(57)【要約】【課題】シンチレータ結晶で生じた蛍光の発生位置を高さ方向について弁別できる構成の放射線検出器において、蛍光の発生位置の弁別が正確にできる放射線検出器を提供する。【解決手段】本発明の放射線検出器のシンチレータ結晶ｃの表面は粗面となっている。これにより、シンチレータ結晶ｃの間で起こる予期しない蛍光の反射を抑制することができ、蛍光の発生位置を正確に弁別できる放射線検出器１を提供することができる。また、シンチレータ結晶ｃのうち反射板に結合している反射板結合領域は、研磨処理された平滑面となっているので、結晶から出射した蛍光が反射板で反射されてもとの結晶に戻る際に蛍光の減衰が生じない。この様に結晶の一部を平滑面とすることによりシンチレータ２で生じる蛍光の減衰を極力抑制し、放射線の検出感度が改善された放射線検出器１を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が縦横に配列し、高さ方向に第１層ないし第４層の４つの層を有するシンチレータと、前記シンチレータに光学的に接続された光検出器とを備えた放射線検出器であって、
互いに隣接する前記シンチレータ結晶の隙間に蛍光を反射する横方向または縦方向に伸びた複数の反射板を有し、
第１層および第２層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しているとともに、
第２層および第３層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しており、
第３層および第４層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しており、
第１層および第２層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列しているとともに、
第２層および第３層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で横方向に配列しており、
第３層および第４層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列していており、
前記シンチレータ結晶が有する面のうち、透過材を介して前記反射板に結合している反射板結合領域は、研磨処理された平滑面となっており、前記透過材を介して隣のシンチレータ結晶に結合している結晶結合領域は研磨処理された平滑面より粗く磨りガラス状の粗面となっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記シンチレータを構成する互いに隣接する前記シンチレータ結晶は、屈折率が前記シンチレータ結晶を構成する材料よりも小さい透過材により光学的に結合されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、
前記シンチレータにおける前記光検出器に接続されている面が研磨処理された平滑面より粗く磨りガラス状の粗面となっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、前記シンチレータ結晶の表面を１００番以上６００番以下の研磨紙で研削した程となっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、光学研磨した前記シンチレータ結晶の表面よりも粗いものとなっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、ケミカルエッチング処理をした前記シンチレータ結晶の表面よりも粗いものとなっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータに配列されている前記シンチレータ結晶は、第１層ないし第４層に跨って設けられていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータに配列されている前記シンチレータ結晶には、第１層および第２層に跨って設けられているものと、第３層および第４層に跨って設けられているものとの二種類があり、第１層および第２層に係る結晶の各面のうち、第３層および第４層に係る結晶に前記透過材を介して光学的に結合されている面は粗面となっていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項９】
請求項８に記載の放射線検出器において、
第１層および第２層に係る結晶の材料と第３層および第４層に係る結晶の材料とが互いに異なり、第１層および第２層に係る結晶の材料のエネルギー分解能は、第３層および第４層に係る結晶の材料のエネルギー分解能よりも高いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータを構成するシンチレータ結晶には、平滑面に変更された前記結晶結合領域または粗面に変更された前記反射板結合領域を有するものが含まれていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記シンチレータ結晶の結晶結合領域における粗面は、表面が結晶インゴットを切り出した状態のままの状態となっていることを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シンチレータ結晶が２次元または３次元的に配列された放射線検出器に関し、特に、深さ方向の蛍光の発生位置を区別するための反射板を備えた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
γ線などの放射線を検出する放射線検出器には外見が図１９のようなものがある。この様な放射線検出器５１は、シンチレータ結晶ｃが縦、横、高さ方向に３次元的に配列したシンチレータ５２と、シンチレータ５２から発した蛍光を検出する光検出器５３とを有している。シンチレータ５２から発せられる蛍光は、放射線が変換されたものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
放射線検出器５１は、蛍光を測定する際に蛍光がシンチレータ５２のどの部分で発したかを区別する機能を有している。この様な機能は、蛍光の位置弁別機能と呼ばれる。放射線検出器５１は、シンチレータ５２を構成するシンチレータ結晶ｃのどの結晶が蛍光を発したのかを特定することにより、蛍光の位置を弁別する。
【０００４】
シンチレータ結晶ｃを単に配列してシンチレータ５２を構成しただけでは、蛍光の位置弁別を正確に行うことができない。特に、蛍光を発した結晶が図１９の網掛けで示す高さ方向に配列した結晶のうちどれであるかを区別できるようにするには、シンチレータ５２を構成する結晶の隙間に蛍光を反射する反射板５４を設ける必要がある。
【０００５】
反射板５４の構成について説明する。反射板５４は、結晶と同じ高さを有しており、横方向に伸びるものと縦方向に伸びるものとの２種類がある。そして、横方向に伸びる反射板５４と縦方向に伸びる反射板５４とは、互いに嵌め合わされることにより反射板５４が格子状となった反射板枠体を構成している。結晶はこの反射板枠体にはめ込まれるように配列している。
【０００６】
ところで、近年になって、新しい構造のシンチレータ５２が開発されてきている。すなわち、図２０に示すように図１９におけるシンチレータ結晶ｃが高さ方向に一体化したようなシンチレータ５２である。この様なシンチレータ５２を用いることにより、放射線検出器５１の感度が向上する。すなわち、図２０のシンチレータ５２は、図１９のような４層のシンチレータ結晶層を有する構成とは異なり、蛍光が確実に光検出器５３に到達させることができる（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
この様な図２０で説明したシンチレータ５２においても、反射板５４から構成される４つの反射板枠体が備えられている。この反射板枠体により、放射線検出器５１は、高さ方向についての蛍光の発生位置を弁別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７９０５７号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０１７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の放射線検出器は次のような問題がある。すなわち、従来の放射線検出器によれば、高さ方向についての蛍光の発生位置の弁別を正確に行うことができない。
【００１０】
従来の放射線検出器は、シンチレータ結晶のどの層で蛍光が発生したのかを弁別するのに、各層の間で光学的な環境が異なることを利用している。すなわち、反射板５４は、シンチレータ結晶の４側面の全てを覆う様にはなっていないのである。例えば、あるシンチレータ結晶の第１層には、反射板５４は、シンチレータ結晶の４側面のうち、図２１に示す上側に位置する側面と、左側に位置する側面とに設けられている。
【００１１】
このようなシンチレータ結晶の第１層における発生点から発生した蛍光は、この発生点を中心として放射状に拡散しようとするものの、実際は反射板５４に阻まれて、反射板５４から逃げるように右下方向に広がる。一方、シンチレータ結晶の第２層には、反射板５４は、シンチレータ結晶の４側面のうち、図２１に示す下側に位置する側面と、左側に位置する側面とに設けられている。このようなシンチレータ結晶の第２層における発生点から発生した蛍光は、この発生点を中心として放射状に拡散しようとするものの、実際は反射板５４に阻まれて、反射板から逃げるように右上方向に広がる。
【００１２】
