説明

放射線イメージセンサ及び光電変換素子アレイユニット

【課題】組み立てが容易で、シンチレータプレートと、光電変換素子アレイと、の間隙を一様かつより少なくできる。
【解決手段】基板にシンチレータ層が設けられたシンチレータプレートと、光電変換素子アレイを構成する複数の光電変換素子が形成された光電変換素子層と、前記シンチレータプレートと前記光電変換素子層との間の距離を均一に保つべく前記シンチレータプレートにそれぞれ当接する複数のスペーサが形成されたスペーサ層と、が設けられた光電変換素子アレイユニットと、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線イメージセンサ及び光電変換素子アレイユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、医療、工業用のX線撮影では、感光フィルムが用いられてきたが、リアルタイム性や維持管理費の観点から放射線イメージセンサを備えた放射線イメージングシステムが普及してきている。
【0003】
このような放射線イメージングシステムに適用可能な放射線イメージセンサとしては、様々考えられるが、一例として、フラットパネルディテクタが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
従来、フラットパネルディテクタとしては、直接変換方式と、シンチレータを用いた間接変換方式とが知られている。
【0004】
間接変換方式のフラットパネルディテクタは、入射したX線をシンチレータにより可視光の蛍光に変換し、光電変換素子(例えば、フォトダイオード)をアレイ状に配置した光電変換素子アレイにより入射した光の強弱を電荷量の大小に変換する。
そして、光電変換素子アレイの電荷を各光電変換素子と一対になったTFTトランジスタにより電流信号に変換して、電流量に応じたデジタル信号に変換されて出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−116258号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記従来の間接変換方式のフラットパネルディテクタを製造するに際しては、ガラス基板上に形成された光電変換素子アレイ上に、直接シンチレータ層を形成する物質[例えば、タリウムTlをドープしたCsI(Tl)等]を蒸着する構成を採っていた。
ここで、ガラス基板上に形成された光電変換素子アレイは、平坦ではなく、凹凸を有しているため、蒸着されるヨウ化セシウムの厚さも完全に均一にすることは困難であった。
【0007】
これを解決するため、近年においては、シンチレータをガラス基板上に形成したシンチレータプレートと、光電変換素子をガラス基板上にアレイ状に形成した光電変換素子アレイと、を対向させて貼り合わせフラットパネルディテクタを構成する技術が提案されている。
しかしながら、シンチレータプレートと、光電変換素子アレイとを全域にわたって、均一な距離関係を保って組み立てることは困難であり、場所による距離差に起因して、得られる画像の均一性が保持できないという問題点があった。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シンチレータプレートと、光電変換素子アレイと、を組み合わせて放射線イメージセンサを構成する際に、組み立てが容易で、シンチレータプレートと、光電変換素子アレイと、の間隙を一様かつより少なくすることが可能な放射線イメージセンサ及びこの放射線イメージセンサに用いる光電変換素子アレイユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、放射線イメージセンサは、基板にシンチレータ層が設けられたシンチレータプレートと、光電変換素子アレイを構成する複数の光電変換素子が形成された光電変換素子層と、前記シンチレータプレートと前記光電変換素子層との間の距離を均一に保つべく前記シンチレータプレートにそれぞれ当接する複数のスペーサが形成されたスペーサ層と、が設けられた光電変換素子アレイユニットと、を備える。
【0010】
この場合において、前記スペーサは、前記シンチレータ層から出射された蛍光の前記光電変換素子への入射を阻害しない位置に設けられているようにしてもよい。
また、前記スペーサは、互いに所定の間隔を介して周期的に配置されているようにしてもよい。
