JP5469158B2 - 放射線像変換パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は複数の柱状結晶（針状結晶）からなる放射線変換層を備えた放射線像変換パネルおよびその製造方法に関する。

従来、複数の柱状結晶（針状結晶）からなる放射線変換層を備えた放射線像変換パネルが知られている。この種の放射線像変換パネルは、例えばアモルファスカーボンからなる基材の上に蛍光体の結晶を柱状に成長させた蛍光体層を設けて構成されている。ところが、アモルファスカーボン等の基材の反射率が低く、そのままでは光の利用効率を高めることが困難であったため、従来、アルミニウム等金属薄膜からなる反射層を形成した放射線像変換パネルが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。一方、柱状結晶の側面について、そのうねりの幅を一定範囲内に納めて柱状結晶の直線性を高めることにより、放射線画像の画質を高めた放射線像変換パネルも知られていた（例えば、特許文献３参照）。さらに、反射層を形成することなく反射率を高めた放射線像変換パネルも知られていた（例えば、特許文献４参照）。

特開２００２−２３６１８１号公報 特開２００３−７５５４２号公報 特開２００５−１６４３８０号公報 特許３９８７４６９号公報

前述した特許文献４記載の放射線像変換パネルは、柱状結晶の構造を工夫することによって、反射率を高めている。

しかし、特許文献４記載の放射線像変換パネルでは、球状の結晶粒子を複数垂直方向に数珠状に積層した下層とその上に形成した柱状の結晶層とによって、一つ一つの柱状結晶が形成されているため、次のような課題があった。ここで、例えば図１３（ａ）に示すように、複数の柱状結晶１００，１０１，１０２があったとする。柱状結晶１００，１０１，１０２はそれぞれ球状の結晶粒子１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有し、それらが数珠状に重なって下層を構成し、その下層の上にそれぞれ柱状の結晶部１００ｄ、１０１ｄ、１０２ｄが積層されている。この場合、柱状結晶１００，１０１，１０２の互いに隣り合うもの同士を見ると、結晶粒子同士が接触している。

そして、各結晶粒子はその表面が球面のように湾曲した曲面状になっているため、例えば、図１３（ｂ）に示すように結晶粒子１００ａ，１００ｂ，１００ｃはそれぞれ隣の結晶粒子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、最も張り出した部分からある程度の範囲が接触して接触部分ｃを形成する。ところが、その接触部分ｃから離れた箇所に非接触部分が現われてしまうため、隣接する柱状結晶１００，１０１の間に隙間ｖが形成される事態を回避することができなかった。

したがって、特許文献４記載の放射線像変換パネルでは、球状の結晶粒子が存在している下層における蛍光体の密度が低く、この下層が光反射特性を備えた反射層として機能することから、反射率を高めることができなかった。しかも、接触部分ｃが形成されると、放射線像のコントラスト（解像度）が低下してしまう。なお、接触部分ｃが形成されないと、コントラストの低下は軽減されるが、反射層における蛍光体の密度が低くなり過ぎて、却って反射効果が低下してしまう。

また、放射線像のコントラストを低下させずに輝度を上げるためには、１つの球状結晶粒子とその上側の柱状結晶とが連続するように形成されていることが必要である。その理由は、連続するように形成されていないと、球状結晶で反射した光がその上側以外の柱状結晶（すなわち、近接する柱状結晶）に入射してしまい、パネル全体の輝度が上がっても、コントラストが低下してしまうからである。ところが、連続するように形成されていても、球状の結晶粒子の存在によって、その上側の柱状結晶（１００ｄ，１０１ｄ，１０２ｄ）同士の間隔が大きくなり、パネル面内の柱状結晶の形成密度（packing density）が小さくなって放射線変換効率が悪くなってしまう。逆に、球状結晶粒子を小さくすれば、柱状結晶（１００ｄ，１０１ｄ，１０２ｄ）同士の間隔は小さくなるが、反射効果が低下してしまい、さらに、球状結晶部分の機械的強度が低下してしまう。また、前述したように、隙間ｖは依然として存在するので、この隙間ｖによって反射率を高めることができない。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高められ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮できる放射線像変換パネルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る放射線像変換パネルは、入射した放射線を光に変換する放射線変換層を基板上に形成した放射線像変換パネルであって、放射線変換層は、光を出射する光出射面の反対側に光を出射面側に反射させる反射層を有し、反射層は、蛍光体の結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を有することを特徴とする。

この放射線像変換パネルによれば、蛍光体の結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を反射層が有しているので、反射層における結晶密度を高くすることができる。従って、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高めることができ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮させることができる。

また、放射線変換層は、蛍光体の結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、柱状結晶のそれぞれは、基板に固定される根本側に形成された螺旋構造、及び基板と交差する方向に沿って螺旋構造から光出射面側に延在する柱状構造を有し、螺旋構造と柱状構造とは、蛍光体の結晶が連続して積層することにより構成されていることが好ましい。この構成によれば、螺旋構造で反射した光が、その螺旋構造に連続して積層された柱状構造に入射するため、放射線像のコントラストを低下させずに輝度を上げることができる。

また、放射線変換層は、蛍光体の結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、該複数の柱状結晶の基板に固定される根本側に螺旋構造が形成され、複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の螺旋構造を形成する螺旋構造部において、第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することが好ましい。この構成によれば、十分な反射効果及び機械的強度を発揮し得る螺旋構造の結晶密度及び大きさを維持しつつ、柱状結晶同士の間隔を小さくすることができるので、放射線変換効率を低下させずに輝度を上げることができる。

このとき、第１の柱状結晶の螺旋構造部における第２の柱状結晶側の部分と、第２の柱状結晶の螺旋構造部における第１の柱状結晶側の部分とは、基板と交差する方向から見て重なり合っており、第１の柱状結晶の螺旋構造部と第２の柱状結晶の螺旋構造部との間隙は、基板と交差する方向と直交する方向から見て波線状となっていることがより好ましい。この構成によれば、十分な反射効果及び機械的強度を発揮し得る螺旋構造の結晶密度及び大きさを確実に維持すると共に、柱状結晶同士の間隔をより小さくすることができる。

また、放射線変換層においては、螺旋構造を形成する螺旋ループが基板と交差する方向に複数積層されていることが好ましく、或いは、放射線変換層においては、螺旋構造を形成する扁平球状部が基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることが好ましい。これらの構成によれば、螺旋構造部における反射機能が確実なものとなるため、反射層における反射率を高めることができる。更に、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部は、柱状構造の柱径より大きくならないことが好ましい（つまり、基板と交差する方向と直交する方向において、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部の幅は、柱状構造の幅よりも小さいことが好ましい）。これにより、柱径構造の扁平球状部付近で発生したシンチレーション光を減衰させずに効率良く先端方向に反射させることができる。

そして、放射線変換層において螺旋ループが複数積層されている場合、反射層は、基板の表面と交差する方向の断面において、蛍光体の結晶が左右に屈曲していることが好ましく、放射線変換層は、螺旋ループが基板と交差する方向に約０．６７μｍ〜５μｍ程度の間隔を有することがより好ましい。螺旋ループがこの程度の間隔を有するときは、基板の表面と交差する方向の断面において、蛍光体の結晶が左右に屈曲しているようすが明確に現われる。

また、放射線変換層が、ＣｓＩを含むシンチレータによって構成されている場合や、ＣｓＢｒを含む輝尽性蛍光体によって構成されている場合がある。

また、例えばＣＦＲＰ等の炭素繊維を含む材料からなる基板は、アモルファスカーボンや金属、ガラス等からなる基板に比べて、基板の面方向で不均一な構造を有している。そのため、炭素繊維を含む材料からなる基板においては、発光した光の基板吸収率に差が生じて、パネルから出力される光像に影響が出てしまう。また、炭素繊維を含む材料からなる基板は、放射線の透過特性が面方向で不均一な構造を有している。そのため、特に放射線強度の低い状態（低エネルギー）で放射線画像を撮影しようとした場合、面方向で透過特性が異なると、放射線変換層に届く放射線の比率が面方向で不均一なものとなり、結果的に、得られる画像に影響が出てしまう。基板と放射線変換層との間に、放射線変換層で発光した光を反射させる反射膜を形成して、全体の輝度を上げ、このような影響を減少させることができるが、そうすると、コントラストが低下してしまう。それに対し、本発明に係る放射線像変換パネルの構成を用いれば、炭素繊維を含む材料からなる不均一な基板でも、良好な輝度とコントラストを得ることができる。

本発明に係る放射線像変換パネルの製造方法は、入射した放射線を光に変換する放射線変換層を基板上に形成した放射線像変換パネルを製造する放射線像変換パネルの製造方法であって、基板が載置された載置台と、放射線変換層となる蒸着源が納められた蒸着容器から蒸着源を外部に蒸発させるための孔部とを、基板と交差する方向に沿った回転軸回りに、基板よりも孔部が相対的に遅くなるように回転数差を設けて回転させて、蒸着源を基板上に蒸着させることにより、放射線変換層において、光を出射する光出射面の反対側に、光を出射面側に反射させる反射層を形成することを特徴とする。

