JP2010237138A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出装置が減圧下におかれた場合でも、放射線検出装置内の密閉空間に残留する気泡の膨張を抑制する。
【解決手段】放射線変換層５０が収容される密閉空間６０は、外部の気圧が低下しても、体積に変化を生じない。このため、密閉空間６０内に残留する気泡の膨張が抑制される。これにより、気泡膨張による放射線検出への影響が軽減される。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。

放射線を検出する放射線検出装置としては、ＴＦＴを用いた放射線検出パネルが知られている。ＴＦＴを用いた放射線検出パネルでは、ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板上に、放射線の入射により蛍光するシンチレータ層や、放射線の入射により電荷を生じる光導電層が形成される。

このシンチレータ層又は光導電層を保護するために、これらを封止する封止構造が、特許文献１に開示されている。特許文献１の構成では、シンチレータ層を被覆するシンチレータ保護部材を備え、シンチレータ保護部材は、ホットメルト樹脂からなるシンチレータ保護層を有している。

特開２００６−７８４７１号公報

ところで、シンチレータ層をＴＦＴ基板に接着剤等で接合した放射線検出パネルでは、減圧下で使用されると、接合部に残留した気泡が膨張し、放射線検出に悪影響を与える場合がある。上記特許文献１の構成において、気泡の膨張を抑制する効果が低いと考えられる。

本発明は、上記事実を考慮し、放射線検出装置が減圧下におかれた場合でも、放射線検出装置内の密閉空間に残留する気泡の膨張を抑制することを目的とする。

本発明の請求項１に係る放射線検出装置は、ＴＦＴからなるスイッチ素子が絶縁性基板に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板上に配置され、前記スイッチ素子に読み出される電荷に放射線を変換する又は、前記スイッチ素子に読み出される電荷に変換される光に放射線を変換する放射線変換層と、前記放射線変換層が収容される密閉空間を形成し、外部の気圧が低下しても前記密閉空間の体積に変化を生じさせない密閉空間形成部材と、を備える。

この構成によれば、放射線変換層が、放射線を電荷に変換し、又は、放射線を光に変換する。光に変換された場合には、この光が電荷に変換される。変換された電荷は、ＴＦＴ基板のスイッチ素子によって読み出され、放射線検出がなされる。

ここで、本発明の請求項１の構成では、放射線変換層が収容される密閉空間は、外部の気圧が低下しても、体積に変化を生じない。このため、密閉空間内に残留する気泡の膨張が抑制される。これにより、気泡膨張による放射線検出への影響が軽減される。

本発明の請求項２に係る放射線検出装置は、請求項１の構成において、前記密閉空間形成部材は、前記ＴＦＴ基板に設けられ、前記放射線変換層の周囲を囲む側壁と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板と前記側壁とで前記密閉空間を形成する対向壁と、前記対向壁に形成され、前記対向壁の変形を阻止する補強部と、を備える。

この構成によれば、対向壁に形成された補強部が、対向壁の変形を阻止する。このように、請求項２の構成は、部材を追加しないので、部品点数を増加させること無く、密閉空間内に残留する気泡の膨張が抑制できる。

本発明の請求項３に係る放射線検出装置は、請求項１又は請求項２の構成において、前記密閉空間形成部材は、金属で形成されている。

この構成によれば、密閉空間形成部材が金属で形成されているので、加工がしやすく、強度も出しやすい。

本発明の請求項４に係る放射線検出装置は、請求項１の構成において、前記密閉空間形成部材は、前記ＴＦＴ基板に設けられ、前記放射線変換層の周囲を囲む側壁部材と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板と前記側壁部材とで前記密閉空間を形成する対向壁と、前記対向壁から見て前記ＴＦＴ基板とは反対側に配置され、前記対向壁を支持し、前記対向壁の変形を阻止する支持部材と、を備える。

この構成によれば、対向壁を支持する支持部材が、対向壁の変形を阻止する。請求項４の構成では、従来構成の放射線検出装置に支持部材を追加するのみで、密閉空間内に残留する気泡の膨張が抑制できる。

本発明の請求項５に係る放射線検出装置は、請求項４の構成において、前記放射線変換層もしくは前記放射線変換層の支持体と前記密閉空間形成部材とが接触している。

この構成によれば、密閉空間形成部材と放射線変換層との間に空隙がなくなるので、放射線変換層が収容される密閉空間の空洞が小さくなり、密閉空間の体積に変化が生じにくい構成となる。このため、簡易な構成で、密閉空間の体積に変化を生じないようにすることが可能となる。

