(57)【要約】【課題】容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供すること。【解決手段】シンチレータ１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２を備え、結晶塊２の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられる。結晶塊２は、複数に分割されている。結晶塊２に形成された分割面３は、結晶塊２の内部にレーザ光を照射することにより形成された複数の改質領域４と、結晶塊２に応力を印加することにより複数の改質領域４の間を繋ぐように形成された切断面５と、を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、
前記結晶塊は、複数に分割されており、
前記結晶塊に形成された分割面は、該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た複数の改質領域と、前記結晶塊に応力を印加することにより前記複数の改質領域の間を繋ぐように形成された切断面と、を含んでいることを特徴とするシンチレータ。
【請求項２】
前記改質領域と前記切断面とは交互に並んでいることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記結晶塊は、外表面として少なくとも一つの平面を有しており、各分割片が平面に対して二次元又は三次元に配列されるように分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記結晶塊の各分割片は、保持部材により一体的に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記保持部材は、前記結晶塊の外表面に貼付されたシート状の部材であることを特徴とする請求項４に記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記シート状の部材は、前記結晶塊の外表面のうち互いに対向する二つの面に貼付されていることを特徴とする請求項５に記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記シート状の部材は、前記結晶塊の外表面全体に貼付されていることを特徴とする請求項５に記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記保持部材は、前記結晶塊をクランプする部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシンチレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のシンチレータと、
前記結晶塊の外表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、を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１０】
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、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータの製造方法であって、
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、分割予定ラインに沿って、前記結晶塊の内部に切断の基点となる複数の改質領域を形成する工程と、
前記結晶塊に応力を印加することにより、前記改質領域を切断の起点として前記分割予定ラインに沿って前記結晶塊を複数に分割する工程と、を含むことを特徴とするシンチレータの製造方法。
【請求項１１】
前記結晶塊は、外表面として少なくとも一つの平面を有しており、
前記分割予定ラインは、各分割片が平面に対して二次元又は三次元に配列されるように設定されていることを特徴とする請求項１０に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１２】
前記複数の改質領域を形成する前記工程の後に、前記結晶塊を保持部材により保持し、
前記結晶塊を複数に分割する工程では、前記保持部材により保持された前記結晶塊を複数に分割し、
前記保持部材により、前記結晶塊の各分割片を一体的に保持することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の改質領域を形成する前記工程の前に、前記結晶塊を保持部材により保持し、
前記結晶塊を複数に分割する工程では、前記保持部材により保持された前記結晶塊を複数に分割し、
前記保持部材により、前記結晶塊の各分割片を一体的に保持することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１４】
前記保持部材としてシート状の部材を用い、該シート状の部材を前記結晶塊の外表面に貼付することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１５】
前記シート状の部材を、前記結晶塊の外表面のうち互いに対向する二つの面に貼付することを特徴とする請求項１４に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１６】
前記シート状の部材を、前記結晶塊の外表面全体に貼付することを特徴とする請求項１４に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１７】
前記保持部材として、前記結晶塊をクランプする部材を用いることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１８】
前記結晶塊を複数に分割する前記工程において、前記クランプする部材により、予め前記結晶塊を該結晶塊の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持し、
前記結晶塊を複数に分割する前記工程の後に、前記クランプする部材により、前記結晶塊の各分割片を一体的に保持することを特徴とする請求項１７に記載のシンチレータの製造方法。
【請求項１９】
