WO2016067431A1 - 放射線検出器 - Google Patents

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哲夫 古宮
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株式会社島津製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation detector in which a light receiving element is optically coupled to two or more scintillators.
  • a photomultiplier tube has been used as a light receiving element having a plurality of channels (output terminals) (see, for example, Patent Document 1).
  • a semiconductor light receiving element is used as a light receiving element having an (output terminal).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-037363, a reflector is interposed between adjacent scintillators constituting the scintillator array in order to improve the incident position discrimination ability and detection ability of ⁇ rays. ing.
  • FIG. 9 is a side view showing a configuration of a conventional radiation detector
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing configurations of an amplifier and a timing generation circuit in the conventional radiation detector.
  • the semiconductor light receiving element 120 is configured to be optically coupled to two or more (three in FIG. 9) scintillators 111.
  • the amplifier 130 for amplifying the signal obtained by each semiconductor light receiving element 120 is provided in the same number (64 in FIG. 10) as the semiconductor light receiving element 120 to generate timing.
  • the circuit 140 is connected.
  • the timing generation circuit 140 includes an adder 141 that adds all signals amplified by the amplifier 130 and a trigger generation circuit 142 that generates a trigger for the signals added by the adder 141.
  • a timing signal is generated based on the trigger generated by the trigger generation circuit 142.
  • an individual amplifier 130 is arranged for each channel of the semiconductor light receiving element, and the adder 141 adds the outputs (amplified signals) of all the amplifiers 130 to generate a timing signal. It is carried out.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a radiation detector capable of ensuring a high S / N ratio and obtaining an accurate timing signal.
  • the radiation detector according to the present invention includes a scintillator array composed of a plurality of scintillators and a plurality of semiconductor light receiving elements less than the number of scintillators, and the semiconductor light receiving elements are optically connected to two or more scintillators.
  • the scintillator array is configured by dividing the scintillator array into regions by reflectors, and an amplifier that amplifies a signal obtained by each semiconductor light receiving element is output from the semiconductor light receiving element.
  • a first adder for adding a plurality of signals respectively amplified by the amplifier in the region divided by the reflector in a one-to-one correspondence with the terminal is provided for each region divided by the reflector
  • a first trigger generation circuit for generating a trigger of the signal added by the first adder is provided for each region divided by the reflecting material. It is characterized in further comprising an encoder to combine a signal based on the trigger generated respectively by the first trigger generating circuit for each of regions divided by the reflecting member into one.
  • the radiation detector according to the present invention includes a scintillator array composed of a plurality of scintillators and a plurality of semiconductor light receiving elements smaller than the number of scintillators. Since the semiconductor light receiving elements are optically coupled to two or more scintillators, the semiconductor light receiving elements share the optical information from the two or more scintillators.
  • the scintillator array is optically divided into a plurality of regions (blocks) by configuring the scintillator array for each region using a reflector.
  • amplifiers for amplifying signals obtained from the respective semiconductor light receiving elements are provided in the same number of one-to-one as the output terminals of the semiconductor light receiving elements.
  • a first adder for adding a plurality of signals respectively amplified by the amplifier in the region divided by the reflector is provided for each region divided by the reflector
  • a first trigger generation circuit that generates a trigger of the signal added by the first adder is provided for each region divided by the reflecting material.
  • the radiation detector according to the present invention includes a second adder for adding all signals amplified by the amplifier, and a second trigger generation circuit for generating a trigger for the signals added by the second adder.
  • a second adder for adding all signals amplified by the amplifier
  • a second trigger generation circuit for generating a trigger for the signals added by the second adder.
  • Compton scattering in the scintillator may cause radiation to pass through the reflecting material and degrade the signal.
  • the reflector does not necessarily reflect all the light generated by the scintillator, so a part of the light generated by the scintillator near the reflector passes through the reflector and the signal is transmitted. May deteriorate. Therefore, even if radiation or light passes through the reflecting material and signal degradation occurs, the above-described second adder and second trigger generation circuit are provided, and the trigger of the signal obtained by adding all signals is obtained. By generating, an accurate timing signal can be obtained.
  • the first adder and the second adder may be connected in parallel to the amplifier, or the first adder, You may connect in series of the 2nd adder in order.
  • the second adder can add using the signal added by the first adder. it can.
  • the first adder for adding a plurality of signals respectively amplified by the amplifier in the region divided by the reflecting material is provided for each region divided by the reflecting material
  • a first trigger generation circuit that generates a trigger of the signal added by the first adder is provided for each region divided by the reflecting material.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating configurations of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to the first embodiment. It is the top view of the radiation detector which concerns on Example 1, 2 which showed the outline
  • 6 is a timing chart showing an outline of timing signal generation in a conventional configuration for comparison with FIG. 5.
  • 3 is a timing chart illustrating an outline of timing signal generation in the configuration according to Embodiment 1; FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to the second embodiment, in which a first adder and a second adder are connected in parallel to the amplifier.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to the second embodiment, in which a first adder and a second adder are connected in series to the amplifier in order.
  • 10 is a timing chart showing an outline of generation of timing signals before / after addition in the configuration according to Embodiment 2. It is a side view which shows the structure of the conventional radiation detector. It is a circuit diagram which shows the structure of the amplifier and timing generation circuit in the conventional radiation detector.
  • FIG. 1A is a plan view showing the configuration of the radiation detector according to the first and second embodiments
  • FIG. 1B is a side view of FIG. 1A
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to FIG.
  • the semiconductor light-receiving element 20 of 64 vertical and horizontal 8 ⁇ 8) is provided in FIG.
  • the semiconductor light receiving element 20 is configured to be optically coupled to two or more (three in FIG. 1 as in FIG. 9) scintillators 11. As shown in FIG. 1, when two semiconductor light receiving elements 20 are arranged for every five scintillators 11 in a 20 ⁇ 20 scintillator 11, the number of semiconductor light receiving elements 20 is 8 ⁇ 8.