本発明の請求項６に係る放射線検出装置は、請求項１〜５のいずれか１項の構成において、前記ＴＦＴ基板を通して前記放射線変換層に放射線を入射させる。

この構成によれば、密閉空間形成部材が放射線入射の妨げにならないので、密閉空間形成部材の材料選択における自由度が増す。このため、密閉空間形成部材側から放射線入射する構成に比べ、密閉空間形成部材として、剛性の高い材料を選択することも可能となる。

本発明の請求項７に係る放射線検出装置は、請求項１〜６のいずれか１項の構成において、前記密閉空間形成部材に形成された前記密閉空間に封入された不活性ガスを備える。

この構成によれば、空放射線変換層、光導電層の吸湿による劣化がある場合にも、これを抑制することが出来る。

本発明は、上記構成としたので、放射線検出装置が減圧下におかれた場合でも、放射線検出装置内の密閉空間に残留する気泡の膨張を抑制できる。

図１は、間接変換方式に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略側面図である。 図２は、本実施形態に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略平面図である。 図３は、直接変換方式に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略側面図である。 図４は、本実施形態に係る放射線検出装置の全体構成を簡略化して示した図２の４−４線断面図である。 図５は、本実施形態に係る密閉空間形成部材の対向壁にリブを設けた構成を示す概略斜視図である。 図６は、変形例に係る放射線検出装置の全体構成を簡略化して示した図２の４−４線断面図である。 図７は、変形例に係る放射線検出装置において、放射線変換層と対向壁との間の空隙をなくした構成を示した図２の４−４線断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（本実施形態に係る放射線検出装置の構成）
まず、本実施形態に係る放射線検出装置の構成を説明する。図１は、間接変換方式に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略側面図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略平面図である。図３は、直接変換方式に係る放射線検出装置の構成を模式的に示す概略側面図である。

放射線検出装置１０は、図１に示すように、薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）からなるスイッチ素子２８が絶縁性基板１２に形成されたＴＦＴ基板１６を備えている。

このＴＦＴ基板１６上には、入射される放射線を変換する放射線変換層の一例として、入射される放射線を光に変換するシンチレータ層１８が形成されている。

シンチレータ層１８としては、例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）を用いることができる。なお、シンチレータ層１８は、これらの材料に限られるものではない。

絶縁性基板１２としては、例えば、ガラス基板、各種セラミック基板、樹脂基板を用いることができる。なお、絶縁性基板１２は、これらの材料に限られるものではない。

シンチレータ層１８とＴＦＴ基板１６との間には、シンチレータ層１８によって変換された光が入射されることにより電荷を生成する光導電層２０が配置されている。この光導電層２０のシンチレータ層１８側の表面には、光導電層２０にバイアス電圧を印加するためのバイアス電極２２が形成されている。

ＴＦＴ基板１６には、光導電層２０で生成された電荷を収集する電荷収集電極２４が形成されている。ＴＦＴ基板１６では、各電荷収集電極２４で収集された電荷が、スイッチ素子２８によって読み出される。

電荷収集電極２４は、ＴＦＴ基板１６に二次元状に配置されており、それに対応して、スイッチ素子２８が、図２に示すように、絶縁性基板１２に２次元状に配置されている。

また、ＴＦＴ基板１６には、一定方向（行方向）に延設され各スイッチ素子２８をオンオフさせるための複数本のゲート線３０と、ゲート線３０と直交する方向（列方向）に延設されオン状態のスイッチ素子２８を介して電荷を読み出すための複数本の信号線（データ線）３２が設けられている。

なお、ＴＦＴ基板１６上には、ＴＦＴ基板１６上を平坦化するための平坦化層２３が形成されている。また、ＴＦＴ基板１６とシンチレータ層１８との間であって、平坦化層２３上には、シンチレータ層１８をＴＦＴ基板１６に接着するための接着層２５が、形成されている。

ＴＦＴ基板１６は、平面視において外縁に４辺を有する四辺形状をしている。具体的には、矩形状に形成されている。

平面視におけるＴＦＴ基板１６の周端部には、１辺において、個々のゲート線３０が接続された接続端子３８が配置されている。この接続端子３８は、配線３５を介して、外部回路としてのゲート線ドライバ３４に接続されている。

