JP2017040581A - 光検出器、検出装置および検出システム - Google Patents

光検出器、検出装置および検出システム Download PDF

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Abstract

【課題】放射線の検出精度の向上を図る。【解決手段】光検出器２０は、シンチレータ１８と、第２の層５２と、光検出部３４と、第１の層５０と、を備える。シンチレータ１８は、放射線を放射線より長い波長を有する光に変換する。第１の層５０は、放射線を吸収する。光検出部３４は、シンチレータ１８と第１の層５０との間に設けられ、光を検出する。第２の層５２は、第１の層５０と光検出部３４との間に設けられ、第１の層５０より平均原子量が小さく、放射線を透過すると共に、第１の層５０で散乱された放射線と、第１の層５０に入射した放射線により該第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線と、を吸収する。【選択図】図９

Description

本発明の実施形態は、光検出器、検出装置および検出システムに関する。
ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などの光検出部とシンチレータとを組み合わせた検出装置が開示されている。光検出部とシンチレータとを組み合わせることによって、シンチレータのサイズに応じた空間分解能を有する光子計数画像を取得することができる。例えば、Ｘ線を検出することにより、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像を取得する技術も知られている。
ここで、光検出部には、シンチレータで変換された光に加えて、光検出部を実装した実装基板を構成する層でコンプトン散乱などにより散乱した放射線が入射する場合がある。このため、散乱した放射線の入射を抑制するために、放射線を電荷に変換するセンサ部における、シンチレータの反対側に、放射線遮蔽部材を設けた構成が開示されている。
特開２００３−１４８６２号公報
しかし、光検出部には、シンチレータで変換された光、および、実装基板を構成する層で散乱された放射線に加えて、実装基板を構成する層に放射線が入射することより発生した蛍光Ｘ線が入射する場合がある。このため、従来では、光検出部では、本来検出すべき光であるシンチレータで変換された光以外に、散乱された放射線や蛍光Ｘ線の光が入射する場合があった。従って、従来では、検出精度が低下する場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出精度の向上を図ることができる、光検出器、検出装置および検出システムを提供することを目的とする。
実施形態の光検出器は、光変換部と、第１の層と、光検出部と、第２の層と、を備える。光変換部は、放射線を前記放射線より長い波長を有する光に変換する。第１の層は、放射線を吸収する。光検出部は、前記光変換部と前記第１の層との間に設けられ、光を検出する。第２の層は、前記第１の層と前記光検出部との間に設けられ、前記第１の層より平均原子量が小さく、放射線を透過すると共に、前記第１の層で散乱された放射線と、前記第１の層に入射した放射線により該第１の層で発生した蛍光Ｘ線と、を吸収する。
検出システムの一例を示す模式図。 光検出器の一例の説明図。 光検出器の一例の平面図。 光検出器の一例の断面図。 従来の光検出器における、放射線の散乱の一例を示す説明図。 従来の光検出器における、光のエネルギースペクトルの一例を示す線図。 従来の光検出器における、蛍光Ｘ線の光の発生の一例を示す説明図。 従来の光検出器における、光のエネルギースペクトルの一例を示す線図。 光検出器の断面の一例を示す模式図。 光検出器の一例の平面図。 光検出器の作用の一例の説明図。 光検出器の作製方法の一例の説明図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態の検出システム１の一例を示す模式図である。検出システム１は、例えば、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置などに適用できる。
検出システム１は、光源１１と、検出装置１０と、駆動部１３と、を備える。光源１１および駆動部１３は、検出装置１０に電気的に接続されている。
光源１１と検出装置１０とは、間隔を隔てて向かい合うように配置（対向配置）されている。被検体１２は検出装置１０と光源１１との間に配置される。光源１１と検出装置１０とは、この対向配置された状態を維持したまま、被検体１２を中心に回転可能に設けられている。
光源１１は、対向する検出装置１０に向かってＸ線等の放射線Ｌを照射する。光源１１から照射された放射線Ｌは、被検体１２を透過し、検出装置１０に入射する。
検出装置１０は、光を検出する装置である。検出装置１０は、光検出器２０と、信号処理回路２２と、を備える。光検出器２０と、信号処理回路２２とは、電気的に接続されている。検出装置１０に設けられた複数の光検出器２０は、本実施の形態では、検出装置１０の回転方向（図１中、矢印Ｑ方向）に沿って配列されている。
光検出器２０は、光源１１から照射され被検体１２を透過した放射線Ｌを、コリメータ２１を介して第１面２０ａで受光する。第１面２０ａは、光検出器２０における、光の入射する二次元平面である。
コリメータ２１は、光検出器２０の第１面２０ａ側に設置され、光検出器２０に入射する放射線Ｌの角度を限定する。
光検出器２０は、光を検出する。そして、光検出器２０は、検出した光に応じた光電流（以下、信号と称する）を、信号線２３を介して信号処理回路２２へ出力する。信号処理回路２２は、検出システム１全体を制御する。信号処理回路２２は、光検出器２０から信号を取得する。
本実施の形態では、信号処理回路２２は、取得した信号の電流値から、各光検出器２０に入射した放射線Ｌのエネルギーおよび強度を算出する。信号処理回路２２は、例えば、光検出部３４から取得した信号によって示されるスペクトルの波形の整形や、Ａ／Ｄ変換などを行うことで、光検出器２０に入射した放射線Ｌのエネルギーおよび強度を算出する。
