放射線検出器
【課題】放射線検出器１の小型化、低コスト化及び製造の簡単化を実現しつつ、放射線の入射位置を高分解能により特定できる。
【解決手段】平板状のシンチレータ２１と、前記シンチレータ２１の側周面に接触して収容する収容部２２１、及び一端部が当該収容部２２１に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝２２２を有する収容基板２２と、前記シンチレータ２１に放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板２２に重ね合わされて前記凹溝２２２と導波路ＷＧを形成するカバー体２３と、前記導波路ＷＧにより導光されたシンチレーション光を検出する光検出部３と、を具備する。
【解決手段】平板状のシンチレータ２１と、前記シンチレータ２１の側周面に接触して収容する収容部２２１、及び一端部が当該収容部２２１に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝２２２を有する収容基板２２と、前記シンチレータ２１に放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板２２に重ね合わされて前記凹溝２２２と導波路ＷＧを形成するカバー体２３と、前記導波路ＷＧにより導光されたシンチレーション光を検出する光検出部３と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータを用いた放射線検出器に関し、特にシンチレータへの放射線の入射位置を特定することができる放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射線検出器としては、例えば特許文献１に示すように、矩形状のシンチレータの側面に光電子増倍管を直接、或いは、光ファイバ等のライドガイドを介在させて配設してシンチレーション光を検出し、放射線の入射位置を特定等するものがある。
【０００３】
しかしながら、シンチレータの側面に光電子増倍管を直接配設する場合には、各光電子増倍管が干渉してしまい、シンチレータを小型化することができない。また、入射位置の位置分解能が低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
一方、光ファイバ等のライトガイドを介在させて光電子増倍管を配設する場合には、シンチレータの側周面に光ファイバの光入射面を位置させるための取り付け部材が設けられる。この取り付け部材には、光ファイバが嵌め込まれる取り付け凹部又は取り付け孔が切削加工により形成されている。
【０００５】
しかしながら、光ファイバを用いていることから、シンチレーション光を光検出器に導く導波路のサイズが光ファイバのサイズに制限されてしまい、導波路のサイズの自由度が小さいという問題がある。また、取り付け部材に取り付け凹部を形成し、その凹部に光ファイバを嵌め込む等の製作工程が、複雑で工数のかかる作業であるという問題がある。さらに、光ファイバを多数用いることから、コストも高くなってしまうという問題もある。
【０００６】
加えて、放射線検出器の品質検査をする上でも、光ファイバを多数用いているので、外観検査は現実的には不可能であり、一度組み込んでしまうと、製造の最終工程でしか放射線検出器をチェックすることができないという問題もある。
【０００７】
さらに、光ファイバが嵌め込まれる取り付け凹部を切削加工により形成しているので、加工精度の限界が数１０μｍであり、光を取り込む位置分解能が数１０μｍで限界となってしまう。そのため、数μｍレベルでの位置分解能を得ることができないという問題がある。また、シンチレータの周囲に取り付け部材を用いて光ファイバを配置しているので、シンチレータの側周面と光ファイバとの間に隙間ができてしまう。その結果、ある光ファイバに入射すべきシンチレーション光が、隣接する光ファイバに入射してしまい、入射位置の誤差となってしまうという問題もある。
【特許文献１】特開２００５−９１０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、放射線検出器の小型化、低コスト化及び製造の簡単化を実現しつつ、放射線の入射位置を高分解能により特定することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る放射線検出器は、平板状のシンチレータと、前記シンチレータの側周面に接触して収容する収容部、及び一端部が当該収容部に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝を有する収容基板と、前記シンチレータに放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板に重ね合わされて前記凹溝と導波路を形成するカバー体と、前記導波路により導光されたシンチレーション光を検出する光検出部と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、光ファイバ等のライトガイドを不要とすることで、シンチレータと光ファイバとの位置関係による位置分解能の劣化を防止することができ、収容部に連なる凹溝を微細加工技術により形成しているので、位置分解能を向上させることができる。そして、凹溝を微細加工技術により形成して位置分解能を向上させた結果、シンチレータを小型化することができ、さらに、放射線検出器を小型化することができる。さらに、シンチレータを保持する収容基板上に導波路を形成する凹溝を設けているので、放射線検出器の部品点数を削減することができ、組み立てが容易となるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【００１１】
シンチレータの側周面における厚み方向の光をほぼ全て導波路内に導くようにするためには、前記凹溝の深さが、前記収容部の深さと同一又はこれよりも大きいことが望ましい。
【００１２】
放射線の入射位置の特定を簡単にするためには、前記シンチレータからの光を前記凹溝の一端部が、前記収容部に等間隔に複数形成されていることが望ましい。
【００１３】
光検出部の配置を容易にするとともに、特に複数の光電変換素子を線状に配置してなるラインセンサを用いる場合に好適なものは、前記収容基板及びカバー体が、平面視において概略矩形状をなすものであることが望ましい。
【００１４】
光量の損失を可及的に低減して、シンチレーション光を効率よく光検出部に導くためには、前記導波路を形成する前記凹溝及びカバー体の接合面に光反射膜が形成されていることが望ましい。
【００１５】
前記シンチレータが、円盤状又は概略円盤状のものであることが望ましい。これならば、シンチレータの形状に起因した感度補正を不要として検出感度を向上させること、及び簡単に放射線の検出位置を特定することができるようになる。なお、シンチレータが矩形状のものであると、その隅部において、発生したシンチレーション光は、側面で複数回反射してしまい、入射領域近傍が一様に発光してぼやけてしまい入射位置を特定することが困難であるという問題がある。さらに、これにより、隅部の感度が低下してしまい、感度補正が必要となるという問題もある。
【００１６】
シンチレーション光が、シンチレータから導波路に通過する際に生じる光量の損失を好適に防ぐためには、前記導波路が、前記シンチレータと同一の物質により充填されていることが望ましい。
【００１７】
導波路内にシンチレータと同一の物質を充填する場合において、製造を簡単化するためには、前記導波路内の充填材及び前記シンチレータが、エピタキシー成長により同時形成されたものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
このように構成した本発明によれば、放射線検出器の小型化、低コスト化及び製造の簡単化を実現しつつ、放射線の入射位置を高分解能により特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
【００２０】
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態に係る放射線検出器１の構成を模式的に示す平面図、図２はＡ−Ａ線断面図、図３はＢ−Ｂ線断面図、図４は分解斜視図、図５は放射線検出器１の演算装置４の機器構成図、図６は演算装置４の機能構成図である。
