JP2014215135A - 放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメントずれに対して許容範囲の大きい放射線撮像装置を提供する。【解決手段】放射線撮像装置は、複数のセンサが配列されたセンサアレイと、前記センサアレイの上に配され、部材によって複数の領域に区画されたシンチレータと、を備え、前記センサアレイにおける前記複数のセンサの配列のピッチをＰ１とし、前記複数の領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離をＰ２としたときに、ｎを２以上の整数として、Ｐ２＝Ｐ１?１／ｎの関係が成立する。【選択図】図２

Description

本発明は、放射線撮像装置、その製造方法、及び放射線検査装置に関する。

放射線撮像装置には、放射線を光に変換するシンチレータと、シンチレータからの光を検出するセンサと、を備える間接変換型の放射線撮像装置が用いられうる。

特許文献１には、シンチレータが、各センサに対応するように部材によって区画された構造が開示されている。特許文献１によると、部材によって区画されたシンチレータで生じた光は、対応するセンサに向かって当該部材によって反射され、当該センサによって検出されるため、光感度が向上する。

特開２００２−２０２３７３号公報

シンチレータを区画するための部材を形成する際にアライメントずれが生じた場合には、区画されたシンチレータが、隣接する２つのセンサにまたがって形成される。このことは、当該区画されたシンチレータで生じた光の一部が、対応するセンサに隣接する他のセンサによって検出されることになってしまい、放射線画像の鮮鋭度の低下をもたらしうる。よって、放射線撮像装置は、アライメントずれによる影響を受けにくい構造で設けられることが望ましい。

本発明の目的は、アライメントずれに対して許容範囲の大きい放射線撮像装置を提供することにある。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、複数のセンサが配列されたセンサアレイと、前記センサアレイの上に配され、部材によって複数の領域に区画されたシンチレータと、を備え、前記センサアレイにおける前記複数のセンサの配列のピッチをＰ１とし、前記複数の領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離をＰ２としたときに、ｎを２以上の整数として、Ｐ２＝Ｐ１×１／ｎの関係が成立することを特徴とする。

本発明によれば、アライメントずれに対して許容範囲の大きい放射線撮像装置を提供することができる。

放射線撮像装置の全体構成例を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置の断面構造の例を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置を説明する上面図。 第２実施形態の放射線撮像装置の断面構造の例を説明する図。 第３実施形態の放射線撮像装置の断面構造の例を説明する図。 第３実施形態の放射線撮像装置を説明する上面図。 放射線検査装置の構成例を説明する図。

図１は、放射線撮像装置１００（以下、「撮像装置１００」）の構成例を分解して示した模式図である。撮像装置１００は、センサ基板１１０と、シンチレータ基板１２０と、センサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを接続する接続部材１３０と、を備えうる。センサ基板１１０は、例えばセンサ（光電変換素子）が配列されたセンサアレイを有する。図１において矢印で示されているように、放射線１４０が撮像装置１００に向かって入射し、当該放射線１４０はシンチレータ基板１２０において光に変換される。シンチレータ基板１２０からの光は、センサ基板１１０において光電変換され、これによって電気信号が得られる。撮像装置１００は、センサ基板１１０により得られた電気信号に基づいて、例えば信号処理部（不図示）によって放射線画像データを生成しうる。なお、放射線の代表的な例としてＸ線が挙げられるが、放射線はＸ線の他、α線、β線、γ線等も含みうる。

（第１実施形態）
図２および図３を参照しながら、第１実施形態の撮像装置１００_１を説明する。図２は、撮像装置１００_１の断面構造を模式的に示している。センサ基板１１０の上に、接続部材１３０を介して、シンチレータ基板１２０が配されている。センサ基板１１０は、ガラス等で構成された基板１１２の上に、センサ１１１が配列されたセンサアレイが設けられて構成されうる。センサ１１１は光電変換素子であり、例えば、結晶シリコンを用いたＣＭＯＳセンサや非晶質シリコンを用いたＰＩＮ型センサやＭＩＳ型センサが用いられうる。

