シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法
【課題】容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供する。
【解決手段】シンチレータ２Ａは、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊２０を備える。結晶塊２０の内部には、複数の改質領域２１が形成されている。複数の改質領域２１は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊２０の内部において周囲と異なる屈折率を有する。複数の改質領域２１は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊２０における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【解決手段】シンチレータ２Ａは、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊２０を備える。結晶塊２０の内部には、複数の改質領域２１が形成されている。複数の改質領域２１は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊２０の内部において周囲と異なる屈折率を有する。複数の改質領域２１は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊２０における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。
【０００３】
このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線検出器として、シンチレータおよび光検出器を備えているものがある。シンチレータは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光検出器は、シンチレータ表面に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。
【０００４】
特許文献１には、シンチレータおよび光検出器を備える放射線検出器が開示されている。この文献に記載されたシンチレータは、シンチレーション光の進行方向を制限する光導体領域を内部に有している。このような光導体領域の例としては、実質的に異なる屈折率の媒体間の界面、反射フィルム、気泡、欠陥、結晶粒界のような結晶欠陥などが挙げられている。
【０００５】
また、特許文献２には、フェムト秒パルスレーザ光による多光子吸収を用いて、シリコン基板、シリカガラス、サファイア等の加工対象物の内部に、屈折率が周囲と異なるアモルファス構造の改質領域を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００７−５３２８６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来より、ＰＥＴ等で用いられている放射線検出器のシンチレータは、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列したシンチレータアレイによって実現されている。このようなシンチレータアレイにおいて位置分解能を向上するには個々のシンチレータセルを小さくする必要があり、近年ではシンチレータセルのピッチが数ミリメートルないしサブミリメートル程度であることが求められている。しかし、シンチレータセルを小さくするほどシンチレータアレイの組み立てが困難となり、製造期間の長期化や製造コストの増大を招いてしまう。また、個々のシンチレータセルを機械的に加工する必要があるので、シンチレータセルの小型化には限界がある。したがって、放射線検出器の位置分解能ひいてはＰＥＴの解像度の向上が抑制されてしまう。
【０００７】
なお、特許文献１に記載された技術では、光導体領域が放射線に対して不感領域となってしまい、シンチレータの放射線検出感度が低下してしまう。また、特許文献２に記載された技術は光メモリ素子を生産する方法であって、放射線検出器とは異なる。
【０００８】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明によるシンチレータは、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を有し、複数の改質領域は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記したシンチレータにおいては、周囲と異なる屈折率を有し細長形状を呈する複数の改質領域が、その長手方向（第１の方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されているので、第１の方向と交差する方向へのシンチレーション光の移動が複数の改質領域によって妨げられる。これにより、シンチレーション光を第１の方向に沿って進行させることができるので、第１の方向と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば第１の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００１１】
そして、このような複数の改質領域をレーザ光を照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域を結晶塊内部の任意の位置に高密度に形成することができる。したがって、上記したシンチレータによれば、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、上記したシンチレータによれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の改質領域を形成するので、複数の改質領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００１２】
また、上記シンチレータにおいては、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在してもよい。或いは、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成されていてもよい。複数の改質領域のそれぞれがこれらのうち何れの形態を有していても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００１３】
また、上記シンチレータにおいては、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向から見て格子点状に配列されていてもよい。或いは、シンチレータは、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向から見て不規則に分散して配置されていてもよい。複数の改質領域のそれぞれがこれらのうち何れの形態を有していても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００１４】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域とは別に、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に有し、複数の第２の改質領域は、第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊における第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴としてもよい。このような構成により、第２の方向と交差する面内においてもシンチレーション光の位置分解能が得られるので、例えば第２の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を更に配置すれば、これらの光検出器に対しても入射位置に応じてシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００１５】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域のそれぞれが、結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器それぞれにまたは位置検出型光検出器に配分されるように配置されていることを特徴としてもよい。これにより、シンチレータへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００１６】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域が、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴としてもよい。これにより、レーザ光の照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を好適に実現できる。
【００１７】
また、本発明による放射線検出器は、上記した何れかのシンチレータと、第１の方向における結晶塊の端面と光学的に結合された複数の光検出器または位置検出型光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。
【００１８】
また、本発明によるシンチレータの製造方法は、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を形成する工程を含み、上記工程において、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ結晶塊における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように複数の改質領域を形成することを特徴とする。
【００１９】
上記したシンチレータの製造方法では、周囲と異なる屈折率を有し細長形状を呈する複数の改質領域を、その長手方向（第１の方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置するので、当該方法により製造されるシンチレータにおいて、第１の方向と交差する方向へのシンチレーション光の移動が複数の改質領域によって妨げられる。これにより、シンチレーション光を第１の方向に沿って進行させることができるので、第１の方向と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば第１の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００２０】
そして、このような複数の改質領域をレーザ光を照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域を結晶塊内部の任意の位置に高密度に形成することができる。したがって、上記したシンチレータの製造方法によれば、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、上記したシンチレータの製造方法によれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の改質領域を形成するので、複数の改質領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００２１】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在するように形成することを特徴としてもよい。或いは、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成することを特徴としてもよい。複数の改質領域のそれぞれをこれらのうち何れの形態として形成しても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００２２】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向から見て格子点状に配列させることを特徴としてもよい。或いは、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向から見て不規則に分散して配置させることを特徴としてもよい。複数の改質領域のそれぞれをこれらのうち何れの形態として形成しても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００２３】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域とは別に、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に形成するとともに、複数の第２の改質領域を、第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ結晶塊における第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように形成することを特徴としてもよい。このような方法により製造されるシンチレータにおいては、第２の方向と交差する面内においてもシンチレーション光の位置分解能が得られるので、例えば第２の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を更に配置すれば、これらの光検出器に対しても入射位置に応じてシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００２４】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器それぞれにまたは位置検出型光検出器に配分されるように配置することを特徴としてもよい。これにより、シンチレータへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００２５】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域が、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴としてもよい。これにより、レーザ光の照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現可能なシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に示す図において、図示の都合上、シンチレータ結晶塊の内部に形成される改質領域を実線で描いている。
