(57)【要約】  電離放射線の層状画素検出器（７）は、少なくとも２つの半導体画素粒子計数検出器を含む。各検出器は、読出しチップ（２）に接続したセンサ（１）から構成される一方で、読出しチップ（２）は、その周辺部の一部に、突出区分（８）を有し、突出区分（８）は、導体（３）を接続する接触パッドを有する。検出器は、画素検出器を重ねて層状に配置した少なくとも１つの区間（９）を形成する。読出しチップ（２）の厚さは、最大２００μｍであり、センサ（１）の厚さは、最大２０００μｍである。層状検出器（７）は、少なくとも１つの載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）を含み、載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）は、読出しチップ（２）の少なくとも１つの突出区分（８）を支持する少なくとも１つの支持構造体（５）を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの半導体画素粒子計数検出器を含む電離放射線の層状画素検出器（７）であって、前記半導体画素粒子計数検出器のそれぞれは、読出しチップ（２）に接続したセンサ（１）から構成する一方で、前記読出しチップ（２）の側部に、前記読出しチップ（２）の周辺部の一部に沿った突出区分（８）があり、前記突出区分（８）は、導体（３）を接続する接触パッドを有する、層状画素検出器（７）において、前記画素検出器は、前記画素検出器を個々の層（６）の間に接着剤により重ねて層状に配置した少なくとも１つの区間（９）を形成し、前記読出しチップ（２）の厚さは、最大２００μｍであり、前記センサ（１）の厚さは、最大２０００μｍであり、隣接する層の前記突出部（８）は、前記センサ領域（１）に直交する方向で見ると、部分的に重なるか又は重なっておらず、前記層状検出器（７）は、少なくとも１つの載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）を含み、前記載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）は、前記読出しチップ（２）の少なくとも１つの突出部（８）を支持する少なくとも１つの支持構造体（５）を備えることを特徴とする層状画素検出器（７）。
【請求項２】
前記センサ（１）の基面、及び前記突出区分（３）を伴わない前記読出しチップ（２）の基面は、正方形形状であることを特徴とする、請求項１に記載の層状画素検出器。
【請求項３】
前記層状画素検出器は、少なくとも２つの載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）を含む一方で、少なくとも１つの前記載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）は、適切な形状及びサイズの開口（１１）を備え、２つの層状検出器を重ねて配置することを可能にし、第２の層状検出器（９）の最上層のセンサ（１）が、第１の層状検出器（９）の底層の読出しチップ（２）の後部に置かれるようにすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の層状画素検出器。
【請求項４】
前記載荷／熱伝導プラットフォーム（１０）は、導電性接続部（３）と制御ユニットとを接続する印刷回路（４）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【請求項５】
前記接着剤（６）は、ポリマーベースであり、主に軽元素を含有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【請求項６】
少なくとも１つの中性子変換器を前記層状画素検出器の個々の層の間に挿入することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【請求項７】
前記中性子変換器は、６ＬｉＦ又は１０Ｂ４Ｃ充填接着剤（６）から作製されることを特徴とする、請求項６に記載の層状画素検出器。
【請求項８】
上層から下方への方向において、少なくとも１つのセンサ（１）は、前の層内のセンサ（１）よりも高い吸収を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【請求項９】
少なくとも１つの隣接する対の層において、前記センサ（１）は、センサ側部が互いに面していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【請求項１０】
