JP5443083B2 - シンチレータパネルおよび放射線イメージセンサ - Google Patents

Description

本発明は複数の柱状結晶（針状結晶）からなるシンチレータ層を備えたシンチレータパネルおよび放射線イメージセンサに関する。

従来、ガラス等放射線透過性の基板上に柱状結晶（針状結晶）からなるシンチレータ層を形成したシンチレータパネルが知られている。例えば、特許文献１には、ボール研磨により柱状結晶の表面側部分を平坦化および連続化したシンチレータパネルが開示され、特許文献２には、ファイバプレート上に形成された柱状結晶からなるシンチレータをフィルムで被覆し固定支持したシンチレーションファイバプレートが開示されている。また、この種のシンチレータパネルの中には、光の利用効率を高めるため、アルミニウム等金属薄膜からなる反射層を形成していることがあった（例えば、特許文献３，４参照）。

特開２００７−２４０３０６号公報 特開平５−３９５５８号公報 特開２００２−２３６１８１号公報 特開２００３−７５５４２号公報 特許３９８７４６９号公報

ところで、シンチレータパネルに関して、柱状結晶の構造を工夫することによって反射率を高める技術が知られていた（例えば、特許文献５参照）。

しかし、特許文献５記載の技術では、球状の結晶粒子を複数垂直方向に数珠状に積層した下層とその上に形成した柱状の結晶層とによって、一つ一つの柱状結晶が形成されているため、次のような課題があった。ここで、例えば図１４（ａ）に示すように、複数の柱状結晶１００，１０１，１０２があったとする。柱状結晶１００，１０１，１０２はそれぞれ球状の結晶粒子１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有し、それらが数珠状に重なって下層を構成し、その下層の上にそれぞれ柱状の結晶部１００ｄ、１０１ｄ、１０２ｄが積層されている。この場合、柱状結晶１００，１０１，１０２の互いに隣り合うもの同士を見ると、結晶粒子同士が接触している。

そして、各結晶粒子はその表面が球面のように湾曲した曲面状になっているため、例えば、図１４（ｂ）に示すように結晶粒子１００ａ，１００ｂ，１００ｃはそれぞれ隣の結晶粒子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、最も張り出した部分からある程度の範囲が接触して接触部分ｃを形成する。ところが、その接触部分ｃから離れた箇所に非接触部分が現われてしまうため、隣接する柱状結晶１００，１０１の間に隙間ｖが形成される事態を回避することができなかった。

したがって、特許文献４記載のシンチレータパネルでは、球状の結晶粒子が存在している下層におけるシンチレータの密度が低く、この下層が光反射特性を備えた反射層として機能することから、反射率を高めることができなかった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高められ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮できるシンチレータパネルおよび放射線イメージセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るシンチレータパネルは、光透過性の基板と、該基板上に形成されたシンチレータ層とを有するシンチレータパネルであって、シンチレータ層は、光を基板側に反射させる反射層を表面側に有し、反射層は、シンチレータの結晶が基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を有し、シンチレータ層は、シンチレータの複数の柱状結晶によって構成され、先端側に螺旋構造、根元側に基板と交差する方向に沿って延在する柱状構造を有することを特徴とする。なお、シンチレータ層における表面側とは、シンチレータ層が基板と接触する側と反対の側の表面側を意味する。

このシンチレータパネルによれば、蛍光体の結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を反射層が有しているので、反射層における結晶密度を高くすることができる。従って、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高めることができ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮させることができる。

また、シンチレータ層は、シンチレータの結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、柱状結晶のそれぞれは、先端側に形成された螺旋構造、及び基板と交差する方向に沿って螺旋構造から基板に固定される根本側に延在する柱状構造を有し、螺旋構造と柱状構造とは、シンチレータの結晶が連続して積層することにより構成されていることが好ましい。この構成によれば、螺旋構造で反射した光が、その螺旋構造に連続して積層された柱状構造に入射するため、放射線像のコントラストを低下させずに輝度を上げることができる。

また、シンチレータは、シンチレータの結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、その複数の柱状結晶の先端側に螺旋構造が形成され、複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の螺旋構造を形成する螺旋構造部において、第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することが好ましい。この構成によれば、十分な反射効果及び機械的強度を発揮し得る螺旋構造の結晶密度及び大きさを維持しつつ、柱状結晶同士の間隔を小さくすることができるので、放射線変換効率を低下させずに輝度を上げることができる。

