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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6435154
(24)【登録日】2018年11月16日
(45)【発行日】2018年12月5日
(54)【発明の名称】光子計数型検出器
(51)【国際特許分類】
G01T 1/20 20060101AFI20181126BHJP
H01L 31/08 20060101ALI20181126BHJP
【ＦＩ】
G01T1/20 F
G01T1/20 E
G01T1/20 G
H01L31/00 A
【請求項の数】12
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2014-210016(P2014-210016)
(22)【出願日】2014年10月14日
(65)【公開番号】特開2016-80442(P2016-80442A)
(43)【公開日】2016年5月16日
【審査請求日】2017年5月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】500561263
【氏名又は名称】株式会社ジョブ
(74)【代理人】
【識別番号】110001368
【氏名又は名称】清流国際特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100129252
【弁理士】
【氏名又は名称】昼間 孝良
(74)【代理人】
【識別番号】100155033
【弁理士】
【氏名又は名称】境澤 正夫
(74)【代理人】
【識別番号】100117938
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 謙二
(74)【代理人】
【識別番号】100138287
【弁理士】
【氏名又は名称】平井 功
(72)【発明者】
【氏名】山河 勉
(72)【発明者】
【氏名】山本 修一郎
【審査官】
藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１４−０２１１２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−０２０９７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５０１２２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−１３１４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０２５３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／０１５２３５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｔ １／００−７／１２
Ｇ０１Ｊ １／０２
Ｇ０１Ｊ １／４２
Ｈ０１Ｌ ３１／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
放射線又は光を入射させ、かつ、その入射した放射線を光に変換し又はその入射した光を一方向に伝播させて、その変換した光又はその伝播させた光を出射端面から出射させる柱状体を複数、稠密に且つ隣接させて前記複数の出射端面により出射面を形成するように配置した柱状体アレイと、
前記柱状体アレイの前記出射面に面して形成され、当該複数の柱状体それぞれの出射端面から出射される前記光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部と、
前記光学的接続部を介して前記出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の正の整数）、２次元状に配置し、且つ、そのＮ×Ｎ個のＡＰＤの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたＡＰＤクラスタを１画素分として、複数のＡＰＤクラスタを２次元状に配置したＡＰＤクラスタの群と、
前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれの前記ワイヤードオア回路で電気的に束ねられた出力信号を処理する処理回路、を備え、
前記光学的接続部は、前記各柱状体の前記出射端面から出射される光の拡散範囲が、前記各ＡＰＤクラスタを成す前記Ｎ×Ｎ個のＡＰＤの前記受光面を少なくともカバーするように調整可能であり、
前記処理回路は、
前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれから出力される出力信号に基づき、前記出射された光のエネルギを複数に分けた個々のエネルギ範囲毎に当該光の光子数として所定時間、計測可能な当該ＡＰＤクラスタ毎に装備された、複数の計測回路と、
この複数の計測回路のうち、最初に所定数の前記光子数の計測を行った１つの計測回路に接続されている前記ＡＰＤクラスタのうちの１つのＡＰＤクラスタを発光中心ＡＰＤクラスタと見做し、その発光中心ＡＰＤクラスタとその周辺の所定数の前記ＡＰＤクラスタに接続された、前記計測回路の内の複数の計測回路の計数値の合計は、ほぼ１つの放射線パルスに応じて発生したシンチレーション光の光量の合計を表していると見做して、前記合計を求めるために前記計数値を加算する加算回路と、
前記１つのＡＰＤクラスタに接続された前記１つの計測回路が前記計測を行っている所定時間の間、前記複数のＡＰＤクラスタの内の、その１つのＡＰＤクラスタの周辺の所定数のＡＰＤクラスタの入射した前記光子の計数禁止を指令する禁止指令手段と、
前記複数の計測回路それぞれに備えられ、前記禁止指令手段により前記計数禁止の命令が出されているときには当該計測回路の前記計測を禁止する禁止手段と、
前記発光中心ＡＰＤクラスタに基づいて前記シンチレーション光の発生の位置情報を演算する位置情報演算手段と、
前記位置情報と、少なくとも前記エネルギ範囲毎の前記放射線の光子数の情報とを出力する出力回路と、を
備えたことを特徴とする光子計数型検出器。
前記柱状体アレイの前記出射面に面して形成され、当該複数の柱状体それぞれの出射端面から出射される前記光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部と、
前記光学的接続部を介して前記出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の正の整数）、２次元状に配置し、且つ、そのＮ×Ｎ個のＡＰＤの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたＡＰＤクラスタを１画素分として、複数のＡＰＤクラスタを２次元状に配置したＡＰＤクラスタの群と、
前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれの前記ワイヤードオア回路で電気的に束ねられた出力信号を処理する処理回路、を備え、
