(57)【要約】    【課題】高輝度で鮮明性に優れる画像を得ることが可能なシンチレータパネルを提供すること。    【解決手段】基板、蛍光体層、配列した複数の導光体、および、導光体からの光取り出し手段を備えるシンチレータパネル。【選択図】図２
2019105547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、蛍光体層、配列した複数の導光体、および、導光体からの光取り出し手段を備えるシンチレータパネル。
【請求項２】
前記光取り出し手段が、導光体開口部に対する、表面凹凸加工、凹凸シート貼付け、または、光学薄膜貼付けによる請求項１記載のシンチレータパネル。
【請求項３】
前記導光体の屈折率が１．５〜２．８である請求項１または２記載のシンチレータパネル。
【請求項４】
前記導光体がＣｓＩを主成分とする、請求項１〜３のいずれか一項記載のシンチレータパネル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載のシンチレータパネルを具備する、放射線画像検出装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項記載のシンチレータパネルと、該シンチレータパネルの前記導光体に対向する光電変換素子を備える検出基板と、を具備する、放射線画像検出装置の製造方法であって、（Ａ）シンチレータパネルの製造工程、（Ｂ）前記導光体と前記光電変換素子との位置合わせ工程、および、（Ｃ）前記シンチレータパネルと前記検出基板との貼り合せ工程を備える、放射線画像検出装置の製造方法。
【請求項７】
前記（Ａ）シンチレータパネルの製造工程が、（Ａ−１）導光体の鋳型となる基板に導光体材料を塗布する工程、（Ａ−２）鋳型から導光体を剥離する工程、および、（Ａ−３）該導光体を蛍光体層に埋め込む工程を備える、請求項６記載の放射線画像検出装置の製造方法。
【請求項８】
前記（Ａ）シンチレータパネルの製造工程が、（Ａ−４）剥離層が形成された基板上にフォトリソグラフィーにより導光体を形成する工程、（Ａ−５）前記基板に蛍光体層を形成する工程、および、（Ａ−６）剥離層を剥離する工程を備える、請求項６記載の放射線画像検出装置の製造方法。
【請求項９】
前記（Ａ）シンチレータパネルの製造工程が、（Ａ−７）蛍光体層に導光体のパターンをインプリントする工程、および、（Ａ−８）導光体のパターンに導光体材料を充填する工程を備える、請求項６記載の放射線画像検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータパネル、放射線画像検出装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療現場において、フィルムを用いた放射線画像が広く用いられてきた。しかし、フィルムを用いた放射線画像はアナログ画像情報であるため、近年、コンピューテッドラジオグラフィ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＲ）やフラットパネル型の放射線ディテクタ（ｆｌａｔ  ｐａｎｅｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、「ＦＰＤ」）等のデジタル方式の放射線画像検出装置が開発されている。
【０００３】
ＦＰＤには、直接方式と間接方式とがあるが、間接方式においては放射線を可視光に変換するために、シンチレータパネルが使用される。シンチレータパネルは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ）等の蛍光体を含有する蛍光体層を構成要素として備えており、照射された放射線に応じて蛍光体が可視光を発光して、その発光光をＴＦＴやＣＣＤにより電気信号に変換することにより、放射線の情報をデジタル画像情報に変換する。
【０００４】
蛍光体層で発光された光を効率よく光電変換部に導く放射線平面検出器として、例えば、マトリクス状に配置された複数の画素を有する光電変換部と、この光電変換部上に形成されたシンチレータ層とを有する放射線平面検出器において、シンチレータ層に、シンチレータ層内で発生した光を光電変換部へ導く導光体を設けたことを特徴とする放射線平面検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、蛍光体の発光光の散乱を抑制し、鮮明性に優れる画像を得ることが可能な、信頼性の高いシンチレータパネルとして、基板、および、蛍光体粉末を含有する蛍光体層を備えたシンチレータパネルであって、蛍光体層が、表面に複数のくぼみを有するシンチレータパネルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５０９３２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１８２５２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術により発光光の取り出し効率向上に一定の効果は見られるものの、導光体開口部における反射によりシンチレータパネル内に閉じ込められる発光光が多く存在するため、輝度および画像の鮮明性のバランスがなお不十分である課題があった。また、特許文献２に記載の技術により発光光の取り出し効率向上に一定の効果は見られるものの、さらに高いレベルで輝度と画像の鮮明性を両立することが望まれていた。
【０００７】
