(57)【要約】【課題】紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することを目的とする。【解決手段】光検出器１０１は、入射する光を電子に変換して放出する光電変換部２と、光電変換部２に相対する位置に配置され、チャンバ７内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極６と、光電変換部２の周囲に接触し、ピクセル型電極６に対して負電位となるマイナス電極９と、を備える。本光検出器は、光電変換部からピクセル型電極へ向けて広がる電場を形成しており、光電変換部が発生させた電子の位置情報を保ったまま相似拡張してピクセル型電極へ到達させることができる。【選択図】  図１
2010286316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバに装着する光検出器であって、
入射する光を電子に変換して放出する光電変換部と、
前記光電変換部に相対する位置に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極と、
前記光電変換部の周囲に接触し、前記ピクセル型電極に対して負電位となるマイナス電極と、
を備えており、
電場が、前記光電変換部から前記ピクセル型電極へ向けて広がっていることを特徴とする光検出器。
【請求項２】
前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ピクセル型電極の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅する少なくとも１つのガス電子増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ガス電子増幅器の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする請求項３に記載の光検出器。
【請求項５】
前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間にリング状電極をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項６】
前記光電変換部と前記光電変換部に最も近い前記ガス電子増幅器との間にリング状電極をさらに備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の光検出器。
【請求項７】
前記リング状電極は、前記光電変換部が放出した電子を前記ピクセル型電極に向けて広げるような電位を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を電子に変換して電子を検出する光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線利用技術は、陽電子断層撮影、Ｘ線ＣＴ等の医療分野、各種非破壊検査等の工業分野、及び放射線モニターや所持品検査等の保安分野など多岐にわたり、現在も目覚しい発展を続けている。
【０００３】
放射線画像検出器は、放射線利用技術の重要な位置を占める要素技術であって、放射線利用技術の発展に伴い、検出感度、放射線の入射位置に対する位置分解能、或いは計数率特性について、より高度な性能が求められている。また、放射線利用技術の普及に伴い、放射線画像検出器の低コスト化、及び有感領域の大面積化も求められている。
【０００４】
前記放射線画像検出器に対する要求に応えるべく、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器が開発された（特許文献１参照）。当該粒子線画像検出器は、入射粒子線がガス分子を電離して生成した電子をピクセル型電極で検出するもので、位置分解能及び計数率特性に優れ、有感領域を容易に大型化でき、かつ安価に製作できるという利点を有する。しかしながら、使用されるガスは原子量が小さいため、硬Ｘ線やガンマ線のような高いエネルギーをもった光子に対する阻止能に乏しく、従って当該光子に対しては検出感度に乏しいという問題があった。
【０００５】
かかる問題に鑑みて、原子量の大きいシンチレータを用いて入射した放射線を紫外線に変換し、該紫外線を検出する光検出器によって検出する方法が開示されている（特許文献２参照）。この光検出器は位置分解能を有するガス増幅型検出器を有している。また、放射線を光に変換し、その光を検出する同様の試みは、他者においてもなされている（非特許文献１参照）。しかし、前述のような光検出器は、紫外線等の光がガス分子を電離して生成した電子を検出するため、紫外線の飛程がガス層の厚さ分の拡がりを有するため、位置分解能及び計数率特性が低く、これを改善することが課題である。また、光で電離するガスは化学的に不安定であり、ガス分子そのものが劣化したり、ガス分子が検出器の電極に付着しやすく、長期にわたって安定に動作させることが課題であった（非特許文献２参照）。
【０００６】
