JPWO2002023220A1 - シンチレータパネル、放射線イメージセンサおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

シンチレータパネル１は、シンチレータ１０を形成するための基体として、耐熱性を有するガラス基板５を使用している。ガラス基板５は放射線入射窓としても機能する。また、光反射膜として、シンチレータ１０とガラス基板５の間には誘電体多層膜ミラー６が設けられている。さらにガラス基板５の放射線入射面上には光吸収膜７が設けられ、シンチレータ１０で発生し誘電体多層膜ミラー６及びガラス基板５を透過した光を吸収する。このため、放射線入射面などで反射して誘電体多層膜ミラー７及びシンチレータ１０へと戻る光の成分が発生せず、シンチレータパネル１の光出力に悪影響を与えない。

Description

技術分野
本発明は、医療用の放射線撮影等に用いられるシンチレータパネルとこのシンチレータパネルと撮像素子とを組み合わせた放射線イメージセンサおよびそれらの製造方法に関する。
背景技術
放射線を電気信号に変換し信号の電気的な処理を可能にする放射線イメージセンサは、医療や工業用として広く利用されている。取得した電気信号は電気的に処理してモニタ上に表示することが可能である。このような放射線イメージセンサの代表的なものとして、放射線を光に変換するシンチレータ材料を使用した放射線イメージセンサがある。この放射線イメージセンサでは、変換された光をさらに電気信号に変換するための撮像素子が組み合わされている。撮像素子には例えばＭＯＳ型のイメージセンサなどが使用される。医療分野あるいは非破壊検査（そのうち、特にマイクロフォーカスＸ線源等を用いる検査）においては放射線の照射線量が限られるため、限られた照射線量でも高い光出力を出せる感度の高い放射線イメージセンサが望まれている。
図１６は、ＷＯ９９／６６３４５号公報（以下、従来技術１と呼ぶ。）に記載されている放射線イメージセンサの縦断面図である。この放射線イメージセンサ９２は、基板９５と、基板９５上に形成された光反射膜９６と、光反射膜９６上に形成されたシンチレータ１０とから構成されるシンチレータパネル９１に対し、撮像素子２０がシンチレータ１０に対向配置された状態で組み合わされて形成されている。放射線３０は基板９５側より入射して光反射膜９６を通過し、シンチレータ１０で光に変換される。変換された光は撮像素子２０により受光され電気信号へ変換される。光反射膜９６はシンチレータ１０で発生した光を反射してシンチレータ１０側へと返し、撮像素子２０の受光部に入射する光の量を増加させるという機能を有する。光反射膜９６には、主にアルミニウムなどの金属膜が使用される。
図１７は、特開平５−１９６７４２公報（以下、従来技術２と呼ぶ。）に記載されている放射線イメージング装置の縦断面図である。この放射線イメージング装置９３は、基板９４と、基板９４上に配置された撮像素子としての光検出器９８と、光検出器９８上に形成されたシンチレータ１０と、シンチレータ１０上に設けられた薄膜９７と、薄膜９７上に形成された光反射膜９０と、光反射膜９０上に形成された水分シール層９９とを備えている。放射線３０は水分シール層９９側より入射する。シンチレータ１０を固定支持する基体として光検出器９８が使用され、光反射膜９０は薄膜９７を介してシンチレータ１０の上に形成されている点で、配置構成は、従来技術１とは大きく異なる。薄膜９７は、有機材料又は無機材料からなり、シンチレータ１０上の凹凸を吸収し光反射膜９０の反射率を均一にする。光反射膜９０として、互いに光屈折率が異なるＴｉＯ_２及びＳｉＯ_２などから構成される誘電体多層膜を使用してもよいことが記されている。
発明の開示
このような従来の放射線イメージセンサには、次のような問題があった。従来技術１では光反射膜９６として金属膜が使用されるが、この金属膜９６はシンチレータ１０と反応して腐食することが多い。特にシンチレータ１０としてＣｓＩ（Ｔｌ）を使用した場合にはこの腐食は顕著であった。
従来技術２では光反射膜９０として誘電体多層膜が使用されているが、シンチレータ１０は一本の径が数μｍ〜数十μｍ程度の微小な柱状結晶が複数林立した構造であるため表面に微細な凹凸が存在するが、こうした凹凸面上に誘電体多層膜９０を直接形成することは困難なため、この凹凸を平坦化するための薄膜９７を介在させている。誘電体多層膜９０を高反射率を備えた状態で形成するには、それが形成される基体を３００℃程度に加熱して蒸着する必要があるが、この薄膜９７が有機膜の場合には、高温をかけること自体困難である。３００℃以下の温度で多層膜を形成することも可能であるが、形成される膜厚の制御が難しいうえ、誘電体多層膜９０が着色した状態で形成されてしまうといった不具合が生じ、反射率が下がり、光出力が低下する結果になる。また、無機膜で薄膜９７を形成しようとしても、無機膜ではシンチレータ上に多層膜を形成するための平坦な面を形成することが困難で、その結果、誘電体多層膜の表面（反射面）に凹凸が生じて高い反射率を持たせることができない。
