JP2011191290A - 放射線検出装置及び放射線検出システム - Google Patents

放射線検出装置及び放射線検出システム Download PDF

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Abstract

【課題】 放射線検出装置において、別途構造物を設置することなく周辺回路部を放射線から保護し、センサーパネルの小型薄型化を実現する。
【解決手段】 放射線検出装置が、受光部117とその外周に配置された周辺回路部116等からなるセンサーパネル101、シンチレータ層108、シンチレータ保護部材111、シンチレータ層の外周で、センサーパネルとシンチレータ保護部材とに挟まれるように設けられたシンチレータ層を封止する封止樹脂109とを有している。その封止樹脂109が、周辺回路部116上に配置され、かつ、封止樹脂109に放射線吸収材料からなる粒子が分散されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられる放射線検出装置および放射線検出システムに関し、特に、X線撮影等に用いられる放射線検出装置および放射線検出システムに関する。なお、本明細書では、X線の他、α線、β線、γ線等の電磁波も、放射線に含まれるものとする。
従来、X線蛍光体層が内部に備えられた蛍光スクリーンと、両面に乳剤が塗布されたフィルムとを用いたX線フィルムシステムが、一般的にX線写真撮影に使用されてきた。しかし、最近、X線を可視光に変換する波長変換体としてのシンチレータ層と、光電変換素子を2次元に配列して構成された2次元光検出器とを有するデジタル放射線検出装置が用いられ始めている。このような放射線検出装置は、画像特性が良好であること、また、検出されたデータをネットワーク化したコンピュータシステムに取り込むことによってデータの共有化が図られる利点があることから、盛んに研究開発が行われ、種々の特許出願もなされている。
上記の放射線検出装置は、特許文献1に開示されているように、複数のフォトセンサーおよび薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと表記する)等の電気素子が2次元に配置された受光部を有するセンサーパネルと、センサーパネル上に配置された、放射線をフォトセンサーで検出可能な光に変換するためのシンチレータ層とから構成される。シンチレータ層はシンチレータ保護層、反射膜及び反射膜保護層によりシンチレータ層上面および端面を保護されており、シンチレータ層への水分等の侵入によるシンチレータの劣化を防止している。
一方、特許文献2には、フォトセンサーで検出された信号を増幅する増幅素子等を含む周辺回路部を、受光部の外周に配置した放射線検出装置が開示されている。この装置においては、放射線の入射によって増幅素子等の特性が劣化することを防止するため、周辺回路部上に、X線吸収部材からなる枠体と、銀フィラーからなる保護部材とを設けている。
特開2000−284053 特開2004−177217
しかしながら、特許文献2の装置では周辺回路部を放射線から保護するために別途構造物を設置しているので、センサーパネルの小型薄型化が阻害されていた。
上記課題を解決するため、本発明の一つの側面に係る放射線検出装置は、基板上に2次元状に配列された複数の光電変換素子からなる受光部と、前記光電変換素子と電気的に接続され、前記受光部の外周に配置された周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、前記センサーパネルの受光部上に設けられ、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上にシンチレータ層を被覆するように設けられたシンチレータ保護部材と、前記シンチレータ層の外周において、前記センサーパネルとシンチレータ保護部材とに挟まれるように設けられ、前記シンチレータを封止する封止樹脂と、を有し、前記封止樹脂が、前記周辺回路部上に配置され、前記封止樹脂に放射線吸収材料からなる粒子が分散されていることを特徴とする。
本発明によれば、シンチレータ層を封止する封止樹脂が周辺回路部への放射線の入射量を低減させるため、放射線を遮蔽する部材を別途設置することなく、周辺回路部が受けるダメージを減少させることができる。
本発明の第1の実施形態であるX線検出装置の断面図。 図1に示すX線検出装置の平面図。 図1に示すX線検出装置におけるセンサーパネル。 本発明の第2の実施形態であるX線検出装置の断面図。 本発明の第3の実施形態であるX線検出装置の断面図。 本発明の放射線検出システムの構成例を示す概念図。 図3に示すセンサーパネルの回路図。
本発明の放射線検出装置は、受光部と、周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、受光部上に配置されたシンチレータ層と、シンチレータ保護部材と、シンチレータ層の外周において、シンチレータ保護部材とセンサーパネルとに挟まれた封止樹脂と、を有する。そして、封止樹脂は、周辺回路部上に配置され、封止樹脂は内部に放射線吸収材料からなる粒子が分散されている。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図2は、本発明に係わる放射線検出装置の第1の実施形態を示す平面図であり、図1は、図2のAA‘における断面図である。また、図3は、図1及び図2に示すセンサーパネルの平面図を示す。これらの図において、同一の部材には同一の符号を付している。
