特許 7239125 放射線撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-06

(45)【発行日】2023-03-14

(54)【発明の名称】放射線撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20230307BHJP

【ＦＩ】

G01T1/17 G

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022519010

(86)(22)【出願日】2020-10-06

(86)【国際出願番号】 JP2020037866

(87)【国際公開番号】W WO2022074732

(87)【国際公開日】2022-04-14

【審査請求日】2022-03-24

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 開催日 ２０２０年９月２５～９月２６日（発表日：２０２０年９月２５日） 集会名、開催場所 ２１ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｙｏｕｎｇ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ －ＳＰＯ ２０２０ ＯＮＬＩＮＥ オンライン開催 〔刊行物等〕 発行日 ２０１９年１０月８日 刊行物（刊行物名、巻数、号数、該当ページ、発行所／発行元等） ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，３ＤＩＣ論文集、 公開先：ｈｔｔｐｓ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔ／９０５８８９４／ｍｅｔｒｉｃｓ＃ｍｅｔｒｉｃｓ 発行元：ＩＥＥＥ 〔刊行物等〕 開催日 ２０１９年１０月８日～１０月１０日（発表日：２０１９年１０月９日） 集会名、開催場所 ＩＥＥＥ ２０１９ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ３Ｄ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ 宮城野区文化センター パトナシアター 〒９８３－０８４２ 宮城県仙台市宮城野区五輪２－１２－７０ 〔刊行物等〕 開催日 ２０１９年１０月１３日～１０月１７日（発表日：２０１９年１０月１６日） 集会名、開催場所 ２３６ｔｈ ＥＣＳ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｈｉｌｔｏｎ Ａｔｌａｎｔａ ２５５ Ｃｏｕｒｔｌａｎｄ Ｓｔｒｅｅｔ ＮＥ，Ａｔｌａｎｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ，３０３０３，ＵＳＡ 〔刊行物等〕 開催日 ２０１９年１０月２６日～１１月２日（発表日：２０１９年１０月３０日） 集会名、開催場所 ２０１９ ＩＥＥＥ ＮＳＳ－ＭＩＣ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｗｉｎｄｍｉｌｌ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｐｅｔｅｒｓｆｉｅｌｄ，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ，Ｇｒｅａｔｅｒ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ Ｍ２ ３ＧＸ，Ｅｎｇｌａｎｄ

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(73)【特許権者】

【識別番号】516088329

【氏名又は名称】株式会社ＡＮＳｅｅＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(72)【発明者】

【氏名】青木 徹

(72)【発明者】

【氏名】都木 克之

(72)【発明者】

【氏名】小池 昭史

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特表２００１－５２７２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６５４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２９０６８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０３３６７５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射した放射線のエネルギあるいは粒子の数に対応する電荷を生成する複数の電荷生成部、及び前記複数の電荷生成部のそれぞれによって生成される前記電荷に基づくデジタル値を出力する複数の読出部とが、互いに積層されて二次元的に配置された放射線検出器と、
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、
一の前記放射線検出器の前記複数の読出部は、
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、前記複数の読出部内で前記一の放射線検出器に含まれる全ての読出部を経由させて転送した後に、隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている、
放射線撮像装置。

【請求項2】

入射した放射線のエネルギあるいは粒子の数に対応する電荷を生成する複数の電荷生成部、及び前記複数の電荷生成部のそれぞれによって生成される前記電荷に基づくデジタル値を出力する複数の読出部とが、互いに積層されて二次元的に配置された放射線検出器と、
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、
一の前記放射線検出器においては、前記複数の読出部が複数の領域に分割され、前記複数の領域毎に１つのデータ入力及び１つのデータ出力を有し、
一の前記領域に含まれる前記複数の読出部は、
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、前記一の領域に含まれる全ての読出部を経由させて転送した後に、前記１つのデータ出力である前記読出部から隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている、
放射線撮像装置。

【請求項3】

入射した放射線のエネルギあるいは粒子の数に対応する電荷を生成する複数の電荷生成部、及び前記複数の電荷生成部のそれぞれによって生成される前記電荷に基づくデジタル値を出力する複数の読出部とが、互いに積層されて二次元的に配置された放射線検出器と、
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、
一の前記放射線検出器の前記複数の読出部は、
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、最縁部の前記読出部から隣接する他の放射線検出器に出力するように構成され、
複数の前記放射線検出器は、デイジーチェーン接続され、前記デジタル値を示すデータを、複数の前記放射線検出器を経由して転送するように構成されている、
放射線撮像装置。

