放射線検出器
【課題】装置の小型化を図りつつ、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することが可能な放射線検出装置を提供すること。
【解決手段】放射線検出器ＲＤは、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出部１と、複数の放射線検出部１毎に設けられ、複数の放射線検出部１からの信号のうち、所定の閾値以上である信号を計数して計数信号を出力する複数の計数部２１と、複数の放射線検出部１からの信号を選択して出力する信号選択部３１と、複数の放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算部４１と、加算部４１からの加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測部５１と、複数の計数部２１からの計数信号に基づいて、信号選択部３１を制御する制御部ＣＲと、を備えている。
【解決手段】放射線検出器ＲＤは、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出部１と、複数の放射線検出部１毎に設けられ、複数の放射線検出部１からの信号のうち、所定の閾値以上である信号を計数して計数信号を出力する複数の計数部２１と、複数の放射線検出部１からの信号を選択して出力する信号選択部３１と、複数の放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算部４１と、加算部４１からの加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測部５１と、複数の計数部２１からの計数信号に基づいて、信号選択部３１を制御する制御部ＣＲと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物からの放射線を検出する放射線検出器として、複数の放射線検出手段が配置されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された放射線検出器によれば、被測定物からの放射線を複数の方向から検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５６３３４１号公報（特開昭６３−３０８５９０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の放射線検出手段を備えている放射線検出器では、各放射線検出手段から出力された信号を処理する信号処理回路が放射線検出手段毎に必要とされる。したがって、放射線検出手段の数が増加するに伴い、信号処理回路の数も増加してしまい、装置の大型化が避けられない。信号処理回路には、たとえば、測定対象となる所定のエネルギーを有する放射線を選別するための波高分析器、及び、波高分析器から出力されたパルス信号を計数する計数器などが含まれる。また、信号処理回路による消費電力の増大や、処理する信号量の増加に伴う信号処理時間の増大といった問題点も生じてしまう。
【０００５】
本発明は、装置の小型化を図りつつ、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することが可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る放射線検出器は、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出手段と、複数の放射線検出手段毎に設けられ、所定の閾値以上である信号を計数して計数信号を出力する複数の計数手段と、複数の放射線検出手段からの信号を選択して出力する信号選択手段と、複数の放射線検出手段からの信号のうち信号選択手段により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、加算手段からの加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測手段と、複数の計数手段からの計数信号に基づいて、信号選択手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る放射線検出器では、計数手段は、対応する放射線検出手段からの信号に基づいて所定の閾値以上である信号を計数し、計数信号を出力する。制御手段は、複数の計数手段からの計数信号に基づいて、信号選択手段を制御し、信号選択手段は、出力する信号を選択する。加算手段は、複数の放射線検出手段からの信号のうち信号選択手段により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。波高値計測手段は、加算手段からの加算信号を受け、当該加算信号の波高値を計測し、波高値計測信号を出力する。これにより、計数手段からの出力に基づいて計数値が得られ、波高値計測信号からの出力に基づいて波高値が得られることとなる。
【０００８】
一般に、波高値を計測する処理には、十分なＳＮ比と精度とが要求されるため、波高値計測手段は、消費電力も大きく、また、信号処理時間も長くなってしまう。本発明では、複数の放射線検出手段からの信号すべての波高値を常に計測する必要がないことから、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することができる。計数処理は、ＳＮ比への要求が比較的高くないため、計数手段は、簡易で且つ高速処理可能な構成を採用できる。したがって、複数の計数手段が備えられていても、消費電力と信号処理時間との増大は抑制される。
【０００９】
制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値よりも少ない場合、複数の放射線検出手段からの信号すべてを出力するように信号選択手段を制御してもよい。波高値を計測する処理は、計数値が所定値以上の計数／秒になると、計測精度が悪化するが、計数値が上記所定値よりも少ない場合、計測精度が悪化することはない。したがって、計測精度が悪化することなく、すべての放射線検出手段からの信号の波高値を計測することができる。
【００１０】
制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値以上である場合、計数値の合算値が所定の閾値よりも少なくなるように複数の放射線検出手段からの信号を選択して出力するように信号選択手段を制御してもよい。この場合、計測精度が悪化することなく、複数の放射線検出手段からの信号の波高値を計測することができる。
【００１１】
制御手段は、最も少ない計数値が所定の閾値以上である場合、最も少ない計数値に対応する放射線検出手段からの信号を選択して出力するように信号選択手段を制御してもよい。この場合、計測精度の悪化を抑制することができる。
【００１２】
制御手段は、波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出してもよい。この場合、放射線のエネルギーを適切に算出することかできる。
【００１３】
複数の放射線検出手段は、シンチレータと、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、それぞれのアバランシェフォトダイオードに対して直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含んでいるフォトダイオードアレイと、をそれぞれ有していてもよい。この場合、装置の小型化を図りつつ、フォトンカウンティング測定が可能となる。
【００１４】
複数の計数手段、信号選択手段、加算手段、及び波高値計測手段を含む信号処理回路が搭載され、信号処理回路と制御手段との間を電気的に接続するフレキシブル基板を更に備え、複数の放射線検出手段が、フレキシブル基板に実装されていてもよい。この場合、装置の小型化をより一層図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することが可能な放射線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る放射線検出器の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る放射線検出器の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】フォトダイオードアレイの平面図である。
【図５】フォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図６】図４に示したフォトダイオードアレイのVI−VI矢印線断面図である。
【図７】図４に示したフォトダイオードアレイのVII−VII矢印線断面図である。
【図８】図４に示したフォトダイオードアレイの回路図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る放射線検出器の構成を示す斜視図である。
【図１０】半導体光検出素子の平面図である。
【図１１】計数部の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る放射線検出器の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出器の構成を示す分解斜視図である。図３は、本実施形態に係る放射線検出器の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように、複数の放射線検出部（本実施形態では、４つの放射線検出部）１と、信号処理回路ＳＰと、制御部ＣＲと、を備えている。信号処理回路ＳＰは、複数の計数部（本実施形態では、４つの計数部）２１と、信号選択部３１と、加算部４１と、波高値計測部５１と、を有している。
