JP5703044B2 - 放射線画像検出装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、CsBr:Euの堆積方向において発光強度の低い層と発光強度の高い層とが交互に積層された輝尽性蛍光体を有する放射線画像変換パネルが記載されている。
また、特許文献1には、シンチレータとセンサ基板との製作、組み立てに関する構成に応じて、柱状結晶の基端側における付活剤濃度、又は柱状結晶の先端側における付活剤濃度を高くすることが記載されているが、結晶成長の初期の部分である柱状結晶の基端側の付活剤濃度が高いと、結晶性の悪化によってMTFが低下してしまう。また、柱状結晶の先端側の付活剤濃度が高いと、結晶性の乱れから強度が低下し、貼り合わせ時や、シンチレータパネルが荷重を受けた際に結晶先端部が損傷しやすい。更に、付活剤濃度が高い基端側又は先端側において保護膜の破れや基板からの剥離が生じた際に、シンチレータが吸湿して性能が劣化しやすい。
なお、既に述べた構成と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
図1は、間接変換方式のX線画像検出装置1の概略構成を模式的に示す側断面図である。X線画像検出装置1は、X線の照射によって発光するシンチレータ200を含むシンチレータパネル10と、シンチレータ200から発光した光を電気信号として検出する光検出器40とを備えている。
図2は、光検出器40の構成を模式的に示す側断面図である。図3は、センサ基板400の構成を模式的に示す平面図である。光検出器40は、半導体層が形成された平面視矩形状のセンサ基板400を有する。センサ基板400は、ガラス等の絶縁性基板401と、a−Siフォトダイオード等の光電変換素子41と、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等のスイッチング素子42とを含んで構成されている。
平坦化層を形成する樹脂としては、ポリイミドやパリレン等を使用することができ、製膜性が良好なポリイミドが好ましい。
接着層を形成する接着剤としてはシンチレータ200から発生するシンチレーション光に対して光学的に透明なものが好ましく、例えば、熱可塑性樹脂、UV硬化接着剤、加熱硬化型接着剤、室温硬化型接着剤、両面接着シート、などが挙げられるが、画像の鮮鋭度を低下させないという観点からは、光検出器40の画素サイズに対して十分に薄い接着層を形成しうるという点で、低粘度エポキシ樹脂製の接着剤を用いることが好ましい。
また、樹脂層の厚みは、感度、画質の観点からは50μm以下であることが好ましく、5μm〜30μmの範囲であることがより好ましい。
〔3−1.全体構成〕
シンチレータパネル10は、図1に示すように、支持体(基板)101と、支持体101上に気相堆積法によって形成されたシンチレータ200と、シンチレータ200を被覆して支持体101上に封止するパリレン等の保護膜(防湿膜)30とを有する。気相堆積法によって形成されたパリレンの保護膜は、シンチレータ200との密着性が良く、その上柔軟性を有するので、支持体101のソリ等への追従性が良い。
本例のシンチレータ200は、CsI:Tl(タリウム付活ヨウ化セシウム)を材料に用いて形成されているが、その他の材料、例えば、NaI:Tl(タリウム付活ヨウ化ナトリウム)、CsI:Na(ナトリウム付活ヨウ化セシウム)等を用いて形成されてもよい。なお、発光スペクトルがa−Siフォトダイオードの分光感度の極大値(550nm付近)と適合する点で、CsI:Tlを材料に用いてシンチレータ200を形成することが好ましい。
柱状部20は、多数の柱状結晶20Aの集合体であり、図4に示した例では、各柱状結晶20Aは支持体101に対してほぼ垂直に起立する。本例の柱状結晶20Aは、先端側がすぼまった形状とされている。柱状結晶20Aの先端部は研磨されていてもよい。光検出器40の1つの画素(光電変換素子41)に対して、複数の柱状結晶20Aの先端部が対向する。
図6に示すように、シンチレータ200に添加されるTlドープ濃度(付活剤濃度)は、シンチレータ200のX線入射側の部分を含む領域で、X線進行方向において高濃度DHと低濃度DLとにパルス状に繰り返し変化している。ここで、ドープ濃度が繰り返し変化するとは、少なくとも、高低高あるいは低高低のように1回以上繰り返してドープ濃度が変化することを意味する。なお、パルスの繰り返し数は特に限定されない。
以上説明したX線画像検出装置1によれば、次のような作用及び効果が得られる。
