JP3415704B2 - 放射線検出器 - Google Patents

放射線検出器

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務 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、X線CT装置のX線
検出器として使用するのに好適な、放射線検出器の改良
に関する。
【0002】
【従来の技術】放射線検出器は、通常、X線を蛍光体で
光に変換し、この光を電気エネルギーに変換するという
構成をとる。この場合、光電変換素子としては、光電子
増倍管やフォトダイオードが使用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光電変
換素子として光電子増倍管を使用する場合は、光電子増
倍管をあまり小さいサイズに作ることができないため、
結果的に十分な位置分解能が得られないという問題があ
った。フォトダイオードを使用する場合、一般に、微弱
なX線に対して出力信号が小さいので、後段の電気的信
号増幅器を含めて、この出力信号をよほど上手に取り扱
わないと、十分なS/N比が得られない、という欠点が
ある。そのため、特殊な構成としない限りは、フォトダ
イオードでは、入射X線のエネルギーを測定することは
到底望めない。
【0004】この発明は、上記に鑑み、微弱なX線に対
して大きな出力信号が得られ、かつ位置分解能も高める
ことが可能で、これによって出力信号の十分なS/N比
を得て、入射X線のエネルギーを高い位置分解能で測定
することを可能とする、放射線検出器を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1記載の発明による放射線検出器において
は、放射線を光に変換する、実質的に分割された蛍光体
と、該蛍光体の放射線入射側とは反対側の面に配置され
た透明ガラスシートと、該透明ガラスシートの放射線入
射側とは反対側の面に形成された透明電極と、該透明電
極の上に形成されたアバランシェ増倍膜と、該増倍膜の
他の面に、上記の蛍光体の分割に対応して分割形成され
た電極とを備えることが特徴となっている。
【0006】請求項2に記載のように、上記透明ガラス
シートの代わりに、FOP(ファイバオプティカルプレ
ート)を用いてもよい。
【0007】
【作用】放射線は、まず蛍光体によって光に変換され、
この光が透明ガラスシートまたはFOPおよび透明電極
を通ってアバランシェ増倍膜に入る。すると、このアバ
ランシェ増倍膜では、電荷(電子・正孔対)が発生す
る。この透明電極と他の面に設けられた電極との間に高
電圧を印加して、この膜内で強電界を生じさせておくこ
とにより、アバランシェ現象が生じて電荷がなだれ(ア
バランシェ)的に増加する。このようなアバランシェ増
倍により電荷が1000倍程度に増幅されたことにな
り、大きな信号が得られる。この電荷増倍現象は、後段
の電気的な増幅回路での増幅に比較して、非常に低雑音
のものとなっている。そのため、雑音の少ない、大き
な、つまりS/N比の大きな信号が得られる。蛍光体は
分割され、かつその分割に対応してアバランシェ増幅膜
の他の面に形成する電極も分割されているので、分割さ
れた蛍光体のそれぞれの位置ごとに入射放射線の検出が
可能となり、位置分解能を高めることができる。分割さ
れた蛍光体の裏面に配置された透明ガラスシートまたは
FOPの上に透明電極およびアバランシェ増幅膜が形成
されるので、蛍光体裏面における凹凸の存在が許容さ
れ、分割された蛍光体を用いる場合に製造が容易にな
る。透明ガラスシートまたはFOPに表面平滑度の高い
ものを使用すれば足りるからである。すなわち、この透
明電極は、他の電極との間に高電圧を印加することから
平滑なものでないとスパークなどを生じるので、平滑な
面上に形成して平滑度を高める必要があるが、一方で蛍
光体を分割する場合には蛍光体の面を平滑にすることが
難しくなる。透明ガラスシートまたはFOPを用いるこ
とにより、これらの面上に透明電極を形成することがで
きるため、蛍光体の面の平滑度を高めなくてもよくな
り、製造が容易になる。
【0008】FOPを用いる場合には、FOPに入射し
た光は面方向に拡散することがないので、厚くしても光
が拡散せず、位置分解能が劣化しないため、FOPを厚
くして機械的強度を高めることができる。
【0009】
【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。図1に示すよう
に、この発明にかかる放射線検出器10は、シンチレー
