CN1270192C - 放射线图像传感器及闪烁器板 - Google Patents

Abstract

放射线图像传感器，它具有：(1)由多个受光元件(12)按1维或2维排列构成的固体摄像元件(1)；(2)在此固体摄像元件(1)的受光表面上按柱状结构形成的，将放射线变换成能由此固体摄像元件(1)探测到的光的闪烁器(2)；(3)覆盖此闪烁器(2)的柱状结构密着地形成的保护膜(3)；(4)在此闪烁器(2)的周边上与闪烁器隔离配置，将保护膜(3)固定于固体摄像元件(1)上的框(6)；(5)夹持此保护膜(3)，在和固体摄像元件1相反一侧通过框(6)固定配置的放射线透过反射板(4)。

Description

放射线图像传感器及闪烁器板

技术领域

本发明涉及检测用于医疗等方面的放射线图像的图像传感器以及将放射线图像变换为可用图像传感器检测出的光图像的闪烁器板。

技术背景

医疗、工业用的X射线摄影历来采用X射线感光胶片，而从便利性与摄影效果的保存性方面考虑，采用放射线检测元件的放射线成像系统正在普及。在这种放射线成像系统中，采用具有多个像素的放射线检测元件，将放射线产生的二维图像数据作为电信号取得，通过处理装置处理此信号而显示于监控器上。有代表性的放射线检测元件是在一维或二维排列的光传感器上配置闪烁器，由闪烁器将入射的放射线变换为例如可见光，组成检测结构。

典型的闪烁器材料CsI是吸湿性材料，会吸收空气中的水蒸汽(潮气)而溶解。结果将使闪烁器的特征尤其是分辨率恶化，因而必须采用使闪烁器免受潮气影响的保护结构。作为这种使闪烁器免受潮气影响的保护结构，已知有特开平5-196742号公报与特开平5-242841号公报、国际公开号WO98/36290与36291公报中分别公开的技术。

但是，特开平5-196742号公报与特开平5-242841号公报中所公开的技术不易形成防湿结构。国际公开号WO98/36290号与36291号公报中所公开的技术虽然解决了这类问题，但看来不能具有充分的强度。

发明内容

本发明的目的是提供充分兼具耐湿性和强度的保护手段的放射线图像传感器和闪烁器板。

为了实现上述目的，本发明的放射线图像传感器的特征在于具有：(1)由多个受光元件按1维或2维排列构成的固体摄像元件；(2)将在此固体摄像元件的受光表面上按柱状结构形成的放射线变换成能由此固体摄像元件探测到的波段的光的闪烁器；(3)紧密地覆盖闪烁器的柱状结构而形成的保护膜；(4)在此闪烁器的周边上与闪烁器隔离配置将保护膜固定于固体摄像元件上的框；(5)夹持此保护膜在与固体摄像元件相反一侧将此框固定设置的放射线透过板。

另一方面，本发明的闪烁器板的特征在于具有：(1)基板；(2)在此基板上形成柱形结构，将放射线变换成可透过上述基板的光的闪烁器；(3)紧密地覆盖此闪烁器的柱状结构而形成的保护膜；(4)在此闪烁器的周边上与此闪烁器隔离配置，将保护膜固定于基板上的框；(5)具有夹持此保护膜的和基板在相反一侧通过上述框固定配置的放射线透过板。

本发明的放射线图像传感器也可以是上述闪烁器板和检测透过基板的光图像的检测器的组合形式。

本发明的闪烁器板与放射线图像传感器中，由于有保护膜紧密地覆盖于闪烁器上，就能使闪烁器不受潮气影响。还由于有固定配置于保护膜上的放射线透过板覆盖到保护膜上，也能确保强度。再由于保护膜、放射线透过板是通过框固定的，所以除易于制造外，也有助于确保整体的强度。

此框与放射线透过板之间的一部分中最好设置开口部。这样，由于放射线透过板与闪烁器周边之间的空间并未密闭，在制造中进行热处理等时，就能防止放射线透过板与基板以及图像传感器的变形与破损等。