シンチレータ200においてパルス状にドープすることにより、高濃度DHの部分では、ドープ濃度が高いことによる発光量増大の効果を十分に発揮するとともに、低濃度DLの部分では、結晶性の乱れを防止して光の吸収及び拡散等を抑え、MTFの低下を抑制することができる。すなわち、パルス状のドープにより、ドープ量に見合う発光量増大と、MTF増大とを両立することができる。
なお、柱状結晶の基端部202についても、落下衝撃時などにおける損傷を回避しうる強度を確保し、衝撃で基板剥離が生じた際の耐吸湿性の確保する上で、ドープ濃度が低いことが有利である。
このようなX線画像検出装置1によれば、X線画像を高感度、高精細に検出できるとともに、信頼性をも向上させることができる。
また、X線画像検出装置1は、医療用のX線撮影装置のほか、例えば、工業用のX線撮影装置として非破壊検査に用いたり、或いは、電磁波以外の粒子線(α線、β線、γ線)の検出装置として用いたりすることができ、その応用範囲は広い。
図7は、図6を参照して説明したシンチレータのドープ濃度の他の例を示す。図7のように、X線入射側に位置する柱状結晶の先端部201のドープ濃度は、高濃度DHと低濃度DLとの間の濃度であってもよい。また、X線入射側とは反対側に位置する柱状結晶の基端部202のドープ濃度も、高濃度DHと低濃度DLとの間の濃度であってもよい。すなわち、基端部202及び先端部201のドープ濃度が高濃度DHよりも低いことにより、前述した効果と同様の効果が得られる。
また、図1の構成では、X線の入射側とは反対側の部分は、柱状結晶の基端部202(結晶成長初期の部分)であるため、この部分のドープ濃度を低くすることにより、結晶成長後半の結晶性の乱れをより確実に防止できる。すなわち、発光への寄与度がより小さい部分(X線入射側の先端部201から遠い部分)でのドープ濃度を減らすことにより、適量のドープ濃度で十分に発光量増大及びMTF低下抑制の効果を得ることができる。すなわち、
図11は、図10の構成において、X線入射側とは反対側の部分のドープ濃度をパルス状に減少させた例を示す。パルスの高濃度の部分の濃度は、X線入射側の位置からX線進行方向において次第に減少している。
以上述べた図6〜図12のドープ濃度分布は、図1のX線画像検出装置1に限らず、後述する図15〜図17のX線画像検出装置のいずれにも適用できる。
次に、上述したX線画像検出装置1の製造方法について説明する。
上述のシンチレータ200は、支持体101表面に気相堆積法により形成されることが好ましい。ここでは、CsI:Tlを用いた態様を例に挙げて説明する。
気相堆積法の概要としては、真空度0.01〜10Paの環境下、母体であるCsIと付活剤であるTlとをそれぞれ抵抗加熱式のるつぼに通電するなどの手段で加熱して気化させ、支持体101の温度を室温(20℃)〜300℃としてCsI:Tlを支持体上に堆積させる。
図14は、上述のシンチレータ200とは異なる構成のシンチレータ220を示す。シンチレータ220は、柱状結晶20Aの先端に設けられた非柱状結晶25Aを含んで形成されている。
また、非柱状部25の厚みは、柱状部20の先端部を確実に被覆可能な最小の厚みで足りる。すなわち、非柱状部25の厚みが小さいほど、高価な蛍光材料の使用量を節約でき、コストダウンできる。
この非柱状部25の厚みは薄いため、柱状結晶20Aで発光した光の非柱状部25における吸収及び散乱等は無視しうる。
すなわち、非柱状部25は、光の吸収及び散乱等を防止する意味で薄い方が好ましく、薄くても柱状部20の先端部を覆ってシンチレータ220が平坦化されるように、その空隙率が小さい方が好ましい。また、柱状結晶20A間への保護膜30の材料流入を防止する意味でも、非柱状部25の空隙率が小さい方が好ましい。
前述の保護膜30は、平坦化された非柱状部25の表面を被覆する。この保護膜30を介してシンチレータ220はセンサ基板400に密着する。上述したように非柱状部25の空隙率が小さいことでシンチレータ220が十分に平坦化されるので、密着性が十分なものとなる。
シンチレータ220の強度向上により、センサ基板400とシンチレータパネルとの貼り合わせ時の負荷に対するシンチレータ220の強度がより確実に確保される。シンチレータ220の強度確保により、シンチレータパネルをセンサ基板に強く押し当ててもシンチレータ220が損傷することなく、シンチレータ220とセンサ基板400とを保護膜30を介して均一に密着させることが可能となる。シンチレータ220とセンサ基板400との密着性にムラがあると検出画像にムラが表れ易いが、そのようなことがなく、検出画像の画質を均一化できる。
また、シンチレータ220とセンサ基板400との密着性向上により、落下衝撃時などにシンチレータ220に加わった外力がセンサ基板400によって緩衝されるので、この点でも耐衝撃性を向上させることができる。
