JP2012145537A - 放射線検出装置、放射線検出システム、及び放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板と光電変換素子とシンチレータとが放射線入射側から順に配置された放射線検出装置において、高解像度で高強度な放射線検出装置を提供する
【解決手段】 シンチレータ４と、複数の光電変換素子１０４と、シンチレータ４と対向する第１表面と該第１表面と対向する第２表面とを有する基板２と、を含む放射線検出装置であって、放射線検出装置の放射線が入射される側から、基板２、光電変換素子１０４、シンチレータ４の順に配置されており、第２表面は、基板２に垂直な方向にシンチレータ４側から投影された複数の光電変換素子１０４の正射影が位置する正射影領域に位置する複数の凹部２ａと、一部が正射影領域内に位置し、一部を除く他の部分が正射影領域の間に位置する凸部２ｂと、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される放射線検出装置，及び放射線検出システムに関する。

近年、薄膜半導体製造技術は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチ素子と光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた撮像装置や放射線撮像装置にも利用されている。特許文献１に示すように、Ｘ線源から発せられるＸ線が照射される側に少なくとも光電変換素子を複数備えるセンサ基体を、Ｘ線が照射される側とは反対側にシンチレータを配することにより放射線検出器を構成する提案がなされている。また、特許文献１には、センサ基板の全面又はセンサ基板の光電変換部のみをエッチングして薄型化することにより、センサ基板での放射線の吸収を抑制し、受光感度及びＭＴＦを向上させることができることが開示されている。

特開２００１−３３０６７７号公報

しかしながら、特許文献１では、センサ基板の光電変換部のみをエッチングして薄型化して受光感度及びＭＴＦを向上させる記載があるが、放射線検出装置の強度に対してはなんら考慮されておらず、改善の余地がある。また、特許文献１の光電変換部は不明確である。
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、基板と光電変換素子とシンチレータとが放射線入射側からこの順に配置された放射線検出装置において、高解像度で高強度な放射線検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の放射線検出装置は、照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電荷に変換する光電変換素子と、が複数配置された第１表面と該第１表面と対向する第２表面とを有する基板と、を含む放射線検出装置であって、前記放射線検出装置の放射線が入射される側から、前記基板、前記光電変換素子、前記シンチレータの順に配置されており、前記第２表面は、前記第１表面の複数の前記光電変換素子が配置された領域と対向する領域に位置する複数の凹部と、複数の前記凹部の間に位置する複数の凸部と、を有し、前記凸部の少なくとも一部が前記対向する領域に位置することを特徴とする。

また、本発明の放射線検出システムは、上述の放射線検出装置と、前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の放射線検出装置の製造方法は、照射された放射線がシンチレータにより変換された可視光を電荷に変換する光電変換素子が複数配置された第１表面と該第１表面と対向する第２表面とを有する基板を含む放射線検出装置であって、前記放射線検出装置の放射線が入射される側から、前記基板、前記光電変換素子、前記シンチレータの順に配置される放射線検出装置の製造方法において、前記基板の前記第２表面側から前記基板に選択的な薄型化加工を施すことにより、複数の凹部と、該複数の凹部の間に位置する凸部と、を前記第２表面に形成する工程を含み、前記複数の凹部は、前記第１表面の複数の前記光電変換素子が配置された領域、又は、前記第１表面の複数の前記光電変換素子が配置される領域、と対向する領域に形成され、前記複数の凹部の間に位置する凸部の少なくとも一部が前記対向する領域に形成されることを特徴とする。