【００２１】
本実施形態に係る放射線検出器１は、図１に示すように、平面視正方形状をなすシンチレータユニット２と、そのシンチレータユニット２の側周面に配設された光検出部３と、当該光検出部３からの電気信号を受信して、所定演算を行う演算装置４と、当該演算装置４での演算結果を基に、放射線の二次元画像を表示する画像表示装置５とを備えている。なお、シンチレータユニット２及び光検出部３は、外部からの光が侵入しないように、図示しない遮光膜で覆われている。
【００２２】
以下に各部２〜５について説明する。
【００２３】
シンチレータユニット２は、図１及び図２に示すように、円盤状のシンチレータ２１と、当該シンチレータ２１を収容するとともに、導波路ＷＧを形成する凹溝２２２を有する収容基板２２と、当該収容基板２２に重ね合わされて凹溝２２２と導波路ＷＧを形成するカバー体２３と、を備えている。
【００２４】
シンチレータ２１は、放射線が入射するとシンチレーション光（蛍光）を発するものであり、本実施形態においては、γ線が入射するとシンチレーション光を発するＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータやＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ等である。そして、シンチレータ２１は、その一方の面にγ線などの放射線が入射する放射線入射面２１ａを有し、その側周面がそのシンチレーション光を射出する光射出面２１ｂである。当該シンチレータ２１は厚さが０．５ｍｍ程度の薄型のものである。
【００２５】
収容基板２２は、平面視において正方形状をなす平板であり（図１参照）、本実施形態では、シリコン基板である。そして、収容基板２２の中央には、図１、図２及び図４に示すように、シンチレータ２１を収容する収容部２２１が形成されている。
【００２６】
収容部２２１は、収容基板２２の中心軸と同軸上に形成され、内側周面がシンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触して、シンチレータ２１を収容するものである。そして、収容部２２１は、前記シンチレータ２１の直径と略同一の内径を有する平面視において円形状をなす（図１参照）。
【００２７】
収容部２２１の深さは、図２に示すように、シンチレータ２１の厚みと略同一としている。これにより、収容部２２１にシンチレータ２１を収容した場合、シンチレータ２１の上面（放射線入射面２１ａ）と収容基板２２の上面とが面一となる。
【００２８】
収容部２２１の底部には、放射線を通過させるための貫通孔２２１Ｈが形成されている（図２、図４参照）。これにより、シンチレータユニット２を複数枚重ね合わせて用いることができる。
【００２９】
そして、収容基板２２の上面には、図１〜図４に示すように、一端部が収容部２２１に連通し、他端部が外部に連通する直線状の凹溝２２２が形成されている。
【００３０】
凹溝２２２の深さは、収容部２２１の深さよりも若干大きく形成している。つまり本実施形態では、凹溝２２２の深さは、シンチレータ２１と厚みよりも若干深くしている。具体的には、シンチレータ２１の厚みよりも数１０μｍ程深く形成している。これにより、シンチレータ２１を収容部２２１内に収容した状態において、シンチレータ２１の下面よりも下側に凹溝２２２の底面が位置する。
【００３１】
この凹溝２２２は、微細加工技術により形成されている。微細加工技術としては、例えば微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加工技術を利用したものであり、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングにより形成される。
【００３２】
また、凹溝２２２は、図１、図４に示すように、収容基板２２の上面に収容部２２１を中心として放射状に複数形成されている。より具体的には、凹溝２２２は、収容基板２２の中心軸に対して周方向に等間隔に形成されており、凹溝２２２の収容部２２１側開口（一端部開口）は、収容部２２１の内側周面の周方向に等間隔に開口している。また、各凹溝２２２の収容部２２１側開口は、同一形状である（図４参照）。なお、本実施形態の凹溝２２２は、収容部２２１側（一端部）から収容基板２２側面（他端部）に行くに従って、その幅が徐々に大きくなるように形成しているが、幅を同一としても良い。
【００３３】
さらに、凹溝２２２の内面には、図３に示すように、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光反射膜が被膜されている。本実施形態では、凹溝２２２の内面に光反射膜を被膜するため、収容基板２２の上面全面を光反射膜で被膜している。
【００３４】
また、収容基板２２の下面には、シンチレータユニット２を補強するための補強板２４が取り付けられている（図２参照）。補強板２４は、平面視において、前記収容基板２２と略同一の正方形状を成す金属基板である。また、補強板２４には、前記収容部２２１の底部に設けられた貫通孔２２１Ｈと略同一径の貫通孔２４Ｈが形成されている。
【００３５】
カバー体２３は、平面視において、前記収容基板２２と略同一の正方形状を成すものであり（図１参照）、本実施形態では、シリコン基板である。そして、カバー体２３は、収容基板２２に重ね合わされて、収容基板２２との接合面２３ａ（下面）と凹溝２２２の内面とにより導波路ＷＧを形成する（図３参照）。
【００３６】
また、カバー体２３の接合面２３ａには、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光反射膜が被膜されている。
【００３７】
さらに、カバー体２３の中央部には、特に図２に示すように、シンチレータ２１に放射線を入射させるための貫通孔２３Ｈが形成されている。貫通孔２３Ｈは、カバー体２３の中心軸と同軸上に形成され、前記シンチレータ２１よりも内径が小さい。これにより、カバー体２３が収容基板２２に重ね合わされた状態において、カバー体２３の貫通孔周辺部が、収容基板２２の収容部２２１との間で、シンチレータ２１を挟み込み、シンチレータ２１が収容部２２１から外部に外れることを防止する。
【００３８】
このようにカバー体２３を収容基板２２に重ね合わせることにより、図３に示すように、収容基板２２上面に形成された凹溝２２２に対応して導波路ＷＧが形成される。つまり、導波路ＷＧは、一端が収容部２２１において開口し、他端がシンチレータユニット２の側面に開口する（図１参照）。導波路ＷＧの一端は、収容部２２１において開口するので、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触することになる。また、導波路ＷＧの一端開口は、シンチレータ２１の厚み方向に延びる矩形状をなし（図４の拡大図参照）、収容部２２１の内側周面において、周方向に等間隔に形成される。
【００３９】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について図４を参照して説明する。
【００４０】
まず、収容基板２２の上面にシンチレータ２１の直径に合わせて、例えば数ｍｍの収容部２２１を形成するとともに収容部２２１の底部に収容部２２１の内径よりも若干小さい貫通孔２２１Ｈを形成する。また、カバー体２３及び補強板２４にもそれぞれ貫通孔２３Ｈ、２４Ｈを形成する。
【００４１】
その後、収容基板２２の上面に、収容部２２１に対して放射状に等間隔に凹溝２２２をエッチングにより形成する。このとき、凹溝２２２は、シンチレータ２１の厚さよりも数１０μｍ深く形成する。
【００４２】
次に、収容基板２２の上面にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を成膜する。また、カバー体２３の接合面２３ａもアルミ蒸着によりアルミニウム膜を成膜する。このとき、アルミニウム膜の膜厚は１００ｎｍ程度が好ましい。
【００４３】