【００２０】
各放射線検出部１は、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成して、出力する。放射線検出部１は、図２にも示されるように、シンチレータ３と、半導体光検出素子５と、を有している。半導体光検出素子５は、光学接着剤によりシンチレータ３に光学的に接続されており、シンチレータ３からのシンチレーション光を検出する。半導体光検出素子５は、フレキシブル基板ＦＳに実装されている。放射線検出部１からは、半導体光検出素子５の出力信号が、フレキシブル基板ＦＳに形成された配線（図示省略）を通して、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号として信号処理回路ＳＰへ出力される。
【００２１】
シンチレータ３は、結晶性を有するシンチレータ、セラミックシンチレータ、又はプラスチックシンチレータからなる。シンチレータ３が結晶性を有するシンチレータである場合、シンチレータ３は、ＣｓＩ又はＮａＩなどの結晶性材料からなる。シンチレータ３がセラミックシンチレータである場合、シンチレータ３は、無機蛍光体の焼結体などからなる。シンチレータ３がプラスチックシンチレータである場合、シンチレータ３は、ＰＥＴなどからなる。
【００２２】
ここで、図４〜図８を参照して、半導体光検出素子５の構成について説明する。図４は、フォトダイオードアレイの平面図である。図５は、フォトダイオードアレイの拡大平面図である。図６は、図５に示したフォトダイオードアレイのVI−VI矢印線断面図である。図７は、図５に示したフォトダイオードアレイのVII−VII矢印線断面図である。図８は、図４に示したフォトダイオードアレイの回路図である。
【００２３】
半導体光検出素子５は、フォトダイオードアレイＰＤＡからなる。フォトダイオードアレイＰＤＡは、矩形形状を呈する半導体基板ＳＳを備えている。
【００２４】
フォトダイオードアレイＰＤＡは、半導体基板ＳＳに形成された複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを備えている。それぞれのアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、クエンチング抵抗（抵抗層）１７が直列に接続されている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤが形成された領域は、外周配線ＷＬによって囲まれている。外周配線ＷＬの外側には遮光層ＳＬなどを設けることができる。遮光層ＳＬは、たとえば金属などからなる。
【００２５】
外周配線ＷＬの外形は、矩形環状であって、各辺がＸ軸又はＹ軸に沿って延びている。外周配線ＷＬは、Ｘ軸に沿って延びた電極パッドＰに接続されている。外周配線ＷＬには、複数の中継配線１８が電気的に接続されている。複数の中継配線１８は、それぞれがＹ軸に沿って延びており、外周配線ＷＬの少なくとも２箇所（Ｙ軸に沿った両端に位置する部位）間をそれぞれが接続している。
【００２６】
個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード及びカソードの一方は、クエンチング抵抗１７を介して、中継配線１８のいずれかに電気的に接続されている。個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード及びカソードの他方は、半導体基板ＳＳに設けられた別の電極１６（図６参照：本例では裏面電極）に電気的に接続されている。電極１６は、アノード及びカソードの他方に電気的に接続できる構成であれば、半導体基板ＳＳの表面側に設けることとしてもよい。
【００２７】
フォトダイオードアレイＰＤＡでは、半導体基板ＳＳは、第一半導体層１１と、第一半導体層１１上に形成された第二半導体層１２と、第二半導体層１２内に形成された第三半導体層１３と、を備えている。第一半導体層１１、第二半導体層１２、及び第三半導体層１３の導電型は、それぞれ、第１導電型（Ｎ型）、第２導電型（Ｐ型）、第２導電型（Ｐ型）である。この場合、第一半導体層１１と第二半導体層１２との間にＰＮ接合が形成される。各リング状電極１５の直下のＰＮ接合から広がる空乏層内で発生したキャリアが、第三半導体層１３を介して、各リング状電極１５において収集される。このＰＮ接合からなるアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、逆バイアスが印加される。空乏層内では、光Ｌの入射に応じてキャリアが発生する。
【００２８】
第二半導体層１２は、良好な結晶性のものを得るという観点から、第一半導体層（基板）１１の表面へのエピタキシャル成長によって形成することが好ましい。第三半導体層１３は、第二半導体層１２への不純物のイオン注入又は拡散により形成することができる。第三半導体層１３の不純物濃度は、第二半導体層１２の不純物濃度よりも高い。半導体基板ＳＳは、好適にはＳｉから構成されており、Ｎ型の不純物としては５価のアンチモンやリン、Ｐ型の不純物としては３価のボロンを用いることができる。
【００２９】
フォトダイオードアレイＰＤＡでは、第一半導体層１１、第二半導体層１２、及び第三半導体層１３の導電型は、それぞれ、第１導電型（Ｎ型）、第１導電型（Ｎ型）、第２導電型（Ｐ型）とすることも可能である。この場合には、第二半導体層１２と第三半導体層１３との間にＰＮ接合が形成される。各リング状電極１５の直下のＰＮ接合から広がる空乏層内で発生したキャリアが、第三半導体層１３を介して、各リング状電極１５において収集される。このＰＮ接合からなるアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、逆バイアスが印加される。
【００３０】
もちろん、第１導電型をＰ型とし、第２導電型をＮ型とすることも可能である。この場合には、バイアスの印加方向が、上記とは逆になる。
【００３１】
第三半導体層１３上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層１４が形成されており、絶縁層１４にはリング状電極１５が形成されている。リング状電極１５は、絶縁層１４に設けられた開口を介して、第三半導体層１３に接続されている。リング状電極１５の平面形状は、矩形環状であり、リング状電極１５の一端は、必要に応じて適当な導電層を介して、クエンチング抵抗（層）１７の一端に接続されている。
【００３２】
クエンチング抵抗１７は、ポリシリコンから形成され、リング状電極１５、中継配線１８及び外周配線ＷＬはアルミニウムから形成される。ポリシリコンの体積抵抗率は、アルミニウムの体積抵抗率よりも高い。クエンチング抵抗１７は、絶縁層１４上に形成されており、クエンチング抵抗１７の他端は、中継配線１８に電気的に接続されている。クエンチング抵抗１７は、図８に示されるように、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに対して直列に接続されている。
【００３３】
半導体基板ＳＳの裏面には、電極１６が設けられているが、第一半導体層１１がＮ型である場合には、この電極１６はカソード電極となり、リング状電極１５はアノード電極となる。これらの電極１５，１６に挟まれた領域が、それぞれアバランシェフォトダイオードＡＰＤを構成している。
【００３４】
フォトダイオードアレイＰＤＡにおいては、個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤをガイガーモードで動作させる。ガイガーモードでは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのブレークダウン電圧よりも大きな逆方向電圧（逆バイアス電圧）をアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード電極／カソード電極間に印加する。すなわち、アノード電極には（−）電位Ｖ１を、カソード電極には（＋）電位Ｖ２を印加する。これらの電位の極性は相対的なものであり、一方の電位をグランド電位とすることも可能である。
【００３５】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤに光（フォトン）が入射すると、基板内部で光電変換が行われて光電子が発生する。そして、ＰＮ接合界面の近傍領域において、アバランシェ増倍が行われ、増幅された電子群は電極１６に向けて流れる。
【００３６】
個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに接続されたクエンチング抵抗１７は、中継配線１８に電気的に接続されている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、ガイガーモードで動作しており、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、共通の中継配線１８に接続されている。このため、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに同時にフォトンが入射した場合、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤの出力は全て共通の中継配線１８に入力され、全体としては入射フォトン数に応じた高強度の信号として計測される。中継配線１８には、信号読み出し用の電圧降下が生じる負荷抵抗を接続してもよい。
