JP2009222578A - Ｘ線固体検出器、ｘ線固体検出方法及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを低減して解像度を高め、また変換効率を向上してノイズを低減した実用的なＸ線検出器、Ｘ線検出方法及びＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換して、前記第１主面の反対側の第２主面から前記光を出射し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくともいずれかに集光レンズ形状を有するシンチレータと、前記第２主面側に設けられ、前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換素子アレイと、を備えたことを特徴とするＸ線固体検出器が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線固体検出器、Ｘ線固体検出方法及びＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線により体の断層像を得るＸ線断層撮影（Ｘ線ＣＴ：Computed Tomography）装置では、体の周りを１周しながらＸ線を照射し、得られたデータをコンピュータで計算し、体の断層像を作成する。このようなＸ線ＣＴ装置は、認知症や脳梗塞・脳出血後遺症等の脳の状態を観るのに多く使用され、また、胸部や腹部、骨盤など全身の輪切りの写真を撮影でき、一般撮影では得られない細かい情報を得ることができる。

このＸ線ＣＴ装置に用いられるＸ線固体検出器は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータと、シンチレータから出射された可視光を電気信号に変換する光電変換素子を複数有する光電変換素子アレイとが積層され、Ｘ線の強度を光強度に変換し、それを電気信号として検出する。
光電変換素子の各画素は、シンチレータの画素にそれぞれ対応した位置に設けられるが、シンチレータから出射した光は、シンチレータの出射面において散乱成分を有しており、この散乱光が、光電変換素子アレイの対応画素以外の画素に漏れ光として入射し、クロストークが発生し、解像度が劣化する問題がある。

一方、断層像ではなく、胸部や胃部の一般の透過撮影に用いられるＸ線撮影用のＸ線イメージセンサにおいて、シンチレータと、シンチレータの各開口部より小さい受光面を有するフォトダイオードアレイとを組み合わせ、それらの間に集光レンズアレイを設けて、フォトダイオードに集光させて可視光を入射させる構造により、フォトダイオードの実質的な開口率を拡大し、フォトダイオードの暗電流を低減してＳ／Ｎ比を向上し、また、フォトダイオードのＸ線による劣化を防止する技術が提案されている（特許文献１）。しかし、特許文献１に開示された集光レンズアレイは、ガラス基板をマスクを介して溶融塩中で高温処理することによって屈折分布を持たせたものであり、作製に多大な労力を要する。そして、このガラス基板の上にシンチレータを蒸着して形成するものであり、シンチレータの製造にも制限があった。すなわち、特許文献１に開示された集光レンズアレイは、シンチレータとは別部品として、フォトダイオード側ではなくシンチレータ側に設けられており、製造が困難で、部品点数が増え、コスト高に繋がり、また、シンチレータと集光レンズアレイとの熱膨張係数の差などにより信頼性が劣化するおそれがあり、実用のためには改善の余地があった。
特開平５−３４４６３号公報

本発明の目的は、クロストークを低減して解像度を高め、また変換効率を向上してノイズを低減した実用的なＸ線検出器、Ｘ線検出方法及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換して、前記第１主面の反対側の第２主面から前記光を出射し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくともいずれかに集光レンズ形状を有するシンチレータと、前記第２主面側に設けられ、前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換素子アレイと、を備えたことを特徴とするＸ線固体検出器が提供される。

本発明の別の一態様によれば、第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換して、前記第１主面の反対側の第２主面から前記光を出射するシンチレータと、前記第２主面側に設けられ、前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換素子アレイと、前記シンチレータと前記光電変換素子アレイとの間に設けられた低屈折率層と、前記低屈折率層と前記光電変換素子アレイとの間に設けられ、前記低屈折率層の屈折率より高い屈折率を有する複数の集光レンズを有するレンズアレイと、を備えたことを特徴とするＸ線固体検出器が提供される。

