JP2016173266A - 放射線検出装置、放射線検出システム並びにシンチレータ層の形成方法及び放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出装置の検出量子効率を向上する技術を提供する。【解決手段】放射線検出装置は、複数の光電変換素子を含む画素アレイを有するセンサパネルと、放射線を光に変換する複数の柱状結晶が画素アレイの全域を覆うように配されたシンチレータ層とを備え、複数の柱状結晶のそれぞれは、センサパネルの法線から同一の方向に傾斜しており、複数の柱状結晶のそれぞれは、各柱状結晶の端部を除いて、センサパネルに近づくにつれて太くなる。【選択図】図３

Description

本発明は、放射線検出装置、放射線検出システム並びにシンチレータ層の形成方法及び放射線検出装置の製造方法に関する。

シンチレータ層とセンサパネルとを有し、シンチレータ層で放射線から変換された光をセンサパネルで検出する放射線検出装置が知られている。このような放射線検出装置では、入射した放射線の利用効率、すなわち検出量子効率（Detective Quantum Efficiency：ＤＱＥ）の向上が求められている。特許文献１は、シンチレータ層が柱状結晶のシンチレータで形成された放射線検出装置を提案する。このシンチレータ層では、ＤＱＥを向上するために、センサパネルの中央の位置において柱状結晶がセンサパネルの表面に直交する方向に延び、その他の位置において柱状結晶がセンサパネルの中心に向かって傾斜している。

特開２００９−２３６７０４号公報

特許文献１の放射線検出装置では、センサパネルの中央部分において、シンチレータの柱状結晶がセンサパネルの表面に直交している。そのため、センサパネルの表面に対して直交する方向から入射した放射線の一部が柱状結晶の隙間を通り抜けてしまい、十分な検出量子効率が得られない。また、以下に詳細に説明するように、柱状結晶が一定の幅を有しているので、柱状結晶で発生した光は柱状結晶の上下に均等に広がってしまう。この観点でも特許文献１の放射線検出装置の検出量子効率は十分ではない。本発明は、放射線検出装置の検出量子効率を向上する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、複数の光電変換素子を含む画素アレイを有するセンサパネルと、放射線を光に変換する複数の柱状結晶が前記画素アレイの全域を覆うように配されたシンチレータ層とを備え、前記複数の柱状結晶のそれぞれは、前記センサパネルの法線から同一の方向に傾斜しており、前記複数の柱状結晶のそれぞれは、各柱状結晶の端部を除いて、前記センサパネルに近づくにつれて太くなることを特徴とする放射線検出装置が提供される。

上記手段により、放射線検出装置の検出量子効率を向上する技術が提供される。

一部の実施形態に係る放射線検出装置の構成例を説明する図。 他の一部の実施形態に係る放射線検出装置の構成例を説明する図。 一部の実施形態に係るシンチレータ層の構成例を説明する図。 一部の実施形態に係るシンチレータ層の形成方法を説明する図。 一部の実施形態に係る放射線検出システムの構成例を説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。本発明の一部の実施形態は、例えば医療画像診断機器や非破壊検査機器等に用いられる放射線検出装置に関し、これらの放射線検出装置は例えば放射線撮像に用いられる。本明細書において、放射線は、Ｘ線、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子線などを含む。

図１を参照して、本発明の一部の実施形態に係る放射線検出装置１００の構成例について説明する。図１（ａ）は放射線検出装置１００の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における放射線検出装置１００の断面図である。説明のために、図１（ａ）では、図１（ｂ）に示されている構成要素の一部が省略されている。また、図１（ａ）では、筐体１１０を透過的に示すとともに、シンチレータ層１３１の縁を破線で示す。

放射線検出装置１００は、とりわけ、筐体１１０と、センサパネル１２０と、シンチレータパネル１３０と、回路基板１７０とを有する。センサパネル１２０と、シンチレータパネル１３０と、回路基板１７０とは筐体１１０に格納されている。シンチレータパネル１３０は、筐体１１０を通じて入射した放射線を、センサパネル１２０が検出可能な波長帯の電磁波（例えば、可視光）に変換する。放射線は、放射線検出装置１００に対して、シンチレータパネル１３０側（図１（ｂ）における上側）から照射される。すなわち、放射線検出装置１００はいわゆる表面照射型の放射線検出装置である。センサパネル１２０は、特定の波長帯の電磁波（例えば、可視光など）を電気信号に変換する。回路基板１７０には、センサパネル１２０を駆動する駆動回路や、センサパネル１２０から電気信号を読み出す読出回路等の信号処理回路が配置されている。