【００３７】
上述の構造は、表面入射型のフォトダイオードアレイの構造であるが、裏面入射型のフォトダイオードアレイの構造を採用してもよい。この場合には、半導体基板ＳＳの厚みを薄くして、電極１６を透明電極とすればよい。
【００３８】
再び、図１を参照する。各計数部２１は、アンプ２２、電圧比較器２３、閾値設定部２４、及び計数器２５を有している。計数部２１は、放射線検出部１（半導体光検出素子５）毎に設けられており、計数部２１には、対応する放射線検出部１（半導体光検出素子５）からの信号が入力される。
【００３９】
アンプ２２は、放射線検出部１からの信号を増幅及び波形整形した後、当該信号を電圧比較器２３に入力する。電圧比較器２３は、放射線検出部１からの信号と、閾値設定部２４から入力されている基準電圧（所定の第一閾値）とをそれぞれ比較する。電圧比較器２３は、放射線検出部１からの信号が基準電圧よりも大きい場合、パルス信号を計数器２５に出力する。
【００４０】
計数器２５は、パルス信号を計数して、計数結果を計数信号として制御部ＣＲに出力する。すなわち、計数部２１は、放射線検出部１からの信号のうち、基準電圧よりも大きい信号を計数し、計数信号を制御部ＣＲに出力する。計数信号は、パルス信号の計数値を情報として含んでいる。
【００４１】
信号選択部３１は、４つの放射線検出部１からの信号を選択して出力する。信号選択部３１は、放射線検出部１（計数部２１）毎に設けられた複数のスイッチ素子（本実施形態では、４つのスイッチ素子）３２を有している。スイッチ素子３２の一方の端子には、アンプ２２からの出力が接続されている。スイッチ素子３２は、制御部ＣＲからの選択制御信号により、その開閉が制御される。
【００４２】
加算部４１は、４つの放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。加算部４１は、複数の抵抗器（本実施形態では、４つの抵抗器）３３と、アンプ４２と、抵抗器４３と、を有している。抵抗器３３は、スイッチ素子３２の他方の端子に直列接続されている。アンプ４２の入力端子は、抵抗器３３を介して、スイッチ素子３２の他方の端子と接続され、抵抗器４３を介して自己の出力端子と接続されている。
【００４３】
波高値計測部５１は、加算部４１からの加算信号が入力される。波高値計測部５１は、入力された加算信号の波高値を計測し、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。具体的には、波高値計測部５１は、入力された加算信号のピーク値を波高値として検出するピーク検出器と、Ａ／Ｄコンバータと、を有し、検出したピーク値を記録する。波高値計測信号は、入力された加算信号のピーク値を情報として含んでいる。
【００４４】
制御部ＣＲは、４つの計数部２１からそれぞれ出力された計数信号に基づいて、信号選択部３１（スイッチ素子３２）の開閉を制御する。また、制御部ＣＲは、波高値計測部５１から出力された波高値計測信号に基づいて、放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出する。制御部ＣＲには、モニタが接続されており、制御部ＣＲは、算出結果をモニタ（図示省略）に表示する。
【００４５】
制御部ＣＲは、たとえばＣＰＵ、記憶部、Ａ／Ｄコンバータ、及びＤ／Ａコンバータなどを有して構成されている。記憶部は、ＣＰＵによる信号処理回路ＳＰの制御及びエネルギー算出に必要なプログラム及びデータを格納して記憶している。制御部ＣＲは、外部からの駆動電圧の印加によって起動される。起動後、ＣＰＵは、記憶部に格納されたプログラムを実行して、信号処理回路ＳＰを制御し、また、放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出する。Ａ／Ｄコンバータは、アナログ信号である計数信号及び波高値計測信号などをディジタル信号に変換し、ＣＰＵに転送する。Ｄ／Ａコンバータは、ＣＰＵによって生成されたディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、信号選択部３１などに供給する。
【００４６】
続いて、図３に基づいて、放射線検出器ＲＤの信号処理動作を説明する。
【００４７】
まず、各計数部２１が、放射線検出部１からの信号のうち、基準電圧よりも大きい信号を計数し、計数信号を制御部ＣＲに出力する（Ｓ１０１）。放射線は、放射線検出器ＲＤに常時入射している。したがって、計数数を可能な限り増やすために、各計数部２１は、並列で計数を行う。
【００４８】
次に、制御部ＣＲは、各計数部２１から出力された計数信号それぞれに基づいて、各計数信号に含まれるパルス信号の計数値のうち最小の計数値が所定の第二閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。最小の計数値が上記第二閾値以上である場合、制御部ＣＲは、最小の計数値の情報を含む計数信号を出力した計数部２１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１０５）。これにより、最小の計数値の情報を含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００４９】
次に、最小の計数値を情報として含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１０７）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５０】
次に、制御部ＣＲは、入力された波高値計測信号に情報として含まれるピーク値に基づいて、各放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出し、加算する（Ｓ１０９）。そして、制御部ＣＲは、算出結果をモニタに表示する。このとき、制御部ＣＲは、モニタに、計測値が正確でない可能性がある旨を表示する。
【００５１】
Ｓ１０３にて、最小の計数値が上記第二閾値よりも小さい場合、制御部ＣＲは、各計数信号に含まれるパルス信号の計数値を合算し、単位時間当たりの計数値の合算値を求め、当該合算値を第二閾値と比較し、第二閾値よりも合算値が少ないか否かを判定する（Ｓ１１１）。単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少ない場合、制御部ＣＲは、すべてのスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１１３）。これにより、すべての放射線検出部１からの信号が、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００５２】
次に、すべての放射線検出部１からの信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１１５）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間も、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５３】
Ｓ１１１にて、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値以上である場合、制御部ＣＲは、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなる、計数信号の組み合わせを求める。制御部ＣＲは、求めた計数信号の組み合わせに基づいて、当該計数信号を出力した計数部２１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１１７）。これにより、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなる組み合わせの計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００５４】
次に、すべての放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１（スイッチ素子３２）にて選択された信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１１９）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間も、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５５】
次に、制御部ＣＲは、入力された波高値計測信号に情報として含まれるピーク値に基づいて、各放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出し、加算する（Ｓ１２１）。
【００５６】
そして、制御部ＣＲは、連続計測が否かを判定し（Ｓ１２３）、連続計測である場合、Ｓ１０３に戻り、処理を継続する。制御部ＣＲは、連続計測ではない場合、処理を終える。
【００５７】
