JP2009025149A

JP2009025149A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2009025149A
Application number: JP2007188432A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Wakamatsu; 俊輔若松
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】光電変換部で取得した放射線画像にて光電変換基板間の継ぎ目が目立たない放射線検出器を提供する。
【解決手段】画素単位の光電変換素子14を配列した複数の光電変換基板12を、光電変換素子14が隣接するように貼り合わせて光電変換部13を形成する。光電変換部13は、画素単位間距離を一定として光電変換素子14を配設し、隣接する光電変換基板12に近づくほど光電変換素子14の面積を小さくする。光電変換基板12の継ぎ目に近づくほど感度を低下させ、光電変換基板12の継ぎ目部分の感度の差を小さくすることで、光電変換部13で取得する放射線画像にて、光電変換基板12の間の継ぎ目を目立たなくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画素単位の光電変換素子が配列された複数の光電変換基板を、前記光電変換素子が隣接するように貼り合わせて形成された光電変換部を備えた放射線検出器に関する。

新世代の放射線診断用検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面検出器が開発されている。この平面検出器において、照射された放射線を検出することにより、放射線撮影像、あるいはリアルタイムの放射線画像がデジタル信号として出力される。

そして、この平面検出器では、放射線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)フォトダイオード、あるいはＣＣＤ(Charge Coupled Device)などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得する。

光電変換素子は、基板上に配列され光電変換基板として平面検出器に設けられているが、この平面検出器の大型化において、光電変換基板の大型化も必要になってきた。そこで、複数の光電変換基板を貼り合わせることで光電変換基板の大型化がさせることができる(例えば、特許文献１ないし４参照。)。
特開２００２−４８８７２号公報(第３−４頁、図５) 特開２００２−４８８７０号公報(第３−４頁、図１) 特開平１０−２３３４９６号公報(第４−５頁、図１) 特開平０９−２６０６２６号公報(第３−４頁、図１)

しかしながら、上記各特許文献に記載された構成では、取得される放射線画像において、貼り合わせた光電変換基板間で継ぎ目が目立ってしまうという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光電変換部で取得した放射線画像にて光電変換基板間の継ぎ目が目立たない放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明は、画素単位の光電変換素子が配列された複数の光電変換基板を、前記光電変換素子が隣接するように貼り合わせて形成された光電変換部を具備し、前記光電変換部は、前記光電変換素子が画素単位間距離を一定として配設され、隣接する前記光電変換基板に近づくほど前記光電変換素子面積を小さくするものである。

また、本発明は、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層を有するシンチレータパネルと、このシンチレータパネルで変換された可視光を検出する画素単位の光電変換素子が配列された複数の光電変換基板を、前記光電変換素子が隣接するように貼り合わせた光電変換部とを具備し、前記光電変換部は、前記光電変換素子が光電変換素子間距離を一定として配設され、隣接する前記光電変換基板に近づくほど光電変換素子面積を小さくするものである。

本発明によれば、光電変換素子の面積を、隣り合う光電変換基板に近づくほど小さくすることで、複数の光電変換基板の貼り合わせてできた光電変換部で取得する放射線画像にて、光電変換基板間の継ぎ目を目立たなくできる。

以下、本発明の放射線検出器の第１の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。

図２および図３において、11は放射線検出器であり、この放射線検出器11は、複数の光電変換基板12を図示しない基台上にて接着剤で貼り合わせた光電変換部13のフォトダイオードなどの光電変換素子14の表面上に、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層15を形成し、かつ、このシンチレータ層15を覆って防湿膜である保護層17とを順次形成したものである。ここでは、四角形状の基台上に、四角形状の光電変換基板12の四方の辺のうちの２辺が他の光電変換基板12と隣り合う状態で、４枚の四角形状の光電変換基板12が平面的に互いに隣り合うように並べて配置され、大面積で１つの四角形状の受光面Ａが形成されている。

また、シンチレータ15層は、柱状構造のシンチレータ15aと溝部15bとが交互に形成されている。このシンチレータ層15は、例えばヨウ化セシウム(ＣｓＩ)：タリウム(Ｔｌ)、あるいはヨウ化ナトリウム(ＮａＩ)：タリウム(Ｔｌ)により真空蒸着法で柱状のシンチレータを形成したもの、あるいは酸硫化ガドリニウム(Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ)蛍光体粒子をバインダ樹脂と混合し、光電変換素子14上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで柱状のシンチレータ15aを形成したものなどである。また、溝部15bは、乾燥窒素あるいは乾燥大気が封入されているもの、あるいは真空状態としたものなども可能である。