そして、信号処理回路２２は、各光検出器２０に入射する放射線Ｌのエネルギーおよび強度から被検体１２の放射線情報に基づく画像を生成する。例えば、信号処理回路２２は、被検体１２のＣＴ画像などを生成する。
なお、コリメータ２１と信号処理回路２２との間に、更にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＡ／Ｄコンバータなどを配置してもよい。この場合、コリメータ２１と、信号処理回路２２は、信号線２３およびＩＣまたはＡ／Ｄコンバータを介して、電気的に接続すればよい。Ａ／Ｄコンバータを配置することで、光検出部３４から出力された信号をデジタル化した後に信号処理回路２２へ送信することが可能となる。
駆動部１３は、光源１１及び検出装置１０を、これらの対向状態を維持したまま、光源１１と検出装置１０の間に位置する被検体１２を中心として回転させる。これによって、検出システム１は、被検体１２の断面画像を生成することができる。
被検体１２は、例えば、人体である。なお、被検体１２は、人体に限定されない。被検体１２は、動植物や、物品などの非生物であってもよい。すなわち、検出システム１は、人体および動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視等のセキュリティ装置等の各種検出装置としても適用できる。
図２は、光検出器２０の一例の説明図である。図２（Ａ）は、光検出器２０の配列状態を示す図である。検出装置１０には、複数の光検出器２０が設けられている。光検出器２０は、例えば、回転方向Ｑに対して交差する方向長い、矩形状である。複数の光検出器２０は、光検出器２０の回転方向（図２（Ａ）中、矢印Ｑ参照）に沿って略円弧状に配列されている。言い換えると、複数の光検出器２０は、光の入射面である第１面２０ａに沿って平面充填（タイリング）されている。
図２（Ｂ）は、光検出器２０の模式図である。光検出器２０は、検出装置１０に対して取り外し可能に構成されている。光検出器２０は、実装基板２６と、シンチレータ１８と、を備える。
シンチレータ１８は、光変換部の一例である。シンチレータ１８は、Ｘ線等の放射線を、放射線より長い波長を有する光（光子）に変換する。シンチレータ１８は、シンチレータ材料で構成されている。シンチレータ材料は、Ｘ線等の放射線の入射により蛍光（シンチレーション光）を発する。シンチレータ材料は、検出装置１０の適用対象に応じて適宜選択する。シンチレータ材料は、例えば、Ｌｕ２ＳｉＯ５：（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３：（Ｃｅ）、ＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト）：Ｃｅ、Ｌｕ（Ｙ）ＡＰ：Ｃｅ等であるが、これらに限られない。
実装基板２６は、支持部材２４と、光検出部３４と、を備える。
光検出部３４は、光を検出する。光検出部３４は、例えば、光電子増倍管や、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。ＡＰＤは、公知のアバランシェフォトダイオードである。本実施の形態では、例えば、光検出部３４をガイガーモードで駆動させる。
図３は、光検出器２０の平面図の一例である。図３に示すように、複数の光検出部３４は、マトリクス状に配列されている（図３中、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向参照）。すなわち、光検出器２０は、複数の光検出部３４を１画素（画素領域３０参照）とし、画素領域３０をマトリクス状に複数配列した構成である。マトリクス状に配列とは、行方向（矢印Ｘ方向）および列方向（矢印Ｙ方向）に配列されていることを示す。なお、行方向（矢印Ｘ方向）および列方向（矢印Ｙ方向）は、光検出部３４の第１面２０ａ上における、互いに直交する方向である。複数の光検出部３４を画素領域３０ごとに配列した構成とすることで、修繕時などの光検出器２０の交換が容易となる。
図３には、各画素領域３０が、２５個（５×５個）の光検出部３４を配列した構成を有する場合を示した。しかし、各画素領域３０を構成する光検出部３４の数は、一例であり、２５個に限られない。なお、各画素領域３０間には、光を反射する反射部材２７が設けられていてもよい。
光検出部３４の第１面２０ａ側には、シンチレータ１８が配置されている。シンチレータ１８は、各画素領域３０の各々に対応する位置に配置されている。詳細には、シンチレータ１８は、シンチレータ１８をシンチレータ１８の厚み方向（光検出部３４の厚み方向と一致）に光検出部３４へ射影した領域が、複数の光検出部３４からなる画素領域３０の各々を覆うように、配置されている。
なお、シンチレータ１８は、各光検出部３４の各々に対応するように配置されていてもよい。また、シンチレータ１８は、複数の画素領域３０を連続して覆うように配置されていてもよい。すなわち、シンチレータ１８は、複数の光検出部３４を、第１面２０ａの面方向に沿って連続して覆うように配置されていてもよい。
本実施の形態では、光検出器２０は、更に、第１の層５０および第２の層５２を備える。また、光検出器２０が、支持部材２４を備える場合を一例として説明する。第１の層５０、第２の層５２、および支持部材２４については、詳細を後述する。
図４は、光検出器２０の断面図の一例を示す模式図である。なお、図４には、一例として、各光検出部３４の各々に対応する位置に、シンチレータ１８が配置された場合を示した。
光検出器２０は、光検出部３４を備えた実装基板２６上に、シンチレータ１８を積層した構成である。シンチレータ１８上には、コリメータ２１が配置されている。
図４に示す例では、コリメータ２１は、実装基板２６の厚み方向に直交する方向における位置が、隣接するシンチレータ１８間の境界に一致するように、配置されている。この場合、コリメータ２１は、シンチレータ１８に入射する放射線Ｌの、シンチレータ１８への入射角を限定する機能を有する。すなわち、コリメータ２１は、シンチレータ１８への入射角の大きい放射線Ｌが、シンチレータ１８へ入射することを低減する機能を有する。
