JP4607587B2 - 放射線検出器用蛍光体シートおよびそれを用いた放射線検出器と放射線検査装置 - Google Patents
放射線検出器用蛍光体シートおよびそれを用いた放射線検出器と放射線検査装置 Download PDFInfo
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断や各種非破壊検査等に使用される放射線検出器用蛍光体シートと、それを用いた間接変換方式の放射線検出器および放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮影は医療診断や工業用非破壊検査等に利用されている。Ｘ線撮影には、一般的に増感紙／フィルム法が適用されてきた。増感紙／フィルム法は、被検体を透過したＸ線を増感紙で可視光に変換し、この可視光でフィルムを感光させてＸ線像を得る方法である。医療診断や非破壊検査等はフィルム上に形成されたＸ線像に基づいて実施される。
【０００３】
一方、近年のデジタル技術の進歩によって、Ｘ線画像を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理して検査を行う方法が普及しつつある。医療診断や非破壊検査等はＣＲＴ等に表示させた可視画像（Ｘ線像）に基づいて実施される。Ｘ線画像をデジタル化して検査を行う方法としては、Ｘ線検出器としてＸ線イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．管）を用いた方法が知られている。
【０００４】
Ｘ線イメージインテンシファイアは、真空外囲器の両端部にＸ線を光電子に変換する入力部と光電子を可視光に変換する出力部とを設けたものである。出力された可視光像はＣＣＤカメラ等でデジタル化される。例えば、肺の診断では４００×４００ｍｍ程度の領域を撮影する。このような撮影領域の検査画像を最終的に１インチ程度のＣＣＤカメラで検出するためには、Ｉ．Ｉ．管内で高度に集光にする必要がある。このため、Ｉ．Ｉ．管は装置の大型化等が問題になっている。
【０００５】
近年の半導体プロセス技術の進歩に伴って、アレイ状に配列された半導体センサや半導体素子を使用して、Ｘ線撮影を行うシステムが開発されている。この種のＸ線撮影システムは、広範囲な撮影領域に容易に対応できると共に、画像データを直接的にデジタル化することができる。このため、例えば医療分野におけるＸ線撮影データ（画像データ）のデータベース化等に適している。さらに、従来の感光性フィルムを用いたＸ線写真システムと比較してダイナミックレンジが広く、Ｘ線露光量の変動に画像精度が影響されにくいというような利点を有している。
【０００６】
半導体プロセス技術を利用したＸ線撮影システムにおいては、アレイ状のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）をスイッチングゲートに適用したＸ線平面検出器が用いられる。Ｘ線平面検出器としては、Ｘ線像を直接電荷情報に変換するＸ線電荷変換膜を用いた直接変換方式と、Ｘ線像を光信号に変換する蛍光体層と光信号を電荷情報に変換する光電変換膜とを用いた間接変換方式とが知られている（特開２００２−９０４６０号公報、特開２００２−２８６８４６号公報等参照）。
【０００７】
直接変換方式のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜にａ−Ｓｅ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2等の人体や環境に悪影響を及ぼす物質が用いられることから、間接変換方式のＸ線平面検出器の実用化が進められている。間接変換方式のＸ線平面検出器は、例えば光電変換膜とスイッチングゲートとしてのＴＦＴとを組合せた光検出部上に、Ｘ線により発光する蛍光発生部を配置した構造を有している。蛍光発生部としては、例えばシート状の支持体上に蛍光体塗布層を形成した蛍光体シートが用いられる。
【０００８】
このようなＸ線平面検出器の蛍光発生部には、特開２００２−９０４６０号公報や特開２００２−２８６８４６号公報等に記載されているように、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｐｒのようなプラセオジム付活希土類酸硫化物蛍光体、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体等が用いられている。これらはＸ線による発光効率が高いことから、Ｘ線検出器に一般的に用いられている蛍光体である。
【０００９】
しかしながら、従来のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｐｒ蛍光体やＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体等を使用した蛍光体シートは、光電変換膜を具備するＸ線検出器の感度を十分に高めることができないという問題を有している。このようなことから、従来の間接変換方式のＸ線平面検出器では、増感紙／フィルム方式やＸ線イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．管）を用いた撮影系と同等もしくはそれ以下の感度しか得られていないのが現状である。また、従来の間接変換方式のＸ線平面検出器は、画像の鮮鋭度に関しても従来の撮影系と同等もしくはそれ以下の特性しか得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、光電変換膜と組合せて使用する際の特性を高めた放射線検出器用蛍光体シートを提供することにある。具体的には、放射線の検出感度や放射線画像の鮮鋭度等を高めることを可能にした放射線検出器用蛍光体シートを提供することを目的としている。さらに、そのような蛍光体シートを用いることによって、放射線画像の精度や鮮鋭度等の向上を図った放射線検出器と放射線検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線検出器用蛍光体シートは、放射線検出器のアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜に付設される蛍光体シートであって、シート形状を有する支持体と、前記支持体上に設けられ、被検体を透過した放射線により発光する蛍光体層であって、０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲の濃度のユーロピウムで付活され、平均粒子径が２〜１５μｍの範囲の希土類酸硫化物蛍光体粉末の塗布層からなり、前記光電変換膜に積層される表面を有する蛍光体層とを具備し、前記希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：（Ｒ 1-a Ｅｕ a ） 2 Ｏ 2 Ｓ
（式中、ＲはＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは１×１０ -4 ≦ａ≦３．５×１０ -2 を満足する数である）
で表される組成を有し、前記蛍光体層の前記表面は平均粗さＲaで０．５μｍ以下の表面粗さを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の放射線検出器は、被検体を透過した放射線が照射され、前記放射線を光に変換する、上記した本発明の蛍光体シートと、前記蛍光体シートの前記蛍光体層の前記表面と一体的に積層され、前記蛍光体シートからの光を電荷に変換するアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜と、前記光電変換膜に接する複数の画素を有し、前記光電変換膜に生じた電荷を前記複数の画素毎に読み出す電荷情報読み出し部とを具備することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の放射線検査装置は、被検体に放射線を照射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出する、上記した本発明の放射線検出器とを具備することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図１は本発明の放射線検出器用蛍光体シートおよび放射線検出器を適用した放射線検査装置の一実施形態としてのＸ線検査装置の概略構成を模式的に示す図である。
図２は図１に示すＸ線検査装置に用いたＸ線検出器の概略構成を示す図である。
図３は本発明の第１の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シートの構成を示す断面図である。
図４は図２に示すＸ線検出器の要部構成を示す断面図である。
図５は図４に示すＸ線検出器に用いられる光電変換膜の受光感度分布を示す図である。
図６はＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルをＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体と比較して示す図である。
図７はＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度による発光スペクトルを示す図である。
図８は本発明の第２の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シートの構成を示す断面図である。
図９は図８に示すＸ線検出器用蛍光体シートを用いたＸ線検出器の概略構成を示す断面図である。
図１０は本発明の一実施例による蛍光体シートのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度と感度との関係を示す図である。
図１１は本発明の一実施例による蛍光体シートのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の平均粒子径と感度との関係を示す図である。
図１２は本発明の一実施例による蛍光体シートの感度と鮮鋭度との関係を示す図である。
図１３は本発明の他の実施例による蛍光体シートの表面粗さと鮮鋭度との関係を示す図である。
図１４は本発明の他の実施例による蛍光体シートの蛍光体充填率と鮮鋭度との関係を示す図である。
図１５は本発明の他の実施例による蛍光体シートの蛍光体粒子の平均粒子径と鮮鋭度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の放射線検出器用蛍光体シートと放射線検出器を適用した放射線検査装置の一実施形態としてのＸ線検査装置の構成を模式的に示す図である。なお、この実施形態では放射線としてＸ線（もしくはγ線）を用いた装置について主として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。撮影対象によっては、β線や熱中性子線等の放射線を使用した放射線検出器や放射線検査装置に適用することも可能である。
【００１６】
図１に示すＸ線検査装置において、１は人体、動物、各種物品等の被検体であり、この被検体１に対してＸ線管２等の放射線源からＸ線３が照射される。被検体１により吸収もしくは散乱されたＸ線３は、Ｘ線平面検出器４を内蔵するＸ線画像撮影装置５に照射される。被検体１を透過したＸ線はＸ線平面検出器４で画像信号として検出される。Ｘ線画像撮影装置５から出力される画像信号は、画像処理部６でデジタル処理された後、ＣＲＴ等の表示部７にＸ線画像（検査画像）として表示される。
【００１７】
Ｘ線平面検出器４は図２に示すように、蛍光体シート８を具備する蛍光発生部９と光検出部１０とから主として構成されている。蛍光体シート８は図３に示すように、プラスチックフィルムや不織布等からなるシート状の支持体１１を有している。シート状支持体１１上には、発光層として後に詳述するユーロピウム（Ｅｕ）付活希土類酸硫化物蛍光体を含有する蛍光体層１２が設けられている。図３は本発明の第１の実施形態による蛍光体シートの構成を示すものである。
【００１８】
なお、蛍光体層１２上には必要に応じて透明な保護膜、例えば厚さ数μｍ程度のポリエチレンテレフタレートフィルム等からなる保護膜を配置することができる。Ｘ線画像の鮮鋭度の低下等を抑制する点からは蛍光体層１２上には保護膜を配置しない方が好ましい。
【００１９】
シート状支持体１１の構成材料としては、例えば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリイミド、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネート等の樹脂をフィルム状に成形したものや、紙やアルミニウム板等が用いられる。
