(57)【要約】  第１の端面１１、第１の端面１１の反対側にある第２の端面１３、及び第１の端面１１側から第２の端面１３側に向かう第１の方向Ｐに沿って互いに間隔をあけて形成された複数の光散乱面２１を有するシンチレータ２Ａと、第１の端面１１と光学的に結合された第１の光検出器１２と、第２の端面１３と光学的に結合された第２の光検出器１４と、を備える。光散乱面２１は、第１の方向Ｐと交わるように形成される。また、光散乱面２１は、シンチレータ２Ａの内部にレーザ光を照射することにより形成される改質領域２１Ｒを含む。
2012105292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出する放射線検出器であって、
第１の端面、前記第１の端面の反対側にある第２の端面、及び前記第１の端面側から前記第２の端面側に向かう第１の方向に沿って互いに間隔をあけて形成された複数の光散乱面を有するシンチレータと、
前記第１の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、
前記第２の端面と光学的に結合された第２の光検出器と、を備え、
前記光散乱面は、前記第１の方向と交わるように形成され、
前記光散乱面は、前記シンチレータの内部にレーザ光を照射することにより形成された一又は複数の改質領域を含む放射線検出器。
【請求項２】
前記改質領域は、互いに重なり合う複数の改質スポットから構成されている請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記光散乱面は、前記改質領域が前記光散乱面の全面に形成されて成る請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記光散乱面は、前記改質領域が形成された第１の領域と前記改質領域が形成されていない第２の領域とを有し、前記第２の領域は前記第１の領域によって囲まれている請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記光散乱面は、前記改質領域が形成された複数の第３の領域と前記改質領域が形成されていない複数の第４の領域とを有し、前記第３の領域と前記第４の領域とが市松模様状に配置されている請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記第１の端面は四角形状であり、前記光散乱面は、前記第１の端面における一の対角線に沿った方向に延びた第１の前記改質領域と、前記第１の端面における他の対角線に沿った方向に延びた第２の前記改質領域とを有する請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記光散乱面は、第２の方向に延びた前記複数の改質領域を有し、前記複数の改質領域は、前記第２の方向と略直交する方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記第１の端面は四角形状であり、前記光散乱面は４つの前記改質領域を有し、前記改質領域は前記光散乱面の四隅のそれぞれに配置されている請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記光散乱面は、前記光散乱面の縁部の一部又は全部に沿った方向に延びた前記改質領域を有する請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる放射線検出器が開示されている。特許文献１に記載された放射線検出器は、複数の改質領域を含むシンチレータと、シンチレータの表面と光学的に結合された複数の光検出器とを備える。複数の改質領域は、シンチレータとなる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る。この改質領域は、シンチレータの内部において周囲と異なる屈折率を有し三次元的に点在している。【０００３】
特許文献２に記載された放射線検出器は、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るシンチレータと、結晶塊の端面と光学的に結合された複数の光検出器又は位置検出型光検出器とを備える。結晶塊の内部には、複数の改質領域が形成されている。複数の改質領域は、所定の方向を長手方向とする細長形状を各々呈しており、結晶塊における該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。【０００４】
特許文献３に記載された放射線検出器は、結晶性を有し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たシンチレータと、結晶塊の表面と光学的に結合された光検出器とを備える。シンチレータは複数の散乱面をその内部に有する。各散乱面は、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或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる。【０００５】
特許文献４には、レーザ技術を用いて検知器又は光ガイドを作成する方法が開示されている。特許文献４に記載された方法は、レーザ技術を用いてターゲット媒体内にマイクロボイドを形成することにより媒体を光学的に分断する。【０００６】
特許文献５には、位置分解能を向上させることができる放射線検出器が開示されている。図１２に示されるように、特許文献５に記載された放射線検出器１００は、縞状の粗研磨部１０２を側面に複数形成した柱状シンチレータ１０１と、該柱状シンチレータ１０１の両端に光学的に結合された光検出器１０３，１０４とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７０９７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９３７５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３９３８３号公報
【特許文献４】特表２００７−５２５６５２号公報
