JP2002303675A

JP2002303675A - 放射線検出装置及びそれを用いた放射線撮像システム

Info

Publication number: JP2002303675A
Application number: JP2001106034A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takeda; 慎市竹田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】放射線検出装置の製造工程・部材を簡略に
し、シンチレータ基板から光電変換部の素子形成層への
水分進入を防止し、低コストで高信頼性の放射線検出装
置を提供する。【解決手段】シンチレータ部２０のシンチレータ基板
２１に剛体であるガラスを用い、複数の光電変換部１０
の支持部材とする。シンチレータ部２０のシンチレータ
層２２表面上に、４枚の光電変換部１０を、素子形成層
１２とシンチレータ層２２が対向するように接着材を介
して配置し、シンチレータ部２０と４枚各々の光電変換
部１０を貼り合せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出装置に
関し、特に大面積プロセスを用いて形成した光電変換素
子を縦横二次元に配置した光電変換部を用い、シンチレ
ータ層の発光による放射線像を電気信号として検出す
る、医療用のレントゲン装置や非破壊検査用のＸ線ディ
ジタル画像撮像装置に用いて好適な放射線検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、医療関係で用いられているレント
ゲン検査装置は、Ｘ線を蛍光板によって可視光に変換
し、蛍光板に密着させたフィルムに感光させて確認する
方式が主流であった。しかし、フィルムレス化や診断処
理のリアルタイム化の必要性から、近年アモルファスシ
リコン等に代表される固体撮像素子を大面積に配置し、
Ｘ線像を直接電気信号に変換する放射線検出装置の開発
がめざましい。

【０００３】一般に、アモルファスシリコンを用いた光
電変換部によってＸ線像を検出するには、放射線、特
に、Ｘ線を可視光に変換するためのシンチレータ部が必
要である。医療において蛍光体板は、胸部撮影用のレン
トゲン検査機に耐えうる大面積、（４０ｃｍ×４０ｃ
ｍ）のものが求められ、実用的に容易に手に入り利用し
やすいことから、従来のフィルムへの感光で用いられて
いる蛍光板（蛍光体の粉体からなり、シート状の蛍光
体）を二次元の光電変換部に接着材等で貼り合わせる構
成が知られている。また、上記のような大面積（４０ｃ
ｍ×４０ｃｍ以上）のレントゲン検査装置に用いる光電
変換部は、歩留まりよく得るために、複数の二次元の光
電変換部を同一面に形成してなるセンサパネルを少なく
とも複数枚貼り合わせて形成されている。

【０００４】以下、複数の光電変換部上に蛍光板を貼り
合わせた従来の放射線検出装置について説明する。図４
は、従来の放射線検出装置の構造を示す図であり、
（ａ）は全体平面図、（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−Ｂ断
面における模式的断面図である。

【０００５】光電変換部１０は、ガラス等の基板１１上
に光電変換素子等が形成された素子形成層１２、外部と
の電気的接続を行う為の配線や接続電極がＡｌ（アルミ
ニウム）等の導電層（図示省略）により形成されてい
る。シンチレータ部４０は蛍光板であり、ＰＥＴ(polye
thylene terephthalate)等から成るシンチレータ基板４
１に、Ｘ線を可視光に変換する為の蛍光体粒子等から成
るシンチレータ層４２が形成されている。シンチレータ
基板４１の厚さは一般的に０．３ｍｍ前後のものが用い
られている。光電変換部１０とシンチレータ部４０は、
各々別プロセスにて作製され、各々完成された後、接着
材等（図示省略）により貼り合わせ、接着固定させるこ
とにより放射線検出装置を作製している。

【０００６】次に、光電変換部１０及びシンチレータ部
４０の構造について説明する。図５は、図４で示すＣ部
の拡大断面図であり、光電変換部上に形成された１画素
分の構造を含む蛍光板端部を示す図である。

【０００７】二次元の光電変換部としては、大面積のガ
ラス基板上に、アモルファスシリコンを用いた光電変換
素子、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）等を二
次元に形成したものが使われている。また、シンチレー
タ部としては、前述の蛍光体の粉体から成る大面積の蛍
光板が用いられている。

