(57)【要約】【課題】ノイズの発生を抑制し、コントラスト、解像度、検出分解能などの特性を向上させ、被曝線量の低線量化を可能にする放射線画像撮影装置を提供すること。【解決手段】基板２と、この基板２に配置された複数の光センサ部４Ａと、それぞれの光センサ部４Ａに対して、一つずつ対向するように配置された、複数のシンチレータ部５１と、を備え、シンチレータ部５１は、光センサ部４Ａへ向けて光を反射させる集光性を持つ反射面（内側面）５２Ａで囲まれていることを特徴とする。【選択図】図１
2017067681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に配置された複数の光センサ部と、
それぞれの前記光センサ部に対して、一つずつ対向するように配置された、複数のシンチレータ部と、
を備え、
前記シンチレータ部は、前記光センサ部へ向けて光を反射させる集光性を持つ反射面で囲まれている
ことを特徴とする放射線画像撮影装置。
【請求項２】
前記反射面は、前記シンチレータ部における前記光センサ部と対向する面以外を覆うように形成された反射膜の内側面である
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項３】
前記シンチレータ部の前記基板に直交する方向で切断した断面形状は、凸レンズ形状、半球形状、半楕円体形状、半多角形状およびこれらの形状を含む形状のいずれかである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項４】
前記反射面は、互いに平行をなす平面の対を有しない
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項５】
前記反射膜に形成された凹部内に、前記シンチレータ部が配置されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項６】
前記反射面は、前記シンチレータ部の前記光センサ部と対向する面以外を覆うように形成された材料膜と前記シンチレータ部との界面であり、
前記材料膜の光屈折率が前記シンチレータ部の構成材料の光屈折率よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出して放射線の強度分布に対応する電気信号を出力する放射線画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すような、放射線画像撮影装置１００が知られている。この放射線画像撮影装置１００は、図示しない被写体を透過したＸ線Ｒを用いて被写体を撮影する。放射線画像撮影装置１００は、基板１０１と、この基板１０１上に設けられた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）回路部１０２と、フォトダイオードアレイ１０３と、フォトダイオードアレイ１０３の上に配置されたシンチレータアレイ１０４と、を備えている。
【０００３】
フォトダイオードアレイ１０３は、画素毎に配置された多数のフォトダイオードを備えている。図５では、互いに隣接して配置された３つのフォトダイオードＳ１０１〜Ｓ１０３を示す。シンチレータアレイ１０４は、それぞれの画素毎に、隔壁１０５で区画された複数のシンチレータ１０４Ａを備えている。また、Ｘ線が入射する面には、反射膜１０６が形成されている。それぞれのシンチレータ１０４Ａは、反射膜１０６を通過して入射したＸ線を光（可視光）に変換する機能を有する。このような従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２９３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に示すように、例えば、フォトダイオードＳ１０２の上方に位置するシンチレータ１０４Ａに、Ｘ線Ｒが入射した場合、このシンチレータ部１０４Ａの内部の発光点ＬでＸ線Ｒが光に変換される。この発光点Ｌで発光する光は、全方向に向けて拡散する。この放射線画像撮影装置１００では、隔壁１０５や反射膜１０６が存在するため、符号Ｆ１，Ｆ２で示すような光が、隣接する画素側へ漏れることを防止できる。したがって、図５に示すように、フォトダイオードＳ１０１やフォトダイオードＳ１０３に相当する検出座標に示されるような検出強度Ａ３，Ａ４は、検出されない。
【０００６】
しかしながら、隔壁１０５や反射膜１０６で反射を繰り返して反射回数が増えることで、拡散する光の光路長が長くなり光が減衰するという問題が生じる。特に、図５に示すように、シンチレータ部１０４Ａを互いに平行をなす隔壁１０５が挟む構造であるため、光の反射回数が多くなる。したがって、図５に示すように、発光点Ｌの直下のフォトダイオードＳ１０２に実際に入射する光（変換光）の検出強度Ａ１は、拡散する光を集めた場合に想定される検出強度Ａ２よりも大幅に小さくなる。このため、フォトダイオードＳ１０２における検出強度が低くなり、撮像画像のコントラスト、解像度、検出分解能などの特性が低下する。検出強度を高めるために、Ｘ線発生源の照射出力を高くすると、撮像時における被曝線量が増加するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、撮像画像のコントラスト、解像度、検出分解能などの特性を向上させ、撮像時における放射線の被曝線量の低線量化を可能にする放射線画像撮影装置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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る放射線画像撮影装置の態様は、基板と、この基板に配置された複数の光センサ部と、それぞれの光センサ部に対して、一つずつ対向するように配置された、複数のシンチレータ部と、を備え、シンチレータ部は、前記光センサ部へ向けて光を反射させる集光性を持つ反射面で囲まれていることを特徴とする。