【特許文献５】特公平５−１８３９０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Timing Characteristicsof the Inorganic Scintillators Coupled withSiPMs for the PET Application,2008IEEE Nuclear Science Symposium ConferenceRecord,pp3909-3913,2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＥＴ装置（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に用いられる放射線検出器の検出精度を向上させる方法の一つに、シンチレータ内における放射線を検出した位置に関する情報（以下、「検出位置情報」という）を用いる方法がある。検出位置情報を得る方法には、例えば、シンチレータを複数の領域に光学的に分離し、シンチレーション光が発生した領域を特定する方法がある。【００１０】
具体的には、例えば、シンチレーション光の減衰時間が互いに異なる異種のシンチレータをＰＭＴ（ＰｈｏｔｏＭｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ）上に積み重ねる方法がある。しかし、シンチレーション光の減衰時間が互いに異なるシンチレータの種類が少ないため、例えば４種以上のシンチレータを積み重ねることが困難である。従って、位置精度の向上には限界がある。【００１１】
また、他の方法として、シンチレータ端面の面内方向に沿うオフセットを設けて複数のシンチレータをＰＭＴ上に積み重ねる方法がある。この方法は、１つのシンチレータ結晶の端面にダイヤモンドカッターを用いて溝を設けて複数のシンチレータセルを形成し、更に該端面とは反対側の端面に所定のオフセットを設けて、同様の方法により複数のシンチレータセルを形成する。しかし、このようなシンチレータは構造が複雑になる。従って、シンチレータの製造には時間と費用とを要する。【００１２】
また、複数のシンチレータセルにおいて、いずれのシンチレータセルで発光したかを明瞭に特定することができるように、複数のシンチレータセルの間に、空隙や、様々な光学的結合材や、所定の屈折率を有する光学的分離材などを配置する方法がある。しかし、このようなシンチレータの製造には、複数のシンチレータセルを組み立てる工程が必要である。従って、シンチレータの製造には時間と費用とを要する。【００１３】
また、図１３に示されるように、それぞれのシンチレータセル１１１を光学的に分離するために、シンチレータセル１１１の間にくし型の反射材１１２を配置する方法がある。このシンチレータ１１０によれば、シンチレーション光がシンチレータセル１１１の上側において発生した場合には、シンチレーション光はＸ方向へ散乱する。一方、シンチレーション光がシンチレータセル１１１の下側において発生した場合には、シンチレーション光はＹ方向へ散乱する。このように、シンチレーション光が拡散する方向と範囲とに基づいて、シンチレーション光が発生した位置を算出することができる。しかし、このようなシンチレータの製造には、くし型の反射材１１２を製造し、更に反射材１１２とシンチレータセル１１１とを組み立てる工程が必要である。従って、シンチレータ１１０の製造には時間と費用とを要する。【００１４】
また、例えば、シンチレータの一端に設けられた光検出器から出力される信号振幅と、他端に設けられた光検出器から出力される信号振幅との比率に基づいて検出位置情報を算出する方法がある。このような方法によると、シンチレータを複数の領域に分離する方法と異なり、検出位置情報を空間的に連続的な情報として検出できるという利点を有する。しかし、シンチレータセルの内部が光学的にほぼ均質のため、シンチレータセル内の発光位置による両端で光出力の比が小さく、検出位置精度が悪い傾向がある。【００１５】
また、図１４に示されるように、シンチレータ１２１と、シンチレータ１２１の両端部に設けられた光検出器１２２，１２４を備える放射線検出器１２０において、シンチレータ１２１の表面に溝１２３をシンチレータの長手方向に沿って等間隔に配置する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。これにより両端の光検出器で得られる信号量の差を拡大し、検出位置精度の向上を図っている。しかし、このようなシンチレータ１２１の製造には、溝１２３を形成するための加工が必要である。従って、シンチレータ１２１の製造には時間と費用とを要する。【００１６】
本発明は、上述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、且つ良好な位置検出特性を実現できる放射線検出器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】
【００１７】
本発明の一観点の放射線検出器は、放射線を検出する放射線検出器であって、第１の端面、第１の端面の反対側にある第２の端面、及び第１の端面側から第２の端面側に向かう第１の方向に沿って互いに間隔をあけて形成された複数の光散乱面を有するシンチレータと、第１の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、第２の端面と光学的に結合された第２の光検出器と、を備え、光散乱面は、第１の方向と交わるように形成され、光散乱面は、シンチレータの内部にレーザ光を照射することにより形成された一又は複数の改質領域を含む。【００１８】
この放射線検出器においては、シンチレータの第１の端面に第１の光検出器が光学的に結合され、第２の端面に第２の光検出器が光学的に結合されている。このような構成により、シンチレータの内部で発生したシンチレーション光を第１の光検出器と第２の光検出器とにより検出し、検出した光出力の比を算出することができる。この光出力の比は、発光領域ごとに容易に弁別可能な所定の差を有している。従って、光出力の比に基づいて、シンチレーション光が発生した発光領域を精度良く特定することが可能となり、放射線検出器は良好な位置検出特性を実現することができる。【００１９】
