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(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】2024-08-30
(45)【発行日】2024-09-09
(54)【発明の名称】Ｘ線検出装置
(51)【国際特許分類】
G01T 1/17 20060101AFI20240902BHJP
G01T 7/00 20060101ALI20240902BHJP
G01T 1/24 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
G01T1/17 G
G01T7/00 B
G01T1/24
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020215429
(22)【出願日】2020-12-24
(65)【公開番号】P2022101063
(43)【公開日】2022-07-06
【審査請求日】2023-12-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(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】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100174399
【弁理士】
【氏名又は名称】寺澤 正太郎
(72)【発明者】
【氏名】市河 実
(72)【発明者】
【氏名】藤田 一樹
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－５５８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３２９６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－８９４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５３４３７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０２５１４１９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６
Ｇ０１Ｔ １６７－７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面、前記第１面の反対を向く第２面、前記第１面から前記第２面にかけて貫通する複数のＸ線通過領域、及び前記複数のＸ線通過領域の間に配置されたＸ線遮蔽領域を有するキャピラリと、前記キャピラリの前記第２面と対向する第３面、及び前記第３面の反対を向く第４面を有しておりＸ線を吸収してキャリアを発生する変換部、並びに、前記第４面において二次元状に配列された複数の画素電極部を有するＸ線検出素子と、
前記変換部から前記複数の画素電極部を介して収集されるキャリアを検出する検出回路と、
を備え、
Ｘ線入射方向から見た各Ｘ線通過領域の内径は、同方向から見た各画素電極部の配列方向の幅よりも小さく、
前記検出回路は、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部に分散して収集された場合に、そのＸ線が入射した位置に対応する前記画素電極部を判定してその画素電極部におけるキャリア量を補正して評価するか、又はそのＸ線の入射を無視する、Ｘ線検出装置。
【請求項2】
前記キャピラリの前記複数のＸ線通過領域は、前記第１面及び前記第２面において三角格子上に配置され、前記Ｘ線検出素子の前記複数の画素電極部は、前記第４面において行方向および列方向に並んで配置されている、請求項１に記載のＸ線検出装置。
【請求項3】
前記第２面と前記第３面とが空隙を介して互いに離れている、請求項１または２に記載のＸ線検出装置。
【請求項4】
前記第２面と前記第３面とが接着剤を介して互いに接合されている、請求項１または２に記載のＸ線検出装置。
【請求項5】
前記複数のＸ線通過領域の中心軸線は互いに平行である、請求項１～４のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項6】
前記キャピラリ、前記Ｘ線検出素子、及び前記検出回路を気密に収容する容器を更に備え、前記容器は、前記キャピラリへ向かうＸ線を透過させる窓材を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項7】
前記キャピラリの側面に固定されて前記キャピラリを支持する支持部を更に備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項8】
前記Ｘ線検出素子を搭載するベース部材と、前記ベース部材上に立設され、前記キャピラリを支持する支持体と、
を更に備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項9】
前記検出回路は半導体集積素子に内蔵されており、前記Ｘ線検出素子の前記第４面は前記半導体集積素子と対向し、前記複数の画素電極部は前記半導体集積素子に金属製のバンプを介して接続されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項10】
一つの前記キャピラリに複数の前記Ｘ線検出素子が対向している、請求項１～９のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項11】
複数の前記キャピラリに一つの前記Ｘ線検出素子が対向している、請求項１～９のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【請求項12】
所定方向に並ぶ二以上の前記Ｘ線検出素子からなる第１の素子列と、前記第１の素子列に沿って並ぶ二以上の前記Ｘ線検出素子からなる第２の素子列と、
を備え、
前記第１の素子列の各Ｘ線検出素子と前記第２の素子列の各Ｘ線検出素子とが互い違いに配列されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載のＸ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、Ｘ線検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、Ｘ線撮像装置に関する技術が開示されている。このＸ線撮像装置は、ビーム照射手段と、撮像手段と、角度発散制限手段と、Ｘ線画像表示手段と、を備える。ビーム照射手段は、Ｘ線、粒子線、またはイオンビームのいずれかのビームを物質の表面に照射する。撮像手段は、Ｘ線領域の波長に対して感度を有する。角度発散制限手段は、撮像手段に入射するＸ線の角度発散を制御する。Ｘ線画像表示手段は、撮像手段で撮像されるＸ線画像を表示する。このＸ線撮像装置は、ビームが物質に照射されることで発生する蛍光Ｘ線および散乱Ｘ線を撮像手段において撮像し、撮像された画像をＸ線画像表示手段に動画像として表示する。
【0003】
特許文献２には、二次元フォトンカウンティング素子に関する技術が開示されている。この素子は、光子の入射によって発生した複数のキャリアが複数の画素電極部に分散して収集された場合であっても、光子が入射した位置を特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００３－３２９６２２号公報
【文献】国際公開第２０１５／８７６６３号
【非特許文献】
【0005】
【文献】R. Ballabriga et al., "The Medipix3RX: a high resolution, zerodead-time pixel detector readout chip allowing spectroscopic imaging", IOPScience, February 8, 2013
【文献】Grzegorz W. Deptuch et al., "An algorithm of an X-ray Hitallocation to a single pixel in a cluster and Its test-circuit implementation",IEEE Transactions on Circuits and Systems, Volume 65, Issue 1, pp. 185-197, Jan2018
【文献】Matthew C. Veale, Matthew David Wilson, Steven James Bell, andDimitris Kitou, "An ASIC for the Study of Charge Sharing Effects in SmallPixel CdZnTe X-Ray Detectors", IEEE Transactions on Nuclear Science,November 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
