CN1869732B - 放射线图像传感器及闪烁器板 - Google Patents

Abstract

一种放射线图像传感器，其特征在于，具备：多个受光元件1维或2维排列而构成的固体摄像元件，在所述固体摄像元件的受光表面上以柱状结构形成的、将放射线变换成包含能由所述受光元件检测的波段的光的闪烁器，覆盖所述闪烁器的柱状结构而密着地形成的、在表面上具有对应于该柱状结构的凹凸的保护膜，夹着所述保护膜而与所述固体摄像元件的受光面相对地配置的放射线透过性的反射板，该反射板具有反射所述闪烁器发出的光的比较平坦的反射面，且介于所述保护膜而设置在所述闪烁器上，以及设置在所述固体摄像元件上的所述闪烁器的周边的树脂框；并且，所述树脂框的高度高于所述闪烁器的高度；所述反射板配置在该树脂框内。

Description

放射线图像传感器及闪烁器板

(本申请是2001年1月11日递交的发明名称相同的申请01803211.7的分案申请)

技术领域

本发明涉及检测医疗等方面所用放射线图像的图像传感器以及将放射线图像变换为可见光图像的闪烁器板。

背景技术

医疗、工业用的X射线摄影历来采用X射线感光胶片，而从便利性与摄影结果的保存性方面考虑，采用放射线检测元件的放射线的成像系统正在普及。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视器上。有代表性的放射线检测元件是按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光而组成的检测结构。

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性尤其是分辨率恶化，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，且难以确保耐久性。国际公开号WO98/36290与36291号公报中所公开的技术虽然解决了这类问题，但特别是在医疗用途中为了抑制患者所接受的辐射剂量，要求能以少量的放射线拍摄出清晰的图像，为此需要有能获得比过去改进了清晰度的摄影结果的放射线图像传感器与闪烁器板。

发明内容

于是本发明的目的在于提供能获得更清晰的输出图像的放射线图像传感器与闪烁器板。

为了解决上述问题，本发明的放射线图像传感器的特征在于具有：(1)多个受光元件按1维或2维排列构成的图像传感器；(2)在此图像传感器的受光表面上按柱状结构形成的、将放射线变换成包含能由此图像传感器检测到的波段的光的闪烁器；(3)紧密地覆盖此闪烁器的柱状结构而形成的保护膜；(4)中间夹着保护膜而与图像传感器的受光表面相对地配置的、具有与从闪烁器发出的光相对的反射面的放射线透过性的反射板。

另一方面，本发明的闪烁器板的特征在于具有：(1)基板；(2)在此基板上形成柱状结构，将放射线变换成包含透过上述基板的波段的光的闪烁器；(3)紧密地覆盖此闪烁器的柱状结构而形成的保护膜；(4)中间夹着保护膜而与基板相对地配置的、具有与从闪烁器发出的光相对的反射面的放射线透过性的反射板。

本发明的放射线图像传感器也可以是具有上述闪烁器板和检测透过此基片的光图像的检测器的形式。

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，就能很好地保护闪烁器不受潮气影响。此闪烁器将放射线变换为包含预定波段的光(这里所谓的光的概念不限于可见光，而是指包含紫外线、红外线或预定放射线等的电磁波)，而变换成的光的一部分则与朝向放射线的入射面侧逆向地传播。这种反向行进的光通过保护膜表面的反射与反射板的反射面的反射，返回到闪烁器一侧。结果获得清晰的光学图像。此反射板的反射面的反射率愈高愈好，但并不需要接近100％，约百分之几十的反射率即可。

此闪烁器最好形成为覆盖到受光元件形成面的周围，而反射面则最好配置成可覆盖到闪烁器形成面的周围。通过将闪烁器按上述形式形成，便能有效地利用布置到周边的受光元件，能确保有效的像素数。通过将反射面按这样方式设置，就能可靠地防止闪烁器周边部分出现模糊和使亮度降低。

