JPH0943358A

JPH0943358A - 放射線検出装置

Info

Publication number: JPH0943358A
Application number: JP7193148A
Authority: JP
Inventors: Susumu Adachi; 晋足立
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】接続用の配線構造の簡略化や部品点数の削減を
図る。【解決手段】放射線検出素子２ａ〜２ｉを線状もしくは
面状に配列してなる放射線検出器２と、放射線検出素子
２ａ〜２ｉそれぞれに接続されて各放射線検出素子２ａ
〜２ｉが出力する放射線検出信号Ｓを時分割転送する電
荷転送路３ａ〜３ｃと、電荷転送路３ａ〜３ｃが時分割
転送した放射線検出信号Ｓを取り出すマルチプレクサ６
とを備えて、放射線検出信号Ｓの搬送構造を簡略化した
放射線検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医用Ｘ線撮像装置
や産業用非破壊検査装置に用いられる放射線検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、医用Ｘ線撮像装置や産業用非
破壊検査装置に用いられる放射線検出装置として、図４
に示すものがある。この放射線検出装置５０は、テルル
化カドミウム（ＣｄＴｅ）化合物半導体に放射線が入射
すると弱電流信号を発生させるという特性を利用したも
のであって、このようなＣｄＴｅ化合物半導体からなる
放射線検出素子５１ａ〜５１ｎをシリコン基板（図示省
略）上にマトリクス状に配設してなる放射線検出器５１
と、各放射線検出素子５１ａ〜５１ｎにメタル配線５３
を介してそれぞれ接続された電荷感応型の増幅器５２ａ
〜５２ｎと、各増幅器５２ａ〜５２ｎに接続されたコン
パレータ５４ａ〜５４ｎと、各コンパレータ５４ａ〜５
４ｎに接続されたカウンタ５５ａ〜５５ｎとを備えてい
る。

【０００３】この放射線検出装置５０は、放射線が各放
射線検出素子５１ａ〜５１ｎに入射されることによって
各放射線検出素子５１ａ〜５１ｎから出力される放射線
検出信号Ｓを増幅器５２ａ〜５２ｎで増幅したのち、コ
ンパレータ５４ａ〜５４ｎで閾値と比較する。そして、
放射線検出信号Ｓが閾値より大きい場合は各放射線検出
素子５１ａ〜５１ｎに放射線が入射されたと判断して、
コンパレータ５４ａ〜５４ｎからパルス信号Ｐを出力す
る。カウンタ５５ａ〜５５ｎは各コンパレータ５４ａ〜
５４ｎから出力されるパルス信号Ｐをカウントすること
により、各放射線検出素子５１ａ〜５１ｎに入射した放
射線の強度を測定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
放射線検出装置においては、メタル配線５３の引き回しが困難である、増幅器５２ａ〜５２ｎに入りこむ浮遊容量が大きなも
のとなる、放射線検出器５１が出力する放射線検出信号Ｓを信号
処理するのに要する部品点数の削減が困難である、とい
う問題があった。

【０００５】以下、その理由を説明する。

【０００６】の理由この種の放射線検出装置においては、検出精度を高める
ためには、放射線検出器５１を構成する放射線検出素子
５１ａ〜５１ｎを微細化して、かつその数を可及的に増
大させる必要がある。しかしながら、そうすると、各放
射線検出素子５１ａ〜５１ｎから放射線検出信号Ｓを取
り出すメタル配線５３の数も増大して、放射線検出素子
５１ａ〜５１ｎが搭載されたシリコン基板等においてそ
の引き回しが困難になった。そして、このことにより、
放射線検出素子５１ａ〜５１ｎの配設数が制限された
り、反対に放射線検出器５１を搭載するシリコン基板が
大型化していた。

【０００７】の理由上記の理由によりメタル配線５３の数が増大すると、
メタル配線５３どうしが互いに近接した状態で配設され
る距離が長くなり、そのために、メタル配線５３の間に
発生して各増幅器５２ａ〜５２ｎに入りこむ浮遊容量が
増大していた。

