JP5167101B2 - シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法に関するものである。

放射線検出器は、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。

このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線検出器として、シンチレータおよび光検出器を備えているものがある。シンチレータは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光検出器は、シンチレータ表面に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。

特許文献１には、シンチレータおよび光検出器を備える放射線検出器が開示されている。この文献に記載されたシンチレータは、シンチレーション光の進行方向を制限する光導体領域を内部に有している。この光導体領域は、センサが配置された面に対して垂直な方向に延びており、シンチレーション光をセンサへ導く。このような光導体領域の構成例としては、シンチレータに対して複数の平行な溝を形成することが挙げられており、その他、実質的に異なる屈折率の媒体間の界面、反射フィルム、気泡、欠陥、結晶粒界のような結晶欠陥なども記載されている。

また、特許文献２には、フェムト秒パルスレーザ光による多光子吸収を用いて、シリコン基板、シリカガラス、サファイア等の加工対象物の内部に、屈折率が周囲と異なるアモルファス構造の改質領域を形成する技術が開示されている。
特表２００７−５３２８６４号公報 特開２００５−２９３７３５号公報

従来より、ＰＥＴ等で用いられている放射線検出器のシンチレータは、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列したシンチレータアレイによって実現されている。このようなシンチレータアレイにおいて位置分解能を向上するには個々のシンチレータセルを小さくする必要があり、近年ではシンチレータセルのピッチが数ミリメートルないしサブミリメートル程度であることが求められている。しかし、シンチレータセルを小さくするほどシンチレータアレイの組み立てが困難となり、製造期間の長期化や製造コストの増大を招いてしまう。また、個々のシンチレータセルを機械的に加工する必要があるので、シンチレータセルの小型化には限界がある。したがって、放射線検出器の位置分解能ひいてはＰＥＴの解像度の向上が抑制されてしまう。

なお、特許文献１には、光導体領域の構成例としてシンチレータに複数の溝を形成することが主に記載されているが、このような構成では位置分解能を向上させるために微細な機械的加工が必要となるため、上記課題を解決することは困難である。また、レーザ光を使用してシンチレータ結晶内部を部分的に溶融し、気泡を発生させることが記載されているが、結晶性を有するシンチレータ内部にこのような気泡を作成することは困難であり、気泡ではシンチレーション光の進路を効果的に変更させることが難しい。なお、光導体領域を構成するための結晶欠陥については、その作製方法及び実現可能性について何ら記載されていない。また、特許文献２に記載された技術は光メモリ素子を生産する方法であって、放射線検出器とは異なる。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるシンチレータは、結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数有することを特徴とする。

また、本発明によるシンチレータの製造方法は、結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数形成する工程を含むことを特徴とする。

上記したシンチレータ、およびシンチレータの製造方法においては、複数の散乱領域が結晶塊内部に形成される。複数の散乱領域は、或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる。結晶塊内部において発生したシンチレーション光は、このような複数の散乱領域によって次第に拡散されるので、その発生位置からの移動距離に応じて光強度が減衰されていく。これにより、シンチレータ表面において検出されたシンチレーション光の光強度に基づいて、該表面から発生位置までの距離を求めることが可能となる。すなわち、該表面と交差する方向におけるシンチレーション光の位置分解能を得ることができる。

また、本発明者は、このような複数の散乱領域を結晶塊内部にレーザ光を照射して形成した場合、レーザ光の焦点を中心として複数の面方向に延在し互いに交差するクラックが形成されることを見出した。このような形状の散乱領域は、例えば単に結晶を溶融してできた気泡や単独で形成されたクラック等と比較して、シンチレーション光をより効果的に散乱することができる。すなわち、上記したシンチレータおよびシンチレータの製造方法によれば、結晶塊内部においてシンチレーション光をより効果的に散乱させて位置分解能を高めることができるので、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。

また、上記したシンチレータおよびシンチレータの製造方法によれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の散乱領域を形成するので、複数の散乱領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。

また、上記シンチレータは、複数の散乱領域が、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含んでおり、各散乱領域において、第１及び第２のクラックの軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、複数の散乱領域を、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含むように形成し、各散乱領域において、第１及び第２のクラックの軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴としてもよい。このような形状の散乱領域を形成することで、シンチレーション光の散乱効果をより高めることができる。

