JPH02218990A - 放射線検出素子アレイおよび放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体放射線検出素子を１次元もしくは２次
元に配列した放射線検出素子アレイ、および例えばＸ線
撮影装置、ガンマカメラ等、半導体放射線検出素子アレ
イを用いて２次元放射線画像を得るための装置に関する
。

〈従来の技術〉 ２次元放射線画像を得る装置としては、例えば第６図に
示すように、ＣｄＴｅ等の放射線阻止能が大きい材料を
用いた放射線検出素子を直線的あるいは弧状に配列して
いわゆる１次元検出素子アレイを形成し、この１次元素
子アレイを、放射線源と被写体の間に介在させたスリッ
トと連動させて、検出素子の配列方向と直交する方向に
一定間隔ずつ走査する方式のものがある。この種の装置
では、線源から放射され被写体を透過した放射線を１次
元検出素子に入射させて、その各検出素子が出力する、
入射放射線フォトンのエネルギに応じた大きさの電流パ
ルスを、それぞれ電荷増幅等により増幅した後、パルス
カウンタにより計数する。そして、検出素子アレイの走
査ごとに得られるパルス計数値から被写体の２次元放射
線画像の濃淡分布に係る情報を得るように構成されてい
る。

ここで、線源から放射され直進する放射線は被写体を透
過する過程において、コンプトン効果により散乱するこ
とがある。このため、上記の装置においては、各放射線
検出素子に、被写体を透過した放射線の他に、その放射
線透過部位とは異なる部位において散乱された散乱線が
入射することがあり、この散乱線の影響により得られる
放射線画像の画質が低下する。

そこで、従来、被写体と検出素子アレイとの間に散乱線
グリッドを配設し、検出素子アレイに散乱線が入射する
ことを防止している。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、散乱線グリッドを用いて散乱線の影響を除去
する方法においては、以下の問題点が残されている。

すなわち、第７図に示すように、被写体を透過した放射
線のうち一部はグリッド壁体に衝突し、その壁体に吸収
されてしまう。このため、得られる放射線画像にグリッ
ドの影が現われる。さらに、散乱線グリッドのピッチが
製作上の都合によりどうしても検出素子アレイの各素子
幅よりも広くなるため、放射線が、被写体内部において
散乱される部位によって、グリッドに衝突せず検出素子
アレイに入射してしまう散乱線が数多くあり、依然とし
て画像に散乱線による影響が現われる。

本発明の目的は、散乱線の影響を可及的に少なくするこ
とのできる放射線検出素子アレイ、およびその検出素子
アレイを用いて鮮明な画質の放射線画像を得ることので
きる放射線画像撮影装置を提供することにある。

く問題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するために、本発明の放射線検出素子
アレイでは、実施例に対応する第１図、第２図に示すよ
うに、放射線入射方向の長さｌを、その入射方向と直交
する方向に対して長く形成した、複数個の半導体放射線
検出素子（例えばＧａＡｓ製の検出素子）Ｓ・・・Ｓを
、その各放射線入射面Ｓａ・・・Ｓａが円弧もしくは球
面に沿うよう、互いに隣接して配列するとともに、この
各放射線検出素子Ｓ・・・Ｓのそれぞれの間に、放射線
阻止能が放射線検出素子Ｓよりも高い材料（例えばＰｂ
−５ｎ等）４を充填している。

ただし、本発明の放射線検出素子アレイは、円弧もしく
は球面の中心（Ｐ点）が放射線入射面Ｓａ・・・Ｓａか
ら無限大に離れている場合、すなわち、各放射線検出素
子Ｓ・・・Ｓがそれぞれ互いに平行に配列されている場
合も含む。

また、本発明の放射線画像撮影装置では、実施例に対応
する第５図に示すように、上記の放射線検出素子アレイ
Ａと、放射線源（例えばＸ線管１）を有し、その放射線
源を放射線検出素子アレイＡの各入射面Ｓａ・・・Ｓａ
が沿う円弧もしくは球面の中心（点Ｐ）の位置に配設す
るとともに、放射線検出素子アレイＡを、放射線源に対
する位置関係を一定に保持しつつ走査するよう構成して
いる。