センサパネル１２０には、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサが用いられる。センサパネル１２０は既存の構成であってもよく、以下ではその一例を簡単に説明する。センサパネル１２０は、１つのセンサ基台１２１と、複数のセンサ基板１２２とを有する。各センサ基板１２２は、複数の画素が行列状（マトリクス状）に配された画素アレイを有する。各画素は、半導体基板１２６に形成された光電変換素子１２３及びスイッチング素子（不図示）により構成される。光電変換素子１２３は、半導体基板１２６内の不純物領域によって形成される。スイッチング素子は例えばＭＯＳトランジスタであり、半導体基板１２６に形成された２つの不純物領域と、これらの間の部分を覆うゲート電極によって形成される。これらの複数の画素によって画素アレイが構成される。画素アレイはセンサ保護層１２４によって覆われている。センサ保護層１２４は、センサ基板１２２の外部からの影響から画素アレイを保護する。センサ保護層１２４は例えばポリイミド等の樹脂で形成される。センサ基板１２２の面のうち光電変換素子１２３が配されている側の面（図１（ｂ）において上側の面）を受光面と呼ぶ。同様に、センサパネルの面のうち光電変換素子１２３が配されている側の面を受光面と呼ぶ。

複数のセンサ基板１２２はセンサ基台１２１の一方の面の上に隙間なく配列されており、その結果、複数のセンサ基板１２２の画素アレイが一体の画素アレイを形成する。複数のセンサ基板１２２の画素アレイによって形成された一体の画素アレイをセンサパネル１２０の画素アレイと呼ぶ。センサ基台１２１と、各センサ基板１２２の裏面（受光面とは反対側の面）とは、例えば接着剤によって互いに固定されている。

シンチレータパネル１３０は、シンチレータ層１３１と、シンチレータ基台１３２と、シンチレータ保護層１３５とを有する。シンチレータ層１３１は、例えば主成分であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）に賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）を添加して得られるＣｓＩ：Ｔｌ等のシンチレータによって構成される。これに代えて、例えばハロゲン化アルカリを主成分とする材料によってシンチレータが構成されてもよい。シンチレータ層１３１のうち一方の面（図１（ｂ）において上側の面）はシンチレータ基台１３２に接している。シンチレータ層１３１のうちシンチレータ基台１３２に接していない面は、シンチレータ保護層１３５によって覆われている。シンチレータ保護層１３５は、シンチレータ層１３１を湿気等から保護する機能を有する。シンチレータ保護層１３５の材料として、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有機樹脂やポリパラキシリレン等の有機膜、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が用いられる。

シンチレータ基台１３２は、ガラス基板１３３と反射層１３４とを有する。反射層１３４はガラス基板１３３とシンチレータ層１３１との間に配される。反射層１３４は、シンチレータ層１３１で変換された光のうちシンチレータ基台１３２へ向けて進む成分を、センサパネル１２０へ向けて反射する。

センサパネル１２０の受光面と、シンチレータパネル１３０のうちシンチレータ基台１３２とは反対側の面（図１（ｂ）において下側の面）とは、結合部材１４０によって互いに固定されている。結合部材１４０は、例えばアクリル系の透明な粘着材や、硬化した接着剤である。

各センサ基板１２２は、その一辺に配線接続部１２５を更に有する。配線接続部１２５には配線部材１５０の一端が取り付けられている。配線部材１５０の他端は、回路基板１７０に取り付けられている。配線部材１５０によって、センサ基板１２２の画素アレイと回路基板１７０の信号処理回路とが互いに電気的に接続される。

センサパネル１２０とシンチレータパネル１３０との結合部分は、封止部材１６０によって封止されている。封止部材１６０は、センサパネル１２０及びシンチレータパネル１３０の全周を覆うような枠形状を有する。封止部材１６０はさらに、配線接続部１２５と配線部材１５０との結合部分を覆う。封止部材１６０は、センサパネル１２０とシンチレータパネル１３０との結合部分を湿気等から保護する機能を有する。封止部材１６０の材料として、水分透過率の低い材料、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等が用いられる。