【００２０】
シート状支持体１１には、蛍光体からの光を吸収するように、例えばカーボンブラックのような光吸収物質を練り込んだシートを使用することができる。あるいは、蛍光体からの光を反射するように、白色の二酸化チタンや炭酸カルシウム等の光反射物質を練り込んだシートをシート状支持体１１に適用してもよい。これらのうち、特にＸ線に対する感度を高めるためには、光反射物質を練り込んで光反射率を高めたシート状支持体１１を用いることが好ましい。
【００２１】
このようなシート状支持体１１上には、例えば以下のようにして蛍光体層１２が形成される。まず、蛍光体粉末を結合剤と共に適当量混合し、これに有機溶剤を加えて適当な粘度の蛍光体塗布液（蛍光体スラリー）を調製する。この蛍光体塗布液をナイフコータやロールコータ等によりシート状支持体１１上に塗布、乾燥することによって、蛍光体粉末の塗布層（粉体塗布層）からなる蛍光体層１２が形成される。なお。蛍光体層１２の表面は第２の実施形態で詳述するように、平均粗さＲaで０．５μｍ以下の表面粗さを有することが好ましい。
【００２２】
蛍光体塗布液の調製に使用する結合剤としては、硝化綿、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、綿状ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニリデン−塩化ビニルコポリマー、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリアルキル（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリウレタン、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルアルコール等が挙げられる。有機溶剤としては、例えばエタノール、メチルエチルエーテル、酢酸ブチル、酢酸エチル、エチルエーテル、キシレン等が用いられる。蛍光体塗布液には必要に応じて、フタル酸、ステアリン酸等の分散剤や燐酸トリフェニル、フタル酸ジエチル等の可塑剤を添加してもよい。
【００２３】
蛍光体層１２の厚さは特に限定されるものではないが、８０〜３００μｍの範囲とすることが好ましい。蛍光体層１２の厚さが８０μｍ未満であると、蛍光体層１２の厚さ方向に対する蛍光体の量が相対的に少なくなることで感度が十分に得られない場合がある。一方、蛍光体層１２の厚さが３００μｍを超えると、蛍光体層１２の光透過性が悪くなるために感度が低下する傾向があり、かつ鮮鋭度も低下する。
【００２４】
上述した蛍光体シート８は図４に示すように、光検出部１０上に直接もしくはガラス基板のような透明保護部材を介して積層配置される。これらによって、Ｘ線平面検出器４が構成される。すなわち、蛍光体シート８は例えば光透過性接着剤を用いて光検出部１０上に接着される。このように、蛍光体シート８は光検出部１０に対して一体的に付設されるものである。Ｘ線検出器本体を構成する光検出部１０は、蛍光体シート８と積層される光電変換膜２０と、この光電変換膜２０に接して設けられた複数の画素３１を有する電荷情報読み出し部３０とを具備する。
【００２５】
光電変換膜２０には、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）等の光電変換作用を有する材料が用いられる。電荷情報読み出し部３０は複数の画素３１を有しており、これらの画素３１は例えばアレイ状に配列されている。なお、図４は1つの画素３１のみを示しているが、実際には縦横の各辺に数百個から数千個並んだ状態で画素３１が配列されている。
【００２６】
アレイ状に配列された各画素３１は、それぞれ光電変換膜２０側に形成された画素電極３２を有する。画素電極３２上にはｐ型コンタクト膜３３が形成されている。画素電極３２は補助電極３４と電気的に接続されている。補助電極３４と電荷蓄積容量電極３５とこれらの間に配置された絶縁膜３６とによって、電荷蓄積容量３７が構成されている。
【００２７】
各画素３１は、電荷蓄積容量３７に対応して設けられた、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）からなるスイッチング素子３８を有している。この実施形態のＸ線平面検出器４の光検出部１０は、このようなスイッチング素子（スイッチングＴＦＴ）３８をアレイ状に形成したＴＦＴアレイを備えるものである。
【００２８】
スイッチングＴＦＴ３８は、駆動信号をＴＦＴ３８に送る走査線（図示せず）と電気的に接続されたゲート電極４１と、ゲート絶縁用の絶縁膜３６と、活性層として用いられるアンドープのａ−Ｓｉ層４２と、コンタクト用のｎ+ａ−Ｓｉ層４３と、補助電極３４と電気的に接続されたソース電極４４および信号線３９に接続されたドレイン電極４５とを、例えばガラス基板４０上に順に積層形成した構成を有している。
【００２９】
走査線（図示せず）と信号線３９はＸ−Ｙマトリックス状に形成されており、スイッチングＴＦＴ３８は走査線駆動回路によってオン／オフが制御される。信号線３９の終端は信号線制御回路により制御された切替スイッチ（図示せず）を通して増幅器（図示せず）に接続されている。
【００３０】
上述したＸ線平面検出器４において、蛍光体シート８は被検体１を透過したＸ線により発光し、この蛍光体シート８から発光された可視光が光検出部１０で検出される。すなわち、被検体１を透過したＸ線はまず蛍光体シート８で可視光に変換され、この可視光は光電変換膜２０で電荷に変換される。
【００３１】
光電変換膜２０で変換された電荷は、複数の画素３１の各画素電極３２を介して電荷蓄積容量３７に蓄積される。蓄積された電荷はスイッチングＴＦＴ３８をオンにすることで、信号線３９を通って増幅器（図示せず）側に転送される。そして、スイッチングＴＦＴ３８のオン／オフ等を制御し、１画素３１毎に電荷を増幅器（図示せず）側に送ることによって、Ｘ線画像の画像情報が点順次信号に変換される。このような画像信号は画像処理部６でデジタル処理された後に、ＣＲＴ等の表示部７に送られて、Ｘ線画像（検査画像）として表示される。
【００３２】
ＴＦＴアレイを備える光検出部１０を用いたＸ線平面検出器４は、例えば医療診断における高面積のＸ線撮影領域に容易に対応することができ、医療診断におけるＸ線画像のデジタル化に効果を発揮するものである。また、デジタル信号に変換されたＸ線画像情報（検査画像情報）は、データベース等として保存される。このような検査情報のデータベース化は、例えば複数の医療機関で検査情報を共有する場合等に有効である。
【００３３】
ここで、光電変換膜２０に用いられるａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉの受光感度分布は図５に示す通りである。ａ−Ｓｉは６００ｎｍ付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布を有し、また単結晶Ｓｉは７００〜８００ｎｍ付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布を有する。一方、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体には、従来、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体が用いられてきた。この点については前述した通りである。
【００３４】
従来の蛍光発生部に用いられていたテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体は、図６に点線で発光スペクトルを示すように、主発光成分が５４０ｎｍ付近に存在する。このため、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布とのマッチングが悪く、これが従来のＸ線平面検出器における感度特性の低下原因であると考えられる。
【００３５】
Ｘ線平面検出器４の感度特性を高めるためには、被検体１を透過したＸ線を可視光に変換する蛍光体シート８に、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布にあった発光スペクトルを有する発光体を用いることが重要である。そこで、第１の実施形態の蛍光体シート８においては、図５に示したａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉの受光感度分布にマッチングする発光スペクトルを有する蛍光体として、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を用いている。
【００３６】
ユーロピウム（Ｅｕ）付活希土類酸硫化物蛍光体としては、
一般式：（Ｒ1-aＥｕa）2Ｏ2Ｓ ……（１）
（式中、ＲはＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは１×１０-4≦ａ≦３．５×１０-2を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が挙げられる。Ｘ線吸収効率や発光効率に優れるユーロピウム活酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ）蛍光体や、Ｘ線吸収効率に優れるユーロピウム付活酸硫化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ）蛍光体を用いることが好ましい。
【００３７】
ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体の発光スペクトルは、図６に実線で示すＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルから分かるように、主発光成分が６３０ｎｍ付近に存在する。このため、従来のテルビウム付活希土類硫化物蛍光体に比べて、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布とのマッチング性に優れている。さらに、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体は図７に示すように、Ｅｕ濃度（付活剤濃度）により発光スペクトルが変化することから、Ｅｕ濃度を制御することで、Ｘ線平面検出器４の感度特性を高めることができる。
【００３８】
すなわち、Ｅｕ濃度が少なくなると主発光成分（６３０ｎｍ）の強度は小さくなるが、４５０〜６００ｎｍの副発光成分の強度が大きくなる。なお、図７の実線はＥｕ濃度が０．１ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトル、点線はＥｕ濃度が４ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルである。Ｘ線平面検出器４の感度特性は、光電変換膜２０の受光感度分布と蛍光体シート８の蛍光体層１２を構成する蛍光体の発光スペクトルとの相互関係で決まる。従って、Ｅｕ濃度が減少することによる主発光成分の低下分より副発光成分の増加分が勝り、かつそれぞれの波長領域における光電変換膜２０の受光感度を考慮した上で副発光成分の光量が勝れば感度は向上することになる。
【００３９】
このようなことから、蛍光体シート８の蛍光体層１２はＥｕ濃度が０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲のユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体で構成されている。ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度が３．５ｍｏｌ％を超えると４５０〜６００ｎｍの副発光成分の強度が小さくなり、感度特性を十分に高めることができない。一方、Ｅｕ濃度が０．０１ｍｏｌ％未満であると発光強度自体が低くなりすぎて感度特性が低下する。
【００４０】
ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度は、特に発光強度と光電変換膜２０とのマッチング性に優れる０．１〜２．０ｍｏｌ％の範囲とすることが好ましく、さらに望ましくは０．２〜１．６ｍｏｌ％の範囲である。希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度はＩＣＰ質量分析法やＩＣＰ発光分光分析法等により定量分析することができる。
【００４１】
蛍光体シート８の蛍光体層１２は感度と鮮鋭度を考慮して、平均粒子径が２〜１５μｍの範囲の希土類酸硫化物蛍光体粉末で構成することが好ましい。希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径が１５μｍを超えると、得られる画像の粒状性が悪化して鮮鋭度が低下する。一方、希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径が２μｍ未満であると鮮鋭度は向上するものの、発光輝度が低下して感度特性が悪くなる。希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径は６〜１０μmの範囲であることがより好ましい。
【００４２】
なお、蛍光体シート８の蛍光体層１２は、必ずしもユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体単独で構成しなければならないものではなく、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体との混合物で蛍光体層１２を形成してもよい。ただし、このような混合蛍光体を使用する場合には、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を５０質量％以上の割合で使用するものとする。ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体の割合が５０質量％未満であると、上述したような感度特性の向上効果を十分に得ることができない。
【００４３】
上述したように、第１の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シート８は、Ｘ線が照射された際の発光効率が高く、しかもａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布にマッチングした発光スペクトルを有するユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を用いている。従って、蛍光体シート８と光電変換膜２０とを組合せて構成したＸ線平面検出器４の感度特性を効果的に高めることができる。
【００４４】
このようなＸ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５によれば、例えば医療診断におけるＸ線の被爆線量の低減を図った上で、医療用Ｘ線撮影の画像精度、さらには検査精度を向上させることが可能となる。Ｘ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５は、前述したように医療診断におけるＸ線画像情報のデジタル化、さらにはＸ線画像情報（検査画像情報）のデータベース化等に効果を発揮するものである。なお、Ｘ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５は医療診断用途に限らず、工業用途の非破壊検査等にも適用可能である。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態による放射線（Ｘ線）検出器用蛍光体シートについて、図８を参照して説明する。図８に示す蛍光体シート５０は、図３に示した第１の実施形態と同様に、プラスチックフィルムや不織布等からなるシート状の支持体５１と、このシート状支持体５１上に形成された蛍光体層５２とを具備している。なお、シート状支持体５１の構成は前述した第１の実施形態と同様である。
【００４６】
蛍光体シート５０は図２に示したように、Ｘ線検出器本体を構成する光検出部１０上に直接もしくはガラス基板のような透明保護部材を介して積層配置される。すなわち、蛍光体シート５０の蛍光体層５２は、図９に示すように、光検出部１０の光電変換膜２０と積層される表面５３を有している。言い換えると、蛍光体層５２の表面５３は蛍光体層５２と光電変換膜２０との界面を構成するものである。従って、蛍光体層５２で発光した光を光電変換膜２０で電荷に変換するにあたって、界面を構成する蛍光体層５２の表面５３の状態が重要となる。
【００４７】
すなわち、蛍光体層５２の表面５３に比較的大きな凹凸が生じていると、蛍光体層５２で発光した光が光電変換膜２０に入射する際に散乱し、Ｘ線画像の鮮鋭度が低下する。また、蛍光体層５２の表面５３による光の散乱は感度の低下要因にもなる。さらに、蛍光体層５２で発光した光の一部は光電変換膜２０の表面で反射される。蛍光体層５２の表面５３に比較的大きな凹凸が生じていると、反射された光が蛍光体層５２の表面５３で拡散してしまう。これも鮮鋭度や感度の低下要因となる。
【００４８】
そこで、第２の実施形態の蛍光体シート５０においては、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さを平均粗さＲaで０．５μｍ以下に制御している。ここで、平均粗さＲaはＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４の規定に従うものである。平均粗さＲaは具体的には以下のようにして求められる値である。測定面に直角な平面で切断したときの切り口から得られる断面曲線から、所定の波長より長い表面うねり成分を位相補償型高域フィルタで除去した曲線を粗さ曲線ｆ（ｘ）とする。この粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。
【００４９】
蛍光体シート５０における蛍光体層５２の表面５３の平均粗さＲａは、具体的には以下のようにして測定した値を示すものとする。まず、蛍光体シート５０を水平な台に固定し、表面粗さ計（テーラーホブソン社製Ｓ４Ｃ）を用いて、少なくとも３ヶ所の部分の平均粗さＲａを測定する。平均粗さＲａの測定位置および測定方向はランダムとする。このようにして測定した少なくとも３ヶ所の平均粗さＲａを平均する。この平均値を蛍光体層５２の表面５３の平均粗さＲａとする。
【００５０】
このように、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さを平均粗さＲaで０．５μｍ以下とすることによって、蛍光体層５２で発光した光が光電変換膜２０に入射するときに散乱しにくくなるため、Ｘ線画像の鮮鋭度を高めることが可能となる。さらに、蛍光体層５２で発光した光の一部が光電変換膜２０の表面で反射された際に、この反射光を拡散させることなく光電変換膜２０に再入射させることができる。これらによって、Ｘ線画像の鮮鋭度や検出感度を高めることができる。蛍光体層５２の表面粗さは平均粗さＲaで０．３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００５１】
表面５３の平均粗さＲaが０．５μｍ以下の蛍光体層５２は、前述した蛍光体スラリーの塗布法で蛍光体層を形成した後、その表面に金属ロールや金属板を用いて平滑化処理を施すことにより得ることができる。平滑化処理は、例えば蛍光体層を形成したシートを、２本の金属ロール間を通過させる、あるいは2枚の金属板で挟んでプレスする、等によって実施される。なお、粉体塗布層である蛍光体層５２の表面粗さは、平滑化処理を施しても平均粗さＲaで０．１μｍ程度が最小値となる傾向があるが、表面粗さはそれ以下であってもよいことは言うまでもない。
【００５２】
さらに、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さＲaを０．５μｍ以下とする上で、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率を６０〜８０％の範囲とすることが好ましい。また、蛍光体層５２を構成する蛍光体粒子は２〜１５μｍの範囲の平均粒子径を有することが好ましい。ここで、蛍光体層５２の蛍光体充填率Ｐは以下の式に基づいて求めた値とする。
Ｐ＝ＶP／Ｖ＝Ｗ／Ｖ／ρP
（式中、ＶPは蛍光体の体積、Ｖは蛍光体層の体積、Ｗは蛍光体の質量、ρPは蛍光体の密度である）
【００５３】
蛍光体層５２における蛍光体粒子の充填率が低いと、隣接する蛍光体粒子の間隔が広がる。蛍光体層５２の表面５３における蛍光体粒子の間隔も同様に広がるため、表面５３の凹凸が大きくなる。このようなことから、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率は６０％以上とすることが好ましい。一方、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率が８０％を超えると、粉体塗布層である蛍光体層５２を維持することが困難になる。蛍光体粒子の充填率は６５〜７５％の範囲とすることがより好ましい。
【００５４】
さらに、蛍光体層５２における蛍光体粒子の平均粒子径が大きすぎると、隣接する蛍光体粒子間の隙間が深くなり、表面５３の凹凸が大きくなる。このような点から、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の平均粒子径は１５μｍ以下とすることが好ましい。一方、蛍光体粒子の平均粒子径が２μｍ未満であると、前述したように蛍光体層５２の発光輝度が低下する傾向がある。すなわち、蛍光体層５２を構成する蛍光体粒子の平均粒子径は２〜１５μｍの範囲であることが好ましい。
【００５５】
第２の実施形態の蛍光体シート５０において、蛍光体層５２を構成する蛍光体には前述した第１の実施形態と同様に、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体やＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体等）を用いることが好ましい。
【００５６】
第２の実施形態の蛍光体シート５０は、前述した第１の実施形態と同様に、光検出部１０の光電変換膜２０と積層されてＸ線検出器４を構成するものである。Ｘ線検出器４の具体的な構成は、図４に示した通りである。さらに、第２の実施形態の蛍光体シート５０を用いたＸ線検出器４は、図１に示したようなＸ線検査装置に適用されるものであり、Ｘ線検査装置の構成は図１に示した通りである。
【００５７】
なお、上述した実施形態では本発明の放射線検出器をＸ線平面検出器（スイッチングＴＦＴ３８を有する複数の画素３１をアレイ状に配列したもの）に適用した例について説明した。本発明の放射線検出器はこれに限られるものではなく、スイッチングＴＦＴ３８を有する複数の画素３１をライン状に配列したＸ線検出器、いわゆるラインセンサ等に適用することも可能である。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００５９】
（実施例１）
平均粒子径が８μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（Ｅｕ濃度＝０．５ｍｏｌ％）を用意した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体粉末１０重量部に、結合剤としてポリビニルブチラール樹脂１重量部と有機溶剤として適当量の酢酸エチルを混合して、蛍光体塗布液を調製した。この蛍光体塗布液を縦４００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ２５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレートフィルム（二酸化チタン含有）からなるシート基材上に、乾燥後の蛍光体塗布質量が９００ｇ／ｍ2（９０ｍｇ／ｃｍ2）、塗布膜厚が約２００μｍとなるようにナイフコータで均一に塗布、乾燥させて蛍光体層を形成した。このようして得た蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００６０】
（実施例２）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．５ｍｏｌ％のＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。このＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートを、後述する特性評価に供した。
【００６１】
（比較例１）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｔｂ濃度が０．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を用いた蛍光体シートを、後述する特性評価に供した。
【００６２】
