JP2010286316A - Optical detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を電子に変換して電子を検出する光検出器に関する。 The present invention relates to a photodetector that detects light by converting light into electrons.
放射線利用技術は、陽電子断層撮影、X線CT等の医療分野、各種非破壊検査等の工業分野、及び放射線モニターや所持品検査等の保安分野など多岐にわたり、現在も目覚しい発展を続けている。 Radiation utilization technologies are diverse, including medical fields such as positron emission tomography and X-ray CT, industrial fields such as various nondestructive inspections, and security fields such as radiation monitors and personal belongings inspections.
放射線画像検出器は、放射線利用技術の重要な位置を占める要素技術であって、放射線利用技術の発展に伴い、検出感度、放射線の入射位置に対する位置分解能、或いは計数率特性について、より高度な性能が求められている。また、放射線利用技術の普及に伴い、放射線画像検出器の低コスト化、及び有感領域の大面積化も求められている。 The radiological image detector is an elemental technology that occupies an important position in radiation utilization technology. With the development of radiation utilization technology, more advanced performance is achieved in terms of detection sensitivity, position resolution with respect to the incident position of radiation, or count rate characteristics. Is required. In addition, with the spread of radiation utilization technology, it is also required to reduce the cost of radiation image detectors and increase the area of sensitive areas.
前記放射線画像検出器に対する要求に応えるべく、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器が開発された(特許文献1参照)。当該粒子線画像検出器は、入射粒子線がガス分子を電離して生成した電子をピクセル型電極で検出するもので、位置分解能及び計数率特性に優れ、有感領域を容易に大型化でき、かつ安価に製作できるという利点を有する。しかしながら、使用されるガスは原子量が小さいため、硬X線やガンマ線のような高いエネルギーをもった光子に対する阻止能に乏しく、従って当該光子に対しては検出感度に乏しいという問題があった。 In order to meet the demand for the radiation image detector, a particle beam image detector using gas amplification by a pixel-type electrode has been developed (see Patent Document 1). The particle beam image detector detects the electrons generated by the incident particle beam ionizing gas molecules with the pixel electrode, and has excellent position resolution and count rate characteristics, and can easily enlarge the sensitive area. Moreover, it has the advantage that it can be manufactured at low cost. However, since the gas used has a small atomic weight, there is a problem that it has poor stopping power for photons having high energy such as hard X-rays and gamma rays, and therefore has poor detection sensitivity for the photons.
かかる問題に鑑みて、原子量の大きいシンチレータを用いて入射した放射線を紫外線に変換し、該紫外線を検出する光検出器によって検出する方法が開示されている(特許文献2参照)。この光検出器は位置分解能を有するガス増幅型検出器を有している。また、放射線を光に変換し、その光を検出する同様の試みは、他者においてもなされている(非特許文献1参照)。しかし、前述のような光検出器は、紫外線等の光がガス分子を電離して生成した電子を検出するため、紫外線の飛程がガス層の厚さ分の拡がりを有するため、位置分解能及び計数率特性が低く、これを改善することが課題である。また、光で電離するガスは化学的に不安定であり、ガス分子そのものが劣化したり、ガス分子が検出器の電極に付着しやすく、長期にわたって安定に動作させることが課題であった(非特許文献2参照)。 In view of such a problem, a method has been disclosed in which incident radiation is converted into ultraviolet rays using a scintillator having a large atomic weight and is detected by a photodetector that detects the ultraviolet rays (see Patent Document 2). This photodetector has a gas amplification type detector having position resolution. Similar attempts to convert radiation into light and detect the light have been made by others (see Non-Patent Document 1). However, since the photodetector as described above detects electrons generated by ionizing gas molecules by light such as ultraviolet rays, the range of ultraviolet rays has an extent corresponding to the thickness of the gas layer, so that the position resolution and The counting rate characteristic is low, and it is a problem to improve this. Moreover, the gas ionized by light is chemically unstable, and the gas molecules themselves deteriorate or the gas molecules tend to adhere to the electrodes of the detector. Patent Document 2).
一方で、放射線によってシンチレータから生じる紫外線を検出する際に、光電変換部を用いて紫外線を電子に変換し、該電子をガス増幅型検出器によって検出する光検出器の適用も試みられている(非特許文献3参照)。この光検出器は、前述のような前記位置分解能及び計数率特性の低下や動作の安定性にかかる課題をある程度回避できると考えられている。しかし、光電変換部は上述のようにシンチレータが発生させるきわめて微弱な紫外線では発生する電子の量が少なく、ガス増幅型検出器も微少な電子を検出するには増幅率が不充分であり、この光検出器には微少な光を感度良く検出することが困難という課題があった。 On the other hand, when detecting ultraviolet rays generated from the scintillator by radiation, it is also attempted to apply a photodetector that converts ultraviolet rays to electrons using a photoelectric conversion unit and detects the electrons by a gas amplification type detector ( Non-Patent Document 3). This photodetector is considered to be able to avoid the above-described problems related to the degradation of the position resolution and count rate characteristics and the stability of the operation to some extent. However, as described above, the photoelectric conversion unit generates a small amount of electrons with the extremely weak ultraviolet rays generated by the scintillator, and the gas amplification type detector has an insufficient amplification factor to detect minute electrons. The photodetector has a problem that it is difficult to detect minute light with high sensitivity.
そこで、本発明は、前述の課題を解決すべく、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a photodetector that can detect light such as ultraviolet rays, infrared rays, or visible light with high sensitivity and has excellent position resolution and count rate characteristics in order to solve the above-described problems. With the goal.
本発明者等は、前述のようなシンチレータより生じるきわめて微弱な紫外線を感度良く検出する方法について種々検討を重ねた。その結果、光電変換部及びピクセル型電極より構成される光検出器を用いて、シンチレータより生じた紫外線を光電変換部で電子に変換し、この電子をピクセル型電極を用いて検出することによって、放射線を感度良く検出できることを見出した。そして、光電変換部とピクセル型電極を組み合わせてなる光検出器によって、光の画像を取得することに成功し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have made various studies on a method for detecting extremely weak ultraviolet rays generated from the above-described scintillator with high sensitivity. As a result, by using a photodetector composed of a photoelectric conversion unit and a pixel type electrode, ultraviolet rays generated from the scintillator are converted into electrons in the photoelectric conversion unit, and by detecting these electrons using the pixel type electrode, We found that radiation can be detected with high sensitivity. And it succeeded in acquiring the image of light with the photodetector which combined a photoelectric conversion part and a pixel type electrode, and came to complete this invention.