続いて、図２を参照して、本発明の他の一部の実施形態に係る放射線検出装置２００の構成例について説明する。図２（ａ）は放射線検出装置２００の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における放射線検出装置２００の断面図である。説明のために、図２（ａ）では、図２（ｂ）に示されている構成要素の一部が省略されている。また、図２（ａ）では、筐体１１０を透過的に示すとともに、シンチレータ層１３１の縁を破線で示す。

放射線検出装置２００は、センサパネル１２０の代わりにセンサパネル２２０を有する点で放射線検出装置１００とは異なり、他の構成要素は同じであってもよい。センサパネル２２０も既存の構成であってもよく、以下ではその一例を簡単に説明する。センサパネル２２０は、複数の画素が行列状（マトリクス状）に配された画素アレイを有する。各画素は、単一の絶縁基板２２１の上に形成された光電変換素子２２２及びスイッチング素子（不図示）により構成される。光電変換素子２２２は、アモルファスシリコンによって形成される。スイッチング素子は例えばＴＦＴであり、アモルファスシリコンによって形成される。これらの複数の画素によって画素アレイが構成される。画素アレイはセンサ保護層１２４によって覆われている。センサパネル２２０の面のうち光電変換素子２２２が配されている側の面（図２（ｂ）において上側の面）を受光面と呼ぶ。センサパネル２２０は、その４つの辺のそれぞれに複数の配線接続部１２５を更に有する。配線接続部１２５には配線部材１５０の一端が取り付けられている。

センサパネル２２０は、センサパネル１２０とは異なり、センサ基板１２２を貼り合わせるためのセンサ基台１２１を必要としない。そのため、放射線を、放射線検出装置２００に対してセンサパネル２２０側（図２（ｂ）における下側）から照射してもよい。すなわち、放射線検出装置２００はいわゆる裏面照射型の放射線検出装置であってもよい。

続いて、図３を参照して、一部の実施形態におけるシンチレータ層１３１の構造を詳細に説明する。図３（ａ）は、図１（ｂ）の一部分の拡大図である。シンチレータ層１３１は、シンチレータの複数の柱状結晶３０１によって構成される。柱状結晶３０１の材料として、例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等が用いられる。柱状結晶３０１はそれぞれ、放射線を光に変換する。図３（ａ）に示されるようなシンチレータ層１３１の断面は、例えばＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察される。このような断面において、複数の柱状結晶３０１の断面は様々な大きさ・形状を有し、様々な間隔で並びうる。しかし、図３（ａ）では説明を簡単にするために、複数の柱状結晶３０１の大きさ・形状が同一であり、一定の間隔で並んでいるものとして説明する。

複数の柱状結晶３０１は、センサパネル１２０の画素アレイの全域を覆うように配されている。シンチレータ層１３１を構成する複数の柱状結晶３０１はいずれも、センサパネル１２０の法線３０２から同じ方向（図３（ａ）の左方向）に傾斜しており、画素アレイの全域にわたって同一の方向３０３に延在している。このように複数の柱状結晶３０１が配されることによって、法線３０２の方向から放射線検出装置１００に入射した放射線のうち柱状結晶３０１に当たらずに直接センサパネル１２０に到達する成分を低減できる。さらに、複数の柱状結晶３０１は、これらの隙間が、センサパネル１２０の平面視において、複数の柱状結晶３０１の何れかに重なるように配されてもよい。これによって、柱状結晶３０１に当たらずに直接センサパネル１２０に到達する放射線の成分をさらに低減できる。

図３（ａ）に示す断面は、法線３０２と、柱状結晶３０１が延在する方向３０３を通る直線とによって張られる平面に一致する。この平面は、画素アレイの行又は列に平行であってもよいし、行及び列のそれぞれに対して傾斜していてもよい。本実施形態では、この平面は、画素アレイの行に平行であるとする。すなわち、柱状結晶３０１は、法線３０２と、画素アレイの行とによって張られる平面に平行に延在する。

