JP2005147889A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線で撮影された放射線画像を検出する放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector that detects a radiographic image taken with radiation.
新世代の放射線検出器として、放射線を検出する複数の放射線検出素子を2次元的に配置し、それぞれの検出素子にスイッチング素子を接続して選択的に出力信号を得ることのできるアクティブマトリクス方式により、任意の位置の画素の出力を取り出す平面状検出器が注目されている。平面状検出器によれば、対象物のX線吸収量に対応するX線透過像またはX線画像が、デジタル信号として出力される。また、平面状検出器は固体検出器であるため、画質性能の向上や安定性の面でも期待されている。 As a new generation of radiation detectors, an active matrix system that can two-dimensionally arrange a plurality of radiation detection elements for detecting radiation and connect a switching element to each detection element to obtain an output signal selectively A planar detector that takes out the output of a pixel at an arbitrary position has attracted attention. According to the planar detector, an X-ray transmission image or an X-ray image corresponding to the X-ray absorption amount of the object is output as a digital signal. In addition, since the flat detector is a solid detector, it is expected to improve image quality performance and stability.
平面状検出器は、比較的大きな線量で静止画像を収集する一般撮影用や胸部撮影用のものがすでに開発され、商品化もされている。 Planar detectors for general radiography and chest radiography that collect still images with relatively large doses have already been developed and commercialized.
近い将来、より一層の高性能化で、たとえば透視線量のもとで毎秒30画面以上のリアルタイムのX線動画の検出が実現し、循環器や消化器などの分野に応用した製品の商品化も予想されている。このようなX線動画の検出には、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などの開発が求められている。 In the near future, with higher performance, for example, real-time X-ray movie detection of 30 screens or more per second under fluoroscopic dose will be realized, and commercialization of products applied to fields such as circulatory organs and digestive organs. Expected. For detection of such an X-ray moving image, development of improvement of S / N, real-time processing technology of minute signals, and the like is required.
平面状検出器は、大きく分けると直接方式および間接方式の2つがある。 There are two types of planar detectors: a direct method and an indirect method.
直接方式は、a−Se等のX線光導電材料を用いてX線を信号電荷に直接変換し、得られた信号電荷を、電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。 The direct method is a method in which an X-ray is directly converted into a signal charge using an X-ray photoconductive material such as a-Se, and the obtained signal charge is stored in a charge storage capacitor.
直接方式において、検出面に2次元に配列された画素毎に、画素部、電荷蓄積部、TFT(読み出しスイッチ)およびツェナダイオードを設け、ツェナダイオードによりTFTの入力側に入力される電圧が、TFTを破壊する電圧未満の所定の電圧になった時点で電荷蓄積部に電荷を出力することにより、TFTの破壊を防止する検出器が既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the direct method, a pixel unit, a charge storage unit, a TFT (readout switch), and a Zener diode are provided for each pixel two-dimensionally arranged on the detection surface, and the voltage input to the TFT input side by the Zener diode is There has already been proposed a detector that prevents the breakdown of the TFT by outputting a charge to the charge storage portion when the voltage reaches a predetermined voltage lower than the voltage that destroys (see, for example, Patent Document 1).
これに対し、間接方式は、シンチレータ材料を用いてX線を可視光に変換し、変換した可視光をa−SiフォトダイオードやCCDで信号電荷に変換し、その信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。 On the other hand, the indirect method converts X-rays into visible light using a scintillator material, converts the converted visible light into signal charges with an a-Si photodiode or CCD, and converts the signal charges into a charge storage capacitor. This is an accumulation method.
なお、間接方式においては、複数のスイッチング素子をマトリクス状に設け、個々のスイッチング素子に画素電極を接続し、各画素電極と接続される各一列のスイッチング素子に駆動信号を送る走査線と各一行のスイッチング素子と接続される信号線とを配置し、各画素電極上に無機半導体粒子を含む感光材料と有機半導体を含むキャリア輸送材料からなるX線電荷変換膜を設けた検出器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In the indirect system, a plurality of switching elements are provided in a matrix, pixel electrodes are connected to the individual switching elements, and a scanning line and a row are connected to each row of switching elements connected to the pixel electrodes. Proposed is a detector in which a signal line connected to a switching element is disposed and an X-ray charge conversion film made of a photosensitive material containing inorganic semiconductor particles and a carrier transport material containing an organic semiconductor is provided on each pixel electrode. (For example, refer to Patent Document 2).