前記区間（９）は、並べて配置される一方で、前記センサ（１）の表面は、連続する列を形成し、前記読出しチップ（２）の前記突出区分（８）は、前記列に沿って配置されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の層状画素検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体検出器により電離放射線を検出する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電離放射線を使用する撮像技法は、多くの活動分野でますます適用されるようになっている。こうした撮像技法は、製造業における品質検査及び非破壊検査、医療における診断及び治療目的、保安用途における荷物及び託送品の検査等で使用されている。最も公知で最も普及している撮像技法は、Ｘ線又はガンマ線による放射線透過撮影である。
【０００３】
透過電離放射線を使用する撮像の１つの特定の領域は、中性子線撮影である。この方法の原理は、Ｘ線撮影と非常に類似している。中性子線撮影は、Ｘ線撮影が十分なコントラストをもたらさないケースにおいて、即ち、Ｘ線が物質を十分に透過しない場合に使用することができる。この場合、Ｘ線放射線を、より高い透過力を有する中性子線に取り替えることができる。中性子線透過撮影により、より重い母材の内部に位置する一部の軽い物質の画像を得ることができる。一例は、金属又は鉱物構造体の内部の有機物質、例えば、機械の中の有機潤滑剤、接着剤留めした金属構造体の中の有機接着剤、又は例えば、鉱物物質中の水、容器内の爆発物等の分布の撮像である。
【０００４】
全てのこうした撮像技法は、採用した種類の電離放射線の能力を使用し、非透過物体に光学的に透過させて内部構造を示すものである。そのような技法を実施する撮像検出器は、入射する電離放射線を検出する高感度領域を有する撮像センサを含めることを常に必要とする。したがって、撮像センサは、透過放射線の遮断を特に必要とする。採用する放射線が物質を透過することができる場合、この放射線は撮像検出器も透過することができる。したがって、センサの材料及び設計は、特に、所与の種類の電離放射線の検出効率を最大化するように構成する必要があり、可能な限り多くの所与の電離放射線粒子、例えばＸ線光子が、センサ内で信号を生成するようにすべきである。
【０００５】
撮像検出器の検出効率は、センサの材料及びその厚さによって異なる。したがって、高い検出効率に対する要件は、通常、撮像検出器センサの大きな厚さに対する要件をもたらす。この手法に対する欠点は、センサの厚さが、得られた撮像検出器の空間分解能に悪影響を及ぼすということにある。このため、高効率の厚いセンサは、より低い効率の薄いセンサの分解能に及ばない。
【０００６】
電離放射線を検出する撮像検出器は、多くの形態で入手可能である。最も古い種類の高感度表面は、感光膜である。デジタル時代において、撮像技法で最も頻繁に使用される高感度表面は、シンチレーション・スクリーン（例えば、ＣｓＩ、Ｇａｄｏｘ、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬＹＳＯ）であり、シンチレーション・スクリーンは、電離放射線を可視光に変換し、次に、この光を光検出器、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサによって記録する。したがって、これらのシステムは、二重変換原理を使用するものであり、このことは、最初に、放射線をシンチレータによって可視光に変換し、次に、この光を光検出器によって電気信号に変換することを意味する。この電気信号は、スクリーン又は他の撮像媒体上に画像を生成するため、適切なハードウェア又はソフトウェアで更に処理される。
【０００７】
近年、単一変換原理を使用する半導体検出器は、電離放射線センサとしてますます普及しており、電離放射線センサでは、入射する電離放射線が半導体素子内で電気信号を直接生成する。１つの半導体チップは、撮像センサを形成する画素として公知である多数のそのような素子を含む。素子のそれぞれからの信号は、専用ハードウェア及びソフトウェアで更に処理され、最終画像を生成する。こうした半導体放射線検出器は、半導体画素検出器又はセンサと呼ばれ、シリコン、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ等の様々な半導体材料から作製される。
【０００８】