上記放射線検出器においては、光散乱面がシンチレータの内部にレーザ光を照射することにより形成されてもよい。光散乱面の形成にレーザ光による加工方法を用いることにより、光散乱面の形成工程を自動化することが可能となる。このレーザ光による加工方法は、シンチレータの表面を研磨したり、シンチレータの表面に溝を設ける方法よりも簡便に行うことができる。従って、上述した放射線検出器は容易に製造できる。【００２０】
上記放射線検出器においては、放射線検出器の改質領域が、互いに重なり合う複数の改質スポットから構成されていてもよい。このような構成により、シンチレーション光を散乱する改質領域を有する光散乱面を好適に形成することができる。【００２１】
上記放射線検出器の光散乱面は、改質領域が光散乱面の全面に形成されて成っていてもよい。このような構成により、光検出器に近い領域で発生したシンチレーション光を検出した場合の光出力と、光検出器から遠い領域で発生したシンチレーション光を検出した場合の光出力との差を大きくすることができる。従って、第１の光検出器及び第２の光検出器により検出された光出力の比をより精度良く算出することが可能となり、上記放射線検出器は更に良好な位置検出特性を実現することができる。【００２２】
上記放射線検出器の光散乱面は、改質領域が形成された第１の領域と改質領域が形成されていない第２の領域とを有し、第２の領域は第１の領域によって囲まれていてもよい。放射線の吸収により発生するシンチレーション光は、吸収したエネルギーによっても異なるが、数百から数千個のフォトンが発生するため、この一部の光がこの散乱面にて影響を受ければ、両端の到達する光が影響を受けることとなるため、同じような効果をもたらすことができる。したがって、シンチレータの厚さが厚い場合にも、このような構成により、シンチレータのレーザ入射面からの距離が長いために、改質領域の形成が困難である領域が光散乱面に存在する場合でも、複数の光散乱面を好適に形成することができる。また、光散乱面の全面に改質領域を形成する必要がないため、上記放射線検出器は容易に製造することができる。【００２３】
上記放射線検出器の光散乱面は、改質領域が形成された複数の第３の領域と改質領域が形成されていない複数の第４の領域とを有し、第３の領域と第４の領域とが市松模様状に配置されていてもよい。また、上記放射線検出器においては、第１の端面が四角形状であり、光散乱面が第１の端面における一の対角線に沿った方向に延びた第１の改質領域と、第１の端面における他の対角線に沿った方向に延びた第２の改質領域とを有していてもよい。また、上記放射線検出器においては、光散乱面が第２の方向に延びた複数の改質領域を有し、複数の改質領域が第２の方向と略直交する方向に沿って互いに間隔をあけて配置されていてもよい。また、上記放射線検出器においては、第１の端面が四角形状であり、光散乱面が４つの改質領域を有し、改質領域が光散乱面の四隅のそれぞれに配置されていてもよい。更に、上記放射線検出器においては、光散乱面が光散乱面の縁部の一部又は全部に沿った方向に延びた改質領域を有していてもよい。【００２４】
このような構成により、光散乱面における改質領域の面積は、所定の値に設定される。これにより、第１の光検出器及び第２の光検出器に配分されるシンチレーション光の比率を所定の値に設定することができる。このように上記放射線検出器によれば、光検出器に到達する光量を任意の大きさにすることができるので、更に良好な位置検出特性を実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による放射線検出器によれば、容易に製造でき、且つ良好な位置検出特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る放射線検出器の概観と内部構成とを示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図３】シンチレータを製造する工程において使用されるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図４】レーザ加工装置を用いて光散乱面を形成する方法を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る放射線検出器の概観と内部構成とを示す斜視図である。
【図６】第２実施形態に係る放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図７】変形例１に係る放射線検出器の概観と内部構成とを示す斜視図である。
【図８】（ａ）は変形例２に係る放射線検出器の光散乱面の構成を示す図であり、（ｂ）は変形例３に係る放射線検出器の光散乱面の構成を示す図である。
【図９】（ａ）は変形例４に係る放射線検出器の光散乱面の構成を示す図であり、（ｂ）は変形例５に係る放射線検出器の光散乱面の構成を示す図である。
【図１０】実施例１に係る放射線検出器ユニットの構成を示す斜視図である。
【図１１】実施例２に係る放射線検出器ユニットの構成を示す側面図である。
【図１２】従来の放射線検出器の構成を示す側面図である。
【図１３】従来のシンチレータの構成を示す斜視図である。
【図１４】従来の他の放射線検出器の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明による放射線検出器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。
【００２８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る放射線検出器１Ａの概観と内部構成とを示す斜視図である。本実施形態に係る放射線検出器１Ａは、シンチレータ２Ａと、シンチレータ２Ａの第１の端面１１に光学的に結合される第１の光検出器１２と、第２の端面１３に光学的に結合される第２の光検出器１４と、反射部１９とを備えている。
【００２９】
シンチレータ２Ａは、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４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１０Ａにより構成されている。この結晶塊１０Ａは、略直方体状の外形形状を有している。
【００３０】