図1において、符号101はセンサーパネルを示し、ガラスや樹脂等からなる絶縁性基板103上に、光電変換素子112およびTFT(不図示)が半導体層により形成されている。配線113は光電変換素子112またはTFTに接続されている。このような光電変換素子112及び配線113が複数、2次元状に配置されて受光部117が形成されている。符号116は、光電変換素子112から出力され、配線113等を介して取り出された信号に増幅等の処理を行う周辺回路部を示す。この周辺回路部116は、図3に示すように、受光部117の外周に配置されている。
符号105は外部配線107とセンサーパネル101を接続する際に使用するボンディングパット部等の接続リードを示す。この接続リード105は、半田や異方性導電接着フィルム(ACF)等の配線接続部106を介してフレキシブル配線板等の外部配線107と電気的に接続され、外部電気回路との接続がなされる。115は窒化シリコン等からなるセンサー保護層(第1の保護層)、114は樹脂膜等により形成された光電変換素子112の剛性保護の役割を兼ねたシンチレータ下地層(第2の保護層)である。これら構成要素によってセンサーパネル101が構成される。
絶縁性基板103は、この上に光電変換素子112、配線113、及びTFT(不図示)からなる光電変換部(受光部)が形成されるものであり、材料として、ガラス、耐熱性プラスチック等の樹脂を好適に用いることができる。光電変換素子112は、シンチレータ層102によって放射線から変換された光を電荷に変換するものであり、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、単結晶シリコンなどの材料を用いて形成することが可能である。光電変換素子112の構成は特に限定されず、MIS型センサー、PIN型センサー、TFT型センサー等適宜用いることができる。
配線113は、光電変換素子112で光電変換された信号をTFTを介して読み出すための信号配線の一部や、周辺回路部116で処理された信号を読み出すための信号配線の一部、また光電変換素子に電圧(Vs)を印加するバイアス配線、又はTFTを駆動するための駆動配線を示す。光電変換素子112で光電変換された信号はTFTによって読み出され、周辺回路部116、接続リード105を介して外部の信号処理回路に出力される。また行方向に配列されたTFTのゲートは行ごとに駆動配線に接続され、不図示のTFT駆動回路により行毎にTFTが選択される。TFTのチャネルに用いられる材料としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、単結晶シリコン、非晶質酸化物半導体等があげられる。
センサー保護層(第1の保護層)115を形成する材料としては、SiNやTiO、LiF、Al、MgO等の他、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。特にセンサー保護層やシンチレータ下地層は、放射線照射時にシンチレータ層102によって変換された光が通過することから、シンチレータ層102が放出する光の波長において高い透過率を示すものが望ましい。
シンチレータ下地層(第2の保護層)114を形成する材料としては、シンチレータ層形成工程での熱プロセス(柱状結晶構造を有するシンチレータ層の場合、例えば200℃以上)に耐える材料であればいずれの材料でも良く、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。シンチレータ下地層114は、センサー保護層115と同一材料を用いる場合は、センサー保護層115がシンチレータ下地層114の機能を兼ねることになるため、形成しなくてもよい。
符号102はシンチレータ層を示し、符号110はシンチレータ層102の上面を覆うシンチレータ保護層、符号111は反射層を示す。シンチレータ層102は、放射線を光電変換素子112が感知可能な光に変換するものであり、図1に示すように柱状結晶108を複数有する構造である。柱状結晶108を有するシンチレータは、シンチレータで発生した光が柱状結晶108内を伝搬するので光散乱が少なく、解像度を向上させることができる。柱状結晶108を形成するシンチレータ層102の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が好適に用いられる。例えば、CsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、LiI:Eu、KI:Tl等が用いられる。その作製方法は、例えばCsI:Tlでは、CsIとTlを同時に蒸着することで形成できる。