具体的には、本発明に係る光検出器は、チャンバに装着する光検出器であって、入射する光を電子に変換して放出する光電変換部と、前記光電変換部に相対する位置に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極と、前記光電変換部の周囲に接触し、前記ピクセル型電極に対して負電位となるマイナス電極と、を備えており、電場が、前記光電変換部から前記ピクセル型電極へ向けて広がっていることを特徴とする。 Specifically, the photodetector according to the present invention is a photodetector attached to the chamber, and converts the incident light into electrons and emits it at a position opposite to the photoelectric conversion unit. A pixel-type electrode that is arranged and detects electrons by amplifying electrons with the gas in the chamber; and a negative electrode that contacts the periphery of the photoelectric conversion unit and has a negative potential with respect to the pixel-type electrode. The electric field spreads from the photoelectric conversion unit toward the pixel electrode.
本発明に係る光検出器は、光電変換部が光から電子を発生させる。このため、本光検出器は入射した光を効率よく電子に変換できる。また、本光検出器は、光電変換部からピクセル型電極へ向けて広がる電場を形成しており、光電変換部が発生させた電子の位置情報を保ったまま相似拡張してピクセル型電極へ到達させることができる。電子の位置情報を相似拡張することで光検出器の位置分解能が向上する。さらに、本光検出器は、ピクセル型電極が到達した電子を増幅させて検出できるため、感度が高く計数率特性に優れる。 In the photodetector according to the present invention, the photoelectric conversion unit generates electrons from light. For this reason, this photodetector can efficiently convert incident light into electrons. In addition, this photodetector forms an electric field that spreads from the photoelectric converter to the pixel electrode, and extends the similarity while maintaining the position information of the electrons generated by the photoelectric converter to reach the pixel electrode. Can be made. The position resolution of the photodetector is improved by similar expansion of the electron position information. Furthermore, since this photodetector can amplify and detect electrons that have arrived at the pixel-type electrode, it has high sensitivity and excellent count rate characteristics.
従って、本発明は、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することができる。 Therefore, the present invention can detect light such as ultraviolet rays, infrared rays, or visible light with high sensitivity, and can provide a photodetector having excellent position resolution and count rate characteristics.
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ピクセル型電極の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする。本構成は、光電変換部からピクセル型電極へ向けて広がる電場を形成することができる。 The photodetector according to the present invention is characterized in that an outer shape of the pixel-type electrode is larger than an outer shape of the minus electrode as viewed from a direction of light incident on the photoelectric conversion unit. This configuration can form an electric field that spreads from the photoelectric conversion portion toward the pixel-type electrode.
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅する少なくとも1つのガス電子増幅器をさらに備えることが好ましい。ガス電子増幅器は、光電変換部が発生させた電子を一次電子として加速し、電子雪崩効果で多数の二次電子を発生させることができる。このため、本光検出器は、さらに高感度で放射線を検出することができる。 The photodetector according to the present invention preferably further includes at least one gas electron amplifier that is disposed between the photoelectric conversion unit and the pixel-type electrode and amplifies electrons with the gas in the chamber. The gas electron amplifier can accelerate the electrons generated by the photoelectric conversion unit as primary electrons and generate a large number of secondary electrons by the electron avalanche effect. For this reason, this photodetector can detect radiation with higher sensitivity.
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ガス電子増幅器の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする。本構成は、光電変換部からガス電子増幅器へ向けて広がる電場を形成することができる。ガス電子増幅器で二次電子を発生させるまでに一次電子の位置情報を相似拡張することで光検出器の位置分解能が向上する。 The photodetector according to the present invention is characterized in that an outer shape of the gas electronic amplifier is larger than an outer shape of the minus electrode when viewed from a direction of light incident on the photoelectric conversion unit. This configuration can form an electric field that spreads from the photoelectric conversion unit toward the gas electronic amplifier. The position resolution of the photodetector is improved by expanding the position information of the primary electrons in a similar manner until the secondary electrons are generated by the gas electron amplifier.
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間に、あるいは前記光電変換部と前記光電変換部に最も近い前記ガス電子増幅器との間にリング状電極をさらに備えることが好ましい。光電変換部からピクセル型電極又はガス電子増幅器までの距離が長い場合であっても、リング状電極は電場の乱れを防止することができる。 The photodetector according to the present invention further includes a ring electrode between the photoelectric conversion unit and the pixel-type electrode, or between the photoelectric conversion unit and the gas electronic amplifier closest to the photoelectric conversion unit. It is preferable. Even when the distance from the photoelectric conversion unit to the pixel-type electrode or the gas electronic amplifier is long, the ring electrode can prevent the electric field from being disturbed.
本発明に係る光検出器の前記リング状電極は、前記光電変換部が放出した電子を前記ピクセル型電極に向けて広げるような電位とすることができる。電場の広がりを調整することができ、一次電子の位置情報を相似拡張の倍率を制御できる。 The ring-shaped electrode of the photodetector according to the present invention can be set to a potential that spreads electrons emitted from the photoelectric conversion unit toward the pixel-type electrode. The spread of the electric field can be adjusted, and the magnification of the similarity expansion of the position information of the primary electrons can be controlled.
本発明は、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することができる。また、ガス電子増幅器を使用する場合、一次電子はピクセル型電極に到達するまでに、一定範囲に拡散するため、位置情報に誤差が生ずることを考慮しなければならないという課題があった。しかし、本発明に係る光検出器は、ガス電子増幅器で一次電子の位置情報の誤差が生じても位置情報を相似拡大するため、その誤差は相対的に小さくなる。このため、本発明に係る光検出器は、位置分解能を低下させずにガス電子増幅器を使用することができる。 The present invention can detect light such as ultraviolet light, infrared light, or visible light with high sensitivity, and can provide a photodetector having excellent position resolution and count rate characteristics. Further, when the gas electron amplifier is used, there is a problem that it is necessary to consider that an error occurs in the position information because the primary electrons diffuse to a certain range before reaching the pixel type electrode. However, in the photodetector according to the present invention, even if an error in the position information of the primary electrons occurs in the gas electron amplifier, the position information is enlarged similarly, so that the error becomes relatively small. For this reason, the photodetector according to the present invention can use a gas electronic amplifier without reducing the position resolution.