【０００８】図５において、光電変換部１０は、ガラス
等からなる光電変換基板１１上に光電変換素子１３、Ｔ
ＦＴ１４が形成され、光電変換部やＴＦＴを駆動するた
めの配線、画像信号読み出し用の配線、外部電気回路と
の接続をするための接続端子等（図示省略）が形成され
ている。光電変換素子及びＴＦＴを構成する各層には、
Ｃｒ等からなる下部導電層１２ａ、水素化非晶質窒化シ
リコン層からなる絶縁層１２ｂ、イントリシック水素化
非晶質シリコン層からなる半導体層１２ｃ、Ｎ ⁺型水素
化アモルファスシリコンからなるｎ⁺層１２ｄ、Ａｌ等
からなる上部導電層１２ｅ及び水素化非晶質窒化シリコ
ン層からなる半導体保護層１２ｆをＣＶＤ(chemical va
por deposition)、スパッタ、蒸着等にて堆積、パター
ニングして形成し、電気的な検査によって機能確認がな
され完成される。

【０００９】一方のシンチレータ部である蛍光板４０
は、蛍光体の粉体である蛍光体粒子４２ａをバインダー
４２ｂで練り合わせ、これをＰＥＴ等からなる基板４１
に塗布しバインダーを硬化させることにより、蛍光体粒
子を基板４１に接着固定させシンチレータ層４２を形成
している。

【００１０】このように、それぞれ完成された光電変換
部１０は、まずガラス等からなる基台５０上の同一面に
接着材（図示省略）を介し貼り合わせ、より大面積な素
子形成領域を構成している。本従来例では、２００×２
００ｍｍの素子形成層１２を形成した光電変換部を９０
°ずつ回転させ４枚を貼り合せ、４００×４００ｍｍ大
面積の素子形成領域、即ち画像受光部を得ている。

【００１１】その後、シンチレータ部４０をシリコンや
エポキシ等から成る接着材３０により接着硬化して配置
固定し、放射線検出装置を作製している。

【００１２】こうして作製された放射線検出装置は、シ
ンチレータ部の基板側から入射したＸ線をシンチレータ
層により可視光に変換し、変換された可視光は、光電変
換部の基板上に形成された光電変換素子にて受光され、
電気信号に変換される。変換された電気信号は、光電変
換部の基板上のＴＦＴや外部駆動回路によって読み出さ
れ、二次元Ｘ線画像の電気信号が得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、大面積の光電変換部を得るために、複数
の光電変換部１０の支持体として基台５０が必要であ
り、工程や部材の増加を招きコスト高及び製品の重量増
加の要因となっていた。

【００１４】更に、蛍光板４０を構成するシンチレータ
基板４１はＰＥＴからなる柔らかい樹脂で且つ透湿性の
材料である。そのため、シンチレータ基板４１表面から
素子形成層１２に向けて水分の進入が容易であり、光電
変換素子等の特性劣化や変動、更には、配線等の腐食に
よる断線を引き起こし、光電変換部の長期間の環境安定
性、即ち、信頼性に問題があった。

【００１５】このような問題は、蛍光板を光電変換部に
配置固定後、更に、蛍光板の表面をＡｌ等の金属で覆う
ように接着材で配置固定する工程や、蛍光板端部を樹脂
等で覆い封止する工程の増加を招き、放射線検出装置の
コストが増大するという課題が発生していた。

【００１６】そこで本発明は、放射線検出装置の製造工
程・部材を簡略にし、シンチレータ基板から光電変換部
の素子形成層への水分進入を防止し、低コストで高信頼
性の放射線検出装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、放射線を光に変換するシンチレータ層が
基板上に形成されたシンチレータ部と、前記シンチレー
タ層に対応した光電変換素子が基板上に形成された光電
変換部とを備えた放射線検出装置において、前記シンチ
レータ部を支持部材として、前記光電変換部が複数配置
固定されていることを特徴とする。

【００１８】また、前記シンチレータ層が形成された基
板が、剛体からなり、更に前記光電変換素子が形成され
た基板と同一材料で、不透湿性の材料からなることを特
徴とする。

【００１９】以上の構成によって、シンチレータ部の基
板に剛体を用い、シンチレータ部を複数の光電変換部の
支持部材とするので、工程の簡略化・部材の削減ができ
る。また、シンチレータ基板に光電変換基板と同じ不透
湿材料を用いることにより、光電変換部の素子形成層
を、不透湿材料からなる光電変換基板とシンチレータ基
板とで覆うことができ、水分の浸入を防ぐことができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、従来例と同一機能の
部分には、同一符号を付し、一部説明を省略する。