【００２８】
まず、本発明に係るシンチレータ、及びこのシンチレータを備える放射線検出器の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。また、図２は、放射線検出器１が備えるシンチレータ２Ａの内部構成を示す斜視図である。なお、理解を容易にするため、図１及び図２にはＸＹＺ直交座標系が示されている。
【００２９】
本実施形態の放射線検出器１は、シンチレータ２Ａの他、シンチレータ２Ａの表面と光学的に結合される複数の光検出器３を備えている。
【００３０】
シンチレータ２Ａは、複数の光検出器３にシンチレーション光を提供するための部材である。シンチレータ２Ａは、ガンマ線などの放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊（シンチレータ結晶）２０により構成されている。この結晶塊２０は、例えば多面体状や球形状といった様々な外観を有することができるが、本実施形態の結晶塊２０は略直方体状の外観を有しており、ＸＹ平面に沿った一対の矩形の端面２０ａ，２０ｂ（図２を参照）と、該端面２０ａ，２０ｂと直交しＹＺ平面に沿った一対の矩形の側面２０ｃ，２０ｄと、端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ，２０ｄと直交しＺＸ平面に沿った一対の矩形の側面２０ｅ，２０ｆとを有している。なお、結晶塊２０の寸法は、例えば一辺１０ｍｍである。
【００３１】
シンチレータ２Ａは、結晶塊２０に入射した放射線を吸収し、その線量に応じた強さのシンチレーション光を発生する。結晶塊２０は、例えばＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、Ｌｕ２（１−Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）などの結晶によって好適に構成される。
【００３２】
複数の光検出器３は、例えば光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalance Photo Diode）、或いはＭＰＰＣ（Multi-Pixel PhotonCounter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルから成るフォトンカウンティングデバイスである。本実施形態の放射線検出器１は３２個の光検出器３を備えており、そのうち１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと対向するように結晶塊２０上に取り付けられており、他の１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ｂと対向するように結晶塊２０上に取り付けられている。これにより、１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと光学的に結合され、他の１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ｂと光学的に結合されている。
【００３３】
より具体的には、結晶塊２０の端面２０ａ上に取り付けられた１６個の光検出器３は、端面２０ａを縦４列、横４列の合計１６箇所の正方形領域に分割した各々の領域上にそれぞれ配置されており、１つの二次元半導体光検出器アレイを構成している。同様に、結晶塊２０の端面２０ｂ上に取り付けられた１６個の光検出器３もまた、端面２０ｂを縦４列、横４列の合計１６箇所の正方形領域に分割した各々の領域上にそれぞれ配置されており、１つの２次元半導体光検出器アレイを構成している。結晶塊２０の内部において発生したシンチレーション光は、その発生位置に応じて各光検出器３へ配分され、各光検出器３からの出力比に基づいて、シンチレーション光の発生位置が特定される。
【００３４】
なお、結晶塊２０の端面２０ａに取り付けられた１６個の光検出器と、対向する端面２０ｂに取り付けられた他の１６個の光検出器に代えて、端面２０ａ及び２０ｂにそれぞれ単一の位置検出型光検出器を取り付けて用いることも可能である。位置検出型光検出器とは、受光面上の光入射位置に応じた電気信号を出力する素子である。
【００３５】
ここで、本実施形態のシンチレータ２Ａについて更に説明する。図２に示されるように、シンチレータ２Ａの結晶塊２０の内部には、複数の改質領域２１が形成されている。複数の改質領域２１は、結晶塊２０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、例えば屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つの領域によって構成されることができる。これらの領域は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００３６】
各改質領域２１は、例えば太さ数マイクロメートル程度（例えば１０μｍ）の細長形状（ストライプ状）の領域である。各改質領域２１は、結晶塊２０の内部において所定の第１の方向（本実施形態ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向（すなわち、Ｘ成分及びＹ成分から成るベクトルにより表される方向）に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。間隔は、例えば１０μｍである。
【００３７】
例えば、本実施形態の改質領域２１は、その一端及び他端が、第１の方向（Ｚ軸方向）における結晶塊２０の一端面２０ａ及び他端面２０ｂにそれぞれ位置しており、この両端面２０ａ及び２０ｂの間で連続して延在している。また、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）から見て格子点状に配列されている。換言すれば、結晶塊２０をＸＹ平面に沿って切断した場合に、複数の改質領域２１の断面が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元状に周期的に並んでいる。
【００３８】
図３は、この放射線検出器１にガンマ線等の放射線Ｒが入射した様子を示す斜視図である。放射線Ｒがシンチレータ２Ａ（結晶塊２０）に入射すると、その放射線Ｒの強度に応じたシンチレーション光ＳＣが結晶塊２０の内部で発生する。シンチレーション光ＳＣは該発生位置から全方向へ進行しようとするが、複数の改質領域２１によってシンチレーション光ＳＣが散乱することによりその直進成分が抑えられ、シンチレーション光ＳＣの拡散範囲が制限される。上述したように、複数の改質領域２１はその長手方向（Ｚ軸方向）と交差する二次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に互いに間隔をあけて配置されているので、ＸＹ平面内でのシンチレーション光ＳＣの移動が複数の改質領域２１によって妨げられる。
【００３９】
これにより、シンチレーション光ＳＣがＺ軸方向に沿って進行することとなり、ＸＹ平面内においてシンチレーション光ＳＣの位置分解能が得られる。したがって、本実施形態のように、Ｚ軸方向と交差する結晶塊２０の端面（すなわち端面２０ａ，２０ｂ）に複数の光検出器３（または位置検出型光検出器）を配置することによって、入射位置に応じて複数の光検出器３のそれぞれに（または位置検出型光検出器の受光面に）シンチレーション光ＳＣが好適に配分される。そして、一方の端面２０ａ上に配置された光検出器３同士の出力比、または他方の端面２０ｂ上に配置された光検出器３同士の出力比から（或いは、位置検出型光検出器からの出力に基づいて）ＸＹ平面内での重心位置を求め、一方の端面２０ａ上に配置された光検出器３と他方の端面２０ｂ上に配置された光検出器３との出力比（或いは、一方の端面２０ａ上に配置された位置検出型光検出器と他方の端面２０ｂ上に配置された位置検出型光検出器との出力比）からＺ軸方向の重心位置を求めることによって、放射線Ｒの入射位置を三次元的に特定することができる。
【００４０】
ここで、複数の改質領域２１の好適な配置としては、例えば結晶塊２０において発生するシンチレーション光ＳＣが、第１の方向（Ｚ軸方向）と交差する面内（ＸＹ平面内）における発生位置に応じた配分比率で各光検出器３に配分されるように、各改質領域２１が配置されているとよい。なお、発生位置に応じた配分比率で配分されるとは、例えばシンチレーション光ＳＣの発生により各光検出器３へ入射する光の強度が、端面２０ａ側から見たシンチレーション光ＳＣの発生位置と各光検出器３との距離の関数となるようなことを意味する。
【００４１】
ここで、シンチレータ２Ａにおける改質領域２１の配置パターン（密度分布）の決定方法について説明する。改質領域２１の配置パターンを決定する際には、シンチレータ２Ａ内のどの位置でシンチレーション光ＳＣが発生した場合であっても、シンチレーション光ＳＣの発生位置を特定する際の解像力が最大となる（すなわち分解能が最小となる）ような配分比率でもって、シンチレーション光ＳＣが各光検出器３へ配分されることが望ましい。
【００４２】
例えば、シンチレータの或る一面に２個の光検出器ａ，ｂが結合されている場合、一次元の位置演算（Ｘ方向）における各光検出器ａ，ｂの最適応答関数Ｆａ及びＦｂは、以下の式により与えられる。
Ｆａ（ｘ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）
Ｆｂ（ｘ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）
なお、上式においてＫは定数、αはπ／（２Ｌ）、Ｌはシンチレータ幅である。
【００４３】
また、上式を２次元に拡張して４個の光検出器を接合した場合、各光検出器ａ，ｂ，ｃ，及びｄの最適応答関数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，及びＦｄは、以下の式により与えられる。
Ｆａ（ｘ，ｙ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）ｓｉｎ2（βｙ）
Ｆｂ（ｘ，ｙ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）ｃｏｓ2（βｙ）
Ｆｃ（ｘ，ｙ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）ｓｉｎ2（βｙ）
Ｆｄ（ｘ，ｙ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）ｃｏｓ2（βｙ）
【００４４】
シンチレータ２Ａの全体において高い解像力（分解能）を得るためには、上式のような光検出器の応答（光配分）が実現されるように、シンチレータ２Ａ内に改質領域２１の密度分布パターンを形成するとよい。なお、このような密度分布パターンを形成する為には、例えば光拡散イメージングで用いられている光拡散方程式を逐次近似法により解く手法を適用することができる。
【００４５】
図４は、複数の改質領域２１を含むシンチレータ２Ａを製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。
【００４６】
レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ１０３と、レーザ光Ｌの反射機能を有し且つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０４と、ダイクロイックミラー１０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊２０が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。
【００４７】
なお、Ｚ軸方向は、結晶塊２０に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。したがって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊２０の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊２０をＸ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１によりＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることによりそれぞれ行う。
【００４８】
レーザ光源１０１は超短パルスレーザ光を発生するＹｂ：ＫＧＷレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。なお、結晶塊２０の加工にはパルスレーザ光を用いても良く、連続波レーザ光を用いても良いが、パルスレーザ光が好適である。
【００４９】
