JPWO2004077098A1 - X線検出器とそれを用いたx線検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、近年のデジタル技術の進歩によって、X線画像を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理して検査を行う方法が普及しつつある。医療診断や非破壊検査等はCRT等に表示させた可視画像(X線像)に基づいて実施される。X線画像をデジタル化して検査を行う方法としては、X線検出器としてX線イメージインテンシファイア(I.I.管)を用いた方法が知られている。
X線イメージインテンシファイアは、真空外囲器の両端部にX線を光電子に変換する入力部と光電子を可視光に変換する出力部とを設けたものである。出力された可視光像はCCDカメラ等でデジタル化される。例えば、肺の診断では400×400mm程度の領域を撮影することから、このような撮影領域の検査画像を最終的に1インチ程度のCCDカメラで検出するためには、I.I.管内で高度に集光する必要がある。このため、I.I管は装置の大型化等が問題になっている。
近年の半導体プロセス技術の進歩に伴って、アレイ状に配列された半導体センサや半導体素子を使用して、X線撮影を行うシステムが開発されている。この種のX線撮影システムは、広範囲な撮影領域に容易に対応できると共に、画像データを直接的にデジタル化することができる。このため、例えば医療分野におけるX線撮影データ(画像データ)のデータベース化等に適している。さらに、従来の感光性フィルムを用いたX線写真システムと比較してダイナミックレンジが広く、X線露光量の変動に画像精度が影響されにくいというような利点を有している。
半導体プロセス技術を利用したX線撮影システムにおいては、アレイ状のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a−SiTFT)をスイッチングゲートに適用したX線平面検出器が用いられる。X線平面検出器としては、X線像を直接電荷情報に変換するX線電荷変換膜を用いた直接変換方式と、X線像を光信号に変換する蛍光体層と光信号を電荷情報に変換する光電変換膜とを用いた間接変換方式とが知られている。
間接変換方式のX線平面検出器は、例えば増感紙/フィルム方式やX線イメージインテンシファイアを用いた撮影系と同等もしくはそれ以下の感度しか得られていないことから、最近では高感度化が可能な直接変換方式のX線平面検出器が注目されている。直接変換方式のX線平面検出器においては、X線電荷変換膜にa−Se、PbI2、HgI2等の材料を使用することが検討されている(特開2001−264443号公報、特開2001−320035号公報等参照)。
上述したX線電荷変換膜の構成材料のうち、PbI2やHgI2等はPbやHgが人体や環境に悪影響を及ぼすことが懸念されていることから、各種分野でその使用を削減することが求められている。Seも多量に含む場合には、人体や環境に悪影響を及ぼすことが懸念される。加えて、X線平面検出器で精度のよい画像を得るためにはX線電荷変換膜を均一に形成する必要がある。しかし、従来のSe、PbI2、HgI2等のX線電荷変換膜材料は均一に膜化することが困難な材料である。このため、従来の直接変換方式のX線平面検出器は、X線電荷変換膜の膜精度や膜特性等に起因する画像精度の低下が問題になっている。
上述したように、直接変換方式のX線平面検出器は高感度化が可能であることから注目されている。しかしながら、従来のX線平面検出器に用いられているX線電荷変換膜材料は、人体や環境に及ぼす悪影響に基づいて、その使用を削減することが求められており、さらに均一な膜を形成することが難しいという問題を有している。X線電荷変換膜の膜精度の低下はX線平面検出器の画像精度の劣化要因となることから、人体や環境に悪影響を及ぼさない材料で均一なX線電荷変換膜の形成を可能にすることが望まれている。
本発明の目的は、X線電荷変換膜に人体や環境に悪影響を及ぼすことがないと共に、均一な膜を容易に得ることが可能な材料を適用することによって、環境負荷等を軽減しつつX線の検出感度や検出精度等の向上を図ったX線検出器とそれを用いたX線検査装置を提供することにある。
本発明のX線検査装置は、被検体にX線を照射するX線源と、前記被検体を透過したX線を画像信号として検出する、上記した本発明のX線検出器とを具備することを特徴としている。
