JP5623281B2 - 撮像装置用シンチレータ、シンチレータモジュール、該シンチレータ付き撮像装置およびシンチレータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置用シンチレータ、シンチレータモジュール、そのようなシンチレータ付き撮像装置およびシンチレータ製造方法に関する。

放射線透視撮像装置（放射線透視撮像器としても知られる）は、一般に被写体を放射線透視したりまたは放射線源の画像を生成するのに用いられる。従って、それらは非破壊試験において、被写体または放射線源の放射線透視および断層撮影法、ガンマ線透視撮影法、中性子線透視撮影法かつ、Ｘ線、ベータ線、ガンマ線、光子、中性子等の電離放射線を用いたあらゆる撮像手法に用途を見いだしている、これらの装置は、医療分野から天文学、さらに安全輸送のためのパッケージ検査にまで及ぶ多数の要求に対処することができる。

以下、放射線（あるいは線）なる用語は、撮像に用いることのできる全ての電離放射線、すなわちＸ線、ベータ線、ガンマ線、陽子線、中性子線等を指すのに用いられる。同様に、放射線透視撮像なる表現は当該放射線の種別に関係なく用いるものとする。

概して、被写体の放射線透視撮影法は被写体を放射線源と放射線透視撮像器との間に配置することで行われる。放射線源の撮像については、線源と放射線透視撮像器との間にコリメータを配置することで行われる。コリメータは単純に小孔とすることができ、線源の画像はそこで撮像器上に形成されるが、このコリメータはより複雑化でき（例えば、複数孔コード化開口、スロット等の場合または半影撮像の場合）、得られた画像のデジタル処理が線源の画像の再構成に必要となることがある。

様々な角度での線源（または被写体）の放射線透視画像の取得により、様々な図により提供されるデータのデジタル融合（これは断層撮影法と呼ばれる）により線源（または被写体）の三次元再構成が可能となる。これは、例えば単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）が該当する。

放射線透視撮像は、Ｘ線の発見以来かなり発展してきた。当初、放射線透視フィルムには強化スクリーンが結合されており、その機能は放射線を光に変えてフィルムによるその記録に役立てるものであった。フィルムは感光電子センサ（ＣＣＤ（電荷結合素子）やフォトダイオード等）により次第に置き換えられてきており、強化スクリーンはシンチレータにより置き換えられてきた。シンチレータと電子センサとの間の光学的結合は、適切であれば画像サイズの低減および／もしくは光の増幅を伴ってレンズまたは光ファイバにより一般に行われる。

例えば、米国特許第６，０３１，８９２号明細書および米国特許第６，２８５，７３９号明細書には、シンチレータ結晶とＣＣＤセンサと結合光学系とを用いる装置が記載されている。

この型の放射線透視撮像装置では、画像の品質は主にシンチレータと結合光学系と画像センサとの組み合わせの感度ならびに空間分解能および信号を生成する光子束のレベルとに依存する。電離放射線は、電子画像センサにより検出される光の形でそれを放出するシンチレータ内にエネルギを蓄積する。したがって画像中のノイズのレベル（したがって信号対ノイズ比）は、主にシンチレータの密度、それを生ずる（当該電離放射線の種別とエネルギに対し）材料の有効断面、放射線により材料内に蓄積される単位線量ごとのシンチレータにより照射される光量子の数（発光効率）、シンチレータのそれ自体の光放射線に対する透過性、シンチレータとセンサとの間の光学的結合およびセンサ自体の性能との関数となる。

それに関する限り、空間分解能はシンチレータの厚さに直結する。シンチレータ内の信号の空間的拡散は、その中における入射光線のエネルギ蓄積の拡がり（シンチレータと放射線との相互作用により生み出される電子と二次光子の散乱現象）を反映する。シンチレータが厚いほど、エネルギ蓄積の拡がりは大きくなる。シンチレータの厚さの増大は画像の感度と信号対ノイズ比を増大させ、同時に空間分解能を劣化させる。したがって、高感度でかつ高分解能、その両方の装置を作成することは困難である。十分な割合の入射線を捕捉して良好な検出量子効率（ＤＱＥ）を達成するにはシンチレータの厚さを増大させる必要があるため、難しさは浸透性の高い放射線ほど増大する。

シンチレータは２つの主要系列に分類することができる。すなわち、オーガニックまたはプラスチックシンチレータ（例えば、蛍光体スクリーン）と、シンチレータ結晶、すなわちＣｓＩ、ＮａＩ、ゲルマウム酸ビスマス（通常ＢＧＯと呼ばれる）、ルテシウム珪酸塩（ＬＳＯ、ＬＹＳＯ）等である。

殆どの場合、その密度および放射線との相互作用の有効断面がより大きいため、シンチレータ結晶はオーガニックシンチレータに勝る利点を有する。所与の検出効率を達成するのに用いなければならない厚さは、このことと改善された空間分解能とにより著しく減少する。さらに、一部の結晶は放射線透過撮像に非常に有益な特性を有する。すなわち、高速で反復性のある記録を可能にする極めて短い光照射や、光学的結合における損失を許容する極めて高い発光効率である。良好に機能する結晶が、例えば仏国特許出願公開第２８７４０２１号明細書および欧州特許出願公開第１７５４９８１号明細書に記載されている。