シンチレータ基板１２０は、部材１２１によって複数の領域に区画されたシンチレータ１２２を含む。部材１２１には、例えば、金属等の遮光性の部材が用いられてもよいし、ガラスやシリコン等が用いられてもよい。シンチレータ１２２には、例えばＴｌ（タリウム）をドープしたＣｓＩ（ヨウ化セシウム）や、ＧＯＳ（酸硫化ガドリニウム）が用いられうる。

Ｐ１は、センサ１１１の配列のピッチである。Ｐ２は、部材１２１のうち、区画された１つ領域のシンチレータ１２２を挟んで隣接する２つの部分の中心間距離（一方の中心から他方の中心までの距離）であり、ここでは、シンチレータ１２２の区画のピッチである。このとき、ｎを２以上の整数として、Ｐ２＝Ｐ１×１／ｎの関係が成立するように、センサ基板１１０およびシンチレータ基板１２０が設けられる。

図２では、ｎ＝２として示されている。例えば、１６０μｍ×１６０μｍサイズの各センサ１１１を有するセンサアレイにおいて、ピッチＰ１を２００μｍとしたときに、例えば、ピッチＰ２は１００μｍ、部材１２１の幅は２０μｍ、区画の大きさ（１領域あたりの幅）は８０μｍである。

シンチレータ基板１２０は、例えば、部材１２１を形成すべき板材をエッチングして、シンチレータ１２２を区画するための開口（ないし溝）を形成し、当該開口にシンチレータ１２２を形成して得られうる。

具体的には、まず、部材１２１を形成すべき板材を用意して、区画の形状に対応したフォトレジストパターンを当該板材の上に形成し、当該板材をエッチングする。エッチングの深さは、シンチレータ１２２を区画する部材１２１の高さに対応し、例えば２００μｍである。このようにして、シンチレータ１２２を区画するための開口が板材に形成され、即ち、シンチレータ基板１２０における部材１２１が得られる。

次に、板材に設けられた開口にシンチレータ１２２を形成する。まず、蛍光体材料と溶剤又は液状の接着剤とを混合して蛍光体溶液を得る。なお、この混合工程において蛍光体溶液に気泡が混入する場合には、混合した後に遠心脱泡機などによって脱泡処理を行うとよい。次に、上述の部材１２１（開口が設けられた板材）の上に蛍光体溶液を塗布して開口を充填する。塗布は、スピン塗布、スリット塗布、また印刷塗布によって為されうる。なお、この塗布工程において、部材１２１と蛍光体溶液との間に気泡が混入することを防止するため、真空容器内で塗布するとよい。これにより、シンチレータ基板１２０が得られうる。なお、必要に応じて、シンチレータ基板１２０は加熱処理されてもよい。これにより、蛍光体溶液中の不要な溶剤成分が除去され、又は、接着部材が硬化されうる。また、上述の混合工程や塗布工程において混入した気泡は、当該加熱処理によっても除去されうる。

センサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とは、接続部材１３０によって接着されうる。接続部材１３０には、例えば、シリコーン、アクリル、エポキシ等の接着材や粘着材が用いられうる。

図３は、撮像装置１００_１の上面図を模式的に示しており、特に、センサ１１１とシンチレータ１２２との位置関係を示している。図３（ａ）は、シンチレータ基板１２０が適切に配置された場合（アライメント良好の場合）を示している。図３（ｂ）は、シンチレータ基板１２０の位置が所望の位置から、Ｘ方向及びＹ方向にずれて配置された場合（アライメントずれが生じた場合）を示している。

例えば、シンチレータ１２２の区画のピッチと、センサ１１１の配列のピッチとが等しい場合（Ｐ２＝Ｐ１の場合）は、アライメントずれによって、区画された各領域のシンチレータが、隣接するセンサの上にまたがって位置する。そうすると、当該シンチレータで生じた光のうちの一部は、当該光を検出すべきセンサに隣接するセンサで検出されることになり、その結果、鮮鋭度が低下してしまう。

