JP6643098B2 - 放射線検出装置、放射線検出システム、及び、放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置、放射線検出システム、及び、放射線検出装置の製造方法に関する。

放射線検出装置は、入射した放射線に応じて光を発するシンチレータ層と、シンチレータ層が発した光を電気信号に変換する光電変換素子が設けられたセンサ基板とを有する。シンチレータ層は、例えば、放射線の入射により光を発する材料の柱状結晶からなり、蒸着法により形成される。シンチレータ層の形成の際に、不純物などの異物が成長核となって柱状結晶が異常成長することがある。この場合、柱状結晶の異常成長部は、形成されたシンチレータ層の表面において局所的な突出部となる。局所的な突出部における発光量は他の部分と異なるため、シンチレータ層の表面に局所的な突起が存在すると、生成する画像の画質が低下する。このため、特許文献１には、シンチレータ層の製造方法として、形成したシンチレータ層の表面に平面性が良好なガラス板を配置し、このガラス板を加圧して突出部を押し込むことによりシンチレータ層の表面を平坦化する平坦化処理を行う方法が開示されている。

特開２００６−３３５８８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、シンチレータ層の突出部を平坦化する処理の後に、シンチレータ層を被覆する防湿保護層を形成する。このため、平坦化の処理が完了するまでに、形成したシンチレータ層が大気曝露によって特性劣化するおそれがある。上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、突出部による画質の低下を抑制しつつ、シンチレータ層の大気曝露による特性劣化を抑制することである。

上記課題を解決するため、本発明は、光電変換素子を有するセンサ基板と、複数の柱状結晶からなり、前記センサ基板の一方の表面に配置されるシンチレータ層と、前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に配置された接着層と、前記柱状結晶よりも硬く、前記接着層により前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に接合された硬質層と、を有し、複数の前記柱状結晶のうちの異常成長した柱状結晶がその周囲の他の柱状結晶よりも高いために前記シンチレータ層の表面において局所的に突出した突出部が前記硬質層によって押しつぶされて平坦化された平坦化部が、前記硬質層に接触していることを特徴とする。

本発明によれば、シンチレータ層の表面の突出部に起因する画質の低下を抑制しつつ、シンチレータ層の特性の劣化を抑制できる。

第１の実施形態に係る放射線検出装置の断面模式図である。 第２の実施形態に係る放射線検出装置の断面模式図である。 第３の実施形態に係る放射線検出装置の断面模式図である。 第４の実施形態に係る放射線検出装置の断面模式図である。 放射線検出装置の製造方法を示す図である。 放射線検出システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明の各実施形態および実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明において、放射線には、Ｘ線のみならず、α線、β線、γ線などのＸ線以外の電磁波も含まれるものとする。

＜放射線検出装置の第１の実施形態＞
まず、放射線検出装置の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る放射線検出装置１ａの構成例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る放射線検出装置１ａは、センサ基板１１と、シンチレータ層１２と、接着層１３と、硬質層１４と、反射層１５と、反射層保護層１６とを有する。

センサ基板１１は、光電変換素子１１２を有する基板である。例えば、センサ基板１１は、ガラス基板１１１と、このガラス基板１１１の表面に二次元マトリックス状に配列される複数の光電変換素子１１２と、これら複数の光電変換素子１１２を覆う保護膜１１３とを有する。このほか、センサ基板１１は、光電変換素子１１２の電荷の蓄積と放出を切替えるスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する信号を伝送する配線と、光電変換素子１１２が蓄積した電荷（電気信号）を取り出す配線とを有する。また、センサ基板１１の周縁部には、スイッチング素子を駆動する信号を入力するための複数の駆動電極１１４と、光電変換素子１１２から電荷を読み出すための複数の読出電極１１５とが設けられる。

シンチレータ層１２は、センサ基板１１の一方の表面に配置される。シンチレータ層１２は、放射線が入射すると励起して光を発する。説明の便宜上、放射線の入射によりシンチレータ層１２が発する光を、シンチレーション光と称する。シンチレータ層１２は、複数の柱状結晶１２１からなる。例えば、シンチレータ層１２は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の複数の柱状結晶１２１からなる。ヨウ化セシウムには、特性の向上（発光効率の向上）のため、賦活剤としてタリウム（Ｔｌ）が微量添加されたタリウム活性化ヨウ化セシウムや、ナトリウムが微量添加されたナトリウム活性化ヨウ化セシウムなどが適用される。また、柱状結晶１２１どうしの間には隙間１２２が存在する。なお、シンチレータ層１２は、複数の柱状結晶１２１からなり、それらの間に隙間１２２が存在する構成であればよく、ヨウ化セシウムの柱状結晶からなる構成に限定されない。例えば、シンチレータ層１２には、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料も適用できる。