  • the semiconductor light receiving element 20 is not particularly limited as long as it is a light receiving element having one channel (output terminal).
  • the semiconductor light receiving element 20 may be composed of an avalanche photodiode (APD: Avalanche Photo Diode).
  • APD Avalanche Photo Diode
  • a Geiger mode avalanche photodiode (GAPD) for driving an avalanche photodiode (APD) in a Geiger mode for example, a silicon photomultiplier (Si-PM) may be configured.
  • the semiconductor light receiving element 20 does not necessarily have a single channel (output terminal), and may be a semiconductor light receiving element having an array configuration having a plurality of channels (output terminals) in one chip.
  • the scintillator array 10 is divided into regions by a reflecting material 12.
  • the scintillator array 10 is optically divided into four regions (blocks) by interposing a total of two reflectors 12 vertically and horizontally in the center of the scintillator array 10.
  • the respective areas are 10A, 10B, 10C, and 10D.
  • the ten scintillators 11, 4 are arranged so that the reflector 12 is interposed in the center of the scintillator array 10.
  • the reflector 12 is installed at the position of the two semiconductor light receiving elements 20.
  • the number of the reflectors 12 and the number of regions divided by the reflectors 12 are not limited to the numbers shown in FIG. 1 (two reflectors and four regions).
  • the scintillator array 10 may be optically divided into 16 regions (blocks) by the reflective material 12 with the material 12 interposed.
  • the number of the reflectors 12 arranged vertically and horizontally and the number of regions divided by the reflector 12 vertically and horizontally are not necessarily the same.
  • the radiation detector 1 has the same number of amplifiers 30 that amplify signals obtained by the respective semiconductor light receiving elements 20 (see FIG. 1) as the semiconductor light receiving elements 20 (one in a figure). Similar to FIG. 10, it is provided in 64) in FIG.
  • the first timing generation circuit 40 is arranged for each of the regions 10A, 10B, 10C, and 10D (see FIG. 1) divided by the reflector 12 (see FIG. 1). Then, the timing signal is generated based on the trigger generated by the first trigger generation circuit 42 for each of the regions 10A, 10B, 10C, and 10D. Note that the first timing generation circuit 40 adds a plurality of signals (see “ ⁇ 16” in FIG. 2) amplified by the amplifier 30 in the regions 10A, 10B, 10C, and 10D divided by the reflector 12. And a first trigger generation circuit 42 that generates a trigger of the signal added by the first adder 41.
  • the radiation detector 1 outputs a plurality of signals (see “ ⁇ 16” in FIG. 2) amplified by the amplifier 13 in the regions 10A, 10B, 10C, and 10D divided by the reflecting material 12, respectively.
  • the 1st adder 41 to add is provided for every area
  • FIG. Further, the radiation detector 1 includes a first trigger generation circuit 42 that generates a trigger of the signal added by the first adder 41 for each of the regions 10A, 10B, 10C, and 10D divided by the reflector 12. Yes.
  • the radiation detector 1 is an encoder that combines the signals (timing signals) based on the triggers generated by the first trigger generation circuit 42 for each of the regions 10A, 10B, 10C, and 10D divided by the reflecting material 12. 50.
  • the first trigger generation circuit 42 is not particularly limited as long as it is a circuit element that generates a signal trigger.
  • the first trigger generation circuit 42 may be configured by a comparator or a constant fraction discriminator (CFD: “Constant” Fraction ”Discriminator).
  • CFD Constant Fraction ”Discriminator
  • the configuration of the first trigger generation circuit 42 using a comparator is effective when generating a timing signal (timing generation signal) when the timing generation threshold level is equal to or higher than the timing generation threshold level Th as shown in FIG.
  • the constant fraction discriminator (CFD) One trigger generation circuit 42 is preferably configured.
  • the encoder 50 is not particularly limited as long as it is a circuit element that combines signals into one.
  • the encoder 50 may be configured by OR logic. As shown in FIG. 5 to be described later, when one of the timing signal T 11 of the first event and the timing signal T 12 of the next event is generated, the encoder 50 is configured by OR logic, so that OR the final timing signal T 13 is a logic output can be accurately generated.
  • the number of divided blocks that is, the areas 10A, 10B, 10C, and 10D divided by the reflector 12
  • Nblk the number of divided blocks
  • the signal level is S
  • FIG. 3 is a plan view of the radiation detector according to the first and second embodiments showing an outline of continuous incidence of ⁇ rays
  • FIG. 4 is a timing signal generation in a conventional configuration for comparison with FIG.
  • FIG. 5 is a timing chart illustrating an outline of timing signal generation in the configuration according to the first embodiment.
  • the first radiation event is E 1 and the next radiation event (incident event) is E 2 . 4 and 5, the timing generation threshold level is Th.
  • the first radiation event signal is S 111
  • the next radiation event signal is S 112
  • the ideal timing signal is T 110
  • the timing generation signal is S 120 , (generated based on the timing generation signal S 120) a timing signal to T 120.
  • the first radiation event signal is S 11
  • the next radiation event signal is S 12
  • the first event timing signal is T 11
  • the next event timing signal is set.
  • the signal and T 12 the final timing signal is an OR logic output and T 13.
  • next radiation event signal S 112 when the next radiation event signal S 112 is generated before the first radiation event signal S 111 converges as shown in FIG. 4, ideally, the timing signal is ideal for each event. Is generated as a typical timing signal T110. However, in the conventional configuration, two signals (first radiation event signal S 111 and next radiation event signal S 112 ) are superimposed and generated as a timing generation signal S 120 . In this way, the timing signal of the next event is not generated or a timing signal that is off is generated.
  • the timing generation signal S120 is expressed as follows. Generated by superposition. That is, the timing generation signal S 120 obtained by the superimposition is obtained when there is no radiation event (when the first radiation event signal S 111 falls, the timing is less than the timing generation threshold level Th, and the next radiation event signal S 112 is The timing generation threshold level Th is also equal to or higher than the timing generation threshold level Th when rising. As a result, the timing signal T 120 is generated while the timing generation signal S 120 obtained by the superposition is in the timing generation threshold Th or more.