また、保護層17は、例えばパラキシリレン薄膜などの防湿性に優れた有機膜であり、シンチレータ層15の柱状構造間に入り込んで形成され、シンチレータ層15により変換された可視光を透過可能に構成されている。

さらに、光電変換基板12は、図１に示すように、複数行×複数列の画素Ｐからなり、各画素Ｐは、光電変換素子14に電気的に接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)21を備えている。

各薄膜トランジスタ21は、光電変換素子14への光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるもので、結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン(Ｐ−Ｓｉ)にて少なくとも一部が構成されている。また、薄膜トランジスタ21は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極のそれぞれを有し、ゲート電極が制御ライン23に、ソース電極がデータライン24に、ドレイン電極が光電変換素子14に、それぞれ電気的に接続されている。

ここで、制御ライン23は、各画素Ｐ間に行方向に沿って配設され、光電変換基板12の外方にて基台上に列方向に沿って配設されたゲート駆動回路26に電気的に接続され、このゲート駆動回路26からの信号により各薄膜トランジスタ21をオンオフさせることが可能である。

データライン24は、各画素Ｐ間に列方向に沿って配設され、光電変換基板12の外方にて基台上に列方向に沿って配設された信号処理回路28に電気的に接続され、この信号処理回路28からの信号を、オンされた各薄膜トランジスタ21を介して光電変換素子14に送信可能である。さらに、これらデータライン24のそれぞれの近傍には、光電変換素子14に電気的に接続される共通電極バイアスライン31が配設され、これら共通電極バイアスライン31は、共通電極ドライバ32に電気的に接続され、この共通電極ドライバ32により一定のバイアス電圧が光電変換素子14に印加されている。

そして、光電変換部13を形成している各光電変換基板12の光電変換素子14の面積は、隣接する光電変換基板12に近づくと、小さくなるように形成されている。

具体的に、光電変換基板12の画素Ｐをｍ行×ｎ列、光電変換基板12側の端からｉ行目とｊ列目で、隣接する光電変換基板12側の端部から１行目と１列目の画素の光電変換素子14の面積をβとするとき、
α＞β≧０．８α、ｍ／１０＞ｉ、ｎ／１０＞ｊ、ｉ＝ｊ
を満たし、かつ、隣接する光電変換基板12側の端から１行目の画素からｉ行目の画素の光電変換素子14の面積と、隣接する光電変換基板12側の端から１列目の画素からｊ列目の画素の光電変換素子14の面積とのそれぞれが等差数列的に構成されている。

ここでは、例えば、光電変換基板12が、最小で５０行×５０列よりも大きい画素数を有し、かつ、通常の光電変換素子14の面積をＳとしたとき、隣の光電変換基板12が隣接する行(列)の各光電変換素子14の面積は０．９Ｓで、その面積は端の行(列)から順番に、０．９２Ｓ、０．９４Ｓ、０．９６Ｓ、０．９８Ｓ、１．０Ｓというように等差数列的に大きくなるような関係を有している。

また、貼り合わせる各光電変換基板12間の距離は、隣接する光電変換基板12の端部の画素Ｐ同士がちょうど一画素分のピッチが開くように配置する。

そして、各画素Ｐの光電変換素子14の面積は、一般的に放射線検出器11の感度と比例するから、光電変換素子14の面積を光電変換基板12の継ぎ目に近い領域において、隣り合う光電変換基板12側へと少しずつ小さくすることで、光電変換基板12の継ぎ目に近づくほど感度を低下させ、光電変換基板12の継ぎ目部分の感度の差を小さくして、光電変換基板12間の継ぎ目を目立たなくすることができる。

なお、上記第１の実施の形態において、保護層17を無機膜としても同様の作用効果を奏することができる。

また、図４に示す第２の実施の形態のように、保護層17上に、シンチレータ層15により変換された可視光を反射させる金属膜35を設けてもよい。この場合には、金属膜35により保護層17を保護し、この保護層17のクラックなどを抑制できるとともに、シンチレータ層15により変換された可視光が金属膜35側から外部へと透過しないので感度を向上できる。

さらに、図５に示す第３の実施の形態のように、保護層17を、シンチレータ層15により変換された可視光を反射させる光反射剤が分散して含有された光反射材分散膜37と、この光反射材分散膜37上に設けた防湿性有機膜38とにより構成してもよい。ここで、光反射材分散膜37は、例えば二酸化チタン(ＴｉＯ₂)などの、低放射線吸収率を有する物質により形成されているものとする。この場合には、防湿性有機膜38によりシンチレータ層15を保護しつつ、光反射材分散膜37により入射した光を吸収することなく反射させることで感度を向上できる。