一方で、放射線によってシンチレータから生じる紫外線を検出する際に、光電変換部を用いて紫外線を電子に変換し、該電子をガス増幅型検出器によって検出する光検出器の適用も試みられている（非特許文献３参照）。この光検出器は、前述のような前記位置分解能及び計数率特性の低下や動作の安定性にかかる課題をある程度回避できると考えられている。しかし、光電変換部は上述のようにシンチレータが発生させるきわめて微弱な紫外線では発生する電子の量が少なく、ガス増幅型検出器も微少な電子を検出するには増幅率が不充分であり、この光検出器には微少な光を感度良く検出することが困難という課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３５４５５１号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２９７７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｐ．  Ｓｃｈｏｔａｎｕｓ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＬａＦ３：Ｎｄ３＋  Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  ｉｎ  ａ  Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉｗｉｒｅ  Ｃｈａｍｂｅｒ”  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ａ２７２，  ９１３−９１６（１９８８）．
【非特許文献２】Ｊ．  Ｖａ’ｖｒａ，  “Ｗｉｒｅ  Ａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｇａｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ＴＭＡＥ  Ａｄｄｉｔｉｏｎｓ”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ＮＳ−３４，  ４８６−４９０（１９８７）．
【非特許文献３】Ｊ．  ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｍａｒｅｌ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａ  ＬａＦ３：Ｎｄ（１０％）  Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｉｃｒｏｇａｐ  Ｇａｓ  Ｃｈａｍｂｅｒ  Ｒｅａｄ−ｏｕｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  γ−ｒａｙｓ”  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ａ３９２，  ３１０−３１４（１９９７）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、前述の課題を解決すべく、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光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】
【００１０】
本発明者等は、前述のようなシンチレータより生じるきわめて微弱な紫外線を感度良く検出する方法について種々検討を重ねた。その結果、光電変換部及びピクセル型電極より構成される光検出器を用いて、シンチレータより生じた紫外線を光電変換部で電子に変換し、この電子をピクセル型電極を用いて検出することによって、放射線を感度良く検出できることを見出した。そして、光電変換部とピクセル型電極を組み合わせてなる光検出器によって、光の画像を取得することに成功し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
具体的には、本発明に係る光検出器は、チャンバに装着する光検出器であって、入射する光を電子に変換して放出する光電変換部と、前記光電変換部に相対する位置に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極と、前記光電変換部の周囲に接触し、前記ピクセル型電極に対して負電位となるマイナス電極と、を備えており、電場が、前記光電変換部から前記ピクセル型電極へ向けて広がっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る光検出器は、光電変換部が光から電子を発生させる。このため、本光検出器は入射した光を効率よく電子に変換できる。また、本光検出器は、光電変換部からピクセル型電極へ向けて広がる電場を形成しており、光電変換部が発生させた電子の位置情報を保ったまま相似拡張してピクセル型電極へ到達させることができる。電子の位置情報を相似拡張することで光検出器の位置分解能が向上する。さらに、本光検出器は、ピクセル型電極が到達した電子を増幅させて検出できるため、感度が高く計数率特性に優れる。
【００１３】
従って、本発明は、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ピクセル型電極の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする。本構成は、光電変換部からピクセル型電極へ向けて広がる電場を形成することができる。
【００１５】
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間に配置され、前記チャンバ内のガスで電子を増幅する少なくとも１つのガス電子増幅器をさらに備えることが好ましい。ガス電子増幅器は、光電変換部が発生させた電子を一次電子として加速し、電子雪崩効果で多数の二次電子を発生させることができる。このため、本光検出器は、さらに高感度で放射線を検出することができる。
【００１６】
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部に入射する光の方向から見て、前記ガス電子増幅器の外形が前記マイナス電極の外形より大きいことを特徴とする。本構成は、光電変換部からガス電子増幅器へ向けて広がる電場を形成することができる。ガス電子増幅器で二次電子を発生させるまでに一次電子の位置情報を相似拡張することで光検出器の位置分解能が向上する。
