JP2018141781A - 放射線検出器および放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱した放射線の光電変換部への入射を抑制してノイズを抑制しつつ、解像度の低下を抑制する。
【解決手段】放射線検出器１は、入射した放射線に応じて蛍光を発する長尺の波長変換部材１１と、波長変換部材１１が発した蛍光を受光して電気信号を生成する光電変換素子４と、波長変換部材１１と光電変換素子４との間に設けられており、波長変換部材１１が発する蛍光を光電変換素子４に結像させる集光体１３とを有し、波長変換部材１１に入射する放射線の光軸Ｌ_Xと集光体の光軸Ｌ_Fとは、波長変換部材１１の長尺方向視において互いに異なる方向であり、集光体１３の一方の焦点Ｆ₁は波長変換部材１１に位置しており他方の焦点Ｆ₂は光電変換素子４に位置している。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線検出器および放射線検出装置に関する。

放射線検出器には、放射線が入射すると励起して蛍光を発する蛍光体と、蛍光体が発する蛍光に応じて電気信号を生成する（光電変換する）光電変換素子とを有するものがある。特許文献１には、放射線源から出射され、対象物を透過した放射線の入射に応じてシンチレーション光を発生させる平板状の波長変換部材と、波長変換部材の放射線の入射面から入射面の法線方向に対して傾斜した方向に出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第１の撮像手段（光電変換部）と、波長変換部材の入射面とは反対側の面から反対側の面の法線方向に対して傾斜した方向に出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第２の撮像手段（光電変換部）とを備える放射線画像取得装置が開示されている。

ところで、放射線検出器においては、放射線に起因するノイズを抑制するため、放射線がセンサに入射しないようにすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の構成では、波長変換部材と第１の撮像素子（光電変換部）および第２の撮像素子（光電変換部）とが離れた位置に設けられているため、光電変換部において検出される像（光学像）の解像度の低下を招く。

特開２０１２−１５４７３５号公報

上述した実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、蛍光体で散乱した放射線の光電変換部への入射を抑制しつつ、解像度の低下を防止または抑制することである。

前記課題を解決するため、本発明は、入射した放射線に応じて蛍光を発する長尺の波長変換部と、前記波長変換部が発した蛍光を受光して電気信号を生成する光電変換部と、前記波長変換部と前記光電変換部との間に設けられており、前記波長変換部が発する蛍光を前記光電変換部に結像させる集光部と、を有し、前記波長変換部の長尺方向視において、前記波長変換部に入射する放射線の光軸と前記集光部の光軸とは互いに異なる方向であり、前記集光部の一方の焦点は前記波長変換部に位置しており、前記集光部の他方の焦点は前記光電変換部に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体で散乱した放射線の光電変換部への入射を抑制しつつ、解像度の低下を防止または抑制することができる。

図１は、放射線検出器の構成例を模式的に示す分解斜視図である。 図２は、放射線検出器の構成例を模式的に示す外観斜視図である。 図３は、放射線検出器の構成例を模式的に示す断面図である。 図４は、集光体と波長変換部材と光電変換素子の位置関係を模式的に示す図である。 図５Ａは、支持部の構成例を模式的に示す上面図である。 図５Ｂは、支持部の構成例を模式的に示す下面図である。 図６は、放射線検出装置の構成例を模式的に示す図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る放射線検出器は、所定の一側を対象物および放射線源に向けて使用される。そして、放射線検出器は、放射線源から曝射されて前記所定の一側から入射した放射線を検出して光電変換し、放射線画像信号（放射線画像データ）を生成する。本発明の実施形態に係る放射線検出器は、いわゆるラインセンサを有しており、一次元状（線状）の放射線を検出できる。そして、放射線検出器は、対象物と相対的に移動することにより、対象物の二次元の放射線画像信号を生成できる。説明の便宜上、各図においては放射線検出器の３次元の各方向を、Ｘ，Ｙ，Ｚの各矢印で示す。Ｘ方向は放射線検出器の蛍光部材の長尺方向であり、例えば主走査方向（ラインセンサにおける複数の受光部の配列の方向）である。Ｙ方向は放射線検出器の一方の短尺方向（長尺方向および放射線の入射方向に直角な方向）であり、例えば副走査方向（使用時における対象物との相対的な移動方向）である。Ｚ方向はもう一方の短尺方向であり、放射線の入射方向である。説明の便宜上、Ｙ方向を幅方向と称し、Ｚ方向を上下方向と称する。また、上下方向については、使用時において放射線源や対象物に向ける前記所定の一側（放射線を入射させる一側）を上側とし、その反対側を下側とする。さらに、放射線検出器の筐体（本体フレーム）のＹ方向の端面を側面と称する。

＜放射線検出器＞
まず、放射線検出器１の構成例について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、放射線検出器１の構成例を模式的に示す分解斜視図である。図２は、放射線検出器１の構成例を模式的に示す外観斜視図である。図３は、放射線検出器１の構成例を模式的に示す断面図であり、波長変換部材１１の長尺方向に直角な面で切断した断面を示す。図１〜図３に示すように、放射線検出器１は、波長変換部の例である波長変換部材１１と、センサ基板１２と、集光部の例である集光体１３と、本体フレーム１４と、支持部１５とを有している。さらに、放射線検出器１は、第１の遮蔽部材２１と、第２の遮蔽部材２２と、第３の遮蔽部材２３と、第４の遮蔽部材２４とを有している。

波長変換部の例である波長変換部材１１は、入射した放射線を光電変換素子４（後述）が光電変換可能な波長の光（本発明の実施形態では、可視光）に変換する。波長変換部材１１は、長尺形状を有している部材であり、例えば長尺板状や長尺シート状の構成が適用できる。波長変換部材１１は、基材層１１１と、基材層１１１の一方の表面に重ねて設けられている蛍光層１１２と、蛍光層に重ねて設けられている反射層１１３とを有している（図３参照）。

