JP2572511B2 - 光収集効率を高めた光検出器シンチレータ放射線撮像装置 - Google Patents
光収集効率を高めた光検出器シンチレータ放射線撮像装置Info
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- G—PHYSICS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全体的に放射線撮像シ
ステム（radiation imaging system）に関し、更に詳し
くは、光収集効率を改良するシンチレータの設計に関す
る。
ステム（radiation imaging system）に関し、更に詳し
くは、光収集効率を改良するシンチレータの設計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】放射線撮像システムは医療および工業用
に広く使用されている。例えば、核医学においては、あ
る診断試験で対象の器管に集中する放射性核種を患者に
注入することが必要である。これらの放射性核種から発
生する放射線を使用して、器管の構造およびその動作を
検査することができる。また、ｘ線機械のような外部放
射源を診断用に使用することもできる。検出された放射
線を使用して、信号を発生し、この信号を使用して陰極
線管または液晶ディスプレイ装置のような視覚ディスプ
レイを動作させたり、またはこの信号を使用して検出さ
れたｘ線またはガンマ放射線のパターンを分析するよう
な撮像システムが開発されている。このようなシステム
では、一般に放射線がシンチレータ物質に吸収され、そ
の結果光子を発生する。シンチレータから放出する光子
は光検出器で検出されて、電気出力信号を発生し、この
電気出力信号はディスプレイまたは分析システムを駆動
するように処理される。
に広く使用されている。例えば、核医学においては、あ
る診断試験で対象の器管に集中する放射性核種を患者に
注入することが必要である。これらの放射性核種から発
生する放射線を使用して、器管の構造およびその動作を
検査することができる。また、ｘ線機械のような外部放
射源を診断用に使用することもできる。検出された放射
線を使用して、信号を発生し、この信号を使用して陰極
線管または液晶ディスプレイ装置のような視覚ディスプ
レイを動作させたり、またはこの信号を使用して検出さ
れたｘ線またはガンマ放射線のパターンを分析するよう
な撮像システムが開発されている。このようなシステム
では、一般に放射線がシンチレータ物質に吸収され、そ
の結果光子を発生する。シンチレータから放出する光子
は光検出器で検出されて、電気出力信号を発生し、この
電気出力信号はディスプレイまたは分析システムを駆動
するように処理される。
【０００３】特に、核医学処理に使用される放射線撮像
装置では、患者の組織に吸収された非常に低いエネルギ
の放射性核種から放出された放射線をマップ化すること
が好ましいが、撮像装置は背景の放射線を区別しながら
低い放射線レベルに感知できることが重要である。入射
放射線がシンチレータに吸収されたときに発生する光子
を効率的に収集することによって低いエネルギレベルの
放射線を検出することが可能となり、撮像装置の診断上
の値が増大する。
装置では、患者の組織に吸収された非常に低いエネルギ
の放射性核種から放出された放射線をマップ化すること
が好ましいが、撮像装置は背景の放射線を区別しながら
低い放射線レベルに感知できることが重要である。入射
放射線がシンチレータに吸収されたときに発生する光子
を効率的に収集することによって低いエネルギレベルの
放射線を検出することが可能となり、撮像装置の診断上
の値が増大する。
【０００４】入射放射線がシンチレータ物質に吸収され
たときに発生する光子は入射放射線が吸収された場所か
ら等方的に伝播する。多くのシンチレータ構造は平行六
面体の形状を有し、光検出器がシンチレータの１つの側
部に隣接している。この結果、発生した光子のうちの限
られた数の光子のみが光検出器に隣接するシンチレータ
の面に向かって直接伝播する。この結果、他の光子を反
射してその面に向ける手段を有することが有益である。
一般的な従来の撮像装置は米国特許第４，９０６，８５
０号に開示されている装置に示されているようにシンチ
レータの表面上に反射材を備えていない。従来の装置で
は、米国特許第３，９３６，６４５号に開示されている
ように、シンチレータエレメントの側壁に光学的に不透
明な材料を塗布し、または米国特許第３，５０７，７３
４号に開示されているように、磨きをかけたりまたは金
属化処理を行うことによってシンチレータの表面を反射
性にすることが提案されている。
たときに発生する光子は入射放射線が吸収された場所か
ら等方的に伝播する。多くのシンチレータ構造は平行六
面体の形状を有し、光検出器がシンチレータの１つの側
部に隣接している。この結果、発生した光子のうちの限
られた数の光子のみが光検出器に隣接するシンチレータ
の面に向かって直接伝播する。この結果、他の光子を反
射してその面に向ける手段を有することが有益である。
一般的な従来の撮像装置は米国特許第４，９０６，８５
０号に開示されている装置に示されているようにシンチ
レータの表面上に反射材を備えていない。従来の装置で
は、米国特許第３，９３６，６４５号に開示されている
