(57)【要約】【課題】シンチレーターと補強部材とを接着剤を用いて接合すると、シンチレーターと接着剤および接着剤と補強部材との界面でおきる反射および散乱で、センサ上に結像する画像がぼけて解像度が低下する、といった課題があった。【解決手段】可視光に対して透明な基板と、基板と同一材料に添加物を添加することにより、放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを備え、蛍光板は前記基板よりも薄く、基板記蛍光板とは屈折率の連続性を保って接合されている放射線検出素子。【選択図】図１
2016045183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対して透明な基板と、
前記基板と同一材料に添加物を添加することにより、放射線に対して蛍光を発する蛍光板と
を備え、
前記蛍光板は前記基板よりも薄く、
前記基板と前記蛍光板とは屈折率の連続性を保って接合されている放射線検出素子。
【請求項２】
前記基板はＹＡＧを含み、前記蛍光板はＣｅを添加したＹＡＧを含む請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記蛍光板における前記基板との接合面とは反対側に蛍光の表面反射を防ぐ反射防止膜をさらに備える請求項１または２に記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記基板における前記蛍光板との接合面とは反対側に蛍光の表面反射を防ぐ反射防止膜をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出素子と、
前記蛍光板で発した蛍光を結像する結像光学系と、
結像された蛍光を光電変換する光電変換画素が二次元的に配された光電変換素子と
を備える放射線検出装置。
【請求項６】
前記基板の側が前記結像光学系に対向して配される請求項５に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
前記放射線検出素子、前記結像光学系および前記光電変換素子が一直線上に配される請求項５または６に記載の放射線検出装置。
【請求項８】
可視光に対して透明な基板と、前記基板と同一材料に添加物を添加することにより放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを固相拡散により接合する段階と、
前記蛍光板を薄化する段階と
を備える放射線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子、放射線検出装置および放射線検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を測定する測定装置において、シンチレーターと透明な補強部材とを接着剤を用いて接合して薄くすることで、シンチレーターの強度を保ちつつ薄くすることが知られている。
特許文献１  特開２０１２−２６８２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、シンチレーターと補強部材とを接着剤を用いて接合すると、シンチレーターと接着剤および接着剤と補強部材との界面でおきる散乱および反射で、センサ上に結像する画像がぼけて解像度が低下する、といった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様における放射線検出素子は、可視光に対して透明な基板と、基板と同一材料に添加物を添加することにより、放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを備え、蛍光板は基板よりも薄く、基板と蛍光板とは屈折率の連続性を保って接合されている。
【０００５】
本発明の第２の態様における放射線検出装置は、可視光に対して透明な基板と、基板と同一材料に添加物を添加することにより、放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを備え、蛍光板は基板よりも薄く、基板と蛍光板とは屈折率の連続性を保って接合されている放射線検出素子と、蛍光板で発した蛍光を結像する結像光学系と、結像された蛍光を光電変換する光電変換画素が二次元的に配された光電変換素子と、を備える。
【０００６】
本発明の第３の態様における放射線検出素子の製造方法は、可視光に対して透明な基板と、基板と同一材料に添加物を添加することにより放射線に対して蛍光を発する蛍光板とを固相拡散により接合する段階と、蛍光板を薄化する段階と、を備える。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】放射線検出装置１０の断面模式図である。
