JP2013246068A - 放射線検出器、及びその検出効率の向上法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりを劣化させることなく、安価かつ簡易に検出効率を向上させることが可能なピクセル型の放射線検出器を提供する。
【解決方法】絶縁部材の第１の面上に形成され、各々が複数の円形状電極及びこれら複数の円形状電極間を電気的に接続する複数のストリップ状電極を有する複数の第１の電極パターンと、前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成され、各々が前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記複数の円形状電極の略中心部に先端が露出した複数の凸状電極及びこれら複数の凸状電極間を電気的に接続する帯状電極を有する複数の第２の電極パターンとを具え、前記複数の第１の電極パターンは、前記複数の円形状電極が前記絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列されてるようにして、放射線検出器を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器、及びその検出効率の向上法に関する。

ガス増幅を利用した放射線検出器として、従来、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の表面にストリップ状陰極電極が形成されるとともに、裏面に陽極ストリップが形成され、ストリップ状陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、開口部の中心には裏面の陽極ストリップと接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。

なお、放射線検出器は、例えばＡｒとエタンとの混合ガス中に配置される。また、ピクセル電極とストリップ状陰極電極との間には所定の電圧が印加されている。

上記放射線検出器においては、所定の放射線が検出器内に入射すると、上記混合ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ状陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された高電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態（形状異方性）に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、電子雪崩増幅によって生じた陰イオンは、周囲の前記ピクセル状陰極電極に向けてドリフトする。

この結果、ストリップ状陰極電極及びピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。この電荷が生成されたストリップ状陰極電極及びピクセル電極の位置を検出することによって、放射線の検出器における入射位置を特定することができ、放射線の検出が可能となる（特許文献１）。

上述した放射線検出器の検出効率を向上させるには、上記ストリップ状陰極電極及びピクセル電極を密に配置する必要がある。このため、以前は、これらの電極をレーザ加工等によって微細加工し、ストリップ状陰極電極及びピクセル電極を狭小化することによって配置密度を向上させ、検出効率を向上させていた。しかしながら、このような微細加工を用いる方法では、装置が複雑で加工操作が煩雑となるとともに製造歩留まりも低下してしまい、放射線検出器の製造コストが増大してしまうという問題があった。

したがって、このような放射線検出器の製造歩留まりを劣化させることなく、安価かつ簡易に検出効率を向上させることが可能な方法の確立が望まれていた。

特開２００２−６０４７号

本発明は、製造歩留まりを劣化させることなく、安価かつ簡易に検出効率を向上させることが可能なピクセル型の放射線検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
絶縁部材の第１の面上に形成され、各々が複数の円形状電極及びこれら複数の円形状電極間を電気的に接続する複数のストリップ状電極を有する複数の第１の電極パターンと、
前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成され、各々が前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記複数の円形状電極の略中心部に先端が露出した複数の凸状電極及びこれら複数の凸状電極間を電気的に接続する帯状電極を有する複数の第２の電極パターンとを具え、
前記複数の第１の電極パターンは、前記複数の円形状電極が前記絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列されていることを特徴とする、放射線検出器に関する。

また、本発明は、
絶縁部材の第１の面上において、各々が複数の円形状電極及びこれら複数の円形状電極間を電気的に接続する複数のストリップ状電極を有する複数の第１の電極パターンを形成するステップと、
前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上において、各々が前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記複数の円形状電極の略中心部に先端が露出した複数の凸状電極及びこれら複数の凸状電極間を電気的に接続する帯状電極を有する複数の第２の電極パターンを形成するステップとを具え、
前記複数の第１の電極パターンは、前記複数の円形状電極が前記絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列することを特徴とする、放射線検出器の検出効率の向上法に関する。

本発明によれば、放射線検出器を構成する検出電極である複数の第１の電極パターンそれぞれにおける複数の円形状電極を、絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列し、各第１の電極パターンを構成する複数の円形状電極それぞれの略中心部にピクセル電極として機能する凸状電極が露出するようにして、上記絶縁部材の第１の面と対向する第２の面上に複数の第２の電極パターンを配列するようにしている。

