WO2001051952A1 - Capteur d'image radiologique et panneau de scintillateurs - Google Patents

Capteur d'image radiologique et panneau de scintillateurs Download PDF

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WO2001051952A1
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radiation
scintillator
light
protective film
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Inventor
Takaharu Suzuki
Takuya Homme
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20188Auxiliary details, e.g. casings or cooling
    • G01T1/20189Damping or insulation against damage, e.g. caused by heat or pressure
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    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2002Optical details, e.g. reflecting or diffusing layers

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor for detecting a radiation image used for medical use and the like, and a scintillator panel for converting a radiation image into a visible light image.
  • a typical radiation detection element has a structure in which scintillation light is arranged on a one-dimensional or two-dimensionally arranged photodetector, and incident radiation is converted into light by scintillation and detected. ing.
  • CsI a typical material of scintillator
  • CsI is a hygroscopic material that absorbs and dissolves water vapor (moisture) in the air.
  • moisture moisture
  • Such a structure for protecting the scintillator from moisture is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-196472, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-242841, and International Publication No. WO98 / 3.
  • the techniques disclosed in JP-A-6290 and JP-A-36291 are respectively known. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to provide a radiation image sensor and a scintillation panel capable of obtaining a brighter output image.
  • a radiation image sensor includes: (1) an image sensor in which a plurality of light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally; A scintillator that is formed in a columnar structure on the light-receiving surface and converts radiation into light that includes a wavelength band that can be detected by this image sensor; and (3) a close contact formation that covers the columnar structure of the scintillator (4) a radiation-transmissive reflecting plate having a reflecting surface for light emitted from the scintillator arranged opposite to the light receiving surface of the image sensor with the protective film interposed therebetween; And characterized in that:
  • a scintillator panel comprises: (1) a substrate; and (2) a scintillator panel formed on the substrate in a columnar structure and converting radiation into light including a wavelength band transmitted through the substrate. And (3) a protective film formed in close contact with the columnar structure of the scintillator, and (4) light emitted from the scintillator arranged opposite to the substrate with the protective film interposed therebetween.
  • a radiation-transmissive reflection plate having a reflection surface.
  • the radiation image sensor according to the present invention may include the scintillator panel and a detector that detects a light image transmitted through the substrate.
  • Cinchle is a light that contains radiation in a predetermined wavelength band (here, light is not limited to visible light; This is a concept that includes electromagnetic waves), but part of the converted light goes back to the radiation incident surface side. The light that has returned in this way is returned to the scintillating light side by reflection on the surface of the protective film and reflection on the reflection surface of the reflector. As a result, a bright optical image is obtained. It is preferable that the reflectivity of the reflecting surface of the reflector be high, but it is not necessary that the reflectivity be close to 100%.
  • the scintillator cover is formed so as to cover the periphery of the light receiving element forming surface, and the reflecting surface is preferably disposed so as to cover the periphery of the scintillator forming surface.
  • This reflecting plate is preferably a metal plate.
  • the reflector may include a protective film, for example, a metal film on the radiation transmitting material.
  • the radiation transmitting material is preferably any one of glass, resin, and carbonaceous substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a radiation image sensor according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion II
  • FIG. 3 is a top view thereof.
  • 4 to 6 are diagrams for explaining a process of manufacturing the image sensor of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a second embodiment of the radiation image sensor according to the present invention
  • FIG. 8 is an enlarged view of a VI part thereof.
  • FIG. 9 is a sectional view of a third embodiment of the radiation image sensor according to the present invention
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion X thereof.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a first embodiment of a scintillator panel according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a comparative experiment
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a comparative example of the comparative experiment
  • FIG. 14 is an enlarged view of the XIV portion thereof.
  • FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the radiation image sensor according to the present invention
  • Fig. 2 shows a partially enlarged view
  • Fig. 3 shows a top view
  • the solid-state imaging device 1 of the radiation image sensor has a light receiving portion in which light receiving elements 12 for performing photoelectric conversion are two-dimensionally arranged on an insulating substrate 11 made of, for example, glass. .
  • the light receiving element 12 is composed of a photodiode (PD) and a thin film transistor (TFT) made of amorphous silicon.
  • a scintillator 2 having a columnar structure for converting incident radiation into light including a wavelength band that can be detected by the light receiving device 12 is formed.
  • light is not limited to visible light, but is a concept including electromagnetic waves such as ultraviolet rays, infrared rays, and predetermined radiation.
  • the scintillator 2 is preferably formed so as to cover the entire surface on which the light receiving element 12 is formed and the periphery thereof.
  • Various materials can be used for the scintillator 2, but T 1 -doped CsI or the like, which emits visible light and has high luminous efficiency, is preferable.
  • the tops of the columnar structures of the scintillation tower 2 are not flat as shown in Fig. 2, but are pointed toward the tops.
  • the protective film 3 is formed so as to cover the columnar structure of the singulare 2 and penetrate into the gap, thereby sealing the singulare 2. And the surface has fine irregularities Is formed.
  • the protective film 3 is made of a material that transmits X-rays and blocks water vapor, for example, polyparaxylylene resin (manufactured by Sri-Bond Co., Ltd., trade name: Parylene), especially polyparaclox xylylene (manufactured by the company, trade name: Parylene C) ) Is preferably used.
  • Parylene coating film has extremely low water vapor and gas permeability, high water repellency and chemical resistance. It has excellent features suitable for membrane 3.
  • the rylene can be coated by chemical vapor deposition (CVD), which is deposited on a support in a vacuum, similar to vacuum deposition of metals.
