(57)【要約】【課題】放射線のフォトンカウンティングにおける精度を向上させる。【解決手段】複数のフォトダイオードには、降伏電圧未満のバイアス電圧が印加される。電荷蓄積部は、フォトダイオードにより光電変換された電荷を蓄積して蓄積した電荷の量に応じた信号電圧の電気信号を生成する。複数のシンチレータは、放射線が入射されるとシンチレーション光を発生して複数のフォトダイオードに照射する。データ処理部は、電気信号に基づいて前記シンチレータごとにシンチレーション光の光量を測定する。【選択図】図１
2014139564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降伏電圧未満のバイアス電圧が印加された複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにより光電変換された電荷を蓄積して当該蓄積した電荷の量に応じた信号電圧の電気信号を生成する電荷蓄積部と、
放射線が入射されるとシンチレーション光を発生して前記複数のフォトダイオードに照射する複数のシンチレータと、
前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記シンチレーション光の光量を測定するデータ処理部と
を具備する放射線計数装置。
【請求項２】
前記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された前記光量を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記変換された前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記光量を測定する
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された光子の有無を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記変換された前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記光量を測定する
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項４】
前記光子の数を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記電荷蓄積部および前記複数のフォトダイオードは、積層された２つの基板の一方に設けられ、
前記変換回路は、前記２つの基板の他方に設けられる
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項５】
前記データ処理部は、前記フォトダイオードおよび前記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素により生成された前記電気信号を取得し、前記放射線が入射されていないときの前記信号電圧が所定の閾値より高い前記画素を欠陥画素として検出して前記欠陥画素の個数に基づいて前記光量を補正する
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項６】
前記複数のシンチレータは、前記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に前記シンチレーション光を照射し、
前記フォトダイオードは、前記領域ごとに複数設けられる
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項７】
前記フォトダイオードは、前記垂直面において前記領域のみに設けられる
請求項６記載の放射線計数装置。
【請求項８】
前記複数のシンチレータは、前記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に前記シンチレーション光を照射し、
前記フォトダイオードは、前記領域ごとに１つ設けられる
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項９】
前記電荷蓄積部は、前記フォトダイオードをそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する前記複数の画素により生成された前記電荷の量を加算して蓄積する
請求項１記載の放射線計数装置。
【請求項１０】
前記フォトダイオードおよび前記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する前記複数の画素により生成された前記信号電圧を加算する加算部をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記加算された信号電圧の前記電気信号に基づいて前記光量を測定する
請求項１記載の放射線計数装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像装置に関する。詳しくは、放射線を検出する撮像装置、これを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線のフォトンカウンティングを用いた医療診断機器の導入が進んでいる。そのような医療診断機器としては、例えば、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography：ガンマカメラ）やＰＥＴ（Positron Emission Tomography）などがある。この放射線のフォトンカウンティングでは、検出器に入射する放射線光子数のカウントが実施されるとともに、個々の放射線１光子が持つエネルギー強度の検出がなされ、エネルギー強度に応じたカウントのフィルタリングが実施される。現在これらの用途に一般に使用されている放射線検出器は、シンチレータおよび光電子増倍管の組み合わせである。シンチレータに放射線光子が入射すると、シンチレーション光の微弱なパルスが発生する。これを電子増倍管で検知し、その出力強度を後段に設置されたアンプを介してＡＤ（Analog to Digital）変換機で測定する。例えばパルスの高さから放射線光子のエネルギーが導出される。
【０００３】
このようなエネルギー弁別を伴った放射線のフォトンカウンティングでは、位置情報が失われてノイズとなった散乱線をフィルタリングすることができ、高い撮像コントラストを得られる。このため、このようなフォトンカウンティングは、例えばＸ線マンモグラフィーやＣＴ（Computed Tomography）等の撮像においても、低被ばくと高画質とを両立させる有効な手段として期待されている。これらの撮像はより高い空間分解能を必要とするので、一般にはテルル化カドニウム等による直接検出が検討されている。
【０００４】
一方、新たな放射線計数用の検出器として、近年、ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）を配列したＡＰＤアレイとシンチレータとを用いた検出器が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。このＡＰＤアレイは、シリコンＰＭＴ（PhotoMultiplier：光電子増倍管）とも呼ばれる。これらの検出器は、１ミリ角程度のシンチレータに対して、ガイガーモードで動作する半導体ＡＰＤを多数並べることで検出ユニットを構成し、発砲したＡＰＤ数を集計することで入射した放射線のエネルギーを導出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５３０８号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の技術では、放射線のフォトンカウンティングの精度の向上が困難である。上述の検出器では、ＡＰＤはガイガーモードにおいて、ＡＰＤの降伏電圧より高い非常な高電界を必要とするため、その電界は半導体基板内の広い範囲に渡って電荷の再分布を発生させ、影響を小面積に閉じ込めるのは困難である。また、その高電圧によりトランジスタ等の素子が破壊されないように保護回路などを設けなくてはならない。このため、セルサイズは４０μｍ程度が小型化の限界である。したがって、それをアレイ化した検出ユニットも小型化は困難であり、特許文献１においてもユニット経は１ミリ角程度のものとなっている。一方、例えばＸ線の透過撮像等において、受光部１ミリ角あたりに入射する放射線の個数は、ガンマカメラでは１秒当たり１００個以下であるのに対し、マンモグラフィーでは数万乃至数百万個、ＣＴ撮像ではさらに桁オーダーで高くなる。その場合シンチレータへの放射線入射頻度は非常に高くなり、高頻度でシンチレーションパルス光が発生し、その光はシンチレータ内を拡散する。ここで個々の放射線入射に伴う発光を区別するには、時間的光量変化をモニターするしかないため、検出には極めて高い時間分解能が必要となる。
【０００７】
さらに、このような高頻度の放射線入射に対しては、シンチレータの発光が減衰しきらぬうちに次の発光が生じる、パイルアップと呼ばれる現象が深刻な問題となる。したがって、シンチレータの減衰特性にも高いスペックが要求されるとともに、パルス形状の把握と解析が必要となる。
【０００８】
また、暗状態で内部に強電界を保持するＡＰＤは、暗電流（ダークカウント）も大きく、冷却しての使用が必須となる。特許文献２のようにアクティブなクエンチ回路や出力回路等をセル内に集積すると、これも高耐圧特性を要するので分離等の占有面積が大きくなり、開口率と量子効率が悪化する。このように、ＡＰＤを用いてフォトンカウンティングを行う検出器では、精度を向上させることが困難である。
【０００９】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、放射線のフォトンカウンティングにおける精度を向上させることを目的とする。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、降伏電圧未満のバイアス電圧が印加された複数のフォトダイオードと、上記フォトダイオードにより光電変換された電荷を蓄積して当該蓄積した電荷の量に応じた信号電圧の電気信号を生成する電荷蓄積部と、放射線が入射されるとシンチレーション光を発生して上記複数のフォトダイオードに照射する複数のシンチレータと、上記電気信号に基づいて上記シンチレータごとに上記シンチレーション光の光量を測定するデータ処理部とを具備する放射線計数装置である。これにより、降伏電圧未満のバイアス電圧が印加された複数のフォトダイオードにより光電変換された電荷の量に応じた信号電圧の電気信号に基づいてシンチレータごとにシンチレーション光の光量が測定されるという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された上記光量を示す信号に上記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、上記データ処理部は、上記変換された上記電気信号に基づいて上記シンチレータごとに上記光量を測定してもよい。これにより、フォトダイオードに入射された光量を示す信号に変換された電気信号に基づいて上記シンチレータごとに上記光量が測定されるという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された光子の有無を示す信号に上記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、上記データ処理部は、上記変換された上記電気信号に基づいて上記シンチレータごとに上記光量を測定してもよい。これにより、フォトダイオードに入射された光子の有無を示す信号に変換された電気信号に基づいて上記シンチレータごとに上記光量が測定されるという作用をもたらす。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記光子の数を示す信号に上記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、上記電荷蓄積部および上記複数のフォトダイオードは、積層された２つの基板の一方に設けられ、上記変換回路は、上記２つの基板の他方に設けられてもよい。これにより、上記電荷蓄積部および上記複数のフォトダイオードが設けられた基板に積層された基板に上記変換回路が設けられるという作用をもたらす。
【００１４】
また、この第１の側面において、上記データ処理部は、上記フォトダイオードおよび上記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素により生成された上記電気信号を取得し、上記放射線が入射されていないときの上記信号電圧が所定の閾値より高い上記画素を欠陥画素として検出して上記欠陥画素の個数に基づいて上記光量を補正してもよい。これにより、欠陥画素の個数に基づいて光量が補正されるという作用をもたらす。
【００１５】
また、この第１の側面において、上記複数のシンチレータは、上記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に上記シンチレーション光を照射し、上記フォトダイオードは、上記領域ごとに複数設けられてもよい。これにより、フォトダイオードが領域ごとに複数設けられるという作用をもたらす。
【００１６】
また、この第１の側面において、上記フォトダイオードは、上記垂直面において上記領域のみに設けられてもよい。これにより、垂直面において領域のみにフォトダイオードが設けられるという作用をもたらす。
【００１７】
また、この第１の側面において、上記複数のシンチレータは、上記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に上記シンチレーション光を照射し、上記フォトダイオードは、上記領域ごとに１つ設けられてもよい。これにより、フォトダイオードが領域ごとに１つ設けられるという作用をもたらす。
【００１８】
また、この第１の側面において、上記電荷蓄積部は、上記フォトダイオードをそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する上記複数の画素により生成された上記電荷の量を加算して蓄積してもよい。これにより、複数の画素により生成された電荷の量が加算して電荷蓄積部に蓄積されるという作用をもたらす。
