KR102237264B1 - 이차원 포톤 카운팅 소자 - Google Patents

이차원 포톤 카운팅 소자 Download PDF

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Abstract

가산부(53)는 어느 화소 전극부의 주위에 배치된 화소 전극부 중 특정의 화소 전극부에 접속된 신호 생성부(51)에 있어서 생성된 입력 신호와, 상기 어느 화소 전극부에 접속된 신호 생성부(51)에 있어서 생성된 입력 신호를 가산한다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는 상기 어느 화소 전극부 및 당해 어느 화소 전극부의 주위에 배치된 상기 화소 전극부로의 캐리어의 입력 유무를 화소 전극부마다 나타내는 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 중 어느 것에 합치하는지 여부에 대한 판별을 행한다. 계수부(57)는 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 있어서 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 가산부(53)로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우에, 광자수를 가산한다.

Description

이차원 포톤 카운팅 소자{TWO-DIMENSIONAL PHOTON COUNTING ELEMENT}
본 발명은 이차원 포톤 카운팅 소자에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 복수의 검출 영역을 가지는 센서에 X선 등의 광자(光子)가 입사되었을 때의 신호 처리 방법이 기재되어 있다. 특허 문헌 1에는, 광자의 입사에 따라서 센서에서 발생하는 차지(charge)가 한 화소로 수집되지 않고, 복수의 화소로 확산되는 현상(차지 쉐어(charge share))이 기재되어 있다. 차지 쉐어가 생겼을 경우에도 광자의 입사 위치 및 강도를 특정하기 위해서, 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 먼저, 복수의 화소 중에서 차지량이 임계치를 넘는 화소(중심 화소)가 산출된다. 그리고 중심 화소와 주변 화소의 조합으로서, 복수의 조합 패턴이 고려된다. 조합 패턴마다 조합 패턴에 포함되는 화소의 차지량이 가산(加算)되어, 가장 큰 가산치가, 중심 화소에 있어서의 차지량으로서 출력된다.
특허 문헌 1: 미국 특허 제7667205호 명세서
이차원 포톤 카운팅 소자는, 광자의 입사 위치 및 강도를 이차원적으로 검출하고, 그 입사 횟수를 위치마다 적산함으로써, 미약(微弱)한 방사선 이미지 혹은 광 이미지를 촬상하는 소자이다. 이차원 포톤 카운팅 소자는, 광자를 전하 등의 캐리어로 변환하는 판(板) 형상 혹은 층(層) 형상의 변환부와, 그 변환부에 접속된 복수의 화소 전극부로부터 캐리어를 입력하여, 캐리어의 검출 및 광자수(光子數)의 카운트를 행하는 카운팅 회로를 구비하고 있다.
이러한 이차원 포톤 카운팅 소자에 있어서, 이상적으로는, 변환부로의 광자의 입사에 의해서 발생한 복수의 캐리어는 어느 하나의 화소 전극부에 수집된다. 상기 어느 하나의 화소 전극부에 접속된 신호 생성부는, 수집된 캐리어의 개수에 따른 입력 신호를 생성한다. 생성된 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘는 경우에, 카운팅 회로는, 당해 화소에 있어서의 카운트값을 1개 가산한다.
광자의 입사에 의해서 발생한 복수의 캐리어가, 예를 들면 열 확산 또는 캐리어끼리의 반발과 같은 여러 가지의 현상에 기인하여, 복수의 화소 전극부에 분산하여 수집되는 경우가 있다. 이러한 경우, 광자의 에너지가 과소(過小)로 판정된다고 하는 문제, 또는 하나의 광자의 입사에 대해서 복수의 화소에 있어서 카운트값이 가산된다고 하는 문제(이하, 더블 카운트라고 칭함)가 생긴다. 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 중심 화소를 결정할 때에 기준이 되는 임계치를 조정할 필요가 있다고 생각된다. 그렇지만, 그 임계치를 적절한 크기로 설정하는 것은 용이하지 않다. 또, 더블 카운트를 막기 위해서는 입력 신호에 대해서 다른 처리를 가할 필요가 있어, 입력 신호의 처리가 매우 복잡하게 될 우려가 있다. 예를 들면, 어느 크기의 에너지를 가지는 광자가 서로 인접하는 2개의 화소에 50%씩 쉐어된 경우, 양쪽의 입사 위치가 모두 입사 중심(impact center)이라고 파악되어, 더블 카운트가 생길 우려가 있다. 이러한 현상을 막기 위해서는, 입력 신호에 대해서 별도의 처리가 필요하다.
본 발명의 일 양태는, 복수의 화소 전극부에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우에도, 더블 카운트의 발생을 억제함과 아울러 계수 누락(count loss)을 저감하여, 광자가 입사된 위치를 용이하게 특정할 수 있는 이차원 포톤 카운팅 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 이차원 포톤 카운팅 소자로서, M행 N열(M 및 N은, 2 이상의 정수임)의 이차원 형상으로 배열된 복수의 화소 전극부에 접속되고, 광자를 캐리어로 변환하는 변환부로부터 복수의 화소 전극부를 통해서 수집되는 캐리어를 검출하여 광자의 계수를 행하는 카운팅 회로를 구비하고, 카운팅 회로는, 복수의 화소 전극부 중 어느 화소 전극부(이하, 자(自) 전극부라고 칭함)에 입력된 캐리어의 수에 따른 크기의 입력 신호를 생성하는 신호 생성부와, 자 전극부의 주위에 배치된 화소 전극부(이하, 주위 전극부라고 칭함) 중 특정의 화소 전극부(이하, 특정 전극부라고 칭함)에 접속된 신호 생성부에 있어서 생성된 입력 신호와, 자 전극부에 접속된 신호 생성부에 있어서 생성된 입력 신호를 가산하는 가산부와, 자 전극부 및 주위 전극부로의 캐리어의 입력 유무를 화소 전극부마다 나타내는 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 중 어느 것에 합치(合致)하는지 여부에 대한 판별을 행하는 캐리어 입력 패턴 판별부와, 캐리어 입력 패턴 판별부에 있어서 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 가산부로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 계수부를 가진다.
본 양태에서는, 캐리어 입력 패턴 판별부가, 소정의 화소 전극 그룹에 대한 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하는지 여부를 판별한다. 소정의 화소 전극 그룹은, 그 캐리어 입력 패턴 판별부에 접속된 자 전극부와, 자 전극부의 주위에 배치된 전부 혹은 일부의 주위 전극부로 이루어지는 그룹이다. 일례에서는, 주위 전극부는, 자 전극부가 포함되는 열의 전열(前列) 및 후열(後列), 및 자 전극부가 포함되는 행의 전행 및 후행 중 적어도 어느 열 또는 행에 포함되는 8개의 화소 전극부, 혹은 그 중의 일부(예를 들면 7개)의 화소 전극부를 가리킨다. 캐리어 입력 패턴은, 이 화소 전극 그룹 중 어느 화소 전극부에 캐리어가 입력했는지를 나타낸 패턴이다.
