(57)【要約】 【課題】アバランシェ増倍の際の局所的なピンホール欠陥部の問題を回避する。【解決手段】アノードとカソードを受光素子として組み立てる前にあらかじめ準備された検査用フィールドエミッションアレイを有した欠陥位置特定用真空容器でピンホール欠陥の位置を特定し、実際の受光素子としてアノードとカソードを組み立てる際、カソードがフィールドエミッションアレイである場合には、実際の検出器としてのフィールドエミッションアレイに対してそのピンホール欠陥の位置に相当するフィールドエミッションチップは電子ビーム放出の動作をしないように処置した上で組み立てる。
2007113899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を光変換するシンチレータアレイと、該シンチレータアレイの放射線入射方向とは反対の面に設置され、真空封じされた真空外囲器と該真空外囲器内に設置された透明電極と該透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜と該アバランシェ増倍膜に対向して設置され複数のフィールドエミッションチップを有するフィールドエミッションアレイとを有する受光素子と、から構成される放射線検出器において、
前記アバランシェ増倍膜上に欠陥部位が存する場合に、該欠陥部位に対向する位置の前記フィールドエミッションチップが動作しないように処置されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記真空外囲器の少なくとも一面が透明ガラス面板で構成され、該透明ガラス面板上に前記透明電極が形成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３】
前記シンチレータアレイと前記受光素子との間に、光のシェアリング調整のためのライトガイドを設置することを特徴とする請求項1または２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記欠陥部位に対向する位置の前記フィールドエミッションチップをレーザー光によって焼きつぶすことにより、電子ビーム放出の動作をしないように処置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項５】
放射線を光変換するシンチレータアレイと、該シンチレータアレイの放射線入射方向とは反対の面に設置された透明ガラス面板と該透明ガラス面板上に形成された透明電極と、該透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜と、多数の微小バンプ電極が形成された読み出し用基板と接続することにより信号を選択的に取り出す手段を有する放射線検出器であって、
前記アバランシェ増倍膜上に欠陥部位が存する場合に、該欠陥部位に前記微小バンプ電極を接続させないように処置されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータアレイと前記受光素子との間に、光のシェアリング調整のためのライトガイドを設置することを特徴とする請求項５に記載の放射線検出器。
【請求項７】
アバランシェ増倍膜の欠陥部位に対応する位置に前記バンプ電極を形成しないようにすることを特徴とする請求項５または６に記載の放射線検出器。 
【請求項８】
検査用フィールドエミッションアレイを有する欠陥位置特定用真空容器内に、透明ガラス面板と透明ガラス面板上に形成された透明電極と、透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアバランシェ増倍膜を対向して配置させ、アバランシェ動作時に発生するアバランシェ増倍膜上の欠陥部位の位置を特定することを特徴とする放射線検出器の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体に投与されて関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）から放出された放射線（ガンマ線）を検出し、関心部位のＲＩ分布の断層像を得るための装置、例えばＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置やＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置などの医用診断装置に用いられる放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射線検出器は、被検体から放出されたガンマ線を入射して発光するシンチレータと、前記シンチレータの発光をパルス状の電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。このような放射線検出器については、従来ではシンチレータと光電子増倍管とが一対一に対応するものがあったが、近年では複数のシンチレータに対して、その個数よりも少ない個数の光電子増倍管を結合し、これらの光電子増倍管の出力比からガンマ線の入射位置を決定するという方式を採用し、分解能を高めるようにしている。（例えば特許文献１参照）。【０００３】