  • CVD chemical vapor deposition
  • This is the process of thermally decomposing di-para-xylylene monomer as a raw material, quenching the product in an organic solvent such as toluene or benzene to obtain di-para-xylylene called dimer, and thermally decomposing this dimer
  • parylene deposition there are two major differences between parylene deposition and vacuum metal deposition.
  • the pressure during parylene deposition is about 10 to 20 Pa, which is higher than the pressure of about 0.1 Pa in metal vacuum deposition. It is two to four orders of magnitude lower than the adaptation factor of 1. For this reason, at the time of vapor deposition, after the monomolecular film covers the entire adherend, parylene is vapor-deposited thereon. Therefore, a thin film with a thickness of 0.2 / zm can be formed to a uniform thickness without pinholes. One tent is also possible.
  • heat treatment is not required during coating and coating can be performed at a temperature close to room temperature, there is no mechanical stress or thermal distortion associated with curing, and the coating has excellent stability. In addition, most solid materials —Tinging is possible.
  • a reflector 4 formed by coating a radiation transmitting material 41 with a reflective film 42 is disposed with the surface (reflective surface) on the reflective film 42 side facing the protective film 3 side.
  • the reflection surface and the light receiving surface of the solid-state imaging device 1 are arranged substantially in parallel. Since the surface of the protective film 3 has fine irregularities as described above, a space 5 is formed between the surface of the protective film 3 and the surface of the reflector 4 (reflective film 42).
  • the radiation transmitting material 41 glass, a resin such as vinyl chloride, a carbon substrate, or the like can be suitably used.
  • the reflective film 42 a metal film or a dielectric multilayer film formed by vapor deposition or the like can be suitably used.
  • the metal film for example, an aluminum vapor-deposited film is preferable because of its high light reflectance.
  • the reflector 4 is fixed to the surface of the solid-state imaging device 1 by a frame 6.
  • the frame 6 has a three-layer structure of 6a, 6b, and 6c from the side near the solid-state imaging device 1, and the protective film 3 is sandwiched between the first layer 6a and the second layer 6b. The outer edge is fixed.
  • a silicone resin such as KJR651 or KE4897 manufactured by Shin-Etsu Chemical, TSE397 manufactured by Toshiba Silicon, DYMAX625T manufactured by Sumitomo 3M, or the like. These are widely used for surface treatment for mechanical and electrical protection of semiconductor elements, and have high adhesion to the protective film 3.
  • a resin having good adhesion to the protective film 3 for example, an acryl-based adhesive such as WORLD ROCK No. 80 1-SET 2 (70, OOO c P Eve) manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd. You may.
  • This resin adhesive cures in about 20 seconds when irradiated with 100 mW / cm2 of ultraviolet light, and the effect film has flexibility and sufficient strength, and is excellent in moisture resistance, water resistance, electrical contact resistance, and migration resistance. It has a preferable property that it has good adhesiveness to various materials, particularly to glass, plastic and the like.
  • an appropriate material may be selected and combined for each layer.
  • a frame made of semiconductor, ceramic, metal, glass, or the like is used instead of the resin frame.
  • the first layer 6a itself may be integrally formed with the solid-state imaging device 1.
  • a columnar crystal of CsI doped with T1 was deposited on the light-receiving surface of solid-state image sensor 1 (the side on which light-receiving element 12 is formed) by a vapor deposition method to a thickness of 600 m.
  • a scintillation stream 2 is formed.
  • the scintillator 2 is formed so as to cover the portion where the light receiving element 12 is formed and the peripheral portion thereof.
  • the solid-state image sensor 1 on which the cintillet 2 is deposited is annealed at 200 to 210 ° C., and a UV curable resin is applied around the cintillet 2 in a frame shape, and the ultraviolet ray is applied.
  • a UV curable resin is applied around the cintillet 2 in a frame shape, and the ultraviolet ray is applied.
  • an automatic XY coating apparatus such as an AutoShooter-3 type manufactured by Iwashita Engineering may be used.
  • Rough surface treatment includes scoring or forming many small depressions on the surface.
  • C s I which forms scintillator 2
  • C s I which forms scintillator 2
  • parylene having a thickness of 10 zm is vapor-deposited by the CVD method to cover the solid-state imaging device 1, and the protective film 3 is formed.
  • the CsI columnar crystal has gaps as shown in Fig. 2. Norylene penetrates into these narrow gaps.
  • the protective film 3 is formed in close contact with the scintillator 2.
  • the parylene coating provides a precise thin film coating with a substantially uniform thickness on the uneven surface of the scintillator.
  • parylene CVD is formed at a lower degree of vacuum than at the time of metal deposition and can be performed at room temperature, and therefore, processing is easy.
  • the protective film 3 thus formed is cut along a longitudinal direction of the first layer 6 a of the resin frame 6 with a cutting tool. Since the protrusions are formed on the first layer 6a of the resin frame 6, it is easy to check the cut position, and there is enough room for inserting the cutter by the thickness of the first layer 6a of the resin frame 6. Therefore, there is no danger of damaging the solid-state imaging device 1 under the resin frame 6, which simplifies processing and improves product yield. And from this cut The protective film 3 formed on the outside and the back side of the incident surface is removed. FIG. 5 shows a state in which the protective film 3 is thus formed.
  • an acrylic resin is applied so as to cover the outer peripheral portion of the protective film 3 and the exposed first layer 6a of the resin frame 6, and is cured by irradiating ultraviolet rays so as to cover the resin frame 6 as shown in FIG. To form a second layer 6b.