【０００８】このような浮遊容量の増大は、増幅器５２
ａ〜５２ｎ以降の信号処理回路の信号処理時間を遅くす
るうえに、ノイズとなってＳ／Ｎ比を低下させるので、
都合の悪いものであった。

【０００９】の理由増幅器５２ａ〜５２ｎやコンパレータ５４ａ〜５４ｎは
各放射線検出素子５１ａ〜５１ｎに対して１対１に対応
して設けられており、放射線検出素子５１ａ〜５１ｎの
数が増大すれば、それに応じてこれら部品の数も増大せ
ざるを得ない。

【００１０】このような部品の増大は、放射線検出装置
の製造コストを押し上げるうえに、装置の小型化の妨げ
になり、都合の悪いものであった。

【００１１】したがって、本発明においては、接続用の
配線構造の簡略化や部品点数の削減を図ることを目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明においては、放射線検出素子を線状も
しくは面状に配列してなる放射線検出器と、前記放射線
検出素子それぞれに接続されて各放射線検出素子が出力
する放射線検出信号を時分割転送する電荷転送路と、電
荷転送路が時分割転送した放射線検出信号を取り出す信
号取り出し手段とを備えて放射線検出器を構成した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１および図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施の形態である放射線検出装置１の構成図であ
り、図２は、その要部の構造を示す拡大図である。

【００１４】この放射線検出装置１はＣｄＴｅ化合物半
導体からなる放射線検出素子２ａ〜２ｉをマトリクス状
（図１では３×３のマトリクス状）に配設してなる放射
線検出器２と、各放射線検出素子２ａ〜２ｉから放射線
検出信号Ｓを取り出して時分割転送する電荷転送路３ａ
〜３ｃと、電荷転送路３ａ〜３ｃによって取り出された
放射線検出信号Ｓを増幅する電荷感応型の増幅器４ａ〜
４ｃと、各増幅器４ａ〜４ｃに接続されたコンパレータ
５ａ〜５ｃと、各コンパレータ５ａ〜５ｃが出力する時
分割信号状態のパルス信号Ｐから各パルス信号Ｐを取り
出すマルチプレクサ６と、各放射線検出素子２ａ〜２ｉ
に１対１に対応して設けられ、マルチプレクサ６が取り
出したパルス信号Ｐの数をカウントするカウンタ７ａ〜
７ｉと、装置全体を制御する制御部７とを備えている。

【００１５】次に、放射線検出器２および電荷転送路３
ａ〜３ｃの構造、さらには、これらの接続構造を図２に
基づいて説明する。なお、図１においては、図示の都合
上、電荷転送路３ａ〜３ｃと放射線検出器２とを図２と
は上下を逆にして表示しているが、通常は図２の状態と
なっている。

【００１６】放射線検出器２はテルル化カドミウム（Ｃ
ｄＴｅ）基板１０の一方の面に共通電極１１を形成する
一方、他方の面に各放射線検出素子２ａ〜２ｉに対応し
た取り出し電極１２ａ〜１２ｉを形成して構成されてい
る。これに対して電荷転送路３ａ〜３ｃはシリコン基板
１３上に並列形成した複数の電荷転送ブロック３ａ₁〜
３ａ₉、３ｂ₁〜３ｂ₉、および３ｃ₁〜３ｃ₉からなって
いる。各電荷転送ブロック３ａ₁〜３ａ₉、３ｂ₁〜３
ｂ₉、３ｃ₁〜３ｃ₉は、例えば、ＭＯＳ型半導体から構
成されており、これら電荷転送ブロック３ａ₁〜３ａ₉、
３ｂ₁〜３ｂ₉、３ｃ₁〜３ｃ₉は、放射線が入射されると
電荷を発生させるとともに、発生させた電荷、すなわ
ち、放射線検出信号Ｓを、並列方向に隣接する電荷転送
ブロック３ａ₁〜３ａ₉、３ｂ₁〜３ｂ₉、３ｃ₁〜３ｃ₉に
転送する機能を有している。この機能はＣＣＤ等におい
て採用されている技術と同様の技術を基にした機能であ
る。