상기 이차원 포톤 카운팅 소자에 의하면, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴과 합치하는지 여부를 간단하게 판별하는 것만으로, 각 화소 전극부에 대응하는 변환부의 영역에 광자가 입사되었다고 간주되는지 여부를 결정할 수 있다. 따라서 복수의 화소 전극부에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우에도, 더블 카운트의 발생을 억제함과 아울러 계수 누락을 저감하여, 광자가 입사된 위치를 매우 용이하게 특정할 수 있다.
상기 이차원 포톤 카운팅 소자에서는, 신호 생성부에 있어서, 캐리어의 수에 따른 크기의 입력 신호가 생성된다. 그리고 상기의 화소 전극 그룹 중 자 전극부 및 특정 전극부에 접속된 신호 생성부로부터 출력된 입력 신호가, 가산부에 의해서 가산된다. 특정 전극부는, 광자수를 카운트할 때에, 그 광자에 기인하는 캐리어의 분산 범위에 포함된다고 간주된 주위 전극부로서, 주위 전극부 중에서 임의로 또한 미리 결정된다. 가산부로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우, 하나 이상의 측정 대상으로 하는 광자가 분산 범위 내에 입사된 것으로 간주된다. 이에, 계수부는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 가산부로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우에, 광자수를 가산한다. 이것에 의해, 복수의 화소 전극부에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우에도, 하나 이상의 측정 대상으로 하는 광자의 입사에 대응하여 정밀도 좋게 카운트를 행할 수 있다.
본 양태에서는, 주위 전극부 중 특정 전극부 이외의 화소 전극부에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 중 어느 것과도 합치하지 않아도 된다. 이 경우, 패턴 판별을 간단하게 행할 수 있다.
본 양태에서는, 복수의 판별 패턴이, 자 전극부에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴을 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 자 전극부에 캐리어가 입력되지 않는 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴의 일부에 편입되어 있으므로, 계수 누락을 더욱 저감하여, 광자가 입사된 위치를 보다 정밀도 좋게 특정할 수 있다.
본 양태에서는, 자 전극부를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 특정 전극부 중 적어도 하나의 특정 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치해도 된다.
본 양태에서는, 카운팅 회로는, 상기 계수부로서, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 가산부로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 제1 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제1 계수부와, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 가산부로부터 출력된 가산 후의 입력 신호의 크기가 제1 임계치보다도 큰 제2 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제2 계수부를 가지고 있어도 된다.
본 양태에서는, 복수의 판별 패턴이, 자 전극부를 포함하는 행의 전행 및 후행 중 한쪽의 행에 포함되는 주위 전극부, 및 자 전극부를 포함하는 열의 전열 및 후열 중 한쪽 열에 포함되는 주위 전극부 중 어느 것에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴을 포함하지 않고, 한쪽의 행 및 한쪽의 열 중 어느 것에도 포함되지 않는 주위 전극부가 특정 전극으로 되어 있어도 된다. 이 경우, 하나의 광자의 입사에 대해서 복수의 화소 회로로 광자수를 가산하는 것을 적절히 회피할 수 있다.
본 양태에서는, 복수의 판별 패턴이, 한쪽의 열에 포함되지 않고 또한 자 전극부를 포함하는 행에 포함되는 주위 전극부에 캐리어가 입력되고, 한쪽 행에 포함되지 않고 또한 자 전극부를 포함하는 열에 포함되는 주위 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴을 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 상기 일 양태에 의하면, 복수의 화소 전극부에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우에도, 더블 카운트의 발생을 억제함과 아울러 계수 누락을 저감하여, 광자가 입사된 위치를 용이하게 특정할 수 있는 이차원 포톤 카운팅 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차원 포톤 카운팅 소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 변환부의 이면(裏面)에 있어서의 복수의 화소 전극부의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 각 화소 회로의 내부 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 각 화소 전극부가 복수의 전극을 포함하는 경우의 회로예를 나타내는 도면이다.
도 5는 자 전극부와, 자 전극부를 둘러싸는 8개의 주위 전극부를 나타내는 도면이다.
도 6은 캐리어 입력 패턴 판별부에 설정되는 복수의 판별 패턴의 일례로서, 10개의 판별 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7은 이차원 포톤 카운팅 소자의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8은 제1 변형예로서의 10개의 판별 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 변형예로서의 10개의 판별 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 제3 변형예로서의 10개의 판별 패턴을 나타내는 도면이다.
도 11은 제4 변형예에 따른 화소 회로의 내부 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 제4 변형예에 의한 효과를 설명하기 위한 그래프로서, 변환부에 입사된 X선의 에너지와 이벤트수(카운트수)의 관계에 대한 일례를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시되는 것처럼, 본 실시 형태의 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)는, 변환부(3)와, 복수의 화소 전극부(B)와, 카운팅 회로(5)를 구비하고 있다.
변환부(3)는 광이나 X선 등의 광자 P를 흡수하여 캐리어를 발생하는 벌크 형상 혹은 층 형상의 부재이다. 변환부(3)는, 예를 들면 CdTe, CdZnTe, GaAs, InP, TlBr, HgI2, PbI2, Si, Ge 및 a－Se 중 적어도 하나를 포함하는 재료에 의해서 구성되어 있다. 변환부(3)는 광자 P의 입사 방향과 교차하는 평면을 따라서 확장되어 있고, 표면(3a) 및 이면(3b)을 가진다. 표면(3a)상에는, 바이어스 전극(공통 전극)(31)이 표면(3a)의 전면을 덮도록 마련되어 있다. 표면(3a)에는, 바이어스 전극(31)을 통과하여 광자 P가 입사된다.
복수의 화소 전극부(B)는 변환부(3)의 이면(3b)에 마련되어 있다. 복수의 화소 전극부(B)와 바이어스 전극(31)의 사이에는, 바이어스 전압으로서 고전압이 인가된다. 도 2에 도시되어 있는 (a)는 변환부(3)의 이면(3b)에 있어서의 복수의 화소 전극부(B)의 배치를 나타내는 평면도이다. 복수의 화소 전극부(B)는, 광자 P의 입사 방향에서 볼 때 M행×N열(M, N은 2 이상의 정수)의 이차원 형상으로 배열되어 있다. M×N개의 화소 전극부(B) 각각은 변환부(3)에 있어서 M행 N열의 화소 영역 각각을 형성한다. 각 화소 전극부(B)는 대응하는 화소 영역에 있어서 발생한 캐리어를 수집한다. 도 2에 도시되어 있는 (a)에서는 각 화소 전극부(B)는 하나의 전극으로 이루어진다. 도 2 중 (b)에 도시되는 것처럼, 예를 들면, 하나의 화소 전극부(B)가 복수의 전극(b)을 포함하고 있어도 된다.
카운팅 회로(5)는 변환부(3)에 있어서 발생한 캐리어를 화소 영역마다 검출하여, 화소 영역마다 광자수를 카운트한다. 카운팅 회로(5)는, 예를 들면 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 집적 회로에 의해 실현된다. 카운팅 회로(5)는, 복수의 화소 회로(M×N개의 화소 회로)(5a)를 가지고 있다. 각 화소 회로(5a)는 대응하는 화소 전극부(B)에 있어서 수집된 캐리어를 검출하여, 광자수를 카운트한다.