図１２は従来の放射線検出器１５０をＹ方向からみたＸ方向の断面図（正面図）である。等方ボクセル検出器の場合、放射線検出器１５０をＸ方向からみたＹ方向の断面図（側面図）も図１２と同じ形状となる。放射線検出器１５０は、光反射材１１３が適宜挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に６個、Ｙ方向に６個の合計３６個のシンチレータ１１１を２次元的に密着配置したシンチレータアレイ１１２と、このシンチレータアレイ１１２に光学的に結合されかつ光反射材１１５が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されているライトガイド１１４とこのライトガイド１４に光学的に結合される４個の光電子増倍管３０１、３０２、３０３、３０４とから構成されている。尚本図１２では光電子増倍管３０１と光電子増倍管３０２のみが図示されている。ここでシンチレータ１１としては、例えばＢｉ４Ｇｅ３０１２（ＢＧＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ（ＧＳＯ）、Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ（ＬＳＯ）、ＬｕＹＳｉＯ５：Ｃｅ（ＬＹＳＯ）、ＬａＢｒ３：Ｃｅ、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＮａＩ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＢａＦ２、ＣｓＦ、ＰｂＷＯ４などの無機結晶が用いられる。【０００４】
Ｘ方向に配列された６個のシンチレータ１１１の何れか一個にガンマ線が入射すると可視光に変換される。この光は光学的に結合されるライトガイド１１４を通して光電子増倍管３０１〜３０４へ導かれるが、その際、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３０１（３０３）と光電子増倍管３０２（３０４）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド１１４における各々の光反射材１１５の位置と長さおよび角度が調整されている。【０００５】
より具体的には光電子増倍管３０１の出力をＰ１、光電子増倍管３０２の出力をＰ２、光電子増倍管３０３の出力をＰ３、光電子増倍管３０４の出力をＰ４とすると、Ｘ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ３）−（Ｐ２＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータ１１１の位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材１１４の位置と長さが設定されている。【０００６】
一方、Ｙ方向に配列された６個のシンチレータの場合も同様に、光学的に結合されるライトガイド１１４を通して光電子増倍管３０１〜３０４へ光が導かれる。すなわちＹ方向に配列された光電子増倍管３０１（３０２）と光電子増倍管３０３（３０４）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド１１４における各々の光反射材１１５の位置と長さが設定され、また傾斜の場合は角度が調整されている。【０００７】
すなわち、Ｙ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｐ３＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータの位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材１１５の位置と長さが設定されている。【０００８】
ここで各シンチレータ１１１間における光反射材１１３及びライトガイド１１４の光反射材１１５は、主としてポリエステルフィルムを基材とした酸化ケイ素と酸化チタニウムの多層膜フィルムが良く用いられ、その反射効率が非常に高いため光の反射素子として用いられているが厳密には光の入射角度によっては透過成分が発生しており、それをも計算に入れて光反射材１１３及び光反射材１１５の形状及び配置が決定されている。【０００９】
なお、シンチレータアレイ１１２はライトガイド１１４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着剤層１１６を形成し、ライトガイド１１４も光電子増倍管３０１〜３０４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着剤層１１７を形成している。また各シンチレータ１１１が対向していない外周表面は、光電子増倍管３０１〜３０４側との光学結合面を除き光反射材で覆われている。この場合の光反射材としては主にＰＴＦＥテープが用いられる。【００１０】
図１３は、放射線検出器の位置演算回路の構成を示すブロック図である。位置演算回路は、加算器１２１、１２２、１２３、１２４と位置弁別回路１２５、１２６とから構成されている。図１３に示すように、ガンマ線のＸ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管３０１の出力Ｐ１と光電子増倍管３０３の出力Ｐ３とが加算器１２１に入力されるとともに、光電子増倍管３０２の出力Ｐ２と光電子増倍管３０４の出力Ｐ４とが加算器１２２に入力される。両加算器１２１、１２２の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ３）と（Ｐ２＋Ｐ４）とが位置弁別回路１２５へ入力され、両加算出力に基づきガンマ線のＸ方向の入射位置が求められる。【００１１】
