JP2007279051A - シンチレータパネル及び放射線イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】反射膜としての金属薄膜の安定性を向上させたシンチレータパネルとこのシンチレータパネルを用いた放射線イメージセンサを提供する。
【解決手段】放射線透過性の基板１０の一方の表面上に、所定波長の光を反射する金属薄膜１２が配置され、基板１０および金属薄膜１２は、これらを包み込むように設けられた保護膜１４ｂによって封止されている。この保護膜１４ｂ上には放射線を金属薄膜１２で反射し得る波長を含む光に変換するシンチレータ１６が堆積されており、保護膜１４およびシンチレータ１６は、これらを包み込むように設けられた耐湿保護膜１８によって封止されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、医療用のＸ線撮影等に用いられるシンチレータパネル及び放射線イメージセンサに関するものである。

従来、医療、工業用のＸ線撮影では、Ｘ線感光フィルムが用いられてきたが、利便性や撮影結果の保存性の面から放射線検出器を用いた放射線イメージングシステムが普及してきている。このような放射線イメージングシステムにおいては、放射線検出器により２次元の放射線による画素データを電気信号として取得し、この信号を処理装置により処理してモニタ上に表示している。

代表的な放射線検出器としては、アルミニウム、ガラス、溶融石英等の基板上にシンチレータを形成してシンチレータパネルを形成し、これと撮像素子とを貼り合わせた構造を有する放射線検出器が存在する。この放射線検出器においては、基板側から入射する放射線をシンチレータで光に変換して撮像素子で検出している（特公平７−２１５６０号公報参照）。

ところで放射線検出器において鮮明な画像を得るためには、シンチレータパネルの光出力を十分に大きくすることが必用になるが、上述の放射線検出器においては光出力が十分でなかった。そこで、本願発明者らは、特開２０００−３５６６７９号公報に開示されているように基板上に設けた反射性の金属薄膜をさらに保護膜で覆うことでシンチレータに僅かながら含まれる水分に基づく変質等を防止してこの金属薄膜の反射膜としての機能の減退を防止する技術を開発した。

本発明は、この技術をさらに改良したものであり、反射膜としての金属薄膜の安定性をより向上させたシンチレータパネルとこのシンチレータパネルを用いた放射線イメージセンサを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明に係るシンチレータパネルは、放射線透過性の基板と、この基板上に設けられた放射線透過性で所定波長の光を反射する金属薄膜と、この金属薄膜上に設けられた保護膜と、この保護膜上に堆積され、放射線を金属薄膜で反射し得る波長を含む光に変換する多数の柱状結晶からなるシンチレータと、基板とともにシンチレータを覆う耐湿保護膜と、を備え、保護膜は、金属薄膜とシンチレータとの接触を防止しているシンチレータパネルにおいて、基板および金属薄膜は、これらを包み込むように設けられた保護膜によって封止され、当該保護膜およびシンチレータは、これらを包み込むように設けられた耐湿保護膜によって更に封止されていることを特徴とする。

本発明のシンチレータパネルにおいては、基板と金属薄膜との間に基板および金属薄膜に密着している中間膜が配置されていることが好ましい。

基板と金属薄膜との組み合わせによっては、金属薄膜の基板への密着性が良好でなく、その後の製作工程や使用時に薄膜の基板からの剥がれが発生する場合がありうる。金属薄膜と基板との間に両者に密着する中間膜を配置することで、金属薄膜の剥がれが防止され、反射膜の安定性が高められる。

この基板は、ガラス製基板、アルミ製基板あるいは炭素を主成分とする基板のいずれかであることが好ましい。特に、炭素を主成分とする基板、例えば、アモルファスカーボンやグラファイト系の基板の場合は基板への金属薄膜の密着性が悪いが、本発明によれば、中間膜が介在することによりその密着性が向上する。

基板がアルミやアモルファスカーボンのような導電性基板の場合には、この中間膜は、基板と金属薄膜との接触を防止していることが好ましい。

基板が導電性の場合に、基板と金属薄膜とが接触していると、電気化学的腐食（電食＝ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）により金属薄膜が腐食する場合がある。本発明によれば、中間膜が金属薄膜と基板との接触を防止しているので、こうした電食による腐食を抑制して、金属薄膜の安定性を向上させることができる。

この金属薄膜は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕからなる群の中の物質を含む材料からなる膜であることが好ましい。