このように、第１層で生じた蛍光は、右下方向に広がり、第２層で生じた蛍光は、右上方向に広がる。すなわち、シンチレータ結晶のどこで蛍光が発生するかによって、蛍光が広がる方向が違うのである。従来の放射線検出器はこの様な原理に基づいて、蛍光がシンチレータ結晶のどの層から発したのかを区別するようになっている。
【００１３】
この様な高さ方向についての蛍光の発生位置の弁別は、蛍光が理想通りに拡散することが前提となる。その点、シンチレータ結晶で生じた蛍光の拡散光は、反射板５４に入射すると確実に反射される。
【００１４】
しかしながら、シンチレータ結晶の側面のうち反射板５４が設けられていない面では、理想から外れた現象が起こる。すなわち、蛍光があるシンチレータ結晶で生じたとして、これが反射板５４が設けられていない面を通じて隣の結晶に拡散するときに、結晶表面で拡散光の一部が反射してしまうのである。図２２は、この蛍光の反射を模式的に表している。このような拡散光の反射は、蛍光の高さ方向の弁別をする上で想定していないものであり、図２１で説明したような蛍光の広がりを乱すものである。すなわち、結晶間で生じる蛍光の反射は、特に高さ方向についての蛍光の位置弁別に悪影響を与える。すなわち、蛍光の位置弁別が不正確なものとなってしまうのである。
【００１５】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シンチレータ結晶で生じた蛍光の発生位置を高さ方向について弁別できる構成の放射線検出器において、蛍光の発生位置の弁別が正確にできる放射線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が縦横に配列し、高さ方向に第１層ないし第４層の４つの層を有するシンチレータと、シンチレータに光学的に接続された光検出器とを備えた放射線検出器であって、互いに隣接するシンチレータ結晶の隙間に蛍光を反射する横方向または縦方向に伸びた複数の反射板を有し、第１層および第２層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しているとともに、第２層および第３層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しており、第３層および第４層に備えられた反射板のうち横方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列しており、第１層および第２層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列しているとともに、第２層および第３層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で横方向に配列しており、第３層および第４層に備えられた反射板のうち縦方向に伸びるものは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列していており、シンチレータ結晶が有する面のうち、透過材を介して反射板に結合している反射板結合領域は、研磨処理された平滑面となっており、透過材を介して隣のシンチレータ結晶に結合している結晶結合領域は研磨処理された平滑面より粗く磨りガラス状の粗面となっていることを特徴とするものである。
【００１７】
［作用・効果］本発明の放射線検出器のシンチレータ結晶の表面は粗面となっている。これにより、シンチレータ結晶の間で起こる予期しない蛍光の一部が反射することを抑制することができ、シンチレータで発生する蛍光の広がりを理想通りとすることができる。したがって、本発明によれば、蛍光の発生位置を正確に弁別できる放射線検出器を提供することができる。
また、シンチレータ結晶のうち反射板に結合している反射板結合領域は、研磨処理された平滑面となっているので、結晶から出射した蛍光が反射板で反射されてもとの結晶に戻る際に蛍光の減衰が生じない。この様に結晶の一部を平滑面とすることによりシンチレータで生じる蛍光の減衰を極力抑制し、放射線の検出感度が改善された放射線検出器を提供することができる。
【００１８】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータを構成する互いに隣接するシンチレータ結晶は、屈折率がシンチレータ結晶を構成する材料よりも小さい透過材により光学的に結合されていればより望ましい。
【００１９】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。すなわち、屈折率の小さい透過材を屈折率の大きい２つのシンチレータ結晶で挟みこむことで、結晶同士が光学的に結合されている構成となっていると、シンチレータ結晶から透過材に向けて進む蛍光の一部が結晶表面で反射してしまう。本発明によれば、シンチレータ結晶の表面が粗面となっているので、結晶表面における蛍光の反射を抑制することができる。
【００２０】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータにおける光検出器に接続されている面が研磨処理された平滑面より粗く磨りガラス状の粗面となっていればより望ましい。
【００２１】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。シンチレータの光検出器に接続されている面が粗面となっていれば、シンチレータで発生した蛍光の一部がシンチレータの表面で反射することなく確実に光検出器に入射するので、シンチレータと光検出器が理想通りに光学的に結合することになる。上述の構成は、放射線検出器の蛍光の正確な測定に寄与するものである。
【００２２】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、シンチレータ結晶の表面を１００番以上６００番以下の研磨紙で研削した程となっていればより望ましい。
【００２３】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、光学研磨したシンチレータ結晶の表面よりも粗いものとなっていればより望ましい。
【００２４】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶が有する粗面の粗さの程度は、ケミカルエッチング処理をしたシンチレータ結晶の表面よりも粗いものとなっていればより望ましい。
【００２５】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。シンチレータ結晶の粗面の程度が上述に示した程度となっていれば、本発明の効果を十分に発揮することができる放射線検出器が提供できる。
【００２６】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータに配列されているシンチレータ結晶は、第１層ないし第４層に跨って設けられていればより望ましい。
【００２７】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータに配列されているシンチレータ結晶には、第１層および第２層に跨って設けられているものと、第３層および第４層に跨って設けられているものとの二種類があり、第１層および第２層に係る結晶の各面のうち、第３層および第４層に係る結晶に透過材を介して光学的に結合されている面は粗面となっていればより望ましい。
【００２８】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。本発明は、様々は態様の放射線検出器に適用することができる。特に、シンチレータに配列されているシンチレータ結晶が上側の段と下側の段とで２つに分かれている構成においては、上側の結晶の各面のうち、下側の結晶に透過材を介して光学的に結合されている面は粗面となっているので、蛍光が上側の結晶から下側の結晶に突入するときに、上側の結晶の表面で反射が抑制される。この様に構成することにより、シンチレータの光学的特性を結晶が第１層ないし第４層に跨って設けられている構成のものに近づけることができる。この様にシンチレータの光学的特性を変更することができるようになれば、シンチレータのとりうる構成の選択肢が増えることになり、高性能な放射線検出器の提供を助ける。
【００２９】
また、上述の放射線検出器において、第１層および第２層に係る結晶の材料と第３層および第４層に係る結晶の材料とが互いに異なり、第１層および第２層に係る結晶の材料のエネルギー分解能は、第３層および第４層に係る結晶の材料のエネルギー分解能よりも高ければより望ましい。
【００３０】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。本発明は、ＳＰＥＣＴ撮影とＰＥＴ撮影ができる兼用の断層撮影装置に適した構成となっている。本発明はこのように多様な用途に応じて構成を最適化することができる。
【００３１】
また、上述の放射線検出器のシンチレータを構成するシンチレータ結晶には、平滑面に変更された結晶結合領域または粗面に変更された反射板結合領域を有するものが含まれているような構成とすることもできる。
【００３２】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。結晶結合領域または反射板結合領域の表面の状況を変更することによりシンチレータの光学的特性を最適化することができるので高性能な放射線検出器を提供することができる。
【００３３】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶の結晶結合領域における粗面は、表面が結晶インゴットを切り出した状態のままの状態となっていればより望ましい。
