JP2007163250A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線などの放射線撮像装置に適用して好適な放射線検出器に関し、詳しくは、シンチレータと光検出器との組合せを利用する放射線検出器に関するものである。 The present invention relates to a radiation detector suitable for application to a radiation imaging apparatus such as an X-ray, and particularly relates to a radiation detector using a combination of a scintillator and a photodetector.
医療診断を目的とする放射線撮影において、放射線を検出して電気信号に変換する放射線検出器(半導体を主要部とするもの)を使用した放射線画像検出装置が知られている。放射線検出器としては、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度CsI:Tl、GOS(Gd2O2S:Tb)などのシンチレータで光に変換し、その光を光導電層で電荷に変換し蓄積する間接変換方式がある。また、読取り方式から、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器により読み取る、いわゆる光読取方式と、放射線の照射により発生した電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を薄膜トランジスタ(thin film transistor:TFT)などの電気的スイッチを1画素ずつON・OFFすることにより読み取る方式(以下、TFT方式という)に大別される。 2. Description of the Related Art In radiography for medical diagnosis, there is known a radiological image detection apparatus that uses a radiation detector (which mainly includes a semiconductor) that detects radiation and converts it into an electrical signal. As a radiation detector, a direct conversion method in which radiation is directly converted into electric charge and accumulated, and radiation is once converted into light by a scintillator such as CsI: Tl, GOS (Gd 2 O 2 S: Tb), and the light There is an indirect conversion method in which the photoconductive layer converts the charges into charges and accumulates them. In addition, from the reading method, reading is performed by a radiation image detector using a semiconductor material that generates a charge when irradiated with light, a so-called optical reading method, and the charge generated by irradiation of radiation is accumulated, and the accumulated charge is stored in a thin film transistor ( A method of reading by turning on and off an electrical switch such as a thin film transistor (TFT) one pixel at a time (hereinafter referred to as a TFT method).
上記間接変換方式の放射線検出器として、シンチレータに緑白色乃至は緑色発光を呈するCsI:Tl、GOS(Gd2O2S:Tb)を用い、光導電層としてa−Seを用いたものが知られている(特許文献1)。しかし、これらの組合せでは分光感度が低いという問題がある。一方、a―Seを光導電層として用いた場合に、良好な分光感度を示すシンチレータとして、青色発光を呈するCsI:Naを組合せたものが知られているが(特許文献2、特許文献3)、CsI:Naは潮解性が強いために耐湿性が極めて悪いという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体と光導電層がa−Seとの組み合わせからなる放射線検出器において、蛍光体の発光スペクトルと光導電層との分光感度のマッチングが良好であって、高い耐湿性を有する放射線検出器を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a radiation detector in which half or more of the emitted photons are in the wavelength range of 500 nm to 700 nm and the photoconductive layer is a combination of a-Se, An object of the present invention is to provide a radiation detector having a good spectral sensitivity matching between a light emission spectrum of a body and a photoconductive layer and having high moisture resistance.
本発明の放射線検出器は、照射された放射線を該放射線の線量に応じた量の可視光に変換する蛍光体層からなる光変換部と、該光変換部からの可視光を吸収して電荷を生成および輸送する光導電層と、該光導電層に生成した電荷を取り出す電極部からなる放射線検出器において、前記蛍光体層がその発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体からなり、前記光導電層がTeをドープされたa−Seからなることを特徴とするものである。
前記Teのドープ量は、前記a−Seの0.1〜30モル%であることが好ましい。
The radiation detector according to the present invention includes a light conversion unit composed of a phosphor layer that converts irradiated radiation into visible light in an amount corresponding to the dose of the radiation, and charges by absorbing visible light from the light conversion unit. In a radiation detector comprising a photoconductive layer for generating and transporting light and an electrode portion for taking out the charge generated in the photoconductive layer, the phosphor layer has a wavelength of 500 nm to 700 nm in which ½ or more of the emitted photons are It is made of a certain phosphor, and the photoconductive layer is made of a-Se doped with Te.
The doping amount of Te is preferably 0.1 to 30 mol% of the a-Se.
発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体としては、CsX:Tl(XはI,BrまたはClのいずれか、またはこれらの混合物である。以下、この記載は省略する。)、またはTb3+および/またはEu3+で付活された酸化物または酸硫化物系蛍光体からなることが好ましい。 As a phosphor in which ½ or more of the emitted photons are in the wavelength range of 500 nm to 700 nm, CsX: Tl (X is either I, Br or Cl, or a mixture thereof. Hereinafter, this description is omitted. ), Or an oxide or oxysulfide phosphor activated with Tb 3+ and / or Eu 3+ .