そこで本発明は、高輝度で鮮明性に優れる画像を得ることが可能なシンチレータパネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、基板、蛍光体層、配列した複数の導光体、および、導光体からの光取り出し手段を備えるシンチレータパネルである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のシンチレータパネルによれば、高輝度で鮮明性に優れる画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のシンチレータパネルの一態様の構成を模式的に表した斜視図である。
【図２】本発明の放射線画像検出装置の一態様の構成を模式的に表した断面図である。
【図３】本発明の放射線画像検出装置の一態様の構成を模式的に表した断面図である。
【図４】本発明の放射線画像検出装置の一態様の構成を模式的に表した断面図である。
【図５】本発明の放射線画像検出装置の一態様の構成を模式的に表した断面図である。
【図６】表面凹凸加工が施された導光体開口部に、発光光が臨界角で入射し、取り出される様子を模式的に表した図である。
【図７】蛍光体層中で発生した蛍光体の発光光が導光体に入射し、反射・透過および散乱する様子を模式的に表した図である。
【図８】本発明のシンチレータパネルの一態様の構成を模式的に表した断面図である。
【図９】発光光が導光体を通り反射しながら取り出される様子を模式的に表した図である。
【図１０】本発明のシンチレータパネルの製造方法を模式的に表した図である。
【図１１】本発明のシンチレータパネルの製造方法を模式的に表した図である。
【図１２】本発明のシンチレータパネルの製造方法を模式的に表した図である。
【図１３】導光体を具備し、導光体からの光取り出し手段を具備しない従来のシンチレータパネルのシミュレーションモデルの概念図である。
【図１４】導光体、および、導光体からの光取り出し手段を具備する本発明のシンチレータパネルのシミュレーションモデルの概念図である。
【図１５】導光体および導光体からの光取り出し手段を具備しない、従来の一般的なシンチレータパネルの輝度と鮮鋭度の関係を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のシンチレータパネルは、基板、蛍光体層、配列した複数の導光体、および、導光体からの光取り出し手段を備える。また、本発明の放射線画像検出装置は、本発明のシンチレータパネルを備える。以下に、図を用いて本発明のシンチレータパネルおよび放射線画像検出装置の具体的な構成について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明のシンチレータパネルの一態様の構成を模式的に表した斜視図である。シンチレータパネル２は、基板４上に、蛍光体層５、配列した複数の導光体６および導光体からの光取り出し手段７を備える。
【００１３】
図２〜５は、本発明の放射線画像検出装置の一態様の構成を模式的に表した断面図である。図２〜５において、放射線画像検出装置１は、シンチレータパネル２、検出基板３および電源部１２を有する。検出基板３は、基板１１上に、出力層１０、光電変換素子とＴＦＴとからなる画素が２次元状に形成された光電変換層９をこの順に有する。ただし、図示の都合上、図２〜５の紙面における下方向が、本説明における上方向となる。シンチレータパネル２の出光面と、検出基板３の光電変換層９とを、接着層８を介して接着または密着させることが好ましい。この際、光電変換素子の画素と１個以上の導光体が対応するようにすることが好ましい。一つの画素に１個の導光体が対応してもかまわないし、一つの画素に２個以上の導光体が対応してもかまわない。光電変換素子の１画素に対応する蛍光体層の導光体の数が均一であることが好ましい。
【００１４】
放射線画像検出装置１に入射した放射線は、蛍光体層５に含有される蛍光体に吸収されて、可視光が放射される。このようにして蛍光体から放射される光を、以下、「蛍光体の発光光」と呼ぶ。光電変換層９に到達した蛍光体の発光光は、光電変換層９で光電変換され、出力層１０を通じて、電気信号として出力される。
【００１５】
シンチレータパネルの基板の材質としては、例えば、放射線の透過性を有するガラス、セラミック、半導体、高分子化合物、金属、金属酸化物などが挙げられる。ガラスとしては、例えば、石英、ホウ珪酸ガラス、化学的強化ガラスなどが挙げられる。セラミックとしては、例えば、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などが挙げられる。半導体としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素などが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、セルロースアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、トリアセテート、ポリカーボネート、炭素繊維強化樹脂などが挙げられる。金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅などが挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどが挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。蛍光体の発光光を高効率に利用するため、反射率の高いものが好ましく、ガラスや高分子化合物の基板が好ましい。高反射ポリエステル基板がより好ましく、放射線の透過性が高く、低比重であることから、ボイドを含む白色ポリエステル基板がさらに好ましい。