本発明の別の一態様によれば、第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有するシンチレータによって、第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくともいずれかにおいて前記光を集光し、前記第２主面側に設けられた光電光電変換素子アレイの所定の光電変換素子に前記光を入射させ、前記光電変換素子によって、前記光を電気信号に変換することを特徴とするＸ線固体検出方法が提供される。

本発明の別の一態様によれば、Ｘ線源と、前記Ｘ線源と対向して設けられた上記のいずれかのＸ線固体検出器と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置が提供される。

本発明によれば、クロストークを低減して解像度を高め、また変換効率を向上してノイズを低減した実用的なＸ線検出器、Ｘ線検出方法及びＸ線ＣＴ装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係るＸ線固体検出器１０は、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０とを備える。

シンチレータ２１０は、Ｘ線３１０を光３２０に変換する機能を有す。すなわち、シンチレータ２１０は、第１主面２２１と、第１主面２２１と反対側の第２主面２２２とを有し、第１主面２２１にＸ線３１０が入射する。そして、シンチレータ２１０は、Ｘ線３１０を光３２０に変換して、第２主面２２２からその光３２０を出射する。この際、光３２０は、入射するＸ線３１０の波長より長い波長を有する電磁波であり、例えば、紫外光、可視光及び赤外光の少なくとも一部を含む。

シンチレータ２１０は、Ｘ線変換部２２０とそれぞれのＸ線変換部２２０の間に設けられたセパレータ２３０を有している。Ｘ線変換部２２０には、例えば、ＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ）やＢＧＯ（Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２）、ＣＷＯ（ＣｄＷＯ_４）等の材料を使用できるが、これに限らず、Ｘ線３１０を光３２０に変換する材料であれば任意の材料を使用することができる。また、セパレータ２３０には、Ｘ線から変換された光を反射する例えば、白色の樹脂などを用いることができる。また、各Ｘ線変換部２２０のピッチは、例えば、０．５ｍｍ〜１２ｍｍ程度であり、また、セパレータ２３０の層厚は例えば数十から数百μｍとすることができる。但し、本発明は、これには限定されない。
なお、Ｘ線変換部２２０のそれぞれが、Ｘ線変換要素２２５のそれぞれとなる。

一方、光電変換素子アレイ１１０は、シンチレータ２１０の第２主面２２２側に設けられ、シンチレータ２１０の第２主面２２２から出射した光３２０を電気信号に変換する光電変換素子１１４を有している。光電変換素子１１４は、例えば、基板１１２の上に設けられている。
光電変換素子１１４としては、例えば、シリコンフォトダイオード等を使用することができるが、シンチレータ２１０で変換された光（紫外光、可視光、赤外光等）３２０を電気信号に変換できるものであれば任意のものを使用することができる。
そして、光電変換素子１１４のそれぞれは、Ｘ線変換要素２２５のそれぞれに対応した位置に設けられている。

そして、本実施形態に係るＸ線固体検出器１０では、第１主面２２１及び第２主面２２２の少なくともいずれかに、集光レンズ形状２５０を有している。
具体的には、図１に例示したＸ線固体検出器１０では、シンチレータ２１０のＸ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）の第２主面２２２に集光レンズ形状２５０が設けられている。

これにより、本実施形態に係るＸ線固体検出器１０は、光３２０を集光して第２主面２２２から出射し、対応する光電変換素子１１４に入射させることができる。すなわち、シンチレータ２１０のＸ線変換要素２２５のそれぞれから出射した光３２０を、それぞれのＸ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４に入射させ、対応しない、例えば隣接する光電変換素子１１４ａ、１１４ｂには、光３２０を入射させない。すなわち、クロストークが低減できる。
そして、Ｘ線変換部２２０で発生した光３２０を効率良く光電変換素子１１４に集光させることにより効率が向上してノイズを低減できる。

これにより、本実施形態に係るＸ線固体検出器１０によって、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減したＸ線検出器を提供することができる。

