JP2017161456A

JP2017161456A - 光検出器

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Publication number: JP2017161456A
Application number: JP2016048432A
Authority: JP
Inventors: 景子藤井; Keiko Fujii; 野村　裕子; Hiroko Nomura; 裕子野村; 細野　靖晴; Yasuharu Hosono; 靖晴細野; 光吉小林; Mitsuyoshi Kobayashi; 励長谷川; Tsutomu Hasegawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】検出精度の向上を図る。【解決手段】光検出器２２は、シンチレータ層３６と、検出素子３２と、を備える。シンチレータ層３６は、放射線をシンチレータ光に変換する。検出素子３２は、シンチレータ層３６に対向する第１面３３Ａに沿って配列され、光に応じた信号を検出する。シンチレータ層３６は、第１領域３６Ａと、第２領域３６Ｂと、を有する。第１領域３６Ａは、１以上の連続する検出素子３２に対応し、放射線を光に変換する変換効率が第１変換効率の領域である。第２領域３６Ｂは、複数の検出素子３２の内、第１領域３６Ａに対応する検出素子３２以外の、１以上の連続する検出素子３２に対応し、変換効率が第１変換効率より低い第２変換効率の領域である。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、光検出器に関する。

複数の検出素子と、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータ層と、を組み合わせた光検出器が開示されている。また、このような光検出器における検出精度の向上を図る技術が開示されている。

例えば、光検出素子に接触する側の面積が放射線を入射する側の面積より大きい形状のシンチレータを用いた構成が開示されている。また、シンチレータ層を複数のピクセルブロックに分割し、各ピクセルブロックに、層特性の異なる複数種類のシンチレータ層を備えた構成が開示されている。

特開２０１０−１３３９５７号公報特開２０１１−２３２１９７号公報

Ｋ．ＴａｇｕｃｈｉａｎｄＪ．Ｓ．Ｉｗａｎｃｚｙｋ，Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．４０１００９０１（２０１３）, "ＳｉｎｇｌｅｐｈｏｔｏｎｃｏｕｎｔｉｎｇＸ−ｒａｙｄｅｔｅｃｔｏｒｓｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇ"

しかし、従来では、極端に強い光が入射すると、信号のパイルアップが発生する場合があった。このパイルアップにより、信号の検出精度が低下する場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信号の検出精度の向上を図ることができる、光検出器を提供することを目的とする。

実施形態の光検出器は、シンチレータ層と、検出素子と、を備える。シンチレータ層は、放射線を光に変換する。検出素子は、シンチレータ層に対向する第１面に沿って配列され、光に応じた信号を検出する。シンチレータ層は、第１領域と、第２領域と、を有する。第１領域は、１以上の連続する検出素子に対応し、放射線を光に変換する変換効率が第１変換効率の領域である。第２領域は、複数の検出素子の内、第１領域に対応する検出素子以外の、１以上の連続する検出素子に対応し、変換効率が第１変換効率より低い第２変換効率の領域である。

検査装置の一例を示す模式図。光検出器の説明図。光検出器の断面図。光検出器の変換効率を示す線図。光検出器の変換効率を示す線図。光検出器の模式図。信号の強度分布を示す線図。

以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。

図１は、本実施の形態の検査装置１の一例を示す模式図である。本実施の形態では、光検出器を、検査装置１に搭載した形態を、一例として説明する。

検査装置１は、光源１１と、放射線検出装置１０と、駆動部１３と、を備える。光源１１および駆動部１３は、放射線検出装置１０に電気的に接続されている。

光源１１と放射線検出装置１０とは、間隔を隔てて対向配置されている。被検体１２は放射線検出装置１０と光源１１との間に位置する。光源１１と放射線検出装置１０とは、この対向配置された状態を維持したまま、被検体１２を中心に回転可能に設けられている（図１中、第１の方向Ｘ参照）。

光源１１は、対向する放射線検出装置１０に向かってＸ線等の放射線１４を照射する。

光源１１の光出射面側には、フィルタ１６が設けられている。フィルタ１６は、光源１１から照射された放射線１４の線量（光量）を調節する。フィルタ１６は、光源１１に固定されている。本実施の形態では、フィルタ１６は、第１の方向Ｘの両端部を透過する放射線１４の光量を、該両端部以外に比べて減衰させる。なお、検査装置１は、フィルタ１６を備えない構成であってもよい。

光源１１から照射された放射線１４は、フィルタ１６を介して被検体１２を透過し、放射線検出装置１０に入射する。

放射線検出装置１０は、光を検出する装置である。放射線検出装置１０は、光検出器２２と、制御部２５と、を備える。光検出器２２と、制御部２５とは、信号線２３によって電気的に接続されている。

光検出器２２は、複数の検出ユニット２０を備える。複数の検出ユニット２０は、本実施の形態では、放射線検出装置１０の回転方向（図１中、第１の方向Ｘ方向）に沿って配列されている。本実施の形態では、第１の方向Ｘは、検査対象の被検体１２を、該被検体１２の体軸を回転軸として回転した回転方向に一致する。