  • the height of the second layer 6b is formed so as to be about 0.5 mm higher than the top surface of the scintillator.
  • the adhesion of the protective film 3 on the solid-state imaging device 1 is further improved, which is preferable.
  • the protective film 3 completely seals the scintillator 2, it is possible to reliably prevent water from entering the scintillator 2, and the resolution of the element due to the moisture absorption deterioration of the scintillator 2 Drop can be prevented.
  • a reflecting plate 4 having a reflecting film 42 formed by depositing aluminum to a thickness of 100 OA on one surface of a radiation transmitting material 41 made of a glass plate having a thickness of 0.4 mm is reflected by the reflecting plate.
  • the surface that is, the surface on which the reflective film 42 is formed, is disposed on the solid-state imaging device 1 so that the surface faces the protective film 3. In other words, they are arranged so that the reflection surface faces the light receiving element 12.
  • the light receiving surface of the solid-state imaging device 1 and the reflection surface of the reflection film 42 are substantially parallel, and the protective film 3 and the reflection film 42 are arranged so as to be in contact with or close to each other.
  • a UV curable resin is applied between the reflector 4 and the second layer 6b of the resin frame 6, and the resin is cured by irradiating ultraviolet rays to form a third layer 6c. It is fixed on the image sensor 1.
  • the radiation image sensor of the present embodiment shown in FIG. 1 is obtained.
  • the UV curable resin it is not necessary to apply the UV curable resin to the entire periphery of the reflection plate 4, but it is sufficient to apply the UV curable resin to an extent necessary for fixing.
  • a part of the side of the solid-state imaging device 1 where the electrode part 13 is not formed is not coated with the UV curable resin, and the internal space 5 communicates with the external space.
  • An opening 51 may be provided.
  • the incident surface that is, the X-rays (radiation) incident from the upper side in FIGS. 1 and 2, pass through the reflector 4 (radiation transmitting material 41 and the reflective film 42), the space 5, and the protective film 3 to be scintillated. It reaches 2 overnight.
  • the X-rays are absorbed by the scintillator 2 and emit visible light proportional to the amount of X-rays. Of the emitted visible light, part of the visible light that has traveled in the direction opposite to the X-ray incidence direction is reflected at the interface of the protective film 3 and returns to the scintillator 2 again.
  • the visible light emitted from the protective film 3 is also reflected by the reflective film 42 and returns to the scintillator 2 again.
  • the visible light generated in Scintillation-Evening 2 enters the light-receiving element 2. For this reason, efficient and highly sensitive measurement is possible.
  • Each light receiving element 2 generates an electric signal corresponding to the amount of visible light by photoelectric conversion and accumulates the electric signal for a certain period of time. Since the amount of visible light corresponds to the amount of incident X-rays, that is, the electric signal accumulated in each light receiving element 2 corresponds to the amount of incident X-rays. An image signal corresponding to the line image is obtained. An X-ray image can be displayed by transferring the image signal stored in the light receiving element 2 to the outside and processing the image signal by a predetermined processing circuit.
  • FIGS. 7 and 8 show a second embodiment of the radiation image sensor according to the present invention.
  • This radiation image sensor uses a metal plate 4a as a reflector instead of the reflector 4 of the first embodiment shown in FIGS.
  • the metal plate 4a for example, an aluminum sheet having a thickness of about 0.05 mm can be used. By using the metal plate 4a in this way, it is possible to reduce the thickness of the device.
  • FIGS. 9 and 10 show a third embodiment of the radiation image sensor according to the present invention.
  • the reflecting plate 4 is arranged so as to be in contact with or close to the protective film 3. The difference is that they are spaced apart.
  • a spacer 7 is used to arrange the reflectors 4 apart.
  • the reflection plate 4 may be separated by raising the resin frame 6.
  • the space 5a generated by separating the reflection plate 4 and the protective film 3 may be an air layer, may be filled with a specific gas, or may be in a reduced pressure or vacuum state.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a scintillator panel according to the present invention.
  • This scintillator panel uses a light-transmitting substrate 1a instead of the solid-state imaging device 1 of the radiation image sensor shown in FIGS. 1 and 2, and the other configuration is the same.
  • the light-transmitting substrate 1a a glass plate, a resin such as acrylic, or the like can be suitably used.
  • the structure and arrangement of the reflectors shown in FIGS. 7 to 10 can be applied to the scintillator panel shown in FIG.
  • the radiation image sensor according to the present invention can be configured by combining the scintillation panel and a television camera or the like.
  • the present inventor conducted a comparative experiment to confirm that an image brighter than a conventional scintillation panel can be obtained by the scintillation panel according to the present invention. The results will be described below.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the experimental apparatus.
  • the experiment is 65 mm square, thickness
  • Example 1 an aluminum sheet having a shape shown in FIG. 8 and having a thickness of 0.05 mm and manufactured by Toyo Metal Rising Co., Ltd. was used as the metal plate 4a.
  • Examples 2 to 5 are all figures. 2 has a common shape in that an aluminum vapor-deposited film is used as the reflective film 42.
  • the radiation transmitting material 41 of Example 2 is a glass plate having a thickness of 0.4 mm, and the thickness of the reflection film 42 is 100 OA.
  • the radiation transmitting material 41 of each of Examples 3 and 4 is a 0.5 mm-thick vinyl chloride plate, and the thickness of the reflection film 42 is 40 OA and 100 OA, respectively.
  • the radiation transmitting material 41 of Example 5 is a carbon substrate with a thickness of 0.5 mm, and the thickness of the protective film 42 is 100 OA.