シンチレータ１８への入射角の大きい放射線Ｌは、隣接するシンチレータ１８間で同時に光子を発生する可能性が高い。このため、コリメータ２１を、シンチレータ１８における光検出部３４とは反対側の面の、隣接するシンチレータ１８間の境界に一致するように配置することで、検出精度の低下を抑制することができる。
なお、シンチレータ１８への入射角とは、本実施の形態では、シンチレータ１８の厚み方向を軸方向とし、該軸方向からの角度を示す。シンチレータ１８の厚み方向は、シンチレータ１８および光検出部３４の配列方向に対して直交する方向、および、実装基板２６の厚み方向、の各々と一致する。
コリメータ２１を介してシンチレータ１８へ入射した放射線Ｌは、シンチレータ１８によって、放射線Ｌより波長の長い光（光子）に変換され、光検出部３４を備えた実装基板２６に到る。以下、シンチレータ１８で変換された、放射線Ｌより波長の長い光（光子）を、単に、光、と称して説明する場合がある。
実装基板２６に設けられた光検出部３４は、入射した光を検出する。そして、光検出器２０は、検出した光に応じた信号を、信号線２３を介して信号処理回路２２へ出力する。
なお、シンチレータ１８の表面や隣接するシンチレータ１８間の領域には、光子を反射する反射部材や反射層を設けた構成であってもよい。また、シンチレータ１８と光検出部３４との間には、シンチレータ１８で変換された光を光検出部３４へ導くライトガイド機能を有する樹脂層が設けられていてもよい。また、シンチレータ１８とコリメータ２１とは、接触配置されていてもよいし、所定の間隙を介して離間して配置されていてもよい。
ここで、従来では、シンチレータ１８で変換された光に加えて、実装基板２６を構成する層で散乱された放射線や、実装基板２６を構成する層に放射線Ｌが入射することより発生した蛍光Ｘ線が、光検出部３４へ入射する場合があった。
図５は、従来の光検出器２００における、放射線の散乱の一例を示す説明図である。光検出器２００に入射した放射線Ｌの一部が、シンチレータ１８を介さずに実装基板２６に到る場合がある。また、光検出器２００に入射した放射線Ｌの一部は、シンチレータ１８で吸収されずに実装基板２６に到る場合がある。例えば、シンチレータ１８が密度の小さいシンチレータ材料で構成されているほど、シンチレータ１８を透過して実装基板２６に到る放射線Ｌの発生確率が高くなる。
実装基板２６に到った放射線Ｌの光子が、実装基板２６を構成する何れかの層で散乱すると、この散乱された放射線Ｓの光子が、シンチレータ１８へ到る場合がある。そして、シンチレータ１８へ到った放射線Ｓの光子は、シンチレータ１８によって変換されて、光検出部３４へ到ることとなる。
この場合、光検出部３４は、外部からシンチレータ１８へ入射した放射線Ｌが該シンチレータ１８で変換された光と、実装基板２６からの放射線Ｓの光子がシンチレータ１８で変換された光と、を検出することとなる。
具体的には、実装基板２６に入射した方向と１８０°異なる方向に生じる放射線Ｓの光子の有するエネルギーＥ１は、ＭｅＶ単位の場合、式（１）で表される。
Ｅ１＝Ｅ／（１×Ｅ×３．９１） ・・・式（１）
式（１）中、Ｅ１は、入射方向の反対に散乱された放射線Ｓの光子、すなわち後方散乱光子の有するエネルギーであり、Ｅは、外部から光検出器２００へ入射した放射線Ｌのエネルギーである。
図６は、従来の光検出器２００における、光検出部３４で検出される光子数から換算されるエネルギースペクトルの一例を示す線図４０Ａである。
例えば単一エネルギーＥの放射線が光検出器２０に入射する場合、光検出部３４は、ピークＰ１と、ピークＰ２と、を有するエネルギースペクトルによって示される光を検出することとなる。ピークＰ１は、外部から光検出器２００へ入射した放射線Ｌの、シンチレータ１８で変換された光のエネルギーのピークである。ピークＰ２は、放射線Ｓのエネルギーである。
このため、従来では、光検出部３４が、本来検出すべきピークＰ１によるエネルギーの他に、放射線Ｓに起因するピークＰ２によるエネルギーを検出するため、検出精度が低下していた。
また、放射線Ｌがシンチレータ１８で変換された光に対する、放射線Ｓの発生割合が多いほど、ピークＰ１に対してピークＰ２を形成する光子数の比率が大きくなり、検出精度がより低下していた。
図７は、従来の光検出器２００における、蛍光Ｘ線の発生の説明図である。
光検出器２００に入射した放射線Ｌの一部が、シンチレータ１８を介さずに実装基板２６に到る場合がある。また、光検出器２００に入射した放射線Ｌの一部は、シンチレータ１８で吸収されずに実装基板２６に到る場合がある。
そして、実装基板２６に到った放射線Ｌの光子の一部が、実装基板２６を構成する層に到達すると、該層に特有の蛍光Ｘ線が発生する場合がある。
そして、発生した蛍光Ｘ線Ｆが、シンチレータ１８へ到る場合がある。そして、シンチレータ１８へ到った蛍光Ｘ線Ｆは、シンチレータ１８によって変換されて、光検出部３４へ到ることとなる。
この場合、光検出部３４は、放射線Ｌがシンチレータ１８で変換された光と、蛍光Ｘ線Ｆがシンチレータ１８で変換された光と、を検出することとなる。
図８は、従来の光検出器２００の光検出部３４で検出される光のエネルギースペクトルの一例を示す線図４０Ｂである。
図８に示すように、従来では、光検出部３４は、ピークＰ１と、ピークＰ３と、を有するエネルギースペクトルによって示される光を検出していた。ピークＰ１は、上記と同様である。ピークＰ３は、蛍光Ｘ線Ｆのエネルギーのピークである。
このため、従来では、光検出部３４が、本来検出すべきピークＰ１によるエネルギーの他に、蛍光Ｘ線Ｆに起因するピークＰ３によるエネルギーを検出するため、検出精度が低下していた。
図５〜図８を用いて説明したように、従来では、光検出部３４が、本来検出すべきピークＰ１によるエネルギーの他に、散乱された放射線ＳによるピークＰ２によるエネルギーや、蛍光Ｘ線ＦによるピークＰ３によるエネルギーを検出する場合があった。このため、従来の光検出器２００では、検出精度が低下していた。
そこで、本実施の形態の光検出器２０は、第１の層５０および第２の層５２を備える。
