JP2010112742A - Radiation detector and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線を検出する放射線検出器およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a radiation detector for detecting radiation and a method for manufacturing the same.
新世代のX線診断用画像検出器として、アクティブマトリクスや固体撮像素子(CCDやCMOS等)を用いた平面形のX線検出器が注目を集めている。このX線検出器にX線を照射することにより、X線撮影像またはリアルタイムのX線画像がデジタル信号として出力される。このX線検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面においても極めて期待が大きく、多くの研究開発が進められている。 As a new generation image detector for X-ray diagnosis, a planar X-ray detector using an active matrix or a solid-state imaging device (CCD, CMOS, etc.) is attracting attention. By irradiating the X-ray detector with X-rays, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal. Since this X-ray detector is a solid state detector, it is highly expected in terms of image quality performance and stability, and a lot of research and development is being conducted.
アクティブマトリクスを用いたX線検出器の主な用途としては、比較的大きな線量で静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下において30フレーム/sec以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。 The main application of an X-ray detector using an active matrix has been developed for breast imaging or general imaging for collecting still images with a relatively large dose, and has been commercialized in recent years. Commercialization is expected in the near future for applications in the fields of circulatory organs and digestive organs that require higher performance and real-time moving images of 30 frames / sec or more under fluoroscopic dose. For this video application, improvement of S / N, real-time processing technology of minute signals, and the like are important development items.
また、固体撮像素子(CCDやCMOS等)を用いたX線検出器の主な用途としては、大きな線量で静止画像を収集する工業用の非破壊検査や口腔内に挿入して静止画像を収集する歯科用等が近年商品化されているが、動画用途への対応も含めて、S/Nの改善、微小信号のリアルタイム処理、X線検出器の小型化、信頼性の改善等が重要な開発項目となっている。 The main applications of X-ray detectors using solid-state image sensors (CCD, CMOS, etc.) are industrial nondestructive inspections that collect still images with large doses, and still images that are inserted into the oral cavity. In recent years, dentistry and other products have been commercialized, but it is important to improve S / N, real-time processing of minute signals, miniaturization of X-ray detectors, improvement of reliability, including support for moving images. It is a development item.
X線検出器は、直接方式と間接方式との2方式に大別される。直接方式は、X線をa−Se等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用キャパシタに導く方式であり、X線により発生した光導電電荷を高電界により直接的に電荷蓄積用キャパシタに導くため、略アクティブマトリクスの画素電極ピッチで規定される解像度特性が得られる。一方、間接方式は、シンチレータ層によりX線を一旦可視光に変換し、可視光をa−Siフォトダイオード、CCD、CMOS等により信号電荷に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く方式であるため、シンチレータ層からの可視光がフォトダイオード、CCD、CMOSに到達する迄の光学的な拡散及び散乱により解像度特性の劣化が生じる。 X-ray detectors are roughly classified into two methods, a direct method and an indirect method. The direct method is a method in which X-rays are directly converted into a charge signal by a photoconductive film such as a-Se and led to a charge storage capacitor, and the photoconductive charge generated by the X-rays is directly stored by a high electric field. Therefore, the resolution characteristic defined by the pixel electrode pitch of the active matrix can be obtained. On the other hand, the indirect method is a method in which X-rays are once converted into visible light by the scintillator layer, and the visible light is converted into signal charges by an a-Si photodiode, CCD, CMOS, etc., and led to the charge storage capacitor. Resolution characteristics are degraded by optical diffusion and scattering until visible light from the scintillator layer reaches the photodiode, CCD, and CMOS.