前記光学的接続部は、前記各柱状体の前記出射端面から出射される光の拡散範囲が、前記各ＡＰＤクラスタを成す前記Ｎ×Ｎ個のＡＰＤの前記受光面を少なくともカバーするように調整可能であり、
前記処理回路は、
前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれから出力される出力信号に基づき、前記出射された光のエネルギを複数に分けた個々のエネルギ範囲毎に当該光の光子数として所定時間、計測可能な当該ＡＰＤクラスタ毎に装備された、複数の計測回路と、
この複数の計測回路のうち、最初に所定数の前記光子数の計測を行った１つの計測回路に接続されている前記ＡＰＤクラスタのうちの１つのＡＰＤクラスタを発光中心ＡＰＤクラスタと見做し、その発光中心ＡＰＤクラスタとその周辺の所定数の前記ＡＰＤクラスタに接続された、前記計測回路の内の複数の計測回路の計数値の合計は、ほぼ１つの放射線パルスに応じて発生したシンチレーション光の光量の合計を表していると見做して、前記合計を求めるために前記計数値を加算する加算回路と、
前記１つのＡＰＤクラスタに接続された前記１つの計測回路が前記計測を行っている所定時間の間、前記複数のＡＰＤクラスタの内の、その１つのＡＰＤクラスタの周辺の所定数のＡＰＤクラスタの入射した前記光子の計数禁止を指令する禁止指令手段と、
前記複数の計測回路それぞれに備えられ、前記禁止指令手段により前記計数禁止の命令が出されているときには当該計測回路の前記計測を禁止する禁止手段と、
前記発光中心ＡＰＤクラスタに基づいて前記シンチレーション光の発生の位置情報を演算する位置情報演算手段と、
前記位置情報と、少なくとも前記エネルギ範囲毎の前記放射線の光子数の情報とを出力する出力回路と、を
備えたことを特徴とする光子計数型検出器。
【請求項2】
前記各柱状体は、放射線を入射させ、その放射線に応じたシンチレーション光を発生して当該シンチレーション光を前記出射端面から出射させる構造を有し、
前記柱状体アレイは、前記柱状体毎に、前記入射した放射線の量に応じた前記シンチレーション光を前記出射面から前記光学的接続部を介して前記ＡＰＤクラスタ群に向けて出射するシンチレータとして形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子計数型検出器。
前記柱状体アレイは、前記柱状体毎に、前記入射した放射線の量に応じた前記シンチレーション光を前記出射面から前記光学的接続部を介して前記ＡＰＤクラスタ群に向けて出射するシンチレータとして形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子計数型検出器。
【請求項3】
前記各柱状体は、当該各柱状体の軸方向における前記出射端面の反対側に入射端面を備え、
前記複数の柱状体それぞれの前記入射端面は、前記シンチレータにおいて前記放射線の入射を受ける入射面として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光子計数型検出器。
前記複数の柱状体それぞれの前記入射端面は、前記シンチレータにおいて前記放射線の入射を受ける入射面として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光子計数型検出器。
【請求項4】
前記各柱状体は光ファイバであり、
前記柱状体アレイは前記光ファイバを複数、稠密に且つ隣接させて前記出射面を形成する光ファイバプレート（ＦＯＰ）である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子計数型検出器。
前記柱状体アレイは前記光ファイバを複数、稠密に且つ隣接させて前記出射面を形成する光ファイバプレート（ＦＯＰ）である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光子計数型検出器。
【請求項5】
前記各柱状体の径は、直径で、２０μｍであり、
前記Ｎ個×Ｎ個のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）はそれぞれ角柱状のＡＰＤの方形である1つの面を前記受光面と有し、当該面の縦横の一辺の長さは、１０μｍであり、
前記Ｎ×Ｎ個は、１０×１０個であって、
前記ワイヤードオア回路で束ねられた前記各ＡＰＤクラスタは前記受光面の側に矩形状
の領域を形成し、当該矩形状の領域のサイズは１５０μｍ×１５０μｍであり、
前記光子数を計測する時間は、１つの放射線パルスが十分に減衰したと見做せる時間であり、
前記発光中心ＡＰＤクラスタの周辺の所定数の前記ＡＰＤクラスタは、前記発光中心ＡＰＤクラスタを中心に前後左右の８つのＡＰＤクラスタである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光子計数型検出器。
前記Ｎ個×Ｎ個のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）はそれぞれ角柱状のＡＰＤの方形である1つの面を前記受光面と有し、当該面の縦横の一辺の長さは、１０μｍであり、
前記Ｎ×Ｎ個は、１０×１０個であって、
前記ワイヤードオア回路で束ねられた前記各ＡＰＤクラスタは前記受光面の側に矩形状
の領域を形成し、当該矩形状の領域のサイズは１５０μｍ×１５０μｍであり、
前記光子数を計測する時間は、１つの放射線パルスが十分に減衰したと見做せる時間であり、
前記発光中心ＡＰＤクラスタの周辺の所定数の前記ＡＰＤクラスタは、前記発光中心ＡＰＤクラスタを中心に前後左右の８つのＡＰＤクラスタである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光子計数型検出器。
【請求項6】
前記位置情報演算手段は、
前記発光中心ＡＰＤクラスタを複数のサブクラスタに仮想的に分割するように、当該発光中心ＡＰＤクラスタに隣接する前記ＡＰＤクラスタが出力する光子数を比較する比較手段を備え、
この比較手段の比較結果に基づいて、前記発光中心ＡＰＤクラスタの中で最も多くの光子を仮想的に計測したと見做されるサブクラスタが前記複数のサブクラスタの一つであることを特定して、そのサブクラスタの位置を前記位置情報として出力するようにした、
ことを特徴とする請求項２、３、５の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
前記発光中心ＡＰＤクラスタを複数のサブクラスタに仮想的に分割するように、当該発光中心ＡＰＤクラスタに隣接する前記ＡＰＤクラスタが出力する光子数を比較する比較手段を備え、
この比較手段の比較結果に基づいて、前記発光中心ＡＰＤクラスタの中で最も多くの光子を仮想的に計測したと見做されるサブクラスタが前記複数のサブクラスタの一つであることを特定して、そのサブクラスタの位置を前記位置情報として出力するようにした、
ことを特徴とする請求項２、３、５の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
【請求項7】
