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】側周面（光射出面２１ｂ）からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータ２１と、前記シンチレータ２１の周縁部を挟持する第１基板２２及び第２基板２３と、前記第１基板２２又は第２基板２３における前記シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の外側に形成され、前記側周面（光射出面２１ｂ）からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子２４と、を具備する。
【解決手段】側周面（光射出面２１ｂ）からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータ２１と、前記シンチレータ２１の周縁部を挟持する第１基板２２及び第２基板２３と、前記第１基板２２又は第２基板２３における前記シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の外側に形成され、前記側周面（光射出面２１ｂ）からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子２４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。
【０００８】
そして、近時、特許文献２に示すように、シンチレータの放射線入射面又は放射線入射面の反対面に半導体基板を積層してその半導体基板上に、シンチレータからのシンチレーション光を検出するフォトダイオード及びスイッチング素子を形成したものがある。
【０００９】
しかしながら、このようなものでは、シンチレータに入射する放射線が、フォトダイオード及びスイッチング素子に照射されてしまい、フォトダイオード及びスイッチング素子が機能しなくなってしまうという問題がある。また、フォトダイオード及びスイッチング素子を放射線から保護するため、鉛などの保護膜で被覆することが考えられるが、この場合、シンチレータに放射線が入射しなくなってしまう、又はシンチレータからのシンチレーション光がフォトダイオードに入射しなくなってしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−９１０３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、光電変換素子を放射線から保護しつつ、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】
【００１１】
すなわち本発明に係る放射線検出器は、側周面からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータと、前記シンチレータの周縁部を挟持する第１基板及び第２基板と、前記第１基板又は第２基板における前記シンチレータの側周面の外側に形成され、前記側周面からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
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、位置分解能を向上させることができる。また、シンチレータを挟持する第１基板又は第２基板に光電変換素子を形成しているので、放射線検出器を小型化することができる。さらに、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。また、シンチレータの側周面の外側に光電変換素子を形成しているので、放射線から光電変換素子を簡単に保護することができる。
【００１３】
前記第１基板及び第２基板の具体的な実施の態様としては、前記第１基板及び第２基板が、前記シンチレータの面積よりも小さい開口面積の貫通孔を有し、当該貫通孔の開口縁部により前記シンチレータの周縁部を挟持するものであるが望ましい。
【００１４】
部品点数を可及的に少なくするためには、前記第１基板の開口縁部が、前記シンチレータが収容される環状段部を備え、当該環状段部の底面と、前記第２基板の開口縁部とにより前記シンチレータを挟持するものであり、前記光電変換素子が、前記第２基板の開口縁部と前記環状段部の内側周面との間に形成されていることが望ましい。
【００１５】
シンチレータからのシンチレーション光を光電変換素子に効率的に導くためには、前記第１基板の環状段部の内側周面が、前記第１基板に設けられた光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を有することが望ましい。
【００１６】
光電変換素子により反射された光が別の光電変換素子により検出される等の不具合を好適に防止するためには、前記環状段部が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えていることが望ましい。
【００１７】
第１基板及び第２基板の加工を簡単化するためには、前記第１基板及び第２基板が、前記第１基板及び第２基板の間に前記シンチレータと同じ厚みを有するスペーサ基板を介在させることにより、前記シンチレータを挟持するものであり、前記光電変換素子が、前記第１基板又は第２基板の前記開口縁部と前記スペーサ基板との間に形成されていることが望ましい。
【００１８】
シンチレータからのシンチレーション光を光電変換素子に効率的に導くためには、前記スペーサ基板の内側周面が、前記光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を備えていることが望ましい。
【００１９】
光電変換素子により反射された光が別の光電変換素子により検出される等の不具合を好適に防止するためには、前記スペーサ基板が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えていることが望ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
入射位置の計算を簡単化するためには、前記光電変換素子が、前記シンチレータの周方向に等間隔に形成されていることが望ましい。
【００２２】
放射線検出器の部品点数の更なる削減のためには、前記光電変換素子が形成された基板上に、前記光電子変換素子毎に対応して設けられたスイッチング素子、及び当該スイッチング素子の開閉を制御する駆動回路部が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
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、光電変換素子を放射線から保護しつつ、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】