一方、本実施形態（Ｐ２＝Ｐ１×１／ｎの場合）によると、図３に示されるように、アライメントずれによって、各領域のシンチレータ１２２が、対応するセンサ１１１の直上からずれた結果、隣接する２つのセンサの上にまたがって位置することを防ぐ。又は、本実施形態によると、当該アライメントずれによって、隣接する２つのセンサの上にまたがって位置するシンチレータ１２２の総面積が低減される。よって、本実施形態によると、アライメントずれによる鮮鋭度の低下が抑制され、即ち、アライメントずれに対する許容範囲が大きく、製造面においてに有利である。

また、前述のＰ２＝Ｐ１×１／ｎの関係が成立するようにセンサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを設けることにより、シンチレータ１２２は各センサ１１１に対して一様に区画されている。よって、撮像装置１００_１は、各センサ１１１におけるシンチレータ１２２からの入射光量が等しくなるように設けられており、撮像装置１００_１により得られる画像データにおいて歪み（モワレ）が低減されうる。

なお、センサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを貼り合わせは、センサ基板１１０およびシンチレータ基板１２０のそれぞれにアライメント用のマークを付して為されてもよい。当該マークを基準に位置を調整してセンサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを貼り合わせることによって、アライメントずれが軽減されうる。

また、センサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを個別に製造して、センサ基板１１０及びシンチレータ基板１２０の品質を個別に評価ないし試験を行うことができる。即ち、センサ基板１１０とシンチレータ基板１２０とを貼り合わせた後に評価ないし試験を行う場合に比べて、製造面において有利である。

（第２実施形態）
図４を参照しながら、第２実施形態の撮像装置１００_２を説明する。図４は、撮像装置１００_２の断面構造を模式的に示している。撮像装置１００_２は、シンチレータ基板１２０の上部に基材１２３、反射層１２４、及び接続部材１２５を有する。本実施形態は、基材１２３を基台として、その上にシンチレータ１２２を区画するための部材１２１を形成することによってシンチレータ基板１２０を得る、という点で第１実施形態とは製造方法が異なる。

まず、カーボン樹脂等の有機樹脂で構成された基材１２３に、金属等で構成された反射膜１２４が設けられうる。反射膜１２４は、例えば、蒸着法やスパッタリング等によって形成されうる。なお、白色のポリエステル樹脂等、反射機能を有する基材１２３が用いられる場合には、上述の反射膜１２４の形成工程は省略されてもよい。

一方で、部材１２１の材料としてシリコンウエハを用意し、所望の厚さ（例えば４００μｍ）になるように研磨する。続いて、研磨されたシリコンウエハの上に、区画の形状に対応したフォトレジストパターンを形成し、当該シリコンウエハをエッチングする。これにより、シンチレータ１２２を区画するための開口（ないし溝）を有するシリコン、即ち、シンチレータ基板１２０における部材１２１が得られる。なお、当該エッチング工程は、ドライエッチングによって為されるとよく、これによって第１実施形態の場合よりも厚さの大きい部材１２１が得られうる。その後、必要に応じて、金属等で構成された反射部材（不図示）が、部材１２１の表面（側面）に形成されてもよい。

次に、反射膜１２４が形成された基材１２３と、部材１２１とは、接続部材１２５によって接着されうる。接続部材１２５には、前述の接続部材１３０と同様の材料が用いられうる。その後、第１実施形態と同様にして、上述の手順で設けられた開口にシンチレータ１２２が設けられうる。これにより、シンチレータ基板１２０が得られうる。

以上、本実施形態によると、厚さの大きい部材１２１を形成することができ、即ち、厚さの大きいシンチレータ１２２を形成することができるため、シンチレータ１２２での発光量が大きくなる。よって、本実施形態によると、第１実施形態の効果の他、光感度が向上する点でも有利である。

また、部材１２１の側面に反射部材が設けられた場合には、シンチレータ１２２の区画された領域で生じた光が、当該区画された領域に対応するセンサ１１１に向けて反射され、光感度がさらに向上しうる。また、部材１２１に、シンチレータ１２２よりも屈折率が小さい材料を用いることによっても、部材１２１とシンチレータ１２２との界面において光が効果的に全反射されうるため、光感度が向上しうる。