【請求項4】

前記複数の読出部のうちの前記放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも１つは、前記制御信号に応じて、隣接する他の前記読出部から転送された前記データを前記回路基板に出力するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。

【請求項5】

前記放射線検出器の前記複数の読出部のうちの前記放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも１つは、当該放射線検出器に隣接する他の放射線検出器の最縁部の前記読出部から出力された前記データを蓄積及び転送するように構成される、請求項４に記載の放射線撮像装置。

【請求項6】

前記複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、
前記最縁部の読出部の少なくとも１つは、前記データを前記別の回路基板を貫通する貫通電極を経由して前記回路基板に出力する、請求項４に記載の放射線撮像装置。

【請求項7】

前記複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、
前記最縁部の読出部の少なくとも１つには、前記データが、前記回路基板と前記別の回路基板を貫通する貫通電極とを経由して入力される、請求項５に記載の放射線撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放射線撮像装置を説明する。

【背景技術】

【0002】

従来の撮像装置として、下記特許文献１に記載のように、複数の画素、電荷蓄積部、及び画素信号読み出し用のトランジスタを含む画素共有型の構造が知られている。この従来の構造では、複数の画素間で電荷蓄積部及びトランジスタが共有されている。一方で、放射線の２次元的な分布を検出する技術が開発されている。このような放射線検出技術は、医療分野、工業分野、セキュリティ分野などへの応用が期待されている。放射線検出技術を利用した放射線検出器は、放射線のエネルギに応じた電荷、あるいは、検出器に入射した粒子の数に応じた電荷を画素毎に生成する。そして、画素毎に対応して設けられた複数の読出回路において、当該電荷を積分した値、あるいは、粒子の数を利用して、放射線に関する情報を画素毎に得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－２０７２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の放射線検出器では、検出領域を広げる目的のために複数の検出器を配列した構成が使用されている。このような構成では、複数の画素を有する複数の検出器から、外部の回路基板等に出力する配線の経路が複雑化する傾向にあった。そのため、複数の検出器から出力される信号にノイズが生じたり、複数の検出器からの出力信号間に干渉が生じる場合もあった。そのため、従来の放射線検出器では、出力される画素毎の情報の信頼度が低下する場合があった。
本開示は、配線の経路を単純化して出力情報の信頼度を向上できる放射線撮像装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一形態である放射線撮像装置は、入射した放射線のエネルギあるいは粒子の数に対応する電荷を生成する複数の電荷生成部、及び複数の電荷生成部のそれぞれによって生成される電荷に基づくデジタル値を出力する複数の読出部とが、互いに積層されて二次元的に配置された放射線検出器と、複数の放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、一の放射線検出器の複数の読出部は、デジタル値を示すデータを、外部からの制御信号に応じて、複数の読出部内で転送した後に、隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている。

【0006】

この放射線撮像装置において、複数の読出部のそれぞれにおいて、複数の電荷生成部によって生成された電荷に基づくデジタル値が出力される。このとき、複数の読出部は、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを複数の読出部内で転送した後に隣接する放射線検出器に出力する。このような構成により、複数の放射線検出器における少なくとも一部の読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。

【0007】

一形態において、複数の読出部は、デジタル値を示すデータを、外部からの制御信号に応じて、隣接する他の読出部に、順次転送するように構成されていてもよい。この場合、複数の読出部は、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを隣接する読出部に順次転送する。このような構成により、放射線検出器内の少なくとも一部の読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。

【0008】

一形態において、複数の読出部は、一の放射線検出器に含まれる全ての読出部を経由させてデータを転送するように構成されていてもよい。この場合、複数の読出部は、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを全ての読出部を経由して転送する。このような構成により、放射線検出器内のより多くの読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が一層単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を一層向上させることができる。

【0009】

一形態において、複数の読出部のうちの放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも１つは、制御信号に応じて、隣接する他の読出部から転送されたデータを回路基板に出力するように構成されていてもよい。この構成によれば、最縁部の読出部が隣接する他の読出部から転送されたデータを回路基板に出力するので、放射線検出器における複数の読出部を経由して順次転送されたデータを、最縁部の読出部が回路基板に出力できる。これにより、放射線検出器内の複数の読出部からデータを出力するための配線が不要とされ、１つの放射線検出器につながる配線の数を効率的に削減できる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。

