JP2013182798A - Ｘ線センサー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、前記従来の課題を解決するもので、Ｘ線センサーの感度を向上することを目的とするものである。
【解決手段】容器と、前記容器を真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体と、前記蓋体は、強化繊維を含む樹脂材料よりなるベース基板と、このベース基板のＸ線入射面とは反対側に装着されたガラス板と、前記ベース基板とガラス板の少なくとも真空雰囲気下になる面を覆った金属膜と、前記金属膜に形成された光電変換膜で構成され、前記光電変換膜に電子を照射する電子源を前記容器内に備えたＸ線センサー。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線センサーに関するものである。

従来の撮像装置の構成を図９に示す。基板１に枠材２が設置されて容器を形成し、ガラス蓋体１７と枠材２の間に軟金属１０を挟み密閉封止することにより、容器内部を真空に保持している。ガラス蓋体１７の下面側には透明電極膜１８が形成され、その透明電極膜１８には光電変換膜７が形成されている。また、基板１の上面には電子を照射する電子源９が設置され、光電変換膜７と電子源９の間にグリッド電極１２が設置されている。

ガラス蓋体１７に入射した入射光は光電変換膜７により電気信号に変換され、電子源９から放射された電子で、電気信号を読み取ることにより撮像装置として機能している。なお、ガラス蓋体１７には電極ピン１９が埋め込まれており、電極ピン１９に接続された光電変換膜用配線１４により電気接続されており、光電変換膜７の電気信号の読み取りが可能となっている。さらに、光電変換膜７に高い電圧を印加することにより、光電変換膜内で電荷の増倍を生じさせることにより、電気信号を増幅することが可能となっている。

また、軟金属１０とグリッド電極１２の外周部は接触しており、軟金属１０の外周部にはリング１１及びリング１１にはグリッド電極用配線１３が接続されているため、グリッド電極１２とグリッド電極用配線１３は電気接続されている。グリッド電極１２に外部より電圧を印加することにより、電子源９から放射された電子はグリッド電極で発生された電界によりを偏向収束され、精度良く電気信号の読み取りが可能となっている。

なお、軟金属１０とガラス蓋体１７の接触部分には、透明電極膜１８と光電変換膜７は形成されていないので、グリッド電極１２と透明電極膜１８及び光電変換膜７は絶縁されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−９７９７１号公報

従来の撮像装置をＸ線センサーとして使用する場合の課題は、Ｘ線センサーの感度が低いことであった。

すなわち、従来のＸ線入射面となるガラス蓋体は、ガラスを材料としており、このガラスにおいてはＸ線透過率を向上できず、蓋体内でのＸ線吸収量が増加して、ターゲット部に到達するＸ線量が少なくなり、Ｘ線センサーの感度が低下してしまう課題を有していた。

さらには、現在のＸ線センサーはフラットパネル化が進行しており、大型化及び薄型化が要求されている。この大型化に対応するとともに、Ｘ線センサー内を真空に維持するために、蓋体を厚くする必要性が出てきている。そのため、ガラスで作成した蓋体の厚さを増すことにより、蓋体内でのＸ線吸収量が増加して、さらにＸ線センサーの感度が低下してしまう課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、Ｘ線センサーの感度を向上することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のＸ線センサーは、容器と、前記容器を真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体と、前記蓋体は、強化繊維を含む樹脂材料よりなるベース基板と、このベース基板のＸ線入射面とは反対側に装着されたガラス板と、前記ベース基板とガラス板の少なくとも真空雰囲気下になる面を覆った金属膜と、前記金属膜に形成された光電変換膜で構成され、前記光電変換膜に電子を照射する電子源を前期容器内に備えたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

ガラスに比べてＸ線透過率の良い強化繊維を含む樹脂材料のベース基板にガラス基板を固定し、金属膜と光電変換膜を形成したものを蓋体としたので、真空封止可能な基板剛性を維持したまま蓋体のＸ線透過量を増やすことが出来るので、蓋体を透過して光電変換膜に到達するＸ線量が増加し、Ｘ線センサーの感度を良くすることができるようになった。