【００１６】
シンチレータパネルの持ち運びの利便性の観点からシンチレータパネルの軽量化が進められていることから、基板の厚さは２．０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以下がより好ましい。
【００１７】
蛍光体層は、蛍光体を含有する。蛍光体としては、例えば、ＣｓＩ、ＣｓＢｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（以下、「ＧＯＳ」）、Ｇｄ２ＳｉＯ５、ＢｉＧｅ３Ｏ１２、ＣａＷＯ４、Ｌｕ２Ｏ２Ｓ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、ＬａＣｌ３、ＬａＢｒ３、ＬａＩ３、ＣｅＢｒ３、ＣｅＩ３、ＬｕＳｉＯ５などが挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。発光効率を高めるために、蛍光体に賦活剤を添加しても構わない。賦活剤としては、例えば、ナトリウム（Ｎａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、テルビニウム（Ｔｂ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）などが挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。化学的安定性が高く、発光効率が高いことから、ＧＯＳにＴｂを添加したＴｂ賦活ＧＯＳ（ＧＯＳ：Ｔｂ）が好ましい。
【００１８】
蛍光体の形状としては、球状、扁平状、棒状等が挙げられる。蛍光体の平均粒子径Ｄ５０は、１．０〜２０μｍが好ましい。なお、蛍光体の平均粒子径Ｄ５０は、粒度分布測定装置（例えば、ＭＴ３３００；日機装（株）製）を用いて測定することができる。本発明においては、水を満たした試料室に蛍光体を投入し、３００秒間超音波処理を行った後の粒度分布におけるＤ５０の値を平均粒子径とする。
【００１９】
蛍光体層は、有機バインダーを含有してもよい。有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレン、ポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン等のシリコン樹脂、ポリスチレン、ブタジエン／スチレンコポリマー、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、高分子量ポリエーテル、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、ポリアクリルアミド、アクリル樹脂が挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。
【００２０】
本発明のシンチレータパネルは、配列した複数の導光体と、導光体からの光取り出し手段を備えることを特徴とする。導光体開口部と接着層とを光学的に接続することは難しく、導光体開口部と接着層の間には薄い空気層が形成される場合が多い。この場合、従来の技術においては、導光体により蛍光体の発光光を集光させることができるものの、導光体を伝って光電変換素子に隣接する導光体開口部表面に到達した発光光は、接着層に入射する前に導光体／接着層間の薄い空気層に出力されるため、導光体開口部表面における反射により、集光した発光光を効率よく光電変換層に伝達することが困難であった。また、導光体開口部と接着層との密着性がよく、光学的に接続されている場合においても、一般的に、導光体と接着層の屈折率は異なることから、屈折率不整合に起因する導光体／接着層界面における反射の影響により、発光光の強度が低下しやすい傾向にある。屈折率ｎの導光体から屈折率１の空気層へ入射角θで入射した光の反射率は、Ｓ偏光の場合、下記式（１）で表され、Ｐ偏光の場合、下記式（２）で表される。すなわち、屈折率ｎが大きいほど反射率は大きくなる。臨界角θｃは、下記式（３）で表され、入射角がθｃより大きな入射角の光は全反射される。本発明においては、導光体からの光取り出し手段により、導光体／接着層界面における発光光の反射や散乱光を抑制して集光した発光光を効率よく光電変換層に伝達し、輝度および鮮鋭度を向上させることができる。
【００２１】
【数１】
2019105547.tif 000003
【００２２】
導光体の形状としては、例えば、図２〜５に示すものが挙げられる。
【００２３】
光取り出し手段とは、例えば、導光体開口部への、表面凹凸加工、凹凸シート貼付け、光学薄膜貼付け、導光体と接着層との屈折率整合などが挙げられる。これらの光取り出し手段により、光取り出し効率をより向上させ、輝度および鮮鋭度をより向上させることができる。これらの中でも、導光体開口部への、表面凹凸加工、凹凸シート貼付け、光学薄膜貼付けが好ましく、表面凹凸加工、凹凸シート貼付けがより好ましい。
【００２４】
光取り出し手段として、導光体開口部への表面凹凸加工を施す場合、図６に模式的に示すように、入射光１３の入射角が臨界角θｃ以上である場合であっても、透過光１４は空気層を透過することができ、光取り出し効率が向上する。
【００２５】
凹凸シートを貼付ける場合も、同様のメカニズムにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