そこで本発明は、耐腐食性に優れると共に高い光出力を出せるシンチレータパネル、放射線イメージセンサおよびそれらの製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るシンチレータパネルは、耐熱性の光透過基板と、この基板上に堆積された誘電体多層膜ミラーと、誘電体多層膜ミラー上に柱状構造を成して複数配列して堆積され、入射された放射線を光に変換して発生させるシンチレータと、少なくともこのシンチレータを被覆する保護膜と、基板の誘電体多層膜ミラーとの界面および／または誘電体多層膜ミラーの反対面に設けられ、誘電体多層膜ミラーから基板への光の入射、あるいは、誘電体多層膜ミラーから基板へ入射した光の基板の誘電体多層膜ミラー形成面と反対の面における反射を抑制する光入反射抑制膜と、を備えていることを特徴とする。
このようなシンチレータパネルによれば、耐熱性基板上に高温で誘電体多層膜ミラーを形成することができるので、良好な反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを実現することができ、光出力を向上させることができる。誘電体多層膜ミラーはシンチレータと反応することがなく、耐腐食性にも優れる。さらに、誘電体多層膜ミラーはその特性上わずかに光を透過するが、本発明では、光透過性の基板のいずれかの表面に光入反射抑制膜を設けることによって、誘電体多層膜ミラーを抜けて基板内部で散乱して入射位置とは別の位置からシンチレータに再入射する迷光の発生を抑制することができ、シンチレータパネルの解像度やＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができる。
基板をガラス基板とすると、薄くて撓むことがない基板が実現され、特性の良好なシンチレータパネルが得られる。
この光入反射抑制膜は、（１）基板の誘電体多層膜ミラーの形成面と反対の面に配置され、基板を通過した光を吸収する光吸収膜か、（２）基板の誘電体多層膜ミラーとの界面に形成され、誘電体多層膜ミラーを通過した光を吸収する光吸収膜か、（３）基板の誘電体多層膜ミラーとの界面に形成され、誘電体多層膜ミラーを通過した光を誘電体多層膜ミラー側へと反射する光反射膜であることが好ましい。この光吸収膜としては、例えば、ブラックアルミニウムやカーボン粒子を含有するポリイミドがあり、光反射膜としては例えば、アルミニウム膜等の金属膜がある。
さらに、シンチレータと誘電体多層膜との間に剥離防止層を備えているとシンチレータの密着性を向上させることができ、好ましい。
シンチレータは、ＣｓＩ又はＮａＩを主成分とすることが変換効率が良く好ましい。あるいは、シンチレータは輝尽性蛍光体であってもよい。この場合には、放射線画像を一時的に蓄積することが可能となる。
一方、本発明に係る放射線イメージセンサは、上記いずれかのシンチレータパネルと、そのシンチレータに対向して配置されシンチレータにより発生した光を電気信号に変換する撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
これにより、上記の特徴を有するシンチレータパネルを備えた放射線イメージセンサが実現され、このシンチレータパネルにより生成された光を電気的に処理して、モニタなどで表示することが可能となる。
また、シンチレータの反対面に光吸収膜を備える本発明に係るシンチレータパネルと、このシンチレータパネルのシンチレータに対向して配置されシンチレータにより発生した光を電気信号に変換する撮像素子と、これら撮像素子とシンチレータパネルを被覆するとともに光吸収膜に圧接して固定されているハウジングと、を備えていてもよい。
このような放射線イメージセンサによれば、ハウジングにより放射線イメージセンサは保護される。またハウジングを遮光性材質で形成すれば、外乱光が放射線イメージセンサに入射するのを効果的に抑制できる。さらに、ハウジングが光吸収膜に圧接した状態に設けられるため、シンチレータパネルが撮像素子に密着する。これにより、シンチレータで発生した光を撮像素子で認識する際、光漏れ、クロストークなどの発生が防止される。
ここで、光吸収膜を弾性体で形成すると、シンチレータの撮像素子への密着がより確実になって好ましい。
一方、本発明に係るシンチレータパネルの製造方法は、耐熱性の光透過基板を用意し、この基板上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、基板のシンチレータ形成面と反対の面に光反射防止膜を形成し、少なくともシンチレータを保護膜で被覆する、工程を備えることを特徴とする。
あるいは、耐熱性の光透過基板を用意し、この基板上に光透過を抑制する光透過抑制膜を形成し、光透過抑制膜上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、少なくともシンチレータを保護膜で被覆する、工程を備えることを特徴とする。
これらの製造方法により上述の本発明に係るシンチレータパネルを効率よく製造することができる。
さらに得られたシンチレータパネルのシンチレータに対向して撮像素子を配置することで本発明に係る放射線イメージセンサを製造できる。また、シンチレータパネルをハウジングで被覆する工程をさらに備えていてもよい。
