JP5319331B2 - 放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。

近年、放射線、特にＸ線を光に変換する蛍光体膜と、その光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光検出器とを構成要素として含む平面型Ｘ線画像検出装置であるＸ線検出装置が実用化されている。

これは、Ｘ線検出装置全体の小型軽量化に貢献するとともに、Ｘ線を介した検査対象物からの画像情報をＸ線検出装置によりデジタル電気情報に変換し、デジタル画像処理、デジタル画像保存、などデジタル情報処理の多くの利便性を享受することができるためである。

Ｘ線検出装置は、患者診断や治療に使用する医療用や歯科用、非破壊検査などの工業用、構解析などの科学研究用など、広い分野で使われ始めている。

それぞれの分野において、デジタル情報処理による高精度な画像抽出、高速度な画像検出が可能となることにより、不要なＸ線被爆量の低減や、迅速な検査、診断などの効果が期待できる。

Ｘ線検出装置の蛍光体膜には、従来のＸ線イメージ管で用いられているＣｓおよびＩを主成分とするシンチレータ材の技術を転用することが多い。これは、主成分であるヨウ化セシウム（以下ＣｓＩ）が柱状結晶を成すため、他の粒子状結晶からなるシンチレータ材に比較し、光ガイド効果による感度と解像度の向上を成すことができるためである。例えば、タリウム（以下Ｔｌ）などをドープしたＣｓＩは、Ｘ線を吸収し、略５５０ｎｍに中心波長を有する緑色の蛍光を発光する。そして、その光の多くはＣｓＩの柱状結晶中を伝播する。さらに、柱状結晶端に近接する光電変換素子にて、その発光量を読み取る。

また、光電変換素子を有する光検出器は、例えば、ガラス基板上にアモルファスシリコンなどからなる薄膜半導体にて複数の光電変換素子を２次元に配列形成して構成されている。他の方法としては、結晶シリコンからなる半導体光センサを支持基板上に１または複数個配列して、光検出器を構成することもできる。何れの構成にしても、従来のＸ線イメージ管よりも薄く軽量なＸ線検出装置を構成できる。

さらに、これら光検出器は２次元平面上に複数の光電変換素子を配列し、その検出信号を画像として読み込むことから、画像の歪も無く、デジタル画像処理にも最適であり、かつ、Ｘ線写真乾板と類似の画像を直接的に電気信号として取得できる、などの特長を有している。

このように優れた特長を有するＸ線検出装置であるが、実際の使用に当たり、より鮮明な画像を取得するために、散乱Ｘ線除去用のグリッドと合せて用いられることが多い。これは、検査対象物にＸ線を照射すると、その検査対象物の画像情報をもたらす透過Ｘ線の他に、その検査対象物により散乱された散乱Ｘ線が発生し、画像情報のノイズ源となるため、この散乱Ｘ線がＸ線検出装置に入射することを防止することを目的としている。

一方、グリッドを用いた場合、Ｘ線吸収物質とＸ線透過物質とが交互に配列された構成であるため、この配列ピッチとＸ線検出装置の光電変換素子の受光面の配列との関係で、画像にモアレを生じるという問題がある。

この問題の対策として、過去、幾つかの検討が成されてきた。

その１つの対策方法は、後段の画像処理によりモアレを画像から取り除く方法であるが、この場合、例えばローパスフィルタを用いるなどするため、元の画像情報の一部を捨て去ることになる。さらに、元のモアレが強ければ、画像処理もより難しくなる。

２つ目の対策方法は、グリッドと光電変換素子との配置を工夫し、モアレの発生自体の低減を狙ったものである。この方法には、大別して２つの手段が知られている。

まず、１つ目の手段は、各光電変換素子の受光量を、入射するＸ線強度分布またはＸ線強度分布に応じた蛍光体膜の発光強度分布の空間的な離散サンプリングに置き換えて、議論したものである（例えば、特許文献１および２参照）。

この１つ目の手段では、フーリエ解析における離散サンプリングの考え方をベースに、グリッド配列の空間周波数と光電変換素子配列の空間周波数との選択範囲を規定し、モアレの低減を狙っている。