基材層１１１には、透明な材料（より具体的には、蛍光層１１２が発する蛍光（可視光）の透過率が高い材料）の板やシートが適用される。例えば、基材層１１１には、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などといった、透明な樹脂材料の板やシートが適用できる。蛍光層１１２は、放射線が入射すると励起して蛍光（可視光）を発する材料からなる層、またはこのような材料を含有する層である。蛍光層１１２には、例えば、ガドリニウムオキサイドサルファ（ＧＯＳ）や、ヨウ化セシウム（ＣＳＩ）やアモルファスセレン（Ａ−ＳＥ）などといった蛍光材料や、このような蛍光材料を含有する材料が適用できる。反射層１１３は、蛍光層１１２が発する蛍光の反射率が高く放射線の透過率が高い層である。反射層１１３には、例えば、アルミナや炭酸カルシウムなどといった、可視光の反射率が高く、かつ、放射線の透過率が高い材料が適用できる。

なお、波長変換部材１１は、前記構成に限定されるものではない。波長変換部材１１は、長尺形状であり、入射した放射線により励起して光電変換素子４が光電変換可能な波長の蛍光を発する蛍光層１１２を有していればよい。例えば、波長変換部材１１の蛍光層１１２は、前記材料に限定されるものではない。また、基材層１１１も、ポリエチレンテレフタラートに限定されるものではなく、各種樹脂材料やガラスなどが適用できる。反射層１１３も、可視光の反射率が高く、かつ、放射線の透過率が高い材料であればよい。なお、蛍光層１１２が潮解性を有する材料からなる場合には、波長変換部材１１は、蛍光層１１２の潮解を抑制するために、蛍光層１１２を覆う保護層を有していることが好ましい。この場合、保護層には、フッ素系樹脂などといった、遮水性や撥水性の高い材料が適用される。

集光体１３は集光部の例である。集光体１３は、波長変換部材１１が発する蛍光を光電変換素子４の受光部４１（後述）に結像（合焦）させる光学部材であり、長尺棒状の構成を有している。集光体１３には、例えばロッドレンズアレイやマイクロレンズアレイなどが適用できる。ロッドレンズアレイは、複数の正立等倍結像型の結像素子（ロッドレンズ）を有し、これらが長尺方向に直線状に配列されている。なお、集光体１３は、線状光を光電変換素子４の受光部４１に結像させることができる構成であればよい。このため、集光体１３は、ロッドレンズアレイに限定されるものではなく、具体的な構成も特に限定されるものではない。

センサ基板１２は、配線板３と、この配線板３に実装されている所定の数の光電変換素子４とを有している。

センサ基板１２の配線板３は、例えば長尺の平板状の構成を有する。配線板３には、後述する光電変換素子４と電気的に接続するためのパッドや、光電変換素子４が出力する電気信号を外部に伝送するための配線などといった配線パターンが設けられている。なお、配線板３の構成（材質等）は特に限定されるものではなく、従来公知の各種プリント配線板など、従来公知の各種配線板が適用できる。また、配線板３に設けられている配線パターンの具体的な構成（数や形状など）も特に限定されるものではなく、配線板３に実装される光電変換素子４の構成などに応じて適宜設定される。説明の便宜上、配線板３の表面のうち、光電変換素子４が実装されている表面を第１の表面３１と称し、その反対側の面を第２の表面３２と称する。

光電変換部の例である複数の光電変換素子４は、波長変換部材１１の蛍光層１１２が発する蛍光を受光する複数の受光部４１を有し、受光部４１で受光した蛍光に応じた電気信号を生成して出力する。光電変換素子４（光電変換部）として、例えば、フォトダイオードアレイが適用できる。フォトダイオードアレイは、複数の受光部４１として複数のフォトダイオードを有する電子部品（素子）であり、受光部４１で受光した光（受光部４１に入射した光）の強度に応じた電気信号を生成する。

なお、光電変換素子４として適用されるフォトダイオードアレイは、直線状に配列されている所定の数の受光部４１を有すればよく、それ以外の構成は特に限定されるものではない。さらに、光電変換素子４はフォトダイオードに限定されるものではない。光電変換素子４は、波長変換部材１１の蛍光層１１２が発する蛍光を電気信号に変換（光電変換）できる電子部品（素子など）であればよい。例えば、光電変換素子４には、フォトダイオードやイメージセンサＩＣなどといった、公知の各種光電変換素子が適用できる。

このほか、センサ基板１２の配線板３には、光電変換素子４が出力した電気信号に所定の処理を施すための回路や素子が実装されていてもよい。ただし、光電変換素子４が出力する電気信号を処理するための回路や素子の構成は、特に限定されるものではない。さらに、配線板３には、外部と電気的に接続するためのコネクタが実装されていてもよい。この場合、コネクタの構成は特に限定されるものではなく、公知の各種コネクタが適用できる。

本体フレーム１４は、放射線検出器１の筐体である。本体フレーム１４は、長尺の直方体状や棒状の形状を有している。そして、本体フレーム１４の長尺方向が放射線検出器１の主走査方向となる。本体フレーム１４は、遮光性を有する材料により形成される。遮光性を有する材料としては、例えば、黒色に着色されたポリカーボネート（ＰＣ）など、各種の樹脂材料が適用できる。