Ｘ線を検出する素子として、表面側から入射したＸ線を吸収してキャリアを発生する変換部と、変換部の裏面に配列された複数の画素電極とを有するものがある。このようなＸ線検出素子により得られる画質を向上するために、Ｘ線検出素子の表面と対向して、キャピラリ（例えばキャピラリプレート）を配置することがある。ここでいうキャピラリとは、Ｘ線遮蔽領域を貫通する複数のＸ線通過領域（例えば孔）を有する部材である。複数のＸ線通過領域の中心軸線を互いに平行とすることによって、Ｘ線の平行成分のみを通過させ、画質を向上することができる。
【0007】
この場合、キャピラリの複数のＸ線通過領域の内径がＸ線検出素子の画素電極よりも小さいほど、空間分解能が小さくなるので鮮明な画像を得ることができると一般には考えられてきた。しかしながら、本発明者の研究により、必ずしもそうとは限らないことが判明した。隣接する画素電極間には、画素電極同士を電気的に絶縁するための隙間が必ず設けられている。キャピラリのＸ線通過領域の内径が小さくなるほど、この隙間の上にＸ線通過領域が配置され易くなる。この隙間の上に配置されたＸ線通過領域を通過したＸ線により発生した複数のキャリアは、この隙間の両側に位置する２つの画素電極に分散して収集される（チャージシェア）。その結果、Ｘ線の入射位置が曖昧となってエネルギー分解能が低下し、画像が不鮮明化する一因となる。
【0008】
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、Ｘ線検出素子およびキャピラリを備えるＸ線検出装置において、チャージシェアに起因する画像の不鮮明化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決するために、本開示によるＸ線検出装置は、キャピラリと、Ｘ線検出素子と、検出回路と、を備える。キャピラリは、第１面と、第１面の反対を向く第２面と、第１面から第２面にかけて貫通する複数のＸ線通過領域と、複数のＸ線通過領域の間に配置されたＸ線遮蔽領域と、を有する。Ｘ線検出素子は、変換部と、複数の画素電極部とを有する。変換部は、キャピラリの第２面と対向する第３面、及び第３面の反対を向く第４面を有し、Ｘ線を吸収してキャリアを発生する。複数の画素電極部は、変換部の第４面において、二次元状に配列されている。検出回路は、変換部から複数の画素電極部を介して収集されるキャリアを検出する。Ｘ線入射方向から見た各Ｘ線通過領域の内径は、同方向から見た各画素電極部の配列方向の幅よりも小さい。検出回路は、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部に分散して収集された場合に、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部を判定してその画素電極部におけるキャリア量を補正して評価するか、又はそのＸ線の入射を無視する。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、Ｘ線検出素子およびキャピラリを備えるＸ線検出装置において、チャージシェアに起因する画像の不鮮明化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態におけるＸ線検出装置の構成を示す断面図である。
【図2】キャピラリプレートの外観を示す切り欠き斜視図である。
【図3】キャピラリプレートによる効果の例を説明するための図である。
【図4】Ｘ線検出素子及び半導体集積素子の構成を示す模式図である。
【図5】変換部の裏面における複数の画素電極部の配置を示す平面図である。
【図6】一つの画素電極部が、複数の電極を含む場合を示す図である。
【図7】ガードリングの作用効果を説明する図である。
【図8】（ａ），（ｂ），（ｃ）閾値を超える量のキャリアが収集された画素電極部が同時に２つ以上存在する場合に、そのＸ線の入射を無視する方式を説明するための図である。
【図9】Ｘ線検出素子及び半導体集積素子を示す斜視図である。
【図10】キャピラリプレート、Ｘ線検出素子及び半導体集積素子の配置を模式的に示す図である。
【図11】第１変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図12】（ａ）第２変形例に係る構成を模式的に示す図である。（ｂ）第３変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図13】第４変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図14】第５変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図15】第６変形例に係る構成を模式的に示す図である。（ａ）一つのキャピラリプレートに複数のＸ線検出素子が対向する例を示す図である。（ｂ）複数のキャピラリプレートに一つのＸ線検出素子が対向する例を示す図である。
【図16】第７変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図17】第７変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図18】第７変形例に係る構成を模式的に示す図である。
【図19】第８変形例に係るキャピラリレンズの側面図である。
【図20】第９変形例における画素回路の内部構成の一例を示す図である。
【図21】（ａ）複数の電極が一つの信号生成部の入力端に接続される場合を示す図である。（ｂ）複数の電極それぞれが複数の信号生成部それぞれに接続される場合を示す図である。
【図22】自電極部と、自電極部を囲む８個の周囲電極部とを示す図である。
【図23】（ａ）～（ｊ）キャリア入力パターン判別部に設定される複数の判別パターンの一例として、１０個の判別パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示の一側面に係るＸ線検出装置は、キャピラリと、Ｘ線検出素子と、検出回路と、を備える。キャピラリは、第１面と、第１面の反対を向く第２面と、第１面から第２面にかけて貫通する複数のＸ線通過領域と、複数のＸ線通過領域の間に配置されたＸ線遮蔽領域と、を有する。Ｘ線検出素子は、変換部と、複数の画素電極部とを有する。変換部は、キャピラリの第２面と対向する第３面、及び第３面の反対を向く第４面を有し、Ｘ線を吸収してキャリアを発生する。複数の画素電極部は、変換部の第４面において、二次元状に配列されている。検出回路は、変換部から複数の画素電極部を介して収集されるキャリアを検出する。Ｘ線入射方向から見た各Ｘ線通過領域の内径は、同方向から見た各画素電極部の配列方向の幅よりも小さい。検出回路は、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部に分散して収集された場合に、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部を判定してその画素電極部におけるキャリア量を補正して評価するか、又はそのＸ線の入射を無視する。
【0013】
このＸ線検出装置では、チャージシェアが生じた場合（すなわち、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが複数の画素電極部に分散して収集された場合）に、検出回路が、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部を判定してその画素電極部におけるキャリア量を補正して評価するか、又はそのＸ線の入射を無視する。これにより、キャリアの分散による画像への影響を低減することが可能となるので、エネルギー分解能を改善でき、チャージシェアに起因する画像の不鮮明化を抑制することができる。
【0014】
上記のＸ線検出装置において、キャピラリの複数のＸ線通過領域は、第１面及び第２面において三角格子上に配置され、Ｘ線検出素子の複数の画素電極部は、第４面において行方向および列方向に並んで配置されていてもよい。このように複数のＸ線通過領域の配列形式が複数の画素電極部の配列形式と異なる場合、画素電極部間の隙間の上にＸ線通過領域が更に配置され易くなる。このような場合に、上記のＸ線検出装置の構成は特に有用である。
【0015】