  • Embodiments 6 and 7 have the structure shown in FIGS. 9 and 10, and the configuration of the reflector 4 is the same as that of the embodiment.
  • the protective film 3 and the reflective film 42 are separated by 1.5 mm
  • the protective film 3 and the reflective film 42 are separated by 2.5 mm.
  • FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing the configuration of the comparative example.
  • This comparative example corresponds to the scintillating structure disclosed in International Publication No. WO 98/36290, and differs from the example in that an aluminum vapor-deposited film 8 is formed on the protective film 3. I have.
  • Table 1 summarizes the results of increasing the amount of light in each example with respect to the comparative example.

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Description

明糸田書
放射線イメージセンサ及びシンチレ一夕パネル 技術分野
本発明は、 医療用等で用いられる放射線画像を検出するイメージセンサ及び放 射線画像を可視光画像に変換するシンチレ一夕パネルに関する。 背景技術
医療、 工業用の X線撮影では、 従来、 X線感光フィルムが用いられてきたが、 利便性や撮影結果の保存性の面から放射線検出素子を用レ、た放射線ィメ一ジング システムが普及してきている。 このような放射線ィメージングシステムにおいて は、 複数の画素を有する放射線検出素子を用いて放射線による 2次元画像データ を電気信号として取得し、 この信号を処理装置により処理して、 モニタ上に表示 している。 代表的な放射線検出素子は、 1次元あるいは 2次元に配列された光検 出器上にシンチレ一夕を配して、入射する放射線をシンチレ一夕で光に変換して、 検出する仕組みになっている。
典型的なシンチレ一夕材料である C s Iは、 吸湿性材料であり、 空気中の水蒸 気 (湿気) を吸収して溶解する。 この結果、 シンチレ一夕の特性、 特に解像度が 劣化するため、 シンチレ一夕を湿気から保護する構造を採用する必要がある。 こ のようなシンチレ一夕を湿気から保護する構造としては、 特開平 5— 1 9 6 7 4 2号公報ゃ特開平 5— 2 4 2 8 4 1号公報、 国際公開番号 W O 9 8 / 3 6 2 9 0 号及び同 3 6 2 9 1号公報にそれぞれ開示された技術が知られている。 発明の開示
しかしながら、 特開平 5— 1 9 6 7 4 2号公報ゃ特開平 5— 2 4 2 8 4 1号公 報に開示された技術は、 防湿構造の形成が容易ではなく、 耐久性を確保するのも λ Λ, nc.
WO 01/51952
困難である。 国際公開番号 W O 9 8 / 3 6 2 9 0号及び同 3 6 2 9 1号公報に開 示された技術の場合は、 これらの問題は解消されるが、 特に医療用途では患者の 放射線被爆量を抑えるため、 少量の放射線で鮮明な画像を撮影することが求めら れており、 そのため、 従来にも増して明るい撮像結果の得られる放射線イメージ センサ及びシンチレ一タパネルが求められている。
そこで、 本発明は、 より明るい出力画像を得ることが可能な放射線イメージセ ンサ及びシンチレ一夕パネルを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、 本発明に係る放射線イメージセンサは、 (1)複数の受 光素子が 1次元あるいは 2次元的に配列されて構成されているイメージセンサと、 (2)このイメージセンサの受光表面上に柱状構造で形成され、放射線をこのィメ一 ジセンサで検出可能な波長帯域を含む光に変換するシンチレ一夕と、(3)このシン チレ一夕の柱状構造を覆って密着形成されている保護膜と、(4)保護膜を挟んでィ メージセンサの受光表面と相対して配置されるシンチレ一夕から発せられた光に 対する反射面を有している放射線透過性の反射板と、 を備えていることを特徴と する。
一方、 本発明に係るシンチレ一夕パネルは、 (1)基板と、 (2)この基板上に柱状構 造で形成され、 放射線を前記基板を透過する波長帯域を含む光に変換するシンチ レー夕と、(3)シンチレ一夕の柱状構造を覆って密着形成されている保護膜と、(4) 保護膜を挟んで基板と相対して配置されるシンチレ一夕から発せられた光に対す る反射面を有している放射線透過性の反射板と、を備えていることを特徴とする。 そして、 本発明に係る放射線イメージセンサは、 このシンチレ一夕パネルと、 基板を透過した光像を検出する検出器を備えているものでもよい。
