JP6583855B2 - Radiation detector - Google Patents
Radiation detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP6583855B2 JP6583855B2 JP2015229690A JP2015229690A JP6583855B2 JP 6583855 B2 JP6583855 B2 JP 6583855B2 JP 2015229690 A JP2015229690 A JP 2015229690A JP 2015229690 A JP2015229690 A JP 2015229690A JP 6583855 B2 JP6583855 B2 JP 6583855B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radiation
- electrode
- signal
- circuit
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。 The present invention relates to a radiation detection apparatus that detects radiation.
従来から、エネルギー弁別機能を有する放射線検出器が開発されている。エネルギー弁別機能を有する放射線検出器は、医療及び工業の分野での活用が期待されており、従来の白黒のX線イメージング技術から、材質を識別可能とする新しいイメージング技術に発展させるために必須のデバイスである。 Conventionally, radiation detectors having an energy discrimination function have been developed. Radiation detectors with energy discrimination functions are expected to be used in the medical and industrial fields, and are essential for developing from conventional black and white X-ray imaging technologies to new imaging technologies that can identify materials. It is a device.
例えば、従来の放射線検出器の一例として、放射線の照射により発光するシンチレータと、その発光を受光する受光部が2次元配列された光センサアレイとを有する放射線イメージセンサが知られている(下記特許文献1参照)。この放射線イメージセンサは、CsIとNaClからなる内部に多数の柱状部が形成されたシンチレータを有し、このシンチレータがその光伝搬方向を光センサアレイの受光面に垂直になるように配置された構成を有する。このような放射線イメージセンサでは、光センサアレイの行方向の信号強度プロファイルからエネルギーの異なる放射線の弁別を可能にする。 For example, as an example of a conventional radiation detector, a radiation image sensor is known that includes a scintillator that emits light when irradiated with radiation and a photosensor array in which light receiving portions that receive the emitted light are two-dimensionally arranged (the following patents). Reference 1). This radiation image sensor has a scintillator in which a large number of columnar portions are formed inside CsI and NaCl, and this scintillator is arranged so that its light propagation direction is perpendicular to the light receiving surface of the optical sensor array. Have In such a radiation image sensor, radiation having different energies can be distinguished from the signal intensity profile in the row direction of the optical sensor array.
しかしながら、上述した従来の放射線イメージセンサでは、シンチレータ内部を伝搬する光を光センサアレイで受光して検出する構成を採っているため、光センサアレイの受光面において光が広がってしまい、放射線のエネルギー弁別の分解能が低下する傾向にある。さらに、放射線を光に変換してから光センサアレイでその光の強度を検出するため、検出信号における放射線特有のコンプトン散乱に起因するノイズの影響が無視できない。 However, since the conventional radiation image sensor described above employs a configuration in which light propagating inside the scintillator is received and detected by the photosensor array, the light spreads on the light receiving surface of the photosensor array, and the radiation energy The resolution of discrimination tends to decrease. Furthermore, since the intensity of the light is detected by the optical sensor array after converting the radiation into light, the influence of noise due to Compton scattering specific to the radiation in the detection signal cannot be ignored.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、高分解能かつS/Nの高い放射線のエネルギー弁別を実現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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a radiation detection apparatus capable of realizing radiation energy discrimination with high resolution and high S / N.
上記課題を解決するため、本発明の一形態にかかる放射線検出装置は、放射線が入射される側面、側面に繋がる第1の主面、及び側面に繋がり第1の主面に対向する第2の主面を有し、放射線を電荷に変換するCdTe結晶を含む平板状の変換部材と、第1の主面上に2次元的に分離して複数配列された第1の電極部材と、第2の主面上に配置された第2の電極部材と、複数の第1の電極部材に接続され、変換部材の内部において複数の第1の電極部材のそれぞれと第2の電極部材の間に生じた電荷を、独立して読み出し信号として読み出す読み出し回路とを備え、読み出し回路は、複数の第1の電極部材毎に独立して設けられ、電荷が予め設定された閾値を超えた際に電荷に対応する電気信号を出力する複数の閾値設定回路と、第1のアンプから出力された電気信号を複数の第1の電極部材毎に蓄積し、蓄積した電気信号を所定のタイミングで読み出し信号として出力する複数の信号出力回路とを有する。 In order to solve the above problems, a radiation detection apparatus according to an aspect of the present invention includes a side surface on which radiation is incident, a first main surface connected to the side surface, and a second main surface connected to the side surface and facing the first main surface. A flat plate-shaped conversion member having a main surface and containing CdTe crystals for converting radiation into electric charge; a first electrode member two-dimensionally separated on the first main surface; and a second And a second electrode member disposed on the main surface of the first electrode member and connected to the plurality of first electrode members, and is generated between each of the plurality of first electrode members and the second electrode member inside the conversion member. A readout circuit that independently reads out the electric charge as a readout signal, and the readout circuit is provided independently for each of the plurality of first electrode members, and when the electric charge exceeds a preset threshold, A plurality of threshold setting circuits for outputting corresponding electrical signals; The electrical signal output from the accumulated for each of a plurality of first electrode members, and a plurality of signal output circuit for outputting a read signal the accumulated electric signal at a predetermined timing.
