JP5693173B2

JP5693173B2 - 放射線検出装置及び放射線検出システム

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Publication number: JP5693173B2
Application number: JP2010260523A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　実; 実渡辺; 望月　千織; 千織望月; 啓吾横山; 潤川鍋; 健太郎藤吉; 弘和山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-11-22
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Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される放射線検出装置及び放射線検出システムに関するものである。

近年、薄膜半導体製造技術は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチ素子と光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた検出装置や放射線検出装置にも利用されている。特許文献１に示すように、放射線検出装置のＸ線源から発せられるＸ線が照射される側に固体光検出器を、放射線検出装置のＸ線が照射される側とは反対側にシンチレータを配することにより放射線検出器を構成する提案がなされている。

特開平０７−０２７８６４号公報

しかしながら、特許文献１では、鮮鋭度を向上させるための散乱線除去効果を有するグリッドの配置に関する記載がなく、散乱放射線への対応が不明確であり、対策する必要がある。そこで本発明では、光検出器の放射線が照射される側とは反対側にシンチレータが配置された放射線検出装置において、良好な散乱放射線除去が可能な放射線検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線検出装置は、照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電気信号に変換する画素が基板に２次元アレイ状に複数配置された光電変換部と、放射線吸収部材と放射線透過部材とが交互に配置された散乱放射線除去用のグリッドと、を含む放射線検出装置であって、前記放射線検出装置の放射線が照射される側から、前記グリッド、前記基板、前記光電変換部、前記シンチレータの順に配置されており、前記グリッドは、前記基板の前記放射線が照射される側の表面の少なくとも一部に接して、叉は、前記基板の前記放射線が照射される側の表面上に接着されて配置されていることを特徴とする。或いは、本発明の放射線検出装置は、照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電気信号に変換する画素が基板に２次元アレイ状に複数配置された光電変換部と、放射線吸収部材と放射線透過部材とが交互に配置された散乱放射線除去用のグリッドと、を含む放射線検出装置であって、前記放射線検出装置の放射線が照射される側から、前記グリッド、前記基板、前記光電変換部、前記シンチレータの順に配置されており、前記グリッドの厚さをｈ、前記放射線透過部材を挟む複数の前記放射線吸収部材の間の間隔をＤ、前記放射線吸収部材の厚さをｄ、前記基板の厚さをＴ、前記光電変換部の厚さをｔ、前記画素の画素ピッチをＰとした場合、前記グリッドの前記放射線が照射される側の表面とは反対側の表面と前記シンチレータの前記放射線が照射される側の表面との間の距離Ｌは、ｔ＋Ｔ＜Ｌ＜４×Ｐ×ｈ／Ｄを満たすことを特徴とする。

