JP6504851B2 - 放射線撮像装置、及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、及び放射線撮像システムに関する。

放射線を光に変換するシンチレータと、光を電気信号に変換する撮像基板とを有する放射線撮像装置において、シンチレータで吸収されなかった放射線が撮像基板に達する。これによって、撮像基板の特性劣化や寿命低下を引き起こす場合があることが知られている。特許文献１には、放射線から撮像基板を保護するため、シンチレータと撮像基板との間に、放射線を吸収し、光を透過する光ファイバアレイを配する構成が開示されている。

特開２０１１−１１７９６６号公報

シンチレータと撮像基板との間に配置される中間体には、放射線を吸収するだけでなく、得られる画像を劣化させないことが望まれる。本発明は、放射線撮像装置において、画像の劣化を抑制しつつ、放射線から撮像基板を保護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、本発明の一部の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、シンチレータを透過した放射線を吸収するためにシンチレータとセンサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、中間体は、所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、隔壁部によって区画された領域に配され、シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながらセンサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、光アレイ部と隔壁部との界面に配された界面層と、を含み、界面層は、金属を含み、隔壁部が、樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする。また、本発明の他の一部の実施形態にかかる放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、シンチレータを透過した放射線を吸収するためにシンチレータとセンサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、中間体は、所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、隔壁部によって区画された領域に配され、シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながらセンサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、光アレイ部と隔壁部との界面に配された界面層と、を含み、界面層は、金属を含み、隔壁部が、金属粒子の添加された樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする。また、本発明の他の一部の実施形態にかかる放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、シンチレータを透過した放射線を吸収するためにシンチレータとセンサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、中間体は、所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、隔壁部によって区画された領域に配され、シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながらセンサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、を含み、隔壁部が、金属粒子の添加された樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方であり、隔壁部が、光アレイ部と接する表面にマイクロクラックを有することを特徴とする。

上記手段により、放射線撮像装置において、画像の劣化を抑制しつつ、放射線から撮像基板を保護する技術が提供される。

本発明に係る放射線撮像装置の概略構成図。 本発明に係る放射線撮像装置の撮像基板の受光面の拡大図。 従来構造に用いる光ファイバアレイを示す図及び断面図。 本発明に係る放射線撮像装置の断面図。 本発明の第１の実施形態に係る中間体の製造方法を示す工程図。 本発明の第２の実施形態に係る中間体の製造方法を示す工程図。 本発明の第３及び第４の実施形態に係る中間体の製造方法を示す工程図。 本発明に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を説明する図。

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

第１の実施形態
図１から図５を参照して、本発明の第１の実施形態による放射線撮像装置を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置１００を示す斜視図である。放射線撮像装置１００は、センサパネル１２０、シンチレータパネル１４０、及びセンサパネル１２０とシンチレータパネル１４０との間の中間体１３０を含む。図１において、センサパネル１２０、中間体１３０及びシンチレータパネル１４０は、それぞれ離れて描かれているが、例えば接着剤や、粘着剤など固定するための部材を介して貼り合わせ、接続して用いられる。

センサパネル１２０は、撮像基台１２１、撮像基板固定材１２２及び撮像基板１２３を含む。図１において、複数の小判の撮像基板を用いて単一の撮像面を形成する撮像基板１２３が描かれているが、本実施形態はこれに限られるものでない。例えば１つの大判の撮像基板で、単一の撮像基板１２３を構成してもよい。撮像基板１２３として、結晶シリコンにＣＭＯＳセンサを形成した撮像基板や、非晶質シリコンにＰＩＮセンサを形成した撮像基板などを用いてよい。図２に、シンチレータからの光が入射する撮像基板１２３の受光面の拡大図を示す。撮像基板１２３の受光面は、２次元アレイ状に複数の画素１２４が並ぶ。画素は一定のピッチ１２６で並ぶ。また画素１２４中には、光電変換素子１２５や他の回路素子（不図示）、配線（不図示）などが配され、光電変換素子１２５は、シンチレータから入射した光を電気信号に変換する。光電変換素子１２５は、一定のピッチ１２７で配される。本実施形態において、ピッチ１２６とピッチ１２７とは、同じピッチである。