  • the scintillator array 10 including a plurality (400 in each embodiment) of scintillators 11 and a plurality (64 in each embodiment) of semiconductor light reception smaller than the number of scintillators 11.
  • the device 20 is provided. Since the semiconductor light receiving elements 20 are optically coupled to two or more (three in each embodiment) scintillators 11, optical information from two or more (three) scintillators 11 is used as the semiconductor light receiving elements. 20 shares.
  • the scintillator array 10 is divided into regions by the reflecting material 12 so that the scintillator array 10 is optically divided into a plurality (four in each embodiment) of regions (blocks).
  • the same number of amplifiers 30 (64 in each embodiment) as those of the semiconductor light receiving elements 20 are provided to amplify signals obtained by the respective semiconductor light receiving elements 20.
  • a first adder 41 that adds a plurality of (16 in each embodiment) signals respectively amplified by the amplifier 30 in a region divided by the reflective material 12 is provided as a reflective material.
  • a first trigger generation circuit 42 that generates a trigger for the signal added by the first adder 41 for each region divided by the reflector 12.
  • FIG. 6 is a configuration of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram in which a first adder and a second adder are connected in parallel to the amplifier.
  • FIG. 8 is a configuration of an amplifier and a timing generation circuit in the radiation detector according to the second embodiment, and is a circuit diagram in which a first adder and a second adder are connected in series to the amplifier in this order.
  • FIG. 6 is a timing chart showing an outline of generation of a timing signal before / after addition in the configuration according to FIG.
  • a second adder 46 that adds all (64 in FIG. 6 or FIG. 7) signals amplified by the amplifier 30, and the second adder 46.
  • a second trigger generation circuit 47 for generating a trigger for the signal added in (1).
  • the second timing generation circuit 45 is arranged at the branch destination after branching downstream from the amplifier 30.
  • the second timing generation circuit 45 includes the second adder 46 and the second trigger generation circuit 47 described above.
  • Compton scattering in the scintillator may cause radiation to pass through the reflecting material and degrade the signal.
  • the reflector does not necessarily reflect all the light generated by the scintillator, so a part of the light generated by the scintillator near the reflector passes through the reflector and the signal is transmitted. May deteriorate.
  • the timing generation threshold level is assumed to be Th as in FIGS. 4 and 5 described above. Further, it is assumed that the signal is dispersed in two regions by radiation or light passing through the reflecting material.
  • One timing generation signal distributed in two regions is S A
  • the other timing generation signal is S B (where S A > S B ), and is generated based on the timing generation signal S A
  • the timing signal to be generated is T A
  • the timing signal generated based on the timing generation signal S B is T B.
  • a signal obtained by adding all signals here, an added value of the timing generation signal S A and the timing generation signal S B
  • ST timing generation is obtained by adding all the signals.
  • the timing generation signal S A added by the first adder 41 when the radiation or light passes through the reflector 12 (see FIG. 1) and , timing generation signal S B added by the first adder 41 is dispersed in two regions.
  • the first trigger generation circuit 42 (see FIG. 2) generates the timing signal T A based on the trigger of the timing generation signal S A and the timing signal T B based on the trigger of the timing generation signal S B.
  • the first trigger generation circuit 42 generates it.
  • generation time of the timing signal T A becomes longer than the generation time of the timing signal T B, includes time for generating the timing signal T B the generation time of the timing signal T A . Accordingly, these timing signals T A, the T B, the encoder 50 consisting of OR logic (see Figure 2) is also integrated into one, generation time is outputted longer timing signal T A.
  • timing generation signals S A and S B are deteriorated due to dispersion, and a timing generation signal S T obtained by adding all signals should be generated. is there. Therefore, S T> S A, and the timing signal T T generated based on long if the timing generation signal S T is originally, the accurate timing signal.
  • signals are combined into one by the encoder 50 is a timing signal T A, actually the generation time of the obtained timing signal T A, than generation time of the timing generation signal S T that should be originally obtained It will be shorter.
  • the second adder 46 (see FIG. 6 or FIG. 7) and the second trigger generation described above are generated. It is possible to obtain an accurate timing signal (timing signal T T in FIG. 8) by providing a circuit 47 (see FIG. 6 or FIG. 7) and generating a trigger of a signal obtained by adding all signals. it can.
  • the first adder 41 and the second adder 46 are connected in parallel to the amplifier 30 as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the first adder 41 and the second adder 46 may be connected in series to the amplifier 30 as shown in FIG. When the amplifier 30 is connected in series in the order of the first adder 41 and the second adder 46 as in the latter (FIG. 7), the second adder is used by using the signal added by the first adder 41.
  • the adder 46 can perform addition.
  • the output of the signal (timing signal) added by the second trigger generation circuit 47 is not particularly shown, but it may be connected to the encoder 50 of FIG. 6 or 7.
  • it has a changeover switch (not shown) that switches according to the mode, and either a signal obtained by the encoder 50 of FIG. 6 or 7 or a signal (timing signal) added by the second trigger generation circuit 47 is used.
  • You may comprise so that it may switch with a crab change switch.
  • the signal (timing signal) added by the second trigger generation circuit 47 is used.
  • Is output and in other cases, it is switched to a mode in which the signal obtained by the encoder 50 is output.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.
  • each scintillator may be applied to a DOI detector configured by laminating each scintillator in the ⁇ -ray depth direction. That is, the DOI detector is constructed by laminating each scintillator in the ⁇ -ray depth direction, and the coordinate between the depth direction in which the interaction occurs and the lateral direction (direction parallel to the incident surface). Information is obtained by calculating the center of gravity. This makes it possible to discriminate the light source position (DOI: Depth of Interaction) in the depth direction where the interaction has occurred.
  • DOI Depth of Interaction
  • a reflective material is appropriately interposed in the DOI detector in order to improve spatial resolution.
  • the light guide is not provided, but the present invention may be applied to a detector having a light guide.