しかしながら、離散サンプリングの考え方は、強度分布の離散点のデータで各光電変換素子の受光量を置き換えたもののため、各光電変換素子の受光量は各光電変換素子の受光領域で積分された量である、という事実が抜けている。そのため、各光電変換素子の受光面寸法、またはその反対の不感領域の寸法に起因したモアレ要素が抜けている。すなわち、モアレの要素には周期性と振幅の２つ側面があるが、後者の振幅要素は、光電変換素子の受光面寸法、またはその反対の不感領域の寸法と、グリッドのＸ線吸収物質とＸ線透過物質それぞれの領域寸法との配置により影響を受ける。そして、Ｘ線検出装置のように大きな画面の場合には、まずはモアレの強度、すなわち振幅を低減することが望ましい。

２つ目の手段が、上述のグリッドと光電変換素子との配置に関するものである。

まず、ごく単純に、グリッドのＸ線吸収領域と光電変換素子の不感領域との位置を一致させるという技術が知られている（例えば、特許文献３および４参照）。

確かに、グリッドのＸ線吸収領域と光電変換素子の不感領域との位置を一致できれば、有効である。しかしながら、実際に、グリッドのＸ線吸収領域と光電変換素子の不感領域との位置を一致させることは、非常に困難である。特に、Ｘ線検出装置の画面寸法は２０数ｃｍから４０数ｃｍに及ぶため、全域で一致させることはきわめて困難である。

このような困難さは、前述のモアレ周波数の観点から改善技術検討の一因にもなっていた。

また、配置に関する技術としては、グリッドの配列ピッチと光電変換素子の受光面寸法との関係を論じたものもある。すなわち、グリッドの配列ピッチを光電変換素子の受光面寸法のＮ分の１倍（Ｎは正の整数）とするものである。（例えば、特許文献５参照）
確かに、グリッドの配列ピッチをＮ分の１に規定することは、モアレの振幅要素を一定にする効果がある。しかしながら、グリッドのＸ線吸収領域と光電変換素子の不感領域との位置を一致させることと同様に、Ｎ分の１倍というピンポイントでグリッドの配列ピッチを実現することは非常に困難である。

特許第３７５５１４４号公報 特許第３８８４９２９号公報 特許第３７７６４８５号公報 特許第３９８７６７６号公報 特許第３７９３１３９号公報

上述したように、従来技術では、モアレ発生を低減できるＸ線検出装置を実現するには極めて高度な技術を必要とし、実現するのが困難であった。

モアレ低減技術を容易に実現するためには、グリッドの配列ピッチの有効範囲を解明する必要があるが、この点について解明したものは従来なかった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、グリッドの配列ピッチの有効範囲を解明し、モアレの発生を低減し、全域において優れたＳ／Ｎ特性を有する放射線検出装置を容易に実現することを目的とする。

本発明は、柱状結晶を成すシンチレータ材によって構成された蛍光体膜、および複数の光電変換素子を配列して構成された光検出器を有する放射線検出パネルと、前記蛍光体膜の放射線入射側に配置され、交互に配列される放射線吸収領域と放射線透過領域とを有し、その配列ピッチＰが、前記放射線吸収領域寸法をＢ、前記光電変換素子の受光面寸法をＥ、正の整数をＮとして、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ＜Ｐ＜Ｅ／Ｎの条件、Ｅ／Ｎ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの条件のいずれか一方を満たすグリッドとを具備しているものである。

本発明によれば、モアレ発生を低減し、全域において優れたＳ／Ｎ特性を有する放射線検出装置を容易に実現することができる。

本発明の放射線検出装置の一実施の形態を示すＸ線検出装置の断面図である。 同上Ｘ線検出装置のグリッドの配列ピッチと光電変換素子の配列ピッチとの配置例を示す断面図である。 同上グリッドの配列ピッチと光電変換素子の配列ピッチとの配置例を示す断面図である。 同上グリッドの配列ピッチと光電変換素子の配列ピッチとの配置例を示す断面図である。 同上グリッドの配列ピッチと光電変換素子の配列ピッチとの配置例を示す断面図である。 同上グリッドの配列ピッチとモアレとの関係を説明する特性図である。 同上グリッドの配列ピッチとモアレとの関係を説明する一部を拡大した特性図である。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例１のグラフである。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例２のグラフである。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例３のグラフである。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例４のグラフである。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例５のグラフである。 同上モアレの発生状況をシミュレートした例６のグラフである。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、放射線としてのＸ線を検出する平面型Ｘ線画像検出装置である放射線検出装置としてのＸ線検出装置の断面図である。

