(57)【要約】【課題】多くの基板を要することなく、高エネルギーの放射線を検出することができる放射線検出器およびこれに用いるシンチレータパネルを提供する。【解決手段】イメージセンサ１におけるケース４には、シンチレータパネル積層体２が収容されている。シンチレータパネル積層体２は、複数のシンチレータ３，３…が積層されて構成されている。シンチレータ３は、透明の基板１１を備えており、基板１１の表裏面には、それぞれシンチレータ１２が蒸着されて形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面および裏面にシンチレータが蒸着されて形成されていることを特徴とするシンチレータパネル。
【請求項２】
前記基板が、透光性材料からなる請求項１に記載のシンチレータパネル。
【請求項３】
前記投光性材料が、ガラスからなる請求項２に記載のシンチレータパネル。
【請求項４】
前記基板が、金属材料からなる請求項１または請求項２に記載のシンチレータパネル。
【請求項５】
前記基板が、カーボン系材料からなる請求項１または請求項２に記載のシンチレータパネル。
【請求項６】
前記基板の表面および裏面に形成された前記シンチレータの表面に保護膜が形成されている請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載のシンチレータパネル。
【請求項７】
前記保護膜が、防湿性を備える請求項６に記載のシンチレータパネル。
【請求項８】
前記基板の表面および裏面に形成された前記シンチレータの表面に反射膜が形成されている請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載のシンチレータパネル。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載のシンチレータパネルを複数積層して形成されたシンチレータパネル積層体を備え、
前記シンチレータパネル積層体に撮像素子が取り付けられている放射線検出器。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載のシンチレータパネルを複数積層して形成されたシンチレータパネル積層体を備え、
前記シンチレータパネル積層体に光電変換素子が取り付けられている放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用、工業用のＸ線撮影等に用いられるシンチレータパネルおよびシンチレータパネルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線やγ線を弁別するエネルギー弁別器や、放射線画像を得るイメージセンサなどの放射線検出器として、放射線を可視光に変換するシンチレータが利用されている。このようなシンチレータを利用したものとして、従来、たとえばアモルファスカーボンなどからなる基板の表面に柱状のシンチレータを形成したシンチレータパネルがある（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
また、複数のシンチレータを多層に積層し、積層されたシンチレータの下方に撮像素子を配設したエネルギー弁別器がある（たとえば、特許文献２）。このエネルギー弁別器では、その上方から放射線を入射させることによりエネルギーを弁別する。エネルギー弁別器に入射した放射線のエネルギーが低エネルギーの場合、その放射線は比較的上層のシンチレータでシンチレーション発光を起こさせ、シンチレーション発光により生じた光は撮像素子に到達するときには広く拡散する。そのため、広範囲にわたる像として撮像素子により検出される。一方、放射線のエネルギーが高エネルギーの場合、その放射線は比較的下層のシンチレータでシンチレーション発光を起こさせ、シンチレーション発光により生じた光は撮像素子に到達するときに狭い範囲にしか広がらない画像として撮像素子により検出される。したがって、撮像素子で撮像される光の像の広さから放射線の入射エネルギーを推定し、放射線をそのエネルギーの高さで弁別するものである。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開ＷＯ９９／６６３４５号パンフレット（３頁、図１）
【０００５】
【特許文献２】
特公平５−７５９９０号公報（３頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に開示されているシンチレータパネルでは、基板に柱状のシンチレータを形成しているものであるが、形成することができるシンチレータの厚さにはおのずと限界がある。このため、たとえば高エネルギーの放射線を検出するためにシンチレータを厚くした放射線検出器などを製造しようとすると、多数のシンチレータパネルを重ねる必要が生じ、その分多くの基板を要するというする問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示されたエネルギー弁別器は、シンチレータから生じた光を検出した撮像素子の空間的広がりから、放射線の入射エネルギーを推定している。このため、シンチレータから生じた光を直接検出してエネルギー弁別するものではないので、その検出精度が高いとはいえないものであった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、多くの基板を要することなく、高エネルギーの放射線を検出することができるエネルギー弁別器などの放射線検出器およびこれに用いることができるシンチレータパネルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係るシンチレータパネルは、基板の表面および裏面にシンチレータが蒸着されて形成されているものである。
