| 【発明の名称】 |
光電変換装置および放射線撮影装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松本 和弘
【氏名】畑 文夫
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| 【要約】 |
【課題】基板の損傷を防ぎ、軽量化，薄型化しつつ、良好な画像を得るのが困難。
【解決手段】入射した光を光電変換する光電変換素子が形成された基板４と、基板を支持する支持基台５とを有し、支持基台５は、基板４の光入射側またはその反対側の主面に配置されてなる光電変換装置であって、支持基台５は、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入射した光を光電変換する光電変換素子が形成された基板と、該基板を支持する支持基台とを有し、該支持基台は、前記基板の光入射側またはその反対側の主面に配置されてなる光電変換装置であって、前記支持基台は、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】 前記支持基台は、平面板部材と格子部材とで構成され、該格子部材が前記壁を構成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】 前記支持基台は、くし状部材で構成され、該くし状部材のくし歯部分が前記壁を構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】 放射線を検出するための手段が形成された基板と、該基板を支持する支持基台とを有し、該支持基台は、前記基板の放射線入射側またはその反対側の主面に配置されてなる放射線撮影装置であって、前記支持基台は、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体であることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項５】 前記支持基台の壁は、放射線吸収材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】 前記支持基台は、平面板部材と格子部材とで構成され、該格子部材が前記壁を構成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】 前記支持基台は、くし状部材で構成され、該くし状部材のくし歯部分が前記壁を構成することを特徴とする請求項４〜６のいずれかの請求項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】 前記放射線はＸ線であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかの請求項に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】 前記放射線を検出するための手段は、放射線を可視光に変換する蛍光体と、該蛍光体からの光を光電変換する光電変換素子とから構成されていることを特徴とする請求項４〜８のいずれかの請求項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】 前記基板と前記支持基台とは略同面積であることを特徴とする請求項４〜９のいずれかの請求項に記載の放射線撮影装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電変換装置および放射線撮影装置に係わり、特に半導体薄膜素子による固体検出素子を用いたＸ線デジタル撮影装置に好適に用いられるものである。さらに、詳細には、耐衝撃、耐振動特性の向上と軽量化あるいは薄型化とを同時に実現し、さらに良好な画像を取得できるＸ線デジタル撮影装置に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】医療診断を目的とするＸ線撮影は、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行われている。この方法によれば、被写体を透過したＸ線は被写体の内部情報を含み、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線写真フィルムを感光させ、Ｘ線画像をフィルム上に形成する。
【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、それを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。この例として例えば、ガラスからなる基板上にアモルファス半導体膜を挟んで透明導電膜と導電膜からなる半導体薄膜による固体光検出素子をマトリクス状に配列した固体光検出器の製作が可能になり、この固体光検出器とＸ線を可視光に変換するシンチレータを積層したＸ線像検出手段が提案されている。
【０００４】基板には、半導体素子との化学作用のないこと、半導体形成プロセスの温度に耐えること、寸法安定性、などの要求からガラス板が多く用いられる。