同様に、ガンマ線のＹ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管３０１の出力Ｐ１と光電子増倍管３０２の出力Ｐ２とが加算器１２３に入力されるとともに、光電子増倍管３０３の出力Ｐ３と光電子増倍管３０４の出力Ｐ４とが加算器１２４に入力される。両加算器１２３、１２４の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ２）と（Ｐ３＋Ｐ４）とが位置弁別回路１２６へ入力され、両加算出力に基づきガンマ線のＹ方向の入射位置が求められる。【００１２】
さらに計算値（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）はそのイベントに対するエネルギーを示しており、図１４に示すようなエネルギースペクトルとして表示される。【００１３】
以上のように計算された結果はシンチレータに入射したガンマ線の位置に従って図１５に示すような位置コーディングマップとして表され、各々の位置弁別情報が示される。【００１４】
一方、それぞれ発光減衰時間が異なった材質で構成したシンチレータアレイを多段に積奏したもの（例えば非特許文献１参照）や、さらに各シンチレータアレイを半ピッチずらせて配置したもの（例えば非特許文献２参照）など、DOI（depth of interaction）情報を持ったブロック検出器を実現することにより空間分解能を向上させる方法が種々提案されている。【００１５】
これら従来例では何れもシンチレータからの光の受光素子として光電子増倍管が用いられているが、図１６に示す放射線検出器１６０ように近年はアバランシェフォトダイオード４０１〜４０４と呼ばれる半導体受光素子が使用されることもある。これはシリコン空乏層内で高い電界を印加してアバランシェ状態で使用することにより信号増幅を行なっている。アバランシェフォトダイオードの信号増幅度は50倍〜100倍程度であり、光電子増倍管の105〜106倍と比べ小さいが、低ノイズアンプを使用したり、低温環境で使用したりすることにより実用となっている。また、薄いシリコン空乏層内でアバランシェを発生させているため、受光素子として大きさは光電子増倍管と比べ非常に薄型となっておりＰＥＴ装置内の検出器に場所的な制約がある場合は極めて有効である。【００１６】
一方で本願の発明者らは、図１７に示すように、受光素子５０１〜５０４としてアバランシェ増倍膜とフィールドエミッションアレイとを有する検出器１７０を提案している。なお、図１７においては、受光素子５０１と５０２のみを図示し、受光素子５０３と５０４を省略している。検出器１７０は、シンチレータからの光を、アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜により電気信号に変換し、フィールドエミッションアレイを形成する多数のフィールドエミッションチップからの電子ビームにより電気信号を読み出している。アバランシェ増倍膜とフィールドエミッションアレイは真空封じされた真空外囲器内に配置されており、その大きさは非常に薄型で構造的にシンプルなため光電子増倍管を用いる場合よりもコンパクトに構成できる。また光電子増倍管のように多数の電極は不要で単純な構造であるため低コストで実現できる。また、アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜では信号増幅度は１０００倍程度が達成でき、アバランシェフォトダイオードほど、高価な低ノイズアンプや、低温動作のための専用の温度調整機構を必要としない。さらにＬａＢｒ３：ＣｅやＬａＣｌ３：Ｃｅを使用したとしても３００〜４００ｎｍの波長域でのアバランシェ増倍膜の量子効率は７０％であり、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに比較して非常に効率が良いという特長がある。なお、受光素子５０１の詳細な構造については後述する。【００１７】
さらに図１８に示すように、受光素子６０１〜６０４としてアバランシェ増倍膜と読み出し用基板とをバンプ電極で接続した検出器１８０も考案されている。なお、図１７においては、受光素子６０１と６０２のみを図示し、受光素子６０３と６０４を省略している。検出器１８０は、多数の微小バンプ電極が形成された読み出し用基板と接続することにより信号を選択的に取り出し読み出す。アバランシェ増倍膜と読み出し用基板とが接続された構造なため、その大きさは非常に薄型で構造的にシンプルなため光電子増倍管を用いる場合よりもコンパクトかつ低コストで実現できる。なお、受光素子６０１の詳細な構造については後述する。【００１８】
【特許文献１】特開２００４−３５４３４３号公報
【００１９】
【非特許文献１】S. Yamamoto and H. Ishibashi, A GSO depth of interaction detectorfor PET, IEEE Trans. Nucl. Sci., 45:1078-1082, 1998.
【００２０】
