JP5451900B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器（イメージングデバイス）に関する。

放射線のイメージング用の検出器は、多数の画素を備え、その内部で入射放射線の強度またはエネルギーを計数値に変換する。そして、これらの計数結果は種々の手段により外部に取り出すことができる。

特許文献１のＦＩＧ.２に示される例では、入射したＸ線によりフォトダイオードから出力されたエネルギー量に比例する電荷が、電荷増幅回路に入力される。そして、ある基準電圧よりも高いエネルギー相当の入射信号のみがパルスとなり、カウンタに入力され、計数される。計数の読み出しは、１０ビットのデータパスにより行われている。読み出しを行う際には、外部より当該の読み出し回路に対して、一つずつ、信号を送り込み、カウンタのデータをパスに送り出す必要がある。

この方式の問題点は、このように、一つ一つの読み出し回路すべてに対応する読み出し信号を必要とすることである。このため多数の内部信号線を用意するか、または、アドレスとして数値を指示し、それをデコードするといった方式をとる必要がある。前者では回路が複雑になり、後者では読み出しに要する時間が増えるというデメリットが生じる。

また、特許文献１のＦＩＧ.４の例では、カウンタは両隣の読み出し回路と１ビットのデータ幅で一続きに接続され、読み出し時には順送りされる形でデータが送り出される。これにより、回路構成はＦＩＧ.２の例と較べ、著しく簡単になる。ただし、この場合、全ての読み出し回路の持つ全ビットのデータを読み出さなければならないため、イメージングデバイスの構成に応じたデータ読み出しに時間がかかってしまう。このため、読み出し時間でフレーム・レートが規制されてしまう。

ＦＩＧ.２の例では、読み出すべき読み出し回路の数を限定することで、データ量そのものを減らし、読み出しに要する時間を減らすということも可能である。しかし、この場合、画像として構成されるべきデータが特定箇所で欠損されるため、イメージデータとして持つべき情報が著しく損なわれうる。

特許文献２では、別方式の読み出し方法が示されている（図５、図６）。ここでは、非同期ｎビットカウンタで計数されたデータは一旦、ロード可能シフトレジスタに移され、そのシフトレジスタは前の画素と次の画素に、直列に一続きに接続されている。この構成では、カウンタは、そのデータを一旦シフトレジスタに移すことにより、すぐに次の計数動作を開始することができる。ただし、シフトレジスタのデータを全て読み出さなければ、次のカウンタからシフトレジスタへのデータの移動は行えないため、フレーム・レートは、シフトレジスタからの読み出し時間により規制されてしまう。

特許文献３では別の例として、イメージングデバイス上にマトリクス状に配された読み出しセルに対し、ＲＯＷ指定ならびにＣＯＬＵＭＮ指定による位置を特定することで、データ読み出しを行う方法が示されている（Ｆｉｇ.６）。この場合、読み出し時間は〔読み出し回路全てに対する読み出し回数〕×〔各データのビット数〕で決まってしまう。また、特許文献１のＦＩＧ.２の例と同様に、読み出すべき読み出し回路の数を限定した場合、イメージデータとして持つべき情報は損なわれてしまう。

米国特許７５８６１６８号明細書 特表２００１−５０２４２４公報 米国特許７５１４６８８号明細書

上記の通り、従来技術では何らかのアドレス指定をして特定の読み出しセルのデータを読み出すか、あるいは、一続きのシフトレジスタを形成してデータをシフトして送り出すという方式が採用されている。

しかし、前者では読み出し時間が決まってしまい、読み出すべき読み出し回路数を限定した場合、イメージデータの情報は損なわれる。また、後者では全ての読み出しセルのデータを読み出さなければ、データ取得は完了せず、一旦その構成を確定してしまうと、デバイス外にデータを読み出すための時間は固定される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外部へのデータ読み出し時間を必要に応じて短くし、フレーム・レートを高くする放射線検出器を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明に係る放射線検出器は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、放射線の強度に応じて検出信号を発生させるイメージングセルと、前記検出信号をデジタル化するデジタル化回路と、前記デジタル化された検出信号を計数し、データビットとして保管するデータ読み出し構造と、第１のクロックに従ったデータシフトで前記データ読み出し構造から出力された所定のデータビットの入力を制御し、前記制御の結果、入力されたデータビットを保管し、第２のクロックに従ったデータシフトで前記保管されたデータビットを送り出す送出レジスタと、を備えることを特徴としている。

