JP2004077444A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層の蒸着によって生じる特性分布を相殺し、シンチレータの面内で感度や鮮鋭度のばらつきの少ない安価な放射線検出装置を提供する。
【解決手段】シンチレータ１０の光反射層８の反射率を、中心部で小さく、中心部から周辺に向かって反射率が大きくなるようにシンチレータの面内で分布を形成する。また、光反射層８の膜厚をシンチレータ面内で分布を持たせる、或いは光反射層８の表面荒さをシンチレータ面内で分布を持たせることにより光反射層８に反射率分布を形成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【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、放射線を光に変換するシンチレータの改良に関するものである。
【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にＸ線写真撮影に使用されている。最近では、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。
【０００３】
このデジタル放射線検出装置は、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て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。
【０００４】
ところで、このような放射線検出装置においては、患者の被爆線量を低減するためには、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である。例えば、特許第３１２６７１５号公報においては、保護膜、光反射膜と蒸着により形成された蛍光体層とを光検出器に接合することにより、感度と信頼性を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、蒸着により形成される蛍光体としては　ＣｓＩ：Ｔｌが知られている。これは、イメージングインテンシファイヤー（Ｉ．Ｉ）として使われている。Ｉ．Ｉの基板は半円状になっており、蒸着点源から蒸着物が形成される基板表面までの距離が一定に保つことができ、蒸着された蛍光体層の厚さの面内分布は小さくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平面状に形成された光電変換撮像素子の表面に形成される蛍光体を蒸着工程で作製した場合には、次の不具合が発生する。即ち、真空蒸着により作製された蛍光体層の厚みは、蒸着時の蒸着源の数とそれに対する被蒸着物である蛍光体基板との位置関係、蒸着源と被蒸着物との距離により、面内で分布を持つことが知られている。
【０００７】
蒸着源を基板中央に配置することで蒸着材料を最も効率よく蛍光体基板に被着させることができ、蛍光体層の形成を安価に製造することができるが、その時の膜厚分布は基板中央を頂点とした凸形状となる。そのため、現状使用されている膜厚範囲内では蛍光体層の輝度は蛍光体の膜厚に比例するため基板面の中央部で最も高く周辺に行くに従い低下する。
【０００８】
また、鮮鋭度は蛍光体層内部での光の発光点からの距離に反比例するため、鮮鋭度は輝度と逆の傾向となり蛍光体層の厚みが厚い場合、鮮鋭度は小さくなり、薄い場合は高くなり、シンチレータ中央部で鮮鋭度が最も低く周辺に行くに従い高くなる。このように安価に蛍光体層を製造しようとすると、蛍光体層の膜厚分布が生じそれに伴い特性の分布が生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、蛍光体層による特性分布を相殺し、シンチレータの面内で均一な輝度と鮮鋭度の分布を得ることが可能な放射線検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線検出装置は、上記目的を達成するため、少なくとも、蛍光の反射層及び放射線を光に変換する蛍光体層から成るシンチレータと、前記シンチレータからの光を電気信号に変換する複数の光電変換素子から成る光検出器層を積層してなる放射線検出装置において、前記蛍光反射層の反射率が、中心部で小さく、中心部から周辺に向かって反射率が大きくなるようにシンチレータの面内で分布を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、光反射層の反射率をシンチレータ面内で意図的に分布させることにより、蒸着により形成された蛍光体層の膜厚分布による輝度と鮮鋭度の分布を相殺するような面内分布を形成でき、シンチレータ面内で均一な輝度と鮮鋭度の分布を得ることができる。
【００１２】
また、光反射層の反射率がシンチレータ面内で分布を得るための構成としては、光反射層の膜厚がシンチレータ面内で分布を有すること、或いは光反射層の表面荒さがシンチレータ面内で分布を有することが挙げられる。
