KR20080092393A

KR20080092393A - 방사선 검출기

Info

Publication number: KR20080092393A
Application number: KR1020087018572A
Authority: KR
Inventors: 히로미찌 토나미; 주니찌 오히
Original assignee: 시마쯔 코포레이션
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2008-10-15

Abstract

[과제] 아발란치 증배시의 국소적인 핀홀 결함부의 문제를 회피한다.

[해결 수단] 양극과 음극을 수광 소자로서 조립하기 전에 미리 준비된 검사용 필드에미션 어레이를 가진 결함 위치 특정용 진공 용기에서 핀홀 결함의 위치를 특정하고, 실제의 수광 소자로서 양극과 음극을 조립할 때, 음극이 필드에미션 어레이인 경우에는, 실제의 검출기로서의 필드에미션 어레이에 대해서 그 핀홀 결함의 위치에 상당하는 필드에미션 팁은 전자빔 방출 동작을 하지 않도록 처치한 다음 조립한다.

Description

방사선 검출기{RADIATION DETECTOR}

본 발명은 피검체에 투여되어 관심부위에 축적된 방사성 동위원소(RI)로부터 방출된 방사선(감마선)을 검출하고, 관심부위의 RI 분포의 단층상을 얻기 위한 장치, 예컨대 PET(Positron Emission Tomography) 장치나 SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography) 장치 등의 의료용 진단장치에 사용될 수 있는 방사선 검출기에 관한 것이다.

이 종류의 방사선 검출기는 피검체로부터 방출된 감마선을 입사하여 발광하는 신틸레이터(scintillator)와, 상기 신틸레이터의 발광을 펄스 상의 전기 신호로 변환하는 광전자 증배관으로 구성되어 있다. 이와 같은 방사선 검출기에 대해서는, 종래에는 신틸레이터와 광전자 증배관이 일대일로 대응하는 것이 있었지만, 최근에는 복수의 신틸레이터에 대해 그 개수보다 적은 개수의 광전자 증배관을 결합하고, 이들 광전자 증배관의 출력비로부터 감마선의 입사위치를 결정하는 방식을 채용하여 분해능을 높이도록 하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

도 12는 종래의 방사선 검출기(150)를 Y 방향에서 본 X 방향의 단면도(정면도)이다. 등방 복셀 검출기의 경우, 방사선 검출기(150)를 X 방향에서 본 Y 방향의 단면도(측면도)도 도 12와 동일 형상이 된다. 방사선 검출기(150)는, 광반사 재(113)가 적절하게 끼워진 것에 의해 구획되고, X 방향으로 6개, Y 방향으로 6개의 합계 36개의 신틸레이터(111)를 2차원적으로 밀착 배치한 신틸레이터 어레이(112)와, 이 신틸레이터 어레이(112)에 광학적으로 결합되고 또 광반사재(115)가 조합된 격자 틀이 매설되어 다수의 소구획이 획정되어 있는 광 가이드(114)와, 이 광 가이드(114)에 광학적으로 결합된 4개의 광전자 증배관(301, 302, 303, 304))으로 구성되어 있다. 덧붙여, 도 12에서는 광전자 증배관(301)과 광전자 증배관(302)만이 도시되어 있다. 여기서 신틸레이터(111)로는, 예를 들면 Bi₄Ge₃O₁₂(BGO), Gd₂Si0₅:Ce(GS0), Lu₂SiO₅:Ce(LSO), LuYSi0₅:Ce(LYSO), LaBr₃:Ce, LaCl₃:Ce, NaI, CsI:Na, BaF₂, CsF, PbWO₄ 등의 무기 결정이 사용된다.

X 방향으로 배열된 6개의 신틸레이터(111)의 어느 하나에 감마선이 입사하면 가시광으로 변환된다. 이 광은 광학적으로 결합된 광 가이드(114)를 통해 광전자 증배관(301~304)으로 안내되지만, 그때, X 방향으로 배열된 광전자 증배관(301(3 03))과 광전자 증배관(302(304))의 출력비가 일정한 비율로 변화하도록, 광 가이드(114)에 있어서의 각각의 광반사재(115)의 위치와 길이 및 각도가 조정되어 있다.

보다 구체적으로는, 광전자 증배관(301)의 출력을 P1, 광전자 증배관(302)의 출력을 P2, 광전자 증배관(303)의 출력을 P3, 광전자 증배관(304)의 출력을 P4로 하면, X 방향의 위치를 나타내는 계산치{(P1 + P3) - (P2 + P4)} / (P1 + P2 + P3 + P4)가 각 신틸레이터(111)의 위치에 대응하여 일정한 비율로 변화하도록 광반사 재(115)의 위치와 길이가 설정되어 있다.

한편, Y 방향으로 배열된 6개의 신틸레이터의 경우도 동일하게 광학적으로 결합된 광 가이드(114)를 통해 광전자 증배관(301~304)으로 광이 안내된다. 즉, Y 방향으로 배열된 광전자 증배관(301(302))과 광전자 증배관(303(304))의 출력비가 일정한 비율로 변화하도록, 광 가이드(114)에 있어서의 각각의 광반사재(115)의 위치와 길이가 설정되고, 또한 경사의 경우는 각도가 조정되어 있다.

즉, Y 방향의 위치를 나타내는 계산치{(P1 + P2) - (P3 + P4)} / (P1 + P2 + P3 + P4)가 각 신틸레이터의 위치에 대응하여 일정한 비율로 변화하도록 광반사재(115)의 위치와 길이가 설정되어 있다.