【００３４】
［作用・効果］上述の構成は本発明の放射線検出器を具体的に表したものとなっている。シンチレータを構成するシンチレータ結晶は、円筒形状の結晶インゴットをワイヤーソーやダイジングソーで切り分けて製造される。切り分けられた直後のシンチレータ結晶は、６面とも粗面となっている。そこで、表面が粗面のままとなっているシンチレータ結晶を組み立ててシンチレータを製造すれば、隣り合うシンチレータ結晶同士の光学的な結合面で反射が抑制されることになる。つまり上述の構成によれば、本発明の効果を有するシンチレータが得られる。さらに、上述の構成によれば、シンチレータ結晶の表面を研磨する工程が必要でないので、製造工程が短縮され低コストな放射線検出器が提供できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の放射線検出器のシンチレータ結晶の表面は粗面となっている。これにより、シンチレータ結晶の間で起こる予期しない蛍光の反射を抑制することができ、シンチレータで発生する蛍光の広がりを理想通りとすることができる。したがって、本発明によれば、蛍光の発生位置を正確に弁別できる放射線検出器を提供することができる。また、シンチレータ結晶のうち反射板に結合している反射板結合領域は、研磨処理された平滑面となっているので、結晶から出射した蛍光が反射板で反射されてもとの結晶に戻る際に蛍光の減衰が生じない。この様に結晶の一部を平滑面とすることによりシンチレータで生じる蛍光の減衰を極力抑制し、放射線の検出感度が改善され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】
【００３６】
【図１】実施例１に係る放射線検出器の全体構成を説明する斜視図である。
【図２】実施例１に係る反射板の構成について説明する平面図である。
【図３】実施例１に係る放射線検出器の高さ方向についての蛍光の発生位置の区別方法について説明する模式図である。
【図４】実施例１に係る放射線検出器の高さ方向についての蛍光の発生位置の区別方法について説明する模式図である。
【図５】実施例１に係るシンチレータ反射板の構成について説明する断面図である。
【図６】実施例１に係るシンチレータ結晶について説明する斜視図である。
【図７】実施例１に係るシンチレータ結晶の特性について説明する模式図である。
【図８】実施例１に係るシンチレータ結晶の特性について説明する模式図である。
【図９】実施例１に係るシンチレータ結晶について説明する斜視図である。
【図１０】実施例１に係るシンチレータ結晶について説明する斜視図である。
【図１１】実施例１に係るシンチレータ結晶について説明する斜視図である。
【図１２】実施例１に係る放射線検出器の効果について説明する模式図である。
【図１３】実施例１に係る放射線検出器の効果について説明する模式図である。
【図１４】実施例１に係る放射線検出器の効果について説明する模式図である。
【図１５】本発明に係る放射線検出器の１変形例について説明する断面図である。
【図１６】本発明に係る放射線検出器の１変形例について説明する斜視図である。
【図１７】本発明に係る放射線検出器の１変形例について説明する断面図である。
【図１８】本発明に係る放射線検出器の１変形例について説明する断面図である。
【図１９】従来装置に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。
【図２０】従来装置に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。
【図２１】従来装置に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。
【図２２】従来装置に係る放射線検出器の問題点を説明する模式図である。
【実施例１】
【００３７】
（１）放射線検出器１の概略構成
図１に示すように、実施例１に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶ｃが縦横に配列し、高さ方向に第１層Ｌ１ないし第４層Ｌ４の４つの層を有するシンチレータ２と、シンチレータ２に光学的に接続されたシリコン・フォト・マルチプライア・アレイ（以下、ＳｉＰＭＡ３よぶ）と、シンチレータ２とＳｉＰＭＡ３との間に介在する位置に配置されたライトガイド４とを備えた放射線検出器である。このＳｉＰＭＡ３は、蛍光を検出する半導体素子シリコン・フォト・マルチプライアが２次元マトリックス状に配列されており、入射した蛍光のｘ，およびｙ（横および縦）についての位置を弁別することができる。ライトガイド４は、シンチレータ２で生じた蛍光をＳｉＰＭＡ３に導くために設けられている。したがって、ライトガイド４は、シンチレータ２とＳｉＰＭＡ３とに光学的に結合されている。ＳｉＰＭＡ３は、本発明の光検出器に相当する。
【００３８】
（２）シンチレータの構成
シンチレータ２は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶ｃがｘ，ｙ方向に二次元的に配列して構成され、ｚ方向に第１層Ｌ１ないし第４層Ｌ４の４つの層を有している。すなわち、シンチレータ２は、ｚ方向（高さ方向）に細長状となっている４角柱形状のシンチレータ結晶ｃが二次元的に配列されることにより構成されている。シンチレータ結晶ｃの各々は、Ｃｅが拡散したＬｕ２（１−Ｘ）Ｇｄ２ＸＳｉＯ５（以下、ＬＧＳＯとよぶ）によって構成されている。また、シンチレータ結晶ｃの各々は、例えば、ｘ方向の幅が３ｍｍ，ｙ方向の幅が３ｍｍ，ｚ方向の高さが２０ｍｍの直方体をしている。また、シンチレータ２の４側端面は、図示しない反射膜で被覆されている。シンチレータ結晶ｃは、シンチレータ２の第１層Ｌ１ないし第４層Ｌ４に跨って設けられている。
【００３９】
なお、シンチレータ２で発した蛍光は、ライトガイド４を介してシンチレータ２に光学的に接続された蛍光を検出するＳｉＰＭＡ３によって弁別される。すなわち、ＳｉＰＭＡ３は、シンチレータ２で発した蛍光がどのシンチレータ結晶ｃから発生したものであるのかを区別することができるのである。つまり、ＳｉＰＭＡ３は、シンチレータ２のｘ方向およびｙ方向について蛍光の発生位置の弁別能を有している。
【００４０】
ＳｉＰＭＡ３は、シンチレータ２のｚ方向についても蛍光の発生位置の弁別をすることができる。すなわち、ＳｉＰＭＡ３は、シンチレータ２が有する４つの層のうち、どの層から蛍光が発したのかを弁別することができるのである。すなわち、シンチレータ２は、ｚ方向について４つの領域に区分けすることができる。このときの区分けを順番に第１層Ｌ１，第２層Ｌ２，第３層Ｌ３，第４層Ｌ４と呼ぶことにする。これら４層のうち、シンチレータ２における放射線が入射する面である入射面側に位置する層を第１層Ｌ１であるものとし、シンチレータ２におけるライトガイド４側に位置する層を第４層Ｌ４であるものとする。シンチレータ２を構成するシンチレータ結晶ｃは、この各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に跨って存在しているということになる。各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のｚ方向の高さは、それぞれ５ｍｍに設定されている。
【００４１】
互いに隣接するシンチレータ結晶ｃに挟まれる位置には、蛍光を透過する透過材ｔが設けられている。透過材ｔは、シンチレータ結晶ｃと反射板ＲＸ，ＲＹとの間にも形成されている。この透過材ｔは、シンチレータ結晶ｃや反射板を結合してシンチレータ２を形作る役割も果たしている。この透過材ｔの厚さは、シンチレータ結晶ｃと反射板ＲＸ，ＲＹとの間において２５μｍ程度であり、材料としては、シリコン樹脂からなる熱硬化性樹脂が使用できる。
【００４２】
シンチレータ結晶ｃを構成するＬＧＳＯは、比較的屈折率の高い物質であり、ＬＧＳＯの屈折率は、１．８２程度である。透過材ｔを構成するシリコン樹脂は、比較的屈折率の低い物質であり、シリコン樹脂の屈折率は１．４１程度となっている。このように、シンチレータ２を構成する互いに隣接するシンチレータ結晶ｃは、屈折率がシンチレータ結晶ｃを構成する材料よりも小さい透過材ｔにより光学的に結合されている。
【００４３】
（３）反射板の構成
次に、反射板について説明する。シンチレータ２には、互いに隣接するシンチレータ結晶ｃの隙間に蛍光を反射するｘ方向（横方向）に伸びる反射板ＲＸおよびｙ方向（縦方向）に伸びる反射板ＲＹとが設けられている。反射板ＲＸ，ＲＹは、図１に示すように、互いに隣接するシンチレータ結晶ｃの間に介在する位置には、例えばポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムで構成され、厚さは、例えば１２５μｍとなっている。反射板ＲＸは、本発明の横方向に伸びた反射板に相当し、反射板ＲＹは、本発明の縦方向に伸びた反射板に相当する。
【００４４】
＜反射板ＲＸについて＞
まず、反射板ＲＸについて説明する。図２の左側は、実施例１に係るシンチレータをそのｙｚ側端面から見たときの平面図である。図２の左側の示すように、いずれの反射板ＲＸも、ｘ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶ｃの隙間に挿入されている。しかも、そのｚ方向の高さは例えば層１段分の５ｍｍに設定されている。このように、反射板ＲＸと各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の高さは等しい。
【００４５】