此放射线透过板最好能相对于闪烁器发生的光具有反射性，例如可以采用金属板或放射线透过基板上具有反射膜如金属膜的形式。这里的放射性透过基板最好采用玻璃或树脂或碳质的基板。

通过使放射线透过板具有光反射性，由于在闪烁器上发生的光之中逆行向放射线入射面侧的光再次返回到闪烁器一侧，就能提高闪烁器输出的可见光的输出强度。

附图说明

图1是本发明的放射线图像传感器第一实施形式的剖面图，图2是图1中部分II的放大图，图3是图1的俯视图。

图4A～4D说明图1的图像传感器的制造过程。

图5A～5D说明本发明的放射线图像传感器第二实施形式及其制造工序。

图6A～6D说明本发明的放射线图像传感器的第三实施形式及其制造工序。

图7是本发明的放射线图像传感器的第四实施形式的剖面图，图8是其部分VIII的放大图。

图9是本发明的放射线图像传感器的第五实施形式的剖面图。

图10是其部分X的放大图。

图11是本发是的闪烁器板的第一实施形式的剖面图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明的最佳实施形式。为使于理解此说明，在各附图中对于同一部件尽可能附以相同的标号而略去其重复性说明，此外，各附图中的尺寸与形状未必与实际情形一致，为易于理解，有些部分已加以放大。

图1是本发明的放射线图像传感器第一实施形式的剖面图，图2是图1中一部分的放大图，图3是图1的俯视图。

此放射线图像传感器9的固体摄像元件1是在绝缘性的例如玻璃制基板11上将进行光电变换的受光元件12按二维排列，形成受光部。此受光元件12由无定形硅制的光电二极管(PD)与薄膜晶体管(TFT)构成。

于固体摄像元件1的受光部上形成了柱形结构的闪烁器2，它将入射的放射线变换成具有预定的波段的光(不仅是可见光而且包括紫外线、红外线等预定波长的电磁波)。闪烁器2虽可采用各种材料，但最好采用能发可见光的且发光效率良好的Tl掺杂的CsI等。此闪烁器2的各柱状结构的顶部，如图2所示，不取平齐形状而是朝向顶部变尖的形式。

覆盖此闪烁器2的柱状结构，进入其空隙中以密封此闪烁器2，形成了保护膜3。在其表面上形成了微细的凹凸。此保护膜3最好是采用透过X射线和遮断水蒸汽的材料，最好使用例如聚对二甲苯树脂(スリ-ボンド公司生产，商品名聚对亚苯基二甲基)，特别是聚对氯二甲苯(与上述同一公司制，商品名聚对亚苯基二甲基C)。用聚对亚苯基二甲基涂层的膜只会透过极少的水蒸汽与气体。除具有很高疏水性与耐试剂性外，即使是很薄的膜也能具有优越的电绝缘性，而在透过放射线与可见光方面等则具有与保护膜3相应的优越特征。

有关聚对亚苯基二甲基C涂层的细节记述于《Threebond技术新闻》(平成4年9月23日发行)中，这里中描述其特征。

聚对亚苯基二甲基C与金属的真空蒸镀工艺相同，可通过在真空中于支承体上蒸镀的化学蒸镀(CVD)法涂层。此方法包括将用作原料的二对二甲苯单体热分解，将此生成物于甲苯、苯等有机溶剂中急冷而获得称之为二聚物的二对二甲苯的工序，与将此二聚物热分解生成稳定的自由基对二甲苯气体的工序，以及将此生成的气体于相应原料上吸附、聚合而聚合形成分子量约50万的聚对二甲苯膜的工序。

聚对亚苯基二甲基蒸镀与金属真空蒸镀有两点显著不同。首先，聚对亚苯基二甲基C蒸镀时的压力与金属真空蒸镀时的压力约0.1Pa相比是很高的，约为10～20Pa，这样，聚对亚苯基二甲基蒸镀的适应系数与金属蒸镀的适应系数1相比，低2～4位。因此在蒸镀时当单分子膜覆盖住整个被蒸镀物后，可在其上蒸镀聚对亚苯基二甲基。于是，厚0.2μm以上的薄膜能够在无针孔的状态下均匀生成，连液状物质不可能进到的锐角部或边缘部以及微米级的狭窄间隙也能进行这种涂膜。此外，在涂膜时不需要热处理等，可在接近室温下涂膜，故不会产生伴随硬化而有的机械应力与热应变，涂膜的稳定性也优越。还有，能对几乎所有的固体材料进行这种蒸镀涂膜。