【００１９】
また、この第１の側面において、上記フォトダイオードおよび上記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する上記複数の画素により生成された上記信号電圧を加算する加算部をさらに具備し、上記データ処理部は、上記加算された信号電圧の上記電気信号に基づいて上記光子の光量を測定してもよい。これにより、複数の画素により生成された上記信号電圧を加算されるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００２０】
本技術によれば、放射線のフォトンカウンティングにおける精度を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本技術の第１の実施の形態における放射線検出装置１０に関する機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態におけるシンチレータ板２００と撮像素子１１０との関係を模式的に示す図が示されている。
【図３】本技術の第１の実施の形態におけるシンチレータ板２００の製造方法の一例を模式的に示す図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態の撮像素子１１０の基本構成例の一例を示す概念図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態の画素３１０の回路構成の一例を示す模式図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態の判定回路４００の機能構成の一例および判定回路４００の動作例の一例を示す概念図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態の放射線検出装置１０の一例と、区画化されていないシンチレータ板を備えた従来の放射線検出装置の一例とを模式的に示す図である。
【図８】本技術の第１の実施の形態のシンチレータ板２００を備える場合における間引き読み出しと、他のシンチレータ板（図７におけるａのシンチレータ１９０）を備える場合における間引き読み出しとを模式的に示す図である。
【図９】本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部（シンチレータの断面と接する画素のみに受光可能な画素が配置される画素アレイ部）を模式的に示す図である。
【図１０】本技術の第３の実施の形態における画素アレイ部（シンチレータの断面の面積に近いサイズの画素が配置される画素アレイ部）を模式的に示す図である。
【図１１】本技術の第４の実施の形態における検出ユニット（シンチレータの断面に面して配置されている複数の画素の出力を加算して検出ユニット単位の信号を出力する検出ユニット）を模式的に示す図である。
【図１２】本技術の第５の実施の形態における検出ユニットの一例を示す模式図である。
【図１３】本技術の第５の実施の形態における画素５４２の回路構成の一例を示す模式図である。
【図１４】本技術の第６の実施の形態の撮像素子１１０の基本構成例の一例を示す概念図である。
【図１５】本技術の第６の実施の形態のシンチレータ素子５６０および検出ユニット５１２の斜視図の一例である。
【図１６】本技術の第６の実施の形態の検出ユニット５１２の断面図の一例である。
【図１７】本技術の第６の実施の形態の受光部５５１の構成の一例を示す模式図である。
【図１８】本技術の第６の実施の形態の検出回路５５５の構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】本技術の実施の形態を適用してフォトンカウント型の検出を行うＸ線スキャナー（フォトンカウント型Ｘ線スキャナー）の一例を示す模式図である。
【図２０】本技術の実施の形態を適用したＸ線ＣＴ装置の検出器の一例を示す模式図である。
【図２１】本技術の実施の形態を適用したガンマカメラの検出器の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（放射線検出制御：区画化されてシンチレータが接着される撮像素子の例）
２．第２の実施の形態（放射線検出制御：区画化されたシンチレータに面する領域にのみ画素を配置して時間分解能を高める例）
３．第３の実施の形態（放射線検出制御：区画化されたシンチレータに面する領域に１つのアナログ画素を配置して時間分解能を高める例）
４．第４の実施の形態（放射線検出制御：複数の画素の出力をＣＣＤ転送で加算して時間分解能を高める例）
５．第５の実施の形態（放射線検出制御：複数の画素の電荷量を加算する例）
６．第６の実施の形態（放射線検出制御：画素を設けた基板と検出回路を設けた基板とを積層する例）
７．本技術の適用例
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［放射線検出装置の機能構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における放射線検出装置１０に関する機能構成の一例を示すブロック図である。
【００２４】
図１で示す放射線検出装置１０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを用いて放射線をフォトン（光子）カウントにより検出する撮像装置である。放射線検出装置１０は、検出部１００と、データ処理部１２０とを備える。
【００２５】
検出部１００は、放射線を半導体撮像素子で検出するものであり、シンチレータ板２００と、撮像素子１１０とを備える。
【００２６】
シンチレータ板２００は、電子線、電磁波などの放射線のエネルギーを吸収して蛍光（シンチレーション光）を発するものである。シンチレータ板２００は、撮像素子１１０の撮像面（撮像素子が設けられている面）に隣接して配置される。また、シンチレータ板２００は、入射した放射線により発生したシンチレーション光が拡散して撮像素子１１０に入射しないように、放射線の入射方向の直交方向（図の上下方向）にシンチレータが細かく区画化されている。すなわち、シンチレータ板２００は、撮像素子１１０の撮像面において画素が行列状に配置されている方向に、放射線の入射方向が撮像素子１１０の撮像面に垂直となるようにシンチレータが細かく区画化されている。図１では、区画（シンチレータ）ごとの仕切りが、シンチレータ板２００における灰色を付した領域により示され、それぞれの区画（シンチレータ）が、シンチレータ板２００における白抜きの矩形により示されている。
【００２７】
なお、このように区画化されているシンチレータ板２００の製造方法の一例については、図３を参照して説明する。また、シンチレータ板２００は、本技術の第１の実施の形態では、電磁波（Ｘ線、γ線）の放射線を検出するためのシンチレータにより構成されていることを想定して説明する。なお、シンチレータ板２００は、特許請求の範囲に記載のシンチレータ群の一例である。
【００２８】
撮像素子１１０は、受光した光を電気信号に光電変換するものである。この撮像素子１１０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサにより実現される。また、撮像素子１１０は、ＣＭＯＳセンサにより実現されるため、間引き読み出しが可能であり、画素の出力データを読み出す行の数が少ないほど露光頻度（フレームレート（ｆｐｓ））が速くなる。
【００２９】
撮像素子１１０は、従来の光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、或いはフォトダイオードなどの代わりに用いられる。撮像素子１１０は、シンチレータ板２００に入射した放射線（例えば、ガンマ線）により発生した蛍光（シンチレーション光）を検出する。なお、撮像素子１１０については、図４を参照して説明するため、ここでの詳細な説明を省略する。
【００３０】
なお、本技術の第１の実施の形態において、撮像素子１１０は、画素に入射した光子の有無を示すバイナリ値（０か１）をデータ処理部１２０に供給する。このように、撮像素子１１０には、シンチレーション光のフォトンカウンティングの結果がバイナリ値（デジタル値）で出力されるように、高感度な画素（フォトンカウンティング型デジタル画素）と高精度な検出回路が配置されている。なお、撮像素子１１０から出力されるデータはデジタル値であるため、ノイズに強く、データ処理部１２０への供給における信号の扱いが容易となる。
【００３１】
データ処理部１２０は、撮像素子１１０から供給されたデジタル値に基づいて、検出対象を解析するものである。例えば、データ処理部１２０は、撮像素子１１０が出力したデジタル値に基づいて、同時に発生したシンチレーション光の総数を算出し、この総数から放射線のエネルギーを特定する。
【００３２】
なお、データ処理部１２０は、どの画素がどの区画において発生したシンチレーション光を受光するのか特定するための情報（画素特定情報）を保持し、この情報に基づいて、シンチレーション光の総数を区画ごとに算出する。すなわち、データ処理部１２０は、シンチレーション光を受光する画素をシンチレータ（区画）ごとに特定するための画素特定情報に基づいて撮像素子１１０から供給された信号を解析し、放射線の入射位置（区画位置）および放射線のエネルギーを解析する。
【００３３】
さらに、データ処理部１２０は、放射線損傷を受けて暗電流が増加した画素を特定し、それをマスクして上記区画ごとのシンチレーション光の総数算出から除去するとともに、総数値を補正することが望ましい。
【００３４】
放射線によっていずれかの画素が損傷を受けた場合、その画素は暗電流が増加し、放射線が入射されていない暗状態であっても「１」を発砲（出力）し続ける欠陥画素となる。このような欠陥画素は、データ処理部１２０が暗状態でキャリブレーションを実施することによって検出し、特定することができる。欠陥画素が存在する場合には、その出力をカウント対象から除外するとともに、シンチレータ区画ごとの欠陥数に応じて放射線強度を補正するのが望ましい。例えば、あるシンチレータ区画の画素総数をＳ個、欠陥画素数をＤ個とすると、データ処理部１２０は、カウントの総計値に（Ｓ−Ｄ）／Ｓを乗じる補正を実施する。
【００３５】
次に、シンチレータ板２００と撮像素子１１０との関係について、図２を参照して説明する。
【００３６】
［シンチレータ板と撮像素子との関係例］
図２は、本技術の第１の実施の形態におけるシンチレータ板２００と撮像素子１１０との関係を模式的に示す図が示されている。
【００３７】
図２におけるａには、撮像素子１１０の撮像面に接着（隣接）して設けられるシンチレータ板２００を撮像素子１１０から離した状態の図面が示されている。また、図２におけるｂには、シンチレータ板２００における１個のシンチレータ（１区画）と撮像素子１１０に設けられている画素との関係を表す図面が示されている。
【００３８】
シンチレータ板２００は、図２におけるａに示すように、例えば、円筒状のシンチレータの束により作られる。なお、本技術の第１の実施の形態では、個々のシンチレータ（シンチレータ２１０）は、シンチレーティングファイバーにより実現される。なお、図１で示したシンチレータ板２００の灰色の領域は、図２におけるａにおけるシンチレータ２１０間の隙間に相当する。また、シンチレーティングファイバーとは、ゲルマニウム酸塩ビスマス（ＢＧＯ：Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）などのシンチレーション物質を混ぜたガラスやプラスチック（プラスチックシンチレータ）を、高温のヒーターやレーザー等を用いて溶融させ、引き伸ばすことによって製造されるものである。シンチレーティングファイバーは、ガラスによる光ファイバーと同様に、引き伸ばしによって数十μｍレベルの微細な径をもつ円筒状のファイバーに高精度で加工することができる。なお、シンチレータ板２００の製造方法については、図３で説明するためここでの詳細な説明を省略する。
【００３９】
なお、本技術の第１の実施の形態では、シンチレータ板２００における個々のシンチレータ（シンチレータ２１０）の直径が４０μｍであり、撮像素子１１０の画素（画素３１０）の撮像面における大きさが２．５μｍ角（縦横それぞれ２．５μｍ）であることを想定して説明する。また、撮像素子１１０には、画素３１０が配置される領域（画素アレイ部３００）に１２８行×１２８列の画素が配置されていることとする。
【００４０】
この場合においては、１２８行×１２８列の画素に対して８行×８列のシンチレータ２１０が設けられる。すなわち、１個のシンチレータ２１０の断面（撮像素子と面する光の出力面）に面する画素は、１６行×１６列に配置されている。なお、１２８行×１２８列の画素が配置されている撮像素子１１０は、１個のシンチレータ２１０に面する画素のグループを１個の検出ユニットとすると、８行×８列（計６４個）の検出ユニット（検出ユニット３０５）により構成される検出器として用いることができる。
【００４１】
次に、１個の検出ユニット３０５におけるシンチレーション光の入射について、１６行×１６列の画素３１０およびシンチレータ２１０の縁を模式的に示す図２におけるｂを参照しながら説明する。
【００４２】
図２におけるｂには、１個の検出ユニット３０５に対応する１６行×１６列の画素３１０が１６行×１６列の矩形により示され、シンチレータ２１０の縁（縁２１１）が太線の円により示されている。また、図２におけるｂには、シンチレーション光が入射した画素が、黒く塗りつぶされた矩形により示されている。
【００４３】
シンチレータ板２００においては、シンチレータ２１０とシンチレータ２１０との間の空間（図２におけるｂの縁２１１の外側）は、反射剤などを含む接着剤により構成される。これにより、シンチレータ２１０において発生したシンチレーション光は、シンチレータ２１０の撮像素子側の断面（光出力面）に面する画素３１０（図２のｂにおいて縁２１１の内側に示した画素）にしか入射しない。
【００４４】
ここで、シンチレータ２１０の光出力面に面する画素３１０の数（縁２１１の内側に示されている画素の数）を１９２個の画素（２５６（１６×１６）個の約３／４）と仮定する。この仮定において、１光子の放射線（Ｘ線やγ線）のシンチレータ２１０への入射により発生したシンチレーション光の強度測定については、１９２個の画素でのバイナリ判定となる。すなわち、シンチレーション光が均等に１９２個の画素に入射すると仮定すると、放射線の入射なし（全てが０）を含む１９３階調での放射線の強度測定となる。