【００１０】
このように、本発明に係るシンチレータパネルでは、基板の表面および裏面の両面にシンチレータが蒸着されて形成されている。このため、片面に形成するシンチレータの厚みには限界があるものの、片面にのみシンチレータが形成されたシンチレータパネルと比較して、シンチレータパネル全体としてのシンチレータの厚みを、２倍程度とすることができる。したがって、このようなシンチレータパネルを用いた放射線検出器を製造する際に、必要となるシンチレータパネルの数を少なくすることができる。
【００１１】
ここで、基板が、透光性材料からなるのが好適である。
【００１２】
基板が透光性材料からなることにより、シンチレータで可視化された光が基板を通じて、シンチレータで可視化した光を所望の位置に確実に案内することができる。
【００１３】
また、基板が、ガラスからなるのが好適である。
【００１４】
基板としてガラスを用いることにより、シンチレータで可視化された光を確実に案内するとともに、シンチレータを好適に支持することができる。
【００１５】
さらに、基板が金属材料からなる態様とすることもできる。
【００１６】
基板を金属材料で形成することにより、強度の高いシンチレータ部材とすることができる。また、基板を金属材料で形成することにより、シンチレータによって可視化された光を基板の表面を通じて案内することができる。
【００１７】
あるいは、基板が、カーボン系材料からなる態様とすることもできる。
【００１８】
基板をカーボン系材料で形成することにより、Ｘ線などの放射線の入射を妨げないようにすることができる。
【００１９】
さらに、基板に形成されたシンチレータの表面に、保護膜が形成されている態様とすることもできる。
【００２０】
このように、シンチレータの表面に保護膜を形成することにより、外的要因に基づくシンチレータが物理的、化学的な障害からシンチレータを保護することができる。
【００２１】
このとき、保護膜が防湿性を備えるのが好適である。
【００２２】
シンチレータは、潮解性が高いものであるので、水分が付着すると潮解しやすくなってしまうが、保護膜が防湿性を備えることにより、シンチレータと水分との接触を好適に防止することができる。したがって、シンチレータの潮解を好適に防止することができる。
【００２３】
また、基板に形成されたシンチレータの表面に、反射膜が形成されている態様とするのが好適である。
【００２４】
このように、シンチレータの表面に反射膜が形成されていることにより、放射線の入射によるシンチレーション発光によって、シンチレータから発生した可視光をシンチレーション部材の外に漏らさないようにするとともに、検出される可視光の光量を大きくすることができる。
【００２５】
他方、上記課題を解決した本発明に係る放射線検出器は、上記シンチレータパネルのうちのいずれかを複数積層して形成されたシンチレータパネル積層体を備え、シンチレータパネル積層体に撮像素子が取り付けられているものである。あるいは、上記シンチレータパネルを複数積層して形成されたシンチレータパネル積層体を備え、シンチレータパネル積層体に光電変換素子が取り付けられているものである。
【００２６】
このように、本発明に係る放射線検出器では、１枚の基板の表裏面にシンチレータを形成したシンチレータパネルを積層したシンチレータパネル積層体を形成している。このため、片面にのみシンチレータが形成されたシンチレータパネルと比較して、シンチレータパネル全体としてのシンチレータの厚みを、２倍程度とすることができる。したがって、必要となるシンチレータパネルの数を少なくした放射線検出器とすることができる。
【００２７】
なお、放射線検出器の具体的な例としては、イメージセンサや放射線弁別器などを挙げることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一の部材については可能な限り同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。また、各図面は説明の理解を容易にするため、誇張ないし省略している部分があり、その寸法比は必ずしも実際のそれとは一致しない。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシンチレータパネルを用いた放射線検出器であるイメージセンサの側断面図、図２はこのエネルギー弁別器に用いられるシンチレータパネルの拡大側断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係るイメージセンサ１は、シンチレータパネル積層体２を備えている。シンチレータパネル積層体２は、複数、本実施形態では４枚のシンチレータパネル３，３…が積層されて形成されている。これらのシンチレータパネル３，３…は、隣接するシンチレータパネル３，３同士の間がほぼ密接した状態で配置されている。