Ｘ線検出装置11は、放射線検出パネルとしてのＸ線検出パネル12、このＸ線検出パネル12のＸ線入射側に配置された散乱Ｘ線除去用のグリッド13を備えている。

Ｘ線検出パネル12は、平板なガラス基板16上にアモルファスシリコンを基材とした薄膜半導体により複数の光電変換素子17を配列して光検出器18が形成され、この光検出器18の光検出面に蛍光体膜19が形成されている。

各光電変換素子17は、Ｐ型半導体層、Ｉ型半導体層、Ｎ型半導体層を積層したフォトダイオードにより受光面21が形成され、隣接する受光面21の間にはフォトダイオードの形成されていない不感領域22が形成されている。この不感領域22には各光電変換素子17をスイッチングする薄膜トランジスタ素子などが形成されている。そして、受光面寸法をＥ、不感領域寸法をＧとすると、光電変換素子17はピッチＬ＝Ｅ＋Ｇで配列されている。一例としては、受光面寸法Ｅ＝１２５μｍ、不感領域寸法Ｇ＝２５μｍ、ピッチＬ＝１５０μｍなどに設計することができる。もちろん、光電変換素子17は二次元に配列されるため、それぞれの配列方向で、受光面寸法Ｅ、不感領域寸法Ｇ、ピッチＬを変えることは可能であるが、本発明に関する効果は同等であるため、以下の説明では一方向について説明する。

蛍光体膜19は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を基材とし、タリウム（Ｔｌ）をドープした柱状結晶を成すシンチレータ材が用いられている。この場合、タリウムをドープすることにより、入射したＸ線は略５５０ｎｍにピークを持つ緑色の可視光に変換される。蛍光体膜19は、蒸着法により、例えば、厚さ２００μｍ〜８００μｍほどの膜厚に形成されることが多い。本例では、光電変換素子17を二次元に配列したパネル上に蛍光体膜19を形成した。ヨウ化セシウムは柱状結晶に形成することができるため、柱状結晶内で生じた蛍光発光はライトガイド効果により光の拡散を抑えながら、下層の光電変換素子17に伝えられる。蛍光体膜19の表面は保護層23で覆われている。

また、グリッド13は、Ｘ線透過物質26とＸ線吸収物質27とを順次積層して構成されている。例えば、Ｘ線透過物質26としてはアルミニウム、Ｘ線吸収物質27としては鉛などが用いられる。それぞれの物質の厚さや寸法は多種類あるが、一例としては、０．１０ｍｍ厚のアルミニウムと０．０２８ｍｍ厚の鉛とを用いて、横方向にピッチ０．１２８ｍｍの配列構造としたものなどがある。

グリッド13の板厚はＸ線透過物質26やＸ線吸収物質27の幅（図面上では高さ）にもよるが、さらに求めるコントラスト特性などによるものの、通常は０．８ｍｍから２．０ｍｍの間で構成されることが多い。したがって、グリッド13自体は表面に０．２〜０．３ｍｍほどの保護層を持った板厚１〜２ｍｍほどの板状である。

そして、グリッド13の性能は、Ｘ線透過物質26の幅すなわちＸ線透過領域寸法（以下Ｔと記載）と、Ｘ線吸収物資27の幅すなわちＸ線吸収領域寸法（以下Ｂと記載）、およびその和となる配列ピッチ（以下Ｐと記載）とに大きく依存する。なお、グリッド13の配列ピッチＰは、蛍光体膜19に対向するグリッド13の面上で規定されるか、蛍光体膜19面上でのグリッド13の放射線投影像により規定される。

そして、Ｘ線検出装置11において、検査対象を透過したＸ線は検査対象による散乱Ｘ線も生じるが、グリッド13を介することにより、散乱Ｘ線は除去され、グリッド13のＸ線透過物質26を通過したＸ線のみがＸ線検出パネル12に入射する。

グリッド13のＸ線透過物質26を通過してＸ線検出パネル12に入射するＸ線は、保護層23を通過した後に蛍光体膜19に入射する。この蛍光体膜19は入射したＸ線量に応じた蛍光を発光し、光電変換素子17にてその発光量を読み取る。