また、保護膜は、キシリレン系の膜であることが好ましい。耐湿保護膜は、キシリレン系の膜であることが好ましい。上記中間膜は有機膜からなることが好ましい。

また、金属膜は、中間膜と保護膜とに密着し、両者により封止されていれば、その安定性が向上するので好ましい。さらに、中間膜が基板を包み込んでいると、封止性が向上するため好ましい。この中間膜は、ＣＶＤ法で基板上に形成された膜であることが好ましく、特に、キシリレン系の膜であれば好ましい。

本発明に係る放射線イメージセンサは、これらのシンチレータパネルと、シンチレータパネルの前記基板とは反対の面から出力される放射線を変換した光画像を撮像する撮像素子と、を組み合わせて構成されたものである。この撮像素子は、シンチレータパネルのシンチレータ側に対向して配置されていることが好ましい。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。なお、各図の寸法は説明のために誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態の説明を行う。図１はシンチレータパネル１の断面図であり、図２はこのシンチレータパネル１を利用した放射線イメージセンサ２の断面図である。

図１に示すように、シンチレータパネル１のアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）（グラッシーカーボン又はガラス状カーボン）製の基板１０の一方の表面には、ポリイミドからなる中間膜１１が密着して配置されており、この中間膜１１の表面上に光反射膜として機能する金属薄膜１２が密着形成されている。この金属薄膜は例えばＡｌ製である。この金属薄膜１２の表面は、金属薄膜１２を保護するためのポリイミドからなる保護膜１４により覆われている。この結果、金属薄膜１２は、密着する中間膜１１、保護膜１４により挟まれて封止されている。この保護膜１４の表面には、入射した放射線を可視光に変換する柱状構造のシンチレータ１６が形成されている。すなわち、シンチレータ１６は多数の柱状結晶が保護膜１４状に林立している構成をとる。なお、シンチレータ１６には、ＴｌドープのＣｓＩが用いられている。このシンチレータ１６は、基板１０と共にポリパラキシリレンからなる耐湿保護膜１８で覆われている。

また、放射線イメージセンサ２は、図２に示すように、シンチレータパネル１のシンチレータ１６が形成された側に撮像素子２０の受光面を貼り付けた構造を有している。

次に、シンチレータパネル１の製造工程について説明する。まず、矩形又は円形のａ−Ｃ製の基板１０（厚さ１ｍｍ）の一方の表面にポリイミド樹脂を一定の厚さ（１０μｍ）で塗り、硬化させることで、基板１０に密着し、かつ、表面が平坦な中間膜１１が形成される。

この中間膜１１の表面に光反射膜としての金属薄膜１２を真空蒸着法により１５０ｎｍの厚さで形成する。中間膜１１を構成するポリイミドはＡｌ製の金属薄膜１２との親和性が良好なため、金属薄膜１２は中間膜１１上に密着する。また、中間膜１１自体も基板１０に密着しているので、金属薄膜１２の基板１０からの剥がれを効果的に防止することができる。

次に、金属薄膜１２上にスピンコート処理を施すことによりポリイミド製の保護膜１４を１０００ｎｍの厚さで形成して金属薄膜１２の全体を覆う。この結果、金属薄膜１２は、中間膜１１と保護膜１４とに挟まれて両者に密着し、封止されるので、その後の製造工程において剥がれや損傷から効果的に保護することができる。

次に、保護膜１４の表面にＴｌをドープしたＣｓＩの柱状結晶を多数、蒸着法によって成長（堆積）させて林立させることにより、シンチレータ１６を２５０μｍの厚さで形成する。このシンチレータ１６を形成するＣｓＩは、吸湿性が高く露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して潮解してしまうため、これを防止するためにＣＶＤ法によりポリパラキシリレンからなる耐湿保護膜１８を形成する。即ち、シンチレータ１６が形成された基板１０をＣＶＤ装置に入れ、耐湿保護膜１８を１０μｍの厚さで成膜する。この耐湿保護膜１８の製造方法についてはＷＯ９９／６６３５１号国際公開公報に詳述されている。これによりシンチレータ１６及び基板１０の表面の実質的に全体、つまり、シンチレータ等が形成されず露出している基板表面の略全体にポリパラキシリレン製の耐湿保護膜１８が形成される。

また、放射線イメージセンサ２は、完成したシンチレータパネル１のシンチレータ１６の先端部側に撮像素子（ＣＣＤ）２０の受光部を対向させて貼り付けることにより製造される（図２参照）。

