(57)【要約】  高計数率で高速な測定を実現しつつ、面積を増やすことなく微小読み出しセル内で適切にオフセットを補正する放射線検出器を提供する。シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器１００であって、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオード３と、フォトダイオード３で生じた電流信号に基づく入力信号を補正する前段のＤＡ変換器ｄ１と、前段のＤＡ変換器ｄ１により補正された信号を増幅する増幅器ｋ２と、増幅器ｋ２により増幅された電荷信号を補正する後段のＤＡ変換器ｄ２と、後段のＤＡ変換器ｄ２により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器９と、弁別された信号を計数する計数器１０と、を各イメージングセルに対して備える。
2012077218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、
逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する前段のＤＡ変換器と、
前記前段のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された電荷信号を補正する後段のＤＡ変換器と、
前記後段のＤＡ変換器により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、
前記弁別された信号を計数する計数器と、を各イメージングセルに対して備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
各イメージングセルについて、前記後段のＤＡ変換器により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように前記増幅器の増幅率に対して、前記前段のＤＡ変換器による補正値および前記後段のＤＡ変換器による補正値が決定されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記波高弁別器は、所定範囲のエネルギーを有する放射線の信号のみを通過させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記前段のＤＡ変換器より前段に設けられた電荷増幅回路を更に備え、
前記増幅器が波形整形増幅器であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記増幅器は、電流増幅回路で構成され、
前記各ＤＡ変換器は、電流出力型であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線検出器。
【請求項６】
シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、
逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する第ｎ−１のＤＡ変換器と、
前記第ｎ−１のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する第ｎの増幅器と、
前記第ｎの増幅器により増幅された電荷信号を補正する第ｎのＤＡ変換器と、
前記第ｎのＤＡ変換器により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、
前記弁別された信号を計数する計数器と、を各イメージングセルに対して備え、
前記第ｎ−１のＤＡ変換器、第ｎの増幅器および第ｎのＤＡ変換器は、整数ｎについて２から２以上の整数Ｎまで連続して直列で接続されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
各イメージングセルについて、前記第ＮのＤＡ変換器により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように前記第ｎの増幅器の増幅率に対して、前記第ｎ−１のＤＡ変換器による補正値および前記第ｎのＤＡ変換器による補正値が決定されていることを特徴とする請求項６記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（放射線のシングル・フォトン・カウンティング方式）
放射線のシングル・フォトン・カウンティング方式の検出器は、多数の画素を備え、その内部で計数を行う。このような検出器は、一定時間の露光に対して計数結果を読み出すことで用いられる。特に、小さい画素サイズに加え強度の強い高計数率の放射線への対応を前提とする検出器は、高速でのイメージング、短時間での試料観察や分析手法などへの応用が考えられる。【０００３】