ところで、グリッド13はＸ線吸収領域とＸ線透過領域とが交互にあるため、グリッド13に入射したＸ線はＸ線透過領域に対応したＸ線だけが、下部のＸ線検出パネル12に入射する。そして、このＸ線は散乱線が除かれているため、Ｘ線検出パネル12にはグリッド13のＸ線透過領域に対応した明部とＸ線吸収領域の対応した暗部とが生じる。

Ｘ線検出パネル12の蛍光体膜19では、Ｘ線の明暗部に応じた蛍光発光を発生し、よって蛍光発光もグリッド13のＸ線透過領域とＸ線吸収領域とに応じた明暗パターンを生じることになる。

そして、蛍光体膜19に、ヨウ化セシウムを基材とした柱状結晶を用いた場合には、柱状結晶の光ガイド効果もあり、蛍光体膜19中で生じた蛍光発光の明暗パターンは略そのまま光電変換素子17に伝達される。

このように、グリッド13のＸ線透過領域とＸ線吸収領域とに対応した蛍光発光パターンが光電変換素子17に伝達されるが、光電変換素子17には受光面21と不感領域22とが交互に配置されるため、蛍光発光パターンと、受光面21と不感領域22との配置パターンとの相互配置関係により画像信号のモアレが発生する。

モアレは、その強弱の振幅と空間周波数により特徴づけられるが、第１には、その強弱の振幅を抑えることにより、モアレを目立たなくすることができる。

本発明は、モアレの発生原因を明らかにし、特にその強弱の振幅を抑える方法を考案したものである。

以下に、簡単事例を用いて、モアレ発生、特にその強弱の振幅について説明する。

Ｘ線検出パネル12の画像信号、すなわち光電変換素子17の画像信号の強度をＦ（各画素位置）、グリッド13を通過したことによる白出力減衰比率をＹ（各画素位置）、グリッド13のＸ線吸収領域の影響受けないと仮定した理想的な画像信号の強度をＧ（各画素位置）とすると、次の関係式に分解できる。

Ｆ（各画素位置）＝Ｙ（各画素位置）・Ｇ（各画素位置）

ここで、白出力減衰比率Ｙがモアレの影響を表し、各画素位置に応じて１〜０の間の値を取ることになる。すなわち、白出力減衰比率Ｙの最大最小間の振幅がモアレ明暗レベルの振幅を表すことになる。以下では、白出力減衰比率Ｙの最大値をモアレ明最大値Ｙｔ、Ｙの最小値をモアレ暗最大値Ｙｂと記載する。

図２ないし図５は、それぞれ、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の配列ピッチＰとの配置例を示す断面図である。各配置例とも、グリッド13の配列ピッチＰが光電変換素子17の配列ピッチＰの１／２前後となっている。

モアレ明暗の振幅は、グリッド13の配列ピッチＰとグリッド13のＸ線吸収領域寸法ＢまたはＸ線透過領域寸法Ｐ−Ｂ、そして、光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係により決まる。

図２および図３は、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係がＰ＋Ｂ≦Ｅ≦２Ｐ−Ｂの場合の例である。

図２はモアレ暗最大レベルの配置関係を示す一例である。図２の配置関係では、グリッド13のＸ線透過領域を透過したＸ線が蛍光体膜19に入射して蛍光発光を生じることから、受光面21の光入射面積はグリッド13のＸ線吸収領域に対応した部分が影となり、その分、信号レベルが減少する。

図２の配置関係では信号レベルが最小となり、受光面21の全域に蛍光が入力した場合に比較し（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ倍に減少する。すなわち、モアレ暗最大値Ｙｂ＝（Ｅ−２Ｂ）／Ｅに相当する。

図２では、より判り易くするために、受光面21の端とグリッド13の配列ピッチＰの端またはＸ線吸収領域の端を合わせた図としたが、この配置関係は本質的ではなく、受光面21内に２箇所のＸ線吸収領域が含まれることが本質的である。

この場合、２箇所を超えるＸ線吸収領域が含まれず、よって受光面21内に２箇所のＸ線吸収領域が含まれる配置関係が信号レベルの最小値、すなわちモアレ暗最大値となる。

一方、図３はモアレ明最大レベルの配置関係を示す一例である。図３の配置関係では、信号レベルが最大となり、受光面21の全域に蛍光が入力した場合に比較し（Ｅ−Ｂ）／Ｅ倍の減少に留まる。すなわち、モアレ明最大値Ｙｔ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｅに相当する。