本体フレーム１４には、波長変換部材１１を支持するための支持部１５が設けられている。なお、本発明の実施形態では、支持部１５が本体フレーム１４と別体である例を示すが、支持部１５が本体フレーム１４に一体に設けられている構成であってもよい。さらに、本体フレーム１４には、集光体１３を収容可能な集光体収容部１４１と、センサ基板１２を収容可能なセンサ基板収容部１４３とが設けられている。

支持部１５は、波長変換部材１１を支持する部材であり、本体フレーム１４の一方の側面（放射線の入射方向および長尺方向に直角な方向の端面）に設けられている。支持部１５は、波長変換部材１１を、その長尺方向が本体フレーム１４の長尺方向に平行な向きで支持できる。また、支持部１５は、波長変換部材１１を、波長変換部材１１の長尺方向視において、その上面が入射する放射線の光軸Ｌ_Xおよび集光体１３の光軸Ｌ_F（光路）に対して傾斜する向きで支持できる。例えば、支持部１５は、本体フレーム１４の一方の側面から突出して長尺方向に延伸するリブ状の構成が適用できる。なお、本発明の実施形態では、支持部１５の上面（放射線の入射方向の上流側の面）に波長変換部材１１を配置して支持する構成を示す。この場合、波長変換部材１１がシート状または平板状の構成であれば、支持部１５の上面を、波長変換部材１１の長尺方向視において入射する放射線の光軸Ｌ_Xおよび集光体１３の光軸Ｌ_Fに対して傾斜させておくことにより、波長変換部材１１の表面を入射する放射線の光軸Ｌ_Xおよび集光体１３の光軸Ｌ_Fに対して傾斜した状態で支持できる。また、図１〜図３では、支持部１５が本体フレーム１４とは別体に形成されている構成を示すが、支持部１５は本体フレーム１４に一体に形成さていてもよい。支持部１５が本体フレーム１４とは別体に形成される場合には、支持部１５には例えば樹脂材料が適用できる。さらに支持部１５には、上下方向に貫通する貫通孔状の第１の開口部１５１が設けられている。

集光体収容部１４１は、集光体１３の長尺方向と波長変換部材１１の長尺方向とが同じ（平行）となり、かつ、それらの長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fと波長変換部材１１に入射する放射線の光軸Ｌ_Xとが異なる向きとなるように、集光体１３を収容可能である。例えば、集光体収容部１４１は、本体フレーム１４のＹ方向視（副走査方向視）で本体フレーム１４の長尺方向に長い断面形状を有しており、一方の側面からセンサ基板収容部１４３に至る貫通孔状の構成を有している。そして、集光体１３は、その光軸Ｌ_Fが集光体収容部１４１の貫通方向と同じ（平行）となる向きで、集光体収容部１４１に収容可能である。また、本体フレーム１４の一方の側面（支持部１５が設けられている側の側面）には、支持部１５よりも上側（放射線の入射方向の上流側）に、集光体収容部１４１の開口部（すなわち、蛍光の入口）が設けられている。説明の便宜上、この開口部を「本体開口部１４２」と称する。集光体収容部１４１がこのような構成を有していれば、集光体収容部１４１の内部に挿入（収容）された集光体１３は、その長尺方向が支持部１５に支持されている波長変換部材１１の長尺方向と同じ（平行）となる。また、波長変換部材１１および集光体１３の長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fが本体フレーム１４の上下方向（すなわち、入射する放射線の光軸Ｌ_X）と異なる方向となる。

なお、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、集光体収容部１４１に収容されている集光体１３の光軸Ｌ_Fと波長変換部材１１に入射する放射線の光軸Ｌ_Xとがなす角度α（図４参照）は、４５〜１３５°の範囲が適用される。さらにこの角度αは、８０〜１００°の範囲であることが好ましく、９０°（直角）であることがより好ましい。図１〜図４においては、この角度αが９０°である例を示す。

センサ基板収容部１４３は、本体フレーム１４の支持部１５が設けられている側とは反対側の側面寄りに設けられている。センサ基板収容部１４３は、本体フレーム１４の長尺方向視において、センサ基板１２の配線板３の第１の表面３１が支持部１５の側を向き、かつ、第１の表面３１が放射線の入射方向に平行となるように収容できる。例えば、センサ基板収容部１４３には、本体フレーム１４の側面のうちの支持部１５が設けられている側とは反対側の側面に設けられている溝や凹部などが適用できる。また、センサ基板収容部１４３の内周面と、本体フレーム１４の支持部１５が設けられている側の側面とは、蛍光が通過可能なように、集光体収容部１４１を介して繋がっている。

第１の遮蔽部材２１と第２の遮蔽部材２２と第３の遮蔽部材２３と第４の遮蔽部材２４とは、いずれも、放射線の透過率が低い材料からなるか、または、放射線の透過率が低い材料を含む。例えば、第１〜第４の遮蔽部材２１〜２４には、タングステンや、タングステンを含有する紙やゴムや樹脂などが適用できる。また、第１〜第４の遮蔽部材２１〜２４には、シート状や板状の構成が適用できる。

第１の遮蔽部材２１は、支持部１５の上側（放射線の入射方向の上流側）に設けられている。そして、上下方向視（放射線の入射方向視）において、第１の遮蔽部材２１は支持部１５に重なっている。特に、上下方向視において、第１の遮蔽部材２１の外周縁が、支持部１５の外周縁の外側に位置している。第１の遮蔽部材２１には、放射線の経路となる第２の開口部２１１が設けられている。この第２の開口部２１１は、上下方向視において本体フレーム１４の長尺方向に長い形状を有し、上下方向に貫通するスリット状の貫通孔が適用される。そして、上下方向視において、支持部１５に設けられている第１の開口部１５１が、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１の内側に位置する。