ように、シンチレータエレメントの側壁に光学的に不透
明な材料を塗布し、または米国特許第３，５０７，７３
４号に開示されているように、磨きをかけたりまたは金
属化処理を行うことによってシンチレータの表面を反射
性にすることが提案されている。
【０００５】反射性の壁面を有するシンチレータにおい
ては、反射された光子は一般に光検出器アレイに隣接し
ているシンチレータの面に当たる前にシンチレータの壁
面と多数の相互作用を有する経路を進む。特に、対向す
る平行で滑らかな面を有するシンチレータ構造の場合に
は、多くの光子が全反射を受ける。すなわち、光子はシ
ンチレータから出る代わりに反射してシンチレータ内に
戻る角度で光検出器に隣接するシンチレータの面に当
り、それから光子をシンチレータ内に維持するシンチレ
ータの他の面で反射する経路を進んだり、または壁面、
即ち反射器と充分な相互作用を行い、光子が吸収される
確率、従って光検出器アレイによって検出されない確率
がかなり増大する。いずれの場合でも、内部での全反射
の結果、シンチレータ内での入射放射線の吸収によって
発生する全体の光子のうちの一部の少数の光子のみがシ
ンチレータから出て光検出器アレイにより検出され、従
って撮像装置の光子収集効率が低減している。
ては、反射された光子は一般に光検出器アレイに隣接し
ているシンチレータの面に当たる前にシンチレータの壁
面と多数の相互作用を有する経路を進む。特に、対向す
る平行で滑らかな面を有するシンチレータ構造の場合に
は、多くの光子が全反射を受ける。すなわち、光子はシ
ンチレータから出る代わりに反射してシンチレータ内に
戻る角度で光検出器に隣接するシンチレータの面に当
り、それから光子をシンチレータ内に維持するシンチレ
ータの他の面で反射する経路を進んだり、または壁面、
即ち反射器と充分な相互作用を行い、光子が吸収される
確率、従って光検出器アレイによって検出されない確率
がかなり増大する。いずれの場合でも、内部での全反射
の結果、シンチレータ内での入射放射線の吸収によって
発生する全体の光子のうちの一部の少数の光子のみがシ
ンチレータから出て光検出器アレイにより検出され、従
って撮像装置の光子収集効率が低減している。
【０００６】光反射材料がシンチレータの側壁に沿って
塗布された場合でさえも、光子の減衰の問題は残ってい
る。光反射材料においては、それでも光の吸収がいくら
かあり、光子はシンチレータの壁上の光反射材料にあた
ったときに吸収されるかまたは反射される。例えば、銀
は９６％の反射率を有するが、この反射率の場合、光子
は丁度１７回の壁との相互作用の後吸収される見込みが
５０％ある。他の通常使用される光反射材料はアルミニ
ウムの９０％のように相対的に小さな反射率を有してい
る。撮像装置の性能は、光子が多数の反射を受けると劣
化する。これは光子が吸収される可能性が増大するから
である。更に、シンチレータから光検出器に抜け出る光
子が長期間にわたって検出されると（すなわち、発生し
たある光子は迅速にシンチレータから出るのに対して、
他の光子はシンチレータから出る前に多数回反射され
る）、光検出器によって検出される光子バーストの明確
な「ピーク」が存在しないことになる。このようにピー
クが存在しないということは撮像装置のエネルギ分解能
を低下させ、処理装置が背景の雑音を区別することが更
に困難になる。
塗布された場合でさえも、光子の減衰の問題は残ってい
る。光反射材料においては、それでも光の吸収がいくら
かあり、光子はシンチレータの壁上の光反射材料にあた
ったときに吸収されるかまたは反射される。例えば、銀
は９６％の反射率を有するが、この反射率の場合、光子
は丁度１７回の壁との相互作用の後吸収される見込みが
５０％ある。他の通常使用される光反射材料はアルミニ
ウムの９０％のように相対的に小さな反射率を有してい
る。撮像装置の性能は、光子が多数の反射を受けると劣
化する。これは光子が吸収される可能性が増大するから
である。更に、シンチレータから光検出器に抜け出る光
子が長期間にわたって検出されると（すなわち、発生し
たある光子は迅速にシンチレータから出るのに対して、
他の光子はシンチレータから出る前に多数回反射され
る）、光検出器によって検出される光子バーストの明確
な「ピーク」が存在しないことになる。このようにピー
クが存在しないということは撮像装置のエネルギ分解能
を低下させ、処理装置が背景の雑音を区別することが更
に困難になる。
【０００７】
【発明の目的】本発明の目的は、高い光子収集効率を有
する撮像装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、内部での全反射が最小である有効なシンチレータを
提供することにある。本発明の別の目的は、シンチレー
タに発生した光子をシンチレータ／光検出器の境界面に
向けて反射し集束する簡単で有効な手段を提供すること
にある。
する撮像装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、内部での全反射が最小である有効なシンチレータを
提供することにある。本発明の別の目的は、シンチレー
タに発生した光子をシンチレータ／光検出器の境界面に
向けて反射し集束する簡単で有効な手段を提供すること
にある。
【０００８】
【発明の概要】本発明によれば、放射線撮像装置は入射