シンチレータパネル１４０は、シンチレータ基台１４１、及びシンチレータ１４２を含む。シンチレータ基台１４１には、放射線の透過性の優れた材料を用いることが望ましく、例えばアルミニウムや、アモルファスカーボンなどが用いられる。シンチレータ１４２は、入射した放射線を光に変換する。シンチレータ１４２に用いられる材料として、例えばテルビウムをドープした酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ）や、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などが広く用いられる。ＧＯＳを用いる場合、例えばシンチレータ基台１４１にＧＯＳを含む樹脂と有機溶剤の混合ペーストの塗布し、その後、乾燥させることによって、シンチレータパネル１４０を形成する。またＣｓＩを用いる場合、例えばシンチレータ基台１４１にＣｓＩを蒸着し、シンチレータパネル１４０を形成する。

被検体（不図示）を透過した放射線は、放射線撮像装置１００のシンチレータパネル１４０の側から入射する。シンチレータ基台１４１を透過した放射線は、シンチレータ１４２に入射し、シンチレータ１４２は、この放射線を光に変換する。シンチレータ１４２で発生した光は、中間体１３０を透過して撮像基板１２３の受光面に達し、撮像基板１２３に配された画素１２４中の光電変換素子１２５によって電気信号に変換される。この電気信号を基に、信号処理部（不図示）で信号処理を行い、被検体（不図示）を透過した放射線の情報を有する画像を生成する。

シンチレータ１４２は、厚く形成された場合においても、すべての放射線を吸収することは難しい。このため入射した放射線の一部は、シンチレータパネル１４０を透過し、撮像基板１２３に入射する。撮像基板１２３に入射した放射線は、撮像基板１２３に形成された画素１２４の光電変換素子１２５や他の回路素子などの短寿命化、特性劣化などを引き起こす可能性がある。

シンチレータ１４２で吸収されなかった放射線を吸収し、なおかつシンチレータ１４２で発生した光を透過する中間体を撮像基板１２３とシンチレータ１４２との間に配置する方法が提案されている。これによって、撮像基板１２３の短寿命化や特性劣化を防止する。従来、中間体として光ファイバアレイ（ファイバオプティックプレート（Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｐｌａｔｅ：ＦＯＰ）とも称される）が、広く用いられている。図３に、ＦＯＰ３３０を示す。ＦＯＰ３３０は、光透過部となる光ファイバ３３１を多数束ねた構造になっている。光の拡散を防止するため、光ファイバ３３１を束ねるファイバ間部材３３２は、光ファイバ３３１と屈折率の異なる例えば樹脂などの部材を用いる。

図４（ａ）に、本実施形態における中間体１３０を用いた放射線撮像装置１００の断面図を示す。また比較構造として、中間体としてＦＯＰ３３０を用いた放射線撮像装置４００を図４（ｂ）に示す。

中間体１３０は、所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部１３２と、隔壁部１３２によって区画された領域に配され、シンチレータ１４２で変換された光をセンサパネル１２０に透過させる複数の光アレイ部１３１を含む。光アレイ部１３１は、シンチレータ１４２で変換された光を、隔壁部１３２との界面で光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながらセンサパネル１２０に伝搬させる。本実施形態において、光アレイ部１３１は、格子状に形成された隔壁部１３２によって互いに隔てられており、アレイ状に配置される。光アレイ部１３１は、シンチレータ１４２と撮像基板１２３の画素１２４との間で、光電変換素子１２５を覆うように形成されてよい。隔壁部１３２は、シンチレータ１４２と撮像基板１２３の画素１２４との間で、互いに隣接する光電変換素子１２５の間の部分を覆うように形成されうる。

また光電変換素子１２５と光アレイ部１３１との間の配列の位置関係が、センサパネル１２０に渡り均一であってよい。また少なくとも１つの光電変換素子１２５と少なくとも１つの光アレイ部１３１とが互いに整合するように、複数の光電変換素子１２５と複数の光アレイ部１３１とがセンサパネル１２０及び中間体１３０に渡って配列していてもよい。このように配列することによって、光電変換素子１２５と光アレイ部１３１との間の配置の不整合に起因し、それぞれの光電変換素子１２５の開口率が変化することによって生じる撮像基板１２３で得られる画像のむらが抑制される。

中間体１３０の隔壁部１３２及び隔壁部１３２に区画される光アレイ部１３１は、センサパネル１２０上に、所定の形状で所定の位置に配されうる。例えば光アレイ部１３１が、光電変換素子１２５の形成されるピッチ１２７の自然数倍のピッチで形成されてもよい。例えば、光アレイ部１３１が光電変換素子１２５と同じピッチ１２７を有するように、隔壁部１３２及び光アレイ部１３１が配されてもよい。この場合、１つの光電変換素子１２５の上に１つの光アレイ部１３１が配置され、これらが複数、アレイ状に配置される。また例えば、光アレイ部１３１が、ピッチ１２７の２倍のピッチを有するように、隔壁部１３２及び光アレイ部１３１が配されてもよい。この場合、２次元に縦横２つずつ、計４つの光電変換素子１２５の上に、１つの光アレイ部１３１が配置され、これらがアレイ状に配置される。また例えば、光アレイ部１３１が、縦方向にピッチ１２７と同じピッチ、横方向にピッチ１２７の２倍のピッチを、それぞれ有するように配されてもよい。この場合、２つの光電変換素子１２５の上に１つの光アレイ部１３１が配置される。また何れの場合であっても、隔壁部１３２は、画素１２４のうち光電変換素子１２５の配されない部分に形成されるとよい。