【００１７】
本発明に係る光検出器は、前記光電変換部と前記ピクセル型電極との間に、あるいは前記光電変換部と前記光電変換部に最も近い前記ガス電子増幅器との間にリング状電極をさらに備えることが好ましい。光電変換部からピクセル型電極又はガス電子増幅器までの距離が長い場合であっても、リング状電極は電場の乱れを防止することができる。
【００１８】
本発明に係る光検出器の前記リング状電極は、前記光電変換部が放出した電子を前記ピクセル型電極に向けて広げるような電位とすることができる。電場の広がりを調整することができ、一次電子の位置情報を相似拡張の倍率を制御できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を高感度で検出することができ、位置分解能及び計数率特性に優れた光検出器を提供することができる。また、ガス電子増幅器を使用する場合、一次電子はピクセル型電極に到達するまでに、一定範囲に拡散するため、位置情報に誤差が生ずることを考慮しなければならないという課題があった。しかし、本発明に係る光検出器は、ガス電子増幅器で一次電子の位置情報の誤差が生じても位置情報を相似拡大するため、その誤差は相対的に小さくなる。このため、本発明に係る光検出器は、位置分解能を低下させずにガス電子増幅器を使用することができる。
【００２０】
また、本発明に係る光検出器とシンチレータとを組み合わせれば、シンチレータで放射線から変換されて生じる微弱な紫外線、赤外線、あるいは可視光等の光を感度よく検出することができるので、位置分解能及び計数率特性に優れた放射線画像検出器を提供できる。また、本発明の光検出器は、有感領域を容易に大型化でき、かつ安価に製作できるため、医療、工業、及び保安等の分野において好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る光検出器を示す模式図である。
【図２】本発明に係る光検出器を示す模式図である。
【図３】本発明で用いるガス電子増幅器の一例を示す模式図である。
【図４】本実施例で使用するスリットを示す模式図である。
【図５】本実施例で使用するスリットを示す模式図である。
【図６】本実施例の光検出器が出力する２次元画像である。
【図７】本実施例の光検出器が出力する２次元画像である。
【図８】本実施例の光検出器が出力する２次元画像である。
【図９】本実施例の光検出器を示す模式図である。
【図１０】電子の拡散の電場依存性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２３】
［実施形態１］
図１は、本実施形態の光検出器１０１を説明する概略図である。光検出器１０１は、入射する光を電子に変換して放出する光電変換部２と、光電変換部２に相対する位置に配置され、チャンバ７内のガスで電子を増幅して検出するピクセル型電極６と、光電変換部２の周囲に接触し、ピクセル型電極６に対して負電位となるマイナス電極９と、を備える。図１の光検出器１０１には放射線を光に変換するシンチレータ１が接続されており、放射線画像検出器として動作する。
【００２４】
（シンチレータ）
光検出器１０１に接続されたシンチレータ１は、放射線の入射によって赤外線、可視光、紫外線の光を生じるシンチレータであればよい。なお、本実施形態では、シンチレータ１が放射線から紫外線を生ずる場合で説明する。シンチレータ１は、光電変換部２における紫外線から電子への光電変換効率に鑑みて、紫外線の中でも波長が２００ｎｍ以下の真空紫外線を生じるシンチレータを用いることが特に好ましい。
【００２５】
検出対象となる放射線の種類に応じて用いるシンチレータを選択することにより、Ｘ線、α線、β線、γ線、或いは中性子線等、検出対象とする放射線に制限されず放射線を検出できる。原子量の大きいシンチレータを用いることが、前記放射線の中でも硬Ｘ線或いはγ線等の高エネルギーの光子を効率よく検出できるので好ましい。
【００２６】
また、放射線の入射によって生じた紫外線を、シンチレータ自身が吸収することなく出射せしめるためには、当該紫外線を吸収し難いシンチレータを使用することが好ましい。かかる紫外線を吸収し難いシンチレータとしては、後述する金属フッ化物、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡｌＯ３、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２等の金属酸化物、ＬｕＰＯ４、ＹＰＯ４等の金属リン酸化物、或いは一部の金属ホウ酸化物等からなるシンチレータが挙げられる。
【００２７】
なお、シンチレータの形態は特に限定されず、結晶、ガラス、またはセラミック等が適宜使用できるが、放射線から紫外線への変換効率に鑑みて、結晶を使用することが好ましい。
【００２８】
真空紫外線を生じるシンチレータとしては、金属フッ化物が好適に使用できる。真空紫外線は多くの材料に吸収される性質を有するため、放射線の入射によって発せられた真空紫外線をシンチレータ自身が吸収するという問題があるが、金属フッ化物は例外的に真空紫外線を吸収し難い特性を有するため、シンチレータ１として好適に用いることができる。
【００２９】
該金属フッ化物の種類は特に限定されず、真空紫外線を生じるシンチレータとして従来公知の金属フッ化物を任意に用いることができる。具体的には、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化スカンジウム、フッ化チタン、フッ化クロム、フッ化マンガン、フッ化鉄、フッ化コバルト、フッ化ニッケル、フッ化銅、フッ化亜鉛、フッ化ガリウム、フッ化ゲルマニウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウム、フッ化イットリウム、フッ化ジルコニウム、フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジウム、フッ化ユーロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテシウム、フッ化ハフニウム、フッ化タンタル、フッ化鉛などの少なくとも一種類からなる金属フッ化物が例示される。