上記のような検出器は、放射線を感知するイメージングセルを有する。そして、イメージングセルに接続された読み出しセルからの信号は、シングル・フォトン・カウンティング方式によりデジタル化される。デジタル化されたカウント数は、さらに外部に置かれた読み出し装置によって読み出される。【０００４】
イメージングセルからの信号（電荷）は、電荷増幅回路および波形整形増幅回路を経て、波高弁別回路により放射線エネルギーのレベルに応じたデジタル信号となる。そして、それがシフトレジスタからなる計数回路で計数される。検出器の中では、イメージングセルとともに、これら回路からなる読み出しセルがマトリクス状に配置されている。【０００５】
（高速測定の性能）
このような検出器で、高速な測定を実現しようとした場合、時間的な無駄を省いて、計数回路で入射フォトンを記録することが必要となる。この場合、電荷増幅回路および波形整形増幅回路からの出力は、パルスとして波高弁別回路に入力される。しかし、このパルスの時間的な幅、即ち、これら回路の応答時間が無駄となる。この応答時間を短くすることで高速性能を実現することができる。【０００６】
（オフセット電圧）
一方、上記構成の回路では、電荷増幅回路、波形整形増幅回路および波高弁別回路のいずれにおいても、入力信号に対してオフセット電圧が存在することが知られている。つまり、入力がゼロとなっても、出力がゼロとはならない。また、さらに、Ｘ線に感度を有するイメージングセルはバイアス電圧を印加して用いられるが、その出力には漏洩電流（直流）が存在する。漏洩電流を電荷増幅回路にそのまま入力すると、増幅回路自体がその電流でバイアスされた形となり、上述のオフセット電圧を生じる別の原因となる。これらのオフセット電圧の値は、異なるイメージングセル間でその量が異なることから、そのままの状態でイメージングデバイスを構成すると、各読み出しセルごとに入射されるＸ線のフォトンに対応する信号の出現位置が異なってしまい、正しくイメージを形成することができない。【０００７】
（ＡＣ結合）
これを避けるための一つの方法として、電荷増幅回路の前段および波形整形増幅回路の入出力においてコンデンサを挿入し、漏洩電流の直流成分のカットが行われる。図５は、従来のＡＣ結合による放射線検出器５００の回路構成を示す図である。図５に示すような回路方式をＡＣ結合と呼ぶ。【０００８】
図５に示すように放射線検出器５００は、バイアス電位の供給源５０１、閾値電圧の供給源５０２、イメージングセル５０４、読み出しセル５０７、計数回路の読み出しのための送り出し手段５１３、計数回路から外部につながる信号線５１４を備えている。イメージングセル５０４は、フォトダイオード５０３、フォトダイオードからの出力端子５０５、バイアス電位に対する接続点５０６を備えている。フォトダイオード５０３は、バイアス電位の供給源５０１により逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させる。読み出しセル５０７は、増幅回路５０８、コンデンサ５３１、波高弁別回路５０９、計数回路５１０、入力端子５３０、信号線５１４を備えている。なお、図５は、複数のイメージングセルのうちの単一のものに対応する回路のみを示している（以下の図面においても同様）。【０００９】
ＡＣ結合でコンデンサ５３１を通過したパルス信号は、立ち上がり時にオーバーシュートし、立下り時にアンダーシュー卜する傾向を持つ。ＡＣ結合においてパルスが通過中は次のパルス信号を受け入れられない。さらにアンダーシュートが生じた状態でも、次のパルス信号が重なると波高値が変化してしまうため、パルス信号を受けることは好ましくない。つまり、ＡＣ結合では、パルス信号同士の間隔をある程度以上は狭めることができない。すなわち、高速のパルス信号処理が難しくなるため、課題としての高速測定を実現するためには、ＡＣ結合をとるのは好ましくない。【００１０】
（ＤＣ結合）
一方、各段にコンデンサを挿入せず、直接接続する構成を、ＤＣ結合と呼ぶ。図６は、従来のＤＣ結合による放射線検出器６００の回路構成を示す図である。上記の理由により、高速性能を前提とする場合には接続をＤＣ結合とし、各々の読み出しセル内に、外部から個別に設定可能なＤＡ変換器６１２を置き、その出力を波形整形増幅回路（後段の増幅器６０８）の出力とアナログ加算しオフセット値の相殺を図ることが好ましい。【００１１】