本発明により、基板と光電変換素子とシンチレータとが放射線入射側から順に配置された放射線検出装置において、高解像度で高強度な放射線検出装置を提供できる。

本発明の放射線検出装置の平面図、断面図、及び等価回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の拡大平面図、その断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る他の例の放射線検出装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の他の例の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る他の例の放射線検出装置の拡大平面図及びその断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の拡大平面図及びその断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置の拡大平面図及びその断面図である。 本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムを示すものである。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本願明細書において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（第１の実施形態）
先ず、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置について説明する。ここで、図１（ａ）は本発明の放射線検出装置の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’での断面図であり、図１（ｃ）は放射線検出装置の概念的等価回路である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガラス基板等の絶縁性表面を有する基板２の第１表面に、光電変換部３が配置される。光電変換部３は、後述するシンチレータ４により変換された可視光を電気信号に変換するための画素が２次元アレイ状に複数配置されており、各画素はそれぞれ光電変換素子とスイッチ素子を有している。なお、基板２に対して放射線が第１表面と対向する第２表面側から入射するように、基板２及び光電変換部３が配置される。ここで、本発明において各構成要素に対して、放射線入射側の表面を第２表面と、放射線入射側と反対側の表面を第１表面と示す。基板２の第２表面は、第１表面の複数の光電変換素子が配置される領域と対向する領域に位置する複数の凹部と、複数の凹部の間に位置する複数の凸部と、を有する。この凹部と凸部に関しては、後で詳細に説明する。基板２の第１表面の端部には、フレキシブル配線基板６を介してプリント回路基板７ａ及び７ｂが実装される。この基板２の端部には凹部は設けられておらず、端部が凸部よりも幅が広くことが望ましく、凸部よりも厚さが厚い方がより好ましく。基板２にプリント回路基板７ａ及び７ｂを実装する領域とその実装に対する強度が確保されるためである。フレキシブル配線基板やプリント回路基板には、各種集積回路が設けられる。集積回路としては、後述する駆動回路１１０、読出回路１１２、電源回路１１９、制御回路（不図示）、等が挙げられる。光電変換部３の放射線入射側の表面（第２表面）とは反対側の表面（第１表面）に、シンチレータ４が固定配置される。つまり、シンチレータ４は基板２の第１表面と対向して配置されている。シンチレータ４の第２表面は、光電変換部３の第１表面上に、蒸着して形成されるか、又は接着されることで、光電変換部３の第１表面に固定配置される。シンチレータ４の第１表面は、外装箱８に設置された支持基台９の第２表面に、接着剤や粘着剤、衝撃吸収材などを介して固定されている。プリント回路基板７ａ及び７ｂは支持基台９の第１表面側に配置される。これにより本発明の放射線検出装置１は、放射線検出装置の放射線が照射される側から、基板２、光電変換部３、シンチレータ４の順に配置されることとなる。そして、外装箱８の放射線入射側には、放射線を透過しやすく耐水性や密閉性が確保できるカバー５が配置され、外装箱８とカバー５とで筐体を構成している。つまり、支持基台９に固定されて、外装箱８とカバー５とで構成される筐体内に、基板２、光電変換部３、シンチレータ４、フレキシブル配線基板６、プリント回路基板７ａ及び７ｂが収容される。プリント回路基板７ａ及び７ｂは、支持基台７の第２表面側に配置されており、放射線による集積回路への悪影響が低減される。このように、基板２の第２表面に光電変換素子が配置される領域に対応して凹部２ａが設けられる構成にすることで、凹部２ａを設けない基板に比べて、光電変換素子が配置される領域の基板２の厚さが低減し、基板２を通過する放射線が増加する。また、凹部２ａを設けない基板に比べて、基板２を通過する放射線が増加するため、シンチレータ４の発光量が増加し、光電変換部３に照射される可視光も多くなり、感度の向上につながる。また、シンチレータ４の発光位置と光電変換部３の距離が短いため、可視光の散乱が小さく抑えられ、結果的にＭＴＦ（鮮鋭度）が向上する。