なお、上記の集光レンズ形状２５０は、例えば、断面凸状の、例えば、球状形状の他、楕円や双曲線球面等の非球面のレンズ形状、あるいはフレネルレンズ形状とすることができる。すなわち、第２主面２２２において、Ｘ線変換要素２２５のそれぞれの断面より実質的に小さい断面に光３２０を集光し、光電変換素子１１４の受光面のそれぞれに、集光された光３２０を入射することができれば良い。

なお、図１に例示したＸ線固体検出器１０において、シンチレータ２１０のＸ線変換部２２０には、例えば、屈折率が１．８〜２．５である材料が用いられており、集光レンズ形状２５０は、断面凸形状である。そして、シンチレータ２１０の第２主面２２２と光電変換素子アレイ１１０との間には、シンチレータ２１０（Ｘ線変換部２２０）の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率層１６０が設けられている。これにより、集光レンズ形状２５０によって、光３２０を、各光電変換素子１１４に向かって集光することができる。
なお、低屈折率層１６０には、例えば、屈折率が１である空気や、屈折率が例えば１．４程度である樹脂を用いることができる。この樹脂には例えばアクリル樹脂等を用いることができる。そして、低屈折率層１６０として、例えば、屈折率が１．４の樹脂接着剤を用いることにより、集光レンズ形状２５０で光３２０を集光することと同時に、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０とを接着、保持することができ、機械的強度や信頼性が向上し、また取り扱いが容易になる。

シンチレータ２１０（Ｘ線変換部２２０）の屈折率と低屈折率層１６０との屈折率の差、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との距離、シンチレータ２１０のＸ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）のピッチ、セパレータ２３０の層厚、及び、光電変換素子１１４のサイズ等によって、シンチレータ２１０の集光レンズ形状２５０の形状を適切に設定することができる。これにより、シンチレータ２１０の各Ｘ線変換要素２２５から出射した光３２０を、それぞれのＸ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４のみに入射させ、クロストークを実質的に発生しないようにできる。

なお、上記において、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間に、空気や樹脂などの低屈折率層１６０を設け、シンチレータ２１０の第２主面２２２側に断面凸形状の集光レンズ形状２５０を設けた構造を例示したが、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間に、シンチレータ２１０（Ｘ線変換部２２０）の屈折率より高い高屈折率層を設ける場合は、集光レンズ形状２５０を、断面凹形状とすることで、光３２０を光電変換素子１１４に向かって集光させることができる。

このように、シンチレータ２１０の第２主面２２２に設けられる集光レンズ形状２５０の形状は、シンチレータ２１０（Ｘ線変換部２２０）に用いる材料の屈折率と、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間に設けられる層の屈折率との関係に基づいて、光３２０が、各光電変換素子１１４に集光されるように、断面凸形状または断面凹形状に設定できる。

なお、集光レンズ形状２５０は、例えば、Ｘ線変換部２２０を機械的に研磨することによって得られる。また、例えば、各Ｘ線変換要素２２５に適当なマスクを設けた後、エッチングなどの化学的切削や、ブラストなどの機械的切削によっても設けることができる。但し、本発明はこれに限らず、シンチレータ２１０の第２主面２２２（後述するように、第２の主面と第１主面２２１の少なくともいずれか）に、集光レンズ形状が設けられれば良く、任意の方法を使用することができる。

なお、本願明細書において、シンチレータ２１０の屈折率は、シンチレータ２１０における光３２０の実質的な出射部となる、Ｘ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）の屈折率を指す。また、Ｘ線変換要素２２５は、Ｘ線３１０を光３２０に変換するそれぞれの要素（画素）を指し、Ｘ線変換部２２０は、Ｘ線変換要素２２５の集合体を指す。