そして、蛍光体の結晶が連続して柱状に積層した複数の柱状結晶によって放射線変換層を構成する場合には、孔部を第１の回転数で回転させて、蒸着源を基板上に蒸着させることにより、蛍光体の結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を反射層として形成する工程と、孔部を第１の回転数より遅い第２の回転数で回転させて、蒸着源を基板上に蒸着させることにより、基板と交差する方向に沿って螺旋構造から光出射面側に延在する柱状構造を螺旋構造と一体的に形成する工程と、を含むことが好ましい。或いは、基板を第１の回転数で回転させて、蒸着源を基板上に蒸着させることにより、蛍光体の結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を反射層として形成する工程と、基板を第１の回転数より早い第２の回転数で回転させて、蒸着源を基板上に蒸着させることにより、基板と交差する方向に沿って螺旋構造から光出射面側に延在する柱状構造を螺旋構造と一体的に形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１２記載の放射線像変換パネルの製造方法。

このような放射線像変換パネルの製造方法によれば、上述した本発明に係る放射線像変換パネルを確実に得ることができる。

以上のように本発明によれば、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高められ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮し、輝度の高い放射線像変換パネルおよびその製造方法が得られる。また、一般的に反射効果により輝度を上げるとコントラスト（解像度）が低下するが、金属薄膜等の反射層を形成する場合に比べてコントラストを高くすることができる。

本発明の実施形態に係る放射線像変換パネルの斜視図である。 図１のII−II線に沿っての断面図である。 放射線変換層を構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図である。 図３の柱状結晶のうちの螺旋構造部を示す基板に直交する方向の断面図である。 放射線像変換パネルの製造に用いる製造装置の要部を示す斜視図である。 複数種類の基板について、数通りの回転数差で結晶成長を行い製造した放射線像変換パネルについて、製造時に適用した回転数差と反射率との関係を示した図である。 ４種類の基板について、螺旋ピッチと反射率との関係をグラフである。 ２種類の基板について、螺旋構造部の膜厚と光出力との関係、及び螺旋構造部の膜厚とＣＴＦとの関係を示すグラフである。 図２の場合とは回転数差を変えた場合の放射線像変換パネルの基板に直交する方向の断面図である。 図９の放射線像変換パネルにおける放射線変換層を構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図である。 同じく、螺旋構造部を示す基板に直交する方向の断面図である。 放射線像変換パネルの製造に用いる別の製造装置の要部を示す斜視図である。 （ａ）は従来の放射線像変換パネルの放射線変換層を構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図、（ｂ）は要部を拡大した図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（放射線像変換パネルの構成）

図１は、本発明の実施形態に係る放射線像変換パネル１０の斜視図であり、図２は図１のII−II線に沿っての断面図である。放射線像変換パネル１０は、基板１と基板１上に形成された放射線変換層２とを有し、基板１及び放射線変換層２を保護層９によって被覆した構成を有している。保護層９は、放射線変換層２を湿気等から保護するたに少なくとも放射線変換層２を被覆する保護膜（ポリパラキシリレン等の有機膜、または無機膜）である。

基板１はアモルファスカーボンやアルミニウム等からなる板材であって、放射線変換層２の形成されている側の表面１ａが平坦に形成されている。放射線変換層２は基板１の外側から入射する放射線Ｒをそれに応じた光像に変換し、その変換した光像および後述する反射層３によって反射された光像からなる光Ｌを光出射面２ａから出射させる。放射線変換層２は反射層３と柱状層４とを有しているが、図３に示すような針状結晶である柱状結晶７が多数寄り集まった構造を有し、多数の柱状結晶７によって反射層３と柱状層４とを形成している。放射線変換層２の厚さは約５０μｍ〜約１０００μｍ程度、反射層３はそのうちの約１％〜１０％程度を占める厚さで、約５μｍ〜約５０μｍ程度の厚さを有している。

柱状結晶７はシンチレータ（ＣｓＩ）または輝尽性蛍光体（ＣｓＢｒ）の結晶を成長させて得たもので、基板１側の根本部分が螺旋構造部５となり、螺旋構造部５よりも上側（光出射面２ａ側）の部分が柱状部６となっている。各柱状結晶７において、螺旋構造部５と柱状部６とは、シンチレータ等の結晶が連続して積層することにより一体的に形成されている。なお、柱状結晶７は、螺旋構造部５の外径よりも柱状部６の外径が小さく、先端側（基板１と反対側）に行くほど太くなるテーパー状に形成されている。そして、最先端部は尖頭状になっているので、尖頭部分を除いた柱状部がテーパー状に形成される。柱状部６の側面の凹凸の高低差は、螺旋構造部５の側面の凹凸の高低差に比べて小さい。換言すれば、柱状部６の側面は、中心軸Ｘに交差する方向から見て、略直線状となっている。さらに換言すれば、柱状部６における最先端の尖頭部分を除いた柱状部の、中心軸Ｘに沿った断面形状は、略長方形状を呈している（柱状部がテーパー状であるので、厳密にはこの断面形状は台形状を呈している）。このような柱状部６は、例えば特開２００５−２４１４３０号公報に開示された方法（基板を１０ｒｐｍで回転させつつ柱状部の原料を蒸着させる方法）を実施した際に製造される。

