JP2013217913A - 放射線画像検出装置及び放射線画像撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えつつ、感度及び鮮鋭度の向上を図ることを可能とする。
【解決手段】放射線画像撮影システムは、放射線源と放射線画像検出装置を備える。放射線画像検出装置は、放射線の入射側から順に、固体検出器２０と波長変換層６０が配置されている。波長変換層６０は、固体検出器２０を透過して入射した放射線を検出して可視光に変換する。固体検出器２０は、可視光を検出して画像データを生成する。波長変換層６０は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層である。波長変換層６０の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子の重量は、固体検出器２０から離れる方向に向かって次第に減少している。
【選択図】図１２

Description

本発明は、放射線を波長変換層（蛍光体層）により光に変換して放射線画像を検出する放射線画像検出装置及び放射線画像撮影システムに関する。

医療分野などにおいて、被写体にＸ線などの放射線を照射し、被写体を透過した放射線を検出することにより被写体の放射線画像を検出する放射線画像検出装置が各種実用化されている。このような放射線画像検出装置として、放射線の入射に応じて電荷を生成し、この電荷を電圧に変換して放射線画像を表す画像データを生成する電気読取方式のものが普及している。

この電気読取方式の放射線画像検出装置としては、放射線をセレン等の半導体層により直接電荷に変換する直接変換方式のものや、放射線を波長変換層により一旦光に変換し、その光を、フォトダイオードなどを有する固体検出器によって電荷に変換する間接変換方式のものがある。

間接変換方式の放射線画像検出装置では、波長変換層と固体検出器とが積層されている。波長変換層では、放射線の入射に応じて可視光の発光が生じるが、その発光は、主として放射線が入射した表層で生じる。このため、波長変換層側から放射線画像検出装置に放射線を入射した場合には、波長変換層の表層で生じた光が固体検出器に向かって伝播する間に、その一部がその波長変換層自身によって吸収されて感度が低下するという問題や、波長変換層内での光の散乱により画像にボケが生じ鮮鋭度が低下するという問題がある。

そこで、特許文献１などにおいて、波長変換層とは反対の固体検出器側から放射線を入射させ、固体検出器を透過した放射線を波長変換層で光に変換することが提案されている。この場合、波長変換層での発光が波長変換層内の固体検出器側の近傍で主に生じるため、上記のような感度や鮮鋭度の低下が抑えられる。このような方式は、放射線の照射側に固体検出器を配置することから、ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式と呼ばれている。

波長変換層は、放射線を可視光に変換する蛍光体を含む。この蛍光体は、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の粒子（以下、蛍光体粒子という）や、ＣｓＩ：Ｔｌなどの柱状結晶である。粒子構造の波長変換層は、柱状結晶構造の波長変換層と比べて製造が容易であり安価であることから、広く用いられている。粒子構造の波長変換層は、蛍光体粒子を樹脂などのバインダ（結合剤）に分散させたものである。

波長変換層における放射線から光への変換効率を上げるには、蛍光体粒子のサイズを大きくし、波長変換層を厚くすればよい。しかし、波長変換層を厚くすると、感度は向上するが、固体検出器から離れた位置でサイズの大きな発光が生じることになり、これが固体検出器に向けて伝播するに連れて広がるため、画像の鮮鋭度が低下するという問題がある。

このため、特許文献１では、波長変換層として、平均粒子径が小さい蛍光体粒子をバインダに分散した第１の蛍光体層と、平均粒子径が大きい蛍光体粒子をバインダに分散した第２の蛍光体層とを積層し、第２の蛍光体層を固体検出器側に配置することが提案されている。固体検出器側の第２の蛍光体層では、蛍光体粒子のサイズが大きく発光量が大きいが、固体検出器に近いため、光の広がりが小さく、画像の鮮鋭度の低下に対する影響は小さい。一方の第１の蛍光体層では、蛍光体粒子のサイズが小さいため、発光量は小さくなるが、画像の鮮鋭度の低下に対する影響は小さい。したがって、特許文献１に記載の放射線画像検出装置では、感度と画像の鮮鋭度との両立が図られる。

特開２０１０−１１２７３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の放射線画像検出装置では、波長変換層を、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層との２層構成とすることにより、感度及び鮮鋭度の向上を図っているが、これにより製造コストが向上してしまう。このため、単層の波長変換層で感度及び鮮鋭度の向上を図ることが望まれている。

本発明は、製造コストを抑えつつ、感度及び鮮鋭度の向上を図ることを可能とする間接変換方式の放射線画像検出装置、及びこの放射線画像検出装置を有する放射線画像撮影システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線画像検出装置は、放射線を光に変換する波長変換層と、光を検出して画像データを生成する固体検出器とを備える。撮影時に放射線源から放射線が入射する側から、固体検出器、波長変換層の順に配置されている。波長変換層は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層である。波長変換層の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子の重量は、固体検出器から離れる方向に向かって次第に減少している。

波長変換層の単位厚さ当たりの第２の蛍光体粒子の重量は、固体検出器側が、固体検出器とは反対側より大きいことが好ましい。

波長変換層の単位厚さ当たりの第２の蛍光体粒子の重量は、固体検出器から離れる方向に向かって次第に増大していることが好ましい。

波長変換層は、第１及び第２の蛍光体粒子をバインダの溶液に分散させた蛍光体塗布液を、仮支持体上に塗布して乾燥させ、仮支持体から剥離することにより形成されたものであることが好ましい。仮支持体側の面が固体検出器側に配置されている。

波長変換層の固体検出器とは反対側に光反射層が設けられていることが好ましい。波長変換層は、光反射層側の表面に凸部を有することが好ましい。

固体検出器と波長変換層とは、接合剤層を介して接合されているか、または、直接接して押し当てられた状態とされていることが好ましい。光反射層の固体検出器とは反対側に支持体が設けられており、波長変換層と支持体とは、光反射層を介して加熱圧縮により接合されていることが好ましい。