そして、上記第３の実施の形態において、図６に示す第４の実施の形態のように、保護層17を、光反射材分散膜37上に、接着膜41を介して防湿性有機膜38を接着してもよい。この場合には、防湿性有機膜38を光反射材分散膜37と確実に一体化でき、防湿性有機膜38の剥がれを抑制できる。

また、上記各実施の形態において、保護層17を、シンチレータ層15の柱状構造間に設けないように構成してもよい。すなわち、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態では、保護層17自体をシンチレータ層15の上側のみに配設し、柱状構造間すなわち溝部15bに配設しない構成とし、第３の実施の形態および第４の実施の形態では、図７に示す第５の実施の形態のように、光反射材分散膜37をシンチレータ層15の柱状構造間すなわち溝部15b間に設けない構成としてもよい。この場合には、シンチレータ層15の柱状構造間に保護層17を形成する場合と比較して、解像度特性の低下を防止できる。

さらに、上記第３の実施の形態ないし第５の実施の形態において、防湿性有機膜38に代えて無機膜を設けても、同様の作用効果を奏することが可能である。

次に、図８を参照して第６の実施の形態を説明する。

この第６の実施の形態は、上記各実施の形態のシンチレータ層15および保護層17に代えて、シンチレータパネル43を、光電変換部13の光電変換基板12上に設けたものである。

シンチレータパネル43は、支持基板44上に、金属膜45、保護膜46、シンチレータ47aおよび溝部47bによる柱状構造を備え入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層47および保護膜48が順次形成され、この保護膜48側を光電変換基板12側に向けて配設されている。

シンチレータ層47は、上記各実施の形態のシンチレータ層15と同様のものである。

また、保護膜46，48は、シンチレータ層47の柱状構造間に形成されていない。

そして、この第６の実施の形態では、上記各実施の形態と同様に、各画素Ｐの光電変換素子14の面積を、光電変換基板12の継ぎ目に近い領域において、隣り合う光電変換基板12側へと少しずつ小さくすることで、上記各実施の形態と同様に光電変換基板12間の継ぎ目を目立たなくすることができる。

また、予め支持基板44上にシンチレータ層47などを設けたシンチレータパネル43を光電変換基板12上に取り付けて放射線検出器11とすることで、光電変換基板12上にシンチレータ層などを順次形成する場合と比較して、放射線検出器11を容易に構成できる。

次に、図９を参照して第７の実施の形態を説明する。

上記各実施の形態は、光電変換素子14の面積を等差数列的な関係としたが、この第７の実施の形態は、光電変換素子14の面積に等比数列的な関係を持たせるものである。

例えば、光電変換素子14の面積が光電変換基板12の継ぎ目側から順番に(０．９８)⁵Ｓ、(０．９８)⁴Ｓ、(０．９８)³Ｓ、(０．９８)²Ｓ、０．９８Ｓ、Ｓという関係を有している。

この結果、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

次に、放射線検出器11の実施例１および２と比較例１とについて、取得した放射線画像を評価した。

比較例１は、５１２行×５１２列で２００μｍピッチの画素配列の光電変換基板４枚を２行×２列に並べて貼り合わせて光電変換部が構成されており、光電変換素子として、フォトダイオードの面積を２．０×１０^-8ｍ²(フィルファクタ:５０％)とした。

光電変換基板間は、異なる光電変換基板の画素間が２００μｍ開くように光電変換基板を配置した。この貼り合わせてできた光電変換部上にシンチレータ層として、膜厚５００μｍのヨウ化セシウム：タリウム膜を形成し、このシンチレータ層の上に、二酸化チタンを用いて樹脂で結着させた膜厚２００μｍの光反射材粒子分散膜を柱状シンチレータ間に浸透しないように形成し、この光反射材粒子分散膜の上に、保護層として、パラキシリレン膜を２００μｍ形成した。

実施例１では、比較例１の光電変換素子14の面積において、光電変換基板12の継ぎ目に一番近い画素ラインの光電変換素子14の面積を１．８×１０^-8ｍ²とし、そのラインから５１ライン目の光電変換素子14の面積を２．０×１０^-8ｍ²として、１ライン目から５１ライン目の間のラインの光電変換素子14の面積が等差数列的になるように形成した。その他は、比較例１と同様である。

実施例２では、比較例１の１ライン目から５１ライン目の光電変換素子14の面積を等比数列的になるように形成し、その他は実施例１と同様である。

上記比較例１および各実施例で放射線画像を取得し、継ぎ目部分の官能評価から、実施例２の放射線画像の継ぎ目が最も目立たず、次に実施例１、継ぎ目が最も目立ったのは、比較例１であった。