通常、間接方式のX線検出器においては、構造上、シンチレータ層の特性が重要となり、入射X線に対する出力信号強度を向上させるため、例えば、シンチレータ層には、CsI等のハロゲン化合物やGOS等の酸化物系化合物等から構成される高輝度蛍光物質が用いられることが多い。特にCsI等のハロゲン化合物をシンチレータ層に用いた場合には、短冊状の柱状結晶構造を有するシンチレータ層を真空蒸着法を用いて形成することにより、解像度特性の改善等を図ることができる。ただし、シンチレータ層に高輝度蛍光物質であるCsI等のハロゲン化合物を用いた場合、大気中の水分と反応してシンチレータ層が潮解する虞があるため、シンチレータ層上に保護層を形成したり、シンチレータ層を保護カバーで覆って密閉している(例えば、特許文献1参照。)。 Usually, in the indirect X-ray detector, the characteristics of the scintillator layer are important due to the structure, and in order to improve the output signal intensity with respect to incident X-rays, for example, the scintillator layer has a halogen compound such as CsI, GOS or the like. In many cases, a high-intensity fluorescent material composed of such an oxide compound is used. In particular, when a halogen compound such as CsI is used for the scintillator layer, resolution characteristics can be improved by forming the scintillator layer having a strip-like columnar crystal structure using a vacuum deposition method. However, when a halogen compound such as CsI, which is a high-intensity fluorescent material, is used for the scintillator layer, there is a risk that the scintillator layer will deliquesce by reacting with moisture in the atmosphere, so a protective layer may be formed on the scintillator layer, The scintillator layer is covered with a protective cover and sealed (for example, see Patent Document 1).
また、一般的な間接方式のX線検出器においては、外力から保護するため、シンチレータ層を含むX線検出器本体を筐体に収納している(例えば、特許文献2および3参照。)。
一般的にシンチレータ層は、構造的に外力に対する強度が低いため、特に外力が加えられる可能性の高い歯科用途や工業用途のX線検出器においては、外力により筐体が塑性変形してその外力がシンチレータ層に加わると、シンチレータ層に応力集中が生じて破損してしまうため、筐体を塑性変形が生じないような堅固な構造としている。しかしながら、筐体を堅固な構造とした場合、外力に対する信頼性は向上するが、X線検出器の大型化や、X線透過特性を含む諸特性の劣化が発生する問題がある。 In general, since the scintillator layer is structurally low in strength against external force, especially in X-ray detectors for dental and industrial applications where external force is likely to be applied, the external force causes the housing to be plastically deformed. When is added to the scintillator layer, stress concentration occurs in the scintillator layer and it is damaged. Therefore, the casing has a solid structure that does not cause plastic deformation. However, when the housing has a solid structure, the reliability against external force is improved, but there are problems that the X-ray detector is enlarged and various characteristics including X-ray transmission characteristics are deteriorated.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、信頼性向上、小型化、諸特性の改善ができる放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a radiation detector capable of improving reliability, downsizing, and improving various characteristics, and a method for manufacturing the same.
本発明の放射線検出器は、光を電気信号に変換する光検出基板、およびこの光検出基板上に設けられこの光検出基板側に対して反対側の面を放射線が入射する放射線入射面としこの放射線入射面から入射する放射線を光に変換するシンチレータ層を有する放射線検出器本体と、この放射線検出器本体を密閉状態に収容する筐体とを具備し、前記筐体は、前記放射線検出器本体の光検出基板を一面上に配置する基台と、前記放射線検出器本体のシンチレータ層の放射線入射面に対向する表面部、およびこの表面部の周辺部に形成された側壁部を有し、前記表面部が前記シンチレータ層の放射線入射面に接し、前記側壁部が前記基台の一面上に固定されてその基台に対して前記表面部を支え、前記基台との間に前記放射線検出器本体を密閉するカバーとを備えているものである。 The radiation detector according to the present invention includes a light detection substrate that converts light into an electrical signal, and a radiation incident surface on the opposite side of the light detection substrate that is provided on the light detection substrate. A radiation detector body having a scintillator layer that converts radiation incident from a radiation incident surface into light; and a housing that houses the radiation detector body in a sealed state, the housing being the radiation detector body A base on which the photodetecting substrate is disposed on one surface, a surface portion facing the radiation incident surface of the scintillator layer of the radiation detector body, and a side wall portion formed on the periphery of the surface portion, A surface portion is in contact with a radiation incident surface of the scintillator layer, and the side wall portion is fixed on one surface of the base to support the surface portion with respect to the base, and the radiation detector is provided between the surface and the base. Sealing the body In which and a chromatography.