また、本発明に係る光検出器とシンチレータとを組み合わせれば、シンチレータで放射線から変換されて生じる微弱な紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を感度よく検出することができるので、位置分解能及び計数率特性に優れた放射線画像検出器を提供できる。また、本発明の光検出器は、有感領域を容易に大型化でき、かつ安価に製作できるため、医療、工業、及び保安等の分野において好適に使用できる。 In addition, by combining the photodetector according to the present invention and the scintillator, it is possible to detect weak ultraviolet light, infrared light, visible light, or the like generated by being converted from radiation by the scintillator with high sensitivity. A radiological image detector having excellent counting rate characteristics can be provided. In addition, the photodetector of the present invention can be suitably used in fields such as medical, industrial, and security because the sensitive area can be easily enlarged and manufactured at low cost.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
[実施形態1]
図1は、本実施形態の光検出器101を説明する概略図である。光検出器101は、入射する光を電子に変換して放出する光電変換部2と、光電変換部2に相対する位置に配置され、チャンバ7内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極6と、光電変換部2の周囲に接触し、ピクセル型電極6に対して負電位となるマイナス電極9と、を備える。図1の光検出器101には放射線を光に変換するシンチレータ1が接続されており、放射線画像検出器として動作する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
(シンチレータ)
光検出器101に接続されたシンチレータ1は、放射線の入射によって赤外線、可視光、紫外線の光を生じるシンチレータであればよい。なお、本実施形態では、シンチレータ1が放射線から紫外線を生ずる場合で説明する。シンチレータ1は、光電変換部2における紫外線から電子への光電変換効率に鑑みて、紫外線の中でも波長が200nm以下の真空紫外線を生じるシンチレータを用いることが特に好ましい。
(Scintillator)
The
検出対象となる放射線の種類に応じて用いるシンチレータを選択することにより、X線、α線、β線、γ線、或いは中性子線等、検出対象とする放射線に制限されず放射線を検出できる。原子量の大きいシンチレータを用いることが、前記放射線の中でも硬X線或いはγ線等の高エネルギーの光子を効率よく検出できるので好ましい。 By selecting a scintillator to be used according to the type of radiation to be detected, radiation can be detected without being limited to radiation to be detected such as X-rays, α rays, β rays, γ rays, or neutron rays. It is preferable to use a scintillator having a large atomic weight because high energy photons such as hard X-rays or γ-rays can be efficiently detected among the radiations.
また、放射線の入射によって生じた紫外線を、シンチレータ自身が吸収することなく出射せしめるためには、当該紫外線を吸収し難いシンチレータを使用することが好ましい。かかる紫外線を吸収し難いシンチレータとしては、後述する金属フッ化物、Al2O3、YAlO3、Lu3Al5O12等の金属酸化物、LuPO4、YPO4等の金属リン酸化物、或いは一部の金属ホウ酸化物等からなるシンチレータが挙げられる。 Further, in order to emit the ultraviolet rays generated by the incidence of radiation without being absorbed by the scintillator itself, it is preferable to use a scintillator that hardly absorbs the ultraviolet rays. Examples of such scintillators that hardly absorb ultraviolet rays include metal fluorides, metal oxides such as Al 2 O 3 , YAlO 3 , Lu 3 Al 5 O 12 , metal phosphorous oxides such as LuPO 4 and YPO 4 , or one Scintillators made of a part of metal borate and the like.
なお、シンチレータの形態は特に限定されず、結晶、ガラス、またはセラミック等が適宜使用できるが、放射線から紫外線への変換効率に鑑みて、結晶を使用することが好ましい。 Note that the form of the scintillator is not particularly limited, and crystals, glass, ceramics, or the like can be used as appropriate. However, it is preferable to use crystals in view of the conversion efficiency from radiation to ultraviolet rays.
真空紫外線を生じるシンチレータとしては、金属フッ化物が好適に使用できる。真空紫外線は多くの材料に吸収される性質を有するため、放射線の入射によって発せられた真空紫外線をシンチレータ自身が吸収するという問題があるが、金属フッ化物は例外的に真空紫外線を吸収し難い特性を有するため、シンチレータ1として好適に用いることができる。
A metal fluoride can be suitably used as the scintillator that generates vacuum ultraviolet rays. Since vacuum ultraviolet rays have the property of being absorbed by many materials, there is a problem that the scintillator itself absorbs vacuum ultraviolet rays emitted by the incidence of radiation, but metal fluoride is exceptionally difficult to absorb vacuum ultraviolet rays. Therefore, it can be suitably used as the
該金属フッ化物の種類は特に限定されず、真空紫外線を生じるシンチレータとして従来公知の金属フッ化物を任意に用いることができる。具体的には、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化スカンジウム、フッ化チタン、フッ化クロム、フッ化マンガン、フッ化鉄、フッ化コバルト、フッ化ニッケル、フッ化銅、フッ化亜鉛、フッ化ガリウム、フッ化ゲルマニウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウム、フッ化イットリウム、フッ化ジルコニウム、フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジウム、フッ化ユーロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテシウム、フッ化ハフニウム、フッ化タンタル、フッ化鉛などの少なくとも一種類からなる金属フッ化物が例示される。 The type of the metal fluoride is not particularly limited, and any conventionally known metal fluoride can be arbitrarily used as a scintillator that generates vacuum ultraviolet rays. Specifically, lithium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, scandium fluoride, titanium fluoride, chromium fluoride, manganese fluoride, iron fluoride, cobalt fluoride, nickel fluoride, copper fluoride, fluorine Zinc fluoride, gallium fluoride, germanium fluoride, aluminum fluoride, strontium fluoride, yttrium fluoride, zirconium fluoride, barium fluoride, lanthanum fluoride, cerium fluoride, praseodymium fluoride, neodymium fluoride, europium fluoride And metal fluorides composed of at least one of gadolinium fluoride, terbium fluoride, erbium fluoride, thulium fluoride, ytterbium fluoride, lutesium fluoride, hafnium fluoride, tantalum fluoride, lead fluoride, etc. .
また、紫外線領域において輻射遷移を生じる発光中心元素を含有する化合物をシンチレータ1として用いることが好ましい。 Moreover, it is preferable to use as the scintillator 1 a compound containing an emission center element that causes a radiation transition in the ultraviolet region.
該発光中心元素は、前記輻射遷移によって紫外線の発光を呈するものであれば、特に限定されないが、5d準位から4f準位への電子遷移による5d−4f遷移発光を呈するものが、発光寿命が短く高速応答性を有するため、特に好ましい。かかる5d−4f遷移発光を呈する発光中心元素としては、Pr、Nd、Er、Tm等が好適に使用できる。 The luminescent center element is not particularly limited as long as it emits ultraviolet light by the radiative transition, but the luminescent center element exhibits 5d-4f transition light emission due to electron transition from the 5d level to the 4f level, and has a light emission lifetime. Since it is short and has high-speed response, it is particularly preferable. As the luminescent center element exhibiting such 5d-4f transition emission, Pr, Nd, Er, Tm and the like can be suitably used.
なお、上記発光中心元素を含有するシンチレータにおいて、発光中心元素を含有せしめる際の含有量は、シンチレータの種類または発光中心元素の種類によって異なるが、0.005〜20wt%の範囲とすることが好ましい。かかる添加量を0.005wt%以上とすることによって、シンチレータの発光の強度を高めることができ、一方、20wt%以下とすることによって、濃度消光に由来するシンチレータの発光の減衰を抑制することができる。 In the scintillator containing the luminescence center element, the content when the luminescence center element is contained varies depending on the type of scintillator or the kind of luminescence center element, but is preferably in the range of 0.005 to 20 wt%. . By setting the added amount to 0.005 wt% or more, the intensity of light emission of the scintillator can be increased. On the other hand, by setting the amount to 20 wt% or less, the attenuation of light emission of the scintillator resulting from concentration quenching can be suppressed. it can.
