JPH0326980A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は医療、材料あるいは装置の非破壊検査装置等の
各種分野に利用可能な放射線検出装置に関し、さらに詳
しくは、フォトン計数方式に基づく放射線検出装置に関
する。

く従来の技術〉 放射線フォトンがＣｄＴｅ等の半導体放射線検出器に入
射すると、検出器内に電子一ホール対が生戒される．こ
の電子一ホール対が検出器に設けられた電極に向かって
移動することによってパルス状の電荷が発生することに
なる。その電荷パルスは、第３図に示すように、電荷増
幅器１に導かれその帰還容量ＣＦに充電され電圧に変換
される。

この電圧パルス数を計数することにより放射線線量を測
定することができる。この方式は放射線フォトン計数方
弐と称され、積分方式に比して特に放射線強度の低い領
域で高感度の測定が可能である特徴がある． 〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上述の放射線フォトン計数方弐に基づく放射
線検出装置においては、測定可能な放射線強度は、検出
器の原理的な検出速度の限界により決まるのではなく、
実際には電荷増幅器の帰還回路の時定数Ｒ　Ｆ　Ｃ　ｒ
により決定される。すなわち検出器に入射する放射線の
強度が低く、放射線フォトンの時間間隔が、上記の時定
数ＲＦＣＦに比して充分に長い場合には、第４図（ａ）
に示すように、！荷増幅器の帰還容量に充電された電荷
は順次放電され、電荷増幅器は連続的に動作するが、入
射放射線の強度が高く、入射フォトンの時間間隔が時定
数Ｒ　ｙ　Ｃ　Ｆに比して短い場合には、電荷が放電さ
れないうちに次の放射線フォトンが入射するため、同図
（ｂ）に示すようにー、電荷増幅器の出力電圧は時間と
ともに増大し、ついには飽和して動作しなくことがある
。

ここで、電荷増幅器の帰還抵抗Ｒｙを小さくして時定数
Ｒ　ｒ　Ｃ　ｒを小さくすれば、高強度の放射線フォト
ンの計数を連続的に行うことが可能になるものの、この
場合、検出器からの電荷パルスが電荷増幅器の帰還容量
に充分に充電されないうちに電荷が放電される割合が大
きくなり、結果として電荷増幅器の出力信号の積分値が
減少してエネルギ分解能が低下する。

本発明の目的は、高強度の放射線を、高エネルギ分解能
で検出することのできる、放射線フォトン計数方式に基
づく放射線検出装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達或するために、本発明では、放射線フォ
トン計数方式の放射線検出装置に、各電荷増幅器の出力
を基準電圧レベルと比較し、少なくとも一個の電荷増幅
器の出力が上記のレベルに達した時点で、全ての電荷増
幅器の帰還容量に蓄えられた電荷を放電させる回路手段
を付加している。

〈作用〉 基準電圧レベルを、電荷増幅器の飽和電圧以下に設定す
ることより、各検出器に接続された電荷増幅器のいずれ
か一つの電荷増幅器の出力がその基準電圧レベル達した
時点で、全ての電荷増幅器が強制的にリセットされ、検
出すべき放射線の強度が強くても、電荷増幅器が飽和す
ることがなくなる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の回路構或図であって、一次放射
線検出器アレイに本発明を適用した例を示す． この実施例においては、１個の放射線検出器Ｓに対し、
第３図に示した従来回路と同等の電荷増幅器１に加えて
、３個のスイッチＳＷＩ．ＳＷ２，ＳＷ３、インバータ
２およびコンバレータ３を設けている。さらに各コンパ
レータ３の出力信号を入力するＮＯＲ回路４を設けてい
る。

電荷増幅器１の出力端の電圧信号は、アナログスイッチ
ＳＷ２を介して、従来と同様の波形整形回路に入力され
ると同時に、コンバレータ３に入力され、後述する基準
電圧Ｖｒｅｆと比較される。