本発明においては、X線電荷変換膜に少なくとも1種の希土類元素Rと酸素、硫黄、セレンおよびテルルから選ばれる少なくとも1種の元素Zとを含む希土類化合物を適用している。このような希土類化合物はX線を直接電荷に変換する機能を有し、かつX線吸収係数が大きいR元素に基づいてX線電荷変換膜を高感度化することができる。さらに、希土類化合物は従来のX線電荷変換膜材料に比べて均一に膜化することが容易であるため、画像精度の向上を図ることができる。その上で、従来のX線電荷変換膜材料のように人体や環境に悪影響を及ぼすおそれもないため、環境負荷等を軽減しつつ、X線検出器の検出感度や検出精度等の向上を図ることが可能となる。
図2は図1に示すX線検出器の概略構成を示す回路図である。
図3は図2に示すX線検出器の要部構成を示す断面図である。
図4は本発明の実施例21で適用したX線検出器の要部構成を示す断面図である。
図5は本発明の実施例22で適用したX線検出器の要部構成を示す断面図である。
発明を実施するための形態
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は本発明のX線検出器を適用したX線検査装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。図1に示すX線検査装置1は、人体、動物、各種物品等の被検体2にX線3を照射するX線管等のX線源4を有している。被検体2により吸収もしくは散乱されたX線3は、X線平面検出器5を内蔵するX線画像撮影装置6に照射される。X線平面検出器5において、X線情報は画像信号として検出される。X線画像撮影装置6から出力される画像信号は、信号処理部7でデジタル処理された後、CRT等のモニタ(表示部)8にX線画像(検査画像)として表示される。
X線平面検出器5は、例えば図2および図3に示すように、所定のピッチでX−Yマトリックス状に配列された複数の走査(ゲート)線11および信号線12を有し、これらの交差する部分の内部に画素として変換セル13がそれぞれ形成されている。これら変換セル13は、照射されたX線の強さに応じた電荷を生成するX線電荷変換部14と、生成された電荷を電気信号(画像信号)として読み出す電荷情報読み出し部15とを有しており、電源16から所定の高電圧が印加されている。
なお、図2は概念図であるため、X線電荷変換部14が変換セル13の一部の領域のみをカバーするように描かれているが、実際にはX線照射面のほぼ全面がX線電荷変換部14とされている。
各走査線11には走査線駆動回路17から走査信号が順次供給される。そして、走査信号が供給された走査線11に接続された電荷情報読み出し部15によって、X線電荷変換部14で生成された電荷が読み出される。読み出された電荷は、対応する信号線12を介して信号線走査回路18に導かれる。信号線走査回路18では各信号線12から導かれた画像信号が変換セル13毎に順次読み込まれ、後段の信号処理部7でアナログ−デジタル変換され、デジタル信号として表示部8に送られる。
X線電荷変換部14は、図3の変換セル13を中心とする断面図に示すように、X線電荷変換膜21を有している。X線電荷変換膜21の上下には電子輸送層22と正孔輸送層23とが形成されている。電子輸送層22上には共通電極24が形成されており、X線電荷変換膜21に高電圧のバイアス電圧を印加している。電荷情報読み出し部15はこのようなX線電荷変換膜21と接するように、各変換セル(画素)13毎に設けられている。
アレイ状に配列された各変換セル(画素)13は、それぞれX線電荷変換膜21側に形成された画素電極25を有している。画素電極25は補助電極26と絶縁層27に設けられたコンタクトホール27aを介して電気的に接続されている。補助電極26と容量電極28とこれらの間に配置された絶縁膜29とによって、電荷蓄積容量30が構成されている。各変換セル13は電荷蓄積容量30に対応して設けられた、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a−SiTFT)からなるスイッチング素子31を有している。
スイッチング素子(スイッチングTFT31)は、駆動信号を送る走査線11に対して電気的に接続されたゲート電極32と、ゲート絶縁用の絶縁膜33と、活性層として用いられるアンドープのa−Si層34と、コンタクト用のn+a−Si層35と、補助電極27と電気的に接続されたソース電極36および信号線12に接続されたドレイン電極37とを、例えばガラス基板38上に順に積層形成することにより構成されている。X線平面検出器5は、このようなスイッチングTFT31をアレイ状に形成したTFTアレイを備えるものである。