【００３０】
また、紫外線領域において輻射遷移を生じる発光中心元素を含有する化合物をシンチレータ１として用いることが好ましい。
【００３１】
該発光中心元素は、前記輻射遷移によって紫外線の発光を呈するものであれば、特に限定されないが、５ｄ準位から４ｆ準位への電子遷移による５ｄ−４ｆ遷移発光を呈するものが、発光寿命が短く高速応答性を有するため、特に好ましい。かかる５ｄ−４ｆ遷移発光を呈する発光中心元素としては、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｔｍ等が好適に使用できる。
【００３２】
なお、上記発光中心元素を含有するシンチレータにおいて、発光中心元素を含有せしめる際の含有量は、シンチレータの種類または発光中心元素の種類によって異なるが、０．００５〜２０ｗｔ％の範囲とすることが好ましい。かかる添加量を０．００５ｗｔ％以上とすることによって、シンチレータの発光の強度を高めることができ、一方、２０ｗｔ％以下とすることによって、濃度消光に由来するシンチレータの発光の減衰を抑制することができる。
【００３３】
上記発光中心元素を含有するシンチレータの好ましい態様を例示すれば、上記発光中心元素を含有してなる前記金属フッ化物、金属酸化物、或いは金属リン酸化物からなる結晶が挙げられる。
【００３４】
なお、本発明において、硬Ｘ線或いはγ線等の高エネルギーの光子に対する検出感度を高めるため、高密度で且つ有効原子番号の大きいシンチレータを用いることが好ましい。
【００３５】
本発明において、上記有効原子番号とは、下式〔１〕で定義される指標であって、硬Ｘ線或いはγ線に対する阻止能に影響し、該有効原子番号が大きいほど、硬Ｘ線或いはγ線に対する阻止能が増大し、したがってシンチレータの硬Ｘ線或いはγ線に対する感度が向上する。
【００３６】
有効原子番号＝（ΣＷｉＺｉ４）１／４                              〔１〕
（式中、Ｗｉ及びＺｉは、それぞれシンチレータを構成する元素のうちのｉ番目の元素の質量分率及び原子番号を表す。）
【００３７】
シンチレータ１の形状は、特に限定されないが、光検出器１０１に対向する光出射面１−ｏｕｔを有し、光出射面１−ｏｕｔは光学研磨が施されていることが好ましい。光出射面１−ｏｕｔを有することによって、シンチレータ１で生じた紫外線を効率よく光検出器１０１に入射できる。
【００３８】
なお、光出射面１−ｏｕｔの形状は限定されず、一辺の長さが数ｍｍ〜数百ｍｍ角の四角形、或いは直径が数ｍｍ〜数百ｍｍの円など、用途に応じた形状を適宜選択して用いることができる。
【００３９】
また、シンチレータ１の放射線入射方向に対する厚さは、検出対象とする放射線の種類及びエネルギーによって異なるが、一般に数百μｍ〜数百ｍｍである。
【００４０】
また、光検出器１０１に対向しない面に、アルミニウム或いはテフロン（登録商標）等からなる紫外線反射膜１０を施すことにより、シンチレータ１で生じた紫外線の散逸を防止することができ、好ましい。また、紫外線反射膜１０が施されたシンチレータを多数配列して用いることにより、光検出器１０１の位置分解能を特に高めることができる。
【００４１】
シンチレータの製造方法は特に限定されず、公知の製造方法によってシンチレータ１を製造してよい。
【００４２】
光検出器１０１は、光電変換部２、及びピクセル型電極６より構成される。以下、具体例を挙げて詳細に説明する。
【００４３】
（光電変換部）
光電変換部２は光を受けた場所から電子を放出する。光電変換部２の材料は、受ける光の種類で異なる。例えば、紫外線を受ける場合には、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、テルル化セシウム（ＣｓＴｅ）などを例示することができる。これらの中でも、紫外線を電子に変換する際の光電変換効率、及び化学的安定性に鑑みてヨウ化セシウムを用いることが好ましい。放射線画像検出器の場合、光電変換部２は、シンチレータ１より生じた紫外線を電子に変換することになる。また、赤外線を受ける場合には、Ａｇ−Ｏ−Ｃｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓが例示でき、可視光を受ける場合には、Ｋ−Ｎａ−Ｓｂ、Ｃｓ−Ｎａ−Ｋ−Ｓｂが例示できる。
【００４４】
光電変換部２は、光から変換された電子を効率よく取り出すため、薄膜とすることが好ましい。また、光電変換部２は、後述するように光入射窓８の内面に形成される。
【００４５】
（ピクセル型電極）
ピクセル型電極６は、両面基板の裏面に形成される陽極ストリップと、この陽極ストリップに植設されるとともに、その上端面が前記両面基板の表面に露出する円柱状陽極電極と、この円柱状陽極電極の上端面の回りに穴が形成されるストリップ状陰極電極とを具備してなり、前記陽極ストリップは２００μｍ〜４００μｍの幅を有することが好ましく、さらに、前記陽極ストリップが４００μｍ間隔で配置され、前記ストリップ状陰極電極には、一定間隔で直径２００〜３００μｍの穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径４０〜６０μｍ、高さ５０μｍ〜１５０μｍの形状であることが特に好ましい。
【００４６】
