JP2003262673A

JP2003262673A - 放射線検出装置及びその製造方法

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Publication number: JP2003262673A
Application number: JP2002065466A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Tamura; 知之田村; Satoshi Okada; 岡田　　聡; Kazumi Nagano; 和美長野; Katsuro Takenaka; 克郎竹中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】感度のばらつきの少ない、安価な放射線検出
装置を得る。【構成】少なくとも、放射線を光に変換する蛍光体層
と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子からな
る光検出器とから構成されている放射線検出装置におい
て、蛍光体層の単位体積当たりの発光率が蛍光体層面内
で分布があるように構成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出装置と
その製造方法、および放射線検出システムに関し、特
に、Ｘ線撮影などに用いられる放射線検出装置とその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線を光に変換する蛍光体層を有
する放射線増感紙と感光層を有する放射線フィルムから
なる放射線検出装置が一般的にＸ線写真撮影に使用され
てきた。

【０００３】しかし、最近、蛍光体層からなるシンチレ
ータと光電変換素子からなる２次元光検出器とを有する
デジタル放射線検出装置が開発されている。このデジタ
ル放射線検出装置は、得られるデータがデジタルデータ
であるため画像処理が容易であり、ネットワーク化した
コンピュータシステムに取り込むことによってデータの
共有化が図れ、画像デジタルデータを光磁気ディスク等
に保存すればフィルムを保存する場合に比べ保存スペー
スを著しく減少でき、過去の画像の検索が容易にできる
利点がある。この際に患者の被爆線量を低減させるため
には、高感度で高鮮鋭な特性を有するデジタル放射線検
出装置が必要とされる。

【０００４】例えば、特開平０５−１８０９４５号公報
においては、真空蒸着により作製され、結晶が柱状に成
長する沃化セシウム（以下、ＣｓＩ）からなる蛍光体層
と光検出器を直接または保護膜を介して接合すること
で、従来の粒子状結晶の蛍光体を集合させた蛍光体層に
比べ、感度と鮮鋭度を飛躍的に改善したデジタル放射線
検出装置が開示されている。

【０００５】また、例えば、特開平８−５５５９３号公
報においては、ＣｓＩ蛍光体層と光検出器の間にＣｓＩ
との結晶性の整合を持つ中間層を形成することにより、
ＣｓＩ結晶成長のばらつきを防止し発光効率の向上と解
像度の向上を図ったデジタル放射線検出装置が開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した従来技術によると、次の不具合が発生する。すな
わち、真空蒸着により作製されたＣｓＩの柱状結晶にお
いて、その結晶の柱の直径が蒸着時の蒸着源からの距離
と相関を持つことが判明した。平面な蛍光体層を得る場
合には蒸着時に蒸着源と蛍光体層の支持基板の任意の位
置との距離は同一にすることはできない。そのために、
ＣｓＩの柱状結晶の柱の直径は形成された蛍光体層の面
内位置により異なる直径の柱となってしまう。ＣｓＩ蛍
光体層のＸ線に対する輝度は、ＣｓＩの柱状結晶の柱の
径と相関があり、柱の径が大きくなれば輝度が大きくな
るという実験結果が得られている。そのためＣｓＩ蛍光
体層の面内で上記柱の直径が異なる場合には上記輝度が
面内で上記直径と相関した分布が発生する問題があっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の放射線検出装置
は、少なくとも、放射線を光に変換する蛍光体層と、光
を電気信号に変換する複数の光電変換素子からなる光検
出器とから構成されている放射線検出装置において、蛍
光体層の単位体積当たりの発光率が蛍光体層面内で分布
があることを特徴とする。

【０００８】また、上記蛍光体層において、付活剤の活
性化率が蛍光体層面内で分布があることを特徴とする。

【０００９】また、上記蛍光体層において、付活剤の添
加量が蛍光体層面内で分布があることを特徴とする。

【００１０】また、上記放射線検出装置の製造方法にお
ける蛍光体層の蒸着工程において、真空槽内での付活剤
の蒸着ポートの配置を変更することにより付活剤の添加
量が蛍光体層面内で分布させ作製されたことを特徴とす
る。