次に、収容基板２２の下面に補強板２４を接着剤により接合する。また、収容基板２２の収容部２２１にシンチレータ２１を収容した後、収容基板２２の凹溝２２２を被覆するようにカバー体２３を収容基板２２に接合する。収容基板２２及びカバー体２３を接着する方法としては、接着剤により接着しても良いし、例えば４００℃程度に加熱してアルミニウム膜を溶かして接着するようにしても良い。これにより、シンチレータユニット２を製作することができる。なお、シンチレータ２１は潮解性を有するので、上記組み立て工程はドライ環境下で行う。
【００４４】
光検出部３は、導波路ＷＧからのシンチレーション光を検出して、電気信号に変換して、その電気信号を演算装置４に出力するものである。また、本実施形態の光検出部３は、シンチレータユニット２の各辺毎にそれぞれ設けられた一次元ＣＣＤラインセンサである。この一次元ＣＣＤラインセンサは、複数の光電変換素子を線状に配置してなるものである。なお、本実施形態では、光検出部３、具体的には複数の光電変換素子から出力された電気信号は、図示しない前置増幅器や主増幅器等の増幅器（アンプ）によりさらに増幅されるようにしている。
【００４５】
演算装置４は、光検出部３からの電気信号を受信して、放射線の入射位置を演算等するものであり、その機器構成は、図５に示すように、ＣＰＵ４０１、内部メモリ４０２、入出力インタフェース４０３、ＡＤ変換器４０４等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリ４０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ４０１やその周辺機器等が作動することにより、図６に示すように、検出信号受付部４１、入射位置特定部４２等として機能する。
【００４６】
検出信号受付部４１は、光検出部３からの検出信号を受信して、その検出信号を入射位置特定部４２に出力するものである。
【００４７】
入射位置特定部４２は、光検出部３からの検出信号に基づいて、シンチレータ２１への放射線の入射位置を特定して、その位置特定信号を画像表示装置５に出力するものである。なお、画像表示装置５は、その位置特定信号に基づいてディスプレイ上に放射線の二次元画像を表示する。
【００４８】
具体的に入射位置特定部４２は、検出信号が最大光強度を示す光検出部３から放射線の入射位置の角度方向を特定し、最大光強度と複数の光検出部３からの検出信号が示す光強度の平均値とを比較して、放射線の入射位置の径方向の位置を特定する。
【００４９】
まず、放射線の入射位置の角度方向（方位）の特定について説明する。図７に示すように、シンチレータ２１の領域Ｐに放射線が入射したとすると、図８に示すように、領域Ｐから最短距離にある光検出部３の光電変換素子Ｂが、光検出部３の全ての光電変換素子中で、最大の光強度を示す検出信号を出力することになる。このことから、入射位置特定部４２は、最大強度を示す光電変換素子Ｂを特定して、その光電変換素子Ｂが入射位置から最も近い光電変換素子であると判断し、基準となる光電変換素子Ａから前記光電変換素子Ｂが配設されている角度方向を特定する。
【００５０】
次に、放射線の入射位置の径方向の位置（シンチレータ２１の中心からの距離）の特定について説明する。入射位置特定部４２は、前記光電変換素子Ｂの示す最大光強度と、全光電変換素子が示す光強度の平均値との比により放射線の入射位置の径方向の位置を特定する。
【００５１】
具体的には、以下のようにして入射位置の径方向の位置を特定する。
【００５２】
シンチレータ２１の中央部分（中心Ｏ）に放射線が入射した際に発生したシンチレーション光の光強度をＩＯとしたとき、光電変換素子Ａ及び光電変換素子Ｂで検出される光強度は同じである。その光強度をＩＣとすると、光の減衰の関係から以下の式が成り立つ。但し、シンチレータ２１の半径をｒとする。
【００５３】
ＩＣ＝ＩＯ×ｅｘｐ（−λ×ｒ）・・・（式１）
【００５４】
次に、シンチレータ２１のある部分（領域Ｐ）に放射線が入射した際に発生したシンチレーション光は、放射線が上記（式１）の場合と同じエネルギであれば、ＩＯである。そのとき、光電変換素子Ｂで検出される光強度をＩＢとすると、光の減衰の関係から以下の式が成り立つ。但し、放射線の入射位置と光電変換素子Ｂとの最短距離をｘとする。
【００５５】
ＩＢ＝ＩＯ×ｅｘｐ（−λ×ｘ）・・・（式２）
【００５６】
この（式２）を変形して、
ＩＯ＝ＩＢ／ｅｘｐ（−λ×ｘ）・・・（式３）
【００５７】
そして、（式３）を（式１）に代入すると、
ＩＣ＝ＩＢ×ｅｘｐ（−λ×ｒ）／ｅｘｐ（−λ×ｘ）
ＩＣ＝ＩＢ×ｅｘｐ｛λ（ｘ−ｒ）｝
ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）＝λｘ−λｒ
λｘ＝λｒ＋ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）
ｘ＝ｒ＋ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）／λ
【００５８】
したがって、ＩＣ、ＩＢ、λ、ｒから放射線の径方向の位置（光電変換素子Ｂからの最短距離ｘ）が求められる。
【００５９】
ところで、（式１）の状態でも（式２）の状態でも、全ての光検出器３２の出力Ｉａｌｌは、同じであることから、光電変換素子の数をｎ個とすると、
ＩＣ＝Ｉａｌｌ／ｎとおける。
【００６０】
このことから、（式１）を求めなくても、（式２）から、
ｘ＝ｒ＋ｌｎ｛Ｉａｌｌ／（ｎ×ＩＢ）｝／λとすることにより、放射線の径方向の位置（光電変換素子Ｂからの最短距離ｘ）が求められる。
【００６１】
＜第１実施形態の効果＞
【００６２】
このように構成した本実施形態に係る放射線検出装置１によれば、光ファイバ等のライトガイドを不要とすることで、シンチレータ２１と光ファイバの位置関係による位置分解能の劣化を防止することができ、収容部２２１に連なる凹溝２２２をＭＥＭＳ加工技術により形成しているので、位置分解能を向上させることができる。そして、凹溝２２２をＭＥＭＳ加工技術により形成して位置分解能を向上させた結果、シンチレータ２１を小型化することができ、さらに、放射線検出器１を小型化することができる。さらに、シンチレータ２１を収容する収容基板２２上に導波路ＷＧを形成する凹溝２２２を設けているので、放射線検出器１の部品点数を削減することができ、組み立てが容易となるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【００６３】
また、円盤状のシンチレータ２１を用いているので、従来の矩形シンチレータ２１で必要であった隅部の補正処理を不要としつつ、検出感度を向上させることができる。
【００６４】
また、最大光強度を示す光電変換素子の出力と、全光電変換素子の平均出力とを比較することにより放射線の入射位置を特定することができる。このことから、各光電変換素子において、放射線の入射位置と、その光強度との検量線を求める必要が無く、簡単に放射線の検出位置を特定することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
【００６６】
次に、本発明に係る放射線検出器１について説明する。なお、前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。図９は本実施形態に係る放射線検出器１の構成を模式的に示す平面図、図１０はＡ−Ａ線断面図、図１１はＢ−Ｂ線断面図である。
【００６７】
本実施形態の放射線検出器１は、前記第１実施形態とシンチレータユニット２の構成が異なる。つまり、本実施形態のシンチレータユニット２は、図９、図１０及び図１１に示すように、導波路ＷＧがシンチレータ２１と同一の物質により充填されている。
【００６８】
具体的には、本実施形態の収容基板２２は、図９及び図１０に示すように、本体基板２２ａと、当該本体基板２２ａ上面に積層されたエピタシキー成長用基板２２ｂ（以下、「エピ成長用基板２２ｂ」という。）と、当該エピ成長用基板２２ｂ上面に設けられ、凹溝２２２を形成する壁部材２２ｃと、を備えている。
【００６９】
本体基板２２ａは、平面視において、正方形状を成すシリコン基板であり（図９参照）、その上面は、アルミ蒸着によりアルミニウム膜（光反射膜）が被膜されている。また、本体基板２２ａにはその中心軸と同軸上に貫通孔２２ａＨが形成されている。
【００７０】
エピ成長用基板２２ｂは、透明な材質からなるのであり、平面視において、前記本体基板２２ａと同様、正方形状をなすものである。そして、エピ成長用基板２２ｂの厚みは、隣り合う導波路ＷＧの光が干渉しないように、数１００ｎｍ〜数μｍが好ましい。