本発明の実施の形態１におけるＸ線センサーの断面図 本発明の実施の形態１における蓋体作成工程図 本発明の実施の形態２におけるＸ線センサーの断面図 本発明の実施の形態２における蓋体作成工程図 本発明の実施の形態３におけるＸ線センサーの断面図 本発明の実施の形態３における蓋体作成工程図 本発明の実施の形態４におけるＸ線センサーの断面図 本発明の実施の形態４における蓋体作成工程図 従来の撮像装置の断面図

以下に、本発明のＸ線センサーの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態におけるＸ線センサの断面図を示す。図１において、基板１に枠材２を設置して容器を形成している。ベース基板３、ガラス板４、接着剤５、金属膜６、光電変換膜７、絶縁膜８で構成される蓋体と枠材２の間に軟金属１０を挟み密閉封止することにより、容器内部を真空に保持している。また、基板１の上面には電子を照射する電子源９が設置され、光電変換膜７と電子源９の間にグリッド電極１２が設置されている。この構成により、蓋体に入射したＸ線は光電変換膜７により電気信号に変換され、電子源９から放射された電子で、電気信号を読み取ることによりＸ線センサーとして機能している。

ここで、ベース基板３をカーボンファイバーやグラスファイバーに代表される強化繊維を含む樹脂材料（ＣＦＲＰやＧＦＲＰ）で作成している。樹脂材料はガラスに比べてＸ線透過率が高いため、従来にＸ線透過量を多くすることが可能となり、光電変換膜に到達する光電変換膜に到達するＸ線量が増加し、Ｘ線センサーの感度を良くすることができるようになった。樹脂材料（ＣＦＲＰ）５ｍｍにガラス板４を０．５ｍｍ厚みを設置したもの（本発明品）と、ガラス板４の５ｍｍ厚み（従来品）の具体的なＸ線透過率は、本発明品で７８％（Ｘ線管電圧６０ｋＶ）であるのに対し、従来品は４３％（Ｘ線管電圧６０ｋＶ）となっており、１．８倍程度向上させることが可能である。

また、樹脂材料に強化繊維を含ませることにより、樹脂材料の剛性が向上するので、Ｘ線センサーが大型化しても板厚を薄くすることができるので、さらにＸ線センサーの感度を良くすることが可能となる。具体的には、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの蓋体で容器を真空封止した場合に、従来品では７ｍｍ以上の板厚が必要であるが（それ以下の板厚だと破損する）、本発明品は３ｍｍの板厚で対応可能となり、薄くすることが出来る。その場合のＸ線透過率は、本発明品で８５％（Ｘ線管電圧６０ｋＶ）であるのに対し、従来品は３３％（Ｘ線管電圧６０ｋＶ）となっており、２．５倍程度向上させることが可能である。

なお、カーボンファイバーはグラスファイバーに比べてＸ線透過率や剛性が良いので、強化繊維はカーボンファイバーを使用した方が良い結果が得られる。

ベース基板３は強化繊維を含む樹脂材料であるため表面粗さが荒く、ベース基板３に金属膜６と光電変換膜７を形成すると、光電変換膜の表面の凹凸が大きくなり、部分的に膜物性のバラツキが発生するため、電気信号変換時のノイズの原因となる。そこで本発明では、ベース基板３に表面粗さを小さくすることが出来るガラス板４を接着剤５で固定してから金属膜６と光電変換膜７を形成することにより、光電変換膜表面の凹凸を小さくして、ノイズを小さくしている。

金属膜６には光電変換膜用配線１４が接続されており、光電変換膜７の電気信号の読み取りが可能となっている。さらに、光電変換膜７に高い電圧を印加することにより、光電変換膜内で電荷の増倍を生じさせることにより、電気信号を増幅することが可能となっている。この構成により、図９に示す従来必要であった電極ピン１９や透明電極膜１８は不要となり、コストダウンを図ることが可能となる。

また、軟金属１０とグリッド電極１２の外周部は接触しており、軟金属１０の外周部にはリング１１、及びリング１１にはグリッド電極用配線１３が接続されているため、グリッド電極１２とグリッド電極用配線１３は電気接続されている。グリッド電極１２に外部より電圧を印加することにより、電子源９から放射された電子はグリッド電極で発生された電界により偏向収束され、精度良く電気信号の読み取りが可能となっている。

なお、光電変換膜７とグリッド電極１２には別々の電位を加えるため、絶縁されている必要が有る。本実施の形態では、光電変換膜７の外周部分で、軟金属１０とガラス蓋体１７の接触部分には、絶縁膜８を形成することにより、グリッド電極１２と光電変換膜７は絶縁を確保している。