【非特許文献２】H. Liu, T. Omura. M. Watanabe, et al., Development of a depth ofinteraction detector for g-rays, Nucl. Instr. Meth., Physics Research A 459:182-190,2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した従来例のアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜を用いた受光素子では光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに対して優位な性能を持っているが、次のような問題点を有している。【００２２】
アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜を用いた受光素子では、アバランシェ増倍の際アモルファスセレニウム膜内で約１００Ｖ／μｍという高い電界を発生させるため高いバイアス電圧印加を必要とし、例えば受光面内の透明ガラス面板上に０．１μｍ程度の突起物があった場合でも電界の不均一が発生し結果として局所的にピンホール欠陥としてショートしてしまうことがある。受光面が一極のみで形成されている場合、一部分でもショートするとその受光面全体が機能しなくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために本発明が提供する請求項１に記載の放射線検出器は、放射線を光変換するシンチレータアレイと、該シンチレータアレイの放射線入射方向とは反対の面に設置され、真空封じされた真空外囲器と該真空外囲器内に設置された透明電極と該透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜と該アバランシェ増倍膜に対向して設置され複数のフィールドエミッションチップを有するフィールドエミッションアレイとを有する受光素子と、から構成される放射線検出器において、前記アバランシェ増倍膜上に欠陥部位が存する場合に、該欠陥部位に対向する位置の前記フィールドエミッションチップが動作しないように処置されていることを特徴とする。【００２４】
また、請求項２に記載の放射線検出器は、請求項１に記載の放射線検出器であって、前記真空外囲器の少なくとも一面が透明ガラス面板で構成され、該透明ガラス面板上に前記透明電極が形成されていることを特徴とする。【００２５】
また、請求項３に記載の放射線検出器は、請求項１または２に記載の放射線検出器であって、前記シンチレータアレイと前記受光素子との間に、光のシェアリング調整のためのライトガイドを設置することを特徴とする。【００２６】
また、請求項４に記載の放射線検出器は、請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線検出器であって、前記欠陥部位に対向する位置の前記フィールドエミッションチップをレーザー光によって焼きつぶすことにより、電子ビーム放出の動作をしないように処置することを特徴とする。【００２７】
また、請求項５に記載の放射線検出器は、放射線を光変換するシンチレータアレイと、該シンチレータアレイの放射線入射方向とは反対の面に設置された透明ガラス面板と該透明ガラス面板上に形成された透明電極と、該透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜と、多数の微小バンプ電極が形成された読み出し用基板と接続することにより信号を選択的に取り出す手段を有する放射線検出器であって、前記アバランシェ増倍膜上に欠陥部位が存する場合に、該欠陥部位に前記微小バンプ電極を接続させないように処置されていることを特徴とする。【００２８】
また、請求項６に記載の放射線検出器は、請求項５に記載の放射線検出器であって、前記シンチレータアレイと前記受光素子との間に、光のシェアリング調整のためのライトガイドを設置することを特徴とする。【００２９】
また、請求項７に記載の放射線検出器は、請求項５または６に記載の放射線検出器であって、アバランシェ増倍膜の欠陥部位に対応する位置に前記バンプ電極を形成しないようにすることを特徴とする請求項５または６に記載の放射線検出器。【００３０】
さらに、請求項８に記載の放射線検出器の検査方法は、検査用フィールドエミッションアレイを有する欠陥位置特定用真空容器内に、透明ガラス面板と透明ガラス面板上に形成された透明電極と、透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアバランシェ増倍膜を対向して配置させ、アバランシェ動作時に発生するアバランシェ増倍膜上の欠陥部位の位置を特定することを特徴とする。【００３１】
すなわち、アノードとカソードを受光素子として組み立てる前にあらかじめ準備された検査用フィールドエミッションアレイを有した欠陥位置特定用真空容器内に、透明ガラス面板と該透明ガラス面板上に形成された透明電極と、該透明電極の上に形成され阻止層で挟まれたアバランシェ増倍膜を対向して配置させ、アバランシェ動作時に発生する受光面内のピンホール欠陥の位置を特定する。
そして実際の受光素子としてアノードとカソードを組み立てる際、カソードがフィールドエミッションアレイである場合には、実際の検出器としてのフィールドエミッションアレイに対してそのピンホール欠陥の位置に相当するフィールドエミッションチップは電子ビーム放出の動作をしないように処置した上で組み立てる。この場合、特定されたピンホール欠陥の位置に相当する受光面は不感部として機能しないが、その範囲は非常に限定的でごく小さく、他の部分は有感部であるため実用上問題ない。【００３２】