図９は、本実施の形態の光検出器２０の断面の一例を示す模式図である。第１の層５０は、光検出部３４の、シンチレータ１８とは厚み方向の反対側に、第２の層５２を介して設けられている。言い換えると、光検出部３４は、シンチレータ１８と、第１の層５０と、の間に設けられている。第２の層５２は、光検出部３４と第１の層５０との間に設けられている。
すなわち、本実施の形態では、光検出器２０は、支持部材２４上に、第１の層５０、第２の層５２、光検出部３４、およびシンチレータ１８を、この順に積層した構成である。
なお、支持部材２４と、第１の層５０と、第２の層５２と、光検出部３４と、をこの順に積層した積層体を、実装基板２６と称して説明する場合がある。なお、実装基板２６は、支持部材２４を備えない構成であってもよい。
第１の層５０は、放射線Ｌを吸収する。また、第１の層５０は、第２の層５２より平均原子量が大きい。
第１の層５０は、放射線Ｌの少なくとも一部を吸収可能であればよい。好ましくは、第１の層５０は、入射した放射線Ｌの５０％以上を吸収または透過可能であればよく、９０％以上を吸収可能であることが更に好ましい。
このため、第１の層５０へ入射した放射線Ｌの少なくとも一部は、第１の層５０で吸収される。このため、第１の層５０において、第１の層５０で散乱された放射線Ｓの発生や、該第１の層５０に特有の蛍光Ｘ線の発生が抑制される。
なお、本実施の形態では、第１の層５０および第２の層５２の各々の平均原子量は、第１の層５０および第２の層５２の各々に含まれる不純物以外の元素の平均原子量を意味する。不純物とは、第１の層５０および第２の層５２の各々の層における含有量が、第１の層５０および第２の層５２の各々の構成材料の全量１００重量％に対して、５重量％以下の元素を示す。
第１の層５０は、原子番号の大きい元素で構成されることが好ましい。原子番号が大きい、とは、第２の層５２に含まれる元素の内の最も原子番号の大きい元素より、原子番号が大きいことを示す。
なお、第１の層５０は、第２の層５２に含まれる元素の内の最も原子番号の大きい元素と同じ元素を含んでいてもよい。この場合、第１の層５０に含まれる該最も原子番号の大きい元素の含有率が、第２の層５２より多ければよい。
第１の層５０は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。これらの中でも、放射線Ｓの抑制の観点から、少なくともＡｇを含むことが特に好ましい。
なお、第１の層５０は、１種類の元素から構成してもよいし、複数種類の元素の化合物や混合物で構成してもよい。
第１の層５０の厚みは、上記機能および要件を満たす厚みであればよく、その厚みは限定されない。すなわち、第１の層５０の厚みは、放射線Ｌの少なくとも一部を吸収する機能を維持可能な厚みであればよい。なお、第１の層５０は、第２の層５２に比べて平均原子量が大きいため、第２の層５２に比べて重量が大きい。このため、第１の層５０の厚みは、各種装置や機器への光検出器２０の搭載時に要求される、光検出器２０の重量や大きさに応じて、適宜調整すればよい。
なお、本実施の形態において、厚み方向とは、第１の層５０、第２の層５２、光検出部３４、およびシンチレータ１８の積層方向と一致する方向である。
上述したように、光検出器２０の厚み方向における、第１の層５０の位置は、第２の層５２の、光検出部３４に対して反対側の位置である。第１の層５０の、厚み方向に直交する面方向の位置は、光検出部３４に対応する位置であることが好ましい。
図１０は、光検出器２０を光検出部３４側から見た状態の一例を模式的に示す平面図である。図１０に示すように、第１の層５０は、該第１の層５０を光検出部３４へ射影した第１の射影領域Ａが光検出部３４を少なくとも覆うことが好ましい。このため、第１の層５０は、第１の射影領域Ａが光検出部３４を覆うような、該面方向の大きさ、および、光検出器２０における配置位置であることが好ましい。
図９に戻り、第２の層５２は、上述したように、第１の層５０と光検出部３４との間に設けられている。
第２の層５２は、第１の層５０より平均原子量が小さい。また、第２の層５２は、入射した放射線Ｌの少なくとも一部を透過する。詳細には、第２の層５２は、放射線Ｌの少なくとも一部の光子を透過する。なお、第２の層５２は、入射した放射線Ｌの全てを透過することが好ましい。すなわち、第２の層５２は、放射線Ｌの光子の全てを厚み方向に透過することが好ましい。
また、第２の層５２は、第１の層５０で散乱された放射線Ｓと、第１の層５０に入射した放射線Ｌにより該第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆと、を吸収する。
すなわち、第２の層５２は、第１の層５０から第２の層５２へ入射した放射線Ｓおよび蛍光Ｘ線Ｆを吸収する。このため、第２の層５２は、これらの放射線Ｓや蛍光Ｘ線Ｆが、光検出部３４へ到ることを抑制することができる。
第２の層５２は、放射線Ｓおよび蛍光Ｘ線Ｆの少なくとも一部を吸収可能であればよい。好ましくは、第２の層５２は、第１の層５０から第２の層５２へ入射した放射線Ｓおよび蛍光Ｘ線Ｆの各々の５０％以上を吸収可能であればよく、９０％以上を吸収可能であることが更に好ましい。
第２の層５２は、上記機能および要件を満たす材料で構成すればよい。例えば、第２の層５２は、第１の層５０より原子番号の小さい元素を含むことが好ましい。原子番号が小さい、とは、第１の層５０に含まれる元素の内の最も原子番号の大きい元素より、原子番号が小さいことを示す。
第２の層５２は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、およびＭｇから選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。これらの中でも、蛍光Ｘ線のエネルギーの小ささ及び製造し易さの理由から、少なくともＳｉを含むことが特に好ましい。
なお、第２の層５２は、１種類の元素から構成してもよいし、複数種類の元素の化合物や混合物で構成してもよい。
また、第２の層５２は、第１の層５０より平均原子量が小さいことが必須であるが、第２の層５２は、第１の層５０の構成材料における最も原子番号の小さい元素より、原子番号の小さい元素で構成されていることが特に好ましい。
