JP4647828B2

JP4647828B2 - シンチレータパネルおよびそれを用いた放射線検出器

Info

Publication number: JP4647828B2
Application number: JP2001136465A
Authority: JP
Inventors: 克俊野中
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-05-07
Also published as: JP2002333480A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるシンチレータパネルとそれを用いた放射線検出器に関し、特に、大面積のシンチレータパネルとそれを用いた放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療、工業等の分野において、放射線イメージを迅速かつ高精度に検出、撮像する放射線検出器の必要性が高まっている。この必要性に応えるべく、例えば、シンチレータにより放射線イメージを光イメージに変換して、撮像素子により変換した光イメージを撮像することで放射線イメージに相当する画像を撮像する放射線検出器が知られている。
【０００３】
さらに、大面積の放射線イメージの検出、撮像を行うことができる放射線検出器として、例えば、国際公開ＷＯ００／３６４３６号公報（以下、引例１と呼ぶ）に開示されたシンチレータパネルおよび放射線検出器がある。このシンチレータパネルは、光ファイバプレート（ＦＯＰ）を横に並べることで大面積化し、そこにシンチレータを堆積させることで大面積のシンチレータパネルを形成するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さらに大面積のシンチレータパネルを形成するためには、ＦＯＰを二次元に並べて配置する手法が考えられる。しかし、本発明者らは単に二次元に並べるだけでは、以下の問題が発生することを見出した。ＦＯＰを二次元に並べ、その側面同士を接着剤で張り合わせた場合、作成された大面積プレートの表面を研磨した際に、ＦＯＰと接着剤との硬度差によって、接着剤の方が削られて段差が大きくなってしまう。このため、ＦＯＰの隣接する四隅の一つにでも欠けが存在すると、接着剤部分が大きくなり、研磨の際に中心部が薄くなって接着強度が低下してしまう。さらに、上部に形成するシンチレータの密着強度も低下してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、ＦＯＰを二次元に配置してその側面を接着剤で接着して形成したＦＯＰパネルを用いたシンチレータパネルにおいてＦＯＰパネルの接着部へのシンチレータの密着強度の低下を抑制できるシンチレータパネルおよびそれを用いた放射線検出器を提供することを課題とする。
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係るシンチレータパネルは、多数の光ファイバを束ねて形成された複数の光ファイバプレートを互いの側面を接着剤によって張り合わせてそれぞれ平面状の入出力端面を形成し、入力端面上に放射線入射によって光ファイバを透過しうる波長の光を放射するシンチレータを堆積させて形成したシンチレータパネルにおいて、入出力端面は、光ファイバの辺方向に少なくとも２個以上の光ファイバプレートを並べて構成されており、入出力端面の縁を除いて光ファイバプレートの隅部が他の１個の光ファイバプレートの辺部と張り合わされているとともに、前記シンチレータは気相成長により柱状結晶として形成されていることを特徴とする。この光ファイバプレートは矩形状であることが好ましい。
【０００７】
このように隅部を他の１個の光ファイバの辺部と張り合わせ、各プレートの隅部をできるだけずらして配置することで、隅部の周囲において接着剤層の幅が大きくなりすぎることがなく、前述した問題を解決することができる。
【０００８】
シンチレータは、Ｘ線入射により可視光、紫外光または赤外光を放射するものであり、例えば、ＣｓＩを含むものが撮像素子として既存の各種の撮像素子を用いることができ好適である。
【０００９】
接着剤は、シンチレータから放射された光の５０％以上を吸収する素材であることが好ましく、シンチレータパネルの側面を構成する光ファイバプレート側面上に形成され、シンチレータから放射された光に対する透過率が５０％未満である遮光材をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、不要な入射光の伝搬によるノイズの発生を抑制できる。
【００１０】
接着剤の幅は５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であればさらに好ましい。接着剤の幅をこのように小さくすることでシンチレータの剥離を効果的に防止できる。
