JP2002048870A - 放射線検出器およびシンチレータパネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積撮影用に複数個を並べて用いた際に、
つなぎ目付近における解像度低下やシンチレータのはく
離を予防し得る構成の放射線検出器およびシンチレータ
パネルを提供する。 【解決手段】 基板２０上の隅近傍に２次元状に配列さ
れている複数の光電変換素子２１からなる受光部２２を
有する撮像基板２には、受光部２２表面から近傍の側壁
２５部分まで連続してシンチレータ３が形成され、この
側壁２５部分を突き合わせて大画面化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射線検出器および
シンチレータパネルに関し、特に大面積の放射線画像を
撮像するために複数のイメージセンサを並べて構成した
放射線撮像装置に好適に適用可能な放射線検出器および
シンチレータパネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フ
ィルムに代えてＣＣＤを用いたＸ線イメージセンサが普
及してきている。このような放射線イメージングシステ
ムにおいては、複数の画素を有する放射線検出素子を用
いて放射線による２次元画像データを電気信号として取
得し、この信号を処理装置により処理して、モニタ上に
表示している。代表的な放射線検出素子は、１次元ある
いは２次元に配列された光検出器上にシンチレータを配
して、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、
検出する仕組みになっている。

【０００３】この種の放射線検出素子は、大画面化する
ほど製造時の歩留まりが劣化する。その解決策として、
胸部のレントゲン撮影等に用いる大画面の撮像装置を製
作する際には、特開平9-153606号公報に開示されている
ように複数の検出素子を並べて大画面化する技術が知ら
れている。同公報には、実際の撮像画面より小さい受光
画面の素子を組み合わせることで、素子あたりの歩留ま
りの低下を防止し、製作コストを低減すると記載されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに複数の検出素子を並べて大画面化した場合、隣接す
る検出素子との境界部分（つなぎ目部分）からシンチレ
ータがはく離しやすいという問題点がある。これは、つ
なぎ目付近における解像度の低下や、シンチレータの全
面はく離という問題を引き起こすおそれがある。

【０００５】そこで本発明は、大面積撮影用に複数個を
並べて用いた際に、つなぎ目付近における解像度低下や
シンチレータのはく離を予防し得る構成の放射線検出器
およびシンチレータパネルを提供することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る放射線検出器は、(1)基板と、この基
板上の少なくとも１辺近傍に２次元状に配列されている
複数の光電変換素子からなる受光部とを有する撮像基板
と、(2)この撮像基板の受光部表面から近傍の側壁部分
まで連続して形成されているシンチレータと、を備えて
いることを特徴とする。

【０００７】一方、本発明に係るシンチレータパネル
は、(1)シンチレータ形成基板と、(2)このシンチレータ
形成基板の少なくとも１辺の側壁部分からこのシンチレ
ータ形成基板の一方の表面の所定の領域まで連続して形
成されているシンチレータと、を備えていることを特徴
とする。

【０００８】基板（撮像基板あるいはシンチレータ形成
基板）の側壁部分まで連続してシンチレータを形成する
ことで、基板表面に形成されるシンチレータは側壁近傍
までほぼ均一に形成される。すなわち、基板の縁までほ
ぼ均一なシンチレータが形成されることになる。

【０００９】こうして得られた複数の撮像基板またはシ
ンチレータ形成基板をシンチレータが形成されている側
壁同士を隣接配置して固定すると大画面の放射線検出器
あるいは大画面用のシンチレータパネルが得られる。本
発明によれば、縁まで均一に近いシンチレータが形成さ
れているのでつなぎ目部分に生ずる感度の低下した領域
の幅を最小限に抑制することができる。

【００１０】この撮像基板は、受光部とは隣接しない他
の少なくとも１辺と受光部との間に光電変換素子に電気
的に接続される回路部及びボンディングパッド部の少な
くとも一方を備えていることが好ましい。このようにす
ると、電気信号の読出ラインの形成が容易となる。

【００１１】このシンチレータを覆う耐湿保護膜をさら
に備えていることが好ましい。これによりシンチレータ
のはがれがさらに効果的に防止される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。また、各図面における寸法、形状は実際
のものとは必ずしも同一ではなく、理解を容易にするた
め誇張している部分がある。