여기서, 각 신틸레이터(111) 사이에 있어서의 광반사재(113) 및 광 가이드(114)의 광반사재(115)는, 주로 폴레에스테르 필름을 기재로 한 산화규소와 산화티타늄의 다층막 필름이 자주 이용되며 그 반사 효율이 매우 높기 때문에 광의 반사 소자로서 이용되고 있지만, 엄밀하게는 광의 입사각도에 따라서는 투과 성분이 발생하고 있어, 그것도 계산에 넣어 광반사재(113) 및 광반사재(115)의 형상 및 배치가 결정되어 있다.

덧붙여, 신틸레이터 어레이(112)는 광 가이드(114)와 커플링 접착제로 접착되어 커플링 접착제층(116)을 형성하고, 광 가이드(114)도 광전자 증배관(301~304)과 커플링 접착제로 접착되어 커플링 접착제층(117)을 형성하고 있다. 또한, 각 신틸레이터(111)가 대향하고 있지 않은 외주 표면은, 광전자 증배관(301~304)측과의 광학 결합면을 제외하고 광반사재로 덮여 있다. 이 경우의 광반사재로는 주로 PTFE 테이프가 사용된다.

도 13은, 방사선 검출기의 위치 연산 회로 구성을 나타내는 블록도이다. 위치 연산 회로는, 가산기(121, 122, 123, 124)와 위치 변별 회로(125, 126)로 구성되어 있다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 감마선의 X 방향의 입사 위치를 검출하기 위해, 광전자 증배관(301)의 출력 P1과 광전자 증배관(303)의 출력 P3이 가산기 (121)에 입력됨과 아울러, 광전자 증배관(302)의 출력 P2와 광전자 증배관(304)의 출력 P4가 가산기(122)에 입력된다. 양 가산기(121, 122)의 각 가산 출력 (P1 + P3)과 (P2 + P4)가 위치 변별 회로(125)에 입력되고, 양 가산 출력에 근거하여 감마선의 X 방향 입사 위치가 구해진다.

동일하게, 감마선의 Y 방향 입사 위치를 검출하기 위해, 광전자 증배관(301)의 출력 P1과 광전자 증배관(302)의 출력 P2가 가산기(123)에 입력됨과 아울러, 광전자 증배관(303)의 출력 P3과 광전자 증배관(304)의 출력 P4가 가산기(124)에 입력된다. 양 가산기(123, 124)의 각 가산 출력 (P1 + P2)와 (P3 + P4)가 위치 변별 회로(126)에 입력되고, 양 가산 출력에 근거하여 감마선의 Y 방향 입사 위치가 구해진다.

더욱이, 계산치 (P1 + P2 + P3 + P4)는 그 이벤트에 대한 에너지를 나타내고 있고, 도 14에 나타낸 바와 같은 에너지 스펙트럼으로 표시된다.

이상과 같이, 계산된 결과는 신틸레이터에 입사한 감마선의 위치에 따라 도 15에 나타낸 바와 같은 위치 코딩맵으로 표현되어, 각각의 위치 변별 정보가 나타난다.

한편, 각각 발광 감쇠 시간이 다른 재질로 구성한 신틸레이터 어레이를 다단으로 쌓은 것(예를 들면, 비특허 문헌1 참조)이나, 더욱이 각 신틸레이터 어레이를 반피치 비켜 놓아 배치한 것(예를 들면, 비특허 문헌2 참조) 등, DOI(depth of interaction) 정보를 가진 블록 검출기를 실현하는 것에 의해 공간 분해능을 향상시키는 방법이 종종 제안되고 있다.

이들 종래예에서는, 어느 것이든 신틸레이터로부터의 광의 수광 소자로서 광전자 증배관이 사용되고 있지만, 도 16에 나타낸 방사선 검출기(160)와 같이 최근에는 아발란치(avalanche) 포토다이오드(401~404)로 불리는 반도체 수광 소자가 사용되는 것도 있다. 이것은 실리콘 공핍층 내에서 높은 전계를 인가하여 아발란치 상태로 사용하는 것에 의해 신호 증폭을 행하고 있다. 아발란치 포토다이오드의 신호 증폭도는 50배~100배 정도로, 광전자 증배관의 105~106배와 비교하여 작지만, 저 노이즈 앰프를 사용하거나 저온 환경에서 사용하거나 하는 것에 의해 실용적이다. 또, 얇은 실리콘 공핍층 내에서 아발란치를 발생시키고 있기 때문에, 수광 소자로서 크기는 광전자 증배관과 비교하여 극히 박형으로 되어 있어 PET 장치 내의 검출기에 장소 제약이 있는 경우에 극히 유효하다.