放射線にさらされ、かつ光検出器アレイに結合されたシ
ンチレータエレメントのアレイを有する。シンチレータ
エレメントの屈折率よりも小さい屈折率を有する誘電体
層が少なくともシンチレータエレメントの側壁の周り
に、好ましくは入射放射線が通って入るシンチレータエ
レメントの面の周りに延在している。光反射層が誘電体
層の周りに配設されている。入射放射線が通って入るシ
ンチレータエレメントの表面は好ましくはドーム形状で
あり、光子が通過して光検出器アレイに入るシンチレー
タエレメントの面は好ましくは波形起伏形状を有し、そ
の曲面は表面のくぼみと隆起のパターンからなる。波形
起伏形状はシンチレータ内から表面にあたる光子の内部
反射を最小にするように選択する。
放射線にさらされ、かつ光検出器アレイに結合されたシ
ンチレータエレメントのアレイを有する。シンチレータ
エレメントの屈折率よりも小さい屈折率を有する誘電体
層が少なくともシンチレータエレメントの側壁の周り
に、好ましくは入射放射線が通って入るシンチレータエ
レメントの面の周りに延在している。光反射層が誘電体
層の周りに配設されている。入射放射線が通って入るシ
ンチレータエレメントの表面は好ましくはドーム形状で
あり、光子が通過して光検出器アレイに入るシンチレー
タエレメントの面は好ましくは波形起伏形状を有し、そ
の曲面は表面のくぼみと隆起のパターンからなる。波形
起伏形状はシンチレータ内から表面にあたる光子の内部
反射を最小にするように選択する。
【０００９】誘電体層はガス、液体または固体で構成さ
れている。この誘電体層の小さな屈折率によってより多
くの光子がシンチレータと誘電体層の境界面において反
射されてシンチレータエレメント内に戻される。臨界角
よりも大きな入射角で誘電体層で当たって、誘電体層に
入る光子は一般に光反射層で反射される。この光反射層
は好ましくは銀、金、アルミニウムまたは多層誘電体反
射物のような比較的高い反射率を有する材料で構成され
る。これらの表面で反射されてシンチレータエレメント
内に入る光子はシンチレータ／光検出器の境界面に向か
うようにドーム形状面によって集束されようとする。光
検出器に隣接するシンチレータの表面における波形起伏
パターンは、通過して光検出器にいたる表面に当たる光
子の数を最適化するように選択される。
れている。この誘電体層の小さな屈折率によってより多
くの光子がシンチレータと誘電体層の境界面において反
射されてシンチレータエレメント内に戻される。臨界角
よりも大きな入射角で誘電体層で当たって、誘電体層に
入る光子は一般に光反射層で反射される。この光反射層
は好ましくは銀、金、アルミニウムまたは多層誘電体反
射物のような比較的高い反射率を有する材料で構成され
る。これらの表面で反射されてシンチレータエレメント
内に入る光子はシンチレータ／光検出器の境界面に向か
うようにドーム形状面によって集束されようとする。光
検出器に隣接するシンチレータの表面における波形起伏
パターンは、通過して光検出器にいたる表面に当たる光
子の数を最適化するように選択される。
【００１０】新規であると考えられる本発明の特徴は特
に特許請求の範囲に説明されている。しかしながら、本
発明自身は構成および動作の方法について本発明の別の
目的および利点とともに添付図面に関連する次の説明を
参照することによってよく理解することができる。図面
では、同じ符号は同じ部品を示している。
に特許請求の範囲に説明されている。しかしながら、本
発明自身は構成および動作の方法について本発明の別の
目的および利点とともに添付図面に関連する次の説明を
参照することによってよく理解することができる。図面
では、同じ符号は同じ部品を示している。
【００１１】
【実施例の記載】図１において、放射線撮像装置１０
は、基板１５上に配設された光検出器アレイ２０、この
光検出器アレイ上に配設された複数のシンチレータエレ
メント３２を有するシンチレータアレイ３０、このシン
チレータエレメント３２の周りに延在している誘電体層
４０、およびこの誘電体層の周りに配設された光反射層
５０を有している。光検出器アレイ２０は処理回路８０
に接続されている。この処理回路８０は撮像器アレイか
ら発生する電気信号を表示分析装置９０で使用し得るよ
うに処理する。
は、基板１５上に配設された光検出器アレイ２０、この
光検出器アレイ上に配設された複数のシンチレータエレ
メント３２を有するシンチレータアレイ３０、このシン
チレータエレメント３２の周りに延在している誘電体層
４０、およびこの誘電体層の周りに配設された光反射層
５０を有している。光検出器アレイ２０は処理回路８０
に接続されている。この処理回路８０は撮像器アレイか
ら発生する電気信号を表示分析装置９０で使用し得るよ
うに処理する。
【００１２】光検出器すなわち撮像器アレイ２０はある
パターンに、一般には行および列のパターンに配列され
電気的に接続された複数の光検出器２２を有している。
光検出器は基板１５上に配設され、撮像装置１０の使用
に適当な任意の大きさおよび形状のアレイを形成するよ
うになっている。光検出器はフォトダイオードであるこ
とが好ましいが、代わりとして他の周知の固体光検出器
装置であってもよい。基板１５はガラスまたはセラミッ
ク材料で構成されることが好ましい。ケーブル２４は光
