放射線撮影装置、及びシンチレータとその製造方法
【課題】ＣｓＩよりも安価でかつ破損しにくい材質からなる蛍光体を使用して、ＣｓＩと同様の作用効果を有するシンチレータを得る。
【解決手段】シンチレータ２４は、平板状の蛍光体からなる第１変換層４０と、ＦＯＰ内に蛍光体を充填することにより第１変換層４０の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層４１とからなる。第１及び第２変換層４０、４１の蛍光体は、樹脂バインダ中にＧＯＳ粒子を分散させたプラスチックシンチレータからなり、第２変換層４１により、ＣｓＩの柱状結晶と同様な光ガイド効果を得ることができる。第１変換層４０及び第２変換層４１を一体に設けているので、第１変換層４０と第２変換層４１とを別体で設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層４０と第２変換層４１との間に空気層が生じることはなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【解決手段】シンチレータ２４は、平板状の蛍光体からなる第１変換層４０と、ＦＯＰ内に蛍光体を充填することにより第１変換層４０の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層４１とからなる。第１及び第２変換層４０、４１の蛍光体は、樹脂バインダ中にＧＯＳ粒子を分散させたプラスチックシンチレータからなり、第２変換層４１により、ＣｓＩの柱状結晶と同様な光ガイド効果を得ることができる。第１変換層４０及び第２変換層４１を一体に設けているので、第１変換層４０と第２変換層４１とを別体で設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層４０と第２変換層４１との間に空気層が生じることはなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を光に変換するシンチレータと、シンチレータによって放射線から変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルとを有する放射線撮影装置と、シンチレータ及びその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
照射された放射線、例えばＸ線を光に変換するシンチレータと、シンチレータによって変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルとを対面配置した間接変換方式の放射線検出器を用いて、被検体を透過した放射線により表される放射線画像を撮影できるようにした放射線撮影装置が実用化されている。
【０００３】
間接変換方式の放射線検出器には、「裏面読取方式(ＰＳＳ：Penetration Side Sampling)」と、「表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling)」と呼ばれる方式が知られている。ＰＳＳ方式は、放射線の入射側からシンチレータ及びセンサパネルを順に配置し、シンチレータにより放射線から変換された光をセンサパネルによって検出する。これに対し、ＩＳＳ方式は、放射線の入射側からセンサパネル及びシンチレータを順に配置し、センサパネルを透過した放射線をシンチレータで光に変換してセンサパネルで検出する。シンチレータは、放射線入射側がより強く発光するので、シンチレータの放射線入射側にセンサパネルを配置するＩＳＳ方式は、ＰＳＳ方式に比べて感度と放射線画像の分解能とが高くなる。
【０００４】
また、シンチレータには、ヨウ化セシウム（以下、ＣｓＩと呼ぶ）等を基板に蒸着することにより、光出射方向に沿って複数の柱状結晶を立設したものがある。柱状結晶からなるシンチレータでは、放射線の照射によって発生した光は、柱状結晶のライトガイド効果によって柱状結晶中を全反射しながらセンサパネルに向けて進行するので、シンチレータから出射される光の散乱が抑制される。したがって、柱状結晶からなるシンチレータを用いた放射線撮影装置では、照射された放射線を画像として検出する際に、画像の鮮鋭度の低下を抑制することができる。
【０００５】
ＰＳＳ方式の放射線検出器を用いた放射線撮影装置として、例えば特許文献１記載のものが知られている。この放射線撮影装置では、放射線入射側から順に、ＧＯＳを用いた柱状の蛍光体層と平板状の蛍光体層とを積層したシンチレータを用いるとともに、柱状の蛍光体層の粒子径を平板状の蛍光体層よりも大きくすることが開示されている。放射線入射側に柱状の蛍光体層を配置することで鮮鋭性を向上させ、また柱状の蛍光体層の粒子径を大きくすることで感度を向上させている。
【０００６】
ＩＳＳ方式を用いた放射線撮影装置として、例えば特許文献２記載のものが知られている。この放射線撮影装置では、放射線入射側から第２及び第１の蛍光体層を順に配置することにより放射線を光に変換する効率を向上させている。また、第１の蛍光体層に、第１の蛍光体層によって変換された光を吸収する吸収剤を含ませることにより、第１の蛍光体層によって変換された光の側方散乱光を吸収剤によって吸収し、鮮鋭度を向上させている。特許文献２には、第１及び第２の蛍光体層に同じ材質、または異なる材質を用いることが開示されており、その一例として、第２の蛍光体層にＧＯＳからなる平板状の蛍光体層を用い、第１の蛍光体層にＣｓＩからなる柱状の蛍光体層を用いることが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８１９４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、放射線撮影装置の感度、分解能及び鮮鋭性を向上させるには、ＩＳＳ方式の放射線検出器に、ＣｓＩからなるシンチレータを用いるのが望ましい。しかし、ＣｓＩはＧＯＳ等の他の蛍光体に比べて格段に価格が高い。また、ＣｓＩは、硬くて脆い性質を有するため、ＣｓＩの破損を防止するための保護構造が必要となる。例えば可搬型の放射線撮影装置にＣｓＩからなるシンチレータを搭載する場合には、病室等でベッドに寝ている患者の下に可搬型の放射線撮影装置を挿入して撮影することがあるため、シンチレータを患者の体重から守るために耐過重性を付与する保護構造が必要となり、放射線撮影装置の重量が重くなってしまう。
【０００９】
特許文献１記載のシンチレータは、ＣｓＩよりも安価で破損しにくいＧＯＳからなり、感度、分解能及び鮮鋭性の向上が可能であるため、このシンチレータを使用することにより、上記問題の解決が可能である。しかし、特許文献１には、ＩＳＳ方式に関する記載はなく、当然ながら特許文献１の構成をＩＳＳ方式に適用する際に、センサパネルに対して柱状の蛍光体層と平板状の蛍光体層とをどのような順番で積層するかも記載がない。また、鮮鋭度と感度を両立するという特許文献１の課題から、当該シンチレータをＩＳＳ方式に適用した場合を予測すると、センサパネルに近い位置に柱状の蛍光体層が配置され、その下に平板状の蛍光体層が配置されると考えられるが、センサパネルから遠い位置に平板状の蛍光体層を配置しても何ら性能上の効果が得られず、シンチレータの構造が複雑化してコストアップするだけである。また、特許文献１では、柱状の蛍光体層をスクリーン印刷やサンドブラスト法によって形成しているが、これらの手法では、例えばセンサパネルの画素サイズ以下の柱径を有する高アスペクト比の柱状体は形成できない。
【００１０】
なお、特許文献１記載のシンチレータをＩＳＳ方式に適用する際に、放射線入射側から順に、平板状の蛍光体層と柱状の蛍光体層とを配置し、平板状の蛍光体層の粒子径を大きくすることは考え難い。このような構成にすると、感度は向上するものの、鮮鋭性が悪化するためである。
【００１１】
また、特許文献２記載のシンチレータのように、ＧＯＳからなる第２の蛍光体層と、ＣｓＩからなる第１の蛍光体層とを積層したシンチレータを用いることにより、ＣｓＩによる効果を得ながら、ＣｓＩの使用量を減らしてコストダウンすることが可能である。しかし、このような異なる材質からなるシンチレータは、その積層の仕方によって各種問題が発生することが考えられる。例えば、センサパネルにＧＯＳを塗布して第２の蛍光体層を形成し、第２の蛍光体層の上にＣｓＩを蒸着して第１の蛍光体層を形成する場合には、ＣｓＩの蒸着が失敗するとセンサパネルと第２の蛍光体層もＮＧ品となるため、歩留りの点で好ましくない。
【００１２】
また、蒸着基板にＣｓＩを蒸着して第１の蛍光体層を形成し、第１の蛍光体層の上にＧＯＳを塗布して第２の蛍光体層を形成する場合には、ＣｓＩの柱状結晶間にＧＯＳが入り込み、ＣｓＩの光ガイド効果が低下してしまう。以上のような問題を回避するため、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを別々に形成して押し当てる、あるいは貼り合わせることが考えられるが、押し当てでは第１の蛍光体層と第２の蛍光体層との間に僅かな空気層が生じ、押し当て界面で光が反射することが考えられる。また、貼り合せでは、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを均一に密着させることが難しく、貼り合せに用いた接着剤等の経時変化により密着性が悪化することが懸念される。
【００１３】
本発明は、上記問題を解決するため、ＣｓＩよりも安価でかつ破損しにくい材質からなるシンチレータを使用して、ＣｓＩを用いたシンチレータと同様の作用効果が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の放射線撮影装置は、シンチレータ、センサパネルを有している。シンチレータは、平板状の蛍光体からなる第１変換層と、第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有し、照射された放射線を光に変換する。センサパネルは、シンチレータの光出射側に配置されており、シンチレータにより変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されている。
【００１５】
シンチレータは、放射線の入射側から順に第１変換層と第２変換層とが配置されている。また、センサパネルは、第１変換部の放射線入射側に配置されており、画素が設けられた検出面が第１変換部と対面していることが好ましい。第２変換層の放射線入射側と反対側に、シンチレータによって放射線から変換された光をセンサパネルに向けて反射する反射層を配置してもよい。
【００１６】
第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、各光ファイバ内に充填された蛍光体とから構成されている。光ファイバの内面には、反射膜を設けてもよい。
【００１７】
第１変換部及び第２変換部に用いられる蛍光体は、ＣｓＩに比べて安価で破損しにくいプラスチックシンチレータであることが好ましい。プラスチックシンチレータとしては、樹脂バインダ中にＧＯＳの粒子が分散されたものが好ましい。また、放射線から光に変換する変換効率を高くするため、第１変換部の厚みは、第２変換部の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００１８】
また、本発明のシンチレータは、平板状の蛍光体からなる第１変換層と、第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有するものである。第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、各光ファイバ内に充填された蛍光体とから構成されている。光ファイバの内面には、反射膜を設けてもよい。
【００１９】
また、本発明のシンチレータの製造方法は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートの各光ファイバ内に蛍光体ペーストを充填し、複数の柱状蛍光体からなる第２変換層を形成する工程と、ファイバーオプティックプレートの一方の面に、蛍光体ペーストを塗布し、柱状蛍光体と一体に平板状の第１変換層を形成する工程とから構成されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のシンチレータ及び放射線撮影装置によれば、平板状の蛍光体からなる第１変換層と複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを備えたシンチレータを用いるので、高価で破損しやすいＣｓＩを用いなくても、ＣｓＩの柱状結晶と同様な光ガイド効果を得ることができ、放射線画像の分解能及び鮮鋭性を向上させることができる。また、第１変換層と第２変換層とを一体に設けているので、第１変換層と第２変換層とを別体に設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層と第２変換層との間に空気層が生じることがなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【００２１】
また、本発明はＩＳＳ方式の放射線検出器に用いることにより、反射層に向けて伝播される光を第２変換層によってガイドすることができるので、放射線画像のボケを抑制することができる。また、第２変換層は、ファイバーオプティックプレートと、このファイバーオプティックプレートの各光ファイバ内に充填された蛍光体とで構成しているので、高アスペクト比を有する柱状蛍光体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】放射線撮影装置を一部破断して示す斜視図である。
【図２】放射線撮影装置の概略断面図である。
【図３】放射線検出器の端部側断面図である。
【図４】シンチレータの外観を示す斜視図である。
【図５】シンチレータの製造手順を示す説明図である。
【図６】光センサの構成を模式的に示した断面図である。
【図７】放射線撮影装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図８】コンソール及び放射線発生装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図９】シンチレータで発生した光のシンチレータ内での伝播状態を模式的に示す概略図である。
【図１０】光ファイバ内に反射膜を設けた放射線検出器の端部側断面図である。
【図１１】板状のシンチレータ内での光の伝播状態を模式的に示す概略図である。
【図１２】ＰＳＳ方式の放射線検出器における板状のシンチレータ内での光の伝播状態を模式的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る放射線撮影装置１０は、全体形状がおよそ箱形で、矩形状の上面が放射線の照射面１１とされた筐体１２を備えている。筐体１２は、放射線、例えばＸ線を透過させる材料からなり、照射面１１が設けられている天板１３以外の部分は、例えばＡＢＳ樹脂等から構成され、天板１３は例えばカーボン等から構成されている。これにより、天板１３による放射線の吸収を抑制しつつ、天板１３の強度が確保される。なお、筐体１２は、放射線により感光材料に画像を記録する構成を備えた旧来のカセッテと同サイズであり、当該カセッテに代えて使用できるようになっている。