  • a light guide for guiding light is optically coupled to the scintillator array and the semiconductor light receiving element between the scintillator array and the semiconductor light receiving element. Note that, similarly to the scintillator array, the light guide is also configured to be divided into regions by reflecting materials.
  • the amplifiers were provided in the same number as the semiconductor light receiving elements, but each chip had a plurality of output terminals.
  • the present invention can be applied to semiconductor light receiving elements having an array configuration. In the case of a semiconductor light receiving element having an array configuration having a plurality of output terminals in one chip, it is sufficient to provide the same number of amplifiers as one-to-one with the output terminals of the semiconductor light receiving element.

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Abstract

　この発明の放射線検出器（１）は、シンチレータアレイを反射材によって領域毎に区分して構成する。その反射材によって区分された領域内において増幅器（３０）でそれぞれ増幅された複数の信号を加算する第１加算器（４１）を、反射材によって区分された領域毎に備える。さらに、第１加算器（４１）で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路（４２）を、反射材によって区分された領域毎に備える。これによって、信号を加算する際での各増幅器（３０）の固有ノイズの重畳を、反射材によって区分された領域の分だけ減らすことができ、ＳＮ比を向上させて、ノイズ自体を低減させることができる。また、互いに異なる領域では各々のトリガに基づく信号（タイミング信号）がそれぞれ別に作成されて、エンコーダ（５０）にて１つにまとめられるので、パイルアップ（多重衝突）が発生する確率を減らすことができ、正確なタイミング信号を得ることができる。

Description

放射線検出器
　この発明は、受光素子が２つ以上のシンチレータに光学的に結合して構成された放射線検出器に関する。
　従来、放射線検出器において、複数のチャンネル（出力端子）を有した受光素子として光電子増倍管が用いられていた（例えば、特許文献１参照）が、近年では、小型化のために１つのチャンネル（出力端子）を有した受光素子として半導体受光素子が用いられている。また、特許文献１：特開２００５－０３７３６３号公報のように、γ線の入射位置弁別能力や検出能力を向上させるために、シンチレータアレイを構成した互いに隣接するシンチレータ間には反射材が介在されている。
　従来の放射線検出器について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、従来の放射線検出器の構成を示す側面図であり、図１０は、従来の放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成を示す回路図である。図９に示すように、放射線検出器１００は、複数（図９では４００＝縦横２０×２０）のシンチレータ１１１からなるシンチレータアレイ１１０と、シンチレータ１１１の数よりも少ない複数（図９では６４＝縦横８×８）の半導体受光素子１２０とを備えている。半導体受光素子１２０は、２つ以上（図９では３つ）のシンチレータ１１１に光学的に結合して構成されている。
　図１０に示すように、各々の半導体受光素子１２０（図９を参照）で得られた信号を増幅する増幅器１３０を半導体受光素子１２０と一対一に同数（図１０では６４）に備え、タイミング生成回路１４０に接続している。タイミング生成回路１４０は、増幅器１３０でそれぞれ増幅された全ての信号を加算する加算器１４１と、加算器１４１で加算された信号のトリガを生成するトリガ生成回路１４２とで構成されている。トリガ生成回路１４２で生成されたトリガに基づいてタイミング信号の生成を行う。これによって、図１０に示すように半導体受光素子の１チャンネル毎に個別の増幅器１３０を配置し、全ての増幅器１３０の出力（増幅された信号）を加算器１４１が加算して、タイミング信号の生成を行っている。
特開２００５－０３７３６３号公報
　しかしながら、図９および図１０のような従来の放射線検出器の構成では、複数の半導体受光素子の増加に伴って増幅器のチャンネル数が増加し、加算器が信号を加算する際に各増幅器の固有ノイズも重畳されるので、信号対ノイズ比（ＳＮ比）が低下し、タイミング信号精度が劣化するという問題点がある。高計数率環境においては前の放射線イベント（入射事象）が収束する前に次の放射線イベントが開始し、パイルアップ（多重衝突）が発生する確率が高くなる。
　この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高いＳＮ比を確保し、正確なタイミング信号を得ることができる放射線検出器を提供することを目的とする。
　この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、この発明に係る放射線検出器は、複数のシンチレータからなるシンチレータアレイと、前記シンチレータの数よりも少ない複数の半導体受光素子とを備え、前記半導体受光素子が２つ以上の前記シンチレータに光学的に結合して構成された放射線検出器であって、前記シンチレータアレイを反射材によって領域毎に区分して構成し、各々の半導体受光素子で得られた信号を増幅する増幅器を半導体受光素子の出力端子と一対一に同数に備え、前記反射材によって区分された領域内において前記増幅器でそれぞれ増幅された複数の信号を加算する第１加算器を、反射材によって区分された領域毎に備えるとともに、前記第１加算器で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路を、反射材によって区分された領域毎に備え、反射材によって区分された領域毎に前記第１トリガ生成回路でそれぞれ生成された前記トリガに基づく信号を１つにまとめるエンコーダを備えることを特徴とするものである。