【００２１】図１は、本発明に係る実施の形態の放射線
検出装置の構成図であり、（ａ）は全体平面図、（ｂ）
は平面図（ａ）のＡ−Ｂ断面における模式的断面図であ
る。

【００２２】光電変換部１０は、従来例の図４と同様に
同一平面に４枚の光電変換基板１１が配置されている。
また、各々の光電変換基板１１上には、光電変換素子や
ＴＦＴを含む素子形成層１２が形成されている。

【００２３】シンチレータ部２０は、剛体であるガラス
からなるシンチレータ基板２１、光電変換基板１１の素
子形成面と対向して配置されたＣｓＩ（ヨウ化セシウ
ム）等からなるシンチレータ層２２とから構成されてい
る。

【００２４】図２は、図１（ｂ）のＣ部分におけるＡ−
Ｂ断面拡大図、即ち、シンチレータ部端部の拡大図であ
る。

【００２５】図１及び図２から明らかなように、４枚の
光電変換部１０はシンチレータ部２０に接着材３０を介
して配置固定され、同一平面に保持されている。本実施
の形態においてはシンチレータ基板２１に光電変換基板
１１と同一材料の１．０ｍｍ板厚のガラスを用いた。

【００２６】また、光電変換部１０の素子形成層１２の
上面は、シンチレータ部２０の不透湿性材料であるガラ
スからなるシンチレータ基板２１に覆われている。

【００２７】次に、本実施の形態の放射線検出装置の製
造方法を簡単に説明するが、前述したように、光電変換
部１０は、従来例と同様の構成で同様に作製している
為、説明を省略する。

【００２８】まず、シンチレータ部２０のシンチレータ
基板２１は、本実施例では１．０ｍｍ板厚のガラスを用
いた。このガラス板を予め所望のサイズにスライス切削
し、シンチレータ基板２１上にシンチレータ層２２であ
るＣｓＩの柱状結晶体を蒸着堆積して形成させる。この
とき必要であれば、非蒸着面には予めマスキングを施し
てもよい。また、蒸着後に柱状結晶を整える工程のアニ
ールを施し、必要であればシンチレータ層２２の露出面
を覆う保護層を形成しシンチレータ部２０を作製する。

【００２９】こうして各々別のプロセスを経て作製され
た光電変換部１０とシンチレータ部２０を用い、まず、
シンチレータ部２０のＣｓＩ形成面であるシンチレータ
層２２表面上に接着材３０を塗布する。次に９０°ずつ
回転配置した４枚の光電変換部１０を、素子形成層１２
とシンチレータ層２２が対向するように接着材３０を介
して配置し、シンチレータ部２０と４枚各々の光電変換
部１０を押圧して貼り合せ、接着材３０を接着硬化させ
て、図1（ａ）（ｂ）に示す放射線検出装置が完成す
る。

【００３０】作製された放射線検出装置は、シンチレー
タ部２０の基板２１側から入射したＸ線をシンチレータ
層２２により可視光に変換し、変換された可視光は光電
変換部１０の基板１１上に形成された光電変換素子１３
に受光され、電気信号に変換される。変換された電気信
号は、光電変換部１０の基板１１上のＴＦＴ１４を経て
外部駆動回路によって読み出され、二次元Ｘ線画像を電
気信号として得ることが出来る。

【００３１】以上説明したように、本発明の放射線検出
装置は、シンチレータ部２０のシンチレータ基板２１に
剛体であるガラスを用い、複数の光電変換部１０の支持
部材となっている。そのため、支持部材としての基台が
不用且つそれに伴う工程がなくなり、工程の簡略化・部
材の削減ができ、低コストで放射線検出装置を得ること
ができる。

【００３２】また、シンチレータ基板２１にガラス等の
不透湿材料を用いることにより、光電変換部１０の素子
形成層１２が、ガラス等の不透湿材料からなる光電変換
基板１１とシンチレータ基板２１とで覆われ、光電変換
部上に形成された素子形成層１２への水分の進入を極め
て小さくすることができる。このため、水分進入防止材
料や工程が不用となり、簡略な構成で容易に低コスト且
つ高信頼性の放射線検出装置を得ることができる。