【0010】

一形態において、放射線検出器の複数の読出部のうちの放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも１つは、当該放射線検出器に隣接する他の放射線検出器の最縁部の読出部から出力されたデータを蓄積及び転送するように構成されてもよい。この構成によれば、１つの放射線検出器における最縁部の読出部が、１つの放射線検出器に隣接する他の放射線検出器の最縁部の読出部から出力されたデータを蓄積及び転送するように機能する。これにより、他の放射線検出器からデータを出力するための配線を短くすることができる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。

【0011】

一形態において、複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、最縁部の読出部の少なくとも１つは、データを別の回路基板を貫通する貫通電極を経由して回路基板に出力してもよい。この構成によれば、最縁部の読出部と回路基板とを接続する配線を電荷生成部の範囲内に形成することができ、放射線撮像装置における複数の放射線検出器の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。

【0012】

一形態において、複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、最縁部の読出部の少なくとも１つには、データが、回路基板と別の回路基板を貫通する貫通電極とを経由して入力されてもよい。このような構成によれば、最縁部の読出部と回路基板とを接続する配線を電荷生成部の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器１の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。

【発明の効果】

【0013】

本開示の放射線撮像装置は、配線の経路を単純化して出力情報の信頼度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係る放射線画像センサを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１の放射線画像センサのＩＩ－ＩＩ線に沿った端面図である。

【図3】図３は、図２の集積回路層８ｂ内の読出回路８ｈの配置を示す平面図である。

【図4】図４は、図３の読出回路８ｈの構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、図２の回路基板４上に二次元的に配列された放射線検出器１のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。

【図6】図６は、図２の回路基板４上に二次元的に配列された放射線検出器１のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。

【図7】図７は、図２の回路基板４上に二次元的に配列された放射線検出器１のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。

【図8】図８は、変形例における回路基板４上に一次元的に配列された放射線検出器１のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本開示の放射線撮像装置を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１に示す実施形態に係る放射線撮像装置である放射線画像センサ１００は、検査対象から到達する放射線に基づく二次元画像を得る。放射線とは、例えば、ガンマ線、Ｘ線、アルファ線、ベータ線などである。放射線画像センサ１００は、放射線検出器１と、処理部２と、制御部３と、回路基板４と、を有する。放射線画像センサ１００は、複数の放射線検出器１を有する。

【0016】

放射線検出器１は、矩形板状の回路基板４上でその表面に沿った一方向及び一方向に垂直な方向に並ぶように二次元的に配置されている。例えば、放射線検出器１は、回路基板４上で３個×３個の合計９個で二次元的に配列される。それぞれの放射線検出器１は、回路基板４の表面に沿って二次元的に配列された複数の画素（電荷生成部）を有し、画素毎に入射した放射線に応じた画素値を示すデータを出力する。この放射線検出器１は、１個の電荷生成器７と、１個の読出回路基板８と、を有する。電荷生成器７及び読出回路基板８の形状は、矩形板状である。放射線検出器１は、積層構造を有する。１個の電荷生成器７には、その電荷生成器７に対応する１個の読出回路基板８が設けられている。それぞれの電荷生成器７は、対応する読出回路基板８の上に積層されて配置されている。後述するように、それぞれの電荷生成器７は、読出回路基板８に対してバンプ電極を介して電気的に接続されている。電荷生成器７は、複数の画素毎に入射した放射線のエネルギに対応する電荷に応じた信号を出力する。そして、読出回路基板８は、電荷生成器７が生成した画素毎の電荷を処理する。その結果、読出回路基板８は、複数の画素毎に画素値としてのデジタル信号φ２を生成する。読出回路基板８は、後述するように、複数の画素毎のデジタル信号φ２を処理部２に出力する。

【0017】

処理部２は、回路基板４を介して複数の放射線検出器１に接続されている。処理部２は、それぞれの放射線検出器１から画素毎のデジタル信号φ２を受け取る。例えば、処理部２は、複数の放射線検出器１から受け取った画素毎のデジタル信号φ２に基づく、複数の放射線検出器１に含まれる全画素分の二次元画像を出力する。制御部３は、回路基板４を介して複数の放射線検出器１に接続されている。制御部３は、複数の放射線検出器１に制御信号を提供する。