（比較例）
図２は、比較例のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
なお、本願明細書及び図２以降の各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図２に表したように、比較例のＸ線固体検出器９０は、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０とを備える。そして、シンチレータ２１０のいずれの面（第１主面２２１、第２主面２２２）も平坦であり、集光レンズ形状２５０が設けられていない。
このため、図２に表したように、シンチレータ２１０のＸ線変換要素２２５から出射した光３２０は集光されず、Ｘ線変換要素２２５の各断面より広い領域に広がる散乱光３２５が生じている。そして、この散乱光３２５が、各Ｘ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４以外の、例えば隣接する光電変換素子１１４ａ、１１４ｂ等に入射してしまう。
そして、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間に、低屈折率層１６０（例えば空気や接着樹脂）がある場合、シンチレータ２１０と低屈折率層１６０との界面、及び、光電変換素子アレイ１１０と低屈折率層１６０との界面等で散乱光３２５が反射し、低屈折率層１６０の間を伝搬してさらに周辺の光電変換素子１１４に入射してしまい大きなクロストークを発生する。例えば、比較例のＸ線固体検出器９０では、数％のクロストークが発生する。

このように、比較例のＸ線固体検出器９０では、クロストークが発生し、解像度が低い。また、Ｘ線変換部２２０で変換された光３２０は、光電変換素子１１４以外の部分にも伝搬するため、効率が低くノイズが大きい。

これに対し、図１に例示した本実施形態に係るＸ線固体検出器１０では、第２主面２２２に集光レンズ形状２５０を有していることにより、シンチレータ２１０の各Ｘ線変換要素２２５から出射した光３２０を、実質的に、各Ｘ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４のみに入射させ、そして、Ｘ線変換部２２０で発生した光３２０を効率良く光電変換素子１１４に集光させることにより効率が向上してノイズを低減できる。

これにより、本実施形態に係るＸ線固体検出器１０によって、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減したＸ線検出器を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図３に表したように、本発明の第２の実施形態に係るＸ線固体検出器２０では、シンチレータ２１０の第１主面２２１に、反射層２４０が設けられている。この反射層２４０以外は、図１に例示したＸ線固体検出器１０と同様とすることができるので説明を省略する。

反射層２４０には、例えば、ＴｉＯ_２、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等を用いることができる。但し、本発明はこれには制限されず、シンチレータ２１０の第１主面２２１に入射するＸ線３１０を実質的に透過し、Ｘ線変換部２２０でＸ線３１０を変換して生成する光３２０を反射するものであれば任意の材料を設けることができる。

図３に表したように、Ｘ線変換部２２０によって発生した光３２０には、第２主面２２２に向かって進行する光３２２と、第１主面２２１に向かって進行する光３２１とがある。この時、本実施形態に係るＸ線固体検出器３０のように、第１主面２２１に反射層２４０を設けることによって、第１主面２２１に向かって進行した光３２１を反射し、第２主面２２２に向かって進行する光３２３とすることができ、Ｘ線３１０から変換した光３２０を効率良く第２主面２２２から出射させることができる、結果として、変換効率が向上し、高効率でノイズが低減する。

このように、本実施形態に係るＸ線固体検出器２０によって、クロストークを低減して解像度を高め、また変換効率を向上してノイズを低減したＸ線検出器が得られる。

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図４に表したように、本発明の第３の実施形態に係るＸ線固体検出器３０では、シンチレータ２１０の第１主面２２１に反射層２４０が設けられ、さらに、第１主面２２１に集光レンズ形状２５１が設けられている。この集光レンズ形状２５１以外は、図３に例示したＸ線固体検出器２０と同様とすることができるので説明を省略する。

反射層２４０には、図３に例示したＸ線固体検出器２０と同様の各種の材料を用いることができる。
そして、第１主面２２１に設けられた集光レンズ形状２５１は断面凸形状とすることができる。

図４に表したように、Ｘ線変換部２２０によって発生した光３２０には、第２主面２２２に向かって進行する光３２２と、第１主面２２１に向かって進行する光３２１とがある。この時、本実施形態に係るＸ線固体検出器３０のように、第１主面２２１に反射層２４０を設けることによって、第１主面２２１に向かって進行した光３２１を反射し、第２主面２２２に向かって進行する光３２３とすることができる。そして、さらに、第１主面２２１に設けられた集光レンズ形状２５１によって、反射した光３２３は集光され、光電変換素子１１４に効率良く入射させることができる。結果として、変換効率が向上し、高効率でノイズが低減する。

