JPH01191085A - 多素子放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は放射線検出器に係り、特に全身用Ｘ線コンビニ
ヘタ断層撮影装置（以下Ｘ線ＣＴと略記する）に好適な
Ｘ線検出器に関する。

従来のＸ線ＣＴ用Ｘ線検出器はたとえば特公昭６０−５
８４２９号に記載のように希ガスの７１−８作用を利用
した電離箱Ｘ線検出器が多用されていたが、高分解能、
小型化、低コスト化をめざして蛍光体を用いた固体検出
器の開発が進められている。このような固体検出器の例
としては特開昭６０−２６３４５６号、特開昭５９−８
１５７５号、特開昭５９−１４１０８７号、米国特許４
４２９２２７号等に記載のものがある。固体検出器の典
型的な構成を特開昭６０−２６３４５６号に記載の内容
により説明する。固体検出器は入射Ｘ線による発光部分
とこの発光を受光検出する光電変換部分とからなる。第
３図は発光部分の構成を示しており、シンチレータ素子
１４１を光反射剤が塗布されたＸ線吸収率の大きい重金
属の薄板からなる仕切板１４０を介して順次接着した多
チヤンネル型シンチレータ素子体が１４５が製作される
。受光部分は種々のタイプの光電変換素子が使用される
が、第３図に示すような多チヤンネル型シンチレータ素
子体に対応すべく多チヤンネル型光電変換素子が多用さ
れている。光電変換素子としてはＰＩＮ、ＰＮタイプの
シリコンフォトダイオードが使用されることが多い。第
４図は多チヤンネル型光電変換素子の構成を示す。−枚
の半導体基板１１０の上に複数個の光検出素子である光
電変換素子１１６が形成されており半導体基板１１０は
絶縁基板１０９と一体となっている。固体検出器は第３
図に示す多チヤンネル型シンチレータ素子体１４５を第
４図に示す多チヤンネル型光電変換素子に光学的透明接
着剤を用いて各々のチャンネルが一致するように接着結
合し製造される。

このように各々のチャンネルが一致するためには第３図
に示す多チヤンネル型シンチレータ素子体１４５の寸法
精度、とくにシンチレータ素子のピッチ精度及び上記素
子体の幅寸法の精度が重要であり、チャンネルの不一致
は各々のチャンネル間検出感度のバラツキの原因となり
ＸｌｉＣＴ画像にアーチファクト（偽像）を与える。ま
た多チヤンネル型シンチレータ素子体１４５の多チヤン
ネル型光電変換素子との接着結合面は平坦でなげればな
らない、上記素子体の蛍光出力面の凹凸、仕切板のシン
チレータ高さ方向での凹凸、及び光電変換素子の受光面
の凹凸はチャンネル間の光漏波の原因となりやはりＸ線
ＣＴ画像にアーチファクトを与える。第３図に示すよう
な多チヤンネル型シンチレータ素子体１４５の製造は高
精度を要求される複雑な工程を必要とする。第５図は特
開昭５９−８１５７５号に記載される多チヤンネル型シ
ンチレータ素子体１４５の改良された製造方法の概要を
示す、所定の寸法を有するシンチレータ薄板１４１と仕
切板１４０を接着剤により交互に所定数だけ接着一体化
し、接着剤の固化後ダイヤモンドカッター、あるいはマ
ルチワイヤソーにより多チヤンネル型シンチレータ素子
体１４５を効率良く製作する方法である。先に記述した
ように上記素子体１４５は高精度が要求されるため、多
数のシンチレータ薄板１４１と仕切板１４０の接着に関
連しては各々の接着面での接着層の厚さを均一に精度良
く行う必要がある。以上説明した従来技術例ではシンチ
レータ１４１と仕切板１４゜は同じ高さを有しており入
射Ｘ線に対して指向性は小さく、散乱線入射量の大きい
タイプの検出器となっている。第６図、第７図に示す従
来技術例は散乱線入射量を低減させたタイプの検出器で
ある。第６図は米国特許４４２９２２７号に記載された
従来技術例で散乱線入射量を低減させるコリメータ板と
同時に隣接チャンネル間の光漏洩を防止する仕切板を兼
ねたタングステンあるいは高密度物質よりなる薄板１５
０がシンチレータ１５１と一定位置関係を維持している
。シンチレータ１５１は光学グリース１５２を介して基
板１５４上のフォトダイオード１５３の受光面１５５に
対向している。この例では薄板１５０が複雑な形状を必
要とし、薄板１５０と受光面１５５の間の隙間を介して
の隣接チャンネル間での光漏洩が存在する。第７図は特
開昭５９−１４１０８７号に記載された従来技術例でシ
ンチレータ材料としてタングステン酸カドミウム結晶１
６２を使用した例でありＸ線吸収が大きいことを利用し
シンチレータ素子の間の仕切板を省略したものであリシ
ンチレータ１６２の表面は光反射層１６１が形成され隣
接チャンネルへの光漏洩を防止している。コリメータ部
材１６０はシンチレータ部材の接合部に位置するように
治具を使用しておかれる。シンチレータ素子は光学カッ
プラを介して基板１６４上の受光素子１６３に対向する
。この例ではコリメータ部分の晴造とＸ線検出素子部分
の製造が独立できる長時があるが第６図に示す例と同様
にシンチレータは１個づつ必要な精度で加工し必要に応
じてシンチレータ表面の光学的な処理を施す必要があり
多数の工程が要求されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は隣接するチャンネル間での光漏洩が発生
する原因の一つとなる多チヤンネル型シンチレータ素子
体の蛍光出力面及び多チヤンネル型光電変換素子の受光
面の凹凸の点についてＸ線検出器の製造上の配慮がなさ
れておらず上記光漏洩を低減するのに限界があるとの問
題があった。