このようなX線平面検出器5において、被検体2を透過したX線はX線電荷変換膜21に照射される。X線電荷変換膜21では入射したX線のエネルギーの強さに応じて電荷が直接生成される。生成される電荷は電子と正孔のペアであり、電極24、25間に印加された高電界により分離され、電子と正孔は電極24または電極25に引き寄せられる。画素電極25に引き寄せられた電荷は、補助電極27を通して電荷蓄積容量30に蓄積される。すなわち、電荷蓄積容量30にはX線のエネルギーに対応した電荷が蓄積される。
蓄積された電荷はスイッチングTFT31をオンにすることで、信号線16を通って信号線走査回路18に導かれる。そして、スイッチングTFT31のオン/オフ等を制御し、1画素13毎に電荷を信号線走査回路18に送ることによって、X線画像の画像情報が点順次信号に変換される。このような画像信号は信号処理部7でデジタル処理された後、CRT等のモニタ8に送られてX線画像(検査画像)として表示される。
上述したX線平面検出器5のX線電荷変換膜21は、少なくとも1種の希土類元素Rと、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)およびテルル(Te)から選ばれる少なくとも1種のZ元素とを含む希土類化合物により構成されている。なお、X線電荷変換膜21の構成材料としての希土類化合物は、希土類元素Rと上記した6B族元素Zとを必須元素として含んでいればよく、さらに他の元素Mを含む化合物であってもよい。すなわち、希土類化合物はRZx化合物(xは任意の数を示す)に限らず、例えばR2SiO5やR2AlO5等のRMyZx化合物(MはR元素およびZ元素と複合化合物を形成し得る少なくとも1種の元素を、xおよびyは任意の数を示す)であってもよい。
X線電荷変換膜21を構成する希土類化合物において、希土類元素RはX線吸収係数の増大に寄与する元素である。このような希土類元素RにはYを含むランタノイド元素が適用されるが、これらの中でも原子量が大きいEu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、LuはX線吸収係数が大きいことから、X線電荷変換膜21を構成する希土類化合物に好適である。一方、工業的な見地からは、安価なLa、Ce、Pr、Nd、Sm等の希土類元素が好ましい。特に好ましい希土類元素RはGd、Eu、Tb、Luであり、これらの内でもGdが最適である。
Z元素(O、S、SeおよびTeから選ばれる少なくとも1種の6B族元素)は、上記した希土類元素Rと化合して絶縁体または半導体を形成する元素である。一般に、バンドギャップを有する絶縁体または半導体では、バンドギャップ以上のエネルギーを持つX線等の電磁波を吸収すると電子−正孔対が形成され、それを電気信号として外部に取り出すことができる。すなわち、Z元素を化合物生成元素として含む希土類化合物は、X線を直接電荷に変換するX線電荷変換膜21としての機能を有するものである。
希土類化合物は少なくとも1種のZ元素を含む化合物、すなわち酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物、酸硫化物、酸セレン化物、酸テルル化物等であればよい。これらの内でも、取扱い性やX線吸収量等の観点から、酸化物、硫化物、酸硫化物を用いることが好ましい。また、Z元素の一部はSi、Al、Ge、Ga、Sn、In、P、B、遷移金属元素等の他の元素Mで置換してもよい。これらM元素を含む化合物の中でも、珪酸化合物、アルミン酸化合物、燐酸化合物、硼酸化合物等は好ましい化合物ということができる。
希土類化合物の具体例としては、R2O3等で表される希土類酸化物、R2S3やRS等で表される希土類硫化物、R2Se3やRSe等で表される希土類セレン化物、R2Te3やRTe等で表される希土類テルル化物、R2O2S等で表される希土類酸硫化物、R2O2Se等で表される希士類酸セレン化物、R2O2Te等で表される希土類酸テルル化物、R2SiO5やR2Si2O7等の希土類珪酸化合物、RAlO3やR2AlO5等の希土類アルミン酸化合物、RPO4等の希土類燐酸化合物、RBO3等の希土類硼酸化合物等が挙げられる。