透過中性子線の検出の場合、半導体検出器は、変換器と組み合わせられることが多い。半導体検出器内で、変換器は、高感度表面の上部の薄層内に置かれる。変換器は、例えば、低速中性子を検出する６Ｌｉ若しくは１０Ｂを含有する層、又は高速中性子を検出する、水素含有量が高い有機ポリマーを含む。変換器では、中性子は、電離放射線に変換され、次に、この電離放射線は、高効率のセンサによって検出される。この場合、センサは薄いものとすることができる。この解決策の欠点は、実際のケースにおいて、変換器層が数パーセント単位の非常に低い効率しか有さないことである。
【０００９】
個々の画素からの電気信号を処理するハードウェアは、読出し電子回路チップ又は単に読出しチップと呼ばれる別個のチップの上に作製されることが多い。半導体画素検出器の感知チップは、通常、読出しチップ内に直接置かれ、読出しチップを覆い、接触母材により読出しチップに電気的に接続されている。そのような２つのチップのセットは、ハイブリッド半導体画素検出器又は簡単にハイブリッド検出器と呼ばれる永続的なユニットを形成する。読出しチップは、電源及び通信回線のために、その側部の１つに沿っていわゆる周辺部に接点を備えることが多い。周辺部を有する読出しセンサ領域は、通常、画素センサ・チップで覆われていないため、外部導体を接続することが可能である。場合によっては、読出し電子回路チップは、センサ内に電気信号を生成した各個の電離放射線粒子についての情報のデジタル記録を可能にするように設計されている。この場合、得られた検出器は、「粒子計数検出器」と呼ばれるか、又は粒子が光子である場合、例えば、Ｘ線又はガンマ電離放射線の場合、「光子計数検出器」と呼ばれる。そのような検出器の主な利点は、画像内に積分ノイズ及びデジタル・ノイズがないことである。
【００１０】
半導体検出器Ｍｅｄｉｐｉｘ２、Ｍｅｄｉｐｉｘ３及びＴｉｍｅｐｉｘ又はＰｉｌａｔｕｓ及びＥｉｇｅｒは、当業界で周知のハイブリッド半導体粒子計数検出器の例である。センサ・チップの厚さは、通常、５０μｍから２０００μｍである一方で、撮像に好ましく使用されるセンサの厚さは、３００μｍ以上である。センサは、たいてい、シリコン結晶から作製され、それほど頻繁ではないがＣｄＴｅ又はＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅ結晶から作製され、より一層散発的にはＧａＡｓ結晶から作製される。個々の画素は、通常、正方形であり、Ｍｅｄｉｐｉｘ２、Ｍｅｄｉｐｉｘ３及びＴｉｍｅｐｉｘチップの場合、側部の長さは５５μｍであり、Ｅｉｇｅｒチップの場合は７５μｍであり、Ｐｉｌａｔｕｓチップの場合は１７２μｍ等である。したがって、画素サイズは、全てのハイブリッド半導体検出器に対し同じではない。
【００１１】
ほとんどの既存の種類の検出器では、いずれも、高感度層の厚さを増大させることによってより高い検出効率を達成しようとするものであり、空間分解能の低減をもたらしている。この現象の理由は、半導体画素検出器の場合、センサ内で検出された放射線粒子が生成する電荷の膨張である。厚いセンサでは、電荷は、厚い半導体を通して画素収集電極に移動させる必要がある。この過程の間に、電荷膨張が生じ、最終的に、１つの粒子が生成した電荷クラウドが、読出しチップのいくつかの隣接する画素内に記録される。シンチレーション・スクリーンの場合も問題は同様である。というのは、厚いシンチレータの場合、検出された粒子が生じさせるシンチレーション閃光が光検出器内の一群の画素を照らすためである。どちらの場合も、センサの厚さが増大することにより、検出器の空間分解能を低下させる。
【００１２】
検出効率のこの問題に対する自然な解決策は、層状に重ねて配置したいくつかの薄い検出器から構成される層状検出器である。１つの層で捕捉されなかった透過放射線は、他の層を透過するため、全体的な放射線検出確率は、そのような層の数と共に増大することになる。この場合、得られる画像は、個々の検出器層が捕捉した画像から構成されている。この解決策はシンチレーション検出器では公知である。この解決策に対する１つの欠点は、シンチレーション検出器の場合、個々の層からの画像が合計されて全体の画像を形成するが、このことは全ての層からのノイズが蓄積されることも意味することにある。
【００１３】
したがって、ノイズが著しく低い半導体粒子計数検出器による層状技法を使用することが好都合である。層を可能な限り互いに近接して配置し、得られる構成画像の形状歪みを防止した場合、最良の結果が達成される。
【００１４】