【００７１】
壁部材２２ｃは、ＭＥＭＳ加工技術により形成されるものであり、その外面は、光反射膜としてアルミニウム膜が被膜されている。そして、壁部材２２ｃが、本体基板２２ａに設けられた貫通孔２２ａＨの開口縁に沿って、エピ成長用基板２２ｂ上に放射状に配置されることにより、凹溝２２２が、収容部２２１に対して放射状に形成される。そして、このように構成した収容基板２２上面全面に、シンチレータ２１がエピキタシー成長させられる。
【００７２】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について説明する。
【００７３】
まず、本体基板２２ａにシンチレータ２１の直径を規定する例えば数ｍｍの貫通孔２２ａＨを形成する。また、カバー体２３及び補強板２４にも貫通孔２３Ｈ、２４Ｈを形成する。
【００７４】
その後、本体基板２２ａ上面にエピ成長用基板２２ｂを接着剤などにより接着し、さらにエピ成長用基板２２ｂ上面に壁部材２２ｃを接着剤などにより接着する。これにより、収容基板２２を形成する。なお、壁部材２２ｃは、予めＭＥＭＳ加工技術により加工しておく。このとき、各壁部材２２ｃをエピ成長用基板２２ｂ上に精度良く配置するため、各壁部材２２ｃは、基端部が連結部材（図示しない）により連結されている。
【００７５】
そして、その収容基板２２上面全面にシンチレータ２１をエピキタシー成長させる。このとき、壁部材２２ｃの先端部により囲まれた空間がシンチレータ２１となる。シンチレータ２１が壁部材２２ｃよりも厚く成長した後に、エピキタシー成長を止める。
【００７６】
次に、シンチレータ２１がエピキタシー成長された収容基板２２の表面を平坦化するため、研磨を施す。このとき、壁部材２２ｃのアルミニウム膜が表面に現れるまで研磨を行う。
【００７７】
次に、収容基板２２の上面にカバー体２３を重ね合わせて接着する。そして、各壁部材２２ｃを繋げている連結部材を切除する。以上により、シンチレータユニット２を製作することができる。
【００７８】
＜第２実施形態の効果＞
【００７９】
このように構成した本実施形態の放射線検出装置１によれば、シンチレーション光が、シンチレータ２１から導波路ＷＧに通過する際に生じる光量の損失を防ぐことができ、前記第１実施形態の効果を一層顕著にすることができる。
【００８０】
＜その他の変形実施形態＞
【００８１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００８２】
例えば、前記各実施形態では、光検出部３としてＣＣＤラインセンサを用いているが、図１２に示すように、各導波路ＷＧの光射出口毎に光検出器（例えば光電子増倍管など）を設けるようにしても良い。
【００８３】
また、前記各実施形態の放射線検出器（シンチレータユニット）を複数枚重ね合わせても良い。この場合、放射線の入射角度を算出することができる。
【００８４】
前記第２実施形態では、導波路内にシンチレータと同一の物質を充填するようにしているが、その他、シンチレータと屈折率の近い物質を充填するようにしても良い。
【００８５】
また、シンチレータ２１と充填材を同時形成させる方法としては、図１３の断面図に示すように、第１実施形態の収容基板２２において、収容部２２１の底部にエピ成長用基板２２ｂを配置し、その上にシンチレータ２１をエピキタシー成長させるようにしても良い。この場合、エピ成長用基板２２ｂの上面と、凹溝２２２の底面とが面一となるように、収容部２２１にエピ成長用基板２２ｂを収容する収容段部２２１１を設ける。
【００８６】
例えば、前記実施形態では、シンチレータは円盤状のものであったが、その他、前記実施形態の効果を奏する程度の概略円盤状のものであっても良い。また、矩形状のものであってもよい。
【００８７】
また、前記実施形態の放射線検出器は、γ線を検出するものであったが、その他、β線やＸ線等を検出するものであって良い。このとき、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータやＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータの他に各種のシンチレータを用いることができる。
【００８８】
前記実施形態では、凹溝が等間隔に形成されているが、等間隔でなくも良い。そして、それぞれの凹溝は任意の間隔で形成されていても良い。
【００８９】
導波路の幅などの大きさは、サブミクロンから数ｍｍオーダーまで自由に変更することができ、目的に応じて変更することができる。また、導波路は、放射状に形成されるものでなくても良い。さらに、導波路は直線状でなく、曲線状であっても良い。
【００９０】
前記実施形態の補強板は、金属基板であったが、その他、プラスチック等の機械的強度を有するものであれば良い。
【００９１】
加えて、シンチレータユニットの形状は、平面視正方形状に限られず、円形状などでも良い。
【００９２】
その上、前記実施形態では、放射線検出器が、単一層のシンチレータから構成されているが、シンチレータを複数用いて多層構造としても良い。このようなものであれば、放射線の入射角度や放射線のエネルギ量などを検出することができるようになる。
【００９３】
加えて、光検出部に同時計数回路を接続して、放射線計数を行えるようにしても良い。
【００９４】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】第１実施形態に係る放射線検出器の構成を模式的に示す平面図。
【図２】シンチレータユニットのＡ−Ａ線断面図。
【図３】シンチレータユニットのＢ−Ｂ線断面図。
【図４】シンチレータユニットの分解斜視図。
【図５】放射線検出器の演算装置の機器構成図。
【図６】放射線検出器の演算装置の機能構成図。
【図７】同実施形態における放射線入射位置の特定に関する図。
【図８】同実施形態における各光検出器の光強度を示す図。
【図９】第２実施形態に係る放射線検出器の構成を模式的に示す平面図。
【図１０】シンチレータユニットのＣ−Ｃ線断面図。
【図１１】シンチレータユニットのＤ−Ｄ線断面図。
【図１２】放射線検出器の変形例を模式的に示す平面図。
【図１３】放射線検出器の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００９６】
１ ・・・放射線検出器
２１ ・・・シンチレータ
２１ｂ・・・側周面（光射出面）
２２ ・・・収容基板
２２１・・・収容部
２２２・・・凹溝
２３ ・・・カバー体
２３Ｈ・・・貫通孔
ＷＧ ・・・導波路
３ ・・・光検出部
２３ａ・・・カバー体の接合面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータを用いた放射線検出器に関し、特にシンチレータへの放射線の入射位置を特定することができる放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射線検出器としては、例えば特許文献１に示すように、矩形状のシンチレータの側面に光電子増倍管を直接、或いは、光ファイバ等のライドガイドを介在させて配設してシンチレーション光を検出し、放射線の入射位置を特定等するものがある。
【０００３】
しかしながら、シンチレータの側面に光電子増倍管を直接配設する場合には、各光電子増倍管が干渉してしまい、シンチレータを小型化することができない。また、入射位置の位置分解能が低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
一方、光ファイバ等のライトガイドを介在させて光電子増倍管を配設する場合には、シンチレータの側周面に光ファイバの光入射面を位置させるための取り付け部材が設けられる。この取り付け部材には、光ファイバが嵌め込まれる取り付け凹部又は取り付け孔が切削加工により形成されている。
【０００５】
しかしながら、光ファイバを用いていることから、シンチレーション光を光検出器に導く導波路のサイズが光ファイバのサイズに制限されてしまい、導波路のサイズの自由度が小さいという問題がある。また、取り付け部材に取り付け凹部を形成し、その凹部に光ファイバを嵌め込む等の製作工程が、複雑で工数のかかる作業であるという問題がある。さらに、光ファイバを多数用いることから、コストも高くなってしまうという問題もある。
