JP2010256067A

JP2010256067A - シンチレータ構造

Info

Publication number: JP2010256067A
Application number: JP2009103952A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kojika; 勝小鹿; Hiroshi Horiuchi; 弘堀内
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】散乱Ｘ線を除去できるシンチレータ構造を提供する。
【解決手段】シンチレータ23を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24とＸ線入射側のシンチレータ層25とで構成する。Ｘ線入射側のシンチレータ層25を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べてＸ線14を可視光に変換する変換効率を低くする。Ｘ線入射側のシンチレータ層25が散乱Ｘ線を吸収する吸収層として機能し、シンチレータ23自体によって散乱Ｘ線を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線の検出に用いられるシンチレータ構造に関する。

従来、放射線、特にＸ線を光に変換するシンチレータと、このシンチレータで変換された光を電気信号に変換する複数の画素を有する光電変換基板とを構成要素として含む平面形のＸ線検出装置がある。

このようなＸ線検出装置では、検査対象物にＸ線を照射すると、その検査対象物の画像情報をもたらす通過Ｘ線の他に、その検査対象物により散乱された散乱Ｘ線が発生し、通過Ｘ線とともに散乱Ｘ線がＸ線検出装置に入射することで、検査対象物の画像情報に対する画質劣化となり、コントラストなどの画像特性の劣化が生じる。

この散乱Ｘ線を除去するために、光電変換基板の画素間に対応して、Ｘ線入射側にグリッドを配置することが多い（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１５１００７号公報（第６頁、図２）

近年、Ｘ線検出装置においては、画像特性の改善のため、画素のサイズおよび画素のピッチの微細化が図られることが多いが、画素のサイズおよび画素のピッチを微細化した場合には、画素間に対応してグリッドを製作することが困難となり、散乱Ｘ線を除去できなくなる。また、画素間に対応せずにグリッドを用いた場合には、散乱Ｘ線の除去の効果が低いうえに、グリッドが画素にかかって必要な情報が得られない、もしくはモアレが発生するなどの弊害がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、シンチレータによって散乱Ｘ線を除去できるシンチレータ構造を提供することを目的とする。

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備え、このシンチレータ層の放射線入射側と非放射線入射側とで放射線を可視光に変換する変換効率が異なるものである。

本発明によれば、シンチレータ層の放射線入射側と非放射線入射側とで放射線を可視光に変換する変換効率が異なるため、グリッドを用いることなく、シンチレータ自体によって散乱Ｘ線を除去でき、画像特性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態を示すシンチレータ構造を用いたＸ線検出装置の断面図である。本発明の第２の実施の形態を示すシンチレータ構造を用いたＸ線検出装置の断面図である。本発明の第３の実施の形態を示すシンチレータ構造を用いたＸ線検出装置の断面図である。本発明の第４の実施の形態を示すシンチレータ構造を用いたＸ線検出装置の断面図である。従来のＸ線検出装置の断面図である。第１の実施の形態のＸ線検出装置と従来のＸ線検出装置との比較試験の試験方法を(a)(b)(c)に示す模式図である。第１の実施の形態のＸ線検出装置と従来のＸ線検出装置との比較試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１に第１の実施の形態を示す。

放射線検出装置としてのＸ線検出装置11は、光電変換基板12、およびこの光電変換基板12上に形成されたシンチレータ構造13を有し、放射線としてのＸ線14が入射する側にＸ線14が透過する窓材15を有する筐体に収容されている。

光電変換基板12は、平板状のガラス基板またはシリコンなどの基板18のＸ線入射側の表面に光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子を備えた複数の画素19が形成され、これら画素19の表面を覆って保護膜20が形成されている。

シンチレータ構造13は、光電変換基板12のＸ線入射側の表面に形成されたシンチレータ23を備えている。このシンチレータ23は、光電変換基板12上に形成されたＸ線入射側に対して反対側である非Ｘ線入射側のシンチレータ層24と、このシンチレータ層24上に形成されたＸ線入射側のシンチレータ層25とで構成されている。Ｘ線入射側のシンチレータ層25は、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて、Ｘ線14を可視光に変換する変換効率が低くなるように形成されている。

これらシンチレータ層24，25は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）・ナトリウム（Ｎａ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）・タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）などのハロゲン化合物、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）など酸化物系化合物などの等しい主成分の物質を用いて、気相成長法（真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など）により同じ結晶構造である柱状結晶構造として連続して形成されている。