各柱状結晶３０１は、端部を除いて、センサパネル１２０に近づくにつれて、すなわちシンチレータ基台１３２側からセンサパネル１２０側に向けて幅が太くなるようなテーパーを有する。柱状結晶３０１のうちシンチレータ基台１３２側の端部とは、例えば、シンチレータ基台１３２に接した部分である。柱状結晶３０１を蒸着により形成した場合に、この端部は柱状結晶３０１が成長を開始した部分である。柱状結晶３０１のうちセンサパネル１２０側の端部とは、例えば、柱状結晶３０１の頂点に向かって幅が細くなる部分である。柱状結晶３０１を蒸着により形成した場合に、この端部は柱状結晶３０１が成長を終了した部分である。柱状結晶３０１のうち両端部を除いた部分を主要部分と呼ぶ。

柱状結晶３０１の主要部分がこのようなテーパーを有することにより、シンチレータ層１３１のうち柱状結晶３０１の充填率は、センサパネル１２０に近い位置ほど高くなる。これにより、シンチレータ層１３１のうちセンサパネル１２０に近い位置で放射線が光に変換される確率が高まる。例えば、シンチレータ基台１３２側（シンチレータ層１３１の中央よりも上）にあるシンチレータ層１３１の断面であって、センサパネル１２０に平行な平面による断面において、柱状結晶３０１の充填率は０．７６よりも小さい（例えば、０．７２である）。また、センサパネル１２０側（シンチレータ層１３１の中央よりも下）にあるシンチレータ層１３１の断面であって、センサパネル１２０に平行な平面による断面において、柱状結晶３０１の充填率は０．７６よりも大きい（例えば、０．８０である）。

さらに、柱状結晶３０１の主要部分がこのようなテーパーを有することにより、柱状結晶３０１で発生した光のうちセンサパネル１２０へ向かう成分の比率を増やすことができる。図３（ｃ）に示すように、点３０４で光が発生したとする。この場合、この光のうち、点３０４から柱状結晶３０１の外周にそれぞれ下した２本の垂線３０５以下の範囲の成分が少なくともセンサパネル１２０へ向かう。従って、点３０４で発生した光のうち５０％を超える成分がセンサパネル１２０へ向かう。一方、柱状結晶がテーパーを有していない場合に、発生した光の半分（５０％）がセンサパネル１２０へ向かう。従って、柱状結晶３０１の主要部がテーパーを有することによって、ＤＱＥを向上できる。

複数の柱状結晶３０１の配置を詳細に説明するために、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように各種パラメータを規定する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された柱状結晶３０１のうち、互いに隣接する２つの柱状結晶３０１ａ、３０１ｂに着目し、ｘｙ平面に配置した図である。

・シンチレータ層１３１の膜厚をｔ＿ｓｃとする。この膜厚は、法線３０２に沿ったシンチレータ層１３１の厚さである。本実施形態では、柱状結晶３０１の主要部分の膜厚をシンチレータ層１３１の厚さと呼ぶ。柱状結晶３０１の主要部分は柱状結晶３０１全体の大部分を占めるので、ｔ＿ｓｃはシンチレータ層１３１全体の膜厚にほぼ等しい。

・複数の柱状結晶３０１の平均傾斜角度をθ＿ｓｃとする。柱状結晶３０１の傾斜角度とは、柱状結晶３０１が延在する方向３０３と、センサパネル１２０の法線３０２とのなす角のことである。複数の柱状結晶３０１はシンチレータ層１３１の全域にわたって同じ方向３０３に延在しているが、その方向にばらつきを有することがある。そこで、複数の柱状結晶３０１の傾斜角度の平均値をθ＿ｓｃとする。θ＿ｓｃの算出に用いられる柱状結晶３０１は、例えばＳＥＭ観察領域内の代表的な柱状結晶３０１（例えば、５０本の柱状結晶３０１）であってもよい。本実施形態では、θ＿ｓｃ＞０°となる。

・光電変換素子１２３の幅をｗ＿ｐｉｘとする。本実施形態では、光電変換素子１２３の幅は、法線３０２と、柱状結晶３０１が延在する方向３０３を通る直線とによって張られる平面において測定される。これに代えて、光電変換素子１２３の幅は、画素アレイの行方向について測定されてもよいし、列方向について測定されてもよい。画素アレイを構成する光電変換素子１２３が複数種類の幅を有するならば、それらの光電変換素子１２３のうちの代表的なものの幅をｗ＿ｐｉｘとしてもよい。光電変換素子１２３が半導体基板内の不純物領域によって形成される場合に、電荷蓄積領域として機能する不純物領域の幅をｗ＿ｐｉｘとしてもよい。