前記複数の改質領域を形成する前記工程においても、前記クランプする部材により、予め前記結晶塊を該結晶塊の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持することを特徴とする請求項１８に記載のシンチレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ、放射線検出器、及びシンチレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。
【０００３】
このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線検出器として、シンチレータおよび光検出器を備えているものがある。シンチレータは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光検出器は、シンチレータ表面に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。
【０００４】
特許文献１には、シンチレータおよび光検出器を備える放射線検出器が開示されている。この文献に記載されたシンチレータは、シンチレーション光の進行方向を制限する光導体領域を内部に有している。このような光導体領域の例としては、実質的に異なる屈折率の媒体間の界面、反射フィルム、気泡、欠陥、結晶粒界のような結晶欠陥などが挙げられている。
【０００５】
特許文献２には、光学的境界を画定する複数のボイドが形成されたシンチレータが開示されている。この文献に開示されたシンチレータでは、複数のボイドは、レーザビームをシンチレータ内の焦点に収束させることにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５３２８６４号公報
【特許文献２】特表２００７−５２５６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、ＰＥＴ等で用いられている放射線検出器のシンチレータは、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列したシンチレータアレイによって実現されている。このようなシンチレータアレイにおいて位置分解能を向上するには個々のシンチレータセルを小さくする必要があり、近年ではシンチレータセルのピッチが数ミリメートルないしサブミリメートル程度であることが求められている。しかし、シンチレータセルを小さくするほどシンチレータアレイの組み立てが困難となり、製造期間の長期化や製造コストの増大を招いてしまう。また、個々のシンチレータセルを機械的に加工する必要があるので、シンチレータセルの小型化には限界がある。したがって、放射線検出器の位置分解能ひいてはＰＥＴの解像度の向上が抑制されてしまう。
【０００８】
なお、特許文献１に記載された技術では、光導体領域が放射線に対して不感領域となってしまい、シンチレータの放射線検出感度が低下してしまう。また、特許文献２に記載された技術では、レーザの照射によりシンチレータ内に歪みが生じ、この歪みにより発生したシンチレーション光が吸収され、シンチレータの放射線検出感度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上記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、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータ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】
【００１０】
本発明に係るシンチレータは、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、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、結晶塊は、複数に分割されており、結晶塊に形成された分割面は、該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た複数の改質領域と、結晶塊に応力を印加することにより複数の改質領域の間を繋ぐように形成された切断面と、を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るシンチレータでは、シンチレーション光を分割面が伸びる方向に沿って進行させることができるので、分割面と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば分割面と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００１２】
また、本発明では、結晶塊内に形成される分割面は、複数の改質領域と上記切断面とを含むこととなるが、改質領域における分割面は比較的粗い面であり、当該面におけるシンチレーション光の全反射が抑制され、シンチレーション光がシンチレータ内にトラップされてしまうのを防ぐことができる。そして、上記切断面が、結晶塊に応力を印加することにより複数の改質領域の間を繋ぐように形成されているので、レーザ光の照射によりシンチレータ内に生じた歪みが緩和され、シンチレーション光の吸収を抑制することができる。これらの結果、本発明においては、シンチレータの放射線検出感度が向上することとなる。
【００１３】
更に、本発明では、結晶塊の内部にレーザ光を照射する及び結晶塊に応力を印加することにより分割面が形成されて、結晶塊が複数に分割されている。したがって、上記したシンチレータによれば、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、上記したシンチレータによれば、結晶塊を分割するに際して、結晶塊を機械的に切断する必要がなく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００１４】
好ましくは、改質領域と切断面とは交互に並んでいる。この場合、分割面におけるシンチレーション光の全反射がより一層抑制され、シンチレーション光がシンチレータ内にトラップされてしまうのを確実に防ぐことができる。
【００１５】
好ましくは、結晶塊は、外表面として少なくとも一つの平面を有しており、各分割片が平面に対して二次元又は三次元に配列されるように分割されている。
【００１６】
好ましくは、結晶塊の各分割片は、保持部材により一体的に保持されている。この場合、結晶塊が複数に分割されている構成であっても、シンチレータ（結晶塊）のハンドリングが容易となる。
【００１７】