基板２としては、光電変換部３を形成するプロセス温度に対し耐熱性を有するガラス基板、シリコン基板や硬質なカーボン製基板を用いると良い。また、基板２として、基板材料の表面に、有機又は無機材料の絶縁膜を設けたものを用いてもよい。絶縁膜としては、酸化シリコン膜や窒素化シリコン膜等の無機絶縁膜、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）などの有機絶縁膜を好適に用いることができる。また、光電変換部３を形成した後で、基板材料の放射線入射側の表面を部分的にエッチングやＣＭＰにより薄型化して好適な厚さとなるように、基板２の第２表面に凹凸を形成してもよい。また、成型により予め凹凸を有する所望の厚さの基板を準備してもよい。このように、部分的に薄い領域を有する基板２を用いることで、基板２を透過する放射線線量が増える。ここで、シンチレータ４を光電変換部３の第１表面に固定配置した後で基板材料に薄型化加工を施す場合には、シンチレータ４の第１表面側に保護材を配置することが好ましい。これは、シンチレータ４に用いる蛍光体層に、例えばＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂのような粒子蛍光体を用いた場合には、蛍光体層に振動が加わると、形状が崩れてしまう恐れがある。また、蛍光体層にＣｓＩ：ＴｌやＣｓＩ：Ｎａのようなハロゲン化アルカリ柱状結晶構造を用いた場合も同様である。そのため、何らかの保護材を基板２の第２表面とは反対に位置するシンチレータ４の第１表面に配置することが望ましい。また、保護材にも更に薄型化加工を施してもよい。保護材としては、基板２と同じ材料でもよく、また、この保護材を支持基台９の一部として使用しても良い。

次に、図１（ｃ）を用いて本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の概略的等価回路を説明する。なお、図１（ｃ）では説明の簡便化のため３行３列の等価回路図を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、放射線検出装置はｎ行ｍ列（ｎ，ｍはいずれも２以上の自然数）の画素アレイを有する。本実施形態における放射線検出装置は、基板２の第１表面上に、行方向及び列方向に配列された複数の画素１０１を含む光電変換部３が設けられている。各画素１０１は、放射線又は光を電荷に変換する光電変換素子１０４と、光電変換素子１０４の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子１０５と、を含む。本実施形態では、光電変換素子としてＭＩＳ型光電変換素子を用いており、スイッチ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いている。光電変換素子１０４は、第１電極１０３と第２電極１０２とそれらの間に配置された半導体層を含む。ここで第１電極１０３は後述する第３導電層２０７によって構成され、第２電極１０２は後述する第４導電層２１１によって構成され、半導体層は後述する第２半導体層２０９によって構成される。光電変換素子の第２電極側の表面（光電変換部３の第１表面）に、放射線を光電変換素子が感知可能な可視光に波長変換するシンチレータ４が配置される。光電変換素子１０４の第１電極１０３には、スイッチ素子１０５の第１主電極が電気的に接続され、変換素子１０４の第２電極１０２には、バイアス線１０６が電気的に接続される。バイアス線１０６は、列方向に配列された複数の光電変換素子１０４の第２電極１０２に共通に接続される。スイッチ素子１０５の制御電極には、駆動線１０７が電気的に接続され、スイッチ素子１０５の第２主電極には、信号線１０８が電気的に接続される。駆動線１０７は、行方向に配列された複数のスイッチ素子１０５の制御電極に共通に接続され、また、第１接続配線１０９を介して駆動回路１１０に電気的に接続される。駆動回路１１０が列方向に複数配列された駆動線１０７に駆動パルスを順次に又は同時に供給することにより、行単位で画素からの電気信号が、行方向に配列された複数の信号線１０５に並列に出力される。信号線１０５は、列方向に配列された複数のスイッチ素子１０５の第２主電極に共通に接続され、また、第２接続配線１１１を介して読出回路１１２に電気的に接続される。読出回路１１２は、信号線１０５毎に、信号線１０５からの電気信号を積分して増幅する積分増幅器１１３と、積分増幅器１１３で増幅して出力された電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える。読出回路１１２は更に、複数のサンプルホールド回路から並列に出力される電気信号を直列の電気信号に変換するマルチプレクサ１１５と、出力された電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１１６を含む。読出回路１１２の非反転入力端子には電源回路１１９から基準電位Ｖｒｅｆが供給される。電源回路１０９は更に、共通バイアス線１１７及び第３接続配線１１８を介して、行方向に配列された複数のバイアス線１０６に電気的に接続されており、変換素子１０４の第２電極Ｕにバイアス電位Ｖｓ又は初期化電位Ｖｒを供給する。