検出器で発生した電気信号を処理回路８０に伝達する。
パターンに、一般には行および列のパターンに配列され
電気的に接続された複数の光検出器２２を有している。
光検出器は基板１５上に配設され、撮像装置１０の使用
に適当な任意の大きさおよび形状のアレイを形成するよ
うになっている。光検出器はフォトダイオードであるこ
とが好ましいが、代わりとして他の周知の固体光検出器
装置であってもよい。基板１５はガラスまたはセラミッ
ク材料で構成されることが好ましい。ケーブル２４は光
検出器で発生した電気信号を処理回路８０に伝達する。
【００１３】シンチレータ３０は光検出器アレイ２０に
隣接して位置決めされ、該光検出器アレイ２０に光学的
に結合されている。ここにおいて使用されている「光検
出器アレイ２０に光学的に結合する」ということは、シ
ンチレータからの光子が光検出器内に容易に通過するよ
うに２つのアレイを配列することを意味している。光学
的結合には図３に示すようにシンチレータエレメントと
光検出器との間に配設され、シンチレータから光検出器
への光子の効率的な伝達を高める別の光学結合層２５を
含むことができる。図１に示すように、シンチレータ３
０は複数の別々のシンチレータエレメント３２を有して
いるが、この複数の別々のシンチレータエレメント３２
は大きなブロックのシンチレータ材料を切断したり、ま
たは真空蒸着またはスパッタリングのような周知の方法
を使用して支柱構造に別々に成長または堆積して形成さ
れる。各シンチレータエレメントは第１の端面３４およ
びこの第１の端面に対向する第２の端面３６を有し、第
１の端面３４を通って入射ｘ線またはガンマ放射線７０
がシンチレータエレメントに入り、第２の端面３６を通
って光子が隣接する光検出器アレイ２０に通過する。更
に、各シンチレータエレメント３２は、シンチレータエ
レメントの各第１の端面および第２の端面の間に延在し
ている側壁３８を有している。ヨウ化セシウムはシンチ
レータ３０を形成するのに一般に使用される材料である
が、シンチレータは代わりとして他の知られているシン
チレータ材料で構成することもできる。
隣接して位置決めされ、該光検出器アレイ２０に光学的
に結合されている。ここにおいて使用されている「光検
出器アレイ２０に光学的に結合する」ということは、シ
ンチレータからの光子が光検出器内に容易に通過するよ
うに２つのアレイを配列することを意味している。光学
的結合には図３に示すようにシンチレータエレメントと
光検出器との間に配設され、シンチレータから光検出器
への光子の効率的な伝達を高める別の光学結合層２５を
含むことができる。図１に示すように、シンチレータ３
０は複数の別々のシンチレータエレメント３２を有して
いるが、この複数の別々のシンチレータエレメント３２
は大きなブロックのシンチレータ材料を切断したり、ま
たは真空蒸着またはスパッタリングのような周知の方法
を使用して支柱構造に別々に成長または堆積して形成さ
れる。各シンチレータエレメントは第１の端面３４およ
びこの第１の端面に対向する第２の端面３６を有し、第
１の端面３４を通って入射ｘ線またはガンマ放射線７０
がシンチレータエレメントに入り、第２の端面３６を通
って光子が隣接する光検出器アレイ２０に通過する。更
に、各シンチレータエレメント３２は、シンチレータエ
レメントの各第１の端面および第２の端面の間に延在し
ている側壁３８を有している。ヨウ化セシウムはシンチ
レータ３０を形成するのに一般に使用される材料である
が、シンチレータは代わりとして他の知られているシン
チレータ材料で構成することもできる。
【００１４】本発明の一実施例によると、図１に示すよ
うに、誘電体層４０はシンチレータエレメント３２の少
なくとも側壁３８の周りに延在しているが、更に第１の
端面３４の上にも延在することが有益である。シンチレ
ータの側壁および／または第１の端面に隣接している誘
電体層は、光子がシンチレータの側壁に当たった場合に
反射されて各シンチレータエレメントに戻される光子の
数を増大する。異なる屈折率を有する２つの隣接する物
質の場合、大きい屈折率を有する物質を伝播する光子は
小さな屈折率を有する物質との境界面における光子の入
射角が臨界角より小さいとき小さい屈折率を有する物質
との境界面から反射されることは知られていることであ
る。臨界角は２つの隣接する物質の屈折率によって決ま
るものである。
うに、誘電体層４０はシンチレータエレメント３２の少
なくとも側壁３８の周りに延在しているが、更に第１の
端面３４の上にも延在することが有益である。シンチレ
ータの側壁および／または第１の端面に隣接している誘
電体層は、光子がシンチレータの側壁に当たった場合に
反射されて各シンチレータエレメントに戻される光子の
数を増大する。異なる屈折率を有する２つの隣接する物
質の場合、大きい屈折率を有する物質を伝播する光子は
小さな屈折率を有する物質との境界面における光子の入
射角が臨界角より小さいとき小さい屈折率を有する物質
との境界面から反射されることは知られていることであ
る。臨界角は２つの隣接する物質の屈折率によって決ま
るものである。
【００１５】本発明においては、誘電体はシンチレータ
を構成する物質の屈折率よりも小さい屈折率を有するよ
うに選択される。誘電体がより小さい屈折率を有してい
る場合、より大きな臨界角（従って、多数の光子が境界