このように、本実施形態に係るＸ線固体検出器３０によって、変換効率を向上してノイズを低減し、また、クロストークを低減して解像度を高めたＸ線検出器が得られる。

なお、上記の集光レンズ形状２５１は、例えば、断面凸状の、例えば、球状形状の他、楕円や双曲線球面等の非球面のレンズ形状、あるいはフレネルレンズ形状とすることができる。すなわち、第２主面２２２において、Ｘ線変換要素２２５の断面より小さい断面に実質的に光３２０を集光し、光電変換素子１１４の受光面のそれぞれに、集光された光３２０を入射することができれば良い。

また、シンチレータ２１０の厚さ（第１主面２２１と第２主面２２との距離）、シンチレータ２１０（Ｘ線変換部２２０）の屈折率と低屈折率層１６０との屈折率の差、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との距離、シンチレータ２１０のＸ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）のピッチ、セパレータ２３０の層厚、及び、光電変換素子１１４のサイズ等によって、シンチレータ２１０の第１主面２２１の集光レンズ形状２５１の形状を適切に設定することができる。これにより、シンチレータ２１０の第１主面２２１で反射した光３２３を、それぞれのＸ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４のみに入射させ、クロストークを実質的に発生にしないようにできる。

（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図５に表したように、本発明の第４の実施形態に係るＸ線固体検出器４０では、シンチレータ２１０の第２主面２２２に集光レンズ形状２５０が設けられ、そして、シンチレータ２１０の第１主面２２１に反射層２４０が設けられ、さらに、第１主面２２１に集光レンズ形状２５１が設けられている。

第２主面２２２に設けられた集光レンズ形状２５０は、図１に例示したＸ線固体検出器１０と同様に、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減することができる。

そして、第１主面２２１に設けられた反射層２４０及び集光レンズ形状２５１は、図４に例示したＸ線固体検出器３０と同様に、変換効率を向上してノイズを低減し、また、クロストークを低減して解像度を高めることができる。

このように、第２主面２２２及び第１主面２２１の両方に集光レンズ形状２５０、２５１を設け、さらに第１主面２２１に反射層２４０を設けた、本実施形態に係るＸ線固体検出器４０によっても、クロストークを低減して解像度を高め、また変換効率を向上してノイズを低減することができる。

なお、上記の第１主面２２１の集光レンズ形状２５１、及び、第２主面２２２の集光レンズ形状２５０は、両者の集光性を考慮して設定でき、これにより、シンチレータ２１０で発生した光３２０や、シンチレータの第１主面２２１で反射した光３２３を、それぞれのＸ線変換要素２２５に対応した光電変換素子１１４のみに入射させ、クロストークを実質的に発生にしないようにできる。

図６は、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図６に表したように、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器４１では、図５に例示したＸ線固体検出器４０に加え、光電変換素子１１４の間に光３２０を吸収する吸収層１１８が設けられている。
この吸収層１１８には、例えば、カーボン粒子や着色顔料粒子を、例えばアクリル系やポリイミド樹脂に含有させた光吸収材料を用いることができる。
これにより、光電変換素子１１４から外れた僅かな光を吸収し、例えば隣接する光電変換素子１１４ａ、１１４ｂに入射させないようにすることができる。
これにより、Ｘ線固体検出器４１は、クロストークをさらに低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減することができる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図７に表したように、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器４２では、図５に例示したＸ線固体検出器４０に加え、シンチレータ２１０の第２主面２２２の、各Ｘ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）のそれぞれの間に対応する位置に、光３２０を吸収する吸収層２２８が設けられている。
これにより、光電変換素子１１４から外れた僅かな光を吸収し、例えば隣接する光電変換素子１１４ａ、１１４ｂに入射させないようにすることができる。
これにより、Ｘ線固体検出器４２は、クロストークをさらに低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減することができる。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図８に表したように、本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器４３では、図５に例示したＸ線固体検出器４０に加え、シンチレータ２１０の第１主面２２１の、各Ｘ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）のそれぞれの間に対応する位置に、光３２０を吸収する吸収層２１８が設けられている。
これにより、光電変換素子１１４から外れた僅かな光を吸収し、例えば隣接する光電変換素子１１４ａ、１１４ｂに入射させないようにすることができる。
これにより、Ｘ線固体検出器４３は、クロストークをさらに低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減することができる。