以下に、本実施形態の放射線検出装置の動作について説明する。光電変換素子１０４の第１電極１０３にはスイッチ素子を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、第２電極１０２にはバイアス電位Ｖｓを与えることにより、ＭＩＳ型光電変換素子の光電変換層が空乏化するようなバイアスを光電変換素子１０４に与える。この状態で、被検体に向けて曝射された放射線は、被検体による減衰を受けて透過し、シンチレータ４で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷に応じた電気信号は、駆動回路１１０から駆動線１０７に印加される駆動パルスによりスイッチ素子１０５が導通状態となることで、信号線１０８に出力され、読出回路１１２によりデジタルデータとして外部に読み出される。その後、バイアス線１０６の電位をバイアス電位Ｖｓから初期化電位Ｖｒに変化させてスイッチ素子１０５を導通状態とすることにより、光電変換素子で発生し残留した正又は負のキャリアが除去される。その後、バイアス線１０６の電位を初期化電位Ｖｒからバイアス電位Ｖｓに変化させることにより、光電変換素子１０４の初期化がなされる。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明における画素と基板２の凹凸との関係について説明する。なお、図２（ａ）の平面図は、図１（ｂ）及び（ｃ）の基板２及び光電変換部３の一部領域を拡大し簡略化のために絶縁性の部材を省略したものである。また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’に対応する断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ’に対応する断面図である。

第１導電層２０１、第１絶縁層２０２、第１半導体層２０３、第１不純物半導体層２０４、第２導電層２０５が基板２の第１表面側に順に配置される。ここで、第１導電層２０１はスイッチ素子１０５の制御電極と駆動線１０７を構成し、第１絶縁層２０２はスイッチ素子１０５のゲート絶縁膜を構成し、第１半導体層２０３はスイッチ素子１０５のチャネルを構成する。第１不純物半導体層２０４はスイッチ素子のオーミックコンタクトとなり、第２導電層２０５はスイッチ素子１０５の２つの主電極と信号線１０８となる。スイッチ素子１０５と光電変換素子１０４との間には層間絶縁層として機能する第２絶縁層２０６が配置されている。第２絶縁層２０６に設けられたスルーホールを介して、光電変換素子１０４の第１電極１０３となる第３導電層２０７がスイッチ素子１０５の第１主電極となる第２導電層２０５と電気的に接合される。第３導電層２０７、第３絶縁層２０８、第２半導体層２０９、第２不純物半導体層２１０、第４導電層２１１、第５導電層２１２が第２絶縁層２０６の基板２と反対側に順に配置される。ここで、第３絶縁層２０８は完全絶縁層となり、第２半導体層２０９は光電変換層となり、第２不純物半導体層２１０はホールブロッキング層となり、第４導電層２１１は光電変換素子１０４の第２電極１０２となり、第５導電層２１２はバイアス線１０６となる。なお、本実施形態ではＭＩＳ型の光電変換素子を用いたため第３絶縁層２０８を用いているが、本発明はそれに限定されるものではない。光電変換素子１０４としてＰＩＮ型のフォトダイオードを用いる場合は、第３絶縁層２０８に変えてエレクトロンブロッキング層として機能する第３不純物半導体層を用いればよい。この場合、ホールブロッキング層とエレクトロンブロッキング層は入れ替えてもよい。複数の光電変換素子１０４はパッシベーション膜として機能する第４絶縁層２１３によって覆われており、第４絶縁層２１３上に設けられた平坦化層として機能する第５絶縁層２１５の上方にシンチレータ４（不図示）が設けられる。ここで、本発明において光電変換素子の幅Ｐ１は、光電変換素子の第１電極１０３となる第３導電層２０７の幅で規定される。また、光電変換素子間の幅Ｐ２は、第３導電層２０７の間の幅で規定される。

基板２は、その第２表面側から一部除去され、複数の凹部２ａと凸部２ｂとを有する。この凹部２ａは、基板２の第１表面の光電変換素子１０４が配置された領域と対向する基板２の第２表面の領域に位置しており、その幅はＰ３で示される。言い換えると、凹部２ａは、基板２に垂直な方向にシンチレータ４側から投影された複数の光電変換素子２の正射影が位置する基板２の第２表面の領域（光電変換素子の正射影領域）に位置している。なお、本発明において、光電変換素子の正投影領域とは、光電変換素子の第１電極の正投影が位置する基板２の第２表面の領域を意味する。そして凸部２ｂは、基板２の第２表面の複数の凹部２ａの間に位置しており、その幅はＰ４で示される。ここで、本発明において凹部２ａは、厚さが凸部２ｂの最も厚い部分の厚さの５０％以下の領域であり、凹部２ａの幅Ｐ３は基板２の厚さが５０％以下の領域の幅で規定される。また、凸部２ｂは、厚さが凸部２ｂの最も厚い部分の５０％より大きい領域であり、幅Ｐ４は、隣接する凹部２ｂの間の幅で規定される。このように、凹部２ａが基板２の第１表面の光電変換素子１０４が配置された領域と対向する基板２の第２表面の領域に位置することにより、基板２を透過する放射線の量が増加し、より高感度な放射線検出装置を提供することが可能となる。

