JP7474268B2 - ファイバオプティックプレート、シンチレータパネル、放射線検出器、電子顕微鏡、x線遮蔽方法、及び、電子線遮蔽方法 - Google Patents

ファイバオプティックプレート、シンチレータパネル、放射線検出器、電子顕微鏡、x線遮蔽方法、及び、電子線遮蔽方法 Download PDF

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Description

本発明は、ファイバオプティックプレート、シンチレータパネル、放射線検出器、電子顕微鏡、X線遮蔽方法、及び、電子線遮蔽方法に関する。
ファイバオプティックプレート(別名:ファイバフェイス(フェース)プレート・集合体又はファイババンドルプレート・集合体。例えば、浜松ホトニクス株式会社製の商品名J11057)は、複数の光ファイバが束ねられて構成された光学デバイスであり、各種光学機器において利用できる。ファイバオプティックプレートは、例えば、複数のコアガラスと、当該コアガラスを被覆するクラッドガラスと、複数のコアガラス間に配置された吸光体ガラスと、を備えており、コアガラスに用いられるガラス組成物の各種組成が検討されている(例えば、下記特許文献1参照)。
特開平9-71436号公報
ファイバオプティックプレートのコアガラスに用いられるガラス組成物に対しては、光学機器における優れた性能を確保する観点から、着色を抑制すると共に適度な屈折率が求められる。
本発明の一側面は、着色度が小さいと共に適度な屈折率を有するコアガラスを備えるファイバオプティックプレートを提供することを目的とする。本発明の他の一側面は、前記ファイバオプティックプレートを備えるシンチレータパネルを提供することを目的とする。本発明の他の一側面は、前記シンチレータパネルを備える放射線検出器及び電子顕微鏡を提供することを目的とする。本発明の他の一側面は、前記ファイバオプティックプレートを用いたX線遮蔽方法及び電子線遮蔽方法を提供することを目的とする。
近年、ファイバオプティックプレートとシンチレータとを備えるシンチレータパネルを対象物(被写体、撮像対象、検査対象等)と撮像素子との間に介在させた状態で対象物側から撮像素子に向けて放射線を照射することによりデジタルイメージングが行われている。この場合、撮像素子が放射線に被曝すると、暗電流、ノイズ等が増加する問題、出力画像において白点が発生する問題などが生じ得る。そのため、ファイバオプティックプレートにおいて可視光等を透過させつつ、放射線を遮蔽する放射線遮蔽性能を向上させることが求められる。これに対し、本発明者は、コアガラスに用いられるガラス組成物の組成について検討し、放射線遮蔽性能を向上させつつコアガラスにおける小さい着色度及び適度な屈折率を得ることが容易でないとの課題を見出した。そして、本発明者は、コアガラスが特定の成分を含有する場合に当該課題を解決可能であることを見出した。
本発明の一側面は、複数のコアガラスと、当該コアガラスを被覆するクラッドガラスと、前記複数のコアガラス間に配置された吸光体ガラスと、を備え、前記コアガラスにおけるTiOの含有量が7質量%以下であり、前記コアガラスにおけるBの含有量が15質量%以上であり、前記コアガラスにおけるWOの含有量が0質量%を超える、ファイバオプティックプレートを提供する。
本発明の一側面に係るファイバオプティックプレートによれば、コアガラスにおいて小さい着色度及び適度な屈折率を得ることができる。このようなファイバオプティックプレートによれば、光学機器における優れた性能を確保することができる。本発明の一側面に係るファイバオプティックプレートによれば、放射線遮蔽性能を向上させつつコアガラスにおける小さい着色度及び適度な屈折率を得ることができる。
ところで、撮像の分野で用いられるファイバオプティックプレートにおいては、コアガラスのガラス組成物として鉛ガラスを用いる場合がある。しかしながら、鉛はRoHS規制等の有害物質規制の対象であり、環境負荷が大きいことから、鉛ガラスを用いないことが求められている。これに対し、本発明の一側面に係るファイバオプティックプレートによれば、コアガラスが鉛を含有しない場合であっても、放射線遮蔽性能を向上させつつコアガラスにおける小さい着色度及び適度な屈折率を得ることができる。
本発明の他の一側面は、上述のファイバオプティックプレートと、当該ファイバオプティックプレート上に配置されたシンチレータと、を備える、シンチレータパネルを提供する。
本発明の他の一側面は、放射線照射器と、撮像素子と、上述のシンチレータパネルと、を備え、シンチレータパネルが放射線照射器と撮像素子との間に配置され、シンチレータパネルにおいてシンチレータが放射線照射器側に配置されている、放射線検出器を提供する。
本発明の他の一側面は、電子線源と、当該電子線源から放射される電子線を試料に照射する電子光学系と、試料を保持する試料載置部と、上述のシンチレータパネルと、撮像素子と、を備え、シンチレータパネルが電子線源と撮像素子との間に配置され、シンチレータパネルにおいてシンチレータが電子線源側に配置されており、前記電子線のうち試料を透過又は散乱した電子線をシンチレータパネルのシンチレータで光学像に変換し、当該光学像を前記撮像素子において撮像する、電子顕微鏡を提供する。
本発明の他の一側面は、上述の放射線検出器における放射線照射器とシンチレータとの間に対象物が配置された状態で対象物に対して放射線照射器からX線を照射する場合において、撮像素子に向かうX線の少なくとも一部をファイバオプティックプレートで遮蔽する、X線遮蔽方法を提供する。
本発明の他の一側面は、上述の放射線検出器における放射線照射器とシンチレータとの間に対象物が配置された状態で対象物に対して放射線照射器から電子線を照射する場合において、撮像素子に向かう電子線の少なくとも一部をファイバオプティックプレートで遮蔽する、電子線遮蔽方法を提供する。
