KR20190088468A - 포톤 검출기 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 실시 형태는 증폭기의 포화 방지를 가능하게 하는 구조를 가지는 프리앰프를 구비한 포톤 검출기에 관한 것이다. 프리앰프는, 증폭기를 가지는 것과 함께, 해당 증폭기의 입력단측과 출력단측을 전기적으로 접속하는 복수 배선상에 각각 배치된 용량 소자, n형 MOSFET, 및 p형 MOSFET을 더 가진다. n형 MOSFET의 제어 전극은 제1 고정 전위 V1으로 설정되는 한편, p형 MOSFET의 제어 전극은 제2 고정 전위 V2로 설정된다.

Description

포톤 검출기
본 발명은 포톤 검출기에 관한 것이다.
종래부터 X선 촬상 장치 등에 이용되는 포톤 검출기가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, X선 촬상 장치에 이용되는 포톤 검출기의 구성 요소로서의 반도체 X선 검출기가 기재되어 있다. 이 반도체 X선 검출기는, X선을 검출하는 센서 소자와, 적분 회로에 의해 구성되어 있다. 또한, 적분 회로는 OP AMP 등으로 이루어진 증폭기, 해당 증폭기에 병렬 접속된 캐패시터, 및 해당 증폭기에 병렬 접속된 저항 소자에 의해 구성되어 있다. 이와 같은 반도체 X선 검출기에 있어서는, X선이 센서 소자에 입사할 때마다, 캐패시터에 소정량의 전하가 축적되고, 증폭기의 출력 전압이 스텝 모양으로 상승한다. 증폭기의 출력 전압은, 다음 단에 접속되는 쉐이핑 앰프 등에 의해 미분되고, 카운트 펄스로서 출력되며, 이 카운트 펄스의 카운트값으로부터 X선 입사량의 측정이 이루어진다. 특허문헌 1에는, 저항 소자로서 게이트(베이스)가 드레인(컬렉터)에 접속된 트랜지스터가 캐패시터에 병렬 접속된 구성도 개시되어 있다.
일본 특개평 8-129070호 공보 일본 특개 2015-115357호 공보
Hirokazu Ikeda. "Electronics for Particle Measurement", 인터넷<URL:http://research.kek.jp/people/ikeda/KEK_REPORT2002-8/Electronics/day_5.pdf>, 2002년 6월 28일. 이케다 히로카즈 「고도 센서 신호 처리를 위한 Analog-VLSI Open-I(9)」, 인터넷<URL:http://research.kek.jp/people/ikeda/openIP/openIP_ 9.pdf>, pp. 153-165, 2004년 8월 22일 R.Ballabriga, et al., "The Medipix3RX: a high resolution, zero dead-time pixel detector readout chip allowing spectroscopic imaging", PUBLISHED BY IPO PUBLISHING FOR SISSA MEDIALAB, 14th INTERNATIONAL WORDHOP ON RADIATION IMAGING DETECTORS, 2012년 7월 1-5일. Rafael Ballabriga Sune, "The Design and Implementation in 0.13㎛ CMOS of an Algorithm Permitting Spectroscopic Imaging with High Spatial Resolution for Hybrid Pixel Detectors", CERN-THESIS-2010-055. 페이지 126, 2009년 11월 24일
발명자 등은, 종래의 포톤 검출기에 대해서 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견했다. 즉, X선을 검출하는 센서 소자와, 적분 회로(OP AMP 등으로 이루어진 증폭기, 해당 증폭기에 병렬 접속된 캐패시터, 및 해당 증폭기에 병렬 접속된 저항 소자에 의해 구성)로 구성되는 반도체 X선 검출기는, 특허문헌 1에서 상정되어 있는 바와 같은 입사 포톤의 에너지의 크기를 변별하여 수를 카운트하는 타입의 포톤 검출기만이 아니라, 입사 포톤의 에너지의 크기를 검지하는 타입의 포톤 검출기에도 사용하는 것이 가능하다. 그리고, 그들 포톤 검출기의 초단 증폭까지를 담당한다. 적분 회로의 부분은 프리앰프라고도 칭한다. 이와 같은 프리앰프에 있어서, 캐패시터에 병렬 접속되는 저항 소자는, 포톤의 입사에 따라 프리앰프의 출력 신호가 확실히 상승하는 것과 함께 적절한 시정수로 하강하도록 하는 특성을 얻기 위해서, 수백 킬로 옴~수십 메가 옴과 같은 큰 저항값을 가질 필요가 있다. 한편으로, 프리앰프 자체는 고집적화를 위해서 소(小)체적으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 프리앰프에는, 단위시간당 입사 포톤수가 증대되었을 경우에도, 증폭기가 포화되지 않도록 하는 구조도 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 소체적이면서 큰 저항값을 나타내는 저항을 가지는 것과 함께 증폭기의 포화를 방지할 수 있는 프리앰프를 구비하는 포톤 검출기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 실시 형태에 따른 포톤 검출기는, 센서 소자와, 프리앰프와, 파형 정형 회로와, 비교기를 적어도 구비한다. 센서 소자는, 포톤을 검출하는 전자 디바이스로서, 입사 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자 또는 정공을 출력한다. 프리앰프는 센서 소자로부터 출력되는 전자 또는 정공의 전하를 적분하고, 얻어진 적분값을 전압 신호로 변환하며, 그리고, 변환된 전압 신호를 증폭한다. 파형 정형 회로는 프리앰프로부터의 출력 파형을 정형한다. 비교기는 파형 정형 회로로부터의 출력 신호를 기준 전압과 비교하여, 파형 정형 회로로부터의 출력 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과하고 있을 때에 펄스를 출력한다. 특히, 프리앰프는 제1 증폭기와, 용량 소자와, 제1 트랜지스터와, 제2 트랜지스터를 포함한다. 제1 증폭기는 입력단과, 출력단을 가진다. 용량 소자는 제1 증폭기의 입력단에 전기적으로 접속된 제1 단과, 제1 증폭기의 출력단에 전기적으로 접속된 제2 단을 가지는 전자 부품이다. 제1 트랜지스터는, 그 저항값이 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 증대되는 전자 부품으로서, 제1 증폭기의 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 제1 증폭기의 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제1 고정 전위에 전기적으로 접속된 제어 전극을 가진다. 제2 트랜지스터는, 그 저항값이 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 감소되는 전자 부품으로서, 제1 트랜지스터와는 다른 도전형을 가진다. 또한, 제2 트랜지스터는 제1 증폭기의 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 제1 증폭기의 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제2 고정 전위에 전기적으로 접속된 제어 전극을 가진다.
본 발명에 의하면, 소체적이면서 큰 저항값을 나타내는 저항을 가지는 것과 함께 증폭기의 포화를 방지할 수 있는 프리앰프를 구비하는 포톤 검출기가 실현 가능하게 된다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기가 구비하는 프리앰프의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 프리앰프의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기가 구비하는 폴 제로(pole zero) 보상 회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기가 구비하는 파형 정형 회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기가 구비하는 비교기의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 일반적인 MOSFET의 전압 전류 특성과, 제1 실시 형태에 따른 n형 MOSFET과 p형 MOSFET의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 프리앰프의 동작을 나타내는 파형의 모식도이다.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 파형 정형 회로의 동작을 나타내는 파형의 모식도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 따른 비교기의 동작을 나타내는 파형의 모식도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 따른 프리앰프가 가지는 제2 트랜지스터로서의 p형 MOSFET의 효과를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 적을 때의 각 부의 파형도, (b)는 p형 MOSFET을 마련하지 않았을 경우에 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가되었을 때의 각 부의 파형도, (c)는 p형 MOSFET을 마련했을 경우에 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가되었을 때의 각 부의 파형도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 포톤 검출기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[본원발명의 실시 형태의 설명]
먼저 본원발명의 실시 형태의 내용을 각각 개별로 열거하여 설명한다.
