JP5791281B2 - 放射線検出装置及び放射線検出システム - Google Patents

Description

本発明は、医療診断機器、非破壊検査機器等に用いられる放射線検出装置および放射線検出システムに関し、特に、Ｘ線撮影等に用いられる放射線検出装置および放射線検出システムに関する。なお、本明細書では、Ｘ線の他、α線、β線、γ線等の電磁波も、放射線に含まれるものとする。

従来、Ｘ線蛍光体層が内部に備えられた蛍光スクリーンと、両面に乳剤が塗布されたフィルムとを用いたＸ線フィルムシステムが、一般的にＸ線写真撮影に使用されてきた。しかし、最近、Ｘ線を可視光に変換する波長変換体としてのシンチレータ層と、光電変換素子を２次元に配列して構成された２次元光検出器とを有するデジタル放射線検出装置が用いられ始めている。このような放射線検出装置は、画像特性が良好であること、また、検出されたデータをネットワーク化したコンピュータシステムに取り込むことによってデータの共有化が図られる利点があることから、盛んに研究開発が行われ、種々の特許出願もなされている。

上記の放射線検出装置は、特許文献１に開示されているように、複数のフォトセンサーおよび薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴと表記する）等の電気素子が２次元に配置された受光部を有するセンサーパネルと、センサーパネル上に配置された、放射線をフォトセンサーで検出可能な光に変換するためのシンチレータ層とから構成される。シンチレータ層はシンチレータ保護層、反射膜及び反射膜保護層によりシンチレータ層上面および端面を保護されており、シンチレータ層への水分等の侵入によるシンチレータの劣化を防止している。

一方、特許文献２には、フォトセンサーで検出された信号を増幅する増幅素子等を含む周辺回路部を、受光部の外周に配置した放射線検出装置が開示されている。この装置においては、放射線の入射によって増幅素子等の特性が劣化することを防止するため、周辺回路部上に、Ｘ線吸収部材からなる枠体と、銀フィラーからなる保護部材とを設けている。

特開２０００−２８４０５３ 特開２００４−１７７２１７

しかしながら、特許文献２の装置では周辺回路部を放射線から保護するために別途構造物を設置しているので、センサーパネルの小型薄型化が阻害されていた。

上記課題を解決するため、本発明の一つの側面に係る放射線検出装置は、基板上に２次元状に配列された複数の光電変換素子及び複数のスイッチ素子からなる受光部と、前記複数のスイッチ素子と電気的に接続され前記受光部の外周に配置された周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、前記センサーパネルの受光部上に設けられ、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上にシンチレータ層を被覆するように設けられたシンチレータ保護部材と、前記シンチレータ層の外周において、前記センサーパネルとシンチレータ保護部材とに挟まれるように設けられ、前記シンチレータを封止する封止樹脂と、を有し、前記封止樹脂は、前記周辺回路部上に配置され、前記封止樹脂に放射線吸収材料からなる粒子が分散されており、前記シンチレータ保護部材及び前記封止樹脂は、前記周辺回路部上に加熱圧着された領域を有するホットメルト樹脂を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、シンチレータ層を封止する封止樹脂が周辺回路部への放射線の入射量を低減させるため、放射線を遮蔽する部材を別途設置することなく、周辺回路部が受けるダメージを減少させることができる。

本発明の第１の実施形態であるＸ線検出装置の断面図。 図１に示すＸ線検出装置の平面図。 図１に示すＸ線検出装置におけるセンサーパネル。 本発明の第２の実施形態であるＸ線検出装置の断面図。 本発明の第３の実施形態であるＸ線検出装置の断面図。 本発明の放射線検出システムの構成例を示す概念図。 図３に示すセンサーパネルの回路図。

本発明の放射線検出装置は、受光部と、周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、受光部上に配置されたシンチレータ層と、シンチレータ保護部材と、シンチレータ層の外周において、シンチレータ保護部材とセンサーパネルとに挟まれた封止樹脂と、を有する。そして、封止樹脂は、周辺回路部上に配置され、封止樹脂は内部に放射線吸収材料からなる粒子が分散されている。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明に係わる放射線検出装置の第１の実施形態を示す平面図であり、図１は、図２のＡＡ‘における断面図である。また、図３は、図１及び図２に示すセンサーパネルの平面図を示す。これらの図において、同一の部材には同一の符号を付している。