また、本発明の放射線検出器の製造方法は、光を電気信号に変換する光検出基板上にこの光検出基板に対して反対側の放射線入射面から入射する放射線を光に変換するシンチレータ層が設けられた放射線検出器本体を、基台およびカバーを有する筐体に収容する放射線検出器の製造方法であって、前記基台の一面上に前記放射線検出器本体の光検出基板を配置する工程と、前記カバーが有する表面部を前記シンチレータ層の放射線入射面に接触させ、前記カバーの表面部の周辺部に形成された側壁部を前記基台の一面上に固定してその基台に対して前記表面部を支え、前記基台と前記カバーとの間に前記放射線検出器本体を密閉する工程とを具備しているものである。 Further, in the method for manufacturing a radiation detector according to the present invention, a scintillator layer for converting radiation incident from a radiation incident surface opposite to the light detection substrate onto the light detection substrate that converts light into an electrical signal is provided. A method of manufacturing a radiation detector for housing a provided radiation detector main body in a casing having a base and a cover, the step of arranging a light detection substrate of the radiation detector main body on one surface of the base And the surface portion of the cover is brought into contact with the radiation incident surface of the scintillator layer, and the side wall portion formed in the peripheral portion of the surface portion of the cover is fixed on one surface of the base to the base. And supporting the surface portion and sealing the radiation detector main body between the base and the cover.
本発明によれば、カバーの表面部がシンチレータ層の放射線入射面に直接的もしくは保護層を介して間接的に接し、カバーの側壁部が基台の一面上に固定されてその基台に対して表面部を支えるため、カバーの表面部に外力が加えられた場合に、その外力をカバーで受け止めるとともに、カバーを介してシンチレータ層全体でも受け止め、これにより放射線検出器全体に応力を分散させ、シンチレータ層での応力集中を軽減でき、信頼性向上、小型化、諸特性の改善ができる。 According to the present invention, the surface portion of the cover is in direct contact with the radiation incident surface of the scintillator layer or indirectly through the protective layer, and the side wall portion of the cover is fixed on one surface of the base and In order to support the surface portion, when an external force is applied to the surface portion of the cover, the external force is received by the cover and also received by the entire scintillator layer through the cover, thereby dispersing the stress throughout the radiation detector, Stress concentration in the scintillator layer can be reduced, improving reliability, downsizing, and improving various characteristics.
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、11は放射線検出器としてのX線検出器であって、間接方式のX線平面画像検出器である。このX線検出器11は、放射線検出器本体としてのX線検出器本体12、およびこのX線検出器本体12を密閉状態に収容する筐体13を備えている。
As shown in FIG. 1, 11 is an X-ray detector as a radiation detector, which is an indirect X-ray planar image detector. The X-ray detector 11 includes an X-ray detector
そして、X線検出器本体12は、光を電気信号に変換する光検出基板21、およびこの光検出基板21上に設けられていて放射線としてのX線22を可視光である光23に変換するシンチレータ層24を備えている。
The X-ray detector
光検出基板21は、固体撮像素子であり、基板25上に、少なくとも複数の光電変換素子26が一次元もしくは二次元的に複数配列している受光部27、および光電変換素子26と電気的に接続されている電極パッド28が形成されている。
The
