検出素子、検出器、及び検出素子の製造方法

【課題】入射するＸ線を電気信号に変換する効率が高く、高い精度で検出することができる検出素子、検出器、及び検出素子の製造方法を提供する。
【解決手段】積層検出器セル１５は、板状に形成され、入射したＸ線を光に変換するシンチレータ素子１６と、シンチレータ素子１６の主面上に形成され、シンチレータ素子で発生した光を電気信号に変換するフォトダイオード１７と、を有する単位検出素子部１８が、前記主面と交差する方向に複数層積層されて構成されていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線等を検出する検出素子、検出器、及び検出素子の製造方法に関し、特に高効率の検出が行えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置などのＸ線検出器として、図１５に示すように、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ素子４１の下部に、光を電気信号に変換する電極素子としてのフォトダイオード４２が配置された構造の検出素子を多数配列したものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような検出器では、検出素子を微細化して装置の分解能を上げることができるが、これに伴ってフォトダイオード４２の面積は小さくなる傾向にある。一方、Ｘ線を可視光に変換する変換効率を維持するために、一定のシンチレータ素子４１の厚さが必要である。このため、検出素子のシンチレータ素子４１の厚さ（高さ）に対し、その底面のフォトダイオード４２の面積が小さい柱状の構成となる。複数の上記柱状の検出素子が互いに離間して並列されて構成される多数チャンネルの検出器において、Ｘ線がシンチレータ素子４１に入射し、シンチレータ素子４１の内部で光が発生する。シンチレータ素子４１で発生した光が下部に形成されたフォトダイオード４２に到達すると、電気信号に変換される。
【特許文献１】特開平９−５２５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した検出素子では、次のような問題があった。すなわち、シンチレータ素子４１で発生した光は、フォトダイオード４２に到達するまでにシンチレータ素子４１の内部を通過した通過距離に応じてその強度が減少するが、上記構成の検出素子は、シンチレータ素子４１の厚みに対してフォトダイオード４２の面積が小さいため、光が発生してからフォトダイオード４２に到達するまでの距離が大きく、強度が減少しやすい。また、図１５に破線で示すように、光の方向によってはフォトダイオード４２に到達されない。これに鑑みて、図１６に示すように、シンチレータ素子４１の側面にリフレクタ４３を設け、光の方向を変えてフォトダイオード４２に到達させる技術もあるが、光の通過距離は長くなるため強度減少の原因となる。したがって、入射したＸ線を電気信号に変換する変換効率が悪く、高い検出精度を得ることが困難となる。
【０００４】
そこで、本発明は入射するＸ線を高い精度で検出することができる検出素子、検出器、及び検出素子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】
【０００５】
本発明の一例にかかる検出素子は、板状に形成され、入射したＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の主面上に形成され、前記シンチレータ素子で発生した光を電気信号に変換する光電素子と、を有する単位検出素子部が、前記主面と交差する方向に複数層積層されて構成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の一例にかかる検出素子は、前記光電素子は第１電極と第２電極とを有するフォトダイオードであり、前記シンチレータ側の前記第１電極が透明電極であり、他方の前記第２電極が金属電極であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一例にかかる検出素子は、前記単位検出素子部において、前記光電素子の前記第１電極と前記第２電極とが、前記積層方向と直交する方向において互いに重ならない非重合部をそれぞれ有し、積層された複数の単位検出素子部の前記第１電極の前記非重合部同士が互いに導通されて第１電極部を構成し、前記第２電極の前記非重合部同士が互いに導通されて第２電極部を構成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一例にかかる検出素子は、前記Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