第２の層５２は、上記機能および要件を満たす厚みであればよく、その厚みは限定されない。具体的には、第２の層５２の厚みは、第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆを吸収可能な厚み以上とする必要がある。また、第２の層５２の厚みは、光検出部３４側の面から入射した放射線Ｌを第１の層５０側へ透過させる厚みである必要がある。
言い換えると、第２の層５２の厚みは、第２の層５２へ入射した放射線Ｌが該第２の層５２で散乱しない程度に、放射線Ｌを透過可能な厚みである必要がある。
このため、第２の層５２の厚みは、第２の層５２の構成材料および第１の層５０の構成材料に応じて、上記条件を満たす厚みとなるように、調整すればよい。
例えば、第２の層５２をＳｉで構成し、第１の層５０をＡｇで構成した場合、第２の層５２の厚みは、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の厚みであることが好ましい。第２の層５２をこの範囲の厚みとすることで、第２の層５２における、散乱された放射線Ｓの発生を効果的に抑制することができる。具体的には、第２の層５２をＳｉで構成し、且つこの範囲の厚みとすることで、第２の層５２をＭｏで構成した場合と同程度の、放射線Ｓの抑制効果が得られる。
上述したように、光検出器２０の厚み方向における、第２の層５２の位置は、光検出部３４と第１の層５０との間である。第２の層５２の、厚み方向に直交する面方向の位置は、光検出部３４に対応する位置であることが好ましい。
具体的には、図１０に示すように、第２の層５２は、該第２の層５２を光検出部３４へ射影した第２の射影領域Ｂが光検出部３４を少なくとも覆うことが好ましい。このため、第２の層５２は、第２の射影領域Ｂが光検出部３４を覆うような、該面方向の大きさ、および、光検出器２０における配置位置であることが好ましい。
図９に戻り、なお、第１の層５０および第２の層５２の何れか一方は、導電性を有してもよい。この場合、第１の層５０および第２の層５２の何れか一方を、上記機能および要件を実現しつつ、且つ、導電性を有する材料で構成すればよい。
第１の層５０および第２の層５２の何れか一方が導電性を有すると、第１の層５０および第２の層５２の内の導電性を有する層を、配線層やグランド層としても機能させることが可能となる。グランド層は、基準電位とする層である。基準電位は、グランド電位と称する場合もある。
支持部材２４は、厚み方向における、第１の層５０の、第２の層５２とは反対側の面に設けられている。
支持部材２４は、実装基板２６において、第１の層５０、第２の層５２、および光検出部３４を支持する。なお、光検出器２０（実装基板２６）は、支持部材２４を備えない構成であってもよい。
光検出器２０は、支持部材２４を有することで、実装基板２６の全体の強度を確保することが可能となる。
支持部材２４の構成材料は限定されない。例えば、支持部材２４の平均原子量は、第２の層５２以下、第２の層５２より大きく且つ第１の層５０未満、または、第１の層５０以上、の何れであってもよい。
支持部材２４の平均原子量が第２の層５２以下であると、実装基板２６（および光検出器２０）の重量の軽量化を図ることができる。
支持部材２４の平均原子量が、第１の層５０より大きいと、第２の層５２、第１の層５０、および支持部材２４、のこの順に平均原子量が大きくなる。この場合、より高い光エネルギーの蛍光Ｘ線Ｆの発生を抑制することができる。
支持部材２４の厚みは限定されない。支持部材２４の厚みは、支持部材２４の構成材料や、各種装置や機器への光検出器２０の搭載時に要求される、光検出器２０の重量や大きさなどに応じて、適宜調整すればよい。
また、第１の層５０および支持部材２４の少なくとも一方の厚みを調整し、実装基板２６におけるシンチレータ１８とは反対側に配置される信号処理回路２２（図１及び図４参照）に対する、放射線Ｌの遮蔽層として機能させてもよい。
また、支持部材２４、第１の層５０、および第２の層５２の各々の厚みは、光検出器２０の作製時に形成されるビアホールなどの部分を除いた領域において、面方向（厚み方向に直交する方向）に均一であることが好ましい。該厚みが均一であると、支持部材２４、第１の層５０、および第２の層５２の各々における、放射線Ｓや蛍光Ｘ線Ｆの発生確率や、放射線Ｌの透過率や吸収率などが、該面方向に均一となる。このため、信号処理回路２２では、光検出部３４から取得した信号によって示されるスペクトルの波形の補正処理の低減を図ることが可能となる。また、この観点から、実装基板２６を構成する各層（支持部材２４、第１の層５０、第２の層５２）に形成するビアホールの、上記面方向の断面積は、可能な限り小さいことが好ましい。
次に、光検出器２０へ放射線Ｌが入射したときの作用を説明する。
図１１は、光検出器２０へ放射線Ｌが入射したときの作用の一例の説明図である。光検出器２０に、シンチレータ１８側から放射線Ｌが入射する。
シンチレータ１８に入射した放射線Ｌは、光に変換され、光検出部３４へ到る。ここで、シンチレータ１８で光に変換されなかった放射線Ｌは、光検出部３４および第２の層５２を介して進行し、第１の層５０へ到る。また、光検出器２０へ入射した放射線Ｌの一部が、シンチレータ１８を介さずに、第１の層５０へ到る場合がある。
第１の層５０は、入射した放射線Ｌの少なくとも一部を吸収する。このため、第１の層５０に到達した放射線Ｌの光子が該第１の層５０で散乱することが抑制される。このため、第１の層５０における、散乱された放射線Ｓの発生を抑制することができる。
ここで、上述したように、第１の層５０は、第２の層５２より平均原子量が大きい。また、第１の層５０を構成する元素の原子番号が大きいほど、入射した放射線Ｌの吸収率が高くなる。一方、第１の層５０を構成する元素の原子番号が大きいほど、蛍光Ｘ線Ｆのエネルギーが大きくなる。
このため、第１の層５０に放射線Ｌが入射すると、第１の層５０では、該第１の層５０に特有の蛍光Ｘ線が発生する。第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆは、第２の層５２へ到る。
このため、第２の層５２には、第１の層５０で吸収しきれなかった放射線Ｌにより、該第１の層５０で散乱された放射線Ｓと、第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆと、が入射することとなる。
