JP4083874B2 - シンチレータファイバプレート及び放射線イメージセンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療用のX線撮影等に用いられるシンチレータファイバプレート及び放射線イメージセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
医療、工業用のX線撮影では、従来、X線感光フィルムが用いられてきたが、利便性や撮影結果の保存性の面から放射線検出素子を用いた放射線イメージングシステムが普及してきている。このような放射線イメージングシステムにおいては、放射線検出素子により2次元の放射線による画素データを電気信号として取得し、この信号を処理装置により処理してモニタ上に表示している。
【0003】
従来、放射線検出素子を構成するシンチレータファイバプレートとして、特公平5−39558号公報に開示されているシンチレータファイバプレートが知られている。このシンチレータファイバプレートは、FOP上に直接、典型的なシンチレータ材料であるCsIからなるシンチレータを形成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のシンチレータファイバプレートにおいては、十分な光出力を確保することができなかった。ところで上述のシンチレータファイバプレートにおいて、光出力を向上させるためにはシンチレータを厚くすることが考えられるが、シンチレータを厚くすると解像度特性の大幅な低下を招くという問題があった。
【0005】
この発明の課題は、光出力を十分に確保することができるシンチレータファイバプレート及び放射線イメージセンサを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のシンチレータファイバプレートは、ファイバオプティカルプレート上にシンチレータを形成したシンチレータファイバプレートにおいて、コア、クラッド及び吸収体から構成される前記ファイバオプティカルプレートの表面に中間層が形成され、前記中間層における前記ファイバオプティカルプレートと反対側の表面に、柱状結晶からなる前記シンチレータが蒸着により形成されており、前記中間層は、前記ファイバオプティカルプレート及び前記シンチレータのどちらの光学的屈折率よりも小さい光学的屈折率を有する材料からなることを特徴とする。
【0007】
この請求項1記載のシンチレータファイバプレートによれば、ファイバオプティカルプレートとシンチレータとの間に設けられた中間層の光学的屈折率がファイバオプティカルプレート及びシンチレータの光学的屈折率よりも小さいため、ファイバオプティカルプレートに取り込むことができる光量を多くすることができ、ファイバオプティカルプレートの光出力を増加させることができる。
【0008】
また、請求項2記載のシンチレータファイバプレートは、請求項1記載のシンチレータファイバプレートの前記中間層がLiF、CaF2、MgF2及びNaFからなる群の中の物質を含む材料からなる層であることを特徴とする。
【0009】
また請求項3記載の放射線イメージセンサは、ファイバオプティカルプレート上にシンチレータを形成したシンチレータファイバプレートにおいて、コア、クラッド及び吸収体から構成される前記ファイバオプティカルプレートの表面に中間層が形成され、前記中間層における前記ファイバオプティカルプレートと反対側の表面に、柱状結晶からなる前記シンチレータが蒸着により形成されており、前記中間層は、前記ファイバオプティカルプレート及び前記シンチレータのどちらの光学的屈折率よりも小さい光学的屈折率を有する材料からなることを特徴とする。
【0010】
この請求項3記載の放射線イメージセンサによれば、ファイバオプティカルプレートとシンチレータとの間に設けられた中間層の光学的屈折率がファイバオプティカルプレート及びシンチレータの光学的屈折率よりも小さいため、ファイバオプティカルプレートに取り込むことができる光量を多くすることができ、ファイバオプティカルプレートの光出力を増加させることができる。
【0011】
また、請求項4記載の放射線イメージセンサは、請求項3記載の放射線イメージセンサの前記中間層がLiF、CaF2、MgF2及びNaFからなる群の中の物質を含む材料からなる層であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態の説明を行う。図1は実施の形態にかかるシンチレータファイバプレート2の断面図であり、図2は実施の形態にかかる放射線イメージセンサ4の断面図である。
【0013】
図1に示すように、シンチレータファイバプレート2のファイバオプティカルプレート(以下、FOPという。)10の一方の表面にはLiFから成る中間層12が設けられている。また、この中間層12上には、入射した放射線を可視光に変換する柱状構造のシンチレータ14が形成されている。このシンチレータ14には、TlドープのCsIが用いられている。