上記のＸ線検出装置において、第２面と第３面とが空隙を介して互いに離れていてもよい。キャピラリがＸ線検出素子から離れているほど、各Ｘ線通過領域を通過したＸ線が拡がるので、チャージシェアが生じ易くなる。このような場合に、上記のＸ線検出装置の構成は特に有用である。また、キャピラリがＸ線検出素子から離れていることによって、キャピラリ及びＸ線検出素子の配置の自由度を高めることができる。
【0016】
上記のＸ線検出装置において、第２面と第３面とが接着剤を介して互いに接合されてもよい。この場合、各Ｘ線通過領域を通過したＸ線が拡がる前にそのＸ線がＸ線検出素子の変換部に到達するので、第２面と第３面とが空隙を介して互いに離れている場合と比較して、チャージシェアを低減することができる。
【0017】
上記のＸ線検出装置において、複数のＸ線通過領域の中心軸線は互いに平行であってもよい。この場合、キャピラリを通過したＸ線を平行化して、Ｘ線画像の鮮明度を高めることができる。
【0018】
上記のＸ線検出装置は、キャピラリ、Ｘ線検出素子、及び検出回路を気密に収容する容器を更に備え、容器は、キャピラリへ向かうＸ線を透過させる窓材を有してもよい。この場合、キャピラリ、Ｘ線検出素子、及び検出回路に塵埃が付着することを防止できる。特に、キャピラリのＸ線通過領域が微細な孔である場合、孔内に塵埃が入り込むと取り除くことが困難となり、画質の劣化につながる。上記の容器をＸ線検出装置が備えることによって、孔内に塵埃が入り込むことを防ぎ、画質を維持することができる。
【0019】
上記のＸ線検出装置は、キャピラリの側面に固定されてキャピラリを支持する支持部を更に備えてもよい。この場合、キャピラリの第２面を支持する場合と比較して、キャピラリを支持する部材の厚み分だけキャピラリをＸ線検出素子に近づけることができる。故に、各Ｘ線通過領域を通過したＸ線が拡がる程度を小さくして、チャージシェアを低減することができる。
【0020】
上記のＸ線検出装置は、Ｘ線検出素子を搭載するベース部材と、ベース部材上に立設され、キャピラリを支持する支持体と、を更に備えてもよい。この場合、キャピラリの第２面とＸ線検出素子の第３面とを互いに平行に近づける（言い換えると、Ｘ線通過領域の中心軸線をＸ線検出素子の第３面に対して垂直に近づける）ことが容易にできる。
【0021】
上記のＸ線検出装置において、検出回路は半導体集積素子に内蔵されており、Ｘ線検出素子の第４面は半導体集積素子と対向し、複数の画素電極部は半導体集積素子に金属製のバンプを介して接続されてもよい。通常、導電接続に用いられるバンプは、鉛（Ｐｂ）や金（Ａｕ）などの原子番号が比較的大きな金属を主に含んでおり、Ｘ線を遮蔽する作用を有する。従って、複数の画素電極部が半導体集積素子に金属製のバンプを介して接続されることによって、半導体集積素子内の検出回路の少なくとも一部をＸ線から保護することができる。
【0022】
上記のＸ線検出装置において、一つのキャピラリに複数のＸ線検出素子が対向してもよい。この場合、複数のＸ線検出素子を並べて配置するので、小型のＸ線検出素子を用いて受光領域の大面積化が可能になる。
【0023】
上記のＸ線検出装置において、複数のキャピラリに一つのＸ線検出素子が対向してもよい。この場合、複数のキャピラリを並べて配置するので、大面積のキャピラリの製造歩留まりが低い場合であっても、小面積のキャピラリを複数用いて歩留まり良くＸ線検出装置を製造することができる。
【0024】
上記のＸ線検出装置は、所定方向に並ぶ二以上のＸ線検出素子からなる第１の素子列と、第１の素子列に沿って並ぶ二以上のＸ線検出素子からなる第２の素子列と、を備え、第１の素子列の各Ｘ線検出素子と第２の素子列の各Ｘ線検出素子とが互い違いに配列されていてもよい。この場合、Ｘ線検出装置をラインセンサとして用いる際に、Ｘ線検出素子間の不感領域（デッドエリア）を小さくする（または無くす）ことが可能になる。
【0025】
以下、添付図面を参照しながら本開示によるＸ線検出装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。
【0026】
図１は、本実施形態におけるＸ線検出装置１の構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のＸ線検出装置１は、キャピラリプレート２と、Ｘ線検出素子３と、半導体集積素子４と、ベース部材６と、ヒートシンク７と、ペルチェ素子８と、複数の回路基板９と、容器１０とを備えている。
【0027】
キャピラリプレート２は、本実施形態におけるキャピラリの例である。キャピラリプレート２は、Ｘ線検出装置１に入射したＸ線をＸ線検出素子３に向けて平行化する。キャピラリプレート２は、表面２１（第１面）と、表面２１の反対を向く裏面２２（第２面）とを有する板状を呈している。一例では、表面２１と裏面２２とは互いに平行である。
【0028】
図２は、キャピラリプレート２の外観を示す切り欠き斜視図である。図２に示すように、表面２１及び裏面２２の法線方向（すなわちＸ線入射方向）から見たキャピラリプレート２の形状は円形である。キャピラリプレート２の形状はこれに限られず、正方形や長方形など他の形状であってもよい。キャピラリプレート２は、複数のＸ線通過領域２３を有する。各Ｘ線通過領域２３は、表面２１から裏面２２にかけてキャピラリプレート２を貫通している。一例では、Ｘ線通過領域２３は表面２１から裏面２２にかけて貫通する孔である。Ｘ線通過領域２３はこれに限らず、孔内に充填されたＸ線透過可能な材料からなってもよい。表面２１及び裏面２２の法線方向から見たＸ線通過領域２３の形状は、例えば円形である。複数のＸ線通過領域２３は、表面２１及び裏面２２において三角格子上に（より詳細には、各Ｘ線通過領域２３の中心軸線が三角格子の各格子点と重なるように）配置されている。複数のＸ線通過領域２３の中心軸線は、互いに平行であり、表面２１及び裏面２２の法線方向に沿っている。キャピラリプレート２は、Ｘ線遮蔽領域２４を更に有する。Ｘ線遮蔽領域２４は、複数のＸ線通過領域２３の間に配置されている。言い換えると、キャピラリプレート２のＸ線通過領域２３以外の部分は全てＸ線遮蔽領域２４である。
【0029】
このような構成を有するキャピラリプレート２は、例えば、円柱状の第１の部材の周囲にＸ線を遮蔽する筒状の第２の部材を配置した構成物を多数作製し、その構成物を束ねて軸線方向に引き延ばしたのち、その構成物を軸線と垂直な面に沿って板状に切断し、第１の部材をエッチング除去することによって作製され得る。キャピラリプレート２の周縁部には、Ｘ線通過領域２３が形成されておらずＸ線を遮蔽する不通過領域２５が存在する。不通過領域２５は、Ｘ線遮蔽領域２４と同じ材料からなってもよく、Ｘ線遮蔽領域２４と異なる材料からなってもよい。不通過領域２５は円形の枠状を呈しており、キャピラリプレート２を作製する際、上記構成物を引き延ばすときに上記構成物を保持するために設けられる。
【0030】
Ｘ線は、表面２１側からキャピラリプレート２に入射し、Ｘ線通過領域２３を通って裏面２２側から出射する。Ｘ線通過領域２３の中心軸線方向に対して傾斜する方向に進むＸ線は、Ｘ線遮蔽領域２４によって遮られ、裏面２２側から出射されない。これにより、キャピラリプレート２は、入射したＸ線の進行方向を裏面２２の法線方向に揃え、Ｘ線を平行化して出射する。
【0031】
図３は、キャピラリプレート２による効果の例を説明するための図である。目的物ＣにＸ線源Ｄ１から励起Ｘ線ＸＲ１が照射されると、目的物Ｃが励起されて検出対象である蛍光Ｘ線ＸＲ２を発生する。蛍光Ｘ線ＸＲ２に含まれる平行成分は、キャピラリプレート２のＸ線通過領域２３を通過してＸ線検出素子３に達する。Ｘ線源Ｄ１の光軸はＸ線通過領域２３の中心軸線方向（すなわち表面２１の法線方向）に対して傾斜しており、励起Ｘ線ＸＲ１はＸ線通過領域２３を殆ど通過しない。これにより、Ｘ線検出素子３へ達する励起Ｘ線ＸＲ１を減少させ、蛍光Ｘ線ＸＲ２を精度良く検出することができる。
【0032】
一実施例では、キャピラリプレート２の直径（キャピラリプレート２の平面形状が四角形である場合は長辺の長さ）は１ｍｍ～１０００ｍｍの範囲内であり、一実施例では２５ｍｍである。Ｘ線通過領域２３の内径は数μｍ～数百μｍの範囲内であり、一実施例では２５μｍである。Ｘ線通過領域２３の中心間隔（ピッチ）は数μｍ～数百μｍの範囲内である。キャピラリプレート２の厚さ（表面２１と裏面２２との距離、言い換えるとＸ線通過領域２３の長さ）は数百μｍ～数十ｍｍの範囲内であり、一実施例では５．０ｍｍである。Ｘ線遮蔽領域２４の材質は例えば鉛ガラスである。
【0033】
再び図１を参照する。Ｘ線検出素子３は、キャピラリプレート２の裏面２２と対向して配置され、キャピラリプレート２を通過したＸ線（例えば図３に示された蛍光Ｘ線ＸＲ２）を検出する。Ｘ線検出素子３は、半導体集積素子４上に搭載されている。一例では、Ｘ線検出素子３は半導体集積素子４に対してフリップチップ実装されている。図４は、Ｘ線検出素子３及び半導体集積素子４の構成を示す模式図である。図４に示されるように、本実施形態のＸ線検出素子３は、変換部３１と、複数の画素電極部Ｂとを有する。
