(57)【要約】【課題】検出感度を高くすることができる放射線検出器用部品および放射線検出器を提供すること。【解決手段】放射線を光に変換するシンチレータ素子１３が１次元配列され、放射線の入射方向に垂直な面に反射厚膜１５が形成されたシンチレータアレイ１１と、各シンチレータ素子１３の配列位置に対応して配列され、各シンチレータ素子１３から出力される光を検出する検出面が前記入射方向にほぼ垂直に形成されたフォトダイオード１２ａを有し、少なくともフォトダイオード１２ａの検出面がシンチレータアレイ１１に固定されるフォトダイオードアレイ１２を備え、フォトダイオードアレイ１２の各フォトダイオード素子１２ａの光検出領域Ｓ２を、各シンチレータ素子１３から光を出力する光出力面Ｓ１に比して小さくしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される放射線を光に変換し、この変換された光を光出力面から出力するシンチレータ素子と、
前記シンチレータ素子の配列位置に対応して配列され、該シンチレータ素子の光出力面側に形成されて光を検出するフォトダイオードと、
を備え、前記フォトダイオード素子の光検出領域は、前記シンチレータ素子の前記光出力面に比して小さいことを特徴とする放射線検出器用部品。
【請求項２】
前記光検出領域は、前記光出力面のほぼ６０％であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器用部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射線検出器用部品を、前記放射線の入射方向に垂直な面上で配列し、１次元アレイまたは２次元アレイを形成した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、入力された放射線を光に変換し、この変換した光を検出することによって放射線像を撮影する放射線検出器用部品および放射線検出器に関し、特に、２次元配列して放射線像を撮影するための放射線検出器用部品および放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療機関などで使用されるＸ線ＣＴ装置では、被検体に対してＸ線を照射することによって被検体の内部構造を撮影する。具体的には、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射源と、被検体を介してＸ線照射源に対向配置されたＸ線検出部が１次元アレイ状に配置された構造の放射線検出器とを有する。ここで、検出器は、受線したＸ線を電気信号に変換する機能を有し、Ｘ線を可視光線に変換するシンチレータ素子と、可視光線を電気信号に変換するフォトダイオードとを有する。この放射線検出器によって被検体を通過したＸ線を受線し、この受線したＸ線をもとに得られる電気信号を記録する。そして、Ｘ線照射源と放射線検出器との位置関係を維持したまま、Ｘ線を照射する角度を様々に変化させてＸ線の受線を繰り返す。その後、得られた電気信号に対してコンボルーション（畳み込み）やバックプロジェクション（逆投影）などの処理を行うことで、Ｘ線が通過した被検体の断面（スライス）の画像を再構成する。
【０００３】
特に近年、一回のＸ線照射によって、同時に複数のスライスについて撮影することができるマルチスライスＸ線ＣＴ装置は、複数のスライスに対応して、アレイ状のＸ線検出部を複数配置し、それぞれのスライスを通過したＸ線を収集してスライス画像を再構成している。したがって、マルチスライスＸ線ＣＴ装置では、検出部が１次元アレイ状ではなく、２次元アレイ状に配置された放射線検出器を備えている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８４０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の放射線検出器によって検出される光検出信号には雑音が多く、光検出感度が低く、特に微弱な光を感度良く検出することができない場合があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出感度を高くすることができる放射線検出器用部品および放射線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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる放射線検出器用部品は、入射される放射線を光に変換し、この変換された光を光出力面から出力するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の配列位置に対応して配列され、該シンチレータ素子の光出力面側に形成されて光を検出するフォトダイオードと、を備え、前記フォトダイオード素子の光検出領域は、前記シンチレータ素子の前記光出力面に比して小さいことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明にかかる放射線検出器用部品は、上記の発明において、前記光検出領域は、前記光出力面のほぼ６０％であることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる放射線検出器は、上記の発明のいずれか一つに記載の放射線検出器用部品を、前記放射線の入射方向に垂直な面上で配列し、１次元アレイまたは２次元アレイを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器は、シンチレータ素子からの光を検出するフォトダイオードの光検出領域が、前記シンチレータ素子から光を出力する光出力面に比して小さくしてフォトダイオードのキャパシタを小さくし、このフォトダイオードに接続される増幅器に対するノイズを減少するとともに、フォトダイオード自体の暗電流を減少するようにしているので、ノイズ成分が少ない光検出信号を結果的に得ることができ、検出感度を高くすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態である放射線検出器用部品および放射線検出器について説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である放射線検出器用部品の分解斜視図である。また、図２は、図１に示した放射線検出器用部品が組み立てられた状態を示す斜視図である。さらに、図３は、図１に示した放射線検出器用部品が２次元配置された状態の断面図である。また、図４は、図２に示した放射線検出器用部品を配列して２次元アレイを形成した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。
【００１３】
図１〜図３において、この放射線検出器用部品１は、大きくシンチレータアレイ１１とフォトダイオードアレイ１２とを有する。シンチレータアレイ１１は、Ｘ線あるいはγ線などの放射線を光に変換する複数のシンチレータ素子１３が、放射線の入射方向Ａ１に対してほぼ垂直に１次元に配置されたものである。各シンチレータ素子１３間にはセパレータ１４が設けられる。また、各シンチレータ素子１３の入射方向Ａ１に垂直な面および端部のシンチレータ素子１３の側面には、変換された光を反射する膜厚約数１００μｍの反射厚膜１５が形成されている。
【００１４】
一方、フォトダイオードアレイ１２は、Ｓｉなどの半導体基板上に、各シンチレータ素子１３によって変換された光を電気信号に変換する光電変換素子としてフォトダイオード素子１２ａが、各シンチレータ素子１３の位置に対応して配列して形成され、各シンチレータ素子１３と各フォトダイオード素子１２ａとが対応して接触するように光学接合剤で接合される。したがって、各フォトダイオード素子１２ａの受光面は、放射線の入射方向Ａ１に対してほぼ水平に配置されることになる。すなわち、フォトダイオードアレイ１２の半導体基板面は、入射方向Ａ１に対してほぼ平行となる。
【００１５】
また、フォトダイオードアレイ１２の裏面、すなわちフォトダイオード素子１２ａが形成される面の反対面には、蒸着やスパッタリングなどによって形成された数μｍ程度のＡｌの反射薄膜１６が、シンチレータアレイ１１の側面の領域を覆う位置関係をもって設けられる。このＡｌの反射薄膜１６は、Ｓｉの半導体基板上に形成された場合、８０％以上の反射率を得ることができる。
【００１６】
なお、フォトダイオードアレイ１２には、各フォトダイオード素子１２ａの検出信号を取り出す端子２６が半導体基板上に形成されるとともに、各フォトダイオード素子１２ａと各端子２６とを結ぶ配線２５が半導体基板上に形成されている。
【００１７】
ここで、各シンチレータ素子１３のフォトダイオード素子１２ａに接合する面とこの面の反対面には反射膜が形成されていないため、各シンチレータ素子１３によって変換された光は、これらの面から放出されることになる。したがって、シンチレータアレイ１１のみでは、変換された光は、各フォトダイオード素子１２ａ側とその反対側に放出されることになるが、図３および図４に示すように、放射線検出器用部品１が配列され、１対のシンチレータ素子１３およびフォトダイオード素子１２ａからなる検出セルを２次元配置した場合、シンチレータアレイ１１における、フォトダイオード素子１２ａの反対側の面は、隣接するシンチレータアレイ１１の反射薄膜１６によって覆われ、シンチレータ素子１３によって変換された光は反射され、結局、フォトダイオード素子１２ａ側のみに、変換された光が放出されることになる。
【００１８】
