JP4748567B2 - Radiation incident position detector - Google Patents

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Description

本発明は、放射線検出装置およびそれを用いた放射線の検出方法に係り、詳しくは、放射線入射の三次元情報を取り入れて放射線入射位置を高精度に検出する放射線入射位置検出装置および放射線入射位置検出方法に関する。   The present invention relates to a radiation detection apparatus and a radiation detection method using the same, and more particularly to a radiation incidence position detection apparatus and radiation incidence position detection that detect radiation incidence positions with high accuracy by incorporating three-dimensional information of radiation incidence. Regarding the method.

半導体検出素子を用いた放射線イメージングでは、一般に放射線に有感な半導体結晶をアレイ化した検出器や、上記半導体結晶上に電極をピクセル状またはストリップ状に配置した半導体検出器が用いられる。これら検出器は、信号を取り出すためには多チャンネルの信号読み出し回路が必要となる。このチャンネル数は、イメージ画素数が増えるに従い膨大になり、読み出し回路の複雑化と大型化、および高コスト化を招く。   In radiation imaging using a semiconductor detection element, a detector in which semiconductor crystals sensitive to radiation are arrayed, or a semiconductor detector in which electrodes are arranged in a pixel shape or a strip shape on the semiconductor crystal is used. These detectors require a multi-channel signal readout circuit to extract signals. The number of channels becomes enormous as the number of image pixels increases, resulting in a complicated and large readout circuit and high cost.

ここで、信号読み出し回路の少数チャンネル化が可能な半導体検出器のひとつとして、電荷分割を用いて放射線入射位置を同定する半導体検出器がある。この方法について、一次元の場合の位置検出を例として説明する。放射線に有感な半導体結晶上に設けられた高抵抗の電極線（長さＬ）上のどこか一点（位置ｘ）に、放射線起因の誘起電荷量Ｑが生じたとする。この電極線の一方の端をＡ、他方の端をＢとし、ＡとＢから信号を読み出すとする。このとき、Ａから読み出される電荷量ＱＡとＢから読み出される電荷量ＱＢは、誘起電荷量Ｑが、位置ｘと位置Ａの間および位置ｘと位置Ｂの間のそれぞれの電気抵抗にしたがって分割された、以下の数式で示す値となる。 Here, as one of the semiconductor detectors capable of forming a signal readout circuit with a small number of channels, there is a semiconductor detector for identifying a radiation incident position using charge division. This method will be described by taking position detection in a one-dimensional case as an example. Assume that an induced charge amount Q due to radiation is generated at one point (position x) on a high-resistance electrode line (length L) provided on a semiconductor crystal sensitive to radiation. Assume that one end of the electrode wire is A, the other end is B, and a signal is read from A and B. At this time, the charge amount Q A read from A and the charge amount Q B read from B are such that the induced charge amount Q depends on the respective electric resistances between the position x and the position A and between the position x and the position B. The divided values are represented by the following mathematical formulas.

QA＝Ｑ（Ｌ−ｘ）／Ｌ （１）
QＢ＝Ｑｘ／Ｌ （２）
ここで数式（１）、数式（２）より、
ｘ＝ＱＢ／（ＱＡ＋ＱＢ）Ｌ （３）
数式（３）が成り立ち、原理的には一次元の検出位置ｘは２チャンネルのみ（ＱＡ、ＱＢ）の信号から導出できる（例えば、非特許文献１参照）。 Q A = Q (L−x) / L (1)
Q B = Qx / L (2)
Here, from Equation (1) and Equation (2),
x = Q B / (Q A + Q B ) L (3)
Equation (3) holds, and in principle, the one-dimensional detection position x can be derived from signals of only two channels (Q A , Q B ) (see, for example, Non-Patent Document 1).

二次元の位置検出の場合は、一次元での手法の発展として、ストリップ電極を抵抗分割する方法（例えば、非特許文献２、３参照）、半導体上に高抵抗の抵抗層を設置し、その４隅から読み出される４チャンネルの信号の電荷分割を用いる方法（例えば、特許文献１参照）、また一次元の電荷分割手法と電荷パルスの立ち上がり時間の同定による一次元位置検出を組み合わせた二次元位置検出法（例えば、特許文献２、３参照）等がある。
特公昭６２−０６２０７５号公報 特開２００４−１４４６０７号公報 特開平８−３２１６３１号公報 Nuclear Instruments and Methods、82(1970)pp117-121 Transaction on Nuclear Science、NS-24、1、(1977)pp182-187 Nuclear Instruments and Methods、134(1976)pp71-76 In the case of two-dimensional position detection, as a development of a one-dimensional technique, a method of dividing a strip electrode by resistance (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3), a high-resistance resistive layer is installed on a semiconductor, A method using charge division of a 4-channel signal read from four corners (for example, see Patent Document 1), and a two-dimensional position combining a one-dimensional charge division method and one-dimensional position detection by identifying the rise time of a charge pulse. There are detection methods (for example, see Patent Documents 2 and 3).
Japanese Examined Patent Publication No. 62-062075 JP 2004-144607 A JP-A-8-321631 Nuclear Instruments and Methods, 82 (1970) pp117-121 Transaction on Nuclear Science, NS-24, 1, (1977) pp182-187 Nuclear Instruments and Methods, 134 (1976) pp 71-76

しかしながら、これらは、半導体検出器に入射し検出された放射線の、半導体結晶内部での検出位置を一次元または二次元で同定するものであり、三次元の検出位置はわからないという問題がある。
この検出位置の三次元情報は、エネルギーが高いγ線のイメージングのように、比較的厚みのある半導体結晶が必要とされる場合に重要となる。粒子線やＸ線に比べγ線は、半導体検出器に対する感度が低いので、感度を上げるため半導体検出器に使用する半導体結晶をγ線入射方向に対し厚くする必要がある。その結果、個々のγ線の検出位置は、半導体結晶の厚みの方向に対し、無視できない広がり（ばらつき）を持つようになるからである。 However, these are for identifying one-dimensional or two-dimensional detection positions of radiation incident on the semiconductor detector and detected within the semiconductor crystal, and there is a problem that the three-dimensional detection positions are not known.
This three-dimensional information of the detection position is important when a relatively thick semiconductor crystal is required, such as imaging of high-energy γ rays. Since γ rays are less sensitive to semiconductor detectors than particle rays and X rays, it is necessary to increase the thickness of the semiconductor crystal used in the semiconductor detector in the γ ray incident direction in order to increase the sensitivity. As a result, the detection position of each γ-ray has a non-negligible spread (variation) in the thickness direction of the semiconductor crystal.

例えば、被検体の内部検査として、被検体をγ線源と前述の半導体検出器で挟み、γ線の透過像を測定することを考える。この際、透過像として要求されるのは、被検体を透過し、ある平面（例えば半導体検出器の検出面）上に入射したγ線の、前述の平面上における、その強度の二次元位置分布である。しかしながら、厚みのある半導体結晶を用いた場合、前述のように検出位置に厚み方向のばらつきが生じるため、このばらつきを無視した検出位置の二次元分布を、そのまま検出面上のγ線入射位置分布として用いると、検出面上のγ線の入射位置と、実際に検出された位置とのずれから画像にぼやけが生じる。このぼやけを除去するためには、厚み方向（深さ方向）の検出位置を含めた、検出位置の三次元の情報が必要である。   For example, as an internal inspection of a subject, consider that a subject is sandwiched between a γ-ray source and the above-described semiconductor detector, and a γ-ray transmission image is measured. In this case, what is required as a transmission image is a two-dimensional position distribution of the intensity of γ rays that have passed through the subject and entered a certain plane (for example, a detection surface of a semiconductor detector) on the plane. It is. However, when a thick semiconductor crystal is used, variation in the thickness direction occurs at the detection position as described above. Therefore, the two-dimensional distribution of detection positions ignoring this variation is directly used as the γ-ray incident position distribution on the detection surface. As a result, the image is blurred due to the difference between the incident position of the γ rays on the detection surface and the actually detected position. In order to remove this blur, three-dimensional information on the detection position including the detection position in the thickness direction (depth direction) is required.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、放射線検出素子を用いた放射線入射位置検出装置において、放射線の検出位置の深さ方向も同定し、検出位置の深さに起因する画像のぼやけが生じることなく、二次元検出面への放射線入射位置を同定する放射線入射位置検出装置および放射線入射位置検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a radiation incident position detection apparatus using a radiation detection element, the depth direction of a radiation detection position is also identified, and an image caused by the depth of the detection position is identified. An object of the present invention is to provide a radiation incident position detection device and a radiation incident position detection method for identifying a radiation incident position on a two-dimensional detection surface without blurring.

上記目的を達成するために、放射線入射位置検出装置にかかる第１の発明は、放射線を検出する固体であって、互いに対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が抵抗性電極により構成された放射線検出素子と、前記抵抗性電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する電荷有感型増幅器と、前記電荷有感型増幅器からの出力信号に基づき、前記抵抗性電極面に平行な方向における前記放射線の検出位置を同定する第１の検出位置計測手段と、前記電荷有感型増幅器からの出力信号の微分波形に基づき、前記抵抗性電極面に垂直な方向における前記放射線の検出位置を同定する第２の検出位置計測手段と、前記第１の検出位置計測手段および第２の検出位置計測手段により同定した前記検出位置から、前記放射線検出素子上における前記放射線の二次元的な入射位置を同定する放射線入射位置演算手段と、を有し、前記抵抗性電極は、前記固体表面を覆う矩形状電極であり、前記矩形状電極辺の４端部から信号線が引き出され、４つの前記信号線がそれぞれ異なる前記電荷有感型増幅器に接続されていて、前記矩形状電極上に絶縁層を介して制御電極が配置され、前記制御電極に直流電源が印加されて前記固体内に一様な電界を生成する。
In order to achieve the above object, a first invention according to a radiation incident position detection device is a solid for detecting radiation, and has a pair of electrodes opposed to each other, and one of the pair of electrodes is resistive. A radiation detection element constituted by an electrode; a charge sensitive amplifier that is electrically connected to the resistive electrode and senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation; and an output from the charge sensitive amplifier Based on a signal, a first detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a direction parallel to the resistive electrode surface, and based on a differential waveform of an output signal from the charge sensitive amplifier, the resistance The second detection position measurement means for identifying the detection position of the radiation in the direction perpendicular to the electrode surface, the first detection position measurement means, and the second detection position measurement means. From the detection position, and the radiation incident position calculating means for identifying the two-dimensional position of incidence of the radiation on the radiation detecting element, have a, the resistive electrode is an rectangular electrode covering said solid surface The signal lines are led out from the four ends of the rectangular electrode sides, and the four signal lines are connected to the different charge-sensitive amplifiers, and the control electrodes are provided on the rectangular electrodes via insulating layers. And a DC power source is applied to the control electrode to generate a uniform electric field in the solid .