【００３３】シンチレータ基板としては、Ｘ線の吸収率
が低いことが望まれる。発明者らの研究からシンチレー
タ基板の厚さは２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下が好
ましいことが判明した。

【００３４】なお、前述の従来例で説明したシンチレー
タ部を構成するシンチレータ基板４１（図４（ａ）
（ｂ）及び図５）に用いるＰＥＴの透水率は、７ｇ／ｍ
²・２４ｈｒ／０．１ｍｍ(JISZ020-73)程度である。本
実施の形態でのシンチレータ基板２１の材料であるガラ
スは、このＰＥＴの１／１００以下の透水率の材料を用
いたが、ＰＥＴの１／２以下の透水率３．５ｇ／ｍ²・
２４ｈｒ／０．１ｍｍ以下で、厚さ１ｍｍ程度のシンチ
レータ基板であれば光電変換部の湿度耐久の改善効果が
得られた。

【００３５】更に、前述の従来例で説明したシンチレー
タ部を構成するシンチレータ基板４１（図４（ａ）
（ｂ）及び図５）に用いるＰＥＴの剛性を示すヤング率
は、０．５×１０⁹Ｐａ（パスカル）程度で、厚さ０．
３ｍｍから２ｍｍでは光電変換部の重量のほとんどを占
める光電変換基板１１のガラスの重さを支持できず、各
光電変換部間でシンチレータ基板が変形してしまう。よ
って、貼り合せてからの取扱いが非常に困難となり、特
別な搬送治具や装置が必要となり、また搬送不良による
破損等により歩留まりの悪化が生じる。

【００３６】本実施例におけるシンチレータ基板２１の
材料は、光電変換基板１１と同じガラスを用いており、
剛性を示すヤング率は、６３．７×１０⁹Ｐａ程度とＰ
ＥＴの１００倍以上で、厚さ１．０ｍｍのものを用いて
いる。このため簡略な搬送装置を用い、破損することな
く放射線検出装置を作製することができる。また、厚さ
０．７ｍｍでも同様に支障なく作製でき、０．７ｍｍ未
満の厚さの基板を用いた場合、基板変形により隣接する
光電変換部の側面端部が接触し、接触部の光電変換基板
の欠け、即ち画素が欠落する不良が発生する率が高くな
る。よって、基板の剛性は、その厚さと材料の剛性に比
例するので、基板材料の剛性を示すヤング率２１．７×
１０⁹Ｐａ以上であれば同様の効果が得られる。光電変
換基板に用いられるガラス厚さは一般的に０．２〜１．
０ｍｍのものであり、シンチレータ基板の変形と搭載加
重は比例関係にあるので、光電変換基板にガラス厚さ
０．２ｍｍのものを使用すれば、シンチレータ基板の剛
性を示すヤング率４．３５×１０⁹Ｐａ以上であれば同
様の効果が得られる。材質の変動マージンを考慮すると
４．５×１０⁹Ｐａ以上が好ましい。

【００３７】また、ＰＥＴを用いても厚くすることでシ
ンチレータ基板の剛性を高めることができるが、同等の
効果をもたせるには４ｍｍ近く必要となり、放射線検出
装置が厚くなり大型化してしまう。

【００３８】シンチレータ基板の材料としては、上述の
透湿性・剛性を備えるＡｌ（アルミニウム）や、Ｔｉ
（チタン）等の金属も同様に用いることができ、同様の
効果が得られる。

【００３９】また、シンチレータ層２２としてＣｓＩか
らなる柱状結晶体を形成しているが、従来例と同様に蛍
光体（例えば、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ）の粉体をバインダー
によりシンチレータ基板２１上に形成しても良い。

【００４０】更に、本実施の形態では、光電変換基板１
１とシンチレータ基板２１とに同一材料のガラスを用い
ることにより、放射線検出装置の外郭が同一材料で構成
でき、両基板の熱膨張係数を等しくすることができるの
で、温度変化による応力が減少する。このため接着材３
０の選択範囲が広くなり、より汎用性の高いものが使用
でき、低コスト化できると共に、耐温度環境信頼性も向
上できる。

【００４１】図３は、本発明による放射線検出装置のＸ
線診断システムへの適用例を示したものである。

【００４２】Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０
６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透
過し、放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入
射する。この入射したＸ線には被験者６０６１の体内部
の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレ
ータが発光し、これを光電変換して、電気信号を得る。
この電気信号はデジタル変換されイメージプロセッサ６
０７０により画像処理され制御室のディスプレイ６０８
０で観察できる。