【００２４】
放射線撮影装置１０の照射面１１には、複数個のＬＥＤからなり、放射線撮影装置１０の動作モード(例えば「レディ状態」や「データ送信中」等)やバッテリの残容量等の動作状態を表示するための表示部１６が設けられている。なお、表示部１６は、ＬＥＤ以外の発光素子で構成してもよいし、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示手段で構成してもよい。また、表示部１６は、照射面１１以外の部位に設けてもよい。
【００２５】
放射線撮影装置１０の筐体１２内には、照射面１１に対面するように、被撮影者の体を透過した放射線を検出するために、パネル状の放射線検出器１９が配置されている。また、筐体１２の内部には、照射面１１の短手方向に沿った一端側に、マイクロコンピュータを含む各種の電子回路や、充電可能かつ着脱可能なバッテリ(二次電池)を収容するケース２０が配置されている。放射線検出器１９を含む放射線撮影装置１０の各種電子回路は、ケース２０内に収容されたバッテリから供給される電力によって作動する。筐体１２内のうちケース２０の照射面１１側には、ケース２０内に収容された各種電子回路が放射線の照射に伴って損傷することを回避するため、鉛板等からなる放射線遮蔽部材が配設されている。
【００２６】
放射線検出器１９は、放射線が照射される方向に沿って、照射面１１側からセンサパネル２３、シンチレータ２４及び反射層２５が積層された構成を有している。図２に示すように、センサパネル２３は、天板１３の内面に全面にわたって接着剤により貼り付けられている。センサパネル２３の下面には、シンチレータ２４が配置されており、シンチレータ２４の下面には、反射層２５が配置されている。シンチレータ２４の外周には、シンチレータ２４を湿気などから保護する封止剤２８が設けられている。筐体１２内の底面には、制御基板２９が配置されている。制御基板２９とセンサパネル２３とは、フレキシブルケーブル３０を介して電気的に接続されている。
【００２７】
図３は、放射線検出器１９の端縁側の断面図である。センサパネル２３は、シンチレータ２４から放射された光を検出するものであり、平板状で平面視における外形形状が矩形状とされたセンサ基板３３と、センサ基板３３の下面に設けられた光センサ３４とを備えている。センサ基板３３には、光センサ３４を構成するフォトダイオード(ＰＤ：PhotoDiode)を例えばアモルファスシリコンの蒸着によって形成するため、耐熱性を有するガラス基板が用いられている。センサ基板３３の厚みは、例えば７００μｍ程度である。
【００２８】
シンチレータ２４は、接着剤３７によりセンサパネル２３に貼り付けられている。シンチレータ２４は、被撮影者の体を透過して筐体１２の照射面１１に照射され、天板１３及びセンサパネル２３を透過して照射された放射線を吸収して光を放出する。一般に、シンチレータとしては、例えばＣｓＩ：Ｔｌ(タリウムを添加したヨウ化セシウム）)や、ＣｓＩ：Ｎａ(ナトリウム賦活ヨウ化セシウム)、ＧＯＳ(Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ)等の材料を用いることができる。本実施形態では、シンチレータ２４として、ＣｓＩよりも安価で破損しにくいという特性を利用するため、蛍光体粒子、例えばＧＯＳの粒子を樹脂バインダ中に分散させたプラスチックシンチレータを用いている。
【００２９】
シンチレータ２４は、放射線入射側、すなわちセンサパネル２３に貼り合わされる側から順に積層された平板状の第１変換層４０と、第１変換層４０と一体に設けられた柱状の第２変換層４１とから構成されている。図４に示すように、第２変換層４１は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレート（以下、ＦＯＰと呼ぶ）４２の各光ファイバ４３内にＧＯＳを充填したものである。
【００３０】
シンチレータ２４は、例えば厚みが５００μｍのＧＯＳ製の平板状シンチレータと同等の発光量を得るため、第１変換層４０の厚みを３００μｍ、第２変換層４１の厚みを２５０μｍとし、総厚みを５５０μｍとしている。本実施形態のシンチレータ２４の総厚みが平板状のシンチレータよりも厚いのは、第２変換層４１に使用されているＧＯＳの量が平板状のシンチレータに比べて少なくなるのを補うためである。なお、シンチレータ２４の総厚み及び各層の厚みは一例であり、これに限定されるものではない。
【００３１】
シンチレータ２４は、例えば次のような手順で製造される。図５（Ａ）に示すように、最初の工程では、複数の中空の光ファイバ４３を束にしたＦＯＰ４２の一方の面をＧＯＳの粒子がバインダ中に分散されたＧＯＳペースト内に浸漬させ、毛細管現象を利用して各光ファイバ４３内の全域にＧＯＳペーストを充填させて、第２変換層４１を形成する。その際、ＦＯＰ４２の他方の面は、充填されたＧＯＳペーストが流れ出ないように密着性のよい閉塞板４５で塞いでおくのが好ましい。なお、ＧＯＳペーストに使用するバインダの種類、及びＧＯＳペーストの粘度等は、光ファイバ４３の内径に応じて適宜選択可能である。
【００３２】
図５（Ｂ）に示すように、次の工程では、ＦＯＰ４２の一方の面上にＧＯＳペーストを塗布して、平板状の第１変換層４０を形成する。なお、第１変換層４０の形成に使用するＧＯＳペーストは、塗布後に流れ落ちるのを防止するため、第２変換層４１の形成に使用したＧＯＳペーストよりも高粘度なものが用いられる。その後、第１変換層４０及び第２変換層４１を構成するＧＯＳペーストが乾燥されて硬化することにより、第１変換層４０と第２変換層４１とが一体に形成されたシンチレータ２４が完成する。
【００３３】
このように、シンチレータ２４は、ＣｓＩの柱状結晶と同様な構成を有する第２変換層４１をＧＯＳによって形成することができるので、コストダウンが可能であり、シンチレータ２４の補強構造を設けなくてもシンチレータ２４の破損を抑制することができる。また、第１変換層４０及び第２変換層４１を一体に設けているので、第１変換層４０と第２変換層４１とを別体で設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層４０と第２変換層４１との間に光を反射するような空気層が生じることはなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【００３４】
シンチレータ２４は、センサパネル２３に貼り付けられた状態で、大気中の水分に対してバリア性を有する保護膜４４によって覆われている。保護膜４４の材質には、例えば熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相重合で得られる有機膜が用いられる。有機膜としては、ポリパラキシリレン製樹脂の熱ＣＶＤ法によって形成された気相重合膜、または含フッ素化合物不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜が用いられる。また有機膜と無機膜の積層構造を用いることも出来、無機膜の材料としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）膜、Ａｌ２Ｏ３等が好適である。
【００３５】
反射層２５は、例えばシンチレータ２４に対する面が鏡面加工された金属板からなり、シンチレータ２４によって放射線から変換された光をセンサパネル２３に向けて反射することにより、検出光量を増加させて放射線検出器１９の検出感度を向上させる。反射層２５は、センサパネル２３にシンチレータ２４が貼り付けられ、保護膜４４によってシンチレータ２４が覆われた後に、保護膜４４の密着力を用いてシンチレータ２４に密着されている。なお、反射層２５は、光透過性の高い接着剤によってシンチレータ２４に貼り付けてもよい。
【００３６】
本実施形態では、シンチレータ２４の放射線照射面側にセンサパネル２３が配置されているが、シンチレータとセンサパネルとをこのような位置関係で配置する方式は、「表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling)」と称する。シンチレータは、放射線入射側がより強く発光するので、シンチレータの放射線入射側に光検出部を配置する表面読取方式（ＩＳＳ）は、シンチレータの放射線入射側と反対側に光検出部を配置する「裏面読取方式(ＰＳＳ：Penetration Side Sampling)」よりも光検出部とシンチレータの発光位置とが接近することから、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高く、また光検出部の受光量が増大することで、結果として放射線撮影装置の感度が向上する。
【００３７】
次に、センサパネル２３の光センサ３４について説明する。図６に示すように、光センサ３４は、フォトダイオード(ＰＤ：PhotoDiode)等からなる光電変換部４６、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ：Thin Film Transistor)４７、及び蓄積容量４８を備えた画素部４９からなり、画素部４９は、センサ基板３３上にマトリクス状に複数形成されている。また、センサパネル２３のうち、放射線の到来方向と反対側の面には、センサ基板３３上を平坦にするための平坦化層５０が形成されている。上述したように、センサパネル２３は、接着層５１によって天板１３に貼り付けられている。
【００３８】
光電変換部４６は、下部電極４６ａと上部電極４６ｂとの間に、シンチレータ２４から放出された光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換膜４６ｃが配置されて構成されている。なお、下部電極４６ａは、シンチレータ２４から放出された光を光電変換膜４６ｃに入射させる必要があるため、少なくともシンチレータ２４の発光波長に対して透明な導電性材料で構成することが好ましく、具体的には、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（TCO;Transparent Conducting Oxide）を用いることが好ましい。
【００３９】
なお、下部電極４６ａとしてＡｕなどの金属薄膜を用いることもできるが、９０％以上の光透過率を得ようとすると抵抗値が増大し易くなるため、ＴＣＯの方が好ましい。例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２等を用いることが好ましく、プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からＩＴＯが最も好ましい。なお、下部電極４６ａは、全画素部共通の一枚構成としてもよいし、画素部毎に分割してもよい。
【００４０】
光電変換膜４６ｃを構成する材料は、光を吸収して電荷を発生する材料であればよく、例えば、アモルファスシリコンや有機光電変換材料等を用いることができる。光電変換膜４６ｃをアモルファスシリコンで構成した場合、シンチレータ２４から放出された光を広い波長域に亘って吸収するように構成することができる。アモルファスシリコンからなる光電変換膜４６ｃの形成には、蒸着を行う必要があるため、センサ基板３３には、耐熱性を有するガラス基板を用いるのが好ましい。
【００４１】
ＴＦＴ４７は、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び活性層(チャネル層)が積層され、更に活性層上にソース電極とドレイン電極が所定の間隔を隔てて形成されている。活性層は、例えばアモルファスシリコンや非晶質酸化物、有機半導体材料、カーボンナノチューブ等のうちの何れかにより形成することができるが、活性層を形成可能な材料はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
図７に示すように、光センサ３４には、一定方向(行方向)に沿って延設され個々のＴＦＴ４７をオンオフさせるための複数本のゲート配線５４と、前記一定方向と交差する方向(列方向)に沿って延設され、蓄積容量４８(及び光電変換部４６の下部電極４６ａと上部電極４６ｂの間)に蓄積された電荷をオン状態のＴＦＴ４７を介して読み出すための複数本のデータ配線５５が設けられている。
【００４３】
センサパネル２３の個々のゲート配線５４はゲート線ドライバ５８に接続されており、個々のデータ配線５５は信号処理部５９に接続されている。被撮影者の体を透過した放射線(被撮影者の体の画像情報を担持した放射線)が放射線撮影装置１０に照射されると、シンチレータ２４のうち照射面１１上の各位置に対応する部分からは、前記各位置における放射線の照射量に応じた光量の光が放出され、個々の画素部４９の光電変換部４６では、シンチレータ２４のうちの対応する部分から放出された光の光量に応じた大きさの電荷が発生され、この電荷が個々の画素部４９の蓄積容量４８(及び光電変換部４６の下部電極４６ａと上部電極４６ｂの間)に蓄積される。
【００４４】
上記のようにして個々の画素部４９の蓄積容量４８に電荷が蓄積されると、個々の画素部４９のＴＦＴ４７は、ゲート線ドライバ５８からゲート配線５４を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、ＴＦＴ４７がオンされた画素部４９の蓄積容量４８に蓄積されている電荷は、アナログの電気信号としてデータ配線５５を伝送されて信号処理部５９に入力される。従って、個々の画素部４９の蓄積容量４８に蓄積された電荷は行単位で順に読み出される。
【００４５】
信号処理部５９は、個々のデータ配線５５毎に設けられた増幅器及びサンプルホールド回路を備えており、個々のデータ配線５５を伝送された電気信号は増幅器で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。また、サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換器が順に接続されており、個々のサンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に(シリアルに)入力され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルの画像データへ変換される。
【００４６】
信号処理部５９には画像メモリ６２が接続されており、信号処理部５９のＡ／Ｄ変換器から出力された画像データは画像メモリ６２に順に記憶される。画像メモリ６２は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ６２に順次記憶される。
