特許 6551003 放射線測定装置及び放射線測定方法

(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】6551003

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】放射線測定装置及び放射線測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20190722BHJP

   G01T 1/29 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/24

   G01T1/29 Z

【請求項の数】9

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2015-147025(P2015-147025)

(22)【出願日】2015年7月24日

(65)【公開番号】特開2017-26524(P2017-26524A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100102864

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 実

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】松浦 大介

(72)【発明者】

【氏名】黒田 能克

(72)【発明者】

【氏名】玄蕃 恵

(72)【発明者】

【氏名】高橋 忠幸

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 伸

(72)【発明者】

【氏名】武田 伸一郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋夫

(72)【発明者】

【氏名】小杉 和正

(72)【発明者】

【氏名】山村 和久

【審査官】 村川 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１８５８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８２１５４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１２８６３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ１／００ − ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の電磁放射線を散乱する散乱体として機能する、少なくとも一の散乱体検出器と、
前記電磁放射線を吸収する吸収体として機能する、少なくとも一の吸収体検出器と、
演算装置
とを具備する放射線測定装置であって、
前記散乱体検出器と前記吸収体検出器のそれぞれは、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１主面上に行列に並んで配置された複数の画素電極
とを含み、
前記複数の画素電極は、隣接する２つの画素電極の中心の距離が、前記電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置されており、
前記散乱体検出器は、更に、前記半導体基板の前記第１主面に対向する第２主面上に配置された複数の裏面電極を備えており、
前記散乱体検出器の前記複数の裏面電極のそれぞれは、前記散乱体検出器の前記複数の画素電極の複数に対向するように配置され、
前記散乱体検出器それぞれにおいて、前記複数の裏面電極の数が前記複数の画素電極の数よりも少なく、
当該放射線測定装置が、更に、
前記散乱体検出器の前記複数の画素電極から読み出された第１アナログ信号から第１画素電極測定データを生成する第１信号処理部と、
前記第１画素電極測定データを一時的に保存する一時保存領域と、
前記散乱体検出器の前記複数の裏面電極から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成する第２信号処理部と、
前記第１画素電極測定データのうち前記裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを前記一時保存領域から読み出して前記演算装置に転送するデータ処理部
とを具備し、
前記演算装置が、前記散乱体検出器のいずれかでコンプトン散乱が発生し、前記散乱体検出器のいずれかにおけるコンプトン散乱で発生した反跳電子が、コンプトン散乱が発生した前記散乱体検出器の内部において前記半導体基板の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、前記コンプトン散乱によって散乱された光子が前記吸収体検出器のいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントを前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器から得られる信号に基づいて抽出し、抽出された前記イベントのそれぞれについて前記反跳電子が跳ね飛ばされる反跳方向に基づいて前記電磁放射線の入射方向を特定し、
前記演算装置は、前記選択画素電極測定データに基づいて前記イベントの抽出と前記電磁放射線の入射方向の特定とを行う
放射線測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の放射線測定装置であって、
前記測定対象の前記電磁放射線の光子のエネルギーは、０．３〜２．０ＭｅＶであり、
前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器の前記複数の画素電極は、隣接する２つの画素電極の中心の距離が２０μｍ以下になるように配置される
放射線測定装置。

【請求項3】

請求項１に記載の放射線測定装置であって、
前記第１信号処理部は、前記第１画素電極測定データの生成に同期して生成された時刻情報を前記第１画素電極測定データと共に前記一時保存領域に保存し、
前記データ処理部は、前記時刻情報を参照して前記第１画素電極測定データのうちから前記選択画素電極測定データを選択する
放射線測定装置。