　この発明に係る放射線検出器によれば、複数のシンチレータからなるシンチレータアレイと、シンチレータの数よりも少ない複数の半導体受光素子とを備えている。半導体受光素子が２つ以上のシンチレータに光学的に結合して構成されているので、２つ以上のシンチレータからの光情報を半導体受光素子が共有する。シンチレータアレイを反射材によって領域毎に区分して構成することで、シンチレータアレイを複数の領域（ブロック）に光学的に分割する。従来と同様に、各々の半導体受光素子で得られた信号を増幅する増幅器を半導体受光素子の出力端子と一対一に同数に備える。これに対して、従来と相違して、反射材によって区分された領域内において増幅器でそれぞれ増幅された複数の信号を加算する第１加算器を、反射材によって区分された領域毎に備えるとともに、第１加算器で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路を、反射材によって区分された領域毎に備える。これによって、信号を加算する際での各増幅器の固有ノイズの重畳を、反射材によって区分された領域の分だけ減らすことができ、ＳＮ比を向上させて、ノイズ自体を低減させることができる。また、前の放射線イベントが収束する前に次の放射線イベントが開始したとしても、互いに異なる領域では各々のトリガに基づく信号（タイミング信号）がそれぞれ別に作成されて、エンコーダにて１つにまとめられるので、パイルアップ（多重衝突）が発生する確率を減らすことができ、正確なタイミング信号を得ることができる。その結果、高いＳＮ比を確保し、正確なタイミング信号を得ることができる。
　この発明に係る放射線検出器において、増幅器でそれぞれ増幅された全ての信号を加算する第２加算器と、当該第２加算器で加算された信号のトリガを生成する第２トリガ生成回路とを備えてもよい。例えば、シンチレータ内でのコンプトン散乱によって、放射線が反射材を透過して、信号が劣化する場合がある。また、反射材を形成する材質によっては、シンチレータで発生した光を反射材は全て反射するとは限らないので、反射材付近のシンチレータで発生した光の一部が反射材を透過して、信号が劣化する場合がある。そこで、放射線または光が反射材を透過することによって信号の劣化が生じたとしても、上述した第２加算器および第２トリガ生成回路を備えて、全ての信号を加算して得られる信号のトリガを生成することで、正確なタイミング信号を得ることができる。
　上述した第２加算器および第２トリガ生成回路を備える場合においては、増幅器に対して第１加算器および第２加算器を並列に接続してもよいし、増幅器に対して第１加算器，第２加算器の順に直列に接続してもよい。後者のように増幅器に対して第１加算器，第２加算器の順に直列に接続する場合には、第１加算器で加算された信号を利用して第２加算器は加算を行うことができる。
　この発明に係る放射線検出器によれば、反射材によって区分された領域内において増幅器でそれぞれ増幅された複数の信号を加算する第１加算器を、反射材によって区分された領域毎に備えるとともに、第１加算器で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路を、反射材によって区分された領域毎に備える。その結果、高いＳＮ比を確保し、正確なタイミング信号を得ることができる。
（ａ）は実施例１、２に係る放射線検出器の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 実施例１に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成を示す回路図である。 γ線の連続入射の概要を示した実施例１、２に係る放射線検出器の平面図である。 図５との比較のための従来の構成におけるタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートである。 実施例１に係る構成におけるタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートである。 実施例２に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成であり、増幅器に対して第１加算器および第２加算器を並列に接続した回路図である。 実施例２に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成であり、増幅器に対して第１加算器，第２加算器の順に直列に接続した回路図である。 実施例２に係る構成における加算前／加算後のタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートである。 従来の放射線検出器の構成を示す側面図である。 従来の放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成を示す回路図である。
　以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。図１（ａ）は、実施例１、２に係る放射線検出器の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の側面図であり、図２は、実施例１に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成を示す回路図である。
　図１に示すように、放射線検出器１は、複数（図９と同様に図１では４００＝縦横２０×２０）のシンチレータ１１からなるシンチレータアレイ１０と、シンチレータ１１の数よりも少ない複数（図９と同様に図１では６４＝縦横８×８）の半導体受光素子２０とを備えている。半導体受光素子２０は、２つ以上（図９と同様に図１では３つ）のシンチレータ１１に光学的に結合して構成されている。図１のように縦横２０×２０のシンチレータ１１で、５つのシンチレータ１１毎に２つの半導体受光素子２０が配置される場合には、半導体受光素子２０の数は縦横８×８となる。
　シンチレータ１１の数は、図１のような４００（＝縦横２０×２０）に限定されない。また、必ずしも縦横に配置されるシンチレータ１１の数が互いに同数である必要もない。半導体受光素子２０の数も、図１のような６４（＝縦横８×８）に限定されない。また、必ずしも縦横に配置される半導体受光素子２０の数も互いに同数である必要もない。
　半導体受光素子２０は、１つのチャンネル（出力端子）を有した受光素子であれば、特に限定されず、例えばアバランシェ・フォトダイオード（APD: Avalanche Photo Diode）で構成すればよい。また、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）をガイガーモードで駆動させるガイガーモード・アバランシェ・フォトダイオード（ＧＡＰＤ）として、例えばシリコンフォトマルチプライヤ（Si-PM: Silicon Photo Multiplier）で構成してもよい。また、必ずしも、半導体受光素子２０は、単一のチャンネル（出力端子）を有する必要はなく、１チップ中に複数のチャンネル（出力端子）を有したアレイ構成の半導体受光素子であってもよい。