【０００９】
上記態様としては、反射面が、シンチレータ部における光センサ部と対向する面以外を覆うように形成された反射膜の内側面であることが好ましい。
【００１０】
上記態様としては、シンチレータ部の上記基板に直交する方向で切断した断面形状が、凸レンズ形状、半球形状、半楕円体形状、半多角形状およびこれらの形状を含む形状のいずれかであることが好ましい。
【００１１】
上記態様としては、上記反射面が、互いに平行をなす平面の対を有しないことが好ましい。
【００１２】
上記態様としては、反射膜に形成された凹部内に、シンチレータ部が配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記態様としては、反射面が、シンチレータ部の前記光センサ部と対向する面以外を覆うように形成された材料膜とシンチレータ部との界面であり、この材料膜の光屈折率がシンチレータ部の構成材料の光屈折率よりも小さい構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る放射線画像撮影装置によれば、撮像画像のコントラスト、解像度、検出分解能などの特性を向上させ、撮像時における放射線の被曝線量の低線量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の要部断面説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の要部拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の要部断面説明図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置のシンチレータ部の変形例１を示す断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置のシンチレータ部の変形例２を示す断面図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置のシンチレータ部の変形例３を示す断面図である。
【図５】図５は、従来の放射線画像撮影装置を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態に係る放射線画像撮影装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率や形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
【００１７】
［第１の実施の形態］
以下、図１および図２を用いて、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１の構成を説明する。図１に示すように、放射線画像撮影装置１は、基板としてのガラス基板２と、このガラス基板２の表面に形成されたＴＦＴ回路部３と、ＴＦＴ回路部３の上に形成された光センサアレイ４と、この光センサアレイ４の上に形成されたシンチレータアレイ５と、を備える。
【００１８】
（ＴＦＴ回路部）
図２に示すように、ＴＦＴ回路部３は、画素毎に、スイッチング素子としてのＴＦＴ３１を備える。すなわち、これらのＴＦＴ３１は、ガラス基板２の表面にマトリクス状に配置されている。この他に、ＴＦＴ回路部３は、図示しない、電荷蓄積用のキャパシタ、ゲート線、データ線などを備える。
【００１９】
ＴＦＴ３１は、ガラス基板２の表面に形成されたゲート電極３２と、ゲート電極３２およびガラス基板２の表面を覆うゲート絶縁膜３３と、ゲート電極３２と対向するように形成された半導体層３４と、半導体層３４のゲート電極３２を挟む一方側に接合するように配置されたソース電極３５と、半導体層３４のゲート電極３２を挟む他方側に接合するように配置されたドレイン電極３６と、を備える。これらＴＦＴ３１とゲート絶縁膜３３の上には、層間絶縁膜３７が形成されている。
【００２０】
（光センサアレイ）
光センサアレイ４は、多数の光センサ部４Ａを備える。図２に示すように、光センサアレイ４は、層間絶縁膜３７の上に画素領域毎にパターン形成された多数の画素電極４１と、これら画素電極４１および層間絶縁膜３７上に撮影領域全体に亘って形成された光電変換層４２と、この光電変換層４２の上に形成された透明電極４３と、を備える。
【００２１】
本実施の形態では、画素電極４１が金属などの導電性材料で形成されている。透明電極４３は、光センサアレイ４の共通電極として、撮影領域全体に亘って形成されている。図１および図２に示すように、光センサ部４Ａは、画素電極４１と、光電変換層４２と、画素電極４１と対向する領域の透明電極４３と、で構成されている。そして、それぞれの画素電極４１は、層間絶縁膜３７に形成されたコンタクトホールに埋め込まれた取り出し電極３８を介して、対応する画素領域に形成されたＴＦＴ３１のドレイン電極３６に接続されている。
【００２２】
（シンチレータアレイ）