検出する前記放射線のエネルギが大きいほど、前記シンチレータの前記各柱状体を前記軸方向に長く形成し、前記光学的接続部の前記シンチレータ及び前記ＡＰＤクラスタ群との間の厚さを大きくし、且つ、前記ＡＰＤクラスタのサイズを実効的に大きく設定したことを特徴とする請求項３又は５に記載の光子計数型検出器。
【請求項8】
前記シンチレータ、前記光学的接続部、前記ＡＰＤクラスタ群、及び、前記処理回路は所定サイズのモジュール構造として形成され、
少なくとも前記シンチレータの外周部及び光学的接続部の外周部には外部からの光の入射を遮断する光遮断手段を設け、
前記ＡＰＤクラスタ群を含めて、前記シンチレータの前記複数の柱状体の間の光を発しないデットスペースは前記画素のサイズよりも小さく形成した、
ことを特徴とする請求項２、３、５〜７の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
少なくとも前記シンチレータの外周部及び光学的接続部の外周部には外部からの光の入射を遮断する光遮断手段を設け、
前記ＡＰＤクラスタ群を含めて、前記シンチレータの前記複数の柱状体の間の光を発しないデットスペースは前記画素のサイズよりも小さく形成した、
ことを特徴とする請求項２、３、５〜７の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
【請求項9】
前記シンチレータは、２５ns以下の光減衰時間を有し、その比重は５以上であることを特徴とした請求項３に記載の光子計数型検出器。
【請求項10】
前記シンチレータの前記柱状体の素材は、CeLaCl3であることを特徴とした請求項２、３，５〜９の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
【請求項11】
前記処理回路はＡＳＩＣ構造に作り込まれていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
【請求項12】
前記各ＡＰＤの前記受光面は、前記各柱状体の前記軸方向に直交する断面の径よりも小さい値を１辺の値とする矩形状である、ことを特徴とした請求項１〜１１の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線や励起光のフォトン（光子）の数をエネルギ帯域別に計測し、その計測情報に基づいた検出情報を得るフォトンカウンティング型放射線検出器に係り、特に、Ｘ線、ガンマ線等の放射線や蛍光等の励起光まで広い波長帯域の放射線の強度をそのフォトン数として計測可能な光子計数型検出器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、例えば医療の分野において、Ｘ線やガンマ線等の放射線は蛍光等の励起光を高速にしかも画素毎に検出することができる検出器が必要になってきている。
【0003】
このような機能を持つ従来の検出器の１つに、核医学診断装置に搭載されるガンマカメラがある。このガンマカメラは、被検体に投与された核種から被検体の外部に放出されるガンマ線を受け、このガンマ線の量に応じた検出情報をその放出位置毎に出力する。具体的には、このガンマカメラは、ガンマ線を入射させる側から順に、コリメータ、シンチレータ群、ライトガイド、及び光電子倍増管（ＰＭＴ）を備え、この光電子倍増管の出力側に位置計算回路を備える。
【0004】
シンチレータ群は、複数の柱状のシンチレータを稠密に且つ隣接させて配置し、その前面はシンチレータ入力面を形成する。また、光電子倍増管も六角形の入力面を有し、更に、複数の光電子倍増管が稠密に配置されている。
【0005】
このため、コリメータの１つ又は複数の孔を介して伝播してきたガンマ線は、シンチレータ入力面から１つ又は複数のシンチレータに入射する。これらのシンチレータでは、入射したガンマ線に励起されてシンチレーション光（光パルス）が発生し、このシンチレーション光がその１つ又は複数のシンチレータの出力面からライトガイドを介して１つ又は複数の光電子倍増管に入力する。その１つ又は複数の光電子倍増管は光パルスを電気信号に変換して入射光量に比例したパルスを位置計算回路に出力する。位置計算回路は、その１つ又は複数の出力パルスに基づいて発光点、すなわち、ガンマ線の入射位置を求める。つまり、位置計算回路から、ガンマ線の発生毎に、その発生した位置及び強度（すなわちエネルギ）の情報が画像表示装置やメモリに供給される。
【0006】
近年では、このようなシンチレータ構造を基本としながらも、様々な形態に展開したシンチレータが特許文献１，２に示すように知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第７，３７５，３４１号明細書
【特許文献2】米国特許第７，４０５，４０６号明細書
【特許文献3】特開２０１０−０９１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、これら特許文献１，２に記載のシンチレータを使って、医療用の診断機器においてガンマ線のみならず、Ｘ線や微弱な励起光までをも検出できるような、所謂、汎用型の検出器は実現できていなかった。その理由は、ガンマ線検出と異なり、例えばＸ線検出では、より解像度が高いことが求められ、しかも検出器に入射する放射線のフォトン数が圧倒的に多い（例えば１０，０００倍以上）ことから、その信号処理の技術的な難易度が格段に高いからである。
【0009】
検出器はＸ線や光を電気信号に変換するセンサ部分の材料や構造が検出特性を決める重要なファクタの一つである。このため、このセンサ部分の材料や構造を検出目的に応じて様々に変えているため、量産効果も低く、高価な部品であった。このため、市場からは、診断機器の普及、強いては治療費を抑えるためにも、各種の診断機器に共通な構造を持つ検出器の開発がコスト低減のための重要な切り札として期待されている。
【0010】
このような観点を考慮すると、各種の診断機器（例えば核医学診断装置、Ｘ線ＣＴスキャナ、蛍光ＣＴスキャナ）、即ち、被検体から又は被検体を透過して伝播する放射線や励起によって生じた微弱な光までの、広範囲な波長領域に属する、言わば電磁波を「１つの共通した構造を」持つ検出器で検出できれば理想的な検出器と言える。
【0011】
一方で、近年、Ｘ線の光子（フォトン）の数を画素毎に計数し、この計数値に基づく検出情報を取得する光子計数（フォトンカウンティング）型の検出器の開発が盛んになっている（特許文献３を参照）。
【0012】
しかしながら、この光子計数型検出器はＸ線を検出可能であるが、上述したように幅広い波長に渡る電磁波（Ｘ線、ガンマ線、励起された微弱蛍光等）を「１つの共通した構造」を持つ同一タイプの検出器で検出することはできなかった。その理由は、少なくともガンマ線検出で実施される光子計数型の検出構造をどの電磁波の検出器にも共通に採用する必要があるが、その技術的な難易度が高くて実現できていないからである。具体的には、従来の光子計数型検出器において、必要な解像度、計数率特性、使用するエネルギ領域等、複数のパラメータを全てのタイプのモダリティで最適にバランスさせるため実現手段を持っていないことに因る。
【0013】