シンチレータ２Ａは、結晶塊１０Ａ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１０Ａ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）、ＣｅがドープされたＬａＢｒ３（ＬａＢｒ３）、ＣｅがドープされたＬａＣｌ３（ＬａＣｌ３）、ＣｅがドープされたＬｕ０．７Ｙ０．３ＡｌＯ３（ＬｕＹＡＰ）などのいずれかの結晶によって好適に構成される。
【００３１】
図１に示されるように、シンチレータ２Ａは、複数の光散乱面２１と、複数の発光領域３１とを備えている。シンチレータ２Ａは、複数の光散乱面２１により複数の発光領域３１に分離されている。この複数の光散乱面２１は、第１の端面１１から第２の端面１３に向かう第１の方向Ｐに沿って互いに間隔をあけて形成されている。また、複数の光散乱面２１は、第１の方向Ｐと交わるように形成されている。これらの光散乱面２１は、シンチレータ２Ａの第１の端面１１あるいは第２の端面１３と同じ平面形状を有する。なお、図１に示されるシンチレータ２Ａの内部には３つの光散乱面２１が形成されているが、これに限られることはない。光散乱面２１は４つ以上形成されていてもよい。
【００３２】
光散乱面２１は、光散乱面２１の全面に形成された改質領域２１Ｒにより構成されている。改質領域２１Ｒは、レーザ光の照射により、互いに重なり合うように形成された複数の改質スポットにより構成され、この複数の改質スポットが光学的な散乱面を形成している。改質スポットは、例えばボイド状の形状を有している。改質領域２１Ｒは、シンチレーション光を遮断したり吸収したりするものではないため、光散乱面２１の全面に改質領域２１Ｒが形成されていても、一部のシンチレーション光は透過する。この光散乱面２１は、光散乱面２１への入射角度によりシンチレーション光の透過率が異なるという性質を有する。この光散乱面２１の透過率は、シンチレーション光の入射角度に応じて変化する。例えば、光散乱面２１へシンチレーション光が垂直に入射した場合には、入射したシンチレーション光は殆ど透過する。一方、入射角度が大きくなると、垂直に入射した場合と比較して透過率が下がる。
【００３３】
第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４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）、あるいはＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ―Ｐｉｘｅｌ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）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１Ａは、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４を備えている。そのうちの一の光検出器である第１の光検出器１２は、結晶塊１０Ａの第１の端面１１と対向するように結晶塊１０Ａ上に取付けられている。また、他の光検出器である第２の光検出器１４は、結晶塊１０Ａの第２の端面１３と対向するように結晶塊１０上に取付けられている。これにより、第１の光検出器１２は、結晶塊１０Ａの第１の端面１１と光学的に結合され、第２の光検出器１４は結晶塊１０Ａの第２の端面１３と光学的に結合されている。
【００３４】
反射部１９は、シンチレータ２Ａにおける第１の端面１１と第２の端面１３との間に延在する側面を覆うように設けられている。この反射部１９は、例えば、テフロンテープ（テフロンは登録商標）、硫酸バリウム、酸化アルミ、酸化チタン、ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）フィルム、及びポリエステルフィルムといった部材のいずれかにより好適に構成される。
【００３５】
次に、図２を用いて本実施形態に係る放射線検出器１Ａの作用効果を説明する。図２のグラフＧ１は、シンチレータ２Ａにおけるシンチレーション光の発光位置と、第１の光検出器１２から出力される光出力との関係を示す。また、グラフＧ２は、シンチレータ２Ａにおけるシンチレーション光の発光位置と、第２の光検出器１４から出力される光出力との関係を示す。また、グラフＧ３は、光出力の比とシンチレーション光の発光位置との関係を示す。光出力の比は、第１の光検出器１２から出力される光出力と、第２の光検出器１４から出力される光出力との比である。
【００３６】
本実施形態に係る放射線検出器１Ａでは、シンチレータ２Ａの第１の端面１１に第１の光検出器１２が光学的に結合されている。また、第２の端面１３に第２の光検出器１４が光学的に結合されている。このような構成により、シンチレータ２Ａの内部で発生したシンチレーション光を第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４により検出し、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４から出力される光出力の比を算出することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る放射線検出器１Ａでは、シンチレータ２Ａは複数の光散乱面２１を有している。この複数の光散乱面２１により、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４に到達する光量を段階的に減衰させることができる。例えば、シンチレータ２Ａにおける位置Ｆ１においてシンチレーション光が発生した場合、シンチレーション光は、光散乱面２１を透過して第１の光検出器１２に到達する。光散乱面２１を透過するときにシンチレーション光の一部は散乱されるため、光散乱面２１の透過後には、透過前よりも光量が減少する。そして、第１の光検出器１２から光出力Ｈ１が出力される。一方、第２の光検出器１４から光出力Ｈ２が出力される。
【００３８】