検出ユニット２０は、光源１１から照射され、被検体１２を透過した放射線１４を、コリメータ２１を介して光入射面２０ａで受光する。光入射面２０ａは、検出ユニット２０における、放射線１４を受光する側の面である。コリメータ２１は、検出ユニット２０の光入射面２０ａ側に設置され、検出ユニット２０への散乱線の入射を防止する。

検出ユニット２０は、受光した光を検出する。検出ユニット２０は、検出した光に応じた信号を、信号線２３を介して制御部２５へ出力する。制御部２５は、検査装置１全体を制御する。制御部２５は、検出ユニット２０から信号を取得する。

本実施の形態では、制御部２５は、取得した信号（光電流）の電流値（信号の波高値に対応するエネルギー）から、光検出器２２に入射した放射線１４のエネルギーごとの光子数で表されるエネルギースペクトルを算出する。そして、制御部２５は、各検出ユニット２０に入射する放射線１４のエネルギースペクトルから、被検体１２の投影断面の画像を生成する。

駆動部１３は、光源１１および放射線検出装置１０を、これらの対向状態および間隔を維持したまま、光源１１と放射線検出装置１０の間に位置する被検体１２を中心として回転させる。これによって、検査装置１は、被検体１２の投影断面の画像を生成することができる。

なお、被検体１２は、人体に限定されない。被検体１２は、動植物や、物品などの非生物であってもよい。すなわち、検査装置１は、人体および動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視等のセキュリティ装置等の各種検査装置としても適用できる。

図２は、光検出器２２の説明図である。図２（Ａ）は、光検出器２２の斜視図である。光検出器２２に設けられた複数の検出ユニット２０は、第１の方向Ｘに沿って略円弧状に配列されている。なお、以下では、第１の方向Ｘは、放射線検出装置１０の回転方向および反回転方向の双方向であるものとして説明する。

図２（Ｂ）は、検出ユニット２０の模式図である。検出ユニット２０は、支持基板２４上に、複数の検出素子３２と、シンチレータ層３６と、をこの順に積層してなる。

シンチレータ層３６は、入射したＸ線等の放射線をシンチレーション光に変換する。シンチレータ層３６の詳細は、後述する。

検出素子３２は、シンチレータ層３６で変換されたシンチレーション光に応じた信号を検出する。検出素子３２は、例えば、ＳｉＰＭ（ＳｉｌｉｃｏｎＰｈｏｔｏＭｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である。

検出素子３２は、シンチレータ層３６に対向する対向面である第１面３３Ａに沿って配列されている。第１面３３Ａは、上記光入射面２０ａに対して平行な面である。

本実施の形態では、検出素子３２は、第１面３３Ａに沿って、互いに直交する第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙに向かって、マトリクス状に配列されている。

図２（Ｃ）は、光検出器２２における、検出素子３２の配列状態を示す図である。上述したように、光検出器２２は、第１の方向Ｘに沿って配列された複数の検出ユニット２０を備える（図２（Ａ）参照）。そして、上述したように、各検出ユニット２０の各々は、第１面３３Ａに沿って配列された複数の検出素子３２を備える（図２（Ｂ）参照）。

このため、図２（Ｃ）に示すように、光検出器２２は、光検出器２２における第１の方向Ｘの一端から他端に渡って、複数の検出素子３２を配列した構成である。また、光検出器２２は、第２の方向Ｙへも、複数の検出素子３２を配列した構成である。そして、これらの複数の検出素子３２上に、シンチレータ層３６が設けられている。

なお、本実施の形態の光検出器２２では、少なくとも第１の方向Ｘに複数の検出素子３２を配列した構成であればよい。

図３は、光検出器２２の断面図の一例である。具体的には、図３は、図２（Ｃ）に示す光検出器２２におけるＡ−Ａ’断面図である。

図３に示すように、検出素子３２は、シンチレータ層３６に対向する対向面である第１面３３Ａに沿って配列されている。また、検出素子３２は、第１面３３Ａにおける、第１の方向Ｘに沿って複数配列されている。図３には、一例として、３７個の検出素子３２を、第１の方向Ｘの一端から他端に渡って配置した構成を示した。しかし、光検出器２２の数および配列数は、図３に示す形態に限定されない。

図３に示すように、光検出器２２は、複数の検出素子３２上にシンチレータ層３６を積層した積層構造である。検出素子３２とシンチレータ層３６との間には、接着層３４が設けられている。接着層３４は、シンチレータ層３６と検出素子３２とを接着させる。接着層３４は、シンチレーション光を透過する透過性を有する。

なお、シンチレータ層３６における、検出素子３２と検出素子３２との境界に対応する領域に、反射部材を設けた構成であってもよい。反射部材は、シンチレータ層３６で変換されたシンチレーション光を反射する。

本実施の形態では、シンチレータ層３６は、複数のシンチレータ３７から構成されている。複数のシンチレータ３７の各々は、第１面３３Ａに沿って配列されている。複数のシンチレータ３７の各々は、複数の検出素子３２の各々に対応する。