さらに実際の受光素子としてアノードとカソードを組み立てる際、カソードが多数の微小バンプ電極が形成された読み出し用基板である場合には、バンプ接続前に特定されたピンホール欠陥の部位以外についてのみ読み出し用基板上の微小バンプ電極を接続させ、欠陥部位については読み出し用基板上の微小バンプ電極を接続させないように処置した上で組み立てる。この場合も、特定されたピンホール欠陥の位置に相当する受光面は不感部として機能しないが、その範囲は非常に限定的でごく小さく、他の部分は有感部であるため実用上問題ない。
【発明の効果】
【００３３】
上述の作用によりアバランシェ増倍の際の局所的なピンホール欠陥部の問題を回避できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一の実施例の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図２】本発明の第一の実施例の放射線検出器の上面から見た断面図を示す。
【図３】本発明の第一の実施例の放射線検出器の詳細な断面図を示す。
【図４】本発明の第一の実施例の欠陥位置特定用真空容器の詳細な断面図を示す。
【図５】本発明の第一の実施例の組立て前の処置を示す詳細な断面図を示す。
【図６】本発明の第一の実施例の処置を行なった放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図７】本発明の第二の実施例の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図８】本発明の第二の実施例の放射線検出器の上面から見た断面図を示す。
【図９】本発明の第二の実施例の放射線検出器の詳細な断面図を示す。
【図１０】本発明の第二の実施例の組立て前の処置を示す詳細な断面図を示す。
【図１１】本発明の第二の実施例の処置を行なった放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図１２】従来の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図１３】本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器の位置演算回路の一例を示す。
【図１４】本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器のエネルギースペクトルを示す。
【図１５】本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器の位置コーディングマップを示す。
【図１６】従来の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図１７】従来の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【図１８】従来の放射線検出器のＸ方向の断面図を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１０ …本発明の第一の実施例の放射線検出器 
１１ …シンチレータ  
１２ …シンチレータアレイ
１３ …光反射材  
１４ …ライトガイド
１５ …光反射材  
１６ …カップリング接着剤層  
１７ …カップリング接着剤層 
２１ …透明ガラス面板 
２２ …透明電極 
２３ …正孔注入阻止層 
２４ …アバランシェ増倍膜 
２５ …電子注入阻止層 
２６ …フィールドエミッションチップ 
２７ …フィールドエミッションアレイ 
２８ …共通ゲート電極 
２９ …メッシュ電極 
３０ …電子ビーム 
３１ …真空外囲器 
３２ …共通ゲート電極バイアス 
３３ …メッシュ電極バイアス  
３４ …バイアス 
３５ …アンプ 
４０ …アノード 
４１ …カソード 
５１ … 真空容器 
５２ …フランジ 
５３ …透明ガラス面板保持ジグ 
５４ …検査用フィールドエミッションチップ 
５５ …検査用フィールドエミッションアレイ 
５６ …検査用共通ゲート電極 
５７ …検査用メッシュ電極 
５８ …電子ビーム 
５９ …検査用共通ゲート電極バイアス 
６０ …検査用メッシュ電極バイアス  
６１ …検査用バイアス 
６２ …検査用アンプ 
６３ …スイッチ 
６４ …スイッチ 
６５ …欠陥位置特定用真空容器 
７０ …ピンホール欠陥 
７１ …処置済みフィールドエミッションチップ 
８０ …本発明の第二の実施例の放射線検出器 
８１ …微小バンプ電極 ８２ …読み出し用基板 
８３ …バイアス 
８４ …アンプ 
９０ …アノード 
９１ …カソード 
１０１，１０２，１０３，１０４ …本発明の第一の実施例の受光素子
１１１ …シンチレータ  
１１２ …シンチレータアレイ  
１１３ …光反射材  
１１４ …ライトガイド  
１１５ …光反射材  
１１６ …カップリング接着剤層  
１１７ …カップリング接着剤層 
１２１、１２２、１２３、１２４…加算器 
１２５、１２６ …位置弁別回路    
１５０ …光電子増倍管を用いた従来の放射線検出器
１６０ …アバランシェフォトダイオードを用いた従来の放射線検出器
２０１，２０２，２０３，２０４ …本発明の第二の実施例の受光素子
３０１，３０２，３０３，３０４ …光電子増倍管 
４０１，４０２，４０３，４０４ …アバランシェフォトダイオード
５０１，５０２，５０３，５０４ …受光素子 
６０１，６０２，６０３，６０４ …受光素子 