また、ＴＦＴ基板１６の周端部には、１辺において、個々の信号線３２が接続された接続端子３９が配置されている。この接続端子３９は、配線３７を介して、外部回路としての信号処理部３６に接続される。この接続端子３９が配置された１辺は、接続端子３８が配置された１辺に対して、直角方向に位置している。
なお、接続端子３８及び接続端子３９は、対向する辺に配置される構成であってもよい。また、接続端子３８及び接続端子３９は、同じ辺に配置される構成であってもよい。また、接続端子３８及び接続端子３９は、それぞれが複数の辺に対して配置されていても良い。

各スイッチ素子２８は、ゲート線ドライバ３４からゲート線３０を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、オン状態とされたスイッチ素子２８によって読み出された電荷は、電荷信号として信号線３２を伝送されて信号処理部３６に入力される。従って、電荷は行単位で順に読み出され、二次元状の放射線画像が取得可能となる。

なお、上記の放射線検出装置１０は、放射線を一旦、光に変換し、その光を電荷に変換して放射線検出を行う間接変換方式であったが、放射線検出装置としては、放射線を直接、電荷に変換する直接変換方式であってもよい。

直接変換方式の放射線検出装置では、図３に示すように、入射される放射線を変換する放射線変換層の一例として、入射される放射線を電荷に変換する光導電層４８が、ＴＦＴ基板１６上に形成されている。

光導電層４８としては、アモルファスSe、Bi₁₂MO₂₀(M：Ti、Si、Ge)、Bi₄M₃O₁₂ (M：Ti、Si、Ge)、Bi₂O₃、BiMO₄（Ｍ：Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ）、Bi₂WO₆、Bi₂₄B₂O₃₉、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、MNbO₃(M：Li、Na、K)、PbO、HgI₂、PbI₂、CdS、CdSe、CdTe、BiI₃、GaAs等のうち少なくとも１つを主成分とする化合物などが用いられるが、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な光導電性を示し、真空蒸着法により低温で大面積成膜が可能な非晶質（アモルファス）材料が好まれる。

光導電層４８上には、光導電層４８の表面側に形成され、光導電層４８へバイアス電圧を印加するためのバイアス電極５２が形成されている。

直接変換方式の放射線検出装置では、間接変換方式の放射線検出装置と同様に、光導電層４８で発生した電荷を収集する電荷収集電極２４がＴＦＴ基板１６に形成されている。

また、直接変換方式の放射線検出装置におけるＴＦＴ基板１６は、各電荷収集電極２４で収集された電荷を蓄積する電荷蓄積容量２６を備えている。この各電荷蓄積容量２６に蓄積された電荷が、スイッチ素子２８によって読み出される。

（放射線検出装置１０における封止構造）
次に、放射線検出装置１０における封止構造について説明する。図４は、本実施形態に係る放射線検出装置の全体構成を簡略化して示した図２の４−４線断面図である。

本構成は、間接変換方式及び直接変換方式の両方の放射線検出装置において適用が可能であり、間接変換方式におけるシンチレータ層１８と直接変換方式における光導電層４８とをまとめて放射線変換層５０として、以下に説明する。

放射線検出装置１０は、図４に示すように、放射線変換層５０が形成されたＴＦＴ基板１６が、放射線検出装置１０の筐体１１に収容されている。

本実施形態では、放射線は、筐体１１の外側（図４における下側）から入射され、筐体１１及びＴＦＴ基板１６を通して放射線変換層５０に入射するようになっている。

上述したゲート線ドライバ３４を構成する回路基板６８及び、上述した信号処理部３６を構成する回路基板６９は、放射線入射側とは反対側にある筐体１１の内壁に取り付けられている。

ＴＦＴ基板１６上には、放射線変換層５０が収容される密閉空間６０を形成し、外部の気圧が低下しても密閉空間６０の体積に変化を生じさせない密閉空間形成部材６２が配置されている。

なお、ここでいう外部の気圧が低下する場合とは、放射線検出装置１０が通常使用される環境下における気圧（大気圧）の範囲において気圧が低下する場合を意味する。具体的には、海抜−１０ｍ（1014.25hpaの環境下）から海抜約３０００ｍの高地（700hPaの環境下）に気圧が変化する場合が想定される。

また、密閉空間６０には、空気が封入されている。なお、空気に限られず、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを封入しても良い。

密閉空間形成部材６２は、具体的には、金属で形成された封止缶で構成されている。金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等が用いられる。なお、外部の気圧が低下しても密閉空間６０の体積に変化を生じさせない程度の剛性を保てるように、密閉空間形成部材６２の厚みが調整させる。