以上に加えて、センサ基板400との密着性確保により、シンチレータ220とセンサ基板400とが熱膨張量の違いによって剥離することを防止できる。
図15に示したX線画像検出装置2は、図1のX線画像検出装置1とは異なり支持体101を備えていない。X線画像検出装置2のシンチレータ240は、センサ基板400に蒸着されている。この図15の構成においても、上述した図6〜図12のドープ濃度分布を適用できる。また、X線吸収の多いシンチレータ部分で結晶性の乱れを抑制する観点で図6〜図12を組み合わせても良い。図15の構成では、図1の構成とは異なり、柱状結晶20Aの先端部201は、シンチレータにおいてX線入射側とは反対側の位置に配置されている。一方、柱状結晶20Aの基端部202は、シンチレータにおいてX線入射側でかつ光検出器40に近接する位置に配置されている。
図15の構成ではシンチレータと光検出器40との貼り合わせが不要なため、図15のシンチレータ240に貼り合わせ時の負荷がかかることはないが、ドープ濃度が低いことによって基端部202及び先端部201の結晶性の乱れが抑制されて結晶の強度を維持できるため、落下衝撃の際などにシンチレータが損傷することなどを防止できる。また、衝撃時に柱状結晶がセンサ基板から剥離したとしても、低ドープ濃度とされていることで、耐吸湿性が確保されているため、シンチレータの劣化を抑制できる。
〔9−1.有機光電変換(OPC;Organic photoelectric conversion)材料〕
上述した光電変換素子41(図2)に、例えば特開2009−32854号公報に記載されたOPC(有機光電変換)材料を用いることができる。このOPC材料により形成された膜(以下、OPC膜という)を光電変換素子41の光導電層410として使用できる。OPC膜は、有機光電変換材料を含み、シンチレータから発せられた光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する。このように有機光電変換材料を含むOPC膜であれば、可視域にシャープな吸収スペクトルを持ち、シンチレータによる発光以外の電磁波がOPC膜に吸収されることがほとんどなく、X線等の放射線がOPC膜で吸収されることによって発生するノイズを効果的に抑制することができる。
上述したOPC膜に関するその他の構成は、例えば、特開2009−32854号公報の記載が参考となる。
上述したTFTスイッチング素子42には、無機材料が使われることが多いが、例えば特開2009−212389号公報に記載されたように、有機材料を使用することができる。有機TFTはいかなるタイプの構造でもよいが、最も好ましいのは電界効果型トランジスタ(FET)構造である。このFET構造は、最下層に基板を配置し、その上面の一部にゲート電極を設け、更に該電極を覆い、かつ電極以外の部分で基板と接するように絶縁体層を設けている。更に絶縁体層の上面に半導体活性層を設け、その上面の一部にソース電極とドレイン電極とを隔離して配置している。なお、この構成はトップコンタクト型素子と呼ばれるが、ソース電極とドレイン電極とが半導体活性層の下部にあるボトムコンタクト型素子も好ましく用いることができる。また、キャリアが有機半導体膜の膜厚方向に流れる縦型トランジスタ構造であってもよい。
半導体活性層は、p型有機半導体材料を用いてなる。このp型有機半導体材料は実質的に無色透明である。有機半導体薄膜の膜厚は、例えば触針式膜厚計により測定できる。膜厚の異なる薄膜を複数作製して吸収スペクトルを測定し、検量線から膜厚30nmあたりの最大吸光度に換算してもよい。
以下に、有機薄膜トランジスタにおける半導体活性層以外の素子構成材料について説明する。これらの各材料は、いずれも可視光又は赤外光の透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることが更に好ましい。
上述した有機TFTに関するその他の構成は、例えば、特開2009−212389号公報の記載が参考となる。
上述したTFTスイッチング素子42には、例えば特開2010−186860号公報に記載された非晶質酸化物を使用することができる。ここで、特開2010−186860号に記載された電界効果型トランジスタが有する非晶質酸化物含有の活性層について示す。この活性層は、電子又はホールの移動する電界効果型トランジスタのチャネル層として機能する。
活性層に用いられる非晶質酸化物半導体としては、好ましくはIn、Sn、Zn、又はCdよりなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む非晶質酸化物であり、より好ましくは、In、Sn、Znよりなる群より選ばれる少なくとも1種を含む非晶質酸化物、更に好ましくは、In、Znよりなる群より選ばれる少なくとも1種を含む非晶質酸化物である。
