(57)【要約】【課題】  少ない放射線量で放射線画像を撮像できる放射線画像撮像素子を提供する。【解決手段】  放射線画像撮像素子は、放射線を吸収して発光するシンチレータと、透明電極と、発光を検出して電気信号に変換する光電変換層と、各画素に対応する画素電極と、ＴＦＴ回路と、シンチレータが発した光を光電変換層に向けて反射させるよう形成された湾曲形状を有するマイクロミラーが配列されて成るマイクロミラーアレイと、が積層されて成る。【選択図】図１
2017090163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を吸収して発光するシンチレータと、
透明電極と、
前記発光を検出して電気信号に変換する光電変換層と、
各画素に対応する画素電極と、
ＴＦＴ回路と、
前記シンチレータが発した光を前記光電変換層に向けて反射させるよう形成された湾曲形状を有するマイクロミラーが配列されて成るマイクロミラーアレイと、
が積層されて成る放射線画像撮像素子。
【請求項２】
前記マイクロミラーアレイは、各画素電極に対向するマイクロミラーが配列されて成り、
各マイクロミラーの曲率は、前記シンチレータにおいて当該マイクロミラーと対応する画素電極の間で発せられた光を当該マイクロミラーが反射した反射光が、対応する画素電極と接する光電変換層に集光する曲率とすることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮像素子。
【請求項３】
前記放射線画像撮像素子は、
放射線が入射する側から順に、
前記マイクロミラーアレイ、前記シンチレータ、前記透明電極、前記光電変換層、前記画素電極、前記ＴＦＴ回路が基板上に積層されて成る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像撮像素子。
【請求項４】
前記放射線画像撮像素子は、
放射線が入射する側から順に、
前記ＴＦＴ回路、前記画素電極、前記光電変換層、前記透明電極、前記シンチレータ、前記マイクロミラーアレイが基板上に積層されて成る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるレントゲン写真を撮像する素子として、放射線を吸収して発光するシンチレータを利用し、当該シンチレータの発光を検出するフォトダイオードを用いて電気信号に変換し、画像を得る素子がある。
【０００３】
特許文献１には、そのような放射線検出器が開示されている。特許文献１の放射線検出器は、図４に示すように、検出器容器１４内部に、外部から入射する放射線量に応じたシンチレーション光を発生する大面積薄型シンチレータ１１と、当該大面積薄型シンチレータ１１とほぼ平行に配置され、大面積薄型シンチレータ１１で発生したシンチレーション光を集光する複数個の薄型集光体１２と、検出器該側面に張り付けられた遮光膜１５と、薄型集光体１２の集光点に受光面を当該薄型集光体１２に向けて配置され、受光した光を電気信号に変換して出力する光電変換素子１３とを備える。これにより、特許文献１に記載の放射線検出器１４は、薄型集光体１２によりシンチレータ１１で発生した光を効率よく集光して、光電変換素子１３に受光させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４２７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レントゲン写真の撮像にあたっては、放射線の被爆量を少しでも抑制し、人体への影響を軽減することが望まれている。そのため、より少ない放射線量で、撮像可能な放射線画像撮像素子の開発が課題となっている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より効率よくシンチレータが発した光を集光することができる放射線画像撮像素子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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施態様に係る放射線画像撮像素子は、放射線を吸収して発光するシンチレータと、透明電極と、発光を検出して電気信号に変換する光電変換層と、各画素に対応する画素電極と、ＴＦＴ回路と、シンチレータが発した光を光電変換層に向けて反射させるよう形成された湾曲形状を有するマイクロミラーが配列されて成るマイクロミラーアレイと、が積層されて成る。
【０００８】