図６に示すように放射線検出器６００は、バイアス電位の供給源６０１、閾値電圧の供給源６０２、イメージングセル６０４、読み出しセル６０７、ＤＡ変換器への設定手段６１１、計数回路の読み出しのための送り出し手段６１３、計数回路から外部につながる信号線６１４を備えている。イメージングセル６０４は、フォトダイオード６０３、フォトダイオードからの出力端子６０５、バイアス電位に対する接続点６０６を備えている。フォトダイオード６０３は、バイアス電位の供給源６０１により逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させる。読み出しセル６０７は、増幅回路６０８、ＤＡ変換器６１２、波高弁別回路６０９、計数回路６１０、入力端子６３０、信号線６１４を備えている。【００１２】
特許文献１には、上記のようなＤＣ結合の回路の例が記載されている。特許文献１のＦｉｇ.４に示すようにANALOG BLOCKの内部で、高計数率への対応を実現するために、CS AMPからの出力が、直接、CA COMPに接続されている。CS AMPの出力は、異なる読み出しユニットセルごとに異なった値を持つオフセット値を持っており、それを相殺するために、CA COMPのもう一方の入力には、THRESHOLD CORRECTORが取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許７５１４６８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１記載の方式では、フォト検出セルからの漏洩電流に加え、AMP自身が持つオフセット分が信号に加わり、さらにそれが倍増される。そのため、CA COMPに入力される時点でのオフセット値は大きな値となり、それを相殺するためのTHRESHOLD CORRECTORの可変範囲も大きくせざるを得なくなる。この可変範囲をカバーすることが、読み出しユニットセルを小さく作る上での制約となる。【００１５】
ＤＣ結合方式の検出器におけるＤＡ変換器は、内部に設定されるビットの重み付けに比例した定電流源を備え、設定に応じてそれらを切り替え、加算することで、任意のアナログ出力を得る。例えば、４ビットのＤＡ変換器では、面積が１対２対４対８の定電流源（トランジスタ）を設定に応じて切り替え、加算する。このことから明らかなように設定範囲を１ビット分広げようとすると、現状のトランジスタの面積全てを合せた面積の定電流源を付け加える必要が生じる。したがって、定電流源の占める面積が大きくなり微小読み出しセルの実現には障害になってしまう。【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高計数率で高速な測定を実現しつつ、回路部分の面積を増やすことなく微小読み出しセル内で適切にオフセットを補正する放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係る放射線検出器は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する前段のＤＡ変換器と、前記前段のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する増幅器と、前記増幅器により増幅された電荷信号を補正する後段のＤＡ変換器と、前記後段のＤＡ変換器により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、前記弁別された信号を計数する計数器と、を各イメージングセルに対して備えることを特徴としている。このように本発明の放射線検出器は、補正された信号を増幅しさらに補正することで、小さな読み出しセルで効率的に信号を補正できる。【００１８】
（２）また、本発明に係る放射線検出器は、各イメージングセルについて、前記後段のＤＡ変換器により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように前記増幅器の増幅率に対して、前記前段のＤＡ変換器による補正値および前記後段のＤＡ変換器による補正値が決定されていることを特徴としている。このようにイメージングセル間で予め調整された補正を行うため、複数のイメージングセルで正確な測定が可能になる。【００１９】
（３）また、本発明に係る放射線検出器は、前記波高弁別器が、所定範囲のエネルギーを有する放射線の信号のみを通過させることを特徴としている。これにより、放射線の波長に対してさらに効果的な弁別が可能となる。【００２０】
（４）また、本発明に係る放射線検出器は、前記前段のＤＡ変換器より前段に設けられた電荷増幅回路を更に備え、前記増幅器が波形整形増幅器であることを特徴としている。これにより、増幅回路の段数を増やすことなく小さな読み出しセルで効率的に信号を補正することができる。【００２１】