上述した非晶質酸化物に関するその他の構成は、例えば、特開2010−186860号公報の記載が参考となる。
フレキシブルでかつ低熱膨張、高強度といった、既存のガラスやプラスチックでは得られない特性を有するアラミド、バイオナノファイバー等を放射線画像検出装置に用いることも考えられる。
(1)アラミド
上述したセンサ基板の絶縁性基板401や、支持体101や、制御モジュールの回路基板などとして、フレキシブル材料であるアラミドによって形成されたフィルム(あるいはシート、基板)を使用することができる。アラミド材料は、ガラス転移温度315℃という高い耐熱性、ヤング率が10GPaという高い剛性、熱膨張率が−3〜5ppm/℃という高い寸法安定性を有する。このため、アラミド製のフィルムを用いると、一般的な樹脂フィルムを用いる場合と比べて、半導体層やシンチレータの高品質の成膜が容易に行える。また、アラミド材料の高耐熱性により、透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化できる。更に、ハンダのリフロー工程を含むICの自動実装にも対応できる。また更に、ITO(indium tin oxide)やガス・バリア膜、ガラス基板と熱膨張係数が近いために、製造後の反りが少ない。そして,割れにくい。ここで、ハロゲンを含まないハロゲンフリー(JPCA−ES01−2003の規定に適合)なアラミド材料を用いることが環境負荷低減の点で好ましい。
アラミドフィルムは、ガラス基板やPET基板と積層されてもよいし、デバイスの筐体に貼り付けられてもよい。
光の波長に対して十分に小さなコンポーネントは光散乱を生じないことから、ナノファイバーによって補強されたフレキシブルなプラスチック材料などを上述したセンサ基板の絶縁性基板401や、支持体101や、制御モジュールの回路基板などに好適に使用することができる。ナノファイバーの中でも、バクテリア(酢酸菌、Acetobacter Xylinum)が産出するセルロースミクロフィブリル束が幅50nmと、可視光波長に対して約1/10のサイズでかつ、高強度、高弾性、低熱膨である特徴を有するバクテリアセルロースと透明樹脂との複合材料(バイオナノファイバーということがある)を好適に使用できる。
上述したバイオナノファイバーに関する構成は、例えば、特開2008−34556号公報の記載が参考となる。
以上、説明したように、本明細書には、
放射線の照射によって蛍光を発する蛍光物質の結晶が柱状に成長してなる柱状結晶の群で形成されたシンチレータと、
前記シンチレータが発した蛍光を電気信号として検出する光検出器と、を備え、
前記シンチレータにおける付活剤濃度が、当該シンチレータの少なくとも一部で、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し変化し、
前記柱状結晶の先端部及び基端部のそれぞれの付活剤濃度はいずれも、前記高濃度よりも低い、放射線画像検出装置が開示されている。
前記付活剤濃度は、前記シンチレータにおいて少なくとも放射線入射側の部分を含む領域で、高濃度と低濃度とに繰り返し変化することが好ましい。
前記シンチレータと前記光検出器とが貼り合わせられることが好ましい。
前記シンチレータは、柱状結晶の先端に設けられた非柱状結晶を含んで形成されることが好ましい。
前記非柱状部における付活剤濃度は、前記高濃度よりも低いことが好ましい。
前記非柱状部の空隙率は、0あるいは略0であることが好ましい。
前記シンチレータには、前記光検出器を介して放射線が入射することが好ましい。
前記シンチレータにおける放射線入射側とは反対側の部分の付活剤濃度は、前記高濃度と前記低濃度との間の中濃度と、前記低濃度とに繰り返し変化することが好ましい。
前記シンチレータにおける放射線入射側とは反対側の部分の付活剤濃度は、放射線進行方向において次第に減少することが好ましい。
前記付活剤濃度は、前記高濃度及び前記低濃度のうち少なくとも前記高濃度が放射線進行方向において次第に減少しながら高濃度と低濃度とに繰り返し変化することが好ましい。
前記付活剤濃度は、前記高濃度と前記低濃度とにパルス状に変化し、
放射線入射側とは反対側での前記パルス間の間隔が、放射線入射側でのパルス間の間隔よりも広い、ことが好ましい。
前記蛍光物質の母体はCsIであり、付活剤はTlであることが好ましい。
可搬なカセッテとされることが好ましい。
上述の放射線画像検出装置の製造方法であって、
