JP5597354B2 - シンチレータパネル及び放射線検出器 - Google Patents
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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、及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。
このような構造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、ピラー構造とした蛍光体層は、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ならホトダイオード）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。
反射膜は、一旦、支持基板の方向に向かった発光光をＣｓＩの表面に戻す機能があるので、シンチレータパネルの感度を向上させる機能を有する。
蛍光体層を使ったＦＰＤは、シンチレータパネルを複数の受光素子が１次元あるいは２次元状に配列されたイメージセンサに貼り合わせた形態が一例としてある。このような構造をしたＦＰＤの解像度・感度特性は、シンチレータパネルの特性の影響を受ける。つまり、上述のＣｓＩのピラー構造と反射膜の機能とがＦＰＤの特性を左右している（例えば、特開２００６−５８０９９号公報の第４−５頁及び図３参照）。
上述のように、シンチレータパネルの感度特性に影響を与えるものとして反射膜があり、感度を上げる重要なポイントである。この反射膜による感度を調査した結果、一般的に用いられる金属系材料の反射膜よりも、樹脂系材料を母体とする反射膜の方が感度が高い傾向があることが判明している。例えば、炭素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰ）を材料とする支持基板に、Ａｌ反射膜と、銀合金反射膜＋ＭｇＯ保護膜と、酸化チタンを分散させた樹脂ペーストを塗布して形成する反射膜とについてそれぞれ成膜し、それらの上にＣｓＩを５００μｍ成膜したときの感度特性は、増感紙の感度を１としたときの相対値がそれぞれ１．８、２．２、２．４であった。
しかし、銀系の反射膜は、保護膜をコーティングしても吸湿により黒化しやすいので品質的に不安定である。また、酸化チタンを分散させた樹脂ペーストを塗布して形成した反射膜は、高い感度特性を得やすいが、樹脂ペーストの塗布むらにより、感度むらが発生する問題があり、さらに、樹脂の耐熱性の低さに起因して、感度むらの傾向はＣｓＩ蒸着工程時の加熱によりさらに強調される。
また、シンチレータパネルにおいて、Ｘ線透過率を向上させることを目的として炭素系材料の支持基板を使うことが主流になりつつある。炭素系のなかでもＣＦＲＰはコストが安価でかつ剛性が高いので有望な材料である。しかし、ＣＦＲＰの支持基板に樹脂ペーストを塗る場合、支持基板の表面の濡れ性が低いので、樹脂ペーストが均一に塗りにくく、塗布むらが生じやすい問題がある。さらに、樹脂ペーストは一旦塗布した後、熱硬化させるものが多く、その際に支持基板との熱膨張率の差により、支持基板にそりを発生させる問題もある。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、感度特性がよく、安定した品質が得られ、コストも改善できるシンチレータパネル、及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、放射線を透過する支持基板と、この支持基板の一面に設けられた樹脂反射シートと、前記支持基板の一面の樹脂反射シート上に設けられ、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。
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シンチレータパネルとを具備しているものである。
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にシンチレータパネルの断面図を示し、この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）を材料とする支持基板１２を有し、この支持基板１２の一面の全面に、反射膜として厚さ１９０μｍの発泡ポリエチレンテレフタレート（発泡ＰＥＴ）で構成される樹脂反射シート１３が貼り付けられ、また、支持基板１２の他面の全面に、厚さ１９０μｍの発泡ポリエチレンテレフタレート（発泡ＰＥＴ）で構成される樹脂反射シート１３と同一材質の樹脂シート１４が貼り付けられている。
支持基板１２は、強化繊維基材を複数層積層させ、それに熱硬化性樹脂を含浸させた後、熱硬化させることにより作成される。