【請求項4】

請求項１に記載の放射線測定装置であって、
更に、
前記吸収体検出器の前記複数の画素電極から読み出された第３アナログ信号から第２画素電極測定データを生成する第３信号処理部を具備し、
前記データ処理部は、前記選択画素電極測定データを、前記裏面電極測定データと前記第２画素電極測定データとに応じて選択する
放射線測定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の放射線測定装置であって、
前記データ処理部は、あるフレーム期間において得られた前記裏面電極測定データ及び前記第２画素電極測定データが所定の条件を満足する場合、前記フレーム期間において得られた前記第１画素電極測定データ、前記第２画素電極測定データ及び前記裏面電極測定データを前記演算装置に転送し、
前記演算装置は、前記フレーム期間において得られた前記第１画素電極測定データ、前記第２画素電極測定データ及び前記裏面電極測定データに基づいて前記イベントの抽出と前記電磁放射線の入射方向の特定とを行う
放射線測定装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線測定装置であって、
前記第１信号処理部は、信号処理ＩＣに集積化され、
前記散乱体検出器の前記複数の画素電極のそれぞれは、前記信号処理ＩＣに設けられたパッドにバンプを介して接続されている
放射線測定装置。

【請求項7】

請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線測定装置であって、
前記散乱体検出器の前記複数の画素電極は、前記第１主面に平行な第１方向、及び、前記第１主面に平行で前記第１方向に垂直な第２方向に並んで配置され、
前記複数の裏面電極のそれぞれが、前記第１方向に延伸するように形成され、
前記複数の裏面電極は、前記第２方向に並んで配置された
放射線測定装置。

【請求項8】

測定対象の電磁放射線を散乱する散乱体として機能する、少なくとも一の散乱体検出器と、
前記電磁放射線を吸収する吸収体として機能する、少なくとも一の吸収体検出器と、
演算装置
とを具備する放射線測定装置であって、
前記散乱体検出器と前記吸収体検出器のそれぞれは、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１主面上に行列に並んで配置された複数の画素電極
とを含み、
前記複数の画素電極は、隣接する２つの画素電極の中心の距離が、前記電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置されており、
前記散乱体検出器と前記吸収体検出器のそれぞれは、更に、前記半導体基板の前記第１主面に対向する第２主面上に配置された複数の裏面電極を備えており、
前記複数の裏面電極のそれぞれは、前記複数の画素電極の複数に対向するように配置され、
前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器のそれぞれにおいて、前記複数の裏面電極の数が、前記複数の画素電極の数よりも少なく、
当該放射線測定装置が、更に、
前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器の前記複数の画素電極から読み出された第１アナログ信号から画素電極測定データを生成する第１信号処理部と、
前記画素電極測定データを一時的に保存する一時保存領域と、
前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器の前記複数の裏面電極から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成する第２信号処理部と、
前記画素電極測定データのうち前記裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを前記一時保存領域から読み出して前記演算装置に転送するデータ処理部
とを具備し、
前記演算装置が、前記散乱体検出器のいずれかでコンプトン散乱が発生し、前記散乱体検出器のいずれかにおけるコンプトン散乱で発生した反跳電子が、コンプトン散乱が発生した前記散乱体検出器の内部において前記半導体基板の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、前記コンプトン散乱によって散乱された光子が前記吸収体検出器のいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントを前記散乱体検出器及び前記吸収体検出器から得られる信号に基づいて抽出し、抽出された前記イベントのそれぞれについて前記反跳電子が跳ね飛ばされる反跳方向に基づいて前記電磁放射線の入射方向を特定し、
前記演算装置は、前記選択画素電極測定データに基づいて前記イベントの抽出と前記電磁放射線の入射方向の特定とを行う
放射線測定装置。