・光電変換素子１２３のピッチをｐ＿ｐｉｘとする。光電変換素子１２３のピッチは、互いに隣接する２つの光電変換素子１２３の中心間の距離である。本実施形態では、光電変換素子１２３のピッチは、法線３０２と、柱状結晶３０１が延在する方向３０３を通る直線とによって張られる平面において測定される。これに代えて、光電変換素子１２３のピッチは、画素アレイの行方向について測定されてもよいし、列方向について測定されてもよい。互いに隣接する２つの光電変換素子１２３の幅が、光電変換素子１２３の組ごとに複数種類の値を取り得るならば、それらの値のうちの代表的なものをｐ＿ｐｉｘとしてもよい。

・柱状結晶３０１の平均間隔をｐ＿ｓｃとする。一般に、互いに隣接する２つの柱状結晶３０１の間隔は、柱状結晶３０１のペアごとに異なりうる。そこで、例えば、シンチレータ層１３１の１枚のＳＥＭ断面図における、互いに隣接する２つの柱状結晶３０１の間隔の平均値をｐ＿ｓｃとする。互いに隣接する２つの柱状結晶３０１の間隔とは、ＳＥＭ断面図においてそれぞれの柱状結晶３０１の中心を通り、柱状結晶３０１が延在する方向３０３に延びる２本の直線の間の距離のことである。

・柱状結晶３０１のうち、主要部分（すなわち、両端部を除いた部分）のうち最も細い部分の平均柱径をｗａ＿ｓｃとし、最も太い部分の平均柱径をｗｂ＿ｓｃとする。柱状結晶３０１のうちシンチレータ基台１３２側の端部とは、シンチレータ基台１３２から所定の距離（例えば、３０μｍ）にある部分としてもよい。また、柱状結晶３０１のうちセンサパネル１２０側の端部とは、柱状結晶３０１の先端から所定の距離（例えば、２０μｍ）にある部分としてもよい。

一般に、柱状結晶３０１の柱径は、柱状結晶３０１ごとに異なりうる。さらに、ＳＥＭ断面図が柱状結晶３０１の中心からどの程度ずれた位置で柱状結晶３０１を切断するかによって、ＳＥＭ断面図で観察される柱状結晶３０１の柱径も異なり得る。そこで、例えば、シンチレータ層１３１の１枚のＳＥＭ断面図における、複数の柱状結晶３０１の平均値をｗａ＿ｓｃ、ｗｂ＿ｓｃとする。平均値の算出に用いられる複数の柱状結晶３０１は、例えば、１枚のＳＥＭ断面図で観察される柱状結晶３０１のうち、柱径が大きいものから順に所定の割合で（例えば、上位２０％を）選択したものであってもよい。このように平均値を算出することによって、中心から離れた位置をＳＥＭ断面図が通り、それ故ＳＥＭ断面図では小さな柱径を有するものとして観察される柱状結晶３０１の影響を緩和できる。

続いて、様々な実施形態において、上述のパラメータが満たす関係について説明する。一部の実施形態では、
ｐ＿ｐｉｘ ≧ ｔ＿ｓｃ × ｔａｎ（θ＿ｓｃ） …（１）
を満たす。この不等式の右辺は、センサパネル１２０の受光面に対する１本の柱状結晶３０１の正射影の長さである。従って、この不等式は、１本の柱状結晶３０１の正射影の長さが画素ピッチを超えないことを意味する。

一部の実施形態では、
ｐ＿ｐｉｘ−ｗ＿ｐｉｘ ≧ ｔ＿ｓｃ×ｔａｎ（θ＿ｓｃ） …（２）
を満たす。この不等式の左辺は、互いに隣接する２つの光電変換素子１２３の間の隙間部分の幅である。従って、この不等式は、１本の柱状結晶３０１の正射影の長さが光電変換素子１２３の間の隙間部分の幅を超えないことを意味する。不等式（２）を満たす場合に、１本の柱状結晶３０１の正射影が複数の光電変換素子１２３にまたがることがない。柱状結晶３０１で放射線から変換された光は、当該柱状結晶３０１に沿って進む。そのため、センサパネル１２０の受光面の同じ位置に向けて照射された放射線であっても、シンチレータ層１３１のどの高さで光に変換されるかによって、当該光が受光面に到達する位置が異なる。不等式（２）を満たすことによって、放射線から光に変換されたシンチレータ層１３１の高さに起因して当該光が複数の光電変換素子１２３にまたがることを抑制できる。