また、特許文献2に関連するものとして、X線電荷変換膜を、蛍光体と感光体とキャリア輸送材料により構成した例も提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, as an example related to Patent Document 2, an example in which an X-ray charge conversion film is formed of a phosphor, a photoreceptor, and a carrier transport material has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
なお、シンチレータにより変換された光を分散することなく光電変換素子に導光する光ファイバープレートを有する放射線検出器がある(例えば、特許文献4参照)。
間接方式のX線検出器においては、入射X線が蛍光変換層で変換された可視光がフォトダイオード等の光電変換素子に到達するまでの光学的な吸収と散乱との影響により出力光量が低下することが知られている。なお、入射X線を可視光に変換する効率を高める目的で、蛍光変換層の厚さをを厚くした場合、実際には、可視光が光電変換素子に到達するまでの蛍光の吸収の影響により、可視光の量が必ずしも増大しない問題がある。 In an indirect X-ray detector, the amount of output light is reduced due to the effects of optical absorption and scattering until the visible light converted from incident X-rays in the fluorescence conversion layer reaches a photoelectric conversion element such as a photodiode. It is known to do. Note that when the thickness of the fluorescence conversion layer is increased for the purpose of increasing the efficiency of converting incident X-rays into visible light, in actuality, due to the influence of fluorescence absorption until visible light reaches the photoelectric conversion element. There is a problem that the amount of visible light does not always increase.
例えば、蛍光体として、GdO2S:TbまたはCaWO4等の材料から作成された蛍光体粉末粒子を用い、透明樹脂からなる充填材を用いて膜状に形成した蛍光変換膜を用いる場合、単純に蛍光変換膜の厚さを増加させ、単位面積あたりの蛍光体粒子粉末の量を増やすと、蛍光体自身における蛍光の吸収が増加する。 For example, when using a fluorescent powder film made of a material such as GdO 2 S: Tb or CaWO 4 as a phosphor and using a fluorescent conversion film formed in a film shape using a filler made of a transparent resin, When the thickness of the fluorescent conversion film is increased and the amount of the phosphor particle powder per unit area is increased, the absorption of fluorescence in the phosphor itself increases.
このことから、ある一定以上の膜厚を持つ蛍光変換膜においては、必ずしも、膜厚の増加に対応して蛍光出力が増加するとは限らない問題がある。 For this reason, a fluorescence conversion film having a certain thickness or more has a problem that the fluorescence output does not necessarily increase in accordance with the increase in the film thickness.
なお、解像度を高めるために、蛍光変換膜を、光電変換素子を単位として区分し、その際に形成される空隙中に、粉末粒子から構成される光反射層を形成することが提案されているが、その光反射層により吸収の影響も無視できない大きさである。 In order to increase the resolution, it has been proposed to divide the fluorescence conversion film in units of photoelectric conversion elements, and to form a light reflection layer composed of powder particles in the voids formed at that time. However, the light reflecting layer has such a size that the influence of absorption cannot be ignored.
このため、画像診断のために人体に照射されるX線量すなわち人体への被爆量は、少なくない問題がある。 For this reason, the X-ray dose irradiated to the human body for image diagnosis, that is, the amount of exposure to the human body, is not small.
この発明の目的は、間接方式の放射線検出器において、放射線画像の検出能力を増大させ、画像診断時における人体への被爆量を低減させることにある。 An object of the present invention is to increase the radiation image detection capability in an indirect radiation detector and reduce the amount of exposure to the human body during image diagnosis.
本発明は、上述した問題点に基づきなされたもので、複数の光電変換素子が、制御電極および選択電極と直交する方向に配線された読み出し電極と電気的に接続されて平面状に配置されており、それぞれの光電変換素子を覆うように、入射放射線を光に変換する蛍光変換膜が積層されていることを特徴とする放射線検出器において、上記蛍光変換膜は、X線を蛍光に変換する蛍光粒子と、それら蛍光粒子により生起される蛍光に対して透明であって、蛍光粒子相互間の空隙に介在される充填物質と、からなり、上記蛍光粒子の表面に、上記蛍光粒子の屈折率と上記充填物質の屈折率との間の値の屈折率を持つ反射防止膜が被覆されていることを特徴とする。 The present invention has been made on the basis of the above-described problems, and a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plane in electrical connection with readout electrodes wired in a direction orthogonal to the control electrode and the selection electrode. In the radiation detector, a fluorescence conversion film for converting incident radiation into light is laminated so as to cover each photoelectric conversion element. The fluorescence conversion film converts X-rays into fluorescence. The fluorescent particles are transparent to the fluorescence generated by the fluorescent particles, and are filled with a filling material interposed in the space between the fluorescent particles. The refractive index of the fluorescent particles is formed on the surface of the fluorescent particles. And an antireflection film having a refractive index between the refractive index of the filler and the filler.