この実施の形態にかかる放射線イメージセンサ２によれば、基板１０側から入射した放射線をシンチレータ１６で光に変換して撮像素子２０により検出する。この放射線イメージセンサ２を構成するシンチレータパネル１には、光反射性の金属薄膜１２が設けられていることから撮像素子２０の受光部に入射する光を増加させることができ、放射線イメージセンサ２により検出された画像を鮮明なものとすることができる。また、この金属薄膜１２は、ポリイミドからなる中間膜１１、保護膜１４に密着することにより両者に挟まれて全体が封止されていることから、金属薄膜１２の腐食等の変質や剥がれ、傷つき等により反射膜としての機能が損なわれるのを防止することができ、反射膜としての安定性が向上する。

図３は、本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施形態の断面図である。このシンチレータパネル３においては、保護膜１４ａが金属薄膜１２の表面全面を覆うのではなく、金属薄膜１２の中央部分のみを覆っている点が第１の実施形態と相違する。この実施形態においてもシンチレータ１６は、保護膜１４ａの表面上にのみ形成されているため、金属薄膜１２は保護膜１４ａによりシンチレータ１６との接触が完全に防止されている。

本実施形態においても金属薄膜１２は、少なくともそのシンチレータ１６形成部分が中間膜１１、保護膜１４ａによって挟まれて、封止されているため、その損傷や剥がれ、変質等を効果的に防止することができ、反射膜としての安定性が向上する。

図４は、本発明に係るシンチレータパネルの第３の実施形態の断面図である。このシンチレータパネル４においては、中間膜１１ｂ、保護膜１４ｂとして耐湿保護膜１８と同じポリパラキシリレン膜を用いている点が図１、図３に示される第１、第２の実施形態と相違する。そして、中間膜１１ｂが基板１０の全体を覆っており、保護膜１４ｂが金属薄膜１２およびその周囲に露出していた中間膜１１ｂを覆っている点を特徴とする。

中間膜１１ｂ、保護膜１４ｂを前述した耐湿保護膜１８の場合と同様に、ＣＶＤ法で形成することにより、均一でピンホール等のない良好な薄膜が形成される。その結果、金属薄膜１２を封止して外気および保護膜１４ｂ上に形成されるシンチレータ１６との接触を完全に防止することができるので、シンチレータ成分、水分と金属との反応を抑制できる。特に、シンチレータ１６形成時には、保護膜１４ｂが基板１０および金属薄膜１２を完全に覆っているため、シンチレータ成分が他の場所に付着したような場合でもその影響を抑制することができる。また、不導体である中間膜１１ｂが、導電性の基板１０と金属薄膜１２の間に介在することで、基板１９と金属薄膜１２との電気的な接触を防止し、金属薄膜１２の電食を効果的に抑制することができる。

本実施形態のように中間膜１１ｂ、保護膜１４ｂが基板１０全体を覆う構成とすれば、封止性が向上するほか、ＣＶＤ法による膜の形成が容易であり、好ましい。

ここでは、ポリパラキシリレン膜を用いたが、このほかにポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレン、ポリテトラクロロパラキシリレン、ポリフルオロパラキシリレン、ポリジメチルパラキシリレン、ポリジエチルパラキシリレン等のキシリレン系の有機膜を用いることが可能である。

なお、上述の各実施形態においては、ａ−Ｃ製の基板を用いているが放射線を透過する基板であればよいことから、グラファイト製の基板、Ａｌ製の基板、Ｂｅ製の基板、ガラス製の基板等を用いてもよい。

また、保護膜としては、ポリイミド膜、キシリレン系の有機膜を用いたが、これに限らずＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＳｉＮの群中の物質を含む材料からなる透明無機膜を用いてもよい。さらに、無機膜及び有機膜を組み合わせて形成される保護膜を用いてもよい。

また、金属薄膜には、ＡｌのほかＡｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕからなる群の中の物質を含む材料からなる膜を用いてもよい。さらに、Ｃｒ膜上にＡｕ膜を形成する等、金属薄膜を２層以上形成するようにしても良い。

また、金属薄膜上にその酸化膜を形成してこれを保護膜として用いることも可能である。

さらに、耐湿保護膜１８によりシンチレータ１６及び基板の表面全体（シンチレータが形成されている面と反対側の面、即ち放射線入射面）を実質的に覆うことによりシンチレータの耐湿性をより完全なものとしているが、耐湿保護膜１８によりシンチレータ１６の全面及び基板１０の表面の少なくとも一部を覆えば、シンチレータのみを覆う場合に比較してシンチレータの耐湿性を高くすることができる。

また、シンチレータ１６としては、ＣｓＩ（Ｔｌ）に代えてＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＫＩ（Ｔｌ）等を用いてもよい。