【0018】

図２を参照して、放射線検出器１及び回路基板４の構成を詳細に説明する。図２は、図１の放射線画像センサ１００のＩＩ－ＩＩ線に沿った端面図である。上述したように、放射線検出器１は、電荷生成器７と、読出回路基板８と、を有する。

【0019】

電荷生成器７は、Ｘ線などの放射線を受ける。電荷生成器７は、画素毎に、受けたＸ線によって電子正孔対（電荷対）を生成する。つまり、電荷生成器７は、画素毎に、受けた放射線をそのエネルギに対応した電流信号（電荷信号）に変換する。電荷生成器７としては、例えば、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅ電荷生成器、Ｓｉ電荷生成器、Ｇｅ電荷生成器、ＧａＡｓ電荷生成器、ＧａＮ電荷生成器、ＴｌＢｒ電荷生成器等を利用してよい。また、電荷生成器７として、画素毎に、シンチレータと光検出器とを備えた装置を用いてもよい。シンチレータは、Ｘ線を光に変換する。光検出器は、シンチレータが生成した光を電荷に変換する。

【0020】

図２には、ＣｄＴｅ等の化合物半導体を検出素子として含む場合の電荷生成器７の構成例を示している。このように、電荷生成器７は、矩形平板状の検出素子７ａと、表面電極７ｂ、および複数のバンプ電極７ｃとを含む。検出素子７ａの放射線入射側の表面全体に表面電極７ｂが形成されている。検出素子７ａの裏面には、２次元的に配列された突起状の電極であるバンプ電極７ｃが形成されている。このような構造の放射線検出器１においては、バンプ電極７ｃに対向する電荷生成器７の複数の領域のそれぞれが画素（電荷生成部）を形成する。放射線画像センサ１００の使用時には、外部から表面電極７ｂに正のバイアス電圧が印加される。これにより、検出素子７ａの各画素において入射した放射線のエネルギに対応した電流信号が生成され、それぞれに対応するバンプ電極７ｃから読出回路基板８に電流信号が取り出される。例えば、バンプ電極７ｃは検出素子７ａの裏面に９６個×９６個で二次元的に配列される。このような構成においては、放射線検出器１は９６個×９６個で二次元的に配列された画素を有することとなる。

【0021】

読出回路基板８は、電荷生成器７の各画素が出力する電流信号を基に、電荷φ１を画素値であるデジタル信号φ２に変換する。また、読出回路基板８は、画素毎のデジタル信号φ２を処理部２に出力する。画素毎のデジタル信号φ２は、少なくとも各画素に入射した放射線が有していたエネルギの情報を含む。

【0022】

詳細には、読出回路基板８は、配線層８ａと集積回路層８ｂとの二層構造を有する。配線層８ａは、集積回路層８ｂの反対側の面が電荷生成器７の複数のバンプ電極７ｃと接触した状態で保持されている。この配線層８ａは、複数のバンプ電極７ｃと集積回路層８ｂ内の対応する読出回路（詳細は後述する）とを電気的に接続する電気配線を内部に有する。集積回路層８ｂには、電荷生成器７の各画素から出力された電気信号を処理してデジタル信号φ２を出力する複数の読出回路（読出部）が形成された回路群８ｃが内蔵されている。さらに、集積回路層８ｂには、その主面に沿った一方の端部側に設けられ、回路群８ｃに信号を入力するための貫通電極８ｄ、及び貫通電極８ｄを回路基板４に電気的に接続するためのバンプ電極８ｅと、主面に沿った他方の端部側に設けられ、回路群８ｃから信号を出力するための貫通電極８ｆ、及び貫通電極８ｆを回路基板４に電気的に接続するためのバンプ電極８ｇとが設けられる。貫通電極８ｄ及び貫通電極８ｆは、それぞれ、集積回路層８ｂを貫通し、回路群８ｃ内の最縁部の読出回路（後述）に電気的に接続される。なお、隣接する２つの放射線検出器１は、一方の放射線検出器１に設けられる貫通電極８ｆ及びバンプ電極８ｇと他方の放射線検出器１に設けられる貫通電極８ｄ及びバンプ電極８ｅとが接近するように配置される。

【0023】

回路基板４は、放射線検出器１が搭載される面上に形成された複数の表面電極（電気配線）４ａを有している。表面電極４ａは、回路基板４上の放射線検出器１のバンプ電極８ｅを、制御部３、あるいは隣接する回路基板４上の放射線検出器１のバンプ電極８ｇに接続し、放射線検出器１のバンプ電極８ｇを、処理部２、あるいは隣接する放射線検出器１のバンプ電極８ｅに接続するための配線部である。

