JPH11337646A

JPH11337646A - 放射線半導体検出器、放射線半導体検出器アレイおよびコリメータ設置装置

Info

Publication number: JPH11337646A
Application number: JP10148802A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamakawa; 勉山河
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも簡単に精度良く組立て可能で、空
間分解能に優れる放射線半導体検出器の提供。【解決手段】放射線半導体検出器において、放射線検
出用の複数の半導体セルを所定方向に沿って等間隔に縦
置きに配置し、隣接する半導体セルで印加電極および信
号取り出し電極を共有して半導体セル間の不感帯を均一
に小さくし、その不感帯とコリメータのセプターを可能
な限り重ね合わせるように、コリメータを構成すると共
にコリメータの自動位置調整機構を備えて、感度のロス
を最小限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に投与され
た放射線同位元素（ＲＩ）から放射される放射線を検出
し、放射性同位元素の体内分布を画像化するに用いる、
半導体セルアレイモジュール、放射線半導体検出器およ
び核医学診断装置、ならびにＸ線コンピュータ断層撮影
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体に投与された放射線同位元素（Ｒ
Ｉ）から放射される放射線を検出する放射線検出器は、
核医学診断装置において最も重要な構成要素の１つであ
り、放射線検出器の性能が、空間分解能やエネルギー分
解能、さらには計数特性等といった装置全体の性能を左
右するといっても過言ではない。

【０００３】現在、放射線検出器として広く一般的に用
いられているのはシンチレーション型検出器、特にシン
チレータ（蛍光体）、ライトガイドおよび光電子増倍管
（ＰＭＴ）アレイを組み合わせてなるアンガー型検出器
である。

【０００４】しかし、このシンチレーション型検出器
は、放射線の入射によりシンチレータで発生した光を、
ライトガイドを介して、その背面に稠密に配置した複数
の光電子増倍管またはフォトダイオードで電気信号に変
換して検出する構造となっているために、非常に大型で
重いものとならざる負えない。また、放射線−光−電気
信号という２段階の変換を行っているために、そのエネ
ルギー分解能にも限界がある。

【０００５】これに対して、近年発展しつつある半導体
検出器は、バイアス電圧を印加した半導体に放射線が入
射されると半導体内に多数発生する電子と正孔の対のそ
れぞれが正電極と負電極に移動する際に誘導される誘導
電荷を正電極側に設けるチャージアンプに蓄積してエネ
ルギーに比例した信号として出力する。従って、半導体
検出器は、放射線−電気信号という１段階の変換で直接
的に高変換効率で放射線を検出することが可能であり、
しかも半導体セル（セル）で放射線を個別に検出するこ
とも可能であることから、エネルギー分解能や計数特性
の大幅な向上が図れるものと期待されている。

【０００６】また、半導体検出器は、用いる半導体の結
晶サイズがアンガー型検出器に広く採用されているシン
チレータ（ＮａＩ）と比べて小さいので充分な視野を確
保するために半導体の２次元セルアレイ、プリアンプお
よび読み出し回路を内蔵した半導体セルアレイモジュー
ル（モジュール）を稠密に配置して構成されることが一
般的であるが、半導体検出器にはライトガイドや光電子
増倍管が不要であることから、放射線検出器の小型軽量
化が期待されている。

【０００７】半導体検出器には、例えばＣｄＴｅやＣｄ
ＺｎＴｅ等のテルル化カドミウム系化合物半導体の放射
線入射面にバイアス電極を、そして半導体を挟んで対向
する裏面に信号取り出し電極を設け、縦横に素子分離し
て２次元的なアレイを形作り、印加（バイアス）電極を
通過して入射してきた放射線を吸収するように構成した
ものが多いが、最近では、半導体セルを放射線の入射方
向に略平行に縦置きにしてアレイ状に配列させた構造も
提案されている。

【０００８】半導体セルを縦置きにすると、放射線入射
方向に対して垂直方向に印加（バイアス）電圧を印加す
ることになり、印加電圧を高くすることなく放射線を吸
収する方向の距離を充分に長くすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の縦置きタイプの半導体検出器では、物理的に独立し
たセルを配列してアレイ構造を形作るために、１つのセ
ルを素子分離してアレイ構造を形作る従来の横置きタイ
プに比べて、配列精度が低下するという問題、即ち、モ
ジュール間のデッドスペース（不感帯）のみならずモジ
ュール内の半導体セル間の不感帯の大きさ（厚み）にバ
ラツキがでて不均一となるという問題があり、そのため
に、独特のアーチファクトを生むなどして画像の構成が
難しいという難点があった。

