JPS6271881A - 放射線検出器 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は放射線検出器、特にコンピュータ断層倣形装置
（＞、線ＣＴ装置）に用いられる放射線検出器に関する
ものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 放射線検出器がＸ線源と共に被検体のまわりを回転する
いわゆる第３世代のＸ線ＣＴ装置においては、空間分解
能を高めるために放射線検出器を多数（例えば５１２個
）の放射線検出器を可能な限り密接させて組立るように
している。またコントラスト分解能を高めるためこれら
の放射線検出器に入用するＸ線の吸収効率をてきるだけ
高める工夫がなされるのが通常である。

ところで、従来のこの種のＸ線検出器としては、高圧の
ＸｅカスがＸ線により比較的）こ電離するという原理、
すなわち、所定の間隔を隔てて平行配置した一対のタン
グステン板間に設定された電界によってＸｅカスの電離
による電荷が収集され、この収集電荷はＸＣ’ガス中に
吸収されたＸ線の数に比例するという１京埋を用いてい
る。

このような原理に塞づ＜ｘｅガスを用いた電離箱型放射
線検出器は次に述べるような改善すべぎ問題点を含んで
いる。

■　Ｘ線吸収効宰が悪いこと。

■　タングステン板からなる電極に高電圧か加えられて
おり、しかもその電極が（辰動するためマイクロッオニ
ツク雑音が発生すること。

■　Ｘｅガスを高圧で封入ゴるため、圧力容器か必要と
なり、形状が大型化し重最も増加ししかもコス］〜高に
なる二と。

■　このようなｔｐ！射線検出器では、Ｘｅガスの封？
、か終了し数百個分全ての組み立てが終るまで動作の良
否が不明で−り、しかも、１個でも不良があれば全体を
分解して組み立て作業を仕置さなければならないこと。

旧述した■〜■の問題点は、固体方式の放射線検出器を
採用することにより一応解決することができる。

固体方式の採用する場合は主にシンチレータ素子とフォ
トダイオードを組み合せたものが用いられる。しかしＸ
線の吸収に伴ってシンチレータ素子内で発生する光は吸
収と散乱とによりその何割かが減衰しフォトタイオード
まで有効に到遅しないことが多い。

Ｌ、たがって固体方式の放射線検出器においてもシンチ
レータ内で発生した光を有効に取り出すような構造が望
まれている。

一方、Ｘ線源のみが被検体のまわりを回転するいわゆる
第４世代のＸ線ＣＴ装置においては、数千間（例えば２
３０４個）の放射線検出器を円形状に組み立てる。この
場合、実際にはシンチレータ素子とフォトタイオードと
を光学的に透明な接着剤により接合して数十周毎の検出
器パックを７構成しこれらを円形状に組み立てるように
している。

しかしこの場合にも以下に述べるような改善すべき問題
点がある。

イ、シンチレータ素子とフオトダイオードとを前俊接者
剤により接合する工程は煩雑で歩留りが悪くしかも位置
精度が悪いこと。

ロ、シンチレータ素子とフォトダイオードとの光学的結
合状態は周囲の温度変化によりしばしば不均一に変動す
ること。

ハ、シンチレータ素子とフォトダイオードとの間に接着
剤層が存在するため隣接チャンネル間のクローストーク
の原因となること。

二、フォトダイオードは通常単結晶であるため高価であ
ること。

ホ、シンヂレータ素子内で発生する光が前述した第３世
代のＸ線ＣＴ装置の場合と同様吸収と散乱とにより減衰
すること。

へ、上記ボの問題点を解決すべく光反射層を設【プる場
合も多いが、この光反射層を均一な厚みで形成すること
は困難でしばしばフォトダイオ〜１へとのピッチづれが
生じ検出感度のバラツキやクロストークの原因となるこ
と。

１〜．光反射層を饅けてもその反射率を１００％とする
ことは困難であり、依然として光の減衰を伴うこと。

し発明の目的］ 本発明は上記事尚に鑑みてなされたものであり、従来の
Ｘ　ｅガス電離箱型の放射線検出器の欠点に鑑みて固体
型で、がっ、製造工程の簡略化が可能であり発生光を有
効（Ｓ電気信号に変換でき隣接チャンネル間のクロスト
ークや周囲温度による影響を受けることがない放射線検
出器を提供することを目的とするものである。