（第３実施形態）
図５および図６を参照しながら、第３実施形態の撮像装置１００_３を説明する。図５は、撮像装置１００_３の断面構造を模式的に示している。第１及び第２実施形態では、部材１２１による区画の大きさ、即ち、各領域の幅がいずれも等しいものであった。しかし、本発明はこの構成に限られるものではなく、本実施形態で例示されるように、異なる大きさで区画された領域を有する構成であってもよい。

図６は、図３と同様にして、撮像装置１００_３の上面図を模式的に示している。撮像装置１００_３では、シンチレータ基板１２０において、区画の大きさが大きい第１領域のシンチレータ１２２_１と、区画の大きさが小さい第２領域のシンチレータ１２２_２とが設けられている。

Ｐ１は、センサ１１１の配列のピッチである。Ｐ２は、部材１２１のうち第１領域のシンチレータ１２２_１を挟んで隣接する２つの部分の中心間距離である。Ｐ３は、部材１２１のうち第２領域のシンチレータ１２２_２を挟んで隣接する２つの部分の中心間距離である。

第１領域のシンチレータ１２２_１は、各センサ１１１に対応するようにピッチＰ１で配列され、Ｐ２＝Ｐ１×１／２の関係が成立するように設けられうる。また、第２領域のシンチレータ１２２_２は、ｍを３以上の整数として、Ｐ３＝Ｐ１×１／ｍの関係が成立するように設けられうる（ここでは、ｍ＝４）。例えば、ピッチＰ１は２００μｍ、ピッチＰ２は１００μｍ、ピッチＰ３は５０μｍ、部材１２１の幅は２０μｍである。

区画の大きさを小さくすることによって、アライメントずれによって生じうる鮮鋭度の低下は効果的に抑制されるが、部材１２１の総面積が大きくなるため光感度が低下しうる。本実施形態では、区画の大きさが大きい第１領域のシンチレータ１２２_１を各センサ１１１に対応するように配置することによって、光感度の低下を抑制しつつ鮮鋭度の低下を抑制することができる。

この構成によると、例えば、シンチレータ基板１２０がセンサ基板１１０に対して、Ｘ方向またはＹ方向に２０μｍずれて配置されたとしても、第１領域のシンチレータ１２２_１は、対応するセンサ１１１の上に位置する。よって、当該第１領域のシンチレータ１２２_１で生じた光は、当該対応するセンサ１１１で検知される。また、第１領域のシンチレータ１２２_１の周辺に配された第２領域のシンチレータ１２２_２の一部は、当該対応するセンサ１１１の上に位置している、又は、当該センサ１１１に隣接するセンサの上には位置していない。よって、当該第２領域のシンチレータ１２２_２で生じた光は、当該対応するセンサ１１１で検知される、又は、当該隣接するセンサでは検知されない。よって、本実施形態によると、鮮鋭度の低下が抑制されうる。

本実施形態のシンチレータ基板１２０は、部材１２１となるべき材料を基材１２３の上に塗布し、シンチレータ１２２_１及び１２２_２を区画すべき部材１２１を、第１又は第２実施形態と同様にエッチング等によって形成して得られうる。基材１２３にはカーボン樹脂等の有機樹脂やガラス基板が用いられうるが、基材１２３は、放射線が通過する程度の厚さで設けられる。また、部材１２１には、ガラスペーストや有機材料が用いられうる。

本実施形態では、区画の大きさが大きい第１領域のシンチレータ１２２_１を各センサ１１１に対応するように配置している。これによって、光感度の低下を抑制しつつ鮮鋭度の低下を抑制することができる。よって、本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態では、第１領域のシンチレータ１２２_１および第２領域のシンチレータ１２２_２は、いずれも正方形の形状で示されたが、本発明はこの構成に限られるものではない。例えば、第２領域のシンチレータ１２２_２の少なくとも一部が、例えば、長方形の形状で形成された構成でもよい。

以上の３つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更することが可能であり、他の実施形態によっても為されうる。