【０００５】特開平7-27864号公報では、ガラス基板上に形成された半導体薄膜による固体光検出器とシンチレータを組み合わせたＸ線像検出手段が開示されている。また米国特許第5,381,014号では、ガラスからなる基板上にアモルファス半導体膜を挟んで透明導電膜と導電膜からなる固体検出素子をマトリクス状に配列した固体検出器を1枚の基台上に複数枚接合することによって、14インチ×17インチの大型のＸ線像検出手段を実現している。
【０００６】そして、従来から使用されているイメージインテンシファイアを用いたＸ線デジタル撮影装置（イメージインテンシファイア、ＴＶカメラ、Ａ／Ｄコンバータ等で構成される装置で、Ｘ線はイメージインテンシファイアに到達して可視像に変換され、ＴＶカメラで可視像がビデオ信号に変換され、Ａ／Ｄコンバータでビデオ信号がデジタル信号に変換される。）に比較してセンサ部分を大面積かつ薄肉、軽量に形成することが可能になった。それゆえに、このＸ線センサ部分を従来のフィルムスクリーンシステムで用いられているカセッテに近い形状にすることが可能であり、場合によってはカセッテと同様に様々な場所に移動させて使用することも可能となっている。
【０００７】ここで、上記撮影形態の例を図１０に示す。
【０００８】図１０において、Ｘ線発生装置101から出力されたＸ線は、被写体102を透過して架台109に取り付けられたＸ線デジタル撮影装置103に入射する。この際入射したＸ線には、被写体102の内部情報が含まれており、Ｘ線デジタル撮影装置103の内部のＸ線センサ部104を構成する蛍光体105でＸ線の強度に比例した可視光に変換され、固体光検出器106によってその可視光に比例した電荷に変換される。そして、AD変換器によってデジタル信号化され、コントロール部107に転送される。ここで、AD変換はＸ線デジタル撮影装置103内部で行われてもよいし、コントロール部107で行われてもよい。そして、転送された画像データは表示部108で表示される。
【０００９】さらに例えば、Ｘ線デジタル撮影装置103は、架台109から取り外して別室に設置されているテーブルタイプの架台114に取り付け、コントロール部107とは別のコントロール部112に対して接続することも可能である。
【００１０】すなわち上記と同様に、Ｘ線発生装置110から出力されたＸ線は、被写体111を通過して架台114に取り付けられたＸ線デジタル撮影装置103に入射する。この際入射したＸ線には、被写体111の内部情報が含まれており、Ｘ線デジタル撮影装置103の内部のＸ線センサ部104を構成する蛍光体105でＸ線の強度に比例した可視光に変換され、固体光検出器106によってその可視光に比例した電荷に変換される。そして、AD変換器によってデジタル信号化され、コントロール部112に転送された画像データは表示部113で表示される。
【００１１】なお、Ｘ線発生装置101、110から出力されたＸ線は被写体102、111を透過する際に吸収、透過のみでなく散乱を生じる。このため被写体102、111を透過し、Ｘ線デジタル撮装置103に到達するＸ線は被写体102、111を真っ直ぐ透過してきた本来の被写体情報を持った透過Ｘ線と散乱Ｘ線が混ざり合った状態となり、得られる画像は鮮鋭度が低くなる。
【００１２】この弊害を減少させる為に図１１に示すように、Ｘ線デジタル撮影装置103の内部でかつ被写体102、111とＸ線センサ部104の間に、例えば鉛等の高Ｘ線吸収物質と、このＸ線吸収物質よりもＸ線吸収率の低い物質、例えばアルミ、木等を平行格子状に配列したグリッド115を別に設け、Ｘ線発生装置101、110から直進し被写体102、111を真っ直ぐ透過してきた透過Ｘ線のみをＸ線センサ部104に到達させ、それ以外の角度でグリッド115に入射してきたＸ線を吸収してしまうことにより散乱Ｘ線を除去する手法も用いられている。
【００１３】
【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、人の手によって持ち運ぶことが可能である。しかしながら医療現場で使用するためには、耐環境性を十分考慮した実装形態、特に脆弱なガラス基板を確実に支持するために、耐衝撃、耐振動性を考慮した高剛性を有するガラス基板支持構造を実現することが望まれている。さらに従来のフィルムスクリーンシステムで用いられているカセッテと同等の使い勝手を維持するために、このＸ線デジタル撮影装置を従来のフィルムスクリーンシステムで用いられているカセッテと同程度の重さ、薄さにすることも望まれている。
【００１４】本発明は、前記事情に鑑み、その表面にＸ線センサの構成要素である固体検出素子が配列されているガラス基板の損傷を防ぐとともに、軽量化あるいは薄型化された、しかも良好な画像を取得できるＸ線デジタル撮影装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置は、入射した光を光電変換する光電変換素子が形成された基板と、該基板を支持する支持基台とを有し、該支持基台は、前記基板の光入射側またはその反対側の主面に配置されてなる光電変換装置であって、前記支持基台は、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体であることを特徴とする。