図１において、符号１０１はセンサーパネルを示し、ガラスや樹脂等からなる絶縁性基板１０３上に、光電変換素子１１２およびＴＦＴ（不図示）が半導体層により形成されている。配線１１３は光電変換素子１１２またはＴＦＴに接続されている。このような光電変換素子１１２及び配線１１３が複数、２次元状に配置されて受光部１１７が形成されている。符号１１６は、光電変換素子１１２から出力され、配線１１３等を介して取り出された信号に増幅等の処理を行う周辺回路部を示す。この周辺回路部１１６は、図３に示すように、受光部１１７の外周に配置されている。

符号１０５は外部配線１０７とセンサーパネル１０１を接続する際に使用するボンディングパット部等の接続リードを示す。この接続リード１０５は、半田や異方性導電接着フィルム（ＡＣＦ）等の配線接続部１０６を介してフレキシブル配線板等の外部配線１０７と電気的に接続され、外部電気回路との接続がなされる。１１５は窒化シリコン等からなるセンサー保護層（第１の保護層）、１１４は樹脂膜等により形成された光電変換素子１１２の剛性保護の役割を兼ねたシンチレータ下地層（第２の保護層）である。これら構成要素によってセンサーパネル１０１が構成される。

絶縁性基板１０３は、この上に光電変換素子１１２、配線１１３、及びＴＦＴ（不図示）からなる光電変換部（受光部）が形成されるものであり、材料として、ガラス、耐熱性プラスチック等の樹脂を好適に用いることができる。光電変換素子１１２は、シンチレータ層１０２によって放射線から変換された光を電荷に変換するものであり、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、単結晶シリコンなどの材料を用いて形成することが可能である。光電変換素子１１２の構成は特に限定されず、ＭＩＳ型センサー、ＰＩＮ型センサー、ＴＦＴ型センサー等適宜用いることができる。

配線１１３は、光電変換素子１１２で光電変換された信号をＴＦＴを介して読み出すための信号配線の一部や、周辺回路部１１６で処理された信号を読み出すための信号配線の一部、また光電変換素子に電圧（Ｖｓ）を印加するバイアス配線、又はＴＦＴを駆動するための駆動配線を示す。光電変換素子１１２で光電変換された信号はＴＦＴによって読み出され、周辺回路部１１６、接続リード１０５を介して外部の信号処理回路に出力される。また行方向に配列されたＴＦＴのゲートは行ごとに駆動配線に接続され、不図示のＴＦＴ駆動回路により行毎にＴＦＴが選択される。ＴＦＴのチャネルに用いられる材料としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、単結晶シリコン、非晶質酸化物半導体等があげられる。

センサー保護層（第１の保護層）１１５を形成する材料としては、ＳｉＮやＴｉＯ_２、ＬｉＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の他、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。特にセンサー保護層やシンチレータ下地層は、放射線照射時にシンチレータ層１０２によって変換された光が通過することから、シンチレータ層１０２が放出する光の波長において高い透過率を示すものが望ましい。

シンチレータ下地層（第２の保護層）１１４を形成する材料としては、シンチレータ層形成工程での熱プロセス（柱状結晶構造を有するシンチレータ層の場合、例えば２００℃以上）に耐える材料であればいずれの材料でも良く、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。シンチレータ下地層１１４は、センサー保護層１１５と同一材料を用いる場合は、センサー保護層１１５がシンチレータ下地層１１４の機能を兼ねることになるため、形成しなくてもよい。

符号１０２はシンチレータ層を示し、符号１１０はシンチレータ層１０２の上面を覆うシンチレータ保護層、符号１１１は反射層を示す。シンチレータ層１０２は、放射線を光電変換素子１１２が感知可能な光に変換するものであり、図１に示すように柱状結晶１０８を複数有する構造である。柱状結晶１０８を有するシンチレータは、シンチレータで発生した光が柱状結晶１０８内を伝搬するので光散乱が少なく、解像度を向上させることができる。柱状結晶１０８を形成するシンチレータ層１０２の材料としては、ハロゲン化アルカリを主成分とする材料が好適に用いられる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌ等が用いられる。その作製方法は、例えばＣｓＩ：Ｔｌでは、ＣｓＩとＴｌを同時に蒸着することで形成できる。

本実施形態においては、シンチレータ保護層１１０がシンチレータ保護部材を構成する。シンチレータ層１０２の外周には、封止樹脂１０９がセンサーパネル１０１とシンチレータ保護層１１０とに挟まれるように設けられ、シンチレータ層１０２を封止するよう構成されている。

封止樹脂１０９は、シンチレータ保護層１１０と協働して、シンチレータ層１０２への水分の侵入を防止する防湿機能を有する。このような目的から、封止樹脂１０９は防湿性の高い材料、水分透過性の低い材料から形成されることが好ましい。例えば、封止樹脂１０９としては、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等が好適に用いられ、シリコーン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリイミド系の樹脂も用いることができる。