第２の層５２は、放射線Ｓと、蛍光Ｘ線Ｆと、を吸収する。すなわち、第１の層５０から第２の層５２に到った放射線Ｓおよび蛍光Ｘ線Ｆは、第２の層５２で吸収される。このため、光検出部３４に、シンチレータ１８で変換された光に加えて、第１の層５０で散乱された放射線Ｓや、第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆが入射することが抑制される。
このため、信号処理回路２２には、光検出部３４の各々で高精度に検出された光に応じた信号が出力される。放射線Ｌがシンチレータ１８で失うエネルギーは、シンチレータ１８で変換された光の光子数と比例関係にある。このため、信号処理回路２２では、シンチレータ１８で変換された光の光子数を、光検出部３４から受信した信号を用いて計測することで、シンチレータ１８に入射した放射線Ｌのエネルギーを逆算して算出することができる。
ここで、ＡＰＤのように信号電子をなだれ的に増幅することで得られる信号は、統計的なゆらぎを含むことが知られている。また、単一のエネルギーのＸ線を光検出部３４（ＡＰＤ）へ照射した場合であっても、ＡＰＤで検出されるエネルギースペクトルのピークは幅を持つ事が知られている。このため、信号処理回路２２は、光検出部３４から受信した信号から得られるエネルギースペクトルに対して、フィッティング等の公知の解析手法を用いることによって、光検出器２０に入射した放射線Ｌのエネルギーを算出することが好ましい。
以上説明したように、本実施の形態の光検出器２０は、シンチレータ１８と、第２の層５２と、光検出部３４と、第１の層５０と、を備える。シンチレータ１８は、放射線Ｌを放射線Ｌより長い波長を有する光に変換する。第１の層５０は、放射線Ｌを吸収する。光検出部３４は、シンチレータ１８と第１の層５０との間に設けられ、光を検出する。第２の層５２は、第１の層５０と光検出部３４との間に設けられ、第１の層５０より平均原子量が小さく、放射線Ｌを透過すると共に、第１の層５０で散乱された放射線Ｓと、第１の層５０に入射した放射線Ｌにより該第１の層５０で発生した蛍光Ｘ線Ｆと、を吸収する。
このように、本実施の形態の光検出器２０は、放射線Ｌの少なくとも一部を吸収する第１の層５０と、第１の層５０で散乱された放射線Ｓと蛍光Ｘ線Ｆとを吸収する第２の層５２と、を、備える。そして、第２の層５２は、光検出部３４と第１の層５０との間に配置されている。このため、第１の層５０で放射線Ｌの少なくとも一部を吸収し、第２の層５２で放射線Ｓおよび蛍光Ｘ線Ｆを吸収することができる。このため、本実施の形態の光検出器２０では、光検出部３４に、第１の層５０で散乱された放射線Ｓや、蛍光Ｘ線Ｆが入射することを、抑制することができる。
従って、本実施の形態の光検出器２０では、放射線Ｌの検出精度の向上を図ることができる。
＜作製方法＞
次に、本実施の形態の光検出器２０の作製方法の一例を説明する。
図１２は、光検出器２０の作製方法の一例の説明図である。なお、図１２に示す作製方法は一例であり、光検出器２０の作製方法は、図１２に示す方法に限定されない。
まず、支持部材２４、第１の層５０、および第２の層５２の各々を用意する（図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）参照）。
例えば、板状の支持部材２４を用意し、支持部材２４にビアホール４２を形成する（図１２（Ａ）参照）。そして、ビアホール４２を導電性の材料で充填し、貫通電極４７とする。ビアホール４２の形成、および導電性の材料の充填には、公知の方法を用いればよい。また、支持部材２４には、光検出部３４の信号を信号処理回路２２へ伝えるための信号線２３を印刷する（図１２（Ｄ）参照）。信号線２３の印刷には、公知の方法を用いればよい。
また、板状の第２の層５２を用意し、第２の層５２上の各画素領域３０に対応する位置の各々に、ビアホール４４を形成する（図１２（Ｃ）参照）。そして、ビアホール４４を導電性の材料で充填し、貫通電極４６とする。ビアホール４４の形成、および導電性の材料の充填には、公知の方法を用いればよい。
また、板状の第１の層５０を用意し、第１の層５０に、支持部材２４のビアホール４２に充填された導電性の材料と、第２の層５２のビアホール４４に充填された導電性の材料と、を導通させるための、ビアホール４３およびビアホール４３’の少なくとも一方を形成する（図１２（Ｂ）参照）。すなわち、配線を第１の層５０の表面に形成する場合、導通のため、ビアホール４３およびビアホール４３’のうち、第１の層５０を貫通する必要のある方のビアホールを形成する。そして、ビアホール４３を導電性の材料で充填し、貫通電極４５とする。ビアホール４３の形成、および導電性の材料の充填には、公知の方法を用いればよい。
次に、支持部材２４と、第１の層５０と、第２の層５２と、をこの順に積層する。そして、貫通電極４７、貫通電極４５、および貫通電極４６が、厚み方向に隣接する各層間でこの順に導通するように、位置を調整する（図１２（Ｄ）参照）。なお、支持部材２４における信号線２３の形成された面は、第１の層５０とは反対側の面となるように配置する。
そして、支持部材２４、第１の層５０、および、第２の層５２をこの順に積層した積層体を加圧焼成する。さらに、第２の層５２上における各画素領域３０に、光検出部３４を形成する。光検出部３４の形成には、公知の方法を用いればよい。
そして、光検出部３４上に、シンチレータ１８を配置することで、光検出器２０を作製することができる（図１２（Ｅ）参照）。
なお、図１２には、光検出器２０を構成する各層（支持部材２４、第１の層５０、第２の層５２）を加圧焼成する形態を示したが、光検出器２０の作製方法は、この形態に限定されない。例えば、接着層を介して各層を接着してもよいし、各層の構成材料の塗布や蒸着などを行うことで、光検出器２０を作製してもよい。また、光検出器２０は、加圧焼成と、蒸着と、塗布と、の少なくとも２つを組み合わせて作製してもよい。また、加圧焼成の後に、更に、抵抗焼成やメッキ処理などを行ってもよい。