上記発光中心元素を含有するシンチレータの好ましい態様を例示すれば、上記発光中心元素を含有してなる前記金属フッ化物、金属酸化物、或いは金属リン酸化物からなる結晶が挙げられる。 If the preferable aspect of the scintillator containing the said luminescent center element is illustrated, the crystal | crystallization which consists of the said metal fluoride, a metal oxide, or a metal phosphate containing the said luminescent center element will be mentioned.
なお、本発明において、硬X線或いはγ線等の高エネルギーの光子に対する検出感度を高めるため、高密度で且つ有効原子番号の大きいシンチレータを用いることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use a scintillator having a high density and a large effective atomic number in order to increase detection sensitivity for high energy photons such as hard X-rays or γ-rays.
本発明において、上記有効原子番号とは、下式〔1〕で定義される指標であって、硬X線或いはγ線に対する阻止能に影響し、該有効原子番号が大きいほど、硬X線或いはγ線に対する阻止能が増大し、したがってシンチレータの硬X線或いはγ線に対する感度が向上する。 In the present invention, the effective atomic number is an index defined by the following formula [1], which affects the stopping power against hard X-rays or γ-rays. The larger the effective atomic number, the harder X-rays or The stopping power against γ rays is increased, and therefore the sensitivity of the scintillator to hard X rays or γ rays is improved.
有効原子番号=(ΣWiZi 4)1/4 〔1〕
(式中、Wi及びZiは、それぞれシンチレータを構成する元素のうちのi番目の元素の質量分率及び原子番号を表す。)
Effective atomic number = (ΣW i Z i 4 ) 1/4 [1]
(W i and Z i represent the mass fraction and atomic number of the i-th element among the elements constituting the scintillator, respectively.)
シンチレータ1の形状は、特に限定されないが、光検出器101に対向する光出射面1−outを有し、光出射面1−outは光学研磨が施されていることが好ましい。光出射面1−outを有することによって、シンチレータ1で生じた紫外線を効率よく光検出器101に入射できる。
Although the shape of the
なお、光出射面1−outの形状は限定されず、一辺の長さが数mm〜数百mm角の四角形、或いは直径が数mm〜数百mmの円など、用途に応じた形状を適宜選択して用いることができる。 The shape of the light exit surface 1-out is not limited, and a shape according to the application such as a square with a side length of several mm to several hundreds mm square or a circle with a diameter of several mm to several hundred mm is appropriately used. It can be selected and used.
また、シンチレータ1の放射線入射方向に対する厚さは、検出対象とする放射線の種類及びエネルギーによって異なるが、一般に数百μm〜数百mmである。
Further, the thickness of the
また、光検出器101に対向しない面に、アルミニウム或いはテフロン(登録商標)等からなる紫外線反射膜10を施すことにより、シンチレータ1で生じた紫外線の散逸を防止することができ、好ましい。また、紫外線反射膜10が施されたシンチレータを多数配列して用いることにより、光検出器101の位置分解能を特に高めることができる。
Further, it is preferable that the
シンチレータの製造方法は特に限定されず、公知の製造方法によってシンチレータ1を製造してよい。
The manufacturing method of a scintillator is not specifically limited, You may manufacture the
光検出器101は、光電変換部2、及びピクセル型電極6より構成される。以下、具体例を挙げて詳細に説明する。
The
(光電変換部)
光電変換部2は光を受けた場所から電子を放出する。光電変換部2の材料は、受ける光の種類で異なる。例えば、紫外線を受ける場合には、ヨウ化セシウム(CsI)、テルル化セシウム(CsTe)などを例示することができる。これらの中でも、紫外線を電子に変換する際の光電変換効率、及び化学的安定性に鑑みてヨウ化セシウムを用いることが好ましい。放射線画像検出器の場合、光電変換部2は、シンチレータ1より生じた紫外線を電子に変換することになる。また、赤外線を受ける場合には、Ag−O−Cs、GaAs、InGaAsが例示でき、可視光を受ける場合には、K−Na−Sb、Cs−Na−K−Sbが例示できる。
(Photoelectric converter)
The
光電変換部2は、光から変換された電子を効率よく取り出すため、薄膜とすることが好ましい。また、光電変換部2は、後述するように光入射窓8の内面に形成される。
The
(ピクセル型電極)
ピクセル型電極6は、両面基板の裏面に形成される陽極ストリップと、この陽極ストリップに植設されるとともに、その上端面が前記両面基板の表面に露出する円柱状陽極電極と、この円柱状陽極電極の上端面の回りに穴が形成されるストリップ状陰極電極とを具備してなり、前記陽極ストリップは200μm〜400μmの幅を有することが好ましく、さらに、前記陽極ストリップが400μm間隔で配置され、前記ストリップ状陰極電極には、一定間隔で直径200〜300μmの穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径40〜60μm、高さ50μm〜150μmの形状であることが特に好ましい。
(Pixel electrode)
The pixel-
ピクセル型電極6の円柱状陽極電極とストリップ状陰極電極の間に所定の印加電圧を印加することにより、円柱状陽極電極の近傍に強い電界が発生する。当該電界によって加速された電子は電子雪崩を生じ、増幅された後に円柱状陽極電極より検出される。この過程において陽イオン化したガス分子は、周囲のストリップ状陰極電極へ速やかにドリフトしていく。
By applying a predetermined applied voltage between the cylindrical anode electrode of the
したがって、円柱状陽極電極とストリップ状陰極電極の両方に、電気回路上で観測可能な電荷が生じることになるので、陽極・陰極のどのストリップでこの増幅現象が起きたかを観測することで、入射粒子線の位置がわかる。信号の読み出し、及び2次元画像を得るための信号処理回路については、従来公知のものを制限なく用いることができる。 Therefore, since electric charges that can be observed on the electric circuit are generated in both the cylindrical anode electrode and the strip-like cathode electrode, by observing which strip of the anode / cathode has caused this amplification phenomenon, the incident occurs. Know the position of the particle beam. As a signal processing circuit for reading out signals and obtaining a two-dimensional image, conventionally known ones can be used without limitation.
