JP2001208851A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積化が容易であり、良好なエネルギー測
定・位置検出が可能であり、また軽量、薄型かつ形状の
自由度の高いシンチレーション型放射線検出器を得る。 【解決手段】 大面積のシンチレータ板２の主面に沿っ
て、液晶パネル４を配置する。シンチレータ板２及び液
晶パネル４は遮光膜６、背面支持基板１２によって外光
から遮断される。液晶パネル４には液晶セルのアレイが
形成される。シンチレーション光が液晶１６に入射する
と、液晶の光電効果により起電力が生じ、セル電極１８
の透明電極１０に対する電圧が変化する。出力電圧が変
化した液晶セルの位置に基づいて、放射線の入射位置が
検知される。また、この出力電圧値はシンチレータ板２
内での減衰の影響を抑制されているので、発光量に基づ
く放射線エネルギーの測定精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出器に関
し、特にシンチレーション光を利用する放射線検出器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の放射線検出器として、シンチレー
ション型や半導体型のものがある。

【０００３】半導体型放射線検出器は、ｐｎ接合に逆バ
イアスを印加して空乏層を生じさせ、放射線入射によっ
て空乏層で発生する電荷を電気信号として取り出すもの
である。半導体放射線検出器は比較的、エネルギー分解
能が得られるといった長所を有する一方で大面積化は難
しい。

【０００４】大面積の測定には、シンチレーション型放
射線検出器が適している。シンチレータには例えばプラ
スチックシンチレータのように大面積化が容易なものが
あるからである。また、プラスチックシンチレータは加
工し易く形状の自由度が高いという特徴もある。シンチ
レーション型放射線検出器は、シンチレータに光電子増
倍管を接続し、放射線入射によってシンチレータで発生
するシンチレーション光を電気信号に変換し検知するも
のである。大面積のシンチレータを用いる場合、少ない
光電子増倍管でシンチレータ内を効率的に監視できるよ
うに、光電子増倍管はシンチレータの側方から覗くよう
に取り付けられることが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】大面積のシンチレータ
の端部側面に光電子増倍管を取り付ける構成では、シン
チレータへの放射線の入射位置に応じて、シンチレーシ
ョン光が光電子増倍管に到達するまでの距離に大きな差
が生じ、シンチレーション光の減衰量が大きく相違す
る。この光の減衰によって精度良いエネルギー測定が難
しいという問題があった。また、放射線の入射位置に関
しては、光の上記減衰を利用して、シンチレータに取り
付けた複数の光電子増倍管の間での同一イベントの光強
度の違いから入射位置を求める方法がある。しかし、こ
の方法は十分な位置分解能を得られないという問題があ
った。

【０００６】このような問題への対処として、シンチレ
ータの主面に光電子増倍管を林立させ、各光電子増倍管
がそれぞれ自分に向き合うシンチレータ部分を観測する
ようにすることが考えられる。この構成によれば、シン
チレーション光が光電子増倍管に到達するまでの減衰の
ばらつきは抑制されるので、エネルギー測定精度の向上
が期待される。また、各光電子増倍管が担当する観測エ
リアの大きさに応じた分解能で放射線の入射位置が検知
される。しかし、このような構成でシンチレーション型
放射線検出器の大面積化を図った場合、シンチレータに
光電子増倍管を多数取り付けなければならない。つま
り、光電子増倍管自体及び光電子増倍管に接続されるケ
ーブルによって装置が大型化し、また重くなるという問
題が生じる。また、主面に多数の光電子増倍管を取り付
けるので、シンチレータを曲面とすることに制限が生じ
る。

【０００７】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、大面積でありながら良好なエネルギー測
定、位置検出が可能であり、また軽量、薄型であり、自
由な形状に構成することが容易なシンチレーション型放
射線検出器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放射線検出
器は、入射放射線に応じてシンチレーションを起こすシ
ンチレーション部と、液晶の光電効果により前記シンチ
レーションに基づく光を電気信号に変換する液晶光電変
換部とを有するものである。

【０００９】本発明によれば、液晶の光電効果を利用し
てシンチレーションに基づく光が検知される。液晶光電
変換部は、大面積化が容易であり、また薄型に構成する
ことができる。

【００１０】他の本発明に係る放射線検出器において
は、前記液晶光電変換部が、その受光面に沿ってアレイ
状に配置された複数の液晶セルを有し、前記各液晶セル
はそれぞれに入射した光に応じて独立に前記電気信号を
出力することを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、液晶光電変換部には液晶
セルのアレイが形成される。各液晶セルはそのそれぞれ
に入射した光に応じて互いに独立の電気信号を出力す
る。すなわち、液晶セルの出力する電気信号に基づい
て、液晶セルアレイ上での光の強度分布を知ることがで
き、この情報に基づいて、シンチレーション部のどの位
置でシンチレーション光が発生したかを検知することが
できる。