第２の遮蔽部材２２は、センサ基板１２（光電変換素子４および配線板３）の上側（放射線の入射方向の上流側）に設けられている。そして、上下方向視において、センサ基板１２と重なっている。なお、上下方向視において、第２の遮蔽部材２２の外周縁の内側にセンサ基板１２が収まっている構成であることが好ましい。また、図３に示すように、第２の遮蔽部材２２が、本体フレーム１４の上面の全域を覆うように設けられている構成であってもよい。

第３の遮蔽部材２３は遮蔽部の例であり、本体フレーム１４の一方の側面（支持部１５が設けられている側の側面）を覆うように設けられている。なお、第３の遮蔽部材２３には、蛍光が通過可能な第３の開口部２３１が設けられている。この第３の開口部２３１は、本体フレーム１４の長尺方向（主走査方向）に長い形状を有し、本体フレーム１４のＹ方向（副走査方向）に貫通するスリット状の貫通孔が適用できる。そして、第３の遮蔽部材２３が本体フレーム１４の一方の側面を覆うように設けられている状態では、第３の開口部２３１が本体フレーム１４に設けられている集光体収容部１４１の開口部（本体開口部１４２）と一連に繋がる。

第４の遮蔽部材２４は、本体フレーム１４の他方の側面（支持部１５が設けられていない側の側面）を覆うように設けられている。なお、第４の遮蔽部材２４は、本体フレーム１４の他方の側面を覆うことができる寸法および形状であればよい。

このほか、本体フレーム１４の長尺方向（主走査方向）の端面を覆う遮蔽部材が設けられていてもよい。さらに、本体フレーム１４の下面を覆う遮蔽部材が設けられていてもよい。

（放射線検出器の組み付け構成）
ここで、放射線検出器１の組み付け構成について説明する。

センサ基板１２の配線板３の第１の表面３１には、複数の光電変換素子４が直線状に並べて実装されている。これにより、配線板３の長尺方向に配列されている複数の受光部４１を有するラインセンサが形成される。また、図３に示すように、複数の光電変換素子４は、配線板３の短尺方向の一側寄りに偏った位置に（換言すると、一方の長辺に沿って）実装される。この他、配線板３の第１の表面３１と第２の表面３２の一方または両方には、光電変換素子４が出力した電気信号を処理するための素子や電子・電気部品等が実装されていてもよい。さらに、配線板３には、外部と電気的に接続するためのコネクタが実装されていてもよい。

そして、センサ基板１２は、本体フレーム１４のセンサ基板収容部１４３に収容されて固定されている。なお、センサ基板１２がセンサ基板収容部１４３に収容されている状態では、配線板３の一方の長辺であって光電変換素子４に近い側の長辺が、上側（放射線の入射方向の上流側）に位置する。また、配線板３の第１の表面３１は、支持部１５に支持されている波長変換部材１１の長尺方向に平行であり、支持部１５に支持されている波長変換部材１１の長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fに直角である。

集光体１３は集光体収容部１４１に収容されており、位置決めされて本体フレーム１４に固定されている。集光体収容部１４１に収容されている集光体１３は、例えば紫外線硬化型の接着剤などによって本体フレーム１４に固定されている。

本体フレーム１４の上面には、第２の遮蔽部材２２が設けられている。そして、本体フレーム１４の上面は第２の遮蔽部材２２によって覆われている。ただし、第２の遮蔽部材２２は、本体フレーム１４の上面の全域を覆う構成でなくてもよく、少なくとも、センサ基板収容部１４３に収容されているセンサ基板１２を覆う構成であればよい。すなわち、第２の遮蔽部材２２は、センサ基板収容部１４３に収容されているセンサ基板１２の上側（放射線の入射方向の上流側）に位置しており、上下方向視においてセンサ基板１２（配線板３および光電変換素子４）の全体に重なっている構成であればよい。

なお、第１の遮蔽部材２１と第２の遮蔽部材２２とは別体でなくてもよく、一体であってもよい。すなわち、１つの遮蔽部材が本体フレーム１４の上側に設けられており、その一部が支持部１５と重なって第１の遮蔽部材２１として機能し、他の一部がセンサ基板１２と重なって第２の遮蔽部材２２として機能する構成であってもよい。

本体フレーム１４の一方の側面には第３の遮蔽部材２３が設けられており、この第３の遮蔽部材２３によって本体フレーム１４の一方の側面が覆われている。また、第３の遮蔽部材２３に設けられている第３の開口部２３１は、本体フレーム１４に設けられている本体開口部１４２（集光体収容部１４１の開口部）と繋がっている。このため、本体フレーム１４の外部から集光体収容部１４１に収容されている集光体１３に至る光路が確保される。

本体フレーム１４の一方の側面には、支持部１５が設けられている。例えば、支持部１５が本体フレーム１４と別体である場合には、支持部１５の長尺方向の両端部のそれぞれが、本体フレーム１４の両端部のそれぞれにネジなどによって固定される。このような構成によれば、第３の遮蔽部材２３に第３の開口部２３１以外の開口部を設けることなく、支持部１５を本体フレーム１４に取付けることができる。ただし、支持部１５が本体フレーム１４と一体に設けられている構成であってもよい。この場合には、第３の遮蔽部材２３に支持部１５との干渉を避けるための開口部が設けられている構成が適用できる。

波長変換部材１１は、支持部１５の上面に配置されている。例えば、波長変換部材１１は、接着剤等によって、支持部１５の上面に接着されている。これにより、波長変換部材１１は支持部１５に支持されている状態となる。なお、波長変換部材１１は、反射層１１３が下側に位置し基材層１１１が上側に位置する向きで配置される。そして、支持部１５の上面は、本体フレーム１４の長尺方向視において入射する放射線の光軸Ｌ_Xに対して傾斜しているから、支持部１５に支持されている波長変換部材１１の表面も、入射する放射線の光軸Ｌ_Xに対して傾斜している状態となる。なお、波長変換部材１１は、その上面が本体フレーム１４の一方の側面に傾斜して対向する向きで配置されている。