本発明の放射線検出器は、照射された放射線をこの放射線の線量に応じた量の可視光に変換する蛍光体層からなる光変換部と、該光変換部からの可視光を吸収して電荷を生成および輸送する光導電層と、該光導電層に生成した電荷を取り出す電極部からなる放射線検出器において、蛍光体層がその発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体からなり、光導電層がTeをドープされたa−Seからなるので、蛍光体の発光スペクトルと光導電層との分光感度のマッチングが極めて良好な放射線検出器とすることができる。 The radiation detector according to the present invention includes a light conversion unit composed of a phosphor layer that converts irradiated radiation into visible light in an amount corresponding to the dose of the radiation, and absorbs visible light from the light conversion unit to charge. In a radiation detector comprising a photoconductive layer that generates and transports light and an electrode part that extracts charges generated in the photoconductive layer, the phosphor layer has a wavelength of 500 nm to 700 nm in which at least half of the emitted photons are Since it consists of fluorescent substance and a photoconductive layer consists of a-Se doped with Te, it can be set as a radiation detector with the very favorable matching of the spectral sensitivity of the light emission spectrum of a fluorescent substance, and a photoconductive layer.
特に、蛍光体を、CsX:TlまたはTb3+および/またはEu3+で付活された酸化物または酸硫化物系蛍光体からなるものとした時は、蛍光層の発光光と検出器とのマッチングや蛍光層の光変換効率がより向上し、放射線を無駄なく画像信号に変換することができ、高い効率と耐湿性を両立した放射線検出器とすることができる。 In particular, when the phosphor is made of an oxide or oxysulfide-based phosphor activated with CsX: Tl or Tb 3+ and / or Eu 3+ , matching between the emission light of the phosphor layer and the detector In addition, the light conversion efficiency of the fluorescent layer can be further improved, radiation can be converted into an image signal without waste, and a radiation detector having both high efficiency and moisture resistance can be obtained.
以下、図面を用いて本発明の放射線検出器を説明する。図1は本発明の放射線検出器の概略構成図を示す部分拡大図である。図1に示すように、放射線検出器1は支持体21上に、固体光検出器2およびシンチレータ3が積層されて構成され、固体光検出器2は、光導電層12を含む光導電部10と薄膜トランジスタ層20とが形成されてなるものである。薄膜トランジスタ層20は、所望の画素ピッチで二次元状に配置された多数のトランジスタ20aが作りこまれた層である。1つのトランジスタ20aとそれに対応する光導電部10の部分により1つの固体検出素子が構成され、すなわち、固体検出器2は二次元状に配置された多数の固体検出素子から構成されている。
Hereinafter, the radiation detector of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially enlarged view showing a schematic configuration diagram of a radiation detector of the present invention. As shown in FIG. 1, the
シンチレータ3は、照射された放射線をこの放射線の線量に応じた量の可視光に変換する蛍光体層からなる光変換部であって、その発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体からなる。より好ましくは、CsX:Tl、またはTb3+および/またはEu3+で付活された酸化物または酸硫化物系蛍光体からなる。シンチレータ3は、上記蛍光体とこれを分散状態で含有支持する結合剤とからなる粒子分散膜から構成されていてもよいし(塗布法)、上記蛍光体またはその原料を蒸着法などにより蒸発気化させて支持体上に堆積させることにより形成された蒸着膜(蒸着法)であってもよい。塗布法による場合のシンチレータの層厚は50〜300μm程度が好ましく、蒸着法による場合のシンチレータの層厚は100〜1000μm程度が好ましい。 The scintillator 3 is a light conversion unit composed of a phosphor layer that converts irradiated radiation into visible light in an amount corresponding to the dose of the radiation, and ½ or more of the emitted photons have a wavelength range of 500 nm to 700 nm. It consists of fluorescent substance in. More preferably, it consists of an oxide or oxysulfide-based phosphor activated by CsX: Tl, or Tb 3+ and / or Eu 3+ . The scintillator 3 may be composed of a particle dispersion film composed of the phosphor and a binder containing and supporting the phosphor in a dispersed state (coating method), or vaporizing and vaporizing the phosphor or its raw material by a vapor deposition method or the like. It is also possible to use a vapor deposition film (vapor deposition method) formed by depositing on a support. The layer thickness of the scintillator when using the coating method is preferably about 50 to 300 μm, and the layer thickness of the scintillator when using the vapor deposition method is preferably about 100 to 1000 μm.
