(57)【要約】【課題】  シンチレーター素子内で発光した光がシンチレーター素子の出射光面での反射することにより生ずる損失を低減し、半導体光検出素子への入射光を増加させ出力を向上させる。【解決手段】  シンチレーター素子の半導体光検出素子対向面に異なる２種類の金属酸化膜を交互に多数積層した光反射防止膜を真空中で直接形成し、シンチレーター素子の半導体光検出素子対向面で発生する光反射による損失を低減し、半導体光検出素子に入射する光量を約１０％上げることができ、高解像度の画像が得られる放射線検出器を提供することができた。【選択図】      図１
2009210415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンチレーター素子と半導体光検出素子を積層し、シンチレーター素子の半導体光検出
素子対向面を除いた他の面は光反射材で覆われている放射線検出器であって、シンチレー
ター素子の半導体光検出素子対向面に光反射防止膜が形成されていることを特徴とする放
射線検出器。
【請求項２】
光反射防止膜は、波長領域４００ｎｍから８００ｎｍで光反射率が２％以下であること
を特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
光反射防止膜の厚みが、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項
１もしくは２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
光反射防止膜は、屈折率の異なる２種類の膜が交互に積層された多層膜であることを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項５】
光反射防止膜の屈折率の異なる２種類の膜が、二酸化珪素（ＳｉＯ２）と五酸化タンタ
ル（Ｔａ２Ｏ５）の組合せもしくは二酸化珪素（ＳｉＯ２）と二酸化チタン（ＴｉＯ２）
の金属酸化膜の組合せであることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
【請求項６】
光反射材は樹脂と金属化合物粉末の混練材で、金属化合物が二酸化チタン（ＴｉＯ２）
もしくは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、亜鉛華（ＺｎＯ）、鉛白（ＰｂＯ）、硫化亜鉛（
ＺｎＳ）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。
【請求項７】
放射線源と対向するシンチレーター素子面に設けられた光反射材が、二酸化珪素と五酸
化タンタルもしくは二酸化珪素と二酸化チタンの屈折率の異なる２種類の金属酸化膜の組
合せ、もしくはアルミニウム膜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。
【請求項８】
放射線源と対向するシンチレーター素子面に設けられた光反射材は、波長領域４００ｎ
ｍから８００ｎｍで光反射率が９５％以上であることを特徴とする請求項６もしくは７に
記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線検出器に関し、特にＸ線、γ線などの放射線を使うコンピュータ断層撮
影（ＣＴ）装置に使用される放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線ＣＴ装置では、被撮影体に関して放射線源（例えばＸ線管）と対称の位置に多数
の放射線検出器を隣り合わせて並べて各検出器の位置での放射線強度を測定して、被撮影
体の内部構造を観察するようになっている。隣り合って並べられた各放射線検出器の検出
素子は各画素に相当するものなので、出来るだけ小さく作るとともに隣の検出素子との間
隔を狭くして、解像度、分解能を上げるように作られている。
【０００３】
放射線検出器は、放射線シンチレーター素子と半導体光検出素子（以降、ＰＤと称す）
とを積層した構造をしており、シンチレーター素子が放射線源側に開口してＸ線などの放
射線をシンチレーター素子で受けるようになっている。シンチレーター素子は特許文献１
から３に開示されているような、ＣｄＷＯ４（以降、ＣＷＯと称す）やＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐ
ｒ（Ｃｅ，Ｆ）（以降、ＧＯＳと称す）、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ（以降、ＹＧＯと称
す）などで作られていて放射線が入射すると可視光を発生する。この可視光をシンチレー
ター素子に付けられたＰＤに入射させて電気信号に変換する。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１５１３７６
【特許文献２】特開平１１−１７２３４３
【特許文献３】特開平１０−２１３６６５
【０００５】
放射線が照射されたシンチレーター素子は、可視光を全立体角の方向に発生する。全立
体角の方向に発生した光を、シンチレーター素子に付けられたＰＤに効率良く導く必要が