また本発明は、複数の光電変換素子が、制御電極および選択電極と直交する方向に配線された読み出し電極と電気的に接続されて平面状に配置されており、それぞれの光電変換素子を覆うように、入射放射線を光に変換する蛍光変換膜が積層されていることを特徴とする放射線検出器において、上記蛍光変換膜は、X線を蛍光に変換する蛍光粒子と、それら蛍光粒子により生起される蛍光に対して透明であって、蛍光粒子相互間の空隙に介在される充填物質と、上記蛍光粒子と上記充填物質との界面で上記蛍光粒子により生起される蛍光が内部反射する光量よりも上記蛍光粒子の外側に出射される光量が多くなるよう設定された屈折率の材質と、を含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plane so as to be electrically connected to readout electrodes wired in a direction orthogonal to the control electrode and the selection electrode so as to cover the respective photoelectric conversion elements. In addition, in the radiation detector characterized in that a fluorescence conversion film for converting incident radiation into light is laminated, the fluorescence conversion film is generated by fluorescent particles that convert X-rays into fluorescence, and these fluorescent particles. Than the amount of light that is internally reflected by the fluorescent material generated by the fluorescent particles at the interface between the fluorescent material and the filler, And a material having a refractive index set so as to increase the amount of light emitted to the outside of the fluorescent particles.
さらに本発明は、画素単位の光電変換素子がマトリクス状に配置された複数の画素を有し、個々の画素に入射した可視光を光電変換して上記可視光の強度に対応する信号電荷を生成する光電変換部と、所定の屈折率で入射した放射線を変換して得られる可視光の波長に対して所定の倍率で定義される厚さが与えられた反射防止材層を表面に有し、入射する放射線を所定波長の可視光に変換する蛍光体粒子と、この蛍光体粒子の屈折率および上記反射防止材層の屈折率よりも低い屈折率の材質からなる充填材と、上記蛍光体粒子および上記充填材の混合体を、前記光電変換部の個々の画素を単位として区画する反射材層と、を有する蛍光変換膜と、を有することを特徴とする。 Furthermore, the present invention has a plurality of pixels in which photoelectric conversion elements in pixel units are arranged in a matrix, and generates a signal charge corresponding to the intensity of the visible light by photoelectrically converting visible light incident on each pixel. And a photoelectric conversion part having an antireflection material layer having a thickness defined by a predetermined magnification with respect to the wavelength of visible light obtained by converting radiation incident at a predetermined refractive index on the surface, Phosphor particles that convert incident radiation into visible light having a predetermined wavelength, a filler made of a material having a refractive index lower than the refractive index of the phosphor particles and the refractive index of the antireflection material layer, and the phosphor particles And a fluorescent conversion film having a reflective material layer that partitions the mixture of the fillers in units of individual pixels of the photoelectric conversion unit.
以上詳述したように本発明によれば、放射線検出器の蛍光変換膜に用いられる蛍光体粒子の表面の反射防止膜により、蛍光体粒子により生起された蛍光が蛍光体粒子表面において反射されて吸収されることが抑止される。 As described above in detail, according to the present invention, the fluorescence generated by the phosphor particles is reflected on the surface of the phosphor particles by the antireflection film on the surface of the phosphor particles used in the fluorescence conversion film of the radiation detector. Absorption is deterred.
これにより、画像診断時に人体へ照射される放射線量すなわち人体への被爆量が低減される。 Thereby, the radiation dose irradiated to the human body at the time of image diagnosis, that is, the exposure dose to the human body is reduced.
また、放射線発生装置の負担が軽減される。 In addition, the burden on the radiation generator is reduced.
以下、図面を参照してこの発明の実施形態の一例を詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
なお、本発明においてはX線,γ線,その他各種放射線の場合に適用可能であるが、以下の一実施の形態においては、放射線の中の代表的なX線の場合を例にとり説明する。したがって、実施の形態の「X線」を「放射線」に置き換えることにより、本発明が対象とする他の放射線にも適用可能である。 In the present invention, the present invention can be applied to X-rays, γ-rays, and other various radiations. However, in the following embodiment, a case of representative X-rays in radiation will be described as an example. Therefore, by replacing “X-ray” in the embodiment with “radiation”, the present invention can be applied to other radiation targeted by the present invention.