これらの希土類化合物の中でも、前述した希土類酸化物、希土類硫化物、希土類酸硫化物が好ましく用いられ、さらに好ましくは希土類酸化物や希土類酸硫化物である。なお、希土類化合物は化学量論組成比の化合物に限られるものではなく、化学量論組成比から多少ずれた組成比を有するものであってもよい。例えば、酸素や硫黄等のZ元素の一部を欠損させることで、電気抵抗率やバンドギャップ等を調整することができることから、X線電荷変換膜21に好適な化合物が得られる場合がある。
ところで、X線平面検出器5においては、電極間に高電圧が印加された状態でX線が照射されていないときに流れる電流(暗電流)が少ないほど、検出器5のS/N比を高くすることができる。このような点に対して、X線電荷変換膜21の構成材料のバンドギャップが大きいほど、価電子帯から伝導帯に対して熱的に励起される電子数(正孔数)が減少し、その電子(正孔)による暗電流が低下する。ただし、構成材料のバンドギャップが小さいほど、電子−正孔対が形成されやすく、これによってX線に対する感度を高めることができる。
これらの点を考慮して、X線電荷変換膜21の構成材料には1.7〜6.0eVの範囲のバンドギャップを有する希土類化合物を用いることが好ましい。希土類化合物のバンドギャップは2.0〜5.6eVの範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは2.1〜4.0eVの範囲である。バンドギャップの一例を示すと、Gd2S3は2.6eV、Gd2O3は5.3eV、Tb2O3は4.1eV、La2Se3は1.65(約1.7)eVである。なお、従来のX線電荷変換膜材料であるPbI2のバンドギャップは2.3eV、a−Seのバンドギャップも2.3eVである。
さらに、暗電流の少ないX線電荷変換膜21を実現するためには、X線電荷変換膜21を構成する材料の電気抵抗率を適当な範囲内に制御することが好ましい。X線電荷変換膜21の電気抵抗率が小さすぎると暗電流が大きくなる。一方、電気抵抗率が大きすぎると、X線の照射で生成した電子(正孔)を電極まで伝導しにくくなる。このような点から、X線電荷変換膜21は108〜1015Ω・mの範囲の電気抵抗率を有することが好ましい。X線電荷変換膜21の電気抵抗率は109〜1014Ω・mの範囲がより好ましく、さらに好ましくは109〜1013Ω・mの範囲である。
上述したような希土類化合物(RZx化合物やRMyZx化合物等)においては、結晶中の不純物や欠陥が原因となって伝導帯(価電子帯)に供給された電子(正孔)により暗電流が流れたり、また不純物準位や欠陥準位をホッピングする電子(正孔)により暗電流が流れたりする場合がある。このような暗電流の原因となる不純物としては、P、F、Cl、Na、K等が考えられる。ただし、これらの元素が希土類化合物を構成する成分である場合には不純物と見なさない。また、このような元素の全てが暗電流に影響を及ぼすわけではなく、対象となる母体の化合物によって影響を及ぼす元素が異なる。
このような点から、X線電荷変換膜21を構成する希土類化合物は、上記した不純物元素の含有量がそれぞれ5000ppm(質量)以下であることが好ましい。特に、P、F、Clの影響が大きいことから、これらの元素の含有量をそれぞれ3000ppm(質量)以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは1000ppm(質量)以下である。なお、不純物元素の合計含有量は2質量%以下とすることが好ましい。また、欠陥は熱処理により低減することが可能である。熱処理条件は希土類化合物の組成や製法によって適宜設定することが好ましい。
希土類化合物からなるX線電荷変換膜21は0.05〜4mmの範囲の厚さを有することが好ましい。X線電荷変換膜21の膜厚が0.05mm未満になるとX線の吸収が不十分となり、X線平面検出器5の感度が低下する。一方、X線電荷変換膜21の膜厚が4mmを超えると、膜に必要な電界を印加するための電圧が高くなりすぎて工業的に好ましくない。さらに、膜厚が4mmを超える場合には、X線を吸収して膜中に発生した電荷が外部から印加された電界に沿って電極まで移動する距離が長くなる。このため、電子と正孔の再結合や欠陥に捕らえられることで、電荷が消滅する確率が高くなる。すなわち、X線電荷変換膜21の感度が低下する。X線電荷変換膜21の膜厚は0.1〜2mmの範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは0.2〜1.5mmの範囲である。