検出素子３２に対応するシンチレータ３７、とは、検出素子３２をシンチレータ層３６に射影した領域に位置するシンチレータ３７を示す。本実施の形態では、検出素子３２とシンチレータ３７とが、１対１の関係で対応するように配置されている場合を一例として説明する。

すなわち、本実施の形態では、シンチレータ層３６は、複数のシンチレータ３７を第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙに沿って配列することで、複数のシンチレータ３７による層（シンチレータ層３６）を構成している。

なお、検出素子３２とシンチレータ３７とは、１対多の関係、多対１の関係、または、多対多の関係で対応するように配置されてもよい。

１対多の関係とは、１つの検出素子３２に対して、複数のシンチレータ３７が対応することを示す。この場合、検出素子３２の第１の方向Ｘの長さは、該検出素子３２に対応する、第１の方向Ｘに連続する複数のシンチレータ３７の、第１の方向Ｘの長さ（の合計値）と一致する。

多対１の関係とは、複数の検出素子３２に対して、１つのシンチレータ３７が対応することを示す。この場合、１つのシンチレータ３７に対応する、複数の検出素子３２の第１の方向Ｘの長さ（の合計値）が、該１つのシンチレータ３７の第１の方向Ｘの長さと一致する。

また、多対多の関係とは、複数の検出素子３２に対して、該検出素子３２と同じ数または異なる数の複数のシンチレータ３７が対応することを示す。この場合、この複数の検出素子３２の第１の方向Ｘの長さ（の合計値）と、対応する複数のシンチレータ３７の第１の方向Ｘの長さ（の合計値）と、が一致する。

ここで、従来では、検出素子３２に極端に強い光が入射すると、信号のパイルアップが発生する場合があった。このパイルアップにより、信号の検出精度が低下する場合があった。

そこで、本実施の形態では、シンチレータ層３６は、第１領域３６Ａと、第２領域３６Ｂと、を備える。なお、本実施の形態では、シンチレータ層３６は、更に、第３領域３６Ｃを備える場合を説明する。

なお、シンチレータ層３６は、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂを備えた構成であればよく、第３領域３６Ｃを備えない構成であってもよい。

第１領域３６Ａは、シンチレータ層３６における、１以上の連続する検出素子３２に対応し、放射線１４をシンチレーション光に変換する変換効率が第１変換効率の領域である。

第２領域３６Ｂは、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａ以外の少なくとも一部の領域である。言い換えると、第２領域３６Ｂは、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａに対応する検出素子３２以外の、１以上の連続する検出素子３２に対応する領域である。

第２領域３６Ｂの、放射線１４をシンチレーション光に変換する変換効率は、第２変換効率である。第２変換効率は、第１変換効率より低い。

第３領域３６Ｃは、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａおよび第２領域３６Ｂ以外の領域である。本実施の形態では、第３領域３６Ｃは、光源１１から出射した放射線１４の内、フィルタ１６の第１の方向Ｘの両端部を透過することによって減衰した光を受光する領域である。本実施の形態では、第３領域３６Ｃは、シンチレータ層３６における第１の方向Ｘの両端部に配置されている。

第３領域３６Ｃの、放射線１４をシンチレーション光に変換する変換効率は、第３変換効率である。第３変換効率は、第１変換効率より低い。なお、第３変換効率は、第２変換効率より高い変換効率であってもよいし、第２変換効率より低い変換効率であってもよい。本実施の形態では、第３変換効率は、第２変換効率より低い変換効率である場合を、一例として説明する。

なお、検査装置１がフィルタ１６を備えない構成である場合、シンチレータ層３６を、第３領域３６Ｃを備えない構成としてもよい。この場合、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａ以外の領域を、第２領域３６Ｂとすればよい。

ここで、第１領域３６Ａは、第１面３３Ａに平行な第１の方向Ｘに沿って配列された、複数のシンチレータ３７（以下、第１シンチレータ３７０Ａと称する）からなる。

また、第２領域３６Ｂは、第１の方向Ｘに沿って配列された複数のシンチレータ３７（以下、第２シンチレータ３７０Ｂと称する）からなる。さらに、第３領域３６Ｃは、第１の方向Ｘに沿って配列された複数のシンチレータ３７（以下、第３シンチレータ３７０Ｃ）からなる。

本実施の形態では、第１領域３６Ａの第１変換効率は、詳細には、第１領域３６Ａを構成する複数の第１シンチレータ３７０Ａの各々の変換効率の平均値を示す。また、第２領域３６Ｂの第２変換効率は、第２領域３６Ｂを構成する複数の第２シンチレータ３７０Ｂの各々の変換効率の平均値を示す。また、第３領域３６Ｃの第１変換効率は、詳細には、第３領域３６Ｃを構成する複数の第３シンチレータ３７０Ｃの各々の変換効率の平均値を示す。

第１領域３６Ａ、第２領域３６Ｂ、および第３領域３６Ｃの位置は、第１の方向Ｘに互いに重ならない領域であればよく、シンチレータ層３６における位置は限定されない。例えば、シンチレータ層３６における第１領域３６Ａ、第２領域３６Ｂ、および第３領域３６Ｃの各々の位置は、光検出器２２を適用する対象の装置構成（例えば、検査装置１の装置構成）などに応じて、適宜調整すればよい。