図１に示すように、シンチレータアレイ５は、光センサ部４Ａに対応して配置された多数のシンチレータ部５１を備える。図２に示すように、シンチレータアレイ５は、透明電極４３の上に形成されている。本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１におけるシンチレータ部５１は、楕円体を長軸の中心近傍で長軸に直角をなすように半分に切断した半楕円体形状である。すなわち、シンチレータ部５１の長軸を含む面で切断した形状は、半楕円形である。図２に示すように、シンチレータ部５１は、透明電極４３に密着する面である底面部５１Ａと、シンチレータ部５１の頂部から底面部５１Ａの周縁に向けて広がるような曲面部５１Ｂと、を有する。
【００２３】
本実施の形態では、シンチレータアレイ５を構成するシンチレータ材料としては、ＣｓＩ：Ｔｌ，Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ，ＬａＢｒ３：Ｃｅなどから選択することができる。
【００２４】
図１および図２に示すように、シンチレータアレイ５は、反射膜５２を備えている。この反射膜５２は、反射層５３と集光形状層５４とを備えている。反射層５３は、シンチレータ部５１の表面に密着して覆うように形成されている。この反射層５３を構成する材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕなどを選択することができる。反射層５３は、シンチレータ部５１の表面を、この表面に密着した状態で覆っている。この集光形状層５４は、反射層５３が形成されたシンチレータ部５Ａおよび光センサアレイ４の上に形成されている。この集光形状層５４は、例えば、合成樹脂で形成することができる。本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１の反射膜５２の反射面、すなわち反射層５３の内側面５３Ａは、互いに平行をなす平面の対を有しない。シンチレータ部５１を覆う反射層５３の内側面５３Ａは、シンチレータ部５１内で拡散する光を光センサ部４Ａに向かわせる集光性を有する。
【００２５】
（第１の実施の形態の作用および効果）
次に、この放射線画像撮影装置１の作用、効果について説明する。図１は、放射線画像撮影装置１において、光センサ部４Ａ（Ｓ２）の上方に位置するシンチレータ部５１にＸ線Ｒが入射した場合を示す。Ｘ線Ｒは、反射膜５２を通過してシンチレータ部５１内に入射する。このＸ線Ｒは、シンチレータ部５１の上部に位置する発光点Ｌで光に変換される。この発光点Ｌで発光する光は、全方向に向けて拡散する。
【００２６】
図１において、発光点Ｌから光センサ部４Ａへ直接向かう光をＦ１２、両側の光センサ部４Ａ（Ｓ１），４Ａ（Ｓ３）へ向かう光をＦ１１，Ｆ１４、発光点Ｌより上に向かう光をＦ１３で示す。ここで、発光点Ｌの直下の光センサ部４Ａ（Ｓ２）に隣接する画素領域に向けて進む光Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ１４は、反射層５３の内側面５３Ａで反射されて光Ｆ１５，Ｆ１６，Ｆ１９として光センサ部４Ａ（Ｓ２）へ向けて進む。すなわち、これらの光Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ１４は、一回の反射を経て光センサ部４Ａ（Ｓ２）へ到達する。
【００２７】
上述のように、内側面５３Ａは、上部から下部（光センサ部側）へ向けて拡がる曲面であるため、この内側面５３Ａに入射した光は反射を繰り返すことなく、下方の光センサ部４Ａへ向けられる。このため、発光点Ｌから拡散する光が光センサ部４Ａに至るまでの光路長は短くなる。このため、発光点Ｌから拡散する光の減衰は抑制される。
【００２８】
放射線画像撮影装置１では、内側面５３Ａで光が反射することにより、隣接する画素へ向けて拡散する光Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ１４などが隣の画素領域に洩れることを防止できる。このため、この放射線画像撮影装置１では、クロストークの発生を抑制でき、撮像画像のコントラスト、解像度、検出分解能などの特性の低下を防止できる。
【００２９】
この放射線画像撮影装置１では、シンチレータ部５１内で拡散する光が、反射回数が少ない状態で光センサ部４Ａ（Ｓ２）に到達できる。したがって、放射線画像撮影装置１では、拡散する光の減衰を抑制できる。図１に示すように、光センサ部４Ａ（Ｓ２）では、上記のクロストークの発生を抑制したことと、拡散する光の減衰を抑制したこと、とにより、高い検出強度を確保できる。図１に示す検出強度Ｂ４は、拡散する光の減衰の無い状態で隣接する画素領域へ洩れる光を加えた計算上の検出強度を示している。この放射線画像撮影装置１では、検出強度Ｂ４に近似する検出強度Ｂ５が検出される。放射線画像撮影装置１では、クロストークを抑制する作用と、拡散光の減衰を抑制する作用と、とにより、撮影時のＸ線Ｒの照射量を増やす必要がなくなり、被曝線量の増加を抑制できる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置６０について説明する。この放射線画像撮影装置６０は、ガラス基板６１の裏面（図３において上面）側からＸ線Ｒが入射する構成例である。
【００３１】
図３に示すように、この放射線画像撮影装置６０は、ガラス基板６１と、ガラス基板６１の表面に形成されたＴＦＴ回路部６２と、光センサアレイ６３と、シンチレータアレイ６５と、を備えている。光センサアレイ６３は、多数の光センサ部６３Ａを備えている。シンチレータアレイ６５は、光センサ部６３Ａにそれぞれ対応するように配置された多数のシンチレータ部６６と、これら多数のシンチレータ部６６を覆う反射膜６７とを備えている。反射膜６７は、シンチレータ部６６を密着する内側面６７Ａを有する。