光学薄膜を貼付ける場合は、光学薄膜内の光の干渉効果により、入射角θで入射する光の反射率を、前記式（１）または式（２）で示される反射率より小さく設計することができる。このため、光取り出し効率を向上させることができる。光学薄膜としては、波長オーダーの薄膜の積層体が好ましく、例えば、Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ（著）、小倉繁太郎、中島右智、矢部孝、吉田国雄（翻訳）、「光学薄膜」、日刊工業新聞社（１９８９年１１月３０日）に記載されたものが好ましい。なお、光学薄膜は単層であってもよい。
【００２７】
導光体と接着層との屈折率を整合させる場合、導光体と接着層の屈折率差を０．１以下とすることが好ましい。屈折率差を０．１以下とすることにより、導光体開口部における全反射をより抑制し、光取り出し効率をより向上させることができる。
【００２８】
導光体の屈折率は、１．５〜２．８が好ましい。図７に示すように、蛍光体層５から導光体６中に取り出された透過光１７は、光電変換素子に到達するまでに導光体６／蛍光体層５界面に再度入射する場合がある。一般的に、蛍光体層５は空隙を含み、屈折率１の領域が存在するため、導光体６の屈折率を１．５以上とすることにより、導光体と空隙との屈折率差を十分に大きくできるため、蛍光体層へ透過する透過光１９や、蛍光体層５を散乱しながら進行する散乱光２０をより抑制することができる。前述のとおり、屈折率ｎの導光体６から屈折率１の蛍光体層５中の空隙へ入射角θで入射した光の反射率は、屈折率ｎが大きいほど高くなり、臨界角θｃは、屈折率ｎが大きいほど小さくなるため、導光体６の屈折率が大きいほど全反射の割合を増大させ、導光体６を伝って光電変換素子へ入射する発光光の割合を増やすことができる。このため、輝度と鮮鮮度をより向上させることができる。導光体の屈折率は２．１以上がより好ましい。一方、導光体の屈折率を２．８以下とすることにより、蛍光体の発光光の波長領域における光の吸収を抑制し、発光光の取り出し効率をより向上させることができる。このため、輝度をより向上させることができる。屈折率の高い透明材料としては、例えば、ルチル型結晶の酸化チタンが知られており、その屈折率は２．７２である。
【００２９】
導光体の屈折率は、例えば、屈折率測定装置（反射分光膜厚計ＦＥ３０００；大塚電子社製）を用いて測定することができる。測定温度は２３℃とする。
【００３０】
導光体は、マトリクス材中に散乱性の低い蛍光体を含有することが好ましく、散乱性の低い蛍光体を主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは、導光体を構成する材料のうち、体積分率が最大となる成分を指す。散乱性の低い蛍光体としては、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などが挙げられる。ＣｓＩ蛍光体は圧力を加える等の方法で高充填化しやすいため、導光体の主成分はＣｓＩであることが好ましい。
【００３１】
散乱抑制のため蛍光体の屈折率はマトリクス材の屈折率と同程度であることが好ましく、蛍光体とマトリクス材の屈折率差は０．３以下であることが好ましい。ＣｓＩの屈折率は約１．８であり、ＧＯＳ（屈折率約２．２５）より屈折率が小さく、一般的な屈折率１．５〜２．１のマトリクス材中に分散した際に散乱性をより低減することができる。屈折率１．９５〜２．５５の高屈折率マトリクス中に蛍光体を分散する場合には、蛍光体としてＧＯＳを用いることが好ましい。散乱性の低い蛍光体を導光体内に分散することにより、導光体の透明性を保ったまま、導光体に入射する放射線を導光体内で発光光に変換することが可能となり、輝度および鮮鋭度をより向上させることができる。導光体は、空隙を有しない、または、空隙率の小さいＣｓＩで構成してもよい。
【００３２】
図８に、本発明のシンチレータパネルの一態様を模式的に表した断面図を示す。シンチレータパネル２において、基板４の上に厚みＴの蛍光体層５、導光体６、導光体からの光取り出し手段７を備える。導光体の深さをＤ、導光体の開口部の面積をＡ１、導光体の底部から高さ１０％における断面積Ａ２とし、互いに隣接する導光体同士の間隔をピッチＰとする。ここで、導光体の深さＤとは、導光体の開口部から基板側端部までの距離のことを言う。導光体の底部とは、導光体の基板側端部のことを言い、導光体の底部からの高さとは、導光体の底部から開口部方向へ測定した距離のことを言う。隣接する導光体同士の間隔とは、ある導光体の開口部の図心から隣接する導光体の開口部の図心までの距離のことを言う。
【００３３】
蛍光体層の厚みＴは、１２０〜２０００μｍが好ましい。蛍光体層の厚みＴを１２０μｍ以上とすることにより、発光光の強度をより向上させることができる。蛍光体の厚みＴは、２５０μｍ以上がより好ましい。一方、蛍光体層の厚みＴを２０００μｍ以下とすることにより、蛍光体の総量を減量することができる。蛍光体層の厚みＴは、１５００μｍ以下がより好ましく、１０００μｍ以下がさらに好ましい。
【００３４】
蛍光体層の厚みＴは、以下の方法により測定することができる。まず、蛍光体層を、無作為に選択した導光体のない位置で、基板に対して垂直方向に切断する。その断面を、光学顕微鏡（例えば、ＯＰＴＩＳＨＯＴ；ニコン（株）製）を用いて、倍率２０倍で観察した画像において、無作為に選択した測定位置５点のそれぞれにおける蛍光体層の高さを測定する。この操作を５回繰り返し、得られた高さの値のすべて（５×５）の数平均値を、蛍光体層の厚みＴとする。