現在、ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ等の非常に優れた性能（高密度で高発光効率）を示すこれらの結晶の製造技術は、常用用途に対しプレートを十分な寸法（一般的要件は３００×３００ｍ^２、またはさらに４００×４００ｍｍ^２）で製造することを可能にしていない。例えば、ＬＹＳＯやＢＧＯは、現在では均一な発光効率を有し、かつそれぞれ最大約６０×６０ｍｍ^２と８０×１６０ｍｍ^２（でかつ厚さが３０ｍｍ、またはさらに４０ｍｍ）の寸法まで重大な欠陥を有さないプレートにて入手することができる。

大型フォーマット（１００×１００ｍｍ^２超）のシンチレータを製造するのに、それぞれ２００×２００ｍｍ^２と４００×４００ｍｍ^２の典型的寸法を有して得られるＣｓＩまたはＮａＩからなる結晶を使用することが可能である。しかしながら、これらの寸法を有するＣｓＩおよびＮａＩからなる結晶には多数の欠点が残存しており、これらの結晶は多かれ少なかれ吸湿性である。さらに、撮像装置の性能は前記した理由からＣｓＩまたはＮａＩからなる結晶を用いた方がより高密度の結晶（ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ等）を用いるより質が劣る。

米国特許第７，０５７，１８７号明細書および仏国特許出願公開第２６２５３３２号明細書には、１から１００ｋｅＶのエネルギを有するＸ線用ＣＣＤセンサに光学的に結合したシンチレータ結晶（好ましくは、ＣｓＩからなる）を用いる放射線透視撮像システムが記載されている。結晶の厚みは、それぞれ５０μｍと１ｍｍである。シンチレータの厚さは、良好な空間分解能を維持すべく、感度を損失するまでに制限されてきた。このことは、劣化品質の放射線透視画像、十分な検出統計値を得るのに必要な露光時間の増加および線源のパワーの増大に通ずる。これは、例えば患者が受容する線量を厳密に必要量に減らさなければならない医療用途の場合、有害となり得る。作動状態とすべきシステムにとって非可動時間は決定的であるため、このことはパッケージ検査にとっても不利益を意味することになる。

刊行物Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘ−ｒａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １４（２００６年ｐｐ１６１−１７５）に掲載されたＳａｍａｎｔらによる「Ａ ｈｉｇｈ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｖｉｄｅｏ ｂａｓｅｄ ｐｏｒｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ」には、写真レンズによりＣＣＤに結合された厚さ１２ｍｍで面積が１７０×１７０ｍｍ^２のＣｓＩシンチレータの一例がある。本装置は、入手可能なシンチレータの寸法により制限される。さらに、材料塊内に全く欠陥を有さない大型のシンチレータ結晶を製造することは困難である。引用例では、結晶はシンチレータ塊内に不規則に分布するおおよそ２０から３０個の欠陥（気泡）を有している。これらの欠陥はシンチレータが生成した光を散乱させ、最終画像内に（望ましくない）強度ピークを誘発する。しかしながら、小型および／または薄いシンチレータを製作するため、結晶を欠陥とは無縁の箇所で選択して切断することが可能である。

大型フォーマットのシンチレータを製造するための他の知られている解決策は、良好な空間分解能が得られ、同時に高エネルギ放射線透視撮像装置における十分な感度の維持を可能にするセグメント化手法を使用することである。この手法は、ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ、ＢａＦ_２等の型のシンチレータに日常的に適用されている。

この手法を用いることで、放射線を受け入れるシンチレータの面は小エレメント５０に分割され（図９参照）、それらは光学的に分離され、したがってそれぞれがその中で発生した光（概ね可視範囲内の光子）を伝送する。したがって各エレメントは導光ガイドを形成し、エレメントは機械的に組み付けられてシンチレータ５２（図８）を形成する。

実際には、小エレメント５０はそのそれぞれにおいて生成光が隣接エレメント内に到達しないよう不透明壁により仕切られる。光は、シンチレータエレメントの側面５６の処理によりシンチレータの出射面５４（同様の他のエレメントに隣接する面、図９参照）に向け案内することができる。この処理は、一般に鏡面反射（さらにまたセグメントの側面の研磨を伴う）を生じて発光効率を最適化するよう適合される。光ピックアップは多くの場合シンチレータに接しており、大きな開口数に対し光学的結合が行われる（例えば、シンチレータを光ファイバのブロックまたは光子増倍器に結合する場合）。しかしながら、より小さな開口数に対する光学的結合の場合（ＣＣＤおよび写真レンズを用いるシステムの場合）、セグメントの側面からの散乱を助長し、セグメントの軸方向に発光効率を増大させることがより相応しい（かつよりコストが少ない）（例えば、ＱｕｉｌｌｉｎおよびＡｅｄｙによる論文、「Ａ ｐｉｘｅｌａｔｅｄ ＢＧＯ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ ａｒｒａｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｆｌａｓｈ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ」、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ、ＩＥＥＥ、２００４年、第２巻、ｐｐ７９４−７９７を参照されたい）。