ピクセル型電極６の円柱状陽極電極とストリップ状陰極電極の間に所定の印加電圧を印加することにより、円柱状陽極電極の近傍に強い電界が発生する。当該電界によって加速された電子は電子雪崩を生じ、増幅された後に円柱状陽極電極より検出される。この過程において陽イオン化したガス分子は、周囲のストリップ状陰極電極へ速やかにドリフトしていく。
【００４７】
したがって、円柱状陽極電極とストリップ状陰極電極の両方に、電気回路上で観測可能な電荷が生じることになるので、陽極・陰極のどのストリップでこの増幅現象が起きたかを観測することで、入射粒子線の位置がわかる。信号の読み出し、及び２次元画像を得るための信号処理回路については、従来公知のものを制限なく用いることができる。
【００４８】
本実施形態において、前記印加電圧の好適な範囲は、検出ガスの種類によって異なるが、一般に４００Ｖ〜８００Ｖである。ピクセル型電極６は、陽極としてピクセルを用いるので、高電界が作り易く増幅率が大きい。したがって、かかる印加電圧において得られる増幅率は、数千から数万にも達する。
【００４９】
また、ピクセル型電極６は、陽イオン化したガス分子がドリフトする距離が極めて短いため、他のガス増幅型検出器に比較して不感時間が短く、約５×１０６ｃｏｕｎｔ／（ｓｅｃ・ｍｍ２）を超える高い計数率特性を有する。
【００５０】
さらに、ピクセル型電極６は、プリント回路基板の作製技術を用いて製造することができるため、大面積のものを安価に提供できる。
【００５１】
シンチレータ１に入射する放射線の方向から見て、ピクセル型電極６の外形は後述するマイナス電極９の外形より大きくする。そして、ピクセル型電極６は、光入射窓８に平行に設置される。
【００５２】
（チャンバ）
外部からの光を入射するための開口部を有するチャンバ７内に、開口部に近い側から光電変換部２、及びピクセル型電極６が設置され、前記開口部は光入射窓８で封止されている。
【００５３】
なお、光検出器１０１をシンチレータ１と組み合わせて放射線画像検出器に使用する場合、光入射窓８は紫外線に対して高い透過性を有するＬｉＦ、ＭｇＦ２、或いはＣａＦ２を用いることが好ましい。
【００５４】
また、チャンバ７内には、所定の検出用ガスが充填されている。この検出用ガスとしては、一般に希ガスとクエンチャーガスの組合せが使用される。希ガスとしては、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等がある。また、クエンチャーガスとしては、例えばＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＦ４等がある。また、希ガス中へのクエンチャーガスの混合量は、１〜３０％が好適である。また、希ガス以外にも電子拡散の小さいＣＦ４を主成分としたガスも検出用ガスとして使用できる。
【００５５】
図１のように、光入射窓８の内面に光電変換部２を形成した場合、光電変換部２に電子を効率よく供給するため、また光電変換部２とピクセル型電極６との間に一様な電界を与えるため、光電変換部２の外周部に金属層からなるマイナス電極９を設ける。
【００５６】
（放射線画像検出器）
以下、光検出器１０１とシンチレータ１が組み合わされた放射線画像検出器についてより詳細に説明する。
【００５７】
図１のように、シンチレータ１の光出射面１−ｏｕｔ以外の面に紫外線反射膜１０を施し、光出射面１−ｏｕｔと光入射窓８を密接して設置する。光出射面１−ｏｕｔと光入射窓８の間にグリース１１を充填することが好ましい。かかるグリースを充填することで、シンチレータ１内部より紫外線射出面１−ｏｕｔに到達した紫外線を、紫外線射出面で反射させること無く外部に導出でき、光検出器１０１への入射効率を高めることができる。当該グリースとしては、屈折率が高く、また紫外線に対する透明性が高いフッ素系グリースを用いることが好ましく、かかるフッ素系グリースとしては、例えば、デュポン社製クライトックス等が好適に使用できる。
【００５８】
また、シンチレータ１の放射線入射方向に対する厚さが厚く、内部での紫外線の拡がりによって位置分解能が低下する場合には、小さな紫外線出射面を有し、紫外線出射面以外の面に紫外線反射膜が施されたシンチレータを多数配列することによって、紫外線の拡がりを抑えることができる。
【００５９】
シンチレータ及び光検出器を用いて、放射線画像検出器を構成する際の別の態様として、光入射窓に替えて、シンチレータで直接チャンバの開口部を封止してもよい。かかる態様によれば、光入射窓における紫外線の拡がりに起因する位置分解能の低下を回避することができ、また、構造を簡素化することができるため、好ましい。
【００６０】
（光検出器の動作）
まず、マイナス電極９とピクセル型電極６との間にマイナス電極９を負電位として所定の電圧を印加する。この電圧の印加でチャンバ７内に電場Ｅが形成される。ピクセル型電極６の外形がマイナス電極９の外形より大きいため、電場Ｅは光電変換部２からピクセル型電極６へ向けて広がる形状となる。例えば、マイナス電極９の電位を−１３００Ｖ、ピクセル型電極６のストリップ状陰極電極の電位を０Ｖ、ピクセル型電極６の円柱状陽極電極の電位を＋４８０Ｖとすることができる。なお、光電変換部２からピクセル型電極６までの距離が長い場合、光電変換部２とピクセル型電極６との間に実施形態２で説明するリング状電極１６を配置するとよい。電場Ｅの乱れを防止できる。
【００６１】
光電変換部２は、外部から入射する光を電子３に変換してチャンバ７内に放出する。例えば、光検出器１０１とシンチレータ１とを組み合わせた放射線画像検出器の場合、シンチレータ１は入射した放射線を紫外線に変換し、光電変換部２はこの紫外線を電子３に変換してチャンバ７内に放出する。チャンバ７内に放出された電子３は、チャンバ７内に形成された電場Ｅに従い、ピクセル型電極６方向へ移動する。ここで、形成されている電場Ｅは、ピクセル型電極６へ向って広がっているため、電子３は自身が放出された光電変換部２上の位置情報を保ったまま相似拡張してピクセル型電極６へ到達する。なお、リング状電極１６に電圧を印加すれば電場Ｅを広げ、電子３の位置情報について相似拡張の拡大率を調整することができる。