ある。そこで、シンチレーター素子は、そのＰＤと対向している面を除いて光反射材で周
囲が覆われた構造をしている。光反射材として金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、銀（
Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属を蒸着やスパッタリングで０．１〜５μｍ厚に付けたり、特
許文献４に開示されているように、ニ酸化チタン（ＴｉＯ２）や亜鉛華（ＺｎＯ），鉛白
（ＰｂＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の金属化合物の白色粉末をエポキシ樹脂等に混練して
塗布することが行われている。６００ｎｍ前後の波長での金属膜の光反射率は９０〜９５
％である。低価格で原子量が小さく白色に近いアルミニウムが好ましい材料である。金属
化合物の５００ｎｍ前後の波長での光反射率は、二酸化チタンが９４〜９６％、亜鉛華が
９３〜９４％、鉛白が９０〜９１％、硫化亜鉛が９５％程度である。ニ酸化チタンは亜鉛
華、鉛白、硫化亜鉛に比べ酸やアルカリに対し化学的安定性が高いため、光反射材として
用いられることが多い。
【０００６】
【特許文献４】特開２０００−１８０５５４号公報
【０００７】
シンチレーター素子と半導体光検出素子、光反射材を組合せた放射線検出装置は、特許
文献５に記載されている。図６に、放射線検出器の斜視図と断面図を示す。図６ａ）の放
射線検出器１はマルチスライス型と呼称されているもので、シンチレーター素子２が碁盤
目状に配置されている。図６ｂ）は、図６ａ）のｊ−ｊ’断面図である。基板５にはＰＤ
４と配線６、端子７が形成されている。配線６の一端は端子７に接続されており他端はＰ
Ｄ４に接続されている。ＰＤ４も碁盤目状に形成されており、ＰＤ４に対向してシンチレ
ーター素子２が配されている。ＰＤ４とシンチレーター素子２は接着剤９で固定されてい
る。シンチレーター素子２のＰＤ対向面以外の面は光反射材３を塗布して、シンチレータ
ー素子からの光を外部に漏らさないようにしている。光反射材３は、シンチレーター素子
同士の間に充填された素子間光反射材３２と、端に位置するシンチレーター素子の側面の
塗布された素子端面光反射材３３、放射線が入射するシンチレーター素子面に塗布された
素子上面光反射材３１から構成されている。光反射材３はシンチレーター素子で発生した
全立体角の方向の光を反射させてＰＤ４に導くことと、シンチレーター素子２への外部か
らの入射光を遮断するものである。
【０００８】
素子上面光反射材を通してシンチレーター素子２に入射した放射線の強度に比例した強
度の可視光が全立体角の方向に出る。ＰＤ４の方向以外の光は、光反射材３で反射を繰り
返してＰＤに入る。光反射材３には高い光反射率が求められるので、エポキシ樹脂等に二
酸化チタンや酸化バリウムなどの白色粉末を混練したものが用いられ、光反射率はシンチ
レーターの発光波長において９５％〜９８％である。
【０００９】
【特許文献５】特開２０００−３４６９４８号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
細い血管や小さな異変等の識別や観察を行うため、より高解像度の画像が求められてき
ている。高解像画を得るには、画素数に当るシンチレーター素子数を増やす事であるが、
増やすには図６に示す碁盤目状に配置されたシンチレーター素子２の放射線入射面積を小
さくする必要がある。シンチレーター素子２を小さくすると発光量も少なくなるため、高
解像画が得難くなる。そのため、シンチレーターの材料の発光効率を上げることと、発光
した光を効率良くＰＤ４に導くことが求められる。シンチレーター材の透光度を上げてシ
ンチレーター材内での光の減衰を低減すること、光反射材の光反射率を上げること等が検
討されているが、改善される値は僅かである。
【００１１】
放射線の照射により発生した光量の何％がＰＤ４に入射しているかを詳細に調べたとこ
ろ、シンチレーター素子２からＰＤ４に入る間で、約１５％の損失が発生していることが
判った。シンチレーター材のＧＯＳやＣＷＯ、ＹＧＯの光屈折率は約２．５であるので、
光が大気中に出るとき大気との屈折率の違いにより、シンチレーター素子の出射光面で光
が反射してしまうためである。図７に、シンチレーター素子で発生した光がＰＤに入る量
をイメージしている。光反射材の光反射率を９５％、シンチレーター素子面での光反射率
を１５％としている。また、シンチレーター材内での光の減衰は無視し、光反射材で反射
する回数も１回としている。ＰＤ側に出る光Ｌ１は、シンチレーター素子面での反射によ
る損失のため８５％に減ってしまう。ＰＤの反対側に出る光Ｌ２は、光反射材で反射する
ときに５％の損失が起こり、９５％となった光は更にシンチレーター素子面で１５％の損
失が発生するため、８０．８％となる。側面方向に出る光Ｌ３の値もＬ２と同様に８０．
８％となる。実際は、光反射材での複数回の反射とシンチレーター素子内での減衰でこれ
らの値より小さくなることが考えられる。シンチレーター素子面で反射した光は再度光反
