JP2013050398A - 放射線二次元検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線二次元検出器の大型化及びデータ収集の高速化が可能な放射線二次元検出装置を提供する。
【解決手段】放射線二次元検出装置１は放射線二次元検出器２、データ収集装置７を備える。放射線二次元検出器２は複数の画素電極５を検出素子３の一面に取り付ける。データ収集装置７は複数の計測装置８、複数のＡ／Ｄ変換器１２、制御装置１３及び複数の記憶領域（例えば１４Ａ）が形成されたメモリ１４を有する。放射線二次元検出器２は放射線の入射により画像電極５から放射線検出信号を出力し、計測装置８のチャージアンプがこの放射線検出信号の電荷を積分する。チャージアンプの出力である電圧がＡ／Ｄ変換器１２でデジタルデータに変換され、このデジタルデータが１つの記憶領域に格納される。各画像電極５からの放射線検出信号により得られたデジタルデータが、画像電極５に対応している記憶領域に別々に格納される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線二次元検出装置に係り、特に、放射線を利用して被検体内部を画像化するのに好適な放射線二次元検出装置に関する。

放射線透過撮像方法は、Ｘ線、ガンマ線、および中性子など放射線を用いて被検体である物体内部を撮像する方法である。この放射線透過撮像方法は被検体の投影図を非破壊で取得することができる。

被検体を透過した放射線を検出する媒体として、イメージングプレートおよびイメージインテンシファイアを用いる方法が利用されてきたが、近年、画質の向上および画像歪みの改善などの観点から、センサエレメントを二次元的に配列した放射線二次元検出器を用いる方法が利用されるようになった。センサエレメントは検出素子内で放射線を計測する領域のことであり、放射線二次元検出器では、１つの検出素子あたり複数のセンサエレメントが存在する。

検出素子を二次元的に配列した放射線二次元検出器を用いた放射線計測の方法は、２種類ある。一つは放射線の粒子数を数える方法であり、もう一つは放射線が検出素子に付与したエネルギーの量を計測する方法である。前者の放射線計測方法は、陽電子断層撮像（ＰＥＴ（Positron Emission Computed Tomography））に代表されるように、線量の少ない環境において使用され、検出素子内で反応した粒子の数およびエネルギーを計測する。一般的な回路構成としては、放射線の反応ごとに、得られた微小電流をチャージアンプによって積分した後、波形を成形し、放射線をエネルギーに対応した波高の電圧値として計測する。エネルギーごとに放射線の個数の情報を取得出来るが、線量が多い環境下では一個の放射線の計測を行っている間に同一のセンサエレメント内で次の放射線が反応してしまうパイルアップが起り、放射線の個数を計測することが出来ない。

後者の放射線計測方法は、ＣＴ（Computed Tomography）に代表されるように線量の多い環境において使用され、センサエレメント内で一定時間内に反応した全ての粒子から付与されたエネルギーの総和を計測する。一般的な回路構成としては、任意の時間内に反応した全ての微小電流をチャージアンプによって積分し、得られた電圧値を計測する。この方法では、電圧値とエネルギーに１対１の相関は無いが、設定時間内に同一のセンサエレメント内で反応した全ての放射線から得られたエネルギーの総和を計測するため、一個の放射線の計測を行っている間に同一センサエレメント内で次の放射線が反応しても問題は無く、短時間で統計的バラつきの少ないデータを取得できる。

設定時間内に得られた電流の総和を計測するタイプの放射線二次元検出器は、特開２００３−２５５０５１号公報に記載されたように、検出素子内で反応した放射線を信号へ変換する過程により二種類に分けられる。一つは、入射した放射線を光に変換する蛍光体、蛍光体の直下に光を電荷に変換するために設置されたフォトダイオード、フォトダイオードから電荷を収集するために画素位置に対応してフォトダイオード下部にマトリックス状に配列された電極、および電極に接続されたスイッチング回路を有する間接変換型の放射線二次元検出器である。他の一つは、入射した放射線に応じて直接電荷を発生させる検出素子と、検出素子から電荷を収集するために検出素子にマトリックス状に配列された画素電極、およびこの電極に接続されたスイッチング回路で構成される直接変換型の放射線二次元検出器である。

このような放射線二次元検出器では、ゲートラインによる制御信号の伝達、およびデータラインによるデータ信号の収集が行われる。これらのラインは直交し、それぞれのラインを制御するために、対向していない２辺に列走査回路および行走査回路を備えている。

直接変換型の放射線二次元検出器は、間接変換型の放射線二次元検出器に比べて画質が優れている利点がある。間接変換型の放射線二次元検出器は、放射線が反応した蛍光体内の位置で発光が生じ、この発光を画素位置に相当する位置に配置されたフォトダイオードで計測する。このとき、蛍光体内の反応位置で発生した光が散乱し、散乱した光が周辺の画素位置に設置されたフォトダイオードで計測されることが、画像がにじむ一因となっていた。

直接変換型の放射線二次元検出器は、放射線が反応した検出素子内の位置に対応する画素電極で直接電気信号を発生させることができるため、光の散乱に伴う画質の低下は発生しない。直接変換型の放射線二次元検出器は検出素子を大型化することが困難であるため、複数の検出素子を並べて配置して大型化している。また、基板のサイズにも限界があるため、検出素子を実装する基板も並べることにより大型化している。

前述のように放射線二次元検出器では、列走査回路、および行走査回路が必要である。このため、放射線二次元検出器の大型化は、特開２０００−２７８６０５号公報に記載されるように、複数の検出素子を用いて、これらの検出素子を実装した基板ごとに列走査回路および行走査回路を設けることによって、または、特開２００６−１０８５２５号公報に記載されるように、検出素子間を電気的に接続し、大きなマトリックスを構成することによって、達成できる。