한편으로 본원의 발명자들은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(501~504)로서 아발란치 증배막과 필드에미션 어레이를 가지는 검출기(170)를 제안하고 있다. 덧붙여, 도 17에 대해서는, 수광 소자(501과 502)만을 도시하고, 수광 소자(503과 504)를 생략하고 있다. 검출기(170)는, 신틸레이터로부터의 광을 아몰포스셀레늄으로 된 아발라치 증배막에 의해 전기 신호로 변환하고, 필드에미션 어레이를 형성하는 다수의 필드에미션 팁으로부터의 전자빔에 의해 전기 신호를 읽어내고 있다. 아발란치 증배막과 필드에미션 어레이는 진공상태로 봉해진 진공 외위기 내에 배치되어 있고, 그 크기는 극히 박형으로 구조적으로 간단하기 때문에 광전자 증배관을 사용하는 경우보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또 광전자 증배관과 같이 다수의 전극은 불필요하고 단순한 구조이기 때문에 저비용으로 실현될 수 있다. 또, 아몰포스셀레늄으로 된 아발란치 증배막에서는 신호 증폭도는 1000배 정도를 달성할 수 있고, 아발란치 포토다이오드 만큼, 고가의 저 노이즈 앰프나, 저온 동작을 위한 전용의 온도 조정 기구를 필요로 하지 않는다. 더욱이, LaBr₃:Ce나 LaCl₃:Ce를 사용해도 300~4OOnm의 파장영역에서의 아발란치 증배막의 양자 효율은 70%로, 광전자 증배관이나 아발란치 포토다이오드와 비교하여 효율이 매우 양호한 특징이 있다. 덧붙여, 수광 소자(501)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다.

더욱이, 도 18에 나타내듯이, 수광 소자(601~604)로서 아발란치 증배막과 읽기용 기판을 범프 전극으로 접속한 검출기(180)도 고안되어 있다. 덧붙여, 도 17에 대해서는, 수광 소자(601와 602)만을 도시하고, 수광 소자(603과 604)를 생략하고 있다. 검출기(180)는 다수의 미소 범프 전극이 형성된 읽기용 기판과 접속하는 것에 의해 신호를 선택적으로 꺼내 읽어낸다. 아발란치 증배막과 읽기용 기판이 접속된 구조이므로, 그 크기는 극히 박형으로 구조적으로 간단하기 때문에 광전자 증배관을 사용한 경우보다도 콤팩트하고 또한 저비용으로 실현될 수 있다. 덧붙여, 수광소자(601)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 제2004-354343호 공보

비특허 문헌 1 : S. Yamamoto and H. Ishibashi, A GSO depth of interaction detector for PET, IEEE Trans. Nucl. Sci., 45:1078-1082, 1998.

비특허 문헌 2 : H. Liu, T. Omura. M. Watanabe, et. al., Development of a depth of interaction detector for g-rays, Nucl. Instr. Meth., Physics Research A 459:182-190, 2001.

(발명이 해결하려고 하는 과제)

상술한 종래예의 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막을 사용한 수광 소자에서는 광전자 증배관이나 아발란치 포토다이오드에 대해 우월한 성능을 가지고 있지만, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막을 사용한 수광 소자에서는, 아발란치 증배시 아몰포스셀레늄막 내에서 약 100 V/㎛라는 높은 전계를 발생시키기 위해 높은 바이어스 전압 인가를 필요로 하고, 예를 들면 수광면 내의 투명 유리면판 상에 0.1 ㎛ 정도의 돌기물이 있는 경우에도 전계의 불균일이 발생하고 결과로서 국소적으로 핀홀 결함으로 단락해 버리는 일이 있다. 수광면이 일극만으로 형성되어 있는 경우, 일부분이라도 단락하면 그 수광면 전체가 기능하지 않게 되어 버린다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명이 제공하는 청구항 1에 기재된 방사선 검출기는, 방사선을 광변환하는 신틸레이터 어레이와, 상기 신틸레이터 어레이의 방사선 입사 방향과는 반대의 면에 설치되고 진공 상태로 봉해진 진공 외위기와 상기 진공 외위기 내에 설치된 투명 전극과 상기 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막과 상기 아발란치 증배막에 대향하여 설치되고 복수의 필드에미션 팁을 갖는 필드에미션 어레이를 가지는 수광 소자로부터 구성되는 방사선 검출기에 대해, 상기 아발란치 증배막 상에 결함 부위가 있는 경우에, 상기 결함 부위에 대향하는 위치의 상기 필드에미션 팁이 동작하지 않도록 처치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 2에 기재된 방사선 검출기는, 청구항 1에 기재된 방사선 검출기에 있어서, 상기 진공 외위기의 적어도 일면이 투명 유리면판으로 구성되고, 상기 투명 유리면판 상에 상기 투명 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 3에 기재된 방사선 검출기는, 청구항 1 또는 2에 기재된 방사선 검출기에 있어서, 상기 신틸레이터 어레이와 상기 수광 소자 사이에 광의 공유(sharing) 조정을 위한 광 가이드를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 4에 기재된 방사선 검출기는, 청구항 1 내지 3의 어느 하나에 기재된 방사선 검출기에 있어서, 상기 결함 부위에 대향하는 위치의 상기 필드에미션 팁을 레이저광에 의해 구워 부수는 것에 의해, 전자빔 방출의 동작을 하지 않게 처치한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 5에 기재된 방사선 검출기는, 방사선을 광변환하는 신틸레이터 어레이와, 상기 신틸레이터 어레이의 방사선 입사 방향과는 반대의 면에 설치된 투명 유리면판과 상기 투명 유리면판 상에 형성된 투명 전극과, 상기 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막과, 다수의 미소 범프 전극이 형성된 읽기용 기판과 접속하는 것에 의해 신호를 선택적으로 꺼내는 수단을 가지는 방사선 검출기이며, 상기 아발란치 증배막 상에 결함 부위가 있는 경우에, 상기 결함 부위에 상기 미소 범프 전극을 접속시키지 않게 처치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 6에 기재된 방사선 검출기는, 청구항 5에 기재된 방사선 검출기에 있어서, 상기 신틸레이터 어레이와 상기 수광 소자 사이에 광의 공유 조정을 위한 광 가이드를 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 7에 기재된 방사선 검출기는, 청구항 5 또는 6에 기재된 방사선 검출기에 있어서, 아발란치 증배막의 결함 부위에 대응하는 위치에 상기 범프 전극을 형성하지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