そして、第１の光検出器１２から出力された光出力Ｈ１と、第２の光検出器１４から出力された光出力Ｈ２との比Ｈ３が算出される。この光出力の比Ｈ３は、グラフＧ３に示されるように、発光領域３１ごとに容易に弁別可能な所定の差を有している。従って、光出力の比Ｈ３に基づいて、シンチレーション光が発生した発光領域３１を精度良く特定することが可能となり、放射線検出器１Ａは良好な位置検出特性を実現することができる。
【００３９】
また、光散乱面２１はシンチレータ２Ａの内部にレーザ光を照射することにより形成される。光散乱面２１の形成にレーザ光による加工方法を用いることにより、光散乱面２１の形成工程を自動化することが可能となる。このレーザ光による加工方法は、シンチレータの表面を研磨したり、シンチレータの表面に溝を設ける方法よりも簡便に行うことができる。従って、上述した放射線検出器１Ａは容易に製造できる。
【００４０】
更に、光散乱面２１の全面には、改質領域２１Ｒが形成される。このような構成により、第１の光検出器１２又は第２の光検出器１４に近い領域で発生したシンチレーション光を検出した場合の光出力と、第１の光検出器１２又は第２の光検出器１４から遠い領域で発生したシンチレーション光を検出した場合の光出力との差を大きくすることができる。従って、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４により検出された光出力の比をより精度良く算出することが可能となり、上述した放射線検出器１Ａは更に良好な位置検出特性を実現することができる。
【００４１】
なお、改質領域２１Ｒは、以下に説明する方法により形成される。図３は、複数の改質領域２１Ｒ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２００の構成を示している。
【００４２】
レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源２０１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２０１を制御するレーザ光源制御部２０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ２０３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２０４と、ダイクロイックミラー２０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ２０５と、集光用レンズ２０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊１０Ａが載置される載置台２０７と、載置台２０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ２０９と、載置台２０７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２１１と、載置台２０７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２１３と、これら３つのステージ２０９，２１１，２１３の移動を制御するステージ制御部２１５とを備える。
【００４３】
なお、Ｚ軸方向は、結晶塊１０Ａ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２１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊１０Ａの内部にレーザ光Ｌの集光点Ｄを合わせることができる。また、この集光点ＤのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊１０ＡをＸ軸ステージ２０９、Ｙ軸ステージ２１１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。
【００４４】
レーザ光源２０１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２０１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１０Ａ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。
【００４５】
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２１Ｒ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２１Ｒの形成には更なる工夫が必要となる。
【００４６】
レーザ加工装置２００はさらに、載置台２０７に載置された結晶塊１０Ａ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２１７と、ダイクロイックミラー２０４及び集光用レンズ２０５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２１９とを備える。ビームスプリッタ２１９と集光用レンズ２０５との間にダイクロイックミラー２０４が配置されている。ビームスプリッタ２１９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２１７から発生した可視光線はビームスプリッタ２１９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２０４及び集光用レンズ２０５を透過し、結晶塊１０Ａの被加工部位を照明する。
【００４７】
レーザ加工装置２００はさらに、ビームスプリッタ２１９、ダイクロイックミラー２０４及び集光用レンズ２０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ２２１及び結像レンズ２２３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２０５、ダイクロイックミラー２０４、ビームスプリッタ２１９を透過し、結像レンズ２２３で結像されてＣＣＤカメラ２２１で撮像され、撮像データとなる。
【００４８】