本実施形態において、前記印加電圧の好適な範囲は、検出ガスの種類によって異なるが、一般に400V〜800Vである。ピクセル型電極6は、陽極としてピクセルを用いるので、高電界が作り易く増幅率が大きい。したがって、かかる印加電圧において得られる増幅率は、数千から数万にも達する。
In this embodiment, the suitable range of the applied voltage is generally 400V to 800V, although it varies depending on the type of detection gas. Since the pixel-
また、ピクセル型電極6は、陽イオン化したガス分子がドリフトする距離が極めて短いため、他のガス増幅型検出器に比較して不感時間が短く、約5×106count/(sec・mm2)を超える高い計数率特性を有する。
Further, since the
さらに、ピクセル型電極6は、プリント回路基板の作製技術を用いて製造することができるため、大面積のものを安価に提供できる。
Furthermore, since the pixel-
シンチレータ1に入射する放射線の方向から見て、ピクセル型電極6の外形は後述するマイナス電極9の外形より大きくする。そして、ピクセル型電極6は、光入射窓8に平行に設置される。
When viewed from the direction of the radiation incident on the
(チャンバ)
外部からの光を入射するための開口部を有するチャンバ7内に、開口部に近い側から光電変換部2、及びピクセル型電極6が設置され、前記開口部は光入射窓8で封止されている。
(Chamber)
The
なお、光検出器101をシンチレータ1と組み合わせて放射線画像検出器に使用する場合、光入射窓8は紫外線に対して高い透過性を有するLiF、MgF2、或いはCaF2を用いることが好ましい。
When the
また、チャンバ7内には、所定の検出用ガスが充填されている。この検出用ガスとしては、一般に希ガスとクエンチャーガスの組合せが使用される。希ガスとしては、例えばHe、Ne、Ar、Xe等がある。また、クエンチャーガスとしては、例えばCO2、CH4、C2H6、CF4等がある。また、希ガス中へのクエンチャーガスの混合量は、1〜30%が好適である。また、希ガス以外にも電子拡散の小さいCF4を主成分としたガスも検出用ガスとして使用できる。
The
図1のように、光入射窓8の内面に光電変換部2を形成した場合、光電変換部2に電子を効率よく供給するため、また光電変換部2とピクセル型電極6との間に一様な電界を与えるため、光電変換部2の外周部に金属層からなるマイナス電極9を設ける。
As shown in FIG. 1, when the
(放射線画像検出器)
以下、光検出器101とシンチレータ1が組み合わされた放射線画像検出器についてより詳細に説明する。
(Radiation image detector)
Hereinafter, the radiation image detector in which the
図1のように、シンチレータ1の光出射面1−out以外の面に紫外線反射膜10を施し、光出射面1−outと光入射窓8を密接して設置する。光出射面1−outと光入射窓8の間にグリース11を充填することが好ましい。かかるグリースを充填することで、シンチレータ1内部より紫外線射出面1−outに到達した紫外線を、紫外線射出面で反射させること無く外部に導出でき、光検出器101への入射効率を高めることができる。当該グリースとしては、屈折率が高く、また紫外線に対する透明性が高いフッ素系グリースを用いることが好ましく、かかるフッ素系グリースとしては、例えば、デュポン社製クライトックス等が好適に使用できる。
As shown in FIG. 1, the
また、シンチレータ1の放射線入射方向に対する厚さが厚く、内部での紫外線の拡がりによって位置分解能が低下する場合には、小さな紫外線出射面を有し、紫外線出射面以外の面に紫外線反射膜が施されたシンチレータを多数配列することによって、紫外線の拡がりを抑えることができる。
Further, when the thickness of the
シンチレータ及び光検出器を用いて、放射線画像検出器を構成する際の別の態様として、光入射窓に替えて、シンチレータで直接チャンバの開口部を封止してもよい。かかる態様によれば、光入射窓における紫外線の拡がりに起因する位置分解能の低下を回避することができ、また、構造を簡素化することができるため、好ましい。 As another aspect when the radiation image detector is configured using the scintillator and the photodetector, the chamber opening may be directly sealed with the scintillator instead of the light incident window. According to this aspect, it is possible to avoid a decrease in position resolution due to the spread of ultraviolet rays in the light incident window, and it is possible to simplify the structure, which is preferable.
(光検出器の動作)
まず、マイナス電極9とピクセル型電極6との間にマイナス電極9を負電位として所定の電圧を印加する。この電圧の印加でチャンバ7内に電場Eが形成される。ピクセル型電極6の外形がマイナス電極9の外形より大きいため、電場Eは光電変換部2からピクセル型電極6へ向けて広がる形状となる。例えば、マイナス電極9の電位を−1300V、ピクセル型電極6のストリップ状陰極電極の電位を0V、ピクセル型電極6の円柱状陽極電極の電位を+480Vとすることができる。なお、光電変換部2からピクセル型電極6までの距離が長い場合、光電変換部2とピクセル型電極6との間に実施形態2で説明するリング状電極16を配置するとよい。電場Eの乱れを防止できる。
(Operation of photodetector)
First, a predetermined voltage is applied between the
光電変換部2は、外部から入射する光を電子3に変換してチャンバ7内に放出する。例えば、光検出器101とシンチレータ1とを組み合わせた放射線画像検出器の場合、シンチレータ1は入射した放射線を紫外線に変換し、光電変換部2はこの紫外線を電子3に変換してチャンバ7内に放出する。チャンバ7内に放出された電子3は、チャンバ7内に形成された電場Eに従い、ピクセル型電極6方向へ移動する。ここで、形成されている電場Eは、ピクセル型電極6へ向って広がっているため、電子3は自身が放出された光電変換部2上の位置情報を保ったまま相似拡張してピクセル型電極6へ到達する。なお、リング状電極16に電圧を印加すれば電場Eを広げ、電子3の位置情報について相似拡張の拡大率を調整することができる。
The
ピクセル型電極6には信号の読み出し、及び2次元画像を得るための信号処理回路が接続されている。ピクセル型電極6は、前述のように電子を検出して2次元画像のための信号を出力する。ピクセル型電極6より信号を読み出し、2次元画像を得る際に、アンガーロジックに基づくアンガー型信号処理回路を用いることによって、位置分解能を特に向上することができる。アンガーロジックとは、放射線の入射によって生じたシンチレーション光が、空間的な拡がりを以って検出された場合に、当該シンチレーション光の重心位置を求めることによって、放射線の入射位置を特定する手法である。
A signal processing circuit for reading signals and obtaining a two-dimensional image is connected to the pixel-
当該アンガー型信号処理回路は、ピクセル型電極の各ピクセルでの信号の強度を読み出すための読み出し回路、個々の放射線の入射によって生じたシンチレーション光を弁別するための同時計数回路、及び各ピクセルから読み出された信号の強度からシンチレーション光の重心位置を求めるための重心演算回路より構成される。 The anger type signal processing circuit includes a readout circuit for reading out the signal intensity at each pixel of the pixel type electrode, a coincidence circuit for discriminating scintillation light generated by the incidence of individual radiation, and a readout from each pixel. The center of gravity calculation circuit is used to obtain the position of the center of gravity of the scintillation light from the intensity of the output signal.