そして、放射線入射位置検出装置にかかる第２の発明は、放射線を検出する固体であって、互いに対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が抵抗性電極により構成される放射線検出素子と、前記抵抗性電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する第１の電荷有感型増幅器と、前記一対の電極のうち他方の電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する第２の電荷有感型増幅器と、前記第１の電荷有感型増幅器からの出力信号に基づき、前記抵抗性電極面に平行な方向における前記放射線の検出位置を同定する第１の検出位置計測手段と、前記第２の電荷有感型増幅器からの出力信号の微分波形に基づき、前記抵抗性電極面に垂直な方向における前記放射線の検出位置を同定する第２の検出位置計測手段と、前記第１の検出位置計測手段および第２の検出位置計測手段により同定した前記検出位置から、前記放射線検出素子上における前記放射線の二次元的な入射位置を同定する放射線入射位置演算手段と、を有し、前記抵抗性電極は、前記固体表面を覆う矩形状電極であり、前記矩形状電極辺の４端部から信号線が引き出され、４つの前記信号線がそれぞれ異なる前記電荷有感型増幅器に接続されていて、前記矩形状電極上に絶縁層を介して制御電極が配置され、前記制御電極に直流電源が印加されて前記固体内に一様な電界を生成する。
And the 2nd invention concerning a radiation incidence position detecting device is a solid which detects radiation, and has a pair of electrodes which counter mutually, and one of the pair of electrodes is constituted by a resistive electrode. A detection element, a first charge-sensitive amplifier that is electrically connected to the resistive electrode and senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation, and is electrically connected to the other electrode of the pair of electrodes And a second charge-sensitive amplifier that senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation, and parallel to the resistive electrode surface based on an output signal from the first charge-sensitive amplifier. Based on the differential waveform of the output signal from the first detection position measurement means for identifying the detection position of the radiation in a specific direction and the second charge-sensitive amplifier, it is suspended from the resistive electrode surface. A second detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a specific direction, and the detection position identified by the first detection position measurement means and the second detection position measurement means on the radiation detection element. have a a radiation incident position calculating means for identifying the two-dimensional position of incidence of the radiation, the resistive electrode has a rectangular shape electrode covering the solid surface, the fourth end portion of the rectangular electrode sides A signal line is drawn, the four signal lines are connected to the different charge-sensitive amplifiers, a control electrode is disposed on the rectangular electrode via an insulating layer, and a DC power source is connected to the control electrode. Applied to generate a uniform electric field in the solid .

本発明によれば、放射線検出素子の検出面における放射線の入射位置を、簡便にかつ高精度に同定することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the incident position of the radiation in the detection surface of a radiation detection element can be identified easily and with high precision.

以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
［実施の形態１］
本発明の第１の実施形態に係る放射線入射位置検出装置について図１ないし図９を参照して説明する。図１、２は、２種類の放射線入射位置検出装置の構成をそれぞれに示すブロック図である。ここで、γ線エリアモニタあるいは画像モニタ装置をその具体的適用例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のイメージセンサ、Ｘ線等の放射線による二次元イメージングなどにも同様に適用できるものである。 Several preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[Embodiment 1]
A radiation incident position detection apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are block diagrams respectively showing the configurations of two types of radiation incident position detection devices. Here, a γ-ray area monitor or an image monitor device will be described as a specific application example, but the present invention is not limited to this, and other image sensors, two-dimensional imaging using radiation such as X-rays, etc. The same applies to the above.

図１において、放射線入射位置検出装置１０は、基本構成として、例えばコバルトγ線源の放射線源１からの放射線（γ線）２によりイメージングされる被検体３に対向し配置された半導体検出素子（放射線検出素子）４、半導体検出素子４表面（検出面）に配設された複数の抵抗配線に接続する前置増幅器群５（複数の電荷有感型増幅器）、上記抵抗配線における電荷分割を通して上記検出面の位置同定をする第１の検出位置計測手段になる第１の信号・演算処理部６、上記検出面に対して垂直方向の位置同定をする第２の検出位置計測手段になる第２の信号・演算処理部７、および、第１の信号・演算処理部６と第２の信号・演算処理部７に基づき上記検出面における放射線入射位置を算出する入射位置演算部８を有している。   In FIG. 1, a radiation incident position detection device 10 has a semiconductor detection element (facing a subject 3 imaged by radiation (γ rays) 2 from a radiation source 1 of, for example, a cobalt γ ray source) as a basic configuration. Radiation detection element) 4, preamplifier group 5 (multiple charge-sensitive amplifiers) connected to a plurality of resistance wirings disposed on the surface (detection surface) of semiconductor detection element 4, A first signal / arithmetic processing unit 6 serving as first detection position measuring means for identifying the position of the detection surface, and a second detection position measuring means for performing position identification in a direction perpendicular to the detection surface. And an incident position calculation unit 8 for calculating a radiation incident position on the detection surface based on the first signal / calculation processing unit 6 and the second signal / calculation processing unit 7. Yes.

前置増幅器群５からの出力信号は分岐され、一部は第１の信号・演算処理部６に伝送され、更に一部は、例えばダイオード群から成る伝送部１１を介して第２の信号・演算処理部７に伝送されるようになっている。
そして、上記γ線エリアモニタでは、上記入射位置における放射線の相対強度を加味したイメージ処理部９が備えられ、二次元画像の情報が生成される。 The output signal from the preamplifier group 5 is branched, a part thereof is transmitted to the first signal / arithmetic processing unit 6, and a part of the output signal is transmitted through the transmission unit 11 including, for example, a diode group. The data is transmitted to the arithmetic processing unit 7.
The γ-ray area monitor includes an image processing unit 9 that takes into account the relative intensity of radiation at the incident position, and generates information of a two-dimensional image.

図２に上記放射線入射位置検出装置の変形例として示す放射線入射位置検出装置１０ａは、放射線入射位置検出装置１０と同様に、被検体３に対向し配置された半導体検出素子４、半導体検出素子４の検出面に配設された複数の抵抗配線に接続する前置増幅器群５、上記抵抗配線における電荷分割を通して上記検出面の位置同定をする第１の信号・演算処理部６、半導体検出素子４の裏面に設けられた裏面電極に接続する前置増幅器１２、上記裏面電極に誘起される電荷を通して上記検出面の垂直方向の位置同定をする第２の信号・演算処理部７、および、第１の信号・演算処理部６と第２の信号・演算処理部７に基づき上記検出面における放射線入射位置を算出する入射位置演算部８を有している。   A radiation incident position detection apparatus 10a shown as a modification of the radiation incident position detection apparatus in FIG. 2 is similar to the radiation incident position detection apparatus 10 in that the semiconductor detection element 4 and the semiconductor detection element 4 are disposed facing the subject 3. A preamplifier group 5 connected to a plurality of resistance wirings arranged on the detection surface, a first signal / arithmetic processing unit 6 for identifying the position of the detection surface through charge division in the resistance wiring, and a semiconductor detection element 4 A preamplifier 12 connected to a back electrode provided on the back surface of the first signal, a second signal / arithmetic processing unit 7 for identifying the position of the detection surface in the vertical direction through charges induced in the back electrode, and a first And an incident position calculation unit 8 for calculating the radiation incident position on the detection surface based on the second signal / calculation processing unit 6 and the second signal / calculation processing unit 7.

上記半導体検出素子４には、図３に示すように、放射線２に対して有感な半導体結晶、例えばＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンド）を半導体基板１３として使用すると好適である。そして、その表面（検出面）に所定数の抵抗配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・１４ｎが互いに並行に配列される。ここで、上記各抵抗配線には、それぞれの端部に第１の信号線１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・１５ｎが取り付けられ、更に他端部に第２の信号線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・１６ｎが取り付けられている。上記第１の信号線および第２の信号線は、前置増幅器群５のそれぞれ異なる各前置増幅器に接続される。 As shown in FIG. 3, the semiconductor detection element 4 includes a semiconductor crystal sensitive to radiation 2, such as CdTe, CdZnTe, TlBr, HgI 2 , GaAs, InP, CdSe, ZnSe, SiC, Ge, Si, C (diamond) is preferably used as the semiconductor substrate 13. A predetermined number of resistance wirings 14a, 14b, 14c... 14n are arranged in parallel on the surface (detection surface). Here, the first signal lines 15a, 15b, 15c,..., 15n are attached to the respective ends of the resistance wires, and the second signal lines 16a, 16b, 16c,.・ 16n is attached. The first signal line and the second signal line are connected to different preamplifiers of the preamplifier group 5, respectively.

一方、半導体検出素子４の裏面には裏面電極１７が設けられ、それに取り付けられた裏面信号線１８が図２に示した放射線入射位置検出装置１０ａの前置増幅器１２に接続される構成となる。
上記半導体検出素子４において、上記抵抗配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・１４ｎは、半導体基板１３表面のＰＮ接合を構成する拡散層に接続して設けられるようにしてもよい。
上記放射線２に対して有感な半導体結晶は、単結晶構造あるいは多結晶構造でもよいし、その構造が無定形の半導体基板であってもよい。また、半導体基板は上記無機半導体以外に有機半導体であってもよい。 On the other hand, the back surface electrode 17 is provided on the back surface of the semiconductor detection element 4, and the back surface signal line 18 attached thereto is connected to the preamplifier 12 of the radiation incident position detection apparatus 10a shown in FIG.
In the semiconductor detection element 4, the resistance wirings 14 a, 14 b, 14 c... 14 n may be provided so as to be connected to a diffusion layer constituting a PN junction on the surface of the semiconductor substrate 13.
The semiconductor crystal sensitive to the radiation 2 may have a single crystal structure or a polycrystalline structure, or may be an amorphous semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be an organic semiconductor other than the inorganic semiconductor.

そして、前置増幅器群５を構成する各前置増幅器および図２に示す前置増幅器１２は、上記半導体検出素子４に放射線２が入射することにより上記各抵抗配線あるいは裏面電極に誘起される電荷を、キャパシタで感知する電荷有感型の電圧増幅器である。   The preamplifiers constituting the preamplifier group 5 and the preamplifier 12 shown in FIG. 2 are charges induced in the resistance wirings or the back electrodes when the radiation 2 enters the semiconductor detection element 4. This is a charge-sensitive voltage amplifier that senses the voltage with a capacitor.

次に、第１の実施形態における放射線入射位置検出装置の動作機構について説明する。   Next, an operation mechanism of the radiation incident position detection apparatus in the first embodiment will be described.