また、上記従来技術は複雑な製造工程を必要とし高精度
を有する多チヤンネル型シンチレータ素子体の製造コス
ト、歩留りに問題があった。

本発明の課題は単純な製造工程により高精度で隣接する
チャンネル間での光漏洩を極めて少なくする安価で高性
能なＸＡａＣＴ用検出器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題は所定の厚さを有するシンチレータ薄板を多
チヤンネル型光電変換素子の受光面に光学的に透明な接
着剤により接着固定したのち、多チヤンネル型光電変換
素子上で各チャンネルを分離する不感帯の中心位置に仕
切板を挿入する溝をシンチレータ表面より多チヤンネル
型光電変換素子を形成する半導体基板内部あるいは上記
半導体基板又は薄膜状の光電変換素子を支持あるいは搭
載する電気的絶縁性基板内部にいたるまで形成しこの溝
に仕切板を挿入固定することにより解決される。

［作用］ 仕切板はシンチレータ部、光電変換素子を形成する半導
体基板内部、あるいは上記半導体基板又は薄膜状の光電
変換素子を支持あるいは搭載する電気的絶縁性基板内部
まで形成された溝の底部まで挿入されるので多チヤンネ
ル型シンチレータ素子体の蛍光出力面及び多チヤンネル
型光電変換素子の受光面の凹凸に影響されることなく隣
接チャンネル間の光漏洩を極めて少なくすることができ
る。

［実施例］ 以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明する一
各々のシンチレータ１０２は光学的に透明な接着層１０
５を介して多チヤンネル型光電変換素子の受光面に対向
している。第１図に示した光電変換素子はＰＩＮタイプ
のシリコンフォトダイオードを示す、これはＰ”Ｗｊ１
０６．Ｉ層１０７、Ｎ＋層１０８からなり電気絶縁性基
板１０９の上にある。上記受光面は半導体基板表面のう
ち細長い島状にＰ＋層１０６が形成された部分に相当す
る。シンチレータ１０２のＸ線入射側１０１の面１０３
及びシンチレータ素子長手方向の２つの　　、　ちＸ　
　　面１０３に直交する面のうち１１■±襄旦両側面に
は光反射層１０３が形成されている。隣接するチャンネ
ル間の光漏洩を防止しかつシンチレータ内部で発生した
蛍光の光電変換素子への集光効率を向上させるため最外
層が光学的に透明なうすい電気絶縁層を有し光反射性を
有するモリブデン、タンタル、タングステン。