本発明では、凸部２ｂの一部が、光電変換素子１０４が配置された領域と対向する基板２の第２表面の領域内に位置しており、その一部を除く他の部分が、光電変換素子１０４が配置された領域と対向する基板２の第２表面の領域の間に位置している。言い換えると、凸部２ｂの一部が基板２の第２表面の光電変換素子の正射影領域内に位置しており、その一部を除く他の部分が、第２表面の光電変換素子の正射影領域間に位置している。本実施形態では、凸部２ｂは、基板２の第２表面において、光電変換素子間に対向する領域と、光電変換素子が配置された領域の一部に跨って位置している。つまり、光電変換素子１０４の幅Ｐ１に比べて凹部２ａの幅Ｐ３は小さく、光電変換素子１０４間の幅Ｐ２に比べて凸部２ｂの幅Ｐ４は大きくなっている。また、本実施形態では、凸部２ｂは格子状の形状を有しており、基板２の機械的強度を更に向上させる。このような構造により、放射線透過量を増やすために光電変換素子１０４に応じて基板２の第２表面に凹部を設けたとしても、基板強度をより広い領域で十分に確保することが可能となる。これは、図２（ｂ）に示すように、光電変換部３が、光電変換素子１０４と基板２の間に光電変換素子１０４に覆われるようにスイッチ素子１０５を配置する積層構造である場合に、特に顕著となる。このような積層構造では、光電変換素子が配置された領域は基板２の第１表面の約９０％となる。そのような場合、基板２の凸部２ｂが光電変換部３全体の１０％以下で基板２の強度を確保することは困難である。用途により異なるが、放射線検出装置に用いる画素ピッチ（Ｐ１＋Ｐ２）は、７０〜２００μｍである。例えば、基板２として厚さが０．５〜０．７ｍｍのガラス基板を用いた場合は、基板２の強度を保つためには、凸部２ｂが基板２全体の２０％以上とする必要がある。そのため、Ｐ３は６３〜１８０μｍ未満であり、Ｐ４は７〜２０μｍ以上であることが好ましい。ここで凸部２ｂとしては、Ｒ面取りされたものやＣ面取りされたものを含み、またテーパー状となったものも含む。また、基板２として厚さが０．２〜０．３ｍｍのガラス基板を用いた場合は、基板２の強度を保つためには、凸部２ｂが基板２全体の４０％以上とする必要がある。そのため、Ｐ３は４５〜１５０μｍ未満であり、Ｐ４は１５〜４５μｍ以上であることが好ましい。このような構成とすることにより、光電変換素子１０４がスイッチ素子１０５の上方に配置された積層構造であっても、基板２の機械的強度を保ちながら、第２表面からの放射線透過量を増やすことが可能になる。

なお、基板２としては、１種類の基板材料に限定されるものではない。例えば図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の（例えば２種類の）基板材料を用いてもよい。なお、図３（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’に対応する断面図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ’に対応する断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）では、基板２の第１表面側の第１基板２２１は放射線を透過しやすい材料、例えば樹脂フィルムや炭素フィルム、が用いられ、第２表面側の基板２２２は加工精度が良く剛性の高い材料、例えばガラス基板、が好適に用いられる。ただし、基板２や第１基板２２１及び第２基板２２２に用いる材料としては、半導体プロセスやシンチレータ形成プロセスにおいて必要となる熱に耐え得る耐熱性を有することがより望ましい。また、第２基板２２２としては、凹部２ａを構成する第１基板２２１に比べて放射線に対する透過率の低い材料、例えば鉛（Ｐｂ）等を含む基板材料を用いることが望ましい。凸部２ｂがこの第２基板２２２を含むによって構成することにより、散乱放射線を除去する効果が付加され、高感度で且つ高強度で、更に高鮮鋭度な放射線検出装置の提供が可能となる。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）を用いて本発明の放射線検出装置の製造方法を説明する。なお、光電変換部３及びシンチレータ４を製造する工程においては、周知な技術を使用するため詳細な説明は省略する。なお、図４（ａ）及び（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’に対応する断面図である。