背面５８（光ピックアップの反対側）はそれに関する限り、光を反射して検出器に向け案内される光束を増大させるようしばしば処理（これは金属蒸着または単純な白色塗装とすることができる）される。

一部事例では、シンチレータエレメント５０間に側壁６０を追加し（図１０参照）、二次粒子（例えば、電子や光子）の散乱を低減している。これらの壁は、一般に金属（アルミニウム、鋼、タングステン）で構成される。

米国特許第３，３４４，２７６号明細書、英国特許第２１６７２７９号明細書、英国特許第２０３４，１４８号明細書、米国特許第５，７７３，８２９号明細書、米国特許第５，３２９，１２４号明細書、米国特許第６，３４４，６４９号明細書、米国特許出願公開第２００５／０１０４０００号明細書、米国特許第７，２３８，９４５号明細書には、この原理に従って構成されたセグメント化シンチレータが記載されている。

セグメント化シンチレータ放射線透視撮像器の主な欠点はそのコストであり、なぜならそれらは極めて多数のエレメントの面倒な切断と組立を必要とするからであり、画素サイズを必要な空間分解能に近づけなければならないからである。さらに、１つのセグメントと別のものとで感度が極端に変化しない完璧に正規の組立体を入手することは困難である。これらの欠陥の矯正には多少複雑性のある後続デジタル画像処理の使用が伴い、そのことが最終画像の品質（信号対ノイズ比および有効分解能）のさらなる劣化を誘発する。

最後に、シンチレータとセンサとの間の光学的結合を最適化するための異なる構造が提案されており、考えはシンチレータから入来する光の散乱の一部を制限し、それを検出器に向け案内するものである。米国特許第６，８８１，９６０号明細書および米国特許第７，１１２，７９７号明細書は、その厚さの一部に準セグメント化一体型シンチレータを用いた解決策を提案している。米国特許第５，７５３，９１８号明細書には、反射または散乱光学処理を用いる湾曲シンチレータエレメントが記載されている。米国特許第６，７３７，１０３号明細書は、シンチレータ内で生じた光を案内する光学マイクロレンズのマトリクスを追加することを提案している。これらの解決策はシンチレータのコストを増大させ、大型フォーマットの結晶型シンチレータの問題を解決してはいない。さらに、セグメント化シンチレータにおいてのように、この構造化は放射線透視画像では問題となる欠点に通ずる。

本発明の目的は、大型のシンチレータモジュールに基づく放射線透視撮像装置を提案することにある。

特にこの目的に合わせ、入射放射線に応じて光子を照射することのできる第１の材料からなる（第１の）プレートを備える撮像装置用シンチレータであって、シンチレータが入射放射線に応じて光子を照射することのできる第２の材料からなる少なくとも１つのブロック（恐らく第２のプレートの形態で製造される）を備え、プレートとブロックが照射する光子の（接続手段のレベルで受光されたものの中の）一部または全部を吸収する接続手段により、プレートとブロックとをプレートの端面により組み付けたことを特徴とするシンチレータが提案される。

ここで考察する光子は光量子であり、そのスペクトルは概ね可視スペクトルの範囲内でシンチレータ材料が再照射する光の波長範囲に対応する。

したがってシンチレータモジュールは、少なくとも１枚のプレートで構成されるシンチレーティング結晶のプレートまたはブロックの組立体で形成される。提案される解決策により、ほぼ欠陥とは無縁のシンチレーティング結晶の製造寸法に対する限界よりも大きなフォーマットを有する放射線透視撮像装置の製造が可能になる。それはさらに、セグメント化検出器の手法に対しより廉価な代替手段を可能にするものであり、適切であれば、同時に大阻止能と良好な空間分解能を有する放射線透視撮像システムを可能にする。

当然、プレート（複数可）は常にプレートの他の２つの一般的寸法よりも小さな比較的小寸法（プレートの厚さ）を有する。実際には、厚さは概ね他の２つの寸法の小さい方の半分未満（したがって他の２つの寸法のそれぞれの半分未満）である。また、当然、各プレートの端面は厚さ方向、すなわちプレートの２つの大きな面に垂直な軸に沿うプレートの面に合致する（光学的面）。

プレートまたはブロックは、概ね平行六面体形状をなすが、異なる形状（例えば、六角形ブロック）を用いることもできる。若干の湾曲を有するプレートまたはブロックを組み立てることで、湾曲した（例えば、円筒状の）シンチレータを製造することも可能である。