図１２に示す作製方法で作製した光検出器２０は、図１２（Ｅ）に示すように、光検出器２０における光検出部３４と、信号処理回路２２（図１２では図示省略）と、を導通するための貫通電極４６、貫通電極４５、および貫通電極４７を備える。光検出部３４は、これらの貫通電極４６、貫通電極４５、および貫通電極４７と、支持部材２４の第１の層５０とは反対側の面に形成された信号線２３と、を介して信号処理回路２２へ導通されている。
このため、光検出部３４の信号を、貫通電極４６、貫通電極４５、および貫通電極４７を介して、光検出器２０の背面側（シンチレータ１８とは反対側の面）で取り出すことができる。このため、第２の層５２上に、光検出部３４を高密度に実装することが可能となる。
また、第１の層５０が導電性を有する場合、第１の層５０を基準電位（グランド電位）とすることで、実装基板２６における信号線２３や貫通電極４６、貫通電極４５、および貫通電極４７と、これら以外の部分と、を電気的に分離することができる。また、第１の層５０を基準電位とすることで、光検出器２０のノイズに対する強度を高めることができる。
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、光検出器２０が、グランド（ＧＮＤ）層と配線層を更に備えた形態を説明する。
図１３は、本実施の形態の光検出器２０Ａの一例を示す模式図である。
光検出器２０Ａは、実装基板２６Ａ上に、シンチレータ１８を配置した構成である。実装基板２６Ａは、支持部材２４、グランド層６０、配線層６２、第１の層５０、第２の層５２、および光検出部３４を、この順に積層した構成である。
支持部材２４、第１の層５０、第２の層５２、光検出部３４、およびシンチレータ１８は、第１の実施の形態と同様である。
なお、本実施の形態では、第１の層５０は、導電性を有する。
配線層６２は、第１の層５０と支持部材２４との間に設けられている。すなわち、光検出器２０Ａでは、第１の層５０と配線層６２とを分離し、異なる層として構成する。
配線層６２は、光検出部３４に貫通電極４６を介して導通されている。また、配線層６２は、貫通電極４７を介して信号線２３に導通されている。貫通電極４６は、第１の層５０および第２の層５２を貫通し、光検出部３４と配線層６２とを導通する。貫通電極４７は、グランド層６０および支持部材２４を貫通し、配線層６２と信号線２３とを導通する。
配線層６２は、層の少なくとも一部が導電性を有する層であり、その構成材料は限定されない。光検出部３４から出力された信号は、貫通電極４６、配線層６２、貫通電極４７、および信号線２３を介して、信号処理回路２２（図１参照）へ送信される。
グランド層６０は、基準電位とする層である。グランド層６０は、配線層６２と支持部材２４との間に配置されている。グランド層６０は、貫通電極４６、配線層６２、貫通電極４７、および信号線２３に電気的に非接触（非導通）となるように配置されている。
また、グランド層６０は、導電性を有する第１の層５０に導通されている。そして、グランド層６０と第１の層５０とは、同電位（すなわち、基準電位）とされている。このため、配線層６２は、基準電位の第１の層５０およびグランド層６０によって、厚み方向に挟まれた状態となる。
このため、光検出器２０Ａでは、第１の層５０は、第１の実施の形態で示した機能に加えて、更に、配線層６２に対するノイズガードの機能を備えることとなる。また、第１の層５０とグランド層６０とで配線層６２を挟み、第１の層５０とグランド層６０とを基準電位とすることで、光検出器２０Ａのノイズに対する強度を高めることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、光検出器２０Ａは、シンチレータ１８と、光検出部３４と、第２の層５２と、導電性を有する第１の層５０と、配線層６２と、グランド層６０と、を備える。グランド層６０は、光検出部３４に電気的に非接続であり、且つ、導電性を有する第１の層５０に電気的に接続されている。また、グランド層６０と、第１の層５０とは、同電位である。配線層６２は、グランド層６０と第１の層５０との間に設けられ、光検出部３４に電気的に接続されている。
従って、本実施の形態の光検出器２０Ａは、第１の実施の形態の光検出器２０で得られる効果に加えて、更に、検出精度の向上を図ることができる。
（第３の実施の形態）
上記実施の形態では、第１の層５０を１層で構成する形態を説明した。しかし、第１の層５０を、複数層の積層体としてもよい。
図１４は、本実施の形態の光検出器２０Ｂの一例を示す模式図である。
光検出器２０Ｂは、実装基板２６Ｂ上に、シンチレータ１８を配置した構成である。実装基板２６Ｂは、支持部材２４、第１の層５１、第２の層５２、および光検出部３４を、この順に積層した構成である。
支持部材２４、第２の層５２、光検出部３４、およびシンチレータ１８は、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態における第１の層５１は、複数層の積層体である以外は、第１の実施の形態の第１の層５０と同様である。すなわち、本実施の形態における第１の層５１の構成材料および機能は、第１の実施の形態の第１の層５０と同様である。なお、第１の層５１は、導電性を有する。
本実施の形態では、第１の層５１は、複数の第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆを厚み方向に積層した構成である。
詳細には、本実施の形態では、第２の層５２と支持部材２４との間には、第２の層５２側から支持部材２４側へ向かって順に、第４の層５４Ａ、第４の層５４Ｂ、第４の層５４Ｃ、第４の層５４Ｄ、第４の層５４Ｅ、および第４の層５４Ｆが、この順に積層されている。
第４の層５４（第４の層５４Ａ〜第４の層５４Ｆ）の各々には、第１の実施の形態で説明した第１の層５０と同じ構成材料の領域（すなわち、第１の層５０と同じ機能および要件を満たす領域）が設けられており、これらの領域の各々が、第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの各々に相当する。
