JP2001504578A - 湾曲した入力表面を有するファイバーガラス体を備えたｘ線またはガンマ光子検出器組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光子の結像のためのスクリーン表面（１２）を有するファイバーガラス体（１０）と、光子検出器（１６）を備えた検出器表面（１４）と、スクリーン表面（１２）に結像された光子を検出器表面（１４）へ導びく中間部分（１８）とを備え、最小の像歪曲で可能な限り大きな立体角の検出を可能にする検出器組立体（１００）を、光子特にＸ線及びガンマ量子のために利用できるようにするために、スクリーン表面（１２）が湾曲した表面領域を持つ形状に形成されるべきことが提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】 湾曲した入力表面を有するファイバーガラス体を備えた Ｘ線またはガンマ光子検出器組立体 技術分野 本発明は、光子の結像用スクリーン表面と、そのスクリーン表面に結像された 光子を検出器領域へ導びく中間部と、光子検出器の検出領域とを有する、ファイ バーガラス体を備えた、光子特にＸ線またはガンマ量子用の検出器組立体に関す る。技術の状態 “日本国特許抄録”００５巻第０６５号（０５７頁）及び特開昭５６−０１０ ２７０７号公報から、光学ファイバーの検出端が湾曲面上に設置されたチエレン コフ(Cherenkov)放射の測定用検出器組立体は公知である。 光子検出器を備えた検出器組立体は、例えば、単結晶構造の測定においてＸ線 回折パターンの像形成に利用される。極く最近ではＣＣＤ（電荷結合デバイス） システムが利用されるが、これらのＣＣＤシステムは、結像領域が非常に小さく 而も関心のあるエネルギー範囲内でＸ線を直接検出することが出来ないと云う問 題点がある。 それは、ファイバーガラス体所謂ファイバーオプティックテーパー（fiber op tic tapers）は、その用途が、一方ではテーパー付きの本体により小さいＣＣＤ 検出器のスクリーン表面に像を形成し、他方ではスクリーン表面上の燐光体層に よりスクリーン表面上でガンマ量子（Ｘ放射線）を異なる波長の光子に変換して 、ＣＣＤ検出器がその光子を検出し得るようにする、と云う理由のためである。 ファイバーガラス体により、例えば、分析されるべき物体からの散乱放射光を集 束してＣＣＤ検出器の表面上に結像させることは可能である。 これらの公知のファイバーガラス体を使用する際の利益は、例えば分析される ベき単結晶からの球状に散乱する放射線はスクリーン表面の平らな面領域に結像 せしめられると云うことである。これは、投影時に像が湾曲すると云う結果を招 く。例えば、結像点は細長い楕円となり、角度分解能は立体角の増大により常に 極めて悪くなる。 更に、生産技術の観点からすると、かかるファイバーガラス体の膨張は限定さ れる。これは確実に検出可能な立体角を可成り制限する。しかし、殆ど総てのＸ 線応用のためには、出来るだけ大きい立体角又は最大のスクリーン表面が望まし い。発明の説明，技術的課題，解決法，利点 本発明の技術的課題は、像の歪曲が最小で出来るだけ大きい立体角の検出を可 能にする上述のタイプの検出器組立体を利用できるようにすることである。更な る技術的課題は、ファイバーガラス体の或る直径に対してスクリーン表面を出来 るだけ大きく拡大することにある。 この技術的課題は、請求の範囲１において特徴付けられた特徴により上記形式 の検出器組立体により解決される。本発明によれば、この結果、ファイバーガラ ス体の所定の直径に対してスクリーン表面の最大の可能な拡大が達成される。