さらに、前記光電変換素子アレイユニットは、前記光電変換素子を保護する保護層を有し、前記スペーサは、前記保護層上に形成されているようにしてもよい。
【0011】
さらにまた、前記基板は、ガラス基板であり、前記ガラス基板上に反射膜を介して前記シンチレータ層が設けられているようにしてもよい。
また、前記光電変換素子アレイから信号を読み出すための各光電変換素子と一対になったTFTを有し、前記スペーサは、前記TFTの形成位置に相当する位置に設けられているようにしてもよい。
【0012】
また、前記シンチレータ層を前記基板と前記光電変換素子アレイとの間に封止するシール部材を備えるようにしてもよい。
さらに、前記シール部材により封止された空間内には不活性ガスが充填されているようにしてもよい。
またさらに、前記不活性ガスの圧力は、大気圧より低く設定されているようにしてもよい。
また、前記スペーサは、フォトリソグラフィにより形成されているようにしてもよい。
【0013】
また、光電変換素子アレイを構成する複数の光電変換素子を有し、入射放射線を蛍光に変換するシンチレータプレートに対向設置されて放射線イメージセンサを構成する光電変換素子アレイユニットにおいて、前記シンチレータプレートにそれぞれ当接されて前記シンチレータプレートと前記光電変換素子との間の距離を均一に保つ複数のスペーサが設けられている。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る放射線イメージセンサによれば、組み立てが容易で、シンチレータプレートと、光電変換素子アレイと、の間隙を一様かつより少なくすることができる。
また、本発明に係る光電変換素子アレイユニットによれば、組み立てが容易で、シンチレータプレートとの間隙を一様かつより少なくした放射線イメージセンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、第1実施形態の放射線イメージセンサの断面図である。
【図2】図2は、図1の放射線イメージセンサの分解断面図である。
【図3】図3は、第1実施形態のスペーサの平面配置の説明概略図である。
【図4】図4は、第2実施形態の放射線イメージセンサの断面図である。
【図5】図5は、第2実施形態のスペーサの平面配置の説明概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に図面を参照して、実施形態について説明する。
以下の説明においては、光電変換素子としてフォトダイオードを例としたが光電変換機能をもつ適切な素子であれば他のものでもよい。
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の放射線イメージセンサの断面図である。
また、図2は、図1の放射線イメージセンサの分解断面図である。
放射線イメージセンサ10は、大別すると、入射したX線を可視光(蛍光)に変換するシンチレータプレート11と、シンチレータプレート11により変換された可視光を受光して画像データに変換する光電変換素子アレイユニット12と、シール部材13と、を備えている。
シンチレータプレート11は、ガラス基板21と、ガラス基板21上に形成され、X線を透過するとともに、X線により発生した可視光である蛍光を反射し、光電変換素子アレイユニット12側に導く反射膜層22と、反射膜層22の経時劣化を防止するための保護膜層23と、入射したX線を可視光に変換するシンチレータ層24と、シンチレータ層24の吸湿に伴う劣化を防止するための防水フィルム層25と、を備えている。
この場合において、防水フィルム層25は、他の手段により防水性が確保できるのであれば、省略することが可能である。
【0017】
ここで、シンチレータプレート11の製造方法について説明する。
シンチレータプレート11を製造するに際しては、ガラス基板21上に、AlNd等の金属膜をスパッタリングにより薄膜状に形成し、反射膜層22とする。この反射膜層22は、薄膜として形成することが可能であるため、入射する放射線(X線)の減衰を最小限に抑制することができる。また、反射膜層22により、入射した放射線によりシンチレータ層24において発生した蛍光(可視光)は、効率よくフォトダイオード34側に導かれ、変換効率を向上させることができ、ひいては、コントラストの高い鮮明な画像を得ることが可能となる。
【0018】
次にシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜を反射膜層22に積層して保護膜層23とする。この保護膜層23によれば、反射膜層22の性能を長期にわたって、維持することができ、長期にわたって、変換効率の高い画像を得ることができる。
そして、シンチレータ層24を蒸着により保護膜層23上に形成している。
上述したように、シンチレータ層24は、平坦なガラス基板21上に形成された反射膜層22及び保護膜層23に積層されることとなるので、従来のように高さが不均一な光電素子アレイ上に形成することがないので、密度の不均一、また特に光電変換素子側のシンチレータ結晶端の潰れ等もないため、シンチレータ層24内で蛍光が減衰されてしまうことがないので、変換効率を向上して、輝度の向上、解像度の向上に寄与することが可能となる。
【0019】
次に光電変換素子アレイユニット12の構成について説明する。
光電変換素子アレイユニット12は、ガラス基板31と、ガラス基板31上に形成され、信号読み出し用の複数のTFT32がアレイ状に配置されているTFT層33と、TFT層33に積層され、複数のフォトダイオード34がアレイ状に配置されている光電変換層35と、光電変換層35を覆う樹脂製の保護膜層36と、複数のスペーサ37が散在され、保護膜層36上に積層されたスペーサ部38と、保護膜層36上、かつ、スペーサ部38の周囲に配置された電極部39と、を備えている。
以上の説明では、TFT層33と光電変換層35とを完全に分けて別層としていたが、ある共通層にTFT層33及び光電変換層35の各々の一部が形成されるようにすることも可能である。
【0020】
ここで、スペーサ部38を構成するスペーサ37は、略円錐台形状を有している。また、スペーサ部38は、光電変換素子アレイユニット12の最上部(最上層)に形成され、各スペーサ37の保護膜層36からの高さhは、図2に示すように、他の部分で最も高い電極部39の高さh1よりも高くなるようにされている。この結果、光電変換素子アレイユニット12にシンチレータプレート11を載置した場合には、図1に示すように、各スペーサ37の先端部がシンチレータプレート11に当接し、支持することとなる。なお、図1及び図2において、理解の容易のため、各部の描画スケールは、実際のものとは異なっている。例えば、スペーサ37の実際の高さhは、4μm以下となっている。
【0021】
このとき、スペーサ37の高さhは、シンチレータプレート11と光電変換素子アレイユニット12の間に、シール部材13により封止されて形成される封止空間SPの高さに相当することとなる。
【0022】
図3は、第1実施形態のスペーサの平面配置の説明概略図である。
スペーサ37の平面的な配置としては、例えば、図3に示すように、シンチレータ層24から出射された蛍光の光電変換素子であるフォトダイオード34への入射を阻害しない位置として、1組のTFT32及びフォトダイオード34を含む1ピクセルの四隅に配置することが可能である。なお、スペーサ37は、必ずしも1ピクセルの四隅に配置する必要はなく、また1ピクセル毎に配置する必要もない。封止空間SPの高さをいずれの場所においても所定範囲内とすることができる程度に配置すればよく、その配置位置は、周期性を持っていても、持っていなくても構わない。
【0023】
実際の放射線イメージセンサ10においては、封止空間SP内には、窒素ガスなどの不活性ガスNAGが封入される。
このように窒素ガスなどの不活性ガスNAGが封入されるのは、シンチレータ層24が当該空間内に存在する水(HO)と結合して、吸湿あるいは潮解して劣化するのを防止するためである。
また、封止空間SP内の圧力は大気圧未満とされるので、大気圧に抗して形状を維持することができるだけのスペーサ37を形成する必要がある。また、フォトダイオード34への入射光を阻害しないように、フォトダイオード34が形成されている領域を外してスペーサ37を形成する必要がある。
ここで、スペーサ37を含むスペーサ部38を除く光電変換素子アレイユニット12の構造は、従来と同様であるので、スペーサ37の形成方法について説明する。
【0024】
スペーサ部38を構成するスペーサ37は、フォトレジストを保護膜層36上に所定厚さで塗布し、フォトマスクを用いて露光を行うフォトリソグラフィにより形成される。このとき、フォトレジスト材料としては、いわゆる、感光性機能分子を含む高分子樹脂が用いられ、その種類としては、露光されると現像液に対して溶解性が低下するネガレジストあるいは露光されると現像液に対して溶解性が向上するポジレジストのいずれかが用いられる。
