JP5665494B2 - 放射線検出装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Description
本発明は放射線検出装置及び放射線撮像システムに関する。本明細書において放射線はＸ線、γ線などの電磁波も含む。
近年、放射線検出装置の半導体基板の大面積化が進んでいる。１枚の半導体基板の面積を大きくすると１枚当たりの歩留まりが低くなり、また１枚当たりの不具合による損失額も大きくなる。そこで、複数の半導体基板をアレイ状に配置することによって、半導体基板の大面積化を実現している。複数の半導体基板をアレイ状に配置する場合には、これらの半導体基板の高さが均一であることが望ましい。特許文献１では、シート状の多孔質ダンパー材を介して半導体基板の裏側の面と基台とを接着することによって、半導体基板の表側の面の高さを調整する。
複数の半導体基板をアレイ状に配置する場合には、半導体基板の表側の面の高さが均一であるだけでなく、半導体基板の間隔も適正である必要がある。特許文献１に記載された技術では、半導体基板の表面に直交する方向にダンパー材が縮むことで半導体基板の面の高さの均一化が実現されるものの、それと同時に半導体基板に平行な方向にダンパー材が伸びることで、半導体基板の間隔が広くなってしまう。そこで、本発明は複数の半導体基板が配置される放射線検出装置において、半導体基板の間隔のズレを抑制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、本発明の一つの側面に係る放射線検出装置は、光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、を備え、前記部材の単体での測定における立方体の被検査物は、前記第１面に直交する方向に所定の力で圧縮した場合の前記第１面に平行な方向への伸び量が、前記第１面に平行な方向に前記所定の力で圧縮した場合の前記第１面に直交する方向への伸び量よりも小さいことを特徴とする。
本発明の別の側面に係る放射線検出装置は、光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、を備え、前記部材は、前記第１面に直交する方向に所定の力で圧縮した場合の前記第１面に平行な方向への単位長さ当たりの伸び量が、前記第１面に平行な方向に前記所定の力で圧縮した場合の前記第１面に直交する方向への前記単位長さ当たりの伸び量よりも小さいことを特徴とする。
本発明の更に別の側面に係る放射線検出装置は、光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、を備え、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板を前記部材に取り付けた後の前記部材の長さを、前記複数の半導体基板を前記部材に取り付ける前の前記部材の長さで割った値を伸縮率とした場合に、前記第１面に平行な方向における前記伸縮率は、前記第１面に直交する方向における前記伸縮率よりも低いことを特徴とする。
本発明の別の側面に係る放射線検出装置は、光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、を備え、前記部材は、前記第１面に直交する方向に所定の力で圧縮した場合の前記第１面に平行な方向への単位長さ当たりの伸び量が、前記第１面に平行な方向に前記所定の力で圧縮した場合の前記第１面に直交する方向への前記単位長さ当たりの伸び量よりも小さいことを特徴とする。
本発明の更に別の側面に係る放射線検出装置は、光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、を備え、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板を前記部材に取り付けた後の前記部材の長さを、前記複数の半導体基板を前記部材に取り付ける前の前記部材の長さで割った値を伸縮率とした場合に、前記第１面に平行な方向における前記伸縮率は、前記第１面に直交する方向における前記伸縮率よりも低いことを特徴とする。
上記手段により、複数の半導体基板が配置される放射線検出装置において、半導体基板の間隔のズレを抑制する技術が提供される。
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。
＜第１実施形態＞
図１を用いて本実施形態に係る放射線検出装置１００の一例について説明する。図１は放射線検出装置１００の断面模式図である。放射線検出装置１００は基台１１０、伸縮性部材１２０、複数の半導体基板１３０及びシンチレータ板１４０を備えうる。シンチレータ板１４０はシンチレータ層１４１と支持基板１４２とを有しうる。シンチレータ層１４１は放射線検出装置１００に向けて入射された放射線を光に変換する。シンチレータ層１４１は例えば支持基板１４２にＣｓＩを蒸着することによって形成されうる。
＜第１実施形態＞
図１を用いて本実施形態に係る放射線検出装置１００の一例について説明する。図１は放射線検出装置１００の断面模式図である。放射線検出装置１００は基台１１０、伸縮性部材１２０、複数の半導体基板１３０及びシンチレータ板１４０を備えうる。シンチレータ板１４０はシンチレータ層１４１と支持基板１４２とを有しうる。シンチレータ層１４１は放射線検出装置１００に向けて入射された放射線を光に変換する。シンチレータ層１４１は例えば支持基板１４２にＣｓＩを蒸着することによって形成されうる。