封止樹脂１０９は、周辺回路部１１６へのＸ線の入射量を低減するため、周辺回路部１１６上に配置されている。図３においては、破線と破線の間の領域が、封止樹脂を配置する領域３０１となる。そして、封止樹脂１０９には、Ｘ線吸収材料から成る粒子が分散されている。この粒子としては、例えばＭｏ，Ｗ，Ｐｂ等の金属微粒子や、ＢａＯ，ＣｅＯ_２，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｄｙ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２等の酸化物微粒子が好適に用いられる。このような粒子の分散により、防湿機能を維持しつつ、周辺回路部１１６において、Ｘ線の照射により誤動作を起こす可能性のある素子を、Ｘ線から保護することができる。

封止樹脂１０９において、封止樹脂とＸ線吸収材料からなる粒子とを合わせた重量に対し、粒子の混合割合は３０重量％以上９０重量％以下の範囲とされることが望ましい。この割合は、３０重量％よりも小さいとＸ線吸収の効果が低下し、９０重量％を越えると封着・封止性能が低下してしまう。

シンチレータ保護層１１０は、シンチレータ層１０２に対して、外気からの水分の侵入を防止する防湿保護機能及び衝撃による構造破壊を防止する衝撃保護機能を有するものである。シンチレータ層１０２として柱状結晶構造を有するシンチレータを用いる場合、シンチレータ保護層１１０の厚さは２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。２０μｍ未満では、シンチレータ層１０２表面の凹凸、及びスプラッシュ部分を完全に被覆することができず、防湿保護機能が低下する恐れがある。上述したスプラッシュは、シンチレーション材料の突沸による欠陥であるが、決まった量、若しくは決まった大きさを持っているわけではなく、厚さや密度などがスプラッシュ部分では不規則な状態になっている。一方、２００μｍを超えるとシンチレータ層１０２で発生した光もしくは反射層１１１で反射された光のシンチレータ保護層１１０内での散乱が増加し、取得される画像の解像度及びＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆａｎｃｔｉｏｎ）が低下する恐れがある。シンチレータ保護層１１０の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの一般的な有機封止材料や、またポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系等のホットメルト樹脂などを用いることができるが、特に水分透過率の低い樹脂が望ましい。シンチレータ保護層１１０としては、ＣＶＤ蒸着で形成するポリパラキシリレンの有機膜が好適に用いられる。また、シンチレータ保護層１１０として後述するホットメルト樹脂を好適に用いることができる。

ホットメルト樹脂は、樹脂温度が上昇すると溶融し、樹脂温度が低下すると固化するものである。ホットメルト樹脂は、加熱溶融状態で接着性をもち、常温で固体状態となり接着性を持たないものである。また、ホットメルト樹脂は極性溶媒、溶剤、および水を含んでいないので、シンチレータ層１０２（例えば、ハロゲン化アルカリからなる柱状結晶構造を有するシンチレータ層）に接触してもシンチレータ層を溶解しないため、シンチレータ保護層１１０として使用され得る。ホットメルト樹脂は、熱可塑性樹脂を溶剤に溶かし溶媒塗布法によって形成された溶剤揮発硬化型の接着性樹脂とは異なる。またエポキシ等に代表される化学反応によって形成される化学反応型の接着性樹脂とも異なる。ホットメルト樹脂材料は主成分であるベースポリマー（ベース材料）の種類によって分類され、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系等を用いることができる。シンチレータ保護層１１０として、防湿性が高く、またシンチレータから発生する可視光線を透過する光透過性が高いことが重要である。シンチレータ保護層１１０として必要とされる防湿性を満たすホットメルト樹脂のうちポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂が好ましい。特に吸湿率が低いポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。また光透過性の高い樹脂として、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。したがってシンチレータ保護層１１０としてポリオレフィン系樹脂をベースにしたホットメルト樹脂がより好ましい。ポリオレフィン樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体および、アイオノマー樹脂から選ばれる少なくとも１種を主成分として含有することが好ましい。エチレン酢酸ビニル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてヒロダイン７５４４（商品名、ヒロダイン工業製）、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてＯ−４１２１（商品名、倉敷紡績製）、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてＷ−４１１０（商品名、倉敷紡績製）、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてＨ−２５００（商品名、倉敷紡績製）、エチレン−アクリル酸共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてＰ−２２００（商品名、倉敷紡績製）、エチレン−アクリル酸エステル共重合体を主成分とするホットメルト樹脂としてＺ−２（商品名、倉敷紡績製）等を用いることができる。