また、上記シンチレータは、複数の散乱領域が第１及び第２のクラックを含む場合、各散乱領域における２つ以上のクラックの交差部分が、当該散乱領域と隣り合う散乱領域の第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置されていることを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、各散乱領域における２つ以上のクラックの交差部分を、当該散乱領域と隣り合う散乱領域の第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置することを特徴としてもよい。複数の散乱領域をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域のクラック同士が繋がることによる結晶塊の機械的強度の低下を防止しつつ、複数の散乱領域を高密度に配置することが可能となる。

或いは、上記シンチレータは、複数の散乱領域が第１及び第２のクラックを含む場合、軸線と交差する方向に互いに隣り合う散乱領域同士の２つ以上のクラックの交差部分の間隔が、結晶塊内での第１及び第２のクラックのクラック幅の平均値より長いことを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、軸線と交差する方向に互いに隣り合う散乱領域同士の２つ以上のクラックの交差部分の間隔を、結晶塊内での第１及び第２のクラックのクラック幅の平均値より長くすることを特徴としてもよい。複数の散乱領域をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域のクラック同士が繋がることによる結晶塊の機械的強度の低下を効果的に防止できる。

また、本発明による第１の放射線検出器は、上記したいずれかのシンチレータと、軸線と交差する所定方向における結晶塊の端面と光学的に結合された光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。

また、本発明による第２の放射線検出器は、上記したいずれかのシンチレータと、軸線と交差する所定方向における結晶塊の一方の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、所定方向における結晶塊の他方の端面と光学的に結合された第２の光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。

また、上記第１及び第２の放射線検出器は、光検出器が、結晶塊の端面上に並置された複数の光検出素子を有するか、または位置検出型光検出器により構成されることを特徴としてもよい。これにより、シンチレータ表面に沿った面方向におけるシンチレーション光の位置分解能を更に得ることができる。

本発明によれば、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現可能なシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本発明に係るシンチレータ、及びこのシンチレータを備える放射線検出器の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。なお、理解を容易にするため、図１にはＸＹＺ直交座標系が示されている。

本実施形態の放射線検出器１は、シンチレータ２と、シンチレータ２の表面と光学的に結合される一対の光検出器３，４とを備えている。

シンチレータ２は、光検出器３，４にシンチレーション光を提供するための部材である。シンチレータ２は、ガンマ線などの放射線Ｒの入射によりシンチレーション光を発生する単結晶性の部材である結晶塊（シンチレータ結晶）２０により構成されている。この結晶塊２０は、例えば多面体状や球形状といった様々な外観を有することができるが、本実施形態の結晶塊２０は略直方体状の外観を有しており、Ｘ軸方向における一対の端面２０ａ，２０ｂを有している。

シンチレータ２は、結晶塊２０に入射した放射線Ｒを吸収し、その線量に応じた強さのシンチレーション光を発生する。結晶塊２０は、例えばＢｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ_２ＳｉＯ_５（ＬＳＯ）、Ｌｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）などの結晶によって好適に構成される。

光検出器３は本実施形態における第１の光検出器であり、光検出器４は本実施形態における第２の光検出器である。光検出器３，４は、例えば光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalance Photo Diode）、或いはＭＰＰＣ（Multi-Pixel PhotonCounter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルから成るフォトンカウンティングデバイスである。本実施形態の放射線検出器１は２個の光検出器３，４を備えており、その一方の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと対向するように結晶塊２０上に取り付けられており、他方の光検出器４は結晶塊２０の端面２０ｂと対向するように結晶塊２０上に取り付けられている。換言すれば、光検出器３，４は、間に結晶塊２０を挟んでＸ軸方向に互いに対向して配置されている。これにより、光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと光学的に結合され、光検出器４は結晶塊２０の端面２０ｂと光学的に結合されている。