本実施形態においては、シンチレータ保護層110がシンチレータ保護部材を構成する。シンチレータ層102の外周には、封止樹脂109がセンサーパネル101とシンチレータ保護層110とに挟まれるように設けられ、シンチレータ層102を封止するよう構成されている。
封止樹脂109は、シンチレータ保護層110と協働して、シンチレータ層102への水分の侵入を防止する防湿機能を有する。このような目的から、封止樹脂109は防湿性の高い材料、水分透過性の低い材料から形成されることが好ましい。例えば、封止樹脂109としては、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等が好適に用いられ、シリコーン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリイミド系の樹脂も用いることができる。
封止樹脂109は、周辺回路部116へのX線の入射量を低減するため、周辺回路部116上に配置されている。図3においては、破線と破線の間の領域が、封止樹脂を配置する領域301となる。そして、封止樹脂109には、X線吸収材料から成る粒子が分散されている。この粒子としては、例えばMo,W,Pb等の金属微粒子や、BaO,CeO,Gd,Dy,TiO等の酸化物微粒子が好適に用いられる。このような粒子の分散により、防湿機能を維持しつつ、周辺回路部116において、X線の照射により誤動作を起こす可能性のある素子を、X線から保護することができる。
封止樹脂109において、封止樹脂とX線吸収材料からなる粒子とを合わせた重量に対し、粒子の混合割合は30重量%以上90重量%以下の範囲とされることが望ましい。この割合は、30重量%よりも小さいとX線吸収の効果が低下し、90重量%を越えると封着・封止性能が低下してしまう。
シンチレータ保護層110は、シンチレータ層102に対して、外気からの水分の侵入を防止する防湿保護機能及び衝撃による構造破壊を防止する衝撃保護機能を有するものである。シンチレータ層102として柱状結晶構造を有するシンチレータを用いる場合、シンチレータ保護層110の厚さは20μm以上200μm以下が好ましい。20μm未満では、シンチレータ層102表面の凹凸、及びスプラッシュ部分を完全に被覆することができず、防湿保護機能が低下する恐れがある。上述したスプラッシュは、シンチレーション材料の突沸による欠陥であるが、決まった量、若しくは決まった大きさを持っているわけではなく、厚さや密度などがスプラッシュ部分では不規則な状態になっている。一方、200μmを超えるとシンチレータ層102で発生した光もしくは反射層111で反射された光のシンチレータ保護層110内での散乱が増加し、取得される画像の解像度及びMTF(Modulation Transfer Fanction)が低下する恐れがある。シンチレータ保護層110の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの一般的な有機封止材料や、またポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系等のホットメルト樹脂などを用いることができるが、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。シンチレータ保護層110としては、CVD蒸着で形成するポリパラキシリレンの有機膜が好適に用いられる。また、シンチレータ保護層110として後述するホットメルト樹脂を好適に用いることができる。
ホットメルト樹脂は、樹脂温度が上昇すると溶融し、樹脂温度が低下すると固化するものである。ホットメルト樹脂は、加熱溶融状態で接着性をもち、常温で固体状態となり接着性を持たないものである。また、ホットメルト樹脂は極性溶媒、溶剤、および水を含んでいないので、シンチレータ層102(例えば、ハロゲン化アルカリからなる柱状結晶構造を有するシンチレータ層)に接触してもシンチレータ層を溶解しないため、シンチレータ保護層110として使用され得る。ホットメルト樹脂は、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし溶媒塗布法によって形成された溶剤揮発硬化型の接着性樹脂とは異なる。またエポキシ等に代表される化学反応によって形成される化学反応型の接着性樹脂とも異なる。ホットメルト樹脂材料は主成分であるベースポリマー(ベース材料)の種類によって分類され、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系等を用いることができる。シンチレータ保護層110として、防湿性が高く、またシンチレータから発生する可視光線を透過する光透過性が高いことが重要である。シンチレータ保護層110として必要とされる防湿性を満たすホットメルト樹脂のうちポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂が好ましい。特に吸湿率が低いポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。また光透過性の高い樹脂として、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。