この気相成長法での成膜途中に成膜条件を変更することにより、シンチレータ層24，25の変換効率を異ならせることができる。例えば、主成分として用いられるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の変換効率は添加物質に依存するため、気相成長法によるシンチレータ23の形成途中で添加物質の添加量を変化させることにより、変換効率が異なるシンチレータ層24，25を形成することができる。すなわち、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などのハロゲン化合物を主成分とする非Ｘ線入射側のシンチレータ層24を成膜するときには所定量のタリウム（Ｔｌ）をドープし、Ｘ線入射側のシンチレータ層25を成膜するときにはタリウム（Ｔｌ）をドープしないあるいはタリウム（Ｔｌ）のドープ量を適正量より少なくするか多くするように成膜途中で切り換えることにより、Ｘ線入射側のシンチレータ層25は、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて、Ｘ線14を可視光に変換する変換効率が低くなるように形成することができる。

このように構成されたＸ線検出装置11は、Ｘ線入射側のシンチレータ層25が、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べてＸ線14を可視光に変換する変換効率が低いため、グリッドを用いることなく、Ｘ線入射側のシンチレータ層25が散乱Ｘ線を吸収する吸収層として機能し、シンチレータ23自体によって散乱Ｘ線を除去でき、コントラストなどの画像特性を向上させることができる。

画素19のサイズおよびピッチを微細化した場合、グリッドを使用することが困難となるが、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の変換効率を低くすることにより散乱Ｘ線を効果的に除去することができる。

また、変換効率が異なるシンチレータ層24，25を等しい主成分で連続して形成するため、次のような効果を奏する。同一工程内で製造することができ、シンチレータ23を容易に形成できる。Ｘ線拡大率の変化による影響を最小限に抑えることができる。Ｘ線の入射と変換効率の異なる複数の層が平行に近くなり、斜入射する散乱Ｘ線を効果的に除去できる。界面に線熱膨張係数起因の応力が発生しないため、熱起因の界面分離等が発生しない。界面に格子定数差起因の異常成長や格子欠陥などが発生しないため、界面に光学的な欠陥層や散乱層の発生を防止できる。

また、変換効率の異なるシンチレータ層24，25を同じ結晶構造で形成しているため、同一工程内で製造することができ、生産性も良好となる。

また、変換効率の異なるシンチレータ層24，25を柱状結晶構造に形成しているため、気相成長法を用いて、成膜途中で成膜条件を変更することにより変換効率の異なるシンチレータ層24，25を形成でき、生産性も良好となる。

また、変換効率の異なるシンチレータ層24，25を気相成長法によって形成しているため、柱状結晶構造に容易に形成でき、解像度特性の向上を図りやすくできる。

次に、図２に第２の実施の形態を示す。

低エネルギのＸ線14に対応するように、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の密度を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて低くした例である。

柱状結晶構造の場合には、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の柱状結晶の太さを、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて細くする。

このシンチレータ構造13により、散乱Ｘ線を除去したうえで、低エネルギのＸ線14を効果的に検出することができる。

なお、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の膜厚を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて薄くすることでも同様の効果が得られる。

次に、図３に第３の実施の形態を示す。

高エネルギのＸ線14に対応するように、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の密度を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて高くした例である。

柱状結晶構造の場合には、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の柱状結晶の太さを、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて太くする。

このシンチレータ構造13により、高エネルギの散乱Ｘ線を効果的に除去できる。

なお、Ｘ線入射側のシンチレータ層25の膜厚を、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べて厚くすることでも同様の効果が得られる。

次に、図４に第４の実施の形態を示す。

Ｘ線検出装置11は、光電変換基板12と、この光電変換基板12のＸ線入射側に配置されるシンチレータパネル41とで構成される。

シンチレータパネル41は、平板状のガラスやＣＦＲＰなどの放射線を透過する支持基板42の非Ｘ線入射側に、反射層43、およびシンチレータ構造13のシンチレータ23が形成され、さらに、このシンチレータ23を覆って保護層44が形成されている。

シンチレータ構造13のシンチレータ23は、前記実施の形態と同様に、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24とＸ線入射側のシンチレータ層25とで構成されている。シンチレータ23の成膜時には、支持基板42上にＸ線入射側のシンチレータ層25を形成し、このＸ線入射側のシンチレータ層25に連続して非Ｘ線入射側のシンチレータ層24を形成する。これらシンチレータ層24，25の構成は前記実施の形態と同様である。