なお、本実施形態において用いるフォトレジストとしては、放射線(たとえば、X線)、蛍光による劣化が所定程度以下であれば、いずれのフォトレジストを用いることも可能である。
【0025】
また、シール部材13は、例えば、エポキシアクリル系樹脂等のUV(紫外線)硬化性樹脂で形成されている。
シンチレータプレート11と、光電変換素子アレイと、を対向させて当接させる場合に、双方のガラス基板21、31の四つの縁辺間にシール部材13としての、UV硬化性樹脂(特殊エポキシアクリル系樹脂等)を塗布し、両ガラス基板21、31を圧着後UV照射により硬化させ、かつ加熱(100℃以上)して接着性を高める。なお、具体的なUV硬化性樹脂の材質としては、適宜選択が可能である。
【0026】
次に放射線イメージセンサ10の組み立てについて説明する。
この場合において、シンチレータプレート11及び光電変換素子アレイユニット12は、既に組み立てが済んでいるものとする。
まず、シンチレータプレート11と、光電変換素子アレイユニット12と、を所定位置関係で対向させた状態で所定のステージ上に載置する。
【0027】
次にシンチレータプレート11と、光電変換素子アレイユニット12と、がずれないように固定した状態で、シンチレータプレート11を構成するガラス基板21と、光電変換素子アレイユニット12を構成するガラス基板31の四つの縁辺間にUV硬化・熱硬化樹脂を注入する。
このUV硬化・熱硬化樹脂には、両ガラス基板21、31の間に形成される封止空間SPに満たされている空気を抜きつつ、窒素ガスなどの不活性ガスNAGを注入するための小開口がそれぞれ少なくとも1つずつあけられている。
【0028】
そして、不活性ガスNAGの注入口には当該ガス注入用の機器を接続する。
さらに、ステージ上に載置されたシンチレータプレート11と、光電変換素子アレイユニット12と、を空気を通さないシートで完全に覆って、シートとステージで形成された空間内の空気を排気する。
【0029】
これにより、封止空間SPに満たされている空気を抜くための小開口から、空気が排出され、封止空間SPの空気は、不活性ガスNAGで置換される。このとき、置換後の不活性ガスNAGの圧力を大気圧未満とすることで、シンチレータプレート11の防水フィルム層25は、光電変換素子アレイユニット12のスペーサ37に、大気圧と、不活性ガスNAGの圧力差に相当する圧力で押しつけられることとなる。
この状態で、UV硬化・熱硬化樹脂に開けられている空気取出し用の小開口及び不活性ガス注入用の小開口を同じUV硬化・熱硬化樹脂により、塞いで、封止し硬化・加熱させて封止を完了する。
【0030】
以上の説明のように、本第1実施形態の放射線イメージセンサ10においては、光電変換素子アレイユニット12のスペーサ37にシンチレータプレート11の防水フィルム層25ひいてはシンチレータ層24が大気圧と、不活性ガスNAGの圧力との差に相当する圧力で押しつけられるとともに、スペーサ37は、適切な間隔で、適切な個数配置されているので、シンチレータプレート11と光電変換素子アレイユニット12と、を一様な力で圧着組み立て(Vacuum Assembly)することができ、光電変換素子アレイを構成するフォトダイオード34と、シンチレータプレート11、ひいては、シンチレータ層24との距離は、いずれの場所においても、一様かつ設計上の最短の離間距離を保つことができる。
したがって、放射線イメージセンサ10の撮像範囲全域にわたって良好な撮像画像を得ることが可能となる。
【0031】
また、シンチレータ層24は、封止空間SP内に封止されるので、吸湿あるいは潮解から防ぐことが可能となる。すなわち、特に防水フィルム層25を形成しないとしても、さらには真空封止のまま不活性ガスNAGの注入を行わなくても、吸湿あるいは潮解を防ぐことができ、長期にわたって性能を維持することが可能となる。
【0032】
さらに、それぞれが独立して製造されるシンチレータプレート11と光電変換素子アレイユニット12を組み合わせるという構成を採っているため、シンチレータプレート11あるいは光電変換素子アレイユニット12を個別に品質評価し、その良品のみをもって組み立てて最終テストを行うことが可能になるため、従来のように光電変換素子アレイ上に直接シンチレータを蒸着するタイプに比べて、スクラップコストを低減することができるとともに、製造時の歩留まりを向上させることが可能となる。
【0033】
[2]第2実施形態