【００４７】
画像メモリ６２は、放射線撮影装置１０全体の動作を制御する制御部６４と接続されている。制御部６４は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵ６４ａ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むメモリ６４ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部６４ｃを備えている。
【００４８】
また、制御部６４には無線通信部６６が接続されている。無線通信部６６は、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ等に代表される無線ＬＡＮ(Local Area Network)規格に対応しており、無線通信による外部機器との間での各種情報の伝送を制御する。制御部６４は、無線通信部６６を介してコンソール７０(図８参照)と無線通信が可能とされており、コンソール７０との間で各種情報の送受信が可能とされている。
【００４９】
また、放射線撮影装置１０には電源部６７が設けられており、上述した各種電子回路(ゲート線ドライバ５８や信号処理部５９、画像メモリ６２、無線通信部６６、制御部６４等)は電源部６７と各々接続され(図示省略)、電源部６７から供給された電力によって作動する。電源部６７は、放射線撮影装置１０の可搬性を損なわないように、前述のバッテリ(二次電池)を内蔵しており、充電されたバッテリから各種電子回路へ電力を供給する。ゲート線ドライバ５８、信号処理部５９、画像メモリ６２、制御部６４、無線通信部６６及び電源部６７は、上述したケース２０内、もしくは制御基板２９に設けられている。
【００５０】
図８に示すように、コンソール７０はコンピュータからなり、装置全体の動作を司るＣＰＵ７１、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ７２、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ７３、及び、各種データを記憶するＨＤＤ７４を備え、これらはバスを介して互いに接続されている。またバスには、通信Ｉ／Ｆ部７５及び無線通信部７６が接続され、ディスプレイ７７がディスプレイドライバ７８を介して接続され、更に、操作パネル７９が操作入力検出部８０を介して接続されている。
【００５１】
通信Ｉ／Ｆ部７５は接続端子７５ａ、通信ケーブル８２及び放射線発生装置８３の接続端子８３ａを介して放射線発生装置８３と接続されている。コンソール７０(のＣＰＵ７１)は、放射線発生装置８３との間での曝射条件等の各種情報の送受信を通信Ｉ／Ｆ部７５経由で行う。無線通信部７６は放射線撮影装置１０の無線通信部６６と無線通信を行う機能を備えており、コンソール７０(のＣＰＵ７１)は放射線撮影装置１０との間で、画像データ等の各種情報の送受信を無線通信部７６経由で行う。また、ディスプレイドライバ７８はディスプレイ７７への各種情報を表示させるための信号を生成・出力し、コンソール７０(のＣＰＵ７１)はディスプレイドライバ７８を介して操作メニューや撮影された放射線画像等をディスプレイ７７に表示させる。また、操作パネル７９は複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される。操作入力検出部８０は操作パネル７９に対する操作を検出し、検出結果をＣＰＵ７１へ通知する。
【００５２】
放射線発生装置８３は、放射線源８５と、コンソール７０との間で曝射条件等の各種情報の送受信を行う通信Ｉ／Ｆ部８６と、コンソール７０から受信した曝射条件(この曝射条件には管電圧、管電流の情報が含まれている)に基づいて放射線源８５を制御する線源制御部８７とを備えている。
【００５３】
次に本実施形態の作用を説明する。放射線撮影装置１０を使用して放射線画像の撮影を行う場合、撮影者（例えば放射線技師等）は、被撮影者の撮影対象部位と撮影台との間に、照射面１１側を上方へ向けた放射線撮影装置１０を挿入し、向きや位置等を調整する準備作業を行う。
【００５４】
撮影者は、準備作業が完了すると、操作パネル７９を操作して撮影開始を指示する。これにより、コンソール７０では、曝射開始を指示する指示信号を放射線発生装置８３へ送信し、放射線発生装置８３は放射線源８５から放射線を射出させる。放射線源８５から射出された放射線は、被撮影者の体を透過して放射線撮影装置１０の照射面１１に照射され、天板１３及びセンサパネル２３を透過してシンチレータ２４に照射される。
【００５５】
シンチレータ２４に照射された放射線は、シンチレータ２４の放射線の入射面近傍、すなわち第１変換層４０で大部分が光に変換され、第１変換層４０を通過した放射線は第２変換層４１によって光に変換される。ＧＯＳは、柱状結晶からなるＣｓＩに比べて充填率が高いため発光効率が高く、本実施形態では第１変換層４０及び第２変換層４１の２つの層で放射線を光に変換しているため、更に高い変換効率を得ることができる。これにより、放射線検出器１９の感度が向上する。
【００５６】
図９に示すように、本実施形態の放射線検出器１９において、第１変換層４０で変換された光は全方向に向かうが、このうちセンサパネル２３側に向かった光は、センサパネル２３までの距離が短いので、光の発生位置と近い位置でセンサパネル２３に入射することになる。したがって、第１変換層４０で変換された光により放射線画像にボケは生じない。また、第１変換層４０で変換された光のうち、反射層２５側に向かった光は、第１変換層４０及び第２変換層４１内を伝播されて反射層２５により反射され、再び第２変換層４１及び第１変換層４０内を伝播されてセンサパネル２３に入射するため、光の伝播距離はセンサパネル２３に直接向かう場合と比べて非常に長くなる。
【００５７】
図１１に示すように、例えば、従来の平板状のシンチレータ９０を用いた放射線検出器９１では、シンチレータ９０の放射線の入射面近傍で発生した光は、反射層９２までシンチレータ９０内を伝播される間に、シンチレータ９０の面方向における位置が光の発生位置から離れていき、反射層９２で反射されてセンサパネル９３まで伝播される間に更に遠くまで離れていくことがあり、このように発生位置から離れた光が本来入射するはずの画素部に入射せず、隣接する画素部や更に遠くの画素部に入射することによって放射線画像にボケが生じていた。
【００５８】
これに対し、図９に示す本実施形態のシンチレータ２４では、第１変換層４０から第２変換層４１に伝播された光は、第２変換層４１の各光ファイバ４３の光ガイド効果によって、光ファイバ４３内を全反射しながら反射層２５に向い、反射層２５で反射されてセンサパネル２３に向かう際にも光ファイバ４３内でガイドされながら進行していくため、第１変換層４０内での光の発生位置から近い画素部４９に光を入射させることができる。これにより、放射線画像のボケを抑えることができ、ＧＯＳからなるシンチレータ２４を使用しながら、ＣｓＩからなるシンチレータと同様に放射線画像の分解能及び鮮鋭性を向上させることができる。また、第２変換層４１で放射線から変換された光も光ファイバ４３によってガイドされてセンサパネル２３の方向または反射層２５の方向に向かうので、放射線画像の分解能及び鮮鋭性の向上に寄与することができる。
【００５９】
センサパネル２３は、画素部４９に照射された光を画像として検出し、画像メモリ６２に画像データを記憶する。ＣＰＵ６４ａは、画像メモリ６２に記憶された画像データを無線通信部６６によってコンソール７０へ送信する。コンソール７０のＣＰＵ７１は、放射線撮影装置１０から受信した画像データを、ＲＡＭ７３を介してＨＤＤ７４に記憶する。また、ＣＰＵ７１は、ディスプレイドライバ７８を介して、ＨＤＤ７４に記憶されている画像データからなる放射線画像をディスプレイ７７に表示させる。
【００６０】
上述したように、ＩＳＳ方式の放射線検出器１９は、第１変換層４０で発光した光のうち、センサパネル２３と反対側の反射層２５に向かう光に対するガイド効果のみを必要とするため、平板状の第１変換層４０と柱状の第２変換層４１とを積層して用いることによる効果が大きい。これに対し、図１２に示すように、放射線の入射側から反射層９５、シンチレータ９６及びセンサパネル９７を配置したＰＳＳ方式の放射線検出器９８では、シンチレータ９６の放射線入射面側で発生してセンサパネル９７に向かう光と、反射層９５で反射されてからセンサパネル９７に向かう光の両方にガイド効果が必要となるため、シンチレータ９６全体を柱状にしたほうが効果は大きく、本実施形態のように平板状の第１変換層４０と柱状の第２変換層４１とを積層しても、ＩＳＳ方式の放射線検出器１９ほどは効果が得られない。したがって、本発明は、ＩＳＳ方式の放射線検出器に特に有用であると言える。
【００６１】
上記実施形態では、第２変換層４１にＦＯＰ４２を用いたが、図１０に示すように、光ファイバ４３の内面に予めアルミニウム膜等の反射膜４３ａを形成しておいてもよい。これによれば、反射膜４３ａによる反射効率がアップし、光ファイバ４３による光ガイド効果が向上するので、放射線画層の分解能及び鮮鋭性が更に向上させることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、ＧＯＳからなるプラスチックシンチレータを用いたが、その他のプラスチックシンチレータとして、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主成分とするペットボトル用の樹脂を用いてもよい。詳しくは、「独立行政法人放射線医学総合研究所（http://www.nirs.go.jp/information/press/2010/05_19_1.shtml）」にて開示されているが、ペットボトル用の樹脂に放射線を照射することにより、光電子増倍管によって検出可能な光を発生させることができるので、本実施形態のような間接変換型の放射線検出器にも適用可能である。これによれば、シンチレータのコストを大幅に下げることができるので、安価な放射線撮影装置の提供が可能となる。
【００６３】
また、上記実施形態では、光電変換部４６の光電変換膜４６ｃをアモルファスシリコンによって構成したが、光電変換膜４６ｃは、有機光電変換材料を含む材料で構成してもよい。この場合、主に可視光域で高い吸収を示す吸収スペクトルが得られ、光電変換膜４６ｃによるシンチレータ２４から放出された光以外の電磁波の吸収が殆ど無くなるので、Ｘ線やγ線等の放射線が光電変換膜４６ｃで吸収されることで発生するノイズを抑制できる。また、有機光電変換材料からなる光電変換膜４６ｃは、インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドを用いて有機光電変換材料をセンサ基板３３上に付着させることで形成させることができ、センサ基板３３に対して耐熱性は要求されない。このため、ガラス以外の材質からなるセンサ基板を用いることもできる。
【００６４】
光電変換膜４６ｃを有機光電変換材料で構成した場合、光電変換膜４６ｃで放射線が殆ど吸収されないので、放射線が透過するようにセンサパネル２３が配置される表面読取方式（ＩＳＳ）において、センサパネル２３を透過することによる放射線の減衰を抑制することができ、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。従って、光電変換膜４６ｃを有機光電変換材料で構成することは、特にＩＳＳ方式に好適である。
【００６５】
光電変換膜４６ｃを構成する有機光電変換材料は、シンチレータ２４から放出された光を最も効率良く吸収するために、その吸収ピーク波長が、シンチレータ２４の発光ピーク波長と近いほど好ましい。有機光電変換材料の吸収ピーク波長とシンチレータ２４の発光ピーク波長とが一致することが理想的であるが、双方の差が小さければシンチレータ２４から放出された光を十分に吸収することが可能である。具体的には、有機光電変換材料の吸収ピーク波長と、シンチレータ２４の放射線に対する発光ピーク波長との差が１０ｎｍ以内であることが好ましく、５ｎｍ以内であることがより好ましい。
【００６６】
このような条件を満たすことが可能な有機光電変換材料としては、例えばキナクリドン系有機化合物及びフタロシアニン系有機化合物が挙げられる。例えばキナクリドンの可視域における吸収ピーク波長は５６０ｎｍであるため、例えば、シンチレータ２４の材料としてＣｓＩ（Ｔｌ）を用いる場合には、上記ピーク波長の差を５ｎｍ以内にすることが可能となり、光電変換膜４６ｃで発生する電荷量をほぼ最大にすることができる。なお、本発明では、シンチレータ２４にＣｓＩ以外の材質を用いているため、その材質の発光ピーク波長に適合した有機光電変換材料を用いるのが好ましい。
【００６７】
放射線検出パネルに適用可能な光電変換膜４６ｃについて具体的に説明する。放射線検出パネルにおける電磁波吸収／光電変換部位は、電極４６ａ、４６ｂと、該電極４６ａ,４６ｂに挟まれた光電変換膜４６ｃを含む有機層である。この有機層は、より具体的には、電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極、及び、層間接触改良部位等を積み重ねるか、若しくは混合することで形成することができる。
【００６８】
上記有機層は、有機ｐ型化合物または有機ｎ型化合物を含有することが好ましい。有機ｐ型半導体(化合物)は、主に正孔輸送性有機化合物に代表されるドナー性有機半導体(化合物)であり、電子を供与しやすい性質を有する有機化合物である。さらに詳しくは２つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物である。従って、ドナー性有機化合物としては、電子供与性を有する有機化合物であれば何れの有機化合物も使用可能である。有機ｎ型半導体(化合物)は、主に電子輸送性有機化合物に代表されるアクセプター性有機半導体(化合物)であり、電子を受容し易い性質を有する有機化合物である。更に詳しくは２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物である。従って、アクセプター性有機化合物は、電子受容性を有する有機化合物であれば何れの有機化合物も使用可能である。
【００６９】
有機ｐ型半導体及び有機ｎ型半導体として適用可能な材料や、光電変換膜４６ｃの構成については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７０】
また、光電変換部４６は、少なくとも電極対４６ａ,４６ｂと光電変換膜４６ｃを含んでいればよいが、暗電流の増加を抑制するため、電子ブロッキング膜及び正孔ブロッキング膜の少なくとも何れかを設けることが好ましく、両方を設けることがより好ましい。
【００７１】