したがってシンチレータ保護層110としてポリオレフィン系樹脂をベースにしたホットメルト樹脂がより好ましい。ポリオレフィン樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体および、アイオノマー樹脂から選ばれる少なくとも1種を主成分として含有することが好ましい。エチレン酢酸ビニル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてヒロダイン7544(商品名、ヒロダイン工業製)、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてO−4121(商品名、倉敷紡績製)、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてW−4110(商品名、倉敷紡績製)、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてH−2500(商品名、倉敷紡績製)、エチレン−アクリル酸共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてP−2200(商品名、倉敷紡績製)、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてZ−2(商品名、倉敷紡績製)等を用いることができる。
反射層111は、シンチレータ層102で変換して発せられた光のうち、光電変換素子112と反対側に進行した光を反射して光電変換素子112に導くことにより、光利用効率を向上させる機能を有するものである。また、反射層111は、光電変換素子112にシンチレータ層102で発生された光以外の外部光線を遮断し、光電変換素子112にノイズが入ることを防止する機能も有する。反射層111としては、金属箔または金属薄膜を用いることが好ましく、反射層111の厚さは1μm以上100μm以下が好ましい。1μmより薄いと反射層111の形成時にピンホール欠陥が発生しやすく、また遮光性に劣る。一方、100μmを超えると、放射線の吸収量が大きく被撮影者が被爆する線量の増加につながる恐れがあり、また、シンチレータ層102とセンサーパネルの表面との段差を隙間無く覆うことが困難となる恐れがある。反射層111の材料としては、アルミニウム、金、銅、アルミ合金、などの金属材料を用いることができるが、特に反射特性の高い材料としては、アルミニウム、金が好ましい。
図7は、図3のセンサーパネルの回路図である。X線遮蔽部材を含む封止樹脂109によって保護されるセンサーパネルの周辺回路部116の例を説明する。周辺回路部116は、駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。したがって、センサーパネルは、受光部117と共に、700Aで示す駆動回路701を有する構成、700Bで示す読出回路702を有する構成、700Cで示す駆動回路701と読出回路702とを有する構成とすることができる。そのため、周辺回路116は、受光部の周辺の少なくとも1辺に沿って配置されている。また、図7においては駆動回路701と読出回路702を受光部117の各1辺に配置した例を示しているが、それぞれ対向する辺に各回路を配置する構成など、適宜、他の構成に変形可能である。
図7においては、説明を簡単化するために、図3の受光部117を3×3の合計9画素で構成している。実際のセンサーパネルは、必要な受光部の大きさに応じた数の光電変換素子が配列されている。そのようなセンサーパネルの一例は、受光部となる有効領域で30cm以上、画素数としては画素ピッチ120μmで、2000×2000画素以上を有する。図3の周辺回路部116は、駆動回路701と読出回路702とを含む。
S1−1〜S3−3は、光電変換素子である。T1−1〜T3−3は、S1−1〜S3−3で光電変換された信号電荷を信号配線Sig1〜Sig3側へ転送するためのスイッチ素子である。本実施形態においては、1つの画素は、1つの光電変換素子と少なくとも1つのスイッチ素子によって構成されている。光電変換素子S1−1〜S3−3は、バイアス電源Vsに接続され、光電変換素子の一方の電極にバイアス電圧が供給されている。G1〜G3は、スイッチ素子T1−1〜T3−3に接続されたスイッチのゲート駆動用の駆動配線である。
信号配線Sig1には、スイッチ素子の電極間容量(Cgs)の3個分の容量が転送終了時において付加されていることと等価であり、図7では容量素子CL1として表記している。他の信号配線Sig2、Sig3についても同様であり、CL2、CL3として表記している。
光電変換素子S1−1〜S3−3と、スイッチング素子T1−1〜T3−3と、駆動配線G1〜G3と、信号配線Sig1〜Sig3とを備えた受光部117が不図示の絶縁性基板上に構成されている。シフトレジスタからなる駆動回路701は、スイッチ素子T1−1〜T3−3のオンとオフを制御している。駆動回路701は、フリップフロップ回路701a及びアンド回路701bが所定数組み合わされて構成されており、対応するアンド回路701bから駆動配線G1〜G3へ駆動信号が出力される。
