JP2009287929A

JP2009287929A - シンチレータパネルおよび放射線検出器

Info

Publication number: JP2009287929A
Application number: JP2008137603A
Authority: JP
Inventors: Atsuya Yoshida; 篤也吉田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】変形を少なくできるシンチレータパネル11を提供する。
【解決手段】シンチレータパネル11は、長手方向の曲げ強度が短手方向の曲げ強度より大きい長方形の支持基板12に、放射線を可視光に変換する蛍光体層14を形成する。支持基板12は、炭素繊維を一方向に並べた複数層の炭素繊維強化プラスチックを用いる。複数層の炭素繊維強化プラスチックは、支持基板12の板厚方向の中心部に対して板厚方向に対称的に、炭素繊維の方向を所定の角度ずつ異ならせて積層する。長手方向の曲げ強度が短手方向の曲げ強度より大きい支持基板12を用いることにより、シンチレータパネル11の変形を少なくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を可視光に変換するシンチレータパネル、およびこのシンチレータパネルを用いた放射線検出器に関する。

従来、医療用もしくは工業用非破壊検査など、昨今のデジタル化した放射線検出器は、コンピューテッド・ラジオロジー（以下ＣＲ）や平面検出器（以下ＦＰＤ）のような、入射Ｘ線をシンチレータ層で可視光に変換する方式が主流である。

蛍光体層として、一部のＣＲ装置で使用されている、ユーロピウム添加の臭化セシウム（ＣｓＢｒ：Ｅｕ）と、大半のＦＰＤで使用されているタリウム添加のヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）は、いずれも真空蒸着法で柱状結晶になりやすいという理由で、多く使用されている材料である。

例えば、ＣｓＩ：Ｔｌを使ったシンチレータパネルは、放射線透過性の例えばガラスなどの支持基板上に、反射膜を塗布し、その上にＣｓＩを成膜した構成が基本である。また、反射膜とＣｓＩとの間に反射膜の保護を目的に保護膜を塗布することもある。

このような構成をしたシンチレータパネルに、Ｘ線源から被写体を通して入射してきたＸ線は、シンチレータ層で可視光に変換される。代表としてＸ線フォトンを使って説明すると、フォトンは蛍光体層内の発光点で可視光に変換される。発光点から光は、入射フォトンのベクトルとは全く無関係に八方に発散する。一方、蛍光体層はピラー構造をしているので、ピラー間の隙間とＣｓＩ（ＣｓＩの屈折率＝１．８）との屈折率の差により、ある割合の発光フォトンは、ピラー内を通って、シンチレータパネルの表面に出てくる。隣のピラー以遠に発散した光も、多くのピラー間の光学的界面を横切って、蛍光体層の面方向に発散する確率は低いはずで、ある界面に差し掛かると、やはりそのピラー内に閉じ込められ、シンチレータパネルの表面に出てくる。以上のような作用により、ピラー構造としたシンチレータ層は、それほど発光を滲ませることがなく、発光を次のデバイス（例えば、ＦＰＤならフォトダイオード）に伝達させる機能を有し、比較的解像度特性が高いシンチレータ層が得られる。

このシンチレータパネルの支持基板には、高い放射線透過率が求められ、コストとの兼ね合いから炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰ)が有用である。ＣＦＲＰは炭素繊維を一方向に並べたものを樹脂に含浸させた中間材（以下、プリプレグ）を複数層積層させ、加圧加熱処理をすることにより、板状に成型させたものである（例えば、特許文献１参照。）。

ＣＦＲＰのコストはプリプレグの積層数に大きく依存し、コスト低減のために積層数を少なくすると、板厚が薄くなる。ＣＦＲＰの板厚が薄くなると、全体的な曲げ強度が弱くなるばかりでなく、互いに直交する２方向の曲げ強度の比が大きくなって、結果的にある一方向の曲げ強度が極端に弱くなる。

この板厚が薄く曲げ強度が弱いＣＦＲＰを使用したシンチレータパネルは、ＣｓＩ蒸着や防湿膜塗布といった後工程における塗布膜の応力の影響で、シンチレータパネルに反りが生じやすい問題がある。また、カメラのレンズ系に対向する形でシンチレータパネルの４辺を固定して使用する場合には、シンチレータパネルが自重で変形して、レンズの所定のイメージ面からずれて画像がぼける問題が生じる。