図1(a)に示すように、X線を検出してX線の強度に対応する電気信号を出力する放射線平面検出器101は、複数の画素(光電変換素子)がm行×n列のマトリクス状に配列されたマトリクス光電変換基板(以下、回路基板部と略称する)10と、回路基板部10上に所定の厚さに堆積された蛍光変換膜(放射線−蛍光変換層)1と、を有する。
As shown in FIG. 1A, a radiation
回路基板部10は、例えばガラスで形成された絶縁性の保持基板(絶縁基板)11、図1(b)に示されるように、保持基板11上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)12、蓄積キャパシタ13ならびに図2を用いて以下に説明するフォトダイオード(画素電極)19等を有する。
The
TFT12は、図2により一画素を拡大した状態で説明すると、絶縁基板11上に形成されたゲート電極Gおよびゲート電極Gを覆う絶縁膜14、絶縁膜14上に形成された半絶縁膜15、および半絶縁膜15上に設けられたソース電極Sとドレイン電極D等を含む。なお、TFT12は、液晶表示パネル等の製造工程に類似した工程により形成可能であるから、詳細な説明を省略する。
The TFT 12 will be described in a state where one pixel is enlarged with reference to FIG. 2. The gate electrode G formed on the
蓄積キャパシタ13は、絶縁基板11上に形成された下部電極16、ゲート電極G上から下部電極16上まで延長された絶縁膜14、絶縁膜14上に設けられた上部電極17等を含む。
The
上部電極17は、ドレイン電極Dと電気的に接続されている。上部電極17、ドレイン電極Dおよびソース電極Sは、絶縁膜18により覆われている。 The upper electrode 17 is electrically connected to the drain electrode D. The upper electrode 17, the drain electrode D, and the source electrode S are covered with an insulating film 18.
絶縁膜18上には、a−SiのpnダイオードやPINダイオードであるフォトダイオード(画素電極)19が形成されている。 A photodiode (pixel electrode) 19 which is an a-Si pn diode or PIN diode is formed on the insulating film 18.
フォトダイオード19は、スルーホール20によりTFT12のドレイン電極Dと電気的に接続されている。
The
フォトダイオード19の上方には、入射されたX線(放射線)を、フォトダイオード19により光電変換される際に高い効率を示す波長の光(可視光あるいは近赤外光、希に紫外線)に変換するための、図1に概略的に示した蛍光変換膜1が設けられている。
Above the
光電変換層1は、所定の直径あるいは体積が与えられた蛍光体粒子21、蛍光体粒子21の周囲に充填された充填材(樹脂)22およびフォトダイオードすなわち画素電極19により区画される検出画素を独立して区分可能な反射材層23を含む。なお、反射材層23は、蛍光体粒子21により生起される光(可視光、特に蛍光)に対して光学的に透明な物質からなり、蛍光体粒子21よりも小さな粒径が与えられた粒子が充填されて、形成される。また、反射材層23に用いられる粒子の屈折率は、蛍光体粒子21の屈折率よりも高い(大きい)ことが好ましい。
The photoelectric conversion layer 1 includes detection particles defined by
蛍光体粒子21は、例えば主要な成分として重金属酸化物を含み、この例ではGd2O2S:Tb(テルビウムにより付活された硫酸化ガドリニウム)あるいはYa2O2S:Tb(テルビウムにより付活された硫酸化イットリウム)等を粉末とした粒子を用いている。なお、蛍光体粒子21の周囲に設けられる充填材の材質としては、蛍光体粒子21の屈折率nFと比較して屈折率nPが大きく異なる材料が用いられる。一例を示すと、蛍光体粒子21の屈折率nFは、nF≒2.2で、充填材(樹脂)22の屈折率nPは、nP≒1.5である。
The
また、蛍光体粒子21の外周は、蛍光体粒子21と充填材22との界面の屈折率の差に起因して蛍光体粒子21内で蛍光Fの内部反射が生じることを低減することのできる反射防止膜24により覆われている。なお、反射防止膜24の厚さは、以下に説明するように、蛍光体粒子21で生起される蛍光Fの波長の1/4およびその奇数倍に設定される。
Moreover, the outer periphery of the
図2に示した回路基板部10においては、回路基板部10と反対の側から蛍光変換膜1に入射されたX線Eは、蛍光変換膜1の蛍光粒子14によって蛍光Fに変換され、フォトダイオード19に案内される。
In the
フォトダイオード19に案内された蛍光Fは、蛍光Fの光強度に対応した強さの電気信号に変換される。なお、反射材層23により、個々のフォトダイオード19に案内される蛍光がフォトダイオード19を画素単位として区分されることから、隣の画素との干渉および光もれ(クロストーク)が低減される。
The fluorescence F guided to the
図3は、回路基板部10の等価回路を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an equivalent circuit of the