【0034】
変換部３１は、Ｘ線ＸＲを吸収してキャリアを発生するバルク状若しくは層状の部材である。変換部３１は、例えばＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２、ＰｂＩ２、Ｓｉ、Ｇｅ、及びａ－Ｓｅのうち少なくとも一つを含む材料によって構成されている。変換部３１は、Ｘ線ＸＲの入射方向と交差する平面に沿って拡がっており、互いに反対を向く表面３１ａ及び裏面３１ｂを有する。一例では、表面３１ａは裏面３１ｂと平行である。変換部３１の平面形状は、例えば長方形または正方形である。変換部３１の長辺（または一辺）の長さは、例えば１ｍｍ～５００ｍｍの範囲内である。表面３１ａ上には、バイアス電極（共通電極）３３が表面３１ａの全面を覆うように設けられている。表面３１ａはキャピラリプレート２の裏面２２と対向しており、表面３１ａには、キャピラリプレート２及びバイアス電極３３を通過したＸ線ＸＲが入射する。キャピラリプレート２の裏面２２とＸ線検出素子３の表面３１ａとは、互いに平行に近づくように配置される。
【0035】
複数の画素電極部Ｂは、変換部３１の裏面３１ｂに設けられた導電膜であり、例えば金属膜である。複数の画素電極部Ｂとバイアス電極３３との間には、変換部３１の空乏化のため高いバイアス電圧が印加される。図５は、変換部３１の裏面３１ｂにおける複数の画素電極部Ｂの配置を示す平面図である。複数の画素電極部Ｂは、Ｘ線の入射方向から見てＭ行×Ｎ列（Ｍ，Ｎは２以上の整数）の二次元状（マトリクス状）に配列されている。画素電極部Ｂの平面形状は、例えば、行方向及び列方向に沿った辺を有する長方形又は正方形である。各画素電極部Ｂの行方向及び列方向の幅は、例えば１０μｍ～１００００μｍの範囲内である。従って、Ｘ線入射方向から見たキャピラリプレート２の各Ｘ線通過領域２３の内径は、同方向から見た各画素電極部Ｂの配列方向（行方向及び列方向）の幅よりも小さい。Ｍ×Ｎ個の画素電極部Ｂそれぞれは、変換部３１においてＭ行Ｎ列の画素領域それぞれを形成する。各画素電極部Ｂは、対応する画素領域において発生したキャリアを収集する。図５の例では、各画素電極部Ｂは、一つの電極から成る。図６に示されるように、例えば、一つの画素電極部Ｂが、複数の電極ｂを含んでいてもよい。画素電極部Ｂの材質は例えばＡｌ、ＡｌＣｕ、Ａｕ、その他の材質、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせである。
【0036】
図５に示されるように、変換部３１の裏面３１ｂにおいて、複数の画素電極部Ｂからなる電極群と変換部３１の縁部（側面３１ｃ）との間には、ガードリング３４が設けられている。ガードリング３４は、裏面３１ｂに設けられた導電膜であり、例えば金属膜である。ガードリング３４の電位は、画素電極部Ｂの電位と同じか、画素電極部Ｂの電位に近い大きさに設定される。図７は、ガードリング３４の作用効果を説明する図である。Ｘ線検出素子３を作製する際、変換部３１はダイシングにより個片化される。故に、変換部３１の側面３１ｃは粗面となっている。この側面３１ｃから暗電流Ａが画素電極部Ｂに到達すると、ノイズとなって画像の劣化につながる。ガードリング３４は、側面３１ｃと画素電極部Ｂとの間に配置されることによって、暗電流Ａを吸収し、画素電極部Ｂに到達する暗電流Ａを低減する。図５に示されるように、ガードリング３４は、変換部３１の側面３１ｃに沿って設けられる。変換部３１の平面形状が正方形又は長方形である場合、ガードリング３４の平面形状もまた、正方形又は長方形の枠状である。
【0037】
図４に示されるように、半導体集積素子４は、検出回路５を内蔵している。検出回路５は、変換部３１において発生したキャリアを、各画素電極部Ｂを介して画素領域毎に検出し、画素領域毎にＸ線の光子数をカウントする。検出回路５は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路により実現される。検出回路５は、複数の画素回路（Ｍ×Ｎ個の画素回路）５ａを有している。各画素回路５ａは、対応する画素電極部Ｂにおいて収集されたキャリアを検出し、Ｘ線の光子数をカウントする。或いは、各画素回路５ａは、対応する画素電極部Ｂにおいて収集されたキャリアを積分することにより、入射したＸ線の大きさを示す信号を生成してもよい。
【0038】
検出回路５は、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集された場合に、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂを判定して、その画素電極部Ｂにおけるキャリア量を補正して評価する。
【0039】
具体的には、検出回路５は、Ｘ線の入射によって発生したキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集された場合、そのうち最も多くのキャリアが収集された画素電極部Ｂを、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂと判定する。そして、その画素電極部Ｂと、その画素電極部Ｂを取り囲む８個の画素電極部Ｂとにおいて収集されたキャリアの総和を、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂに収集されたキャリアの量として評価する。なお、この方法の詳細は非特許文献１及び２に記載されている。
【0040】
或いは、検出回路５は、Ｘ線の入射によって発生したキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集された場合、そのＸ線の入射を無視してもよい。具体的には、或る閾値を予め設定し、その閾値を超える量のキャリアが収集された画素電極部Ｂが同時に２つ以上存在する場合に、検出回路５は、そのＸ線の入射を無視する。図８は、その方式の一例を説明するための図である。ここでは、閾値を２ｋｅＶとして説明する。図８（ａ）は、或る画素電極部Ｂａにおいて１０ｋｅＶに相当する量のキャリアが検出され、その周囲の画素電極部Ｂにおいてキャリアが検出されなかった場合を示す。この場合、閾値を超える量のキャリアが収集された画素電極部Ｂは１つのみであるので、その画素電極部Ｂａを、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂと判定する。そして、画素電極部Ｂａにおけるキャリアの量を、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂに収集されたキャリアの量として評価する。図８（ｂ）は、或る画素電極部Ｂａにおいて９ｋｅＶに相当する量のキャリアが検出され、その周囲の或る画素電極部Ｂｂにおいて１ｋｅＶに相当する量のキャリアが検出された場合を示す。この場合もまた、閾値を超える量のキャリアが収集された画素電極部Ｂは１つのみであるので、Ｘ線の入射によって発生したキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集されたとは判断されず、画素電極部Ｂａを、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂと判定する。そして、画素電極部Ｂａにおけるキャリアの量を、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂに収集されたキャリアの量として評価する。図８（ｃ）は、或る画素電極部Ｂａにおいて８ｋｅＶに相当する量のキャリアが検出され、その周囲の或る画素電極部Ｂｂにおいて２ｋｅＶに相当する量のキャリアが検出された場合を示す。この場合、閾値を超える量のキャリアが収集された画素電極部Ｂは２つであるので、検出回路５は、Ｘ線の入射によって発生したキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集されたと判断し、いずれの画素電極部Ｂも、Ｘ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂと判定しない。その結果、そのＸ線の入射は無視される。なお、この方法の詳細は非特許文献３に記載されている。
【0041】
上述した検出回路５の機能は、例えば論理回路を含む電子回路、コンピュータ（ＣＰＵ及びメモリを含み、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行するもの）、又はそれらの組み合わせによって好適に実現され得る。
【0042】