あるいは、耐熱性の光透過基板を用意し、この基板上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、少なくともシンチレータを保護膜で被覆してシンチレータパネルを作成し、シンチレータパネルのシンチレータに対向して撮像素子を、シンチレータパネルのシンチレータ形成面と反対の面に弾性体からなる光反射防止部材をそれぞれ配置してハウジング内に収容する、工程を備えるものでもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施形態の縦断面図である。シンチレータパネル１は、放射線３０が入射されるパイレックスガラス基板５と、パイレックスガラス基板５上（放射線入射面とは反対の面）に形成された誘電体多層膜ミラー６と、誘電体多層膜ミラー６上に形成され、パイレックスガラス基板５に入射され誘電体多層膜ミラー６を通過した放射線３０を光に変換して発生させるシンチレータ１０とを備えている。シンチレータは一本の径が数μｍ〜数十μｍ程度の微小な柱状結晶が複数林立した構造である。シンチレータ１０には例えば、ＴｌドープのＣｓＩが使用されている。シンチレータにはこのほかＮａＩ等、各種の放射線により可視光、紫外光、赤外光等を放射する蛍光体を使用することができる。パイレックスガラス基板５の放射線入射面上には光吸収膜としてのブラックアルミニウム７が設けられ、シンチレータ１０で発生し誘電体多層膜ミラー６及びパイレックスガラス基板５を透過した光を吸収する。この点については後に詳述する。これら全体は保護膜としてのポリパラキシリレン膜１２で被覆され、シンチレータパネル１が形成されている。なお、パイレックスガラス基板５と誘電体多層膜ミラー６との間には、ＳｉＮのような薄い層が設けられてもよい。この薄い層は、ガラス基板表面を均一な清浄表面とすることに役に立つ。
このシンチレータパネル１では、シンチレータ１０を柱状結晶として蒸着形成するための基板としてパイレックスガラスを使用しているため、基板が薄く形成されていると共に撓みの発生が防止されている。このように薄く形成されているため、その分だけ放射線に対する感度が高くなっている。また、基板に撓みが生じないため、シンチレータパネル１に撮像素子２０を取り付ける際など、製造時の取り扱いが容易になっている。
また、誘電体多層膜ミラー６は、互いに光屈折率が異なるＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とが交互に複数回繰り返して積層された多層膜であり、シンチレータ１０で発生した光を反射し光出力を増幅する光反射膜として作用する。この誘電体多層膜ミラー６は耐熱性を有するパイレックスガラス基板５上に形成されるため、３００℃近い高温での蒸着が可能で、これにより反射率の高い状態に形成されている。また、誘電体多層膜は耐腐食性に優れるため、金属膜のようにシンチレータ１０と反応して腐食するということがない。なお、誘電体多層膜ミラー６とシンチレータ１０との間には、シンチレータ１０が誘電体多層膜ミラー６から剥離するのを防止する剥離防止層として、ポリイミド層が設けられてもよい。
次に、このシンチレータパネル１の製造工程について述べる。まず、２０ｃｍ角０．５ｍｍ厚のパイレックスガラス基板５を準備し（図２Ａ参照）、このパイレックス基板５上にＴｉＯ_２６_１、６_３…６_４１及びＳｉＯ_２６_２、６_４…６_{４ ２}を真空蒸着法で交互に繰り返し積層し（図２Ｂ、図２Ｃ参照）、合計４２層（合計約４μｍ）からなる誘電体多層膜ミラー６を成膜する（図２Ｄ参照）。その後、誘電体多層膜ミラー６上に、シンチレータ１０として厚さ３００μｍのＣｓＩの膜を蒸着法により形成する（図２Ｅ参照）。そして、ＣｓＩ表面の異物、異常成長部を平坦にするため、ＣｓＩ表面にガラス板をのせ、１気圧の力で圧力をかける。パイレックスガラス基板５の放射線入射面には、光吸収膜としてブラックアルミニウム７をアルゴンガス中で蒸着する（図２Ｆ参照）。最後に、ＣＶＤ法により、保護膜として厚さ１０μｍのポリパラキシリレン膜１２を形成して全体を覆い、図１に示されるシンチレータパネル１が形成される。
図３は、本発明に係る放射線イメージセンサの第１の実施形態の縦断面図である。この放射線イメージセンサ２は、図１に示されたシンチレータパネル１のシンチレータ１０に対して、撮像素子２０を対向配置した状態で組み合わせることで構成されている。撮像素子２０はシンチレータ１０により発生した光を電気信号に変換するものである。撮像素子２０としては、例えば、２次元的に配列されたＳｉフォトダイオードを有するＭＯＳ型のイメージセンサが使用される。