好ましくは、保持部材は、結晶塊の外表面に貼付されたシート状の部材である。より好ましくは、シート状の部材は、結晶塊の外表面のうち互いに対向する二つの面に貼付されている。これら場合、簡便な構成にて、結晶塊の各分割片を一体的に保持することができる。
【００１８】
好ましくは、シート状の部材は、結晶塊の外表面全体に貼付されている。この場合、結晶塊の各分割片をより一層確実に一体的に保持することができる。
【００１９】
好ましくは、保持部材は、結晶塊をクランプする部材である。この場合、簡便な構成にて、結晶塊の各分割片を一体的に保持することができる。
【００２０】
本発明に係る放射線検出器は、上記したいずれかのシンチレータと、結晶塊の外表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、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る放射線検出器では、上記したいずれかのシンチレータを備えているので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。
【００２２】
本発明に係るシンチレータの製造方法は、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、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータの製造方法であって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、分割予定ラインに沿って、結晶塊の内部に切断の基点となる複数の改質領域を形成する工程と、結晶塊に応力を印加することにより、改質領域を切断の起点として分割予定ラインに沿って結晶塊を複数に分割する工程と、を含む。
【００２３】
本発明に係るシンチレータの製造方法では、結晶塊が分割予定ラインに沿って複数に分割されることとなる。このため、本発明により得られたシンチレータでは、シンチレーション光を分割面が伸びる方向に沿って進行させることができるので、分割面と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば分割面と交差する結晶塊の端面に複数の光検出器または位置検出型光検出器を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器のそれぞれにまたは位置検出型光検出器にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００２４】
本発明では、結晶塊内に形成される分割面は、複数の改質領域と上記切断面とを含むこととなるが、改質領域における分割面は比較的粗い面であり、当該面におけるシンチレーション光の全反射が抑制され、シンチレーション光がシンチレータ内にトラップされてしまうのを防ぐことができる。そして、上記切断面が、結晶塊に応力を印加することにより複数の改質領域の間を繋ぐように形成されているので、レーザ光の照射によりシンチレータ内に生じた歪みが緩和され、シンチレーション光の吸収を抑制することができる。これらの結果、本発明により得られたシンチレータは、その放射線検出感度が向上することとなる。
【００２５】
更に、本発明では、結晶塊の内部にレーザ光を照射する及び結晶塊に応力を印加することにより、結晶塊を複数に分割している。したがって、上記したシンチレータの製造方法によれば、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を有するシンチレータを得ることができる。また、上記したシンチレータの製造方法によれば、結晶塊を分割するに際して、結晶塊を機械的に切断する必要がなく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。
【００２６】
好ましくは、結晶塊は、外表面として少なくとも一つの平面を有しており、分割予定ラインは、各分割片が平面に対して二次元又は三次元に配列されるように設定されている。
【００２７】
好ましくは、複数の改質領域を形成する工程の後に、結晶塊を保持部材により保持し、結晶塊を複数に分割する工程では、保持部材により保持された結晶塊を複数に分割し、保持部材により、結晶塊の各分割片を一体的に保持する。この場合、結晶塊が複数に分割されている構成であっても、シンチレータ（結晶塊）のハンドリングが容易となる。また、レーザ光を照射した後に、結晶塊を保持部材で保持するため、保持部材がレーザ光の照射によるダメージを受けることがない。
【００２８】
好ましくは、複数の改質領域を形成する工程の前に、結晶塊を保持部材により保持し、結晶塊を複数に分割する工程では、保持部材により保持された結晶塊を複数に分割し、保持部材により、結晶塊の各分割片を一体的に保持する。この場合、結晶塊が複数に分割されている構成であっても、シンチレータ（結晶塊）のハンドリングが容易となる。レーザ光を照射する前に、結晶塊を保持部材で保持するため、結晶塊に外形崩れが生じるのを抑制することができる。
【００２９】
好ましくは、保持部材としてシート状の部材を用い、該シート状の部材を結晶塊の外表面に貼付する。より好ましくは、シート状の部材を、結晶塊の外表面のうち互いに対向する二つの面に貼付する。これら場合、簡便な構成にて、結晶塊の各分割片を一体的に保持することができる。
【００３０】
好ましくは、シート状の部材を、結晶塊の外表面全体に貼付する。この場合、簡便な構成にて、結晶塊の各分割片をより一層確実に一体的に保持することができる。そして、レーザ光を照射する前に、結晶塊を保持部材で保持する場合には、結晶塊に外形崩れが生じるのを確実に防ぐことができる。
【００３１】
好ましくは、保持部材として、結晶塊をクランプする部材を用いる。この場合、簡便な構成にて、結晶塊の各分割片を一体的に保持することができる。
【００３２】
好ましくは、結晶塊を複数に分割する工程において、クランプする部材により、予め結晶塊を該結晶塊の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持し、結晶塊を複数に分割する工程の後に、クランプする部材により、結晶塊の各分割片を一体的に保持する。また、複数の改質領域を形成する工程においても、クランプする部材により、予め結晶塊を該結晶塊の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持してもよい。この場合、結晶塊を複数に分割する際に、結晶塊の分割を阻害することなく、結晶塊を保持しておくことができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現可能なシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る放射線検出器を示す概略斜視図である。