【００１７】そして、マトリクス状態の電荷転送素子２
ａ〜２ｉの１ラインを構成する３個の取り出し電極１２
ａ〜１２ｃに対して９個の電荷転送ブロック３ａ₁〜３
ａ₉が配設されており、したがって、電荷転送ブロック
３ａ₁〜３ａ₉は２つおきに取り出し電極１２ａ〜１２ｃ
に接続されている。つまり、電荷転送ブロック３ａ₁、
３ａ₄、３ａ₇が取り出し電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃに
それぞれ接続されている。これらの接続は例えば半田バ
ンプ１４を介して行われている。

【００１８】同様に、図示はしないが、マトリクス状態
の電荷転送素子２ａ〜２ｉの１ラインを構成する取り出
し電極１２ｄ〜１２ｆ（１２ｇ〜１２ｉ）に対して電荷
転送ブロック３ｂ₁ 〜３ｂ₉ （３ｃ₁ 〜３ｃ₉ ）が配設
されており、したがって、電荷転送ブロック３ｂ₁〜３
ｂ₉（３ｃ₁〜３ｃ₉）は２つおきに取り出し電極１２ｄ
〜１２ｆ（１２ｇ〜１２ｉ）に接続されている。つま
り、電荷転送ブロック３ｂ₁、３ｂ₄、３ｂ₇（３ｃ₁、３
ｃ₄、３ｃ₇）が取り出し電極１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ
（１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）に接続されている。

【００１９】このように、この放射線検出装置１では、
各電荷転送路３ａ〜３ｃに対して、放射線検出器２を構
成するマトリクス１ライン分の放射線検出素子（２ａ〜
２ｃ），（２ｄ〜２ｆ），（２ｇ〜２ｉ）が接続されて
いる。

【００２０】なお、図２では、図示の都合上、取り出し
電極１２ａ、１２ｂと、電荷転送路３ａの一部だけを表
示しているが、他の部分も図２と同様であるのはいうま
でもない。

【００２１】次に、この放射線検出装置１の特徴となる
放射線検出信号Ｓの転送動作を図３を基にして説明す
る。なお、図３では、電荷伝送路３ａにおける放射線検
出信号Ｓの転送動作を図示しているが、他の電荷伝送路
３ｂ、３ｃにおいても同様の動作となるのはいうまでも
ない。

【００２２】まず、図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ₁
において、放射線検出素子２ａに放射線が入射して、こ
の放射線検出器素子２ａから放射線検出信号Ｓ１₁が出
力されると、放射線検出信号Ｓ１₁は電荷伝送ブロック
３ａ₁に入力される。

【００２３】図３（ｂ）に示すように、時刻Ｔ₁から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₂になると、各電荷伝送ブ
ロック３ａ₁〜３ａ₉に蓄積されている電荷、すなわち、
放射線検出信号Ｓが図中右方向に１ブロック分シフトさ
れるので、放射線検出信号Ｓ１₁は電荷転送ブロック３
ａ₂に移動する。また、時刻Ｔ₂においては、放射線検出
素子２ｃに放射線が入射して、この放射線検出器素子２
ｃから放射線検出信号Ｓ３₀が出力されており、放射線
検出信号Ｓ３₀は電荷伝送ブロック３ａ₇に入力される。

【００２４】図３（ｃ）に示すように、時刻Ｔ₂から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₃になると、放射線検出信
号Ｓ１₁は電荷転送ブロック３ａ₃に、放射線検出信号Ｓ
３₀は電荷転送ブロック３ａ₈にそれぞれ移動する。ま
た、時刻Ｔ₃においては、放射線検出素子２ｂに放射線
が入射して、放射線検出器素子２ｂから放射線検出信号
Ｓ２₁が出力されており、この放射線検出信号Ｓ２₁は電
荷伝送ブロック３ａ₄に入力される。