【００４５】
なお、図２におけるａに示すように行列状に多数の画素が連続して配置されている撮像素子１１０にシンチレータ板２００を配置する場合には、正確なアライメントを行わなくとも使用することは可能である。撮像素子１１０の撮像面における予定の位置からシンチレータ板２００がずれていても、撮像素子１１０からの出力データが円形パターンになることからずれた位置を検出することができる。また、シンチレータ板２００のずれによりシンチレータ板２００の端のシンチレータ２１０において面する画素３１０の数の不足などが発生しても、この不足を検出して補正（例えば、予測して補正したり測定結果から除外）を行うこともできる。
【００４６】
なお、シンチレータ板２００が複数のシンチレータ２１０の束で構成されるため、撮像素子１１０からの出力データは複数の円形パターン（水玉模様のような形状）となる。このため、別々のシンチレータ２１０に入射した放射線であれば、同一フレーム内にシンチレータ板２００に入射してもそれぞれ適切に測定することが可能である。
【００４７】
例えば、測定前（例えば、製造時）にキャリブレーションとしてシンチレータ板２００全体に均一な放射線を当て、全てのシンチレータ２１０でシンチレーション光が発生するようにして撮像素子１１０の出力データを取得する。この取得した出力データにおけるシンチレーション光の検出パターンは、複数のシンチレータ２１０の光出力面の画素アレイ部３００に対する位置（検出ユニットの位置）を示す複数の円形が並んだような検出パターンとなる。
【００４８】
データ処理部１２０は、この複数の円形が並んだ出力データに基づいて、シンチレーション光を受光する画素をシンチレータ（区画）ごとに特定するための画素特定情報を生成し、この画素特定情報を保持する。すなわち、データ処理部１２０は、出力データにより構築された画像における円形の位置に基づいて、それぞれのシンチレータ２１０に面する画素の位置と、それぞれのシンチレータ２１０の撮像面における位置を検出し、関連付けて記憶する。
【００４９】
これにより、放射線の測定時において、シンチレーション光を検出した画素の位置からどのシンチレータ２１０においてシンチレーション光が発生したのかを識別することと、シンチレータ２１０ごとに発生したシンチレーション光を集積することができる。すなわち、バイナリ判定で「１」と判定された信号を出力した画素の有無をシンチレータ２１０ごとに解析することにより、シンチレータ２１０のサイズを最小解像度として放射線の入射位置を検出することができる。また、バイナリ判定で「１」と判定された信号を出力した画素の数をシンチレータ２１０ごとにカウントすることにより、シンチレータ２１０に放射線が１個（ガンマ線なら１光子）入射したと想定した場合における放射線ごとの強度を検出することができる。
【００５０】
なお、図２におけるｂで示すように、本技術の第１の実施の形態では、１個のシンチレータ２１０の断面に対して１９２個の画素３１０が面する例について説明するが、これに限定されるものではない。少なくとも断面を全てカバーする１個の画素３１０が配置されていれば、シンチレーション光の有無から放射線の入射の有無が検出できる。すなわち、シンチレータ２１０の断面に面してシンチレーション光を受光する画素の数は、放射線の入射により発生したシンチレーション光の光量（光強度）の測定精度にかかわり、画素の数が増加するほど測定精度が高くなる。なお、シンチレータに入射した放射線（Ｘ線やγ線の１光子）のエネルギーに応じてシンチレーション光の光量が増加するため、画素の数が増加するほど、放射線のエネルギー分解能が高くなる。
【００５１】
また、例えば、シンチレーション光として十数個の光子しか画素アレイに到達しない場合、１９２個の画素のバイナリ判定によるフォトンカウントは高精度であるが、１０００個の光子が到達するならその殆どが「１」を発砲（出力）してしまう。このため、測定精度が大きく劣化してしまう。このようなケースでは、各画素への光子入射の有無をバイナリ判定するのではなく、画素ごとに、入射光量について多値判定または階調判定を実施した方が良い。これにより、画素ごとに、入射された光子の個数が求められる。ＣＭＯＳセンサ型の画素３１０と判定回路４００との組み合わせは、状況や用途に応じて多値または階調判定を実施することが可能となるので、広い光量範囲のシンチレーション発光に対応することができる。また、放射線エネルギー測定のダイナミックレンジを大幅に向上させることができる。
【００５２】
次に、シンチレータ板２００の製造方法の一例について、図３を参照して説明する。
【００５３】
［シンチレータ板の製造方法の一例］
図３は、本技術の第１の実施の形態におけるシンチレータ板２００の製造方法の一例を模式的に示す図である。
【００５４】
なお、図３では、個々の区画（シンチレータ）が細いシンチレーティングファイバーであり、この細いシンチレーティングファイバーを束ねてシンチレータ板２００を製造する例について説明する。
【００５５】
図３におけるａには、シンチレータ板（図２におけるａのシンチレータ板２００）における個々のシンチレータ（図２におけるａのシンチレータ２１０）の径のシンチレーティングファイバーの製造例が示されている。
【００５６】
シンチレータ２１０は、シンチレーション特性を備え加熱溶融が可能な柱状の素材（柱状素材２２０）を加熱溶融して引き延ばし、この引き延ばしたもの（シンチレーティングファイバー）を所定の厚さずつ切断することにより生成される。
【００５７】
図３におけるａは、柱状素材２２０の端部を加熱溶融して引き延ばしている工程を示す図であり、柱状素材２２０と、柱状素材２２０を引き延ばすための引き延ばし部２２３とが示されている。また、図３におけるａには、柱状素材２２０を引き延ばして生成されたファイバー（シンチレーティングファイバー２２２）と、柱状素材２２０における加熱溶融位置（溶融位置２２１）とが示されている。
【００５８】
図３におけるａに示すように、柱状素材２２０を加熱溶融して引き延ばすことにより、シンチレータ板２００におけるシンチレータ２１０の径である長いシンチレーティングファイバーが生成される。
【００５９】
図３におけるｂには、長いシンチレーティングファイバー（図３におけるａのシンチレーティングファイバー２２２）を束にしたもの（シンチレーティングファイバー束２２４）が示されている。シンチレーティングファイバー束２２４は、複数のシンチレーティングファイバー２２２を接着して束にして生成される。なお、接着剤（媒介素材）には、シンチレータより低屈折率の素材や、この素材にさらに光反射素材を混ぜたものが用いられる。なお、シンチレーティングファイバー束２２４に示すような束を加熱溶融して引き延ばすことを繰り返してさらに細い線にする方法も考えられる。
【００６０】
図３におけるｃには、図３におけるｂで示した長いシンチレーティングファイバーの束（図３におけるｂのシンチレーティングファイバー束２２４）を目的のシンチレータの厚さ（所定の厚さ）ずつ長手方向に切断し、切断面を研磨して板状に加工したもの（シンチレータ板２２５）が示されている。シンチレータ板２２５は、撮像素子１１０の撮像面の範囲の広さに応じて複数設けられたり、撮像素子１１０の撮像面の範囲の広さに応じたシンチレータ板２２５を設けることにより、図２におけるａに示したシンチレータ板２００は形成される。
【００６１】
なお、シンチレータ２１０の径や厚みは検出対象に応じたもの（例えば、γカメラなら１ｃｍ以上の厚さ）が作られるが、図３におけるａ乃至ｃに示した方法によれば、様々な径や厚みのシンチレータ２１０を容易に製造することができる。
【００６２】
なお、図３では、柱状素材２２０として、シンチレータの素材のみにより構成されるものを想定して説明したが、シンチレータ素材よりなるコア部と、低屈折率素材または光反射素材よりなるクラッド部との二層構造のものを用いても良い。この二層構造の柱状素材を引き延ばすことにより、低屈折率素材または光反射素材により長手方向が覆われた長いシンチレーティングファイバーを生成することができる。この低屈折率素材または光反射素材によりシールドされたシンチレーティングファイバーは、高い光閉じ込め効果を備える。なお、このシールドされたシンチレーティングファイバーの場合には、シンチレーティングファイバー束を作る際の接着剤は、光の屈折率や反射性を考慮しなくともよい。
【００６３】
なお、図３では、シンチレーティングファイバー間を接着することを想定して説明したが、空気や真空でも光をファイバー内に閉じ込める効果を得ることができる。すなわち、シンチレーティングファイバー同士を接着せずに、個々のシンチレーティングファイバーを直接撮像素子に接着する場合も考えられる。
【００６４】
このように、シンチレーションファイバー内に形成される光路間の分離は、反射物質か、光路媒体より低屈折率の媒体によりなされている。尚、例えば一層のシンチレーティングファーバー同士を溶接する場合でも、ファイバーが略円形で溶接面がファイバー表面（光路内壁）に対して無視できるほど小さければ、光路間は実効的に分離されているとみなし得る。
【００６５】
次に、シンチレータ２１０において発生したシンチレーション光を受光する撮像素子１１０について、図４を参照して説明する。
【００６６】
［撮像素子の構成例］
図４は、本技術の第１の実施の形態の撮像素子１１０の基本構成例の一例を示す概念図である。
【００６７】
なお、図４では、読み出しを高速化するために、２個の垂直制御回路で駆動（制御）することを想定して説明する。
【００６８】
撮像素子１１０は、画素アレイ部３００と、第１垂直駆動回路１１２と、判定回路４００と、レジスタ１１４と、第２垂直駆動回路１１５と、出力回路１１８とを備える。なお、第２垂直駆動回路１１５により駆動される画素の信号を処理するための判定回路およびレジスタは、第１垂直駆動回路１１２により駆動される画素の信号を処理するための判定回路（判定回路４００）およびレジスタ（レジスタ１１４）と同様のものである。このため、説明を省略する。
【００６９】
画素アレイ部３００は、２次元マトリックス状（ｎ×ｍ）に配置された複数の画素（画素３１０）を備える。なお、本技術の第１の実施の形態では、１２８行×１２８列の画素３１０が画素アレイ部３００に配置されていることを想定する。図４に示す画素アレイ部３００には、１２８行×１２８列の画素３１０の一部が示されている。画素アレイ部３００に配置されている画素３１０のうちの半分の画素（図４の画素アレイ部３００の上半分に位置する画素）は、第１垂直駆動回路１１２から制御線（制御線３３０）が行単位に配線される。一方、もう半分の画素（図４の画素アレイ部３００の下半分に位置する画素）は、第２垂直駆動回路１１５から制御線が行単位に配線される。なお、画素３１０の回路構成については、図４を参照して説明するため、ここでの説明を省略する。
【００７０】
また、画素３１０には、列単位で垂直信号線（垂直信号線３４１）が配線される。この垂直信号線３４１は、画素３１０が接続される垂直駆動回路ごとに別々の線が配線される。第１垂直駆動回路１１２から制御線３３０が配線される画素に接続される垂直信号線３４１は、画素アレイ部３００の上辺に面する判定回路４００に接続される。また、第２垂直駆動回路１１５から制御線３３０が配線される画素に接続される垂直信号線３４１は、画素アレイ部３００の下辺に面する判定回路４００に接続される。
【００７１】
第１垂直駆動回路１１２は、制御線３３０を介して画素３１０に信号を供給し、順次垂直方向（列方向）に行単位で画素３１０を選択走査するものである。第１垂直駆動回路１１２により行単位で選択走査が行われることにより、行単位により画素３１０から信号が出力される。なお、制御線３３０には、画素リセット線３３１および電荷転送線３３２が含まれる。画素リセット線３３１および電荷転送線３３２については、図４を参照して説明するため、ここでの説明を省略する。
【００７２】
また、第２垂直駆動回路１１５については、制御対象の画素３１０が第１垂直駆動回路１１２と異なる以外は同様であるため、ここでの説明を省略する。第１垂直駆動回路１１２および第２垂直駆動回路１１５により画素３１０を駆動することにより、略同時に２行が選択走査され、略同時に２行から読み出しが行われる。
【００７３】
判定回路４００は、画素３１０から供給された出力信号に基づいて、画素３１０への光子の入射の有無を判定（バイナリ判定）するものである。この判定回路４００は、垂直信号線３４１ごとに備えられる。すなわち、画素アレイ部３００の上辺に面した位置には、第１垂直駆動回路１１２が駆動する画素（６４行×１２８列）に配線される１２８本の垂直信号線３４１にそれぞれ接続される１２８個の判定回路４００が備えられる。また、画素アレイ部３００の下辺に面した位置には、第２垂直駆動回路１１５が駆動する画素（６４行×１２８列）に配線される１２８本の垂直信号線３４１にそれぞれ接続される１２８個の判定回路４００が備えられる。
【００７４】
判定回路４００は、判定結果を、判定回路４００ごとに接続されているレジスタ１１４に供給する。
【００７５】
レジスタ１１４は、判定回路４００ごとに備えられ、判定回路４００から供給された判定結果を一時的に保持するものである。このレジスタ１１４は、画素の次の行の信号が読み出されている期間（読み出し期間）に、保持する判定結果を出力回路１１８に順番に出力する。なお、判定回路４００は、特許請求の範囲に記載の変換部の一例である。
【００７６】
出力回路１１８は、撮像素子１１０が生成した信号を外部の回路に出力するものである。
【００７７】
ここで、撮像素子１１０からの読み出し動作について、数値を用いて説明する。撮像素子１１０では、各行の読み出しが順次循環的に行われる。図４において示したように、２行（２系統）の読み出しが同時に行われるため、１２８行は、６４回（サイクル）の読み出しで一巡する。読み出しのために蓄積電荷が転送された時点でフォトダイオードがリセットされるので、読み出しと読み出しとの間が露光期間である。なお、この露光期間は、光電変換された電荷の蓄積期間でもある。
【００７８】