〈作用〉 本発明の放射線検出素子アレイにおいては、各検出素子
Ｓ・・・Ｓの材料として、例えばＧａＡｓ等の放射線阻
止能の低い半導体を用いることにより、各検出素子Ｓ・
・・Ｓに入射した放射線は、入射直後に電流パルスを発
生せず、半導体中をある程度の距離進行した時点電流パ
ルスを発生する。また、点Ｐから放射線を放射すると、
その放射線は各検出素子Ｓ・・・Ｓの各入射面Ｓａ・・
・Ｓａに垂直に入射することになる。

以上のことから、第３図に示すように、点Ｐから放射さ
れ直進する放射線は、各検出素子Ｓ・・・Ｓの内部で停
止して電流パルスを発生するが、各検出素子Ｓ・・・Ｓ
の入射面Ｓａに対しである程度の傾斜角をもって進行す
る放射線、すなわち散乱線の大部分は、各検出素子Ｓ・
・・Ｓに入射後、電流パルスを発生する前に充填材４に
衝突し、その充填材４に吸収される。

また、本発明の放射線画像撮影装置においては、放射線
検出素子アレイＡを、点Ｐに対する位置関係を一定に保
持しつつ走査するので、各検出素子Ｓ・・・Ｓの各入射
面Ｓａ・・・Ｓａは、点Ｐすなわち線源から放射され直
進する放射線に対して常に垂直に配置されることになり
、従って、検出素子アレイＡが走査される全ての位置に
おいて、常に同じ条件で散乱線を除去できる。

〈実施例〉 第１図は本発明の放射線検出素子アレイの実施例の構成
を示す平面図、第２図は第１図のｎ−ｔｔ矢視断面図で
ある。

複数個の半導体放射線検出素子Ｓ・・・Ｓを、その各放
射線入射面Ｓａ・・・Ｓａが円弧に沿うように１次元的
に配列して１次元放射線検出素子アレイＡを形成してい
る。

各検出素子Ｓ・・・Ｓの材料としては、ＧａＡｓ等の放
射線阻止能の低い材料を使用して、放射線入射方向の長
さｌを放射線入射面Ｓａに対して長くしている。例えば
ＧａＡｓ製の検出素子Ｓにより６０ＫｅＶ程度以下のＸ
線を９０％の割合で検出する場合、入射方向長さｌは、
入射面３ａの寸法、０　、５１豫Ｘ０．５ｎに対して１
０龍程度になる。

各検出素子Ｓ・・・Ｓの表面は、Ｓｉｎｇ等の絶縁膜３
によって被覆されている。また、各検出素子Ｓ・・・Ｓ
のそれぞれの間には、例えばＰｂ−３ｎ等、放射線阻止
能が検出素子Ｓに対して２桁以上大きな材料が充填され
ており、この充填材４と絶縁膜３との間にはＷ等のバリ
ア層（図示せず）が形成されている。

各半導体放射線検出素子Ｓ・・・Ｓには、その各放射線
入射面Ｓａ・・・Ｓａに共通のバイアス電極、および入
射面Ｓａ・・・Ｓａと対向する面に信号取り出し電極（
ともに図示せず）が形成されており、この各半導体放射
線検出素子Ｓ・・・Ｓには、共通のバイアス電極により
逆バイアスが印加され、これによって半導体中に生じる
空乏層に入射した放射線は、種々の物理的過程を通じて
そのエネルギに応じた電流パルスを発生し、この電流パ
ルスは信号取り出し電極から外部へと取り出される。

第３図は、第１図の検出素子アレイの部分水平断面で、
この図を参照しつつ作用を述べる。

各放射線入射面Ｓａ・・・Ｓａが沿う円弧の中心、点Ｐ
に放射線源を配置すれば、放射線は各検出素子Ｓ・・・
Ｓにその各入射面Ｓａ・・・Ｓａに対して垂直に入射す
ることになる。また、各検出素子Ｓ・・・Ｓの材料とし
てＧａＡｓ等の放射線阻止能の低い半導体を用いている
ので、各検出素子Ｓ・・・Ｓに入射した放射線は、入射
直後に電流パルスを発生せず、半導体中をある程度の距
離進行した時点で電流パルスを発生する。