【００１２】別の本発明に係る放射線検出器は、前記シ
ンチレーション部からの光を増倍して前記液晶光電変換
部へ出力する光増倍部を有するものである。本発明の好
適な態様は、前記光増倍部が、前記シンチレーション部
からの光に応じて光電子を放出する光電子放出部と、電
子が衝突すると蛍光を発する蛍光部と、前記光電子放出
部と前記蛍光部との間に電場を形成し、前記光電子を増
倍する光電子増倍部とを有し、前記蛍光が前記液晶光電
変換部に入力されることを特徴とする放射線検出器であ
る。

【００１３】本発明によれば、シンチレーション部で発
生したシンチレーション光が光増倍部によって増倍され
る。これにより液晶光電変換部に入力される光は、元の
シンチレーション光より強力な光となるので、放射線に
対する検出感度が向上する。

【００１４】また別の本発明に係る放射線検出器は、入
射放射線に応じてシンチレーションを起こす板状シンチ
レータと、液晶の光電効果により前記シンチレーション
に基づく光を電気信号に変換する液晶パネルとを有し、
前記板状シンチレータと前記液晶パネルとが互いに積層
配置されるものである。

【００１５】上記液晶光電変換部は薄型かつ軽量に構成
可能である。また、シンチレーション部も適当な材質を
採用することにより大面積、薄型に形成することができ
る。本発明によれば、上記シンチレーション部、上記液
晶光電変換部がそれぞれ薄型の板状シンチレータ、液晶
パネルとして形成され、これらが積層されて薄型の放射
線検出器が構成される。本発明の放射線検出器は薄型で
あることにより、曲面形状に構成することが容易であ
る。

【００１６】さらに別の本発明に係る放射線検出器は、
入射放射線に応じてシンチレーションを起こす板状シン
チレータと、前記板状シンチレータからの光に応じて光
電子を放出するカソード板と、前記カソード板との間で
加速電圧を印加されるアノード板と、前記カソード板と
前記アノード板との間に設けられ、前記加速電圧によっ
て前記光電子の増倍が行われる光電子増倍層と、前記増
倍された光電子の衝突により蛍光を発する蛍光板と、液
晶の光電効果により前記蛍光を電気信号に変換する液晶
パネルとを有し、これらが互いに積層配置されるもので
ある。

【００１７】本発明によれば、カソード板、光電子増倍
層、蛍光板、アノード板を有して構成される薄型の光電
子増倍部が、板状シンチレータと液晶パネルとの間に設
けられる。これにより、シンチレーション光の増倍が可
能な薄型の放射線検出器が構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】［実施形態１］図１は本発明の第１の実施
形態である放射線検出器の模式的な断面図であり、放射
線検出面に垂直な断面を示している。この放射線検出器
は、シンチレータ板２の背面に液晶光電変換部である液
晶パネル４が接合された構造を有している。シンチレー
タ板２の前面は、外光の入射を防ぐための遮光膜６で覆
われている。

【００２０】シンチレータ板２は例えばプラスチックシ
ンチレータを用いて所望の面積、形状に構成される。シ
ンチレータ板２の厚みは、検出対象とする放射線の種
別、エネルギーや放射線検出器の用途に応じて定められ
る。また、遮光膜６は検出対象とする放射線を透過する
ように構成される。

【００２１】液晶パネル４では、シンチレータ板２に面
する透明電極１０と背面支持基板１２とが間にスペーサ
１４を介在させて互いに平行に配置される。スペーサ１
４は、透明電極１０と背面支持基板１２との間隙をマト
リクス状に配置された多数の小領域に区切る。これら各
小領域にそれぞれ液晶１６が充填され、液晶セルが構成
される。

【００２２】透明電極１０は各液晶セルに共通に設ける
ことができ、各液晶セルにて液晶１６に接する。背面支
持基板１２には液晶１６に接するようにセル電極１８が
形成される。セル電極１８は、液晶セルごとに電気的に
分離した電極である。このように構成された液晶セル内
の液晶１６に光が入射すると、透明電極１０とセル電極
１８との間に起電力が生じることが知られている。

【００２３】背面支持基板１２は電気絶縁体で構成さ
れ、その一方の面には上述のようにセル電極１８が形成
され、他方面には電気配線を形成することができる。セ
ル電極１８は背面支持基板１２に設けられたスルーホー
ル２０を介して背面支持基板１２の反対側に取り出され
る。セル電極１８からの電気信号を背面支持基板１２か
ら信号処理回路に導くために、各液晶セルごとにリード
線を接続する構成や、背面支持基板１２上に電気配線２
２をパターニング形成する構成をとることができる。