半導体基板１３０は光電変換部が形成された面（第１面）を有し、シンチレータ層１４１によって変換された光を検出する。この光電変換部が形成された面の上（第１面の上）にシンチレータ板１４０が配置される。放射線検出装置１００は複数の半導体基板１３０を含みうる。図１には例として２枚の半導体基板１３０が示されているが、この枚数に限定されない。複数の半導体基板１３０のそれぞれのシンチレータ板１４０側の面は同一平面内に位置するように固定されている。簡単のために図１には２枚の半導体基板１３０が示されているが、これに限定されない。半導体基板１３０のシンチレータ板１４０側の面とは反対側の面（第２面）は基台１１０に固定された伸縮性部材１２０により支持されている。
伸縮性部材１２０は基材１２１と、基材１２１を挟む接着層１２２、１２３とを有しうる。半導体基板１３０と基材１２１とは接着層１２３により接着され、基台１１０と基材１２１とは接着層１２２により接着される。すなわち、伸縮性部材１２０は接着部材としても機能する。基材１２１は接着層１２２、１２３で挟まれるかわりに粘着材で包まれてもよい。
以下、説明のために半導体基板１３０のシンチレータ板１４０側の面に平行な方向を単に平行方向１５１といい、この面に直交する方向を単に直交方向１５２という。基材１２１は伸び量に関して異方性を有する。基材１２１から立方体の被検査物を切り出して、単体で測定するとする。この被検査物を直交方向１５２に圧縮した場合の平行方向１５１への伸び量は、平行方向１５１に圧縮した場合の直交方向１５２への伸び量よりも小さい。これについて、図２を用いてより詳細に説明する。図２の上側の図は伸縮性部材１２０の上に半導体基板１３０ａと半導体基板１３０ｂとをアライメントした状態を表す。この例では、半導体基板１３０ａの厚さ（直交方向１５２の長さ）は半導体基板１３０ｂの厚さよりも長いとする。また、半導体基板１３０ａと半導体基板１３０ｂとの間隔をａ、伸縮性部材１２０の直交方向１５２の長さをｂとする。この状態から、半導体基板１３０ａと半導体基板１３０ｂとのそれぞれのシンチレータ板１４０側の面が同一平面内に位置するように半導体基板１３０ａを伸縮性部材１２０に押し込む。その結果、図２の下側の図のように、半導体基板１３０ａと半導体基板１３０ｂとの間隔がｃとなり、伸縮性部材１２０のうち半導体基板１３０ａの下に位置する部分の直交方向１５２の長さがｄとなるとする。このとき、基材１２１は伸縮に関して異方性を有しているため、伸縮性部材１２０の平行方向１５１の伸び量（ｃ−ａ）は、等方性を有する伸縮性部材を用いた場合の伸び量よりも小さくなる。伸縮性部材１２０の平行方向１５１の伸び量（ｃ−ａ）は半導体基板１３０の間隔の許容誤差よりも小さいことが望ましい。また、伸縮性部材１２０の直交方向１５２の長さｂは、半導体基板１３０の厚さのばらつきよりも大きいことが望ましい。
基材１２１は例えばポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、不織布、化学繊維、ワイヤを格子状に織ったもの等で形成されうる。ポリオレフィン系樹脂の中では、比較的柔軟性が高いポリスチレン系樹脂が特に好ましい。このワイヤは例えば金属系ワイヤや樹脂系ワイヤでありうる。接着層１２２、１２３は例えばアクリル系、エポキシ系、ゴム系、ポリエステル系、ポリアミド系、ビニルアルキルエーテル系およびシリコーン系粘着剤の少なくとも何れかから選択されうる。更に、接着層１２３は、熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料との組み合わせから選択されうる。それによって、例えば一部の半導体基板１３０を交換するために複数の半導体基板１３０から基材１２１を剥離することが容易になる。
続いて、基材１２１の平行方向１５１の伸び量の測定方法について図３を用いて説明する。直交方向１５２へ圧縮した場合の平行方向１５１への伸び量は、平行方向１５１へ伸張した場合の平行方向１５１への伸び量と相関を有する。そこで、以下では被検査物を伸張した場合の伸び量を測定する。基材１２１の直交方向１５２への伸び量も同様の測定方法で測定できる。まず、平行方向１５１の長さが１２０ｍｍとなり、直交方向１５２の長さが１０ｍｍとなるように基材１２１から被検査物３０１を切り出す。次に、幅２０ｍｍ、長さ１０ｍｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート３０２ａ、３０２ｂを２個用意し、ＰＥＴシート３０２ｂの重量を測定する。被検査物３０１の長さが１０ｍｍである端部のそれぞれから１０ｍｍまでの部分をＰＥＴシート３０２ａ、３０２ｂで挟み込む。この際、被検査物３０１とＰＥＴシート３０２ａ、３０２ｂとの中心線同士が一致するようにする。このようにＰＥＴシート３０２ａ、３０２ｂで被検査物３０１を挟み込むことにより、被検査物３０１の伸張可能な部分の長さ３０３は１００ｍｍとなる。次にＰＥＴシート３０２ａを支持部材３０４から吊るし、この状態で長さ３０３を測定する。吊るした状態の長さ３０３から１００ｍｍを引いた値がＰＥＴシート３０２ｂの重さによる被検査物３０１の伸び量となる。次に、ＰＥＴシート３０２ｂに様々な重さの重り３０５を吊るして被検査物３０１の伸び量を測定する。吊るした重り３０５に対して、長さ３０３から１００ｍｍを引いた値がＰＥＴシート３０２ｂの重さと重り３０５の重さとの合計値に対する被検査物３０１の伸び量となる。図４は、様々な材質の被検査物３０１に対して重さの合計値と伸び量との関係をグラフにしたものである。例えば、伸び量をｄとし、重り３０５の重さをｘとした場合に、ｄ≦０．５６３ｅｘｐ（０．００２５３ｘ）を満たすような基材１２１を選んで放射線検出装置１００に用いてもよい。
本実施形態の変形例を図５を用いて説明する。図５において、図１で示されたものと同様の要素は同一の参照符号を付して説明を省略する。図５に示される半導体検出装置５００はシンチレータ層１４１と半導体基板１３０との間に接着層５１０を有する。接着層５１０によりシンチレータ層１４１と半導体基板１３０とが接着される。
以上のように、本実施形態によれば、複数の半導体基板１３０を支持する伸縮性部材が伸縮について異方性を有するため、各半導体基板間の間隔のズレを抑制することが可能となる。