レーザ加工装置２００はさらに、ＣＣＤカメラ２２１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２２５と、レーザ加工装置２００全体を制御する全体制御部２２７と、モニタ２２９とを備える。撮像データ処理部２２５は、撮像データを基にして観察用光源２１７で発生した可視光の焦点を結晶塊１０Ａ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２１５がＺ軸ステージ２１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊１０Ａに合うようにする。よって、撮像データ処理部２２５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２２５は、撮像データを基にして結晶塊１０Ａ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２２７に送られ、全体制御部２２７で各種処理がなされ、モニタ２２９に送られる。これにより、モニタ２２９に拡大画像等が表示される。
【００４９】
全体制御部２２７には、ステージ制御部２１５からのデータ、撮像データ処理部２２５からの画像データ等が入力し、これらのデータを基にしてレーザ光源制御部２０２、シャッタ２０３、観察用光源２１７及びステージ制御部２１５を制御することにより、レーザ加工装置２００全体を制御する。よって、全体制御部２２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００５０】
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４は、上述したレーザ加工装置２００を用いてシンチレータ２Ａの結晶塊１０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、結晶塊１０Ａをレーザ加工装置２００の載置台２０７上に載置する。そして、観察用光源２１７から可視光を発生させて結晶塊１０Ａを照明する。照明された結晶塊１０Ａの表面（例えば端面１０Ａ１）をＣＣＤカメラ２２１により撮像する。ＣＣＤカメラ２２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部２２５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２２５は観察用光源２１７の可視光の焦点が結晶塊１０Ａ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２１５に送られる。ステージ制御部２１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ２１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源２１７の可視光の焦点が結晶塊１０Ａの表面に位置する（Ｓ１０１）。なお、撮像データ処理部２２５は、撮像データに基づいて結晶塊１０Ａ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２２７を介してモニタ２２９に送られ、これによりモニタ２２９に結晶塊１０Ａの表面の拡大画像が表示される。
【００５２】
続いて、結晶塊１０Ａの内部に改質領域２１Ｒを形成するためのレーザ光Ｌの集光点Ｄが、結晶塊１０Ａの表面または内部における一つの改質領域２１Ｒの加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ２０９、Ｙ軸ステージ２１１及びＺ軸ステージ２１３により結晶塊１０Ａを移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ２０３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１０Ａの内部に改質スポットを形成する。そして、このような改質スポットを形成しながら、Ｚ軸ステージ２１３により結晶塊１０Ａ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）の改質スポットの列が形成される（Ｓ１０７）。このとき、それぞれの改質スポットは、互いに重なり合うように形成するとよい。
【００５３】
この改質スポットは、例えば屈折率が周囲より小さい領域、光を散乱する領域、及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。その後、レーザ光Ｌのシャッタ２０３を閉じる（Ｓ１０９）。
【００５４】
続いて、他に形成すべき改質スポットがある場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの集光点Ｄが結晶塊１０Ａの内部における当該改質スポットの加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ２０９、Ｙ軸ステージ２１１及びＺ軸ステージ２１３により結晶塊１０Ａを移動させる。例えば、先に形成した改質スポット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１０Ａを移動させるとよい（Ｓ１１３）。この場合、先に形成された改質スポットの列と、新たに形成される改質スポットの列とが互いに重なり合うようにされるとよい。
【００５５】
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、改質スポットにより構成される複数の改質領域２１Ｒを形成することができる。複数の改質領域２１Ｒのそれぞれは、結晶塊１０Ａの内部において第１の方向Ｐ（Ｙ軸方向）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。
【００５６】
なお、複数の改質領域２１Ｒの全てを形成し終えると（Ｓ１１１：Ｎｏ）、この工程を終了する。