なお、上記の吸収層１１８、２１８、２２８を同時に設けても良い。すなわち、吸収層は、シンチレータ２１０の第１主面２２１側、シンチレータ２１０の第２主面２２２側、及び、光電変換素子１１４の第２主面２２２側、の少なくともいずれかの、光電変換素子１１４の各画素の間に対応する位置に設けることができる。

（第５の実施の形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図９に表したように、本発明の第５の実施形態に係るＸ線固体検出器５０は、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０とを備えている。なお、シンチレータ２１０の第１主面２２１及び第２主面には、集光レンズ形状は設けられていない。
そして、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間には、第２低屈折率層１７０が設けられている。
そして、第２低屈折率層１７０と光電変換素子アレイ１１０との間には、第２低屈折率層１７０の屈折率より高い屈折率を有する複数の集光レンズ１８１を有するレンズアレイ１８０が設けられている。

第２低屈折率層１７０としては、例えば、屈折率が１．４のアクリル系接着剤を用いることができる。但し、本発明は、これに限らず、レンズアレイ１８０の屈折率より小さい各種の材料を用いることができ、また、第２屈折率層１７０として、空気を用いることもできる。
また、レンズアレイ１８０としては、屈折率が１．５３のアクリル系樹脂を用いることができる。但し、本発明は、これには限らず、第２低屈折率層１７０の屈折率より高い屈折率を有する各種の材料を用いることができる。

そして、レンズアレイ１８０は、樹脂に限らずガラスなどの無機材料によっても形成できる。但し、レンズアレイ１８０に樹脂を用い、型押し法、高温溶融法、光硬化樹脂法等によって、所定のレンズ形状に加工する方法を用いることで、簡便にレンズアレイ１８０を形成できるので有利である。
さらに、レンズアレイ１８０は、光電変換素子アレイ１１０とは別に製作して、光電変換素子アレイ１１０の上に貼合しても良いし、光電変換素子アレイ１１０の上に直接形成しても良い。この場合、各光電変換素子１１４の間に設ける上記の吸収層１１８と類似のプロセスを採用することで、製造が簡便になりさらに有利である。

このように、図９に例示したＸ線固体検出器５０において、レンズアレイ１８０は、簡便に形成でき、また、光電変換素子アレイ１１０と簡便に組み合わせることができ、シンチレータの製造にも影響を与えない。そして、集光レンズ１８１により、光３２０を効率的に光電変換素子１１４に集光でき、そして、そのための集光レンズ１８１の形状も任意に制御することができる。

このように、本実施形態に係るＸ線固体検出器５０により、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減し、製造し易いＸ線固体検出器が提供できる。

なお、図９に例示したＸ線固体検出器５０では、集光レンズ１８１の形状は、第２主面２２２に向かって断面凸形状（平凸レンズ形状）であるが、これに限らず、凸レンズを分解した構造のフレネルレンズ形状でも良い。

（第６の実施の形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。
図１０に表したように、本発明の第６の実施形態に係るＸ線固体検出器６０は、図６に例示したＸ線固体検出器４１に対して、シンチレータ２１０と光電変換素子アレイ１１０との間に、レンズアレイ１８０がさらに設けられている。

この場合、図６に例示した低屈折率層１６０が第２低屈折率層１７０となっている。そして、レンズアレイ１８０の複数の集光レンズ１８１は、第２低屈折率層１７０（低屈折率層１６０）の屈折率より高い屈折率を有する。

これにより、シンチレータ２１０の第２主面２２２の集光レンズ形状２５０、第１主面２２１の集光レンズ形状２５１、第１主面２２１の反射層２４０、及び、光電変換素子１１４のそれぞれの間の吸収層１１８に加え、レンズアレイ１８０の集光レンズ１８１によって、光３２０を集光して効率的に所定の光電変換素子１１４に集光して入射することができる。