基板上に、気相堆積法により前記シンチレータを形成する際に、付活剤の加熱温度、真空度、基板温度、及び蒸着レートの少なくともいずれかの条件を変更することで、前記シンチレータを形成するシンチレータ形成工程を有する、放射線画像検出装置の製造方法が開示されている。
2 X線画像検出装置(放射線画像検出装置)
10 シンチレータパネル
20 柱状部
20A 柱状結晶
25 非柱状部
25A 非柱状結晶
30 保護膜
40 光検出器
41 光電変換素子
42 スイッチング素子
43 ゲート線
44 データ線
45 接続端子
46 フレキシブル配線
47 樹脂製の膜
48 接着層
101 支持体
200 シンチレータ
201 先端部
202 基端部
220 シンチレータ
240 シンチレータ
260 シンチレータ
400 センサ基板
401 絶縁性基板
410 光導電層
411 バイアス電極
412 電荷収集電極
DH 高濃度
DL 低濃度
DM 中濃度
Claims (14)
- 放射線の照射によって蛍光を発する蛍光物質の結晶が柱状に成長してなる柱状結晶の群で形成されたシンチレータと、
前記シンチレータが発した蛍光を電気信号として検出する光検出器と、を備え、
前記シンチレータにおける付活剤濃度が、当該シンチレータの少なくとも一部で、放射線進行方向において高濃度と低濃度とに繰り返し複数回変化し、
前記柱状結晶の先端部及び基端部のそれぞれの付活剤濃度はいずれも、前記高濃度よりも低い、放射線画像検出装置。 - 請求項1に記載の放射線画像検出装置であって、
前記付活剤濃度は、前記シンチレータにおいて少なくとも放射線入射側の部分を含む領域で、高濃度と低濃度とに繰り返し変化する、放射線画像検出装置。 - 請求項1又は2に記載の放射線画像検出装置であって、
前記シンチレータと前記光検出器とが貼り合わせられる、放射線画像検出装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記シンチレータは、柱状結晶の先端に設けられた非柱状結晶を含んで形成される、放射線画像検出装置。 - 請求項4に記載の放射線画像検出装置であって、
前記非柱状部における付活剤濃度は、前記高濃度よりも低い、放射線画像検出装置。 - 請求項4又は5に記載の放射線画像検出装置であって、
前記非柱状部の空隙率は、0あるいは略0である、放射線画像検出装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記シンチレータには、前記光検出器を介して放射線が入射する、放射線画像検出装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記シンチレータにおける放射線入射側とは反対側の部分の付活剤濃度は、前記高濃度と前記低濃度との間の中濃度と、前記低濃度とに繰り返し変化する、放射線画像検出装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記シンチレータにおける放射線入射側とは反対側の部分の付活剤濃度は、放射線進行方向において次第に減少する、放射線画像検出装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記付活剤濃度は、前記高濃度及び前記低濃度のうち少なくとも前記高濃度が放射線進行方向において次第に減少しながら高濃度と低濃度とに繰り返し変化する、放射線画像検出装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記付活剤濃度は、前記高濃度と前記低濃度とにパルス状に変化し、
放射線入射側とは反対側での前記パルス間の間隔が、放射線入射側でのパルス間の間隔よりも広い、放射線画像検出装置。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
前記蛍光物質の母体はCsIであり、付活剤はTlである、放射線画像検出装置。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置であって、
可搬なカセッテとされる、放射線画像検出装置。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置の製造方法であって、
基板上に、気相堆積法により前記シンチレータを形成する際に、付活剤の加熱温度、真空度、基板温度、及び蒸着レートの少なくともいずれかの条件を繰り返し複数回変更することで、前記シンチレータを形成するシンチレータ形成工程を有する、放射線画像検出装置の製造方法。
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