(1) 본 실시 형태에 따른 포톤 검출기는, 그 일 형태로서, 센서 소자와, 프리앰프와, 파형 정형 회로와, 비교기를 적어도 구비한다. 센서 소자는, 포톤을 검출하는 전자 디바이스로서, 입사 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자 또는 정공을 출력한다. 프리앰프는 센서 소자로부터 출력되는 전자 또는 정공의 전하를 적분하고, 얻어진 적분값을 전압 신호로 변환하며, 그리고, 변환된 전압 신호를 증폭한다. 파형 정형 회로는 프리앰프로부터의 출력 파형을 정형한다. 비교기는 파형 정형 회로로부터의 출력 신호를 기준 전압과 비교하여, 파형 정형 회로로부터의 출력 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과하고 있을 때에 펄스를 출력한다. 특히, 프리앰프는 제1 증폭기와, 용량 소자와, 제1 트랜지스터와, 제2 트랜지스터를 포함한다. 제1 증폭기는 입력단과, 출력단을 가진다. 용량 소자는 제1 증폭기의 입력단에 전기적으로 접속된 제1 단과, 제1 증폭기의 출력단에 전기적으로 접속된 제2 단을 가지는 전자 부품이다. 제1 트랜지스터는, 그 저항값이 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 증대되는 전자 부품으로서, 제1 증폭기의 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 제1 증폭기의 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제1 고정 전위에 전기적으로 접속된 제어 전극을 가진다. 제2 트랜지스터는, 그 저항값이 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 감소되는 전자 부품으로서, 제1 트랜지스터와는 다른 도전형을 가진다. 또한, 제2 트랜지스터는 제1 증폭기의 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 제1 증폭기의 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제2 고정 전위에 전기적으로 접속된 제어 전극을 가진다.
또한, 본 실시 형태의 일 형태로서, 제1 증폭기의 입력단에 입력되는 신호를 다단 증폭시키기 위한 구조를 실현하기 위해서, 프리앰프는 제1 증폭기의 출력단측에 직렬로 배치된 1 또는 그 이상의 제2 증폭기를 더 구비해도 된다. 이 경우, 용량 소자의 제2 단, 제1 트랜지스터의 제2 전극, 및 제2 트랜지스터의 제2 전극의 각각은, 제1 및 제2 증폭기 중 어느 것의 출력단과 동전위로 설정된다.
당해 포톤 검출기에서는, 제1 및 제2 트랜지스터를 저항으로서 기능시키기 때문에, 소체적이면서 큰 저항값을 나타내는 저항을 가지는 프리앰프를 얻을 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터의 저항값이 무한대에 가까워지도록 하는 증폭기 출력의 전압 범위에 있어서, 제2 트랜지스터의 저항값을 저하시킬 수 있기 때문에, 증폭기 출력의 포화를 방지할 수도 있다. 또한, 제1 트랜지스터가 적당한 저항으로서 기능하는 전압 범위와 제2 트랜지스터가 적당한 저항으로서 기능하는 전압 범위를, 제1 고정 전위와 제2 고정 전위에 의해서 개별로 조정할 수 있다. 그 때문에, 「특허문헌 1의 저항 소자로서 게이트(베이스)가 드레인(컬렉터)에 접속된 트랜지스터를, 캐패시터에 병렬 접속한 적분 회로」(이하, 간단히 「특허문헌 1의 적분 회로」라고 함.)나, 본 실시 형태의 제1 트랜지스터가 제거되어 제2 트랜지스터만을 가지는 회로에 비해, 당해 포톤 검출기의 프리앰프는, 넓은 전압 레인지의 이용이 가능하고, 포화가 일어나기 어려운 회로가 될 수 있다.
(2) 본 실시 형태의 일 형태로서, 당해 포톤 검출기는, 비교기로부터 출력되는 펄스의 수를 카운트하는 카운터를 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 당해 포톤 검출기는, 입사 포톤의 수를 카운트하는 타입의 포톤 검출기가 될 수 있다.
(3) 본 실시 형태의 일 형태로서, 당해 포톤 검출기는, 피크 홀드 회로를 더 구비하고 있어도 된다. 피크 홀드 회로는, 파형 정형 회로의 출력 신호의 피크값을 홀드하고, 비교기로부터의 출력 신호에 의해 규정되는 타이밍으로 해당 홀드된 피크값에 상당하는 전기 신호를 출력한다. 이 경우, 당해 포톤 검출기는, 입사 포톤의 에너지의 크기를 검지하는 타입의 포톤 검출기가 될 수 있다.
(4) 본 실시 형태의 일 형태로서, 센서 소자는, 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자를 출력하는 소자여도 된다. 이 경우, 제1 트랜지스터는 n형 MOSFET이고, 제2 트랜지스터는 p형 MOSFET인 것이 바람직하다. 본 형태의 구성에 의하면, 트랜지스터로서 바이폴러 트랜지스터를 사용했을 경우에 비해 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 형태의 구성에 의하면, 포톤 검출기의 소형화가 용이하게 되도록, 상술한 제1 및 제2 트랜지스터가 적합하게 실현될 수 있다.
(5) 본 실시 형태의 일 형태로서, 센서 소자는, 포톤의 에너지의 크기에 따른 정공을 출력하는 소자여도 된다. 이 경우, 제1 트랜지스터는 p형 MOSFET이고, 제2 트랜지스터는 n형 MOSFET인 것이 바람직하다. 본 형태의 구성에 의하면, 트랜지스터로서 바이폴러 트랜지스터를 사용했을 경우에 비해 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 형태의 구성에 의하면, 포톤 검출기의 소형화가 용이하게 되도록, 상술한 제1 및 제2 트랜지스터가 적합하게 실현될 수 있다.
(6) 본 실시 형태의 일 형태로서, 당해 포톤 검출기는, 프리앰프와 파형 정형 회로의 사이에 폴 제로 보상 회로를 구비해도 된다. 본 형태의 구성에 의하면, 프리앰프 출력의 저주파수 성분이 파형 정형 회로의 출력의 베이스 라인을 변동시키는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 입사 포톤의 에너지의 크기를 비교기에 의해 1 단계 혹은 복수 단계로 변별하여 카운트할 때나 입사 포톤의 에너지의 크기를 검지할 때의 정밀도가 향상된다. 이 점도, 특허문헌 1의 적분 회로를 구비한 반도체 X선 검출기에 대한 우위한 효과이다. 즉, 당해 폴 제로 보상 회로는, 특허문헌 1의 적분 회로의 후단에는 채용이 곤란했던 회로이다. 그 채용이 곤란했던 것은, 특허문헌 1의 적분 회로에 있어서는, 트랜지스터의 저항값을 자유롭게 조정할 수 없어(저항값이 소스(이미터), 드레인(컬렉터)의 전위와 트랜지스터의 사이즈만으로 정해지기 때문), 폴 제로 보상 회로와의 정합을 취하는 것이 곤란했기 때문이다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 고정 전위와 제2 고정 전위를 임의로 조정할 수 있기 때문에, 그와 같은 곤란은 없다.
(7) 본 실시 형태의 일 형태로서, 비교기는, 소스 폴로어(source follower) 회로와, 해당 소스 폴로어 회로의 출력 노드에 접속된 가변 전류원을 포함하는 기준 전압 발생 회로를 포함해도 된다. 이 경우, 각각이 1개의 센서 소자에 대응하는 화소마다의 검출 감도의 조정을 용이하고 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 일 형태로서, 소스 폴로어 회로의 일부를 구성하는 입력 MOSFET의 백 게이트는, 소스 폴로어 회로의 출력 노드에 접속되어도 된다. 이 경우, 가변 전류원의 전류 변화에 대한 소스 폴로어 회로의 출력 전압 변화의 직선성을 개선할 수 있다. 게다가, 출력 전압의 가변 범위를 크게 할 수 있다.
이상, 이 [본원발명의 실시 형태의 설명] 란에 열거된 각 형태는, 나머지의 모든 형태의 각각에 대해서, 또는, 이들 나머지의 형태의 모든 조합에 대해서 적용 가능하다.