と交差する端面であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一例にかかる検出素子は、前記Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と平行な端面であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一例にかかる検出器は、板状に形成され、入射したＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の主面上において並列し、前記シンチレータ素子で発生した光を電気信号に変換する複数の光電素子と、を有する単位セル集合体が、前記主面と交差する方向に複数層積層されて構成された検出素子を、一体に複数備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一例にかかる検出素子の製造方法は、第１電極及び第２電極を有する複数の電極素子層が互いに離間して板状のシンチレータ素子の主面に形成される電極素子形成工程と、前記シンチレータ素子と前記複数の電極素子層とからなる、複数の単位検出素子部の集合体が、前記離間方向に直交する方向に複数層積層される積層工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一例にかかる検出素子の製造方法は、第１電極及び第２電極を有する複数の電極素子層が互いに離間して形成される電極素子形成工程と、前記複数の電極素子層の上に、シンチレータ素子層を形成するシンチレータ形成工程と、前記電極素子形成工程と前記シンチレータ形成工程とを繰り返し行うことにより、前記シンチレータ素子と前記複数の電極素子層とからなる、複数の単位検出素子部の集合体を、複数積層する積層工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一例にかかる検出素子の製造方法は、前記第１電極は、積層状態において前記シンチレータ素子の主面よりも前記主面に沿って外側に突出する第１突出部分を有し、前記第２電極は、積層状態において、前記第１突出部分と異なる方向に、前記シンチレータ素子の主面よりも前記主面に沿って外側に突出する第２突出部分を有し、前記積層工程の後に、前記第１突出部分同士が導通されることにより第１電極部を構成する第１電極工程と、前記積層工程の後に、前記第２突出部分同士が導通されることにより第２電極部を構成する第２電極工程と、を有し、前記積層方向において前記第１電極部及び前記第２電極部がそれぞれ複数構成され、かつ、それぞれが電気的に独立していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入射するＸ線を電気信号に変換する効率が高く、高い精度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下に本発明の一実施形態にかかる検出素子について、図１乃至図５を参照して説明する。各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。各図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向を示している。
【００１６】
図１は本実施形態に係るＸ線装置１の構成を示している。Ｘ線装置１は、被検体ＰにＸ線を照射するＸ線照射器１０、被検体１２を透過したＸ線を検出するＸ線検出部１１、被検体Ｐを移動可能に支持する撮影テーブル１３等を備え、Ｘ線照射器１０とＸ線検出部１１とが被検体Ｐの周囲において移動可能となっている。
【００１７】
Ｘ線照射器１０は、内部に回転陽極型のＸ線管を備えるＸ線管収容容器や、Ｘ線の曝射範囲を制限するコリメータ等を備えている。
【００１８】
Ｘ線検出部１１は、Ｘ線検出器１４と、散乱Ｘ線を除去するコリメータ、検出された投影データを収集するデータ収集部等を備えている。Ｘ線検出器１４は、複数の検出素子としての積層検出器セル１５が円弧状に５１２列など多数列のマルチスライス型で配列されて構成されている。なお、積層検出器セル１５は、円弧状でなく、平面状に配列されていてもよい。積層検出器セル１５は、被検体１２を透過したＸ線を蛍光体としてのシンチレータ素子１６で光に変換してから光電素子としてのフォトダイオード１７で電荷に変換する間接変換型のＸ線固体検出器である。
【００１９】