【００３５】
蛍光体層の厚みＴ（μｍ）に対する導光体の深さＤ（μｍ）の比（Ｄ／Ｔ）は、０．５〜１が好ましい。Ｄ／Ｔを０．５以上とすることにより、導光体による蛍光体の発光光の集光効率をより向上させ、輝度および鮮鮮度をより向上させることができる。
【００３６】
導光体の深さＤは、以下の方法により測定することができる。まず、無作為に選択した５点の導光体開口部の図心位置で、蛍光体層を、基板に対して垂直方向に切断し、導光体・蛍光体層断面を切り出して精密研磨する。導光体・蛍光体層断面を、電子顕微鏡を用いて倍率１００倍で観察し、基板に対して垂直方向における、それぞれの開口部から最深部までの距離の数平均値を算出して導光体の深さＤを求める。
【００３７】
導光体の開口部の面積Ａ１は、９００〜９００００μｍ２が好ましい。導光体の開口部の面積Ａ１を９００μｍ２以上とすることにより、導光体による蛍光体の発光光の集光効率をより向上させ、鮮鮮度をより向上させることができる。導光体の開口部の面積Ａ１は、１６００μｍ２以上がより好ましい。一方、導光体の開口部の面積Ａ１を９００００μｍ２以下とすることにより、一般的な光電変換素子の画素サイズに対して導光体開口部を十分小さくして検出光量のばらつきを抑制し、鮮鮮度をより向上させることができる。導光体の開口部の面積Ａ１は、６００００μｍ２以下がより好ましく、２００００μｍ２以下がさらに好ましい。
【００３８】
導光体の開口部の面積Ａ１は、レーザー顕微鏡（例えば、ＶＫ−９５００；キーエンス（株）製）を用いて、倍率２０倍で、基板に対して垂直上方向からシンチレータパネルをスキャンした画像を解析することにより求めることができる。より具体的には、スキャンした画像において、無作為に選択した５点の導光体のそれぞれの開口部の面積を計測し、５点の数平均値を算出することにより求めることができる。
【００３９】
導光体の開口部の面積Ａ１（μｍ２）に対する、導光体の底部から高さ１０％における断面積Ａ２（μｍ２）の比（Ａ２／Ａ１）は０．５未満が好ましい。Ａ２／Ａ１を０．５未満とすることにより、導光体による蛍光体の発光光の集光効率をより向上させ、鮮鮮度をより向上させることができる。導光体の形状は、基板に対して水平方向の導光体の断面の面積が開口部において最大であり、基板側に近づくにつれ、水平方向の面積が小さくなる形状が好ましい。より具体的には、開口部を底面として基板側に向かって窄まった、略錐体または略錐台などの立体形状が好ましい。ここで「略」とは、導光体の形状が厳密な意味での錐体や錐台である必要はなく、頂点（導光体の最深部形状）が図２に示すように丸みを帯びていたり、側面（導光体／蛍光体層界面）が歪んでいたりしても構わないことを意味する。図９に示すように、導光体６内を光電変換素子に向かって伝搬する透過光１７は、導光体６／蛍光体層５界面において反射を繰り返して伝搬する場合があり、導光体が略錐体または略錐台など窄まった立体形状であれば、導光体６／蛍光体層５界面への一度目の入射角θ１より、二度目の入射角θ２が大きくなる。入射角が大きくなると、導光体６／蛍光体層５界面の反射率が大きくなるため、より高い割合で発光光を光電変換素子に入射させることが可能になり、導光体による発光光の取り出し効率をより向上させることができる。
【００４０】
導光体の底部から高さ１０％における断面積Ａ２は、以下の方法により測定することができる。まず、無作為に選択した５点の導光体を、基板から垂直方向にＴ−Ｄ×０．９の高さの位置において、基板に対して平行方向に切断し、導光体・蛍光体層断面を切り出して精密研磨する。レーザー顕微鏡を用いて、倍率２０倍で、スキャンした画像を解析して各断面の面積を計測し、５点の数平均値を算出することにより、断面積Ａ２を求めることができる。
【００４１】
互いに隣接する導光体同士のピッチＰは、対応する光電変換素子のピッチに応じて適宜設定することができ、５０〜３５０μｍが好ましい。互いに隣接する導光体同士のピッチＰを５０μｍ以上とすることにより、導光体による蛍光体の発光光の集光効率をより向上させ、鮮鮮度をより向上させることができる。一方、互いに隣接する導光体同士のピッチＰを３５０μｍ以下とすることにより、一般的な光電変換素子の１画素当たりに１つ以上の導光体を、容易に対応させることができる。互いに隣接する導光体同士のピッチＰは、２８０μｍ以下がより好ましい。
【００４２】
互いに隣接する導光体同士のピッチＰは、レーザー顕微鏡を用いて、倍率２０倍で基板に対して垂直上方向から蛍光体層をスキャンした画像を解析して求めることができる。より具体的には、スキャンした画像において、無作為に選択した１０点について、導光体の開口部の図心から隣接する導光体の開口部の図心までの距離を測定し、その数平均値を算出することにより導光体のピッチＰを求めることができる。
【００４３】
次に、本発明のシンチレータパネルの製造方法について説明する。基板上に、蛍光体層および導光体を形成し、導光体開口部に対して、表面凹凸加工、凹凸シート貼付け、光学薄膜貼付け、導光体と接着層との屈折率整合などを行うことにより、光取り出し手段を形成することが好ましい。
【００４４】
基板上に蛍光体層を形成する方法としては、例えば、基板上に、前述の蛍光体および有機バインダーを含有する蛍光体ペーストを塗布して、塗布膜を形成する方法などが挙げられる。
【００４５】