パルスレーザ光としてはフェムト秒パルスレーザ光やピコ秒パルスレーザ光等が挙げられる。フェムト秒やピコ秒のレーザパルスは、レーザエネルギの吸収速度が熱拡散速度より早いため、被加工部位の周辺への熱による影響が少なく、また高い電場密度を容易に得ることができるので、クラックを生じさせない屈折率変化などの改質領域２１を好適に形成できる。なお、ナノ秒レーザパルスは、加工閾値以上の電場密度を得るためにはフェムト秒やピコ秒のレーザパルスの数倍の照射エネルギを必要とし、またレーザエネルギが被加工材料に蓄熱され易いので、屈折率変化などの改質領域２１の形成には更なる工夫が必要となる。
【００５０】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された結晶塊２０を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０４が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５を透過し、結晶塊２０の被加工部位を照明する。
【００５１】
レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ１２１及び結像レンズ１２３を備える。被加工部位を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０４、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されてＣＣＤカメラ１２１で撮像され、撮像データとなる。
【００５２】
レーザ加工装置１００はさらに、ＣＣＤカメラ１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を結晶塊２０上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊２０に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして結晶塊２０の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。
【００５３】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、シャッタ１０３、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００５４】
続いて、本実施形態に係るシンチレータ２Ａの製造方法について説明する。図５は、上述したレーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２Ａの結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、結晶塊２０をレーザ加工装置１００の載置台１０７上に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて結晶塊２０を照明する。照明された結晶塊２０の表面（例えば端面２０ａ）をＣＣＤカメラ１２１により撮像する。ＣＣＤカメラ１２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて、撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置するような焦点データを演算する。この焦点データは、ステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置する（Ｓ１０１）。なお、撮像データ処理部１２５は、撮像データに基づいて結晶塊２０の表面の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に結晶塊２０の表面の拡大画像が表示される。
【００５６】
続いて、結晶塊２０の内部に改質領域２１を形成するためのレーザ光Ｌの集光点が、結晶塊２０の表面または内部における一つの改質領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ１０３を開いてレーザ光Ｌを照射し、該集光部分におけるシンチレータ材料を改質（アモルファス化）させることによって、結晶塊２０の内部に周囲と異なる屈折率を有する領域を形成する。そして、このような領域を形成しながら、Ｚ軸ステージ１１３により結晶塊２０をＺ軸方向に一定速度で移動させる（Ｓ１０５）。これにより、Ｚ軸方向を長手方向とする細長形状（ストライプ状）の改質領域２１が形成される（Ｓ１０７）。
【００５７】
この改質領域２１は、例えば屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つの領域である。また、この改質領域２１は、その一端及び他端が、Ｚ軸方向における結晶塊２０の一端面２０ａ及び他端面２０ｂにそれぞれ位置するように、両端面２０ａ及び２０ｂの間で連続して形成されるとよい。その後、レーザ光Ｌのシャッタ１０３を閉じる（Ｓ１０９）。
【００５８】
続いて、他に形成すべき改質領域２１がある場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの集光点が結晶塊２０の内部における当該改質領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる。例えば、先に形成した改質領域２１に対して所定のピッチだけＸ軸方向またはＹ軸方向に結晶塊２０を移動させるとよい（Ｓ１１３）。
【００５９】
以降、上述したステップＳ１０３ないしＳ１１３を繰り返すことによって、複数の改質領域２１を形成することができる。このとき、各改質領域２１を、結晶塊２０の内部においてその長手方向（Ｚ軸方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されるように形成するとよい。例えば、複数の改質領域２１のそれぞれが、Ｚ軸方向から見て格子点状に配列されるように形成するとよい。
【００６０】
なお、複数の改質領域２１の全てを形成し終えると（Ｓ１１１：Ｎｏ）、この工程を終了する。
【００６１】
以上に説明した本実施形態のシンチレータ２Ａ及びその製造方法、並びに該シンチレータ２Ａを備える放射線検出器１においては、上述したように複数の改質領域２１をレーザ光Ｌを照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域２１を結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができ、しかもシンチレータ２Ａの内部にクラックを発生させることなく屈折率変化のみを誘起させることができる。したがって、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、結晶塊２０にレーザ光Ｌを照射することにより複数の改質領域２１を形成するので、複数の改質領域２１を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータ２Ａの製造が格段に容易となる。したがって、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となる。なお、レーザ光Ｌにより改質（アモルファス化）された領域は、アニール処理により加工前の状態に戻すことが可能である。
【００６２】
また、例えば前述した特許文献１に記載された光導体は放射線に対して不感領域となるが、本実施形態における改質領域２１はレーザ光Ｌにより形成されるので極めて微小（直径数μｍ程度）であり、且つシンチレーション光発生機能は失われないので、不感領域が全く無いシンチレータを実現できる。
【００６３】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）における結晶塊２０の一端面２０ａと他端面２０ｂとの間で連続して延在するとよい。複数の改質領域２１のそれぞれが例えばこのような形態を有することにより、上述した効果を好適に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）から見て格子点状に配列されているとよい。複数の改質領域２１のそれぞれが例えばこのような形態を有することにより、上述した効果を好適に得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、結晶塊２０の内部において発生したシンチレーション光ＳＣがその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器３それぞれに（または位置検出型光検出器に）配分されるように配置されていることが好ましい。これにより、例えば前述した最適応答関数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，及びＦｄのように、光検出器３の任意の幾何学的配置に対して最適な光応答関数を作成できるので、シンチレータ２Ａへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００６６】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌの照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域２１を好適に実現できる。
【００６７】
［実施例］
本発明者は、上述した実施形態に係るシンチレータ２Ａを実際に作製した。作製時の条件は以下の通りである。
・レーザ光源…Ｙｂ：ＫＧＷレーザ
・レーザ光の波長…１０３０［ｎｍ］
・レーザ光のパルス幅…７００［ｆｓ］
・レーザ光の繰り返し周波数…１［ｋＨｚ］
・レーザ光の照射エネルギー…２２５［μＪ］
・改質領域形成時のＺ軸ステージ移動速度…１［ｍｍ／ｓ］
・集光用レンズ…ｆ＝９［ｍｍ］、ＮＡ＝０．４
【００６８】
図６は、上記条件および図５に示した製造方法に従い、一辺１０ｍｍの立方体状のＬＳＯから成る結晶塊２０にストライプ状の改質領域２１を形成した様子を示す断面写真である。ここでは、長さ１０ｍｍ、太さ（直径）１０μｍ程度の改質領域２１を間隔１０μｍで形成している。この断面写真に示すように、上記実施形態に係るシンチレータ２Ａ及びその製造方法によれば、極めて細い改質領域２１を結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができる。
【００６９】
［第１の変形例］
図７は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｂの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｂは結晶塊３０により構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面３０ａ，３０ｂ及び側面３０ｃ〜３０ｆを有している。この結晶塊３０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００７０】
シンチレータ２Ｂの結晶塊３０の内部には、複数の改質領域３１が形成されている。複数の改質領域３１は、結晶塊３０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域３１は、結晶塊３０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００７１】
各改質領域３１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域３１は、結晶塊３０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。
【００７２】
また、本変形例では、複数の改質領域３１のそれぞれが、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊３０の一端面３０ａと他端面３０ｂとの間で断続的に形成されている。換言すれば、一端面３０ａと他端面３０ｂとに亘りＺ軸に沿った所定の軸線上に、複数（図７では３つ）の改質領域３１が間隔をあけて並んで形成されている。
【００７３】
なお、上記実施形態と同様に本変形例においても、複数の改質領域３１のそれぞれは、Ｚ軸方向から見ると格子点状に配列されている。
【００７４】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｂを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域３１のそれぞれが、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊３０の一端面３０ａと他端面３０ｂとの間で断続的に形成されている場合でも、上記実施形態と同様の効果を好適に得ることができる。加えて、本変形例によれば、シンチレーション光の一部が改質領域３１に沿った（側面３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ）に到達するので、改質領域３１の長手方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）内での位置分解能だけでなく、改質領域３１に沿った面（ＹＺ平面及びＺＸ平面）での位置分解能、すなわち三次元位置分解能を高精度で得ることができる。
【００７５】
［第２の変形例］
図８は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｃの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｃは結晶塊４０により構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面４０ａ，４０ｂ及び側面４０ｃ〜４０ｆを有している。この結晶塊４０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００７６】
