JPH0587934A

JPH0587934A - シンチレータ及びその製造方法、ならびに放射線検出器

Info

Publication number: JPH0587934A
Application number: JP11100591A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Tsukuda; 康夫佃
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】微小異物を解像度および感度ともに満足させ
つつ検知することを可能とする。【構成】放射線検出器を、５０〜１０００μｍの範囲
でほぼ均等な厚さを有し、幅５０μｍ以下、ピッチ２０
０μｍ以下の遮光隔壁が厚さ方向に設けられており、放
射線照射面に光反射層が形成されているシンチレータ
部、該シンチレータ部による発光分布を実質上保持しつ
つ透過させる光導波路、および厚さ方向に光学的区分用
隔壁を有し該光導波路から受光し、光電変換させる光電
変換部からなり、シンチレータ部の遮光隔壁と光電変換
部の光学的区分用隔壁が対応して設けられている構造と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線等の放射線を光に
変換される固体シンチレータ、および微小な異物を放射
線を利用して非破壊的に検知する放射線検出器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、放射線検出器としては、ＢＧＯ単
結晶（ゲルマニウム酸ビスマス）と光電子増倍管を組み
合わせたもの、ＣｓＩ：Ｔｌ単結晶またはＣｄＷＯ₄単
結晶とホトダイオードを組み合わせたものが用いられて
いた。しかし、ＢＧＯの場合には発光効率が低い（１％
程度）ため、光電子増倍管やそれに付随した高圧電源が
必要となるため高価であり、多素子化が困難であった。
ＣｓＩ：Ｔｌは、効率は高いが潮解性で、かつ残光（Ｘ
線を断ってからの発光）現象があり、実用上問題があっ
た。また、ＣｄＷＯ₄は発光効率が低く、その上切断す
るときに劈開し易く、かつ毒性がある点で問題があっ
た。更に、以上の単結晶シンチレータの共通する欠点と
して単結晶内における発光特性のばらつきが掲げられて
いた。

【０００３】以上の問題点を解決する手段として、希土
類不活剤で活性化した希土類オキシサルファイドの多結
晶焼結体が提案されている（特開昭６２−５２４８１
号、同６３−１８２８０号参照）。

【０００４】一方、放射線検出器の構造としては種々の
ものが知られているが、前記希土類オキシサルファイド
の多結晶焼結体からなるシンチレータを用いた最も一般
的な放射線検出器の構造を図１１に示す。図１１におい
て、真ちゅうからなる容器２４の底部にシリコンフォト
ダイオードから構成される光電変換部２３が配置され、
容器２４内には図示しないアルミニウムにより光反射面
が形成されている。容器２４内には、光電変換部２３の
上にシンチレータから出る蛍光Ｘ線をカットするための
鉛ガラス層２２が形成され、さらにその上にシンチレー
タ層２１が形成されている。

【０００５】また、実開昭６２−４９７７９号では、図
１２に示すようにシンチレータ２５と透明シリコンに蛍
光材料としてフルオレセインを混合した接着剤層２６と
を層状に重ねてそれらの接触面積を大きくし、シンチレ
ータ２５の蛍光で接着剤層２６に含まれる蛍光材料を一
層確実に発光させて、シリコン光センサ２９による検出
をより確実化する提案がなされている。

【０００６】ところで、以上の放射線検出器の具体的応
用例の一つとして、被検査物に存在する異物を非破壊的
に検知するイメージセンサがある。このセンサは被検査
体にＸ線を照射し、透過したＸ線の強度に応じた強度の
光がシンチレータで発生し、この光の強度分布によって
異物の存在を検知するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】被検査体中の異物が比
較的大きい場合には、図１１に示す従来の一般的構造の
放射線検出器を用いたイメージセンサで十分であるが、
異物が極めて微小（２００μｍ以下）な場合には以下の
ような問題点があった。図１３において、Ｘ線がシンチ
レータに照射されるとＸ線の強度に応じた光が発生する
が、この光がシンチレータ内で散乱する結果、シンチレ
ータを透過した光電変換部に達する光の強度分布は図１
３の曲線１５に示すようにＸ線の強度分布（図１３の曲
線１４）とは異なって低解像度のブロードな分布とな
る。従って、微小異物が隣接して存在する場合には、各
微小異物の識別が困難となる。