蛍光体ペーストは、有機溶媒を含有してもよい。蛍光体ペーストが有機バインダーを含有する場合、有機溶媒はその良溶媒であり、水素結合力が大きいことが好ましい。そのような有機溶媒としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアルコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、テルピネオール、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、ジヒドロターピネオール、γ−ブチロラクトン、ジヒドロターピニルアセテート、３−メトキシ−３−メチル−メチルブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ヘキシレングリコール、ブロモ安息香酸などが挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。
【００４６】
蛍光体ペーストは、その粘度を調整するため、増粘剤、可塑剤、沈降防止剤などを含有してもよい。
【００４７】
蛍光体ペーストの塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷法、バーコーター、ロールコーター、ダイコーター、ブレードコーターなどを用いた塗布方法などが挙げられる。
【００４８】
導光体を形成する方法としては、例えば、図１０に示すように、導光体の鋳型となる鋳型基板２１に導光体材料２２を塗布し、鋳型基板２１を剥離することにより導光体２３を得た後、導光体２３を蛍光体層２４に埋め込む方法や、図１１に示すように、剥離層２６が形成された基板２７上にフォトリソグラフィーにより導光体２５を形成し、さらに蛍光体層２８を形成した後、剥離層２６を剥離する方法や、図１２に示すように、平坦な蛍光体層２９を形成した後、蛍光体層２９に導光体パターン３０をインプリントにより形成し、導光体パターン３０に導光体材料３１を充填する方法などが挙げられる。
【００４９】
次に、本発明の放射線画像検出装置の製造方法について説明する。本発明における放射線画像検出装置は、前述のシンチレータパネルと、シンチレータパネルの導光体に対向する光電変換素子を備える検出基板とを具備する。検出基板は接着層を有してもよい。
【００５０】
本発明の放射線画像検出装置の製造方法は、（Ａ）シンチレータパネルの製造工程、（Ｂ）前記導光体と前記光電変換素子との位置合わせ工程、および、（Ｃ）前記シンチレータパネルと前記検出基板との貼り合せ工程を備える。
【００５１】
（Ａ）シンチレータパネルの製造工程としては、前述のとおり、（Ａ−１）導光体の鋳型となる基板に導光体材料を塗布する工程、（Ａ−２）鋳型から導光体を剥離する工程、および、（Ａ−３）該導光体を蛍光体層に埋め込む工程を備える方法や、（Ａ−４）剥離層が形成された基板上にフォトリソグラフィーにより導光体を形成する工程、（Ａ−５）前記基板に蛍光体層を形成する工程、および、（Ａ−６）剥離層を剥離する工程を備える工程や、（Ａ−７）蛍光体層に導光体のパターンをインプリントする工程、および、（Ａ−８）導光体のパターンに導光体材料を充填する工程を備える工程などが挙げられる。
【００５２】
（Ｂ）導光体と光電変換素子との位置合わせ工程においては、輝度が高く、モアレの発生を抑制するように位置を合わせることが好ましい。例えば、シンチレータパネル側には、蛍光体層表面の四隅に、画素部に設けた導光体の形状とは異なる形状の導光体をアライメントマークとして形成し、検出基板側には、シンチレータパネル側と対応したアライメントマークを形成することが好ましい。シンチレータパネルのアライメントマークと、検出基板のアライメントマークを位置合わせすることにより、導光体開口部と光電変換素子の位置を効率的に合わせることができる。アライメントマークは、光電変換層の検出領域よりも外側の領域に形成することが好ましい。
【００５３】
（Ｃ）シンチレータパネルと検出基板との貼り合せ工程は、シンチレータパネルと検出基板とを接着層を介して接着することが好ましい。
【００５４】
接着層は、例えば、検出基板に粘着シートを貼り付ける方法や、粘着剤を塗布する方法により形成することができる。接着層の厚みは、接着力を向上させる観点から、０．５μｍ以上が好ましく、蛍光体層の発光光の接着層内における拡散を抑制する観点から、３０μｍ以下が好ましい。
【００５５】
蛍光体層の発光光は、接着層を透過した後に、光電変換素子で検出されるため、接着層の材料は、蛍光体の発光波長における光吸収が少ないことが好ましい。接着層としては、例えば、透明ポリエステルフィルムの両面にアクリル樹脂を塗布した粘着シートなどが挙げられる。
【実施例】
【００５６】
以下では、光線追跡シミュレーションの結果を基にして、本発明の効果を具体的に説明する。実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００５７】
シミュレーションモデルについて述べる。図１３には、導光体６を備えたシンチレータパネルのモデルを、図１４には、導光体６、および、導光体からの光取り出し手段７を備えたシンチレータパネルのモデルを示す。
【００５８】
蛍光体層５は蛍光体と空隙からなり、体積分率は蛍光体が５２％、空隙が４８％と設定した。蛍光体の屈折率は２．２５、粒径は１１μｍとした。蛍光体層におけるＸ線３２の線吸収係数は５２．６ｃｍ−１と設定し、吸収されたＸ線は蛍光体において波長５５０ｎｍの可視光（発光光）に変換され、等方的に発光するとした。変換効率は全ての計算において一定とした。可視光は、蛍光体によってＭｉｅ散乱理論に基づき散乱されるとし、一方でＸ線は、蛍光体によって散乱されないとした。