도 3은 각 화소 회로(5a)의 내부 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시되는 것처럼, 화소 회로(5a)는 신호 생성부(51), 전류 출력부(52a, 52b), 가산부(53), 비교부(54), 캐리어 입력 신호 생성부(55), 캐리어 입력 패턴 판별부(56), 및 계수부(57)를 가지고 있다.
신호 생성부(51)는 복수의 화소 전극부(B) 중 당해 화소 회로(5a)에 접속되어 있는 화소 전극부(B)와 전기적으로 접속되어 있다. 신호 생성부(51)는 캐리어의 전하 전압 변환을 행함으로써 입력 신호 SP1을 생성한다. 이하의 설명에 있어서, 당해 화소 회로(5a)에 접속된 화소 전극부(B)를 자 전극부(B0)라고 칭하는 경우가 있다. 입력 신호 SP1은 자 전극부(B0)로부터 화소 회로(5a)에 입력된 캐리어의 수에 따른 크기의 전압 파형을 가지는 신호이다. 각 화소 전극부(B)가 복수의 전극(b)을 포함하는 경우(도 2에 도시되어 있는 (b)를 참조)에는, 도 4 중 (a)에 도시되는 것처럼, 복수의 전극(b)이 하나의 신호 생성부(51)의 입력단에 접속되면 좋다. 혹은, 도 4 중 (b)에 도시되는 것처럼, 복수의 신호 생성부(51)가 마련되고, 복수의 전극(b) 각각이 복수의 신호 생성부(51) 각각에 접속되어도 된다.
전류 출력부(52a)는 신호 생성부(51)의 출력단에 접속되어 있고, 신호 생성부(51)로부터 입력 신호 SP1을 받는다. 전류 출력부(52a)는 전압 신호인 입력 신호 SP1에 따른 크기의 전류 신호 SC를 생성하여, 자 전극부(B0)의 주위에 배치된 화소 전극부(B) 중 특정의 화소 전극부(B)에 접속된 화소 회로(5a)에, 전류 신호 SC를 제공한다. 이하의 설명에 있어서, 자 전극부(B0)의 주위에 배치된 화소 전극부(B)를 주위 전극부라고 칭하는 경우가 있다.
여기서, 도 5를 참조한다. 도 5는 자 전극부(B0)와, 자 전극부(B0)를 둘러싸는 8개의 주위 전극부(B1~B8)를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 일례에서는, 주위 전극부(B1~B3)는 자 전극부(B0)의 전행에 포함되고, 주위 전극부(B4, B5)는 자 전극부(B0)와 같은 행에 포함되고, 주위 전극부(B6~B8)는 자 전극부(B0)의 후행에 포함된다. 또, 주위 전극부(B1, B4, B6)는 자 전극부(B0)의 전열에 포함되고, 주위 전극부(B2, B7)는 자 전극부(B0)와 같은 열에 포함되고, 주위 전극부(B3, B5, B8)는 자 전극부(B0)의 후열에 포함된다. 본 실시 형태에서는, 전류 출력부(52a)는 주위 전극부(B1, B2, B4)에 접속된 화소 회로(5a)에 전류 신호 SC를 제공한다.
다시 도 3을 참조한다. 전류 출력부(52b)는, 신호 생성부(51)의 출력단에 접속되어 있고, 신호 생성부(51)로부터 입력 신호 SP1을 받는다. 전류 출력부(52b)는, 전압 신호인 입력 신호 SP1에 따른 크기의 전류 신호 SC를 생성하여, 전류 신호 SC를 가산부(53)에 제공한다. 가산부(53)는 주위 전극부(B1~B8) 중 특정의 전극부(이하, 특정 전극부라고 함)(B5, B7, B8)에 접속된 3개의 화소 회로(5a)의 전류 출력부(52a)와 접속되어 있고, 그러한 전류 출력부(52a)로부터 전류 신호 SC의 제공을 받는다. 가산부(53)는 제공을 받은 3개의 전류 신호 SC와, 당해 화소 회로(5a)의 전류 출력부(52b)로부터 제공된 전류 신호 SC를 가산하여, 가산 후의 전류에 따른 크기의 전압 신호 SP2를 생성한다. 전압 신호 SP2는 자 전극부(B0) 및 특정 전극부(B5, B7, B8)에 입력된 캐리어수의 총합에 따른 크기의 전압 파형을 가지는 신호이다. 특정 전극부(B5, B7, B8)는 각 화소 회로(5a)에 있어서 광자수를 카운트할 때에, 그 광자 P에 기인하는 캐리어의 분산 범위에 포함된다고 간주된 주위 전극부로서, 주위 전극부(B1~B8) 중에서 임의로 또한 미리 결정된다. 예를 들면 자 전극부(B0)가 행 끝 또는 열 끝에 존재하는 등에 의해서 자 전극부(B0)에 대한 특정 전극부(B5, B7, B8)의 일부가 존재하지 않는 경우에는, 가산부(53)는, 존재하지 않는 특정 전극부로부터의 전류 신호 SC를 가산하지 않아도 된다. 예를 들면 자 전극부(B0)가 행 끝 또한 열 끝에 존재하는 등에 의해서 자 전극부(B0)에 대한 특정 전극부(B5, B7, B8)의 전부가 존재하지 않는 경우에는, 가산부(53) 및 그 이후의 회로 부분은, 필수는 아니고 생략 가능하다.
비교부(54)는 가산부(53)의 출력단에 접속되어 있고, 가산부(53)로부터 전압 신호 SP2를 받는다. 비교부(54)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘었는지 여부를 판정한다. 즉, 비교부(54)는 자 전극부(B0)의 주변에 있어서 하나 이상의 측정 대상으로 하는 광자 P에 상당하는 수의 캐리어가 발생했는지 여부를 판정한다. 비교부(54)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘은 경우에, 판정 결과 신호 S1로서 High 레벨(유의치(有意値))을 출력한다. 비교부(54)는, 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 상기 소정의 임계치를 넘지 않은 경우에는, 판정 결과 신호 S1로서 Low 레벨(비(非)유의치)을 출력한다.
캐리어 입력 신호 생성부(55)는, 신호 생성부(51)의 출력단에 접속되어 있고, 신호 생성부(51)로부터 입력 신호 SP1을 받는다. 캐리어 입력 신호 생성부(55)는 어느 임계치(예를 들면, 노이즈 레벨보다 약간 큰 값)를 넘는 입력 신호 SP1이 입력되었을 경우에는, 자 전극부(B0)로의 캐리어의 입력이 있던 것을 나타내기 위해, 캐리어 입력 신호 S2로서 High 레벨(유의치)을 출력한다. 캐리어 입력 신호 생성부(55)는 상기 임계치를 넘지 않는 입력 신호 SP1이 입력되었을 경우에는, 캐리어 입력 신호 S2로서 Low 레벨(비유의치)을 출력한다. 캐리어 입력 신호 S2는 주위 전극부(B2~B8)에 각각 접속된 7개의 화소 회로(5a)에 제공된다.