第２の蛍光体粒子に対する第１の蛍光体粒子の重量比は、２０％〜４０％であることが好ましい。第１の平均粒子径は５μｍ以上１２μｍ以下であり、第２の平均粒子径は１μｍ以上５μｍ未満であることが好ましい。波長変換層中の蛍光体粒子の空間充填率が６８％以上であることが好ましい。

蛍光体粒子は、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘ（ただし、Ａは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕのうちいずれか１つ、Ｘは、Ｅｕ，Ｔｂ，Ｐｒのうちのいずれか１つ）により形成されていることが好ましい。

波長変換層の周縁の側面を覆う縁貼り部材を備えることが好ましい。

本発明の放射線画像撮影システムは、放射線源と放射線画像検出装置とを備える。放射線源は、放射線を射出する。放射線画像検出装置は、放射線を光に変換する波長変換層と、光を検出して画像データを生成する固体検出器とを備え、放射線が入射する側から順に、固体検出器、波長変換層の順に配置されている。波長変換層は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層である。波長変換層の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子の重量は、固体検出器から離れる方向に向かって次第に減少している。

本発明によれば、波長変換層は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層であり、波長変換層の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子の重量は、固体検出器から離れる方向に向かって次第に減少しているので、感度及び鮮鋭度が向上する。

放射線画像撮影システムの構成を示す説明図である。 放射線画像検出装置の斜視図である。 固体検出器の構成を示す説明図である。 放射線画像検出装置を放射線に沿う方向に切断した縦断面図である。 波長変換層の構成を説明する説明図である。 放射線画像検出装置の第１製造工程図である。 放射線画像検出装置の第２製造工程図である。 放射線画像検出装置の第３製造工程図である。 第２実施形態の波長変換層を放射線に直交する方向に切断した横断面図である。 第１及び第２の蛍光体粒子の空間充填率と重量比の関係を示すグラフである。 第１及び第２の蛍光体粒子の重量の波長変換層の厚さ方向への変化を示すグラフである。 第２実施形態の放射線画像検出装置を示す縦断面図である。 第１及び第２の蛍光体粒子の空間充填率と重量比の関係を示すグラフである。 第１及び第２の蛍光体粒子の空間充填率と重量比の関係を示すグラフである。 ブリスタの発生原因を説明する図である。 第２実施形態の波長変換層の平均粒子径の度数分布を例示するグラフである。 第３実施形態の波長変換層を放射線に直交する方向に切断した横断面図である。 第１〜第３の蛍光体粒子の重量の波長変換層の厚さ方向への変化を示すグラフである。

（第１実施形態）
図１において、放射線画像撮影システム１０は、放射線源１１、放射線画像検出装置１２、信号処理装置１３、表示装置１４を備えている。放射線源１１は、被写体１５に向けて放射線（例えば、Ｘ線）を射出する。放射線画像検出装置１２は、被写体１５を透過した放射線を検出し、その放射線に担持された被写体１５の放射線画像を表す画像データを生成して出力する。信号処理装置１３は、放射線画像検出装置１２から出力された画像データに所定の信号処理を施す。表示装置１４は、信号処理装置１３により信号処理の施された画像データに基づいて放射線画像を表示する。

図２において、放射線画像検出装置１２は、固体検出器２０、波長変換層２１、支持体２２、縁貼り部材２３、保護層２４により構成されている。固体検出器２０、波長変換層２１、支持体２２、保護層２４は、放射線源１１側からこの順に積層されている。放射線源１１から射出され被写体１５を透過した放射線は、固体検出器２０を透過して波長変換層２１に入射する。保護層２４の放射線入射側とは反対側には、鉛板等の放射線遮蔽板（図示せず）が設けられている。

波長変換層２１は、入射した放射線を、より波長の長い光（可視光）に変換する単層の蛍光体層（シンチレータ）である。固体検出器２０は、波長変換層２１により変換された光を検出して放射線画像を表す画像データを生成する。縁貼り部材２３は、波長変換層２１及び支持体２２の周縁の側面を覆っている。保護層２４は、支持体２２の波長変換層２１とは反対側の面を覆っている。

また、放射線画像検出装置１２は、撮影台に着脱自在に装着される電子カセッテの形態で使用されることが多い。この電子カセッテでは、放射線画像検出装置１２は、筐体（図示せず）内に収納される。この筐体内に画像メモリやバッテリ（いずれも図示せず）も収納されている。筐体の放射線入射側である入射面には、放射線源１１や被写体１５を位置合わせするためにアライメントマーク（図示せず）が設けられている。

図３において、固体検出器２０は、画素３０、走査線３１、データ線３２、ゲートドライバ３３、積分アンプ３４、Ａ／Ｄ変換器３５を備える。画素３０は、フォトダイオード３０ａとＴＦＴスイッチ３０ｂにより構成され、Ｘ−Ｙ方向に２次元状に多数配列されている。走査線３１は、Ｘ方向に並ぶ画素３０の行毎に設けられ、ＴＦＴスイッチ３０ｂを駆動するための走査信号が印加される。データ線３２は、Ｙ方向に並ぶ画素３０の列毎に設けられ、フォトダイオード３０ａに蓄積され、ＴＦＴスイッチ３０ｂを介して読み出された信号電荷が流れる。

フォトダイオード３０ａは、波長変換層２１により生成された光を受けて信号電荷を発生し蓄積する。ＴＦＴスイッチ３０ｂは、走査線３１とデータ線３２との各交点に対応して設けられており、フォトダイオード３０ａと接続されている。