本発明に係るシンチレ一夕パネル及び放射線ィメージセンサにおいては、 保護 膜がシンチレ一夕を覆って密着形成されているので、 シンチレ一夕は湿気から好 適に保護される。 シンチレ一夕は放射線を所定の波長帯域を含む光 (ここで、 光 とは可視光に限られるものではなく、 紫外線、 赤外線あるいは所定の放射線等の 電磁波を含む概念である) に変換するが、 変換された光の一部は放射線の入射面 側へと逆行する。 こうして逆行した光は、 保護膜表面での反射と反射板の反射面 での反射によりシンチレ一夕側へと戻される。 この結果、 明るい光学画像が得ら れる。 この反射板の反射面での反射率は高いほうが好ましいが、 1 0 0 %近くあ る必要はなく、 数十%程度の反射率があればよい。
シンチレ一夕は、 受光素子形成面の周囲まで覆って形成することが好ましく、 反射面はシンチレ一夕形成面の周囲まで覆うように配置することが好ましい。 シ ンチレ一夕をこのように形成することで、 周辺に配置されている受光素子まで有 効に活用することができ、 有効画素数を確保できる。 反射面をこのように配置す れば、シンチレ一夕の周辺の部分におけるぼけや輝度の低下を確実に防止できる。 この反射板は、 金属板であることが好ましい。 あるいは、 反射板は、 放射線透 過材上に保護膜、 例えば金属膜を備えていてもよい。 そして、 この場合の放射線 透過材は、 ガラス、 樹脂、 炭素性基板のいずれかであることが好ましい。 反射板 としてこのような構造を採用することで、 反射板及びシンチレ一夕パネル、 放射 線イメージセンサの製造が容易になるとともに、 反射板として充分な性能が得ら れる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明に係る放射線イメージセンサの第一の実施形態の断面図であり、 図 2はその II部分の拡大図であり、 図 3はその上面図である。
図 4〜図 6は、 図 1のイメージセンサの製造過程を説明する図である。
図 7は、本発明に係る放射線イメージセンサの第二の実施形態の断面図であり、 図 8は、 その VI部分の拡大図である。
図 9は、本発明に係る放射線イメージセンサの第三の実施形態の断面図であり、 図 1 0はその X部分の拡大図である。
図 1 1は、本発明に係るシンチレ一夕パネルの第一の実施形態の断面図である。 図 1 2は、 比較実験を説明する概略図であり、 図 1 3は、 比較実験の比較例と -夕パネルの断面図であり、図 1 4はその X IV部分の拡大図である。 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。 また、 各図面における寸 法、 形状は実際のものとは必ずしも同一ではなく、 理解を容易にするため誇張し ている部分がある。
図 1に、 本発明に係る放射線イメージセンサの第一の実施形態の断面図を、 図
2にその一部拡大図を、 図 3にその上面図を示す。
この放射線イメージセンサの固体撮像素子 1は、 絶縁性、 例えばガラス製の基 板 1 1上に、 光電変換を行う受光素子 1 2が 2次元上に配列されて、 受光部を形 成している。 この受光素子 1 2は、 アモルファスシリコン製のフォトダイオード ( P D ) や薄膜トランジスタ (T F T ) から構成されている。
固体撮像素子 1の受光部上には、 入射した放射線を受光素子 1 2で検出可能な 波長帯域を含む光、 に変換する柱状構造のシンチレ一夕 2が形成されている。 こ こで、 本明細書において光とは可視光に限られるものではなく、 紫外線、 赤外線 あるいは所定の放射線等の電磁波を含む概念である。 このシンチレ一夕 2は、 図 1、 図 3に示されるように受光素子 1 2の形成面の全面とその周辺までを覆うよ うに形成されていることが好ましい。 シンチレ一夕 2には、 各種の材料を用いる ことができるが、 可視光を発光し、 その発光効率が良い T 1 ドープの C s I等が 好ましい。 このシンチレ一夕 2の各柱状構造の頂部は図 2に示されるように平ら ではなく、 頂部に向かって尖った形状をなしている。
シンチレ一夕 2の柱状構造を覆ってその隙間まで入り込み、 シンチレ一夕 2を 密閉するように保護膜 3が形成されている。 そして、 その表面には微細な凹凸が 形成されている。 この保護膜 3は、 X線を透過し、 水蒸気を遮断する材料、 例え ばポリパラキシリレン樹脂(スリ一ボンド社製、 商品名パリレン)、 特にポリパラ クロ口キシリレン (同社製、 商品名パリレン C ) を用いることが好ましい。 パリ レンによるコーティング膜は、 水蒸気及びガスの透過が極めて少なく、 撥水性、 耐薬品性も高いほか、 薄膜でも優れた電気絶縁性を有し、 放射線、 可視光線に対 して透明であるなど保護膜 3にふさわしい優れた特徴を有している。
パリレンによるコ一ティングの詳細については、 スリーボンド ·テクニカル二 ユース (平成 4年 9月 2 3日発行) に記されており、 ここでは、 その特徴を述べ る o
ノ、 °リレンは、 金属の真空蒸着と同様に真空中で支持体の上に蒸着する化学的蒸 着 (C V D ) 法によってコーティングすることができる。 これは、 原料となるジ パラキシリレンモノマ一を熱分解して、 生成物をトルエン、 ベンゼンなどの有機 溶媒中で急冷しダイマ一と呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、 このダイマ —を熱分解して、 安定したラジカルパラキシリレンガスを生成させる工程と、 発 生したガスを素材上に吸着、 重合させて分子量約 5 0万のポリパラキシリレン膜 を重合形成させる工程からなる。
