JP2002048872A - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
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Abstract
目付近における解像度低下を予防し得る構成の放射線検
出器を提供する。 【解決手段】 基台1上に固体撮像素子2a、2bの受
光部を隣り合わせて配置して、接着樹脂11により固定
し、それらの受光部上に隙間25をも一括して覆うとと
ともに平滑な表面を有するよう透明膜3を形成したうえ
で、その平滑な表面上にシンチレータ4層を形成してい
る。
Description
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検出器に関する。
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。
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。
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。
確保し、特につなぎ目付近における解像度低下を予防し
得る構成の放射線検出器を提供することを課題とする。
本発明に係る放射線検出器は、(1)基板と、複数の光電
変換素子を基板上の少なくともその1辺近傍に2次元に
配列して形成した受光部とを有する複数の撮像基板と、
(2)これら複数の撮像基板の各受光部を隣り合わせて並
べて載置する基台と、(3)複数の撮像素子の受光部全体
を一括して覆う表面の平坦な透明膜と、(4)この透明膜
上に直接形成されているシンチレータと、を備えている
ことを特徴とする。本発明に係る放射線検出器として
は、例えば、撮像基板2枚の連結、あるいは、撮像基板
4枚を縦横2枚ずつ連結する構成が考えられる。
μm〜1000μmであることが望ましい。
μm以下で、かつ透明膜の厚さは2μm〜30μmであ
ることが望ましい。または、上記隙間として50μm〜
70μmで、かつ透明膜の厚さとして5μm〜30μm
であってもよい。
部を隣り合わせて並べることで、大きな撮像面積を有す
る受光部が形成される。そして、この受光部上に一括し
て透明膜を形成してその表面を平坦なものとし、その膜
上に直接シンチレータを形成しているので、均一なシン
チレータを形成することができ、均一な画像特性を有す
る検出器が得られる。さらにシンチレータが平坦な膜上
に形成されることでそのはがれが効果的に防止される。
に接続されている回路部を有していることが好ましい。
このようにすると、信号読出し用の回路を別途形成する
必要がなく、製造が容易になり、シンチレータ形成後の
取り扱いも簡単になる。
をさらに備えていることが好ましい。シンチレータが吸
湿材料や強度の低い材料からなる場合、保護膜で密封す
ることで、耐久性が確保される。
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。
施形態を示す斜視図であり、図2はその断面図、図3は
図2の一部拡大図である。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枚並べて載置した
ものであり、各固体撮像素子2a〜2dは、接着樹脂1
1によって基台1に固定されている。
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。この光電変換素子21の配列された部分を以
下、受光部と呼ぶ。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の隣り合う二辺に
配置された電極パッド22のうち対応する電極パッド2
2とシフトレジスタ23を介して電気的に接続されてい
る。そして、各固体撮像素子2a〜2dは、受光部が隣
り合うように、言い換えると、電極パッド22が外側に
来るように配置されている。このようにすることで、各
固体撮像素子2の受光部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。
受光部と隣接する受光部間の隙間25を一括して覆うよ
うにして光電変換素子21が感度を有する波長帯の光を
透過する透明膜3が形成されている。透明膜3として
は、表面の平坦性に優れ、光透過特性の良好な樹脂、例
えば、ポリイミド樹脂を用いることが好ましい。この透
明膜3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4が形成されている。シンチレータ4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。
体撮像素子2の電極パッド22とシフトレジスタ23と
の間まで広がり、シンチレータ4を密封する保護膜5が
形成されている。この保護膜5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5にふ
さわしい優れた特徴を有している。
射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図4
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。そして、平坦な表面を有する基台1の表面上に各固
体撮像素子2a〜2dをそれらの受光部が隣接するよ
う、言い換えると各電極パッド22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接着樹脂11によって基台1へ
と固定する(図5参照)。
したうえで、受光部全体上(その間に形成された隙間2
5部分を含む)にポリイミドを塗布したうえで、硬化さ
せることにより約5μmの厚さを有する透明膜3を形成
する(図6参照)。こうして、透明膜3により固体撮像
素子2a〜2d間の隙間を塞ぐとともに、素子同士の表
面位置に段差がある場合でも透明膜3の表面を平滑に形
成することができる。
をドープしたCsIを真空蒸着法によって厚さ約400μmの
柱状結晶として成長させることによりシンチレータ4層
を形成する(図7参照)。このシンチレータ4層は、固
体撮像素子4a〜4dの全受光部の上に形成されること
になる。また、シンチレータ4層が形成される土台とな
る透明膜3の表面が前述したように平滑な状態であるた
め、隙間を含む受光部全体にわたって均一なシンチレー
タ4層を形成することが可能である。
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、CVD(化学的蒸着)法によりシン
チレータ4が形成された固体撮像素子2a〜2dを基台
1ごと厚さ10μmのパリレンで包み込み、保護膜5を形
成する(図8参照)。