【図２】シンチレータの内部構成を説明するための模式的な図である。
【図３】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図４】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図５】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図６】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図７】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図８】本実施形態に係る放射線検出器の一変形例を示す概略斜視図である。
【図９】レーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１０】図９に示されたレーザ加工装置を用いてシンチレータの結晶塊に複数の改質領域を形成する過程を示すフローチャートである。
【図１１】シンチレータの製造方法を説明するための図である。
【図１２】シンチレータの製造方法を説明するための図である。
【図１３】シンチレータの製造方法を説明するための図である。
【図１４】シンチレータの製造方法を説明するための図である。
【図１５】シンチレータの製造方法を説明するための図である。
【図１６】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図１７】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図１８】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図１９】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図２０】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図２１】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図２２】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図２３】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【図２４】シンチレータの製造方法の一変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００３６】
まず、図１〜図２を参照して、本実施形態に係る放射線検出器の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器を示す概略斜視図である。図２は、シンチレータ１の内部構成を説明するための模式的な図である。図２（ａ）はシンチレータ１の平面断面図に対応する図であり、図２（ｂ）はシンチレータ１の側断面図に対応する図である。
【００３７】
放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように、シンチレータ１と、複数の光検出器１０と、を備えている。
【００３８】
シンチレータ１は、光検出器１０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１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（シンチレータ結晶）２により構成されている。結晶塊２は、略直方体状の形状を呈しており、図２に示されるように、対向する一対の面２ａ，２ｂ及び一対の面２ａ，２ｂと直交する４つの側面２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを有している。結晶塊２は、単結晶性の部材でもよく、また、単結晶性以外の部材であってもよい。
【００３９】
シンチレータ１は、結晶塊２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２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）などの結晶によって好適に構成される。
【００４０】
光検出器１０は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalance Photo Diode）、或いはＭＰＰＣ（Multi-Pixel PhotonCounter）といった半導体受光素子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。各光検出器１０は、その光検出面がシンチレータ１の表面と対向するようにシンチレータ１上に取り付けられることにより、シンチレータ１と光学的に結合される。
【００４１】
本実施形態では、放射線検出器ＲＤは、４体の光検出器１０を備えており、光検出器１０としてＰＭＴを用いている。４体の光検出器１０は、結晶塊２の面２ｂ側に配置されている。光検出器１０は、面２ｂに対向すると共に、面２ｂを４つの正方形領域に分割した各々の領域上にそれぞれ配置されている。これにより、各光検出器１０は、結晶塊２の面２ｂと光学的に結合されている。シンチレータ１（結晶塊２）において発生したシンチレーション光はその発生位置に応じて各光検出器１０へ配分され、各光検出器１０の出力比に基づいて、シンチレーション光ＳＣの発生位置が特定される。
【００４２】
光検出器１０は、ＰＭＴの代わりに、単一の位置検出型光検出器２０を用いてもよく（図３（ａ）参照）、また、二次元状に並置された複数の半導体受光素子３０を用いてもよい（図３（ｂ）参照）。位置検出型光検出器２０とは、受光面上の光入射位置に応じた電気信号を出力する素子である。また、複数の光検出器１０（例えば、半導体受光素子３０）は、結晶塊２の面２ｂだけでなく（図４（ａ）参照）、面２ａにも配置されていてもよく、また、全面２ａ〜２ｆに配置されていてもよい（図４（ａ）参照）。
【００４３】
