(57)【要約】【課題】高分解能像と高輝度を両立した放射線検出器を提供すること。【解決手段】複合シンチレータと、該複合シンチレータからの光の一部を受光する光センサとを有する放射線検出器であって、該複合シンチレータが一方向性を有する複数の第一の相と、該第一の相の側面を覆う第二の相とを有し、該複合シンチレータからの光のうち、該複合シンチレータの光取り出し面の法線方向に対して２３度以上６７度以下の射出角度を有する光の少なくとも一部が前記光センサに検出されず、かつ、該法線方向に対して２３度より小さい射出角度を有する光、及び該法線方向に対して６７度より大きい射出角度を有する光が前記光センサで検出されることを特徴とする放射線検出器。【選択図】図１
2015017902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合シンチレータと、該複合シンチレータからの光の一部を受光する光センサとを有する放射線検出器であって、
該複合シンチレータが一方向性を有する複数の第一の相と、該第一の相の側面を覆う第二の相とを有し、
該複合シンチレータからの光のうち、該複合シンチレータの光取り出し面の法線方向に対して２３度以上６７度以下の射出角度を有する光の少なくとも一部が前記光センサに検出されず、かつ、該法線方向に対して２３度より小さい射出角度を有する光、及び該法線方向に対して６７度より大きい射出角度を有する光が前記光センサで検出されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記複合シンチレータからの光のうち、該複合シンチレータの光取り出し面の法線方向に対して２６度以上６１度以下の射出角度を有する光が前記光センサに検出されないことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記複合シンチレータの光取り出し面と前記光センサの間に、前記複合シンチレータからの光を前記光センサに結像するレンズが配置され、
該レンズの後焦点面のうち、前記法線方向に対して２３度以上６７度以下の射出角度を有する光が入射する領域の少なくとも一部に、遮蔽部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記レンズの後焦点面のうち、前記法線方向に対して２６度以上６１度以下の射出角度を有する光が入射する領域に遮蔽部が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記遮蔽部が円環状に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記複合シンチレータの光取り出し面と前記光センサの間に、前記法線方向に対して２３度以上６７度以下の射出角度を有する光の少なくとも一部を反射、または吸収する誘電体多層膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記誘電体多層膜が、
前記法線方向に対して２６度以上６１度以下の射出角度を有する光を反射、または吸収するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記複合シンチレータが共晶組織を含む相分離構造を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項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、放射線による励起で発光し、その光を導波する機能を有する複合シンチレータを備える放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場などで用いられているＸ線撮像装置では、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を光検出器で検出している。シンチレータが発した光を光検出器に導く構成として、レンズを用いる方法がある。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、単結晶から成る透明なシンチレータからの光のうち、レンズを用いて狭い発光領域に焦点を合わせ、低角度で射出される光のみを光検出器に導くことで、高分解能像を得る撮像方法が示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ａ  Ｐａｇｅ．１９４０−１９５１，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．