【0014】
このFOP10に形成されたシンチレータ14は、保護膜としての第1のポリパラキシリレン膜(透明有機膜)16で覆われており、また、第1のポリパラキシリレン膜16の表面にAl膜18が形成され、更に、Al膜18の表面及びAl膜18の形成されていない第1のポリパラキシリレン膜16の表面に第2のポリパラキシリレン膜20が形成されている。このシンチレータファイバプレート2は、図2に示すようにFOP10を介して撮像素子(CCD)22と結合することにより放射線イメージセンサ4として用いられる。
【0015】
次に、図3〜図4を参照して、シンチレータファイバプレート2の製造工程について説明する。まず、FOP10の一方の表面にLiF層から成る中間層を形成する(図3(a)参照)。即ち真空蒸着法によりLiF層12を200nmの厚さで形成する。ここでLiF層12の光学的屈折率nは、n=1.36である。これに対して、FOP10のコアの光学的屈折率nコアは、nコア=1.8であり、FOP10のクラッドの光学的屈折率nクラッドは、nクラッド=1.5であり、シンチレータ(CsI)の光学的屈折率nシンチは、nシンチ=1.8である。したがって、LiF層12の光学的屈折率nの値は、nコア、nクラッド及びnシンチのいずれの値よりも小さい値となっている。
【0016】
次に、LiF層12の表面に、TlをドープしたCsIの柱状結晶を蒸着法によって成長させてシンチレータ14を200μmの厚さで形成する(図3(b)参照)。シンチレータ14を形成するCsIは、吸湿性が高く露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して潮解してしまうため、これを防止するためにCVD法により第1のポリパラキシリレン膜16を形成する。即ち、シンチレータ14が形成されたFOP10をCVD装置に入れ、第1のポリパラキシリレン膜16を10μmの厚さで成膜する。これによりシンチレータ14の表面全体及びFOP10のシンチレータ14が形成されていない部分に第1のポリパラキシリレン膜16が形成される(図3(c)参照)。
【0017】
次に、シンチレータ14側の第1のポリパラキシリレン膜16の表面に、Al膜18を300nmの厚さで蒸着する(図4(a)参照)。ここでAl膜18は、シンチレータ14の耐湿性の向上を目的とするものであるため、シンチレータ14を覆う範囲で形成される。
【0018】
更に、Al膜18の表面及びAl膜18の形成されていない第1のポリパラキシリレン膜16の表面に、再度CVD法により第2のポリパラキシリレン膜20を10μmの厚さで成膜する(図4(b)参照)。この工程を終了することによりシンチレータファイバプレート2の製造が終了する。なお、放射線イメージセンサ4は、このシンチレータファイバプレート2のFOP10に撮像素子(CCD)22を結合することにより製造される。
【0019】
次に、図5及び図6を参照して、シンチレータファイバプレート2の光出力について説明する。まず、図5に示すように発光点において発光した光の中でA方向に進む光は、中間層12を透過しFOP10のコア10a内を進み出力面より出力される。また、発光点において発光した光の中でB方向に進む光は、中間層12を透過し、更に、FOP10のコア10aとクラッド10bの境界面も透過して吸収体10cにより吸収される。更に、発光点において発光した光の中でC方向に進む光は、シンチレータの光学的屈折率nシンチに比較して中間層の光学的屈折率nが小さいことから中間層12の表面12aにおいて全反射されて、シンチレータ14の散乱面14bに戻される。この散乱面14aにより散乱された光は、一部が中間層12を透過しFOP10のコア10a内を進み出力面より出力される。
【0020】
ここで、従来のFOPの表面に直接シンチレータを設けたシンチレータファイバプレートにおいては中間層が設けられておらず、シンチレータの光学的屈折率nとFOP10のコア10aの光学的屈折率nコアが等しいことから、上述のC方向に進む光も中間層12を透過し、FOP10のコア10aとクラッド10bの境界面も透過して吸収体10cにより吸収される。従って、このシンチレータファイバプレート2によれば、C方向に進む光の一部が出力光となることから光出力を向上させることができる。
【0021】
また、図6に示すように、シンチレータの光学的屈折率nシンチに比較して中間層の光学的屈折率nが小さいことから、D方向に進む光は中間層12の表面12aにおいて屈折してFOP10のコア10aに入射する。即ち、図6の斜線で示す範囲の光成分が光出力の向上に寄与する。
【0022】