電子ブロッキング膜は、上部電極４６ｂと光電変換膜４６ｃとの間に設けることができ、上部電極４６ｂと下部電極４６ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、上部電極４６ｂから光電変換膜４６ｃに電子が注入されて暗電流が増加してしまうことを抑制することができる。電子ブロッキング膜には電子供与性有機材料を用いることができる。実際に電子ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料及び隣接する光電変換膜４６ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Ｗｆ)より１．３ｅＶ以上電子親和力(Ｅａ)が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４６ｃの材料のイオン化ポテンシャル(Ｉｐ)と同等のＩｐ、若しくはそれより小さいＩｐを有するものが好ましい。この電子供与性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７２】
電子ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４６の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００７３】
正孔ブロッキング膜は、光電変換膜４６ｃと下部電極４６ａとの間に設けることができ、上部電極４６ｂと下部電極４６ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、下部電極４６ａから光電変換膜４６ｃに正孔が注入されて暗電流が増加してしまうことを抑制することができる。正孔ブロッキング膜には電子受容性有機材料を用いることができる。実際に正孔ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料及び隣接する光電変換膜４６ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Ｗｆ)より１．３ｅＶ以上イオン化ポテンシャル(Ｉｐ)が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４６ｃの材料の電子親和力(Ｅａ)と同等のＥａ、若しくはそれより大きいＥａを有するものが好ましい。この電子受容性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７４】
正孔ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４６の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００７５】
なお、光電変換膜４６ｃで発生した電荷のうち、正孔が下部電極４６ａに移動し、電子が上部電極４６ｂに移動するようにバイアス電圧を設定する場合には、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜の位置を逆にすれば良い。また、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜は両方設けることは必須ではなく、何れかを設けておけば、或る程度の暗電流抑制効果を得ることができる。
【００７６】
また、ＴＦＴ４７の活性層を形成可能な非晶質酸化物としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも１つを含む酸化物(例えばＩｎ−Ｏ系)が好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも２つを含む酸化物(例えばＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系)がより好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物が特に好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３(ＺｎＯ)ｍ(ｍは６未満の自然数)で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４がより好ましい。なお、活性層を形成可能な非晶質酸化物はこれらに限定されるものではない。
【００７７】
また、活性層を形成可能な有機半導体材料としては、例えば、フタロシアニン化合物や、ペンタセン、バナジルフタロシアニン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、フタロシアニン化合物の構成については、特開２００９−２１２３８９号公報で詳細に説明されているため、説明を省略する。
【００７８】
ＴＦＴ４７の活性層を非晶質酸化物や有機半導体材料、カーボンナノチューブ等のうちの何れかによって形成すれば、Ｘ線等の放射線を吸収せず、或いは吸収したとしても極めて微量に留まるため、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、活性層をカーボンナノチューブで形成した場合、ＴＦＴ４７のスイッチング速度を高速化することができ、また、ＴＦＴ４７における可視光域の光の吸収度合いを低下させることができる。なお、活性層をカーボンナノチューブで形成する場合、活性層にごく微量の金属性不純物が混入しただけでＴＦＴ４７の性能が著しく低下するため、遠心分離等により非常に純度の高いカーボンナノチューブを分離・抽出して活性層の形成に用いる必要がある。
【００８０】
なお、有機光電変換材料で形成した膜及び有機半導体材料で形成した膜は何れも十分な可撓性を有しているので、有機光電変換材料で形成した光電変換膜４６ｃと、活性層を有機半導体材料で形成したＴＦＴ４７と、を組み合わせた構成であれば、患者の体の重みが荷重として加わるセンサパネル２３の高剛性化は必ずしも必要ではなくなる。
【００８１】
また、センサ基板３は、光透過性を有し且つ放射線の吸収が少ないものであればよい。ここで、ＴＦＴ４７の活性層を構成する非晶質酸化物や、光電変換部４６の光電変換膜４６ｃを構成する有機光電変換材料は、いずれも低温での成膜が可能である。従って、センサ基板３３としては、半導体基板、石英基板、及びガラス基板等の耐熱性の高い基板に限定されず、合成樹脂製の可撓性基板、アラミド、バイオナノファイバを用いることもできる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の可撓性基板を用いることができる。このような合成樹脂製の可撓性基板を用いれば、軽量化を図ることもでき、例えば持ち運び等に有利となる。なお、センサ基板３３には、絶縁性を確保するための絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、平坦性あるいは電極等との密着性を向上するためのアンダーコート層等を設けてもよい。
【００８２】
なお、アラミドは２００度以上の高温プロセスを適用できるため、透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化でき、また、ハンダのリフロー工程を含むドライバＩＣの自動実装にも対応できる。また、アラミドはＩＴＯ（indium tin oxide）やガラス基板と熱膨張係数が近いため、製造後の反りが少なく、割れにくい。また、アラミドは、ガラス基板等と比べて基板を薄型化できる。なお、超薄型ガラス基板とアラミドを積層してセンサ基板３３を形成してもよい。
【００８３】
また、バイオナノファイバは、バクテリア(酢酸菌、Acetobacter Xylinum)が産出するセルロースミクロフィブリル束（バクテリアセルロース）と透明樹脂とを複合したものである。セルロースミクロフィブリル束は、幅５０ｎｍと可視光波長に対して１／１０のサイズで、かつ、高強度、高弾性、低熱膨である。バクテリアセルロースにアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を含浸・硬化させることで、繊維を６０〜７０％も含有しながら、波長５００nmで約９０％の光透過率を示すバイオナノファイバが得られる。バイオナノファイバは、シリコン結晶に匹敵する低い熱膨張係数（３−７ｐｐｍ）を有し、鋼鉄並の強度(４６０ＭＰa)、高弾性(３０ＧＰａ)で、かつフレキシブルであることから、ガラス基板等と比べてセンサ基板３３を薄型化できる。
【００８４】
センサ基板３３としてガラス基板を用いた場合、センサパネル２３全体としての厚みは、例えば０．７ｍｍ程度になるが、センサ基板３３として光透過性を有する合成樹脂からなる薄型の基板を用いることにより、センサパネル２３全体としての厚みを、例えば０．１ｍｍ程度に薄型化できると共に、センサパネル２３に可撓性をもたせることができる。また、センサパネル２３に可撓性をもたせることで、放射線撮影装置１０の耐衝撃性が向上し、放射線撮影装置１０に衝撃が加わった場合にも破損し難くなる。また、プラスチック樹脂や、アラミド、バイオナノファイバ等は何れも放射線の吸収が少なく、センサ基板３３をこれらの材料で形成した場合、センサ基板３３による放射線の吸収量も少なくなるため、ＩＳＳ方式によりセンサパネル２３を放射線が透過する構成であっても、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。
【００８５】
上記実施形態では、センサパネル２３として、光電変換部４６及びＴＦＴ４７からなる光センサ３４を用いたが、ＣＭＯＳセンサ、あるいは光電変換部（フォトダイオード）に有機光電変換材料を用いた有機ＣＭＯＳセンサを光センサとして使用してもよい。基板に単結晶シリコンを用いるＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサは、アモルファスシリコンを用いた光電変換部と比べてキャリア移動度が３〜４桁ほど速く、放射線透過性が高いという特性を有しているためＩＳＳ方式の放射線検出器に好適である。なお、有機ＣＭＯＳセンサについては、特開２００９−２１２３７７号公報において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８６】
上記ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサを、プラスチックフイルム上に形成された有機薄膜トランジスタによって構成してもよい。なお、有機薄膜トランジスタについては、「Tsuyoshi Sekitani、「Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability」、Nature Materials 9、平成２２年１１月７日、p.1015-1022」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８７】
また、上記ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、フレキシブル性を有するプラスチック基板上に、単結晶シリコンによって形成されたフォトダイオード及びトランジスタを配置した構成を用いてもよい。プラスチック基板上へのフォトダイオード及びトランジスタの配置には、例えば、数十ミクロン程度の大きさのデバイスブロックを溶液中で散布し、任意の基板上の必要な位置に配置する技術であるFluidic Self-Assembly(FSA)法を用いることができる。なお、ＦＳＡ法については、「前澤宏一、「Fluidic Self-Assemblyのための共鳴トンネルデバイスブロック作製技術」、電子情報通信学会技術研究報告 ED,電子デバイス、社団法人電子情報通信学会、平成２０年６月６日、１０８巻、８７号、p.67-71」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８８】
上記実施形態では、放射線検出器をカセッテサイズの筐体に組み込む例について説明したが、立位型、臥位型の撮影装置や、マンモグラフィ装置に組み込むことも可能である。また、放射線としてＸ線を例に説明したが、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用するものでもよい。その他、上記の実施形態で説明した本発明に係る放射線撮影装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 放射線撮影装置
１９ 放射線検出器
２３ センサパネル
２４ シンチレータ
２５ 反射層
４０ 第１変換層
４１ 第２変換層
４２ ファイバーオプティックプレート
４３ 光ファイバ
４４ 反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を光に変換するシンチレータと、シンチレータによって放射線から変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルとを有する放射線撮影装置と、シンチレータ及びその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
照射された放射線、例えばＸ線を光に変換するシンチレータと、シンチレータによって変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルとを対面配置した間接変換方式の放射線検出器を用いて、被検体を透過した放射線により表される放射線画像を撮影できるようにした放射線撮影装置が実用化されている。
【０００３】
間接変換方式の放射線検出器には、「裏面読取方式(ＰＳＳ：Penetration Side Sampling)」と、「表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling)」と呼ばれる方式が知られている。ＰＳＳ方式は、放射線の入射側からシンチレータ及びセンサパネルを順に配置し、シンチレータにより放射線から変換された光をセンサパネルによって検出する。これに対し、ＩＳＳ方式は、放射線の入射側からセンサパネル及びシンチレータを順に配置し、センサパネルを透過した放射線をシンチレータで光に変換してセンサパネルで検出する。シンチレータは、放射線入射側がより強く発光するので、シンチレータの放射線入射側にセンサパネルを配置するＩＳＳ方式は、ＰＳＳ方式に比べて感度と放射線画像の分解能とが高くなる。
【０００４】
また、シンチレータには、ヨウ化セシウム（以下、ＣｓＩと呼ぶ）等を基板に蒸着することにより、光出射方向に沿って複数の柱状結晶を立設したものがある。柱状結晶からなるシンチレータでは、放射線の照射によって発生した光は、柱状結晶のライトガイド効果によって柱状結晶中を全反射しながらセンサパネルに向けて進行するので、シンチレータから出射される光の散乱が抑制される。したがって、柱状結晶からなるシンチレータを用いた放射線撮影装置では、照射された放射線を画像として検出する際に、画像の鮮鋭度の低下を抑制することができる。
【０００５】