コンパレータ３後段のＮＯＲ回路４は、電荷増幅器１・
・・１のいずれか一つの電圧信号が、基準電圧Ｖｒｅｆ
を越えた時点で作動し、その出力信号がリセットバスル
発生回路へと導かれる． リセソトバスル発生回路は、単安定マルチバイプレーク
を基本として構威される公知の回路であって、ＮＯＲ回
路４の出力信号に従ってパルス信号を発生ずる。このリ
セットバスル発生回路からのパルス信号は、各電荷増幅
器１に並列に接続されたスイッチＳＷＩ、各電荷増幅器
１の出力側に接続されたスイッチＳＷ２およびＳＷ３の
各作動入力へとそれぞれ導かれる。

各スイッチは、並列に接続したｐＭＯｓＦＥＴおよびｎ
ＭＯｓＦＥＴと、共通のインバータ２からなるアナログ
スイッチであって、スイッチＳＷＩおよびＳＷ３は常時
は「開」、リセットバスル発生回路からのパルス信号に
従って「閉」となり、また、スイッチＳＷ２は常時は「
閉」、リセットパルス発生回路からのパルス信号に従っ
て「開」となる。

以上の回路横或において、電荷増幅器１の増幅器本体Ａ
はＭＯＳＦＥＴのみで構威されており、その帰還回路の
抵抗Ｒ，はｐｏｌｙｓｉ，容量ＣＦは２層ｐｏｌｙｓｉ
構造により作威されている。また、インバータ２、コン
バレータ３およびＮＯＲ回路４もＭＯＳＦＥＴを用いた
構造となっており、電荷増幅Ｈ１からＮＯＲ回路４まで
の全ての回路を、ＭＯＳ集積回路製造プロセスにより１
チップ内に集積化することが可能である。

第２図は本発明実施例の構造図である．基板２０上に複
数個の放射線検出器Ｓ・・・Ｓが一次元に配列されてい
る．この基板２０の破線により囲まれる部分には、第１
図に示した、電荷増幅器１およびスイッチＳＷＩが形威
された電荷増幅部２０ａ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３から
なるゲート回路部２０ｂ、ならびに、公知の波形整形回
路、波高弁別回路およびパルスカウンタが形或されたデ
ィジタル部２０ｃが、各検出器Ｓ・・・Ｓに対応してそ
れぞれ設けられており、さらにコンバレータ３およびＮ
ＯＲ回路４からなる出力電圧検出部２０ｄが設けられて
いる．この回路部分と各検出器Ｓ・・・Ｓとは、例えば
ワイヤボンディング法により接続されている。

ところで、電荷増幅器１の帰還抵抗であるｐｏｌｙＳｔ
は製作の再現性が悪く、ばらつきが大きいため、その抵
抗値をＩＯＯＭΩ程度に設定する。このオーダに設定す
ることにより、抵抗値が一桁程度変化しても回路の動作
が保証される．例えば、放射線検出素子としてＣｄＴｅ
を使用し、２００■のバイアス電圧を印加したときのリ
ーク電流が１ｎＡとすると、オフセットによる出力電圧
は、ｏ．ｉｖである．抵抗ＲＦの値が、ＩＯＭΩからＩ
ＧΩまで一桁ばらつくとすると、出力電圧の変化はｏ．
ｏ　ｉ　ｖから１ｖであり、出力電圧範囲が±３ｖ程度
であれば電荷増幅器の動作は保証される．ただし、抵抗
Ｒ２の値が小さくなると、検出器からの電荷が容量ＣＦ
に完全に充電されないうちに放電する割合が大きくなる
．すなわち電荷増幅器の出力電圧が小さいため、波形整
形回路の後段の波高弁別回路に設定する基準電圧信号■
ア、を調整する必要がある。実際には、ρｏｌｙ　Ｓ　
ｉ抵抗の値をモニタにより測定し、その測定値に応じて
基準電圧信号ＶＴＮを選定する． 一方、電荷増幅器１の帰還容量ＣＦは０．１ｐＦに設定
している。これにより電荷増幅器１の帰還回路の時定数
Ｒ，ＣＦは１０μｓｅｃ程度となる。従ってこの電荷増
幅器では、放射線パルスがｉμｓｅｃオーダの間隔で検
出器に入射すると、帰還容ｉｔ　Ｃ　Ｆに充電される電
荷を放電しきれないため出力電圧の飽和が起こり、動作
しなくなる． 次に、第１図に示した回路の動作を説明する。