（５）また、本発明に係る放射線検出器は、前記増幅器が、電流増幅回路で構成され、前記各ＤＡ変換器は、電流出力型であることを特徴としている。これにより、読み出しセルの大きさに制限がある中でも効果的に信号を補正できる。【００２２】
（６）また、本発明に係る放射線検出器は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する第ｎ−１のＤＡ変換器と、前記第ｎ−１のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する第ｎの増幅器と、前記第ｎの増幅器により増幅された電荷信号を補正する第ｎのＤＡ変換器と、前記第ｎのＤＡ変換器により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、前記弁別された信号を計数する計数器と、を各イメージングセルに対して備え、前記第ｎ−１のＤＡ変換器、第ｎの増幅器および第ｎのＤＡ変換器は、整数ｎについて２から２以上の整数Ｎまで連続して直列で接続されていることを特徴としている。このように本発明の放射線検出器は、補正された信号を増幅しさらに補正する構成を有するため、高い増幅度を必要とする読み出しセルで効率的に信号を補正できる。【００２３】
（７）また、本発明に係る放射線検出器は、各イメージングセルについて、前記第ＮのＤＡ変換器により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように前記第ｎの増幅器の増幅率に対して、前記第ｎ−１のＤＡ変換器による補正値および前記第ｎのＤＡ変換器による補正値が決定されていることを特徴としている。このようにイメージングセル間で予め調整された補正を行うため、複数のイメージングセルで正確な測定が可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高計数率で高速な測定を実現しつつ、回路部分が占める面積を増やすことなく微小読み出しセル内で適切にオフセットを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の放射線検出器の回路構成を示す図である。
【図２】（ａ）比較例の放射線検出器の補正回路の例を示す図である。（ｂ）実施例の放射線検出器の補正回路の例を示す図である。
【図３】第２実施形態の放射線検出器の回路構成を示す図である。
【図４】第３実施形態の放射線検出器の回路構成を示す図である。
【図５】従来のＡＣ結合による放射線検出器の回路構成を示す図である。
【図６】従来のＤＣ結合による放射線検出器の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
［第１実施形態］
（回路構成）
図１は、放射線検出器１００の回路構成を示す図である。放射線検出器１００は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセル４を有する。ただし、図１では単一のイメージングセル４の回路構成のみを示している。検出対象の放射線には、少なくともＸ線、γ線が含まれる。放射線検出器１００は、Ｘ線を用いたイメージングや、Ｘ線回折法などの分析手法のための検出手段に応用できる。
【００２８】
放射線検出器１００は、微小かつ高密度の読み出しセルを備えることが好ましい。これにより、入射放射線のエネルギーに対する弁別能力を備えつつ、かつ、強い強度（高計数率）の入射放射線への対応を実現できる。
【００２９】
放射線検出器１００は、増幅段の接続ではＤＣ結合方式を採用し、高速性能を実現している。また、増幅回路を複数段に分け、その各々出力において、オフセットを相殺するための補正用ＤＡ変換器をおき、オフセット電圧を補正する。これにより、回路部品の面積を増やすことなく、高速性能を実現しつつ検出素子からの漏洩電流による影響を補正することができる。回路構成の詳細については後述する。
【００３０】
高速性能を実現するために、増幅段の接続ではＤＣ結合方式をとりつつ、さらに増幅回路を複数段に分け、その各々出力においてオフセットを相殺するための補正用ＤＡ変換器を置き、オフセット電圧の補正を行う。これにより、より狭い回路部品の面積で高速性能を実現しつつ、オフセットによる影響を補正できる。
【００３１】
図１に示すように放射線検出器１００は、バイアス電位の供給源１、閾値電圧の供給源２、イメージングセル４、読み出しセル７、ＤＡ変換器への設定手段１１、計数器１０の読み出しのための送り出し手段１３、計数器１０から外部につながる信号線１４を備えている。