光子計数型検出器の開発は近年富に盛んになってきたが、上述した幅広い波長の電磁波を比較的簡単な構造を以って検出可能な検出器は未だ示されていなかった。
【0014】
本発明は、上述した観点を考慮してなされたもので、Ｘ線、ガンマ線、励起された微弱蛍光等、幅広い波長領域に渡る電磁波を各種のモダリティで求められる性能基準に共通の構造で容易に合致させることができる、構造的に汎用性の高い光子計数型検出器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上述した目的を達成するため、本発明に係る光子計数型（フォトンカウンティング型）検出器は、放射線や励起により生じた微弱な光（微弱光）を検出する検出器として提供される。
【0016】
この検出器は、放射線又は光を入射させ、かつ、その入射した放射線を光に変換し又はその入射した光を一方向に伝播させて、その変換した光又はその伝播させた光を出射端面から出射させる柱状体を複数、稠密に且つ隣接させて前記複数の出射端面により出射面を形成するように配置した柱状体アレイと、前記柱状体アレイの前記出射面に面して形成され、当該複数の柱状体それぞれの出射端面から出射される前記光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部と、前記光学的接続部を介して前記出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の正の整数）、２次元状に配置し、且つ、そのＮ×Ｎ個のＡＰＤの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたＡＰＤクラスタを１画素分として、複数のＡＰＤクラスタを２次元状に配置したＡＰＤクラスタの群と、前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれの前記ワイヤードオア回路で電気的に束ねられた出力信号を処理する処理回路、を備える。前記光学的接続部は、前記各柱状体の前記出射端面から出射される光の拡散範囲が、前記各ＡＰＤクラスタを成す前記Ｎ×Ｎ個のＡＰＤの前記受光面を少なくともカバーするように調整可能である。前記処理回路は、前記複数のＡＰＤクラスタそれぞれから出力される出力信号に基づき、前記出射された光のエネルギを複数に分けた個々のエネルギ範囲毎に当該光の光子数として所定時間、計測可能な当該ＡＰＤクラスタ毎に装備された、複数の計測回路と、この複数の計測回路のうち、最初に所定数の前記光子数の計測を行った１つの計測回路に接続されている前記ＡＰＤクラスタのうちの１つのＡＰＤクラスタを発光中心ＡＰＤクラスタと見做し、その発光中心ＡＰＤクラスタとその周辺の所定数の前記ＡＰＤクラスタに接続された、前記計測回路の内の複数の計測回路の計数値の合計は、ほぼ１つの放射線パルスに応じて発生したシンチレーション光の光量の合計を表していると見做して、前記合計を求めるために前記計数値を加算する加算回路と、前記１つのＡＰＤクラスタに接続された前記１つの計測回路が前記計測を行っている所定時間の間、前記複数のＡＰＤクラスタの内の、その１つのＡＰＤクラスタの周辺の所定数のＡＰＤクラスタの入射した前記光子の計数禁止を指令する禁止指令手段と、前記複数の計測回路それぞれに備えられ、前記禁止指令手段により前記計数禁止の命令が出されているときには当該計測回路の前記計測を禁止する禁止手段と、前記発光中心ＡＰＤクラスタに基づいて前記シンチレーション光の発生の位置情報を演算する位置情報演算手段と、前記位置情報と、少なくとも前記エネルギ範囲毎の前記放射線の光子数の情報とを出力する出力回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
このように、本発明に係る光子計数型検出器によれば、柱状体アレイの出射面に面して形成され、当該複数の柱状体それぞれの出射端面から出射される光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部を備える。また、この光学的接続部を介して出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の正の整数）、２次元状に配置し、且つ、そのＮ×Ｎ個のＡＰＤの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたＡＰＤクラスタを１画素分として、複数のＡＰＤクラスタを２次元状に配置したＡＰＤクラスタ群をも備える。このため、柱状体アレイの各柱状体から出射されるパルス状の光の光子数の量に応じて、光学的接続部における光の拡散範囲（立体角を持った拡散）を調整することができる。したがって、所望する解像度及び光子数の取りこぼしの無い高精度な計測を、光学的接続部によるパルス状光の拡散範囲、及び、それを受信処理するＡＰＤクラスタの分担範囲を適宜に設定することにより達成できる。つまり、計測対象の伝搬媒体が放射線であっても、微弱光であっても、かかる設定により、本願発明に係る同一の検出器構造で対応でき、その汎用性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【0018】
添付図面において、【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る光子計数型（フォトンカウンティング型）検出器の実施形態を説明する。
【0021】
図１に、放射線源から放出される放射線を検出する光子計数型放射線検出器を搭載する検出システムの概略構成を示す。放射線源としては、医療用途のＸ線診断機器に搭載されるＸ線管や、核医学診断において被検体に投与された核種が挙げられる。Ｘ線診断機器の場合、Ｘ線管から照射されたＸ線（Ｘ線ビーム）が被検体を透過して到来する。核医学診断においては、被検体に投与された核種から体外に放出されるガンマ線が検出対象の媒体となる。なお、ここで言う「放射線」とは電離放射線を言い、この放射線は、励起光により発生した蛍光等の微弱な強度の光、所謂、微弱光をも含む、広くは「電磁波」と呼べる伝播媒体の一つである。
【0022】
図１に示す検出システムにおいて、光子計数型放射線検出器はＸ線検出器として構成されている。この光子計数型Ｘ線検出器１１（以下、単に検出器と呼ぶ）は、この検出器１１に入射するＸ線を光子（フォトン）と見做し、その光子をエネルギ領域毎に計数して検出情報として検出するように構成されている。この検出器１１は、その動作を制御する制御装置１２の制御下に置かれて動作する。この制御装置１２には、オペレータとの間でインターラクティブに又はノン・インターラクティブに操作情報や入出力情報をやり取りする入力器１３及び表示器１４が通信可能に接続されている。特に図示しないが、制御装置１２には検出器１１を駆動する駆動回路も含まれる。
【0023】
さらに、この検出器１１の出力側には、例えば検出情報に基づいて画像を再構成する等、検出情報を処理する処理装置１５が設けられている。
【0024】