図２は本発明の第１実施形態にかかる検出素子としての積層検出器セル１５の構造を示すものである。積層検出器セル１５は、入射Ｘ線を光に変換するシンチレータ素子１６と、このシンチレータ素子１６で変換された光を検出し電気信号として出力するフォトダイオード１７とが積層された単位検出素子部としての単位セル１８が、Ｘ線が入射される入射方向と垂直に、図中矢印Ｘで示す積層方向に、複数層積層されて構成されている。すなわち、Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と直交する端面となる上面に、図中上方からＸ線が入射される。
【００２０】
図５は、単位セル１８を拡大して示す断面図である。単位セル１８は、シンチレータ素子１６と、フォトダイオード１７とからなる。シンチレータ素子１６は、例えば各図における矢印Ｙ方向の寸法が１０ｍｍ程度、矢印Ｚ方向の寸法が０．５ｍｍ程度、矢印Ｘ方向の寸法が０．０５ｍｍ程度の矩形の薄い板状に構成されている。
【００２１】
フォトダイオード１７は、ＰＩＮ型であり、板状のシンチレータ素子１６の主面にプラズマＣＶＤ法などで、例えば数ミクロン程度の薄い膜状（数ミクロン）に形成されている。フォトダイオード１７のシンチレータ素子１６側のアノード側のＰ側電極１９（第１電極）はＩＴＯ透明電極であり、複数の単位セル１８を積み重ねたとき隣接する単位セル１８のシンチレータ素子１６からの光がこの透明なＰ側電極１９を通ってフォトダイオード１７に射し込むようになっている。他方の、フォトダイオード１７のカソード側のＮ側電極２０（第２電極）は金属電極であり、複数の単位セル１８を積み重ねたとき隣接する単位セル１８のシンチレータ素子１６の光がこのＮ側電極２０で反射され、フォトダイオード１７に効率よく光が届けられるようになっている。Ｐ側電極１９の一端側の端部はシンチレータ素子１６やフォトダイオード１７よりも矢印Ｚ方向に突出した突出部分１９ａを構成し、Ｎ側電極２０の他方側の端部はシンチレータ素子１６やフォトダイオード１７よりも、矢印Ｚ方向における他方側に突出した突出部分２０ａを有している。これらの突出部分１９ａ、２０ａは、他の電極、フォトダイオード１７やシンチレータ素子１６と重なり合わない非重合部分を構成し、複数の単位セル１８が積層された状態でそれぞれの電極をまとめて取り出せるようになっている。
【００２２】
上記のように構成された単位セル１８が多数積み重ねられ積層検出器セル１５が構成されている。例えば積層数を１０層とすれば、積層検出器セル１５は、矢印Ｙ方向の寸法が１０ｍｍ程度、矢印Ｚ方向の寸法が０．５ｍｍ程度、矢印Ｘ方向の寸法が０．５ｍｍ程度の四角柱状に構成されている。
【００２３】
積層状態において一方の面において突出する、Ｐ側電極１９の非重合部分としての突出部分１９ａ同士が、半田づけやメタリコンなどにより導電されてまとめられ、第１電極部としてのアノード面２１が形成される。また、同様に、Ｎ側電極２０の突出部分２０ａ同士が導電されてまとめられ、第２電極部としてのカソード面２２が形成される。すなわち、この積層検出器セル１５の側面のうち対向する２面がそれぞれアノード面２１、カソード面２２を構成する。
【００２４】
Ｘ線装置１においてＸ線照射器１０から照射されたＸ線は、被検体１２を透過し、コリメータを介して入射面１５ａに入射される。Ｘ線がシンチレータ素子１６の内部において蛍光体で光に変換される。更にその光はシンチレータ素子１６内部で伝達され、フォトダイオード１７に入射され、電荷に変換される。
【００２５】
本実施形態にかかる積層検出器セル１５は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、積層検出器セル１５は、単位セル１８の積層構造としたため、シンチレータ素子１６を薄くすることができ、例えば、図１５や図１６に示すような構成の検出素子と比べ、フォトダイオードの一辺のシンチレータ素子の厚みを、数十〜数百分の１に設定することができる。したがって、シンチレータ素子１６内で発生した光がフォトダイオード１７に到達するまでの距離を短くし、光伝達によるロスを防止することができる。さらにフォトダイオード１７への入射までの伝達距離が短いため、広範囲の方向の光を効率よく検出することができる。これによって、Ｘ線検出器１４の感度が上がり、被曝線量が少なく、小型・軽量、低消費電力のＸ線装置１を実現することができる。さらに、光がフォトダイオードに到達しやすいため、リフレクタを省略することも可能である。
【００２６】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るＸ線検出器について図７乃至図１４を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。なお、図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ直交する３方向を示している。本実施形態にかかるＸ線装置２は、積層検出器セル１５の設置方向以外の点については実施形態１におけるＸ線検出器１４と同様であるため、共通の事項については説明を省略する。
