JP2002501207A - 感光性マトリックス型電子センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線等の高周波放射線を可視領域の低周波放射線に変換するための感光性マトリックス型センサ（１）は、黒鉛基板（７）に搭載したヨウ化セシウムＣｓＩの面板（６）から構成される。このような黒鉛基部上にＣｓＩを成長させると、酸硫化ガドリニウムのシンチレータを使用した場合に比較して解像度と感度の高いセンサが得られることを見出した。黒鉛を製造する際の更なる処置として、黒鉛の表面の密度を高めることもできる。このようにして、アモルファス炭素の層（８）及び／又は含浸処理（１１）を施すことができる。この高密度化により、センサの均一性が向上する。最後に、合成樹脂層（１６）と、検波器（２）との光結合のための液状樹脂の層（１７）との組合せによって、ＣｓＩの保護を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、感光性マトリックス型の電子センサに関するものであって、より具
体的にはＸ線センサに関するものである。本発明の目的は、この種のセンサの性
能を向上させることである。

【０００２】 複数の放射線イメージ・インテンシファイア・スクリーンが検波器と対面して
配置され、他の面で放射されたＸ線を受ける構造はＸ線電子センサの分野におい
て周知である。更に、核医学の分野では、ガンマ線（又はＸ線）を検波器で検出
可能とすべく可視光線に変換するシンチレータも周知である。放射線医学で最も
一般的に使用される検波器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）の集合アレイやターゲッ
トを有するカメラである。核医学の分野において、光子増倍管の行列を更に電子
重心回路に接続したものも使用される。Ｘ線を直接検出できない検波器を有する
これらのセンサには、Ｘ線をほぼ可視スペクトルに当てはまる放射線に変換する
役目を果すシンチレータが設けてある。

【０００３】 変換を行うために使用する材質、即ちシンチレータの材質は、通常は酸硫化ガ
ドリニウムである。後者は、代表的には５０乃至３００ミクロン程度の薄い堆積
物からなるものであり、この堆積物は結合剤によって互いに結合された前記材質
の粒子からなる。この材質は、全厚さに亘って、全方向に可視光を発光するため
に、検波器の感度や解像力が低下し、よってセンサの性能も低下する。

【０００４】 シリコン集積回路からなる発光像マトリックス検波器に酸硫化ガドリニウムを含
む薄膜（プラスチック）を形成することは既に提案されている。

【０００５】 針状の、タリウムでドーピングされたヨウ化セシウムは、発光の効率がより高
く、断面の寸法が通常３乃至６ミクロンである針の導波効果にも起因して、好適
な材料である。この材質は、通常半球状のアルミ箔からなる入力スクリーンにコ
ーティングすることで放射線イメージ・インテンシファイアに利用される。この
ような材質によって光ファイバの束を覆う構造も周知である。針は、それを保持
する支持体の表面に直交するように配置される。これらは部分的にしか接触しな
いので、２０乃至２５％の気孔率を有する。空気が含まれるこの孔は、好適なＣ
ｓＩの屈折率（１．７８）とあいまって、各針において発生する可視光子を導き
、より高い感度と解像力を与える。

【０００６】 しかし、酸硫化ガドリニウムと比較してＣｓＩは扱い難い。特に問題になるの
は、ＣｓＩの通常の湿度を有する大気の下で直に水化してしまう性質である。こ
の水分の吸収によってセンサで得られる画像が劣化する。最初はへーロ効果を引
き起こす。すると、この加湿化により、針が劣化し、その結果センサの発光効率
と解像力が低下する。ここで、放射線イメージ・インテンシファイア管において
は、ＣｓＩが真空管内にあるため、この問題は起こらない。

【０００７】 更に、針の中に微量にしか存在しないが、タリウムは毒性が非常に高い。Ｃｓ
Ｉの機械的密封性が低いため、埃や廃棄物が発生し、その除去作業は慎重に管理
する必要がある。特定の場合には、シンチレータの表面にアルミニウムの層を蒸
着させることで、タリウム・ドープＣｓＩを無害にする。

【０００８】 ＣｓＩの機械的耐久性が低いため、剛性の高い支持体上に形成する必要がある
。支持体が屈曲してしまうと画像に目視可能な欠陥が現れる。更に、この支持体
は、タリウムを拡散するために行う、温度約３００°の熱処理に、屈曲せずに耐
えなくてはならない。

【０００９】 放射線イメージ・インテンシファイアにおいては、支持体はアルミニウムから
なるが、その非常に高い耐性からしてアモルファス炭素が含まれる場合も、完全
にアモルファス炭素によって置換される場合もある。

【００１０】 イメージ・インテンシファイア管の製造以外では、ヨウ化セシウムをベリリウ
ム上に形成する例などがある。しかし、この材料は非常に高価であるのが欠点で
ある。