上述した実施例１、２および比較例１の各蛍光体シートを、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜を有するＸ線検出器本体（図２や図４に示した光検出部１０／ＴＦＴアレイ上に光電変換膜を形成したもの）上に積層して接着することによって、図２や図４に示したＸ線平面検出器４を作製した。ＴＦＴアレイを備える光検出部１０は蛍光体シートと同面積を有している。このようなＸ線平面検出器４を用いて、図１に示したＸ線撮影システムを構成し、Ｘ線照射時の感度特性と鮮鋭度特性を測定、評価した。これらの測定結果を表１に示す。なお、表１の感度および鮮鋭度は比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。
【００６３】
【表１】
【００６４】
表１から明らかなように、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体やＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートは、従来のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を用いた蛍光体シートに比べて、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜と組合せて使用した場合の感度特性に優れていることが分かる。
【００６５】
（実施例３、４）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．０１ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例３）、およびＥｕ濃度が３．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例４）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。なお、表２の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。
【００６６】
（比較例２、３）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．００５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（比較例２）、およびＥｕ濃度が７．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（比較例３）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。表２の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度と感度との関係を図１０に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２および図１０から明らかなように、Ｅｕ濃度を０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲に制御したＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートによれば、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜と組合せて使用した場合の感度特性を再現性よく高めることができる。なお、Ｌｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた場合にも同様な傾向を示すことが確認された。
【００６９】
（実施例５〜６、参考例１〜２）
実施例１の蛍光体に代えて、平均粒子径が２μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例５）、平均粒子径が１５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例６）、平均粒子径が０．５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例１）、および平均粒子径が２５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例２）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。なお、各Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度はいずれも０．５ｍｏｌ％である。
【００７０】
これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表３に示す。なお、表３の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の平均粒子径と感度との関係を図１１に、感度と鮮鋭度との関係を図１２に示す。
【００７１】
【表３】
表３から明らかなように、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の平均粒子径は感度と鮮鋭度の兼合いから２〜１５μｍの範囲とすることが好ましいことが分かる。この点については図１１および図１２からも明らかである。感度は蛍光体の平均粒子径を大きくするほど向上する（図１１）。その反面、鮮鋭度は感度の上昇（平均粒子径の増大）と共に低下する（図１２）ため、感度と鮮鋭度の両特性を考慮してユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体の平均粒子径は２〜１５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００７２】
（実施例７）
平均粒子径が８μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（Ｅｕ濃度＝０．５ｍｏｌ％）を用意した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体粉末１０重量部に、結合剤としてポリビニルブチラール樹脂０．５重量部と有機溶剤として適当量のメチルエチルケトンを混合して、蛍光体塗布液を調製した。この蛍光体塗布液を縦４００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ２５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレートフィルムからなるシート基材上に、乾燥後の蛍光体塗布質量が９００ｇ／ｍ2（９０ｍｇ／ｃｍ2）、塗布膜厚が約２００μｍとなるようにナイフコータで均一に塗布、乾燥させた。
【００７３】
次に、蛍光体の塗布層を有するシートを、表面が平滑な２枚の金属板で挟んでプレスすることによって、目的とする蛍光体層を形成した。このようにして得た蛍光体層の表面の平均粗さＲaは０．２８μｍであった。また、蛍光体層の蛍光体充填率は６９％であった。このような蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７４】
（実施例８〜１１）
上記した実施例７において、結合剤の添加量や蛍光体層表面の平滑化処理の条件等を変更する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。これら蛍光体シートの表面の平均粗さＲaと蛍光体充填率は表４に示す通りである。このような各蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７５】
（参考例３〜４）
上記した実施例７において、結合剤の添加量や蛍光体層表面の平滑化処理の条件等を変更する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。これら蛍光体シートの表面の平均粗さＲaと蛍光体充填率は表４に示す通りである。このような各蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７６】
上述した実施例７〜１１および参考例３〜４の各蛍光体シートの感度特性と鮮鋭度特性を、前述した実施例１と同様にして測定、評価した。これらの測定結果を表４に示す。なお、表４の感度および鮮鋭度は参考例３の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、蛍光体層の表面の平均粗さＲaと相対鮮鋭度との関係を図１３、蛍光体層の蛍光体充填率と相対鮮鋭度との関係を図１４に示す。
【００７７】
【表４】
【００７８】
表４および図１３から明らかなように、蛍光体層の表面の平均粗さＲaを０．５μｍ以下とすることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度を向上させることができる。また、蛍光体層の蛍光体充填率に関しては６０〜８０％の範囲とすることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度が向上することが分かる。
【００７９】
（実施例１２〜１３、参考例５〜６）
実施例７の蛍光体に代えて、平均粒子径が２μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例１２）、平均粒子径が１５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例１３）、平均粒子径が１μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例５）、および平均粒子径が２５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例６）を使用する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。なお、各Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度はいずれも０．５ｍｏｌ％である。
【００８０】
これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例７と同様にして測定した。その結果を表５に示す。なお、表５の感度および鮮鋭度は、参考例３の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、蛍光体の平均粒子径と鮮鋭度との関係を図１５に示す。
【００８１】
【表５】
【００８２】
表５から明らかなように、蛍光体層の表面の平均粗さＲaを０．５μｍ以下とするためには、蛍光体の平均粒子径を２〜１５μｍの範囲とすることが好ましいことが分かる。また、このような平均粒子径を有する蛍光体を用いることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の放射線検出器用蛍光体シートは、放射線検出器の光電変換膜に対するマッチング性に優れることから、放射線の検出感度を高めることができる。さらに、放射線検出器の光電変換膜に対する密着性に優れることから、放射線画像の鮮鋭度を高めることができる。この蛍光体シートは間接変換方式の放射線検出器に対して有用である。そして、このような蛍光体シートを用いた放射線検出器および放射線検査装置によれば、高精度の放射線画像を得ることが可能となる。これは医療診断用放射線撮影をはじめとする各種の放射線撮影において、検査情報の増大や検査精度の向上等に寄与するものである。
【０００１】
本発明は、医療診断や各種非破壊検査等に使用される放射線検出器用蛍光体シートと、それを用いた間接変換方式の放射線検出器および放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮影は医療診断や工業用非破壊検査等に利用されている。Ｘ線撮影には、一般的に増感紙／フィルム法が適用されてきた。増感紙／フィルム法は、被検体を透過したＸ線を増感紙で可視光に変換し、この可視光でフィルムを感光させてＸ線像を得る方法である。医療診断や非破壊検査等はフィルム上に形成されたＸ線像に基づいて実施される。
【０００３】
一方、近年のデジタル技術の進歩によって、Ｘ線画像を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理して検査を行う方法が普及しつつある。医療診断や非破壊検査等はＣＲＴ等に表示させた可視画像（Ｘ線像）に基づいて実施される。Ｘ線画像をデジタル化して検査を行う方法としては、Ｘ線検出器としてＸ線イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．管）を用いた方法が知られている。