【図２】放射線検出素子２０の斜視模式図である。
【図３】放射線検出素子２０の製造方法を説明する図である。
【図４】空間分解能測定装置４０の断面模式図である。
【図５】ＣＣＤセンサ１４から取得された蛍光の点広がり関数のプロファイルを示す。
【図６】放射線検出装置１０における放射線を検出する部分の模式図である。
【図７】比較例の放射線検出装置５０における放射線を検出する部分の模式図である。
【図８】図７の放射線検出装置５０における蛍光の発光位置を説明する模式図である。
【図９】放射線検出装置１０で撮影した画像の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、放射線検出装置１０の断面模式図である。放射線検出装置１０は、Ｘ線などの高エネルギーの放射線の二次元信号を、低いエネルギーの蛍光に変換して計測する間接変換型の放射線二次元検出器である。放射線の一例は、Ｘ線自由電子レーザー（以後、ＸＦＥＬと称する場合がある）である。放射線検出装置１０は、円筒形状の筐体１２とＣＣＤセンサ１４と、対物レンズ１６と、放射線検出素子２０とを有する。
【００１１】
放射線検出素子２０は、円形板状であって、筐体１２の一端面側に配されている。放射線検出素子２０は、蛍光物質を含み、矢印１８に示す方向から入射した高エネルギーの放射線を多数の低いエネルギーの蛍光に変換する。放射線検出素子２０は、ＣＣＤセンサ１４では検出できない感度領域外の振動数の放射線を、感度領域内の振動数を有する蛍光に変換することによって、ＣＣＤセンサ１４による検出を可能にしている。なお、放射線検出素子２０の形状は、円形に限られず、四角形等いずれの形状であってもよい。
【００１２】
ＣＣＤセンサ１４は、二次元的に配された光電変換画素を有する。ＣＣＤセンサ１４は、対物レンズ１６により結像された可視光を含む感度領域の光を電気信号に変換して出力する。ＣＣＤセンサ１４は、筐体１２の他端面側であって、光電変換画素が配された面が、放射線検出素子２０と向き合うように配されている。ＣＣＤセンサ１４は、光電変換素子の一例であり、ＣＣＤセンサ１４に代えて、ＥＭＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを用いてもよい。ＥＭＣＣＤセンサには、ＣＣＤセンサの読み出し部に電子を増倍する機能が付加されているので、ＥＭＣＣＤセンサを用いることによって、微弱光を高感度で測定できる。ＣＭＯＳセンサには、高速な読出し方式を使用しているので、ＣＭＯＳセンサを用いることによって、高いフレームレートで光を測定できる。
【００１３】
対物レンズ１６は、放射線検出素子２０と、ＣＣＤセンサ１４との間であって、対物レンズ１６と、放射線検出素子２０と、ＣＣＤセンサ１４とが一直線上となるように配されている。さらに、ＣＣＤセンサ１４と、放射線検出素子２０と、対物レンズ１６とは、ＣＣＤセンサ１４の光電変換画素が配された面の中心と、放射線検出素子２０の中心とが、対物レンズ１６の光学中心に一致するように配されていることが好ましい。
【００１４】
対物レンズ１６は、放射線検出素子２０から発光した蛍光をＣＣＤセンサ１４の光電変換画素が配された面に結像する。対物レンズ１６は、単一のレンズで構成されてもよく、対物レンズと結像レンズとを含む複数のレンズから構成されてもよい。なお、対物レンズ１６は、結像光学系の一例である。
【００１５】
図２は、放射線検出素子２０の斜視模式図である。放射線検出素子２０は、基板２２と、蛍光板２４と、反射防止膜２６、２８とを有する。
【００１６】
基板２２は、放射線検出素子２０における対物レンズ１６側に配されている。基板２２に対する可視光である蛍光の透過率は、放射線よりも高く透明であるが、基板２２に対する放射線の透過率は、可視光よりも低い。基板２２は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（以後、ＹＡＧという）により構成される。なお、ＹＡＧは、基板を構成する材料の一例であり、他の材料としてＬｕ２ＳｉＯ５、ＬｕＹＳｉＯ５、ＬｕＹＳｉＯ５、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２、ＣｄＷＯ４、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、Ｇｄ２ＳｉＯ５、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、Ｙ２ＳｉＯ５、Ｙｂ２ＳｉＯ５、ＬｕＡｌＯ３、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２、Ｌｕ０．７Ｙ０．３ＡｌＯ３の何れか、またはこれらを混合して用いてもよい。