ゲートドライバ３３は、各走査線３１の一端に接続されており、走査線３１に順に走査信号を印加する。積分アンプ３４は、各データ線３２の一端に接続されており、データ線３２に流れる信号電荷を積算して、積算電荷に対応する電圧を出力する。Ａ／Ｄ変換器３５は、各積分アンプ３４の出力側に設けられており、積分アンプ３４により出力された電圧をデジタル信号に変換する。積分アンプ３４とＡ／Ｄ変換器３５との間には、電圧アンプやマルチプレクサなどが設けられるが、簡略化のため図示を省略している。Ａ／Ｄ変換器３５から出力された全画素分のデジタル信号により画像データが構成される。

図４において、波長変換層２１は、その第１の面２１ａが固体検出器２０に接合剤層２５を介して接合されており、第２の面２１ｂが支持体２２に接合されている。接合剤層２５は、アクリル系の材料により形成されている。支持体２２は、樹脂フィルム２２ａ、導電性層２２ｂ、光反射層２２ｃがこの順に積層されたものである。この光反射層２２ｃに波長変換層２１の第２の面２１ｂが接合されている。支持体２２の下面は、保護層２４で覆われている。

縁貼り部材２３は、樹脂などから形成される。縁貼り部材２３の厚さは、５μｍ以上５００μｍ以下が望ましい。縁貼り部材２３は、例えば、シリコーン系ポリマーとポリイソシアネートの硬化皮膜である。

シリコーン系ポリマーとしては、主としてポリシロキサン単位を有する成分（ポリマー、プレポリマー、またはモノマー）と、他の成分（ポリマー、プレポリマー、またはモノマー）との縮合反応あるいは重付加反応により、これらが交互、ブロックあるいはペンダントに結合したポリマーが用いられる。例えば、ポリシロキサン単位を有するポリウレタン、ポリシロキサン単位を有するポリウレア、ポリシロキサン単位を有するポリエステル、ポリシロキサン単位を有するアクリル樹脂が挙げられる。

ポリイソシアネートとしては、各種ポリイソシアネート単量体、ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）等のポリオールとＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）等（ポリ）イソシアネートの付加体、ＴＤＩの二量体あるいはＴＤＩの三量体とＨＭＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）の重合体などの重合体、ポリイソシアネートと多官能性ヒドロキシルあるいはアミン化合物又はポリイソシアネートとヒドロキシポリエーテルあるいはポリエステルとの反応により得られるイソシアネトープレポリマー等の化合物が用いられる。シリコーン系ポリマーとポリイソシアネーとの混合比は、重量比で９９：１〜１０：９０（ポリマー：ポリイソシアネート）が一般的であり、９５：５〜２０：８０が好ましく、さらに９０：１０〜７０：３０が好ましい。

支持体２２の樹脂フィルム２２ａの材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、セルロースアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、トリアセテート、ポリカーボネートなどが用いられる。樹脂フィルム２２ａの厚さは、２０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、さらに７０μｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

導電性層２２ｂは、ポリエステル等の樹脂にＳｎＯ_２等の導電剤を分散させたものである。光反射層２２ｃは、アクリル等の樹脂にアルミナ微粒子等の光反射性物質を分散させたものである。保護層２４としては、富士フイルム株式会社製のスーパーバリアフィルム（ＳＢＦ）が好適である。

縁貼り部材２３は、導電性を含有した材料で形成してもよい。例えば、ポリマーに、ＳｎＯ_２：Ｓｂ、ＺｎＯなどの導電性微粒子や、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ等のカーボンクラスターを混合する。この場合、縁貼り部材２３のシート抵抗は１０^８Ω以下であることが望ましい。

図５において、波長変換層２１は、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ）等の蛍光体粒子４０を樹脂などのバインダ（結合剤）４１に分散させることにより形成されている。蛍光体粒子４０を球状に図示しているが、実際には、各蛍光体粒子４０は、歪な多角形状である。蛍光体粒子４０は、平均粒子径が５μｍ程度である。ここで、平均粒子径とは、例えば、フィッシャー・サブ−シーブ・サイザー（Fisher Sub-Sieve Sizer）法で測定した粒子径の平均値である。

蛍光体粒子４０としては、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘ（ただし、Ａは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕのうちいずれか１つ、Ｘは、Ｅｕ，Ｔｂ，Ｐｒのうちのいずれか１つ）で表される粒子を用いる。また、蛍光体粒子４０として、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘに共付活剤としてセリウム（Ｃｅ）またはサマリウム（Ｓｍ）を含めたものを用いてもよく、さらに、混晶系の蛍光体を用いてもよい。

波長変換層２１の単位厚さ当たりの蛍光体粒子４０の重量は、第１の面２１ａ側から、放射線の入射側とは反対の第２の面２１ｂ側に向かって次第に減少している。逆に、波長変換層２１の単位厚さ当たりのバインダ４１の重量は、第１の面２１ａ側から第２の面２１ｂ側に向かって次第に増大している。したがって、蛍光体粒子４０の空間充填率が、固体検出器２０側で大きく、固体検出器２０から離れた位置で小さいため、波長変換層２１は、固体検出器２０側で発光量が大きく、かつ蛍光体粒子４０から固体検出器２０への発光の広がりが抑えられる。このため、固体検出器２０により得られる画像の感度及び鮮鋭度が向上する。

また、波長変換層２１における蛍光体粒子４０の空間充填率は６３％以上であることが望ましい。一般に、蛍光体の空間充填率は、以下の方法で求められる。まず、波長変換層の一部を切り出して体積を測定する。次いで、溶剤等を用いてその波長変換層から抽出した蛍光体の重量を測定し、その蛍光体の密度から蛍光体の体積を計算する。上記それぞれの体積比が蛍光体の空間充填率として表わされる。なお、蛍光体の組成が不明の場合は、組成分析を行い、構成元素と結晶構造から密度を計算すればよい。