【００１３】図１は、本発明に係る放射線検出器の一実
施形態を示す平面図であり、図２はその断面図である。
この実施形態の放射線検出器１００は、セラミック製の
基台１上に４枚の撮像基板である固体撮像素子２ａ〜２
ｄを２×２枚並べて載置されている。

【００１４】各固体撮像素子２は、例えば結晶Ｓｉ製の
基板２０上に、光電変換を行う光電変換素子２１を２次
元上に配列することで構成されている。この光電変換素
子２１は、フォトダイオード（ＰＤ）やトランジスタか
らなる。これらの光電変換素子２１の配列された部分を
以下、受光部２２と呼ぶ。そして、基板２０表面の一方
の隅によって、その隅側の２辺近傍まで光電変換素子２
１が配置されている。各光電変換素子２１は図示してい
ない信号ラインによって固体撮像素子２の隣り合う二
辺、つまり、前述した隅側の２辺とは別の２辺に配置さ
れた電極パッド２３のうち対応する電極パッド２３とシ
フトレジスタ２４を介して電気的に接続されている。

【００１５】各固体撮像素子２の受光部２２上には、入
射した放射線を光電変換素子２１が感度を有する波長帯
の光に変換する柱状構造のシンチレータ３ａ〜３ｄがそ
れぞれ形成されている。シンチレータ３には、各種の材
料を用いることができるが、発光効率が良いTlドープの
CsI等が好ましい。このシンチレータ３は、固体撮像素
子２の受光部上から前述した基板２０の隅側の２辺部分
の側壁２５まで連続して形成されている。そのため、そ
の側壁２５側の最も端に位置する光電変換素子２１上に
形成されているシンチレータ３の厚み（位置Ａ）も他の
部分、特に中央部分に位置する光電変換素子２１上に形
成されているシンチレータ３の厚み（位置Ｂ）とほぼ同
一になっている。

【００１６】さらに、各固体撮像素子２上には、このシ
ンチレータ３を覆って各固体撮像素子２の電極パッド２
３とシフトレジスタ２４との間から前述の隅側の側壁２
５部分まで広がり、シンチレータ３を密封する保護膜４
が形成されている。この保護膜４は、Ｘ線透過性で、水
蒸気を遮断するものであり、例えば、ポリパラキシリレ
ン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポ
リパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）
を用いることが好ましい。パリレンによるコーティング
膜は、水蒸気及びガスの透過が極めて少なく、撥水性、
耐薬品性も高いほか、薄膜でも優れた電気絶縁性を有
し、放射線、可視光線に対して透明であるなど保護膜４
にふさわしい優れた特徴を有している。

【００１７】これらの固体撮像素子２ａ〜２ｄは、受光
部２２が隣り合うように、電極パッド２３が外側に来る
ようにして上述したシンチレータ３が形成されている側
壁２５部分同士を突き合わせて配置されている。このよ
うに配置することで、各固体撮像素子２の受光部２２を
できるだけ接近させて配置することができ、それぞれの
受光部間の隙間をできるだけ小さくして画像の得られな
い不感領域を狭くすることができる。それぞれの固体撮
像素子２ａ〜２ｄを突き合わせた側壁２５部分には樹脂
６が充填されて接着固定されている。

【００１８】次に、図３〜図８を用いて本発明に係る放
射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図３
に示されるような構造の固体撮像素子２を４枚用意す
る。この固体撮像素子２をそれぞれ蒸着基板ホルダー２
００にセットする。図４、図５はセット後の断面図と下
から見た図を示したものである。このとき、固体撮像素
子２は、図４に示されるようにその二辺に沿って設けら
れている電極パッド２２部分を蒸着基板ホルダー２００
の突出部２００ａによって支持することにより収容部２
００ｂ内に収容、支持されている。一方、固体撮像素子
２の受光部２１に近接している側の基板ホルダー２００
の受光部２１側には切り欠き部２００ｃが形成されてお
り、固体撮像素子２はその側壁２５の頂部が蒸着室２０
１に対して露出されるように配置されている。