シンチレータ２Ｃの結晶塊４０の内部には、複数の改質領域４１が形成されている。複数の改質領域４１は、結晶塊４０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域４１は、結晶塊４０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００７７】
各改質領域４１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域４１は、結晶塊４０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【００７８】
また、本変形例では、Ｙ方向に隣接する改質領域４１のそれぞれは、Ｘ方向に互いにずらして配置されている。なお、上記第１変形例と同様に、本変形例においても、複数の改質領域４１のそれぞれは、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊４０の一端面４０ａと他端面４０ｂとの間で断続的に形成されている。
【００７９】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｃを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域４１のそれぞれが互いにずらして配置されることにより、改質領域４１をより高密度に形成することが可能であり、改質領域４１の長手方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）内での位置分解能をより高めることができる。
【００８０】
［第３の変形例］
図９は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｄの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｄは結晶塊５０によって構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面５０ａ，５０ｂ及び側面５０ｃ〜５０ｆを有している。この結晶塊５０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００８１】
シンチレータ２Ｃの結晶塊５０の内部には、複数の改質領域５１が形成されている。複数の改質領域５１は、結晶塊５０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域５１は、結晶塊５０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００８２】
各改質領域５１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域５１は、結晶塊５０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【００８３】
また、本変形例では、複数の改質領域５１のそれぞれは、Ｚ軸方向から見て不規則に分散して配置されており、また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向から見ても揃っておらず、各改質領域５１が任意の位置にランダムに配置されている。
【００８４】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｄを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域５１のそれぞれが不規則に分散して配置される場合、シンチレーション光が光検出器３へ最適な割合で配分されるように各改質領域５１を配置することが可能となり、より少ない光検出器３でもって放射線の入射位置を検出できる。
【００８５】
［第４の変形例］
図１０は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｅの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｅは結晶塊６０によって構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面６０ａ，６０ｂ及び側面６０ｃ〜６０ｆを有している。この結晶塊６０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００８６】
シンチレータ２Ｂの結晶塊６０の内部には、複数の改質領域６１と、該複数の改質領域６１とは別に複数の改質領域６２が形成されている。なお、複数の改質領域６２は、本変形例における第２の改質領域である。複数の改質領域６１，６２は、結晶塊６０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域６１，６２は、結晶塊６０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００８７】
各改質領域６１，６２は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。改質領域６１は、結晶塊６０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。また、改質領域６２は、結晶塊６０の内部において上記第１の方向と交差する所定の第２の方向（本変形例ではＸ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向（すなわち、Ｙ成分及びＺ成分から成るベクトルにより表される方向）に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。
【００８８】
より具体的には、複数の改質領域６１は、その一端及び他端が、Ｚ軸方向における結晶塊６０の一端面６０ａ及び他端面６０ｂにそれぞれ位置するように、両端面６０ａ及び６０ｂの間で連続して形成されている。また、改質領域６２は、その一端及び他端が、Ｘ軸方向における結晶塊６０の一端面（側面）６０ｃ及び他端面（側面）６０ｄにそれぞれ位置するように、両端面（側面）６０ｃ及び６０ｄの間で連続して形成されている。そして、複数の改質領域６１をＸ軸方向に並設して成る複数の第１の改質領域群と、複数の改質領域６２をＺ軸方向に並設して成る複数の第２の改質領域群とが、Ｙ軸方向に間隔をあけて交互に積層されている。
【００８９】
なお、上記実施形態と同様に本変形例においても、複数の改質領域６１のそれぞれをＺ軸方向から見ると格子点状に配列されており、複数の改質領域６２のそれぞれをＸ軸方向から見ると格子点状に配列されている。
【００９０】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｅを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域６１と長手方向が交差する複数の第２の改質領域６２を更に形成することで、第１変形例（図７を参照）と較べてより高い三次元位置分解能を得ることができる。
【００９１】
本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法は、上記した実施形態および各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および各変形例ではシンチレータの結晶塊の形状として立方体を例示したが、本発明における結晶塊の形状はこれらに限られるものではなく、例えばこれら以外の多面体や、曲面を有する球などの形状も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】一実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。
【図２】放射線検出器１が備えるシンチレータ２Ａの内部構成を示す斜視図である。
【図３】放射線検出器１にガンマ線等の放射線Ｒが入射した様子を示す斜視図である。
【図４】複数の改質領域２１を含むシンチレータ２Ａを製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。
【図５】レーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２Ａの結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。
【図６】一辺１０ｍｍの立方体状のＬＳＯから成る結晶塊２０にストライプ状の改質領域２１を形成した様子を示す断面写真である。
【図７】第１変形例として、シンチレータ２Ｂの内部構成を示す斜視図である。
【図８】第２変形例として、シンチレータ２Ｃの内部構成を示す斜視図である。
【図９】第３変形例として、シンチレータ２Ｄの内部構成を示す斜視図である。
【図１０】第４変形例として、シンチレータ２Ｅの内部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…放射線検出器、２Ａ〜２Ｅ…シンチレータ、３…光検出器、２０，３０，４０，５０，６０…結晶塊、２０ａ，２０ｂ…端面、２０ｃ〜２０ｆ…側面、２１，３１，４１，５１，６１…改質領域、６２…第２の改質領域、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０２…レーザ光源制御部、１０３…シャッタ、１０４…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１５…ステージ制御部、１１７…観察用光源、１１９…ビームスプリッタ、１２１…ＣＣＤカメラ、１２３…結像レンズ、１２５…撮像データ処理部、１２７…全体制御部、１２９…モニタ、Ｐ…集光点、Ｒ…放射線、ＳＣ…シンチレーション光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。
【０００３】
このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線検出器として、シンチレータおよび光検出器を備えているものがある。シンチレータは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光検出器は、シンチレータ表面に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。
【０００４】
特許文献１には、シンチレータおよび光検出器を備える放射線検出器が開示されている。この文献に記載されたシンチレータは、シンチレーション光の進行方向を制限する光導体領域を内部に有している。このような光導体領域の例としては、実質的に異なる屈折率の媒体間の界面、反射フィルム、気泡、欠陥、結晶粒界のような結晶欠陥などが挙げられている。
【０００５】
また、特許文献２には、フェムト秒パルスレーザ光による多光子吸収を用いて、シリコン基板、シリカガラス、サファイア等の加工対象物の内部に、屈折率が周囲と異なるアモルファス構造の改質領域を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００７−５３２８６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来より、ＰＥＴ等で用いられている放射線検出器のシンチレータは、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列したシンチレータアレイによって実現されている。このようなシンチレータアレイにおいて位置分解能を向上するには個々のシンチレータセルを小さくする必要があり、近年ではシンチレータセルのピッチが数ミリメートルないしサブミリメートル程度であることが求められている。しかし、シンチレータセルを小さくするほどシンチレータアレイの組み立てが困難となり、製造期間の長期化や製造コストの増大を招いてしまう。また、個々のシンチレータセルを機械的に加工する必要があるので、シンチレータセルの小型化には限界がある。したがって、放射線検出器の位置分解能ひいてはＰＥＴの解像度の向上が抑制されてしまう。
【０００７】
なお、特許文献１に記載された技術では、光導体領域が放射線に対して不感領域となってしまい、シンチレータの放射線検出感度が低下してしまう。また、特許文献２に記載された技術は光メモリ素子を生産する方法であって、放射線検出器とは異なる。
【０００８】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明によるシンチレータは、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を有し、複数の改質領域は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記したシンチレータにおいては、周囲と異なる屈折率を有し細長形状を呈する複数の改質領域が、その長手方向（第１の方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されているので、第１の方向と交差する方向へのシンチレーション光の移動が複数の改質領域によって妨げられる。これにより、シンチレーション光を第１の方向に沿って進行させることができるので、第１の方向と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば第１の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００１１】
そして、このような複数の改質領域をレーザ光を照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域を結晶塊内部の任意の位置に高密度に形成することができる。したがって、上記したシンチレータによれば、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、上記したシンチレータによれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の改質領域を形成するので、複数の改質領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００１２】