シンチレータ層24は、光検出基板21の受光部27上に形成されており、光検出基板21側に対して反対側の面をX線22が入射する放射線入射面としてのX線入射面29としている。そして、シンチレータ層24は、例えば、CsI等のハロゲン化合物やGOS等の酸化物系化合物等から構成される高輝度蛍光物質で形成されている。特にCsI等のハロゲン化合物を用いる場合には、短冊状の柱状結晶構造を有するシンチレータ層24を真空蒸着法にて形成することにより、解像度特性の改善等を図ることができる。
The
また、筐体13は、X線検出器本体12の光検出基板21を一面上に配置して固定する基台31と、この基台31との間にX線検出器本体12を密閉状態に収容するカバー32とを備えている。
The
基台31の一面上には、光検出基板21が配置された側部に外部接続用電極パッド33が設けられている。光検出基板21の電極パッド28と外部接続用電極パッド33とが配線34によって電気的に接続され、これら電気接続部分が主に樹脂材料で構成される絶縁層35で覆われている。基台31の外面には、外部接続用電極パッド33と電気的に接続された電極端子36が設けられている。
On one surface of the
カバー32は、シンチレータ層24のX線入射面29に対向する表面部38、およびこの表面部38の周辺部から基台31の方向へ向けて一体に突出形成された側壁部39を有している。カバー32の表面部38は、シンチレータ層24のX線入射面29に直接的に接する。カバー32の側壁部39の先端部は、基台31の一面上に固定されてその基台31に対して表面部38を支える。
The
そして、X線検出器11を製造するには、基台31上にX線検出器本体12を配置して固定し、この基台31上にカバー32を配置し、このカバー32の側壁部39の先端と基台31との間を例えばエポキシ系樹脂の接合層45で密閉状態に固定する。
In order to manufacture the X-ray detector 11, the X-ray detector
このように構成されたX線検出器11では、入射するX線22によりシンチレータ層24で変換された光23が光検出基板21の光電変換素子26に到達することにより、光電変換素子26で電荷に変換されて蓄積される。光電変換素子26に蓄積された電荷は、各光電変換素子26に対応した図示しない信号ラインから、各光電変換素子26に対応した電極パッド28、配線34、基台31の外部接続用電極パッド33および電極端子36を経由して、順次出力信号として読み出される。読み出された出力信号を所定の信号処理回路等にてデジタル画像信号に変換する。
In the X-ray detector 11 configured as described above, the
そして、X線検出器11では、カバー32の表面部38がシンチレータ層24のX線入射面29に直接的に接し、カバー32の側壁部39が基台31の一面上に固定されてその基台31に対して表面部38を支えるため、カバー32の表面部38に外力が加えられた場合に、その外力をカバー32で受け止めるとともに、カバー32を介してシンチレータ層24全体でも受け止め、これによりX線検出器11全体に応力を分散させ、シンチレータ層24での応力集中を軽減できる。そのため、カバー32を堅固な構造とせずに外力に対する信頼性の確保が可能となるため、X線検出器11の信頼性向上、小型化、諸特性の改善ができる。
In the X-ray detector 11, the
カバー32がシンチレータ層24のX線入射面29に直接的に接する構成となるため、カバー32の光23に対する反射率を変化させることにより、X線検出器11の諸特性を可変させることも可能となる。
Since the
カバー32の材質をX線透過率の高いAl等の軽元素から成る金属とした場合、X線検出器11の外力に対する信頼性と電磁波に対する信頼性の向上が得られ、さらに、カバー32の水蒸気透過率をゼロとすることが可能となるため、特に潮解性のあるCsI等のハロゲン化合物をシンチレータ層24として用いた場合においてもX線検出器11の諸特性の劣化が生じるのを防止できる。
When the material of the
なお、X線検出器11のカバー32の構成および製造方法は、図1に示した第1の実施の形態に限らず、図2に示す第2の実施の形態のようにしてもよい。
The configuration and manufacturing method of the
すなわち、図2に示す第2の実施の形態では、X線検出器本体12を固定した基台31上にカバー32を配置し、接合層45の液体状の接合材料を、基台31とカバー32との間の一端側から注入して、基台31とX線検出器本体12とカバー32との間の空間に充填し、基台31とカバー32との間の他端側から流出させた後、接合材料を硬化させる。このとき、シンチレータ層24のX線入射面29にはカバー32が直接的に接しているため、接合材料がシンチレータ層24のX線入射面29から含浸することがない。
That is, in the second embodiment shown in FIG. 2, the
この第2の実施の形態においても、上述した第1の実施の形態と同様の作用効果を奏する。 In the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
また、図3および図4にそれぞれ示す第3および第4の実施の形態のように、シンチレータ層24の全体を覆う保護層51を形成してもよい。この保護層51は、水蒸気遮断性を有する例えばポリパラキシリレン等の材質で形成されている。
Further, as in the third and fourth embodiments shown in FIGS. 3 and 4, respectively, a
カバー32は、保護層51を介してシンチレータ層24のX線入射面29に間接的に接する。
The
図3および図4にそれぞれ示す第3および第4の実施の形態におけるX線検出器11の構成および製造方法は、上述した図1および図2にそれぞれ示す第1および第2の実施の形態と同様である。 The configuration and manufacturing method of the X-ray detector 11 in the third and fourth embodiments shown in FIGS. 3 and 4 are the same as those of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2, respectively. It is the same.