ＰＳＳ方式の放射線検出器を用いた放射線撮影装置として、例えば特許文献１記載のものが知られている。この放射線撮影装置では、放射線入射側から順に、ＧＯＳを用いた柱状の蛍光体層と平板状の蛍光体層とを積層したシンチレータを用いるとともに、柱状の蛍光体層の粒子径を平板状の蛍光体層よりも大きくすることが開示されている。放射線入射側に柱状の蛍光体層を配置することで鮮鋭性を向上させ、また柱状の蛍光体層の粒子径を大きくすることで感度を向上させている。
【０００６】
ＩＳＳ方式を用いた放射線撮影装置として、例えば特許文献２記載のものが知られている。この放射線撮影装置では、放射線入射側から第２及び第１の蛍光体層を順に配置することにより放射線を光に変換する効率を向上させている。また、第１の蛍光体層に、第１の蛍光体層によって変換された光を吸収する吸収剤を含ませることにより、第１の蛍光体層によって変換された光の側方散乱光を吸収剤によって吸収し、鮮鋭度を向上させている。特許文献２には、第１及び第２の蛍光体層に同じ材質、または異なる材質を用いることが開示されており、その一例として、第２の蛍光体層にＧＯＳからなる平板状の蛍光体層を用い、第１の蛍光体層にＣｓＩからなる柱状の蛍光体層を用いることが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８１９４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、放射線撮影装置の感度、分解能及び鮮鋭性を向上させるには、ＩＳＳ方式の放射線検出器に、ＣｓＩからなるシンチレータを用いるのが望ましい。しかし、ＣｓＩはＧＯＳ等の他の蛍光体に比べて格段に価格が高い。また、ＣｓＩは、硬くて脆い性質を有するため、ＣｓＩの破損を防止するための保護構造が必要となる。例えば可搬型の放射線撮影装置にＣｓＩからなるシンチレータを搭載する場合には、病室等でベッドに寝ている患者の下に可搬型の放射線撮影装置を挿入して撮影することがあるため、シンチレータを患者の体重から守るために耐過重性を付与する保護構造が必要となり、放射線撮影装置の重量が重くなってしまう。
【０００９】
特許文献１記載のシンチレータは、ＣｓＩよりも安価で破損しにくいＧＯＳからなり、感度、分解能及び鮮鋭性の向上が可能であるため、このシンチレータを使用することにより、上記問題の解決が可能である。しかし、特許文献１には、ＩＳＳ方式に関する記載はなく、当然ながら特許文献１の構成をＩＳＳ方式に適用する際に、センサパネルに対して柱状の蛍光体層と平板状の蛍光体層とをどのような順番で積層するかも記載がない。また、鮮鋭度と感度を両立するという特許文献１の課題から、当該シンチレータをＩＳＳ方式に適用した場合を予測すると、センサパネルに近い位置に柱状の蛍光体層が配置され、その下に平板状の蛍光体層が配置されると考えられるが、センサパネルから遠い位置に平板状の蛍光体層を配置しても何ら性能上の効果が得られず、シンチレータの構造が複雑化してコストアップするだけである。また、特許文献１では、柱状の蛍光体層をスクリーン印刷やサンドブラスト法によって形成しているが、これらの手法では、例えばセンサパネルの画素サイズ以下の柱径を有する高アスペクト比の柱状体は形成できない。
【００１０】
なお、特許文献１記載のシンチレータをＩＳＳ方式に適用する際に、放射線入射側から順に、平板状の蛍光体層と柱状の蛍光体層とを配置し、平板状の蛍光体層の粒子径を大きくすることは考え難い。このような構成にすると、感度は向上するものの、鮮鋭性が悪化するためである。
【００１１】
また、特許文献２記載のシンチレータのように、ＧＯＳからなる第２の蛍光体層と、ＣｓＩからなる第１の蛍光体層とを積層したシンチレータを用いることにより、ＣｓＩによる効果を得ながら、ＣｓＩの使用量を減らしてコストダウンすることが可能である。しかし、このような異なる材質からなるシンチレータは、その積層の仕方によって各種問題が発生することが考えられる。例えば、センサパネルにＧＯＳを塗布して第２の蛍光体層を形成し、第２の蛍光体層の上にＣｓＩを蒸着して第１の蛍光体層を形成する場合には、ＣｓＩの蒸着が失敗するとセンサパネルと第２の蛍光体層もＮＧ品となるため、歩留りの点で好ましくない。
【００１２】
また、蒸着基板にＣｓＩを蒸着して第１の蛍光体層を形成し、第１の蛍光体層の上にＧＯＳを塗布して第２の蛍光体層を形成する場合には、ＣｓＩの柱状結晶間にＧＯＳが入り込み、ＣｓＩの光ガイド効果が低下してしまう。以上のような問題を回避するため、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを別々に形成して押し当てる、あるいは貼り合わせることが考えられるが、押し当てでは第１の蛍光体層と第２の蛍光体層との間に僅かな空気層が生じ、押し当て界面で光が反射することが考えられる。また、貼り合せでは、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを均一に密着させることが難しく、貼り合せに用いた接着剤等の経時変化により密着性が悪化することが懸念される。
【００１３】
本発明は、上記問題を解決するため、ＣｓＩよりも安価でかつ破損しにくい材質からなるシンチレータを使用して、ＣｓＩを用いたシンチレータと同様の作用効果が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の放射線撮影装置は、シンチレータ、センサパネルを有している。シンチレータは、平板状の蛍光体からなる第１変換層と、第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有し、照射された放射線を光に変換する。センサパネルは、シンチレータの光出射側に配置されており、シンチレータにより変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されている。
【００１５】
シンチレータは、放射線の入射側から順に第１変換層と第２変換層とが配置されている。また、センサパネルは、第１変換部の放射線入射側に配置されており、画素が設けられた検出面が第１変換部と対面していることが好ましい。第２変換層の放射線入射側と反対側に、シンチレータによって放射線から変換された光をセンサパネルに向けて反射する反射層を配置してもよい。
【００１６】
第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、各光ファイバ内に充填された蛍光体とから構成されている。光ファイバの内面には、反射膜を設けてもよい。
【００１７】
第１変換部及び第２変換部に用いられる蛍光体は、ＣｓＩに比べて安価で破損しにくいプラスチックシンチレータであることが好ましい。プラスチックシンチレータとしては、樹脂バインダ中にＧＯＳの粒子が分散されたものが好ましい。また、放射線から光に変換する変換効率を高くするため、第１変換部の厚みは、第２変換部の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００１８】
また、本発明のシンチレータは、平板状の蛍光体からなる第１変換層と、第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有するものである。第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、各光ファイバ内に充填された蛍光体とから構成されている。光ファイバの内面には、反射膜を設けてもよい。
【００１９】
また、本発明のシンチレータの製造方法は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートの各光ファイバ内に蛍光体ペーストを充填し、複数の柱状蛍光体からなる第２変換層を形成する工程と、ファイバーオプティックプレートの一方の面に、蛍光体ペーストを塗布し、柱状蛍光体と一体に平板状の第１変換層を形成する工程とから構成されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のシンチレータ及び放射線撮影装置によれば、平板状の蛍光体からなる第１変換層と複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを備えたシンチレータを用いるので、高価で破損しやすいＣｓＩを用いなくても、ＣｓＩの柱状結晶と同様な光ガイド効果を得ることができ、放射線画像の分解能及び鮮鋭性を向上させることができる。また、第１変換層と第２変換層とを一体に設けているので、第１変換層と第２変換層とを別体に設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層と第２変換層との間に空気層が生じることがなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【００２１】
また、本発明はＩＳＳ方式の放射線検出器に用いることにより、反射層に向けて伝播される光を第２変換層によってガイドすることができるので、放射線画像のボケを抑制することができる。また、第２変換層は、ファイバーオプティックプレートと、このファイバーオプティックプレートの各光ファイバ内に充填された蛍光体とで構成しているので、高アスペクト比を有する柱状蛍光体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】放射線撮影装置を一部破断して示す斜視図である。
【図２】放射線撮影装置の概略断面図である。
【図３】放射線検出器の端部側断面図である。
【図４】シンチレータの外観を示す斜視図である。
【図５】シンチレータの製造手順を示す説明図である。
【図６】光センサの構成を模式的に示した断面図である。
【図７】放射線撮影装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図８】コンソール及び放射線発生装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図９】シンチレータで発生した光のシンチレータ内での伝播状態を模式的に示す概略図である。
【図１０】光ファイバ内に反射膜を設けた放射線検出器の端部側断面図である。
【図１１】板状のシンチレータ内での光の伝播状態を模式的に示す概略図である。
【図１２】ＰＳＳ方式の放射線検出器における板状のシンチレータ内での光の伝播状態を模式的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る放射線撮影装置１０は、全体形状がおよそ箱形で、矩形状の上面が放射線の照射面１１とされた筐体１２を備えている。筐体１２は、放射線、例えばＸ線を透過させる材料からなり、照射面１１が設けられている天板１３以外の部分は、例えばＡＢＳ樹脂等から構成され、天板１３は例えばカーボン等から構成されている。これにより、天板１３による放射線の吸収を抑制しつつ、天板１３の強度が確保される。なお、筐体１２は、放射線により感光材料に画像を記録する構成を備えた旧来のカセッテと同サイズであり、当該カセッテに代えて使用できるようになっている。
【００２４】
放射線撮影装置１０の照射面１１には、複数個のＬＥＤからなり、放射線撮影装置１０の動作モード(例えば「レディ状態」や「データ送信中」等)やバッテリの残容量等の動作状態を表示するための表示部１６が設けられている。なお、表示部１６は、ＬＥＤ以外の発光素子で構成してもよいし、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示手段で構成してもよい。また、表示部１６は、照射面１１以外の部位に設けてもよい。
【００２５】
放射線撮影装置１０の筐体１２内には、照射面１１に対面するように、被撮影者の体を透過した放射線を検出するために、パネル状の放射線検出器１９が配置されている。また、筐体１２の内部には、照射面１１の短手方向に沿った一端側に、マイクロコンピュータを含む各種の電子回路や、充電可能かつ着脱可能なバッテリ(二次電池)を収容するケース２０が配置されている。放射線検出器１９を含む放射線撮影装置１０の各種電子回路は、ケース２０内に収容されたバッテリから供給される電力によって作動する。筐体１２内のうちケース２０の照射面１１側には、ケース２０内に収容された各種電子回路が放射線の照射に伴って損傷することを回避するため、鉛板等からなる放射線遮蔽部材が配設されている。
【００２６】
放射線検出器１９は、放射線が照射される方向に沿って、照射面１１側からセンサパネル２３、シンチレータ２４及び反射層２５が積層された構成を有している。図２に示すように、センサパネル２３は、天板１３の内面に全面にわたって接着剤により貼り付けられている。センサパネル２３の下面には、シンチレータ２４が配置されており、シンチレータ２４の下面には、反射層２５が配置されている。シンチレータ２４の外周には、シンチレータ２４を湿気などから保護する封止剤２８が設けられている。筐体１２内の底面には、制御基板２９が配置されている。制御基板２９とセンサパネル２３とは、フレキシブルケーブル３０を介して電気的に接続されている。
【００２７】
図３は、放射線検出器１９の端縁側の断面図である。センサパネル２３は、シンチレータ２４から放射された光を検出するものであり、平板状で平面視における外形形状が矩形状とされたセンサ基板３３と、センサ基板３３の下面に設けられた光センサ３４とを備えている。センサ基板３３には、光センサ３４を構成するフォトダイオード(ＰＤ：PhotoDiode)を例えばアモルファスシリコンの蒸着によって形成するため、耐熱性を有するガラス基板が用いられている。センサ基板３３の厚みは、例えば７００μｍ程度である。
【００２８】
シンチレータ２４は、接着剤３７によりセンサパネル２３に貼り付けられている。シンチレータ２４は、被撮影者の体を透過して筐体１２の照射面１１に照射され、天板１３及びセンサパネル２３を透過して照射された放射線を吸収して光を放出する。一般に、シンチレータとしては、例えばＣｓＩ：Ｔｌ(タリウムを添加したヨウ化セシウム）)や、ＣｓＩ：Ｎａ(ナトリウム賦活ヨウ化セシウム)、ＧＯＳ(Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ)等の材料を用いることができる。本実施形態では、シンチレータ２４として、ＣｓＩよりも安価で破損しにくいという特性を利用するため、蛍光体粒子、例えばＧＯＳの粒子を樹脂バインダ中に分散させたプラスチックシンチレータを用いている。
【００２９】
シンチレータ２４は、放射線入射側、すなわちセンサパネル２３に貼り合わされる側から順に積層された平板状の第１変換層４０と、第１変換層４０と一体に設けられた柱状の第２変換層４１とから構成されている。図４に示すように、第２変換層４１は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレート（以下、ＦＯＰと呼ぶ）４２の各光ファイバ４３内にＧＯＳを充填したものである。
【００３０】