樹脂反射シート１３及び樹脂シート１４は、支持基板１２の成形時に同時に貼り合せることにより、支持基板１２の両面に形成できる。このとき、支持基板１２の成形工程と、反射膜形成工程が同時に進行、完了するので、従来例に見られるような反射膜形成工程が省略できる。
また、支持基板１２の一面で樹脂反射シート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１５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１５は、樹脂反射シート１３の表面から柱状に成長した複数の柱状結晶１６を有している。
この蛍光体層１５を形成するには、両面に各シート１３，１４を貼り合せた支持基板１２を真空蒸着装置内で、ＣｓＩ入りるつぼとＴｌＩ入りるつぼと対向させるように配置し、真空蒸着させる。真空蒸着時は、基板温度を１８０℃に加熱し、真空蒸着装置内の圧力を０．４Ｐａになるように設定すると、支持基板１２の樹脂反射シート１３の表面にＴｌＩ賦活のＣｓＩの柱状結晶１６が形成される。ＣｓＩの膜厚が５００μｍに到達したところで成膜を終了し、真空蒸着装置からＣｓＩ膜が形成された支持基板１２を取り出す。
さらに、蛍光体層１５の表面を含み、樹脂反射シート１３の表面から端面、支持基板１２の端面及び樹脂シート１４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１７が熱ＣＶＤ法で膜厚１５μｍ程度に形成されている。
そして、このように構成されたシンチレータパネル１１の解像度特性を比較測定した結果を図２に示す。
従来例１は、ＣＦＲＰ基板上に、Ａｌ反射膜、ＣｓＩ、ポリパラキシリレンを形成したものである。
従来例２は、ＣＦＲＰ基板上に、酸化チタンを分散させた樹脂ペーストを塗布して形成する反射膜、酸化マグネシウム保護膜、ＣｓＩ、ポリパラキシリレンを形成したものである。
本実施の形態の実施例は、ＣＦＲＰ基板上に、発泡ＰＥＴ反射シート、ＣｓＩ、ポリパラキシリレンを形成したものである。
そして、本実施の形態の実施例では、シンチレータパネル１１の感度特性については、増感紙の感度を１としたときの相対値が２．４となり、従来例２の酸化チタンを分散させた樹脂ペーストを塗布して形成する反射膜と同等以上の感度特性を得ることができた。また、２Ｌｐ／ｍｍでのＣＴＦ（画像分解能）も、従来例２と同等の値を維持できた。
このように、樹脂反射シート１３を支持基板１２と蛍光体層１５との間に配置することにより、反射膜として金属系反射膜を選択した場合より、感度特性が高く、かつ高価な金属系反射膜の成膜装置を省略することができ、また、反射膜として粒状物を分散させた樹脂ペーストを塗布して形成する塗布膜を選択した場合より、塗布工程を省略することができ、かつ塗布むらを管理することが省略でき、結果として、従来に比べて、感度特性がよく、安定した品質が得られ、コストも改善できる。
また、支持基板１２の樹脂反射シート１３が貼り合わされた一面に対して反対側の他面にも樹脂シート１４を貼り合わせることにより、樹脂反射シート１３のみを用いた場合に起こる支持基板１２と樹脂反射シート１３との熱膨張率の差による支持基板１２の反りを防止することができる。樹脂シート１４の材質を樹脂反射シート１３と同じにすればその効果は顕著となる。
また、樹脂反射シート１３と防湿膜１７とで蛍光体層１５を包囲することにより、蛍光体層１５の耐湿性を向上させることができる。
この場合、ポリパラキシリレンからなる防湿膜１７は樹脂反射シート１３との結着力が高いので、防湿膜１７が剥がれることがなく、耐湿性を損ねることがない。
すなわち、蛍光体層１５として、ＣｓＩを使用する場合、考慮しないといけないのが湿気対策である。この材料は耐湿性が低く、蛍光体層１５を覆うように防湿膜１７を塗布する必要がある。防湿膜１７としては、ポリパラキシリレンの熱ＣＶＤ膜がもっとも一般的である。
ただし、ポリパレキシリレン膜は金属や無機材料にはあまり結着力がないので、特にＣｓＩ蒸着部の外周部では膜剥がれを起こしやすい。この問題を解決するため、例えば、国際特許ＷＯ９９／６６３５０号に記載されているように、支持基板１２と防湿膜１７との接触部を凹凸状にすることが考えられるが、この方法では工程が増えるし、特にＣｓＩ蒸着部の粗さを保ったまま、最も防湿膜１７が剥がれやすいＣｓＩ蒸着部の外周部を凹凸処理しようとするのは、マスク設置作業も加わりさらに煩雑となる。また、研磨、サンドブラストといった表面改質加工により、炭素繊維がささくれる問題があり、上述のＣＦＲＰ基板には応用しづらい。そのため、樹脂反射シート１３と防湿膜１７とで蛍光体層１５を包囲することにより、ポリパラキシリレンからなる防湿膜１７と樹脂反射シート１３との結着力が高いので、防湿膜１７が剥がれることがなく、蛍光体層１５の耐湿性を向上させることができる。
