JPS6247568A - Radial rays detector - Google Patents

Radial rays detector

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JPS6247568A
JPS6247568A JP18740085A JP18740085A JPS6247568A JP S6247568 A JPS6247568 A JP S6247568A JP 18740085 A JP18740085 A JP 18740085A JP 18740085 A JP18740085 A JP 18740085A JP S6247568 A JPS6247568 A JP S6247568A
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JP
Japan
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scintillator
radiation
semiconductor element
optical semiconductor
bonded
Prior art date
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Pending
Application number
JP18740085A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimi Akai
赤井 好美
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve sensitivity, S/N and low contrast resolving power as a detector even in case an element with inferior light transmissivity is used by providing a optical wave guide path on the surface of the incident side of radial rays of a scintillator element and conducting the rays of light generating in the element to an optical semiconductor element with good efficiency. CONSTITUTION:A medium of the optical wave guide path, for instance, quartz glass 11 is joined with the surface of the incident side of the radial rays of the scintillator element 10. Then, the optical semiconductor element 12 is joined with the surface which is not exposed to the radial rays of the medium 11 using an optically transparent adhesive. Further, as to the joining of the element 10 with the medium 11, it is desirable to form each material powder in a body by a hot isostatic process. Further, a circuit which transmits an electrical signal to a signal processing system of a next step is formed by holding the element 12 by a substrate 13 and the aluminum foil 14 prevents the rays of light generating in the scintillator leaking out to the outside.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、放射線検出器に関し、特にコンピュータ断層
撮影装置に使用される放射線検出器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a radiation detector, and particularly to a radiation detector used in a computed tomography apparatus.

[発明の技術的背景] 放射線UI層撮影装置例えば第3世代あるいは第4世代
のX線CT装置は、複数の検出素子を高密度に1次元配
列してなるX線検出器を有している。
[Technical Background of the Invention] A radiation UI layer imaging device, for example, a third-generation or fourth-generation X-ray CT device, has an X-ray detector in which a plurality of detection elements are arranged in one dimension at high density. .

X線検出器としては、従来主流を占めていたガス電離箱
の代わりに、近年、シンチレータとフォトダイオードを
組合わせた固体シンチレーション検出器が汎用されてき
た。これは、固体シンチレーション検出器に使用される
フォトダイオードは高密度実装が可能であるので、高分
解能のCT両画像得るためには検出素子の配列ピッチを
できるだけ小さくしなければならないという要請に応す
ることができるからである。従来より知られているシン
チレーション検出器の構造を以下に示す。第4図は複数
のシンチレータ素子1をコリメータ板2を介して順次接
着して形成した多チヤンネル型シンチレータ素子体3を
示す。コリメータ板2は通常X線吸収率の大きい重金属
、例えば鉛やタングステンの薄板が用いられ、その両面
にはシンチレータ素子1で発生した光を効率よく反射す
るため光反射剤が塗布されている。
In recent years, solid-state scintillation detectors that combine a scintillator and a photodiode have been widely used as X-ray detectors, instead of gas ionization chambers that have traditionally been the mainstream. This meets the requirement that the arrangement pitch of the detection elements must be made as small as possible in order to obtain high-resolution CT images, since the photodiodes used in solid-state scintillation detectors can be mounted in high density. This is because it is possible. The structure of a conventionally known scintillation detector is shown below. FIG. 4 shows a multi-channel scintillator element body 3 formed by sequentially bonding a plurality of scintillator elements 1 via a collimator plate 2. As shown in FIG. The collimator plate 2 is usually a thin plate of a heavy metal with a high X-ray absorption rate, such as lead or tungsten, and both sides of the plate are coated with a light reflecting agent to efficiently reflect the light generated by the scintillator element 1.

第5図は多チヤンネル型フォトダイオード4を示してお
り、1枚の半導体基板5上に複数の半導体光検出素子た
るフォトダイオード素子6が形成されている。各フォト
ダイオード素子6は信号取り出し用の端子7が設けられ
、この端子7から絶縁基板8上の印刷配線端子上へ図示
しないワイヤボンディング等で電気的に接続されている
FIG. 5 shows a multichannel photodiode 4, in which a plurality of photodiode elements 6, which are semiconductor photodetecting elements, are formed on one semiconductor substrate 5. Each photodiode element 6 is provided with a terminal 7 for signal extraction, and this terminal 7 is electrically connected to a printed wiring terminal on an insulating substrate 8 by wire bonding or the like (not shown).