シンチレータ２４は、例えば厚みが５００μｍのＧＯＳ製の平板状シンチレータと同等の発光量を得るため、第１変換層４０の厚みを３００μｍ、第２変換層４１の厚みを２５０μｍとし、総厚みを５５０μｍとしている。本実施形態のシンチレータ２４の総厚みが平板状のシンチレータよりも厚いのは、第２変換層４１に使用されているＧＯＳの量が平板状のシンチレータに比べて少なくなるのを補うためである。なお、シンチレータ２４の総厚み及び各層の厚みは一例であり、これに限定されるものではない。
【００３１】
シンチレータ２４は、例えば次のような手順で製造される。図５（Ａ）に示すように、最初の工程では、複数の中空の光ファイバ４３を束にしたＦＯＰ４２の一方の面をＧＯＳの粒子がバインダ中に分散されたＧＯＳペースト内に浸漬させ、毛細管現象を利用して各光ファイバ４３内の全域にＧＯＳペーストを充填させて、第２変換層４１を形成する。その際、ＦＯＰ４２の他方の面は、充填されたＧＯＳペーストが流れ出ないように密着性のよい閉塞板４５で塞いでおくのが好ましい。なお、ＧＯＳペーストに使用するバインダの種類、及びＧＯＳペーストの粘度等は、光ファイバ４３の内径に応じて適宜選択可能である。
【００３２】
図５（Ｂ）に示すように、次の工程では、ＦＯＰ４２の一方の面上にＧＯＳペーストを塗布して、平板状の第１変換層４０を形成する。なお、第１変換層４０の形成に使用するＧＯＳペーストは、塗布後に流れ落ちるのを防止するため、第２変換層４１の形成に使用したＧＯＳペーストよりも高粘度なものが用いられる。その後、第１変換層４０及び第２変換層４１を構成するＧＯＳペーストが乾燥されて硬化することにより、第１変換層４０と第２変換層４１とが一体に形成されたシンチレータ２４が完成する。
【００３３】
このように、シンチレータ２４は、ＣｓＩの柱状結晶と同様な構成を有する第２変換層４１をＧＯＳによって形成することができるので、コストダウンが可能であり、シンチレータ２４の補強構造を設けなくてもシンチレータ２４の破損を抑制することができる。また、第１変換層４０及び第２変換層４１を一体に設けているので、第１変換層４０と第２変換層４１とを別体で設けて貼り合わせる場合のように、第１変換層４０と第２変換層４１との間に光を反射するような空気層が生じることはなく、貼り合せ状態が径年劣化することもない。
【００３４】
シンチレータ２４は、センサパネル２３に貼り付けられた状態で、大気中の水分に対してバリア性を有する保護膜４４によって覆われている。保護膜４４の材質には、例えば熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相重合で得られる有機膜が用いられる。有機膜としては、ポリパラキシリレン製樹脂の熱ＣＶＤ法によって形成された気相重合膜、または含フッ素化合物不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜不飽和炭化水素モノマーのプラズマ重合膜が用いられる。また有機膜と無機膜の積層構造を用いることも出来、無機膜の材料としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）膜、Ａｌ２Ｏ３等が好適である。
【００３５】
反射層２５は、例えばシンチレータ２４に対する面が鏡面加工された金属板からなり、シンチレータ２４によって放射線から変換された光をセンサパネル２３に向けて反射することにより、検出光量を増加させて放射線検出器１９の検出感度を向上させる。反射層２５は、センサパネル２３にシンチレータ２４が貼り付けられ、保護膜４４によってシンチレータ２４が覆われた後に、保護膜４４の密着力を用いてシンチレータ２４に密着されている。なお、反射層２５は、光透過性の高い接着剤によってシンチレータ２４に貼り付けてもよい。
【００３６】
本実施形態では、シンチレータ２４の放射線照射面側にセンサパネル２３が配置されているが、シンチレータとセンサパネルとをこのような位置関係で配置する方式は、「表面読取方式（ＩＳＳ：Irradiation Side Sampling)」と称する。シンチレータは、放射線入射側がより強く発光するので、シンチレータの放射線入射側に光検出部を配置する表面読取方式（ＩＳＳ）は、シンチレータの放射線入射側と反対側に光検出部を配置する「裏面読取方式(ＰＳＳ：Penetration Side Sampling)」よりも光検出部とシンチレータの発光位置とが接近することから、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高く、また光検出部の受光量が増大することで、結果として放射線撮影装置の感度が向上する。
【００３７】
次に、センサパネル２３の光センサ３４について説明する。図６に示すように、光センサ３４は、フォトダイオード(ＰＤ：PhotoDiode)等からなる光電変換部４６、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ：Thin Film Transistor)４７、及び蓄積容量４８を備えた画素部４９からなり、画素部４９は、センサ基板３３上にマトリクス状に複数形成されている。また、センサパネル２３のうち、放射線の到来方向と反対側の面には、センサ基板３３上を平坦にするための平坦化層５０が形成されている。上述したように、センサパネル２３は、接着層５１によって天板１３に貼り付けられている。
【００３８】
光電変換部４６は、下部電極４６ａと上部電極４６ｂとの間に、シンチレータ２４から放出された光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換膜４６ｃが配置されて構成されている。なお、下部電極４６ａは、シンチレータ２４から放出された光を光電変換膜４６ｃに入射させる必要があるため、少なくともシンチレータ２４の発光波長に対して透明な導電性材料で構成することが好ましく、具体的には、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（TCO;Transparent Conducting Oxide）を用いることが好ましい。
【００３９】
なお、下部電極４６ａとしてＡｕなどの金属薄膜を用いることもできるが、９０％以上の光透過率を得ようとすると抵抗値が増大し易くなるため、ＴＣＯの方が好ましい。例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２等を用いることが好ましく、プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からＩＴＯが最も好ましい。なお、下部電極４６ａは、全画素部共通の一枚構成としてもよいし、画素部毎に分割してもよい。
【００４０】
光電変換膜４６ｃを構成する材料は、光を吸収して電荷を発生する材料であればよく、例えば、アモルファスシリコンや有機光電変換材料等を用いることができる。光電変換膜４６ｃをアモルファスシリコンで構成した場合、シンチレータ２４から放出された光を広い波長域に亘って吸収するように構成することができる。アモルファスシリコンからなる光電変換膜４６ｃの形成には、蒸着を行う必要があるため、センサ基板３３には、耐熱性を有するガラス基板を用いるのが好ましい。
【００４１】
ＴＦＴ４７は、ゲート電極、ゲート絶縁膜及び活性層(チャネル層)が積層され、更に活性層上にソース電極とドレイン電極が所定の間隔を隔てて形成されている。活性層は、例えばアモルファスシリコンや非晶質酸化物、有機半導体材料、カーボンナノチューブ等のうちの何れかにより形成することができるが、活性層を形成可能な材料はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
図７に示すように、光センサ３４には、一定方向(行方向)に沿って延設され個々のＴＦＴ４７をオンオフさせるための複数本のゲート配線５４と、前記一定方向と交差する方向(列方向)に沿って延設され、蓄積容量４８(及び光電変換部４６の下部電極４６ａと上部電極４６ｂの間)に蓄積された電荷をオン状態のＴＦＴ４７を介して読み出すための複数本のデータ配線５５が設けられている。
【００４３】
センサパネル２３の個々のゲート配線５４はゲート線ドライバ５８に接続されており、個々のデータ配線５５は信号処理部５９に接続されている。被撮影者の体を透過した放射線(被撮影者の体の画像情報を担持した放射線)が放射線撮影装置１０に照射されると、シンチレータ２４のうち照射面１１上の各位置に対応する部分からは、前記各位置における放射線の照射量に応じた光量の光が放出され、個々の画素部４９の光電変換部４６では、シンチレータ２４のうちの対応する部分から放出された光の光量に応じた大きさの電荷が発生され、この電荷が個々の画素部４９の蓄積容量４８(及び光電変換部４６の下部電極４６ａと上部電極４６ｂの間)に蓄積される。
【００４４】
上記のようにして個々の画素部４９の蓄積容量４８に電荷が蓄積されると、個々の画素部４９のＴＦＴ４７は、ゲート線ドライバ５８からゲート配線５４を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、ＴＦＴ４７がオンされた画素部４９の蓄積容量４８に蓄積されている電荷は、アナログの電気信号としてデータ配線５５を伝送されて信号処理部５９に入力される。従って、個々の画素部４９の蓄積容量４８に蓄積された電荷は行単位で順に読み出される。
【００４５】
信号処理部５９は、個々のデータ配線５５毎に設けられた増幅器及びサンプルホールド回路を備えており、個々のデータ配線５５を伝送された電気信号は増幅器で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。また、サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換器が順に接続されており、個々のサンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に(シリアルに)入力され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルの画像データへ変換される。
【００４６】
信号処理部５９には画像メモリ６２が接続されており、信号処理部５９のＡ／Ｄ変換器から出力された画像データは画像メモリ６２に順に記憶される。画像メモリ６２は複数フレーム分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ６２に順次記憶される。
【００４７】
画像メモリ６２は、放射線撮影装置１０全体の動作を制御する制御部６４と接続されている。制御部６４は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵ６４ａ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むメモリ６４ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部６４ｃを備えている。
【００４８】
また、制御部６４には無線通信部６６が接続されている。無線通信部６６は、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ等に代表される無線ＬＡＮ(Local Area Network)規格に対応しており、無線通信による外部機器との間での各種情報の伝送を制御する。制御部６４は、無線通信部６６を介してコンソール７０(図８参照)と無線通信が可能とされており、コンソール７０との間で各種情報の送受信が可能とされている。
【００４９】
また、放射線撮影装置１０には電源部６７が設けられており、上述した各種電子回路(ゲート線ドライバ５８や信号処理部５９、画像メモリ６２、無線通信部６６、制御部６４等)は電源部６７と各々接続され(図示省略)、電源部６７から供給された電力によって作動する。電源部６７は、放射線撮影装置１０の可搬性を損なわないように、前述のバッテリ(二次電池)を内蔵しており、充電されたバッテリから各種電子回路へ電力を供給する。ゲート線ドライバ５８、信号処理部５９、画像メモリ６２、制御部６４、無線通信部６６及び電源部６７は、上述したケース２０内、もしくは制御基板２９に設けられている。
【００５０】
図８に示すように、コンソール７０はコンピュータからなり、装置全体の動作を司るＣＰＵ７１、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ７２、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ７３、及び、各種データを記憶するＨＤＤ７４を備え、これらはバスを介して互いに接続されている。またバスには、通信Ｉ／Ｆ部７５及び無線通信部７６が接続され、ディスプレイ７７がディスプレイドライバ７８を介して接続され、更に、操作パネル７９が操作入力検出部８０を介して接続されている。
【００５１】
通信Ｉ／Ｆ部７５は接続端子７５ａ、通信ケーブル８２及び放射線発生装置８３の接続端子８３ａを介して放射線発生装置８３と接続されている。コンソール７０(のＣＰＵ７１)は、放射線発生装置８３との間での曝射条件等の各種情報の送受信を通信Ｉ／Ｆ部７５経由で行う。無線通信部７６は放射線撮影装置１０の無線通信部６６と無線通信を行う機能を備えており、コンソール７０(のＣＰＵ７１)は放射線撮影装置１０との間で、画像データ等の各種情報の送受信を無線通信部７６経由で行う。また、ディスプレイドライバ７８はディスプレイ７７への各種情報を表示させるための信号を生成・出力し、コンソール７０(のＣＰＵ７１)はディスプレイドライバ７８を介して操作メニューや撮影された放射線画像等をディスプレイ７７に表示させる。また、操作パネル７９は複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される。操作入力検出部８０は操作パネル７９に対する操作を検出し、検出結果をＣＰＵ７１へ通知する。
【００５２】
放射線発生装置８３は、放射線源８５と、コンソール７０との間で曝射条件等の各種情報の送受信を行う通信Ｉ／Ｆ部８６と、コンソール７０から受信した曝射条件(この曝射条件には管電圧、管電流の情報が含まれている)に基づいて放射線源８５を制御する線源制御部８７とを備えている。
【００５３】
次に本実施形態の作用を説明する。放射線撮影装置１０を使用して放射線画像の撮影を行う場合、撮影者（例えば放射線技師等）は、被撮影者の撮影対象部位と撮影台との間に、照射面１１側を上方へ向けた放射線撮影装置１０を挿入し、向きや位置等を調整する準備作業を行う。
【００５４】
撮影者は、準備作業が完了すると、操作パネル７９を操作して撮影開始を指示する。これにより、コンソール７０では、曝射開始を指示する指示信号を放射線発生装置８３へ送信し、放射線発生装置８３は放射線源８５から放射線を射出させる。放射線源８５から射出された放射線は、被撮影者の体を透過して放射線撮影装置１０の照射面１１に照射され、天板１３及びセンサパネル２３を透過してシンチレータ２４に照射される。