半導体画素粒子計数検出器の密に配置した高感度層の間に他の材料が存在すると、問題である。典型的には、そのような問題となる材料は、読出し電子回路チップ、印刷回路、層を保持する機械的構造体、層からの熱を除去する構造体等を含む。そのような更なる問題の材料は、透過放射線に対する感度は高くないが、放射線を著しく減衰若しくは分散させることがあるか、又は例えば、ガンマ線若しくはＸ線の場合、Ｘ線蛍光若しくはコンプトン効果によって二次放射線を生成させるか、又はイオン放射線の場合、デルタ電子、若しくは制動放射線等を生成することがある。したがって、そのような問題のある非高感度材料の存在は、層状検出器の高感度性及び分解能を低下させるため、望ましくない。そのような非高感度材料は、高感度層の間の距離も増大させ、構成される画像に対し形状歪み及びぼけを生じさせることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、透過電離放射線の層状画素検出器を作製し、この層状画素検出器により、透過電離放射線の検出器に対する公知の解決策の欠点をなくし、無視できる画像変形しか伴わずに高い検出効率及び更には空間分解能を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
概説した目的は、本発明による電離放射線の層状画素検出器の作製によって解決される。
【００１７】
電離放射線の層状画素検出器は、少なくとも２つの半導体画素粒子計数検出器から構成される一方で、半導体画素粒子計数検出器のそれぞれは、読出しチップに接続したセンサから構成される。読出しチップの側部には、周辺部の一部に突出区分があり、突出区分は、導体を接続する接触パッドを有する。
【００１８】
本発明の概要は、画素検出器が、画素検出器を重ねて層状に配置した少なくとも１つの区間を形成すること、及び個々の層の間に接着剤があることにある。したがって、区間は、層状検出器の中実部を形成し、接着剤は、層の間に熱を良好に伝え、接着剤の層が非常に薄いために電離放射線にほとんど影響を与えない。より厚い層は、電離放射線の透過を著しく制限するため、読出しチップの厚さは低減され、最大２００μｍの厚さである。より厚いセンサは、粒子の検出をいくつかの画素に分散させるため、センサの厚さは制限され、最大２０００μｍの厚さである。検出器が入射粒子の平面内の位置を記録するだけでなく、縦列内の位置も記録するため、層状にすることにより、検出器に３Ｄ高感度性がもたらされる。同時に、後続の層の突出区分は、センサ平面に直交して見ると、部分的に重なっているか又は重なっていないため、後続の層の突出区分が、下方層の突出部によって保護されていない上方層に対する支持をもたらす。層状検出器は、少なくとも１つの載荷／熱伝導プラットフォームも含み、載荷／熱伝導プラットフォームは、読出しチップの少なくとも１つの突出区分を支持する少なくとも１つの支持構造体を有する。プラットフォームは、個々の層のための支持体を形成し、層状検出器の載荷構造体としても動作し、更に、区間からの熱をより大きな領域に分散させる。突出部の不規則構成は、リブ付き冷却器の場合と同様に、区間からの熱を周囲空気に伝達するのにも役立つ。
【００１９】
本発明による層状画素検出器の好ましい実施形態では、センサの基面、及び突出区分を伴わない読出しチップの基面は、正方形形状である。正方形は作製が非常に容易であり、連携が容易であり、正方形半導体検出器の設計は、作製が容易である。
【００２０】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態は、少なくとも２つの載荷／熱伝導プラットフォームを有する層状検出器である一方で、載荷／熱伝導プラットフォームの少なくとも１つは、前の区間の底層の読出しチップの上に、次の区間の最上層のセンサを置くのに適切な形状及びサイズの開口を備える。プラットフォームが連続していると、プラットフォームの材料が透過電離放射線に影響を与え、検出器の効率及び精度を低減することになる。区間が互いに平滑に接続されているため、３Ｄで電離放射線の空間分布を決定する必要がある場合、用途に適したあらゆる高さの層状検出器を作製することが可能である。
【００２１】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、載荷／熱伝導プラットフォームは、読出しチップと制御ユニットとを接続する印刷回路を備える。電子部品をプラットフォーム内に移動させることによって、全ての邪魔になる導電材料は、層状検出器の区間から除去される。