さらにシンチレータを覆う有機膜についても、キシリレン系の透明有機膜を用いることが可能である。

また、中間膜１１としては、基板１０と金属薄膜１２の両方に親和性のある材質である必要があり、ポリイミド、キシリレン系の透明有機膜のほかにエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等の有機膜のほか、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の無機膜を用いることができる。無機膜については、ＣＶＤや無機材料を有機溶剤中に分散させて塗布した後焼成することで形成すればよい。ただし、基板が導電性である場合には、不導体の中間膜を用いることが電気的な遮蔽により電食を防止することができるので好ましい。

また、本発明に係る放射線イメージセンサは、以上説明したシンチレータパネルと撮像素子を組み合わせたものであり、上述したように撮像素子をシンチレータパネルのシンチレータ側に対向させて接合してもよいし、間隔をおいて配置してもよい。あるいは、シンチレータパネルから出力される光画像を光学系によって適切な位置に配置した撮像素子へと導いてもよい。

本発明は、医療用、工業用の大画面、高感度のＸ線撮影システムに好適である。

本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施形態の断面図である。 第１の実施形態に係るシンチレータパネルを用いた本発明に係る放射線イメージセンサの第１の実施形態の断面図である。 本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施形態の断面図である。 本発明に係るシンチレータパネルの第３の実施形態の断面図である。

Claims (19)

1. 放射線透過性の基板と、前記基板上に設けられた放射線透過性で所定波長の光を反射する金属薄膜と、前記金属薄膜上に設けられた保護膜と、前記保護膜上に堆積され、放射線を前記金属薄膜で反射し得る波長を含む光に変換する多数の柱状結晶からなるシンチレータと、前記基板とともに前記シンチレータを覆う耐湿保護膜と、を備え、前記保護膜は、前記金属薄膜と前記シンチレータとの接触を防止しているシンチレータパネルにおいて、
   前記基板および前記金属薄膜は、これらを包み込むように設けられた前記保護膜によって封止され、
   当該保護膜および前記シンチレータは、これらを包み込むように設けられた前記耐湿保護膜によって更に封止されていることを特徴とするシンチレータパネル。
2. 前記基板と前記金属薄膜との間に前記基板および前記金属薄膜に密着している中間膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータパネル。
3. 前記中間膜は、前記基板の全体を覆っていることを特徴とする請求項２に記載のシンチレータパネル。
4. 前記保護膜は、前記中間膜で全体が覆われた前記基板および前記金属薄膜を包み込むように設けられていることを特徴とする請求項３に記載のシンチレータパネル。
5. 前記保護膜は、キシリレン系の膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシンチレータパネル。
6. 前記耐湿保護膜は、キシリレン系の膜であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシンチレータパネル。
7. 前記中間膜は、有機膜であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のシンチレータパネル。
8. 前記中間膜は、キシリレン系の膜であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のシンチレータパネル。
9. 前記基板は、ガラス製基板、アルミ製基板あるいは炭素を主成分とする基板のいずれかであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のシンチレータパネル。
10. 前記基板は、導電性基板であって、前記中間膜は、前記基板と前記金属薄膜との接触を防止していることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載のシンチレータパネル。
11. 前記導電性基板は、アルミ製基板または炭素を主成分とする基板のいずれかであることを特徴とする請求項１０に記載のシンチレータパネル。
12. 前記炭素を主成分とする基板は、アモルファスカーボンを含む基板であることを特徴とする請求項１１に記載のシンチレータパネル。
13. 前記金属薄膜は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＡｕからなる群の中の物質を含む材料からなる膜であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のシンチレータパネル。
14. 前記金属薄膜は、前記中間膜と前記保護膜とに密着して両者により封止されていることを特徴とする請求項２〜１３のいずれかに記載のシンチレータパネル。
15. 前記保護膜はＣＶＤ法で前記基板上および前記金属薄膜上に形成された膜であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のシンチレータパネル。
16. 前記耐湿保護膜はＣＶＤ法で前記シンチレータ上および前記保護膜上に形成された膜であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載のシンチレータパネル。
17. 前記中間膜はＣＶＤ法で前記基板上に形成された膜であることを特徴とする請求項２〜１６のいずれかに記載のシンチレータパネル。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載のシンチレータパネルと、
    前記シンチレータパネルの前記基板とは反対の面から出力される放射線を変換した光画像を撮像する撮像素子と、
    を備えていることを特徴とする放射線イメージセンサ。
19. 前記撮像素子は、前記シンチレータパネルのシンチレータ側に対向して配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の放射線イメージセンサ。

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