シンチレータ層１２の形成には、蒸着法が適用される。なお、本発明の実施形態では、シンチレータ層１２は、センサ基板１１とは別に形成されてセンサ基板１１に貼り合わせられるのではなく、蒸着法によってセンサ基板１１の表面に直接に形成される。蒸着の条件、例えば、センサ基板１１の温度、蒸着材料の配置位置、センサ基板１１の配置位置などを適宜設定することにより、センサ基板１１の表面に柱状結晶１２１を形成できるとともに、柱状結晶１２１どうしの間に隙間１２２を形成できる。

蒸着の際に柱状結晶１２１が異常成長すると、異常成長した柱状結晶１２１の先端部が、その周囲の他の柱状結晶１２１よりも高くなることがある。その結果、シンチレータ層１２の表面には、局所的に突出した突出部１２３が現れる。このような突出部１２３は、例えば、蒸着の際に、センサ基板１１の表面に存在する不純物やゴミやキズなどの異物や、蒸着材料の加熱時の材料突沸による異物などが成長核となり、柱状結晶１２１が異常成長することによって現れる。このような突出部１２３は、生成する放射線画像の画質の低下の原因となることから、押しつぶして平坦化する（後述）。

接着層１３は、シンチレータ層１２の一方の表面であって、センサ基板１１とは反対側の表面に配置され、シンチレータ層１２と硬質層１４とを接合する。接着層１３は、放射線の吸収率およびシンチレーション光の透過率が高く、かつ、周囲の温度変化などといった環境変化に対して接着力の低下が小さいことが好ましい。例えば、接着層１３には、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂や、ポリエステル系やポリオレフィン系やポリアミド系のホットメルト樹脂などの熱可塑性樹脂が適用できる。また、シンチレータ層１２の柱状結晶１２１が潮解性を有する場合には、周縁部からの水分の侵入を抑制するため、接着層１３が透湿性の低い材料からなることが好ましい。このような材料としては、例えば、ポリオレフィン樹脂などのホットメルト樹脂が挙げられる。なお、放射線検出装置１ａの製造において、ラミネート処理により硬質層１４を接合する方法を適用する場合には、接着層１３には熱可塑性樹脂などの熱可塑性材料が適用される。

硬質層１４は、突出部１２３を押しつぶしてシンチレータ層１２の表面を平坦化するために配置される。また、硬質層１４は、シンチレータ層１２と後述する反射層１５とが直接接触しないようにする。硬質層１４は、次の条件を充足する。（１）柱状結晶１２１よりも硬いこと。具体的には、硬質層１４をシンチレータ層１２の突出部１２３に押し当てた場合に、硬質層１４が破壊したり穴が開いたりすることなく、突出部１２３を押しつぶすことができること。（２）シンチレーション光の透過率が高いこと。（３）反射層１５との密着性が良いこと。（４）シンチレータ層１２の側の表面が電気的な絶縁性を有すること。これら（１）〜（４）の条件を充足する材料として、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂材料の膜や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの無機材料の膜が好適である。より具体的には、シンチレータ層１２の材料にヨウ化セシウムが適用される場合には、硬質層１４には、モース硬度が３以上とショア硬さがＤ２４以上の少なくとも一方を充足するとともに、電気的な絶縁性を有する材料が適用される。この場合には、これらの条件を充足する材料として、ポリエチレン（ＰＥ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）が適用できる。ただし、硬質層１４は、前記（１）〜（４）の条件を充足すればよく、具体的な材料は前記材料に限定されない。

反射層１５は、硬質層１４のシンチレータ層１２とは反対側の表面に配置される。例えば、反射層１５は、硬質層１４の一方の表面の直上に配置され、硬質層１４の表面に密着している。反射層１５は、シンチレーション光を反射することにより、センサ基板１１の光電変換素子１１２に入射するシンチレーション光の光量を増加させる。このため、反射層１５には、シンチレーション光の反射率が高い材料が適用される。また、反射層１５は、シンチレータ層１２への水分の侵入を抑制する防湿層の機能も有する。さらに、反射層１５は、放射線をシンチレータ層１２に入射させるため、放射線の透過率が高い材料が適用される。このような機能のため、反射層１５には、例えば、金属シートや金属板、より具体的には、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）などのシートや板が適用できる。ただし、反射層１５は、前述の条件を充足すればよく、これらの材料に限定されない。

このほか、反射層１５は複数の層からなる積層構造を有していてもよい。たとえば、反射層１５は、基材層とこの基材層の表面に積層する反射材層とを有する構成であってもよい。この場合、基材層には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料や、カーボンなどといった、放射線の透過率が高く透湿率が低い材料が適用できる。反射材層には、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などが適用される。反射層１５が反射材層と基材層とを有する構成においては、反射材層が硬質層１４の側に配置され、基材層がその反対側に配置される構成であることが好ましい。そして、反射材層が硬質層１４の直上に配置され、硬質層１４に密着していることが好ましい。