図１、２、３において、放射線源１からの放射線２が被検体３を透過し、半導体検出素子４で検出されると、抵抗配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・１４ｎの内で検出位置に最も近い１つの抵抗配線（例えば抵抗配線１４ａ）に電荷が誘起される。ここで、従来の技術で説明したのと全く同様に、上記誘起電荷量Ｑは、１つの抵抗配線（例えば抵抗配線１４ａ）に取り付けられた第１の信号線（例えば第１の信号線１５ａ）および第２の信号線（例えば第２の信号線１６ａ）により分割され、数式（１）、数式（２）の各電荷は上記２つの信号線を介して前置増幅器群５の各前置増幅器に入力される。そして、上記２つの信号線に接続した各前置増幅器の出力パルス（電圧）が第１の信号・演算処理部６に伝送される。この第１の信号・演算処理部６において、数式（３）に基づき、上記１つの抵抗配線に誘起された電荷の検出位置ｘが導出される。   1, 2 and 3, when the radiation 2 from the radiation source 1 passes through the subject 3 and is detected by the semiconductor detection element 4, it is at the detection position within the resistance wirings 14a, 14b, 14c. An electric charge is induced in the nearest one resistance wiring (for example, resistance wiring 14a). Here, exactly as described in the prior art, the induced charge amount Q is the first signal line (for example, the first signal line 15a) attached to one resistance line (for example, the resistance line 14a). And each of the preamplifiers of the preamplifier group 5 through the two signal lines, which are divided by the second signal line (for example, the second signal line 16a). Is input. The output pulse (voltage) of each preamplifier connected to the two signal lines is transmitted to the first signal / arithmetic processing unit 6. In the first signal / arithmetic processing unit 6, the detection position x of the charge induced in the one resistance wiring is derived based on Expression (3).

また、電荷の検出位置ｙは、上記検出位置に最も近い１つの抵抗配線の配列位置から自動的に決められる。このようにして、図３に示した構造の半導体検出素子４では、２ｎチャネルを構成する上記信号線群を通して、放射線２の検出位置の検出面における二次元成分が同定される。そして、第１の信号・演算処理部６において算出された上記二次元の検出位置の情報は、入射位置演算部８に伝送される。   Further, the charge detection position y is automatically determined from the arrangement position of one resistance wiring closest to the detection position. In this manner, in the semiconductor detection element 4 having the structure shown in FIG. 3, a two-dimensional component on the detection surface at the detection position of the radiation 2 is identified through the signal line group constituting the 2n channel. Then, the information on the two-dimensional detection position calculated by the first signal / calculation processing unit 6 is transmitted to the incident position calculation unit 8.

放射線2の検出位置の検出面に垂直な方向の三次元成分、すなわち、検出位置の深さ方向の成分は、次のようにして同定される。以下、図4を参照して説明する。   The three-dimensional component in the direction perpendicular to the detection surface of the detection position of the radiation 2, that is, the component in the depth direction of the detection position is identified as follows. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

図４は、半導体検出素子４の半導体基板１３内において放射線２が検出され、抵抗配線あるいは裏面電極に電荷が誘起する機構を説明するための模式図である。半導体結晶である半導体基板１３に、例えばγ線のような放射線２が入射して検出されると、光電効果あるいはコンプトン効果により電荷キャリアである電子・正孔対の生成（一次電離）が、上記検出位置において起る。この電子・正孔対は、直流電圧による半導体基板１３内の印加電場に従っておのおの逆方向の、抵抗配線（例えば抵抗配線１４ａ）および裏面電極１７に向かい移動する。移動の間、半導体基板１３内の強電界により電荷キャリアがアバランシェ増倍（二次電離）し、それと共に上記抵抗配線１４ａおよび裏面電極１７には誘起電荷が生成する。そして、上記抵抗配線１４ａおよび裏面電極１７に到達すると電荷の誘起は終了する。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which the radiation 2 is detected in the semiconductor substrate 13 of the semiconductor detection element 4 and charge is induced in the resistance wiring or the back electrode. When radiation 2 such as γ-rays is incident on the semiconductor substrate 13 which is a semiconductor crystal and is detected, generation of electron-hole pairs (primary ionization) as charge carriers by the photoelectric effect or the Compton effect is described above. Occurs at the detection position. The electron / hole pairs move toward the resistance wiring (for example, the resistance wiring 14a) and the back electrode 17 in the opposite directions according to the applied electric field in the semiconductor substrate 13 by the DC voltage. During the movement, the charge carriers are avalanche-multiplied (secondary ionization) by the strong electric field in the semiconductor substrate 13, and induced charges are generated in the resistance wiring 14 a and the back electrode 17. Then, when the resistance wiring 14a and the back electrode 17 are reached, the induction of charge is finished.

なお、不純物の比較的に多い化合物半導体結晶では、抵抗配線１４ａあるいは裏面電極１７に到達する前に上記電子または正孔が不純物に捕獲され消滅する場合もあるが、この現象は適切な直流電圧を印加することで避けられる。また、図４では、裏面電極１７は接地されているが、その他の一定電圧に固定されていてもよい。いずれにしても、半導体基板１３内に一定の静電場が形成されるようにする。   In a compound semiconductor crystal having a relatively large amount of impurities, the electrons or holes may be trapped by the impurities and disappear before reaching the resistance wiring 14a or the back electrode 17, but this phenomenon is caused by an appropriate DC voltage. It can be avoided by applying. In FIG. 4, the back electrode 17 is grounded, but may be fixed to other constant voltage. In any case, a constant electrostatic field is formed in the semiconductor substrate 13.

このようにして生成された上記誘起電荷量Ｑは、前述の信号線に接続する前置増幅器群５あるいは裏面信号線１８に接続する前置増幅器１２内のキャパシタを通して感知され増幅される。そして、各前置増幅器において増幅され出力される出力電圧の信号は、図５に示す出力パルス波形のようになる。図中の実線で示す上記出力パルス波形は、図中の１点鎖線で示すように、電子の移動によって誘起された電荷の寄与（電子寄与分）と、点線で示すように、正孔の移動によって誘起された電荷の寄与（正孔寄与分）の和となる。そして電子寄与分と正孔寄与分のおのおのの立ち上がり時間は、半導体結晶内の電子および正孔の移動時間と略等しくなる。   The induced charge amount Q thus generated is sensed and amplified through a capacitor in the preamplifier group 5 connected to the signal line or the preamplifier 12 connected to the back signal line 18. The output voltage signal amplified and output from each preamplifier has an output pulse waveform shown in FIG. The output pulse waveform shown by the solid line in the figure shows the contribution of electrons induced by the movement of electrons (electron contribution) as shown by the one-dot chain line in the figure and the movement of holes as shown by the dotted line. It is the sum of the charge contribution (positive hole contribution) induced by. The rise time of each of the electron contribution and the hole contribution is approximately equal to the movement time of electrons and holes in the semiconductor crystal.

ここで、電子の移動速度と正孔の移動速度は半導体固有の物性と印加電場によって決まる値であり理論的に導出できる。したがって、電子または正孔の立ち上がり時間から、半導体基板中の電子または正孔の移動時間が判り、立ち上がり時間に電子または正孔の移動速度を掛けることにより検出位置の深さ（Ｚ）が同定できる。   Here, the moving speed of electrons and the moving speed of holes are values determined by the physical properties of the semiconductor and the applied electric field, and can be theoretically derived. Therefore, the movement time of electrons or holes in the semiconductor substrate can be determined from the rise time of electrons or holes, and the depth (Z) of the detection position can be identified by multiplying the rise time by the movement speed of electrons or holes. .

しかしながら、出力パルス波形は電子と正孔の寄与の和であることから、前述の電子または正孔の立ち上がり時間を求めるためには、出力パルスから電子または正孔の寄与を抽出する必要がある。   However, since the output pulse waveform is the sum of contributions of electrons and holes, it is necessary to extract the contributions of electrons or holes from the output pulse in order to obtain the aforementioned rise time of electrons or holes.

上記抽出は、例えば次のような方法で行なえる。電子の移動速度は正孔の移動速度より早いので、電子寄与分は、正孔分寄与より急な立ち上がりのパルスになる。したがって、上記出力パルスに対して一次微分の波形整形を行なうことで電子の寄与のみを抽出できる。   The extraction can be performed by the following method, for example. Since the electron moving speed is faster than the hole moving speed, the contribution of electrons becomes a pulse that rises more rapidly than the contribution of holes. Therefore, only the contribution of electrons can be extracted by shaping the waveform of the first derivative with respect to the output pulse.

図５は、厚さ５ｍｍのＣｄＴｅ化合物半導体結晶を半導体基板１３とし、直流電圧を５００Ｖとした場合のものである。そして、図５中の破線が、半導体基板１３の表面の電極（上記抵抗配線１４ａに相当する）からその裏面の電極（上記裏面電極１７に相当する）まで電子が移動するのにかかる時間（電子の最大ドリフト時間）を時定数として、図中の実線に示すような出力パルスをＣＲ微分波形整形した結果（微分後のパルス波形）を示している。微分後のこの微分パルスの波形の立ち上がり時間は、正孔の寄与がＣＲ微分波形整形によってほぼカットされ、ほぼ電子の寄与のみで形成されることがわかる。このような方法で電子の寄与のみを抽出できる。   FIG. 5 shows a case where a CdTe compound semiconductor crystal having a thickness of 5 mm is used as the semiconductor substrate 13 and a DC voltage is set to 500V. A broken line in FIG. 5 indicates the time (electrons) required for electrons to move from the electrode on the front surface of the semiconductor substrate 13 (corresponding to the resistance wiring 14a) to the electrode on the back surface (corresponding to the back electrode 17). The result of the CR differential waveform shaping of the output pulse as shown by the solid line in FIG. It can be seen that the rise time of the waveform of the differential pulse after differentiation is formed by only the contribution of electrons, with the contribution of holes being substantially cut by the CR differential waveform shaping. Only the contribution of electrons can be extracted in this way.

ここで、例えば電子と正孔の立ち上がり時間が１０倍以上と大きく異なるような化合物半導体結晶（ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２等）においては正孔の寄与は無視でき、この抽出処理は不要とも考えられる。しかし、実際では前置増幅器の出力特性のために、出力パルス波形が鈍った波形になる。そして、立ち上がり時間における電子の寄与と正孔の寄与が曖昧となり、そのままでは明確に決定できない。したがって、上記化合物半導体結晶においても出力パルスのＣＲ微分波形整形の処理を通し微分パルスにすることは極めて有効なものとなる。 Here, for example, in a compound semiconductor crystal (CdTe, CdZnTe, HgI 2 or the like) in which the rise time of electrons and holes is greatly different by 10 times or more, the contribution of holes can be ignored, and this extraction process is considered unnecessary. . However, in reality, the output pulse waveform becomes dull due to the output characteristics of the preamplifier. The contribution of electrons and holes in the rise time is ambiguous and cannot be determined clearly as it is. Therefore, even in the compound semiconductor crystal, it is extremely effective to make the differential pulse through the CR differential waveform shaping process of the output pulse.

