JPH01165984A - 映像を電気信号に変換する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシンチレータに組合４つされた感光性素子によ
りＸ線像を作成することに関するものである。

シンチレータはＸ線により励起され、この励起に応じて
可視または近可視の範囲内の波長を持つ放射を放出する
性質を持つ物質である。感光性素子は、その可視放射を
受けた時に電気信号を生ずるが、Ｘ線を照射された時に
は電気信号を直接生ずることはできない。したがって、
Ｘ線画像をそのＸ線画像を表す］絹の電気信号に変換で
きる。

本発明はこの種のシンチレータについてだけ説明する。

そのシンチレータはある範囲の非常に短い波長（Ｘ線）
をある範囲の長い波長（可視光または近可視光）に変換
するか、上記特定の場合の波長とは異なる波長の変換を
伴う場合に本発明を応用できることが以下の説明かられ
かるであろう（希望の波長変換を行うために利用できる
シンチレーティング物質を利用できるとして）。

（従来の技術） Ｘ線画像の電気的な再生のために従来用いられている装
置は非常に小さい感光性検出素子または感光性素子のま
っすぐなストリップ、あるいは感光性素子の長方形のマ
トリックスを有する。感光性素子は一般に、絶縁基板上
に形成されたホトダイオードまたはホトトランジスタで
あって、それらのホトダイオードまたはホトトランジス
タはシンチレーティング物質のシートで被覆される。そ
のシンチレーティング物質のシートは感光性素子の上面
（Ｘ線の入射する側）に接合され、またはその上面に即
に圧着される。

第１ａ図と第１ｂ図は、シンチレーティングシートに標
準的なやり方で組合わされた感光性素子のマトリックス
の相互に垂直な２つの横断面図を示す。

各感光素子はたとえばＰＩＮダイオード（中央に真性部
分を有するＰＮ接合）で構成され、マトリックスネット
ワークは列導体と行導体を有し、列導体と行導体の各交
点にＰＩＮダイオードを有し、そのＰＩＮダイオードは
電荷蓄積コンデンサに直列に接続される。列導体１２は
絶縁基板１０の上に付着され、ホトエツチングされた金
属で構成される。その絶縁基板はガラスで構成すること
が好ましい。ＰＩＮダイオードは列導体上に付着させ、
それからアモルファスシリコンの３つの層をエツチング
することにより形成される。それらの３つの層にはＰ形
不純物と、真性不純物と、Ｎ形不純物とかそれぞれドー
プされる。Ｐ形不純物をドープされた層は層１４であり
、真性不純物がドープされた層は層１６であり、Ｎ形不
純物がドープされた層は層］８である。ＰＩＮダイオー
ドの全てに絶縁層が（＝１着される。その絶縁層はコン
デンサの誘電体を形成する。絶縁層２０の上に透明な導
体を付着し、エツチングしてマトリックスの行導体を形
成することが好ましい。最後に、この構造の上面にシン
チレーティングシート２４が接合され、または圧着され
る。

変換すべき放射、すなわち、Ｘ線画像発生の場合にはＸ
線、が上方から到達し、シンチレータの上面２６に入射
する。放射が下方から到達するものとすると、その放射
はガラス基板と、行導体と、列導体と、ホトダイオード
とを通らなければならない。このように放射が下方から
到達すると、主としてガラス基板のために、データ、と
くに低レベルのデータが失われるという望ましくない結
果か生じる。

シンチレータが厚くなるとＸ線の照射によってより多く
の光子が放出される。最終的には、厚さが無限であれば
、Ｘ線は全て吸収されて光子に変換される。それとは逆
に、シンチレータが厚ずぎると、感光性検出器とは反対
の側から放出された光子はシンチレータ（完全には透明
ではない）を通る経路中で吸収されて感光性検出器には
到達しない。そのためにそれらの光子は無駄に失われる
。