また、上記シンチレータにおいては、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在してもよい。或いは、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成されていてもよい。複数の改質領域のそれぞれがこれらのうち何れの形態を有していても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００１３】
また、上記シンチレータにおいては、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向から見て格子点状に配列されていてもよい。或いは、シンチレータは、複数の改質領域のそれぞれが、第１の方向から見て不規則に分散して配置されていてもよい。複数の改質領域のそれぞれがこれらのうち何れの形態を有していても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００１４】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域とは別に、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に有し、複数の第２の改質領域は、第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊における第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴としてもよい。このような構成により、第２の方向と交差する面内においてもシンチレーション光の位置分解能が得られるので、例えば第２の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を更に配置すれば、これらの光検出器に対しても入射位置に応じてシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００１５】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域のそれぞれが、結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器それぞれにまたは位置検出型光検出器に配分されるように配置されていることを特徴としてもよい。これにより、シンチレータへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００１６】
また、上記シンチレータは、複数の改質領域が、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴としてもよい。これにより、レーザ光の照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を好適に実現できる。
【００１７】
また、本発明による放射線検出器は、上記した何れかのシンチレータと、第１の方向における結晶塊の端面と光学的に結合された複数の光検出器または位置検出型光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。
【００１８】
また、本発明によるシンチレータの製造方法は、放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を形成する工程を含み、上記工程において、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ結晶塊における第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように複数の改質領域を形成することを特徴とする。
【００１９】
上記したシンチレータの製造方法では、周囲と異なる屈折率を有し細長形状を呈する複数の改質領域を、その長手方向（第１の方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置するので、当該方法により製造されるシンチレータにおいて、第１の方向と交差する方向へのシンチレーション光の移動が複数の改質領域によって妨げられる。これにより、シンチレーション光を第１の方向に沿って進行させることができるので、第１の方向と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば第１の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００２０】
そして、このような複数の改質領域をレーザ光を照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域を結晶塊内部の任意の位置に高密度に形成することができる。したがって、上記したシンチレータの製造方法によれば、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、上記したシンチレータの製造方法によれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の改質領域を形成するので、複数の改質領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００２１】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在するように形成することを特徴としてもよい。或いは、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向における結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成することを特徴としてもよい。複数の改質領域のそれぞれをこれらのうち何れの形態として形成しても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００２２】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向から見て格子点状に配列させることを特徴としてもよい。或いは、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、第１の方向から見て不規則に分散して配置させることを特徴としてもよい。複数の改質領域のそれぞれをこれらのうち何れの形態として形成しても、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。
【００２３】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域とは別に、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に形成するとともに、複数の第２の改質領域を、第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ結晶塊における第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように形成することを特徴としてもよい。このような方法により製造されるシンチレータにおいては、第２の方向と交差する面内においてもシンチレーション光の位置分解能が得られるので、例えば第２の方向と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を更に配置すれば、これらの光検出器に対しても入射位置に応じてシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００２４】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域のそれぞれを、結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器それぞれにまたは位置検出型光検出器に配分されるように配置することを特徴としてもよい。これにより、シンチレータへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００２５】
また、上記したシンチレータの製造方法は、複数の改質領域が、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴としてもよい。これにより、レーザ光の照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現可能なシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に示す図において、図示の都合上、シンチレータ結晶塊の内部に形成される改質領域を実線で描いている。
【００２８】
まず、本発明に係るシンチレータ、及びこのシンチレータを備える放射線検出器の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。また、図２は、放射線検出器１が備えるシンチレータ２Ａの内部構成を示す斜視図である。なお、理解を容易にするため、図１及び図２にはＸＹＺ直交座標系が示されている。
【００２９】
本実施形態の放射線検出器１は、シンチレータ２Ａの他、シンチレータ２Ａの表面と光学的に結合される複数の光検出器３を備えている。
【００３０】
シンチレータ２Ａは、複数の光検出器３にシンチレーション光を提供するための部材である。シンチレータ２Ａは、ガンマ線などの放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊（シンチレータ結晶）２０により構成されている。この結晶塊２０は、例えば多面体状や球形状といった様々な外観を有することができるが、本実施形態の結晶塊２０は略直方体状の外観を有しており、ＸＹ平面に沿った一対の矩形の端面２０ａ，２０ｂ（図２を参照）と、該端面２０ａ，２０ｂと直交しＹＺ平面に沿った一対の矩形の側面２０ｃ，２０ｄと、端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ，２０ｄと直交しＺＸ平面に沿った一対の矩形の側面２０ｅ，２０ｆとを有している。なお、結晶塊２０の寸法は、例えば一辺１０ｍｍである。
【００３１】
シンチレータ２Ａは、結晶塊２０に入射した放射線を吸収し、その線量に応じた強さのシンチレーション光を発生する。結晶塊２０は、例えばＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、Ｌｕ２（１−Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）などの結晶によって好適に構成される。
【００３２】
複数の光検出器３は、例えば光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalance Photo Diode）、或いはＭＰＰＣ（Multi-Pixel PhotonCounter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルから成るフォトンカウンティングデバイスである。本実施形態の放射線検出器１は３２個の光検出器３を備えており、そのうち１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと対向するように結晶塊２０上に取り付けられており、他の１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ｂと対向するように結晶塊２０上に取り付けられている。これにより、１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと光学的に結合され、他の１６個の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ｂと光学的に結合されている。
【００３３】
より具体的には、結晶塊２０の端面２０ａ上に取り付けられた１６個の光検出器３は、端面２０ａを縦４列、横４列の合計１６箇所の正方形領域に分割した各々の領域上にそれぞれ配置されており、１つの二次元半導体光検出器アレイを構成している。同様に、結晶塊２０の端面２０ｂ上に取り付けられた１６個の光検出器３もまた、端面２０ｂを縦４列、横４列の合計１６箇所の正方形領域に分割した各々の領域上にそれぞれ配置されており、１つの２次元半導体光検出器アレイを構成している。結晶塊２０の内部において発生したシンチレーション光は、その発生位置に応じて各光検出器３へ配分され、各光検出器３からの出力比に基づいて、シンチレーション光の発生位置が特定される。
【００３４】
なお、結晶塊２０の端面２０ａに取り付けられた１６個の光検出器と、対向する端面２０ｂに取り付けられた他の１６個の光検出器に代えて、端面２０ａ及び２０ｂにそれぞれ単一の位置検出型光検出器を取り付けて用いることも可能である。位置検出型光検出器とは、受光面上の光入射位置に応じた電気信号を出力する素子である。
【００３５】
ここで、本実施形態のシンチレータ２Ａについて更に説明する。図２に示されるように、シンチレータ２Ａの結晶塊２０の内部には、複数の改質領域２１が形成されている。複数の改質領域２１は、結晶塊２０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、例えば屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つの領域によって構成されることができる。これらの領域は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００３６】
