JP4283427B2 - 放射線検出器およびシンチレータパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線検出器およびシンチレータパネルに関し、特に大面積の放射線画像を撮像するために複数のイメージセンサを並べて構成した放射線撮像装置に好適に適用可能な放射線検出器およびシンチレータパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フィルムに代えてＣＣＤを用いたＸ線イメージセンサが普及してきている。このような放射線イ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ータを配して、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、検出する仕組みになっている。
【０００３】
この種の放射線検出素子は、大画面化するほど製造時の歩留まりが劣化する。その解決策として、胸部のレントゲン撮影等に用いる大画面の撮像装置を製作する際には、特開平9-153606号公報に開示されているように複数の検出素子を並べて大画面化する技術が知られている。同公報には、実際の撮像画面より小さい受光画面の素子を組み合わせることで、素子あたりの歩留まりの低下を防止し、製作コストを低減すると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように複数の検出素子を並べて大画面化した場合、隣接する検出素子との境界部分（つなぎ目部分）からシンチレータがはく離しやすいという問題点がある。これは、つなぎ目付近における解像度の低下や、シンチレータの全面はく離という問題を引き起こすおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、大面積撮影用に複数個を並べて用いた際に、つなぎ目付近における解像度低下やシンチレータのはく離を予防し得る構成の放射線検出器およびシンチレータパネルを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器は、(1)基板と、この基板上の全ての外辺近傍まで２次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部と、受光部の背面に光電変換素子に電気的に接続される回路部及びポンディングパッド部のうちの少なくとも一方を備えている撮像基板と、(2)この撮像基板の受光部表面上から全ての外辺の側壁表面上まで連続して直接蒸着されている柱状構造のシンチレータと、を備えていることを特徴とする。
あるいは、撮像基板は、基板と、基板上の少なくとも１つの外辺近傍まで２次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部と、この受光部とは隣接しない他の少なくとも１つの外辺と受光部との間の表面上に光電変換素子に電気的に接続される回路部及びポンディングパッド部のうちの少なくとも一方を備えているとよい。
【０００７】
一方、本発明に係るシンチレータパネルは、(1)シンチレータ形成基板と、(2)このシンチレータ形成基板の少なくとも１つの外辺の側壁表面上からこのシンチレータ形成基板の一方の表面の所定の領域上まで連続して直接蒸着されている柱状構造のシンチレータと、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
基板（撮像基板あるいはシンチレータ形成基板）の側壁表面上まで連続してシンチレータを直接蒸着することで、基板表面に形成されるシンチレータは側壁近傍までほぼ均一に形成される。すなわち、基板の縁までほぼ均一なシンチレータが形成されることになる。
【０００９】
こうして得られた複数の撮像基板またはシンチレータ形成基板をシンチレータが形成されている側壁同士を隣接配置して固定すると大画面の放射線検出器あるいは大画面用のシンチレータパネルが得られる。本発明によれば、縁まで均一に近いシンチレータが形成されているのでつなぎ目部分に生ずる感度の低下した領域の幅を最小限に抑制することができる。
【００１１】
このシンチレータを覆う耐湿保護膜をさらに備えていることが好ましい。これによりシンチレータのはがれがさらに効果的に防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１は、本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す平面図であり、図２はその断面図である。この実施形態の放射線検出器１００は、セラミック製の基台１上に４枚の撮像基板である固体撮像素子２ａ〜２ｄを２×２枚並べて載置されている。
【００１４】
各固体撮像素子２は、例えば結晶Ｓｉ製の基板２０上に、光電変換を行う光電変換素子２１を２次元上に配列することで構成されている。この光電変換素子２１は、フォトダイオード（ＰＤ）やトランジスタからなる。これらの光電変換素子２１の配列された部分を以下、受光部２２と呼ぶ。そして、基板２０表面の一方の隅によって、その隅側の２辺近傍まで光電変換素子２１が配置されている。各光電変換素子２１は図示していない信号ラインによって固体撮像素子２の隣り合う二辺、つまり、前述した隅側の２辺とは別の２辺に配置された電極パッド２３のうち対応する電極パッド２３とシフトレジスタ２４を介して電気的に接続されている。
【００１５】