なお、反射層１５が基材層を有する構成においては、基材層がシンチレータ層１２の周囲を覆うように変形させることができないリジッドな層であってもよい。この場合には、後述する第２の実施形態のように、シンチレータ層１２の周囲を防湿材１８によって囲むことにより、シンチレータ層１２への水分の侵入を抑制する（図２参照）。防湿材１８には、透湿率が低く、遮光性が高い材料が適用される。例えば、防湿材１８には、黒色に着色されたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂など、不透明の樹脂材料が好適である。

さらに、反射層１５のシンチレータ層１２とは反対側の表面には、反射層１５を被覆する反射層保護層１６が配置される構成であってもよい。例えば、反射層１５が金属材料などといった腐食性を有する材料からなる場合には、反射層１５を反射層保護層１６で被覆することにより、反射層１５の腐食を抑制する。また、反射層１５の機械的強度が低い場合には、反射層保護層１６により反射層１５を保護する。なお、反射層１５が腐食性を有さず、反射層１５の機械的強度が高い場合には、反射層保護層１６が配置されなくてもよい。ただし、反射層１５を薄くすることにより放射線の透過率を高めることができる場合には、反射層１５を薄くし、反射層１５よりも放射線の透過率が高い材料からなる反射層保護層１６が配置される構成とすることが好ましい。この場合、反射層保護層１６として、例えば、厚さが５〜１００μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）など膜が適用できる。

センサ基板１１の周縁部に配置される駆動電極１１４と読出電極１１５には、それぞれ、フレキシブル配線１０１が接続される。そして、センサ基板１１には、これらのフレキシブル配線１０１を介して、駆動用回路基板１０２や読出用回路基板１０３が接続される。なお、センサ基板１１の周縁部には、これらのフレキシブル配線１０１が接続されるため、シンチレータ層１２と、硬質層１４と、反射層１５と、反射層保護層１６とは配置されない。

図１に示すように、センサ基板１１の一方の表面にシンチレータ層１２が配置される。そして、シンチレータ層１２の両面のうち、センサ基板１１の側とは反対側には、接着層１３が配置される。接着層１３は、柱状結晶１２１の隙間１２２に入り込んでいる。ただし、接着層１３は、柱状結晶１２１どうしの隙間１２２の厚さ方向の全域にわたって入り込んでいなくてよい。例えば、図１に示すように、接着層１３は、柱状結晶１２１の先端部（硬質層１４の側の端部）において、柱状結晶１２１どうしの間の隙間１２２に入り込んでいればよい。接着層１３の両面のうちのシンチレータ層１２の側とは反対側には、硬質層１４が配置される。そして、硬質層１４は、接着層１３によりシンチレータ層１２の一方の表面に接合される。硬質層１４の両面のうちの接着層１３およびシンチレータ層１２の側とは反対側の表面には、反射層１５が配置される。なお、反射層１５は、硬質層１４の直上に配置され、硬質層１４に密着している構成であることが好ましい。さらに、反射層１５の両面のうちの硬質層１４とは反対側の表面には、反射層保護層１６が配置されていてもよい。

シンチレータ層１２の突出部１２３であるシンチレータ層１２の複数の柱状結晶１２１のうちの少なくとも一部の柱状結晶１２１の先端部は、硬質層１４に接触している。具体的には、突出部１２３である異常成長した柱状結晶１２１の先端部は、硬質層１４によって押しつぶされて平坦化部１２４となり、この平坦化部１２４の表面が硬質層１４に接触している。なお、突出部１２３を押しつぶして平坦化部１２４を形成する工程については後述する。

このような構成によれば、硬質層１４によってシンチレータ層１２の突出部１２３が平坦化される。このため、局所的な突出部１２３に起因して生じる発光量の不均一を抑制して画質の低下を抑制できる。

また、硬質層１４によってシンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶす構成であるため、反射層１５をシンチレータ層１２に接触させることなく、反射層１５とシンチレータ層１２とを接近させることができる。すなわち、反射層１５が金属などの電気的な導体である場合には、シンチレータ層１２の電気化学的腐食を抑制するため、シンチレータ層１２と反射層１５とが接触しないようにする。シンチレータ層１２の表面に突出部１２３が存在する場合において、反射層１５と突出部１２３が接触しないようにするためには、反射層１５とシンチレータ層１２との距離を、突出部１２３の高さよりも大きくしなければならない。これに対して、第１の実施形態では、突出部１２３が硬質層１４によって押しつぶされるともに、反射層１５とシンチレータ層１２との間に硬質層１４が介在する。このような構成であると、反射層１５をシンチレータ層１２に直接接触させることなく、反射層１５をシンチレータ層１２に接近させることができる。特に、硬質層１４の直上に反射層１５が配置される構成であると、シンチレータ層１２と反射層１５とを接触させることなく、これらの距離をさらに小さくできる。

したがって、このような構成によれば、生成する放射線画像の鮮鋭度（ＭＴＦ）と検出量子効率（ＤＱＥ）を向上させることができる。また、撮影する範囲の全域にわたって発光量および鮮鋭度のムラを小さくできる。また、反射層１５に金属などの導体が適用される場合であっても、シンチレータ層１２の電気化学的腐食が抑制される。

