JP2016045183A5

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Publication number: JP2016045183A5
Application number: JP2014172299A
Authority: JP
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2034-08-27

Description

蛍光板２４は、放射線検出素子２０における放射線が入射する側に配されている。蛍光板２４は、基板２２と同一材料であるＹＡＧに添加物であるＣｅを添加することにより、放射線に対応して蛍光を発光する。すなわち、蛍光板２４は、入射した放射線に対応して蛍光を発光するシンチレーターとして機能する。なお、本実施形態において、Ｃｅを添加したＹＡＧは、波長５５０ｎｍを中心とした蛍光を発光する。また、Ｃｅは、蛍光板２４に添加される添加物の一例であり、他の添加物としてＭｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ａｍ、Ｐｒを用いてもよい。

一方、蛍光板２４の厚さは、基板２２の厚さよりも薄く、その厚さは、１μｍから２ｍｍの範囲内であることが好ましい。本実施形態において、蛍光板２４の厚みは、例えば、２０μｍである。蛍光板２４を薄くすることによって、蛍光の発光点が放射線の進行方向にばらつくことを防止でき、その結果、放射線検出装置１０の空間分解能が向上する。しかしながら、放射線検出装置１０の空間分解能は、蛍光の回折限界、より正確に記載すると蛍光波長と対物レンズ１６の開口数で決まる回折限界、ＣＣＤセンサ１４の画素サイズと光学倍率から決まる分解能以上は向上しない。そのため、放射線検出装置１０が最も高い空間分解能を得る場合において、ＣＣＤセンサ１４の画素サイズが蛍光の回折限界サイズより小さくなるよう高い倍率で結像する光学系、具体的には対物レンズ１６を使用するうえで、蛍光板２４の厚さを、放射線検出装置１０の分解能が、蛍光の回折限界となる厚さとすることが望ましい。換言すれば、蛍光板２４の厚さを、蛍光の回折限界で決まる焦点深度となる厚さとすることが好ましい。さらに、蛍光板２４の厚さは、目標の視野と空間分解能、蛍光の発光量が確保できること、および、基板２２と固相拡散接合しても蛍光物質であるＣｅを添加された領域が蛍光板２４全面に確保できることを考慮して定められる。

図３（ｂ）は、基板２２と蛍光板２４とを固相拡散により接合する段階を示している。基板２２の接合面は、蛍光板２４の接合面と重ね合わされて固相拡散接合される。なお、基板２２と蛍光板２４とを重ね合わせる前に、基板２２の蛍光板２４との接合面を研磨して平滑化してもよい。同様に、蛍光板２４の基板２２との接合面を研磨して平滑化してもよい。接合面を平滑化することによって、基板２２と蛍光板２４との接触面積を広くすることができる。これにより、固相拡散接合の信頼性を向上できる。

また、基板２２と蛍光板２４とを重ね合わせる前に、基板２２の蛍光板２４との接合面を洗浄してもよい。同様に、蛍光板２４の基板２２との接合面を洗浄してもよい。固相拡散接合において、基板２２と蛍光板２４の接合面に汚れが付着していると、その部分においてそれぞれの原子の拡散は進行せず、固相拡散接合の接合強度が弱くなる。接合面を洗浄することによって、汚れを除去でき、これにより、固相拡散接合の信頼性を向上できる。

また、固相拡散接合において、基板２２と蛍光板２４を、それぞれ接合する方向に加圧してもよい。基板２２と蛍光板２４とを接合する方向に加圧することによって、基板２２と蛍光板２４の界面を密着させることができる。これにより、固相拡散接合の信頼性を向上できる。

さらに、固相拡散接合において、基板２２と蛍光板２４を加熱してもよい。基板２２と蛍光板２４とを加熱することによって、接合面における基板２２の原子および蛍光板２４の原子の拡散を促進させる。これにより、固相拡散接合の接合強度を向上させることができる。

一方、本実施形態における放射線検出素子２０は、基板２２と蛍光板２４とを固相拡散接合により接合しているので、基板２２と蛍光板２４との界面において屈折率が変化しない。これにより、ＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分が混じることを防止でき、対物レンズ１６によってＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度が低下することを防止できる。

放射線検出装置１０の空間分解能と感度は蛍光板２４の厚みに対し、トレードオフとなる。蛍光板２４の厚みが薄い場合、空間分解能は高くなるが蛍光の発光量は小さくなる。例えば、蛍光板２４の厚さが３００μｍであれば、１０ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を９９．４％蛍光板で検出できる。蛍光板２４の厚さが２０μｍあれば、１０ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を２９％蛍光板で検出できる。蛍光板２４の厚さが１μｍあれば、１０ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を１．７％蛍光板で検出できる。Ｘ線信号の検出率が低くなる問題は、蛍光板２４に使用する材質を、より原子番号・密度が大きい材質に変更することで改善できる。

Claims

可視光に対して透明な基板と、
前記基板と同一材料に添加物を添加することにより、放射線に対して蛍光を発する蛍光板と
を備え、
前記蛍光板は前記基板よりも薄く、
前記基板と前記蛍光板とは屈折率の連続性を保って固相拡散接合されている放射線検出素子。
前記基板はＹＡＧを含み、前記蛍光板はＣｅを添加したＹＡＧを含む請求項１に記載の放射線検出素子。
前記蛍光板における前記基板との接合面とは反対側に蛍光の表面反射を防ぐ反射防止膜をさらに備える請求項１または２に記載の放射線検出素子。
前記基板における前記蛍光板との接合面とは反対側に蛍光の表面反射を防ぐ反射防止膜をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出素子と、
前記蛍光板で発した蛍光を結像する結像光学系と、
結像された蛍光を光電変換する光電変換画素が二次元的に配された光電変換素子と
を備える放射線検出装置。
前記基板の側が前記結像光学系に対向して配される請求項５に記載の放射線検出装置。
前記放射線検出素子、前記結像光学系および前記光電変換素子が一直線上に配される請求項５または６に記載の放射線検出装置。
可視光に対して透明な基板と、前記基板と同一材料に添加物を添加することにより放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを固相拡散により接合する段階と、
前記蛍光板を薄化する段階と
を備える放射線検出素子の製造方法。