各固体撮像素子２の受光部２２上には、入射した放射線を光電変換素子２１が感度を有する波長帯の光に変換する柱状構造のシンチレータ３ａ〜３ｄがそれぞれ形成されている。シンチレータ３には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良いTlドープのCsI等が好ましい。このシンチレータ３は、固体撮像素子２の受光部上から前述した基板２０の隅側の２辺部分の側壁２５まで連続して形成されている。そのため、その側壁２５側の最も端に位置する光電変換素子２１上に形成されているシンチレータ３の厚み（位置Ａ）も他の部分、特に中央部分に位置する光電変換素子２１上に形成されているシンチレータ３の厚み（位置Ｂ）とほぼ同一になっている。
【００１６】
さらに、各固体撮像素子２上には、このシンチレータ３を覆って各固体撮像素子２の電極パッド２３とシフトレジスタ２４との間から前述の隅側の側壁２５部分まで広がり、シンチレータ３を密封する保護膜４が形成されている。この保護膜４は、Ｘ線透過性で、水蒸気を遮断するものであり、例えば、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（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４にふさわしい優れた特徴を有している。
【００１７】
これらの固体撮像素子２ａ〜２ｄは、受光部２２が隣り合うように、電極パッド２３が外側に来るようにして上述したシンチレータ３が形成されている側壁２５部分同士を突き合わせて配置されている。このように配置することで、各固体撮像素子２の受光部２２をできるだけ接近させて配置することができ、それぞれの受光部間の隙間をできるだけ小さくして画像の得られない不感領域を狭くすることができる。それぞれの固体撮像素子２ａ〜２ｄを突き合わせた側壁２５部分には樹脂６が充填されて接着固定されている。
【００１８】
次に、図３〜図８を用いて本発明に係る放射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図３に示されるような構造の固体撮像素子２を４枚用意する。この固体撮像素子２をそれぞれ蒸着基板ホルダー２００にセットする。図４、図５はセット後の断面図と下から見た図を示したものである。このとき、固体撮像素子２は、図４に示されるようにその二辺に沿って設けられている電極パッド２２部分を蒸着基板ホルダー２００の突出部２００ａによって支持することにより収容部２００ｂ内に収容、支持されている。一方、固体撮像素子２の受光部２１に近接している側の基板ホルダー２００の受光部２１側には切り欠き部２００ｃが形成されており、固体撮像素子２はその側壁２５の頂部が蒸着室２０１に対して露出されるように配置されている。
【００１９】
この状態で蒸着基板ホルダー２００を蒸着装置内にセットして、真空蒸着法によって固体撮像素子２の受光部２２上にTlをドープしたCsIを厚さ約250μｍの柱状結晶として成長させて、シンチレータ３層を形成する（図６参照）。蒸着基板ホルダー２００に設置された固体撮像素子２の受光部２２の周囲には、受光部２２より蒸着室２０１側に突出した部分は突出部２００ａを除いて存在しないので、この突出部２００ａ側、つまり、電極パッド２３部分を除いて側壁２５部分に至るまで連続してシンチレータ３層が形成される。この結果、側壁２５近くの端部分の光電変換素子２１部分に至るまでほぼ均一な厚みのシンチレータ３層を形成することが可能である。
【００２０】
CsI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ので、その保護のため、図７に示されるように、CVD（化学的蒸着）法によりシンチレータ３が形成された固体撮像素子２全体を厚さ10μｍのパリレンで包み込み、保護膜４を形成する。
【００２１】
具体的には、金属の真空蒸着と同様に真空中で蒸着によるコーティングを行うもので、原料となるジパラキシリレンモノマーを熱分解して、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ーと呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを熱分解して、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５０万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。
【００２２】
CsIの柱状結晶の間には隙間があるが、パリレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、保護膜４は、シンチレータ３層に密着し、シンチレータ３を密封する。このパリレンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ３層表面に均一な厚さの精密薄膜コーティングを形成することができる。また、パリレンのCVD形成は、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。
【００２３】
この後で形成した保護膜４に電極パッド２３とシフトレジスタ２４との間と側壁２５の外側に沿って切れ目を入れ、外側の保護膜４をはがすことで、電極パッド２３を露出させて図８に示されるような撮像基板を得る。
【００２４】