在此保护膜3之上，将反射膜42涂层于放射线透过材料41上形成的放射线透过板4，以反射膜42的侧表面(反射面)面向保护膜3一侧设置。在此反射面与固体摄像元件1的受光表面大致被平行设置。由于保护膜3的表面如前所述存在微细的凹凸，故在保护膜3的表面与放射线透过板4(反射膜42)的表面之间形成了空间5。放射线透过材料41最好采用玻璃、聚乙烯等树脂或碳质基板等。反射膜42最好采用蒸镀工艺等形成的金属膜或感电体多层膜，作为金属膜例如可采用光反射率高的铝蒸镀膜。

该放射线透过板4由框6固定于固体摄像元件1的表面上。该框如图1、图3所示，被设置在与其侧面隔开的闪烁器2的周围，使其可以包围闪烁器2。框6从固体摄像元件1邻近的一侧起组成6a、6b与6c的三层结构，第一层6a与第二层6b之间夹持保护膜3而其外周部被固定。框6所用的硅树脂最好采用信越化学制的KJR651或KE4897，东芝シリコン制的TSE397，住友3M制的DYMAX625T等。这类材料已广泛用于半导体元件的机械的、电气保护的表面处理，与保护膜3的密切接附性也高。或也可采用与保护膜3接合性良好的树脂，例如丙烯类粘合剂的协立化学产业株式会社生产的World Rock No.801-SET2(70000cP型)。这种树脂粘合剂在100mW/cm²的紫外线照射下约20秒固化，形成的表面膜柔软且具有充分的强度，且有良好的耐湿、耐水、耐电接触性和耐迁移性，具有与各种材料，尤其是玻璃、塑料等接附性好的特性。当然，也可对各层选择适当的材料、树脂、粘合剂再组合，作为第一层6a与第二层6b材料也可用金属框或玻璃框，而第一层6a本身可与固体摄像元件1形成整体。

框6的第三层6c用来使框6的第一层6a、第二层6b与放射线透过板4接合。于是，第三层6c不必要覆盖放射线透过板4的外缘全部，例如在沿固体摄像元件1的邻接二边配置电极部13时，在没有设置此电极部13侧的放射线透过板4的一边则可不设置第三层6c，而设置与内部空间5连通的开口部51一处或多处。

通过设置放射透过板4，就能对薄膜保护膜3防止误伤，能可靠地加以保护，同时能确保放射线图像传感器的强度。其结果有利于使处理变得容易。

下面参看图1～图3说明本实施形式的制造工序。首先如图4A所示，于固体摄像元件1的受光面(受光元件12的形成侧)上，由蒸镀法使Tl掺杂的CsI柱状晶体仅长600μm的厚度，因此形成闪烁器2。

此后，在蒸镀了闪烁器2的固体摄像元件于200～210℃退火处理后，于闪烁器2的周边依框的形状涂布UV硬化树脂，以紫外线照射使其固化，形成树脂框6的第一层6a。在形成这种框时，例如也可以用如岩下工程公司生产的AutoShooter3型的自动X-Y涂层装置。此时，为了改进与形成在上部的保护膜3的密合性，最好是对树脂框6的表面施加糙化处理。糙化处理的方法可以嵌入纹道或于表面上形成众多的微坑。

形成闪烁器2的CsI吸湿性高，若按原样暴露就会吸收空气中的水蒸汽而溶解。为了防止这种现象，可用CVD法蒸镀厚10μm的聚对亚苯基二甲基以覆盖固体摄像元件1，形成保护膜3。CsI的柱状晶体中如图2所示存在间隙，而聚对亚苯基二甲基可进到这种狭窄的间隙中。结果，保护膜3密着地形成于闪烁器2上。通过聚对亚苯基二甲基涂层，在凹凸的闪烁器2的表面上可以有大致均匀厚度的精密薄膜涂层。至于聚对亚苯基二甲基的CVD形成，如前所述，由于所需真空度比蒸镀金属时低，可在常温下进行，因而容易加工。