また、マイクロミラーアレイは、各画素電極に対向するマイクロミラーが配列されて成り、各マイクロミラーの曲率は、シンチレータにおいて当該マイクロミラーと対応する画素電極の間で発せられた光を当該マイクロミラーが反射した反射光が、対応する画素電極と接する光電変換層に集光する曲率とすることとしてもよい。
【０００９】
また、放射線画像撮像素子は、放射線が入射する側から順に、マイクロミラーアレイ、シンチレータ、透明電極、光電変換層、画素電極、ＴＦＴ回路が基板上に積層されて成ることとしてもよい。
【００１０】
あるいは、放射線画像撮像素子は、放射線が入射する側から順に、ＴＦＴ回路、画素電極、光電変換層、透明電極、シンチレータ、マイクロミラーアレイが基板上に積層されて成ることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る放射線画像撮像素子は、シンチレータが発した光電変換層に向かわない後背光を、マイクロミラーアレイにより反射させて光電変換層に検出させることができるので、より多くの光を集光して画像に変換することができる。したがって、従来よりも多くの光を集光できるので、従来よりも少ない放射線量での撮像を行っても従来と同様の画像を撮像可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る放射線画像撮像素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る放射線画像撮像素子の構成を示す平面図である。
【図３】実施の形態２に係る放射線画像撮像素子の構成を示す断面図である。
【図４】従来の放射線検出器の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る放射線画像撮像素子の一実施態様について図面を用いながら説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
本発明に係る放射線画像撮像素子１００は、放射線を吸収して発光するシンチレータ１０５と、透明電極１１１と、発光を検出して電気信号に変換する光電変換層１０４と、各画素に対応する画素電極１０３と、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）回路１０２と、シンチレータ１０５が発した光を光電変換層に向けて反射させるよう形成された湾曲形状を有するマイクロミラー（１０６ａ〜１０６ｆ）が配列されて成るマイクロミラーアレイ１０６と、が積層されて形成される。
【００１５】
図１は、放射線画像撮像素子１００の断面図である。図１に示すように、放射線画像撮像素子１００は、基板１０１上に、ＴＦＴ回路１０２が形成されている。そして、ＴＦＴ回路１０２上には、画像の各画素に対応する画素電極１０３ａ〜１０３ｆが配されている。なお、本明細書において、画素電極を総称する場合に「画素電極１０３」と記載する。
【００１６】
各画素に対応する画素電極１０３ａ〜１０３ｆの上には、光電変換層１０４が成膜されている。そして、光電変換層１０４の上には、透明電極１１０が形成され、その上にシンチレータ１０５が形成され、その上には、各画素電極１０３に対応して、マイクロミラーが配列されたマイクロミラーアレイ１０６が形成されている。
基板１０１は、例えば、樹脂により構成されている。
【００１７】
ＴＦＴ回路１０２は、各画素電極１０３から伝達された電気信号に基づいて、１枚の画像を示す画像信号を生成する機能を有する。
【００１８】
画素電極１０３は、フレーム画像を形成する各画素に対応する電極であり、光電変換層１０４から伝達された電気信号に基づく電気信号をＴＦＴ回路１０２に伝達する。
【００１９】
光電変換層１０４は、シンチレータ１０５が発した光を透明電極１１１を介して検出して、その光量に応じた電気信号に変換する。そして、光電変換層１０４は、変換して得られる電気信号を、シンチレーション光を検出した位置に対応する箇所に配された画素電極１０３に伝達する。なお、以下においては、光電変換層１０４がシンチレーション光を検出するにあたって、「透明電極１１１を介する」との記載を省略する。
【００２０】
透明電極１１１は、シンチレータ１０５が発した光を光電変換層１０４に透過し、画素電極１０３と対になって、画素電極１０３の間の光電変換層１０４で発生した電気信号を透明電極１１１から電気信号が発生した箇所に対応する画素電極１０３に向けて流す。
【００２１】
シンチレータ１０５は、照射された放射線を吸収して発光する素子であり、いわゆるシンチレーション光を発する。
【００２２】