当該光子（すなわち、シンチレータ材料から再照射される光）のための吸収剤である組立（または接続）手段の使用が、組立体からなる装置により生じ接合部平面の存在に関連する画像に対するあらゆる有害な帰結を阻止する。シンチレータにより照射される光量子に対する吸収係数は、実際は接続部の厚さすなわち組み付けられたプレートの端面にほぼ垂直な方向において、少なくとも５０％である。

接続手段は、前記接続部の厚さに対し少なくとも９０％の吸収係数までも有し、接合平面での光の散乱を極めて大幅に低減できるようにする。

概して、吸収百分率は、例えば下記に説明する接続手段の組成を選択することで、接合部の位置で所要の信号レベルを生成するような形式で当該用途に応じて適合させることができる。特に、全体としてシンチレータが生成する平均の信号に近い接合部のレベルでの信号レベルを獲得することが可能である。

実際には、第２の材料は概ね第１の材料と同一であるが、一部の用途では２つの異なる材料を用いることが可能である。

考えることのできる一実施形態では、第１の材料はその光再照射特性が既に説明したように有益である結晶である。この場合、それは５ｇ／ｃｍ^３を上回る密度を有する材料とすることができる。このような結晶は大きな阻止能を有し、したがってここで考察する用途において、有益な結果をもたらす。あるいは、これらはオーガニックまたはプラスチックのシンチレータ材料とし得る。

提案され後述する実施形態では、接続手段は可視スペクトルの少なくとも一部で吸収性のある接着剤を含む。この吸収性接着剤は、例えばコロイド状炭素粉末等の着色添加剤を含む。

本発明はまた、直前に言及したシンチレータと、（第１の）プレートの２つの大きな面の一方（好ましくは入射面）にほぼ平行で、（第１の）プレートのその面と少なくともブロックの面とに組み付けられた（比較的剛性のある）構造部材とを備えるシンチレータモジュールも提案する。実用的な用途向けに十分剛性のあるモジュールが、こうして得られる。

本発明はまた、前記に言及したシンチレータまたは直前に言及したシンチレータモジュールと、シンチレータを位置決めして補強する形式でシンチレータ（または適切であれば、前記に言及したシンチレータモジュール）周りの構造フレームとを備えるシンチレータモジュールも提案する。したがってフレームは、機械的なインタフェースとして機能する。

したがって本発明は、前述のシンチレータと画像センサとシンチレータをセンサに結合する光学的手段とを備える撮像装置を提案する。この装置では、（第１の）プレートおよびブロック（第２のプレートの形として適用可能な場合）はセンサに対し意図する画像（複数の画素からなる）を形成するようそれぞれ適合させる。

例えば、プレートとこのプレートの平面内に配向（すなわちプレートの大きな方の２つの面に平行、すなわちプレートの厚さ方向に垂直）したブロックの寸法は、シンチレータの平面内の撮像装置の空間分解能の１０倍を上回り、すなわち各プレートまたはブロックがセンサに対し各寸法において１０画素超を含む画像を形成する。実際は、各プレートまたはブロックはしばしば各寸法においてセンサの５０画素超に対応してさえいる。

したがって光学的手段は、（第１の）プレートの平面にほぼ垂直な方向に照射された光子を収集することができる。

シンチレータとセンサとの間の光学的結合は、小さな被写体開口数、すなわち概ね指向半値角２０度未満の開口を有して作成することができる。被写体開口数は、指向半値角５度未満にさえし得る。

本発明は最後に、下記の工程を含むことを特徴とするシンチレータ製造方法を提案する：
入射放射線に応じて光子を照射することのできる第１の材料からなる（第１の）プレートと、入射放射線に応じて光子を照射することのできる第２の材料からなるブロック（恐らくは第２のプレートの形で製造）を形成する工程と、
（第１の）プレートとブロック（すなわち、適切であれば第２のプレート）とを、吸収性のある接続手段の介挿を有して（第１の）プレートの端面により組み付ける工程とである。

接続手段は圧縮可能とすることもでき、方法は（第１の）プレートの平面に平行な方向に加圧する工程を含む。

既に触れたように、プレートの大きな方の２つの面の一方にほぼ平行に、プレートのその面とブロックの一方の面とを用いて構造エレメントを組み付ける工程を、さらに考えることができる。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して与えられる下記の説明に照らし明白となる。

本発明の放射線透視撮像装置の理論図である。 剛性のあるフレームを用いて図１から装置について考え得る一実施形態を示す。 図１から装置の薄いシンチレータモジュールについて考え得る一実施形態を示す。 図１から装置の光学的部分の必須エレメントを示す。 異なる指数を有する２つのシンチレータの比較である。 図１からの装置の概略線図である。 図６の例に用いた実際の構成要素の拡大図である。 セグメント化シンチレータの知られている技術を示す。 セグメント化シンチレータの知られている技術を示す。 セグメント化シンチレータの知られている技術を示す。