図４は、この放射線イメージセンサ２の動作を説明する拡大断面図である。被写体３２によって遮光されないあるいは透過した放射線３０は、ポリパラキシリレン膜１２、ブラックアルミニウム７、パイレックスガラス基板５、誘電体多層膜ミラー６を通過してシンチレータ１０へ入射する。シンチレータ１０は入射した放射線３０を光へ変換し放射する。シンチレータ１０から放射された光のうち、撮像素子側へとは向かわず誘電体多層膜ミラー６側へと向かう成分は、誘電体多層膜ミラー６により反射されシンチレータ１０へと返され、最終的に撮像素子２０へと向かい受光される。撮像素子２０は受光した光画像情報を電気信号へと変換して出力する。出力された電気信号は画像信号としてモニタなどに送られ、表示される。前述したように、本実施形態では、誘電体多層膜ミラー６が高反射率をもつため、この誘電体多層膜ミラー６が使用されたシンチレータパネル１及び放射線イメージセンサ２は高い光出力を有する。
しかしながら、誘電体多層膜ミラー６の光反射率は１００％ではないため、シンチレータ１０で発生した光で誘電体多層膜ミラー６側へと向かう光の成分のうち、数％は誘電体多層膜ミラー６を透過してしまう。パイレックスガラス基板５も光透過性であるので、誘電体多層膜ミラー６を透過した光はパイレックスガラス基板５を通過する。本実施形態によるシンチレータパネル１では、パイレックスガラス基板５の放射線入射面（誘電体多層膜ミラー６とは反対の面）に光吸収膜としてのブラックアルミニウム７が形成されているため、透過光はこのブラックアルミニウム７で吸収されるため、放射線入射面で反射して誘電体多層膜ミラー６側へと戻ることがない。すなわち、パイレックスガラス基板５に入射した光がパイレックスガラス基板５の放射線入射面で反射した後に撮像素子２０へ入射したり、パイレックスガラス基板５に入射した光がパイレックスガラス基板５を通過し、ハウジング２５内で反射を繰り返した後、最終的に撮像素子２０へ入射し、シンチレータ１０から直接撮像素子２０に入射する光と比べて拡がってしまうことがない。結果として、得られる放射線画像のコントラストを低下させて光出力に悪影響を及ぼしたり、擬似信号を発生することがないシンチレータパネル１が実現されている。
上述したように、シンチレータパネル１の基板としてガラスを使用すると、薄くかつ撓まないシンチレータパネルが形成できるという利点がある。また、光反射膜として誘電体多層膜を使用すると、耐腐食性に優れかつ高反射率を備えた光反射膜を形成できるという利点がある。これら双方を取り入れたシンチレータパネルを形成した場合、コントラストを低下させる要因となる透過光が発生するが、本実施形態では、さらに光吸収膜（本実施形態ではブラックアルミニウム７）を設けることによりこの透過光を吸収させ、これら双方の利点を生かし、かつ不具合を解消している。
解像度を劣化させる要因となる迷光を抑制するためには、光吸収膜７に代えて、出射面での反射を抑制する反射防止膜を配置してもよい。この反射防止膜は、外部から反射防止膜へ入射しようとする光に対しては反射膜あるいは吸収膜として機能することが好ましい。
本発明に係る放射線イメージセンサ２のコントラスト比を評価するため、本発明の実施例としてのサンプル２個（実施例１、２と呼ぶ。）と、従来型の放射線イメージセンサとしてのサンプル１個（比較例１と呼ぶ。）をそれぞれ構成を変えて作成した。いずれのサンプルもパイレックスガラス製の基板に誘電体多層膜の光反射膜を設け、ＣｓＩからなるシンチレータを堆積して、ポリパラキシリレン膜を保護膜として設けたものであり、撮像素子はＣ−ＭＯＳを使用した。違いは、比較例１が光吸収膜を有しないのに対し、実施例１は、ブラックアルミニウムの光吸収膜を、実施例２は暗色系モルトプレインの光吸収膜を有している点である。
コントラスト比を測定するための試験として、直径３ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの鉛製の被写体をパイレックスガラス基板５上に配置して放射線を照射し、鉛で隠れた部分及び放射線に露呈している部分に対し、放射線イメージセンサ２が取得した信号値をそれぞれの場合について測定し、比率として算出した。比較例１を１００とした時の実施例１、２のコントラスト比はいずれも１１０であり、比較例１よりも明瞭な像が取得できることが確認された。
図５は、本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施形態を示す縦断面図である。このシンチレータパネル１ａは、図１に示される第１の実施形態のシンチレータパネル１とほぼ同様の構成を有する。ただし、可視光から紫外線域までの光に対して高い反射率を有するＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２を積層した誘電体多層膜ミラー６ａを使用している点と、ＣｓＢｒ：Ｅｕ等のいわゆる輝尽性蛍光体をシンチレータ１０ａとして使用している点が相違する。
このシンチレータパネル１ａは、図１に示されるシンチレータパネル１と異なり、シンチレータ１０ａ側から放射線３０を照射して使用する。こうして入射する放射線によってシンチレータ１０ａは励起される。その後、図６に示されるように、Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム３４をシンチレータ１０ａにスキャン照射することで、照射された放射線３０量に応じた光がシンチレータ１０ａから放射される。この放射される光を光検出器２２により検出して電気信号に変換することで、放射線画像に相当する画像信号を取り出すことができる。