【０００４】
Ｘ線イメージインテンシファイアは、真空外囲器の両端部にＸ線を光電子に変換する入力部と光電子を可視光に変換する出力部とを設けたものである。出力された可視光像はＣＣＤカメラ等でデジタル化される。例えば、肺の診断では４００×４００ｍｍ程度の領域を撮影する。このような撮影領域の検査画像を最終的に１インチ程度のＣＣＤカメラで検出するためには、Ｉ．Ｉ．管内で高度に集光にする必要がある。このため、Ｉ．Ｉ．管は装置の大型化等が問題になっている。
【０００５】
近年の半導体プロセス技術の進歩に伴って、アレイ状に配列された半導体センサや半導体素子を使用して、Ｘ線撮影を行うシステムが開発されている。この種のＸ線撮影システムは、広範囲な撮影領域に容易に対応できると共に、画像データを直接的にデジタル化することができる。このため、例えば医療分野におけるＸ線撮影データ（画像データ）のデータベース化等に適している。さらに、従来の感光性フィルムを用いたＸ線写真システムと比較してダイナミックレンジが広く、Ｘ線露光量の変動に画像精度が影響されにくいというような利点を有している。
【０００６】
半導体プロセス技術を利用したＸ線撮影システムにおいては、アレイ状のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）をスイッチングゲートに適用したＸ線平面検出器が用いられる。Ｘ線平面検出器としては、Ｘ線像を直接電荷情報に変換するＸ線電荷変換膜を用いた直接変換方式と、Ｘ線像を光信号に変換する蛍光体層と光信号を電荷情報に変換する光電変換膜とを用いた間接変換方式とが知られている（特開２００２−９０４６０号公報、特開２００２−２８６８４６号公報等参照）。
【０００７】
直接変換方式のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜にａ−Ｓｅ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2等の人体や環境に悪影響を及ぼす物質が用いられることから、間接変換方式のＸ線平面検出器の実用化が進められている。間接変換方式のＸ線平面検出器は、例えば光電変換膜とスイッチングゲートとしてのＴＦＴとを組合せた光検出部上に、Ｘ線により発光する蛍光発生部を配置した構造を有している。蛍光発生部としては、例えばシート状の支持体上に蛍光体塗布層を形成した蛍光体シートが用いられる。
【０００８】
このようなＸ線平面検出器の蛍光発生部には、特開２００２−９０４６０号公報や特開２００２−２８６８４６号公報等に記載されているように、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｐｒのようなプラセオジム付活希土類酸硫化物蛍光体、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体等が用いられている。これらはＸ線による発光効率が高いことから、Ｘ線検出器に一般的に用いられている蛍光体である。
【０００９】
しかしながら、従来のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｐｒ蛍光体やＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体等を使用した蛍光体シートは、光電変換膜を具備するＸ線検出器の感度を十分に高めることができないという問題を有している。このようなことから、従来の間接変換方式のＸ線平面検出器では、増感紙／フィルム方式やＸ線イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．管）を用いた撮影系と同等もしくはそれ以下の感度しか得られていないのが現状である。また、従来の間接変換方式のＸ線平面検出器は、画像の鮮鋭度に関しても従来の撮影系と同等もしくはそれ以下の特性しか得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、光電変換膜と組合せて使用する際の特性を高めた放射線検出器用蛍光体シートを提供することにある。具体的には、放射線の検出感度や放射線画像の鮮鋭度等を高めることを可能にした放射線検出器用蛍光体シートを提供することを目的としている。さらに、そのような蛍光体シートを用いることによって、放射線画像の精度や鮮鋭度等の向上を図った放射線検出器と放射線検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線検出器用蛍光体シートは、放射線検出器のアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜に付設される蛍光体シートであって、シート形状を有する支持体と、前記支持体上に設けられ、被検体を透過した放射線により発光する蛍光体層であって、０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲の濃度のユーロピウムで付活され、平均粒子径が２〜１５μｍの範囲の希土類酸硫化物蛍光体粉末の塗布層からなり、前記光電変換膜に積層される表面を有する蛍光体層とを具備し、前記希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：（Ｒ 1-a Ｅｕ a ） 2 Ｏ 2 Ｓ
（式中、ＲはＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは１×１０ -4 ≦ａ≦３．５×１０ -2 を満足する数である）
で表される組成を有し、前記蛍光体層の前記表面は平均粗さＲaで０．５μｍ以下の表面粗さを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の放射線検出器は、被検体を透過した放射線が照射され、前記放射線を光に変換する、上記した本発明の蛍光体シートと、前記蛍光体シートの前記蛍光体層の前記表面と一体的に積層され、前記蛍光体シートからの光を電荷に変換するアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜と、前記光電変換膜に接する複数の画素を有し、前記光電変換膜に生じた電荷を前記複数の画素毎に読み出す電荷情報読み出し部とを具備することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の放射線検査装置は、被検体に放射線を照射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出する、上記した本発明の放射線検出器とを具備することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図１は本発明の放射線検出器用蛍光体シートおよび放射線検出器を適用した放射線検査装置の一実施形態としてのＸ線検査装置の概略構成を模式的に示す図である。
図２は図１に示すＸ線検査装置に用いたＸ線検出器の概略構成を示す図である。
図３は本発明の第１の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シートの構成を示す断面図である。
図４は図２に示すＸ線検出器の要部構成を示す断面図である。
図５は図４に示すＸ線検出器に用いられる光電変換膜の受光感度分布を示す図である。
図６はＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルをＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体と比較して示す図である。
図７はＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度による発光スペクトルを示す図である。
図８は本発明の第２の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シートの構成を示す断面図である。
図９は図８に示すＸ線検出器用蛍光体シートを用いたＸ線検出器の概略構成を示す断面図である。
図１０は本発明の一実施例による蛍光体シートのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度と感度との関係を示す図である。
図１１は本発明の一実施例による蛍光体シートのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の平均粒子径と感度との関係を示す図である。
図１２は本発明の一実施例による蛍光体シートの感度と鮮鋭度との関係を示す図である。
図１３は本発明の他の実施例による蛍光体シートの表面粗さと鮮鋭度との関係を示す図である。
図１４は本発明の他の実施例による蛍光体シートの蛍光体充填率と鮮鋭度との関係を示す図である。
図１５は本発明の他の実施例による蛍光体シートの蛍光体粒子の平均粒子径と鮮鋭度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の放射線検出器用蛍光体シートと放射線検出器を適用した放射線検査装置の一実施形態としてのＸ線検査装置の構成を模式的に示す図である。なお、この実施形態では放射線としてＸ線（もしくはγ線）を用いた装置について主として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。撮影対象によっては、β線や熱中性子線等の放射線を使用した放射線検出器や放射線検査装置に適用することも可能である。
【００１６】
図１に示すＸ線検査装置において、１は人体、動物、各種物品等の被検体であり、この被検体１に対してＸ線管２等の放射線源からＸ線３が照射される。被検体１により吸収もしくは散乱されたＸ線３は、Ｘ線平面検出器４を内蔵するＸ線画像撮影装置５に照射される。被検体１を透過したＸ線はＸ線平面検出器４で画像信号として検出される。Ｘ線画像撮影装置５から出力される画像信号は、画像処理部６でデジタル処理された後、ＣＲＴ等の表示部７にＸ線画像（検査画像）として表示される。
【００１７】
Ｘ線平面検出器４は図２に示すように、蛍光体シート８を具備する蛍光発生部９と光検出部１０とから主として構成されている。蛍光体シート８は図３に示すように、プラスチックフィルムや不織布等からなるシート状の支持体１１を有している。シート状支持体１１上には、発光層として後に詳述するユーロピウム（Ｅｕ）付活希土類酸硫化物蛍光体を含有する蛍光体層１２が設けられている。図３は本発明の第１の実施形態による蛍光体シートの構成を示すものである。
【００１８】
なお、蛍光体層１２上には必要に応じて透明な保護膜、例えば厚さ数μｍ程度のポリエチレンテレフタレートフィルム等からなる保護膜を配置することができる。Ｘ線画像の鮮鋭度の低下等を抑制する点からは蛍光体層１２上には保護膜を配置しない方が好ましい。
【００１９】
シート状支持体１１の構成材料としては、例えば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリイミド、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネート等の樹脂をフィルム状に成形したものや、紙やアルミニウム板等が用いられる。
【００２０】
シート状支持体１１には、蛍光体からの光を吸収するように、例えばカーボンブラックのような光吸収物質を練り込んだシートを使用することができる。あるいは、蛍光体からの光を反射するように、白色の二酸化チタンや炭酸カルシウム等の光反射物質を練り込んだシートをシート状支持体１１に適用してもよい。これらのうち、特にＸ線に対する感度を高めるためには、光反射物質を練り込んで光反射率を高めたシート状支持体１１を用いることが好ましい。
【００２１】
このようなシート状支持体１１上には、例えば以下のようにして蛍光体層１２が形成される。まず、蛍光体粉末を結合剤と共に適当量混合し、これに有機溶剤を加えて適当な粘度の蛍光体塗布液（蛍光体スラリー）を調製する。この蛍光体塗布液をナイフコータやロールコータ等によりシート状支持体１１上に塗布、乾燥することによって、蛍光体粉末の塗布層（粉体塗布層）からなる蛍光体層１２が形成される。なお。蛍光体層１２の表面は第２の実施形態で詳述するように、平均粗さＲaで０．５μｍ以下の表面粗さを有することが好ましい。
【００２２】