このとき、第１の柱状結晶の螺旋構造部における第２の柱状結晶側の部分と、第２の柱状結晶の螺旋構造部における第１の柱状結晶側の部分とは、基板と交差する方向から見て重なり合っており、第１の柱状結晶の螺旋構造部と第２の柱状結晶の螺旋構造部との間隙は、基板と交差する方向と直交する方向から見て波線状となっていることがより好ましい。この構成によれば、十分な反射効果及び機械的強度を発揮し得る螺旋構造の結晶密度及び大きさを確実に維持すると共に、柱状結晶同士の間隔をより小さくすることができる。

また、シンチレータ層においては、螺旋構造を形成する螺旋ループが基板と交差する方向に複数積層されていることが好ましく、或いは、シンチレータ層においては、螺旋構造を形成する扁平球状部が基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることが好ましい。これらの構成によれば、螺旋構造部における反射機能が確実なものとなるため、反射層における反射率を高めることができる。更に、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部は、柱状構造の柱径より大きくならないことが好ましい（つまり、基板と交差する方向と直交する方向において、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部の幅は、柱状構造の幅よりも小さいことが好ましい）。これにより、柱径構造の扁平球状部付近で発生したシンチレーション光を減衰させずに効率良く先端方向に反射させることができる。

そして、シンチレータ層において螺旋ループが複数積層されている場合、反射層は、基板の表面と交差する方向の断面において、シンチレータの結晶が左右に屈曲していることが好ましく、シンチレータ層は、螺旋ループが基板と交差する方向に約０．６７μｍ〜５μｍ程度の間隔を有することがより好ましい。螺旋ループがこの程度の間隔を有するときは、基板の表面と交差する方向の断面において、シンチレータの結晶が左右に屈曲しているようすが明確に現われる。

そして、本発明は、撮像素子を備えた撮像基板と、その撮像基板上に形成されたシンチレータ層とを有する放射線イメージセンサであって、シンチレータ層は、光を基板側に反射させる反射層を表面側に有し、反射層は、シンチレータの結晶が螺旋状に積層した螺旋構造を有する放射線イメージセンサを提供する。なお、シンチレータ層における表面側とは、シンチレータ層が基板と接触する側と反対の側の表面側を意味する。

この放射線イメージセンサの場合、シンチレータの結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、その複数の柱状結晶の先端側に螺旋構造が形成され、複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の螺旋構造を形成する螺旋構造部において、第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することが好ましい。

また、シンチレータ層においては、螺旋構造を形成する螺旋ループが基板と交差する方向に複数積層されていることが好ましく、或いは、シンチレータ層においては、螺旋構造を形成する扁平球状部が基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることが好ましい。これらの構成によれば、螺旋構造部における反射機能が確実なものとなるため、反射層における反射率を高めることができる。更に、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部は、柱状構造の柱径より大きくならないことが好ましい（つまり、基板と交差する方向と直交する方向において、扁平球状部のうち柱状構造と接続する扁平球状部の幅は、柱状構造の幅よりも小さいことが好ましい）。これにより、柱径構造の扁平球状部付近で発生したシンチレーション光を減衰させずに効率良く先端方向に反射させることができる。

そして、シンチレータ層において螺旋ループが複数積層されている場合、反射層は、基板の表面と交差する方向の断面において、シンチレータの結晶が左右に屈曲していることが好ましく、シンチレータ層は、螺旋ループが基板と交差する方向に約０．６７μｍ〜５μｍ程度の間隔を有することがより好ましい。螺旋ループがこの程度の間隔を有するときは、基板の表面と交差する方向の断面において、シンチレータの結晶が左右に屈曲しているようすが明確に現われる。

以上のように本発明によれば、金属薄膜等からなる反射層を形成することなく反射率を高められ、しかも球状の結晶粒子によって反射層が形成されている場合よりも高い反射率を発揮し、輝度の高いシンチレータパネルおよび放射線イメージセンサが得られる。また、一般的に反射効果により輝度を上げるとコントラスト（解像度）が低下するが、金属薄膜等の反射層を形成する場合に比べてコントラストは高くすることができる。