次に、放射線画像検出装置１２の製造方法を説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、ＰＥＴなどの樹脂で形成された仮支持体５０を用意し、この表面にシリコーン系等の離型剤を塗布することにより離型剤層５１を形成する。

図６（Ｂ）に示すように、バインダ４１の溶液（結合剤溶液）に蛍光体粒子４０を分散させた蛍光体塗布液を離型剤層５１上にドクターブレードを用いて塗布する。蛍光体塗布液には、揮発性溶剤（ＭＥＫなど）が含まれている。離型剤層５１上に塗布された蛍光体塗布液を乾燥させることにより、波長変換層２１が蛍光体シートとして形成される。蛍光体塗布液を塗布した際、バインダ４１の溶液内で蛍光体粒子４０の比重が大きいため、蛍光体粒子４０が沈降して仮支持体５０側（第１の面２１ａ側）に移動する。この移動は、乾燥によりさらに促進される。この結果、波長変換層２１の単位厚さ当たりのバインダ４１の重量は、仮支持体５０とは反対側（第２の面２１ｂ側）から仮支持体５０側（第１の面２１ａ側）に向けて次第に小さくなる。

図７（Ａ）に示すように、ＰＥＴなどの樹脂で形成された樹脂フィルム２２ａを用意し、この表面に導電性の塗布液を塗布し乾燥させ、硬化させることにより、導電性層２２ｂを形成する。そして、図７（Ｂ）に示すように、光反射性物質を分散させた塗布液を導電性層２２ｂ上にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥させることにより、光反射層２２ｃが形成される。これにより、前述の支持体２２が完成する。

続いて、図６（Ｂ）に示す工程で作成した波長変換層２１を仮支持体５０から剥離し、図７（Ｃ）に示すように、波長変換層２１を、第２の面２１ｂが光反射層２２ｃに接するように、支持体２２上に重ねる。そして、このように波長変換層２１と支持体２２とを重ねた状態で、カレンダー機を用いて加熱圧縮する。これにより、波長変換層２１の第２の面２１ｂが光反射層２２ｃに融着する。波長変換層２１の第２の面２１ｂは、第１の面２１ａと比べて、バインダ４１の量が多いため、加熱圧縮の際にバインダ４１の溶融量が多く、光反射層２２ｃとの密着性に優れる。

図７（Ｄ）に示すように、第１の剥離フィルム５２ａ、接合剤層２５、第２の剥離フィルム５２ｂをこの順に積層してなる粘着シート５３を用意し、この第１の剥離フィルム５２ａを剥離して、図７（Ｅ）に示すように、接合剤層２５を波長変換層２１に接合する。接合剤層２５は、アクリル系の接合剤により形成されており、第１及び第２の剥離フィルム５２ａ，５２ｂは、ＰＥＴライナーにより形成されている。

以上の工程で作成された放射線変換シート５４を規定のサイズに裁断し、図８（Ａ）に示すように、裁断後の放射線変換シート５４の周縁の側面に、ディスペンサを用いて縁貼り部材２３を被覆する。このとき、縁貼り部材２３は、第１の剥離フィルム５２ａの外周部と樹脂フィルム２２ａの外周部とを覆う。そして、図８（Ｂ）に示すように、樹脂フィルム２２ａの下面に保護層２４を形成する。

この後、第２の剥離フィルム５２ｂを剥離し、周知の半導体プロセスにより製造された固体検出器２０の表面に、接合剤層２５を介して波長変換層２１の第１の面２１ａを接合する。具体的には、第２の剥離フィルム５２ｂを剥離する際に、イオナイザーで接合剤層２５の表面のゴミを取り除く。そして、貼り合わせ機により、放射線変換シート５４と固体検出器２０とを接合剤層２５を介して貼り合わせ、固体検出器２０の裏面からローラーで押圧することにより、固体検出器２０を波長変換層２１に接合させる。以上の工程で、放射線画像検出装置１２が完成する。

放射線変換シート５４の裁断時や、縁貼り部材２３の形成時には、ゴミが発生する可能性があるが、これらのゴミは、第２の剥離フィルム５２ｂに付着し、第２の剥離フィルム５２ｂの剥離とともに除去される。また、縁貼り部材２３が第１の剥離フィルム５２ａの外周部上にはみ出すように形成されたとしても、この部分は第１の剥離フィルム５２ａの剥離とともに除去されるため、固体検出器２０の画素３０の形成領域と波長変換層２１の間に縁貼り部材２３が介在することはない。

波長変換層２１は、バインダ４１の量が少ない第１の面２１ａが固体検出器２０に接合されるが、接合剤層２５を介して接合が行われるため、密着性は確保される。

次に、放射線画像撮影システム１０の作用を説明する。まず、放射線源１１から放射線が被写体１５に向けて射出される。被写体１５を透過して被写体１５の放射線画像を担持した放射線が固体検出器２０の側から放射線画像検出装置１２に入射する。放射線画像検出装置１２に入射した放射線は、固体検出器２０を透過して波長変換層２１に第１の面２１ａから入射する。波長変換層２１では、入射した放射線が光（可視光）に変換される。

ここで、波長変換層２１内のバインダ４１の量は、第１の面２１ａ側が少なく、蛍光体粒子４０の空間充填率が大きいため、固体検出器２０の近傍で蛍光体粒子４０の発光量が大きく、かつ蛍光体粒子４０から固体検出器２０への光の広がりが小さい。また、第１の面２１ａ側は、バインダ４１の量が少ないことにより、光が、横方向（放射線の入射方向と直交する方向）にバインダ４１を介して伝播することが抑えられる。