７，（１９９８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シンチレータとして透明な単結晶を用いる非特許文献１に係る技術では、数μｍの厚さのシンチレータの発光領域に焦点を合わせ、取り込み角度を制限して高分解能像を得ている為、原理的に高分解能像と高輝度を両立し得ないという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高分解能像と高輝度を両立した放射線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、複合シンチレータと、該複合シンチレータからの光の一部を受光する光センサとを有する放射線検出器であって、該複合シンチレータが一方向性を有する複数の第一の相と、該第一の相の側面を覆う第二の相とを有し、該複合シンチレータからの光のうち、該複合シンチレータの光取り出し面の法線方向に対して２３度以上６７度以下の射出角度を有する光の少なくとも一部が前記光センサに検出されず、かつ、該法線方向に対して２３度より小さい射出角度を有する光、及び該法線方向に対して６７度より大きい射出角度を有する光が前記光センサで検出されることを特徴とする放射線検出器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高分解能像と高輝度を両立した放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の放射線検出器の第一の模式図である。
【図２】本発明の複合シンチレータの模式図である。
【図３】本発明の放射線検出器の第二の模式図である。
【図４】本発明の複合シンチレータから射出される光の射出位置と射出角度の関係を示す模式図である。
【図５】本発明の複合シンチレータから射出される光の強度と射出角度の関係を示す模式図である。
【図６】本発明の複合シンチレータから射出される光の強度と射出角度の関係を示す模式図である。
【図７】本発明の複合シンチレータから射出される光の強度と射出角度の関係を示す模式図である。
【図８】本発明で用いる誘電体多層膜の光の入射角度と反射率の関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の放射線検出器は、光導波機能を付与した複合シンチレータと光センサを有する。
また、本発明の放射線検出器は、複合シンチレータ中を導波して射出される光のうち、像ボケの原因となる光が光センサに検出されず、且つ、分解能の優れる光は光センサに検出される構成を有する。
以下、図面などを用いて本発明を実施するための形態を説明する。
【００１１】
［放射線検出器の構成］
図１に本発明の放射線検出器の模式図を示す。本発明の一態様によれば、本発明の放射線検出器は、複合シンチレータ１０１と複合シンチレータ１０１からの光の一部を受光する光センサ１０２とを有する放射線検出器である。複合シンチレータ１０１は一方向性を有する複数の第一の相１０３と、第一の相１０３の側面を覆う第二の相１０４とから成り、第一の相１０３と第二の相１０４は異なる屈折率を有している。相対的に屈折率の高い相はシンチレータとして機能することが好ましいが、相対的に屈折率の低い相はその限りではない。
【００１２】
放射線１０５が複合シンチレータ１０１に入射することにより発生する光（１０６、１０７、１０８）は、第一の相１０３と第二の相１０４との界面で反射を繰り返しながら複合シンチレータ１０１中を導波し、光取り出し面１１１から空気相（屈折率＝１）へ射出する。複合シンチレータ１０１で発生した光は第一の相１０３または第二の相１０４の屈折率の大きい相の中を導波される。なお、複合シンチレータの光取り出し面とは、第一の相の長手方向に垂直な面であり、シンチレータで発光した光が射出される面をいう。
【００１３】
例えば、複合シンチレータ１０１の一例としては、図２（ａ）に示すように、第一の相１０３の屈折率が第二の相１０４の屈折率よりも大きい場合である。円柱の形状を有しシンチレータとして機能する第一の相１０３と、その側面を覆う第二の相１０４から成る。第一の相１０３で発生した光のうち、第一の相１０３と第二の相１０４との境界面に臨界角度以上で入射する光１０６は、境界面で全反射を繰り返しながら複合シンチレータ１０１中を伝搬し、光取り出し面１１１から射出される。また、別の例としては、図２（ｂ）に示すように、第二の相１０４の屈折率が第一の相１０３の屈折率よりも大きい場合である。円柱の形状を有する第一の相１０３と、その側面を覆いシンチレータとして機能する第二の相１０４から成る。第二の相１０４で発生した光のうち、第一の相１０３と第二の相１０４との境界面に臨界角度以上で入射する光１０６は、境界面で全反射を繰り返しながら複合シンチレータ１０１中を伝搬し、光取り出し面１１１から射出される。尚、図１は図２（ｂ）に示すような、第二の相１０４で光が導波される複合シンチレータを有する放射線検出器の模式図である。
【００１４】