制御部ＣＲは、マニュアルモードにより、放射線検出部１が選択されている場合、選択された放射線検出部１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する。これにより、選択された放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２及び加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、計数部２１は、対応する放射線検出部１からの信号に基づいて基準電圧以上である信号を計数し、計数信号を出力する。制御部ＣＲは、各計数部２１からの計数信号に基づいて、信号選択部３１（スイッチ素子３２）を制御し、信号選択部３１は、出力する信号を選択する。加算部４１は、各放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。波高値計測部５１は、加算部４１からの加算信号を受け、当該加算信号の波高値（ピーク値）を計測し、波高値計測信号を出力する。これにより、計数部２１からの出力に基づいて計数値が得られ、波高値計測部５１からの出力に基づいて波高値が得られることとなる。
【００５９】
一般に、波高値を計測する処理には、十分なＳＮ比と精度とが要求されるため、波高値計測手段は、消費電力も大きく、また、信号処理時間も長くなってしまう。放射線検出器ＲＤでは、各放射線検出部１からの信号すべての波高値を常に計測する必要がないことから、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することができる。計数処理は、ＳＮ比への要求が比較的高くないため、計数部２１は、簡易で且つ高速処理可能な構成を採用できる。したがって、放射線検出器ＲＤが複数の計数部２１を備えていても、消費電力と信号処理時間との増大は抑制される。
【００６０】
制御部ＣＲは、計数値の合算値が第二閾値よりも少ない場合、各放射線検出部１からの信号すべてを出力するように信号選択部３１（スイッチ素子３２）を制御している。波高値を計測する処理は、計数値が所定値以上の計数／秒になると、計測精度が悪化するが、計数値が上記所定値よりも少ない場合、計測精度が悪化することはない。したがって、放射線検出器ＲＤでは、計測精度が悪化することなく、すべての放射線検出部１からの信号の波高値を計測することができる。
【００６１】
制御部ＣＲは、計数値の合算値が第二閾値以上である場合、計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなるように放射線検出部１からの信号を選択して出力するように信号選択部３１を制御している。この場合でも、上述したように、放射線検出器ＲＤでは、計測精度が悪化することなく、放射線検出部１からの信号の波高値を計測することができる。
【００６２】
制御部ＣＲは、最も少ない計数値が第二閾値以上である場合、最も少ない計数値を情報として含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号を選択して出力するように信号選択部３１を制御している。この場合にも、上述したように、計測精度の悪化を抑制することができる。
【００６３】
制御部ＣＲは、波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出している。これにより、放射線検出器ＲＤでは、放射線のエネルギーを適切に算出することかできる。
【００６４】
各放射線検出部１は、シンチレータ３と、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと、それぞれのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに対して直列に接続されたクエンチング抵抗１７と、を含んでいるフォトダイオードアレイＰＤＡと、をそれぞれ有している。これにより、放射線検出器ＲＤでは、装置の小型化を図りつつ、フォトンカウンティング測定が可能となる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６６】
図９に示されるように、シンチレータとして、複数に分割されたシンチレータ７１を用いてもよい。本例では、シンチレータ７１は、４分割されている。シンチレータ７１に光学的に接続される半導体光検出素子７３は、図１０に示されるように、一つの基板ＳＳ１に複数のフォトダイオードアレイＰＤＡが形成されている。これにより、半導体光検出素子７３は、光感応領域がフォトダイオードアレイＰＤＡと同数だけ分割されることとなる。本例では、光感応領域が４分割されている。一つのフォトダイオードアレイＰＤＡが、シンチレータ７１における分割された一つの部分に対応して配置されている。
【００６７】
フレキシブル基板ＦＳに、信号処理回路ＳＰが搭載されていてもよい。フレキシブル基板ＦＳは、信号処理回路ＳＰと制御部ＣＲとを電気的に接続する。この場合、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、同一基板上に形成されていてもよい。もちろん、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとをそれぞれ異なるチップで形成してもよい。この場合、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、チップオンチップにより電気的に接続されていてもよく、また、配線基板上にそれぞれが実装されることにより電気的に接続されていてもよい。更には、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、フレキシブル基板ＦＳ上に形成された配線を介して電気的に接続されていてもよい。
【００６８】
４分割されたシンチレータ７１の分割中心（中心軸）と、光感応領域が４分割された半導体光検出素子７３の分割中心（中心軸）とが一致した状態で、シンチレータ７１と半導体光検出素子７３とは、光学接着剤により光学的に接続されている。これにより、放射線の到来方向を識別することが可能となる。すなわち、各計数部２１からの計数信号に基づいて、どのシンチレータ７１（半導体光検出素子７３）におけるどの分割部分に放射線が入射したのかを識別することができ、この識別結果により、放射線の方向性を検出することが可能となる。
【００６９】
続いて、図１１を参照して、計数部２１の変形例を説明する。図１１は、計数部の変形例を示すブロック図である。
【００７０】
計数部２１は、図１１に示されるように、電圧比較器２６と閾値設定部２７とを更に有していてもよい。閾値設定部２７は、閾値設定部２４から入力される基準電圧（下限基準電圧）よりも高い基準電圧（上限基準電圧）を電圧比較器２６に出力する。電圧比較器２６は、放射線検出部１からの信号が上限基準電圧よりも低い場合、パルス信号を計数器２５に出力する。計数器２５は、電圧比較器２３と電圧比較器２６とからパルス信号が出力された際に、当該パルス信号を一つのパルス信号として計数して、計数結果を計数信号として制御部ＣＲに出力する。すなわち、計数器２５は、放射線検出部１からの信号のうち、上限基準電圧よりも低く且つ下限基準電圧よりも大きい信号を計数する。
【００７１】
放射線検出部１の数、及び、計数部２１の数は、上述した実施形態の数に限られない。シンチレータ７１の分割数も、上述した数に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、食品などからの放射線を検出する放射線検出装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…放射線検出部、３，７１…シンチレータ、５，７３…半導体光検出素子、２１…計数部、３１…信号選択部、４１…加算部、５１…波高値計測部、ＡＰＤ…アバランシェフォトダイオード、ＣＲ…制御部、ＦＳ…フレキシブル基板、ＰＤＡ…フォトダイオードアレイ、ＲＤ…放射線検出器、ＳＰ…信号処理回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物からの放射線を検出する放射線検出器として、複数の放射線検出手段が配置されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された放射線検出器によれば、被測定物からの放射線を複数の方向から検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５６３３４１号公報（特開昭６３−３０８５９０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の放射線検出手段を備えている放射線検出器では、各放射線検出手段から出力された信号を処理する信号処理回路が放射線検出手段毎に必要とされる。したがって、放射線検出手段の数が増加するに伴い、信号処理回路の数も増加してしまい、装置の大型化が避けられない。信号処理回路には、たとえば、測定対象となる所定のエネルギーを有する放射線を選別するための波高分析器、及び、波高分析器から出力されたパルス信号を計数する計数器などが含まれる。また、信号処理回路による消費電力の増大や、処理する信号量の増加に伴う信号処理時間の増大といった問題点も生じてしまう。
【０００５】