したがって、これら第3および第4の実施の形態においても、上述した第1の実施の形態と同様の作用効果を奏する。 Therefore, also in these 3rd and 4th embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment mentioned above.
また、本発明の実施の形態として例えば図4に示す第4の実施の形態のX線検出器11と、図6に示す比較例のX線検出器11(なお、上述した本発明の実施の形態と同様の構造については、同一符号を用いる)とにおいて、外力を加えた場合に、その圧力に対するX線検出器11の破損の有無を検査した。 Further, as an embodiment of the present invention, for example, the X-ray detector 11 of the fourth embodiment shown in FIG. 4 and the X-ray detector 11 of the comparative example shown in FIG. When the external force is applied, the X-ray detector 11 is inspected for the presence or absence of damage when the external force is applied.
本実施の形態のX線検出器11については、カバー32の材質をAl、カバー32の板厚を0.3mm、接合層45の材質をエポキシ系樹脂、シンチレータ層24の材質をCsI(Tl Dope)、保護層51の材質をポリパラキシリレンとした。
In the X-ray detector 11 of the present embodiment, the
図6に示す比較例のX線検出器11では、カバー32の表面部38がシンチレータ層24のX線入射面29から離反する状態で、カバー32の側壁部39の先端と基台31とを接合層45で固定した。この比較例のX線検出器11については、カバー32の材質をAl、カバー32の板厚を0.5mm、接合層45の材質をエポキシ系樹脂、シンチレータ層24の材質をCsI(Tl Dope)、保護層51の材質をポリパラキシリレンとした。
In the X-ray detector 11 of the comparative example shown in FIG. 6, the front end of the
図5には、本実施の形態のX線検出器11と比較例のX線検出器11とにおいて、カバー32の表面部38の全体に5kg/cm2、10kg/cm2、15kg/cm2、20kg/cm2の各圧力を加えた場合に、それら各圧力に対するX線検出器11の破損の有無を検査した結果を示す。
FIG. 5 shows that the
比較例のX線検出器11では、カバー32に加えられた圧力で、カバー32が塑性変形したり、基台31が破損し、それによってシンチレータ層24に応力集中が生じて破損する影響が生じ、X線検出器11の外力に対する信頼性が確保できない結果となった。
In the X-ray detector 11 of the comparative example, the pressure applied to the
それに対して、本実施の形態のX線検出器11では、カバー32や基台31、シンチレータ層24には変形や破損がなく、X線検出器11の外力に対する信頼性が確保できた結果となった。
On the other hand, in the X-ray detector 11 of the present embodiment, the
このため、本実施の形態のX線検出器11であれば、X線検出器11全体に外力が印加されるホットメルトモールディング等のモールド手法でもパッケージが可能となるため、使用環境が厳しく、高い信頼性と小サイズ化が要求される歯科用途や工業用途のX線検出器11に用いることができる。 For this reason, the X-ray detector 11 according to the present embodiment can be packaged even by a molding technique such as hot melt molding in which an external force is applied to the entire X-ray detector 11, so that the use environment is severe and high. It can be used for X-ray detectors 11 for dental and industrial applications that require reliability and downsizing.