検出器１１は、図１に示すように、大略、平たいボックス状に形成されたケース２１に収められている。このケース２１は、図１に示す上面を除いて、Ｘ線非透過の部材で形成され、その内部に各種の検出に必要な部材を後述するように収納させている。ケース２１の１つの面２１ＷＤ（図１参照）は、後述するシンチレータの潮解性（潮解性がある場合）と、遮光と、反射による効率的な光の受光面への誘導とを目的として、低Ｘ線吸収の部材（例えばカーボン樹脂で）で形成されており、この面２１ＷＤがＸ線入射窓を形成している。このため、検出器１１はそのＸ線入射窓２１ＷＤをＸ線到来方向に向けて位置させることになる。例えば、この検出器１１が歯科用パノラマＸ線撮影装置に搭載されている場合、そのＸ線入射窓２１ＷＤが常にＸ線管に対向し、当該Ｘ線管と対を成して被検体の顎部の周りを回転するように両者の回転位置が制御される。
【0025】
ボックス状の検出器１１に関して、説明の便宜のために、図１に示すように、Ｘ線入射窓２１ＷＤにＸ軸、Ｙ軸を割り当てたＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３次元直交座標を設定する。この座標軸に従うと、検出器１１の一方の横方向：Ｘ軸に沿った断面（図１中のII-II線に沿った断面）を図２に示すことができる。
【0026】
この断面形状によれば、Ｘ線入射窓２１ＷＤから縦方向：Ｚ軸に沿って、柱状体アレイとして機能するシンチレータ層３１、光学的接続部としての光学的接続層３２、光電変換層３３、及び処理回路としての処理回路層３４がこの順に沿って配置されている。
【0027】
このため、検出器１１のＸ線入射窓２１ＷＤにＸ線（パルス状のＸ線ビーム）が入射すると、その入射窓２１ＷＤを透過して、その下側に位置するシンチレータ層３１の入射面（後述する）に入射する。シンチレータ層３１では、その入射パルスＸ線を１本又は複数本の柱状体としてのシンチレータ（後述する）で受け、そのシンチレータが発光する。この発光は、当該シンチレータの出射面（後述する）から光学的接続層３２にパルス状の拡散光（つまり、角度を以って２次元的に拡散する光）として出射される。以下で説明するように、本実施形態では、光学的接続層３２はＺ軸方向に所定厚さの樹脂材層として形成されている。このため、パルス状の拡散光は、後述するように、光電変換層３３の複数の画素領域に入射するように光学的接続層３２が形成されている。光電変換層３３の該当する画素は、入射したパルス状の光を電気パルスに変換する。この電気パルスは処理回路層３４で処理され、当該回路層３４から入射Ｘ線に応じた電気信号が検出情報として出力される。
【0028】
このように、検出器１１は入射Ｘ線をシンチレータ光を介して電気信号に変換する機能を有するが、上述した検出器１１の構成には更に、本願独特の、検出対象に対する汎用性を担保するための構成を有している。以下、この構成をより具体的に説明する。以下、この各層３１〜３４を順に説明する。
【0029】
＜シンチレータ層＞シンチレータ層３１は、柱状体として機能する、微細な径で所定長さを有する円柱状のシンチレータ(Micro-columnar scintillator：微小な柱状蛍光体)３１Ａを、図２及び図３に示す如く、複数の、２次元、即ちＸＹ面に稠密に且つ隣接させて配置した柱状体アレイである。つまり、その柱状の長さ方向が縦軸：Ｚ軸方向に揃うようにＸＹ面に稠密配列している。各シンチレータ３１Ａのサイズは、一例として、その直径が２０μｍであり、長さが１．５ｍｍである。このうち、直径は、一定範囲の寸法のバラツキを許容できるので、必ずしも正確に２０μｍである必要はなく、一定の許容幅を持った２０μｍ前後であってよい。また、長さは用途に依って変わる。例えばガンマ線を検出する場合、１．５ｍｍよりも大きくする、つまりシンチレータ層３１を厚くしてよい。
【0030】
各シンチレータ３１Ａは、一例として、Ｘ線−光変換材料であるCe:LaCl3を材料として形成されている。Ce:LaCl3のＸ線に対する概略特性は以下のようである。発生光子数：６００００／１ＭeV、比重：5.2g/cm3、エネルギ分解能：３％（＠６６２ＫeV）、遅延時間：１８nsec、波長：３８０〜４２０nmである。この材料は、一般にガンマカメラで用いられるシンチレータの材料であるＮａＩよりもエネルギ分解能、検出感度、反応速度、残光特性等の特性が良いこと、潮解性がないこと、さらには共晶構造で柱状に成長可能であること等の種々の優位性があり、ガンマ線検出にも使い易い。
【0031】
このため、シンチレータ３１Ａそれぞれの一方の面３１ｉｎ（入射端面：図４（ｂ）参照）にＸ線が仮に垂直に入射すると、そのシンチレータ３１Ａの長さ方向のある位置において、その入射に励起されて光（シンチレーション光）を発生する。このシンチレーション光はその柱状体の中に閉じ込められながら伝播し、その長さ方向の他方の面３１ｏｕｔ（出射端面）から外部に拡散しながら放出される。この外部とは、本実施形態の場合、光学的接続層３２である。
【0032】
Ｘ線は必ずしも各シンチレータ３１Ａの入射端面に３１ｉｎに垂直に入射する訳ではなく、図４に示すように斜めに入射する。これは同図（ａ）に示すように、検出器１１に対峙するＸ線管４１のＸ線焦点Ｆから一定の広がり（ファン角）を以ってＸ線が出射されているからである。同図（ａ）に示すジオメトリの場合、検出器１１のＸ軸方向とファン状のＸ線のエッジとの成す角度は約８２°である。この場合、同図（ｂ）に示すように、１００ｋeVで励起されたＸ線光子を持ち、エッジ部を成すＸ線Ｂがあるシンチレータ３１Ａ´に斜めに入射した場合、約５００μｍの斜めの飛跡を示し、その広がりは約６９μｍである。この斜めの入射であっても、確率事象として、その飛跡に関与する１つ又は複数のシンチレータ３１Ａでシンチレータ光が発生する。
【0033】
＜光学的接続層＞次に、光学的接続層３２を説明する。この光学的接続層３２は、その前のシンチレータ３１の出射端面（各シンチレータ３１Ａの他方の面３１ｏｕｔがなす面）と光電変換層３３との間を繋ぐインターフェース領域として機能する。この光学的接続層３２は、光学的に透明な樹脂材を板状に加工して形成され、その縦方向：Ｚ軸方向の厚さＬoptは本検出器１１のアプリケーションに応じて適宜選択して形成される。この樹脂材としては、光学的に透明であり、拡散角を調整するための屈折率もある程度調整可能なシリコン系の樹脂が好適である。
【0034】
この光学的接続層３２の周囲の縦方向の壁３２Ｗは、シンチレータ光を全反射させる、例えば白色の反射面を有する部材で形成されている。この壁３２Ｗに、そのような全反射をさせるための反射剤を塗布してもよい。
【0035】
この光学的接続層３２の厚さＬoptは極めて重要なファクタである。この厚さＬoptは、例えば、求めたい解像度や計数特性など、様々なファクタ間のバランスを考慮して、例えば数十μｍ〜数百μｍの範囲で決められる。
【0036】
なお、光学的接続層３２の変形例としては、空気の層として形成してもよい。
【0037】
＜光電変換層＞光電変換層３３は、各シンチレータ３１Ａから出射される光を受けて、その光に応答して電気パルス信号を発生する素子群から成る層状の部分である。
【0038】