【００１０】また、電極層および絶縁層等を挟み、且つ
上記した不感帯の大きさのバラツキを調整する余地を設
けるために、隣接する半導体セル間の不感帯はある程度
大きくする必要があり、セル密度（空間分解能）の向上
にも限度があった。

【００１１】さらに、従来の構成からなるモジュールで
は、各モジュール内で不感帯の大きさを均一に調整し得
ても、不感帯の大きさはモジュール毎に微妙に異なって
しまい、そのようなモジュールを複数組み合わせてなる
検出器では、例えば５１１ｋｅＶ程度の高エネルギーを
扱う同時計数型ＰＥＴのように複数のモジュールにまた
がる同時計数を観測する場合には、観測により得られる
電気信号から明瞭な画像を形成するために、非常に複雑
な信号処理が必要であった。

【００１２】さらに、不感帯の大きさおよび位置が一定
していないので、コリメータのセプターが半導体セルの
ガンマ線入射面と重なり合って、本来放射線検出可能で
あるにも拘らず実際上は放射線検出不可能な領域が無視
できない面積で生じてしまうこと、またその領域の面積
をできるだけ小さくするようにコリメータ位置を調整す
ることが困難であるという問題もあった。

【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、従来よりも簡単に精度良く組立て可能で、空間
分解能に優れ、そして画像形成のための信号処理が簡便
な放射線半導体検出器の提供を目的とする。

【００１４】また、本発明は、従来よりも容易にコリメ
ータ位置を調整し得るコリメータ設置装置の提供も目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る本発明の放射線半導体検出器は、放
射線検出用の複数の半導体セルを所定方向に沿って所定
の等間隔で配置し、前記半導体セル各々と電気的に接続
する印加電極と信号取り出し電極をそれぞれの電極が隣
接する２つの前記半導体セルに共有されるように放射線
入射方向に平行に設けたことを特徴とする。

【００１６】好ましくは、請求項１において、前記所定
の等間隔が、前記所定方向の半導体セルの幅の略１０分
の１以下としたことを特徴とする。

【００１７】また、好ましくは、請求項１および２にお
いて、前記所定方向に配置された前記複数の半導体セル
の列を、前記所定方向に直交する方向に沿って前記所定
の等間隔でさらに複数配置したことを特徴とする。

【００１８】また、好ましくは、請求項３において、前
記印加電極を、前記所定方向に沿って隣接する前記複数
の半導体セル間でも共有させて設けたことを特徴とす
る。

【００１９】また、好ましくは、請求項１〜４におい
て、前記信号取り出し電極を、前記所定方向に直交する
方向に前記所定の等間隔で１つの半導体セルに対して複
数設けたことを特徴とする。

【００２０】また、好ましくは、請求項５において、前
記１つの半導体セルの前記電極間にイオン注入により絶
縁層を構成したことを特徴とする。

【００２１】また、好ましくは、請求項５において、前
記１つの半導体セルの前記電極間に絶縁用の溝を設けた
ことを特徴とする。

【００２２】さらに、上記課題を解決するために、請求
項８に係る本発明の放射線半導体検出器アレイは、放射
線検出用の複数の半導体セルを所定方向に沿って所定の
等間隔で配置し、前記半導体セル各々と電気的に接続す
る印加電極と信号取り出し電極をそれぞれの電極が隣接
する２つの前記半導体セルに共有されるように放射線入
射方向に平行に設けた放射線半導体検出器を複数所定方
向に沿って密着配置し、前記所定方向に沿って並ぶ半導
体セルの間隔を全て前記所定の等間隔として構成したこ
とを特徴とする。

【００２３】また、好ましくは、請求項８において、前
記放射線半導体検出器を複数さらに前記所定方向と直交
する方向にも密着配置し、前記所定方向と直交する方向
に沿って並ぶ半導体セルの間隔も全て前記所定の等間隔
として構成したことを特徴とする。

【００２４】また、好ましくは、請求項８および９にお
いて、信号処理部を放射線半導体検出器と独立して設け
たことを特徴とする。

【００２５】また、好ましくは、請求項８〜１０におい
て、角型のコリメータ穴を備えるコリメータを、セプタ
ーを不感帯と重ね合わせて設置したことを特徴とする。

【００２６】さらに、上記課題を解決するために、請求
項１２に係る本発明のコリメータ設置装置は、放射線検
出用の複数の半導体セルを所定方向に沿って所定の等間
隔で配置し、前記半導体セル各々と電気的に接続する印
加電極と信号取り出し電極をそれぞれの電極が隣接する
２つの前記半導体セルに共有されるように放射線入射方
向に平行に設けた放射線半導体検出器にコリメータを設
置するコリメータ設置装置において、前記コリメータの
各セプター部分を前記放射線半導体検出器の不感帯に重
ね合わせる位置に配置することを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
放射線半導体検出器の好ましい実施形態について説明す
る。なお、ここでは本発明の放射線半導体検出器を、被
検体に投与された放射性同位元素（ＲＩ）の体内分布を
プレーナ像、ＳＰＥＣＴ像またはＰＥＴ像として映像
（または画像）化する核医学診断装置（ガンマカメラ）
に装備される放射線半導体検出器として説明するが、本
発明の放射線半導体検出器の適用はこのガンマカメラに
限定されることはなく、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
（俗称ＣＴスキャナ）や、その他の例えば非破壊検査等
の分野で用いられる装置に適用することもできる。