射材で反射とシンチレーター素子面での反射を繰り返し、ＰＤに入る事になる。シンチレ
ーター素子面での反射による損失を例えば数％に抑えることができれば、シンチレーター
素子からの出射光を１０％以上増やす事ができると考えられる。しかし、シンチレーター
材の屈折率を下げることは、組成等を変える必要があるため実現は難しいものであった。
【００１２】
本願発明は、シンチレーター素子内で発光した光がシンチレーター素子の出射光面での
反射により生ずる損失を低減し、高解像度の画像が得られる放射線検出器を提供すること
を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明の放射線検出器は、シンチレーター素子とＰＤを積層し、シンチレーター素子
のＰＤ対向面を除いた他の面は光反射材で覆われている放射線検出器であって、シンチレ
ーター素子のＰＤ対向面に光反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【００１４】
放射線が照射されてシンチレーター素子で発生した光は全立体角の方向に進む。ＰＤ対
向面以外の方向に出た光は反射させて方向を変え、ＰＤ対向面に導く必要がある。そのた
め、ＰＤ対向面以外の面には高い光反射率を有する光反射材を形成することで、高効率で
光をＰＤに入射させることができる。また、高い光反射率であるため漏洩光の量を抑える
ことができ、隣り合うシンチレーター素子に漏洩光が入りノイズとなることを抑えること
ができる。シンチレーター素子のＰＤ対向面からは、高効率で光を漏洩させてＰＤに入射
させることが求められる。シンチレーター素子とＰＤは樹脂接着されているが、シンチレ
ーター素子と接着剤の屈折率の違いからシンチレーター素子面で光が反射してしまう。シ
ンチレーター素子面と接する材質の屈折率によって変わってくるが、シンチレーター素子
面での光の反射量は１５％程度と大きいものである。ＰＤ対向面で反射した光は光反射材
で反射し再度ＰＤ対向面に入り、一部の光は再度反射することになる。反射を繰り返す度
に光反射材で反射損失が発生し、シンチレーター素子内を通過する度に減衰を起こし損失
が発生するため、初期にＰＤ対向面で反射した光の多くは損失となってしまう。このこと
からも、ＰＤ対向面に光反射防止膜を形成して光反射率を下げることで、シンチレーター
素子からの光の出射量を上げる事ができる。ＰＤに入射する光量が増加し感度が向上して
、高解像度の画像が得られる放射線検出器が実現できる。
【００１５】
シンチレーター材には、ＣＷＯやＧＯＳ、ＹＧＯなどのセラミックを用いることができ
る。セラミックであるのでダイアモンド砥石等による機械加工ができ、小型で高精度なシ
ンチレーター素子が得られる。光反射材の形成も真空製膜や白色の金属化合物粉末と樹脂
の混練材の塗布等の方法を取る事ができる。真空蒸着やスパッターでアルミニウム等の薄
膜を形成ことや、酸化チタンや亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛等の金属化合物の白色粉末をエポ
キシ樹脂等に混練し、塗布、乾燥させて形成することもできる。シンチレーター素子のＰ
Ｄ対向面の光反射防止膜は、シンチレーター素子面に直接形成されたものであることが重
要である。シンチレーター素子のＰＤ対向面に別個に作った光反射防止膜を樹脂等で貼り
付けたのでは、ＰＤ対向面での光反射率を下げることはできない。シンチレーター素子の
ＰＤ対向面と光反射防止膜間に、空間ができない様に真空中でＰＤ対向面に光反射防止膜
が形成される事が望ましい。光反射防止膜とＰＤ間はフェノール樹脂等で固着することが
できる。ＰＤはシリコンフォトダイオードやＧａＡｓＰフォトダイオード、Ｇｅフォトダ
イオードを用いることができる。シンチレーター材により発光中心波長が異なるので、発
光中心波長近傍で高感度なフォトダイオードを選定することが良い。
【００１６】
本願発明の放射線検出器の光反射防止膜は、波長領域４００ｎｍから８００ｎｍで光反
射率が２％以下であることが好ましい。
【００１７】
シンチレーター材の発光中心波長は、ＣＷＯが４８０ｎｍでＧＯＳが５２０ｎｍ，ＹＧ
Ｏが６１０ｎｍである。より長い波長を持つＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ材も実用化されて
おりその発光中心波長は７３０ｎｍである。主に使用されているシンチレーター材の発光
中心波長は、４８０ｎｍ〜７３０ｎｍであるので波長範囲を考慮し、シンチレーター素子
のＰＤ対向面に形成する光反射防止膜は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域で低光反射
であることが好ましい。
【００１８】
光反射防止膜の光反射率は０％とすることが理想であるが、製造した膜では数％程度の
光反射率を示すものが多い。また、シンチレーター素子に形成する光反射防止膜は、真空
中でシンチレーター素子面に直接形成する必要があるとの制約もある。屈折率の異なる２
種類の金属酸化膜の膜厚を高精度に制御して交互に積層することで、光反射率を２％以下
にすることができる。シンチレーター素子から大気中に光が出る時の光反射率が約１５％