ここで、第一の相１０３の直径１１３は、３００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲であることが好ましい。すなわち、導波する光の波長よりも構造周期が小さい場合は光が反射せずに透過してしまう成分が多くなってしまう為、第一の相１０３の直径は発生する光の波長よりも大きいことが望ましい。本発明では、特に３００ｎｍ以上の紫外域に発光を有するようなシンチレータを用いることもある為、第一の相１０３の直径は３００ｎｍ以上であることが望ましい。また、第一の相１０３の直径が複合シンチレータ１０１の厚さ１１２と同等以上のサイズになると光を閉じ込める効果が低下してしまう為、第一の相１０３の直径１１３の最大値は厚さ１１２よりも小さいことが望ましい。本発明では、特に１０μｍ以上の厚さを持つ複合シンチレータ１０１を用いる為に、第一の相１０３の直径１１３が１０μｍ以下であることが望ましい。以上より、第一の相１０３の直径は、３００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００１５】
また、第一の相１０３の形状は円柱以外にも多角柱であってもよい。第一の相１０３は、複合シンチレータの厚さ方向に沿って直線的に連続していることが好ましいが、第一の相１０３が、途中で途切れたり、枝分かれしたり、複数の第一の相が一体化したり、第一の相の直径が変化したり、直線的でなく非直線部分が含まれたりするような場合を除外するものではない。
【００１６】
ここで、複合シンチレータ１０１から射出される光（１０６、１０７、１０８）について図１、図２、図４、図５を用いてさらに詳細に説明する。ここで、まず説明の為、複合シンチレータ１０１として、図２（ｂ）に示すように、シンチレータとして機能する第二の相１０４の屈折率が、円柱の形状を有する第一の相１０３の屈折率より高い場合について述べる。屈折率１．５５である柱状の第一の相１０３が、屈折率１．８の第二の相１０４に取り囲まれ、厚さ１１２を１００μｍ、第一の相１０３の直径１１３が２μｍ、第一の相の周期１１５が４μｍで最密充填されているような構成を一例として用いる。
【００１７】
放射線１０５が複合シンチレータ１０１に入射することにより発生するシンチレーション光のうち、第一の相１０３と第二の相１０４との境界面に臨界角度以上で入射する光は、全反射を繰り返しながら複合シンチレータ１０１中を伝搬し、光取り出し面１１１から射出される。これを光１０６として示す。一方、第一の相１０３と第二の相１０４との境界面に臨界角度よりも小さな角度で入射する光は、第二の相１０４から漏れて、複合シンチレータ１０１中を伝播する光となり、その中の一部は、最終的に光取り出し面１１１に到達し複合シンチレータ１０１から射出する。ここで、そのような光を屈折率の低い第一の相１０３から取り出される光１０８と屈折率の高い第二の相１０４から取り出される光１０７に区別する。即ち、複合シンチレータ１０１から射出される光には、屈折率の高い第二の相１０４から射出する光（１０６，１０７）と屈折率の低い第一の相１０３から射出する光（１０８）の２成分が存在する。
【００１８】
図４は、放射線１０５が複合シンチレータ１０１に入射した場所からの位置ｄ（μｍ）と、その位置における複合シンチレータからの光の出射角度θ（度）の関係を示す計算結果である。この計算では、フレネル反射を考慮していない。図５は複合シンチレータからの光の出射角度θ（度）と、その射出角度における光の強度の関係を示す計算結果である。ここで、Ｘ軸の強度は、任意の角度で複合シンチレータから射出された光の強度を１として、その光が各相から射出する割合を表すものである。図４、図５において、高屈折率相から射出される光（１０６、１０７）と、低屈折率相から射出される光（１０８）を別々に示している。
【００１９】
また、複合シンチレータ１０１は周期構造を有することから、発光位置は離散的にプロットされるが、分かりやすくする為にプロットを線で結んでいる。なお図１に示すように発光点は点光源としており、シンチレータそのものによる光吸収は考慮していない。
【００２０】
まず高屈折率相から射出される光について説明する。位置ｄが２μｍ以下の領域で射出される光は、全反射により第二の相１０４中に閉じ込められながら導波される光１０６に相当し、０度から約６５度の広い出射角度分布を有している。位置ｄが２μｍより大きく４０μｍ以下の比較的狭い領域で射出される光は、第二の相１０４から漏れた光のうち、第二の相１０４から取り出される光１０７に相当し、６５度以上の高角度で射出される光となる。
【００２１】
さらに、発光した光のそれぞれの出射角度について、その光の強度との関係を示したのが図５である。高屈折率相から射出される光については、低角度で射出される程、光の強度が強くなる。つまり、光１０６のうち出射角度０度の光が最大強度で射出されており、光１０７のうち出射角度およそ６５度の広角の光が最大強度で射出している。図１は、発光した光の強度が最大となるような出射角度を有する光線について図示しており、実際には光１０６と光１０７は図４に示すような角度分布を有する光線が図５の強度で射出している。
【００２２】