［본원발명의 실시 형태의 상세］
이하, 본 실시 형태에 따른 포톤 검출기의 구체적인 구조를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시로 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 의해서 나타내지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일 부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
(회로 구성)
도 1은 제1 실시 형태에 따른 포톤 검출기(100)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태의 포톤 검출기(100)는, 「포톤 카운팅 검출기」라고도 할 수 있는 디바이스이다. 또한, 당해 포톤 검출기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 소자(110)와, 프리앰프(120)와, 폴 제로 보상 회로(130)와, 파형 정형 회로(140)와, 비교기(150)와, 카운터(160)를 구비하고 있다. 이들 회로 요소는, 이 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 프리앰프(120)와, 폴 제로 보상 회로(130)와, 파형 정형 회로(140)와, 비교기(150)와, 카운터(160)에 의해 일계통의 신호 처리계가 구성되어 있다.
센서 소자(110)는 입사된 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자를 출력하는 소자(전자 디바이스)이다. 센서 소자(110)는, 예를 들면, 화합물 반도체의 한쪽 면에 배치된 하전 전극에 음의 고전압을 인가하는 한편, 다른 쪽 면에 배치된 집전 전극으로부터 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자를 취출(取出)하도록 구성된 소자이다. 센서 소자(110)의 구체적인 구조에 대해서는, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있다. 또한, 센서 소자(110)는, 대표적으로는, 이하에 설명되는 일계통의 신호 처리계에 일대일로 대응하는 단일의 소자(1 화소를 구성)이다. 또한, 일계통의 신호 처리계에 대해서 일대다의 구성이 되도록, 복수의 센서 소자(110)에 의해 이차원 모양으로 배열된 센서 어레이의 화소 그룹이 구성되어도 된다.
프리앰프(120)는 센서 소자(110)로부터 출력되는 전자의 전하를 적분하고, 얻어진 적분값을 전압 신호로 변환하며, 그리고, 변환된 전압 신호를 증폭시키는 회로이다. 도 2는 본 실시 형태의 프리앰프(120)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프리앰프(120)는 증폭기(제1 증폭기)(121)를 가지는 것과 함께, 해당 증폭기(121)의 입력단측과 출력단측을 전기적으로 접속하는 복수 배선상에 각각 배치된 용량 소자(122), n형 MOSFET(123)(제1 트랜지스터), 및 p형 MOSFET(124)(제2 트랜지스터)을 가진다. 즉, 증폭기(121)의 입력단(입력 전극을 포함함), 용량 소자(122)의 제1 단, n형 MOSFET(123)의 제1 전극(소스 S), 및 p형 MOSFET(124)의 제1 전극(드레인 D)이 동전위가 된다. 한편, 증폭기(121)의 출력단(출력 전극을 포함함), 용량 소자(122)의 제2 단, n형 MOSFET(123)의 제2 전극(드레인 D), 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극(소스 S)이 동전위가 된다. 그리고, n형 MOSFET(123) 및 p형 MOSFET(124) 각각의 게이트 G(제어 전극)(1231, 1241)는, 각각, 제1 고정 전위 V1 및 제2 고정 전위 V2를 인가하는 배선에 접속되어 있다.
여기서, 제1 고정 전위 V1은, n형 MOSFET(123)을 이하의 (a) 또는 (b)로 규정되도록 동작시키는 값으로 설정된다.
(a) 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 비교적으로 작은 범위에 있어서는 드레인-소스간의 저항값이 적당한 값(예를 들면 수백 킬로 오옴~수십 메가옴)으로 된다.
(b) 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면, 드레인-소스간의 저항값이 무한대에 가까워진다.
또한, 제2 고정 전위 V2는, p형 MOSFET(124)을 이하의 (a) 또는 (b)로 규정되도록 동작시키는 값으로 설정된다.
(a) 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 비교적으로 작은 범위에 있어서는 드레인-소스간의 저항값이 거의 무한대이다.
(b) 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면, 드레인-소스간의 저항값이 적당한 값으로 된다.
또한, 증폭기(121)의 출력 전압 V0는, 증폭기(121)의 입력 전극측의 전위(기준 전위)와 출력 전극측의 전위 사이의 전위차이다.
또한, 프리앰프(120)는 증폭기(121)의 입력단에 입력되는 신호를 다단 증폭시키기 위한 구조를 구비해도 된다. 도 3의 (a)~도 3의 (d)에 도시된 예에서는, 증폭기(121)와, 해당 증폭기(121)의 출력단측에 직렬로 배치된 후단 증폭기(제2 증폭기)(121A)에 의해, 다단 증폭 구조가 구성되는 것과 함께, 용량 소자(122)의 제2 단, n형 MOSFET(123)의 제2 전극, 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극의 각각이, 증폭기(121)의 출력단측에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 3의 (a)~도 3의 (d)의 예에서는, 1개의 후단 증폭기(121A)만 도시되어 있지만, 복수의 후단 증폭기(121A)가 증폭기(121)의 출력측에 직렬로 배치되어도 된다.
구체적으로, 도 3의 (a)의 예에서는, 용량 소자의 제2 단, n형 MOSFET(123)의 제2 전극, 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극의 각각이, 후단 증폭기(121A)의 출력단으로부터 연장되는 배선에 접속됨으로써, 후단 증폭기(121A)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다. 도 3의 (b)의 예에서는, 용량 소자의 제2 단, n형 MOSFET(123)의 제2 전극, 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극의 각각이, 증폭기(121)의 출력단과 후단 증폭기(121A)의 입력단을 연결하는 배선에 접속됨으로써, 증폭기(121)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다. 도 3의 (c)의 예에서는, 용량 소자의 제2 단이, 후단 증폭기(121A)의 출력단으로부터 연장되는 배선에 접속됨으로써, 후단 증폭기(121A)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다. 한편, n형 MOSFET(123)의 제2 전극 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극의 각각은, 증폭기(121)의 출력단과 후단 증폭기(121A)의 입력단을 연결하는 배선에 접속됨으로써, 증폭기(121)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다. 또한, 도 3의 (d)의 예에서는, 용량 소자의 제2 단이, 증폭기(121)의 출력단과 후단 증폭기(121A)의 입력단을 연결하는 배선에 접속됨으로써, 증폭기(121)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다. 한편, n형 MOSFET(123)의 제2 전극 및 p형 MOSFET(124)의 제2 전극의 각각은, 후단 증폭기(121A)의 출력단으로부터 연장되는 배선에 접속됨으로써, 후단 증폭기(121A)의 출력단과 동전위로 설정되어 있다.
도 4의 (a)~도 4의 (c)는, 폴 제로 보상 회로(130)의 구성예를 각각 나타내는 회로도이며, 도 4의 (d)는, 도 4의 (a)~도 4의 (c)에 있어서의 저항 소자(132)를 구성하는 회로의 일례이다. 도 4의 (a)에 도시된 폴 제로 보상 회로(130A)는, 서로 병렬 접속된 용량 소자(131) 및 저항 소자(132)를 가진다. 도 4의 (b)에 도시된 폴 제로 보상 회로(130B)는, 도 4의 (a)의 폴 제로 보상 회로(130A)의 구성에 더하여, 용량 소자(131) 및 저항 소자(132)의 출력측 단자와 기준 전위선의 사이에 배치된 저항 소자(133)를 가진다. 도 4의 (c)에 도시된 폴 제로 보상 회로(130C)는, 도 4의 (a)의 폴 제로 보상 회로(130A)의 구성에 더하여, 용량 소자(131)와 직렬로, 또한, 저항 소자(132)와 병렬로 접속된 저항 소자(134)를 가진다. 도 4의 (a)~도 4의 (c)에 있어서의 저항 소자(132)는, 통상의 저항체로 구성되어도 되고, 1개의 MOSFET으로 구성되어도 된다. 또한, 도 4의 (a)~도 4의 (c)에 있어서의 저항 소자(132)는, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, n형 MOSFET(135)과 p형 MOSFET(136)이 병렬 접속된 회로로 구성되는 것이 바람직하다. n형 MOSFET(135)과 p형 MOSFET(136)의 게이트(1351, 1361)에는, 각각 적당한 고정 전위 V1a, V2a가 접속된다. 어느 회로 구성이 채용되었을 경우에 있어서도, 폴 제로 보상 회로(130)의 시정수는, 프리앰프(120)의 시정수(용량 소자(122)의 용량값과 MOSFET(123, 124)의 저항값에 의해 정해지는 시정수)와 정합하는 값으로 설정된다. 이때, 프리앰프(120)와 파형 정형 회로(140)에 있어서의 신호의 게인을 크게 취하기 위해서, 바람직하게는, 이하의 설정이 고려된다.