であるので、光反射率を２％とすることで出射光量を概略１０％増加させることができる
。
【００１９】
本願発明の放射線検出器の光反射防止膜の厚みが、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であ
ることが好ましい。
【００２０】
本願発明の放射線検出器の光反射防止膜は、屈折率の異なる２種類の膜が交互に積層さ
れた多層膜であることが好ましい。
【００２１】
屈折率の異なる２種類の酸化膜を積層した光反射防止膜は、光が膜を透過する間に生じ
る位相差による光干渉を利用して反射光を低減するものである。光反射防止膜の厚さが薄
過ぎると光反射防止膜の効果が得られない。光反射防止膜自体も光透過率１００％ではな
いため、光反射防止膜の厚さが増すに従い減衰による損失が増えるため好ましくない。膜
の材質と積層する枚数、光の波長により光反射防止膜の厚みは変わる。二酸化珪素と五酸
化タンタルを用い４層膜を構成した時の概略膜厚が０．３μｍ程度である。膜の材質や積
層枚数、光の波長が変わっても、光反射防止膜の厚みを０．２μｍ以上２．０μｍ以下に
することで、光反射率を２％以下にすることができる。光反射防止膜の厚みは、特に断り
のない限り物理膜厚を指しており、物理膜厚に屈折率を掛けた光学膜厚ではない。
【００２２】
シンチレーター素子表面で反射する光強度はシンチレーター材の屈折率に依存し、光反
射防止膜表面で反射する光強度は反射防止膜の屈折率に依存する。例えば光波長の１／４
の光学膜厚である単層の光反射防止膜の場合は、シンチレーター素子側と反対側で表面で
反射する光強度が異なるので、光反射率を２％以下に低減することは難しい。光屈折率の
異なる２種類の膜を交互に積層することで、屈折率の異なる界面を複数形成することがで
き、反射光の位相と強度を相殺できるので、シンチレーター素子のＰＤ対向面の光反射を
抑制することができる。
【００２３】
光反射防止膜は、２．２から２．７程度の高屈折率である膜と１．４程度の低屈折率で
ある膜を複数層交互に積層することが好ましい。
【００２４】
本願発明の放射線検出器は、光反射防止膜の屈折率の異なる２種類の膜が、二酸化珪素
と五酸化タンタルの組合せもしくは二酸化珪素と二酸化チタンの金属酸化膜の組合せであ
ることが好ましい。
【００２５】
所定の波長λを中心とした光を透過させるには、λ／４厚の光学薄厚を形成する必要が
あるため、高精度に膜厚を制御する必要がある。金属酸化膜が製膜でき膜厚制御がやり易
い真空蒸着法もしくはスパッター法を用いることが良い。真空蒸着法もしくはスパッター
法は真空装置内で製膜するので、シンチレーター素子面と光反射防止膜間に空間が生じる
ような事もない。光学膜厚＝物理膜厚×屈折率の関係を持っており、各金属酸化膜の膜厚
は物理膜厚を指している。光反射防止膜の低屈折率の酸化膜としては二酸化珪素が良い。
二酸化珪素膜の屈折率は約１．４であるので、中心波長５００ｎｍ時の膜厚は約０．０８
９μｍとなる。高屈折率の膜は、五酸化タンタルもしくは二酸化チタンを用いることがで
きる。五酸化タンタルの屈折率は約２．２、二酸化チタンの屈折率は約２．３である。中
心波長５００ｎｍ時の膜厚は五酸化タンタルが約０．０５７μｍ、二酸化チタンが約０．
０５４μｍとなる。二酸化珪素と五酸化タンタルもしくはニ酸化珪素と二酸化チタンの組
合せの積層膜を複数段に形成する事で、光反射率２％以下の光反射防止膜を得ることがで
きる。
【００２６】
本願発明の放射線検出器の光反射材は、樹脂と金属化合物粉末の混練材で、金属化合物
が二酸化チタンもしくは酸化マグネシウム、亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛であることが好まし
い。また、アルミニウムなどの金属薄膜でも良い。
【００２７】
放射線源と対向するシンチレーター素子上面光反射材には、高光反射率だけでなく放射
線をシンチレーター素子に効率良く入射させるため放射線透過率が高いことが求められる
。しかし、シンチレーター素子の側面の素子間光反射材と素子端面光反射材には、高光反
射率とシンチレーター素子の側面からの放射線の入射量を減らすため放射線透過率が低い
ことが求められる。全く逆の放射線透過率の要求を、一つの光反射材で満たすことは難し
いため、放射線透過率が高い材料を用い、素子間には重金属板を挿入する等の方法を取る
ことが多い。シンチレーター材に、ＣＷＯやＧＯＳ、ＹＧＯなどのセラミックを用いて、
ダイアモンド砥石等による機械加工で碁盤目状に溝を入れ、溝内に光反射材を充填する方
法が多く採用されている。二酸化チタンや亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛等の金属化合物の白色
粉末をエポキシ樹脂等に混練したものは、流動性があるので溝内に充填するには適したも
のである。
【００２８】
二酸化チタンもしくは酸化マグネシウム、亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛の金属化合物粉末と
樹脂を重量比で、樹脂１に対し金属化合物粉末が０．５以上とすることで、光反射率９５