【００１１】 本発明は、好ましくは表面粗さの小さい特徴を有する機械加工黒鉛のブロック
からなる基板にＣｓＩ層を成長させることでこれらの課題を解決することを目的
とする。好ましくは、本発明において使用される黒鉛は、黒鉛に対する表面の固
有の気孔率を無くすために表面に高密度化処理を施した基板である。更に、この
ようにして密度を高くした層は、次いで、粗さを小さくするために、研磨される
。そして、ＣｓＩが気相で蒸着されると完全に好適な成長を行うことが発見され
た。この場合、針は均等間隔に並び、黒鉛の粗さによる欠陥にもかかわらず、シ
ンチレータの表面はほぼ平坦である。

【００１２】 基板に高密度化処理を施さない場合、得られたセンサ内で感度に差が生じる。
これを修正することもできる。例えば、黒鉛表面に（平行線等の）条線があると
、この条線の存在はセンサ作動後に得られる画像に現れる。特に、核医学の分野
において、場所による感度の差を、ソフトウェア処理によって修正することがで
きる。本発明による改良では、この修正の度合を高密度化処理及び／又は研磨処
理によって小さくする。

【００１３】 何れの場合においても、黒鉛の基板はタリウムの拡散時に起きる拡張の差の問
題を解決する。

【００１４】 本発明で言う黒鉛とは、複数の気孔を有する構造である点において密度の高い
アモルファス炭素とは異なる材料である。黒鉛は金属製の工具で加工することが
できるが、アモルファス炭素はほとんどがダイヤモンドで覆われたものでないと
加工することができない。

【００１５】 そのため、ここで提案する適用方法、即ちマトリックス型画像検波器の前に設
置する加工支持体上にヨウ化セシウムを堆積させる方法では、支持体を黒鉛のブ
ロックとすることが特に好ましい。

【００１６】 通常、黒鉛の構造は気孔性のみならず、層状でもあるので、実質的に等方的な
構造を有するアモルファス炭素とは異なり加工が容易である。

【００１７】 原則として、黒鉛は高温で炭素粉末を圧縮することで得られるが、アモルファ
ス炭素は気相における分解（クラッキング）から始まる開始支持体上での様々な
厚さのコーティングの成長によるものである。よって、黒鉛から加工可能なブロ
ックを得るほうが容易である一方、放射線イメージ・インテンシファイアの入力
画面の半球状の表面にはアモルファス炭素のコーティングを設けるほうが容易で
ある。

【００１８】 よって、本発明は、Ｘ線等の高周波電磁放射線を可視光線等の低周波放射線に
変換するための、シンチレータを搭載したマトリックス型画像検波器を有し、該
シンチレータが、高周波電磁波を受ける側に設けた黒鉛の基板に設けたヨウ化セ
シウムからなる面板を有することを特徴とする感光性マトリックス型電子センサ
に関するものである。

【００１９】 更に、センサの製造方法であって、 シンチレータの支持体となる黒鉛の基板を形成し、 該黒鉛基板を研磨し、 該黒鉛基板上に気相のヨウ化セシウムを堆積させ、 該ヨウ化セシウムの膜をタリウムでドーピングし、 該ヨウ化セシウムの膜上に真空下で気相の合成樹脂からなる層を堆積させ、 該合成樹脂の層に液状の光結合樹脂の層を堆積させ、 該光結合樹脂の層に密接して検波器を設けることを特徴とするものである。

【００２０】 本発明は、以下に述べる説明と添付の図面によって明らかとなる。後者は、発
明を制限するものではなく、一例として挙げるものである。

【００２１】 図１には、発明による好ましくはマトリックス型である感光性電子センサ１を
示す。センサ１は検波器２の上に取り付けてあるシンチレータ３を有する。この
センサの目的は、Ｘ線４又はその他の高周波放射線（ガンマ線であっても良い）
を低周波放射線５に変換することである。このようにして、放射線５を可視領域
内で発光させるようにすることができる。そうすると、放射線５は検波器２で検
波可能となる。検波器２は従来型の検波器であっても良い。好適な実施形態にお
いては、検波器２は上述のとおりＣＣＤ形式である。ＣＣＤ装置のアレイは各々
検波点の列を形成する。並列して並んだアレイによってマトリックス像を構成す
る複数の線が形成される。

【００２２】 センサは基本的に黒鉛の基板７上に配置されたヨウ化セシウムの面板６からな
るものである。基板は、Ｘ線を受ける側に設けてある。本発明で使用される黒鉛
は、炭素粉末の加熱圧縮によって得られる積層構造の黒鉛である。この種の黒鉛
は製造が安価であり、しかも金属製の工具で加工可能であるため、加工処理も安
価であるのに対して、アモルファス炭素に基づく材料の構造はダイヤモンド皮膜
の工具でなければ加工できない。