TFT12と蓄積キャパシタ13とフォトダイオード19は、それぞれ、回路基板部10に格子状に配列された制御電極31と読み出し電極32とが交差する位置に配置されている。なお、制御電極31は、TFT12のゲート電極Gに、読み出し電極32は、TFT12のドレイン電極D(および画素電極(フォトダイオード)19に、それぞれ、接続されている。
The
従って、各画素のフォトダイオード19により発生された電荷は、それぞれに接続されているゲート電極Gがオン状態になるまで、それぞれに接続されているキャパシタ13に保持される。その状態で、任意の制御電極31が1ラインだけオン状態になると、その制御電極31に接続された1ラインのTFT12がオン状態となり、個々のキャパシタ13に蓄積されている電荷が読み出し電極32に流れる。これにより、特定の1ラインに対応する画像情報が出力される。以下、制御電極31を所定の順にオン状態とすることにより、m行×n列の画像情報が得られる。
Therefore, the electric charges generated by the
このように、回路基板部10を、マトリクス状に配置した制御電極31と読み出し電極32と、それぞれが交差する位置に設けたスイッチング素子(TFT)12により構成にすることで、X線検出器101に入射した入射X線の画像情報は、蛍光変換膜1により可視光の画像情報に変換された可視光の強度(光量)に対応した大きさの電気信号(信号電荷)が、フォトダイオード19により発生される。フォトダイオード19により生起された信号電荷は、読み出し電極32を通じて外部に出力される。従って、フォトダイオード19を検出画素とした平面状の画像出力が容易に得られる。
Thus, the
図4は、図2に示した蛍光変換膜1の蛍光体粒子21に、所定厚さの反射防止膜24を形成する工程を説明する概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a process of forming the
図4(a)に示されるように、真空チャンバ201内に、蛍光体粒子21が所定量セットされたトレイ202をセットし、チャンバ201内を所定の真空度までするする。なお、トレイ202は、予め設けられている周知の振動生成機構すなわち撹拌装置203により、セットされた蛍光体粒子21の表面の全域に反射防止膜24が概ね均一の厚さに形成されるよう、所定の振動数または回転数で振動可能である。
As shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、スパッタ源205として、例えばLa2O3をチャンバ201内の所定の位置にセットし、電源装置204から所定の周波数の放電用電圧をスパッタ源205に印加することで、トレイ202にセットされた蛍光体粒子21に、反射防止膜となるLa2O3がスパッタされる。
Next, as shown in FIG. 4B, for example, La 2 O 3 is set as a
以下、撹拌装置203によりトレイ202を振動させながら所定時間スパッタすることで、表面に所定の厚さの反射防止膜24が形成された蛍光体粒子21が形成される。
Thereafter, the
図5は、図1ないし図3を用いて前に説明した蛍光変換膜1内における蛍光体21に入射したX線の挙動を説明する概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the behavior of X-rays incident on the
例えば、屈折率nRがnR≒1.95であるLa2O3を、例えばスパッタ蒸着法等により、蛍光体粒子21の表面に厚さ70nmの反射防止膜24を形成した場合、蛍光体粒子21内における蛍光Fの内部反射を、図6を用いて後段に説明する反射防止膜のない蛍光体粒子における内部反射に比較して、実質的に「0」に抑制できる(図5および図6において、矢印は、蛍光Fの光跡(伝搬)を擬似的に示すものとし、矢印の数が蛍光Fの強度に対応されるとする)。
For example, when the
図5から明らかなように、所定厚さの反射防止膜24が外周(表面)に設けられた蛍光体粒子21に入射X線Eが入射して生じた蛍光Fは、蛍光体粒子21の表面またはその近傍における屈折により蛍光体粒子21の外部に出射される。このとき、蛍光体粒子21内において生じる内部反射の程度(発生度合い)は、図6により以下に説明する反射防止膜のない蛍光体粒子において生じる内部反射に比較して、ほとんど無視できる程度に低減される。
As apparent from FIG. 5, the fluorescence F generated when the incident X-rays E are incident on the
すなわち、蛍光体粒子21に入射する入射X線を直交する2平面の偏光が合成された光と仮定し、蛍光体粒子21の屈折率をN2、蛍光体粒子21の周囲の充填材22の屈折率をN1として、周知の反射率の法則を適用すれば、法線を含む入射面に平行な成分を「p」成分、入射面に直交する成分を「s」成分、「i」を法線に対する光線の入射角、「i´」を法線に対する光線の出射角、とするとき、それぞれの反射率RpおよびRsは、
Rp=(N2cosi−N1cosi´)/(N2cosi+N1cosi´),
Rs=(N1cosi−N2cosi´)/(N1cosi+N2cosi´)
により示される。
That is, assuming that the incident X-rays incident on the
Rp = (N 2 cosi-N 1 cosi') / (N 2 cosi + N 1 cosi'),
Rs = (N 1 cosi-N 2 cosi') / (N 1 cosi + N 2 cosi')
Indicated by.