【００２４】
以下に本発明の一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は第１基板２２（下基板２２）の斜視図、図４は第２基板２３（上基板２３）の斜視図、図５は分解斜視図、図６は放射線検出器１の演算装置３の機器構成図、図７は演算装置３の機能構成図である。
【００２５】
本実施形態に係る放射線検出器１は、図１に示すように、放射線を光に変換して、その光を電気信号に変換して、その電気信号を出力するシンチレータユニット２と、当該シンチレータユニット２からの電気信号を受信して、所定演算を行う演算装置３と、当該演算装置３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４とを備えている。なお、シンチレータユニット２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。
【００２６】
以下に各部２〜４について説明する。
【００２７】
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の周縁部を挟持する第１基板２２（以下、本実施形態において「下基板２２」という。）及び第２基板２３（以下、本実施形態において「上基板２３」という。）と、下基板２２に設けられた複数の光電変換素子２４と、を具備する。
【００２８】
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。このようなシンチレータ２１を用いることによって、フラットパネル型の放射線検出器１を構成することができる。
【００２９】
下基板２２は、図１、図２及び図３に示すように、環状平板状のシリコン基板である。また、下基板２２は、その中心にシンチレータ２１の面積よりも開口面積の小さい貫通孔２２Ｈを有する。
【００３０】
そして、上基板２３とシンチレータ２１を挟持した状態において、貫通孔２２Ｈの開口縁部が、シンチレータ２１の周縁部に接触する。具体的には、下基板２２の上面における開口縁部が、シンチレータ２１下面の周縁部に接触する。
【００３１】
また、下基板２２は、シンチレータ２１との接触面２２ａ（以下、シンチレータ接触面２２ａという。）の周囲に形成された複数の光電変換素子２４と、当該光電変換素子２４毎に対応して形成されたスイッチング素子２５と、各スイッチング素子２５の開閉を制御する駆動回路部２６とを備えている。
【００３２】
光電変換素子２４は、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオードを用いている。そして、フォトダイオード２４は、下基板２２の開口縁部の接触面周囲に周方向に等間隔に形成されている。つまり、フォトダイオード２４は、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の外側において、周方向に等間隔に形成されている。なお、光電変換素子２４としてフォトトランジスタを用いても良い。
【００３３】
スイッチング素子２５は、ＭＯＳＦＥＴを用いている。このＭＯＳＦＥＴ２５は、下基板２２上において、光電変換素子２４毎に下基板２２の径方向外側に形成されている。なお、スイッチング素子２５は、ＭＯＳＦＥＴ以外のトランジスタを用いても良い。
【００３４】
駆動回路部２６は、配線２７によって各ＭＯＳＦＥＴ２５に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２５の開閉を制御して、各フォトダイオード２４の電気信号が順次シフトして出力されるようにするものである。具体的には、駆動回路部２６は、シフトレジスタを用いたものであり、フォトダイオード２４に隣接して形成されたＭＯＳＦＥＴ２５のゲート電極に信号電荷を読み出すためにパルス信号を印加するものである。また、シフトレジスタ２６は、コネクタ２８に設けられた出力端子（図示しない）に配線２７によって接続されている。これにより、各フォトダイオード２４毎に外部に検出信号を出力する信号線を形成する必要がなく、下基板２２の配線を簡単にすることができる。また、各フォトダイオード２４で発生した電気信号を個別に取得することができるので、演算処理を簡単にすることができる。
【００３５】
そして、シフトレジスタ２６により選択されたフォトダイオード２４からの電気信号は、コネクタ２８に設けられた出力端子により、演算装置３に出力される。なお、本実施形態では、各光電変換素子２４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。
【００３６】
上基板２３は、図１、図２及び図４に示すように、前記下基板２２と同様に、環状平板状のシリコン基板である。そして、上基板２３は、その中心にシンチレータ２１の面積よりも開口面積の小さい貫通孔２３Ｈを有し、当該貫通孔２３Ｈの開口縁部によりシンチレータ２１の周縁部を挟持する。なお、上基板２３の放射線入射側面（上面）２３ｓには、Ｘ線などの放射線に対する鉛等からなる放射線保護膜が設けられている（図２参照）。
【００３７】
具体的には、上基板２３の開口縁部には、シンチレータ２１が収容される環状段部２３１が形成されている。そして、この環状段部２３１の底面２３１ａが、シンチレータ２１の周縁部に接触する。
【００３８】
環状段部２３１の厚み方向の深さは、シンチレータ２１の厚みと略同一である。つまり、環状段部２３１内にシンチレータ２１を収容させた状態において、シンチレータ２１の下面と、上基板２３の下面とが面一となる（図２参照）。また、その内側周面の内径は、前記シンチレータ２１よりも大きく設定され、下基板２２のシンチレータ接触面２２ａの周囲に隣接して設けられるフォトダイオード２４を覆う程度の大きさである。つまり、下基板２２において、その下基板２２の開口縁部（シンチレータ接触面２２ａ）と環状段部２３１の内側周面との間に、複数のフォトダイオード２４が形成されることになる。
【００３９】
また、環状段部２３１の内側周面には、図２及び図４に示すように、下基板２２に設けられたフォトダイオード２４に向かってシンチレーション光を反射させる反射面２３１ｂが形成されている。この反射面２３１ｂは、環状段部２３１の内側周面に形成された傾斜面に光反射膜が被膜されることにより構成されている。光反射膜は、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）膜などである。
【００４０】
また、環状段部２３１の内側周面には、図１及び図４に示すように、隣接するフォトダイオード２４を仕切る仕切り部２３２が設けられている。
【００４１】
仕切り部２３２は、内側周面から放射状内側に突出して設けられ、その先端部が、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触するようにしている。また、仕切り部２３２の側面は、アルミニウム膜などの光反射膜により被膜されている。