【００１６】本発明の放射線撮影装置は、放射線を検出するための手段が形成された基板と、該基板を支持する支持基台とを有し、該支持基台は、前記基板の放射線入射側またはその反対側の主面に配置されてなる放射線撮影装置であって、前記支持基台は、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体であることを特徴とする。
【００１７】なお、本発明において、放射線とは、Ｘ線の他にα，β，γ線等を含む意味である。以下の説明では放射線として代表的なＸ線を取り上げて説明する。
【００１８】
【作用】本発明は上記のような構成にしたため、大面積、薄肉のＸ線像検出手段（または光電変換素子）を設けた基板を支持する支持基台は、同一材料、同一外形形状の中実の（空間を有さない）支持基台よりも軽量で、同一材料、同一重量の中実の支持基台よりも高い曲げ剛性を得ることが可能となった。
【００１９】また、支持基台を壁で仕切られた複数の空間を有する構造体で構成することにより、Ｘ線像検出手段に入射する通常の散乱線だけでなく後方散乱線をも除去することが可能となった。
【００２０】さらに、グリッドを別個に設ける必要がないのでより薄くすることが可能となった。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、Ｘ線デジタル撮影装置を用いたシステムの構成については、図１０を用いて既に説明したので、ここでは説明を省略する。
【００２２】図１は、本発明によるＸ線デジタル撮影装置の一実施例を示した断面図である。図１において、1はＸ線デジタル撮影装置のフレームを兼ねた下部ケースであり、2は上部ケースである。上部ケース2にはＸ線を減衰させず透過させ、かつ強度を有する炭素繊維強化樹脂（CFRP）が多く用いられる。Ｘ線デジタル撮影装置の下部ケース1と上部ケース2によって囲まれた空間には、その表面に固体光検出素子をマトリクス状にならべ、表面にＸ線を可視光に変換する蛍光体3を付着させた固体光検出器としてのガラス基板4があり、このガラス基板を支持するガラス支持基台5がガラス基板4と略同面積の大きさでガラス基板4の下部方向側に配置されている。そして、ガラス基板4とこのガラス支持基台5を接合する粘着材6、および固体光検出器を制御する制御用電気回路7、固体光検出器と制御用電気回路を接続するケーブル8、得られた画像データを制御用電気回路7からＸ線デジタル撮影装置の外部へ転送するケーブル9を有している。制御用電気回路7はガラス支持基台5の下部に固定されている。
【００２３】また、このガラス支持基台5はフレームを兼ねた下部ケース1に不図示の方法により固定されている。その固定は、下部ケースから複数のボス状の支柱（例えば、直径１０ｍｍのボスが４本）が制御用電気回路７を貫通してガラス支持基台5に到達し、このボスの上面に設けられたタップ穴を使用して支持基台5をネジ固定することで行なわれている。
【００２４】本実施例では、Ｘ線像検出手段として蛍光体を付着させた固体光検出器を使用しているが、その他のＸ線像検出手段としては、あらかじめ電荷をＸ線像検出手段の全面にチャージしておき、Ｘ線の入射強度により変化した電荷の分布を検出するアモルファスセレンの半導体薄膜２次元センサでもかまわない。
【００２５】図２は、ガラス支持基台5の実施例を示した平面図及び断面図である。同図に示すように、ガラス支持基台は2枚の平面板部材11a、11bと、それらに挟まれた4角形の格子形状が複数連なった格子部材12の3層構造に別れており、平面板部材11a、11bと格子部材12が互いに接着、ねじ止め等の接合手段で一体構造となっている。したがって一体構造となったガラス支持基台の内部には格子部材12により仕切られた中空空間13が複数形成されている。
【００２６】図３は、ガラス支持基台5の他の実施例を示した平面図及び断面図である。同図に示すように、ガラス支持基台は片面がくし状の断面形状を有するくし状部材14と、平面板部材15とに別れており、互いにその周辺がねじ17により接合され一体構造となっている。したがって一体構造となったガラス支持基台の内部には、くし状部材14により仕切られ、かつガラス支持基台の外部と隔離されていないライン状の空間16が複数形成されている。
【００２７】図４は同じく、ガラス支持基台5の他の実施例を示した断面図である。同図に示すように、ガラス支持基台は、図３の実施例に示されたような片面がくし状の断面形状を有するくし状部材18のみで構成されていて、くしの先端部に貼られた粘着材19によりガラス基台4と接合されている。この場合も図３の実施例と同様に、ガラス支持基台の外部と隔離されていないライン状の空間20が複数形成されることになる。また、図３の実施例におけるくし状部材14と平面板部材15との接合が不要なので、製作工程が削減できる。
【００２８】上記の平面板部材11a，11b、格子部材12、くし状部材14，18や平面板部材15の材質は、単体や一体構造となった時に十分な曲げ剛性が得られればよく、鉛、アルミニウム、マグネシウム合金、鉄鋼板金等の金属や、ポリカーボネート（PC）、ポリフェニレンエーテル（PPE）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、炭素繊維強化樹脂（CFRP）等の構造材に適した各種樹脂材料、ガラス板等が使用される。
