JP2004264078A

JP2004264078A - 入射位置検出方法及び装置

Info

Publication number: JP2004264078A
Application number: JP2003052652A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 浩之高橋; Hideo Murayama; 秀雄村山; Takaaki Ishizu; 崇章石津
Original assignee: National Institute of Radiological Sciences
Current assignee: National Institute of Radiological Sciences
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP4178232B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を迅速に検出する。
【解決手段】各検出セルの入力信号に応じて、該入力信号のレベルに応じた波高を有する幅の狭いパルスＰを発生させ、該パルスを、全チャネルを直列に接続した抵抗ラダー３４の、信号が入力したチャネルに対応する位置に入力して、該抵抗ラダーの両端に発生する出力によりイベントの重心位置を検出する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の検出セルに跨って入力するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出方法及び装置に係り、特に、イベントにより生じた荷電粒子や光の拡がりよりもピクセルのサイズを小さくとるオーバーサンプリングの手法を用いて放射線や光を検出する際に用いるのに好適な、入射位置検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＡＳＩＣ等を用いた放射線検出器用フロントエンドエレクトロニクスで多数のピクセルを扱う場合には、低計数率用のチップでは、単にピクセル毎の信号を記録・保持し、後から読みにいくので問題はないが、一方、高計数率で動作させる場合には、同時に発生するイベントを抑制するために、図１に示す如く、例えばアンプ１２を介して入力される放射線検出器（例えばシンチレータ）１０からの信号を、プライオリティエンコーダ１４を用いて処理し、入射したピクセルの番号Ｎをデジタル値として出力することが一般に行なわれている。
【０００３】
従来は、主に検出器や回路等のハードウェアの制限から、ピクセルサイズをあまり小さくとることができず、個別の信号の読み取りを行なっても、イベントが１つのピクセル内に収まることが多く、このような方式で間に合う場合が多かった。
【０００４】
しかしながら、最近、高分解能化の流れから、検出器１０内で生じたイベントを、より詳細に観察するために、図２に示す如く、ピクセルのサイズをイベントにより生じた荷電粒子や光の拡がりよりも小さくとる、オーバーサンプリングの手法が行なわれつつある。更には、このようなオーバーサンプリングにより、２次元位置に対して３次元情報を投影する等、高位な情報を含ませることも行なわれつつある（特許文献１、２参照）。
【０００５】
このような構成をとると、放射線等が１つのピクセル内のみで反応して信号を出力する場合だけでなく、図３に例示する如く、多数のピクセルが一つのイベントに対して略同時に反応する場合が出てくる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１４２５２３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４２５２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記プライオリティエンコーディングの方式では、プライオリティエンコーダ１４に入射する順は、必ずしも強度が強い順ではなく、強度が弱くても閾値を超えれば検出されてしまうため、このような場合に対して対応できず、重心位置を的確に検出することができなかった。
【０００８】
一方、ピクセル間の重心演算を行なうためには、通常、演算のためにハードウェアが必要となるだけでなく、これを後段で行なうためには、例えば各ピクセルの出力をコンデンサ等に蓄積して積分した後、シリアルで読み出す必要があるため、データのレートが高くなると、全体のスループットを損なうことになる。コンデンサに蓄積した信号をパラレルで呼び出すことも考えられるが、回路が大規模になり過ぎる。更に、ピクセルの番号をデジタル値として出力する際に、多数の信号線を必要とする等の問題点を有する。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、比較的簡単な回路構成で、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を的確に検出することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出方法において、各検出セルの入力信号に応じて、該入力信号のレベルに応じた波高を有する幅の狭いパルスを発生させ、該パルスを、全チャネルを直列に接続した抵抗ラダーの、信号が入力したチャネルに対応する位置に入力して、該抵抗ラダーの両端に発生する出力によりイベントの重心位置を検出するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記パルスを、入力信号の立上り部分に応じて発生させるようにして、スループットを高めたものである。
【００１２】
本発明は、又、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出装置において、各検出セルの入力信号のレベルを弁別するための波高弁別手段と、弁別されたレベルに応じた波高を有する幅の狭いパルスを発生するエンコーダと、信号が入力したチャネルに対応する位置に該パルスが入力される、全チャネルを直列に接続した抵抗ラダーと、該抵抗ラダーの両端に接続された読取手段とを備え、該読取手段の出力の大きさを比較してイベントの重心位置を検出するようにして、同じく前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記波高弁別手段を複数の閾値を持つディスクリミネータとしたものである。
【００１４】
又、前記抵抗ラダーを複数直列接続してスケーラブルとし、より大規模な位置検出システムを構築できるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図４に示すように、検出器に多数の検出セルを備えるシンチレータを用い、各検出セルに対応する各チャネルに対して、個別の前置増幅器２０、並びに、整形増幅器２２、可変増幅度増幅器２４、複数（図では３個）のコンパレータ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃを備えた波高弁別器（ディスクリミネータ）２６を用意する。