【００４２】
この上基板２３は、微細加工技術により形成される。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。
【００４３】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について図５を参照して説明する。
【００４４】
下基板２２に、半導体プロセスにより、フォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を一体形成する。また、上基板２３は、ＭＥＭＳ加工技術により、環状段部２３１及び仕切り部２３２を形成する。また、上基板２３の環状段部２３１及び仕切り部２３２には、アルミニウム膜を成膜する。さらに、上基板２３の放射線入射面（上面）２３ｓは、鉛などの放射線保護膜を取り付ける。そして、下基板２２及び上基板２３により、シンチレータ２１の周縁部を挟持するように、具体的には、下基板２２のシンチレータ接触面２２ａと上基板２３の環状段部２３１の底面２３１ａとによりシンチレータ２１の周縁部を挟持するように、上基板２３及び下基板２２を接着剤などにより接着する。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、上記挟持する工程はドライ環境下で行う。
【００４５】
演算装置３は、フォトダイオード２４からの電気信号（検出信号）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６に示すように、ＣＰＵ３０１、内部メモリ３０２、入出力インタフェース３０３、ＡＤ変換器３０４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３０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ３０１やその周辺機器等が作動することにより、図７に示すように、検出信号受付部３１、入射位置特定部３２等として機能する。
【００４６】
検出信号受付部３１は、各フォトダイオード２４からシフトレジスタ２６により順次出力される検出信号を受信して、その検出信号を入射位置特定部３２に出力するものである。
【００４７】
入射位置特定部３２は、フォトダイオード２４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４に出力するものである。なお、画像表示装置４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３２は、検出信号が最大光強度を示すフォトダイオード２４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フォトダイオード２４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８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９に示すように、領域Ｐから最短距離にあるフォトダイオードＢが、全てのフォトダイオード２４の中で、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３２は、最大強度を示すフォトダイオードＢを特定して、そのフォトダイオードＢが入射位置から最も近いフォトダイオード２４であると判断し、基準となるフォトダイオードＡから前記フォトダイオード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３２は、前記フォトダイオードＢの示す最大光強度と、全フォトダイオード２４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、フォトダイオードＡ及びフォトダイオード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、フォトダイオード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フォトダイオード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（フォトダイオード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、フォトダイオード２４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（フォトダイオードＢからの最短距離ｘ）が求められる。
【００６１】
＜本実施形態の効果＞
【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、位置分解能を向上させることができる。また、シンチレータ２１を挟持する下基板２２又は上基板２３にフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を形成しているので、放射線検出器１を小型化することができる。さらに、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。また、シンチレータ２１の側周面２１ｂの外側にフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を形成しているので、放射線からフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を簡単に保護することができる。
【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、最大光強度を示すフォトダイオード２４の出力と、全フォトダイオード２４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、各フォトダイオード２４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】
＜その他の変形実施形態＞
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、図１０に示すように、下基板２２及び上基板２３の間に円環状のスペーサ基板２９を挟み込んでシンチレータ２１を挟持するものであっても良い。この場合、フォトダイオード２４が、下基板２２又は上基板において、下基板２２の開口縁部（シンチレータ接触面２２ａ）又は上基板２３の開口縁部（シンチレータ接触面２３ａ）とスペーサ基板２９との間に形成される。また、スペーサ基板２９の内側周面が、シンチレータ２１からのシンチレーション光をフォトダイオード２４に向かって反射させる反射面２９ａを備えている。さらに、スペーサ基板２９の内側周面には、隣接するフォトダイオード２４を仕切る仕切り部（図示しない）が形成されている。