本発明によれば、光検出器の放射線が照射される側とは反対側にシンチレータが配置された放射線検出装置において、良好な散乱放射線除去が可能な放射線検出装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に関わる放射線検出装置の平面図及び断面図である。本発明の第１の実施形態に関わる放射線検出装置を表す等価回路図及び１画素あたりの断面図である。本発明の概念を説明するための概念的断面図である。本発明の第１の実施形態に関わる放射線検出装置の製造工程を説明するための断面図である。本発明の第１の実施形態に関わる放射線検出装置の製造工程を説明するための断面図で、放射線グリッドを配置する工程を説明する断面図である。本発明の第２の実施形態に関わる放射線検出装置の断面図である。本発明の第２の実施形態に関わる放射線検出装置の製造工程の一部を説明するための断面図である。本発明による放射線検出装置の放射線検出システムへの応用例を示したものである。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本願明細書において放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（第１の実施形態）
先ず、図１を用いて本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置について説明する。
ガラス基板等の絶縁性表面を有する基板２の第１表面側に、光電変換部３が配置される。光電変換部３は、後述するシンチレータ４により変換された可視光を電気信号に変換するための画素が２次元アレイ状に複数配置されており、各画素はそれぞれ光電変換素子とスイッチ素子を有している。なお、基板２に対して放射線が第１表面と対向する第２表面側から入射するように、基板２及び光電変換部３が配置される。ここで、本発明において各構成要素に対して、放射線入射側の表面を第２表面と、放射線入射側と反対側の表面を第１表面と示す。基板２の第１表面の端部には、フレキシブル配線基板６を介してプリント回路基板７ａ及び７ｂが実装される。フレキシブル配線基板やプリント回路基板には、各種集積回路が設けられる。集積回路としては、光電変換部３を駆動する駆動回路、光電変換部３からの電気信号を読み取る読出回路、駆動回路及び読出回路の少なくとも一方に電源を供給する電源回路、駆動回路及び読出回路の少なくとも一方を制御する制御回路が、挙げられる。光電変換部３の放射線入射側とは反対側の第１表面に、シンチレータ４が固定配置される。シンチレータ４の第２表面は、光電変換部３の第１表面上に蒸着して形成されることで固定配置されるか、又は接着して固定配置される。シンチレータ４の第１表面は、外装箱８に設置された支持基台９の第２表面に、接着剤や粘着剤、衝撃吸収材などを介して固定されている。プリント回路基板７ａ及び７ｂは支持基台９の第１表面側に配置される。散乱放射線除去用のグリッド１は、基板２の第２表面に接して配置、又は接着剤などを介して第２表面に固定して配置されている。つまり、グリッド１は、基板２の第２表面に密着して配置される。これにより本発明の放射線検出装置は、放射線検出装置の放射線が照射される側から、グリッド１、光電変換部３、シンチレータ４の順に配置されることとなる。そして、外装箱８の放射線入射側には、放射線を透過しやすく耐水性や密閉性が確保できるカバー５が配置され、外装箱８とカバー５とで筐体を構成している。つまり、支持基台６に固定されて、外装箱８とカバー５とで構成される筐体内に、グリッド１、基板２、光電変換部３、シンチレータ４、フレキシブル配線基板６、プリント回路基板７ａ及び７ｂが収容される。プリント回路基板７ａ及び７ｂは、支持基台７の第２表面側に配置されており、放射線による集積回路への悪影響が低減される。このような構成にすることで、放射線が入射した際に、グリッド１により散乱放射線を除去することが可能になる。また、基板２を通過した放射線がシンチレータ４により吸収され発光した際、シンチレータ４の光電変換部３側で放射線の吸収量及び発光量が多いため、光電変換部３で吸収することができる可視光も多くなり、感度の向上につながる。また、シンチレータ４の発光位置と光電変換部３の距離が短いため、可視光の散乱の影響が小さく抑えられ、結果的にＭＴＦ（鮮鋭度）が向上する。

ここで、グリッド１とシンチレータ４との間隔が大きいと、グリッド１を通過した散乱線除去された放射線の中でも散乱の影響が残った非直線的な放射線に対して、グリッド１に入射した位置と、蛍光体４に入射した位置にズレが発生する。この結果、撮像装置で読み取る画像にボケが生じ、ＭＴＦの低下を引き起こしてしまう。本発明では、グリッド１を基板２の第２表面に密着して配置するため、グリッド１とシンチレータ４とを、基板２と光電変換部３の厚さ程度の近い距離で配置することが可能になる。よって、グリッド１とシンチレータ４が近接した状態で配置され、グリッド１を通過した放射線の散乱線成分によるＭＴＦ低下を防止することが可能となる。なお、グリッド１は、そのグリッド配置による固定パターンが発生しないよう、移動可能な構成を使用する場合がある。本発明では基板２の第２表面とグリッド１が、少なくとも一部で接触した状態で配置されているため、撮影中に移動することができない。そのため、発生した固定パターンが問題となる場合は、画像処理などを用いて除去すると良い。