蛍光体塗布液の調製に使用する結合剤としては、硝化綿、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、綿状ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニリデン−塩化ビニルコポリマー、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリアルキル（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリウレタン、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルアルコール等が挙げられる。有機溶剤としては、例えばエタノール、メチルエチルエーテル、酢酸ブチル、酢酸エチル、エチルエーテル、キシレン等が用いられる。蛍光体塗布液には必要に応じて、フタル酸、ステアリン酸等の分散剤や燐酸トリフェニル、フタル酸ジエチル等の可塑剤を添加してもよい。
【００２３】
蛍光体層１２の厚さは特に限定されるものではないが、８０〜３００μｍの範囲とすることが好ましい。蛍光体層１２の厚さが８０μｍ未満であると、蛍光体層１２の厚さ方向に対する蛍光体の量が相対的に少なくなることで感度が十分に得られない場合がある。一方、蛍光体層１２の厚さが３００μｍを超えると、蛍光体層１２の光透過性が悪くなるために感度が低下する傾向があり、かつ鮮鋭度も低下する。
【００２４】
上述した蛍光体シート８は図４に示すように、光検出部１０上に直接もしくはガラス基板のような透明保護部材を介して積層配置される。これらによって、Ｘ線平面検出器４が構成される。すなわち、蛍光体シート８は例えば光透過性接着剤を用いて光検出部１０上に接着される。このように、蛍光体シート８は光検出部１０に対して一体的に付設されるものである。Ｘ線検出器本体を構成する光検出部１０は、蛍光体シート８と積層される光電変換膜２０と、この光電変換膜２０に接して設けられた複数の画素３１を有する電荷情報読み出し部３０とを具備する。
【００２５】
光電変換膜２０には、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）等の光電変換作用を有する材料が用いられる。電荷情報読み出し部３０は複数の画素３１を有しており、これらの画素３１は例えばアレイ状に配列されている。なお、図４は1つの画素３１のみを示しているが、実際には縦横の各辺に数百個から数千個並んだ状態で画素３１が配列されている。
【００２６】
アレイ状に配列された各画素３１は、それぞれ光電変換膜２０側に形成された画素電極３２を有する。画素電極３２上にはｐ型コンタクト膜３３が形成されている。画素電極３２は補助電極３４と電気的に接続されている。補助電極３４と電荷蓄積容量電極３５とこれらの間に配置された絶縁膜３６とによって、電荷蓄積容量３７が構成されている。
【００２７】
各画素３１は、電荷蓄積容量３７に対応して設けられた、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）からなるスイッチング素子３８を有している。この実施形態のＸ線平面検出器４の光検出部１０は、このようなスイッチング素子（スイッチングＴＦＴ）３８をアレイ状に形成したＴＦＴアレイを備えるものである。
【００２８】
スイッチングＴＦＴ３８は、駆動信号をＴＦＴ３８に送る走査線（図示せず）と電気的に接続されたゲート電極４１と、ゲート絶縁用の絶縁膜３６と、活性層として用いられるアンドープのａ−Ｓｉ層４２と、コンタクト用のｎ+ａ−Ｓｉ層４３と、補助電極３４と電気的に接続されたソース電極４４および信号線３９に接続されたドレイン電極４５とを、例えばガラス基板４０上に順に積層形成した構成を有している。
【００２９】
走査線（図示せず）と信号線３９はＸ−Ｙマトリックス状に形成されており、スイッチングＴＦＴ３８は走査線駆動回路によってオン／オフが制御される。信号線３９の終端は信号線制御回路により制御された切替スイッチ（図示せず）を通して増幅器（図示せず）に接続されている。
【００３０】
上述したＸ線平面検出器４において、蛍光体シート８は被検体１を透過したＸ線により発光し、この蛍光体シート８から発光された可視光が光検出部１０で検出される。すなわち、被検体１を透過したＸ線はまず蛍光体シート８で可視光に変換され、この可視光は光電変換膜２０で電荷に変換される。
【００３１】
光電変換膜２０で変換された電荷は、複数の画素３１の各画素電極３２を介して電荷蓄積容量３７に蓄積される。蓄積された電荷はスイッチングＴＦＴ３８をオンにすることで、信号線３９を通って増幅器（図示せず）側に転送される。そして、スイッチングＴＦＴ３８のオン／オフ等を制御し、１画素３１毎に電荷を増幅器（図示せず）側に送ることによって、Ｘ線画像の画像情報が点順次信号に変換される。このような画像信号は画像処理部６でデジタル処理された後に、ＣＲＴ等の表示部７に送られて、Ｘ線画像（検査画像）として表示される。
【００３２】
ＴＦＴアレイを備える光検出部１０を用いたＸ線平面検出器４は、例えば医療診断における高面積のＸ線撮影領域に容易に対応することができ、医療診断におけるＸ線画像のデジタル化に効果を発揮するものである。また、デジタル信号に変換されたＸ線画像情報（検査画像情報）は、データベース等として保存される。このような検査情報のデータベース化は、例えば複数の医療機関で検査情報を共有する場合等に有効である。
【００３３】
ここで、光電変換膜２０に用いられるａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉの受光感度分布は図５に示す通りである。ａ−Ｓｉは６００ｎｍ付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布を有し、また単結晶Ｓｉは７００〜８００ｎｍ付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布を有する。一方、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体には、従来、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体が用いられてきた。この点については前述した通りである。
【００３４】
従来の蛍光発生部に用いられていたテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体は、図６に点線で発光スペクトルを示すように、主発光成分が５４０ｎｍ付近に存在する。このため、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布とのマッチングが悪く、これが従来のＸ線平面検出器における感度特性の低下原因であると考えられる。
【００３５】
Ｘ線平面検出器４の感度特性を高めるためには、被検体１を透過したＸ線を可視光に変換する蛍光体シート８に、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布にあった発光スペクトルを有する発光体を用いることが重要である。そこで、第１の実施形態の蛍光体シート８においては、図５に示したａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉの受光感度分布にマッチングする発光スペクトルを有する蛍光体として、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を用いている。
【００３６】
ユーロピウム（Ｅｕ）付活希土類酸硫化物蛍光体としては、
一般式：（Ｒ1-aＥｕa）2Ｏ2Ｓ ……（１）
（式中、ＲはＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは１×１０-4≦ａ≦３．５×１０-2を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が挙げられる。Ｘ線吸収効率や発光効率に優れるユーロピウム活酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ）蛍光体や、Ｘ線吸収効率に優れるユーロピウム付活酸硫化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ）蛍光体を用いることが好ましい。
【００３７】
ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体の発光スペクトルは、図６に実線で示すＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルから分かるように、主発光成分が６３０ｎｍ付近に存在する。このため、従来のテルビウム付活希土類硫化物蛍光体に比べて、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布とのマッチング性に優れている。さらに、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体は図７に示すように、Ｅｕ濃度（付活剤濃度）により発光スペクトルが変化することから、Ｅｕ濃度を制御することで、Ｘ線平面検出器４の感度特性を高めることができる。
【００３８】
すなわち、Ｅｕ濃度が少なくなると主発光成分（６３０ｎｍ）の強度は小さくなるが、４５０〜６００ｎｍの副発光成分の強度が大きくなる。なお、図７の実線はＥｕ濃度が０．１ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトル、点線はＥｕ濃度が４ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルである。Ｘ線平面検出器４の感度特性は、光電変換膜２０の受光感度分布と蛍光体シート８の蛍光体層１２を構成する蛍光体の発光スペクトルとの相互関係で決まる。従って、Ｅｕ濃度が減少することによる主発光成分の低下分より副発光成分の増加分が勝り、かつそれぞれの波長領域における光電変換膜２０の受光感度を考慮した上で副発光成分の光量が勝れば感度は向上することになる。
【００３９】
このようなことから、蛍光体シート８の蛍光体層１２はＥｕ濃度が０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲のユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体で構成されている。ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度が３．５ｍｏｌ％を超えると４５０〜６００ｎｍの副発光成分の強度が小さくなり、感度特性を十分に高めることができない。一方、Ｅｕ濃度が０．０１ｍｏｌ％未満であると発光強度自体が低くなりすぎて感度特性が低下する。
【００４０】
ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度は、特に発光強度と光電変換膜２０とのマッチング性に優れる０．１〜２．０ｍｏｌ％の範囲とすることが好ましく、さらに望ましくは０．２〜１．６ｍｏｌ％の範囲である。希土類酸硫化物蛍光体のＥｕ濃度はＩＣＰ質量分析法やＩＣＰ発光分光分析法等により定量分析することができる。
【００４１】
蛍光体シート８の蛍光体層１２は感度と鮮鋭度を考慮して、平均粒子径が２〜１５μｍの範囲の希土類酸硫化物蛍光体粉末で構成することが好ましい。希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径が１５μｍを超えると、得られる画像の粒状性が悪化して鮮鋭度が低下する。一方、希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径が２μｍ未満であると鮮鋭度は向上するものの、発光輝度が低下して感度特性が悪くなる。希土類酸硫化物蛍光体粉末の平均粒子径は６〜１０μmの範囲であることがより好ましい。
【００４２】
なお、蛍光体シート８の蛍光体層１２は、必ずしもユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体単独で構成しなければならないものではなく、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂのようなテルビウム付活希土類酸硫化物蛍光体との混合物で蛍光体層１２を形成してもよい。ただし、このような混合蛍光体を使用する場合には、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を５０質量％以上の割合で使用するものとする。ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体の割合が５０質量％未満であると、上述したような感度特性の向上効果を十分に得ることができない。