図4は、第2実施形態の放射線イメージセンサの断面図である。
上記第1実施形態においては、スペーサ37は、シンチレータ層24から出射された蛍光の光電変換素子であるフォトダイオード34への入射を阻害しない位置として、1組のTFT32及びフォトダイオード34を含む1ピクセルの4隅に配置可能としていたが、本第2実施形態は、光電変換素子アレイから信号を読み出すための各光電変換素子と一対になったTFT32の形成位置に相当する位置にスペーサ37を設けた場合の実施形態である。
【0034】
ここで、シンチレータプレート11の構成は、第1実施形態と同様であるので、第2実施形態の光電変換素子アレイユニット12Aの構成について説明する。
光電変換素子アレイユニット12Aは、ガラス基板31と、ガラス基板31上に形成され、信号読み出し用の複数のTFT32がアレイ状に配置されているTFT層33と、TFT層33に積層され、複数のフォトダイオード34がアレイ状に配置されている光電変換層35と、光電変換層35を覆う樹脂製の保護膜層36と、複数のスペーサ37が散在され、保護膜層36上に積層されたスペーサ部38と、保護膜層36上かつ、スペーサ部38の周囲に配置された電極部39と、を備えている。
以上の説明では、TFT層33と光電変換層35とを完全に分けて別層としていたが、ある共通層にTFT層33及び光電変換層35の各々の一部が形成されるようにすることも可能である。
【0035】
ここで、スペーサ部38を構成するスペーサ37は、略円錐台形状を有している。また、スペーサ部38は、光電変換素子アレイユニット12Aの最上部(最上層)に形成され、各スペーサ37の保護膜層36からの高さhは、図4に示すように、他の部分で最も高い電極部39の高さh1よりも高くなるようにされている。この結果、光電変換素子アレイユニット12Aにシンチレータプレート11を載置した場合には、図1に示すように、各スペーサ37の先端部がシンチレータプレート11に当接し、支持することとなる。なお、図4においても、理解の容易のため、各部の描画スケールは、実際のものとは異なっており、スペーサ37の実際の高さhは、例えば、4μm以下となっている。
【0036】
このとき、スペーサ37の高さhは、シンチレータプレート11と光電変換素子アレイユニット12Aの間に、シール部材13により封止されて形成される封止空間SPの高さに相当することとなる。
【0037】
図5は、第2実施形態のスペーサの平面配置の説明概略図である。
スペーサ37の平面的な配置としては、例えば、図5に示すように、シンチレータ層24から出射された蛍光の光電変換素子であるフォトダイオード34への入射を阻害しない位置として、1組のTFT32及びフォトダイオード34を含む1ピクセルの周囲に配置するとともに、光電変換素子アレイから信号を読み出すための各光電変換素子と一対になったTFT32の形成位置に相当する位置に設けている。
このようにTFT32の形成位置に相当する位置に設けることにより、ピクセル密度が高くなり、スペーサ37を設ける場所が限られた場合でも、確実にスペーサ37を設けることができる。
【0038】
なお、スペーサ37は、必ずしも1ピクセルの周辺にも配置する必要はなく、TFT32の形成位置に相当する位置に設けるだけでも構わない。
また、全てのTFT32の形成位置に相当する位置に設ける必要はなく、したがって、その配置位置は、周期性を持っていても、持っていなくても構わない。
【0039】
以上の説明のように、本第2実施形態の放射線イメージセンサ10Aにおいても、スペーサ37は、適切な間隔で、適切な個数配置されているので、シンチレータプレート11と光電変換素子アレイユニット12Aと、を一様な力で圧着組み立て(Vacuum Assembly)することができ、光電変換素子アレイを構成するフォトダイオード34と、シンチレータプレート11、ひいては、シンチレータ層24との距離は、いずれの場所においても、一様かつ設計上の最短の離間距離を保つことができる。
したがって、放射線イメージセンサ10Aの撮像範囲全域にわたって良好な撮像画像を得ることが可能となる。
【0040】
[3]実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、光電変換素子アレイを構成するフォトダイオード34と、シンチレータプレート11、ひいては、シンチレータ層24との距離は、いずれの場所においても、一様かつ設計上の最短の離間距離を保つことができ、放射線イメージセンサの撮像範囲全域にわたって良好な撮像画像を得ることが可能となるとともに、放射能イメージセンサの製造における歩留まりを向上させることが可能となる。