この結果、フォトダイオード素子１２ａは、シンチレータ素子１３によって変換された光を効率良く受光することができるとともに、反射薄膜１６は、図３に示すように、反射厚膜１５に比して大幅に厚さを減じることができる。具体的には、図３における反射厚膜１５の膜厚Ｗ１が１００μｍ、フォトダイオードアレイ１２の厚さＷ２が２００μｍ、反射薄膜１６の膜厚Ｗ３が１μｍで形成され、従来の放射線検出器用部品がシンチレータ素子１３のフォトダイオード素子１２ａ側以外の面を厚膜形成した場合に比して、検出セルの２次元配置面における反射薄膜１６の厚さは無視できる程度になる。
【００１９】
これによって、入射方向Ａ１からみた単位面積あたりの受線効率を高めることができ、さらには検出セル間隔を短くすることができるので単位面積あたりの検出セル数を多くすることができ、解像度を高めることができる。
【００２０】
ここで、各フォトダイオード素子１２ａの光検出領域Ｓ２は、各シンチレータ素子１３の光出力面Ｓ１に比して小さくしており、好ましくは面積比で６０％程度としている。上述したように各フォトダイオード素子１２ａと各シンチレータ素子１３とは、光学結合剤によって形成された接着層１２ｃによって接合され、フォトダイオード１２ａ側は、フォトダイオード素子１２ａを覆うように絶縁膜１２ｂが形成されている。また、各光検出領
域Ｓ２は、各光出力面Ｓ１に対してほぼ中央に対応配置されているが、これに限らず、光検出領域Ｓ２は、各光出力面Ｓ１に対応する範囲内であればよい。なお、接合層１２ｃおよび絶縁層１２ｂは、ライトガイドとして機能し、シンチレータ素子１３から出力される光であって、光検出領域Ｓ２外に入力された光は、このライトガイドでの伝搬あるいは再反射によって光検出領域Ｓ２に伝達され、光検出されることになる。なお、上述した実施の形態１では、放射線検出器用部品を、シンチレータアレイ１１とフォトダイオードアレイ１２とによって形成された１次元の検出アレイとして説明したが、特許請求の範囲における放射線検出器用部品は、１対のシンチレータ素子１３およびフォトダイオード素子１２ａからなる基本的な検出セルを含むものとして示している。また、放射線検出器用部品１を１次元アレイの検出器として用いる場合、特許請求の範囲における放射線検出器に対応する。
【００２１】
この実施の形態１では、各フォトダイオード素子１２ａの光検出領域Ｓ２を、各シンチレータ素子１３の光出力面Ｓ１に比して小さくしているので、光検出領域Ｓ２と光出力面Ｓ１とをほぼ同じにした場合に比べて、各フォトダイオード素子１２ａのキャパシタ容量が小さくなり、この結果、各フォトダイオード素子１２ａに接続される図示しない増幅器の増幅機能に与える影響を小さくし、増幅時のノイズ成分を減少させることができるとともに、キャパシタ容量自体が小さくなるため暗電流も小さくなり、これによってフォトダイオード素子１２ａが検出した光検出信号のノイズ成分が減少し、信号対雑音比が向上し、光検出感度が高まることになる。特に、信号対雑音比が減少するので、微弱な光検出信号をも検出できることになる。
【００２２】
さらに、この実施の形態１では、各フォトダイオード素子１２ａの光検出領域Ｓ２を、各シンチレータ素子１３の光出力面Ｓ１に比して小さくしているので、各フォトダイオード素子１２ａと各シンチレータ素子１３との接合時における位置合わせが容易になる。
【００２３】
なお、反射薄膜１６は、Ａｌに限らず、Ａｇなどの金属で形成してもよい。さらには、金属に限らず、たとえば酸化チタン（ＴｉＯ2）あるいはこれを用いた多層膜で実現してもよい。また、反射薄膜１６の薄膜形成は、スパッタリングなどの半導体製造装置によって形成してもよいし、メッキなどによってコーティングしてもよい。また、この実施の形態１では、フォトダイオードアレイ１２の機械的強度および信頼性を勘案した場合、フォトダイオードアレイ１２の厚さは数１００μｍ程度が限界であることから、この厚さに対して無視できる反射薄膜１６の膜厚は、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２４】
また、フォトダイオード素子１２ａの検出波長領域は、可視光に限らない。すなわち、フォトダイオード素子１２ａの検出波長領域は、シンチレータ素子１３が変換して出力する光の波長に対応した検出能力をもてばよく、紫外光あるいは赤外光を検出できるものであってもよい。
【００２５】
さらに、シンチレータ素子１３の材質は、ＣｄＷＯ2を用いているが、その他ＣｓＩ，ＮａＩ，Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12，ＢａＦ2，Ｇｄ2ＳｉＯ5，Ｌｕ2ＳｉＯ5や、各種セラミックシンチレータを用いても良い。
【００２６】
また、上述した実施の形態１では、反射薄膜１６を隣接するフォトダイオードアレイ１２に設けるようにしているが、これに限らず、反射薄膜１６に対応する反射膜をシンチレータアレイ１１自体に設けるようにしてもよい。