なお、結晶塊２０の端面２０ａに取り付けられた光検出器３、及び対向する端面２０ｂに取り付けられた光検出器４は、それぞれ複数の光検出素子を二次元状に並置して実現されてもよいし、端面２０ａ及び２０ｂにそれぞれ単一の位置検出型光検出器が取り付けられて実現されてもよい。位置検出型光検出器とは、受光面上の光入射位置に応じた電気信号を出力する素子である。

ここで、本実施形態のシンチレータ２について更に説明する。シンチレータ２の結晶塊２０の内部には、複数の散乱領域２１が形成されている。図２は、一つの散乱領域２１の形状の一例を示す写真である。図２（ａ）は、散乱領域２１を或る軸線方向（Ｚ軸方向）から撮影した写真であり、図２（ｂ）は、散乱領域２１を上記軸線と直交する方向（Ｙ軸方向）から撮影した写真である。なお、この散乱領域２１は、ＬＹＳＯ結晶の内部に生成されたものである。図２（ａ），（ｂ）に示されるように、各散乱領域２１は、結晶塊２０の内部において或る軸線（本実施形態ではＺ軸）と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し、且つ互いに交差する２つ以上のクラック２１ａによって構成されている。このような散乱領域２１は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成され、レーザ光の集光点が各クラック２１ａの交差する部分となる。

また、図２に示される複数の散乱領域２１は、或る第１の面方向（図２においてはＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、この第１の面方向と交差する第２の面方向（図２においてはＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含んでいる。なお、本実施形態では、これらの第１及び第２の面方向は互いに略垂直に交差している。そして、各散乱領域２１において、第１のクラック２２の上記軸線（Ｚ軸）と直交する方向の幅（クラック幅）、および第２のクラック２３のクラック幅は、他のクラック２１ａのクラック幅より広くなっており、第１及び第２のクラック２２，２３が散乱領域２１において主要なクラックとなっている。第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分からは、第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びている。

図３は、本実施形態における複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施形態において、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂは、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置されている。すなわち、複数の散乱領域２１のうち一部の散乱領域２１の交差部分２１ｂが、Ｚ軸方向から見てＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った格子点状に配列されており、残りの散乱領域２１の交差部分２１ｂが、各格子の中央付近にそれぞれ配置されている。

なお、上記一部の散乱領域２１においては、互いに隣り合う散乱領域２１の交差部分２１ｂ同士の間隔が第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅（具体的には、結晶塊２０内でのこれらのクラック幅の平均値）より長くなっており、各散乱領域２１の第１（第２）のクラック２２（２３）同士が互いに繋がらないように距離をあけて各散乱領域２１が配置されている。なお、第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅は、例えば５００μｍ〜６００μｍである。

再び図１を参照する。ガンマ線等の放射線Ｒがシンチレータ２（結晶塊２０）に入射すると、その放射線Ｒの線量に応じた光強度のシンチレーション光が結晶塊２０の内部で発生する。このシンチレーション光の一部（図中のＳＣ１）は、Ｘ軸負方向に進行して端面２０ａから光検出器３へ入射する。また、他の一部（図中のＳＣ２）は、Ｘ軸正方向に進行して端面２０ｂから光検出器４へ入射する。このとき、各シンチレーション光ＳＣ１，ＳＣ２は、結晶塊２０の内部に形成された複数の散乱領域２１によって次第に拡散される。

その際、シンチレーション光ＳＣ１は、放射線Ｒの入射位置が端面２０ａから遠いほど、多くの散乱領域２１によって拡散され、その光量が減衰される。シンチレーション光ＳＣ２に関しても同様であり、放射線Ｒの入射位置が端面２０ｂから遠いほど、その光量が減衰される。したがって、光検出器３に入射するシンチレーション光ＳＣ１の光量と、光検出器４に入射するシンチレーション光ＳＣ２の光量との比が、放射線Ｒの入射位置に応じて直線的に変化することとなり、この比に基づいて放射線Ｒの入射位置を検出することが可能となる。すなわち、この放射線検出器１では、Ｘ軸方向におけるシンチレーション光の位置分解能が得られる。なお、本実施形態では端面２０ａ及び２０ｂの双方に光検出器が配置されているが、端面２０ａ及び２０ｂのいずれか一方のみに光検出器が配置された構成であっても、シンチレーション光の入射光量に基づいて放射線Ｒの入射位置を好適に検出することができる。