R元素とZ元素を少なくとも含む希土類化合物(RZx化合物やRMyZx化合物等)は、X線を直接電荷に変換するX線電荷変換膜21としての機能を有し、かつX線吸収係数が大きいR元素に基づいてX線電荷変換膜21の高感度化を可能にするものである。さらに、希土類化合物は従来のX線電荷変換膜材料である、Se、PbI2、HgI2等に比べて均一に膜化することが容易であるため、画像精度の向上を図ることができる。その上で、従来のX線電荷変換膜材料のように人体や環境に悪影響を及ぼすおそれもないため、環境負荷等を軽減しつつ、検出感度や検出精度等に優れたX線電荷変換膜21を得ることが可能となる。
希土類化合物からなるX線電荷変換膜21の形成方法は、特に限定されるものではなく、各種の膜化方法を適用して作製することができる。例えば、セラミックスとして焼結した後にスライスする方法(焼結法)、希土類化合物粉末をバインダ成分と混合してシートや膜を成形する方法(成形法)、スパッタ法や蒸着法のような各種成膜法等を適用して、希土類化合物からなるX線電荷変換膜21を形成することができる。
なお、蒸着法としては電子線蒸着法や多元蒸着法等が好適である。焼結法や成形法は、大きな焼結体やシート等を作製した後に必要なサイズに切断し、多数個を同時に形成して量産性を高めたり、また大型(縦横サイズ)のX線電荷変換膜を形成することができるというような利点を有している。例えば、スパッタ法ではX線電荷変換膜の大きさ以上のターゲットを用いてスパッタしないと一度に成膜できないため、X線電荷変換膜の均質性等が低下するおそれがある。
焼結法を適用してX線電荷変換膜21を形成する場合には、まず共沈法、固相反応法、各種ガスと固体との気相反応法等により原料粉末を作製する。このような原料粉末を、その材料に応じた温度で焼成して焼結体を作製する。焼成時の条件制御等によって、希土類化合物の粒径、組成、均一性、内部欠陥等を調整することができる。希土類酸硫化物の場合を例として、焼結法を適用したX線電荷変換膜21の形成方法を具体的に説明する。
まず、出発原料には共沈法等により作製した希土類酸化物を用いる。このような希土類酸化物粉末に、硫黄(S)粉末等の硫化剤と、A3PO4やA2CO3(AはLi、Na、K、RbおよびCsから選ばれる少なくとも1種の元素)等のフラックスとを配合して十分に混合する。このような混合粉末を1100〜1300℃の温度で5〜10時間焼成した後、酸および水で洗浄することによって、希土類酸硫化物粉末を得る。
このようにして得た粉末をセラミックス(焼結体)の原料粉末として用いる。原料粉末は1〜20μmの範囲の平均粒子径を有することが好ましい。原料粉末の平均粒子径が1μm未満であると、例えばラバープレス成形の段階で充填率が低下する。このため、高温圧縮を行うHIP処理で収縮が大きくなり、金属カプセルの収縮量の増大に基づいて破損が生じる可能性が高くなる。一方、原料粉末の平均粒子径が20μmを超えると、HIP処理でより高温にする必要が生じるため、強度、感度、感度分布等が低下する傾向がある。原料粉末の平均粒子径は3〜10μmの範囲であることがさらに好ましい。
上述したような原料粉末をラバープレスで適当な形に成形した後、金属容器等に充填封入してHIP処理を施す。HIP温度は対象材料により異なるが、適当な温度範囲が存在する。一般に、その温度範囲より低すぎると結晶粒の成長が不十分となり、X線により発生した電荷の伝導性が損なわれる。一方、HIP温度が高すぎると、結晶粒の成長が急激に起こるため、電荷のトラップの原因となるような結晶欠陥が多くなる。
希土類酸硫化物の場合には、HIP温度は1400〜1600℃の範囲とすることが好ましい。より好ましいHIP温度は1450〜1550℃の範囲である。また、HIP圧力は98MPa以上とすることが好ましい。HIP圧力が98MPa未満であると、HIP効果を十分に得ることができない。HIP時間はHIP温度およびHIP圧力にもよるが、HIP温度1400〜1600℃、HIP圧力98MPa以上とした場合には5〜7時間の範囲とすることが好ましい。このような条件下で希土類酸硫化物粉末にHIP処理を施すことによって、良質なセラミックス(焼結体)を再現性よく得ることができる。