一部の実施形態では、
ｔ＿ｓｃ×ｓｉｎ（θ＿ｓｃ） ＞ ｐ＿ｓｃ−ｗａ＿ｓｃ／２−ｗｂ＿ｓｃ／２ …（３）
を満たす。図３（ｂ）を参照してこの式の意味を説明する。図３（ｂ）のｘ軸はセンサパネル１２０の受光面に平行であり、ｙ軸は当該受光面に直交する。柱状結晶３０１ａの主要部分のうちｘ成分が最大となる点を原点Ｏに置く。この場合に、柱状結晶３０１ａの主要部分のうちｘ成分が最小となる点Ｐの座標は、（−ｔ＿ｓｃ×ｔａｎ（θ＿ｓｃ）−ｗａ＿ｓｃ／２ｃｏｓ（θ＿ｓｃ）−ｗｂ＿ｓｃ／２ｃｏｓ（θ＿ｓｃ），ｔ＿ｓｃ）となる。また、柱状結晶３０１ａの左側に隣接する柱状結晶３０１ｂの主要部分のうちｘ成分が最大となる点Ｑの座標は、（−ｐ＿ｓｃ／ｃｏｓ（θ＿ｓｃ），０）となる。センサパネル１２０の平面視において柱状結晶３０１ａと柱状結晶３０１ｂとは互いに重なる部分を有するためには、点Ｐのｘ成分が点Ｑのｘ成分よりも小さければよい。この条件が不等式（３）である。従って、不等式（３）を満たすようにシンチレータ層１３１を形成すれば、センサパネル１２０の法線３０２の方向からシンチレータ層１３１に入射した放射線が柱状結晶３０１に当たらずに受光面に到達することを抑制できる。不等式（３）を満たすパラメータとして、例えばθ＿ｓｃ≧０．４８°かつｔ＿ｓｃ≧６００μｍとしてもよい。

不等式（３）の右辺のうち、ｗａ＿ｓｃ／２＋ｗｂ＿ｓｃ／２は、１本の柱状結晶３０１の平均の柱径とみなすことができる。そこで、ｗ＿ｓｃを複数の柱状結晶３０１の平均柱径として、不等式（３）を、
ｔ＿ｓｃ×ｓｉｎ（θ＿ｓｃ） ＞ ｐ＿ｓｃ−ｗ＿ｓｃ …（４）
に置き換えてもよい。

続いて、図４を参照して、シンチレータ層１３１の形成方法について説明する。まず、図４（ａ）に示す蒸着装置を用いる場合について説明する。蒸着装置は、ホルダ回転部４０１と、保持機構４０３と、基板ホルダ４０４と、蒸着源４０５とを有する。基板ホルダ４０４は、保持機構４０３を介してホルダ回転部４０１に固定されている。ホルダ回転部４０１は回転軸４０２を中心に回転可能である。保持機構４０３は、ホルダ回転部４０１の回転軸４０２の方向４０６に対して、基板ホルダ４０４の主面に直交する方向４０７が傾斜するように、基板ホルダ４０４を保持する。方向４０６と方向４０７とのなす角をθ＿ｓｕｂで表す。

シンチレータ層１３１を形成するために、まずシンチレータ基台１３２を基板ホルダ４０４に取り付ける。その後、装置内を真空にして蒸着源４０５から柱状結晶の材料を供給している間に、ホルダ回転部４０１を回転することによって、シンチレータ層１３１が形成される。このシンチレータ層１３１では、上述のように、シンチレータ層１３１の全域にわたって柱状結晶３０１が傾斜している。

また、図４（ａ）に示される蒸着装置の代わりに、図４（ｂ）に示される蒸着装置を用いてシンチレータ層１３１を形成してもよい。図４（ｂ）の蒸着装置は、基板ホルダ４０４の代わりに基板ホルダ４０８を備える点で図４（ａ）の蒸着装置とは異なる。基板ホルダ４０８は、ホルダ回転部４０１とは独立に回転可能なように保持機構４０３に取り付けられている。まず、基板ホルダ４０８にシンチレータ基台１３２を取り付ける。その後、蒸着源４０５から柱状結晶の材料を供給している間に、ホルダ回転部４０１を回転しつつ、基板ホルダ４０８をホルダ回転部４０１に対して回転することによって、シンチレータ層１３１が形成される。