螺旋構造部５は、シンチレータ等の結晶が表面１ａから螺旋状に積層されて構成されたもので、中心軸Ｘの回り１周分の部分（螺旋ループ）が表面１ａと直交する方向にほぼ規則的に形成された螺旋構造を有している。図３では、５Ａ，５Ｂで示された範囲が１つ１つの螺旋ループを構成している。表面１ａと直交する方向の螺旋ループの寸法（以下「螺旋ピッチ」ともいう）は、約０．５μｍ〜約１５μｍ程度であり、ほぼ同様の螺旋ループが複数（例えば５個〜約１５個程度）積み重なって螺旋構造部５を構成している。

また、螺旋構造部５は、図３に示したような基板１ａに直交する方向の断面において、シンチレータ等の結晶が中心軸Ｘを挟んで左右に繰り返しほぼ規則的に屈曲し、複数のＶ字状部分５ａ，５ｂがつながって得られる屈曲構造を有している。各Ｖ字状部分５ａ，５ｂは、図３において右側に最も突出する部分が折返部５ｃとなり、それぞれのつながる部分が接続部５ｄとなっている。

柱状部６はストレート部として螺旋構造部５に続いて形成され、シンチレータ等の結晶が表面１ａに交差する方向に沿ってほぼ真っ直ぐに伸びて形成された柱状構造を有している。そして、螺旋構造部５と柱状部６とは、蒸着により連続して一体形成されている。

なお、柱状結晶７がシンチレータの結晶である場合には、柱状結晶７に入射した放射線は、光（シンチレーション光）に変換され、その光は、柱状部６を導光されて先端側（基板１と反対側）から放出される。また、柱状結晶７が輝尽性蛍光体の結晶である場合には、入射放射線に応じた放射線情報が蓄積記録され、励起光として赤色レーザ光等が照射されると、蓄積情報に応じた光が柱状部６を導光されて先端側（基板１と反対側）から放出される。反射層３は、柱状結晶７を導光される光の内、反射層３側に導光される光を反射して、先端側から放出する光量を増加させる。

そして、柱状結晶７は、図４（ａ）に示すように、両隣の柱状結晶８，９との関係をおいて、一方における上下に離れた部分の間に、もう一方が入り込んだ入込構造を有している。すなわち、図４（ａ）を拡大した図４（ｂ）に示すように、隣接している柱状結晶７，８について、柱状結晶７の接続部５ｄの右側の、Ｖ字状部分５ａ，５ｂの間に形成される間隙５ｅに、柱状結晶８の接続部５ｄが入り込んだ入込構造を有している。

この入込構造により、柱状結晶７の螺旋構造部５における柱状結晶８側の部分と、柱状結晶８の螺旋構造部５における柱状結晶７側の部分とが、基板１の表面１ａと垂直な方向から見て重なり合っている。より具体的には、柱状結晶７の折返部５ｃと柱状結晶８の接続部５ｄとが上側から見て重なり合っている。そして、柱状結晶７の螺旋構造部５と柱状結晶８の螺旋構造部５との間隙は、基板１の表面１ａと平行な方向（基板１の側面側）から見て波線状となっている。

以上のような構造を有する柱状結晶７のうち、螺旋構造部５によって反射層３が構成され、柱状部６によって柱状層４が構成されている。反射層３は、光Ｌが入射したときにその光Ｌを不規則に反射させることによって散乱させるため、光Ｌの反射機能を有している。そのため、放射線像変換パネル１０は、反射率を高めるための金属膜等の光反射膜を有していなくも良好な光反射特性を発揮し、光出射面２ａからの発光量を増加させることができるから、放射線を検出する感度を高くすることができる。そして、放射線像変換パネル１０は、放射線を検出する感度を高めるのに金属膜を形成していないから、金属膜に起因した腐食のおそれがないものとなっている。