HIP処理を適用したセラミックス(焼結体)の製造工程によれば、希土類酸硫化物の高密度焼結体が得られる。このような焼結体を、例えばダイシング加工を適用して所定の形状に機械加工し、さらに不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うことによって、セラミックス製のX線電荷変換膜を得ることができる。なお、希土類酸硫化物以外の希土類化合物についてもHIP処理を適用することによって、高密度のセラミックス(焼結体)を得ることができる。ただし、希土類化合物の種類によってはホットプレス法や雰囲気加圧焼結法等で高密度の焼結体を得ることができるため、そのような焼結体を使用してもよい。
希土類化合物粉末をバインダ成分と混合してシートや膜を成形する場合には、例えば以下に示すような製造方法が適用される。希土類化合物の成形体は、例えば支持体上に塗布膜として形成したり、あるいは単独でシートとして形成される。また、支持体上に塗布した膜を剥離することによって、シート状成形体とすることもできる。
シート状もしくは膜状成形体を形成する際に用いる支持体としては、例えば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリアミド、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネート等の樹脂をフィルム状に成形したもの、あるいは紙やアルミニウム板等が用いられる。
希土類化合物粉末は、バインダ(結合剤)および溶剤と必要に応じて分散剤や可塑剤等と混合され、希土類化合物を含むコンパウンドもしくはスラリー(塗布液)を調整する。希土類化合物を含むコンパウンドは、例えばプレス法を適用してシート状に成形される。希土類化合物スラリーを用いる場合には、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、ナイフコータ法等を適用して、膜状もしくはシート状の成形体を作製する。シート状もしくは膜状成形体は必要に応じて加熱し、バインダや溶剤等を揮散・乾燥させる。また、スラリーを直接乾燥させた後に、プレス成形してシートまたはプレートを作製してもよい。
希土類化合物粉末の平均粒子径は1〜20μmの範囲であることが好ましい。粉末の平均粒子径が1μm未満であると、シート状もしくは膜状成形体での充填率が低下する。一方、粉末の平均粒子径が20μmを超えると、シート状や膜状に成形した後の表面平坦度が低下し、X線電荷変換膜21の空間分解能が低下する。希土類化合物粉末の平均粒子径は2〜10μmの範囲であることがさらに好ましい。
シート状や膜状の成形体を作製する際に使用するバインダは、特に限定されるものではないが、例えばエポキシ、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、セルローズアセテート、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリウレタン、セルロースアセテートブチレート等が用いられる。溶剤にはアセトン、トルエン、トリクレン、エチルアルコール、メチルエチルエーテル、メチルエチルケトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、キシレン、水等が用いられる。
さらに、分散剤としてはグリセリントリオレート、アリルスルホン酸、フタル酸、ステアリン酸、リン酸塩類、各種界面活性剤等が使用される。可塑剤としては、オクチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、グリセリン、ポリエチレングリコール、サクローズアセテートイソブチレート、ジブチルフタレート、ジイソデシルフタレート、燐酸トリフェニル、フタル酸ジエチル等が使用される。
上述したような成形法を適用して作製したX線電荷変換膜には、必要に応じて例えば厚さ数μm程度の保護膜を付設してもよい。保護膜には各種の樹脂を用いることができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド等からなる樹脂フィルムを、X線電荷変換膜上にラミネートして保護膜を形成する。
また、酢酸セルロース、アセチルセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース誘導体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルホルマール、ポリウレタン等の樹脂を溶剤に溶解させて保護膜塗布液を調製し、これをX線電荷変換膜上に塗布、乾燥させることによって、保護膜を形成してもよい。なお、支持体の代わりに保護膜上にX線電荷変換膜を形成してもよい。その場合は、接着剤等が塗布された支持体と保護膜付きX線電荷変換膜とを貼り合せて、目的のX線電荷変換膜を形成する。