【００２４】また、背面支持基板１２は液晶１６を封止
するとともに、放射線検出器の後面からの光を遮断する
遮光の機能を担っている。シンチレータ板２及び液晶パ
ネル４へは外光が入射しないように構成されるので、液
晶セルは、シンチレータ板２からのシンチレーション光
に応じて電気信号を発生する。本放射線検出器は、この
電気信号によってシンチレータ板２に入射した放射線を
検出するものである。

【００２５】液晶パネル４上に液晶セルは２次元的に配
列されており、シンチレータ板２でのシンチレーション
光の発生位置に応じた液晶セルの電気信号が変化する。
この電気信号に基づいて、放射線の入射位置を検知する
ことができ、放射線検出器の有感面内での放射線量の２
次元分布を測定することができる。

【００２６】ちなみに、光の２次元分布を検知するデバ
イスとして、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結
合素子）等を用いた半導体イメージセンサが知られてい
るが、それらは一般に単結晶半導体基板上に製造される
素子であるため１個の大きさは数センチ角程度にしか構
成できない。よって、これを大面積の光検知に用いるこ
とは難しい。これに対して、本放射線検出器の液晶パネ
ル４は、背面支持基板１２にガラス等の大面積化が容易
な材質を用いて構成することができる。さらに、光起電
力を生じる物質として用いる液晶自体も広い面積に展開
することが容易である。また、シンチレータ板２もプラ
スチックシンチレータ等によって大面積化が容易であ
る。よって、本放射線検出器は大きな有感面を容易に構
成することができる。

【００２７】また、液晶パネル４は、従来用いられてい
た光電子増倍管に比べて軽量に構成することができるの
で、この点でも大面積化に有利である。

【００２８】現状のＬＣＤ（Liquid Crystal Display：
液晶表示器）の製造技術等によれば、液晶セルは例えば
１ｍｍ角程度のサイズとするのは容易である。よって、
液晶パネル４の位置検出精度は、光電子増倍管に比べて
非常に高い。本放射線検出器の位置検出精度は、この液
晶パネル４の位置検出精度よりも、シンチレータ板２内
でのシンチレーション光の広がりによって制限されると
考える。例えば、放射線が斜めに入射したり、シンチレ
ーション光がシンチレータ板２の表面にて反射すること
により、同一の放射線イベントに起因するシンチレーシ
ョン光が、隣接する複数の液晶セルに入射し得るからで
ある。しかし、そのような状況においても、液晶セルの
サイズが十分小さいことにより、光電子増倍管より良好
な位置検出精度を得ることが可能である。また、一層正
確な位置検出を行う必要がある場合には、本放射線検出
器からの電気信号を信号処理し、あるシンチレーション
に対し反応する複数の液晶セルの起電力の強度分布に基
づいて発光位置を絞り込むことができる。

【００２９】一般には、遮光膜６のシンチレータ板２に
面する側は光を反射するように構成され、発生したシン
チレーション光が効率的に液晶セルに向かうように配慮
される。一方、遮光膜６での反射は、隣接する液晶セル
への光の拡散を生じ得る。そのため、位置精度を向上さ
せたい場合には、遮光膜６の内側面の全体の反射率、ま
たは少なくとも液晶セル間の領域（すなわちスペーサ１
４部分）に対向する部分の遮光膜６の反射率を低くし
て、遮光膜６での反射による光の拡散を抑制する構成も
可能である。

【００３０】本放射線検出器においては、基本的に全て
の液晶セルの電気信号がパラレルに出力されるように信
号線が形成される。どの液晶セルがいつ感光するかを予
測することができないからである。この点で、マトリク
ス電極を有し画素の走査が行われるＬＣＤとは配線の構
成が異なり得る。

【００３１】なお、ここでは光起電力を生じる物質とし
て液晶を用いたが、他の光起電力を生じる物質を透明電
極１０とセル電極１８との間に封入してセルを構成する
こともできる。また、光の入射によって生じる起電力を
電気信号として取り出すものだけでなく、光の入射によ
って生じ得る他の電気的性質の変化、例えばセル内の物
質の電気抵抗の変化に応じて電気信号を得る構成も可能
である。

【００３２】［実施形態２］図２は本発明の第２の実施
形態である放射線検出器の液晶セルの模式的な断面図で
あり、放射線検出面に垂直な断面を示している。この図
において、上記実施形態と同様の機能を有する構成要素
には同一の符号を付し説明を簡素化する。

【００３３】本放射線検出器が第１の実施形態と異なる
点は、シンチレータ板２と液晶パネル４との間に光電子
増倍部５０が挿入されている点にある。

【００３４】光電子増倍部５０には、カソード板５２と
アノード板５４との２つの電極が間隙を置いて配置され
る。カソード板５２は光を吸収して電子を放出する。２
つの電極５２，５４間の間隙５６には、カソード板５２
から放出された電子をアノード板５４に向けて加速する
電圧が印加される。