［発明の概要］ 上記目的を連成するための本発明の概要は、放射線源か
ら被検体に対して放射線を＠射することにより得られる
放射線透過情報を収集し、これを電気信号に変換する放
射線検出器において、放射線信号を入射しこれを光信号
に変換するシンチレータと、このシンチレータの少なく
とも放射線信号入射面と対向する面に形成され前記光信
号を電気信号に変換する薄膜型の光電変換素子とからな
る放射線検出器系子を多枚密肴して円形状に配列したこ
とを特徴とするものである。

［発明の実施例コ 以下に本発明の第１の実施例を第１図乃至第５図を参照
して詳細１こ説明でる。

第１図に示す放射線検出器素子は、シンチレータ１のＸ
線入射面と対向する面に表面障壁型のフォトダイオード
２を直接形成し、かつ、前記フォトダイオード２を形成
した面を除く他の面に光反射］−６を形成することによ
り構成されている。前記フォークイオード２はシンチレ
ータ１に直接接触配置の酸化イレジウム錫膜（以下ｒｌ
Ｔｏ膜」という。）３と、この！ＴＯ膜３上に積層され
た非晶質シリコン膜４と、非晶質シリコンｆｆ！４上に
形成された電極５とを有する。前記ＩＴＯ膜３は第３図
に示すようにシンチレータ１の例えば上面１１まで延在
り、で形成され、この部分が透明電極１２として機能す
るようになっている。そして、この透明電極１２は第４
図に示すように基板１３に多数の放射線検出器を密着配
置に組み込んだ状態ではこの基板１３に予め形成した信
号線パターンど接触（２かつ導電性の接着剤で固められ
てフォトダイオード２で生じた電気信号を信号線パター
ンを介して外部に導出するようになっているっ尚、前記
透明゛電極１２からの電気信号の取り出し・、２．、基
板１３側に予め添設した禰いリード線を介して行なうよ
うに１）でもよい。

ここで、前記シンチレー−９１の一方の面にフォトダイ
オード２を直接形成する工程について説明する。

第１工程 シンチレータ１の洗浄を行う。この場合、シンチレータ
１が化学的に安定で市れば有殻溶剤で洗浄し、また化学
的に不安定であれば例えば希ガス等のグロー放電場を利
用して洗浄する。

第２工程 シンチレータ１上にスパッタリング法を用いてＩＴＯ膜
３を積層する。

第３工程 ＩＴＯ膜３上にモノシランガス（Ｓｉｔ−！４）及び希
カス（例えばＡｒ＞を用いたグロー放電分解法による非
晶質シリコン膜４を積層する。

第４工程 非晶質シリコン膜４上に真空蒸着法により電極５を付け
る。

第５工程 最後にフォトダイオード２が形成されている面を除く他
の面に光反射層６を形成する。

以上の工程により、第１図に示す放射線検出器素子を構
成することができ、この放射線検出器素子を第５図に示
１ような円形配置に多数密着配列することにより、第３
世代又は笥４世代のＸ線０丁装置用の放射線検出器とし
て用いることができる。

以上の第１の実施例の説明は表面障壁型のフォトダイオ
ード２をシンチレータ１に形層した場合でめったか、第
２図に示すようなＰ−Ｎ接合型のフォトダイオード２ａ
をシンチレータ１の一方の面に形成したものを・用いる
ことかできる。

この）ηヒダ１°オード２ａの形成工程も前記フォトダ
イオード２の形成工程とほぼ同様である。

すなわち、洗浄工程を終了したシンチレー・夕１の一方
の面にまず金属電極７を５０μＴｒＬ稈度の幅に・、か
つ、前記ＩＴＯ膜３の場合と同様に形成するとともにこ
の面の他の領域には５ｉ０２のような尿護膜８を形成し
、次にシランガス、ジボランガス（Ｂ２　Ｈ６）及び希
ガスの混合ガスを用いたグロー放電分解法によりＰ型非
晶貿シリコン膜９を積層し、さらに、フォスフインガス
（ＰＨ３＞、シランガス及び希ガスの混合ガスを用いた
グロー放電分解法によりＮ型非晶質シリコン膜１０を積
層してＰＮ接合を作る。その後は前述し）た第４工程。