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（第一の実施例） 以下、本発明の放射線検出器の第一の実施例の構成を図面に示し、実施例に従って詳細に説明する。図１は本発明の放射線検出器１０をＹ方向からみたＸ方向の断面図である。本実施例では等方ボクセル検出器の場合を示しているので、放射線検出器１０をＸ方向からみたＹ方向の断面図（側面図）も図１と同じ形状となる。放射線検出器１０は、光反射材１３が適宜挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に６個、Ｙ方向に６個の合計３６個のシンチレータ１１を２次元的に密着配置したシンチレータ群１２と、このシンチレータ群１２に光学的に結合されかつ光反射材１５が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されているライトガイド１４とこのライトガイド１４に光学的に結合される４個の受光素子１０１、１０２、１０３、１０４とから構成されている。ここで受光素子１０１〜１０４はすべて同じものである。尚本図1では受光素子１０１と受光素子１０２のみが図示されている。 ここでシンチレータ１１としては、例えばＢｉ４Ｇｅ３０１２（ＢＧＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ（ＧＳＯ）、Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ（ＬＳＯ）、ＬｕＹＳｉＯ５：Ｃｅ（ＬＹＳＯ）、ＬａＢｒ３：Ｃｅ、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＮａＩ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＢａＦ２、ＣｓＦ、ＰｂＷＯ４などの無機結晶が用いられる。【００３７】
Ｘ方向に配列された６個のシンチレータ１１の何れか一個にガンマ線が入射すると可視光に変換される。この光は光学的に結合されるライトガイド１４を通して受光素子１０１〜１０４へ導かれるが、その際、Ｘ方向に配列された受光素子１０１（１０３）と光電子増倍管１０２（１０４）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド１４における各々の光反射材１５の位置と長さおよび角度が調整されている。【００３８】
図２は図１においてA-A断面の図であり、本発明の受光素子１０１、１０２、１０３、１０４を上面からみた図である。さらに図３は受光素子１０１（１０２、１０３、１０４も同じであるが代表して１０１のみを示している）を詳細に示したものである。図３において、アノード４０は透明ガラス面板２１と該透明ガラス面板２１上に形成された透明電極２２と、該透明電極２２の上に形成された正孔注入阻止層２３、該正孔注入阻止層２３の上に形成されたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜２４と、該アバランシェ増倍膜２４の上に形成された電子注入阻止層２５から構成される。一方、カソード４１は多数のフィールドエミッションチップ２６からなるフィールドエミッションアレイ２７がアノード４０に対向して配置されており、共通ゲート電極２８に共通ゲート電極バイアス３２が印加されることにより電子ビーム３０がアノード４０に向かって放射されるように構成される。その際、電子ビーム３０はメッシュ電極２９により減速されソフトランディングでアノードに到達する。メッシュ電極２９はメッシュ電極バイアス３３が印加されている。ここでアバランシェ増倍膜２４を含むアノード４０とフィールドエミッションアレイ２７を含むカソード４１は真空封じされるため真空外囲器３１で組み上げられている。またアバランシェ増倍膜２４とフィールドエミッションアレイ２７との実際の距離は１ｍｍから２ｍｍ程度であるため、受光素子１０１自身は非常に薄いものとなっている。【００３９】
ここでシンチレータ１１の何れか一個にガンマ線が入射すると可視光に変換され、この光は光学的に結合されるライトガイド１４を通して受光素子１０１〜１０４へ導かれる。そしてこの光はそれぞれの受光素子において透明ガラス面板２１と透明電極２２を透過し、アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜２４に達して光電変換により電子-正孔対が発生する。アバランシェ増倍膜２４にはバイアス３４が印加されており、膜内で正孔がアノード４０からカソード４１へ移動する過程で信号増幅が行なわれ、増幅された正孔がアバランシェ増倍膜２４表面上にフィールドエミッションアレイ２７に対向して現れる。フィールドエミッションアレイ２７からは常時電子ビーム３０が放射されているため、増幅された正孔は直ちに走査されアンプ３５により読み出される。【００４０】
この際、アバランシェ増倍膜２４の厚さを３５μｍとし、バイアス３４の印加電圧を３５００Vとしたとき、信号増幅度は１０００倍程度が達成でき非常に高感度にガンマ線を検出することが可能となる。 【００４１】