また、シンチレーション光ＳＣ１及びＳＣ２は、Ｙ軸方向やＺ軸方向においても、放射線Ｒの入射位置から遠くなるほどその光量が減衰される。したがって、光検出器３，４が、それぞれ複数の光検出素子を二次元状に並置して構成されるか、或いは単一の位置検出型光検出器によって構成されることにより、ＹＺ平面方向におけるシンチレーション光の位置分解能を更に得ることができる。

図４は、複数の散乱領域２１を含むシンチレータ２を製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。

レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ１０３と、レーザ光Ｌの反射機能を有し且つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０４と、ダイクロイックミラー１０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊２０が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。

なお、Ｚ軸方向は、結晶塊２０に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。したがって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊２０の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊２０をＸ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１によりＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることによりそれぞれ行う。

レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。なお、結晶塊２０の加工にはパルスレーザ光を用いても良く、連続波レーザ光を用いても良い。パルスレーザ光としてはナノ秒パルスレーザ光等が挙げられる。ナノ秒のレーザパルスは、複数のクラック２１ａからなる散乱領域２１を好適に形成できる。

レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された結晶塊２０を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０４が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５を透過し、結晶塊２０の被加工部位を照明する。

レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ１２１及び結像レンズ１２３を備える。被加工部位を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０４、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されてＣＣＤカメラ１２１で撮像され、撮像データとなる。

レーザ加工装置１００はさらに、ＣＣＤカメラ１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を結晶塊２０上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊２０に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして結晶塊２０の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。

全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、シャッタ１０３、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。

続いて、本実施形態に係るシンチレータ２の製造方法について説明する。図５は、上述したレーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２の結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。

まず、結晶塊２０をレーザ加工装置１００の載置台１０７上に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて結晶塊２０を照明する。照明された結晶塊２０の表面（例えば結晶塊２０のＺ軸方向の端面）をＣＣＤカメラ１２１により撮像する。ＣＣＤカメラ１２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて、撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置するような焦点データを演算する。この焦点データは、ステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置する（Ｓ１０１）。なお、撮像データ処理部１２５は、撮像データに基づいて結晶塊２０の表面の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に結晶塊２０の表面の拡大画像が表示される。

続いて、結晶塊２０の内部に散乱領域２１を形成するためのレーザ光Ｌの集光点が、結晶塊２０の内部における一つの散乱領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ１０３を開いてレーザ光Ｌを断続的に照射しつつ、Ｘ軸ステージ１０９により結晶塊２０をＸ軸方向に一定速度で移動させる（Ｓ１０５）。このとき、レーザ光Ｌが照射された結晶塊２０の集光部分には、複数のクラック２１ａが発生することにより、図２に示したような散乱領域２１が形成される。すなわち、この散乱領域２１は、結晶塊２０の内部において或る軸線（本実施形態ではＺ軸）と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し、且つ互いに交差する２つ以上のクラック２１ａによって構成される。そして、レーザ光の集光点が、各クラック２１ａの交差する部分となる。このような散乱領域２１を断続的に形成しながら結晶塊２０をＸ軸方向に一定速度で移動させることによって、Ｘ軸方向に一定間隔で並ぶ複数の散乱領域２１が形成される（Ｓ１０７）。その後、レーザ光Ｌのシャッタ１０３を閉じる（Ｓ１０９）。

こうして形成される複数の散乱領域２１は、図２に示したように、或る第１の面方向（ＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、この第１の面方向と交差する第２の面方向（ＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含むこととなる。これは、結晶塊２０が単結晶性の部材なので、その結晶面に沿ってクラックが発生し易いためと考えられる。なお、本実施形態に係るシンチレータ材料においては、これらの第１及び第２の面方向は互いに略垂直に交差する。そして、各散乱領域２１において、第１のクラック２２の上記軸線（Ｚ軸）と直交する方向の幅（クラック幅）、および第２のクラック２３のクラック幅は、他のクラック２１ａのクラック幅より広くなり、第１及び第２のクラック２２，２３が散乱領域２１において主要なクラックとなる。第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分からは、第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びる。