反射層１１１は、シンチレータ層１０２で変換して発せられた光のうち、光電変換素子１１２と反対側に進行した光を反射して光電変換素子１１２に導くことにより、光利用効率を向上させる機能を有するものである。また、反射層１１１は、光電変換素子１１２にシンチレータ層１０２で発生された光以外の外部光線を遮断し、光電変換素子１１２にノイズが入ることを防止する機能も有する。反射層１１１としては、金属箔または金属薄膜を用いることが好ましく、反射層１１１の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。１μｍより薄いと反射層１１１の形成時にピンホール欠陥が発生しやすく、また遮光性に劣る。一方、１００μｍを超えると、放射線の吸収量が大きく被撮影者が被爆する線量の増加につながる恐れがあり、また、シンチレータ層１０２とセンサーパネルの表面との段差を隙間無く覆うことが困難となる恐れがある。反射層１１１の材料としては、アルミニウム、金、銅、アルミ合金、などの金属材料を用いることができるが、特に反射特性の高い材料としては、アルミニウム、金が好ましい。

図７は、図３のセンサーパネルの回路図である。Ｘ線遮蔽部材を含む封止樹脂１０９によって保護されるセンサーパネルの周辺回路部１１６の例を説明する。周辺回路部１１６は、駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。したがって、センサーパネルは、受光部１１７と共に、７００Ａで示す駆動回路７０１を有する構成、７００Ｂで示す読出回路７０２を有する構成、７００Ｃで示す駆動回路７０１と読出回路７０２とを有する構成とすることができる。そのため、周辺回路１１６は、受光部の周辺の少なくとも１辺に沿って配置されている。また、図７においては駆動回路７０１と読出回路７０２を受光部１１７の各１辺に配置した例を示しているが、それぞれ対向する辺に各回路を配置する構成など、適宜、他の構成に変形可能である。

図７においては、説明を簡単化するために、図３の受光部１１７を３×３の合計９画素で構成している。実際のセンサーパネルは、必要な受光部の大きさに応じた数の光電変換素子が配列されている。そのようなセンサーパネルの一例は、受光部となる有効領域で３０ｃｍ以上、画素数としては画素ピッチ１２０μｍで、２０００×２０００画素以上を有する。図３の周辺回路部１１６は、駆動回路７０１と読出回路７０２とを含む。

Ｓ１−１〜Ｓ３−３は、光電変換素子である。Ｔ１−１〜Ｔ３−３は、Ｓ１−１〜Ｓ３−３で光電変換された信号電荷を信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３側へ転送するためのスイッチ素子である。本実施形態においては、１つの画素は、１つの光電変換素子と少なくとも１つのスイッチ素子によって構成されている。光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３は、バイアス電源Ｖｓに接続され、光電変換素子の一方の電極にバイアス電圧が供給されている。Ｇ１〜Ｇ３は、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３に接続されたスイッチのゲート駆動用の駆動配線である。

信号配線Ｓｉｇ１には、スイッチ素子の電極間容量（Ｃｇｓ）の３個分の容量が転送終了時において付加されていることと等価であり、図７では容量素子ＣＬ１として表記している。他の信号配線Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３についても同様であり、ＣＬ２、ＣＬ３として表記している。

光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３と、スイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３と、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３と、信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３とを備えた受光部１１７が不図示の絶縁性基板上に構成されている。シフトレジスタからなる駆動回路７０１は、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３のオンとオフを制御している。駆動回路７０１は、フリップフロップ回路７０１ａ及びアンド回路７０１ｂが所定数組み合わされて構成されており、対応するアンド回路７０１ｂから駆動配線Ｇ１〜Ｇ３へ駆動信号が出力される。

光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に入射した光は、そこで電荷に変換され、それぞれの電極間容量に蓄積される。これらの電荷は、転送用スイッチＴ１−１〜Ｔ３−３及び信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を通じて、並列の電圧出力となる。すなわち、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３内の電極間容量に蓄えられていた電荷が、信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３で形成されたそれぞれの容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送される。この転送により、ＣＬ１〜ＣＬ３の電位Ｖ１〜Ｖ３は、信号の電荷量分だけ高くなる。次に信号は読出回路で処理される。