波長変換層２１により変換された光は、固体検出器２０に入射する。固体検出器２０内では、光電変換が行われ、光電変換で生成された信号電荷が画素３０毎に蓄積される。固体検出器２０は、各画素３０に蓄積された信号電荷を読み出し、１画面分の各信号電荷を画像データに変換して出力する。

そして、固体検出器２０から出力された画像データは、信号処理装置１３に入力され、信号処理装置１３において信号処理が施された後、表示装置１４に入力される。表示装置１４では、入力された画像データに基づいて画像表示が行われる。

以下に、上述した放射線変換シート５４を形成する実施例を説明する。

（実施例１）
１）波長変換層の形成
ポリビニルブチラール樹脂、ウレタン樹脂脂および可塑剤の混合物２０重量％を、トルエン、２−ブタノールおよびキシレンの混合溶剤８０重量％に溶解し、十分に攪拌してバインダの溶液（結合剤溶液）を作成した。

この結合剤溶液と平均粒子径５μｍのＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ蛍光体とを固形成分として１５：８５の質量％比で混合し、ボールミルで分散処理して蛍光体塗布液を調製した。

この蛍光体塗布液を、ドクターブレードを用いて、シリコーン系離型剤が塗布されたＰＥＴ（仮支持体、厚み：１９０μｍ）の表面に、４３０ｍｍの巾で塗布し乾燥した後、仮支持体から剥離して、波長変換層（厚み：３００μｍ）を得た。

２）導電性層の形成
下記の組成の材料にＭＥＫ（メチルエチルケトン）５ｇに加え、混合分散して塗布液を調製した。そして、この塗布液をＰＥＴ（支持体、厚み：１８８μｍ、ヘイズ度２７％、ルミラー（登録商標）Ｓ−１０、東レ株式会社製）の表面にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥させ、硬化させ、導電性層（膜厚：５μｍ）を形成した。

樹脂：飽和ポリエステル樹脂（バイロン３００（登録商標）、東洋紡株式会社製）のＭＥＫ溶液（固形分３０重量％）２０ｇ
硬化剤：ポリイソシアネート（オレスターＮＰ３８−７０Ｓ（登録商標、三井東圧株式会社製）固形分７０％）２ｇ
導電剤：ＳｎＯ_２（Ｓｂドープ）針状微粒子のＭＥＫ分散体（固形分３０重量％）５０ｇ

３）光反射層の形成
続いて、下記組成の材料をＭＥＫ３８７ｇに加え、混合分散して塗布液を作製した。この塗布液を導電性層の表面にドクターブレードを用いて塗布し乾燥して、光反射層（層厚、約１００μｍ）を形成した。

光反射性物質：高純度アルミナ微粒子（平均粒子経：０．４μｍ）４４４ｇ
結合剤：軟質アクリル樹脂（クリスコートＰ−１０１８ＧＳ（登録商標、大日本インキ化学工業株式会社製）「２０％トルエン溶液」）１００ｇ

４）波長変換層と光反射層との接合
光反射層の面上に、１）で作製した波長変換層を塗布形成時の上面（仮支持体とは反対側）が接するようにして重ね、カレンダー機を用いて総荷重２３００ｋｇ、上側ロール４５℃、下側ロール４５℃、送り速度０．３ｍ／分にて加熱圧縮した。これにより、波長変換層は光反射層に完全に融着した。熱圧縮後の層厚は２００μｍであった。

５）接合剤層および剥離フィルムの形成
粘着シートとして、ＰＥＴライナー３８μｍ（軽剥離）／アクリル系接合剤層１５μｍ／ＰＥＴライナー７５μｍ（重剥離）の構成のものを用い、軽剥離側の剥離フィルムを剥離し、接合剤層を蛍光体層と接合した。

６）縁貼り部材の形成
１）〜５）で作製した放射線変換シートを規定のサイズに裁断した後、縁貼り部材のディスペンサにセットし、ロボットを制御して蛍光体層の周縁の側面を縁貼り部材で被覆した。縁貼り部材としては、下記組成の混合物をメチルエチルケトン１５０ｇに溶解させて調製した被覆液を使用した。

シリコーン系ポリマー：ポリジメチルシロキサン単位を有するポリウレタン（大日精化（株）、ダイアロマ−ＳＰ３０２３［１５％メチルエチルケトン溶液］）７００ｇ
架橋剤：ポリイソシアネート（大日精化（株）、クロスネートＤ−７０［５０％溶液］）３０ｇ
黄変防止剤：エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）、エピ コート＃１００１［固形］）６ｇ
滑り剤：アルコール変成シリコーン（信越化学（株）、Ｘ−２ ２−２８０９［６６％キシレン含有ペースト］）２ｇ

そして、得られた被覆液を、コロナ放電処理済の放射線変換シートの端部全周（端部から１ｍｍ内側までを含む）に塗布し、室温で充分に乾燥して、膜厚約２５μｍの端部皮膜を形成した。

（第２実施形態）
第１実施形態では、ほぼ一定の大きさの蛍光体粒子４０をバインダ４１に分散させて波長変換層２１を形成しているが、第２実施形態として、図９に示すように、大きさの異なる第１及び第２の蛍光体粒子６１，６２をバインダ６３内に混合させて波長変換層６０を形成してもよい。第２実施形態の放射線画像検出装置は、波長変換層２１に代えて波長変換層６０を用いること以外は、第１実施形態の放射線画像検出装置１２と同一構成である。

第１の蛍光体粒子６１の平均粒子径Ｄ１は、第２の蛍光体粒子６２の平均粒子径Ｄ２より大きい。第１の蛍光体粒子６１の平均粒子径Ｄ１は、５μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましく、６μｍ程度であることがより好ましい。第２の蛍光体粒子６２の平均粒子径Ｄ２は、１μｍ以上５μｍ未満であることが好ましく、２μｍ程度であることがより好ましい。本実施形態では、平均粒子径が大きい第１の蛍光体粒子６１の隙間に、平均粒子径が小さい第２の蛍光体粒子６２が入り込むため、蛍光体の空間充填率が向上し、画質が向上する。