【００１１】また、上記放射線検出装置の製造方法にお
ける蛍光体層のアニール工程において、アニール温度が
蛍光体層面内で分布させ作製されたことを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、蛍光体層の単位体積当た
りの発光効率を蛍光体層面内で意図的に分布させること
により、ＣｓＩの柱状結晶の柱の直径が異なって形成さ
れた原因で発生する輝度の分布を相殺するように発光率
の面内分布を形成することができ蛍光対面内での均一な
輝度の分布を得ることができる。

【００１３】上記蛍光体層の単位体積当たりの発光率が
蛍光体層面内で分布を形成するための構成としては、付
活剤の活性化率が蛍光体層面内で分布があること、また
は、付活剤の添加量が蛍光体層面内で分布があることか
らなる構成であれば容易に実現でき、新たに新規な工程
は必要なく、また新規な装置も必要ないため低価格で本
発明の放射線検出装置を作製できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施形態の放射線検出装
置の断面図である。図１は、１〜４からなる光検出器５
と７〜９からなるシンチレータ１０を接着層６を介して
接合されている図である。図２は、図１のシンチレータ
の上面図である。

【００１６】図１において、１はガラス基板などの絶縁
性を有する光検出器用基板、２は例えばアモルファスシ
リコンよりなる半導体薄膜を用いた光電変換素子であ
り、この光電変換素子間隙３には光電変換素子からの電
荷の読み出しを制御するＴＦＴ等の半導体素子及び配線
が配置され、４は光検出器内部の半導体素子を保護する
光検出器保護層であり、これらによって光検出器５を構
成している。

【００１７】この際、光電変換素子２は、それぞれ１０
０〜２００μｍ角の大きさで２０〜６０μｍ程度の間隙
で配置している。

【００１８】また、7は放射線を光に変換する柱状構造
の蛍光体層であり、８は必要に応じて設けられ、高感度
が必要な場合には光反射層、高解像度が必要な場合には
光吸収層が設けられる。さらに９は蛍光体層と光反射層
の蛍光体支持基板であり、これらによってシンチレータ
１０を構成している。

【００１９】上記、柱状構造の蛍光体層７を蒸着により
形成する場合、例えば、その柱状結晶の柱は、中心部が
細く、中心からの距離に比例し周辺は太くなる分布を示
す。そこで本発明の蛍光体層は図２で示される濃淡の分
布と同じように、中心部１１の蛍光体単位体積当たりの
発光率が大きく、周辺１２の発光率が小さい分布を設け
ることにより、柱の直径に比例し中心が最も小さく周辺
部が大きく生じる輝度分布を相殺した面内分布の少ない
輝度が得られる。

【００２０】図３は、本発明のシンチレータの断面図で
ある。蛍光体層は図２と同様に発光率が中心部１１が大
きく、周辺部１２が小さいことを色の濃淡で示した図で
ある。

【００２１】本発明のシンチレータの発光率に面内分布
を持たせる構成としては、蛍光体の付活剤添加量が面内
で、例えば図２の濃淡のように分布している構成、また
は蛍光体の付活剤の活性化度が、例えば図２の濃淡のよ
うに分布している構成があげられる。

【００２２】付活剤添加量が面内分布をなす場合の製法
としては、蛍光体層の蒸着工程において、製造方法真空
槽内での付活剤の蒸着ポートの配置を変更することによ
り作製することができる。

【００２３】また、付活剤の活性化度が面内分布分布を
なす場合の製法としては、蛍光体層のアニール工程にお
いて、アニール温度が蛍光体層面内で分布させ作製する
ことができる。

【００２４】柱状構造をなす蛍光体の材料としては、沃
化セシウム、臭化セシウム等があげられる。また、これ
らの蛍光体の付活剤としては、ナトリウム、タリウムが
あげられる。付活剤の添加量は、材料により異なるが、
０〜０．５ｍｏｌ％の範囲で、柱状構造の柱の直径の分
布による輝度の分布を相殺するような面内分布を持たせ
ることが必要である。但し、柱状構造の柱の直径の分布
は、製造するための蒸着装置の構造、蒸着条件により異
なるためここでは限定はできない。