【0024】

ここで、図３及び図４を参照し、集積回路層８ｂ内の読出回路の構成について詳述する。図３は、集積回路層８ｂ内の読出回路８ｈの配置を示す平面図であり、図４は、読出回路８ｈの構成を示している。

【0025】

図３に示すように、集積回路層８ｂ内には、放射線検出器１の複数の画素に対応するように、二次元的に配置された複数の読出回路８ｈを有する。例えば、放射線検出器１が９６個×９６個で二次元的に配列された画素を有する場合には、それに対応して、９６個×９６個で二次元的に配列された複数の読出回路８ｈを有する。

【0026】

図４に示すように、読出回路８ｈは、信号変換器１０と、メモリ１４と、を有する。つまり、電荷生成器７の１つの画素に対して、１個の信号変換器１０、及び１個のメモリ１４が接続されている。
信号変換器１０は、電荷生成器７の対応する画素のバンプ電極７ｃと配線層８ａを介して電気的に接続されている。信号変換器１０は、電荷生成器７内の対応する画素から電流信号を基にした電荷φ１を受ける。そして、信号変換器１０は、電荷φ１に基づくアナログ信号を離散化し、デジタル信号として出力する。つまり、信号変換器１０は、Ａ／Ｄ変換器である。例えば、信号変換器１０の分解能は、１０ビットであるとしてよい。このアナログ信号は、電圧として表現され、電荷生成器７内の対応する画素に入射した放射線のエネルギに対応する。

【0027】

メモリ１４は、信号変換器１０に接続され、信号変換器１０からデジタル信号を受ける。そして、メモリ１４は、デジタル信号が入力されるたびに、デジタル信号φ２を保存する。さらに、メモリ１４は、隣接する他の画素に対応する読出回路８ｈのメモリ１４に接続されている。そして、メモリ１４は、制御部３から提供される制御信号θに応じて、信号変換器１０によって生成されたデジタル信号φ２を、隣接する他の画素に対応するメモリ１４に出力するか、あるいは、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを介して外部（処理部２あるいは隣接する放射線検出器１）に出力する。また、メモリ１４は、隣接する他の画素に対応する読出回路８ｈから受信したデジタル信号φ２、あるいは、隣接する放射線検出器１から、表面電極４ａ、バンプ電極８ｅ、及び貫通電極８ｄを介して受信したデジタル信号φ２を、逐次上書き保存する。そして、メモリ１４は、上記制御信号に応じて、他の画素から受信したデジタル信号φ２を、隣接する他の画素に対応するメモリ１４に出力するか、あるいは、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを介して外部（処理部２あるいは隣接する放射線検出器１）に出力する。

【0028】

図３に戻って、１つの放射線検出器１に含まれる複数の読出回路８ｈのメモリ１４によるデータ転送機能について説明する。複数の画素の対応する読出回路８ｈは、複数の画素の配列に対応するように、矩形平板状の集積回路層８ｂの表面に沿って一の方向（一次元方向）及び一の方向に垂直な他の方向に沿って２次元的に配列されている。これらの読出回路８ｈは、制御部３からの制御信号に応じて、隣接する他の読出回路８ｈにデジタル信号φ２を順次転送する（すなわち、シリアルデータ転送を行う）。以下の説明では、上記一の方向をＸ軸方向と定義し、＋Ｘ方向を下方向、－Ｘ方向を上方向とし、上記他の方向をＹ軸方向と定義し、＋Ｙ方向を右方向、－Ｙ方向を左方向とするものとする。

【0029】

上方向の最端列の複数の読出回路８ｈについては、左右の最縁部の読出回路８ｈを除いては、制御信号に応じて、左方向に隣接する読出回路８ｈから受信したデジタル信号φ２を逐次保存した後、右方向に隣接する読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力（転送）する。当該列の左端部の読出回路８ｈは、隣接する放射線検出器１の最縁部の読出回路８ｈから入力されたデジタル信号φ２を、表面電極４ａ、バンプ電極８ｅ、及び貫通電極８ｄを経由して受信して逐次保存した後、右方向に隣接する読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力（転送）する。当該列の右端部の読出回路８ｈは、左方向に隣接する読出回路８ｈから受信したデジタル信号φ２を逐次保存した後、下方向に隣接する読出回路８ｈ、すなわち、下方向に隣接する列の右端部の読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力（転送）する。