【００１９】この状態で蒸着基板ホルダー２００を蒸着
装置内にセットして、真空蒸着法によって固体撮像素子
２の受光部２２上にTlをドープしたCsIを厚さ約250μｍ
の柱状結晶として成長させて、シンチレータ３層を形成
する（図６参照）。蒸着基板ホルダー２００に設置され
た固体撮像素子２の受光部２２の周囲には、受光部２２
より蒸着室２０１側に突出した部分は突出部２００ａを
除いて存在しないので、この突出部２００ａ側、つま
り、電極パッド２３部分を除いて側壁２５部分に至るま
で連続してシンチレータ３層が形成される。この結果、
側壁２５近くの端部分の光電変換素子２１部分に至るま
でほぼ均一な厚みのシンチレータ３層を形成することが
可能である。

【００２０】CsIは、吸湿性が高く、露出したままにし
ておくと空気中の水蒸気を吸湿して溶解してしまうの
で、その保護のため、図７に示されるように、CVD（化
学的蒸着）法によりシンチレータ３が形成された固体撮
像素子２全体を厚さ10μｍのパリレンで包み込み、保護
膜４を形成する。

【００２１】具体的には、金属の真空蒸着と同様に真空
中で蒸着によるコーティングを行うもので、原料となる
ジパラキシリレンモノマーを熱分解して、生成物をトル
エン、ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマーと呼
ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを
熱分解して、安定したラジカルパラキシリレンガスを生
成させる工程と、発生したガスを素材上に吸着、重合さ
せて分子量約５０万のポリパラキシリレン膜を重合形成
させる工程からなる。

【００２２】CsIの柱状結晶の間には隙間があるが、パ
リレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、保護膜
４は、シンチレータ３層に密着し、シンチレータ３を密
封する。このパリレンコーティングにより、凹凸のある
シンチレータ３層表面に均一な厚さの精密薄膜コーティ
ングを形成することができる。また、パリレンのCVD形
成は、金属蒸着時よりも真空度が低く、常温で行うこと
ができるため、加工が容易である。

【００２３】この後で形成した保護膜４に電極パッド２
３とシフトレジスタ２４との間と側壁２５の外側に沿っ
て切れ目を入れ、外側の保護膜４をはがすことで、電極
パッド２３を露出させて図８に示されるような撮像基板
を得る。

【００２４】そして、平坦な表面を有する基台１の表面
上にこうして撮像基板として形成した各固体撮像素子２
ａ〜２ｄの側壁２５同士に厚さ１０〜２０μｍの例え
ば、ジビニルベンゼンを含むＵＶ硬化樹脂を塗布して突
き合わせ、各受光部２２が隣接して各電極パッド２３部
分が外側に配列されるように光電変換素子２１の受光面
を表にして縦横に２枚ずつ並べて載置してこの硬化樹脂
を硬化させることにより撮像素子２ａ〜２ｄ同士を貼り
合わせて基台１へと固定することで図１に示される放射
線検出素子１００を得る。なお、撮像基板の受光部２２
とは隣接しない他の少なくとも一辺と受光部２２との間
には、光電変換素子２１に電気的に接続される回路部及
びボンディングパッド部が設けられている。

【００２５】続いて、本実施形態の動作を図１、図２に
より説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）
は、保護膜４を透過してシンチレータ３に達する。この
Ｘ線は、シンチレータ３で吸収され、Ｘ線の光量に比例
した所定の波長の光が放射される。放射された光は受光
部２２内の各々の光電変換素子２１へと到達する。各々
の光電変換素子２１では、光電変換により、到達した光
の光量に対応する電気信号が生成されて一定時間蓄積さ
れる。この光の光量は入射するＸ線の光量に対応してい
るから、つまり、各々の光電変換素子２１に蓄積されて
いる電気信号は、入射するＸ線の光量に対応することに
なり、Ｘ線画像に対応する画像信号が得られる。光電変
換素子２１に蓄積されたこの画像信号は、図示していな
い信号ラインからシフトレジスタ２４を介して各電極パ
ッド２３から順次出力されて外部へと転送され、これを
所定の処理回路で処理することにより、モニター上にＸ
線像を表示することができる。

【００２６】本発明に係る撮像基板たる固体撮像素子２
には、その受光部２２の端まで均一なシンチレータ３層
が形成されている。そして、各固体撮像素子２の受光部
を近接して配置することが可能なため、固体撮像素子２
間の不感領域となるデッドスペースは１〜３画素分の幅
まで抑制することが可能であり、受光部２２の端部分ま
で有効に活用することができる。