上記形態の放射線検出装置によれば、放射線が変換部材の側面に入射されると、その放射線がそのエネルギーに応じた距離ほど変換部材の内部を透過しながら電荷に変換され、その電荷が変換部材の主面上に2次元的に配置された複数の第1の電極部材を介して読み出し回路によって独立して読み出されることによって、2次元的な分布を有する読み出し信号が出力される。このようにして出力された読み出し信号の変換部材の側面に垂直な方向の分布により、放射線のエネルギーを検出することができる。この際、変換部材で放射線から変換された電荷を直接読み出し信号として取り出すことによりエネルギー弁別の分解能を向上させることができる。さらに、読み出し回路に閾値設定回路を設けることにより、変換部材で発生した電荷が規定の閾値を超えた際に電気信号に蓄積され、その電気信号が読み出し信号として出力される。これにより、放射線のコンプトン散乱等に起因して生じる読み出し信号のノイズを低減することができる。その結果、高分解能かつS/Nの高い放射線のエネルギー弁別を実現することができる。 According to the radiation detection apparatus of the above aspect, when radiation is incident on the side surface of the conversion member, the radiation is converted into charges while passing through the conversion member by a distance corresponding to the energy, and the charge is converted into the conversion member. A readout signal having a two-dimensional distribution is output by being independently read out by the readout circuit through the plurality of first electrode members that are two-dimensionally arranged on the main surface. The energy of the radiation can be detected by the distribution of the readout signal output in this way in the direction perpendicular to the side surface of the conversion member. At this time, the energy discrimination resolution can be improved by directly taking out the charge converted from the radiation by the conversion member as a readout signal. Further, by providing a threshold value setting circuit in the reading circuit, when the electric charge generated in the conversion member exceeds a specified threshold value, the electric signal is accumulated, and the electric signal is output as a reading signal. As a result, noise in the readout signal caused by Compton scattering of radiation can be reduced. As a result, it is possible to realize radiation energy discrimination with high resolution and high S / N.
ここで、複数の閾値設定回路は、側面に対して垂直な方向に配列された複数の第1の電極部材に対応する閾値が、垂直な方向に沿って次第に増加するように設定されている、こととしてもよい。この場合、放射線検出装置による散乱線の影響によるノイズが除去されやすくなり、エネルギー弁別の精度が一層向上する。 Here, the plurality of threshold setting circuits are set such that thresholds corresponding to the plurality of first electrode members arranged in a direction perpendicular to the side surface gradually increase along the vertical direction. It is good as well. In this case, noise due to the influence of scattered radiation by the radiation detection device is easily removed, and the accuracy of energy discrimination is further improved.
また、複数の信号出力回路は、電気信号を蓄積する第1のコンデンサと、第1のコンデンサによって蓄積された電気信号が転送される第2のコンデンサと、第2のコンデンサに転送された電気信号を出力するアンプとを有する、こととしてもよい。この場合には、変換部材で発生した電荷を蓄積しつつその電荷を適切なタイミングで読み出し信号として出力することができる。 The plurality of signal output circuits include a first capacitor that accumulates an electric signal, a second capacitor that transfers the electric signal accumulated by the first capacitor, and an electric signal that is transferred to the second capacitor. It is good also as having having the amplifier which outputs. In this case, the charge generated in the conversion member can be accumulated and output as a read signal at an appropriate timing.
また、複数の閾値設定回路の閾値を可変に設定する制御回路をさらに備える、こととしてもよい。この場合には、閾値を動的に変化させることでエネルギー弁別の精度をさらに一層向上させることができる。 Further, a control circuit that variably sets threshold values of the plurality of threshold setting circuits may be further provided. In this case, the accuracy of energy discrimination can be further improved by dynamically changing the threshold value.
本発明によれば、高分解能かつS/Nの高い放射線のエネルギー弁別を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize radiation energy discrimination with high resolution and high S / N.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る放射線検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a radiation detection apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
まず、図1〜3を用いて、実施形態に係る放射線検出装置1の構成を説明する。図1は、放射線検出装置1の側面図、図2は、放射線検出装置1に含まれる変換部材の平面図、図3は、放射線検出装置1に含まれる読み出し回路の要部の回路図である。放射線検出装置1は、外部から入射する放射線のエネルギー分布を検出する装置である。検出対象の放射線としては、X線、γ線の他に、α線、β線等が挙げられるが、放射線を電気信号に変える際の吸収率が高いという点でX線、γ線が好適に検出対象とされる。 First, the structure of the radiation detection apparatus 1 which concerns on embodiment is demonstrated using FIGS. 1-3. 1 is a side view of the radiation detection apparatus 1, FIG. 2 is a plan view of a conversion member included in the radiation detection apparatus 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of a main part of a readout circuit included in the radiation detection apparatus 1. . The radiation detection apparatus 1 is an apparatus that detects the energy distribution of radiation incident from the outside. Examples of radiation to be detected include X-rays and γ-rays, as well as α-rays and β-rays. X-rays and γ-rays are preferable because they have a high absorption rate when the radiation is converted into electrical signals. Detected.
図1及び図2に示すように、放射線検出装置1は、入射する放射線を電気信号(電荷)に変換する変換部材3と、変換部材3の両面に配置された電極5,7と、変換部材3から電気信号を読み出す読み出し回路9とを備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the radiation detection apparatus 1 includes a conversion member 3 that converts incident radiation into an electrical signal (charge), electrodes 5 and 7 disposed on both surfaces of the conversion member 3, and a conversion member. 3 and a readout circuit 9 that reads out an electrical signal from the electrical circuit 3.