好 ましくは、相当に大きいスクリーン表面と検出器のこの表面の大きさのより強力 な減少が、過度の信号損失という不利益を余儀なくされることなしに得られると 云うことである。 このために、本発明によれば、スクリーン表面が湾曲した表面領域として形造 られ得るようになされ、その場合、応用に適合した曲率が提供される。そのスク リーン表面は有利な方法で、球状シェル，筒状シェルの輪郭又は放物線の輪郭を 有するように構成される。この点について、結晶構造分析用としては球状シェル が、ＲＣＢＦ及びＣＴ断層写真のためのパウダーディフラクトメトリー（powder diffratometry）用としては筒状シェルが提供される。曲率は１８０°又はそれ 以上の立体角と像形成用スクリーン上への散乱放射光の垂直入射を可能にして、 検出器表面上の像に全く歪みが生じないようにされる。更に、検出器表面全体に 亘る分離又は反射又は反射角の減少は最大且つ殆ど一定であるような仕方で、結 晶と燐光体との間の距離を求めることが可能である。 湾曲表面が球状シェルの輪郭を有する特に好適な実施例では、球状シェルの輪 郭が可能な最大立体角の検出を許容すると云うことが示された。湾曲表面の構造 により、特にＸ線回折パターンの場合、より正確には一次光の周りの総ての方向 において、像の歪みが最小になることが意図されている。結晶とスクリーン表面 との間の距離を適当に選定することにより、回折反射光の分離が最大に達すると 云うことが示された。 検出器がＣＣＤ（電荷結合型デバイス）検出器であると云うことで単純な構造 が達成される。 検出器の小さい表面に組立体を適合させるために、検出器表面とスクリーン表 面との間の部分は検出器表面の方向にテーパーが付けられて、スクリーン表面が 検出器表面よりも大きくなるようにされている。テーパー付きのファイバーを使 うことによって、スクリーン表面は忠実に像を形成するが、検出器表面上では縮 小される。 光子エネルギーの最も広範囲の変化に対する共通の適用可能性は、Ｘ線の他の 波長の光子への変換のための層のスクリーン表面上の配置によって達成される。 一回の測定操作において殆ど全体の立体角をカバーするのは、対面する二つの 湾曲表面を各表面の中心が同一の空間点にあるように配置することにより達成さ れる。 結晶学における方法によれば、本発明の適用は本質的な利点をもたらす。 湾曲したスクリーン表面好ましくは球状シェルの形状は非常に大きな複数の利 点を提供する。即ち： 1. 互いに分離した多くの反射光の結像を可能にするスクリーン表面の最大の 拡張を可能にする。 2. 出来るだけ大きな立体角の検出。 3. より大きなスクリーン表面と検出器上のこの表面の大きさのより大きな縮 小とが、大きな信号損失なしに達成される。 4. 結晶とスクリーン表面との間の距離の適当な選択により、関連した反射光 の等距離の結像が達成される。 5. 同一時間での適当な選択により、一次光の周りのあらゆる方向で歪曲の最 小な像が達成される。 これに関連して、上記４及び５で述べた利点は球状シェルによってのみ可能で ある。 結晶学では、総ては、出来るだけ短時間内にデータを測定する方法において、 出来るだけ多くの像を形成させることを目指すものである。 これは、一般に結像中になされるべきであり、結晶の最後の実物大の形でなさ れるべきである。反射光の分離と立体角の両方を拡大する検出器組立体又は方法 は非常に大きな価値を持つ。 更に有利な実施態様は従属請求の範囲において特徴付けられている。図面の簡単な説明 次に図面を参照して本発明がより詳細に説明されるであろう。即ち、 図１は本発明による検出器組立体の好適実施例の断面図を示す； 図２Ａ乃至２ＤはＸ線回折パターンを結像させるため本発明による検出器組立 体の異なる幾何学的配置を示す； 図３は本発明による別の好適実施例の断面図を示す； 図４は本発明による検出器組立体の作用を示す概略図である。