特開２００３−２５５０５１号公報 特開２０００−２７８６０５号公報 特開２００６−１０８５２５号公報

従来の放射線二次元検出器では、センサエレメントの数が撮像速度に応じて制限される。放射線が検出素子内で反応し、得られた電荷はそれぞれのセンサエレメントに接続されたチャージアンプによって積分され、電荷の総量に応じた電圧が出力される。チャージアンプに蓄えられた電圧の開放はスイッチによって行われる。放射線二次元検出器において、二次元に配列されたセンサエレメントの行ごとまたは列ごとに順次スイッチが開放され、それぞれのセンサエレメントに設けられたチャージアンプに蓄えられた電圧が転送される準備がなされる。これと連動して、マルチプレクサが起動し、センサエレメントごとにチャージアンプから電圧が転送される。転送された電圧は、順次、Ａ／Ｄ変換器に送られ、デジタルデータとなり、メモリに記録される。

このように、マトリックス配線を用いて、順次、データをメモリに収集するシステムを有する従来の放射線二次元検出器では、データの取り込み速度に応じて収集されるデータ量に制限が発生する。連続的に放射線の計測を行う場合、チャージアンプでの電荷積分時間よりも、電荷積分されるチャージアンプからメモリにデータが収集されるまでの時間が長い場合には、次の放射線計測との間に不感時間が必要となる。

従って、放射線二次元検出器において、不感時間を無くそうとした場合には、データ収集時間よりもチャージアンプでの電荷積分時間を長くしなければならない。このため、撮像速度を早くする場合には、データ数を減らす必要が生じ、つまりは画素数を制限する必要が生じる。撮像速度を決めると限界の画素数が決定するので、放射線二次元検出器において、大型化と高速化を両立させることは困難であった。

また、従来の放射線二次元検出器では、ゲートラインおよびデータラインが必要となるため、センサエレメントの電極間にそれらの配線を配置しなければならず、これらの配線の配置が隣接するセンサエレメントの相互間の間隔を広げる要因になっている。したがって、従来の放射線二次元検出器では、配線の位置が不感領域となっている。

本発明の目的は、放射線二次元検出器の大型化及びデータ収集の高速化を達成できる放射線二次元検出装置を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、第１電極、二次元状に配置された複数の第２電極、第１電極と複数の第２電極の間に配置されて第１電極および複数の第２電極が取り付けられた検出素子有する放射線二次元検出器と、データ収集装置とを備え、
データ収集装置が、制御装置、複数の記憶領域を有する記憶装置、及び第２電極ごとに設けられた測定装置およびＡ／Ｄ変換器を有し、
第２電極ごとに、第２電極、計測装置およびＡ／Ｄ変換器を接続し、
各Ａ／Ｄ変換器が記憶装置に接続され、
計測装置が、第２電極から出力される放射線検出信号の電荷を積分して電圧として出力する第１及び第２チャージアンプ、第１チャージアンプの入力端に接続されて第２電極に接続される第１開閉装置、第２チャージアンプの入力端に接続されて第１開閉器が接続される第２電極に接続される第２開閉装置、第１チャージアンプの出力端に接続されてＡ／Ｄ変換器に接続される第３開閉装置、および第２チャージアンプの出力端に接続されて第３開閉器が接続されるＡ／Ｄ変換器に接続される第２開閉装置を有し、
制御装置が、第１開閉装置および第２開閉装置を、これらの開閉装置の開閉が逆になるように制御し、第３開閉装置を、第２開閉装置と開閉が同じになるように制御し、第４開閉装置を、第１開閉装置と開閉が同じになるように制御し、それぞれのＡ／Ｄ変換器から出力された各データを、第２電極ごとに対応して形成されている記憶領域に別々に格納することにある。

第２電極ごとに、第２電極、計測装置およびＡ／Ｄ変換器が接続され、制御装置による第１、第２、第３および第４開閉装置の開閉制御により、第２電極から出力された放射線検出信号の電荷を前記第１及び第２チャージアンプで交互に積分して前記第２及び第１チャージアンプから交互に出力された電圧をＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換し、Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタルデータを、第２電極に対応して形成された記憶領域に格納する。このため、第２電極から出力された放射線出信号に基づいて得られたデジタルデータを、他の第２電極から出力された放射線検出信号の影響を受けずに生成することができて所定の記憶領域に格納することができる。このため、第２電極の個数が増大されて放射線二次元検出器が大型化された場合でも、出力された放射線出信号に対応するデジタルデータの収集を、より短時間（より高速）で行うことができる。

本発明によれば、放射線二次元検出器の大型化及びデータ収集の高速化を達成することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線二次元検出装置の構成図である。 図１に示す放射線二次元検出器の詳細構成図である。 図１に示す計測装置の詳細構成図である。 図１に示す放射線二次元検出装置を基板に取り付けた状態を示す説明図である。 複数の検出素子を基盤に取り付けた一例を示す説明図である。 複数の検出素子を基盤に取り付けた他の例を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例２の放射線二次元検出装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例３の放射線二次元検出装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例４の放射線二次元検出装置の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例５の放射線二次元検出装置の構成図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線二次元検出装置を、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。

本実施例の放射線二次元検出装置１は、放射線二次元検出器２およびデータ収集装置７を備えている。放射線二次元検出器２は、図２に示すように、半導体で作られた検出素子（例えば、ＣｄＴｅ半導体検出素子）３、電極４及び複数の画素電極５を有する。複数の画素電極５が検出素子３の一面に二次元的に配列されて取り付けられる。１つの電極４が、複数の画素電極５が取り付けられる面とは反対側の面で検出素子３に取り付けられる。１つの電極（第１電極）４は、複数の画素電極（第２電極）５が取り付けられる、検出素子３の面に取り付けられる。電極４は、検出素子３を間に挟んで複数の画素電極５と対向している。１つのセンサエレメント６が、１つの画像電極５およびこの画像電極５に対向している、検出素子３および電極４のそれぞれの部分、すなわち、１つの画像電極５およびこの画像電極５が影響を及ぼす、検出素子３および電極４のそれぞれの範囲で構成される。放射線二次元検出器２に含まれるセンサエレメント６の数は、画像電極５の数に等しい。