図２に本発明の実施の形態１における蓋体作成工程図を示す。まず、（a）に示すように、ベース基板３に接着剤５を使用してガラス板４を接着する。ここで、真空耐圧を持たせるための剛性はベース基板３で維持することが出来るので、Ｘ線透過率の低いガラス板４は出来るだけ薄い方が良く、０．５ｍｍ以下であるとガラス板４のＸ透過率は９０％（Ｘ線管電圧６０ｋＶ）以上にすることが出来る。

つきに、（b）に示すように(a)で作成したベース基板３とガラス板４の接合物の外周全面に無電界メッキ（例えば無電界ニッケルメッキ）により金属膜６を形成する。ここで、接着材は金属膜との密着性が悪く剥がれやすいが、(a)で接着剤をベース基板３とガラス板４の外周側まで塗布しないことにより、金属膜６がベース基板３とガラス板４の隙間にまで入り込み、金属膜６を外周全面に形成することが可能となる。なお、金属膜６の形成は無電界メッキがコスト的にも有効であるが、真空蒸着等の他の方法でも実施可能であり、無電界メッキに制限されるものではない。

次の工程では、(c)に示すようにガラス基板表面の金属膜に、光電変換膜７と光電変換膜７の外周側（図１で軟金属１０と接触する領域）に絶縁膜８を真空蒸着などによって形成する。ここで、(b)の工程で外周全面に金属膜６を形成していないと、光電変換膜７を真空中で形成している際に、樹脂材料で形成されているベース基板３や接着剤５からガスが発生するため、不純物が光電変換膜７に混入することとなり、光電変換膜７の性能バラツキもしくは性能不良が発生する。したがって、金属膜６を外周全面に形成することにより、Ｘ線センサー性能の悪化を防ぐことが出来る。

最後に、(d)に示すようにＸ線入射面となるベース基板３に形成された金属膜６を除去する。金属膜６は通常Ｘ線透過率が悪いため、除去することによりＸ線センサーの感度を良くすることが出来る。ただし、この(d)の工程は金属膜６の膜厚が十分小さい場合は、必ずしも実施する必要は無い。

（実施の形態２）
図３に、本発明の第２の実施の形態におけるＸ線センサーの断面図を示す。図３において、実施の形態１の構成と異なるところは、ガラス板４の表面に形成された金属膜６に光電変換膜７を形成し、絶縁膜８を金属膜６の光電変換膜７外周部分ではなく、光電変換膜７上の外周部分に形成している点である。この構成により、実施の形態１では光電変換膜７と絶縁膜８の形成それぞれに高精度のマスクが必要であったが、本実施例では絶縁膜８の形成時にのみ高精度のマスクであり、生産コスト及び生産工程の簡素化を図ることが出来る。

図４に本発明の実施の形態２における蓋体作成工程図を示す。図４において、実施の形態１と異なるところは、(c)の工程で金属膜６に光電変換膜７を形成後、(d)の工程で光電変換膜７に絶縁膜８を形成している点である。

（実施の形態３）
図５に、本発明の第３の実施の形態におけるＸ線センサーの断面図を示す。図５において、実施の形態１の構成と異なるところは、金属膜６に金属膜分割溝１５及び光電変換膜７に光電変換膜分割溝１６が形成されている点と、金属膜６に光電変換膜用配線１４が２つ設置している点である。このことにより、金属膜６の電極分割が可能となり、２つの光電変換膜用配線１４からそれぞれ電気信号を読み取ることが可能となるので、信号の読み取り速度が向上し、Ｘ線センサーの動作速度を向上させることが可能となる。なお、本実施例では金属膜６と光電変換膜７をそれぞれ分割したが、光電変換膜７の光電変換膜分割溝１６は無くても同様の性能を得ることが可能であり、少なくとも金属膜６の金属膜分割溝１５があれば良い。また、本実施例では金属膜分割溝１５及び光電変換膜分割溝１６を１ヶ所形成し、電極膜と光電変換膜を２つに分割しているが、さらに複数分割することにより、更なるＸ線センサーの動作速度向上を実現することが可能となる。なお、その場合は、その分割に合わせて光電変換膜用配線１４の本数が必要となる。