したがって、放射線検出器を構成する電極パターンの配列密度を、電極パターンの微細加工による狭小化に基づいた配置密度の向上によらず、単に電極パターンの、放射線検出に寄与する電極部分の配列状態を変化させ、これら電極部分の配置密度を向上させることによって、放射線の検出効率を向上させている。

このため、微細加工を用いる場合のような、装置が複雑で加工操作が煩雑となるとともに製造歩留まりも低下してしまい、放射線検出器の製造コストが増大してしまうという問題を回避することができる。すなわち、放射線検出に寄与する電極部分の配列状態を変化させるという、安価かつ簡易な方法で検出効率を向上させることが可能なピクセル型の放射線検出器を提供することができる。

なお、本発明における“最密充填”とは、いわゆる結晶学における３次元的な最密充填を意味するものではなく、平面内における円形状電極に対する“最密充填”を意味するものである。また、当該“最密充填”は、隣接する円形状電極が接触して短絡することなく、各円形状電極が電極としての機能を果たすことができるように、最も高密度に円形状電極を配列することを意味する。

上述した第１の電極パターンの円形状電極を絶縁部材の第１の面上で最密充填の状態で配列するには、例えば複数の第１の電極パターンを、隣接する第１の電極パターンが、複数の第１の電極パターンの配列方向において、円形状電極とストリップ状電極とが隣接するようにして配列することによって実現することができる。

また、本発明の一例においては、第２の電極パターンの帯状電極を、複数の第１の電極パターンの配列方向において、隣接する凸状電極間を電気的に接続するように形成することができる。この場合、第１の電極パターンは、その円形状電極を最密充填に配列することに起因して、その配列数、すなわち形成すべきパターンの数が増大することになる。

しかしながら、本例においては、ピクセル電極である凸状電極を電気的に接続する帯状電極の配列数、すなわち形成すべきパターン数を増大させる必要がないので、第２の電極パターンの配列数、すなわち形成すべきパターンの数を増大させる必要がない。したがって、電極パターンの形成工程を簡略化することができ、放射線検出器の検出効率をより安価かつ簡易な方法で向上させることができる。

上記の具体例としては、例えば第２の電極パターンの帯状電極を蛇行するようにして形成し、隣接する前記凸状電極間を電気的に接続するようにすることができる。また、第２の電極パターンの帯状電極を、隣接する凸状電極の少なくとも一部と接触するようにして直線状に形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、製造歩留まりを劣化させることなく、安価かつ簡易に検出効率を向上させることが可能なピクセル型の放射線検出器を提供することができる。

第１の実施形態の放射線検出器の概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の放射線検出器の概略構成を示す平面図である。 第３の実施形態の放射線検出器の概略構成を示す平面図である。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の放射線検出器の概略構成を示す斜視図である。なお、図１では、本実施形態の特徴を明確にすべく、放射線検出器の検出電極が形成された検出パネルの部分のみを示し、検出パネルの上方に配設した電極板については記載を省略している。

図１に示すように、本実施形態における放射線検出器の検出パネル（以下、単に「放射線検出器」という場合がある）１０は、絶縁部材１５の主面１５Ａ上に形成された複数の第１の電極パターン１１が、Ｘ方向に沿って配列されている。各第１の電極パターン１１は、複数の円形状電極１１１と、これら複数の円形状電極１１１間を電気的に接続する複数のストリップ状電極１１２とを有している。なお、各第１の電極パターン１１の両端には、検出した放射線の検出信号（電気信号）を図示しない外部回路あるいは外部装置に送信するための接続端子１１３が形成されている。

第１の電極パターン１１は、複数の円形状電極１１１と複数のストリップ状電極１１２とが列状（直線状）に配列されてなる。

また、絶縁部材１５の裏面１５Ｂ上に形成された複数の第２の電極パターン１２が、第１の電極パターン１１の配列方向であるＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）に沿って配列されている。各第２の電極パターン１２は、複数の凸状電極１２１と、これら複数の凸状電極１２１を電気的に接続する複数の帯状電極１２２とを有している。凸状電極１２１は、第１の電極パターン１１の円形状電極１１１の略中心部に先端が露出するようにして形成され、いわゆるピクセル電極を構成している。なお、各第２の電極パターン１２において、帯状電極１２２の両端部１２２Ａは、検出した放射線の検出信号（電気信号）を図示しない外部回路あるいは外部装置に送信するための接続端子として機能する。

