專利名稱：放射線圖像傳感器及閃爍器板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測醫(yī)療等方面所用放射線圖像的圖像傳感器以及將放射線圖像變換為可見光圖像的閃爍器板。
背景技術(shù)：
醫(yī)療、工業(yè)用的X射線攝影歷來采用X射線感光膠片，而從便利性與攝影結(jié)果的保存性方面考慮，采用放射線檢測元件的放射線的成像系統(tǒng)正在普及。在這種放射線成像系統(tǒng)中，采用具有多個像素的放射線檢測元件，將放射線產(chǎn)生的二維圖像數(shù)據(jù)作為電信號取得，通過處理裝置處理此信號而顯示于監(jiān)視器上。有代表性的放射線檢測元件是按一維或二維排列的光傳感器上配置閃爍器，由閃爍器將入射的放射線變換為光而組成的檢測結(jié)構(gòu)。
典型的閃爍器材料CsI是吸濕性材料，會吸收空氣中的水蒸汽(潮氣)而溶解。結(jié)果將使閃爍器的特性尤其是分辨率惡化，因而必須采用使閃爍器免受潮氣影響的保護結(jié)構(gòu)。作為這種使閃爍器免使潮氣影響的保護結(jié)構(gòu)，已知有特開平5-196742號公報與特開平5-242841號公報、國際公開號WO98/36290與36291公報中分別公開的技術(shù)。
但是，特開平5-196742號公報與特開平5-242841號公報中所公開的技術(shù)不易形成防濕結(jié)構(gòu)，且難以確保耐久性。國際公開號WO98/36290號與36291號公報中所公開的技術(shù)雖然解決了這類問題，但特別是在醫(yī)療用途中為了抑制患者所接受的輻射劑量，要求能以少量的放射線拍攝出清晰的圖像，為此需要有能獲得比過去改進了清晰度的攝影結(jié)果的放射線圖像傳感器與閃爍器板。
于是本發(fā)明的目的在于提供能獲得更清晰的輸出圖像的放射線圖像傳感器與閃爍器板。
為了解決上述問題，本發(fā)明的放射線圖像傳感器的特征在于具有(1)多個受光元件按1維或2維排列構(gòu)成的圖像傳感器；(2)在此圖像傳感器的受光表面上按柱狀結(jié)構(gòu)形成的、將放射線變換成包含能由此圖像傳感器檢測到的波段的光的閃爍器；(3)緊密地覆蓋此閃爍器的柱狀結(jié)構(gòu)而形成的保護膜；(4)中間夾著保護膜與圖像傳感器受光表面相對配置的用作對閃爍器所發(fā)出的光的反射面的放射線透過反射板。
另一方面，本發(fā)明的閃爍器板的特征在于具有(1)基板；(2)在此基板上形成柱狀結(jié)構(gòu)，將放射線變換成包含透過上述基板的波段的光的閃爍器；(3)緊密地覆蓋此閃爍器的柱狀結(jié)構(gòu)而形成的保護膜；(4)中間夾著保護膜的基板和相對配置的用作對閃爍器所發(fā)出的光的反射面的放射線透過反射板。
本發(fā)明的放射線圖像傳感器也可以是具有上述閃爍器板和檢測透過此基片的光圖像的檢測器的形式。
本發(fā)明的閃爍器板與放射線圖像傳感器中，由于有保護膜緊密地覆蓋于閃爍器上，就能很好地保護閃爍器不受潮氣影響。此閃爍器將放射線變換為包含預(yù)定波段的光(這里所謂的光的概念不限于可見光，而是指包含紫外線、紅外線或預(yù)定放射線等的電磁波)，而變換成的光的一部分則與朝放射線的入射面方向逆向傳播。這種反向行進的光通過保護膜表面的反射與反射板的反射面的反射，返回到閃爍器一側(cè)。結(jié)果獲得清晰的光學(xué)圖像。此反射板的反射面的反射率愈高愈好，但并不需要接近100％，約百分之幾十的反射率即可。