反射板ＲＸ１は、第１層Ｌ１のシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入される反射板であり、反射板ＲＸ２は、第２層Ｌ２のシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入される反射板である。また、反射板ＲＸ１は、ｙ方向に配列された８個のシンチレータ結晶ｃのうち、例えば、ｃ（８，２）とｃ（８，３）との間に挿入される。この様に、反射板ＲＸ１の左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＸ１の右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。一方、反射板ＲＸ２は、シンチレータ結晶層において、反射板ＲＸ２とは異なる位置に挿入される。すなわち、反射板ＲＸ２の左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＸ２の右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。なお、この反射板ＲＸ１は、第１層Ｌ１において３枚設けられ、反射板ＲＸ２は、第２層Ｌ２において４枚設けられる。このように、反射板ＲＸ１，ＲＸ２は、シンチレータ２の第１層Ｌ１と第２層Ｌ２との間で交互に出現するようにシンチレータ結晶ｃ１個分の周期でｙ方向に配列している。反射板ＲＸ１の高さは、第１層Ｌ１の高さに等しく、反射板ＲＸ２の高さは、第２層Ｌ２の高さに等しい。
【００４６】
反射板ＲＸ３は、第３層Ｌ３のシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入される反射板であり、シンチレータ２における反射板ＲＸ３の挿入位置は、反射板ＲＸ１と同様なものとなっている。同様に、反射板ＲＸ４は、第４層Ｌ４のシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入される反射板であり、シンチレータ２における反射板ＲＸ４の挿入位置は、反射板ＲＸ２と同様なものとなっている。すなわち、反射板ＲＸ３の左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＸ３の右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。そして、反射板ＲＸ４の左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＸ４の右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。なお、この反射板ＲＸ３は、第３層Ｌ３において３枚設けられ、反射板ＲＸ４は、第４層Ｌ４において４枚設けられる。このように、反射板ＲＸ３，ＲＸ４は、シンチレータ２の第３層Ｌ３と第４層Ｌ４との間で交互に出現するようにシンチレータ結晶ｃ１個分の周期でｙ方向に配列している。反射板ＲＸ３の高さは、第３層Ｌ３の高さに等しく、反射板ＲＸ４の高さは、第４層Ｌ４の高さに等しい。
【００４７】
このように、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に備えられた反射板ＲＸ１，ＲＸ２は、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列している。同様に、第２層Ｌ２および第３層Ｌ３に備えられた反射板ＲＸ２，ＲＸ３は、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列している。同様に、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に備えられた反射板ＲＸ３，ＲＸ４は、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で縦方向に配列している。
【００４８】
＜反射板ＲＹについて＞
続いて、反射板ＲＹについて説明する。図２の右側は、実施例１に係るシンチレータをそのｚｘ側端面から見たときの平面図である。図２の右側の示すように、いずれの反射板ＲＹも、ｙ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶ｃの隙間に挿入されている。第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に跨って設けられている反射板ＲＹａのｚ方向の高さは例えば層２段分の１０ｍｍに設定されている。このように、反射板ＲＹａの高さは第１層Ｌ１と第２層Ｌ２との合計の高さに等しい。同様に、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に跨って設けられている反射板ＲＹｂのｚ方向の高さは例えば層２段分の１０ｍｍに設定されている。このように、反射板ＲＹｂの高さは第３層Ｌ３と第４層Ｌ４との合計の高さに等しい。
【００４９】
第１層Ｌ１，第２層Ｌ２には、ｙ方向に伸びる反射板ＲＹａがシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入されている。この反射板ＲＹａは、ｘ方向に配列された８個のシンチレータ結晶ｃのうち、例えば、ｃ（２，１）とｃ（３，１）との間に挿入される。この様に、反射板ＲＹａの左隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＹａの右隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。この反射板ＲＹａの各々は、第１層Ｌ１，第２層Ｌ２に跨って設けられており、シンチレータ２全体では３枚設けられる。反射板ＲＹａは、シンチレータ２の第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とに跨っているとともにシンチレータ結晶ｃ２個分の周期でｘ方向に配列している。
【００５０】
同様に、第３層Ｌ３，第４層Ｌ４には、ｙ方向に伸びる反射板ＲＹｂがシンチレータ結晶ｃの隙間に挿入されている。しかし、その挿入位置は、反射板ＲＹａとは異なるものとなっている。すなわち、反射板ＲＹｂの左隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶ｃが位置し、反射板ＲＹｂの右隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶ｃが位置している。この反射板ＲＹｂの各々は、第３層Ｌ３，第４層Ｌ４に跨って設けられており、シンチレータ２全体では４枚設けられる。反射板ＲＹｂは、シンチレータ２の第３層Ｌ３と第４層Ｌ４とに跨っているとともにシンチレータ結晶ｃ２個分の周期でｘ方向に配列している。
【００５１】
このように、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に備えられた反射板ＲＹａは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列している。同様に、第２層Ｌ２および第３層Ｌ３に備えられた反射板ＲＹａ，ＲＹｂは、２つの層の間で交互に出現するようにシンチレータ結晶１個分の周期で横方向に配列している。同様に、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に備えられた反射板ＲＹｂは、出現する位置が２つの層の間で同じとなるようにシンチレータ結晶２個分の周期で横方向に配列している。
【００５２】
＜蛍光の発生位置の弁別方法＞
次に、実施例１に係る放射線検出器１のｘ，ｙ，ｚ方向における蛍光の発生位置の弁別方法について説明する。シンチレータ２に入射したγ線は、４領域のいずれかで蛍光に変換される。この蛍光は、ライトガイド４の方向に進み、ライトガイド４を介してＳｉＰＭＡ３に入射する。ＳｉＰＭＡ３は、マルチアノードタイプであり、入射位置に応じて出力される検出信号の電圧が段階的に変化する構成となっている。こうして、蛍光がＳｉＰＭＡ３に入射したｘ，およびｙ方向の位置を弁別することができる。
【００５３】
次に、図３，図４を参照しながら、放射線検出器１のｚ方向における蛍光の発生位置の弁別方法について説明する。図３，図４に示すように、シンチレータ２の４領域において、反射板ＲＸと反射板ＲＹの挿入位置が互いに異なるものとなっている。図３，図４を通じて（２，２）に位置するシンチレータ結晶ｃ（２，２）（図３，図４中に斜線で示す）に注目すると、４領域における反射板ＲＸ，ＲＹの挿入方向は、互いに異なったものとなっている。シンチレータ結晶ｃで生じた蛍光は、ｘ，およびｙ方向に広がりながらＳｉＰＭＡ３に到達するが、反射板ＲＸ，ＲＹを設けることによって、その広がり方に方向性が付加される。しかも、ｘ，ｙの位置が同一な各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で発した蛍光の各々を比較すれば、それらが広がる方向は互いに異なったものとなっている。つまり、シンチレータ２のｚ方向における蛍光発生位置の違いは、蛍光のｘ，ｙ方向の位置の違いに変換されることになる。ＳｉＰＭＡ３は、このｚ方向の位置の違いに起因する蛍光のｘ，ｙ方向のわずかなずれを検知し、そこから蛍光のｚ方向に関する発生位置が各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の中のどこかを割り出すことができる。
【００５４】
（４）シンチレータ反射板Ｓについて