このような構成による多チヤンネル型フォトダイオード
4は第6図に示すように、透明接着剤例えばガラス用接
着剤を用いて各チャンネルが一致するように接着接合さ
れて、多チヤンネル型放射線検出ブロック9を得ること
ができる。
As shown in FIG. 6, the multi-channel photodiode 4 having such a configuration is adhesively bonded to the multi-channel radiation detection block 9 using a transparent adhesive, such as a glass adhesive, so that each channel coincides with the other. can be obtained.

ところで上記構成による放射線検出器において、シンチ
レータ素子として要求される特性には以下のものがある
By the way, in the radiation detector having the above configuration, the characteristics required of the scintillator element include the following.

■ X線吸収率が大きいこと。■ High X-ray absorption rate.

■ 吸収したX線を光へ変換する効率が大きいこと。■High efficiency in converting absorbed X-rays into light.

■ 光透過率が大きいこと。■ High light transmittance.

(以下余白) ■ 温度変化によって発光量が変化しないこと。(発光
効率の温度係数が小さい こと。) ■ 残光が少なく、減衰が早いこと。
(Left below) ■The amount of light emitted must not change due to temperature changes. (The temperature coefficient of luminous efficiency should be small.) ■ There should be little afterglow and fast decay.

■ 発光スペクトルが光半導体素子の感度波長域に合致
すること。
■ The emission spectrum must match the sensitivity wavelength range of the optical semiconductor device.

これらの特性を満足するシンチレータ材料としてGd2
O2S : pr蛍光体がある。特にこの蛍光体は、発
光効率の温度係数が非常に小さく、放射線断層撮影装置
の検出器のシンチレータとして使、  用した場合に、
周囲温度変化に伴う各チャンネル間の信号量の不均一な
変化が無くなり、良好な画像を得ることが期待できる。
Gd2 is a scintillator material that satisfies these characteristics.
O2S: There is a pr phosphor. In particular, this phosphor has a very small temperature coefficient of luminous efficiency, and when used as a scintillator in the detector of a radiation tomography device,
Non-uniform changes in signal amount between channels due to changes in ambient temperature are eliminated, and it is expected that a good image will be obtained.

しかしこの材料は、単結晶育成技術が困難であり、まだ
良好な単結晶が得られないため、粉末を熱間静水圧加圧
法(Hot  I 5ostatic  P ress
ingM ethod以下HIP法と略す)により焼結
する方法が試みられている。この方法で作ったGd2O
2S : Prシンチレータは、光透過率が悪い。
However, single crystal growth technology for this material is difficult, and good single crystals have not yet been obtained.
A method of sintering using the ingM method (hereinafter abbreviated as HIP method) has been attempted. Gd2O made using this method
2S: Pr scintillator has poor light transmittance.

その理由は、■材料が光を吸収する。■焼結体中にボイ
ドが存在し光が散乱される。■不純物混入により着色す
るなどである。
The reason is: ■The material absorbs light. ■Voids exist in the sintered body and light is scattered. ■Coloring due to impurity contamination.

光透過率が悪いシンチレータを用いて作成した検出器を
X線CT装置に使用した場合には、検出器としての感度
とS/Nが低下する。また検出する信号中に、入射X線
の低エネルギー成分が少なくなり、画像にした場合には
低コン1〜ラスト分解能が悪くなる。
If a detector made using a scintillator with poor light transmittance is used in an X-ray CT apparatus, the sensitivity and S/N of the detector will decrease. In addition, low energy components of incident X-rays are reduced in the detected signal, and when converted into an image, low contrast 1 to last resolution becomes poor.

そこで光透過率の悪いシンチレータ素子を使用する場合
は、シンチレータ素子内で発生した光を有効に光半導体
素子まで導くような構造が必要であり、特にGd2O2
S : PrをHIP法で焼結したシンチレータに前記
構造を適用できれば、X線CT用検出器として最良のも
のができる。
Therefore, when using a scintillator element with poor light transmittance, it is necessary to have a structure that effectively guides the light generated within the scintillator element to the optical semiconductor element.
S: If the above structure can be applied to a scintillator made by sintering Pr using the HIP method, the best detector for X-ray CT can be obtained.

[発明の目的] 本発明の目的は、光透過率の良くないシンチレータ素子
内で発生した光を有効に光半導体素子に導くような構造
にし、検出器としての性能を向上させることである。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to improve the performance as a detector by creating a structure that effectively guides light generated within a scintillator element with poor light transmittance to an optical semiconductor element.