このようなシンチレータパネルの変形の問題を避けるために、厚さが厚いＣＦＲＰを選択することが考えられるが、そのコストはプリプレグの使用量が大きく関係しているので、結局コスト高になってしまう。また、板厚を厚くして曲げ強度を強くし過ぎると、シンチレータパネルをイメージセンサに貼り合わせる作業がしづらくなる。
特開２００４−９５８２０号公報（第９−１０頁、図５）

上述のように、シンチレータパネルの支持基板としてＣＦＲＰがＸ線透過性能とコストとの兼ね合いから有用であるが、互いに直交する２方向の曲げ強度の比が異なって、結果的にある一方向の曲げ強度が弱くなるため、シンチレータパネルが変形しやすい問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、変形を少なくできるシンチレータパネル、およびこのシンチレータパネルを用いた放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明のシンチレータパネルは、互いに直交する２方向のうちの一方が他方より長いとともにその長手方向の曲げ強度が短手方向の曲げ強度より大きく、放射線を透過する支持基板と、この支持基板に形成された放射線を可視光に変換する蛍光体層とを具備しているものである。

また、本発明の放射線検出器は、複数の受光素子が配列されたイメージセンサと、このイメージセンサと組み合わされた上記シンチレータパネルとを具備しているものである。

本発明によれば、互いに直交する２方向のうちの一方が他方より長いとともにその長手方向の曲げ強度が短手方向の曲げ強度より大きい支持基板を用いることにより、シンチレータパネルの変形を少なくできる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１および図４に示すように、シンチレータパネル11は、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰ）を材料とする長方形の支持基板12を有し、この支持基板12の両面に、厚さ１９０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を基材とする反射シート13が貼り付けられている。なお、図１においては反射シート13と支持基板12を図の中で別のものと判るように反射シート13が支持基板12よりも小さくなっているが、実際は同じ大きさでも構わない。

支持基板12の一面で反射シート13の表面には、タリウム添加のヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ)などで構成されるシンチレータ層である蛍光体層14が真空蒸着法にて５００μｍ程度の厚さに成膜されている。この蛍光体層14は、反射シート13の表面から柱状に成長した複数の柱状結晶構造を有している。

さらに、蛍光体層14の表面を含み、反射シート13の表面から端面、支持基板12の端面域までを一体に覆って、ポリパラキシリレンなどで構成される防湿層15が熱ＣＶＤ法で膜厚１５μｍ程度に形成されている。反射シート13にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、防湿膜15にポリパラキシリレンの熱ＣＶＤ膜を使用した場合、反射シート13と防湿膜15とが接する部位16が水分侵入に対して強い封止効果があり、防湿特性が高いシンチレータパネル11を作ることができる。

また、支持基板12は、目的とする大きさより大きめのＣＦＲＰを作成し、その両面に反射シート13を貼り付けた後に目的とする大きさに切断して形成されている。そのとき、支持基板12の図１に示す方向Ａの曲げ強度が方向Ｂより大きい場合には、Ｌ１＞Ｌ２となるようにし、つまり、長辺方向の曲げ強度が短辺方向の曲げ強度より大きくなるようにする。具体的な例としては、Ｌ１＝４６０ｍｍ、Ｌ２＝３８０ｍｍとする。

この支持基板12に用いられるＣＦＲＰは、炭素繊維を一方向に並べたものを樹脂に含浸させた中間材（以下、プリプレグ）を複数層積層させ、加圧加熱処理をすることにより、板状に成型させたものである。

このＣＦＲＰを支持基板12に用いる場合、(1)ある程度の剛性が必要なので、１〜２ｍｍ程度の板厚さになるまで複数層積層させ、(2)支持基板12の表面の凹凸を少なくすることと、および剛性の異方性を小さくする為に、炭素繊維の方向を０度、±４５度、±９０度方向にしたプリプレグを均等に積層する。さらに、支持基板12の反りを小さくする為に、(3)支持基板12の板厚方向の中心部に対して積層方向を対称にする。すなわち、(2)(3)の点は、図２に示すように、支持基板12の板厚方向の中心部Ｘに対して板厚方向（積層方向）に対称的に、炭素繊維の方向を所定の角度である４５°ずつ異ならせたプリプレグを同数ずつ積層する。