図１を参照し、結晶を互いに組み付けてシンチレータモジュール２を形成する方法を説明する。ここに記載する方法の実施形態には、下記の工程が含まれる：
−エレメントプレート（またはブロック）４、５を、同じ発光効率を有し、その表面全体にわたって均一の感度の撮像器の作成を可能にすべく、同じ固体結晶（または同じ製造シリーズに由来）から切断する。エレメンタリープレート（またはブロック）もまた、全ての面を光学的に研磨し、完成モジュール内での散光源を制限すべく同一厚さとする。下記に説明するように、一緒に積層する意図のあるプレートの面（端面）の研磨には、特別な注意が払われる。特に、研磨時にこれらの面の端を破損したり角を削がないよう注意を払い、組み付けられたモジュール内に過大な目に付く厚さを有する境界を生成しないようにしなければならない。
−適当な接着剤が、シンチレータ材料に応じて選択される。すなわち、それは選択された材料に対し良好な接着を可能にしなければならないが、接着剤接合部（したがって、プレートまたはブロックの間の境界）の厚さを最小化すべく、加圧機内でのエレメンタリープレート（またはブロック）の接着を可能にするよう十分流動的とするようにもしなければならない。例えば、ＬＯＣＴＩＴＥ３２６（Ｒ）接着剤が相応しいものとなり得る。
−概して、既製品として入手可能な接着剤に吸収性はない。したがって選択された接着剤には、シンチレータが生成する光量子を吸収する役割の着色添加剤が混合される。この添加剤は、例えばその接着性能を過度に改変することなく接着剤に十分に吸収性を付与すべく、コロイド状炭素の微細粉末（複写機およびプリンタのトナーに用いられるのと同じ種類）とすることができる。少量の体積％比で炭素粉末を付加することは、想定する光学的特性を接着剤に与えるのに通常十分である。
−吸収性を付与された吸収剤が、組み付け対象であるプレート４の端面に付着させられる。
−接着による組立は、（単純に最大量の接着剤の押し出しと接合部の厚さの最小化を意図した軽い圧力を加える）加圧機内で行われ、余分な接着剤は重合前に取り除かれる。１０から１５ｃｍの長さにわたり（かつ１から数ｃｍの厚さに対し）結晶を組み立てる場合、例えば１００から２００μｍの接着剤接合部６を作成することが可能である。

前記モジュールを形成するシンチレータ結晶は（指摘した利点を有する）同種のものとしたが、異なる性質の結晶で構成されるシンチレータモジュールを作成することが代替的に可能であることに留意されたい。

次に図１から図３を参照し、シンチレータモジュールの分解能と輝度均一性（発光効率と同質性）を最適化する観点からモジュールの背面８と側面１０について考えることのできる処理を説明する。

モジュール２の側面１０に関しては、端において（均一な空間発光効率を介して）優れた画像均質性を維持するため、エッジ効果を制限すべく、それらを吸収性とし、ごく僅かに散光性でかつ不透明とすることが提案される。この結果は、艶消し黒色塗料（または他の吸収剤および不透明コーティング）を塗布した側面１０の光学的研磨により得られる。

工業製品の場合、図２に示すように、適切であれば画像捕捉システム１６との接続部として機能させることができる剛性のある支持体もしくはフレーム１２（プラスチックまたは金属の）内にモジュールを接着することが一般に必要である。適切であれば、そこでその中にコロイド状炭素粉末を組み込むことで使用する接着剤（またはエラストマ）の光学的特性を、結晶を互いに接着するのに説明したのと同じ方法により修正する必要がある。接着剤またはエラストマ接合部１４は必ずしもこれら側面１０上で薄い必要はなく、結晶に伝わるあらゆる衝撃および振動を緩和するよう厚い可撓性接着剤接合部１４を用いることがなおさら有益となり得る。特に、モジュール２が大きな衝撃または振動を引き起こす環境内での使用（例えば、航空宇宙産業用途）を意図されている場合、適用可能であれば、組立体の外面を（粗挽きしたまま）研磨せず、接着剤の接着および強度を助長することを考えることができる。端の粗さはそこで散光を誘発することになり、接着剤接合部１４は結晶塊よりも輝いて見えることになるが、この欠点は有用な画像を検出器の中心に集中させ、画像の端で有用な情報を殆ど見い出さない用途にあっては容認可能である。

この方法を改善する１つの方法は、接着後に、表面近傍の接着剤の厚さを低減すべくシンチレータの入射面および出射面（接合面に垂直）を再研磨することである。この厚さは、プレートおよびブロックの端上の残りの微細面取りまたは微細な薄片化のために増大しがちである。

最後に、図１に示すように、モジュールの背面８（電子撮像センサの反対側に位置）は一方で不透明とし、したがって結晶を介して観察することのできる周囲の光源をセンサが検出しないようにし、他方で吸収性とし、（検出光学系の方向における光の反射により）システムの分解能を劣化させないようにしなければならない。艶消し黒色スクリーン（例えば、濃い艶消し紙シートで、その黒色と粗い表面が機能を効果的に果たす）の装着は、有益な解決策である。シンチレータの背面８に対する艶消しの黒色塗料の塗布も可能であるが、効率の点から恩恵は少ない。すなわち、塗料層（画像センサ側）の仕上げは、結晶の光学的研磨がなされた場合（生成された画像の良好な均質性を保証するのに必要）は完全に滑らかになり、したがってコーティングは光輝く外観を保ち、そのことが想定吸収能力を制限することとなる。