このように、本実施形態に係るＸ線固体検出器６０によって、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減し、製造し易いＸ線固体検出器が提供できる。

（第７の実施の形態）
図１１は、本発明の第７の実施形態に係るＸ線固体検出方法を例示するフローチャート図である。
図１１に表したように、本発明の第７の実施形態に係るＸ線固体検出方法では、まず、シンチレータ２１０によって、Ｘ線３１０から光３２０を発生する（ステップＳ１１０）。この時、用いるシンチレータ２１０は、第１主面２２１と第２主面２２２とを有しており、Ｘ線３１０は、例えば、第１主面２２１から入射する。
そして、第１主面２２１及び第２主面２２の少なくともいずれかで、光３２０を集光して光電変換素子１１４に入射させる（ステップＳ１２０）。すなわち、シンチレータ２１０の第１主面２２１及び第２主面２２の少なくともいずれかに設けられた集光レンズ形状２５０、２５１によって、光３２０を集光して、第２主面２２２から出射し、第２主面２２２側に設けられた光電変換素子アレイ１１０の所定の光電変換素子１１４に入射する。すなわち、シンチレータ２１０のＸ線変換要素２２５のそれぞれに対応した光電変換素子１１４に、Ｘ線変換要素２２５のそれぞれから出射する光３２０を入射させる。
そして、光電変換素子１１４によって光３２０を電気信号に変換する（ステップＳ１３０）。
これにより、光３２０を所定の光電変換素子１１４に効率良く入射させることができ、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減し、製造し易いＸ線固体検出方法が提供できる。

本実施形態に係るＸ線固体検出器を用いてＸ線ＣＴ装置を構成することができる。
（第８の実施の形態）
図１２は、本発明の第８の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図１２（ａ）は、本発明の第８の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を例示する模式断面図、図１２（ｂ）は、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線固体検出部５１０を例示する模式図、図１２（ｃ）は、Ｘ線固体検出部５１０のＸ線固体検出器１０を例示する模式図である。

図１２（ａ）に表したように、本発明の第８の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置５００は、Ｘ線管（Ｘ線源）５２０と、Ｘ線管５２０と対向して設けられ、Ｘ線管５２０から出射されたファン状Ｘ線ビーム５３０が入射されるＸ線固体検出器１０が複数設けられたＸ線固体検出器１０（Ｘ線固体検出部５１０）と、を備えている。
そして、Ｘ線管５２０とＸ線固体検出器１０（Ｘ線固体検出部５１０）とは、図示しない架台の上の被検体５４０を中心として回転し得るように構成される。これにより、Ｘ線ＣＴ装置５００は、被検体５４０のＸ線断層像を得る。
なお、図１２（ａ）、（ｂ）に例示したように、Ｘ線固体検出部５１０は、略円弧状に複数配列したＸ線固体検出器１０を有している。そして、Ｘ線固体検出器１０（Ｘ線固体検出部５１０）の第１主面２２１側には、コリメータ５５０が設けられている。
また、図１２（ｃ）に例示したように、Ｘ線固体検出器１０は、Ｘ線変換部２２０（Ｘ線変換要素２２５）が複数配列したシンチレータ２１０と、光電変換素子１１４が複数配列した光電変換素子アレイ１１０とを有す。

図１２に例示したＸ線ＣＴ装置５００では、本発明の実施形態に係るＸ線固体検出器１０を用いているので、クロストークを低減して解像度を高め、また効率を向上してノイズを低減したＸ線ＣＴ像が得られる。

なお、図１２では、Ｘ線固体検出器として、図１に例示したＸ線固体検出器１０を用いているが、これに限らず、上記の本発明の実施形態に係るＸ線固体検出器２０、３０、４０、４１、４２、４３、５０、６０、及びそれらを変形した各種のＸ線固体検出器が使用できる。