此反射板最好采用金属板。也可以是在放射线透过材料上涂以保护膜例如金属膜。这种情形下的放射线透过材料最好是玻璃、树脂或碳质的基片。反射板采用上述结构后，对反射板本身以及闪烁器与放射线传感器的制造就变得容易，同时能使反射板具有充分的所需性能。

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4～6说明图1的图像传感器的制造过程。

图7是本发明的放射线图像传感器第二实施形式剖面图，图8是图7中部分VIII的放大图。

图9是本发明的放射线图像传感器第三实施形式剖面图，图10是图9中部分X的放大图。

图11是本发明的闪烁器板的第一实施形式的剖面图。

图12是说明比较试验的示意图，图13是作为比较试验比较例的闪烁器极的剖面图，图14是图13中部分XIV的放大图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明的最佳实施形式。为便于理解此说明，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的固体摄像元件1是在绝缘性的例如玻璃制基片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状结构的闪烁器2，它将入射的放射线变换成包含可由受光元件12检测的波段的光。在本说明书中的光不限于可见光而是指包括紫外线、红外线或预定放射线等的电磁波的概念。此闪烁器2最好如图1、3所示，形成为覆盖受光元件12的整个形成面及其周边。闪烁器2虽可采用种种材料但最好采用能发可见光且发光效率良好的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。

为覆盖此闪烁器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。在此柱状结构的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，例如聚对二甲苯树脂(Three Bond公司生产，商品名缬烯炔)，特别是聚对氯二甲苯(与上述同一公司制，商品名缬烯炔C)。用缬烯炔涂层的膜只会透过极少的水蒸汽与气体，除具有很高的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。

有关由缬烯炔涂层的细节记述于Three Bond技术新闻(平成4年9月23日发行)中，这里只描述其特征。

缬烯炔，与金属的真空蒸镀工艺相同，由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这样三道工序。

缬烯炔蒸镀与金属真空蒸镀有两点显著不同。首先，缬烯炔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，缬烯炔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，可在其上蒸镀缬烯炔。于是，厚0.2μm以上的薄膜能够在无针孔状态下均匀生成，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，故不会产生伴随膜的固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上形成的反射板4以反射膜42一侧表面(反射面)朝向保护膜3一侧设置。在此最好使反射面与固体摄像元件1的受光表面作大致平行的设置。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的表面与反射板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片等。反射膜42最好采用蒸镀工艺等形成的金属膜或介质多层膜，作为金属膜例如可采用光反射率高的铝蒸镀膜。

反射板4由框6固定于固体摄像元件1的表面上。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之间夹设保护膜3而固定其外周部。框6所用的硅树脂最好采用信越化学制的KJR651或KE4897，东芝硅制的TSE397，或住友3M制的DYMAX625T等。这类材料广泛用于半导体元件的机械电气保护的表面处理，是因为与保护膜3的密合性也高。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，特别是玻璃、塑料良好接合性的优越特性。此外，也可对各层选择适当的材料进行组合，第一层6a与第二层6b也可不用树脂框而代之以半导体材料、陶瓷、金属或玻璃等组成的框，而第一层6a本身可与固体摄像元件1形成整体。

下面参看图1～6说明本实施形式的制造工序。首先如图4所示，于固体摄像元件1的受光面(受光元件12的形成侧)上，由蒸镀法将Tl掺杂的CsI柱状晶体生成600μm的厚度而形成闪烁器2。此时的闪烁器2最好形成为覆盖住受光元件12形成的部分并直到其周边部分。

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(紫外)硬化树脂，以紫外线照射固化，形成树脂框6的第一层6a。在形成这种框时，例如可以用岩下工程公司制Autoschooter3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的缬烯炔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，而缬烯炔可进到这种狭窄的间隙中。结果，保护膜3密接地形成于闪烁器2之上。通过缬烯炔涂层，在凹凸的闪烁器2的表面上可以制备成有大致均匀厚度的精密薄膜涂层。至于缬烯炔的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沿树脂框6的第一层6a的纵向用切刀切断。由于树脂框6的第一层6a处形成了凸部，除容易识别切断处外，还由于树脂框6的第一层6a的厚度部分在切刀插入时有余量，不必担心损伤树脂框6下固体摄像元件1，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。图5示明至此形成的保护膜3的状态。