タ11と、その裏面(X線入射側とは反対側の面)に形
成された透明電極13、アバランシェ増倍膜14、およ
び電極15とを備える。シンチレータ11は、潮解性が
ない、たとえばCdWO4やGd22Sなどの蛍光体に
より一体物として形成されているが、表面(X線入射側
の面)に多数のスリットが設けられてそのスリットにX
線および光を遮蔽する遮蔽板12が差し込まれていて、
実質的には多数の短冊状のシンチレータ11を並べたシ
ンチレータアレイと見ることができるようなものとなっ
ている。このシンチレータ11はサイズ的には、たとえ
ば厚さ(X線入射方向の厚さ)1〜2mmで、その配列
ピッチつまり遮蔽板12の配列間隔1〜2mm程度とす
ることができる。
【0010】シンチレータ11の裏面には上記の通り透
明電極13とその上のアバランシェ増倍膜14等を形成
するために、研磨されて凹凸が0.1μm以下に抑えら
れるほどの平滑度とされている。透明電極13はそのよ
うな研磨面に一面にたとえばITOを付着させたもので
ある。アバランシェ増倍膜14は、いわゆるハープ(H
ARP)膜であり、アモルファスセレンなどをたとえば
厚さ25μmに蒸着したものである。このアバランシェ
増倍膜14上の電極15はアルミニウムなどからなり、
シンチレータ11の実質的な配列ピッチに対応して分割
形成されている。
【0011】これら分割電極15の各々には、それぞれ
ゲート17を介して信号増幅回路18が接続されてい
る。この信号増幅回路18から得られる出力は、データ
収集回路等に送られる。他方、透明電極13には電源1
6が接続されて、プラスの高電圧(たとえば2500ボ
ルト程度)が印加されている。これにより、電極13、
15に挟まれたアバランシェ増倍膜14内には、アバラ
ンシェ増倍が起こるほどに強い電界が形成される。
【0012】シンチレータ11にX線が入射すると吸収
されて光子が励起され、その光子が透明電極13を通っ
てアバランシェ増倍膜14に入る。このアバランシェ増
倍膜14は、上記の通りアモルファスセレン膜などから
なり、光子の入射によって電荷(電子・正孔対)を生じ
る。この膜14内には、電極13、15によって上記の
通りの強電界が形成されているため、アバランシェ増倍
現象が生じて電荷が1000倍程度に増倍される。この
アバランシェ増倍現象による信号増幅作用は非常に低雑
音で行なわれる。したがって、信号増幅回路18より得
られる検出信号は、同一強度の入射X線に対して同じ大
きさの信号を得ようとしたとき、フォトダイオードを使
用する場合に比較して、雑音が少なくてS/N比の良好
な信号となる。
【0013】ゲート17は、分割された電極15の各々
から信号を順次取り出すためのものである。つまり、実
質的に分割されたシンチレータ11のそれぞれの位置ご
とに入射X線の検出が可能である。このシンチレータ1
1および電極15の分割ピッチは非常に細かいものとす
ることが可能であるから、位置分解能を高めることは容
易である。
【0014】ここで、シンチレータ11の裏面を研磨し
て平滑なものとしたのは、電極13、15間に高電圧を
印加してアバランシェ増倍膜14内に強電界を発生させ
ることから、平滑なものでないと、局所的に高電界とな
る部分が生じ、その部分でスパークなどを起こし、破壊
するおそれがあるからである。
【0015】そこで、図2のように、表面平滑度の高い
透明ガラスシート21をシンチレータ11の裏面に配置
した上で、そのガラスシート21の表面に透明電極13
やアバランシェ増倍膜14等を形成することとすれば、
シンチレータ11の裏面における微妙な凹凸の存在を許
容できるようになる。
【0016】さらにガラスシート21の代わりに図3の
ように、FOP(ファイバオプティカルプレート)22
を用いてもよい。このFOP22は、光ファイバを多数
並べて接合し、横断したようなもので、厚さ方向(表面
から裏面への方向)に光ファイバの各々が向いている。
そのため、このFOP22に入射した光は面方向に拡散
することがないので、単なるガラスシート21のように
厚くすると光の拡散により位置分解能が劣化する、とい
う問題なしに厚くすることが可能である。そのため、厚
くして機械的強度を高めることができる。
【0017】このようにガラスシート21やFOP22
をシンチレータ11と透明電極13との間に介在させる
ことにより、シンチレータ11の裏面の平滑度は要求さ
れることがなくなるため、図1のようにシンチレータ1
1を一体物とする必要がなくなり、図2や図3で示すよ
うに個別の短冊状シンチレータ11を遮蔽板12を間に
挟みながら配列させたシンチレータアレイを用いること