変換部材3は、放射線を直接電気信号(電荷)に変換する直接変換型の半導体材料であるCdTe結晶により構成された矩形平板状の部材であり、検出対象の放射線が入射される側面3aと、その側面3aに繋がる主面3bと、側面3aに繋がり主面3bに対向する主面3cとを有する。このようなCdTe結晶を用いた変換部材3は、放射線を光に変換するシンチレータに比較して、光の拡散、散乱、減衰等に伴う放射線の検出感度の低下、エネルギー分解能の劣化を発生させないという特徴を有する。また、変換部材3は、X線、γ線等の吸収率が大きく、そのような放射線に対する検出感度が高く、室温でも動作可能である。変換部材3のサイズは、特定のサイズには限定されないが、例えば、主面3b,3cの大きさが20mm×20mm、側面3aに沿った主面3b,3cに垂直な方向の厚さが0.5〜1.0mm程度に設定される。なお、以下の説明においては、変換部材3において、側面3aに垂直な主面3b,3cに沿った方向をX軸方向、側面3aに沿った変換部材3の厚み方向をZ軸方向、X軸方向とZ軸方向とに垂直な方向をY軸方向とする。 The conversion member 3 is a rectangular flat plate member made of a CdTe crystal that is a direct conversion type semiconductor material that directly converts radiation into an electrical signal (charge), and a side surface 3a on which the radiation to be detected is incident; It has a main surface 3b connected to the side surface 3a and a main surface 3c connected to the side surface 3a and facing the main surface 3b. The conversion member 3 using such a CdTe crystal does not cause a decrease in radiation detection sensitivity and energy resolution due to light diffusion, scattering, attenuation, etc., compared to a scintillator that converts radiation into light. Has characteristics. Further, the conversion member 3 has a large absorption rate of X-rays, γ-rays, etc., has high detection sensitivity to such radiation, and can be operated at room temperature. The size of the conversion member 3 is not limited to a specific size. For example, the main surfaces 3b and 3c have a size of 20 mm × 20 mm, and the thickness in the direction perpendicular to the main surfaces 3b and 3c along the side surface 3a is 0.5. It is set to about ~ 1.0mm. In the following description, in the conversion member 3, the direction along the principal surfaces 3b and 3c perpendicular to the side surface 3a is the X axis direction, the thickness direction of the conversion member 3 along the side surface 3a is the Z axis direction, and the X axis. A direction perpendicular to the direction and the Z-axis direction is taken as a Y-axis direction.
上記の変換部材3の主面3b上には、複数の電極(電極部材)7が2次元的に分離して配列されている。詳細には、複数の電極7は、それぞれが略矩状の平板電極をなし、X軸方向及びY軸方向に沿って所定のピッチで等間隔に2次元的に配列されて主面3b上に形成されている。例えば、主面3bの大きさが20mm×20mmの場合、X軸方向及びY軸方向のそれぞれの方向に、0.1mmのピッチで200個の電極7が配列される。すなわち、合計で200×200個の電極7が形成されている。さらに、変換部材の主面3c上には、平板電極である電極(電極部材)5が主面3cのほぼ全面を覆うように形成されている。 A plurality of electrodes (electrode members) 7 are two-dimensionally separated and arranged on the main surface 3 b of the conversion member 3. Specifically, each of the plurality of electrodes 7 is a substantially rectangular flat plate electrode, and is arranged two-dimensionally at a predetermined pitch along the X-axis direction and the Y-axis direction on the main surface 3b. Is formed. For example, when the size of the main surface 3b is 20 mm × 20 mm, 200 electrodes 7 are arranged at a pitch of 0.1 mm in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, a total of 200 × 200 electrodes 7 are formed. Furthermore, an electrode (electrode member) 5 that is a flat plate electrode is formed on the main surface 3c of the conversion member so as to cover almost the entire surface of the main surface 3c.
電極5,7の材料は、特定の材料には限定されないが、例えば、電極5,7の材料として、Pt及びInの組み合わせ、Pt及びAlの組み合わせ等が用いられ、電極5,7が主面3c,3b上に、Pt及びInの組み合わせの場合はショットキー電極、Pt及びAlの組み合わせの場合はオーミック電極として形成される。この場合、Pt製の電極に負電圧、In(又はAl)製の電極に正電圧を印加することにより、漏れ電流が少ないため高電圧を印加することが可能となり、変換部材3で生成された電荷を電極7から効率よく取り出すことができる。また、電極5,7が、両方の材料をPtとして、オーミック電極として形成されてもよい。 The material of the electrodes 5 and 7 is not limited to a specific material. For example, a combination of Pt and In, a combination of Pt and Al, or the like is used as the material of the electrodes 5 and 7, and the electrodes 5 and 7 are main surfaces. On the 3c and 3b, a Schottky electrode is formed in the case of a combination of Pt and In, and an ohmic electrode is formed in the case of a combination of Pt and Al. In this case, by applying a negative voltage to the Pt electrode and applying a positive voltage to the In (or Al) electrode, it is possible to apply a high voltage because the leakage current is small. Electric charges can be taken out from the electrode 7 efficiently. The electrodes 5 and 7 may be formed as ohmic electrodes using both materials as Pt.
このように2次元的に配列された複数の電極7を有する変換部材3においては、変換部材3の内部で生成された電荷を、その電荷のX軸方向及びY軸方向に沿って2次元的に分割された位置毎に、その位置の近傍の電極7を介して、独立した電気信号として外部に取り出すことが可能にされる。 In the conversion member 3 having the plurality of electrodes 7 arranged two-dimensionally in this way, the charges generated inside the conversion member 3 are two-dimensionally distributed along the X-axis direction and the Y-axis direction of the charges. Each of the divided positions can be taken out as an independent electrical signal via the electrode 7 in the vicinity of the position.
上記構成の変換部材3の主面3b上には、読み出し回路9が設けられている。すなわち、読み出し回路9は、複数の電極7に対応した個数のセル回路9aが内蔵され、それぞれのセル回路9aは、金属製の接続部材である電極パッド11を介して対応する電極7に電気的に接続されている。この読み出し回路9は、変換部材3の内部において複数の電極7のそれぞれと電極5との間で生じた電荷を、独立した読み出し信号として読み出すためのLSI等の集積回路である。図3に示すように、セル回路9aは、複数の電極7毎に独立して設けられた回路ユニットであり、閾値設定回路13と信号出力回路15とを含んで構成される。 A readout circuit 9 is provided on the main surface 3b of the conversion member 3 configured as described above. That is, the readout circuit 9 includes a number of cell circuits 9 a corresponding to the plurality of electrodes 7, and each cell circuit 9 a is electrically connected to the corresponding electrode 7 via the electrode pad 11 that is a metal connection member. It is connected to the. The readout circuit 9 is an integrated circuit such as an LSI for reading out the electric charges generated between each of the plurality of electrodes 7 and the electrode 5 in the conversion member 3 as an independent readout signal. As shown in FIG. 3, the cell circuit 9 a is a circuit unit provided independently for each of the plurality of electrodes 7, and includes a threshold setting circuit 13 and a signal output circuit 15.