面から反射される可能性）が得られる。例えば、シンチ
レータ用に使用される通常の材料であるヨウ化セシウム
の屈折率は１．８であり、きれいな空気の屈折率は約
１．０である。シンチレータよりも小さな屈折率を持っ
ている場合には、ガス、液体または固体を含む他の誘電
体材料を代わりに使用することができる。誘電体層４０
は酸化シリコン、ポリイミド、パラリーン(paralene)お
よび氷晶石のような固体の誘電体で構成される。誘電体
層の厚さはシンチレータの発光特性の約半波長より小さ
くないことが有益である。例えば、ヨウ化セシウムは４
００ないし６００ｎｍの範囲の発光特性を有している。
従って、誘電体層４０は少なくとも２００ないし３００
ｎｍの厚さを有していることが好ましい。
を構成する物質の屈折率よりも小さい屈折率を有するよ
うに選択される。誘電体がより小さい屈折率を有してい
る場合、より大きな臨界角（従って、多数の光子が境界
面から反射される可能性）が得られる。例えば、シンチ
レータ用に使用される通常の材料であるヨウ化セシウム
の屈折率は１．８であり、きれいな空気の屈折率は約
１．０である。シンチレータよりも小さな屈折率を持っ
ている場合には、ガス、液体または固体を含む他の誘電
体材料を代わりに使用することができる。誘電体層４０
は酸化シリコン、ポリイミド、パラリーン(paralene)お
よび氷晶石のような固体の誘電体で構成される。誘電体
層の厚さはシンチレータの発光特性の約半波長より小さ
くないことが有益である。例えば、ヨウ化セシウムは４
００ないし６００ｎｍの範囲の発光特性を有している。
従って、誘電体層４０は少なくとも２００ないし３００
ｎｍの厚さを有していることが好ましい。
【００１６】光子を反射してシンチレータエレメント３
２に戻す誘電体層４０を使用することによりシンチレー
タの集光効率が増大し、撮像装置１０の性能が改良され
る。本発明の構造はシンチレータエレメントの側壁また
は第１の端面から逃げる光子の数を低減し、最終的に第
２の端面からシンチレータエレメントを出て光検出器ア
レイにあたる光子の数を増大する。
２に戻す誘電体層４０を使用することによりシンチレー
タの集光効率が増大し、撮像装置１０の性能が改良され
る。本発明の構造はシンチレータエレメントの側壁また
は第１の端面から逃げる光子の数を低減し、最終的に第
２の端面からシンチレータエレメントを出て光検出器ア
レイにあたる光子の数を増大する。
【００１７】光反射層５０が誘電体４０の周りに配設さ
れている。シンチレータエレメント３２と誘電体層４０
との間の境界面の臨界角よりも大きな角度で境界面に当
たる光子は誘電体層４０を通過して、光反射層５０に当
り、該光反射層５０で反射され、誘電体層４０を通って
戻り、シンチレータエレメント３２内に入る。光反射層
５０は好ましくは鏡面反射面を有し、銀、アルミニウ
ム、金のような比較的高い反射率を有する金属や多層誘
電体反射器で構成される。代わりとして、以下に詳細に
説明するような実施例においては、テフロン粉末のよう
な拡散面を有する反射材料を、図１に示すように平坦で
あるかまたは図２に示すようにドーム形状である第１の
端面３４を覆う光反射層５０の部分に使用することがで
きる。
れている。シンチレータエレメント３２と誘電体層４０
との間の境界面の臨界角よりも大きな角度で境界面に当
たる光子は誘電体層４０を通過して、光反射層５０に当
り、該光反射層５０で反射され、誘電体層４０を通って
戻り、シンチレータエレメント３２内に入る。光反射層
５０は好ましくは鏡面反射面を有し、銀、アルミニウ
ム、金のような比較的高い反射率を有する金属や多層誘
電体反射器で構成される。代わりとして、以下に詳細に
説明するような実施例においては、テフロン粉末のよう
な拡散面を有する反射材料を、図１に示すように平坦で
あるかまたは図２に示すようにドーム形状である第１の
端面３４を覆う光反射層５０の部分に使用することがで
きる。
【００１８】光反射層５０は誘電体が固体である場合、
誘電体層４０上に直接配設される。代わりに、光反射層
５０はすきま壁部材６０または撮像器アレイの同様な構
造上の構成要素の上に配設することができる。本発明に
おいては、すきま壁部材６０は好ましいことにはシンチ
レータエレメント３２の側壁３８の周りに配設され、誘
電体層４０および光反射層５０がすきま壁部材とシンチ
レータエレメントの側壁との間に配設されるように位置
決めされることが好ましい。シンチレータアレイ３２の
一部の平面図である図２に示されているように、すきま
壁部材６０は互いに接合されて、マトリックスを形成す
るとともに、隣接するシンチレータエレメントを互いに
分離している。すきま壁部材６０は一般にタングステ
ン、モリブデン、タンタル、ウラニウム、コバルトまた
はニッケルのような材料で構成される。すきま壁部材を
有する装置においては、光反射層５０が壁部材６０の上
に配設されることが好ましく、ガスまたは液体の誘電体
層４０が光反射層５０とシンチレータエレメントの側壁
３８との間の空間に配設される。一例として、制限する
ものではないが、光反射層５０はすきま壁部材６０によ
って全体的にまたは部分的に支持される材料層としてシ
ンチレータエレメントの第１の端面３４の上に配設する
ことができる。
誘電体層４０上に直接配設される。代わりに、光反射層
５０はすきま壁部材６０または撮像器アレイの同様な構