【００２９】またガラス支持基台を構成する各部材に使用される材質も必ずしも互いに同一である必要はなく、例えば平面板部材がアルミニウムで格子部材もしくはくし状部材がPPSであってもよい。この場合、複雑な形状の格子部材、くし状部材に樹脂材料を使用することにより比較的容易に作製することが可能となる。また、ガラス支持基台が十分な剛性を有していれば、上記の空間16、20や中空空間13の個数や形状も任意であり、ガラス支持基台の内部に複数存在する空間や中空空間の形状が必ずしもすべて同一でなくてもよく、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように格子部材により仕切られた中空空間が6角形や3角形のハネカム構造であってもよいし、図５（ｃ）に示すようにガラス支持基台の中央領域のみが3角形で他の周囲領域は4角形のままでもよい。例として、図４の実施例の構成の中でくし状部材の格子がハネカム構造の場合の斜視図を図６に示す。図６において、4aはマトリクス状に配された固体光検出素子を示している。
【００３０】また図５（ｃ）に示す構成の場合、周囲領域の4角形の中空空間を2分してできる2つの3角形の中空空間を、平面的な広がりを持つガラス支持基台の中央領域に配置することにより中央部の剛性が高まることになり、耐振動特性、ねじり特性が一層向上する。
【００３１】以上の実施例では、ガラス基台4に到達した被写体情報を持つＸ線はガラス基台4上の蛍光体3によりＸ線の強度に比例した可視光に変換され、その可視光に比例した電荷が固体光検出器に蓄積される。蓄積された電荷は制御用電気回路7により読み取られ、最終的に被写体の画像情報を得る。
【００３２】しかしガラス基台4に到達したＸ線のうち一部は吸収、散乱されるが、残りのＸ線はさらにガラス基台4を透過し、ガラス支持基台5に到達する。そしてこのガラス支持基台5でも透過Ｘ線と散乱Ｘ線とが生じる。この散乱Ｘ線の一部がいわゆる後方散乱線となって再びガラス基台4に入射し、蛍光体3に到達し取得画像の悪化を招く場合があるが、格子部材12やくし状部材14、18がグリッドと同様な散乱線除去の役目を果たし、ガラス基台4に再入射する後方散乱線が低減される。この場合、格子部材12やくし状部材14、18のＸ線吸収率が高いほど、また格子部材やくし状部材の格子間隔が小さいほど散乱線除去の効果が大きいことはいうまでもない。
【００３３】しかも本発明のＸ線デジタル撮影装置に使用されるガラス支持基台は、同一材料、同一外形形状の中実のガラス支持基台よりも軽量になり、しかも同一材料、同一重量の中実のガラス支持基台よりも断面二次モーメントを増加させ、曲げ剛性を向上させることができる。
【００３４】その結果、下部ケース1や上部ケース2に荷重が加わり変形した場合にも、ガラス支持基台5の変形しいてはガラス基板4の変形と変形による破損が防止できる。
【００３５】（他の実施例）図７〜図９は、本発明によるＸ線デジタル撮影装置の他の実施例を示した断面図であり、図１〜図４と同一番号は同一部材、同一機能を示している。
【００３６】本実施例でのガラス支持基台5も先の実施例の図２〜図６と同様の構造であるので、ガラス支持基台の軽量化、剛性向上が期待できる。
【００３７】すなわち、本実施例のＸ線デジタル撮影装置に使用されるガラス支持基台も、同一材料、同一外形形状の中実のガラス支持基台よりも軽量になり、しかも同一材料、同一重量の中実のガラス支持基台よりも断面二次モーメントを増加させ、曲げ剛性を向上させることができる。
【００３８】本実施例の場合では、ガラス支持基台5はガラス基台4の上部方向に位置している。したがって、ガラス支持基台5は先の実施例における後方散乱線を除去するのではなく、被写体、上部ケース2、平面板部材11bやくし状部材14、18の平面部により発生し、ガラス基台4の方向へ入射する散乱Ｘ線を除去することになる。すなわち、グリッドを新たに設けることなく散乱Ｘ線の除去が可能となり、グリッドを独立して設ける場合よりもさらに薄くすることができる。
【００３９】なお、Ｘ線は前述した医療用測定の他、非破壊検査等の用途にも用いることができる。また、本発明はＸ線以外の放射線にも用いることができる。例えばβ，γ線は放射線が透過する場合の吸収や後方散乱を利用して測定物の厚さ、材質の異なった多層の上層の厚さ測定、測定物の密度測定等に用いることができ、このような測定装置にも本発明を用いることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、支持基台を、壁で仕切られた複数の空間を有する構造体とすることで、支持基台を軽量でありながら曲げ剛性を大きくすることができ、その結果、基板の損傷を防ぐとともに、軽量化あるいは薄型化された、しかも散乱線が低減された良好な画像を取得できる放射線撮影装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 穣平
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０４３９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２５９２６ |
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