％以上が得られる。この混合比率の上限は光反射材として成形できる比率であれば幾等で
も良いが、金属化合物粉末が樹脂対比で５とか６以上となると、流動性が低下してシンチ
レーター素子間に充填ができなくなったり、金属化合物粉末の脱落等が発生するため、０
．５〜３が好ましい混合比率範囲である。金属化合物粉末はでき得る限り微粉を用いるこ
とが好ましく、平均粒径で０．１５μｍ〜１．０μｍが好ましい。シンチレーター素子間
の寸法は５０μｍ〜１５０μｍであるので、平均粒径１μｍ以下の金属化合物粉末を用い
る事で、溝に少なくとも５０層以上に金属化合物粉末を配することができるので、シンチ
レーター素子で発生した光が光反射材を透過して隣接するシンチレーター素子に入ること
を防ぐ事ができる。
【００２９】
碁盤目状にシンチレーター素子が形成された状態で、素子間光反射材に金属膜を用いる
ことは難しい。シンチレーター素子の厚みは１ｍｍから１．５ｍｍあるため、スパッター
や真空蒸着で金属膜を５０μｍ〜１５０μｍの間隔で対向するシンチレーター素子の側面
全域に形成することは現状の技術や装置ではできない。そのため、素子間光反射材は樹脂
と金属化合物粉末の混練材を用いるのが良い。素子上面光反射材は平らなシンチレーター
素子面に形成するので、スパッターや真空蒸着で金属膜を形成することができる。素子上
面光反射材をアルミニウムの金属膜で形成することで、放射線検出器の薄肉化が可能とな
る。０．１μｍ以上の膜厚のアルミニウム膜は光を透過することがなく、軽金属であるた
め放射線透過率も高い。また、アルミニウムは可視光線領域での光反射率が約９５％あり
、好適な素子上面用の光反射材である。樹脂と金属化合物粉末の混練材は光反射率を得る
ため５０μｍ以上の厚みが求められる。また、混練材を０．１μｍの厚みで均一に形成す
ることはできない。このことから、素子上面光反射材をアルミニウムの金属膜で形成する
ことで、少なくとも５０μｍ以上の薄肉化が図れる。金属膜として金や銅を用いた場合、
波長６００ｎｍ以下での光反射率が低いため、適用できるシンチレーター材が限定される
。銀は可視光域での光反射率は高いが、重元素金属であるため放射線の吸収が大きいため
好ましくない。また、銀は酸化し易いため、膜表面から大気を遮断する膜の形成が必要と
なるため余り好ましい材料とは言えない。
【００３０】
本願発明の放射線検出器の放射線源と対向するシンチレーター素子面に設けられた光反
射材が、二酸化珪素と五酸化タンタルもしくは二酸化珪素と二酸化チタンの屈折率の異な
る２種類の金属酸化膜の組合せであることが好ましい。
【００３１】
素子上面光反射材は放射線が入射する面に形成されるので、高光反射率で高放射線透過
率だけでなく、放射線曝射で変質しない安定な材料であることが求められる。本願発明の
光反射防止膜に用いた二酸化チタンや五酸化タンタル、二酸化珪素の金属酸化膜は高い耐
曝射性を有しているので素子上面光反射材として用いることができる。二酸化珪素と五酸
化タンタルもしくは二酸化珪素と二酸化チタンの屈折率の異なる２種類の金属酸化膜を交
互に多数積層して形成した光反射膜は９８％以上の高い光反射率が得られる。屈折率の異
なる２種類の金属酸化膜を発光中心波長λの１／４の光学膜厚で多数積層すると、屈折率
の異なる界面が多数形成されるため、入射した光は各膜の界面で反射するため、入射光を
効率良く反射させることができる。発生した波長範囲の光を効率良く反射させるため、発
光中心波長λの１／４の光学膜厚より厚い積層部と薄い積層部を組み込んだ構成とするこ
ともできる。チタンやタンタルの様な重い金属でも、軽元素の酸素原子と結合させた金属
酸化膜とすることで、純金属に比べ放射線の透過性を高くすることができる。また、ＰＤ
対向面に形成する光反射防止膜と同じ材料を用いることができるため、装置や材料が効率
良く使用できコストの低減を図ることができる。
【００３２】
本願発明の放射線源と対向するシンチレーター素子面に設けられた光反射材の波長領域
４００ｎｍから８００ｎｍで光反射率が９５％以上であることが好ましい。より好ましく
は光反射率が９８％以上である。屈折率の異なる２種類の金属酸化膜を交互に多数積層し
た光反射膜とすることで、光反射率が９８％以上を得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明の放射線検出器は、シンチレーター素子のＰＤ対向面に異な
る２種類の金属酸化膜を交互に多数積層した光反射防止膜を真空中で直接形成し、シンチ
レーター素子のＰＤ対向面で発生する光反射による損失を低減し、ＰＤに入射する光量を
約１０％上げることができた。それにより、高解像度の画像が得られる放射線検出器を提
供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００３５】
本願発明の第１実施例の放射線検出器について以下説明する。図１に本願発明の放射線
検出器１を示す。図１ａ）に放射線検出器１の斜視図、図１ｂ）に図１ａ）のｋ−ｋ’断
面を示す。本実施例の碁盤目状に配したシンチレーター素子２は１６×１６であるが、図
を判り易くするため４×４と数を略している。同様に配線６や端子７の数も略している。