この実施の形態にかかるシンチレータファイバプレート2、放射線イメージセンサ4によれば、低屈折率の中間層12を設けたことにより光出力を向上させることができる。なお、シンチレータファイバプレート2と従来のシンチレータファイバプレートとの光出力を比較するために試験を行った結果、シンチレータファイバプレート2は、従来のシンチレータファイバプレートに対して約20%光出力を向上させることができた。
【0023】
なお、上述の実施の形態においては、中間層12としてLiFからなる層を用いているが、これに限らずCaF2、MgF2、NaFから成る層を用いても良い。
【0024】
また、上述の実施の形態においては、中間層12の厚さを200nmとしているが、中間層12が厚過ぎる場合には解像度の低下を招くことから5μm以下の厚さ、好ましくは1μm以下の厚さとすることが望ましい。
【0025】
また、上述の実施の形態においては、シンチレータ14としてCsI(Tl)が用いられているが、これに限らずCsI(Na)、NaI(Tl)、LiI(Eu)、KI(Tl)等から成る層を用いてもよい。
【0026】
また、上述の実施の形態においては、シンチレータ14を水分から保護するために、第1のポリパラキシリレン膜16、Al膜18及び第2のポリパラキシリレン膜20を設けているが、第1のポリパラキシリレン膜16のみを設けるようにしても良く、また、第1のポリパラキシリレン膜16及びAl膜18を設けるようにしても良い。
【0027】
また、上述の各実施の形態における、ポリパラキシリレンには、ポリパラキシリレンの他、ポリモノクロロパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレン、ポリテトラクロロパラキシリレン、ポリフルオロパラキシリレン、ポリジメチルパラキシリレン、ポリジエチルパラキシリレン等を含む。
【0028】
【発明の効果】
この発明によれば、ファイバオプティカルプレートとシンチレータとの間に設けられた中間層により、ファイバオプティカルプレートに取り込むことができる光量を多くすることができ、ファイバオプティカルプレートの光出力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態にかかるシンチレータファイバプレートの断面図である。
【図2】この発明の実施の形態にかかる放射線イメージセンサの断面図である。
【図3】この発明の実施の形態にかかるシンチレータファイバプレートの製造工程を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態にかかるシンチレータファイバプレートの製造工程を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態にかかるシンチレータファイバプレートにおける光出力を説明するための図である。
【図6】この発明の実施の形態にかかるシンチレータファイバプレートにおける光出力を説明するための図である。
【符号の説明】
2…シンチレータファイバプレート、4…放射線イメージセンサ、10…FOP、12…LiF層、14…シンチレータ、16…第1のポリパラキシリレン膜、18…Al膜、20…第2のポリパラキシリレン膜、22…撮像素子。
Claims (4)
- ファイバオプティカルプレート上にシンチレータを形成したシンチレータファイバプレートにおいて、
コア、クラッド及び吸収体から構成される前記ファイバオプティカルプレートの表面に中間層が形成され、
前記中間層における前記ファイバオプティカルプレートと反対側の表面に、柱状結晶からなる前記シンチレータが蒸着により形成されており、
前記中間層は、前記ファイバオプティカルプレート及び前記シンチレータのどちらの光学的屈折率よりも小さい光学的屈折率を有する材料からなることを特徴とするシンチレータファイバプレート。 - 前記中間層は、LiF、CaF2、MgF2及びNaFからなる群の中の物質を含む材料からなる層であることを特徴とする請求項1記載のシンチレータファイバプレート。
- ファイバオプティカルプレート上にシンチレータを形成し、前記ファイバオプティカルプレートに撮像素子を結合した放射線イメージセンサにおいて、
コア、クラッド及び吸収体から構成される前記ファイバオプティカルプレートの表面に中間層が形成され、
前記中間層における前記ファイバオプティカルプレートと反対側の表面に、柱状結晶からなる前記シンチレータが蒸着により形成されており、
前記中間層は、前記ファイバオプティカルプレート及び前記シンチレータのどちらの光学的屈折率よりも小さい光学的屈折率を有する材料からなることを特徴とする放射線イメージセンサ。 - 前記中間層は、LiF、CaF2、MgF2及びNaFからなる群の中の物質を含む材料からなる層であることを特徴とする請求項3記載の放射線イメージセンサ。
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