[発明の概要〕 本発明の放射線検出器は、シンチレータ素子の放射線の
入射側の面に、光導波路を設けて、シンチレータ素子内
で発生した光を効率良く光半導体素子まで導き、光透過
率の良くないシンチレータ素子を使用する場合でも、検
出器としての感度。
[Summary of the Invention] The radiation detector of the present invention includes an optical waveguide provided on the radiation incident side surface of the scintillator element, and efficiently guides the light generated within the scintillator element to the optical semiconductor element, thereby improving the light transmittance. Sensitivity as a detector even when using poor scintillator elements.

S/N、低コントラス1へ分解能の向上を可能にしたこ
とを特徴とするものである。
It is characterized by making it possible to improve resolution to S/N and low contrast of 1.

[発明の実施例] 第1図は本発明の放射線検出器の一実施例構造の横断面
図である。
[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a cross-sectional view of the structure of an embodiment of the radiation detector of the present invention.

シンチレータ素子10の放射線の入射側の面に光導波路
の媒体例えば石英ガラス11を接合しである。
An optical waveguide medium such as quartz glass 11 is bonded to the surface of the scintillator element 10 on the radiation incident side.

光半導体素子12は、媒質11の放射線に浜されない面
に光学的に透明な接着剤を用いて接合しである。
The optical semiconductor element 12 is bonded to the surface of the medium 11 that is not exposed to radiation using an optically transparent adhesive.

シンチレータ素子10と光導波路の媒質11との接合は
、光学的に透明な接着剤を用いても良いが、各々の原料
粉末を熱間静水圧加圧法により一体で形成することが望
ましい。
Although an optically transparent adhesive may be used to join the scintillator element 10 and the optical waveguide medium 11, it is preferable that the respective raw material powders be integrally formed by hot isostatic pressing.

光導波路の光反射層は、二酸化チタン(Ti 02 )
を主成分とする白色塗料を、シンチレータとの接合面と
光半導体との接合面を除く全ての面に塗布して形成され
るが図示はしていない。
The light reflective layer of the optical waveguide is made of titanium dioxide (Ti 02 ).
It is formed by applying a white paint containing as a main component to all surfaces except the bonding surface with the scintillator and the bonding surface with the optical semiconductor, but these are not shown.

13は、光半導体素子を保持し、電気信号を次段の信号
処理系へ通す回路を形成している基板である。
Reference numeral 13 denotes a substrate that holds the optical semiconductor element and forms a circuit for passing electrical signals to the next stage signal processing system.

14は、シンチレータ内で発生した光を外へ漏洩させな
いために、さらにアルミ箔等で被っである。
14 is further covered with aluminum foil or the like in order to prevent the light generated within the scintillator from leaking outside.

媒質11が空気の場合には、光反!)1層のみを、白色
塗料を塗布した軽い元素(例えばアルミニウム)の金属
箔板で形成する。
When the medium 11 is air, light reflection! ) Only one layer is formed of a metal foil plate of a light element (for example aluminum) coated with white paint.

第2図は、さらに第1図を改良したもので、シンチレー
タ素子10の放射線の透過方向の面に光半導体素子15
を接合し、シンチレータ素子10内で等方向に発生した
光のうち、シンチレータ素子の放射線透過方向へ導く光
を検出する。
FIG. 2 is a further improvement of FIG.
Among the light generated in the same direction within the scintillator element 10, the light guided in the direction of radiation transmission of the scintillator element is detected.

第6図は、シンチレータ素子10.光導波路の媒質11
.光半導体素子12を、多チヤンネル密着配列してなる
構造を示す。16は、放射線のコリメータ板であり、主
に白色塗料を塗布して光反射層を設けた鉛薄板を用いる
FIG. 6 shows the scintillator element 10. Optical waveguide medium 11
.. A structure in which optical semiconductor elements 12 are closely arranged in multiple channels is shown. Reference numeral 16 denotes a radiation collimator plate, which is mainly a thin lead plate coated with white paint and provided with a light reflective layer.

[発明の効果] シンチレータ素子内で発生した光を有効に光半導体素子
まで導くことができ、待にGd2O2S :Pr  (
Ii酸化ガドリニウム)蛍光体粉末を、熱間静水圧加圧
法により作成したシンチレータは、唯一の欠点である光
透過率が悪いことに寄囚する特性の劣化を補償すること
ができ、検出器として感度、S/N、低コントラスト分
解能の向上を達することができる。
[Effect of the invention] The light generated within the scintillator element can be effectively guided to the optical semiconductor element, and Gd2O2S :Pr (
A scintillator made from phosphor powder (gadolinium oxide) using the hot isostatic pressing method can compensate for the deterioration of characteristics due to the poor light transmittance, which is the only drawback, and has a high sensitivity as a detector. , S/N, and low contrast resolution improvements can be achieved.