本発明は、装置の小型化を図りつつ、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することが可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る放射線検出器は、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出手段と、複数の放射線検出手段毎に設けられ、所定の閾値以上である信号を計数して計数信号を出力する複数の計数手段と、複数の放射線検出手段からの信号を選択して出力する信号選択手段と、複数の放射線検出手段からの信号のうち信号選択手段により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、加算手段からの加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測手段と、複数の計数手段からの計数信号に基づいて、信号選択手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る放射線検出器では、計数手段は、対応する放射線検出手段からの信号に基づいて所定の閾値以上である信号を計数し、計数信号を出力する。制御手段は、複数の計数手段からの計数信号に基づいて、信号選択手段を制御し、信号選択手段は、出力する信号を選択する。加算手段は、複数の放射線検出手段からの信号のうち信号選択手段により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。波高値計測手段は、加算手段からの加算信号を受け、当該加算信号の波高値を計測し、波高値計測信号を出力する。これにより、計数手段からの出力に基づいて計数値が得られ、波高値計測信号からの出力に基づいて波高値が得られることとなる。
【０００８】
一般に、波高値を計測する処理には、十分なＳＮ比と精度とが要求されるため、波高値計測手段は、消費電力も大きく、また、信号処理時間も長くなってしまう。本発明では、複数の放射線検出手段からの信号すべての波高値を常に計測する必要がないことから、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することができる。計数処理は、ＳＮ比への要求が比較的高くないため、計数手段は、簡易で且つ高速処理可能な構成を採用できる。したがって、複数の計数手段が備えられていても、消費電力と信号処理時間との増大は抑制される。
【０００９】
制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値よりも少ない場合、複数の放射線検出手段からの信号すべてを出力するように信号選択手段を制御してもよい。波高値を計測する処理は、計数値が所定値以上の計数／秒になると、計測精度が悪化するが、計数値が上記所定値よりも少ない場合、計測精度が悪化することはない。したがって、計測精度が悪化することなく、すべての放射線検出手段からの信号の波高値を計測することができる。
【００１０】
制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値以上である場合、計数値の合算値が所定の閾値よりも少なくなるように複数の放射線検出手段からの信号を選択して出力するように信号選択手段を制御してもよい。この場合、計測精度が悪化することなく、複数の放射線検出手段からの信号の波高値を計測することができる。
【００１１】
制御手段は、最も少ない計数値が所定の閾値以上である場合、最も少ない計数値に対応する放射線検出手段からの信号を選択して出力するように信号選択手段を制御してもよい。この場合、計測精度の悪化を抑制することができる。
【００１２】
制御手段は、波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出してもよい。この場合、放射線のエネルギーを適切に算出することかできる。
【００１３】
複数の放射線検出手段は、シンチレータと、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、それぞれのアバランシェフォトダイオードに対して直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含んでいるフォトダイオードアレイと、をそれぞれ有していてもよい。この場合、装置の小型化を図りつつ、フォトンカウンティング測定が可能となる。
【００１４】
複数の計数手段、信号選択手段、加算手段、及び波高値計測手段を含む信号処理回路が搭載され、信号処理回路と制御手段との間を電気的に接続するフレキシブル基板を更に備え、複数の放射線検出手段が、フレキシブル基板に実装されていてもよい。この場合、装置の小型化をより一層図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することが可能な放射線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る放射線検出器の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る放射線検出器の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】フォトダイオードアレイの平面図である。
【図５】フォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図６】図４に示したフォトダイオードアレイのVI−VI矢印線断面図である。
【図７】図４に示したフォトダイオードアレイのVII−VII矢印線断面図である。
【図８】図４に示したフォトダイオードアレイの回路図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る放射線検出器の構成を示す斜視図である。
【図１０】半導体光検出素子の平面図である。
【図１１】計数部の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る放射線検出器の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出器の構成を示す分解斜視図である。図３は、本実施形態に係る放射線検出器の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように、複数の放射線検出部（本実施形態では、４つの放射線検出部）１と、信号処理回路ＳＰと、制御部ＣＲと、を備えている。信号処理回路ＳＰは、複数の計数部（本実施形態では、４つの計数部）２１と、信号選択部３１と、加算部４１と、波高値計測部５１と、を有している。
【００２０】
各放射線検出部１は、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成して、出力する。放射線検出部１は、図２にも示されるように、シンチレータ３と、半導体光検出素子５と、を有している。半導体光検出素子５は、光学接着剤によりシンチレータ３に光学的に接続されており、シンチレータ３からのシンチレーション光を検出する。半導体光検出素子５は、フレキシブル基板ＦＳに実装されている。放射線検出部１からは、半導体光検出素子５の出力信号が、フレキシブル基板ＦＳに形成された配線（図示省略）を通して、入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号として信号処理回路ＳＰへ出力される。
【００２１】
シンチレータ３は、結晶性を有するシンチレータ、セラミックシンチレータ、又はプラスチックシンチレータからなる。シンチレータ３が結晶性を有するシンチレータである場合、シンチレータ３は、ＣｓＩ又はＮａＩなどの結晶性材料からなる。シンチレータ３がセラミックシンチレータである場合、シンチレータ３は、無機蛍光体の焼結体などからなる。シンチレータ３がプラスチックシンチレータである場合、シンチレータ３は、ＰＥＴなどからなる。
【００２２】
ここで、図４〜図８を参照して、半導体光検出素子５の構成について説明する。図４は、フォトダイオードアレイの平面図である。図５は、フォトダイオードアレイの拡大平面図である。図６は、図５に示したフォトダイオードアレイのVI−VI矢印線断面図である。図７は、図５に示したフォトダイオードアレイのVII−VII矢印線断面図である。図８は、図４に示したフォトダイオードアレイの回路図である。
【００２３】
半導体光検出素子５は、フォトダイオードアレイＰＤＡからなる。フォトダイオードアレイＰＤＡは、矩形形状を呈する半導体基板ＳＳを備えている。
【００２４】
フォトダイオードアレイＰＤＡは、半導体基板ＳＳに形成された複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを備えている。それぞれのアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、クエンチング抵抗（抵抗層）１７が直列に接続されている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤが形成された領域は、外周配線ＷＬによって囲まれている。外周配線ＷＬの外側には遮光層ＳＬなどを設けることができる。遮光層ＳＬは、たとえば金属などからなる。
【００２５】
外周配線ＷＬの外形は、矩形環状であって、各辺がＸ軸又はＹ軸に沿って延びている。外周配線ＷＬは、Ｘ軸に沿って延びた電極パッドＰに接続されている。外周配線ＷＬには、複数の中継配線１８が電気的に接続されている。複数の中継配線１８は、それぞれがＹ軸に沿って延びており、外周配線ＷＬの少なくとも２箇所（Ｙ軸に沿った両端に位置する部位）間をそれぞれが接続している。
【００２６】