図９は、Ｘ線検出素子３及び半導体集積素子４を示す斜視図である。図１０は、キャピラリプレート２、Ｘ線検出素子３及び半導体集積素子４の配置を模式的に示す図である。これらの図に示されるように、Ｘ線検出素子３は、半導体集積素子４上に搭載されている。Ｘ線検出素子３の裏面３１ｂは半導体集積素子４と対向しており、複数の画素電極部Ｂは、半導体集積素子４に金属製のバンプ４１を介して接続されている。バンプ４１は、鉛（Ｐｂ）や金（Ａｕ）などの原子番号が比較的大きな金属を主に含む。バンプ４１の材質は例えば鉛はんだ、Ａｕ、Ｉｎ等であり、バンプ４１の直径は例えば１０μｍ～１００００μｍの範囲内である。バンプ４１は、Ｘ線を遮蔽する作用を有し、半導体集積素子４内の各画素回路５ａの少なくとも一部を、変換部３１を透過したＸ線から保護する。バンプ４１を構成する金属の原子番号は、変換部３１を構成する材料の原子番号よりも大きいことが好ましい。Ｘ線入射方向におけるバンプ４１の直下には、画素回路５ａのうち特にＸ線の影響を受け易い回路部分が配置されるとよい。
【0043】
Ｘ線検出素子３の変換部３１の表面３１ａ側に設けられたバイアス電極３３は、ボンディングワイヤ４２を介していずれかの回路基板９（図１を参照）と電気的に接続されている。半導体集積素子４の表面（Ｘ線検出素子３と対向する面）には、バンプ４１と接続されるＭ×Ｎ個の電極のほか、信号出力のための複数の電極が設けられている。これらの電極は、ボンディングワイヤ４３を介して、いずれかの回路基板９と電気的に接続されている。図９に示されるように、平面視におけるボンディングワイヤ４２の延出方向とボンディングワイヤ４３の延出方向とは互いに交差しており、ボンディングワイヤ４２とボンディングワイヤ４３とは、平面視において互いに重ならず交差もしない。ボンディングワイヤ４２を介してバイアス電極３３に印加されるバイアス電圧は、ボンディングワイヤ４３から出力される信号電圧と比べて格段に大きいので、このような構成により、バイアス電圧に起因する信号電圧への影響（ノイズ）を低減することができる。また、Ｘ線検出素子３上にはボンディングワイヤ４２が突出するので、ボンディングワイヤ４２とキャピラリプレート２との干渉を避ける為、図１０に示されるように、キャピラリプレート２の裏面２２とＸ線検出素子３の表面（バイアス電極３３の表面）とは空隙を介して互いに離れている。一例では、裏面２２とＸ線検出素子３の表面との距離は１ｍｍ～１００ｍｍの範囲内である。
【0044】
再び図１を参照する。ベース部材６は、Ｘ線検出素子３及び半導体集積素子４を搭載する板状またはブロック状の部材である。ベース部材６は、熱伝導率の高い材料からなり、一例では金属製である。一実施例では、ベース部材６はアルミニウムからなる。ベース部材６は、半導体集積素子４の裏面と対向する平坦な搭載面６１と、搭載面６１とは反対を向く平坦な裏面６２とを有する。搭載面６１は、熱伝導性のよい接着材（例えば銀ペースト、銅ペースト、放熱シート、その他の材質、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせ）を介して、半導体集積素子４の裏面と接合されている。搭載面６１の周囲には段差が設けられており、搭載面６１から一段下がった面６３上には、少なくとも一つの回路基板９が配置されている。
【0045】
複数の回路基板９のうち少なくとも一つは、ボンディングワイヤ４３を介して半導体集積素子４と電気的に接続されている。他の回路基板９は、隣り合う別の回路基板９と電気的に接続されている。これらの回路基板９には、検出回路５の制御を行う為の回路、及び検出回路５の一部を構成する回路などが設けられている。回路基板９は、例えばプリント配線基板である。
【0046】
ヒートシンク７は、半導体集積素子４において発生する熱を放出して半導体集積素子４を冷却するために設けられている。ヒートシンク７は、ベース部材６の裏面６２と対向する上面７１と、上面７１の向く方向とは反対方向に突出し上面７１に沿った方向に並ぶ複数のフィン７２とを有する。ヒートシンク７は、熱伝導率の高い材料からなり、一例では金属製である。ヒートシンク７の構成材料はベース部材６と同じであってもよく、異なってもよい。上面７１は、ペルチェ素子８を介してベース部材６の裏面６２と接合されている。ペルチェ素子８は、図示しない配線を介して供給される電力によって駆動され、ベース部材６からヒートシンク７へ熱を移動させる。
【0047】
容器１０は、キャピラリプレート２、Ｘ線検出素子３、半導体集積素子４、ベース部材６、ヒートシンク７、ペルチェ素子８、及び回路基板９を収容する。容器１０の材質は、例えばアルミ、鉄、ステンレス、その他の材質、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせである。容器１０は、互いに仕切られた少なくとも２つの空間１１，１２を有する。空間１１は気密に保持され、キャピラリプレート２、Ｘ線検出素子３、半導体集積素子４、ベース部材６、及び回路基板９を収容する。空間１２は通気口を介して容器１０の外部空間と通じており、ヒートシンク７を収容する。空間１１と空間１２とは仕切り板１３によって互いに仕切られている。仕切り板１３は開口１３ａを有し、この開口１３ａにはペルチェ素子８が配置されている。そして、ヒートシンク７の周縁部が仕切り板１３に接することによって、空間１１の気密性が保たれている。
【0048】
空間１２を画成する壁面（但し仕切り板１３を除く）の一部には、ファン１６が取り付けられている。ファン１６は、壁面に設けられた図示しない開口を通じて吸気または排気を行う。これにより、ヒートシンク７から放出された熱は容器１０の外へ放出される。
【0049】
空間１１を画成する壁面（但し仕切り板１３を除く）の一部には、Ｘ線が通過するための開口部１１０が形成されている。容器１０は、その開口部１１０を気密に塞ぐ窓材１４を更に有する。窓材１４は、キャピラリプレート２へ向かうＸ線を透過させる。窓材１４の材質は、例えばベリリウム、アルミ、カーボン、その他の材質、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせである。キャピラリプレート２は、表面２１が窓材１４と対向するように、容器１０の支持部１５によって裏面２２が支持されて、空間１１を画成する壁面に固定されている。
【0050】
以上に説明した本実施形態のＸ線検出装置１によって得られる効果について説明する。前述したように、Ｘ線検出素子３により得られる画質を向上するために、Ｘ線検出素子３の表面と対向して、キャピラリプレート２を配置することがある。複数のＸ線通過領域２３の中心軸線を互いに平行とすることによって、Ｘ線の平行成分のみを通過させ、画質を向上することができる。この場合、キャピラリプレート２の複数のＸ線通過領域２３の内径が、画素電極部Ｂの配列方向の幅よりも小さいほど、鮮明な画像を得ることができると一般には考えられてきた。しかしながら、本発明者の研究により、必ずしもそうとは限らないことが判明した。隣接する画素電極部Ｂ間には、画素電極部Ｂ同士を電気的に絶縁するための隙間が必ず設けられている（図５を参照）。キャピラリプレート２のＸ線通過領域２３の内径が小さくなるほど、この隙間の上にＸ線通過領域２３が配置され易くなる。この隙間の上に配置されたＸ線通過領域２３を通過したＸ線により発生した複数のキャリアは、この隙間の両側に位置する２つの画素電極部Ｂに分散して収集される（チャージシェア）。その結果、Ｘ線の入射位置が曖昧となってエネルギー分解能が低下し、画像が不鮮明化する一因となる。
【0051】
このような問題に対し、本実施形態のＸ線検出装置１では、チャージシェアが生じた場合（すなわち、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが複数の画素電極部Ｂに分散して収集された場合）に、検出回路５が、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂを判定してその画素電極部Ｂにおけるキャリア量を補正して評価するか、又はそのＸ線の入射を無視する。これにより、キャリアの分散による画像への影響を低減することが可能となるので、エネルギー分解能を改善でき、チャージシェアに起因する画像の不鮮明化を抑制することができる。
【0052】
また、図３に示された励起Ｘ線ＸＲ１は蛍光Ｘ線ＸＲ２よりも高エネルギーであるため、キャピラリプレート２が設けられない場合、励起Ｘ線ＸＲ１が変換部３１を透過してバンプ４１に達する。すると、バンプ４１において蛍光Ｘ線が発生し、その蛍光Ｘ線が変換部３１に吸収されてキャリアが発生する。このキャリアは、ノイズとなって画像の鮮明度を低下する原因となる。特に、バンプ４１を構成する材料のＬ線のエネルギーが数ｋｅＶ～２０ｋｅＶの範囲内にある場合、検出対象である蛍光Ｘ線ＸＲ２のエネルギーと重なるおそれが高い。本実施形態のようにキャピラリプレート２を設けることによって、バンプ４１に達する励起Ｘ線ＸＲ１を大きく減少させ、画像の鮮明度の低下を抑制することができる。