例えば、第１領域３６Ａは、シンチレータ層３６における、検出対象のシンチレーション光の入射する確率が第１閾値以上の領域である。第１閾値は、例えば、９０％、９５%、１００％などである。

検査装置１は、体型の異なる様々な被検体１２に対して、放射線１４を照射し、検査を行う。このため、第１領域３６Ａは、シンチレータ層３６における、何れの体型の被検体１２を検査対象とした場合であっても、被検体１２を透過した放射線１４が必ず入射する領域である。

よって、本実施の形態では、第１領域３６Ａは、シンチレータ層３６における第１の方向Ｘの中央部Ｓ１に配置されていることが好ましい（図１および図２も参照）。

また、第２領域３６Ｂは、シンチレータ層３６における、検出対象のシンチレーション光の入射する確率が、第１閾値未満の領域であることが好ましい。第１閾値未満の領域とは、例えば、検出対象のシンチレーション光の入射する確率が、５０％以上９０％未満の領域などである。なお、第１閾値は、光検出器２２を適用する対象の装置の構成などに応じて、適宜調整すればよい。

具体的には、第２領域３６Ｂは、シンチレータ層３６における、被検体１２の体型によって、被検体１２を透過した放射線１４が入射する場合と、被検体１２を透過しない強い光が直接入射する場合と、のある領域である。

よって、本実施の形態では、第２領域３６Ｂは、シンチレータ層３６における第１の方向Ｘの中間部Ｓ２に配置されていることが好ましい（図１および図２も参照）。中間部Ｓ２は、シンチレータ層３６における、第１の方向Ｘの中央部Ｓ１と両端部Ｓ３以外の領域である。

また、第３領域３６Ｃは、シンチレータ層３６における、検出対象のシンチレーション光の入射する確率が、上記第１閾値より小さい第２閾値未満の領域である。すなわち、第３領域３６Ｃは、検査対象として用いない放射線１４（すなわち、信号として検出する必要のない放射線１４）が、何れの体型の被検体１２を用いた場合にも必ず入射する領域である。

本実施の形態では、検査装置１には、上述したように、フィルタ１６が設けられている。このため、光検出器２２における、第１の方向Ｘの両端部Ｓ３には、フィルタ１６によって減衰された、測定対象外の放射線１４が入射する。そこで、本実施の形態では、第３領域３６Ｃが、光検出器２２における第１の方向Ｘの両端部Ｓ３に設けられていることが好ましい。

図４は、シンチレータ層３６の変換効率の一例を示す線図４０である。図４中、横軸は光検出器２２における第１の方向Ｘの一端部から他端部までの各々の位置を示す。また、図４中、縦軸は、変換効率を示す。

本実施の形態の光検出器２２では、シンチレータ層３６における第１領域３６Ａ（中央部Ｓ１）の変換効率が、第１変換効率（図４中、線図４０Ａ参照）である。また、シンチレータ層３６における、第２領域３６Ｂ（中間部Ｓ２）の変換効率が、第２変換効率（図４中、線図４０Ｂ参照）である。また、シンチレータ層３６における第３領域３６Ｃ（両端部Ｓ３）の変換効率が、第３変換効率（図４中、線図４０Ｃ参照）である。

なお、図４に示すように、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａの第１変換効率は、第１の方向Ｘに沿って、一定の値であることが好ましい。すなわち、第１領域３６Ａの第１変換効率は、第１の方向Ｘにおける位置が異なっても、同じ値（第１変換効率）であることが好ましい。

第１変換効率は、放射線１４を、検出素子３２においてパイルアップが生じず、且つ、検出素子３２で検出可能な強度のシンチレータ光に変換可能な変換効率であればよい。このため、第１変換効率は、光検出器２２の設けられた検出素子３２の特性に応じて、適宜定めればよい。

一方、シンチレータ層３６における、第２領域３６Ｂの第２変換効率および第３領域３６Ｃの第３変換効率の各々は、第１の方向Ｘに沿って、一定の値であってもよいし、異なる値であってもよい。

図５は、シンチレータ層３６の変換効率の他の例を示す線図４２である。図５中、横軸は光検出器２２における第１の方向Ｘの一端部から他端部までの各々の位置を示す。また、図５中、縦軸は、変換効率を示す。

図５に示すように、第２領域３６Ｂの第２変換効率は、第１の方向Ｘに沿って、第１領域３６Ａに近づくほど高い変換効率であってもよい（線図４２Ｂ参照）。なお、第１領域３６Ａの第１変換効率（線図４２Ａ参照）は、上述したように、第１の方向Ｘに沿って一定であることが好ましい。一方、第２領域３６Ｂの第３変換効率（線図４２Ｃ参照）は、第１の方向Ｘの沿って一定（線図４２Ｃ参照）であってもよいし、異なる値であってもよい。