【０００８】シンチレータ内の光散乱を防止する手法と
して、シンチレータの厚さを薄くすることが考えられ、
これによって解像度を向上させることが可能となる。し
かし、シンチレータを薄くすると感度が低下する結果、
低Ｓ／Ｎとなり実用上問題がある。すなわち、従来の一
般的構造の放射線検出器では解像度、感度ともに満足さ
せることができない。

【０００９】前記実開昭６２−４９７９９号で提案され
た構造の放射線検出器は、当初の発光は複数個設けられ
た各シンチレータでなされるが、各シンチレータ間に蛍
光材料を含む接着剤層が存在するため、結局は発光散乱
が生じてしまう。

【００１０】本発明は、微小異物を解像度および感度と
もに満足させつつ検知することが可能なシンタレータ、
およびこれを用いた放射線検出器の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明シンチレータは、
５０〜１０００μｍの範囲でほぼ均等な厚さを有し、幅
５０μｍ以下、ピッチ２００μｍ以下の遮光隔壁が厚さ
方向に設けられており、放射線照射面に光反射層が形成
されていることを特徴とする。本発明シンチレータの典
型例正面図を図５に、また平面図を図６に示す。図５、
６において、２は固体シンチレータを所定ピッチでスラ
イスして設けた溝であり、これが遮光隔壁の役割をはた
す。つまり、この溝が存在するためにシンタレータ１の
各セクション(遮光隔壁間のシンチレータ)内で発生した
光は他のセクションに漏洩することがない。

【００１２】本発明における遮光隔壁は、図５および図
６に示す溝に限らず、図７に正面図(断面図)を示すよう
にこの溝に光散乱を生じさせない物質を充填させたよう
な形態であってもよい。生産効率、および精度を考えた
場合、固体シンチレータをスライサで溝切り加工する手
段が最も望ましい。

【００１３】シンチレータに設けられる遮光隔壁の幅は
５０μｍ以下である必要がある。幅が５０μｍを越える
と不感知部分が増加し、高解像度を達成することができ
なくなるし、また極微小異物の検知が不能となるからで
ある。望ましくは２０μｍ以下である。一方、他のセク
ションへの光漏洩を防止できる限り、幅の下限は限定さ
れない。

【００１４】本発明においては、遮光隔壁の幅の他にピ
ッチを特定することが必要である。それは、ピッチが大
きいと遮光隔壁で分離された各シンチレータセクション
の幅が大きくなって当該セクションにおける光散乱が増
大し、遮光隔壁を設けた意味を失い、高解像度を達成す
ることができないからである。本発明が対象とする検知
物の寸法をも考慮して、遮光隔壁のピッチを２００μｍ
以下とした。望ましいピッチは１２０μｍ以下である。
なお、遮光隔壁の幅、ピッチはそれぞれ均等であること
が望ましいが、本発明の目的を達成し得る範囲内で不均
等であってもかまわない。

【００１５】また、遮光隔壁は図７のようにシンチレー
タの厚さ方向に貫通して設けられていることが最も望ま
しいが、シンチレータの厚さ、遮光隔壁の幅、ピッチ、
被検査体の寸法等の条件によっては、図５に示すように
貫通していない遮光隔壁も許容される。さらに、遮光隔
壁はシンチレータの厚さ方向に平行に設けるのが望まし
いが、図８(光反射層は図示せず)に示すように非平行に
設けられていてもかまわない。

【００１６】次にシンチレータの厚さを限定する理由を
説明する。厚さの下限を５０μｍとするのは、これ未満
の厚さでは十分な感度を得ることができないからであ
る。一方、上限を１０００μｍとするのは、これを越え
ると本発明で規定する幅、ピッチの遮光隔壁を設けるの
が困難となるからである。望ましいシンチレータの厚さ
は１００〜３００μｍである。