このようにシンチレータ６ａとして輝尽性蛍光体を使用することで、放射線イメージを一時的に蓄積し、レーザビーム走査によってこれを読み出すことで、大面積の撮像素子を用意する必要がなくなり、胸部撮影などの大面積の放射線画像取得が容易になる。
輝尽性蛍光体としては、上記のＣｓＢｒ：Ｅｕのほか、日本特許第３１３０６３３号公報に開示されているような各種の蛍光体を利用することができる。また、誘電体多層膜ミラーとしては、第１の実施形態に用いたＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２積層体やＨＦＯ_２／ＳｉＯ_２積層体等を使用することができる。
図７は、本発明に係る放射線イメージセンサの第２の実施形態を示す縦断面図である。この放射線イメージセンサ２ａは、図３に示される放射線イメージセンサ２を、駆動、読み出し回路を有する制御装置２４とともにセンサ基板２２上に載置し、ハウジング２５内に収容したものであり、センサ２は、一対の固定ジグ２３によりセンサ基板２２に固定されている。
ハウジング２５は、放射線透過性を有し、センサ２を保護、遮光する。また、固定ジグ２３とハウジング２５の協働により、シンチレータパネル１は撮像素子２０に対し密着するため、シンチレータ１０で発生した光を撮像素子２０で認識する際、光漏れ、クロストークなどが発生するのを防止することができる。なお、ハウジング２５は、センサ基板２２を含まず放射線イメージセンサ２のみを被覆するものであってもよい。
ちなみに、特開平１１−１６０４４２には、弾性体の押圧力により蛍光体がＣＣＤ素子の受光面に固定されるＸ線画像検出器が開示されているが、この弾性体は蛍光体をＣＣＤ素子に押圧する作用にとどまり本発明のような光吸収性を有するものではない。
図８は、本発明に係る放射線イメージセンサの第３の実施形態の縦断面図である。この放射線イメージセンサ２ｂのシンチレータパネル１ｂは、本発明に係るシンチレータパネル１と異なり、シンチレータパネル１ｂ自体には光吸収膜７が設けられていない。その代わりとして、シンチレータパネル１ｂのポリパラキシリレン膜１２によりコートされたパイレックスガラス基板５の放射線入射面と、とハウジング２５との間に弾性体である暗色系のモルトプレイン１７が配置されている。モルトプレイン１７の代わりに黒色のスポンジを使用してもよい。ハウジング２５はモルトプレイン１７に対し圧接した状態に設けられている。
モルトプレイン１７は弾性体であるため、ハウジング２５の作用によりシンチレータパネル１は撮像素子２０に対してより押圧される。これにより、シンチレータパネル１は撮像素子２０に対しより密着するため、シンチレータ１０で発生した光を撮像素子２０で認識する際、光漏れ、クロストークなどが発生するのをさらに防止することができる。なお、弾性体としての光吸収部材１７は、ガラス基板５に当接し押圧しているため、力が均等に加わりやすいという効果もある。
図９は、本発明に係るシンチレータパネルの第３の実施形態の縦断面図である。このシンチレータパネル１ｄは、パイレックスガラス基板５と、誘電体多層膜ミラー６と、シンチレータ１０と、ポリパラキシリレン膜１２とを備えている点は、図１に示されるシンチレータパネル１と同一であるが、基板５の放射線入射側に光吸収膜７を有しておらず、基板５と誘電体多層膜ミラー６との間に反射膜としてのアルミニウム膜７０を有している点が相違する。
この反射膜としては、アルミニウム膜７０以外にクロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）、又はクロム（Ｃｒ）と銅（Ｃｕ）など、２層以上から成る金属膜を使用してもよい。クロムは、銀や銅、またガラスと密着性がよく、パイレックスガラス基板５から剥離されるのを防止する効果がある。
この反射膜としてのアルミニウム膜７０はシンチレータ１０と反応して腐食しやすいが、本実施形態では、アルミニウム膜７０とシンチレータ１０との間に耐腐食性に優れた誘電体多層膜ミラー６が形成されているので、この腐食の問題についても解決されている。なお、誘電体多層膜ミラー６とシンチレータ１０との間にはシンチレータ１０が誘電体多層膜ミラー６から剥離するのを防止する剥離防止層として、ポリイミド層を設けてもよい。
次に、このシンチレータパネル１ｄの製造工程について述べる。まず、２０ｃｍ角０．５ｍｍ厚のパイレックスガラス基板５を準備し（図１０Ａ参照）、このパイレックスガラス基板５上に透過光反射膜としてのアルミニウム膜７０を１５００Å蒸着する（図１０Ｂ参照）。以下、誘電体多層膜ミラー６を成膜して（図１０Ｃ〜図１０Ｅ参照）、シンチレータ１０を形成し（図１０Ｆ参照）、最後にポリパラキシリレン膜１２を形成して全体を覆うまでの工程は、図２Ａ〜図２Ｆに示される対応する工程と同一であるため工程の詳細な説明は省略する。こうして図９に示されるシンチレータパネル１ｄが得られる。
本実施形態のシンチレータパネル１ｄでは、第１の実施形態のシンチレータパネル１と異なり、誘電体多層膜ミラー６と基板５との間に反射膜であるアルミニウム膜７０を設けているため、誘電体多層膜ミラー６の反射率を極端に向上させる必要はなく、その層数は４層程度であってもよい。