他に、■光半導体素子の受光面積を小さくできる。In addition, (1) the light-receiving area of the optical semiconductor element can be reduced;

■入射放射線が直接光半導体素子に到達しないので、こ
れによるS/N劣化を防げる。
(2) Since the incident radiation does not directly reach the optical semiconductor element, S/N deterioration due to this can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は、本発明に係る検出器の一実施例を示
す断面図、第3図は多チヤンネル密着配列してなるシン
チレータ素子と光半導体素子および光導波路の媒体の構
成図、第4図は従来の多チヤンネル型シンチレータ素子
体を示す斜視図、第5図は従来の多チヤンネル型フォト
ダイオード素子体を示す斜視図、第6図は前記第4図及
び第5図の素子体を組合わせた検出器を示す斜視図であ
る。 10・・・シンチレータ素子 11・・・光導波路媒体 12・・・光半導体素子 13・・・基板 14・・・アルミ箔 15・・・光半導体素子 16・・・コリメータ板
1 and 2 are cross-sectional views showing one embodiment of a detector according to the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a scintillator element, an optical semiconductor element, and an optical waveguide medium arranged in close contact with each other in multichannels, FIG. 4 is a perspective view showing a conventional multi-channel scintillator element body, FIG. 5 is a perspective view showing a conventional multi-channel photodiode element body, and FIG. 6 is the element body shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 10...Scintillator element 11...Optical waveguide medium 12...Optical semiconductor element 13...Substrate 14...Aluminum foil 15...Optical semiconductor element 16...Collimator plate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)放射線により発光可能なシンチレータ素子と、こ
のシンチレータ素子の光を電気信号に変換する半導体素
子とを組合わせてなる放射線検出器において、シンチレ
ータ素子の放射線の入射側の面に光導波路を設け、この
光導波路の放射線に瀑されない側面に光半導体素子を接
合したことを特徴とする放射線検出器。
(1) In a radiation detector that combines a scintillator element that can emit light with radiation and a semiconductor element that converts the light from this scintillator element into an electrical signal, an optical waveguide is provided on the surface of the scintillator element on the radiation incident side. A radiation detector characterized in that an optical semiconductor element is bonded to a side surface of the optical waveguide that is not affected by radiation.
(2)光導波路は、媒質を石英ガラスとし、光半導体素
子を接合する面とシンチレータ素子との接合面とを除く
すべての側面を二酸化チタン(TiO2)を主成分とす
る白色塗料を塗布し、光反射層を形成することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の放射線検出器。
(2) The optical waveguide uses quartz glass as a medium, and coats all sides except the surface where the optical semiconductor element is bonded and the surface where the scintillator element is bonded with a white paint containing titanium dioxide (TiO2) as the main component, 2. The radiation detector according to claim 1, further comprising a light reflecting layer.
(3)光導波路は、媒質を空気とし、光半導体素子を接
合する面とシンチレータ素子との接合面とを除くすべて
の側面を、二酸化チタン (TiO2)を主成分とする白色塗料を塗布したアルミ
ニウムなどの軽い元素の金属薄板で光反射層を形成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放射線検
出器。
(3) The optical waveguide uses air as a medium, and all sides except the surface where the optical semiconductor element is bonded and the surface where the scintillator element is bonded are made of aluminum coated with a white paint containing titanium dioxide (TiO2) as the main component. 2. The radiation detector according to claim 1, wherein the light reflecting layer is formed of a thin metal plate of a light element such as.
(4)シンチレータ素子の放射線の透過方向の面に光半
導体素子を接合したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の放射線検出器。
(4) The radiation detector according to claim 1, characterized in that an optical semiconductor element is bonded to the surface of the scintillator element in the radiation transmission direction.
(5)シンチレータ素子としてGd2O2S:Pr(硫
酸化ガドリニウム)粉末原料を熱間静水圧加圧法により
作成したものを用いることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の放射線検出器。
(5) The radiation detector according to claim 1, characterized in that the scintillator element is made from Gd2O2S:Pr (gadolinium sulfate) powder raw material by hot isostatic pressing.
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