シンチレーター素子２のＰＤ対向面１４側に光反射防止膜８を、他の面には光反射材３を
形成して素子組立体１０としている。光反射材３は、素子上面光反射材３１と素子間光反
射材３２、素子端面光反射材３３から成っている。基板５にはシンチレーター素子２の位
置と大きさに対応したＰＤ４と配線６、端子７が形成されている。素子組立体１０と基板
５は透明樹脂の接着剤９で固着し、放射線検出器１を形成している。
【００３６】
図２を示し、本実施例の放射線検出器１の製造法や材料、概略の寸法関係の詳細な説明
を行う。図２ａ）から図２ｆ）に、放射線検出器１の製造工程を示しており、各図に斜視
図とｍ−ｍ’断面図を示す。図２ａ）は、シンチレーター素子２に加工する前のシンチレ
ーター板１１で、発光中心波長が５２０ｎｍのＧＯＳである。シンチレーター板１１は２
２ｍｍ×１８．５ｍｍ×１．８ｍｍ厚で、表面粗さＲａが数ｎｍ以下に機械加工されたも
のを用いた。図２ｂ）は、シンチレーター板１１の放射線入射面１３となる側に、ダイア
モンド砥石で溝１２を格子状に入れてシンチレーター素子２の幅ｗ１と奥行ｄ１を形成し
た。ｗ１は１．０ｍｍ、ｄ１は１．２ｍｍである。溝１２の深さは１．５ｍｍとし、０．
３ｍｍの底の部分でシンチレーター素子２は繋がっている。表面粗さＲａは非接触型の面
粗さ計を用い、ＪＩＳＢ０６０１に従って、中心線平均面粗さＲａを求めた。
【００３７】
図２ｃ）は、光反射材３を形成したものである。図２ｂ）で作製した溝の入ったシンチ
レーター板をフッ素樹脂製の治具に入れ、光反射材３を脱気しながら充填した。光反射材
３はエポキシ樹脂に平均粒径０．３μｍのルチル型二酸化チタン粉末を、重量比でエポキ
シ樹脂１に対し１．５混練したものである。充填後、脱気しながら８０℃に加熱して硬化
させた。硬化後の光反射率は、波長５２０ｎｍで約９６％であった。図２ｄ）は、溝１２
の底の部分でシンチレーター素子２は繋がっているので、ダイアモンド砥石を用い研削加
工を行いシンチレーター素子の個片化を行った状態である。シンチレーター素子２の厚み
ｈ１は１．３ｍｍ、光反射材は０．４ｍｍであり全体の厚みｈ２は１．７ｍｍとした。フ
ッ素樹脂製の治具を用いたのは、硬化した光反射材３が治具とは固着せず容易に治具を取
外すことができるためである。
【００３８】
図２ｅ）に、ＰＤ対向面１４側に光反射防止膜８を形成した素子組立体１０を示す。光
反射防止膜８は、屈折率２．２の五酸化タンタルと屈折率１．４の二酸化珪素を交互に計
４回積層した。シンチレーター素子２面上に五酸化タンタルを０．０５９μｍ厚、二酸化
珪素を０．０９３μｍ厚で、五酸化タンタル−二酸化珪素―五酸化タンタル−二酸化珪素
の順に連続して製膜を行った。光反射防止膜８は、シンチレーター素子２のＰＤ対向面１
４だけなく、ＰＤ対向面側の光反射材３２，３３上にも形成した。イオンビームアシスト
蒸着機を用いイオンガンガス流量５０（ｓｃｃｍ）、イオンガンビーム電圧７００（Ｖ）
、イオンガンビーム電流３００（ｍＡ）、イオンガン加速電圧−４００（Ｖ）の条件下で
、五酸化タンタルは０．２５（ｎｍ／ｓ）、二酸化珪素は０．７０（ｎｍ／Ｓ）の速度で
製膜を行った。蒸着源には、二酸化珪素と五酸化タンタルを用いた。図２ｆ）に、本実施
例の放射線検出器１を示す。ＰＤ４と配線６、端子７を有する基板５と素子組立体１０を
接着剤９で固着し、放射線検出器１を得た。接着剤９の接着層厚は数μｍ以下である。
【実施例２】
【００３９】
本願発明の第２実施例の放射線検出器について以下説明する。光反射材３の素子上面光
反射材３１を樹脂と金属化合物粉末の混練材からアルミニウム膜に替えた点が、第１実施
例と異なる主なところである。素子間光反射材３２と素子端面光反射材３３は、第１実施
例と同じ樹脂と金属化合物粉末の混練材を用いている。
【００４０】
図３を示し、第２の実施例の放射線検出器１の製造法や材料、概略の寸法関係の詳細な
説明を行う。図３ａ）から図３ｆ）に、放射線検出器１の製造工程を示しており、各図に
斜視図とｎ−ｎ’断面図を示す。図３ａ）は、シンチレーター素子２に加工する前のシン
チレーター板１１で、発光中心波長が５２０ｎｍのＧＯＳである。シンチレーター板１１
は２２．０ｍｍ×１８．５ｍｍ×１．６ｍｍ厚で、表面粗さＲａが数ｎｍ以下に機械加工
されたものを用いた。図３ｂ）は、シンチレーター板１１の放射線入射面１３となる側に
、ダイアモンド砥石で溝１２を格子状に入れてシンチレーター素子２の幅ｗ１’と奥行ｄ
１’を形成した。ｗ１’は１．０ｍｍ、ｄ１’は１．２ｍｍである。溝１２の深さは１．
４ｍｍとし、０．２ｍｍ厚の底の部分でシンチレーター素子２は繋がっている。シンチレ
ーター素子２は１６×１６であるが、図を判り易くするため４×４と数を略している。同
様に配線６や端子７の数も略している。
【００４１】
図３ｃ）は、素子間光反射材３２と素子端面光反射材３３を形成し、シンチレーター素
子の個片化を行った状態を示す。図３ｂ）で作製した溝の入ったシンチレーター板をフッ
素樹脂製の治具に入れ、光反射材３を脱気しながら充填した。光反射材３はエポキシ樹脂
に平均粒径０．３μｍのルチル型二酸化チタン粉末を、重量比でエポキシ樹脂１に対し１
