JP6613827B2 - ガス増幅を用いた放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

ガス増幅を利用した放射線検出器として、従来、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の表面にストリップ状陰極電極が形成されるとともに、裏面に陽極ストリップが形成され、ストリップ状陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、開口部の中心には裏面の陽極ストリップと接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。

なお、放射線検出器は、例えばＡｒとエタンとの混合ガス中に配置される。また、前記ピクセル電極と前記ストリップ状陰極電極との間には所定の電圧が印加されている。

上記放射線検出器においては、所定の放射線が前記検出器内に入射すると、前記ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ状陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された高電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態（形状異方性）に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、前記電子雪崩増幅によって生じた正イオンは、周囲の前記ストリップ状陰極電極に向けてドリフトする。

この結果、対象となる前記ストリップ状陰極電極及び前記ピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。この電荷が生成された前記ストリップ状陰極電極及び前記ピクセル電極の位置を検出することによって、前記放射線の前記検出器における入射位置を特定することができ、前記放射線の検出が可能となる（特許文献１）。

特開２００２−６０４７号

しかしながら、上述した放射線検出器は、現在の製造技術において、歩留まりを考慮した場合、最大で１０ｃｍ〜３０ｃｍ角の大きさのものしか製造することができない。したがって、大型の用途、例えば、人体のＸ線撮影等に関するＸ線検出に際して要求されるような４０ｃｍ角以上の大きさの放射線検出器は、未だ歩留まりよく製造することが困難であって、たとえ製造できたとしても製造コストが増大し、実用可能な大型の放射線検出器は未だ十分に提供することができない。

本発明は、大型であって新規な構成の放射線検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、それぞれが円形状の複数の開口部を有するストリップ状の複数の第１の電極層と、
前記絶縁部材の前記第１の面と反対側に位置する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通し、前記複数の第１の電極層の前記複数の開口部それぞれの中心部に先端が露出してなる凸状部を有するストリップ状の複数の第２の電極層と、
前記複数の第１の電極層の少なくとも一部と電気的に接続され、前記絶縁部材を貫通し、当該絶縁部材の前記第２の面において、前記複数の第２の電極層と電気的に非接触の状態で露出した導電性部材と、
を具えることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

本発明の放射線検出器によれば、絶縁部材の第１の面上に、それぞれが円形状の複数の開口部を有するストリップ状の複数の第１の電極層を形成するとともに、絶縁部材の前記第１の面と反対側に位置する第２の面上に、絶縁部材を貫通し、前記複数の第１の電極層の前記複数の開口部それぞれの中心部に先端が露出してなる凸状部を有するストリップ状の複数の第２の電極層を形成するようにしている。また、複数の第１の電極部の少なくとも一部と電気的に接続され、絶縁部材を貫通した当該絶縁部材の第２の面に、複数の第２の電極層間で、これら複数の第２の電極層と電気的に非接触の状態で露出するようにして導電性部材を形成するようにしている。

したがって、本発明の放射線検出器では、第１の電極層の電気的接続を、上記導電性部材を介した絶縁部材の第２の面、すなわち第１の面を主面とした場合の裏面側で取ることができるようになる。この結果、導電性部材の、裏面側に露出した端面にパッド等を介して電極端子を形成し、第２の電極層の任意の箇所で電極端子を形成することにより、第１の電極層及び第２の電極層の電気的接続を、当該放射線検出器の、第１の電極層及び第２の電極層の凸状部（ピクセル電極）で画定される検出面側と反対側に位置する裏面側で取ることができるようになる。

このため、検出面側に放射線検出に関与しない導体部分が存在しないので、検出面側において電場が不安定になるのを防止した状態で、当該放射線検出器を、上述した電極端子を介してマザーボード等の上に実装することができるようになる。結果として、マザーボード上に複数の放射線検出器を隣接して実装すれば、検出感度に優れた大型の放射線検出器（放射線検出器アレイ）を製造することができる。

放射線検出器アレイにおいては、当該放射線検出器アレイを構成する複数の放射線検出器の一つが電圧印加等により破損したような場合においても、当該一つの放射線検出器のみを交換すれば足りる。したがって、放射線検出器アレイの使用上のコストを低減することができる。

なお、複数の放射線検出器から放射線検出器アレイを構成する場合、これら複数の放射線検出器をマザーボードに実装するに際しては、ワイヤーボンディング等よりも、ＰＧＡ，ＬＧＡ，ＢＧＡ等によって実装することが好ましい。これは、ワイヤーボンディング等の場合、破損した放射線検出器を交換する際に、ワイヤーの切断及び接続等の工程が必要となり、当該放射線検出器の交換が煩雑になるためである。