【００２７】これに対して、図９あるいは図１０に示さ
れるような蒸着基板ホルダー２１０、２２０を用いて固
体撮像素子２上にシンチレータ３を形成した場合、図１
１あるいは図１２に示されるように受光部２２の端では
充分なシンチレータ３を形成することができない。その
ため、固体撮像素子２をできるだけ近接して配置した場
合でも、その間に不可避に生ずるデッドスペースに加え
て、シンチレータ３層が十分でないために生ずる不感領
域が数〜数十画素分存在しており、これにより無視でき
ないほどのデッドスペースが生じてしまう。本発明によ
れば不感領域の幅を無視し得るほど小さくすることが可
能である。

【００２８】さらに、本発明によれば、側壁２５部分ま
で保護膜４を設けていることと、この側壁２５部分を樹
脂により固定しているので、シンチレータ４のはく離現
象を効果的に防止でき、耐久性が確保できる。そして、
受光画面の小さい素子を組み合わせることで、大画面の
素子を製作する場合に比べて素子あたりの歩留まりの低
下を防止することができ、製作コストの低減も図れる。

【００２９】図１３は、本発明に係る放射線検出器の第
２の実施形態を示す平面図である。この図に示されるよ
うに、２枚の撮像基板である固体撮像素子２ａ、２ｂを
連結して大画面の放射線検出器を製造してもよい。さら
に、３枚以上の固体撮像素子を一列に並べて大画面化し
たり、２×ｍ列あるいはｍ×ｎ列並べて大画面化しても
構わない。固体撮像素子を２×ｍ列（ただしｍは３以上
の整数）並べる場合は、少なくとも四隅に配置される以
外の固体撮像素子２’は、少なくとも３辺の境界部分ま
で受光部２２が配置されている構造（図１４参照）を有
している必要がある。また、固体撮像素子をｍ×ｎ列
（ただしｍ、ｎとも３以上の整数）並べる場合は、さら
に中央部分に配置される固体撮像素子２”は、表面全体
に受光部２２が配置される構造（図１５参照）を有して
いる必要がある。この場合、電極パッドは背面に設け
て、基台１を貫通する配線を利用して信号を読み出すこ
とが好ましい。もちろん上述した各固体撮像素子は単体
でも使用することができることは言うまでもない。

【００３０】図１６は、本発明に係る放射線検出器の第
３の実施形態を示す断面図である。固体撮像素子２上
に、本発明に係るシンチレータパネル６ａ、６ｂが配置
されて構成されている。各シンチレータパネル６は、シ
ンチレータ形成基板としてのガラス基板６０の片面６１
から側壁６２にかけて連続してシンチレータ３が形成さ
れており、このシンチレータ３を覆って包み込むように
パリレンによる保護膜４が形成されている。そして、１
枚の固体撮像素子２の受光部２２上にこのシンチレータ
パネル６ａ、６ｂが側壁６２同士を突き合わせてシンチ
レータ３が形成されている側を固体撮像素子２に向けて
配置されている。

【００３１】このシンチレータパネル６の製造工程は、
図４〜図８で示された工程に準じているためその説明は
省略する。このようなシンチレータパネル６を用いた場
合も第一の実施形態の放射線検出器と同様の効果が得ら
れる。さらに、シンチレータパネル６だけでなく、固体
撮像素子２側も複数の固体撮像素子をパネル状に組み合
わせて構成してもよい。シンチレータパネルのシンチレ
ータ側を固体撮像素子の受光部に向けて配置する場合、
シンチレータを形成する基板６０は放射線透過性である
必要がある。放射線透過性の基板としては、ガラスの他
にＡｌ、Ｂｅ製の基板や炭素を主成分とする材料、例え
ばアモルファスカーボンやグラファイトが使用可能であ
る。

【００３２】シンチレータパネルの基板６０側を固体撮
像素子の受光図に向けて配置する場合は、基板はシンチ
レータで発せられた光を透過する必要があり、シンチレ
ータとしてCsIを用いる場合は可視光透過性であるガラ
スが好ましい。