【０００６】
加えて、放射線検出器の品質検査をする上でも、光ファイバを多数用いているので、外観検査は現実的には不可能であり、一度組み込んでしまうと、製造の最終工程でしか放射線検出器をチェックすることができないという問題もある。
【０００７】
さらに、光ファイバが嵌め込まれる取り付け凹部を切削加工により形成しているので、加工精度の限界が数１０μｍであり、光を取り込む位置分解能が数１０μｍで限界となってしまう。そのため、数μｍレベルでの位置分解能を得ることができないという問題がある。また、シンチレータの周囲に取り付け部材を用いて光ファイバを配置しているので、シンチレータの側周面と光ファイバとの間に隙間ができてしまう。その結果、ある光ファイバに入射すべきシンチレーション光が、隣接する光ファイバに入射してしまい、入射位置の誤差となってしまうという問題もある。
【特許文献１】特開２００５−９１０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、放射線検出器の小型化、低コスト化及び製造の簡単化を実現しつつ、放射線の入射位置を高分解能により特定することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る放射線検出器は、平板状のシンチレータと、前記シンチレータの側周面に接触して収容する収容部、及び一端部が当該収容部に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝を有する収容基板と、前記シンチレータに放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板に重ね合わされて前記凹溝と導波路を形成するカバー体と、前記導波路により導光されたシンチレーション光を検出する光検出部と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、光ファイバ等のライトガイドを不要とすることで、シンチレータと光ファイバとの位置関係による位置分解能の劣化を防止することができ、収容部に連なる凹溝を微細加工技術により形成しているので、位置分解能を向上させることができる。そして、凹溝を微細加工技術により形成して位置分解能を向上させた結果、シンチレータを小型化することができ、さらに、放射線検出器を小型化することができる。さらに、シンチレータを保持する収容基板上に導波路を形成する凹溝を設けているので、放射線検出器の部品点数を削減することができ、組み立てが容易となるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【００１１】
シンチレータの側周面における厚み方向の光をほぼ全て導波路内に導くようにするためには、前記凹溝の深さが、前記収容部の深さと同一又はこれよりも大きいことが望ましい。
【００１２】
放射線の入射位置の特定を簡単にするためには、前記シンチレータからの光を前記凹溝の一端部が、前記収容部に等間隔に複数形成されていることが望ましい。
【００１３】
光検出部の配置を容易にするとともに、特に複数の光電変換素子を線状に配置してなるラインセンサを用いる場合に好適なものは、前記収容基板及びカバー体が、平面視において概略矩形状をなすものであることが望ましい。
【００１４】
光量の損失を可及的に低減して、シンチレーション光を効率よく光検出部に導くためには、前記導波路を形成する前記凹溝及びカバー体の接合面に光反射膜が形成されていることが望ましい。
【００１５】
前記シンチレータが、円盤状又は概略円盤状のものであることが望ましい。これならば、シンチレータの形状に起因した感度補正を不要として検出感度を向上させること、及び簡単に放射線の検出位置を特定することができるようになる。なお、シンチレータが矩形状のものであると、その隅部において、発生したシンチレーション光は、側面で複数回反射してしまい、入射領域近傍が一様に発光してぼやけてしまい入射位置を特定することが困難であるという問題がある。さらに、これにより、隅部の感度が低下してしまい、感度補正が必要となるという問題もある。
【００１６】
シンチレーション光が、シンチレータから導波路に通過する際に生じる光量の損失を好適に防ぐためには、前記導波路が、前記シンチレータと同一の物質により充填されていることが望ましい。
【００１７】
導波路内にシンチレータと同一の物質を充填する場合において、製造を簡単化するためには、前記導波路内の充填材及び前記シンチレータが、エピタキシー成長により同時形成されたものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
このように構成した本発明によれば、放射線検出器の小型化、低コスト化及び製造の簡単化を実現しつつ、放射線の入射位置を高分解能により特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
【００２０】
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態に係る放射線検出器１の構成を模式的に示す平面図、図２はＡ−Ａ線断面図、図３はＢ−Ｂ線断面図、図４は分解斜視図、図５は放射線検出器１の演算装置４の機器構成図、図６は演算装置４の機能構成図である。
【００２１】
本実施形態に係る放射線検出器１は、図１に示すように、平面視正方形状をなすシンチレータユニット２と、そのシンチレータユニット２の側周面に配設された光検出部３と、当該光検出部３からの電気信号を受信して、所定演算を行う演算装置４と、当該演算装置４での演算結果を基に、放射線の二次元画像を表示する画像表示装置５とを備えている。なお、シンチレータユニット２及び光検出部３は、外部からの光が侵入しないように、図示しない遮光膜で覆われている。
【００２２】
以下に各部２〜５について説明する。
【００２３】
シンチレータユニット２は、図１及び図２に示すように、円盤状のシンチレータ２１と、当該シンチレータ２１を収容するとともに、導波路ＷＧを形成する凹溝２２２を有する収容基板２２と、当該収容基板２２に重ね合わされて凹溝２２２と導波路ＷＧを形成するカバー体２３と、を備えている。
【００２４】
シンチレータ２１は、放射線が入射するとシンチレーション光（蛍光）を発するものであり、本実施形態においては、γ線が入射するとシンチレーション光を発するＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータやＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ等である。そして、シンチレータ２１は、その一方の面にγ線などの放射線が入射する放射線入射面２１ａを有し、その側周面がそのシンチレーション光を射出する光射出面２１ｂである。当該シンチレータ２１は厚さが０．５ｍｍ程度の薄型のものである。
【００２５】
収容基板２２は、平面視において正方形状をなす平板であり（図１参照）、本実施形態では、シリコン基板である。そして、収容基板２２の中央には、図１、図２及び図４に示すように、シンチレータ２１を収容する収容部２２１が形成されている。
【００２６】
収容部２２１は、収容基板２２の中心軸と同軸上に形成され、内側周面がシンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触して、シンチレータ２１を収容するものである。そして、収容部２２１は、前記シンチレータ２１の直径と略同一の内径を有する平面視において円形状をなす（図１参照）。
【００２７】
収容部２２１の深さは、図２に示すように、シンチレータ２１の厚みと略同一としている。これにより、収容部２２１にシンチレータ２１を収容した場合、シンチレータ２１の上面（放射線入射面２１ａ）と収容基板２２の上面とが面一となる。
【００２８】
収容部２２１の底部には、放射線を通過させるための貫通孔２２１Ｈが形成されている（図２、図４参照）。これにより、シンチレータユニット２を複数枚重ね合わせて用いることができる。
【００２９】
そして、収容基板２２の上面には、図１〜図４に示すように、一端部が収容部２２１に連通し、他端部が外部に連通する直線状の凹溝２２２が形成されている。