【００１７】
蛍光板２４は、放射線検出素子２０における放射線が入射する側に配されている。蛍光板２４は、基板２２と同一材料であるＹＡＧに添加物であるＣｅを添加することにより、放射線に対応して蛍光を発光する。すなわち、蛍光板２４は、入射した放射線に対応して蛍光を発光するシンチレーターとして機能する。なお、本実施形態において、Ｃｅを添加したＹＡＧは、波長５５０ｎｍを中心とした蛍光を発光する。また、Ｃｅは、蛍光板２４に添加される添加物の一例であり、他の添加物としてＭｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ａｍ、Ｐｒを用いてもよい。
【００１８】
基板２２の厚さは、取扱い上の強度を保ちながら、蛍光板２４を透過する放射線を減衰させて消滅させる厚さが必要である。また、基板２２内で生じる球面収差を抑えるため、基板２２の厚さを薄くすることが好ましい。本実施形態において、基板２２の厚さは、例えば、３ｍｍである。
【００１９】
一方、蛍光板２４の厚さは、基板２２の厚さよりも薄く、その厚さは、１μｍから２ｍｍの範囲内であることが好ましい。本実施形態において、蛍光板２４の厚みは、例えば、２０μｍである。蛍光板２４を薄くすることによって、蛍光の発光点が放射線の進行方向にばらつくことを防止でき、その結果、放射線検出装置１０の空間分解能が向上する。しかしながら、放射線検出装置１０の空間分解能は、蛍光の回折限界、対物レンズ１６の空間分解能、ＣＣＤセンサ１４の画素サイズと光学倍率から決まる分解能以上は向上しない。そのため、放射線検出装置１０が最も高い空間分解能を得る場合において、蛍光の回折限界を超える空間分解能を持つ対物レンズ１６を使用し、ＣＣＤセンサ１４の画素サイズが蛍光の回折限界サイズより小さくなるよう高い倍率で結像する光学系を使用するうえで、蛍光板２４の厚さを、放射線検出装置１０の空間分解能が、蛍光の回折限界となる厚さとすることが好ましい。さらに、蛍光板２４の厚さは、目標の空間分解能、蛍光の発光量が確保できること、および、基板２２と固層拡散接合しても蛍光物質であるＣｅを添加された領域が蛍光板２４全面に確保できることを考慮して定められる。
【００２０】
蛍光板２４は、基板２２とは屈折率の連続性を保って接合される。ここで、屈折率の連続性を保って接合されるとは、蛍光板２４と基板２２との接合界面の屈折率構造が実質的に一様であることをいう。例えば、ＹＡＧから構成される基板２２の屈折率と、ＹＡＧにＣｅを添加した蛍光板２４の屈折率との差は０．１％のオーダーであり、基板２２と蛍光板２４とを接合した場合における接合界面の屈折率構造は、一様であるといえる。そして、蛍光板２４と基板２２との接合界面の屈折率構造を実質的に一様とすることで、当該接合界面における蛍光の散乱、屈折および反射を防止できる。
【００２１】
接合された基板２２および蛍光板２４の両端面には、それぞれ反射防止膜２６および反射防止膜２８が配されている。反射防止膜２６は、基板２２における蛍光板２４との接合面とは反対側の面に配されている。反射防止膜２６は、蛍光板２４から発光する蛍光の反射を防止する。反射防止膜２６は、例えば、蛍光の波長の１／４に相当する厚さの薄膜である。本実施形態において、Ｃｅを添加したＹＡＧの蛍光の波長は５５０ｎｍであるので、反射防止膜２６は、５５０ｎｍの１／４に相当する１３７．５ｎｍの厚さの薄膜である。反射防止膜２６は、基板２２と反射防止膜２６との界面で反射する反射光を、反射防止膜２６の表面で反射する反射光で打ち消すことによって、蛍光の反射を防止する。また、反射防止膜２６として、二層以上の誘電体膜をコートした多層膜を用いてもよい。
【００２２】
反射防止膜２８は、蛍光板２４における基板２２との接合面とは反対側の面に配されている。反射防止膜２８は、蛍光板２４から発光する蛍光の反射と、基板２２における蛍光板２４との接合面とは反対側の面でおきる蛍光の反射光の再度の反射を防止する。なお、反射防止膜２８の構成は、反射防止膜２６と同じであるので、反射防止膜２８の構成の説明は省略する。
【００２３】
図３は、放射線検出素子２０の製造方法を説明する図である。図３（ａ）は、基板２２と蛍光板２４とをそれぞれ準備する段階を示している。この状態において、例えば、基板２２の厚さは３ｍｍであり、蛍光板２４の厚さは１ｍｍである。なお、基板２２および接合前の蛍光板２４の厚さは、扱いやすさ等を考慮して、適宜、決定してよい。