【0041】
[4]実施形態の変形例
以上の説明においては、スペーサ37を円錐台形状とした場合について説明したが、シンチレータプレート11を全てのフォトダイオード34に対して、均一な距離で保持することができれば、その形状はいずれであっても構わない。例えば、四角錐形状、四角柱形状、円柱形状など様々な形状が可能である。
また、以上の説明においては、シンチレータ層24上に防水フィルム層25を設けていたが、これに代えて防湿コート層あるいは防湿フィルム層を設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【0042】
10、10A 放射線イメージセンサ
11 シンチレータプレート
12、12A 光電変換素子アレイユニット
13 シール部材
21 ガラス基板
22 反射膜層
23 保護膜層
24 シンチレータ層
25 防水フィルム層
31 ガラス基板
32 TFT
33 TFT層
34 フォトダイオード
35 光電変換層
36 保護膜層
37 スペーサ
38 スペーサ部
39 電極部
SP 封止空間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板にシンチレータ層が設けられたシンチレータプレートと、
光電変換素子アレイを構成する複数の光電変換素子が形成された光電変換素子層と、前記シンチレータプレートと前記光電変換素子層との間の距離を均一に保つべく前記シンチレータプレートにそれぞれ当接する複数のスペーサが形成されたスペーサ層と、が設けられた光電変換素子アレイユニットと、
を備えた放射線イメージセンサ。
【請求項2】
前記スペーサは、前記シンチレータ層から出射された蛍光の前記光電変換素子への入射を阻害しない位置に設けられている請求項1記載の放射線イメージセンサ。
【請求項3】
前記スペーサは、互いに所定の間隔を介して周期的に配置されている請求項1又は請求項2記載の放射線イメージセンサ。
【請求項4】
前記光電変換素子アレイユニットは、前記光電変換素子を保護する保護層を有し、
前記スペーサは、前記保護層上に形成されている、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の放射線イメージセンサ。
【請求項5】
前記基板は、ガラス基板であり、前記ガラス基板上に反射膜を介して前記シンチレータ層が設けられている、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の放射線イメージセンサ。
【請求項6】
前記光電変換素子アレイから信号を読み出すための各光電変換素子と一対になったTFTを有し、前記スペーサは、前記TFTの形成位置に相当する位置に設けられている、
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の放射線イメージセンサ。
【請求項7】
前記シンチレータ層を前記基板と前記光電変換素子アレイとの間に封止するシール部材を備えた請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の放射線イメージセンサ。
【請求項8】
前記シール部材により封止された空間内には不活性ガスが充填されている請求項7記載の放射線イメージセンサ。
【請求項9】
前記不活性ガスの圧力は、大気圧より低く設定されている請求項8記載の放射線イメージセンサ。
【請求項10】
前記スペーサは、フォトリソグラフィにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の放射線イメージセンサ。
【請求項11】
光電変換素子アレイを構成する複数の光電変換素子を有し、入射放射線を蛍光に変換するシンチレータプレートに対向設置されて放射線イメージセンサを構成する光電変換素子アレイユニットにおいて、
前記シンチレータプレートにそれぞれ当接されて前記シンチレータプレートと前記光電変換素子との間の距離を均一に保つ複数のスペーサが設けられている光電変換素子アレイユニット。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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