図４（ａ）に示すように、まず、基板２の第１表面上に光電変換部３及びシンチレータ４（不図示）が配置された状態で、基板２の第２表面の所望の領域にレジスト３０１を形成する。レジスト３０１は、フォトリソグラフィ法によりパターニングされており、形成された光電変換部３に対応して所望のパターンにパターニングされる。ここで、所望の領域及び所望のパターンは、凸部２ｂとしたい領域に対応した領域及びパターンである。

次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト３０１を用いて基板２の第２表面側から選択的な薄型化加工をすることによって基板２の第２表面に複数の凹部及び凸部を形成する。ここで、薄型化の手法にはいくつか手法があるが、凸部のアスペクト比を高くするためには、異方性が強いドライエッチングを用いると良い。また、基板２の厚さや光電変換素子のピッチの関係でアスペクト比が小さい場合、ウェットエッチングにより薄型化しても良い。また、基板２が樹脂や炭素を主材料とするフィルムであれば、酸素プラズマ処理などで薄型化加工が可能になる。そして、レジスタ３０１を剥離することにより、図２（ａ）〜（ｃ）に示される放射線検出装置が得られる。

また、図３（ａ）及び（ｂ）に示す第１基板２２１及び第２基板２２２を用いた場合も説明する。図５（ａ）に示すように、まず、第１基板２２１と第２基板２２２とからなる基板２の第１表面側である第２基板２２２上に光電変換部３及びシンチレータ４（不図示）が配置された状態で、基板２の第２表面の所望の領域にレジスト４０１を形成する。レジスト４０１は、フォトリソグラフィ法によりパターニングされており、形成された光電変換部３に対応して所望のパターンにパターニングされる。次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト４０１を用いて基板２を第２表面側から選択的な薄型化加工を施して、基板２の第２表面に複数の凹部及び凸部を形成する。ここで、第２基板２２２に対して選択的な薄型化加工を施したい場合には、第２基板２２２に対するエッチング性が高く、第１基板２２１に対するエッチング性が低い選択比とすることが望ましい。例えば、第２基板２２２は厚い炭素を主材とするフィルムで、第１基板２２１はＳｉＮ膜やＳｉＯ２膜を用い、薄型化には酸素プラズマを用いる。

なお、本実施形態では、光電変換部３及びシンチレータ４が配置された基板２が薄型化加工された工程を説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。シンチレータ４は基板２の薄型化加工後に形成されてもよく、光電変換部３も基板２の薄型化加工後に形成されてもよい。ただし、基板２の第１表面に光電変換部３が配置された状態の方が、光電変換部３とのアライメントが容易であるため、より好ましい。

また、本実施形態において、凹部２ａの形状は駆動線１０７と平行な２辺と信号線１０８と平行な２辺からなる四角形のもの、つまり、光電変換素子１０４の第１電極１０３の辺と平行な４辺からなる四角形のものを用いて説明した。しかしながら、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような、駆動線１０７及び信号線１０８と平行ではない辺、つまり、光電変換素子１０４の第１電極１０３の辺と平行でない辺を少なくとも一つ有する多角形（例えば四角形）の凹部でもよい。多角形は、四角形でなくてもよく、三角形や、五角形と六角形の組み合わせ、八角形等、好適に用いることができる。また、凹部２ａは円形でもよい。凹部２ａの形状を多角形又は円形とすることにより、凸部２ｂは格子状の形状となり、基板２の機械的強度を更に向上させる。基板２をこのような構成とすることにより、駆動線１０７や信号線１０８の応力に対抗する機械的強度が大きくなり、基板２の機械的強度はより高くなり、より高強度な放射線検出装置の提供が可能となる。