電圧が電極４と各画素電極５の間に印加される。このため、電極４が正極のとき、画素電極５が負極となり、電極４が負極のとき、各画素電極５が正極となる。

データ収集装置７は、複数の計測装置８、複数のＡ／Ｄ変換器１２、制御装置１３及びメモリ１４を有する。計測装置８およびＡ／Ｄ変換器１２のそれぞれの個数は、画素電極５の個数に等しい。図１では、４個の画素電極５に対してそれぞれ４個の計測装置８およびＡ／Ｄ変換器１２が示されている。各計測装置８が各画素電極５に別々に接続され、各Ａ／Ｄ変換器１２が各計測装置８に別々に接続される。各Ａ／Ｄ変換器１２がメモリ１４に接続される。各計測装置８が制御装置１３に接続される。

計測装置８の詳細構造を、図３を用いて説明する。計測装置８は、チャージアンプ９Ａ，９Ｂ、及びスイッチ１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂを有する。スイッチ１０Ａはチャージアンプ９Ａの入力端に接続され、スイッチ１１Ａはチャージアンプ９Ａの出力端に接続される。スイッチ１０Ｂはチャージアンプ９Ｂの入力端に接続され、スイッチ１１Ｂはチャージアンプ９Ｂの出力端に接続される。スイッチ１０Ａ，１０Ｂは１つの画素電極５に接続され、スイッチ１１Ａ，１１Ｂは１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続される。計測装置８のチャージアンプ９Ａ，９Ｂは、放射線二次元検出器２が放射線を検出することによって出力した各放射線検出信号の電荷を積分する。

図１に示す４個の計測装置８は、それぞれ、図３に示す構成を有しており、それぞれの計測装置８のスイッチ１０Ａ，１０Ｂは、対になって、別々の画素電極５に接続される。図１に示されるそれぞれの計測装置８のスイッチ１１Ａ，１１Ｂは、対になって、別々のＡ／Ｄ変換器１２に接続される。

制御装置１３は、各計測装置８のスイッチ１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂの開閉を制御し、メモリ１４に接続される。制御装置１３は、例えば、スイッチ１０Ａを閉にするとき、スイッチ１１Ａ及び１０Ｂを開にし、スイッチ１１Ｂを閉にする。

放射線二次元検出装置１は、図４に示すように、基板１５に設置されている。放射線二次元検出器２が基板１５の一面に設置され、放射線二次元検出器２の複数の画素電極５が基板１５側に配置されている。データ収集装置７が、基板１５の、放射線二次元検出器２が設置される面と反対側の面に設置される。基板１５には、放射線二次元検出器２が設置される面からデータ収集装置７が設置される面に向かって貫通する複数の貫通ビア１６が形成されている。貫通ビア１６内に配置された配線が、基板１５の一面に設置された放射線二次元検出器２の画像電極５と基板１５の他面に設置されたデータ収集装置７の計測装置８に含まれるスイッチ１０Ａ，１０Ｂを接続する。貫通ビア１６の個数は、基板１５に設置される放射線二次元検出器２の画像電極５の個数と同じである。各画素電極５に接続される配線は、別々の貫通ビア１６を通って該当する計測装置８のスイッチ１０Ａ，１０Ｂ接続される。

メモリ１４は、センサエレメント６ごと、具体的には、画像電極５ごとに異なる記憶領域を割り当てている。各計測装置８（チャージアンプ９Ａおよび９Ｂ）から出力されるそれぞれのデータ（電圧）は、メモリ１４内の各記憶領域に、順番にでは無く、同時に格納される。このため、それぞれのデータを決まった順番にメモリ内に格納することができないが、それぞれの計測装置８から出力されたデータを格納する記憶領域をあらかじめ指定することにより、各測定装置８から出力されたデータを該当する記憶領域に同時に格納しても、対応したセンサエレメント５の位置をメモリ１４内の記憶領域によって区別することができる。例えば、図１に示された放射線二次元検出器２において、右上の画像電極５から出力された放射線検出信号に基づいて得られたデータは記憶領域１４Ａに格納され、左上の画像電極５から出力された放射線検出信号に基づいて得られたデータは記憶領域１４Ｂに格納され、右下の画像電極５から出力された放射線検出信号に基づいて得られたデータは記憶領域１４Ｃに格納され、左下の画像電極５から出力された放射線検出信号に基づいて得られたデータは記憶領域１４Ｄに格納される。これらのデータの該当する記憶領域への格納のタイミングおよび該当する記憶領域からの読み出しの制御は、制御装置１３によって行われる。

本実施例の放射線二次元検出装置１におけるデータの収集を以下に説明する。或る構造部材から放出された放射線が放射線二次元検出器２の或るセンサエレメント６に入射されたとする。入射された放射線がそのセンサエレメント６の検出素子３内で反応を起こし、検出素子３内に電子とホールが発生する。この電子およびホールはキャリアと呼ばれる。検出素子３内では電極４と画素電極５の間に形成された電場が発生しているため、発生したキャリアはそれぞれの電極に収集される。画素電極５に収集されたキャリアの量に応じた電荷を有する放射線検出信号が、この画素電極５から、この画素電極５に接続された測定装置８に出力される。

この測定装置８において、制御装置１３による制御によって、前述したように、スイッチ１０Ａおよび１１Ｂが閉になっており、スイッチ１０Ｂおよび１１Ａが開になっているとする。その測定装置８が接続されている画像電極５から出力された放射線検出信号が、その測定装置８のチャージアンプ９Ａに入力され、この放射線検出信号の電荷がチャージアンプ９Ａで電荷積分される。このとき、スイッチ１０Ｂが開になっているので、その画素電極５から出力された放射線検出信号がチャージアンプ９Ａに入力されない。