さらに、このような構成によれば、シンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶす工程以降において、シンチレータ層１２の大気曝露を抑制できるから、シンチレータ層１２の特性の劣化を抑制できる。このように、シンチレータ層１２の突出部１２３に起因する画質の低下を抑制しつつ、シンチレータ層１２の大気曝露による特性劣化を抑制できる。さらに、シンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶす工程と、シンチレータ層１２を保護する保護する各層の形成とを、同じ工程で行うことができる。このため、放射線検出装置１ａの製造工程の削減を図ることができ、製造コストの削減を図ることができる。

また、硬質層１４はシンチレータ層１２よりも硬いから、硬質層１４にシンチレータ層１２の突出部１２３が接触しても硬質層１４の損傷が防止される。したがって、シンチレータ層１２の突出部１２３が硬質層１４を貫通して反射層１５と直接接触するが防止される。このため、反射層１５が電気的な導体である場合に、シンチレータ層１２の突出部１２３が反射層と接触することによる電気化学的腐食が抑制される。なお、本実施形態では、硬質層１４の全体が電気的な絶縁性を有する樹脂材料から形成される構成を示すが、このような構成に限定されない。硬質層１４は、シンチレータ層１２の側の表面が電気的な絶縁性を有していればよい。

＜放射線検出装置の第２の実施形態＞
次に、放射線検出装置の第２の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は、第２の実施形態に係る放射線検出装置１ｂの構成例を模式的に示す断面図である。なお、第１の実施形態と共通の構成には、第１の実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。第２の実施形態は、放射線検出装置１ｂがベース層１７を有し、このベース層１７が反射層１５の機能を有する形態である。図２に示すように、第２の実施形態に係る放射線検出装置１ｂは、センサ基板１１と、シンチレータ層１２と、接着層１３と、硬質層１４と、ベース層１７と、防湿材１８とを有する。センサ基板１１と、シンチレータ層１２と、接着層１３と、硬質層１４の構成および配置は、第１の実施形態と同じである。ただし、第１の実施形態では、シンチレータ層１２の周縁部が接着層１３を含む各層により覆われるのに対し、第２の実施形態では、シンチレータ層１２の周縁部が防湿材１８により囲まれる。

ベース層１７は、接着層１３と硬質層１４とを支持する。ベース層１７には、放射線の透過率が高く透湿率が低い材料からなる層が適用される。また、ベース層１７は、シンチレータ層１２の突出部１２３が押し当てられた場合であっても、窪みなどが形成されず、かつ、全体として平板状の形状を維持する硬さを有している。例えば、ベース層１７には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料や、カーボンなどといった、放射線の透過率が高く透湿率が低い材料からなるシートや平板が適用できる。

防湿材１８は、周縁部からシンチレータ層１２への水分の侵入を抑制する。防湿材１８は、透湿率が低く、遮光性の高い材料が適用される。例えば、防湿材１８には、黒色に着色されたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂など、不透明の樹脂材料が適用される。

なお、反射層１５の配置に代えて反射層１５の機能を有するベース層１７が配置される構成と、シンチレータ層１２の周縁部が防湿材１８に囲まれる構成のほかは、第１の実施形態と同じ構成でよい。特に、シンチレータ層１２の複数の柱状結晶１２１のうちの少なくとも一部の柱状結晶１２１の先端部（すなわち、突出部１２３）が硬質層１４に接触している構成も、第１の実施形態と同じである。そして、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、放射線検出装置の第３の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、第３の実施形態に係る放射線検出装置１ｃの構成例を模式的に示す断面図である。第３の実施形態は、硬質層１４が反射層１５の機能を有する形態である。なお、第１の実施形態と共通の構成には、第１の実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。図３に示すように、第３の実施形態に係る放射線検出装置１ｃは、センサ基板１１と、シンチレータ層１２と、接着層１３と、硬質層１４とを有する。センサ基板１１と、シンチレータ層１２と、接着層１３の構成および配置は、第１の実施形態と同じでよい。

第３の実施形態において、硬質層１４は反射層１５の機能を有する。このため、硬質層１４は、柱状結晶１２１よりも硬く、かつ、シンチレーション光の反射率が高い構成が適用される。例えば、硬質層１４には、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やジルコニア（ＺｒＯ₂）や酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）などといった、白色で光の反射率が高い材料の粉末を含有するシートが適用される。そして、このシートには、第１の実施形態と同様に、ポリエチレン（ＰＥ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂材料のシートが適用できる。なお、第１の実施形態と同様に、シンチレータ層１２の材料にヨウ化セシウムが適用される場合には、硬質層１４には、モース硬度が３以上とショア硬さがＤ２４以上の少なくとも一方を充足する材料が適用される。この場合には、これらの条件を充足する材料として、ポリエチレン（ＰＥ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）が適用できる。ただし、第３の実施形態における硬質層１４は、前記構成に限定されない。前記のとおり、硬質層１４は、柱状結晶１２１よりも硬く、かつ、放射線の透過率およびシンチレーション光の反射率が高い構成であればよく、具体的な材料は限定されない。