以下、第１実施形態の各種実施例を説明する。
＜第１実施例＞
本実施例では基材１２１の材料として、前述の材料のうち比較的硬度の高いＰＥＴを用い、その厚さを１０μｍ以上５００μｍ以下とする。さらに、接着層１２３の材料を熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料から選択する。また、接着層１２２の厚さを１０μｍ以上１００μｍ以下とする。本実施例では基材１２１の材料として比較的硬度の高いものを用いているため、接着層１２３を加熱して半導体基板１３０を基材１２１から剥離する際に接着層１２３の平行方向１５１の伸縮が抑制される。そのため、半導体基板１３０同士の衝突が防止される。
＜第１実施例＞
本実施例では基材１２１の材料として、前述の材料のうち比較的硬度の高いＰＥＴを用い、その厚さを１０μｍ以上５００μｍ以下とする。さらに、接着層１２３の材料を熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料から選択する。また、接着層１２２の厚さを１０μｍ以上１００μｍ以下とする。本実施例では基材１２１の材料として比較的硬度の高いものを用いているため、接着層１２３を加熱して半導体基板１３０を基材１２１から剥離する際に接着層１２３の平行方向１５１の伸縮が抑制される。そのため、半導体基板１３０同士の衝突が防止される。
＜第２実施例＞
図５を用いて説明された変形例についての実施例を説明する。半導体基板１３０はそれぞれ異なる厚さを有しうるため、シンチレータ板１４０と半導体基板１３０とを貼り合わせる際に、接着層５１０と半導体基板１３０との間に気泡が入る可能性がある。また、この気泡を取り除くために真空・加圧脱泡処理を行ったとしても、気泡が残留してしまう場合がある。残留気泡が存在すると、シンチレータ板１４０によって変換されて半導体基板１３０へ向かう光が反射や屈折により変化するため、出力画像の質が低下する。
図５を用いて説明された変形例についての実施例を説明する。半導体基板１３０はそれぞれ異なる厚さを有しうるため、シンチレータ板１４０と半導体基板１３０とを貼り合わせる際に、接着層５１０と半導体基板１３０との間に気泡が入る可能性がある。また、この気泡を取り除くために真空・加圧脱泡処理を行ったとしても、気泡が残留してしまう場合がある。残留気泡が存在すると、シンチレータ板１４０によって変換されて半導体基板１３０へ向かう光が反射や屈折により変化するため、出力画像の質が低下する。
そこで、本実施例では、基材１２１の材料として、前述の材料のうち比較的硬度の高いＰＥＴを用い、その厚さを１０μｍ以上５０μｍ以下とする。また、接着層１２３の材料としては、前述の材料を用いることができるが、半導体基板１３０の交換を容易にするために、熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料から選択することが特に望ましい 。それにより、半導体基板１３０の直交方向１５２へのズレを接着層１２２、１２３が効率よく吸収することができる。その結果、半導体基板１３０の平行方向１５１へのズレが防止されるとともに、真空・加圧脱泡処理後における半導体基板１３０と接着層５１０との間の残留気泡が防止される。
＜第３実施例＞
本実施例も、図５を用いて説明された変形例についての実施例を説明する。本実施例では、接着層１２２として、伸縮性を有する粘着材で形成された伸縮性粘着層を用いる。この場合、伸縮性粘着層は、基材１２１と同様に伸縮に関して異方性を有することが好ましい。材料としては、例えば、伸縮性粘着層の基材にシート状のポリスチレンを用い、その両面に粘着層としてアクリル系粘着材を用いたダンパーシートなどが特に有用である。伸縮性粘着層の基材としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステルなども用いることができる。また、これに代えて、接着層１２２として非伸縮性の材料を用い、接着層１２２と基台１１０との間に伸縮性粘着層（不図示）を別に配置してもよい。これにより、基材１２１の材料としてＰＥＴを用い、その厚さが５０μｍ以上５００μｍ以下の場合にも、半導体基板１３０の平行方向１５１へのズレが防止され、かつ真空・加圧脱泡処理後における半導体基板１３０と接着層５１０との間の残留気泡が防止される。また、本実施例の場合も接着層１２３の材料としては、前述の実施例と同様であり、熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料から選択することが特に望ましい。
本実施例も、図５を用いて説明された変形例についての実施例を説明する。本実施例では、接着層１２２として、伸縮性を有する粘着材で形成された伸縮性粘着層を用いる。この場合、伸縮性粘着層は、基材１２１と同様に伸縮に関して異方性を有することが好ましい。材料としては、例えば、伸縮性粘着層の基材にシート状のポリスチレンを用い、その両面に粘着層としてアクリル系粘着材を用いたダンパーシートなどが特に有用である。伸縮性粘着層の基材としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステルなども用いることができる。また、これに代えて、接着層１２２として非伸縮性の材料を用い、接着層１２２と基台１１０との間に伸縮性粘着層（不図示）を別に配置してもよい。これにより、基材１２１の材料としてＰＥＴを用い、その厚さが５０μｍ以上５００μｍ以下の場合にも、半導体基板１３０の平行方向１５１へのズレが防止され、かつ真空・加圧脱泡処理後における半導体基板１３０と接着層５１０との間の残留気泡が防止される。また、本実施例の場合も接着層１２３の材料としては、前述の実施例と同様であり、熱膨張性微小球を含む加熱剥離型粘着層を有する材料から選択することが特に望ましい。
＜その他の実施形態＞