【0030】

上記最端列に隣接する２列目の複数の読出回路８ｈについては、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行う。すなわち、左右の最縁部の読出回路８ｈを除いては、制御信号に応じて、右方向に隣接する読出回路８ｈから受信したデジタル信号φ２を逐次保存した後、左方向に隣接する読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力する。当該列の右端部の読出回路８ｈは、隣接列の右端部の読出回路８ｈから出力されたデジタル信号φ２を逐次保存した後、左方向に隣接する読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力する。当該列の左端部の読出回路８ｈは、右方向に隣接する読出回路８ｈから受信したデジタル信号φ２を逐次保存した後、下方向に隣接する読出回路８ｈ、すなわち、下方向に隣接する列の左端部の読出回路８ｈに向けて保存したデジタル信号φ２を出力する。

【0031】

３列目から下方向の最端列までの読出回路８ｈは、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の読出回路８ｈ（図３の例では下方向の最端列における右端の読出回路８ｈ）は、隣接する他の放射線検出器１の最縁部の読出回路８ｈ、あるいは、処理部２に向けて、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを経由して、保存したデジタル信号φ２を出力する。

【0032】

上記のように、１つの放射線検出器１に含まれる複数の読出回路８ｈは、隣接する放射線検出器１からのデータ入力が１つで、そのデータを、全ての読出回路８ｈを経由させて転送させた後に、１つのデータ出力である読出回路８ｈから隣接する放射線検出器１に出力するように構成されている。その一方で、１つの放射線検出器１に含まれる複数の読出回路８ｈを複数の領域で分割し、分割された複数の領域ごとに、１つのデータ入力及び１つのデータ出力を有していて、データを全ての読出回路８ｈを経由して転送させるように構成されてもよい。また、分割された複数の領域ごとに、１つのデータ入力及び複数のデータ出力を有していて、データを並列に全ての読出回路８ｈを経由して転送させた後に、最後に転送を受けた複数のデータ出力である読出回路８ｈから、データを隣接する放射線検出器１に出力してもよい。

【0033】

図５、図６、及び図７を参照して、放射線画像センサ１００に含まれる複数の放射線検出器１におけるシリアルデータ転送の方向の関係を説明する。図５～７は、回路基板４上に二次元的に配列された放射線検出器１のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。ここでは、図４と同様に、放射線検出器１の配列方向の一の方向をＸ軸方向と定義し、＋Ｘ方向を下方向、－Ｘ方向を上方向とし、上記配列方向の他の方向をＹ軸方向と定義し、＋Ｙ方向を右方向、－Ｙ方向を左方向とするものとする。このように、それぞれの放射線検出器１は、互いのデータ転送方向が略平行となるように配置される。

【0034】

図５に示す転送方向の例では、上方向の最端列の複数の放射線検出器１は、左端部の放射線検出器１を除いては、制御信号に応じて、左方向に隣接する放射線検出器１から、表面電極４ａ、バンプ電極８ｅ、及び貫通電極８ｄを経由して受信したデジタル信号φ２を、内部の複数の読出回路８ｈを経由してデータ転送する。当該列の左端部の放射線検出器１は、制御信号に応じて、内部の複数の読出回路８ｈ間でデータ転送を行う。それと同時に、右端部の放射線検出器１を除いては、それぞれの放射線検出器１は、制御信号に応じて、右方向に隣接する放射線検出器１に向けて、最縁部の読出回路８ｈで保存したデジタル信号φ２を、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを経由して出力する。当該列の右端部の放射線検出器１は、下方向に隣接する放射線検出器１に向けて、最縁部の読出回路８ｈで保存したデジタル信号φ２を、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを経由して出力する。

【0035】

上記最端列に隣接する２列目の複数の放射線検出器１については、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行う。すなわち、左右の最縁部の読出回路８ｈを除いては、制御信号に応じて、右方向に隣接する放射線検出器１から受信したデジタル信号φ２を読出回路８ｈ間で転送すると同時に、左方向に隣接する放射線検出器１に向けて転送したデジタル信号φ２を出力する。当該列の右端部の読出回路８ｈは、隣接列の右端部の放射線検出器１から出力されたデジタル信号φ２を読出回路８ｈ間で転送すると同時に、左方向に隣接する放射線検出器１に向けて転送したデジタル信号φ２を出力する。当該列の左端部の放射線検出器１は、右方向に隣接する放射線検出器１から受信したデジタル信号φ２を読出回路８ｈ間で転送すると同時に、下方向に隣接する放射線検出器１に向けて転送したデジタル信号φ２を出力する。