本発明の一側面によれば、着色度が小さいと共に適度な屈折率を有するコアガラスを備えるファイバオプティックプレートを提供することができる。本発明の他の一側面によれば、前記ファイバオプティックプレートを備えるシンチレータパネルを提供することができる。本発明の他の一側面によれば、前記シンチレータパネルを備える放射線検出器及び電子顕微鏡を提供することができる。本発明の他の一側面によれば、前記ファイバオプティックプレートを用いた放射線遮蔽方法を提供することが可能であり、前記ファイバオプティックプレートを用いたX線遮蔽方法及び電子線遮蔽方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る放射線検出器を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るファイバオプティックプレートの内部構造を拡大して示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図である。 実施例における寿命性能の評価結果を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本実施形態に係るファイバオプティックプレート(FOP)は、複数のコアガラスと、当該コアガラスを被覆するクラッドガラスと、複数のコアガラス間に配置された吸光体ガラスと、を備える。本実施形態に係るファイバオプティックプレート(ファイバオプティックプレートを構成するガラス組成物)において、コアガラスにおけるTiOの含有量が7質量%以下であり、コアガラスにおけるBの含有量が15質量%以上であり、コアガラスにおけるWOの含有量が0質量%を超える。
本実施形態に係るファイバオプティックプレートによれば、コアガラスにおいて小さい着色度及び適度な屈折率(例えば、1.88以下のd線の屈折率n)を得ることができる。このようなファイバオプティックプレートによれば、光学機器における優れた性能を確保することができる。例えば、ファイバオプティックプレートのコアガラスが適度な屈折率を有することによってファイバオプティックプレート及びシンチレータの屈折率が同等になりやすいことにより、ファイバオプティックプレートとシンチレータとを備えるシンチレータパネルにおいてファイバオプティックプレートとシンチレータとの境界における表面反射を抑制することができる。
本実施形態に係るファイバオプティックプレートによれば、放射線遮蔽性能(例えば、X線遮蔽性能又は電子線遮蔽性能)を向上させつつ、コアガラスにおける小さい着色度及び適度な屈折率を得ることが可能であり、可視光を透過させつつ放射線(例えば、X線又は電子線)を選択的に遮蔽できる。本実施形態に係るファイバオプティックプレートによれば、優れた放射線遮蔽性能が得られることから、撮像素子を用いる場合において、撮像素子が放射線に被曝することに起因する問題の発生(暗電流、ノイズ等の増加、出力画像における白点の発生など)を抑制することができる。本実施形態に係るファイバオプティックプレートによれば、コアガラスが鉛を含有しない場合であっても、放射線遮蔽性能(例えば、X線遮蔽性能又は電子線遮蔽性能)を向上させつつコアガラスにおける小さい着色度及び適度な屈折率を得ることができる。本実施形態に係るファイバオプティックプレートによれば、放射線の少なくとも一部を遮蔽可能であり、放射線の全てを遮蔽することもできる。
ところで、解像度等を向上させるためには、光学機器のシンチレータを薄層化することが有効であるものの、薄層化するほど放射線がシンチレータを透過しやすく、撮像素子が放射線に被曝する可能性が高まる場合がある。一方、本実施形態によれば、解像度等の向上のために薄層化する場合であっても、ファイバオプティックプレートによって放射線(例えば、X線又は電子線)を遮蔽可能であることから、撮像素子が放射線に被曝することに起因する問題の発生を抑制しつつ優れた解像度を得ることができる。
本実施形態に係るファイバオプティックプレートは、当該ファイバオプティックプレートを備える各種光学機器に用いることができる。本実施形態に係るファイバオプティックプレートは、入射面から入射した光等を出射面に伝達する機能を有することが可能であり、例えば、放射線検出器、電子顕微鏡、イメージインテンシファイア、CCDカップリング、指紋検出装置等の光学機器の光導波路として利用することができる。放射線検出器は、例えば、放射線イメージャー(X線イメージセンサ、X線TDIカメラ等)を備えている。放射線検出器は、放射線イメージャーにより画像を取得することに加えて、放射線の検出にも用いてよい。本実施形態によれば、放射線遮蔽へのファイバオプティックプレートの応用を提供することができる。本実施形態によれば、放射線遮蔽用ガラス組成物を提供することができる。放射線としては、X線、γ線等の電磁放射線;電子線(電子ビーム)等の粒子放射線などが挙げられる。
以下、コアガラスの構成成分等について説明する。コアガラスの構成成分の含有量は、例えば、蛍光X線分析又はICP発光分光分析により測定することができる。コアガラスにおける各酸化物の含有量は、調合原料としての酸化物の含有量を用いることもできる。
コアガラスにおけるTiOの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させつつ小さい着色度及び適度な屈折率を得る観点から、コアガラスの全体を基準として7質量%以下である。コアガラスは、TiOを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、TiOを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。TiOの含有量は、0~7質量%であってよい。
TiOの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。TiOの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させつつ小さい着色度及び適度な屈折率を得やすい観点から、6質量%以下、5質量%以下、4.5質量%以下、4質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、1質量%未満、0.5質量%以下、0.3質量%以下、0.1質量%以下、0.05質量%以下、又は、0.01質量%以下であってよい。TiOの含有量は、屈折率を増加させやすい観点、及び、優れた耐失透性が得られやすい観点から、0.00001質量%以上、0.0001質量%以上、又は、0.001質量%以上であってよい。