【００２４】
図３（ｂ）は、基板２２と蛍光板２４とを固層拡散により接合する段階を示している。基板２２の接合面は、蛍光板２４の接合面と重ね合わされて固層拡散接合される。なお、基板２２と蛍光板２４とを重ね合わせる前に、基板２２の蛍光板２４との接合面を研磨して平滑化してもよい。同様に、蛍光板２４の基板２２との接合面を研磨して平滑化してもよい。接合面を平滑化することによって、基板２２と蛍光板２４との接触面積を広くすることができる。これにより、固層拡散接合の信頼性を向上できる。
【００２５】
また、基板２２と蛍光板２４とを重ね合わせる前に、基板２２の蛍光板２４との接合面を洗浄してもよい。同様に、蛍光板２４の基板２２との接合面を洗浄してもよい。固層拡散接合において、基板２２と蛍光板２４の接合面に汚れが付着していると、その部分においてそれぞれの原子の拡散は進行せず、固層拡散接合の接合強度が弱くなる。接合面を洗浄することによって、汚れを除去でき、これにより、固層拡散接合の信頼性を向上できる。
【００２６】
また、固層拡散接合において、基板２２と蛍光板２４を、それぞれ接合する方向に加圧してもよい。基板２２と蛍光板２４とを接合する方向に加圧することによって、基板２２と蛍光板２４の界面を密着させることができる。これにより、固層拡散接合の信頼性を向上できる。
【００２７】
さらに、固層拡散接合において、基板２２と蛍光板２４を加熱してもよい。基板２２と蛍光板２４とを加熱することによって、接合面における基板２２の原子および蛍光板２４の原子の拡散を促進させる。これにより、固層拡散接合の接合強度を向上させることができる。
【００２８】
図３（ｃ）は、蛍光板２４を研磨して薄化する状態を示している。蛍光板２４は、基板２２が接合されていない側の面から研磨されて薄化される。なお、研磨は、例えば、化学機械研磨（以後、ＣＭＰと称する場合がある）により行われ、厚さ１ｍｍの蛍光板２４は、２０μｍに薄化される。なお、蛍光板２４の厚さは、４μｍであってもよく、２μｍであってもよく、また、１μｍであってもよい。また、研磨は、切削等機械的な研磨であってもよい。蛍光板２４は、厚さ３ｍｍの基板２２と接合されることによって補強されるので、蛍光板２４を破損することなく蛍光板２４を１μｍの厚さまで薄化できる。また、このように、ＣＭＰにより、放射線が入射する側から蛍光板２４を薄化することによって、蛍光板２４の放射線が入射する側の面を高い精度で平坦化できる。
【００２９】
図３（ｄ）は、接合された蛍光板２４と基板２２の両端面に、反射防止膜２６および反射防止膜２８を設ける段階を示している。上述したように、反射防止膜２６は、基板２２の側面であって、蛍光板２４が設けられていない側の面に配されている。また、反射防止膜２８は、蛍光板２４の側面であって、基板２２が設けられていない側の面に配されている。反射防止膜２６および反射防止膜２８は、例えば、真空蒸着法によりそれぞれの面に配される。
【００３０】
図４は、空間分解能測定装置４０の断面模式図である。図４を用いて、本実施形態における放射線検出素子２０の空間分解能について説明する。空間分解能測定装置４０は、φ１０μｍのピンホールが設けられたピンホール板４２と、放射線検出素子２０と、対物レンズ１６と、ＣＣＤセンサ１４とを有する。なお、図４において、図１と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
空間分解能の測定として、まず、ＸＦＥＬを、ピンホール板４２に設けられたφ１０μｍのピンホールを通過させる。これにより、放射線検出素子２０に入射するＸＦＥＬをφ１０μｍに切り出した。
【００３２】
次に、φ１０μｍに切り出したＸＦＥＬを、放射線検出素子２０に入射して蛍光を発光させる。放射線検出素子２０から発光した蛍光を、対物レンズ１６を用いてＣＣＤセンサ１４に結像させる。これにより、ＣＣＤセンサ１４から、対物レンズ１６によって結像された蛍光の点広がり関数のプロファイルを取得した。
【００３３】
次に、放射線検出素子２０の位置におけるφ１０μｍに切り出したＸＦＥＬの点広がり関数のプロファイルを取得した。そして、ＣＣＤセンサ１４から取得した点広がり関数のプロファイルから、放射線検出素子２０の位置におけるφ１０μｍに切り出したＸＦＥＬの点広がり関数のプロファイルをデコンボリューションして、放射線検出素子２０および対物レンズ１６から構成される光学系の空間分解能を算出した。
【００３４】