【００２８】本発明の放射線半導体検出器は、例えばＣ
ｄＴｅ（テルル化カドミウム）等の化合物半導体結晶か
らなり被検体内のＲＩから放射されたガンマ線を直接電
気信号に変換して検出可能な複数の半導体セル、印加電
極および信号取り出し電極を多層基板上に配置した半導
体セルアレイモジュールを１つまたは複数マザーボード
上に実装し、前記多層基板の半導体セル設置面の背面側
に出力コネクタおよび支持脚部を設け、且つ前記多層基
板または前記マザーボードいずれかの半導体セル設置面
の背面側に、チャージアンプ、波形整形回路および読み
出し回路等からなる信号処理部を設けて概略構成され
る。

【００２９】なお、１つのモジュールからなる放射線半
導体検出器と複数のモジュールからなる検出器とを区別
するために、便宜上、後者を検出器アレイと称すること
がある。

【００３０】［第１の実施形態］図１に、本発明の放射
線半導体検出器の１実施形態の電気的システム構成を示
す。

【００３１】本実施形態おいては、半導体セルを所定方
向に複数縦置きに密に配置し、且つ電極をガンマ線の入
射方向に対して略平行に設けて半導体セルの１次元アレ
イを構成し、さらにこの１次元アレイを前記所定方向に
直交する方向に複数稠密に配置して半導体セルの２次元
アレイを構成している。そして、これらの半導体セルは
２個で１組のペアを構成しており、その半導体セルのペ
アの中央部、即ち２個の半導体セルの間に設けた信号取
り出し電極を共有し、半導体セルのペアの外側面に設け
た印加電極を隣接する半導体セルのペアと共有してい
る。

【００３２】このような半導体セルの２次元アレイから
得られる半導体信号は、チャージアンプ、波形整形回路
および読み出し回路等からなる信号処理部で処理された
後にマザーボードに対して出力される。具体的には、高
電圧ユニットから印加電極を介して負電圧を印加してい
る半導体セルにガンマ線が入射して発生するホール（Ho
le）情報および電子（Electron）情報を、信号取り出し
電極を介して信号取り出し電極毎に各チャンネル独立し
て設けるチャージアンプに伝達して誘導電荷を蓄積し、
次いでこれを波形整形回路で整形してエネルギーに比例
したピーク値を有するパルス信号に変換すると同時にパ
ルス発生を通知するトリガ（Trigger ）信号を作成して
読み出し回路へ送り出し、これらの信号を受け取った読
み出し回路が、信号発生アドレス（Adress）を通知する
信号およびエネルギー（Energy）レベルを表す信号、そ
して必要であれば同期用のトリガ信号等を作成してマザ
ーボードに対して出力する。読み出し回路による信号出
力形態は、例えばクロック同期信号として出力するなど
の慣用の出力形態とすることができる。

【００３３】本実施形態の放射線半導体検出器モジュー
ルの側面断面図を図２（ａ）に、そして正面断面図を図
２（ｂ）にそれぞれ示す。

【００３４】これらの図によれば、本モジュールは、複
数の半導体セル１、印加電極２および信号取り出し電極
３を多層基板４上に配置して概略構成されており、さら
にこれらに加えて、図には示していないが、そのガンマ
線入射面にコリメータを供え、前記多層基板４の半導体
セル１設置面の背面側に、信号出力用の出力コネクタ、
チャージアンプや読み出し回路等からなる信号処理部、
およびモジュールの位置決めおよび固定を行う支持脚部
のような部材を設けることができる。