コアガラスにおけるBの含有量は、適度な屈折率を得る観点、線熱膨張係数を低減しやすい観点、及び、優れた耐失透性が得られやすい観点から、コアガラスの全体を基準として15質量%以上である。Bの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。Bの含有量は、適度な屈折率を得やすい観点、線熱膨張係数を更に低減しやすい観点、転移点及び屈伏点を減少させやすい観点、及び、優れた耐失透性が更に得られやすい観点から、15質量%を超え、15.5質量%以上、15.5質量%を超え、16質量%以上、17質量%以上、18質量%以上、18質量%を超え、又は、18.5質量%以上であってよい。Bの含有量は、放射線遮蔽性能の向上に寄与する他の成分の含有量を高く維持しやすい観点から、33質量%以下、31質量%以下、30質量%以下、28質量%以下、25質量%以下、25質量%未満、23質量%以下、22質量%以下、22質量%未満、21質量%以下、21質量%未満、20.5質量%以下、20質量%以下、20質量%未満、19.5質量%以下、19質量%以下、19質量%未満、又は、18.5質量%以下であってよい。これらの観点から、Bの含有量は、15~33質量%、18.5~33質量%等であってよい。
コアガラスにおけるWOの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させつつ着色度を低減する観点、及び、屈折率を増加させやすい観点から、コアガラスの全体を基準として0質量%を超える。WOの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。WOの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させやすい観点、及び、屈折率を更に増加させやすい観点から、1質量%以上、2質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、7質量%以上、9質量%以上、10質量%以上、10質量%を超え、11質量%以上、12質量%以上、12.5質量%以上、12.5質量%を超え、13質量%以上、13.5質量%以上、14質量%以上、14.5質量%以上、又は、15質量%以上であってよい。WOの含有量は、着色度を低減しやすい観点、及び、優れた耐失透性が得られやすい観点から、25質量%以下、22.5質量%以下、20質量%以下、19質量%以下、18.5質量%以下、18質量%以下、17.5質量%以下、17質量%以下、16.5質量%以下、16質量%以下、15.5質量%以下、又は、15質量%以下であってよい。これらの観点から、WOの含有量は、0質量%を超え25質量%以下、10~15質量%等であってよい。
コアガラスは、SiOを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、SiOを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。SiOの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。SiOの含有量は、転移点及び屈伏点を増加させやすい観点から、10質量%以下、10質量%未満、8質量%以下、7質量%以下、6質量%以下、6質量%未満、5.5質量%以下、5質量%以下、5質量%未満、4.5質量%以下、4質量%以下、4質量%未満、又は、3.5質量%以下であってよい。SiOの含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点、及び、線熱膨張係数を低減しやすい観点から、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、1質量%を超え、1.5質量%以上、2質量%以上、2.5質量%以上、3質量%以上、3質量%を超え、又は、3.5質量%以上であってよい。これらの観点から、SiOの含有量は、0~10質量%等であってよい。
コアガラスは、Gdを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、Gdを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。Gdの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。Gdの含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点から、40質量%以下、37.5質量%以下、35質量%以下、33質量%以下、30質量%以下、28質量%以下、27.5質量%以下、27質量%以下、26.5質量%以下、26質量%以下、25.5質量%以下、又は、25質量%以下であってよい。Gdの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させやすい観点、屈折率を増加させやすい観点、及び、優れた耐失透性が得られやすい観点から、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、22.5質量%以上、又は、25質量%以上であってよい。これらの観点から、Gdの含有量は、0~40質量%、0~25質量%等であってよい。
コアガラスは、ZrOを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、ZrOを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。ZrOの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。ZrOの含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点から、10質量%以下、9質量%以下、8質量%以下、7.5質量%以下、7.5質量%未満、7質量%以下、6質量%以下、5.5質量%以下、5質量%以下、4.5質量%以下、4質量%以下、3.5質量%以下、3質量%以下、又は、2.5質量%以下であってよい。ZrOの含有量は、屈折率を増加させやすい観点、及び、優れた耐失透性が得られやすい観点から、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、1.5質量%以上、2質量%以上、2質量%を超え、2.2質量%以上、2.3質量%以上、2.4質量%以上、又は、2.5質量%以上であってよい。これらの観点から、ZrOの含有量は、0~10質量%、0~2.5質量%等であってよい。