図２と同様に、図３でも、より判り易くするために、受光面21の端とグリッド13の配列ピッチＰの端またはＸ線透過領域の端を合わせた図としたが、これも本質的ではなく、この配置関係の場合には、受光面21内にＸ線吸収領域が１箇所のみが含まれることが本質的である。

この場合、受光面21内に必ず１箇所以上のＸ線吸収領域が含まれるため、受光面21内に１箇所のＸ線吸収領域が含まれる配置関係が信号レベルの最大値、すなわちモアレ明最大値となる。

上述のように、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係がＰ＋Ｂ≦Ｅ≦２Ｐ−Ｂの場合には、モアレの明暗レベルはＹｔ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｅ倍とＹｕ＝（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ倍との間で変動する。

実は、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係が、２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐの場合でも、図２の配置関係がモアレ暗最大値の配置関係の一例となっていることがわかる。つまり、図２における受光面21の配置をずらした場合を想定すると、２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐの場合でも、受光面21内に２箇所のＸ線吸収領域が含まれる配置関係が信号レベルの最小値、即ちモアレ暗最大値となることが容易にわかる。

一方、図４は２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐの場合にモアレ明最大値となる配置関係を示す一例である。図４の配置関係では、２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐの場合に受光面21の光入射領域は２（Ｐ−Ｂ）であり、したがって、モアレ明最大値はＹｔ＝２（Ｐ−Ｂ）／Ｅ倍となる。

これらを纏めると、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係が２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐの場合には、モアレの明暗レベルはＹｔ＝２（Ｐ−Ｂ）／Ｅ倍とＹｂ＝（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ倍との間で変動する。

次に、図５はグリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係が２Ｐ≦Ｅ≦２Ｐ＋Ｂの場合に、モアレ暗最大値となる配置関係を示す一例である。図５の配置関係では、グリッド13に対する受光面21の相対位置が右に２Ｐ＋Ｂ−Ｅまでずれる範囲では、受光面21に入射する信号量は変わらず２（Ｐ−Ｂ）／Ｅ倍が暗最大値となる。さらにずれる場合には、ずれに正比例して入射信号量は増加し、明最大値では（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ倍となる。これは２Ｐ≦Ｅ≦２Ｐ＋Ｂの場合には、グリッド13のＸ線吸収領域が２箇所は含まれるため、これが信号レベル最大、すなわち明最大値をなるためである。

したがって、グリッド13の配列ピッチＰと光電変換素子17の受光面寸法Ｅとの関係が２Ｐ≦Ｅ≦２Ｐ＋Ｂの場合にも、モアレの明暗レベルはＹｔ＝（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ倍とＹｂ＝２（Ｐ−Ｂ）／Ｅ倍との間で変動する。

ただし、モアレの明暗最大値の式が逆転していることに注意が必要である。２Ｐ＝Ｅの点ではモアレ明暗最大値は一致し、モアレが生じない極点Ｙｔ＝Ｙｂとなっている。これは、上述したモアレの明暗最大値の式に２Ｐ＝Ｅを代入してみれば、明暗最大値が一致することからも容易にわかる。

以上を纏めると、２Ｐ＝Ｅの前後の領域である２Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦２Ｐと２Ｐ≦Ｅ≦２Ｐ＋Ｂとでは、モアレ明暗最大値の式は前後で入れ替わり、前者ではＹｔ＝２（Ｐ−Ｂ）／ＥとＹｂ＝（Ｅ−２Ｂ）／Ｅ、後者ではＹｔ＝（Ｅ−２Ｂ）／ＥとＹｂ＝２（Ｐ−Ｂ）／Ｅとなる。

上述の内容は、２Ｐ＝Ｅの前後の配置関係の考察から導かれたが、同様の考察から３Ｐ＝Ｅの前後の領域である３Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦３Ｐと３Ｐ≦Ｅ≦３Ｐ＋Ｂでもモアレ明暗最大値の式を得ることができ、前者の領域ではＹｔ＝３（Ｐ−Ｂ）／ＥとＹｂ＝（Ｅ−３Ｂ）／Ｅ、後者の領域ではＹｔ＝（Ｅ−３Ｂ）／ＥとＹｂ＝３（Ｐ−Ｂ）／Ｅとなる。