【００３０】
凹溝２２２の深さは、収容部２２１の深さよりも若干大きく形成している。つまり本実施形態では、凹溝２２２の深さは、シンチレータ２１と厚みよりも若干深くしている。具体的には、シンチレータ２１の厚みよりも数１０μｍ程深く形成している。これにより、シンチレータ２１を収容部２２１内に収容した状態において、シンチレータ２１の下面よりも下側に凹溝２２２の底面が位置する。
【００３１】
この凹溝２２２は、微細加工技術により形成されている。微細加工技術としては、例えば微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加工技術を利用したものであり、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングにより形成される。
【００３２】
また、凹溝２２２は、図１、図４に示すように、収容基板２２の上面に収容部２２１を中心として放射状に複数形成されている。より具体的には、凹溝２２２は、収容基板２２の中心軸に対して周方向に等間隔に形成されており、凹溝２２２の収容部２２１側開口（一端部開口）は、収容部２２１の内側周面の周方向に等間隔に開口している。また、各凹溝２２２の収容部２２１側開口は、同一形状である（図４参照）。なお、本実施形態の凹溝２２２は、収容部２２１側（一端部）から収容基板２２側面（他端部）に行くに従って、その幅が徐々に大きくなるように形成しているが、幅を同一としても良い。
【００３３】
さらに、凹溝２２２の内面には、図３に示すように、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光反射膜が被膜されている。本実施形態では、凹溝２２２の内面に光反射膜を被膜するため、収容基板２２の上面全面を光反射膜で被膜している。
【００３４】
また、収容基板２２の下面には、シンチレータユニット２を補強するための補強板２４が取り付けられている（図２参照）。補強板２４は、平面視において、前記収容基板２２と略同一の正方形状を成す金属基板である。また、補強板２４には、前記収容部２２１の底部に設けられた貫通孔２２１Ｈと略同一径の貫通孔２４Ｈが形成されている。
【００３５】
カバー体２３は、平面視において、前記収容基板２２と略同一の正方形状を成すものであり（図１参照）、本実施形態では、シリコン基板である。そして、カバー体２３は、収容基板２２に重ね合わされて、収容基板２２との接合面２３ａ（下面）と凹溝２２２の内面とにより導波路ＷＧを形成する（図３参照）。
【００３６】
また、カバー体２３の接合面２３ａには、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光反射膜が被膜されている。
【００３７】
さらに、カバー体２３の中央部には、特に図２に示すように、シンチレータ２１に放射線を入射させるための貫通孔２３Ｈが形成されている。貫通孔２３Ｈは、カバー体２３の中心軸と同軸上に形成され、前記シンチレータ２１よりも内径が小さい。これにより、カバー体２３が収容基板２２に重ね合わされた状態において、カバー体２３の貫通孔周辺部が、収容基板２２の収容部２２１との間で、シンチレータ２１を挟み込み、シンチレータ２１が収容部２２１から外部に外れることを防止する。
【００３８】
このようにカバー体２３を収容基板２２に重ね合わせることにより、図３に示すように、収容基板２２上面に形成された凹溝２２２に対応して導波路ＷＧが形成される。つまり、導波路ＷＧは、一端が収容部２２１において開口し、他端がシンチレータユニット２の側面に開口する（図１参照）。導波路ＷＧの一端は、収容部２２１において開口するので、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触することになる。また、導波路ＷＧの一端開口は、シンチレータ２１の厚み方向に延びる矩形状をなし（図４の拡大図参照）、収容部２２１の内側周面において、周方向に等間隔に形成される。
【００３９】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について図４を参照して説明する。
【００４０】
まず、収容基板２２の上面にシンチレータ２１の直径に合わせて、例えば数ｍｍの収容部２２１を形成するとともに収容部２２１の底部に収容部２２１の内径よりも若干小さい貫通孔２２１Ｈを形成する。また、カバー体２３及び補強板２４にもそれぞれ貫通孔２３Ｈ、２４Ｈを形成する。
【００４１】
その後、収容基板２２の上面に、収容部２２１に対して放射状に等間隔に凹溝２２２をエッチングにより形成する。このとき、凹溝２２２は、シンチレータ２１の厚さよりも数１０μｍ深く形成する。
【００４２】
次に、収容基板２２の上面にアルミ蒸着によりアルミニウム膜を成膜する。また、カバー体２３の接合面２３ａもアルミ蒸着によりアルミニウム膜を成膜する。このとき、アルミニウム膜の膜厚は１００ｎｍ程度が好ましい。
【００４３】
次に、収容基板２２の下面に補強板２４を接着剤により接合する。また、収容基板２２の収容部２２１にシンチレータ２１を収容した後、収容基板２２の凹溝２２２を被覆するようにカバー体２３を収容基板２２に接合する。収容基板２２及びカバー体２３を接着する方法としては、接着剤により接着しても良いし、例えば４００℃程度に加熱してアルミニウム膜を溶かして接着するようにしても良い。これにより、シンチレータユニット２を製作することができる。なお、シンチレータ２１は潮解性を有するので、上記組み立て工程はドライ環境下で行う。
【００４４】
光検出部３は、導波路ＷＧからのシンチレーション光を検出して、電気信号に変換して、その電気信号を演算装置４に出力するものである。また、本実施形態の光検出部３は、シンチレータユニット２の各辺毎にそれぞれ設けられた一次元ＣＣＤラインセンサである。この一次元ＣＣＤラインセンサは、複数の光電変換素子を線状に配置してなるものである。なお、本実施形態では、光検出部３、具体的には複数の光電変換素子から出力された電気信号は、図示しない前置増幅器や主増幅器等の増幅器（アンプ）によりさらに増幅されるようにしている。
【００４５】
演算装置４は、光検出部３からの電気信号を受信して、放射線の入射位置を演算等するものであり、その機器構成は、図５に示すように、ＣＰＵ４０１、内部メモリ４０２、入出力インタフェース４０３、ＡＤ変換器４０４等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリ４０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ４０１やその周辺機器等が作動することにより、図６に示すように、検出信号受付部４１、入射位置特定部４２等として機能する。
【００４６】
検出信号受付部４１は、光検出部３からの検出信号を受信して、その検出信号を入射位置特定部４２に出力するものである。
【００４７】
入射位置特定部４２は、光検出部３からの検出信号に基づいて、シンチレータ２１への放射線の入射位置を特定して、その位置特定信号を画像表示装置５に出力するものである。なお、画像表示装置５は、その位置特定信号に基づいてディスプレイ上に放射線の二次元画像を表示する。
【００４８】
具体的に入射位置特定部４２は、検出信号が最大光強度を示す光検出部３から放射線の入射位置の角度方向を特定し、最大光強度と複数の光検出部３からの検出信号が示す光強度の平均値とを比較して、放射線の入射位置の径方向の位置を特定する。
【００４９】
まず、放射線の入射位置の角度方向（方位）の特定について説明する。図７に示すように、シンチレータ２１の領域Ｐに放射線が入射したとすると、図８に示すように、領域Ｐから最短距離にある光検出部３の光電変換素子Ｂが、光検出部３の全ての光電変換素子中で、最大の光強度を示す検出信号を出力することになる。このことから、入射位置特定部４２は、最大強度を示す光電変換素子Ｂを特定して、その光電変換素子Ｂが入射位置から最も近い光電変換素子であると判断し、基準となる光電変換素子Ａから前記光電変換素子Ｂが配設されている角度方向を特定する。
【００５０】
次に、放射線の入射位置の径方向の位置（シンチレータ２１の中心からの距離）の特定について説明する。入射位置特定部４２は、前記光電変換素子Ｂの示す最大光強度と、全光電変換素子が示す光強度の平均値との比により放射線の入射位置の径方向の位置を特定する。