然后涂布丙烯酸树脂以覆盖保护膜3的外周部和露出的树脂框6的第一层6a，经紫外线照射固化，形成图6所示的树脂框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。

这样地将树脂框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。

再于厚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的反射板4以其反射面即反射膜42的形成面面向保护膜3侧配置于固体摄像元件1之上。换言之，使反射面朝向受光元件12配置。此时，最好是使固体摄像元件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接触或接近地配置。然后于反射板4与树脂框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，将放射线透过板4固定于固体摄像元件1之上。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。

这里不需将UV固化树脂涂布到反射板4的周围全部，只需涂布到固定所必须的程度即可。例如图3所示，在固体摄像元件1的未形成电极部13边侧的一部分上便可不涂布UV固化树脂，而设置连通内部空间与外部空间的开口部51。这样地设置了开口部51后，当反射板4固定后对放射线图像传感器进行热加工或是用在温度变化的环境中时，也能防止因空间5内的空气膨胀、收缩导致反射板4与放射线图像传感器本身等变形。

下面说明本实施形式的操作。从入射面即图1、图2中的上侧入射的X射线(放射线)透过反射板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。从而能以效率良好的高敏感度进行测定。

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。由预定的电路对其处理，可以显示X射线图像。

图7与图8示明本发明的放射线图像传感器的第二实施形式。此放射线图像传感器是将图1与图2所示第一实施形式的反射板4置换为金属板4a而以之为反射板。金属板4a例如可以用厚约0.05mm的铝片。采用这样的金属板后，有可能使装置薄型化。

图9与图10示明本发明的放射线图像传感器的第三实施形式。在此放射线图像传感器中，与图1与2所示的第一实施形式中将反射板4与保护膜3接触或接近的配置相反，而是将反射板4与保护膜3分隔开配置。为此采用了隔离开反射板4的隔件7。显然，也可不用隔件7而增高树脂框6以隔离反射板4。通过使反射板4与保护膜3隔离而生成的空间5a内可以用作空气层或封入特定的气体，或也可使之成为减压或是真空状态。

图11是示明本发明的闪烁器板的第一实施形式的剖面图。此闪烁器板中用透光性基板1a取代了图1与图2中所示放射线图像传感器的固体摄像元件1，其他结构则相同。作为光透过性基板1a，可以合适地使用玻璃板、丙烯酸等树脂等。此外，图7～图10所示的反射板的结构、布置也适用于图11中所示闪烁器板。这种闪烁器板与电视摄像机等组合就能构成本发明的放射线图像传感器。

本发明人进行了比较试验，以确认本发明的闪烁器板能比已有的闪烁器板获得更清晰的图像，下面说明此试验结果。

图12概示试验装置的结构。实验中，于每边为65mm正方形，厚1mm的玻璃板上蒸镀以600μm厚的Tl掺杂的CsI形成闪烁器，在由缬烯炔形成保护膜后，制备了反射膜等形状各异的8种闪烁器。然后将施加了峰值时电压80kv的X射线管放射出的放射线透过20mm厚的Al滤光板后导引到被检体闪烁板100上，将闪烁板100生成的可见光图像经28mm透镜101导入CCD摄像机102后，测定其光输出强度，实际是CCD摄像机102的输出电信号的强度。

此比较试验中所用的闪烁器板为以下8种。首先，实施例1应用具有图8所示形状的，厚0.05mm的东洋金属化公司制的铝片。实施例2～实施例5也都具有图2所示的形状，而作为反射膜42也都采用铝蒸镀膜。实施例2的放射线透过材料41是厚0.4mm的玻璃板，反射膜的厚度为1000。实施例3、4的放射线透过材料41都是厚0.5mm的聚乙烯板，反射膜42的厚度分别为400

与1000。实施例5的放射线透过材料41是厚0.5mm的碳质基板，保护膜42的厚度为1000。实施例6、7形成图9、图10中所示结构，其反射板4的结构与实施例4相同。实施例6中使保护膜3与反射膜42分隔1.5mm，实施例7中使保护膜3与反射膜42分隔2.5mm。