したがって、それらを考慮して妥当な厚さを決定せねば
ならない。その厚さは２００μｍの範囲である。

その他に、圧縮成形された粉末シートで形成されたシン
チレータの場合には、シートが厚くなると透明度は全く
低い。その理由は、光子は全方向に放出され、実際に、
感光性素子から距離ｄの所で放出された光子は、ガウス
の式に従って分布される密度で光点を生するからである
。その光点のほぼ有用な直径は距離ｄにほぼ等しい。ま
た、あまり厚すぎることは避けなければならず、透明度
と感度を含めたパラメータ対に対して妥当な厚さを決定
せねばならない。

本発明は、第１ａ図と第１ｂ図の構造において、シンチ
レタのうちＸ線か最初に入射する側が側２６であって、
ホトダイオードに接触している側ではない、という観察
から行われたものである。

その結果として、最大数の光子が、Ｘ線が最初に入射し
た側で放出されることになる。

感度と透明度を制限するのは、感光性検出器の別の表面
から放出される光子であることは間違いない。その理由
は、感度が制限されるのは、それらの光子がシートを横
切らないからであり、透明度が制限される理由は、それ
らの光子が感光性検出器の表面から離れて放出されるか
らである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、高い透明度をもたらす垂直な針状に（
−Ｊ着された非常に特別な結晶構造のシンチレータ（ヨ
ウ化セシウムシンチレータ）を用いる−　　７　　＝ 必要なしに、透明度と感度を向上させることである。

本発明の別の目的は、非常に薄い（約２００μｍ）のシ
ンチレーティングシートがもろいことから起る障害なし
に、装置の製造を容易にすることである。

（課題を解決するための手段） 本発明に従って、絶縁基板上に形成された感光性検出器
と、基板と検出器の間に挟まれて基板上に付着されたシ
ンチレーティング物質とを備えることを特徴とする映像
を電気信号に変換する装置が得られる。シンチレーティ
ング物質は結合剤とシンチレーティング粉末の混合物を
含む接合されたシートであって、塗布または沈澱により
付着され、熱処理される。感光性検出器は感光性素子の
ストリップまたはマトリックスである。それらの感光性
素子は、シンチレーティング物質の層を被覆された基板
上に（＝Ｊ着された感光性素子の引続く層により形成さ
れる。シンチレーティング層の厚さの小さな違いを補償
するため、および感光性素子を形成している半導体層内
にドーパント原子が拡散することを阻止するために、感
光性素子の付着の前にシンチレーティング層の上面に絶
縁性の平面化層を付着することが好ましい。

別の実施例においては、装置の感度を高くするために、
変換すべき放射が補助シンチレーティングシー１・に最
初に入射して感光性検出器に上方から向かう放射をその
補助シンチレーティングシートに放出させ、変換すべき
残りの放射（すなわち、シートにより吸収されなかった
放射）か基板上に付着されているシンチレーティング物
質に入射して、下方から感光性検出器へ向かう放射を放
出させるように、感光性検出器の上面に補助シンチレー
ティングシートかイζｊ着される。受ける放射のより広
い波長範囲をカバーするために、種々の吸収スペクトル
を有するシンチレータも設けられる。

更に、絶縁基板と４＝Ｊ着されたシンチレーティング物
質の間に（シンチレータにより放出される波長のための
）反射鏡を設けることもできる。その反射鏡は、感光性
検出器とは逆の向きにシンチレ−タにより放出される光
子を感光性検出器に送る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の装置をそれの製造方法に関連して説明すること
にする。

この製造方法は、絶縁基板３０から始まる。その絶縁基
板は、ここで考えている用途においてシンチレータによ
り放出される波長の放射に対して透明な物質で構成する
ことか好ましい。この透明なことは絶対に必要であると
いうものではないが、感光性検出器に光のフラッシュを
定期的に照射せねばならなし、１用途においては透明に
することが重要である。アモルファスシリコンで製造さ
れた感光性検出器を用いるＸ線用途の場合には、ガラス
基板が好ましい。