波長変換部材１１の上面は、集光体１３の一方の焦点Ｆ₁に位置している。また、センサ基板１２の光電変換素子４の受光部４１は、集光体１３の他方の焦点Ｆ₂に位置している。また、前述のとおり、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、配線板３の第１の表面３１は集光体１３の光軸Ｌ_Fに直角であり、このため、配線板３の第１の表面３１に実装されている光電変換素子４の受光部４１の表面も集光体１３の光軸Ｌ_Fに直角である。このような構成であると、波長変換部材１１の蛍光層１１２が発する蛍光は、集光体１３によって、光電変換素子４の受光部４１に結像（合焦）する。前述のとおり、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fと波長変換部材１１に入射する放射線の光軸Ｌ_Xとがなす角度αは４５〜１３５°の範囲であるから、光電変換素子４は、放射線の入射方向とは異なる方向に進行する蛍光を受光して光電電変換することになる。なお、集光体１３の長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fと光電変換素子４の受光部４１とは直角となる。このため、集光体１３の焦点Ｆ₂のいわゆるピント面と受光部４１の表面とが一致する（平行となる）から、ＭＴＦの低下を防止または抑制できる。

また、波長変換部材１１は、その下面が本体フレーム１４の一方の側面（すなわち、光電変換素子４）に傾斜して対向する向きで配置されている構成であってもよい。この場合、本体フレーム１４の長尺方向視における支持部１５の傾斜方向は、図１〜図３に示す方向と反対になる。そして、波長変換部材１１は、下面側に基材層１１１が位置し、上面側に反射層１１３が位置する向きで設けられている。そして、この場合には、波長変換部材１１の下面が、集光体１３の一方の焦点Ｆ₁に位置している。このような構成であっても、上述の効果を奏することができる。

このように、本発明の実施形態では、センサ基板１２と波長変換部材１１の間に集光体１３が設けられる構成である。このため、波長変換部材１１が発する蛍光は、集光体１３によって光電変換素子４の受光部４１に結像（合焦）する。また、センサ基板１２と波長変換部材１１の間に第３の遮蔽部材２３が介在している。そして、第３の遮蔽部材２３には、蛍光が通過可能な第３の開口部２３１が設けられている。このため、波長変換部材１１が発する蛍光は、第３の遮蔽部材２３に設けられている第３の開口部２３１を通じて光電変換素子４の受光部４１に結像（合焦）する。

符号２３１は開口部としたが、蛍光が透過可能であればよく、例えば、透明ガラスや透明樹脂が配置されている構成であってもよい。透明ガラスとしては、例えば鉛（Ｐｂ）やバリウム（Ｂａ）、タングステン（Ｗ）などの放射線を遮蔽する性質を持つ元素が含まれていてもよい。この構成によれば、波長変換部で散乱されて光電変換素子４の受光部４１へ入射する放射線をいっそう抑制することができる。

放射線を遮蔽する性質を持つ元素が含まれている透明部材（例えば、透明ガラスや透明樹脂）は、開口部２３１に配置される構成（波長変換部材１１と集光体１３との間に配置される構成）であってもよく、集光体１３と波長変換部材１１の間に設けられる構成であってもよい。さらには、それらの両方に設けられる構成であってもよい。このような構成によれば、波長変換部材１１で散乱されて光電変換素子４の受光部４１へ入射する放射線をいっそう抑制することができる。透明部材が開口部２３１に配置される構成では、集光体１３への放射線入射を抑制することができ、集光体１３の放射線によるダメージを抑制することができる。透明部材が集光体１３と波長変換部材１１の間に設けられる構成では、集光体で減弱された放射線が前記透明部材に侵入するため、透明部材が開口部２３１に配置される構成よりも透明部材で効率よく放射線を吸収でき、光電変換素子４の受光部４１へ入射する放射線をいっそう抑制することができる。また、波長変換部材１１と集光体１３の間と集光体１３と光電変換素子４の間の両方に透明部材を配置してもよい。この構成では光電変換素子４の受光部４１へ入射する放射線をさらにいっそう抑制することができる。これらの構成は目的に合わせて使い分けることが望ましい。

（放射線検出器の動作）
ここで、放射線検出器１の動作について説明する。放射線検出器１は、放射線源５１（図６参照）から離れた位置に配置されて使用される。また、放射線検出器１は、放射線源５１から曝射された放射線が入射するように、放射線を入射させる側（第１の遮蔽部材２１および第２の遮蔽部材２２が設けられている側）を放射線源５１の側（換言すると、入射する放射線の進行方向上流側）に向けて配置されて使用される。そして、対象物Ｑを放射線源５１と放射線検出器１との間を通過させながら、放射線源５１が対象物Ｑに向けて放射線を曝射し、放射線検出器１が対象物Ｑを透過した放射線を検出する。

支持部１５の上側には第１の遮蔽部材２１が設けられており、第１の遮蔽部材２１には第２の開口部２１１が設けられている。このため、放射線源５１から曝射されて対象物Ｑを通過した放射線は、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１を通過して波長変換部材１１に入射する。