当該アンガー型信号処理回路においては、読み出し回路より得られた信号の内、単一の放射線の入射によって生じた信号のみを同時計数回路によって弁別する。次いで、かかる弁別された信号を対象とし、当該信号の強度についての荷重平均を、重心演算回路によって求めることにより、放射線の入射位置を特定する。かかるアンガー型信号処理回路によれば、位置分解能を約100μmまで向上することができる。 In the anger type signal processing circuit, only the signal generated by the incidence of a single radiation among the signals obtained from the readout circuit is discriminated by the coincidence counting circuit. Subsequently, the incident position of the radiation is specified by using the discriminated signal as a target and obtaining a weighted average of the intensity of the signal by a gravity center calculation circuit. According to such an anger type signal processing circuit, the position resolution can be improved to about 100 μm.
なお、シンチレータ1が無く光検出器101単独の場合、光検出器101は光電変換部2に投影された光の映像を検出する。
In the case where the
[実施形態2]
図2は、本実施形態の光検出器102を説明する概略図である。光検出器102は、光検出器101に少なくとも一つのガス電子増幅器及びリング状電極16をさらに追加している。ガス電素増幅器は、光電変換部2とピクセル型電極6との間に配置され、チャンバ7内のガスで電子を増幅する。図2の光検出器102では、ガス電子増幅器は2つあり、光入射窓8側からガス電子増幅器4−1、ガス電子増幅器4−2としている。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the
(ガス電子増幅器)
ガス電子増幅器4−1は、光電変換部2より生じた電子3(一次電子)を増幅する。ガス電子増幅器(4−1、4−2)について、図3を用いて詳細に説明する。ガス電子増幅器(4−1、4−2)は、板状絶縁層12と板状絶縁層12の両面に被覆された平面状の金属層13とにより構成された板状多層体と、前記板状多層体に設けられ、金属層13の平面に垂直な内壁を有する貫通孔14により構成される。ガス電子増幅器(4−1、4−2)においては、金属層13間に所定の電圧を印加し、貫通孔14の内部に電界を発生させることにより、貫通孔14の内部に侵入した一次電子3が加速され、電子雪崩効果を生じ、位置情報を保持したまま、多数の二次電子5へと増幅される。
(Gas electronic amplifier)
The gas electron amplifier 4-1 amplifies the electrons 3 (primary electrons) generated from the
板状絶縁層12の材質は、加工性、及び機械的強度に鑑みて、ポリイミド、或いは液晶高分子等とすることが好ましい。 The material of the plate-like insulating layer 12 is preferably polyimide, liquid crystal polymer, or the like in view of workability and mechanical strength.
また、板状絶縁層12の厚さ(図3中のDi)が厚いほど、表面と裏面の金属層13の間での放電を抑制することができるため、より高い印加電圧を印加して高い増幅率を得ることができるが、極度に厚い場合には、貫通孔14を設ける際の加工が困難となる。したがって、板状絶縁層12の厚さは、50μm〜300μmとすることが好ましい。
Moreover, since the discharge between the metal layers 13 on the front surface and the back surface can be suppressed as the thickness of the plate-like insulating layer 12 (Di in FIG. 3) is thicker, it is higher by applying a higher applied voltage. Although an amplification factor can be obtained, when it is extremely thick, processing when providing the through
金属層13の材質及び厚さ(図3中のDm)は特に制限されないが、例えば、材質を銅、アルミニウム、或いは金とし、厚さを5〜10μm程度とした金属層13が好適に使用できる。
Although the material and thickness (Dm in FIG. 3) of the
本発明において、貫通孔14の直径(図3中のd)は、特に制限されず、貫通孔14の内部に生じる電界の強さと加工の容易さ等に鑑みて、所望の直径を選択して用いることができる。かかる直径を具体的に例示すれば、一般に50〜100μmである。
In the present invention, the diameter of the through-hole 14 (d in FIG. 3) is not particularly limited, and a desired diameter is selected in view of the strength of the electric field generated inside the through-
なお、貫通孔14は、生成される電界の一様性を高めるため、板状多層体の全面に所定のピッチ(図3中のP)で設けることが好ましい。当該ピッチは、板状絶縁層12の材質並びに厚さ、及び貫通孔14の直径にもよるが、一般には貫通孔14の直径の約2倍程度である。また、貫通孔14を設ける際には、図3に示すように、正三角形を配列した配置とすることが好ましい。かかる配置とすることによって、板状多層体の面積に対する貫通孔14の開口率を高めることができるため、高い増幅率を得ることができ、また、後述するイオンフィードバックを抑制することができる。
The through holes 14 are preferably provided on the entire surface of the plate-like multilayer body at a predetermined pitch (P in FIG. 3) in order to improve the uniformity of the generated electric field. The pitch depends on the material and thickness of the plate-like insulating layer 12 and the diameter of the through
ガス電子増幅器(4−1、4−2)の動作において、印加電圧が高いほど、高い増幅率が得られるが、印加電圧が極端に高い場合には、ガス電子増幅器(4−1、4−2)の表裏の金属層13の間で放電が生じて安定動作が困難となる。印加電圧の好適な範囲は、板状絶縁層12の厚さによって異なるが、一般には200V〜1000Vであって、かかる印加電圧において得られる増幅率は、一般に数十〜数千である。 In the operation of the gas electronic amplifier (4-1, 4-2), the higher the applied voltage, the higher the gain, but when the applied voltage is extremely high, the gas electronic amplifier (4-1, 4- Discharge occurs between the metal layers 13 on the front and back sides of 2), making stable operation difficult. Although the suitable range of an applied voltage changes with thickness of the plate-shaped insulating layer 12, it is generally 200V-1000V, Comprising: The amplification factor obtained in this applied voltage is generally several dozen-several thousand.
シンチレータ1に入射する放射線の方向から見て、ガス電子増幅器(4−1、4−2)の外形がマイナス電極9の外形より大きくする。そして、ガス電子増幅器(4−1、4−2)も光入射窓8に平行に設置される。なお、増幅率、及び動作の安定性に鑑みて複数枚のガス電子増幅器4を設置することが好ましく、2枚程度設置することが特に好ましい。
When viewed from the direction of radiation incident on the
光検出器102は、ガス電子増幅器(4−1、4−2)によって増幅された二次電子5を、ピクセル型電極6を用いてさらに増幅して検出する。すなわち、複数枚のガス電子増幅器(4−1、4−2)とピクセル型電極6の各々で電子を増幅することによって、段階的に電子が増幅され、結果として得られる総合的な増幅率を大幅に高めることができる。
The
また、複数枚のガス電子増幅器を用いることによって、イオンフィードバックを効果的に抑制することができ、動作の安定性を高めることができる。イオンフィードバックとは、電子雪崩効果で副次的に生成した陽イオン性のガス分子が蓄積され、電界Eを歪める現象であって、かかるイオンフィードバックが生じると、増幅率や計数率特性が不安定となり、動作の安定性に支障をきたす。 Further, by using a plurality of gas electronic amplifiers, ion feedback can be effectively suppressed, and operational stability can be improved. Ion feedback is a phenomenon in which cationic gas molecules generated secondary by the electron avalanche effect are accumulated and the electric field E is distorted. When such ion feedback occurs, the amplification factor and count rate characteristics become unstable. As a result, the stability of the operation is hindered.