【００２２】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、接着剤は、ポリマーベースであり、主に軽元素を含有する。ポリマー接着剤は、電離放射線にほんのわずかしか影響を及ぼさない軽元素から構成されており、区間内で層の間を強く接続するという主要機能を保持する。
【００２３】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの中性子変換器を個々の層の間に挿入する。中性子変換器は、入射した中性子を、検出が容易である異なる種類の電離放射線に変換するものであり、電離放射線のより良好な画像をもたらす。低速中性子の場合、ポリマー接着剤中に固定した６ＬｉＦ又は１０Ｂ４Ｃ粉末を使用して中性子変換器を作製することが好都合である。
【００２４】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つのセンサは、上層からの方向において、その前の層のセンサーよりも高い吸収能力を有する。Ｘ線撮影において、検出器のスペクトル感度及びダイナミック・レンジを拡大するために、吸収能力が次第に増大するようにセンサを層状に配置することが好都合である。Ｘ線撮影の場合、最初の層に最小の吸収センサを使用し、次の層により多い吸収のセンサを使用し、以下同様にし、最後の層のみに最大吸収の材料を使用することが好都合である。
【００２５】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの隣接する対の層におけるセンサは、互いに面している。上記した変換器は、そのような隣接するセンサの間に配置することができる。この構成では、隣接する層において検出した事象を好都合に組み合わせることが可能である。このことは、例えば、一方のセンサでＸ線蛍光が発生し、もう一方のセンサで蛍光光子が検出される事象の検出、又は６Ｌｉ含有変換層での低速中性子の検出、及び低速中性子と、エネルギー・イオンが生じさせた事象との区別に関係する。陽子及びアルファ粒子等のエネルギー・イオンは、最初の層に信号を生成せずに検出器のより深い層に透過することはできない。しかし、中性子は、相互作用を一切伴わずに最初の層を透過する。
【００２６】
本発明による層状画素検出器の別の好ましい実施形態では、区間を並べて配置する一方で、センサ表面は、連続線を形成し、読出しチップの突出部は、この線に沿って配置する。拡大表面を有する層状検出器を作製するために、区間は、重ねて配置するだけでなく、並べて配置することが好都合であり、こうして、より大きな表面を有する層状検出器を作製するようにする。区間の好都合な配置は、特に、最大長さが限定されない列によって表される。
【００２７】
電離放射線の層状画素検出器の利点には、高分解能、高検出効率及び３Ｄ高感度性を含む。層状検出器は、透過Ｘ線及びガンマ線撮影、エネルギー高感度透過撮影、透過放射線撮影におけるコンプトン散乱の抑制、ガンマ線カメラ、ガンマ線用コンプトン・カメラ、ガンマ線による放射撮影、イオン検出及び追跡、中性子線透過撮影、多モード撮像又は放射線監視の用途に好都合である。層状検出器は安定しており、個々の層からの荷重は載荷プラットフォームに分散される一方で、多くの熱橋の出現により、過剰な熱を除去するのに役立つ。層は、正方形であり得るか、又は別の適切な形状を有し得る一方で、層の数及び／又は列の長さは限定されない。
【００２８】
以下、次の図面において本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】層状画素検出器の軸測上面図である。
【図２】２つの個別の区間を有する層状検出器の横断面図である。
【図３】直線を形成する層状画素検出器の軸測上面図である。
【図４】２つの個別の区間を有する層状検出器の横断面図であり、個別の区間は、２つの層を有する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下で説明、図示する特定のケースの本発明の実施形態は、説明のために提示するものであり、本発明をそのような例に限定するものではないことは理解されよう。当業者であれば、通常の実験に基づき、本明細書で開示する本発明の実施形態の１つ又は複数の等価物を見出す又は提供することができよう。そのような等価物は、以下の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【００３１】
図１は、電離放射線の層状画素検出器７を示す。アルミニウムから作製した載荷／熱伝導プラットフォーム１０の上には、半導体画素粒子計数検出器の層から構成した区間９がある。各層内に、シリコン又はＣｄＴｅ又はＧａＡｓ材料から作製したセンサ１がある。センサ１の厚さは２０００μｍを超えないものとする。読出しチップ２の最大厚さは２００μｍである。