．５混練したものである。充填後、脱気しながら８０℃に加熱して硬化させた。硬化後の
光反射率は、波長５２０ｎｍで約９６％であった。光反射材３の硬化後、放射線入射面側
に付着した素子上面光反射材３１の除去と、ＰＤ対向面１４側の連結部をダイアモンド砥
石で研削加工したのち研磨加工を行い除去し、シンチレーター素子２の個片化と厚みｈ１
’を得た。ｈ１’は１．３ｍｍ、表面粗さＲａは３ｎｍである。図３ｃ）は、シンチレー
ター素子２が１６列×１６行の碁盤目状に並び、シンチレーター素子間に素子間光反射材
３２が充填され、シンチレーター素子の外側側面には素子端面光反射材３３は形成された
組立体である。
【００４２】
図３ｄ）は、放射線入射面側１３に光反射膜１６と保護膜１７を形成した状態を示す。
純度９９．９９％のアルミニウムを０．３５μｍの厚みにスパッター行い、光反射膜１６
を形成した。アルミニウム膜の光反射率は約９５％であった。光反射膜１６を外気から遮
断し、酸化による光反射率の低下を防ぐため酸化アルミニウム膜を０．１μｍの厚みに連
続して製膜した。図２ｅ）に、ＰＤ対向面１４側に光反射防止膜８を形成した素子組立体
１０を示す。光反射防止膜８は、屈折率２．２の五酸化タンタルと屈折率１．４の二酸化
珪素を交互に計４回積層した。シンチレーター素子２面上に五酸化タンタルを０．０５９
μｍ厚、二酸化珪素を０．０９３μｍ厚で、五酸化タンタル−二酸化珪素―五酸化タンタ
ル−二酸化珪素の順に連続して製膜を行った。光反射防止膜８は、シンチレーター素子２
のＰＤ対向面１４だけなく、ＰＤ対向面側の光反射材３２，３３上にも形成した。イオン
ビームアシスト蒸着機を用いイオンガンガス流量５０（ｓｃｃｍ）、イオンガンビーム電
圧７００（Ｖ）、イオンガンビーム電流３００（ｍＡ）、イオンガン加速電圧−４００（
Ｖ）の条件下で、五酸化タンタルは０．２５（ｎｍ／ｓ）、二酸化珪素は０．７０（ｎｍ
／Ｓ）の製膜速度で製膜を行った。蒸着源には、二酸化珪素と五酸化タンタルを用いた。
光反射防止膜８の合計厚みは約０．３μｍ、光反射膜１６と保護膜１７の合計厚みは約０
．１４μｍであるので、素子組立体１０の厚みｈ２’は、１．３０４ｍｍとなり、実施例
１の１．７ｍｍに比べ約０．４ｍｍ減で約２５％の薄肉化が達成できた。
【００４３】
図３ｆ）に、本実施例の放射線検出器１を示す。ＰＤ４と配線６、端子７を有する基板
５と素子組立体１０を接着剤９で固着し、放射線検出器１を得た。接着剤９の接着層厚は
数μｍ以下である。
【実施例３】
【００４４】
本願発明の第３実施例の放射線検出器について以下説明する。光反射防止膜８の構成を
二酸化チタン膜と二酸化珪素膜に替えた点が、第１実施例と主に異なるところである。製
造方法や概略寸法は図２と同じである。二酸化チタンの屈折率は２．３と実施例１の五酸
化タンタルの２．２より大きいため、膜厚を０．０５６μｍと五酸化タンタルより約０．
００３μｍ薄くした。シンチレーター素子２面上に二酸化チタンを０．０５６μｍ厚、二
酸化珪素を０．０９３μｍ厚で、二酸化チタン−二酸化珪素―二酸化チタン−二酸化珪素
の順に連続して製膜を行った。
【実施例４】
【００４５】
本願発明の第４実施例の放射線検出器について以下説明する。素子上面の光反射膜１６
を、アルミニウム膜から五酸化タンタル膜と二酸化珪素膜の多層膜に替えた点が、第２の
実施例と異なる主なところである。光反射膜は五酸化タンタル−二酸化珪素―五酸化タン
タル−二酸化珪素の順に連続して製膜された４層膜を１ユニットとした３ユニット１２層
膜構成とした。多層膜とすると屈折率の異なる界面が多数形成され、入射した光は各膜の
界面で反射するため、入射光を効率良く反射させることができる。更に、ＧＯＳで発光す
る波長範囲の全ての光を反射させるため、第一ユニットはＧＯＳの発光中心波長のー１０
％の波長の４６８ｎｍ、第二ユニットはＧＯＳの発光中心波長の５２０ｎｍ、第三ユニッ
トはＧＯＳの発光中心波長の＋１０％の波長の５７２ｎｍとして膜厚を決めた。第一ユニ
ットの五酸化タンタル膜厚は０．０５３μｍ、二酸化珪素膜厚は０．０８４μｍ、第二ユ
ニットの五酸化タンタル膜厚は０．０５９μｍ、二酸化珪素膜厚は０．０９３μｍ、第三
ユニットの五酸化タンタル膜厚は０．０６５μｍ、二酸化珪素膜厚は０．１０２μｍとし
た。五酸化タンタル膜と二酸化珪素膜の多層膜で形成した光反射膜は９９．５％以上の光
反射率が得られた。
【００４６】
光反射膜１６は酸化膜であるので外気によって酸化が進行することはないが、透明なた
め外光が入りノイズとなるため遮光性を有する保護膜１７を形成している。保護膜１７に
は黒色塗料を約５０μｍ厚に塗布した。
【実施例５】
【００４７】
本願発明の第５実施例の放射線検出器について以下説明する。シンチレーター素子の材
料をＣＷＯに替えた点が、第１実施例と異なる主なところである。ＣＷＯの発光中心波長
が４８０ｎｍであるので、光反射防止膜は次の様にした。シンチレーター素子２面上に五
酸化タンタルを０．０５５μｍ厚、二酸化珪素を０．０８６μｍ厚で、五酸化タンタル−
二酸化珪素―五酸化タンタル−二酸化珪素の順に連続して製膜を行った。
【実施例６】
【００４８】