【００１７】本発明シンチレータの放射線照射面の光反
射層１６は、２つの目的のために形成される。１つめの
目的は、遮光隔壁のための溝を効果的に形成することで
ある。この溝は円盤状スライサで形成するが、このスラ
イサは溝切り加工時に回転軸方向に振動するためスライ
サと溝側壁とが衝突し、溝側壁にカケを生じる場合があ
る。そこで溝切り加工を行う前に溝切り加工を行う面に
光反射層を形成し機械的拘束力を付与することにより、
溝切り加工時に生ずるスライサと溝側壁との衝突に対抗
しカケの発生を防止しようとするものである。反射層
は、箔状のものを接着剤を用いて接合する、反射能を有
する粉末を含有する接着剤を塗布する、あるいは反射能
を有する材料を蒸着する等の方法によって形成すること
ができる。いずれにしても、表面に十分な機械的拘束力
を与える程度にシンチレータに形成することが重要であ
る。なお、接着剤を用いる場合は、放射線による劣化が
少ないエポキシ系接着剤が望ましい。また、光反射能を
有する材料としては、コスト等も考慮するとＡｌが望ま
しい。また、溝切り加工時にスライス面と平行な両側面
からシンチレータを機械的に拘束すれば、カケ防止をよ
り一層向上させることができる。２つめの目的は、放射
線検出器の光電変換部からの出力を向上することであ
る。すなわち、光反射層を放射線照射面に形成すれば、
シンチレータ内の発光光の当該面から外部への漏洩が抑
制される。その結果、光反射層を形成しない場合に比
べ、光導波路および光電変換部に伝播する光量が多くな
り、光電変換部からの出力が向上するのである。本発明
シンチレータには、公知のすべてのシンチレータ材料を
適用することができる。特に望ましい材料は、前述の希
土類付活剤で活性化した希土類オキシサルファイドを主
成分とする材料（具体的には、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ
₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｆ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ）、（Ｚｎ，Ｃ
ｄ）Ｓ：Ａｇ、およびＬａＯＢｒ：Ｔｍが掲げられる。

【００１８】次に、本発明放射線検出器は、上述した本
発明シンチレータによる発光分布を実質上保持しつつ光
透過させる光導波路、および厚さ方向に光学的区分用隔
壁を有し該光導波路から受光し光電変換させる光電変換
部からなり、シンチレータ部の遮光隔壁と光電変換部の
光学的区分用隔壁が対応して設けられていることを特徴
とする。以下図面を参照しつつ本発明放射線検出器を説
明する。

【００１９】図１に本発明放射線検出器の典型例（正面
図）を示す。１はシンチレータで、その厚さ方向に遮光
隔壁２を有する。シンチレータ１の下部には多数の光フ
ァイバーから構成される光導波路３が、また光導波路３
の下部にはシリコンホトダイオードから構成される光電
変換部４が設けられている。光電変換部４には、シンチ
レータ１の遮光隔壁２と対応して光学的区分用隔壁５が
設けられている。

【００２０】光ファイバーから構成される光導波路３
は、シンチレータ１により発生した光をその強度分布を
実質上保持しつつ光電変換部に伝達するとともに、Ｘ線
等の放射線を吸収する働きをする。シンチレータ１の厚
さが厚ければＸ線等はシンチレータで十分に吸収するこ
とができるが、Ｘ線等を吸収するに足りる厚さとした場
合、本発明で規定する幅およびピッチの遮光隔壁を有す
るシンチレータ部を製造することが本発明の検討による
と極めて困難であった。そこで、本発明では光導波路を
設けたもので、シンチレータの一部を光導波路で代替し
たものと考えることができる。

【００２１】光導波路は、図１では光ファイバーの例を
示したが、これに限らず上述した機能を発揮しうるもの
であれば限定されない。また、光導波路の寸法等はその
目的を達成する限り限定されないが、例えばシンチレー
タの厚さが２００μｍ程度の場合、５mm程度の厚さがあ
れば十分にＸ線を吸収することができる。

【００２２】光電変換部４では、光導波路３を伝播して
きた光を受けるが、異物の存在によって発光強度が低下
した部分に対応する部分のみの出力を低下させるよう
に、シンチレータに設けられた遮光隔壁と対応する位置
に光学的区分用隔壁を設けている。ここで、「対応する
位置」とは、図１の場合にみならず、図２あるいは図３
（光反射層及び光導波路は図示せず）に示す遮光隔壁と
光学的区分用隔壁の位置関係にある場合も含む。光電変
換部を構成する材料としては、シンチレータ材料の発光
スペクトルとの感度スペクトルのマッチングを考慮して
選定される。