そこで、本実施形態の第２の信号・演算処理部７は、上記前置増幅器群５ａあるいは前置増幅器１２からの上記出力パルスを一次微分し波形整形する。そして、この微分パルスに基づき検出位置の検出面に垂直な方向の三次元成分Ｚを同定し、この情報は入射位置演算部８に伝送される。   Therefore, the second signal / arithmetic processing unit 7 of the present embodiment performs first-order differentiation on the output pulse from the preamplifier group 5a or the preamplifier 12 and shapes the waveform. Based on this differential pulse, the three-dimensional component Z in the direction perpendicular to the detection surface of the detection position is identified, and this information is transmitted to the incident position calculation unit 8.

上記微分パルスを用いた電子の立ち上がり時間の具体的な計測方法について図６を参照して説明する。図６にＣｄＴｅ半導体結晶（厚さ５ｍｍ、印加電圧５００Ｖ）の深さ方向の位置Ｚ（半導体基板１３表面がＺ＝０ｍｍ、その裏面がＺ＝５ｍｍ）で、放射線が検出された場合のＣＲ微分波形整形後の出力パルスをＺ＝１ｍｍとＺ＝４ｍｍの場合について示す。ＣＲ微分波形整形によって微分パルスのピーク電圧および電荷量（＝微分パルス波形の積分値）は、パルスの立ち上がり時間に比例した値となる。したがって、上記一次微分波形のピーク電圧あるいは上記電荷量を計測することにより、立ち上がり時間は、簡便にしかも高い精度に決められ、位置Ｚが同定できるようになる。   A specific method for measuring the rise time of electrons using the differential pulse will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a CR differential in the case where radiation is detected at a position Z in the depth direction of the CdTe semiconductor crystal (thickness 5 mm, applied voltage 500 V) (the surface of the semiconductor substrate 13 is Z = 0 mm and the back surface is Z = 5 mm). The output pulse after waveform shaping is shown for the case of Z = 1 mm and Z = 4 mm. Due to the CR differential waveform shaping, the peak voltage and charge amount of the differential pulse (= the integrated value of the differential pulse waveform) become values proportional to the rise time of the pulse. Therefore, by measuring the peak voltage of the first-order differential waveform or the charge amount, the rise time can be determined easily and with high accuracy, and the position Z can be identified.

図７は、放射線の検出位置の深さ方向の成分ＺとＣＲ微分波形整形後の微分パルスの積分値で求めた電荷量との関係を示している。図７から判るように、上記電荷量は、検出位置Ｚに対してほぼ線形な関係を有するようになる。このことから、上記立ち上がり時間の計測は簡便になりしかも高い精度になる。   FIG. 7 shows the relationship between the component Z in the depth direction of the radiation detection position and the charge amount obtained from the integral value of the differential pulse after CR differential waveform shaping. As can be seen from FIG. 7, the charge amount has a substantially linear relationship with respect to the detection position Z. For this reason, the measurement of the rise time is simple and highly accurate.

このように、第２の信号・演算処理部７は、前述した前置増幅器からの出力パルスを一次微分の波形整形し、その微分パルスに基づき極めて簡便に半導体基板１３内検出位置の三次元成分Ｚを同定する。   As described above, the second signal / arithmetic processing unit 7 shapes the waveform of the first derivative of the output pulse from the preamplifier described above, and the three-dimensional component of the detection position in the semiconductor substrate 13 is very simply based on the derivative pulse. Z is identified.

図８は、この第２の信号・演算処理部７の好ましい内部回路構成を示すブロック図である。上記前置増幅器からの出力パルスは、微分器１９でＣＲ微分され電子の成分だけ抜き出される。そして、電圧／電荷計測器２０で微分パルスのピーク電圧または電荷量が計測され、演算器２１においてピーク電圧または電荷量から立ち上がり時間が算出され、上記三次元成分Ｚが同定される。このように、第２の信号・演算処理部７は、前置増幅器群５あるいは前置増幅器１２からの出力波形をデジタルサンプリングして数値解析を行なうことや、アナログ回路を用いた複雑な信号処理が不要になる。   FIG. 8 is a block diagram showing a preferred internal circuit configuration of the second signal / arithmetic processing unit 7. The output pulse from the preamplifier is subjected to CR differentiation by the differentiator 19 and only the electron component is extracted. Then, the peak voltage or charge amount of the differential pulse is measured by the voltage / charge measuring device 20, and the rise time is calculated from the peak voltage or charge amount by the computing unit 21, and the three-dimensional component Z is identified. As described above, the second signal / arithmetic processing unit 7 digitally samples the output waveform from the preamplifier group 5 or the preamplifier 12 to perform numerical analysis, or performs complex signal processing using an analog circuit. Is no longer necessary.

入射位置演算部８は、前述した第１の信号・演算処理部６で求められた検出位置の二次元成分、第２の信号・演算処理部７で求められた三次元成分Ｚから、半導体検出素子４（半導体基板１３表面に相当する）の検出面における放射線２の入射位置を例えば以下の演算で同定する。   The incident position calculation unit 8 detects the semiconductor from the two-dimensional component of the detection position obtained by the first signal / calculation processing unit 6 and the three-dimensional component Z obtained by the second signal / calculation processing unit 7. The incident position of the radiation 2 on the detection surface of the element 4 (corresponding to the surface of the semiconductor substrate 13) is identified by, for example, the following calculation.

図９は、放射線源１と、半導体基板１３内における放射線２の検出位置２２と、検出面（半導体基板１３表面）上での放射線２の入射位置２３の位置関係を示す。ここで放射線源１の位置座標を（ｘ１、ｙ１、Ｚ１）、検出位置２２の位置座標を（ｘ２、ｙ２、Ｚ２）、入射位置２３の位置座標を（ｘ３、ｙ３、Ｚ３）とすると、入射位置２３の位置座標は、放射線源１と検出位置２２を結ぶ直線と、検出面との交点として求められ、次の数式で表される。   FIG. 9 shows the positional relationship between the radiation source 1, the detection position 22 of the radiation 2 in the semiconductor substrate 13, and the incident position 23 of the radiation 2 on the detection surface (the surface of the semiconductor substrate 13). Here, assuming that the position coordinates of the radiation source 1 are (x1, y1, Z1), the position coordinates of the detection position 22 are (x2, y2, Z2), and the position coordinates of the incident position 23 are (x3, y3, Z3). The position coordinate of the position 23 is obtained as an intersection of a straight line connecting the radiation source 1 and the detection position 22 and the detection surface, and is represented by the following mathematical formula.

ｘ３＝ｘ２＋Ｚ（ｘ１−ｘ２）／（ｚ１−ｚ２） （４）
ｙ３＝ｙ２＋Ｚ（ｙ１−ｙ２）／（ｚ１−ｚ２） （５）
ｚ２＝ｚ３−Ｚ （６）
ここで、略点源とみなせる放射線源１の位置座標と入射位置２３の位置座標のｚ３成分は既知である。そして、放射線２の検出位置２２の位置座標ｘ２、ｙ２は、第１の信号・演算処理部６により同定された検出面における二次元成分である。また、放射線２の検出位置の深さ方向の成分Ｚは、第２の信号・演算処理部７により同定された三次元成分である。そこで、放射線２の入射位置２３での二次元座標の値ｘ３、ｙ３は、上記数式（４）、（５）から一意に求めることができる。 x3 = x2 + Z (x1-x2) / (z1-z2) (4)
y3 = y2 + Z (y1-y2) / (z1-z2) (5)
z2 = z3-Z (6)
Here, the z3 component of the position coordinate of the radiation source 1 that can be regarded as a substantially point source and the position coordinate of the incident position 23 are known. The position coordinates x2 and y2 of the detection position 22 of the radiation 2 are two-dimensional components on the detection surface identified by the first signal / calculation processing unit 6. The component Z in the depth direction of the detection position of the radiation 2 is a three-dimensional component identified by the second signal / arithmetic processing unit 7. Therefore, the two-dimensional coordinate values x3 and y3 at the incident position 23 of the radiation 2 can be uniquely obtained from the above formulas (4) and (5).

そして、例えばγ線エリアモニタ装置への適用では、イメージ処理部９は、入射位置演算部８から伝送された上記入射位置の二次元座標（ｘ３、ｙ３）を記憶し、γ線検出として累計しγ線の相対強度として二次元画像の情報が生成される。   For example, in application to a γ-ray area monitor device, the image processing unit 9 stores the two-dimensional coordinates (x3, y3) of the incident position transmitted from the incident position calculation unit 8 and accumulates them as γ-ray detection. Two-dimensional image information is generated as the relative intensity of γ rays.

本発明の第１の実施形態では、半導体検出素子４の放射線２の検出による誘起電荷を前置増幅器群５あるいは前置増幅器１２により感知し、前置増幅器群５からの出力信号を第１の信号・演算処理部６で受けて、検出位置の検出面における二次元成分を同定する。さらに、上記出力信号の一次微分を通して生成した微分パルスに基づき第２の信号・演算処理部７において、上記検出位置の検出面に垂直方向の三次元成分を同定する。   In the first embodiment of the present invention, an induced charge due to detection of radiation 2 of the semiconductor detection element 4 is sensed by the preamplifier group 5 or the preamplifier 12, and an output signal from the preamplifier group 5 is a first signal. The signal / arithmetic processing unit 6 receives the two-dimensional component on the detection surface of the detection position. Further, the second signal / arithmetic processing unit 7 identifies a three-dimensional component in the direction perpendicular to the detection surface of the detection position based on the differential pulse generated through the primary differentiation of the output signal.

そして、上記同定した検出面に垂直方向の三次元成分を加味することにより、半導体検出素子４表面における放射線の入射位置が精確にしかも簡便に同定できる。このために、例えばγ線エリアモニタ装置のように、半導体検出素子４の半導体基板１３が厚みのある固体材料により構成されていても、検出位置の深さ起因の放射線透過画像のぼやけを生じることなく鮮明な画像を得ることができる。   Then, by adding a vertical three-dimensional component to the identified detection surface, the incident position of the radiation on the surface of the semiconductor detection element 4 can be accurately and easily identified. For this reason, even if the semiconductor substrate 13 of the semiconductor detection element 4 is made of a thick solid material, such as a γ-ray area monitor device, the radiation transmission image is blurred due to the depth of the detection position. And a clear image can be obtained.

［実施の形態２］
次に、本発明の第２の実施形態について図１０を参照して説明する。この実施形態の特徴は、１本の抵抗配線が、半導体検出素子４の半導体基板１３表面（検出面）の全体に亘って配設されるところにある。そして、この構成により、半導体検出素子４の検出位置の検出面における二次元成分を２チャネル構成の信号線により同定できる。 [Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that one resistance wiring is disposed over the entire surface (detection surface) of the semiconductor substrate 13 of the semiconductor detection element 4. With this configuration, the two-dimensional component on the detection surface of the detection position of the semiconductor detection element 4 can be identified by a signal line having a two-channel configuration.