また、本発明における“開口部の中心部”とは、当該開口部内で、当該開口部の中心を含む任意の領域を意味するものである。例えば、開口部が円形の場合に、当該開口部内であって、当該開口部の中心を含む円形の領域を意味するものである。

本発明の一例においては、導電性部材は、ビア形状の導電性部材とすることができる。これによれば、放射線検出器を構成する絶縁部材中に貫通孔を形成するのみで、上記導電性部材を簡易に形成することができる。

また、本発明の一例において、導電性部材は、複数の第１の電極層及び複数の第２の電極層で画定される検出領域内に位置するようにすることができる。この場合、導電性部材を配設するために、放射線検出器内に当該導電性部材配設用の領域を設ける必要がないので、放射線検出器の大きさを不必要に大型化することがない。

さらに、本発明の一例において、導電性部材は、第１の電極層における複数の開口部の内の近接した４つの開口部で画定される領域の中心部に位置するようにして、当該第１の電極層と電気的に接続するようにできる。この場合、当該導電性部材は、第１の電極層の開口部及び当該開口部に露出する第２の電極層の凸状部から最も離隔して配設されるようになるので、上記導電性部材による検出面側の電場への影響を最も抑制することができる。したがって、検出感度にさらに優れた大型の放射線検出器（放射線検出器アレイ）を製造することができる。

以上説明したように、本発明によれば、大型であって新規な構成の放射線検出器を提供することができる。

実施形態の放射線検出器における概略構成を示す透過斜視図である。 図１に示す放射線検出器の裏面図である。 実施形態における放射線検出器アレイの概略構成を示す斜視図である。 実施形態における放射線検出器アレイの概略構成を示す斜視図である。 実施形態の放射線検出器における概略構成を示す透過斜視図である。 図５に示す放射線検出器の裏面図である。 実施形態の放射線検出器における裏面図である。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の放射線検出器における概略構成を示す透過斜視図であり、図２は、図１に示す放射線検出器の裏面図である。

図１に示すように、本実施形態の放射線検出器（ピクセル型放射線検出器）１０は、検出パネル１１と、この検出パネル１１の上方において相対向するようにして設けられた電極板１２とを含んでいる。

図１に示すように、検出パネル１１は、絶縁部材１１１の主面１１１Ａ上に形成された、円形状の複数の開口部１１２Ａを有するストリップ状の複数の第１の電極層１１２と、絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ上に形成されたストリップ状の複数の第２の電極層１１３とを含んでいる。第２の電極層１１３は、絶縁部材１１１を貫通し、第１の電極層１１２の開口部１１２Ａの中心部に先端が露出してなる凸状部１１４を有する。なお、凸状部１１４はピクセル電極を構成する。

また、第２の電極層１１３は、第１の電極層１１２の配列方向と略垂直となるような方向に配列されているが、第１の電極層１１２と平行でなければ、いずれの方向に配列されていてもよい。

図１に示すピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１では、簡略化して、第１の電極層１１２において合計８個の開口部１１２Ａが形成され、４個づつ２列に配列されるとともに、各開口部１１２Ａ内に上記凸状部１１４の先端が露出し、これによって合計８個の検出電極が形成されるようにしている。しかしながら、検出電極の数及び配列方法（第１の電極層１１２及び第２の電極層１１３の数、並びに開口部１１２Ａ及び凸状部１１４の数及び配列方法）は、必要に応じて任意に設定することができる。

また、図１に示すピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の絶縁部材１１１中には、必要に応じて内部配線層やコア基板等を含ませることができる。また、第２の電極層１１３の下にも必要に応じて内部配線層を含むコア基板を配置することができる。

本実施形態では、第１の電極層１１２において、ビア形状の導電性部材１１７が電気的に接触するようにして垂設され、絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側において、第２の電極層１１３間に、これら電極層１１３と電気的に接触することなく露出するようにしている。

なお、導電性部材１１７は、絶縁部材１１１の裏面に直接露出してもよいが、第２の電極層１１３と同一の平面レベルで配設されたパッドを介して露出してもよい。この場合は、当該パッドも導電性部材１１７の一部を構成することになる。

したがって、図１及び図２に示すように、本実施形態のピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１では、第１の電極層１１２の電気的接続を、導電性部材１１７を介して絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側で取ることができるようになる。