【００３２】
イメージングセル４は、フォトダイオード３、フォトダイオード３の出力端子５、バイアス電位に対する接続点６を備えている。フォトダイオード３は、バイアス電位の供給源１により逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させる。フォトダイオード３に入射した放射線による信号は、読み出しセル７内の増幅回路ｋ１、ｋ２に入力される。増幅回路ｋ１、ｋ２は、２段に分けられている。増幅回路ｋ１、ｋ２の各々の出力側には、オフセット補正を目的とする２つのＤＡ変換器ｄ１、ｄ２が接続され、その出力をアナログ加算する構成となっている。このように、オフセット補正を増幅器の前後で分割することにより、効率よく大きな補正範囲をカバーできる。
【００３３】
読み出しセル７は、前段の増幅回路ｋ１、後段の増幅回路ｋ２、前段のＤＡ変換器ｄ１、後段のＤＡ変換器ｄ２、波高弁別器９、計数器１０、入力端子３０、信号線１４を備えている。入力端子３０は、読み出しセル７の入力端子である。
【００３４】
前段の増幅器ｋ１は、フォトダイオード３で生じた電流信号を増幅する。前段の増幅器ｋ１は、電荷増幅回路であることが好ましい。前段のＤＡ変換器ｄ１は、フォトダイオード３で生じた電流信号に基づき、増幅された入力信号を補正する。後段の増幅器ｋ２は、前段のＤＡ変換器ｄ１により補正された信号を増幅する。後段の増幅器ｋ２は、波形整形増幅回路であることが好ましい。これにより、増幅器の段数を増やすことなく小さな読み出しセルで効率的に信号を補正することができる。
【００３５】
シングル・フォトン・カウンティング型の検出回路では電荷増幅回路を設置し、その後段に波形整形増幅回路を設置する。上記の実施形態における前段の増幅器として電荷増幅回路を用い、後段の増幅器として波形整形増幅回路を用いることが好ましい。その場合、各々の出力に対してＤＡ変換器による補正回路を設置する。電荷増幅回路と波形整形増幅回路の増幅度にはそれぞれ適切な値を与える。
【００３６】
後段のＤＡ変換器ｄ２は、後段の増幅器ｋ２により増幅された電荷信号を補正する。補正された信号を増幅しさらに補正することで、小さな読み出しセルで効率的に信号を補正できる。
【００３７】
各イメージングセルについて、後段のＤＡ変換器ｄ２により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように後段の増幅器ｋ２の増幅率に対して、前段のＤＡ変換器ｄ１による補正値および後段のＤＡ変換器ｄ２による補正値が決定されている。これにより、複数のイメージングセルで正確な測定が可能になる。なお、増幅器は、電流増幅回路で構成され、各ＤＡ変換器は、電流出力型であってもよい。これにより、読み出しセルの大きさに制限がある中でも効果的に信号を補正できる。補正値の決定は、たとえば、同一のＸ線を放射線検出器１００に同一のＸ線を一定時間露光して検査することで行える。その際には、露光しながらイメージングセルごとに波高弁別器９の設定を少しずつ変えてカウントをとり、同じエネルギーに対して同じカウントが観察されるように補正値を決定する。
【００３８】
ＤＡ変換器は電流出力型であることが好ましい。電流出力型のＤＡ変換器は回路構成が簡単であるため、特に微小な読み出しセルの中で回路部品を構成する場合には向いている。その場合には、さらに増幅器ｋ１、ｋ２自体も電流増幅回路とすることにより、途中に電流／電圧変換を設けることなく、増幅器ｋ１、ｋ２の出力におけるアナログ加算を行うことができる。
【００３９】
信号線１４は、計数器１０から外部へ接続され信号を送信する。波高弁別器９は、後段のＤＡ変換器ｄ２により補正された信号に基づく出力信号を弁別する。計数器１０は、弁別された信号を計数する。
【００４０】
（補正回路）
図２（ａ）は、比較例の放射線検出器の補正回路の例を示す図であり、図２（ｂ）は、実施例の放射線検出器の補正回路の例を示す図である。まず、図２（ａ）に示す回路の例は、増幅器ｋ１およびＤＡ変換器ｄ１を備え、後段増幅器は備えておらず、増幅器ｋ１は一段である。増幅器ｋ１のゲインは１００であり、増幅器にはオフセット電圧Ｖｏｆｆが入力される。
【００４１】
増幅器ｋ１の出力側にはＤＡ変換器ｄ１が設けられ、ＤＡ変換器ｄ１はオフセット電圧Ｖｏｆｆを電圧ステップＶｄで補正する。仮に電圧ステップＶｄがオフセット電圧Ｖｏｆｆと等しい場合を考える。増幅器ｋ１のゲインは１００であるので、増幅器出力でオフセット電圧は、Ｖｏｆｆ×１００に増幅される。
【００４２】