このように、所定のデータビットの出力を制限することで、カウンタユニットに実際に保管されているデータビット数をカウンタユニットの総ビット数よりも十分に小さくできる。たとえば最上位のビットから読み出しを省略して行っても、イメージデータとしてのデータ内容が十分に損なわれないような場合に有効となる。たとえば、繰り返し読み出しを行う時間の間隔とカウンタユニット内に保管される数値とが比例関係にある構成をとっている場合には、最適な状態までデータビットの読み出しを省略することで、読み出し時間を短くし、繰り返し読み出しを行う時間の間隔を短くすることができる。

（２）また、本発明に係る放射線検出器は、前記データ読み出し構造を構成する複数のカウンタユニットが、外部からの制御により、内部のシフトレジスタの接続をデータ記録と読み出しで切り替えることを特徴としている。これにより、回路部品を増やすことなく、データビット数を十分に小さくできる。

（３）また、本発明に係る放射線検出器は、前記送出レジスタが、前記データビットの入力の制御により下位桁側のデータビットの出力を制限することを特徴としている。これにより、放射線の強い部分のみを効率的にカウントすることができる。

（４）また、本発明に係る放射線検出器は、前記送出レジスタが、前記データビットの入力の制御により上位桁側のデータビットの出力を制限することを特徴としている。これにより、微小な放射線を効率的にカウントすることができる。

（５）また、本発明に係る放射線検出器は、前記送出レジスタが、外部から受けたロード信号に応じて前記データ読み出し構造から出力された所定のデータビットについて出力の可不可を切り替えるロード切替部を有することを特徴としている。これにより、所定のデータビットの読み出しを省略することができる。

（６）また、本発明に係る放射線検出器は、前記イメージングセルが、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードを有し、前記デジタル化回路は、前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を増幅する増幅器と、前記増幅された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、を有することを特徴としている。これによりエネルギーに応じたＸ線フォトンの数量を計数する場合に、データビット数を十分に小さくできる。放射線エネルギーのレベルに応じたデジタル信号が得られる。

（７）また、本発明に係る放射線検出器は、前記送出レジスタが、前記データ読み出し構造と同数のシフトユニットを有し、前記データ読み出し構造の出力が各シフトユニットに接続されていることを特徴としている。これにより、簡単な制御で読み出し時間を短縮できる。

（８）また、本発明に係る放射線検出器は、前記送出レジスタが、一連のシフトユニットの末端および途中の両方から出力することを特徴としている。これにより、さらに短い時間でのデータ読み出しが可能となる。

（９）また、本発明に係る放射線検出器は、前記データ読み出し構造を構成する複数のカウンタユニットが、前記データビットを保管するシフトレジスタと、外部からの制御により、前記シフトレジスタに保管されているデータビットを反映させる転写シフトレジスタと、を有していることを特徴としている。これにより、データ読み出し構造における読み出し動作中でも、シフトレジスタは計数ないしは保管の動作を行うことができる。

（１０）また、本発明に係る放射線検出器は、前記シフトレジスタが、前記各データビットの並びを予め決められたテーブルに基づくパターンにしたがって再配置した上で前記転写シフトレジスタへデータを反映することを特徴としている。これにより、シフトユニットへのデータロードのクロックの密度が高くなることによる電流負担の影響を軽減できる。

（１１）また、本発明に係る放射線検出器は、直列に入力および出力を相互に接続された前記複数のカウンタユニットのうちの特定のカウンタユニットを前記データ読み出し構造から外すための迂回路と、前記迂回路の選択の有無を決定する迂回選択回路と、を更に備えることを特徴としている。これにより、途中にあるカウンタユニットの不具合によって特定のデータ読み出し構造全体の読み出しができなくなる問題を回避できる。