【0053】
本実施形態のように、キャピラリプレート２の複数のＸ線通過領域２３は、表面２１及び裏面２２において三角格子上に配置され、Ｘ線検出素子３の複数の画素電極部Ｂは、裏面３１ｂにおいて行方向および列方向に並んで配置されていてもよい。このように複数のＸ線通過領域２３の配列形式が複数の画素電極部Ｂの配列形式と異なる場合、画素電極部Ｂ間の隙間の上にＸ線通過領域２３が更に配置され易くなる。このような場合に、本実施形態のＸ線検出装置１の構成は特に有用である。
【0054】
本実施形態のように、キャピラリプレート２の裏面２２とＸ線検出素子３の表面とは、空隙を介して互いに離れていてもよい。キャピラリプレート２がＸ線検出素子３から離れているほど、各Ｘ線通過領域２３を通過したＸ線が拡がるので、チャージシェアが生じ易くなる。このような場合に、本実施形態のＸ線検出装置１の構成は特に有用である。また、キャピラリプレート２がＸ線検出素子３から離れていることによって、キャピラリプレート２及びＸ線検出素子３の配置の自由度を高めることができる。
【0055】
本実施形態のように、複数のＸ線通過領域２３の中心軸線は互いに平行であってもよい。この場合、キャピラリプレート２を通過したＸ線を平行化して、Ｘ線画像の鮮明度を高めることができる。
【0056】
本実施形態のように、Ｘ線検出装置１は、キャピラリプレート２、Ｘ線検出素子３、及び検出回路５を気密に収容する容器１０を備え、容器１０は、キャピラリプレート２へ向かうＸ線を透過させる窓材１４を有してもよい。この場合、キャピラリプレート２、Ｘ線検出素子３、及び検出回路５に塵埃が付着することを防止できる。特に、キャピラリプレート２のＸ線通過領域２３が微細な孔である場合、孔内に塵埃が入り込むと取り除くことが困難となり、画質の劣化につながる。上記の容器１０をＸ線検出装置１が備えることによって、孔内に塵埃が入り込むことを防ぎ、画質を維持することができる。なお、孔内に塵埃が入り込むことを防ぐために、Ｘ線透過可能な材料によってキャピラリプレート２を全体的にシール（封止）してもよい。また、空間１１の気密性は塵埃が空間１１に侵入しない程度であってもよく、場合によっては、空間１１が気密性を有しなくてもよい。空間１１のうち、キャピラリプレート２及びその周辺のみが気密であってもよい。
（第１変形例）
（第１変形例）
【0057】
図１１は、上記実施形態の第１変形例に係る構成を模式的に示す図である。上述した実施形態では、キャピラリプレート２の裏面２２とＸ線検出素子３の表面（バイアス電極３３の表面）とが空隙を介して互いに離れている。この図１１のように、裏面２２とＸ線検出素子３の表面とは、接着剤１７を介して互いに接合されてもよい。この場合、キャピラリプレート２とＸ線検出素子３とが互いに近接するので、各Ｘ線通過領域２３を通過したＸ線が拡がる前にそのＸ線がＸ線検出素子３の変換部３１に到達する。従って、裏面２２とＸ線検出素子３の表面とが空隙を介して互いに離れている場合と比較して、チャージシェアを低減することができる。なお、図１１では接着剤１７が不通過領域２５の直下のみに設けられ、Ｘ線通過領域２３の直下には設けられていない。これにより、入射Ｘ線が接着剤１７に吸収されることを回避できるので、入射Ｘ線のエネルギーが低い場合であってもＸ線検出装置１の感度の低下を抑制することができる。この形態に限られず、入射Ｘ線のエネルギーが高い等の場合には、Ｘ線通過領域２３の直下を含む裏面２２の全体に接着剤１７が設けられてもよい。
（第２変形例）
（第２変形例）
【0058】
図１２（ａ）は、上記実施形態の第２変形例に係る構成を模式的に示す図である。上述した実施形態では、容器１０の支持部１５によってキャピラリプレート２の裏面２２が支持されている（図１を参照）。この図１２（ａ）のように、容器１０の支持部１５は、キャピラリプレート２の側面２６に固定されてキャピラリプレート２を支持してもよい。この場合、キャピラリプレート２の裏面２２を支持する場合と比較して、支持部１５の厚み分だけキャピラリプレート２をＸ線検出素子３に近づけることができる。故に、各Ｘ線通過領域２３を通過したＸ線が拡がる程度を小さくして、チャージシェアを低減することができる。支持部１５とキャピラリプレート２の側面２６とは、例えば樹脂を用いて互いに固定され得る。
（第３変形例）
（第３変形例）
【0059】
図１２（ｂ）は、上記実施形態の第３変形例に係る構成を模式的に示す図である。上述した実施形態では、キャピラリプレート２は、空間１１を画成する壁面に支持部１５によって固定されている（図１を参照）。この図１２（ｂ）のように、Ｘ線検出装置は、支持部１５に代えて、支持体１８を備えてもよい。支持体１８は、ベース部材６上に立設され、キャピラリプレート２の裏面２２（または側面２６でもよい）を支持する。支持体１８は、例えば柱状、またはＸ線検出素子３を囲む筒状を呈する。支持体１８の材質は、例えばアルミ、鉄、ステンレス、その他の材質、またはそれらのうち２つ以上の組み合わせである。支持体１８は、ベース部材６と接合されてもよく、ベース部材６と一体的に形成されてもよい。一例では、支持体１８はベース部材６の搭載面６１から一段下がった面６３上に配置される。本変形例によれば、キャピラリプレート２の裏面２２とＸ線検出素子３の表面とを互いに平行に近づける（言い換えると、Ｘ線通過領域２３の中心軸線をＸ線検出素子３の表面に対して垂直に近づける）ことが容易にできる。故に、より鮮明な画像を得ることができる。なお、ボンディングワイヤ４２，４３の形成を容易にする為に、キャピラリプレート２と支持体１８とは（又は、支持体１８とベース部材６とは）互いに着脱可能であってもよい。
（第４変形例）
（第４変形例）
【0060】
図１３は、上記実施形態の第４変形例に係る構成を模式的に示す図である。上述した実施形態では、キャピラリプレート２とＸ線検出素子３とが一対一で対向しているが、この図１３のように、一つのキャピラリプレート２につき複数のＸ線検出素子３が対向してもよい。この場合、複数のＸ線検出素子３を並べて配置するので、小型のＸ線検出素子３を用いて受光領域の大面積化が可能になる。
（第５変形例）
（第５変形例）
【0061】
図１４は、上記実施形態の第５変形例に係る構成を模式的に示す図である。上述した実施形態では、キャピラリプレート２とＸ線検出素子３とが一対一で対向しているが、この図１４のように、一つのＸ線検出素子３につき複数のキャピラリプレート２が対向してもよい。この場合、複数のキャピラリプレート２を並べて配置するので、大面積のキャピラリプレート２の製造歩留まりが低い場合であっても、小面積のキャピラリプレート２を複数用いて歩留まり良くＸ線検出装置を製造することができる。
（第６変形例）
（第６変形例）
【0062】
図１５は、上記実施形態の第６変形例に係る構成を模式的に示す図である。この図１５のように、キャピラリプレート２及びＸ線検出素子３をそれぞれ複数配置してもよい。その場合、図１５（ａ）のように一つのキャピラリプレート２に複数のＸ線検出素子３が対向してもよく、或いは、図１５（ｂ）のように複数のキャピラリプレート２に一つのＸ線検出素子３が対向してもよい。本変形例によれば、受光領域の更なる大面積化が可能になる。
（第７変形例）
（第７変形例）
【0063】
図１６～図１８は、上記実施形態の第７変形例に係る構成を模式的に示す図である。本変形例のように、Ｘ線検出装置は、Ｘ線入射方向と交差する所定方向に沿って並ぶ二以上のＸ線検出素子３からなる第１の素子列３Ａと、第１の素子列３Ａに沿って並ぶ二以上のＸ線検出素子３からなる第２の素子列３Ｂと、を備えてもよい。そして、図１６及び図１７に示されるように、第１の素子列３Ａの各Ｘ線検出素子３と第２の素子列３Ｂの各Ｘ線検出素子３とが互い違いに配列されていてもよい。この場合、図１６に示されるように、キャピラリプレート２とＸ線検出素子３とは一対一で対向してもよく、図１７に示されるように、一つのキャピラリプレート２につき複数のＸ線検出素子３が対向してもよい。または、図１８に示されるように、第１の素子列３Ａ上の複数のキャピラリプレート２と、第２の素子列３Ｂ上の複数のキャピラリプレート２とが互い違いに配列され、一つのＸ線検出素子３につき複数のキャピラリプレート２が対向してもよい。本変形例によれば、Ｘ線検出装置をラインセンサとして用いる際に、主にガードリング３４の配置により生じるＸ線検出素子３間の不感領域（デッドエリア）、及び、主にキャピラリプレート２の不通過領域２５により生じるキャピラリプレート２間の不感領域（デッドエリア）を小さくするか、または無くすことが可能になる。
（第８変形例）
（第８変形例）
【0064】