【００６８】
また、前記実施形態では、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の近傍に光電変換素子２４を配設するものであったが、図１１及び図１２に示すように、シンチレータ２１と光電変換素子２４の間に導波路ＷＧを設けても良い。この場合、下基板２２又は上基板２３の一方の接合面に凹溝Ｍを設け、他方の接合面により、当該凹溝Ｍを覆うことによって、導波路ＷＧを形成する。また、凹溝Ｍは、ＭＥＭＳ加工技術を用いて形成する。これならば、シンチレータ２１と光電変換素子２４とを離間させることができ、光電変換素子２４及びスイッチング素子２５に放射線が照射することを確実に防止することができる。
【００６９】
また、導波路を設ける場合には、当該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も良いし、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。
【００７０】
さらに、前記実施形態では、下基板上にフォトダイオード、ＭＯＳＦＥＴ及びシフトレジスタを形成したが、フォトダイオードのみを形成しても良い。
【００７１】
さらに、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
加えて、シンチレータユニットの形状は、平面視円形状に限られず、平面視矩形状などであっても良い。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、第２基板の下面に、シンチレータユニット２を補強するための補強板を設けても良い。この補強板は、平面視において、前記第１基板、第２基板と略同一の環状を成す金属基板である。この他、プラスチック等の機械的強度を有するものであっても良い。
【００７８】
さらに、前記実施形態では、第１基板を下基板、第２基板を上基板としたが、逆であっても構わない。また、光電変換素子、スイッチング素子及び駆動回路部を何れの基板に形成しても良い。
【００７９】
加えて、前記実施形態では、環状段部に反射面を形成したものであったが、反射面を形成しないものであっても良い。
【００８０】
その上、環状段部に仕切り部を形成しないものであっても良い。この場合、シンチレータからのシンチレーション光は、所定の割合で各光電変換素子に検出されることになるので、補正処理を施す必要がある。
【００８１】
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】
【００８２】
【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】第１基板の斜視図。
【図４】第２基板の斜視図。
【図５】シンチレータユニットの分解斜視図。
【図６】放射線検出器の演算装置の機器構成図。
【図７】放射線検出器の演算装置の機能構成図。
【図８】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９】同実施形態における各光検出器の光強度を示す図。
【図１０】変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す断面図。
【図１１】その他の変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す平面図。
【図１２】その他の変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す断面図。
【符号の説明】
【００８３】
１ ・・・放射線検出器
２１ｂ・・・側周面（光射出面）
２１・・・シンチレータ
２２・・・第１基板（下基板）
２３・・・第２基板（上基板）
２３Ｈ、２２Ｈ・・・貫通孔
２３１・・・環状段部
２３１ａ・・・環状段部の底面
２３１ｂ・・・反射面
２４・・・光電変換素子（フォトダイオード）
２５・・・スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
２６・・・駆動回路部（シフトレジスタ）
２３２・・・仕切り部
【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。
【０００８】
そして、近時、特許文献２に示すように、シンチレータの放射線入射面又は放射線入射面の反対面に半導体基板を積層してその半導体基板上に、シンチレータからのシンチレーション光を検出するフォトダイオード及びスイッチング素子を形成したものがある。
【０００９】
しかしながら、このようなものでは、シンチレータに入射する放射線が、フォトダイオード及びスイッチング素子に照射されてしまい、フォトダイオード及びスイッチング素子が機能しなくなってしまうという問題がある。また、フォトダイオード及びスイッチング素子を放射線から保護するため、鉛などの保護膜で被覆することが考えられるが、この場合、シンチレータに放射線が入射しなくなってしまう、又はシンチレータからのシンチレーション光がフォトダイオードに入射しなくなってしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−９１０３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、光電変換素子を放射線から保護しつつ、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】
【００１１】
すなわち本発明に係る放射線検出器は、側周面からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータと、前記シンチレータの周縁部を挟持する第１基板及び第２基板と、前記第１基板又は第２基板における前記シンチレータの側周面の外側に形成され、前記側周面からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
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、位置分解能を向上させることができる。また、シンチレータを挟持する第１基板又は第２基板に光電変換素子を形成しているので、放射線検出器を小型化することができる。さらに、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。また、シンチレータの側周面の外側に光電変換素子を形成しているので、放射線から光電変換素子を簡単に保護することができる。
【００１３】