게다가, 청구항 8에 기재된 방사선 검출기의 검사 방법은, 검사용 필드에미션 어레이를 가지는 결함 위치 특정용 진공 용기 내에, 투명 유리면판과 투명 유리면판상에 형성된 투명 전극과, 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아발란치 증배막을 대향하여 배치시켜, 아발란치 동작시에 발생하는 아발란치 증배막 상의 결함 부위의 위치를 특정하는 것을 특징으로 한다.

즉, 양극과 음극을 수광 소자로서 조립하기 전에 미리 준비된 검사용 필드에미션 어레이를 가진 결함 위치 특정용 진공 용기 내에, 투명 유리면판과 상기 투명 유리면판상에 형성된 투명 전극과, 상기 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아발란치 증배막을 대향하여 배치시켜, 아발란치 동작시에 발생하는 수광면 내의 핀홀 결함의 위치를 특정한다.

그리고 실제의 수광 소자로서 양극과 음극을 조립할 때, 음극이 필드에미션 어레이인 경우에는, 실제의 검출기로서의 필드에미션 어레이에 대해서 그 핀홀 결함 위치에 상당하는 필드에미션 팁은 전자빔 방출의 동작을 하지 않도록 처치한 다음 조립한다. 이 경우, 특정된 핀홀 결함의 위치에 상당하는 수광면은 불감부로서 기능하지 않지만, 그 범위는 극히 한정적으로 매우 작고 다른 부분은 유감부이기 때문에 실용상 문제 없다.

더욱이, 실제의 수광 소자로서 양극과 음극을 조립할 때, 음극이 다수의 미소 범프 전극이 형성된 읽기용 기판인 경우에는, 범프 접속 전에 특정된 핀홀 결함 부위 이외에 대해서만 읽기용 기판 상의 미소 범프 전극을 접속시키고, 결함 부위에 대해서는 읽기용 기판 상의 미소 범프 전극을 접속시키지 않게 처치한 다음 조립한다. 이 경우도, 특정된 핀홀 결함 위치에 상당하는 수광면은 불감부로서 기능하지 않지만, 그 범위는 극히 한정적으로 매우 작고 다른 부분은 유감부이기 때문에 실용상 문제 없다.

(발명의 효과)

상술의 작용에 의해 아발란치 증배시의 국소적인 핀홀 결함 부위의 문제를 회피할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 방사선 검출기의 상면에서 본 단면도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 방사선 검출기의 상세한 단면도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 결함 위치 특정용 진공 용기의 상세한 단면도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예의 조립 전의 처치를 나타내는 상세한 단면도를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예의 처치를 행한 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예의 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예의 방사선 검출기의 상면에서 본 단면도를 나타낸다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예의 방사선 검출기의 상세한 단면도를 나타낸다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예의 조립 전의 처치를 나타내는 상세한 단면도를 나타낸다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예의 처치를 행한 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 12는 종래 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 13은 본 발명의 방사선 검출기 및 종래 방사선 검출기의 위치 연산 회로의 일례를 나타낸다.

도 14는 본 발명의 방사선 검출기 및 종래 방사선 검출기의 에너지 스펙트럼을 나타낸다.

도 15는 본 발명의 방사선 검출기 및 종래 방사선 검출기의 위치 코딩맵을 나타낸다.

도 16은 종래 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 17은 종래 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

도 18은 종래 방사선 검출기의 X 방향 단면도를 나타낸다.

(부호의 설명)

10…본 발명의 제1 실시예의 방사선 검출기

11…신틸레이터

12…신틸레이터 어레이

13…광반사재

14…광 가이드

15…광반사재

16…커플링 접착제층

17…커플링 접착제층

21…투명 유리면판

22…투명 전극

23…정공 주입 저지층

24…아발란치 증배막

25…전자 주입 저지층

26…필드에미션 팁

27…필드에미션 어레이

28…공통게이트 전극

29…메쉬 전극

30…전자빔

31…진공 외위기

32…공통 게이트 전극 바이어스

33…메쉬 전극 바이어스

34…바이어스

35…앰프

40…양극

41…음극

51…진공 용기

52…플랜지

53…투명 유리면판 유지 지그

54…검사용 필드에미션 팁

55…검사용 필드에미션 어레이

56…검사용 공통 게이트 전극

57…검사용 메쉬 전극

58…전자빔

59…검사용 공통 게이트 전극 바이어스

60…검사용 메쉬 전극 바이서스

61…검사용 바이어스

62…검사용 앰프

63…스위치

64…스위치

65…결함 위치 특정용 진공 용기

70…핀홀 결함

71…처치가 끝난 필드에미션 팁

80…본 발명의 제2 실시예의 방사선 검출기

81…미소 범프 전극

82…읽기용 기판

83…바이어스

84…앰프

90…양극

91…음극

101, 102, 103, 104…본 발명의 제1 실시예의 수광 소자

111…신틸레이터

112…신틸레이터 어레이

113…광반사재

114…광 가이드

115…광반사재

116…커플링 접착제층

117…커플링 접착제층

121, 122, 123, 124…가산기

125, 126…위치 변별 회로

150…광전자 증배관을 사용한 종래의 방사선 검출기

160…아발란치 포토다이오드를 사용한 종래의 방사선 검출기

201, 202, 203, 204…본 발명의 제2 실시예의 수광 소자

301, 302, 303, 304…광전자 증배관

401, 402, 403, 404…아발란치 포토다이오드

501, 502, 503, 504…수광 소자

601, 602, 603, 604…수광 소자

(본 발명의 실시를 위한 최선의 형태)