マイクロミラーアレイ１０６は、シンチレータ１０５が発した光を反射する。図１に示されるようにマイクロミラーアレイ１０６は、複数のマイクロミラー１０６ａ〜１０６ｆが配列されて成る。各マイクロミラーはそれぞれ１つの画素電極に対向するように構成されている。図１に示す例では、マイクロミラー１０６ａには画素電極１０３ａが、マイクロミラー１０６ｂには画素電極１０３ｂが、マイクロミラー１０６ｃには画素電極１０３ｃが、マイクロミラー１０６ｄには画素電極１０３ｄが、マイクロミラー１０６ｅには画素電極１０３ｅが、マイクロミラー１０６ｆには画素電極１０３ｆが、対向する。
【００２３】
図２には、放射線画像撮像素子１００の平面図であって、各画素電極と、マイクロミラーとの対応関係を示す図を示している。図２に示すように、画素電極１０３ａには、マイクロミラー１０６ａが、画素電極１０３ｂには、マイクロミラー１０６ｂ、…が対応している。図２において、一点鎖線で示す四角が画素電極１０３を示しており、点線がマイクロミラーを示している。そして、各画素電極とマイクロミラーは、図２に示すようにマトリクス状に配され、１対でフレーム画像の一つの画素に対応している。
【００２４】
マイクロミラーアレイ１０６を構成する各マイクロミラー１０６ａ〜１０６ｆは、そのマイクロミラーに対応する画素電極の間でシンチレータ１０５が発した光を、当該画素電極に接する直上の光電変換層１０４に集光できる曲率で湾曲させた凹面鏡である。図１の例で言えば、マイクロミラー１０６ｃは、マイクロミラー１０６ｃと対応する画素電極１０３ｃとの間でシンチレータ１０５が発した光（光源１０７を起点とする光）のうち、マイクロミラー１０６ｃに向かう光軸１０９ａ、１０９ｂで示される後背光を、画素電極１０３ｃに接する直上の光電変換層１０４に集光し、画素電極１０３ｃに隣接する画素電極１０３ｂや画素電極１０３ｄに接する直上の光電変換層１０４になるべく集光させない曲率で湾曲している。
【００２５】
図１、図２に示す構成を有することにより、放射線画像撮像素子１００は以下のように動作する。
【００２６】
放射線照射素子（図示せず）から撮像の対象に向けて放射線が照射される。すると、照射された放射線の一部が、撮像の対象により一部が反射・吸収され、その残りが透過する。撮像対象を透過した放射線１１０は、放射線画像撮像素子１００のシンチレータ１０５に照射される。
【００２７】
シンチレータ１０５は、放射線１１０を吸収して発光する。このとき、シンチレータ１０５は全方向に対して光を発する。すなわち、シンチレータ１０５では、光電変換層１０４に向かう光だけでなく、光電変換層１０４とは逆の方向に向かっても光（以下、後背光と呼称する。）が発せられる。図１においては、光電変換層１０４で発生した光源１０７から、光電変換層１０４に向かう光を点線で描かれた光軸１０８ａ、１０８ｂで示し、光電変換層１０４とは逆の方向、すなわち、マイクロミラーアレイ１０６に向かう後背光を一点鎖線で描かれた光軸１０９ａ、１０９ｂで示している。なお、図１においては、理解しやすくするために、光源１０７を点で示しているが、実際には、シンチレータ１０５においては、放射線１１０が照射された側から吸収し、その発光量を弱めながら、放射線が照射された位置において棒状に発光する。
【００２８】
シンチレータ１０５が発した光電変換層１０４に向かう光（図１の光軸１０８ａ、１０８ｂで示される光）は、そのまま光電変換層１０４で検出され、その光量に応じた電気信号に変換される。また、シンチレータ１０５が発した後背光（図１の光軸１０９ａ、１０９ｂで示される光）は、マイクロミラーアレイ１０６を構成するマイクロミラーにより反射され、光電変換層１０４に照射される。光電変換層１０４は、照射された後背光も検出し、その光量に応じた電気信号に変換する。
【００２９】
光電変換層１０４は、照射された光を検出し、検出した光量に応じて電気信号を生成し、当該電気信号を、光が照射された箇所の光電変換層に対応する位置に存在する画素電極１０３に伝達する。
【００３０】
画素電極１０３は、光電変換層１０４から伝達された電気信号をＴＦＴ回路１０２に伝達する。
【００３１】
ＴＦＴ回路１０２は、各画素電極１０３から伝達された電気信号と、当該画素電極１０３の配置位置に基づいて、撮像画像を生成し、出力する。
【００３２】