図６は本発明に係るＸ線撮像装置のＸ線診断システム（放射線撮像システム）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Ｘ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータを上部に実装した光電変換装置６０４０（シンチレータを上部に実装した光電変換装置は放射線検出装置を構成する）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手段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手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。なお、放射線撮像システムは、撮像装置と、撮像装置からの信号を処理する信号処理手段とを少なくとも有する。
図６は本発明に係るＸ線撮像装置のＸ線診断システム（放射線撮像システム）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Ｘ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータを上部に実装した光電変換装置６０４０（シンチレータを上部に実装した光電変換装置は放射線検出装置を構成する）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手段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手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。なお、放射線撮像システムは、撮像装置と、撮像装置からの信号を処理する信号処理手段とを少なくとも有する。
また、この情報は電話回線やインターネット等のネットワーク６０９０の伝送処理手段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手段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手段に保存することができる。その結果、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段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。
Claims (7)
- 光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、
前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、
基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、
を備え、
前記部材の単体での測定における立方体の被検査物は、前記第１面に直交する方向に所定の力で圧縮した場合の前記第１面に平行な方向への伸び量が、前記第１面に平行な方向に前記所定の力で圧縮した場合の前記第１面に直交する方向への伸び量よりも小さいことを特徴とする放射線検出装置。 - 光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、
前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、
基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、
を備え、
前記部材は、前記第１面に直交する方向に所定の力で圧縮した場合の前記第１面に平行な方向への単位長さ当たりの伸び量が、前記第１面に平行な方向に前記所定の力で圧縮した場合の前記第１面に直交する方向への前記単位長さ当たりの伸び量よりも小さいことを特徴とする放射線検出装置。 - 光を検出する光電変換部が形成された第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する複数の半導体基板と、
前記複数の半導体基板の前記第１面の上に配置され、放射線を光に変換するシンチレータ層と、
基台の上に配置され、前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板の前記第２面を支持する部材と、
を備え、
前記複数の半導体基板の前記第１面が同一平面内に位置するように前記複数の半導体基板を前記部材に取り付けた後の前記部材の長さを、前記複数の半導体基板を前記部材に取り付ける前の前記部材の長さで割った値を伸縮率とした場合に、前記第１面に平行な方向における前記伸縮率は、前記第１面に直交する方向における前記伸縮率よりも低いことを特徴とする放射線検出装置。 - 前記部材は、不織布、化学繊維、及び格子状のワイヤの少なくともいずれかで形成された基材を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線検出装置。
- 前記部材は、前記複数の半導体基板を前記基材に接着する加熱剥離型粘着層をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置。
- 前記部材は、前記基材を前記基台に接着する粘着層をさらに有することを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線検出装置。
- 請求項１乃至６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からの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撮像システム。
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