個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード及びカソードの一方は、クエンチング抵抗１７を介して、中継配線１８のいずれかに電気的に接続されている。個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード及びカソードの他方は、半導体基板ＳＳに設けられた別の電極１６（図６参照：本例では裏面電極）に電気的に接続されている。電極１６は、アノード及びカソードの他方に電気的に接続できる構成であれば、半導体基板ＳＳの表面側に設けることとしてもよい。
【００２７】
フォトダイオードアレイＰＤＡでは、半導体基板ＳＳは、第一半導体層１１と、第一半導体層１１上に形成された第二半導体層１２と、第二半導体層１２内に形成された第三半導体層１３と、を備えている。第一半導体層１１、第二半導体層１２、及び第三半導体層１３の導電型は、それぞれ、第１導電型（Ｎ型）、第２導電型（Ｐ型）、第２導電型（Ｐ型）である。この場合、第一半導体層１１と第二半導体層１２との間にＰＮ接合が形成される。各リング状電極１５の直下のＰＮ接合から広がる空乏層内で発生したキャリアが、第三半導体層１３を介して、各リング状電極１５において収集される。このＰＮ接合からなるアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、逆バイアスが印加される。空乏層内では、光Ｌの入射に応じてキャリアが発生する。
【００２８】
第二半導体層１２は、良好な結晶性のものを得るという観点から、第一半導体層（基板）１１の表面へのエピタキシャル成長によって形成することが好ましい。第三半導体層１３は、第二半導体層１２への不純物のイオン注入又は拡散により形成することができる。第三半導体層１３の不純物濃度は、第二半導体層１２の不純物濃度よりも高い。半導体基板ＳＳは、好適にはＳｉから構成されており、Ｎ型の不純物としては５価のアンチモンやリン、Ｐ型の不純物としては３価のボロンを用いることができる。
【００２９】
フォトダイオードアレイＰＤＡでは、第一半導体層１１、第二半導体層１２、及び第三半導体層１３の導電型は、それぞれ、第１導電型（Ｎ型）、第１導電型（Ｎ型）、第２導電型（Ｐ型）とすることも可能である。この場合には、第二半導体層１２と第三半導体層１３との間にＰＮ接合が形成される。各リング状電極１５の直下のＰＮ接合から広がる空乏層内で発生したキャリアが、第三半導体層１３を介して、各リング状電極１５において収集される。このＰＮ接合からなるアバランシェフォトダイオードＡＰＤには、逆バイアスが印加される。
【００３０】
もちろん、第１導電型をＰ型とし、第２導電型をＮ型とすることも可能である。この場合には、バイアスの印加方向が、上記とは逆になる。
【００３１】
第三半導体層１３上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層１４が形成されており、絶縁層１４にはリング状電極１５が形成されている。リング状電極１５は、絶縁層１４に設けられた開口を介して、第三半導体層１３に接続されている。リング状電極１５の平面形状は、矩形環状であり、リング状電極１５の一端は、必要に応じて適当な導電層を介して、クエンチング抵抗（層）１７の一端に接続されている。
【００３２】
クエンチング抵抗１７は、ポリシリコンから形成され、リング状電極１５、中継配線１８及び外周配線ＷＬはアルミニウムから形成される。ポリシリコンの体積抵抗率は、アルミニウムの体積抵抗率よりも高い。クエンチング抵抗１７は、絶縁層１４上に形成されており、クエンチング抵抗１７の他端は、中継配線１８に電気的に接続されている。クエンチング抵抗１７は、図８に示されるように、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに対して直列に接続されている。
【００３３】
半導体基板ＳＳの裏面には、電極１６が設けられているが、第一半導体層１１がＮ型である場合には、この電極１６はカソード電極となり、リング状電極１５はアノード電極となる。これらの電極１５，１６に挟まれた領域が、それぞれアバランシェフォトダイオードＡＰＤを構成している。
【００３４】
フォトダイオードアレイＰＤＡにおいては、個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤをガイガーモードで動作させる。ガイガーモードでは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのブレークダウン電圧よりも大きな逆方向電圧（逆バイアス電圧）をアバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノード電極／カソード電極間に印加する。すなわち、アノード電極には（−）電位Ｖ１を、カソード電極には（＋）電位Ｖ２を印加する。これらの電位の極性は相対的なものであり、一方の電位をグランド電位とすることも可能である。
【００３５】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤに光（フォトン）が入射すると、基板内部で光電変換が行われて光電子が発生する。そして、ＰＮ接合界面の近傍領域において、アバランシェ増倍が行われ、増幅された電子群は電極１６に向けて流れる。
【００３６】
個々のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに接続されたクエンチング抵抗１７は、中継配線１８に電気的に接続されている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、ガイガーモードで動作しており、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、共通の中継配線１８に接続されている。このため、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに同時にフォトンが入射した場合、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤの出力は全て共通の中継配線１８に入力され、全体としては入射フォトン数に応じた高強度の信号として計測される。中継配線１８には、信号読み出し用の電圧降下が生じる負荷抵抗を接続してもよい。
【００３７】
上述の構造は、表面入射型のフォトダイオードアレイの構造であるが、裏面入射型のフォトダイオードアレイの構造を採用してもよい。この場合には、半導体基板ＳＳの厚みを薄くして、電極１６を透明電極とすればよい。
【００３８】
再び、図１を参照する。各計数部２１は、アンプ２２、電圧比較器２３、閾値設定部２４、及び計数器２５を有している。計数部２１は、放射線検出部１（半導体光検出素子５）毎に設けられており、計数部２１には、対応する放射線検出部１（半導体光検出素子５）からの信号が入力される。
【００３９】
アンプ２２は、放射線検出部１からの信号を増幅及び波形整形した後、当該信号を電圧比較器２３に入力する。電圧比較器２３は、放射線検出部１からの信号と、閾値設定部２４から入力されている基準電圧（所定の第一閾値）とをそれぞれ比較する。電圧比較器２３は、放射線検出部１からの信号が基準電圧よりも大きい場合、パルス信号を計数器２５に出力する。
【００４０】
計数器２５は、パルス信号を計数して、計数結果を計数信号として制御部ＣＲに出力する。すなわち、計数部２１は、放射線検出部１からの信号のうち、基準電圧よりも大きい信号を計数し、計数信号を制御部ＣＲに出力する。計数信号は、パルス信号の計数値を情報として含んでいる。
【００４１】
信号選択部３１は、４つの放射線検出部１からの信号を選択して出力する。信号選択部３１は、放射線検出部１（計数部２１）毎に設けられた複数のスイッチ素子（本実施形態では、４つのスイッチ素子）３２を有している。スイッチ素子３２の一方の端子には、アンプ２２からの出力が接続されている。スイッチ素子３２は、制御部ＣＲからの選択制御信号により、その開閉が制御される。
【００４２】
加算部４１は、４つの放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。加算部４１は、複数の抵抗器（本実施形態では、４つの抵抗器）３３と、アンプ４２と、抵抗器４３と、を有している。抵抗器３３は、スイッチ素子３２の他方の端子に直列接続されている。アンプ４２の入力端子は、抵抗器３３を介して、スイッチ素子３２の他方の端子と接続され、抵抗器４３を介して自己の出力端子と接続されている。
【００４３】
波高値計測部５１は、加算部４１からの加算信号が入力される。波高値計測部５１は、入力された加算信号の波高値を計測し、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。具体的には、波高値計測部５１は、入力された加算信号のピーク値を波高値として検出するピーク検出器と、Ａ／Ｄコンバータと、を有し、検出したピーク値を記録する。波高値計測信号は、入力された加算信号のピーク値を情報として含んでいる。
【００４４】
制御部ＣＲは、４つの計数部２１からそれぞれ出力された計数信号に基づいて、信号選択部３１（スイッチ素子３２）の開閉を制御する。また、制御部ＣＲは、波高値計測部５１から出力された波高値計測信号に基づいて、放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出する。制御部ＣＲには、モニタが接続されており、制御部ＣＲは、算出結果をモニタ（図示省略）に表示する。