さらに、１以上の整数Ｎとすると、Ｎ・Ｐ−Ｂ≦Ｅ≦Ｎ・ＰとＮ・Ｐ≦Ｅ≦Ｎ・Ｐ＋Ｂが成り立つ範囲であれば、モアレ明暗最大値は、前者の領域ではＹｔ＝Ｎ（Ｐ−Ｂ）／ＥとＹｂ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅ、後者の領域ではＹｔ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／ＥとＹｂ＝Ｎ（Ｐ−Ｂ）／Ｅで表される。

上述の内容を、グリッド13の配列ピッチＰを変数として纏めなおすと、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ≦Ｐ≦Ｅ／Ｎの領域ではＹｔ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅ、Ｙｂ＝Ｎ（Ｐ−Ｂ）／Ｅ、また、Ｅ／Ｎ≦Ｐ≦（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの領域ではＹｔ＝Ｎ（Ｐ−Ｂ）／Ｅ、Ｙｂ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅとなる。そして、（Ｅ＋Ｂ）／（Ｎ＋１）≦Ｐ≦（Ｅ−Ｂ）／Ｎの領域ではＹｔ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅ、Ｙｂ＝｛Ｅ−（Ｎ＋１）Ｂ｝／Ｅとなる。

これらの関係を図示したものが図６である。横軸はグリッド13の配列ピッチＰ、縦軸はモアレ影響を表す白出力減衰比率Ｙとすると、図示された２本の折れ線がそれぞれ、モアレ明最大値Ｙｔとモアレ暗最大値Ｙｂとを表し、その２本折れ線の間の範囲でモアレの明暗レベルが変動することを表している。

モアレ明暗最大値は、Ｙ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅ＝１−Ｎ・Ｂ／ＥとＹ＝Ｎ（Ｐ−Ｂ）／Ｅの線分から構成される２本の折れ線で表され、これらはＰ＝Ｅ／Ｎの点で交差する。

従来Ｐ＝Ｅ／Ｎのピンポイントでモアレが消えることは開示されていたが、この極点近傍でのモアレ明暗最大値の変化については何ら示されていない。

本発明に基づけば、この極点近傍でのモアレ明暗最大値の変化振幅は容易に得ることができ、上式の差分から｜１−Ｎ・Ｐ／Ｅ｜が振幅となる。ただし、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ≦Ｐ≦（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの範囲である。

グリッド13の配列ピッチＰが極点から離れるにしたがってモアレ明暗最大値の変化振幅は直線的に増加し、最後にはＢ／Ｅの振幅まで増加することがわかる。

モアレの影響を改善するためには、このモアレ明暗最大値の変化振幅を抑制することが必要である。

少なくとも、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの範囲にすれば、極点に近づくにつれて線形的にモアレ明暗最大値の変化振幅を削減することができる。

さらに、このモアレ明暗最大値の変化振幅を１／２以下に抑制するためは、グリッド13の配列ピッチＰを（Ｅ−Ｂ／２）／Ｎ≦Ｐ≦（Ｅ＋Ｂ／２）／Ｎの範囲にすればよい。

結果として、従来のようにＰ＝Ｅ／Ｎの極点をピンポイントで狙う困難さを伴うことなく、現実的かつ容易にモアレ改善策を与えることができる。

さて、図６では、モアレ明最大値Ｙｔとモアレ暗最大値Ｙｂとを表す２本折れ線はＰ＝Ｂの点に収束している。これはグリッド13の配列ピッチＰがグリッド13のＸ線吸収領域寸法Ｂと一致した場合を示し、グリッド13全域がＸ線吸収領域となっていることを現している。この収束点近傍の状態は、グリッド13の配列ピッチＰとＸ線吸収領域寸法Ｂ、受光面寸法Ｅの関係に依存するが、特にＥ／Ｂの商が重要となる。