図１１は、このシンチレータパネル１ｄを用いた本発明に係る放射線イメージセンサの第４の実施形態の縦断面図である。この放射線イメージセンサ２は、図９に示されたシンチレータパネル１に対し、撮像素子２０をシンチレータ１０に対向配置した状態で組み合わせて構成されている。撮像素子２０としては、第１〜第４の実施形態と同様に２次元的に配列されたＳｉフォトダイオードを有するＭＯＳ型のイメージセンサを使用することができる。
図１２は、図１１の放射線イメージセンサ１ｄの動作を説明する拡大断面図である。被写体３２によって遮光されないあるいは透過した放射線３０は、ポリパラキシリレン膜１２、パイレックスガラス基板５、アルミニウム膜７０、誘電体多層膜ミラー６を通過してシンチレータ１０へ入射する。シンチレータ１０は入射した放射線３０を光へ変換し放射する。シンチレータ１０から放射された光のうち、撮像素子側へとは向かわず誘電体多層膜ミラー６側へと向かう成分は、誘電体多層膜ミラー６により反射されシンチレータ１０へと返され、最終的に撮像素子２０へと向かい受光される。撮像素子２０はこれらの光画像情報を電気信号へと変換して出力する。出力された電気信号はモニタなどに送られて、イメージ画像が表示される。ここで、前述したように、誘電体多層膜ミラー６は光反射率が１００％ではないため、シンチレータ１０で発生した光で誘電体多層膜ミラー６側へと向かう光の成分のうち、数％は誘電体多層膜ミラー６を透過してしまう。本実施形態によるシンチレータパネル１ｄでは、誘電体多層膜ミラー６とパイレックスガラス基板５との間にアルミニウム膜７０が設けられているため、透過光はこのアルミニウム膜７０で反射され、誘電体多層膜ミラー６へと返される。すなわち、シンチレータ１０側からパイレックスガラス基板５への光入射を確実に阻止することができるとともに、パイレックスガラス基板５側からシンチレータ１０側への光入射もまた確実に阻止することができるので、外乱光の入射や迷光の発生を確実に抑制して、第１の実施形態と同様に、解像度の劣化やＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。
図１３は、本発明に係るシンチレータパネルの第４の実施形態の縦断面図である。このシンチレータパネル１ｅでは、パイレックスガラス基板５と誘電体多層膜ミラー６との間に光吸収膜としてのカーボン含有ポリイミド８０が設けられている。カーボン含有ポリイミド８０は、シンチレータ１０から放射され誘電体多層膜ミラー６を透過した光を吸収するものである。このシンチレータパネル１ｅは、シンチレータパネル１ｄとほぼ同一の工程で製造されるが、図１０Ｂに示されるアルミ蒸着工程に代えて、カーボン含有ポリイミド樹脂を塗布して硬化させる工程を備えている点のみが相違する。
図１４は、図１３に示されたシンチレータパネル１ｅに対し撮像素子２０を組み合わせて形成された放射線イメージセンサ２ｅの縦断面図であり、図１５はその動作を示す拡大断面図である。被写体３２によって遮光されないあるいは透過された放射線３０は、ポリパラキシリレン膜１２、パイレックスガラス基板５、カーボン含有ポリイミド８０、誘電体多層膜ミラー６を通過してシンチレータ１０へ入射する。シンチレータ１０は入射した放射線３０を光へ変換し放射する。既に述べたように、この光のうちの一部は誘電体多層膜ミラー６を透過するが、本実施形態では、パイレックスガラス基板５と誘電体多層膜ミラー６との間に、光吸収膜としてのカーボン含有ポリイミド８０が設けられているため、透過光はこのカーボン含有ポリイミド８０上で吸収される。これにより、パイレックスガラス基板５へと進み、パイレックスガラス基板５の放射線入射面で反射して誘電体多層膜ミラー６側へと戻る光成分や、放射線入射面を通過しハウジング２５内で反射を繰り返し、再度放射線イメージセンサ５２内部に入光するような光成分は発生しない。従って、コントラストを低下させるなど光出力に悪影響を及ぼすことが防止されている。
第３、第４の実施形態で示されたシンチレータパネル１ｄ、１ｅを有する放射線イメージセンサ２ｄ、２ｅのコントラスト比を評価するため、本発明の実施例としてのサンプル２個（実施例３、実施例４）と、従来型の放射線イメージセンサとしてのサンプル１個（比較例２）をそれぞれ構成を変えて作成した。いずれのサンプルもパイレックスガラス製の基板に誘電体多層膜の光反射膜を設け、ＣｓＩからなるシンチレータを堆積して、ポリパラキシリレン膜を保護膜として設けたものであり、撮像素子はＣ−ＭＯＳを使用した。違いは、比較例２がパイレックス基板上に直接誘電体多層膜を形成しているのに対し、実施例３は、誘電体多層膜と基板との間にアルミニウム膜を、実施例４は、誘電体多層膜と基板との間にカーボン含有ポリイミド膜を有している点である。
コントラスト比を測定するための試験として、直径３ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの鉛製の被写体をパイレックスガラス基板５上に配置して放射線を照射し、鉛で隠れた部分及び放射線に露呈している部分に対し、放射線イメージセンサが取得した信号値をそれぞれの場合について測定し、比率として算出した。比較例２を１００とした時の実施例３、４のコントラスト比はいずれも１１０であり、比較例２よりも明瞭な像が取得できることが確認された。