このときＤＡ変換器ｄ１が増幅されたオフセット電圧を相殺するためには、ＤＡ変換器ｄ１にＶｄ×１００の範囲をカバーできる分解能が要求される。これをビット換算すると、１００＜１２８＝２７であることから、ＤＡ変換器ｄ１に必要とされる分解能は７ビットとなる。ただし、ＤＡ変換器ｄ１の最大設定は１２７となるので、〔ＤＡ変換器の最大補正電圧〕＝Ｖｄ×１２７となる。このように〔増幅器ｋ１の出力でのオフセット電圧〕＜〔ＤＡ変換器ｄ１の最大補正電圧〕となるようにＤＡ変換器ｄ１のビット数が必要となる。
【００４３】
図２（ｂ）に示す回路の例は、増幅器ｋ１、ＤＡ変換器ｄ１、増幅器ｋ２、ＤＡ変換器ｄ２を備え、読み出しセルの回路に対して補正を２段階に分けて適用している。前段の増幅器ｋ１および後段の増幅器ｋ２はいずれも１以上の増幅ゲインを有する。
【００４４】
増幅器が２段に分けられており、前段の増幅器ｋ１のゲインは２５、後段の増幅器ｋ２のゲインは４である。したがって、連結された回路全体のゲインは、２５×４＝１００であり、図２（ａ）の例のゲインと同様である。増幅器ｋ１にはオフセットとして電圧Ｖｏｆｆが入力される。
【００４５】
また、ＤＡ変換器ｄ１、ｄ２は、それぞれ増幅器ｋ１、ｋ２の各々の出力側に設けられ、オフセット電圧Ｖｏｆｆを補正する。いずれのＤＡ変換ｄ１、ｄ２の電圧ステップもＶｄであり、仮に電圧ステップＶｄがオフセット電圧Ｖｏｆｆと等しい場合を考える。この場合、ＤＡ変換器ｄ１にＶｄ×２５の範囲をカバーできる分解能が要求される。これをビット換算すると、２５＜３２＝２５であることから、ＤＡ変換器ｄ１に必要とされる分解能は５ビットとなる。ただし、ＤＡ変換器ｄ１の最大設定は３１となるので、〔ＤＡ変換器の最大補正電圧〕＝Ｖｄ×３１となる。このように〔増幅器ｋ１の出力でのオフセット電圧〕＜〔ＤＡ変換器ｄ１の最大補正電圧〕となるようにＤＡ変換器ｄ１のビット数が必要となる。
【００４６】
前段の増幅器ｋ１出力での、補正後のオフセット電圧はＶｏｆｆを超えることはないが、最も大きい場合のＶｏｆｆが残っているとして後段の増幅器ｋ２の出力において必要とされるＤＡ変換器の分解能を考える。この場合、Ｖｏｆｆ×４が後段の増幅器ｋ２の出力で最も大きい場合のオフセット電圧である。したがって、ＤＡ変換器ｄ２にＶｄ×４の範囲をカバーできる分解能が要求される。これをビット換算すると、４＜８＝２３であることから、ＤＡ変換器ｄ１に必要とされる分解能は３ビットとなる。ただし、ＤＡ変換器ｄ２の最大設定は７となるので、〔ＤＡ変換器の最大補正電圧〕＝Ｖｄ×７となる。このように〔増幅器ｋ２の出力でのオフセット電圧〕＜〔ＤＡ変換器ｄ２の最大補正電圧〕となるようにＤＡ変換器ｄ２のビット数が必要となる。
【００４７】
ＤＡ変換器については、その分解能のビット数が増加すればするほど、その占める面積が大きくなる。したがって、放射線検出器１００のように微小面積内の回路構成の要請がある場合、７ビットのＤＡ変換器を単独で使うよりも、５ビットのＤＡ変換器と３ビットのＤＡ変換器とを併せて使う方が有利である。
【００４８】
構成部品の面積の比較では扱うビット数が同じであるため、最初の定電流源以外の構成部品はほぼ同面積とみなせる一方、定電流源の面積単位は分解能に比例し７ビットの場合は１２７単位であるのに対し、５ビットと３ビットの場合は各々３１単位と７単位であり、両者併せても７ビットの場合と比べ１／４以下の大きさで済む。なお、ＤＡ変換器の分解能、増幅器の段数、増幅器の増幅度に対する重み付けは、採用する回路方式や半導体プロセスの特性等を考慮して、最適な値を選択することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
上記の実施形態では、増幅器の後に設ける波高弁別回路と計数器は１組であるが、２組としてもよい。図３は、波高弁別回路と計数器が２組である場合の放射線検出器２００の回路構成を示す図である。波高弁別器９は、所定範囲のエネルギーを有する放射線の信号のみを通過させる。これにより、放射線の波長に対してさらに効果的な弁別が可能となる。
【００５０】
放射線検出器２００には、増幅器以降に波高弁別器９と計数器１０が２組設けられている。このように２組の波高弁別回路を設けることで、波高（入射Ｘ線のエネルギー、波長）の高さの相違を敏感に区別できる。
【００５１】
この場合の２つの波高弁別器９は、異なるエネルギーレベル（波長）の２種類の入射放射線によるフォトンを同時に計数するために用いてもよい。また、ある特定のエネルギーレベル（波長）の入射Ｘ線に注目して、それだけを弁別するウインドウ・コンパレータを形成してもよい。いずれの場合でも、異なる読み出しセル７の間でのオフセット電圧の量がより十分に補正されるために、エネルギーレベルに対する感度を生かした使用方法が可能となる。
【００５２】
［第３実施形態］
