JP2008232873A

JP2008232873A - 放射線固体検出器

Info

Publication number: JP2008232873A
Application number: JP2007073894A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hakamata; 和男袴田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】放射線固体検出器を効率よく冷却する。
【解決手段】画像情報を担持する放射線の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を電気信号に変換する変換部１６、および変換部１６の周囲の少なくとも一部に接続する多数の配線２２を基板１２上に形成することにより放射線固体検出器１０を構成する。基板１２における変換部１６が形成されている側において、配線２２の少なくとも一部を冷却する冷却部材２４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像情報を担持する放射線の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器に関するものである。

今日、医療診断等を目的とする放射線撮影において、放射線画像情報記録手段として放射線固体検出器（半導体を主要部とするもの）を用いて、この固体検出器により被写体を透過した放射線を検出して被写体に関する放射線画像を表す画像信号を得る放射線撮影装置が各種提案、実用化されている。

この装置に使用される固体検出器としても、種々の方式が提案されている。例えば、放射線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、放射線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光導電層で検出して得た信号電荷を蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を画像信号（電気信号）に変換して出力する光変換方式の固体検出器、あるいは、放射線が照射されることにより光導電層内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の固体検出器等がある。この方式における固体検出器は、光導電層と電荷収集電極を主要部とするものである。

また、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、読取光（読取用の電磁波）を検出器に照射して読み出す光読出方式のものや、特許文献１に記載されているような、蓄電部と接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を走査駆動して読み出すＴＦＴ読出方式のもの等がある。

ところで、放射線平面検出器は、入射した放射線を電気信号に変換するための半導体素子からなる変換部の他に、その出力を増幅するための増幅部、電力を供給する電源等の多くの回路を有しており、動作時にはこれが発熱することにより、放射線検出感度特性を低下させるという問題がある。また、変換部の光導電層がアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）から構成されている場合、発熱によりアモルファスセレンの結晶化が促進されて画像に出現する点欠陥数が増加するため、放射線固体検出器の寿命が短くなるという問題もある。

このため、変換部が形成されているガラス基板に冷却部材を設けて自身の冷却を行うようにした放射線固体検出器が提案されている（特許文献３参照）。
特開２０００−２４４８２４号公報特開２０００−１０５２９７号公報特開２００２−３４１０４４号公報

しかしながら、特許文献３に記載された放射線固体検出器は、ガラス基板における変換部が形成された側とは反対側に冷却部材が設けられている。このため、熱伝導率が小さいガラス基板を介して変換部の冷却が行われることから、冷却効率が悪いものとなっている。また、特許文献３に記載された放射線固体検出器では、最も冷却されるのはガラス基板であり、さらにガラス基板の冷却効率が悪いことから、変換部とガラス基板との温度差が大きくなる。ここで、変換部の光導電層を構成するアモルファスセレンの熱膨張率は４７．８ｐｐｍ、ガラス基板の熱膨張率は３〜４ｐｐｍであるため、上記温度差により放射線固体検出器には大きな圧縮応力が作用する。そしてこの圧縮応力により放射線固体検出器は変形しようとするため、放射線固体検出器に微小な割れが生じてしまったり、アモルファスセレン層がガラス基板から剥離してしまうこととなる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、放射線固体検出器を効率よく冷却することを目的とする。

本発明による放射線固体検出器は、画像情報を担持する放射線の照射を受けて前記画像情報を記録し、記録した前記画像情報を電気信号に変換する変換部、および該変換部の周囲の少なくとも一部に接続する多数の配線が基板上に形成されてなる放射線固体検出器において、
前記基板における前記変換部が形成されている側において、前記配線の少なくとも一部を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とするものである。

「冷却部材」としては、水冷された金属ブロックおよびペルチェ素子等を用いることができる。

なお、本発明による放射線固体検出器においては、前記変換部が変換した前記電気信号を増幅する増幅部、前記変換部に電力を供給する電源、および前記変換部に基準電位を供給する基準電位電源が、前記配線により前記変換部と接続されてなるものとしてもよい。

この場合、前記冷却部材を、前記増幅部と該変換部とを接続する配線に接するようにしてもよい。

またこの場合、前記冷却部材における前記配線と接する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われているものとしてもよい。

また、この場合、前記冷却部材を、前記増幅部の少なくとも一部をさらに冷却するものとしてもよく、さらに、前記冷却部材における前記配線および前記増幅部と接する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われているものとしてもよい。

また、本発明による放射線固体検出器においては、前記変換部から前記電気信号を読み出すためのゲートドライバ、前記変換部が変換した前記電気信号を増幅する増幅部、前記変換部に電力を供給する電源、および前記変換部に基準電位を供給する基準電位電源が、前記配線により前記変換部と接続されてなるものとしてもよい。

この場合、前記冷却部材を、前記ゲートドライバと前記変換部とを接続する配線、および前記増幅部と前記変換部とを接続する配線の少なくとも一方に接しているものとしてもよい。