例えば、１行の読み出し手順の実行に５μ秒を費やす場合には、各画素の露光期間は、読み出しが一巡する３２０μ秒（５μ秒×６４サイクル）が基本単位となる。なお、この場合には、１秒間に３１２５サイクル（１秒／３２０μ秒（０．０００３２秒））の読み出しが実施される。すなわち、単板のシンチレータ（図７におけるａ参照）を撮像素子に装着した場合であって、シンチレーション光の拡散が大きくシンチレーション光の重心位置が１点になる場合には、放射線のカウントの上限は、フレームレートと同じ３１２５個／秒となる。
【００７９】
ここで、撮像素子１１０に図２におけるａで示したシンチレータ板２００を接着した場合における放射線のカウント回数について説明する。図２におけるａで示したシンチレータ板２００は、８行×８列（計６４個）のシンチレータ２１０により構成されるため、同時に６４個の光入射イベントを計数できる。シンチレータ板２００は３２０μｍ角であるため、フレームレートが３１２５ｆｐｓである場合には、平方ミリメートル当たりの放射線のカウント回数（Ｃ）の上限は、次の式１のようになる。
Ｃ＝３１２５×６４／０．３２２＝１．９５×１０６（個／秒・ｍｍ２）・・・式１
【００８０】
上述の式１に示すように、図２におけるａで示すシンチレータ板２００と撮像素子１１０により構成される検出器は、百万個／秒・ｍｍ＾２を超える放射線のカウントおよびエネルギー識別が可能となる。
【００８１】
次に、画素３１０の回路構成の一例について、図５を参照して説明する。
【００８２】
［画素の回路構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態の画素３１０の回路構成の一例を示す模式図である。
【００８３】
画素３１０は、光電変換を行うことによって、入射光である光信号を電気信号に変換するものである。画素３１０は、その変換された電気信号を増幅して、画素信号として出力する。この画素３１０は、例えば、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン：ＦＤ：Floating-Diffusion）を有するＦＤアンプにより電気信号を増幅する。
【００８４】
画素３１０は、フォトダイオード３１１と、転送トランジスタ３１２と、リセットトランジスタ３１３と、アンプトランジスタ３１４とを備える。
【００８５】
画素３１０において、フォトダイオード３１１は、そのアノード端子が接地され、カソード端子が転送トランジスタ３１２のソース端子に接続される。また、転送トランジスタ３１２は、そのゲート端子が電荷転送線３３２に接続され、そのドレイン端子がフローティングディフュージョン（ＦＤ３２２）を介してリセットトランジスタ３１３のソース端子とアンプトランジスタ３１４のゲート端子とに接続される。ここで、ＦＤ３２２は、光電変換された電荷を蓄積して蓄積した電荷の量に応じた信号電圧の電気信号を生成するものである。なお、ＦＤ３２２は、特許請求の範囲に記載の電荷蓄積部の一例である。
【００８６】
また、リセットトランジスタ３１３は、そのゲート端子が画素リセット線３３１に接続され、そのドレイン端子が電源線３２３とアンプトランジスタ３１４のドレイン端子とに接続される。また、アンプトランジスタ３１４のソース端子が垂直信号線３４１に接続される。
【００８７】
フォトダイオード３１１は、光の強度に応じて電荷を発生させる光電変換素子である。このフォトダイオード３１１では、フォトダイオード３１１に入射した光子により電子とホールとのペアが発生し、ここではこの発生された電子が蓄積される。また、フォトダイオード３１１には、降伏電圧未満のバイアス電圧が印加され、フォトダイオード３１１は、光電変換した電荷を内部増倍せずに出力する。
【００８８】
転送トランジスタ３１２は、垂直駆動回路（第１垂直駆動回路１１２または第２垂直駆動回路１１５）からの信号（転送パルス）に従って、フォトダイオード３１１において発生した電子をＦＤ３２２に転送するものである。この転送トランジスタ３１２は、例えば、そのゲート端子に供給される電荷転送線３３２から信号（パルス）が供給されると導通状態となり、フォトダイオード３１１において発生した電子をＦＤ３２２に転送する。
【００８９】
リセットトランジスタ３１３は、垂直駆動回路から供給される信号（リセットパルス）に従って、ＦＤ３２２の電位をリセットするためのものである。リセットトランジスタ３１３は、画素リセット線３３１を介してリセットパルスがゲート端子に供給されると導通状態となり、ＦＤ３２２から電源線３２３に電流が流れる。これにより、フローティングディフュージョン（ＦＤ３２２）に蓄積された電子が電源へ引き抜かれ、フローティングディフュージョンがリセットされる（以降では、この時の電位をリセット電位と称する）。なお、フォトダイオード３１１をリセットする場合には、転送トランジスタ３１２とリセットトランジスタ３１３とが同時に導通状態とされる。これによりフォトダイオード３１１に蓄積された電子が電源へ引き抜かれ、光子が未入射の状態（暗状態）にリセットされる。なお、電源線３２３に流れる電位（電源）は、リセットやソースフォロアに使用される電源であり、例えば、３Ｖが供給されている。
【００９０】
アンプトランジスタ３１４は、フローティングディフュージョン（ＦＤ３２２）の電位を増幅して、その増幅された電位に応じた信号（出力信号）を垂直信号線３４１に出力するためのものである。このアンプトランジスタ３１４は、フローティングディフュージョン（ＦＤ３２２）の電位がリセットされている状態の場合（リセット電位の場合）には、このリセット電位に応じた出力信号（以降では、リセット信号と称する）を、垂直信号線３４１に出力する。また、アンプトランジスタ３１４は、フォトダイオード３１１が蓄積した電子がＦＤ３２２に転送されている場合には、この転送された電子の量に応じた出力信号（以降では、蓄積信号と称する）を、垂直信号線３４１に出力する。なお、図４のように垂直信号線３４１を複数の画素で共有する場合には、アンプトランジスタ３１４と垂直信号線３４１との間に、画素ごとに選択トランジスタを挿入するようにしても良い。
【００９１】
なお、図５において示したような画素の基本回路や動作機構は通常の画素と同様であり、他にもさまざまなバリエーションが考えられる。しかしながら、本技術で想定する画素は、従来の画素に比べ、変換効率が著しく高くなるように設計される。その為には、ソースフォロアを構成するアンプ（アンプトランジスタ３１４）のゲート端子の寄生容量（ＦＤ３２２の寄生容量）が、実効的に極限まで小さくなるように画素を設計する。この設計は、例えば、レイアウトを工夫する手法や、ソースフォロアの出力を画素内の回路にフィードバックする手法（例えば、特開平５−６３４６８、特開２０１１−１１９４４１を参照）により行うことができる。
【００９２】
このように寄生容量を小さくして、ＦＤ３２２に蓄積された電子が少数であっても、十分大きな出力信号が垂直信号線３４１へ出力されるように工夫する。この出力信号の大きさは、アンプトランジスタ３１４のランダムノイズより十分大きければよい。１光子がＦＤ３２２に蓄積された時の出力信号がアンプトランジスタ３１４のランダムノイズより十分大きな状態になれば、画素からの信号は量子化され、画素の蓄積光子数をデジタル信号として検出できるようになる。
【００９３】
例えば、アンプトランジスタ３１４のランダムノイズが５０μＶ〜１００μＶ程度であり、出力信号の変換効率が６００μＶ／ｅ−程度に引き上げられた場合には、出力信号はランダムノイズより十分大きいため、原理的に１光子の検出が可能である。
【００９４】
なお、単位露光期間中の光子入射の有無をバイナリ判定し、その結果をデジタル出力するとすれば、アンプトランジスタ３１４による出力信号の出力以降のノイズを実質上ゼロにすることができる。例えば、１２８行×１２８列の画素アレイについてバイナリ判定を実施する場合には、最大１６３８４個（１２８×１２８）の光子までをフォトンカウンティングすることが可能である。
【００９５】
なお、図５では、寄生容量が実効的に極限まで小さくなるように画素を設計して１光子が検出可能な画素の例について説明したが、これに限定されるものではない。他に、光電変換で得られた電子を画素内で増幅する画素によっても同様に実施することができる。例えば、画素内のフォトダイオードとアンプトランジスタのゲート端子との間に複数段のＣＣＤ増倍転送素子が埋め込まれた画素が考えられる（例えば、特開２００８−３５０１５を参照）。この画素では、光電変換された電子が画素内で１０倍程度に増倍される。このように、画素内で電子を像倍することによっても１光子検出は可能であり、このような画素を配置した撮像素子を撮像素子１１０として用いることもできる。
【００９６】
次に、画素３１０から供給された出力信号に基づいて光子の画素３１０への入射の有無を判定する判定回路４００について図６を参照して説明する。
【００９７】
［判定回路の機能構成例］
図６は、本技術の第１の実施の形態の判定回路４００の機能構成の一例および判定回路４００の動作例の一例を示す概念図である。
【００９８】
図６におけるａでは、判定回路４００の機能構成として、ＡＣＤＳ（Analog Correlated Double Sampling；アナログ相関２重サンプリング）部４１０と、ＤＣＤＳ（Digital CDS；デジタル相関２重サンプリング）部４２０と、バイナリ判定部４３０とが示されている。
【００９９】
また、図６におけるａでは、判定回路４００に接続される垂直信号線３４１と、この垂直信号線３４１に接続される画素３１０の一部と、画素アレイ部３００とが判定回路４００の機能構成と一緒に示されている。
【０１００】
ＡＣＤＳ部４１０は、アナログＣＤＳによりオフセット除去を行うものであり、スイッチ４１２と、キャパシタ４１３と、比較器４１１とを備える。
【０１０１】
スイッチ４１２は、比較器４１１に基準電圧を入力する入力端子と、比較器４１１に比較対象の信号を入力する入力端子とのいずれかに垂直信号線３４１を接続するためのスイッチである。このスイッチ４１２は、画素３１０のリセット信号をサンプルホールドさせる場合には、基準電圧を入力する入力端子（キャパシタ４１３が接続されている左側の端子）に垂直信号線３４１を接続する。また、スイッチ４１２は、アナログＣＤＳの結果を比較器４１１が出力する場合には、比較対象の信号を入力する入力端子（キャパシタが無い右側の端子）に垂直信号線３４１を接続する。
【０１０２】
キャパシタ４１３は、画素３１０のリセット信号をサンプルホールドするための保持容量である。
【０１０３】
比較器４１１は、サンプルホールドした信号と、比較対象の信号との差分を出力するものである。すなわち、比較器４１１は、サンプルホールドされたリセット信号と、垂直信号線３４１から供給された信号（蓄積信号またはリセット信号）との差分を出力する。すなわち、比較器４１１は、ｋＴＣノイズなどの画素３１０において生じたノイズが除去された信号を出力する。比較器４１１は、例えば、ゲイン１のオペアンプにより実現される。比較器４１１は、差分の信号を、ＤＣＤＳ部４２０に供給する。なお、ここでは、リセット信号とリセット信号との差分の信号を無信号と称し、リセット信号と蓄積信号との差分の信号を正味の蓄積信号と称する。
【０１０４】
ＤＣＤＳ部４２０は、デジタルＣＤＳによりノイズ除去を行うものであり、ＡＤ（Analog Digital）変換部４２１と、レジスタ４２２と、スイッチ４２３と、減算器４２４とを備える。
【０１０５】
ＡＤ変換部４２１は、比較器４１１から供給された信号をＡＤ変換するものである。
【０１０６】
スイッチ４２３は、ＡＤ変換部４２１が生成したＡＤ変換後の信号の供給先を切り替えるスイッチである。スイッチ４２３は、ＡＤ変換部４２１が無信号のＡＤ変換の結果（デジタルの無信号）を出力した場合には、この信号をレジスタ４２２に供給し、レジスタ４２２にラッチ（保持）させる。これにより、比較器４１１やＡＤ変換部４２１のオフセットの値がレジスタ４２２に保持される。また、スイッチ４２３は、ＡＤ変換部４２１が正味の蓄積信号のＡＤ変換の結果（デジタルの正味の蓄積信号）を出力した場合には、この信号を減算器４２４に供給する。
【０１０７】
レジスタ４２２は、無信号のＡＤ変換の結果を保持するものである。レジスタ４２２は、保持する無信号のＡＤ変換の結果（デジタルの無信号）を減算器４２４に供給する。
【０１０８】
減算器４２４は、デジタルの正味の蓄積信号の値からデジタルの無信号の値を減算するものである。減算器４２４は、減算した結果（正味のデジタル値）を、バイナリ判定部４３０に供給する。
【０１０９】
バイナリ判定部４３０は、バイナリ判定（デジタル判定）を行うものである。このバイナリ判定部４３０は、減算器４２４の出力（正味のデジタル値）と、参照信号（ＲＥＦ）とを比較して、画素３１０への光子の入射の有無をバイナリ判定し、その判定結果（図６では「ＢＩＮＯＵＴ」と示す）を出力する。
【０１１０】
ここで、１個の画素３１０における光子の入射の有無をバイナリ判定する場合の判定回路４００の動作について図６におけるｂを参照して説明する。
【０１１１】
図６におけるｂでは、判定回路４００の動作例の一例を示すフローチャートが示されている。なお、図６におけるｂで示すフローチャートの各手順の枠は、図６におけるａにおいて示した各構成を囲む枠と対応する。すなわち、２重の枠で示す手順は画素３１０の手順を示し、長い線の破線の枠で示す手順はＡＣＤＳ部４１０の手順を示し、短い線の破線の枠で示す手順はＤＣＤＳ部４２０の手順を示し、太い実線の枠で示す手順はバイナリ判定部４３０の手順を示す。なお、説明の便宜上、ＡＣＤＳ部４１０によるＡＣＤＳ処理については、図示を省略し、ＤＣＤＳ部４２０がＡＤ変換を行う際の手順で一緒に説明する。
【０１１２】
まず、選択された行の画素（画素３１０）において、アンプトランジスタ３１４のゲート端子の電位（ＦＤ３２２の電位）がリセットされ、垂直信号線３４１にリセット信号が出力される（ステップ４４１）。
【０１１３】
続いて、画素３１０から出力されたリセット信号が、ＡＣＤＳ部４１０のキャパシタ４１３によってサンプルホールドされる（ステップ４４２）。その後、サンプルホールドされたリセット信号と、画素３１０から出力されたリセット信号との差分の信号（無信号）が、ＤＣＤＳ部４２０のＡＤ変換部４２１によりＡＤ変換される（ステップ４４３）。なお、このＡＤ変換された無信号には、比較器４１１やＡＤ変換部４２１によって発生するノイズが含まれており、これらのノイズを相殺（オフセット）するための値がデジタル検出されたものである。そして、この無信号のＡＤ変換の結果が、オフセット値としてレジスタ４２２に保持される（ステップ４４４）。