本実施形態において、光アレイ部１３１は、光電変換素子１２５と同じピッチ１２７で形成され、隔壁部１３２は、互いに隣接する光電変換素子１２５の間に形成される。また光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は、光電変換素子１２５の形状と整合するように配される。具体的には、矩形の光電変換素子１２５と整合するように、隔壁部１３２は矩形の開口を有する格子形状に形成され、１つ１つの光アレイ部１３１が矩形となるように分割する。更に隔壁部１３２で分割された光アレイ部の光アレイ部１３１は、それぞれ１つの光電変換素子１２５ごとに配される。

光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は、シンチレータ１４２で吸収されなかった放射線を吸収しうる。また隔壁部１３２の放射線の吸収率は、光アレイ部１３１の放射線吸収率よりも高くてもよい。また光アレイ部１３１は、シンチレータ１４２で発生した光を光電変換素子１２５へ伝搬する。ここで中間体１３０の放射線吸収率は２０％以上であることが望ましい。放射線吸収率とは、中間体１３０に入射した放射線のうち、中間体１３０を透過せずに吸収された放射線の割合を表す。また光アレイ部１３１及び隔壁部１３２それぞれの放射線吸収率は、例えばそれぞれに用いる部材の放射線の吸収率を測定することによって求めることが可能である。また中間体１３０の光透過率が８０％以上であることが望ましい。光透過率とは、シンチレータ１４２で発生し中間体１３０に入射した光のうち、中間体１３０に吸収されずに透過する光の割合を表す。光透過率は、例えばＪＩＳ規格 Ｒ ３１０６に準拠して測定されうる。例えば中間体１３０に同じ構成及び材料を用いた場合、中間体１３０の厚みの厚い方が、放射線の吸収率は高くなり、また光透過率は低くなる。また本実施形態において、光アレイ部１３１は、入射した放射線を光に変換しなくてもよい。このため光アレイ部１３１の中にシンチレータを含まなくてもよい。

光アレイ部１３１及び隔壁部１３２として、例えば樹脂や、ガラスなどが用いられる。光アレイ部１３１及び隔壁部１３２に樹脂を用いる場合、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などが用いられる。熱可塑性樹脂として、例えばアクリロニトリルスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル、ポリアミド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、エチレン酸ビコポリマーなどが用いられる。また熱硬化性樹脂として、例えばフェノール樹脂、メラミン、不飽和ポリエステル、エポキシなどが用いられる。またガラスを用いる場合には、例えば主成分としてシリコンの酸化物であるケイ酸を含むものが用いられる。ケイ酸以外の成分として、例えば酸化ソーダ、酸化石灰、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化鉛、酸化カリ、ホウ酸、酸化リチウム、酸化チタンなどが含まれる。また隔壁部１３２として、金属や半導体などが用いられる。金属及び半導体として、例えばアルミニウム、シリコン、チタン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ゲルマニウム、ストロンチウム、銀、インジウム、スズ、アンチモン、バリウム、鉛、ビスマスなどや、これらを含む合金が用いられる。

光アレイ部１３１及び隔壁部１３２に樹脂を用いる場合、中間体１３０に樹脂のみの部分が生じるため、例えば金属や金属酸化物などの金属粒子を樹脂に添加することによって、放射線の吸収率を向上させるとよい。また金属の中でも、重金属を用いることが望ましい。ここで重金属とは、比重が４ｇ／ｃｍ^３以上の金属のことを言う。添加する金属粒子として、例えばストロンチウム、鉛、バリウムや、その酸化物、例えば酸化鉛（ＰｂＯ）などを用いてもよい。またガラスを光アレイ部１３１及び隔壁部１３２に用いる場合も、ガラス中に金属粒子を添加し用いてもよい。