各改質領域２１は、例えば太さ数マイクロメートル程度（例えば１０μｍ）の細長形状（ストライプ状）の領域である。各改質領域２１は、結晶塊２０の内部において所定の第１の方向（本実施形態ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向（すなわち、Ｘ成分及びＹ成分から成るベクトルにより表される方向）に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。間隔は、例えば１０μｍである。
【００３７】
例えば、本実施形態の改質領域２１は、その一端及び他端が、第１の方向（Ｚ軸方向）における結晶塊２０の一端面２０ａ及び他端面２０ｂにそれぞれ位置しており、この両端面２０ａ及び２０ｂの間で連続して延在している。また、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）から見て格子点状に配列されている。換言すれば、結晶塊２０をＸＹ平面に沿って切断した場合に、複数の改質領域２１の断面が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元状に周期的に並んでいる。
【００３８】
図３は、この放射線検出器１にガンマ線等の放射線Ｒが入射した様子を示す斜視図である。放射線Ｒがシンチレータ２Ａ（結晶塊２０）に入射すると、その放射線Ｒの強度に応じたシンチレーション光ＳＣが結晶塊２０の内部で発生する。シンチレーション光ＳＣは該発生位置から全方向へ進行しようとするが、複数の改質領域２１によってシンチレーション光ＳＣが散乱することによりその直進成分が抑えられ、シンチレーション光ＳＣの拡散範囲が制限される。上述したように、複数の改質領域２１はその長手方向（Ｚ軸方向）と交差する二次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に互いに間隔をあけて配置されているので、ＸＹ平面内でのシンチレーション光ＳＣの移動が複数の改質領域２１によって妨げられる。
【００３９】
これにより、シンチレーション光ＳＣがＺ軸方向に沿って進行することとなり、ＸＹ平面内においてシンチレーション光ＳＣの位置分解能が得られる。したがって、本実施形態のように、Ｚ軸方向と交差する結晶塊２０の端面（すなわち端面２０ａ，２０ｂ）に複数の光検出器３（または位置検出型光検出器）を配置することによって、入射位置に応じて複数の光検出器３のそれぞれに（または位置検出型光検出器の受光面に）シンチレーション光ＳＣが好適に配分される。そして、一方の端面２０ａ上に配置された光検出器３同士の出力比、または他方の端面２０ｂ上に配置された光検出器３同士の出力比から（或いは、位置検出型光検出器からの出力に基づいて）ＸＹ平面内での重心位置を求め、一方の端面２０ａ上に配置された光検出器３と他方の端面２０ｂ上に配置された光検出器３との出力比（或いは、一方の端面２０ａ上に配置された位置検出型光検出器と他方の端面２０ｂ上に配置された位置検出型光検出器との出力比）からＺ軸方向の重心位置を求めることによって、放射線Ｒの入射位置を三次元的に特定することができる。
【００４０】
ここで、複数の改質領域２１の好適な配置としては、例えば結晶塊２０において発生するシンチレーション光ＳＣが、第１の方向（Ｚ軸方向）と交差する面内（ＸＹ平面内）における発生位置に応じた配分比率で各光検出器３に配分されるように、各改質領域２１が配置されているとよい。なお、発生位置に応じた配分比率で配分されるとは、例えばシンチレーション光ＳＣの発生により各光検出器３へ入射する光の強度が、端面２０ａ側から見たシンチレーション光ＳＣの発生位置と各光検出器３との距離の関数となるようなことを意味する。
【００４１】
ここで、シンチレータ２Ａにおける改質領域２１の配置パターン（密度分布）の決定方法について説明する。改質領域２１の配置パターンを決定する際には、シンチレータ２Ａ内のどの位置でシンチレーション光ＳＣが発生した場合であっても、シンチレーション光ＳＣの発生位置を特定する際の解像力が最大となる（すなわち分解能が最小となる）ような配分比率でもって、シンチレーション光ＳＣが各光検出器３へ配分されることが望ましい。
【００４２】
例えば、シンチレータの或る一面に２個の光検出器ａ，ｂが結合されている場合、一次元の位置演算（Ｘ方向）における各光検出器ａ，ｂの最適応答関数Ｆａ及びＦｂは、以下の式により与えられる。
Ｆａ（ｘ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）
Ｆｂ（ｘ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）
なお、上式においてＫは定数、αはπ／（２Ｌ）、Ｌはシンチレータ幅である。
【００４３】
また、上式を２次元に拡張して４個の光検出器を接合した場合、各光検出器ａ，ｂ，ｃ，及びｄの最適応答関数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，及びＦｄは、以下の式により与えられる。
Ｆａ（ｘ，ｙ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）ｓｉｎ2（βｙ）
Ｆｂ（ｘ，ｙ）＝Ｋｓｉｎ2（αｘ）ｃｏｓ2（βｙ）
Ｆｃ（ｘ，ｙ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）ｓｉｎ2（βｙ）
Ｆｄ（ｘ，ｙ）＝Ｋｃｏｓ2（αｘ）ｃｏｓ2（βｙ）
【００４４】
シンチレータ２Ａの全体において高い解像力（分解能）を得るためには、上式のような光検出器の応答（光配分）が実現されるように、シンチレータ２Ａ内に改質領域２１の密度分布パターンを形成するとよい。なお、このような密度分布パターンを形成する為には、例えば光拡散イメージングで用いられている光拡散方程式を逐次近似法により解く手法を適用することができる。
【００４５】
図４は、複数の改質領域２１を含むシンチレータ２Ａを製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。
【００４６】
レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ１０３と、レーザ光Ｌの反射機能を有し且つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０４と、ダイクロイックミラー１０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊２０が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。
【００４７】
なお、Ｚ軸方向は、結晶塊２０に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。したがって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊２０の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊２０をＸ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１によりＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることによりそれぞれ行う。
【００４８】
レーザ光源１０１は超短パルスレーザ光を発生するＹｂ：ＫＧＷレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。なお、結晶塊２０の加工にはパルスレーザ光を用いても良く、連続波レーザ光を用いても良いが、パルスレーザ光が好適である。
【００４９】
パルスレーザ光としてはフェムト秒パルスレーザ光やピコ秒パルスレーザ光等が挙げられる。フェムト秒やピコ秒のレーザパルスは、レーザエネルギの吸収速度が熱拡散速度より早いため、被加工部位の周辺への熱による影響が少なく、また高い電場密度を容易に得ることができるので、クラックを生じさせない屈折率変化などの改質領域２１を好適に形成できる。なお、ナノ秒レーザパルスは、加工閾値以上の電場密度を得るためにはフェムト秒やピコ秒のレーザパルスの数倍の照射エネルギを必要とし、またレーザエネルギが被加工材料に蓄熱され易いので、屈折率変化などの改質領域２１の形成には更なる工夫が必要となる。
【００５０】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された結晶塊２０を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０４が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５を透過し、結晶塊２０の被加工部位を照明する。
【００５１】
レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ１２１及び結像レンズ１２３を備える。被加工部位を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０４、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されてＣＣＤカメラ１２１で撮像され、撮像データとなる。
【００５２】
レーザ加工装置１００はさらに、ＣＣＤカメラ１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を結晶塊２０上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊２０に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして結晶塊２０の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。
【００５３】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、シャッタ１０３、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００５４】
続いて、本実施形態に係るシンチレータ２Ａの製造方法について説明する。図５は、上述したレーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２Ａの結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、結晶塊２０をレーザ加工装置１００の載置台１０７上に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて結晶塊２０を照明する。照明された結晶塊２０の表面（例えば端面２０ａ）をＣＣＤカメラ１２１により撮像する。ＣＣＤカメラ１２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて、撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置するような焦点データを演算する。この焦点データは、ステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置する（Ｓ１０１）。なお、撮像データ処理部１２５は、撮像データに基づいて結晶塊２０の表面の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に結晶塊２０の表面の拡大画像が表示される。
【００５６】
続いて、結晶塊２０の内部に改質領域２１を形成するためのレーザ光Ｌの集光点が、結晶塊２０の表面または内部における一つの改質領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ１０３を開いてレーザ光Ｌを照射し、該集光部分におけるシンチレータ材料を改質（アモルファス化）させることによって、結晶塊２０の内部に周囲と異なる屈折率を有する領域を形成する。そして、このような領域を形成しながら、Ｚ軸ステージ１１３により結晶塊２０をＺ軸方向に一定速度で移動させる（Ｓ１０５）。これにより、Ｚ軸方向を長手方向とする細長形状（ストライプ状）の改質領域２１が形成される（Ｓ１０７）。
【００５７】
この改質領域２１は、例えば屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つの領域である。また、この改質領域２１は、その一端及び他端が、Ｚ軸方向における結晶塊２０の一端面２０ａ及び他端面２０ｂにそれぞれ位置するように、両端面２０ａ及び２０ｂの間で連続して形成されるとよい。その後、レーザ光Ｌのシャッタ１０３を閉じる（Ｓ１０９）。
【００５８】
続いて、他に形成すべき改質領域２１がある場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの集光点が結晶塊２０の内部における当該改質領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる。例えば、先に形成した改質領域２１に対して所定のピッチだけＸ軸方向またはＹ軸方向に結晶塊２０を移動させるとよい（Ｓ１１３）。
【００５９】
以降、上述したステップＳ１０３ないしＳ１１３を繰り返すことによって、複数の改質領域２１を形成することができる。このとき、各改質領域２１を、結晶塊２０の内部においてその長手方向（Ｚ軸方向）と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されるように形成するとよい。例えば、複数の改質領域２１のそれぞれが、Ｚ軸方向から見て格子点状に配列されるように形成するとよい。
【００６０】
なお、複数の改質領域２１の全てを形成し終えると（Ｓ１１１：Ｎｏ）、この工程を終了する。