直方体となっているシンチレータ２は６つの面を有する。そのうち１つの面は、ライトガイド４と結合している蛍光の出射面となっている。シンチレータ２が有する６つの面のうち出射面以外の５つの面の各々には、図５に示すように、各面を覆うようにシンチレータ反射板Ｓが設けられている。シンチレータ反射板Ｓは、シンチレータ結晶ｃの隙間に設けられた反射板ＲＸ，ＲＹと同じ材質で構成され、シリコン樹脂が硬化した透過材ｔを介してシンチレータ２と一体化している。このシンチレータ反射板Ｓは、シンチレータ２で生じた蛍光が出射面以外の面から散逸してしまうことを防止する目的で設けられている。このように、シンチレータ反射板Ｓは、ＳｉＰＭＡ３に蛍光を集光させる役割を担っている。
【００５５】
（５）シンチレータ結晶ｃの表面の構成について：本発明における最も特徴的な構成
続いて本発明における最も特徴的な構成について説明する。すなわち、本発明は、シンチレータ２を構成するシンチレータ結晶ｃの構成に特徴がある。シンチレータ結晶ｃは、図６に示すように直方体となっており、表面の一部が平滑面質となっており、残りの部分が粗面質となっているのである。粗面とは、表面が研磨処理された平滑面よりも粗いザラついた面をいい、見た目としては磨りガラスのような質感となっている。なお、平滑面とは、結晶の内部が透けて見える程度に研磨された面である。図６においては、シンチレータ結晶ｃの表面のうち粗面質となっている領域を網掛けで表し、平滑面質となっている領域を網掛け無しで表している。
【００５６】
シンチレータ結晶ｃが有する粗面質の粗さの程度は、シンチレータ結晶ｃの表面を１００番以上６００番以下の研磨紙で研削した程度となっている。したがって、シンチレータ結晶ｃが有する粗面質の粗さの程度は、光学研磨したシンチレータ結晶ｃの表面よりも粗く、ケミカルエッチング処理をしたシンチレータ結晶ｃの表面よりも粗いものとなっている。
【００５７】
シンチレータ結晶ｃの表面に粗面を設けた理由について説明する。従来のシンチレータ結晶ｃの表面には、平滑面とするような磨き加工がなされている。この様な磨き加工を行う理由としては、組み立ての容易性や、シンチレータ結晶ｃから出射する蛍光の減衰を防ぐことなどがある。しかし、シンチレータ結晶ｃの表面を平滑面としてしまうと、シンチレータ結晶表面で蛍光の一部が反射するという問題点が起こる。
【００５８】
この問題点について説明する。
シンチレータ２を構成するシンチレータ結晶ｃには、透過材ｔを介して反射板ＲＸ，ＲＹに接している部分と、透過材ｔを介して隣のシンチレータ結晶ｃに接している部分とがある。従って、いずれの部分も透過材ｔに接していることになる。この透過材ｔの屈折率は、シンチレータ結晶ｃの屈折率よりも小さいものとなっている。このようなシンチレータ結晶ｃと透過材ｔとの間で見られる屈折率の違いは、蛍光の一部が反射を引き起こす原因となる。
【００５９】
すなわち、屈折率の大きいシンチレータ結晶ｃの内部を進む蛍光が屈折率の小さな透過材ｔに突入するときに、蛍光成分の一部が透過材ｔに進入できずに反射してしまう場合があるのである。すなわち、図７に示すように、シンチレータ結晶ｃの内部を進む蛍光成分がシンチレータ結晶ｃの屈折率と透過材ｔの屈折率で決まる臨界角よりも大きい入射角θで透過材ｔに向かうと、この蛍光成分は、シンチレータ結晶ｃの表面で全反射し、シンチレータ結晶ｃから出射できずにシンチレータ結晶ｃの表面で折り返してしまい、透過材ｔに入射しない。この反射光は、透過材ｔに入射していった透過光とは異なる経路を辿ってＳｉＰＭＡ３で検出されることにはなる。したがって、反射光も検出されるのだから、界面で蛍光の全反射が起こっても特に問題はないのではないかとも思われる。しかし、このような反射は、本来想定されているものではなく、次のような問題を引き起こす。すなわち、シンチレータ結晶ｃの内側で蛍光の反射が起こると、透過材ｔを介して光学的に結合された２つのシンチレータ結晶ｃの間で光学的な環境の差が想定よりも大きくなってしまう。
【００６０】
本発明のように、シンチレータ結晶ｃの表面が粗面であると、図８に示すように、シンチレータ結晶ｃの蛍光が透過材ｔに向けて臨界角よりも大きい入射角θで入射したとしても、シンチレータ結晶ｃの表面で全反射が起こりにくなる。このように結晶表面で反射が抑えられる理由としては、シンチレータ結晶ｃの内部と透過材ｔとの間にザラついたシンチレータ結晶ｃの表層があると、この表層がシンチレータ結晶ｃと透過材ｔとの間にあった屈折率の不連続性を緩和し、結晶と透過材との間の屈折率の相違による特性が薄れるというメカニズムが考えられる。
【００６１】
＜平滑面について＞
本発明に係るシンチレータ結晶ｃは、表面の全てが粗面質となっているわけではない。シンチレータ結晶ｃの表面は、粗面質となっている領域と、研磨処理された平滑面質となっている領域とが混在している。この平滑面質となっている領域は、結晶を光学研磨処理またはケミカルエッチング処理を施して得られるものである。
【００６２】
図９は、シンチレータ結晶ｃにおいて粗面質と平滑面質との分布について説明している。シンチレータ結晶ｃにおいて粗面質となっているのは、透過材ｔを介して隣のシンチレータ結晶ｃに光学的に結合する結晶結合領域Ｒｃおよび、透過材ｔを介してライトガイド４に光学的に結合する面である。シンチレータ結晶ｃにおいて粗面質が上述のような分布となっているのは、図７，図８を用いて説明したように蛍光の反射を抑制する必要性からである。
【００６３】
また、シンチレータ結晶ｃにおいて、平滑面質となっているのは、透過材ｔを介して反射板ＲＸ，ＲＹに結合する反射板結合領域Ｒｒおよび、透過材ｔを介してシンチレータ反射板Ｓに結合する面である。シンチレータ結晶ｃにおいて平滑面質が上述のような分布となっているのは、シンチレータ結晶ｃの内部の蛍光が透過材ｔを通過して反射板ＲＸ，ＲＹまたはシンチレータ反射板Ｓに至り、そこで反射した蛍光が、再び透過材ｔを通過してシンチレータ結晶ｃに戻ってくる過程で減衰しないようにする必要性からである。シンチレータ結晶ｃの表面が粗面となっていると、シンチレータ結晶ｃを行き来する蛍光は、表面で減衰してしまう。シンチレータ結晶ｃを部分的に平滑面質とすることで、この蛍光の減衰を極力抑制することができる。
【００６４】
なお、シンチレータ結晶ｃを平滑面質とすると、結晶から透過材ｔに向けて蛍光が出射するときに、結晶表面で蛍光の反射が起こってしまう。この反射が放射線検出器の性能に影響を与えるようにも思われる。しかし、実際はそうではない。確かに、結晶の平滑面では、結晶から透過材ｔに向けて出射しようとする蛍光は、透過材ｔ側に透過する透過成分と、平滑面で反射する反射成分とに分解される。このときの透過光成分は、反射板ＲＸ，ＲＹまたはシンチレータ反射板Ｓで反射し、結局元の結晶に戻される運命にある。したがって、透過光成分と反射成分は、もといたシンチレータ結晶ｃの中で再び一緒になり、あたかも全成分が反射板ＲＸ，ＲＹまたはシンチレータ反射板Ｓで反射したかのような結果となるのである。以上のような理由から、結晶の平滑面質で蛍光の反射が生じても放射線検出器の性能には影響しない。ちなみに、上述の過程のうちの後半の過程である反射板で反射した蛍光の拡散光が透過材ｔからシンチレータ結晶ｃに向かうときには、反射が生じない。シンチレータ結晶ｃの屈折率が透過材ｔのものよりも大きいからである。
【００６５】
＜シンチレータ結晶を製造する方法＞
上述のように本発明のシンチレータ結晶ｃの表面は、透過材ｔを介して反射板ＲＸ，Ｒｙ，シンチレータ反射板Ｓに結合している反射板結合領域Ｒｒが研磨処理された平滑面となっている一方、透過材ｔを介して隣のシンチレータ結晶ｃに結合している結晶結合領域Ｒｃが研磨処理された平滑面より粗く磨りガラス状の粗面となっている。このような粗面と平滑面とが混在した表面を持つシンチレータ結晶を製造するのには、まず結晶に光学研磨処理またはケミカルエッチング処理を施して全面を平滑面とする方法が考えられる。結晶の粗面となっている領域は、結晶の表面のうち平滑面となるべき領域にマスクを行った上で研磨紙を用いた研磨、サンドブラスト法による削り込み、またはレーザエッチングによる削り込みを行うことで得られる。
【００６６】
＜シンチレータ結晶の種類について＞
本発明に係るシンチレータ２はどのようなシンチレータ結晶ｃにより構成されるのかについて説明する。図１０は、シンチレータ２を構成する８種類のシンチレータ結晶ｃの表面を展開図として表している。８種類の結晶のうちパターン１，１ｍの結晶は、全域が平滑面となっている側面が２つあり、シンチレータ２の４隅に配置されるものである。パターン２，２ｍ，３，３ｍの結晶は、全域が平滑面となっている側面が１つあり、シンチレータ２の側面に配置されるものである。パターン４，４ｍは、全域が平滑面となっている側面はなく、シンチレータ２の内部に配列されるものである。
【００６７】
なお、シンチレータ結晶の側面とは、結晶におけるライトガイド４の接続面を底面とし、底面に対向する放射線の入射面を上面としたときの結晶の側面を意味し、一つの結晶に４つある。なお、結晶の底面はいずれもパターン１，１ｍ，２，２ｍ，３，３ｍ，４，４ｍにおいてもライトガイド４に結合される粗面となっており、上面はいずれのパターン１，１ｍ，２，２ｍ，３，３ｍ，４，４ｍにおいてもシンチレータ反射板Ｓに結合される平滑面となっている。
【００６８】
パターン１の結晶とパターン１ｍの結晶は互いに鏡像体の関係にあり、パターン２の結晶とパターン２ｍの結晶は互いに鏡像体の関係にある。同様に、パターン３の結晶とパターン３ｍの結晶は互いに鏡像体の関係にあり、パターン４の結晶とパターン４ｍの結晶は互いに鏡像体の関係にある。
【００６９】
＜シンチレータ結晶の配列方法について＞