【００３５】本モジュールにおいて、図３に示す形状を
有する半導体セル１は所定方向（図２（ａ）のＸ方向）
に複数縦置きに密に配置され、セル各々にガンマ線の入
射方向に平行に印加電極２と信号取り出し電極３とが１
つづつ対応して設けられているが、これらの電極はモジ
ュール内でＸ方向に関して隣り合うペアの半導体セル１
の間で共有されるようにセル間に１つづつ挿入されて導
電性接着剤５で接着されている。即ち、複数の半導体セ
ル１は交互に向きを変えてＸ方向に沿って１列に配置さ
れて信号取り出し側の面同士ならびに電圧印加側の面同
士が向かい合い、その互いに向かい合う電圧印加側の面
の間に印加電極２が、信号取り出し側の面の間に信号取
り出し電極３がそれぞれ挿入されている。そして、前記
所定方向に直交する方向（図２（ｂ）のＹ方向）に関し
ても、前記所定方向（Ｘ方向）に沿って配置された複数
の半導体セル１を複数列配置し、Ｙ方向に隣接する半導
体セル間に絶縁層６を設けて半導体セルの２次元アレイ
を構成している。この絶縁層およびその他の本発明の絶
縁層は、例えば絶縁性樹脂を充填して形成することがで
きる。

【００３６】このとき、印加電極２は、モジュール内で
Ｙ方向に１列に並ぶ複数の半導体セル１の間でも共有す
るように構成することもできる。

【００３７】また、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す
ように、半導体セル１がＹ方向に関して絶縁分離層８、
９で電気的に２ピースに分離され、各ピース毎に信号取
り出し電極３が設けられることにより、半導体セル１が
素子分離されて２チャンネルを構成することができる。
この絶縁分離層８、９は、半導体結晶をイオン注入処理
して構成された絶縁分離層８（図４（ａ）参照）である
ことも、エッチング等により半導体結晶に切り込み溝を
設けて構成された絶縁分離層（切り込み溝）９（図４
（ｂ）参照）であることもできる。切り込み溝９を設け
たばあい、切り込み溝９内部は中空のままであっても、
絶縁性樹脂を充填してあってもよい。また、絶縁分離層
８、９の厚み（幅）を、Ｘ方向に隣り合う半導体セル１
間の距離と同じにして、Ｘ方向とＹ方向の双方の不感帯
の大きさを均一にすることができる。このようにして半
導体セル１を素子分離することにより、素子分離しない
場合と比べて、同一チャンネル数のセルアレイを構成す
るに要する半導体セル１の数が少なくなって組立工程数
が減少すると共に、絶縁分離層８、９は慣用の手法によ
り高精度に作成され得るので組立精度も向上する。ま
た、予め２つの信号取り出し電極３を絶縁性連結材で互
いの絶縁状態を維持したまま所定の間隔を空けて連結し
た後に半導体セル１と接着させることにより組立工程の
簡素化および組立精度の向上を図ることもできる。な
お、ここでは、１つの半導体セル１を２つに素子分離し
て２チャンネルを構成した場合について述べたが、所望
に応じて、１つの半導体セル１をより多くの素子に分離
してより多くのチャンネルを構成することもできる。

【００３８】なお、半導体セル１、印加電極２および信
号取り出し電極３の実装にあたっては、図２に示すよう
に絶縁層７を介して多層基板４上に実装することもでき
るが、図５に示すようにＸ方向およびＹ方向の半導体セ
ル間の距離を所定の等間隔に定める切り欠き部１０を設
けた位置決め用基板１１の上に絶縁層１２を介してセル
と電極とを実装して半導体セルのアレイを構成すること
が、組立精度および作業性の観点から有利である。即
ち、図２（ａ）に示す通り、Ｘ方向の半導体セル１の厚
みをＴ、印加電極２および信号取り出し電極３の厚みを
ｔ１、そしてセルと電極の間の導電性接着剤５の層の厚
みをｔ２とすれば、１つの半導体セルのペア内には２Ｔ
の有感帯および２ｔ１＋４ｔ２の不感帯（デッドスペー
ス）が存在し、隣接半導体セル間の不感帯の厚み（幅）
はｔ１＋２ｔ２である。従って、前記所定の等間隔をｔ
１＋２ｔ２とすれば、Ｘ方向およびＹ方向の半導体セル
または素子の間の距離を所定の等間隔（ｔ１＋２ｔ２）
とする半導体セルのアレイを構成することができる。さ
らに、電極材料として比較的剛性の高い、例えばベリリ
ュームカッパー等の金属を用いることで、前記電極の厚
みｔ１を例えば１／３０Ｔ程度と非常に薄くすることが
できる。そして、前記導電性接着剤の層の厚みはおおよ
そ１／３０Ｔ程度にできるので、前記不感帯の厚み（ｔ
１＋２ｔ２）を１／１０Ｔ程度の薄さで均一にすること
ができる。しかし、このような構成においてもセル間の
距離に微妙なバラツキが生じてしまうことがあり、その
ような場合にはＸ方向に関しては電極をセルに接着させ
る導電性接着剤５の厚みを調整し、Ｙ方向に関してはセ
ル間の絶縁層６の厚みを調整してバラツキを補正する。