第１の蛍光体粒子６１と第２の蛍光体粒子６２とは、両者とも同じ材料（例えば、ＧＯＳ）で形成されたものでもよいし、それぞれ異なる材料（例えば、ＧＯＳとＬＯＳ（Ｌｕ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ））で形成されたものでもよい。

波長変換層６０内において第１の蛍光体粒子６１と第２の蛍光体粒子６２とを合わせた空間充填率ＳＦＲは、第１の蛍光体粒子６１に対する第２の蛍光体粒子６２の重量比ＷＲに依存する。図１０において、実線は、Ｄ１＝６μｍ、Ｄ２＝２μｍとした場合の空間充填率ＳＦＲであり、重量比ＷＲが約３０％のときに空間充填率ＳＦＲが最大となることを示している。この場合、重量比ＷＲは、２０％〜４０％の範囲内であることが好ましく、この範囲で、空間充填率ＳＦＲは約６８％以上となる。

これに対して、一点鎖線は、Ｄ１＝１０μｍ、Ｄ２＝２μｍとした場合の空間充填率ＳＦＲであり、二点差線は、Ｄ１＝４μｍ、Ｄ２＝２μｍとした場合の空間充填率ＳＦＲである。このように、第１の蛍光体粒子６１の平均粒子径Ｄ１を大きくするほど、第１の蛍光体粒子６１間の隙間に第２の蛍光体粒子６２が入りやすくなり、空間充填率ＳＦＲが向上する。

図１１において、波長変換層６０の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子６１の重量Ｗ１は、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって次第に減少している。逆に、波長変換層６０の単位厚さ当たりの第２の蛍光体粒子６２の重量Ｗ２は、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって次第に増大している。このように、平均粒子径の大きな第１の蛍光体粒子６１は固体検出器２０側に多く存在し、平均粒子径の小さな第２の蛍光体粒子６２は支持体２２側に多く存在するため、高感度で高鮮鋭度の画像が得られる。なお、図１１では、重量の分布を模式的に直線で表しているが、実際は曲線である。

波長変換層６０を製造するには、第１の蛍光体粒子６１と第２の蛍光体粒子６２とをバインダ６３の溶液に分散させた蛍光体塗布液を、仮支持体上に塗布して乾燥させればよい。こうすることで、平均粒子径が大きい第１の蛍光体粒子６１は、沈降して仮支持体側に移動する。一方の平均粒子径が小さい第２の蛍光体粒子６２は、仮支持体側の大部分が第１の蛍光体粒子６１により占有されるため、第１の蛍光体粒子６１の間の隙間に入り込む分以外は、仮支持体とは反対側に移動する。これにより、前述の重量の分布が得られる。波長変換層６０の単位厚さ当たりのバインダ６３の重量は、第１実施形態と同様に、仮支持体とは反対側から仮支持体側に向かって次第に減少する。

上記の蛍光体塗布液の乾燥条件を制御することで、第１の蛍光体粒子６１の仮支持体側への移動量を調整することができる。例えば、蛍光体塗布液を、時間を掛けてゆっくり乾燥させた場合には、第１の蛍光体粒子６１の仮支持体側への移動量が大きく、仮支持体側における第１の蛍光体粒子６１の空間充填率がより高まる。

また、蛍光体塗布液の塗布時の温度をやや上昇（例えば、通常の温度が２５℃であれば、２５℃や３０℃に上昇）させることで、蛍光体塗布液の粘度が低下し、第１の蛍光体粒子６１が移動しやすくなる。このように、蛍光体塗布液の塗布時の温度を制御することで、第１の蛍光体粒子６１の仮支持体側への移動量を調整することができる。

このように形成された波長変換層６０は、図１２に示すように、仮支持体側の表面６０ａには、接合剤層２５を介して固体検出器２０に接合され、仮支持体と反対側の表面６０ｂには、光反射層２２ｃが接合される。

また、重量比ＷＲの値によっては、図１３及び図１４に示すように、第２の蛍光体粒子６２の重量Ｗ２が、固体検出器２０側付近で、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって単調に増大しない場合がある。これは、蛍光体塗布液の乾燥の際に、第２の蛍光体粒子６２の塗布表面方向への上昇が、第１の蛍光体粒子６１により阻止されることによる。一方の第１の蛍光体粒子６１は、第２の蛍光体粒子６２より粒子径が大きいため、第２の蛍光体粒子６２よる阻止は殆ど生じず、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって単調に減少する。図１３は、重量Ｗ２が、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって減少した後、単調に増大する場合を示している。図１４は、重量Ｗ２が、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって増大して減少した後、単調に増大する場合を示している。

本実施形態では、蛍光体塗布液を仮支持体上に塗布して乾燥した際に、その塗布表面（波長変換層６０の表面６０ｂ）には、泡脹れ（ブリスタ）と呼ばれる凸部が生じる恐れがある。これは、蛍光体塗布液の乾燥中に、塗布表面である表面６０ｂ側から乾燥が進行し、図１５（Ａ）に示すように、蛍光体塗布液が乾燥することにより形成されるバインダ６３内に、揮発性溶剤が揮発せずに残留した複数の残留溶剤６３ａが生じるためである。これらの残留溶剤６３ａは、乾燥が進むに連れて、図１５（Ｂ）に示すように凝集して凝集体６３ｂとなり、この凝集体６３ｂは、バインダ６３内から抜け出ようとして表面６０ｂを隆起させる。この隆起が進行することにより、図１５（Ｃ）に示すように、凝集体６３ｂと表面６０ｂとの間にクラック６０ｃが生じ、このクラック６０ｃを通じて凝集体６３ｂ内の揮発した溶剤が放出される。この結果、図１５（Ｄ）に示すように、表面６０ｂには、カルデラ状のブリスタが生じ、凸部６０ｄが形成される。