【００３２】
この放射線画像撮影装置６０では、Ｘ線ＲがＴＦＴ回路部６２を通過してシンチレータ部６６に入射するようになっている。なお、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置６０のシンチレータ部６６は、上述の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１におけるシンチレータ部５１と同様の形状である。
【００３３】
（第２の実施の形態の作用および効果）
Ｘ線Ｒは、ＴＦＴ回路部６２や光センサ部６３Ａを通過して、シンチレータ部６６内に入射してから光に変換される。シンチレータアレイ６５のそれぞれのシンチレータ部６６で変換された光は、反射膜６７の内側面６７Ａでも反射されて光センサアレイ６３側に入射するため、光捕集機能が高く、しかも光路長を短くできる。このため、撮影画像のコントラストを向上できる。なお、本実施の形態に係る放射線画像撮影装置６０における他の作用よび効果は、上記の第１の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１と同様である。
【００３４】
［その他の実施の形態］
以上、第１および第２の実施の形態について説明したが、これら実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３５】
例えば、上述の第１および第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１，６０におけるシンチレータ部５１，６６としては、半楕円体形状のものを用いたが、図４−１に示す変形例１のように、半球状、すなわち断面半円状のシンチレータ部５５としてもよい。このシンチレータ部５５は、底面部５５Ａと曲面部５５Ｂとからなり、曲面部５５Ｂを覆う図示しない反射層５２、反射膜６７がシンチレータ部５５内で拡散する光を図示しない光センサ部４Ａ側へ集光させる作用がある。
【００３６】
図４−２は、上述の第１および第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１，６０におけるシンチレータ部５１，６６の変形例２としてのシンチレータ部５６を示す。このシンチレータ部５６の断面形状は、半多角形状である。このシンチレータ部５６は、底面部５６Ａと、多角柱の周面をなすような複数の平面部５６Ｂと、を備える。複数の平面部５６Ｂを密着して覆う図示しない反射層５３、反射膜６７がシンチレータ部５６内で拡散する光を図示しない光センサ部４Ａ側へ集光させる作用がある。
【００３７】
図４−３は、上述の第１および第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１，６０におけるシンチレータ部５１，６６の変形例３としてのシンチレータ部５７を示す。このシンチレータ部５７は、底面部５７Ａと、集光させる作用を持つ３つの曲面部５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄとを備える。これら３つの曲面部５７Ｂ，５７Ｃ，５７Ｄを密着して覆う図示しない反射層５３、反射膜６７がシンチレータ部５７内で拡散する光を図示しない光センサ部４Ａ側へ集光させる作用がある。
【００３８】
なお、シンチレータ部の構造としては、この他に、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズなどの凸レンズ形状、半球形状、半多角形状、シリンドリカルレンズ形状柱状の構造体を軸に平行な面で切断した形状などを採用してもよい。
【００３９】
上述の第１および第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１，６０においては、シンチレータ部５１，６６を例えば、金属などの反射膜５２，６７で覆う構成であるが、このような反射層５３、反射膜６７に代えて、シンチレータ部５１，６６の構成材料の光屈折率よりも小さい光屈折率をもつ材料膜（図示省略する）でシンチレータ部５１，６６を密着して覆う構成としてもよい。この場合、シンチレータ部５１，６６内でＸ線が光に変換されて拡散したときに、シンチレータ部５１，６６と材料膜との界面で光をシンチレータ部５１，６６内で反射させて光センサ部側へ反射させることができる。
【００４０】
上述の第１および第２の実施の形態に係る放射線画像撮影装置１，６０では、光センサアレイ４、６３を、フォトダイオードを用いて構成したが、ＣＣＤセンサや、ＣＭＯＳセンサなどの各種の光検出素子を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１，６０  放射線画像撮影装置
２，６  ガラス基板（基板）
３，６２  ＴＦＴ回路部
４，６４  光センサアレイ
４Ａ，６３Ａ  光センサ部
５，６５  シンチレータアレイ
５１，５５，５６，５７，６６  シンチレータ部
５２、６７  反射膜
５３  反射層
５４  集光形状層
５３Ａ，６７Ａ  内側面
【図１】
2017067681.tif 000003
【図２】
2017067681.tif 000004
【図３】
2017067681.tif 000005
【図４−１】
2017067681.tif 000006
【図４−２】
2017067681.tif 000007
【図４−３】
2017067681.tif 000008
【図５】
2017067681.tif 000009