大型ながら薄い（通常３から４ｍｍ未満の厚さ）シンチレータモジュールを作成するため、さらにまたシンチレータ材料プレートのセットの優れた剛性を維持するよう適合させた（例えば、プレートの形状の）構造２０を用いることをここに提案する。例えば、したがってシンチレータの背面は図３に示すように構造エレメント２０に対し固着しなければならず、これが材料を当該電離放射線に応じて選択しなければならないシステムおよび材料の性能を過度に害することはない。例えば、Ｘ線またはガンマ線の場合、金属は排除しなければならず、なぜならそれらは放射線の減衰（最低エネルギでは相当のものとなり得る）をもたらし、放射の結果としてシンチレータと相互作用する電子を生み出し、システムの空間分解能を部分的に劣化させるからである。放射線のために冷光を発しない低密度の材料は、より適切（Ｄｅｌｒｉｎ（Ｒ）等で、例えばポリオキシメチレンである）となるはずである。組み上がった結晶を構造プレート２０に接着することが必要である（したがってこの場合艶消し黒色スクリーンの使用は不可能である）ため、組立体の外面を金属フレームに接着することについて前述したように、これを不透明で吸収性の接着剤またはエラストマ２２を用いて行うことが好ましい。

ＣＣＤセンサを用いる撮像装置へのこのようなシンチレータの集積化の一例を、次に説明する。

概して、シンチレータモジュール３０を例えばＣＣＤセンサ１５と写真レンズ１７、３４とにより小開口数を通して画像センサに結合（図１に示し、さらに図４にさらに詳細に示すように）した場合、厚い（数ｃｍ）モジュールの使用が容認できない程度にまでシステム分解能を相応して劣化させることなく（それは１ｍｍから数ｍｍにとどまる）、システムの検出量子効率の増大を可能にする。幾つかのパラメータがこのような装置内のシステムの分解能の制限に寄与し、特に２つの支配的要因はシンチレータ内での蓄積エネルギの拡がりとボクセル３２の大きさ（ＣＣＤ画素３６により観察される基本体積）である。ボクセル３２の寸法は、図４に示すように、光学的指数ｎ、シンチレータの厚さ、レンズ３４の被写体開口数α（およびその分解能）、ＣＣＤ画素３６の大きさとに依存する。結晶の入射面と出射面のボクセル３２の径方向寸法は、結晶の光学的指数の値が増大するにつれ減少する。図５は、同一の厚さながら固定された被写体開口数αに対し異なる指数ｎ_１およびｎ_２の結晶を有する所与の光学系の結合を示す。

ＣＣＤ画素３６により観察されるボクセルの大きさを最小化し、それによって良好な分解能を有する撮像器を作成するには、このシンチレータモジュールを、小さな被写体開口数、一般的には数ｃｍの厚さのモジュールに対する指向半値角５度程度（図４および図５においてαで示されている）に対しモジュールにより照射された光を集光する光学的ピックアップを有する撮像センサ（例えば、ＣＣＤセンサ）に結合しなければならない。

この型の結合は、レンズとＣＣＤセンサがシンチレータモジュールから十分な距離に配置（例えば、開口数径が８ｍｍのレンズでは、レンズを４５ｃｍ超の距離に配置し、指向半値角５度未満の被写体開口数を通してモジュールを観察しなければならない）されている限り、例えば開口数径が通常８ｃｍ未満である既製品の写真レンズを用いて簡単に達成される。

しかしながら、この結合構造はＣＣＤセンサに到達する光量子の量を減少させる。所与の用途について、シンチレータモジュールと結合光学系との間のこの距離を必要分解能にとって容認可能な最小値に制限し、この低い集光効率が補償できるようにする感度のＣＣＤセンサを選択することを、考えることができる。検出する放射線レベルが非常に低い場合、光子増倍器を配設したセンサを選択するか、または冷却もしくは増幅したセンサを用いることが必要となることすらある。光子増倍器はその高速シャッタ機能のために必要ともなり得るが、その存在はシステムの分解能のかなりの低減に寄与する。前記に言及した高発光効率を有する高密度結晶（したがって大阻止能を有する）もまた、低放射線レベルの検出に必要である。

システムの分解能を全体として最適化するため、レンズ３４の被写体面（焦点面Ｆ）はシンチレータモジュール内部に配置しなければならない。最適位置は多数のパラメータに依存し、それはシンチレート動作する結晶指数、レンズの被写体開口数（図４のパラメータα）、画素３６の大きさ、レンズ３４の倍率および分解能、（当該電離放射線に関する）シンチレータ内のエネルギ蓄積の拡がり等である。実際には、結晶の厚さを当該放射線に相応しいよう適合させた場合（すなわち、十分な割合の粒子分離を停止させるに十分厚いが、装置の分解能の損失を制限するほど極度に厚くはない）、第１級の最適構造はレンズ焦点がシンチレート動作するモジュール塊の中央に合致するよう、システムを特定寸法に合わせることにある（図４参照）。