基板２としては、光電変換部３を形成するプロセス温度に対し耐熱性を有し、同時に剛性が確保できる、ガラス基板、シリコン基板や硬質なカーボン製基板を用いると良い。また、基板２として、基板材料の表面に、有機又は無機材料の絶縁膜を設けたものを用いてもよい。絶縁膜としては、硬質で滑りが良い酸化シリコン膜や窒素化シリコン膜、軟質材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）などの有機絶縁膜を好適に用いることができる。また、光電変換部３を形成した後で、基板材料の放射線入射側の表面をエッチングやＣＭＰにより薄膜化して好適な厚さとなるように、基板２及び基板２の第２表面を形成することが好ましい。このように、薄膜化加工を施した基板２を用いることで、基板２で吸収される放射線線量が減り、更なる高感度化を図ることが可能になる。薄膜化加工を施した基板２を用いた場合には、グリッド１自身が基板２の剛性を維持する構造とすることがより好ましい。この場合、多くの用途で使用できるよう、グリッド１として密度とグリッド比の高いものを使用し、画像処理と組み合わせて使用することが望ましい。また、基板材料に薄膜化加工を施す際には、シンチレータ４の第１表面側に保護材を配置することが好ましい。これは、シンチレータ４に用いる蛍光体層に、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂのような粒子蛍光体を用いた場合には、蛍光体層に振動が加わると、形状が崩れてしまう恐れがある。また、蛍光体層にＣｓＩ：ＴｌやＣｓＩ：Ｎａのようなハロゲン化アルカリ柱状結晶構造を用いた場合も同様である。そのため、何らかの保護材を基板２の第２表面とは反対に位置するシンチレータ４の第１表面に配置することが望ましい。また、保護材にも更に薄膜化加工を施してもよい。保護材としては、基板２と同じ材料でもよく、また、基板２より硬質にすることで、支持基台９の一部として使用しても良い。また、このような場合には、基板２の第１表面から保護材の端部を、樹脂などで封止することがより好ましい。

次に、図２（ａ）を用いて本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の概略的等価回路を説明する。本実施形態における放射線検出装置は、基板２の第１表面上に、行方向及び列方向に配列された複数の画素１０１を含む光電変換部３が設けられている。各画素１０１は、放射線又は光を電荷に変換する光電変換素子１０４と、光電変換素子１０４の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子１０５と、を含む。本実施形態では、光電変換素子としてＭＩＳ型光電変換素子を用いており、スイッチ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いている。光電変換素子の放射線入射側に、放射線を光電変換素子が感知可能な可視光に波長変換するシンチレータ４が配置され得る。光電変換素子１０４の第１電極１０３には、スイッチ素子１０５の第１主電極が電気的に接続され、変換素子１０４の第２電極１０２には、バイアス線１０６が電気的に接続される。バイアス線１０６は、列方向に配列された複数の光電変換素子１０４の第２電極１０２に共通に接続される。スイッチ素子１０５の制御電極には、駆動線１０７が電気的に接続され、スイッチ素子１０５の第２主電極には、信号線１０８が電気的に接続される。駆動線１０７は、行方向に配列された複数のスイッチ素子１０５の制御電極に共通に接続され、また、第１接続配線１０９を介して駆動回路１１０に電気的に接続される。駆動回路１１０が列方向に複数配列された駆動線１０７に駆動パルスを順次に又は同時に供給することにより、行単位で画素からの電気信号が、行方向に配列された複数の信号線１０５に並列に出力される。信号線１０５は、列方向に配列された複数のスイッチ素子１０５の第２主電極に共通に接続され、また、第２接続配線１１１を介して読出回路１１２に電気的に接続される。読出回路１１２は、信号線１０５毎に、信号線１０５からの電気信号を積分して増幅する積分増幅器１１３と、積分増幅器１１３で増幅して出力された電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える。読出回路１１２は更に、複数のサンプルホールド回路から並列に出力される電気信号を直列の電気信号に変換するマルチプレクサ１１５と、出力された電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１１６を含む。読出回路１１２の非反転入力端子には電源回路１１９から基準電位Ｖｒｅｆが供給される。電源回路１０９は更に、共通バイアス線１１７及び第３接続配線１１８を介して、行方向に配列された複数のバイアス線１０６に電気的に接続されており、変換素子１０４の第２電極Ｕにバイアス電位Ｖｓ又は初期化電位Ｖｒを供給する。