続いて、低屈折率相から射出される光について説明する。第二の相１０４から漏れた光のうち、第一の相１０３から取り出される光１０８は位置ｄが１００μｍにわたる広い領域で射出され、その出射角度は０度から９０度にわたる広範囲の角度で射出される光となる。図５に示すように、光１０８のうち４５度付近の出射角度の光が最大強度で射出している。光１０８は実際には非常にブロードな出射角度を有しているが、図１には発光した光の強度のピークとなる４５度付近の出射角度を有する光線について図示している。以上のように、低屈折率相から射出される光１０８は非常に遠くの位置ｄまで拡がることから像ボケの原因となる。
【００２３】
そこで、本実施形態では光１０８のうち、シンチレータの光取り出し面の法線方向に対する出射角度（以下、単に出射角度というときは、該法線方向に対する出射角度とする）が４５度付近で出射される光を中心に除外し、この除外した光を光センサにより検出しない。一方、除外する光の出射角度よりも高角度で出射される光１０７に相当する光は、光センサにより検出する。光１０７は比較的拡がりが少ないことから、分解能を維持したまま、輝度を向上させた像を得ることが可能となる。除外する出射角度の範囲は輝度と分解能のバランスに応じて適宜決めることができるが、本実施形態では６５度以下２３度以上の範囲内の光の一部または全部を除外することとする。除外してよい最大の角度を６５度とすることで、図４に示すように光１０７を除外しないことができる。除外してよい最小の出射角度は、光１０７の最大の出射位置である３８μｍに対応する光１０８の角度である２３度である。本実施形態では特に、輝度と分解能のバランスが好ましい角度範囲として、除外される光１０８の強度が、出射される全ての発光の強度に対して２０％の強度となるように除外する光の出射角度の範囲を２６度以上６１度以下とする。この角度範囲では、高角度に出射される光１０７も取り込まれ、さらに光１０８のピークを含む大部分が除外されることから、輝度の低下を抑えつつ分解能の良い像を得ることが可能である。
【００２４】
以上に示した任意の出射角度を有する光を除外する方法には、図１に示すように、複合シンチレータ１０１の光取り出し面１１１と光センサ１０２の間に、複合シンチレータ１０１からの光（１０６，１０７，１０８）を光センサ１０２に結像するレンズ１０９が配置され、該レンズ１０９の後焦点面１１４のうち、除外される光が入射する領域に遮蔽部１１０を配置する方法がある。この方法により、第二の相１０４の中で全反射により導波され、低角で射出される光１０６と、第二の相１０４から漏れた光のうち、拡がりが小さく６５度以上の高角度で射出される光１０７とを光センサ１０２に結像する。一方、遠くの位置ｄまで拡がる低屈折率相から射出される光１０８のうち、除外される光は遮蔽部１１０により遮蔽され、光センサに入射しない。
【００２５】
ここで、遮蔽部１１０の形状は、レンズの焦点距離をｆとしたとき、遮蔽する光の射出角度の最小値をθｍｉｎ、最大値をθｍａｘとすると、半径がｆ×ｔａｎθｍｉｎからｆ×ｔａｎθｍｉｎの範囲の円環状になる。円環状の遮蔽部の内側を低角度で射出する光が透過し、円環状の遮蔽部の外側を高角度で射出する光が透過する。
【００２６】
以上により、光取り出し面１１１で射出される光のうち、像ボケの原因となる遠方に拡がる出射角度を有する光を中心に選択的に除外することで、分解能の良い像が得られる。
【００２７】
図１に示すような構成では、高角度で射出される光を取り込む為に、開口数の大きなレンズを用いる。また、レンズは複合シンチレータ１０１の全領域からの発光した光を取り込めるようにサイズを選択する必要がある。
【００２８】
任意の出射角度を有する光を除外する別の方法としては、図３に示すように、複合シンチレータ１０１の光取り出し面１１１と光センサ１０２の間に、除外する光の出射角度に対応する角度の光を反射、もしくは吸収するような誘電体多層膜１１６を配置する方法がある。積層する誘電体の屈折率、膜厚、積層回数を適切に選択することで任意の入射角度を有する光を選択的に反射、もしくは吸収する誘電体多層膜１１６を用いることが可能である。誘電体多層膜を構成する層の数を増やしていくことで、反射率が増加し、かつ急峻な反射率の閾値を有する多層膜を得ることができる。また、出射角度が高角度の光もしくは低角度の光のみを透過する誘電体多層膜を組み合わせることで、任意の角度域のみの射出光を光センサに導くことも可能である。誘電体多層膜に用いられる材料としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などがあるがこれらに限定されるものではない。
【００２９】
このように、高屈折率相から射出される光のうち、低角度で射出される光１０６と高角度で射出される光１０７を透過し、低屈折率相から射出される光１０８のうち、強度の強い射出角度４５度付近の光を中心に反射または吸収するような誘電体多層膜１１６を配置することで、光取り出し面１１１で射出される光のうち、像ボケの原因となる遠方に拡がる光を選択的に除外し、分解能の良い像を得ることができる。この場合においては、複合シンチレータ１０１のサイズの大きな場合においても適用することが容易である。また図３では複合シンチレータ１０１と誘電体多層膜１１６とは空気層を挟んで配置されているが、密着して配置されていてもよい。