ところがこのとき、アバランシェ増倍膜２４に対してアモルファスセレニウム膜内で約１００Ｖ／μｍという高い電界を発生させるため高いバイアス電圧印加を必要とし、例えば受光面内の透明ガラス面板２１上に０．１μｍ程度の突起物があった場合でも電界の不均一が発生し結果として局所的にピンホール欠陥としてショートしてしまうことがある。受光面が一極のみで形成されている場合、一部分でもショートするとその受光面全体が機能しなくなってしまう。従って、アノード４０とカソード４１を受光素子として組み立てる前にあらかじめピンホール欠陥の位置を把握する必要がある。そこで次のような方法でピンホール欠陥の位置を特定する。図４に示すように透明ガラス面板２１と該透明ガラス面板２１上に形成された透明電極２２と、該透明電極２２の上に形成された正孔注入阻止層２３と、該正孔注入阻止層２３の上に形成されたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜２４と、該アバランシェ増倍膜２４の上に形成された電子注入阻止層２５から構成されるアノード４０を透明ガラス面板保持ジグ５３に保持させて、前もって準備された検査用フィールドエミッションアレイ５５を有した欠陥位置特定用真空容器６５内に、検査用フィールドエミッションアレイ５５に対向して配置する。この状態でアバランシェ増幅を発生するに必要なバイアス電圧６１を印加して、アンプ６２の出力を監視する。そして検査用フィールドエミッションアレイ５５につながるスイッチ６３及び共通ゲート電極５６（紙面に垂直方向に多数存在するが図示していない）につながるスイッチ６４を順次切り替えることにより、ある期間一つの検査用フィールドエミッションアレイ５５から単位微小領域のみに向かって、検査用フィールドエミッションチップ５４の先端より電子ビーム５８が順次放射される。つまり、一つの検査用フィールドエミッションアレイ５５が走査する部分が単位微小領域となり、その部分におけるピンホール欠陥の有無を検査することができる。このようにしてアバランシェ動作時に発生する受光面内のピンホール欠陥の位置を特定する。尚、欠陥位置特定用真空容器６５は真空容器５１とフランジ５２から成り、透明ガラス面板保持ジグ５３を介してアノード４０を取り付け、何度でも開閉できる構造になっている。【００４２】
次に図５は受光素子１０１として組み立てる前の検査後のアノード４０と処置されたカソード４１を示すが、アノード４０の受光面内にピンホール欠陥７０の位置を特定できているため、カソード４１のフィールドエミッションアレイ２７に対してそのピンホール欠陥７０の位置に相当する処置済みフィールドエミッションチップ７１は電子ビーム放出の動作をしないように処置をされている。図５の例では先端部に対してレーザーによる焼きつぶし方法により尖った部分を除去し、電子ビーム放出の動作をしないようにした処置済みフィールドエミッションチップ７１を示している。【００４３】
さらに図６は受光素子１０１として組み立てた後のものを示している。上述したようにピンホール欠陥７０の位置に相当するフィールドエミッションチップ７１は電子ビーム放出の動作をしないが、それ以外のフィールドエミッションチップ２６は電子ビーム放出の動作をしている。そのためアバランシェ増倍膜２４に対してアモルファスセレニウム膜内で高いバイアス電圧印加をして信号増幅を行なっても局所的にピンホール欠陥としてショートしてしまうことはなく、ピンホール欠陥７０以外の受光面の領域では正常に機能する。
この場合、ピンホール欠陥７０の位置に相当する受光面は不感部として機能しないが、その範囲は非常に限定的でごく小さく、残りの有感部があるため実用上問題はない。 【００４４】
（第二の実施例） 次に以下、本発明の放射線検出器の第二の実施例の構成を図面に示し、実施例に従って詳細に説明する。図７は本発明の放射線検出器８０をＹ方向からみたＸ方向の断面図である。本実施例では等方ボクセル検出器の場合を示しているので、放射線検出器８０をＸ方向からみたＹ方向の断面図（側面図）も図７と同じ形状となる。放射線検出器８０は、光反射材１３が適宜挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に６個、Ｙ方向に６個の合計３６個のシンチレータ１１を２次元的に密着配置したシンチレータ群１２と、このシンチレータ群１２に光学的に結合されかつ光反射材１５が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されているライトガイド１４とこのライトガイド１４に光学的に結合される４個の受光素子２０１、２０２、２０３、２０４とから構成されている。ここで受光素子２０１〜２０４はすべて同じものである。尚本図７では受光素子２０１と受光素子２０２のみが図示されている。【００４５】
図８は図７においてB-B断面の図であり、本発明の受光素子２０１、２０２、２０３、２０４を上面からみた図である。さらに図９は受光素子２０１（２０２、２０３、２０４も同じであるが代表して２０１のみを示している）を詳細に示したものである。図９において、アノード９０は透明ガラス面板２１と該透明ガラス面板２１上に形成された透明電極２２と、該透明電極２２の上に形成された正孔注入阻止層２３、該正孔注入阻止層２３の上に形成されたアモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜２４と、該アバランシェ増倍膜２４の上に形成された電子注入阻止層２５から構成される。一方、カソード９１は多数の微小バンプ電極８１が形成された読み出し用基板８２から構成され、アバランシェ増倍膜２４と微小バンプ電極８１を接続することにより信号を読み出す構造になっている。また微小バンプ電極８１からの接続を変えることにより、信号を選択的に取り出し読み出している。図９の例ではすべての微小バンプ電極８１は電気的に共通につながっている。この受光素子２０１では微小バンプ電極８１の高さは数μｍであり、読み出し用基板８２の厚さも１ｍｍから２ｍｍ程度であるため、受光素子２０１自身は非常に薄いものとなっている。【００４６】
ここでシンチレータ１１の何れか一個にガンマ線が入射すると可視光に変換され、この光は光学的に結合されるライトガイド１４を通して受光素子２０１〜２０４へ導かれる。そしてこの光はそれぞれの受光素子において透明ガラス面板２１と透明電極２２を透過し、アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜２４に達して光電変換により電子-正孔対が発生する。アバランシェ増倍膜２４にはバイアス８３が印加されており、膜内で正孔がアノード９０からカソード９１へ移動する過程で信号増幅が行なわれ、増幅された正孔がアバランシェ増倍膜２４表面上に現れる。カソード９１側は微小バンプ電極８１がコンタクトしているので、増幅された正孔は即座にアンプ３５により読み出される。【００４７】
この際、アバランシェ増倍膜２４の厚さを３５μｍとし、バイアス８３の印加電圧を３５００Vとしたとき、信号増幅度は１０００倍程度が達成でき非常に高感度にガンマ線を検出することが可能となる。 【００４８】
ところがこのとき、第一の実施例の場合と全く同様に、アバランシェ増倍膜２４に対し高いバイアス電圧を印加したとき局所的にピンホール欠陥としてショートしてしまうことがあるため、アノード９０とカソード９１を受光素子として組み立てる前にあらかじめピンホール欠陥の位置を把握する必要がある。そこで第一の実施例の場合と全く同様に前述した方法でピンホール欠陥の位置を特定する。【００４９】
次に図１０は受光素子２０１として組み立てる前の検査後のアノード９０と処置されたカソード９１を示すが、アノード９０の受光面内のピンホール欠陥８５の位置は前述した方法で特定できている。そのためカソード９１の読み出し用基板８２に対して、そのピンホール欠陥８５の位置に相当する微小バンプ電極８１を形成しないように処置をされている。図１０の例では微小バンプ電極８１を形成しないように処置しているが、ピンホール欠陥７０の位置に相当する微小バンプ電極８１からの配線を切ることによっても処置可能である。【００５０】
さらに図１１は受光素子２０１として組み立てた後のものを示している。上述したようにピンホール欠陥８５の位置に相当する微小バンプ電極８１に相当する領域は動作しないが、それ以外の領域では動作をしている。そのためアバランシェ増倍膜２４に対してアモルファスセレニウム膜内で高いバイアス電圧印加をして信号増幅を行なっても局所的にピンホール欠陥としてショートしてしまうことはなく、ピンホール欠陥８５以外の受光面の領域では正常に機能する。この場合、ピンホール欠陥８５の位置に相当する受光面は不感部として機能しないが、その範囲は非常に限定的でごく小さく、残りの有感部があるため実用上問題はない。【００５１】
以上のように本発明の放射線検出器では、アバランシェ増倍膜２４とフィールドエミッションアレイ２７を組み合わせたものでは、真空封じされた真空外囲器３１内に配置されておりその大きさは非常に薄型で構造的にシンプルなため光電子増倍管を用いる場合よりもコンパクトに構成できる。一方、アバランシェ増倍膜２４と読み出し用基板８２を組み合わせたものでもその大きさは非常に薄型で構造的にシンプルなためやはり光電子増倍管を用いる場合よりもコンパクトに構成できる。そのため、ＰＥＴ装置内の検出器に場所的な制約のある場合非常に有効である。また光電子増倍管のように多数の電極は不要で単純な構造であるため低コストで実現できる。さらに、アモルファスセレニウムからなるアバランシェ増倍膜では信号増幅度は１０００倍程度が達成でき非常に高感度であるため、アバランシェフォトダイオードのように高価な低ノイズアンプや、低ノイズ化のための低温動：Ｃｅなどの高性能シンチレータを使用したとしても、それらの発光波長である３００〜４００ｎｍの波長域でのアバランシェ増倍膜の量子効率は７０％であり、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに比較して非常に効率が良く、シンチレータの性能を十分に発揮させることが可能である。そして、アバランシェ増倍膜２４に対し高いバイアス電圧を印加したとき局所的に生じるピンホール欠陥の問題もあらかじめピンホール欠陥の位置を把握できるためカソード側を処置することにより解決できる。
作温度調整機構を必要としない。その上、高発光で高速のＬａＢｒ３：ＣｅやＬａＣｌ３：Ｃｅなどの高性能シンチレータを使用したとしても、それらの発光波長である３００〜４００ｎｍの波長域でのアバランシェ増倍膜の量子効率は７０％であり、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードに比較して非常に効率が良く、シンチレータの性能を十分に発揮させることが可能である。そして、アバランシェ増倍膜２４に対し高いバイアス電圧を印加したとき局所的に生じるピンホール欠陥の問題もあらかじめピンホール欠陥の位置を把握できるためカソード側を処置することにより解決できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、この発明は、医療用や産業用の放射線撮影装置に適している。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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