従って、蛍光体粒子21内における総反射量Rは、
R=Rp・Rs={(N1−N2)/(N1+N2)}2
として求められる。
Therefore, the total reflection amount R in the
R = Rp · Rs = {(N 1 −N 2 ) / (N 1 + N 2 )} 2
As required.
このことから、蛍光体粒子21の屈折率nFと充填材22の屈折率nPとの差が大きいほど、蛍光体粒子21と充填材22との界面すなわち蛍光体粒子21の表面において生起される反射の度合いが低減されることになる。
Therefore, the larger the difference between the refractive index n F of the
従って、例えば蛍光体粒子21としてGd2O2S:Tbを用いる場合、反射防止膜24に、容易に入手可能なガラス(屈折率nRがnR≒1.5〜1.8)を用いることもできる。この場合、蛍光体粒子21の表面へのコーティングは、厚さの精度が低下するものの、容易である。但し、ガラスの材質により、充填材(樹脂)の屈折率との差が僅かになる場合も予想されることから、反射防止膜24を形成する場合には、充填材の屈折率nP、反射防止膜の屈折率nRおよび蛍光体粒子の屈折率nFの間に、
nP < nR < nF
が成り立つ屈折率を有する材質により形成されることが好ましい。
Therefore, for example, when Gd 2 O 2 S: Tb is used as the
n P <n R <n F
It is preferable to be formed of a material having a refractive index satisfying
また、反射防止膜24に利用可能な材質としては、例えばSnO2,PbF2,MgO,In2O3,Nd2O3,HfO2,あるいはSb2O3を主成分とする材質であることが好ましい。
The material that can be used for the
なお、これらから、屈折率nFの蛍光体粒子21の表面に屈折率nRの材質を厚さd1だけ設けて反射防止膜24とする場合には、λを蛍光Fの波長とするとき、周知の位相条件および振幅条件から、
NR=d1(1/4)λ,
NR=√nF
とすることで、蛍光体粒子21内における内部反射を、内部反射がない場合に比較して、大幅に低減可能であることが説明される。
Note that these from, in the case of the phosphor refractive index n
N R = d 1 (1/4) λ,
N R = √n F
Thus, it is explained that the internal reflection in the
従って、反射防止膜24の厚さd1としては、蛍光Fの波長λの1/4またはその奇数倍が好適である。
Accordingly, the thickness d 1 of the
また、反射防止膜24としては、蛍光体粒子21により生成される蛍光Fのスペクトルのうち最も強度の大きなスペクトルの波長の1/2の厚さに形成される第1の屈折率の反射防止膜(通常は高屈折率)と同スペクトルのうちの2番目に強度の大きなスペクトルの波長の1/4の厚さに形成される第2の屈折率の反射防止膜(通常は低屈折率)との多層膜、もしくは周知の多層コート(多層反射防止膜)等も利用可能であることはいうまでもない。
Further, as the
なお、蛍光体粒子21の表面に反射防止膜24を形成する例に代えて、充填材22に用いられる樹脂と反射防止膜24に用いられる材料をそれぞれ蛍光体粒子22の平均粒径よりも小さな平均粒径の粉体とし、それぞれの粒子を所定の比率で混合した反射防止充填材25を、蛍光体粒子21の周囲に充填してもよい。
Instead of the example of forming the
図6は、図5を用いて上に説明したこの発明の反射防止膜を設けた蛍光体粒子に入射したX線およびその入射X線から生起された蛍光の挙動と比較するため、周知の(反射防止膜のない)蛍光体粒子に入射したX線およびその入射X線から生起された蛍光の挙動を説明する概略図である。 FIG. 6 is well known in order to compare the X-rays incident on the phosphor particles provided with the antireflection film of the present invention described above with reference to FIG. 5 and the behavior of the fluorescence generated from the incident X-rays. It is the schematic explaining the behavior of the fluorescence produced | generated from the X-ray which injected into the fluorescent substance particle (without an antireflection film) and the incident X-ray.