たとえば、１辺が数十ａｍである正方形のような大型の
装置の場合には、頑丈であるようにガラスは十分に厚く
なげればならない。数ｍｍの厚さを必要とするから、放
射の一部を吸収するガラスを通らなければならない基板
Ｆ方からの照射よりも、基板の上方から照射することが
好ましい。

絶縁基板３０の」二にシンチレーティング物質３２か（
−１着される。そのシンチレーティング物質３２は第１
の範囲の波長の放射を第２の波長範囲の放射に変換でき
る。第］の範囲の波長は電気信号へ変換することを拓望
する映像を発生する照明源の波長である。第２の波長範
囲は感光性検出器の感度範囲に一致せねばならない。

たとえば、オキシ硫化ガドリニウムはＸ線を緑色の光（
波長が約５５０ナノメートル）に変換できる。アモルフ
ァスシリコン感光性検出器はこの緑色の光を感する。

感光性物質をいくつかの方法で基板上に４１１着できる
。

１つの方法は、標準的なシンチレーティングシートを、
後の二［程で用いる処理温度に耐える接合剤で基板に接
合するたけである。そのシートは、オキシ硫化ガドリニ
ウムのようなシンチレーティンク゛粉末が混合された、
たとえばジュロプラスチック（ｄｕｒｏｐｌａｓｔｊｃ
　）樹脂で構成される。後の処理温度が十分に低ければ
、シートはエポキシ樹脂で構成することもてきる。

別の方法では、種々のペーストが（たとえば、予備付着
または遠心力で）基板上に塗布される。

そのペーストは、シンチレーティング粉末が混合された
結合剤で構成される。揮発性の溶剤を蒸発させるために
ペーストを加熱する。後の工程で、加熱による安定性を
求められなければ、結合剤をエポキシ樹脂でキト１成で
きる。その結合剤はポリイミドで＋１１１成できる。こ
の場合には、結合剤とシンチレーティング粉末を混合し
、その混合物を基板上に付着し、重合化を行う。最後に
、結合剤は無機（鉱物質）結合剤とすることもできる。

たとえば、揮発性溶剤に懸濁させたシンチレーティング
粉末とガラスピーズの混合物を用い、ガラスピーズが相
互に、かつ基板と融着するような高い温度（約５００℃
）で処理を行う。この処理工程は、後の処理を２００℃
をこえる温度で行うならば、とくに有用である。

シンチレーティング層３２の厚さは、透明性を過度に失
わせることなしに光子の発生効率を最適にするために選
択される。その厚さは、オキシ硫化ガドリニウムを用い
るＸ線映像発生装置の場合には数十〜数百ｆｔ　ｍとす
ることができる。

シンチレーティング層３２の（−＝ｊ着および処理の後
で、中間絶縁層３４を（＝１着する。この中間絶縁層３
４は、感光性素子の付着と、シンチレーティング層と感
光４生素子の間に不純物が拡散することを阻止する障壁
の形成とを行う前に、シンチレーティング層３２の上面
を甲らにする機能をとくに有する。

中間絶縁層は、たとえば、デュポン・ド・ネムール（＋
）ＵＰＯＮＴ　ＤＥ　ＮＥＭＯＵＩンＳ）から販売され
ているＰｉ２５５５のようなポリイミドで形成できる。

その中間絶縁層は遠心力の作用で付着され、その（’Ｉ
’　Ｈの後で、］５０°Ｃの温度で１時間熱処理して完
全に重合化する。それの厚さは２〜１０μｍである。

それから、シンチレータにより放出される波長に対して
透明である導電性物質の薄い層３６（厚さが約１００ナ
ノメートル）が付着される。その導電性物質としてはイ
ンジウム−すず−酸化物を使用できる。その層３６は平
行な列のパターンでエツチングされる。

導電性物質の接着は、中間の薄い層（図示せず）を予備
的に付着することにより改善できる。インジウム−すず
−酸化物の場合には、厚さが約１０ナノメートルの銅ま
たはクロムの層により接着を改善できる。