前記第１基板及び第２基板の具体的な実施の態様としては、前記第１基板及び第２基板が、前記シンチレータの面積よりも小さい開口面積の貫通孔を有し、当該貫通孔の開口縁部により前記シンチレータの周縁部を挟持するものであるが望ましい。
【００１４】
部品点数を可及的に少なくするためには、前記第１基板の開口縁部が、前記シンチレータが収容される環状段部を備え、当該環状段部の底面と、前記第２基板の開口縁部とにより前記シンチレータを挟持するものであり、前記光電変換素子が、前記第２基板の開口縁部と前記環状段部の内側周面との間に形成されていることが望ましい。
【００１５】
シンチレータからのシンチレーション光を光電変換素子に効率的に導くためには、前記第１基板の環状段部の内側周面が、前記第１基板に設けられた光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を有することが望ましい。
【００１６】
光電変換素子により反射された光が別の光電変換素子により検出される等の不具合を好適に防止するためには、前記環状段部が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えていることが望ましい。
【００１７】
第１基板及び第２基板の加工を簡単化するためには、前記第１基板及び第２基板が、前記第１基板及び第２基板の間に前記シンチレータと同じ厚みを有するスペーサ基板を介在させることにより、前記シンチレータを挟持するものであり、前記光電変換素子が、前記第１基板又は第２基板の前記開口縁部と前記スペーサ基板との間に形成されていることが望ましい。
【００１８】
シンチレータからのシンチレーション光を光電変換素子に効率的に導くためには、前記スペーサ基板の内側周面が、前記光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を備えていることが望ましい。
【００１９】
光電変換素子により反射された光が別の光電変換素子により検出される等の不具合を好適に防止するためには、前記スペーサ基板が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えていることが望ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
入射位置の計算を簡単化するためには、前記光電変換素子が、前記シンチレータの周方向に等間隔に形成されていることが望ましい。
【００２２】
放射線検出器の部品点数の更なる削減のためには、前記光電変換素子が形成された基板上に、前記光電子変換素子毎に対応して設けられたスイッチング素子、及び当該スイッチング素子の開閉を制御する駆動回路部が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
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、光電変換素子を放射線から保護しつつ、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】
【００２４】
以下に本発明の一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は第１基板２２（下基板２２）の斜視図、図４は第２基板２３（上基板２３）の斜視図、図５は分解斜視図、図６は放射線検出器１の演算装置３の機器構成図、図７は演算装置３の機能構成図である。
【００２５】
本実施形態に係る放射線検出器１は、図１に示すように、放射線を光に変換して、その光を電気信号に変換して、その電気信号を出力するシンチレータユニット２と、当該シンチレータユニット２からの電気信号を受信して、所定演算を行う演算装置３と、当該演算装置３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４とを備えている。なお、シンチレータユニット２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。
【００２６】
以下に各部２〜４について説明する。
【００２７】
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の周縁部を挟持する第１基板２２（以下、本実施形態において「下基板２２」という。）及び第２基板２３（以下、本実施形態において「上基板２３」という。）と、下基板２２に設けられた複数の光電変換素子２４と、を具備する。
【００２８】
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。このようなシンチレータ２１を用いることによって、フラットパネル型の放射線検出器１を構成することができる。
【００２９】
下基板２２は、図１、図２及び図３に示すように、環状平板状のシリコン基板である。また、下基板２２は、その中心にシンチレータ２１の面積よりも開口面積の小さい貫通孔２２Ｈを有する。
【００３０】
そして、上基板２３とシンチレータ２１を挟持した状態において、貫通孔２２Ｈの開口縁部が、シンチレータ２１の周縁部に接触する。具体的には、下基板２２の上面における開口縁部が、シンチレータ２１下面の周縁部に接触する。
【００３１】
また、下基板２２は、シンチレータ２１との接触面２２ａ（以下、シンチレータ接触面２２ａという。）の周囲に形成された複数の光電変換素子２４と、当該光電変換素子２４毎に対応して形成されたスイッチング素子２５と、各スイッチング素子２５の開閉を制御する駆動回路部２６とを備えている。
【００３２】
光電変換素子２４は、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオードを用いている。そして、フォトダイオード２４は、下基板２２の開口縁部の接触面周囲に周方向に等間隔に形成されている。つまり、フォトダイオード２４は、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の外側において、周方向に等間隔に形成されている。なお、光電変換素子２４としてフォトトランジスタを用いても良い。
【００３３】
スイッチング素子２５は、ＭＯＳＦＥＴを用いている。このＭＯＳＦＥＴ２５は、下基板２２上において、光電変換素子２４毎に下基板２２の径方向外側に形成されている。なお、スイッチング素子２５は、ＭＯＳＦＥＴ以外のトランジスタを用いても良い。
【００３４】
駆動回路部２６は、配線２７によって各ＭＯＳＦＥＴ２５に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２５の開閉を制御して、各フォトダイオード２４の電気信号が順次シフトして出力されるようにするものである。具体的には、駆動回路部２６は、シフトレジスタを用いたものであり、フォトダイオード２４に隣接して形成されたＭＯＳＦＥＴ２５のゲート電極に信号電荷を読み出すためにパルス信号を印加するものである。また、シフトレジスタ２６は、コネクタ２８に設けられた出力端子（図示しない）に配線２７によって接続されている。これにより、各フォトダイオード２４毎に外部に検出信号を出力する信号線を形成する必要がなく、下基板２２の配線を簡単にすることができる。また、各フォトダイオード２４で発生した電気信号を個別に取得することができるので、演算処理を簡単にすることができる。