【００３９】このようなセルアレイは、図２に示す前記
絶縁層７または図５に示す絶縁層１３を介して多層基板
４上にマウントされる。この多層基板４の半導体セル１
をマウントする側の表面または表面近傍に電圧層１４が
設けられて、印加電極２のリード部分１５と、例えば低
温ハンダ１６等により電気的に接続されている。この電
圧層の下には、例えば２０００Ｖ程度の高耐電圧を有す
る絶縁性基板１７が配されて絶縁を確保し、印加電圧と
信号との間でのリークの発生が抑止されている。そし
て、前記絶縁性基板１７の電圧層１４とは反対側に信号
層１８が設けられて、信号取り出し電極３のリード部分
１９と電気的に接続されている。このとき、信号層１８
は絶縁層を挟んで電気的に多層に分離されて、またはそ
の内部が電気的に分離されて、複数の配線が形成される
ことで各々の配線と信号取り出し電極３との１対１対応
が確保されるが、電圧層１４は電気的に１体化されてい
ても分離されていてもよい。本実施形態では、信号層１
８は内部で電気的に分離されており、電圧層１４は分離
されていない。また、電圧層１４は、多層基板４に形成
させずに、半導体セルアレイのガンマ線入射面側に絶縁
層を設けてその表面または表面近傍に形成させることも
できる。

【００４０】多層基板４の半導体セル設置面の背面側に
は、図５に示すように、チャージアンプ、波形整形回
路、および読み出し回路等からなる信号処理部２０、出
力コネクタ２１やモジュールの位置決めおよび固定を行
う支持脚部２２のような部材を設けることができる。図
５において、信号処理部２０は、一体化して多層基板４
に設けられているが、所望に応じて、それぞれの器材毎
に別個に設けられたり、例えばマザーボードのモジュー
ル設置面の背面部等の多層基板以外の部位に設けられる
こともできる。半導体信号を出力する出力コネクタ２１
は、図５に示したように信号処理部２０が多層基板４に
設けられているときには信号処理部２０から信号を受け
取ってマザーボードに対して出力するが、信号処理部２
０が多層基板４に設けられていないときには信号層１８
から信号を受け取って信号処理部２０に対して出力す
る。

【００４１】多層基板４の半導体セル設置面の背面部に
設けられている支持脚部２２は、その突端部で冷却板上
の所定の位置に、例えばナット等の手段を用いて固定さ
れて本モジュールの位置決めおよび支持を行うと同時
に、熱の放散をも行うことができ、本モジュールの支持
脚部は、支持手段、位置決め固定手段および放熱手段を
兼ねている。このとき、冷却板は、モジュールとマザー
ボードの間またはマザーボードのモジュール設置面とは
反対側のどちらにも設置され得る。また、前記冷却板
は、例えば銅等の熱容量の大きな金属などの放熱効率の
良好な部材であることが好ましく、さらには、冷却ファ
ン等の冷却板を冷却する手段が設けられることが望まし
い。

【００４２】また、このような半導体セルアレイのガン
マ線入射面にコリメータを実装し、ガンマ線入射方向に
平行する側面にシールドを取り付けて、ノイズの抑止を
図ることもできる。

【００４３】以上のようにして半導体セル１、印加電極
２および信号取り出し電極３が多層基板４上に配置され
た本実施形態の放射線半導体検出器が構成されている。
なお、本実施形態においては、半導体セルの２次元アレ
イにより検出器を構成しているが、所望に応じて半導体
セルの１次元アレイにより検出器を構成することも当然
可能である。また、本実施形態の検出器は隣接するセル
１間に印加電極２または信号取り出し電極３のどちらか
一方の電極を１枚だけ挟むので、隣接するセルの間に一
方のセルの印加電極と他方のセルの信号取り出し電極と
の２枚の電極ならびにそれら２枚の電極を絶縁する絶縁
層を挟む従来の半導体セルのアレイまたは検出器（モジ
ュール）と比べて、隣接するセル間に存在する放射線検
出不能の間隔である不感帯を著しく短縮することがで
き、Ｘ方向に関するセル密度を飛躍的に向上させること
ができる。しかも、本実施形態においては、１つの半導
体セルを２チャンネルに素子分離しているので、Ｙ方向
に関するセル密度もほぼ２倍に向上している。また、本
実施形態においては、電極と電極の間には必ず半導体セ
ル１が存在して電極同士が近接することがないので、信
号取り出し電極３からの半導体信号に対する印加電極４
の印加電圧の影響が減少し、ノイズの発生が抑制されて
Ｓ／Ｎ比が高い良好な信号を得ることができる。

【００４４】［第２の実施形態］次いで、上記実施形態
で述べた本発明の放射線半導体検出器（モジュール）を
マザーボード上に複数１次元または２次元に実装してな
る放射線半導体検出器アレイについて、図６および図７
を参照して説明する。