なお、本発明のＸ線固体検出器、Ｘ線固体検出方法、Ｘ線ＣＴ装置は、人体や動植物の断層像だけではなく、物品の内部の透視などのセキュリティ用や、各種の検査用の装置としても応用できる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、Ｘ線固体検出器、Ｘ線固体検出方法及びＸ線ＣＴ装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したＸ線固体検出器、Ｘ線固体検出方法及びＸ線ＣＴ装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのＸ線固体検出器、Ｘ線固体検出方法及びＸ線ＣＴ装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 比較例のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第４の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る別のＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第５の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第６の実施形態に係るＸ線固体検出器の構造を例示する断面模式図である。 本発明の第７の実施形態に係るＸ線固体検出方法を例示するフローチャート図である。 本発明の第８の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を例示する模式図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、４１、４２、４３、５０、６０、９０ Ｘ線固体検出器
１１０ 光電変換素子アレイ
１１２ 基板
１１４、１１４ａ、１１４ｂ 光電変換素子
１１８、２１８、２２８ 吸収層
１６０ 低屈折率層
１７０ 第２低屈折率層
１８０ レンズアレイ
１８１ 集光レンズ
２１０ シンチレータ
２２０ Ｘ線変換部
２２１ 第１主面
２２２ 第２主面
２２５ Ｘ線変換要素
２３０ セパレータ
２４０ 反射層
２５０、２５１ 集光レンズ形状
３１０ Ｘ線
３２０、３２１、３２２、３２３ 光
３２５ 散乱光
５００ Ｘ線ＣＴ装置
５１０ Ｘ線固体検出部
５２０ Ｘ線管（Ｘ線源）
５３０ Ｘ線ビーム
５４０ 被検体
５５０ コリメータ

Claims (9)

1. 第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換して、前記第１主面の反対側の第２主面から前記光を出射し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくともいずれかに集光レンズ形状を有するシンチレータと、
   前記第２主面側に設けられ、前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換素子アレイと、
   を備えたことを特徴とするＸ線固体検出器。
2. 前記集光レンズ形状は、断面凸形状であることを特徴とする請求項１記載のＸ線固体検出器。
3. 前記シンチレータの前記第２主面と前記光電変換素子アレイとの間に設けられ、前記シンチレータの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線固体検出器。
4. 前記低屈折率層と前記光電変換素子アレイとの間に設けられ、前記低屈折率層の屈折率より高い屈折率を有する複数の集光レンズを有するレンズアレイをさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のＸ線固体検出器。
5. 第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換して、前記第１主面の反対側の第２主面から前記光を出射するシンチレータと、
   前記第２主面側に設けられ、前記光を電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換素子アレイと、
   前記シンチレータと前記光電変換素子アレイとの間に設けられた低屈折率層と、
   前記低屈折率層と前記光電変換素子アレイとの間に設けられ、前記低屈折率層の屈折率より高い屈折率を有する複数の集光レンズを有するレンズアレイと、
   を備えたことを特徴とするＸ線固体検出器。
6. 前記シンチレータは、前記第１主面に、前記光を反射する反射層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のＸ線固体検出器。
7. 前記シンチレータの前記第１主面側、前記シンチレータの前記第２主面側及び前記光電変換素子アレイの前記第２主面側、の少なくともいずれかの、前記光電変換素子のそれぞれの間隙に対応する位置に設けられた光吸収層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のＸ線固体検出器。
8. 第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、を有するシンチレータによって、第１主面から入射したＸ線をそれよりも波長の長い光に変換し、
   前記第１主面及び前記第２主面の少なくともいずれかにおいて前記光を集光し、前記第２主面側に設けられた光電光電変換素子アレイの所定の光電変換素子に前記光を入射させ、
   前記光電変換素子によって、前記光を電気信号に変換する
   ことを特徴とするＸ線固体検出方法。
9. Ｘ線源と、
   前記Ｘ線源と対向して設けられた請求項１〜７のいずれか１つに記載のＸ線固体検出器と、
   を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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