本発明によれば、フレーム・レートを高くすることができる。このため高速でのイメージング、変化の速い試料に対する観察や分析手法等への応用が可能となる。

第１実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。 イメージングセルおよび読み出しセルの構成を示すブロック図である。 イメージングセルおよび読み出しセルの構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。 データ読み出し構造および送出レジスタの構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例の一場面を示す図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る放射線検出器の動作例を示すフローチャートである。 読み出しを省略しない場合の出力端子Ｓｏｕｔに現れるデータの順番を示すタイミング図である。 読み出しを省略する場合の出力端子Ｓｏｕｔに現れるデータの順番を示すタイミング図である。 第２実施形態に係る放射線検出器のイメージングセルおよび読み出しセルの構成を示すブロック図である。 シフトレジスタに記録されている所定のビット位置を示すテーブルの例である。 転写シフトレジスタに記録されている再配置されたビット位置を示すテーブルである。 １６ビットの読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。 ８ビットに短縮された読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。 ８ビットに短縮された読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。 第４実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係るデータ読み出し構造の構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、放射線検出器１００の構成を示すブロック図である。放射線検出器１００は、シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセル１を有する。検出対象の放射線には、少なくともＸ線、γ線が含まれる。放射線検出器１００は、Ｘ線を用いたイメージングや、Ｘ線回折法などの分析手法のための検出手段に応用できる。図１に示すように、放射線検出器１００は、イメージングセル１、デジタル化回路５、データ読み出し構造１１、送出レジスタ１３を備えている。

イメージングセル１は、放射線の強度に応じて検出信号を発生させる。デジタル化回路５は、イメージングセル１から出力された検出信号をデジタル化する。データ読み出し構造１１は、デジタル信号を計数しデータビットとして保管する。送出レジスタ１３は、読み出しクロックＰｃｋ（第１のクロック）に従ったデータシフトでデータ読み出し構造１１から出力された所定のデータビットの入力を制御する。そして、制御の結果、入力されたデータビットを保管し、送出クロックＳｃｋ（第２のクロック）に従ったデータシフトで保管されたデータビットを送り出す。

（イメージングセル、読み出しセル）
図２は、イメージングセル１および読み出しセル４の構成を示すブロック図である。読み出しセル４は、デジタル化回路５およびカウンタユニットＣＵを備えている。カウンタユニットＣＵは、シフトレジスタ６を有している。シフトレジスタ６は、デジタル化された信号を計数し、データビットを保管する。カウンタユニットＣＵの出力端子Ｑｏｕｔは、次のカウンタユニットＣＵの入力端子Ｑｉｎに接続されている。

カウンタユニットＣＵは、入力される信号Ｓｆｔに応じてデータ読み出し構造１１の内部の接続をデータ記録と読み出しとの間で切り替える。これにより、次のデータ読み出しまでの時間を短くすることを可能にし、より短い繰り返し時間でイメージデータの連続取得が可能となる。

図３は、イメージングセルおよび読み出しセルの構成を示すブロック図である。放射線検出器１００では、イメージングセル１とともに、これらの回路からなる読み出しセル４がマトリクス状に配置されている。イメージングセル１は、フォトダイオード３を有する。フォトダイオード３は、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させる。

デジタル化回路５は、増幅器２１および波高弁別器２２を有する。増幅器２１は、フォトダイオード３で生じた電流信号に基づく入力信号を増幅する。波高弁別器２２は、閾値電圧Ｔｈに基づいて増幅された信号に基づく出力信号を弁別する。波高弁別器２２は、所定範囲のエネルギーを有する放射線の信号のみを通過させる。これにより、放射線エネルギーのレベルに応じたデジタル信号が得られる。カウンタユニットＣＵは、波高弁別された信号を計数し、データビットを保管する。

（送出レジスタ）
図４は、放射線検出器１００の構成を示すブロック図である。送出レジスタ１３は、データ読み出し構造１１と同数のシフトユニットＳＵからなり、データ読み出し構造１１の出力が各シフトユニットＳＵに接続されている。このような構造を有するため、簡単な設定で読み出し時間の短縮を行うことが可能となる。

（シフトユニット内部）
図５は、データ読み出し構造１１および送出レジスタ１３の構成を示すブロック図である。データ読み出し構造１１は、複数のカウンタユニットＣＵにより構成される。カウンタユニットＣＵは、外部からの制御により、内部のシフトレジスタ６の接続をデータ記録と読み出しで切り替える。

複数のデータ読み出し構造１１の内部では、複数のカウンタユニットＣＵの入力端子Ｑｉｎおよび出力端子Ｑｏｕｔの端子同士が交互に接続されており、接続の最後となるカウンタユニットＣＵの出力端子Ｑｏｕｔは出力端子Ｄｏｕｔとして、送出レジスタ１３に接続されている。放射線検出器１００の外部からは読み出しクロックＰｃｋが、各々の読み出し構造１１に接続端子１２を介して入力される。読み出し構造１１の内部には読み出しクロックＰｃｋｓが分配され、各々のカウンタユニットＣＵへ入力される。