設定された時間（設定時間）の間、その画像電極５から出力された各放射線検出信号の電荷が、チャージアンプ９Ａに入力され、チャージアンプ９Ａで電荷積分される。スイッチ１０Ａが閉になってからのチャージアンプ９Ａでの電荷積分時間が設定時間になったとき、制御装置１３は、スイッチ１０Ａおよび１１Ｂを開にし、スイッチ１０Ｂおよび１１Ａを閉にする。上記の画像電極５から出力された放射線検出信号が、チャージアンプ９Ｂに入力され、チャージアンプ９Ａに入力されない。入力された放射線検出信号の電荷が、チャージアンプ９Ｂで電荷積分される。このとき、スイッチ１１Ａが閉になっているので、電荷積分を行ったチャージアンプ９Ａから、積分された電荷に対応した電圧が出力される。チャージアンプ９Ａから出力された電圧は、このチャージアンプ９Ａに接続されたＡ／Ｄ変換器１２でデジタル値に変換される。このデジタル値であるデータ（デジタルデータ）は、メモリ１４に入力され、割り当てられた記憶領域に格納される。

チャージアンプ９Ｂでの電荷積分時間が設定時間になったとき、制御装置１３は、スイッチ１０Ａおよび１１Ｂを閉にし、スイッチ１０Ｂおよび１１Ａを開にする。放射線検出信号がスイッチ１０Ａを経由してチャージアンプ９Ａに入力され、チャージアンプ９Ａで電荷積分が行われる。電荷積分を行ったチャージアンプ９Ｂから出力された、積分された電荷に対応した電圧が、スイッチ１１Ｂを経由してＡ／Ｄ変換器１２でデジタル値に変換される。このデジタル値であるデータは、チャージアンプ１０Ａで積分された電荷に対応した電圧でこのチャージアンプ１０Ａから出力された電圧に基づいて得られたデジタル値であるデータが格納された記憶領域に、格納される。

本実施例では、電荷積分時間が設定時間になったとき、１つの計測装置８内の各スイッチの開閉を、前述したように、切り替えることにより、１つの計測装置８において、チャージアンプ９Ａにおける電荷積分およびチャージアンプ９Ｂにおける電圧の出力と、チャージアンプ９Ａにおける電圧の出力およびチャージアンプ９Ｂにおける電荷積分とが、交互に行われる。

図１において、残りの３つのセンサエレメント６に別々に放射線が入射されたとき、前述したように、それぞれのセンサエレメント６の画像電極５から出力された放射線検出信号の電荷が、制御装置１３の制御により、対応する測定装置８のチャージアンプ９Ａおよび９Ｂで交互に入力されて電荷積分され、チャージアンプ９Ｂおよび９Ａから交互に電圧が出力される。その残りの３つのセンサエレメント６に別々に接続された測定装置８から出力された電圧が、該当するＡ／Ｄ変換器１２でそれぞれデジタル値に変換され、それぞれのデジタル値であるデータがメモリ１４の３つの記憶領域に別々に格納される。

図１に示された４個のセンサエレメント６は、放射線二次元検出装置１の放射線二次元検出器２の一部である。本実施例の放射線二次元検出装置１におけるデータの収集の説明を分かり易くするために、図１では４個のセンサエレメント６を示した。

放射線二次元検出装置１の放射線二次元検出器２は、図５に示すように大型化され、３つのサブ放射線検出器２Ａを有する。それぞれのサブ放射線検出器２Ａは、正方形の半導体で作られた検出素子３、１個の電極４（図示せず）及び４９個の画素電極５を有している。各サブ放射線検出器２Ａにおいて、４９個の画像電極５が検出素子３の一面に取り付けられ、１個の電極４が検出素子３の反対側の面に取り付けられている。４９個の画像電極５は、図５に示すように、７行７列に配置されている。各サブ放射線検出器２Ａは、画像電極５の個数に対応する４９個のセンサエレメント６を有する。各サブ放射線検出器２Ａは、図４と同様に、画像電極５が基板１５側を向くようにして、長方形の基板１５の一面に一列に配置して取り付けられる。図示されていないが、３つのデータ収集装置７が基板１５の反対側の面に取り付けられる。１つのデータ収集装置７は、１つのサブ放射線検出器２Ａに対応して設けられる。各データ収集装置７は、４９個の計測装置８、４９個のＡ／Ｄ変換器１２、１つの制御装置１３及び１つのメモリ１４を有する。メモリ１４は、センサエレメント６の個数に等しい４９の記憶領域を有する。各計測装置８は、前述した図３に示す構成を有している。各サブ放射線検出器２Ａのそれぞれの画像電極５は、１個のサブ放射線検出器２Ａに対して画像電極５の数だけ、基板１５に形成された貫通ビア１６内に別々に配置された配線によって、対応するデータ収集装置７のそれぞれの計測装置８のスイッチ１０Ａ，１０Ｂに別々に接続される。データ収集装置７において、制御装置１３は、４９個の計測装置８のそれぞれのスイッチ１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂの開閉を並行して前述したように制御する。

１つのサブ放射線検出器２Ａのそれぞれの画像電極５から出力された放射線検出信号の電荷が、このサブ放射線検出器２Ａに対応して設けられた１つのデータ収集装置７の該当する計測装置８のチャージアンプ９Ａおよび９Ｂで交互に入力されて電荷積分され、チャージアンプ９Ｂおよび９Ａから交互に電圧が出力される。測定装置８から出力された電圧が、該当するＡ／Ｄ変換器１２でそれぞれデジタル値に変換され、それぞれのデジタル値であるデータがメモリ１４の記憶領域に格納される。結果的に、１つのサブ放射線検出器２Ａのそれぞれの画像電極５から出力された放射線検出信号に基づいて得られた各デジタル値であるデータは、制御装置１３による制御により、メモリ１４の４９の記憶領域に別々に格納される。

他の２つのサブ放射線検出器２Ａ、およびこれらのサブ放射線検出器２Ａに対応して別々に設けられたそれぞれのデータ収集装置７においても、電荷積分、電圧の出力、およびメモリ１４の各記憶領域へのデジタルデータの格納が、並行して行われる。