パリレン蒸着と金属の真空蒸着には、 2つの大きな違いがある。 まず、 パリレ ン蒸着時の圧力は、 金属真空蒸着の場合の圧力約 0 . 1 P aに比べて高い約 1 0 〜2 0 P aであること、 そして、 パリレンの蒸着の適応係数が金属蒸着の適応係 数 1に比べて 2桁から 4桁低いことである。 このため、 蒸着時には、 単分子膜が 被着物全体を覆った後、 その上にパリレンが蒸着していく。 したがって、 0 . 2 /z m厚さからの薄膜をピンホールのない状態で均一な厚さに生成することができ、 液状では不可能だった鋭角部やエッジ部、 ミクロンオーダの狭い隙間へのコ一テ イングも可能である。 また、 コーティング時に熱処理等を必要とせず、 室温に近 い温度でのコーティングが可能なため、 硬化に伴う機械的応力や熱歪みが発生せ ず、 コーティングの安定性にも優れている。 さらに、 ほとんどの固体材料へのコ —ティングが可能である。
この保護膜 3上には、 放射線透過材 4 1に反射膜 42をコーティングして形成 された反射板 4が反射膜 42側表面 (反射面) を保護膜 3側に向けて配置されて いる。 ここで、 反射面と固体撮像素子 1の受光表面とは略平行に配置されること が好ましい。 保護膜 3の表面は前述したように微細な凹凸が存在するので、 保護 膜 3の表面と反射板 4 (反射膜 42) の表面との間には空間 5が形成される。 放 射線透過材 4 1としては、 ガラス、 塩化ビニル等の樹脂、 炭素性基板等が好適に 使用できる。 また、 反射膜 42は蒸着等で形成された金属膜や誘電体多層膜が好 適に使用でき、金属膜としては、例えばアルミ蒸着膜が光反射率が高く好ましい。 この反射板 4は、枠 6により固体撮像素子 1の表面に固定されている。枠 6は、 固体撮像素子 1に近い側から 6 a、 6 b、 6 cの三層構造をなしており、 第一層 6 aと第二層 6 bとの間に保護膜 3が挟み込まれてその外縁部が固定されている。 この枠 6には、 シリコン樹脂である信越化学製の K J R 65 1あるいは KE 48 97、 東芝シリコン製 TSE 397、 住友 3M製 DYMAX 62 5 T等を用いる ことが好ましい。 これらは、 半導体素子の機械的、 電気的保護のための表面処理 用に広く用いられており、 保護膜 3との密着性も高いからである。 あるいは、 保 護膜 3との接着性が良好な樹脂、 例えばァクリル系接着剤である協立化学産業株 式会社製 WORLD ROCK No. 80 1 - S E T 2 (70, O O O c P夕 イブ) を用いてもよい。 この樹脂接着剤は、 1 00mW/cm2の紫外線照射によ り約 20秒で硬化し、 効果皮膜は柔軟かつ十分な強度を有し、 耐湿、 耐水、 耐電 触性、 耐マイグレーション性に優れており、 各種材料、 特にガラス、 プラスチヅ ク等への接着性が良好という好ましい特性を有する。 または、 層ごとに適切な素 材を選択して組み合わせてもよく、 第一層 6 aと第二層 6 bには樹脂枠に代えて 半導体、 セラミック、 金属、 ガラス等からなる枠を用いることもでき、 第一層 6 a自体を固体撮像素子 1と一体成形してもよい。
次に、 図 1〜図 6を参照して、 この実施形態の製造工程について説明する。 ま ず、 図 4に示されるように固体撮像素子 1の受光面 (受光素子 1 2の形成側) 上 に T 1をド一プした C s Iの柱状結晶を蒸着法によって 6 0 0 mの厚さだけ成 長させることによりシンチレ一夕 2を形成する。 このとき、 シンチレ一夕 2が受 光素子 1 2が形成されている部分とその周辺部分までを覆うように形成すること が好ましい。
その後、 シンチレ一夕 2が蒸着された固体撮像素子 1を 2 0 0〜2 1 0 °Cでァ ニール処理した後に、 シンチレ一夕 2の周辺に枠状に U V硬化樹脂を塗布し、 紫 外線を照射して硬化させ、 樹脂枠 6の第一層 6 aを形成する。 この枠形成には、 例えば、 岩下エンジニアリング製 AutoShooter-3型のような自動 X— Yコーティ ング装置を用いるとよい。 この時に、 上部に形成される保護膜 3との密着性をさ らに向上させるため、 樹脂枠 6の表面を粗面処理すればより好ましい。 粗面処理 としては、 筋をいれたり、 表面に多数の小さなくぼみを形成する処理がある。 シンチレ一夕 2を形成する C s Iは、 吸湿性が高く、 露出したままにしておく と空気中の水蒸気を吸湿して溶解してしまう。 そこで、 これを防止するために、 C V D法により厚さ 1 0 z mのパリレンを蒸着して固体撮像素子 1を覆い、 保護 膜 3を形成する。 C s Iの柱状結晶には図 2に示されるように隙間があるが、 ノ リレンはこの狭い隙間まで入り込む。 この結果、 保護膜 3が、 シンチレ一夕 2に 密着形成される。 さらに、 パリレンコーティングにより、 凹凸のあるシンチレ一 夕 2表面に略均一な厚さの精密薄膜コーティングが得られる。 また、 パリレンの C V D形成は、 前述したように、 金属蒸着時よりも真空度が低く、 常温で行うこ とができるため、 加工が容易である。
こうして形成した保護膜 3を樹脂枠 6の第一層 6 aの長手方向に沿ってカツ夕 —で切断する。 樹脂枠 6の第一層 6 aで凸部が形成されているため、 切断箇所の 確認が容易なほか、 樹脂枠 6の第一層 6 aの厚みの分だけカッターを挿入する際 の余裕があるため、 樹脂枠 6の下にある固体撮像素子 1を傷つけるおそれがなく なり、 加工が簡単になり、 製品の歩留まりが向上する。 そして、 この切断部から 外側及び入射面裏側に形成された保護膜 3を除去する。 図 5はこうして保護膜 3 までが形成された状態を示している。