送出レジスタ１３の内部では、複数のシフトユニットＳＵが、一続きに接続されており、各々の読み出し構造１１の出力端子ＤｏｕｔがシフトユニットＳＵに接続されている。シフトユニットＳＵの内部は、出力端子Ｄｏｕｔからの信号をビットデータとして取り込むための取り込み回路１４（ロード切替部）と、その保管先であるビットレジスタ１５で構成されている。

取り込み回路１４は、読み出しクロックＰｃｋに従ったデータシフトでデータ読み出し構造１１から出力された所定のデータビットについて出力の可不可を切り替える。取り込み回路１４は、切り替えにより下位桁側のデータビットの出力を制限することができる。これにより、上位桁側のデータビットのみをビットレジスタに送出し、放射線の強い部分のみを効率的にカウントすることができる。

また、取り込み回路１４は、切り替えにより上位桁側のデータビットの出力を制限することもできる。これにより、下位桁側のデータビットのみをビットレジスタに送出し、微小な放射線を効率的にカウントすることができる。

例えば、一度、データビットの出力を制限せずに取得したイメージを評価し、もっと短い繰返し周期でのイメージの取得が必要であると判断できる場合に、上位桁または下位桁のデータビットを省略し、イメージデータの連続取得条件の最適化を図るといったことが可能となる。

なお、放射線検出器１００の外部から送出クロックＳｃｋが送出レジスタ１３に入力されることで、送出レジスタ１３の内部では、送出クロックＳｃｋが各々のシフトユニットＳＵに入力される。そして、取り込み回路１４が、ロード信号Ｌｄにより動作し、出力端子Ｄｏｕｔから出力される信号をビットレジスタ１５に反映させる。

（放射線検出器の動作例）
次に、放射線検出器１００の動作例を説明する。カウンタユニットＣＵのビット数を４、データ読み出し構造１１の数を４とした放射線検出器１００を考える。その場合に、放射線検出器１００に対して読み出しクロックＰｃｋ、ロード信号Ｌｄ、送出クロックＳｃｋを組合せて動作させる。その結果、出力端子Ｓｏｕｔとしてデータビットが順番に出力される。

なお、外部から放射線検出器１００に入力される信号の送信は、外部装置の制御部により制御されている。送信のタイミングについては放射線検出の測定時に外部装置において予め設定可能であり、外部装置については特に限定されない。

図６〜図１２は、放射線検出器１００の動作例の一場面を示す図である。図６に示すように、デジタル化された検出信号は、データビットとしてカウンタユニットＣＵに保管される。図６において、各データビットは、カウンタユニットＣＵにおける保管位置により、カウンタユニットＣＵの列、行と、カウンタユニット内のビットの順番に対応させて、［Ｍ列．Ｎ行．ｎビット目］という表記方法を採用している。したがって、例えば［３．０．ｂ３］とは、「第３列目、第０行目のカウンタユニットＣＵの３ビット目のデータビットの値」を意味する。なお、説明の便宜上、データ読み出し構造１１の読み出し方向に沿ったカウンタユニットＣＵの並びを「列」、読み出し方向に直交する方向に沿ったカウンタユニットＣＵの並びを「行」と呼ぶ。また、図中の一番左側にある列を「第０列」、一番下側にある行を「第０行」と呼ぶ。

データビットがカウンタユニットＣＵに保管された状態において、図７に示すように外部からの制御によりロード信号Ｌｄが取り込み回路１４に入力されることで、シフトユニットＳＵは、第０行目のカウンタユニットＣＵの３ビット目の各データビットの値、［３．０．ｂ３］、［２．０．ｂ３］、［１．０．ｂ３］、［０．０．ｂ３］を取り込む。そして、出力端子Ｓｏｕｔには第０列のシフトユニットＳＵからビットデータ［０．０．ｂ３］が読み出される。