閾値設定回路13は、対応する電極7と電極5との間に挟まれた領域に発生した電荷が予め設定された閾値を超えた際にその電荷の量に応じた電圧信号(電気信号)を出力する。この閾値設定回路13は、差動アンプ17を有しており、差動アンプ17の一方の入力端子が対応する電極7に接続され、差動アンプ17の他方の入力端子が閾値調整用の抵抗素子19を介してグラウンドに接続されている。このような差動アンプ17は、一方の入力端子に対応する電極7と電極5との間に挟まれた領域に発生した電荷の量に対応する電圧信号が入力されるとともに、他方の入力端子に抵抗素子19の抵抗値に対応する電圧信号が入力され、それらの電圧信号の差を増幅する。このような動作により、差動アンプ17は、対応する電極7の領域に発生した電荷の量が抵抗素子19の抵抗値によって予め設定された閾値を超えた際に、その電荷の量に対応する電圧信号を出力する一方、対応する電極7の領域に発生した電荷の量が抵抗素子19の抵抗値によって予め設定された閾値以下である際には、電圧値が0の(有意な値を持たない)電圧信号を出力する。 The threshold setting circuit 13 generates a voltage signal (electric signal) corresponding to the amount of charge when the charge generated in the region sandwiched between the corresponding electrode 7 and electrode 5 exceeds a preset threshold. Output. The threshold setting circuit 13 includes a differential amplifier 17, one input terminal of the differential amplifier 17 is connected to the corresponding electrode 7, and the other input terminal of the differential amplifier 17 is a resistor for adjusting a threshold value. The element 19 is connected to the ground. Such a differential amplifier 17 receives a voltage signal corresponding to the amount of charge generated in a region sandwiched between the electrode 7 and the electrode 5 corresponding to one input terminal, and the other input terminal. A voltage signal corresponding to the resistance value of the resistance element 19 is input to the amplifier, and the difference between the voltage signals is amplified. With such an operation, the differential amplifier 17 responds to the amount of charge when the amount of charge generated in the region of the corresponding electrode 7 exceeds a threshold value set in advance by the resistance value of the resistance element 19. When the voltage signal is output and the amount of charge generated in the corresponding electrode 7 region is equal to or less than the threshold value preset by the resistance value of the resistance element 19, the voltage value is 0 (has a significant value). No) Output voltage signal.
信号出力回路15は、閾値設定回路13の後段に設けられ、閾値設定回路13の差動アンプ17から出力された電圧信号を対応する電極7毎に蓄積し、蓄積した電圧信号を所定のタイミングで読み出し信号として出力する。この信号出力回路15は、信号蓄積用のコンデンサ21、信号読み出し用のコンデンサ23、アンプ25、スイッチ27a,27b,27c,27dを含んで構成されている。コンデンサ21の一端には所定電圧が印加され、その他端には差動アンプ17の出力が接続されるとともにスイッチ27aを介してグラウンドに接続されている。また、コンデンサ23の一端には所定電圧が印加され、その他端にはスイッチ27cを介してコンデンサ21の他端が接続されるとともにスイッチ27bを介してグラウンドに接続されている。さらに、コンデンサ23の他端はスイッチ27d及びアンプ25を介してセル回路9aの出力に接続されている。 The signal output circuit 15 is provided in the subsequent stage of the threshold setting circuit 13, accumulates the voltage signal output from the differential amplifier 17 of the threshold setting circuit 13 for each corresponding electrode 7, and stores the accumulated voltage signal at a predetermined timing. Output as a read signal. The signal output circuit 15 includes a signal storage capacitor 21, a signal readout capacitor 23, an amplifier 25, and switches 27a, 27b, 27c, and 27d. A predetermined voltage is applied to one end of the capacitor 21, and the output of the differential amplifier 17 is connected to the other end, and is connected to the ground via the switch 27a. A predetermined voltage is applied to one end of the capacitor 23, and the other end of the capacitor 21 is connected to the other end via a switch 27c and to the ground via a switch 27b. Further, the other end of the capacitor 23 is connected to the output of the cell circuit 9a through the switch 27d and the amplifier 25.
このような構成の信号出力回路15は、外部の制御回路(図示せず)によりスイッチ27a,27b,27c,27dのオン/オフが制御されることにより、次のように動作する。すなわち、スイッチ27a,27bをオンさせてコンデンサ21,23に蓄積されている電荷をリセットした後にスイッチ27a,27b,27c,27dをオフさせることにより、差動アンプ17から出力された電圧信号に応じた電荷をコンデンサ21に蓄積する。次に、スイッチ27cをオンすることにより、コンデンサ21に蓄積した電圧信号に応じた電荷をコンデンサ23に転送する。その後、スイッチ27cをオフしスイッチ27dをオンすることにより、コンデンサ23に転送した電荷に応じた電圧信号を、アンプ25を経由して増幅して出力する。その結果、信号出力回路15は、所定の繰り返しタイミングで、対応する電極7の領域に発生した電荷の量に対応する電圧信号を読み出し信号として出力することができる。 The signal output circuit 15 having such a configuration operates as follows when the on / off of the switches 27a, 27b, 27c, and 27d is controlled by an external control circuit (not shown). That is, the switches 27a and 27b are turned on to reset the charges accumulated in the capacitors 21 and 23, and then the switches 27a, 27b, 27c, and 27d are turned off, so that the voltage signal output from the differential amplifier 17 is changed. The accumulated charge is accumulated in the capacitor 21. Next, by turning on the switch 27 c, charges corresponding to the voltage signal accumulated in the capacitor 21 are transferred to the capacitor 23. Thereafter, the switch 27c is turned off and the switch 27d is turned on to amplify and output a voltage signal corresponding to the charge transferred to the capacitor 23 via the amplifier 25. As a result, the signal output circuit 15 can output a voltage signal corresponding to the amount of charge generated in the region of the corresponding electrode 7 as a read signal at a predetermined repetition timing.