此閃爍器最好形成為覆蓋到受光元件形成面的周圍，而反射面則最好配置成可覆蓋到閃爍器形成面的周圍。通過將閃爍器按上述形式形成，便能有效地利用布置到周邊的受光元件，能確保有效的像素數(shù)。通過將反射面按這樣方式設(shè)置，就能可靠地防止閃爍器周邊部分出現(xiàn)模糊和使亮度降低。
此反射板最好采用金屬板。也可以是在放射線透過材料上涂以保護膜例如金屬膜。這種情形下的放射線透過材料最好是玻璃、樹脂或碳質(zhì)的基片。反射板采用上述結(jié)構(gòu)后，對反射板本身以及閃爍器與放射線傳感器的制造就變得容易，同時能使反射板具有充分的所需性能。


圖1是本發(fā)明的放射線圖像傳感器第一實施形式的剖面圖，圖2是圖1中部分II的放大圖，圖3是圖1的俯視圖。
圖4～6說明圖1的圖像傳感器的制造過程。
圖7是本發(fā)明的放射線圖像傳感器第二實施形式剖面圖，圖8是圖7中部分VIII的放大圖。
圖9是本發(fā)明的放射線圖像傳感器第三實施形式剖面圖，圖10是圖9中部分X的放大圖。
圖11是本發(fā)明的閃爍器板的第一實施形式的剖面圖。
圖12是說明比較試驗的示意圖，圖13是作為比較試驗比較例的閃爍器板的剖面圖，圖14是圖13中部分XIV的放大圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳述本發(fā)明的最佳實施形式。為便于理解此說明，在各附圖中對于同一部件盡可能附以相同的標(biāo)號而略去其重復(fù)性說明。此外，各附圖中的尺寸與形狀未必與實際情形一致，為易于理解，有些部分已加以放大。
圖1是本發(fā)明的放射線圖像傳感器第一實施形式的剖面圖，圖2是圖1中一部分的放大圖，圖3是圖1的俯視圖。
此放射線圖像傳感器的固體攝像元件1是在絕緣性的例如玻璃制基片11上將進行光電變換的受光元件12按二維排列，形成受光部。此受光元件12由無定形硅制的光電二極管(PD)與薄膜晶體管(TFT)構(gòu)成。
于固體攝像元件1的受光部上形成了柱狀結(jié)構(gòu)的閃爍器2，它將入射的放射線變換成包含可由受光元件12檢測的波段的光。在本說明書中的光不限于可見光而是指包括紫外線、紅外線或預(yù)定放射線等的電磁波的概念。此閃爍器2最好如圖1、3所示，形成為覆蓋受光元件12的整個形成面及其周邊。閃爍器2雖可采用種種材料但最好采用能發(fā)可見光且發(fā)光效率良好的Tl摻雜的CsI等。此閃爍器2的各柱狀結(jié)構(gòu)的頂部，如圖2所示，不取平齊形狀而是朝向頂部變尖的形式。
為覆蓋此閃爍器2的柱狀結(jié)構(gòu)，進入其空隙中以密封此閃爍器2，形成了保護膜3。在此柱狀結(jié)構(gòu)的表面上形成了微細的凹凸。此保護膜3最好是采用透過X射線和遮斷水蒸汽的材料，例如聚對二甲苯樹脂(Three Bond公司生產(chǎn)，商品名纈烯炔)，特別是聚對氯二甲苯(與上述同一公司制，商品名纈烯炔C)。用纈烯炔涂層的膜只會透過極少的水蒸汽與氣體，除具有很高的疏水性與耐試劑性外，即使是很薄的膜也能具有優(yōu)越的電絕緣性，而在透過放射線與可見光方面等則具有與保護膜3相應(yīng)的優(yōu)越特征。
有關(guān)由纈烯炔涂層的細節(jié)記述于Three Bond技術(shù)新聞(平成4年9月23日發(fā)行)中，這里只描述其特征。