【００４５】
制御部ＣＲは、たとえばＣＰＵ、記憶部、Ａ／Ｄコンバータ、及びＤ／Ａコンバータなどを有して構成されている。記憶部は、ＣＰＵによる信号処理回路ＳＰの制御及びエネルギー算出に必要なプログラム及びデータを格納して記憶している。制御部ＣＲは、外部からの駆動電圧の印加によって起動される。起動後、ＣＰＵは、記憶部に格納されたプログラムを実行して、信号処理回路ＳＰを制御し、また、放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出する。Ａ／Ｄコンバータは、アナログ信号である計数信号及び波高値計測信号などをディジタル信号に変換し、ＣＰＵに転送する。Ｄ／Ａコンバータは、ＣＰＵによって生成されたディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、信号選択部３１などに供給する。
【００４６】
続いて、図３に基づいて、放射線検出器ＲＤの信号処理動作を説明する。
【００４７】
まず、各計数部２１が、放射線検出部１からの信号のうち、基準電圧よりも大きい信号を計数し、計数信号を制御部ＣＲに出力する（Ｓ１０１）。放射線は、放射線検出器ＲＤに常時入射している。したがって、計数数を可能な限り増やすために、各計数部２１は、並列で計数を行う。
【００４８】
次に、制御部ＣＲは、各計数部２１から出力された計数信号それぞれに基づいて、各計数信号に含まれるパルス信号の計数値のうち最小の計数値が所定の第二閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。最小の計数値が上記第二閾値以上である場合、制御部ＣＲは、最小の計数値の情報を含む計数信号を出力した計数部２１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１０５）。これにより、最小の計数値の情報を含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００４９】
次に、最小の計数値を情報として含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１０７）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５０】
次に、制御部ＣＲは、入力された波高値計測信号に情報として含まれるピーク値に基づいて、各放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出し、加算する（Ｓ１０９）。そして、制御部ＣＲは、算出結果をモニタに表示する。このとき、制御部ＣＲは、モニタに、計測値が正確でない可能性がある旨を表示する。
【００５１】
Ｓ１０３にて、最小の計数値が上記第二閾値よりも小さい場合、制御部ＣＲは、各計数信号に含まれるパルス信号の計数値を合算し、単位時間当たりの計数値の合算値を求め、当該合算値を第二閾値と比較し、第二閾値よりも合算値が少ないか否かを判定する（Ｓ１１１）。単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少ない場合、制御部ＣＲは、すべてのスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１１３）。これにより、すべての放射線検出部１からの信号が、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００５２】
次に、すべての放射線検出部１からの信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１１５）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間も、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５３】
Ｓ１１１にて、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値以上である場合、制御部ＣＲは、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなる、計数信号の組み合わせを求める。制御部ＣＲは、求めた計数信号の組み合わせに基づいて、当該計数信号を出力した計数部２１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する（Ｓ１１７）。これにより、単位時間当たりの計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなる組み合わせの計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２を介して加算部４１に入力されることとなる。
【００５４】
次に、すべての放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１（スイッチ素子３２）にて選択された信号が、加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される（Ｓ１１９）。そして、波高値計測部５１は、波高値計測信号を制御部ＣＲに出力する。この間も、各計数部２１は、計数を継続している。
【００５５】
次に、制御部ＣＲは、入力された波高値計測信号に情報として含まれるピーク値に基づいて、各放射線検出器ＲＤに入射した放射線のエネルギーを算出し、加算する（Ｓ１２１）。
【００５６】
そして、制御部ＣＲは、連続計測が否かを判定し（Ｓ１２３）、連続計測である場合、Ｓ１０３に戻り、処理を継続する。制御部ＣＲは、連続計測ではない場合、処理を終える。
【００５７】
制御部ＣＲは、マニュアルモードにより、放射線検出部１が選択されている場合、選択された放射線検出部１に対応するスイッチ素子３２を閉じるように選択制御信号を出力する。これにより、選択された放射線検出部１からの信号のみが、アンプ２２及び加算部４１を介して波高値計測部５１に入力され、波高値（ピーク値）が計測される。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、計数部２１は、対応する放射線検出部１からの信号に基づいて基準電圧以上である信号を計数し、計数信号を出力する。制御部ＣＲは、各計数部２１からの計数信号に基づいて、信号選択部３１（スイッチ素子３２）を制御し、信号選択部３１は、出力する信号を選択する。加算部４１は、各放射線検出部１からの信号のうち信号選択部３１により選択された信号を加算し、加算信号を出力する。波高値計測部５１は、加算部４１からの加算信号を受け、当該加算信号の波高値（ピーク値）を計測し、波高値計測信号を出力する。これにより、計数部２１からの出力に基づいて計数値が得られ、波高値計測部５１からの出力に基づいて波高値が得られることとなる。
【００５９】
一般に、波高値を計測する処理には、十分なＳＮ比と精度とが要求されるため、波高値計測手段は、消費電力も大きく、また、信号処理時間も長くなってしまう。放射線検出器ＲＤでは、各放射線検出部１からの信号すべての波高値を常に計測する必要がないことから、消費電力と信号処理時間との増大を抑制することができる。計数処理は、ＳＮ比への要求が比較的高くないため、計数部２１は、簡易で且つ高速処理可能な構成を採用できる。したがって、放射線検出器ＲＤが複数の計数部２１を備えていても、消費電力と信号処理時間との増大は抑制される。
【００６０】
制御部ＣＲは、計数値の合算値が第二閾値よりも少ない場合、各放射線検出部１からの信号すべてを出力するように信号選択部３１（スイッチ素子３２）を制御している。波高値を計測する処理は、計数値が所定値以上の計数／秒になると、計測精度が悪化するが、計数値が上記所定値よりも少ない場合、計測精度が悪化することはない。したがって、放射線検出器ＲＤでは、計測精度が悪化することなく、すべての放射線検出部１からの信号の波高値を計測することができる。
【００６１】
制御部ＣＲは、計数値の合算値が第二閾値以上である場合、計数値の合算値が第二閾値よりも少なくなるように放射線検出部１からの信号を選択して出力するように信号選択部３１を制御している。この場合でも、上述したように、放射線検出器ＲＤでは、計測精度が悪化することなく、放射線検出部１からの信号の波高値を計測することができる。
【００６２】
制御部ＣＲは、最も少ない計数値が第二閾値以上である場合、最も少ない計数値を情報として含む計数信号を出力した計数部２１に対応する放射線検出部１からの信号を選択して出力するように信号選択部３１を制御している。この場合にも、上述したように、計測精度の悪化を抑制することができる。
【００６３】
制御部ＣＲは、波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出している。これにより、放射線検出器ＲＤでは、放射線のエネルギーを適切に算出することかできる。
【００６４】
各放射線検出部１は、シンチレータ３と、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと、それぞれのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに対して直列に接続されたクエンチング抵抗１７と、を含んでいるフォトダイオードアレイＰＤＡと、をそれぞれ有している。これにより、放射線検出器ＲＤでは、装置の小型化を図りつつ、フォトンカウンティング測定が可能となる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６６】