【００６２】
ピクセル型電極６には信号の読み出し、及び２次元画像を得るための信号処理回路が接続されている。ピクセル型電極６は、前述のように電子を検出して２次元画像のための信号を出力する。ピクセル型電極６より信号を読み出し、２次元画像を得る際に、アンガーロジックに基づくアンガー型信号処理回路を用いることによって、位置分解能を特に向上することができる。アンガーロジックとは、放射線の入射によって生じたシンチレーション光が、空間的な拡がりを以って検出された場合に、当該シンチレーション光の重心位置を求めることによって、放射線の入射位置を特定する手法である。
【００６３】
当該アンガー型信号処理回路は、ピクセル型電極の各ピクセルでの信号の強度を読み出すための読み出し回路、個々の放射線の入射によって生じたシンチレーション光を弁別するための同時計数回路、及び各ピクセルから読み出された信号の強度からシンチレーション光の重心位置を求めるための重心演算回路より構成される。
【００６４】
当該アンガー型信号処理回路においては、読み出し回路より得られた信号の内、単一の放射線の入射によって生じた信号のみを同時計数回路によって弁別する。次いで、かかる弁別された信号を対象とし、当該信号の強度についての荷重平均を、重心演算回路によって求めることにより、放射線の入射位置を特定する。かかるアンガー型信号処理回路によれば、位置分解能を約１００μｍまで向上することができる。
【００６５】
なお、シンチレータ１が無く光検出器１０１単独の場合、光検出器１０１は光電変換部２に投影された光の映像を検出する。
【００６６】
［実施形態２］
図２は、本実施形態の光検出器１０２を説明する概略図である。光検出器１０２は、光検出器１０１に少なくとも一つのガス電子増幅器及びリング状電極１６をさらに追加している。ガス電素増幅器は、光電変換部２とピクセル型電極６との間に配置され、チャンバ７内のガスで電子を増幅する。図２の光検出器１０２では、ガス電子増幅器は２つあり、光入射窓８側からガス電子増幅器４−１、ガス電子増幅器４−２としている。
【００６７】
（ガス電子増幅器）
ガス電子増幅器４−１は、光電変換部２より生じた電子３（一次電子）を増幅する。ガス電子増幅器（４−１、４−２）について、図３を用いて詳細に説明する。ガス電子増幅器（４−１、４−２）は、板状絶縁層１２と板状絶縁層１２の両面に被覆された平面状の金属層１３とにより構成された板状多層体と、前記板状多層体に設けられ、金属層１３の平面に垂直な内壁を有する貫通孔１４により構成される。ガス電子増幅器（４−１、４−２）においては、金属層１３間に所定の電圧を印加し、貫通孔１４の内部に電界を発生させることにより、貫通孔１４の内部に侵入した一次電子３が加速され、電子雪崩効果を生じ、位置情報を保持したまま、多数の二次電子５へと増幅される。
【００６８】
板状絶縁層１２の材質は、加工性、及び機械的強度に鑑みて、ポリイミド、或いは液晶高分子等とすることが好ましい。
【００６９】
また、板状絶縁層１２の厚さ（図３中のＤｉ）が厚いほど、表面と裏面の金属層１３の間での放電を抑制することができるため、より高い印加電圧を印加して高い増幅率を得ることができるが、極度に厚い場合には、貫通孔１４を設ける際の加工が困難となる。したがって、板状絶縁層１２の厚さは、５０μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。
【００７０】
金属層１３の材質及び厚さ（図３中のＤｍ）は特に制限されないが、例えば、材質を銅、アルミニウム、或いは金とし、厚さを５〜１０μｍ程度とした金属層１３が好適に使用できる。
【００７１】
本発明において、貫通孔１４の直径（図３中のｄ）は、特に制限されず、貫通孔１４の内部に生じる電界の強さと加工の容易さ等に鑑みて、所望の直径を選択して用いることができる。かかる直径を具体的に例示すれば、一般に５０〜１００μｍである。
【００７２】
なお、貫通孔１４は、生成される電界の一様性を高めるため、板状多層体の全面に所定のピッチ（図３中のＰ）で設けることが好ましい。当該ピッチは、板状絶縁層１２の材質並びに厚さ、及び貫通孔１４の直径にもよるが、一般には貫通孔１４の直径の約２倍程度である。また、貫通孔１４を設ける際には、図３に示すように、正三角形を配列した配置とすることが好ましい。かかる配置とすることによって、板状多層体の面積に対する貫通孔１４の開口率を高めることができるため、高い増幅率を得ることができ、また、後述するイオンフィードバックを抑制することができる。
【００７３】
ガス電子増幅器（４−１、４−２）の動作において、印加電圧が高いほど、高い増幅率が得られるが、印加電圧が極端に高い場合には、ガス電子増幅器（４−１、４−２）の表裏の金属層１３の間で放電が生じて安定動作が困難となる。印加電圧の好適な範囲は、板状絶縁層１２の厚さによって異なるが、一般には２００Ｖ〜１０００Ｖであって、かかる印加電圧において得られる増幅率は、一般に数十〜数千である。
【００７４】
シンチレータ１に入射する放射線の方向から見て、ガス電子増幅器（４−１、４−２）の外形がマイナス電極９の外形より大きくする。そして、ガス電子増幅器（４−１、４−２）も光入射窓８に平行に設置される。なお、増幅率、及び動作の安定性に鑑みて複数枚のガス電子増幅器４を設置することが好ましく、２枚程度設置することが特に好ましい。
【００７５】