纈烯炔，與金屬的真空蒸鍍工藝相同，由在真空中于支承體上蒸鍍的化學(xué)蒸鍍(CVD)法涂層。此方法包括將用作原料的二對二甲苯單體熱分解，將此生成物于甲苯、苯等有機溶劑中急冷而獲得稱之為二聚物的二對二甲苯的工序，與將此二聚物熱分解生成穩(wěn)定的自由基對二甲苯氣體的工序，以及將此生成的氣體于相應(yīng)原料上吸附、聚合而聚合形成分子量約50萬的聚對二甲苯膜的工序這樣三道工序。
纈烯炔蒸鍍與金屬真空蒸鍍有兩點顯著不同。首先，纈烯炔蒸鍍時的壓力與金屬真空蒸鍍時的壓力約0.1Pa相比是很高的，約為10～20Pa，這樣，纈烯炔蒸鍍的適應(yīng)系數(shù)與金屬蒸鍍的適應(yīng)系數(shù)1相比，低2～4位。因此在蒸鍍時當(dāng)單分子膜覆蓋住整個被蒸鍍物后，可在其上蒸鍍纈烯炔。于是，厚0.2μm以上的薄膜能夠在無針孔狀態(tài)下均勻生成，連液狀物質(zhì)不可能進到的銳角部或邊緣部以及微米級的狹窄間隙也能進行這種涂膜。此外，在涂膜時不需要熱處理等，可在接近室溫下涂膜，故不會產(chǎn)生伴隨膜的固化而有的機械應(yīng)力與熱應(yīng)變，涂膜的穩(wěn)定性也優(yōu)越。還有，能對幾乎所有的固體材料進行這種蒸鍍涂膜。
在此保護膜3之上，將反射膜42涂層于放射線透過材料41上形成的反射板4以反射膜42一側(cè)表面(反射面)朝向保護膜3一側(cè)設(shè)置。在此最好使反射面與固體攝像元件1的受光表面作大致平行的設(shè)置。由于保護膜3的表面如前所述存在微細的凹凸。故在保護膜3的表面與反射板4(反射膜42)的表面之間形成了空間5。放射線透過材料41最好采用玻璃、聚乙烯等樹脂或碳質(zhì)基片等。反射膜42最好采用蒸鍍工藝等形成的金屬膜或介質(zhì)多層膜，作為金屬膜例如可采用光反射率高的鋁蒸鍍膜。
反射板4由框6固定于固體攝像元件1的表面上。框6從固體攝像元件1鄰近的一側(cè)起組成6a、6b與6c的三層結(jié)構(gòu)，第一層6a與第二層6b之間夾設(shè)保護膜3而固定其外周部?？?所用的硅樹脂最好采用信越化學(xué)制的KJR651或KE4897，東芝硅制的TSE397，或住友3M制的DYMAX625T等。這類材料廣泛用于半導(dǎo)體元件的機械電氣保護的表面處理，是因為與保護膜3的密合性也高?；蛞部刹捎门c保護膜3接合性良好的樹脂，例如丙烯類粘合劑的協(xié)立化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社生產(chǎn)的WorldRock No.801-SET2(70000cP型)。這種樹脂粘合劑在100mW/cm2的紫外線照射下約20秒固化，形成的表面膜柔軟且具有充分的強度，且有良好的耐濕、耐水、耐電接觸性和耐遷移性，具有與各種材料，特別是玻璃、塑料良好接合性的優(yōu)越特性。此外，也可對各層選擇適當(dāng)?shù)牟牧线M行組合，第一層6a與第二層6b也可不用樹脂框而代之以半導(dǎo)體材料、陶瓷、金屬或玻璃等組成的框，而第一層6a本身可與固體攝像元件1形成整體。
下面參看圖1～6說明本實施形式的制造工序。首先如圖4所示，于固體攝像元件1的受光面(受光元件12的形成側(cè))上，由蒸鍍法將Tl摻雜的CsI柱狀晶體生成600μm的厚度而形成閃爍器2。此時的閃爍器2最好形成為覆蓋住受光元件12形成的部分并直到其周邊部分。