　従来の図９と相違して、図１では、シンチレータアレイ１０を反射材１２によって領域毎に区分して構成している。図１では、シンチレータアレイ１０の中央に縦横に合計２つの反射材１２を介在させることで、シンチレータアレイ１０を４つの領域（ブロック）に光学的に分割する。図１では、各々の領域を１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとする。図１（ｂ）のように５つのシンチレータ１１毎に２つの半導体受光素子２０が配置される場合には、シンチレータアレイ１０の中央に反射材１２が介在するように、１０個のシンチレータ１１，４つの半導体受光素子２０の位置に反射材１２を設置する。
　反射材１２の数や、反射材１２によって区分される領域の数は、図１に示すような数（２つの反射材，４つの領域）に限定されない。例えば、図１のように縦横２０×２０のシンチレータ１１で、５つのシンチレータ１１毎に２つの半導体受光素子２０が配置される場合には、５つのシンチレータ１１，２つの半導体受光素子２０毎に反射材１２を介在させて、反射材１２によってシンチレータアレイ１０を１６の領域（ブロック）に光学的に分割してもよい。また、必ずしも縦横に配置される反射材１２の数や、縦横に反射材１２によって区分される領域の数が互いに同数である必要もない。
　その他に、放射線検出器１は、図２に示すように、各々の半導体受光素子２０（図１を参照）で得られた信号を増幅する増幅器３０を半導体受光素子２０と一対一に同数（図１０と同様に図２では６４）に備えている。
　従来の図１０と相違して、図２では、反射材１２（図１を参照）によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（図１を参照）毎に第１タイミング生成回路４０を配置し、領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ毎に第１トリガ生成回路４２で生成されたトリガに基づいてタイミング信号の生成を行う。なお、第１タイミング生成回路４０は、反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ内において増幅器３０でそれぞれ増幅された複数（図２の「×１６」を参照）の信号を加算する第１加算器４１と、第１加算器４１で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路４２とで構成されている。
　このようにして、放射線検出器１は、反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ内において増幅器１３でそれぞれ増幅された複数（図２の「×１６」を参照）の信号を加算する第１加算器４１を、反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ毎に備える。さらに、放射線検出器１は、第１加算器４１で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路４２を、反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ毎に備えている。そして、放射線検出器１は、反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ毎に第１トリガ生成回路４２でそれぞれ生成されたトリガに基づく信号（タイミング信号）を１つにまとめるエンコーダ５０を備えている。
　第１トリガ生成回路４２は、信号のトリガを生成する回路素子であれば、特に限定されず、例えば比較器あるいはコンスタント・フラクション・ディスクリミネータ（CFD: Constant Fraction Discriminator）で構成すればよい。比較器で第１トリガ生成回路４２を構成する場合には、後述する図５に示すようにタイミング生成閾値レベルＴｈ以上のときにタイミング信号（タイミング生成用信号）を生成するときに有効である。ただし、信号のノイズや信号の立ち上がりのバラツキや信号の立ち下がりのバラツキによって、正確なタイミング信号が得られない可能性があるので、その場合にはコンスタント・フラクション・ディスクリミネータ（ＣＦＤ）で第１トリガ生成回路４２を構成するのが好ましい。
　エンコーダ５０は、信号を１つにまとめる回路素子であれば、特に限定されず、例えばＯＲロジックで構成すればよい。後述する図５に示すように最初のイベントのタイミング信号Ｔ１１，次のイベントのタイミング信号Ｔ１２のいずれか一方が生成されている場合には、ＯＲロジックでエンコーダ５０を構成することで、ＯＲロジック出力である最終的なタイミング信号Ｔ１３を正確に生成することができる。
　従来の構成（図９および図１０を参照）においてタイミング生成回路に入力される増幅器のノイズは、増幅器単体のノイズレベルをＮａｍｐ，全チャンネル数をＮｃｈとすると、Ｎａｍｐ×√（Ｎｃｈ）（＝Ｎａｍｐ×（Ｎｃｈ）１／２）となる。これに対して、本発明の構成（例えば、本実施例１の図１および図２を参照）においては、分割したブロック（すなわち反射材１２によって区分された領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）数をＮｂｌｋとすると、Ｎａｍｐ×√（Ｎｃｈ／Ｎｂｌｋ）（＝Ｎａｍｐ×（Ｎｃｈ／Ｎｂｌｋ）１／２）となる。信号レベルをＳとすると、信号レベルＳはいずれの構成においいても変化はないので、本発明の構成の手法によりＳＮ比を√（Ｎｂｌｋ）（＝（Ｎｂｌｋ）１／２）倍向上させることができる。図１および図２で示した本実施例１の構成においては、Ｎｃｈ＝６４，Ｎｂｌｋ＝４であるので、ＳＮ比が２（＝√（４））倍に向上することになる。また、半導体受光素子自体のノイズも同様に１／√（Ｎｂｌｋ）（＝１／（Ｎｂｌｋ）１／２）となり、特にノイズの大きいシリコンフォトマルチプライヤ（Ｓｉ－ＰＭ）検出器においては高いＳＮ比を確保することができる。
　次に、異なる領域（ブロック）にγ線が連続して入射した場合について、図３～図５を参照して説明する。図３は、γ線の連続入射の概要を示した実施例１、２に係る放射線検出器の平面図であり、図４は、図５との比較のための従来の構成におけるタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートであり、図５は、実施例１に係る構成におけるタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートである。