【００３０】
さらには、レンズと誘電体多層膜を共に用いて取り込む光の射出角度を選択することも可能である。
【００３１】
以上では、図２（ｂ）に示すように、複合シンチレータ１０１として、第二の相１０４がシンチレータとして機能し、その屈折率が第一の相１０３の屈折率より高い場合について説明した。この場合では、シンチレータで発生した光は第二の相１０４の中を導波する。一方、図２（ａ）に示すように、第一の相１０３がシンチレータとして機能し、その屈折率が第二の相１０４の屈折率より高い場合についても上述したのと同様の機能を発現する。この場合では、第一の相１０３の中をシンチレータで発生した光が導波する。
【００３２】
［共晶組織を含む相分離構造を有する複合シンチレータ］
複合シンチレータとして、共晶組織を含む相分離構造を利用することができる。本発明における相分離構造を有する複合シンチレータは、前述したように図２に示すような一方向性を有する多数の柱状形態をなす第一の相１０３と、第一の相の側面を埋める第二の相１０４との２相から構成されている。ここで、屈折率の大小関係により、第一の相１０３の屈折率が第二の相１０４の屈折率よりも大きい第二の構成と、第二の相１０４の屈折率が第一の相１０３の屈折率よりも大きい第一の構成がある。共晶組織を含む相分離構造が得られる材料系としては、以下のような材料系が挙げられる。
【００３３】
【表１】
2015017902.tif 000003
【００３４】
以上の例示した材料系を用いて、本発明に用いることができる複合シンチレータが形成可能である。各々の複合シンチレータを構成する第一の相１０３と第二の相１０４が有する屈折率と、両相の屈折率比（第一の相の屈折率が第二の相の屈折率よりも大きい場合は、第二の相の屈折率／第一の相の屈折率。第二の相の屈折率が第一の相の屈折率よりも大きい場合は、第一の相の屈折率／第二の相の屈折率。）により、射出される光（１０６，１０７，１０８）の射出状態が変化する為、像ボケなどの原因となる光を除外するのに最適な角度範囲は複合シンチレータを構成する材料系毎に異なる。以下両相の屈折率比が大きく異なる主な３種類の材料系について詳細を述べる。
【００３５】
一例として、図４、図５を用いた前述の説明は、第一の相としてＮａＣｌ（屈折率１．５５）、第二の相としてＣｓＩ（屈折率１．８）から成る複合シンチレータにおけるものである。この場合は第二の相１０４の屈折率が第一の相１０３の屈折率よりも大きい第一の構成となる。ＣｓＩ相側にＴｌやＩｎなどの発光中心を添加することで、放射線によって励起されることで生じたシンチレーション光は光取り出し面の方向へ効率良く導波される。この材料系では、前述したように除外される光１０８の強度が、射出される全ての光の強度に対して２０％の強度となるように、出射角度の２６度から６１度を除外する。この角度範囲を除外することで、低屈折率相から射出される光のうち最大強度を有する特定の出射角度（４５度）を有する光を含む大部分が除外されることから、分解能の良い像を得ることが可能である。
【００３６】
別の一例として、第一の相としてＧｄＡｌＯ３（屈折率２．０５）、第二の相としてＡｌ２Ｏ３（屈折率１．７９）から成る複合シンチレータにおける、それぞれの相からの光の出射角度θと、その出射角度における光の強度の関係を示す計算結果を図６に示す。この場合は第一の相１０３の屈折率が第二の相１０４の屈折率よりも大きい第二の構成となる。ＧｄＡｌＯ３相側にＣｅやＴｂなどの希土類元素から成る発光中心を添加することで、放射線によって励起されることで生じたシンチレーション光は光取り出し面の方向へ効率良く導波される。図５に示した例と比べて、それぞれの相から取り出される光の出射強度のピーク位置と強度が変化している。同様に、除外される光の強度が、射出される全ての光の強度に対して２０％の強度となるように、出射角度の２５度以上６２度以下を除外する。この角度範囲を除外することで、低屈折率相から射出される光のうち最大強度を有する特定の出射角度の光を含む大部分が除外されることから、分解能の良い像を得ることが可能である。
【００３７】
さらに別の一例として、第一の相としてＮａＣｌ（屈折率１．５５）、第二の相としてＣｕＩ（屈折率２．３４）から成る複合シンチレータにおける、それぞれの相から発光した光の射出角度θと、その射出角度における光の強度の関係を示す計算結果を図７に示す。この場合は第二の相１０４の屈折率が第一の相１０３の屈折率よりも大きい第一の構成となる。ＣｓＩ相側にＴｌやＩｎなどの発光中心を添加することで、放射線によって励起されることで生じたシンチレーション光は光取り出し面の方向へ効率良く導光することができる。同様に、除外される光の強度が、射出される全ての光の強度に対して２０％の強度となるように、射出角度の２６度以上６７度以下を除外する。