(リング電極)
リング状電極16は、光電変換部2と光電変換部2に最も近いガス電子増幅器4−1との間に配置される。リング状電極16は、銅やアルミ等の金属で形成される。光電変換部2とガス電子増幅器4−1との間の距離が長い場合、電場Eが乱れることがある。リング状電極16を光電変換部2とガス電子増幅器4−1との間に挿入することで、電場Eの乱れを防ぐことができる。
(Ring electrode)
The ring-shaped
(放射線画像検出器)
図1で説明したように、光検出器102とシンチレータ1とを組み合わすことで放射線画像検出器とすることができる。
(Radiation image detector)
As described with reference to FIG. 1, a radiation image detector can be obtained by combining the
(光検出器の動作)
まず、マイナス電極9、ガス電子増幅器(4−1、4−2)、ピクセル型電極6のそれぞれに所定の電圧を印加する。図1で説明したように、この電圧の印加でチャンバ7内に光電変換部2からピクセル型電極6へ向けて広がる電場Eが形成される。図2の場合、マイナス電極9、ガス電子増幅器(4−1、4−2)、ピクセル型電極6の大きさの関係で、チャンバ7内に光電変換部2からガス電子増幅器4−1へ向けて広がる電場Eが形成されている。
(Operation of photodetector)
First, a predetermined voltage is applied to each of the
検出用ガス中の電子は移動とともに一定範囲に拡散する。図10は、検出用ガスがCF4、又はAr−C2H6である場合について、電子の拡散の電場依存性をシミュレートした図である。この結果から、電子の移動距離が1cm、電場が0.5kV/cmならば、電子は検出用ガスがAr−C2H6の場合約480μm、検出用ガスがCF4の場合約120μm拡散することがわかる。光電変換部2からピクセル型電極6までの電子の移動距離が1cmでピクセル型電極6の分解能が100μmの光検出器ならば、電子の位置情報を検出用ガスがAr−C2H6であれば4.8倍以上、検出用ガスがCF4であれば1.2倍以上に拡大することで拡散による影響を受け難くなる。
Electrons in the detection gas diffuse to a certain range as they move. FIG. 10 is a diagram simulating the electric field dependence of electron diffusion when the detection gas is CF 4 or Ar—C 2 H 6 . From this result, if the electron moving distance is 1 cm and the electric field is 0.5 kV / cm, the electrons diffuse about 480 μm when the detection gas is Ar—C 2 H 6 and about 120 μm when the detection gas is CF 4. I understand that. In the case of a photodetector in which the electron moving distance from the
例えば、マイナス電極9の電位を−1300V、ガス電子増幅器4−1の光電変換部2側の電極層13の電位を−910V、ガス電子増幅器4−1のピクセル型電極6側の電極層13の電位を−630V、ガス電子増幅器4−2の光電変換部2側の電極層13の電位を−380V、ガス電子増幅器4−2のピクセル型電極6側の電極層13の電位を−100V、ピクセル型電極6のストリップ状陰極電極の電位を0V、ピクセル型電極6の円柱状陽極電極の電位を+480Vとすることができる。リング状電極16の電位は、電圧を印加していないので挿入場所により電位が定まる。
For example, the potential of the
図1のように光電変換部2は紫外線を電子に変換し、チャンバ7内に一次電子3として放出する。チャンバ7内に放出された一次電子3は、チャンバ7内に形成された電場Eに従い、ピクセル型電極6方向へ移動する。図2のチャンバ7内に形成されている電場Eは、ガス電子増幅器4−1へ向って広がっているため、一次電子3は自身が放出された光電変換部2上の位置情報を保ったまま相似拡張してガス電子増幅器4−1へ到達する。
As shown in FIG. 1, the
前述のように、一次電子3はガス電子増幅器4−1とガス電子増幅器4−2で大量の二次電子5に増幅される。二次電子5は電場Eに従ってピクセル型電極6へ到達する。図1で説明したようにピクセル型電極6は信号を出力し、信号処理回路で2次元画像化される。
As described above, the
なお、リング状電極16に電圧を印加することで電場Eを積極的に広げ、一次電子3の位置情報について相似拡張の拡大率を調整することができる。
In addition, the electric field E can be actively expanded by applying a voltage to the ring-shaped
なお、シンチレータ1が無く光検出器102単独の場合、光検出器102は光電変換部2に投影された光の映像を検出する。
When the
図9に本発明の実施例を挙げて具体的に説明する。本実施例は、シンチレータ1と光検出器103を組み合わせた放射線画像検出器である。本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
FIG. 9 illustrates an embodiment of the present invention in detail. In this embodiment, the radiation image detector is a combination of the
(シンチレータ)
本実施例においてシンチレータは、発光中心元素としてネオジウムを含有するフッ化ランタン結晶を用いた。当該シンチレータを、ダイヤモンドワイヤーを備えたワイヤーソーによって、20mm角の立方体状に加工した後、全面に光学研磨を施した。当該光学研磨された面の一面を紫外線出射面とし、他の面にはテフロン(登録商標)からなる紫外線反射膜を施した。このシンチレータは、入射した放射線(X線)を波長が173nmの紫外線に変換することが確認された。
(Scintillator)
In this example, the scintillator used a lanthanum fluoride crystal containing neodymium as the luminescent center element. The scintillator was processed into a 20 mm square cube using a wire saw equipped with a diamond wire, and then the entire surface was optically polished. One surface of the optically polished surface was used as an ultraviolet emitting surface, and the other surface was provided with an ultraviolet reflecting film made of Teflon (registered trademark). This scintillator was confirmed to convert incident radiation (X-rays) into ultraviolet light having a wavelength of 173 nm.