【００２３】以上説明した本発明放射線検出器の作用を
図４(光反射層は図示せず)に基づき説明する。図４にお
いて、夾雑物８が存在する被検査体７に矢印方向にＸ線
を一様に照射する。その透過Ｘ線の強度分布は、曲線１
０に示すように明瞭に夾雑物のプロフィールをとらえて
いる。この透過Ｘ線は、シンチレータ１を照射する。シ
ンチレータで発光した光は、多数の光ファイバーによっ
て構成される光導波路３を伝播し、シリコンホトダイオ
ードによって構成される光電変換部４に達する。ここで
は、夾雑物の存在によって発光強度が低下した当該シリ
コンホトダイオードの１つのセクションのみの出力低下
となり、曲線１１に示す電流出力分布となる。

【００２４】

【実施例】

（１）図４(光反射層は省略)のシンチレータ材料とし
て、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｆの相対密度９９．５％、肉厚
２００μｍの焼結体を使用した。これに１００μｍピッ
チで幅２０μｍの遮光隔壁２を設けた。これはシリコン
ホトダイオードからなる光電変換部４の光学的区分用隔
壁５の位置と対応している。被検査体７中に含まれるＸ
線吸収係数が被検体材料より大きい夾雑物８を管電圧６
０kVのＸ線によって調べた。即ち、Ｘ線を被検体に一様
に照射する。その透過Ｘ線の強度分布は、１０に示す曲
線のようにかなり鋭く夾雑物のプロフィールをとらえて
いる。これが下方に設けたシンチレータを照射する。シ
ンチレータ部分で発光した光は、多数の光ファイバから
構成される光導波路３を伝播し、下方のシリコンホトダ
イオード（光電変換部）に達する。ここでは夾雑物によ
って発光強度が低下した当該シリコンホトダイオード
（光電変換部）の１つのセクションのみの出力低下とな
り、曲線１１に示す出力分布となる。

【００２６】（２）シンチレータ材料として、Ｇｄ₂Ｏ₂
Ｓ：Ｐｒの相対密度９９．０％、肉厚１５０μｍの焼結
体を使用した。これに５０μｍから２００μｍまで、１
０μｍおきのピッチをもつ１３種類のシンチレータを用
いて、図４(光反射層は図示せず)に示す構造のイメージ
センサを作製した。これに管電圧６０kVのＸ線を照射
し、その濃淡分解能及びシリコンホトダイオードの出力
比を検討した。ピッチ幅Ｐ（μｍ）と濃淡分解能Ｒ（μ
ｍ）との関係は、図９の曲線Ｂの通りである。現在の市
販イメージセンサの分解能が１２５μｍであることか
ら、濃淡分解能において現行品をこえるイメージセンサ
を作る為には、シンチレータ部分に設ける隔壁のピッチ
としては１２５μｍ以下を必要とすることがわかる。し
かし、図１０のようにシリコンホトダイオードから得ら
れる出力Ｌ（無次元）は、ピッチ幅を小さくすると低下
していく。このようにシリコンホトダイオードの出力と
濃淡分解能とは、相反する傾向を示すので、ピッチ幅
は、出力重視であれば広く、分解能重視であれば狭くす
る必要がある。

【００２７】（３）図１に示す放射線検出器のシンチレ
ータ材料としてＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒの相対密度９９．４
％、肉厚２２０μｍの焼結体を使用し、厚さ５０μｍの
アルミ箔をエポキシ接着剤を３μｍの厚さで塗布して接
着して光反射層１６を形成した。その後、ピッチ１００
μｍ、幅２０μｍで溝切り加工を行い、遮光隔壁２形成
した。このときのシンチレータ欠損率と、Ｘ線源との間
に被検体を置かずにシリコンホトダイオードからの出力
を求めた。なお、アルミ箔を接着しない場合についても
同様の評価を行った。Ｘ線の管電圧は６０kVとした。結
果を表１に示すが、光反射層を形成することにより、欠
損を防止し、かつ１５％の出力向上を達成した。