密閉空間形成部材６２は、ＴＦＴ基板１６の外周部上に設けられた側壁６２Ａと、ＴＦＴ基板１６に対向して配置された対向壁６２Ｂとを備えて構成されている。

側壁６２Ａは、放射線変換層５０の周囲を４方向から囲んでおり、平面視にて４辺でなる枠状に形成されている。

対向壁６２Ｂは、放射線変換層５０を覆うように、放射線変換層５０から見てＴＦＴ基板１６とは反対側に配置されている。また、対向壁６２Ｂは、側壁６２Ａと一体的に形成されており、ＴＦＴ基板１６と側壁６２Ａとで密閉空間６０を形成している。密閉空間６０は、ＴＦＴ基板１６と側壁６２Ａと対向壁６２Ｂに囲まれている。

以上のように構成された本実施形態に係る放射線検出装置１０によれば、放射線変換層５０が収容される密閉空間６０は、外部の気圧が低下しても、体積に変化を生じない。このため、密閉空間６０内に残留する気泡の膨張が抑制される。これにより、気泡膨張による放射線検出への影響が軽減される。

なお、密閉空間形成部材６２の材料は、金属に限られるものではない。密閉空間形成部材６２としては、外部の気圧が低下しても密閉空間６０の体積に変化を生じさせない程度の剛性を有する材料を選択することが可能である。

また、密閉空間形成部材６２には、放射線が入射されないので、放射線の減衰の程度を考慮せずに材料が選択される。従って、仮に、密閉空間形成部材６２側から放射線を入射させた場合において、必要な画質が得られない程度に放射線を減衰させる材料を用いてもよい。

また、図５に示すように、対向壁６２Bには、対向壁６２Bの変形を阻止する補強部としてのリブ６４を形成する構成であってもよい。図５に示す構成では、リブ６４は、所定方向に沿って直線状に、所定の間隔で複数形成されている。なお、リブ６４としては、形成位置は、適宜変更することが可能であり、例えば、格子状に形成してもよい。また、補強部としては、リブに限られず、エンボスであってもよい。

このように、リブ６４を形成することにより、部材を追加しないので密閉空間形成部材６２の剛性を保つことができ、部品点数を増加させること無く、密閉空間内に残留する気泡の膨張が抑制できる。

（封止構造の変形例）
次に、封止構造の変形例について説明する。図６は、変形例に係る封止構造を示す概略図である。

変形例に係る封止構造では、図６に示すように、放射線変換層５０が収容される密閉空間７０を形成し、外部の気圧が低下しても密閉空間７０の体積に変化を生じさせない密閉空間形成部材７２が、ＴＦＴ基板１６上に配置されている。

なお、ここでいう外部の気圧が低下する場合とは、放射線検出装置１０が通常使用される環境下における気圧（大気圧）の範囲において気圧が低下する場合を意味する。具体的には、海抜−１０ｍ（1014.25hpaの環境下）から海抜約３０００ｍの高地（700hPaの環境下）に気圧が変化する場合が想定される。

また、密閉空間７０には、空気が封入されている。なお、空気に限られず、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを封入しても良い。

密閉空間形成部材７２は、ＴＦＴ基板１６の外周部上に設けられた側壁部材７２Ａと、ＴＦＴ基板１６に対向して配置された対向壁７２Ｂとを備えて構成されている。

側壁部材７２Ａは、放射線変換層５０の周囲を４方向から囲んでおり、平面視にて４辺でなる枠状に形成されている。また、側壁部材７２Ａは、ＴＦＴ基板１６の外周部上に立設された側壁７３ａと、側壁７３ａの上部からＴＦＴ基板１６中央部側へ張り出すフランジ部７３ｂとを有しており、断面Ｌ字状に形成されている。

対向壁７２Ｂは、放射線変換層５０を覆うように、放射線変換層５０から見てＴＦＴ基板１６とは反対側に配置されている。また、対向壁７２Ｂは、側壁部材７２Ａとは別体で形成されており、ＴＦＴ基板１６と側壁部材７２Ａとで密閉空間７０を形成している。密閉空間７０は、ＴＦＴ基板１６と側壁部材７２Ａと対向壁７２Ｂに囲まれている。

対向壁７２Ｂは、例えば、ガラス板で構成されている。なお、対向壁７２Ｂの材料は、これに限られるものではない。

対向壁７２Ｂを支持すると共に対向壁７２Ｂの変形を阻止する支持部材としての支持体７４が、対向壁７２Ｂから見てＴＦＴ基板１６とは反対側に配置されている。支持体７４は、対向壁７２Ｂの表面（ＴＦＴ基板１６とは反対側の面）及びフランジ部７３ｂの表面（ＴＦＴ基板１６とは反対側の面）に接合されて固定されている。これにより、支持体７４は、対向壁７２Ｂ及び側壁部材７２Ａを支持している。