本発明の実施形態に係るシンチレータパネルの基板に直交する方向の断面図である。 シンチレータ層を構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図である。 図２の柱状結晶のうちの螺旋構造部を示す基板に直交する方向の断面図で、（ａ）は３つの柱状結晶を組み合わせて示した図、（ｂ）は２つの柱状結晶を離して示した図である。 シンチレータパネルの製造に用いる製造装置の要部を示す斜視図である。 複数種類の基板について、数通りの回転数差で結晶成長を行い製造したシンチレータパネルについて、製造時に適用した回転数差と反射率との関係を示した図である。 ４種類の基板について、螺旋ピッチと反射率との関係を示すグラフである。 ２種類の基板について、螺旋構造部の膜厚と光出力との関係、及び螺旋構造部の膜厚とＣＴＦとの関係を示すグラフである。 図１の場合とは回転数差を変えた場合のシンチレータパネルの基板に直交する方向の断面図である。 図８のシンチレータパネルにおけるシンチレータを構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図である。 同じく、螺旋構造部を示す基板に直交する方向の断面図である。 シンチレータパネルの製造に用いる別の製造装置の要部を示す斜視図である。 放射線イメージセンサを示す図１と同様の断面図である。 別の放射線イメージセンサを示す図１と同様の断面図である。 （ａ）は従来のシンチレータパネルのシンチレータを構成する柱状結晶の基板に直交する方向の断面図、（ｂ）は要部を拡大した図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（シンチレータパネルの構成）
図１は本発明の実施形態に係るシンチレータパネル１０の基板に直交する方向の断面図である。シンチレータパネル１０は、基板１と基板１上に形成されたシンチレータ層２とを有し、基板１及びシンチレータ層２を保護層９によって被覆した構成を有している。保護層９は、放射線変換層２を湿気等から保護するために少なくとも放射線変換層２を被覆する保護膜（ポリパラキシリレン等の有機膜、または無機膜）である。

基板１は、数μｍ〜数十μｍ程度の光ファイバを束にしたファイバオプティクス（ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃｓ、ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｐｌａｔｅ）、ガラス等の透明な導光部材からなる矩形状の板材であって、シンチレータ層２の形成されている側の表面１ａが平坦に形成されている。シンチレータ層２はその外側から入射する放射線Ｒをそれに応じた光像に変換し、その変換した光像および後述する反射層４によって反射された光像からなる光Ｌをその根本側（基板１）から出射させる。シンチレータ層２は柱状層３と反射層４とを有しているが、図２に示すような針状結晶である柱状結晶７が多数寄り集まった構造を有し、多数の柱状結晶７によって柱状層３と反射層４とを形成している。シンチレータ層２の厚さは約５０μｍ〜約１０００μｍ程度、反射層４はそのうちの約１％〜１０％程度を占める厚さで、約５μｍ〜約５０μｍ程度の厚さを有している。

柱状結晶７はシンチレータ（ＣｓＩ）の結晶を成長させて得たもので、基板１の根元部分が柱状部５となり、柱状部５よりも上側（表面側）部分が螺旋構造部６となっている。各柱状結晶７において、螺旋構造部５と柱状部６とは、シンチレータの結晶が連続して積層することにより一体的に形成されている。なお、柱状結晶７は、螺旋構造部６の外径よりも柱状部５の外径が小さくなるように形成されている。

柱状部５はストレート部として基板１の根元部分に形成され、シンチレータの結晶が表面１ａに交差する方向に沿ってほぼ真っ直ぐに伸びて形成された柱状構造を有している。そして、柱状部５と螺旋構造部６とは、蒸着により連続して一体形成されている。

基板を介さずに（ただし、前述の保護膜を介して）柱状結晶７に入射した放射線は、光（シンチレーション光）に変換され、その光は、柱状部５を導光されて根元側（基板側）から放出される。すなわち、放射線はシンチレータ層の表面側の反射層４から入射し、シンチレーション光はシンチレータ層の柱状部の根元、すなわち基板との界面から光を出射する。反射層４は、柱状結晶７を導光される光の内、反射層４側に導光される光を反射して、根元側から放出する光量を増加させる。

螺旋構造部６は、シンチレータの結晶が柱状部５に続いて螺旋状に積層されて構成されたもので、中心軸Ｘの回り１周分の部分（螺旋ループ）が表面１ａと直交する方向にほぼ規則的に形成された螺旋構造を有している。図２では、６Ａ，６Ｂで示された範囲が１つ１つの螺旋ループを構成している。表面１ａと直交する方向の螺旋ループの寸法（以下「螺旋ピッチ」ともいう）は、約０．５μｍ〜約１５μｍ程度であり、ほぼ同様の螺旋ループが複数（例えば５個〜約１５個程度）積み重なって螺旋構造部６を構成している。