上述した構成の読み出し回路9は、複数のセル回路9aから出力される読み出し信号を順次出力することにより、複数の画素信号により構成される1枚の画像の画像信号として出力する。この画像信号の出力制御方式は、CMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサ等により用いられる従来の方式が用いられる。 The readout circuit 9 configured as described above sequentially outputs readout signals output from the plurality of cell circuits 9a, thereby outputting an image signal of one image composed of a plurality of pixel signals. As the output control method of the image signal, a conventional method used by a CMOS image sensor, a CCD image sensor, or the like is used.
ここで、読み出し回路9に内蔵される各セル回路9aの閾値設定回路13に設定される閾値は、複数のセル回路9a間で異なる値に設定されることが好適である。具体的には、対応する電極7の変換部材3の側面3aからのX軸方向の距離が増加するに従って閾値が次第に増加するように設定されることが好適である。例えば、電極7がX軸方向に0.1mmのピッチで配列されている場合には、側面3aからの距離が等しい各列の電極7に対応するセル回路9aの閾値が、吸収する放射線のエネルギー換算で以下の値に相当する電圧値になるように設定される。
10列目(側面3aからの距離0.1cm)に対応する閾値:100keV
50列目(側面3aからの距離0.5cm)に対応する閾値:200keV
100列目(側面3aからの距離1.0cm)に対応する閾値:300keV
200列目(側面3aからの距離2.0cm)に対応する閾値:600keV
Here, it is preferable that the threshold value set in the threshold value setting circuit 13 of each cell circuit 9a built in the readout circuit 9 is set to a different value among the plurality of cell circuits 9a. Specifically, it is preferable that the threshold value is set to gradually increase as the distance in the X-axis direction from the side surface 3a of the conversion member 3 of the corresponding electrode 7 increases. For example, when the electrodes 7 are arranged at a pitch of 0.1 mm in the X-axis direction, the threshold value of the cell circuit 9a corresponding to the electrode 7 in each column having the same distance from the side surface 3a is converted into the energy conversion of absorbed radiation. Is set to a voltage value corresponding to the following value.
Threshold corresponding to the 10th row (distance 0.1 cm from side surface 3a): 100 keV
Threshold corresponding to the 50th row (distance 0.5 cm from side surface 3a): 200 keV
Threshold value corresponding to the 100th row (distance 1.0 cm from side surface 3a): 300 keV
Threshold value corresponding to the 200th row (distance 2.0 cm from side surface 3a): 600 keV
このようにセル回路9aの閾値が設定される理由は、次の通りである。図4は、変換部材3に使用されるCdTeによって構成される基板に垂直に入射する放射線のエネルギーレスポンスを示すグラフである。このグラフにおいては、入射する放射線のエネルギーに対する感度(吸収率)を、様々な厚みに設定された基板に関して示している。この特性から分かるように、前述した閾値は、このようなエネルギーレスポンスに対応して、側面3aから入射された放射線の各電極7が配置された位置における吸収率が60%となるエネルギーに対応するように設定されていることが分かる。例えば、10列目の電極7の側面3aからの距離は0.1cmであり、そのような距離における吸収率が60%となる放射線のエネルギーは約100keVとなっており、50列目に対応する側面3aからの距離は0.5cmであり、そのような距離における吸収率が60%となる放射線のエネルギーは約200keVとなっている。このような設定により、例えば、側面3aからの距離が0.5cmである50列目の電極7においては、吸収率が60%以上となる約200keVの放射線のエネルギーを、セル回路9aが読み出し信号として取り込まないようにすることができる。 The reason why the threshold value of the cell circuit 9a is set in this way is as follows. FIG. 4 is a graph showing the energy response of radiation that is perpendicularly incident on a substrate made of CdTe used for the conversion member 3. In this graph, the sensitivity (absorption rate) to the energy of incident radiation is shown for substrates set to various thicknesses. As can be seen from this characteristic, the threshold value described above corresponds to such energy response, and corresponds to energy at which the absorptance at the position where each electrode 7 of the radiation incident from the side surface 3a is arranged is 60%. It can be seen that it is set as follows. For example, the distance from the side surface 3a of the electrode 7 in the 10th row is 0.1 cm, and the energy of radiation at which the absorption rate at such a distance is 60% is about 100 keV, and the side surface corresponding to the 50th row. The distance from 3a is 0.5 cm, and the energy of radiation at which the absorption rate at such a distance is 60% is about 200 keV. With this setting, for example, in the electrode 7 in the 50th column whose distance from the side surface 3a is 0.5 cm, the cell circuit 9a uses the energy of the radiation of about 200 keV having an absorption rate of 60% or more as a readout signal. It can be prevented from taking in.