以上のように本実施の形態１に係る放射線画像撮像素子１００は、シンチレータ１０５が発した光のうち、光電変換層１０４に向かわない後背光をマイクロミラーアレイ１０６により反射することができるので、従来よりも多くの光を光電変換層１０４に集光することができる。従って、従来よりも少ない放射線量による撮像であっても、後背光の反射を利用して光量を増幅することができるので、従来と同等の撮像画像を得ることができる。また、従来と同量の放射線を照射する場合には、従来よりも、鮮明な撮像画像を得ることができる。また、マイクロミラーアレイ１０６を構成するマイクロミラーを凹面鏡とし、対応する画素電極１０３の直上に配された光電変換層に集光できる構成とすることで、対応していない他の画素電極１０３に不要な光がノイズとして検出されることを抑制することができる。
【００３３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態２においては、上記実施の形態１とは異なる構成であって、マイクロミラーアレイ１０６を利用して、光を集光し、光電変換効率を向上させる構成を開示する。
【００３４】
図３は、本実施の形態２に係る放射線画像撮像素子２００の一構成例を示す断面図である。
【００３５】
図３に示すように、放射線画像撮像素子２００は、基板１０１と、マイクロミラーアレイ１０６と、シンチレータ１０５と、透明電極１１１と、光電変換層１０４と、画素電極１０３（１０３ａ〜１０３ｆ）と、ＴＦＴ回路１０２とが、この順に積層されて成る。
【００３６】
各部の機能については、上記実施の形態１に示す内容と同様であり、同様の機能を有するものには、同じ符号を振っているため、詳細な説明は割愛する。
【００３７】
本実施の形態２における放射線画像撮像素子２００におけるマイクロミラーアレイ１０６も、複数のマイクロミラー１０６ａ〜１０６ｆが配列されて成る。各マイクロミラー１０６ａ〜１０６ｆは、それぞれ、各画素電極１０３ａ〜１０６ｆに対応するように配されている。各マイクロミラー１０６ａ〜１０６ｆは、当該マイクロミラーと対応する画素電極１０３との間でシンチレータ１０５が発した光を、各画素電極１０３に対応する箇所の光電変換層１０４に集光できるように、その曲率が設定された湾曲形状を有する凹面鏡である。そして、放射線画像撮像素子２００は、当該マイクロミラーアレイ１０６を備えることにより、シンチレータ１０５は発した光（光源１０７に基づく光）のうち、光電変換層１０４に向かわない後背光（光軸１０９ａ、１０９ｂで示される光）を反射させて、従来よりも効率よく光電変換層１０４に集光することができる。
【００３８】
以下、放射線画像撮像素子２００の放射線１１０を受けたときの動作について説明する。
【００３９】
放射線画像撮像素子２００は、放射線照射素子から照射され、撮像対象を透過し、撮像対象の影響により一部減衰した放射線１１０を受ける。
【００４０】
放射線１１０は、ＴＦＴ回路１０２、画素電極１０３、光電変換層１０４、透明電極１１１を透過して、シンチレータ１０５に至る。
【００４１】
シンチレータ１０５は透過してきた放射線１１０を吸収して発光する。シンチレータ１０５において光源１０７を起点とする光は、光軸１０８ａ、１０８ｂに示されるように直接（透明電極１１１を介して）光電変換層１０４に照射される。一方、光源１０７を起点とする後背光は、光軸１０９ａ、１０９ｂに示されるように、マイクロミラーアレイ１０６に向かい、マイクロミラー１０６ｃで反射されて、画素電極１０３ｃに対応する箇所の光電変換層１０４に照射される。
【００４２】
光電変換層１０４は、照射された直接光及び後背光を検出してその光量に応じて電気信号に変換する。光電変換層１０４は、変換して得られる電気信号を対応する箇所の画素電極１０３に伝達する。
【００４３】
画素電極１０３は、伝達された電気信号をＴＦＴ回路１０２に伝達する。そして、ＴＦＴ回路１０２は、画素電極１０３から伝達された電気信号とその配置位置に基づいて撮像画像を生成し出力する。
【００４４】
このような構成の放射線画像撮像素子２００も、放射線画像撮像素子１００と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
すなわち、シンチレータ１０５が発した光のうち、光電変換層１０４に向かわない後背光をマイクロミラーアレイ１０６により反射することができるので、従来よりも多くの光を光電変換層１０４に集光することができる。従って、従来よりも少ない放射線量による撮像であっても、後背光の反射を利用して光量を増幅することができるので、従来と同等の撮像画像を得ることができる。また、従来と同量の放射線を照射する場合には、従来よりも、鮮明な撮像画像を得ることができる。また、マイクロミラーアレイ１０６を構成するマイクロミラーを凹面鏡とし、対応する画素電極１０３の直上に配された光電変換層に集光できる構成とすることで、対応していない他の画素電極１０３に不要な光がノイズとして検出されることを抑制することができる。