また、螺旋構造部６は、図２に示したような表面１ａに直交する方向の断面において、シンチレータの結晶が中心軸Ｘを挟んで左右に繰り返しほぼ規則的に屈曲し、複数のＶ字状部分６ａ，６ｂがつながって得られる屈曲構造を有している。各Ｖ字状部分６ａ，６ｂは、図２において右側に最も突出する部分が折返部６ｃとなり、それぞれのつながる部分が接続部６ｄとなっている。

そして、柱状結晶７は、図３（ａ）に示すように、両隣の柱状結晶８、９との関係をおいて、一方における上下に離れた部分の間に、もう一方が入り込んだ入込構造を有している。すなわち、図３（ｂ）に示すように、隣接している柱状結晶７、８について、柱状結晶７の接続部６ｄの右側の、Ｖ字状部分６ａ，６ｂの間に形成される間隙６ｅに、柱状結晶８の接続部６ｄが入り込んだ入込構造を有している。なお、図３（ｂ）では、説明の都合上、柱状結晶７、８を離して示しているが、柱状結晶７、８は図３（ａ）に示すように組み合わさって入込構造を形成している。

この入込構造により、柱状結晶７の螺旋構造部６における柱状結晶８側の部分と、柱状結晶８の螺旋構造部６における柱状結晶７側の部分とが、基板１の表面１ａと垂直な方向から見て重なり合っている。より具体的には、柱状結晶７の折返部６ｃと柱状結晶８の接続部６ｄとが上側から見て重なり合っている。そして、柱状結晶７の螺旋構造部６と柱状結晶８の螺旋構造部６との間隙は、基板１の表面１ａと平行な方向（基板１の側面側）から見て波線状となっている。

以上のような構造を有する柱状結晶７のうち、柱状部５によって柱状層３が構成され、螺旋構造部６によって反射層４が構成されている。反射層４は、光Ｌが入射したときにその光Ｌを不規則に反射させることによって散乱させるため、光Ｌの反射機能を有している。そのため、シンチレータパネル１０は、反射率を高めるための金属膜等の光反射膜を有していなくも良好な光反射特性を発揮し、基板１からの発光量を増加させることができるから、放射線を検出する感度を高くすることができる。そして、シンチレータパネル１０は、放射線を検出する感度を高めるのに金属膜を形成していないから、金属膜に起因した腐食のおそれがないものとなっている。

しかも、シンチレータパネル１０の場合、反射層４が柱状結晶７のうちの螺旋構造部６によって構成されている。前述したとおり、柱状結晶７は螺旋構造部６において隣接しているもの同士が入り込む入込構造を形成しているから、螺旋構造部６では、シンチレータの結晶の存在しない空間を極めて小さくすることができる。そのため、反射層４におけるシンチレータの結晶の密度が高くなっているため、高い反射率を発揮するようになっている。

そして、上述したように、多少の間隙が形成される入込構造を螺旋構造部６に適用することで、螺旋構造部６が接触した場合に螺旋構造部６で反射した光が隣接する柱状結晶７に導光されてコントラストが低下するのを防止することができる。また、螺旋構造部６に多少の間隙が形成されても、パネル面内の柱状部５の形成密度（packing density）を高くして放射線の変換効率を高くすることができる。さらに、螺旋構造部６においてもパネル面内の形成密度を高くして反射率を向上させることができる。なお、コントラストを高めるためには、パネル面内において全ての柱状結晶７が螺旋構造部６を含めて１本１本の柱状結晶７に分離されていることが望ましい。柱状結晶７は蒸着により形成されるので、全ての柱状結晶７を完璧に分離することは困難であるが、凡そ分離されるように形成すれば、良好なシンチレータパネル１０が得られる。

（シンチレータパネルの製造方法）
シンチレータパネル１０の製造方法について説明する。前述したシンチレータパネル１０は例えば次のようにして製造することができる。ここで、図４はシンチレータパネル１０の製造に用いる製造装置５０の要部を示す斜視図である。製造装置５０は基板載置用の円板５１と、蒸着容器５２とを有している。円板５１と、蒸着容器５２とは図示しない真空装置に納められている。

円板５１は、基板１を乗せる載置部５０ａを中央に有し、その周囲に複数の孔部５０ｂが軽量化のために形成されている。蒸着容器５２は、円環状の収納部５２ａを有し、収納部５２ａの中に蒸着源としてのシンチレータが納められている。収納部５２ａは、円板５１側の平面５２ｂは閉鎖されているが、その一部に孔部５２ｃが形成されている。孔部５２ｃは、シャッタ（図示せず）により開閉するようになっている。