【００３３】以上の説明では、保護膜４としてパリレン
製の単一膜構造の保護膜について説明してきたが、第
１、第２の実施形態においては、パリレン膜の表面にＡ
ｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属薄膜からなる反射膜を設けれ
ば、シンチレータ３から放射された光を光電変換素子２
１へと戻すことで、輝度の高い画像を得ることができ
る。また、第３の実施形態においては、放射線透過性基
板とシンチレータとの間に反射膜を設けることで、精度
の高い画像を得ることができる。第１、第２の実刑体に
おいては、この金属薄膜の保護のため、さらにその表面
にパリレン膜等を施してもよい。シンチレータ３として
防湿性の材料を使用した場合や、装置全体を防湿性の保
護ケース内に収容するような場合は、保護膜４を設けな
くともよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像基板の受光部表面あるいはシンチレータパネルの光透
過板表面に形成しているシンチレータ層を側壁部分まで
連続して形成しているので、端部分まで均一なシンチレ
ータ層を形成することができる。こうして端部分まで均
一なシンチレータ層を有するシンチレータパネルあるい
は撮像基板をシンチレータが形成されている側壁部分で
突き合わせて組み合わせることで、間のデッドスペース
の少ない大画面のシンチレータパネル、撮像素子を形成
することが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す
平面図である。

【図２】図１の放射線検出器の断面図である。

【図３】図１の放射線検出器の製造工程を示す図であ
る。

【図４】図１の放射線検出器の製造工程において固体撮
像素子を蒸着基板ホルダーにセットした様子を示す断面
図である。

【図５】図５を下から見た様子を示す図である。

【図６】図３の工程の続きを説明する図である。

【図７】図６の工程の続きを説明する図である。

【図８】図７の工程の続きを説明する図である。

【図９】従来の蒸着基板ホルダーを説明する図である。

【図１０】別の従来の蒸着基板ホルダーを説明する図で
ある。

【図１１】図９の蒸着基板ホルダーで製作されたシンチ
レータ層を示す断面図である。

【図１２】図１０の蒸着基板ホルダーで製作されたシン
チレータ層を示す断面図である。

【図１３】本発明に係る放射線検出器の第２の実施形態
を示す平面図である。

【図１４】別の実施形態の放射線検出器に用いられる固
体撮像素子を示す平面図である。

【図１５】さらに別の実施形態の放射線検出器に用いら
れる固体撮像素子を示す平面図である。

【図１６】本発明に係る放射線検出器の第３の実施形態
を示す平面図である。

【符号の説明】

１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４…
保護膜、６…シンチレータパネル、２０…基板、２１…
光電変換素子、２２…受光部、２３…電極パッド、２４
…シフトレジスタ、２５…側壁、６０…ガラス基板、２
００…蒸着基板ホルダー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G088 FF02 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ10 JJ33 JJ37 LL12 5F088 BA16 BB03 BB07 GA03 HA12 JA01 JA17 LA08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板上の少なくとも１辺近
   傍に２次元状に配列されている複数の光電変換素子から
   なる受光部とを有する撮像基板と、 前記撮像基板の受光部表面から近傍の側壁部分まで連続
   して形成されているシンチレータと、 を備えている放射線検出器。
2. 【請求項２】 前記撮像基板の受光部とは隣接しない他
   の少なくとも１辺と受光部との間に前記光電変換素子に
   電気的に接続される回路部及びポンディングパッド部の
   うちの少なくとも一方を備えている請求項１記載の放射
   線検出器。
3. 【請求項３】 複数の前記撮像基板を前記シンチレータ
   が形成されている側壁同士を隣接配置して固定した請求
   項１または２のいずれかに記載の放射線検出器。
4. 【請求項４】 前記シンチレータを覆う耐湿保護膜をさ
   らに備えている請求項１〜３のいずれかに記載の放射線
   検出器。
5. 【請求項５】 シンチレータ形成基板と、前記シンチレ
   ータ形成基板の少なくとも１辺の側壁部分から前記シン
   チレータ形成基板の一方の表面の所定の領域まで連続し
   て形成されているシンチレータと、 を備えるシンチレータパネル。
6. 【請求項６】 複数の前記シンチレータ形成基板を前記
   シンチレータが形成されている側壁同士を隣接配置して
   固定した請求項５記載のシンチレータパネル。
7. 【請求項７】 前記シンチレータを覆う耐湿保護膜をさ
   らに備えている請求項５または６のいずれかに記載のシ
   ンチレータパネル。
8. 【請求項８】 前記シンチレータ形成基板は放射線透過
   性を有している請求項５〜７のいずれかに記載のシンチ
   レータパネル。