次に光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面について説明する。一般的に、シンチレータ１４２と撮像基板１２３との間の距離が短くなるほど、得られる画像の鮮鋭度が高くなる。これは、シンチレータ１４２と撮像基板１２３との間の距離が短いほど、シンチレータ１４２から発せられた光が撮像基板１２３に達するまでに拡散し難いためである。このためシンチレータ１４２と撮像基板１２３との間に中間体１３０を配置することは、鮮鋭度の観点から望ましくない。中間体１３０を配置したことによる画像の鮮鋭度の劣化を抑制するため、本実施形態において光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面は、シンチレータ１４２の発する光を反射する反射面を有する。入射した光のうち、光アレイ部１３１を直進して通過できない一部の光が、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面に当たった場合においても、この反射面で反射し光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながら、光アレイ部１３１を伝搬することが可能となる。これによって、中間体１３０を配置した場合においても、光の拡散を抑制し、シンチレータ１４２の発する光を撮像基板１２３に伝搬させ、鮮鋭度の劣化を防ぐことが可能となる。

例えば中間体１３０が、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面に配された反射面となる界面層を更に有してもよい。界面層として、例えば上述した金属を例えばスパッタ法を用いて形成し、これを反射面として用いてもよい。また界面層として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）など金属を含む酸化物の反射性顔料を塗布し、これを反射面として用いてもよい。また例えば、隔壁部１３２を金属や半導体などで形成し、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面で光を反射する反射面としてもよい。また例えば、樹脂やガラスにＴｉＯ_２やＳｒＯなどの金属を含む酸化物の反射性顔料を添加し隔壁部１３２を形成し、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面で光を反射させ反射面としてもよい。光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面に光を反射する反射面を有することによって、光アレイ部１３１を通過する光の拡散が抑制され、得られる画像の鮮鋭度の劣化を防ぐことが可能となる。

光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面が光を反射することによって、得られる画像の鮮鋭度の劣化を抑制できるため、中間体１３０の厚みを厚くしてもよい。中間体１３０を厚くすることによって、放射線の吸収率を高めることが可能となる。また、中間体１３０の厚みの上限は、先述した光透過率によって決定される。例えば、中間体１３０の厚さを、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とするとよい。

ここで本実施形態の効果について説明する。比較構造の放射線撮像装置４００の場合、撮像基板１２３の上に中間体としてＦＯＰ３３０が配される。放射線撮像装置４００の撮像基板１２３の光電変換素子１２５の上には、ＦＯＰ３３０の光ファイバ３３１の１本１本が細いため、光透過部となる光ファイバ３３１とファイバ間部材３３２との両方が配される。光ファイバ３３１と比較して、ファイバ間部材３３２の光透過率が低い場合がある。また光ファイバ３３１とファイバ間部材３３２との形状、配する位置を撮像基板１２３上で任意に決定することは難しい。このためそれぞれの光電変換素子１２５上の開口率を一定に保ち難く、得られる画像にむらができる可能性がある。また光電変換素子１２５上に配されるファイバ間部材３３２によって光電変換素子１２５に到達する光が減少してしまい、シンチレータ１４２で発生した光の変換効率が劣化してしまう可能性がある。また一般に樹脂などを用いるファイバ間部材３３２の放射線吸収率は、光ファイバ３３１よりも劣り、ＦＯＰ３３０の中で放射線吸収率の低い部分が局所的に発生する場合がある。このため画素１２４の光電変換素子１２５や、他の回路素子などに対して局所的な特性劣化による不具合の発生や、放射線撮像装置の短寿命化を引き起こしてしまう可能性がある。

一方、本実施形態による放射線撮像装置１００において、所定の形状を有する隔壁部１３２によって、光アレイ部１３１の配される領域が決定される。このため、撮像基板１２３の光電変換素子１２５に対して、光を伝搬させる光アレイ部１３１の形状や位置など、中間体１３０の設計の自由度が生じる。本実施形態において、光電変換素子１２５の上には、光アレイ部１３１のみが配され、隔壁部１３２は配されない。このため、シンチレータ１４２で発生した光は、効率的に光電変換素子１２５へ導入され、光電変換することが可能となる。また本実施形態において、互いに隣接する光アレイ部１３１の間の隔壁部１３２は、金属や半導体を含み形成され、ＦＯＰ３３０のファイバ間部材３３２と比較して、放射線の吸収率を向上できる。このため、中間体１３０の全域で撮像基板１２３に到達する放射線の量を減らすことができる。このため、局所的な不具合の発生を抑制し、また放射線撮像装置の放射線の照射による劣化を抑制しながら、シンチレータ１４２で発生した光をより多く透過し、鮮鋭度の劣化を抑制する放射線撮像装置１００が実現する。