将这样形成的保护膜3如图4B所示沿框6的第一层6a的纵向用切刀切断。由于框6的第一层6a处形成了凸部，除容易识别切断处外，还由于仅以框6的第一层6a的厚度即可在切刀插入时有余量，不必担心损伤框6下固体摄像元件1，其加工简单，可以提高制品的合格率，然后从此切断部除去外侧与入射面内侧上形成的保护膜3。

然后，涂布丙烯酸树脂以覆盖保护膜3的外周部和露出的框6的第一层6a，经紫外线照射固化，形成图6所示的框6的第二层6b。此时，第二层6b的高度要形成为比闪烁器2的顶面约高0.5mm的程度。

这样地将框6的第一层6a与第二层6b夹持保护膜3，就能更好地改进保护膜3对固体摄像元件1的密合性。结果，由于保护膜3完全地密封住闪烁器2，就能可靠地防止水分浸入闪烁器2中，从而能防止因闪烁器2的吸潮变质而降低摄像元件的分辨率。

再如图4C所示的厚0.4mm的玻璃板组成的放射线透过材料41的一个侧表面上蒸镀厚1000的铝，将由此形成了反射膜42的放射线透过板4以其反射面即反射膜42的形成面面向保护膜3侧面配置于固体摄像元件1之上。此时，使固体摄像元件1的受光面与反射膜42的反射表面大致平行，让保护膜3与反射膜42接触或接进地配置。然后如图4D所示，于放射线透过板4与框6的第二层6b之间涂布UV硬化树脂，以紫外线照射固化而形成第三层6c，而将放射线透过板4固定于固体摄像元件1之上。此时在位于未设置固体摄像元件1的电极部13侧的放射线透过板4的一侧的一部分未涂布UV效应树脂，由此可以设置开口部51。这样便制得了图1所示的本实施形式的放射线图像传感器9。

这样制造成的放射线图像传感器9在需要进行热处理时或是用在温度变化的环境中时，因为能确保通过开口部51向空间5进行空气交换，所以也能防止因空间5内的空气膨胀、收缩导致的如反射线透过板4的放射线图像传感器9的构成材料的变形。

下面说明本实施形式的操作。从入射面即从图1、图2中的上侧入射的X射线(放射线)透过反射线透过板4(放射线透过材料41与反射膜42)、空间5与保护膜3而到达闪烁器2。此X射线为闪烁器2吸收。放射出与X射线光量成正比的可见光。在放射出的可见光之中，与X射线入射方向逆行的可见光于保护膜3的界面处反射其一部分而再返回到闪烁器2。然后从保护膜3发出的可见光也由反射膜42反射而再次返回到闪烁器2。由此，在闪烁器2上发生的可见光几乎完全地入射到受光元件2，从而能效率良好地对高敏感度进行测定。

各个受光元件2通过光电变换生成与此可见光光量相对应的电信号，存储一定时间。由于此可见光的光量对应于入射的X射线的光量，也就是说存储于各受光元件2中的电信号对应于入射的X射线的光量，而能获得与X射线图像对应的图像信号。将存储于受光元件2中的这种图像信号传送到外部。由预定的处理电路对其处理，可以表示X射线图像。

图5A～5C说明本发明的放射线图像传感器的第二实施形式制造工序。此放射线图像传感器如图5D所示，保护膜3的端部固定于固体摄像元件1的表面上，而其外像部从上面由框6固定，这一点是与图1所示的第一实施形式不同的。

将闪烁器2蒸镀到固体摄像元件1上直至退火处理都与第一实施形式的制造方法相同。然后由CVD法蒸镀上10μm厚的聚对亚苯基二甲基覆盖固体摄像元件1，形成如图5A所示的保护膜3。由于保护膜3形成的详细过程与第一实施形式相同，略去其说明。