図3は固体検出器2の1つの固体検出素子を拡大して示すものである。既述の通り、固体検出器2は光導電部10と薄膜トランジスタ層20(以下、TFT層20という。)とから構成されている。TFT層20の各TFT20aの構成は、図3に示すように、基板21上に形成された半導体膜(アモルファスシリコン(a−Si層)、ポリシリコン(p−Si層)、有機半導体、アモルファス酸化物半導体膜(a−InGaZnO4層)など)22を挟んで、ソース電極およびドレイン電極23および24、ゲート絶縁膜25を介したゲート電極26が形成されてなるものである。電極23、24および26は、いずれも金属や透明酸化物などの導電材料から構成されている。
FIG. 3 shows an enlarged view of one solid state detection element of the
基板21としてはガラス、アルミニウム、セラミックス、などが用いられるが、支持体として必要な強度を保持する樹脂シートであっても良い。
As the
光導電部10は、光を受けて導電性を呈する、すなわち光電変換を行う光導電層12と、この光導電層12を挟んで配置される透明電極11および13からなる。なお、本実施形態の固体検出器2は、光導電部10で発生した電荷を蓄積する蓄電部15を備えており、この蓄電部15に蓄積された電荷をTFTにより取り出すものである。なお、蓄電部15は電極13と電極14およびこの電極間に挟まれた絶縁層25から構成される。
The
光導電層12はTeがドープされたa−Seからなる。Teのドープ量は、a−Seの0.1〜30モル%、さらには1〜10モル%であることが好ましい。光導電層は、蒸着法によって光導電層を連続的に形成することによりTFT上に光導電層を積層することができる。光導電層の層厚は、0.1〜100μm程度であることが好ましい。光導電層が厚くなるとそれ自体のX線吸収も画像形成に関与することになり、蛍光体層によるX線吸収と併せて画像形成を行うハイブリッド型といえるものになる。 The photoconductive layer 12 is made of a-Se doped with Te. The doping amount of Te is preferably 0.1 to 30 mol%, more preferably 1 to 10 mol% of a-Se. The photoconductive layer can be laminated on the TFT by continuously forming the photoconductive layer by vapor deposition. The layer thickness of the photoconductive layer is preferably about 0.1 to 100 μm. When the photoconductive layer becomes thicker, its own X-ray absorption is also involved in image formation, which can be said to be a hybrid type that forms an image together with X-ray absorption by the phosphor layer.
続いて、本発明の放射線検出器1を用いた放射線画像撮影について簡単に説明する。
被写体を透過したX線が放射線検出器1に照射されると、放射線検出器1に照射されたX線はシンチレータ3において可視光に変換される。シンチレータ3では吸収したX線の線量に応じた量の可視光を発光する。この可視光は光導電層10において光電変換され、発光強度に応じ蓄電部15に電荷が蓄積される。その後この電荷が読み出され、電気信号としての画像信号が出力され、出力された画像信号は情報処理手段に入力されて所定の画像処理等がなされ、処理がなされた処理済画像信号は再生手段に入力されて被写体の放射線画像が可視像として再生される。
Subsequently, radiographic imaging using the
When X-rays that have passed through the subject are irradiated onto the
上記実施形態においては、固体検出器として、光導電層とTFT層との配置が、光導電層が放射線照射面側となる配置で構成したものについて説明したが、逆に放射線照射面側にTFT層を配置した構成としてもよい。 In the above embodiment, as the solid state detector, the arrangement in which the photoconductive layer and the TFT layer are arranged in the arrangement in which the photoconductive layer is on the radiation irradiation surface side has been described. It is good also as a structure which has arrange | positioned the layer.
次に、その発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体としてCsI:Tl蛍光体と、従来よりa−SeとのマッチングがよいとされるCsI:Na蛍光体の2種類のシンチレータと、a−Se、Teを5モル%ドープしたa−Se、Teを30モル%ドープしたa−Seの3種類の光導電層とを組み合わせて、そのマッチングについて評価したものを示す。 Next, CsI: Tl phosphor as a phosphor in which ½ or more of the emitted photons are in the wavelength range of 500 nm to 700 nm and CsI: Na phosphor, which has been known to have a better match with a-Se than in the past. A combination of three types of scintillators and three photoconductive layers of a-Se and a-Se doped with 5 mol% of a-Se and Te and a-Se doped with 30 mol% of Te are evaluated for matching. .
図3は、CsI:Tl蛍光体、CsI:Na蛍光体の2種類のシンチレータにおける波長λと相対輝度との関係を示す発光スペクトルI(λ)(それぞれのピーク強度を1に規格化)、図4はa−Se、Teを5モル%ドープしたa−Se、Teを30モル%ドープしたa−Seの3種類の光導電層における波長λと相対感度との関係を示す分光感度S(λ)(それぞれのピーク強度を1に規格化)である。 FIG. 3 shows an emission spectrum I (λ) showing the relationship between wavelength λ and relative luminance in two types of scintillators of CsI: Tl phosphor and CsI: Na phosphor (each peak intensity is normalized to 1), 4 is a spectral sensitivity S (λ) indicating the relationship between wavelength λ and relative sensitivity in three types of photoconductive layers of a-Se, a-Se doped with 5 mol% Te, and a-Se doped with 30 mol% Te. (The respective peak intensities are normalized to 1).