造上の構成要素の上に配設することができる。本発明に
おいては、すきま壁部材６０は好ましいことにはシンチ
レータエレメント３２の側壁３８の周りに配設され、誘
電体層４０および光反射層５０がすきま壁部材とシンチ
レータエレメントの側壁との間に配設されるように位置
決めされることが好ましい。シンチレータアレイ３２の
一部の平面図である図２に示されているように、すきま
壁部材６０は互いに接合されて、マトリックスを形成す
るとともに、隣接するシンチレータエレメントを互いに
分離している。すきま壁部材６０は一般にタングステ
ン、モリブデン、タンタル、ウラニウム、コバルトまた
はニッケルのような材料で構成される。すきま壁部材を
有する装置においては、光反射層５０が壁部材６０の上
に配設されることが好ましく、ガスまたは液体の誘電体
層４０が光反射層５０とシンチレータエレメントの側壁
３８との間の空間に配設される。一例として、制限する
ものではないが、光反射層５０はすきま壁部材６０によ
って全体的にまたは部分的に支持される材料層としてシ
ンチレータエレメントの第１の端面３４の上に配設する
ことができる。
【００１９】シンチレータの光収集効率は図３に示すよ
うにほぼドーム３５、すなわち半球の形を有するシンチ
レータエレメントの第１の端面３４によって本発明によ
り改良されている。ドーム３５はシンチレータエレメン
ト３２のほぼ平行６面体の構造から突出している。ドー
ム３５はほぼ連続した曲面を有し、この曲面上には誘電
体層４０および／または光反射層５０が配設され、第１
の端面３４の内部から反射された光子はシンチレータエ
レメントの第２の面３６に直接または間接的に当たる経
路に沿ってシンチレータエレメント３２内に戻るように
なっている。ドームの半径はシンチレータエレメント３
２の幅の約２ないし５倍である。ドームは縁部が中心部
よりも迅速にエッチングされるようにシンチレータエレ
メント３２を形成する柱状部材の上側部分にエッチング
剤を選択的に適用することにより容易に形成され、この
結果湾曲したドーム状の面３５が形成される。ガスの誘
電体層４０が側壁３８の周りの延在している場合のよう
な本発明のいくつかの実施例においては、誘電体層およ
び光反射層の両方をドーム３５の上に設けることが困難
である。このような構造では、ドーム３５の周りに配設
される光反射層４０の部分をドームの外側面上に直接堆
積してもよく、上述したような鏡面反射面を有する材
料、またはテフロン粉末のような拡散面を有する材料で
形成してもよい。
うにほぼドーム３５、すなわち半球の形を有するシンチ
レータエレメントの第１の端面３４によって本発明によ
り改良されている。ドーム３５はシンチレータエレメン
ト３２のほぼ平行６面体の構造から突出している。ドー
ム３５はほぼ連続した曲面を有し、この曲面上には誘電
体層４０および／または光反射層５０が配設され、第１
の端面３４の内部から反射された光子はシンチレータエ
レメントの第２の面３６に直接または間接的に当たる経
路に沿ってシンチレータエレメント３２内に戻るように
なっている。ドームの半径はシンチレータエレメント３
２の幅の約２ないし５倍である。ドームは縁部が中心部
よりも迅速にエッチングされるようにシンチレータエレ
メント３２を形成する柱状部材の上側部分にエッチング
剤を選択的に適用することにより容易に形成され、この
結果湾曲したドーム状の面３５が形成される。ガスの誘
電体層４０が側壁３８の周りの延在している場合のよう
な本発明のいくつかの実施例においては、誘電体層およ
び光反射層の両方をドーム３５の上に設けることが困難
である。このような構造では、ドーム３５の周りに配設
される光反射層４０の部分をドームの外側面上に直接堆
積してもよく、上述したような鏡面反射面を有する材
料、またはテフロン粉末のような拡散面を有する材料で
形成してもよい。
【００２０】また、シンチレータの光収集効率は、シン
チレータエレメントの第２の面３６にリップルすなわち
波形起伏３７を形成することによっても改良される。こ
の波形起伏の形状はシンチレータ内からシンチレータの
第２の端面３６にあたる光子がこの第２の端面３６を最
適に透過するように選択される。すなわち、この第２の
端面３６に当たる光子の内部反射はこの第２の端面３６
が平らである場合よりも低減する。そして、シンチレー
タエレメント３２の第２の端面３６は各隣接する対のく
ぼみ３７ａと隆起３７ｂよりなる曲面から形成される。
曲面上の任意の２つの点にあたったほぼ平行に入射した
光子の反射経路の間の最大角度がπ／６０ラジアンの値
を有する場合に第２の面３６を通る入射光子の最適透過
が得られるということが観察された。実際、端面を曲面
にしたことにより光子がシンチレータエレメント内に
「トラップ状態」になる可能性をなくす。すなわち、光
子が吸収されるまで、連続して内部反射されることが起
らないようにする。第２の端面３６にあたって反射され
る光子は再び内部反射される角度で該端面に再び当たる
可能性は少ない。曲面は第２の端面３６を研磨すること
によって、または好ましくはエッチングすることによっ
て形成される。波形起伏３７を有するシンチレータエレ
メント３２は、シンチレータエレメント３２の曲面と同
じ形状になっている光結合媒体２５を介して光検出器ア
レイ２０に光学的に結合されている。このような光結合