【００５９】
可視光に対して、蛍光体層下面は反射率９８％、吸収率２％の完全拡散面に設定し、その他の界面では媒質の屈折率に応じて数式（１）および数式（２）で表されるフレネル反射条件（および透過条件）を適用した。一方で、Ｘ線に対しては、蛍光体層下面から入射角０°で垂直上向きに蛍光体層に入射し、いずれの界面においても進路を変えることなく透過率１００％で直進するとした。すなわち、Ｘ線は蛍光体によって吸収される以外の反応を示さないよう設定した。蛍光体層上面および導光体開口部は空気に接しているとした。９．６μｍ×９．６μｍの受光器を蛍光体層の上面に接して隙間なくマトリクス状に並べた。なお、受光器は光線に対して何の影響も与えない。
【００６０】
輝度の評価では、一定量のＸ線を照射し、受光器に到達した発光光の総量を求めて、Ｘ線照射量との比を算出することで相対輝度を算出し評価する。鮮鋭度（ＭＴＦ）の評価では、Ｘ線照射域を矩形に設定し、照射域と非照射域の境界（エッジ）プロファイルが、発光光を受光した受光器においてどの程度ぼやけるかを評価する。すなわち各受光器の発光光のカウント数から、ＥＳＦ（ｅｄｇｅ  ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を求め、格子間隔９．６ｕｍで微分して、ＬＳＦ（ｌｉｎｅ  ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を算出する。ＬＳＦをフーリエ変換することで各空間周波数のＭＴＦが算出される。エッジ法の詳細は例えば、日本放射線技術学会（監修）、「標準ディジタルＸ線画像計測」、オーム社（２０１０）に記載されている。
【００６１】
図１５に、導光体および導光体からの光取り出し手段を具備しない、従来の一般的なシンチレータパネルの輝度と鮮鋭度の関係を模式的に表した概念図を示す。図１５において、横軸は輝度、縦軸は鮮鋭度を表す。蛍光体層が同じ材料で構成される場合、蛍光体層の厚みが薄いほど、シンチレータパネルは低輝度で高鮮鋭度な特性を示す。一方、蛍光体層の厚みが厚いほど、シンチレータパネルは高輝度で低鮮鋭度な特性を示す。すなわち、輝度と鮮鋭度はトレードオフの関係にあり、蛍光体層の厚みによってこれらの特性を変化させることができるものの、一方の特性を高めると、もう一方の特性が低下する。従って、図１５のラインより右上の領域はトレードオフを抜け出した特性良好なシンチレータパネルであることを意味し、左下の領域は特性が不良であることを意味する。以下で実施例を比較例と比較する際には、輝度を横軸に、鮮鋭度を縦軸にプロットした２次元の特性ポイントを考え、実施例の特性ポイントが、対応する比較例の特性ポイントより右上に位置するかどうかに着目してシンチレータパネルの特性良否を判断した。
【００６２】
（比較例１）
図１３に示す、導光体６を備えたシンチレータパネルモデルにおいて、輝度およびＭＴＦを計算した。膜厚２５０μｍの蛍光体層に、底面の直径が１０５μｍ、高さ１５０μｍの円錐形状の導光体を、円錐底面を導光体開口部とし、該底面と蛍光体層の上面とが平行に、円錐の頂部が蛍光体層の底面側に向くようにして、ピッチ１４０μｍでマトリクス状に並べて埋め込んだ。導光体の屈折率は１．５とし、導光体の側面（蛍光体層との界面）および開口部ではフレネル反射条件（および透過条件）を適用した。以上のようにして、導光体６を備えたシンチレータパネルのモデルを構築し、輝度および、ＭＴＦを算出した。以下、この比較例１の輝度の値を１００として相対評価を行った。算出されたＭＴＦの空間周波数２ＬＰ／ｍｍにおける値は、０．２４４であった。得られた値を表１に示す。
【００６３】
（実施例１）
図１４に示す、導光体６、および、導光体からの光取り出し手段７を備えたシンチレータパネルの特性を計算した。光取り出し手段として導光体開口部に理想的な凹凸を設けた際のシミュレーションを行うため、導光体開口部を完全拡散透過面とした以外は、比較例１と同様のシミュレーションモデルを作製した。なお、完全拡散透過面とは入射角の値に依らず全光線透過率が１００％となる均等拡散面であり、均等拡散面とは透過光の強度が出射角の余弦関数として変化する面のことである。以上のようにして、導光体および導光体からの光取り出し手段（表面凹凸）を備えたシンチレータパネルの相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。得られた値を表１に示す。比較例１と比較すると、輝度が向上し、また、ＭＴＦが大きく向上することがわかる。
【００６４】
（比較例２）
膜厚２５０μｍの蛍光体層に、上底の直径が４２μｍ、下底の直径が１０５μｍ、高さ１５０μｍの円錐台形状の導光体を、下底面を導光体開口部とし、該下底面と蛍光体層の上面とが平行に、円錐台の上底が蛍光体層の底面側に向くようにして、ピッチ１４０μｍでマトリクス状に並べて埋め込んだ。導光体の屈折率は１．５とし、導光体の側面（蛍光体層との界面）、導光体の上底面、および下底面（開口部）ではフレネル反射条件（および透過条件）を適用した。以上のようにして、導光体６を備えたシンチレータパネルのモデルを構築し、相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。得られた値を表１に示す。
【００６５】
（実施例２）