【００４５】本実施形態の放射線半導体検出器アレイ
を、放射線入射面方向から見た上面図を図６に示し、そ
の検出器アレイを図６のＸ方向に沿って切断した側面断
面図を図７に示す。

【００４６】図６に見られる通り、本実施形態において
は、複数の検出器モジュール２３を所定の方向（図６の
Ｙ方向）に１列に並べて大視野を有する検出器モジュー
ルの１次元アレイ２４を構成している。このとき、検出
器モジュール２３同士が接する図６のＸ方向側面の接合
部において、絶縁性部材を充填する、あるいは絶縁テー
プで止めるなどの手法によりＹ方向に隣り合う半導体セ
ルまたは素子の距離をモジュール内の距離（ｔ１＋２ｔ
２）と等しくする。さらにＹ方向にも接合部が設けられ
てより大きな視野を有する検出器モジュールの２次元ア
レイを構成するときには、Ｘ方向の接合部と同様にして
不感帯の大きさをそろえると同時に、隣接検出器モジュ
ール２３の電圧層１４同士を接続端子を介して電気的に
接続する。従って、検出器アレイを構成するに際して、
検出モジュール２３の電圧層１４の接続端子を設けた辺
（図６のＹ方向の辺）同士での接合を可能な限り避けて
構成するようにすると組立精度および工程数の点で有利
である。

【００４７】また、図７に見られる通り、本実施形態に
おいては、信号処理部２０を多層基板４ではなくマザー
ボード２５の検出器モジュール設置面の背面部に設けて
いる。従って、半導体信号は、個々のモジュール２３の
多層基板４内部の信号層１８を介して出力コネクタ２１
へ送られ、そして出力コネクタ２１から適当な信号線を
介してマザーボード２５に設けられた信号処理部２０に
対して出力される。信号処理部２０は多層基板４に設け
られることもでき、そのような場合にはモジュールに基
づく単位で読み出し回路などの器材を取り扱う必要があ
るが、本実施形態のように多層基板４以外の部位に設け
るとモジュールに基づく単位に制限されることなく取り
扱うことができるので、回路の設計上有利である。

【００４８】このような検出器アレイ２４のガンマ線入
射面にコリメータを実装するときには、検出器モジュー
ル２３毎にコリメータを設けることもできるが、複数の
検出器モジュール２３または検出器アレイ２４全体を単
位としてコリメータを設けることが工作上有利である。
また、シールドは、検出器アレイのガンマ線入射面に平
行する４辺を構成する側面にのみ設ける。

【００４９】［第３の実施形態］以上に、放射線半導体
検出器（モジュール）および放射線半導体検出器アレイ
において隣接する半導体セル間の距離を均一にすること
で不感帯の大きさを均一にする実施形態について述べて
きたが、これらの検出器モジュールおよび検出器アレイ
のガンマ線入射面に実装して用いられるコリメータの形
状および設置位置の調整によってさらに不感帯の大きさ
を均一に小さくすることが可能であり、その実施形態を
以下に述べる。

【００５０】本実施形態の放射線検出器アレイの上面図
を図８（ａ）に、側面断面図を図８（ｂ）に、そして正
面断面図を図８（ｃ）にそれぞれ示す。

【００５１】この検出器アレイ２６は、例えば図６に示
した検出器アレイのガンマ線入射面上に、図８（ａ）〜
（ｃ）に見られる通りにコリメータ２７を、そして検出
器アレイのガンマ線入射面に平行する４辺を構成する側
面にシールド２８をそれぞれ実装して概略構成されてい
る。

【００５２】本実施形態のコリメータ２７は、隣接する
半導体のセルまたは素子の間に存在する不感帯の形状お
よび寸法に合わせてセプタ−２９の形状および寸法が定
められており、セプター（リーフ）９即ちコリメータの
鉛壁部分が不感帯と可能な限り重なるように格子状に設
けられて角型のコリメータ穴３０を形成している。この
ようにしてセプター２９をできるだけ不感帯と重ねて存
在させれば、従来生じていた有感帯上のセプター２９の
影、即ち有感帯でありながら実際には放射線検出不可能
であった部分を減少させて感度のロスを最小限に抑え、
検出器の実効能力を向上させることができる。これは、
本発明による放射線半導体検出器（モジュール２３およ
びアレイ２４）の不感帯の寸法および位置関係が均一で
あるからこそ可能になったもので、従来の検出器、特に
従来の検出器アレイの寸法および位置関係が不均一な不
感帯に合せてコリメータのセプターを製造することは不
可能であるか、少なくとも大変に不経済である。