次に、図８に示すように送出クロックＳｃｋを受けて、シフトユニットＳＵは、各データビットの値を第３列から第０列へ一つずつ送り出す。そして、出力端子Ｓｏｕｔには第０列のシフトユニットＳＵからビットデータ［１．０．ｂ３］が読み出される。さらに、図９、図１０に示すように、送出クロックＳｃｋを受けて、シフトユニットＳＵが各データビットを送り出し、出力端子Ｓｏｕｔには第０列のシフトユニットＳＵからビットデータが読み出されるという処理を最後の３列目のデータビットが読み出されるまで行う。

このようにして、０行、３ビット目のデータがすべて読み出された後、図１１に示すように読み出しクロックＰｃｋを１回送ることにより、データ読み出し構造１１の中でつながれたカウンタユニットＣＵ内部において、データビットが１つだけシフトされる。この状態で、図１２に示すようにロード信号Ｌｄを送ると、各シフトユニットＳＵには、各列の０行２ビット目のデータがセットされる。以下、図８〜図１２の処理を繰り返し続けることにより、カウンタユニットＣＵ内のすべてのデータビットを読み出すことが可能となる。

一方、読み出しを省略する場合（たとえば各カウンタユニットＣＵの３ビット目を省略する場合）には、図６に示すカウンタユニットＣＵが、読み出し構造１１内部で一続きに接続された時点から、図７に示すロード信号Ｌｄの入力と、これに続く、図８〜図１０に示す処理を省略し、図１１に示す読み出しクロックＰｃｋを入力する処理を実行する。そして、取り込み回路１４の直前に各カウンタユニットＣＵの３ビット目のデータが現れるごとに、図７〜図１０に示す処理を省略することにより、すべてのカウンタユニットＣＵの３ビット目のデータを省略して読み出すことが可能となる。

（フローチャートによる動作例の説明）
上記の読み出しを省略しない場合および読み出しを省略する場合の処理を、フローチャートを用いて説明する。図１３、図１４は、放射線検出器の動作を示すフローチャートである。

図１３のフローチャートは、読み出しを省略しない場合の処理を示している。まず、信号Ｓｆｔを受けて、データ読み出し構造１１は内部の回路の状態を、データ記録から読み出しに切り替える（ステップＳ１）。取り込み回路１４は、ロード信号Ｌｄを受けてシフトユニットＳＵはデータ読み出し構造１１からデータビットを読み出す（ステップＳ１）。

次に、出力端子Ｓｏｕｔから第０列のデータビット（３ビット目）が読み出され、読み出し後、送出クロックＳｃｋを受けて、各シフトユニットＳＵはデータビットを送出し、データビットの読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＳ３）。

そして、出力端子Ｓｏｕｔから第０列のデータビット（２ビット目）が読み出され、読み出し後、送出クロックＳｃｋにより、各シフトユニットＳＵはデータビットを送出し、データビットの読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＳ４）。また、１ビット目、０ビット目のデータビットについても同様に読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＳ５、Ｓ６）。

すべての処理が終わったか否かの判定を行い（ステップＳ７）、すべての処理が終わっていない場合には、読み出しクロックＰｃｋを送出し（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻り、次のデータ読み出しを行う。すべての処理が終わった場合には、信号Ｓｆｔの送出を終了し（ステップＳ９）、一連の処理を終了する。

図１４のフローチャートは、すべてのピクセルの３ビット目のデータに対して読み出しを省略する場合の処理を示している。まず、信号Ｓｆｔを受けて、データ読み出し構造１１は内部の回路の状態を、データ記録から読み出しに切り替える（ステップＴ１）。外部の制御部は、設定に従い読み出し対象のデータビットの順番が３ビット目であるか否かを判定する（ステップＴ２）。データビットの順番が３ビット目である場合には、ステップＴ７に進む。データビットの順番が３ビット目でない場合には、外部からロード信号が送信される。そして、取り込み回路１４がロード信号Ｌｄを受けてシフトユニットＳＵはデータ読み出し構造１１からデータビットを読み出す（ステップＴ３）。

次に、出力端子Ｓｏｕｔから第０列のデータビット（２ビット目）が読み出され、読み出し後、送出クロックＳｃｋにより、各シフトユニットＳＵはデータビットを送出し、データビットの読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＴ４）。

そして、出力端子Ｓｏｕｔから第０列のデータビット（１ビット目）が読み出され、読み出し後、送出クロックＳｃｋにより、各シフトユニットＳＵはデータビットを送出し、データビットの読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＴ５）。また、０ビット目のデータビットについても同様に読み出しおよび送出の処理を繰り返す（ステップＴ６）。