柱状結晶３０１が上述したパラメータを有するように、ホルダ回転部４０１の回転速度、当該回転速度の変動、基板ホルダ４０４又は４０８の傾斜角度θ＿ｓｕｂ、蒸着源４０５からの材料の供給量などが適宜調整される。このように形成されたシンチレータ層１３１とセンサパネル１２０又は２２０とを既存の方法で組み合わせることによって、放射線検出装置１００又は２００が製造される。

続いて、図１の放射線検出装置１００の具体的な実施例について以下に説明する。センサ保護層１２４の材料をポリイミドとし、その厚さを５μｍとする。光電変換素子１２３の幅ｗ＿ｐｉｘを２２０μｍとし、光電変換素子１２３のピッチｐ＿ｐｉｘを２２０μｍとする。柱状結晶３０１の材料はＣｓＩ：Ｔｌである。シンチレータ層１３１は、θ＿ｓｃ＝２０°、ｔ＿ｓｃ＝６００μｍ、ｗａ＿ｓｃ＝２μｍ、ｗｂ＿ｓｃ＝６μｍを満たす。このようなシンチレータ層１３１は、図４（ｂ）の装置でθ＿ｓｕｂ＝３０°として蒸着を行うことによって形成される。シンチレータ保護層１３５として、厚さが１０μｍのポリパラキシリレンを用いる。結合部材１４０として、厚さ２５ｕｍのアクリル系透明粘着材を用いる。封止部材１６０として、エポキシ系の樹脂を用いる。

放射線検出装置１００の上記の実施例について特性評価を行った。具体的には、ＩＥＣ（国際電気標準会議） ６２２２０−１、６１２６７で規定される基準線質ＲＱＡ５を用いて、ＤＱＥ及びＭＴＦ（変調伝達関数、ModulationTransferFunction）を測定した。放射線検出装置１００のシンチレータパネル１３０側（図１（ｂ）の上側）から、受光面に直交するように放射線を照射したところ、ＤＱＥが０．７３（０ｌｐ／ｍｍ）となり、ＭＴＦが０．３２（２ｌｐ／ｍｍ）となった。

同様に、比較例の放射線検出装置についても同様の特性評価を行った。比較例の放射線検出装置は、θ＿ｓｃ＝０°（すなわち、柱状結晶が受光面に直交する）点のみが上記の放射線検出装置１００の実施例とは異なる。比較例の放射線検出装置では、ＤＱＥが０．６９（０ｌｐ／ｍｍ）、ＭＴＦが０．３２（２ｌｐ／ｍｍ）となった。すなわち、放射線検出装置１００の実施例は、比較例の放射線検出装置よりもＤＱＥの観点で優れている。

続いて、図２の放射線検出装置２００の具体的な実施例について以下に説明する。センサ保護層１２４の材料をポリイミドとし、その厚さを５μｍとする。絶縁基板２２１はガラス基板であり、その厚さは０．３ｍｍである。光電変換素子１２３の幅ｗ＿ｐｉｘを１５０μｍとし、光電変換素子１２３のピッチｐ＿ｐｉｘを１７０μｍとする。その他の構成は、上記の放射線検出装置１００の実施例と同様である。

放射線検出装置２００の上記の実施例について特性評価を行った。具体的には、ＩＥＣ ６２２２０−１、６１２６７で規定される基準線質ＲＱＡ５を用いて、ＤＱＥ及びＭＴＦを測定した。放射線検出装置２００のセンサパネル１２０側（図２（ｂ）の下側）から、受光面に直交するように放射線を照射したところ、ＤＱＥが０．７１（０ｌｐ／ｍｍ）となり、ＭＴＦが０．３９（２ｌｐ／ｍｍ）となった。すなわち、放射線検出装置２００の実施例は、比較例の放射線検出装置よりもＤＱＥ及びＭＴＦの観点で優れている。

図５は、上述の放射線検出装置のＸ線診断システム（放射線検出システム）への応用例を示した図である。Ｘ線チューブ６０５０（放射線源）で発生した放射線としてのＸ線６０６０は、被験者又は患者６０６１の胸部６０６２を透過し、上述の何れかの放射線検出装置である検出装置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は発光し、これを光電変換して、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部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部となるディスプレイ６０８０で観察できる。なお、放射線検出システムは、検出装置と、検出装置からの信号を処理する信号処理部とを少なくとも有する。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理部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部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部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。また記録部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。