光電変換素子S1−1〜S3−3に入射した光は、そこで電荷に変換され、それぞれの電極間容量に蓄積される。これらの電荷は、転送用スイッチT1−1〜T3−3及び信号配線Sig1〜Sig3を通じて、並列の電圧出力となる。すなわち、光電変換素子S1−1〜S1−3内の電極間容量に蓄えられていた電荷が、信号配線Sig1〜Sig3で形成されたそれぞれの容量CL1〜CL3に転送される。この転送により、CL1〜CL3の電位V1〜V3は、信号の電荷量分だけ高くなる。次に信号は読出回路で処理される。
読出回路702は、増幅器、サンプルホールド用コンデンサを少なくとも有し、さらにシフトレジスタ、演算増幅器、A/D変換回路、メモリなどを含むことができる。読出回路の動作を説明する。容量CL1〜CL3の信号は、SH信号をオンすることにより、読出回路702内のサンプルホールド用コンデンサC1〜C3に転送される。この時、容量CL1〜CL3の信号は、それぞれ積分増幅器A11〜A13、可変増幅器A21〜A23により増幅される。積分増幅器A11〜A13は基準電源Vrefに接続され、電位が供給されている。読出回路702は、スイッチSnnとコンデンサCnとでサンプルホールド回路703を構成し、積分増幅器A1nと可変増幅器A2nとサンプルホールド回路703とで増幅回路704を構成する。
SH信号をオフすることにより、サンプルホールド用コンデンサC1〜C3の信号電荷はホールドされる。SH信号をオフした後、容量CL1〜CL3は、RC信号によりリセットされ、次のラインの転送動作が行われることになる。
サンプルホールドされたサンプルホールド用コンデンサC1〜C3の第1行の信号は、シフトレジスタ705より電圧パルスを順次与えて読み出し用スイッチSr1〜Sr3を順次オン状態に切り換える。これらの動作により、アンプB1〜B3を介し第1行の信号は直列信号に変換される。次に、直列信号は、オペアンプ706によりインピーダンス変換され、A/D変換回路部707でディジタル変換された後、センサーパネルの外部へ出力される。
図4は、本発明に係わる放射線検出装置の第2の実施形態を示す断面図である。図4において、図1と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、この実施形態においても、平面図及びセンサーパネルは、第1の実施形態と同様に、それぞれ図2及び図3に示すものとなる。
本実施形態の封止樹脂109は、シンチレータ層108と略同一の厚みを有している。そのため、第1の実施形態に比べて放射線を遮蔽することが容易にできる。第1の実施形態は、封止樹脂109によってセンサーパネル101とシンチレータ保護層110とを貼り合わせたものであった。これに対し、本実施形態は、先にシンチレータ層102の外周に封止樹脂401から成る構造物を形成しておき、これらの上にシンチレータ保護層110を形成するものである。封止樹脂401は、周辺回路部116上に配置される。周辺回路部116は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。また、封止樹脂401には、第1の実施形態と同様のX線吸収材料から成る粒子が分散されている。封止樹脂401としては、紫外線(UV)硬化型樹脂を好適に用いることができる。その他の部材は、第1の実施形態と同様であり、これらの部材を形成する材料としても、第1の実施形態で説明した材料と同様のものを用いることができる。本実施形態においても、シンチレータ保護層110がシンチレータ保護部材を構成する。
図5は、本発明に係わる放射線検出装置の第3の実施形態を示す断面図である。図5において、図1と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において、シンチレータ層102は、センサーパネル101上に直接形成されるのではなく、反射性の材料から成る基板502上に形成される。基板502上には、反射層保護層503が形成され、この反射層保護層503上に、柱状結晶108を有するシンチレータ層102が形成される。そして、シンチレータ層102上に、シンチレータ保護層504が形成され、シンチレータ基板506が構成されている。このシンチレータ基板506は、シンチレータ層102が内側に来るようにセンサーパネル101と貼り合わされている。そして、シンチレータ層102の外周において、センサーパネル101と基板502との間に挟まれるように、封止樹脂501が充填され、シンチレータ層102を封止している。つまり、本実施形態においては、基板502がシンチレータ保護部材を構成する。封止樹脂501は、周辺回路部116上に配置される。また、封止樹脂501には、第1の実施形態と同様のX線吸収材料から成る粒子が分散されている。封止樹脂501としては、紫外線(UV)硬化型樹脂を好適に用いることができる。
次に、本発明のX線検出装置を実施例に基づいて詳細に説明する。
図1〜図3に示す第1の実施形態のX線検出装置を、以下のように作製した。