具体的には、ＷＯ９９／６６３５０号で開示される構造のＣｓＩ膜（積層構造：アモルファスカーボン基板（周辺凹凸構造）／Ａｌ反射膜／ＣｓＩ／ポリパラキシリレン）と、本実施の形態のＣｓＩ膜を、温度６０℃、湿度９０％の環境下に２４時間放置したときのＣＴＦ値の低下率は、支持基板の中心部においてはそれぞれ、１１％、０％と、本実施の形態のシンチレータパネルの構造の方が多少優れている程度であるが、支持基板の最周辺部では、それぞれ、４４％、０％と、顕著な差異が見られる。さらに、本実施の形態のＣｓＩ膜は温度６０℃、湿度９０％の環境下に１７６時間（累計２００時間）放置しても、支持基板の中心から周辺にわたってＣＴＦ値の低下は見られなかった。
また、図３に、シンチレータパネル１１を用いた放射線検出器の断面図を示す。
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に貼り合わせた貼り合わせ式平面検出器である。イメージセンサ３２は、ガラス基板３３上に、マトリクス状に配置されたフォトダイオードなどの複数の受光素子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。イメージセンサ３２の表面には平坦化層３５が形成されている。
そして、シンチレータパネル１１とイメージセンサ３２とを貼り合わせて構成される放射線検出器３１によれば、感度特性を向上できる。
なお、支持基板１２の材料としては、ＣＦＲＰの他に、アモルファスカーボン、グラファイト、ガラス、ベリリウム、チタン、アルミニウム、及びそれらの合金、セラミクス（アルミナ、ベリリア、ジルコニア、窒化珪素）、エンジニアリングプラスティックなども
選択可能である。
選択可能である。
また、蛍光体層１５は、ＣｓＩのみならず、ＣｓＢｒのときも同様の効果が得られる。
また、前記実施の形態の放射線検出器３１は、イメージセンサ３２として、ホトダイオード付きＴＦＴ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳのなかから選択可能である。
また、樹脂反射シート１３は、支持基板１２の両面に貼り合わせても、支持基板１２の一面のみに貼り合せれて支持基板１２の他面に貼り合わせなくても、所望の効果が得られる。樹脂反射シート１３を支持基板１２の一面のみに貼り合せる場合には、支持基板１２の蛍光体層１５が形成された一面に対して反対側の他面に他の樹脂シート１４などの樹脂層を貼り合わせることが望ましい。
なお、樹脂反射シート１３の材質として、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒を分散したポリエチレンテレフタレートを用いてもよい。このような材質を用いた場合、上述した発泡ＰＥＴで構成される樹脂反射シート１３を用いた場合と同様の効果が得られるとともに、感度が向上するという効果が得られる。
本発明によれば、樹脂反射シートを支持基板と蛍光体層との間に配置することにより、反射膜として金属系反射膜を選択した場合より、感度特性が高く、かつ高価な金属系反射膜の成膜装置を省略することができ、また、反射膜として粒状物を分散させた樹脂ペーストを塗布して形成する塗布膜を選択した場合より、塗布工程を省略することができ、かつ塗布むらを管理することが省略でき、結果として、従来に比べて、感度特性がよく、安定した品質が得られ、コストも改善できる。
Claims (6)
- 放射線を透過する支持基板と、
この支持基板の両面に設けられた樹脂反射シートと、
前記支持基板の一方の樹脂反射シート上に設けられ、放射線を可視光に変換する蛍光体層と、
この蛍光体層を覆うポリパラキシリレンからなる防湿層とを具備し、
前記防湿層と前記樹脂反射シートとにより形成される包絡面により蛍光体層が包囲されていることを特徴とするシンチレータパネル。 - 支持基板の一方の面に設けられた樹脂反射シートと他方の面に設けられた樹脂反射シートの樹脂母体とは同じ材質で形成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。
- 放射線を透過する炭素繊維強化プラスチックからなる支持基板と、
この支持基板の両面に設けられ、支持基板の熱硬化と同じ工程で貼り合せた樹脂反射シートと、
前記支持基板の一方の樹脂反射シート上に設けられ、放射線を可視光に変換する蛍光体層と、
前記蛍光体層を覆う防湿層を具備し、
前記防湿層と前記樹脂反射シートとにより蛍光体層が包囲されていることを特徴とするシンチレータパネル。 - 樹脂反射シートの材質は、発泡ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のシンチレータパネル。
- 樹脂反射シートの材質は、ＴｉＯ２粒を分散したポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか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乃至５いずれか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。
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