第５工程と同様な工程を実施して第２図に示す放射線検
出器素子を構成する。

尚、この第２図に示す放射線検出器素子における電気信
号の導出の仕方は第１図に示す放射線検出器素子の場合
と同様であり、また、その配列の仕方も第５図に示すよ
うにすることはいうまでもない。

第５図に示すように配列された本実施例の放射線検出器
によれば、従来のＸｅガス電離箱型の放射線検出器と比
較し、以下のような特有の作用効果を発揮する。

ま１゛、第３世代のＸ線ＣＴ装置用の放射線検出器とし
て数百何円形状に配列した場１合には、各放射線検出器
に入射するＸ線は固体素子でおるシンチレータ１により
光に変換されるものでおり、この場合のＸ線吸収効率は
極めて良好でおるとともに発生した光を有χ」に７オト
ダイオートに導くことができる。また、高電圧を印加す
るための対向電極が存在しないためマイクロッオニツク
雑音が生じることがへ：い。さらに、各放射線検出器は
いずれも同一の固体的な構成でおるため、小型軽研かつ
安価に構成でき全体としても咀；’１．立てヤ分解保守
が容易である。

また、第４世代のＸ線ＣＴ装置用の放射線検出器として
数千細円形状に配列した場合に１は、従来の放射線検出
器のような接着剤層が存在し２ないため位置精度の悪化
を招かず、組立て精度が向上を図りつつ製造工程を簡略
化できるとともに、検出感度の温度依存性のバラツキか
すくなく発生した光を有効にフォトダイオード２に導い
て電気信号に変換することができる。

第２図に示す放射線検出器素子を用いた場合も同様な作
用効果を発揮する。

次に、本発明の第２の実施例を第６図乃至第１Ｃ〕図を
参照して説明する。尚、第２の実施例において第１の実
施例と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、
その詳細な説明は省略する。

第６図に示７Ｆ放射線検出器素子が第１図に示す放射線
検出器素子と異なる点は、前記フォトダイオード２と同
様なフォトダイオード２Ｇをシンチレータ１のＸ線入射
面を除く他の全ての面に直接形成したことである。

旧し、電気信号を取り出すために第８図に示すようにシ
ンチレータ１の上面１１の一部に必要最小限の面積を占
めるようなＩＴＯ膜３を露出させ、これを透明型ζ但１
２として第１実施例の場合と同様な方法で第９図に示す
ような幕板１３の信号線パターンに接続している。

本実施例におけるフォトダイオード２Ｃの形成工程は第
１実施例のフォトダイオード２の場合と全く同様である
。

また、この第２実施例の場合にも第７図に示すＰ−Ｎ接
合型のフォトダイオード２ｄをシンチレータ１のＸ線入
射面を除く他の全ての面に直接形成したものを用いるこ
とができる。この第７図に示す放射線検出器素子のフォ
トダイオード２　ｄ　＋７）形成工程は第２図に示す放
射線検出器素子のフオトダイオード２ａの形成工程と同
様である。尚、この場合にも金属電極７の一部をこの放
射線検出器の表面に露出させることはいうまでもない。

そして、このフォトダイオード２ｄはその厚さか改、α
ｍ程度に形成できるため、シンチレータ１の側面に形成
してもＸ線フォトンを吸収する面積と吸収しない面積と
の比（ｐｈｏｔｏｎ　　ｃａｐｔｕｒｅ　　ｅｆｆｉｃ
ｉｅｒ＋Ｇ４／）はほとんど変ることはない。このこと
は単結晶を用いたフォトダイオードでは実現し難い本実
施例特有の点である。

第１０図は第６図に示す放射線検出器素子を多数円形状
に密接して配置しＸ線（、Ｔ装置用の放射線検出器を構
成した状態を示Ｊもので邸る。この場合、各放射線検出
器素子間に散乱線遮蔽用の薄い鉛板１４を配置して隣接
チャンネル借ｉにおける光散乱の影響を防止している。