将这样形成的保护膜3于闪烁器2的外侧部分，按图5所示以切刀切断。然后从此切断部将形成于外侧及入射面内侧的保护膜3除去。

再沿保护膜3的外缘部按框形涂布UV固化树脂，照射紫外线使其固化，形成框6的第一层6a。在形成这种框时，例如可以用岩下工程制AutoShooter3型的自动X-Y涂层装置。这时第一层6a的高度形成为较闪烁器2顶面约高0.5mm的程度。

于框6的第一层6a处压入保护膜3的外缘部，可使保护膜3于固体摄像元件1上的密合性进一步提高。结果能使保护膜3完全地密封闪烁器2，能够可靠地防止水份浸入闪烁器2中，得以防止闪烁器2因吸潮变质而降低摄像元件的分辨率。

再如图5C所示，于厚0.4mm的玻璃板组成的放射线透过材料41的一侧表面上蒸镀厚1000的铝，将如此形成了反射膜42的放射线透过板4以其反射面即反射膜42的形成面朝向保护膜3侧面配置于固体摄像元件1之上。此时，固体摄像元件1的受光面与反射膜42的反射表面大致平行地配置成使保护膜3与反射膜42接触或接近。然后如图5D所示，在放射线透过板4与框6的第一层6a之间涂布UV固化树脂，用紫外线照射使树脂固化而形成第二层6b，再将放射线透过板4固定于固体摄像元件1之上。

显然，在本实施形式中，第一层6a并不限于树脂，而是也可用金属框与玻璃框等，这种情形下，在接合第一层6a与固体摄像元件1时最好用粘合剂或树脂进行。

图6A～6D说明本发明放射线图像传感器第三实施形式的制造工序。此放射线图像传感器如图6D所示，框6的第一层6a比第一实施形式的高，而且是由于其上设置的第二层6b来固定放射线透过板4，这一点是与第一实施形式的情形不同的。

于固体摄像元件1上蒸镀闪烁器2直到退火处理，都与第一实施形式的制造方法相同。然后，与第一实施同样地形成框6的第一层6a，但此时将第一层6a形成为较闪烁器2的顶面约高0.5mm。随即与第一实施形式相同地由聚对亚苯基二甲基形成保护膜(参看图6A)。

将这样形成的保护膜3依图6B所示，沿框6的第一层6a的纵向用切刀切断，从此切断部除去外侧与入射面内侧上形成的保护膜3，有关细节同于第一实施形式，略去其说明。

再如图6C所示，于厚0.4mm的玻璃板组成的放射线透过材料41的一侧表面上将铝蒸镀到厚1000，将形成有反射膜42的放射线透过板4以其反射面即反射膜42的形成面朝向保护膜3一侧，配置于固体摄像元件1之上，此时，固体摄像元件1的受光面与反射膜42的反射面大致平行地配置，使保护膜3与反射膜42接触或接近。

然后，为覆盖保护膜3的外周部与露出的框6的第一层6a，且进入到与放射线透过板4构成的间隙中，除布丙烯酸树脂，通过紫外线照射使此树脂固化，形成了图6D所示的框6的第二层6b。这样就将放射线透过板4固定到固体摄像元件1之上。由此制得了本实施形式的放射线图像传感器。

按以上所述将保护膜3夹持于框6的第一层6a与第一层6b之间，能更好地改进保护膜3对固体摄像元件1的密合性。结果，由于以保护膜3完全地密封了闪烁器2，就能可靠地制止水份浸入闪烁器2，得以防止因闪烁器2因吸湿变质而降低了摄像元件的分辨率。

本实施形式中的第一层6a可以预光整体成形于固体摄像元件1的基板上或也可光与金属框或玻璃框接合而形成。

图7与8示明本发明的放射线图像传感器的第四实施形式。此放射线图像传感器中用单一部件组成的放射线透过板4a取代了图1与2所示的第一实施形式中的放射线透过板4。作为放射线透过板4a可以用光反射性部件或是光透过性部件，而作为光反射性部件的金属板例如可以用厚约0.05mm的铝片。在采用金属板时，可以使装置薄型化。另一方面，采用光透过性部件时则易于确认受光元件的位置。