【００５７】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る放射線検出器１Ｂの概観と内部構成とを示す図である。本実施形態に係る放射線検出器１Ｂは、複数の光散乱面２２を有するシンチレータ２Ｂと、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４と、反射部１９とを備える。本実施形態に係る放射線検出器１Ｂは、第１実施形態に係る光散乱面２１とは異なる光散乱面２２を有している点で、第１実施形態に係る放射線検出器１Ａと異なっている。なお、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４、及び反射部１９の構成及び配置は、上述した第１実施形態に係る放射線検出器１Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
シンチレータ２Ｂの結晶塊１０Ｂの内部には、複数の光散乱面２２が形成されている。光散乱面２２は、改質領域２２Ｒ（第１の領域）と、改質領域２２Ｒが形成されていない非改質領域２２Ｎ（第２の領域）とを含んでいる。この改質領域２２Ｒは、結晶塊１０Ｂ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。非改質領域２２Ｎは、改質領域２２Ｒにより囲まれている。
【００５９】
本実施形態のように、複数の光散乱面２２が形成されたシンチレータ２Ｂを備える放射線検出器１Ｂであっても、上述した第１実施形態に係る放射線検出器１Ａの効果を好適に得ることができる。加えて、本実施形態によれば、シンチレータ２Ｂのレーザ入射面である側面１５からの距離が長いために、改質領域２２Ｒの形成が困難である領域が光散乱面２２に存在する場合でも、その場所には改質領域２２Ｒを形成する必要はない。従って、複数の光散乱面２２を好適に形成することができる。また、改質領域２２Ｒを光散乱面２２の全面に形成する必要がない。そのため、光散乱面２２を形成するための加工時間を短縮することができる。
【００６０】
更に、図６を用いて本実施形態に係る放射線検出器１Ｂの作用効果を説明する。図６は、シンチレータ２Ｂにおけるシンチレーション光の発光位置と、第１の光検出器１２により検出される光出力との関係を示す。グラフＧ４は、シンチレータ２Ｂにおけるシンチレーション光の発光位置と光出力との関係を示す。グラフＧ５は、第１実施形態に係るシンチレータ２Ａにおけるシンチレーション光の発光位置と、第１の光検出器１２により検出される光出力との関係を示す。さらに、グラフＧ６は比較のため、光散乱面を有しないシンチレータにおけるシンチレーション光の発光位置と、第１の光検出器１２により検出される光出力との関係を示す。
【００６１】
光散乱面を透過するときに、シンチレーション光が散乱される度合いは、基本的に光散乱面における改質領域の面積に影響されると考えられる。そのため、グラフＧ５に示されるように、改質領域２１Ｒを全面に形成した光散乱面２１を有するシンチレータ２Ａでは、第１の光検出器１２に近い領域で発生したシンチレーション光を第１の光検出器１２により検出した場合の光出力と、第１の光検出器１２から遠い領域で発生したシンチレーション光を第１の光検出器１２により検出した場合の光出力との差である光出力差Ｄ２が最も大きくなる。
【００６２】
一方、グラフＧ６に示されるように、光散乱面を有しないシンチレータでは、光出力差Ｄ３は最も小さくなる。本実施形態に係る光散乱面２２の改質領域２２Ｒの面積は、任意の値に設定することが可能である。そのため、本実施形態に係る光散乱面２２を有するシンチレータ２Ｂでは、光出力差Ｄ２と光出力差Ｄ３との間の大きさを有するように光出力差Ｄ１を設定することが可能である。従って、本実施形態に係る放射線検出器１Ｂによれば、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４に到達する光量を自在に制御することができるので、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４により検出された光出力の比に基づいて発光領域を更に精度良く特定することが可能となり、放射線検出器１Ｂは良好な位置検出特性を実現することができる。
【００６３】
次に、上述した第２実施形態による放射線検出器１Ｂの様々な変形例について説明する。第２実施形態の光散乱面２２では、非改質領域２２Ｎが改質領域２２Ｒにより囲まれている。改質領域２２Ｒ及び非改質領域２２Ｎの形状及び配置はこれに限られることはなく、様々な変形が可能である。
【００６４】
＜変形例１＞
図７は、変形例１に係る放射線検出器１Ｃの概観と内部構成とを示す図である。本変形例に係る放射線検出器１Ｃは、複数の光散乱面２３を有するシンチレータ２Ｃと、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４と、反射部１９とを備える。本変形例に係る放射線検出器１Ｃは、第２実施形態に係る光散乱面２２とは異なる光散乱面２３を有している点で、第２実施形態に係る放射線検出器１Ｂと異なっている。なお、第１の光検出器１２及び第２の光検出器１４、及び反射部１９の構成及び配置は、上述した第２実施形態に係る放射線検出器１Ｂと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６５】
シンチレータ２Ｃの結晶塊１０Ｃの内部には、複数の光散乱面２３が形成されている。光散乱面２３は、複数の改質領域２３Ｒ（複数の第３の領域）と、改質領域２３Ｒが形成されていない複数の非改質領域２３Ｎ（複数の第４の領域）とを有している。この複数の改質領域２３Ｒは、結晶塊１０Ｃ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。そして、改質領域２３Ｒと非改質領域２３Ｎとは、市松模様状に配置されている。
【００６６】
本変形例のように、複数の光散乱面２３が形成されたシンチレータ２Ｃを備える放射線検出器１Ｃであっても、上述した第２実施形態に係る放射線検出器１Ｂの効果を好適に得ることができる。
【００６７】
＜変形例２＞
図８（ａ）は、上述した第２実施形態に係る放射線検出器１Ｂの変形例２に係る放射線検出器の光散乱面２４の構成を示す図である。第１の端面１１（図５参照）は四角形状である。更に、光散乱面２４は、第１の端面１１における一の対角線に沿った方向に延びた改質領域と、第１の端面１１における他の対角線に沿った方向に延びた改質領域とにより構成される改質領域２４Ｒを有している。本変形例のように、改質領域２４Ｒを有する光散乱面２４を備える放射線検出器であっても、上述した第２実施形態に係る発明の効果を好適に得ることができる。