カルデラ状の凸部６０ｄの直径は、数ｍｍ〜１ｃｍ程度である。凸部６０ｄの表面６０ｂからの突出量は、１００〜２００μｍ程度である。これに対して、波長変換層６０の厚みは、３００μｍ程度である。

このブリスタは、表面６０ｂ付近における第１の蛍光体粒子６１の平均粒子径Ｄ１が大きい程生じやすいという傾向にある。これは、乾燥による揮発性溶剤の表面６０ｂ側への上昇が、粒子径が大きな第１の蛍光体粒子６１により阻止されて残留するためである。本実施形態では、蛍光体塗布液の乾燥時間を長くし、バインダ６３を蛍光体塗布液の塗布表面側に多く移動させることにより、表面６０ｂ側における第１の蛍光体粒子６１の量を少なくしているため、ブリスタの発生は低減される。このブリスタによる凸部６０ｄは、図１２に示すように、波長変換層６０の表面６０ｂと光反射層２２ｃとの間に、空気層６５を生じさせる。しかし、この空気層６５は、屈折率が波長変換層６０より低いため、波長変換層６０と光反射層２２ｃとの間における光の反射率を高め、高感度化に寄与する。

このように、本実施形態では、表面６０ｂの凸部６０ｄは、感度特性に有利な方向に働くため、平均粒子径Ｄ１が大きな第１の蛍光体粒子６１を用いることができる。例えば、図１０に示すように、最大７５％の空間充填率ＳＦＲが得られる平均粒子径Ｄ１が１０μｍの第１の蛍光体粒子６１を用いることができ、さらに感度化が向上する。

一方の波長変換層６０の表面６０ａは、ブリスタが生じないため、接合剤層２５の密着性が高い。また、表面６０ａと接合剤層２５との間には、空気層が殆ど生じないため、光の反射や散乱が生じにくい。この点も、高感度化及び高鮮鋭度化に有利である。

また、本実施形態では、波長変換層６０の表面６０ａ側から放射線が入射され、波長変換層６０内での主発光領域が表面６０ａ側であるので、発光が上記のブリスタに影響されることはなく、高鮮鋭度化に有利である。

波長変換層が大きさの異なる２種の蛍光体粒子が分散された２粒子系であるか否かは、前述のフィッシャー・サブ−シーブ・サイザー法により検出可能である。波長変換層が２粒子系であり、２種の蛍光体粒子の平均粒子径の差が大きい（Ｄ１＝６μｍ、Ｄ２＝２μｍ）であれば、図１６に示すように、平均粒子径の度数分布に明確な２つのピークが現れる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、大きさの異なる２種の蛍光体粒子をバインダ内に混合させて波長変換層を形成しているが、さらに、大きさの異なる３種の蛍光体粒子をバインダ内に混合させて波長変換層を形成してもよい。この場合、小さな蛍光体粒子が他の蛍光体粒子間の隙間に入り込むため、蛍光体の空間充填率がより向上し、画質がより向上する。

第３実施形態として、図１７に示す波長変換層７０を適用する。波長変換層７０は、大きさの異なる第１の蛍光体粒子７１、第２の蛍光体粒子７２、第３の蛍光体粒子７３をバインダ７４に分散させたものである。第１の蛍光体粒子７１の平均粒子径は、９μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ程度であることがより好ましい。第２の蛍光体粒子７２の平均粒子径は、１μｍ以上５μｍ未満であることが好ましく、２μｍ程度であることがより好ましい。第３の蛍光体粒子７３の平均粒子径は、５μｍ以上９μｍ未満であることが好ましく、６μｍ程度であることがより好ましい。

第１の蛍光体粒子７１、第２の蛍光体粒子７２、第３の蛍光体粒子７３は、同じ材料で形成されたものでもよいし、それぞれ異なる材料で形成されたものでもよい。第１の蛍光体粒子７１、第２の蛍光体粒子７２、第３の蛍光体粒子７３の重量比は、約５：２：３であることが好ましい。波長変換層７０内の第１〜３の蛍光体粒子７１〜７３を合わせた空間充填率は、６８％以上であることが好ましい。

図１８において、波長変換層７０の単位厚さ当たりの第１の蛍光体粒子７１の重量Ｗ１は、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって次第に減少している。逆に、波長変換層７０の単位厚さ当たりの第２の蛍光体粒子７２の重量Ｗ２は、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって次第に増大している。そして、波長変換層７０の単位厚さ当たりの第３の蛍光体粒子７３の重量Ｗ３は、厚さ方向にあまり変化がない。

このように、固体検出器２０側では、第２の蛍光体粒子７２、第３の蛍光体粒子７３、第１の蛍光体粒子７１の順に空間充填率が高くなり、支持体２２側では、第１の蛍光体粒子７１、第３の蛍光体粒子７３、第２の蛍光体粒子７２の順に空間充填率が高くなる。平均粒子径の大きな第１の蛍光体粒子７１が固体検出器２０側に多く存在し、平均粒子径の小さな第２の蛍光体粒子７２が支持体２２側に多く存在するため、高感度で高鮮鋭度の画像が得られる。また、第１〜３の蛍光体粒子７１〜７３の平均粒子径に依存して、固体検出器２０側における第２の蛍光体粒子７２の重量Ｗ２と第３の蛍光体粒子７３の重量Ｗ３との関係が逆になる可能性もある。また、本実施形態においても第２の蛍光体粒子７２の重量Ｗ２は、固体検出器２０側付近で、固体検出器２０側から支持体２２側に向かって単調に増大しない場合がある。