基板１５の形状は、長方形でなくても正方形でもよく、複数のサブ放射線検出器２Ａを、正方形の基板１５に、例えば、２行２列に設置してもよい。

図５に示すように、１つの基板１５に３つのサブ放射線検出器２Ａをユニットと称する。３つのユニットを、図６に示すように、３つ並行に配置して放射線二次元検出装置を配置してもよい。このような構成により、複数のサブ放射線検出器２Ａを有する放射線二次元検出器をさらに大型化することができる。図６に示された例では、９つのサブ放射線検出器２Ａが設けられている。基板１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのそれぞれに、図５に示すように、３つのサブ放射線検出器２Ａ及び３つのデータ収集装置７が取り付けられる。各ユニットの構成が同じであるので、複数のユニットを製造することによって、任意の数のサブ放射線検出器２Ａを有する放射線二次元検出装置を構成することができる。１つのユニットに設けるサブ放射線検出器２Ａの数は、３以外でもよい。

本実施例によれば、データ収集装置７の各計測装置８が、チャージアンプ９Ｂおよび９Ａを有し、各チャージアンプの入力端側にスイッチ１０Ａ，１０Ｂを各チャージアンプの入力端側にスイッチ１１Ａ，１１Ｂを有しており、制御装置１３により、各計測装置８のスイッチ１０Ａ及び１１Ｂの開閉、およびスイッチ１０Ｂおよび１１Ａの開閉が交互に行われる。１つのサブ放射線検出器２Ａの各計測装置８において、センサエレメント６の画像電極５から出力された放射線検出信号の電荷が、対応する測定装置８のチャージアンプ９Ａおよび９Ｂで交互に入力されて電荷積分され、チャージアンプ９Ｂおよび９Ａから交互に電圧が出力される。すなわち、放射線検出信号の電荷がチャージアンプ９Ａに入力されて電荷積分されているとき、チャージアンプ９Ｂから電圧が出力され、放射線検出信号の電荷がチャージアンプ９Ｂに入力されて電荷積分されているとき、チャージアンプ９Ａから交互に電圧が出力される。チャージアンプ９Ａでの電荷積分及びチャージアンプ９Ｂでの電荷積分が、電荷積分時間の設定時間ごとに切り替えられる。

このように、本実施例では、１つのセンサエレメントから出力された複数の放射線検出信号の電荷による電荷積分がチャージアンプ９Ａおよびチャージアンプ９Ｂで交互に行われるので、計測装置８におけるその複数の放射線検出信号の電荷を、不感時間をなくして連続して計測することができる。１つの計測装置８において、電圧の出力もチャージアンプ９Ｂおよびチャージアンプ９Ａで交互に行われるため、Ａ／Ｄ変換器１２で生成された、その電圧のデジタルデータを、メモリ１４内の該当する１つの記憶領域に不感時間をなくして連続して格納することができる。このため、１つのセンサエレメント６から出力された複数の放射線検出信号に対するデジタルデータを、メモリ１４内の該当する１つの記憶領域に、より短時間で連続して収集することができる。

本実施例は放射線二次元検出器２の複数のセンサエレメント６ごとに、チャージアンプ９Ａ，９Ｂを有する計測装置８を設け、メモリ１４内に記憶領域を割り当てているので、各センサエレメント６から出力された放射線検出信号に基づいたそれぞれのデジタルデータを、割り当てられたそれぞれの記憶領域、例えば、記憶領域１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄに別々に実質的に同時に格納することができる。本実施例では、このように、センサエレメント６から出力された放射線検出信号に基づいたデジタルデータを格納する、メモリ１４内の記憶領域を、センサエレメント６ごとに特定しているので、センサエレメント６ごとに生成される各デジタルデータを順番にメモリ内に格納する必要が無く、センサエレメント６ごとに生成される各デジタルデータを同時に対応する記憶領域に格納しても、センサエレメント６と記憶領域に格納されたデジタルデータを対応させることができる。

本実施例では、センサエレメント６の個数を増やして放射線二次元検出器２を大型化した場合でも、センサエレメント６ごとに、チャージアンプ９Ａ，９Ｂを有する計測装置８を設け、さらにメモリ１４内に記憶領域を割り当てているため、センサエレメント６の数に依存して放射線検出信号の電荷の計測が制限されず、前述のように、放射線検出信号の電荷の計測（電荷積分）及び電圧の放出を、不感時間をなくして連続して行うことができる。このため、各センサエレメント６から出力された放射線検出信号に基づいたそれぞれのデジタルデータを、割り当てられたそれぞれの記憶領域に不感時間をなくして連続して格納することができるので、本実施例は、センサエレメント６の個数を増やして放射線二次元検出器２を大型化した場合でも、各センサエレメント６から出力された放射線検出信号に基づいたそれぞれのデジタルデータを、各センサエレメント６に対して別々に割り当てられた記憶領域に、より短時間で（より高速に）収集することができる。

制御装置１３により、スイッチ１０Ａおよび１１Ｂの開閉、およびスイッチ１０Ｂおよび１１Ａの開閉が交互に制御されるので、センサエレメント６および計測装置８のそれぞれの個数が増大したときでも、本実施例は、チャージアンプ９Ａ，９Ｂにおける電荷積分およびチャージアンプ９Ｂ，９Ａにおける電圧の出力を、円滑に連続して行うことができる。また、制御装置１３がメモリ１４を制御して各センサエレメント６から出力された放射線検出信号に基づいたそれぞれのデジタルデータを、割り当てられたそれぞれの記憶領域に格納しているので、センサエレメント６および計測装置８のそれぞれの個数が増大したときでも、各デジタルデータの該当する記憶領域への格納を円滑に行うことができる。

本実施例は、放射線二次元検出器２を基板１５の一面に取り付け、データ収集装置７を基板１５の他面に取り付け、放射線二次元検出器２のそれぞれの画像電極５とデータ収集装置７のそれぞれの計測装置８を接続するそれぞれの配線を、基板１５に貫通して形成された複数の貫通ビア１６内に別々に配置している。このような本実施例の放射線二次元検出装置１では、従来の放射線二次元検出器において画素電極間に配置されたゲートラインおよびデータラインが不要となり、画素電極５の相互間の間隔をその従来例よりも狭くすることができる。このため、本実施例では、画素電極５間に形成される不感領域を著しく狭くすることができる。