図6に示されるように、蛍光体粒子1021に入射した入射X線Eは、蛍光Fに変換されるが、蛍光体粒子1021と周囲に充填された樹脂1022の屈折率の差に依存して、蛍光体粒子1021の表面(蛍光体粒子1021と樹脂(充填材)1022との界面)において反射や拡散が繰り返され、あるいは画素を区分する反射材層23により再び蛍光体粒子1021内に入射される。
As shown in FIG. 6, incident X-rays E incident on the
従って、入射X線Eが蛍光Fとして外部すなわちフォトダイオード19に到達するまでに、複数の樹脂(充填材)1022や複数の蛍光体粒子1021内部を通過する。なお、蛍光体粒子1021の表面で自身の内側(蛍光体粒子1021内)に反射される内部反射の影響も無視することはできない。
Accordingly, the incident X-ray E passes through the plurality of resins (fillers) 1022 and the plurality of
例えば、図6において、矢印は、蛍光Fの光跡(伝搬)を擬似的に示すものとし、矢印の数が蛍光Fの強度に対応されるとすると、図5を用いて前に説明した反射防止膜24が設けられたこの発明の蛍光体粒子21では、内部反射は、実質的に「0」であるが、図6から明らかなように反射防止膜がない場合には、殆どの場合、蛍光体粒子1021内で、2回以上内部反射することが認められる。
For example, in FIG. 6, an arrow indicates a light trace (propagation) of the fluorescence F, and if the number of arrows corresponds to the intensity of the fluorescence F, the reflection described above with reference to FIG. In the
このため、入射X線Eがフォトダイオード19に到達するまでの間に蛍光変換膜1内を伝搬される距離は、蛍光変換膜1の厚さに比較して、数倍ないし十数倍にも達する。
For this reason, the distance by which the incident X-ray E is propagated in the fluorescence conversion film 1 before reaching the
このことは、蛍光変換膜1で発生した蛍光Fが、フォトダイオード19に到達するまでに、その間における上述の蛍光の吸収により減衰されることを示している。
This indicates that the fluorescence F generated in the fluorescence conversion film 1 is attenuated by the above-described absorption of fluorescence before reaching the
すなわち、入射X線を蛍光に変換する変換効率を高める目的で蛍光変換膜1の厚さを増大させたとしても、フォトダイオード19まで伝搬される蛍光Fの総量は、蛍光変換膜の厚さを増加させた量に対応して増大されることはない。逆に、蛍光体粒子1021による吸収の影響により、結果的に、出力される信号電荷が少なくなくことも報告されている。
That is, even if the thickness of the fluorescence conversion film 1 is increased in order to increase the conversion efficiency for converting incident X-rays into fluorescence, the total amount of fluorescence F propagated to the
以上説明したように、蛍光体粒子21の外周(表面)を蛍光体粒子21の屈折率nFよりも屈折率が低く、充填材22の屈折率nPよりも屈折率の高い材質により形成された反射防止膜24で覆うことにより、蛍光体粒子21や充填材22内部で発生する蛍光の吸収が抑えられ、外部に取り出すことができる蛍光Fの量が増大される。
As described above, the outer periphery of the phosphor particles 21 (surface) has a refractive index lower than the refractive index n F of the
この結果、画像診断に際して人体に照射されるX線量すなわち人体への被爆量が低減される。 As a result, the X-ray dose irradiated to the human body during image diagnosis, that is, the amount of exposure to the human body is reduced.
なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention when it is implemented. Moreover, each embodiment may be implemented in combination as appropriate as possible, and in that case, the effect of the combination can be obtained.
また、上述した実施の形態においては縦横の複数の画素が配列されたX線検出器について説明したが、縦横の画素の比率が異なる(例えば、一方の画素が1個の場合等)一見すると線状に構成されたX線検出器にも適用可能である。この場合、スイッチング素子はTFTを使用しなくとも実施可能である。 In the above-described embodiment, the X-ray detector in which a plurality of vertical and horizontal pixels are arranged has been described. However, the ratio of the vertical and horizontal pixels is different (for example, when one pixel is one). The present invention is also applicable to an X-ray detector configured in a shape. In this case, the switching element can be implemented without using a TFT.