このほか、硬質層１４が、可撓性を有するシート状ではなく、リジッドな板状の構成であってもよい。この場合、第２の実施形態のように、シンチレータ層１２の周囲を防湿材１８によって囲むことにより、シンチレータ層１２への水分の侵入を抑制する（図２参照）。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、放射線検出装置の第４の実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、第４の実施形態に係る放射線検出装置１ｄの構成例を模式的に示す断面図である。第４の実施形態は、シンチレータ層１２の一方の表面（センサ基板１１とは反対側の表面）に配置される各層が一体に接合した被覆部材３を形成している形態である。ここでは、被覆部材３がシート状である構成を例に示す。

図４に示すように、第４の実施形態に係る放射線検出装置１ｄは、センサ基板１１と、このセンサ基板１１の一方の表面に配置されるシンチレータ層１２とを有する。さらに、放射線検出装置１ｄは、シンチレータ層１２のセンサ基板１１とは反対側の表面に配置されるシート状の被覆部材３とを有する。シート状の被覆部材３は、接着層１３と、硬質層１４と、反射層１５と、反射層保護層１６とからなり、これらの各層が前記記載の順に積層している。そして、シート状の被覆部材３は、接着層１３の側がシンチレータ層１２の側に位置する向きで、シンチレータ層１２の一方の表面に配置され、接着層１３によりシンチレータ層１２に接合される。この被覆部材３の各層は、第１〜第３の実施形態に係る放射線検出装置１ａ〜１ｃの対応する各層の機能を有する。さらに、この被覆部材３は、全体として、シンチレータ層１２を保護する保護層としての機能を有する。

被覆部材３の接着層１３と硬質層１４と反射層１５と反射層保護層１６は、第１の実施形態における接着層１３と硬質層１４と反射層１５と反射層保護層１６のそれぞれと共通の構成が適用できる。そして、被覆部材３がシンチレータ層１２に接合された状態では、第４の実施形態に係る放射線検出装置１ｄと第１の実施形態に係る放射線検出装置１ａは、同じ構成となる。例えば、被覆部材３がシンチレータ層１２に接合された状態では、第１の実施形態と同様に、接着層１３がシンチレータ層１２の柱状結晶１２１どうしの隙間１２２に入り込んでいる。さらに、第１の実施形態と同様に、シンチレータ層１２の複数の柱状結晶１２１のうちの少なくとも一部の柱状結晶１２１の先端部は、硬質層１４に接触している。すなわち、突出部１２３の表面は硬質層１４によって押しつぶされて平坦化部１２４となり、この平坦化部１２４の表面が硬質層１４に接触している。

被覆部材３の構成の一例として、接着層１３には、厚さが５０μｍのホットメルト樹脂などの熱可塑性樹脂が適用できる。硬質層１４には、厚さが１５μｍのポリエチレンのシートが適用できる。反射層１５には、厚さが２０μｍのアルミニウムのシートが適用できる。反射層保護層１６には、厚さが１２μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）のシートが適用できる。そして、これらの各層が積層しており、一体に接合している。なお、前記の各層の材質および厚さは一例であり、この材質および厚さに限定されるものではない。

また、図４においては、被覆部材３が反射層１５と反射層保護層１６を有する構成を示したが、このような構成に限定されない。例えば、反射層１５が腐食性を有さない場合には、被覆部材３が反射層保護層１６を有さない構成であってもよい。また、被覆部材３において硬質層１４が反射層１５の機能を有し、反射層１５が含まれない構成であってもよい。この場合には、被覆部材３がシンチレータ層１２に接合された状態では、第４の実施形態に係る放射線検出装置１ｄは、第３の実施形態に係る放射線検出装置１ｃと同じ構成となる。

さらに、被覆部材３が、硬質層１４および反射層１５を支持するベース層１７を有していてもよい。例えば、ベース層１７には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料や、カーボンなどといった、放射線の透過率が高く透湿率が低い材料が適用できる。そして、その表面に反射層１５が配置される。反射層１５には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などが適用される。反射層１５は、例えば、蒸着法によってベース層１７の表面にアルミニウムや銀を蒸着させることにより形成される。さらに、反射層１５の表面に、硬質層１４が貼り合わせられることにより、被覆部材３が製造される。このように、硬質層１４と反射層１５とは、ベース層１７の表面に積層して配置され、ベース層１７により支持される。

このほか、ベース層１７が反射層１５の機能を有していてもよい。この場合には、例えば、被覆部材３は、硬質層１４として厚さが２μｍのアクリル樹脂を有し、ベース層１７として厚さが３００μｍのアルミニウム板を有する構成が適用できる。さらにこの場合には、被覆部材３には単体の反射層１５が含まれていなくてよい。