(a) 프리앰프의 용량 소자(122)의 용량값은, 폴 제로 보상 회로(130)의 용량 소자(131)의 용량값보다도 작은 값으로 설정된다.
(b) 프리앰프(120)의 MOSFET(123, 124)에 의한 저항값은, 폴 제로 보상 회로(130)의 저항 소자(132) 혹은 n형 MOSFET(135)과 p형 MOSFET(136)에 의한 저항값보다도, 큰 값으로 설정된다(고정 전위 V1a, V2a의 설정).
파형 정형 회로(140)는 프리앰프(120)의 출력의 파형을 정형하는 회로이다. 도 5는 파형 정형 회로(140)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 파형 정형 회로(140)는, 도 2에 도시된 프리앰프(120)와 마찬가지의 구성을 가지는 회로이다. 즉, 파형 정형 회로(140)는 증폭기(141)를 가지는 것과 함께, 해당 증폭기(141)의 입력단측과 출력단측을 전기적으로 접속하는 복수 배선상에 각각 배치된 용량 소자(142), n형 MOSFET(143), 및 p형 MOSFET(144)을 가진다. 다만, 용량 소자(142)의 용량값과 MOSFET(143, 144)의 드레인-소스간의 저항값에 의해서 정해지는 시정수는, 도 2에 도시된 프리앰프(120)에 있어서의 용량 소자(122)의 용량값과 MOSFET(123, 124)의 드레인-소스간의 저항값에 의해서 정해지는 시정수보다도 작은 값으로 설정된다(고정 전위 V1b, V2b의 설정). 또한, 파형 정형 회로(140)는, 반드시 n형 MOSFET(143)과 p형 MOSFET(144) 양쪽을 가질 필요는 없다. 구체적으로 파형 정형 회로(140)는, n형 MOSFET(143)과 p형 MOSFET(144) 중, 예를 들면 n형 MOSFET(143)만이, 용량 소자(141)와 함께 증폭기(141)의 입력단측과 출력단측을 전기적으로 접속하는 복수 배선상에 각각 배치된 회로여도 된다.
비교기(150)는 파형 정형 회로(140)의 출력 전압을 기준 전압 Vth와 비교하여, 파형 정형 회로(140)의 출력 전압이 기준 전압 Vth를 초과할 때마다 펄스를 출력하는 회로이다. 도 6의 (a)는 비교기(150)의 일 구성예를 나타내는 회로도이며, 도 6의 (b)는 비교기(150)의 다른 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 6의 (a)와 도 6의 (b)는, 기준 전압 발생 회로의 구성이 상위하다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 비교기(150)는 콤퍼레이터(151)와, 기준 전압 발생 회로(152 또는 153)를 가진다. 콤퍼레이터(151)의 한쪽의 입력 전극(1511)은 파형 정형 회로(140)의 출력단과 접속되고, 다른 쪽의 입력 전극(1512)은 기준 전압 발생 회로(152 또는 153)의 출력단과 접속된다.
기준 전압 발생 회로(152)는 서로 직렬로 접속된 2개의 n형 MOSFET을 포함하는 소스 폴로어 회로(1521)와, 그 출력 노드(1522)에 접속된 가변 전류원(1523)을 포함하고 있다. 출력 노드(1522)와 가변 전류원(1523)의 사이의 노드 N1은, 콤퍼레이터(151)의 다른 쪽의 입력 전극(1512)과 접속되어 있다. 소스 폴로어 회로(1521)는 한쪽의 n형 MOSFET(입력 MOSFET)(1524)과, 커런트 미러(current mirror) 저항을 구성하는 다른 쪽의 n형 MOSFET에 의해 구성되어 있다. 소스 폴로어 회로(1521)의 한쪽의 n형 MOSFET(1524)의 백 게이트(1525)는, 소스 폴로어 회로(1521)의 출력 노드(1522)에 접속(단락)되어 있다. 또한, 고정 전위 V1c는, 출력 노드(1522)의 전위보다도 약간 높은 전위이며, 고정 전위 V1c와 출력 노드(1522)의 전위차는, 한쪽의 n형 MOSFET(1524)의 임계값 이하로 설정되어 있다. 또한, 다른 쪽의 n형 MOSFET에 의해 구성되는 커런트 미러 저항은, 해당 다른 쪽의 n형 MOSFET의 게이트에 접속되는 고정 전위 V2c에 의해 규정된다.
기준 전압 발생 회로(153)는 서로 직렬로 접속된 2개의 p형 MOSFET을 포함하는 소스 폴로어 회로(1531)와, 그 출력 노드(1532)에 접속된 가변 전류원(1533)을 포함하고 있다. 출력 노드(1532)와 가변 전류원(1533)의 사이의 노드 N2는, 콤퍼레이터(151)의 다른 쪽의 입력 전극(1512)과 접속되어 있다. 소스 폴로어 회로(1531)는 한쪽의 p형 MOSFET(입력 MOSFET)(1534)과, 커런트 미러 저항을 구성하는 다른 쪽의 p형 MOSFET에 의해 구성되어 있다. 소스 폴로어 회로(1531)의 한쪽의 p형 MOSFET(1534)의 백 게이트(1535)는, 소스 폴로어 회로(1531)의 출력 노드(1532)에 접속(단락)되어 있다. 또한, 고정 전위 V1d는, 출력 노드(1532)의 전위보다도 약간 낮은 전위이며, 고정 전위 V1d와 출력 노드(1532)의 전위차는, 한쪽의 p형 MOSFET(1534)의 임계값 이하로 설정되어 있다. 또한, 다른 쪽의 n형 MOSFET에 의해 구성되는 커런트 미러 저항은, 해당 다른 쪽의 n형 MOSFET의 게이트에 접속되는 고정 전위 V2c에 의해 규정된다.
카운터(160)는 비교기(150)로부터 출력되는 펄스의 수를 카운트하는 회로이다. 카운터(160)는 펄스의 수를 카운트하는 기능을 가지는 회로이면 어떠한 회로여도 된다.
(동작)
이상과 같이 구성된 포톤 검출기(100)는, 이하와 같이 동작한다.
우선, 센서 소자(110)에 포톤이 입사되면, 센서 소자(110)는, 입사 포톤의 에너지의 크기에 대응한 수의 전자를 출력한다. 출력된 전자는 프리앰프(120)에 입력된다. 센서 소자(110)로부터 음의 전하를 가지는 전자가 프리앰프(120)에 입력되면, 증폭기(121)의 입력 전극의 전위는, 기준 전위(증폭기(121)의 입력 전극측의 전위)인 채로 해당 증폭기(121)의 출력측의 전위가 입력된 전자의 전하량에 비례한 전압분만큼 상승한다.