そして、円板５１と、蒸着容器５２とは図示しない回転駆動装置からの駆動力を受けてそれぞれの回転軸を軸ＸＸに一致させるようにして回転する。また、蒸着容器５２を加熱して収納部５２ａに納められた蒸着源を蒸発させるとともに、シャッタを開放して、蒸発させた蒸着源を基板１上に積層させることによって結晶成長を行い、シンチレータ層２を形成する。

その際、双方の単位時間あたりの回転数に差を持たせて円板５１の回転速度よりも蒸着容器５２の回転速度を遅くする。

製造装置５０において、円板５１の単位時間あたりの回転数（すなわち、基板１の単位時間あたりの回転数）と、蒸着容器５２の単位時間あたりの回転数（すなわち、孔部５２ｃの単位時間あたりの回転数）との差を回転数差としたときに、その回転数差をある値（詳しくは後述するが、臨界回転数差ともいう）よりも小さくすると、柱状結晶７に前述した螺旋構造部６が現われる。そのため、製造開始からある程度の時間は回転数差をある値よりも高くして柱状部５を形成するようにして結晶成長を行う。その後、回転数差をある値よりも小さくした状態で結晶成長を行い、それによって前述した螺旋構造部６を形成する。こうすることによってシンチレータパネル１０を製造することができる。

円板５１と、蒸着容器５２とを以上のようにして回転させながら結晶成長を行う場合、蒸着源は、基板１上のすでに蒸着源が蒸着している部分に重なるか、またはそこからずれた位置に重なって蒸着していく。ところが、回転数差を臨界回転数差よりも小さくした場合、蒸着源は、すでに蒸着源が蒸着している部分から円を描くように少しずつ位置をずらしながら積層される傾向が顕著になると考えられ、そのため、蒸着源が螺旋状に積み重なりながら結晶が成長して螺旋構造部６が形成されるものと考えられる。

ここで、図５は、複数種類の基板について、上述の製造装置５０を用いて数通りの回転数差で結晶成長を行い製造したシンチレータパネル１０について、製造時に適用した回転数差と反射率との関係を示した図である。本実施の形態では、ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板、ガラス基板、基板Ａ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板）、基板Ｂ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板であって基板Ａよりも反射率の高い基板）という4種類の基板を用意し、そのそれぞれについて、同じ蒸着源を用いて回転数差を変えながら結晶成長を行った。回転数差は、“０．４”，“０．５”、“１”、“３”、“１２”、“２５”の６種類で行った。回転数差が“１”の場合とは、例えば円板５１をＹ[ｒｐｍ]の回転速度で回転させ、かつ蒸着容器５２をＹ−１[ｒｐｍ]の回転速度で回転させた場合に相当する（Ｙは１よりも大きい正の値）。

図５には、それぞれのシンチレータパネル１０における螺旋ピッチも記載されている。図５から明らかなとおり、4種類いずれの基板についても、回転数差を“２５”にした場合よりも“１”まで小さくした場合のほうが製造されたシンチレータパネル１０の反射率が高くなっている。また、回転数差が“２５”の場合、螺旋ピッチは０．０４μｍであるが、回転数差を“３”にすると螺旋ピッチは０．６７μｍになり、回転数差を“１”にすると螺旋ピッチは２μｍになるように、回転数差を小さくするにしたがい螺旋ピッチは大きくなっていく（蒸着速度は一定）。これらのうち、回転数差を“１”まで小さくした場合、シンチレータ層２の断面に前述した屈曲構造が明確に現われるため、反射層４が螺旋構造部６によって構成されていると考えられる。

また、図６は、４種類の基板についての螺旋ピッチと反射率との関係をグラフで示したものである。図６から明らかなとおり、どの基板についても、螺旋ピッチが２μｍ程度になれば、すなわち、回転数差が“１”まで小さくなれば反射率向上の効果が明確に現われる。しかしながら、回転数差を“１”よりも小さく“０．４”にすると、螺旋ピッチは５μｍになるが、この場合の反射率は回転数差を“０．５”にした場合とほぼ同等であるから、螺旋ピッチは大きくても５μｍ程度でよいものと考えられる。

特に、ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板は、螺旋ピッチが１μｍより小さい０．６７でも、すなわち、回転数差が“３”でも、反射率向上の効果が明確に現われる。これらのことから、本実施の形態において臨界回転数差は“３”とすることができる。

ａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板は、シンチレータ層２を形成する前の状態において、基板の色が濃い黒色を示しているところ、前述のように螺旋ピッチを変えながら（回転数差を変えながら）シンチレータ層２を形成すると、螺旋ピッチが長くなる（回転数差が小さくなる）にしたがい、基板の色が黒から濃い灰色、灰色、薄い灰色といったように順次薄くなっていく。このことは、螺旋ピッチが長くなるにしたがい、シンチレータ層２の反射率が高くなっていくことを示している。