しかも、放射線像変換パネル１０の場合、反射層３が柱状結晶７のうちの螺旋構造部５によって構成されている。前述したとおり、柱状結晶７は螺旋構造部５において隣接しているもの同士が入り込む入込構造を形成しているから、螺旋構造部５では、シンチレータ等の結晶の存在しない空間を極めて小さくすることができる。そのため、反射層３におけるシンチレータ等の結晶の密度が高くなっているため、高い反射率を発揮するようになっている。

そして、上述したように、多少の間隙が形成される入込構造を螺旋構造部５に適用することで、螺旋構造部５が接触した場合に螺旋構造部５で反射した光が隣接する柱状結晶７に導光されてコントラストが低下するのを防止することができる。また、螺旋構造部５に多少の間隙が形成されても、パネル面内の柱状部６の形成密度（packing density）を高くして放射線の変換効率を高くすることができる。さらに、螺旋構造部５においてもパネル面内の形成密度を高くして反射率を向上させることができる。なお、コントラストを高めるためには、パネル面内において全ての柱状結晶７が螺旋構造部５を含めて１本１本の柱状結晶７に分離されていることが望ましい。柱状結晶７は蒸着により形成されるので、全ての柱状結晶７を完璧に分離することは困難であるが、凡そ分離されるように形成すれば、良好な放射線像変換パネル１０が得られる。
（放射線像変換パネルの製造方法）

放射線像変換パネル１０の製造方法について説明する。前述した放射線像変換パネル１０は例えば次のようにして製造することができる。ここで、図５は放射線像変換パネル１０の製造に用いる製造装置５０の要部を示す斜視図である。製造装置５０は基板載置用の円板５１と、蒸着容器５２とを有している。円板５１と、蒸着容器５２とは図示しない真空装置に納められている。

円板５１は、基板１を乗せる載置部５０ａを中央に有し、その周囲に複数の孔部５０ｂが軽量化のために形成されている。蒸着容器５２は、円環状の収納部５２ａを有し、収納部５２ａの中にシンチレータ等の蒸着源が納められている。収納部５２ａは、円板５１側の平面５２ｂは閉鎖されているが、その一部に孔部５２ｃが形成されている。孔部５２ｃは、シャッタ（図示せず）により開閉するようになっている。

そして、円板５１と、蒸着容器５２とは図示しない回転駆動装置からの駆動力を受けてそれぞれの回転軸を軸ＸＸに一致させるようにして回転する。また、蒸着容器５２を加熱して収納部５２ａに納められた蒸着源を蒸発させるとともに、シャッタを開放して、蒸発させた蒸着源を基板１上に積層させることによって結晶成長を行い、放射線変換層２を形成する。

その際、双方の単位時間あたりの回転数に差を持たせて円板５１の回転速度よりも蒸着容器５２の回転速度を遅くする。

製造装置５０において、円板５１の単位時間あたりの回転数（すなわち、基板１の単位時間あたりの回転数）と、蒸着容器５２の単位時間あたりの回転数（すなわち、孔部５２ｃの単位時間あたりの回転数）との差を回転数差としたときに、その回転数差をある値（詳しくは後述するが、臨界回転数差ともいう）よりも小さくすると、放射線変換層２の柱状結晶７に前述した螺旋構造部５が現われる。そのため、製造開始からある程度の時間の間は回転数差をある値よりも小さくした状態で結晶成長を行い、それによって前述した螺旋構造部５を形成する。その後、回転数差を高くして柱状部６を形成することによって放射線像変換パネル１０を製造することができる。

円板５１と、蒸着容器５２とを以上のようにして回転させながら結晶成長を行う場合、蒸着源は、基板１上のすでに蒸着源が蒸着している部分に重なるか、またはそこからずれた位置に重なって蒸着していく。ところが、回転数差を臨界回転数差よりも小さくした場合、蒸着源は、すでに蒸着源が蒸着している部分から円を描くように少しずつ位置をずらしながら積層される傾向が顕著になると考えられ、そのため、蒸着源が螺旋状に積み重なりながら結晶が成長して螺旋構造部５が形成されるものと考えられる。

ここで、図６は、複数種類の基板について、上述の製造装置５０を用いて数通りの回転数差で結晶成長を行い製造した放射線像変換パネル１０について、製造時に適用した回転数差と反射率との関係を示した図である。本実施の形態では、ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板、ガラス基板、基板Ａ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板）、基板Ｂ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板であって基板Ａよりも反射率の高い基板）という４種類の基板を用意し、そのそれぞれについて、同じ蒸着源を用いて回転数差を変えながら結晶成長を行った。回転数差は、“０．４”，“０．５”、“１”、“３”、“１２”、“２５”の６種類で行った。回転数差が“１”の場合とは、例えば円板５１をＹ[ｒｐｍ]の回転速度で回転させ、かつ蒸着容器５２をＹ−１[ｒｐｍ]の回転速度で回転させた場合に相当する（この場合、Ｙは１よりも大きい正の値である。なお、回転数差は正の値である。）。