여기서, 용량 소자(122), n형 MOSFET(123), 및 p형 MOSFET(124)의 각 양단의 전위차는, 증폭기(121)의 출력 전압 V0와 같다. 다만, n형 MOSFET(123)은, 증폭기(121)의 출력 전극에 접속된 측(제2 전극)이 드레인이 되는 것에 대해, p형 MOSFET(124)은 증폭기(121)의 출력 전극에 접속된 측(제2 전극)이 소스가 된다. 그 때문에, 소스를 기준으로 본 드레인 전압 Vds는, n형 MOSFET(123)에서는 양의 값이 되는 것에 대해, p형 MOSFET(124)에서는 음의 값이 된다.
n형 MOSFET(123)의 게이트(1231)에 접속되는 제1 고정 전위 V1을, 예를 들면 기준 전위에 대해서 n형 MOSFET(123)의 임계값 전압 이하의 적절한 값만큼 높은 값으로 설정하면, n형 MOSFET(123)은 서브스레숄드(subthreshold) 영역(약(弱)반전 영역) 내에서 동작한다. 그 때문에, 해당 n형 MOSFET(123)의 드레인-소스간의 저항값은, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 비교적 작은 범위에 있어서는 수백 킬로 오옴~수십 메가옴이 된다. 한편, 이 저항값은, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면 무한대에 가까워진다. 이 모습은, 도 7의 점 A 및 점 B에 의해 나타내진다. 즉, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 비교적 작은 범위에 있어서는, n형 MOSFET(123)의 동작점은 예를 들면 점 A 부근에 있지만, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면, 그 동작점은 예를 들면 점 B 부근으로 파선 화살표를 따라서 이동한다.
다음으로, p형 MOSFET(124)에 대해서 보면, 소스를 기준으로 본 드레인 전압 Vds는, 증폭기(121)의 출력 전압 V0의 부호를 반전시킨 값이 된다. 또한, 소스를 기준으로 본 게이트 전압 Vgs는, 드레인 전압 Vds에, 제2 고정 전위 V2와 기준 전위의 차전압(고정 전압)을 가산한 값이 된다. 따라서, 제2 고정 전위 V2를 적절한 값으로 설정하면, p형 MOSFET(124)의 드레인-소스간의 저항값은, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 소정값보다도 작은 범위에 있어서는 거의 무한대가 된다. 한편, 이 저항값은, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 소정값을 초과하면, 작은 값으로 변화한다. 이 모습은, 도 7의 점 C와 점 D에 의해 나타내진다. 즉, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 소정값보다도 작은 범위에 있어서는 p형 MOSFET(124)의 동작점은 예를 들면 점 C 부근에 있지만, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면, 그 동작점은 예를 들면 점 D 부근으로 파선 화살표를 따라서 이동한다.
n형 MOSFET(123) 및 p형 MOSFET(124)이 상술한 바와 같이 동작하므로, 프리앰프(120)의 방전 시정수는, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 작은 동안은 비교적 크고, 증폭기(121)의 출력 전압 V0가 커지면 작아진다.
또한, 도 7에 있어서, 세로축의 Ids는 드레인-소스간의 전류값이며, 가로축의 Vds는 드레인-소스간의 전압값이다. 또한, Vgsn은 n형 MOSFET(123)의 게이트-소스간 전압이며, Vgsp는 p형 MOSFET(124)의 게이트-소스간 전압이다. 게이트-소스간 전압 Vgsn, Vgsp의 변화에 따라서, 도 7에 나타내진 바와 같이, n형 MOSFET(123) 및 p형 MOSFET(124)의 전압 전류 특성이 변화한다.
도 8은 포톤의 입사 타이밍과 프리앰프(120)의 출력 파형을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 나타내진 바와 같이, 프리앰프(120)의 출력 전압(증폭기(121)의 출력 전압 V0와 같음)이 작은 동안은 프리앰프(120)의 방전 시정수는 비교적 크다. 그 때문에, 해당 프리앰프(120)의 출력 전압은 조금밖에 저하되지 않는다(포톤이 입사될 때마다 프리앰프(120)의 출력 전압은 거의 계단 모양으로 상승한다). 그렇지만, 프리앰프(120)의 출력 전압이 어느 정도 이상으로 커지면, 프리앰프(120)의 방전 시정수가 작아진다. 이 경우, 프리앰프(120)의 출력 전압은 급격하게 저하하도록 되어, 그 출력 파형은 톱날 모양으로 된다. 또한, 도 9는 파형 정형 회로(140)의 동작을 나타내는 파형의 모식도이며, 도 10은 비교기(150)의 동작을 나타내는 파형의 모식도이다.
프리앰프(120)로부터의, 도 8에 나타내진 바와 같은 파형의 출력 신호는, 폴 제로 보상 회로(130)를 통해서 파형 정형 회로(140)에 입력된다. 폴 제로 보상 회로(130)는 프리앰프(120) 출력의 저주파수 성분이 파형 정형 회로(140)의 출력 신호의 베이스 라인(도 9의 하측의 파형에 있어서의 수평의 라인)을 변동시키는 것을 억제하기 위한 회로이다. 예를 들면, 프리앰프(120)에 입력이 없는 기간이 당분간 계속되어 프리앰프(120)의 출력이 서서히 저하되는 것과 같은 경우에도, 폴 제로 보상 회로(130)는 파형 정형 회로(140)의 출력의 베이스 라인이 변동되는 것을 억제하도록 작용한다.
파형 정형 회로(140)에서는, 프리앰프(120)로부터의 도 8의 하측에 나타내진 바와 같은 파형, 즉 도 9의 상측에 나타내진 파형이, 도 9의 하측에 나타내진 바와 같은 파형(다음 단의 비교기(150)에서의 비교에 적합한 파형)으로 정형된다. 파형 정형 회로(140)의 출력 전압은, 비교기(150)에 있어서, 기준 전압 발생 회로(152)로부터 출력되는 기준 전압 Vth과 비교된다. 도 10의 하측에 나타내진 바와 같이, 비교기(150)로부터는, 파형 정형 회로(140)의 출력 전압이 기준 전압 Vth를 하회할 때마다 펄스가 출력된다. 또한, 기준 전압 발생 회로(152)로부터 출력되는 기준 전압 Vth는, 가변 전류원(1523)의 전류값을 조정함으로써 조정된다. 비교기(150)로부터 출력된 펄스는, 카운터(160)에 의해 카운트 되고, 그 카운트값이 입사 포톤의 수를 나타내는 숫자로서 출력된다.
(효과)
본 실시 형태에 의하면, n형 MOSFET(123)과 p형 MOSFET(124)을 저항으로서 기능시키기 때문에, 소체적이면서 큰 저항값을 나타내는 저항을 가지는 프리앰프(120)가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, n형 MOSFET(123)의 저항값이 무한대에 가까워지도록 하는 증폭기 출력 V0의 전압 범위에 있어서, p형 MOSFET(124)의 저항값을 저하시킬 수 있다(증폭기 출력 V0의 포화를 방지할 수 있음). 이 효과는, 도 11의 (a)~도 11의 (c)에 나타내진다. 도 11의 (a)는, 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 적을 때의 각 부의 파형도이다. 이 경우는, p형 MOSFET(124)의 유무는 파형의 차이로 나타나지 않는다. 도 11의 (b)는, p형 MOSFET(124)을 마련하지 않았을 경우에 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가되었을 때의 각 부의 파형도이다. 도 11의 (c)는, p형 MOSFET(124)을 마련했을 경우에 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가되었을 때의 각 부의 파형도이다. 도 11의 (a)에 나타내진 바와 같이, 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 적을 때에는, p형 MOSFET(124)의 유무에 관계없이, 프리앰프(120)의 출력은 포톤의 입사 타이밍에 따라서 스텝 모양으로 상승하고, 파형 정형 회로(140)는 포톤의 입사 타이밍에 따른 파형을 출력할 수 있다. 그렇지만, 도 11의 (b)에 나타내진 바와 같이, p형 MOSFET(124)을 마련하지 않았을 경우에 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가하면, 프리앰프(120)의 출력이 포화되고, 파형 정형 회로(140)는 파형을 출력할 수 없게 된다. 이에 대해, 본 실시 형태와 같이 p형 MOSFET(124)을 마련했을 경우에는, 단위시간당 입사되는 포톤의 수가 증가해도 프리앰프(120)는 포화되는 일이 없고, 파형 정형 회로(140)는 포톤의 입사 타이밍에 따른 파형을 출력할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, n형 MOSFET(123)이 적당한 저항으로서 기능하는 전압 범위와 p형 MOSFET(124)이 적당한 저항으로서 기능하는 전압 범위를, 제1 고정 전위 V1와 제2 고정 전위 V2에 의해서 개별로 조정할 수 있다. 따라서, 특허문헌 1의 적분 회로나, 본 실시 형태로부터 n형 MOSFET(123)을 제거하여 p형 MOSFET(124)만을 저항으로서 기능시키도록 한 회로에 비해, 본 실시 형태의 프리앰프(120)는, 넓은 전압 레인지의 이용이 가능하고, 또한, 포화가 일어나기 어려운 회로가 될 수 있다.