以上のことから、点Ｐすなわち線源から放射され被写体
２を透過し、各検出素子Ｓ・・・Ｓに、その入射面Ｓａ
に対して垂直に入射する直接放射線は、各検出素子Ｓ・
・・Ｓの内部で停止して電流パルスを発生するが、被写
体２内部におてい散乱され入射面Ｓａ・・・Ｓａに対し
である程度の傾斜角をもって入射する散乱線は、電流パ
ルスを発生する前に充填材４に衝突し、その充填材４に
吸収される。また、各検出素子Ｓ・・・Ｓの配列方向と
直交する方向に対して傾斜角をもつ散乱線は、電流パル
スを発生することな（、各検出素子Ｓ・・・Ｓ内部を通
過してその各側面から外部へと出射する。従って、各検
出素子Ｓ・・・Ｓに入射した散乱線の殆んどは電流パル
スを発生することがなく、出力電流パルスの散乱線によ
る影響をきわめて低く抑えることができる。

ここで、例えば、充填材４の厚さｄを各検出素子Ｓの厚
さＤに対して１０％程度とし、また、充填材４の放射線
阻止能を検出素子Ｓに対して１００倍程変色すれば、充
填材４の、放射線阻止能という観点から見た等価的な厚
さは、検出素子Ｓの１０倍程度となり、従って各検出素
子Ｓ・・・Ｓに入射した散乱線のうち９０％程度は充填
材４に吸収されることになる。また、充填材４により吸
収される放射線の割合は、充填材４と検出素子Ｓとの放
射線阻止能の差が大きい程、大となる。あるいは、その
割合を一定とし、両者間の放射線阻止能の差を大きくす
れば、充填材４の厚さを薄くすることができ、各検出素
子Ｓ・・・Ｓのそれぞれの間隔が狭くなる。

なお、放射線検出素子Ｓの材料としては、例えばＧｅ＋
Ｓｔ等、放射線の阻止能が低い他の半導体材料を用いて
もよい。特に、Ｓｉを用いた場合、その放射線阻止能が
Ｑｅ、ＧａＡｓよりも低いので、例えば化学的分析装置
等において、微弱なエネルギの放射線を検出する必要が
ある場合に有効になる。さらに、放射線検出素子として
Ｓｔを用いた場合、Ｓｔ半導体作製プロセスにより、放
射線検出素子アレイとその信号処理回路を１枚のＳｔ基
板より集積化できる可能性がある。なお、この場合、放
射線検出素子アレイと信号処理回路との接続部（例えば
ポンディングパッド等）を大幅に省略することができ、
放射線検出素子アレイの集積度を著しく向上させること
が可能になる。

さらにまた、充填材４の材料としては、例えばＰｂ等、
放射線の阻止能が放射線検出素子Ｓよりも２桁以上高い
、他の材料を用いてもよい。

第４図は、第１図の放射線検出素子アレイＡを用いて１
次元放射線検出器１０を構成した場合のの平面である。

この例では、配線基板５の片面に、放射線検出素子アレ
イＡおよびその信号処理回路用のＩＣチップ６を実装し
ている。このような１次元放射線検出器１０は、例えば
Ｘ線回折装置に適用可能である。この場合、回折位置を
点Ｐに置けば、回折Ｘ線以外の放射線は殆んど検出され
ないので、回折Ｘ＆？Ｉスペクトルをより正確に測定す
ることが可能になる。

第５図は、本発明の放射線画像撮影装置の構成を示す斜
視図である。

この例では、放射線源としてＸ線管１を用い、放射線検
出器として第４図に示す１次元放射線検出器１０を用い
ている。

各放射線検出素子Ｓ・・・Ｓの放射線入射面が沿う円弧
の中心、点Ｐに、Ｘ線管１の焦点が配置されている。

放射線検出器１０は、点Ｐを通る直線上に中心をもつ円
弧状の２本のガイドレール１１．１２に装着されており
、このガイドレール１１．１２に沿って、点Ｐに対して
回転対称に移動可能となっている。この放射線検出器１
０は、例えばパルスモータおよびラック・ビニオン等を
備えた駆動機構（図示せず）等の公知の走査手段により
、ガイドレール１１．１２に沿って、検出素子Ｓ・・・
Ｓの配列方向と直交する方向に一定間隔ずつ走査される
。