このように、被覆部材３は、少なくとも接着層１３と硬質層１４を有していればよい。そして、被覆部材３は、例えば全体としてシート状の構成が適用できる。ただし、被覆部材３は、シート状である構成に限定されない。また、被覆部材３には、反射層１５または反射層１５の機能を有する層が含まれる構成であることが好ましい。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、シンチレータ層１２の一方の表面に積層して配置される各層を予め一体化した被覆部材３を用いることにより、放射線検出装置１ｄの製造工程の簡素化を図ることができる。

なお、前記各実施形態では、シンチレータ層１２が配置される側から入射した放射線を検出できる構成を示したが、このような構成に限定されない。本発明は、いわゆる裏面照射型の放射線検出装置にも適用できる。この場合、接着層１３と、硬質層１４と、反射層１５と、反射層保護層１６とは、前記各実施形態と同じ構成でよい。ただし、いわゆる裏面照射型の放射線検出装置においては、放射線は前記各層を透過しないため、前記各層は放射線の透過率が高くなくてもよい。

＜放射線検出装置の製造方法＞
次に、放射線検出装置の製造方法について説明する。ここでは、第４の実施形態に係る放射線検出装置１ｄを主な例に用いて説明する。図５は、放射線検出装置１ｄの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。なお、センサ基板１１の製造工程など、従来公知の方法が適用できる工程については、説明を省略する。

（ａ）柱状結晶形成工程
図５（ａ）に示すように、センサ基板１１の一方の表面に、シンチレータ層１２を形成する。本発明の実施形態では、蒸着法を用いて、センサ基板１１の一方の表面に、直接にシンチレータ層１２を形成する。シンチレータ層１２の材料として、例えば、タリウム添加ヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）やナトリウム添加ヨウ化セシウムを用い、柱状結晶１２１からなるシンチレータ層１２を、センサ基板１１の一方の表面に直接に形成する。この際、センサ基板１１の表面に不純物やゴミやキズなどの異物が存在したり、蒸着材料の突沸によって異物がセンサ基板１１の表面に付着したりすると、このような異物を成長核として柱状結晶１２１が異常成長することがある。そして、異常成長した柱状結晶１２１は、その周囲に存在する異常成長していない柱状結晶１２１に比較して高く（厚く）なる。その結果、シンチレータ層１２の表面に、局所的に突出する突出部１２３が現れる。

（ｂ）被覆部材貼り合わせ工程
図５（ｂ）に示すように、接着層１３によって、シート状の被覆部材３をシンチレータ層１２の一方の表面に接合する。この工程では、被覆部材３の硬質層１４によって異常成長した柱状結晶１２１を押しつぶしつつ、接着層１３によってシンチレータ層１２と被覆部材３とを貼り合わせて接合する。接合方法としては、真空ラミネート処理が適用できる。具体的には、真空容器内で被覆部材３をシンチレータ層１２に押し付ける（加圧する）とともに加熱し、接着層１３を溶融させてシンチレータ層１２の一方の表面に接合する。この際、ガラス板５などの表面が平坦な部材を用いて加圧することにより、被覆部材３の変形を防止して平面に維持する。被覆部材３の加圧により、被覆部材３の硬質層１４が、シンチレータ層１２の突出部１２３、すなわち、異常成長した柱状結晶１２１の先端部を押しつぶす。被覆部材３の硬質層１４は柱状結晶１２１よりも硬いことから、被覆部材３を加圧すると、硬質層１４が破損することなく、シンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶすことができる。なお、反射層１５および反射層保護層１６は、硬質層１４の接着層１３が配置される側（シンチレータ層１２に接合される側）とは反対側に配置されるから、反射層１５および反射層保護層１６の破損が防止される。

図５（ｃ）は、加圧後の状態を模式的に示す。図５（ｃ）に示すように、上記方法によって被覆部材３をシンチレータ層１２の一方の表面に接合すると、加圧によって突出部１２３（すなわち、異常成長した柱状結晶１２１の先端部）が押しつぶされる。このため、図５（ｃ）に示すように、異常成長した柱状結晶１２１の先端部がその周囲に移動するとともに、硬質層１４の形状に倣って平坦となる。これにより、平坦化部１２４が形成される。すなわち、平坦化部１２４は、異常成長した柱状結晶１２１の先端部がその周辺に移動することによって形成される。押しつぶされた柱状結晶１２１の先端部（平坦化部１２４）は、硬質層１４に接触した状態となる。このように、シンチレータ層１２の複数の柱状結晶１２１のうち、少なくとも一部の柱状結晶１２１の先端部は、硬質層１４に接触している状態となる。