次に、図２（ａ）を用いて本実施形態の放射線検出装置の動作について説明する。光電変換素子１０４の第１電極１０３にはスイッチ素子を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、第２電極１０２にはバイアス電位Ｖｓを与えることにより、ＭＩＳ型光電変換素子の光電変換層が空乏化するようなバイアスを光電変換素子１０４に与える。この状態で、被検体に向けて曝射された放射線は、被検体により減衰を受けて透過し、ここでは図示しない蛍光体で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷に応じた電気信号は、駆動回路１１０から駆動線１０７に印加される駆動パルスによりスイッチ素子１０５が導通状態となることで、信号線１０８に出力され、読出回路１１２によりデジタルデータとして外部に読み出される。その後、バイアス線１０６の電位をバイアス電位Ｖｓから初期化電位Ｖｒに変化させてスイッチ素子１０５を導通状態とすることにより、光電変換素子で発生し残留した正又は負のキャリアが除去される。その後、バイアス線１０６の電位を初期化電位Ｖｒからバイアス電位Ｖｓに変化させることにより、光電変換素子１０４の初期化がなされる。

次に、図２（ｂ）を用いて１画素の断面構造を説明する。スイッチ素子１０５であるＴＦＴは、基板２の第１表面上に形成された第１導電層２０１、第１絶縁層２０２、第１半導体層２０３、第１不純物半導体層２０４、第２導電層２０５から構成されている。第１導電層２０１はＴＦＴの制御電極（ゲート電極）として、第１絶縁層２０２はゲート絶縁膜として用いられている。また、第１半導体層２０３はＴＦＴのチャネルとして、第１不純物半導体層２０４はオーミックコンタクト層として、第２導電層２０５は第１又は第２主電極（ソース又はドレイン電極）として用いられている。

それらの上層には、層間絶縁層として第２絶縁層２０６が配置されている。ここで、第２絶縁層としては、有機絶縁膜や無機絶縁膜、又はそれらの積層構成が好適に用いられる。特に、ＴＦＴを覆うパッシベーションとしての無機絶縁膜と平坦化膜としての有機絶縁膜の積層構成を用いるのが好ましい。その第２絶縁層２０６には、光電変換素子１０４が形成されている。光電変換素子１０４は、第３導電層２０７、第３絶縁層２０８、第２半導体層２０９、第２不純物半導体層２１０、第５導電層２１２から構成されている。第３導電層２０７は光電変換素子の下電極（第１電極１０３）として、第３絶縁層２０８は発生した正及び負のキャリアの移動をブロックする完全絶縁層として、第２半導体層２０９は放射線又は光を電荷に変換する光電変換層として用いられる。また、第２不純物半導体層２１０は正又は負のキャリアの移動をブロックするブロッキング層として、第５導電層２１２は上電極（第２電極１０２）として用いられている。また、第４導電層２１１はバイアス線１０６として用いられる。そして、上電極（第２電極１０２）は、バイアス線１０６から供給されるバイアス電位Ｖｓ又は初期化電位Ｖｒと、第１電極Ｌに供給される基準電位Ｖｒｅｆとの電位差であるバイアスを、光電変換素子１０４全体に印加する電極として用いられる。以上のように、基板２の第１表面上にスイッチ素子１０５、光電変換素子１０４、が順次配置される。また、更にその上層には、第２絶縁層２０６と同様に、パッシベーションとして及び平坦化層として第４絶縁層２１３が配置される。これらにより１つの画素が構成される。これらの第１導電層から第４絶縁層２１３までの層構成により、光電変換部３が構成される。

光電変換部３の第１表面上には、シンチレータ４が固定配置される。このシンチレータ４は、蛍光体層２１４と蛍光体保護層２１５と反射層２１６と支持部材２１７とを含む。蛍光体層２１４は、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の可視光に変換するものであり、光電変換部３の第１表面に、蒸着によって形成されることにより、又は、接着剤等によって接着されることにより、光電変換部３の第１表面に固定配置される。蛍光体保護層２１５は蛍光体層２１４を水分や衝撃から保護するためのものであり、好適には有機樹脂が用いられる。反射層２１６は、蛍光体層２１４で発光した可視光を光電変換部３側に反射するためのものであり、Ａｌ等の放射線透過性がよく且つ光反射率が高い金属材料が好適に用いられる。反射層２１６には固定電位が与えられて電磁シールドとして用いることができる。支持部材２１７は、反射層２１６の剛性を保持して蛍光体層２１４や反射層２１６を保護するためのものであり、好適にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の有機樹脂シートが用いられる。支持基台９には、支持部材２１７が設けられた側のシンチレータ４の表面が固定される。