在蒸鍍了閃爍器2的固體攝像元件于200～210℃退火處理后，于閃爍器2的周邊依框的形狀涂布UV(紫外)硬化樹脂，以紫外線照射固化，形成樹脂框6的第一層6a。在形成這種框時，例如可以用巖下工程公司制Autoschooter3型的自動X-Y涂層裝置。此時，為了改進與形成在上部的保護膜的密合性，最好是對樹脂框6的表面施加糙化處理。糙化處理的方法可以嵌入紋道或于表面上形成眾多的微坑。
形成閃爍器2的CSI吸濕性高，若按原樣暴露就會吸收空氣中的水蒸汽而溶解。為了防止這種現(xiàn)象，可用CVD法蒸鍍厚10μm的纈烯炔以覆蓋固體攝像元件1，形成保護膜3。CsI的柱狀晶體中如圖2所示存在間隙，而纈烯炔可進到這種狹窄的間隙中。結(jié)果，保護膜3密接地形成于閃爍器2之上。通過纈烯炔涂層，在凹凸的閃爍器2的表面上可以制備成有大致均勻厚度的精密薄膜涂層。至于纈烯炔的CVD形成，如前所述，由于所需真空度比蒸鍍金屬時低，可在常溫下進行，因而容易加工。
將這樣形成的保護膜沿樹脂框6的第一層6a的縱向用切刀切斷。由于樹脂框6的第一層6a處形成了凸部，除容易識別切斷處外，還由于樹脂框6的第一層6a的厚度部分在切刀插入時有余量，不必擔(dān)心損傷樹脂框6下固體攝像元件1，加工簡單，可以提高制品的合格率，然后從此切斷部除去外側(cè)與入射面內(nèi)側(cè)上形成的保護膜3。圖5示明至此形成的保護膜3的狀態(tài)。
然后涂布丙烯酸樹脂以覆蓋保護膜3的外周部和露出的樹脂框6的第一層6a，經(jīng)紫外線照射固化，形成圖6所示的樹脂框6的第二層6b。此時，第二層6b的高度要形成為比閃爍器2的頂面約高0.5mm。
這樣地將樹脂框6的第一層6a與第二層6b夾持保護膜3，就能更好地改進保護膜3對固體攝像元件1的密合性。結(jié)果，由于保護膜3完全地密封住閃爍器2。就能可靠地防止水分浸入閃爍器2中，從而能防止因閃爍器2的吸潮變質(zhì)而降低攝像元件的分辨率。
再于厚0.4mm的玻璃板組成的放射線透過材料41的一個側(cè)表面上蒸鍍厚1000的鋁，將由此形成了反射膜42的反射板4以其反射面即反射膜42的形成面面向保護膜3側(cè)配置于固體攝像元件1之上。換言之，使反射面朝向受光元件12配置。此時，最好是使固體攝像元件1的受光面與反射膜42的反射表面大致平行，讓保護膜3與反射膜42接觸或接近地配置。然后于反射板4與樹脂框6的第二層6b之間涂布UV硬化樹脂，以紫外線照射固化而形成第三層6c，將放射線透過板4固定于固體攝像元件1之上。這樣便制得了圖1所示的本實施形式的放射線圖像傳感器。
這里不需將UV固化樹脂涂布到反射板4的周圍全部，只需涂布到固定所必須的程度即可。例如圖3所示，在固體攝像元件1的未形成電極部13邊側(cè)的一部分上便可不涂布UV固化樹脂，而設(shè)置連通內(nèi)部空間與外部空間的開口部51。這樣地設(shè)置了開口部51后，當(dāng)反射板4固定后對放射線圖像傳感器進行熱加工或是用在溫度變化的環(huán)境中時，也能防止因空間5內(nèi)的空氣膨脹、收縮導(dǎo)致反射板4與放射線圖像傳感器本身等變形。
下面說明本實施形式的操作。從入射面即從圖1、圖2中的上側(cè)入射的X射線(放射線)透過反射板4(放射線透過材料41與反射膜42)、空間5與保護膜3而到達閃爍器2。此X射線為閃爍器2吸收，放射出與X射線光量成正比的可見光。在放射出的可見光之中，與X射線入射方向逆行的可見光于保護膜3的界面處反射其一部分而再返回到閃爍器2。然后從保護膜3發(fā)出的可見光也由反射膜42反射而再次返回閃爍器2。由此，在閃爍器2上發(fā)生的可見光幾乎完全地入射到受光元件2。從而能以效率良好的高敏感度進行測定。