読出回路７０２は、増幅器、サンプルホールド用コンデンサを少なくとも有し、さらにシフトレジスタ、演算増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、メモリなどを含むことができる。読出回路の動作を説明する。容量ＣＬ１〜ＣＬ３の信号は、ＳＨ信号をオンすることにより、読出回路７０２内のサンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３に転送される。この時、容量ＣＬ１〜ＣＬ３の信号は、それぞれ積分増幅器Ａ１１〜Ａ１３、可変増幅器Ａ２１〜Ａ２３により増幅される。積分増幅器Ａ１１〜Ａ１３は基準電源Ｖｒｅｆに接続され、電位が供給されている。読出回路７０２は、スイッチＳｎｎとコンデンサＣｎとでサンプルホールド回路７０３を構成し、積分増幅器Ａ１ｎと可変増幅器Ａ２ｎとサンプルホールド回路７０３とで増幅回路７０４を構成する。

ＳＨ信号をオフすることにより、サンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３の信号電荷はホールドされる。ＳＨ信号をオフした後、容量ＣＬ１〜ＣＬ３は、ＲＣ信号によりリセットされ、次のラインの転送動作が行われることになる。

サンプルホールドされたサンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３の第１行の信号は、シフトレジスタ７０５より電圧パルスを順次与えて読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３を順次オン状態に切り換える。これらの動作により、アンプＢ１〜Ｂ３を介し第１行の信号は直列信号に変換される。次に、直列信号は、オペアンプ７０６によりインピーダンス変換され、Ａ／Ｄ変換回路部７０７でディジタル変換された後、センサーパネルの外部へ出力される。

図４は、本発明に係わる放射線検出装置の第２の実施形態を示す断面図である。図４において、図１と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、この実施形態においても、平面図及びセンサーパネルは、第１の実施形態と同様に、それぞれ図２及び図３に示すものとなる。

本実施形態の封止樹脂１０９は、シンチレータ層１０８と略同一の厚みを有している。そのため、第１の実施形態に比べて放射線を遮蔽することが容易にできる。第１の実施形態は、封止樹脂１０９によってセンサーパネル１０１とシンチレータ保護層１１０とを貼り合わせたものであった。これに対し、本実施形態は、先にシンチレータ層１０２の外周に封止樹脂４０１から成る構造物を形成しておき、これらの上にシンチレータ保護層１１０を形成するものである。封止樹脂４０１は、周辺回路部１１６上に配置される。周辺回路部１１６は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。また、封止樹脂４０１には、第１の実施形態と同様のＸ線吸収材料から成る粒子が分散されている。封止樹脂４０１としては、紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を好適に用いることができる。その他の部材は、第１の実施形態と同様であり、これらの部材を形成する材料としても、第１の実施形態で説明した材料と同様のものを用いることができる。本実施形態においても、シンチレータ保護層１１０がシンチレータ保護部材を構成する。

図５は、本発明に係わる放射線検出装置の第３の実施形態を示す断面図である。図５において、図１と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態において、シンチレータ層１０２は、センサーパネル１０１上に直接形成されるのではなく、反射性の材料から成る基板５０２上に形成される。基板５０２上には、反射層保護層５０３が形成され、この反射層保護層５０３上に、柱状結晶１０８を有するシンチレータ層１０２が形成される。そして、シンチレータ層１０２上に、シンチレータ保護層５０４が形成され、シンチレータ基板５０６が構成されている。このシンチレータ基板５０６は、シンチレータ層１０２が内側に来るようにセンサーパネル１０１と貼り合わされている。そして、シンチレータ層１０２の外周において、センサーパネル１０１と基板５０２との間に挟まれるように、封止樹脂５０１が充填され、シンチレータ層１０２を封止している。つまり、本実施形態においては、基板５０２がシンチレータ保護部材を構成する。封止樹脂５０１は、周辺回路部１１６上に配置される。また、封止樹脂５０１には、第１の実施形態と同様のＸ線吸収材料から成る粒子が分散されている。封止樹脂５０１としては、紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を好適に用いることができる。

次に、本発明のＸ線検出装置を実施例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３に示す第１の実施形態のＸ線検出装置を、以下のように作製した。
図１に示すように、ガラスから成る絶縁性基板１０３上に、非晶質シリコンから成る半導体薄膜を成膜した。この半導体薄膜を用いて光電変換素子１１２と不図示のＴＦＴを形成した。そして、これらの素子に接続される配線１１３を形成して受光部１１７とした。この受光部の周辺に、上記の半導体薄膜を用いて周辺回路部１１６を形成した。その上にＳｉＮ_Ｘよりなるセンサー保護層（第一の保護層）１１５と、さらにポリイミド樹脂を硬化したシンチレータ下地層１１４を形成してセンサーパネル１０１を作製した。