ここで、マッチングファクター(MF)を以下のように定義する。
MF=∫Sx(λ)Iy(λ)dλ/∫Iy(λ)dλ
たとえば、Sx(λ)=1ならば MF=1となる。発光と分光感度のそれぞれのスペクトル間に重なりがなければ、Sx(λ)Iy(λ)=0なのでMF=0となる。
Here, the matching factor (MF) is defined as follows.
MF = ∫S x (λ) I y (λ) dλ / ∫I y (λ) dλ
For example, if S x (λ) = 1, then MF = 1. If there is no overlap between the emission and spectral sensitivities, MF = 0 because S x (λ) I y (λ) = 0.
表1および図5に上記のようにして計算した発光スペクトルと分光感度のマッチングファクターを示す。
図4から明らかなように、Teのドーピングによってa−Seからなる光導電層の分光感度は向上し、図5に示すように、Teがドーピングされた光導電層では、ドーピングされていないa−Seよりも、シンチレータCsI:Tlとのマッチングが改善されており、また、従来よりa−SeとのマッチングよいとされるCsI:Na蛍光体よりもマッチングがよい。上記の計算式から求められるMFは概ね、0.65以上あることが好ましい。 As is apparent from FIG. 4, the spectral sensitivity of the photoconductive layer made of a-Se is improved by doping Te, and as shown in FIG. 5, in the photoconductive layer doped with Te, a- The matching with the scintillator CsI: Tl is improved over Se, and the matching is better than the CsI: Na phosphor, which is better matched with a-Se than in the past. In general, the MF obtained from the above calculation formula is preferably 0.65 or more.
なお、ここでは、CsX:Tlの一例としてCsI:Tlとのマッチングのみを示したが、XがBr、Clあるいはこれらの混合物であっても、また、Ln2O2S:Tb(LnはGd,Lu,LaまたはYのいずれか、またはこれらの混合物である。)などのTb3+および/またはEu3+で付活された酸化物または酸硫化物系蛍光体においても良好なマッチングを得ることができる。 Here, as an example of CsX: Tl, only matching with CsI: Tl is shown, but even if X is Br, Cl or a mixture thereof, Ln 2 O 2 S: Tb (Ln is Gd , Lu, La or Y, or a mixture thereof) can be obtained even in an oxide or oxysulfide-based phosphor activated with Tb 3+ and / or Eu 3+. it can.
以上のように、本発明の放射線検出器は、蛍光体層がその発光光子の1/2以上が500nmから700nmの波長範囲にある蛍光体からなり、光導電層がTeをドープされたa−Seからなるので、蛍光体の発光スペクトルと光導電層との分光感度のマッチングが極めて良好な放射線検出器とすることができる。 As described above, in the radiation detector of the present invention, the phosphor layer is made of a phosphor in which ½ or more of the emitted photons are in the wavelength range of 500 nm to 700 nm, and the photoconductive layer is doped with Te. Since it consists of Se, it can be set as the radiation detector with the very favorable matching of the spectral sensitivity of the light emission spectrum of a fluorescent substance, and a photoconductive layer.
なお、上記ではTFT方式の放射線検出器について説明したが、本発明のシンチレータと光導電層との組合せは、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器により読み取る、いわゆる光読取方式にも利用することが可能である。 Although the TFT type radiation detector has been described above, the combination of the scintillator of the present invention and the photoconductive layer is a so-called light which is read by a radiation image detector using a semiconductor material that generates a charge when irradiated with light. It can also be used as a reading method.
1 放射線検出器
2 固体光検出器
3 シンチレータ
10 光導電部
11 透明電極
12 光導電層
13,14 電極
15 畜電部
20 薄膜トランジスタ層
20a 薄膜トランジスタ
21 基板
22 半導体膜
DESCRIPTION OF
10 Photoconductive section
11 Transparent electrode
12 Photoconductive layer
13,14 electrode
15 Animal power department
20 Thin film transistor layer
20a thin film transistor
21 Board
22 Semiconductor film
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005358648A JP2007163250A (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005358648A JP2007163250A (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Radiation detector |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2007163250A true JP2007163250A (en) | 2007-06-28 |
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ID=38246317
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JP2005358648A Withdrawn JP2007163250A (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Radiation detector |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11504079B2 (en) | 2016-11-30 | 2022-11-22 | The Research Foundation For The State University Of New York | Hybrid active matrix flat panel detector system and method |
-
2005
- 2005-12-13 JP JP2005358648A patent/JP2007163250A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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