このように異なるパターンのシンチレータ結晶ｃがシンチレータ２にどのように配列されているのかについて説明する。図１１は、シンチレータ２に配列される結晶の並びを示している。パターン１，１ｍ，２，２ｍ，３，３ｍ，４，４ｍの結晶は、図１１に示すように配列され一つのシンチレータ２を形作る。一つのシンチレータ２を製造するには、パターン１，１ｍの結晶がそれぞれ２本ずつ、パターン２，２ｍ，３，３ｍの結晶がそれぞれ６本ずつ、パターン４，４ｍの結晶がそれぞれ１８本ずつ、計６４本の結晶が必要である。透過材ｔを介してこれら６４本の結晶が一体化してシンチレータ２が製造される。
【００７０】
＜高さ方向についての空間分解能の改善について：結晶に粗面を設けたことによる効果＞
本発明によれば、結晶に粗面を設けることにより、放射線検出器１の高さ方向についての空間分解能が改善されるのでこれについて説明する。図１２は、ＳｉＰＭＡ３が出力するシンチレータ２で生じた蛍光の発生位置を示したマップである。このマップは、時間をかけて取得されたものであり、シンチレータ２を構成する各シンチレータ結晶ｃが蛍光を発したときに得られる像が累積的に表されている。単一の蛍光がシンチレータ２で発生した場合、このときＳｉＰＭＡ３が出力するマップには、この蛍光の発生位置を示す１つの明点が現れるのみである。図１２のマップは、ＳｉＰＭＡ３が出力しうる明点の全てを網羅したものとなっており、実際の検出時には、図１２のマップに配列された明点のうちの一つがマップに現れることになる。
【００７１】
図１２のマップ中４つの明点を太枠で囲んだ矩形の領域は、同じシンチレータ結晶で発生した蛍光に由来する明点を囲んだものとなっている。すなわち、実施例１の放射線検出器１によれば、シンチレータ結晶ｃにおける蛍光の発生位置に応じて明点の現れる位置が４通りに変化する。すなわち、シンチレータ結晶ｃにおける第１層Ｌ１〜第４層Ｌ４のいずれで蛍光が発生したかに応じて、マップ上で明点の発生する位置が右上にずれたり、右下にずれたり、左上にずれたり、左下にずれたりする。
【００７２】
図１３の左側は、上述の図１２における太枠で囲んだ４つの明点を抜き出して表したものである。この４つの明点は、同じシンチレータ結晶に由来する。ただし４つの明点の間で蛍光の発生層が異なっている。各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に由来する明点のそれぞれは、図１３の左側において、１ａ，２ａ，３ａ，４ａで表されている。図１３においては、明点１ａ，２ａ，３ａ，４ａがシンチレータ結晶のどこに由来するのかも示してもいるのでこれも参照されたい。
【００７３】
一方、図１３の右側は、図１２における点線で囲んだ４つの明点を抜き出して表したものである。この４つの明点は、同じ第１層Ｌ１で発した蛍光ではあるものの、由来するシンチレータ結晶が異なる。異なる４つのシンチレータに由来する明点のそれぞれは、図１３の右側において、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで表されている。これら明点の由来となった４つの結晶は、シンチレータの中で縦２列横２列に並んでおり、互いに隣り合うシンチレータ結晶となっている。図１３においては、明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがシンチレータ結晶のどこに由来するのかも示してもいるのでこれも参照されたい。
【００７４】
本発明によれば、蛍光の高さ方向についての空間分解能が改善されるので、その詳細を説明する。図１４の上側は、従来通りシンチレータ結晶ｃが平滑面となっている場合である。この場合、図１４の左上に示すように、縦２列横２列に配列された４つのシンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの表面では蛍光の反射が盛んに起こっている。この結晶の表面でおこる反射により各シンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが光学的に隔絶されている。
【００７５】
ＳｉＰＭＡ３が出力するマップは、光学的に異なる環境から生じた蛍光に由来する明点を互いに離間させて配置する構成となっている。従来構成においては、結晶の表面で起こる反射によりシンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが光学的に隔絶されている。したがって、ＳｉＰＭＡ３は、図１４の右上に示すように第１層Ｌ１で生じた蛍光由来の明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを互いに引き離すように配置する。
【００７６】
一方、シンチレータ結晶Ａの各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、１つのシンチレータ結晶Ａにより構成されており、各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の間を蛍光が素通りする。この様に、シンチレータ結晶Ａの各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は光学的に近い関係にある。したがって、ＳｉＰＭＡ３は、２×２のマトリックス状に現れるシンチレータ結晶Ａの各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で生じた蛍光由来の明点１ａ，２ａ，３ａ，４ａを１カ所にまとめてマップに配置する。この様な事情は、他のシンチレータ結晶Ｂ，Ｃ，Ｄでも同じである。
【００７７】
従って、従来構成においては、シンチレータで生じた蛍光がどのシンチレータ結晶で生じたかを区別することはできるとしても、蛍光がどの層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で生じたものかを区別するのは難しい構成となっている。各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で生じた蛍光に由来する明点がマップ上で近い位置に配置されるからである。
【００７８】
図１４の下側は、本発明に係るシンチレータ結晶ｃが粗面となっている場合である。この場合、図１４の左下に示すように、互いに隣り合うシンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの表面では蛍光の反射が抑えられる。結晶の表面で起こる反射がないだけ各シンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが光学的に近い関係にある。
【００７９】
ＳｉＰＭＡ３が出力するマップは、光学的に近い環境から生じた蛍光に由来する明点を互いに近づけて配置する構成となっている。本発明に係る構成においては、結晶の表面で起こる反射が抑えられることによりシンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが光学的に近似している。したがって、ＳｉＰＭＡ３は、図１４の右下に示すように２×２のマトリックス状に現れるシンチレータ結晶Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの第１層Ｌ１で生じた蛍光由来の明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを互いに近づけるように配置する。マップ上で明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが近づいた分だけ、シンチレータ結晶Ａの第１層Ｌ１で生じた蛍光由来の明点１ａが、第２層Ｌ２，第３層Ｌ３，第４層Ｌ４で生じた蛍光由来の明点２ａ，３ａ，４ａから遠ざかる。
【００８０】
図１４の右下に図示はしていないが、同様の効果はシンチレータ２の第２層Ｌ２，第３層Ｌ３，第４層Ｌ４についても起こる。２×２の２次元マトリックス状に配列されている４つのシンチレータ結晶の第２層Ｌ２で生じた蛍光由来の４つの明点は、図１４で説明した第１層Ｌ１の場合と同様に縦２列横２列に並んでマップ上に現れる。シンチレータ結晶ｃの表面を粗面としたことにより、第２層由来の４つの明点は、マップ上で互いに近づけられて配置される。
【００８１】
また、２×２の２次元マトリックス状に配列されている４つのシンチレータ結晶の第３層Ｌ３で生じた蛍光由来の４つの明点は、図１４で説明した第１層Ｌ１の場合と同様に縦２列横２列に並んでマップ上に現れる。シンチレータ結晶ｃの表面を粗面としたことにより、第３層由来の４つの明点は、マップ上で互いに近づけられて配置される。
【００８２】
また、２×２の２次元マトリックス状に配列されている４つのシンチレータ結晶の第４層Ｌ４で生じた蛍光由来の４つの明点は、図１４で説明した第１層Ｌ１の場合と同様に縦２列横２列に並んでマップ上に現れる。シンチレータ結晶ｃの表面を粗面としたことにより、第４層由来の４つの明点は、マップ上で互いに近づけられて配置される。
【００８３】
このような事情は、高さ方向の蛍光の発生位置の区別をする点で有利となるのでこれについて説明する。上述のようにマップ上に互いに隣接する明点のうち、同じ層で異なる結晶由来の明点同士が近づく現象が発生すると、それだけ同じ結晶で異なる層由来の明点同士が互いに引き離されるのである。つまり、マップ上におけるシンチレータ結晶Ａで生じた各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で生じた蛍光由来の明点１ａ，２ａ，３ａ，４ａのそれぞれが互いに離れた位置に配置されることになり、シンチレータ結晶のどの層で蛍光が発生したのかが区別しやすくなる。このような原理に基づいて本発明に係る放射線検出器１は、空間分解能が向上することになる。
【００８４】