【００３５】
そして、シフトレジスタ２６により選択されたフォトダイオード２４からの電気信号は、コネクタ２８に設けられた出力端子により、演算装置３に出力される。なお、本実施形態では、各光電変換素子２４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。
【００３６】
上基板２３は、図１、図２及び図４に示すように、前記下基板２２と同様に、環状平板状のシリコン基板である。そして、上基板２３は、その中心にシンチレータ２１の面積よりも開口面積の小さい貫通孔２３Ｈを有し、当該貫通孔２３Ｈの開口縁部によりシンチレータ２１の周縁部を挟持する。なお、上基板２３の放射線入射側面（上面）２３ｓには、Ｘ線などの放射線に対する鉛等からなる放射線保護膜が設けられている（図２参照）。
【００３７】
具体的には、上基板２３の開口縁部には、シンチレータ２１が収容される環状段部２３１が形成されている。そして、この環状段部２３１の底面２３１ａが、シンチレータ２１の周縁部に接触する。
【００３８】
環状段部２３１の厚み方向の深さは、シンチレータ２１の厚みと略同一である。つまり、環状段部２３１内にシンチレータ２１を収容させた状態において、シンチレータ２１の下面と、上基板２３の下面とが面一となる（図２参照）。また、その内側周面の内径は、前記シンチレータ２１よりも大きく設定され、下基板２２のシンチレータ接触面２２ａの周囲に隣接して設けられるフォトダイオード２４を覆う程度の大きさである。つまり、下基板２２において、その下基板２２の開口縁部（シンチレータ接触面２２ａ）と環状段部２３１の内側周面との間に、複数のフォトダイオード２４が形成されることになる。
【００３９】
また、環状段部２３１の内側周面には、図２及び図４に示すように、下基板２２に設けられたフォトダイオード２４に向かってシンチレーション光を反射させる反射面２３１ｂが形成されている。この反射面２３１ｂは、環状段部２３１の内側周面に形成された傾斜面に光反射膜が被膜されることにより構成されている。光反射膜は、シンチレーション光を反射する例えばアルミニウム（Ａｌ）膜などである。
【００４０】
また、環状段部２３１の内側周面には、図１及び図４に示すように、隣接するフォトダイオード２４を仕切る仕切り部２３２が設けられている。
【００４１】
仕切り部２３２は、内側周面から放射状内側に突出して設けられ、その先端部が、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）に接触するようにしている。また、仕切り部２３２の側面は、アルミニウム膜などの光反射膜により被膜されている。
【００４２】
この上基板２３は、微細加工技術により形成される。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。
【００４３】
次に、シンチレータユニット２の製作方法について図５を参照して説明する。
【００４４】
下基板２２に、半導体プロセスにより、フォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を一体形成する。また、上基板２３は、ＭＥＭＳ加工技術により、環状段部２３１及び仕切り部２３２を形成する。また、上基板２３の環状段部２３１及び仕切り部２３２には、アルミニウム膜を成膜する。さらに、上基板２３の放射線入射面（上面）２３ｓは、鉛などの放射線保護膜を取り付ける。そして、下基板２２及び上基板２３により、シンチレータ２１の周縁部を挟持するように、具体的には、下基板２２のシンチレータ接触面２２ａと上基板２３の環状段部２３１の底面２３１ａとによりシンチレータ２１の周縁部を挟持するように、上基板２３及び下基板２２を接着剤などにより接着する。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、上記挟持する工程はドライ環境下で行う。
【００４５】
演算装置３は、フォトダイオード２４からの電気信号（検出信号）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６に示すように、ＣＰＵ３０１、内部メモリ３０２、入出力インタフェース３０３、ＡＤ変換器３０４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３０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ３０１やその周辺機器等が作動することにより、図７に示すように、検出信号受付部３１、入射位置特定部３２等として機能する。
【００４６】
検出信号受付部３１は、各フォトダイオード２４からシフトレジスタ２６により順次出力される検出信号を受信して、その検出信号を入射位置特定部３２に出力するものである。
【００４７】
入射位置特定部３２は、フォトダイオード２４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４に出力するものである。なお、画像表示装置４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３２は、検出信号が最大光強度を示すフォトダイオード２４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フォトダイオード２４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８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９に示すように、領域Ｐから最短距離にあるフォトダイオードＢが、全てのフォトダイオード２４の中で、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３２は、最大強度を示すフォトダイオードＢを特定して、そのフォトダイオードＢが入射位置から最も近いフォトダイオード２４であると判断し、基準となるフォトダイオードＡから前記フォトダイオード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３２は、前記フォトダイオードＢの示す最大光強度と、全フォトダイオード２４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、フォトダイオードＡ及びフォトダイオード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、フォトダイオード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フォトダイオード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（フォトダイオード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、フォトダイオード２４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（フォトダイオードＢからの最短距離ｘ）が求められる。