鉛あるいはこれら元素を主成分とする合金等からなる厚
さ０．１〜０．２ｍｍの仕切板１０４を挿入する溝は隣
接する受光面１０６の間にある不感帯の中心位置にあり
、ダイヤモンドカッター等の手段により形成されシンチ
レータ１０２．接着層１０５を通り、１層１−７の途中
部分まで達している。

このような構造体は以下に説明する方法により製作する
ことができる。楯８図は粉体蛍光体、たとえばＺ　ｎ　
Ｓ　：　Ａ　ｇ　ｇ　Ｂ　ａ　２　Ｇ　ｄ　Ｓ　ｂ　Ｏ
４ｇ　Ｂ　ａ　２　Ｂ　ｉ　Ｉ　ｎ　Ｏｇ　。

Ｂａ２ＢｉＹＯＩＩ、ＧｄＰｂ２ＷＯ１ｌ、Ｌａ２０２
ＳｉＴｂ。

ＺｎＣｄＳｉＡｇ、Ｌａ０Ｂｒ：　ＤｙＣｄ５．等を熱
間静水圧加圧法等によって製造された蛍光体塊、あるい
は単結晶、たとえばＺ　ｎ　２　Ｓ　Ｌ　Ｏ４ｐ　Ｃａ
　Ｗ　Ｏ４１ＣｄＷＯ，、ＺｎＷＯ４Ｃ５Ｉ　：　Ｎａ
、Ｃ５ＩｉＴＱ。

ＮａＩ　　：　Ｔ　Ｑ　、Ｇｄ２５ｉ０４　：　Ｃｅ、
Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２゜ＣａＦ２：　Ｅｕ等より切り出し
て製造した寸法り。