（撮像システム）
上述の各実施形態の撮像装置１００（１００_１〜１００_３）は、放射線検査装置等に代表される撮像システムに適用されうる。撮像システムは、例えば、撮像装置１００と、イメージプロセッサ等を含む信号処理部と、ディスプレイ等を含む表示部と、放射線を発生させるための放射線源と、を備える。例えば、図７に示されるように、Ｘ線チューブ２１０で発生したＸ線２１１は、患者等の被検者２２０の胸部２２１を透過し、撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線には被検者２２０の体内部の情報が含まれている。撮像装置１００では、入射したＸ線２１１に応じた電気的情報が得られる。その後、この情報はデジタル変換され、イメージプロセッサ２３０（信号処理部）により画像処理され、コントロールルーム（制御室）のディスプレイ２４０（表示部）により表示されうる。また、この情報は電話、ＬＡＮ、インターネット等のネットワーク２５０（伝送処理手段）により遠隔地へ転送されうる。これにより、ドクタールーム等の別の場所におけるディスプレイ２４１に表示して、遠隔地の医師が診断することが可能である。また、この情報は、例えば、光ディスク等に保存することもできるし、フィルムプロセッサ２６０によってフィルム２６１等の記録部に記録することもできる。

Claims (13)

1. 複数のセンサが配列されたセンサアレイと、
   前記センサアレイの上に配され、部材によって複数の領域に区画されたシンチレータと、を備え、
   前記センサアレイにおける前記複数のセンサの配列のピッチをＰ１とし、
   前記複数の領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離をＰ２としたときに、
   ｎを２以上の整数として、Ｐ２＝Ｐ１×１／ｎの関係が成立する、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記複数の領域は、Ｐ１×１／２のピッチで配列された複数の第１領域を含んでおり、
   前記複数の第１領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離はＰ１×１／２である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記複数の領域は、Ｐ１のピッチで配列された複数の第１領域と、前記複数の第１領域のそれぞれの周辺に配された複数の第２領域と、を含んでおり、
   前記複数の第１領域のそれぞれが、前記複数のセンサに１対１で対応するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の第１領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離はＰ１×１／２であり、前記複数の第２領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離は、ｍを３以上の整数として、Ｐ１×１／ｍである、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記シンチレータを前記複数の領域に区画する前記部材は、前記シンチレータよりも屈折率が小さい、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記シンチレータを前記複数の領域に区画する前記部材は、当該区画された領域で生じた光を、当該区画された領域に対応する前記センサに向けて反射する反射部材を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   放射線を発生する放射線源と、を備える、
   ことを特徴とする放射線検査装置。
8. 複数のセンサが配列されたセンサアレイを形成する第１工程と、
   前記センサアレイの上に、部材によって複数の領域に区画されたシンチレータを形成する第２工程と、を含み、
   前記センサアレイにおける前記複数のセンサの配列のピッチをＰ１とし、
   前記複数の領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離をＰ２としたときに、
   ｎを２以上の整数として、Ｐ２＝Ｐ１×１／ｎの関係が成立する、
   ことを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
9. 前記第２工程では、
   前記複数の領域が、Ｐ１×１／２のピッチで配列された複数の第１領域を含み、
   前記複数の第１領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離がＰ１×１／２になるように、前記シンチレータを形成する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置の製造方法。
10. 前記第２工程では、
    前記複数の領域が、Ｐ１のピッチで配列された複数の第１領域と、前記複数の第１領域のそれぞれの周辺に配された複数の第２領域と、を含み、
    前記複数の第１領域のそれぞれが、前記複数のセンサのそれぞれにそれぞれ対応するように、前記シンチレータを形成する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置の製造方法。
11. 前記複数の第１領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離はＰ１×１／２であり、
    前記複数の第２領域のそれぞれを挟んで隣接する前記部材における２つの部分の一方の中心から他方の中心までの距離は、ｍを３以上の整数として、Ｐ１×１／ｍである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置の製造方法。
12. 前記第２工程において、前記部材に前記シンチレータよりも屈折率の小さい材料を用いる、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置の製造方法。
13. 前記第２工程において、前記部材に反射部材を用いる、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置の製造方法。

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