【００３１】
図２に示すように、シンチレータパネル３は、矩形の基板１１を備えている。基板１１はガラスで形成されており、放射線透過性を有するとともに、その内部を光（可視光）が伝播できるようになっている。基板１１は、ガラスのほか、アモルファスカーボン、その他の炭素を主成分とする材料によって形成することもできる。
【００３２】
基板１１の表面および裏面（図１における両側面）には、Ｘ線やγ線などの放射線をシンチレーション発光によって可視光に変換するシンチレータ１２が蒸着されて形成されている。シンチレータ１２には、たとえばＴｌドープのＣｓＩが用いられており、ＣｓＩは多数の針状結晶（柱状結晶）が林立した構造を有している。
【００３３】
さらに、基板および基板の表裏面に形成されたシンチレータ１２の表面には、保護膜１３が形成されており、シンチレータ１２の表面は保護膜１３によって覆われている。保護膜１３は、たとえばポリパラキシリレンによって構成されており、シンチレータ１２の物理的・化学的損傷を防止している。特に、ポリパラキシリレンを用いることにより、高い防湿性を発揮している。シンチレータ１２は、潮解性が高いものであるが、ポリパラキシリレンの高い防湿性をもって保護することにより、シンチレータ１２の潮解を防止している。保護膜１３としては、上記のポリパラキシリレンのほか、たとえばポリパラクロロキシリレンなどのキシレン系樹脂を用いることもできる。
【００３４】
さらに、シンチレータ１２の表面には、保護膜１３を介して、反射膜となる金属反射膜１４が形成されている。金属反射膜１４は、たとえばアルミニウムなどの金属によって構成されており、保護膜１３を介してシンチレータ１２の表面を覆っている。そして、シンチレータ１２によって可視化された光がシンチレータ１２の外側にもれるのを防止している。金属反射膜１４としては上記のアルミニウム（Ａｌ）のほか、種々のものが挙げられ、たとえばＡｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｒｈ，ＰｔおよびＡｕからなる群の中の物質を含む材料を用いることができる。なお、図１において、シンチレータパネル３は、基板１１およびシンチレータ１２のみを示しており、保護膜１３および金属反射膜１４の描写は省略している。
【００３５】
複数のシンチレータパネル３，３…で形成されたシンチレータパネル積層体２は、図１に示すように、下面が開放されたケース４に収容されている。ケース４は、放射線透過性を有するたとえば樹脂で形成されているが、たとえばガラス管、アモルファスカーボン、その他炭素を主成分とする材料から形成されている態様とすることもできる。また、ケース４の内側には、アルミニウムからなる金属反射膜５が形成されている。
【００３６】
シンチレータパネル積層体２は、ケース４の内側において、たとえば透明の樹脂からなる固定部材によって固定されており、ケース４の内側を極力埋め尽くすようにして配置されている。固定部材はたとえば溶融した樹脂を固めることによって形成されており、溶融した状態の樹脂をケース４に流し込み、そのまま冷却させることによって形成することができる。
【００３７】
さらに、ケース４の開放面には、撮像素子となる固体撮像素子１５が配置されている。撮像素子となる固体撮像素子１５には、シンチレータパネル３，３…における基板１１の端部が接続されており、固体撮像素子１５は、基板１１を介して伝播された光を受光する。固体撮像素子１５は、図示しないモニタに接続されており、固体撮像素子１５で撮像された画像は、モニタに表示することができるようになっている。
【００３８】
以上の構成を有する本実施形態に係るイメージセンサの作用について説明する。
【００３９】
本実施形態に係るイメージセンサ１においては、ケース４における開放面に対向する位置にある入射面から放射線を入射する。入射面から入射した放射線は、そのまま直進し、やがて金属反射膜１４および保護膜１３を透過して、シンチレータパネル３におけるシンチレータ１２に衝突する。シンチレータ１２に放射線が衝突することにより、シンチレータ１２がシンチレーション発光し、シンチレータ１２から可視光が発生する。シンチレータ１２で発生した可視光は、直接基板１１または金属反射膜１４に向けて発せられる。ここで、直接基板１１に向かった可視光は、そのまま基板１１に入射し、基板１１内を伝播されて固体撮像素子１５に到達する。また、金属反射膜１４に向かった可視光は、金属反射膜１４に反射され、やがて基板１１に入射する。こうして基板１１に入射した可視光は、基板１１を伝播されて固体撮像素子１５に到達する。
【００４０】
このように、ケース４から入射した放射線は、そのまま直進してシンチレータパネル３におけるシンチレータ１２によって可視光に変換され、基板１１を通して固体撮像素子１５に伝播される。したがって、入射面から入射した放射線がそのまま可視化されて固体撮像素子１５に撮影されることになるので、イメージセンサとしての機能を果たすことになる。
【００４１】