【００１１】
シンチレータを覆う保護膜をさらに備えていることが好ましく、例えば、ポリパラキシリレン類からなる耐湿保護膜が好適である。
【００１２】
本発明に係る放射線検出器は、本発明に係るシンチレータパネルと、その出力端面に対向して配置される撮像装置とを備えていることを特徴とする。シンチレータパネルと撮像装置との間に配置され、シンチレータパネルから出力された光画像を前記撮像装置へと導く導光用光学部材をさらに備えていてもよい。
【００１３】
【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。なお、各図面における寸法、形状は必ずしも実際のものと同一ではなく、理解を容易にするため誇張して描かれている部分がある。
【００１４】
図１は、本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施形態を示す分解斜視図であり、図２はその一部拡大断面図であり、図３は、そのＦＯＰの隅部張り合わせ部分の拡大図である。
【００１５】
このシンチレータパネル１は、複数のＦＯＰ２０を二次元に並べて側面を接着剤２１で張り合わせて構成したＦＯＰパネル２上にシンチレータ３を堆積させ、シンチレータ３を保護膜４で覆った構成を採る。
【００１６】
ここで、ＦＯＰパネル２を構成するＦＯＰ２０のそれぞれは矩形形状であって、短辺の長さはいずれもａで同一であるが、長辺の長さがｂであるＦＯＰ２０₁と長辺の長さがそれよりｃだけ長いＦＯＰ２０₂の２種類のＦＯＰがある。そして、図１に示されるように、ＦＯＰ２０₁とＦＯＰ２０₂とを長辺方向に接続し、短辺方向では、ＦＯＰ２０₁の隣にＦＯＰ２０₂を、ＦＯＰ２０₂の隣にＦＯＰ２０₁を交互に配置している。この結果、長辺方向に隣接するＦＯＰ２０₁とＦＯＰ２０₂のそれぞれの隅部２０₁ｃ、２０₂ｃとは隣接するが、これらの隅部が短辺方向に隣接するＦＯＰ２０₂の辺部２０₂ｓに向き合うため、これらの間に形成される接着剤２１層の幅が他の部分に比べて大きく拡大するのを防止できる。
【００１７】
ここで、接着剤２１としては、端面間の光の透過率を５０％未満に抑えることのできる素材を用いることが好ましい。ＦＯＰ２０の端面にこれを構成する光ファイバのコアが露出しているような場合、接着剤２１の光透過率が大きいと、コアからの漏洩や、接着剤２１を介してのコアへの外乱光の侵入を抑制し、得られる光画像へのノイズの混入を抑制することができる。こうした接着剤２１としては、米国Epoxy technology社製の商品名EPO-TEK 353ND等が好適である。接着剤２１を有色のものとすると、ＦＯＰパネル２の製作時の目視検査が容易となり好ましい。
【００１８】
接着剤２１層の幅Ｗは、引例１に記載されているように５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。さらに好適には、縁部における対向辺との間隔ｒが５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。このように設定すると、シンチレータ３の剥離を防止して高い歩留りを得ることが可能である。本実施形態においては、前述したようにＦＯＰ２０の配置を工夫しているので、間隔ｒを好適範囲に納めるために、幅Ｗを好適限界である５０μｍあるいは２０μｍより極端に狭く設定する必要がなくなるので、その製造が容易となる。
【００１９】
ＦＯＰパネル２の露出側面には遮光材２２が塗布により形成されている。この遮光材２２は、光の透過率が５０％未満であって、遮光材２２を介して外乱光等がＦＯＰパネル２を構成する光ファイバのコアへの侵入を抑制するものであり、得られる光画像へのノイズの混入を抑制する効果がある。
【００２０】
シンチレータ３としては、入射する放射線に応じて所定の光（可視光のほか、赤外光、紫外光を含む）を放射する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。シンチレータ３を気相成長により形成すると、大面積であっても均質なシンチレータを形成することができるので好ましい。そして、図２に示されるように柱状構造で形成すると、柱状構造の間に後述する保護膜４の有機膜４１が入り込み、有機膜４１の密着性が向上するためさらに好ましい。このシンチレータ３の厚さは６００μｍ程度とすることが好適である。
【００２１】
このシンチレータ３を覆ってＦＯＰパネル２の側面にまで到達する保護膜４が形成されている。この保護膜４は、例えば、有機膜４１、無機膜４２、有機膜４３の３層構造で形成されており、Ｘ線透過性で、水蒸気を遮断する機能を有する。有機膜４１、４３としては、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に用いるのにふさわしい優れた特徴を有している。無機膜４２としては、Ｘ線透過性で、シンチレータ３で発せられた光を反射する性質を有する金属薄膜、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの金属薄膜を用いることが好ましい。