図９に示されるように、シンチレータとして、複数に分割されたシンチレータ７１を用いてもよい。本例では、シンチレータ７１は、４分割されている。シンチレータ７１に光学的に接続される半導体光検出素子７３は、図１０に示されるように、一つの基板ＳＳ１に複数のフォトダイオードアレイＰＤＡが形成されている。これにより、半導体光検出素子７３は、光感応領域がフォトダイオードアレイＰＤＡと同数だけ分割されることとなる。本例では、光感応領域が４分割されている。一つのフォトダイオードアレイＰＤＡが、シンチレータ７１における分割された一つの部分に対応して配置されている。
【００６７】
フレキシブル基板ＦＳに、信号処理回路ＳＰが搭載されていてもよい。フレキシブル基板ＦＳは、信号処理回路ＳＰと制御部ＣＲとを電気的に接続する。この場合、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、同一基板上に形成されていてもよい。もちろん、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとをそれぞれ異なるチップで形成してもよい。この場合、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、チップオンチップにより電気的に接続されていてもよく、また、配線基板上にそれぞれが実装されることにより電気的に接続されていてもよい。更には、半導体光検出素子７３と信号処理回路ＳＰとは、フレキシブル基板ＦＳ上に形成された配線を介して電気的に接続されていてもよい。
【００６８】
４分割されたシンチレータ７１の分割中心（中心軸）と、光感応領域が４分割された半導体光検出素子７３の分割中心（中心軸）とが一致した状態で、シンチレータ７１と半導体光検出素子７３とは、光学接着剤により光学的に接続されている。これにより、放射線の到来方向を識別することが可能となる。すなわち、各計数部２１からの計数信号に基づいて、どのシンチレータ７１（半導体光検出素子７３）におけるどの分割部分に放射線が入射したのかを識別することができ、この識別結果により、放射線の方向性を検出することが可能となる。
【００６９】
続いて、図１１を参照して、計数部２１の変形例を説明する。図１１は、計数部の変形例を示すブロック図である。
【００７０】
計数部２１は、図１１に示されるように、電圧比較器２６と閾値設定部２７とを更に有していてもよい。閾値設定部２７は、閾値設定部２４から入力される基準電圧（下限基準電圧）よりも高い基準電圧（上限基準電圧）を電圧比較器２６に出力する。電圧比較器２６は、放射線検出部１からの信号が上限基準電圧よりも低い場合、パルス信号を計数器２５に出力する。計数器２５は、電圧比較器２３と電圧比較器２６とからパルス信号が出力された際に、当該パルス信号を一つのパルス信号として計数して、計数結果を計数信号として制御部ＣＲに出力する。すなわち、計数器２５は、放射線検出部１からの信号のうち、上限基準電圧よりも低く且つ下限基準電圧よりも大きい信号を計数する。
【００７１】
放射線検出部１の数、及び、計数部２１の数は、上述した実施形態の数に限られない。シンチレータ７１の分割数も、上述した数に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、食品などからの放射線を検出する放射線検出装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…放射線検出部、３，７１…シンチレータ、５，７３…半導体光検出素子、２１…計数部、３１…信号選択部、４１…加算部、５１…波高値計測部、ＡＰＤ…アバランシェフォトダイオード、ＣＲ…制御部、ＦＳ…フレキシブル基板、ＰＤＡ…フォトダイオードアレイ、ＲＤ…放射線検出器、ＳＰ…信号処理回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出手段と、
前記複数の放射線検出手段毎に設けられ、所定の閾値以上である前記信号を計数して計数信号を出力する複数の計数手段と、
前記複数の放射線検出手段からの前記信号を選択して出力する信号選択手段と、
前記複数の放射線検出手段からの前記信号のうち前記信号選択手段により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、
前記加算手段からの前記加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測手段と、
前記複数の計数手段からの前記計数信号に基づいて、前記信号選択手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値よりも少ない場合、前記複数の放射線検出手段からの前記信号すべてを出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値以上である場合、計数値の合算値が所定の閾値よりも少なくなるように前記複数の放射線検出手段からの前記信号を選択して出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記制御手段は、最も少ない計数値が所定の閾値以上である場合、最も少ない計数値に対応する前記放射線検出手段からの前記信号を選択して出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記複数の放射線検出手段は、
シンチレータと、
ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、それぞれの前記アバランシェフォトダイオードに対して直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含んでいるフォトダイオードアレイと、をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記複数の計数手段、前記信号選択手段、前記加算手段、及び前記波高値計測手段を含む信号処理回路が搭載され、前記信号処理回路と前記制御手段との間を電気的に接続するフレキシブル基板を更に備え、
前記複数の放射線検出手段が、前記フレキシブル基板に実装されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項１】
入射した放射線が有するエネルギーに応じた信号を生成する複数の放射線検出手段と、
前記複数の放射線検出手段毎に設けられ、所定の閾値以上である前記信号を計数して計数信号を出力する複数の計数手段と、
前記複数の放射線検出手段からの前記信号を選択して出力する信号選択手段と、
前記複数の放射線検出手段からの前記信号のうち前記信号選択手段により選択された信号を加算して加算信号を出力する加算手段と、
前記加算手段からの前記加算信号の波高値を計測して波高値計測信号を出力する波高値計測手段と、
前記複数の計数手段からの前記計数信号に基づいて、前記信号選択手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値よりも少ない場合、前記複数の放射線検出手段からの前記信号すべてを出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記制御手段は、計数値の合算値が所定の閾値以上である場合、計数値の合算値が所定の閾値よりも少なくなるように前記複数の放射線検出手段からの前記信号を選択して出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記制御手段は、最も少ない計数値が所定の閾値以上である場合、最も少ない計数値に対応する前記放射線検出手段からの前記信号を選択して出力するように前記信号選択手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記波高値計測信号に基づいて、放射線のエネルギーを算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記複数の放射線検出手段は、
シンチレータと、
ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、それぞれの前記アバランシェフォトダイオードに対して直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含んでいるフォトダイオードアレイと、をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記複数の計数手段、前記信号選択手段、前記加算手段、及び前記波高値計測手段を含む信号処理回路が搭載され、前記信号処理回路と前記制御手段との間を電気的に接続するフレキシブル基板を更に備え、
前記複数の放射線検出手段が、前記フレキシブル基板に実装されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８８３１７（Ｐ２０１３−８８３１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９９０６（Ｐ２０１１−２２９９０６）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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