本発明の他の実施例である実施例２の放射線二次元検出装置を、図７を用いて説明する。

本実施例の放射線二次元検出装置１Ａは、実施例１の放射線二次元検出装置１においてデータ収集装置７をデータ収集装置７Ａに替えた構成を有する。放射線二次元検出装置１Ａの他の構成は放射線二次元検出装置１と同じである。

データ収集装置７Ａは、データ収集装置７において複数の計測装置８に１つのＡ／Ｄ変換器１２を接続した構成を有する。データ収集装置７Ａの他の構成はデータ収集装置７と同じである。本実施例では、２つの計測装置８に対して１つのＡ／Ｄ変換器１２が設けられている。具体的には、１つのＡ／Ｄ変換器１２が、２つの計測装置８に設けられたそれぞれのスイッチ１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ接続されている。

放射線二次元検出装置１Ａの放射線二次元検出器２におけるエレメントセンサ６の画像電極５から出力された放射線検出信号の電荷が、実施例１と同様に、スイッチ１０Ａ，１０Ｂの開閉状態により計測装置８のチャージアンプ９Ａ，９Ｂのいずれかに入力される。

本実施例においても、実施例１と同様に、制御装置１３により、スイッチ１０Ａおよび１１Ｂの開閉、およびスイッチ１０Ｂおよび１１Ａの開閉が交互に制御され、放射線検出信号の電荷がチャージアンプ９Ａに入力されて電荷積分されているとき、チャージアンプ９Ｂから電圧が出力され、放射線検出信号の電荷がチャージアンプ９Ｂに入力されて電荷積分されているとき、チャージアンプ９Ａから交互に電圧が出力される。

本実施例では、２つの測定装置８のそれぞれのチャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧が、それぞれ、１つのＡ／Ｄ変換器１２に入力されてデジタルデータに変換される。制御装置１３が、スイッチ１０Ａとスイッチ１０Ｂの切り替えを交互に行うので、１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続される一方の計測装置８のチャージアンプ９Ａで電荷積分時間の設定時間の間に電荷積分が行われているとき、このＡ／Ｄ変換器１２に接続される他方の計測装置８のチャージアンプ９Ａでもその設定時間の間に電荷積分が並行して行われ、上記した一方の計測装置８のチャージアンプ９Ｂでその設定時間の間に電荷積分が行われているとき、上記した他方の計測装置８のチャージアンプ９Ｂでもその設定時間の間に電荷積分が並行して行われている。

データ収集装置７における各計測装置８におけるチャージアンプ９Ａ，９Ｂのそれぞれに対する電荷積分時間の設定時間が、計測装置８のチャージアンプからの電圧の出力に要する時間、チャージアンプから出力された電圧がＡ／Ｄ変換器１２に入力されるまでに要する時間、Ａ／Ｄ変換器１２が入力した電圧に基づいてデジタルデータを生成してこのデジタルデータを出力するまでに要する時間、Ａ／Ｄ変換器１２から出力されたデジタルデータがメモリ１４に入力されるまでに要する時間、およびデジタルデータがメモリ１４内で該当する記憶領域に格納されるまでに要する時間の合計時間よりも長く設定される。２つの測定装置８が１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続される本実施例では、電荷積分時間の設定時間は、それらの合計時間の少なくとも２倍に設定される。

制御装置１３は、上記のように設定された電荷積分時間の設定時間に基づいて、１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続される２つの計測装置８のそれぞれのチャージアンプ９Ａ及びチャージアンプ９Ｂにおける電荷積分を前述のように切り替える。これらの２つの計測装置８の各チャージアンプ９Ａで電荷積分が行われているとき、これらの２つの計測装置８の各チャージアンプ９Ｂから電圧が出力される。２つのチャージアンプ９Ｂから同時に電圧が出力されると、両方のチャージアンプ９Ｂから出力されたそれぞれの電圧が、Ａ／Ｄ変換器１２に入力されてしまうことになる。このような状態になるのを避けるために、制御装置１３は、１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続された２つの計測装置８において、電荷積分が行われている２つのチャージアンプ９Ａに対する電荷積分時間の設定時間の前半において、上記した一方の計測装置８のチャージアンプ９Ｂからその１つのＡ／Ｄ変換器１２に電圧を出力し、その設定時間の後半において、上記した他方の計測装置８のチャージアンプ９Ｂからその１つのＡ／Ｄ変換器１２に電圧を出力するように、それらの計測装置８の各スイッチ１１Ｂを、閉じる時期をずらして順番に閉じる。好ましくは、チャージアンプ９Ａでの電荷積分が開始されたとき、一方のチャージアンプ９Ｂに接続されるスイッチ１１Ｂを閉じてこのチャージアンプ９Ｂから電圧を出力し、チャージアンプ９Ａでの電荷積分が開始されてその一方の設定時間の１／２が経過したとき、他方のチャージアンプ９Ｂに接続されるスイッチ１１Ｂを閉じてこの他方のチャージアンプ９Ｂから電圧を出力すればよい。なお、一方のチャージアンプ９Ｂから電圧が出力されているときには他方のチャージアンプ９Ｂに接続されたスイッチ１１Ｂは開いており、他方のチャージアンプ９Ｂから電圧が出力されているときには一方のチャージアンプ９Ｂに接続されたスイッチ１１Ｂは開いている。

２つの計測装置８の各チャージアンプ９Ｂで電荷積分を行っているときに、これらの計測装置８の各チャージアンプ９Ａから電圧をそれぞれ出力するときにも、制御装置１３は、同様にして、これらのチャージアンプ９Ａの出力端にそれぞれ接続された各スイッチ１１Ａを順番に閉じる。