图9与图10示明本发明的放射线图像传感器的第五实施形式。此放射线图像传感器与图1和图2所示第一实施形式中将放射线透过板4与保护膜3作接触或接近设置的情形不同，是使放射线透过板4与保护膜3隔离配置。为使放射线透过板4隔离配置而采用了隔件7。此隔件7还能有效地防止保护膜3从外周剥落。显然，也可不用隔件7而可通过加高框6来隔离放射线透过板4。在放射线透过板4与保持膜3隔离后生成的空间5a内可以构成空气层或封入特定的气体，或也可构成为减压、真空状态。显然也可如第一实施形式所述，设置连通空间5a与外部的空间的开口部51。

还可以于空间5a的闪烁器2的外侧的配置固体摄像元件1的受光元件12更外侧的空间内配置吸湿剂。通过于空间5a内配置吸湿剂，将空间5a内的温度保持于预定温度之下的状态，就能提高防湿效果。

图11是示明本发明的闪烁器板的第一实施形式的剖面图。此闪烁器板除用光透过性基板1a取代图1与图2所示放射线图像传感器的固体摄像元件1之外，其他结构则相同。另外，图4～图10所示的放射线透过板。框的结构与布置也能适用于图11所示的闪烁板。将这类闪烁板与电视摄像机等组合，可以构成本发明的放射线图像传感器。

本发明的闪烁器板与放射线图像传感器可以作为医疗、工业用的X射线摄影装置被广泛应用。

Claims (15)

1.放射线图像传感器，它具有：由多个受光元件按1维或2维排列构成的固体摄像元件；在所述固体摄像元件的受光表面上按柱状结构形成的，将放射线变换成具有由所述固体摄像元件能探测到的波段的光的闪烁器；覆盖所述闪烁器的柱状结构且全面密着地形成的保护膜；在所述闪烁器的周边上与闪烁器隔离配置，将所述保护膜固定于所述固体摄像元件上的框；由所述框挟持保护膜，在所述闪烁器和所述固体摄像元件的相反一侧固定配置的，使其表面与所述固体摄像元件的受光表面平行的放射线透过板。

2.权利要求1所述的放射线图像传感器，其中所述框与放射线透过板之间的一部分中设有开口部。

3.权利要求1或2所述的放射线图像传感器，其中所述放射线透过板对于所述闪烁器上产生的光具有反射性。

4.权利要求3所述的放射线图像传感器，其中所述放射线透过板是金属板。

5.权利要求3所述的放射线图像传感器，其中所述放射线透过板在放射线透过基板上设有与所述闪烁器上发生的光相对应的反射膜。

6.权利要求5所述的放射线图像传感器，其中所述反射膜是金属膜。

7.权利要求5或6所述的放射线图像传感器，其中所述放射线透过基板是玻璃、树脂、碳质的基板之一。

8.闪烁器板，它具有：基板；于所述基板上按柱状结构形成的能将放射线变换为能透过所述基板的光的闪烁器；覆盖所述闪烁器的柱状结构且全面密着地形成保护膜；在此闪烁器的周边上与闪烁器隔离配置，将所述保护膜固定于所述基板上的框；由所述框夹持所述保护膜，在所述闪烁器和所述基板的相反一侧固定配置的，使其表面与所述基板的表面平行的放射线透过板。

9.权利要求8所述的闪烁器板，其中在所述框与所述放射线透过板之间的一部分中设有开口部。

10.权利要求8或9所述的闪烁器板，其中所述放射线透过板对于上述闪烁器发生的光具有反射性。

11.权利要求10所述的闪烁器板，其中所述放射线透过板是金属板。

12.权利要求10所述的闪烁器板，其中所述放射线透过板在放射线透过基板上设有与前述闪烁器上发生的光相对应的反射膜。

13.权利要求12所述的闪烁器板，其中反射膜是金属膜。

14.权利要求12或13所述的闪烁器板，其中所述放射线透过基板是玻璃、树脂、碳质的基板。

15.放射线图像传感器，它具有权利要求8～14中任一所述的闪烁器板和能检测透过上述基板的光图像的检测器。

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