また、上記方法によって被覆部材３をシンチレータ層１２の一方の表面に接合すると、接着層１３がシンチレータ層１２の柱状結晶１２１どうしの隙間１２２に入り込む。接着層１３がシンチレータ層１２の柱状結晶１２１どうしの隙間１２２に入り込むことにより、接着層１３とシンチレータ層１２との接触面積を大きくし、接合強度の向上を図ることができる。さらに、このような構成であると、平坦化部１２４の周囲が接着層１３に囲まれた状態となるから、平坦化部１２４の移動を抑制できる。

なお、第２の実施形態のように、ベース層１７を有する放射線検出装置１ｂの製造においては、被覆部材３の加圧の際にガラス板５などを用いなくてもよい。例えば、ベース層１７にアルミニウム板やカーボン板が適用され、かつ、ベース層１７がシンチレータ層１２の突出部１２３を押しつけられても変形しない程度の厚さを有していれば、このベース層１７がガラス板５の機能を果たす。このため、この場合には、加圧の際にガラス板５を用いなくてもよく、ベース層１７を介して加圧すればよい。

また、貼り合わせ工程において、シンチレータ層１２と被覆部材３との間に気泡が存在しないようにすることが好ましい。気泡の発生を防止するため、真空中において被覆部材３とシンチレータ層１２とを貼り合わせることが好ましい。

その後、センサ基板１１の駆動電極１１４と読出電極１１５のそれぞれにフレキシブル配線１０１を接続し、センサ基板１１と駆動用回路基板１０２および読出用回路基板１０３とを、フレキシブル配線１０１により接続する。これにより、放射線検出装置１ｄが完成する。

このように、シンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶす工程以降において、シンチレータ層１２の大気曝露を抑制できるから、シンチレータ層１２の特性の劣化を抑制できる。さらに、シンチレータ層１２の突出部１２３を押しつぶす工程と、シンチレータ層１２を保護する保護する各層の形成とを同じ工程で行うことができる。このため、製造工程の削減を図ることができ、製造コストの削減を図ることができる。

＜放射線検出システムの実施形態＞
次に、放射線検出システム６０００の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態に係る放射線検出システム６０００の構成例を模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る放射線検出システム６０００には、本発明の各実施形態に係る放射線検出装置１ａ〜１ｄが適用される。

図６に示すように、Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０（放射線）は、被検者６０６１の撮影対象部位６０６２を透過し、放射線検出装置１ａ〜１ｄに入射する。この入射したＸ線には被検者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層１２が発光し、これをセンサ基板１１の光電変換素子１１２が光電変換して、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。

また、この情報は電話、ＬＡＮ、インターネットなどのネットワーク６０９０等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の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、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によりフィルム６１１０に記録することもできる。

＜第１の実施例＞
次に、本発明の第１の実施例について説明する。まず、蒸着法によって、センサ基板１１の一方の表面にシンチレータ層１２を形成した。蒸着法により別基板上に形成したシンチレータ層１２の中心部の膜厚測定を行った結果、膜厚は６００μｍであった。また、膜厚の測定後のサンプルのシンチレータ層１２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察したところ、柱状結晶１２１の間に隙間１２２が形成されていることが確認できた。また異常成長した柱状結晶１２１による突出部１２３の存在も確認できた。

第１の実施例では、接着層１３と硬質層１４と反射層１５と反射層保護層１６とを有する被覆部材３を作成した。被覆部材３の接着層１３は、厚さが５０μｍのホットメルト樹脂とした。硬質層１４は、厚さが１５μｍのポリエチレン樹脂とした。反射層１５は、厚さが２０μｍのアルミニウムシートとした。反射層保護層１６は、厚さが２０μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）とした。

そして、このような構成の被覆部材３を、真空ラミネート処理により、センサ基板１１の一方の表面に配置されたシンチレータ層１２に接合した。具体的には、真空容器内で被覆部材３を加圧および加熱してホットメルト樹脂を溶融させた。この際、被覆部材３の反射層保護層１６の側に厚さ約１ｍｍのガラス板５を押し当てながら加圧した。接着条件は、真空度を１ｈＰａとし、圧力を１．０ＭＰａとし、被覆部材３の表面温度を１００℃とした。

前記条件でラミネート処理を行った後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて断面観察した。この観察において、突出部１２３である異常成長した柱状結晶１２１の先端部のみが押しつぶされ、平坦化部１２４が形成されたことが確認された。また、硬質層１４と反射層１５と反射層保護層１６は、平坦化部１２４が接触している箇所において若干の形状変化（凸形状）が観察されたが、ピンホールの形成などの異常は観察されなかった。このように、硬質層１４と反射層１５と反射層保護層１６が保護層としての機能を維持していることが確認された。この状態において、複数の柱状結晶１２１の先端から硬質層１４までの平均距離を測定したところ、３０μｍであった。また、ホットメルト樹脂からなる接着層１３が、柱状結晶１２１の隙間１２２に約２５μｍ程度入り込んでいることが確認された。このように、ＳＥＭによる断面観察によれば、本発明の各実施形態の構成が得られていることが確認された。