１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続された２つの計測装置８において、前述のように、それぞれのチャージアンプ９Ａ，９Ｂから電圧が出力されるように、それぞれのスイッチ１１Ａ，１１Ｂが、順番に閉じられるので、２つの計測装置８の各チャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧が相互に干渉しなく、この２つの計測装置８に接続された１つのＡ／Ｄ変換器１２は、各チャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧に基づいて、順次、デジタルデータを生成する。このＡ／Ｄ変換器１２から出力された各デジタルデータは、メモリ１４に入力され、制御装置１３により、一方の計測装置８のチャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧に基づいて生成された各デジタルデータは、１つの記憶領域に格納され、他方の計測装置８のチャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧に基づいて生成された各デジタルデータは、他の１つの記憶領域に格納される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、２つの計測装置８から出力された各電圧を１つのＡ／Ｄ変換器１２でそれぞれデジタルデータに変換するので、実施例１よりも、デジタルデータの生成に時間を要し、記憶領域にデジタルデータを格納するまでに要する時間が長くなる。しかしながら、本実施例は、従来例よりもデータの収集に要する時間を短くすることができる。

１つのＡ／Ｄ変換器１２に３つの計測装置８を接続しても良い。

本発明の他の実施例である実施例３の放射線二次元検出装置を、図８を用いて説明する。

本実施例の放射線二次元検出装置１Ｂは、実施例２の放射線二次元検出装置１Ａにおいてデータ収集装置７Ａをデータ収集装置７Ｂに替えた構成を有する。放射線二次元検出装置１Ｂの他の構成は放射線二次元検出装置１Ａと同じである。

データ収集装置７Ｂは、データ収集装置７Ａにおいて、計測装置８ごと、すなわち、エレメントセンサ６ごとにメモリ１４内に形成している記憶領域をＡ／Ｄ変換器１２ごとに形成した構成を有する。データ収集装置７Ｂの他の構成はデータ収集装置７Ａと同じである。

本実施例においても、１つのＡ／Ｄ変換器１２に接続された２つの計測装置８内のスイッチ１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂの制御装置１３により切り替え操作は、実施例２と同様に行われる。このため、２つの計測装置８内の各チャージアンプ９Ａ，９Ｂで電荷積分が実施され、その後、これらのチャージアンプ９Ａ，９Ｂから出力された各電圧が、１つのＡ／Ｄ変換器１２において、順次、デジタルデータに変換される。このＡ／Ｄ変換器１２から出力されたデジタルデータは、制御装置１３により、計測装置８と対応付けられて、メモリ１４内の１つの記憶領域に順番に記憶される。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、１つのＡ／Ｄ変換器１２から出力されたデジタルデータを、このＡ／Ｄ変換器１２に接続された２つの系ｓ項装置８と対応付けて１つの記憶領域に順番に格納するので、実施例２よりも、デジタルデータの収集に要する時間が長くなる。しかしながら、メモリ１４内の記憶領域が、複数のＡ／Ｄ変換器１２ごとに割り付けられているので、従来例よりもデータの収集に要する時間を短くすることができる。

本発明の他の実施例である実施例４の放射線二次元検出装置を、図９を用いて説明する。

本実施例の放射線二次元検出装置１Ｃは、実施例１の放射線二次元検出装置１においてデータ収集装置７を基板１５から離した構成を有する。放射線二次元検出装置１Ｃの他の構成は放射線二次元検出装置１と同じである。

放射線二次元検出器２が基板１５の一面に設置され、放射線二次元検出器２の複数の画素電極５が基板１５側に配置されている。各画像電極５に接続された配線は、基板１５に形成された各貫通ビア１６内に別々に配置され、基板１５の、放射線二次元検出器２が取り付けられた一面とは反対側の面まで達している。複数のコネクタ１７が、基板１５の、この反対側の面に設置されている。基板１５の、反対側の面に達した各配線は、この反対側の面に沿って配線され、いずれかのコネクタ１７に接続される。複数の回路基板１８にそれぞれ設けられたデータ収集装置７が、いずれかのコネクタ１７に接続される。

本実施例では、センサエレメント６の画像電飾５から出力された放射線検出信号が、画像電極５に接続された配線を通ってコネクタ１７に達する。そして、この放射線検出信号がこのコネクタ１７に接続されたデータ収集装置７の計測装置８に入力され、実施例１と同様に、放射線検出信号の電荷が計測装置８のチャージアンプ９Ａ，９Ｂで交互に電荷積分され、各チャージアンプ９Ａ，９Ｂから交互に電圧が出力される。出力された電圧は、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタルデータに変換され、このデジタルデータが、メモリ１４内の該当する１つの記憶領域に格納される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。実施例１のように、放射線二次元検出器２を取り付けた基板１５の反対側の面にデータ収集装置７を取り付けた場合、入射する放射線のエネルギーが高いと、データ収集装置７がセンサエレメント６を透過した放射線の照射を受ける可能性があり、この透過した放射線がデータ収集装置７におけるエラー及びデータ収集装置７へのノイズの原因になる。本実施例では、データ収集装置７が基板１５に設置されていないので、センサエレメント６を透過した放射線が、データ収集装置７に入射されない。このため、本実施例では、データ収集装置７が、透過した放射線による悪影響（エラー、ノイズ）を受けることを解消することができる。

測定対象の放射線のエネルギーが低い場合には、エネルギーの低い放射線が入射されたセンサエレメント６内で多くの放射線が相互作用するため、センサエレメント６を透過する放射線量が著しく減少する。実施例１〜３における、放射線二次元検出器２を取り付けた基板１５の反対側の面にデータ収集装置７を取り付けた各放射線二次元検出装置は、低いエネルギーの放射線の測定に適する。高いエネルギーの放射線を測定する場合は、センサエレメント６を透過する放射線量が多くなるため、本実施例の放射線二次元検出装置１Ｃが必要となる。