【００２５】蛍光体層７の厚みは、蛍光体の材料により
異なるが、放射線を効率よく吸収するために概略５０〜
７００μｍが設定されている。

【００２６】蛍光体支持層としては、従来用いられてい
る、Ｘ線透過性の高く、耐熱性の高く、剛性の高い性質
の材料が使用でき、また、光反射層としても、従来用い
られている、耐熱性の高く、蛍光体支持基板との密着性
の高く、光反射性の高い性質の材料が使用できる。ま
た、接着剤６としては、公知の透明接着剤が使用できる
が、特にホットメルト型接着剤または粘着剤を用いるこ
とで製造工程が簡略化でき好ましい。

【００２７】上記蛍光体材料を、蒸着装置の蒸着源とし
て蒸着ポートに配置し、光反射層を形成した蛍光体支持
層を基板ホルダーに配置し蒸着を行えば本発明のシンチ
レータが作製できる。

【００２８】本発明の付活剤の添加量が面内分布を持ち
形成されたシンチレータは、例えば、以下の方法により
作成される。すなわち、シンチレータの蒸着工程におい
て、図４に示すように蒸着装置の真空槽２０を真空にし
た後、基板ホルダー上に反射層８を下向きに形成した蛍
光体支持基板９、蒸着用熱源２５上に例えばＣｓＩの多
数の蒸着ポート２５とタリウムのポート２３を図の位置
に配置し、基板ホルダーの中心を軸として回転しながら
蒸着源から各ポートを加熱することにより、ＣｓＩの多
数のポートからはＣｓＩの蒸気が２１に示す多数の矢印
で飛散し反射層８上に均一に付着する。一方、付活剤で
あるタリウムは、沃化タリウムとして２５に示す１個の
蒸着源から供給し基板ホルダーの回転軸に対し離れた位
置に配置されているため基板ホルダーの周辺部では多量
に中心部では少量の付着分布が得られる。

【００２９】このようにして得られたシンチレータを、
２００℃〜４００℃の熱を０．５〜５時間付与すること
で付活剤を活性化する工程をへて、接着槽７を介して光
検出器５に貼り合わせることにより本発明の放射線検出
装置が作製できる。

【００３０】また、本発明の付活剤の活性化度が面内分
布が形成されたシンチレータは、例えば、以下の方法に
より作成される。

【００３１】蒸着工程においては、上記方法において付
活剤の蒸着ポートをＣｓＩのポートと同じように３カ所
配置し付活剤に添加量の面内分布を均一になるよう作製
する。

【００３２】次に、上記シンチレータの蛍光体層を、活
性化する工程において、活性化の温度を蛍光体層面内で
分布を持つように付与する。活性化の具体的方法として
は、シンチレータを真空中で保持し２００℃〜４００℃
で必要な分布を与えることができるホットプレートを使
用する方法、または、真空蒸着装置の基板ホルダーに上
記分布を与えることができるヒーターを設け蒸着後に連
続して活性化を行う方法があげられる。但し、柱状構造
の柱の直径の分布は、製造するための蒸着装置の構造、
蒸着条件により異なるため、活性化温度分布は限定はで
きない。

【００３３】活性化度の分布としては、その分布なしで
得られる輝度分布により異なるが、５０〜１００％の範
囲が好ましい。

【００３４】このようにして得られたシンチレータを、
接着槽７を介して光検出器５に貼り合わせることにより
本発明の放射線検出装置が作製できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。

【００３６】（実施例１）図１に示す放射線検出装置の
作製方法を以下に述べる。

【００３７】厚さ１．０ｍｍの光検出器用基板１である
無アルカリガラス基板上に、アモルファスシリコン光電
変換素子２とＴＦＴ等の電気素子からなる光電変換間隙
３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる半導体保護膜４
を形成して光検出器５を作製した。

【００３８】厚さ０．７ｍｍのアモルファスシリコンか
らなる蛍光体支持基板９上に、スパッター方法によりア
ルミニウム薄膜を１５００Ａ形成した。

【００３９】次に、上記反射層付き蛍光体支持基板を、
図４に示す蒸着装置の基板ホルダーに図に示すように配
置した。２４の蒸着源の３カ所のポートにＣｓＩを、２
５の蒸着源に沃化タリウムを配置し、厚さ５００μｍと
なるように従来と同様に蒸着した。蒸着後、シンチレー
タの全面均一に２８０℃、１時間加熱して付活剤の活性
化を行いシンチレータ１０を作製した。