【００６１】
＜本実施形態の効果＞
【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、位置分解能を向上させることができる。また、シンチレータ２１を挟持する下基板２２又は上基板２３にフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を形成しているので、放射線検出器１を小型化することができる。さらに、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。また、シンチレータ２１の側周面２１ｂの外側にフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を形成しているので、放射線からフォトダイオード２４、ＭＯＳＦＥＴ２５及びシフトレジスタ２６を簡単に保護することができる。
【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、最大光強度を示すフォトダイオード２４の出力と、全フォトダイオード２４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、各フォトダイオード２４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】
＜その他の変形実施形態＞
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、図１０に示すように、下基板２２及び上基板２３の間に円環状のスペーサ基板２９を挟み込んでシンチレータ２１を挟持するものであっても良い。この場合、フォトダイオード２４が、下基板２２又は上基板において、下基板２２の開口縁部（シンチレータ接触面２２ａ）又は上基板２３の開口縁部（シンチレータ接触面２３ａ）とスペーサ基板２９との間に形成される。また、スペーサ基板２９の内側周面が、シンチレータ２１からのシンチレーション光をフォトダイオード２４に向かって反射させる反射面２９ａを備えている。さらに、スペーサ基板２９の内側周面には、隣接するフォトダイオード２４を仕切る仕切り部（図示しない）が形成されている。
【００６８】
また、前記実施形態では、シンチレータ２１の側周面（光射出面２１ｂ）の近傍に光電変換素子２４を配設するものであったが、図１１及び図１２に示すように、シンチレータ２１と光電変換素子２４の間に導波路ＷＧを設けても良い。この場合、下基板２２又は上基板２３の一方の接合面に凹溝Ｍを設け、他方の接合面により、当該凹溝Ｍを覆うことによって、導波路ＷＧを形成する。また、凹溝Ｍは、ＭＥＭＳ加工技術を用いて形成する。これならば、シンチレータ２１と光電変換素子２４とを離間させることができ、光電変換素子２４及びスイッチング素子２５に放射線が照射することを確実に防止することができる。
【００６９】
また、導波路を設ける場合には、当該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も良いし、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。
【００７０】
さらに、前記実施形態では、下基板上にフォトダイオード、ＭＯＳＦＥＴ及びシフトレジスタを形成したが、フォトダイオードのみを形成しても良い。
【００７１】
さらに、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
加えて、シンチレータユニットの形状は、平面視円形状に限られず、平面視矩形状などであっても良い。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、第２基板の下面に、シンチレータユニット２を補強するための補強板を設けても良い。この補強板は、平面視において、前記第１基板、第２基板と略同一の環状を成す金属基板である。この他、プラスチック等の機械的強度を有するものであっても良い。
【００７８】
さらに、前記実施形態では、第１基板を下基板、第２基板を上基板としたが、逆であっても構わない。また、光電変換素子、スイッチング素子及び駆動回路部を何れの基板に形成しても良い。
【００７９】
加えて、前記実施形態では、環状段部に反射面を形成したものであったが、反射面を形成しないものであっても良い。
【００８０】
その上、環状段部に仕切り部を形成しないものであっても良い。この場合、シンチレータからのシンチレーション光は、所定の割合で各光電変換素子に検出されることになるので、補正処理を施す必要がある。
【００８１】
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】
【００８２】
【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】第１基板の斜視図。
【図４】第２基板の斜視図。
【図５】シンチレータユニットの分解斜視図。
【図６】放射線検出器の演算装置の機器構成図。
【図７】放射線検出器の演算装置の機能構成図。
【図８】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９】同実施形態における各光検出器の光強度を示す図。
【図１０】変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す断面図。
【図１１】その他の変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す平面図。
【図１２】その他の変形実施形態に係るシンチレータユニットを示す断面図。
【符号の説明】
【００８３】
１ ・・・放射線検出器
２１ｂ・・・側周面（光射出面）
２１・・・シンチレータ
２２・・・第１基板（下基板）
２３・・・第２基板（上基板）
２３Ｈ、２２Ｈ・・・貫通孔
２３１・・・環状段部
２３１ａ・・・環状段部の底面
２３１ｂ・・・反射面
２４・・・光電変換素子（フォトダイオード）
２５・・・スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