この結果、導電性部材１１７の、絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側に露出した端面１１７Ａにパッド等を介して電極端子（図示せず）を形成し、かつ当初より絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側に配設されている第２の電極層１１３の任意の箇所で電極端子（図示せず）を形成することにより、第１の電極層１１２及び第２の電極層１１３の電気的接続を、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の第１の電極層１１２及び第２の電極層１１３の凸状部１１４（ピクセル電極）で画定される検出面側と反対側に位置する裏面側で取ることができるようになる。

このため、検出面側に放射線検出に関与しない導体部分が存在しないので、検出面側において電場が不安定になるのを防止した状態で、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１を、図示しない電極端子を介してマザーボード等の上に実装することができるようになる。結果として、マザーボード上に複数のピクセル型放射線検出器１０を隣接して実装すれば、検出感度に優れた大型の放射線検出器（放射線検出器アレイ）を製造することができる。

なお、本実施形態では、導電性部材１１７の数を２つに設定しているが、必要に応じて任意の数に設定することができる。

また、第１の電極層１１２に電気的に接触するようにして垂設された導電性部材１１７は、上述した作用効果を奏するためには導電性の材料から構成されることが必要である。

第１の電極層１１２、第２の電極層１１３及び導電性部材１１７は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム等の導電性部材から構成することができる。また、絶縁部材１１１は、熱硬化性樹脂のフィルムあるいはシートから構成することができる。

また、本実施形態では、第１の電極層１１２に電気的に接続した導電性部材１１７としている。この場合、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の絶縁部材１１１中に貫通孔を形成するのみで、導電性部材１１７を簡易に形成することができる。

さらに、本実施形態では、導電性部材１１７を複数の第１の電極層１１２及び複数の第２の電極層１１３で画定される検出領域内に位置させている。したがって、導電性部材１１７を配設するために、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の上記検出領域外に、ビア配設用の領域を設ける必要がないので、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の大きさを不必要に大型化することがない。

なお、本実施形態において、導電性部材１１７はビア形状となっているが、導電性部材としての作用効果を奏するものであれば、任意の形状とすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態における放射線検出器アレイの概略構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す放射線検出器アレイの変形例の概略構成を示す斜視図である。

図３に示す放射線検出器アレイ２０は、第１の実施形態で説明した４つのピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１が、図示しないリジッドな平板状のマザーボード上に実装された状態を示す斜視図である。図４に示す放射線検出器アレイ３０は、第１の実施形態で説明した４つのピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１が、図示しない湾曲したリジッドなマザーボード上、あるいはフレキシブルなマザーボード上に実装された状態を示す斜視図である。

本実施形態に示すように、第１の実施形態で説明したピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１によれば、上述のように、導電性部材１１７の、絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側に露出した端面１１７Ａにパッド等を介して電極端子（図示せず）を形成し、かつ当初より絶縁部材１１１の裏面１１１Ｂ側に配設されている第２の電極層１１３の任意の箇所で電極端子（図示せず）を形成することにより、第１の電極層１１２及び第２の電極層１１３の電気的接続を、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１の第１の電極層１１２及び第２の電極層１１３の凸状部１１４（ピクセル電極）で画定される検出面側と反対側に位置する裏面側で取ることができるようになる。

このため、マザーボード上に複数のピクセル型放射線検出器１０を隣接して実装すれば、検出感度に優れた大型の放射線検出器（放射線検出器アレイ）を製造することができる。

図３に示す放射線検出器アレイ２０及び図４に示す放射線検出器アレイ３０によれば、検出面側に放射線検出に関与しない導体部分が存在しないので、検出面側において電場が不安定になるのを防止した状態で、ピクセル型放射線検出器１０の検出パネル１１を、図示しない電極端子を介してマザーボード上に実装することができるようになる。その結果、図３及び図４に示すような大型の放射線検出器アレイ２０及び３０を得ることができる。

図３及び図４に放射線検出器アレイ２０及び３０においては、例えば、放射線検出器アレイ２０及び３０を構成する４つの複数の放射線検出器の一つが電圧印加等により破損したような場合においても、当該一つの放射線検出器のみを交換すれば足りる。したがって、放射線検出器アレイ２０及び３０の使用上のコストを低減することができる。