その後、 保護膜 3の外周部と露出した樹脂枠 6の第一層 6 aを覆うようにァク リル樹脂を塗布して紫外線照射により硬化させることで図 6に示されるように樹 脂枠 6の第二層 6 bを形成する。 このとき、 第二層 6 bの高さがシンチレ一夕 2 の頂面より 0 . 5 mm程度高くなるよう形成する。
このように樹脂枠 6の第一層 6 aと第二層 6 bとで保護膜 3を挟み込むことで、 固体撮像素子 1上への保護膜 3の密着性がより一層向上して好ましい。この結果、 保護膜 3によりシンチレ一夕 2が完全に密封されるので、 シンチレ一夕 2への水 分の侵入を確実に防ぐことができ、 シンチレ一夕 2の吸湿劣化による素子の解像 度低下を防ぐことができる。
次に、 厚さ 0 . 4 mmのガラス板からなる放射線透過材 4 1の片側表面にアル ミを厚さ 1 0 0 O A蒸着して反射膜 4 2が形成されている反射板 4をその反射面、 つまり反射膜 4 2形成面が保護膜 3側に向くように固体撮像素子 1上に配置する。 言い換えると、 反射面が受光素子 1 2に対向するように配置する。 このとき、 固 体撮像素子 1の受光面と反射膜 4 2の反射表面が略平行で、 保護膜 3と反射膜 4 2とが接触あるいは近接するよう配置することが好ましい。 そして、 反射板 4と 樹脂枠 6の第二層 6 bとの間に U V硬化樹脂を塗布して紫外線を照射して硬化さ せることで第三層 6 cを形成し、 反射板 4を固体撮像素子 1上に固定する。 こう して図 1に示される本実施形態の放射線イメージセンサが得られる。
ここで、 U V硬化樹脂は反射板 4の周囲全部に塗布する必要はなく、 固定に必 要な程度に塗布すれば足りる。 例えば、 図 3に示されるように、 固体撮像素子 1 の電極部 1 3が形成されていない辺側の一部に U V硬化樹脂を塗布せず、 内部の 空間 5と外部の空間とを連通する開口部 5 1を設けてもよい。 このように開口部 5 1を設けると、反射板 4固定後に放射線イメージセンサに熱的加工を加えたり、 あるいは、 温度変化のある環境で使用する場合でも、 空間 5内の空気の膨張、 収 縮による反射板 4や放射線ィメ一ジセンサ自体の変形を防止することができる。 続いて、 本実施形態の動作について説明する。 入射面、 つまり図 1、 図 2にお いて上側から入射した X線 (放射線) は、 反射板 4 (放射線透過材 4 1と反射膜 4 2 )、 空間 5、 保護膜 3を透過してシンチレ一夕 2に達する。 この X線は、 シン チレ一夕 2で吸収され、 X線の光量に比例した可視光が放射される。 放射された 可視光のうち、 X線の入射方向に逆行した可視光は、 保護膜 3の界面で一部が反 射されて再びシンチレ一夕 2に戻ってくる。 そして、 保護膜 3から放出された可 視光も反射膜 4 2で反射されて再度シンチレ一夕 2に戻る。 このため、 シンチレ —夕 2で発生した可視光はほとんど全てが、受光素子 2へと入射する。このため、 効率の良い高感度の測定が可能となる。
各々の受光素子 2では、 光電変換により、 この可視光の光量に対応する電気信 号が生成されて一定時間蓄積される。 この可視光の光量は入射する X線の光量に 対応しているから、 つまり、 各々の受光素子 2に蓄積されている電気信号は、 入 射する X線の光量に対応することになり、 X線画像に対応する画像信号が得られ る。 受光素子 2に蓄積されたこの画像信号を外部に転送し、 これを所定の処理回 路で処理することにより、 X線像を表示することができる。
図 7、 図 8に本発明に係る放射線イメージセンサの第二の実施形態を示す。 こ の放射線イメージセンサは図 1、 図 2に示される第一の実施形態の反射板 4の代 わりに金属板 4 aを反射板として用いたものである。 金属板 4 aとしては例えば 厚さ 0 . 0 5 mm程度のアルミシートを用いることができる。 このように金属板 4 aを用いることで、 装置を薄型化することが可能となる。
図 9、 図 1 0に本発明に係る放射線イメージセンサの第三の実施形態を示す。 この放射線イメージセンサは図 1、 図 2に示される第一の実施形態では反射板 4 が保護膜 3に接触あるいは近接するよう配置されていたのに対して、 反射板 4と 保護膜 3とを離隔して配置している点が異なっている。 そして、 反射板 4を離隔 して配置するためにスぺーサ 7が用いられている。 もちろん、 スぺーサ 7を用い ることなく、 樹脂枠 6を高く して反射板 4を離隔させてもよい。 反射板 4と保護 膜 3とを離隔させることにより生じた空間 5 a内は空気層としても、 特定のガス を封入してもよく、 あるいは減圧、 真空状態にしてもよい。
図 1 1は、 本発明に係るシンチレ一夕パネルの第一の実施形態を示す断面図で ある。 このシンチレ一夕パネルは、 図 1、 図 2に示される放射線イメージセンサ の固体撮像素子 1に代えて光透過性基板 1 aを用いたもので、 他の構成は同一で ある。 光透過性基板 1 aとしては、 ガラス板、 アクリル等の樹脂等を好適に用い ることができる。 また、 図 7〜図 1 0に示される反射板の構造、 配置を図 1 1に 示されるシンチレ一夕パネルに適用することも可能である。 これらのシンチレ一 夕パネルとテレビカメラ等を組み合わせれば本発明に係る放射線イメージセンサ を構成することができる。
本発明者は、 本発明に係るシンチレ一夕パネルによって従来のシンチレ一タパ ネルより明るい画像が得られることを確認する比較実験を行ったので、 以下、 そ の結果について説明する。
図 1 2は、 実験装置の構成を示す概略図である。 実験は、 6 5 mm四方、 厚さ