そして、図７（ａ）は、基板Ｃ（アルミニウム基板に反射膜としてアルミニウムを形成した基板）、及びａ−ｃ（アモルファスカーボン）基板の２種類の基板について、螺旋構造部６の膜厚と光出力との関係を示したグラフである。図７（ｂ）は、基板Ｃ及びａ−ｃ基板の２種類の基板について、螺旋構造部６の膜厚とＣＴＦ（Contrast Transfer Function：画像分解能）との関係を示したグラフである。図７から、螺旋構造部５の膜厚が５０μｍ程度であれば高いＣＴＦが示されるものの、螺旋構造部６の膜厚が５０μｍ程度よりも大きくなると、ＣＴＦが徐々に低下していくことが理解される。したがって、螺旋構造部６の膜厚は１０μｍ〜５０μｍ程度とすることが好ましい。

（別のシンチレータパネルの構成）
一方、回転数差が“３”になった場合、基板１上にはシンチレータ層２と異なるシンチレータ層１２が形成される。ここで、図８はシンチレータ層１２が形成されているシンチレータパネル２０の基板に直交する方向の断面図、図９はシンチレータ層１２の反射層１４を構成する２つの螺旋構造部１６を示す図８と同様の断面図、図１０は螺旋構造部１６を示す図８と同様の断面図である。

シンチレータ層１２は、シンチレータ層２と比較して反射層１４を有する点で相違している。反射層１４は、反射層４と比較して柱状結晶７の先端側部分が螺旋構造部１６になっている点で相違している。螺旋構造部１６は、複数の扁平球状部１６ａを有し、各扁平球状部１６ａが中心軸Ｘに対して斜めになった状態（後述する扁平面Ｎが中心軸Ｘに対して傾斜している）で積み重なった構造を有している。各扁平球状部１６ａは、球状体を特定の方向（例えば上下方向）に縮めて側面部分を張り出させたような構造を有していて、最も張り出した部分を通る面が扁平面Ｎとなっている。なお、扁平球状部１６ａは、球状体を特定の方向に縮めたものに限定されず、上述した螺旋ループが互いに接触した場合（上下方向で接触した場合）において各螺旋ループに相当する部分であってもよい。また、柱状部５と接続する扁平球状部１６ａ（すなわち、扁平球状部１６ａの下端部）は、柱状部５の柱径より大きくならない。このことにより、柱径部５の扁平球状部１６ａ付近で発生したシンチレーション光を減衰させずに効率良く根元方向に反射させることができる。

また、シンチレータ１２は、図１０に詳しく示すように、基板１ａに直交する方向の断面において、シンチレータの結晶によって構成される楕円が中心軸Ｘに対して傾斜した状態で重なって得られる連続楕円構造を有している。各柱状結晶７において、螺旋構造部１６と柱状部５とは、シンチレータの結晶が連続して積層することにより一体的に形成されている。

柱状結晶７は、図９に示したように、隣接する柱状結晶８との関係をおいて、一方における扁平球状部１６ａ同士の間に、もう一方の扁平球状部１６ａの一部分が入り込んだ入込構造を有している。この入込構造により、柱状結晶７の螺旋構造部１６における柱状結晶８側の部分と、柱状結晶８の螺旋構造部１６における柱状結晶７側の部分とが、基板１の表面１ａと垂直な方向から見て重なり合っている。そして、柱状結晶７の螺旋構造部１６と柱状結晶８の螺旋構造部１６との間隙は、基板１の表面１ａと平行な方向（基板１の側面側）から見て波線状となっている。

このようなシンチレータパネル２０も、反射層１４が螺旋構造部１６によって構成されているが、螺旋構造部１６が入込構造を有しているから、螺旋構造部１６では、シンチレータ等の結晶の存在しない空間を小さくすることができる。そのため、反射層１４におけるシンチレータ等の結晶の密度が高くなっているため、高い反射率を発揮するようになっている。

シンチレータパネル２０は、前述した製造装置５０において、回転数差を“３”程度にした場合に得られる。回転数差を“３”程度にしても、蒸着源は、すでに蒸着源が蒸着している部分から少しずつ位置をずらしながら積層されるが、この場合、回転数差を“１”程度にした場合よりも同じ部分に重なって蒸着される傾向が顕著になり、したがって、螺旋ループの上下方向間隔が狭まりつぶれた状態で結晶が成長する。そのため、螺旋構造部１６が形成されるものと考えられる。