次に、読み出し対象のデータビットの順番が０ビット目まで到達したか否かを判定し（ステップＴ７）、０ビット目まで到達していない場合には、ステップＴ９に進む。０ビット目まで到達したときには読み出し対象を３ビット目に戻す（ステップＴ８）。

次に、すべての処理が終わったか否かの判定を行い（ステップＴ９）、すべての処理が終わっていない場合には、読み出しクロックＰｃｋを送出し（ステップＴ１０）、ステップＴ２に戻り、次のデータ読み出しを行う。すべての処理が終わった場合には、信号Ｓｆｔの送出を終了し（ステップＴ１１）、一連の処理を終了する。

（タイミング図による動作例の説明）
図１５は、読み出しを省略しない場合の出力端子Ｓｏｕｔに現れるデータの順番を示すタイミング図である。ここで、ｂ３・・・ｂ０は、４ビットあるカウンタユニットＣＵの各々のビットデータとし、この場合は、ｂ３を先頭とした順番でデータが出力端子Ｄｏｕｔから現れるものとする。

図１５に示すように、出力端子Ｓｏｕｔに現れるデータの各ビットには、識別のために図６の例と同様に［Ｍ列．Ｎ行．ｎビット目］と表記している。ここで、図１５に示すように、読み出しクロックＰｃｋ、ロード信号Ｌｄ、送出クロックＳｃｋの各信号を制御すると、Ｓｏｕｔでは最初に第０行の各列の３ビット目のデータが、次に２ビット目のデータが出力され、０ビット目まで出力される。そして、同様に第１行の各列の３ビット目のデータの出力がこれに続き、データが連なって出力される。

図１５では見易くするため各ビット目のデータの連なり同士の間に１データ分の隙間を表わしているが、実際にはこの隙間は不要である。また、図１５では最初のｂ３データを送り出すための読み出しクロックＰｃｋは省略されている。このようにして、基本的には放射線検出器１００に格納されている全ビットデータを読み出す。しかし、信号制御の方法を変えることで読み出されるデータの量と読み出し時間を減らすことができる。

図１６の例では、各カウンタユニットＣＵのデータビットｂ３の読み出しを省略する。そのために読み出しクロックＰｃｋとロード信号Ｌｄの信号制御を、図１５の例とは異なったパターンで行っている。ここでは、まず、データビットｂ３の送り出しのための読み出しクロックＰｃｋの直後に通常行うはずのデータビットｂ３のロードのためのロード信号Ｌｄ出力を省略する。そして、通常の２分の１のタイミングでデータビットｂ２の送り出しのための読み出しクロックＰｃｋを出力する。

つまり、読み出しを省略するデータビットのロード信号Ｌｄを省略し、それと同時に、直後の読み出しクロックＰｃｋの間隔を詰めている。このようにして、図１６で示すように出力端子Ｓｏｕｔから創出されるデータ並びの時間間隔を変えることなく読み出されるデータビット量を減らすことが可能になり、読み出しに要する時間を短縮することができる。

［第２実施形態］
（転写レジスタ）
図１７は、放射線検出器２００のイメージングセルおよび読み出しセルの構成を示すブロック図である。カウンタユニットＣＵは、シフトレジスタ６と転写シフトレジスタ７とを有している。シフトレジスタ６は、各データビットの並びを予め決められたテーブルに基づくパターンにしたがって再配置した上で転写シフトレジスタ７へデータを反映する。そして、転写シフトレジスタ７は、外部からの制御により、シフトレジスタ６に保管されているデータビットを反映させる。

［第３実施形態］
（ビット位置の再配置）
上記の実施形態では、シフトレジスタに記録されている所定のビット位置で読み出しを行うが、ビット位置を再配置して読み出してもよい。図１８は、シフトレジスタに記録されている所定のビット位置を示すテーブルの例である。図１８の例ではシフトレジスタ６のビット数を１６とし、上の行に、シフトレジスタ６に元々記録されているビットの位置が示され、下の行に、転写シフトレジスタ７に反映される際の、再配置されたビット位置が示されている。

図１９は、転写シフトレジスタに記録されている再配置されたビット位置を示すテーブルである。このテーブルを用いたビットの再配置による読み出しが有効であることを、以下に説明する。データの短縮を行わない場合、読み出しクロックＰｃｋの出力は全くの一定間隔となる。