＜第２の実施例＞
次に、第２の実施例について説明する。第２の実施例は、硬質層１４の一方の表面に反射層１５の機能を有するベース層１７が配置される構成の実施例である。この実施例では、硬質層１４は厚さが２μｍのアクリル樹脂とし、ベース層１７は厚さが３００μｍのアルミニウム板とした。なお、接着層１３は、第１の実施例と同じとした。また、その他の条件も第１の実施例と同じとした。

接着層１３と硬質層１４とベース層１７とからなる被覆部材３を作成し、作成した被覆部材３を、第１の実施例を同じ条件のラミネート処理により、シンチレータ層１２に貼り合わせた。ただし、第２の実施例では、ベース層１７が第１の実施例におけるガラス板５の機能を果たすため、ガラス板５を用いずに加圧した。前記条件でラミネート処理を行った後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて断面観察したところ、第１の実施例と同様の構成が得られたことが確認された。

このように、本発明の実施例によれば、本発明の構成が得られることが確認された。

以上、本発明の実施形態および実施例を、図面を参照して詳細に説明したが、前記実施形態および実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の放射線検出装置は、医療用の放射線検出装置や、非破壊検査装置等の放射線を利用した医療用以外の分析・検査用途の装置への応用が可能である。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：放射線検出装置、１１：センサ基板、１１１：ガラス基板、１１２：光電変換素子、１１３：保護膜、１２：シンチレータ層、１２１：柱状結晶、１２２：隙間、１２３：突出部、１２４：平坦化部、１３：接着層、１４：硬質層、１５：反射層、１６：反射層保護層

Claims (14)

1. 光電変換素子を有するセンサ基板と、
   複数の柱状結晶からなり、前記センサ基板の一方の表面に配置されるシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に配置された接着層と、
   前記柱状結晶よりも硬く、前記接着層により前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に接合された硬質層と、
   を有し、
   複数の前記柱状結晶のうちの異常成長した柱状結晶がその周囲の他の柱状結晶よりも高いために前記シンチレータ層の表面において局所的に突出した突出部が前記硬質層によって押しつぶされて平坦化された平坦化部が、前記硬質層に接触していることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記硬質層の前記シンチレータ層の側の表面は、電気的な絶縁性を有していることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記硬質層の前記接着層および前記シンチレータ層とは反対側に配置され、前記シンチレータ層が発する光を反射する反射層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
4. 前記反射層は、前記硬質層の前記シンチレータ層とは反対側の表面の直上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記反射層を覆う反射層保護層をさらに有していることを特徴とする請求項３または４に記載の放射線検出装置。
6. 前記硬質層は、前記シンチレータ層が発する光を反射する反射層であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
7. 前記硬質層を支持するベース層をさらに有し、
   前記ベース層は、前記シンチレータ層が発する光を反射する反射層であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
8. 光電変換素子を有するセンサ基板と、
   複数の柱状結晶からなり、前記センサ基板の一方の表面に配置されるシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に配置された被覆部材と、
   を有し、
   前記被覆部材は、
   前記柱状結晶よりも硬い硬質層と、
   前記硬質層の前記シンチレータ層の側の表面に積層する接着層と、
   を有し、
   前記被覆部材は、前記接着層により、前記シンチレータ層の前記センサ基板とは反対側に接合され、
   複数の前記柱状結晶のうちの異常成長した柱状結晶がその周囲の他の柱状結晶よりも高いために前記シンチレータ層の表面において局所的に突出した突出部が前記硬質層によって押しつぶされて平坦化された平坦化部が、前記被覆部材の前記硬質層に接触していることを特徴とする放射線検出装置。
9. 前記被覆部材は、前記硬質層の前記接着層が配置される側とは反対側の表面に配置され、前記シンチレータ層が発する光を反射する反射層をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の放射線検出装置。
10. 前記被覆部材は、前記反射層の表面を覆う反射層保護層をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の放射線検出装置。
11. 前記被覆部材は、前記硬質層を支持するベース層をさらに有し、前記ベース層が前記シンチレータ層が発する光を反射する反射層であることを特徴とする請求項８に記載の放射線検出装置。
12. 前記シンチレータ層の複数の前記柱状結晶はヨウ化セシウムの柱状結晶であり、
    前記硬質層は、モース硬度が３以上とショア硬さがＤ２４以上の少なくとも一方を充足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置によって得られた信号を処理する信号処理手段と、
    を有することを特徴とする放射線検出システム。
14. 光電変換素子を有するセンサ基板の一方の表面に蒸着法を用いて形成された複数の柱状結晶からなるシンチレータ層のうちの異常成長した柱状結晶を、前記柱状結晶よりも硬い硬質層と、前記硬質層の前記シンチレータ層の側の表面に積層する接着層と、を有する被覆部材で、前記硬質層で前記異常成長した柱状結晶を押しつぶしつつ前記接着層で前記シンチレータ層と前記被覆部材とを貼り合わせる工程を有することを特徴とする放射線検出装置の製造方法。

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