凸状電極１２１は、円柱形状とすることもできるし、先端部を狭窄させたような形状とすることもできる。

第２の電極パターン１２は、複数の凸状電極１２１と複数の帯状電極１２２とが列状（直線状）に配列されてなる。

第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２は、別途絶縁部材１５に対してレーザ加工でスルーホールを形成するような工程を要するが、基本的にはめっき法によって形成することができる。

なお、図１に示す放射線検出器１０を実際に駆動させるに際しては、複数の第１の電極パターン１１と複数の第２の電極パターン１２との間に所定の電圧、例えば４００Ｖ〜６００Ｖの電圧を印加する。以下に説明するように、放射線の検出は、電子雪崩を利用して行うので、一般には第１の電極パターン１１側が負電位となり、第２の電極パターン１２側が正電位となるようにして上述のような電圧印加操作を行う。

さらに、本実施形態では、複数の第１の電極パターン１１を、隣接する第１の電極パターン１１が、複数の第１の電極パターン１１の配列方向（Ｘ方向）において、円形状電極１１１とストリップ状電極１１２とが隣接するようにして配列している。具体的には、円形状電極１１１の略中心部に露出した第２の電極パターン１２における凸状電極１２１の先端の中心を通る直線Ｉ−Ｉ線が、ストリップ状電極１１２の中心を通るようにして配列する。これによって、複数の第１の電極パターン１１の、検出電極である円形状電極１１１を絶縁部材１５の主面１５Ａ上で最密充填の状態で配列することができる。

したがって、本実施形態の放射線検出器１０においては、放射線検出に供する円形電極１１１の配置密度が向上するので、放射線の検出効率が必然的に向上することになる。

このように、本実施形態の放射線検出器１０では、電極パターン１１，１２の配列密度を、電極パターン１１，１２の微細加工による狭小化に基づいた配置密度の向上によらず、単に第１の電極パターン１１の、放射線検出に寄与する円形状電極１１１の配列状態を変化させ、これら円形状電極１１１の配置密度を向上させることによって、放射線の検出効率を向上させている。

このため、微細加工を用いる場合のような、装置が複雑で加工操作が煩雑となるとともに製造歩留まりも低下してしまい、放射線検出器の製造コストが増大してしまうという問題を回避することができる。すなわち、放射線検出に寄与する電極部分の配列状態を変化させるという、安価かつ簡易な方法で検出効率を向上させることが可能なピクセル型の放射線検出器を提供することができる。

但し、本実施形態においては、第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２の微細加工を全く排除するものではない。第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２の微細加工を行った上で、上述のような円形状電極１１１の最密充填を行えば、放射線検出器１０の検出効率をより向上させることができる。

なお、本実施形態の放射線検出器１０の各部の寸法は、現在汎用されているピクセル型の放射線検出器と同様に構成することができる。例えば、絶縁部材１５の厚さは、２０μｍ〜１００μｍとすることができ、第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２の厚さは、それぞれ５μｍ〜１８μｍとすることができる。また、凸状電極１２１の直径は、１５μｍ〜７０μｍとすることができる。

円形状電極１１１の直径は８０μｍ〜３００μｍとすることができ、その電極幅は第１の電極パターン１１の厚さと同程度とすることができる。ストリップ状電極１１２の電極幅は２０μｍ〜５０μｍとすることができ、帯状電極１２２の電極幅は２０μｍ〜５０μｍとすることができる。

但し、上述した具体的な数値はあくまで設計上の目安に過ぎず、使用する加工方法及び加工装置等の仕様等に応じて任意に設定することができる。

第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム等の導電性部材から構成することができる。また、絶縁部材１５は、熱硬化性樹脂のフィルムあるいはシートから構成することができる。

次に、本実施形態の放射線検出器１０の駆動方法について簡単に説明する。
最初に、放射線検出器（検出パネル）１０と図示しない電極板との間に、所定のガス、例えばＨｅとメタンとの混合ガスを充満させる。なお、電極板は所定の電圧にバイアスする。また、放射線検出器（検出パネル）１０の複数の第１の電極パターン１１と複数の第２の電極パターン１２との間には、上述のように、第１の電極パターン１１が負電位となり、第２の電極パターン１２が正電位となるようにして電圧を印加する。