光検出器１０２は、ガス電子増幅器（４−１、４−２）によって増幅された二次電子５を、ピクセル型電極６を用いてさらに増幅して検出する。すなわち、複数枚のガス電子増幅器（４−１、４−２）とピクセル型電極６の各々で電子を増幅することによって、段階的に電子が増幅され、結果として得られる総合的な増幅率を大幅に高めることができる。
【００７６】
また、複数枚のガス電子増幅器を用いることによって、イオンフィードバックを効果的に抑制することができ、動作の安定性を高めることができる。イオンフィードバックとは、電子雪崩効果で副次的に生成した陽イオン性のガス分子が蓄積され、電界Ｅを歪める現象であって、かかるイオンフィードバックが生じると、増幅率や計数率特性が不安定となり、動作の安定性に支障をきたす。
【００７７】
（リング電極）
リング状電極１６は、光電変換部２と光電変換部２に最も近いガス電子増幅器４−１との間に配置される。リング状電極１６は、銅やアルミ等の金属で形成される。光電変換部２とガス電子増幅器４−１との間の距離が長い場合、電場Ｅが乱れることがある。リング状電極１６を光電変換部２とガス電子増幅器４−１との間に挿入することで、電場Ｅの乱れを防ぐことができる。
【００７８】
（放射線画像検出器）
図１で説明したように、光検出器１０２とシンチレータ１とを組み合わすことで放射線画像検出器とすることができる。
【００７９】
（光検出器の動作）
まず、マイナス電極９、ガス電子増幅器（４−１、４−２）、ピクセル型電極６のそれぞれに所定の電圧を印加する。図１で説明したように、この電圧の印加でチャンバ７内に光電変換部２からピクセル型電極６へ向けて広がる電場Ｅが形成される。図２の場合、マイナス電極９、ガス電子増幅器（４−１、４−２）、ピクセル型電極６の大きさの関係で、チャンバ７内に光電変換部２からガス電子増幅器４−１へ向けて広がる電場Ｅが形成されている。
【００８０】
検出用ガス中の電子は移動とともに一定範囲に拡散する。図１０は、検出用ガスがＣＦ４、又はＡｒ−Ｃ２Ｈ６である場合について、電子の拡散の電場依存性をシミュレートした図である。この結果から、電子の移動距離が１ｃｍ、電場が０．５ｋＶ／ｃｍならば、電子は検出用ガスがＡｒ−Ｃ２Ｈ６の場合約４８０μｍ、検出用ガスがＣＦ４の場合約１２０μｍ拡散することがわかる。光電変換部２からピクセル型電極６までの電子の移動距離が１ｃｍでピクセル型電極６の分解能が１００μｍの光検出器ならば、電子の位置情報を検出用ガスがＡｒ−Ｃ２Ｈ６であれば４．８倍以上、検出用ガスがＣＦ４であれば１．２倍以上に拡大することで拡散による影響を受け難くなる。
【００８１】
例えば、マイナス電極９の電位を−１３００Ｖ、ガス電子増幅器４−１の光電変換部２側の電極層１３の電位を−９１０Ｖ、ガス電子増幅器４−１のピクセル型電極６側の電極層１３の電位を−６３０Ｖ、ガス電子増幅器４−２の光電変換部２側の電極層１３の電位を−３８０Ｖ、ガス電子増幅器４−２のピクセル型電極６側の電極層１３の電位を−１００Ｖ、ピクセル型電極６のストリップ状陰極電極の電位を０Ｖ、ピクセル型電極６の円柱状陽極電極の電位を＋４８０Ｖとすることができる。リング状電極１６の電位は、電圧を印加していないので挿入場所により電位が定まる。
【００８２】
図１のように光電変換部２は紫外線を電子に変換し、チャンバ７内に一次電子３として放出する。チャンバ７内に放出された一次電子３は、チャンバ７内に形成された電場Ｅに従い、ピクセル型電極６方向へ移動する。図２のチャンバ７内に形成されている電場Ｅは、ガス電子増幅器４−１へ向って広がっているため、一次電子３は自身が放出された光電変換部２上の位置情報を保ったまま相似拡張してガス電子増幅器４−１へ到達する。
【００８３】
前述のように、一次電子３はガス電子増幅器４−１とガス電子増幅器４−２で大量の二次電子５に増幅される。二次電子５は電場Ｅに従ってピクセル型電極６へ到達する。図１で説明したようにピクセル型電極６は信号を出力し、信号処理回路で２次元画像化される。
【００８４】
なお、リング状電極１６に電圧を印加することで電場Ｅを積極的に広げ、一次電子３の位置情報について相似拡張の拡大率を調整することができる。
【００８５】
なお、シンチレータ１が無く光検出器１０２単独の場合、光検出器１０２は光電変換部２に投影された光の映像を検出する。
【実施例】
【００８６】
図９に本発明の実施例を挙げて具体的に説明する。本実施例は、シンチレータ１と光検出器１０３を組み合わせた放射線画像検出器である。本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００８７】
（シンチレータ）
本実施例においてシンチレータは、発光中心元素としてネオジウムを含有するフッ化ランタン結晶を用いた。当該シンチレータを、ダイヤモンドワイヤーを備えたワイヤーソーによって、２０ｍｍ角の立方体状に加工した後、全面に光学研磨を施した。当該光学研磨された面の一面を紫外線出射面とし、他の面にはテフロン（登録商標）からなる紫外線反射膜を施した。このシンチレータは、入射した放射線（Ｘ線）を波長が１７３ｎｍの紫外線に変換することが確認された。
【００８８】
（光検出器）
放射線画像検出器に使われる光検出器１０３を以下の方法によって作製した。
【００８９】
図９に示すように、開口部を有するチャンバ７内に、開口部に近い側から２枚のガス電子増幅器（４−１、４−２）、及びピクセル型電極６をそれぞれ平行に設置し、前記開口部を光入射窓８で封止した。
【００９０】
本実施例において、光入射窓８には、直径が７０ｍｍ、厚さが５ｍｍのＭｇＦ２を用い、光入射窓８の内面には光電変換部２としてヨウ化セシウムの薄膜を設け、さらに当該ヨウ化セシウム薄膜上の外周部にアルミニウム層と銅層からなる外径７０ｍｍ、内径５０ｍｍのマイナス電極９を設けた。
【００９１】