なお、マップ上で各明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが近づくことにより各明点の区別はつきにくくはなるが、各明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、異なるシンチレータ結晶に由来しているので、マップ上において十分に離れた位置に出現する性質があり、本来的に区別されやすい。したがって、結晶の表面を粗面とすることでマップ上で各明点１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが近づいても空間分解能が悪化することはない。この事情は他の層由来の明点でも同様である。
【００８５】
このような空間分解能の向上は、特にマップの端部で顕著である。図１２に示すマップの端部に注目すれば、明点が混み合っていることに気が付く。明点がマップの端部で混み合う理由は、シンチレータ２の端部で生じた蛍光が広がることにできる空間がシンチレータ２の中央部で生じた蛍光のものよりも狭いことにある。このようなマップの端部は、明点が重なりやすく、それだけ蛍光の発生位置を正確に特定するのが難しい。本発明に係る放射線検出器１のようにシンチレータ結晶ｃの表面を粗面とすれば、マップの端部において重なり合った明点が分散し、より空間分解能が向上する。
【００８６】
＜シンチレータ２とライトガイド４との結合について：結晶に粗面を設けたことによる効果＞
シンチレータ２における蛍光がＳｉＰＭＡ３に向けて出射する出射面は、透過材ｔを介してライトガイド４に光学的に接続されている。このシンチレータ２の出射面もまた粗面質となっている。出射面に結合している透過材ｔの屈折率は、シンチレータ結晶の屈折率よりも小さい。この様な構成とすることで、蛍光がライトガイド４に入射する前にシンチレータ２の表面で反射することを防ぐことができる。
【００８７】
＜蛍光の反射について：結晶に平滑面を設けたことによる効果＞
本発明の構成によれば、シンチレータ結晶の表面のうち、反射板ＲＸ，ＲＹ，シンチレータ反射板Ｓに結合する反射板結合領域Ｒｒが平滑面となっている。これにより、シンチレータ結晶内部の蛍光が反射板ＲＸ，ＲＹ，シンチレータ反射板Ｓで反射され再びもといた結晶に戻る際に光の減衰が起こらない。従って、本発明の放射線検出器によれば、シンチレータ２の蛍光を極力減衰させない検出する構成となっており、空間分解能、エネルギー分解能が改善されている。
【００８８】
以上のように、本発明の放射線検出器のシンチレータ結晶ｃのうち隣の結晶に光学的に結合している結晶結合領域Ｒｃは粗面質となっている。これにより、シンチレータ結晶ｃの間で起こる予期しない蛍光の一部が反射することを抑制することができ、シンチレータ２で発生する蛍光の広がりを理想通りとすることができる。したがって、本発明によれば、蛍光の発生位置を正確に弁別できる放射線検出器を提供することができる。
【００８９】
また、シンチレータ結晶ｃのうち反射板ＲＸ，Ｒｙ，シンチレータ反射板Ｓに結合している反射板結合領域Ｒｒは、研磨処理された平滑面質となっているので、結晶から出射した蛍光が反射板ＲＸ，Ｒｙ，シンチレータ反射板Ｓで反射されてもといた結晶に戻る際に蛍光の減衰が生じない。この様に結晶の一部を平滑面とすることによりシンチレータで生じる蛍光の減衰を極力抑制し、放射線の検出感度が改善された放射線検出器を提供することができる。
【００９０】
また、実施例の構成のように屈折率の小さい透過材ｔを屈折率の大きい２つのシンチレータ結晶ｃで挟みこむことで、結晶同士が光学的に結合されている構成となっていると、シンチレータ結晶ｃから透過材ｔに向けて進む蛍光が結晶表面で反射してしまう。本発明によれば、シンチレータ結晶ｃの表面が粗面となっているので、結晶表面における蛍光の一部が反射することを抑制することができる。
【００９１】
また、シンチレータ２のＳｉＰＭＡ３に接続されている面が粗面となっていれば、シンチレータ２で発生した蛍光がシンチレータ２の表面で反射することなく確実にＳｉＰＭＡ３に入射するので、シンチレータ２とＳｉＰＭＡ３が理想通りに光学的に結合することになる。上述の構成は、放射線検出器の蛍光の正確な測定に寄与するものである。
【００９２】
本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。
【００９３】
（１）上述の実施例では、シンチレータ２は、第１層Ｌ１から第４層Ｌ４までに跨る一体もののシンチレータ結晶ｃから構成されていたが、この構成に変えて、図１５のようにシンチレータ２を第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とに跨るシンチレータ結晶と、第３層Ｌ３と第４層Ｌ４とに跨るシンチレータ結晶とによって構成するようにしてもよい。本変形例におけるシンチレータ２に配列されているシンチレータ結晶ｃには、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に跨って設けられているものと、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に跨って設けられているものとの二種類がある。このように本発明は、様々な態様の放射線検出器に適用することができる。
【００９４】
この変形例におけるシンチレータ結晶は、結晶の継ぎ目に特徴があるのでこれについて説明する。図１６に示すように、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶と第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶は上述の透過材ｔを介して光学的に結合されている。そして、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶の各面のうち、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶に透過材ｔを介して光学的に結合されている面は粗面となっている。この様にすることで、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶で生じた蛍光は、結晶の表面で反射を起こさずに透過材ｔに進入することができる。この蛍光は、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶およびライトガイド４を通過してＳｉＰＭＡ３で検出されることになる。
【００９５】
また、図１６に示すように、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶における透過材ｔを介して第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶に光学的に結合される面は、平滑面となっている。第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶における放射線の入射面は、シンチレータ反射板Ｓが透過材ｔを介して光学的に結合する面でありこれも平滑面となっている。そして、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶における透過材ｔを介してライトガイド４に光学的に接続されている面は、粗面となっている。
【００９６】
本変形例に係るシンチレータ結晶ｃが上側の段と下側の段とで２つに分かれている構成においては、上側の結晶の各面のうち、下側の結晶に透過材ｔを介して光学的に結合されている面は粗面となっているので、蛍光が上側の結晶から下側の結晶に突入するときに、上側の結晶の表面で反射が抑制される。この様に構成することにより、シンチレータの光学的特性を結晶が第１層Ｌ１ないし第４層Ｌ４に跨って設けられている構成のものに近づけることができる。この様にシンチレータ２の光学的特性を変更することができるようになれば、シンチレータのとりうる構成の選択肢が増えることになり、高性能な放射線検出器の提供を助ける。
【００９７】
（２）図１５で説明した変形例では、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶と第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶とは同じＬＧＳＯで構成されていたが本発明はこの構成に限られない。本発明は互いの結晶の材料を違えた構成にも適用できる。具体的な材料としては、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶の材料にＧＡＧＧ，ＧＰＳ，ＮａＩなどを選択することができ、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶の材料にＧＳＯＺ，ＢＧＯなどを選択することができる。ＧＡＧＧ，ＧＰＳ，ＮａＩは、放射線は強い蛍光に変換されるので、蛍光の検出を行う上で有利である一方、放射線が結晶の中を素通りしてしまう可能性が高く、放射線の数え落としが起こってしまう。一方、ＧＳＯＺ，ＢＧＯは、放射線が結晶の中を素通りする可能性が小さく、結晶に入射した放射線を確実に蛍光に変換する。しかし、その一方で、発する蛍光が弱く、蛍光の検出を行う上で不利である。
【００９８】