導電性物質の列をそのようにして（＝Ｊ着された構造の
上に、より低い温度（１５０°Ｃ以下）で機能できるよ
うに、必要があれば紫外線範囲の光の励起で支援される
化学蒸着法（ＣＶＤ）により水素を添加されたアモルフ
ァスシリコンの層３８が付着される。

その層３８にＰ形不純物（ホウ素が好ましい）と炭素が
ドープされる。炭素を加えることにより、この装置は、
シンチレータにより発生された光子に対して一層透明と
なる利点が得られる。同様にして、水素を添加された真
性アモルファスシリコンの層４０か付着される。

それから、水素を添加されたアモルファスシリコンの層
４２かイー１着される。この物質にはＮ形不純物（りん
が好ましい）がドープされる。

このようにして、それぞれＰ形、■　（真性）形および
Ｎ形の３つの層か列導体の上に順次付着される。縦形Ｐ
ＩＮダイオードをそれら３つの層で形成できる。それら
のダイオードは、可視波長の放射が存在する時に電荷を
発生ずる感光性素子自体を形成する。

この製造方法の次の工程は、島のようなパターンで互い
に重なり合った３つの層３８，４０゜４２をエツチング
することである。それらの層３８．４０．４２は長方形
マトリックスの行と列の交点にそれぞれ配置される。こ
のマトリックスの列については先に説明したように層３
６の導体である。

次に、全体の構造に、たとえばシリコンの酸化物または
窒化物の絶縁層４４を被覆し、それから上側の導電層４
６を付着する。その上側の導電層をエツチングしてマト
リックスの行導体を形成する。

装置かただコ、つのシンチレータ、すなわち、層３２、
を有する場合には、導電層４６は透明または不透明のい
ずれにもてきる。その層４６を、その層に入射する光子
−を吸収することなしにＰＩＮダイオードへ向って反射
させるために反射性（たたし、Ｘ線に対しては透明）と
すると有利である。

これに反して、第１ａ図と第１ｂ図に示すように装置の
上面と下面にそれぞれシンチレータ４８と３２を設けた
とすると、」二側の導電層４６を透明にする必要かある
。その導電層４６は層３６と同様に構成でき、たとえば
インジウム−すず−酸化物で構成−Ｃきる。

ここで説明しているような種類の感光性検出器マＩ・リ
ックスにおいては、各ホトダイオードは垂直層を積重ね
ることにより構成され、かつ各ホトダイオードには、ホ
トダイオードの上に積重ねられた電萄蓄積コンデンザが
組合わされる。この構造により、各ドツトの横方向の占
積率は最低にされる。この場合には、コンデンサは、ホ
トダイオードのＮ影領域４２と行導体４６との間の絶縁
層で構成される。しかし、本発明は、他の種類の感光性
検出器マトリックス、たとえば、ＴＰＴ　（薄膜ｌ・ラ
ンジスタ）形アクセストランジスタにおのおの組合わさ
れるホトダイオードにも応用できる。

別の実施例においては、シンチレーティング層３２と基
板の間に反射層（図示せず）が設けられる。その反射層
は、シンチレーティング層により後方（基板３０）へ向
って放出された光子がＰＩＮホトダイオードへ向って送
られるように、シンチレーティング層３２により放出さ
れた波長を反射できる。したがって、他の場合には失わ
れたであろう光子が電気信号に変換されるから、この構
造の全体の効率は高くなる。反射層としては、シンチレ
ーティング層３２が（＝１６される前にガラス基板上に
（，１着されるアルミニウム層で構成できる。

この構造か、感光性素子の上面に接合または圧着される
シンチレータ４８も有するものとすると、そのシンチレ
ータ４８の上面に反射層（図示せず）を接合または付着
させることもてきる。その反射層はシンチレータ４８に
より上方へ向けて放出された光子を反射する。さもない
と、それらの光子はホトダイオード中の電気信号の発生
の役割を演じない。しかし、この層はＸ線に対して高い
反射率を持たなければならない。この層はアルミニウム
で構成できる。