またこの場合、前記冷却部材を、前記ゲートドライバおよび前記増幅部の少なくとも一部をさらに冷却するものとしてもよく、さらに、前記冷却部材における前記配線、前記ゲートドライバおよび前記増幅部の少なくとも一方と接続する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われているものとしてもよい。

なお、「低熱伝導材料」としては、ガラス、有機材料またはこれらの組合せを用いることができる。

本発明によれば、基板における変換部が形成されている側において、配線の少なくとも一部が冷却部材により冷却されることとなる。これにより、配線を介して効率よく変換部を冷却することができ、その結果、変換部の光導電層がアモルファスセレンから構成されている場合にはアモルファスセレンの結晶化の促進、さらには画像に出現する点欠陥数の増加を防止して、放射線固体検出器の長寿命化を図ることができる。とくに、配線の全体を冷却することにより、放射線固体検出器を構成する部材の温度差がなくなるように放射線固体検出器を冷却できるため、放射線固体検出器の変形や割れ、さらにはアモルファスセレン層の剥離を防止することができる。

また、アモルファスセレン以外の直接変換型および間接変換型の放射線固体検出器においても、放射線固体検出器を構成する直接変換型の光導電材料並びに間接変換型の蛍光体材料および光導電材料の温度差がなくなるように放射線固体検出器を冷却できるため、放射線固体検出器の変形や割れ、さらには光導電材料層の剥離を防止することができる。また、暗電流の増加の抑制、蛍光体材料の高温下による発光効率の低下（温度消失）の防止、有機材料の劣化の防止等をも図ることができる。

なお、直接変換型の光導電材料としては、アモルファスセレンの他に、ＰｂＯ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、Ｂｉ１２（Ｇｅ、Ｓｉ）Ｏ２０、ＢｉＩ３／有機ポリマーナノコンポジット等が挙げられる。間接変換型の蛍光体材料としては、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｌｕ２ＳｉＯ４：Ｃｅ等が挙げられる。また、間接変換型の光導電材料としては、アモルファスセレンの他、ａ−Ｓｉ、有機半導体等が挙げられる。

また、冷却部材における配線と接する部分以外の部分、配線および増幅部と接する部分以外の部分、配線および増幅部とゲートドライバとの少なくとも一方と接する部分以外の部分を、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆うことにより、冷却部材により効率よく配線等を冷却できるため、放射線固体検出器の冷却効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態による放射線固体検出器の概略平面図、図２は図１におけるＩ-Ｉ線断面図である。

図１，２に示すように、第１の実施形態による放射線固体検出器１０は、ＴＦＴ読出方式の放射線固体検出器であり、ガラス基板１２上に導電層１４および放射線を電気信号に変換するための変換部１６がこの順序にて形成されている。ガラス基板１２における短辺１２ａ，１２ｂには、変換部１６が出力した電気信号を増幅する複数の増幅部１８が形成され、長辺１２ｃ，１２ｄには変換部１６から電気信号を読み出すための複数のゲートドライバ２０が配設されている。

なお、変換部１６と増幅部１８およびゲートドライバ２０とは、変換部１６の周囲を囲撓するように変換部１６から放射状に延在する複数の配線２２により接続されている。なお、配線２２は図２にのみ示す。ここで、配線２２はポリイミド等の樹脂膜にＣｕ等のパターンが形成されることにより構成されている。なお、変換部１６とゲートドライバ２０とを接続する配線２２は金属からなり、変換部１６と増幅部１８とを接続する配線２２は透明電極（ＩＴＯ）からなる。

また、変換部１６には、変換部１６に電力を供給する高圧電源３０および基準電位を供給する基準電位電源３２がそれぞれ接続されている。

ガラス基板１２における変換部１６が形成された側においては、変換部１６の周囲を囲撓し、かつ配線２２に接するように冷却部材２４が配設されている。

そして、導電層１４、変換部１６および冷却部材２４が、熱伝導率が低い（例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ未満）ガラス、有機材料またはこれらの組合せからなる封止剤３４により封止されている。

冷却部材２４は、水冷された金属ブロックまたはペルチェ素子からなる。冷却部材２４が金属ブロックの場合には、冷却部材２４と配線２２との間には電気的に絶縁された熱伝導シートが配設される。また、冷却部材２４が金属ブロックの場合には、冷却部材２４は電気的に接地される。また、増幅部１８の入力の浮遊容量を小さくするために、配線２２における増幅部１８との接続部分と冷却部材２４との間の距離を小さくするか、または冷却部材２４と配線２２との接続する領域を小さくすることが好ましい。

ここで、上記第１の実施形態においては、変換部１６を囲撓するように冷却部材２４を配設しているが、透明電極は金属の配線２２よりも熱伝導率が低い。このため、変換部１６とゲートドライバ２０とを接続する配線２２にのみ冷却部材２４を配設してもよい。なお、増幅部１８とゲートドライバ２０とでは、増幅部１８の方が発熱量が大きいため、図３に示す第２の実施形態のように変換部１６と増幅部１８とを接続する配線２２にのみ冷却部材２４を配設してもよい。