ここで、図３を用いて、散乱放射線除去用のグリッド１の第１表面とシンチレータ４の第２表面との距離Ｌと、放射線検出装置のボケとの関係を説明する。グリッド１は、放射線吸収部材（Ｐｂ）１１と放射線透過部材（Ａｌ）１２とを交互に、スリット状又はマトリクス状に配置したものである。なお、散乱放射性除去用のグリット１は、ＪＩＳ規格Ｚ４９１０に適合するものであればよい。図３（ａ）は、本発明との比較のために示すもので、通常のグリッド１の配置を鑑みた例である。通常、グリッドは筐体となるカバー５の外側に配置するため、グリッドの第１表面とシンチレータ４の第２表面との距離Ｌが、１０〜２０ｍｍ程度となってしまう。このような構成だと、この距離Ｌに比例して、非直線性の放射線が、放射線グリッドに入射する位置と、グリッドを通過してシンチレータ４に入射する入射位置がずれてしまう。図３（ａ）の例だと、非直線性の放射線がグリッドに入射する位置から、一画素ずれたシンチレータ４の第２表面に入射してしまい、これが放射線検出装置の画像のボケの原因となる。このボケの量は、グリッド１のグリッド比が小さく、グリッド１の第１表面とシンチレータ４の第２表面との距離Ｌが大きくなるほど顕著になる。

これに対し、図３（ｂ）に示すように、本発明では、グリッド１の第１表面とシンチレータ４の第２表面との距離Ｌが近くなるようにグリッド１を配置する。これにより、グリッド１に非直線性の放射線が入射した位置と、グリッド１を通過した非直線性の放射線がシンチレータ４に入射する位置が、１画素内のずれに抑えられることが分かる。また、散乱線の影響を抑えるためには、検出対象物とシンチレータ４との距離を近づけることが効果的であるため、グリッド１とシンチレータ４の距離を縮めることは、根本的な散乱線による画像のボケを抑える効果にもなる。本発明では、距離Ｌを縮めるために、グリッド１の第１表面を基板２の第２表面に接触させることが望ましい。この結果、距離Ｌは、基板２及び光電変換部３の厚さまで小さくすることができる。例えば、基板２として厚さ０．５〜１．５ｍｍのガラス基板を使用したり、１．０ｍｍ程度の厚さのガラス基板をエッチングや研磨によりガラス基板の厚さを０．１〜０．５ｍｍまで薄膜化加工したりすることで、距離Ｌを更に小さくすることができる。この距離Ｌは２ｍｍ以下であることが望ましい。また、基板２の厚さはグリッド１の厚さｈよりも薄ければ、グリッド１を透過した散乱線が隣接する画素１０１に対応するシンチレータ４の第２表面に入射しにくく、ＭＴＦの低下を抑えられる。また、放射線透過部材１２を挟む複数の放射線吸収部材１１の間の間隔をＤ、放射線吸収部材１１の厚さをｄとした場合、基板２の厚さは、グリッドサイズ（Ｄ＋ｄ）以下であることが望ましい。特に、マンモグラフィーに使用する放射線検出装置では、３０ＫｅＶ以下などの低い管電圧で撮影されるため、基板２による放射線の吸収量が多くなる。このため、基板２の厚さを上記範囲内にすることで、高感度で鮮鋭な画像を取得し、同時にボケ発生を低減することができる。また、グリッド１には様々な種類があるため、種類に応じて基板２の厚さ変更することはできない。そこで、基板２の厚さを概略光電変換素子の画素ピッチＰ以下にすることにより、ボケの発生を低減することができる。また、基板２の厚さをＴ、光電変換部３の厚さをｔとすると、距離Ｌは以下の式を満たすことが望ましい。ここで、グリッド比ｒはｈ／Ｄで、グリッド密度Ｎは１／（ｄ＋Ｄ）で表すことができる。一般的なグリッド比ｒは４〜１０で、以下では５で例示する。また、一般的なグリッド密度Ｎは３０〜６０（本／ｃｍ）で、以下では４０（本／ｃｍ）で例示する。まず、放射線検出装置において一般的には、検出対象物は画素ピッチＰの４倍程度であるため、散乱放射線が画素ピッチＰの４倍ずれてシンチレータ４に入射するものを除去するように設計することが望ましい。そのため、以下の式を満たすことが望ましい。
ｔ＋Ｔ＜Ｌ＜４×Ｐ×ｒ＝４×Ｐ×ｈ／Ｄ
そのため、画素ピッチＰが１６０μｍの放射線検出装置の場合、Ｌは例えば３．２ｍｍ未満となる。また、放射線検出装置では、所望のＤＱＥ（ｄｅｔｅｃｔｉｖｅｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｅｎｃｙ：検出量子効率）が要求される。そのため、以下の式を満たすことがより望ましい。
ｔ＋Ｔ＜Ｌ＜ＤＱＥ×ｈ／Ｄ
一般的な放射線検出装置では、ＤＱＥ＝２ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ≒２５０μｍであるため、Ｌは例えば１．０ｍｍ未満となる。