波長変換層７０を製造するには、第２実施形態と同様に、第１の蛍光体粒子７１、第２の蛍光体粒子７２、第３の蛍光体粒子７３をそれぞれバインダ７４の溶液に分散させた蛍光体塗布液を、仮支持体上に塗布し乾燥させればよい。このようにして形成された波長変換層７０の仮支持体側の面が固体検出器２０に接合される。本実施形態のその他の構成は、第２実施形態と同一である。

前述のように、本実施形態においても、蛍光体塗布液の乾燥により、塗布表面にブリスタが発生するが、本実施形態では、平均粒子径が大きな第１の蛍光体粒子７１の量を蛍光体塗布液の塗布表面側で少なくしているため、ブリスタの発生が低減される。このため、例えば、平均粒子径が１０μｍの大きな第１の蛍光体粒子７１を用いることができる。本実施形態のその他の効果は、第２実施形態と同様である。

さらに、バインダに平均粒子径の異なる４種以上の蛍光体粒子を分散させることにより波長変換層を形成してもよい。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、仮支持体に蛍光体塗布液を塗布し、平均粒子径の大きな蛍光体粒子を、その自重により仮支持体側に移動させることにより、仮支持体側の重量（空間充填率）を高めているが、これに代えて、蛍光体粒子の表面に界面活性剤を付着させ、界面活性剤で得られる浮力により、蛍光体粒子を仮支持体とは反対側に移動させてもよい。大きさの異なる複数の蛍光体粒子に界面活性剤を付着させ、これらをバインダに分散させた場合には、平均粒子径が大きな蛍光体粒子ほど大きな浮力が得られるため、仮支持体とは反対側に移動しやすくなる。この場合には、形成された波長変換層の仮支持体とは反対側を固体検出器２０に接合すればよい。

上記各実施形態では、波長変換層を、接合剤層を介して固体検出器に接合しているが、波長変換層が固体検出器に直接接するように押し当てた状態としてもよい。

１０ 放射線画像撮影システム
１２ 放射線画像検出装置
２０ 固体検出器
２１ 波長変換層
２２ 支持体
２２ｃ 光反射層
２３ 縁貼り部材
２５ 接合剤層
４０ 蛍光体粒子
４１ バインダ
６０ 波長変換層
６１ 第１の蛍光体粒子
６２ 第２の蛍光体粒子
６３ バインダ
７０ 波長変換層
７１ 第１の蛍光体粒子
７２ 第２の蛍光体粒子
７３ 第３の蛍光体粒子
７４ バインダ

Claims (14)

1. 放射線を光に変換する波長変換層と、前記光を検出して画像データを生成する固体検出器とを備え、撮影時に放射線源から放射線が入射する側から、前記固体検出器、前記波長変換層の順に配置された放射線画像検出装置において、
   前記波長変換層は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、前記第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層であり、前記波長変換層の単位厚さ当たりの前記第１の蛍光体粒子の重量は、前記固体検出器から離れる方向に向かって次第に減少していることを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記波長変換層の単位厚さ当たりの前記第２の蛍光体粒子の重量は、前記固体検出器側が、前記固体検出器とは反対側より大きいことを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
3. 前記波長変換層の単位厚さ当たりの前記第２の蛍光体粒子の重量は、前記固体検出器から離れる方向に向かって次第に増大していることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像検出装置。
4. 前記波長変換層は、前記第１及び第２の蛍光体粒子を前記バインダの溶液に分散させた蛍光体塗布液を、仮支持体上に塗布して乾燥させ、前記仮支持体から剥離することにより形成されたものであり、前記仮支持体側の面が前記固体検出器側に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
5. 前記波長変換層の前記固体検出器とは反対側に光反射層が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記波長変換層は、前記光反射層側の表面に凸部を有することを特徴とする請求項５に記載の放射線画像検出装置。
7. 前記固体検出器と前記波長変換層とは、接合剤層を介して接合されているか、または、直接接して押し当てられた状態とされていることを特徴とする請求項６に記載の放射線画像検出装置。
8. 前記光反射層の前記固体検出器とは反対側に支持体が設けられており、前記波長変換層と前記支持体とは、前記光反射層を介して加熱圧縮により接合されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
9. 前記第２の蛍光体粒子に対する前記第１の蛍光体粒子の重量比は、２０％〜４０％であることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記第１の平均粒子径は５μｍ以上１２μｍ以下であり、前記第２の平均粒子径は１μｍ以上５μｍ未満であることを特徴とする請求項９に記載の放射線画像検出装置。
11. 前記波長変換層中の前記蛍光体粒子の空間充填率が６８％以上であることを特徴とする請求項１０に記載の放射線画像検出装置。
12. 前記蛍光体粒子は、Ａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｘ（ただし、Ａは、Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕのうちいずれか１つ、Ｘは、Ｅｕ，Ｔｂ，Ｐｒのうちのいずれか１つ）により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
13. 前記波長変換層の周縁の側面を覆う縁貼り部材を備えることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
14. 放射線を射出する放射線源と、
    前記放射線を光に変換する波長変換層と、前記光を検出して画像データを生成する固体検出器とを有する放射線画像検出装置であり、前記放射線が入射する側から順に、前記固体検出器、前記波長変換層の順に配置されており、前記波長変換層は、少なくとも、第１の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子と、前記第１の平均粒子径より小さい第２の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子とをバインダ中に混合した単層の蛍光体層であり、前記波長変換層の単位厚さ当たりの前記第１の蛍光体粒子の重量は、前記固体検出器から離れる方向に向かって次第に減少している放射線画像検出装置と、
    を備えることを特徴とする放射線画像撮影システム。

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