图13与图14示明比较例的结构。此比较例在结构上与国际公开号WO98/36290号公报中所公开的闪烁器板相当，但在保护膜3上形成铝蒸镀膜8这一点与实施例的不同。

各实施例相对于比较例中光量增大结果汇总示于表1。

表1各实施例相对于比较例的光量增大结果

实施例	光量
		1	+38％
2	+36％
		3	+18％
4	+38％
		5	+36％
6	+26％
		7	+19％

与比较例相比，任一实施例的光量都增大，可获得清晰的图像。其原因主要是：根据本发明易形成平滑的反射面和充分的厚度，可平行地保持反射面与闪烁器光图像输出面的位置关系而能抑制反射面上朝不需要方向的散射，得以通过保护膜与空间界面的反射使反射光效果增强等。

本发明的放射线图像传感器或闪烁器板能很好地供工业或医疗方面的X射线摄影用。

Claims (14)

1.一种放射线图像传感器，其特征在于，

具备：

多个受光元件1维或2维排列而构成的固体摄像元件，

在所述固体摄像元件的受光表面上以柱状结构形成的、将放射线变换成包含能由所述受光元件检测的波段的光的闪烁器，

覆盖所述闪烁器的柱状结构而密着地形成的、在表面上具有对应于该柱状结构的凹凸的保护膜，

经由所述保护膜而设置在所述闪烁器上的放射线透过性的反射板，该反射板与所述固体摄像元件的受光面相对地配置，并且该反射板具有反射所述闪烁器发出的光的比较平坦的反射面，以及

沿所述闪烁器的周边设置在所述固体摄像元件上的树脂框；

并且，所述树脂框的高度高于所述闪烁器的高度；

所述反射板配置在该树脂框内，

所述保护膜由所述树脂框固定。

2.如权利要求1所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述闪烁器形成为覆盖到所述固体摄像元件的受光元件的整个表面及其周围。

3.如权利要求1或2所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述反射面配置成覆盖到所述闪烁器的形成面的整个表面及其周围。

4.如权利要求1所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述反射板为放射线透过性的金属板。

5.如权利要求1所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述反射板通过将反射膜涂层于放射线透过材料上而形成。

6.如权利要求5所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述放射线透过材料是玻璃、树脂、碳质基片的任一种。

7.如权利要求5或6所述的放射线图像传感器，其特征在于，

所述反射膜为金属膜。

8.一种闪烁器板，其特征在于，

具备：

光透过性基板，

在所述光透过性基板上以柱状结构堆积的、将放射线变换成包含透过所述基板的波段的光的闪烁器，

覆盖所述闪烁器的柱状结构而密着地形成的、在表面上具有对应于该柱状结构的凹凸的保护膜，

经由所述保护膜而设置在所述闪烁器上的放射线透过性的反射板，该反射板与所述基板相对地配置，并且该反射板具有反射所述闪烁器发出的光的大致平坦的反射面，以及

沿所述闪烁器的周边设置在所述基板上的树脂框；

并且，所述树脂框的高度高于所述闪烁器的高度；

所述反射板配置在该树脂框内，

所述保护膜由所述树脂框固定。

9.如权利要求8所述的闪烁器板，其特征在于，

所述反射面配置成覆盖到所述闪烁器的形成面的整个表面及其周围。

10.如权利要求8或9所述的闪烁器板，其特征在于，

所述反射板为放射线透过性的金属板。

11.如权利要求8或9所述的闪烁器板，其特征在于，

所述反射板通过将反射膜涂层于放射线透过材料上而形成。

12.如权利要求11所述的闪烁器板，其特征在于，

所述放射线透过材料是玻璃、树脂、碳质基片的任一种。

13.如权利要求11所述的闪烁器板，其特征在于，

所述反射膜是金属膜。

14.一种放射线图像传感器，其特征在于，

具备权利要求8～13所述的任一种闪烁器板，以及检测透过所述基板的光图像的检测器。

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