【００２７】
本実施形態におけるＸ線検出部１１のＸ線検出器１４における積層検出器セル１５は、上記第１実施形態の積層検出器セル１５と同様に構成されている。本実施形態では、Ｘ線が入射される入射方向と垂直に、複数層積層されて構成されている。すなわち、Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と直交する端面であり、図中矢印Ｘで示す積層方向と平行な端面である側面１５ｂに、Ｘ線が入射される。
【００２８】
次に、本実施形態にかかる積層検出器セル１５の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、薄い板状のシンチレータ素子１６の図中上側の主面に、プラズマＣＶＤ法などで薄い膜状（数ミクロン）に電極素子層として、複数の帯状のフォトダイオード１７を形成する（電極素子形成工程）。複数のフォトダイオード１７は、図中Ｚ方向に延びる矩形状を成し、互いに間隔をあけて並列される。このとき、フォトダイオード１７のＰ側電極１９の端部をシンチレータ素子１６の端面より外側に突出させるようにずらして第１突出部分１９ａ形成するとともに、Ｎ側電極２０の端部を、シンチレータ素子１６の端面より第１突出部分１９ａの逆方向に突出するように第２突出部分２０ａを形成する。以上の工程により、シンチレータ素子１６とフォトダイオード１７とを有する単位セル１８が複数個、一体に並列形成された単位セル集合体２５が形成される。
【００２９】
ついで、単位セル集合体２５を、複数層、例えば１０層積層する。ここで、積層方法としては、図７で示す単位セル集合体２５のさらに上方からシンチレータ素子１６からなるシンチレータ層を成膜し（シンチレータ形成工程）、このシンチレータ形成工程と、電極素子形成工程とを繰り返すことにより積層する（積層工程）。あるいは、単位セル集合体２５を複数個積み重ねて、接着しても良い（積層工程）。以上より、図１４に示すように、複数の積層検出器セル１５が並列して一体に構成される。
【００３０】
それぞれの積層検出器セル１５において、単位セル１８にそれぞれ形成された複数のＰ側電極１９の突出部分１９ａをまとめて互いに導通することによりアノード面２１を構成する。また、単位セル１８にそれぞれ形成された複数のＮ側電極２０の突出部分２０ａをまとめて互いに導通して、カソード面２２を構成する。例えば図１４においてはアノード面２１がＸ方向に５つ、Ｙ方向に４つ並列して形成される場合について示す。同様に、カソード面２２もＸ方向に５つ、Ｙ方向に４つ並列して形成される（不図示）。以上により、複数のアノード面２１及び複数のカソード面２２が、積層方向に並列するとともにそれぞれが電気的に独立して形成されている。以上により、単位セル集合体２５が積層され、複数の積層検出器セル１５がＸ及びＹ方向にマトリクス状に並列して一体に形成され、積層集合検出器３０が形成される。複数の積層検出器セル１５はそれぞれ電気的に独立している。
【００３１】
なお本発明を実施するにあたり、各種部材の形態をはじめとして、具体的な形状など、本発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。例えば、上記実施形態においてはＰＩＮ型のフォトダイオードを例示したが、ＰＮ型でもよい。さらに、一方の電極を金属版、他方の電極を透明電極としたが、両方透明電極であってもよく、両方金属電極としてもよい。さらに、マルチスライス型でなくシングルスライス型を用いても良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＸ線装置の構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における積層検出器セルの構成を模式的に示す斜視図。
【図３】同積層検出器セルの構成を模式的に示す斜視図。
【図４】同積層検出器セルの構成を模式的に示す断面図。
【図５】同実施形態における単位セルの構成を模式的に示す断面図。
【図６】同積層検出器セルの構成を模式的に示す断面図。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるＸ線装置の構成を示す概略図。
【図８】同実施形態における積層検出器セルの構成を模式的に示す斜視図。
【図９】同積層検出器セルの構成を模式的に示す斜視図。
【図１０】同積層検出器セルの構成を模式的に示す断面図。
【図１１】同実施形態における単位セルの構成を模式的に示す断面図。
【図１２】同積層検出器セルの構成を模式的に示す断面図。
【図１３】同実施形態における積層集合検出器の製造方法を示す斜視図。