次いで、図５を用いて中間体１３０の製造方法について説明する。本実施形態において、光アレイ部１３１に上述した樹脂又はガラスを、隔壁部１３２に感光性ペーストを、それぞれ用いた場合について説明する。感光性ペーストとは、上述した樹脂又はガラスの中に感光性の成分を含み、紫外光などの光の照射、及び現像処理によって所望の形状を形成することのできる材料である。

最初に、隔壁部１３２を形成する隔壁部形成工程を行う。図５（ａ）に示すように、ガラスなどの基板５０１の上に透明下地層５０２を形成し、この上に感光性ペースト５０３を、例えばスリットコート法やスピンコート法などを用いて塗布する。感光性ペースト５０３は、放射線の吸収率の向上のために、例えばＰｂＯなどの金属粒子が添加されていてもよい。これによって、例えば感光性ペースト５０３が樹脂である場合でも、形成される隔壁部の放射線の吸収率の向上が可能となる。次いで図５（ｂ）に示すように、感光性ペースト５０３の上にマスク５０４を配し露光を行う。ここで、マスク５０４は、形成される隔壁部１３２によって囲まれる互いに隣接する光アレイ部１３１同士のピッチが撮像基板１２３の光電変換素子１２５のピッチ１２７と整合するように設計されたマスクを用いることが望ましい。次に現像行い、図５（ｃ）に示すように、光の照射された部分が開口し、光の照射されなかった部分が格子状に残るパターンが形成される。その後、例えば５００℃で３０分の焼成を行うことによって有機成分である感光性の成分を揮発させ、所定の形状を有する隔壁部１３２が形成される。本実施形態のように、マスク５０４を用いたリソグラフィー工程を用いることによって、所定の位置に所定の形状を有する区画を定義する隔壁部１３２を形成することが可能となる。このときの状態を図５（ｄ）に示す。

次いで、図５（ｅ）に示すように、基板上に形成された格子状のパターンの上に、例えばスパッタ法による金属の形成や、ＴｉＯ_２などの金属を含む酸化物の反射性顔料を用いた塗布によって、界面層１３３を形成する反射面形成工程を行う。以上の工程によって、光アレイ部１３１との界面となる隔壁部１３２を構成する開口の側面に界面層１３３が形成される。

次に光アレイ部形成工程を行う。図５（ｆ）に示すように、界面層１３３の形成された隔壁部１３２の格子状に囲まれた開口した部分に、粉末状の樹脂又はガラス５０５を充填する。この粉末状の樹脂又はガラス５０５は、放射線の吸収率の向上のために、例えばＰｂＯなどの金属粒子が添加されていてもよい。その後、加熱、焼成を行い粉末状の樹脂又はガラス５０５を溶かし、図５（ｇ）に示すように、格子状に囲まれた部分に樹脂又はガラス５０６を固定し光アレイ部１３１が形成される。このとき例えば粉末状の樹脂又はガラス５０５が樹脂の場合、１００℃程度の温度に昇温することによって、開口部分に固定する。最後に例えばバックグライディング法によって、基板５０１、透明下地層５０２及び界面層１３３の一部を除去する。以上の工程によって図５（ｈ）に示す所定の形状を有する区画を定義する隔壁部１３２、隔壁部１３２に区画された光アレイ部１３１、及び光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面に配された反射面となる界面層１３３を含む中間体１３０が形成される。

中間体１３０の光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は、放射線を吸収する。また光アレイ部１３１を直進できなかった光は、反射面で反射され光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながら、光アレイ部１３１を通過、伝搬することが可能である。これによって、撮像基板１２３を放射線から保護しつつ、鮮鋭度の高い画像を得ることが可能となる。

また光を透過しなくてもよい隔壁部１３２は、光透過率が低くてもよいため、光アレイ部１３１よりも放射線を吸収するための金属や半導体、又はそれらの酸化物を多く混ぜ込むことができる。これによって隔壁部１３２の方が、光アレイ部１３１よりも放射線の吸収率が高くなってもよい。これによって、中間体１３０の全体の放射線吸収率を向上させることが可能となる。また本実施形態の製造方法は、大判化の難しいＦＯＰとは異なり、大判化の進む撮像基板１２３に対応することが可能であり、大判の中間体１３０を製造することが可能である。

形成された中間体１３０をセンサパネル１２０及びシンチレータパネル１４０と貼り合わせることによって、放射線撮像装置１００が形成される。この貼り合わせる工程のうち、中間体１３０をセンサパネル１２０の撮像基板１２３と貼り合わせる際に、撮像基板１２３の画素１２４中の光電変換素子１２５と、中間体１３０の光アレイ部１３１とが重なるように貼り合わせることが望ましい。これによって、シンチレータ１４２で発生した光の効率的な光電変換が可能となる。