詳しくは、図５に示すように、この光電変換層３３は、シンチレータ層３１と同様に、ＸＹ面に沿って２次元的に稠密に隣接して配置された複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）５１で形成される。このＡＰＤ５１はそれぞれ、例えば縦横１０μｍ×１０μｍの面を有する角柱状に形成され互いに電気的な絶縁層を介して互いに隣接且つ林立するように２次元配置されている。この角柱状のＡＰＤ５１の光学的接続層３２に露出する面にシンチレーション光の受光部５１Ａが形成される。
【0039】
これらの複数のＡＰＤ５１の内、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに所定数、例えば１０個×１０個＝１００個のＡＰＤ５１が処理回路層３４又はそれに接続される側の一端にてワイヤードオア回路ＯＲ（後述する図８参照）により電気的に接続されている。つまり、これら矩形状の領域（例えば１５０μｍ×１５０μｍの領域）を成す所定数（例えば１００個：ＡＰＤ間に隙間寸法を考慮）のＡＰＤ５１Ａは１つのＡＰＤクラスタ５２を構成している。
【0040】
本実施形態に係る検出器１１の場合、図１及び図５に示すように、上述したワイヤードオア回路接続によって等価的に、このＡＰＤクラスタ５２がＸ軸、Ｙ軸方向に複数、互いに隣接して配置されることになる。各ＡＰＤクラスタ５２が１画素を構成する。このように、２次元的に配置された複数のＡＰＤクラスタ５２から成るＡＰＤクラスタ群により光電変換層３３を構成している。
【0041】
このＡＰＤクラスタ５２の群５２Ｇ、すなわち光電変換層３３をシンチレータ層３１とのサイズ及び形状の関係で概括すれば以下のようになる。ＡＰＤクラスタ群５２Ｇは、光学的接続層３２を介して、各シンチレータ３１Ａの出射端面３１ｏｕｔに対向して配置される。各シンチレータ３１Ａの軸方向に直交する断面の径よりも小さい値を１辺の値とし、受光部５１Ａを有する角柱状のＡＰＤ５１をＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の正の整数）、２次元状に配置して形成される。そのＮ×Ｎ個のＡＰＤ５１の出力信号をワイヤードオア回路で束ねてＡＰＤクラスタ５２が形成される。ＡＰＤクラスタ５２の占有するＸＹ面上の領域が物理的な１画素分に相当する。ただし、本実施形態では、後述する比較演算によって、物理的な１画素を更に数分の１（本実施形態では１／４）のより高精細なサブ画素を作り出している。このため、Ｘ線入射位置を示す情報は、このサブ画素の単位で得ることができる。
【0042】
この結果、２次元的に配置された複数のＡＰＤクラスタ５２により、複数の物理的な画素をＸ線入射窓２１ＷＤに沿った面に２次元アレイ状に配置したものと同等の構造が提供されている。
【0043】
ここで、図６に、シンチレータ層３１のあるシンチレータ３１Ａの入射端面３１ｉｎにＸ線が入射した状態を模式的に示す。Ｘ線は柱状のシンチレータ３１Ａに入射すると、そのＸ線のエネルギを、シンチレータ３１Ａを成す蛍光体が吸収して、蛍光体内部の原子核において励起又は電離が起き、この吸収エネルギの一部によりパルス状の光が発生する。この光はシンチレーション光と呼ばれる。このシンチレーション光はそのシンチレータ３１Ａの内部を伝搬して、その出射端面３１ｏｕｔから拡散を伴って、光学的接続層３２に立体角を以って拡散して出射される。この拡散光の投影範囲は、本実施形態では、１つの画素、すなわち１つのＡＰＤクラスタ５２の面積よりも大きくなるように、光学的接続層３２のＺ軸方向の厚さＬoptが最適値に設定されている。
【0044】
この発生したシンチレーション光の受信処理を説明する。図７に、シンチレータ層３１、光電変換層３３、及び光電変換層３３の重なりの関係を模式的に示す。これは、検出器１のＸ線入射窓２１ＷＤをＸ線入射方向、すなわちＺ軸方向の前上から見たときの、複数のシンチレータ３１Ａの２次元配列、複数のＡＰＤ５１の２次元配列、この複数のＡＰＤ５１を所定数ずつブロック状に電気的に束ねて形成した、複数のＡＰＤクラスタ５２（即ち、画素）の２次元配列の透視模式図である。なお、光学的接続層３２は本実施形態では樹脂材層である。
【0045】
次に、処理回路層３４にＡＰＤクラスタ５２毎、即ち物理的な画素毎に形成されている信号処理回路６１の一例を、図８を参照して説明する。この信号処理回路６１は、処理回路層３４にＡＳＩＣにより画素毎に作り込まれる。図８に示す信号処理回路６１は、１つのＡＰＤクラスタ５２、即ち、１つの物理画素に接続される回路構成を示す
【0046】
図８に示すように、各ＡＰＤクラスタ５２の全てのＡＰＤ５１（ここでは、ＡＰＤ（１）〜ＡＰＤ（２２５）までの２２５（１５×１５）個のＡＰＤ）がワイヤードオア回路ＯＲを介して、個別の信号回路部６２に接続されている。
【0047】
この信号回路部６２は、ワイワードオア回路ＯＲに接続された比較器７１を備え、その比較器７１の出力側に備えたカウンタ７２、前後判定回路７３、及びタイマ７４備える。更に、この信号回路部６２は、Ｘ線入射窓２１ＷＤの中のＸ線入射画素とそのＸ線のエネルギをエネルギ領域別の光子数として計数するための回路群を備える。
【0048】
この回路群として、カウント＆加算回路７６、サブピクセル決定回路７７、及び出力回路７８を備える。カウント＆加算回路７６は、図示のように、ワイヤードオア回路ＯＲに接続され且つ近傍の８個のＡＰＤクラスタ５２の出力端（即ち、図示しないワイヤードオア回路）に接続されている。サブピクセル決定回路７７はカウンタと比較器を有し、近傍の８個のＡＰＤクラスタ５２の出力端に接続されている。
【0049】
この近傍の８個のＡＰＤクラスタ５２は、例えば図７の例で言えば、ＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）に注目すると、このＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）を囲む矩形を形成する８個のＡＰＤクラスタ５２（ｉ-1，ｊ−１）、５２（ｉ，ｊ-1）、５２（ｉ＋1，ｊ−１）、５２（ｉ−1，ｊ）、５２（ｉ＋1，ｊ）、５２（ｉ−1，ｊ＋１）、５２（ｉ，ｊ＋１）、及び５２（ｉ＋1，ｊ＋１）を指す。これら９個のＡＰＤクラスタにより、ある時刻の、Ｘ線入射窓２１ＷＤにおけるある位置へのＸ線光子入射に伴う計測対象領域ＲＭＥＡが一時的に形成される。
【0050】
さらに、サブピクセル決定回路７７により決定される仮想的なサブピクセルは、図９に示すように、注目しているＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）を仮想的に分割した４つの矩形状のサブピクセルＡＰＤ(i,j)-1、ＡＰＤ(i,j)-2、ＡＰＤ(i,j)-3、ＡＰＤ(i,j)-4を指す。なお、このサブピクセルは、１つのクラスタを複数個に分割するサブクラスタに相当する。
【0051】