コアガラスは、Laを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、Laを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。Laの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。Laの含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点から、40質量%以下、40質量%未満、37.5質量%以下、35質量%以下、35質量%未満、33質量%以下、32.5質量%以下、又は、32質量%以下であってよい。Laの含有量は、放射線遮蔽性能を向上させやすい観点、及び、屈折率を増加させやすい観点から、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、22.5質量%以上、25質量%以上、27質量%以上、27.5質量%以上、28質量%以上、29質量%以上、30質量%以上、30質量%を超え、30.5質量%以上、31質量%以上、31.5質量%以上、又は、32質量%以上であってよい。これらの観点から、Laの含有量は、0~40質量%等であってよい。
コアガラスは、優れた耐失透性等が得られやすい観点から、ZnOを含有してよい(含有量が0質量%を超えてよい)。ZnOを含有していなくてもよく(含有量が0質量%であってよく)、ZnOの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。ZnOの含有量は、放射線遮蔽性能の向上に寄与する他の成分の含有量を高く維持しやすい観点から、10質量%以下、8質量%以下、7質量%以下、6質量%以下、5質量%以下、5質量%未満、4質量%以下、3.5質量%以下、3.3質量%以下、3.2質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、又は、1質量%未満であってよい。これらの観点から、ZnOの含有量は、0~10質量%等であってよい。
コアガラスは、Nbを含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、Nbを含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。Nbの含有量は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。Nbの含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点から、16質量%以下、15質量%以下、12質量%以下、10質量%以下、8質量%以下、7質量%以下、6質量%以下、5質量%以下、5質量%未満、4質量%以下、又は、3.5質量%以下であってよい。Nbの含有量は、屈折率を増加させやすい観点から、0.1質量%以上、0.5質量%以上、1質量%以上、1質量%を超え、1.5質量%以上、2質量%以上、2質量%を超え、2.5質量%以上、3質量%以上、3質量%を超え、3.25質量%以上、又は、3.5質量%以上であってよい。これらの観点から、Nbの含有量は、0~10質量%等であってよい。
コアガラスは、ガラスの網目を形成する網目形成(NWF:Network former)酸化物、NWF酸化物と溶融することによりガラスに適当な性質を与える網目修飾(NWM:Network modifier)酸化物、NWF酸化物及びNWM酸化物の中間的な性質を有する中間酸化物等を含有することができる。NWF酸化物としては、B、SiO、ZrO等が挙げられる。NWM酸化物としては、WO、Gd、La、Nb等が挙げられる。中間酸化物としては、TiO、ZrO、ZnO等が挙げられる。
コアガラスにおけるNWF酸化物の含有量(NWF酸化物の合計量)は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。NWF酸化物の含有量は、放射線遮蔽性能を向上させやすい観点から、40質量%以下、40質量%未満、35質量%以下、30質量%以下、30質量%未満、29質量%以下、28質量%以下、27質量%以下、26質量%以下、25質量%以下、又は、24.5質量%以下であってよい。NWF酸化物の含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点、及び、着色度を低減しやすい観点から、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、21質量%以上、22質量%以上、23質量%以上、24質量%以上、又は、24.5質量%以上であってよい。これらの観点から、NWF酸化物の含有量は、10~40質量%等であってよい。
コアガラスにおけるNWM酸化物の含有量(NWM酸化物の合計量)は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。NWM酸化物の含有量は、優れた耐失透性を維持しやすい観点から、80質量%以下、79質量%以下、78質量%以下、77.5質量%以下、77質量%以下、76.5質量%以下、76質量%以下、又は、75.5質量%以下であってよい。NWM酸化物の含有量は、放射線遮蔽性能を向上させやすい観点から、60質量%以上、62.5質量%以上、65質量%以上、66質量%以上、67質量%以上、68質量%以上、69質量%以上、70質量%以上、70.5質量%以上、71質量%以上、71.5質量%以上、72質量%以上、72.5質量%以上、73質量%以上、73.5質量%以上、74質量%以上、74.5質量%以上、75質量%以上、又は、75.5質量%以上であってよい。これらの観点から、NWM酸化物の含有量は、60~80質量%等であってよい。
コアガラスにおける中間酸化物の含有量(中間酸化物の合計量)は、コアガラスの全体を基準として下記の範囲であってよい。中間酸化物の含有量は、NWM酸化物の含有量を増加させやすい観点、及び、屈折率を調整しやすい(例えば、屈折率が過剰に増加することを抑制しやすい)観点から、20質量%以下、17.5質量%以下、15質量%以下、13質量%以下、12.5質量%以下、12質量%以下、11質量%以下、10質量%以下、9質量%以下、8.5質量%以下、8質量%以下、7質量%以下、6質量%以下、5質量%以下、4質量%以下、3質量%以下、又は、2.5質量%以下であってよい。中間酸化物の含有量は、優れた耐失透性が得られやすい観点、及び、優れた化学的耐久性が得られやすい観点から、0質量%以上、0質量%を超え、0.5質量%以上、1質量%以上、1質量%を超え、1.5質量%以上、2質量%以上、2質量%を超え、2.25質量%以上、又は、2.5質量%以上であってよい。これらの観点から、中間酸化物の含有量は、0~20質量%等であってよい。