このような条件を考慮して、厚さ１．２ｍｍと厚さ２．１ｍｍのＣＦＲＰを作成した場合、双方とも反りは見られないが、厚さ１．２ｍｍのＣＦＲＰは一方向の曲げ強度が非常に低くなりやすく、このＣＦＲＰの剛性率を計算すると、互いに直交する２方向の比率が、板厚２．１ｍｍの場合は約１００：７０であるのに対して、板厚１．２ｍｍの場合は１８：３となり、方向によって６倍程度の違いが出てくる上に、剛性率が低い方向の値は極端に低いことが判った。

そのため、支持基板12は、図１に示す方向Ａの曲げ強度が方向Ｂより大きい場合に、Ｌ１＞Ｌ２となるようにし、つまり、長辺方向の曲げ強度が短辺方向の曲げ強度より大きくなるようにしている。

そして、図３に示すように、この支持基板12を用いたシンチレータパネル11を蛍光体層14が形成されている面を下に向けて枠21に設置し、支持基板12の中央部の変形量Ｄを測定すると、０．８ｍｍであった。

一方、比較例として、図１に示す方向Ａの曲げ強度が方向Ｂより大きい場合に、Ｌ１＜Ｌ２となるように、Ｌ１＝３８０ｍｍ、Ｌ２＝４６０ｍｍとする支持基板を作成し、同様の成膜工程を経てシンチレータパネルを作成し、図３のように変形量Ｄを測定したところ、１．４ｍｍであった。

このように、長辺方向の曲げ強度が短辺方向の曲げ強度より大きい支持基板12を用いて作成したシンチレータパネル11は、自重によるシンチレータパネル11の変形量を小さくできる。

しかも、支持基板12の板厚方向の中心部Ｘに対して板厚方向（積層方向）に対称的に、炭素繊維の方向を所定の角度である４５°ずつ異ならせたプリプレグを同数ずつ積層することにより、支持基板12の方向による曲げ強度の割合の差を少なくでき、シンチレータパネル11の変形を少なくできる。

また、図５にシンチレータパネルを用いた放射線検出器31を示す。

この放射線検出器31は、シンチレータパネル11をイメージセンサ32に貼り合せた平面検出器である。イメージセンサ32は、ガラス基板33上に、マトリクス状に配列されたフォトダイオードなどの受光素子34、これら受光素子34からの電気信号を選択的に取り出すスイッチング素子などが形成されている。

そして、シンチレータパネル11は、接着層35を介してイメージセンサ32に貼り合されている。この放射線検出器31では、シンチレータパネル11の変形が少ないので、蛍光体層14の表面側と受光素子34との間の接着性が高まり、斑の少ないＸ線画像が高い歩留まりで得られる。

なお、シンチレータパネル11の形状は完全な長方形に限らず、四隅の一部を面取りして五角形ないし八角形としたもの、若しくはそれに類似の形状のものにも適用できる。

また、シンチレータパネル11の蛍光体層14は、ＣｓＩだけではなく、ＣｓＢｒ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓといった他の材料の中からも選択できる。

また、イメージセンサ32としては、ＴＦＴにフォトダイオードを付加したもの、ＣＣＤ、ＣＭＯＳのなかから、製品の用途に適したものを選択できる。

本発明の一実施の形態を示すシンチレータパネルの斜視図である。同上シンチレータパネルの支持基板の一部の断面図である。同上シンチレータパネルの変形量の測定を説明する説明図である。同上シンチレータパネルの断面図である。同上シンチレータパネルを用いた放射線検出器の断面図である。

符号の説明

11 シンチレータパネル
12 支持基板
14 蛍光体層
31 放射線検出器
32 イメージセンサ
34 受光素子

Claims

互いに直交する２方向のうちの一方が他方より長いとともにその長手方向の曲げ強度が短手方向の曲げ強度より大きく、放射線を透過する支持基板と、
この支持基板に形成された放射線を可視光に変換する蛍光体層と
を具備していることを特徴とするシンチレータパネル。
支持基板は、炭素繊維を一方向に並べた複数層の炭素繊維強化プラスチックが、支持基板の板厚方向の中心部に対して板厚方向に対称的に炭素繊維の方向を所定の角度ずつ異ならせて積層されている
ことを特徴とする請求項１記載のシンチレータパネル。
複数の受光素子が配列されたイメージセンサと、
このイメージセンサと組み合わされた請求項１または２記載のシンチレータパネルと
を具備していることを特徴とする放射線検出器。