次いで、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は本発明の第３の実施形態による放射線固体検出器の概略平面図である。なお、第３の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第３の実施形態による放射線固体検出器４０は、光読出方式の放射線固体検出器であり、上記第１の実施形態による放射線固体検出器と比較して、ゲートドライバ２０を備えていない点が異なるものである。このため、第３の実施形態においては、冷却部材２４は結果として変換部１６と増幅部１８とを接続する配線２２のみを冷却するものとなっている。

このように、第１から第３の実施形態においては、変換部１６と増幅部１８およびゲートドライバ２０とを接続する配線２２を冷却部材２４により冷却するようにしたため、配線２２を介して変換部１６を効率よく冷却することができ、その結果、変換部１６の光導電層を構成するアモルファスセレンの結晶化の促進、さらには画像に出現する点欠陥数の増加を防止して、放射線固体検出器の長寿命化を図ることができる。また、増幅部１８およびゲートドライバ２０から変換部１６への熱の流入を防止することができる。さらに、増幅部１８およびゲートドライバ２０を冷却する効果もある。とくに、配線２２の全体を冷却することにより、放射線固体検出器１０を構成する部材、すなわちガラス基板１２と変換部１６との温度差がなくなるように放射線固体検出器を冷却できるため、放射線固体検出器１０の変形や割れを防止することができる。

なお、上記第１から第３の実施形態においては、変換部１６と増幅部１８とを接続する配線２２を透明電極としているが、金属の電極としてもよい。この場合であっても、配線２２における冷却部材２４と接する部分以外の部分については、透明電極とする、または配線の断面積を小さくする等により、冷却部材２４と接する部分よりも熱伝導が小さくなるようにすることが好ましい。これにより、増幅部１８から変換部１６への熱の流入を小さくすることができる。

また、上記第１から第３の実施形態において、配線２２はポリイミド等の樹脂膜にＣｕ等のパターンが形成されているが、このＣｕのパターンの断面積を小さくすることによっても、増幅部１８から変換部１６への熱の流入を防止することができる。また、図５に示すように、樹脂膜２２ＡにおけるＣｕパターン２２Ｂが形成されていない部分を打ち抜いて空間部２２Ｃを形成することによっても、樹脂膜２２Ａを介しての増幅部１８から変換部１６への熱の流入を防止することができる。

また、上記第１および第２の実施形態においては、配線２２のみならず増幅部１８およびゲートドライバ２０の少なくとも一方に接するように冷却部材２４を配設してもよい。また、上記第３の実施形態においては、増幅部１８に接するように冷却部材２４を配設してもよい。これにより、より効率よく放射線固体検出器１０を冷却できる。

本発明の第１の実施形態による放射線固体検出器の概略平面図図１におけるＩ-Ｉ線断面図本発明の第２の実施形態による放射線固体検出器の概略平面図本発明の第３の実施形態による放射線固体検出器の概略平面図配線の構成を示す図

符号の説明

１０，４０放射線固体検出器
１２ガラス基板
１４導電層
１６変換部
１８増幅部
２０ゲートドライバ
２２配線
２４冷却部材

Claims

画像情報を担持する放射線の照射を受けて前記画像情報を記録し、記録した前記画像情報を電気信号に変換する変換部、および該変換部の周囲の少なくとも一部に接続する多数の配線が基板上に形成されてなる放射線固体検出器において、
前記基板における前記変換部が形成されている側において、前記配線の少なくとも一部を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とする放射線固体検出器。
前記変換部が変換した前記電気信号を増幅する増幅部、前記変換部に電力を供給する電源、および前記変換部に基準電位を供給する基準電位電源が、前記配線により前記変換部と接続されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材は、前記増幅部と該変換部とを接続する配線に接していることを特徴とする請求項２記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材における前記配線と接する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材は、前記増幅部の少なくとも一部をさらに冷却することを特徴とする請求項２または３記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材における前記配線および前記増幅部と接する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われていることを特徴とする請求項５記載の放射線固体検出器。
前記変換部から前記電気信号を読み出すためのゲートドライバ、前記変換部が変換した前記電気信号を増幅する増幅部、前記変換部に電力を供給する電源、および前記変換部に基準電位を供給する基準電位電源が、前記配線により前記変換部と接続されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材は、前記ゲートドライバと前記変換部とを接続する配線、および前記増幅部と前記変換部とを接続する配線の少なくとも一方に接していることを特徴とする請求項７記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材における前記配線と接する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われていることを特徴とする請求項７または８記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材は、前記ゲートドライバおよび前記増幅部の少なくとも一部をさらに冷却することを特徴とする請求項７または８記載の放射線固体検出器。
前記冷却部材における前記配線、前記ゲートドライバおよび前記増幅部の少なくとも一方と接続する部分以外の部分が、電気絶縁性を有する低熱伝導率材料により覆われていることを特徴とする請求項１０記載の放射線固体検出器。