図１０に示すように、半導体検出素子４の半導体基板１３表面に、検出面の全体を覆うように、例えば１本の長細い蛇行状の抵抗配線２４が形成される。ここで、この抵抗配線２４の両端部に第１の信号線２５と第２の信号線２６とが接続される。これ等の第１の信号線２５および第２の信号線２６は、図１または図２で説明した前置増幅器群５にある２つの前置増幅器にそれぞれに接続されることになる。そして、その他の放射線入射位置検出装置の構成および動作は第１の実施形態で説明した通りである。   As shown in FIG. 10, for example, one long and thin meandering resistance wiring 24 is formed on the surface of the semiconductor substrate 13 of the semiconductor detection element 4 so as to cover the entire detection surface. Here, the first signal line 25 and the second signal line 26 are connected to both ends of the resistance wiring 24. The first signal line 25 and the second signal line 26 are connected to the two preamplifiers in the preamplifier group 5 described with reference to FIG. 1 or FIG. The configuration and operation of the other radiation incident position detection apparatus are as described in the first embodiment.

この放射線入射位置検出装置において、放射線２が半導体検出素子４に入射すると、数式（１）〜（３）に基づいて、１本の抵抗配線上での検出位置が同定される。そして、抵抗配線は検出面の全体に張り巡らされていることから、抵抗配線２４の幾何学的配置に基づき放射線の検出位置の二次元成分の同定がなされる。   In this radiation incident position detection device, when radiation 2 is incident on the semiconductor detection element 4, the detection position on one resistance wiring is identified based on the mathematical expressions (1) to (3). Since the resistance wiring extends over the entire detection surface, the two-dimensional component of the radiation detection position is identified based on the geometric arrangement of the resistance wiring 24.

このように、本発明の第２の実施形態による放射線入射位置検出装置であると、半導体検出素子４の検出面を覆うように１本の抵抗配線２４を蛇行状に配置することにより、信号線のチャネル数が大幅に低減される。そして、放射線入射位置検出装置の回路構成が簡素化し小型化され、低コスト化が容易になる。   As described above, in the radiation incident position detection device according to the second embodiment of the present invention, the signal line is formed by arranging the single resistance wiring 24 in a meandering manner so as to cover the detection surface of the semiconductor detection element 4. The number of channels is greatly reduced. Then, the circuit configuration of the radiation incident position detection device is simplified and reduced in size, and the cost can be easily reduced.

図１０では、蛇行状に１本の抵抗配線が配設される例を示したが、抵抗配線の配設パターンはそれ以外にも種々に考えられる。例えば、半導体検出素子４の検出面となる半導体基板１３表面に、検出面の全体に亘り１本の長細い抵抗配線が、半導体基板１３の周縁から中心部に亘り螺旋状に形成される構成でもよい。そして、抵抗配線２４の幾何学的な平面形状は直線状あるいは円弧状いずれでもよい。   FIG. 10 shows an example in which one resistance wiring is arranged in a meandering manner, but various arrangement patterns of the resistance wiring are conceivable. For example, in the configuration in which one long and thin resistance wiring is formed in a spiral shape from the periphery to the center of the semiconductor substrate 13 on the entire surface of the semiconductor substrate 13 as the detection surface of the semiconductor detection element 4. Good. The geometrical plane shape of the resistance wiring 24 may be either linear or arcuate.

［実施の形態３］
次に、本発明の第３の実施形態について図１１ないし１３を参照して説明する。この実施形態の特徴は、上記第２の実施形態における二次元成分の同定を高精度にするところにある。 [Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is characterized in that the identification of the two-dimensional component in the second embodiment is made highly accurate.

この場合、図１１に示すように、半導体検出素子４の検出面には、検出面の全体を覆うように並列する２本の長細い抵抗配線、すなわち第１の抵抗配線２７ａと第２の抵抗配線２７ｂが、半導体基板１３の周縁から中心部に亘り螺旋状に配設される。ここで、第１の抵抗配線２７ａの両端部に第１の信号線２８ａと第２の信号線２９ａが接続され、第２の抵抗配線２７ｂの両端部に第２の信号線２８ｂと第２の信号線２９ｂが接続されている。これ等の第１の信号線２８ａ、２８ｂおよび第２の信号線２９ａ、２９ｂは、図１または図２で説明した前置増幅器群５にある４つの前置増幅器にそれぞれに接続されることになる。以上のように、この場合は、４チャネル構成の信号線が形成される。   In this case, as shown in FIG. 11, the detection surface of the semiconductor detection element 4 has two long and thin resistance wirings arranged in parallel so as to cover the entire detection surface, that is, the first resistance wiring 27a and the second resistance wiring. The wiring 27b is disposed in a spiral shape from the periphery of the semiconductor substrate 13 to the central portion. Here, the first signal line 28a and the second signal line 29a are connected to both ends of the first resistance wiring 27a, and the second signal line 28b and the second signal line 29a are connected to both ends of the second resistance wiring 27b. A signal line 29b is connected. The first signal lines 28a and 28b and the second signal lines 29a and 29b are connected to the four preamplifiers in the preamplifier group 5 described in FIG. 1 or FIG. Become. As described above, in this case, a signal line having a 4-channel configuration is formed.

この実施形態では、図１１の一部領域Ｐの拡大図である図１２に示すように、隣接する第１の抵抗配線２７ａと第２の抵抗配線２７ｂの間隙に、放射線の検出位置２２ａが存在すると、第１の抵抗配線２７ａと第２の抵抗配線２７ｂに共に誘起電荷が生じる。そして、第１の抵抗配線２７ａおよび第２の抵抗配線２７ｂそれぞれにおいて、数式（１）〜（３）に基づき抵抗配線上での検出位置がそれぞれに同定される。ここで、各抵抗配線は検出面を覆っていることから、二次元成分の同定がなされる   In this embodiment, as shown in FIG. 12, which is an enlarged view of a partial region P of FIG. 11, a radiation detection position 22a exists in the gap between the adjacent first resistance wiring 27a and second resistance wiring 27b. Then, an induced charge is generated in both the first resistance wiring 27a and the second resistance wiring 27b. Then, in each of the first resistance wiring 27a and the second resistance wiring 27b, the detection position on the resistance wiring is identified based on the equations (1) to (3). Here, since each resistance wiring covers the detection surface, the two-dimensional component is identified.

上記第２の実施形態では、抵抗配線２４は検出面上で折り返され蛇行状あるいは螺旋状に配置される。このために、折り返されて隣接する配線の間隙に検出位置が存在するようになると、隣接する配線のどちらに誘起電荷が生じたのかはっきりしない弁別不良が起る。あるいは、隣接する配線の両側に誘起電荷が生じることが起る。このために、前者の場合には、検出位置の二次元成分の同定において、図１０の縦方向（ｙ方向とする）の配線のピッチ寸法分だけ同定の精度が低下する。また、後者の場合には、上記２箇所からの誘起電荷が１本の抵抗配線２４に混在するようになり、図１０の横方向（ｘ方向）の同定が難しくなる。   In the second embodiment, the resistance wiring 24 is folded back on the detection surface and arranged in a meandering shape or a spiral shape. For this reason, when the detection position exists in the gap between the adjacent wirings by being folded back, a discrimination failure in which the induced charge is generated in which of the adjacent wirings is unclear. Alternatively, an induced charge may occur on both sides of the adjacent wiring. For this reason, in the former case, in the identification of the two-dimensional component of the detection position, the identification accuracy decreases by the pitch dimension of the wiring in the vertical direction (referred to as the y direction) in FIG. In the latter case, the induced charges from the two places are mixed in one resistance wiring 24, and it is difficult to identify the horizontal direction (x direction) in FIG.

これに対して、第３の実施形態では、隣接する抵抗配線は必ず異なる第１の抵抗配線２７ａおよび第２の抵抗配線２７ｂとなることから、上記第２の実施形態のような弁別不良あるいは隣接配線の両側に生じる誘起電荷に起因した上記問題は皆無になる。そして、第２の実施形態と同様にチャネル数が大幅に低減し、しかも、検出位置の同定における精度が第１の実施形態と同程度にできるようになる。この場合も、放射線入射位置検出装置の回路構成が簡素化し小型化されて低コスト化が容易になる。   On the other hand, in the third embodiment, the adjacent resistance wirings are always different first resistance wirings 27a and second resistance wirings 27b. The above problem due to the induced charges generated on both sides of the wiring is eliminated. As in the second embodiment, the number of channels is significantly reduced, and the accuracy in identifying the detection position can be made comparable to that in the first embodiment. Also in this case, the circuit configuration of the radiation incident position detection device is simplified and reduced in size, and the cost can be easily reduced.

図１１では、２本の抵抗配線の配設パターンは、直線が折り返された螺旋状であるが、その幾何学的な平面形状は円弧状になるようにしてもよい。   In FIG. 11, the arrangement pattern of the two resistance wirings is a spiral shape in which a straight line is folded, but the geometric plane shape may be an arc shape.

また、上記第２の実施形態で生じ易い、隣接配線の両側に発生する誘起電荷の問題は、図１３に示すような抵抗配線の配設パターンにより解決する。図１３に示すように、半導体検出素子４の半導体基板１３表面に、図１０の場合と同様に１本の長細い蛇行状の抵抗配線３０が形成される。ここで、この抵抗配線３０の両端部に第１の信号線３１と第２の信号線３２とが接続される。そして、抵抗配線３０が折り返され互いに隣接しないように、複数のストリップ抵抗配線３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈがその間隙に介在するように配置される。これ等のストリップ抵抗配線３３ａ〜３３ｈの両端部は、共通の第１の信号線３４および第２の信号線３５に接続される。   Further, the problem of induced charges generated on both sides of the adjacent wiring, which is likely to occur in the second embodiment, is solved by the arrangement pattern of the resistance wiring as shown in FIG. As shown in FIG. 13, one long and thin meandering resistance wiring 30 is formed on the surface of the semiconductor substrate 13 of the semiconductor detection element 4 as in the case of FIG. 10. Here, the first signal line 31 and the second signal line 32 are connected to both ends of the resistance wiring 30. A plurality of strip resistance wirings 33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, and 33h are arranged so as to be interposed in the gap so that the resistance wiring 30 is folded and not adjacent to each other. Both end portions of these strip resistance wirings 33 a to 33 h are connected to a common first signal line 34 and second signal line 35.

このような構成であると、折り返され蛇行状に配置される抵抗配線３０は、配線が隣接することはなくなり、上記問題は解消される。ここで、抵抗配線３０に誘起する電荷により検出位置のｙが同定され、ストリップ抵抗配線３３ａ〜３３ｈによりそのｘが同定される。   With such a configuration, the resistance wiring 30 which is folded back and arranged in a meandering manner does not adjoin the wiring, and the above problem is solved. Here, y at the detection position is identified by the charge induced in the resistance wiring 30, and x is identified by the strip resistance wirings 33a to 33h.