なお、光入射窓８とガス電子増幅器４−１との距離Ｇ１’は２．５ｍｍ、ガス電子増幅器４−１とガス電子増幅器４−２との距離Ｇ２は２ｍｍ、ガス電子増幅器４−２とピクセル型電極６との距離Ｇ３は２ｍｍとした。
【００９２】
本実施例において、ガス電子増幅器（４−１、４−２）は、厚さが５０μｍのポリイミド製の板状絶縁層１２の両側に、金属層１３として５μｍの厚さで銅を蒸着して板状多層体とし、当該板状多層体の全面に、直径が７０μｍの円柱状の貫通孔１４を、１４０μｍのピッチで、正三角形を配列した配置にて設けたものを用いた。ガス電子増幅器（４−１、４−２）の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍである。
【００９３】
また、ピクセル型電極６は、厚さが１００μｍのポリイミド基板を用い、当該基板の裏面に幅が３００μｍの陽極ストリップを設け、この陽極ストリップに植設され、当該基板の表面に露出する円柱状陽極電極を４００μｍ間隔で配置し、この円柱状陽極電極の上端面の回りに直径が２６０μｍの穴が形成されたストリップ状陰極電極を設けたものを用いた。なお、前記円柱状陽極電極の直径は、前記基板内に埋設された部分を５０μｍとし、基板の表面に露出した部分を７０μｍとした。前記円柱状陽極電極の高さは１１０μｍとし、上端部１０μｍが表面に露出した構造とした。ピクセル型電極６の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍである。
【００９４】
マイナス電極９、ガス電子増幅器（４−１、４−２）の両面、及びピクセル型電極６の陽極電極と陰極電極には、電圧を印加するための高圧電源を接続し、ピクセル型電極６の陽極電極と陰極電極には、信号の読み出し、及び２次元画像を得るための信号処理回路を接続した。
【００９５】
前記チャンバ内に検出用ガスとして、１０％のＣ２Ｈ６を混合したＡｒをチャンバ７内に充填した。
【００９６】
高圧電源からマイナス電極９、ガス電子増幅器（４−１、４−２）の両面、及びピクセル型電極６の陽極電極と陰極電極に図２で説明した電圧をそれぞれ印加した。前記印加電圧において、ガス電子増幅器（４−１、４−２）とピクセル型電極６によって得られる総合的な増幅率は６．７×１０５に達し、かかる高い増幅率においても、ガス電子増幅器（４−１、４−２）の表裏での放電やピクセル型電極６における放電は生じず、長期間安定に動作することが確認された。
【００９７】
（放射線画像検出器）
シンチレータ１の光出射面１−ｏｕｔと光検出器１０２の光入射窓８を図９のように密接して設置し、放射線画像検出器を得た。なお、光出射面１−ｏｕｔと光入射窓８の間にはフッ素系グリースとしてデュポン社製クライトックスを充填した。
【００９８】
この光検出器の分解能を評価するため、図４及び図５に示すスリットをシンチレータ１と光入射窓８との間に挿入し、２．６ＭＢｑの放射能を有する２４１Ａｍ同位体を放射線源とする放射線を照射した。図４のスリットＡは２ｍｍ×１５ｍｍのスリットが１０ｍｍ間隔で２つ並んでいる。図５のスリットＢは２ｍｍ×１５ｍｍのスリットが５ｍｍ間隔で４つ並んでいる。
【００９９】
ピクセル型電極６に接続された信号処理回路を用いて、ピクセル型電極の各陽極電極から出力される信号を取得し、２次元画像を構成した。その結果を図６から図８に示す。図６から図８において、（ａ）はピクセル型電極６に到達した電子を検出して２次元画像で示した図である。（ｂ）はピクセル型電極６に到達した電子の量をＸ軸上又はＹ軸上にプロットした図である。図６はスリットＡを挿入した結果である。２つのスリットの像が得られ、スリットＡの２つのスリットを抜けた紫外線が光電変換部２で電子に変換され、ピクセル型電極６で検出できたことを示している。さらに、電極Ｅの広がりにより像は拡大され、２つのスリットの像間隔は約１６ｍｍと約１．６倍となった。
【０１００】
図７はスリットの方向を９０度回転させてスリットＡを配置した結果である。２つのスリットの像間隔は約１６ｍｍとなり、スリットの方向を変えても約１．６倍に拡大されている。これは、Ｘ方向Ｙ方向の何れにも同じ倍率で拡大できていることを示している。図８はスリットＢを挿入した結果である。４つのスリットの像間隔は約８ｍｍとなり、細かいピッチでも１．６倍に拡大できている。
【０１０１】
以上の結果、本実施例の光検出器は光の位置情報を縦横一様に１．６倍に拡大して画像化することができた。さらに、本実施例の光検出器は約１ｍｍ程度のパターンも解像可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明に係る光検出器は、陽電子断層撮影、Ｘ線ＣＴ等の医療分野、各種非破壊検査等の工業分野、及び放射線モニターや所持品検査等の保安分野において好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  シンチレータ
１−ｏｕｔ  紫外線出射面
２  光電変換部
３  電子、一次電子
４−１、４−２  ガス電子増幅器
５  二次電子
６  ピクセル型電極
７  チャンバ
８  光入射窓
９  マイナス電極
１０  紫外線反射膜
１１  グリース
１２  板状絶縁層
１３  金属層
１４  貫通孔
１６  リング状電極
Ｅ  電場
【図１】
2010286316.tif 000003
【図２】
2010286316.tif 000004
【図３】
2010286316.tif 000005
【図４】
2010286316.tif 000006
【図５】
2010286316.tif 000007
【図６】
2010286316.tif 000008
【図７】
2010286316.tif 000009
【図８】
2010286316.tif 000010
【図９】
2010286316.tif 000011
【図１０】
2010286316.tif 000012