図５は、ＣＣＤセンサ１４から取得された蛍光の点広がり関数のプロファイルを示す。図５の縦軸は、受光した蛍光のカウント数を示し、横軸は、受光した蛍光を受光した画素位置を示す。ＣＣＤセンサ１４から取得した点広がり関数のプロファイルから算出される半値幅は、１２μｍであった。関数放射線検出素子２０の位置におけるφ１０μｍに切り出したＸＦＥＬの点広がり関数のプロファイルから算出される半値幅は、９μｍであった。
【００３５】
ここで、ＣＣＤセンサ１４から取得した点広がり関数のプロファイルをＡとし、その半値幅をａとする。また、放射線検出素子２０の位置におけるφ１０μｍに切り出したＸＦＥＬの点広がり関数のプロファイルをＢとし、その半値幅をｂとする。また、放射線検出素子２０からＣＣＤセンサ１４までの点広がり関数のプロファイルをＣとし、その半値幅をｃとする。すると、プロファイルＡは、プロファイルＢとプロファイルＣとをコンボリューションしたプロファイルであるので、これらをデコンボリューションするとともに、それぞれをプロファイルの半値幅で表現すると以下の関係式（１）が成り立つ。
【００３６】
ａ＝［（ｂ）２＋（ｃ）２］１／２・・・（１）
【００３７】
関係式（１）を用いて、ａに１２、ｂに９を代入して、半値幅ｃを算出すると、半値幅ｃは７．９となる。これにより、放射線検出素子２０からＣＣＤセンサ１４までの空間分解能は、半値幅で約８μｍの空間分解能を持つことがわかる。
【００３８】
また、空間分解能測定装置４０を用いて、空間分解能の測定を６時間程度行ってもＣＣＤセンサ１４に不具合はなかった。このことは、基板２２によって、ＸＦＥＬが減衰されて、ＸＦＥＬがＣＣＤセンサ１４に到達していないことを示している。なお、仮に、ＸＦＥＬがＣＣＤセンサ１４に到達すると、ＸＦＥＬが光電変換素子を破壊してＣＣＤセンサ１４の動作が停止する、もしくは、ＣＣＤセンサ１４の暗電流が増加してノイズが大きくなる、といった不具合が発生する。
【００３９】
図６は、放射線検出装置１０における放射線を検出する部分の模式図である。図６を用いて、本実施形態に係る放射線検出装置１０および放射線検出素子２０の効果について説明する。図６において、図１と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。
【００４０】
本実施形態において、放射線検出素子２０における基板２２と蛍光板２４は、同一材料であるＹＡＧから構成されている。さらに、基板２２と蛍光板２４は、屈折率の連続性を保って接合されているので、蛍光板２４から発光した蛍光は、基板２２と蛍光板２４との界面で屈折しない。仮に、蛍光が基板２２と蛍光板２４との界面で屈折したとすると、屈折した蛍光は、球面収差による影響で、対物レンズ１６によってＣＣＤセンサ１４上で合焦しない。したがって、基板２２と蛍光板２４との界面を屈折率の連続性を保って接合することで、接合界面での蛍光の屈折を防止でき、これにより対物レンズ１６によってＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度を向上できる。
【００４１】
また、基板２２と蛍光板２４とを屈折率の連続性を保って接合することによって、蛍光板２４から発光した蛍光が、蛍光板２４と基板２２との接合界面で反射することも防止できる。当該界面で蛍光が反射すると、対物レンズ１６によってＣＣＤセンサ１４上に結像する像の光量が減少する。したがって、界面での反射を抑制することで、ＣＣＤセンサ１４上に結像する像の光量を増やすことができ、放射線検出装置１０の感度を高めることができる。
【００４２】
また、蛍光板２４と基板２２との接合界面で蛍光が反射すると、放射線検出装置の解像度が低下する。当該反射により放射線検出装置の解像度が低下する説明を、図７を用いて行う。
【００４３】
図７は、比較例に係る放射線検出装置５０における放射線を検出する部分の模式図である。放射線検出装置５０は、放射線検出素子５２と、対物レンズ１６と、ＣＣＤセンサ１４とを有する。また、放射線検出素子５２は、蛍光板５４と基板５６とを接着剤５８により接合されて構成されている。放射線検出装置５０と図１に示した放射線検出装置１０との違いは、放射線検出素子５２が蛍光板５４と基板５６とが接着剤５８により接着されて構成されていること、蛍光板５４の厚さが厚いこと、および反射防止膜２６、２８が設けられていないこと、である。
【００４４】
一般に、接着剤５８の屈折率は、蛍光板５４の屈折率および基板５６の屈折率と異なる。接着剤５８の屈折率が、蛍光板５４の屈折率と異なる場合において、蛍光板５４と接着剤５８との界面における屈折率の変化により蛍光が反射する。同様に接着剤５８の屈折率が基板５６の屈折率と異なる場合において、接着剤５８と基板５６との界面における屈折率の変化により、蛍光が反射する。
【００４５】
