム
（ＣｓＩ）または硫化ガドリウム（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ₂）を
使用し、真空蒸着により、積層する。積層したままで
は、触れただけで破壊したり、湿度で溶解してしまう畏
れもあるので、透湿防止樹脂などで保護する必要があ
る。また、硫化ガドリウム粉体にバインダーを混合し、
フィルム状に加工したものを使用してファイバープレー
トに接着剤を用いて接着しても良い。

【００３０】このようにして、本発明のＸ線検出（撮
像）装置を構成する。

【００３１】図５には、このＸ線検出（撮像）装置を医
療用の画像処理システムに組み込んだ状態が図解されて
いる。ここでは、Ｘ線源（Ｘ線チューブ）６０５０から
の放射線６０６０を被検体６０６２に照射し、後ろ側に
透過した放射線を上述のＸ線検出装置（イメージセン
サ）６０４０で可視光に変換し、これによる光電変換素
子の出力信号を、デジタル画像信号として、イメージプ
ロセッサ６０７０のメモリに記憶する。そして、その画
像信号をディスプレイ６０８０に送り、画像を表示する
と同時に、ドクタールームのフィルムプロセッサ６１０
０に送り、そこでの診断用ディスプレイ６０８１にて、
画像表示する。また、レーザプリンタによって、フィル
ム６１１０に画像を定着する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素としての複数の光電変換素子が配設された基板と、
入射した光を光電変換素子に導く導光体とを有する光電
変換装置を、それぞれ、導光体の厚みの異なる光電変換
装置が隣接する形で、複数、配置することにより、更に
は、放射線を光に変換するシンチレータを、これら複数
の光電変換装置に組み合わせたことで、以下のような効
果が得られる。

【００３３】高精細、高感度で、しかも、薄型で、
広いセンサ有効領域を有する画像入力装置を提供でき
る。

【００３４】光電変換素子基板には、光電変換素子
および素子を駆動する駆動用回路や信号処理回路を光電
変換素子基板上にすることで、隣接した光電変換素子の
ゲート線信号線などを接続する必要がなくなることか
ら、構造の簡素化により、さらなる低価格化を実現する
ものである。

【００３５】光ファイバーの材質が鉛を含んだ材料
から構成されており、蛍光体層で可視光に変換されなか
ったＸ線を、鉛にて遮蔽することで、Ｘ線が光電変換素
子を与える影響を低減させ、ノイズのない画像を得るこ
とができる。

【００３６】総じて、医療診断用のＸ線デジタル撮影装
置に求められる高解像度、動画画像といった性能と、広
範なセンサ有効面積、装置の小型化、低価格化を両立
し、高精度の医療に耐え得るＸ線撮像装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である撮像装置の構造断面
図である。

【図２】同じく、斜視図である。

【図３】同じく、電変換素子基板の内部配置図である。

【図４】本発明の撮像装置をＸ線撮像装置に適用した斜
視図である。

【図５】本発明による撮像装置を用いた画像処理システ
ムの構成図である。

【図６】従来のＸ線撮像装置の構造断面図である。

【符号の説明】

１光電変換素子基板１００光電変換素子１０１垂直駆動回路１０２列走査回路１０３メモリ回路およびアンプ回路１０４電極端子２導光部材２ａ薄い光ファイバープレート２ｂ厚い光ファイバープレート４蛍光体５透光性接着剤５ａ光電変換素子基板／導光部材の接着剤５ｂ導光部材間の接着剤ＦＰＣ６フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）８テーパー型ファイバー１０保護ガラス１１ワイヤーボンディング１２セラミックパッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 31/09 Ｈ０４Ｎ 1/028 Ｚ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 31/00 ＡＨ０４Ｎ 1/028 31/02 Ｃ 1/04 Ｈ０４Ｎ 1/04 ＥＦターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG14 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ29 JJ30 JJ33 JJ37 LL11 5B047 AA17 BA02 BB04 BC01 BC08 BC14 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DB18 DB25 DC07 5C072 AA01 BA01 EA08 VA01 5F088 BA16 BA20 BB03 EA04 EA11 JA01 JA14 JA17 KA01 KA08 LA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素となる複数の光電変換素子を配設し
た基板と、入射した光を光電変換素子に導く導光体とを
有する光電変換装置を、前記導光体の厚みの異なる光電
変換装置が隣接する形で、複数、配置してあることを特
徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１に記載の撮像装置において、複
数の光電変換素子を配設した前記基板には、光電変換素
子、光電変換素子駆動回路、信号処理回路、外部入出力
端子が設けられており、光電変換素子を除く光電変換素
子駆動回路、信号処理回路、外部入出力端子は、前記基
板の一辺側に配置してあることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１に記載の撮像装置において、前
記導光体は、複数の光電変換素子を配設した前記基板の
受光領域と同サイズであることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】請求項１に記載の撮像装置において、前
記導光体は、光ファイバープレートであることを特徴と
する撮像装置。
【請求項５】放射線を光に変換するシンチレータと、
画素となる複数の光電変換素子を配設した基板と、前記
シンチレータからの光を光電変換素子に導く導光体とを
有する光電変換装置を、前記導光体の厚みの異なる光電
変換装置が隣接する形で、複数、配置してあることを特
徴とする放射線検出装置。
【請求項６】請求項５に記載の放射線検出装置におい
て、複数の光電変換素子を配設した前記基板には、光電
変換素子、光電変換素子駆動回路、信号処理回路、外部
入出力端子が設けられており、光電変換素子を除く光電
変換素子駆動回路、信号処理回路、外部入出力端子は、
前記基板の一辺側に配置してあることを特徴とする放射
線検出装置。
【請求項７】請求項５に記載の放射線検出装置におい
て、前記導光体は、複数の光電変換素子を配設した前記
基板の受光領域と同サイズであることを特徴とする放射
線検出装置。
【請求項８】請求項５に記載の放射線検出装置におい
て、前記導光体は、光ファイバープレートであることを
特徴とする放射線検出装置。
【請求項９】請求項８に記載の放射線検出装置におい
て、前記光ファイバープレートには、鉛が含有されてい
る材料から製造されていることを特徴とする放射線検出
装置。
【請求項１０】請求項１〜４の何れか１項に記載の撮
像装置と、該撮像装置からの信号を画像処理する画像処
理手段と、該画像処理手段からの信号を記録するための
記録手段と、該画像処理手段からの信号を表示する表示
手段と、該画像処理手段からの信号を電送するための電
送手段とを有する画像処理システム。
【請求項１１】請求項５〜９の何れか１項に記載の放
射線検出装置と、該放射線検出装置からの信号を画像処
理する画像処理手段と、該画像処理手段からの信号を記
録するための記録手段と、該画像処理手段からの信号を
表示する表示手段と、該画像処理手段からの信号を電送
するための電送手段とを有する画像処理システム。