【００２３】 よって、使用される材料は互いに積層される微細な集塊層１０からなる。一例
において、基部７の厚さは５００ミクロン程度である。シンチレータをより大き
くする場合、８００乃至２０００ミクロン程にすることも可能である。より小さ
くする場合、２００ミクロンとすることもできる。Ｘ線に対する浸透性が良いこ
とに加えて、黒鉛は色が黒いために、シンチレータの方向に放射する可視光線を
吸収する特性を有するので、センサの感度を高めるよりことよりその解像度を小
さくする影響のほうが強い、。好適な例では、基部７の黒鉛の品質は、層の厚さ
を表す粒径が、５ミクロン未満であって、１ミクロン程度又はそれより小さいこ
とが好ましい。実際、黒鉛の特徴である異方性を制御しないと、２０ミクロンの
粒になってしまうことが判る。その場合、ＣｓＩ面板６の厚さの均一性が低下し
、より多くのソフトウェアによる修正が必要である。

【００２４】 基部７は、表面高密度化のために無定形炭素８の皮膜が設けてある。厚さ３乃
至２０ミクロン程度のアモルファス炭素８の層は、基部７の表面にその気孔性の
ために存在する孔９を覆うことができる。炭素層８の原子は、気孔性が高く、炭
素−黒鉛の粒子が配向されている基部７の層の原子とは異なる。アモルファス炭
素の層８は無構造の高密度層であり、即ち多結晶性ではない。原子は、特定の構
造を有しない形で集結しているのみである。このアモルファス炭素の層は、基部
７に、例えば気相において、真空下で堆積される。

【００２５】 変形として、又は補助として、黒鉛層７のヨウ化セシウム層６が成長すべき個
所に、予め含浸による高密度化処理を施しても良い。このような含浸は、例えば
黒鉛基板７のヨウ化セシウムを受ける面を有機樹脂からなる薄膜で覆うことで行
う。そして、この構造は非常に高い温度（１０００°）に曝す。これにより、樹
脂が分割され、樹脂内で炭素原子が水素原子又は結合している他の物体から分離
される。これらの不純物は蒸発することで自然に放出される。高温度の影響によ
り、炭素原子が基部７の気孔空間１１に拡散移動する。基部７の使用可能な表面
を更に高密度化するために、この含浸処理を複数回繰り返すことで、密度を上げ
ることもできる。ある実施例では、４回連続して行う。

【００２６】 上述したとおり、黒鉛の表面をそれ程細密に処理しないことも可能である。こ
の場合、画像の修正の実質的な部分はそれが得られた後のソフトウェア処理によ
って行うことを前提とする。本発明において、黒鉛の表面の研磨処理は、特に高
密度化の後に研磨工具１２によって行われる。通常、研磨処理においては基部７
の上部又は層８の適切な個所から５乃至１０ミクロン程度の薄さを除去する。層
８の形成は研磨の前であっても後であっても良い。その結果、約０．２乃至０．
４ミクロンの粗さｈが得られるが、研磨無しでは自然の粗さＨは、特に高密度化
を行わなければ、例えば黒鉛の粒径が約２０ミクロンであれば１３０ミクロン迄
達することがある。

【００２７】 次に、ＣｓＩを従来の方法によって成長させる。よって、断面寸法が直径３乃
至６ミクロンの針１２が得られる。図１に示すように、針１２の断面は様々な大
きさとなり得る。一例では、針１２は互いに１乃至３ミクロンの空間１３を隔て
てランダムに分布している。この空間によって、針１２を使用して媒体変更面を
形成することが可能である。この面１４の存在と、ＣｓＩの好適な屈折率とが相
俟って針１２が光ファイバのように働く。換言すると、放射線の変換、即ち針１
２におけるシンチレーションが、特定方向に導かれる放射線５を発生する。この
放射線５が放出時に検波器２の方向に向いていると、針１２の頂点１５から放出
される。一方、放射線５が傾いている場合、針１２内で面１４によって反射しな
がら最終的に頂点１５から放出される。光の基部の方に向かって放出された部分
は黒い基部７によって吸収される。一例では、ＣｓＩの層６の厚さは１００乃至
３００ミクロンである。典型的には１８０ミクロンである。

【００２８】 次に、従来の方法によって層６自体もタリウムでドーピングされる。

【００２９】 最後に、ドープＣｓＩの層６は不活性化層１６で覆われる。不活性化層１６が
酸硫化ガドリニウムを含むシリコーン・ゲルであった従来技術に比較して、本発
明において、不活性化層１６を透明のポリマー化合成樹脂で不活性化層１６を形
成することが推奨される。このポリマー化樹脂は、より不透性で、ＣｓＩ又はタ
リウムからの埃の蒸発を防ぐ利点を有するが、外側の表面が完全に平滑ではなく
なるという欠点を有する。本発明において、不活性化層１６を、その後検波器２
との光結合のために液状樹脂の層１７と組み合わせる。このようにして、センサ
の効率に悪影響を及ぼさずに高いタリウム蒸発不透性が得られる。