これらの反射光は、さらに、蛍光板５４の表面で反射して、対物レンズ１６に入射する。対物レンズ１６に入射した反射光は、ＣＣＤセンサ１４上で合焦しないので、ＣＣＤセンサ１４上で結像する像にＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分が混じり、ＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度が低下する。これらの反射光は、蛍光板５４と空気との界面、蛍光板５４と接着剤５８の界面、接着剤５８と基板５６の界面、基板５６と空気との界面のそれぞれで一定の反射率で反射を繰り返し、光軸と垂直方向に広がっていく。その過程の中で基板５６と空気との界面を透過した成分が対物レンズ１６に入射する。これらの反射を繰り返し、対物レンズ１６に入射した蛍光成分は、ＣＣＤセンサ１４上で合焦しないので、ＣＣＤセンサ１４上で結像する像にＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分が混じり、ＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度が低下する。
【００４６】
一方、本実施形態における放射線検出素子２０は、基板２２と蛍光板２４とを固層拡散接合により接合しているので、基板２２と蛍光板２４との界面において屈折率が変化しない。これにより、ＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分が混じることを防止でき、対物レンズ１６によってＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度が低下することを防止できる。
【００４７】
図８は、図７の放射線検出装置５０における蛍光の発光位置を説明する模式図である。放射線が蛍光板５４に入射すると、蛍光は、蛍光板５４の厚み方向にずれた複数の位置から発光する。厚み方向にずれた複数の位置から発光された蛍光は、対物レンズ１６により結像される位置が異なる。したがって、複数の位置から発光された蛍光のうち、ある位置から発光された蛍光がＣＣＤセンサ１４上で結像するように対物レンズ１６の位置を調整すると、他の位置から発光された蛍光はＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分となり、ＣＣＤセンサ１４上に結像する像の解像度が低下する。
【００４８】
図８に示した放射線検出装置５０において、対物レンズ１６の位置は、放射線が入射する側面に近い位置から発光する蛍光がＣＣＤセンサ１４上で結像するように調整されている。この場合において、放射線が入射する側面から離れた位置から発光する蛍光は、ＣＣＤセンサ１４の位置よりも対物レンズ１６から遠くなる位置で結像する。これにより放射線検出装置５０の解像度は低下する。
【００４９】
本実施形態における放射線検出素子２０において、蛍光板２４の厚さを薄くすることで、蛍光の発光点が放射線の進行方向にばらつくことを防止できる。例えば、蛍光板２４の厚さを１μｍにすることで、放射線検出素子２０の空間分解能を、蛍光板２４が発光する蛍光の回線限界で定まる空間分解能とすることができる。
【００５０】
放射線検出装置１０の空間分解能と感度は蛍光板２４の厚みに対し、トレードオフとなる。蛍光板２４の厚みが薄い場合、空間分解能は高くなるが蛍光の発光量は小さくなる。例えば、蛍光板２４の厚さが３００μｍであれば、１０ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を９９．４％蛍光板で検出できる。蛍光板２４の厚さが２０μｍあれば、１０ ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を２９％蛍光板で検出できる。蛍光板２４の厚さが２０μｍあれば、１０ＫｅＶの光子エネルギーを持つＸ線の信号を１．７％蛍光板で検出できる。Ｘ線信号の検出率が低くなる問題は、蛍光板２４に使用する材質を、より原子番号・密度が大きい材質に変更することで改善できる。
【００５１】
また、本実施形態において、蛍光板２４の放射線が入射する側の面は、ＣＭＰによって蛍光板２４を薄化する過程において、高い精度で平坦化される。これにより、入射する放射線が、蛍光板２４の表面で散乱することが抑制され、放射線検出装置１０の感度と空間分解能を高めることができる。
【００５２】