媒体の例が１９９０年１０月１日に出願の米国特許出願
第０７／５９０，８４６号に開示されている。
チレータエレメントの第２の面３６にリップルすなわち
波形起伏３７を形成することによっても改良される。こ
の波形起伏の形状はシンチレータ内からシンチレータの
第２の端面３６にあたる光子がこの第２の端面３６を最
適に透過するように選択される。すなわち、この第２の
端面３６に当たる光子の内部反射はこの第２の端面３６
が平らである場合よりも低減する。そして、シンチレー
タエレメント３２の第２の端面３６は各隣接する対のく
ぼみ３７ａと隆起３７ｂよりなる曲面から形成される。
曲面上の任意の２つの点にあたったほぼ平行に入射した
光子の反射経路の間の最大角度がπ／６０ラジアンの値
を有する場合に第２の面３６を通る入射光子の最適透過
が得られるということが観察された。実際、端面を曲面
にしたことにより光子がシンチレータエレメント内に
「トラップ状態」になる可能性をなくす。すなわち、光
子が吸収されるまで、連続して内部反射されることが起
らないようにする。第２の端面３６にあたって反射され
る光子は再び内部反射される角度で該端面に再び当たる
可能性は少ない。曲面は第２の端面３６を研磨すること
によって、または好ましくはエッチングすることによっ
て形成される。波形起伏３７を有するシンチレータエレ
メント３２は、シンチレータエレメント３２の曲面と同
じ形状になっている光結合媒体２５を介して光検出器ア
レイ２０に光学的に結合されている。このような光結合
媒体の例が１９９０年１０月１日に出願の米国特許出願
第０７／５９０，８４６号に開示されている。
【００２１】本発明の好ましい特徴のみについて説明し
記載したが、本技術分野に専門知識を有する者にとって
は多くの変更および変形を行うことができるであろう。
従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神内に入るこ
のような全ての変更および変形をカバーするものである
ことを理解されたい。
記載したが、本技術分野に専門知識を有する者にとって
は多くの変更および変形を行うことができるであろう。
従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神内に入るこ
のような全ての変更および変形をカバーするものである
ことを理解されたい。
【図１】本発明の一実施例によって構成される装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施例によって構成される
シンチレータアレイの一部を示す平面図である。
シンチレータアレイの一部を示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施例によって構成されるシンチ
レータエレメントの部分断面図である。
レータエレメントの部分断面図である。
１５ 基板 ２０ 光検出器アレイ ２２ 光検出器 ３０ シンチレータアレイ ３２ シンチレータエレメント ３４ 第１の端面 ３６ 第２の端面 ４０ 誘電体層 ５０ 光反射層 ８０ 処理回路 ９０ 表示分析装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−76466（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−118485（ＪＰ，Ａ)
Claims (20)
- 【請求項１】 光検出器のアレイと、シンチレータアレ
イを構成するように配列された複数のシンチレータエレ
メントであって、該シンチレータエレメントの各々は入
射放射線を受けるドーム形状の第１の端面および前記光
検出器アレイに光学的に結合された第２の端面を有し、
更に前記シンチレータエレメントの各々は前記第１およ
び第２の端面の間に延在している側壁を有している前記
複数のシンチレータエレメントと、 前記シンチレータエレメントの各々の少なくとも前記側
壁の周りに延在した、 前記シンチレータエレメントの屈折率よりも小さい屈折
率を有する誘電体層と、前記誘電体層の周りに配設され
た光反射層と、 を有する放射線撮像装置。 - 【請求項２】 前記誘電体層は、前記シンチレータエレ
メントの前記第１の端面の上まで延在している請求項１
記載の装置。 - 【請求項３】 前記ドーム形状の端面の半径は前記シン
チレータエレメントの幅の約２倍と５倍の間である請求
項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記誘電体層はガスである請求項１記載
の装置。 - 【請求項５】 前記誘電体層は液体である請求項１記載
の装置。 - 【請求項６】 前記誘電体層は固体である請求項１記載
の装置。 - 【請求項７】 前記誘電体層は酸化シリコン、ポリイミ
ド、パラリーンおよび氷晶石からなるグループの中から
選ばれたもので構成されている請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記小さい屈折率の誘電体層の厚さは前
記シンチレータエレメントから放出される固有の光の半
波長より小さくない請求項１記載の装置。 - 【請求項９】 前記光反射層は反射面を有する材料で構
成されている請求項１記載の装置。 - 【請求項１０】 前記光反射層はアルミニウム層、銀