図６に本発明の実施の形態３における蓋体作成工程図を示す。図６において、実施の形態１と異なるところは、(c)の工程で金属膜６に金属膜分割溝１５を形成後に、(d)の工程で光電変換膜７と絶縁膜を形成している点である。ここで、金属膜分割溝１５を形成後に光電変換膜７を形成しているが、発ガスが多いベース基板３ではなくガラス板４の部分に金属膜分割溝１５を形成しているため、光電変換膜７に不純物が混入することは無い。したがって、Ｘ線センサー性能が悪化することは無い。

さらに実施の形態１と異なる点は、工程(e)のＸ線入射面となるベース基板３に形成された金属膜６を除去する工程と、図示しないが金属膜分割溝１５を延長して蓋体側面にも金属膜分割溝１５を形成する工程が必ず必要となる点である。この工程により、複数の光電変換膜用配線１４が形成される部分の金属膜６の絶縁を保つことが可能となる。
（実施の形態４）
図７に、本発明の第２の実施の形態におけるＸ線センサーの断面図を示す。図７において、実施の形態３の構成と異なるところは、ガラス板４の表面に形成された金属膜６に光電変換膜７を形成し、絶縁膜８を金属膜６の光電変換膜７外周部分ではなく、光電変換膜７上の外周部分に形成している点である。この構成により、実施の形態１では光電変換膜７と絶縁膜８の形成それぞれに高精度のマスクが必要であったが、本実施例では絶縁膜８の形成時にのみ高精度のマスクであり、生産コスト及び生産工程の簡素化を図ることが出来る。

図８に本発明の実施の形態２における蓋体作成工程図を示す。図８において、実施の形態１の構成と異なるところは、(d)の工程で金属膜６に光電変換膜７を形成後、(e)の工程で光電変換膜７に絶縁膜８を形成している点である。

本発明にかかるＸ線センサーは、感度を向上させることが可能で、Ｘ線診断装置等として有用である。

１ 基板
２ 枠材
３ ベース基板
４ ガラス板
５ 接着剤
６ 金属膜
７ 光電変換膜
８ 絶縁膜
９ 電子源
１０ 軟金属
１１ リング
１２ グリッド電極
１３ グリッド電極用配線
１４ 光電変換膜用配線
１５ 金属膜分割溝
１６ 光電変換膜分割溝
１７ ガラス蓋体
１８ 透明電極膜
１９ 電極ピン

Claims (8)

1. 容器と、
   前記容器を真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体と、
   前記蓋体は、強化繊維を含む樹脂材料よりなるベース基板と、このベース基板のＸ線入射面とは反対側に装着されたガラス板と、前記ベース基板とガラス板の少なくとも真空雰囲気下になる面を覆った金属膜と、前記金属膜に形成された光電変換膜で構成され、
   前記光電変換膜に電子を照射する電子源を前記容器の内部に備えたＸ線センサー。
2. 前記金属膜に形成された金属膜分割溝を備えた請求項１に記載のＸ線センサー。
3. 前記光電変換膜に前記金属膜分割溝と一体形成された光電変換膜分割溝を備えた請求項２に記載のＸ線センサー。
4. 前記容器の、前記電子源と前記光電変換膜の間の位置に設置されたグリッド電極と、
   前記金属膜の前記光電変換膜の外周部分に形成された絶縁膜を備え、
   前記容器と前記蓋体の絶縁膜部分の間に封着用軟金属を挟むことにより、真空容器を密閉封止した請求項１から３のいずれか一つに記載のＸ線センサー。
5. 前記容器の、前記電子源と前記光電変換膜の間の位置に設置されたグリッド電極と、
   前記光電変換膜の前記光電変換膜の外周部分に形成された絶縁膜を備え、
   前記容器と前記蓋体の絶縁膜部分の間に封着用軟金属を挟むことにより、真空容器を密閉封止した請求項１から３のいずれか一つに記載のＸ線センサー。
6. 前記強化繊維が、カーボンファイバーもしくはグラスファイバーである請求項１から５のいずれか一つに記載のＸ線センサー。
7. 前記ベース基板と前記ガラス板が接着剤により固定されている請求項１から６のいずれか一つに記載のＸ線センサー。
8. 前記金属膜が無電界メッキにより形成されている請求項１から７のいずれか一つに記載のＸ線センサー。

Images