【００１７】
前記コンパレータ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの出力は、共通のエンコーダ３０に接続する。
【００１８】
このエンコーダ３０は、各チャネルに対して１つずつ用意する。このエンコーダ３０は、信号出力の大きさを判断し、図５に示す如く、その大きさに対応した数種類（実施形態では４種類）の異なる電圧値ｈ１〜ｈ４を持つ幅ｔの短い（例えば１００ｎｓｅｃ以下）パルスＰを発生する。このパルス出力は、アンプ３２を介して、全チャネルを直列に接続したチェーン状の抵抗ラダー３４に接続される。
【００１９】
従って、各チップ当りの出力は、図６に示す如く、Ａ、Ｂの２つとなるが、例えば読取用の増幅器３６Ａ、３６Ｂを介して接続された割算器３８により、増幅器３６Ａ、３６Ｂの出力の大きさを比較することで、どのチャネルから信号が出力されたかの情報を得ることができる。具体的には、前記出力Ａ、Ｂ間で、電荷分割法によりＡ／（Ａ＋Ｂ）等のアナログ値の割算を行なうことで、入射放射線の重心位置が求まり、信号が入力したチャネルの番号をアナログ信号にエンコードして出力することができる。
【００２０】
この方法のスループットは、入力信号の立上り部分のみを用いているので、蛍光の減衰時間等の影響を受けず、高いスループットが期待できる。更に、電荷分割法でのＳ／Ｎ比に関しては、一旦、コンパレータでパルス化して、デジタル化を行なっているため、極めて高く、１００００チャネル程度までのエンコードが可能である。
【００２１】
又、信号電荷が多数のチャネルにわたっている場合、検出器から出力されるパルスに時間差が生じる場合があるが、これについては、パルス幅を十分広くとることで対処する以外にも、近接したチャネル間に一定時間の同期回路を設けて、エンコードしたパルスの発生のタイミングを同期させることでも回避できる。
【００２２】
更に、多数のチャネルに対してエンコードを行なう場合には、各チップの出力を直列に接続すればよい。例えば図７に示す第２実施形態の如く、チップ１の出力がＡ１とＢ１、チップ２の出力がＡ２とＢ２であるとすれば、Ｂ１とＡ２を直列接続し、Ａ１とＢ２から信号を読み出せばよい。このようにして、通常１チップ当り１００〜２００のチャネル数を、チップの数だけ増やすことができる。このような特徴は、スペースの限られたフロントエンドエレクトロニクスでの利用に適している。
【００２３】
なお、前記実施形態においては、コンパレータが３つとされ、エンコーダ３０の出力の波高が高、中、低、零の４種類とされていたが、コンパレータの数や波高の種類数は、これに限定されない。
【００２４】
又、前記実施形態においては、整形増幅器２２及び可変増幅度増幅器２４が設けられていたが、これらの増幅器を省略することも可能である。
【００２５】
なお、前記実施形態では、検出器としてシンチレータが用いられていたが、検出器の種類はこれに限定されず、ゲルマニウム、化合物半導体等の半導体センサを用いた放射線検出器、マルチワイヤ比例計数管（ガスカウンタ）、ダイノードがファインメッシュで作られたマルチアノード型の光電子増倍管、あるいは放射線検出器以外の光や音の検出器にも同様に適用できる。測定対象も、放射線や光に限定されず、形状、位置、音等の物理計測の関係する理工学の広い分野に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のチャネルが同時に反応した場合においても、ＤＡ変換に基づき、抵抗ラダーがハードウェア的に演算を行なうため、重心位置を簡便に求めることができる。又、反応していないチャネルは信号を出力しないし、既に信号パルスを出力したチャネルは、しばらくの間は信号を出さないので、単位時間当りに処理することが可能なパルス数としてのスループットを損なうことがない。更に、多数の検出セルの読み取りに必要な信号線の数は、アナログ情報へのエンコーディングを行なっているため、僅かに２本と極端に少なくてよい等の優れた効果を有する。
【００２７】
本発明の適用対象は検出セルの一次元配列に限定されず、２次元配列以上にも、同様に適用でき、次元数が多い時、効果が高い。特に、特許文献１や２の技術と組合せるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプライオリティエンコーダを用いた入射位置検出装置の構成例を示すブロック図
【図２】オーバーサンプリングの様子を示す説明図
【図３】オーバーサンプリング時のプライオリティエンコーダの問題を示すタイムチャート
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図
【図５】第１実施形態におけるエンコーダから出力されるパルスの形状の例を示すタイムチャート
【図６】前記パルスの抵抗ラダーへの入力の様子を示す回路図
【図７】本発明の第２実施形態の全体構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０…放射線検出器
２０…前置増幅器
２２…整形増幅器
２４…可変増幅度増幅器
２６…波高弁別器
２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ…コンパレータ
３０…エンコーダ
Ｐ…パルス
３４…抵抗ラダー
３８…割算器

Claims

複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出方法であって、
各検出セルの入力信号に応じて、該入力信号のレベルに応じた波高を有する幅の狭いパルスを発生させ、
該パルスを、全チャネルを直列に接続した抵抗ラダーの、信号が入力したチャネルに対応する位置に入力して、
該抵抗ラダーの両端に発生する出力によりイベントの重心位置を検出することを特徴とする入射位置検出方法。
前記パルスを、入力信号の立上り部分に応じて発生させることを特徴とする請求項１に記載の入射位置検出方法。
複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出装置であって、
各検出セルの入力信号のレベルを弁別するための波高弁別手段と、
弁別されたレベルに応じた波高を有する幅の狭いパルスを発生するエンコーダと、
信号が入力したチャネルに対応する位置に該パルスが入力される、全チャネルを直列に接続した抵抗ラダーと、
該抵抗ラダーの両端に接続された読取手段とを備え、
該読取手段の出力の大きさを比較してイベントの重心位置を検出することを特徴とする入射位置検出装置。
前記波高弁別手段が、複数の閾値を持つディスクリミネータである請求項３に記載の入射位置検出装置。
前記抵抗ラダーが複数直列接続されている請求項３又は４に記載の入射位置検出装置。