第２の実施形態
図６を参照して、本発明の第２の実施形態による放射線撮像装置を説明する。図６は、本発明の第２の実施形態における中間体６３０の製造方法について説明する図である。本実施形態において、中間体の構造が第１の実施形態と異なる。これ以外の構成などは、第１の実施形態と同じであってよい。

図６を用いて本実施形態の中間体６３０の製造方法について説明する。本実施形態において、光アレイ部１３１に上述した感光性ペーストを、隔壁部１３２に金属を、それぞれ用いる。

本実施形態において、隔壁部形成工程の前に光アレイ部形成工程を行う。図６（ａ）に示すように、ガラスなどの基板５０１の上に透明下地層５０２を形成し、その上に感光性ペースト５０３を、例えばスリットコート法やスピンコート法などを用いて塗布する。この感光性ペースト５０３は、放射線の吸収率の向上のために、例えばＰｂＯなどの金属粒子が添加されていてもよい。次いで図６（ｂ）に示すように、感光性ペースト５０３の上にマスク６０１を配し露光を行う。ここで、マスク６０１は、形成される互いに隣接する光アレイ部１３１同士のピッチが撮像基板１２３の光電変換素子１２５のピッチ１２７と整合するように設計されたマスクを用いることが望ましい。次に現像行い、図６（ｃ）に示すように、光の照射された部分が格子状の溝となり、また光の照射されなかった部分に島状のパターンが形成される。その後、例えば５００℃で３０分の焼成を行うことによって有機成分である感光性の成分を揮発させ、感光性ペーストから、樹脂又はガラスが生成され光アレイ部１３１が形成される。このときの状態を図６（ｄ）に示す。

次いで、隔壁部形成工程を行う。図６（ｅ）に示すように、基板上に形成された樹脂又はガラスの光アレイ部１３１の上に、金属６０２を用いた金属板を配する。ここで金属６０２は、例えば半田などの融点の低い金属や合金が望ましい。例えば上述した金属を含む半田を用いてもよい。次に図６（ｆ）に示すように、加熱することによって金属６０２を溶かし、基板上に形成された格子状の溝の部分に、金属６０２を充填する。金属６０２が半田だった場合、加熱する際の温度は、例えば３００℃程度である。これによって所定の形状を有する隔壁部１３２が形成される。本実施形態において、反射面は金属で形成された隔壁部１３２の表面を、そのまま用いる。その後、図６（ｇ）に示すように、例えば研磨法によって表面の余剰な金属６０２を削り取る。最後に基板５０１を剥離する。本実施形態において透明下地層５０２は剥離しないが、透明下地層５０２を剥離してもよい。以上の工程によって図６（ｈ）に示す感光性ペーストから生成された樹脂又はガラスによる光アレイ部１３１と、金属で形成された隔壁部１３２とを含み、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面で光を反射する反射面を有する中間体６３０が形成される。本実施形態においても、隔壁部１３２は、所定の形状を有する区画を定義し、隔壁部１３２によって区画された領域に光アレイ部１３１が配される。

本実施形態の中間体６３０においても、第１の実施形態に示す中間体１３０と同様に光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は放射線を吸収する。また光アレイ部１３１を直進できなかった光は、反射面で反射され光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながら、光アレイ部１３１を伝搬することが可能である。これによって、本実施形態の中間体６３０は、中間体１３０と同様の効果を有する。また隔壁部１３２は、金属で形成されるため、隔壁部１３２の方が、光アレイ部１３１よりも放射線の吸収率が高くなってもよい。これによって中間体１３０の全体の放射線吸収率を向上することが可能となる。

第３の実施形態
図７（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明の第３の実施形態による放射線撮像装置を説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態における中間体７３０の製造方法について説明する図である。本実施形態において、中間体の構造が第１及び第２の実施形態と異なる。これ以外の構成などは、第１及び第２の実施形態と同じであってよい。

図７（ａ）〜（ｄ）を用いて本実施形態の中間体７３０の製造方法について説明する。本実施形態において、光アレイ部１３１に上述した樹脂又はガラスを、隔壁部１３２に半導体としてシリコンを、それぞれ用いる。