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の構成を組み合わせた変形形態も当然、本発明の範囲に含まれる。例えば、シンチレータパネルの第３、第４の実施形態において、第２の実施形態のようにシンチレータに輝尽性蛍光体を用いてもよい。また、図１１、図１４に示される放射線イメージセンサを図８、図９に示されるようなハウジングに収容してもよい。さらに、基板５への光の入反射を抑制する部材を基板の一方の面だけではなく、両方の面に設けてもよい。
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
本発明に係るシンチレータパネル、放射線イメージセンサは、胸部撮影などの医療用あるいは非破壊検査等の工業用途において好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施形態の縦断面図である。
図２Ａ〜図２Ｆは、図１のシンチレータパネルの製造方法を示す縦断面図である。
図３は、図１のシンチレータパネルを用いた放射線イメージセンサの縦断面図であり、図４はその動作を示す拡大断面図である。
図５は、本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施形態の縦断面図であり、図６はその使用法を説明する図である。
図７、図８は、本発明に係る放射線イメージセンサの第２、第３の実施形態をそれぞれ示す縦断面図である。
図９は、本発明に係るシンチレータパネルの第３の実施形態を示す縦断面図であり、図１０Ａ〜図１０Ｆは、その製造方法を説明する縦断面図であり、図１１は、それを利用した本発明に係る放射線イメージセンサの第４の実施形態を示す縦断面図であり、図１２はその動作を説明する拡大断面図である。
図１３は、本発明に係るシンチレータパネルの第４の実施形態の縦断面図であり、図１４は、それを利用した本発明に係る放射線イメージセンサの第５の実施形態を示す縦断面図であり、図１５はその動作を説明する拡大断面図である。
図１６、図１７は、従来型の放射線イメージセンサを示す縦断面図である。

Claims (22)

1. 耐熱性の光透過基板と、
   前記基板上に堆積された誘電体多層膜ミラーと、
   前記誘電体多層膜ミラー上に柱状構造を成して複数配列して堆積され、入射された放射線を光に変換して発生させるシンチレータと、
   少なくとも前記シンチレータを被覆する保護膜と、
   前記基板の前記誘電体多層膜ミラーとの界面および／または前記誘電体多層膜ミラーとの反対面に設けられ、前記誘電体多層膜ミラーから前記基板への光の入射、あるいは、前記誘電体多層膜ミラーから前記基板へ入射した光の前記基板の前記誘電体多層膜ミラー形成面と反対の面における反射を抑制する光入反射抑制部材と、
   を備えていることを特徴とするシンチレータパネル。
2. 前記基板はガラス基板である請求項１記載のシンチレータパネル。
3. 前記光入反射抑制部材は、前記基板の前記誘電体多層膜ミラーの形成面と反対の面に配置されており、前記基板を通過した光を吸収する光吸収部材である請求項１または２に記載のシンチレータパネル。
4. 前記光入反射抑制部材は、前記基板の前記誘電体多層膜ミラーとの界面に形成され、前記誘電体多層膜ミラーを通過した光を吸収する光吸収膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のシンチレータパネル。
5. 前記光吸収部材あるいは光吸収膜はブラックアルミニウムである請求項３または４に記載のシンチレータパネル。
6. 前記光吸収部材あるいは吸収膜はカーボン粒子を含有するポリイミドである請求項３または４に記載のシンチレータパネル。
7. 前記光入反射抑制部材は、前記基板の誘電体多層膜ミラーとの界面に形成され、前記誘電体多層膜ミラーを通過した光を前記誘電体多層膜ミラー側へ反射する光反射膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のシンチレータパネル。
8. 前記光反射膜はアルミニウム膜である請求項７記載のシンチレータパネル。
9. 前記シンチレータと多層膜との間に剥離防止層をさらに備えている請求項１〜８のいずれかに記載のシンチレータパネル。
10. 前記シンチレータは、ＣｓＩ又はＮａＩを主成分とする請求項１〜９のいずれかに記載のシンチレータパネル。
11. 前記シンチレータは輝尽性蛍光体であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のシンチレータパネル。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のシンチレータパネルと、
    前記シンチレータパネルの前記シンチレータに対向して配置され前記シンチレータにより発生した光を電気信号に変換する撮像素子と、