基板１５に取り付けられた放射線二次元検出器２の全てのセンサエレメント６で発生する電荷を、基板１５に取り付けたデータ収集装置７で計測し、センサエレメント６ごとに得られたデジタルデータを別々に記憶領域に格納しようとすると、センサエレメント６の数が増加して放射線二次元検出器２が大型化した場合には、基板１５の面積が大きくしなければならない。基板１５の面積を大きくしなければ、大型化した放射線二次元検出器２の多くのセンサエレメント６から出力される全ての放射線検出信号の電荷を計測するデータ収集装置７が占める面積が、その放射線二次元検出器２の面積よりも大きくなり、データ収集装置７を基板１５に設置することができなくなる。基板１５の必要以上の大型化は避けなければならない。本実施例では、データ収集装置７を基板１５に設置していないので、基板１５の面積を大型化した放射線二次元検出器２の大きさにあうように減少させることができる。データ収集装置７が基板１５に設けられていない放射線二次元検出装置１Ｃは、実施例１の放射線二次元検出装置１に比べて、放射線二次元検出器２の大型化が容易である。放射線二次元検出器２を大型化しても、データの収集を高速で行うことができる。

本発明の他の実施例である実施例５の放射線二次元検出装置を、図１０を用いて説明する。

本実施例の放射線二次元検出装置１Ｄは、実施例４の放射線二次元検出装置１Ｃにおいて放射線二次元検出器２を取り付ける基板１５を多層基板に替えた構成を有する。放射線二次元検出装置１Ｄの他の構成は放射線二次元検出装置１Ｃと同じである。

放射線二次元検出装置１Ｄに用いられる多層基板は、基板１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ及び１９Ｅの５層の基板を有している。放射線二次元検出器２は基板１９Ａの一面に取り付けられている。基板１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ及び１９Ｅは、基板１９Ａの、放射線二次元検出器２が取り付けられた面とは反対の面側に配置されており、基板１９Ａからその順番で配置されている。基板１９Ｅが基板１５Ａから最も遠い位置に存在する。基板１９Ｂは基板１９Ａに、基板１９Ｃは基板１９Ｂに、基板１９Ｄは基板１９Ｃに、基板１９Ｅは基板１９Ｄに、それぞれ、取り付けられている。

基板１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ及び１９Ｅには、複数の貫通ビア１６がそれぞれ同じ位置で形成されている。基板１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ及び１９Ｅに形成された各貫通ビア１６は、放射線二次元検出器２の各センサエレメント６の画素電極５のそれぞれに対応した各位置、及び基板１９Ｅに設けられた複数のコネクタ１７に対応した各位置に形成されている。

基板１９Ａに取り付けられた放射線二次元検出器２の各センサエレメント６の画素電極５に接続された配線が、近くに存在する貫通ビア１６を通して配線され、コネクタ１７に接続される。各コネクタ１７には、実施例４と同様に、データ収集装置７が接続される。

本実施例は、実施例４で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、多層基板を設けているので、高密度の配線が可能になり、センサユニット６の密度をさらに高くすることができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…放射線二次元検出装置、２…放射線二次元検出器，３…検出素子、４：電極、５…画素電極、６…センサエレメント、７…データ収集装置，８…計測装置、９Ａ，９Ｂ…チャージアンプ、１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ…スイッチ、１２…Ａ／Ｄ変換器、１３…制御装置、１４…メモリ、１５…基板、１６…貫通ビア、１８…回路基板。

Claims (5)

1. 第１電極、二次元状に配置された複数の第２電極、前記第１電極と前記複数の第２電極の間に配置されて前記第１電極および前記複数の第２電極が取り付けられた検出素子有する放射線二次元検出器と、データ収集装置とを備え、
   前記データ収集装置が、制御装置、複数の記憶領域を有する記憶装置、及び前記第２電極ごとに設けられた測定装置およびＡ／Ｄ変換器を有し、
   前記第２電極ごとに、前記第２電極、前記計測装置および前記Ａ／Ｄ変換器を接続し、
   各Ａ／Ｄ変換器が前記記憶装置に接続され、
   前記計測装置が、前記第２電極から出力される放射線検出信号の電荷を積分して電圧として出力する第１及び第２チャージアンプ、前記第１チャージアンプの入力端に接続されて前記第２電極に接続される第１開閉装置、前記第２チャージアンプの入力端に接続されて前記第１開閉器が接続される前記第２電極に接続される第２開閉装置、前記第１チャージアンプの出力端に接続されて前記Ａ／Ｄ変換器に接続される第３開閉装置、および前記第２チャージアンプの出力端に接続されて前記第３開閉器が接続される前記Ａ／Ｄ変換器に接続される第２開閉装置を有し、
   前記制御装置が、前記第１開閉装置および前記２開閉装置を、これらの開閉装置の開閉が逆になるように制御し、前記第３開閉装置を、前記第２開閉装置と開閉が同じになるように制御し、前記第４開閉装置を、前記第１開閉装置と開閉が同じになるように制御し、それぞれのＡ／Ｄ変換器から出力された各データを、前記第２電極ごとに対応して形成されている前記記憶領域に別々に格納することを特徴とする放射線二次元検出装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換器が、複数の前記計測装置のそれぞれの前記第３開閉装置および前記第４開閉装置に接続されている請求項１に記載の放射線二次元検出装置。
3. 前記放射線二次元検出器が基板の一面に取り付けられ、前記データ収集装置が、前記基板の、前記放射線二次元検出器が取り付けられる前記一面の反対側に位置する他の面に取り付けられ、前記放射線二次元検出器の前記第２電極に接続された配線が、前記基板を貫通して形成された貫通孔を通して配置されて前記計測装置の前記第１開閉装置及び前記第２開閉装置に接続される請求項１または２に記載の放射線二次元検出装置。
4. 前記放射線二次元検出器が基板の一面に取り付けられ、コネクタが、前記基板の、前記放射線二次元検出器が取り付けられる前記一面の反対側に位置する他の面に取り付けられ、前記放射線二次元検出器の前記第２電極に接続された配線が、前記基板を貫通して形成された貫通孔を通して配置されて前記コネクタに接続され、前記データ収集装置の、前記計測装置の前記第１開閉装置及び前記第２開閉装置が前記コネクタに接続される請求項１または２に記載の放射線二次元検出装置。
5. 前記基板が多層基板である請求項３または４に記載の放射線二次元検出装置。

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