そして、シンチレータパネル１０，２０のいずれも、製造装置５０の代わりに図１１に示した製造装置５４を用いて製造することができる。製造装置５４は、製造装置５０と比較して蒸着容器５２の代わりに複数の蒸着容器５３を有する点で相違している。蒸着容器５３は円筒状の容器であって、中に蒸着源が納められており、その一部に孔部５３ｃが形成され、シャッタ（図示せず）で開閉自在となっている。

製造装置５０の場合は円板５１と、蒸着容器５２とはそれぞれの回転軸を軸ＸＸに一致させるようにして回転するようになっている。製造装置５４では、複数の蒸着容器５３が軸ＸＸに交差するひとつの平面上に配置されていて、その平面上を軸ＸＸの周りに周回するようになっている。この製造装置５４では、各蒸着容器５３を加熱して納められている蒸着源を蒸発させるとともに、シャッタを開放して、蒸発させた蒸着源を基板１上に積層させることによって結晶成長を行い、シンチレータ層２、１２を形成する。

この製造装置５０においても、円板５１の単位時間あたりの回転数（すなわち、基板１の単位時間あたりの回転数）と、蒸着容器５３の単位時間あたりの回転数（すなわち、孔部５３ｃの単位時間あたりの回転数）との差を回転数差としたときに、その回転数差を臨界回転数差よりも高くすることで、放射線変換層２の柱状結晶７に柱状部５を形成する。その後、回転数差を臨界回転数差よりも小さくして螺旋構造部６を形成する。

また、蒸着容器５２，５３の孔部５２ｃ，５３ｃのみを回転させ、その回転数を反射層３（螺旋構造部６）の形成時に遅くし、柱状層３（柱状部５）の形成時に早くすることでも、シンチレータ層２，１２を形成することが可能である。或いは、基板１のみを回転させ、その回転数を反射層４（螺旋構造部６）の形成時に遅くし、柱状層３（柱状部５）の形成時に早くすることでも、シンチレータ層２，１２を形成することが可能である。これらの場合、図５に記載した回転数差が、そのまま基板１或いは蒸着容器５２，５３の孔部５２ｃ，５３ｃの回転数となり、それぞれにおいて、図５に記載したピッチの反射層４（螺旋構造部６）を形成することが可能である。

（放射線イメージセンサの構成）
図１２は、本実施の形態に係る放射線イメージセンサ４０の構成を示す図１と同様の断面図である。放射線イメージセンサ４０はホトダイオード等の撮像素子３２を複数備えた撮像基板３１を有し、その撮像基板３１における撮像素子３２の形成されている側の表面３１ａ上にシンチレータ層２が形成されている。シンチレータ層２は柱状層３と反射層４とを有しているが、反射層４は、シンチレータ層２の表面側に形成されている。このような放射線イメージセンサ４０は、シンチレータ層２の表面側に反射層４を有することによって、撮像素子３２が効率よく光検出を行える。

また、図１３は、本実施の形態に係る放射線イメージセンサ４５の構成を示す図１と同様の断面図である。放射線イメージセンサ４５は、放射線イメージセンサ４０と比較して、シンチレータ層１２を有する点で相違している。シンチレータ層１２は表面側に反射層１４を有している。この放射線イメージセンサ４５も、シンチレータ層１２が表面側に反射層１４を有することによって、撮像素子３２が効率よく光検出を行えるようになっている。上述の放射線イメージセンサ（図１２、１３）は、いずれも放射線はシンチレータ層の表面側の反射層４から入射し、シンチレーション光はシンチレータ層の柱状層の根元、すなわち撮像素子との界面から光を出射し、撮像素子に入射する。

以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

１…基板、２、１２…シンチレータ層、３…柱状層、４、１４…反射層、５…柱状部、６，１６…螺旋構造部、７，８，９…柱状結晶、１０、２０…シンチレータパネル、３１…撮像基板、３２…撮像素子、４０、４５…放射線イメージセンサ、５０、５４…製造装置、５１…円板、５２、５３…蒸着容器。

Claims (18)