次に、上記変換効率（第１変換効率、第２変換効率、第３変換効率）を実現するための、シンチレータ層３６の具体的な構成について説明する。

図３を用いて説明を行う。本実施の形態では、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂとは、厚みの平均値、および、構成材料の少なくとも一方が異なる。

すなわち、本実施の形態では、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂとを、厚みの平均値および構成材料の少なくとも一方を異なるものとすることで、上記変換効率の関係を実現する。

まず、構成材料について説明する。なお、構成材料を調整する場合、シンチレータ層３６の厚みは一定であるものとして説明する。

シンチレータ層３６の構成材料は、光検出器２２の適用対象に応じて適宜選択する。シンチレータ層３６は、例えば、無機材料、有機材料、で構成する。無機材料は、例えば、Ｌｕ_２ＳｉＯ_５：（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３：（Ｃｅ）、ＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト）：Ｃｅ、Ｌｕ（Ｙ）ＡＰ：Ｃｅ、ＧＰＳ（ガドリニウム・パイロシリケート）：Ｃｅおよび一部を元素置換した材料などである。有機材料は、有機材料は、ＢＣ−４０４などのプラスチック、アントラセン、スチルベンなどである。

第１領域３６Ａおよび第２領域３６Ｂの構成材料は、上記変換効率（第１変換効率、第２変換効率）の関係を満たすように、上記構成材料から選択して用いればよい。

なお、シンチレータ層３６の相状態は、液体であってもよいし、固体であってもよく、限定されない。

例えば、第１領域３６Ａを構成する複数の第１シンチレータ３７０Ａの各々を、ある特定の材料で構成する。

また、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部を、第１シンチレータ３７０Ａより変換効率の低い材料で構成する。

なお、このとき、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部を、第１シンチレータ３７０Ａと同じ材料で構成することが好ましい。これは、第２領域３６Ｂに、検出対象の放射線１４（すなわち、被検体１２を透過した放射線１４）が入射する場合があるためである。

例えば、第２領域３６Ｂを構成する複数の第２シンチレータ３７０Ｂを、第２シンチレータ３７１Ｂと、第２シンチレータ３７２Ｂと、に分類する。そして、第２シンチレータ３７２Ｂの構成材料を、第１シンチレータ３７０Ａと同じ材料で構成する。また、第２シンチレータ３７１Ｂの構成材料を、第１シンチレータ３７０Ａとは異なる材料で構成する。

具体的には、第１領域３６Ａを構成する第１シンチレータ３７０Ａの各々を、無機材料で構成する。そして、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部（第２シンチレータ３７２Ｂ）もまた、同じ無機材料で構成する。さらに、第２領域３６Ｂを構成する残りの第２シンチレータ３７０Ｂ（第２シンチレータ３７１Ｂ）を、有機材料で構成すればよい。

なお、第２領域３６Ｂ内において、第１領域３６Ａより変換効率の低い第２シンチレータ３７０Ｂが第１の方向Ｘに連続して配置されないように、第２シンチレータ３７１Ｂと第２シンチレータ３７２Ｂの配置を調整することが好ましい。

具体的には、第２領域３６Ｂは、第１の方向Ｘに隣接する、第１領域３６Ａとは異なる構成材料の第２シンチレータ３７１Ｂ間に、第１領域３６Ａと同じ構成材料の第２シンチレータ３７２Ｂを１以上配置した構成であることが好ましい。

なお、第２領域３６Ｂにおける、第１領域３６Ａと同じ構成材料の第２シンチレータ３７２Ｂと、第１領域３６Ａと異なる構成材料の第２シンチレータ３７１Ｂと、の数の比率は、第２変換効率の値に応じて調整すればよい。例えば、第１領域３６Ａと同じ構成材料の第２シンチレータ３７２Ｂと、第１領域３６Ａとは異なる構成材料の第２シンチレータ３７１Ｂと、の数の比率は、１対１である。

なお、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂの双方を、無機材料、または、有機材料で構成し、構成材料の種類を異なるものとすることで、上記変換効率の関係を実現してもよい。

第３領域３６Ｃは、第２領域３６Ｂと同様にして、構成材料を調整すればよい。

例えば、第３領域３６Ｃを構成する複数の第３シンチレータ３７０Ｃを、第３シンチレータ３７１Ｃと、第３シンチレータ３７２Ｃと、に分類する。そして、第３シンチレータ３７２Ｃの構成材料を、第１シンチレータ３７０Ａと同じ材料で構成する。また、第３シンチレータ３７１Ｃの構成材料を、第１シンチレータ３７０Ａとは異なる材料で構成する。

具体的には、第１領域３６Ａを構成する第１シンチレータ３７０Ａの各々を、無機材料で構成する。そして、第３領域３６Ｃを構成する第３シンチレータ３７０Ｃの一部（第３シンチレータ３７２Ｃ）もまた、同じ無機材料で構成する。さらに、第３領域３６Ｃを構成する残りの第３シンチレータ３７０Ｃ（第３シンチレータ３７１Ｃ）を、有機材料で構成すればよい。