【００５３】そして、本実施形態のコリメータ２７のセ
プター２９の寸法を種々変えて検出器に実装すること
で、検出器のコリメータ以外の部分に変更を加えること
無く、用途に合わせてガンマ線検出感度および分解能の
異なる検出器を設計することができる。即ち、入射ガン
マ線のエネルギーが高い用途の場合にはガンマ線入射方
向に対して直交する面方向のセプター寸法（セプター
厚）を大きくしてセプター厚を厚くしたコリメータを実
装し、高分解能が要求される用途の場合にはセプターの
ガンマ線入射方向に平行な方向のセプター寸法（セプタ
ー高）を大きくしてセプター高を高くしたコリメータを
実装するだけで、容易に、それぞれの用途に適した検出
器を得ることができる。また、例えば半導体のセルまた
は素子各々を取り囲む格子を形成している２ｎ列Ｘｍ列
の不感帯に対して、半導体のセルまたは素子のペア各々
を取り囲む格子を形成するようにｎ列Ｘｍ列のセプター
を設けた倍周期のコリメータ（図９参照）のように、所
定寸法の格子を形成するように幾つかの不感帯に１つの
割合でセプターを設けたコリメータを用いてガンマ線検
出感度の向上を図ることもできる。

【００５４】［第４の実施形態］以下に、本発明による
コリメータ設置装置について、図面を参照して説明す
る。

【００５５】本発明のコリメータ設置装置は、例えばコ
リメータ２７の取り付け時あるいは使用時にコリメータ
２７の位置がずれた場合、コリメータ２７を検出器上で
自動的に移動させてコリメータ２７のセプター２９と直
交して格子を形成している不感帯に可能な限り完全に重
なるようにコリメータ２７と検出器２３、２４の相対位
置を２次元的に調整するコリメータ移動機構３１（図１
０参照）を備えており、組立場所のみならず使用場所に
おいても容易にコリメータ２７の位置調整が可能とな
り、放射線半導体検出器の生産性および保守作業性を向
上させ得るものである。そのようなコリメータ設置装置
としては、これに制限されるものではないが、図１１に
示すコリメータ相対位置自動調整システムを例示するこ
とができる。

【００５６】図１１によれば、本実施形態のコリメータ
設置装置は、電動シフト機構等のコリメータ移動機構３
１、面線源または線線源であるガンマ線源３２、ガンマ
線検出回路３３、プリセットタイム収集カウンタ３４、
最大値検定回路３５およびＣＰＵ（中央演算装置）３６
から概略構成されている。そして、コリメータ移動機構
３１を用いてコリメータ２７を移動させながら、コリメ
ータ２７の前面に設定されたガンマ線源３２からガンマ
線を放射して放射線半導体検出器２３、２４から出力さ
れる信号を検出回路３３およびプリセットタイム収集カ
ウンタ３４で処理して、観測されたガンマ線量やそのガ
ンマ線量が観測された時間などを含む計数値を得る。こ
の計数値を最大値検定回路３５で検定してガンマ線量の
最大値の観測時間を決定し、ＣＰＵ３６がその観測時間
におけるコリメータ位置を決定した後、コリメータ移動
機構３１を用いてコリメータ２７をその観測時間におけ
る位置に移動させて調整を行っている。このとき、検出
器側にコリメータの取付け位置を機械的に１次元的に定
める手段、例えばガイドレールのようなガイド手段等を
設けておけば、残る１次元方向のコリメータ取付け位置
のみを自動的に調整すればよいので、コリメータ位置調
整手段の構成を簡素にすることができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の放射線半導体検出器（アレイ）
は、半導体セルを縦置きに高精度で等間隔に密度高く配
置し、従来よりも電極の厚みを薄くし、信号処理部をマ
ザーボド側に設置し、コリメータのセプターと不感帯と
をできるだけ重ね合わせる構成をとり、そして本発明の
コリメータ設置装置は自動的にコリメータ位置を調整す
る構成をとるので、検出感度およびエネルギー分解能の
劣化を招かずに放射線吸収方向の半導体の厚みを変更す
ることを可能にし、セル密度（空間分解能）を高くし、
画像（映像）形成のための信号処理を容易にし、回路お
よびその他の部材の設計を容易にし、放射線検出感度の
ロスを低減し、コリメータの位置調整を容易にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射線半導体検出器の１実施形態の電
気的システム構成を示す図である。