Ｗ、Ｈを有する蛍光体ブロック２００を示す。Ｗ×Ｈで
規定される２つの面２０３は最終的にシンチレータ素子
の長手方向に対応する面となり、２つの面２０３の表面
には硫酸バリウムあるいは二酸化チタン等を含む光反射
剤塗布すること、またはアルミニウム蒸着層等により光
反射層が形成されている。寸法りはシンチレータ素子長
さと等しく、寸法Ｗは多チヤンネル型光電変換素子のチ
ャンネル方向の幅寸法よりやや大きい寸法であればよい
。寸法Ｈは第９図に示すような所定の厚さｔを有するシ
ンチレータ薄板１０２が適当数えられる寸法であればよ
い。第９図は第８図に示す蛍光体ブロック２００から切
り出された厚さｔを有するシンチレータ薄板１０２を示
し、その最大面積を有する面の一方の面には、面２０３
と同様に光反射層が形成される。このようなシンチレー
タ薄板１０２の光反射層を有しない最大面積をもつ面を
多チヤンネル型光電変換素子１１０の面に光透過性接着
剤により接着固定する。第１０図にこのようにして得ら
れる接着完了の状態、第１１図にその断面を示す、接着
層１０５の存在は公開実用方６０−１５４８８０に記載
されているような光検出部と発光部を空気層を介して対
向設置する場合に比較し３０〜４０％の出力向上かえら
れる長所を有する。第１０図に示すように多チヤンネル
型光電変換素子の長さは素子長りより長くなっており隣
接する光電変換素子の受光面１０６の間にある不感帯の
位置が素子の長方方向の両端側でシンチレータ薄板にさ
えぎられることなくｅｔ：Ｉ！ＩＡできるようになって
いる。第１２図は不感帯の中心位置に形成された溝１９
０を示しており、電気的な雑音の混入を防止し光電変換
素子を形成している半導体基板の機械強度を保持するた
め溝の深さは１層１０７の途中部分までとまっておりＮ
＋層１０８には達していない。また溝１９０の幅は不感
帯の幅より小さく仕切板１０４の厚さよりわずかたけ、
たとえば１０〜２０ミクロン広ければ十分であり、シン
チレータ１０２の面積を大きくするためには仕切板表面
に光反射性を付与する手段は光反射性塗料を塗布する手
段よりむしろ薄いアルミニウム層を蒸着等により形成す
る手段がより望ましい。このような仕切板１０４を溝１
９０の底まで挿入する。仕切板１０４の高さは少なくと
も第１図において光反射層１０３と同面となるかわずか
だけ凸となるようにする。仕切板１０４の長さは第１４
図に示すようにシンチレータ素子１０２の長さより長く
、素子長手方向の両端における隣接チャンネル間の光漏
洩を防止している。挿入された仕切板１０４は素子長手
方向の両端において接着剤１２０により多チヤンネル型
光電変換素子１１０を搭載する基板１０９の面にシンチ
レータ素子１０３の側面全面と共に強固に接着固定され
る。このようにシンチレータ素子は長さより長い仕切板
を用いるメリットをさらに詳細に述べると以下のように
なる。もし、シンチレータ素子と同じ長さの仕切板を用
いたとすると、第１６図に示す通り両者の配列のわずか
の誤差によりいずれかの端部で仕切板２０３がシンチレ
ータ素子２゜５の間に引込んでしまう。すなわち、端部
付近に仕切板２０３が介在しない部分（距離ｄ）ができ
、隣接するシンチレータ素子２０５間に蛍光３０２が漏
洩し、クロストークとなる。第１６図にて、２０１は入
射Ｘ線、３０１はＸ線コリメータを示す。クロストーク
量は距！！ｄ、シンチレータ素子２０５のＸ線吸収係数
、光吸収係数、Ｘ線エネルギースペクトル、コリメータ
開口ｔ、およびシンチレータ素子２０５の形状寸法によ
り決る。第１７図に距離ｄとクロストーク量の関係の一
例を示す。

このようにシンチレータ素子の間に光のクロストークが
生じ、素子間により、クロストーク量に差があると、そ
れが原因となって、リング状アーチファクトや、放射状
のアーチファクトが発生する。アーチファクトが発生し
ない限界クロストーク量は撮影条件により異なるが、厳
しい条件の場合には０．０５％以下に抑える必要がある
。第１７図の例では０．０５％以下にクロストーク量を
抑えるためにはズレ量ｄは約２０μｍ以下のする必要が
ある。シンチレータ素子会赤４の特性・形状によっては
、ズレ量ｄに対する制限はより厳しくなる。第２図の従
来の方式では、これだけの精度を歩留り良く確保するこ
とは容易ではない。

そこで、第１４図の実施例のように仕切板の長さ（断層
像のスライス厚方向の長さ）を、シンチレータ素子の長
さより長くすることにより、寸法誤差および配列誤差を
吸収し、仕切板端が、シンチレータ端よりも内側に入り
込まないようにすることができる。このことにより、ア
ーチファクトの原因になるクロストークの発生を防止す
ることができる。なお、第１４図の実施例によれば、シ
ンチレータ素子１０２と受光面１０６の対応の位置精度
は溝１９０を形成する加工機の機械的精度高 のみにより決まるので語性能の多チヤンネル検出素子が
第３図に示す多チヤンネル型シンチレータ素子体を独立
に製作することなく製作可能となる。