11 放射線検出器としてのX線検出器
12 放射線検出器本体としてのX線検出器本体
13 筐体
21 光検出基板
22 放射線としてのX線
23 光
24 シンチレータ層
29 放射線入射面としてのX線入射面
31 基台
32 カバー
38 表面部
39 側壁部
51 保護層
11 X-ray detectors as radiation detectors
12 X-ray detector body as a radiation detector body
13 Enclosure
21 Light detection board
22 X-rays as radiation
23 Light
24 Scintillator layer
29 X-ray entrance surface as radiation entrance surface
31 base
32 Cover
38 Surface
39 Side wall
51 Protective layer
Claims (4)
この放射線検出器本体を密閉状態に収容する筐体とを具備し、
前記筐体は、
前記放射線検出器本体の光検出基板を一面上に配置する基台と、
前記放射線検出器本体のシンチレータ層の放射線入射面に対向する表面部、およびこの表面部の周辺部に形成された側壁部を有し、前記表面部が前記シンチレータ層の放射線入射面に接し、前記側壁部が前記基台の一面上に固定されてその基台に対して前記表面部を支え、前記基台との間に前記放射線検出器本体を密閉するカバーとを備えている
ことを特徴とする放射線検出器。 A light detection substrate that converts light into an electrical signal, and a radiation incident surface on which the radiation is incident on a surface opposite to the light detection substrate that is provided on the light detection substrate. A radiation detector body having a scintillator layer for converting to light;
A housing for housing the radiation detector body in a sealed state;
The housing is
A base on which a light detection substrate of the radiation detector body is arranged on one surface;
A surface portion facing the radiation incident surface of the scintillator layer of the radiation detector main body, and a side wall portion formed in a peripheral portion of the surface portion; the surface portion is in contact with the radiation incident surface of the scintillator layer; A side wall is fixed on one surface of the base, supports the surface with respect to the base, and includes a cover for sealing the radiation detector main body between the base and the base. Radiation detector.
前記筐体のカバーの表面部は、前記保護層を介して前記シンチレータ層の放射線入射面に間接的に接する
ことを特徴とする請求項1記載の放射線検出器。 The radiation detector body has a protective layer covering the scintillator layer,
The radiation detector according to claim 1, wherein a surface portion of the cover of the casing is indirectly in contact with a radiation incident surface of the scintillator layer through the protective layer.
前記基台の一面上に前記放射線検出器本体の光検出基板を配置する工程と、
前記カバーが有する表面部を前記シンチレータ層の放射線入射面に接触させ、前記カバーの表面部の周辺部に形成された側壁部を前記基台の一面上に固定してその基台に対して前記表面部を支え、前記基台と前記カバーとの間に前記放射線検出器本体を密閉する工程と
を具備していることを特徴とする放射線検出器の製造方法。 A radiation detector main body provided with a scintillator layer for converting radiation incident on a light detection substrate that converts light into an electrical signal into light from a radiation incident surface opposite to the light detection substrate. A method of manufacturing a radiation detector housed in a housing having
Placing the light detection substrate of the radiation detector body on one surface of the base;
A surface portion of the cover is brought into contact with a radiation incident surface of the scintillator layer, and a side wall portion formed in a peripheral portion of the surface portion of the cover is fixed on one surface of the base and the base is fixed to the base. A method of manufacturing a radiation detector, comprising: supporting a surface portion and sealing the radiation detector body between the base and the cover.
前記カバーが有する表面部は前記保護層を介して前記シンチレータ層の放射線入射面に間接的に接触させる
ことを特徴とする請求項3記載の放射線検出器の製造方法。 The radiation detector body is provided with a protective layer covering the scintillator layer,
The method of manufacturing a radiation detector according to claim 3, wherein the surface portion of the cover is indirectly brought into contact with the radiation incident surface of the scintillator layer through the protective layer.
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CN110178052A (en) * | 2016-11-17 | 2019-08-27 | 通用电气公司 | Scintillator for solid-state X-ray detector seals |
CN110178052B (en) * | 2016-11-17 | 2023-09-05 | 通用电气公司 | Scintillator seal for solid state X-ray detector |
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