光学的ピックアップ（レンズの焦点距離を介して選択された）の倍率は、シンチレータを構成するプレート間に付着させた吸収接着剤が形成する接合面の影響を、それを少数の画素上に投射することによって最小化できるようにしなければならない。すなわち、例えば標準的な既製品の写真レンズは、撮影シーンを２４×３６ｍｍフィルムに適した範囲に投射すべく、幾つかの整数除数によって、より小さくすることができる。約１０μｍで接着剤接合部の寸法が１００から２００μｍ程度の民生品向け等級の一般的サイズのＣＣＤ画素は、例えば５分の１のサイズ縮減によりＣＣＤセンサ内の２から４程度の画素に対する接合面の影響が低減できるようになる。

説明したシステムにより、幾つかのシンチレート動作する結晶プレート（またはブロック）の組立体からなり、組み立てられた結晶間の境界の最終的な放射線透視画像に対する影響を制限する大型のシンチレータモジュールを用いる放射線透視撮像装置が作成できるようになる。

上記に説明した製造方法により、接着剤接合部から入来する光の量（したがって接着剤接合部のレベルにおける信号）が最小化されるシンチレータを得ることができるようになる。接着剤接合部が明瞭でない（または実質的に明瞭でない）放射線透視画像を入手する必要がある場合、通常は結晶が生成する平均の信号と同じ信号レベルを接合部の箇所で生成するような形式で適当な割合のコロイド状炭素粉末と接着剤を選択することによりこれを達成することが可能である。混合物の割合が、その最終的な光学的構造における全システム、特に結晶の厚さとその性質と光学システムならびにセンサの分解能とに依存することに留意されたい。それを判別するため、例えば（組立体の最終的な厚さを表わす厚さの）小型の結晶サンプルに対する様々な接着剤テストに着手し、最終的な使用条件下で（すなわち選択されたレンズおよびセンサで）放射線源によりそれらを特性解明することが可能である。このような実験における時間を節約すべく、炭素粉末と接着剤の混合物に対しテストを遂行し、テスト遂行前にその透明度を視覚的に観察することが推奨される。半透明外観の混ざり具合は、良好な始動インジケータとなる。

概して、シンチレータモジュールと光学システム（レンズおよびＣＣＤ）との間に少なくとも１枚のミラーを使用し、放射線束（さらにまたある種の放射線とそのエネルギに関するチェレンコフ効果により光を照射し得るレンズの光学系）の外部にＣＣＤを配置することが好ましいことに留意されたい。さらに、放射線透視システムの全ての構成要素を収容し位置決めする機械的構造は外光に対し封止しなければならず、その内壁はＣＣＤの方向へのあらゆる光の望ましくない反射を減衰させるべく艶消し黒色塗料を用いて塗装しなければならない。

したがって直前に記載した対象の実用的な実施形態を、図６と図７を参照し、次に説明するが、それは下記のエレメントで構成される：
−前記した方法により組み付けられた８２．５×１６５×１０ｍｍ^３の２枚のプレートからなる１６５×１６５ｍｍ^２、厚さ１０ｍｍのＢＧＯシンチレータ。
−ＲＯＰＥＲ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社により製造され、２４μｍ側辺長を有する２０４８×２０４８の画素で出来た４９ｍｍの側辺長を有するＳｉＴｅ Ｓｉ−４２４Ａマトリクスを備えるＬＮ／ＣＣＤ−２０４８ＳＢ／２型のＣＣＤカメラ４０。この薄くされたマトリクスは、背面照光され（それによりその感度は可視域内で２倍に高まる）、液体窒素により冷却される。
−７個のレンズエレメントで出来た撮像レンズ４２が、米国内のＬＩＮＯＳ社により照会番号ＸＣＲＬ １６２として製造され（仏国内ではＳｃｈｎｅｅｂｅｒｇｅｒにより配給され）てきた。
−２枚のミラー４４、４６は、ＣＣＤを電離フラックスの外側にオフセットさせるためのものである。
−入射オリフィスは、その中にシンチレータモジュレータ４８が配置してあり、カメラの使用可能な全視野に対し厚さが７ｍｍであるアルミニウム合金（ＡＳ７Ｇ）カバー５０により保護されている。

ＣＣＤカメラの主な仕様は、下記の通りである。すなわち、４００ｎｍから６００ｎｍの間で６５％を上回る量子効率、ダイナミックレンジ全体で１％未満の直線性からのずれ、公称動作温度：−１００℃、暗電流：−１００℃で１２ｅ−／画素／時間、読み出しノイズ：５０ｋＨｚで６．６ｅ−、ダイナミックレンジ：Ｓ／Ｎ＝１で９２８０かつＳ／Ｎ＝１０で６５００、ＣＣＤマトリクス読み取り周波数：５０ｋＨｚ、マトリクス読み出し時間（５０ｋＨｚにおける）：８４秒、電子変換係数：１．２４ｅ−／ＬＳＢである。