【００３８】
以上のように両相の屈折率比が大きく異なる主な３種類の材料系について、像ボケなどの原因となる光を除外するのに最適な角度範囲を見積もると、除外する射出角度の範囲は広くて２３度以上６７度以下の範囲とすることができる。つまり、除外する光の出射角度の範囲が２３度以上６７度以下の範囲に含まれるように、除外する光の出射角度の範囲を決めることができる。さらに最適には、各々の材料系に共通する出射角度の範囲である、２６度以上６１度以下の範囲に含まれることが好ましい。複合シンチレータを形成する各々の相の組み合わせにより、像ボケなどの原因となる光を除外するのに最適な角度範囲は材料系毎に異なるが、表１に示した種々の材料系における屈折率と両相の屈折率比の範囲内においては、ほぼ上述した３種類の材料系で示した範囲で表わされている。
【００３９】
したがって、本発明の放射線検出器は、複合シンチレータからの光のうち、複合シンチレータの光取り出し面の法線方向に対して２３度以上６７度以下の出射角度を有する光の少なくとも一部を光センサで検出せず、かつ、法線方向に対して２３度より小さい出射角度を有する光、及び法線方向に対して６７度より大きい出射角度を有する光を光センサで検出することを特徴とする放射線検出器である。さらに好ましくは除外する角度範囲が２６度以上６１度以下の範囲に含まれることである。しかしながら、特に分解能を向上した像を得るには、除外する光の射出角度よりも高角度に射出される発光を検出せず、低角度に射出される光のみを検出してもよく、本発明においてそのような検出方法を除外するものではない。この場合においても、図４、図５に示した複合シンチレータの特徴的な光の射出角度に応じて取り込み角度を設定し、分解能と輝度を調整することが可能である。
【００４０】
また、上記材料系にて低屈折率相のみをエッチングする手段を用いることで屈折率比の大きい複合シンチレータを形成することも可能である。エッチングについては、気相中でプラズマや化学反応を利用したエッチング手段、ないし溶液による溶解によるエッチング手段等を用いることができる。
【００４１】
さらには、ＣｓＩ針状膜のように、第一の相がＣｓＩ、第二の相が空気であるような形態を有するシンチレータについても、本発明を適用することを除外するものではなく、検出する光のうち特定の出射角度を有する光の一部を除外することでコントラストの優れた像を取得することが可能である。
【００４２】
以下、本発明につき、さらに詳しく説明する。
【００４３】
［実施例１］
本実施例は、複合シンチレータの形態として第一の構成であるＣｓＩとＮａＣｌから成る共晶組織を含む相分離構造を用い、複合シンチレータの光取り出し面と光センサの間にレンズが配置され、レンズの後焦点面上に円環状の遮蔽部が配置された放射線検出器に関するものである。
【００４４】
まず、複合シンチレータとして、第一の構成である第一の相がＮａＣｌ（屈折率１．５５）、第二の相がＣｓＩ（屈折率１．８）から成る複合シンチレータを用いた例について説明する。それぞれの相からの発光した光の出射角度θと、その出射角度における光の強度の関係を示す計算結果は図４、図５であり、上述で説明した通りである。２６度から６１度の出射角度を有する光を除外することで遠方に拡がる光を選択的に除外することができ、輝度の低下を抑えたまま分解能の良い像が得られる。
【００４５】
試料作製についてであるが、ＣｓＩとＮａＣｌの相図は共晶系であり、ＣｓＩに対してＮａＣｌを３０ｍｏｌ％含有した試料を溶融し、一方向性に凝固させるとＣｓＩ相中にＮａＣｌの柱状構造体が埋め込まれたような相分離構造体となる。ＣｓＩ相にＴｌやＩｎなどの発光中心を添加することで、放射線によってシンチレーション光を示す。このとき、ＣｓＩ相で発生した光のうち、ＮａＣｌ相との界面で全反射条件を満たす成分は反射し、ＣｓＩ相の中に閉じ込められながら光取り出し面へ導光される。
【００４６】
まず、ＣｓＩに対してＮａＣｌを３０ｍｏｌ％混合した粉末にヨウ化タリウム（ＴｌＩ）を０．１０ｍｏｌ％添加して混合し、石英管に真空封入した試料を用意した。次に、試料をブリッジマン炉に導入して、８００℃まで昇温させ試料全体が溶解した後３０分保持してから６５０℃に保持し、試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉内の冷却水が循環している領域に突入することで溶解している部分との温度差が３０℃／ｍｍ以上となるようにしている。引き下げ速度は１００μｍ／ｍｉｎとした。このようにして作製した試料を５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ５００μｍで切り出し、両面を研磨して試料とした。試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＣｓＩ相中に直径約２μｍのＮａＣｌ柱状構造体が埋め込まれたような複合シンチレータとなっていることが確認された。Ｘ線照射により波長５５０ｎｍにピークを有するシンチレーション光を示した。