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。
リレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、保護膜
5は、シンチレータ4層に密着し、シンチレータ4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4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。
2とシフトレジスタ23との間に沿って切れ目を入れ、
外側の保護膜5をはがすことで、電極パッド22を露出
させて図1〜図3に示される放射線検出器100を得
る。
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5を透過してシンチレータ4に達する。この
X線は、シンチレータ4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。放射された光は透明
膜3を透過して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23を介して各電
極パッド22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。
撮像素子2の受光部を近接して配置することが可能であ
り、さらに、その表面上に均一なシンチレータ4層を形
成しているので、それぞれの受光部の間のつなぎ目部分
に生ずる不感領域を狭くすることができ、解像度の劣化
も防止できる。また、つなぎ目部分も含めて透明膜3に
より覆われ、その上にシンチレータ4が形成されている
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。
の隙間を充填することでシンチレータ4のはく離を抑制
する効果を検証するため、固体撮像素子のペアを4種類
用意し、各素子を並べて素子間の隙間を一方が狭く、他
方が広くなるように配置することで隙間を位置により異
ならせて配置したうえで、各素子組の表面にポリイミド
を塗布して硬化させることで、それぞれに所定の厚みの
透明膜を形成して、その後シンチレータ4としてCsIを4
00μm蒸着した後、境界部分におけるシンチレータ4の
はく離の有無を調べた。表1にその結果を示す。
膜を形成することでシンチレータ4をはく離することな
く蒸着できることが確認された。
透明膜の厚さを2μm以上とし、隙間が50μmより大
きく70μm以下の場合、透明膜の厚さを5μm以上と
することでシンチレータの剥離が防止できる。また、透
明膜が厚すぎると透明膜中でイメージが散乱して解像度
が低下してしまうので、透明膜の厚さは30μm以下で
あることが好ましい。
に入り込んだ透明膜の量が多くなり、透明膜の硬化時の
収縮により隙間部分で透明膜にわずかながら凹みができ
てしまうのでシンチレータの剥離が生じてしまってい
る。さらに隙間は大きければ大きいほどデッドスペース
が増大することになり、極力小さいほど良い。これらの
ことから隙間は70μm以下に押さえることが好まし
い。
さの関係は、シンチレータの厚さは100μm〜100
0μmの範囲において満たされるものである。
の実施形態を示す平面図である。コ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21が配置されている構造(図10参照)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21が配置される構造(図11参照)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。
製の単一膜構造の保護膜について説明してきたが、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。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5を
設けなくともよい。
透過するという意味での透明膜を意味するのではなく、
透明膜が設けられる撮像基板の光電変換素子が感度を有
する光を透過性質を有することを意味する。したがっ
て、例えば可視光中の特定の波長帯に感度を有する光電
変換素子を利用する場合は、その感度域外の可視光に対
しては不透明であってもよく、可視光ではなく赤外線や
紫外線等に感度を有する光電変換素子を利用する場合
は、感度を有する光を透過すれば可視光に対しては不透
明であっても構わない。さらに、感度帯域の一部に対し
ては不透明であってもよい。
数の撮像基板を並べて受光部を隣り合わせて並べ、それ
らの受光部全体を一括して透明膜によって覆ったうえで
その上にシンチレータを形成しているので、均一なシン
チレータが形成され、良好な画像特性が得られるととも
に、シンチレータのはく離が効果的に防止される。
斜視図である。
す平面図である。
用いられる撮像基板を示す平面図である。
形態に用いられる撮像基板を示す平面図である。
レータ、5…保護膜、11…接着樹脂、20…基板、2
1…光電変換素子、22…電極パッド、23…シフトレ
ジスタ、25…隙間。
Claims (8)
- 【請求項1】 基板と、複数の光電変換素子を前記基板
上の少なくともその1辺近傍に2次元に配列して形成し
た受光部とを有する複数の撮像基板と、 前記複数の撮像基板を各受光部を隣り合わせて並べて載
置する基台と、 前記複数の撮像素子の受光部全体を一括して覆う表面の
平坦な透明膜と、 前記透明膜上に直接形成されているシンチレータと、 を備えている放射線検出器。 - 【請求項2】 前記シンチレータの厚さは100μm〜
1000μmである請求項1に記載の放射線検出器。 - 【請求項3】 前記複数の撮像基板間に形成される隙間
は50μm以下であり、かつ前記透明膜の厚さは2μm
〜30μmである請求項1又は2に記載の放射線検出
器。 - 【請求項4】 前記複数の撮像基板間に形成される隙間
は50μm〜70μmであり、かつ前記透明膜の厚さは
5μm〜30μmである請求項1又は2に記載の放射線
検出器。 - 【請求項5】 前記撮像基板は前記光電変換素子に電気
的に接続されている回路部を有している請求項1〜4の
いずれかに記載の放射線検出器。 - 【請求項6】 前記撮像基板を2枚備えている請求項1
〜5のいずれかに記載の放射線検出器。 - 【請求項7】 前記撮像基板を4枚備えており、それら
が縦横に2枚ずつ連結されている請求項1〜5のいずれ
かに記載の放射線検出器。 - 【請求項8】 前記シンチレータを覆って密封する保護
膜をさらに備えている請求項1〜7のいずれかに記載の
放射線検出器。
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