このように構成されたシンチレータパネル41では、Ｘ線入射側のシンチレータ層25が、非Ｘ線入射側のシンチレータ層24に比べてＸ線14を可視光に変換する変換効率が低いため、グリッドを用いることなく、Ｘ線入射側のシンチレータ層25が散乱Ｘ線を吸収する吸収層として機能し、シンチレータ23自体によって散乱Ｘ線を除去できる。そのため、シンチレータパネル41で変換された散乱Ｘ線の影響が少ない光を光電変換基板12で検出でき、コントラストなどの画像特性を向上させることができる。

次に、シンチレータ構造13の有効性について試験した。

図１の第１の実施の形態に示す２層のシンチレータ層24，25を有するシンチレータ構造13を用いたＸ線検出装置11の実施例と、図５に示す１層のシンチレータ層を有するシンチレータ構造を用いた従来例とについて比較試験した。なお、図５には、図１と同様の構成について同一符号を用いる。

実施例および従来例ともに、シンチレータにはヨウ化セシウム・タリウムにタリウムをドープしたものを使用し、膜厚を２００μｍとした。実施例では、ヨウ化セシウム・タリウムにタリウムをドープしたものを使用して２００μｍ成膜した層を非Ｘ線入射側のシンチレータ層24とし、このシンチレータ層24上にタリウムをドープしないＸ線入射側のシンチレータ層25を２００μｍ成膜した。

図６に比較試験の試験方法の模式図を示す。図６(a)に示す例１では、被写体31として厚さ２ｍｍの鉛板を使用し、この被写体31をＸ線検出装置11のＸ線入射側に配置したものであって、散乱Ｘ線の影響が最も少ない状態となる。図６(b)に示す例２では、Ｘ線14が散乱した状態を模擬するために１０ｃｍのアクリル板32を通して被写体31にＸ線14を入射させたものであって、アクリル板で発生する散乱Ｘ線の影響が最も多い状態となる。図６(c)に示す例３では、Ｘ線14が散乱した状態を模擬するために４ｃｍのアクリル板32と６ｃｍのアクリル板32との間に被写体31を入れたものであって、被写体の入射と出射ともに散乱Ｘ線が多く発生しやすい状態となる。これら例１〜３において、管電圧８０ｋＶにてＸ線14を照射し、コントラスト比を比較試験した。

図７に比較試験の比較結果を示す。図中、例１〜３の黒棒グラフが実施例であり、白棒グラフが従来例である。この結果から、例１〜３のいずれについても、実施例のコントラスト比が向上したことが分かる。

なお、前記実施の形態では、シンチレータ23を、変換効率の異なる２層のシンチレータ層24，25で構成したが、３層以上のシンチレータ層で構成してもよく、あるいはＸ線入射側と非Ｘ線入射側とで変換効率が連続的に異なるように形成してもよい。

11 放射線検出装置としてのＸ線検出装置
12 光電変換基板
13 シンチレータ構造
14 放射線としてのＸ線
24 シンチレータ層
25 シンチレータ層
41 シンチレータパネル
42 支持基板

Claims

入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層を備え、このシンチレータ層の放射線入射側と非放射線入射側とで放射線を可視光に変換する変換効率が異なる
ことを特徴とするシンチレータ構造。
放射線入射側のシンチレータ層が、非放射線入射側のシンチレータ層に比べて放射線を可視光に変換する変換効率が低い
ことを特徴とする請求項１記載のシンチレータ構造。
変換効率の異なるシンチレータ層が連続して形成されている
ことを特徴とする請求項１および２記載のシンチレータ構造。
変換効率の異なるシンチレータ層が同種の主成分で形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のシンチレータ構造。
変換効率の異なるシンチレータ層が同じ結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のシンチレータ構造。
変換効率の異なるシンチレータ層が柱状結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載のシンチレータ構造。
変換効率の異なるシンチレータ層がハロゲン化合物を含む蛍光物質で形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一記載のシンチレータ構造。
放射線を透過する支持基板と、
この支持基板に形成された請求項１ないし７いずれか一記載のシンチレータ構造と
を具備していることを特徴とするシンチレータパネル。
光電変換基板と、
この光電変換基板上に配置された請求項８記載のシンチレータパネルと
を具備していることを特徴とする放射線検出装置。
光電変換基板と、
この光電変換基板上に形成された請求項１ないし７いずれか一記載のシンチレータ構造と
を具備していることを特徴とする放射線検出装置。