【図１４】同実施形態における積層集合検出器の製造方法を示す斜視図。
【図１５】検出素子の一例を模式的に示す断面図。
【図１６】検出素子の一例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…Ｘ線装置、２…Ｘ線装置、１０…Ｘ線照射器、１１…Ｘ線検出部、１２…被検体、
１３…撮影テーブル、１４…Ｘ線検出器、１５…積層検出器セル（検出素子）、
１６…シンチレータ素子、１７…フォトダイオード（光電素子）、
１８…単位セル（単位検出素子部）、１９…Ｐ側電極（第１電極）、１９ａ…突出部分、２０…Ｎ側電極（第２電極）、２０ａ…突出部分、２１…アノード面（第１電極部）、
２２…カソード面（第２電極部）、２５…単位セル集合体、３０…積層集合検出器。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成され、入射したＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の主面上に形成され、前記シンチレータ素子で発生した光を電気信号に変換する光電素子と、を有する単位検出素子部が、前記主面と交差する方向に複数層積層されて構成されていることを特徴とする検出素子。
【請求項２】
前記光電素子は第１電極と第２電極とを有するフォトダイオードであり、前記シンチレータ側の前記第１電極が透明電極であり、他方の前記第２電極が金属電極であることを特徴とする、請求項１記載の検出素子。
【請求項３】
前記単位検出素子部において、前記光電素子の前記第１電極と前記第２電極とが、前記積層方向と直交する方向において互いに重ならない非重合部をそれぞれ有し、
積層された複数の単位検出素子部の前記第１電極の前記非重合部同士が互いに導通されて第１電極部を構成し、前記第２電極の前記非重合部同士が互いに導通されて第２電極部を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出素子。
【請求項４】
前記Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と交差する端面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検出素子。
【請求項５】
前記Ｘ線が照射される照射面は、前記積層方向と平行な端面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検出素子。
【請求項６】
板状に形成され、入射したＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の主面上において並列し、前記シンチレータ素子で発生した光を電気信号に変換する複数の光電素子と、を有する単位セル集合体が、前記主面と交差する方向に複数層積層されて構成された検出素子を、一体に複数備えたことを特徴とする検出器。
【請求項７】
第１電極及び第２電極を有する複数の電極素子層が互いに離間して板状のシンチレータ素子の主面に形成される電極素子形成工程と、
前記シンチレータ素子と前記複数の電極素子層とからなる、複数の単位検出素子部の集合体が、前記離間方向に直交する方向に複数層積層される積層工程と、を有することを特徴とする検出素子の製造方法。
【請求項８】
第１電極及び第２電極を有する複数の電極素子層が互いに離間して形成される電極素子形成工程と、
前記複数の電極素子層の上に、シンチレータ素子層を形成するシンチレータ形成工程と、
前記電極素子形成工程と前記シンチレータ形成工程とを繰り返し行うことにより、前記シンチレータ素子と前記複数の電極素子層とからなる、複数の単位検出素子部の集合体を、複数積層する積層工程と、
を有することを特徴とする検出素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１電極は、積層状態において前記シンチレータ素子の主面よりも前記主面に沿って外側に突出する第１突出部分を有し、
前記第２電極は、積層状態において、前記第１突出部分と異なる方向に、前記シンチレータ素子の主面よりも前記主面に沿って外側に突出する第２突出部分を有し、
前記積層工程の後に、前記第１突出部分同士が導通されることにより第１電極部を構成する第１電極工程と、
前記積層工程の後に、前記第２突出部分同士が導通されることにより第２電極部を構成する第２電極工程と、
を有し、
前記積層方向において前記第１電極部及び前記第２電極部がそれぞれ複数構成され、かつ、それぞれが電気的に独立していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の検出素子の製造方法。

【図１】