導光体開口部を完全拡散透過面とした以外は、比較例２と同様のシミュレーションモデルを作製した。シンチレータパネルの相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。得られた値を表１に示す。比較例２と比較すると、輝度が向上し、また、ＭＴＦが大きく向上することがわかる。
【００６６】
（比較例３）
蛍光体層の膜厚が３５０μｍ、円錐台形状の導光体の上底の直径が４５．１μｍ、下底の直径が１０５μｍ、高さが２００μｍである以外は、比較例１と同様にして、導光体６を備えたシンチレータパネルのモデルを構築し、相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。得られた値を表１に示す。
【００６７】
（実施例３）
導光体開口部を完全拡散透過面とした以外は、比較例３と同様のシミュレーションモデルを作製した。シンチレータパネルの相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。得られた値を表１に示す。比較例３と比較すると、輝度が向上し、また、ＭＴＦが大きく向上することがわかる。
【００６８】
【表１】
2019105547.tif 000004
【００６９】
（比較例４）
導光体部分の屈折率を１とした以外は、比較例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、シンチレータパネルの相対輝度、ＭＴＦの計算を行った。屈折率１は、導光体部分が空洞（凹形状）になっていることを意味している。得られた値を表２に示す。
【００７０】
【表２】
2019105547.tif 000005
【００７１】
（実施例４）
導光体部分の屈折率を１．２とした以外は、実施例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。
【００７２】
（実施例５）
導光体部分の屈折率を１．８とした以外は、実施例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。
【００７３】
（実施例６）
導光体部分の屈折率を２．１とした以外は、実施例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。
【００７４】
（実施例７）
導光体部分の屈折率を２．５とした以外は、実施例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。
【００７５】
（実施例８）
導光体部分の屈折率を２．８とした以外は、実施例３と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。
【００７６】
比較例４の凹形状のくぼみを有するシンチレータパネルと比較して、実施例３〜８の導光体および、光取り出し手段を有するシンチレータパネルの輝度およびＭＴＦは向上することがわかる。また、実施例３〜８を比較すると、導光体の屈折率が高くなるに従い、シンチレータパネルの輝度およびＭＴＦがより向上することがわかる。屈折率が１．５〜２．８の場合に特に特性向上が顕著である。
【００７７】
（実施例９）
導光体をＣＳＩで構成した場合のシンチレータパネルの特性を計算する。導光体はＣＳＩのみで構成されたとし（ＣＳＩ充填率１００％）、導光体内では可視光を散乱しないこと、導光体の屈折率が１．８であること以外は、蛍光体層と同様にパラメータを設定する。すなわち、導光体におけるＸ線の線吸収係数は５２．６ｃｍ−１と設定し、吸収されたＸ線は波長５５０ｎｍの可視光（発光光）に変換され、等方的に発光するとした。変換効率も蛍光体層と同じ値に設定した。導光体を上述のＣＳＩで構成した以外は、実施例５と同様のシミュレーションモデルを作製し、同様の特性評価を行った。得られた値を表３に示す。実施例５と比較すると、輝度およびＭＴＦがより向上することがわかる。
【００７８】
【表３】
2019105547.tif 000006
【符号の説明】
【００７９】
１  放射線画像検出装置
２  シンチレータパネル
３  検出基板
４  基板
５  蛍光体層
６  導光体
７  光取り出し手段
８  接着層
９  光電変換層
１０  出力層
１１  基板
１２  電源部
１３  入射光
１４  透過光
１５  入射光
１６  反射光
１７  透過光
１８  反射光
１９  透過光
２０  散乱光
２１  鋳型基板
２２  導光体材料
２３  導光体
２４  蛍光体層
２５  導光体
２６  剥離層
２７  基板
２８  蛍光体層
２９  蛍光体層
３０  導光体パターン
３１  導光体材料
３２  Ｘ線
３３  受光器
θｃ  臨界角
【図１】
2019105547.tif 000007
【図２】
2019105547.tif 000008
【図３】
2019105547.tif 000009
【図４】
2019105547.tif 000010
【図５】
2019105547.tif 000011
【図６】
2019105547.tif 000012
【図７】
2019105547.tif 000013
【図８】
2019105547.tif 000014
【図９】
2019105547.tif 000015
【図１０】
2019105547.tif 000016
【図１１】
2019105547.tif 000017
【図１２】
2019105547.tif 000018
【図１３】
2019105547.tif 000019
【図１４】
2019105547.tif 000020
【図１５】
2019105547.tif 000021