以上説明した放射線検出装置1によれば、放射線が変換部材3の側面3aにX軸方向に入射されると、その放射線がそのエネルギーに応じた距離ほど変換部材3の内部をX軸方向に透過しながら電荷に変換され、その電荷が変換部材3の主面3b上に2次元的に配置された複数の電極7を介して読み出し回路9によって独立して読み出されることによって、2次元的な分布を有する読み出し信号が出力される。このようにして出力された読み出し信号の変換部材3の側面3aに垂直なX軸方向の分布により、放射線のエネルギーを検出することができる。具体的には、放射線のエネルギーに応じて変換部材3の内部において電荷変換される位置がX軸方向に変化し、その結果、低エネルギーの放射線は側面3aに近い領域で光電変換され、高エネルギーの放射線は側面3aの近い領域のみでなくX軸方向に進んだ領域でも光電変換される。従って、読み出し信号から得られた2次元の画像信号のX軸方向における分布を定量的に評価することにより、入射する放射線のエネルギーを推定することができる。この際、直接変換型の変換部材3で放射線から変換された電荷を直接読み出し信号として取り出すことによりエネルギー弁別の分解能を向上させることができ、被測定物に照射したX線等の放射線を測定することにより被測定物の材料識別を可能にする。さらに、電極7がY軸方向にも配列され、それに対応してセル回路9aも設けられているので、入射する放射線のエネルギーのY軸方向に沿った分布も出力することができ、ラインセンサーとして機能させることができる。 According to the radiation detection apparatus 1 described above, when radiation is incident on the side surface 3a of the conversion member 3 in the X-axis direction, the radiation is transmitted through the conversion member 3 in the X-axis direction by a distance corresponding to the energy. The charges are converted into electric charges, and the electric charges are independently read out by the reading circuit 9 via the plurality of electrodes 7 arranged two-dimensionally on the main surface 3b of the conversion member 3, thereby obtaining a two-dimensional distribution. Is read out. The energy of the radiation can be detected by the distribution of the readout signal output in this way in the X-axis direction perpendicular to the side surface 3a of the conversion member 3. Specifically, the position where the charge is converted inside the conversion member 3 changes in the X-axis direction according to the energy of the radiation, and as a result, the low energy radiation is photoelectrically converted in a region close to the side surface 3a, and the high energy This radiation is photoelectrically converted not only in the region near the side surface 3a but also in the region proceeding in the X-axis direction. Therefore, the energy of the incident radiation can be estimated by quantitatively evaluating the distribution in the X-axis direction of the two-dimensional image signal obtained from the readout signal. At this time, it is possible to improve the energy discrimination resolution by directly taking out the electric charge converted from the radiation by the direct conversion type conversion member 3, and measure the radiation such as X-rays irradiated to the object to be measured. This makes it possible to identify the material of the object to be measured. Furthermore, since the electrodes 7 are also arranged in the Y-axis direction and correspondingly provided with the cell circuit 9a, the distribution of the energy of the incident radiation along the Y-axis direction can also be output, and as a line sensor Can function.
また、放射線検出装置1は、吸収長(減弱長)が長く高いエネルギーのX線の検出に向いている。例えば、20mm×20mmのサイズのCdTe製の変換部材3を備える構成であれば、実効エネルギー400〜500keV(管電圧1000kV)程度の高エネルギーのX線を対象にしてもエネルギー弁別が可能とされる。 The radiation detection apparatus 1 is suitable for detecting X-rays having a long absorption length (attenuation length) and high energy. For example, if the conversion member 3 made of CdTe having a size of 20 mm × 20 mm is provided, energy discrimination is possible even for high-energy X-rays having an effective energy of about 400 to 500 keV (tube voltage 1000 kV). .
さらに、読み出し回路9の各セル回路9aに閾値設定回路13を内蔵している。これにより、放射線のコンプトン散乱等に起因して生じる読み出し信号のノイズを低減することができる。すなわち、コンプトン散乱によりエネルギーが相対的に低い放射線がノイズとして生じてしまうが、そのようなノイズを読み出し信号に混入することを防止できる。例えば、10列目の電極7の側面3aからの距離は0.1cmにおける吸収率が60%となる放射線のエネルギーは約100keVとなっており、50列目に対応する側面3aからの距離は0.5cmにおける吸収率が60%となる放射線のエネルギーは約200keVとなっている。ここで、10列目の電極に対応する位置に到達した約100keVのエネルギーを有する放射線は、コンプトン散乱により約100keVよりもエネルギーの低い放射線を生じる。このエネルギーの低い放射線がX方向に放射されて、例えば、側面3aからの距離が0.5cmである50列目の電極7に対応する位置に到達しても、50列目の電極7おいては吸収率が60%以上となる約200eV以下のような放射線のエネルギーを、セル回路9aが読み出し信号として取り込まないようにしているため、コンプトン散乱による放射線をノイズとして読み出すことを避けることができる。その結果、高分解能かつS/Nの高い放射線のエネルギー弁別を実現することができる。 Further, a threshold value setting circuit 13 is built in each cell circuit 9 a of the reading circuit 9. As a result, noise in the readout signal caused by Compton scattering of radiation can be reduced. In other words, radiation with relatively low energy is generated as noise due to Compton scattering, but such noise can be prevented from being mixed in the readout signal. For example, the distance from the side surface 3a of the electrode 7 in the 10th row is about 100 keV at an absorption rate of 60% at 0.1 cm, and the distance from the side surface 3a corresponding to the 50th row is 0.5 cm. The energy of radiation with an absorption rate of 60% is about 200 keV. Here, the radiation having the energy of about 100 keV that has reached the position corresponding to the electrode in the tenth row generates radiation having an energy lower than about 100 keV due to Compton scattering. Even if this low energy radiation is radiated in the X direction and reaches the position corresponding to the electrode 7 in the 50th row whose distance from the side surface 3a is 0.5 cm, for example, Since the cell circuit 9a does not take in the radiation energy such as about 200 eV or less with an absorption rate of 60% or more as a readout signal, readout of radiation due to Compton scattering as noise can be avoided. As a result, it is possible to realize radiation energy discrimination with high resolution and high S / N.