図１４に示す例では、第４の層５４Ａの一部は、第１の層５１Ａおよび第１の層５１Ｂとなっている。また、第４の層５４Ｂの一部は、第１の層５１Ｃとなっている。また、第４の層５４Ｃの一部は、第１の層５１Ｄとなっている。第４の層５４Ｄの一部は、第１の層５１Ｅとなっている。また、第４の層５４Ｅの一部は、第１の層５１Ｆとなっている。また、第４の層５４Ｆには、第１の層５１は形成されていない。
なお、各第４の層５４（第４の層５４Ａ〜第４の層５４Ｆ）の各々における、第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの各々以外の領域は、例えば、絶縁性で、かつ、平均原子量が第１の層５１より小さい材料で構成されていればよい。
なお、第１の実施の形態の第１の層５０と同様に、第１の層５１は、第１の層５１を光検出部３４へ射影した第１の射影領域が、光検出部３４を少なくとも覆うことが好ましい。
図１５は、光検出器２０Ｂを光検出部３４側から見た状態の一例を模式的に示す平面図である。図１５に示すように、第１の層５１（第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆ）を光検出部３４へ射影した第１の射影領域Ｃは、光検出部３４を少なくとも覆うことが好ましい。このため、第１の層５１を構成する第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの各々は、これらの第１の層５１による第１の射影領域Ｃが光検出部３４を覆うように、面方向の大きさ、および、配置位置が調整されていることが好ましい。
図１４に戻り、上述したように、本実施の形態では、第１の層５１（第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆ）は、導電性を有する。詳細には、図１４に示す例では、第１の層５１Ａは、光検出部３４に貫通電極４９によって導通されている。また、第１の層５１Ａは、信号線２３に、貫通電極４９と、第１の層５１Ｃと、第１の層５１Ｅと、を介して導通されている。第１の層５１Ｂは、信号線２３に、貫通電極４９と、第１の層５１Ｄと、第１の層５１Ｆと、を介して導通されている。
なお、第１の層５１の、面方向に沿った各位置における厚みの合計値は、第１の層５１の面方向に沿った何れの位置においても同じであることが好ましい。すなわち、図１４に示すように、光検出器２０Ｂの厚み方向に直交する方向（面方向）の各位置における、第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの厚みの合計値が、該各位置間で同じであることが好ましい。
なお、第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの各々の厚みは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、各第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆの配置位置および範囲は、図１４に示す位置および範囲に限定されない。
以上説明したように、本実施の形態の光検出器２０Ｂは、第１の層５１が、複数層（第１の層５１Ａ〜第１の層５１Ｆ）の積層体である。
このような場合であっても、光検出器２０Ｂは、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 検出システム
１０ 検出装置
１８ シンチレータ
２０、２０Ａ、２０Ｂ 光検出器
３４ 光検出部
５０、５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｆ 第１の層
５２ 第２の層

Claims (12)

  1. 放射線を前記放射線より長い波長を有する光に変換する光変換部と、
    放射線を吸収する第１の層と、
    前記光変換部と前記第１の層との間に設けられ、光を検出する光検出部と、
    前記第１の層と前記光検出部との間に設けられ、前記第１の層より平均原子量が小さく、放射線を透過すると共に、前記第１の層で散乱された放射線と、前記第１の層に入射した放射線により該第１の層で発生した蛍光Ｘ線と、を吸収する第２の層と、
    を備えた光検出器。
  2. 前記第２の層は、前記第１の層より原子番号の小さい元素を含む、請求項１に記載の光検出器。
  3. 前記第１の層は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を含む、請求項１に記載の光検出器。
  4. 前記第２の層は、Ｓｉ、Ａｌ、およびＭｇから選ばれる少なくとも１種の元素を含む、請求項１に記載の光検出器。
  5. 前記第２の層は、０．５ｍｍ以上の厚みである、請求項１に記載の光検出器。
  6. 前記第１の層は、複数層の積層体である、請求項１に記載の光検出器。
  7. 前記第１の層は、前記第１の層を前記光検出部へ射影した第１の射影領域が前記光検出部を覆う、請求項１に記載の光検出器。
  8. 前記第２の層は、前記第２の層を前記光検出部へ射影した第２の射影領域が前記光検出部を覆う、請求項１に記載の光検出器。
  9. 前記第１の層は、導電性を有する、請求項１に記載の光検出器。
  10. 前記光検出部に電気的に非接続であり、且つ、前記第１の層に電気的に接続されたグランド層と、
    前記グランド層と前記第１の層との間に設けられ、前記光検出部に電気的に接続された配線層と、
    を備えた、請求項９に記載の光検出器。
  11. 請求項１に記載の光検出器を備えた、検出装置。
  12. 放射線を照射する光源と、
    放射線を前記放射線より長い波長を有する光に変換する光変換部と、
    放射線を吸収する第１の層と、
    前記光変換部と前記第１の層との間に設けられ、光を検出する光検出部と、
    前記第１の層と前記光検出部との間に設けられ、前記第１の層より平均原子量が小さく、放射線を透過すると共に、前記第１の層で散乱された放射線と、前記第１の層に入射した放射線により該第１の層で発生した蛍光Ｘ線と、を吸収する第２の層と、
    を備えた検出システム。
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