【００２２】
シンチレータ３自体が十分な耐湿性、耐久性を有する場合には保護膜４は必要ではないが、例えばＣｓＩのように潮解性を有する素材を用いる場合には、耐湿保護膜が必須になる。保護膜４は最も簡単な構成としては、有機膜４１のみで構成することが可能である。本実施形態では、保護膜４を３層構造として、その密閉性、耐湿性を向上させるとともに、光反射性の無機膜４２を用いることで、シンチレータ３で発せられた光を有効に出射面側へと導いて、発光効率を向上させ、明るい画像を得る効果がある。そして、無機膜４２を有機膜４１、４３で挟み込むことで、無機膜４２の劣化を防止する効果もある。
【００２３】
本実施形態では、有機膜４１は、シンチレータ３の柱状結晶の再頂部からさらに１０μｍ程度の高さを確保するよう形成されており、無機膜４２は０．２５μｍ程度の薄膜とされ、さらに１０μｍ程度の厚さの有機膜４３が形成されている。
【００２４】
このシンチレータパネル１の入射面側、つまり保護膜４側から放射線画像を形成する放射線が入射すると、入射した放射線は保護膜４を通過してシンチレータ４へと導かれる。シンチレータ４は入射した放射線量に応じて可視光を生成することにより、放射線画像を可視光画像に変換する。変換された可視光画像はＦＯＰパネル２を介して反対面から出力される。ここで、保護膜４内に光反射性の無機膜４２を配することで、無機膜４２がシンチレータ４で生成され、入射面側へと逆行してくる可視光を反射してＦＯＰパネル２側へと導くことにより、明るい可視光画像が得られる。
【００２５】
本発明によれば、前述したようにＦＯＰ２０の配置を工夫することにより、ＦＯＰ２０間の接着剤２１の距離ｒを短く設定することが容易であるため、シンチレータ３の剥離がなく、また、デッドスペースを狭く設定することができ、大画面化が容易である。
【００２６】
出力端面側に、写真フィルム、テレビカメラ、ＣＣＤ、ＭＯＳ等の固体撮像素子等を配置することにより、放射線画像に相当する可視光画像を記録することが可能である。図４(a)は、このシンチレータ１を用いた放射線検出器９の断面構成図である。
【００２７】
図４(a)に示されるように、この放射線検出器９は、図１に示されるシンチレータパネル１の出力端面に導光用のファイバ光学ブロック５の入力端面を接続し、各ファイバ光学ブロックの出力端面に固体撮像素子６を配置したものである。
【００２８】
各ファイバ光学ブロック５は、入力端面が出力端面より広いテーパー状の構成をなしているため、入力画像を縮小して出力する機能を有する。そのため、元の放射線画像に相当する画像イメージを生成するためには、各固体撮像素子６で撮像した画像を図示していない処理装置等により拡大、再配置する画像処理を行う必要がある。このような構成を採ることで、大画面の撮像素子を用いることなく、大画面の放射線画像を撮像することが可能となる。また、大型の固体撮像素子６を用いることが可能な場合には、図４(b)に示されるように、図１に示されるシンチレータパネル１の出力端面に直接、固体撮像素子６の受光面を張り合わせてもよい。
【００２９】
本発明に係るシンチレータパネル１を構成するＦＯＰパネル２におけるＦＯＰ２０の配置は図１に示される配置に限られるものではない。例えば、図５に示されるＦＯＰパネル２ａの様に幅がａ₁、ａ₂、ａ₃と異なるＦＯＰ２０₃、２０₄、２０₅を組み合わせて構成しても良く、図６に示されるＦＯＰパネル２ｂの様に、辺の長さがｂ／２の正方形のＦＯＰ２０₆の周囲に、短辺の長さがｂ／２で長辺の長さがｂの矩形のＦＯＰ２０₇を互い違いに配置しても良い。さらにこの矩形のＦＯＰ２０₇を互い違いに配置して図７に示されるようなＦＯＰパネル２ｃを形成しても良い。また、図１に示されるＦＯＰパネル２に幅の異なるＦＯＰ２０₈、２０₉を接続して図８に示されるようなさらに大画面のＦＯＰパネル２ｄを形成しても良い。
【００３０】
本発明に係るシンチレータパネルを形成するためのＦＯＰは以上に説明した矩形形状（正方形状を含む）のＦＯＰに限られるものではなく、図９に示されるように平行四辺形状のＦＯＰ２０_aを組み合わせてＦＯＰパネル２ｅを形成したり、図１０に示されるように台形状のＦＯＰ２０_bを組み合わせてＦＯＰパネル２ｆを構成することも可能である。あるいはより多数の辺を有する多角形状のＦＯＰや形状の異なるＦＯＰを組み合わせる場合についても同様のことがいえる。どの場合であっても、２つのＦＯＰの隅部を他のＦＯＰの辺部と接着することにより、接着部の幅を薄くとり、強度を確保してシンチレータの剥離を抑制することができ、安定した歩留りを確保できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シンチレータパネルを構成するＦＯＰパネルを作成する際に、それを構成する複数のＦＯＰのうち、任意の２つのＦＯＰの隅部を他のＦＯＰの辺部と接着することにより、接着部の幅を薄くとり、強度を確保してシンチレータの剥離を抑制することができ、安定した歩留りを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシンチレータパネルの第１の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の一部拡大断面図である。