次に、接続リード１０５等の非シンチレータ層形成面にシンチレータ層が形成されるのを防止するためのマスクテープを設置した。その後、シンチレータ下地層１１４上に、アルカリハライドよりなる柱状構造結晶のシンチレータ（例えば、ＣｓＩ：Ｔｌ、タリウム活性化沃化セシウム）よりなるシンチレータ層１０２を、シンチレータ層蒸着装置によって形成した。シンチレータ層１０２は、厚さは０．３５ｍｍとし、二次元に配置されている受光部１１７の上面を覆うようにした。シンチレータ層１０２の微細構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、図１に示す柱状結晶１０８が複数形成され、かつ柱状結晶１０８の間には空隙が存在することが確認できた。

次に、前記マスクテープを除去し、タングステン微粒子を分散させた封止樹脂１０９であるホットメルト樹脂を、図３に示す封止樹脂配置領域３０１に配置されるよう設置した。即ち、周辺回路部１１６の直上、かつ前記シンチレータ層１０２の外周４辺に配置されるように設置した。周辺回路部１１６は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。ホットメルト樹脂はポリオレフィン系のホットメルト樹脂を使用した。ここで用いられるタングステン微粒子は平均粒径５μｍであり、ホットメルト樹脂の厚さは５０μｍとした。また、タングステン微粒子の混合割合は６０重量％とした。

次に、予めＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成る反射層保護層（不図示）に反射層１１１としてＡｌ膜が形成されたフィルム状シートを用意した。このシートの反射層形成面に、ホットメルト樹脂であるポリオレフィン樹脂から成るシンチレータ保護層１１０をヒートローラーを用いて転写、接着させた。このようにして、３層のフィルム状シートを形成した。この３層のフィルム状シートを、センサーパネル上のシンチレータ層１０２を覆い、且つ３層フィルムシートの外周が封止樹脂１０９の上面にかかるように配置した。そして、この上からヒートローラーにより加熱、押圧し、シンチレータ保護層１１０の溶着により、３層フィルムシートをシンチレータ層１０２上に接着・固定した。これにより、シンチレータ層１０２は、３層のフィルム状シートと封止樹脂１０９とに覆われる構造となった。さらに、封止樹脂１０９上をバータイプの加熱圧着ヘッドで圧着することで、シンチレータ保護層１１０と封止樹脂１０９の密着性を向上させた。ホットプレス処理としては、例えば圧力を１〜１０ｋｇ／ｃｍ^２とし、温度はホットメルト樹脂の溶融開始温度より１０〜５０℃以上高い温度で１〜６０秒間行われる。以上により本実施例のＸ線検出装置を作製した。

本実施例の構成において、センサーパネル上のシンチレータ層１０２は、封止樹脂１０９と３層のフィルム状シート（シンチレータ保護層１１０および反射層１１１を含む）に包囲される構造となり、水分等の侵入を防止できる。また周辺回路部１１６の直上にＸ線吸収能の高いタングステン微粒子が分散した封止樹脂１０９が配置されているため、周辺回路部へのＸ線入射量を低減することができる。そして、その結果、周辺回路部の誤動作の発生を低減することができる。

本実施例は、実施例１で用いたタングステン微粒子を分散させたホットメルト樹脂に代わり、酸化バリウム（ＢａＯ）微粒子を混合した粘着テープを使用した例である。この粘着テープは、テープ状の基材にホットメルト樹脂から成る粘着層が形成されたものである。この粘着層には、酸化バリウム（ＢａＯ）から成る微粒子が分散され、この粘着層が封止樹脂１０９を構成する。酸化バリウム微粒子の平均粒子径は５μｍ、ホットメルト樹脂の厚さは５０μｍ、酸化バリウム微粒子の混合割合は７０重量％とした。その他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、実施例１とほぼ同様の効果が得られた。即ち、シンチレータ層への水分の侵入によるシンチレータの劣化を防止すると共に、周辺回路部へのＸ線入射量を低減することができた。

図４に示す第２の実施形態のＸ線検出装置を以下のように作製した。
本実施例において、封止樹脂としてエポキシ系のＵＶ硬化型樹脂を用い、この樹脂に混合する微粒子は、平均粒子径５μｍのタングステン微粒子を用いた。また、樹脂への微粒子混合割合は７０重量％とした。

実施例１と同様の方法でシンチレータ層１０２を形成したのち、塗布位置・塗布量のプログラム制御が可能なシールディスペンサを使用し、ＵＶ硬化型樹脂を図３に示す封止樹脂配置領域３０１上に塗布した。塗布完了後、ＵＶランプを使用してＵＶ光を照射し、樹脂を硬化させて図５に示す封止樹脂４０１を形成した。ＵＶ硬化後の樹脂の高さは、センサーパネル１０１の表面から計測して約３００μｍであり、塗布幅は平均で約１ｍｍであった。