(제1 실시예) 이하, 본 발명의 방사선 검출기의 제1 실시예의 구성을 도면에 나타내고, 실시예에 따라 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 방사선 검출기(10)를 Y 방향에서 본 X 방향의 단면도이다. 본 실시예에서는 등방 복셀 검출기의 경우를 나타내고 있으므로, 방사선 검출기(10)를 X 방향에서 본 Y 방향의 단면도(측면 도)도 도 1과 같은 형상이 된다. 방사선 검출기(10)는 광반사재(13)가 적절하게 끼워진 것에 의해 구획되고, X 방향으로 6개, Y 방향으로 6개의 합계 36개의 신틸레이터(11)를 2차원적으로 밀착 배치한 신틸레이터군(12)과, 이 신틸레이터군(12)에 광학적으로 결합되고 또 광반사재(15)가 조합된 격자 틀이 매설되어 다수의 소구획이 획정되어 있는 광 가이드(14)와 이 광 가이드(14)에 광학적으로 결합된 4개의 수광 소자(101, 102, 103, 104)로 구성되어 있다. 여기서, 수광 소자(101~104)는 모두 같은 것이다. 덧붙여, 도 1에서는 수광 소자(101)와 수광 소자(102)만이 도시되어 있다. 여기서 신틸레이터(11)로는 예컨대, Bi₄Ge₃0₁₂(BGO), Gd₂Si0₅:Ce(GSO), Lu₂Si0₅:Ce(LSO), LuYSi0₅:Ce(LYSO), LaBr₃:Ce, LaCl₃:Ce, NaI, CsI:Na, BaF₂, CsF, PbW0₄ 등의 무기결정이 사용된다.

X 방향으로 배열된 6개의 신틸레이터(11)의 어느 하나에 감마선이 입사하면 가시광으로 변환된다. 이 광은 광학적으로 결합된 광 가이드(14)를 통해 수광 소자(101~104)로 안내되지만, 그때, X 방향으로 배열된 수광 소자(101(103))와 광전자 증배관(102(104))의 출력비가 일정한 비율로 변화하도록, 광 가이드(14)에 있어서의 각각의 광반사재(15)의 위치와 길이 및 각도가 조정되어 있다.

도 2는 도 1에 대해 A-A 단면의 도면으로, 본 발명의 수광 소자(101, 102, 103, 104)를 상면에서 본 도면이다. 또한, 도 3은 수광 소자(101(102, 103, 104도 같지만 대표로 101만을 나타내고 있다.))를 상세하게 나타낸 것이다. 도 3에 있어서, 양극(40)은 투명 유리면판(21)과 상기 투명 유리면판(21) 상에 형성된 투명 전 극(22)과, 상기 투명 전극(22) 상에 형성된 정공 주입 저지층(23), 상기 정공 주입 저지층(23) 상에 형성된 아몰포스셀레늄으로부터 되는 아발란치 증배막(24)과, 상기 아발란치 증배막(24) 상에 형성된 전자 주입 저지층(25)으로부터 구성된다. 한편, 음극(41)은 다수의 필드에미션 팁(26)으로부터 되는 필드에미션 어레이(27)가 양극(40)에 대향하여 배치되고 있고, 공통 게이트 전극(28)에 공통 게이트 전극 바이어스(32)가 인가되는 것에 의해 전자빔(30)이 양극(40)을 향해 방사되도록 구성된다. 그때, 전자빔(30)은 메쉬 전극(29)에 의해 감속되어 소프트 랜딩으로 양극에 도달한다. 메쉬 전극(29)에는 메쉬 전극 바이어스(33)가 인가되고 있다. 여기서 아발란치 증배막(24)을 포함하는 양극(40)과 필드에미션 어레이(27)를 포함하는 음극(41)은 진공상태로 봉해지기 위해 진공 외위기(31)에 의해 조립되어 있다. 또 아발란치 증배막(24)과 필드에미션 어레이(27)의 실제 거리는 1 mm에서 2mm 정도이기 때문에, 수광 소자(101) 자체는 매우 얇은 것으로 되어 있다.

여기서, 신틸레이터(11)의 어느 하나에 감마선이 입사하면, 가시광으로 변환되고, 이 광은 광학적으로 결합된 광 가이드(14)를 통해 수광 소자(101~104)로 안내된다. 그리고 이 광은 각각의 수광 소자에 있어서 투명 유리면판(21)과 투명 전극(22)을 투과하고, 아몰포스셀레늄으로부터 되는 아발란치 증배막(24)에 도달하여 광전 변환에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다. 아발란치 증배막(24)에는 바이어스(34)가 인가되고 있어 막내에서 정공이 양극(40)에서 음극(41)으로 이동하는 과정에서 신호 증폭이 행해지고, 증폭된 정공이 아발란치 증배막(24) 표면상에 필드에미션 어레이(27)에 대향하여 나타난다. 필드에미션 어레이(27)로부터는 상시 전 자빔(30)이 방사되고 있기 때문에, 증폭된 정공은 즉시 주사되어 앰프(35)에 의해 읽혀진다.