【図３】図１のＦＯＰの隅部張り合わせ部分の拡大図である。
【図４】図１のシンチレータパネルを用いた本発明に係る放射線検出器をそれぞれ示す断面図である。
【図５】本発明に係るシンチレータパネルの第２の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るシンチレータパネルの第３の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【図７】本発明に係るシンチレータパネルの第４の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【図８】本発明に係るシンチレータパネルの第５の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【図９】本発明に係るシンチレータパネルの第６の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係るシンチレータパネルの第７の実施形態におけるＦＯＰ配列を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…シンチレータパネル、２…ＦＯＰパネル、３…シンチレータ、４…保護膜、５…ファイバ光学ブロック、６…固体撮像素子、９…放射線検出器、２０…ＦＯＰ、２１…接着剤、２２…遮光材、４１、４３…有機膜、４２…無機膜。

Claims

多数の光ファイバを束ねて形成された複数の光ファイバプレートを互いの側面を接着剤によって張り合わせてそれぞれ平面状の入出力端面を形成し、入力端面上に放射線入射によって前記光ファイバを透過しうる波長の光を放射するシンチレータを堆積させて形成したシンチレータパネルにおいて、
前記入出力端面は、前記光ファイバの辺方向に少なくとも２個以上の光ファイバプレートを並べて構成されており、入出力端面の縁を除いて前記光ファイバプレートの隅部が他の１個の光ファイバプレートの辺部と張り合わされているとともに、前記シンチレータは気相成長により柱状結晶として形成されていることを特徴とするシンチレータパネル。
前記光ファイバプレートは矩形状であ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。
前記シンチレータは、Ｘ線入射により可視光、紫外光または赤外光を放射することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のシンチレータパネル。
前記シンチレータは、ＣｓＩを含むことを特徴とする請求項３記載のシンチレータパネル。
前記接着剤は、前記シンチレータから放射された光の５０％以上を吸収する素材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシンチレータパネル。
前記シンチレータパネルの側面を構成する前記光ファイバプレート側面上に形成され、前記シンチレータから放射された光に対する透過率が５０％未満である遮光材をさらに備えている請求項１〜５のいずれかに記載のシンチレータパネル。
前記接着剤の幅は５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシンチレータパネル。
前記接着剤の幅は２０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のシンチレータパネル。
前記シンチレータを覆う保護膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のシンチレータパネル。
前記保護膜は、ポリパラキシリレン類からなる耐湿保護膜を含むことを特徴とする請求項９記載のシンチレータパネル。
請求項１〜１０のいずれかに記載のシンチレータパネルと、前記出力端面に対向して配置される撮像装置とを備えていることを特徴とする放射線検出器。
前記シンチレータパネルと前記撮像装置との間に配置され、前記シンチレータパネルから出力された光画像を前記撮像装置へと導く導光用光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の放射線検出器。