【００５１】
具体的には、以下のようにして入射位置の径方向の位置を特定する。
【００５２】
シンチレータ２１の中央部分（中心Ｏ）に放射線が入射した際に発生したシンチレーション光の光強度をＩＯとしたとき、光電変換素子Ａ及び光電変換素子Ｂで検出される光強度は同じである。その光強度をＩＣとすると、光の減衰の関係から以下の式が成り立つ。但し、シンチレータ２１の半径をｒとする。
【００５３】
ＩＣ＝ＩＯ×ｅｘｐ（−λ×ｒ）・・・（式１）
【００５４】
次に、シンチレータ２１のある部分（領域Ｐ）に放射線が入射した際に発生したシンチレーション光は、放射線が上記（式１）の場合と同じエネルギであれば、ＩＯである。そのとき、光電変換素子Ｂで検出される光強度をＩＢとすると、光の減衰の関係から以下の式が成り立つ。但し、放射線の入射位置と光電変換素子Ｂとの最短距離をｘとする。
【００５５】
ＩＢ＝ＩＯ×ｅｘｐ（−λ×ｘ）・・・（式２）
【００５６】
この（式２）を変形して、
ＩＯ＝ＩＢ／ｅｘｐ（−λ×ｘ）・・・（式３）
【００５７】
そして、（式３）を（式１）に代入すると、
ＩＣ＝ＩＢ×ｅｘｐ（−λ×ｒ）／ｅｘｐ（−λ×ｘ）
ＩＣ＝ＩＢ×ｅｘｐ｛λ（ｘ−ｒ）｝
ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）＝λｘ−λｒ
λｘ＝λｒ＋ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）
ｘ＝ｒ＋ｌｎ（ＩＣ／ＩＢ）／λ
【００５８】
したがって、ＩＣ、ＩＢ、λ、ｒから放射線の径方向の位置（光電変換素子Ｂからの最短距離ｘ）が求められる。
【００５９】
ところで、（式１）の状態でも（式２）の状態でも、全ての光検出器３２の出力Ｉａｌｌは、同じであることから、光電変換素子の数をｎ個とすると、
ＩＣ＝Ｉａｌｌ／ｎとおける。
【００６０】
このことから、（式１）を求めなくても、（式２）から、
ｘ＝ｒ＋ｌｎ｛Ｉａｌｌ／（ｎ×ＩＢ）｝／λとすることにより、放射線の径方向の位置（光電変換素子Ｂからの最短距離ｘ）が求められる。
【００６１】
＜第１実施形態の効果＞
【００６２】
このように構成した本実施形態に係る放射線検出装置１によれば、光ファイバ等のライトガイドを不要とすることで、シンチレータ２１と光ファイバの位置関係による位置分解能の劣化を防止することができ、収容部２２１に連なる凹溝２２２をＭＥＭＳ加工技術により形成しているので、位置分解能を向上させることができる。そして、凹溝２２２をＭＥＭＳ加工技術により形成して位置分解能を向上させた結果、シンチレータ２１を小型化することができ、さらに、放射線検出器１を小型化することができる。さらに、シンチレータ２１を収容する収容基板２２上に導波路ＷＧを形成する凹溝２２２を設けているので、放射線検出器１の部品点数を削減することができ、組み立てが容易となるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【００６３】
また、円盤状のシンチレータ２１を用いているので、従来の矩形シンチレータ２１で必要であった隅部の補正処理を不要としつつ、検出感度を向上させることができる。
【００６４】
また、最大光強度を示す光電変換素子の出力と、全光電変換素子の平均出力とを比較することにより放射線の入射位置を特定することができる。このことから、各光電変換素子において、放射線の入射位置と、その光強度との検量線を求める必要が無く、簡単に放射線の検出位置を特定することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
【００６６】
次に、本発明に係る放射線検出器１について説明する。なお、前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。図９は本実施形態に係る放射線検出器１の構成を模式的に示す平面図、図１０はＡ−Ａ線断面図、図１１はＢ−Ｂ線断面図である。
【００６７】
本実施形態の放射線検出器１は、前記第１実施形態とシンチレータユニット２の構成が異なる。つまり、本実施形態のシンチレータユニット２は、図９、図１０及び図１１に示すように、導波路ＷＧがシンチレータ２１と同一の物質により充填されている。
【００６８】
具体的には、本実施形態の収容基板２２は、図９及び図１０に示すように、本体基板２２ａと、当該本体基板２２ａ上面に積層されたエピタシキー成長用基板２２ｂ（以下、「エピ成長用基板２２ｂ」という。）と、当該エピ成長用基板２２ｂ上面に設けられ、凹溝２２２を形成する壁部材２２ｃと、を備えている。
【００６９】
本体基板２２ａは、平面視において、正方形状を成すシリコン基板であり（図９参照）、その上面は、アルミ蒸着によりアルミニウム膜（光反射膜）が被膜されている。また、本体基板２２ａにはその中心軸と同軸上に貫通孔２２ａＨが形成されている。
【００７０】
エピ成長用基板２２ｂは、透明な材質からなるのであり、平面視において、前記本体基板２２ａと同様、正方形状をなすものである。そして、エピ成長用基板２２ｂの厚みは、隣り合う導波路ＷＧの光が干渉しないように、数１００ｎｍ〜数μｍが好ましい。
【００７１】
壁部材２２ｃは、ＭＥＭＳ加工技術により形成されるものであり、その外面は、光反射膜としてアルミニウム膜が被膜されている。そして、壁部材２２ｃが、本体基板２２ａに設けられた貫通孔２２ａＨの開口縁に沿って、エピ成長用基板２２ｂ上に放射状に配置されることにより、凹溝２２２が、収容部２２１に対して放射状に形成される。そして、このように構成した収容基板２２上面全面に、シンチレータ２１がエピキタシー成長させられる。
【００７２】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について説明する。
【００７３】
まず、本体基板２２ａにシンチレータ２１の直径を規定する例えば数ｍｍの貫通孔２２ａＨを形成する。また、カバー体２３及び補強板２４にも貫通孔２３Ｈ、２４Ｈを形成する。
【００７４】
その後、本体基板２２ａ上面にエピ成長用基板２２ｂを接着剤などにより接着し、さらにエピ成長用基板２２ｂ上面に壁部材２２ｃを接着剤などにより接着する。これにより、収容基板２２を形成する。なお、壁部材２２ｃは、予めＭＥＭＳ加工技術により加工しておく。このとき、各壁部材２２ｃをエピ成長用基板２２ｂ上に精度良く配置するため、各壁部材２２ｃは、基端部が連結部材（図示しない）により連結されている。
【００７５】
そして、その収容基板２２上面全面にシンチレータ２１をエピキタシー成長させる。このとき、壁部材２２ｃの先端部により囲まれた空間がシンチレータ２１となる。シンチレータ２１が壁部材２２ｃよりも厚く成長した後に、エピキタシー成長を止める。
【００７６】
次に、シンチレータ２１がエピキタシー成長された収容基板２２の表面を平坦化するため、研磨を施す。このとき、壁部材２２ｃのアルミニウム膜が表面に現れるまで研磨を行う。
【００７７】
次に、収容基板２２の上面にカバー体２３を重ね合わせて接着する。そして、各壁部材２２ｃを繋げている連結部材を切除する。以上により、シンチレータユニット２を製作することができる。
【００７８】
＜第２実施形態の効果＞
【００７９】
このように構成した本実施形態の放射線検出装置１によれば、シンチレーション光が、シンチレータ２１から導波路ＷＧに通過する際に生じる光量の損失を防ぐことができ、前記第１実施形態の効果を一層顕著にすることができる。
【００８０】
＜その他の変形実施形態＞
【００８１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００８２】
例えば、前記各実施形態では、光検出部３としてＣＣＤラインセンサを用いているが、図１２に示すように、各導波路ＷＧの光射出口毎に光検出器（例えば光電子増倍管など）を設けるようにしても良い。
【００８３】
また、前記各実施形態の放射線検出器（シンチレータユニット）を複数枚重ね合わせても良い。この場合、放射線の入射角度を算出することができる。
【００８４】
前記第２実施形態では、導波路内にシンチレータと同一の物質を充填するようにしているが、その他、シンチレータと屈折率の近い物質を充填するようにしても良い。
【００８５】