【図２】本発明の放射線半導体検出器モジュールの１実
施形態の部分断面図である。

【図３】本発明の放射線半導体検出器モジュールに用い
られる半導体セルの形状の１例を示す図である。

【図４】本発明による半導体セルの素子分離を説明する
図である。

【図５】本発明による放射線半導体検出器モジュールの
断面図である。

【図６】本発明の放射線半導体検出器アレイの１実施形
態をガンマ線入射方向から見た上面図である。

【図７】本発明の放射線半導体検出器アレイの別の実施
形態を示す断面図である。

【図８】本発明によるコリメータを備える放射線半導体
検出器アレイの１実施形態をガンマ線入射方向から見た
上面図である。

【図９】本発明による別のコリメータを備える放射線半
導体検出器アレイの１実施形態を説明する断面図であ
る。

【図１０】本発明によるコリメータ設置装置のコリメー
タ位置調整機構を説明する模式図である。

【図１１】本発明によるコリメータ設置装置のコリメー
タ位置調整システムの構成の１例を示す図である。

【符号の説明】

１半導体セル２印加電極３信号取り出し電極４多層基板５導電性接着剤６絶縁層７絶縁層８絶縁分離層９絶縁分離層（切り込み溝）１０切り欠き部１１位置決め用基板１２絶縁層１３絶縁層１４電圧層１５印加電極のリード部１６低温ハンダ１７絶縁性基板１８信号層１９信号取り出し電極のリード部２０信号処理部２１出力コネクタ２２支持脚部２３放射線半導体検出器モジュール２４放射線半導体検出器アレイ２５マザーボード２６放射線半導体検出器アレイ２７コリメータ２８シールド２９セプター３０コリメータの穴３１コリメータ移動機構３２ガンマ線源３３ガンマ線検出回路３４プリセットタイム収集カウンタ３５最大値検定回路３６ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線検出用の複数の半導体セルを所定
方向に沿って所定の等間隔で配置し、前記半導体セル各
々と電気的に接続する印加電極と信号取り出し電極をそ
れぞれの電極が隣接する２つの前記半導体セルに共有さ
れるように放射線入射方向に平行に設けたことを特徴と
する放射線半導体検出器。
【請求項２】前記所定の等間隔が、前記所定方向の半
導体セルの幅の略１０分の１以下としたことを特徴とす
る請求項１に記載の放射線半導体検出器。
【請求項３】前記所定方向に配置された前記複数の半
導体セルの列を、前記所定方向に直交する方向に沿って
前記所定の等間隔でさらに複数配置したことを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の放射線半導体検出
器。
【請求項４】前記印加電極を、前記所定方向に沿って
隣接する前記複数の半導体セル間でも共有させて設けた
ことを特徴とする請求項３に記載の放射線半導体検出
器。
【請求項５】前記信号取り出し電極を、前記所定方向
に直交する方向に前記所定の等間隔で１つの半導体セル
に対して複数設けたことを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の放射線半導体検出器。
【請求項６】前記１つの半導体セルの前記電極間にイ
オン注入により絶縁層を構成したことを特徴とする請求
項５に記載の放射線半導体検出器。
【請求項７】前記１つの半導体セルの前記電極間に絶
縁用の溝を設けたことを特徴とする請求項５に記載の放
射線半導体検出器。
【請求項８】放射線検出用の複数の半導体セルを所定
方向に沿って所定の等間隔で配置し、前記半導体セル各
々と電気的に接続する印加電極と信号取り出し電極をそ
れぞれの電極が隣接する２つの前記半導体セルに共有さ
れるように放射線入射方向に平行に設けた放射線半導体
検出器を複数所定方向に沿って密着配置し、前記所定方
向に沿って並ぶ半導体セルの間隔を全て前記所定の等間
隔として構成したことを特徴とする放射線半導体検出器
アレイ。
【請求項９】前記放射線半導体検出器を複数さらに前
記所定方向と直交する方向にも密着配置し、前記所定方
向と直交する方向に沿って並ぶ半導体セルの間隔も全て
前記所定の等間隔として構成したことを特徴とする請求
項８に記載の放射線半導体検出器アレイ。
【請求項１０】信号処理部を放射線半導体検出器と独
立して設けたことを特徴とする請求項８または請求項９
に記載の放射線半導体検出器アレイ。
【請求項１１】角型のコリメータ穴を備えるコリメー
タを、セプターを不感帯と重ね合わせて設置したことを
特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の放射
線半導体検出器アレイ。
【請求項１２】放射線検出用の複数の半導体セルを所
定方向に沿って所定の等間隔で配置し、前記半導体セル
各々と電気的に接続する印加電極と信号取り出し電極を
それぞれの電極が隣接する２つの前記半導体セルに共有
されるように放射線入射方向に平行に設けた放射線半導
体検出器にコリメータを設置するコリメータ設置装置に
おいて、前記コリメータの各セプター部分を前記放射線
半導体検出器の不感帯に重ね合わせる位置に配置するこ
とを特徴とするコリメータ設置装置。