発明を実施する最良の方法 図１は本発明による検出器組立体１００の好適実施例の断面図である。この組 立体１００により、単結晶を例として、物体２８が、一次光３０例えばＸ線が物 体２８に当り、物体２８により散乱して、入力即ちスクリーン表面１２に散乱し た放射線の形で衝突する。 スクリーン表面１２は湾曲面であって、図示の検出器組立体１００では球状シ ェルの輪郭を有し、図１の断面図では半円形をなしている。この球状シェルは半 径Ｒを持っている。更に、スクリーン表面１２には燐光体の層が設けられている 。この層２２は、Ｘ線散乱放射線２６を後述の検出器１６により検出され得る光 子エネルギーの波長に変換する。 燐光体層の前方には、Ｘ線に対して不透明であるばかりか化学線的に不透明で もある層即ち窓３２が設けられている。燐光体層２２にはファイバーガラス体１ ０が隣接配設されている。このガラス体は、先ず、狭幅部即ち集光部１８が続く 真っ直ぐな部分即ち導光部３８を有している。この集光部１８は、スクリーン表 面１２からの像を検出器表面１４の大きさに変更する。いわば寸法の縮小が行わ れる。検出器表面１４上には、電子読出し手段２４により読み出される光子検出 器１６例えばＣＣＤ検出器２０が設置されている。このようにして読み出された 回折像は、物体２８を分析するため公知の方法で使用され得る。 図１におけるαは、スクリーン表面１２によりカバーされる散乱放射線の最大 角度範囲を示している。この角度は立体角と呼ばれる。 ファイバーガラス体１０の結像作用を決定するパラメーターは、スクリーン表 面１２の球面領域の半径Ｒと、スクリーン表面１２の長さＬと、検出器表面１４ の長さｌである。 従来のファイバーガラス体は、スクリーン表面として半径Ｒの平面円盤を有し ている。従って、その表面積はπＲ²である。これに対して、本発明による構造 は２πＲ²のスクリーン表面１２の表面積を有しており、従って、表面積は二倍 である。 寸法の縮小率は ｍ＝Ｌ／ｌ （１） 半円の長さＬは円弧の長さである。即ち、 Ｌ＝２Ｒ／２＝Ｒ （２） 扁平なスクリーン表面の長さＬは Ｌ＝２Ｒ （３） 従って、扁平なスクリーン表面１２に対し同じＬとＲのｍは（１）を用いて ｍ＝２Ｒ／Ｌ （４） となり、また半球状スクリーン表面１２に対して等価の扁平スクリーン表面は、 ｍ＝πＲ／Ｌ （５） となる。換言すれば、球面領域の幾何学により、スクリーン表面１２は扁平なス クリーン表面よりは二倍の面積を持つが、寸法においてｍ＝２の一定の縮小率を 有する。 これは、ｍの二乗で増大する信号損失ＳＶを調べる時興味あるものとなる。 ＳＶ＝ｍ² （６） 従って、半球状スクリーン表面１２に対し、対応する扁平スクリーン表面と比 較すると、 ΔＳＶ＝（３.１４／２）²２.５ （７） の信号利得がある。それは、半球状スクリーン表面１２は、対応する長さＬの扁 平スクリーン表面に対し係数約２.５の信号利得を持つと云うことである。これ は、従来の組立体に対して本発明の組立体の大きな利点を示すものである。 平らなスクリーン表面に対する実際の値は、例えば、 Ｒ＝６５mm Ｌ＝２^*６５mm＝１３０mm ｌ＝４９.１５mm ｍ＝Ｌ／ｌ＝２.６４ で、それは、（１），（２）及び（６）から７の信号縮小となるであろう。 Ｒ＝６５mmの半球状スクリーン表面１２に対して、例えば上述のようなファイ バーガラス体の外部寸法に相当する、等価の扁平なスクリーン表面に対して、 弧： Ｒ＝２０４mm ｌ＝４９.１５mm ｍ＝Ｌ／ｌ＝４.１５５ となり、それは（１），（２）及び（６）から１７の信号縮小となる。従って、 本発明実施例は、等価の寸法を有する公知の装置に関して、１７／７＝２.４の 信号利得を有する。 