次に、図７は、７＜Ｅ／Ｂ＜８の場合の、収束点近傍の状態を図示したものである。商Ｎｑ＝（Ｅ／Ｂ）＝７の場合、Ｎが１からＮｑ＝７までの整数とすると、Ｐ＝Ｂの収束点を起点としたＹ＝（Ｎ＋１）（Ｐ−Ｂ）／Ｅの直線とＹ＝（Ｅ−Ｎ・Ｂ）／Ｅの直線とにより、モアレ明最大値Ｙｔとモアレ暗最大値Ｙｂとを表す２本折れ線が構成できる。なお、図７はＮｑ＝７の例であるが、Ｎｑが他の正の整数をとる場合も同様である。

図７に記載した各Ｐの位置における例１ないし例６として、モアレの発生状況をシミュレートしたグラフを図８ないし図１３に示した。図８ないし図１３の縦軸はモアレを特徴付ける白出力減衰比率Ｙとし、横軸は画素の配列順番を示す。

ここではモデル計算として受光面寸法Ｅ＝１５０μｍ、fill factor＝１００％を仮定し、グリッド13の配列ピッチＰ、Ｘ線吸収領域寸法Ｂ、Ｘ線透過領域寸法Ｐ−Ｂに所定の数値を設定してシミュレートした。白出力比率Ｙの値は、入射Ｘ線に有効な受光面領域の寸法と受光面寸法Ｅの比率として計算する。なお、ここでの例示においてはfill factorは本質的では無いため、簡単化のため１００％としている。

Ｘ線吸収されること無く理想的信号レベルが得られれば白出力減衰比率Ｙ＝１００％であるが、グリッド13のＸ線吸収領域のため白出力減衰比率Ｙ＜１００％に減衰することになる。さらに、グリッド13と受光面21の配列との位置関係により、白出力減衰比率Ｙの変動、所謂モアレが生じる。

図８は、Ｘ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝１７０μｍの例１を示し、図９はＸ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝１６０μｍの例２である。グリッド13の配列ピッチＰの受光面寸法Ｅ＝１５０μｍからのずれ量に比例して白出力減衰比率Ｙの変動が増加することが、これらの図を比較することにより読み取ることができる。

図１０、図１１はＰ＝Ｅを挟んで反対側の状態を例示したものである。図１０はＸ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝１３０μｍの例３を示し、図１１はＸ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝１４０μｍの例４である。すなわち、Ｐ＝Ｅ＝１５０μｍではモアレは発生せず、Ｘ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍより、白出力減衰比率はＹ＝（１５０−２０）／１５０＝８６．７％の一定値となるが、グリッド13の配列ピッチＰが１５０μｍ前後で受光面寸法Ｅと異なる値をとる場合には、例えば図示したような白出力減衰比率Ｙの振動が生じてモアレとなる。

前後にずれる量に比例して白出力減衰比率Ｙの振幅つまりモアレの振幅の幅が変わり、例２、例４のように１０μｍのずれでは、｜（Ｂ／Ｅ）｛（Ｐ−Ｅ）／Ｂ｝｜＝６．７％、例１、例３のように２０μｍのずれでは１３．３％の変動が生じる。

グリッド13の配列ピッチＰをＰ＝Ｅのピンポイントで合わせることは困難であるが、｛（Ｐ−Ｅ）／Ｂ｝＜１、また望むらくは｛（Ｐ−Ｅ）／Ｂ｝≦1／２の範囲に合わせることにより、モアレの影響を低減することが可能である。

同様に、図１２はＸ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝６５μｍの例５を示し、図１３はＸ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍ、グリッド13の配列ピッチＰ＝７０μｍの例６である。これらの例でも前例同様に、グリッド13の配列ピッチＰの受光面寸法Ｅの２分の１、Ｅ／２＝７５μｍからのずれ量に比例して白出力減衰比率Ｙの変動が増加することが、これらの図を比較により読み取れる。

前例との違いは、グリッド13の配列ピッチＰ＝Ｅ／２からのずれ量に比例して白出力減衰比率Ｙの振幅が変化することである。これは前述の図６の説明にあるように、Ｎを正の整数とすると、Ｐ＝Ｅ／Ｎのピンポイントでモアレが消える極点が存在し、図１２、図１３はＮ＝２の近傍の例を図示したものである。すなわち、Ｐ＝Ｅ／２＝７５μｍではモアレは発生せず、Ｘ線吸収領域寸法Ｂ＝２０μｍより、白出力減衰比率はＹ＝（１５０−２×２０）／１５０＝７３．３％の一定値となるが、Ｐが７５μｍからずれると、例えば図示したような白出力減衰比率Ｙが変動してモアレとなる。