図１９は、上記実施形態の第８変形例に係るキャピラリレンズ２Ａの側面図である。図１９には、このキャピラリレンズ２Ａに入射するＸ線ＸＲ３と、キャピラリレンズ２Ａから出射するＸ線ＸＲ４とが併せて示されている。キャピラリレンズ２Ａは、本変形例におけるキャピラリの例であり、上記実施形態のキャピラリプレート２の代わりに設けられる。キャピラリレンズ２Ａは略円柱形状を呈しており、中心軸線に対して垂直な断面は、該中心軸線上に中心を有する円形である。このキャピラリレンズ２Ａは、点状のＸ線源Ｄ２から一方の端面２７に入射したＸ線ＸＲ３を、平行Ｘ線（Ｘ線ＸＲ４）として他方の端面２８から出力する。そのため、キャピラリレンズ２Ａの直径は、入射側の端面２７に近づくにつれて次第に小さくなっている。キャピラリレンズ２Ａが有する複数のＸ線通過領域の中心軸線の間隔（ピッチ）は、出射側の端面２８付近では一定（平行）であり、入射側の端面２７に近づくにつれて次第に小さくなっている。Ｘ線検出装置は、このようなキャピラリレンズ２Ａを備える場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、上記実施形態のキャピラリプレート２の代わりにキャピラリレンズ２Ａを用いることにより、蛍光Ｘ線像を拡大または縮小して撮像することができる。
（第９変形例）
（第９変形例）
【0065】
上記実施形態において、検出回路５は、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集された場合に、そのうち最も多くのキャリアが収集された画素電極部Ｂを、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂと判定している。画素電極部Ｂの判定方式はこれに限られず、例えば本変形例の方式を採用してもよい。
【0066】
図２０は、本変形例における各画素回路５ａの内部構成の一例を示す図である。図２０に示されるように、画素回路５ａは、信号生成部５１、電流出力部５２ａ，５２ｂ、加算部５３、比較部５４、キャリア入力信号生成部５５、キャリア入力パターン判別部５６、及び計数部５７を有している。
【0067】
信号生成部５１は、複数の画素電極部Ｂのうち当該画素回路５ａに対応する画素電極部Ｂと電気的に接続されている。信号生成部５１は、キャリアの電荷電圧変換を行うことによって入力信号ＳＰ１を生成する。入力信号ＳＰ１は、自電極部Ｂ０から画素回路５ａに入力されたキャリアの数に応じた大きさの電圧波形を有する信号である。各画素電極部Ｂが複数の電極ｂを含む場合（図６を参照）には、図２１（ａ）に示されるように、複数の電極ｂが一つの信号生成部５１の入力端に接続されるとよい。或いは、図２１（ｂ）に示されるように、複数の信号生成部５１が設けられ、複数の電極ｂそれぞれが複数の信号生成部５１それぞれに接続されてもよい。
【0068】
電流出力部５２ａは、信号生成部５１の出力端に接続されており、信号生成部５１から入力信号ＳＰ１を受ける。電流出力部５２ａは、電圧信号である入力信号ＳＰ１に応じた大きさの電流信号ＳＣを生成し、自電極部Ｂ０の周囲に配置された画素電極部Ｂのうち特定の画素電極部Ｂに接続された画素回路５ａに、電流信号ＳＣを提供する。以下の説明において、自電極部Ｂ０の周囲に配置された画素電極部Ｂを周囲電極部と称することがある。
【0069】
ここで、図２２を参照する。図２２は、自電極部Ｂ０と、自電極部Ｂ０を囲む８個の周囲電極部Ｂ１～Ｂ８とを示す図である。図２２に示された例では、周囲電極部Ｂ１～Ｂ３は自電極部Ｂ０の前行に含まれ、周囲電極部Ｂ４，Ｂ５は自電極部Ｂ０と同じ行に含まれ、周囲電極部Ｂ６～Ｂ８は自電極部Ｂ０の後行に含まれる。また、周囲電極部Ｂ１，Ｂ４，Ｂ６は自電極部Ｂ０の前列に含まれ、周囲電極部Ｂ２，Ｂ７は自電極部Ｂ０と同じ列に含まれ、周囲電極部Ｂ３，Ｂ５，Ｂ８は自電極部Ｂ０の後列に含まれる。本変形例では、電流出力部５２ａは、周囲電極部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４に接続された画素回路５ａに電流信号ＳＣを提供する。
【0070】
再び図２０を参照する。電流出力部５２ｂは、信号生成部５１の出力端に接続されており、信号生成部５１から入力信号ＳＰ１を受ける。電流出力部５２ｂは、電圧信号である入力信号ＳＰ１に応じた大きさの電流信号ＳＣを生成し、電流信号ＳＣを加算部５３に提供する。加算部５３は、周囲電極部Ｂ１～Ｂ８のうち特定の電極部（以下、特定電極部という）Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８に接続された３つの画素回路５ａの電流出力部５２ａと接続されており、それらの電流出力部５２ａから電流信号ＳＣの提供を受ける。加算部５３は、提供を受けた３つの電流信号ＳＣと、当該画素回路５ａの電流出力部５２ｂから提供された電流信号ＳＣとを加算し、加算後の電流に応じた大きさの電圧信号ＳＰ２を生成する。電圧信号ＳＰ２は、自電極部Ｂ０及び特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８に入力されたキャリア数の総和に応じた大きさの電圧波形を有する信号である。特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８は、各画素回路５ａにおいて入射Ｘ線の光子数をカウントする際に、その入射Ｘ線に起因するキャリアの分散範囲に含まれるとみなされた周囲電極部であって、周囲電極部Ｂ１～Ｂ８の中から任意に且つ予め決定される。例えば自電極部Ｂ０が行端または列端に存在する等によって自電極部Ｂ０に対する特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８の一部が存在しない場合には、加算部５３は、存在しない特定電極部からの電流信号ＳＣを加算しなくてもよい。例えば自電極部Ｂ０が行端且つ列端に存在する等によって自電極部Ｂ０に対する特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８の全部が存在しない場合には、加算部５３及びそれ以降の回路部分は、必須ではなく省略可能である。
【0071】
比較部５４は、加算部５３の出力端に接続されており、加算部５３から電圧信号ＳＰ２を受ける。比較部５４は、電圧信号ＳＰ２のピーク電圧の大きさが所定の閾値を超えているか否かを判定する。すなわち、比較部５４は、自電極部Ｂ０の周辺において一つ以上の測定対象とする光子に相当する数のキャリアが発生したか否かを判定する。比較部５４は、電圧信号ＳＰ２のピーク電圧の大きさが所定の閾値を超えている場合に、判定結果信号Ｓ１としてＨｉｇｈレベル（有意値）を出力する。比較部５４は、電圧信号ＳＰ２のピーク電圧の大きさが上記所定の閾値を超えていない場合には、判定結果信号Ｓ１としてＬｏｗレベル（非有意値）を出力する。
【0072】
キャリア入力信号生成部５５は、信号生成部５１の出力端に接続されており、信号生成部５１から入力信号ＳＰ１を受ける。キャリア入力信号生成部５５は、或る閾値（例えば、ノイズレベルより僅かに大きい値）を超える入力信号ＳＰ１が入力された場合には、自電極部Ｂ０へのキャリアの入力があったことを示すために、キャリア入力信号Ｓ２としてＨｉｇｈレベル（有意値）を出力する。キャリア入力信号生成部５５は、上記閾値を超えない入力信号ＳＰ１が入力された場合には、キャリア入力信号Ｓ２としてＬｏｗレベル（非有意値）を出力する。キャリア入力信号Ｓ２は、周囲電極部Ｂ２～Ｂ８にそれぞれ接続された７つの画素回路５ａに提供される。
【0073】
キャリア入力パターン判別部５６は、周囲電極部Ｂ１～Ｂ７にそれぞれ接続された７つの画素回路５ａから、キャリア入力信号Ｓ２の提供を受ける。キャリア入力パターン判別部５６は、これらのキャリア入力信号Ｓ２に基づいて、キャリア入力パターンが複数の判別パターンのうちの何れかと合致するか否かを判別する。キャリア入力パターンは、自電極部Ｂ０及び周囲電極部Ｂ１～Ｂ７へのキャリアの入力の有無を電極毎に表している。キャリア入力パターンでは、キャリアが自電極部Ｂ０及び周囲電極部Ｂ１～Ｂ８のうち何れの画素電極部Ｂに入力したのかがパターン化されている。キャリア入力パターン判別部５６は、キャリア入力パターンが複数の判別パターンのうちの何れかと合致し、且つ、判定結果信号Ｓ１としてＨｉｇｈレベル（有意値）が入力されている場合に、判別信号Ｓ３としてＨｉｇｈレベル（有意値）を出力する。キャリア入力パターン判別部５６は、キャリア入力パターンが複数の判別パターンのうちの何れかと合致しない場合、及び／又は、判定結果信号Ｓ１としてＬｏｗレベル（非有意値）が入力されている場合に、判別信号Ｓ３としてＬｏｗレベル（非有意値）を出力する。これにより、計数部５７では、キャリア入力パターン判別部５６においてキャリア入力パターンが複数の判別パターンの何れかと合致すると判別され、且つ電圧信号ＳＰ２のピーク電圧の大きさが所定の閾値を超えている場合（すなわち判別信号Ｓ３がＨｉｇｈレベル（有意値）である場合）に、Ｘ線の光子数の加算が行われる。本変形例では、周囲電極部Ｂ８におけるキャリアの入射の有無は判別に影響しないので、キャリア入力パターン判別部５６は、周囲電極部Ｂ８に接続された画素回路５ａからはキャリア入力信号Ｓ２の提供を受ける必要はない。本変形例では、計数部５７が画素電極部Ｂ毎に一つずつ設けられているが、計数部５７は、二つ以上の画素電極部Ｂに対して一つのみ設けられてもよい。