캐리어 입력 패턴 판별부(56)는 주위 전극부(B1~B7)에 각각 접속된 7개의 화소 회로(5a)로부터, 캐리어 입력 신호 S2의 제공을 받는다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 이들 캐리어 입력 신호 S2에 기초하여, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하는지 여부를 판별한다. 캐리어 입력 패턴은, 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B7)로의 캐리어의 입력 유무를 전극마다 나타내고 있다. 캐리어 입력 패턴에서는, 캐리어가 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B8) 중 어느 화소 전극부(B)에 입력되었는지가 패턴화되어 있다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하고, 또한 판정 결과 신호 S1로서 High 레벨(유의치)이 입력되어 있는 경우에, 판별 신호 S3으로서 High 레벨(유의치)을 출력한다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하지 않는 경우, 및/또는, 판정 결과 신호 S1로서 Low 레벨(비유의치)이 입력되어 있는 경우에, 판별 신호 S3으로서 Low 레벨(비유의치)을 출력한다. 이것에 의해, 계수부(57)에서는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 있어서 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘은 경우(즉 판별 신호 S3이 High 레벨(유의치)인 경우)에, 광자수의 가산이 행해진다. 본 실시 형태에서는, 주위 전극부(B8)에 있어서의 캐리어의 입사의 유무는 판별에 영향을 주지 않으므로, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 주위 전극부(B8)에 접속된 화소 회로(5a)로부터는 캐리어 입력 신호 S2의 제공을 받을 필요는 없다. 본 실시 형태에서는, 계수부(57)가 화소 전극부(B)마다 한 개씩 마련되어 있지만, 계수부(57)는, 두 개 이상의 화소 전극부(B)에 대해서 한 개만 마련되어도 된다.
여기서, 도 6을 참조한다. 도 6 중의 (a)~(j)는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 설정되는 복수의 판별 패턴의 일례로서, 10개의 판별 패턴 P1~P10을 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 캐리어 입력 신호 S2가 출력된 (즉 캐리어가 입력된) 화소 회로(5a)에 대응하는 화소 전극부에 「H」라고 표기되어 있다. 자 전극부(B0) 및 특정 전극부(B5, B7, B8)는, 판별 패턴 P1~P10을 용이하게 이해하기 위해서, 두꺼운 테두리로 도시되어 있다. 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B7)의 부호는, 도 6 중 (a)에만 도시하고, 도 6 중의 (b)~(j)에서는 생략하고 있다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는 복수의 논리 회로의 조합에 의해 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 조합된 복수의 논리 회로는, 주위 전극부(B1~B7)로부터의 캐리어 입력 신호 S2 및 자 전극부(B0)의 캐리어 입력 신호 S2의 조합에 따라서, 유효한지 여부를 결정한다. 이것에 의해, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 있어서, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴(예를 들어, 판별 패턴 P1~P10) 중 어느 것과 합치하는지 여부가 판별된다. 또, 카운팅 회로(5)는 복수의 판별 패턴(예를 들어, 판별 패턴 P1~P10)을 기억하는 메모리를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는 상기 메모리에 기억되어 있는 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 캐리어 입력 패턴이 합치하는지 여부를 판별한다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56)가 복수의 논리 회로의 조합에 의해 구성되어 있는 경우, 메모리 등의 물리 구성이 불필요해져, 카운팅 회로(5)의 구성을 간소화할 수 있다.
도 6에 도시되는 10개의 판별 패턴 P1~P10은 몇 개의 룰에 준하여 정해져 있다. 주위 전극부(B1~B8) 중 특정 전극부(B5, B7, B8) 이외의 화소 전극부(B1~B4, B6)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 판별 패턴 P1~P10 중 어느 것과도 합치하지 않는다. 바꾸어 말하면, 이들 판별 패턴 P1~P10에는, 자 전극부(B0)를 포함하는 행의 전행 및 후행 중 한쪽의 행(본 실시 형태에서는 전행)에 포함되는 주위 전극부(B1~B3), 및 자 전극부(B0)를 포함하는 열의 전열 및 후열 중 한쪽 열(본 실시 형태에서는 전열)에 포함되는 주위 전극부(B1, B4, B6) 중 어느 것에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되지 않는다. 따라서 주위 전극부(B1~B4, B6) 중 어느 것에 캐리어가 입력되었을 경우, 자 전극부(B0)에 접속된 화소 회로(5a)의 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P1~P10 중 어느 것과도 합치하지 않는 것으로서 판별한다. 이들 주위 전극부(B1~B4, B6) 중 어느 것에 캐리어가 입력되었을 경우에는, 자 전극부(B0)를 제외한 어느 것의 화소 전극부(B)에 접속된 화소 회로(5a)에 있어서, 반드시 캐리어 입력 패턴이 판별 패턴 P1~P10 중 어느 것에 합치하도록, 판별 패턴 P1~P10이 설정되어 있다. 따라서 상기의 판별 룰에 준하여 판별 패턴 P1~P10이 설정됨으로써, 하나의 광자 P의 입사에 대해서 복수의 화소 회로(5a)에서 광자수를 가산하는 것을 적절히 회피할 수 있다. 판별 패턴 P1~P10을 용이하게 이해하기 위해서, 주위 전극부(B1~B4, B6)에는 ×자가 부여되어 있다. ×자가 부여된 주위 전극부(B1~B4, B6)에 접속된 화소 회로(5a)로부터는, 실제로는 공백의 화소와 마찬가지인 「Low」의 캐리어 입력 신호 S2가 출력되고 있다. 이 판별 룰은, 본 실시 형태와 같이 상기 한쪽의 행(전행) 및 상기 한쪽의 열(전열) 중 어느 쪽에도 포함되지 않는 주위 전극부(B5, B7, B8)가 특정 전극으로 되어 있는 경우에 유효하다.
이들 판별 패턴 P1~P10에는, 상기 한쪽의 행(전행) 및 상기 한쪽의 열(전열) 중 어느 것에도 포함되지 않고, 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 주위 전극부(B5, B7) 중, 적어도 하나의 주위 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 특정 전극부(B5, B7) 중 적어도 하나의 특정 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 P1~P10 중 어느 것과 반드시 합치한다. 구체적으로는, 주위 전극부(B5) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P2, P5, P7, P8에 의해서 나타내져 있다. 주위 전극부(B7) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P3, P6, P7, P8에 의해서 나타내져 있다. 이러한 판별 룰에 준하여 판별 패턴이 설정됨으로써, 당해 화소 회로(5a)에 있어서의 광자수의 가산의 가부를 적절히 판정할 수 있다.
이들 판별 패턴 P1~P10에는, 상기 한쪽의 열(전열)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행에 포함되는 주위 전극부(B5)에 캐리어가 입력되고, 상기 한쪽의 행(전행)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 열에 포함되는 주위 전극부(B7)에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 구체적으로는, 주위 전극부(B5, B7)의 양쪽에 캐리어가 입력되고, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 모든 패턴이 판별 패턴 P9, P10에 의해서 나타내져 있다. 이러한 판별 룰에 준하여 판별 패턴이 설정됨으로써, 당해 화소 회로(5a)에 있어서의 광자수의 가산의 가부를 적절히 판정할 수 있다. 판별 패턴 P1~P10에는, 차지 쉐어의 영향이 거의 없고, 자 전극부(B0)에만 캐리어가 입력되는 경우의 판별 패턴 P1도 포함되어 있다.