放射線検出器Ｓに放射線が連続的に入射すると、電荷増
幅器１の帰還容量ＣＦには放射線検出器Ｓからの電荷が
充電され、増幅器１の出力電圧は上昇する．この電荷増
幅器１の出力電圧は、常にコンパレータ３により基準電
圧Ｖｒｅｆと比較されており、出力電圧が基準電圧Ｖｒ
ｅｆを越えた時点で、スイッチＳＷＩリセットパルス信
号が供給される。

このパルス信号によりスイッチＳＷＩは瞬時にオンとな
り、帰還容量ＣＦに充電されている電荷が放電される．
　このとき同時に、スイッチＳＷ２，ＳＷ３にもパルス
信号が供給され、スイッチＳＷ２がオフ、スイッチＳＷ
３がオンとなることにより、電荷増幅器１と、次段の波
形整形回路とは電気的に切り離され、波形整形回路の入
力端はグランドに接続される。これにより、電荷増幅器
１のリセットに伴うノイズ等による放射線フォトンの数
え誤りを防止できる。

なお、スイッチＳＷＩがオンのときの帰還回路の時定数
は、帰還容量ＣＦとスイッチＳＷＩによる抵抗との積に
よって決まる。スイッチＳＷＩによる抵抗値は数ＫΩ程
度に容易に設定できることから、その時定数は数ｎ　ｓ
ｅｃ程度とすることができる． ここで、コンパレータ３に設定する基準電圧Ｖｒｅｆは
電荷増幅器１の飽和電圧以下であればよく、その設定値
を小さくするほど、エネルギ分解能は向上する。すなわ
ち、基準電圧Ｖｒｅｆを小さくするに従いリセット回数
は増加するものの、電荷増幅器１の出力振幅範囲は狭く
なる。これにより、電荷増加器１はその入出力特性が線
形になる範囲で動作し、エネルギ分解能が向上する。

なお、以上の実施例の回路構或に加えて、所定時間間隔
ごとに電荷増幅器１をリセットする回路手段を設けても
よい。この場合、検出器アレイ走査の一画素ごとにリセ
ットすることが望ましい。

以上は、本発明を一次放射線検出器アレイに適用した例
について説明したが、本発明は二次放射線検出器アレイ
に適用可能であることは勿論である． 〈発明の効果〉 本発明によれば、一次元もしくは二次元に配列された放
射線検出器からの電荷パルスを電圧パルスに変換する各
電荷増幅器の出力を検出し、その増幅器の少なくとも一
つの出力が基準電圧レベルに達した時点で、全ての電荷
増幅器をリセットするよう構威したから、検出すべき放
射線が高強度であっても、その放射線フォトンの連続的
な計数が可能となり、従来の放射線フォトン計数方式に
基づく装置に比して高強度の放射線を検出できる．すな
わち、従来の装置よりも短時間で放射ｉ画像を得ること
が可能となる．このことは、本発明を例えば医用ｘｌ診
断装置に適用した場合、その測定時間を飛躍的に短縮で
き、被検者の苦痛を緩和することができる。

また、基準電圧レベルを適宜に選定することにより、電
荷増加器を入出力特性が線形になる範囲で動作させるこ
とが可能になり、エネルギ分解能の向上をはかることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の回路構戒図、第２図は本発明実
施例の構造を示す図である。 第３図は従来の電荷増幅器の回路構或を示す図、第４図
は従来の放射線フオトン計数方式に基づく放射線検出装
置の問題点を説明するための図である． １　・　・ ２　・　・ ３　・　・ ４　・　・ Ｓ　・　・ Ｒ，・　・ ＣＦ・　・ ＳＷＩ， ・電荷増幅器 ・インバータ ・コンパレータ ・ＮＡＤ回路 ・放射線検出器 ・帰還抵抗 ・帰還容量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続的に配列された複数の半導体検出器と、その各検出
   器からの電荷パルスをそれぞれ入力する電荷増幅器を備
   えた装置において、上記各電荷増幅器の出力を基準電圧
   レベルと比較し、少なくとも一個の電荷増幅器の出力が
   上記レベルに達した時点で、全ての電荷増幅器の帰還容
   量に蓄えられた電荷を放電させる回路手段を付加したこ
   とを特徴とする、放射線検出装置。