또한, 특허문헌 1과 같이, 게이트(베이스)가 드레인(컬렉터)에 접속된 1개의 트랜지스터를 이용하여 적당한 저항값을 얻으려고 하는 경우에는, 조정 가능한 파라미터가 1개의 트랜지스터의 각종 치수나 재료뿐이다. 이 경우, 설계의 자유도가 낮고, 적당한 저항값을 얻기 위한 조정이 곤란해질 가능성이 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 있어서는, n형 MOSFET(123) 및 p형 MOSFET(124)의 각종 치수(게이트 길이, 게이트 폭 등)나 재료에 더하여, 제어 전극에 공급하는 고정 전위 V1, V2도 조정 가능하다. 따라서, 본 실시 형태는, 설계의 자유도가 높고, 적당한 저항값을 얻기 위한 조정이 용이하다.
본 실시 형태에서는 제1 트랜지스터가 n형 MOSFET(123)으로 되고, 제2 트랜지스터가 p형 MOSFET(124)으로 되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 트랜지스터로서 바이폴러 트랜지스터를 사용했을 경우에 비해, 본 실시 형태는, 소비 전력을 저감시킬 수 있고, 포톤 검출기의 소형화가 용이하게 된다.
본 실시 형태에서는, 프리앰프(120)와 파형 정형 회로(140)의 사이에 폴 제로 보상 회로(130)를 구비하고 있다. 이 경우, 프리앰프(120)의 출력의 저주파수 성분이 파형 정형 회로(140)의 출력의 베이스 라인(도 9의 하측의 파형에 있어서의 수평의 라인)을 변동시키는 것을 억제할 수 있어, 입사 포톤의 에너지의 크기를 비교기(150)로 변별할 때의 정밀도가 향상된다. 이 점도, 특허문헌 1의 적분 회로를 구비한 반도체 X선 검출기에 대한 우위한 효과이다. 즉, 이 폴 제로 보상 회로(130)는 특허문헌 1의 적분 회로의 후단에는 채용이 곤란했던 회로이다. 그 채용이 곤란했던 이유는, 특허문헌 1의 적분 회로에 있어서는, 트랜지스터의 저항값을 자유롭게 조정할 수 없어(저항값이 소스(이미터), 드레인(컬렉터)의 전위와 트랜지스터의 사이즈만으로 정해지기 때문), 폴 제로 보상 회로와의 정합을 취하는 것이 곤란했기 때문이다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 고정 전위 V1과 제2 고정 전위 V2를 임의로 조정할 수 있기 때문에, 그와 같은 곤란은 없다.
본 실시 형태에서는, 비교기(150)가, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)와, 그 출력 노드(1522, 1532)에 접속된 가변 전류원(1523, 1533)을 포함하는 기준 전압 발생 회로(152, 153)를 가지고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 화소마다 포톤 검출기가 마련되는 경우(센서 소자(110)와 일계통의 신호 처리계가 일대일로 대응한 구성)에, 화소마다의 검출 감도의 조정이 용이하고 고정밀도로 행해질 수 있다. 또한, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 입력 MOSFET(1524, 1534)의 백 게이트(1525, 1535)는, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 출력 노드(1522, 1532)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 가변 전류원(1523, 1533)의 전류 변화에 대한 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 출력 전압 Vth의 변화의 직선성을 개선할 수 있는 것과 함께, 출력 전압 Vth의 가변 범위를 크게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 12는 제2 실시 형태에 따른 포톤 검출기(200)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1과 도 12를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시 형태의 포톤 검출기(200)는, 주로, 제1 실시 형태의 카운터(160) 대신에 피크 홀드 회로(260)와, 출력 스위치(270)와, 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)를 구비하고 있는 점에서, 제1 실시 형태의 포톤 검출기(100)와 상위하다. 피크 홀드 회로(260)의 구체적인 구성에 대해서는, 상기 비특허문헌 1(도 6) 및 상기 비특허문헌 2에 개시되어 있다. 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)의 구체적인 구성에 대해서는, 상기 비특허문헌 3 및 상기 비특허문헌 4에 개시되어 있다. 또한, 제1 실시 형태(도 1)는 프리앰프(120)와 파형 정형 회로(140)의 사이에 폴 제로 보상 회로(130)가 마련되고 있고, 제2 실시 형태도 마찬가지로, 프리앰프(220)와 파형 정형 회로(240)의 사이에 폴 제로 보상 회로가 마련되어도 된다. 다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 제2 실시 형태는 공통되는 구성을 가진다. 이하에서는, 그 제1 실시 형태와 상위한 부분을 중심으로 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 포톤 검출기(200)는, 센서 소자(210)(센서 소자(110)와 동일 구조를 가짐)와, 프리앰프(220)(프리앰프(120)와 동일 구조를 가짐)와, 파형 정형 회로(240)(파형 정형 회로(140)와 동일 구조를 가짐)와, 비교기(250)(비교기(150)와 동일 구조를 가짐)와, 피크 홀드 회로(260)와, 출력 스위치(270)와, 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)를 구비하고 있다. 이들 회로 요소 중, 센서 소자(210)와, 프리앰프(220)와, 파형 정형 회로(240)와, 피크 홀드 회로(260)와, 출력 스위치(270)는, 그 순서대로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 비교기(250)는 그 입력이 파형 정형 회로(240)의 출력에 접속되고, 출력이 피크 홀드 회로(260)와 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)에 공급되고 있다. 프리앰프(220)와, 파형 정형 회로(240)와, 비교기(250)와, 피크 홀드 회로(260)와, 출력 스위치(270)와, 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)에 의해, 센서 소자(210)에 일대일로 대응해서 마련된 일계통의 신호 처리계가 구성되어 있다.
센서 소자(210), 프리앰프(220), 파형 정형 회로(240), 비교기(250)는, 각각, 제1 실시 형태에 따른 센서 소자(110), 프리앰프(120), 파형 정형 회로(140), 비교기(150)와 동일 구성이므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
피크 홀드 회로(260)는 파형 정형 회로(240)의 출력의 피크값을 홀드하고, 그 홀드한 피크값을 출력 스위치(270)를 통해서 버스 라인(공통 신호선)에 출력하는 회로이다.
출력 인에이블 신호 생성 회로(280)는, 버스 라인이 사용중(busy)인지 여부(다른 화소 회로로부터 버스 라인에 신호가 읽어내지고 있는 상태인지 여부)를 판별하는 버스 라인 모니터 신호와 비교기(250)의 출력을 기초로, 출력 스위치(270)에 대해서 출력 인에이블 신호를 출력하는 회로이다.
출력 스위치(270)는 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)로부터의 출력 인에이블 신호가 출력 인에이블을 나타내고 있을 때에, 피크 홀드 회로(260)가 홀드한 피크값을 버스 라인(공통 신호선)에 출력하는 회로이다.
또한, 파형 정형 회로(240)는 프리앰프(220)의 출력이 공통으로 입력되고 독립된 출력을 가지는 2개의 파형 정형 회로로 구성되어도 된다. 그 경우, 한쪽의 파형 정형 회로의 출력이 비교기(250)에 공급되고, 다른 쪽의 파형 정형 회로의 출력이 피크 홀드 회로(260)에 접속된다.