図６には、それぞれの放射線像変換パネル１０における螺旋ピッチも記載されている。図６から明らかなとおり、４種類いずれの基板についても、回転数差を“２５”にした場合よりも“１”まで小さくした場合のほうが製造された放射線像変換パネル１０の反射率が高くなっている。また、回転数差が“２５”の場合、螺旋ピッチは０．０４μｍであるが、回転数差を“３”にすると螺旋ピッチは０．６７μｍになり、回転数差を“１”にすると螺旋ピッチは２μｍになるように、回転数差を小さくするにしたがい螺旋ピッチは大きくなっていく。これらのうち、回転数差を“１”まで小さくした場合、放射線変換層２の断面に前述した屈曲構造が明確に現われるため、反射層３が螺旋構造部５によって構成されていると考えられる。

また、図７は、４種類の基板についての螺旋ピッチと反射率との関係をグラフで示したものである。図７から明らかなとおり、どの基板についても、螺旋ピッチが２μｍ程度になれば、すなわち、回転数差が“１”まで小さくなれば反射率向上の効果が明確に現われる。しかしながら、回転数差を“１”よりも小さく“０．４”にすると、螺旋ピッチは５μｍになるが、この場合の反射率は回転数差を“０．５”にした場合とほぼ同等であるから、螺旋ピッチは大きくても５μｍ程度でよいものと考えられる。

特に、ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板は、螺旋ピッチが１μｍより小さい０．６７でも、すなわち、回転数差が“３”でも、反射率向上の効果が明確に現われる。これらのことから、本実施の形態において臨界回転数差は“３”とすることができる。

ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板は、放射線変換層２を形成する前の状態において、基板の色が濃い黒色を示しているところ、前述のように螺旋ピッチを変えながら（回転数差を変えながら）放射線変換層２を形成すると、螺旋ピッチが長くなる（回転数差が小さくなる）にしたがい、基板の色が黒から濃い灰色、灰色、薄い灰色といったように順次薄くなっていく。このことは、螺旋ピッチが長くなるにしたがい、放射線変換層２の反射率が高くなっていくことを示している。

そして、図８（ａ）は、基板Ｃ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板）、及びａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板の２種類の基板について、螺旋構造部５の膜厚と光出力との関係を示したグラフである。図８（ｂ）は、基板Ｃ及びａ−ｃ基板の２種類の基板について、螺旋構造部５の膜厚とＣＴＦ（Contrast Transfer Function：画像分解能）との関係を示したグラフである。図８から、螺旋構造部５の膜厚が５０μｍ程度であれば高いＣＴＦが示されるものの、螺旋構造部５の膜厚が５０μｍ程度よりも大きくなると、ＣＴＦが徐々に低下していくことが理解される。したがって、螺旋構造部５の膜厚は１０μｍ〜５０μｍ程度とすることが好ましい。
（別の放射線像変換パネルの構成）

一方、回転数差が“３”になった場合、基板１上には放射線変換層２と異なる放射線変換層１２が形成される。ここで、図９は放射線変換層１２が形成されている放射線像変換パネル２０の基板に直交する方向の断面図、図１０は放射線変換層１２の反射層１３を構成する２つの螺旋構造部１５を示す図９と同様の断面図、図１１は螺旋構造部１５を示す図９と同様の断面図である。

放射線変換層１２は、放射線変換層２と比較して反射層１３を有する点で相違している。反射層１３は、反射層３と比較して柱状結晶７の基板１側根本部分が螺旋構造部１５になっている点で相違している。螺旋構造部１５は、複数の扁平球状部１５ａを有し、各扁平球状部１５ａが中心軸Ｘに対して斜めになった状態（後述する扁平面Ｎが中心軸Ｘに対して傾斜している）で積み重なった構造を有している。各扁平球状部１５ａは、球状体を特定の方向（例えば上下方向）に縮めて側面部分を張り出させたような構造を有していて、最も張り出した部分を通る面が扁平面Ｎとなっている。なお、扁平球状部１５ａは、球状体を特定の方向に縮めたものに限定されず、上述した螺旋ループが互いに接触した場合（上下方向で接触した場合）において各螺旋ループに相当する部分であってもよい。また、柱状部６と接続する扁平球状部１５ａ（すなわち、扁平球状部１５ａの最上部）は、柱状部６の柱径より大きくならない。このことにより、柱径部６の扁平球状部１５ａ付近で発生したシンチレーション光を減衰させずに効率良く先端方向に反射させることができる。