続いて、他に形成すべき散乱領域２１がある場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの集光点が結晶塊２０の内部における当該散乱領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる。例えば、先に形成した散乱領域２１に対して所定のピッチだけＹ軸方向に結晶塊２０を移動させ（Ｓ１１３）、その後、Ｘ軸方向に半ピッチだけ結晶塊２０を移動させる（Ｓ１１５）。これにより、図３に示したように、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂを、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置できる。なお、同一のＸＹ平面内に形成すべき散乱領域２１をすべて形成し終えている場合は、先に形成した散乱領域２１に対して所定のピッチだけＺ軸方向に結晶塊２０を移動させるとよい。

以降、上述したステップＳ１０５ないしＳ１１５を繰り返すことによって、複数の散乱領域２１を形成することができる。複数の散乱領域２１の全てを形成し終えると（Ｓ１１１：Ｎｏ）、この工程を終了する。

以上に説明した本実施形態のシンチレータ２及びその製造方法、並びに該シンチレータ２を備える放射線検出器１においては、複数の散乱領域２１を結晶塊２０内部にレーザ光を照射して形成することにより、レーザ光Ｌの焦点を中心として複数の面方向に延在し互いに交差する幅数百μｍのクラック２１ａが形成される。すなわち、図２に示した第１及び第２のクラック２２，２３、並びに他のクラック２１ａがそれである。このような形状の散乱領域２１は、例えば単にシンチレータ結晶を溶融してできた気泡や単独で形成されたクラック等と比較して、シンチレーション光をより効果的に散乱することができる。すなわち、本実施形態によるシンチレータ２及びその製造方法、並びに放射線検出器１によれば、結晶塊２０内部においてシンチレーション光をより効果的に散乱させて位置分解能を高めることができるので、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。

また、本実施形態によるシンチレータ２及びその製造方法によれば、結晶塊２０にレーザ光Ｌを照射することにより複数の散乱領域２１を形成するので、複数の散乱領域２１を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータ２の製造が格段に容易となる。したがって、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となる。

また、本実施形態のように、複数の散乱領域２１は、第１の面方向（ＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、第１の面方向と交差する第２の面方向（ＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含んでおり、各散乱領域２１において第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅が他のクラック２１ａより広いことが好ましい。このような形状の散乱領域２１を形成することで、シンチレーション光の散乱効果をより高めることができる。そして、第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分から第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びることによって、散乱効果を更に高めることができる。

また、複数の散乱領域２１が第１及び第２のクラック２２，２３を含む場合、本実施形態のように、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂが、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置されていることが好ましい。複数の散乱領域２１をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域２１のクラック２１ａ同士が繋がることによる結晶塊２０の機械的強度の低下を防止しつつ、複数の散乱領域２１を高密度に配置することが可能となる。

［実施例］
本発明者は、上述した実施形態に係るシンチレータ２を実際に作製した。作製時の条件は以下の通りである。
・レーザ光源…Ｎｄ：ＹＡＧ ＳＨＧレーザ
・レーザ光の波長…５３２［ｎｍ］
・レーザ光のパルス幅…６［ｎｓ］
・レーザ光の繰り返し周波数…２０［Ｈｚ］
・レーザ光の照射エネルギー…８４５［μＪ］
・Ｘ軸ステージ移動速度…４［ｍｍ／ｓ］

図６は、上記条件および図５に示した製造方法に従い、ＬＹＳＯから成る結晶塊２０に散乱領域２１を形成した様子を示す写真である。図６（ａ）は結晶塊２０をＺ軸方向から見た写真であり、図６（ｂ）は結晶塊２０をＹ軸方向から見た断面写真である。ここでは、複数の散乱領域２１を間隔２００μｍで形成している。これらの写真に示されるように、上記実施形態に係るシンチレータ２及びその製造方法によれば、互いに交差する複数のクラックからなる散乱領域２１を、結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができる。