また、名敢Ｑｑ恨検出器素子のＸ線入射面側においても
、フォトダイオード２Ｃの部分が露出しないようｔご光
反射層６ａを設けている。第７図に示すＰＮ接合型のフ
ォトダイオード２ｄを用いた放射線検出器素子の場合も
同様な配列状態とすることはいうまでもない。

このような配列状態で第３世代用及び第４世代用の放射
線検出器を構成した場合にも、それぞれ第１実施例の場
合と同様な作用効果を発揮する。

そして、この第２実施例の放射線検出器の場合、光反射
層６はシンチレータ１のＸ線入射面のみに設ければよく
、その形成工程の簡略化を図ることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなくその
要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば°、）Ａトダイオードとしては上述した場合の他
、Ｐ−１−Ｎ接合型のフォトダイオードを用（゛ても同
様に実施できる。

このＰ−Ｉ−Ｎ接合型のフォトダイオードの製造工程と
して以下のようなものを挙げることができる。

まずシンチレータの所定の面を研磨したのちＩＴｏ膜を
スパッタリング法により付着し、次にジホランガス、モ
ノシランガスの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によ
りＩ　、Ｔ　ＯＩＩ！の士にＰ型アモノンフ１スシリコ
ン膜を付けるっ次に、モノシランガスを用いたプラズマ
ＣＶＤ法によりＩ型シリコ〕・１模を付（プる。

、ざらに、フォスフインガス、モノシランガスの混合カ
スを用いたプラズマＣＶ　Ｄ法によりｌシリコン膜上に
Ｎ型アモルファスシリコン膜を付ける。最後に真空蒸着
法によりクローム、（Ｃｒ　）膜を付けて放射線検出器
素子とする。尚、前記Ｐ型及びＮ型のアモルファスシリ
コン膜の形成順序は逆でもよい。

し発明の効果〕 以上詳述した本発明によれば、固体型であるため円形状
に配列する組立て工程が簡略化し、かつ、シンチレータ
と光電変換素子どの光学的結合が良好で発生光の交換効
率が良く、隣接チャンネル間のクロス１〜−りや周囲温
度による影響を防止することができ、第３世代、第１１
世代のＸ線ＣＴ装置に好適な放射線検出器を捉供するこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】

笥１図は本発明の第１の実施例にお（プる放射線検出器
素子の断面図、第２図は第１の実施例の変形例の断面図
、第３図は第１図に示す放射線検出器素子の一部省略斜
視図、第４図は第１の実施例の放射１腺検出器素子を多
数基板に配列した状態を示す斜視図、第５図は第１の実
施例の放射線検出器素子を多数円形状に配列した状態を
示す断面図、第６図は本発明の第２実施例における放射
線検出器素子の断面図、第７図は第２の実施例の変形例
の断面図、第８図は第６図に示す放射線検出器素子の一
部省略斜視図、第９図は第２の実施例の放射線検出器素
子を多数基板に配列した状態を示す斜視図、第１０図は
第２の実施例の放射線検出器素子を多数円形状に配列し
た状態を示す断面図でおる。 １・・・シンチレータ、 ２．２ａ、２Ｇ、２ｄ・・・フォトダイオード３・・・
ＩＴＯＩＩｉ、４・・・非晶質シリコン膜、５・・・電
極、６・・・光反射層、７・・・金属電極、８・・・保
護層、１２・・・透明電極、１３・・・基板、１４・・
・鉛板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線源から被検体に対して放射線を曝射するこ
   とにより得られる放射線透過情報を収集し、これを電気
   信号に変換する放射線検出器において、放射線信号を入
   射しこれを光信号に変換するシンチレータと、このシン
   チレータの少なくとも放射線信号入射面と対向する面に
   形成され前記光信号を電気信号に変換する薄膜型の光電
   変換素子とからなる放射線検出器素子を多数密着して円
   形状に配列したことを特徴とする放射線検出器。
2. （２）前記薄膜型の光電変換素子はシンチレータの放射
   線信号入射面を除く全ての面に直接形成されている特許
   請求の範囲第１項記載の放射線検出器。