【表１】（４）図１に示す放射線検出器のシンチレータ材料とし
てＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒの相対密度９９．３％、肉厚２００
μｍの焼結体を使用し、厚さ３０μｍのステンレス箔を
エポキシ接着剤を３μｍの厚さで塗布して接着し、光反
射層７を形成した。その後、ピッチ９０μｍ、幅２０μ
ｍで溝切り加工を行い、遮光隔壁２形成した。このとき
のシンチレータ欠損率と、Ｘ線源との間に被検体を置か
ずにシリコンホトダイオードからの出力を求めた。な
お、アルミ箔を接着しない場合についても同様の評価を
行った。Ｘ線の管電圧は６０kVとした。結果を表２に示
すが、光反射層を形成することにより、欠損を防止し、
かつ９％の出力向上を達成した。

【表２】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によりイメー
ジセンサの濃淡分解能が大幅に改善され、これにより従
来では識別できなかった２００μｍ以下の微細な異物を
明瞭に区別できるようになり、当該製品の非破壊検査が
可能となった。また、遮光隔壁の溝切り加工時に欠損を
生じさないとともに、出力の向上を図ることを可能とし
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明放射線検出器の１実施例を示す正面図で
ある。

【図２】本発明放射線検出器におけるシンチレータ部の
遮光隔壁と光電変換部の光学的区分用隔壁の対応関係を
示す図である。

【図３】本発明放射線検出器におけるシンチレータ部の
遮光隔壁と光電変換部の光学的区分用隔壁の他の対応関
係を示す図である。

【図４】本発明放射線検出器の効果を説明するための図
である。

【図５】本発明シンチレータの一実施例を示す正面図で
ある。

【図６】本発明シンチレータの一実施例を示す平面図で
ある。

【図７】本発明シンチレータにおける遮光隔壁の例を示
す断面図である。

【図８】本発明シンチレータにおける遮光隔壁の他の例
を示す断面図である。

【図９】本発明放射線検出器におけるシンチレータ部及
び光電変換部の隔壁ピッチ幅Ｐと濃淡分解能Ｒとの関係
を示すグラフである。

【図１０】本発明放射線検出器におけるシンチレータ部
及び光電変換部の隔壁ピッチ幅Ｐと光電変換部からの出
力Ｌとの関係を示すグラフである。

【図１１】従来の放射線検出器を示す図である。

【図１２】実開昭６２−４９７９９号に開示された従来
の放射線検出器を示す図である。

【図１３】従来のイメージセンサにより微小異物を検知
した場合の光強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１シンチレータ２遮光隔壁３光導波路４光電変換部５光学的区分用隔壁６放射線検出器１６光反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５０〜１０００μｍの範囲でほぼ均等な
厚さを有し、幅５０μｍ以下、ピッチ２００μｍ以下の
遮光隔壁が厚さ方向に設けられており、放射線照射面に
光反射層が形成されていることを特徴とするシンチレー
タ。
【請求項２】５０〜１０００μｍの範囲でほぼ均等な
厚さを有し、幅５０μｍ以下、ピッチ２００μｍ以下の
遮光隔壁が厚さ方向に設けられており、放射線照射面に
光反射層が形成されているシンチレータ部、該シンチレ
ータ部による発光分布を実質上保持しつつ透過させる光
導波路、および厚さ方向に光学的区分用隔壁を有し該光
導波路から受光し、光電変換させる光電変換部からな
り、シンチレータ部の遮光隔壁と光電変換部の光学的区
分用隔壁が対応して設けられていることを特徴とする放
射線検出器。
【請求項３】シンチレータの厚さが１００〜３００μ
ｍである請求項１又は２に記載のシンチレータ又は放射
線検出器。
【請求項４】シンチレータに設けられた遮光隔壁のピ
ッチが１２０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれ
かに記載のシンチレータ又は放射線検出器。
【請求項５】シンチレータが、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ、Ｇ
ｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｆ、Ｇｄ₂Ｏ₂：Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ、Ｇｄ
₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、及びＬａＯＢ
ｒ：Ｔｍのいずれか一種の材料からなる請求項１ないし
４のいずれかに記載のシンチレータ又は放射線検出器。
【請求項６】５０〜１０００μｍの範囲でほぼ均等な
厚さを有するシンチレータの放射線照射面に光反射層を
設けた後、幅５０μｍ以下、ピッチ２００μｍ以下の遮
光隔壁用溝をスライス加工によって形成することを特徴
とするシンチレータの製造方法。
【請求項７】光反射層は、光反射能を有する箔材を接
着剤で接着したものである請求項６記載のシンチレータ
の製造方法。