　図３に示すようにγ線が異なる領域に連続して入射した場合、最初の放射線イベント（入射事象）をＥ１とし、次の放射線イベント（入射事象）をＥ２とする。図４および図５では、タイミング生成閾値レベルをＴｈとする。また、従来の構成において、図４では、最初の放射線イベント信号をＳ１１１とし、次の放射線イベント信号をＳ１１２とし、理想的なタイミング信号をＴ１１０とし、タイミング生成用信号をＳ１２０とし、（タイミング生成用信号Ｓ１２０に基づいて生成される）タイミング信号をＴ１２０とする。また、実施例１に係る構成において、図５では、最初の放射線イベント信号をＳ１１とし、次の放射線イベント信号をＳ１２とし、最初のイベントのタイミング信号をＴ１１とし、次のイベントのタイミング信号をＴ１２とし、ＯＲロジック出力である最終的なタイミング信号をＴ１３とする。
　図３のＥ１，Ｅ２に示すように、異なる領域（ブロック）にγ線が連続して入射した場合について説明する。
　従来の構成において、図４に示すように最初の放射線イベント信号Ｓ１１１が収束する前に次の放射線イベント信号Ｓ１１２が生成されたときに、理想的にはそれぞれのイベントについてタイミング信号が、理想的なタイミング信号Ｔ１１０として生成される。しかし、従来の構成においては、２つの信号（最初の放射線イベント信号Ｓ１１１および次の放射線イベント信号Ｓ１１２）が重畳してタイミング生成用信号Ｓ１２０として生成される。このようにして、次のイベントのタイミング信号が生成されない、あるいは外れたタイミング信号が生成される。
　特に、図４に示すように、最初の放射線イベント信号Ｓ１１１がタイミング生成閾値レベルＴｈ以上のときに次の放射線イベント信号Ｓ１１２が生成されると、下記のようにタイミング生成用信号Ｓ１２０は重畳によって生成される。すなわち、重畳によって得られたタイミング生成用信号Ｓ１２０は、放射線イベントがない間（最初の放射線イベント信号Ｓ１１１が立ち下り時にタイミング生成閾値レベルＴｈ未満になって、次の放射線イベント信号Ｓ１１２が立ち上がり時にタイミング生成閾値レベルＴｈ以上になるまでの間）にわたってもタイミング生成閾値レベルＴｈ以上となる。その結果、重畳によって得られたタイミング生成用信号Ｓ１２０がタイミング生成閾値レベルＴｈ以上となっている間にタイミング信号Ｔ１２０が生成される。
　これに対して、実施例１に係る構成において、図５に示すように最初の放射線イベント信号Ｓ１１が収束する前に次の放射線イベント信号Ｓ１２が生成されても、異なる領域（ブロック）毎でタイミング信号Ｔ１１，Ｔ１２の生成が実施されるので、ＯＲロジック出力である最終的なタイミング信号Ｔ１３を正確に得ることができる。
　本実施例１に係る放射線検出器１によれば、複数（各実施例では４００）のシンチレータ１１からなるシンチレータアレイ１０と、シンチレータ１１の数よりも少ない複数（各実施例では６４）の半導体受光素子２０とを備えている。半導体受光素子２０が２つ以上（各実施例では３つ）のシンチレータ１１に光学的に結合して構成されているので、２つ以上（３つ）のシンチレータ１１からの光情報を半導体受光素子２０が共有する。シンチレータアレイ１０を反射材１２によって領域毎に区分して構成することで、シンチレータアレイ１０を複数（各実施例では４つ）の領域（ブロック）に光学的に分割する。従来と同様に、各々の半導体受光素子２０で得られた信号を増幅する増幅器３０を半導体受光素子２０と一対一に同数（各実施例では６４）に備える。これに対して、従来と相違して、反射材１２によって区分された領域内において増幅器３０でそれぞれ増幅された複数（各実施例では１６）の信号を加算する第１加算器４１を、反射材１２によって区分された領域毎に備えるとともに、第１加算器４１で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路４２を、反射材１２によって区分された領域毎に備える。これによって、信号を加算する際での各増幅器３０の固有ノイズの重畳を、反射材１２によって区分された領域の分だけ減らすことができ、ＳＮ比を（√（Ｎｂｌｋ）（＝（Ｎｂｌｋ）１／２）倍）向上させて、ノイズ自体を（１／√（Ｎｂｌｋ）（＝１／（Ｎｂｌｋ）１／２）に）低減させることができる。また、前の放射線イベントが収束する前に次の放射線イベントが開始したとしても、互いに異なる領域では各々のトリガに基づく信号（タイミング信号）がそれぞれ別に作成されて、エンコーダ５０にて１つにまとめられるので、パイルアップ（多重衝突）が発生する確率を減らすことができ、正確なタイミング信号を得ることができる。その結果、高いＳＮ比を確保し、正確なタイミング信号を得ることができる。
　次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。図６は、実施例２に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成であり、増幅器に対して第１加算器および第２加算器を並列に接続した回路図であり、図７は、実施例２に係る放射線検出器における増幅器およびタイミング生成回路の構成であり、増幅器に対して第１加算器，第２加算器の順に直列に接続した回路図であり、図８は、実施例２に係る構成における加算前／加算後のタイミング信号の生成の概要を示すタイミングチャートである。上述した実施例１と共通する構成については、同じ符号を付して、その説明を省略するとともに、図示を省略する。なお、本実施例２では、反射材を含めたシンチレータアレイおよび半導体受光素子の構成については、図１に示すように上述した実施例１と同じである。
　本実施例２では、図６または図７に示すように増幅器３０でそれぞれ増幅された全て（図６または図７では６４）の信号を加算する第２加算器４６と、当該第２加算器４６で加算された信号のトリガを生成する第２トリガ生成回路４７とを備えている。図６または図７では、増幅器３０よりも下流で分岐させて、その分岐先に第２タイミング生成回路４５を配置している。第２タイミング生成回路４５は、上述した第２加算器４６と第２トリガ生成回路４７とで構成されている。
　例えば、シンチレータ内でのコンプトン散乱によって、放射線が反射材を透過して、信号が劣化する場合がある。また、反射材を形成する材質によっては、シンチレータで発生した光を反射材は全て反射するとは限らないので、反射材付近のシンチレータで発生した光の一部が反射材を透過して、信号が劣化する場合がある。
　より具体的に説明すると、図８では、上述した図４や図５と同様にタイミング生成閾値レベルをＴｈとする。また、放射線または光が反射材を透過することによって２つの領域に信号が分散されたとする。２つの領域に分散された一方のタイミング生成用信号をＳＡとし、他方のタイミング生成用信号をＳＢ（ただし、ＳＡ＞ＳＢとする）とし、タイミング生成用信号ＳＡに基づいて生成されるタイミング信号をＴＡとし、タイミング生成用信号ＳＢに基づいて生成されるタイミング信号をＴＢとする。さらに、全ての信号を加算して得られた信号（ここではタイミング生成用信号ＳＡおよびタイミング生成用信号ＳＢの加算値）をＳＴとし、全ての信号を加算して得られたタイミング生成用信号ＳＴに基づいて生成されるタイミング信号をＴＴとする。