特殊な用途においては、下側のシンチレータ３２と上側
のシンチレータ４８の性質は異なり、異なる入射波長に
応答してシンチレータするように構成できる。したがっ
て、より広い入射光スペクトラムがカバーされる。

異なる波長に応答するそれらのシンチレータは異なる波
長、たとえば赤色の可視光と、緑色の可視光の波長を放
出するように構成することもできる。また、１つおきの
感光性素子（または１行おき、１列おきの感光性素子）
に１つまたは２つの波長を割当てることができる。その
感光性素子は、他の波長に対して不透明であるが、Ｘ線
に対しては透明である層により覆われる。それとは逆に
、他の感光性素子は、第１の波長に対して不透明であり
、Ｘ線に対して透明である層により覆われる。

したがって、波長の１つに対して不透明および透明であ
る市松模様のパターンのマスクが設けられる。このマス
クは層３４（平らにするポリイミド）とホトダイオード
の間に設けられる層で構成される。他の波長に対して不
透明および透明である領域の市松模様の別のマスクも設
けられる。このマスクは、感光性素子の上面と上側のシ
ンチレータ４８の間に設けられる層で構成される。この
構造により、映像を処理するために、層３２と４８に対
してただ１つのシンチレーティング物質を用いた場合よ
りも多くの情報を集めることができる。

とくに、医用Ｘ線技術において、人体のＸ線画像から骨
格の映像を除去するために人体のＸ線画像を処理するた
めにこの構造を使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は従来のＸ線映像発生装置の２
つの垂直な方向に沿う横断面図、第２ａ図および第２ｂ
図は本発明のマスク映像発生装置の２つの垂直な方向に
沿う横断面図である。 ３０・・・絶縁基板、３２・・・シンチレーティング物
質、３６．４６・・・導電層、３Ｂ、４０．４２・・・
アモルファスシリコン層、４４・・・絶縁層、４８・・
・シンチレータ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ＝　　２０　　＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に形成された感光性検出器と、基板と検
   出器の間に挟まれて基板上に付着されたシンチレーティ
   ング物質とを備えることを特徴とする映像を電気信号に
   変換する装置。 ２、請求項１記載の装置において、シンチレーティング
   物質と感光性検出器の間に絶縁平面化層が挟まれること
   を特徴とする装置。 ３、請求項１記載の装置において、絶縁平面化層はポリ
   イミドで形成されることを特徴とする装置。 ４、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、シンチレーティング層はシンチレーティング粉末を充
   填された樹脂のシートであり、そのシートは基板に接合
   されることを特徴とする装置。 ５、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、シンチレーティング層は結合剤とシンチレーティング
   粉末の混合物から形成され、この混合物は基板上に付着
   され、それから熱処理されることを特徴とする装置。 ６、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、感光性検出器はシンチレーティング層を被覆された基
   板上に付着された感光性素子のストリップまたはマトリ
   ックスで構成されることを特徴とする装置。 ７、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、シンチレーティング層から放出された波長を反射する
   層を備え、前記反射層は基板とシンチレーティング層の
   間に挟まれることを特徴とする装置。 ８、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、感光性検出器の上面に接合または圧着される第１のシ
   ンチレーティング層を備えることを特徴とする装置。 ９、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において
   、２つのシンチレーティング層は異なる入射放射波長を
   感ずることを特徴とする装置。 １０、請求項９記載の装置において、感光性検出器は感
   光性素子のストリップまたはマトリックスであり、２つ
   のシンチレータは異なる波長を放出し、第１のシンチレ
   ーティング層と検出器の間に挟まれた第１のマスクと、
   第２の感光層と検出器の間に挟まれた第２のマスクとが
   設けられ、第１のマスクは放出された波長の一方に対し
   て不透明な領域と透明な領域を備え、第２のマスクは他
   方の波長に対して不透明な領域と透明な領域を備え、マ
   スクの不透明な領域は交互に配置されて２つの波長のう
   ちの一方の検出に１つおきの感光性素子を割当てること
   を特徴とする装置。