このような状態で放射線検出器１０に放射線が入射すると、放射線はガスと衝突することによって当該ガスを電離し、電子を生成する。生成した電子は、電極板２２のバイアス電圧を受けて検出パネル、すなわち図１に示す放射線検出器１０に導かれ、複数の第１の電極パターン１１の円形状電極１１１と、複数の第２の電極パターン１２の凸状電極１１２との間に生成された大きな電場によって電子雪崩を引き起こし、凸状電極１１２に溜まるようになる。一方、電子雪崩によって生じた正イオンは、凸状電極１１２から周囲の円形状電極１１１に向けてドリフトする。

この結果、円形状電極１１１及び凸状電極１２１には、それぞれ正孔及び電子がチャージされるようになるので、このようにして得られた電荷（電気信号）を、ストリップ状電極１１２を介して接続端子１１３から外部に取り出し、さらに帯状電極１２２の端部１２２Ａから外部に取り出し、例えば図示しない電荷検出回路等で検出することによって、放射線の、放射線検出器１０における入射位置を特定することができ、放射線の検出が可能となる。

（第２の実施形態）
図２は、本実施形態の放射線検出器の概略構成を示す平面図である。なお、本実施形態では、絶縁部材の裏面上に形成した第２の電極パターンの形状に特徴があり、その他の構成については図１に関する第１の実施形態の放射線検出器１０と同様の構成を有するので、図２においては、放射線検出器の裏面における第２の電極パターンの形態のみを示している。また、図１に示す放射線検出器１０と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。

本実施形態では、第２の電極パターン１２の帯状電極１２２を蛇行するようにして形成し、第１の電極パターン１１の配列方向に沿って隣接する凸状電極１２１間を電気的に接続するようにしている。

第１の実施形態の放射線検出器１０では、円形状電極１１１を最密充填に配列することに起因して、その配列数、すなわち形成すべき第１の電極パターンの数が増大することになる。しかしながら、本実施形態では、上述のように帯状電極１２２を蛇行させ、第１の電極パターン１１の配列方向において隣接する凸状電極１２１を電気的に接続するようにしている。したがって、帯状電極の配列数、すなわち形成すべき第２の電極パターン１２の数を増大させる必要がないので、第２の電極パターン１２の配列数、すなわち形成すべき第２の電極パターン１２の数を増大させる必要がない。このため、第２の電極パターン１２の形成工程を簡略化することができ、放射線検出器１０の検出効率をより安価かつ簡易な方法で向上させることができる。

その他の特徴、利点及び作用効果については第１の実施形態の場合と同様であるので、本実施形態では、それらに関する説明は省略する。

（第３の実施形態）
図３は、本実施形態の放射線検出器の概略構成を示す平面図である。なお、本実施形態でも、絶縁部材の裏面上に形成した第２の電極パターンの形状に特徴があり、その他の構成については図１に関する第１の実施形態の放射線検出器１０と同様の構成を有するので、図３においては、放射線検出器の裏面における第２の電極パターンの形態のみを示している。また、図１に示す放射線検出器１０と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。

本実施形態では、第２の電極パターン１２の帯状電極１２２を、第１の電極パターン１１の配列方向（Ｘ方向）に沿って、隣接する凸状電極１２１の一部と電気的に接続するようにして、第１の実施形態と同様に直線状に形成している。

第１の実施形態の放射線検出器１０では、円形状電極１１１を最密充填に配列することに起因して、その配列数、すなわち形成すべき第１の電極パターンの数が増大することになる。しかしながら、本実施形態では、上述のように帯状電極１２２を、第１の電極パターン１１の配列方向において隣接する凸状電極１２１の一部と電気的に接続するようにして直線状に形成している。したがって、帯状電極の配列数、すなわち形成すべき第２の電極パターン１２の数を増大させる必要がないので、第２の電極パターン１２の配列数、すなわち形成すべき第２の電極パターン１２の数を増大させる必要がない。このため、第２の電極パターン１２の形成工程を簡略化することができ、放射線検出器１０の検出効率をより安価かつ簡易な方法で向上させることができる。