層、金層、または複数の誘電体層からなる反射部材で構
成されている請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 前記シンチレータエレメントの前記第
２の端面の各々は波形起伏形状であり、該波形起伏形状
は前記シンチレータエレメント内から前記第２の面にあ
たる光子の内部反射を最小にするように選択されている
請求項１記載の装置。 - 【請求項１２】 前記波形起伏形状の前記第２の端面は
各隣接する対のくぼみと隆起とよりなる曲面で形成され
ている請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 各シンチレータエレメントの前記第２
の端面の前記曲面は、該曲面上の任意の２つの点にほぼ
平行な経路で入射する光子の反射された経路の間の最大
角度がπ／６０ラジアンであるように形成される請求項
１２記載の装置。 - 【請求項１４】 前記シンチレータエレメントはヨウ化
セシウムよりなる請求項１記載の装置。 - 【請求項１５】 光検出器のアレイと、 シンチレータアレイを構成するように配列された複数の
シンチレータエレメントであって、該シンチレータエレ
メントの各々は入射放射線を受ける第１の端面および前
記光検出器のアレイに光学的に結合された第２の端面を
有し、前記シンチレータエレメントの各々は更に前記第
１および第２の端面の間に延在している側壁を有してい
る前記複数のシンチレータエレメントとを有し、 前記シンチレータのアレイは光結合媒体を介して前記光
検出器のアレイに光学的に結合され、 前記シンチレータエレメントの前記第１の端面はほぼド
ーム形状であり、前記第２の端面は曲面からなり、前記
シンチレータエレメント内から前記第２の面にあたる前
記光子の前記光検出器アレイへの通路を最適化するよう
に波形形状を有しており、 さらに、前記シンチレータエレメントの各々の少なくと
も前記側壁の周りに延在した、前記シンチレータエレメ
ントの屈折率よりも小さな屈折率を有する誘電体層と、 互いに接続され、前記シンチレータエレメントの各々の
側壁の周りに配設された複数の隙間壁部材であって、該
壁部材は前記誘電体層が該壁部材の各々と前記シンチレ
ータエレメントの側壁の各々との間に配設されるように
位置決めされている前記複数の隙間壁部材と、 前記隙間壁部材の表面上に配設されるとともに、前記誘
電体層に隣接し、更に前記ドーム形状のシンチレータの
第１の端面の上に配設されている光反射層と、 前記光検出器のアレイから発生する信号を受信するよう
に接続された処理回路と、 前記処理回路に接続され、該処理回路に応答し、前記光
検出器のアレイによって検出された放射線に応じて画像
を表示する表示および分析装置と、 を有する放射線撮像装置。 - 【請求項１６】 前記誘電体層は空気である請求項１５
記載の装置。 - 【請求項１７】 前記誘電体層は酸化シリコン、ポリイ
ミド、パラリーンおよび氷晶石からなるグループの中か
ら選ばれたもので構成されている請求項１５記載の装
置。 - 【請求項１８】 前記光反射層はアルミニウム層、銀
層、金層、または複数の誘電体層からなる反射部材で構
成されている請求項１５記載の装置。 - 【請求項１９】 前記シンチレータエレメントはヨウ化
セシウムで構成されている請求項１５記載の装置。 - 【請求項２０】 前記隙間壁部材はタングステン、モリ
ブデン、タンタル、ウラニウム、コバルトおよびニッケ
ルからなるグループの中から選ばれた材料で構成されて
いる請求項１５記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US764291 | 1991-09-23 | ||
| US07/764,291 US5208460A (en) | 1991-09-23 | 1991-09-23 | Photodetector scintillator radiation imager having high efficiency light collection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203755A JPH05203755A (ja) | 1993-08-10 |
| JP2572511B2 true JP2572511B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=25070276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4250344A Expired - Lifetime JP2572511B2 (ja) | 1991-09-23 | 1992-09-21 | 光収集効率を高めた光検出器シンチレータ放射線撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5208460A (ja) |
| EP (1) | EP0534683B1 (ja) |
| JP (1) | JP2572511B2 (ja) |
| DE (1) | DE69216739D1 (ja) |
Cited By (1)
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