コアガラスは、CeOを含有してよく、CeOを含有しなくてもよい。コアガラスにおけるCeOの含有量は、コアガラスの全体を基準として、0~3質量%であってよく、0質量%を超え3質量%以下であってよい。コアガラスがCeOを含有することにより、X線被曝によるガラスの着色を低減する効果を得やすい。コアガラスにおけるCeOの含有量が3質量%以下であると、ガラスの紫外域~可視域における吸収端が長波長側にシフトすることが抑制されやすく、可視光透過性の低下を抑制しやすい。
コアガラスは、上述の酸化物以外の他の構成成分を含有してよい。このような他の構成成分としては、Bi、Ta、BaO、FeO、Co等が挙げられる。コアガラスは、これらの他の構成成分の少なくとも一種を含有してよく(含有量が0質量%を超えてよい)、これらの他の構成成分の少なくとも一種を含有していなくてもよい(含有量が0質量%であってよい)。これらの他の構成成分の少なくとも一種の含有量は、コアガラスの全体を基準として0.1質量%以下であってよい。
コアガラスにおけるd線の屈折率nは、1.88以下であり、下記の範囲であってよい。コアガラスのnは、1.87以下、1.865以下、1.86以下、1.855以下、1.85以下、1.849以下、1.848以下、1.847以下、1.846以下、1.845以下、1.844以下、1.8438以下、1.8436以下、1.8434以下、又は、1.8433以下であってよい。コアガラスのnは、1.8以上、1.81以上、1.82以上、1.83以上、1.835以上、又は、1.84以上であってよい。これらの観点から、コアガラスのnは、1.8~1.88等であってよい。
コアガラスの転移点は、下記の範囲であってよい。転移点は、680℃以下、679℃以下、678℃以下、675℃以下、674℃以下、又は、673℃以下であってよい。転移点は、560℃以上、580℃以上、600℃以上、620℃以上、630℃以上、640℃以上、645℃以上、650℃以上、655℃以上、660℃以上、665℃以上、668℃以上、又は、670℃以上であってよい。これらの観点から、転移点は、560~680℃等であってよい。
コアガラスの屈伏点は、下記の範囲であってよい。屈伏点は、720℃以下、718℃以下、716℃以下、714℃以下、712℃以下、710℃以下、709℃以下、又は、708℃以下であってよい。屈伏点は、610℃以上、620℃以上、630℃以上、640℃以上、650℃以上、660℃以上、670℃以上、680℃以上、685℃以上、688℃以上、689℃以上、690℃以上、691℃以上、693℃以上、695℃以上、697℃以上、699℃以上、700℃以上、又は、705℃以上であってよい。これらの観点から、屈伏点は、610~720℃、610~710℃等であってよい。
コアガラスの線熱膨張係数は、下記の範囲(単位:×10-7/℃)であってよい。線熱膨張係数は、95以下、92以下、90以下、87以下、85以下、84以下、83以下、82以下、81以下、又は、80以下であってよい。線熱膨張係数は、70以上、72以上、74以上、75以上、76以上、77以上、78以上、79以上、又は、80以上であってよい。これらの観点から、線熱膨張係数は、70~95、70~90等であってよい。線熱膨張係数としては、例えば、温度範囲100~300℃における線熱膨張係数を用いることができる。
コアガラスの密度は、下記の範囲(単位:g/cm)であってよい。密度は、5.5以下、5.45以下、5.4以下、5.35以下、5.3以下、5.25以下、5.2以下、5.19以下、又は、5.18以下であってよい。密度は、5以上、5.05以上、5.1以上、又は、5.15以上であってよい。これらの観点から、密度は、5~5.5等であってよい。
本実施形態に係るシンチレータパネルは、本実施形態に係るファイバオプティックプレートと、当該ファイバオプティックプレート上に配置されたシンチレータと、を備える。ファイバオプティックプレートとシンチレータとは接していてよい。
シンチレータは、ヨウ化セシウムを含有してよく、主成分としてヨウ化セシウムを含有してよい。また、シンチレータは、酸硫化ガドリニウムを含有してよく、主成分として酸硫化ガドリニウムを含有してよい。シンチレータは、ヨウ化セシウム又は酸硫化ガドリニウムに加えてタリウム、ナトリウム、テルビウム、プラセオジム等を賦活剤として含んでよい。シンチレータは、柱状結晶(例えば、ヨウ化セシウムを含有する柱状結晶)を含んでよく、複数の柱状結晶が配列された構造を有してよい。柱状結晶は、ファイバオプティックプレート側に根元を有してよい。シンチレータの厚さは、例えば50~1000μm又は80~750μmである。
本実施形態に係るシンチレータパネルは、シンチレータにおけるファイバオプティックプレートとは反対側(放射線入射側。例えば、シンチレータの放射線入射側の面)の少なくとも一部を覆う保護膜を有してよい。これにより、シンチレータが潮解性を有する場合に潮解を抑制できる。保護膜は、シンチレータにおけるファイバオプティックプレートとは反対側の一部又は全部を覆うことができる。保護膜の構成材料としては、ポリパラキシリレン等からなる有機膜;金属、その酸化物等からなる無機膜;前述の有機膜及び無機膜のハイブリッド膜などが挙げられる。
本実施形態に係る放射線検出器は、放射線照射器(例えば、X線照射器又は電子線照射器)と、撮像素子と、本実施形態に係るシンチレータパネルと、を備える。シンチレータパネルは、放射線照射器と撮像素子との間に配置されている。シンチレータパネルにおいてシンチレータは、放射線照射器側(シンチレータパネルの受光面側)に配置されている。シンチレータパネルのファイバオプティックプレートと撮像素子とは接していてよい。撮像素子としては、固体撮像素子を用いることができる。
図1は、放射線検出器の一例(X線検出器)を模式的に示す断面図である。図1に示す放射線検出器100は、固体撮像素子110と、シンチレータパネル120と、を備える。放射線検出器100では、X線XLを照射するX線照射器(放射線照射器)130、対象物(被写体、撮像対象、検査対象等)140、シンチレータパネル120及び固体撮像素子110がこの順に配置される。シンチレータパネル120は、固体撮像素子110の受光面110a側に配置されている。シンチレータパネル120は、ファイバオプティックプレート122と、ファイバオプティックプレート122上に配置されたシンチレータ124と、を備える。シンチレータ124は、シンチレータパネル120の受光面側に配置されており、シンチレータ124に入射した放射線(例えばX線)を可視光等に変換する。
