(57)【要約】      （修正有）【課題】傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを抑制することが可能であり、画素間での受光量ばらつきの少ない放射線検出器を提供する。【解決手段】光学異方性を有するシンチレータ構造体と２次元受光素子で構成された放射線検出器において、そのシンチレータ構造体表面に生じた傷部の中で、その受光部面積の1／6以上の面積をもつ傷部について、光学的に透明な媒質を充填して修復することにより平滑化し、傷による光伝搬損失を低減し、画素間での光量ばらつきを抑えることが可能となる。【選択図】図１
2013019796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素とから構成される2次元受光素子からなる放射線検出器であって、 
前記構造体の第一ないし第二の主面に位置し、前記各受光素子の受光面積に対して１／６以上の面積の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器。
【請求項２】
互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有する一方向性を有する第一の相と、第一の相の側面を埋める第二の相の２つの相からなり、かつ該２つの相のうちの高屈折率側の相の材料がシンチレータとして機能する相分離構造を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素から構成される2次元受光素子からなる放射線検出器であって、
前記シンチレータ構造体の第一ないし第二の主面に位置し、前記各受光素子の受光面積に対して１／６以上の面積の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器。
【請求項３】
互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有する一方向性を有する第一の相と、第一の相の側面を埋める第二の相の２つの相からなり、かつ該２つの相のうちの高屈折率側の相の材料がシンチレータとして機能する相分離構造を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素から構成される2次元受光素子からなる放射線検出器であって、
前記シンチレータ構造体の第一ないし第二の主面に位置し、幅及び長さの最小寸法が、前記相分離構造の近接する第一の相間の平均距離の１／４以上の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器。
【請求項４】
前記補修に用いる光学透過性材料の屈折率が、前記シンチレータ構造体を構成する２つの相の材料の屈折率と、シンチレータ構造体に面する層の屈折率との３つの値における最小値と最大値の範囲にあ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放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学異方性を有するシンチレータ構造体を用いた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線診断用画像検出器として、照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像をデジタル信号として得るものが用いられている。この放射線検出器には、大きく分けて直接型Ｘ線検出器と、間接型Ｘ線検出器がある。間接型Ｘ線検出器とは、Ｘ線を蛍光体により可視光に変化させ、この可視光を光電変換素子で電荷信号に変換させて画像を取得する検出器である。それら検出器は２次元アレイとして配置されている。高精細の放射線検出器では、画素サイズの縮小化が必要となり、このような高精細用途に用いる放射線検出器では、光学異方性を有するシンチレータ構造体を用いることにより、光のクロストークを抑制することが可能である。
【０００３】
高精細の放射線検出デバイスでは、画素サイズが小さいことから、光学異方性を有するシンチレータ構造体を用いる場合には、該構造体に生じた傷の画像劣化に与える影響が無視できないという課題が新たに見出された。従来、傷のサイズが受光部の面積と比較して十分小さい場合には光導波の損失影響を無視し得たが、１画素あたりの受光部の面積が小さくなるにつれて光導波の損失影響は大きくなり、画像劣化に与える影響が大きくなる。これは、上記構造体に生じうる傷が、カット、研磨、或いはハンドリングに因るものであり、画素のサイズとは関係なく生じてしまうためである。上記の損失影響は傷によって平坦性が失われた部位に構造体とは異なった屈折率の材料を介する為に生じ、典型的には空気である。
【０００４】
画素間の受光量ばらつきの許容しきい値をＸとし、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数をＡ、１画素あたりの受光面の面積をＳ０、１画素あたりの傷の面積をＳとすると、画素間の受光量ばらつきをＸ以下にするためには次式を満たす必要がある。 
Ａ×Ｓ／Ｓ０≦Ｘ・・・式１ 
【０００５】
ここで傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは、０≦Ａ≦１であり、傷がない場合には０、傷によって完全に光の導波が遮断された場合には１となる。なお、厳密には傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは傷の深さと形状に関係するが、ここでは簡略化のため、同じ深さと形状を有する傷の場合としている。具体的には、傷の深さと幅が同じで、長さの異なる、或いは傷の本数が異なる場合を想定している。これは、例えば同じサイズの異物に起因した研磨痕によって生ずる傷に相当し、上述の１画素あたりの傷の面積Ｓは、傷の長さ或いは傷の本数により決定される。
【０００６】
１画素あたりの受光面の面積Ｓ０ならびに、１画素あたりの傷の面積Ｓに制約があるので、画素間の受光量ばらつき、即ち式１の左辺の値を小さくするためには、傷により生じる傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを低減せざるを得ない。
【０００７】
上述の光学異方性を有するシンチレータ構造体としては、相分離構造を有するシンチレータ構造体を用いることが可能である。相分離構造を有するシンチレータ構造体は、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に一方向性を有する相と、第一の相の側面を埋める第二の相の２つの相からなり、かつ２つの相のうちの高屈折率側の相の材料がシンチレータとして機能することにより、光導波性を有することを特徴とする。該相分離構造を有するシンチレータ構造体を用いた放射線検出デバイスでは、傷が該構造体の第一ないし第二の主面に位置し、幅及び長さの最小寸法が、前記相分離構造の近接する第一の層間の平均距離ｄの四分の一以上の場合に画像劣化に与える影響が顕著に見られる課題が新たに見出された。これは、１画素あたりの受光面の面積Ｓ０に対して、上述の平均距離ｄで特徴づけられる１画素あたりの第一の層の本数にも依存し、１画素あたりの第一の層の本数が少なくなるほど画像劣化に与える影響は大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを抑制することが可能であり、画素間での受光量ばらつきの少ない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】
【０００９】
上記の課題の解決手段は、傷部に光学的に透明な媒質を充填して修復することである。
【００１０】
そして、上記の課題は、本発明の以下の構成により解決できる。
本発明は、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素から構成される2次元受光素子とからなる放射線検出器であって、前記構造体の第一ないし第二の主面に位置し、前記各受光素子の受光面積に対して１／６以上の面積の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器である。
【００１１】
また本発明は、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有する一方向性を有する第一の相と、第一の相の側面を埋める第二の相の２つの相からなり、かつ該２つの相のうちの高屈折率側の相の材料がシンチレータとして機能する相分離構造を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置する多数の画素から構成される2次元受光素子とからなる放射線検出器であって、前記シンチレータ構造体の第一ないし第二の主面に位置し、前記各受光素子の受光面積に対して１／６以上の面積の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器である。
【００１２】
また本発明は、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有する一方向性を有する第一の相と、第一の相の側面を埋める第二の相の２つの相からなり、かつ該２つの相のうちの高屈折率側の相の材料がシンチレータとして機能する相分離構造を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素から構成される2次元受光素子からなる放射線検出器であって、
前記シンチレータ構造体の第一ないし第二の主面に位置し、幅及び長さの最小寸法が、前記相分離構造の近接する第一の相間の平均距離の１／４以上の平滑性の乱れた領域を少なくとも１つ有し、該領域が光透過性材料で補修され平滑化された放射線検出器である。
【００１３】
また本発明は、前記補修に用いる光学透過性材料の屈折率が、前記シンチレータ構造体を構成する２つの相の材料の屈折率と、シンチレータ構造体に面する層の屈折率との３つの値における最小値と最大値の範囲にあることを特徴とする放射線検出器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学異方性を有するシンチレータ構造体を用いた高精細の放射線検出デバイスにおいて、該構造体に生じた傷による画像劣化を抑制することが可能となり、傷に起因する隣接画素間のばらつきを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に対応した屈折率と傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの関係を示すグラフである。
【図２】シミュレーションに用いた、傷を有する１画素に相当するシンチレータ構造体全体の平面を示す模式図である。
【図３】シミュレーションに用いた、傷を有する１画素に相当するシンチレータ構造体全体の断面を示す模式図である。
【図４】シミュレーションに用いた、傷を有する１画素に相当するシンチレータ構造体を３１×３１個に等しく仮想的に分割した平面を模式的に示した図である。
【図５】本発明の放射線検出器の概要を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、光学異方性を有するシンチレータ構造体を用いた高精細の放射線検出器に関するものである。本発明の放射線検出器は、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とを有し、前記主面間の方向に光導波性を有するシンチレータ構造体と、前記第一ないし第二の主面のいずれかに平行に配置された多数の画素から構成される2次元受光素子とからなるものである。本発明は、かかる光学異方性を有するシンチレータ構造体に生じた傷の画像劣化に与える影響が無視できないという課題を新たに見出した為に、これを改善するものである。傷による画像劣化を定量的に調べる目的でシミュレーションによる解析を行っており、以下に結果を示すとともに、発明を実施するための形態について詳細に述べる。
以下、図面等を用いて本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明を実施するための形態としては、様々な形態（様々な構成や、様々な材料）があるが、全ての実施形態に共通することは、２つの結晶相を有し、一方の結晶相と、一方の結晶相よりも屈折率が大きい他方の結晶相との２相を備える相分離構造を有するシンチレータ結晶体が、互いに同一面上に位置しない第一の主面と第二の主面とに他方の結晶相が露出する部分を有し、 他方の結晶相の第一の主面に露出する部分と第二の主面に露出する部分とがつながっていることである。これによって、高屈折率の結晶相内の光は、高屈折率相の周りに位置する低屈折率の結晶相によって全反射され、結果、高屈折率結晶内を導波されながら進む。その際、高屈折率の結晶相は、第一の主面と第二の主面とに露出するとともに、この露出部がつながっているため、導波（光ガイディング）は、第一の主面または第二の主面に向けて行われる。これらは換言すると、シンチレータ結晶体内で生じた光は、より屈折率の大きい他方の結晶相内に閉じ込められながら（つまり光が広がることなく）、第一の主面または第二の主面に向けて進行するといえる。このようにして、本発明の全ての実施形態は、シンチレータ結晶体自体が、導波機能（光ガイディング機能）を有する。尚、ここで、図５に示すように、例えば第一の主面５１とは、基板５３に設けられた光検出器５４に対向する面であり、第二の主面５２とは、Ｘ線等の放射線が入射する面である。これによって、シンチレータ結晶体５５で発生した光を光検出器に向けて導波（光ガイディング）することが可能となり、光の利用効率の優れたシンチレータ結晶体の提供と、これを用いた、高輝度、高解像度の放射線検出器の提供が可能となる。
尚、以下に説明する各実施形態においては、低屈折率相である一方の結晶相も、第一の主面と第二の主面とに露出する部分を有し、これら露出部がつながっている構成が好ましい。これによって、高屈折率相である他方の結晶相内の光を、より確実に、第一の主面または第二の主面に、広がることなく導波（光ガイディング）することが可能となる。
また、低屈折率相である一方の結晶相が、高屈折率相である他方の結晶相中に位置している構成が好ましい。これによって、シンチレータ結晶体における低屈折率相である一方の結晶相が占める割合を抑えながら、十分な導波機能（光ガイディング機能）を得ることができる。
【００１７】
シミュレーションに用いたシンチレータ構造体の形状ならびにサイズを、図２及び図３を用いて説明する。なお、光学異方性を有するシンチレータ構造体の一例として、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いた。図２は光検出素子の１画素に相当する受光面と接する面のシンチレータ構造体の正面図を、図３は図２に示すシンチレータ構造体の断面図を各々示している。なお、図２の正面図は図３の断面図の下部から見たときの正面図であり、図３の下部は受光面と接する面側である。図２で、１は光検出素子の１画素に相当する受光面と接するシンチレータ構造体全体を、２は第一の相を、３は第二の相を、４は相分離構造の周期を、５は第一の相の直径を、６は１画素に相当する受光面と接するシンチレータ構造体の一辺の長さを、７は傷を、８は傷の幅を、９は傷の長さを各々示している。そして、第一の相２が、第一の主面と第二の主面との主面間の方向に光導波性を有する一方向性を有するものである。また、図３で１０はシンチレータ構造体の厚さを、１１は傷の深さを、１２は反射膜を各々示している。なお、図３において、図２で示す同じ部位には同じ数字を付している。さらに、図２、図３は模式図であり、画素サイズに対する光学異方性を有するシンチレータ構造体の構造スケールは実際を表しておらず、あくまで画素と構造の配置関係を明らかにするためのものであることを記しておく。
【００１８】
次に、数値パラメータを説明する。具体的に例示するために相分離構造体を有するシンチレータ構造体の一例であるヨウ化セシウムと塩化ナトリウムからなる材料系のパラメータを用いる。したがって、第一の相２は塩化ナトリウム（ＮａＣl）よりなる結晶であり、屈折率を１．５５とした。第二の相３はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）よりなる結晶であり、屈折率を１．７８とした。相分離構造の周期構造４は４マイクロメートル、第一の相の直径５は２マイクロメートルとし、三角格子状に配列させた。１画素に相当するシンチレータ構造体の一辺の長さ６は３００マイクロメートル、傷の幅８は４０マイクロメートル、傷の長さ９は２５０マイクロメートルとし、傷の位置は中央部に配置した。シンチレータ構造体の厚さ１０は５００マイクロメートル、傷の深さ１１は２０マイクロメートルとした。
【００１９】
次に、シミュレーションの仮定について説明する。図３の上部である放射線入射側面のうちの中央部の一辺２９０マイクロメートル、厚さ５００マイクロメートルの四角柱の内部領域に光源を配置させた。ここでいう光源は、シンチレーションに相当する。光源は１０００ルーメンとした。放射線はＸ線であり、入射側より指数関数的に減衰するものと仮定した。また５００マイクロメートルの厚さによって９９％のＸ線が吸収されるものと仮定した。発光した光は屈折率の大きい相であるＣｓＩを伝搬して受光面側に到達する成分が多くなる光学異方性を有している。これは２相間の屈折率差に応じた全反射条件のもと、高屈折率側の相で光が全反射を繰り返して、受光面側に伝搬してシンチレータとして機能することによる。なお、本シミュレーションにおいては、全反射条件を満たさない角度の入射に対しては、５％の反射率を仮定した。また、受光面側と垂直な４つの側面に到達した光線は吸収されて受光面側に到達しないものと仮定した。また、屈折ならびに反射のみで、散乱の影響は考慮していない。受光面側と逆の方向に伝搬する光は、１２の反射膜により受光面側に伝搬するように向きが修正される。
【００２０】
上述の仮定の下、光線本数を１００万本として、受光面側に到達した光線本数を算出した。また、受光面は一辺３００マイクロメートルを３１等分して一辺が約９．６８マイクロメートルとなるように格子状に仮想的に区切り、３１×３１個のエリア毎に光線本数を算出した。この分割の模式図を図４に示す。図４で１３は分割された１画素に相当するシンチレータ構造体の全体を示し、１４は傷に相当するエリアを、１５は中央の区画を、１６は傷のない区画の一部を、１７は傷のない区画の一部を各々示している。傷のない区画の一部１６は中央の区画１５から４区画離れており、傷直下の区画の一部１７も同じく中央の区画１５から４区画離れた部位を選んでいる。
【００２１】
１００万本の光線本数に対して、傷のない区画の一部１６に到達した光線本数Ｃ０と傷直下の区画の一部１７に到達した光線本数Ｃ１を用いて以下に示すＡを計算した。このＡは、単位面積当たりの伝搬損失係数とみなすことが出来る。
Ａ＝（Ｃ０−Ｃ１）／Ｃ０  ・・・式２
ここでＡは傷のないときにＣ０＝Ｃ１なので０となる、０以上１以下の値となる。
【００２２】
シミュレーションの結果、Ａの値は小数点以下２桁目を四捨五入すると０．６であった。これは傷により、傷直下への光線のうちの６０％が失われることを意味するものである。この値から、傷の大きさの受光面積に占める割合が大きくなるほど深刻な問題となることが十分読み取れる。
【００２３】
ここで、先に述べた式１を計算してみると、Ａ＝０．６を用いて次式のように表わされる。
０．６×Ｓ／Ｓ０≦Ｘ  ・・・式３
【００２４】
Ｘの許容しきい値は、画像処理方法により変わりうるが、良質な画像を得る目的では０．１以下が好ましい。そこで、許容しきい値を０．１とすると、次式が得られる。
Ｓ／Ｓ０  ≦１／６  ・・・式４
【００２５】
１画素あたりの傷の面積Ｓが１画素あたりの受光面の面積Ｓ０の１／６を超えるような平滑性の乱れた領域を有する場合には許容されないことになる。傷は、シンチレータ結晶体のカット、研磨、或いはハンドリングに因って生じ得る。研磨の際に生ずるライン状の傷はその典型例であり、最大数十マイクロメートル程度の幅を生じ得て、完全に除去するのは困難である。１画素あたりの受光面の面積Ｓ０が例えば１ミリメートル程度のスケールであればＳ／Ｓ０は十分無視しうるものであるが、例えば１００マイクロメートル程度以下のスケールの受光面においては、式４を満たすことが出来なくなる。さらに、このようなライン状の傷は複数の画素間に渡って発生する可能性もあり、著しく画質を低下させる要因となる。
【００２６】
このような傷の影響を低減するには、１画素あたりの傷の面積Ｓに制約がある場合には傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを小さくせざるを得ない。傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは、傷部の屈折率に密接に関係しており、傷部が大気で満たされている場合にはおよそ１．０の屈折率であり、導波に携わる高屈折材料の屈折率と大きな隔たりを有してしまう。傷部を大気よりも屈折率の大きな、光学的に透明な光透過性材料で埋めて補修し、平滑化することにより、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは低減可能となる。これは傷部を埋める材料と導波に携わる高屈折側材料との屈折率比が傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを決定しているためである。屈折率に応じた傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの低減に関しては、傷を埋める材料の屈折率と傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの関係として、後ほど実施例１で述べる。
【００２７】
先にも述べたように、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは厳密には傷の深さと形状に関係する。しかしながら、傷の形状や深さによる伝搬損失影響を個別に求めることは極めて困難であり、定性的には上述のシミュレーションに用いた形状ならびに数値パラメータで代表できるものと仮定している。いずれの傷に対しても、傷部を大気よりも屈折率の大きな、光学的に透明な材料で傷を埋めることにより、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは低減可能である。
【００２８】
傷部を埋めるのに好適な光学的に透明な材料としては、一般的な光学樹脂であるエポキシ樹脂（屈折率１．５５〜１．６１）、メラミン樹脂（屈折率１．６）、ナイロン（屈折率１．５３）、ポリスチレン（屈折率１．６）、ポリエチレン（屈折率１．５３）、メタクリル酸メチル樹脂（屈折率１．４９）、ＭＢＳ樹脂（屈折率１．５４）、塩化ビニル樹脂（屈折率１．５４）、塩化ビニリテン樹脂（屈折率１．６１）、酢酸ビニル樹脂（屈折率１．４６）、ポリカーボネート（屈折率１．５９）などを用いることが可能である。上述の材料以外にも、光学的に透明な材料であれば利用可能である。
【００２９】
次に、光学異方性を有するシンチレータ構造体として、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ結晶体を用いた場合に特有の、新たに問題となる傷について図２を用いて述べる。
【００３０】
図２で、光検出素子の１画素に相当する受光面と接する面のシンチレータ構造体１は、第一の相２と、第二の相３により構成されている。１画素に相当する受光面に対する相分離構造のスケールは、１画素に相当する受光面と接するシンチレータ構造体の一辺の長さ６に対する、相分離構造の周期４および第一の相の直径５により特徴づけられる。 第一の相の直径５が、１画素に相当する受光面と接するシンチレータ構造体の一辺の長さ６と比して大きくなり、画素間で第一の相２の本数が異なることによってバラツキに問題が生じ得るので、第一の相の直径５は適切な大きさのものを選択することが望ましい。相分離構造が共晶組成近傍で製造される場合には、相分離構造の構造スケールは、材料及び製造時の条件により決定されるものである。相分離構造の周期４および第一の相の直径５は独立に制御されるものではなく、組成比率に応じた体積比率が実現される。所望のスケールを実現するには、成長速度に代表される製造条件を制御すればよい。具体的には、第一の相の直径５は５０ナノメートル以上３０マイクロメートル以下、好ましくは２００ナノメートル以上１０マイクロメートル以下の範囲で制御される。また、相分離構造の周期４は５００ナノメートル以上５０マイクロメートル以下、好ましくは１マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の範囲で制御される。
【００３１】
さて、例えば、典型的な構造スケールとしてシミュレーションで仮定した周期構造４が４マイクロメートル、第一の相の直径５が２マイクロメートルであって、１画素の正方受光面の一辺が２０マイクロメートルの場合には、約２９本の第一の相２が含まれることになる。このようなスケール関係に対応した条件下で、実際にさまざまな大きさの傷を有するシンチレータ構造体を作成して、傷の大きさに対する受光量の影響を測定したところ、構造の周期に対して１／４以上の幅或いは長さを有する場合に、顕著な受光量の変化が見られることを見出した。具体的には、構造の周期（近接する第一の相間の平均距離）に対して１／４に相当する幅が１マイクロメートル以上のライン状の傷を有するような平滑性の乱れた領域を有する場合に、顕著な受光量の変化が見られた。これは、相分離構造の光導波が一軸方向に異方性を有していることから、傷部に入射する光線の角度依存性が偏り、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａに敏感に反応するためであると思われる。上述のように、実際の傷に対して画質の評価を行った結果、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いる場合には、構造の周期に対する傷の幅或いは長さを問題にする必要がある。この場合も傷部を大気よりも屈折率の大きな、光学的に透明な光透過性材料で傷を埋めて補修し、平滑化することにより、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは低減可能となる。
【００３２】
なお、傷部のみを透明な材料で埋めればよいのであるが、傷部以外の部位にも透明な材料が少量付着していても問題はない。むしろ、実際の傷を埋める工程では少量の残渣程度に受光面側に付着しがちである。この場合、著しく大量でない限り差し支えなく、付着した膜による光の干渉影響が小さければ問題にはならない。また、意図的に傷部を埋めると同時にその他の領域にもわたって膜を形成させてもよい。
【実施例１】
【００３３】
本実施例は、上記実施形態で述べたシミュレーションに基づいた実施例である。
【００３４】
具体的には、傷部に埋める材料の屈折率を変化させたときの、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの変化を示すものである。光学異方性を有するシンチレータ構造体として、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いた場合であり、第一の相２は塩化ナトリウム（ＮａＣl）、第二の相３はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）より構成される。数値パラメータならびにシミュレーションの仮定は上述の実施形態で述べたものと同じであり、傷部に埋める材料の屈折率のみを変化させたものである。ＮａＣｌの屈折率は１．５５で、ＣｓＩの屈折率は１．７８である。
【００３５】
傷部に埋める材料の屈折率は下記５種類である。なお、傷部を埋めない場合として、大気の屈折率１．０も計算している。
【００３６】
５種類の屈折率は以下の通りである。
１）ＮａＣｌとＣｓＩのいずれの屈折率よりも小さい場合として１．３
２）ＮａＣｌと同じ場合として１．５５
３）ＮａＣｌとＣｓＩの間の屈折率として１．６５
４）ＣｓＩと同じ場合として１．７８
５）ＮａＣｌとＣｓＩのいずれの屈折率よりも大きな場合として２．０
【００３７】
傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの大きさを縦軸に、屈折率を横軸としてグラフに示したものが図１である。グラフには、傷部を埋めない場合として大気の屈折率１．０の場合も示している。
【００３８】
図１から、傷部を埋める屈折率が、導波を担う高屈折側の材料であるＣｓＩの屈折率に等しいときに伝搬損失は最少となることが読み取れる。ＣｓＩの屈折率よりも大きい場合には、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａが負の値となるが、これは光量の増加を示している。
【００３９】
ここで、一般的に屈折率が１．７を超える光学的に透明な材料は少ないことに注意が必要である。先に実施形態で述べたように、一般的な光学樹脂の屈折率は１．５程度のものが普通である。仮に上記２）の屈折率１．５５の光学樹脂を用いた場合には、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは０．２となり、実に傷を埋めない場合の三分の一にまで低減することが可能である。これはそのまま傷による画素間のばらつきを低減するものであり、画質の向上につながるものである。仮に、１画素あたりの傷の面積Ｓが１画素あたりの受光面の面積Ｓ０の１／６であった場合には、画素間のばらつきを１／３０にまで低減することが可能となる。このことから、受光面積に対して１／６以上の傷に対して修復を施すことにより画素間のばらつきを大きく改善することが可能となることがわかる。
【００４０】
本実施例においては、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を取り上げたが、それ以外の屈折率の異なる二相を利用して光伝搬に異方性を有するシンチレータ構造体であっても適用可能である。原理的に屈折率差に応じた全反射を光導波として利用する限り、本シミュレーションを適用可能であり、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを下げることによる傷の影響を低減するのに有効である。
【実施例２】
【００４１】
本実施例は、光学異方性を有するシンチレータ構造体として、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いた場合の、傷の大きさと画質に関する。ここで傷の大きさとは、傷の幅や長さのことであり、いずれか最小寸法を示している。具体的には、結晶体の研磨の際に生じたと思われる線状の傷を対象としており、最小寸法は傷の幅に対応する。
【００４２】
相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体について説明する。使用したシンチレータ構造体は、第一の相が塩化ナトリウム（ＮａＣl）よりなる結晶、第二の相がヨウ化セシウム（ＣｓＩ）よりなる結晶で構成されるものである。第一の相である塩化ナトリウムの直径は１．６マイクロメートルであり、構造の周期が４マイクロメートルである。本構造体を受光面に対して第一の相である塩化ナトリウムの柱状晶が垂直となるように切り出した後に研磨を施した。研磨にはラッピングシートを使用して、砥粒の粒度を徐々に細かくして厚さが０．５ミリメートルとなるように仕上げた。
【００４３】
仕上げた構造体を光学顕微鏡で観察することにより、傷を調べた。研磨の際に生じたと思われる線状の傷が所々に見られ、幅が０．５マイクロメートル、１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートルのものについて、位置を記録しておき、後述する撮像時の画質と対応させた。
【００４４】
次に撮像について述べる。上述の相分離構造の結晶体を、画素ピッチが２０マイクロメートルの2次元に配置された受光素子上に接触させて配置した。その後、２次元受光素子と接する面と平行なもう一方の面側からＸ線を照射して、２次元受光素子の画像の評価を行った。Ｘ線は、Ｘ線照射装置により発生され、上述の２次元受光素子は該Ｘ線照射装置の暗室部に配置されている。Ｘ線は、タングステンターゲットを用いて加速電圧６０ｋＶで得られるものを使用した。
【００４５】
撮像した画像を、光学顕微鏡で予め調べておいた傷の幅ならびに位置情報と対比させることにより、傷の画質に与える影響を評価した。その結果、幅が０．５マイクロメートルの傷においては画質の低下を検知出来なかった。一方、幅が１マイクロメートル、２マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートルのものでは傷の位置に相当する画素で輝度の変化が見られた。以上の結果より、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いる場合には、構造の周期に対して４分の１以上の最小寸法を有する傷を修復することが望ましいことが分かる。
【００４６】
次に、傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａの大きさを改善する目的で、上述のシンチレータ結晶体の傷部に光学透明樹脂を充填した。まず、上述のシンチレータ構造体を２次元受光素子から外して、屈折率が１．４９のポリメタクリル酸メチルを傷部に充填した。傷部からはみ出した材料はスキージを用いて除去した。その後、光学顕微鏡で傷部がポリメタクリル酸メチルで埋められていることを確認した後に、先に行ったのと同様の画像評価を行った。その結果、幅が０．５マイクロメートル、１マイクロメートル、２マイクロメートルの傷による影響は認識できないものであった。幅が５マイクロメートル、１０マイクロメートルの傷部では、依然傷の影響は見られるものの、その影響は傷を埋めない時と比較して大幅に縮小していた。これは傷部を、屈折率が１の空気よりもはるかに大きな透明の樹脂で埋めることにより、伝搬損失を改善することが出来たためである。
【実施例３】
【００４７】
本実施例は実施例２と同様に、相分離構造の光導波性を有するシンチレータ構造体を用いた場合に関する。傷部を埋める光学透明樹脂を実施例２で使用したポリメタクリル酸メチルの代わりに、より屈折率の大きいエポキシ系樹脂を用いた。屈折率は１．６１であり、第一の相である塩化ナトリウム（屈折率１．５５）と第二の相であるヨウ化セシウム（屈折率１．７８）の間の屈折率である。
【００４８】
使用したシンチレータ構造体は、実施例２で用いたものと同等であり、第一の相である塩化ナトリウムの直径は１．６マイクロメートルであり、構造の周期が４マイクロメートルである。本構造体を受光面に対して第一の相である塩化ナトリウムの柱状晶が垂直となるように切り出した後に研磨を施した。研磨にはラッピングシートを使用して、砥粒の粒度を徐々に細かくして厚さが０．５ミリメートルとなるように仕上げた。
【００４９】
仕上げた構造体を光学顕微鏡で観察することにより、傷を調べた。研磨の際に生じたと思われる線状の傷が所々に見られ、幅が１０マイクロメートルのものについて、位置を記録しておき、撮像時の画質と対応させた。
【００５０】
次に、実施例２と同様にＸ線を照射して傷による影響を確認した。その後、傷部を屈折率が１．６１のエポキシ系樹脂で充填した。傷部からはみ出した材料はスキージを用いて除去した。その後、光学顕微鏡で傷部がエポキシ系樹脂で埋められていることを確認した後に、先に行ったのと同様の画像評価を行った。その結果、幅が１０マイクロメートルの傷部に対応した画素での画質の低下はわずかであり、実施例２でポリメタクリル酸メチルを用いた場合よりもさらに改善されるものであった。具体的には、幅が１０マイクロメートルの傷部に対して、傷部に対応した画素を含む画素間での輝度差は１０％以内まで改善された。これは、塩化ナトリウムとヨウ化セシウムの間の屈折率を有する、エポキシ系樹脂で傷部を埋めたことによるものであり、図１に示したシミュレーションの結果と対応するものである。シミュレーションによれば、光の伝搬に携わるヨウ化セシウムと一致する屈折率の材料で埋めることにより傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａを最小にし得るが、現実的には透明な光学樹脂の屈折率は限られてしまう。この場合に、可能な限り伝搬に携わる材料の屈折率に近づけることで傷による単位面積当たりの伝搬損失係数Ａは低減可能であるが、コストや効果から総合的に判断して選択することが好ましい。また、シンチレータ構造体と面する層として、２次元受光素子の最表面には窒化シリコン（屈折率２．０）などの保護膜が通常形成されることを考慮すると、好ましい光学透過性材料の屈折率の範囲は次の通りである。
【００５１】
即ち、好ましい光学透過性材料の屈折率は、シンチレータ構造体を構成する２相の材料の屈折率と、シンチレータ構造体に接する層の屈折率の３つの値における最小値と最大値の範囲である。
【００５２】
以上の実施例では、相分離構造の光透過性を有するシンチレータ構造体として、塩化ナトリウムとヨウ化セシウムの２相よりなる材料を用いたが、材料はこれに限るものではない。光学異方性を有するシンチレータ構造体であれば良く、特に２相よりなり、屈折率差による全反射を利用するシンチレータ構造体が好適である。
【００５３】
また、２次元受光素子と接する面に生じた傷について述べてきたが、該面と平行で放射線の入射する面に生じた傷についても、適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の放射線検出器は、高精細用途に適している。特に、X線等の放射線を用いた医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の計測装置等に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  １画素に相当するシンチレータ構造体全体 
２  第一の相 
３  第二の相 
４  周期 
５  第一の相の直径 
６  １画素に相当するシンチレータ構造体の一辺の長さ 
７  傷 
８  傷の幅 
９  傷の長さ 
１０  シンチレータ構造体の厚さ 
１１  傷の深さ 
１２  反射膜 
１３  分割された１画素に相当するシンチレータ構造体
１４  傷に相当するエリア
１５  中央の区画 
１６  傷のない区画の一部 
１７  傷直下の区画の一部 
５１  第一の主面
５２  第二の主面
５３  基板
５４  光検出器
５５  シンチレータ結晶体
【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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