10…回路基板、12…TFT(薄膜トランジスタ)、13…蓄積キャパシタ、19…フォトダイオード(画素電極)、16…回路層、17…保持基板、18…蛍光変換膜、19…TFT回路基板、21…蛍光体粒子、22…充填材(樹脂)、23…反射材層、24…反射防止膜、31…制御電極、32…読み出し電極、101…放射線検出器、E…入射X線、F…蛍光。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
上記蛍光変換膜は、X線を蛍光に変換する蛍光粒子と、それら蛍光粒子により生起される蛍光に対して透明であって、蛍光粒子相互間の空隙に介在される充填物質と、からなり、上記蛍光粒子の表面に、上記蛍光粒子の屈折率と上記充填物質の屈折率との間の値の屈折率を持つ反射防止膜が被覆されていることを特徴とする放射線検出器。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plane in electrical connection with readout electrodes wired in a direction orthogonal to the control electrode and the selection electrode, and incident radiation is applied so as to cover each photoelectric conversion element. In the radiation detector, wherein a fluorescent conversion film that converts light is laminated,
The fluorescence conversion film includes fluorescent particles that convert X-rays into fluorescence, and a filling material that is transparent to the fluorescence generated by the fluorescent particles and is interposed in the gap between the fluorescent particles, A radiation detector, wherein the surface of the fluorescent particle is coated with an antireflection film having a refractive index between the refractive index of the fluorescent particle and the refractive index of the filler.
上記蛍光変換膜は、X線を蛍光に変換する蛍光粒子と、それら蛍光粒子により生起される蛍光に対して透明であって、蛍光粒子相互間の空隙に介在される充填物質と、上記蛍光粒子と上記充填物質との界面で上記蛍光粒子により生起される蛍光が内部反射する光量よりも上記蛍光粒子の外側に出射される光量が多くなるよう設定された屈折率の材質と、を含むことを特徴とする放射線検出器。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plane in electrical connection with readout electrodes wired in a direction orthogonal to the control electrode and the selection electrode, and incident radiation is applied so as to cover each photoelectric conversion element. In the radiation detector, wherein a fluorescent conversion film that converts light is laminated,
The fluorescent conversion film includes fluorescent particles that convert X-rays into fluorescent light, a filling material that is transparent to the fluorescence generated by the fluorescent particles and is interposed in a space between the fluorescent particles, and the fluorescent particles And a material having a refractive index that is set such that the amount of light emitted outside the fluorescent particles is larger than the amount of light internally reflected by the fluorescent particles at the interface with the filler. Characteristic radiation detector.
所定の屈折率で入射した放射線を変換して得られる可視光の波長に対して所定の倍率で定義される厚さが与えられた反射防止材層を表面に有し、入射する放射線を所定波長の可視光に変換する蛍光体粒子と、この蛍光体粒子の屈折率および上記反射防止材層の屈折率よりも低い屈折率の材質からなる充填材と、上記蛍光体粒子および上記充填材の混合体を、前記光電変換部の個々の画素を単位として区画する反射材層と、を有する蛍光変換膜と、
を有することを特徴とする放射線検出器。 A photoelectric conversion unit that has a plurality of pixels in which photoelectric conversion elements in pixel units are arranged in a matrix, and photoelectrically converts visible light incident on each pixel to generate a signal charge corresponding to the intensity of the visible light; ,
The surface has an anti-reflective material layer with a thickness defined by a predetermined magnification with respect to the wavelength of visible light obtained by converting the incident radiation with a predetermined refractive index, and the incident radiation has a predetermined wavelength. The phosphor particles that convert to visible light, a filler made of a material having a refractive index lower than the refractive index of the phosphor particles and the refractive index of the antireflection material layer, and a mixture of the phosphor particles and the filler A fluorescent conversion film having a reflector layer that divides the body in units of individual pixels of the photoelectric conversion unit;
A radiation detector comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010121997A (en) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Fujifilm Corp | Radiation image detector |
JP2012230968A (en) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Hitachi Chem Co Ltd | Sealing material sheet and solar battery module |
JP2015195397A (en) * | 2015-07-13 | 2015-11-05 | 日立化成株式会社 | Solar battery module |
JPWO2018055903A1 (en) * | 2016-09-20 | 2019-07-18 | ソニー株式会社 | Light source device and projection type display device |
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- 2003-11-17 JP JP2003386854A patent/JP2005147889A/en not_active Withdrawn
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