そして、平坦な表面を有する基台１の表面上にこうして撮像基板として形成した各固体撮像素子２ａ〜２ｄの側壁２５同士に厚さ１０〜２０μｍの例えば、ジビニルベンゼンを含むＵＶ硬化樹脂を塗布して突き合わせ、各受光部２２が隣接して各電極パッド２３部分が外側に配列されるように光電変換素子２１の受光面を表にして縦横に２枚ずつ並べて載置してこの硬化樹脂を硬化させることにより撮像素子２ａ〜２ｄ同士を貼り合わせて基台１へと固定することで図１に示される放射線検出素子１００を得る。なお、撮像基板の受光部２２とは隣接しない他の少なくとも一辺と受光部２２との間には、光電変換素子２１に電気的に接続される回路部及びボンディングパッド部が設けられている。
【００２５】
続いて、本実施形態の動作を図１、図２により説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）は、保護膜４を透過してシンチレータ３に達する。このＸ線は、シンチレータ３で吸収され、Ｘ線の光量に比例した所定の波長の光が放射される。放射された光は受光部２２内の各々の光電変換素子２１へと到達する。各々の光電変換素子２１では、光電変換により、到達した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、各々の光電変換素子２１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。光電変換素子２１に蓄積されたこの画像信号は、図示していない信号ラインからシフトレジスタ２４を介して各電極パッド２３から順次出力されて外部へと転送され、これを所定の処理回路で処理することにより、モニター上にＸ線像を表示することができる。
【００２６】
本発明に係る撮像基板たる固体撮像素子２には、その受光部２２の端まで均一なシンチレータ３層が形成されている。そして、各固体撮像素子２の受光部を近接して配置することが可能なため、固体撮像素子２間の不感領域となるデッドスペースは１〜３画素分の幅まで抑制することが可能であり、受光部２２の端部分まで有効に活用することができる。
【００２７】
これに対して、図９あるいは図１０に示されるような蒸着基板ホルダー２１０、２２０を用いて固体撮像素子２上にシンチレータ３を形成した場合、図１１あるいは図１２に示されるように受光部２２の端では充分なシンチレータ３を形成することができない。そのため、固体撮像素子２をできるだけ近接して配置した場合でも、その間に不可避に生ずるデッドスペースに加えて、シンチレータ３層が十分でないために生ずる不感領域が数〜数十画素分存在しており、これにより無視できないほどのデッドスペースが生じてしまう。本発明によれば不感領域の幅を無視し得るほど小さくすることが可能である。
【００２８】
さらに、本発明によれば、側壁２５部分まで保護膜４を設けていることと、この側壁２５部分を樹脂により固定しているので、シンチレータ４のはく離現象を効果的に防止でき、耐久性が確保できる。そして、受光画面の小さい素子を組み合わせることで、大画面の素子を製作する場合に比べて素子あたりの歩留まりの低下を防止することができ、製作コストの低減も図れる。
【００２９】
図１３は、本発明に係る放射線検出器の第２の実施形態を示す平面図である。この図に示されるように、２枚の撮像基板である固体撮像素子２ａ、２ｂを連結して大画面の放射線検出器を製造してもよい。さらに、３枚以上の固体撮像素子を一列に並べて大画面化したり、２×ｍ列あるいはｍ×ｎ列並べて大画面化しても構わない。固体撮像素子を２×ｍ列（ただしｍは３以上の整数）並べる場合は、少なくとも四隅に配置される以外の固体撮像素子２’は、少なくとも３辺の境界部分まで受光部２２が配置されている構造（図１４参照）を有している必要がある。また、固体撮像素子をｍ×ｎ列（ただしｍ、ｎとも３以上の整数）並べる場合は、さらに中央部分に配置される固体撮像素子２”は、表面全体に受光部２２が配置される構造（図１５参照）を有している必要がある。この場合、電極パッドは背面に設けて、基台１を貫通する配線を利用して信号を読み出すことが好ましい。もちろん上述した各固体撮像素子は単体でも使用することができることは言うまでもない。
【００３０】
図１６は、本発明に係る放射線検出器の第３の実施形態を示す断面図である。固体撮像素子２上に、本発明に係るシンチレータパネル６ａ、６ｂが配置されて構成されている。各シンチレータパネル６は、シンチレータ形成基板としてのガラス基板６０の片面６１から側壁６２にかけて連続してシンチレータ３が形成されており、このシンチレータ３を覆って包み込むようにパリレンによる保護膜４が形成されている。そして、１枚の固体撮像素子２の受光部２２上にこのシンチレータパネル６ａ、６ｂが側壁６２同士を突き合わせてシンチレータ３が形成されている側を固体撮像素子２に向けて配置されている。
【００３１】
このシンチレータパネル６の製造工程は、図４〜図８で示された工程に準じているためその説明は省略する。このようなシンチレータパネル６を用いた場合も第一の実施形態の放射線検出器と同様の効果が得られる。さらに、シンチレータパネル６だけでなく、固体撮像素子２側も複数の固体撮像素子をパネル状に組み合わせて構成してもよい。シンチレータパネルのシンチレータ側を固体撮像素子の受光部に向けて配置する場合、シンチレータを形成する基板６０は放射線透過性である必要がある。放射線透過性の基板としては、ガラスの他にＡｌ、Ｂｅ製の基板や炭素を主成分とする材料、例えばアモルファスカーボンやグラファイトが使用可能である。
【００３２】
シンチレータパネルの基板６０側を固体撮像素子の受光図に向けて配置する場合は、基板はシンチレータで発せられた光を透過する必要があり、シンチレータとしてCsIを用いる場合は可視光透過性であるガラスが好ましい。