【００４７】
作製した試料の一面を光取り出し面とし、これに対向するように光センサを配置した。光取り出し面と光センサの間にレンズ（開口数０．９、焦点距離２ｍｍ）を配置した。光取り出し面から出射される光のうち、遠方に拡がり像ボケの原因となる２６度から６１度の角度を有する光を除外する為に、レンズの後焦点面上に、２６度に対応する直径が１．９５ｍｍから６１度に対応する７．２２ｍｍの範囲に遮蔽領域を有する円環状の遮蔽部を配置した系を用意した。
【００４８】
比較例として、高角度の射出光を取り込まずに輝度がほぼ等しくなるように出射角度３０度以下の光のみを取り込むような遮蔽部を設けた系と、遮蔽部を配置しない系についても用意した。
【００４９】
まず、それぞれの系について、画像の解像度を測る指標であるＭＴＦ値をシミュレーションにより算出した。ここで、シミュレーションでは、屈折率１．５５であるＮａＣｌ相が、屈折率１．８のＣｓＩ相に取り囲まれ、その厚さを５００μｍ、ＮａＣｌ相の直径を２μｍ、ＮａＣｌ相の周期を４μｍとした二次元モデルを用いている。なお発光点は点光源としており、各相による光吸収は考慮していない。シンチレータからの光のうち、ピーク強度に対して０．１％の強度を有する光までを光センサで検出するものとした。
【００５０】
１０ｌｐ／ｍｍにおけるＭＴＦ値は、円環状の遮蔽部を配置した系では０．８７であり、出射角度３０度以下の光のみを取り込んだ系では０．８４、遮蔽部を配置しない系では０．７７であった。実際にＸ線を照射して撮像を行ったところ、円環状の遮蔽部を配置した系では、出射角度３０度以下の光のみを取り込んだ系に対しては約４％、遮蔽部を配置しない系に対しては約１３％コントラストが向上した像が得られる。以上より、円環状の遮蔽部を配置した系では、遮蔽部を設けない場合に対しても、出射角度３０度以下の光のみを取り込むような遮蔽部を設けて輝度が同等になるようにした系に対しても、ＭＴＦが向上する結果がシミュレーションと実験により共に示された。
【００５１】
以上により、複合シンチレータの光取り出し面と光センサの間にレンズが配置され、レンズの後焦点面上に円環状の遮蔽部が配置された放射線検出器とすることで、光取り出し面から射出される光のうち、像ボケの原因となる遠方に拡がる光を選択的に除外することができ、輝度の低下を抑えたまま分解能の良い像が得られた。
【００５２】
［実施例２］
本実施例は、複合シンチレータの形態として第二の構成であるＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３から成る共晶組織を含む相分離構造を用い、複合シンチレータの光取り出し面と光センサの間にレンズが配置され、レンズの後焦点面上に円環状の遮蔽部が配置された放射線検出器に関するものである。
【００５３】
複合シンチレータの材料を変えた別の一例として、第二の構成である第一の相がＧｄＡｌＯ３（屈折率２．０５）、第二の相がＡｌ２Ｏ３（屈折率１．７９）から成る複合シンチレータを用いた例について説明する。
【００５４】
まず、ＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３の組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）になるように秤量した原料に、ＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３の総物質量に対してＣｅを０．１ｍｏｌ％添加した原料を十分に混合した粉末を準備した。この粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１７００℃まで加熱して試料全体が溶解した後３０分保持してから、３６ｍｍ／ｈの速度で融液から結晶を育成した。このようにして作製した試料を５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ４００μｍで切り出し、両面を研磨して試料とした。試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、Ａｌ２Ｏ３相中に直径約６８０ｎｍのＧｄＡｌＯ３柱状構造体が埋め込まれたような複合シンチレータとなっていることが確認された。Ｘ線照射により波長３６０ｎｍにピークを有するシンチレーション光を示した。
【００５５】
実施例１と同様に、作製した試料の一面を光取り出し面とし、これに対向するように光センサを配置した。光取り出し面と光センサの間にレンズ（開口数０．９、焦点距離２ｍｍ）を配置した。光取り出し面から射出される光のうち、遠方に拡がり像ボケの原因となる２５度から６２度の出射角度を有する光を除外する為に、レンズの後焦点面上に、２５度に対応する直径が１．８７ｍｍから６２度に対応する７．５２ｍｍの範囲に遮蔽領域を有する円環状の遮蔽部を配置した系を用意した。