【００１３】
【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詳細に説明する。図１は本発明の放射線検出装置の一実施形態を示す断面図である。なお、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が接着層６を介して接合されている図である。図２は図１のシンチレータの光反射層８の反射率分布を示す。
【００１４】
図１において、１はガラス基板等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２の間隙３には光電変換素子２からの電荷の読み出しを制御するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の半導体素子及び配線が配置されている。また、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、これらの光電変換素子２、間隙３の半導体素子、光検出器保護層４によって光検出器５が構成されている。
【００１５】
ここで、光電変換素子２は、それぞれ１００〜２００μｍ角の大きさで２０〜６０μｍ程度の間隙で二次元に配置されている。また、７は放射線を光に変換する蛍光体層、８は光反射層、９は蛍光体層と光反射層の蛍光体支持基板であり、これらの蛍光体層７、光反射層８、蛍光体支持基板９によってシンチレータ１０が構成されている。６は光検出器５とシンチレータ１０を接着するための接着層である。
【００１６】
蛍光体層７を蒸着により形成する場合、前述のように中心部の膜厚が厚く、中心からの距離に比例し周辺は薄くなる分布を示す。そこで、本実施形態の光反射層８は図２に示すように、中心部１１で反射率が小さく、中心部１１から外側に向かって反射率が大きくなるように変化する分布となっている。
【００１７】
即ち、蛍光体層７の蒸着によって生じる膜厚分布に応じて、中心部１１で反射率は最小であり、中心部１１から外側に向けて反射率が大きくなるように変化し、図２の周辺部１２で最大となっている。そのため、従来のような面内中心が最も大きく周辺部が小さい輝度分布を相殺でき、面内分布の小さい輝度を得ることができる。
【００１８】
更に、光反射層８は蛍光体層７の光取り出し側と逆側にあって輝度を向上するために設けられているが、その反射率が大きい場合には光取り出し側に到達する光量のうち反射光の成分が多くなり、発光点からの距離が平均的に長くなるため鮮鋭度は大きく低下し、反射率が小さい場合にはその逆で平均距離が短いために鮮鋭度の低下は小さい。従って、図２に示すように中央部で反射率が小さく周辺部で反射率が大きい光反射層８を設けることにより、蛍光体層７による鮮鋭度の低下の面内分布を相殺することができる。
【００１９】
図３はシンチレータ１０の断面図である。光反射層８に図２に示すような反射率分布を持たせるには、光反射層８の膜厚を中央部で薄くし、中央部から周辺に向けて膜厚が厚くなるようにすることが挙げられる。光反射層の膜厚がこのような面内分布をなす製法としては、光反射層の成膜工程において膜厚分布を生じるように作製する。
【００２０】
例えば、金属製の光反射層は、真空成膜、最も一般的にはスパッタリング法により成膜されるが、その際に成膜すべき金属のターゲットは通常は基板の中央に相対するように配置される。この際、金属ターゲットを蛍光体支持基板９の周辺部に相対するように配置することにより、中央部の膜厚を薄くし、中央部から外側に向けて膜厚を厚くすることができる。
【００２１】
また、光反射層８の反射率に図２の反射率分布を持たせる別の方法としては、光反射層８の面内中央部の面粗度を大きくし、中央部から外側に向けて面粗度を小さくするような分布とする構成が挙げられる。このような構成の製法としては、光反射層８の形成後に面内分布を持つ粗面化処理を行う方法がある。面内分布を持つ粗面化処理としてはサンドブラスト法による方法が安価に作製できるため好ましい。
【００２２】
蒸着により作製する蛍光体の材料としては、沃化セシウム、臭化セシウム等が挙げられる。また、これらの蛍光体の付活剤としては、ナトリウム、タリウムが挙げられる。付活剤の添加量は材料により異なるが、０〜０．５ｍｏｌ％の範囲である。
【００２３】
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に設定されている。蛍光体支持基板９としては、従来用いられているＸ線透過性が高く、耐熱性が高く、剛性の高い性質の材料を使用できる。また、光反射層８としても、従来用いられている耐熱性が高く、蛍光体支持基板９との密着性が高く、光反射性の高い性質の材料を使用できる。
【００２４】