シンチレータ１の結晶塊２は、図２にも示されるように、複数に分割されている。本実施形態では、結晶塊２は、１９６（＝７×７×４）分割されている。すなわち、結晶塊２は、各分割片が面２ａに対して三次元に配列されるように分割されている。結晶塊２に形成された分割面３は、複数の改質領域４と、切断面５と、を含んでいる。各改質領域４は、後述するように、結晶塊２の内部にレーザ光を照射することにより形成されている。切断面５は、同じく後述するように、結晶塊２に応力を印加することにより複数の改質領域４の間を繋ぐように形成されている。改質領域４と切断面５とは、交互に並んでいる。各図に示す分割面３（改質領域４及び切断面５）の形状は、当該分割面３（改質領域４及び切断面５）を模式的に表したものであり、実際の形状とは異なる。
【００４４】
結晶塊２の各分割片は、図１に示されるように、保持部材６により保持されている。保持部材６は、シート状の部材であり、シンチレーション光を透過する材料（例えば、シリコーンゴム等）からなる。シート状の保持部材６は、結晶塊２の外表面全体を覆うように、接着剤等により、又は、保持部材６自体が有する接着特性により、貼付されている。保持部材６は、必ずしもシンチレーション光を透過する材料にて構成される必要はないが、シンチレーション光に対して吸収特性の低い材料が好ましい。また、光検出器１０が対向して配置される面に貼付される保持部材６は、シンチレーション光を透過する材料にて構成する必要がある。なお、保持部材６は伸縮性を有する材料が好ましい。構成の理解を容易にするため、図面において、保持部材６を着色して示す。
【００４５】
結晶塊２は、図５及び図６にも示されるように、各分割片が面２ａに対して二次元に配列されるように分割されていてもよい。図５及び図６に示された結晶塊２は、４９（＝７×７）分割されている。シート状の保持部材６は、結晶塊２の面２ａ，２ｂを覆うように、接着剤等により、又は、保持部材６自体が有する接着特性により、貼付されている。
【００４６】
結晶塊２を一体的に保持する保持部材は、図７及び図８に示されるように、結晶塊２をクランプする保持部材７であってもよい。保持部材７は、略Ｉ字状を呈した４つの部材７ａ〜７ｄからなり、部材７ａ〜７ｄは、対応する側面２ｃ〜２ｆに沿うように配置されており、結晶塊２を側面２ｃ〜２ｆの外側から保持している。図７及び図８に示された例では、シート状の保持部材６が、結晶塊２の面２ａを覆うように、接着剤等により、又は、保持部材６自体が有する接着特性により、貼付されている。
【００４７】
図５（ａ）及び図７（ａ）は、光検出器１０としてＰＭＴを用いた例を示し、図５（ｂ）及び図７（ｂ）は、光検出器として位置検出型光検出器２０を用いた例を示している。図６（ａ）及び（ｂ）並びに図８（ａ）及び（ｂ）は、光検出器として半導体受光素子３０を用いた例を示している。
【００４８】
次に、本実施形態に係るシンチレータの製造方法について説明する。まず、図９〜図１４を参照して、図１及び図２に示されたシンチレータ１の製造方法について説明する。図９は、シンチレータ１を製造する一工程を説明するための図であり、この工程に用いられるレーザ加工装置１００の構成を示している。図１０は、レーザ加工装置１００を用いてシンチレータ１の結晶塊２に複数の改質領域４を形成する過程を示すフローチャートである。図１１〜図１４は、シンチレータ１の製造方法を説明するための図である。
【００４９】
図９を参照して、レーザ加工装置１００の構成について説明する。レーザ加工装置１００は、結晶塊２の内部に改質領域４を形成するための装置である。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ１０３と、ダイクロイックミラー１０４と、集光用レンズ１０５と、載置台１０７と、Ｘ軸ステージ１０９と、Ｙ軸ステージ１１１と、Ｚ軸ステージ１１３と、３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備える。レーザ光源制御部１０２は、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１０１を制御する。ダイクロイックミラー１０４は、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ている。集光用レンズ１０５は、ダイクロイックミラー１０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する。載置台１０７は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊２が載置される。Ｘ軸ステージ１０９は、載置台１０７をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸ステージ１１１は、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させる。Ｚ軸ステージ１１３は、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させる。
【００５０】
Ｚ軸方向は、結晶塊２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１１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊２の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。集光点ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊２をＸ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１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。
【００５１】
レーザ光源１０１は短パルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１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：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｙｂ：ＫＧＷレーザやチタンサファイアレーザがある。結晶塊２の加工にはパルスレーザ光を用いてもよく、連続波レーザ光を用いてもよいが、パルスレーザ光が好適である。
【００５２】
パルスレーザ光としてはナノ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。ナノ秒やピコ秒のレーザパルスは、結晶塊２の内部に本発明を実施するに際して好適な改質領域４を導入することができる。