また、第１８図に示すようなシンチレータ素子と仕切板
との配列治具１２１を用いれば仕切板のスライス厚方向
の位置を精度よく限定することができる。

更に別の実施例を第２図により説明する。仕切板１０４
の材質は第１の実施例と同様にモリブデン、タンタル、
タングステン、鉛あるいはこれらの元素を主成分とする
合金等からなる厚さ０．１〜０．２ｍｍの表面に光反射
性を有するものであり１１１１９０の底部まで挿入され
、仕切板１０４はシンチレータ素子１０２の表面よりシ
ンチレータ素子１０２の幅の寸法５倍以上だけＸ線入射
方向に凸状となっている。したがって、第１図の実施例
とのちがいは、仕切板１０４にコリメータの役割をさせ
散乱Ｘ線入射量を低減させた点であり、散乱Ｘ線入射量
を低減すると同時に隣接チャンネル間の光漏波を極少と
することができる。この場合仕切板のＸ線入射方向での
高さ寸法が大きくなるため十分強固に仕切板１０４を保
持する必要がある。この保持方法の一例を第１５図に示
す。溝１３１を有する支持体１３０は基板１０９と溝の
ピッチが治具により正確に相対するように位置が決定さ
れたのち一体化固定され、仕切板１０４は溝１３１を通
り、光電変換素子１１０の内部まで形成された溝の底部
まで挿入されたのち、溝１３１中に強固に接着固定され
る。溝１３１の形成は第１２図中の溝１９０の形成と同
じ加工手段により精度良〈実施されている。

以上２つの実施例でのシンチレータ材料として好適であ
る例として特公昭６０−４８５６号に記載されている高
変換効率でかつ残光時間の短い蛍光体の一つである（Ｇ
ｄｚ−ｘ−ｙＰｒｘＣｅｙ）ｚ○２Ｓ：Ｆがある。この
蛍光体は粉体状で容易に合成でき、特開昭６２−５２４
８１号に記載されるようにこの粉体蛍光体を熱間静水圧
加圧法により成形可能であり、厚さ１〜１．５ｍ＋ａで
十分なＸ線吸収率と光透過率を有し上記の２つの実施例
によって高感度で高性能のｘｇ検出器を製造することが
できる。

シンチレータ材料のＸ線吸収率が十分大きくないときに
は光透過率及びＸ線吸収率の大きい材料を第９図に示す
ようなシンチレータ薄板の光反射性を有しない最大面積
を有する面と接着することにより一変形として第１及び
第２の実施例を適用することか可能である。第１の実施
例の変形例として以下に説明するものがある。第９図に
おいて光反射層を有する面２０３，１０３の面に光反射
層を形成することなく本発明の目的を達成しうる。

これは第１４図において接着剤１２０として黒色の遮光
性いいかえれば非透光性を有する接着剤を使用すること
によりシンチレータ素子長手方向の両端部における隣接
チャンネルへの光漏洩を極少とすることができ、Ｘ線入
射面においては特願昭５７−１５６７４８の第図の構造
をとることによりＸ線入射面における光漏洩を防止でき
るからである。つぎに仕切板１０４を挿入する溝の深さ
が光電変換素子のＰ層の深さより深く光電変換素子を形
成する半導体基板の厚さの１７２以下とする場合につい
て説明したが、この溝の深さが基板１０９の内部まで達
している第３の実施例を第１３図に示す。この場合多チ
ヤンネル型光電変換素子は不感帯位置において１素子毎
に溝により分断されることになるので光電変換素子を形
成している半導体基板と基板１０９は強固に連絡するよ
う接着させていることが要求される。これに対して電気
絶縁性基板１０９上に直接薄膜状に多チヤンネル型光電
変換素子を形成すれば上記要求はほとんど不要となる。

非晶質シリコンで薄膜状に光電変換素子を形成する方法
はよく知られている。

この第３の実施例においても第１及び第２の実施例の及
びそれらの変形例が適用できるのはいうまでもない。以
上の第１．第２．第３の実施例とそれらの変形例につい
て説明したがこれらいずれの方法によっても単純な製造
工程により隣接チャンネル間の光漏洩を極めて少なくす
ることができる。