上述した実施形態のX線検査装置1は、無害でかつX線に対する感度が高いと共に、膜精度等に基づいて画像精度や解像度の向上を図ることが可能なX線電荷変換膜21を有するX線平面検出器5を具備する。従って、環境負荷等を軽減しつつ、医療診断や工業用途の非破壊検査等におけるX線撮影の画像精度や解像度等を向上させることができる。
特に、TFTアレイを備えるX線平面検出器5は、例えば医療診断における高面積のX線撮影領域に容易に対応することができ、医療診断におけるX線画像のデジタル化に効果を発揮する。また、デジタル信号に変換されたX線画像情報(検査画像情報)は、データベース等として保存することができる。このため、例えば検査データの保存精度の向上や複数の医療機関での検査データの共有化等に対しても有効である。
このようなことから、この実施形態のX線検査装置1は医療診断用のX線撮像装置に好適である。ただし、この実施形態の平面検出器5はX線検査装置に限らず、X線エリアセンサとして各種の分野で使用し得るものである。上述した実施形態では本発明のX線検出器をX線平面検出器(スイッチングTFT31を有する複数の画素13をアレイ状に配列したもの)に適用した例について説明したが、本発明のX線検出器はこれに限られるものではない。本発明はスイッチングTFT31を有する複数の画素13をライン状に配列したX線検出器、いわゆるX線ラインセンサ等に適用することもできる。
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
上述したX線電荷変換膜の両面に、スパッタリング法で厚さ1μmのCr電極を形成し、これら電極間に1kVのバイアス電圧を印加した状態で、感度および暗電流を測定した。感度は管電圧70kV−管電流2mAのX線を照射した際に流れる電流から求めた。暗電流はX線を照射しない状態での電流を測定して求めた。これらの評価結果を表1に示す。
次に、上記したX線電荷変換膜(板)にTFTアレイ基板を貼り合わせ、共通電極として厚さ0.2μmのAl膜を形成した。さらに、走査線駆動回路および信号線走査回路を接続することによって、図2および図3に示したX線平面検出器5を作製した。このX線平面検出器5を用いて、図1に示したX線撮影システムを構成し、X線照射時の感度および鮮鋭度を測定した。それらの評価結果を表2に示す。なお、表2に示す感度および鮮鋭度は、後述する比較例2によるX線撮影システムの感度および鮮鋭度を100とした場合の相対値である。
有機導電膜43には、例えばAlq3、TPD、ポリフェニレンビニレン、ポリアルキルチオフェン、ポリビニルカルバゾール、トリフェニレン、液晶分子、金属フタルシアニン等から選ばれる材料を用いることができる。また、有機導電膜43は隣接画素への信号電荷の走行による解像度の低下を防止するために、1×104Ω・m以上の抵抗率を持つように調整することが好ましい。上述したX線電荷変換膜の特性とX線平面検出器の特性を実施例1と同様にして測定、評価した。これらの評価結果を表1および表2に示す。
上記した基板をTFTアレイ基板45の画素電極25と樹脂柱45を整合させて張り合わせた。この後、200℃でアニールして樹脂を熱硬化させた。樹脂柱45は直径50μm、高さ20μmの円柱形状を有している。X線電荷変換膜の特性とX線平面検出器の特性を実施例1と同様にして測定、評価した。これらの評価結果を表1および表2に示す。
比較例1
平均粒子径が10μmのPbI2粉末を用いて、実施例8と同様にしてX線電荷変換膜とそれを用いたX線平面検出器を作製した。X線電荷変換膜の特性とX線平面検出器の特性を実施例1と同様にして測定、評価した。これらの評価結果を表1および表2に示す。
比較例2
厚さ300μmのアモルファスSe膜をスパッタリング法により成膜し、この膜をX線電荷変換膜として用いて、実施例1と同様にしてX線平面検出器を作製した。これらのX線電荷変換膜の特性とX線平面検出器の特性を実施例1と同様にして測定、評価した。これらの評価結果を表1および表2に示す。