本実施形態において、光アレイ部形成工程の前に隔壁部形成工程を行う。図７（ａ）に示すように、半導体基板であるシリコン基板７０１の上にフォトレジストを用い、露光及び現像工程を用いレジスト７０２を形成する。ここで、レジスト７０２は、形成される隔壁部１３２によって互いに隣接する光アレイ部１３１同士のピッチが撮像基板１２３の光電変換素子１２５のピッチ１２７と整合するように設計されたマスクを用いることが望ましい。次いで例えばドライエッチング法やウエットエッチング法を用いて、シリコン基板のエッチングを行う。エッチングすることによって、図７（ｂ）に示すような、格子状の所定の形状を有する区画を定義する隔壁部１３２が形成される。格子状のパターンを形成した後、シリコン表面の開口した側面に上述した金属を、スパッタ法などを用いて形成し反射面となる界面層１３３としてもよいし、ＴｉＯ_２やＳｒＯなどの金属を含む酸化物の反射性顔料を塗布して反射面となる界面層１３３としてもよい。またシリコン表面を反射面として、そのまま用いてもよい。次に光アレイ部形成工程を行う。図７（ｃ）に示すように、シリコン基板上の格子状の隔壁部１３２に囲まれた開口した部分に、粉末状の樹脂又はガラスを充填する。この樹脂又はガラスは、放射線の吸収率の向上のために、例えばＰｂＯなどの金属粒子が添加されていてもよい。その後、加熱、焼成を行い、粉末状の樹脂又はガラスを溶かし、格子状のパターンに囲まれた部分に樹脂又はガラスを固定し光アレイ部１３１を形成する。最後に例えばバックグライディング法などによって、シリコン基板７０１や、固定された樹脂又はガラスの不要な部分を除去する。以上の工程によって図７（ｄ）に示す樹脂又はガラスによる光アレイ部１３１と、シリコンによって形成された隔壁部１３２とを含み、光アレイ部１３１と隔壁部１３２との界面で光を反射する反射面を有する中間体７３０が形成される。本実施形態においても、隔壁部１３２は、所定の形状を有する区画を定義し、隔壁部１３２によって区画された領域に光アレイ部１３１が配される。

本実施形態の中間体７３０においても、第１及び第２の実施形態に示す中間体１３０及び中間体６３０と同様に光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は放射線を吸収する。また光アレイ部１３１を直進できなかった光は、反射面で反射され光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながら、光アレイ部１３１を透過、伝搬することが可能である。これによって、本実施形態の中間体７３０は、中間体１３０及び中間体６３０と同様の効果を有する。また隔壁部１３２は、シリコンで形成され、隔壁部１３２の方が、光アレイ部１３１よりも放射線の吸収率が高くなってもよい。これによって、中間体１３０の全体の放射線吸収率を向上することが可能となる。

第４の実施形態
図７（ｅ）〜（ｇ）を参照して、本発明の第４の実施形態による放射線撮像装置を説明する。図７（ｅ）〜（ｇ）は、本発明の第４の実施形態における中間体７３１の製造方法について説明する図である。本実施形態において、中間体の構造が第１、第２及び第３の実施形態と異なる。これ以外の構成などは、第１、第２及び第３の実施形態と同じであってよい。

図７（ｅ）〜（ｇ）を用いて本実施形態の中間体７３１の製造方法について説明する。本実施形態の光アレイ部１３１及び隔壁部１３２に用いられる材料として、例えば上述した樹脂やガラスなどの透明基板７０３を用いる。この透明基板７０３は、放射線の吸収率の向上のために、例えばＰｂＯなどの金属粒子が添加されていてもよい。

図７（ｅ）に示す透明基板７０３に対して、図７（ｆ）に示すように、レーザ７０４を集光し照射させることによって、透明基板７０３の内部に格子状の所定の形状を有するマイクロクラックを発生させる隔壁部形成工程を行う。格子状のマイクロクラックによって、透明基板７０３のうちマイクロクラックが形成されなかった部分はアレイ状に分割される。このときのレーザ７０４として、例えば波長５３２ｎｍのレーザを用いる。レーザ７０４の強度がある一定まで達すると、多光子吸収過程により吸収が急激に増大し、透明基板７０３の内部にマイクロクラックが発生する。

透明基板７０３のうちマイクロクラックが形成されなかった部分のピッチが撮像基板１２３の光電変換素子１２５のピッチ１２７と整合するように、レーザ７０４を照射することが望ましい。このマイクロクラックは、光を乱反射するため、隔壁部１３２の反射面として用いることが可能である。以上の工程によって図７（ｇ）に示す透明基板７０３による光アレイ部１３１と、透明基板７０３に形成されたマイクロクラックによる隔壁部１３２とが形成される。上述した実施形態と異なり、本実施形態のように、レーザ７０４を所定の位置に照射することによっても、所定の形状を有する区画を定義する隔壁部１３２を形成することが可能となる。これによって、所定の形状を有する区画を定義する隔壁部１３２と、隔壁部１３２によって区画された領域に光アレイ部１３１とが配される、透明基板７０３を用いた中間体７３１が形成される。