X線照射器130からX線XLが対象物140に照射され、対象物140において吸収、散乱、回折等が生じる。その後、対象物140からシンチレータパネル120のシンチレータ124に向かって進行する光がシンチレータ124に入射する。シンチレータ124に対する入射光の多くは、可視光VL等に変換されるが、入射光の一部は、変換されることなくシンチレータ124を透過し、ファイバオプティックプレート122側に進行する。放射線検出器100では、このようにシンチレータ124で変換されることなくシンチレータ124を透過した光をファイバオプティックプレート122で吸収することにより、X線XLが固体撮像素子110に照射されることを抑制することができる。これにより、固体撮像素子110が放射線に被曝することに起因する問題の発生(暗電流、ノイズ等の増加、出力画像における白点の発生など)を抑制しつつ、デジタルイメージングを行うことができる。
X線照射器130としては、X線を照射可能であれば特に限定されない。X線照射器の管電圧は、25KVp以上、30KVp以上、35KVp以上、40KVp以上、45KVp以上、50KVp以上、55KVp以上、60KVp以上、65KVp以上、70KVp以上、75KVp以上、又は、80KVp以上であってよい。X線照射器の管電圧は、130KVp以下、120KVp以下、110KVp以下、100KVp以下、90KVp以下、85KVp以下、80KVp以下、75KVp以下、70KVp以下、65KVp以下、60KVp以下、50KVp以下、45KVp以下、40KVp以下、又は、35KVp以下であってよい。これらの観点から、X線照射器の管電圧は、25~130KVpであってよい。固体撮像素子110としては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等が挙げられる。シンチレータパネル120のシンチレータ124は、例えば、主成分としてヨウ化セシウムを含有し、ファイバオプティックプレート側に根本を有する柱状結晶構造を有している。
図2は、ファイバオプティックプレートの内部構造を拡大して示す斜視図である。ファイバオプティックプレート122は、複数のコアガラス122aと、コアガラス122aのそれぞれを被覆するクラッドガラス122bと、複数のコアガラス122a間に配置された吸光体ガラス122cと、を備える。クラッドガラス122bは、コアガラス122aと別体であってよく、コアガラス122aと一体化していてもよい。
コアガラス122aは、繊維状の部材(長尺部材)であり、軸線方向と交差する方向に整列して並設されている。コアガラス122aは、ファイバオプティックプレート122の一方面から他方面に貫通している。コアガラス122aは、X線を遮蔽しつつ、一方端(ファイバオプティックプレート122の一方面側の端部)から入射した可視光等の光を他方端(ファイバオプティックプレート122の他方面側の端部)へ伝搬することができる。
コアガラス122aの長さ(軸線方向の長さ。ファイバオプティックプレート122の厚さ)は、例えば0.1~250である。コアガラス122aの直径は、例えば0.001~0.05mmである。軸線方向と交差する方向におけるコアガラス122aの断面は、例えば円状である。
クラッドガラス122bは、コアガラス122aのそれぞれの外周部を被覆している。コアガラス122aの長さはクラッドガラス122bの長さと同等である。軸線方向と交差する方向におけるクラッドガラス122bの断面は、例えば円環状である。クラッドガラス122bは、網目形成酸化物、網目修飾酸化物、中間酸化物等を含有することができる。クラッドガラス122bは、コアガラス122aよりも低い屈折率を有してよい。
吸光体ガラス122cは、複数のコアガラス122a間に配置されている。吸光体ガラス122cは、長尺部材である。吸光体ガラス122cは、コアガラス122a及びクラッドガラス122bから漏れる光(迷光)を吸収する吸収性を有してよい。吸光体ガラス122cは、ガラス組成物から構成されていてよい。吸光体ガラス122cのガラス組成物は、SiOを主成分として含有してよく、Fe等を含有してよい。吸光体ガラスの直径は、特に限定されず、図2に示すようにコアガラス122aの直径よりも小さくてよく、コアガラス122aの直径と同等であってもよい。吸光体ガラスは、複数のコアガラス間に配置されていればよく、図2における複数のコアガラス122aのうちの一部のコアガラスの位置に配置されていてもよい。この場合、図2に示す吸光体ガラス122cが配置されていなくてもよい。
本実施形態に係る電子顕微鏡(透過型電子顕微鏡)は、電子線源と、電子光学系と、試料載置部と、本実施形態に係るシンチレータパネルと、撮像素子と、を備える。電子線源は、電子線を放射する。電子光学系は、電子線源から放射される電子線を試料に照射する。試料載置部は、試料を保持する。試料載置部は、電子線源とシンチレータパネルとの間に配置されている。シンチレータパネルは、電子線源と撮像素子との間に配置されている。シンチレータパネルにおいてシンチレータは、電子線源側に配置されている。本実施形態に係る電子顕微鏡においては、電子線源から放射される電子線のうち試料を透過又は散乱した電子線をシンチレータパネルのシンチレータで光学像に変換し、当該光学像を撮像素子において撮像する。撮像素子としては、固体撮像素子を用いることができる。本実施形態に係る電子顕微鏡では、試料を透過又は散乱した電子線がシンチレータを透過する場合であっても、当該電子線をファイバオプティックプレートで遮蔽することにより、シンチレータを透過する電子線に起因する不具合を抑制しつつ光学像を撮像素子において撮像することができる。
図3は、電子顕微鏡の一例(透過型電子顕微鏡)を模式的に示す図である。図3に示す電子顕微鏡200は、電子銃(電子線源)210と、電子光学系220と、試料載置部230と、電子光学系240と、シンチレータパネル250と、固体撮像素子260と、をこの順に備える。シンチレータパネル250は、ファイバオプティックプレート252と、ファイバオプティックプレート252上に配置されたシンチレータ254と、を備える。シンチレータパネル250は、固体撮像素子260の受光面側に配置されている。シンチレータ254は、シンチレータパネル250の受光面側に配置されている。