図1に示すように、ガラスから成る絶縁性基板103上に、非晶質シリコンから成る半導体薄膜を成膜した。この半導体薄膜を用いて光電変換素子112と不図示のTFTを形成した。そして、これらの素子に接続される配線113を形成して受光部117とした。この受光部の周辺に、上記の半導体薄膜を用いて周辺回路部116を形成した。その上にSiNよりなるセンサー保護層(第一の保護層)115と、さらにポリイミド樹脂を硬化したシンチレータ下地層114を形成してセンサーパネル101を作製した。
次に、接続リード105等の非シンチレータ層形成面にシンチレータ層が形成されるのを防止するためのマスクテープを設置した。その後、シンチレータ下地層114上に、アルカリハライドよりなる柱状構造結晶のシンチレータ(例えば、CsI:Tl、タリウム活性化沃化セシウム)よりなるシンチレータ層102を、シンチレータ層蒸着装置によって形成した。シンチレータ層102は、厚さは0.35mmとし、二次元に配置されている受光部117の上面を覆うようにした。シンチレータ層102の微細構造を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると、図1に示す柱状結晶108が複数形成され、かつ柱状結晶108の間には空隙が存在することが確認できた。
次に、前記マスクテープを除去し、タングステン微粒子を分散させた封止樹脂109であるホットメルト樹脂を、図3に示す封止樹脂配置領域301に配置されるよう設置した。即ち、周辺回路部116の直上、かつ前記シンチレータ層102の外周4辺に配置されるように設置した。周辺回路部116は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。ホットメルト樹脂はポリオレフィン系のホットメルト樹脂を使用した。ここで用いられるタングステン微粒子は平均粒径5μmであり、ホットメルト樹脂の厚さは50μmとした。また、タングステン微粒子の混合割合は60重量%とした。
次に、予めPET(ポリエチレンテレフタレート)から成る反射層保護層(不図示)に反射層111としてAl膜が形成されたフィルム状シートを用意した。このシートの反射層形成面に、ホットメルト樹脂であるポリオレフィン樹脂から成るシンチレータ保護層110をヒートローラーを用いて転写、接着させた。このようにして、3層のフィルム状シートを形成した。この3層のフィルム状シートを、センサーパネル上のシンチレータ層102を覆い、且つ3層フィルムシートの外周が封止樹脂109の上面にかかるように配置した。そして、この上からヒートローラーにより加熱、押圧し、シンチレータ保護層110の溶着により、3層フィルムシートをシンチレータ層102上に接着・固定した。これにより、シンチレータ層102は、3層のフィルム状シートと封止樹脂109とに覆われる構造となった。さらに、封止樹脂109上をバータイプの加熱圧着ヘッドで圧着することで、シンチレータ保護層110と封止樹脂109の密着性を向上させた。ホットプレス処理としては、例えば圧力を1〜10kg/cmとし、温度はホットメルト樹脂の溶融開始温度より10〜50℃以上高い温度で1〜60秒間行われる。以上により本実施例のX線検出装置を作製した。
本実施例の構成において、センサーパネル上のシンチレータ層102は、封止樹脂109と3層のフィルム状シート(シンチレータ保護層110および反射層111を含む)に包囲される構造となり、水分等の侵入を防止できる。また周辺回路部116の直上にX線吸収能の高いタングステン微粒子が分散した封止樹脂109が配置されているため、周辺回路部へのX線入射量を低減することができる。そして、その結果、周辺回路部の誤動作の発生を低減することができる。
本実施例は、実施例1で用いたタングステン微粒子を分散させたホットメルト樹脂に代わり、酸化バリウム(BaO)微粒子を混合した粘着テープを使用した例である。この粘着テープは、テープ状の基材にホットメルト樹脂から成る粘着層が形成されたものである。この粘着層には、酸化バリウム(BaO)から成る微粒子が分散され、この粘着層が封止樹脂109を構成する。酸化バリウム微粒子の平均粒子径は5μm、ホットメルト樹脂の厚さは50μm、酸化バリウム微粒子の混合割合は70重量%とした。その他の構成は実施例1と同様である。
本実施例においても、実施例1とほぼ同様の効果が得られた。即ち、シンチレータ層への水分の侵入によるシンチレータの劣化を防止すると共に、周辺回路部へのX線入射量を低減することができた。
図4に示す第2の実施形態のX線検出装置を以下のように作製した。
本実施例において、封止樹脂としてエポキシ系のUV硬化型樹脂を用い、この樹脂に混合する微粒子は、平均粒子径5μmのタングステン微粒子を用いた。また、樹脂への微粒子混合割合は70重量%とした。
実施例1と同様の方法でシンチレータ層102を形成したのち、塗布位置・塗布量のプログラム制御が可能なシールディスペンサを使用し、UV硬化型樹脂を図3に示す封止樹脂配置領域301上に塗布した。塗布完了後、UVランプを使用してUV光を照射し、樹脂を硬化させて図5に示す封止樹脂401を形成した。UV硬化後の樹脂の高さは、センサーパネル101の表面から計測して約300μmであり、塗布幅は平均で約1mmであった。