이때, 아발란치 증배막(24)의 두께를 35 ㎛로 하고, 바이어스(34)의 인가 전압을 3500 V로 했을 때, 신호 증폭도는 1000배 정도를 달성할 수 있어 매우 고감도로 감마선을 검출하는 것이 가능해진다.

그런데, 이때, 아발란치 증배막(24)에 대해서 아몰포스셀레늄막 내에서 약 100 V/㎛라는 높은 전계를 발생시키기 위해 높은 바이어스 전압 인가를 필요로 하고, 예를 들면 수광면 내의 투명 유리면판(21)상에 0.1 ㎛ 정도의 돌기물이 있을 경우에도 전계의 불균일이 발생하여 결과로서 국소적으로 핀홀 결함으로 단락해 버리는 일이 있다. 수광면이 일극만으로 형성되어 있는 경우, 일부분이라도 단락하면 그 수광면 전체가 기능하지 않게 되어 버린다. 따라서, 양극(40)과 음극(41)을 수광 소자로서 조립하기 전에 미리 핀홀 결함의 위치를 파악할 필요가 있다. 거기서, 다음과 같은 방법으로 핀홀 결함 위치를 특정한다. 도 4에 나타내듯이, 투명 유리면판(21)과 상기 투명 유리면판(21) 상에 형성된 투명 전극(22)과, 상기 투명 전극(22) 상에 형성된 정공 주입 저지층(23)과, 상기 정공 주입 저지층(23) 상에 형성된 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막(24)과, 상기 아발란치 증배막(24) 상에 형성된 전자 주입 저지층(25)으로부터 구성되는 양극(40)을 투명 유리면판 유지 지그(53)에 유지시켜, 미리 준비된 검사용 필드에미션 어레이(55)를 갖는 결함 위치 특정용 진공 용기(65) 내에 검사용 필드에미션 어레이(55)에 대향하여 배치한다. 이 상태로 아발란치 증폭을 발생하는데 필요한 바이어스 전압(61)을 인가하여 앰프(62)의 출력을 감시한다. 그리고 검사용 필드에미션 어레이(55)에 연결된 스위치(63) 및 공통 게이트 전극(56)(지면에 수직 방향으로 다수 존재하지만 도시하고 있지 않음)에 연결된 스위치(64)를 차례차례 바꾸는 것에 의해, 어느 기간 하나의 검사용 필드에미션 어레이(55)로부터 단위 미소 영역만을 향해 검사용 필드에미션 팁(54)의 선단에서 전자빔(58)이 차례로 방사된다. 즉, 하나의 검사용 필드에미션 어레이(55)가 주사하는 부분이 단위 미소 영역이 되고, 그 부분에 있어서의 핀홀 결함의 유무를 검사할 수 있다. 이와 같이 하여 아발란치 동작시에 발생하는 수광면 내의 핀홀 결함의 위치를 특정한다. 덧붙여, 결함 위치 특정용 진공 용기(65)는 진공 용기(51)와 플랜지(52)로부터 되고, 투명 유리면판 유지 지그(53)를 개입시켜 양극(40)을 달고 몇 번이라도 개폐할 수 있는 구조로 되어 있다.

다음에, 도 5는 수광 소자(101)로서 조립하기 전의 검사 후의 양극(40)과 처치된 음극(41)을 나타내지만, 양극(40)의 수광면 내에 핀홀 결함(70)의 위치를 특정할 수 있기 때문에, 음극(41)의 필드에미션 어레이(27)에 대해 그 핀홀 결함(70) 위치에 상당하는 처치가 끝난 필드에미션 팁(71)은 전자빔 방출의 동작을 하지 않도록 처치되어 있다. 도 5의 예에서는 선단부에 대해 레이저에 의한 구어 부수는 방법에 의해 날카로워진 부분을 제거하여, 전자빔 방출의 동작을 하지 않도록 하는 처치가 끝난 필드에미션 팁(71)을 나타내고 있다.

또한, 도 6은 수광 소자(101)로서 조립한 뒤의 것을 나타내고 있다. 상술한 것처럼 핀홀 결함(70) 위치에 상당하는 필드에미션 팁(71)은 전자빔 방출 동작을 하지 않지만, 그 이외의 필드에미션 팁(26)은 전자빔 방출 동작을 하고 있다. 그 때문에 아발란치 증배막(24)에 대해서 아몰포스셀레늄막 내에서 높은 바이어스 전압 인가를 하여 신호 증폭을 행하여도 국소적으로 핀홀 결함으로 단락해 버리는 일은 없고, 핀홀 결함(70) 이외의 수광면의 영역에서는 정상적으로 기능한다.

이 경우, 핀홀 결함(70)의 위치에 상당하는 수광면은 불감부로서 기능하지 않지만, 그 범위는 극히 한정적으로 매우 작고, 나머지의 유감부가 있기 때문에 실용상 문제는 없다.