【０１１４】
続いて、画素３１０において、フォトダイオード３１１が蓄積した電子がＦＤ３２２に転送され、画素３１０から蓄積信号が出力される（ステップ４４５）。その後、サンプルホールドされたリセット信号と、画素３１０から出力された蓄積信号との差分の信号（正味の蓄積信号）が、ＤＣＤＳ部４２０のＡＤ変換部４２１によりＡＤ変換される（ステップ４４６）。なお、このＡＤ変換の結果には、比較器４１１やＡＤ変換部４２１によって発生するノイズが含まれている。
【０１１５】
そして、減算器４２４によって、正味の蓄積信号のＡＤ変換の結果（２回目）の値から、レジスタ４２２に保持された無信号のＡＤ変換の結果（１回目）の値が差し引かれた値が出力される（ステップ４４７）。これにより、比較器４１１やＡＤ変換部４２１に起因するノイズ（オフセット成分）がキャンセルされ、画素３１０が出力した蓄積信号のみのデジタル値（正味のデジタル値）が出力される。
【０１１６】
その後、減算器４２４から出力された正味のデジタル値と、参照信号（ＲＥＦ）とが、バイナリ判定部４３０によって比較される（ステップ４４８）。参照信号（ＲＥＦ）は、光子入射なしの時に画素３１０が出力する信号（無信号）のデジタル値と、光子入射ありの時に画素３１０が出力する信号（無信号）のデジタル値との中間値付近の値が設定される（例えば、「０」と「１００」の中間の「５０」が参照信号）。減算器４２４が出力したデジタル値（画素３１０が出力した蓄積信号のみのデジタル値）の値が参照信号（ＲＥＦ）の値を超えている場合には、「光子入射あり」として「１」の値の信号（ＢＩＮＯＵＴ）が出力される。一方、減算器４２４が出力したデジタル値の値が参照信号（ＲＥＦ）の値を超えていない場合には、「光子入射なし」として「０」の値の信号（ＢＩＮＯＵＴ）が出力される。すなわち、撮像素子１１０からは、光子入射の有無がバイナリ判定結果のデジタル値（０か１）として出力される。
【０１１７】
なお、図６では、「光子入射あり」と「光子入射なし」との２値判定（バイナリ判定）をすることを前提にして説明したが、複数系統の参照信号（ＲＥＦ）を用意することにより、２値以上の判定が可能となる。例えば、参照信号（ＲＥＦ）を２系統用意し、１系統を、光子数が「０」の時のデジタル値と、光子数が「１」の時のデジタル値との中間値にする。また、もう１系統を、光子数が「１」の時のデジタル値と、光子数が「２」の時のデジタル値との中間値にする。これにより、光子数が「０」、「１」、「２」の３つの判定が可能となり、撮像のダイナミックレンジが向上する。なお、このような多値判定は、画素ごとの変換効率のばらつき等による影響が大きくなるため、２値判定の製造より高い精度で製造を行う必要がある。しかしながら、画素が生成した信号をデジタル出力として扱う点においては、画素が生成した信号から光子入射の有無のみ（０か１）を判定するバイナリ判定と同様である。
【０１１８】
このように、撮像素子１１０では、画素３１０が出力した信号が判定回路４００においてデジタル値として判定されるため、アナログ出力として扱う従来の撮像素子（１０ｂｉｔのデータにする場合は１０２４階調）と比較して、伝送中のノイズの影響をほぼ完全に受けない。
【０１１９】
次に、シンチレータ板２００の効果について、シンチレータ板２００を備える本技術の実施の第１の形態の放射線検出装置と、他のシンチレータ板を備える他の放射線検出装置とを比較して示す図７を参照して説明する。
【０１２０】
［効果例］
図７は、本技術の第１の実施の形態の放射線検出装置１０の一例と、区画化されていないシンチレータ板を備えた従来の放射線検出装置の一例とを模式的に示す図である。
【０１２１】
ここでは、一例として、体内にテクネチウム等微量のガンマ線源を導入し、放出されるガンマ線の位置情報からガンマ線源の体内分布を求める際に用いられるＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置におけるガンマ線の検出器を想定して説明する。なお、ＳＰＥＣＴ装置の基本的な構成や信号処理内容については、既知であり（例えば、特開２００６−２４２９５８、特表２００６−５０８３４４）、本技術がガンマ線の検出部に関するものであるため、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１２２】
図７におけるａには、区画化されていないシンチレータ板および光電子増倍管を備えた従来の放射線検出装置の一例が示されている。ガンマ線の検出には、図７におけるａに示すように区画化されていない単板のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせた装置が従来から使用される。
【０１２３】
図７におけるａには、人体（人体１８０）に取り込まれたガンマ線源（ガンマ線源１８１）を検出する従来の放射線検出装置の構成として、コリメータ１９１と、シンチレータ１９０と、光電子増倍管１９３と、変換部１９４と、データ処理部１９５とが示されている。
【０１２４】
コリメータ１９１は、シンチレータ１９０のガンマ線の入射面に垂直に入射するガンマ線のみを通過させ、斜めに入射するガンマ線を遮るものである。コリメータ１９１は、例えば、小さい穴が多数開いた鉛の板により構成される。
【０１２５】
シンチレータ１９０は、細かく区画化されている本技術の第１の実施の形態のシンチレータ（シンチレータ板２００）と異なり、単板のシンチレータである。
【０１２６】
光電子増倍管１９３は、光電変換によって発生した電子を電子なだれにより増幅し、増幅した結果をアナログパルスとして出力するものである。この光電子増倍管１９３は、電子を増幅するために、電子を加速するための高電圧を必要とする。光電子増倍管１９３は、生成したアナログパルス（アナログ信号）を、変換部１９４に供給する。なお、ＳＰＥＣＴ装置において、光電子増倍管１９３は、数十個が並べて配置される。図７におけるａでは、３つの光電子増倍管１９３が模式的に示されている。
【０１２７】
変換部１９４は、光電子増倍管１９３から供給されたアナログパルスをデジタル変換し、サンプル区間ごとのデジタル値として出力するものである。この変換部１９４は、光電子増倍管１９３ごとに設けられる。変換部１９４は、デジタル値をデータ処理部１９５に供給する。
【０１２８】
なお、データ処理部１９５は、図１において示したデータ処理部１２０と同様に、検出対象を解析するものである。なお、シンチレータ１９０が単板のシンチレータであるため、データ処理部１９５は、拡散して広がったシンチレーション光の検出結果から重心位置を求め、この重心位置を放射線の入射位置とする。
【０１２９】
このように、従来の放射線検出装置では、光電子増倍管を備えたものが主流である。また、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）等の特殊な半導体を用いても行われることがある。しかしながら、いずれも検出素子は非常に高価であるため、それらを多数並べて検出器を構成すると、検出器だけで多額の費用を要していた。さらに、これらの検出器の出力はアナログパルスであるため、出力のパルス高を高速に解析（測定、分別、パルス数のカウントなど）するための外部装置が必要である。例えば、図７におけるａの場合には、変換部１９４が光電子増倍管１９３の個数分必要である。また、厳重な回路ノイズ対策も必要である。このため、光電子増倍管やテルル化カドミウムなどの従来から用いられている検出素子を多数並べて検出器を構成すると、外部装置の規模が巨大化し、放射線撮像装置は高価かつ大型なものになる。
【０１３０】
ここで、ガンマ線源１８１から放射されたガンマ線の従来の放射線検出装置における検出について説明する。図７におけるａには、放射されたガンマ線のうちの散乱を受けていないガンマ線（プライマリのガンマ線）のシンチレータ１９０への軌跡を示す矢印（矢印１８２）と、散乱の影響を受けたガンマ線（散乱ガンマ線）のシンチレータ１９０への軌跡を示す矢印（矢印１８３）とが示されている。また、矢印１８２の矢尻を基点として、プライマリのガンマ線により発生したシンチレーション光の光電子増倍管１９３への軌跡が実線の矢印により示されている。
【０１３１】
放射線検出装置により検出されるプライマリのガンマ線は、矢印１８２に示すように、ガンマ線源１８１から放射されて、直進が阻害されずにシンチレータ１９０へ入射したものである。そのため、プライマリのガンマ線により発生するシンチレーション光は、プライマリのガンマ線のエネルギーを反映した光量となる。
【０１３２】
一方、放射線検出装置により検出される散乱ガンマ線は、ガンマ線源１８１から放射された後に電子と衝突して散乱（コンプトン散乱）したガンマ線であって、矢印１８３に示すようにシンチレータ１９０へ垂直に入射したガンマ線である。この散乱ガンマ線は、本来の位置情報を失ったノイズとなる情報であり、プライマリのガンマ線よりエネルギーが低い。また、放射線検出装置は、プライマリのガンマ線および散乱ガンマ線のみでなく、宇宙線などの異常に高いエネルギーが検出されるノイズも検出する。
【０１３３】
このように、目的のガンマ線もノイズとなるガンマ線も両方を検出するため、ＳＰＥＣＴ装置は、検出された信号のうちのノイズの信号と、プライマリのガンマ線の信号とをエネルギー弁別によってフィルタリングする。
【０１３４】
ここで、単板のシンチレータを備える場合のシンチレーション光の進路について説明する。図７におけるａに示すように、シンチレータ１９０は単板であるため、放射線により発生したシンチレーション光は、シンチレータ１９０内で拡散して撮像面（光電子増倍管１９３の受光面）に到達する。図７におけるａでは、プライマリのガンマ線（矢印１８２）により発生したシンチレーション光が、矢印１８２の矢先付近を起点とする実線の矢印により示されている。
【０１３５】
このように、シンチレータ１９０が区画分けされていない一枚板の場合には、シンチレーション光は、複数の光電子増倍管１９３によって同時に検出される。なお、光電子増倍管１９３が位置検出型光電子増倍管である場合には、複数のアノードによって同時に検出される。データ処理部１９５は、光電子増倍管１９３の出力の総和からガンマ線のエネルギー量を特定する。このエネルギー量の特定により、プライマリのガンマ線と散乱ガンマ線とのエネルギー弁別が行われる。また、データ処理部１９５は、光電子増倍管１９３の出力の重心位置からガンマ線の入射位置を特定する。このようにしてプライマリのガンマ線の検出結果が蓄積されて、ガンマ線源の体内分布が同定される。
【０１３６】
なお、シンチレータ１９０は単板のシンチレータであるため、シンチレーション光は拡散して複数の光電子増倍管１９３に入射する。このため、シンチレータ板２００の近い位置に複数の放射線が入射した場合には、シンチレーション光が入射する画素の範囲が重なり、シンチレーション光の検出結果を放射線ごとに適切に集積することができない。すなわち、１個（１光子）の強いエネルギーの放射線（ガンマ線）が入射したのか、複数の弱いエネルギーの放射線が入射したのかが識別できない。
【０１３７】
図７におけるｂには、人体（人体１８０）に取り込まれたガンマ線源（ガンマ線源１８１）を検出する放射線検出装置の構成として、放射線検出装置１０が示されている。なお、放射線検出装置１０については、シンチレータ板２００の各シンチレータの縁の位置からガンマ線の入射面に垂直に伸びるコリメータ１０１が追加されている以外は、図１において示したものと同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１３８】
ここでは、プライマリのガンマ線（矢印１８２）により発生したシンチレーション光（矢印１８２の矢先付近を起点とする実線の矢印）について説明する。
【０１３９】
図７におけるｂに示すように、シンチレータ板２００に入射した放射線により発生したシンチレーション光は、放射線が入射した区画（シンチレータ２１０）の径ほどにしか拡散せずに撮像面（撮像素子１１０の受光面）に到着する。このように、シンチレータ板２００では、シンチレーション光の拡散の度合いが、図７におけるａに示した単板のシンチレータ（シンチレータ１９０）よりも小さく、区画の径ほどにしか拡散しない。
【０１４０】
このため、シンチレータの断面に面する画素を特定するための情報を予め用意しておくことにより、撮像素子１１０の出力データから、シンチレータごとにシンチレーション光の検出結果を集積することができる。すなわち、シンチレータの断面を放射線の入射領域の単位（空間解像度の単位）として、入射した放射線ごとにシンチレーション光の検出結果を集積することができ、放射線ごとのフォトンカウンティングを行うことができる。
【０１４１】
このように、区画化されたシンチレータを用いて放射線のフォトンカウンティングを行うことにより放射線ごと（区画ごと）にシンチレーション光の検出結果を分けられるため、放射線のカウント精度を向上させることができる。また、放射線ごと（区画ごと）にシンチレーション光の検出結果を集積できるため、放射線ごとのエネルギーの算出の精度も向上させることができる。また、区画化の度合いに応じて、１フレームで数えられる放射線の数（カウント数）も増やすことができる。
【０１４２】
すなわち、区画化されたシンチレータを用いて放射線のフォトンカウンティングを行うことにより、放射線のフォトンカウンティングにおける検出分解能を向上させることができる。
【０１４３】
なお、シンチレータ板２００は、シンチレーション光が入射する画素の領域が区画（シンチレータ）ごとに予めわかるとともに、シンチレーション光が区画の径ほどにしか拡散せずにシンチレーション光の密度が高い。このため、撮像素子１１０を間引き読み出しで駆動しても精度良く放射線を検出することができる。なお、間引き読み出しを行うと、信号の読み出し対象の画素のライン数（行数）が少なくなり、行単位で読み出される撮像素子において露光頻度が上昇する。露光頻度が上昇すると、単位時間当たりの検出回数が上昇して時間分解能が向上する。
【０１４４】
次に、シンチレータ板２００の時間分解能に対する効果について、図８を参照して説明する。
【０１４５】
図８は、本技術の第１の実施の形態のシンチレータ板２００を備える場合における間引き読み出しと、他のシンチレータ板（図７におけるａのシンチレータ１９０）を備える場合における間引き読み出しとを模式的に示す図である。