ここで、ワイワードオア回路ＯＲに接続されている比較器７１から詳細に説明する。この比較器７１には、パルス信号の波高値（強度）の所定値が閾値として供給されている。この閾値はノイズ信号と計数信号とを弁別可能な値に設定されている。このため、比較器７１は、ワイワードオア回路ＯＲを介して入力する１つ又は複数のＡＰＤ５１の電気パルスの単独又は合成されたパルス信号を所定の閾値（波高値）とその閾値とを比較し、その入力信号の波高値が閾値より大きい場合、二値化信号「１」を次段のカウンタ７２に出力する。このカウンタ７２にも、そのカウントの閾値が与えられている。この閾値は、Ｘ線入射位置として特定可能か否かを決めるための弁別値である。このため、カウンタ７２のカウントが例えば一定値「５カウント」になった時に初めて、計測開始を指令する信号を次段の前後判定回路７３に出力する。
【0052】
この前後判定回路７３の「前後」とは時間的な前後を意味する。カウンタ７２から計測開始信号を受けると、前後判定回路７３は近傍の所定数、ここでは禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴを成す２５個のＡＰＤクラスタ５２の加算受付を禁止する禁止信号を各ＡＰＤに接続された、図示しない信号回路部に出力する。この加算処理の禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴは、図７に例示するように、注目ＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）を中心に置く例えば２５個のＡＰＤクラスタ５２である。このため、この禁止信号を受けた、２５個のＡＰＤクラスタ５２のそれぞれの信号回路部は、タイマ７４で計測される一定時間の間、いま対象としているＸ線入射の後に生じたＸ線入射による電気パルス信号の加算処理を禁止できる。
【0053】
また、禁止信号はトリガ信号としてカウント＆加算回路７６に送られる。上述した禁止信号を受けてタイマ７４が起動して一定時間をカウントする。この一定時間のカウントアップがなされると、タイマ７４はリセット信号をカウント＆加算回路７６に送る。
【0054】
カウント＆加算回路７６は、トリガ信号を受けると、いまＸ線入射があった位置（例えば図７に示す発光点Ｐ）を含む注目ＡＰＤクラスタ５２（i,j）（即ち、発光中心ＡＰＤクラスタ）が自分の担当であることを認識する。このため、このカウント＆加算回路７６は注目ＡＰＤクラスタ５２（i,j）を中心とする計測対象領域ＲＭＥＡ、すなわち、注目ＡＰＤクラスタ５２（i,j）を囲む８個のＡＰＤクラスタ５２（ｉ-1，ｊ−１）、５２（ｉ，ｊ-1）、５２（ｉ＋1，ｊ−１）、５２（ｉ−1，ｊ）、５２（ｉ＋1，ｊ）、５２（ｉ−1，ｊ＋１）、５２（ｉ，ｊ＋１）、及び５２（ｉ＋1，ｊ＋１）それぞれからの電気パルス信号をエネルギ領域毎に計数し、かつ、エネルギ領域毎に相互に加算する。このエネルギ領域毎のカウントは、従来知られている光子計数と同様の回路で実行される。この電気パルス信号は、Ｘ線の光子がシンチレータ３１Ａへ入射した事象に呼応して発生している。このため、上述の電気パルス信号を個別に計測し、計測対象領域ＲＭＥＡ、即ち、上述した９つのＡＰＤクラスタ５２の計測値を合算しても、まさに、計測対象領域ＲＭＥＡ全体で光子計数を行っていることになる。
【0055】
エネルギ領域としては、図１０（Ｂ）に模式的にように、横軸に採ったＸ線光子のエネルギ[keV]に設定した例えば３つのエネルギ領域ＢＩＮ１，ＢＩＮ２，ＢＩＮ３が設定されている。勿論、このエネルギ領域の数は２つであっても、また１つであってもよい。
【0056】
このカウント＆加算回路７６は、図１１に示すように、トリガとしての禁止信号の入力からリセット信号が入力するまでの一定周期Ｔ（ＦＰＳ）の間、微小な予め設定した繰返し時間Δｔ毎に、上記計数及び加算を行い、その加算値をエネルギ領域ＢＩＮ１，ＢＩＮ２，ＢＩＮ３それぞれの別に出力回路７８に送る。
【0057】
一方、サブピクセル決定回路７７は４個のカウンタと２個の比較器を備え、その比較器による比較演算結果から、いまＸ線入射があった位置（例えば図７に示す発光点Ｐ）をより高精細に特定する回路である。具体的には、Ｘ線入射があった位置ＰのＡＰＤクラスタ５２（i,j）、即ち、１つの物理画素が比較演算によって仮想的に１／４のサブピクセルに分割される。Ｘ線入射の位置がその４つのサブピクセルのうちの何れに属するかが判定される。
【0058】
例えば図９の例で言えば、ＡＰＤクラスタ５２として、ＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）が形成する物理的な画素にＸ線入射位置Ｐが在るとする。この場合、サブピクセル決定回路７７では、その４つのカウンタ（図示せず）によって、その前後左右の４つのＡＰＤ（ｉ−１，ｊ）、ＡＰＤ（ｉ＋１，ｊ）、ＡＰＤ（ｉ，ｊ−１）、ＡＰＤ（ｉ，ｊ＋１）から出力される電気パルス信号が一定時間ｔｋ（図１１参照）の間、計数される。それらのカウントをそれぞれＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４とすると、２つの比較器により、Ｋ１＜Ｋ２か否か
Ｋ３＜Ｋ４か否か
等が判定される。この結果、
判定結果１：Ｋ１≧Ｋ２且つＫ３≧Ｋ４、
判定結果２：Ｋ１＜Ｋ２且つＫ３≧Ｋ４
判定結果３：Ｋ１≧Ｋ２且つＫ３＜Ｋ４、
判定結果４：Ｋ１＜Ｋ２且つＫ３＜Ｋ４、
の４通りのうちの何れであるかが判明する。つまり、Ｘ線入射位置Ｐは、判定結果１が出た場合には、ＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）の中の左上の１／４のサイズのサブピクセルＡＰＤ(i,j)-1であり、判定結果２が出た場合には、右上の１／４のサイズのサブピクセルＡＰＤ(i,j)-2であり、判定結果３が出た場合には、左下の１／４のサイズのサブピクセルＡＰＤ(i,j)-3であり、判定結果４が出た場合には、右下の１／４のサイズのサブピクセルＡＰＤ(i,j)-4である（図９の状態参照）。
【0059】
サブピクセル決定回路７７は、その判定結果を２値化してサブピクセルの位置情報として出力回路７８に送る。
【0060】
出力回路７８は、図示のように、エネルギ領域ＢＩＮ１，ＢＩＮ２，ＢＩＮ３の毎の光子数をカウントするカウンタ７８Ａ〜７８Ｃと、位置情報生成器７８Ｄとを備える。カウンタ７８Ａ〜７８Ｃはそれぞれ、自分が担当するエネルギ領域ＢＩＮ１（〜ＢＩＮ３）について、カウント＆加算回路７６からサンプリング時間Δｔ毎に送られて来る計測対象領域ＲＭＥＡ全体のＸ線光子数のカウント（加算値）を入力し、カウントアップする。また、位置情報生成器７８Ｄは、サブピクセル決定回路７７から送られてくるサブピクセルの位置を示す位置情報を受ける。このため、この決定回路７７は、サブピクセルの位置情報とデフォルトとして有しているＡＰＤクラスタ５２の自己位置情報とに基づいて、Ｘ線入射窓２１ＷＤの全体におけるＸ線入射位置Ｐをサブピクセルサイズの分解能で生成する。
【0061】
出力回路７８は、カウンタ７８Ａ〜７８Ｃによりカウントアップされたエネルギ領域ＢＩＮ１（〜ＢＩＮ３）毎のカウント及び位置情報生成器７８Ｄにより生成されたＸ線入射位置Ｐの位置情報を一定レートＴ（FPS）でシリアルに外部に出力する。
【0062】
以上のように、検出動作をまとめると、以下のようになる。
【0063】