図２０は、１６ビットの読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。図２０に示す例では、再配置を行わずに全データを読み出す。図２０には、各読み出しクロックＰｃｋの波形上に、出力されるビット位置を数字で示している。読み出しは、データビットｂ１５より始まり、データビットｂ０まで行われるものとする。

読み出しクロックＰｃｋが全てのカウンタユニットＣＵに分配されるためには、読み出しクロックＰｃｋは途中中継され増幅される必要がある。しかし、多数のカウンタユニットＣＵを備える検出器であるほど、カウンタユニットＣＵ自体のデバイスや、途中の回路布線自身の持つキャパシタンス等の影響により、読み出しクロックＰｃｋの分配が負担となってくる。

図２０は、この場合に読み出しクロックＰｃｋによる駆動を要する電流波形を読み出しクロックＰｃｋを出力するための回路電流Ｉｐｃｋの例を示す図である。図２１は、８ビットに短縮された読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。図２１に示す例では、図２０の読み出しを１６ビットから８ビットに短縮している。この場合、先頭の１６ビット目のデータビットｂ１５からの８個のデータビットが読み出されないため、読み出しクロックＰｃｋの間隔が短縮されている。

区間４１は、読み出されている区間の半分の区間である。そして、区間４１での回路電流Ｉｐｃｋについては、明らかに電流の密度が増加している。読み出しクロックＰｃｋを出力する回路は、このような高い密度の電流を要する区間４１に対応する必要があり、クロック出力にあたって負担となる。

一方、図２２は、再配置を行ない、８ビットに短縮された読み出しクロックと回路電流の例を示す図である。図２２に示す例では、図１８で示されたテーブルを適用し、同じように１６ビットから８ビットに読み出しを短縮している。図２２に示すビットの並びが、図１８のテーブルにおける下の行に示された順番で現れている。図２２の例では、ビットの並びを読み出しクロックＰｃｋの波形を示す数字を用いて再配置して表わしている。再配置においては、元の配置で隣り合う配置を隣り合わないように配置する。

図２２に示す例では、図２１に示す区間４１と同じ長さの区間４２では、回路電流Ｉｐｃｋの密度が区間４１の場合と較べて明らかに低くなっている。また、回路電流Ｉｐｃｋの分布全体を見ても、区間４２は区間４１と較べ極度に集中する部分がなく、明らかに読み出しクロックＰｃｋを作り出す回路の負担が少なくなる。このように、読み出しを行うビットの再配置を行うことにより、データの読み出しビット数を短縮する場合に、Ｐｃｋクロックの密度が高くなることによる電流負担の影響を軽減することが可能となる。

［第４実施形態］
（複数の出力端子）
図２３は、放射線検出器４００の構成を示すブロック図である。複数ビットを持つ送出レジスタ１３は、一連のシフトユニットＳＵの末端の端子３５および途中の端子３６の両方から出力する。図２３に示す例では、シフトユニットＳＵの数が８個とし、出力端子Ｓｏｕｔ＿ｋを一つ、左から４番目のシフトユニットＳＵの出力側に設置している。シフトユニットＳＵは、データを出力端子Ｓｏｕｔ＿ｋと端の出力端子Ｓｏｕｔの両方を用いてデータビットを読み出す。これにより、出力端子Ｓｏｕｔのみを使用した場合の半分の時間で読み出しができる。

［第５実施形態］
（迂回路）
上記の実施形態では、各カウンタユニットＣＵは、一つのカウンタユニットＣＵの出力端子Ｑｏｕｔが次のカウンタユニットＣＵの入力端子Ｑｉｎにつながるように接続されているが、一つのカウンタユニットＣＵの出力端子Ｑｏｕｔが、次のカウンタユニットＣＵの入力端子Ｑｉｎと、その次のカウンタユニットＣＵの入力端子Ｑｉｎにつなげるための迂回路３１に接続されていてもよい。図２４は、迂回路を有するデータ読み出し構造５１の構成を示すブロック図である。迂回路３１は、直列に入力および出力を相互に接続された複数のカウンタユニットＣＵのうちの特定のカウンタユニットＣＵをデータ読み出し構造１１から外す構成を有している。迂回選択回路３２は、迂回路３１の選択の有無を決定する。