波長変換部材１１に放射線が入射すると、波長変換部材１１の蛍光層１１２が励起して蛍光（ここでは可視光）を発する。蛍光層１１２が発した蛍光は、第３の遮蔽部材２３に設けられている第３の開口部２３１と、本体フレーム１４の集光体収容部１４１に収容されている集光体１３とを通過して、センサ基板１２の光電変換素子４の受光部４１に入射する。集光体１３は、その一方の焦点Ｆ₁が波長変換部材１１の上面に位置し、他方の焦点Ｆ₂がセンサ基板１２の光電変換素子４の受光部４１に位置するように位置決めされている。なお、前述のとおり、集光体１３は、その一方の焦点Ｆ₁が波長変換部材１１の下面に位置するように位置決めされていてもよい。このため、蛍光層１１２が発する蛍光は、集光体１３によってセンサ基板１２の光電変換素子４の受光部４１に結像（合焦）する。

センサ基板１２の光電変換素子４は、受光部４１に入射した蛍光の強度に応じた電気信号を生成して出力する。センサ基板１２に設けられている画像処理のための素子や回路によって、ある１回のサンプリングタイミングにおける複数の受光部４１に入射した蛍光の強度に応じた電気信号から画像信号の１ライン分の信号が生成される。そして、放射線検出器１は、このような動作を所定のサンプリング周期で継続的に行うことにより、対象物Ｑの内部情報が含まれる２次元の放射線画像信号（放射線画像データ）を生成して出力する。

（集光体と波長変換部材と光電変換素子との位置関係）
ここで、集光体１３と波長変換部材１１と光電変換素子４との位置関係について、図４を参照して説明する。図４は、集光体１３と波長変換部材１１と光電変換素子４の位置関係を模式的に示す図であり、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視の図である。

放射線が波長変換部材１１に入射して散乱し、散乱した放射線が光電変換素子４に入射すると、ノイズの原因となり得る。このため、ノイズの発生を防止や抑制するためには、散乱した放射線の光電変換素子４への入射を防止や抑制することが好ましい。本発明の実施形態によれば、波長変換部材１１と光電変換素子４とが離れて設けられているため、波長変換部材１１で散乱した放射線が光電変換素子４に入射することが抑制される。また、波長変換部材１１と光電変換素子４との間には集光体１３が設けられており、この集光体１３によって、波長変換部材１１が発する蛍光が光電変換素子４に結像（合焦）する。このため、放射線画像の解像度の低下を防止または抑制を図ること（ＭＴＦの向上を図ること）ができる。

さらに、本発明の実施形態では、集光体１３と波長変換部材１１と光電変換素子４とを、図４に示すような位置関係とすることにより、さらなるノイズの防止または抑制を図る（ＭＴＦの向上を図る）ことができる。すなわち、波長変換部材１１において散乱する放射線の強度は、波長変換部材１１への入射方向に直角な方向が最も弱く、入射方向に平行な方向に近づくにしたがって強くなっていく。そこで、本発明の実施形態では、波長変換部材１１の長尺方向視において、波長変換部材１１に入射する放射線の光軸Ｌ_Xと集光体１３の光軸Ｌ_Fとがなす角度αを、４５〜１３５°の範囲とする。このような構成によれば、波長変換部材１１で散乱した放射線が弱い方向に光電変換素子４が設けられる構成となる。したがって、波長変換部材１１で散乱した放射線の光電変換素子４への入射を抑制できる。この角度αは、８０〜１００°の範囲であることが好ましく、９０°（直角）であることがより好ましい。この角度αが８０〜１００°の範囲であると、光電変換素子４に入射する放射線の強度をさらに弱くできる。さらに、この角度αが９０°であると、光電変換素子４に入射する放射線を最も弱くできる。したがって、ノイズの発生を防止または抑制できる。

また、図４に示すように、波長変換部材１１の長尺方向視において、その上面に直角な直線Ｎは、集光体１３の光軸Ｌ_Fに平行ではなく傾斜している。このため、集光体１３から波長変換部材１１の上面までの距離は、上下方向位置によって異なる。具体的には、集光体１３から波長変換部材１１の上面までの距離は、下側に向かうにしたがって短くなり、上側に向かうにしたがって長くなる。このように、集光体１３の一方の焦点Ｆ₁のいわゆるピント面と波長変換部材１１の上面とは平行ではない。そして、図４に示すように、波長変換部材１１の蛍光層１１２の幅Ａ₂は、集光体１３の視野（集光幅）を波長変換部材の表面に投影した領域の幅Ａ₁よりも大きく、かつ、集光体１３の視野を投影した領域（Ａ₁で示す領域）は、波長変換部材１１の蛍光層１１２の範囲内に位置している。このような構成によれば、集光体１３の視野（集光幅）よりも広い幅の波長変換部材１１からの蛍光を集光できるので、光量を増大させることができる。

ところで、集光体１３に設けられている結像素子（ロッドレンズなど）は、集光体１３の長尺方向視において、光軸Ｌ_Fに直角で一方の焦点Ｆ₁を含む平面（いわゆるピント面）から他方の焦点Ｆ₂を含む平面（いわゆるピント面）に像を転写（結像（合焦））することができる。このため、ＭＴＦを高くするためには、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、波長変換部材１１の上面（発光面）が集光体１３の一方の焦点Ｆ₁に位置しており、かつ、その上面に直角な直線Ｎと集光体１３の光軸Ｌ_Fとがなす角度βは０°（平行）であることが好ましい。一方、集光体１３に入射する蛍光の光量を増加させるためには、集光体１３の視野内に存在する「波長変換部材１１の蛍光層１１２のうちの実際に蛍光を発する領域（放射線が入射して蛍光を発する領域）」の面積を大きくすることが好ましい。そして、この面積を大きくするためには、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、波長変換部材１１の上面に直角な直線Ｎと集光体１３の光軸Ｌ_Fのなす角度βが、９０°（直角）に近づくほど好ましい。