なお、第３領域３６Ｃ内においても、第１領域３６Ａより変換効率の低い第３シンチレータ３７０Ｃが第１の方向Ｘに連続して配置されないように、第３シンチレータ３７１Ｃと第３シンチレータ３７２Ｃの配置を調整することが好ましい。

なお、第３領域３６Ｃにおける、第３領域３６Ａと同じ構成材料の第３シンチレータ３７２Ｃと、第１領域３６Ａと異なる構成材料の第３シンチレータ３７１Ｃと、の数の比率は、第３変換効率の値に応じて調整すればよい。例えば、第１領域３６Ａと同じ構成材料の第３シンチレータ３７２Ｃと、第１領域３６Ａとは異なる構成材料の第３シンチレータ３７１Ｃと、の数の比率は、２対１である。

次に、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂとを、厚みの平均値を異なるものとすることで、上記変換効率の関係を実現する場合を説明する。

なお、厚みを調整する場合、シンチレータ層３６の構成材料は同じ（第１領域３６Ａ、第２領域３６Ｂ、および、第３領域３６Ｃ間で同じ）であるものとして説明する。

図６は、シンチレータ層３６の厚みを調整した光検出器２２の一例を示す模式図である。

第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂとは、各々の厚みの平均値を調整することで、上記変換効率（第１変換効率、第２変換効率）の関係を実現してもよい。なお、本実施の形態において、シンチレータ層３６（第１領域３６Ａ、第２領域３６Ｂ）の厚みは、光検出器２２における、検出素子３２およびシンチレータ層３６の積層方向（図６中、厚み方向Ｚに一致）の厚みを示す。厚み方向Ｚは、上記第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙの双方に対して、直交する方向である。

例えば、シンチレータ層３６における、第１領域３６Ａの厚みの第１平均値は、第２領域３６Ｂの厚みの第２平均値より大きい。すなわち、第１領域３６Ａの厚みの第１平均値が、第２領域３６Ｂの厚みの第２平均値より大きくなるように、シンチレータ層３６の第１の方向Ｘにおける各位置の厚みを調整する。

なお、第１領域３６Ａを構成する第１シンチレータ３７０Ａの各々の厚みは、第１平均値の厚みであることが好ましい。すなわち、第１領域３６Ａを構成する第１シンチレータ３７０Ａの各々の厚みは、互いに同じ厚みであり、且つ、第１平均値であることが好ましい。この第１平均値は、シンチレータ３７が第１変換効率を実現する厚みであればよい。

第２領域３６Ｂの厚みの平均値は、第２平均値である。第２平均値は、第１平均値未満である。第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの各々の厚みを調整することで、第２領域３６Ｂの厚みの平均値が第２平均値（すなわち第１平均値未満）となるように調整すればよい。

具体的には、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部の厚みを、第１平均値未満の厚みとする。更に具体的には、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部の厚みを、第１平均値の１／３０〜１／２の厚みや、１／１０〜１／２の厚みとする。

なお、このとき、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂの一部は、第１シンチレータ３７０Ａと同じ厚み（第１平均値）であることが好ましい。これは、第２領域３６Ｂに、検出対象の放射線１４（すなわち、被検体１２を透過した放射線１４）が入射する場合があるためである。

例えば、第２領域３６Ｂを構成する複数の第２シンチレータ３７０Ｂを、第２シンチレータ３７１Ｂと、第２シンチレータ３７２Ｂと、に分類する。第２シンチレータ３７２Ｂの厚みは、第１シンチレータ３７０Ａと同じ厚み（第１平均値）である。また、第２シンチレータ３７１Ｂの厚みは、第１シンチレータ３７０Ａの厚みより薄い。第２領域３６Ｂを構成する、これらの第２シンチレータ３７１Ｂと第２シンチレータ３７２Ｂの厚みの平均値は、第２平均値である。

具体的には、第２領域３６Ｂは、第１の方向Ｘに隣接する、第１領域３６Ａより小さい厚みの第２シンチレータ３７１Ｂ間に、第１領域３６Ａと同じ厚み（第１平均値の厚み）の第２シンチレータ３７２Ｂを１以上配置した構成であることが好ましい。

なお、第２領域３６Ｂにおける、第１領域３６Ａと同じ第１平均値の厚みの第２シンチレータ３７２Ｂと、第１領域３６Ａより小さい厚みの第２シンチレータ３７１Ｂと、の数の比率は、第２変換効率の値に応じて調整すればよい。例えば、第１領域３６Ａと同じ第１平均値の厚みの第２シンチレータ３７２Ｂと、第１領域３６Ａより小さい厚みの第２シンチレータ３７１Ｂと、の数の比率は、１対１である。

第３領域３６Ｃは、第２領域３６Ｂと同様にして、厚みを調整すればよい。

第３領域３６Ｃの厚みの平均値は、第１平均値未満である。第３領域３６Ｃを構成する第３シンチレータ３７０Ｃの各々の厚みを調整することで、第３領域３６Ｃの厚みの平均値が第１平均値未満となるように調整すればよい。