この信号利得は、検出器の平坦面上への球状シェル状湾曲スクリーン表面の投 影により、達成される。それにより、像端へ向う像の狭小化が生じる。 この明らかに不利な像形成作用は、有利に使用できると云うことが数学的に証 明することは出来る。即ち、単結晶構造の測定に当たってＸ線回折パターンの像 を形成させる場合には、測定されるべき反射光は分散角の余弦に直接比例して拡 散する。球状シェル形検出器のスクリーン表面までの距離と結晶を適当に選ぶこ とにより、測定されるべき反射光は等距離に像を形成することを証明することは 可能である。この事実は、反射光が分離されて球状シェル状の輪郭により達成で きる場合に、大きな利点となる。 図２Ａ乃至２Ｄは分析されるべき物体２８とスクリーン表面１２との間の各種 の幾何学的な配置を示している。図２Ａでは、物体２８は球状シェル形のスクリ ーン表面１２の中心位置にある。一次光３０は半径方向に入射する。検出された 散乱放射光２６は前方に散乱する。矢印３４で示されたように、検出器組立体は 中心Ｃの周りに揺動し得るように配設されている。 中心Ｃの周りに揺動される場合には、図２Ｂに示された如き幾何学配置が可能 である。物体２８はスクリーン表面の球形の中心Ｃに静止したままであるが、一 次光３０はこの時接線方向に入射し、検出された散乱放射光は後方へ散乱する。 図２Ｃでは、物体２８は球形の中心Ｃとスクリーン表面１２の間に配置されて いる。一次光３０は半径方向に入射し、前方に散乱して測定される。この組立体 では、検出された散乱放射光の立体角は１８０°よりも大きい。 検出器組立体が中心Ｃの周りに回転すると、図２Ｄの形になる。一次光は略接 線方向に入射して、後方へ向う散乱光が測定されるようになる。検出された散乱 放射光２６の立体角は略１８０°となる。 図２Ｃ及び２Ｄでは、軸３６の周りに分析されるべき物体が付加的に回転可能 であることが示されている。 図３は、本発明による検出器組立体の別の好適実施例を示している。この実施 例では、二つの湾曲したスクリーン表面１２が設けられていて、対面するように 配置されている。この場合、二つの中心Ｃとスクリーン表面１２は同じ空間内に あって、正確にはこの空間位置に測定されるべき物体２８が置かれている。一次 光３０は二つの検出器間で球面状に湾曲した入力領域に整合せしめられて、組立 体２００の略球面状の内部４０内へ進入し、検査されるべき物体２８に当たるよ うになっている。次に、散乱放射光２６は検出器組立体２００により物体２８の 周りの略全立体角内に結像して、単一の測定操作により散乱放射光２６の全立体 角がカバーされるようになる。 本発明による検出器組立体は、例えば結晶構造分析及びパウダーディフラクト メトリーにおけるＸ線回折パターンの像形成用組立体に対して、例示的に説明さ れた。しかし、本発明はこの応用形態に限定されるものでないことは明らかであ る。即ち、本発明による検出器組立体は、例えば、ガンマ線のような放射光子の 検出にも使用することが出来る。かかる応用は、例えば、アイソトープ ¹³³Ｘ ｅの助けで脳の局部的な血流系ＣＢＦが検査される内科において例示的に存在す る。内科での他の領域への応用は、ＣＴスキャナー及びＸ線が蛍光透視法に利用 される歯科治療において存在する。 図４には、組立体の本発明による作用が説明されている。異なる輪郭のスクリ ーン表面即ちＩは平端，IIは僅かに湾曲，IIIはより強く湾曲したスクリーン表 面によって、対応する大きな等価表面積の検出器ＦＩ（平らな検出器を備えた） ，ＦII（僅かに湾曲した検出器を備えた）及びＦIII（より強く湾曲した検出器 を備えた）を得ることが可能である。