【００５６】
実施例１と同様にシミュレーションを行ったところ、１０ｌｐ／ｍｍにおけるＭＴＦ値は、円環状の遮蔽部を配置した系では０．８８であり、出射角度３０度以下の光のみを取り込んだ系では０．８５、遮蔽部を配置しない系では０．７９であった。Ｘ線を照射して撮像を行ったところ、実際に円環状の遮蔽部を配置した系では、出射角度３０度以下の光のみを取り込んだ系に対しては約５％、遮蔽部を配置しない系に対しては約１２％コントラストが向上した像が得られる。
【００５７】
以上より、円環状の遮蔽部を配置した系では、遮蔽部を設けない場合に対しても、射出角度３０度以下の光のみを取り込むような遮蔽部を設けて輝度が同等になるようにした系に対しても、ＭＴＦが向上する結果がシミュレーションと実験により共に示された。
【００５８】
［実施例３］
本実施例は、複合シンチレータの形態として共晶組織を含む相分離構造を有するシンチレータを用い、複合シンチレータの光取り出し面と光センサの間に誘電体多層膜が配置された放射線検出器に関するものである。
【００５９】
任意の出射角度を有する光を除外する別の方法としては、図３に示すように光取り出し面と光センサの間に誘電体多層膜を配置することでも可能である。積層する誘電体の屈折率、膜厚、積層回数を選択することで任意の出射角度（光取り出し面から射出する角度）を有する光を選択的に反射、もしくは吸収する誘電体多層膜を用いることが可能である。
【００６０】
実施例１で用意した複合シンチレータにおいては、波長５５０ｎｍにピークを有するシンチレーション光のうち２６度から６１度の射出角度を有する光を反射する誘電体多層膜の構成として、ＴｉＯ２（屈折率２．５）とＳｉＯ２（屈折率１．４５）の多層膜を用いた。電子ビーム蒸着装置を用いて、膜厚が１２０ｎｍのＳｉＯ２と膜厚が８５ｎｍのＴｉＯ２を１１層繰り返した誘電体多層膜を作製した。作製した誘電体多層膜の構成における入射角度と反射率の計算結果を図８（ａ）に示す。２６度から６１度の入射角度の光の大部分を反射することがわかる。作製した誘電体多層膜を図３のように、光取り出し面と光センサとの間に空気層を介して配置した。実際にＸ線を照射して撮像を行ったところ、誘電体多層膜を配置しない場合に対して約１１％コントラストが向上した像が得られる。
【００６１】
実施例２で用意した複合シンチレータにおいては、波長３６０ｎｍにピークを有するシンチレーション光のうち２５度から６２度の入射角度を有する光を反射する誘電体多層膜の構成として、ＴｉＯ２（屈折率２．５）とＳｉＯ２（屈折率１．４５）の多層膜を用いた。電子ビーム蒸着装置を用いて、膜厚が７０ｎｍのＳｉＯ２と膜厚が６０ｎｍのＴｉＯ２を１１層繰り返した誘電体多層膜を作製した。作製した誘電体多層膜の構成における入射角度と反射率の計算結果を図８（ｂ）に示す。２５度から６２度の入射角度の光の大部分を反射することがわかる。作製した誘電体多層膜を図３のように、光取り出し面と光センサとの間に空気層を介して配置した。実際にＸ線を照射して撮像を行ったところ、誘電体多層膜を配置しない場合に対して約１０％コントラストが向上した像が得られる。
【００６２】
以上に示した誘電体多層膜は一例であり、様々な屈折率を有する材料を適宜選択することで、任意の角度域に反射を示す膜を作製することができる。また、出射角度が高角度な光もしくは出射角度が低角度な光のみを透過する誘電体多層膜を複数組み合わせることで任意の角度域のみを選択して反射することも可能である。以上の誘電体多層膜を用いた場合は複合シンチレータのサイズが大きな場合においても適用することが容易である。さらには、実施例１及び実施例２に示したようなレンズと遮蔽部から成る系と、実施例３に示した誘電体多層膜とを共に用いて、光センサに受光される光の角度を選択することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の複合シンチレータは、医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の放射線検出器として用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１  複合シンチレータ
１０２  光センサ
１０３  第一の相
１０４  第二の相
１０５  放射線
１０６、１０７、１０８  発光した光
１０９  レンズ
１１０  遮蔽部
１１１  光取り出し面
１１２  厚さ
１１３  直径
１１４  後焦点面
１１５  第一の相の周期
１１６  誘電体多層膜
ｄ  Ｘ線入射位置からの距離
【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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