［変形例］
図７及び図８は、上記実施形態の変形例として、複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。これらの図に示すように、各散乱領域２１の交差部分２１ｂは、Ｚ軸方向から見てＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った格子点状にのみ配列されてもよい。このような配置であっても、上記した実施形態と同様の効果を好適に奏することができる。なお、複数の散乱領域２１をこのように配置する際には、互いに隣り合う散乱領域２１の交差部分２１ｂ同士の間隔を第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅（具体的には、結晶塊２０内でのこれらのクラック幅の平均値）より長くし、各散乱領域２１の第１（第２）のクラック２２（２３）同士が互いに繋がらないように距離をあけることが好ましい。図７は複数の散乱領域２１を互いに離して配置した例であり、図８は複数の散乱領域２１を比較的近接させて配置した例である。

本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法は、上記した実施形態および変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および変形例ではシンチレータの結晶塊の形状として直方体を例示したが、本発明における結晶塊の形状はこれに限られるものではなく、例えばこれ以外の多面体や、曲面を有する球などの形状も可能である。

一実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。 一つの散乱領域２１の形状の一例を示す写真である。（ａ）散乱領域２１を或る軸線方向（Ｚ軸方向）から撮影した写真である。（ｂ）散乱領域２１をこの軸線と直交する方向（Ｙ軸方向）から撮影した写真である。 複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。 複数の散乱領域２１を含むシンチレータ２を製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。 上述したレーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２の結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。 ＬＹＳＯから成る結晶塊２０に散乱領域２１を形成した様子を示す写真である。（ａ）結晶塊２０をＺ軸方向から見た写真である。（ｂ）結晶塊２０をＹ軸方向から見た断面写真である。 変形例として、複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。 変形例として、複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。

符号の説明

１…放射線検出器、２…シンチレータ、３…（第１の）光検出器、４…（第２の）光検出器、２０…結晶塊、２０ａ，２０ｂ…端面、２１…散乱領域、２１ａ…クラック、２１ｂ…交差部分、２２…第１のクラック、２３…第２のクラック、１００…レーザ加工装置、１０３…シャッタ、１０４…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１９…ビームスプリッタ、１２１…カメラ、１２３…結像レンズ、１２９…モニタ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｒ…放射線、ＳＣ１，ＳＣ２…シンチレーション光。

Claims (11)

1. 結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、
   前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数有することを特徴とする、シンチレータ。
2. 前記複数の散乱領域が、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、前記第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含んでおり、各散乱領域において、前記第１及び第２のクラックの前記軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が前記２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
3. 各散乱領域における前記２つ以上のクラックの交差部分が、当該散乱領域と隣り合う前記散乱領域の前記第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
4. 前記軸線と交差する方向に互いに隣り合う前記散乱領域同士の前記２つ以上のクラックの交差部分の間隔が、前記結晶塊内での前記第１及び第２のクラックの前記クラック幅の平均値より長いことを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシンチレータと、
   前記軸線と交差する所定方向における前記結晶塊の端面と光学的に結合された光検出器と、
   を備えることを特徴とする、放射線検出器。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシンチレータと、
   前記軸線と交差する所定方向における前記結晶塊の一方の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、
   前記所定方向における前記結晶塊の他方の端面と光学的に結合された第２の光検出器と
   を備えることを特徴とする、放射線検出器。
7. 前記光検出器が、前記結晶塊の端面上に並置された複数の光検出素子を有するか、または位置検出型光検出器により構成されることを特徴とする、請求項５または６に記載の放射線検出器。
8. 結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器に前記シンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、
   前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数形成する工程を含むことを特徴とする、シンチレータの製造方法。
9. 前記複数の散乱領域を、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、前記第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含むように形成し、各散乱領域において、前記第１及び第２のクラックの前記軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が前記２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴とする、請求項８に記載のシンチレータの製造方法。
10. 各散乱領域における前記２つ以上のクラックの交差部分を、当該散乱領域と隣り合う前記散乱領域の前記第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置することを特徴とする、請求項９に記載のシンチレータの製造方法。
11. 前記軸線と交差する方向に互いに隣り合う前記散乱領域同士の前記２つ以上のクラックの交差部分の間隔を、前記結晶塊内での前記第１及び第２のクラックの前記クラック幅の平均値より長くすることを特徴とする、請求項９に記載のシンチレータの製造方法。