このように、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、波長変換部材１１の上面に直角な直線Ｎと集光体１３の光軸Ｌ_Fとがなす角度βは、ＭＴＦの向上の観点からは０°（平行）に近いほど好ましく、光量（輝度）の観点からは９０°（直角）に近いほど好ましい。そこで、本発明の実施形態では、ＭＴＦの向上と光量の向上の両立を図るため、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、波長変換部材１１の上面に直角な直線Ｎと集光体１３の光軸Ｌ_Fとがなす角度βを４５°とする。このような構成によれば、ＭＴＦの向上（または低下の抑制）と光量（輝度）の増加（または低下の抑制）の両立を図ることができる。

なお、ＭＴＦの向上を図るためには、集光体１３の他方の焦点Ｆ₂が光電変換素子４の受光部４１に位置しており、かつ、集光体１３の長尺方向視において、集光体１３の光軸Ｌ_Fと受光部４１の表面とが９０°（直角）であることが好ましい。そこで、本発明の実施形態では、光電変換素子４は、集光体１３の長尺方向視において、受光部４１の表面と集光体１３の光軸Ｌ_Fとが直角となるように設けられている。

（支持部）
次に、支持部１５の構成例について、図５Ａと図５Ｂを参照して説明する。図５Ａと図５Ｂは、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１と支持部１５に設けられている第１の開口部１５１の構成例を模式的に示す図である。また、図５Ａは、放射線が入射する側（上側）から見た図であり、図５Ｂはその反対側（下側）から見た図である。支持部１５の上面には波長変換部材１１が設けられており、支持部１５および波長変換部材１１の上側には第１の遮蔽部材２１が設けられている（図３参照）。

第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１には、例えば、本体フレーム１４の長尺方向に長い長尺形状を有し、放射線の入射方向に貫通するスリット状の貫通孔が適用される。支持部１５に設けられている第１の開口部１５１も、本体フレーム１４の長尺方向に長い長尺形状を有し、放射線の入射方向（上下方向）に貫通するスリット状の貫通孔が適用される。そして、図５Ａと図５Ｂに示すように、放射線の入射方向視（上下方向視）において、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１は、支持部１５に設けられている第１の開口部１５１および波長変換部材１１の外周縁（輪郭）の内側に位置している（収まっている）。すなわち、上下方向視において、支持部１５に設けられている第１の開口部１５１の内周面が最も外側に位置し、その内側に波長変換部材１１が収まるように位置しており、さらに波長変換部材１１の外周縁の内側に第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１が収まるように位置している。

このように、支持部１５に第１の開口部１５１が設けられている構成であると、入射した放射線が散乱しうる領域の面積を小さくできる。特に、第１の開口部１５１が上下方向に貫通する貫通孔状の構成を有していれば、上側から入射した放射線が第１の開口部１５１を通過するため、支持部１５において放射線が散乱することを抑制できる。このため、支持部１５において散乱した放射線がセンサ基板１２に入射することが防止または抑制できるから、センサ基板１２においてノイズの発生を防止または抑制できる。

特に、上下方向視において、支持部１５に設けられている第１の開口部１５１の内周面が、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１の内周面よりも外側に位置していると、第１の遮蔽部材２１の第２の開口部２１１を通過した放射線は、支持部１５に設けられている第１の開口部１５１を通過することになる。このため、放射線が支持部１５の上面に直接に入射することが防止または抑制されるから、放射線の散乱を防止または抑制する効果を高めることができる。

すなわち、支持部１５に第１の開口部１５１が設けられていない構成や、上下方向視において支持部１５に設けられている第１の開口部１５１が第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１の内側に位置している構成では、第１の遮蔽部材２１に設けられている第２の開口部２１１と波長変換部材１１とを通過した放射線は、支持部１５の上面に入射する。このため、支持部１５の上面に入射した放射線が反射して散乱し、散乱した放射線がセンサ基板１２の光電変換素子４や配線板３に入射することがある。その結果、光電変換素子４や配線板３において、放射線の入射に起因するノイズが発生することがある。これに対して、本発明の実施形態によれば、前述のとおり支持部１５の上面への放射線の入射が防止または抑制されるから、支持部１５の上面における放射線の散乱を防止または抑制できる。したがって、散乱した放射線によるノイズの発生を防止または抑制できる。

また、本体フレーム１４の一方の側面（支持部１５が設けられている側の側面）には、第３の遮蔽部材２３が設けられている。このような構成であると、センサ基板１２の光電変換素子４や配線板３において放射線の入射に起因するノイズの発生を抑制する効果をさらに高めることができる。すなわち、前述のとおり、波長変換部材１１の表面で散乱した放射線がセンサ基板１２の光電変換素子４や配線板３に入射すると、光電変換素子４や配線板３において放射線の入射に起因するノイズが発生することがある。そこで、第３の遮蔽部材２３が本体フレーム１４の一方の側面を覆うように設けられることによって、波長変換部材１１で散乱した放射線がセンサ基板１２の光電変換素子４や配線板３に入射することが抑制される。換言すると、センサ基板１２と波長変換部材１１との間に第３の遮蔽部材２３を設けることによって、波長変換部材１１で反射して散乱した放射線がセンサ基板１２の光電変換素子４や配線板３に入射することが抑制される。したがって、センサ基板１２の光電変換素子４や配線板３において放射線の入射に起因するノイズの発生を抑制する効果をさらに高めることができる。