1 mmのガラス上に 6 0 0〃mの T 1 ド一プの C s Iを蒸着したシンチレ一夕を 形成し、 パリレンにより保護膜を作成した後、 反射膜等の形状の異なる 8種類の シンチレ一タパネルを作成した。 そして、 ピーク時電圧 8 0 k Vを印加した X線 管から放射された放射線を 2 0 mm厚さの A 1フィルターを透過させた後に被検 体であるシンチレ一夕パネル 1 0 0に導き、 シンチレ一タパネル 1 0 0で生成さ れた可視光画像を 2 8 mmレンズ 1 0 1で C C Dカメラ 1 0 2に導いた後、 その 光出力強度、 実際には C C Dカメラ 1 0 2の出力電気信号の強度を検出器 1 0 3 で測定した。
比較実験に使用したシンチレ一夕パネルは以下の 8種類である。 まず、 実施例 1は、 図 8に示される形状を有し、 金属板 4 aとして厚さ 0 . 0 5 mmの東洋メ 夕ライジング社製アルミシートを用いている。 実施例 2〜実施例 5はいずれも図 2に示される形状を有しており、 反射膜 42としていずれもアルミ蒸着膜を用い ている点が共通する。 実施例 2の放射線透過材 41は、 厚さ 0. 4mmのガラス 板であり、 反射膜 42の厚さは 100 OAである。 実施例 3、 4の放射線透過材 41は、 いずれも厚さ 0. 5 mmの塩化ビニル板であり、 反射膜 42の厚さはそ れそれ 40 OAと 100 OAである。 実施例 5の放射線透過材 41は、 厚さ 0. 5 mmの炭素性基板であり、 保護膜 42の厚さは 100 OAである。 実施例 6、 7は、 図 9、 図 10に示される構造をなしており、 その反射板 4の構成は実施例 と同じである。 そして、 実施例 6では、 保護膜 3と反射膜 42とを 1. 5mm 離隔させ、実施例 7では、保護膜 3と反射膜 42とを 2. 5mm離隔させている。 図 13、 図 14は比較例の構成を示す図である。 この比較例は、 国際公開番号 WO 98/36290号公報に開示されているシンチレ一夕構造に相当し、 保護 膜 3の上にアルミ蒸着膜 8が形成されている点が実施例と相違している。
比較例に対する各実施例における光量の増大結果を表 1にまとめて示す。
Figure imgf000013_0001
表 1 比較例に対する各実施例の光量増大結果 いずれの場合も比較例に比べて光量が増大し、明るい画像を得ることができた。 その要因としては、 本発明によれば、 反射面を平滑、 かつ充分な厚さに形成する ことが容易であり、 反射面とシンチレ一夕の光画像出力面との位置関係を平行に 保つことで反射面での不要な方向への散乱が抑制されること、 保護膜と空間の界 面での反射による反射光の増大効果、 等が考えられる。 産業上の利用可能性 本発明に係る放射線イメージセンサまたはシンチレ一夕パネルは、 工業用ある いは医療用の X線撮影に好適に利用可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 複数の受光素子が 1次元あるいは 2次元的に配列されて構成されている イメージセンサと、
前記ィメージセンサの受光表面上に柱状構造で形成された放射線を前記ィメー ジセンサで検出可能な波長帯域を含む光に変換するシンチレ一夕と、
前記シンチレ一夕の柱状構造を覆って密着形成されている保護膜と、 前記保護膜を挟んで前記イメージセンサの受光面と相対して前記シンチレ一夕 の発する光に対する反射面が配置されている放射線透過性の反射板と、
を備えている放射線イメージセンサ。
2 . 前記シンチレ一夕は、 前記イメージセンサの受光素子全面とその周囲ま で覆って形成されている請求項 1記載の放射線イメージセンサ。
3 . 前記反射面は、 前記シンチレ一夕の形成面全面とその周囲まで覆うよう に配置されている請求項 1または 2に記載の放射線イメージセンサ。
4 . 前記反射板は、 金属板である請求項 1〜 3のいずれかに記載の放射線ィ メ一ジセンサ。
5 . 前記反射板は、 放射線透過材上に反射膜を有している請求項 1〜 3のい ずれかに記載の放射線イメージセンサ。
6 . 前記放射線透過材は、 ガラス、 樹脂、 炭素性基板のいずれかである請求 項 5記載の放射線イメージセンサ。
7 . 前記反射膜は、 金属膜である請求項 5または 6に記載の放射線イメージ センサ。
8 . 基板と、
前記光透過性基板上に柱状構造で形成された放射線を前記基板を透過する波長 帯域を含む光に変換するシンチレ一夕と、
前記シンチレ一夕の柱状構造を覆って密着形成されている保護膜と、 前記保護膜を挟んで前記基板と相対して前記シンチレ一夕の発する光に対する 反射面が配置されている放射線透過性の反射板と、
を備えているシンチレ一夕パネル。
9 . 前記反射面は、 前記シンチレ一夕の形成面全面とその周囲まで覆うよう に配置されている請求項 8記載のシンチレ一夕パネル。
1 0 . 前記反射板は、 金属板である請求項 8または 9に記載のシンチレ一夕 パネル。
1 1 . 前記反射板は、 放射線透過材上に反射膜を有している請求項 8または 9に記載のシンチレ一夕パネル。
1 2 . 前記放射線透過材は、 ガラス、 樹脂、 炭素性基板のいずれかである請 求項 1 1記載のシンチレ一夕パネル。
1 3 . 前記反射膜は、 金属膜である請求項 1 1または 1 2に記載のシンチレ
1 4 . 請求項 8〜 1 3に記載のいずれかのシンチレ一夕パネルと、 前記基板 を透過した光像を検出する検出器を備えている放射線イメージセンサ。
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