【００３５】当該間隙では、加速された電子と当該間隙
に封入されたガスとの衝突が起こり、これにより当該ガ
スが電離され２次電子を発生させる。このように当該間
隙は、光電陰極であるカソード板５２から放出された光
電子を増倍する光電子増倍部（光電子増倍層）として機
能する。

【００３６】アノード板５４は、透明材料で構成され
る。またアノード板５４はその表面に蛍光物質５８を塗
布され蛍光部（蛍光板）としての機能を有する。光電子
増倍層にて増倍された電子が蛍光物質５８に当たること
により蛍光が生じ、液晶パネル４はこの蛍光を観測す
る。光電子増倍部５０の作用により、蛍光の光量をシン
チレータ板２にて生じたシンチレーション光より増すこ
とができるので、液晶パネル４の液晶セルにて生じる光
起電力も増大する。よって本放射線検出器は、光電子増
倍部５０を設けたことにより放射線に対する検出感度を
向上させることができ、またカソード板５２とアノード
板５４との間に印加する電圧に応じて、その検出感度を
調節することができる。なお、光電子増倍部５０のアノ
ード板５４と液晶パネル４の透明電極１０との間は、透
明絶縁膜６０又は間隙を設けることにより互いに絶縁さ
れている。

【００３７】

【発明の効果】本発明の放射線検出器によれば、シンチ
レータで発生したシンチレーション光を電気信号に変換
するために液晶の光電効果を利用することにより、光電
変換部を大面積に形成することができる。この光電変換
部を大面積のシンチレータの主面に沿って配置すること
により、シンチレータ内でのシンチレーション光の減衰
の影響が抑制された測定を行うことができ、かつ大面積
化が容易で、薄型、軽量、さらには薄型であるため曲面
に構成することが容易であるという特徴を有する放射線
測定器が得られる効果がある。また、本放射線検出器
は、薄型、軽量、成形上の自由度が高いということによ
り、各種物品の表面や壁面に付設することが容易であ
り、放射線検出器の設置場所に対する制限が緩和される
という効果がある。

【００３８】また、光電変換部に液晶セルをアレイ状に
配置することにより、上述の様々な特徴を損なわずに、
放射線の入射位置検出を精度良く行うことができる効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態である放射線検出器
の模式的な断面図である。

【図２】 本発明の第２の実施形態である放射線検出器
の液晶セルの模式的な断面図である。

【符号の説明】

２ シンチレータ板、４ 液晶パネル、６ 遮光膜、１
０ 透明電極、１２背面支持基板、１４ スペーサ、１
６ 液晶、１８ セル電極、５０ 光電子増倍部、５２
カソード板、５４ アノード板。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射放射線に応じてシンチレーションを
   起こすシンチレーション部と、 液晶の光電効果により前記シンチレーションに基づく光
   を電気信号に変換する液晶光電変換部と、 を有することを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の放射線検出器において、 前記液晶光電変換部は、その受光面に沿ってアレイ状に
   配置された複数の液晶セルを有し、 前記各液晶セルはそれぞれに入射した光に応じて独立に
   前記電気信号を出力すること、 を特徴とする放射線検出器。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の放射線検
   出器において、 前記シンチレーション部からの光を増倍して前記液晶光
   電変換部へ出力する光増倍部を有することを特徴とする
   放射線検出器。
4. 【請求項４】 請求項３記載の放射線検出器において、 前記光増倍部は、 前記シンチレーション部からの光に応じて光電子を放出
   する光電子放出部と、 電子が衝突すると蛍光を発する蛍光部と、 前記光電子放出部と前記蛍光部との間に電場を形成し、
   前記光電子を増倍する光電子増倍部と、 を有し、前記蛍光が前記液晶光電変換部に入力されるこ
   とを特徴とする放射線検出器。
5. 【請求項５】 入射放射線に応じてシンチレーションを
   起こす板状シンチレータと、 液晶の光電効果により前記シンチレーションに基づく光
   を電気信号に変換する液晶パネルと、を有し、 前記板状シンチレータと前記液晶パネルとが互いに積層
   配置されること、 を特徴とする放射線検出器。
6. 【請求項６】 入射放射線に応じてシンチレーションを
   起こす板状シンチレータと、 前記板状シンチレータからの光に応じて光電子を放出す
   るカソード板と、 前記カソード板との間で加速電圧を印加されるアノード
   板と、 前記カソード板と前記アノード板との間に設けられ、前
   記加速電圧によって前記光電子の増倍が行われる光電子
   増倍層と、 前記増倍された光電子の衝突により蛍光を発する蛍光板
   と、 液晶の光電効果により前記蛍光を電気信号に変換する液
   晶パネルと、を有し、これらが互いに積層配置されるこ
   と、 を特徴とする放射線検出器。