［実施の形態４］
次に、本発明の第４の実施形態について図１４を参照して説明する。この実施形態の特徴は、半導体検出素子４の検出面の全面に、抵抗配線に変えて抵抗性電極を被覆するところにある。この構成であると、放射線の検出位置の二次元成分の同定が更に高精度になる。 [Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that the entire surface of the detection surface of the semiconductor detection element 4 is covered with a resistive electrode instead of a resistance wiring. With this configuration, the two-dimensional component at the radiation detection position can be identified with higher accuracy.

この場合、図１４に示すように、裏面電極１７を有する半導体基板１３表面に、平面形状が矩形の抵抗性電極３６が設けられる。そして、抵抗性電極３６のｙ方向の辺に沿い並行して配置された２つの電極にそれぞれ接続する第１の信号線３７ａおよび第２の信号線３８ａが設けられる。同様に、抵抗性電極３６のｘ方向の辺に沿い並行して配置された２つの電極にそれぞれ接続する第１の信号線３７ｂおよび第２の信号線３８ｂが設けられる。これ等の第１の信号線３７ａ、３７ｂおよび第２の信号線３８ａ、３８ｂは、図１または図２で説明した前置増幅器群５にある４つの前置増幅器にそれぞれに接続されることになる。以上のように、この場合において、４チャネル構成の信号線が設けられる。   In this case, as shown in FIG. 14, a resistive electrode 36 having a rectangular planar shape is provided on the surface of the semiconductor substrate 13 having the back electrode 17. Then, a first signal line 37a and a second signal line 38a that are respectively connected to the two electrodes arranged in parallel along the side in the y direction of the resistive electrode 36 are provided. Similarly, a first signal line 37b and a second signal line 38b connected to two electrodes arranged in parallel along the x-direction side of the resistive electrode 36 are provided. The first signal lines 37a and 37b and the second signal lines 38a and 38b are connected to the four preamplifiers in the preamplifier group 5 described in FIG. 1 or FIG. Become. As described above, in this case, a 4-channel signal line is provided.

そして、図１４に示すように、抵抗性電極３６および上記４つの電極上に絶縁層３９が配置され、絶縁層３９上に制御電極４０が配置される。ここで、制御電極４０に印加する直流電源は、上記４つの電極に印加される直流電源と同じように、半導体基板１３に同一の電場を生じさせる。   As shown in FIG. 14, the insulating layer 39 is disposed on the resistive electrode 36 and the four electrodes, and the control electrode 40 is disposed on the insulating layer 39. Here, the DC power source applied to the control electrode 40 generates the same electric field on the semiconductor substrate 13 as the DC power source applied to the four electrodes.

上記半導体検出素子４に放射線が入射し、抵抗性電極３６のある検出位置（ｘ、ｙ）に誘起電荷量Qが発生する場合、第１の信号線３７ａ、３７ｂ、第２の信号線３８ａ、３８ｂから取り出される分割電荷量を順にQ３７ａ、Ｑ３７ｂ、Ｑ３８ａ、Ｑ３８ｂとすると、検出位置（ｘ、ｙ）は以下の数式より近似的に求められる。   When radiation enters the semiconductor detection element 4 and an induced charge amount Q is generated at a detection position (x, y) where the resistive electrode 36 is present, the first signal lines 37a and 37b, the second signal line 38a, Assuming that the divided charge amounts extracted from 38b are Q37a, Q37b, Q38a, and Q38b in order, the detection position (x, y) can be approximately obtained from the following mathematical formula.

ｘ＝｛Ｑ３７ａ／（Ｑ３７ａ＋Ｑ３８ａ）｝Ｌｘ （７）
ｙ＝｛Ｑ３７ｂ／（Ｑ３７ｂ＋Ｑ３８ｂ）｝Ｌｙ （８）
ここで、Ｌｘ、Ｌｙは抵抗性電極３６のｘ方向およびｙ方向の寸法である。このようにして、半導体検出素子４の検出面における検出位置の二次元成分が同定される。また、第１の実施形態で説明したのと全く同様にして、検出面に垂直方向の検出位置が同定される。 x = {Q37a / (Q37a + Q38a)} Lx (7)
y = {Q37b / (Q37b + Q38b)} Ly (8)
Here, Lx and Ly are the dimensions of the resistive electrode 36 in the x and y directions. In this way, the two-dimensional component of the detection position on the detection surface of the semiconductor detection element 4 is identified. In addition, the detection position in the direction perpendicular to the detection surface is identified in exactly the same manner as described in the first embodiment.

第４の実施形態では、第１〜第３の実施形態のように、半導体検出素子４の検出面にパターニングされ不連続に配置する抵抗配線の場合と異なり、半導体検出素子４の検出面には、全面を連続的に被覆する抵抗性電極３６が形成される。このために、検出面における検出位置の二次元成分は、第１〜第３の実施形態の場合よりも精細に決めることができる。   In the fourth embodiment, unlike the first to third embodiments, unlike the case of the resistive wiring patterned on the detection surface of the semiconductor detection element 4 and discontinuously arranged, the detection surface of the semiconductor detection element 4 is not provided on the detection surface. The resistive electrode 36 that continuously covers the entire surface is formed. For this reason, the two-dimensional component of the detection position on the detection surface can be determined more finely than in the first to third embodiments.

また、この場合に、制御電極４０は半導体基板１３内部の電場を一様にする。このために、放射線２の入射により生成される電子と正孔のドリフトを高精度にすることができる。そして、この半導体基板１３内の電場を一様にすることで、検出面に垂直方向の検出位置の同定が簡便になり、しかも高精度になる。   In this case, the control electrode 40 makes the electric field inside the semiconductor substrate 13 uniform. For this reason, the drift of electrons and holes generated by the incidence of radiation 2 can be made highly accurate. By making the electric field in the semiconductor substrate 13 uniform, the detection position in the direction perpendicular to the detection surface can be easily identified and the accuracy can be improved.

［実施の形態５］
次に、本発明の第５の実施形態について図１５を参照して説明する。この実施形態の特徴は、半導体検出素子が、例えば第１〜第４の実施形態で説明したような半導体検出素子４を複数配置した半導体検出素子群により構成されるところにある。 [Embodiment 5]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that the semiconductor detection element is constituted by a semiconductor detection element group in which a plurality of semiconductor detection elements 4 as described in the first to fourth embodiments, for example, are arranged.

図１５に示すように、半導体検出素子４１は、第１〜第４の実施形態で説明した多数の半導体検出素子４が基板４２上に例えばマトリクス状に配列されて形成される。そして、前述した各半導体検出素子４の各信号線はまとめて基板４２から取り出され、信号処理／演算処理部４３に伝送される構成になっている。ここで、信号処理／演算処理部４３には、図１、２で説明したところの、前置増幅器群５、第１の信号・演算処理部６、第２の信号・演算処理部６、入射位置演算部８が多数配置され、それら全体を制御する制御部が内蔵されている。このようにして、放射線入射位置検出装置が構成される。   As shown in FIG. 15, the semiconductor detection element 41 is formed by arranging a large number of semiconductor detection elements 4 described in the first to fourth embodiments on a substrate 42 in, for example, a matrix. The signal lines of the semiconductor detection elements 4 described above are collectively extracted from the substrate 42 and transmitted to the signal processing / arithmetic processing unit 43. Here, the signal processing / arithmetic processing unit 43 includes the preamplifier group 5, the first signal / arithmetic processing unit 6, the second signal / arithmetic processing unit 6, and the incident as described with reference to FIGS. A large number of position calculation units 8 are arranged, and a control unit for controlling the whole is incorporated. In this way, the radiation incident position detection device is configured.

この放射線入射位置検出装置の半導体検出素子４１では、どれかの半導体検出素子４に放射線が入射すると、第１〜第４の実施形態において説明したように、基板４２から信号線を通して信号処理／演算処理部４３に入力される。そして、信号処理／演算処理部４３では、前述した前置増幅器群５、第１の信号・演算処理部６、第２の信号・演算処理部６、入射位置演算部８と同様の信号処理および演算処理がなされて、放射線の検出位置が同定される。   In the semiconductor detection element 41 of this radiation incident position detection apparatus, when radiation is incident on any of the semiconductor detection elements 4, as described in the first to fourth embodiments, signal processing / calculation is performed from the substrate 42 through the signal line. Input to the processing unit 43. In the signal processing / arithmetic processing unit 43, signal processing and processing similar to those of the preamplifier group 5, the first signal / arithmetic processing unit 6, the second signal / arithmetic processing unit 6, and the incident position calculating unit 8 described above are performed. An arithmetic process is performed to identify the radiation detection position.

第５の実施形態では、平面状に半導体検出素子４を複数配置することによって、放射線に有感な検出面積を単一の半導体検出素子を用いるよりも大きくすることができる。また、逆に、この場合の半導体検出素子４１は、半導体検出素子４により分割して形成された構造になるために、放射線の入射に伴い生じる出力パルスのパイルアップが大きく軽減される。ここで、出力パルスのパイルアップとは、半導体検出素子４１に入射する１個の放射線により作り出だされる前置増幅器からの出力パルスの時間内に、もう１個もしくは複数個の放射線が検出されることである。この場合には、その出力パルスに複数箇所の位置情報が混ざり、その検出位置を同定することは困難になる。   In the fifth embodiment, by arranging a plurality of semiconductor detection elements 4 in a planar shape, a detection area sensitive to radiation can be made larger than when a single semiconductor detection element is used. Conversely, since the semiconductor detection element 41 in this case has a structure formed by being divided by the semiconductor detection element 4, the pileup of output pulses caused by the incidence of radiation is greatly reduced. Here, the pile-up of the output pulse means that one or more radiations are detected within the time of the output pulse from the preamplifier produced by one radiation incident on the semiconductor detection element 41. It is to be done. In this case, the position information of a plurality of locations is mixed with the output pulse, and it becomes difficult to identify the detected position.

このように、半導体検出素子４１のような分割構造では、単一の半導体検出素子４を大型化した場合に較べて、上記所定時間内に複数個の放射線が入射する確率が減り、パイルアップ頻度が低減する。   As described above, in the divided structure such as the semiconductor detection element 41, the probability that a plurality of radiations are incident within the predetermined time is reduced as compared with the case where the single semiconductor detection element 4 is enlarged, and the pile-up frequency is increased. Is reduced.

［実施の形態６］
次に、本発明の第６の実施形態について図１６を参照して説明する。この実施形態の特徴は、放射線の半導体検出素子における入射位置の同定と、放射線の入射エネルギーの同定とを行なえるようにするところにある。 [Embodiment 6]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment resides in that identification of an incident position of radiation in a semiconductor detection element and identification of incident energy of radiation can be performed.