【0036】

３列目から下方向の最端列までの放射線検出器１は、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の放射線検出器１は、処理部２に向けて、貫通電極８ｆ、バンプ電極８ｇ、及び表面電極４ａを経由して、転送したデジタル信号φ２を出力する。このように、放射線画像センサ１００を構成する全ての放射線検出器１を漏れなく経由するような、デイジーチェーン接続によるデータ転送が実現される。

【0037】

なお、放射線画像センサ１００に含まれる複数の放射線検出器１は、表面電極４ａ、バンプ電極８ｅ、貫通電極８ｄ、貫通電極８ｆ、及びバンプ電極８ｇを介して、数珠つなぎに接続されることにより、制御部３に電気的に接続されている。これにより、それぞれの放射線検出器１内の読出回路８ｈは、制御部３から制御信号θを同時に受信可能とされる。

【0038】

図６に示す転送方向の例では、複数の放射線検出器１間で図５に示した転送方向とは異なる転送方向にデジタル信号φ２がデイジーチェーン接続により転送される。すなわち、上下方向に沿った列のうちの左側最端列の複数の放射線検出器１は、上端部から下端部の放射線検出器１に向けてデジタル信号φ２を出力する。そして、上記最端列に隣接する２列目の複数の放射線検出器１については、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行い、当該列の上端部の放射線検出器１は、右方向に隣接する放射線検出器１に向けて転送したデジタル信号φ２を出力する。さらに、３列目から右側最端列までの放射線検出器１は、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の放射線検出器１は、処理部２に向けて転送されたデジタル信号φ２を出力する。

【0039】

図７に示す転送方向の例では、左右方向に沿った列の複数の放射線検出器１毎にデジタル信号φ２の転送（列毎の並列転送）を行う。すなわち、左右方向に沿った列の複数の放射線検出器１は、左端部から右端部の放射線検出器１に向けてデジタル信号φ２を出力する。そして、右端部の放射線検出器１は、処理部２に向けて転送されたデジタル信号φ２を出力する。この際、データ転送の方向（図７におけるＹ軸に沿った方向）と制御信号θの複数の放射線検出器１間の伝達方向は同一伝達経路に沿った同一方向であってもよいし、互いに交わる方向であってもよい。例えば、制御信号θの制御部３からの伝達方向をデータ転送方向に垂直なＸ軸に沿った方向としてもよい。このようにすれば、データ転送方向は縦列接続数を少なくすることによって、並列に高速でデジタル信号φ２を読み出すことが可能にされると同時に、制御信号θの伝達のための並列接続の数を減らすことで制御信号θの数を減らすことができる。

【0040】

以上説明した放射線画像センサ１００においては、複数の放射線検出器１内の複数の読出回路８ｈのそれぞれにおいて、電荷生成器７の各画素によって生成された電荷に基づくデジタル値が出力される。このとき、複数の読出回路８ｈは、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを隣接する読出回路８ｈに順次転送した後に、隣接する放射線検出器１に出力する。このような構成により、複数の放射線検出器１における少なくとも一部の読出回路８ｈにおいて、回路基板４を経由して外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。例えば、複数の放射線検出器１の複数の読出回路８ｈ毎に回路基板４内にデータ出力用の配線を設ける場合には、回路基板４の深さ方向に複数層の配線層を設ける必要があり、画素数が多くなるに従って配線構造が複雑化する。これに対して、本実施形態では、配線構造が容易に単純化される。

【0041】

また、放射線画像センサ１００においては、一の放射線検出器１の複数の読出回路８ｈは、一の放射線検出器１に含まれる全ての読出回路８ｈを経由させてデータを転送するように構成されている。この場合、複数の読出回路８ｈは、外部からの制御信号θに応じて、デジタル値を示すデジタル信号φ２を全ての読出回路８ｈを経由して転送する。このような構成により、放射線検出器１内のより多くの読出回路８ｈにおいて、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が一層単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を一層向上させることができる。