塗布・硬化終了後に、実施例１と同様の３層のフィルム状シート（シンチレータ保護層１１０及び反射層１１１を含む）をシンチレータ層１０２および封止樹脂４０１上に載せ、加熱・押圧することによって固定した。その後、封止樹脂４０１上で実施例１と同様に加熱・圧着処理を行い、封止樹脂４０１とシンチレータ保護層１１０の密着性を向上させた。

図４に示すように、本実施例においても実施例１と同様に、センサーパネル上のシンチレータ層１０２が、封止樹脂４０１と３層のフィルム状シートで包囲される構造となる。そのため、実施例１と同様にシンチレータの劣化を防止する効果が得られた。また、実施例１と同様に、周辺回路部へのＸ線入射量を低減する効果も得られた。

図５に示す第３の実施形態のＸ線検出装置を、以下のように作製した。
本実施例ではまず、Ａｌからなる反射性基板５０２上に、ポリイミド樹脂を主成分とする反射層保護層５０３を形成した。そして、この反射層保護層５０３上に、実施例１と同様の方法でシンチレータ層１０２を形成した。そして、ホットメルト樹脂を使用してシンチレータ保護層５０４を形成し、シンチレータ基板５０６を準備した。

センサーパネル１０１は実施例１と同様のものを使用し、接着層（非図示）を介して前記シンチレータ基板５０６を、シンチレータ層１０２が内側にくるようにセンサーパネル１０１に貼り合わせた。その際、周辺回路部１１６上に、実施例３と同一のＸ線吸収微粒子を含有したＵＶ（紫外線）硬化型樹脂からなる封止樹脂５０１を塗布した。そして、この封止樹脂５０１によって、シンチレータ基板５０６とセンサーパネル１０１とが接着・封止されるようにした。

本実施例では、反射性基板５０２がシンチレータ層を被覆するシンチレータ保護部材に相当し、前述の実施例１から３と同様に、シンチレータの劣化を防止する効果を得ることができた。また、周辺回路部上にＸ線吸収材料から成る粒子を分散した封止樹脂を設置しているため、周辺回路部へのＸ線入射量を低減する効果に関しても、実施例１から３と同様に得られた。

本実施例では、実施例１で使用した非晶質シリコン薄膜に代わり、多結晶シリコン薄膜を使用してＴＦＴおよび周辺回路を形成した実施形態を示したものである。
図１に示すように、ガラスから成る絶縁性基板１０３上に、多結晶シリコンから成る半導体薄膜を成膜し、ＴＦＴを形成した。また、その後に非晶質シリコン薄膜を用いて光電変換素子１１２を形成した。そして、これらの素子に接続される配線１１３を形成して受光部１１７とした。この受光部の周辺に、上記の多結晶シリコンからなる半導体薄膜を用いて、周辺回路部１１６を形成した。周辺回路部１１６は、前述と同様に駆動回路と読出回路のうち少なくとも一方の回路を含み、絶縁性基板上に配置されている。例えばシフトレジスタ、アンプＩＣ、メモリ、等の機能を有する回路であり、目的に応じて必要な機能を有する回路を形成する。

その上にＳｉＮよりなるセンサー保護層（第一の保護層）１１５と、さらにポリイミド樹脂を硬化したシンチレータ下地層１１４を形成してセンサーパネル１０１を作製した。
その後実施例１と同様の方法で上記センサーパネル１０１上にシンチレータとシンチレータ保護層を設置した。

センサー駆動回路、ＴＦＴおよび周辺回路等を非晶質シリコン薄膜よりスイッチング速度が速くなる多結晶シリコン薄膜を使用することにより、センサー設計・周辺回路設計の自由度が増し、例えばより画素ピッチの小さいセンサーの形成することが可能となる。また、周辺回路部は実施例１と同様に、その直情にＸ線吸収能の高いタングステン微粒子が分散した封止樹脂１０９が配置されており、周辺回路部へのＸ線入射量の低減、周辺回路部の誤動作発生の低減の効果は実施例１と同等である。

図６は、本発明による放射線検出システムをＸ線診断システムへ応用した一実施形態を示したものである。図６において、Ｘ線検出装置６０５には、例えば前述の第１〜第３の実施形態で説明したような、本発明の放射線検出装置が用いられる。このＸ線検出装置６０５としては、具体的には、実施例１〜５に示したＸ線検出装置使用することができる。