また、本実施形態において、基板２２の厚みは、蛍光板２４を透過した放射線を減衰させて、放射線を通過させない３ｍｍの厚さを有している。従来の装置においては、対物レンズ１６およびＣＣＤセンサ１４を放射線の曝露から防ぐことを目的として、蛍光をミラーで反射させてＣＣＤセンサ１４に入力させていた。しかしながら、本実施形態においては、放射線耐性の高い基板２２で放射線は消滅しているので対物レンズ１６およびＣＣＤセンサ１４に到達しない。そのため、本実施形態の放射線検出装置１０は、ミラーを設けることなく、対物レンズ１６を用いて、蛍光をＣＣＤセンサ１４に結像できる。これにより、放射線検出装置１０のコンパクト化、放射線検出装置１０の光学系設計の自由度の向上、さらには低コスト化が実現できる。
【００５３】
さらに、ミラーを無くすことによって、対物レンズ１６を放射線検出素子２０に近づけて配置できる。これにより、対物レンズ１６と放射線検出素子２０との距離であるワークングディスタンスは短くなり、対物レンズ１６の開口数を大きくできる。これにより、放射線検出装置１０の感度と解像度を高めることができる。
【００５４】
なお、対物レンズ１６とＣＣＤセンサ１４との間にミラーを設置して、放射線入射方向に対して、ＣＣＤセンサ１４への蛍光の入射方向が垂直になるようにした放射線検出装置においても、本実施形態の放射線検出素子２０を用いることができる。これにより、放射線検出装置の幅を短くできる。さらに、放射線検出装置を低倍率・広視野とするべく、ワーキングディスタンスを長くする場合であっても、対物レンズ１６とＣＣＤセンサ１４との間にミラーを設置して、放射線入射方向に対して、ＣＣＤセンサ１４への蛍光の入射方向を垂直にすることによって、放射線検出装置の幅を長くすることなく対応できる。
【００５５】
また、本実施形態において、基板２２の厚さは、蛍光板２４を透過した放射線を透過させない厚さであって、なるべく薄くされている。基板２２を薄くすると、蛍光板２４から発光した蛍光が透過する基板２２内の光路を短くなるので、基板２２による球面収差を小さくできる。球面収差は、結像する像にぼけや歪みを生じさせるので、球面収差を小さくすることによって、放射線検出装置１０の解像度を高めることができる。さらに、例えば、対物レンズ１６に補正環を設けることによって、球面収差を補正することも可能となる。なお、基板２２をおよそ５００μｍ以下にすれば、市販の補正環付対物レンズで球面収差を完全に修正できる。また、基板２２は、３００μｍまでならば、通常の機械加工・研磨工程のみで薄化できる。
【００５６】
さらに、基板２２を薄くすることによって、対物レンズ１６を放射線検出素子２０に近づけられる。そして、さらにワークングディスタンスを短くすることによって、さらに対物レンズ１６の開口数を大きくできる。これにより、放射線検出装置１０の感度と解像度をさらに高めることができる。
【００５７】
また、本実施形態において、反射防止膜２６を設けているので、蛍光板２４から発光する蛍光が、基板と空気との界面で反射することを防止できる。さらに、反射防止膜２８を設けることによって、蛍光板２４から、放射線が入射した方向に発光した蛍光が、蛍光板２４と空気との界面で反射することを防止できる。これらの反射光は、ＣＣＤセンサ１４上で合焦しない成分となりこれにより解像度が低下する。そのため、反射防止膜２６および反射防止膜２８の少なくとも何れか一方を設けることによって、これらの反射光の発生を抑制でき、放射線検出装置１０の解像度の低下を抑制できる。
【００５８】
図９は、放射線検出装置１０で撮影した画像の一例を示す。図９に示した画像は、厚さ１０μｍの蛍光板２４と、厚さ２．９９０ｍｍの基板とを固相拡散接合した放射線検出素子２０を備え、空間分解能が８μｍの放射線検出装置１０を用いて撮像した蟻のレントゲン写真である。蟻のレントゲン写真は、ＳＰｒｉｎｇ‐８の２ｍｍ角のビームを使い、１回のビームで撮像されている。そして、撮像されて生成された画像には、バックグラウンド画像の差分処理、およびピクセル単位のＸ線強度の規格化処理が行われている。図９に示した蟻のレントゲン写真から、放射線検出装置１０は、蟻の触角、足の内部の骨格構造および腹部の内臓の様子を高いコントラストで撮像できることが見て取れる。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１０、５０  放射線検出装置、１２  筐体、１４  ＣＣＤセンサ、１６  対物レンズ、１８  矢印、２０、５２  放射線検出素子、２２、５６  基板、２４、５４  蛍光板、２６、２８  反射防止膜、４０  空間分解能測定装置、４２  ピンホール板、５８  接着剤
【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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