レンズの主要な仕様は、下記の通りである。すなわち、意図する使用範囲、波長４２０ｎｍから６００ｎｍ、被写界直径：２７０ｍｍ、焦点距離：１６２ｍｍ、被写体距離：８４０ｍｍ、撮像距離：１９ｍｍ、倍率：−０．２５８、有効開口数（ＣＣＤ側）：１．７９、コントラスト：４画素／ｍｍピッチのテストパターンについて８６％、歪：０．１％未満、波長４９０ｎｍでの透過率：８６％、レンズ長：３９２ｍｍ、レンズ外径：１９０ｍｍ、反射防止処理：波長４２０から５６０ｎｍ向け、入射レンズの使用可能な径（シンチレータ側）：１２２ｍｍである。

前述の実施形態は本発明の実施に想定することのできる単なる実施例に過ぎず、本発明はそれらに限定されない。

Claims (19)

1. 入射放射線（Ｒ）に応じて光子（Φ）を照射することのできる材料からなる第１のプレート（４）を備える撮像装置用シンチレータ（２）であって、
   シンチレータが、入射放射線（Ｒ）に応じて光子（Φ）を照射することのできる前記材料からなる少なくとも１つの第２のプレート（５）を備え、
   第１のプレート（４）と第２のプレート（５）とを、当該第１および第２のプレート（４、５）が照射する光子（Φ）の一部または全部を吸収する接続手段（６）により、第１のプレートおよび第２のプレート夫々の側面により組み付けることを特徴とする、シンチレータ。
2. 第１のプレートの厚さが当該第１のプレートの他の２つの寸法のそれぞれの半分未満である、請求項１に記載のシンチレータ。
3. 前記材料が結晶である、請求項１または２に記載のシンチレータ。
4. 前記材料が５ｇ／ｃｍ^３を上回る密度を有する材料である、請求項３に記載のシンチレータ。
5. 接続手段が、第１および第２のプレートの各側面間の距離として画定される接続厚さに対し、少なくとも５０％の吸収係数を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のシンチレータ。
6. 接続手段が、前記接続厚さに対し、少なくとも９０％の吸収係数を有する、請求項５に記載のシンチレータ。
7. 接続手段が少なくとも可視スペクトルの一部において吸収性の接着剤を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のシンチレータ。
8. 吸収性接着剤が着色添加剤を含む、請求項７に記載のシンチレータ。
9. 添加剤がコロイド状炭素粉末である、請求項８に記載のシンチレータ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のシンチレータと、
    第１のプレートの２つの大きい面の一方にほぼ平行に配置され、第１のプレートの当該一方の面と、これと同じ側の第２のプレートの一方の面とに組み付けられた構造化エレメントと
    を備える、シンチレータモジュール。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載のシンチレータまたは請求項１０に記載のモジュールと、
    シンチレータまたはモジュールを把持する構造フレームと
    を備える、シンチレータモジュール。
12. 請求項１から９のいずれか一項に記載のシンチレータと、
    画像センサと、
    シンチレータをセンサに結合する光学的手段と
    を備え、
    第１および第２のプレートが、複数の画素を有しかつセンサに向けられる画像を夫々形成できる、撮像装置。
13. 第１のプレートの厚さ方向と垂直な方向の寸法と、第２のプレートの厚さ方向と垂直な方向の寸法とが、シンチレータの平面における撮像装置の空間分解能の１０倍を上回る、請求項１２に記載の撮像装置。
14. 光学的手段が第１のプレートにより当該第１のプレートの平面にほぼ垂直な方向に照射された光子を収集する、請求項１２または１３に記載の撮像装置。
15. シンチレータとセンサとの間の光学的結合が指向半値角２０度未満の小さな被写体開口数を有して作成される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の撮像装置。
16. 被写体開口数が指向半値角５度未満である、請求項１５に記載の撮像装置。
17. シンチレータの製造方法であって、
    入射放射線に応じて光子を照射することのできる材料からなる第１のプレートと、入射放射線に応じて光子を照射することのできる前記材料からなる第２のプレートとを形成する工程と、
    第１のプレートと第２のプレートとを、吸収性接続手段の介挿を有して第１のプレートおよび第２のプレート夫々の側面により組み付ける工程と
    を含むことを特徴とする、方法。
18. 接続手段が圧縮可能であり、
    第１のプレートの側面に垂直な方向に圧力を加える工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 第１のプレートの２つの大きな面の一方にほぼ平行に配置された構造化エレメントを、第１のプレートの当該一方の面と、これと同じ側の第２のプレートの一方の面とに組み付ける工程を含む、請求項１７または１８に記載の方法。

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