具体的には、第３領域３６Ｃを構成する第３シンチレータ３７０Ｃの一部の厚みを、第１平均値未満の厚みとする。

なお、このとき、第３領域３６Ｃを構成する第３シンチレータ３７０Ｃの一部は、第１シンチレータ３７０Ａと同じ厚み（第１平均値）であることが好ましい。

例えば、第３領域３６Ｃを構成する複数の第３シンチレータ３７０Ｃを、第３シンチレータ３７１Ｃと、第３シンチレータ３７２Ｃと、に分類する。第３シンチレータ３７２Ｃの厚みは、第１シンチレータ３７０Ａと同じ厚み（第１平均値）である。また、第３シンチレータ３７１Ｃの厚みは、第１シンチレータ３７０Ａの厚みより薄い。第３領域３６Ｃを構成する、これらの第３シンチレータ３７１Ｃと第３シンチレータ３７２Ｃの厚みの平均値は、第１平均値未満である。

なお、第３領域３６Ｃ内において、第１領域３６Ａより変換効率の低い第３シンチレータ３７０Ｃが第１の方向Ｘに連続して配置されないように、第３シンチレータ３７１Ｃと第３シンチレータ３７２Ｃの配置を調整することが好ましい。

具体的には、第３領域３６Ｃは、第１の方向Ｘに隣接する、第１領域３６Ａより小さい厚みの第３シンチレータ３７１Ｃ間に、第１領域３６Ａと同じ厚み（第１平均値の厚み）の第３シンチレータ３７２Ｃを１以上配置した構成であることが好ましい。

なお、第３領域３６Ｃにおける、第１領域３６Ａと同じ第１平均値の厚みの第３シンチレータ３７２Ｃと、第１領域３６Ａより小さい厚みの第３シンチレータ３７１Ｃと、の数の比率は、第３変換効率の値に応じて調整すればよい。例えば、第１領域３６Ａと同じ第１平均値の厚みの第３シンチレータ３７２Ｃと、第１領域３６Ａより小さい厚みの第３シンチレータ３７１Ｃと、の数の比率は、２対１である。

なお、第１領域３６Ａと第２領域３６Ｂとは、厚みの平均値、および、構成材料、の双方が異なるものであってもよい。

次に、図１、図３、および図６を用いて、本実施の形態の光検出器２２の作用を説明する。

上述のように構成した光検出器２２を備えた検査装置１では、光源１１から被検体１２を介して光検出器２２へ向かって光が照射される。すると、光源１１から照射された放射線１４は、フィルタ１６を介して被検体１２を透過し、光検出器２２に到る。光検出器２２に到った放射線１４は、シンチレータ層３６を介して検出素子３２へ到る。検出素子３２は、検出した光（シンチレータ光）に応じた信号を、制御部２５へ出力する。

光検出器２２のシンチレータ層３６に到った放射線１４の内、中央部Ｓ１に位置する第１領域３６Ａに到った放射線１４は、第１領域３６Ａを構成する第１シンチレータ３７０Ａによって第１光電変換率でシンチレーション光に変換され、対応する検出素子３２へ到る。このため、複数の検出素子３２の内、中央部Ｓ１に対応する領域に配置された検出素子３６は、第１光電変換率で変換されたシンチレーション光に応じた信号を検出する。

光検出器２２のシンチレータ層３６に到った放射線１４の内、中間部Ｓ２に位置する第２領域３６Ｂに到った放射線１４は、第２領域３６Ｂを構成する第２シンチレータ３７０Ｂによって第１光電変換率より低い第２光電変換率でシンチレーション光に変換される。そして、対応する検出素子３２へ到る。このため、複数の検出素子３２の内、中間部Ｓ２に対応する領域に配置された検出素子３６は、第２光電変換率で変換されたシンチレーション光に応じた信号を検出する。

光検出器２２のシンチレータ層３６に到った放射線１４の内、両端部Ｓ３に位置する第３領域３６Ｃに到った放射線１４は、第３領域３６Ｃを構成する第３シンチレータ３７０Ｃによって、第１光電変換率より低い第３光電変換率でシンチレーション光に変換される。そして、対応する検出素子３２へ到る。このため、複数の検出素子３２の内、両端部Ｓ３に対応する領域に配置された検出素子３６は、第３光電変換率で変換されたシンチレーション光に応じた信号を検出する。

なお、制御部２５は、中央部Ｓ１に相当する検出素子３２で検出された信号は、被検体１２の投影断面の画像生成に用いる。また、制御部２５は、中間部Ｓ２に相当する検出素子３２で検出された信号については、第１変換効率と同じ変換効率で変換された信号となるように、演算を行う。そして、制御部２５は、演算後の信号を、被検体１２の投影断面の画像生成に用いればよい。また、制御部２５は、両端部Ｓ３に相当する検出素子３２で検出された信号についても、第１変換効率と同じ変換効率で変換された信号となるように、演算を行なう。そして、制御部２５は、演算後の信号を、被検体１２の投影断面の画像生成に用いればよい。