また、本実施形態では、帯状電極１２２から延在するようにして追加の環状電極１２３を形成し、この環状電極１２３を凸状電極１２１と電気的に接続するようにしている。したがって、帯状電極１２２と凸状電極１２１との電気的接続をより確実なものとすることができる。

但し、環状電極１２３は微細であり、めっき法等で形成する際に使用するマスクに対して高い精度が要求されるので、製造工程の面からは環状電極１２３を形成することはあまり好ましくない。実際、環状電極１２３が存在しない場合においても、帯状電極１２２と凸状電極１２１とが一部でも電気的に接続されていれば、第２の電極パターン１２は、放射線検出器１０の検出電極として機能する。

その他の特徴、利点及び作用効果については第１の実施形態の場合と同様であるので、本実施形態では、それらに関する説明は省略する。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、本実施形態では、第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２の数をそれぞれ６個としているが、当該個数は、本発明の特徴を説明するために便宜上採用したものであるので、第１の電極パターン１１及び第２の電極パターン１２の数は、必要に応じて任意の数とすることができる。

また、円形状電極１１１の最密充填に際しても上述した実施形態に限定されるものではなく、任意の形態とすることができる。

１０ 放射線検出器
１１ 第１の電極パターン
１１１ 円形状電極
１１２ ストリップ状電極
１２ 第２の電極パターン
１２１ 凸状電極
１２２ 帯状電極
１２３ 追加の環状電極
１５ 絶縁部材

Claims (10)

1. 絶縁部材の第１の面上に形成され、各々が複数の円形状電極及びこれら複数の円形状電極間を電気的に接続する複数のストリップ状電極を有する複数の第１の電極パターンと、
   前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成され、各々が前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記複数の円形状電極の略中心部に先端が露出した複数の凸状電極及びこれら複数の凸状電極間を電気的に接続する帯状電極を有する複数の第２の電極パターンとを具え、
   前記複数の第１の電極パターンは、前記複数の円形状電極が前記絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列されていることを特徴とする、放射線検出器。
2. 前記複数の第１の電極パターンは、隣接する前記第１の電極パターンが、前記複数の第１の電極パターンの配列方向において、前記円形状電極と前記ストリップ状電極とが隣接するようにして配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記第２の電極パターンの帯状電極は、前記複数の第１の電極パターンの配列方向において、隣接する前記凸状電極間を電気的に接続するように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線検出器。
4. 前記第２の電極パターンの帯状電極は蛇行するようにして形成されており、隣接する前記凸状電極間を電気的に接続していることを特徴とする、請求項３に記載の放射線検出器。
5. 前記第２の電極パターンの帯状電極は、隣接する前記凸状電極の少なくとも一部と接触するようにして直線状に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の放射線検出器。
6. 絶縁部材の第１の面上において、各々が複数の円形状電極及びこれら複数の円形状電極間を電気的に接続する複数のストリップ状電極を有する複数の第１の電極パターンを形成するステップと、
   前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上において、各々が前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記複数の円形状電極の略中心部に先端が露出した複数の凸状電極及びこれら複数の凸状電極間を電気的に接続する帯状電極を有する複数の第２の電極パターンを形成するステップとを具え、
   前記複数の第１の電極パターンは、前記複数の円形状電極が前記絶縁部材の第１の面上で最密充填となるように配列することを特徴とする、放射線検出器の検出効率の向上法。
7. 前記複数の第１の電極パターンは、隣接する前記第１の電極パターンが、前記複数の第１の電極パターンの配列方向において、前記円形状電極と前記ストリップ状電極とが隣接するようにして配列することを特徴とする、請求項６に記載の放射線検出器の検出効率の向上法。
8. 前記第２の電極パターンの帯状電極は、前記複数の第１の電極パターンの配列方向において、隣接する前記凸状電極間を電気的に接続するように形成することを特徴とする、請求項６又は７に記載の放射線検出器の検出効率の向上法。
9. 前記第２の電極パターンの帯状電極は蛇行するようにして形成し、隣接する前記凸状電極間を電気的に接続することを特徴とする、請求項８に記載の放射線検出器の検出効率の向上法。
10. 前記第２の電極パターンの帯状電極は、隣接する前記凸状電極の少なくとも一部と接触するようにして直線状に形成することを特徴とする、請求項８に記載の放射線検出器の検出効率の向上法。

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