（多段型）
なお、上記の実施形態では、前段のＤＡ変換器ｄ１、後段のＤＡ変換器ｄ２を有しており、２段で補正を行う構成であるが、多段型であってもよい。図４は、多段型の放射線検出器３００の回路構成を示す図である。この場合、補正回路は、第１の増幅器ｋ１〜第Ｎの増幅器ｋＮ、および第１のＤＡ変換器ｄ１〜第ＮのＤＡ変換器ｄＮを備えている。
【００５３】
第ｎ−１のＤＡ変換器ｄｎ−１は、フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する。整数ｎについて第ｎの増幅器ｋｎは、第ｎ−１のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する。第ｎのＤＡ変換器は、第ｎの増幅器により増幅された電荷信号を補正する。
【００５４】
このようにして、第ｎ−１のＤＡ変換器ｄｎ−１、第ｎの増幅器ｋｎおよび第ｎのＤＡ変換器ｄｎは、整数ｎについて２から２以上の整数Ｎまで連続して直列で接続されている。このように補正された信号を増幅し、さらに補正する構成を有するため、小さな読み出しセルで効率的に信号を補正できる。なお、Ｎ＝２の場合には、実施形態１と同じ回路になる。
【００５５】
波高弁別器９は、第ＮのＤＡ変換器ｄＮにより補正された信号に基づく出力信号を弁別する。計数器１０は、弁別された信号を計数する。各イメージングセルについて、第ＮのＤＡ変換器ｄＮにより補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように第ｎの増幅器の増幅率に対して、第ｎ−１のＤＡ変換器ｄｎ−１による補正値および第ｎのＤＡ変換器ｄｎによる補正値が決定されている。このようにイメージングセル間で予め調整された補正を行うため、複数のイメージングセルで正確な測定が可能になる。
【符号の説明】
【００５６】
１  バイアス電位の供給源
２  閾値電圧の供給源
３  フォトダイオード
４  イメージングセル
５  出力端子
６  接続点
７  読み出しセル
９  波高弁別回路
１０  計数器
１１  設定手段
１２  ＤＡ変換器
１３  送り出し手段
１４  信号線
３０  入力端子
ｋ１  前段の増幅器
ｋ２  後段の増幅器
ｄ１  前段のＤＡ変換器
ｄ２  後段のＤＡ変換器
ｋｎ  第ｎの増幅器
ｄｎ  第ｎのＤＡ変換器
１００、２００、３００  放射線検出器
【図１】
2012077218.tif 000003
【図２】
2012077218.tif 000004
【図３】
2012077218.tif 000005
【図４】
2012077218.tif 000006
【図５】
2012077218.tif 000007
【図６】
2012077218.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月11日(2013.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有し、Ｎを２以上の整数とするとき増幅器およびＤＡ変換機からなる構成がＮ個存在する多段型の放射線検出器であって、
ｎを２からＮの整数とするとき、
逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を補正する第ｎ−１段目のＤＡ変換器と、
前記第ｎ−１段目のＤＡ変換器により補正された信号を増幅する第ｎ段目の増幅器と、
前記第ｎ段目の増幅器により増幅された電荷信号を補正する第ｎ段目のＤＡ変換器と、
前記第ｎ段目のＤＡ変換器により補正された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、
前記弁別された信号を計数する計数器と、を各イメージングセルに対して備え、
前記第ｎ−１段目のＤＡ変換器、第ｎ段目の増幅器および第ｎ段目のＤＡ変換器は、整数ｎについて２から２以上の整数Ｎまで連続して直列で接続されていることを特徴とする放射線検出器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
各イメージングセルについて、前記第Ｎ段目のＤＡ変換器により補正された信号がイメージングセル間で予め調整された補正と一致するように前記第ｎ段目の増幅器の増幅率に対して、前記第ｎ−１段目のＤＡ変換器による補正値および前記第ｎ段目のＤＡ変換器による補正値が決定されていることを特徴とする請求項６記載の放射線検出器。
【国際調査報告】
2012077218.tif 000009
2012077218.tif 000010
2012077218.tif 000011
2012077218.tif 000012