本実施形態の中間体７３１においても、上述した各実施形態の中間体と同様に、光アレイ部１３１及び隔壁部１３２は放射線を吸収する。また光アレイ部１３１を直進できなかった光は、反射面で反射され光アレイ部１３１外への散乱を抑制しながら、光アレイ部１３１を伝搬することが可能である。これによって、本実施形態の中間体７３１は、中間体１３０、中間体６３０及び中間体７３０と同様の効果を有する。

以上、本発明に係る実施形態を４形態示したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではない。上述した各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。また例えば光アレイ部１３１が、テーパー形状を有していてもよい。シンチレータパネルの側が狭い面積を有し、センサパネルの側が広い面積を有するテーパー構造であってもよいし、シンチレータパネルの側が広い面積を有し、センサパネルの側が狭い面積を有するテーパー構造であってもよい。

以下、図８を参照しながら本発明の放射線撮像装置１００が組み込まれた放射線撮像システムを例示的に説明する。放射線源であるＸ線チューブ８００で発生したＸ線８０１は、患者又は被験者８０２の胸部８０３を透過し、本発明の放射線撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線に患者又は被験者８０２の体内部の情報が含まれる。放射線撮像装置１００において、Ｘ線８０１の入射に対応してシンチレータ１４２が発光し、光電変換素子１２５で電気信号に変換され、電気的情報を得る。この情報は、デジタルに変換され信号処理部としてのイメージプロセッサ８０４によって画像処理され、制御室の表示部としてのディスプレイ８０５で観察できる。また、この情報は、電話回線８０６などの伝送処理部によって遠隔地へ転送できる。これによって別の場所のドクタールームなどの表示部であるディスプレイ８０７に表示し、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この情報は、光ディスクなどの記録媒体に記録することができ、またフィルムプロセッサ８０８によって記録媒体となるフィルム８０９に記録することもできる。

１００ 放射線撮像装置、１２０ センサパネル、１２５ 光電変換素子、１３０ 中間体、１３１ 光アレイ部、１３２ 隔壁部、１４２ シンチレータ

Claims (14)

1. 放射線を光に変換するシンチレータと、
   光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、
   前記シンチレータを透過した放射線を吸収するために前記シンチレータと前記センサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、
   前記中間体は、
   所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、
   前記隔壁部によって区画された領域に配され、前記シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながら前記センサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、
   前記光アレイ部と前記隔壁部との界面に配された界面層と、を含み、
   前記界面層は、金属を含み、
   前記隔壁部が、樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 放射線を光に変換するシンチレータと、
   光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、
   前記シンチレータを透過した放射線を吸収するために前記シンチレータと前記センサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、
   前記中間体は、
   所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、
   前記隔壁部によって区画された領域に配され、前記シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながら前記センサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、
   前記光アレイ部と前記隔壁部との界面に配された界面層と、を含み、
   前記界面層は、金属を含み、
   前記隔壁部が、金属粒子の添加された樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
3. 放射線を光に変換するシンチレータと、
   光を光電変換する複数の光電変換素子がアレイ状に配されたセンサパネルと、
   前記シンチレータを透過した放射線を吸収するために前記シンチレータと前記センサパネルとの間に配された中間体と、を有する放射線撮像装置であって、
   前記中間体は、
   所定の形状を有する複数の区画を定義する隔壁部と、
   前記隔壁部によって区画された領域に配され、前記シンチレータで変換された光を散乱することを抑制しながら前記センサパネルに伝搬させる複数の光アレイ部と、を含み、
   前記隔壁部が、金属粒子の添加された樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方であり、
   前記隔壁部が、前記光アレイ部と接する表面にマイクロクラックを有することを特徴とする放射線撮像装置。
4. 前記光アレイ部が、樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記光アレイ部が、金属粒子の添加された樹脂及びガラスの少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記光アレイ部が、放射線を光に変換しないことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記光電変換素子と前記光アレイ部との間の配列の位置関係が、前記センサパネルに渡り均一であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 少なくとも１つの前記光電変換素子と少なくとも１つの前記光アレイ部とが互いに整合するように、前記複数の光電変換素子と前記複数の光アレイ部とが前記センサパネル及び前記中間体に渡って配列していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記光アレイ部の配されるピッチが、前記光電変換素子の配されるピッチと同じであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記中間体の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記中間体の光透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記中間体の放射線吸収率が２０％以上であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記光アレイ部が、テーパー構造を有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。