(제2의 실시예) 다음으로 이하, 본 발명의 방사선 검출기의 제2 실시예 구성을 도면에 나타내고, 실시예에 따라 상세하게 설명한다. 도 7은 본 발명의 방사선 검출기(80)를 Y 방향에서 본 X 방향의 단면도이다. 본 실시예에서는 등방 복셀 검출기의 경우를 나타내고 있으므로, 방사선 검출기(80)를 X 방향에서 본 Y 방향의 단면도(측면도)도 도 7과 같은 형상이 된다. 방사선 검출기(80)는, 광반사재(13)가 적절하게 끼워진 것에 의해 구획되고, X 방향으로 6개, Y 방향으로 6개의 합계 36개의 신틸레이터(11)를 2차원적으로 밀착 배치한 신틸레이터군(12)과, 이 신틸레이터군(12)에 광학적으로 결합되고 또 광반사재(15)가 조합된 격자 틀이 매설되어 다수의 소구획이 획정되어 있는 광 가이드(14)와 이 광 가이드(14)에 광학적으로 결합된 4개의 수광 소자(201, 202, 203, 204)로 구성되어 있다. 여기서 수광 소자(201~204)는 모두 같은 것이다. 덧붙여, 도 7에서는 수광 소자(201)와 수광 소자(202)만이 도시되어 있다.

도 8은 도 7에 있어서 B-B 단면의 도면으로, 본 발명의 수광 소자(201, 202, 203, 204)를 상면에서 본 도면이다. 또한, 도 9는 수광 소자(201(202, 203, 204도 같지만 대표로 201만을 나타내고 있다.))를 상세하게 나타낸 것이다. 도 9에 있어서, 양극(90)은, 투명 유리면판(21)과 상기 투명 유리면판(21) 상에 형성된 투명 전극(22)과, 상기 투명 전극(22) 상에 형성된 정공 주입 저지층(23), 상기 정공 주입 저지층(23) 상에 형성된 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막(24)과, 상기 아발란치 증배막(24) 상에 형성된 전자 주입 저지층(25)으로부터 구성된다. 한편, 음극(91)은 다수의 미소 범프 전극(81)이 형성된 읽기용 기판(82)으로부터 구성되고, 아발란치 증배막(24)과 미소 범프 전극(81)을 접속하는 것에 의해 신호를 읽어내는 구조로 되어 있다. 또 미소 범프 전극(81)으로부터의 접속을 바꾸는 것에 의해, 신호를 선택적으로 꺼내 읽어내고 있다. 도 9의 예에서는 모든 미소 범프 전극(81)은 전기적으로 공통으로 연결되어 있다. 이 수광 소자(201)에서는 미소 범프 전극(81)의 높이는 수 ㎛이며, 읽기용 기판(82)의 두께도 1 mm에서 2 mm 정도이므로, 수광 소자(201) 자체는 매우 얇은 것으로 되어 있다.

여기서 신틸레이터(11)의 어느 하나에 감마선이 입사하면, 가시광으로 변환되고, 이 광은 광학적으로 결합된 광 가이드(14)를 통해 수광 소자(201~204)로 안내된다. 그리고 이 광은 각각의 수광 소자에 있어서 투명 유리면판(21)과 투명 전극(22)을 투과하고, 아몰포스셀레늄으로부터 되는 아발란치 증배막(24)에 도달하여 광전 변환에 의해 전자-정공쌍이 발생한다. 아발란치 증배막(24)에는 바이어스(83)가 인가되고 있어, 막내에서 정공이 양극(90)에서 음극(91)으로 이동하는 과정에서 신호 증폭이 행하여지고 증폭된 정공이 아발란치 증배막(24) 표면상에 나타난다. 음극(91)측은 미소 범프 전극(81)이 접촉하고 있으므로, 증폭된 정공은 즉시 앰 프(35)에 의해 읽혀진다.

이때, 아발란치 증배막(24)의 두께를 35 ㎛로 하고, 바이어스(83)의 인가 전압을 3500 V로 했을 때, 신호 증폭도는 1000배 정도를 달성할 수 있어 매우 고감도로 감마선을 검출하는 것이 가능해진다.

그런데, 이때, 제1 실시예의 경우와 완전히 동일하게 아발란치 증배막(24)에 대해 높은 바이어스 전압을 인가했을 때 국소적으로 핀홀 결함으로 단락해 버리는 일이 있기 때문에, 양극(90)과 음극(91)을 수광 소자로서 조립하기 전에 미리 핀홀 결함의 위치를 파악할 필요가 있다. 거기서 제1 실시예의 경우와 완전히 동일하게 전술한 방법으로 핀홀 결함의 위치를 특정한다.

다음에 도 10은 수광 소자(201)로서 조립하기 전의 검사 후의 양극(90)과 처치된 음극(91)을 나타내지만, 양극(90)의 수광면 내의 핀홀 결함(85) 위치는 전술한 방법으로 특정되어 있다. 그 때문에, 음극(91)의 읽기용 기판(82)에 대해서, 그 핀홀 결함(85)의 위치에 상당하는 미소 범프 전극(81)을 형성하지 않도록 처치를 하고 있다. 도 10의 예에서는 미소 범프 전극(81)을 형성하지 않게 처치하고 있지만, 핀홀 결함(85)의 위치에 상당하는 미소 범프 전극(81)으로부터의 배선을 자르는 것에 의해서도 처치 가능하다.