以上説明したように、本実施の形態の光検出器２２は、シンチレータ層３６と、検出素子３２と、を備える。シンチレータ層３６は、放射線１４をシンチレータ光に変換する。検出素子３２は、シンチレータ層３６に対向する第１面３３Ａに沿って配列され、シンチレーション光に応じた信号を検出する。シンチレータ層３６は、第１領域３６Ａと、第２領域３６Ｂと、を有する。第１領域３６Ａは、１以上の連続する検出素子３２に対応し、放射線１４をシンチレーション光に変換する変換効率が第１変換効率の領域である。第２領域３６Ｂは、複数の検出素子３２の内、第１領域３６Ａに対応する検出素子３２以外の、１以上の連続する検出素子３２に対応し、変換効率が第１変換効率より低い第２変換効率の領域である。

このため、第２領域３６Ｂで変換されたシンチレーション光を検出する検出素子３２で、信号のパイルアップが発生する事が抑制される。

ここで、従来では、光検出器のシンチレータ層では、シンチレータ層を第１の方向Ｘに分割した各領域間の変換効率は、略同じであった。このため極端に強い光の入射した領域では、信号のパイルアップが発生し、信号の検出精度が低下していた。

図７は、第１の方向Ｘに配列された複数の検出素子３２で検出された信号の強度分布を示す線図である。図７中、線図７０は、従来の光検出器で検出された、信号の強度分布の一例を示す線図である。また、図７中、線図７２は、本実施の形態の光検出器２２で検出された、信号の強度分布を示す線図である。

図７の線図７０に示すように、従来では、シンチレータ層の中間部Ｓ２に相当する領域で変換されたシンチレーション光を検出した検出素子３２では、パイルアップの発生する閾値Ａを超えるカウントレートの信号が検出され、信号のパイルアップが発生していた。

一方、本実施の形態の光検出器２２では、シンチレータ層３６の中間部Ｓ２に相当する領域である第２領域３６Ｂの第２変換効率は、中央部Ｓ１に相当する第１領域３６Ａの第１変換効率より低い。このため、図７の線図７２に示すように、第２領域３６Ｂで変換されたシンチレーション光を検出した検出素子３２では、閾値Ａ未満の信号を検出することができる。このため、本実施の形態の光検出器２２では、信号のパイルアップを抑制することができる。

従って、本実施の形態の光検出器２２は、信号検出精度の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では、光検出器２２を、検査装置１に適用した形態を一例として説明した。しかし、光検出器２２の適用対象は、検査装置１に限定されない。

なお、上記には、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規の実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０放射線検出装置
２２光検出器
３２検出素子
３６シンチレータ層
３６Ａ第１領域
３６Ｂ第２領域
３７シンチレータ
３７０Ａ第１シンチレータ
３７０Ｂ第２シンチレータ

Claims

放射線を光に変換するシンチレータ層と、
前記シンチレータ層に対向する第１面に沿って配列され、光に応じた信号を検出する複数の検出素子と、
を備え、
前記シンチレータ層は、
１以上の連続する前記検出素子に対応し、放射線を光に変換する変換効率が第１変換効率の第１領域と、
複数の前記検出素子の内、前記第１領域に対応する前記検出素子以外の、１以上の連続する前記検出素子に対応し、前記変換効率が前記第１変換効率より低い第２変換効率の第２領域と、
を有する、
光検出器。
複数の前記検出素子は、前記第１面に平行な第１の方向に沿って配列され、
前記第１領域は、前記シンチレータ層における前記第１の方向の中央部に配置され、
前記第２領域は、前記第１領域に対して前記第１の方向に隣接して配置されている、
請求項１に記載の光検出器。
前記第２領域の前記第２変換効率は、前記第１領域に近いほど高い、請求項２に記載の光検出器。
前記第１領域と前記第２領域とは、厚みの平均値、および、構成材料の少なくとも一方が異なる、請求項１に記載の光検出器。
前記第１領域の厚みの第１平均値は、前記第２領域の厚みの第２平均値より大きい、請求項１に記載の光検出器。
前記第１領域は、前記第１面に平行な第１の方向に沿って配列された複数の第１シンチレータからなり、
前記第２領域は、前記第１の方向に配列された複数の第２シンチレータからなり、
複数の前記第１シンチレータの各々は、前記第１平均値の厚みであり、
複数の前記第２シンチレータの内の一部は、前記第１平均値の厚みである、
請求項５に記載の光検出器。
前記第２領域は、前記第１の方向に隣接する、前記第１平均値より小さい厚みの前記第２シンチレータの間に、前記第１平均値の厚みの前記第２シンチレータを配置してなる、請求項６に記載の光検出器。
前記第１領域は無機材料からなり、前記第２領域は有機材料を含む、請求項１に記載の光検出器。
前記第２領域は、前記第１面に平行な第１の方向に沿って配列された複数の第２シンチレータからなり、
複数の前記第２シンチレータの内の一部は、前記第１領域と同じ構成材料である、
請求項２に記載の光検出器。
前記第２領域は、前記第１の方向に隣接する、前記第１領域とは異なる構成材料の前記第２シンチレータの間に、前記第１領域と同じ構成材料の前記第２シンチレータを配置してなる、請求項９に記載の光検出器。