【００２５】図３（ｄ）に示すように、時刻Ｔ₃から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₄になると、放射線検出信
号Ｓ１₁は電荷転送ブロック３ａ₄に、放射線検出信号Ｓ
２₁は電荷転送ブロック３ａ₅に、放射線検出信号Ｓ３₀
は電荷転送ブロック３ａ₉にそれぞれ移動する。また、
時刻Ｔ₄においては、放射線検出素子２ａに放射線が入
射して、放射線検出器素子２ａから放射線検出信号Ｓ１
₂が出力されており、この放射線検出信号Ｓ１₂は電荷伝
送ブロック３ａ₁に入力される。

【００２６】図３（ｅ）に示すように、時刻Ｔ₄から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₅になると、前時刻Ｔ₄にお
いて電荷転送路２ａの転送終端である電荷転送ブロック
３ａ₉に位置していた放射線検出信号Ｓ３₀は電荷転送ブ
ロック３ａ₉から外部、すなわち、増幅器４ａに出力さ
れる。また、放射線検出信号Ｓ１₁は電荷転送ブロック
３ａ₅に、放射線検出信号Ｓ２₁は電荷転送ブロック３ａ
₆に、放射線検出信号Ｓ１₂は電荷転送ブロック３ａ₂に
それぞれ移動する。また、時刻Ｔ₅においては、放射線
検出素子２ｃに放射線が入射して、放射線検出器素子２
ｃから放射線検出信号Ｓ３₁が出力されており、この放
射線検出信号Ｓ３₁は電荷伝送ブロック３ａ₇に入力され
る。

【００２７】図３（ｆ）に示すように、時刻Ｔ₅から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₆になると、放射線検出信
号Ｓ１₁は電荷転送ブロック３ａ₆に、放射線検出信号Ｓ
２₁は電荷転送ブロック３ａ₇に、放射線検出信号Ｓ３₁
は電荷転送ブロック３ａ₈に、放射線検出信号Ｓ１₂は電
荷転送ブロック３ａ₃にそれぞれ移動する。また、時刻
Ｔ₆においては、放射線検出素子２ｂに放射線が入射し
て、放射線検出器素子２ｂから放射線検出信号Ｓ２₂が
出力されており、この放射線検出信号Ｓ２₂は電荷伝送
ブロック３ａ₄に入力される。

【００２８】図３（ｇ）に示すように、時刻Ｔ₆から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₇になると、放射線検出信
号Ｓ１₁は電荷転送ブロック３ａ₇に、放射線検出信号Ｓ
２₁は電荷転送ブロック３ａ₈に、放射線検出信号Ｓ３₁
は電荷転送ブロック３ａ₉に、放射線検出信号Ｓ１₂は電
荷転送ブロック３ａ₄に、放射線検出信号Ｓ２₂は電荷転
送ブロック３ａ₅にそれぞれ移動する。また、時刻Ｔ₇に
おいては、放射線検出素子２ａに放射線が入射して、放
射線検出器素子２ａから放射線検出信号Ｓ１₃が出力さ
れており、この放射線検出信号Ｓ１₃は電荷伝送ブロッ
ク３ａ₁に入力される。

【００２９】図３（ｈ）に示すように、時刻Ｔ₇から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₈になると、前時刻Ｔ₇にお
いて電荷転送ブロック３ａ₉に位置していた放射線検出
信号Ｓ３₁は電荷転送ブロック３ａ₉から外部、すなわ
ち、増幅器４ａに出力される。また、放射線検出信号Ｓ
１₁は電荷転送ブロック３ａ₈に、放射線検出信号Ｓ２₁
は電荷転送ブロック３ａ₉に、放射線検出信号Ｓ１₂は電
荷転送ブロック３ａ₅に、放射線検出信号Ｓ２₂は電荷転
送ブロック３ａ₆に、放射線検出信号Ｓ１₃は電荷転送ブ
ロック３ａ₂にそれぞれ移動する。また、時刻Ｔ₈におい
ては、放射線検出素子２ｃに放射線が入射して、放射線
検出器素子２ｃから放射線検出信号Ｓ３_２が出力されて
おり、この放射線検出信号Ｓ３_２は電荷伝送ブロック３
ａ₇に入力される。