また、本発明の実施形態では、波長変換部材１１と集光体１３の長尺方向視において、入射する放射線の光軸Ｌ_Xと集光体１３の光軸Ｌ_Fとは直角である。このような構成であれば、上下方向視において、センサ基板１２を第１の遮蔽部材２１の第２の開口部２１１と重なる位置に設けなくてもよい。そして、上下方向視において、センサ基板１２（配線板３および光電変換素子４）を第１の遮蔽部材２１および支持部１５からずれた位置に設ける構成とする。特に、第１の遮蔽部材２１の第２の開口部２１１とずれた位置（重ならない位置）に設ける構成とする。これにより、第１の遮蔽部材２１を通過した放射線がセンサ基板１２に入射しないようにできる。したがって、センサ基板１２におけるノイズの発生を防止または抑制できる。さらに、上下方向視において、センサ基板１２を第１の遮蔽部材２１の第２の開口部２１１とずれた位置に設ける構成とすることにより、センサ基板１２の上側に第２の遮蔽部材２２を設けることができる。したがって、第２の遮蔽部材２２によりセンサ基板１２に放射線が入射しないようにできるから、センサ基板１２におけるノイズの発生を防止または抑制する効果を高めることができる。

本体フレーム１４の他方の側面には、第４の遮蔽部材２４が設けられている。そして、第４の遮蔽部材２４が設けられている状態では、本体フレーム１４の他方の側面が第４の遮蔽部材２４によって覆われている状態となる。このため、センサ基板収容部１４３に収容されているセンサ基板１２が、第４の遮蔽部材２４によって覆われている状態となり、センサ基板１２の第２の表面３２の側から放射線が入射することが防止または抑制される。したがって、センサ基板１２におけるノイズの発生を防止または抑制できる。

＜放射線検出装置＞
次に、放射線検出装置５の構成例について、図６を参照して説明する。図６は、放射線検出装置５の構成例を模式的に示す断面図である。放射線検出装置５は、放射線源５１と、本発明の実施形態に係る放射線検出器１とを有する。放射線源５１には、線状の放射線を曝射することができる放射線源５１が適用される。なお、放射線源５１は、線状の放射線を曝射できる構成であればよく、具体的な構成は限定されない。そして、放射線源５１と放射線検出器１とは、対象物Ｑの搬送経路Ｐを挟んで対向して配置される。放射線源５１が曝射した放射線は、搬送経路Ｐを搬送される対象物Ｑを透過して、放射線検出器１に入射する。そして、放射線検出器１は、前述の動作によって、対象物Ｑの内部情報を有する２次元の放射線画像信号（放射線画像データ）を生成して出力する。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、前述の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、前述した実施形態では、光電変換素子にフォトダイオードアレイが適用される構成を示したが、光電変換素子はフォトダイオードアレイに限定されない。光電変換素子は、蛍光層が発する蛍光（可視光）を光電変換できるものであればよい。

本発明は、蛍光層および蛍光層が発する蛍光を光電変換する光電変換素子を有する放射線検出器と、この放射線検出器を有する放射線検出装置に有効に利用できるものである。そして、本発明によれば、放射線の入射に起因して生じるノイズを抑制することができる。

１：放射線検出器、１１：波長変換部材、１１１：基材層、１１２：蛍光層、１１３：反射層、１２：センサ基板、１３：集光体、１４：本体フレーム、１４１：集光体収容部、１４２：本体開口部、１４３：センサ基板収容部、１５：支持部、１５１：第１の開口部、２１：第１の遮蔽部材、２２：第２の遮蔽部材、２３：第３の遮蔽部材、２４：第４の遮蔽部材、３：配線板、３１：第１の表面、３２：第２の表面、４：光電変換素子、４１：受光部、５：放射線検出装置、５１：放射線源、Ｑ：対象物

Claims (14)

1. 入射した放射線に応じて蛍光を発する長尺の波長変換部と、
   前記波長変換部が発した蛍光を受光して電気信号を生成する光電変換部と、
   前記波長変換部と前記光電変換部との間に設けられており、前記波長変換部が発する蛍光を前記光電変換部に結像させる集光部と、
   を有し、
   前記波長変換部の長尺方向視において、前記波長変換部に入射する放射線の光軸と前記集光部の光軸とは互いに異なる方向であり、
   前記集光部の一方の焦点は前記波長変換部に位置しており、前記集光部の他方の焦点は前記光電変換部に位置していることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記波長変換部の長尺方向視において、前記波長変換部に入射する放射線の光軸と前記集光部の光軸とがなす角度は４５〜１３５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記波長変換部の長尺方向視において、前記波長変換部に入射する放射線の光軸と前記集光部の光軸とがなす角度は９０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出器。
4. 前記波長変換部の長尺方向視において、前記波長変換部の前記光電変換部の側を向く面に直角な線と前記集光部の光軸とがなす角度は４５°であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
5. 前記波長変換部と前記光電変換部との間には、放射線を遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
6. 前記波長変換部と前記集光部との間には、放射線を遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出器。
7. 前記集光部と前記光電変換部との間には、放射線を遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出器。
8. 前記遮蔽部は、可視光を透過可能であることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出器。
9. 前記遮蔽部は、可視光を透過可能であることを特徴とする請求項７に記載の放射線検出器。
10. 前記遮蔽部は、前記集光部の光路上に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の放射線検出器。
11. 前記遮蔽部は、前記集光部の光路上に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の放射線検出器。
12. 前記遮蔽部には、前記波長変換部が発する蛍光が通過可能な開口部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出器。
13. 前記光電変換部は、前記波長変換部の放射線が入射する側の面に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の放射線検出器。
14. 放射線源と、
    前記放射線源が発する放射線を検出する放射線検出器と、
    を有し、
    前記放射線源と前記放射線検出器との間の対象物の放射線画像を生成する放射線検出装置であって、
    前記放射線検出器は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の放射線検出器であることを特徴とする放射線検出装置。

Images