また、シンチレータ２１と充填材を同時形成させる方法としては、図１３の断面図に示すように、第１実施形態の収容基板２２において、収容部２２１の底部にエピ成長用基板２２ｂを配置し、その上にシンチレータ２１をエピキタシー成長させるようにしても良い。この場合、エピ成長用基板２２ｂの上面と、凹溝２２２の底面とが面一となるように、収容部２２１にエピ成長用基板２２ｂを収容する収容段部２２１１を設ける。
【００８６】
例えば、前記実施形態では、シンチレータは円盤状のものであったが、その他、前記実施形態の効果を奏する程度の概略円盤状のものであっても良い。また、矩形状のものであってもよい。
【００８７】
また、前記実施形態の放射線検出器は、γ線を検出するものであったが、その他、β線やＸ線等を検出するものであって良い。このとき、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータやＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータの他に各種のシンチレータを用いることができる。
【００８８】
前記実施形態では、凹溝が等間隔に形成されているが、等間隔でなくも良い。そして、それぞれの凹溝は任意の間隔で形成されていても良い。
【００８９】
導波路の幅などの大きさは、サブミクロンから数ｍｍオーダーまで自由に変更することができ、目的に応じて変更することができる。また、導波路は、放射状に形成されるものでなくても良い。さらに、導波路は直線状でなく、曲線状であっても良い。
【００９０】
前記実施形態の補強板は、金属基板であったが、その他、プラスチック等の機械的強度を有するものであれば良い。
【００９１】
加えて、シンチレータユニットの形状は、平面視正方形状に限られず、円形状などでも良い。
【００９２】
その上、前記実施形態では、放射線検出器が、単一層のシンチレータから構成されているが、シンチレータを複数用いて多層構造としても良い。このようなものであれば、放射線の入射角度や放射線のエネルギ量などを検出することができるようになる。
【００９３】
加えて、光検出部に同時計数回路を接続して、放射線計数を行えるようにしても良い。
【００９４】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】第１実施形態に係る放射線検出器の構成を模式的に示す平面図。
【図２】シンチレータユニットのＡ−Ａ線断面図。
【図３】シンチレータユニットのＢ−Ｂ線断面図。
【図４】シンチレータユニットの分解斜視図。
【図５】放射線検出器の演算装置の機器構成図。
【図６】放射線検出器の演算装置の機能構成図。
【図７】同実施形態における放射線入射位置の特定に関する図。
【図８】同実施形態における各光検出器の光強度を示す図。
【図９】第２実施形態に係る放射線検出器の構成を模式的に示す平面図。
【図１０】シンチレータユニットのＣ−Ｃ線断面図。
【図１１】シンチレータユニットのＤ−Ｄ線断面図。
【図１２】放射線検出器の変形例を模式的に示す平面図。
【図１３】放射線検出器の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００９６】
１ ・・・放射線検出器
２１ ・・・シンチレータ
２１ｂ・・・側周面（光射出面）
２２ ・・・収容基板
２２１・・・収容部
２２２・・・凹溝
２３ ・・・カバー体
２３Ｈ・・・貫通孔
ＷＧ ・・・導波路
３ ・・・光検出部
２３ａ・・・カバー体の接合面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のシンチレータと、
前記シンチレータの側周面に接触して収容する収容部、及び一端部が当該収容部に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝を有する収容基板と、
前記シンチレータに放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板に重ね合わされて前記凹溝と導波路を形成するカバー体と、
前記導波路により導光されたシンチレーション光を検出する光検出部と、を具備する放射線検出器。
【請求項２】
前記凹溝の深さが、前記収容部の深さと同一又はこれよりも大きい請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記凹溝の一端部が、前記収容部に等間隔に複数形成されている請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記収容基板及びカバー体が、平面視において概略矩形状をなすものである請求項１、２又は３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記導波路を形成する前記凹溝及びカバー体の接合面に光反射膜が形成されている請求項１、２、３又は４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータが、円盤状又は概略円盤状のものである請求項１、２、３、４又は５記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記導波路が、前記シンチレータと同一の物質により充填されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記導波路内の充填材及び前記シンチレータが、エピタキシー成長により同時形成されたものである請求項７記載の放射線検出器。
【請求項１】
平板状のシンチレータと、
前記シンチレータの側周面に接触して収容する収容部、及び一端部が当該収容部に連通し、他端部が外部に連通する微細加工技術により形成された凹溝を有する収容基板と、
前記シンチレータに放射線を入射させる貫通孔を有し、前記収容基板に重ね合わされて前記凹溝と導波路を形成するカバー体と、
前記導波路により導光されたシンチレーション光を検出する光検出部と、を具備する放射線検出器。
【請求項２】
前記凹溝の深さが、前記収容部の深さと同一又はこれよりも大きい請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記凹溝の一端部が、前記収容部に等間隔に複数形成されている請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記収容基板及びカバー体が、平面視において概略矩形状をなすものである請求項１、２又は３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記導波路を形成する前記凹溝及びカバー体の接合面に光反射膜が形成されている請求項１、２、３又は４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータが、円盤状又は概略円盤状のものである請求項１、２、３、４又は５記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記導波路が、前記シンチレータと同一の物質により充填されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記導波路内の充填材及び前記シンチレータが、エピタキシー成長により同時形成されたものである請求項７記載の放射線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１５６７８１（Ｐ２００９−１５６７８１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３７４３０（Ｐ２００７−３３７４３０）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（３０４０２０２９２）国立大学法人徳島大学 (307)
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（３０４０２０２９２）国立大学法人徳島大学 (307)
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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