各個受光元件2通過光電變換生成與此可見光光量相對應(yīng)的電信號，存儲一定時間。由于此可見光的光量對應(yīng)于入射的X射線的光量，也就是說存儲于各受光元件中的電信號對應(yīng)于入射的X射線的光量，而能獲得與X射線圖像對應(yīng)的圖像信號。將存儲于受光元件2中的這種圖像信號傳送到外部。由預(yù)定的電路對其處理，可以顯示X射線圖像。
圖7與圖8示明本發(fā)明的放射線圖像傳感器的第二實施形式。此放射線圖像傳感器是將圖1與圖2所示第一實施形式的反射板4置換為金屬板4a而以之為反射板。金屬板4a例如可以用厚約0.05mm的鋁片。采用這樣的金屬板后，有可能使裝置薄型化。
圖9與圖10示明本發(fā)明的放射線圖像傳感器的第三實施形式。在此放射線圖像傳感器中。與圖1與2所示的第一實施形式中將反射板4與保護膜3接觸或接近的配置相反，而是將反射板4與保護膜3分隔開配置。為此采用了隔離開反射板4的隔件7。顯然。也可不用隔件7而增高樹脂框6以隔離反射板4。通過使反射板4與保護膜3隔離而生成的空間5a內(nèi)可以用作空氣層或封入特定的氣體，或也可使之成為減壓或是真空狀態(tài)。
圖11是示明本發(fā)明的閃爍器板的第一實施形式的剖面圖。此閃爍器板中用透光性基板1a取代了圖1與圖2中所示放射線圖像傳感器的固體攝像元件1，其他結(jié)構(gòu)則相同?？梢詫⒉ＡО?、丙烯酸等樹脂等適于用作這一透光基板1a。此外，圖7～圖10所示的反射板的結(jié)構(gòu)、布置也適用于圖11中所示閃爍器板。這種閃爍器板與電視攝像機等組合就能構(gòu)成本發(fā)明的放射線圖像傳感器。
本發(fā)明人進行了比較試驗，以確認本發(fā)明的閃爍器板能比已有的閃爍器板獲得更清晰的圖像，下面說明此試驗結(jié)果。
圖12概示試驗裝置的結(jié)構(gòu)。實驗中，于每邊為65mm正方形，厚1mm的玻璃板上蒸鍍以600μm厚的Tl摻雜的CsI形成閃爍器，在由纈烯炔形成保護膜后，制備了反射膜等形狀各異的8種閃爍器。然后將施加了峰值時電壓80kv的X射線管放射出的放射線透過20mm厚的Al濾光板后導(dǎo)引到被檢體閃爍板100上，將閃爍板100生成的可見光圖像經(jīng)28mm透鏡101導(dǎo)入CCD攝像機102后，測定其光輸出強度，實際是CCD攝像機102的輸出電信號的強度。
此比較試驗中所用的閃爍器板為以下8種。首先，實施例1應(yīng)用具有圖8所示形狀的，厚0.05mm的東洋金屬化公司制的鋁片。實施例2～實施例5也都具有圖2所示的形狀，而作為反射膜42也都采用鋁蒸鍍膜。實施例2的放射線透過材料41是厚0.4mm的玻璃板，反射膜的厚度為1000。實施例3、4的放射線透過材料41都是厚0.5mm的聚乙烯板，反射膜42的厚度分別為400與1000。實施例5的放射線透過材料41是厚0.5mm的碳質(zhì)基板，保護膜42的厚度為1000。實施例6、7形成圖9、圖10中所示結(jié)構(gòu)，其反射板4的結(jié)構(gòu)與實施例4相同。實施例6中使保護膜3與反射膜42分隔1.5mm，實施例7中使保護膜3與反射膜42分隔2.5mm。
圖13與圖14示明比較例的結(jié)構(gòu)。此比較例在結(jié)構(gòu)上與國際公開號WO98/36290號公報中所公開的閃爍器板相當(dāng)，但在保護膜3上形成鋁蒸鍍膜8這一點與實施例的不同。