【０１４６】
図８におけるａには、他のシンチレータ板（図７におけるａのシンチレータ１９０）が配置された撮像素子におけるシンチレーション光の入射位置の範囲と間引き読み出しとの関係を説明するための図が示されている。また、図８におけるｂには、本技術の第１の実施の形態のシンチレータ板２００が配置された撮像素子（撮像素子１１０）におけるシンチレータの光出力面の縁（シンチレーション光の入射範囲）と間引き読み出しとの関係を説明するための図が示されている。
【０１４７】
なお、図８のａおよび図８のｂでは、撮像素子における画素として、４８行×４８列の画素を示す。また、図８のａおよび図８のｂでは、間引き読み出しにおける読み出し対象の画素を、細かい点を付した矩形により示し、読み出さない画素を、中抜きの矩形により示す。
【０１４８】
図８におけるａには、シンチレータ１９０を備える場合における撮像素子での間引き読み出しの一例として、１行の読み出し対象の行と３行の読み出し非対象の行とを交互にして読み出す例が示されている。また、図８におけるａには、放射線により発生したシンチレーション光が入射する領域が、破線で示す円形の領域（領域Ｒ１および領域Ｒ２）により示されている。なお、図８におけるａでは、２個の放射線が入射したことを想定して２つのシンチレーション光の入射領域が２つ（領域Ｒ１、領域Ｒ２）示されている。また、図８におけるａでは、２つのシンチレーション光の入射領域の一部が重なっていることを想定している。
【０１４９】
図８におけるｂには、３行×３列（９個）のシンチレータ２１０の縁（縁２１１）と、間引き読み出しとの関係を説明するための図が示されている。なお、図８におけるｂでは、シンチレータ２１０の中心付近の画素を駆動する４行が読み出し対象の行とされている例を示す。
【０１５０】
ここで、シンチレータ板２００の時間分解能に対する効果について説明する。まず、図８におけるａで示す単板のシンチレータ（図７におけるａのシンチレータ１９０）が備えられる場合における時間分解能について説明する。
【０１５１】
図８におけるａの例では、シンチレーション光の拡散を制限するものがないため、シンチレーション光を受光する画素の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）が広範囲になる。このようにシンチレーション光が広範囲に拡散すると、同じタイミングで近い位置に入射した放射線によるシンチレーション光を受光した画素の領域と重なる可能性が高くなる。また、広範囲に拡散した状態で間引き読み出しを行うと、シンチレーション光を受光した画素の数が少なくなり、重心の算出の精度や、放射線のエネルギーの算出の精度などが低下する。特に、シンチレーション光の発生数が少ない（放射線のエネルギーが小さい）場合においてシンチレーション光が広範囲に拡散すると、重心の算出の精度や、放射線のエネルギーの算出の精度などは非常に難しくなる。
【０１５２】
このように、図８におけるａに示すようにシンチレーション光が広く拡散する単板のシンチレータ（図７におけるａのシンチレータ１９０）では、多くの行を間引くことと、精度の良い放射線の検出とを両立させるのは難しい。すなわち、単板のシンチレータ（図７におけるａのシンチレータ１９０）を画素が行列状に配置された撮像素子に設ける場合は、放射線検出における時間分解能を上げることが難しい。
【０１５３】
これに対し、図８におけるｂに示すようにシンチレータが区画化されていると、シンチレーション光の拡散が区画内（シンチレータ２１０内）に制限され、シンチレーション光を受光する画素の領域が、シンチレータ２１０の光出力面に面する画素の領域となる。なお、同じタイミングで近い位置に入射した放射線があっても、別のシンチレータ２１０に入射したものであれば、シンチレーション光を受光した画素の領域が重ならず、容易に識別が可能である。
【０１５４】
また、シンチレータが区画化されていると、間引き読み出しを行う際に、１つの区画（シンチレータ２１０）に入射した放射線により発生したシンチレーション光に対する読み出し対象の画素の数をシンチレータ２１０ごとに同一数にすることができる。また、シンチレーション光が広範囲に拡散しないため、間引かれる行の数が多くても、シンチレーション光を検出する確率は高くなる。すなわち、区画化されているシンチレータは、単板のシンチレータの場合と比較して、間引かれる行の数を多くしても重心の算出や放射線のエネルギーの算出を精度よく行うことができる。
【０１５５】
このように、区画化されているシンチレータ（シンチレータ板２００）では、多くの行を間引くことと、精度の良い放射線の検出とを両立させることができる。すなわち、シンチレータ板２００では、時間分解能を容易に上げることができる。
【０１５６】
また、光検出セルにＡＰＤからなるシリコンＰＭＴではなく、ＡＰＤ以外のフォトダイオードを用いるＣＭＯＳセンサ（撮像素子１１０）を使用したため、放射線の検出ユニット３０５を超小型化することができる。ただし、このＣＭＯＳセンサにおける画素は出力信号が非常に微弱であるため、参照信号ＲＥＦを用いて信号をデジタル化する判定回路４００が別途オンチップで必要となり、かつ個々の信号判定には時間がかかる。しかし、光検出セルを微細化し、それに伴って個々の検出ユニット３０５を超小型化することで、各検出ユニット３０５への放射線入射頻度は劇的に緩和される。例えば１秒間に１００万個／ｍｍ２の放射線が入射しても、シンチレータを５０μｍ角ごとに区画化し、それに応じて細分化された検出ユニット３０５を形成すれば、各ユニットに入射する放射線の個数は１／４００、即ち毎秒２，５００個となる。シンチレータ間の隔壁に反射性の物質や低屈折率の物質を用いて発光パルスをユニット内に閉じ込め、これをユニットごとに検出していけば、各ユニットの時間分解能の要求は１／４００に緩和され、もはやシンチレータのパイルアップや発光パルス形状を気にする必要もない。５Ｖ以下の低電圧で動作するので常温でも暗電流は小さく、開口率や量子効率も高い。特に時間分解能と空間分解能に厳しいスペックを要求されるＸ線透過撮像装置やＣＴ装置においては、ＣＭＯＳセンサ使用による微細化のメリット顕著であり、この際のシンチレータの各区画の面積は２００μｍ角以下であることが望ましく、さらに望ましくは１００μｍ角以下である。
【０１５７】
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、区画化されたシンチレータを用いて放射線のフォトンカウンティングを行うことにより、放射線のフォトンカウンティングにおける精度を向上させることができる。
【０１５８】
＜２．第２の実施の形態＞
図１乃至図８で示した本技術の第１の実施の形態では、画素アレイ部に配置されている全ての画素が受光可能な画素であることを想定して説明した。なお、シンチレータ板の個々の区画（シンチレータ）と画素との関係については、種々の例が考えられる。
【０１５９】
そこで、図９乃至図１１では、シンチレータ板の個々の区画（シンチレータ）と画素との関係について、図１乃至図８で示した本技術の第１の実施の形態で示したものとは異なるものを本技術の第２乃至第５の実施の形態として説明する。
【０１６０】
［シンチレータの断面と接する画素のみに受光可能な画素が配置される例］
図９は、本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部（シンチレータの断面と接する画素のみに受光可能な画素が配置される画素アレイ部）を模式的に示す図である。
【０１６１】
図９には、図４の画素アレイ部３００の代わりに撮像素子（撮像素子１１０）に設けられる画素アレイ部（画素アレイ部５１０）が示されている。なお、本技術の第２の実施の形態では、シンチレーティングファイバーにより実現される個々のシンチレータの径は約４０μｍであり、８行×８列のシンチレータによりシンチレータ板が構成されることを想定する。また、画素は２．５μｍ角の大きさであることとする。
【０１６２】
画素アレイ部５１０では、２．５μｍ角の画素（画素５１３）が１０行×１０列のアレイを構成して配置されている領域（検出ユニット５１２）が、８行×８列のシンチレータのピッチに合わせて配置されている。すなわち、画素アレイ部５１０では、８行×８列の検出ユニット５１２が約４０μｍのピッチで配置される。なお、図９では、画素アレイ部５１０に配置される一部（２行×２列）の検出ユニット５１２が、画素アレイ部５１０に装着されるシンチレータの縁を示す破線の円（縁５１１）とともに示されている。
【０１６３】
画素アレイ部５１０では、検出ユニット５１２に配置されている画素のみが駆動される。すなわち、検出ユニット５１２の外側の領域に配置される画素は、駆動および信号の読み出しが行われない。例えば、この検出ユニット５１２の外側の領域（図９の領域５１４）には、フローティングディフュージョンの電位が常にリセット電位にされるダミー画素が配置される。なお、領域５１４の画素は使用されないため、遮光してしまってもよい。
【０１６４】
ここで、画素アレイ部５１０を備える撮像素子１１０の性能について説明する。撮像素子１１０にシンチレータ板を装着（接続）する際には、検出ユニット５１２の中心と、シンチレータの断面（光出力面）の中心（縁５１１の内側の中心）とが略一致するようにアライメントする必要がある。このような手間がかかるが、撮像素子１１０を駆動する際には無駄な領域に配置されている画素を駆動しないため、フレームレートを上げることができる。すなわち、無駄な駆動しないことにより、時間分解能を向上させることができる。なお、図９に示すように、シンチレータの光出力面より狭い領域に画素を配置することにより、シンチレーション光が入射する画素のみを駆動対象とすることができ、時間分解能を向上させることができる。
【０１６５】
例えば、図４と同様に、２個の垂直駆動回路で駆動（制御）する場合、それぞれの垂直駆動回路が駆動する検出ユニット５１２の行方向の数は４個となる。すなわち、それぞれの垂直駆動回路が駆動する画素の行数は、４０行（４個×１０行）となる。すなわち、１行の読み出し手順の実行に５μ秒を費やす場合において読み出しが一巡する時間（１フレームの時間）は、２００μ秒（５μ秒×４０行）であり、フレームレートは５０００ｆｐｓ（１秒／２００μ秒）となる。なお、８行×８列のシンチレータは３２０μｍ角であるため、この時の平方ミリメートル当たりの放射線のカウント回数（Ｃ２）の上限は、次の式２のようになる。
Ｃ２＝５０００×６４／０．３２２＝３．１２×１０６（個／秒・ｍｍ２）・・・式２
【０１６６】
上述の式２を図４において示した式１と比較してわかるように、シンチレータの断面に面する画素のみが駆動可能なように画素アレイ部を構成することにより放射線のカウント回数（カウント能力）を向上させることができる。すなわち、本技術の第２の実施の形態によれば、放射線のフォトンカウンティングの検出分解能を向上させることができる。
【０１６７】
なお、ここでは、２個の垂直制御回路で駆動（制御）する場合を想定して説明したが、検出ユニット５１２の外側の余剰な領域（領域５１４）に垂直制御回路や判定回路を検出ユニット５１２ごとに設けることも考えられる。この場合には、それぞれの垂直制御回路が駆動する画素の行数は１０行であり、読み出しが一巡する時間（１フレームの時間）は５０μ秒（５μ秒×１０行）であり、フレームレートは２００００ｆｐｓ（１秒／５０μ秒）となる。この時の平方ミリメートル当たりの放射線のカウント回数（Ｃ３）の上限は、次の式３のようになる。
Ｃ３＝２００００×６４／０．３２２＝１．２５×１０７（個／秒・ｍｍ２）・・・式３
【０１６８】
上述の式３を式２と比較してわかるように、垂直制御回路を検出ユニット５１２ごとに設けると放射線のカウント回数を向上させることができる。
【０１６９】
図９では、シンチレータの断面に面する領域にのみ受光可能な画素を配置して、駆動対象の画素の行の数を少なくして時間分解能を向上させる例について説明したが、１個の画素を大きくしても時間分解能を向上させることができる。次に、広い受光面の画素を配置する例について、第３の実施の形態として図１０を参照して説明する。
【０１７０】
＜３．第３の実施の形態＞
［シンチレータの断面の面積に近いサイズの画素が配置される例］
図１０は、本技術の第３の実施の形態における画素アレイ部（シンチレータの断面の面積に近いサイズの画素が配置される画素アレイ部）を模式的に示す図である。
【０１７１】
図１０には、図４の画素アレイ部３００の代わりに撮像素子（撮像素子１１０）に設けられる画素アレイ部（画素アレイ部５２０）が示されている。なお、画素アレイ部５２０は、図９において示した画素アレイ部５１０の変形例であり、図９の検出ユニット５１２ほどのサイズのフォトダイオードを備える画素〈画素５２２）が検出ユニット５１２の代わりに設けられる点が異なる。そこで、図１０では、図９と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１７２】
図１０で示す画素５２２は、例えば、約２５μｍ角の単一のフォトダイオードを備える画素である。この画素５２２は、多くの電子を蓄積し、１画素で出力階調を得ることができるアナログ蓄積画素である。なお、画素５２２のフローティングディフュージョンやリセットトランジスタなどは、図９で示した領域５１４に配置される。このため、図１０では、これらの回路（図１０では付属回路と称する）が、画素５２２に隣接する領域５１４における矩形（付属回路５２３）により模式的に示されている。
【０１７３】
画素５２２は、画素アレイ部５２０において、８行×８列のシンチレータと同じピッチ（約４０μｍ）でアレイ状に配置されている。なお、画素の出力信号をＡＤ変換する回路（ＡＤ変換回路）は、アレイ状に配置される画素５２２に対して行単位で配置して複数画素で共有させても、画素５２２ごとに設けてもよい。なお、画素５２２ごとにＡＤ変換回路を設ける場合には、全ての画素を略同時に露光（蓄積）を開始させ、略同時に終了させることができる。
【０１７４】
なお、図１０で示すように、画素にアナログ蓄積画素を用い、１個のシンチレータに対して１個の画素５２２を設ける場合には、１つのフォトダイオードが多くの電子を蓄積し、この蓄積に応じた電位の信号をＡＤ変換回路に供給する必要がある。すなわち、アナログの信号をＡＤ変換回路に供給する必要がある。なお、アナログ蓄積画素を用いた際に１個のシンチレータに割り当てられる画素の数は、アナログ信号に乗ったアンプのノイズやＡＤ変換器の量子化ノイズなどの観点から考えると、できるだけ少ない方が望ましい。すなわち、１個の検出ユニットに対して１個の画素が配置されている場合が、ノイズの観点からは最良になる。