複数のピクセル型放射線検出器１０をマザーボードに実装するに際しては、ワイヤーボンディング等よりも、ＰＧＡ，ＬＧＡ，ＢＧＡ等によって実装することが好ましい。これは、ワイヤーボンディング等の場合、破損した放射線検出器を交換する際に、ワイヤーの切断及び接続等の工程が必要となり、当該放射線検出器の交換が煩雑になるためである。

なお、本実施形態では、放射線検出器アレイ２０及び３０を構成するピクセル型放射線検出器１０の数を４つとしているが、必要に応じて任意の数とすることができる。

（第３の実施形態）
図５は、本実施形態の放射線検出器における概略構成を示す透過斜視図であり、図６は、図５に示す放射線検出器の裏面図である。

図５に示すように、本実施形態においては、右側に位置する第１の電極層１１２の一部を左方に向かって突出させ、左側に位置する第１の電極層１１２の、当該突出部に対応する部分を凹ませており、導電性部材１１７を、当該導電性部材１１７を囲む近接した４つの開口部１１２Ａで画定される領域の中心部に位置させている。

この場合、導電性部材１１７は、第１の電極層１１２の開口部１１２Ａ及び開口部１１２Ａに露出する第２の電極層１１３の凸状部１１４から最も離隔して配設されるようになるので、導電性部材１１７による検出面側の電場への影響を最も抑制することができる。したがって、検出感度にさらに優れた大型の放射線検出器（放射線検出器アレイ）を製造することができる。

なお、その他の特徴については、第１の実施形態に示す放射線検出器１０と同様である。

（第４の実施形態）
図７は、本実施形態における放射線検出器の裏面図である。

本実施形態では、図１に示す放射線検出器１０において、図７に示すように、第２の電極層１１３を、当該第２の電極層１１３と同一の平面レベルに配設された導電性部材１１７を避けるようなパターンとし、導電性部材１１７の先端と第２の電極層１１３との間の距離を、第１の電極層１１２における開口部１１２Ａと開口部１１２Ａ内の凸状部１１４の先端との間の距離よりも大きくしている。

このように、第１の電極層１１２における開口部１１２Ａと開口部１１２Ａ内の凸状部１１４の先端との距離よりも、第２の電極層１１３における導電性部材１１７の先端と第２の電極層１１３との距離を大きくすることは、第１の電極層１１２上において電場を強くする効果を発揮する。

なぜならば、もし第２の電極層１１３における第２の電極層１１３と導電性部材１１７の先端との距離が、第１の電極層１１２における開口部１１２Ａと凸状部１１４の先端との距離よりも近い場合、第２の電極層１１３における第２の電極層１１３と導電性部材１１７との間で電場が形成され、雪崩増幅をさせたい第１の電極層１１２側で効率的に電場の形成ができなくなってしまうためである。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

１０ 放射線検出器（ピクセル型放射線検出器）
１１ 検出パネル
１２ 電極板
１１１ 絶縁部材
１１２ 第１の電極層
１１２Ａ 第１の電極層の円形状開口部
１１３ 第２の電極層
１１４ 第２の電極層の凸状部
１１７ 導電性部材
２０，３０ 放射線検出器アレイ

Claims (5)

1. 絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、それぞれが円形状の複数の開口部を有するストリップ状の複数の第１の電極層と、
   前記絶縁部材の前記第１の面と反対側に位置する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通し、前記複数の第１の電極層の前記複数の開口部それぞれの中心部に先端が露出してなる凸状部を有するストリップ状の複数の第２の電極層と、
   前記複数の第１の電極層の少なくとも一部と電気的に接続され、前記絶縁部材を貫通し、当該絶縁部材の前記第２の面において、前記複数の第２の電極層と電気的に非接触の状態で露出した導電性部材と、
   を具え、
   前記導電性部材は、前記複数の第１の電極層及び前記複数の第２の電極層で画定される検出領域内に位置することを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器。
2. 前記導電性部材は、ビア形状の導電性部材であることを特徴とする、請求項１に記載のガス増幅を用いた放射線検出器。
3. 前記導電性部材は、第１の電極層における複数の開口部の内の近接した４つの開口部で画定される領域の中心部に位置するようにして、当該第１の電極層と電気的に接続していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス増幅を用いた放射線検出器。
4. 前記導電性部材の先端と前記第２の電極層との間の距離が、前記開口部と当該開口部内に露出した前記第２の電極層の前記凸状部の先端との間の距離よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射線検出器。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の複数の放射線検出器を隣接させて配列したことを特徴とする、放射線検出器アレイ。

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