この支持体７４は、支持板７６に固定されている。この支持板７６は、筐体１１の内壁に固定されている。

なお、外部の気圧が低下しても密閉空間６０の体積に変化を生じさせない程度の剛性を保てるように、支持体７４及び支持板７６の大きさ及び厚みが調整させる。

また、支持体７４及び支持板７６の材料は、外部の気圧が低下しても密閉空間７０の体積に変化を生じさせない程度の剛性を有する材料を選択することが可能である。また、支持体７４及び支持板７６には、放射線が入射されないので、放射線の減衰の程度を考慮せずに材料が選択される。従って、仮に、支持体７４及び支持板７６側から放射線を入射させた場合において、必要な画質が得られない程度に放射線を減衰させる材料を用いてもよい。

変形例に係る封止構造によれば、放射線変換層５０が収容される密閉空間７０は、外部の気圧が低下しても、体積に変化を生じない。このため、密閉空間７０内に残留する気泡の膨張が抑制される。これにより、気泡膨張による放射線検出への影響が軽減される。

また、変形例に係る封止構造では、従来構成に支持部材を追加するのみで、密閉空間内に残留する気泡の膨張が抑制できる。

なお、図７に示すように、密閉空間形成部材７２と放射線変換層５０との間に実質的に空隙がない構成としても良い。

すなわち、密閉空間形成部材７２と放射線変換層５０とが、直接的又は間接的に接触している構成とされている。

放射線変換層５０が単体で構成される場合には、密閉空間形成部材７２と放射線変換層５０とが接触することになる。また、放射線変換層５０が、支持体（ベース）に塗布等されて形成される場合には、その支持体と密閉空間形成部材７２とが接触することになる。なお、支持体としては、例えば、ＰＥＴベースが用いられる。

この構成によれば、放射線変換層５０が収容される密閉空間７０の空洞が小さくなり、密閉空間７０の体積に変化が生じにくい構成となる。このため、簡易な構成で、密閉空間７０の体積に変化を生じないようにすることが可能となる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。

１０ 放射線検出装置
１６ ＴＦＴ基板
１８ シンチレータ層（放射線変換層）
４８ 光導電層（放射線変換層）
５０ 放射線変換層
６０ 密閉空間
６２Ａ 側壁
６２Ｂ 対向壁
６２ 密閉空間形成部材
６４ リブ（補強部）
７０ 密閉空間
７２Ａ 側壁部材
７２Ｂ 対向壁
７２ 密閉空間形成部材
７４ 支持体
７６ 支持板

Claims (7)

1. ＴＦＴからなるスイッチ素子が絶縁性基板に形成されたＴＦＴ基板と、
   前記ＴＦＴ基板上に配置され、前記スイッチ素子に読み出される電荷に放射線を変換する又は、前記スイッチ素子に読み出される電荷に変換される光に放射線を変換する放射線変換層と、
   前記放射線変換層が収容される密閉空間を形成し、外部の気圧が低下しても前記密閉空間の体積に変化を生じさせない密閉空間形成部材と、
   を備える放射線検出装置。
2. 前記密閉空間形成部材は、
   前記ＴＦＴ基板に設けられ、前記放射線変換層の周囲を囲む側壁と、
   前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板と前記側壁とで前記密閉空間を形成する対向壁と、
   前記対向壁に形成され、前記対向壁の変形を阻止する補強部と、
   を備える請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記密閉空間形成部材は、金属で形成されている請求項１又は請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記密閉空間形成部材は、
   前記ＴＦＴ基板に設けられ、前記放射線変換層の周囲を囲む側壁部材と、
   前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板と前記側壁部材とで前記密閉空間を形成する対向壁と、
   前記対向壁から見て前記ＴＦＴ基板とは反対側に配置され、前記対向壁を支持し、前記対向壁の変形を阻止する支持部材と、
   を備える請求項１に記載の放射線検出装置。
5. 前記放射線変換層もしくは前記放射線変換層の支持体と前記密閉空間形成部材とが接触している請求項４に記載の放射線検出装置。
6. 前記ＴＦＴ基板を通して前記放射線変換層に放射線を入射させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記密閉空間形成部材に形成された前記密閉空間に封入された不活性ガスを備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。

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