【００６１】
以上に説明した本実施形態のシンチレータ２Ａ及びその製造方法、並びに該シンチレータ２Ａを備える放射線検出器１においては、上述したように複数の改質領域２１をレーザ光Ｌを照射して形成することにより、例えば太さ数μｍといった極めて細い改質領域２１を結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができ、しかもシンチレータ２Ａの内部にクラックを発生させることなく屈折率変化のみを誘起させることができる。したがって、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、結晶塊２０にレーザ光Ｌを照射することにより複数の改質領域２１を形成するので、複数の改質領域２１を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータ２Ａの製造が格段に容易となる。したがって、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となる。なお、レーザ光Ｌにより改質（アモルファス化）された領域は、アニール処理により加工前の状態に戻すことが可能である。
【００６２】
また、例えば前述した特許文献１に記載された光導体は放射線に対して不感領域となるが、本実施形態における改質領域２１はレーザ光Ｌにより形成されるので極めて微小（直径数μｍ程度）であり、且つシンチレーション光発生機能は失われないので、不感領域が全く無いシンチレータを実現できる。
【００６３】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）における結晶塊２０の一端面２０ａと他端面２０ｂとの間で連続して延在するとよい。複数の改質領域２１のそれぞれが例えばこのような形態を有することにより、上述した効果を好適に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、第１の方向（Ｚ軸方向）から見て格子点状に配列されているとよい。複数の改質領域２１のそれぞれが例えばこのような形態を有することにより、上述した効果を好適に得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１のそれぞれは、結晶塊２０の内部において発生したシンチレーション光ＳＣがその発生位置に応じた配分比率で複数の光検出器３それぞれに（または位置検出型光検出器に）配分されるように配置されていることが好ましい。これにより、例えば前述した最適応答関数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，及びＦｄのように、光検出器３の任意の幾何学的配置に対して最適な光応答関数を作成できるので、シンチレータ２Ａへの放射線の入射位置を容易に算出することができる。
【００６６】
また、本実施形態のように、複数の改質領域２１は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌの照射により形成され周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域２１を好適に実現できる。
【００６７】
［実施例］
本発明者は、上述した実施形態に係るシンチレータ２Ａを実際に作製した。作製時の条件は以下の通りである。
・レーザ光源…Ｙｂ：ＫＧＷレーザ
・レーザ光の波長…１０３０［ｎｍ］
・レーザ光のパルス幅…７００［ｆｓ］
・レーザ光の繰り返し周波数…１［ｋＨｚ］
・レーザ光の照射エネルギー…２２５［μＪ］
・改質領域形成時のＺ軸ステージ移動速度…１［ｍｍ／ｓ］
・集光用レンズ…ｆ＝９［ｍｍ］、ＮＡ＝０．４
【００６８】
図６は、上記条件および図５に示した製造方法に従い、一辺１０ｍｍの立方体状のＬＳＯから成る結晶塊２０にストライプ状の改質領域２１を形成した様子を示す断面写真である。ここでは、長さ１０ｍｍ、太さ（直径）１０μｍ程度の改質領域２１を間隔１０μｍで形成している。この断面写真に示すように、上記実施形態に係るシンチレータ２Ａ及びその製造方法によれば、極めて細い改質領域２１を結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができる。
【００６９】
［第１の変形例］
図７は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｂの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｂは結晶塊３０により構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面３０ａ，３０ｂ及び側面３０ｃ〜３０ｆを有している。この結晶塊３０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００７０】
シンチレータ２Ｂの結晶塊３０の内部には、複数の改質領域３１が形成されている。複数の改質領域３１は、結晶塊３０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域３１は、結晶塊３０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００７１】
各改質領域３１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域３１は、結晶塊３０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。
【００７２】
また、本変形例では、複数の改質領域３１のそれぞれが、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊３０の一端面３０ａと他端面３０ｂとの間で断続的に形成されている。換言すれば、一端面３０ａと他端面３０ｂとに亘りＺ軸に沿った所定の軸線上に、複数（図７では３つ）の改質領域３１が間隔をあけて並んで形成されている。
【００７３】
なお、上記実施形態と同様に本変形例においても、複数の改質領域３１のそれぞれは、Ｚ軸方向から見ると格子点状に配列されている。
【００７４】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｂを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域３１のそれぞれが、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊３０の一端面３０ａと他端面３０ｂとの間で断続的に形成されている場合でも、上記実施形態と同様の効果を好適に得ることができる。加えて、本変形例によれば、シンチレーション光の一部が改質領域３１に沿った（側面３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ）に到達するので、改質領域３１の長手方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）内での位置分解能だけでなく、改質領域３１に沿った面（ＹＺ平面及びＺＸ平面）での位置分解能、すなわち三次元位置分解能を高精度で得ることができる。
【００７５】
［第２の変形例］
図８は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｃの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｃは結晶塊４０により構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面４０ａ，４０ｂ及び側面４０ｃ〜４０ｆを有している。この結晶塊４０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００７６】
シンチレータ２Ｃの結晶塊４０の内部には、複数の改質領域４１が形成されている。複数の改質領域４１は、結晶塊４０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域４１は、結晶塊４０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００７７】
各改質領域４１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域４１は、結晶塊４０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【００７８】
また、本変形例では、Ｙ方向に隣接する改質領域４１のそれぞれは、Ｘ方向に互いにずらして配置されている。なお、上記第１変形例と同様に、本変形例においても、複数の改質領域４１のそれぞれは、その長手方向（Ｚ軸方向）における結晶塊４０の一端面４０ａと他端面４０ｂとの間で断続的に形成されている。
【００７９】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｃを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域４１のそれぞれが互いにずらして配置されることにより、改質領域４１をより高密度に形成することが可能であり、改質領域４１の長手方向（Ｚ軸方向）と交差する面（ＸＹ平面）内での位置分解能をより高めることができる。
【００８０】
［第３の変形例］
図９は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｄの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｄは結晶塊５０によって構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面５０ａ，５０ｂ及び側面５０ｃ〜５０ｆを有している。この結晶塊５０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００８１】
シンチレータ２Ｃの結晶塊５０の内部には、複数の改質領域５１が形成されている。複数の改質領域５１は、結晶塊５０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域５１は、結晶塊５０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００８２】
各改質領域５１は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。各改質領域５１は、結晶塊５０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【００８３】
また、本変形例では、複数の改質領域５１のそれぞれは、Ｚ軸方向から見て不規則に分散して配置されており、また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向から見ても揃っておらず、各改質領域５１が任意の位置にランダムに配置されている。
【００８４】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｄを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域５１のそれぞれが不規則に分散して配置される場合、シンチレーション光が光検出器３へ最適な割合で配分されるように各改質領域５１を配置することが可能となり、より少ない光検出器３でもって放射線の入射位置を検出できる。
【００８５】
［第４の変形例］
図１０は、上記実施形態の変形例として、シンチレータ２Ｅの内部構成を示す斜視図である。同図に示されるシンチレータ２Ｅは結晶塊６０によって構成されており、図２に示した結晶塊２０の端面２０ａ，２０ｂ及び側面２０ｃ〜２０ｆと同様の形態を有する端面６０ａ，６０ｂ及び側面６０ｃ〜６０ｆを有している。この結晶塊６０は、上記実施形態における結晶塊２０と同じ材料によって好適に構成される。
【００８６】
シンチレータ２Ｂの結晶塊６０の内部には、複数の改質領域６１と、該複数の改質領域６１とは別に複数の改質領域６２が形成されている。なお、複数の改質領域６２は、本変形例における第２の改質領域である。複数の改質領域６１，６２は、結晶塊６０の内部において周囲と異なる屈折率を有しており、上記実施形態における改質領域２１と同質の領域である。改質領域６１，６２は、結晶塊６０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成される。
【００８７】
各改質領域６１，６２は、例えば太さ数マイクロメートル程度の細長形状の領域である。改質領域６１は、結晶塊６０の内部において所定の第１の方向（本変形例ではＺ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。また、改質領域６２は、結晶塊６０の内部において上記第１の方向と交差する所定の第２の方向（本変形例ではＸ軸方向）を長手方向として、その長手方向と交差する二次元方向（すなわち、Ｙ成分及びＺ成分から成るベクトルにより表される方向）に互いに間隔をあけて規則的に配置されている。
【００８８】
より具体的には、複数の改質領域６１は、その一端及び他端が、Ｚ軸方向における結晶塊６０の一端面６０ａ及び他端面６０ｂにそれぞれ位置するように、両端面６０ａ及び６０ｂの間で連続して形成されている。また、改質領域６２は、その一端及び他端が、Ｘ軸方向における結晶塊６０の一端面（側面）６０ｃ及び他端面（側面）６０ｄにそれぞれ位置するように、両端面（側面）６０ｃ及び６０ｄの間で連続して形成されている。そして、複数の改質領域６１をＸ軸方向に並設して成る複数の第１の改質領域群と、複数の改質領域６２をＺ軸方向に並設して成る複数の第２の改質領域群とが、Ｙ軸方向に間隔をあけて交互に積層されている。
【００８９】