【００３３】
以上の説明では、保護膜４としてパリレン製の単一膜構造の保護膜について説明してきたが、第１、第２の実施形態においては、パリレン膜の表面にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属薄膜からなる反射膜を設ければ、シンチレータ３から放射された光を光電変換素子２１へと戻すことで、輝度の高い画像を得ることができる。また、第３の実施形態においては、放射線透過性基板とシンチレータとの間に反射膜を設けることで、精度の高い画像を得ることができる。第１、第２の実刑体においては、この金属薄膜の保護のため、さらにその表面にパリレン膜等を施してもよい。シンチレータ３として防湿性の材料を使用した場合や、装置全体を防湿性の保護ケース内に収容するような場合は、保護膜４を設けなくともよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撮像基板の受光部表面あるいはシンチレータパネルの光透過板表面に形成しているシンチレータ層を側壁部分まで連続して形成しているので、端部分まで均一なシンチレータ層を形成することができる。こうして端部分まで均一なシンチレータ層を有するシンチレータパネルあるいは撮像基板をシンチレータが形成されている側壁部分で突き合わせて組み合わせることで、間のデッドスペースの少ない大画面のシンチレータパネル、撮像素子を形成することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の放射線検出器の断面図である。
【図３】図１の放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図４】図１の放射線検出器の製造工程において固体撮像素子を蒸着基板ホルダーにセットした様子を示す断面図である。
【図５】図５を下から見た様子を示す図である。
【図６】図３の工程の続きを説明する図である。
【図７】図６の工程の続きを説明する図である。
【図８】図７の工程の続きを説明する図である。
【図９】従来の蒸着基板ホルダーを説明する図である。
【図１０】別の従来の蒸着基板ホルダーを説明する図である。
【図１１】図９の蒸着基板ホルダーで製作されたシンチレータ層を示す断面図である。
【図１２】図１０の蒸着基板ホルダーで製作されたシンチレータ層を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る放射線検出器の第２の実施形態を示す平面図である。
【図１４】別の実施形態の放射線検出器に用いられる固体撮像素子を示す平面図である。
【図１５】さらに別の実施形態の放射線検出器に用いられる固体撮像素子を示す平面図である。
【図１６】本発明に係る放射線検出器の第３の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４…保護膜、６…シンチレータパネル、２０…基板、２１…光電変換素子、２２…受光部、２３…電極パッド、２４…シフトレジスタ、２５…側壁、６０…ガラス基板、２００…蒸着基板ホルダー。

Claims (8)

1. 基板と、前記基板上の全ての外辺近傍まで２次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部と、前記受光部の背面に前記光電変換素子に電気的に接続される回路部及びポンディングパッド部のうちの少なくとも一方を備えている撮像基板と、
   前記撮像基板の受光部表面上から前記全ての外辺の側壁表面上まで連続して直接蒸着されている柱状構造のシンチレータと、
   を備えている放射線検出器。
2. 基板と、前記基板上の少なくとも１つの外辺近傍まで２次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部と、該受光部とは隣接しない他の少なくとも１つの外辺と受光部との間の表面上に前記光電変換素子に電気的に接続される回路部及びポンディングパッド部のうちの少なくとも一方を備えている撮像基板と、
   前記撮像基板の受光部表面上から前記回路部またはポンディングパッド部との間及び該近傍の側壁表面上まで連続して直接蒸着されている柱状構造のシンチレータと、
   を備えている放射線検出器。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の前記撮像基板複数枚を前記シンチレータが蒸着されている側壁同士を隣接配置して固定した放射線検出器。
4. 前記シンチレータを覆う耐湿保護膜をさらに備えている請求項１〜３のいずれかに記載の放射線検出器。
5. シンチレータ形成基板と、
   前記シンチレータ形成基板の少なくとも１つの外辺の側壁表面上から前記シンチレータ形成基板の一方の表面の所定の領域上まで連続して直接蒸着されている柱状構造のシンチレータと、
   を備えるシンチレータパネル。
6. 複数の前記シンチレータ形成基板を前記シンチレータが蒸着されている側壁同士を隣接配置して固定した請求項５記載のシンチレータパネル。
7. 前記シンチレータを覆う耐湿保護膜をさらに備えている請求項５または６のいずれかに記載のシンチレータパネル。
8. 前記シンチレータ形成基板は放射線透過性を有している請求項５〜７のいずれかに記載のシンチレータパネル。

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