また、放射線変換層１２は、図１１に詳しく示すように、基板１ａに直交する方向の断面において、シンチレータ等の結晶によって構成される楕円が中心軸Ｘに対して傾斜した状態で重なって得られる連続楕円構造を有している。各柱状結晶７において、螺旋構造部１５と柱状部６とは、シンチレータ等の結晶が連続して積層することにより一体的に形成されている。

柱状結晶７は、図１０に示したように、隣接する柱状結晶８との関係をおいて、一方における扁平球状部１５ａ同士の間に、もう一方の扁平球状部１５ａの一部分が入り込んだ入込構造を有している。この入込構造により、柱状結晶７の螺旋構造部１５における柱状結晶８側の部分と、柱状結晶８の螺旋構造部１５における柱状結晶７側の部分とが、基板１の表面１ａと垂直な方向から見て重なり合っている。そして、柱状結晶７の螺旋構造部１５と柱状結晶８の螺旋構造部１５との間隙は、基板１の表面１ａと平行な方向（基板１の側面側）から見て波線状となっている。

このような放射線像変換パネル２０も、反射層３が螺旋構造部１５によって構成されているが、螺旋構造部１５が入込構造を有しているから、螺旋構造部１５では、シンチレータ等の結晶の存在しない空間を小さくすることができる。そのため、反射層１３におけるシンチレータ等の結晶の密度が高くなっているため、高い反射率を発揮するようになっている。

放射線像変換パネル２０は、前述した製造装置５０において、回転数差を“３”程度にした場合に得られる。回転数差を“３”程度にしても、蒸着源は、すでに蒸着源が蒸着している部分から少しずつ位置をずらしながら積層されるが、この場合、回転数差を“１”程度にした場合よりも同じ部分に重なって蒸着される傾向が顕著になり、したがって、螺旋ループの上下方向間隔が狭まりつぶれた状態で結晶が成長する。そのため、螺旋構造部１５が形成されるものと考えられる。

そして、放射線像変換パネル１０，２０のいずれも、製造装置５０の代わりに図１２に示した製造装置５４を用いて製造することができる。製造装置５４は、製造装置５０と比較して蒸着容器５２の代わりに複数の蒸着容器５３を有する点で相違している。蒸着容器５３は円筒状の容器であって、中に蒸着源が納められており、その一部に孔部５３ｃが形成され、図示しないシャッタ（図示せず）で開閉自在となっている。

製造装置５０の場合は円板５１と、蒸着容器５２とはそれぞれの回転軸を軸ＸＸに一致させるようにして回転するようになっている。製造装置５４では、複数の蒸着容器５３が軸ＸＸに交差するひとつの平面上に配置されていて、その平面上を軸ＸＸの周りに周回するようになっている。この製造装置５４では、各蒸着容器５３を加熱して納められている蒸着源を蒸発させるとともに、シャッタを開放して、蒸発させた蒸着源を基板１上に積層させることによって結晶成長を行い、放射線変換層２，１２を形成する。

この製造装置５０においても、円板５１の単位時間あたりの回転数（すなわち、基板１の単位時間あたりの回転数）と、蒸着容器５３の単位時間あたりの回転数（すなわち、孔部５３ｃの単位時間あたりの回転数）との差を回転数差としたときに、その回転数差を臨界回転数差よりも小さくすることで、放射線変換層２の柱状結晶７に螺旋構造部５を形成する。その後、回転数差を高くして柱状部６を形成する。

また、蒸着容器５２，５３の孔部５２ｃ，５３ｃのみを回転させ、その回転数を反射層３（螺旋構造部５）の形成時に遅くし、柱状層４（柱状部６）の形成時に早くすることでも、放射線変換層２，１２を形成することが可能である。或いは、基板１のみを回転させ、その回転数を反射層３（螺旋構造部５）の形成時に遅くし、柱状層４（柱状部６）の形成時に早くすることでも、放射線変換層２，１２を形成することが可能である。これらの場合、図６に記載した回転数差が、そのまま基板１或いは蒸着容器５２，５３の孔部５２ｃ，５３ｃの回転数となり、それぞれにおいて、図６に記載したピッチの反射層３（螺旋構造部５）を形成することが可能である。

以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

本発明によれば、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高められ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮し、輝度の高い放射線像変換パネルおよびその製造方法が得られる。また、一般的に反射効果により輝度を上げるとコントラスト（解像度）が低下するが、金属薄膜等の反射層を形成する場合に比べてコントラストを高くすることができる。