【００４３】
上述したように、第１の実施形態によるＸ線検出器用蛍光体シート８は、Ｘ線が照射された際の発光効率が高く、しかもａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉからなる光電変換膜２０の受光感度分布にマッチングした発光スペクトルを有するユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体を用いている。従って、蛍光体シート８と光電変換膜２０とを組合せて構成したＸ線平面検出器４の感度特性を効果的に高めることができる。
【００４４】
このようなＸ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５によれば、例えば医療診断におけるＸ線の被爆線量の低減を図った上で、医療用Ｘ線撮影の画像精度、さらには検査精度を向上させることが可能となる。Ｘ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５は、前述したように医療診断におけるＸ線画像情報のデジタル化、さらにはＸ線画像情報（検査画像情報）のデータベース化等に効果を発揮するものである。なお、Ｘ線平面検出器４を用いたＸ線検査装置５は医療診断用途に限らず、工業用途の非破壊検査等にも適用可能である。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態による放射線（Ｘ線）検出器用蛍光体シートについて、図８を参照して説明する。図８に示す蛍光体シート５０は、図３に示した第１の実施形態と同様に、プラスチックフィルムや不織布等からなるシート状の支持体５１と、このシート状支持体５１上に形成された蛍光体層５２とを具備している。なお、シート状支持体５１の構成は前述した第１の実施形態と同様である。
【００４６】
蛍光体シート５０は図２に示したように、Ｘ線検出器本体を構成する光検出部１０上に直接もしくはガラス基板のような透明保護部材を介して積層配置される。すなわち、蛍光体シート５０の蛍光体層５２は、図９に示すように、光検出部１０の光電変換膜２０と積層される表面５３を有している。言い換えると、蛍光体層５２の表面５３は蛍光体層５２と光電変換膜２０との界面を構成するものである。従って、蛍光体層５２で発光した光を光電変換膜２０で電荷に変換するにあたって、界面を構成する蛍光体層５２の表面５３の状態が重要となる。
【００４７】
すなわち、蛍光体層５２の表面５３に比較的大きな凹凸が生じていると、蛍光体層５２で発光した光が光電変換膜２０に入射する際に散乱し、Ｘ線画像の鮮鋭度が低下する。また、蛍光体層５２の表面５３による光の散乱は感度の低下要因にもなる。さらに、蛍光体層５２で発光した光の一部は光電変換膜２０の表面で反射される。蛍光体層５２の表面５３に比較的大きな凹凸が生じていると、反射された光が蛍光体層５２の表面５３で拡散してしまう。これも鮮鋭度や感度の低下要因となる。
【００４８】
そこで、第２の実施形態の蛍光体シート５０においては、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さを平均粗さＲaで０．５μｍ以下に制御している。ここで、平均粗さＲaはＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４の規定に従うものである。平均粗さＲaは具体的には以下のようにして求められる値である。測定面に直角な平面で切断したときの切り口から得られる断面曲線から、所定の波長より長い表面うねり成分を位相補償型高域フィルタで除去した曲線を粗さ曲線ｆ（ｘ）とする。この粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。
【００４９】
蛍光体シート５０における蛍光体層５２の表面５３の平均粗さＲａは、具体的には以下のようにして測定した値を示すものとする。まず、蛍光体シート５０を水平な台に固定し、表面粗さ計（テーラーホブソン社製Ｓ４Ｃ）を用いて、少なくとも３ヶ所の部分の平均粗さＲａを測定する。平均粗さＲａの測定位置および測定方向はランダムとする。このようにして測定した少なくとも３ヶ所の平均粗さＲａを平均する。この平均値を蛍光体層５２の表面５３の平均粗さＲａとする。
【００５０】
このように、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さを平均粗さＲaで０．５μｍ以下とすることによって、蛍光体層５２で発光した光が光電変換膜２０に入射するときに散乱しにくくなるため、Ｘ線画像の鮮鋭度を高めることが可能となる。さらに、蛍光体層５２で発光した光の一部が光電変換膜２０の表面で反射された際に、この反射光を拡散させることなく光電変換膜２０に再入射させることができる。これらによって、Ｘ線画像の鮮鋭度や検出感度を高めることができる。蛍光体層５２の表面粗さは平均粗さＲaで０．３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００５１】
表面５３の平均粗さＲaが０．５μｍ以下の蛍光体層５２は、前述した蛍光体スラリーの塗布法で蛍光体層を形成した後、その表面に金属ロールや金属板を用いて平滑化処理を施すことにより得ることができる。平滑化処理は、例えば蛍光体層を形成したシートを、２本の金属ロール間を通過させる、あるいは2枚の金属板で挟んでプレスする、等によって実施される。なお、粉体塗布層である蛍光体層５２の表面粗さは、平滑化処理を施しても平均粗さＲaで０．１μｍ程度が最小値となる傾向があるが、表面粗さはそれ以下であってもよいことは言うまでもない。
【００５２】
さらに、蛍光体層５２の表面５３の表面粗さＲaを０．５μｍ以下とする上で、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率を６０〜８０％の範囲とすることが好ましい。また、蛍光体層５２を構成する蛍光体粒子は２〜１５μｍの範囲の平均粒子径を有することが好ましい。ここで、蛍光体層５２の蛍光体充填率Ｐは以下の式に基づいて求めた値とする。
Ｐ＝ＶP／Ｖ＝Ｗ／Ｖ／ρP
（式中、ＶPは蛍光体の体積、Ｖは蛍光体層の体積、Ｗは蛍光体の質量、ρPは蛍光体の密度である）
【００５３】
蛍光体層５２における蛍光体粒子の充填率が低いと、隣接する蛍光体粒子の間隔が広がる。蛍光体層５２の表面５３における蛍光体粒子の間隔も同様に広がるため、表面５３の凹凸が大きくなる。このようなことから、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率は６０％以上とすることが好ましい。一方、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の充填率が８０％を超えると、粉体塗布層である蛍光体層５２を維持することが困難になる。蛍光体粒子の充填率は６５〜７５％の範囲とすることがより好ましい。
【００５４】
さらに、蛍光体層５２における蛍光体粒子の平均粒子径が大きすぎると、隣接する蛍光体粒子間の隙間が深くなり、表面５３の凹凸が大きくなる。このような点から、蛍光体層５２中の蛍光体粒子の平均粒子径は１５μｍ以下とすることが好ましい。一方、蛍光体粒子の平均粒子径が２μｍ未満であると、前述したように蛍光体層５２の発光輝度が低下する傾向がある。すなわち、蛍光体層５２を構成する蛍光体粒子の平均粒子径は２〜１５μｍの範囲であることが好ましい。
【００５５】
第２の実施形態の蛍光体シート５０において、蛍光体層５２を構成する蛍光体には前述した第１の実施形態と同様に、ユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体やＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体等）を用いることが好ましい。
【００５６】
第２の実施形態の蛍光体シート５０は、前述した第１の実施形態と同様に、光検出部１０の光電変換膜２０と積層されてＸ線検出器４を構成するものである。Ｘ線検出器４の具体的な構成は、図４に示した通りである。さらに、第２の実施形態の蛍光体シート５０を用いたＸ線検出器４は、図１に示したようなＸ線検査装置に適用されるものであり、Ｘ線検査装置の構成は図１に示した通りである。
【００５７】
なお、上述した実施形態では本発明の放射線検出器をＸ線平面検出器（スイッチングＴＦＴ３８を有する複数の画素３１をアレイ状に配列したもの）に適用した例について説明した。本発明の放射線検出器はこれに限られるものではなく、スイッチングＴＦＴ３８を有する複数の画素３１をライン状に配列したＸ線検出器、いわゆるラインセンサ等に適用することも可能である。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００５９】
（実施例１）
平均粒子径が８μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（Ｅｕ濃度＝０．５ｍｏｌ％）を用意した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体粉末１０重量部に、結合剤としてポリビニルブチラール樹脂１重量部と有機溶剤として適当量の酢酸エチルを混合して、蛍光体塗布液を調製した。この蛍光体塗布液を縦４００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ２５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレートフィルム（二酸化チタン含有）からなるシート基材上に、乾燥後の蛍光体塗布質量が９００ｇ／ｍ2（９０ｍｇ／ｃｍ2）、塗布膜厚が約２００μｍとなるようにナイフコータで均一に塗布、乾燥させて蛍光体層を形成した。このようして得た蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００６０】
（実施例２）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．５ｍｏｌ％のＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。このＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートを、後述する特性評価に供した。
【００６１】
（比較例１）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｔｂ濃度が０．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を用いた蛍光体シートを、後述する特性評価に供した。
【００６２】
上述した実施例１、２および比較例１の各蛍光体シートを、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜を有するＸ線検出器本体（図２や図４に示した光検出部１０／ＴＦＴアレイ上に光電変換膜を形成したもの）上に積層して接着することによって、図２や図４に示したＸ線平面検出器４を作製した。ＴＦＴアレイを備える光検出部１０は蛍光体シートと同面積を有している。このようなＸ線平面検出器４を用いて、図１に示したＸ線撮影システムを構成し、Ｘ線照射時の感度特性と鮮鋭度特性を測定、評価した。これらの測定結果を表１に示す。なお、表１の感度および鮮鋭度は比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。
【００６３】
【表１】
表１から明らかなように、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体やＬｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートは、従来のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ蛍光体を用いた蛍光体シートに比べて、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜と組合せて使用した場合の感度特性に優れていることが分かる。
【００６５】