ここで、本実施形態の閾値設定回路13は、X軸方向に配列された複数の電極7に対応する閾値が、X軸方向に沿って次第に増加するように設定されている。これにより、放射線検出装置1による散乱線の影響によるノイズがX軸方向の位置に応じて除去されやすくなり、エネルギー弁別の精度が一層向上する。 Here, the threshold value setting circuit 13 of the present embodiment is set so that threshold values corresponding to the plurality of electrodes 7 arranged in the X-axis direction gradually increase along the X-axis direction. Thereby, the noise by the influence of the scattered radiation by the radiation detection apparatus 1 becomes easy to be removed according to the position in the X-axis direction, and the accuracy of energy discrimination is further improved.
また、読み出し回路9の各セル回路9aには信号出力回路15を内蔵している。これにより、変換部材3で発生した電荷を蓄積しつつその電荷を適切なタイミングで読み出し信号として出力することができる。 Each cell circuit 9 a of the readout circuit 9 includes a signal output circuit 15. Thereby, while accumulating the charge generated in the conversion member 3, the charge can be output as a read signal at an appropriate timing.
図5には、様々なエネルギーのX線を1点で入射させた場合に放射線検出装置1から出力された画像信号の例を示している。図5(a)は、X線管の加速電圧50kVでX線を入射させた場合の出力例、図5(b)は、X線管の加速電圧100kVでX線を入射させた場合の出力例、図5(c)は、X線管の加速電圧150kVでX線を入射させた場合の出力例である。これらの出力例に示すように、入射するX線のエネルギーが高くなるにつれて、光電変換された高輝度領域がX軸方向に伸びていることが分かる。 FIG. 5 shows an example of an image signal output from the radiation detection apparatus 1 when X-rays of various energies are incident at one point. FIG. 5A shows an output example when X-rays are made incident at an acceleration voltage of 50 kV for the X-ray tube, and FIG. 5B shows an output when X-rays are made incident at an acceleration voltage of 100 kV for the X-ray tube. For example, FIG. 5C is an output example when X-rays are incident at an acceleration voltage of 150 kV of the X-ray tube. As shown in these output examples, it can be seen that as the energy of the incident X-rays increases, the high-luminance region subjected to photoelectric conversion extends in the X-axis direction.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態においては下記の構成に変更されてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above. In the said embodiment, you may change into the following structure.
例えば、放射線検出装置1は、読み出し回路9が、複数のセル回路9a内の閾値設定回路13における閾値を可変に設定する制御回路として動作してもよい。すなわち、上述した実施形態では、閾値設定回路13における閾値が、側面3aから入射された放射線の各電極7が配置された位置における吸収率が60%となるエネルギーに対応するように設定されていた。読み出し回路9は、外部から設定された吸収率のパラメータに応じて、各閾値設定回路13における閾値を、各電極7が配置された位置における放射線の吸収率が設定された吸収率となるエネルギーに対応するように、可変に設定するように動作してもよい。より具体的には、外部から吸収率が80%、60%、40%、20%と設定された場合には、読み出し回路9は、図4に示したようなエネルギーレスポンスのデータを基にその吸収率に対応する放射線のエネルギー値を特定し、そのエネルギー値を基に各列の電極7に対応するセル回路9aの閾値を設定する。 For example, in the radiation detection apparatus 1, the readout circuit 9 may operate as a control circuit that variably sets the threshold in the threshold setting circuit 13 in the plurality of cell circuits 9a. That is, in the above-described embodiment, the threshold value in the threshold setting circuit 13 is set so as to correspond to the energy at which the absorption rate at the position where each electrode 7 of the radiation incident from the side surface 3a is disposed is 60%. . The readout circuit 9 changes the threshold value in each threshold setting circuit 13 to energy that becomes the absorption rate in which the radiation absorption rate is set at the position where each electrode 7 is arranged, according to the parameter of the absorption rate set from the outside. You may operate | move so that it may set so that it may respond | correspond. More specifically, when the absorptance is set to 80%, 60%, 40%, and 20% from the outside, the readout circuit 9 uses the energy response data as shown in FIG. The energy value of the radiation corresponding to the absorption rate is specified, and the threshold value of the cell circuit 9a corresponding to the electrode 7 of each column is set based on the energy value.
このような変形例によれば、同じ放射線の検出において、閾値を動的に変化させることで散乱線の発生がどのように起こっているかの傾向を取得することができる。その結果、エネルギー弁別の精度をより一層向上させることができる。 According to such a modification, in the detection of the same radiation, it is possible to acquire a tendency of how the scattered radiation is generated by dynamically changing the threshold value. As a result, the accuracy of energy discrimination can be further improved.
1…放射線検出装置、3…変換部材、3a…側面、3b,3c…主面、5,7…電極(電極部材)、9…読み出し回路、13…閾値設定回路、15…信号出力回路、21,23…コンデンサ、25…アンプ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radiation detection apparatus, 3 ... Conversion member, 3a ... Side surface, 3b, 3c ... Main surface, 5, 7 ... Electrode (electrode member), 9 ... Read-out circuit, 13 ... Threshold setting circuit, 15 ... Signal output circuit, 21 , 23: Capacitor, 25: Amplifier.