【００４３】また、この画像情報は電話回線６０９０等
の伝送手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタ
ールームなどディスプレイ６０８１に表示もしくは光デ
ィスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医
師が診断することも可能である。またフィルムプロセッ
サ６１００によりフィルム６１１０に記録することもで
きる。

【００４４】以上の実施形態では、Ｘ線撮像システムを
例に説明したが、放射線を光に変換し、この光を光電変
換する装置構成としても、同様である。なお、放射線と
はＸ線以外のα，β，γ線等を含む。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シンチ
レータ部の基板に剛体を用い、シンチレータ部を複数の
光電変換部の支持部材とすることにより、工程の簡略化
・部材の削減ができ、低コストの放射線検出装置を得る
ことができる。

【００４６】また、シンチレータ基板に光電変換基板と
同じ不透湿材料を用いることにより、光電変換部の素子
形成層を、不透湿材料からなる光電変換基板とシンチレ
ータ基板とで覆うことができ、水分の浸入が防げ、簡略
な構成で容易に高信頼性の放射線検出装置を得ることが
できる。

【００４７】更に、光電変換基板とシンチレータ基板と
に同一材料を用いることにより、放射線検出装置の外郭
が同一材料で構成でき、両基板の熱膨張係数を等しくす
ることができる。このため、温度変化による応力が緩和
できるので、接着材の選択範囲が広く、より汎用性のも
のが使え低コスト化ができ、耐温度環境信頼性も向上し
た放射線検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態の放射線検出装置の構成
を示し、（ａ）は全体平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ
断面における模式的断面図である。

【図２】図１（ｂ）のＣ部分におけるＡ−Ｂ断面拡大図
である。

【図３】本発明による放射線検出装置のＸ線診断システ
ムへの適用例を示す図である。

【図４】従来の放射線検出装置の構造を示し、（ａ）は
全体平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ断面における模式
的断面図である。

【図５】図４（ｂ）のＣ部分におけるＡ−Ｂ断面拡大図
である。

【符号の説明】

１０光電変換部１１光電変換基板１２素子形成層１２ａ下部導電層１２ｂ絶縁層１２ｃ半導体層１２ｄｎ⁺層１２ｅ上部導電層１２ｆ半導体保護１３光電変換素子１４ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０，４０シンチレータ部２１，４１シンチレータ基板２２，４２シンチレータ層３０接着材４２ａ蛍光体粒子４２ｂバインダー５０基台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線を光に変換するシンチレータ層が
基板上に形成されたシンチレータ部と、前記シンチレー
タ層に対応した光電変換素子が基板上に形成された光電
変換部とを備えた放射線検出装置において、前記シンチレータ部を支持部材として、前記光電変換部
が複数配置固定されていることを特徴とする放射線検出
装置。
【請求項２】前記シンチレータ層が形成された基板
が、剛体からなることを特徴とする請求項１記載の放射
線検出装置。
【請求項３】前記シンチレータ層が形成された基板の
剛性が、ヤング率４．５×１０⁹パスカル以上であるこ
とを特徴とする請求項２記載の放射線検出装置。
【請求項４】前記シンチレータ層が形成された基板
が、不透湿性の材料からなることを特徴とする請求項１
記載の放射線検出装置。
【請求項５】前記不透湿性材料は、透水率３．５ｇ／
ｍ²・２４ｈｒ／０．１ｍｍ以下であることを特徴とす
る請求項４記載の放射線検出装置。
【請求項６】前記シンチレータ層が形成された基板
が、ガラスもしくは金属からなることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の放射線検出装置。
【請求項７】前記シンチレータ層が形成された基板
が、前記光電変換素子が形成された基板と同一材料から
なることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記
載の放射線検出装置。
【請求項８】前記シンチレータ部上に接着材を介し
て、前記光電変換部が配置固定されていることを特徴と
する請求項１ないし７のいずれかに記載の放射線検出装
置。
【請求項９】被験者または被験物に放射線を照射する
ための放射線源と、この放射線を検出する請求項１ない
し８のいずれかに記載の放射線検出装置と、この検出さ
れた信号をデジタル変換して画像処理する画像処理手段
と、この処理された画像を表示する表示手段とを備える
ことを特徴とする放射線撮像システム。