以上、本発明の構成により、複数の光電変換基板12を貼り合わせた放射線検出器11において、継ぎ目が目立たない放射線画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の放射線検出器の回路構成を示す説明正面図である。同上放射線検出器の基台に複数の光電変換基板を配置した状態の正面図である。同上放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第２の実施の形態の放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第３の実施の形態の放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第４の実施の形態の放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第５の実施の形態の放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第６の実施の形態の放射線検出器の一部の断面図である。本発明の第７の実施の形態の放射線検出器の回路構成を示す説明平面図である。

符号の説明

11 放射線検出器
12 光電変換基板
13 光電変換部
14 光電変換素子
15，47 シンチレータ層
17 保護層
35 金属膜
37 光反射材分散膜
38 防湿性有機膜
41 接着膜
43 シンチレータパネル

Claims

画素単位の光電変換素子が配列された複数の光電変換基板を、前記光電変換素子が隣接するように貼り合わせて形成された光電変換部を具備し、
前記光電変換部は、前記光電変換素子が画素単位間距離を一定として配設され、隣接する前記光電変換基板に近づくほど前記光電変換素子面積を小さくする
ことを特徴とした放射線検出器。
柱状構造を有し、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を被覆するように設けられた保護層を具備し、
前記保護層は、防湿性有機膜と無機膜とのいずれか一方である
ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
柱状構造を有し、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を被覆するように設けられ、このシンチレータ層により変換された可視光を透過する保護層と、
この保護層上に設けられ、前記シンチレータ層により変換された可視光を反射させる金属膜と
を具備したことを特徴とした請求項１または２記載の放射線検出器。
柱状構造を有し、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を被覆するように設けられた保護層を具備し、
前記保護層は、
前記シンチレータ層により変換された可視光を反射させる光反射材が分散して含有されている光反射材分散膜と、
この光反射材分散膜上に設けられた防湿性有機膜と無機膜とのいずれか一方とを備えている
ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
柱状構造を有し、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を被覆するように設けられた保護層を具備し、
前記保護層は、
前記シンチレータ層により変換された可視光を反射させる光反射材が分散して含有されている光反射材分散膜と、
この光反射材分散膜上に設けられた接着膜と、
この接着膜上により前記光反射材分散膜上に接着された防湿性有機膜と無機膜とのいずれか一方とを備えている
ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
柱状構造を有し、入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と、
このシンチレータ層を被覆し、かつ、このシンチレータ層の柱状構造間に設けられていない保護層と
を具備したことを特徴とした請求項１ないし５いずれか記載の放射線検出器。
入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層を有するシンチレータパネルと、
このシンチレータパネルで変換された可視光を検出する画素単位の光電変換素子が配列された複数の光電変換基板を、前記光電変換素子が隣接するように貼り合わせた光電変換部とを具備し、
前記光電変換部は、前記光電変換素子が光電変換素子間距離を一定として配設され、隣接する前記光電変換基板に近づくほど光電変換素子面積を小さくする
ことを特徴とした放射線検出器。
光電変換基板は、画素がｍ行×ｎ列で形成され、
光電変換素子の小さくなる前の面積をα、前記光電変換素子の小さくなり始める画素が隣接する前記光電変換基板側の端からｉ行目とｊ列目で、隣接する前記光電変換基板側の端部から１行目と１列目の画素の前記光電変換素子面積をβとするとき、
α＞β≧０．８α、ｍ／１０＞ｉ、ｎ／１０＞ｊ、ｉ＝ｊ
を満たし、
隣接する前記光電変換基板側の端から１行目の画素からｉ行目の画素の前記光電変換素子面積と、隣接する前記光電変換基板側の端から１列目の画素からｊ列目の画素の前記光電変換素子面積とのそれぞれが等差数列的に構成されている
ことを特徴とした請求項１ないし７いずれか記載の放射線検出器。
光電変換基板の画素がｍ行×ｎ列で形成され、
光電変換素子の小さくなる前の面積をα、前記光電変換素子の小さくなり始める画素が隣接する前記光電変換基板側の端からｉ行目とｊ列目で、隣接する前記光電変換基板側の端部から１行目と１列目の画素の前記光電変換素子面積をβとするとき、
α＞β≧０．８α、ｍ／１０＞ｉ、ｎ／１０＞ｊ、ｉ＝ｊ
を満たし、
隣接する前記光電変換基板側の端から１行目の画素からｉ行目の画素の前記光電変換素子面積と、隣接する前記光電変換基板側の端から１列目の画素からｊ列目の画素の前記光電変換素子面積とのそれぞれが等比数列的に構成されている
ことを特徴とした請求項１ないし７いずれか記載の放射線検出器。