【０１７５】
しかしながら、画素の数が少ない分、画素のフォトダイオードの面積が大きくなる。フォトダイオードの面積が大きくなると、蓄積された電荷をフローティングディフュージョンに転送することが困難になる。そこで、電荷の転送が適切に行われるようにする必要がある。
【０１７６】
ここで、弱いエネルギーのＸ線（軟Ｘ線）がシンチレータに入射することを想定して説明する。軟Ｘ線１光子によって発生するシンチレーション光の光子数は１００個程度であるため、シンチレータから２５μｍ角の画素に入射する光子の数は数十個である。すなわち、正しく光強度を測定するためには、２５μｍ角のフォトダイオードに蓄積された数十個の電子を速やかに転送し、高い変換効率で電圧に変換してＡＤ変換器に伝達する必要がある。なお、図５で示したような回路構成の場合には、転送トランジスタ３１２の端子の幅を広げて転送を容易にすることが考えられるが、フローティングディフュージョン（ＦＤ３２２）の寄生容量が巨大化し、アンプトランジスタ３１４における変換効率が悪化する。また、端子の幅を広げてＦＤ３２２の拡散層部分が広くなると、ジャンクションリークによる暗電流も問題となる。
【０１７７】
そこで、２５μｍ角のフォトダイオードに蓄積された数十個の電子を適切に転送するために、転送トランジスタ３１２とＦＤ３２２との間に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）や埋め込み拡散層による転送専用の中間ノードを設置することが考えられる。なお、この転送専用のノードは、幅が広い転送トランジスタ３１２から極小のＦＤ３２２への電荷転送を媒介するために、レイアウト形状や不純物分布が最適化されて設けられる。
【０１７８】
図１０では、１個の検出ユニットに１個の大きなアナログ画素を配置して放射線のフォトンカウンティングの検出分解能を向上させる例について説明したが、各検出ユニットを複数のアナログ画素から構成し、個々のアナログ画素からの出力を検出ユニット単位で加算することによっても放射線のフォトンカウンティングの検出分解能を向上させることができる。次に、検出ユニット単位で加算する例について、本技術の第４の実施の形態として図１１を参照して説明する。
【０１７９】
＜４．第４の実施の形態＞
［検出ユニット単位で画素の出力を加算する例］
図１１は、本技術の第４の実施の形態における検出ユニット（シンチレータの断面に面して配置されている複数の画素の出力を加算して検出ユニット単位の信号を出力する検出ユニット）を模式的に示す図である。
【０１８０】
なお、図１１において示す検出ユニット（検出ユニット５３２）は、図９において示した検出ユニット５１２の代わりに画素アレイ部に設けられる。
【０１８１】
図１１には、シンチレータの断面に接する位置に配置されている４行×４列の画素の出力を加算して検出ユニット単位の信号を出力する例が示されている。検出ユニット５３２は、インターライン型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）により電荷が転送される複数の画素が配置されている。なお、図１１では、画素が１６個の正方形（画素５３４）により示され、垂直転送用のＣＣＤ（垂直転送レジスタ）が、下向きの矢印が付された長方形により示され、水平転送用のＣＣＤ（水平転送レジスタ）が右向きの矢印が付された長方形により示されている。
【０１８２】
検出ユニット５３２における各画素に蓄積された電荷は一斉に垂直転送レジスタに読み出され、そして、垂直転送される。垂直転送されると、各列の垂直転送レジスタと水平転送レジスタとのノード（図１１のノード５３５）において集められ、列単位の加算データとなる。
【０１８３】
そして、列ごとのノード５３５において集められた画素データは、水平転送されて単一のノード（ノード５３６）に集められ、全画素の加算データとなる。そして、ソースフォロアアンプ５３７によって電圧変換され、さらに検出判定回路５３８によって閾値判定或いはＡＤ変換されて、デジタルデータとして出力される。
【０１８４】
検出ユニット５３２は、画素アレイ部に面して接着される複数のシンチレータに対応して複数設けられ、複数の検出ユニット５３２は同じタイミングで同時に動作される。
【０１８５】
このように、個々のアナログ画素からの電荷をＣＣＤ転送で一つのノードに集め、それをソースフォロアで電圧変換してＡＤ変換する検出ユニット５３２は、シンチレータの断面に面して複数のアナログ画素を配置する場合には最も低ノイズとなる。すなわち、検出ユニット５３２が設けられた撮像素子は、超低照度での高精度光強度判定に有利な撮像素子となる。
【０１８６】
＜５．第５の実施の形態＞
［ＦＤ加算を行う例］
第１の実施の形態では、検出ユニット５１２において画素３１０ごとにＦＤ３２２およびアンプトランジスタ３１４（ソースフォロワ）を１つずつ設けていた。しかし、複数の画素が１つのＦＤ（フローティングディフュージョン）と１つのアンプトランジスタとを共有する構成であってもよい。第５の実施の形態の検出ユニット５１２は、複数の画素が１つのＦＤと１つのアンプトランジスタとを共有する点において第１の実施の形態と異なる。
【０１８７】
図１２は第５の実施の形態における検出ユニット５１２の一例を示す模式図である。第５の実施の形態の検出ユニット５１２は、複数の画素３１０の代わりに、サブユニット５４１を一定数（例えば、４つ）備える。サブユニット５４１は、複数（例えば、４個）の画素５４２と、中間ノード５４３と、ＦＤ５４４と、アンプトランジスタ５４５とを備える。
【０１８８】
画素５４２のそれぞれは、ＦＤ３２２およびアンプトランジスタ３１４を備えない点において第１の実施の形態の画素３１０と異なる。中間ノード５４３は、画素５４２のそれぞれのリセットトランジスタ３１３および転送トランジスタ３１２が接続されるノードである。
【０１８９】
ＦＤ５４４は、サブユニット５４１内の各画素５４２により光電変換された電荷を集めて蓄積するものである。このＦＤ５４４は、寄生容量が極小となるようにレイアウト設計されている。この構成により、各画素５４２からの電荷が一旦、中間ノード５４３に一斉に転送され、次いでＦＤ５４４に転送され、サブユニット５４１の単位で電荷の量が加算される。これらの転送は、各ノード間のポテンシャル走査によって実施され、完全転送が可能である。
【０１９０】
アンプトランジスタ５４５は、ＦＤ５４４に蓄積された電荷の量に応じた電圧を増幅して判定回路４００へ出力するものである。なお、図１２において、各アンプトランジスタ５４５から判定回路４００への配線は、記載の便宜上、省略されている。判定回路４００は第１の実施の形態と同様に、画素を形成する半導体素子の周辺領域あるいは画素アレイ間の余剰領域にオンチップ形成される。
【０１９１】
図１３は、第５の実施の形態における画素５４２の回路構成の一例を示す模式図である。第５の実施の形態の画素５４２は、ＦＤ３２２およびアンプトランジスタ３１４を備えない点において第１の実施の形態の画素３１０と異なる。また、第５の実施の形態の転送トランジスタ３１２およびリセットトランジスタ３１３のドレイン端子は、中間ノード５４３に接続される。
【０１９２】
このように、本技術の第５の実施の形態によれば、ＦＤ３２２を複数の画素で共有して、それらの画素により生成された電荷の量を加算するため、信号電圧を高くすることができる。これにより、撮像素子１１０は、高い精度で光子を検出することができる。
【０１９３】
＜６．第６の実施の形態＞
［判定回路および画素を積層した例］
第１の実施の形態では、撮像素子１１０において、画素３１０および判定回路４００を同一の基板に設けていた。ここで、近年では、ウエファー張り合わせ技術等を用いて、半導体製造の前処理工程で、二つの基板上に形成した回路を積層し、かつ接続する技術が実用化されている。この積層技術を採用すれば、通常のオンチップで集積した回路と同様の低抵抗および低寄生容量で積層形成した回路を互いに接続し、微小な信号を伝達することが可能になる。換言すれば、オンチップで回路積層を実現できる。この積層技術を用いると、画素３１０を設けた基板と、判定回路４００を設けた基板とを積層することができる。これにより、各基板上の回路の独立動作、独立制御が可能になるとともに、撮像素子１１０の周辺回路エリアを極小化することができ、判定回路４００の広範囲の敷き詰めが容易になる。第６の実施の形態の撮像素子１１０は、画素３１０を設けた基板と、判定回路４００を設けた基板とを積層した点において第１の実施の形態と異なる。
【０１９４】
図１４は、第６の実施の形態の撮像素子１１０の基本構成例の一例を示す概念図である。第６の実施の形態の撮像素子１１０は、画素駆動回路５５０と、複数の受光部５５１と、複数の検出回路５５５と、出力回路１１８とを備える。ただし、検出回路５５５は、受光部５５１が設けられた基板と別の基板に設けられているため、図１４においては図示されていない。
【０１９５】
受光部５５１は、それぞれ１つ以上（例えば、１６個）の画素を備える。この受光部５５１は、撮像素子１１０において、二次元格子状に複数（例えば、４行×４列の１６個）配置される。受光部５５１内に配置する画素として、例えば、フォトダイオードが配置された裏面に光が照射される裏面照射型の画素が用いられる。
【０１９６】
画素駆動回路５５０は、受光部５５１の単位で画素を順に選択走査するものである。画素駆動回路５５０による受光部５５１の制御の詳細は、第１垂直駆動回路１１２が行単位で画素を選択していたのに対し、画素駆動回路５５０が受光部５５１の単位で画素を選択する点以外は、第１垂直駆動回路１１２と同様である。また、画素駆動回路５５０は、受光部５５１ごとに個別に露光時間を設定することができる。
【０１９７】
第６の実施の形態の出力回路１１８の構成は、第１の実施の形態と同様である。なお、図１４の出力回路１１８は、受光部５５１と接続されているように記載されているが、実際には、光の入射方向を上方向として、受光部５５１の下部に配置された検出回路５５５と接続されている。
【０１９８】
図１５は、第６の実施の形態におけるシンチレーション素子５６０および検出ユニット５１２の斜視図の一例である。第６の実施の形態では、放射線検出装置１０は、シンチレーティングファイバーの代わりに、四角柱形状のシンチレーション素子５６０を備える。それぞれのシンチレーション素子５６０において、放射線の入射方向を上方向として、上側の入射面と下側の接着面とを除く側面に隔壁５６１が配置される。ただし、記載の便宜上、図１５においては、隔壁５６１は省略されている。なお、シンチレーション素子の形状は、四角柱に限定されず、三角柱や円柱などであってもよい。
【０１９９】
また、それぞれの検出ユニット５１２は、受光部５５１および検出回路５５５を備える。受光部５５１は、シンチレーション素子５６０の接着面に接続され、検出回路５５５は、受光部５５１が設けられた基板の下層の基板に設けられる。検出回路５５５は、第１の実施の形態の判定回路４００およびレジスタ１１４を備える回路である。
【０２００】
受光部５５１および検出回路５５５は各々異なる半導体基板上に形成されているが、半導体製造の前処理工程において、ウエファー張り合わせ技術等を用いて積層され、オンチップで一体化されている。また、各検出ユニット５１２には個別に検出回路５５５が設置されているので、例えば全検出ユニット一斉での同時並列動作が可能である。
【０２０１】
図１６は、第６の実施の形態における検出ユニット５１２の断面図の一例である。同図において点線は放射線を示し、実線はシンチレーション光を示す。同図に例示するように、シンチレーション素子５６０の側面は、隔壁５６１に覆われている。この隔壁５６１は、反射物質または低屈折率物質により形成される。また、シンチレーション素子５６０の下面（接着面）には、受光部５５１が接続され、その下層には検出回路５５５が設けられる。
【０２０２】
図１７は、第６の実施の形態の受光部５５１の構成の一例を示す模式図である。受光部５５１は、複数（例えば、１６個）の画素５５２と、画素ごとに設けられた選択トランジスタ５５３と、電極パッド５５４とを備える。
【０２０３】
画素５５２の構成は、第１の実施の形態における画素３１０と同様である。選択トランジスタ５５３は、対応する画素５５２を選択して、その画素信号を検出回路５５５に供給するトランジスタである。
【０２０４】
また、選択トランジスタ５５３のゲートは、画素駆動回路５５０に接続され、ソースは対応する画素５５２に接続され、ドレインは電極パッド５５４を介して検出回路５５５に接続される。画素駆動回路５５０は、選択トランジスタ５５３を制御して、１６個の画素５５２のそれぞれの画素信号を順に検出回路５５５に供給させる。
【０２０５】
図１８は、第６の実施の形態の検出回路５５５の構成の一例を示す模式図である。この検出回路５５５は、定電流回路５５６、電極パッド５５７、判定回路４００およびレジスタ１１４を備える。
【０２０６】
定電流回路５５６は、一定の電流を供給するものである。この定電流回路５５６と、画素５５２内のアンプトランジスタとにより、ソースフォロワ回路が構成される。
【０２０７】
判定回路４００は、電極パッド５５７を介して受光部５５１から画素信号を受け取り、デジタル値を生成してレジスタ１１４に保持させる。
【０２０８】
このように、第６の実施の形態によれば、画素を設けた基板に検出回路５５５を設けた基板を積層したため、画素を設けた基板において検出回路５５５を設ける必要がなくなる。これにより、画素をさらに微細化することができる。
【０２０９】
＜７．本技術の適用例＞
本技術の第１乃至第６の実施の形態において示したような区画化されたシンチレータ板が装着された撮像素子は、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード、或いはフォトダイオードなどがシンチレータとともに設けられていた従来の放射線検出機器に幅広く適用することができる。
【０２１０】
そこで、放射線検出機器の一例として、Ｘ線スキャナーの例を図１２で示し、Ｘ線ＣＴ装置の例を図１９で示し、ガンマカメラの例を図２０で示す。
【０２１１】
［Ｘ線スキャナーへの適用例］