次に、図３及び図４を用いて、本発明の第１の実施形態の放射線検出装置を形成する工程を説明する。

まず図４（ａ）に示すように、基板２の第１表面上に光電変換素部３を形成し、光電変換部３の第１表面上にシンチレータ４を形成する。この際に、上述した基板材料に薄膜化加工を施す処理をして基板２とする工程を行ってもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板２の第１表面の端部に、プリント回路基板７ａ等が接続されたフレキシブル配線基板６を実装した後、外装箱８に設けられた支持基台９にシンチレータ４の第１表面を固定配置する。支持基台９とシンチレータの第１表面との間には、必要に応じて接着剤や粘着剤、衝撃吸収材などが設けられる。

次に、図５を用いて放射線検出装置を形成する工程のうちの、グリッド１とカバー５を設ける工程について説明する。本実施形態では、図５（ａ）と図５（ｂ）を用いて２つの異なる工程を説明する。図５（ａ）に示す工程では、基板２の第２表面上にグリッド１とカバー５をはめ込む形で設置し、外装箱８を閉じる。外装箱８を閉めた状態では、カバー５とグリッド１を上から加圧できる構造にする。これにより、グリッド１と基板２の第２表面とが密着して固定され、急な落下や荷重に対して強度が確保できる構造になる。基板２の第２表面とグリッド１は少なくとも一部で密着しており、グリッド１の第１表面とシンチレータ４の第２表面との距離を近くすることが可能となる。更に、基板２とグリッド１の間に硬い異物を挟んでも問題がないように、基板材料に軟質な薄膜材料をコーティングして基板２の第２表面とすることが望ましい。この場合には、薄膜材料として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）などの有機絶縁膜を用いることが好ましい。一方、図５（ｂ）に示す工程では、カバー５を外装箱８に装着して筐体を構成した後に、グリッド１を外装箱８の側面に設けられた挿入口から挿入する。この挿入口は、通常閉じており、閉じた状態では外光が筐体内に入射しない構成となっている。この場合、基板２の第２表面は滑りが良い材料を用いることが良く、基板２の第２表面として酸化シリコン膜や窒素化シリコン膜などを用いるのが好ましい。また、グリッド１が基板２とこすれて破壊してしまう可能性がある場合、グリッド１は外装箱８や基板２の第２表面上の、光電変換部３が配置される領域の外側に設置されたガイドレールの上を通り、近接配置することで、耐久性のある構造となる。また、ガイドレール上を通り配置されたあと、加圧することでグリッド１と基板２の第２表面とが接触して配置されても良い。一般的に、散乱放射線除去用のグリッドには平行グリッドと集束グリッドがある。集束グリッドを使用する場合、点光源となる放射線を発生させる管球部から被写体までの距離によって、集束グリッドの集束距離を変えて使用する。また、グリッドは、グリッドの密度やグリッド比など様々なグリッドを用途に応じて使用する。そのため、グリッド１は使用時には基板２の第２表面に密着して使用しても、着脱できる構成であることが望ましい。そこで、外装箱８の側面に挿入口を設け、グリッド１を挿入口から挿入する形態とすることがより好ましい。このような構成とすることにより、グリッドを用途に応じて変更することが可能となる。