また、光電変換部３が、光電変換素子１０４と基板２の間に光電変換素子１０４に覆われるようにスイッチ素子１０５を配置する積層構造である場合、凸部２ｂの少なくとも一部が基板２の第２表面のスイッチ素子の正射影領域内に位置していることも好ましい。それにより、基板２の機械的強度は更に高くなり、より高強度な放射線検出装置の提供が可能となる。また、駆動線１０７や信号線１０８が配置される基板２の第１表面に対向する第２表面の領域に凸部２ｂが位置するように、凹部２ａが配置されることが望ましい。

また、形成された基板２の第２表面に、シンチレータ４により変換された可視光に対する吸収率の高い材料によって形成され、当該可視光を吸収するための光吸収層２１５を設けることがより好ましい。これにより、基板２の凹凸を有する第２表面で散乱反射される光が低減され、より高鮮鋭度な放射線検出装置が提供できる。なお、この光吸収層２１５は、図２（ａ）〜（ｃ）で示すような構成や、後述する実施形態の構成にも好適に適用できるものである。

（第２の実施形態）
次に、図７（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態で説明したものと同じものは同じ番号を付与し、詳細な説明は割愛する。
第１の実施形態では、一つの光電変換素子１０４に対応して一つの凹部２ａが設けられていたが、本実施形態では、一つの光電変換素子１０４に対して複数の凹部２ａ（例えば２つ）が対応して設けられている。つまり、ｋを２以上の自然数とした場合、凹部２ａのピッチＰ３は光電変換素子のピッチＰ１の１／ｋ倍未満となっている。このような構成とすることにより、基板２の第１表面の光電変換素子１０４が配置された領域と対向する基板２の第２表面の領域に幅全体が位置する凸部２ｂが設けられることとなる。それにより、基板２の機械的強度はより高くなり、より高強度な放射線検出装置の提供が可能となる。また、それにより空間的に擬似的なローパスフィルタが挿入されることとなり、モアレを低減したより高鮮鋭度な放射線検出装置を提供することができる。なお、第１の実施形態はｋが１の時に相当するため、本発明では、ｋを１以上の自然数とした場合、凹部２ａのピッチＰ３は光電変換素子のピッチＰ１の１／ｋ倍未満となることが望ましい。なお、本実施形態の構成は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような、駆動線１０７及び信号線１０８と平行ではない辺を複数有する多角形（例えば四角形）にも好適に適用できる。

（第３の実施形態）
次に、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第１又は第２の実施形態で説明したものと同じものは同じ番号を付与し、詳細な説明は割愛する。
第１及び第２の実施形態では、一つの光電変換素子１０４に対応して一つ以上の凹部２ａが設けられていたが、本実施形態では、複数の光電変換素子１０４（例えば２行２列分の４つ）に跨って一つの凹部２ａが対応して設けられている。つまり、ｋを１以上の自然数とした場合、凹部２ａのピッチＰ３は光電変換素子のピッチＰ１のｋ倍以上となっている。ただし、このような場合、基板２の機械的強度を確保するためには、駆動線１０７や信号線１０８が配置される基板２の第１表面に対向する第２表面の領域に凸部２ｂが位置するように、凹部２ａが配置されることが望ましい。それにより、ｋを１以上の自然数とした場合、凹部２ａのピッチＰ３は光電変換素子のピッチＰ１のｋ倍以上となっている場合であっても、基板２の必要な機械的強度が確保され得る。なお、本実施形態では、一つの凹部２ａが基板２の第１表面の４つの光電変換素子が配置された領域に位置する例を用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。ｋを２以上の自然数とした場合、一つの凹部２ａが基板２の第１表面のｋ個の光電変換素子が配置された領域に位置していればよい。ただし、複数の光電変換素子の各々と凹部２ａが重なる領域の面積がそれぞれ等しくなるように、凹部２ａの配置及び形状を決定することが望ましい。各画素において透過可能な放射線量を等しくするためである。