ここで、本実施形態に係るイメージセンサ１では、複数のシンチレータパネル３，３…を積層してシンチレータパネル積層体２を形成している。このシンチレータパネル積層体２を構成するシンチレータパネル３，３…のそれぞれの表裏面には、いずれもシンチレータ１２，１２が形成されている。基板にシンチレータを形成する場合、その厚さには限界があるので、片面側、たとえば表面のみにシンチレータを形成したとすると、イメージセンサを製造するために多数の基板を要することになる。これに対して、本実施形態に係るシンチレータパネル３ではその表裏面にシンチレータ１２，１２がそれぞれ形成されているため、片面側のみにシンチレータが形成されているシンチレータパネルと比較して、２倍程度の厚さを確保することができる。したがって、片面側にのみシンチレータが形成されているシンチレータパネルをケースに収容してイメージセンサを製造する場合と比較して、必要とするシンチレータパネルを、単純には二分の一程度とすることができる。１つのシンチレータパネルには１つの基板が用いられていることから、単純に考えて、使用する基板の数を半分にすることができる。このように、イメージセンサを設ける際に要する基板の数を少なくすることができる。
【００４２】
イメージセンサ１に用いられるシンチレータパネル３は、次のようにして製造することができる。その製造工程を、図３を用いて説明すると、まず、図３（ａ）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１に対して、下方から図示しない蒸発器を用いてシンチレータ成分であるＣｓＩ：Ｔｌを蒸発させて基板１１の一面に蒸着させる。そして、そのまま蒸着を進行させると、図３（ｂ）に示すように、シンチレータ１２が気相成長し、所望の厚さ、たとえば０．５ｍｍ程度までシンチレータ１２が成長して針状構造が形成される。それから、一旦シンチレータ成分の蒸着を停止させ、次に、基板１１の天地をひっくり返し、図３（ｃ）に示すように、基板１１におけるシンチレータが形成されていない面を下側に向ける。この状態でシンチレータ成分の蒸発を再開し、基板１１における下面（シンチレータが形成されていない面）にシンチレータを蒸着させて、シンチレータ１２を気相成長させる。そして、図３（ｄ）に示すように、シンチレータ１２が成長して針状構造が形成される。この後、アニ−ル工程が行われる。それから、基板１１およびシンチレータ１２をそれぞれポリパラキシリレンからなる保護膜によって覆ってコーティングし、さらに金属反射膜を形成する。このようにして、シンチレータパネル３が製造される。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４４】
図４は、本実施形態に係るシンチレータパネルを用いた放射線検出器であるイメージセンサの側断面図である。図４に示すように、本実施形態に係るイメージセンサ２０は、上記第１の実施形態と同様の構成を有するシンチレータパネル積層体２およびこれを収容するケース４を備えている。このケース４の内部に金属反射膜５が形成されている点についても、上記第１の実施形態と同様である。
【００４５】
また、本実施形態に係るシンチレータパネル積層体２を形成するシンチレータパネル３，３…のそれぞれの基板１１，１１…におけるケース４の開放面側には、複数の光電変換器、たとえば光電子増倍管２１，２１…が取り付けられている。光電子増倍管２１，２１…は、図４では４つのみ描かれているが、光電子増倍管２１，２１…は紙面奥行き方向に複数並設され、４列に渡って配置されている。これらの光電子増倍管２１，２１…は、図示しない画像処理回路を有する回路基板を介して画像モニタに接続されている。そして、光電子増倍管２１，２１…から出力される電気信号は、回路基板に形成された画像処理回路によって画像信号に変換されてモニタに出力される。モニタには、出力された画像信号に応じた画像が表示される。
【００４６】
また、本実施形態に係るイメージセンサには、シンチレータパネル積層体２の積層方向に交差する方向、たとえば直交する方向に沿って放射線が上方から入射されるので、入射した放射線は、シンチレータパネル積層体２の積層方向に直交する方向に進んでいく。このため、シンチレータパネル３の基板１１の大きさを調整することにより、使用される放射線のエネルギーの高さに応じたイメージセンサとすることができる。
【００４７】
以上の構成を有する本実施形態に係るイメージセンサ２０では、シンチレータパネル積層体２の積層方向に直交する方向（図４の上下方向）に沿ってイメージセンサ２０の上方から放射線が入射する。イメージセンサ２０に入射した放射線は、シンチレータ１２，１２…に到達し、到達した点においてシンチレータ１２を発光させる。シンチレータ１２，１２…が発光すると、その光は、透光性材料からなる基板１１，１１…のいずれかに入射し、基板１１，１１…を介して光電子増倍管２１，２１…まで伝播される。そして、光電子増倍管２１，２１…においては、シンチレータ１２，１２…が発光して生じた光が電気信号に変換される。それから、各光電子増倍管２１，２１…から出力される電気信号に基づいて、回路基板おける画像処理回路で画像処理がなされ、画像信号が形成される。この画像信号をモニタに出力することによって、モニタに画像が表示される。