【0042】

本実施形態においては、放射線検出器１の複数の読出回路８ｈのうちの最縁部の読出回路８ｈの少なくとも１つは、制御信号に応じて、隣接する他の読出回路８ｈから転送されたデータを回路基板４に出力するように構成されている。この構成によれば、最縁部の読出回路８ｈが隣接する他の読出回路８ｈから転送されたデータを回路基板４に出力するので、放射線検出器１における複数の読出回路８ｈを経由して順次転送されたデータを、最縁部の読出回路８ｈが回路基板４に出力できる。これにより、放射線検出器１内の複数の読出回路８ｈからデータを出力ための配線が不要とされ、１つの放射線検出器１につながる配線の数を効率的に削減できる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。

【0043】

また、本実施形態において、放射線検出器１の複数の読出回路８ｈのうちの最縁部の読出回路８ｈの少なくとも１つは、当該放射線検出器１に隣接する他の放射線検出器１の最縁部の読出回路８ｈから出力されたデータを蓄積及び転送するように構成されている。この構成によれば、１つの放射線検出器１における最縁部の読出回路８ｈが、１つの放射線検出器１に隣接する他の放射線検出器１の最縁部の読出回路８ｈから出力されたデータを蓄積及び転送するように機能する。これにより、他の放射線検出器１からデータを出力するための配線を短くすることができる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。

【0044】

本実施形態において、放射線検出器１の複数の読出回路８ｈのうち一次元方向に隣接する読出回路８ｈは、データを一次元方向に順次転送するように構成され、上記複数の読出回路８ｈのうち一次元方向の最縁部の読出回路８ｈは、一次元方向に略垂直な方向に隣接する読出回路８ｈにデータを転送するように構成されている。この構成によれば、放射線検出器１内で二次元的に配置された複数の読出回路８ｈから出力されるデータが、これらの複数の読出回路８ｈ間の短い経路で、もれなく順番に転送される。その結果、放射線検出器１から外部につながる配線の数を最大限に削減できる。その結果、出力情報の信頼度を一層向上させることができる。

【0045】

本実施形態において、放射線検出器１は、複数の読出回路８ｈが内部に形成された読出回路基板８を備え、最縁部の読出回路８ｈの少なくとも１つは、データを読出回路基板８の集積回路層８ｂを貫通する貫通電極８ｆを経由して回路基板４に出力している。この構成によれば、最縁部の読出回路８ｈと回路基板４とを接続する配線を電荷生成器７の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器１の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。

【0046】

一形態において、放射線検出器１は、複数の読出回路８ｈが内部に形成された読出回路基板８を備え、最縁部の読出回路８ｈの少なくとも１つには、データが、回路基板４と読出回路基板８の集積回路層８ｂを貫通する貫通電極８ｄとを経由して入力されている。このような構成によれば、最縁部の読出回路８ｈと回路基板４とを接続する配線を電荷生成器７の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器１の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。

【0047】

本開示の放射線検出器は、前述した実施形態に限定されない。本開示の放射線検出器は、請求項の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0048】

上述した実施形態における放射線画像センサ１００における放射線検出器１の個数あるいは画素数は一例であり、様々に変更されてもよい。

【0049】

また、放射線検出器１が出力するデータは、放射線のエネルギに対応する電荷を示すデジタル信号には限定されず、放射線検出器１の各画素に入射する放射線粒子の数に対応する電荷を基にしたデジタル値であってもよい。

【0050】

放射線画像センサ１００に備えられる複数の放射線検出器１の配列構成は、必ずしも２次元的に配列された構成である必要はなく、例えば、一次元的に配列された構成であってもよい。図８には、このような場合の放射線画像センサ１００に含まれる複数の放射線検出器１におけるシリアルデータ転送の方向の関係を示す図である。本変形例では、左右方向に沿って配列された複数の放射線検出器１間でデジタル信号φ２の転送を行う。すなわち、左右方向に沿って配列された複数の放射線検出器１は、左端部から右端部の放射線検出器１に向けてデジタル信号φ２を出力する。そして、右端部の放射線検出器１は、処理部２に向けて転送されたデジタル信号φ２を出力する。

【符号の説明】

【0051】

１００…放射線画像センサ（放射線撮像装置）、１…放射線検出器、４…回路基板、７…電荷生成器、８…読出回路基板、８ｄ，８ｆ…貫通電極、８ｈ…読出回路（読出部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】