塗布・硬化終了後に、実施例1と同様の3層のフィルム状シート(シンチレータ保護層110及び反射層111を含む)をシンチレータ層102および封止樹脂401上に載せ、加熱・押圧することによって固定した。その後、封止樹脂401上で実施例1と同様に加熱・圧着処理を行い、封止樹脂401とシンチレータ保護層110の密着性を向上させた。
図4に示すように、本実施例においても実施例1と同様に、センサーパネル上のシンチレータ層102が、封止樹脂401と3層のフィルム状シートで包囲される構造となる。そのため、実施例1と同様にシンチレータの劣化を防止する効果が得られた。また、実施例1と同様に、周辺回路部へのX線入射量を低減する効果も得られた。
図5に示す第3の実施形態のX線検出装置を、以下のように作製した。
本実施例ではまず、Alからなる反射性基板502上に、ポリイミド樹脂を主成分とする反射層保護層503を形成した。そして、この反射層保護層503上に、実施例1と同様の方法でシンチレータ層102を形成した。そして、ホットメルト樹脂を使用してシンチレータ保護層504を形成し、シンチレータ基板506を準備した。
センサーパネル101は実施例1と同様のものを使用し、接着層(非図示)を介して前記シンチレータ基板506を、シンチレータ層102が内側にくるようにセンサーパネル101に貼り合わせた。その際、周辺回路部116上に、実施例3と同一のX線吸収微粒子を含有したUV(紫外線)硬化型樹脂からなる封止樹脂501を塗布した。そして、この封止樹脂501によって、シンチレータ基板506とセンサーパネル101とが接着・封止されるようにした。
本実施例では、反射性基板502がシンチレータ層を被覆するシンチレータ保護部材に相当し、前述の実施例1から3と同様に、シンチレータの劣化を防止する効果を得ることができた。また、周辺回路部上にX線吸収材料から成る粒子を分散した封止樹脂を設置しているため、周辺回路部へのX線入射量を低減する効果に関しても、実施例1から3と同様に得られた。
本実施例では、実施例1で使用した非晶質シリコン薄膜に代わり、多結晶シリコン薄膜を使用してTFTおよび周辺回路を形成した実施形態を示したものである。
図1に示すように、ガラスから成る絶縁性基板103上に、多結晶シリコンから成る半導体薄膜を成膜し、TFTを形成した。また、その後に非晶質シリコン薄膜を用いて光電変換素子112を形成した。そして、これらの素子に接続される配線113を形成して受光部117とした。この受光部の周辺に、上記の多結晶シリコンからなる半導体薄膜を用いて、周辺回路部116を形成した。周辺回路部116は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。例えばシフトレジスタ、アンプIC、メモリ、等の機能を有する回路であり、目的に応じて必要な機能を有する回路を形成する。
その上にSiNよりなるセンサー保護層(第一の保護層)115と、さらにポリイミド樹脂を硬化したシンチレータ下地層114を形成してセンサーパネル101を作製した。
その後実施例1と同様の方法で上記センサーパネル101上にシンチレータとシンチレータ保護層を設置した。
センサー駆動回路、TFTおよび周辺回路等を非晶質シリコン薄膜よりスイッチング速度が速くなる多結晶シリコン薄膜を使用することにより、センサー設計・周辺回路設計の自由度が増し、例えばより画素ピッチの小さいセンサーの形成することが可能となる。また、周辺回路部は実施例1と同様に、その直情にX線吸収能の高いタングステン微粒子が分散した封止樹脂109が配置されており、周辺回路部へのX線入射量の低減、周辺回路部の誤動作発生の低減の効果は実施例1と同等である。
図6は、本発明による放射線検出システムをX線診断システムへ応用した一実施形態を示したものである。図6において、X線検出装置605には、例えば前述の第1〜第3の実施形態で説明したような、本発明の放射線検出装置が用いられる。このX線検出装置605としては、具体的には、実施例1〜5に示したX線検出装置使用することができる。
図6において、符号600、601、602はそれぞれ、X線ルーム、コントロールルーム、ドクタールームを示す。放射線源であるX線チューブ603で発生したX線606は、患者あるいは被験者604の胸部607を透過し、X線検出装置(イメージセンサ)605に入射する。この入射したX線には患者あるいは被験者604の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応して、X線検出装置605においては、シンチレーター(シンチレータ層)が発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され、信号処理手段であるイメージプロセッサ609により画像処理される。画像処理された信号は、コントロールルーム601内に設置された、表示手段であるディスプレイ608に表示され、操作者が観察することができる。