【００４８】
このように、本実施形態に係るイメージセンサ２０は、上記第１の実施形態と同様のシンチレータパネル積層体２を用いているので、イメージセンサを設ける際に要する基板の数を少なくすることができる。また、撮像素子として光電子増倍管を用いているので、撮像された画像を鮮明にすることができる。
【００４９】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５０】
図５は、本実施形態に係るシンチレータを用いた放射線検出器であるエネルギー弁別器の側断面図である。図５に示すように、本実施形態に係るエネルギー弁別器３０は、上記第１，第２の実施形態と同様のシンチレータパネル積層体２およびこれを収容するケースを備えている。また、ケース４の内部に金属反射膜５が形成されている。
【００５１】
また、本実施形態に係るシンチレータパネル積層体２を形成するシンチレータパネル３，３…のそれぞれの基板１１，１１…におけるケース４の開放面側には、４つの光検出器、たとえば固体リニアセンサ３１，３１…が取り付けられている。これらの固体リニアセンサ３１は、基板１１を通じてきた光を検出する。
【００５２】
以上の構成を有する本実施形態に係るエネルギー弁別器３０においては、シンチレータパネル積層体２の積層方向に沿ってエネルギーを入射する。入射した放射線は、順次シンチレータパネル積層体２を通過し、やがてシンチレーション発光して可視光を発する。この可視光が発したシンチレータパネル３における基板１１を伝って可視光が固体リニアセンサ３１に到達する。そして、到達した固体リニアセンサ３１の位置に応じて、放射線のエネルギーを弁別することができる。
【００５３】
かかる構成を有する本実施形態に係るエネルギー弁別器３０においても、上記第１、第２の実施形態で説明したイメージセンサと同様、シンチレータパネル積層体２を用いているので、イメージセンサを設ける際に要する基板の数を少なくすることができる。
【００５４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では保護膜を形成しているが、この保護膜を形成しない態様とすることができる。また、金属反射膜を形成しているが、これを形成しない態様とすることもできる。さらに保護膜および金属反射膜はシンチレータを覆って形成しているが、たとえば基板とシンチレータとの間に形成することもできる。反射膜は金属性ではなく、単に光の遮蔽性を有する樹脂等で構成することもできる。
【００５５】
また、上記実施形態では、透明の基板を用いているが基板は透明のものに限定されず、不透明または半透明のものなどを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、ケースに収容するパネルの数を４枚としているが、この枚数は限定されず、適宜の枚数とすることができる。また、上記実施形態ではケース内には単にシンチレータパネル積層体が収容されているのみであるが、たとえばケース内の固定部材を充填して、シンチレータパネル積層体とケースとを固定する態様とすることもできる。さらに、基板の形状は矩形のものに限定されず、放射線検出器の形状等にあわせて、円形、楕円形、長円形、多角形など、適宜の形状とすることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、シンチレータとしてＣｓＩ（Ｔｌ）が用いられているが、これに限らず、たとえばＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、Ｋｉ（Ｔｌ）等を用いることもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、多くの基板を要することなく、高エネルギーの放射線を検出することができるエネルギー弁別器などの放射線検出器およびこれに用いることができるシンチレータパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るシンチレータパネルを用いた放射線検出器であるイメージセンサの側断面図である。
【図２】エネルギー弁別器に用いられるシンチレータパネルの拡大側断面図である。
【図３】シンチレータパネルの製造工程を示す工程図である。
【図４】第２の形態に係るシンチレータパネルを用いた放射線検出器であるイメージセンサの側断面図である。
【図５】第３の形態に係るシンチレータパネルを用いた放射線検出器であるイメージセンサの側断面図である。
【符号の説明】
１，２０…イメージセンサ、２…シンチレータパネル積層体、３…シンチレータパネル、４…ケース、５…金属反射膜、１１…基板、１２…シンチレータ、１３…保護膜、１４…金属反射膜、１５…固体撮像素子、２０…イメージセンサ、２１…光電子増倍管、３０…エネルギー弁別器、３１…固体リニアセンサ。
【図１】
2004333235.tif 000003
【図２】
2004333235.tif 000004
【図３】
2004333235.tif 000005
【図４】
2004333235.tif 000006
【図５】
2004333235.tif 000007