【００３０】図３（ｉ）に示すように、時刻Ｔ₈から所
定時間αだけ経過した時刻Ｔ₉になると、前時刻Ｔ₈にお
いて電荷転送ブロック３ａ₉に位置していた放射線検出
信号Ｓ２₁は電荷転送ブロック３ａ₉から外部、すなわ
ち、増幅器４ａに出力される。また、放射線検出信号Ｓ
１₁は電荷転送ブロック３ａ₉に、放射線検出信号Ｓ１₂
は電荷転送ブロック３ａ₆に、放射線検出信号Ｓ２₂は電
荷転送ブロック３ａ₇に、放射線検出信号Ｓ３₂は電荷転
送ブロック３ａ₈に、放射線検出信号Ｓ１₃は電荷転送ブ
ロック３ａ₃にそれぞれ移動する。また、時刻Ｔ₉におい
ては、放射線検出素子２ｂに放射線が入射して、放射線
検出器素子２ｂから放射線検出信号Ｓ２₃が出力されて
おり、この放射線検出信号Ｓ２₃は電荷伝送ブロック３
ａ₄に入力される。

【００３１】このような動作を順次繰り返すことで、電
荷転送路３ａ，３ｂ，３ｃに入力された放射線検出信号
Ｓは各電荷転送路３ａ〜３ｃの終端位置から時分割状態
で増幅器４ａ〜４ｃに出力される。

【００３２】電荷転送路３ａ〜３ｃから出力された放射
線検出信号Ｓは増幅器４ａ〜４ｃで増幅されたのち、コ
ンパレータ５ａ〜５ｃに入力される。コンパレータ５ａ
〜５ｃでは、入力された放射線検出信号Ｓを閾値と比較
し、放射線検出信号Ｓが閾値より大きい場合だけパルス
信号Ｐを出力する。コンパレータ５ａ〜５ｃは、このよ
うな操作をすることで、放射線検出信号Ｓをパルス信号
Ｐ、すなわち、”０”,”１”のデジタル信号に変換し
て、マルチプレクサ６に入力している。

【００３３】パルス信号Ｐを入力されたマルチプレクサ
６では、時分割状態に入力されるパルス信号（デジタル
化放射線検出信号）Ｐの出力先を切り替えており、これ
によってパルス信号Ｐは各カウンタ７ａ〜７ｉに振り分
けられる。マルチプレクサ６によって振り分けられて各
カウンタ７ａ〜７ｉに入力されるパルス信号Ｐは、その
カウンタ７ａ〜７ｉに対応する放射線検出素子２ａ〜２
ｉが出力した放射線検出信号Ｓに対応したものであるの
で、各カウンタ７ａ〜７ｉに入力されるパルス信号Ｐの
数をカウントすることで、対応する放射線検出素子２ａ
〜２ｉに入力された放射線の入力数、すなわち、放射線
の強度が計測される。

【００３４】このように、上述した放射線検出装置１で
は、増幅器４ａ〜４ｃやコンパレータ５ａ〜５ｃは各放
射線検出素子２ａ〜２ｉに対して１対１に対応して設け
られたものではなく、電荷転送路３ａ〜３ｃに対して１
対１に対応して設けられている。そのため、これら増幅
器４ａ〜４ｃ、コンパレータ５ａ〜５ｃは電荷転送路３
ａ〜３ｃの数だけ配置すればよく、各放射線検出素子２
ａ〜２ｉに対して１対１に対応して設けた場合に比べ
て、部品点数が削減されている。