図１６に示すように、例えば第５の実施形態で説明した半導体検出素子４１の放射線入射面と反対側の面に放射線検出器群４４が配置される。ここで、放射線検出器群４４は例えばシンチレーション計測器、ＧＭ計数管等を有して構成され、ここで放射線２のエネルギーが消失される。そして、半導体検出素子４１からの検出位置を同定するための信号が信号処理／演算処理部４５に伝送される構成になり、更に、放射線検出器群４４からの入射粒子のエネルギーに関する信号も上記信号処理／演算処理部４５に伝送されるようになっている。   As shown in FIG. 16, for example, the radiation detector group 44 is arranged on the surface opposite to the radiation incident surface of the semiconductor detection element 41 described in the fifth embodiment. Here, the radiation detector group 44 includes, for example, a scintillation measuring instrument, a GM counter, and the like, and the energy of the radiation 2 is lost here. Then, a signal for identifying the detection position from the semiconductor detection element 41 is transmitted to the signal processing / arithmetic processing unit 45. Further, a signal related to the energy of the incident particles from the radiation detector group 44 is also the above signal. The data is transmitted to the processing / arithmetic processing unit 45.

この場合は、第５の実施形態で説明したのと同様にして、放射線入射位置検出装置の半導体検出素子４１における放射線入射の検出位置が同定される。通常、γ線のような場合には、粒子エネルギーは、その一部のみが半導体検出素子４１に付与され、放射線検出器群４４に入射して残りのエネルギーの全てが放射線検出器群４４に付与され消失する。   In this case, the radiation incident detection position in the semiconductor detection element 41 of the radiation incident position detection device is identified in the same manner as described in the fifth embodiment. Usually, in the case of γ-rays, only a part of the particle energy is applied to the semiconductor detector 41, enters the radiation detector group 44, and all of the remaining energy is applied to the radiation detector group 44. Disappears.

放射線２が放射線検出素子４１に付与したエネルギーＥ１は半導体検出素子４１の出力パルスの電荷量に比例し、この出力電荷量からＥ１は同定される。放射線４１が放射線検出器群４４に入射して付与するエネルギーＥ２は放射線検出器群４４の出力電荷量に比例し、この出力電荷量からＥ２は同定される。
ここで、放射線２のエネルギーをEとすると、 The energy E1 imparted to the radiation detection element 41 by the radiation 2 is proportional to the charge amount of the output pulse of the semiconductor detection element 41, and E1 is identified from this output charge amount. The energy E2 applied when the radiation 41 enters the radiation detector group 44 is proportional to the output charge amount of the radiation detector group 44, and E2 is identified from this output charge amount.
Here, if the energy of radiation 2 is E,

Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２ （９）
上記数式（９）が成り立ち、Ｅ１とＥ２からEが同定される。 E = E1 + E2 (9)
The above formula (9) holds, and E is identified from E1 and E2.

第６の実施形態では、半導体検出素子４１の放射線入射面と反対側の面に放射線検出器群４４が設けられることにより、放射線２が半導体検出素子４１で全てのエネルギーを付与しない場合でも、放射線２の放射線入射位置は半導体検出素子４１により同定され、その検出位置における放射線強度が決定できる。   In the sixth embodiment, the radiation detector group 44 is provided on the surface opposite to the radiation incident surface of the semiconductor detection element 41, so that even if the radiation 2 does not give all energy by the semiconductor detection element 41, The radiation incident position 2 is identified by the semiconductor detection element 41, and the radiation intensity at the detection position can be determined.

［実施の形態７］
次に、本発明の第７の実施形態について図１７を参照して説明する。この実施形態の特徴は、放射線の半導体検出素子における入射位置の同定と、放射線の入射角度の同定とを行なえるようにするところにある。 [Embodiment 7]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that identification of the incident position of the radiation in the semiconductor detection element and identification of the incident angle of the radiation can be performed.

図１７に示すように、例えば第１〜５の実施形態で説明した半導体検出素子４または４１の検出面を中心とした球面状に放射線検出器群４６が設置される。そして、半導体検出素子４または４１の信号線と放射線検出器群４６の信号線は、信号処理／演算処理部４７に接続する。ここで、放射線検出器群４６の多数の信号線はケーブル４８でまとめて伝送されるようになっている。この場合の放射線検出器群４６も多数のシンチレーション計測器、ＧＭ計数管等で構成される。   As shown in FIG. 17, for example, the radiation detector group 46 is installed in a spherical shape centered on the detection surface of the semiconductor detection element 4 or 41 described in the first to fifth embodiments. The signal line of the semiconductor detection element 4 or 41 and the signal line of the radiation detector group 46 are connected to the signal processing / arithmetic processing unit 47. Here, a large number of signal lines of the radiation detector group 46 are transmitted together by a cable 48. In this case, the radiation detector group 46 is also composed of a large number of scintillation measuring instruments, GM counters, and the like.

放射線２は、半導体検出素子４または４１に入射して、一部エネルギーを付与して検出される。そして、放射線２の散乱線２ａは、放射線検出器群４６のいずれか例えば放射線検出器４６ａに入射し、そこで、残りのエネルギーを付与して検出される。信号処理／演算処理装置４７では、半導体検出素子４または４１の検出面における二次元の入射位置、および、付与エネルギーＥ１が同定される。また、放射線検出器群４６の信号から、放射線２が半導体検出素子４または４１で散乱した角度、および、残りの付与エネルギーＥ２が同定される。そして、これらの情報からコンプトンカメラの手法の演算処理によって、放射線２の半導体検出素子４または４１への入射方向が同定される。   The radiation 2 enters the semiconductor detection element 4 or 41 and is detected with a part of energy. The scattered radiation 2a of the radiation 2 enters one of the radiation detector groups 46, for example, the radiation detector 46a, where the remaining energy is applied and detected. In the signal processing / arithmetic processing unit 47, the two-dimensional incident position on the detection surface of the semiconductor detection element 4 or 41 and the applied energy E1 are identified. Further, from the signal of the radiation detector group 46, the angle at which the radiation 2 is scattered by the semiconductor detection element 4 or 41 and the remaining applied energy E2 are identified. Then, the incident direction of the radiation 2 to the semiconductor detection element 4 or 41 is identified from the information by the arithmetic processing of the Compton camera method.

上記コンプトンカメラの手法とは、放射線を同時に検出した上記半導体検出素子４または４１および放射線検出器４６ａの位置関係から求まる放射線のコンプトン散乱角度と、上記半導体検出素子４または４１および放射線検出器４６ａおのおのの放射線の付与エネルギーＥ１、Ｅ２から、放射線の入射方向を特定する公知の手法である。   The Compton camera technique includes the Compton scattering angle of the radiation obtained from the positional relationship between the semiconductor detector 4 or 41 and the radiation detector 46a that simultaneously detect radiation, and the semiconductor detector 4 or 41 and the radiation detector 46a. This is a known technique for specifying the incident direction of radiation from the applied energy E1 and E2.

第７の実施形態では、第１〜５の実施形態で説明した半導体検出素子４または４１の検出面を中心とする球面状に放射線検出器群４６が設けられ、放射線２の半導体検出素子４または４１への入射位置と入射方向が同定される。   In the seventh embodiment, the radiation detector group 46 is provided in a spherical shape centering on the detection surface of the semiconductor detection element 4 or 41 described in the first to fifth embodiments, and the semiconductor detection element 4 of radiation 2 or The incident position and the incident direction on 41 are identified.

［実施の形態８］
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。この実施形態の特徴は、第５の実施形態で述べた出力パルスのパイルアップを防止する構成にするところにある。上記パイルアップ事象は、半導体検出素子に多量の放射線が入射する高計数率下にある場合に生じ易い。 [Embodiment 8]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. The feature of this embodiment resides in that the output pulse pileup described in the fifth embodiment is prevented. The pile-up event is likely to occur when the semiconductor detection element is under a high count rate at which a large amount of radiation is incident.

上記高計数率下になる場合、図１、２に示した第２の信号・演算処理部７内で、時間間隔が近接する前置増幅器からの２つの出力パルスのうち、一方の出力パルスから検出面からの深さ方向の検出位置を同定し、他方の出力パルスには、小さい時定数の微分波形整形をかけ、ディスクリミネータに入力して、タイミング信号を作り出し、あるタイミング信号と次のタイミング信号の時間間隔がパルス幅より小さいならば、出力パルスがパイルアップしていると判断し、同定された先の深さ方向および二次元成分を無効とする、パイルアップ除去の信号処理を加える。   In the case of the above-mentioned high count rate, one of the two output pulses from the preamplifier having a close time interval in the second signal / arithmetic processing unit 7 shown in FIGS. The detection position in the depth direction from the detection surface is identified, and the other output pulse is subjected to differential waveform shaping with a small time constant and input to the discriminator to create a timing signal. If the time interval of the timing signal is smaller than the pulse width, it is determined that the output pulse is piled up, and a signal processing for removing the pileup is performed to invalidate the identified depth direction and the two-dimensional component. .

あるいは、上記第１〜７の実施形態での放射線入射位置検出装置において、抵抗配線あるいは抵抗性電極は半導体基板１３の１つの面上に複数個設け、半導体基板１３上で１つの抵抗配線あるいは抵抗性電極が占める放射線に有感な面積を低減することで、高計数率でのパイルアップを防止する。   Alternatively, in the radiation incident position detection apparatus according to the first to seventh embodiments, a plurality of resistance wires or resistive electrodes are provided on one surface of the semiconductor substrate 13, and one resistance wire or resistor is provided on the semiconductor substrate 13. By reducing the area sensitive to radiation occupied by the conductive electrode, pileup at a high counting rate is prevented.

本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。例えば、上記放射線検出素子は、半導体検出素子以外であってもよく、放射線に有感な例えば絶縁体から成る固体基板上に抵抗性電極等の電極が形成されたものであってもよい。ここで、放射線に有感な絶縁体は、その内部において放射線入射による電離が起り電荷キャリアが生じる固体であればよい。また、放射線検出素子を構成する抵抗配線は、その表面において種々の幾何学模様に配設することができる。そして、本発明の放射線入射位置検出装置は、放射線の測定装置にも適用できる。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the radiation detection element may be other than a semiconductor detection element, or may be one in which an electrode such as a resistive electrode is formed on a solid substrate made of, for example, an insulator sensitive to radiation. Here, the insulator sensitive to radiation may be a solid in which ionization occurs due to radiation incidence and charge carriers are generated. Moreover, the resistance wiring which comprises a radiation detection element can be arrange | positioned in the various geometric patterns in the surface. The radiation incident position detecting device of the present invention can also be applied to a radiation measuring device.