なお、本実施形態では、光電変換素子としてＭＩＳ型光電変換素子を用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ＰＩＮ型フォトダイオード等周知の光電変換素子を用いることができる。また、本実施形態では、スイッチ素子としてＴＦＴを用いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、スイッチングダイオードなど薄膜半導体プロセスで形成可能なスイッチング素子を用いることができる。また、薄膜半導体プロセスで形成可能なスイッチング素子の材料としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン等が好適に用いられる。

（第２の実施形態）
次に、図６を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態の基板２に変えて基板２’を用いる点で、第１の実施形態と相違している。その他は第１の実施形態と同様のため、詳細な説明は割愛する。本実施形態の基板２’は、光電変換部３を形成するプロセス温度に対し耐熱性を有するアクリル樹脂、シロキサン系の材料の樹脂、ポリイミド樹脂等を用いた樹脂基板である。この基板２’は、ガラス基板等の剛性の高い基板材料に形成された樹脂基板上に光電変換部３が形成された後で、基板材料から剥離したものである。基板２’の厚さは、５〜５０μｍと薄く、基板２’の第２表面と放射線グリッド１の第１表面とが密着して配置する構成にすると、シンチレータ４の第２表面と放射線グリッド１の第１表面の距離がより近くすることができ、ＭＴＦの向上が図れる構成になる。更に、基板２’を５〜５０μｍの厚さにできるため、基板２’での放射線の吸収がほとんどなく、高感度化を図ることができる。ただし、基板２’では厚さが薄く十分な剛性が確保されないため、基板２’だけでは、光電変換部３を形成することができない。そこで、基板２’を、剛性が確保できる基板材料に一度形成してから、光電変換部３を形成した後で基板材料を除去することで、図６の装置を形成することができる。基板２’の材料として、耐熱性のアクリル樹脂、シロキサン系の材料の樹脂、ポリイミド樹脂を用いることで、１５０〜３００℃という比較的高温な薄膜半導体工程で光電変換部３を形成することができる。

次に、図７（ａ）〜（ｆ）を用いて、本発明の第２の実施形態の基板２’、光電変換部３、及びシンチレータを準備する工程を説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板などの基板材料２”の上に、アクリル樹脂からなる基板２Ｂ’を形成し、基板２Ｂ’の第１表面となる表面上に光電変換素部３を、薄膜半導体プロセスを用いて形成する。その後、光電変換部３の第１表面上に、シンチレータ４を準備する。

次に、図７（ｂ）に示すように、シンチレータ４と、基板２Ｂ’の第１表面のうち光電変換部３が配置される領域の周囲の領域とを少なくとも覆うように、レジスト１１を塗布又は張り合わせで準備する。このレジスト１１は、後述する基板２’を基板材料２”から剥離する際に、シンチレータ４や光電変換部３を保護するためも部材であり、最終的な装置には残さない。そのため、保護するための材料であればよい。

次に、図７（ｃ）に示すように、基板２’を基板材料２”から剥離するために、基板材料２”を除去する。この除去する方法としては、基板材料２”に対してエッチング性を有し、レジスト１１や基板２’に対してエッチング性を有さないエッチング液に、図７（ｃ）で形成された構成物を浸す方法がある。また、図７（ａ）の工程において、基板材料２”と基板２’との間を、例えばＵＶによる剥離性を有する接着剤で接着しておき、その接着剤にＵＶ照射することで基板材料２”から基板２’を剥離する方法がある。基板材料２”から基板２’を剥がすと、基板２’だけでは剛性が不十分だが、シンチレータ４の剛性により構成物の強度を維持することができる。