이상의 구성을 구비하는 본 실시 형태의 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)의 동작에 대해 설명한다. 도 7은 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)의 동작을 나타내는 순서도이다.
이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에서는, 먼저, 광 이미지 또는 방사선 이미지 등의 광자 P가 변환부(3)에 입사함으로써, 변환부(3)에 있어서 복수의 캐리어가 발생한다(S11). 복수의 캐리어는 변환부(3)의 내부를 이동하여, 복수의 화소 전극부(B) 중 1 또는 2 이상의 화소 전극부(B)에 입력된다(S12). 캐리어가 입력된 화소 전극부(B)에 접속되어 있는 각 화소 회로(5a)에서는, 신호 생성부(51)에 있어서, 입력 신호 SP1이 생성된다(S13). 그리고 이 입력 신호 SP1은 전류 출력부(52a, 52b)에 의해서 전류 신호 SC로 변환된다(S14). 전류 출력부(52a)로부터 출력된 전류 신호 SC는 각 화소 회로(5a)에 대응하는 자 전극부(B0)에 대한 주위 전극부(B1, B2, B4)에 접속된 화소 회로(5a)에 제공된다(S15). 또, 전류 출력부(52b)로부터 출력된 전류 신호 SC는 가산부(53)에 제공된다.
이어서, 가산부(53)에서는 특정 전극부(B5, B7, B8)에 접속된 3개의 화소 회로(5a)의 전류 출력부(52a)로부터 전류 신호 SC의 제공을 받는다. 그리고 제공을 받은 3개의 전류 신호 SC와, 당해 화소 회로(5a)의 전류 출력부(51b)에서 생성된 전류 신호 SC가 가산되어, 전압 신호 SP2가 생성된다(S16). 이어서, 비교부(54)에 있어서, 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘었는지 여부가 판정된다(S17). 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘은 경우에는, 판정 결과 신호 S1이 High 레벨(유의치)이 된다.
상술한 일련의 동작 S14~S17과 병행하여, 동작 S18이 행해진다. 동작 S18에서는, 어느 임계치를 넘는 입력 신호 SP1이 입력되었을 경우에, 자 전극부(B0)로의 캐리어의 입력이 있던 것을 나타내기 위해, 캐리어 입력 신호 생성부(55)에 의해서 생성되는 캐리어 입력 신호 S2가 High 레벨(유의치)이 된다. 캐리어 입력 신호 S2는, 주위 전극부(B2~B8)에 각각 접속된 7개의 화소 회로(5a)에 제공된다(S19).
이어서, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 있어서, 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B8)로의 캐리어의 입력 유무를 전극마다 나타내는 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하는지 여부가 판별된다(S20). 그리고 동작 S20에서 합치한다고 판별되고, 또한 판정 결과 신호 S1이 High 레벨(유의치)인 경우에는(S21에서 「YES」), 판별 신호 S3이 High 레벨(유의치)이 되어, 계수부(57)에서 광자수의 가산이 행해진다(S22).
이상에 설명한 본 실시 형태의 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에 의해서 얻어지는 효과에 대해 설명한다. 전술한 것처럼, 변환부(3)로의 광자 P의 입사에 따라서 발생한 복수의 캐리어는, 복수의 화소 전극부에 분산하여 수집되는 경우가 있다. 그 분산 범위가 비교적 좁은 경우(예를 들면, 분산 범위가 2×2 화소 내인 경우), 캐리어의 분산은, 예를 들면 열 확산이나 캐리어끼리의 반발에 기인한다. 광 전 변환의 경우, 변환부(3)에 광자 P가 입사된 지점에서 에너지의 모두가 광전자로 변환되지만, 이 고에너지의 광전자는, 에너지를 잃으면서 변환부(3)의 내부를 이동하면서 캐리어를 생성한다. 이러한 경우에도, 캐리어의 분산이 생긴다.
본 실시 형태의 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에서는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)가, 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B8)로 이루어지는 화소 전극 그룹에 대한 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P1~P10 중 어느 것과 합치하는지 여부를 판별한다. 그리고 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 그 판별 결과에 기초하여, 비교부(54)로부터의 출력을 계수부(57)에 출력할지 여부를 결정한다. 이와 같이, 본 실시 형태의 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에 의하면, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P1~P10과 합치하는지 여부를 간단하게 판별하는 것만으로, 광자수를 카운트할지 여부(환언하면, 각 화소 전극부(B)에 대응하는 변환부(3)의 화소 영역에 광자 P가 입사되었다고 간주되는지 여부)를 결정할 수 있다. 따라서 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에서는, 복수의 화소 전극부(B)에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우(차지 쉐어가 생겼을 경우)에도, 더블 카운트가 억제됨과 아울러 계수 누락이 저감된다. 이 결과, 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에 의해, 광자 P가 입사된 위치를, 복잡한 처리를 행하는 일 없이 매우 용이하게 특정할 수 있다.
전술한 것처럼, 본 실시 형태에서는, 각 화소 회로(5a)에 입력된 캐리어수에 따른 크기의 입력 신호 SP1이 생성되어 전류 신호 SC로 변환되고, 자 전극부(B0) 및 특정 전극부(B5, B7, B8)에 접속된 화소 회로(5a)의 전류 신호 SC가 가산부(53)에서 가산된다. 그리고 가산부(53)로부터 출력된 가산 후의 전압 신호 SP2의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우, 바꾸어 말하면, 하나 이상의 측정 대상으로 하는 광자 P가 분산 범위 내에 입사되었다고 간주되는 경우에, 자 전극부(B0)에 접속된 비교부(54)로부터 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에 입력되는 판정 결과 신호 S1이 High 레벨(유의치)이 된다. 이것에 의해, 복수의 화소 전극부(B)에 캐리어가 분산되어 수집되었을 경우에도, 하나 이상의 측정 대상으로 하는 광자 P의 입사에 대응하여 정밀도 좋게 카운트할 수 있다.
실제로는, 상술한 캐리어의 분산(산란)의 양태와는 다른 양태의 산란도 존재한다. 다른 양태의 산란으로서, 상술한 캐리어의 산란과 비교하여 산란 거리가 큰 양태도 있지만, 당해 양태의 발생은 극히 드물다. 본 실시 형태에 있어서는, 대상으로 하는 차지 쉐어가 미리 결정되어 있고, 대상이 되는 차지 쉐어의 확산의 예측에 기초하여, 주위 전극부 등의 범위가 설정되어 있다. 즉, 매우 큰 산란 거리가 생기는 현상은, 측정의 대상으로는 되어 있지 않다. 이것에 의해, 특허 문헌 1과 같은 번잡한 처리(가산 에어리어를 차례로 늘려 가는 등의 처리)를 행하는 일 없이, 간단하게 보정 처리를 행할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 판별 패턴 P1~P10 중에, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴인 판별 패턴 P9, P10이 포함되어 있다. 일반적으로는, 어느 화소 전극부(B)에 캐리어가 입력되고 있지 않은 경우, 그 화소 전극부(B)에 접속된 화소 회로(5a)에 있어서 광자수를 가산하는 일은 없다. 그렇지만, 예를 들면 변환부(3)에 있어서 K－escape과 같은 현상이 생겼을 경우 등에, 광자 P의 입사 위치에 대응하는 화소 전극부(B)에 캐리어가 입력되지 않는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 그러한 경우에도, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P1~P10의 일부에 편입되어 있으므로, 계수 누락이 더욱 저감된다. 이 결과, 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에 의해, 광자 P가 입사된 위치를 보다 정밀도 좋게 특정할 수 있다. K－escape란, 예를 들면 K각(殼)의 광전자가 빠진 곳에 L각이나 M각의 전자가 떨어지고, 차분(差分)의 X선을 방출하는 현상이다.