なお、上記実施形態と同様に本変形例においても、複数の改質領域６１のそれぞれをＺ軸方向から見ると格子点状に配列されており、複数の改質領域６２のそれぞれをＸ軸方向から見ると格子点状に配列されている。
【００９０】
上記実施形態に係る放射線検出器１は、シンチレータ２Ａに代えて、本変形例のシンチレータ２Ｅを備えても良い。本変形例のように、複数の改質領域６１と長手方向が交差する複数の第２の改質領域６２を更に形成することで、第１変形例（図７を参照）と較べてより高い三次元位置分解能を得ることができる。
【００９１】
本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法は、上記した実施形態および各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および各変形例ではシンチレータの結晶塊の形状として立方体を例示したが、本発明における結晶塊の形状はこれらに限られるものではなく、例えばこれら以外の多面体や、曲面を有する球などの形状も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】一実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。
【図２】放射線検出器１が備えるシンチレータ２Ａの内部構成を示す斜視図である。
【図３】放射線検出器１にガンマ線等の放射線Ｒが入射した様子を示す斜視図である。
【図４】複数の改質領域２１を含むシンチレータ２Ａを製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。
【図５】レーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２Ａの結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。
【図６】一辺１０ｍｍの立方体状のＬＳＯから成る結晶塊２０にストライプ状の改質領域２１を形成した様子を示す断面写真である。
【図７】第１変形例として、シンチレータ２Ｂの内部構成を示す斜視図である。
【図８】第２変形例として、シンチレータ２Ｃの内部構成を示す斜視図である。
【図９】第３変形例として、シンチレータ２Ｄの内部構成を示す斜視図である。
【図１０】第４変形例として、シンチレータ２Ｅの内部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…放射線検出器、２Ａ〜２Ｅ…シンチレータ、３…光検出器、２０，３０，４０，５０，６０…結晶塊、２０ａ，２０ｂ…端面、２０ｃ〜２０ｆ…側面、２１，３１，４１，５１，６１…改質領域、６２…第２の改質領域、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０２…レーザ光源制御部、１０３…シャッタ、１０４…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１５…ステージ制御部、１１７…観察用光源、１１９…ビームスプリッタ、１２１…ＣＣＤカメラ、１２３…結像レンズ、１２５…撮像データ処理部、１２７…全体制御部、１２９…モニタ、Ｐ…集光点、Ｒ…放射線、ＳＣ…シンチレーション光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を有し、
前記複数の改質領域は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、前記結晶塊における前記第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする、シンチレータ。
【請求項２】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向から見て格子点状に配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向から見て不規則に分散して配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記複数の改質領域とは別に、前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に有し、
前記複数の第２の改質領域は、前記第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、前記結晶塊における前記第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記複数の改質領域のそれぞれは、前記結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で前記複数の光検出器それぞれにまたは前記位置検出型光検出器に配分されるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記複数の改質領域は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のシンチレータと、
前記第１の方向における前記結晶塊の端面と光学的に結合された複数の光検出器または位置検出型光検出器と
を備えることを特徴とする、放射線検出器。
【請求項１０】
放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を形成する工程を含み、
上記工程において、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ前記結晶塊における前記第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように、前記複数の改質領域を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１１】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在するように形成することを特徴とする、請求項１０に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１２】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成することを特徴とする、請求項１０に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向から見て格子点状に配列させることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１４】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向から見て不規則に分散して配置させることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１５】
前記複数の改質領域とは別に、前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に形成するとともに、
前記複数の第２の改質領域を、前記第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ前記結晶塊における前記第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように形成することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１６】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で前記複数の光検出器それぞれにまたは前記位置検出型光検出器に配分されるように配置することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１７】
前記複数の改質領域は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１】
放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を有し、
前記複数の改質領域は、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、前記結晶塊における前記第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする、シンチレータ。
【請求項２】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向から見て格子点状に配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記複数の改質領域のそれぞれが、前記第１の方向から見て不規則に分散して配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記複数の改質領域とは別に、前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に有し、
前記複数の第２の改質領域は、前記第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、前記結晶塊における前記第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記複数の改質領域のそれぞれは、前記結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で前記複数の光検出器それぞれにまたは前記位置検出型光検出器に配分されるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記複数の改質領域は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のシンチレータと、
前記第１の方向における前記結晶塊の端面と光学的に結合された複数の光検出器または位置検出型光検出器と
を備えることを特徴とする、放射線検出器。
【請求項１０】
放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される複数の光検出器または位置検出型光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の改質領域を形成する工程を含み、
上記工程において、所定の第１の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ前記結晶塊における前記第１の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように、前記複数の改質領域を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１１】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で連続して延在するように形成することを特徴とする、請求項１０に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１２】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向における前記結晶塊の一端面と他端面との間で断続的に形成することを特徴とする、請求項１０に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向から見て格子点状に配列させることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１４】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記第１の方向から見て不規則に分散して配置させることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１５】
前記複数の改質領域とは別に、前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において周囲と異なる屈折率を有する複数の第２の改質領域を更に形成するとともに、
前記複数の第２の改質領域を、前記第１の方向と交差する所定の第２の方向を長手方向とする細長形状を各々呈するように、且つ前記結晶塊における前記第２の方向と交差する二次元方向に互いに間隔をあけて配置されるように形成することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１６】
前記複数の改質領域のそれぞれを、前記結晶塊の内部において発生したシンチレーション光がその発生位置に応じた配分比率で前記複数の光検出器それぞれにまたは前記位置検出型光検出器に配分されるように配置することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１７】
前記複数の改質領域は、屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、および回折型レンズを構成する領域のうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のシンチレータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１３９３７５（Ｐ２０１０−１３９３７５Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６００８（Ｐ２００８−３１６００８）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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