電子銃210は、電子線EB1を放射する。電子光学系220は、電子銃210から放射される電子線EB1を試料載置部230の試料230aに照射する。電子線EB1のうち試料230aを透過又は散乱した電子線EB2は、電子光学系240によって焦点が調整されてシンチレータ254に入射し、シンチレータ254で光学像に変換される。試料230aの情報を含む当該光学像を固体撮像素子260で撮像することができる。電子顕微鏡200では、試料230aを透過又は散乱した電子線EB2がシンチレータ254を透過する場合であっても、電子線EB2をファイバオプティックプレート252で遮蔽することにより、シンチレータ254を透過する電子線EB2に起因する不具合を抑制しつつ光学像を固体撮像素子260において撮像することができる。
本実施形態によれば、本実施形態に係る放射線検出器における放射線照射器とシンチレータとの間に対象物(被写体、撮像対象、検査対象等)が配置された状態で対象物に対して放射線照射器から放射線を照射する場合において、撮像素子に向かう放射線の少なくとも一部(一部又は全部)をファイバオプティックプレートで遮蔽する、放射線遮蔽方法を提供することができる。本実施形態に係る放射線遮蔽方法によれば、小さい着色度及び適度な屈折率を有するコアガラスを備えるファイバオプティックプレートを用いることにより、放射線遮蔽性能を向上させつつ、光学機器における優れた性能を確保することができる。本実施形態に係る放射線遮蔽方法では、対象物において透過、吸収、散乱又は回折する放射線を検出又はイメージングする放射線測定において、撮像素子に向かう放射線をファイバオプティックプレートで遮蔽してよい。本実施形態に係る放射線遮蔽方法は、本実施形態に係る放射線検出器における放射線照射器とシンチレータとの間に対象物が配置された状態で対象物に対して放射線照射器からX線を照射する場合において、撮像素子に向かうX線の少なくとも一部(一部又は全部)をファイバオプティックプレートで遮蔽する、X線遮蔽方法であってよい。本実施形態に係る放射線遮蔽方法は、本実施形態に係る放射線検出器における放射線照射器とシンチレータとの間に対象物が配置された状態で対象物に対して放射線照射器から電子線を照射する場合において、撮像素子に向かう電子線の少なくとも一部(一部又は全部)をファイバオプティックプレートで遮蔽する、電子線遮蔽方法であってよい。
本実施形態は、例えば、イメージセンサ等の各種センサ、各種カメラ、電子顕微鏡などに用いることができる。本実施形態は、エリアセンサ又はラインセンサにおいて用いることができる。本実施形態は、医療・歯科撮像分野、バッテリー検査(完成品検査、工程内検査、材料検査等)、電子基板検査、絶縁材料検査、電子部品・電子機器検査、樹脂検査、食品検査などにおいて用いることができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明の内容を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<ガラス組成物の作製>
表1~4に示す組成を有するガラス組成物の構成元素を含む各種酸化物を充分混合して混合物を得た。次に、この混合物を白金るつぼに投入した後、電気炉を用いて1100~1500℃に加熱して混合物を溶解した。その際に、適宜撹拌することで清澄及び均質化を行った。次いで、適切な温度で予熱しておいた金型内に鋳込んだ後、徐冷することにより歪みを取り除くことでガラス組成物を得た。表1~4中、含有量の欄の空欄部は不使用(0質量%)を意味する。
<物性評価>
ガラス組成物の転移点(Tg)、屈伏点(At)、及び、線熱膨張係数(α)は、熱膨張計(TD:Thermo Dilatometer マック・サイエンス社製、商品名:TD5000S)を用いて測定した。密度は、ミラージュ貿易株式会社製「ED-120T」を用いて、「JIS Z 8807:2012 固体の密度及び比重の測定方法」に準拠して測定した。屈折率(d線)は、カルニュー光学工業株式会社製「KPR-2000」を用い、「JIS B 7071-2:2018 光学ガラスの屈折率測定方法-第2部:Vブロック法」に準拠して測定した。屈折率(d線)以外の物性は実施例についてのみ測定した。屈折率(d線)については、実施例及び比較例1、2についてのみ測定した。測定結果を表1~4に示す。
<着色度の評価>
実施例及び比較例のガラス組成物を目視で観察し、下記基準に基づき着色度を評価した。結果を表1~4に示す。
A:着色なし
B:微着色
C:着色
D:強い着色
<耐失透性の評価>
実施例のガラス組成物を電気炉中で1時間溶融した後に電気炉から融液を取り出した。融液の撹拌を開始し、融液が固まるまで撹拌を行った際のガラス組成物の状態を目視で観察し、下記基準に基づき耐失透性を評価した。結果を表1~3に示す。
A:失透なくガラス化
B:若干失透しているがガラス化
C:失透しているがガラス化
D:ガラス化しない(結晶化)
<ファイバオプティックプレートの作製>
実施例17及び比較例1のガラス組成物を用いてコアガラスを作製した。クラッドガラスでコアガラスを被覆した後、810℃に加熱し、線引きを行うことによりシングルファイバを作製した。シングルファイバを61本組み合わせてシングルファイバ束を作製した後、シングルファイバ束の隙間に吸光体ガラスを挿入することによりマルチファイバ母材を作製した。次に、マルチファイバ母材を825℃に加熱してマルチファイバを作製した。マルチファイバを397本組み合わせることによりマルチマルチファイバ母材を作製した。次に、マルチマルチファイバ母材を780℃に加熱してマルチマルチファイバを作製した。次に、マルチマルチファイバを数万本組み合わせた後、700℃で加熱融着することによりインゴットを作製した。インゴットを研磨加工することにより、X線イメージセンサ用の30mm×20mmのファイバオプティックプレート、及び、X線TDIカメラ用の250mm×7mmのファイバオプティックプレートを得た。
<シンチレータパネルの作製>
ヨウ化セシウムを主成分として含有する組成物を上述のファイバオプティックプレートの一方面に蒸着することにより、厚さ120μmのシンチレータを備えるシンチレータパネルを作製した。
<X線イメージセンサの作製>