Claims (4)
前記第1の主面上に2次元的に分離して複数配列された第1の電極部材と、
前記第2の主面上に配置された第2の電極部材と、
前記複数の第1の電極部材に接続され、前記変換部材の内部において複数の前記第1の電極部材のそれぞれと前記第2の電極部材の間に生じた電荷を、独立して読み出し信号として読み出す読み出し回路とを備え、
前記読み出し回路は、
前記複数の第1の電極部材毎に独立して設けられ、前記電荷が予め設定された閾値を超えた際に前記電荷に対応する電気信号を出力する複数の閾値設定回路と、
前記複数の閾値設定回路から出力された前記電気信号を前記複数の第1の電極部材毎に蓄積し、蓄積した前記電気信号を所定のタイミングで前記読み出し信号として出力する複数の信号出力回路とを有する、
放射線検出装置。 A CdTe crystal having a side surface on which radiation is incident, a first main surface connected to the side surface, and a second main surface connected to the side surface and opposed to the first main surface, which converts the radiation into an electric charge. A flat conversion member;
A plurality of first electrode members arranged two-dimensionally on the first main surface;
A second electrode member disposed on the second main surface;
Charges connected to the plurality of first electrode members and generated between each of the plurality of first electrode members and the second electrode member inside the conversion member are independently read out as readout signals. A readout circuit,
The readout circuit is
A plurality of threshold setting circuits that are provided independently for each of the plurality of first electrode members and that output an electrical signal corresponding to the charges when the charges exceed a preset threshold;
A plurality of signal output circuits for storing the electrical signals output from the plurality of threshold setting circuits for each of the plurality of first electrode members and outputting the stored electrical signals as the readout signals at a predetermined timing; Have
Radiation detection device.
請求項1記載の放射線検出装置。 The plurality of threshold setting circuits are set such that the threshold corresponding to the plurality of first electrode members arranged in a direction perpendicular to the side surface gradually increases along the vertical direction. Yes,
The radiation detection apparatus according to claim 1.
請求項1又は2記載の放射線検出装置。 The plurality of signal output circuits are transferred to a first capacitor for storing the electric signal, a second capacitor to which the electric signal stored by the first capacitor is transferred, and the second capacitor. And an amplifier for outputting the electric signal,
The radiation detection apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の放射線検出装置。 A control circuit that variably sets the threshold values of the plurality of threshold setting circuits;
The radiation detection apparatus of any one of Claims 1-3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015229690A JP6583855B2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015229690A JP6583855B2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Radiation detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017096798A JP2017096798A (en) | 2017-06-01 |
JP6583855B2 true JP6583855B2 (en) | 2019-10-02 |
Family
ID=58804810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015229690A Active JP6583855B2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Radiation detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6583855B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7534739B2 (en) | 2020-11-13 | 2024-08-15 | 国立大学法人静岡大学 | Radiation imaging device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0712947A (en) * | 1993-06-21 | 1995-01-17 | Ge Yokogawa Medical Syst Ltd | Semiconductor radiation detector |
JP3526891B2 (en) * | 1993-09-01 | 2004-05-17 | 富士写真フイルム株式会社 | Radiation image signal reading method and radiation detector used therefor |
JP5001649B2 (en) * | 2003-07-12 | 2012-08-15 | ラジエーション・ウォッチ・リミテッド | Ionizing radiation monitoring assembly, ionizing radiation monitoring assembly operating method, and ionizing radiation monitoring network |
JP2008082937A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Toshiba Corp | Radiation detector and radiation imaging apparatus |
WO2008059425A2 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Radiation detector with multiple electrodes on a sensitive layer |
US8183535B2 (en) * | 2009-02-11 | 2012-05-22 | Mats Danielsson | Silicon detector assembly for X-ray imaging |
JP2011085479A (en) * | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Tele Systems:Kk | Calibration device for photon counting type radiation detector and calibration method thereof |
-
2015
- 2015-11-25 JP JP2015229690A patent/JP6583855B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017096798A (en) | 2017-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9625585B1 (en) | Radiation imaging apparatus and method of controlling radiation imaging apparatus | |
US7573038B2 (en) | Radiation image pickup apparatus, radiation image pickup system, their control method and their control program | |
Weisfield et al. | New amorphous-silicon image sensor for x-ray diagnostic medical imaging applications | |
KR101919619B1 (en) | Radiographic detector including trap occupancy change monitor and feedback, imaging apparatus and methods using the same | |
JP5702704B2 (en) | Radiographic image detection apparatus and radiographic imaging system | |
US11693131B2 (en) | Radiation imaging apparatus and radiation imaging system | |
JP5625833B2 (en) | Radiation detector and radiography apparatus | |
EP2883083B1 (en) | Photon counting x-ray detector | |
JP5459066B2 (en) | Radiation imaging equipment | |
EP1064780B1 (en) | Imaging device for imaging radiation | |
US10470727B2 (en) | X-ray image capturing apparatus | |
US20140061492A1 (en) | Radiation imaging apparatus and radiation imaging system | |
US9826946B2 (en) | Radiographic apparatus with X-ray emission detection | |
US9910172B2 (en) | Temperature compensation for thin film transistors in digital X-ray detectors | |
JP2014195480A (en) | Radiation image detection device, and radiation image detection device control method | |
CN108968992B (en) | Radiation imaging apparatus, radiation imaging method, and computer-readable storage medium | |
JP6583855B2 (en) | Radiation detector | |
US20180267177A1 (en) | Radiation imaging system, signal processing apparatus, and signal processing method for radiographic image | |
US8536553B2 (en) | Apparatus and method for detecting radiation | |
US20150223312A1 (en) | X-Ray Imaging Apparatus | |
EP2757389A2 (en) | High resolution x-ray imaging with thin, flexible digital sensors | |
KR20140022183A (en) | Electronic radiation dosimeter using silicon photo multiplier | |
CN108937983B (en) | Radiographic imaging system, radiographic imaging method, program storage medium, and deriving device | |
Abbaszadeh et al. | Direct conversion semiconductor detectors for radiation imaging | |
JP2020089656A (en) | Radiation imaging apparatus and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181106 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190813 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190820 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190827 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6583855 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |