(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射放射線を対応する電気信号に変換するための放射線イメージング装置において、
第１表面（１６０）および第２表面（１６２）を持つシンチレータ（１５０）、
前記シンチレータの前記第２表面に光学的に結合された、複数の画素（１２０）を持つフォトセンサ・アレイ（１１０）、並びに
前記シンチレータ第１表面（１６０）に光学的に結合された光学的クロストーク減衰手段（２００）であって、前記シンチレータ第１表面に入射した光子がクロストーク反射経路（１８５）に沿って反射されて前記シンチレータ内へ戻るのを防止するように配置された少なくとも光吸収材料を有し、前記クロストーク反射経路（１８５）は、前記シンチレータ内での前記入射放射線の吸収点に空間的に対応する焦点領域（１７０）の外側にある前記フォトセンサ・アレイの部分に入射するように光子が辿る経路である光学的クロストーク減衰手段（２００）、を含んでおり、
前記光学的クロストーク減衰手段（２００）が前記シンチレータ第１表面（１６０）と緊密に接触する４０〜９０％の範囲内の光透過率を持つ光結合層（２３０）と、前記シンチレータ第１表面に緊密に接触した表面とは反対側の前記光結合層（２３０）の表面の上に配置された光反射層（２４０）を有していることを特徴とする放射線イメージング装置。
【請求項２】
入射放射線を対応する電気信号に変換するための放射線イメージング装置において、
第１表面（１６０）および第２表面（１６２）を持つシンチレータ（１５０）、
前記シンチレータの前記第２表面に光学的に結合された、複数の画素（１２０）を持つフォトセンサ・アレイ（１１０）、並びに
前記シンチレータ第１表面（１６０）に光学的に結合された光学的クロストーク減衰手段（２００）であって、前記シンチレータ第１表面に入射した光子がクロストーク反射経路（１８５）に沿って反射されて前記シンチレータ内へ戻るのを防止するように配置された少なくとも光吸収材料を有し、前記クロストーク反射経路（１８５）は、前記シンチレータ内での前記入射放射線の吸収点に空間的に対応する焦点領域（１７０）の外側にある前記フォトセンサ・アレイの部分に入射するように光子が辿る経路である光学的クロストーク減衰手段（２００）、を含んでおり、
前記光学的クロストーク減衰手段（２００）が前記シンチレータ第１表面（１６０）と緊密に接触する光結合層（２３０）を有しており、
前記光学的クロストーク減衰手段（２００）が更に、前記シンチレータ第１表面に緊密に接触した表面とは反対側の前記光結合層（２３０）の表面の上に配置された光反射層（２４０）を含み、前記光結合層（２３０）は更に、選定された光学的クロストーク低減角度よりも小さい角度で前記光反射層から反射される光子と比べて、前記選定された光学的クロストーク低減角度よりも大きい角度で前記光反射層から反射される光子を選択的に吸収するように調節された吸収範囲内の透過率を有している、
ことを特徴とする放射線イメージング装置。
【請求項３】
前記光結合層（２３０）が、前記シンチレータ（１５０）の屈折率の値の±２０％以内の値を持つ屈折率を有している、請求項１又は２に記載の放射線イメージング装置。
【請求項４】
前記シンチレータ第２表面（１６２）に光学的に結合された光学的スクリーン層（３００）であって、イメージング装置における光学的クロストークを低減するためにシンチレータ臨界角よりも大きい角度で該光学的スクリーン層に入射する光子を該光学的スクリーン層内でに内部反射させるように選ばれた屈折率を持つ実質的に透明な材料で構成されている光学的スクリーン層（３００）、を更に含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線イメージング装置。
【請求項５】
前記シンチレータ第１表面（１６０）が、表面模様付きのシンチレータ表面を形成するように複数の柱状突起１５５を有する針状構造を有してることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にソリッド・ステート放射線イメージング装置に関し、具体的にはフォトセンサ・アレイに結合されたシンチレータを有するイメージング装置における空間分解能の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ソリッド・ステート放射線アレイは、典型的には、シンチレータに結合されたフォトセンサ・アレイを有する。検出すべき放射線（例えば、Ｘ線など）はシンチレータに進入して、シンチレータによって吸収され、その結果として光子が放出される。シンチレータに結合されているフォトセンサ・アレイが光子を検出して、これにより入射放射線が吸収されたシンチレータ内の点に対応する空間位置（ｘ，ｙ）がアレイ内に得られる。フォトセンサ・アレイの読出しにより、吸収された放射線のパターンに対応する電気信号が発生される。このような電気信号で得られたデータは可視表示するか、又は放射線パターンの解析を行えるように処理される。
【０００３】
放射線イメージング装置において良好な空間分解能を得るには、吸収事象で発生された光子が吸収事象の直ぐそばのフォトセンサで検出されて、吸収放射線を表す電気信号が吸収事象の近くにあるアレイ内のセンサから生じるようにすることが必要である。しかしながら、吸収事象で発生された光子はあらゆる方向に放出されて、典型的には実質的に光学的に透明であるシンチレータ材料中を容易に進行する。吸収事象から光子が多方向に放出される結果、光子のほぼ半分はフォトセンサ・アレイの表面から離れる方向に動く。これらの光子はフォトセンサ・アレイによって直接検出されないばかりでなく、フォトセンサ・アレイとは反対側のシンチレータの表面によって反射されて、
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、イメージング装置の空間分解能および像品質を改善するには、光学的クロストークを低減、すなわち吸収事象の空間位置（ｘ，ｙ）から離れた位置でフォトセンサ・アレイに入射する光子を低減することが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入射放射線を吸収したときにシンチレータから発生される光子を検出するように、シンチレータに結合されたフォトセンサ・アレイをする放射線イメージング装置を提供する。本発明によれば、放射線イメージング装置はシンチレータの第１表面（すなわち、フォトセンサ・アレイとは反対側の表面）に光学的に結合された光学的クロストーク減衰手段を含む。光学的クロストーク減衰手段は、シンチレータ第１表面に入射した光子が反射されてシンチレータの中を選ばれたクロストーク反射経路に沿って戻るのを防止するように配置された光吸収材料を含む。クロストーク反射経路は、シンチレータ内の吸収点に対応する焦点領域の外側にあるフォトセンサ・アレイの画素に入射するように光子が辿る経路である。
【０００６】
本発明の別の態様では、放射線イメージング装置は更に、シンチレータとフォトセンサ・アレイとの間に配置されるように、シンチレータの第２表面に光学的に結合された光学的スクリーン層を含む。光学的スクリーン層は、光学的クロストークを生じるような角度（これは典型的には、シンチレータの材料と構造とによって決定されるシンチレータの臨界角度よりも大きい）で光学的スクリーン層に入射する光子を選択的に反射するような臨界屈折率を持つ実質的に透明な材料で構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ソリッド・ステート放射線イメージング装置１００は、典型的には図１に示されているように、行および列に配列された複数の画素１２０を持つフォトセンサ・アレイ１１０を含む。フォトセンサ・アレイ１１０は、その上に配置されたシンチレータ１５０（図２）に光学的に結合されている。動作において、放射線イメージング装置１００はＸ線のような放射線がシンチレータ１５０に入射するように配置される。シンチレータ１５０は典型的には沃化セシウムのような材料で構成される。入射放射線は典型的には第１表面１６０を横切ってシンチレータ１５０に入って、シンチレータ材料に吸収され、それにより光子が発生される。入射放射線がシンチレータ材料によって吸収されたときに発生された光子をフォトセンサ・アレイ１１０によって検出することにより、入射放射線のパターンに対応する電気信号が発生される。
【０００８】
フォトセンサ・アレイ１１０内の各々の画素１２０はフォトダイオードのようなフォトセンサ１２２を有し、フォトセンサ１２２はスイッチング装置１２４を介してアドレス線１２６および１２８に結合されている。スイッチング装置１２４は典型的には薄膜電界効果トランジスタ（ＴＦＴまたはＦＥＴ）で構成され、またアドレス線１２６は普通は走査線と呼ばれていて、フォトセンサ・アレイ１１０の行に沿って配置されたＴＦＴ１２４のそれぞれのゲート電極に結合される。走査線に印加される信号により、ＴＦＴ１２４が導通し、これによりフォトセンサ１２２上の電気信号をアドレス線１２８から読み出すことが出来る。アドレス線１２８は普通はデータ線と呼ばれている。
【０００９】
最適な動作では、入射放射線の吸収により発生される全ての光子が、その放出場所（図２に「Ｅ」で示されている）の空間位置（ｘ，ｙ）に最も密接に対応するフォトセンサ・アレイ１１０内の画素１２０によって検出される。本明細書では、位置Ｌ（図２）に対応する空間位置は、（説明の便宜のために、本明細書では放射線イメージング装置１００の配置方向が水平な平面内にあるとして）入射放射線が吸収される前にシンチレータ１５０の中にその厚さに沿って進入する（例えば、水平な平面に直角な平面、すなわち垂直平面内の）距離に関係なく、フォトセンサ・アレイ１１０の平面内の座標（ｘ，ｙ）を持つものとする。
【００１０】
シンチレータ１５０を構成する材料は（発生される光子の波長において）実質的に光学的に透明であるので、光学的クロストークはイメージング装置の空間分解能を劣化させる恐れがある。本明細書で用いる用語「光学的クロストーク」とは、シンチレータ内の所与の空間位置（ｘ，ｙ）における吸収事象で発生された光子が、該吸収事象の空間位置に最も近いフォトセンサ・アレイ画素以外の画素によって検出されることを表す。また「空間分解能」または同様な用語は、イメージング装置が入射放射線の空間的パターンに正確に対応する電気信号を発生することの出来る能力を表す（信号の精度の重要な決定因子の１つは、主に吸収事象に最も近いフォトセンサ画素による光子の検出である）。
【００１１】
本発明によれば、放射線イメージング装置１００は更に、シンチレータ１５０の第１表面１６０の上に配置された光学的クロストーク減衰手段２００を有する。本明細書では、「上」、「下」などの用語は図面に示した放射線イメージング装置１００の要素の相対的な位置を表し、放射線イメージング装置１００の配置方向または動作に関して何らかの制約を意味するものではないことに留意されたい。光学的クロストーク減衰手段２００は、以下に詳しく説明するように、シンチレータ１５０の第１表面１６０に入射した光子が反射されてシンチレータ１５０の中をクロストーク反射経路１８５に沿って戻るのを防止するように、シンチレータ１５０に光学的に結合される（すなわち、シンチレータ１５０から上向きに進む光子が第１表面１６０を横切って光学的クロストーク減衰手段２００に入射するように配置される）。図２には、裏張り部材２２０を持つ光学的クロストーク減衰手段２００が示されており、これは一例として表されているものであって、以下に述べる光学的クロストーク減衰手段２００の種々の実施態様をこれに制限するものではない。
【００１２】
図２に示されている実施態様では、シンチレータ１５０で吸収された入射放射線は位置Ｅで光子を放出する。光子は位置Ｅからあらゆる方向に放出されるが、位置Ｅから放出される光子は、入射放射線の吸収位置Ｅの空間位置Ｌ（例えば、図２で、Ｌは吸収事象の位置Ｅの真下に示されている）に最も近くに配置された画素のフォトセンサ活性領域１２２に対応する焦点領域１７０内で検出されるのが望ましい。例えば、直接経路１６５に沿って進む光子は画素１２０の焦点領域１７０に入射する。しかし、例えば間接経路１７５に沿って進む光子はシンチレータの第１表面１６０に入射する。光学的クロストーク減衰手段２００が設けられていない場合、このような光子は第１表面１６０から例えばクロストーク反射経路１８５に沿って反射される。クロストーク反射経路１８５は、シンチレータ第１表面１６０から反射された光子が焦点領域１７０より外側のフォトセンサ・アレイ１１０の部分に入射するような向きに進む経路を表す。
【００１３】
図３に、滑らかな第１表面１６０を持つシンチレータに使用される一実施態様の光学的クロストーク減衰手段２００が示されている。この実施態様では、シンチレータ第１表面１６０は磨いた面のように滑らかであり、典型的には入射光の波長よりずっと小さい（例えば、波長λより一桁小さい、例えばλ／１０の）表面粗さを持つ。このような構成のシンチレータの場合、光学的クロストーク減衰手段２００は、典型的には裏張り部材２２０上に配置された光吸収材料２１０を有する。この光学的クロストーク減衰手段２００は、光吸収材料２１０がシンチレータ第１表面１６０に面するようにシンチレータ１５０の上に配置される。光吸収材料２１０は、典型的には、約２５％と約１％未満との間の範囲内の光透過率を有する。更に、光吸収材料は、イメージング装置１００によってイメージングしようとする種類の入射放射線に対して低い吸収断面を有するものが望ましい。例えば、Ｘ線イメージングの場合、シンチレータ第１表面の上に配置される材料は入射Ｘ線ビームの数％未満しか吸収しないものが望ましい。一例として挙げると、このような吸収材料２１０は、約１０μｍと約１μｍとの間の範囲内の厚さを持つ裏張り部材２２０上のオーバーコートとして配置された平坦な黒色塗料で構成される。裏張り部材２２０もまた、前に述べたように、イメージングしようとする放射線に対して低い吸収断面を有するものが望ましい。裏張り部材２２０は、通常、約１ｍｍと約５μｍとの間の範囲内の厚さを持つ薄いポリエステルのシート（或いは、グラファイトまたはプラスチックの板）で構成される。光学的クロストーク減衰手段２００に入射する光子は、典型的には、クロストーク反射経路１８５に沿って反射されてシンチレータの中を戻る光子が生じないように（例えば、図３の位置Ａで）吸収される。
【００１４】
代わりに、放射線イメージング装置１００に使用されるシンチレータは、シンチレータ第１表面１６０からシンチレータ第２表面１６２（フォトセンサ・アレイ１１０に面する表面）へ延在する、垂直平面内に配置方向が定められた針状体を持つ針状構造を有するものであってよい。このようなシンチレータ構造は、フォトセンサ・アレイ１１０の上へのシンチレータ材料（例えば、ＣｓＩ）の堆積プロセスの制御によって形成される。この針状構造は、入射放射線を吸収したときに発生される光子を局在化するように作用する。空間的局在化は、発生された光子の幾分かが針状体の中で内部全反射を受けてシンチレータ第２表面から所望の焦点領域１７０へ出て行くことにより得られる。典型的には、このような針状体は約１μｍと約１０μｍとの間の範囲内の近似直径を持ち、その結果、フォトセンサ・アレイ１１０内の１つの画素１２０の上には複数の針状構造が配置される（このようなアレイ内の１つの画素の横方向寸法は約３０μｍと約１ｍｍとの間の範囲内にある）。
【００１５】
針状構造のシンチレータ１５０（図２）は、複数の柱状突起１５５を持つ第１表面１６０を有する。第１表面１６０は、シンチレータ１５０内の針状構造の完全さを保つために研磨されていない不均一な（または表面模様付きの）仕上げ面を持つ。本発明によれば、特に第１表面１６０に柱状突起１５５を持つシンチレータを使用する場合、光学的クロストーク減衰手段２００が更に光結合層２３０を有し、光結合層２３０はシンチレータ第１表面１６０と光吸収材料２１０との間に配置される。光結合材料２３０は、比較的光学的に透明である（例えば、約５０％と約１００％との間の範囲内の光透過率を有する）感圧性接着剤（ＰＳＡ）のような材料（例えば、米国マサチュセッツ州スペンサー所在のフレクスコン（ＦＬＥＸｃｏｎ）社製造の部品番号Ｖ３２０のＰＳＡ）で構成される。光結合材料に使用される水性ＰＳＡは、シンチレータ材料の屈折率に対応する屈折率（例えば、シンチレータ材料の屈折率の±２０％以内の屈折率）を持つことが望ましい。内部全反射の効果により、光結合材料はシンチレータの屈折率よりも大きい屈折率を持つことが好ましい。けれども、低い屈折率の材料でも許容可能な性能が得られる。例えば、ＣｓＩは約１．７９の屈折率を持っているので、ＣｓＩと共に使用するのに有効な光結合材料としては約１．７９と約２．１５との間の範囲内の屈折率を持つ材料が望ましく、約１．７９と約１．４３との間の範囲内の屈折率を持つ材料も許容可能である。
【００１６】
光結合材料２３０は更に、表面模様付きの（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）シンチレータ第１表面１６０の上に配置されたときに柱状突起１５５の表面に緊密に接触するように変位するほど充分に粘りけのあるような粘度を持つことが望ましい。ここで使用する「緊密に接触」または同様な用語は、光子がシンチレータ第１表面１６０の約５０％以上の面積にわたってシンチレータ第１表面１６０から光結合材料の中へ（中間の空気ポケットを通ることなく）直接に進入するように、材料がシンチレータ第１表面１６０に隣接して配置されていることを表す。光結合層２３０は典型的には約１０μｍと約１ｍｍとの間の範囲内の厚さを持つ。
【００１７】
図４に示されている本発明の別の実施態様では、光吸収材料が光結合層２３０の中に混合されている（これは図４の光結合層２３０の中に斑点で示してある）。微細な炭素粉末のような光吸収材料を光結合層２３０中へ添加したことにより、光結合層２３０は典型的には「１回のパス」の光透過率が約４０％と約１％未満との間の範囲内にある別の光吸収層になる（光子が光吸収材料から反射された場合にシンチレータ内へ再び進入するには、光子は光吸収性光結合層２３０を２回通ることが必要であり、従って、この光結合層が４０％の光透過率を持つ場合でも、光の１６％未満しかシンチレータには再び進入していかない）。このような光吸収性光結合層２３０の１例は、微細な炭素粉末（例えば、約１μｍ未満と約１０μｍとの間の範囲内の粒度を持つもの）を有する。
【００１８】
図５には本発明の更に別の実施態様の光学的クロストーク減衰手段２００が示されている。この光学的クロストーク減衰手段は弱い光吸収性の光結合層２３０および該光結合層の上に配置された光反射層２４０を有する。ここで使用する用語「弱い光吸収性」とは、約９０％と約４０％との間の範囲内の光透過率を持つことを表す。これらの光透過率は１回のパスすなわち光が光結合層を１回通ったときの透過率である。ここで説明するように、本実施態様では、シンチレータ第１表面１６０を横切った光子は再びシンチレータ１５０に入る前に光結合層２３０を２回通る。この実施態様の構成では、シンチレータ第１表面１６０に入射した入射放射線の吸収位置Ｅから放出された光子は、典型的には、弱い光吸収性の光結合層２３０の中に進入する。比較的短い経路（例えば、図５の経路２５５）を作る角度で弱い光吸収性の光結合層２３０に進入する光子は、光反射層２４０に当たって、典型的にはフォトセンサ・アレイ１１０の所望の焦点領域１７０（図２）に入射する経路に沿って反射される。これと異なり、クロストーク反射経路２６５に沿って弱い光吸収性の光結合層２３０に入る光子は、弱い光吸収性の光結合層２３０の中を大きな距離にわたって進行し、従ってシンチレータ１５０内へ再び進入する前に光結合層２３０内で吸収される可能性が大きくなる。（例えば、製造の際に光結合層２３０の中の光吸収材料の濃度を変えること等によって）光結合層２３０の光透過率を調節することにより、シンチレータ第１表面１６０へ向かう経路に沿って放出される光子の幾分かを捕捉しながら、所望の空間分解能を得る（例えば、光学的クロストークを低減する）ように光学的クロストーク減衰手段を「チューニング」することが可能になる。この代わりに、光反射層２４０反射率を製造の際に調節することによっても、光学的クロストーク減衰手段２００に対する所望のチューニング効果を得ることが出来る。
【００１９】
シンチレータ第１表面１６０の上に光学的クロストーク減衰手段を配置することによって、イメージング装置の性能に望ましい改善が得られる。例えば、従来知られているように、イメージング装置の性能の１つの尺度は変調伝達関数（ＭＴＦ）である。一例を挙げると、１）シンチレータ第１表面１６０と緊密に接触した反射膜（それだけ）を持つイメージング装置と、２）シンチレータ第１表面１６０の上に（例えば、約２００μｍ）配置した（灰色の）グラファイトの滑らかな部材を持つイメージング装置と、３）透明な光結合層２３０およびその上の光吸収層（透明な感圧性接着剤（ＰＳＡ）を備えた黒いポリエステル基板）を有する本発明に従った光学的クロストーク減衰手段を持つイメージング装置とを比較した。これらの３つの構成のイメージング装置についてＭＴＦを（２．５ lp/mmの空間周波数で）測定した。その結果を以下に示す。
【００２０】
【表１】
0003989104.tif 000002
【００２１】
本発明による光学的クロストーク減衰手段はイメージング装置の性能を改善し、シンチレータ第１表面１６０から反射されてクロストーク反射経路に沿ってシンチレータ中を伝搬する光子の数を低減するように作用する。
【００２２】
放射線イメージング装置１００の性能は、本発明に従って光学的スクリーン層３００（図６および７）を設けることによって更に改善することが出来る。光学的スクリーン層３００は、フォトセンサ・アレイ１１０に面する（すなわち、シンチレータ第１表面１６０とは反対側に位置する）シンチレータ第２表面１６２に光学的に結合される。光学的スクリーン層３００は実質的に透明な材料で構成される（例えば、約８０よりも大きい光透過率を持つ）。光学的スクリーン層３００の材料は更に、シンチレータ材料の屈折率よりも小さい屈折率を持つように選択される。シンチレータ材料の屈折率の値に比べて光学的スクリーン層３００の屈折率の値を小さくしたことにより、シンチレータ第２表面から前記スクリーン層に入射する光子の幾分かがシンチレータ１５０の中へ反射されて戻る。シンチレータ１５０に対して屈折率の値を小さくすればするほど、シンチレータ１５０の中へ反射されて戻る入射光子（すなわち、内部全反射を受ける光子）の割合が大きくなる。光学的スクリーン層３００の材料として特定の屈折率を持つ材料を選択することにより、内部反射の割合を「チューニング」することが可能になる。このようなチューニングにより、（光学的クロストークの低減の結果生じる）期待されるＭＴＦの増大と対応する信号レベルの低減（例えば、フォトセンサ・アレイに到達する光子の数の低減）との間で設計上の選定を行うことが可能になる。
【００２３】
上記のようにイメージング装置を「チューニング」するために光学的スクリーン層３００を使用することは、沃化セシウムのようなシンチレータ材料が使用されるときに特に適用可能である。「チューニング」プロセスは、不所望なクロストーク光として反射される光子と光学的スクリーン層３００を通ってフォトセンサ・アレイ１１０に達する光子とを適度な精密さで分離するように、シンチレータ臨界角よりも大きい角度で光学的スクリーン層３００に当たる光子を反射させるようにする臨界屈折率を持つ光学的スクリーン層３００を選択することによって改良される。ここで使用される「臨界屈折率」または同様な用語は、シンチレータ臨界角よりも大きい角度で光学的スクリーン層に当たる光子の反射を生じさせる大きさだけ、シンチレータの屈折率よりも小さい光学的スクリーン層の屈折率を表す。また「シンチレータ臨界角」とは、シンチレータ第２表面からの光子が光学的スクリーン層３００からシンチレータ１５０へ向かって反射される角度を表す。シンチレータ臨界角は、以下に詳しく説明するようにシンチレータにおける光学的クロストークを低減する値に選択される。
【００２４】
沃化セシウムのシンチレータを持つイメージング装置では、光学的スクリーン層３００は典型的にはシリコン酸化物、すなわち、所望の光透過率（例えば、１％未満の吸収率）を持ち、且つ製造プロセス、例えばプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法で容易に一様に堆積され、更にシンチレータ第２表面からの光子を反射する所望のシンチレータ臨界角を与える約１．５の屈折率を有する材料で構成される。この代わりに、弗化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）およびポリイミドのような材料を、異なるシンチレータ臨界角を与える適当な材料として使用することが出来る。光学的スクリーン層３００は、典型的には、（例えば、光の横方向の拡散に起因する）空間分解能の劣化を防止するのに充分な薄さであるが、かなりの反射（例えば、シンチレータ臨界角に等しいか又はそれより大きい角度で入射する約５０％以上の光子の反射）を生じるのに充分な厚さを有する。光学的スクリーン層３００の通常の厚さは約２５ｎｍと約５μｍとの間の範囲内にある。
【００２５】
本発明によれば、光学的スクリーン層３００は任意のシンチレータ構造に有効に使用することが出来る。しかしながら、光学的スクリーン層３００は、シンチレータ表面からの複数の柱状突起（または針状体）１５２（図６にシンチレータ１５０内の垂直平面内の平行な線として示されている）を持つシンチレータのような、非常に散乱性でないシンチレータと共に使用されるとき特に有効である。柱状突起１５２は、吸収事象の位置Ｅから放出された光子の一部を隔離するように作用する。柱状突起１５２の長くて細い針状構造（例えば、約５μｍと約１０μｍとの間の範囲内の直径を持ち且つ約５０μｍと１０００μｍとの間の範囲内の長さを持つ構造）は、ＣｓＩ柱体と該柱体を取り囲む材料との間の界面によって決定される臨界角よりも大きい角度で放出される全ての光を実質的に捕捉するように作用する。例えば、柱体を空気が取り囲んでいる場合、臨界角は約３４度であり、従って３４度以上の入射角で柱体の側壁に当たる全ての光子は針状柱体内で内部全反射を受ける。図６に経路Ｔで示した様に、この光は柱体１５２の中を進行して、約０度（表面に直角）と（鉛直線に関して）約５６度との間の範囲内の角度でシンチレータ第２表面１６２に突き当たる。この光は吸収事象の空間位置（ｘ，ｙ）を正確に表すので、これらの光子は光学的スクリーン層３００を通ってフォトセンサ・アレイ１１０に達するのが望ましい。
【００２６】
臨界角より小さい角度で柱状突起１５２の側壁に当たる光子は柱状突起１５２の外へ通過する。前に述べたように、沃化セシウム（屈折率は１．７９）より成るシンチレータの針状体が空隙（屈折率は１．０）で取り囲まれている場合の臨界角は約３４度である。従って、シンチレータ第２表面１６２に当たる光子は５６度（「シンチレータ臨界角」；図６に［ＣＡ」で示されている）以上の入射角を持つ。シンチレータ臨界角はシンチレータ第２表面１６２の鉛直線から入射光子の経路まで測った角度である。図８はＣｓＩと光学的スクリーン層（ＳｉＯｘ）との界面における有効反射率を示すグラフであり、５６度のシンチレータ臨界角でほぼ全反射が起こることを示している。光学的スクリーン層３００は、臨界屈折率、すなわちシンチレータ臨界角で光学的スクリーン層に当たる光子の反射を生じさせる屈折率を持つ材料で構成される。従って、柱状突起１５２のから飛び出してシンチレータ第２表面１６２を通るほぼ全ての光子が光学的スクリーン層によって反射されてシンチレータ１５０の中へ戻る。
【００２７】
光学的スクリーン層３００は通常、シンチレータ第２表面１６２に直ぐ隣接して（すなわち、何ら介在する材料層を設けずに）配置される。この代わりに、光学的スクリーン層３００は、例えばシンチレータ材料を環境から保護するためにシンチレータ１５０に隣接して配置される（典型的には、約１．９と２．０との間の屈折率を持つ）窒化シリコン（ＳｉＮ）のような材料の介在層５０を介してシンチレータ第２表面１６２に光学的に結合される。このような介在層がＣｓＩの屈折率よりも大きい屈折率（例えば、約１．８４乃至約２．１）を持っている限り、このような介在層の存在は、シンチレータ臨界角（またはシンチレータ臨界角よりも小さい角度）でシンチレータ第２表面１６２を出た光子を反射する光学的スクリーン層の能力に悪影響を及ぼさない。
【００２８】
放射線イメージング装置１００は、必ずしも必要ではないが、図６に示されているように光学的クロストーク減衰手段２００と光学的スクリーン層３００との両方を有することが有利である。
【００２９】
本発明を特定の好ましい実施態様について詳述したが、本発明の真の精神および趣旨の範囲から逸脱せずに上記の実施態様に種々の変更および変形をなし得ることが当業者には明らかであろう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形を包含することを意図して記載してあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射線イメージング装置のフォトセンサ・アレイの概略平面図である。
【図２】本発明の一実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図である。
【図４】本発明の別の実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図である。
【図５】本発明の別の実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図である。
【図６】本発明の別の実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図であり、装置内の光の種々の反射角を例示する。
【図７】本発明の別の実施態様による放射線イメージング装置の一部分の断面図である。
【図８】沃化セシウムとシリコン酸化物との間を通る光の入射角の関数として反射係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１００    放射線イメージング装置
１１０    フォトセンサ・アレイ
１２０    画素
１２２    フォトセンサ
１２４    スイッチング装置
１２６、１２８    アドレス線
１５０    シンチレータ
１５２    柱状突起
１５５    柱状突起
１６０    第１表面
１６２    第２表面
１６５    直接経路
１７０    焦点領域
１７５    間接経路
１８５、２６５    クロストーク反射経路
２００    光学的クロストーク減衰手段
２１０    光吸収材料
２２０    裏張り部材
２３０    光結合層
２４０    光反射層
３００    光学的スクリーン層
【図１】
0003989104.tif 000003
【図２】
0003989104.tif 000004
【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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