또한, 도 11은 수광 소자(201)로서 조립한 뒤의 것을 나타내고 있다. 상술한 것처럼 핀홀 결함(85)의 위치에 상당하는 미소 범프 전극(81)에 상당하는 영역은 동작하지 않지만, 그 이외의 영역에서는 동작을 하고 있다. 그 때문에, 아발란치 증배막(24)에 대해서 아몰포스셀레늄막 내에서 높은 바이어스 전압 인가를 하여 신 호 증폭을 행하여도 국소적으로 핀홀 결함으로 단락해 버리는 일은 없고, 핀홀 결함(85) 이외의 수광면 영역에서는 정상적으로 기능한다. 이 경우, 핀홀 결함(85)의 위치에 상당하는 수광면은 불감부로서 기능하지 않지만, 그 범위는 극히 한정적으로 매우 작고, 나머지의 유감부가 있기 때문에 실용상 문제는 없다.

이상과 같이, 본 발명의 방사선 검출기에서는, 아발란치 증배막(24)과 필드에미션 어레이(27)를 조합한 것에서는, 진공상태로 봉해진 진공 외위기(31) 내에 배치되어 있고 그 크기는 극히 박형으로 구조적으로 간단하기 때문에 광전자 증배관을 사용하는 경우보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 한편, 아발란치 증배막(24)과 읽기용 기판(82)을 조합한 것도 그 크기는 극히 박형으로 구조적으로 간단하기 때문에 역시 광전자 증배관을 사용하는 경우보다 콤팩트하게 구성할 수 있다. 그 때문에, PET 장치 내의 검출기에 장소적인 제약이 있는 경우 매우 유효하다. 또, 광전자 증배관과 같이 다수의 전극은 불필요하고 단순한 구조이기 때문에 저비용으로 실현될 수 있다. 게다가 아몰포스셀레늄으로부터 되는 아발란치 증배막에서는 신호 증폭도는 1000배 정도를 달성할 수 있어 매우 고감도이기 때문에, 아발란치 포토다이오드와 같이 고가의 저 노이즈 앰프나, 저 노이즈화를 위한 저온동작 온도 조정 기구를 필요로 하지 않는다. 게다가, 고발광으로 고속의 LaBr₃:Ce나 LaCl₃:Ce 등의 고성능 신틸레이터를 사용했다고 해도, 그들의 발광 파장인 300~400 ㎚의 파장영역에서의 아발란치 증배막의 양자 효율은 70%로, 광전자 증배관이나 아발란치 포토다이오드와 비교하여 극히 효율이 좋고, 신틸레이터의 성능을 충분히 발휘시키는 것 이 가능하다. 그리고, 아발란치 증배막(24)에 대해 높은 바이어스 전압을 인가했을 때 국소적으로 생기는 핀홀 결함의 문제도 미리 핀홀 결함의 위치를 파악할 수 있기 때문에 음극측을 처치하는 것에 의해 해결할 수 있다.

이상과 같이, 이 발명은 의료용이나 산업용의 방사선 촬영 장치에 적합하다.

Claims

방사선을 광변환하는 신틸레이터 어레이와, 상기 신틸레이터 어레이의 방사선 입사 방향과는 반대의 면에 설치되고, 진공상태로 봉해진 진공 외위기와 상기 진공 외위기 내에 설치된 투명 전극과 상기 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막과 상기 아발란치 증배막에 대향하여 설치되고 복수의 필드에미션 팁을 가지는 필드에미션 어레이를 갖는 수광 소자로부터 구성되는 방사선 검출기에 대해,

상기 아발란치 증배막 상에 결함 부위가 있는 경우에, 상기 결함 부위에 대향하는 위치의 상기 필드에미션 팁이 동작하지 않도록 처치되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
청구항 1에 있어서,

상기 진공 외위기의 적어도 일면이 투명 유리면판으로 구성되고, 상기 투명 유리면판 상에 상기 투명 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 신틸레이터 어레이와 상기 수광 소자 사이에, 광의 공유(sharing) 조정을 위한 광 가이드를 설치한 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 있어서,

상기 결함 부위에 대향하는 위치의 상기 필드에미션 팁을 레이저광에 의해 구워 부수는 것에 의해 전자빔 방출의 동작을 하지 않게 처치한 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
방사선을 광변환하는 신틸레이터 어레이와, 상기 신틸레이터 어레이의 방사선 입사 방향과는 반대의 면에 설치된 투명 유리면판과 상기 투명 유리면판 상에 형성된 투명 전극과 상기 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아몰포스셀레늄으로부터 된 아발란치 증배막과, 다수의 미소 범프 전극이 형성된 읽기용 기판과 접속하는 것에 의해 신호를 선택적으로 꺼내는 수단을 가지는 방사선 검출기이며,

상기 아발란치 증배막 상에 결함 부위가 있는 경우에, 상기 결함 부위에 상기 미소 범프 전극을 접속시키지 않도록 처치되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
청구항 5에 있어서,

상기 신틸레이터 어레이와 상기 수광 소자 사이에, 광의 공유 조정을 위한 광 가이드를 설치한 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
청구항 5 또는 6에 있어서,

아발란치 증배막의 결함 부위에 대응하는 위치에 상기 범프 전극을 형성하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
검사용 필드에미션 어레이를 가지는 결함 위치 특정용 진공 용기 내에, 투명 유리면판과 투명 유리면판 상에 형성된 투명 전극과, 투명 전극 상에 형성되고 저지층으로 끼워진 아발란치 증배막을 대향하여 배치시키고, 아발란치 동작시에 발생하는 아발란치 증배막 상의 결함 부위의 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기의 검사 방법.