【００６８】
＜変形例３＞
図８（ｂ）は、上述した第２実施形態の変形例３に係る放射線検出器の光散乱面２５の構成を示す図である。光散乱面２５は、光散乱面２５の面内における所定の方向（第２の方向）に延びた複数の改質領域２５Ｒを有し、改質領域２５Ｒは、所定の方向と略直交する方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。複数の改質領域２５Ｒのそれぞれは、改質領域２５Ｒが形成されていない非改質領域２５Ｎに囲まれている。本変形例のように、改質領域２５Ｒを有する光散乱面２５を備える放射線検出器であっても、上述した第２実施形態に係る発明の効果を好適に得ることができる。
【００６９】
＜変形例４＞
図９（ａ）は、上述した第２実施形態の変形例４に係る放射線検出器の光散乱面２６の構成を示す図である。第１の端面１１（図５参照）は四角形状である。光散乱面２６は、４つの改質領域２６Ｒを有し、改質領域２６Ｒは、光散乱面２６の四隅のそれぞれに配置されている。例えば、４つの改質領域２６Ｒのそれぞれは、略正方形状である。改質領域２６Ｒが形成されていない非改質領域２６Ｎは、略十字状に形成されている。本変形例のように、改質領域２６Ｒを有する光散乱面２６を備える放射線検出器であっても、上述した第３実施形態に係る発明の効果を好適に得ることができる。
【００７０】
＜変形例５＞
図９（ｂ）は、上述した第２実施形態の変形例５に係る放射線検出器の光散乱面２７の構成を示す図である。光散乱面２７は、光散乱面２７の縁部の一部又は全部に沿った方向に延びた改質領域２７Ｒを有する。改質領域２７Ｒは、例えば、四角形状である光散乱面２７の４つの縁部２７ａ〜２７ｄのうち、一の縁部２７ａと、一の縁部２７ａとは反対側の他の縁部２７ｃとに形成されていてもよい。本変形例では、改質領域２７Ｒと、改質領域が形成されていない非改質領域２７Ｎとは、縞状に配置されている。本変形例のように、改質領域２７Ｒを有する光散乱面２７を備える放射線検出器であっても、上述した第２実施形態に係る発明の効果を好適に得ることができる。
【００７１】
＜実施例１＞
次に、上述した放射線検出器１Ａを用いた実施例１について説明する。図１０は、ＰＥＴ装置の一部を構成する放射線検出器ユニット５０の構成を示す斜視図である。この放射線検出器ユニット５０は、複数の放射線検出器アレイ５１を備えている。放射線検出器アレイ５１は、シンチレータアレイ５２と、第１の光検出器アレイ５３と、第２の光検出器アレイ５４とを備えている。シンチレータアレイ５２を構成するシンチレータ２Ａ（図１参照）の第１の端面１１に、第１の光検出器アレイ５３を構成する第１の光検出器１２が光学的に結合され、第２の端面１３に第２の光検出器アレイ５４を構成する第２の光検出器１４が光学的に結合されて第１実施形態に係る放射線検出器１Ａを構成している。
【００７２】
複数の放射線検出器アレイ５１のそれぞれは、測定対象Ｔを中心とする円の円周に沿って配置されている。また、放射線検出器アレイ５１は、シンチレータアレイ５２の側面５２ａと測定対象Ｔとが対向するように配置されている。このような放射線検出器ユニット５０において、同時計数を行う放射線検出器アレイ５１の組は、一の放射線検出器アレイ５１と、該放射線検出器アレイ５１とは反対側にある他の複数の放射線検出器アレイ５１とにより構成されている。
【００７３】
＜実施例２＞
次に、上述した放射線検出器１Ａを用いた実施例２について説明する。図１１は、ＰＥＴ装置の一部を構成する放射線検出器ユニット６０の構成を示す図である。この放射線検出器ユニット６０は、複数の放射線検出器アレイ６１を備えている。放射線検出器アレイ６１は、シンチレータアレイ６２と、第１の光検出器アレイ６３と、第２の光検出器アレイ６４とを備えている。シンチレータアレイ６２を構成するシンチレータ２Ａ（図１参照）の第１の端面１１に、第１の光検出器アレイ６３を構成する第１の光検出器１２が光学的に結合され、第２の端面１３に第２の光検出器アレイ６４を構成する第２の光検出器１４が光学的に結合されて第１実施形態に係る放射線検出器１Ａを構成している。
【００７４】
複数の放射線検出器アレイ６１のそれぞれは、測定対象Ｔを中心とする円の円周に沿って配置されている。また、放射線検出器アレイ６１は、第１の光検出器アレイ６３の裏面６３ａと測定対象Ｔとが対向するように配置されている。このような放射線検出器ユニット６０において、同時計数を行う放射線検出器アレイ６１の組は、一の放射線検出器アレイ６１と、該放射線検出器アレイ６１とは反対側にある他の複数の放射線検出器アレイ６１とにより構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明による放射線検出器によれば、容易に製造でき、且つ良好な位置検出特性を実現できる。
【符号の説明】
【００７６】
１Ａ〜１Ｃ，１００，１２０…放射線検出器、２Ａ〜２Ｃ，１０１，１１０，１２１…シンチレータ、１０Ａ〜１０Ｃ…結晶塊、１１…第１の端面、１２…第１の光検出器、１３…第２の端面、１４…第２の光検出器、１５…側面、１９…反射部、２１〜２７…光散乱面、３１…発光領域、２１Ｒ〜２７Ｒ…改質領域、２２Ｎ〜２７Ｎ…非改質領域、５０，６０…放射線検出器ユニット、５２，６２…シンチレータアレイ、５３，６３…第１の光検出器アレイ、５４，６４…第２の光検出器アレイ、１０３，１０４，１２２，１２４…光検出器、２００…レーザ加工装置、２０１…レーザ光源、２０２…レーザ光源制御部、２０３…シャッタ、２０４…ダイクロイックミラー、２０５…集光用レンズ、２０７…載置台、２０９…Ｘ軸ステージ、２１１…Ｙ軸ステージ、２１３…Ｚ軸ステージ、２１５…ステージ制御部、２１７…観察用光源、２１９…ビームスプリッタ、２２１…ＣＣＤカメラ、２２３…結像レンズ、２２５…撮像データ処理部、２２７…全体制御部、２２９…モニタ、Ｄ…集光点、Ｐ…第１の方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2012105292.tif 000018
2012105292.tif 000019
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