次に、図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）で準備された構成物からレジスト１１を除去する。レジスト１１の除去方法としては、アルカリ系の薬品による除去や、レジストシートを引き剥がすことで除去するなどの方法がある。レジスト１１を引き剥がす方法において、シンチレータ４の剛性だけでは構成物からレジスト１１を引き剥がす際の残りの部材の剛性が足りない場合は、シンチレータ４を真空吸着などにより金属性のステージ等に吸着し、剛性を確保した状態で引き剥がすと良い。

そして、図７（ｅ）に示すように、基板２’の第２表面にグリッド１を接着もしくは密着した状態で固定配置する。この結果、基板２’及び光電変換部３は、一方をシンチレータ４によって、他方はグリッド１によって、剛性が確保された材料に挟まれている。そのため、この構成物は全体として強度を維持することができる。

（第３の実施形態）
次に、図８を用いて、本発明の放射線検出装置を用いた放射線検出システムへの応用例を説明する。

放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、シンチレータ４を光電変換部３の第１表面上に配置した放射線検出装置６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ４は発光し、これを光電変換部３で光電変換して、電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１散乱放射線除去用のグリッド
２基板
３光電変換部
４シンチレータ
５カバー
６フレキシブル配線基板
７プリント回路基板
８外装箱
９支持基台
１０放射線検出装置

Claims

照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電気信号に変換する画素が基板に２次元アレイ状に複数配置された光電変換部と、放射線吸収部材と放射線透過部材とが交互に配置された散乱放射線除去用のグリッドと、を含む放射線検出装置であって、
前記放射線検出装置の放射線が照射される側から、前記グリッド、前記基板、前記光電変換部、前記シンチレータの順に配置されており、
前記グリッドは、前記基板の前記放射線が照射される側の表面の少なくとも一部に接して、叉は、前記基板の前記放射線が照射される側の表面上に接着されて配置されていることを特徴とする放射線検出装置。
照射された放射線を可視光に変換するシンチレータと、該シンチレータにより変換された可視光を電気信号に変換する画素が基板に２次元アレイ状に複数配置された光電変換部と、放射線吸収部材と放射線透過部材とが交互に配置された散乱放射線除去用のグリッドと、を含む放射線検出装置であって、
前記放射線検出装置の放射線が照射される側から、前記グリッド、前記基板、前記光電変換部、前記シンチレータの順に配置されており、
前記グリッドの厚さをｈ、前記放射線透過部材を挟む複数の前記放射線吸収部材の間の間隔をＤ、前記放射線吸収部材の厚さをｄ、前記基板の厚さをＴ、前記光電変換部の厚さをｔ、前記画素の画素ピッチをＰとした場合、前記グリッドの前記放射線が照射される側の表面とは反対側の表面と前記シンチレータの前記放射線が照射される側の表面との間の距離Ｌは、
ｔ＋Ｔ＜Ｌ＜４×Ｐ×ｈ／Ｄ
を満たすことを特徴とする放射線検出装置。
前記基板の前記放射線が照射される側の表面とは反対側の表面に前記光電変換部が設けられており、前記基板の放射線が照射される側の表面に前記グリッドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
前記基板は、前記放射線が入射される側から薄膜化加工が施されて形成された表面を有し、前記基板の厚さＴは、０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２叉は３のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
前記基板と前記光電変換部と前記シンチレータと前記グリッドとを収容する筐体を更に有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
前記筐体は、前記シンチレータの放射線が入射される側の表面とは反対側の表面を固定して支持する支持基台を備えた外装箱と、前記外装箱の放射線入射側に配置されたカバーと、を有し、
前記光電変換部を駆動するための駆動回路及び前記光電変換部からの電気信号を読み取る読出回路の少なくとも一方を制御する制御回路が配置されたプリント回路基板がフレキシブル配線基板を介して前記基板の端部に実装されており、
前記プリント回路基板は、前記支持基台の前記放射線が入射される側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出装置。
前記シンチレータは、前記放射線が入射される側に設けられ前記放射線を前記可視光に変換する蛍光体層と、前記放射線が入射される側とは反対側に設けられ前記蛍光体層を保護する部材と、を含み、
前記支持基台に前記シンチレータの前記保護する部材が設けられた側の表面が固定されることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出装置。
請求項１〜７に記載の放射線検出装置と、
前記放射線検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、を具備することを特徴とする放射線検出システム。