前後にずれる量に比例して白出力減衰比率Ｙの振幅つまりモアレの振幅の幅が変わり、例６のように５μｍのずれでは、｜（Ｂ／Ｅ）｛（Ｐ−Ｅ）／Ｂ｝｜＝６．７％、例５のように１０μｍのずれでは１３．３％の変動となる。

一般的にずれ量△Ｐに対するモアレの振幅△Ｙは、それぞれの極点Ｐ＝Ｅ／Ｎの近傍でずれ量△Ｐに比例し、△Ｙ＝｜（Ｎ／Ｅ）△Ｐ｜で表すことができる。ここでＮはそれぞれの極点を示す正の整数である。上記の例は、Ｎ＝１、Ｎ＝２のそれぞれの一例を示したものである。

この関係を利用すると、グリッド13の配列ピッチＰをＰ＝Ｅ／Ｎのピンポイントで合わせるという困難な加工をせずとも、所定のずれ量の範囲に収めることにより、より実用的なモアレ影響の低減を実現することが可能となる。

すなわち、少なくとも、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの範囲にすれば、極点に近づくにつれて線形的にモアレ明暗最大値の変化振幅を削減することができる。例えば、このモアレ明暗最大値の変化振幅を１／２以下に抑制するためは、グリッド配列ピッチＰを（Ｅ−Ｂ／２）／Ｎ≦Ｐ≦（Ｅ＋Ｂ／２）／Ｎの範囲にすればよい。

結果として、従来のようにＰ＝Ｅ／Ｎの極点をピンポイントで狙う困難さを伴うことなく、現実的かつ容易にモアレ改善策を与えることができる。特に、白出力減衰比率Ｙの値が１に近い、Ｎ＝１、Ｎ＝２の場合が実用上重要である。

Ｎ＝１の場合、白出力減衰比率Ｙは１−Ｂ／Ｅの近傍で変動し、最大振幅はＢ／Ｅである。したがって、相対的な影響としては、最大Ｂ／（Ｅ−Ｂ）となる。このモアレ影響を圧縮するためには、少なくとも（Ｅ−Ｂ）＜Ｐ＜ＥまたはＥ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）、望むらくは（Ｅ−Ｂ／２）＜Ｐ＜ＥまたはＥ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ／２）の範囲にすることにより、実用的かつ容易にモアレ影響を改善することができる。

Ｎ＝２の場合、白出力減衰比率Ｙは１−２Ｂ／Ｅの近傍で変動し、最大振幅はＢ／Ｅである。したがって、相対的な影響としては、最大Ｂ／（Ｅ−２Ｂ）となる。この場合は、少なくとも（Ｅ−Ｂ）／２＜Ｐ＜ＥまたはＥ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）／２、望むらくは（Ｅ−Ｂ／２）／２＜Ｐ＜ＥまたはＥ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ／２）／２の範囲にすることにより、実用的かつ容易にモアレを改善することができる。

11 放射線検出装置としてのＸ線検出装置
12 放射線検出パネルとしてのＸ線検出パネル
13 グリッド
17 光電変換素子
18 光検出器
19 蛍光体膜

Claims (3)

1. 柱状結晶を成すシンチレータ材によって構成された蛍光体膜、および複数の光電変換素子を配列して構成された光検出器を有する放射線検出パネルと、
   前記蛍光体膜の放射線入射側に配置され、交互に配列される放射線吸収領域と放射線透過領域とを有し、その配列ピッチＰが、前記放射線吸収領域寸法をＢ、前記光電変換素子の受光面寸法をＥ、正の整数をＮとして、（Ｅ−Ｂ）／Ｎ＜Ｐ＜Ｅ／Ｎの条件、Ｅ／Ｎ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ）／Ｎの条件のいずれか一方を満たすグリッドと
   を具備していることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記グリッドの配列ピッチＰは、（Ｅ−Ｂ／２）／Ｎ＜Ｐ＜Ｅ／Ｎの条件、Ｅ／Ｎ＜Ｐ＜（Ｅ＋Ｂ／２）／Ｎの条件のいずれか一方を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記正の整数Ｎは、１または２である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。

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