本発明の実施の形態１に係る放射線入射位置検出装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a radiation incident position detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 同放射線入射位置検出装置の別の構成を示すブロック図。The block diagram which shows another structure of the radiation incidence position detection apparatus. 同放射線入射位置検出装置を構成する半導体検出素子の概略斜視図。The schematic perspective view of the semiconductor detection element which comprises the radiation incidence position detection apparatus. 本発明の放射線入射位置検出装置の動作機構を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the operation | movement mechanism of the radiation incident position detection apparatus of this invention. 本発明の放射線入射位置検出装置の出力波形の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the output waveform of the radiation incident position detection apparatus of this invention. 本発明の放射線入射位置検出装置の一次微分波形の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the primary differential waveform of the radiation incident position detection apparatus of this invention. 本発明の放射線入射位置検出装置の検出面からの深さ方向を算出する特性図。The characteristic view which calculates the depth direction from the detection surface of the radiation incident position detection apparatus of this invention. 本発明の放射線入射位置検出装置の好適な信号処理／演算処理部を示すブロック図。The block diagram which shows the suitable signal processing / arithmetic processing part of the radiation incident position detection apparatus of this invention. 本発明の放射線検出素子における放射線の検出位置および検出面の位置の関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the detection position of the radiation in the radiation detection element of this invention, and the position of a detection surface. 本発明の実施の形態２に係る放射線入射位置検出装置を構成する半導体検出素子の平面図。The top view of the semiconductor detection element which comprises the radiation incident position detection apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る放射線入射位置検出装置を構成する半導体検出素子の平面図。The top view of the semiconductor detection element which comprises the radiation incident position detection apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 同半導体検出素子表面の一部拡大図。The elements on larger scale of the semiconductor detection element surface. 本発明の実施の形態３に係る放射線入射位置検出装置を構成する別の半導体検出素子の平面図。The top view of another semiconductor detection element which comprises the radiation incident position detection apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４に係る放射線入射位置検出装置を構成する半導体検出素子の平面図。The top view of the semiconductor detection element which comprises the radiation incident position detection apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５に係る放射線入射位置検出装置の半導体検出素子を示す斜視図。The perspective view which shows the semiconductor detection element of the radiation incident position detection apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態６に係る放射線入射位置検出装置の半導体検出素子および放射線検出器を示す斜視図。The perspective view which shows the semiconductor detection element and radiation detector of the radiation incident position detection apparatus which concern on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態７に係る放射線入射位置検出装置の半導体検出素子および放射線検出器を示す模式図。The schematic diagram which shows the semiconductor detection element and radiation detector of the radiation incident position detection apparatus which concern on Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…放射線源、２…放射線、２ａ…散乱線、３…被検体、４，４１…半導体検出素子、５…前置増幅器群、６…第１の信号・演算処理部、７…第２の信号・演算処理部、８…入射位置演算部、９…イメージ処理部、１０，１０ａ…放射線入射位置検出装置、１１…伝送部、５ａ，１２…前置増幅器、１３…半導体基板、１４ａ〜１４ｎ，２４，３０…抵抗配線、１５ａ〜１５ｎ，２５，２８ａ，２８ｂ，３１，３４，３７ａ、３７ｂ…第１の信号線、１６ａ〜１６ｎ，２６，２９ａ，２９ｂ，３２，３５，３８ａ，３８ｂ…第２の信号線、１７…裏面電極、１８…裏面信号線、１９…微分器、２０…電荷量計測器、２１…演算処理部、２２…検出位置、２３…入射位置、２７ａ…第１の抵抗配線、２７ｂ…第２の抵抗配線、３３ａ〜３３ｈ…ストリップ抵抗配線、３６…抵抗性電極、３９…絶縁層、４０…制御電極、４２…基板、４３，４５，４７…信号処理／演算処理部、４４，４６ａ…放射線検出器、４６…放射線検出器群、４８…ケーブル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radiation source, 2 ... Radiation, 2a ... Scattered ray, 3 ... Subject, 4, 41 ... Semiconductor detection element, 5 ... Preamplifier group, 6 ... 1st signal and arithmetic processing part, 7 ... 2nd Signal / arithmetic processing unit, 8 ... incident position calculating unit, 9 ... image processing unit, 10,10a ... radiation incident position detecting device, 11 ... transmission unit, 5a, 12 ... preamplifier, 13 ... semiconductor substrate, 14a-14n , 24, 30 ... resistance wiring, 15a to 15n, 25, 28a, 28b, 31, 34, 37a, 37b ... first signal line, 16a to 16n, 26, 29a, 29b, 32, 35, 38a, 38b ... Second signal line, 17 ... back electrode, 18 ... back signal line, 19 ... differentiator, 20 ... charge amount measuring device, 21 ... arithmetic processing unit, 22 ... detection position, 23 ... incident position, 27a ... first Resistance wiring, 27b ... second resistance wiring, 33a-33h ... Trip resistance wiring, 36 ... resistive electrode, 39 ... insulating layer, 40 ... control electrode, 42 ... substrate, 43, 45, 47 ... signal processing / arithmetic processing unit, 44, 46a ... radiation detector, 46 ... radiation detector Group, 48 ... Cable

Claims (7)

放射線を検出する固体であって、互いに対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が抵抗性電極により構成された放射線検出素子と、
前記抵抗性電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する電荷有感型増幅器と、
前記電荷有感型増幅器からの出力信号に基づき、前記抵抗性電極面に平行な方向における前記放射線の検出位置を同定する第１の検出位置計測手段と、
前記電荷有感型増幅器からの出力信号の微分波形に基づき、前記抵抗性電極面に垂直な方向における前記放射線の検出位置を同定する第２の検出位置計測手段と、
前記第１の検出位置計測手段および第２の検出位置計測手段により同定した前記検出位置から、前記放射線検出素子上における前記放射線の二次元的な入射位置を同定する放射線入射位置演算手段と、
を有し、
前記抵抗性電極は、前記固体表面を覆う矩形状電極であり、前記矩形状電極辺の４端部から信号線が引き出され、４つの前記信号線がそれぞれ異なる前記電荷有感型増幅器に接続されていて、
前記矩形状電極上に絶縁層を介して制御電極が配置され、前記制御電極に直流電源が印加されて前記固体内に一様な電界を生成することを特徴とする放射線入射位置検出装置。 A radiation detecting element which is a solid for detecting radiation and has a pair of electrodes facing each other, and one of the pair of electrodes is constituted by a resistive electrode;
A charge sensitive amplifier that is electrically connected to the resistive electrode and senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation;
First detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a direction parallel to the resistive electrode surface based on an output signal from the charge-sensitive amplifier;
Second detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a direction perpendicular to the resistive electrode surface based on a differential waveform of an output signal from the charge-sensitive amplifier;
Radiation incident position calculation means for identifying a two-dimensional incident position of the radiation on the radiation detection element from the detection positions identified by the first detection position measurement means and the second detection position measurement means;
I have a,
The resistive electrode is a rectangular electrode that covers the solid surface, and signal lines are led out from four ends of the rectangular electrode side, and the four signal lines are connected to different charge-sensitive amplifiers, respectively. And
A radiation incident position detecting apparatus , wherein a control electrode is disposed on the rectangular electrode via an insulating layer, and a DC power is applied to the control electrode to generate a uniform electric field in the solid . 放射線を検出する固体であって、互いに対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が抵抗性電極により構成される放射線検出素子と、
前記抵抗性電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する第１の電荷有感型増幅器と、
前記一対の電極のうち他方の電極に電気接続され、放射線の入射により前記放射線検出素子に生じる電荷キャリアを感知する第２の電荷有感型増幅器と、
前記第１の電荷有感型増幅器からの出力信号に基づき、前記抵抗性電極面に平行な方向における前記放射線の検出位置を同定する第１の検出位置計測手段と、
前記第２の電荷有感型増幅器からの出力信号の微分波形に基づき、前記抵抗性電極面に垂直な方向における前記放射線の検出位置を同定する第２の検出位置計測手段と、
前記第１の検出位置計測手段および第２の検出位置計測手段により同定した前記検出位置から、前記放射線検出素子上における前記放射線の二次元的な入射位置を同定する放射線入射位置演算手段と、
を有し、
前記抵抗性電極は、前記固体表面を覆う矩形状電極であり、前記矩形状電極辺の４端部から信号線が引き出され、４つの前記信号線がそれぞれ異なる前記電荷有感型増幅器に接続されていて、
前記矩形状電極上に絶縁層を介して制御電極が配置され、前記制御電極に直流電源が印加されて前記固体内に一様な電界を生成することを特徴とする放射線入射位置検出装置。 A radiation detecting element that is a solid for detecting radiation and has a pair of electrodes facing each other, and one of the pair of electrodes is constituted by a resistive electrode;
A first charge sensitive amplifier that is electrically connected to the resistive electrode and senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation;
A second charge-sensitive amplifier that is electrically connected to the other electrode of the pair of electrodes and senses charge carriers generated in the radiation detection element upon incidence of radiation;
First detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a direction parallel to the resistive electrode surface based on an output signal from the first charge-sensitive amplifier;
Second detection position measuring means for identifying a detection position of the radiation in a direction perpendicular to the resistive electrode surface based on a differential waveform of an output signal from the second charge-sensitive amplifier;
Radiation incident position calculation means for identifying a two-dimensional incident position of the radiation on the radiation detection element from the detection positions identified by the first detection position measurement means and the second detection position measurement means;
I have a,
The resistive electrode is a rectangular electrode that covers the solid surface, and signal lines are led out from four ends of the rectangular electrode side, and the four signal lines are connected to different charge-sensitive amplifiers, respectively. And
A radiation incident position detecting apparatus , wherein a control electrode is disposed on the rectangular electrode via an insulating layer, and a DC power is applied to the control electrode to generate a uniform electric field in the solid . 前記第２の検出位置計測手段は、前記電荷有感型増幅器または前記第２の電荷有感型増幅器からの出力信号を一次微分処理し、前記微分処理した微分波形のピーク波高により前記抵抗性電極面に垂直な方向における前記放射線の検出位置を同定することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線入射位置検出装置。   The second detection position measuring means performs a first-order differentiation process on the output signal from the charge-sensitive amplifier or the second charge-sensitive amplifier, and the resistive electrode is obtained by a peak wave height of the differentiated differential waveform. The radiation incident position detection device according to claim 1, wherein a detection position of the radiation in a direction perpendicular to the surface is identified. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射線検出素子が一平面上に複数個配置されていることを特徴とする放射線入射位置検出装置。 A radiation incident position detecting apparatus , wherein a plurality of radiation detecting elements according to claim 1 are arranged on a single plane . 前記放射線検出素子の放射線の入射面と反対側の面に放射線検出器が配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放射線入射位置検出装置。 5. The radiation incident position detection apparatus according to claim 1, wherein a radiation detector is disposed on a surface opposite to the radiation incident surface of the radiation detection element . 前記放射線検出素子を略中心とした球面状に複数個の放射線検出器が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射線入射位置検出装置。 6. The radiation incident position detection apparatus according to claim 1, wherein a plurality of radiation detectors are arranged in a spherical shape with the radiation detection element substantially in the center . 前記一対の電極のうち他方の電極が接地されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の放射線入射位置検出装置。 The radiation incident position detecting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the other electrode of the pair of electrodes is grounded .
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