本変形例は、放射線が入射する入射面側に強い蛍光を発する結晶を配置し、ライトガイド４の接続面側にストッピングパワーが強い結晶を配置することで互いの弱点を補われた放射線検出器となっている。ストッピングパワーとは、放射線を止める能力を表す用語である。このように、本変形例に係る第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶の材料のエネルギー分解能は、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶の材料のエネルギー分解能よりも高くなっており、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶の材料のストッピングパワーは、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶の材料のストッピングパワーよりも高くなっている。このような放射線検出器のシンチレータ２は、図１７に示すように、入射面側の結晶の高さよりも接続面側の結晶の高さのほうが長く設定される。この様にすることで、放射線検出器の空間分解能が向上する。この様な放射線検出器は、特にＳＰＥＣＴ撮影とＰＥＴ撮影ができる兼用の断層撮影装置に適した構成となっている。
【００９９】
図１７に示す本変形例に係るシンチレータ２も、図１６で説明したように、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶と第３層Ｌ３と第４層Ｌ４に係る結晶は上述の透過材ｔを介して光学的に結合され、変形例に係る第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶の各面のうち、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶に透過材ｔを介して光学的に結合されているライトガイド４側の面は粗面となっている。これにより、本変形例についても（１）で説明したのと同様な効果を得ることができる。なお、（１）の変形例と同様、第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に係る結晶における放射線の入射面と第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶における第１層Ｌ１および第２層Ｌ２に光学的に結合されている面は平滑面となっている。また、第３層Ｌ３および第４層Ｌ４に係る結晶におけるライトガイド４に結合されている面は粗面となっている。
【０１００】
（３）上述の実施例では、シンチレータ結晶ｃの側面に粗面質の領域を有している構成であったが本発明はこの構成に限られない。本発明の構成は図１８に示すように、シンチレータ結晶ｃの４側面が全て反射板ＲＸ，ＲＹで覆われるような構成としてもよい。この反射板ＲＸ，ＲＹは、シンチレータ２のｚ方向の高さと同じ高さを有し、反射板ＲＸは、ｘ方向に伸びた反射板であり、反射板ＲＹはｙ方向に伸びた反射板である。反射板ＲＸ，ＲＹは互いにかみ合って単一の反射板枠体を形作っている。
【０１０１】
この様な構成においては、シンチレータ結晶ｃの４側面の全域が透過材ｔを介して反射板ＲＸ，ＲＹに結合しているので、４側面の全域が平滑面となっている。また、図１８に示す本変形例に係るシンチレータ２は、ｚ方向に積み重ねれた２層構造となっている。そして、放射線が入射する側に位置する第１層と、ライトガイド４側に位置する第２層の間で結晶の材料を変えることができる。第１層を構成する結晶の材料としてＧＡＧＧ，ＧＰＳ，ＮａＩなどを選択することができる。また、第２層を構成する結晶の材料としてＧＳＯＺ，ＢＧＯなどを選択することができる。この様な材料選択により、上述の（２）に係る変形例と同様な効果を得ることができる。
【０１０２】
図１８に示す本変形例に係るシンチレータ２も、図１６で説明したように、第１層に係る結晶と第２層に係る結晶は上述の透過材ｔを介して光学的に結合され、変形例に係る第１層に係る結晶の各面のうち、第２層に係る結晶に透過材ｔを介して光学的に結合されているライトガイド４側の面は粗面となっている。これにより、本変形例についても（１）で説明したのと同様な効果を得ることができる。なお、（１）の変形例と同様、第１層に係る結晶における放射線の入射面と第２層に係る結晶における第１層に光学的に結合されている面は平滑面となっている。また、第２層に係る結晶におけるライトガイド４に結合されている面は粗面となっている。
【０１０３】
（４）上述の実施例では、シンチレータ２は、第１層Ｌ１から第４層Ｌ４までに跨る一体もののシンチレータ結晶ｃから構成されていたが、この構成に変えて、図１９に示すように、シンチレータ２の各層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の各々に位置する４種類のシンチレータ結晶によって構成するようにしてもよい。変形例に係るシンチレータ２は、第１層Ｌ１，第２層Ｌ２，第３層Ｌ３，第４層Ｌ４に係る結晶は、上述の透過材ｔを介してｚ方向に光学的に結合される。図１６で説明したように、この変形例に係る第１層Ｌ１，第２層Ｌ２，第３層Ｌ３，第４層Ｌ４に係る結晶の各面のうち、ライトガイド４側の面は粗面となっている。これにより、本変形例についても（１）で説明したのと同様な効果を得ることができる。
【０１０４】
（５）上述の実施例では、シンチレータ２を構成するシンチレータ結晶ｃが研磨紙で研磨されたものであると説明しているが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、ＬＧＳＯ結晶インゴットから切り出されたシンチレータ結晶ｃの表面の結晶結合領域Ｒｃに当たる部分を無加工のまま組み立ててシンチレータ２を構成するようにしてもよい。シンチレータ２を構成するシンチレータ結晶ｃは、円筒形状のＬＧＳＯインゴットをワイヤーソーやダイジングソーで切り分けて製造される。切り分けられた直後のシンチレータ結晶ｃは、６面とも粗面となっている。そこで、表面が粗面のままの部分を残しながら必要に応じて平滑化処理を行って仕上げたシンチレータ結晶を組み立ててシンチレータ２を製造すれば、隣り合うシンチレータ結晶同士の光学的な結合面で反射が抑制されることになる。本変形例によれば、本発明の効果を有するシンチレータ２が得られる。
【０１０５】
（６）上述の実施例では、反射板ＲＹａ，ＲＹｂがシンチレータ２の２層に跨っている構成となっていたが、本発明はこれに代えて、反射板ＲＹａ，ＲＹｂの一方または両方がシンチレータ２の各層で分割された構成とした放射線検出器に適用することができる。
【０１０６】
（７）上述の実施例では、シンチレータ結晶の表面のうち隣のシンチレータ結晶に光学的に結合されている部分が粗面であり、反射板ＲＸ，ＲＹ，シンチレータ反射板Ｓに光学的に結合されている部分が平滑面となっていたが、本発明はこのような構成に限られない。図１２で説明したマップに現れる明点の位置を調整する目的で、図９で説明した結晶結合領域Ｒｃを平滑面に変えた結晶をシンチレータ２の一部で用いるようにしてもよいし、逆に反射板結合領域Ｒｒを粗面に変えた結晶をシンチレータ２の一部で用いるようにしてもよい。また、結晶の表面上に存在する複数の結晶結合領域Ｒｃのうちどれを平滑面とするかは、適宜選択することができる。同様に、結晶の表面上に存在する複数の反射板結合領域Ｒｒのうちどれを平滑面とするかも適宜選択することができる。また、平滑面に変更された結晶結合領域Ｒｃと粗面に変更された反射板結合領域Ｒｒの両方を有するシンチレータ結晶をシンチレータ２で用いるようにしてもよい。
【０１０７】
（８）上述の実施例では、結晶の材料としてＬＧＳＯを用いていたが本発明はこれに限られず、Ｌｕ２（１−Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（ＬＹＳＯ），ＧＳＯなどの他の材料を用いてもよい。また、光検出器としてＳｉＰＭＡ以外の他のデバイスを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
ｃ            シンチレータ結晶
ｔ            透過材
Ｌ１          第１層
Ｌ２          第２層
Ｌ３          第３層
Ｌ４          第４層
Ｒｃ   結晶結合領域
Ｒｒ   反射板結合領域
ＲＸ，ＲＹ    反射板
Ｓ            シンチレータ反射板
２            シンチレータ
３            ＳｉＰＭＡ（光検出器）
【図１】
2015075427.tif 000003
【図２】
2015075427.tif 000004
【図３】
2015075427.tif 000005
【図４】
2015075427.tif 000006
【図５】
2015075427.tif 000007
【図６】
2015075427.tif 000008
【図７】
2015075427.tif 000009
【図８】
2015075427.tif 000010
【図９】
2015075427.tif 000011
【図１０】
2015075427.tif 000012
【図１１】
2015075427.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015075427.tif 000015
【図１４】
2015075427.tif 000016
【図１５】
2015075427.tif 000017
【図１６】
2015075427.tif 000018
【図１７】
2015075427.tif 000019
【図１８】
2015075427.tif 000020
【図１９】
2015075427.tif 000021
【図２０】
2015075427.tif 000022
【図２１】
2015075427.tif 000023
【図２２】
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