また、上記のデジタル信号はインターネット、電話回線等のネットワーク610等の技術を用いた伝送手段によりコントロールルームから遠隔地、例えば別の場所にあるドクタールーム602などに転送される。転送された信号は、ドクタールーム602に設置された表示手段であるディスプレイ611に表示される。また、この信号は、記録手段であるフィルムプロセッサ614に入力され、レーザープリンタ613を用いてフィルム612に記録することもできる。そして、ディスプレイ611或いはフィルム612を観察することにより、遠隔地の医師が患者あるいは被験者604の状態を診断することが可能である。上記の信号は、光ディスク等の記録媒体に保存することもできる。
以上、X線検出装置の実施例を説明したが、本発明はシンチレータを置換することによって、α線、β線、γ線等の放射線検出装置にも適用が可能である。シンチレータとしては、それぞれの放射線に感応する従来周知のものを用いることができる。例えば、α線に対しては硫化亜鉛(銀)シンチレータが、β線に対してはポリスチレンなどのプラスチックにPOPOPなどの有機蛍光色素を溶かし込んだプラスチックシンチレータが、γ線に対してはタリウムで活性化されたヨウ化ナトリウム単結晶から成るシンチレータが知られている。また、放射線吸収材料としては、実施例に記載の材料を用いれば、α線、β線、γ線のいずれの放射線も周辺回路部に入射することを防ぐことが出来る。以上説明したように、本発明は、医療用のX線センサ等に応用することが可能であるが、非破壊検査等のそれ以外の用途に応用した場合にも有効である。
101 センサーパネル
102 シンチレータ層
109 封止材料
110 シンチレータ保護層
111 反射層
116 周辺回路部
117 受光部

Claims (10)

  1. 基板上に2次元的に配列された複数の光電変換素子からなる受光部と、前記光電変換素子と電気的に接続され、前記受光部の周辺に配置された周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、前記センサーパネルの受光部上に設けられ、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上にシンチレータ層を被覆するように設けられたシンチレータ保護部材と、前記シンチレータ層の外周において、前記センサーパネルとシンチレータ保護部材とに挟まれるように設けられ、前記シンチレータ層を封止する封止樹脂と、を有する放射線検出装置において、
    前記封止樹脂が、前記周辺回路部上に配置され、前記封止樹脂に放射線吸収材料からなる粒子が分散されていることを特徴とする放射線検出装置。
  2. 前記放射線吸収材料からなる粒子が、X線を吸収する微粒子から成ることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装置。
  3. 前記X線を吸収する微粒子が、Mo,W,Pbのいずれかから成る微粒子であることを特徴をする請求項2に記載の放射線検出装置。
  4. 前記X線を吸収する微粒子が、BaO,CeO,Gd,Dy,TiOのいずれかから成る微粒子であることを特徴とする請求項2に記載の放射線検出装置。
  5. 前記封止樹脂において、封止樹脂と放射線吸収材料からなる粒子とを合わせた重量に対し、放射線吸収材料からなる粒子の混合割合が30重量%以上90重量%以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  6. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が駆動回路を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  7. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が読出回路を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  8. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が前記受光部の外周に配置されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  9. 前記シンチレータ層が、柱状結晶構造を有し、CsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、LiI:Eu、KI:Tlのいずれかから成ることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の放射線検出装置。
  10. 被検物に放射線を照射する放射線源と、
    前記被検物を透過した放射線を検出する、請求項1から9のいずれか1項に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置によって検出された信号を画像処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段によって画像処理された信号を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする放射線検出システム。
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