【００５３】
レーザ加工装置１００は、観察用光源１１７と、可視光用のビームスプリッタ１１９と、を備える。観察用光源１１７は、載置台１０７に載置された結晶塊２を可視光線により照明するために可視光線を発生する。ビームスプリッタ１１９は、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されている。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０４が配置されている。ビームスプリッタ１１９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１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、反射された可視光線がダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５を透過し、結晶塊２の被加工部位を照明する。
【００５４】
レーザ加工装置１００は、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ１２１及び結像レンズ１２３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１０５、ダイクロイックミラー１０４、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されてＣＣＤカメラ１２１で撮像され、撮像データとなる。
【００５５】
レーザ加工装置１００は、ＣＣＤカメラ１２１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１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９と、を備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を結晶塊２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１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊２に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして結晶塊２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１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。
【００５６】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、シャッタ１０３、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００５７】
次に、図１０を参照しながら、結晶塊２に改質領域４を形成する過程について説明する。まず、結晶塊２をレーザ加工装置１００の載置台１０７上に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて結晶塊２を照明する。照明された結晶塊２の表面（例えば面２ａ）をＣＣＤカメラ１２１により撮像する。ＣＣＤカメラ１２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部１２５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１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２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１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２の表面に位置する（Ｓ１０１）。撮像データ処理部１２５は、撮像データに基づいて結晶塊２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１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に結晶塊２の表面の拡大画像が表示される。
【００５８】
続いて、結晶塊２の内部に改質領域４を形成するためのレーザ光Ｌの集光点が、結晶塊２の表面または内部における一つの改質領域４の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２を移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ１０３を開いてレーザ光Ｌを断続的に照射し、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２の内部に周囲と異なる屈折率を有する領域を形成する（Ｓ１０５）。そして、このような領域を形成しながら、Ｘ軸ステージ１０９又はＹ軸ステージ１１１により結晶塊２をＸ軸のマイナス方向又はＹ軸のマイナス方向に一定速度で所定距離だけ移動させる（Ｓ１０７）。これにより、改質領域４が、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に沿って、一定の間隔で複数形成されることとなる。
【００５９】
その後、Ｚ軸ステージ１１３により結晶塊２をＺ軸のマイナス方向に所定のピッチだけ移動させた後（Ｓ１０９）、Ｘ軸ステージ１０９又はＹ軸ステージ１１１により結晶塊２をＸ軸のプラス方向又はＹ軸のプラス方向に一定速度で所定距離だけ移動させて、一定の間隔で改質領域４を形成する（Ｓ１１１）。
【００６０】
そして、Ｚ軸のマイナス方向における加工終了位置での加工を終えていない場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、Ｚ軸ステージ１１３により結晶塊２をＺ軸のマイナス方向に所定のピッチだけ移動させ（Ｓ１１５）、Ｓ１０７に戻り、加工を継続する。一方、Ｚ軸のマイナス方向における加工終了位置での加工を終えた場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、レーザ光Ｌのシャッタ１０３を閉じる（Ｓ１１７）。
【００６１】
続いて、他に形成すべき改質領域４がある場合（Ｓ１１９：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの
集光点が結晶塊２の内部における当該改質領域４の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２を移動させる。例えば、先に形成した改質領域４に対して所定のピッチだけＸ軸のプラス方向またはＹ軸のプラス方向に結晶塊２を移動させるとよい（Ｓ１２１）。
【００６２】
以降、上述したステップＳ１０３〜Ｓ１１７を繰り返すことによって、複数の改質領域４が形成される。複数の改質領域４の全てを形成し終えると（Ｓ１１９：Ｎｏ）、この工程を終了する。この工程により、図１１に示されるように、分割予定ラインＤＬに沿って、結晶塊２の内部に切断の基点となる複数の改質領域４が形成されることとなる。分割予定ラインＤＬは、面２ａに対して各分割片が三次元に配列されるように設定される。図１１において、（ａ）は複数の改質領域４が形成された結晶塊２を示す斜視図であり、（ｂ）は結晶塊２の平面断面図に対応する図であり、（ｃ）は結晶塊２の側断面図に対応する図である。
【００６３】
結晶塊２に分割予定ラインに沿って複数の改質領域４を形成した後、図１２に示されるように、結晶塊２の外表面全体にシート状の保持部材６を貼付する。その後、結晶塊２に応力を印加することにより、改質領域４を切断の起点として分割予定ラインに沿って結晶塊２を複数に分割する。結晶塊２に応力が印加されることにより、隣り合う改質領域４の間に亀裂が生じ、この亀裂が結晶塊２の外表面に到達することにより、図１３に示されるように、結晶塊２が複数に分割されることとなる。このとき、結晶塊２の外表面全体にシート状の保持部材６を貼付しているので、結晶塊２の各分割片は一体化している。結晶塊２を分割する手法には、分割予定ラインに沿って結晶塊２に曲げ応力やせん断応力を加える、結晶塊２を加熱することによりに結晶塊２の熱膨張により熱応力を発生させる、又は、結晶塊２に音波（超音波）信号を印加する等が挙げられる。結晶塊２に曲げ応力やせん断応力を加える手法としては、図１４に示されるように、楔型の治具４０を用い、この治具４０を分割予定ラインに位置させた後に、治具４０を介して結晶塊２に外力を加える手法が存在する。
【００６４】
上述した実施形態では、結晶塊２に改質領域４を形成した後に、結晶塊２の外表面全体にシート状の保持部材６を貼付しているが、これに限られない。結晶塊２の外表面全体にシート状の保持部材６を貼付し（図１５（ａ）参照）、その後に結晶塊２に改質領域４を形成してもよい（図１５（ｂ）参照）。このとき、シート状の保持部材６は、レーザ光に対して高い透過特性を有する材料であることが好ましい。
【００６５】
続いて、図１６〜図１９を参照して、図５及び図６に示されたシンチレータ１の製造方法について説明する。図１６〜図１９は、シンチレータ１の製造方法の一変形例を説明するための図である。
【００６６】
まず、結晶塊２を用意し、図１６に示されるように、分割予定ラインＤＬに沿って、結晶塊２の内部に切断の基点となる複数の改質領域４を形成する。改質領域４を形成は、上述したように、レーザ加工装置１００を用いて行なう。分割予定ラインＤＬは、面２ａに対して各分割片が二次元に配列されるように設定される。
【００６７】
次に、図１７に示されるように、結晶塊２の面２ａ，２ｂにシート状の保持部材６を貼付する。その後、結晶塊２に応力を印加することにより、図１８に示されるように、改質領域４を切断の起点として分割予定ラインに沿って結晶塊２を複数に分割する。結晶塊２に応力が印加されることにより、隣り合う改質領域４の間に亀裂が生じ、この亀裂が結晶塊２の外表面に到達することにより、結晶塊２が複数に分割されることとなる。このとき、結晶塊２の結晶塊２の面２ａ，２ｂにシート状の保持部材６を貼付しているので、結晶塊２の各分割片は一体化している。結晶塊２を分割する手法には、分割予定ラインに沿って結晶塊２に曲げ応力やせん断応力を加える、結晶塊２を加熱することによりに結晶塊２の熱膨張により熱応力を発生させる、又は、結晶塊２に音波（超音波）信号を印加する等が挙げられる。
【００６８】
また、以下の手法により、結晶塊２を分割してもよい。図１９（ａ）に示されるように、シート状の保持部材６を拡張させて、結晶塊２に応力を生じさせる。すなわち、シート状の保持部材６を介して結晶塊２に力を印加する。これにより、図１９（ｂ）に示されるように、分割予定ラインに沿って亀裂が結晶塊２の外表面に到達し、結晶塊２が複数に分割されることとなる。本手法では、図１９に示されるように、シート状の保持部材６には、拡張させるための引っ張り代を設けておくことが好ましい。引っ張り代は、結晶塊２を分割した後に、切断されて取り除かれる。
【００６９】
上述した実施形態では、結晶塊２に改質領域４を形成した後に、結晶塊２の面２ａ，２ｂにシート状の保持部材６を貼付しているが、これに限られない。結晶塊２の面２ａ，２ｂにシート状の保持部材６を貼付し（図２０（ａ）参照）、その後に結晶塊２に改質領域４を形成してもよい（図２０（ｂ）参照）。このとき、シート状の保持部材６は、レーザ光に対して高い透過特性を有する材料であることが好ましい。
【００７０】
上述した実施形態では、シート状の保持部材６を貼付する際に、あわせて光検出器１０（２０，３０）を接着してもよい。
【００７１】
続いて、図１６及び図２１〜図２３を参照して、図７及び図８に示されたシンチレータ１の製造方法について説明する。図２１〜図２３は、シンチレータ１の製造方法の一変形例を説明するための図である。
【００７２】
まず、結晶塊２を用意し、図１６に示されるように、レーザ加工装置１００を用いて、結晶塊２の内部に切断の基点となる複数の改質領域４を分割予定ラインＤＬに沿って形成する。
【００７３】
次に、図２１に示されるように、結晶塊２の面２ａにシート状の保持部材６を貼付する。その後、図２２に示されるように、保持部材７により、結晶塊２を当該結晶塊２の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持する。
【００７４】
次に、結晶塊２に応力を印加することにより、改質領域４を切断の起点として分割予定ラインに沿って結晶塊２を複数に分割する。その後、図２３に示されるように、結晶塊２の各分割片を保持部材７により一体的に保持する。結晶塊２を分割する手法には、分割予定ラインに沿って結晶塊２に曲げ応力やせん断応力を加える、結晶塊２を加熱することによりに結晶塊２の熱膨張により熱応力を発生させる、結晶塊２に音波（超音波）信号を印加する、又は、保持部材６を拡張させて、結晶塊２に応力を生じさせる等が挙げられる。
【００７５】