1. 光透過性の基板と、該基板上に形成されたシンチレータ層とを有するシンチレータパネルであって、
   前記シンチレータ層は、光を前記基板側に反射させる反射層を表面側に有し、
   前記反射層は、シンチレータの結晶が前記基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を有し、
   前記シンチレータ層は、前記シンチレータの複数の柱状結晶によって構成され、先端側に前記螺旋構造、根元側に前記基板と交差する前記方向に沿って延在する柱状構造を有することを特徴とするシンチレータパネル。
2. 前記螺旋構造と前記柱状構造が連続して形成されていることを特徴とする請求項１記載のシンチレータパネル。
3. 前記シンチレータ層は、前記シンチレータの結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、該複数の柱状結晶の先端側に前記螺旋構造が形成され、前記複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の前記螺旋構造を形成する螺旋構造部において、前記第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に前記第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のシンチレータパネル。
4. 前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第２の柱状結晶側の部分と、前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第１の柱状結晶側の部分とは、前記基板と交差する前記方向から見て重なり合っており、
   前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部と前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部との間隙は、前記基板と交差する前記方向と直交する方向から見て波線状となっていることを特徴とする請求項３記載のシンチレータパネル。
5. 前記シンチレータ層においては、前記螺旋構造を形成する螺旋ループが前記基板と交差する前記方向に連続して複数形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のシンチレータパネル。
6. 前記反射層は、前記基板と交差する前記方向の断面において、前記シンチレータの結晶が左右に屈曲していることを特徴とする請求項５記載のシンチレータパネル。
7. 前記基板と交差する前記方向における前記螺旋ループの寸法である螺旋ピッチが約０．６７μｍ〜５μｍ程度であることを特徴とする請求項５または６記載のシンチレータパネル。
8. 前記シンチレータ層においては、前記螺旋構造を形成する扁平球状部が斜めに配置され、斜めに配置された前記扁平球状部が前記基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のシンチレータパネル。
9. 前記扁平球状部のうち前記柱状構造と接続する前記扁平球状部は、前記柱状構造の柱径より大きくならないことを特徴とする請求項８記載のシンチレータパネル。
10. 撮像素子を備えた撮像基板と、該撮像基板上に形成されたシンチレータ層とを有する放射線イメージセンサであって、
    前記シンチレータ層は、光を前記基板側に反射させる反射層を表面側に有し、
    前記反射層は、シンチレータの結晶が前記基板と交差する方向に沿って螺旋状に延びた螺旋構造を有し、
    前記シンチレータ層は、前記シンチレータの複数の柱状結晶によって構成され、先端側に前記螺旋構造、根元側に前記基板と交差する前記方向に沿って延在する柱状構造を有することを特徴とする放射線イメージセンサ。
11. 前記螺旋構造と前記柱状構造が連続して形成されていることを特徴とする請求項１０記載の放射線イメージセンサ。
12. 前記シンチレータ層は、前記シンチレータの結晶が柱状に積層した複数の柱状結晶によって構成され、該複数の柱状結晶の先端側に前記螺旋構造が形成され、前記複数の柱状結晶のうちの互いに隣接する第１、第２の柱状結晶の前記螺旋構造を形成する螺旋構造部において、前記第１の柱状結晶の上下に離れた間隙に前記第２の柱状結晶が入り込んだ入込構造を有することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の放射線イメージセンサ。
13. 前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第２の柱状結晶側の部分と、前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部における前記第１の柱状結晶側の部分とは、前記基板と交差する前記方向から見て重なり合っており、
    前記第１の柱状結晶の前記螺旋構造部と前記第２の柱状結晶の前記螺旋構造部との間隙は、前記基板と交差する前記方向と直交する方向から見て波線状となっていることを特徴とする請求項１２記載の放射線イメージセンサ。
14. 前記シンチレータ層においては、前記螺旋構造を形成する螺旋ループが前記基板と交差する前記方向に連続して複数形成されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項記載の放射線イメージセンサ。
15. 前記反射層は、前記基板と交差する前記方向の断面において、前記シンチレータの結晶が左右に屈曲していることを特徴とする請求項１４記載の放射線イメージセンサ。
16. 前記基板と交差する前記方向における前記螺旋ループの寸法である螺旋ピッチが約０．６７μｍ〜５μｍ程度であることを特徴とする請求項１４または１５記載の放射線イメージセンサ。
17. 前記シンチレータ層においては、前記螺旋構造を形成する扁平球状部が斜めに配置され、斜めに配置された前記扁平球状部が前記基板と直交する方向に対して斜めになって複数積層されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項記載の放射線イメージセンサ。
18. 前記扁平球状部のうち前記柱状構造と接続する前記扁平球状部は、前記柱状構造の柱径より大きくならないことを特徴とする請求項１７記載の放射線イメージセンサ。

Images