【００３２】
図２は、層状検出器７の横断面図を示し、層状検出器７には、接続のために作製した２つの区間９がある。区間９は、シリコン・センサ１及び読出しチップ２の層から構成される一方で、個々の層は、ポリマー接着剤６、例えばエポキシで一緒に留められている。各読出しチップ２は、導体３を接続する接触パッドを有する突出部８を有する。導体３は、印刷回路４に接続されるワイヤであり、印刷回路４は、制御ユニット、即ちコンピュータ（図示せず）に接続される。各突出部８は、プラットフォーム１０と同じ材料から作製した支持構造体５で支持され、支持構造体５は、載荷／熱伝導プラットフォーム１０に荷重を伝達する。図３は、一列の形状の層状検出器７の一例を示し、図４は、２つの層を有する区間９を通る断面を示す。
【００３３】
使用例１−Ｘ線及びガンマ線透過撮影
層状検出器７の基本的な用途は、製造業における非破壊検査及び医療における診断でガンマ線又はＸ線を透過させる放射線透過撮影にあり、その高感度性のために放射線量を著しく低減することができる。検出器は、託送品及び荷物の走査等、保安用途で使用することもできる。小型寸法の層状検出器７は、放射線撮影において層状検出器７を被検物体の内部に置いた状態で好都合に使用することができる。製造業において、層状検出器７は、例えば、燃焼エンジンのシリンダ壁、パイプ溶接部等の検査のために使用することができ、医療において、例えば、前立腺放射線撮影のために層状検出器７を直腸プローブの中に置いた状態で使用することができる。
【００３４】
使用例２−エネルギー高感度放射線透過撮影
Ｘ線透過撮影において最も一般に使用されるＸ線源は、Ｘ線管である。このＸ線源は、Ｘ線に広いエネルギー・スペクトルをもたらす。放射線撮影の場合、（より低いエネルギーを有する）軟らかい成分の放射線は、あまり透過しないのでサンプル内により容易に吸収される一方で、（より高いエネルギーを有する）より硬い成分放射線は、サンプルを透過する。この現象を電離放射線スペクトルの硬化と呼ぶ。スペクトルの硬化は、サンプルの密度及び材料組成によって異なる。層状検出器７は、その３Ｄ高感度性のために、スペクトル硬化度を測定することができる。より低いエネルギー（即ち、あまり透過しない）成分のスペクトルは、検出器７の外側層で記録される一方で、高いエネルギー（より透過する）成分は、検出器７のより深い層に入り込む。したがって、検出器７の異なる層によって捕捉される放射線写真は、サンプル組成についての情報を含む。画像は、制御ユニットから出力され、得られた画像において、組成を例えば色により表すことができる。
【００３５】
使用例３−放射線透過撮影におけるコンプトン散乱の抑制
Ｘ線及びガンマ線撮影の間、検出器体積部におけるコンプトン散乱の結果として、画像が歪むことが多い。コンプトン散乱とは、ガンマ光子がエネルギーの一部を電子に伝達し、これにより、センサ１内の散乱位置で信号を生成することを意味する。散乱光子は、異なる方向に、エネルギーが低減した状態で進行し続けるため、処理全体を繰り返すことがあるセンサ１の様々な場所で別の信号を生成することがある。したがって、１つの光子がセンサ１のいくつかの場所で検出されることがあり、これにより、画像の歪みを生じさせる。というのは、散乱光子は、一次光子が衝突していない画像の場所をもたらすことがあるためである。層状画素検出器７では、そのような事象は、高分解能及び３Ｄ高感度性のために、排除することができる。多数の検出において、いくつかの画素内及び／又は層内に同時に信号がある場合、制御電子回路は、この事象を完全になくすか、又は最初の相互作用のみを保持することができる。この機能を実施するために、層状検出器７の設計において高速電子回路を使用することが好都合であり、高速電子回路は、例えば、Ｔｉｍｅｐｉｘ３として公知である検出器読出しチップ２において利用可能である。
【００３６】
使用例４−ガンマ線カメラ
層状検出器７の高い検出効率は、環境内のガンマ線源の監視及び検出に使用されるガンマ線カメラの設計に好都合に使用することができる。ガンマ線カメラは、「カメラ・オブスクラ」と呼ばれる原理を使用する。この構成では、層状検出器７は、「ピンホール」等の入力コリメータ又はいわゆる符号化多孔窓及びシールドを備え、シールドは、コリメータが定義した方向以外の他の方向からの放射線から層状検出器７を隔離する。
【００３７】
使用例５−ガンマ線用コンプトン・カメラ