【００５５】
シンチレータ２４に照射された放射線は、シンチレータ２４の放射線の入射面近傍、すなわち第１変換層４０で大部分が光に変換され、第１変換層４０を通過した放射線は第２変換層４１によって光に変換される。ＧＯＳは、柱状結晶からなるＣｓＩに比べて充填率が高いため発光効率が高く、本実施形態では第１変換層４０及び第２変換層４１の２つの層で放射線を光に変換しているため、更に高い変換効率を得ることができる。これにより、放射線検出器１９の感度が向上する。
【００５６】
図９に示すように、本実施形態の放射線検出器１９において、第１変換層４０で変換された光は全方向に向かうが、このうちセンサパネル２３側に向かった光は、センサパネル２３までの距離が短いので、光の発生位置と近い位置でセンサパネル２３に入射することになる。したがって、第１変換層４０で変換された光により放射線画像にボケは生じない。また、第１変換層４０で変換された光のうち、反射層２５側に向かった光は、第１変換層４０及び第２変換層４１内を伝播されて反射層２５により反射され、再び第２変換層４１及び第１変換層４０内を伝播されてセンサパネル２３に入射するため、光の伝播距離はセンサパネル２３に直接向かう場合と比べて非常に長くなる。
【００５７】
図１１に示すように、例えば、従来の平板状のシンチレータ９０を用いた放射線検出器９１では、シンチレータ９０の放射線の入射面近傍で発生した光は、反射層９２までシンチレータ９０内を伝播される間に、シンチレータ９０の面方向における位置が光の発生位置から離れていき、反射層９２で反射されてセンサパネル９３まで伝播される間に更に遠くまで離れていくことがあり、このように発生位置から離れた光が本来入射するはずの画素部に入射せず、隣接する画素部や更に遠くの画素部に入射することによって放射線画像にボケが生じていた。
【００５８】
これに対し、図９に示す本実施形態のシンチレータ２４では、第１変換層４０から第２変換層４１に伝播された光は、第２変換層４１の各光ファイバ４３の光ガイド効果によって、光ファイバ４３内を全反射しながら反射層２５に向い、反射層２５で反射されてセンサパネル２３に向かう際にも光ファイバ４３内でガイドされながら進行していくため、第１変換層４０内での光の発生位置から近い画素部４９に光を入射させることができる。これにより、放射線画像のボケを抑えることができ、ＧＯＳからなるシンチレータ２４を使用しながら、ＣｓＩからなるシンチレータと同様に放射線画像の分解能及び鮮鋭性を向上させることができる。また、第２変換層４１で放射線から変換された光も光ファイバ４３によってガイドされてセンサパネル２３の方向または反射層２５の方向に向かうので、放射線画像の分解能及び鮮鋭性の向上に寄与することができる。
【００５９】
センサパネル２３は、画素部４９に照射された光を画像として検出し、画像メモリ６２に画像データを記憶する。ＣＰＵ６４ａは、画像メモリ６２に記憶された画像データを無線通信部６６によってコンソール７０へ送信する。コンソール７０のＣＰＵ７１は、放射線撮影装置１０から受信した画像データを、ＲＡＭ７３を介してＨＤＤ７４に記憶する。また、ＣＰＵ７１は、ディスプレイドライバ７８を介して、ＨＤＤ７４に記憶されている画像データからなる放射線画像をディスプレイ７７に表示させる。
【００６０】
上述したように、ＩＳＳ方式の放射線検出器１９は、第１変換層４０で発光した光のうち、センサパネル２３と反対側の反射層２５に向かう光に対するガイド効果のみを必要とするため、平板状の第１変換層４０と柱状の第２変換層４１とを積層して用いることによる効果が大きい。これに対し、図１２に示すように、放射線の入射側から反射層９５、シンチレータ９６及びセンサパネル９７を配置したＰＳＳ方式の放射線検出器９８では、シンチレータ９６の放射線入射面側で発生してセンサパネル９７に向かう光と、反射層９５で反射されてからセンサパネル９７に向かう光の両方にガイド効果が必要となるため、シンチレータ９６全体を柱状にしたほうが効果は大きく、本実施形態のように平板状の第１変換層４０と柱状の第２変換層４１とを積層しても、ＩＳＳ方式の放射線検出器１９ほどは効果が得られない。したがって、本発明は、ＩＳＳ方式の放射線検出器に特に有用であると言える。
【００６１】
上記実施形態では、第２変換層４１にＦＯＰ４２を用いたが、図１０に示すように、光ファイバ４３の内面に予めアルミニウム膜等の反射膜４３ａを形成しておいてもよい。これによれば、反射膜４３ａによる反射効率がアップし、光ファイバ４３による光ガイド効果が向上するので、放射線画層の分解能及び鮮鋭性が更に向上させることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、ＧＯＳからなるプラスチックシンチレータを用いたが、その他のプラスチックシンチレータとして、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主成分とするペットボトル用の樹脂を用いてもよい。詳しくは、「独立行政法人放射線医学総合研究所（http://www.nirs.go.jp/information/press/2010/05_19_1.shtml）」にて開示されているが、ペットボトル用の樹脂に放射線を照射することにより、光電子増倍管によって検出可能な光を発生させることができるので、本実施形態のような間接変換型の放射線検出器にも適用可能である。これによれば、シンチレータのコストを大幅に下げることができるので、安価な放射線撮影装置の提供が可能となる。
【００６３】
また、上記実施形態では、光電変換部４６の光電変換膜４６ｃをアモルファスシリコンによって構成したが、光電変換膜４６ｃは、有機光電変換材料を含む材料で構成してもよい。この場合、主に可視光域で高い吸収を示す吸収スペクトルが得られ、光電変換膜４６ｃによるシンチレータ２４から放出された光以外の電磁波の吸収が殆ど無くなるので、Ｘ線やγ線等の放射線が光電変換膜４６ｃで吸収されることで発生するノイズを抑制できる。また、有機光電変換材料からなる光電変換膜４６ｃは、インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドを用いて有機光電変換材料をセンサ基板３３上に付着させることで形成させることができ、センサ基板３３に対して耐熱性は要求されない。このため、ガラス以外の材質からなるセンサ基板を用いることもできる。
【００６４】
光電変換膜４６ｃを有機光電変換材料で構成した場合、光電変換膜４６ｃで放射線が殆ど吸収されないので、放射線が透過するようにセンサパネル２３が配置される表面読取方式（ＩＳＳ）において、センサパネル２３を透過することによる放射線の減衰を抑制することができ、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。従って、光電変換膜４６ｃを有機光電変換材料で構成することは、特にＩＳＳ方式に好適である。
【００６５】
光電変換膜４６ｃを構成する有機光電変換材料は、シンチレータ２４から放出された光を最も効率良く吸収するために、その吸収ピーク波長が、シンチレータ２４の発光ピーク波長と近いほど好ましい。有機光電変換材料の吸収ピーク波長とシンチレータ２４の発光ピーク波長とが一致することが理想的であるが、双方の差が小さければシンチレータ２４から放出された光を十分に吸収することが可能である。具体的には、有機光電変換材料の吸収ピーク波長と、シンチレータ２４の放射線に対する発光ピーク波長との差が１０ｎｍ以内であることが好ましく、５ｎｍ以内であることがより好ましい。
【００６６】
このような条件を満たすことが可能な有機光電変換材料としては、例えばキナクリドン系有機化合物及びフタロシアニン系有機化合物が挙げられる。例えばキナクリドンの可視域における吸収ピーク波長は５６０ｎｍであるため、例えば、シンチレータ２４の材料としてＣｓＩ（Ｔｌ）を用いる場合には、上記ピーク波長の差を５ｎｍ以内にすることが可能となり、光電変換膜４６ｃで発生する電荷量をほぼ最大にすることができる。なお、本発明では、シンチレータ２４にＣｓＩ以外の材質を用いているため、その材質の発光ピーク波長に適合した有機光電変換材料を用いるのが好ましい。
【００６７】
放射線検出パネルに適用可能な光電変換膜４６ｃについて具体的に説明する。放射線検出パネルにおける電磁波吸収／光電変換部位は、電極４６ａ、４６ｂと、該電極４６ａ,４６ｂに挟まれた光電変換膜４６ｃを含む有機層である。この有機層は、より具体的には、電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極、及び、層間接触改良部位等を積み重ねるか、若しくは混合することで形成することができる。
【００６８】
上記有機層は、有機ｐ型化合物または有機ｎ型化合物を含有することが好ましい。有機ｐ型半導体(化合物)は、主に正孔輸送性有機化合物に代表されるドナー性有機半導体(化合物)であり、電子を供与しやすい性質を有する有機化合物である。さらに詳しくは２つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物である。従って、ドナー性有機化合物としては、電子供与性を有する有機化合物であれば何れの有機化合物も使用可能である。有機ｎ型半導体(化合物)は、主に電子輸送性有機化合物に代表されるアクセプター性有機半導体(化合物)であり、電子を受容し易い性質を有する有機化合物である。更に詳しくは２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物である。従って、アクセプター性有機化合物は、電子受容性を有する有機化合物であれば何れの有機化合物も使用可能である。
【００６９】
有機ｐ型半導体及び有機ｎ型半導体として適用可能な材料や、光電変換膜４６ｃの構成については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７０】
また、光電変換部４６は、少なくとも電極対４６ａ,４６ｂと光電変換膜４６ｃを含んでいればよいが、暗電流の増加を抑制するため、電子ブロッキング膜及び正孔ブロッキング膜の少なくとも何れかを設けることが好ましく、両方を設けることがより好ましい。
【００７１】
電子ブロッキング膜は、上部電極４６ｂと光電変換膜４６ｃとの間に設けることができ、上部電極４６ｂと下部電極４６ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、上部電極４６ｂから光電変換膜４６ｃに電子が注入されて暗電流が増加してしまうことを抑制することができる。電子ブロッキング膜には電子供与性有機材料を用いることができる。実際に電子ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料及び隣接する光電変換膜４６ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Ｗｆ)より１．３ｅＶ以上電子親和力(Ｅａ)が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４６ｃの材料のイオン化ポテンシャル(Ｉｐ)と同等のＩｐ、若しくはそれより小さいＩｐを有するものが好ましい。この電子供与性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７２】
電子ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４６の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００７３】
正孔ブロッキング膜は、光電変換膜４６ｃと下部電極４６ａとの間に設けることができ、上部電極４６ｂと下部電極４６ａとの間にバイアス電圧を印加したときに、下部電極４６ａから光電変換膜４６ｃに正孔が注入されて暗電流が増加してしまうことを抑制することができる。正孔ブロッキング膜には電子受容性有機材料を用いることができる。実際に正孔ブロッキング膜に用いる材料は、隣接する電極の材料及び隣接する光電変換膜４６ｃの材料等に応じて選択すればよく、隣接する電極の材料の仕事関数(Ｗｆ)より１．３ｅＶ以上イオン化ポテンシャル(Ｉｐ)が大きく、かつ、隣接する光電変換膜４６ｃの材料の電子親和力(Ｅａ)と同等のＥａ、若しくはそれより大きいＥａを有するものが好ましい。この電子受容性有機材料として適用可能な材料については、特開２００９−３２８５４号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
【００７４】
正孔ブロッキング膜の厚みは、暗電流抑制効果を確実に発揮させると共に、光電変換部４６の光電変換効率の低下を防ぐため、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００７５】
なお、光電変換膜４６ｃで発生した電荷のうち、正孔が下部電極４６ａに移動し、電子が上部電極４６ｂに移動するようにバイアス電圧を設定する場合には、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜の位置を逆にすれば良い。また、電子ブロッキング膜と正孔ブロッキング膜は両方設けることは必須ではなく、何れかを設けておけば、或る程度の暗電流抑制効果を得ることができる。
【００７６】
また、ＴＦＴ４７の活性層を形成可能な非晶質酸化物としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも１つを含む酸化物(例えばＩｎ−Ｏ系)が好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも２つを含む酸化物(例えばＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系)がより好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物が特に好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３(ＺｎＯ)ｍ(ｍは６未満の自然数)で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４がより好ましい。なお、活性層を形成可能な非晶質酸化物はこれらに限定されるものではない。
【００７７】
また、活性層を形成可能な有機半導体材料としては、例えば、フタロシアニン化合物や、ペンタセン、バナジルフタロシアニン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、フタロシアニン化合物の構成については、特開２００９−２１２３８９号公報で詳細に説明されているため、説明を省略する。
【００７８】