データ読み出し構造１１内部で、特定のカウンタユニットＣＵが動作不具合を起こしていると、そのカウンタユニットＣＵが属するデータ読み出し構造１１全体のデータ読み出しが行えなくなる。そこで、迂回路３１を設け、不具合の発生時に接続端子３３からの指示（選択回路を動作させる手段）により迂回選択回路３２で迂回路３１を選択することで、動作不具合を起こしているカウンタユニットＣＵを迂回し、動作不具合を起こしていない他のカウンタユニットＣＵのデータを読み出すことが可能となる。

１ イメージングセル
２ バイアス電位の供給源
３ フォトダイオード
４ 読み出しセル
５ デジタル化回路
６ シフトレジスタ
７ 転写シフトレジスタ
１１ データ読み出し構造
１２ 接続端子
１３ 送出レジスタ
１４ 取り込み回路（ロード切替部）
１５ ビットレジスタ
２１ 増幅器
２２ 波高弁別器
３１ 迂回路
３２ 迂回選択回路
３３ 接続端子
３５ 末端の端子
３６ 途中の端子
４１ 所定配置のときの読み出されている区間の半分の区間
４２ 再配置したときの区間４１相当の区間
５１ データ読み出し構造
１００、２００、４００ 放射線検出器
ＣＵ カウンタユニット
Ｄｏｕｔ 出力端子
Ｉｐｃｋ 回路電流
Ｌｄ ロード信号
Ｐｃｋ 読み出しクロック
Ｐｃｋｓ カウンタユニットＣＵ個別の読み出しクロック
Ｑｉｎ 入力端子
Ｑｏｕｔ 出力端子
Ｓｃｋ 送出クロック
Ｓｆｔ 信号
Ｓｏｕｔ 出力端子
ＳＵ シフトユニット

Claims (11)

1. シングル・フォトン・カウンティング方式の複数のイメージングセルを有する放射線検出器であって、
   放射線の強度に応じて検出信号を発生させるイメージングセルと、
   前記検出信号をデジタル化するデジタル化回路と、
   前記デジタル化された検出信号を計数し、データビットとして保管するデータ読み出し構造と、
   第１のクロックに従ったデータシフトで前記データ読み出し構造から出力されたデータビットのうち所定のデータビットの入力を制限し、前記制限の結果、入力されたデータビットを保管し、第２のクロックに従ったデータシフトで前記保管されたデータビットを送り出す送出レジスタと、を備えることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記データ読み出し構造を構成する複数のカウンタユニットは、外部からの制御により、内部のシフトレジスタの接続をデータ記録と読み出しで切り替えることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記送出レジスタは、前記データビットの入力の制御により下位桁側のデータビットの出力を制限することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。
4. 前記送出レジスタは、前記データビットの入力の制御により上位桁側のデータビットの出力を制限することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線検出器。
5. 前記送出レジスタは、外部から受けたロード信号に応じて前記データ読み出し構造から出力された所定のデータビットについて出力の可不可を切り替えるロード切替部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線検出器。
6. 前記イメージングセルは、逆バイアス電圧を印加され、放射線の入射に対して電流信号を発生させるフォトダイオードを有し、
   前記デジタル化回路は、前記フォトダイオードで生じた電流信号に基づく入力信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅された信号に基づく出力信号を弁別する波高弁別器と、を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射線検出器。
7. 前記送出レジスタは、前記データ読み出し構造と同数のシフトユニットを有し、前記データ読み出し構造の出力が各シフトユニットに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射線検出器。
8. 前記送出レジスタは、一連のシフトユニットの末端および途中の両方から出力することを特徴とする請求項７記載の放射線検出器。
9. 前記データ読み出し構造を構成する複数のカウンタユニットは、前記データビットを保管するシフトレジスタと、外部からの制御により、前記シフトレジスタに保管されているデータビットを反映させる転写シフトレジスタと、を有していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射線検出器。
10. 前記シフトレジスタは、前記各データビットの並びを予め決められたテーブルに基づくパターンにしたがって再配置した上で前記転写シフトレジスタへデータを反映することを特徴とする請求項９記載の放射線検出器。
11. 直列に入力および出力を相互に接続された前記データ読み出し構造を構成する複数のカウンタユニットのうちの特定のカウンタユニットを前記データ読み出し構造から外すための迂回路と、
    前記迂回路の選択の有無を決定する迂回選択回路と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放射線検出器。

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