上述した実施形態では、結晶塊２に改質領域４を形成した後に、結晶塊２の面２ａにシート状の保持部材６を貼付しているが、これに限られない。結晶塊２の面２ａにシート状の保持部材６を貼付し（図２４（ａ）参照）、結晶塊２を当該結晶塊２の各分割片を一体的に保持するときよりも保持部材７により緩く保持した後に（図２４（ｂ）参照）、結晶塊２に改質領域４を形成してもよい。このとき、シート状の保持部材６は、レーザ光に対して高い透過特性を有する材料であることが好ましい。
【００７６】
上述した実施形態では、シート状の保持部材６を貼付する際に、あわせて光検出器１０（２０，３０）を接着してもよい。
【００７７】
以上のように、本実施形態及び変形例によれば、シンチレーション光をシンチレータ１（結晶塊２）における分割面３が伸びる方向に沿って進行させることができるので、分割面３と交差する面内においてシンチレーション光の位置分解能が得られる。したがって、例えば分割面３と交差する結晶塊２の端面（例えば、面２ａ等）に複数の光検出器１０（３０）または位置検出型光検出器２０を配置すれば、入射位置に応じて複数の光検出器１０（３０）のそれぞれにまたは位置検出型光検出器２０にシンチレーション光を好適に配分することができる。
【００７８】
結晶塊２内に形成される分割面３は、複数の改質領域４と切断面５とを含むこととなるが、改質領域４における分割面は比較的粗い面であり、当該面におけるシンチレーション光の全反射が抑制され、シンチレーション光がシンチレータ１内にトラップされてしまうのを防ぐことができる。そして、上記切断面５が、結晶塊２に応力を印加することにより複数の改質領域４の間を繋ぐように形成されているので、レーザ光の照射によりシンチレータ１内に生じた歪みが緩和され、シンチレーション光の吸収を抑制することができる。これらの結果、シンチレータ１の放射線検出感度が向上することとなる。
【００７９】
本実施形態及び変形例では、結晶塊２の内部にレーザ光を照射する及び結晶塊２に応力を印加することにより分割面３が形成されて、結晶塊２が複数に分割されている。したがって、本実施形態に係るシンチレータ１によれば、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。また、シンチレータ１によれば、結晶塊２を分割するに際して、結晶塊２を機械的に切断する必要がなく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータ１の製造が格段に容易となる。
【００８０】
切断面５の形成によりシンチレータ１内に生じた歪みが緩和されるため、シンチレータ１内に生じた歪みを緩和するためにシンチレータ１をアニールする等の新たな工程を採用する必要が無い。このため、シンチレータ１の製造工程の簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【００８１】
本実施形態及び変形例においては、改質領域４と切断面５とは交互に並んでいる。これにより、分割面３におけるシンチレーション光の全反射がより一層抑制され、シンチレーション光がシンチレータ１内にトラップされてしまうのを確実に防ぐことができる。
【００８２】
本実施形態及び変形例においては、結晶塊２の各分割片は、保持部材６，７により一体的に保持されている。これにより、結晶塊２が複数に分割されている構成であっても、シンチレータ１（結晶塊２）のハンドリングが容易となる。シート状の保持部材６が用いられた場合、簡便な構成にて、結晶塊２の各分割片を一体的に保持することができる。特に、シート状の保持部材６が結晶塊２の外表面全体に貼付されている場合、結晶塊２の各分割片をより一層確実に一体的に保持することができる。また、保持部材７により結晶塊２をクランプする場合においても、簡便な構成にて、結晶塊２の各分割片を一体的に保持することができる。
【００８３】
本実施形態及び変形例に係る製造方法では、複数の改質領域４を形成する工程の後に、結晶塊２を保持部材６，７により保持し、結晶塊２を複数に分割する工程では、保持部材６，７により保持された結晶塊２を複数に分割し、保持部材６，７により、結晶塊２の各分割片を一体的に保持している。これにより、結晶塊２が複数に分割されている構成であっても、シンチレータ１（結晶塊２）のハンドリングが容易となる。また、レーザ光を照射した後に、結晶塊２を保持部材６，７で保持するため、保持部材６，７がレーザ光の照射によるダメージを受けることがない。
【００８４】
複数の改質領域４を形成する工程の前に、結晶塊２を保持部材６，７により保持し、結晶塊２を複数に分割する工程では、保持部材６により保持された結晶塊２を複数に分割し、保持部材６により、結晶塊２の各分割片を一体的に保持してもよい。この場合においても、シンチレータ１（結晶塊２）のハンドリングが容易となる。また、レーザ光を照射する前に、結晶塊２を保持部材６，７で保持するため、結晶塊２に外形崩れが生じるのを抑制することができる。
【００８５】
結晶塊２を複数に分割する工程において、保持部材７により、予め結晶塊２を該結晶塊２の各分割片を一体的に保持するときよりも緩く保持し、結晶塊２を複数に分割する工程の後に、保持部材７により、結晶塊２の各分割片を一体的に保持する。また、複数の改質領域４を形成する工程においても、保持部材７により、予め結晶塊を緩く保持してもよい。いずれの場合においても、結晶塊２を複数に分割する際に、結晶塊２の分割を阻害することなく、結晶塊２を適切に保持しておくことができる。
【００８６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００８７】
結晶塊２は、直方体形状を呈しているが、これに限られない。例えば、結晶塊２は、直方体以外の多面体形状や、球面を有する球形状等を呈していてもよい。結晶塊２の分割数や光検出器１０の数等は、上述した実施形態及び変形例にて示された数に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、ＰＥＴ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１…シンチレータ、２…結晶塊、３…分割面、４…改質領域、５…切断面、６，７…保持部材、１０…光検出器、１００…レーザ加工装置、ＤＬ…分割予定ライン、２０…位置検出型光検出器、３０…半導体受光素子、ＲＤ…放射線検出器。
【図２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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