この例においては、Ｘ線管１と放射線検出器１０との間
に被写体２を配置し、走査される放射線検出器１０の検
出素子アレイＡに、Ｘ線管１から放射され被写体２を透
過した放射線を入射させることによって、その被写体２
の２次元放射線画像に係る濃淡情報を出力することがで
きる。

ここで、検出素子アレイＡは、点Ｐを中心とする円周上
に沿って走査されるので、各検出素子Ｓ・・・Ｓの各入
射面は、Ｘ線管１からの放射線に対して常に垂直に配置
されることになる。従って、検出素子アレイＡが走査さ
れる全ての位置において、常に同じ条件で散乱線を除去
でき、これにより、画像全面に亘って一様に散乱線によ
る影響が除去された鮮明な２次元放射線画像を得ること
ができる。

なお、この例においては、被写体２をＸ線管１に近づけ
たり、あるいは遠ざけたりすることによって、被写体２
の拡大画像、あるいはその縮小画像を容易に得ることが
できる。

また、この例では、１枚の放射線検出器１０を走査する
場合について説明したが、複数枚の放射線検出器１０を
積み重ねて一つの検出器モジュールを構成し、このモジ
ュールを走査するよう構成してもよく、この場合、１枚
の放射線検出器１０を走査するのに対して、その走査時
間の短縮化をはかることができる。なお、この場合各放
射線検出器１０それぞれの間に、放射線を遮蔽するため
の板を設けておく必要がある。また、積み重ねる枚数に
は制限はないが、ＩＣチップ６の冷却等の諸条件により
実質的に、限定されることになる。

さらにまた、この例においては、本発明の放射線画像撮
影装置を、Ｘ線撮影装置に適用した場合について説明し
たが、例えば化学的分析装置、あるいは非破壊検査用放
射線検査装置等、半導体放射線検出素子アレイを用いて
、２次元放射線画像を撮影する、他の任意の装置に適用
できることは言うまでもない。

〈発明の効果〉 本発明の放射線検出素子アレイによれば、各検出素子の
放射線入射面にある程度の傾斜角をもって進行する放射
線、例えば散乱線が入射しても、その大部分は検出され
ないので、検出すべき放射線を、従来に比してより正確
に検出することができる。

また、本発明の放射線画像撮影装置によれば、上記の放
射線検出素子アレイを線源に対しての位置関係を一定に
保持しつつ走査するので、放射線検出素子アレイが走査
される全ての位置において、常に同じ条件により散乱線
を除去することができる結果、画像全面に亘って一様に
散乱線の影響が除去された、鮮明な画質の２次元放射線
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の放射線検出素子アレイの実施例の構
成を示す平面図、 第２図は第１図のｕ−ｎ矢視断面図である。 第３図は、本発明の放射線検出素子アレイの作用説明図
である。 第４図は、第１図に示す放射線検出素子アレイＡを用い
た１次元放射線検出器１０の構成例を示す平面図である
。 第５図は、本発明の放射線画像撮影装置の実施例の構成
を示す斜視図である。 第６図は、２次元放射線画像を得るための装置の従来の
構成例を示す図、 第７図は従来の問題点を説明するための図である。 １・・・Ｘ線管 ２・・・被写体 ４・・・充填材 Ａ・・・半導体放射線検出素子アレイ Ｓ・・・放射線検出素子 Ｓａ・・・Ｓａ・・・放射線入射面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線入射方向の長さをその入射方向と直交する
   方向に対して長く形成した、複数個の半導体放射線検出
   素子を、その各放射線入射面が円弧もしくは球面に沿う
   よう、互いに隣接して配列するとともに、この各放射線
   検出素子のそれぞれの間に、放射線阻止能が上記放射線
   検出素子よりも高い材料を充填してなる、放射線検出素
   子アレイ。
2. （２）第１項記載の放射線検出素子アレイと、放射線源
   を有し、その放射線源を上記放射線検出素子アレイの各
   入射面が沿う円弧もしくは球面の中心の位置に配設する
   とともに、上記放射線検出素子アレイを、上記放射線源
   に対する位置関係を一定に保持しつつ走査するよう構成
   した、放射線画像撮影装置。