　上述した実施例１の構成において、放射線または光が反射材１２（図１を参照）を透過することによって、第１加算器４１（図２を参照）で加算されたタイミング生成用信号ＳＡと、第１加算器４１で加算されたタイミング生成用信号ＳＢとが、２つの領域で分散される。その結果、タイミング生成用信号ＳＡのトリガに基づくタイミング信号ＴＡを第１トリガ生成回路４２（図２を参照）が生成するとともに、タイミング生成用信号ＳＢのトリガに基づくタイミング信号ＴＢを第１トリガ生成回路４２が生成する。
　ここで、ＳＡ＞ＳＢであるので、タイミング信号ＴＡの生成時間もタイミング信号ＴＢの生成時間よりも長くなり、タイミング信号ＴＡの生成時間にタイミング信号ＴＢの生成時間が含まれる。よって、これらのタイミング信号ＴＡ，ＴＢを、ＯＲロジックからなるエンコーダ５０（図２を参照）が１つにまとめても、生成時間が長いタイミング信号ＴＡが出力される。
　上述したように、これらのタイミング生成用信号ＳＡ，ＳＢは分散により劣化しており、本来であれば全ての信号を加算して得られたタイミング生成用信号ＳＴが生成される筈である。よって、ＳＴ＞ＳＡとなり、本来であればタイミング生成用信号ＳＴに基づいて生成されるタイミング信号ＴＴが、正確なタイミング信号となる。しかし、エンコーダ５０で１つにまとめられた信号はタイミング信号ＴＡであり、実際に得られたタイミング信号ＴＡの生成時間が、本来得られる筈のタイミング生成用信号ＳＴの生成時間よりも短くなってしまう。
　そこで、本実施例２では、放射線または光が反射材１２を透過することによって信号の劣化が生じたとしても、上述した第２加算器４６（図６または図７を参照）および第２トリガ生成回路４７（図６または図７を参照）を備えて、全ての信号を加算して得られる信号のトリガを生成することで、正確なタイミング信号（図８ではタイミング信号ＴＴ）を得ることができる。
　本実施例２のように第２加算器４６および第２トリガ生成回路４７を備える場合においては、図６に示すように増幅器３０に対して第１加算器４１および第２加算器４６を並列に接続してもよいし、図７に示すように増幅器３０に対して第１加算器４１，第２加算器４６の順に直列に接続してもよい。後者（図７）のように増幅器３０に対して第１加算器４１，第２加算器４６の順に直列に接続する場合には、第１加算器４１で加算された信号を利用して第２加算器４６は加算を行うことができる。
　なお、図６や図７では、第２トリガ生成回路４７で加算された信号（タイミング信号）の出力については特に図示していないが、図６や図７のエンコーダ５０に接続させてもよい。また、モードに応じて切り替える切り替えスイッチ（図示省略）を有して、図６や図７のエンコーダ５０で得られた信号、または第２トリガ生成回路４７で加算された信号（タイミング信号）のいずれかに切り替えスイッチで切り替えるように構成してもよい。例えば、二次元位置マップの出力分布に応じて、放射線または光が反射材を透過することによって２つの領域に信号が分散する場合には、第２トリガ生成回路４７で加算された信号（タイミング信号）を出力するモードに切り替え、それ以外のときにはエンコーダ５０で得られた信号を出力するモードに切り替える。
　この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
　（１）上述した各実施例では、図１に示す構造であったが、各々のシンチレータをγ線の深さ方向に積層して構成されたＤＯＩ検出器に適用してもよい。つまり、ＤＯＩ検出器は、各々のシンチレータをγ線の深さ方向に積層して構成されたものであり、相互作用を起こした深さ方向と横方向（入射面に平行な方向）との座標情報を重心演算により求める。これにより、相互作用を起こした深さ方向の光源位置(DOI: Depth of Interaction)を弁別することができる。領域を区分する反射材の他に、空間分解能の向上のためにＤＯＩ検出器に反射材を適宜に介在させる。
　（２）上述した各実施例では、ライトガイドがない構造であったが、ライトガイドを有した検出器に適用してもよい。シンチレータアレイと半導体受光素子との間に、導光するライトガイドを、シンチレータアレイおよび半導体受光素子に光学的に結合して構成する。なお、シンチレータアレイと同様に、ライトガイドも反射材によって領域毎に区分して構成する。
　（３）上述した各実施例では、半導体受光素子の出力端子が単一であったので、増幅器を半導体受光素子と一対一に同数に備えたが、１チップ中に複数の出力端子を有したアレイ構成の半導体受光素子に適用することが可能である。１チップ中に複数の出力端子を有したアレイ構成の半導体受光素子の場合には、増幅器を半導体受光素子の出力端子と一対一に同数に備えればよい。
　１　…　放射線検出器
　１０　…　シンチレータアレイ
　１１　…　シンチレータ
　１２　…　反射材
　２０　…　半導体受光素子
　３０　…　増幅器
　４１　…　第１加算器
　４２　…　第１トリガ生成回路
　４６　…　第２加算器
　４７　…　第２トリガ生成回路
 

Claims (4)

  1. 　複数のシンチレータからなるシンチレータアレイと、
    　前記シンチレータの数よりも少ない複数の半導体受光素子と
    　を備え、
    　前記半導体受光素子が２つ以上の前記シンチレータに光学的に結合して構成された放射線検出器であって、
    　前記シンチレータアレイを反射材によって領域毎に区分して構成し、
    　各々の半導体受光素子で得られた信号を増幅する増幅器を半導体受光素子の出力端子と一対一に同数に備え、
    　前記反射材によって区分された領域内において前記増幅器でそれぞれ増幅された複数の信号を加算する第１加算器を、反射材によって区分された領域毎に備えるとともに、
    　前記第１加算器で加算された信号のトリガを生成する第１トリガ生成回路を、反射材によって区分された領域毎に備え、
    　反射材によって区分された領域毎に前記第１トリガ生成回路でそれぞれ生成された前記トリガに基づく信号を１つにまとめるエンコーダを備える
    　ことを特徴とする放射線検出器。
  2. 　請求項１に記載の放射線検出器において、
    　前記増幅器でそれぞれ増幅された全ての信号を加算する第２加算器と、
    　当該第２加算器で加算された信号のトリガを生成する第２トリガ生成回路と
    　を備えることを特徴とする放射線検出器。
  3. 　請求項２に記載の放射線検出器において、
    　前記増幅器に対して前記第１加算器および前記第２加算器を並列に接続することを特徴とする放射線検出器。
  4. 　請求項２に記載の放射線検出器において、
    　前記増幅器に対して前記第１加算器，前記第２加算器の順に直列に接続することを特徴とする放射線検出器。
     
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