表1および表2に示すように、希土類化合物を用いたX線電荷変換膜は、X線に対する感度に優れることに加えて、暗電流が小さいことが分かる。このようなX線電荷変換膜を用いたX線平面検出器およびX線撮影システムは、従来のX線電荷変換膜を用いた比較例1および比較例2に比べて、感度および鮮鋭度が共に優れていることが分かる。なお、各実施例および比較例におけるX線電荷変換膜には、いずれも不純物量が1質量%以下のものを用いた。
Claims (16)
- 入射X線を直接電荷に変換するX線電荷変換膜であって、少なくとも1種の希土類元素と、酸素、硫黄、セレンおよびテルルから選ばれる少なくとも1種の元素とを含む希土類化合物から実質的になるX線電荷変換膜と、
前記X線電荷変換膜に接する複数の画素を有し、前記X線電荷変換膜で生じた電荷を画像信号として前記複数の画素毎に読み出す電荷情報読み出し部と
を具備することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記希土類化合物は、希土類酸化物、希土類硫化物、希土類セレン化物、希土類テルル化物、希土類酸硫化物、希土類酸セレン化物、希土類酸テルル化物、希土類珪酸化合物、希土類アルミン酸化合物、希土類燐酸化合物、および希土類硼酸化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記希土類化合物は、希土類酸化物、希土類硫化物、および希土類酸硫化物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記希土類元素は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、およびLuから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記希土類元素は、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、およびLuから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記希土類化合物は1.7〜6.0eVの範囲のバンドギャップを有することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記X線電荷変換膜は108〜1015Ω・mの範囲の電気抵抗率を有することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記X線電荷変換膜は前記希土類化合物の焼結体を具備することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記X線電荷変換膜は前記希土類化合物とバインダ成分とを含むシート状成形体を具備することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記X線電荷変換膜は支持体上に塗布された前記希土類化合物とバインダ成分とを含む膜体を具備することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記X線電荷変換膜は前記希土類化合物の薄膜を具備することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記複数の画素は、それぞれ画素電極と、前記画素電極を介して前記X線電荷変換膜に生じた前記電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、前記電荷蓄積容量に対応して設けられ、かつ前記電荷を読み出すスイッチング素子とを有することを特徴とするX線検出器。 - 請求項1記載のX線検出器において、
前記複数の画素がアレイ状に配列されたX線平面検出器であることを特徴とするX線検出器。 - 被検体にX線を照射するX線源と、
前記被検体を透過したX線を画像信号として検出する、請求項1記載のX線検出器と
を具備することを特徴とするX線検査装置。 - 請求項14記載のX線検査装置において、
さらに、前記X線検出器で検出した前記画像信号をデジタル処理する信号処理部と、前記デジタル処理された画像信号をX線画像として表示する表示部とを具備することを特徴とするX線検査装置。 - 請求項14記載のX線検査装置において、
前記X線検出器は前記複数の画素がアレイ状に配列されたX線平面検出器であることを特徴とするX線検査装置。
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