(光検出器)
放射線画像検出器に使われる光検出器103を以下の方法によって作製した。
(Photodetector)
The
図9に示すように、開口部を有するチャンバ7内に、開口部に近い側から2枚のガス電子増幅器(4−1、4−2)、及びピクセル型電極6をそれぞれ平行に設置し、前記開口部を光入射窓8で封止した。
As shown in FIG. 9, two gas electronic amplifiers (4-1, 4-2) and a pixel-
本実施例において、光入射窓8には、直径が70mm、厚さが5mmのMgF2を用い、光入射窓8の内面には光電変換部2としてヨウ化セシウムの薄膜を設け、さらに当該ヨウ化セシウム薄膜上の外周部にアルミニウム層と銅層からなる外径70mm、内径50mmのマイナス電極9を設けた。
In this embodiment, MgF 2 having a diameter of 70 mm and a thickness of 5 mm is used for the
なお、光入射窓8とガス電子増幅器4−1との距離G1’は2.5mm、ガス電子増幅器4−1とガス電子増幅器4−2との距離G2は2mm、ガス電子増幅器4−2とピクセル型電極6との距離G3は2mmとした。
The distance G1 ′ between the
本実施例において、ガス電子増幅器(4−1、4−2)は、厚さが50μmのポリイミド製の板状絶縁層12の両側に、金属層13として5μmの厚さで銅を蒸着して板状多層体とし、当該板状多層体の全面に、直径が70μmの円柱状の貫通孔14を、140μmのピッチで、正三角形を配列した配置にて設けたものを用いた。ガス電子増幅器(4−1、4−2)の大きさは、100mm×100mmである。
In this embodiment, the gas electronic amplifier (4-1, 4-2) is formed by depositing copper with a thickness of 5 μm as the
また、ピクセル型電極6は、厚さが100μmのポリイミド基板を用い、当該基板の裏面に幅が300μmの陽極ストリップを設け、この陽極ストリップに植設され、当該基板の表面に露出する円柱状陽極電極を400μm間隔で配置し、この円柱状陽極電極の上端面の回りに直径が260μmの穴が形成されたストリップ状陰極電極を設けたものを用いた。なお、前記円柱状陽極電極の直径は、前記基板内に埋設された部分を50μmとし、基板の表面に露出した部分を70μmとした。前記円柱状陽極電極の高さは110μmとし、上端部10μmが表面に露出した構造とした。ピクセル型電極6の大きさは、100mm×100mmである。
The pixel-
マイナス電極9、ガス電子増幅器(4−1、4−2)の両面、及びピクセル型電極6の陽極電極と陰極電極には、電圧を印加するための高圧電源を接続し、ピクセル型電極6の陽極電極と陰極電極には、信号の読み出し、及び2次元画像を得るための信号処理回路を接続した。
A high voltage power source for applying a voltage is connected to the
前記チャンバ内に検出用ガスとして、10%のC2H6を混合したArをチャンバ7内に充填した。
The
高圧電源からマイナス電極9、ガス電子増幅器(4−1、4−2)の両面、及びピクセル型電極6の陽極電極と陰極電極に図2で説明した電圧をそれぞれ印加した。前記印加電圧において、ガス電子増幅器(4−1、4−2)とピクセル型電極6によって得られる総合的な増幅率は6.7×105に達し、かかる高い増幅率においても、ガス電子増幅器(4−1、4−2)の表裏での放電やピクセル型電極6における放電は生じず、長期間安定に動作することが確認された。
The voltage described in FIG. 2 was applied from the high voltage power source to the
(放射線画像検出器)
シンチレータ1の光出射面1−outと光検出器102の光入射窓8を図9のように密接して設置し、放射線画像検出器を得た。なお、光出射面1−outと光入射窓8の間にはフッ素系グリースとしてデュポン社製クライトックスを充填した。
(Radiation image detector)
The light emission surface 1-out of the
この光検出器の分解能を評価するため、図4及び図5に示すスリットをシンチレータ1と光入射窓8との間に挿入し、2.6MBqの放射能を有する241Am同位体を放射線源とする放射線を照射した。図4のスリットAは2mm×15mmのスリットが10mm間隔で2つ並んでいる。図5のスリットBは2mm×15mmのスリットが5mm間隔で4つ並んでいる。
In order to evaluate the resolution of this photodetector, a slit shown in FIGS. 4 and 5 is inserted between the
ピクセル型電極6に接続された信号処理回路を用いて、ピクセル型電極の各陽極電極から出力される信号を取得し、2次元画像を構成した。その結果を図6から図8に示す。図6から図8において、(a)はピクセル型電極6に到達した電子を検出して2次元画像で示した図である。(b)はピクセル型電極6に到達した電子の量をX軸上又はY軸上にプロットした図である。図6はスリットAを挿入した結果である。2つのスリットの像が得られ、スリットAの2つのスリットを抜けた紫外線が光電変換部2で電子に変換され、ピクセル型電極6で検出できたことを示している。さらに、電極Eの広がりにより像は拡大され、2つのスリットの像間隔は約16mmと約1.6倍となった。
Using a signal processing circuit connected to the
図7はスリットの方向を90度回転させてスリットAを配置した結果である。2つのスリットの像間隔は約16mmとなり、スリットの方向を変えても約1.6倍に拡大されている。これは、X方向Y方向の何れにも同じ倍率で拡大できていることを示している。図8はスリットBを挿入した結果である。4つのスリットの像間隔は約8mmとなり、細かいピッチでも1.6倍に拡大できている。 FIG. 7 shows the result of arranging the slit A by rotating the slit direction by 90 degrees. The image interval between the two slits is about 16 mm, and is enlarged by about 1.6 times even if the slit direction is changed. This indicates that the image can be enlarged at the same magnification in both the X direction and the Y direction. FIG. 8 shows the result of inserting the slit B. The image interval between the four slits is about 8 mm, and can be enlarged 1.6 times even with a fine pitch.
以上の結果、本実施例の光検出器は光の位置情報を縦横一様に1.6倍に拡大して画像化することができた。さらに、本実施例の光検出器は約1mm程度のパターンも解像可能である。 As a result of the above, the photodetector of the present example was able to image the light position information uniformly and vertically by 1.6 times. Furthermore, the photodetector of this embodiment can resolve a pattern of about 1 mm.
本発明に係る光検出器は、陽電子断層撮影、X線CT等の医療分野、各種非破壊検査等の工業分野、及び放射線モニターや所持品検査等の保安分野において好適に使用できる。 The photodetector according to the present invention can be suitably used in medical fields such as positron tomography and X-ray CT, industrial fields such as various nondestructive inspections, and security fields such as radiation monitors and personal belongings inspections.
1 シンチレータ
1−out 紫外線出射面
2 光電変換部
3 電子、一次電子
4−1、4−2 ガス電子増幅器
5 二次電子
6 ピクセル型電極
7 チャンバ
8 光入射窓
9 マイナス電極
10 紫外線反射膜
11 グリース
12 板状絶縁層
13 金属層
14 貫通孔
16 リング状電極
E 電場
DESCRIPTION OF
Claims (7)
入射する光を電子に変換して放出する光電変換部と、
前記光電変換部に相対する位置に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極と、
前記光電変換部の周囲に接触し、前記ピクセル型電極に対して負電位となるマイナス電極と、
を備えており、
電場が、前記光電変換部から前記ピクセル型電極へ向けて広がっていることを特徴とする光検出器。 A photodetector mounted in the chamber,
A photoelectric conversion unit that converts incident light into electrons and emits it;
A pixel-type electrode that is disposed at a position opposite to the photoelectric conversion unit and detects electrons by amplifying electrons with the gas in the chamber;
A negative electrode in contact with the periphery of the photoelectric conversion unit and having a negative potential with respect to the pixel-type electrode;
With
The photodetector, wherein an electric field spreads from the photoelectric conversion unit toward the pixel-type electrode.
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