以上の実施例の説明で信号の取り出し経路手段について
は多数の従来例によりよく知られているので省略した。

また多素子光電変換素子についてはＰＩＮタイプのシリ
コンフォトダイオードに限定して説明したが種々のタイ
プの光電変換素子の場合についても適用可能なことはい
うまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば隣接チャンネル間の
光漏洩を極めて少なくすることができ、その製造工程は
単純であり加工機の機械的精度のみによって多チヤンネ
ル検出素子の性能が決まり高感度の高性能な多チャンネ
ル検出器を低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す素子長手方向中心
位置での断面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す
素子長方向中心位置での断面図、第３図は多チヤンネル
型シンチレータ素子体の従来例を示す斜視図、第４図は
多チヤンネル型光電変換素子を示す斜視図、第５図は多
チヤンネルシンチレータ素子体の製造方法の従来例を示
す斜視図、第６及び第７図はコリメータを有する従来例
を示す素子長手方向中心位置での断面図、第８図より第
１８図は本発明による放射線検出器の製造方法を示す斜
視図、素子長手方向に垂直及び平行方向での断面図であ
る。 １０２・・・シンチレータ、１０３・・・光反射層。 １０４・・・仕切板、１５０・・・接着層、１０６・・
・受光面、１０９・・・絶縁性基板、１１０・・・光電
変換素子、１９０・・・仕切板挿入溝、１２０・・・接
着剤。 第７し 竿２　扇 策４扇　　　　　　１３店 第５反 第ど加 箒７圓 エ　ノρｒｉＢ　　　　　　　　　　　　　ご６　ノ３
　回憂・４Ｔ１１ ２βノｒ７３日 扇・ｌ扉 Ｍ・７圀 ス゛ＨメＹンメ辺り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射線を吸収し蛍光を発生する複数のシンチレータ
   素子、各々のシンチレータ素子で発生した蛍光を検出し
   上記シンチレータ素子と位置対応する複数の光電変換素
   子を有し、かつ各々のシンチレータ素子の間には、発生
   した蛍光の各々位置対応する光電素子変換素子以外の部
   分への漏洩を防止する仕切板を有する多素子放射線検出
   器において、上記複数の光電変換素子が形成された基板
   には上記仕切板を挿入するための溝が形成され、かつ上
   記仕切板は上記仕切板は各々シンチレータ素子の間を貫
   通してその先端は上記光電変換素子を形成する基板内部
   まで達成していることを特徴とする多素子放射線検出器
   。 ２、上記複数の光電変換素子は絶縁基板上に配列して形
   成され、上記溝は該絶縁基板にも形成されもって上記仕
   切板の先端は該絶縁基板内部に達することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の多素子放射線検出器。 ３、上記複数の光電変換素子は半導体基板に、それぞれ
   の素子を分離する不感帯を隔てて形成され、上記溝は上
   記半導体基板の不感帯の位置に形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１図に記載の多素子放射線検出器
   。 ４、上記複数の光電変換素子はＩ型半導体基板との主面
   からそれぞれの素子を分離する不感帯を隔てて形成され
   たＰ層を有し、前記溝の深さは前記Ｐ層の厚さより深く
   、かつ前記半導体基板の厚さの１／２以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の多素子放射線
   検出器。 ５、前記仕切板が前記シンチレータ素子の面よりシンチ
   レータ素子の幅の寸法の５倍以上だけ凸状となることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多素子放射線検
   出器。 ６、前記シンチレータ素子の放射線入射方向に面する面
   及びシンチレータ素子長手方向の両端の２面に光反射層
   を有する特許請求の範囲第１項記載の多素子放射線検出
   器。 ７、前記シンチレータ素子の長さより長い寸法を有する
   仕切板が前記溝の底部まで挿入され、シンチレータ素子
   の長手方向の両端部において電気絶縁性基板に非透光性
   接着剤により接着固定されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第６項記載の多素子放射線検出器。 ８、前記仕切板としてモリブデン、タングスタン、タン
   タル、鉛あるいはこれら元素を主成分とする合金のいず
   れかを使用し、表面に光反射性を付与するためアルミニ
   ウム層を設けることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   記載の多素子の放射線検出器。