図７において、符号５２（ｉ，ｊ）は、２次元状に配列された複数のＡＰＤクラスタ５２（即ち、２次元配列の複数の画素）のうち、上述したようにＸ線入射に呼応して発光したシンチレータ３１Ａを領域的に包含する１つのＡＰＤクラスタ５２を示す。なお、ｉ及びｊは、Ｘ線入射窓２１ＷＤを成すＸＹ面における画素単位のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を示す。
【0064】
図７は、Ｘ線が位置Ｐに入射した場合である。この場合、このＸ線入射に応じて発光したシンチレータ３１Ａを含むＡＰＤクラスタ５２は、図７に示すＸ線入射窓２１ＷＤのうちのＸ軸方向、左から３番目、且つＹ軸方向、上から３番目のＡＰＤクラスタである。このＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）を囲むように、８個のＡＰＤクラスタ５２（ｉ-1，ｊ−１）、５２（ｉ，ｊ-1）、５２（ｉ＋1，ｊ−１）、５２（ｉ−1，ｊ）、５２（ｉ＋1，ｊ）、５２（ｉ−1，ｊ＋１）、５２（ｉ，ｊ＋１）、及び５２（ｉ＋1，ｊ＋１）の領域、即ち、計測対象領域ＲＭＥＡが指定される。つまり、真ん中の注目ＡＰＤクラスタ５２（ｉ，ｊ）を含めて合計９個のＡＰＤクラスタ５２の組が、前述のように信号加算を含む信号処理に付される。このとき、この信号加算に寄与させない禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴが設定される。
【0065】
この状況の元に、図８に示す信号回路部６２が動作する。この結果、図１０（Ａ）に示すように、物理的な画素よりも精細なＸ線入射位置Ｐがサブピクセルとして特定される。同時に、同図（Ｂ）に概念的に示すように、そのサブピクセル、例えばＰ(i,j)-4におけるエネルギ領域ＢＩＮ１（〜ＢＩＮ３）毎のＸ線光子の総計数値が得られる。このように、エネルギ領域別に、光子計数型のＸ線の強度検出が行われる。
【0066】
このように、各ＡＰＤクラスタ５２で周期Ｔ毎に上述したＸ線検出動作が実行される。このとき、同一の禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴに属するＡＰＤクラスタ５２に相当する位置にＸ線入射があっても、その周期Ｔの一定時間、検出動作は禁止される。
【0067】
しかし、この禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴの外側のＡＰＤクラスタ５２に相当する位置にＸ線が入射した場合であって、計測対象領域ＲＭＥＡが重ならない場合には同一の周期Ｔであっても検出動作は実行される。
【0068】
なお、図７には、Ｘ線入射位置Ｐとは別の位置Ｐ１，Ｐ２を示す。これらのＸ線入射位置Ｐ１，Ｐ２の場合、周期Ｔ毎に順次、前述した動作がそれらの位置に相当するＡＰＤクラスタ５２に注目して実行される。
【0069】
このように本実施形態に係る検出器１１は、シンチレータ層３１、光学的接続層３２、ＡＰＤクラスタ５２を有する光電変換層３３、及び処理回路層３４を図２に示す如く積層構造として有する。この同一の積層構造を有しながらも、光学的接続層３２の厚さＬｏｐｔを調整することで、Ｘ線管から照射されたＸ線、患者の体内に投与された核種からのガンマ線、さらには励起光によって励起された微弱な蛍光まで、その光子数の多少に関係なく、それらの放射線を検出することができる。使用目的によって、所望する解像度と光子数の正確な計数という２つのパラメータのバランスで画素サイズ及び光学的接続層３２の厚さＬｏｐｔを決めればよい。つまり、この厚さＬｏｐｔは、立体角を以って光学的接続層３２に拡散するパルス状の光を、その発光点を中心に何個のＡＰＤクラスタ５２で分担して取りこぼし無く検出すればよいかという視点で決めればよい。
【0070】
従って、本実施形態の積層構造を採用すれば、医療用の診断機器を初めとして様々な放射線機器において、ガンマ線のみならず、Ｘ線や微弱な励起光までをも検出できるような、所謂、汎用型の検出器を容易に提供することができる。
【0071】
なお、上述した実施形態において、サブピクセル決定回路７７を省略し、物理的な画素のままでエネルギ領域毎の光子数を計数するようにしてもよい。
【0072】
［変形例］上述した実施形態に係る検出器１１は、シンチレータ層３１を採用していたが、このセンサ部分は必ずしもこの構造に限定されるものではない。例えば、蛍光体に励起光として紫外線、可視光、又はＸ線を照射し、その励起により蛍光体から発せられる微弱な光（蛍光、燐光など）を検出する検出器に適用してもよい。
【0073】
図１２に示す微弱光検出器８１は、前述したシンチレータ層の代わりに、一定長さの光ファイバ８２Ａを複数、稠密に且つ隣接させた光ファイバープレート（ＦＯＰ）８２を搭載したものである。その他の構成は、前述した図２のものと同一又は同等の構成を有する。
【0074】
この微弱光検出器８１の場合、光の指向性を持った高感度な光２次元センサとして機能する。このため、光ファイバープレート８２の前面（入射窓２１ＷＤ）であって、その指向性の範囲内において、励起された微弱な光を入射させる。この微弱光は光ファイバ８２Ａを伝搬し、前述した光学的接続層３２に拡散光として出射される。この拡散光は、前述と同様に、１つ以上のＡＰＤクラスタ５２により検出される。
【0075】
この場合、入射させる微弱光の強度の範囲に応じて、前述した光学的接続層３２の厚さＬｏｐｔ、計測対象領域ＲＭＥＡの広さ、及び禁止領域ＲＩＮＨＩＢＩＴの広さを、前述したと同様に、所望する解像度及び光子数の計測精度の観点から最適化させることができる。さらに、この微弱光検出に特化する場合、位置と強度を知ればよいので、信号回路部６２の構成をより簡単にしてもよい。例えば、比較器７１、カウンタ７２、前後判定回路７３を省略したり、サブピクセル決定回路７７を省略したりしてもよい。単純に、最初に入射した光位置とその強度を一定のフレームレートで画素毎に繰り返し出力するようにしてもよい。
【0076】
これにより、微弱光の検出を前提（ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサが使えないまたはダイナミックレンジを大きくとりたい場合）とする撮影、対象物に近づけて行う近接撮影、直線的に入ってくる光を選別したい場合、特に解像度を上げたい場合や、励起された光の励起位置と励起された光の量を推定計測できる検出器を実提供できる。また、このような特性から微弱光検出器は暗視カメラや光断層撮影にも応用できる。
【符号の説明】
【0077】
１１ 光子計数型検出器（光子計数型放射線検出器）１２ 制御装置
１５ 処理装置
２１ ケース
２１ＷＤ Ｘ線入射窓
３１ シンチレータ層（柱状体アレイ）
３１Ａ シンチレータ
３２ 光学的接続層（光学的接続部）
３３ 光電変換層（ＡＰＤクラスタ群）
３４ 処理回路層（処理回路）
５１ ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）
５２ ＡＰＤクラスタ
６１ 信号処理回路
６２ 信号回路部
８１ 微弱光検出器（光子計数型検出器）
８２ 光ファイバープレート（ＦＯＰ）（柱状体アレイ）
８２Ａ 光ファイバ
ＲＭＥＡ 計測対象領域
ＲＩＮＨＩＢＩＴ 禁止領域