또한, 비교기(250)의 출력은, 피크 홀드 회로(260)와 출력 인에이블 신호 생성 회로(280) 이외의 회로, 예를 들면 도 1의 카운터(160)에 상당하는 회로에도 공급되어도 된다.
이상과 같이 구성된 포톤 검출기(200)의, 피크 홀드 회로(260), 출력 스위치(270), 출력 인에이블 신호 생성 회로(280)는, 협동해서, 파형 정형 회로(240)의 출력의 피크값을 홀드하고, 홀드한 피크값을 비교기(250)의 출력에 의해 규정되는 타이밍으로 버스 라인에 출력하도록 동작한다. 이것에 의해, 포톤 검출기(200)는 입사 포톤의 에너지의 크기에 비례한 신호를 버스 라인에 출력할 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 제1 실시 형태에서는, 비교기(150)와 카운터(160)가 각각 1개이고, 포톤의 에너지는 1단계로밖에 변별되고 있지 않았다. 그렇지만, 제1 실시 형태는, 기준 전압이 서로 다른 복수의 비교기와, 비교기에 대응한 복수의 카운터를 마련함으로써, 포톤의 에너지를 복수 단계로 변별하여 각각 카운트하도록 공세되어도 된다. 이 경우, 보다 많은 정보를 얻을 수 있는 X선 촬상 장치 등을 구성할 수 있다. 또한, 그와 같이 하는 경우에는, 폴 제로 보상 회로가 보다 유효하게 된다.
또한, 상술한 제2 실시 형태에서는 폴 제로 보상 회로가 생략되어 있지만, 제2 실시 형태에 있어서도, 프리앰프(220)와 파형 정형 회로(240)의 사이에 폴 제로 보상 회로(130)와 마찬가지의 폴 제로 보상 회로가 마련되어도 된다. 이 경우, 입사 포톤의 에너지의 크기를 검지하는 정밀도가 향상된다.
상술한 제1 실시 형태에서는, 프리앰프(120)와 파형 정형 회로(140)의 사이에 폴 제로 보상 회로(130)를 구비하고 있지만, 여러 조건이 허용되는 경우에는, 폴 제로 보상 회로(130)는 구비하지 않아도 된다.
센서 소자로서, 상술한 각 실시 형태에서는 입사된 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자를 출력하는 센서 소자(110)를 예시했지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 센서 소자는 입사된 포톤의 에너지의 크기에 따른 정공을 출력하는 센서 소자여도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 제1 트랜지스터가 n형 MOSFET(123)이며, 제2 트랜지스터가 p형 MOSFET(124)이었지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 센서 소자로서 정공을 출력하는 것을 채용하는 경우에는, 제1 트랜지스터를 p형 MOSFET으로 하고, 제2 트랜지스터를 n형 MOSFET으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 및 제2 트랜지스터는 MOSFET으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 및 제2 트랜지스터는 모두 바이폴러 트랜지스터여도 된다. 이 경우에는, n형 MOSFET 대신에 npn형의 바이폴러 트랜지스터를 이용하고, p형 MOSFET 대신에 pnp형의 바이폴러 트랜지스터를 이용한다. 또한, 각 바이폴러 트랜지스터의 베이스, 이미터, 컬렉터는, 각각, 각 MOSFET의 게이트, 소스, 드레인에 대응시킨다. 그러면, 각 바이폴러 트랜지스터는, 각 MOSFET과 마찬가지로 동작한다.
상술한 각 실시 형태에서는, 파형 정형 회로(140)는 도 5에 도시된 바와 같은 회로 구성을 가지지만(도 5의 MOSFET(143과 144) 중 어느 한쪽이 없어도 되는 것은, 상술한 바와 같음), 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5에 도시된 MOSFET(143 및 144) 대신에 저항체로 구성되는 저항 소자 등, 임의의 저항 소자가 이용되어도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 도 10에 나타내진 바와 같이, 파형 정형 회로(140)가 반전 출력 타입이며, 비교기(150)는 파형 정형 회로(140)의 출력이 기준 전압 Vth를 하회할 때마다 펄스를 출력하는 비교기였다. 그렇지만, 파형 정형 회로는 비반전 출력 타입이어도 되고, 비교기(150)는 파형 정형 회로의 출력이 소정의 기준 전압을 상회할 때마다 펄스를 출력하는 비교기여도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 비교기(150)가, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)와 그 출력 노드(1522, 1532)에 접속된 가변 전류원(1523, 1533)을 포함하는 기준 전압 발생 회로(152, 153)를 가지고 있었지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들면 비교기는 자체적으로는 기준 전압 발생 회로를 가지지 않고, 외부로부터 기준 전압이 공급되도록 구성되어 있어도 되고, 소스 폴로어 회로를 포함하지 않는 기준 전압 발생 회로를 가지는 것이어도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 입력 MOSFET(1524, 1534)의 백 게이트(1525, 1535)가, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 출력 노드(1522, 1532)에 접속되어 있었지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 소스 폴로어 회로(1521)의 입력 MOSFET(1524)의 백 게이트는, 소스 폴로어 회로(1521, 1531)의 출력 노드(1522, 1532)에 접속되어 있지 않아도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 도 1 및 도 12에 도시된 각 구성 요소가, 서로 전후하는 구성 요소 사이에서 서로 직접 접속되어 있었지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 그들 각 구성 요소의 사이에는, 전류 증폭기 등의, 상술한 각 실시 형태에 나타나 있지 않은 회로가 개재되어 있어도 된다.
100, 200…포톤 검출기, 110, 210…센서 소자, 120, 220…프리앰프, 130…폴 제로 보상 회로, 140, 240…파형 정형 회로, 150, 250…비교기, 160…카운터, 121…증폭기(제1 증폭기), 121A…후단 증폭기(제2 증폭기), 122…용량 소자, 123…n형 MOSFET(제1 트랜지스터), 124…p형 MOSFET(제2 트랜지스터), 142…용량 소자, 143, 144…MOSFET, 151…콤퍼레이터, 152…기준 전압 발생 회로, 1231…n형 MOSFET(제1 트랜지스터)의 게이트(제어 전극), 1241…p형 MOSFET(제2 트랜지스터)의 게이트(제어 전극), 1511…콤퍼레이터의 한쪽의 입력 전극, 1512…콤퍼레이터의 다른 쪽의 입력 전극, 1521, 1531…소스 폴로어 회로, 1522, 1532…소스 폴로어 회로의 출력 노드, 1523, 1533…가변 전류원, 1524, 1534…소스 폴로어 회로의 입력 MOSFET, 1525, 1535…입력 MOSFET의 백 게이트, 260…피크 홀드 회로, 270…출력 스위치, 280…출력 인에이블 신호 생성 회로.