図６において、符号６００、６０１、６０２はそれぞれ、Ｘ線ルーム、コントロールルーム、ドクタールームを示す。放射線源であるＸ線チューブ６０３で発生したＸ線６０６は、患者あるいは被験者６０４の胸部６０７を透過し、Ｘ線検出装置（イメージセンサ）６０５に入射する。この入射したＸ線には患者あるいは被験者６０４の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して、Ｘ線検出装置６０５においては、シンチレーター（シンチレータ層）が発光し、これをセンサーパネルの光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタル信号に変換され、信号処理手段であるイメージプロセッサ６０９により画像処理される。画像処理された信号は、コントロールルーム６０１内に設置された、表示手段であるディスプレイ６０８に表示され、操作者が観察することができる。

また、上記のデジタル信号はインターネット、電話回線等のネットワーク６１０等の技術を用いた伝送手段によりコントロールルームから遠隔地、例えば別の場所にあるドクタールーム６０２などに転送される。転送された信号は、ドクタールーム６０２に設置された表示手段であるディスプレイ６１１に表示される。また、この信号は、記録手段であるフィルムプロセッサ６１４に入力され、レーザープリンタ６１３を用いてフィルム６１２に記録することもできる。そして、ディスプレイ６１１或いはフィルム６１２を観察することにより、遠隔地の医師が患者あるいは被験者６０４の状態を診断することが可能である。上記の信号は、光ディスク等の記録媒体に保存することもできる。

以上、Ｘ線検出装置の実施例を説明したが、本発明はシンチレータを置換することによって、α線、β線、γ線等の放射線検出装置にも適用が可能である。シンチレータとしては、それぞれの放射線に感応する従来周知のものを用いることができる。例えば、α線に対しては硫化亜鉛（銀）シンチレータが、β線に対してはポリスチレンなどのプラスチックにＰＯＰＯＰなどの有機蛍光色素を溶かし込んだプラスチックシンチレータが、γ線に対してはタリウムで活性化されたヨウ化ナトリウム単結晶から成るシンチレータが知られている。また、放射線吸収材料としては、実施例に記載の材料を用いれば、α線、β線、γ線のいずれの放射線も周辺回路部に入射することを防ぐことが出来る。以上説明したように、本発明は、医療用のＸ線センサ等に応用することが可能であるが、非破壊検査等のそれ以外の用途に応用した場合にも有効である。

１０１ センサーパネル
１０２ シンチレータ層
１０９ 封止材料
１１０ シンチレータ保護層
１１１ 反射層
１１６ 周辺回路部
１１７ 受光部

Claims (10)

1. 基板上に２次元的に配列された複数の光電変換素子及び複数のスイッチ素子からなる受光部と、前記複数のスイッチ素子と電気的に接続され前記受光部の周辺に配置されたシフトレジスタ又は増幅器を含む周辺回路部と、を有するセンサーパネルと、前記センサーパネルの受光部上に設けられ、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層上にシンチレータ層を被覆するように設けられたシンチレータ保護部材と、前記シンチレータ層の外周において、前記センサーパネルとシンチレータ保護部材とに挟まれるように設けられ、前記シンチレータ層を封止する封止樹脂と、を有する放射線検出装置において、
   前記封止樹脂は、前記周辺回路部上に配置され、前記封止樹脂に放射線吸収材料からなる粒子が分散されており、
   前記シンチレータ保護部材及び前記封止樹脂は、前記周辺回路部上に加熱圧着された領域を有するホットメルト樹脂を含む、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記放射線吸収材料からなる粒子が、Ｘ線を吸収する微粒子から成ることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記Ｘ線を吸収する微粒子が、Ｍｏ，Ｗ，Ｐｂのいずれかから成る微粒子であることを特徴をする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記Ｘ線を吸収する微粒子が、ＢａＯ，ＣｅＯ２，Ｇｄ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，ＴｉＯ２のいずれかから成る微粒子であることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
5. 前記封止樹脂において、封止樹脂と放射線吸収材料からなる粒子とを合わせた重量に対し、放射線吸収材料からなる粒子の混合割合が３０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が前記シフトレジスタを含む駆動回路を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が前記増幅器を含む読出回路を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
8. 前記基板上に配置された前記周辺回路部が前記受光部の外周に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
9. 前記シンチレータ層が、柱状結晶構造を有し、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＢｒ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＫＩ：Ｔｌのいずれかから成ることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
10. 被検物に放射線を照射する放射線源と、
    前記被検物を透過した放射線を検出する、請求項１から９のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置によって検出された信号を画像処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段によって画像処理された信号を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする放射線検出システム。

Images