【００４０】次に、エチレン−アクリル酸共重合体から
なるホットメルト型接着剤、上記光検出器５とシンチレ
ータ１０をロールラミネータにより熱ラミネートして放
射線検出装置を作製した。

【００４１】（実施例２）図１に示す放射線検出装置の
作製方法を以下に述べる。

【００４２】厚さ１．０ｍｍの光検出器用基板１である
無アルカリガラス基板上に、アモルファスシリコン光電
変換素子２とＴＦＴ等の電気素子からなる光電変換間隙
３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる半導体保護膜４
を形成して光検出器５を作製した。

【００４３】厚さ０．７ｍｍのアモルファスシリコンか
らなる蛍光体支持基板９上に、スパッター方法によりア
ルミニウム薄膜を１５００Ａ形成した。

【００４４】次に、上記反射層付き蛍光体支持基板を、
図４に示す蒸着装置の基板ホルダーに図に示すように配
置した。ＣｓＩと沃化タリウムを、厚さ５００μｍとな
るように従来と同様に蒸着した。蒸着後、シンチレータ
の周辺部を３００℃、中心部を２５０℃となるように１
時間加熱して付活剤の活性化を行いシンチレータ１０を
作製した。

【００４５】次に、エチレン−アクリル酸共重合体から
なるホットメルト型接着剤、上記光検出器５とシンチレ
ータ１０をロールラミネータにより熱ラミネートして放
射線検出装置を作製した。

【００４６】（比較例１）光検出器５は実施例１と同様
に作製した。

【００４７】シンチレータの作製は、付活剤の濃度の面
内分布、活性化度の面内分布ともにない従来の方法で作
製した。

【００４８】次に、上記光検出器５とシンチレータ１０
をロールラミネータにより、熱ラミネートして放射線検
出装置を作製した。

【００４９】以上のように作製した放射線検出装置の外
周部と中心部の感度を測定した結果を表１に示す。感度
は、水ファントム１０cmを通し、管電圧８０ｋｖｐのＸ
線で撮影した。比較例１の中心部の感度を１００として
実施例と比較例を比較した。

【表１】

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放射線検
出装置は、蛍光体層の単位体積当たりの発光効率が蛍光
体層面内で分布があることにより、ＣｓＩの柱状結晶の
柱の直径が異なって形成された原因により発生する輝度
の分布を相殺するように発光率の面内分布を形成するこ
とにより蛍光対面内での均一な輝度の分布を得ることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の放射線検出装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施形態のシンチレータの発光率を模
式的に示した平面図である。

【図３】本発明の実施形態のシンチレータの発光率を模
式的に示した平面図である。

【図４】本発明の実施形態の放射線検出装置の製造方法
の模式図である。

【符号の説明】

１光検出器用基板２光電変換素子３光電変換素子間隙４光検出器保護層５光検出器６接着層７蛍光体層８光反射層９蛍光体層支持基板１０シンチレータ２０真空蒸着装置の真空槽２１ＣｓＩの飛散方向２２沃化タリウムの飛散方向２３沃化タリウムの蒸着ポート２４ＣｓＩの蒸着ポート２５蒸着加熱源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長野和美東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者竹中克郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 GG10 JJ37 4H001 CA01 CA08 XA35 XA53 XA55 YA11 YA81

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、放射線を光に変換する蛍光
体層と、光を電気信号に変換する複数の光電変換素子か
らなる光検出器とから構成されている放射線検出装置に
おいて、蛍光体層の単位体積当たりの発光率が蛍光体層
面内で分布があることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】付活剤の活性化率が蛍光体層面内で分布
があることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装
置。
【請求項３】付活剤の添加量が蛍光体層面内で分布が
あることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装
置。
【請求項４】上記放射線検出装置の製造方法における
蛍光体層の蒸着工程において、製造方法真空槽内での付
活剤の蒸着ポートの配置を変更することにより付活剤の
添加量が蛍光体層面内で分布させ作製されたことを特徴
とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
【請求項５】上記放射線検出装置の製造方法における
蛍光体層のアニール工程において、アニール温度が蛍光
体層面内で分布させ作製されたことを特徴とする放射線
検出装置の製造方法。