それは、曲率によって、どちらかと云えば 非常に大きな表面検出器でしか得ることの出来ない、曲率による立体角を得るこ とが可能であるからである。 参照番号一覧表 検出器組立体 １００，２００ ファイバーガラス体 １０ スクリーン表面 １２ 検出器表面 １４ 光子検出器 １６ 集光部 １８ ＣＣＤ検出器 ２０ 燐光体層 ２２ 電子読出し手段 ２４ Ｘ線散乱放射光 ２６ 物体 ２８ 一次光 ３０ 窓 ３２ 揺動範囲を示す矢印 ３４ 回転軸 ３６ 導光部 ３８ 内部 ４０ 立体角 α 揺動中心 Ｃ 半径 Ｒ スクリーン表面の長さ Ｌ 検出器表面の長さ ｌ スクリーン表面の輪郭 Ｉ，II，III 等価表面積検出器 ＦＩ，ＦII，ＦIII

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 光子の像を形成するためのスクリーン表面（１２）を有するファイバーガ ラス体（１０）と、光子検出器（１６）上に装着された検出器表面（１４）と、 スクリーン表面（１２）に結像された光子を検出器表面（１４）へ導びく集光部 （１８）とを備えた、光子特にＸ線−ガンマ−量子用検出器組立体（１００）に おいて、スクリーン表面（１２）が湾曲面として形成されており、且つ該スクリ ーン表面（１２）上に波長に関してＸ線を光子に変換するための層（２２）が設 置されていることを特徴とする光子用検出器組立体。 2. 湾曲表面が半径Ｒの球状シェルの輪郭を有していることを特徴とする請求 の範囲１に記載の検出器組立体。 3. 半径Ｒは５０乃至１４０mmの範囲内の値特に６５mmであることを特徴とす る請求の範囲２に記載の検出器組立体。 4. 湾曲表面は円筒状シェルの輪郭を有していることを特徴とする請求の範囲 １に記載の検出器組立体。 5. 湾曲表面はパラボラ状の輪郭を有していることを特徴とする請求の範囲１ に記載の検出器組立体。 6. 検出器（１６）はＣＣＤ検出器（２０）（電荷結合型デバイス）であるこ とを特徴とする請求の範囲１乃至５の何れかに記載の検出器組立体。 7. 検出器表面（１４）とスクリーン表面（１２）との間の集光部（１８）は 検出器表面の方向にテーパーが付けられていて、スクリーン表面（１２）が検出 器表面（１４）よりも大きいことを特徴とする請求の範囲１乃至６の何れかに記 載の検出器組立体。 8. 層（２２）は燐光体層であることを特徴とする請求の範囲１乃至７の何れ かに記載の検出器組立体。 9. 二つの湾曲表面が対面して設置されて、該二つの表面の各中心は同一の空 間位置にあるようになっていることを特徴とする請求の範囲１乃至８の何れかに 記載の検出器組立体。 10． 請求の範囲１乃至９の何れかに記載の検出器組立体（１００）により結晶 構造を測定するための特に単結晶の構造を測定するための方法において、湾曲表 面は半径Ｒの球状シェルの輪郭を有し、結晶即ち標本とスクリーン表面との間の 距離を適当に選定することによりＸ線の反射光が等距離の位置に結像され及び／ 又は最小に歪曲され、即ち、より正確には、一次光の周りのあらゆる方向に等偏 角的に結像されるようにしたことを特徴とする方法。 11． 互いに分離された幾つかの反射光の像形成を可能にする、最大に拡大する ことの可能なスクリーン表面が設けられた、好ましくは球状シェルの形に形成さ れた湾曲スクリーン表面を使用することを特徴とする請求の範囲１０に記載の方 法。 12． 可能な最大立体角の検出が行われることを特徴とする請求の範囲１０又は １２に記載の方法 13． より大きいスクリーン表面と検出器のより大きく縮小された寸法の表面が 、より多くの信号損失の不利益なしに得られることを特徴とする請求の範囲１０ 乃至１２の何れかに記載の方法。 14． 請求の範囲１に記載の検出器組立体（１００）の結晶学的又は断層写真術 的構造測定への応用。