（実施例３、４）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．０１ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例３）、およびＥｕ濃度が３．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例４）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。なお、表２の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。
【００６６】
（比較例２、３）
実施例１の蛍光体に代えて、Ｅｕ濃度が０．００５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（比較例２）、およびＥｕ濃度が７．５ｍｏｌ％のＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（比較例３）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。表２の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度と感度との関係を図１０に示す。
【００６７】
【表２】
表２および図１０から明らかなように、Ｅｕ濃度を０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲に制御したＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた蛍光体シートによれば、ａ−Ｓｉからなる光電変換膜と組合せて使用した場合の感度特性を再現性よく高めることができる。なお、Ｌｕ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いた場合にも同様な傾向を示すことが確認された。
【００６９】
（実施例５〜６、参考例１〜２）
実施例１の蛍光体に代えて、平均粒子径が２μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例５）、平均粒子径が１５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例６）、平均粒子径が０．５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例１）、および平均粒子径が２５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例２）を使用する以外は、実施例１と同様にして蛍光体シートを作製した。なお、各Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度はいずれも０．５ｍｏｌ％である。
【００７０】
これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例１と同様にして測定した。その結果を表３に示す。なお、表３の感度および鮮鋭度は、比較例１の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体の平均粒子径と感度との関係を図１１に、感度と鮮鋭度との関係を図１２に示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】
（実施例７）
平均粒子径が８μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（Ｅｕ濃度＝０．５ｍｏｌ％）を用意した。このＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体粉末１０重量部に、結合剤としてポリビニルブチラール樹脂０．５重量部と有機溶剤として適当量のメチルエチルケトンを混合して、蛍光体塗布液を調製した。この蛍光体塗布液を縦４００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ２５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレートフィルムからなるシート基材上に、乾燥後の蛍光体塗布質量が９００ｇ／ｍ2（９０ｍｇ／ｃｍ2）、塗布膜厚が約２００μｍとなるようにナイフコータで均一に塗布、乾燥させた。
【００７３】
次に、蛍光体の塗布層を有するシートを、表面が平滑な２枚の金属板で挟んでプレスすることによって、目的とする蛍光体層を形成した。このようにして得た蛍光体層の表面の平均粗さＲaは０．２８μｍであった。また、蛍光体層の蛍光体充填率は６９％であった。このような蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７４】
（実施例８〜１１）
上記した実施例７において、結合剤の添加量や蛍光体層表面の平滑化処理の条件等を変更する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。これら蛍光体シートの表面の平均粗さＲaと蛍光体充填率は表４に示す通りである。このような各蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７５】
（参考例３〜４）
上記した実施例７において、結合剤の添加量や蛍光体層表面の平滑化処理の条件等を変更する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。これら蛍光体シートの表面の平均粗さＲaと蛍光体充填率は表４に示す通りである。このような各蛍光体シートを後述する特性評価に供した。
【００７６】
上述した実施例７〜１１および参考例３〜４の各蛍光体シートの感度特性と鮮鋭度特性を、前述した実施例１と同様にして測定、評価した。これらの測定結果を表４に示す。なお、表４の感度および鮮鋭度は参考例３の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、蛍光体層の表面の平均粗さＲaと相対鮮鋭度との関係を図１３、蛍光体層の蛍光体充填率と相対鮮鋭度との関係を図１４に示す。
【００７７】
【表４】
表４および図１３から明らかなように、蛍光体層の表面の平均粗さＲaを０．５μｍ以下とすることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度を向上させることができる。また、蛍光体層の蛍光体充填率に関しては６０〜８０％の範囲とすることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度が向上することが分かる。
【００７９】
（実施例１２〜１３、参考例５〜６）
実施例７の蛍光体に代えて、平均粒子径が２μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例１２）、平均粒子径が１５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（実施例１３）、平均粒子径が１μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例５）、および平均粒子径が２５μｍのＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体（参考例６）を使用する以外は、実施例７と同様にして蛍光体シートを作製した。なお、各Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ蛍光体のＥｕ濃度はいずれも０．５ｍｏｌ％である。
【００８０】
これらの蛍光体シートの感度と鮮鋭度を実施例７と同様にして測定した。その結果を表５に示す。なお、表５の感度および鮮鋭度は、参考例３の測定結果を１００とした場合の相対値である。また、蛍光体の平均粒子径と鮮鋭度との関係を図１５に示す。
【００８１】
【表５】
表５から明らかなように、蛍光体層の表面の平均粗さＲaを０．５μｍ以下とするためには、蛍光体の平均粒子径を２〜１５μｍの範囲とすることが好ましいことが分かる。また、このような平均粒子径を有する蛍光体を用いることによって、Ｘ線画像の鮮鋭度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の放射線検出器用蛍光体シートは、放射線検出器の光電変換膜に対するマッチング性に優れることから、放射線の検出感度を高めることができる。さらに、放射線検出器の光電変換膜に対する密着性に優れることから、放射線画像の鮮鋭度を高めることができる。この蛍光体シートは間接変換方式の放射線検出器に対して有用である。そして、このような蛍光体シートを用いた放射線検出器および放射線検査装置によれば、高精度の放射線画像を得ることが可能となる。これは医療診断用放射線撮影をはじめとする各種の放射線撮影において、検査情報の増大や検査精度の向上等に寄与するものである。
Claims (10)
- 放射線検出器のアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜に付設される蛍光体シートであって、
シート形状を有する支持体と、
前記支持体上に設けられ、被検体を透過した放射線により発光する蛍光体層であって、０．０１〜３．５ｍｏｌ％の範囲の濃度のユーロピウムで付活され、平均粒子径が２〜１５μｍの範囲の希土類酸硫化物蛍光体粉末の塗布層からなり、前記光電変換膜に積層される表面を有する蛍光体層とを具備し、
前記希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：（Ｒ 1-a Ｅｕ a ） 2 Ｏ 2 Ｓ
（式中、ＲはＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａは１×１０ -4 ≦ａ≦３．５×１０ -2 を満足する数である）
で表される組成を有し、
前記蛍光体層の前記表面は平均粗さＲaで０．５μｍ以下の表面粗さを有することを特徴とする放射線検出器用蛍光体シート。 - 請求項１記載の放射線検出器用蛍光体シートにおいて、
前記希土類酸硫化物蛍光体における前記ユーロピウム濃度は０．１〜２．０ｍｏｌ％の範囲であることを特徴とする放射線検出器用蛍光体シート。 - 請求項１または請求項２記載の放射線検出器用蛍光体シートにおいて、
前記蛍光体層中の前記希土類酸硫化物蛍光体粉末の充填率が６０〜８０％の範囲であることを特徴とする放射線検出器用蛍光体シート。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の放射線検出器用蛍光体シートにおいて、
前記蛍光体層は８０〜３００μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする放射線検出器用蛍光体シート。 - 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の放射線検出器用蛍光体シートにおいて、
前記蛍光体層の前記表面には、金属ロールまたは金属板を用いた平滑化処理が施されていることを特徴とする放射線検出器用蛍光体シート。 - 被検体を透過した放射線を光に変換する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の蛍光体シートと、
前記蛍光体シートの前記蛍光体層の前記表面と一体的に積層され、前記蛍光体シートからの光を電荷に変換するアモルファスシリコン膜または単結晶シリコン膜からなる光電変換膜と、
前記光電変換膜に接する複数の画素を有し、前記光電変換膜に生じた電荷を前記放射線による画像信号として前記複数の画素毎に読み出す電荷情報読み出し部と
を具備することを特徴とする放射線検出器。 - 請求項６記載の放射線検出器において、
前記光電変換膜は前記蛍光体層の前記表面と光透過性接着剤により接着されていることを特徴とする放射線検出器。 - 請求項６または請求項７記載の放射線検出器において、
前記複数の画素は、それぞれ画素電極と、前記画素電極を介して前記光電変換膜に生じた前記電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、前記電荷蓄積容量に対応して設けられ、かつ前記電荷を読み出すスイッチング素子とを具備することを特徴とする放射線検出器。 - 請求項６ないし請求項８のいずれか１項記載の放射線検出器において、
前記複数の画素がアレイ状に配列された放射線平面検出器であることを特徴とする放射線検出器。 - 被検体に放射線を照射する放射線源と、
前記被検体を透過した放射線を画像信号として検出する、請求項６ないし請求項９のいずれか１項記載の放射線検出器と
を具備することを特徴とする放射線検査装置。
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