なお、本実施形態の構成は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すような、駆動線１０７及び信号線１０８と平行ではない辺を複数有する多角形（例えば四角形）にも好適に適用できる。また、一行又は一列分の複数の光電変換素子に対して一つの凹部２ａを設けることもできる。この場合、複数の凹部２ａ又は複数の凸部２ｂはそれぞれ縞状となる。そのような場合、駆動線１０７及び信号線１０８の一方が配置される基板２の第１表面に対向する第２表面の領域に凸部２ｂが位置するように、凹部２ａが配置されることが望ましい。また、行方向及び列方向と平行ではない方向（斜め）に並んだ複数の光電変換素子に対して１つの凹部２ａを設けることもできる。この場合、複数の凹部２ａ又は複数の凸部２ｂはそれぞれ斜めの縞状となる。このような形状では、凹部２ａ及び凸部２ｂの形成の際に、ウェットエッチング法等を用いる場合、エッチング液の循環が良くなり、全体的に均一に薄型化することができる。そのため、放射線の透過ムラによる画像アーチファクトを防止することができ、より高鮮鋭度な放射線検出装置を提供することができる。

（第４の実施形態）
次に、図９を用いて、本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムを説明する。
放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータ４を光電変換部３の第１表面上に配置した放射線検出装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ４は発光し、これを光電変換部３で光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１ 放射線検出装置
２ 基板
２ａ 凹部
２ｂ 凸部
３ 光電変換部
４ シンチレータ
５ カバー
６ フレキシブル配線基板
７ プリント回路基板
８ 外装箱
９ 支持基台

Claims (12)

1. 照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、
   該シンチレータにより変換された可視光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、
   前記シンチレータと対向する第１表面と該第１表面と対向する第２表面とを有する基板と、
   を含む放射線検出装置であって、
   前記放射線検出装置の放射線が入射される側から、前記基板、前記光電変換素子、前記シンチレータの順に配置されており、
   前記第２表面は、前記基板に垂直な方向に前記シンチレータ側から投影された複数の前記光電変換素子の正射影が位置する正射影領域に位置する複数の凹部と、一部が前記正射影領域内に位置しており、前記一部を除く他の部分が前記正射影領域の間に位置する凸部と、を有することを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記光電変換素子は、前記基板の第１表面と前記シンチレータとの間に配置されており、前記光電変換素子と前記第１表面との間に配置されたスイッチ素子を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記スイッチ素子は、前記光電変換素子に覆われるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記光電変換素子は、前記スイッチ素子に電気的に接合される電極を有し、
   前記凹部の形状は、前記電極の辺と平行でない辺を少なくとも一つ有する多角形、又は、円形であり、
   前記凸部の形状は、格子状であることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記基板は、複数の基板材料によって構成されており、前記複数の基板材料のうち前記凸部に含まれる基板材料は、前記凹部を構成する基板材料に比べて放射線に対する透過率が低い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. 前記第２表面に配置された、前記シンチレータにより変換された可視光を吸収するための光吸収層を更に有する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. 前記凹部の幅は、前記光電変換素子の幅に比べて小さい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. 複数の前記光電変換素子に跨って一つの前記凹部が対応して設けられている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。
9. 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と、
   前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
   前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
   前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
   前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、を具備することを特徴とする放射線検出システム。
10. 照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記シンチレータと対向する第１表面と該第１表面と対向する第２表面とを有する基板を含む放射線検出装置であって、前記放射線検出装置の放射線が入射される側から、前記基板、前記光電変換素子、前記シンチレータの順に配置される放射線検出装置の製造方法において、
    複数の凹部と、該複数の凹部の間に位置する凸部と、を前記第２表面に形成する工程を含み、
    前記複数の凹部は、前記基板に垂直な方向に前記シンチレータ側から投影された複数の前記光電変換素子の正射影が位置する正射影領域に形成され、
    前記凸部の一部が前記正射影領域内に形成され、前記凸部の前記一部を除く他の部分が前記正射影領域の間に形成されることを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
11. 前記基板の前記第２表面側から前記基板に選択的な薄型化加工を施すことを特徴とする請求項１０に記載の放射線検出装置の製造方法。
12. 前記第１表面に複数の前記光電変換素子が配置された状態で、前記基板に選択的な薄型化加工を施すことを特徴とする請求項１１に記載の放射線検出装置の製造方法。

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