上述のシンチレータパネルのファイバオプティックプレートにCMOS(浜松ホトニクス株式会社製、商品名:S11680-71)を接着することにより、CMOS/ファイバオプティックプレート/シンチレータの積層構造を有するX線イメージセンサを得た。X線管電圧70kVp、220μGy照射により出力画像における白点の数を評価したところ、比較例1では434個であるのに対し、実施例17では271個であり、X線に起因するCMOSの被曝が抑制されていることが確認された。実施例17以外の実施例のガラス組成物を用いて実施例17と同様にX線イメージセンサを作製した場合についても、比較例1と比べてCMOSの被曝を抑制することができる。
<X線TDIカメラの作製>
上述のシンチレータパネルのファイバオプティックプレートにCCD(浜松ホトニクス株式会社製、商品名:C13100-321)を接着することにより、CCD/ファイバオプティックプレート/シンチレータの積層構造を有するX線TDIカメラを得た。X線管電圧130kVp、電流2.4mAによりカメラの寿命性能を評価した。寿命性能の評価結果を図4に示す(縦軸(暗電流の最大値)の単位:D.N.(Digital Number)、横軸(X線照射時間)の単位:時間(hour))。図4に示されるように、X線照射に伴い暗電流の最大値が増加するものの、実施例17(符号A)では、比較例1(符号B)と比較して、X線照射に伴う暗電流の増加が抑制されており、寿命性能が向上することが確認された。実施例17以外の実施例のガラス組成物を用いて実施例17と同様にX線TDIカメラを作製した場合についても、比較例1と比べて寿命性能を向上させることができる。
Figure 0007474268000001
Figure 0007474268000002
Figure 0007474268000003
Figure 0007474268000004
100…放射線検出器、110,260…固体撮像素子、110a…受光面、120,250…シンチレータパネル、122,252…ファイバオプティックプレート、122a…コアガラス、122b…クラッドガラス、122c…吸光体ガラス、124,254…シンチレータ、130…X線照射器(放射線照射器)、140…対象物、200…電子顕微鏡、210…電子銃(電子線源)、220…電子光学系、230…試料載置部、230a…試料、EB1,EB2…電子線、VL…可視光、XL…X線。

Claims (15)

  1. 複数のコアガラスと、当該コアガラスを被覆するクラッドガラスと、前記複数のコアガラス間に配置された吸光体ガラスと、を備え、
    前記コアガラスにおけるTiOの含有量が7質量%以下であり、
    前記コアガラスにおけるBの含有量が15質量%以上20質量%未満であり、
    前記コアガラスにおけるWOの含有量が2.2~18.5質量%である、ファイバオプティックプレート。
  2. 前記コアガラスにおけるTiOの含有量が0.1質量%以下である、請求項1に記載のファイバオプティックプレート。
  3. 前記コアガラスにおけるBの含有量が18.5質量%以上20質量%未満である、請求項1又は2に記載のファイバオプティックプレート。
  4. 前記コアガラスにおけるWOの含有量が10~15質量%である、請求項1~3のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレート。
  5. 前記コアガラスにおけるSiOの含有量が2質量%以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレート。
  6. 前記コアガラスにおけるGdの含有量が25質量%以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレート。
  7. 前記コアガラスにおけるZrOの含有量が2.5質量%以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレート。
  8. 前記コアガラスのd線の屈折率nが1.85以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレート。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載のファイバオプティックプレートと、当該ファイバオプティックプレート上に配置されたシンチレータと、を備える、シンチレータパネル。
  10. 前記シンチレータが、ヨウ化セシウムを含有する柱状結晶を含み、
    前記柱状結晶が前記ファイバオプティックプレート側に根元を有する、請求項9に記載のシンチレータパネル。
  11. 前記シンチレータにおける前記ファイバオプティックプレートとは反対側の少なくとも一部を覆う保護膜を更に有する、請求項9又は10に記載のシンチレータパネル。
  12. 放射線照射器と、撮像素子と、請求項9~11のいずれか一項に記載のシンチレータパネルと、を備え、
    前記シンチレータパネルが前記放射線照射器と前記撮像素子との間に配置され、
    前記シンチレータパネルにおいて前記シンチレータが前記放射線照射器側に配置されている、放射線検出器。
  13. 電子線源と、当該電子線源から放射される電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を保持する試料載置部と、請求項9~11のいずれか一項に記載のシンチレータパネルと、撮像素子と、を備え、
    前記シンチレータパネルが前記電子線源と前記撮像素子との間に配置され、
    前記シンチレータパネルにおいて前記シンチレータが前記電子線源側に配置されており、
    前記電子線のうち前記試料を透過又は散乱した電子線を前記シンチレータパネルの前記シンチレータで光学像に変換し、当該光学像を前記撮像素子において撮像する、電子顕微鏡。
  14. 請求項12に記載の放射線検出器における前記放射線照射器と前記シンチレータとの間に対象物が配置された状態で前記対象物に対して前記放射線照射器からX線を照射する場合において、前記撮像素子に向かうX線の少なくとも一部を前記ファイバオプティックプレートで遮蔽する、X線遮蔽方法。
  15. 請求項12に記載の放射線検出器における前記放射線照射器と前記シンチレータとの間に対象物が配置された状態で前記対象物に対して前記放射線照射器から電子線を照射する場合において、前記撮像素子に向かう電子線の少なくとも一部を前記ファイバオプティックプレートで遮蔽する、電子線遮蔽方法。
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