【００３５】さらには、この種の放射線検出装置におい
ては、従来例で述べたごとく、検出精度を高めるために
はなるべく放射線検出素子数を増大させる必要がある。
この場合、放射線検出器２と後段の信号処理回路、具体
的には増幅器４ａ〜４ｃとを接続するメタル配線の引き
回しが問題となる。ところが、この放射線検出装置１で
は、増幅器４ａ〜４ｃと放射線検出器２とは、放射線検
出器２を構成する放射線検出素子２ａ〜２ｉのマトリク
ス一ライン毎に設けられれた電荷転送路２ａ〜２ｃを介
して接続されている。そのため、増幅器４ａ〜４ｃは対
応する電荷転送路２ａ〜２ｃに接続するだけで放射線検
出器２に接続でき、その分、増幅器４ａ〜４ｃと放射線
検出器２とを接続するメタル配線（図１において符号１
４で表示）の数が減少するとともに、構造上、その引き
回しが容易となっている。そのうえ、メタル配線１４の
引き回しが容易とになるので、放射線検出器２の大型化
を招くことなくメタル配線１４間の離間距離を十分取る
ことができるようになって、メタル配線１４で発生する
浮遊容量が抑えられている。

【００３６】ところで、上記実施の形態においては、増
幅器４ａ〜４ｃとコンパレータ５ａ〜５ｃとを直接接続
していたが、これらの間にもう一つ増幅器を設けて複数
段の増幅器構造としてもよいし、さらには、これらの間
にフィイルタを設けてノイズ成分の除去を行ってもよ
い。

【００３７】さらにまた、上記した実施の形態において
は、各放射線検出信号Ｓに対して一つのコンパレータを
配置することで各放射線検出信号Ｓの波高弁別を行い、
これによって入射する放射線の強度を測定していたが、
各放射線検出信号Ｓに対して複数のコンパレータを配置
し、各コンパレータでレベルの異なる閾値を設定して放
射線検出信号Ｓと比較することで、放射線検出信号Ｓの
エネルギー弁別を行って入射する放射線のエネルギー強
さを測定するようにしてもよい。

【００３８】また、上述の実施の形態においては、放射
線検出素子２ａ〜２ｉを３×３のマトリクス状に配設し
てなる放射線検出器２を備えた放射線検出装置１におい
て、本発明を実施していたが、本発明はこのようなもの
に限定されるものではなく、放射線検出器２のマトリク
ス形状に応じて、電荷転送路３ａ〜３ｃや増幅器４ａ〜
４ｃ、コンパレータ５ａ〜５ｃ、マルチプレクサ６、お
よびカウンタ７ａ〜７ｉを構成すれば実施できるのでは
いうまでもなく、さらには、そのような場合において
も、上記実施の形態に準じて構成すればよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、放射線検
出器と後段の信号処理回路とを接続する配線の引き回し
が容易となって、装置の大型化を招くことなく、放射線
検出素子数の増大を図って検出精度を高めることができ
るようになった。

【００４０】また、配線の引き回しが容易とになる分、
配線間の離間距離を十分取ることができるようになった
ので、配線で発生する浮遊容量を抑えることができるよ
うになって、ノイズの低減と信号処理時間の短縮化が図
れた。

【００４１】さらには、各放射線検出素子が出力する放
射線検出信号を電荷転送路によって時分割転送した状態
で、後段の信号処理回路で処理することができるように
なり、その分、後段の信号処理回路を簡略化することが
できるようになってコストダウンが図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る放射線検出装置の
構成を示す図である。

【図２】実施の形態に係る放射線検出装置の要部の構成
を示す拡大図である。

【図３】実施の形態に係る放射線検出装置における放射
線検出信号の搬送具合を示す図である。

【図４】従来例の放射線検出装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

２放射線検出器２ａ〜２ｉ放射線検出素子３ａ〜３ｃ電荷転送路６マルチプレクサＳ放射線検出信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線検出素子を線状もしくは面状に配
列してなる放射線検出器と、前記放射線検出素子それぞ
れに接続されて各放射線検出素子が出力する放射線検出
信号を時分割転送する電荷転送路と、電荷転送路が時分
割転送した放射線検出信号を取り出す信号取り出し手段
とを備えることを特徴とする放射線検出装置。