２６・・・駆動回路部（シフトレジスタ）
２３２・・・仕切り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側周面からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータと、
前記シンチレータの周縁部を挟持する第１基板及び第２基板と、
前記第１基板又は第２基板における前記シンチレータの側周面の外側に形成され、前記側周面からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子と、を具備する放射線検出器。
【請求項２】
前記第１基板及び第２基板が、前記シンチレータの面積よりも小さい開口面積の貫通孔を有し、当該貫通孔の開口縁部により前記シンチレータの周縁部を挟持するものである請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記第１基板の開口縁部が、前記シンチレータが収容される環状段部を備え、当該環状段部の底面と前記第２基板の開口縁部とにより前記シンチレータを挟持するものであり、
前記光電変換素子が、前記第２基板の開口縁部と前記環状段部の内側周面との間に形成されている請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記第１基板の環状段部の内側周面が、前記第１基板に設けられた光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を有する請求項３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記環状段部が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えている請求項３又は４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記第１基板及び第２基板が、前記第１基板及び第２基板の間に前記シンチレータと同じ厚みを有するスペーサ基板を介在させることにより、前記シンチレータを挟持するものであり、
前記光電変換素子が、前記第１基板又は第２基板の前記開口縁部と前記スペーサ基板との間に形成されている請求項２記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記スペーサ基板の内側周面が、前記光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を備えている請求項６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記スペーサ基板が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えている請求項５又は７記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記光電変換素子が形成された基板上に、前記光電子変換素子毎に対応して設けられたスイッチング素子、及び当該スイッチング素子の開閉を制御する駆動回路部が形成されている請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の放射線検出器。
【請求項１】
側周面からシンチレーション光を射出する平板状のシンチレータと、
前記シンチレータの周縁部を挟持する第１基板及び第２基板と、
前記第１基板又は第２基板における前記シンチレータの側周面の外側に形成され、前記側周面からのシンチレーション光を検出する複数の光電変換素子と、を具備する放射線検出器。
【請求項２】
前記第１基板及び第２基板が、前記シンチレータの面積よりも小さい開口面積の貫通孔を有し、当該貫通孔の開口縁部により前記シンチレータの周縁部を挟持するものである請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記第１基板の開口縁部が、前記シンチレータが収容される環状段部を備え、当該環状段部の底面と前記第２基板の開口縁部とにより前記シンチレータを挟持するものであり、
前記光電変換素子が、前記第２基板の開口縁部と前記環状段部の内側周面との間に形成されている請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記第１基板の環状段部の内側周面が、前記第１基板に設けられた光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を有する請求項３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記環状段部が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えている請求項３又は４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記第１基板及び第２基板が、前記第１基板及び第２基板の間に前記シンチレータと同じ厚みを有するスペーサ基板を介在させることにより、前記シンチレータを挟持するものであり、
前記光電変換素子が、前記第１基板又は第２基板の前記開口縁部と前記スペーサ基板との間に形成されている請求項２記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記スペーサ基板の内側周面が、前記光電変換素子に向かってシンチレーション光を反射させる反射面を備えている請求項６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記スペーサ基板が、隣接する光電変換素子を仕切る仕切り部を備えている請求項５又は７記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記光電変換素子が形成された基板上に、前記光電子変換素子毎に対応して設けられたスイッチング素子、及び当該スイッチング素子の開閉を制御する駆動回路部が形成されている請求項１、２、３、４、５、６、７又は８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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１５６７８２（Ｐ２００９−１５６７８２Ａ）
【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２００７−３３７４３１（Ｐ２００７−３３７４３１）
【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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