【００４６】
＜参考例＞
上記実施の形態に本発明に係る発明の一実施態様を説明したが、本発明に係る思想がこれに限られないことは言うまでもない。以下、本発明に係る思想として含まれる各種参考例について説明する。
【００４７】
（１）上記実施の形態においては、マイクロミラーアレイ１０６を構成する各マイクロミラーを各画素電極に対応させることとしたが、これはその限りではない。複数のマイクロミラーを１つの画素電極に対応させる構成であってもよい。例えば、縦２個、横２個に配列された４つのマイクロミラーに１つの画素電極を対応させてもよいし、縦３個、横３個に配列された９つのマイクロミラーに１つの画素電極を対応させてもよい。また、これらの配列について、２×２のものと３×３の配列に１つのマイクロミラーを対応させた構成を混在させてもよい。
【００４８】
（２）上記実施の形態において、更に、特許文献１に記載の構成を組み合わせてもよい。
【００４９】
（３）上記実施の形態及び参考例に示した構成は適宜組み合わせることとしてもよい。
【００５０】
＜補足＞
ここに、本発明に係る放射線画像撮像素子の一実施態様とその効果について説明する。
【００５１】
（ａ）本発明の一実施態様に係る放射線画像撮像素子は、放射線を吸収して発光するシンチレータと、発光を検出して電気信号に変換する光電変換層と、各画素に対応する画素電極と、ＴＦＴ回路と、シンチレータが発した光を光電変換層に向けて反射させるよう形成された湾曲形状を有するマイクロミラーが配列されて成るマイクロミラーアレイと、が積層されて成る。
【００５２】
これにより、マイクロミラーアレイが光電変換層に向かわない光を反射させて光電変換層に検出させることができる。したがって、従来と同じ放射線量で、従来よりも多くの光を光電変換層に検出させることができるので、より鮮明な放射線画像を得ることができる。逆に、従来よりも多くの光を光電変換層に検出させることができるということは、従来よりも少ない放射線量で撮像しても従来と同様の放射線画像を得ることができる。
【００５３】
（ｂ）上記（ａ）に係る放射線画像撮像素子において、マイクロミラーアレイは、各画素電極に対向するマイクロミラーが配列されて成り、各マイクロミラーの曲率は、シンチレータにおいて当該マイクロミラーと対応する画素電極の間で発せられた光を当該マイクロミラーが反射した反射光が、対応する画素電極と接する光電変換層に集光する曲率とする。
【００５４】
これにより、シンチレータにおいて発せられた光が、対応する画素電極に検出されやすくすることができるとともに、対応しない画素電極に光が検出されてノイズ成分となることを抑制することができる。
【００５５】
（ｃ）上記（ａ）又は（ｂ）に係る放射線画像撮像素子において、放射線画像撮像素子は、放射線が入射する側から順に、マイクロミラーアレイ、シンチレータ、透明電極、光電変換層、画素電極、ＴＦＴ回路が基板上に積層されて成る。
【００５６】
あるいは、放射線画像撮像素子は、放射線が入射する側から順に、ＴＦＴ回路、画素電極、光電変換層、透明電極、シンチレータ、マイクロミラーアレイが基板上に積層されて成る。
【００５７】
このような構成により、放射線画像撮像素子を実現することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００  放射線画像撮像素子
１０１  基板
１０２  ＴＦＴ回路
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ  画素電極
１０４  光電変換層
１０５  シンチレータ
１０６  マイクロミラーアレイ
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆ  マイクロミラー
１１１  透明電極
【図１】
2017090163.tif 000003
【図２】
2017090163.tif 000004
【図３】
2017090163.tif 000005
【図４】
2017090163.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月1日(2015.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017090163.tif 000007
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2017090163.tif 000008