各實施例相對于比較例中光量增大結(jié)果匯總示于表1表1 各實施例相對于比較例的光量增大結(jié)果

與比較例相比，任一實施例的光量都增大，可獲得清晰的圖像。其原因主要是根據(jù)本發(fā)明易形成平滑的反射面和充分的厚度，可平行地保持反射面與閃爍器光圖像輸出面的位置關(guān)系而能抑制反射面上朝不需要方向的散射，得以通過保護膜與空間界面的反射使反射光效果增強等。
本發(fā)明的放射線圖像傳感器或閃爍器板能很好地供工業(yè)或醫(yī)療方面的X射線攝影用。
權(quán)利要求
1.放射線圖像傳感器，它具有由多個受光元件按1維或2維排列構(gòu)成的圖像傳感器；在此圖像傳感器的受光表面上按柱狀結(jié)構(gòu)形成的，將放射線變換成包含能由此圖像傳感器探測到的波段的光的閃爍器；緊密地覆蓋此閃爍器的柱狀結(jié)構(gòu)而形成的保護膜；中間夾著保護膜的圖像傳感器和受光表面相對配置的用作對閃爍器所發(fā)出的光的反射面的放射線透過反射板。
2.權(quán)利要求1所述的放射線圖像傳感器，其中所述閃爍器形成為覆蓋上述圖像傳感器的受光元件的整個表面及其周圍。
3.權(quán)利要求1或2所述的放射線圖像傳感器，其中所述反射面配置成覆蓋上述閃爍器的形成面的整個表面及其周圍。
4.權(quán)利要求1～3之任一所述的放射線圖像傳感器，其中所述反射板為金屬板。
5.權(quán)利要求1～3之任一所述的放射線圖像傳感器，其中所述反射板是在放射線透過材料上具有反射膜。
6.權(quán)利要求5所述的放射線圖像傳感器，其中所述放射線透過材料是玻璃或樹脂或碳質(zhì)的基片。
7.權(quán)利要求5或6所述的放射線圖像傳感器，其中所述反射膜為金屬膜。
8.閃爍器板，它具有基板；在此基板上形成柱狀結(jié)構(gòu)，將放射線變換成包含透過上述基板的波段的光的閃爍器；緊密地覆蓋此閃爍器的柱狀結(jié)構(gòu)而形成的保護膜；中間夾著保護膜的基板和相對配置的作用為閃爍器所發(fā)出的光的反射面的放射線透過反射板。
9.權(quán)利要求8所述的閃爍器板，其中所述反射面配置成覆蓋上述閃爍器形成面的整個表面及其周圍。
10.權(quán)利要求8或9所述的閃爍器板，其中所述反射板是金屬板。
11.權(quán)利要求8或9所述的閃爍器板，其中所述反射板是在放射線透過材料上具有反射膜。
12.權(quán)利要求11所述的閃爍器板，其中所述閃爍器板是玻璃、樹脂、碳質(zhì)中任何一種的基板。
13.權(quán)利要求11或12所述的閃爍器板，其中所述反射膜是金屬膜。
14.放射線圖像傳感器，它具備有權(quán)利要求8～13中任一項所述的閃爍器板以及能檢測透過上述基板的光圖像的檢測器。
全文摘要
放射線圖像傳感器，它具有(1)由多個受光元件按1維或2維排列構(gòu)成的圖像傳感器；(2)在此圖像傳感器的受光表面上按柱狀結(jié)構(gòu)形成的，將放射線變換成包含能由此圖像傳感器探測到的波段的光的閃爍器；(3)緊密地覆蓋此閃爍器的柱狀結(jié)構(gòu)而形成的保護膜；(4)中間夾著保護膜的圖像傳感器和受光表面相對配置的作用對閃爍器所發(fā)出的光的反射面的放射線透過反射板。
文檔編號G01T1/20GK1394285SQ01803211
公開日2003年1月29日 申請日期2001年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者鈴木孝治, 本目卓也 申請人:浜松光子學(xué)株式會社