【００３０】 図２には、不活性化層１６を形成するための装置を示す。この装置は互いに連
結される３つのセルからなる。第１のセル１８において、樹脂を作るための原料
が導入される。好ましい実施形態では、この原料はジパラキシリレンである。こ
の原料は、セル１８内で、温度１７５°と圧力１トール（１ｍｍＨｇ）の条件下
で気化される。第１のセル１８は、気化した原料が蒸着される第２のセル１９と
連絡している。例えば、ジパラキシリレンの蒸気は圧力０．５トールの下で６８
０°迄昇温される。この応力により、ジパラキシリレンは分裂し、モノマー・パ
ラキシリレンとなる。このようにして得られたパラキシリレンは、基準温度と０
．１トールと云った非常に低い圧力で第３のセル３０に導かれ、そこで層６の針
１２の上に層１６として拡散される。そして、パラキシリレンは、凝縮により再
結合し、ポリパラキシリレン・ポリマーを形成する。この凝縮によって、隙間内
に進入せずにＣｓＩ層の気孔空間１３の上にブリッジが形成される。

【００３１】 上述した樹脂の他に、合成樹脂を使用することも可能である。しかし、上述の
樹脂は、一方ではＣｓＩに付着し易く、他方では空間１３内に進入せずに空間１
３の上にブリッジを形成することができるといった利点を有する。ここで使用さ
れる樹脂は、屈折率が１．７８乃至１．４５であることが好ましい。従って、Ｃ
ｓＩより屈折率が低いこの樹脂は、ＣｓＩと結合すると反射防止層を形成する。
一例では、層１６の厚さは１乃至２５ミクロンである。

【００３２】 次いで、液状樹脂層１７は、不活性化層１６上に延ばされ（そしてそこに残さ
れ）、光結合を向上させる。この樹脂の屈折率は、１．４５未満であることが好
ましい。これは、例えば液晶セルの製造に使用されるものと同じ種類である。層
１７の厚さは層１６の厚さとほぼ同じである。

【００３３】 最後に、従来の機械的手段により、検波機２が基部７に取り付けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 発明によるセンサの構造を示す図である。

【図２】 ヨウ化セシウム層の不活性化処理を行うための装置を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月２０日（２０００．１．２０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線等の高周波電磁放射線（４）を可視光線等の低周波放射
   線（５）に変換するための、シンチレータ（３）を搭載したマトリックス型画像
   検波器（２）を有し、該シンチレータが、高周波放射線を受ける側に設けた黒鉛
   の基部（７）に設けたヨウ化セシウムからなる面板（６）を有することを特徴と
   するする感光性マトリックス型電子センサ。
2. 【請求項２】 シンチレータのの基部が、粒径が５ミクロン未満、好ましく
   は１ミクロン以下の黒鉛からなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 【請求項３】 基部が、無定形炭素の層（８）に覆われた黒鉛からなること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
4. 【請求項４】 基部が、炭素が含浸された黒鉛からなることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ。
5. 【請求項５】 シンチレータの面板が、液状の光結合層（１７）が塗布され
   た、好ましくはポリパラキシリレン系の合成樹脂からなる不活性化層（１６）に
   よって環境媒質から絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   に記載のセンサ。
6. 【請求項６】 不活性化層の樹脂の屈折率が１．７８乃至１．４５であって
   、反射防止層を形成することを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 【請求項７】 黒鉛の基部の厚さが２００乃至２０００ミクロン、代表的に
   は５００乃至８００ミクロンであり、 ヨウ化セシウムの面板の厚さが１００乃至３００ミクロン、代表的には１８０
   ミクロンであり、 樹脂の不活性化層の厚さが１乃至２５ミクロンであることを特徴とする請求項
   １乃至６のいずれかに記載のセンサ。
8. 【請求項８】 シンチレータの支持体となる黒鉛の基部を形成し、 該黒鉛基板を研磨し、 該黒鉛基板に気相のヨウ化セシウムを形成し、 該ヨウ化セシウムの膜をタリウムでドーピングし、 該ヨウ化セシウムの膜に真空包帯で気相の合成樹脂からなる層を形成し、 該合成樹脂の層に液状の光結合樹脂の層を形成し、 該光結合樹脂の層に密接して検波器を設けることを特徴とするセンサの製造方
   法。
9. 【請求項９】 研磨処理の前又は後に、黒鉛の表面に無定形炭素の層を形成す
   ることで処理することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 研磨処理の前に、黒鉛の表面に含浸処理を施すことを特徴と
    する請求項８又は９に記載の方法。