이어서, 복수의 판별 패턴의 변형예에 대해 설명한다. 상기 실시 형태에서는, 도 6에 도시된 10개의 판별 패턴 P1~P10을 예시했지만, 본 실시 형태에 의한 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)에서는, 그 밖에 다양한 판별 패턴을 적용할 수 있다.
(제1 변형예)
도 8은 제1 변형예로서의 10개의 판별 패턴 P11~P20을 나타내는 도면이다. 도 8에 도시된 판별 패턴 P11~P20은, 특정 전극부가 B4, B6, B7인 경우에 바람직한 패턴이다. 이들 판별 패턴 P11~P20은, 상기 실시 형태의 판별 패턴 P1~P10(도 6을 참조)과 마찬가지의 룰에 준하여 정해져 있다. 먼저, 주위 전극부(B1~B8) 중 특정 전극부(B4, B6, B7) 이외의 화소 전극부(B1~B3, B5, B8)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 판별 패턴 P11~P20 중 어느 것과도 합치하지 않는다. 바꾸어 말하면, 이들 판별 패턴 P11~P20에는, 자 전극부(B0)를 포함하는 행의 전행 및 후행 중 한쪽의 행(본 변형예에서는 전행)에 포함되는 주위 전극부(B1~B3), 및 자 전극부(B0)를 포함하는 열의 전열 및 후열 중 한쪽 열(본 변형예에서는 후열)에 포함되는 주위 전극부(B3, B5, B8) 중 어느 것에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되지 않는다. 따라서 주위 전극부(B1~B3, B5, B8) 중 어느 것에 캐리어가 입력되었을 경우, 자 전극부(B0)에 접속된 화소 회로(5a)의 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P11~P20 중 어느 것과도 합치하지 않는다고 판별한다.
이들 판별 패턴 P11~P20에는, 상기 한쪽의 행(전행) 및 상기 한쪽의 열(후열) 중 어느 것에도 포함되지 않고, 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 주위 전극부(B4, B7) 중, 적어도 하나의 주위 전극에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 특정 전극부(B4, B7) 중 적어도 하나의 특정 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 P11~P20 중 어느 것과 반드시 합치한다. 구체적으로는, 주위 전극부(B4) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P12, P15, P17, P18에 의해서 나타내져 있다. 주위 전극부(B7) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P13, P16, P17, P18에 의해서 나타내져 있다.
이들 판별 패턴 P11~P20에는, 상기 한쪽의 열(후열)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행에 포함되는 주위 전극부(B4)에 캐리어가 입력되고, 상기 한쪽의 행(전행)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 열에 포함되는 주위 전극부(B7)에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 구체적으로는, 주위 전극부(B4, B7)의 양쪽에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 모든 패턴이, 판별 패턴 P19, P20에 의해서 나타내져 있다.
본 변형예의 복수의 판별 패턴 P11~P20이, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에서 이용되는 복수의 판별 패턴에 적용되는 경우에도, 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)는 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 달성할 수 있다.
(제2 변형예)
도 9는 제2 변형예로서의 10개의 판별 패턴 P21~P30을 나타내는 도면이다. 도 9에 도시된 판별 패턴 P21~P30은 특정 전극이 B1, B2, B4인 경우에 바람직한 패턴이다. 이들 판별 패턴 P21~P30도 또한, 상기 실시 형태의 판별 패턴 P1~P10(도 6을 참조)과 마찬가지의 룰에 준하여 정해져 있다. 먼저, 주위 전극부(B1~B8) 중 특정 전극부(B1, B2, B4) 이외의 화소 전극부(B3, B5~B8)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 판별 패턴 P21~P30 중 어느 것과도 합치하지 않는다. 바꾸어 말하면, 이들 판별 패턴 P21~P30에는, 자 전극부(B0)를 포함하는 행의 전행 및 후행 중 한쪽의 행(본 변형예에서는 후행)에 포함되는 주위 전극부(B6~B8), 및 자 전극부(B0)를 포함하는 열의 전열 및 후열 중 한쪽 열(본 변형예에서는 후열)에 포함되는 주위 전극부(B3, B5, B8) 중 어느 것에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되지 않는다. 따라서 주위 전극부(B3, B5~B8)의 어느 것에 캐리어가 입력되었을 경우, 자 전극부(B0)에 접속된 화소 회로(5a)의 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P21~P30 중 어느 것과도 합치하지 않는다고 판별한다.
이들 판별 패턴 P21~P30에는, 상기 한쪽의 행(후행) 및 상기 한쪽의 열(후열) 중 어느 것에도 포함되지 않고, 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 주위 전극부(B2, B4) 중, 적어도 하나의 주위 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 특정 전극부(B2, B4) 중 적어도 하나의 특정 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 P21~P30 중 어느 것과 반드시 합치한다. 구체적으로는, 주위 전극부(B4) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P22, P25, P27, P28에 의해서 나타내져 있다. 주위 전극부(B2) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P23, P26, P27, P28에 의해서 나타내져 있다.
이들 판별 패턴 P21~P30에는, 상기 한쪽의 열(후열)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행에 포함되는 주위 전극부(B4)에 캐리어가 입력되고, 상기 한쪽의 행(후행)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 열에 포함되는 주위 전극부(B2)에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 구체적으로는, 주위 전극부(B2, B4)의 양쪽에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 모든 패턴이, 판별 패턴 P29, P30에 의해서 나타내져 있다.
본 변형예의 복수의 판별 패턴 P21~P30이, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에서 이용되는 복수의 판별 패턴에 적용되는 경우에도, 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)는 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 달성할 수 있다.
(제3 변형예)
도 10은 제3 변형예로서의 10개의 판별 패턴 P31~P40을 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 판별 패턴 P31~P40은, 특정 전극이 B2, B3, B5인 경우에 바람직한 패턴이다. 이들 판별 패턴 P31~P40도 또한, 상기 실시 형태의 판별 패턴 P1~P10(도 6을 참조)와 마찬가지의 룰에 준하여 정해져 있다. 먼저, 주위 전극부(B1~B8) 중 특정 전극부(B2, B3, B5) 이외의 화소 전극부(B1, B4, B6~B8)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 판별 패턴 P31~P40 중 어느 것과도 합치하지 않는다. 바꾸어 말하면, 이들 판별 패턴 P31~P40에는, 자 전극부(B0)를 포함하는 행의 전행 및 후행 중 한쪽의 행(본 변형예에서는 후행)에 포함되는 주위 전극부(B6~B8), 및 자 전극부(B0)를 포함하는 열의 전열 및 후열 중 한쪽 열(본 변형예에서는 전열)에 포함되는 주위 전극부(B1, B4, B6) 중 어느 것에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되지 않는다. 따라서 주위 전극부(B1, B4, B6~B8) 중 어느 것에 캐리어가 입력되었을 경우, 자 전극부(B0)에 접속된 화소 회로(5a)의 캐리어 입력 패턴 판별부(56)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 P31~P40 중 어느 것과도 합치하지 않는다고 판별한다.