【0074】
ここで、図２３を参照する。図２３中の（ａ）～（ｊ）は、キャリア入力パターン判別部５６に設定される複数の判別パターンの一例として、１０個の判別パターンＰ１～Ｐ１０を示す図である。図２３では、キャリア入力信号Ｓ２が出力された（すなわちキャリアが入力された）画素回路５ａに対応する画素電極部に「Ｈ」と表記されている。自電極部Ｂ０及び特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８は、判別パターンＰ１～Ｐ１０を容易に理解するために、太枠で示されている。自電極部Ｂ０及び周囲電極部Ｂ１～Ｂ７の符号は、図２３中の（ａ）にのみ示し、図２３中の（ｂ）～（ｊ）では省略している。キャリア入力パターン判別部５６は、複数の論理回路の組み合わせにより構成されていてもよい。この場合、組み合わされた複数の論理回路は、周囲電極部Ｂ１～Ｂ７からのキャリア入力信号Ｓ２及び自電極部Ｂ０のキャリア入力信号Ｓ２の組み合わせに応じて、有効であるか否かを決定する。これにより、キャリア入力パターン判別部５６において、キャリア入力パターンが複数の判別パターン（たとえば、判別パターンＰ１～Ｐ１０）のうちの何れかと合致するか否かが判別される。また、検出回路５は、複数の判別パターン（たとえば、判別パターンＰ１～Ｐ１０）を記憶するメモリを含んでいてもよい。この場合、キャリア入力パターン判別部５６は、上記メモリに記憶されている複数の判別パターンの何れかとキャリア入力パターンとが合致するか否かを判別する。キャリア入力パターン判別部５６が、複数の論理回路の組み合わせにより構成されている場合、メモリなどの物理構成が不要となり、検出回路５の構成を簡素化することができる。
【0075】
図２３に示される１０個の判別パターンＰ１～Ｐ１０は、幾つかのルールに則り定められている。周囲電極部Ｂ１～Ｂ８のうち特定電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８以外の画素電極部Ｂ１～Ｂ４，Ｂ６にキャリアが入力する場合のキャリア入力パターンが、判別パターンＰ１～Ｐ１０の何れとも合致しない。言い換えれば、これらの判別パターンＰ１～Ｐ１０には、自電極部Ｂ０を含む行の前行及び後行のうち一方の行（本変形例では前行）に含まれる周囲電極部Ｂ１～Ｂ３、及び自電極部Ｂ０を含む列の前列及び後列のうち一方の列（本変形例では前列）に含まれる周囲電極部Ｂ１，Ｂ４，Ｂ６の何れかにキャリアが入力される場合のキャリア入力パターンに相当するパターンが含まれない。従って、周囲電極部Ｂ１～Ｂ４，Ｂ６の何れかにキャリアが入力された場合、自電極部Ｂ０に接続された画素回路５ａのキャリア入力パターン判別部５６は、キャリア入力パターンが複数の判別パターンＰ１～Ｐ１０の何れとも合致しないものとして判別する。これらの周囲電極部Ｂ１～Ｂ４，Ｂ６の何れかにキャリアが入力された場合には、自電極部Ｂ０を除く何れかの画素電極部Ｂに接続された画素回路５ａにおいて、必ずキャリア入力パターンが判別パターンＰ１～Ｐ１０の何れかに合致するように、判別パターンＰ１～Ｐ１０が設定されている。従って、上記の判別ルールに則って判別パターンＰ１～Ｐ１０が設定されることにより、一つの光子の入射に対して複数の画素回路５ａで光子数を加算することを適切に回避することができる。判別パターンＰ１～Ｐ１０を容易に理解するために、周囲電極部Ｂ１～Ｂ４，Ｂ６には×印が付されている。×印が付された周囲電極部Ｂ１～Ｂ４，Ｂ６に接続された画素回路５ａからは、実際には空白の画素と同様の「Ｌｏｗ」のキャリア入力信号Ｓ２が出力されている。この判別ルールは、本変形例のように上記一方の行（前行）及び上記一方の列（前列）の何れにも含まれない周囲電極部Ｂ５，Ｂ７，Ｂ８が特定電極となっている場合に有効である。
【0076】
これらの判別パターンＰ１～Ｐ１０には、上記一方の行（前行）及び上記一方の列（前列）の何れにも含まれず、且つ自電極部Ｂ０を含む行又は列に含まれる周囲電極部Ｂ５，Ｂ７のうち、少なくとも一つの周囲電極部にキャリアが入力され、且つ、自電極部Ｂ０にキャリアが入力される場合の全てのキャリア入力パターンに相当するパターンが含まれている。言い換えれば、自電極部Ｂ０を含む行又は列に含まれる特定電極部Ｂ５，Ｂ７のうち少なくとも一つの特定電極部にキャリアが入力され、且つ自電極部Ｂ０にキャリアが入力される場合のキャリア入力パターンが、複数の判別パターンＰ１～Ｐ１０の何れかと必ず合致する。具体的には、周囲電極部Ｂ５及び自電極部Ｂ０にキャリアが入力される場合の全てのパターンが、判別パターンＰ２，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８によって表されている。周囲電極部Ｂ７及び自電極部Ｂ０にキャリアが入力される場合の全てのパターンが、判別パターンＰ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８によって表されている。このような判別ルールに則って判別パターンが設定されることにより、当該画素回路５ａにおけるＸ線の光子数の加算の可否を適切に判定することができる。
【0077】
これらの判別パターンＰ１～Ｐ１０には、上記一方の列（前列）に含まれず且つ自電極部Ｂ０を含む行に含まれる周囲電極部Ｂ５にキャリアが入力され、上記一方の行（前行）に含まれず且つ自電極部Ｂ０を含む列に含まれる周囲電極部Ｂ７にキャリアが入力され、且つ、自電極部Ｂ０にキャリアが入力されない場合のキャリア入力パターンに相当するパターンが含まれている。具体的には、周囲電極部Ｂ５，Ｂ７の双方にキャリアが入力され、自電極部Ｂ０にキャリアが入力されない全てのパターンが判別パターンＰ９，Ｐ１０によって表されている。このような判別ルールに則って判別パターンが設定されることにより、当該画素回路５ａにおけるＸ線の光子数の加算の可否を適切に判定することができる。判別パターンＰ１～Ｐ１０には、チャージシェアの影響がほとんどなく、自電極部Ｂ０にのみキャリアが入力される場合の判別パターンＰ１も含まれている。
【0078】
本変形例によれば、Ｘ線の入射によって発生した複数のキャリアが二以上の画素電極部Ｂに分散して収集された場合に、検出回路５が、そのＸ線が入射した位置に対応する画素電極部Ｂを判定して、その画素電極部Ｂにおけるキャリア量を補正して評価することができる。なお、本変形例の詳細は特許文献２に記載されている。
【0079】
本開示によるＸ線検出装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態では、キャピラリプレート２の複数のＸ線通過領域２３が三角格子上に配置され、Ｘ線検出素子３の複数の画素電極部Ｂが行方向および列方向に並んで配置されている場合を例示したが、Ｘ線通過領域２３及び画素電極部Ｂの配列形式はこれらに限られない。例えば、Ｘ線通過領域２３及び画素電極部Ｂが互いに同じ配列形式（例えば三角格子上の配列、または行方向および列方向への配列）を有してもよい。
【符号の説明】
【0080】
１…Ｘ線検出装置、２…キャピラリプレート、２Ａ…キャピラリレンズ、３…Ｘ線検出素子、３Ａ…第１の素子列、３Ｂ…第２の素子列、４…半導体集積素子、５…検出回路、５ａ…画素回路、６…ベース部材、７…ヒートシンク、８…ペルチェ素子、９…回路基板、１０…容器、１１，１２…空間、１３…仕切り板、１３ａ…開口、１４…窓材、１５…支持部、１６…ファン、１７…接着剤、１８…支持体、２１…表面（第１面）、２２…裏面（第２面）、２３…Ｘ線通過領域、２４…Ｘ線遮蔽領域、２５…不通過領域、２６…側面、２７，２８…端面、３１…変換部、３１ａ…表面、３１ｂ…裏面、３１ｃ…側面、３３…バイアス電極、３４…ガードリング、４１…バンプ、４２，４３…ボンディングワイヤ、５１…信号生成部、５２ａ，５２ｂ…電流出力部、５３…加算部、５４…比較部、５５…キャリア入力信号生成部、５６…キャリア入力パターン判別部、５７…計数部、６１…搭載面、６２…裏面、７１…上面、７２…フィン、１１０…開口部、Ａ…暗電流、Ｂ…画素電極部、ｂ…電極、Ｂ０…自電極部、Ｂ１～Ｂ８…周囲電極部、Ｃ…目的物、Ｄ１，Ｄ２…Ｘ線源、Ｓ１…判定結果信号、Ｓ２…キャリア入力信号、Ｓ３…判別信号、ＳＣ…電流信号、ＳＰ１…入力信号、ＳＰ２…電圧信号、ＸＲ，ＸＲ３，ＸＲ４…Ｘ線、ＸＲ１…励起Ｘ線、ＸＲ２…蛍光Ｘ線。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】