１…基板、２、１２…放射線変換層、３、１３…反射層、４…柱状層、５…螺旋構造部、６…柱状部、７，８，９…柱状結晶、１０、２０…放射線像変換パネル、５０、５４…製造装置、５１…円板、５２、５３…蒸着容器。

Claims (15)

1. 入射した放射線を光に変換する放射線変換層を基板上に形成した放射線像変換パネルであって、
   前記放射線変換層は、前記光を出射する光出射面の反対側に前記光を前記光出射面側に反射させる反射層を有し、
   前記反射層は、蛍光体の結晶が前記基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を有し、
   前記放射線変換層は、前記蛍光体の複数の柱状結晶によって構成され、
   前記柱状結晶のそれぞれは、前記基板に固定される根本側に形成された前記螺旋構造、及び、前記基板と交差する方向に沿って先端側に延在する柱状構造を有する、
   ことを特徴とする放射線像変換パネル。
2. 前記螺旋構造と前記柱状構造とが連続して形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線像変換パネル。
3. 前記放射線変換層は、前記蛍光体の複数の柱状結晶によって構成され、該複数の柱状結晶の前記基板に固定される根本側に前記螺旋構造が形成され、前記複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の前記螺旋構造を形成する螺旋構造部において、前記第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に前記第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することを特徴とする請求項１または２記載の放射線像変換パネル。
4. 前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第２の柱状結晶側の部分と、前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第１の柱状結晶側の部分とは、前記基板と交差する方向から見て重なり合っており、
   前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部と前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部との間隙は、前記基板と交差する方向と直交する方向から見て波線状となっていることを特徴とする請求項３記載の放射線像変換パネル。
5. 前記放射線変換層においては、前記螺旋構造を形成する螺旋ループが前記基板と交差する方向に連続して複数形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
6. 前記反射層は、前記基板の表面と交差する方向の断面において、前記蛍光体の結晶が左右に屈曲していることを特徴とする請求項５記載の放射線像変換パネル。
7. 前記基板と交差する方向における前記螺旋ループの寸法である螺旋ピッチが約０．６７μｍ〜５μｍ程度であることを特徴とする請求項５または６記載の放射線像変換パネル。
8. 前記放射線変換層においては、前記螺旋構造を形成する扁平球状部が斜めに配置され、斜めに配置された前記扁平球状部が前記基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
9. 前記扁平球状部のうち前記柱状構造と接続する前記扁平球状部は、前記柱状構造の柱径より大きくならないことを特徴とする請求項８記載の放射線像変換パネル。
10. 前記放射線変換層は、ＣｓＩを含むシンチレータによって構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
11. 前記放射線変換層は、ＣｓＢｒを含む輝尽性蛍光体によって構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
12. 前記基板は、炭素繊維を含む材料からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
13. 入射した放射線を光に変換する放射線変換層を基板上に形成した放射線像変換パネルを製造する放射線像変換パネルの製造方法であって、
    前記基板が載置された載置台と、前記放射線変換層となる蒸着源が納められた蒸着容器から前記蒸着源を外部に蒸発させるための孔部とを、前記基板と交差する方向に沿った回転軸回りに、前記基板よりも前記孔部が相対的に遅くなるように回転数差を設けて回転させて、前記蒸着源を前記基板上に蒸着させることにより、前記放射線変換層において、前記光を出射する光出射面の反対側に、前記光を前記光出射面側に反射させる反射層を形成することを特徴とする放射線像変換パネルの製造方法。
14. 蛍光体の複数の柱状結晶によって前記放射線変換層を構成する場合には、
    前記孔部を第１の回転数で回転させて、前記蒸着源を前記基板上に蒸着させることにより、前記蛍光体の結晶が前記基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を前記反射層として形成する工程と、
    前記孔部を前記第１の回転数より遅い第２の回転数で回転させて、前記蒸着源を前記基板上に蒸着させることにより、前記基板と交差する方向に沿って前記螺旋構造から前記光出射面側に延在する柱状構造を前記螺旋構造と一体的に形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１３記載の放射線像変換パネルの製造方法。
15. 蛍光体の複数の柱状結晶によって前記放射線変換層を構成する場合には、
    前記基板を第１の回転数で回転させて、前記蒸着源を前記基板上に蒸着させることにより、前記蛍光体の結晶が前記基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を前記反射層として形成する工程と、
    前記基板を前記第１の回転数より早い第２の回転数で回転させて、前記蒸着源を前記基板上に蒸着させることにより、前記基板と交差する方向に沿って前記螺旋構造から前記光出射面側に延在する柱状構造を前記螺旋構造と一体的に形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１３記載の放射線像変換パネルの製造方法。

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