本願発明の第６実施例の放射線検出器について以下説明する。シンチレーター素子の材
料をＣＷＯに替えた点が、第２実施例と異なる主なところである。光反射膜１６と保護膜
１７の材質と膜厚は実施例２と同じとした。光反射防止膜は、シンチレーター素子２面上
に五酸化タンタルを０．０５５μｍ厚、二酸化珪素を０．０８６μｍ厚で、五酸化タンタ
ル−二酸化珪素―五酸化タンタル−二酸化珪素の順に連続して製膜を行った。
【実施例７】
【００４９】
本願発明の第７実施例の放射線検出器について以下説明する。シンチレーター素子２の
材料をＣＷＯに替えた点と、光反射防止膜８と光反射膜３１に二酸化チタンと二酸化珪素
を用いている点が、第４実施例と異なるなところである。光反射防止膜８は、シンチレー
ター素子２面上に二酸化チタンを０．０５２μｍ厚、二酸化珪素を０．０８６μｍ厚で、
二酸化チタン−二酸化珪素―二酸化チタン−二酸化珪素の順に連続して製膜を行った。光
反射膜１６は二酸化チタン−二酸化珪素―二酸化チタン−二酸化珪素の順に連続して製膜
された４層膜を１ユニットとした３ユニット１２層膜構成とした。第一ユニットはＣＷＯ
の発光中心波長のー１０％の波長の４３２ｎｍ、第二ユニットはＣＷＯの発光中心波長の
４８０ｎｍ、第三ユニットはＣＷＯの発光中心波長の＋１０％の波長の５２８ｎｍとして
膜厚を決めた。第一ユニットの二酸化チタン膜厚は０．０４７μｍ、二酸化珪素膜厚は０
．０７７μｍ、第二ユニットの二酸化チタン膜厚は０．０５２μｍ、二酸化珪素膜厚は０
．０８６μｍ、第三ユニットの二酸化チタン膜厚は０．０５７μｍ、二酸化珪素膜厚は０
．０９４μｍとした。
【実施例８】
【００５０】
本願発明の第８実施例の放射線検出器について以下説明する。光反射防止膜８の形成を
シンチレーター素子面に限った点が、第１実施例と異なる主なところである。図２ｅ）の
光反射防止膜８を形成するとき、シンチレーター素子部が開口したＳＵＳ製のマスクを使
用し、ＰＤ対向側の素子間光反射材３２面と素子端面光反射材３３面に、光反射防止膜８
が形成されないようにしたものである。ＳＵＳ製のマスクをホルダーとして使用すること
ができるので、イオンビームアシスト蒸着機内での、素子組立体の保持が容易になった。
また、光反射防止膜８とＰＤ４間に接着剤９を塗布しなくとも、素子組立体１０と基板５
を固着することができるようになり、接着剤９内で発生していた光の減衰をなくす事がで
きるため、接着剤９の選択範囲が広がった。
【実施例９】
【００５１】
実施例１から７で作製した放射線検出器の出力を測定した結果を図５に示す。比較のた
め図７で示した光反射防止膜のない従来の放射線検出器の出力を１としている。ＧＯＳと
ＣＷＯでは出力が異なるため、実施例１から実施例４は比較例のＧＯＳの出力を、実施例
５から７は比較例のＣＷＯの出力を１として出力比を求めた。放射検出器はシンチレータ
ー素子で１６×１６の２５６素子有しているので、２５６素子の出力の平均値を放射線検
出器の出力値とした。出力値は実施例１から実施例７の放射検出器各２０個の平均出力値
を、比較例の放射検出器各２０個の平均出力値で除した。タングステンＸ線管で加速電圧
（管電圧）１２０ＫＶ、電子流による電流（管電流）４ｍＡの条件で、放射線を発生させ
た。図５から判るように、実施例１から７の光反射防止膜を有する放射線検出器は、従来
品に比べ１０〜１２％出力が上がっている。素子上面の光反射材３１を変更しても光反射
率が約９６％〜約９９％の範囲で変わるだけであるので、光反射防止膜に比べて出力比に
対する寄与は小さいものであったと判断される。言替えると光反射防止膜の付与が、出力
向上に大きいことが判った。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本願発明の第１実施例の放射線検出器の斜視図と断面図である。
【図２】本願発明の第１実施例の放射線検出器の製造工程を説明する図である。
【図３】本願発明の第２実施例の放射線検出器の製造工程を説明する図である。
【図４】本願発明の第８実施例の放射線検出器の断面図である。
【図５】本願発明の実施例１から７で作製した放射線検出器の出力を説明する図である。
【図６】従来の放射線検出器の斜視図と断面図である。
【図７】シンチレーター素子で発生した光がＰＤに入る迄をイメージ的に表した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  放射線検出器、
２  シンチレーター素子、
３  光反射材、
４  半導体光検出素子（ＰＤ）、
５  基板、
６  配線、
７  端子、
８  光反射防止膜、
９  接着剤、
１０  素子組立体、
１１  シンチレーター板、
１２  溝、
１３  放射線入射面、
１４  半導体光検出素子対向面（ＰＤ対向面）、
１６  光反射膜、
１７  保護膜
３１  素子間光反射材、
３２  素子上面光反射材、
３３  素子端面光反射材。
【図１】
2009210415.tif 000003
【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】
2009210415.tif 000008
【図７】
2009210415.tif 000009