通常、蛍光体の構造にもよるが、光反射層８の反射率がシンチレータの輝度に及ぼす影響は輝度の２０〜６０％程度である。従って、本実施形態の面内分布を持つ光反射層８の反射率は、蛍光体の輝度分布により異なるため規定はできないが、高輝度なシンチレータを得るためには、周辺部はできるだけ１００％に近く、中央部は蛍光体層７の輝度分布により異なるが、３０〜８０％の反射率に設定することが好ましい。
【００２５】
本実施形態の面内分布を持つ光反射層８は、例えば、以下の方法により作製できる。即ち、光反射層８の形成工程において、図４に示すようにスパッター装置の基板ホルダー１９上に蛍光体支持基板９を設置する。また、スパッターターゲット２２にはアルミニウム、金、銀、クロム、ニッケル等の光反射性の金属又はこれらの合金を所定の形状に形成したものが用いられ、例えば、アルミニウムからなるターゲット２２を図４の位置に設置する。その後、真空槽２０を真空にし、基板ホルダー１９を中心を軸として回転させながらスパッタリングすることにより、ターゲット２２からアルミニウムが矢印２１の方向に飛散し、蛍光体支持基板９上に中央部が薄く、中央部から周辺に向かって厚くなるように付着する。
【００２６】
接着剤６としては、公知の透明接着剤を使用できるが、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るので好ましい。
【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、面内分布を持つ光反射層８を形成した蛍光体支持基板９を基板ホルダーに配置し、蒸着を行うことにより本実施形態によるシンチレータ１０を作製できる。このようにして得られたシンチレータ１０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経て、接着層６を用いて光検出器５と貼り合わせることにより、本実施形態の放射線検出装置を作製できる。
【００２８】
また、本実施形態による表面荒さの面内分布が形成された光反射層は、例えば、以下の方法により作製できる。
【００２９】
まず、蛍光体支持基板にスパッター法により光反射層として金属薄膜を形成する。この光反射層付きの蛍光体支持基板をサンドブラスト法により表面を粗面化する。サンドブラストする際に上記基板中央部はサンドブラストでの粒子吹きつけ時間を長く、中央部から周辺に向けて短くすることにより面粗度を変えることができる。
【００３０】
面粗度の大きさＲａは、光反射層の反射率と蛍光体の輝度分布により異なるが、中央部が０．３〜１μｍ、周辺部が０〜０．３μｍとすることにより前述のような反射率分布を形成できるので好ましい。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本願発明者等は図１に示す放射線検出装置を作製し、評価を行った。また、比較例として従来の放射線検出装置を作製し、実施例と比較した。
【００３２】
（実施例１）
実施例１では図１に示す放射線検出装置を以下の方法で作製した。なお、実施例１では、前述のように光反射層８の膜厚を制御することにより、図２で説明したような反射率分布を形成した。
【００３３】
まず、厚さ１．０ｍｍ、大きさ５００ｍｍ角の光検出器用基板１としての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等の半導体素子を含む光電変換素子間隙３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる光検出器保護層４を形成することで光検出器５を作製した。
【００３４】
また、厚さ０．７ｍｍ、大きさ４５０ｍｍ角のアモルファスカーボ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反射率分布を持つアルミニウム薄膜を１５００Å形成し光反射層８とした。反射率分布は光反射層８の膜厚で制御し、基板中央部の膜厚を８０Åとし、中央部から外側に向けて膜厚を厚くし、周辺部で膜厚を３００Åとした。この際の反射率を測定したところ、基板中央部は７５％、周辺部は９３％であった。ここでいう周辺部とは、図２に周辺部１２として示すように光反射層８の最外側付近で反射率が最大値になる付近である。
【００３５】
次に、上記反射層付き蛍光体支持基板９を、蒸着装置の基板ホルダーに配置し、２カ所の蒸着ボートに沃化セシウム（以下、ＣｓＩ）と沃化タリウム（以下、ＴｌＩ）をそれぞれ配置し、厚さ５００μｍとなるように従来と同様の蒸着を行った。蒸着後、シンチレータを全面均一に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。また、アクリル系ホットメルト型接着剤を用い、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。
【００３６】
（実施例２）
実施例２では、図１に示す放射線検出装置を以下の方法で作製した。なお、実施例２では前述のように光反射層８の面粗度を制御することにより図２で説明したような反射率分布を形成した。