이들 판별 패턴 P31~P40에는, 상기 한쪽의 행(후행) 및 상기 한쪽의 열(전열) 중 어느 것에도 포함되지 않고, 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 주위 전극부(B2, B5) 중, 적어도 하나의 주위 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 자 전극부(B0)를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 특정 전극부(B2, B5) 중 적어도 하나의 특정 전극부에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 P31~P40 중 어느 것과 반드시 합치한다. 구체적으로는, 주위 전극부(B5) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P32, P35, P37, P38에 의해서 나타내져 있다. 주위 전극부(B2) 및 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되는 경우의 모든 패턴이, 판별 패턴 P33, P36, P37, P38에 의해서 나타내져 있다.
이들 판별 패턴 P31~P40에는, 상기 한쪽의 열(전열)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 행에 포함되는 주위 전극부(B5)에 캐리어가 입력되고, 상기 한쪽의 행(후행)에 포함되지 않고 또한 자 전극부(B0)를 포함하는 열에 포함되는 주위 전극부(B2)에 캐리어가 입력되고, 또한, 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴이 포함되어 있다. 구체적으로는, 주위 전극부(B2, B5)의 양쪽에 캐리어가 입력되고, 또한 자 전극부(B0)에 캐리어가 입력되지 않는 모든 패턴이, 판별 패턴 P39, P40에 의해서 나타내져 있다.
본 변형예의 복수의 판별 패턴 P31~P40가, 캐리어 입력 패턴 판별부(56)에서 이용되는 복수의 판별 패턴에 적용되는 경우에도, 이차원 포톤 카운팅 소자(1A)는 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 달성할 수 있다.
(제4 변형예)
다음으로, 도 11을 참조하여, 제4 변형예로서, 화소 회로(5b)의 변형예를 설명한다. 도 11은 제4 변형예에 따른 화소 회로(5b)의 내부 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11에 도시되는 것처럼, 화소 회로(5b)는 신호 생성부(51), 전류 출력부(52a, 52b), 가산부(53), 비교부(54a, 54b), 캐리어 입력 신호 생성부(55), 캐리어 입력 패턴 판별부(56a, 56b) 및 계수부(57a, 57b)를 가지고 있다. 신호 생성부(51), 전류 출력부(52a, 52b), 가산부(53) 및 캐리어 입력 신호 생성부(55)의 구성 및 동작은, 전술한 실시 형태와 같기 때문에, 이들 구성 및 동작의 상세한 설명을 생략한다.
비교부(54a, 54b)는 가산부(53)의 출력단에 접속되어 있고, 가산부(53)로부터 전압 신호 SP2를 받는다. 비교부(54a)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 제1 임계치를 넘었는지 여부를 판정한다. 비교부(54a)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 제1 임계치를 넘은 경우에, 판정 결과 신호 S1a로서 High 레벨(유의치)을 출력한다. 비교부(54b)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가, 제1 임계치보다도 큰 제2 임계치를 넘었는지 여부를 판정한다. 비교부(54b)는 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 제2 임계치를 넘은 경우에, 판정 결과 신호 S1b로서 High 레벨(유의치)을 출력한다. 비교부(54a, 54b)는, 상기 이외의 경우에, 판정 결과 신호 S1a, S1b로서 Low 레벨(비유의치)을 출력한다.
캐리어 입력 패턴 판별부(56a, 56b)는 주위 전극부(B1~B7)에 각각 접속된 7개의 화소 회로(5b)로부터, 캐리어 입력 신호 S2의 제공을 받는다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56a, 56b)는, 이들 캐리어 입력 신호 S2에 기초하여, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하는지 여부를 판별한다. 캐리어 입력 패턴은, 자 전극부(B0) 및 주위 전극부(B1~B7)로의 캐리어의 입력 유무를 전극마다 나타내고 있다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56a)는 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하고, 또한 판정 결과 신호 S1a로서 High 레벨(유의치)이 입력되고 있는 경우에, 판별 신호 S3a로서 High 레벨(유의치)을 출력하고, 그 이외의 경우에는 판별 신호 S3a로서 Low 레벨(비유의치)을 출력한다. 마찬가지로, 캐리어 입력 패턴 판별부(56b)는, 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하고, 또한 판정 결과 신호 S1b로서 High 레벨(유의치)이 입력되고 있는 경우에, 판별 신호 S3b로서 High 레벨(유의치)을 출력하고, 그 이외의 경우에는 판별 신호 S3b로서 Low 레벨(비유의치)을 출력한다.
계수부(57a, 57b)는 각각 본 실시 형태에 있어서의 제1 및 제2 계수부로서 기능한다. 계수부(57a)에서는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56a)에 있어서 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한, 판정 결과 신호 S1a로서 High 레벨(유의치)이 출력되고 있는 경우(즉 판별 신호 S3a가 High 레벨(유의치)인 경우)에, 광자수의 가산이 행해진다. 마찬가지로, 계수부(57b)에서는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56b)에 있어서 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한, 판정 결과 신호 S1b로서 High 레벨(유의치)이 출력되고 있는 경우(즉 판별 신호 S3b가 High 레벨(유의치)인 경우)에, 광자수의 가산이 행해진다.
본 변형예의 화소 회로(5b)와 같이, 화소 회로는, 복수의 비교부를 가져도 된다. 이러한 경우에도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 변형예의 같이 비교부가 복수 개 마련됨으로써, 이하에 설명하는 효과를 추가로 얻을 수 있다.
도 12는 본 변형예에 의한 효과를 설명하기 위한 그래프로서, 변환부(3)에 입사된 X선의 에너지와 이벤트수(카운트수)의 관계에 대한 일례를 나타내는 그래프이다. 이 예에서는, 어느 에너지 E1에 있어서 카운트수가 피크 Pk1로 되어 있고, 에너지 E1보다도 큰 에너지 E2에 있어서 카운트수가 다른 피크 Pk2로 되어 있다. 여기서, 피크 Pk1에 대응하는 에너지 E1가, 화질 향상을 위해서 특히 유효한 에너지값(예를 들면, 콘트라스트가 향상되는 X선 에너지 대역)이라고 가정한다. 이러한 경우, 소정의 임계치가 에너지 E1보다도 작은 1개의 값(도면 중의 임계치 vth1) 뿐이면, vth1 이상의 에너지값을 가지는 광자가 모두 카운트된다. 이것에 대해, 제1 임계치 vth1과, 에너지 E1보다도 큰 제2 임계치 vth2를 설정하고, 임계치 vth1에 있어서의 카운트값과 임계치 vth2에 있어서의 카운트값의 차를 구함으로써, 1회의 측정으로 보다 정밀도가 좋은 데이터(바람직한 에너지 대역의 데이터)를 얻을 수 있다.