ができる。
【0018】このような放射線検出器10は湾曲させて
形成することが困難であるため、X線CT装置のX線検
出器として用いる場合は、図4に示すように多数の直線
状の放射線検出器10を少しずつ角度を変えて円弧上に
並べることにより、弧状の検出器とすることができる。
通常のX線CT装置の検出器は1000チャンネル程度
のエレメント構成とするので、30〜50個のシンチレ
ータ11を配列した放射線検出器10を20〜40個程
度図4のように並べれば実現できる。
【0019】なお、上の記述はすべて一つの実施例につ
いてのものであり、材料、サイズ、個数などは他のもの
とすることが可能である。また、具体的な構成について
も種々に変形可能である。
【0020】
【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の放射線検出器によれば、光電変換素子としてア
バランシェ増倍膜を使用しているため、フォトダイオー
ドを使用した場合と同程度の位置分解能を実現しつつ、
同一強度の入射放射線に対する出力信号として、非常に
S/N比の良好なものを得ることができる。これにより
入射X線のエネルギーを、高いエネルギー分解能で測定
することも可能となる。そのため、X線CT装置の検出
器として使用するなら、非常にS/N比の高い、優れた
画質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す模式的な斜視図。
【図2】他の実施例の要部を示す模式的な斜視図。
【図3】さらに別の実施例の要部を示す模式的な斜視
図。
【図4】X線CT装置の弧状検出器として構成する場合
の模式図。
【符号の説明】
10 放射線検出器 11 シンチレータ 12 遮蔽板 13 透明電極 14 アバランシェ増倍膜 15 電極 16 電源 17 ゲート 18 信号増幅回路 21 ガラスシート 22 FOP
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 淳一 京都府京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会社島津製作所三条工場内 (72)発明者 加藤 務 東京都世田谷区砧1−10−11日本放送協 会放送技術研究所内 (72)発明者 鈴木 四郎 東京都世田谷区砧1−10−11日本放送協 会放送技術研究所内 (72)発明者 谷岡 健吉 東京都世田谷区砧1−10−11日本放送協 会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平7−63859(JP,A) 特開 平6−290714(JP,A) 特開 平6−103938(JP,A) 特開 平5−136451(JP,A) 特開 平7−169932(JP,A) 特開 平7−84055(JP,A) 特開 平2−15681(JP,A) 特開 平4−273087(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 1/20 H01L 31/09

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射線を光に変換する、実質的に分割さ
    れた蛍光体と、該蛍光体の放射線入射側とは反対側の面
    に配置された透明ガラスシートと、該透明ガラスシート
    の放射線入射側とは反対側の面に形成された透明電極
    と、該透明電極の上に形成されたアバランシェ増倍膜
    と、該増倍膜の他の面に、上記の蛍光体の分割に対応し
    て分割形成された電極とを有することを特徴とする放射
    線検出器。
  2. 【請求項2】 放射線を光に変換する、実質的に分割さ
    れた蛍光体と、該蛍光体の放射線入射側とは反対側の面
    に配置されたファイバオプティカルプレートと、該ファ
    イバオプティカルプレートの放射線入射側とは反対側の
    面に形成された透明電極と、該透明電極の上に形成され
    たアバランシェ増倍膜と、該増倍膜の他の面に、上記の
    蛍光体の分割に対応して分割形成された電極とを有する
    ことを特徴とする放射線検出器。
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JPWO2007113898A1 (ja) * 2006-04-04 2009-08-13 株式会社島津製作所 放射線検出器
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