図１９は、本技術の実施の形態を適用してフォトンカウント型の検出を行うＸ線スキャナー（フォトンカウント型Ｘ線スキャナー）の一例を示す模式図である。
【０２１２】
図１９におけるａには、フォトンカウント型Ｘ線スキャナーの概念図として、Ｘ線源６１１と、スリット６１２と、被写体６１３と、Ｘ線検出器６１４とが示されている。
【０２１３】
Ｘ線源６１１から放射されたＸ線は、スリット６１２を介して被写体６１３にライン状に照射される。そして、被写体６１３を透過したＸ線（透過光）がＸ線検出器６１４に入射する。Ｘ線検出器６１４では、スリット６１２を通過したＸ線が照射する位置に、本技術の実施の形態を適用した放射線の検出部（検出部６２０）が所定間隔で設けられている。被写体６１３を透過したＸ線が検出部６２０に入射すると、この入射したＸ線の光子によりシンチレーション光が発生し、この発生したシンチレーション光の検出が行われる。検出部６２０における検出結果は、デジタルデータとして出力され、記憶装置に蓄積されて、蓄積されたデータが解析装置において解析に用いられる（記憶装置および解析装置は図示を省略）。
【０２１４】
なお、Ｘ線検出器６１４において検出部６２０が所定間隔で配置されているため、スリット６１２が開いている方向（長手方向）にＸ線検出器６１４を移動させることで、そのスリットの位置での検出を完了させる。その後、まだ検出を行っていない位置へスリットおよびＸ線検出器６１４を移動させて、その移動させた位置での検出を行う。なお、これらの移動の一例については、図１９におけるｂにおいて説明する。
【０２１５】
このように、Ｘ線検出器６１４を移動させて取得されたシンチレーション光の検出結果により二次元的にデータが取得され、二次元のＸ線透過画像が構築される。なお、本技術の実施の形態を適用した放射線の検出部（検出部６２０）では、区画化されたシンチレータの個々のシンチレータにおける断面（光射出面）のサイズが空間分解能の限界となる。
【０２１６】
図１９におけるｂは、検出部６２０を受光面側から示した図が示されている。また、図１９におけるｂには、検出時の検出部６２０の動きの一例を示す矢印および破線の矩形が示されている。本技術の実施の形態を適用した検出部６２０のシンチレータは、シンチレーティングファイバーの束からなっており、シンチレーティングファイバーの断面が受光面となっている。
【０２１７】
Ｘ線検出器６１４では、検出部６２０が一つ飛ばしで横方向（スリット６１２において長く開口している方向（長手方向））に並んでいて、検出の際には、横にスライドさせて隙間無く検出させる。そして、隙間無く検出させてこのスリットの位置での検出が終了すると、スリット６１２およびＸ線検出器６１４を縦方向に移動させて再びスキャンを実施する。
【０２１８】
なお、図１９では、所定間隔置き（一つ飛ばし）で検出部６２０が設けられているＸ線検出器６１４を想定して説明したが、これに限定されるものではない。隙間無く検出部６２０を配置できる場合には、Ｘ線検出器６１４の横方向の移動を省くことができ、検出時間を短縮することができる。
【０２１９】
例えば、図９において示した画素アレイ部５１０において、垂直駆動回路や判定回路等の回路を検出ユニット５１２の外側の余剰な領域（図９の領域５１４）に配置する。そして、個々の検出ユニットに対して信号を送受信するためのパットを、スリットの長く開口している方向（長手方向）と直交する方向（図１９におけるｂの上下方向）に配置する。この画素アレイ部５１０を備える撮像素子をスリットの長手方向に連続して配置することにより、Ｘ線検出器６１４において、スリットの長手方向における画素が配置できない領域を無くすことができる。このように、画素アレイ部５１０を備える撮像素子を連続して配置したＸ線検出器６１４によれば、スリットを移動させる方向（縦方向）のみにＸ線検出器６１４を移動させて撮像することができ、検出速度を高速にすることができる。
【０２２０】
［Ｘ線ＣＴ装置への適用例］
図２０は、本技術の実施の形態を適用したＸ線ＣＴ装置の検出器の一例を示す模式図である。
【０２２１】
なお、図２０におけるａでは、本技術の実施の形態を適用したＸ線ＣＴ装置の検出器（検出器６３０）について、コリメータを撮像素子から外した状態が示されている。
【０２２２】
検出器６３０は、散乱光をカットするための鉛製のコリメータ６３１と、図２のシンチレータ板２００と同様に区画化されているシンチレータ板６３３と、撮像素子６３４とを備える。
【０２２３】
撮像面に対して垂直に入射したＸ線（プライマリのＸ線）は、コリメータ６３１において除去されずに、シンチレータ板６３３に入射する。Ｘ線の光子がシンチレータ板６３３の個々のシンチレータに入射すると、その入射したシンチレータにおいてシンチレーション光を発生させ、そして、この発生したシンチレーション光が撮像素子６３４により検出される。なお、別々のシンチレータに入射したＸ線光子は、それぞれが独立して撮像素子６３４により検出される。検出結果は、図１９と同様にデジタルデータとして出力され、記憶装置に蓄積されて、蓄積されたデータが解析装置において解析に用いられる（記憶装置および解析装置は図示を省略）。
【０２２４】
なお、図２０におけるａにおいて示した検出器６３０は、例えば、リング状に並べて配置されて、ＣＴ装置の検出装置（図１３におけるｂの検出装置６３５）として用いられる。なお、ＣＴ装置によって、図２０におけるａで示した検出器６３０単位で１つの画素として用いられる。この場合には、区画化されているシンチレータは、空間解像度の向上に貢献するわけではない。しかしながら、個々のシンチレータに入射したＸ線光子により発生したシンチレーション光をそれぞれ独立して検出することで、検出器６３０に入射したＸ線光子の個数を正確に検出することができる。検出器６３０に入射したＸ線光子の個数を正確に検出することにより、識別できなかった光子の数が減少し、ダイナミックレンジが向上する。
【０２２５】
［ガンマカメラへの適用例］
図２１は、本技術の実施の形態を適用したガンマカメラの検出器の一例を示す模式図である。
【０２２６】
図２１におけるａには、本技術の実施の形態を適用したガンマカメラの検出器６４０について、シンチレータ板６４１を撮像素子から外した状態が示されている。
【０２２７】
ガンマ線はエネルギーが高いため、薄いシンチレータでは突き抜けてしまう。そこで、シンチレータ板６４１を製造する際に、個々のシンチレータ６４２の長さ（放射線の入射面と、撮像素子との接着面との間の距離）を長くし、このシンチレータ６４２を束ねてシンチレータ板６４１を製造する。例えば、シンチレータ板６４１は、シンチレータ６４２の切断面（撮像素子との接着面）が１ｍｍの直径であり、が約１ｃｍのシンチレータ６４２を撮像素子の大きさに合わせた数（図２１におけるａでは８行×８列）ほど束ねてられている。すなわち、図２１におけるａの例では、１ｍｍの直径であるシンチレータ６４２が８行×８列ほど束ねられている８ｍｍ角のシンチレータ板６４１が撮像素子６４４と接着される検出器の例が示されている。
【０２２８】
撮像素子６４４の画素アレイ部では、図９において示した画素アレイ部５１０と同様に、シンチレータ６４２のピッチ（１ｍｍ）および配置に合わせて、検出ユニットが８行×８列ほど配置されている。例えば、５μｍ角の画素を検出ユニットに１００行×１００列ほど配置すると、撮像素子６４４は、フォトンカウンティングによって１０，００１階調（カウント無しを含む）の光検出が可能である。なお、図９および図１９において説明したように検出ユニットの外側に垂直駆動回路や判定回路等の回路を配置することにより、８行×８列の検出ユニットを並列駆動することができ、高速に撮像を行うことができる。なお、検出器６４０では、シンチレータ６４２の断面の大きさが解像度の単位となり、検出ユニットごとにガンマ線の検出およびエネルギー判定が行われる。
【０２２９】
図２１におけるａに示したような検出器６４０を隙間無くアレイ状に複数配置することにより、図２１におけるｂに示すような広域な撮像面積を実現でき、広域な撮像面積を持つガンマカメラを製造することができる。
【０２３０】
このように、本技術の実施の形態によれば、放射線のフォトンカウンティングにおける精度を向上させることができる。特に、非常に高い放射線のカウント能力を備えることができる。また、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサに区画化されたシンチレータを装着するために安値で大量生産することができるため、光電子増倍管の値段が高いために少数の光検出部しか設けられなかった電子機器において多数の光検出部を設けることが可能になり、検出速度を向上させることができる。
【０２３１】
なお、大型の検出器を備える電子機器のみで効果があるわけでなく、小型の検出器を用いる電子機器においても同様の効果を得ることができる。例えば、放射線のシンチレーション線量計に本技術を適用すれば、安価な半導体撮像素子を用いて小型軽量でカウント能力が高いポケット線量計を実現することができる。
【０２３２】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０２３３】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
【０２３４】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【０２３５】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）  降伏電圧未満のバイアス電圧が印加された複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにより光電変換された電荷を蓄積して当該蓄積した電荷の量に応じた信号電圧の電気信号を生成する電荷蓄積部と、
放射線が入射されるとシンチレーション光を発生して前記複数のフォトダイオードに照射する複数のシンチレータと、
前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記シンチレーション光の光量を測定するデータ処理部と
を具備する放射線計数装置。
（２）  前記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された前記光量を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記変換された前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記光量を測定する
前記（１）記載の放射線計数装置。
（３）  前記フォトダイオードごとに当該フォトダイオードに入射された光子の有無を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記変換された前記電気信号に基づいて前記シンチレータごとに前記光量を測定する
前記（１）記載の放射線計数装置。
（４）  前記光子の数を示す信号に前記電気信号を変換する変換回路をさらに具備し、
前記電荷蓄積部および前記複数のフォトダイオードは、積層された２つの基板の一方に設けられ、
前記変換回路は、前記２つの基板の他方に設けられる
前記（１）から（３）のいずれかに記載の放射線計数装置。
（５）  前記データ処理部は、前記フォトダイオードおよび前記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素により生成された前記電気信号を取得し、前記放射線が入射されていないときの前記信号電圧が所定の閾値より高い前記画素を欠陥画素として検出して前記欠陥画素の個数に基づいて前記光量を補正する
前記（１）から（４）のいずれかに記載の放射線計数装置。
（６）  前記複数のシンチレータは、前記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に前記シンチレーション光を照射し、
前記フォトダイオードは、前記領域ごとに複数設けられる
前記（１）から（５）のいずれかに記載の放射線計数装置。
（７）  前記フォトダイオードは、前記垂直面において前記領域のみに設けられる
前記（６）記載の放射線計数装置。
（８）  前記複数のシンチレータは、前記放射線の入射方向に対して垂直な垂直面上の互いに異なる領域に前記シンチレーション光を照射し、
前記フォトダイオードは、前記領域ごとに１つ設けられる
前記（１）から（５）のいずれかに記載の放射線計数装置。
（９）  前記電荷蓄積部は、前記フォトダイオードをそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する前記複数の画素により生成された前記電荷の量を加算して蓄積する
前記（１）から（８）のいずれかに記載の放射線計数装置。
（１０）  前記フォトダイオードおよび前記電荷蓄積部をそれぞれ含む複数の画素ごとに設けられ、対応する前記複数の画素により生成された前記信号電圧を加算する加算部をさらに具備し、
前記データ処理部は、前記加算された信号電圧の前記電気信号に基づいて前記光量を測定する
前記（１）から（８）のいずれかに記載の放射線計数装置。
【符号の説明】
【０２３６】
１０  放射線検出装置
１００  検出部
１０１、１９１  コリメータ
１１０  撮像素子
１１２  第１垂直駆動回路
１１４  レジスタ
１１５  第２垂直駆動回路
１１８  出力回路
１２０  データ処理部
１９０  シンチレータ
１９３  光電子増倍管
１９４  変換部
１９５  データ処理部
２００  シンチレータ板
３００、５１０、５２０  画素アレイ部
３１０、５１３、５２２、５３４、５４２、５５２  画素
３１１  フォトダイオード
３１２  転送トランジスタ
３１３  リセットトランジスタ
３１４、５４５  アンプトランジスタ
３２２、５４４  ＦＤ
４００  判定回路
５４１  サブユニット
５４３  中間ノード
５５０  画素駆動回路
５５１  受光部
５５３  選択トランジスタ
５５４、５５７  電極パッド
５５５  検出回路
５５６  定電流回路
５６０  シンチレーション素子
５６１  隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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