１００、２００：放射線検出装置、１２０、２２０：センサパネル、１３１：シンチレータ層、３０１：柱状結晶

Claims (13)

1. 複数の光電変換素子を含む画素アレイを有するセンサパネルと、
   放射線を光に変換する複数の柱状結晶が前記画素アレイの全域を覆うように配されたシンチレータ層とを備え、
   前記複数の柱状結晶のそれぞれは、前記センサパネルの法線から同一の方向に傾斜しており、
   前記複数の柱状結晶のそれぞれは、各柱状結晶の端部を除いて、前記センサパネルに近づくにつれて太くなることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記複数の柱状結晶の隙間が、前記センサパネルの平面視において、前記複数の柱状結晶の少なくとも何れかに重な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. 前記複数の光電変換素子のピッチをｐ＿ｐｉｘとし、前記シンチレータ層の厚さをｔ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶が延在する方向と前記センサパネルの法線とのなす角の平均をθ＿ｓｃとした場合に、
   ｐ＿ｐｉｘ ≧ ｔ＿ｓｃ × ｔａｎ（θ＿ｓｃ）
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出装置。
4. 前記複数の光電変換素子の１つの幅をｗ＿ｐｉｘとした場合に、
   ｐ＿ｐｉｘ−ｗ＿ｐｉｘ ≧ ｔ＿ｓｃ×ｔａｎ（θ＿ｓｃ）
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記シンチレータ層の厚さをｔ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶のそれぞれが延在する方向と前記センサパネルの法線とのなす角の平均をθ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶の平均間隔をｐ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶の平均柱径をｗ＿ｓｃとした場合に、
   ｔ＿ｓｃ×ｓｉｎ（θ＿ｓｃ） ＞ ｐ＿ｓｃ−ｗ＿ｓｃ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記シンチレータ層の厚さをｔ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶のそれぞれが延在する方向と前記センサパネルの法線とのなす角の平均をθ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶の平均間隔をｐ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶のうち端部を除いて最も細い部分の平均柱径をｗａ＿ｓｃとし、前記複数の柱状結晶のうち端部を除いて最も太い部分の平均柱径をｗｂ＿ｓｃとした場合に、
   ｔ＿ｓｃ×ｓｉｎ（θ＿ｓｃ） ＞ ｐ＿ｓｃ−ｗａ＿ｓｃ／２−ｗｂ＿ｓｃ／２
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記センサパネルに平行な第１平面による前記シンチレータ層の断面における前記複数の柱状結晶の充填率が０．７６よりも小さく、
   前記センサパネルに平行であり、前記第１平面よりも前記センサパネルに近い位置にある第２平面による前記シンチレータ層の断面における前記複数の柱状結晶の充填率が０．７６よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射線検出装置。
8. 前記センサパネルは、絶縁基板を備え、
   前記複数の光電変換素子は、前記絶縁基板の上にアモルファスシリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線検出装置。
9. 前記センサパネルは、半導体基板を備え、
   前記複数の光電変換素子は、前記半導体基板内の不純物領域によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線検出装置。
10. 請求項１乃至９の何れか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得られた信号を処理する信号処理手段と
    を備えることを特徴とする放射線検出システム。
11. 蒸着装置を用いてシンチレータ層を形成する方法であって、
    前記蒸着装置は、ホルダ回転部と、前記ホルダ回転部に取り付けられた基板ホルダと、蒸着源とを有し、
    前記方法は、
    シンチレータ基台が前記ホルダ回転部の回転軸に対して傾斜するように前記基板ホルダに前記シンチレータ基台を固定する工程と、
    前記蒸着源からシンチレータの材料を供給している間に、前記基板ホルダを回転する工程とを有することを特徴とする方法。
12. 前記基板ホルダは前記ホルダ回転部に対して回転可能であり、
    前記蒸着源からシンチレータの材料を供給している間に、前記基板ホルダを回転するとともに前記ホルダ回転部を前記ホルダ回転部に対して回転することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. センサパネルとシンチレータ層とを有する放射線検出装置の製造方法であって、
    請求項１１又は１２に記載の方法で前記シンチレータ層を形成することを特徴とする製造方法。