    を備えたことを特徴とする放射線イメージセンサ。
13. 請求項３記載のシンチレータパネルと、
    前記シンチレータパネルの前記シンチレータに対向して配置され前記シンチレータにより発生した光を電気信号に変換する撮像素子と、
    前記撮像素子とシンチレータパネルを被覆するとともに前記光吸収部材に圧接して固定されているハウジングと、
    を備えている放射線イメージセンサ。
14. 前記光吸収部材は弾性体からなる請求項１３記載の放射線イメージセンサ。
15. 耐熱性を有し放射線を透過するガラス基板と、
    前記ガラス基板上に形成された誘電体多層膜ミラーと、
    前記誘電体多層膜ミラー上に柱状構造を成して複数配列して堆積され、前記ガラス基板に入射され前記誘電体多層膜ミラーを通過した放射線を光に変換して発生させるシンチレータと、
    少なくとも前記シンチレータを被覆する保護膜とを備え、
    前記誘電体多層膜ミラーは前記シンチレータにより発生した光を反射し前記シンチレータへ返し、
    前記ガラス基板の放射線入射面上には、前記シンチレータで発生し前記誘電体多層膜ミラー及び前記ガラス基板を透過した光を吸収する光吸収膜が設けられていることを特徴とするシンチレータパネル。
16. 耐熱性を有し放射線を透過するガラス基板と、
    前記ガラス基板上に形成された透過光反射膜と、
    前記透過光反射膜上に形成された誘電体多層膜ミラーと、
    前記誘電体多層膜ミラー上に柱状構造を成して複数配列して堆積され、前記ガラス基板に入射され前記透過光反射膜及び誘電体多層膜ミラーを通過した放射線を光に変換して発生させるシンチレータと、
    少なくとも前記シンチレータを被覆する保護膜とを備え、
    前記誘電体多層膜ミラーは前記シンチレータにより発生した光を反射し前記シンチレータへ返し、
    前記透過光反射膜は、前記シンチレータで発生し前記誘電体多層膜ミラーを透過した光を反射し、前記誘電体多層膜ミラー及び前記シンチレータへ返すことを特徴とするシンチレータパネル。
17. 耐熱性を有し放射線を透過するガラス基板と、
    前記ガラス基板上に形成された透過光吸収膜と、
    前記透過光吸収膜上に形成された誘電体多層膜ミラーと、
    前記誘電体多層膜ミラー上に柱状構造を成して複数配列して堆積され、前記ガラス基板に入射され前記透過光吸収膜及び誘電体多層膜ミラーを通過した放射線を光に変換して発生させるシンチレータと、
    少なくとも前記シンチレータを被覆する保護膜とを備え、
    前記誘電体多層膜ミラーは前記シンチレータにより発生した光を反射し前記シンチレータへ返し、
    前記透過光吸収膜は、前記シンチレータで発生し前記誘電体多層膜ミラーを透過した光を吸収することを特徴とするシンチレータパネル。
18. 耐熱性の光透過基板を用意し、
    この基板上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、
    前記誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、
    前記基板のシンチレータ形成面と反対の面に光反射防止部材を形成し、
    これと前後して少なくとも前記シンチレータを保護膜で被覆する、
    工程を備えるシンチレータパネルの製造方法。
19. 耐熱性の光透過基板を用意し、
    この基板上に光透過を抑制する光透過抑制膜を形成し、
    前記光透過抑制膜上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、
    前記誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、
    少なくとも前記シンチレータを保護膜で被覆する、
    工程を備えるシンチレータパネルの製造方法。
20. 請求項１８または１９記載の製造方法で得られたシンチレータパネルのシンチレータに対向して撮像素子を配置する工程をさらに備えている放射線イメージセンサの製造方法。
21. 前記シンチレータパネルをハウジングで被覆する工程をさらに備えている請求項２０記載の放射線イメージセンサの製造方法。
22. 耐熱性の光透過基板を用意し、
    この基板上に所定の膜厚を有する誘電体層を多層積層することにより所望の反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを形成し、
    前記誘電体多層膜ミラー上に放射線を光に変換するシンチレータの柱状構造を堆積させ、
    少なくとも前記シンチレータを保護膜で被覆してシンチレータパネルを作成し、
    前記シンチレータパネルのシンチレータに対向して撮像素子を、シンチレータパネルのシンチレータ形成面と反対の面に弾性体からなる光反射防止部材をそれぞれ配置してハウジング内に収容する、
    工程を備える放射線イメージセンサの製造方法。

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