層状検出器７の３Ｄ高感度性は、コンプトン・カメラの設計に使用することができる。この構成では、各層は読出しチップ２を備え、読出しチップ２は、放射線とセンサ１の材料との各相互作用に対し蓄積されたエネルギーの測定を可能にする。硬いＸ線又はガンマ線とセンサ１の材料との最も確率の高い種類の相互作用は、コンプトン散乱である。１つの一次光子に対し、一次光子の全てのエネルギーが吸収される前にいくつかの散乱事象が層状検出器７上で連続して起こり得る。層状検出器７は、そのような相互作用の連鎖全体の記録を可能にする。高分解能及び３Ｄ高感度性のために、いくつかの相互作用が１つの画素内で発生する可能性はかなり低い。連鎖における各相互作用に対する位置及び蓄積されたエネルギーを記録すると、一次光子が層状検出器７に入った際の一次光子の角度を逆計算が可能になる。多くのそのような一次光子を記録することにより、コリメータを使用せずに、空間における放射線スペクトルを含む放射線源の分布画像の計算を可能にする。
【００３８】
使用例６−ガンマ線による放射撮影
放射撮影では、被撮像物体は放射線源を含む。放射撮影の目的は、物体体積部の放射線源の分布を示すことである。この方法は、医療において頻繁に使用されており、放射性同位体をある形態で有機体に導入し、体内の動きを監視し、特定の臓器の機能についての結論を引き出すことができる。この撮像方法は、シンチグラフィ（２Ｄ撮像）及びＳＰＥＣＴ又はＰＥＴ（３Ｄ撮像）と呼ばれる。この方法を実施する際、放射性同位体によって放射されたガンマ線は有機体内に吸収されるべきではなく、有機体から離れることが望ましい。このため、好ましい放射性同位体は、高いエネルギーを有する透過ガンマ線を生成するものである。したがって、層状検出器７の使用は、その高い検出効率のために非常に好都合である。このため、ガンマ線カメラ及びコンプトン・カメラ等の上記構成を使用することが可能である。
【００３９】
使用例７−イオンの検出及び追跡
層状画素検出器７の３Ｄ高感度性は、エネルギー・イオンを検出し、エネルギー・イオンの飛行方向を決定するために使用することもできる。イオンは、ほぼ直線に沿って検出器７の層を透過し、横断した各層内に信号を生成する。一方、イオン・エネルギーは、次第に減少し、完全に停止することができる。この場合、逆計算を使用し、イオンが層状検出器７に入った角度、並びに多くのケースにおいて、イオンのエネルギー及び／又は重量も決定することができる。この場合、こうした特性をイオン治療（例えば陽子治療若しくは炭素治療の監視、又はエネルギー・イオン、例えば陽子ＣＴの撮像に非常に良好に適用することができる。
【００４０】
使用例８−中性子線透過撮影
中性子線撮影において、中性子線を検出するように修正された層状画素検出器７は、ほとんどの既存の解決策よりも良好な空間分解能及びより高い検出効率をもたらす。低速中性子の場合、その空間分解能は、数マイクロメートル単位であり、検出効率は、数十パーセントである。変換器は、粉砕した６ＬｉＦ又は１０Ｂ４Ｃを含有する接着剤６によって、又は厚めの接着剤６の層のみによって、層の間に形成される。
【００４１】
使用例９−多モード撮像
層状画素検出器７は、個々の種類の放射線を識別することを可能にし、場合によっては、放射線のエネルギー・スペクトル及び他の特性を特定することさえ可能である。したがって、１つの測定の間に、個々の種類の放射線及びそれらの特性に対応するいくつかの画像を生成することが可能である。
【００４２】
使用例１０−放射線の監視
層状検出器７において、様々な放射線種に対し、固有の相互作用の連鎖があることが多い。層状画素検出器７は、その３Ｄ高感度性のために、そのような種類の相互作用間の区別が可能である。エネルギー・イオンは、直線に沿って検出器を透過し、検出器の層のそれぞれにおいて典型的な信号を生成する。中性子を検出する場合、層状検出器７は、最初の層を除く各層の中に中性子変換器を備える。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明による層状画素検出器は、医療、製造業、保安用途及び研究において使用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  センサ
２  読出しチップ
３  接点
４  印刷回路
５  支持構造体
６  接着剤
７  層状画素検出器
８  突出区分
９  区間
１０  載荷／熱伝導プラットフォーム
１１  載荷／熱伝導プラットフォーム内の開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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