Claims (9)

  1. 입사 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자 또는 정공을 출력하는 센서 소자와,
    상기 센서 소자에 전기적으로 접속된 프리앰프로서, 상기 센서 소자로부터 출력되는 전자 또는 정공의 전하를 입력하고, 상기 전하의 적분값으로부터 변환된 전압 신호를 증폭시키는 프리앰프와,
    상기 프리앰프에 전기적으로 접속된 파형 정형 회로로서, 상기 프리앰프로부터의 출력 신호를 입력하고, 상기 프리앰프로부터의 출력 신호의 파형을 정형하는 파형 정형 회로와,
    상기 파형 정형 회로에 전기적으로 접속된 비교기로서, 상기 파형 정형 회로로부터의 출력 신호를 입력하고, 기준 전압을 초과하는 전압 레벨의 상기 파형 정형 회로로부터의 출력 신호의 입력에 응답하여 펄스를 출력하는 비교기를 구비하고,
    상기 프리앰프는,
    입력단과, 출력단을 가지는 제1 증폭기와,
    상기 제1 증폭기의 상기 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 단과, 상기 제1 증폭기의 상기 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 단을 가지는 용량 소자와,
    상기 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 저항값이 증대되는 제1 트랜지스터로서, 상기 제1 증폭기의 상기 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제1 증폭기의 상기 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제1 고정 전위에 접속된 제어 전극을 가지는 제1 트랜지스터와,
    상기 제1 트랜지스터와는 다른 도전형을 가지는 것과 함께 상기 제1 증폭기의 출력 전압의 절대값의 증대에 수반하여 저항값이 감소되는 제2 트랜지스터로서, 상기 제1 증폭기의 상기 입력단측에 전기적으로 접속된 제1 전극과, 상기 제1 증폭기의 상기 출력단측에 전기적으로 접속된 제2 전극과, 제2 고정 전위에 접속된 제어 전극을 가지는 제2 트랜지스터를 포함하는 포톤 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 증폭기의 상기 입력단에 입력되는 신호를 다단 증폭시키기 위해, 상기 프리앰프는, 상기 제1 증폭기의 상기 출력단측에 직렬로 배치된 1 또는 그 이상의 제2 증폭기를 더 구비하고,
    상기 용량 소자의 상기 제2 단, 상기 제1 트랜지스터의 상기 제2 전극, 및 상기 제2 트랜지스터의 상기 제2 전극의 각각은, 상기 제1 및 제2 증폭기 중 어느 것의 출력단과 동전위로 설정되어 있는 포톤 검출기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비교기로부터 출력되는 펄스의 수를 카운트하는 카운터를 더 구비하는 포톤 검출기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파형 정형 회로로부터의 출력 신호의 피크값을 홀드하고, 상기 비교기의 출력 신호에 의해 규정되는 타이밍으로 상기 홀드된 피크값에 상당하는 전기 신호를 출력하는 피크 홀드 회로를 더 구비하는 포톤 검출기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 소자가 상기 포톤의 에너지의 크기에 따른 전자를 출력하는 소자이고,
    상기 제1 트랜지스터가 n형 MOSFET이며,
    상기 제2 트랜지스터가 p형 MOSFET인 포톤 검출기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 소자가 상기 포톤의 에너지의 크기에 따른 정공을 출력하는 소자이고,
    상기 제1 트랜지스터가 p형 MOSFET이며,
    상기 제2 트랜지스터가 n형 MOSFET인 포톤 검출기.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리앰프와 상기 파형 정형 회로의 사이에 폴 제로 보상 회로를 구비하는 포톤 검출기.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교기는 소스 폴로어 회로와, 상기 소스 폴로어 회로의 출력 노드에 접속된 가변 전류원을 포함하는 기준 전압 발생 회로를 포함하는 포톤 검출기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 소스 폴로어 회로의 일부를 구성하는 입력 MOSFET의 백 게이트가, 상기 소스 폴로어 회로의 출력 노드에 접속되어 있는 포톤 검출기.
KR1020197013169A 2016-11-25 2017-11-16 포톤 검출기 KR102445626B1 (ko)

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021016796A1 (en) * 2019-07-29 2021-02-04 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. Amplifier for dark noise compensation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08129070A (ja) 1994-10-28 1996-05-21 Shimadzu Corp 半導体放射線検出器
JP2002055171A (ja) * 2000-08-11 2002-02-20 Shimadzu Corp 放射線計測装置
US20080224054A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Photon detection device
US20100172467A1 (en) * 2007-08-03 2010-07-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus and method for generating countable pulses from impinging x-ray photons; and corresponding imaging device
JP2015115357A (ja) 2013-12-09 2015-06-22 浜松ホトニクス株式会社 放射線イメージセンサ

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0326980A (ja) 1989-06-26 1991-02-05 Shimadzu Corp 放射線検出装置
US5532122A (en) * 1993-10-12 1996-07-02 Biotraces, Inc. Quantitation of gamma and x-ray emitting isotopes
US6054705A (en) * 1995-03-20 2000-04-25 Carroll; Lewis Charge-integrating preamplifier for capacitive transducer
US6710343B2 (en) * 2000-03-22 2004-03-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Photon detector
CN101453275A (zh) 2002-06-11 2009-06-10 古河电气工业株式会社 波形整形器
CN1228646C (zh) * 2003-07-18 2005-11-23 华东师范大学 高计数率的单光子检测器
AU2005216038A1 (en) 2004-02-24 2005-09-09 Nuelight Corporation Penlight and touch screen data input system and method for flat panel displays
KR20050087354A (ko) 2004-02-26 2005-08-31 삼성전기주식회사 포토 셀 및 그 이득 제어 방법
JP2010530535A (ja) * 2007-06-19 2010-09-09 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ スペクトル光子計数検出器
JP5218210B2 (ja) 2009-03-30 2013-06-26 三菱電機株式会社 モニタ回路とこれを用いた光受信器
US8384038B2 (en) 2009-06-24 2013-02-26 General Electric Company Readout electronics for photon counting and energy discriminating detectors
US8816655B2 (en) 2010-10-25 2014-08-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Voltage regulator having soft starting function and method of controlling the same
JP2014048171A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Tele Systems:Kk 放射線検出器に駆動用のバイアス電圧を供給する装置及びその方法
JP5801271B2 (ja) 2012-09-24 2015-10-28 株式会社東芝 基準電圧生成回路
EP2932299B1 (en) * 2012-12-14 2019-03-27 Koninklijke Philips N.V. Detector unit with pulse shaper
WO2014097519A1 (ja) 2012-12-18 2014-06-26 パナソニック株式会社 半導体光検出器
CN103383545B (zh) 2013-06-28 2016-07-06 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 一种高速微小脉冲信号采集电路
WO2015058702A1 (zh) 2013-10-23 2015-04-30 曹红光 基于光子计数的辐射成像系统、方法及其设备
US9829377B2 (en) 2013-11-26 2017-11-28 Koninklijke Philips N.V. Detection device having a feedback discharge control unit for detecting photons and method therefore
WO2015078753A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Koninklijke Philips N.V. Detection device for detecting photons and method therefore
CN203705647U (zh) 2014-01-15 2014-07-09 上海欣科医药有限公司 一种用于低能放射性同位素的检测电路
CN103808710A (zh) 2014-01-21 2014-05-21 曹际娟 化学发光检测设备和方法
WO2015194512A1 (ja) 2014-06-16 2015-12-23 株式会社東芝 フォトンカウンティング型ｘ線ｃｔ装置及びフォトンカウンティング型ｘ線診断装置
JP6593711B2 (ja) * 2014-09-19 2019-10-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08129070A (ja) 1994-10-28 1996-05-21 Shimadzu Corp 半導体放射線検出器
JP2002055171A (ja) * 2000-08-11 2002-02-20 Shimadzu Corp 放射線計測装置
US20080224054A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Photon detection device
US20100172467A1 (en) * 2007-08-03 2010-07-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus and method for generating countable pulses from impinging x-ray photons; and corresponding imaging device
JP2015115357A (ja) 2013-12-09 2015-06-22 浜松ホトニクス株式会社 放射線イメージセンサ

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hirokazu Ikeda "Analog-VLSI Open-I(9) for Altitude Sensor Signal Processing", Internet<URL:http://research.kek.jp/people/ikeda/openIP/openIP_9.pdf>, págs. 153-165,, 2004-08-22
Hirokazu Ikeda. "Electronics for Particle Measurement", Internat<URL:http://research.kek.jp/people/ikeda/KEK_REPORT2002-8/Electronics/day_5.pdf>, 2002-06-28.
R.Ballabriga, et al., "The Medipix3RX: a high resolution, zero dead-time pixel detector readout chip allowing spectroscopic imaging", PUBLISHED BY IPO PUBLISHING FOR SISSA MEDIALAB, 14th INTERNATIONAL WORDHOP ON RADIATION IMAGING DETECTORS, 2012-07 pp. 1-5.
Rafael Ballabriga Sune, "The Design and Implementation in 0.13㎛ CMOS of an Algorithm Permitting Spectroscopic Imaging with High Spatial Resolution for Hybrid Pixel Detectors", CERN-THESIS-2010-055. pag. 126, 2009-11-24

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