【００２７】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、各フォトダイオード素子１２ａからの検出信号は、各端子２６から取り出されるようにしていたが、この実施の形態２では、フォトダイオードアレイ１２上に各フォトダイオード素子１２ａからの検出信号を取り出す配線パターンを形成し、フォトダイオードアレイ１２の一端から全検出信号を取り出すようにしている。
【００２８】
図５は、この発明の実施の形態２である放射線検出器用部品の分解斜視図である。図６は、図５に示した放射線検出器用部品の斜視図である。図７は、図６に示した放射線検出器用部品を２次元配置した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。
【００２９】
図５〜図７において、端子２６に対応する端子３６がフォトダイオードアレイ３３の一端にまとめて設け、各端子３６と各フォトダイオード素子との間を配線３５によって電気的に接続している。このフォトダイオードアレイ３３の一端には、この一端の部分で重なる基板３７がさらに設けられ、基板３７上に設けられた引き出し用の端子と各端子３６とが電気的に接続される。
【００３０】
これによって、各フォトダイオード素子から出力される検出信号の取り出し構成が簡易になるとともに、放射線検出器２０の組立も容易になる。
【００３１】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、シンチレータアレイ１１が、放射線の入線方向に対して垂直方向に光出力面を有し、この光出力面側にフォトダイオードアレイ１２を配置するものであったが、この実施の形態３では、シンチレータアレイ１１が、放射線の入線方向の出力側に光出力面を有し、この光出力面側にフォトダイオードアレイ１２を配置するようにしている。
【００３２】
すなわち、図８に示すように、セパレータ１４によって区切られた各シンチレータ素子１３は、放射線の入線方向Ａ１に対して垂直に配列され、入線方向Ａ１の出力側に光出力面を有し、この光出力面に各フォトダイオード素子１２ａが各シンチレータ素子１３に対応して設けられる。この場合、実施の形態１，２と同様に、各フォトダイオード素子１２ａの光検出領域は、各シンチレータ素子１３の光出力面に比して小さくしている。なお、各フォトダイオード素子１２ａの上面には、絶縁膜１２ｂが形成され、さらに絶縁膜１２ｂの上面には接着膜１２ｃが形成されている。なお、図８の紙面上部方向および下部方向には、それぞれ反射膜が形成されている。
【００３３】
この実施の形態３では、上述した実施の形態１，２と同様に、フォトダイオード素子群の光検出領域が、各シンチレータ素子から光を出力する光出力面に比して小さくしてフォトダイオードのキャパシタを小さくし、このフォトダイオードに接続される増幅器に対するノイズを減少するとともに、フォトダイオード自体の暗電流を減少するようにしているので、ノイズ成分が少ない光検出信号を結果的に得ることができ、検出感度を高くすることができる。
【００３４】
なお、この放射線検出器用部品および放射線検出器は、Ｘ線に限らず各種の放射線を検出するものに適用できるものであり、Ｘ線ＣＴ装置に限らず、たとえばＰＥＴＣＴ装置にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１である放射線検出器用部品の分解斜視図である。
【図２】図１に示した放射線検出器用部品の斜視図である。
【図３】図２に示した放射線検出器用部品を２次元配列した場合の断面図である。
【図４】図２に示した放射線検出器用部品を２次元配列した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２である放射線検出器用部品の分解斜視図である。
【図６】図５に示した放射線検出器用部品の斜視図である。
【図７】図６に示した放射線検出器用部品を２次元配列した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３である放射線検出器部品の部分断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２  放射線検出器用部品
１０，２０  放射線検出器
１１，３４  シンチレータアレイ
１２，３３  フォトダイオードアレイ
１２ａ  フォトダイオード素子
１２ｂ  絶縁膜
１２ｃ  接着層
１３  シンチレータ素子
１４  セパレータ
１５  反射厚膜
１６，１６ａ，４６  反射薄膜
２５，３５，３８  配線
２６，３６  端子
３７  基板
Ｓ１  光出力面
Ｓ２  光検出領域
【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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