ＴＦＴ４７の活性層を非晶質酸化物や有機半導体材料、カーボンナノチューブ等のうちの何れかによって形成すれば、Ｘ線等の放射線を吸収せず、或いは吸収したとしても極めて微量に留まるため、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、活性層をカーボンナノチューブで形成した場合、ＴＦＴ４７のスイッチング速度を高速化することができ、また、ＴＦＴ４７における可視光域の光の吸収度合いを低下させることができる。なお、活性層をカーボンナノチューブで形成する場合、活性層にごく微量の金属性不純物が混入しただけでＴＦＴ４７の性能が著しく低下するため、遠心分離等により非常に純度の高いカーボンナノチューブを分離・抽出して活性層の形成に用いる必要がある。
【００８０】
なお、有機光電変換材料で形成した膜及び有機半導体材料で形成した膜は何れも十分な可撓性を有しているので、有機光電変換材料で形成した光電変換膜４６ｃと、活性層を有機半導体材料で形成したＴＦＴ４７と、を組み合わせた構成であれば、患者の体の重みが荷重として加わるセンサパネル２３の高剛性化は必ずしも必要ではなくなる。
【００８１】
また、センサ基板３は、光透過性を有し且つ放射線の吸収が少ないものであればよい。ここで、ＴＦＴ４７の活性層を構成する非晶質酸化物や、光電変換部４６の光電変換膜４６ｃを構成する有機光電変換材料は、いずれも低温での成膜が可能である。従って、センサ基板３３としては、半導体基板、石英基板、及びガラス基板等の耐熱性の高い基板に限定されず、合成樹脂製の可撓性基板、アラミド、バイオナノファイバを用いることもできる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の可撓性基板を用いることができる。このような合成樹脂製の可撓性基板を用いれば、軽量化を図ることもでき、例えば持ち運び等に有利となる。なお、センサ基板３３には、絶縁性を確保するための絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、平坦性あるいは電極等との密着性を向上するためのアンダーコート層等を設けてもよい。
【００８２】
なお、アラミドは２００度以上の高温プロセスを適用できるため、透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化でき、また、ハンダのリフロー工程を含むドライバＩＣの自動実装にも対応できる。また、アラミドはＩＴＯ（indium tin oxide）やガラス基板と熱膨張係数が近いため、製造後の反りが少なく、割れにくい。また、アラミドは、ガラス基板等と比べて基板を薄型化できる。なお、超薄型ガラス基板とアラミドを積層してセンサ基板３３を形成してもよい。
【００８３】
また、バイオナノファイバは、バクテリア(酢酸菌、Acetobacter Xylinum)が産出するセルロースミクロフィブリル束（バクテリアセルロース）と透明樹脂とを複合したものである。セルロースミクロフィブリル束は、幅５０ｎｍと可視光波長に対して１／１０のサイズで、かつ、高強度、高弾性、低熱膨である。バクテリアセルロースにアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を含浸・硬化させることで、繊維を６０〜７０％も含有しながら、波長５００nmで約９０％の光透過率を示すバイオナノファイバが得られる。バイオナノファイバは、シリコン結晶に匹敵する低い熱膨張係数（３−７ｐｐｍ）を有し、鋼鉄並の強度(４６０ＭＰa)、高弾性(３０ＧＰａ)で、かつフレキシブルであることから、ガラス基板等と比べてセンサ基板３３を薄型化できる。
【００８４】
センサ基板３３としてガラス基板を用いた場合、センサパネル２３全体としての厚みは、例えば０．７ｍｍ程度になるが、センサ基板３３として光透過性を有する合成樹脂からなる薄型の基板を用いることにより、センサパネル２３全体としての厚みを、例えば０．１ｍｍ程度に薄型化できると共に、センサパネル２３に可撓性をもたせることができる。また、センサパネル２３に可撓性をもたせることで、放射線撮影装置１０の耐衝撃性が向上し、放射線撮影装置１０に衝撃が加わった場合にも破損し難くなる。また、プラスチック樹脂や、アラミド、バイオナノファイバ等は何れも放射線の吸収が少なく、センサ基板３３をこれらの材料で形成した場合、センサ基板３３による放射線の吸収量も少なくなるため、ＩＳＳ方式によりセンサパネル２３を放射線が透過する構成であっても、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。
【００８５】
上記実施形態では、センサパネル２３として、光電変換部４６及びＴＦＴ４７からなる光センサ３４を用いたが、ＣＭＯＳセンサ、あるいは光電変換部（フォトダイオード）に有機光電変換材料を用いた有機ＣＭＯＳセンサを光センサとして使用してもよい。基板に単結晶シリコンを用いるＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサは、アモルファスシリコンを用いた光電変換部と比べてキャリア移動度が３〜４桁ほど速く、放射線透過性が高いという特性を有しているためＩＳＳ方式の放射線検出器に好適である。なお、有機ＣＭＯＳセンサについては、特開２００９−２１２３７７号公報において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８６】
上記ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサを、プラスチックフイルム上に形成された有機薄膜トランジスタによって構成してもよい。なお、有機薄膜トランジスタについては、「Tsuyoshi Sekitani、「Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability」、Nature Materials 9、平成２２年１１月７日、p.1015-1022」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８７】
また、上記ＣＭＯＳセンサまたは有機ＣＭＯＳセンサにフレキシブル性を付与するため、フレキシブル性を有するプラスチック基板上に、単結晶シリコンによって形成されたフォトダイオード及びトランジスタを配置した構成を用いてもよい。プラスチック基板上へのフォトダイオード及びトランジスタの配置には、例えば、数十ミクロン程度の大きさのデバイスブロックを溶液中で散布し、任意の基板上の必要な位置に配置する技術であるFluidic Self-Assembly(FSA)法を用いることができる。なお、ＦＳＡ法については、「前澤宏一、「Fluidic Self-Assemblyのための共鳴トンネルデバイスブロック作製技術」、電子情報通信学会技術研究報告 ED,電子デバイス、社団法人電子情報通信学会、平成２０年６月６日、１０８巻、８７号、p.67-71」において詳細に説明されているので、詳しい説明は省略する。
【００８８】
上記実施形態では、放射線検出器をカセッテサイズの筐体に組み込む例について説明したが、立位型、臥位型の撮影装置や、マンモグラフィ装置に組み込むことも可能である。また、放射線としてＸ線を例に説明したが、本発明は、γ線など、Ｘ線以外の放射線を使用するものでもよい。その他、上記の実施形態で説明した本発明に係る放射線撮影装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 放射線撮影装置
１９ 放射線検出器
２３ センサパネル
２４ シンチレータ
２５ 反射層
４０ 第１変換層
４１ 第２変換層
４２ ファイバーオプティックプレート
４３ 光ファイバ
４４ 反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の蛍光体からなる第１変換層と、前記第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有し、照射された放射線を光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータの光出射側に配置され、前記シンチレータにより変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルと、を備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記シンチレータは、放射線の入射側から順に前記第１変換層と前記第２変換層とが配置されており、前記センサパネルは、前記第１変換部の放射線入射側に配置されて、前記画素が設けられた検出面が前記第１変換部と対面していることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記第２変換層の放射線入射側と反対側に、前記シンチレータによって放射線から変換された光を前記センサパネルに向けて反射する反射層を配置したことを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、前記各光ファイバ内に充填された蛍光体とからなることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記光ファイバの内面に反射膜を有することを特徴とする請求項４記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記第１変換部及び前記第２変換部に用いられる蛍光体は、プラスチックシンチレータであることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記プラスチックシンチレータは、樹脂バインダ中にＧＯＳの粒子が分散されたものであることを特徴とする請求項６記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記第１変換部の厚みは、前記第２変換部の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
平板状の蛍光体からなる第１変換層と、
前記第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層と、を有することを特徴とするシンチレータ。
【請求項１０】
前記第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、前記各光ファイバ内に充填された蛍光体とからなることを特徴とする請求項９記載のシンチレータ。
【請求項１１】
前記光ファイバの内面に反射膜を有することを特徴とする請求項１０記載のシンチレータ。
【請求項１２】
複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートの前記各光ファイバ内に蛍光体ペーストを充填して、複数の柱状蛍光体からなる第２変換層を形成する工程と、
前記ファイバーオプティックプレートの一方の面に、前記蛍光体ペーストを塗布して、前記柱状蛍光体と一体に平板状の第１変換層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするシンチレータの製造方法。
【請求項１】
平板状の蛍光体からなる第１変換層と、前記第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層とを有し、照射された放射線を光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータの光出射側に配置され、前記シンチレータにより変換された光を電気信号に変換する複数の画素が二次元に配列されたセンサパネルと、を備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記シンチレータは、放射線の入射側から順に前記第１変換層と前記第２変換層とが配置されており、前記センサパネルは、前記第１変換部の放射線入射側に配置されて、前記画素が設けられた検出面が前記第１変換部と対面していることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記第２変換層の放射線入射側と反対側に、前記シンチレータによって放射線から変換された光を前記センサパネルに向けて反射する反射層を配置したことを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、前記各光ファイバ内に充填された蛍光体とからなることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記光ファイバの内面に反射膜を有することを特徴とする請求項４記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記第１変換部及び前記第２変換部に用いられる蛍光体は、プラスチックシンチレータであることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記プラスチックシンチレータは、樹脂バインダ中にＧＯＳの粒子が分散されたものであることを特徴とする請求項６記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記第１変換部の厚みは、前記第２変換部の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
平板状の蛍光体からなる第１変換層と、
前記第１変換層の一面に一体に立設された複数の柱状蛍光体からなる第２変換層と、を有することを特徴とするシンチレータ。
【請求項１０】
前記第２変換部は、複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートと、前記各光ファイバ内に充填された蛍光体とからなることを特徴とする請求項９記載のシンチレータ。
【請求項１１】
前記光ファイバの内面に反射膜を有することを特徴とする請求項１０記載のシンチレータ。
【請求項１２】
複数の中空の光ファイバを束にしたファイバーオプティックプレートの前記各光ファイバ内に蛍光体ペーストを充填して、複数の柱状蛍光体からなる第２変換層を形成する工程と、
前記ファイバーオプティックプレートの一方の面に、前記蛍光体ペーストを塗布して、前記柱状蛍光体と一体に平板状の第１変換層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするシンチレータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４７２８１（Ｐ２０１２−２４７２８１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８６７７（Ｐ２０１１−１１８６７７）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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