【００３７】
まず、厚さ１．０ｍｍ、大きさ３５０ｍｍ角の光検出器用基板１としての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等の半導体素子を含む光電変換素子間隙３を形成し、その上にＳｉＮｘよりなる光検出器保護膜４を形成して光検出器５を作製した。
【００３８】
また、厚さ０．７ｍｍ、大きさ３００ｍｍ角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、光反射層としてスパッター方法によりアルミニウム薄膜を膜厚１５００Åで均一に形成した。
【００３９】
次いで、その光反射層付き蛍光体支持基板９をサンドブラスト法により光反射層表面側を粗面化した。粗面化後にポリイミド樹脂をスピンコート法により厚さ４μｍコーティングした。ポリイミド面上での面粗度はＲａで上記基板の周辺部が０．１μｍ、中心部が０．４μｍとなり、その面の反射率を測定したところ、周辺部の反射率は９０％、中心部の反射率は６５％であった。周辺部とは、前述のように図２に周辺部１２として示すように光反射層８の最外側付近で反射率が最大値になる付近である。
【００４０】
次に、上記反射層付き蛍光体支持基板９を、図４に示す蒸着装置の基板ホルダー１９に設置した。この際、ＣｓＩと沃化タリウムを厚さ５００μｍとなるように従来と同様の蒸着を行った。蒸着後、シンチレータを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。また、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を用い、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】
（比較例１）
次に、比較例１として以下の方法で放射線検出装置を作製した。光検出器５は実施例１と同様に作製した。また、比較例１では、シンチレータとして反射層の反射率分布のない従来の構成で作製した。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。
【００４２】
実施例１、２と比較例１の放射線検出装置の外周部と中心部の感度と鮮鋭度を測定した結果を表１、表２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。また、表１、表２の感度と鮮鋭度の数値は、比較例１の中心部の感度と鮮鋭度をそれぞれ１００とした場合の数値である。なお、鮮鋭度の評価は、２ｌｐ／ｍｍでのＭＴＦの値の比較とした。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

表１、表２から明らかなように、実施例１、２では感度、鮮鋭度共に中心部と周辺部でそれほど差はなく、おおよそ同じ値となり、輝度、鮮鋭度の特性分布を解消していることを確認した。これに対し、比較例１では感度、鮮鋭度共に中心部と周辺部で差が認められ、特性分布があった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光反射層の反射率に面内分布を形成することにより、蛍光体層の特性分布によって生じる輝度と鮮鋭度の分布を相殺することが可能となり、シンチレータ面内において均一な輝度と鮮鋭度の分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線検出装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の実施形態の光反射層の反射率分布を示す図である。
【図３】図１の実施形態のシンチレータを示す断面図である。
【図４】本発明の放射線検出装置の製造に用いる装置を示す図である。
【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
１９　基板ホルダー
２０　真空蒸着装置の真空槽
２１　反射膜金属の飛散方向
２２　ターゲット

Claims (3)

1. 少なくとも、蛍光の反射層及び放射線を光に変換する蛍光体層から成るシンチレータと、前記シンチレータからの光を電気信号に変換する複数の光電変換素子から成る光検出器層を積層してなる放射線検出装置において、前記蛍光反射層の反射率が、中心部で小さく、中心部から周辺に向かって反射率が大きくなるようにシンチレータの面内で分布を有することを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記蛍光反射層の膜厚が前記シンチレータ面内で分布を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記蛍光反射層の表面荒さが前記シンチレータ面内で分布を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。

Images