예를 들면 γ선과 같이 광자 에너지를 이미 알고 있으면, 파일 업 대책으로서도 사용 가능하다. 즉, 입사하는 광자의 에너지가 임계치 vth1 이상 임계치 vth2 이하의 범위 내에 반드시 포함되는 것을 미리 알고 있는 경우에는, 임계치 vth2를 넘는 에너지의 경우에는 2개의 광자가 연속해서 입사되고 있다고 추측한다. 이것에 의해, 본 변형예에서는, 광자 2개로서 계수될 수 있다. 상기 실시 형태의 방식(도 3을 참조)에서는, 2개의 광자가 연속해서 입사되었을 경우에 1개로서 계수될 우려가 있지만, 본 변형예에 의하면, 상기와 같이 계수 누락을 더욱 저감시킬 수 있다.
본 발명에 의한 이차원 포톤 카운팅 소자는, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태 및 각 변형예에서는 전행 및 후행, 및 전열 및 후열에 포함되는 8개의 화소 전극부(B1~B8)를 주위 전극부로 하고, 자 전극부(B0)를 포함하는 3×3 화소의 영역에 있어서 판별 패턴을 설정하고 있다. 본 발명에서는, 판별 패턴의 대상이 되는 영역의 크기에 대한 제약은 없고, 예를 들면 4×4 화소 또는 5×5 화소와 같이 다양한 크기의 영역에 있어서 판별 패턴을 임의로 설정할 수 있다. 상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 특정 전극부로서 2×2 화소(자 전극부를 포함함)의 영역을 예시하고 있지만, 특정 전극부도 또한, 주위 전극부 중에서 임의로 정할 수 있다.
본 실시 형태 및 본 변형예에서는, 비교부(54, 54a, 54b)는, 캐리어 입력 패턴 판별부(56, 56a, 56b)의 전단(前段)에 위치하고 있지만, 비교부(54, 54a, 54b)의 위치는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 비교부(54, 54a, 54b)는 캐리어 입력 패턴 판별부(56, 56a, 56b)의 후단에 위치하고 있어도 된다. 이 경우, 캐리어 입력 패턴 판별부(56, 56a, 56b)는 가산부(53)의 출력단에 접속되어, 가산부(53)로부터 전압 신호 SP2를 받는다. 캐리어 입력 패턴 판별부(56, 56a, 56b)는 캐리어 입력 패턴이 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하고, 또한 가산부(53)로부터 전압 신호 SP2가 입력되고 있는 경우에, 전압 신호 SP2를 비교부(54, 54a, 54b)에 출력한다. 비교부(54, 54a, 54b)는 캐리어 입력 패턴 판별부(56, 56a, 56b)를 통해 가산부(53)로부터 입력된 전압 신호 SP2의 피크 전압의 크기가 소정의 임계치를 넘었는지 여부를 판정한다. 계수부(57, 57a, 57b)에서는, 비교부(54, 54a, 54b)로부터 출력된 판정 결과 신호 S1이 High 레벨(유의치)인 경우, 광자수의 가산이 행해진다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 이차원 포톤 카운팅 소자에 이용할 수 있다.
1A … 이차원 포톤 카운팅 소자, 3 … 변환부,
5 … 카운팅 회로, 5a … 화소 회로,
51 … 신호 생성부, 52a, 52b … 전류 출력부,
53 … 가산부, 54 … 비교부,
55 … 캐리어 입력 신호 생성부, 56 … 캐리어 입력 패턴 판별부,
57 … 계수부, B … 화소 전극부,
B0 … 자 전극부, B1~B8 … 주위 전극부,
P … 광자, P1~P40 … 판별 패턴,
S1 … 판정 결과 신호, S2 … 캐리어 입력 신호,
SP1 … 입력 신호, SP2 … 전압 신호.

Claims (7)

  1. M행 N열(M 및 N은 2 이상의 정수임)의 이차원 형상으로 배열된 복수의 화소 전극부에 접속되고, 광자(光子)를 캐리어로 변환하는 변환부로부터 상기 복수의 화소 전극부를 통해서 수집되는 캐리어를 검출하여 상기 광자의 계수(計數)를 행하는 카운팅 회로를 구비하고,
    상기 카운팅 회로는,
    상기 복수의 화소 전극부 중 어느 화소 전극부에 입력된 캐리어의 수에 따른 크기의 입력 신호를 생성하는 신호 생성부와,
    상기 어느 화소 전극부의 주위에 배치된 상기 화소 전극부 중 특정의 화소 전극부에 접속된 상기 신호 생성부에 있어서 생성된 상기 입력 신호와 상기 어느 화소 전극부에 접속된 상기 신호 생성부에 있어서 생성된 상기 입력 신호를 가산하는 가산부와,
    상기 어느 화소 전극부 및 당해 어느 화소 전극부의 주위에 배치된 상기 화소 전극부로의 캐리어의 입력 유무를 화소 전극부마다 나타내는 캐리어 입력 패턴이, 복수의 판별 패턴 중 어느 것에 합치하는지 여부에 대한 판별을 행하는 캐리어 입력 패턴 판별부와,
    상기 캐리어 입력 패턴 판별부에 있어서 상기 캐리어 입력 패턴이 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 상기 가산부로부터 출력된 가산 후의 상기 입력 신호의 크기가 소정의 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 계수부를 가지는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 어느 화소 전극부의 주위에 배치된 상기 화소 전극부 중 상기 특정의 화소 전극부 이외의 상기 화소 전극부에 캐리어가 입력되는 경우의 상기 캐리어 입력 패턴이, 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과도 합치하지 않는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 판별 패턴이, 상기 어느 화소 전극부에 상기 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴을 포함하는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 판별 패턴이, 상기 어느 화소 전극부에 상기 캐리어가 입력되지 않는 경우의 캐리어 입력 패턴에 상당하는 패턴을 포함하는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어느 화소 전극부를 포함하는 행 또는 열에 포함되는 상기 특정의 화소 전극부 중 적어도 하나의 상기 특정의 화소 전극부에 상기 캐리어가 입력되고, 또한 상기 어느 화소 전극부에 캐리어가 입력되는 경우의 캐리어 입력 패턴이, 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치하는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카운팅 회로는, 상기 계수부로서,
    상기 캐리어 입력 패턴이 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 상기 가산부로부터 출력된 가산 후의 상기 입력 신호의 크기가 제1 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제1 계수부와,
    상기 캐리어 입력 패턴이 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 상기 가산부로부터 출력된 가산 후의 상기 입력 신호의 크기가 상기 제1 임계치보다도 큰 제2 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제2 계수부를 가지는 이차원 포톤 카운팅 소자.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 카운팅 회로는, 상기 계수부로서,
    상기 캐리어 입력 패턴이 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 상기 가산부로부터 출력된 가산 후의 상기 입력 신호의 크기가 제1 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제1 계수부와,
    상기 캐리어 입력 패턴이 상기 복수의 판별 패턴 중 어느 것과 합치한다고 판별되고, 또한 상기 가산부로부터 출력된 가산 후의 상기 입력 신호의 크기가 상기 제1 임계치보다도 큰 제2 임계치를 넘었을 경우에 광자수를 가산하는 제2 계수부를 가지는 이차원 포톤 카운팅 소자.
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