【請求項9】

測定対象の電磁放射線を散乱する散乱体として機能する散乱体検出器と、前記電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器とを備え、前記散乱体検出器と前記吸収体検出器のそれぞれが、半導体基板と前記半導体基板の第１主面上に行列に並んで配置された複数の画素電極とを含み、前記散乱体検出器と前記吸収体検出器のそれぞれの前記複数の画素電極が、隣接する２つの画素電極の中心の距離が前記電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置された放射線測定装置を用いた放射線測定方法であって、
前記散乱体検出器のいずれかでコンプトン散乱が発生し、前記散乱体検出器のいずれかにおけるコンプトン散乱で発生した反跳電子がコンプトン散乱が発生した前記散乱体検出器の内部において前記半導体基板の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、前記コンプトン散乱によって散乱された光子が前記吸収体検出器のいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントを前記散乱体検出器と前記吸収体検出器とから得られる信号に基づいて抽出するステップと、
抽出された前記イベントのそれぞれについて、前記反跳電子が跳ね飛ばされる反跳方向に基づいて前記電磁放射線の入射方向を特定するステップ
とを具備し、
前記散乱体検出器は、更に、前記半導体基板の前記第１主面に対向する第２主面上に配置された複数の裏面電極を備えており、
前記散乱体検出器の前記複数の裏面電極のそれぞれは、前記散乱体検出器の前記複数の画素電極の複数に対向するように配置され、
前記散乱体検出器それぞれにおいて、前記複数の裏面電極の数が前記複数の画素電極の数よりも少なく、
前記イベントを前記散乱体検出器と前記吸収体検出器とから得られる信号に基づいて抽出するステップが、
前記散乱体検出器の前記複数の画素電極から読み出された第１アナログ信号から画素電極測定データを生成するステップと、
前記画素電極測定データを一時保存領域に一時的に保存するステップと、
前記散乱体検出器の前記複数の裏面電極から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成するステップと、
前記画素電極測定データのうち前記裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを前記一時保存領域から読み出すステップ
とを具備し、
前記イベントの抽出と前記電磁放射線の入射方向の特定とが、前記一時保存領域から読み出された前記選択画素電極測定データに基づいて行われる
放射線測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線測定装置及び放射線測定方法に関し、特に、半導体検出器を用いてＸ線やガンマ線のような電磁放射線を検出するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線やガンマ線のような電磁放射線を検出するために用いられる放射線測定装置は、電磁放射線が放射線測定装置の検出器に入射するイベントが発生した場合に該電磁放射線の入射方向を特定可能であるように構成されることがある。電磁放射線の入射方向を特定することで線源の空間的分布を特定することが可能になり、これは、実用上極めて有用である。

【0003】

電磁放射線の入射方向を特定するように構成される放射線測定装置の一つが、コンプトンカメラである。コンプトンカメラとは、コンプトン散乱を利用して放射線源の空間的分布を画像化する放射線測定装置である。コンプトンカメラは、コンプトン散乱を利用して電磁放射線（例えば、Ｘ線、ガンマ線）の入射方向を特定し、特定された入射方向から放射線源の空間的分布を表す画像を生成する。

【0004】

図１は、ガンマ線のコンプトン散乱の概要について説明する図である。物質にガンマ線が入射すると、入射ガンマ線の光子が物質中の電子に衝突して散乱する。このとき、光子が衝突した電子は跳ね飛ばされ（跳ね飛ばされた電子は、「反跳電子」と呼ばれる。）、入射ガンマ線の光子の一部のエネルギーが電子に与えられる。これにより、散乱ガンマ線の光子のエネルギーは、入射ガンマ線のエネルギーよりも低くなる。入射ガンマ線の光子のエネルギーをＥ_０、反跳電子が得たエネルギーをＥ_１、散乱ガンマ線のエネルギーをＥ_２とすると、下記式（１）が成立する：
Ｅ_０＝Ｅ_１＋Ｅ_２ ・・・（１）

【0005】

図２は、コンプトンカメラの原理、特に、電磁放射線の入射方向の特定の原理を示す図である。コンプトンカメラの検出部は、典型的には、散乱体と、吸収体とを備えている。ある線源から入射した電磁放射線の光子が散乱体においてコンプトン散乱によって散乱され、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体で光電吸収によって吸収されるイベントが発生した場合、該電磁放射線の散乱角θ（言い換えれば、線源と位置Ｘ１とを結ぶ線分が、位置Ｘ１、Ｘ２を通過する直線となす角）は、下記式（２）で与えられる。

【数1】

ここで、ｍ_ｅは、電子の静止質量であり、ｃは、光速である。また、Ｅ_１は、散乱体におけるコンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーであり、Ｅ_２は、吸収体に吸収された光子のエネルギーである。

【0006】

コンプトンカメラでは、このようにして得られた電磁放射線の散乱角θの情報に基づいて線源の空間的分布を推定し、線源の空間的分布を画像化する。より具体的には、各イベントにおけるコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、光電吸収が行われた位置Ｘ２及びコンプトン散乱における電磁放射線の散乱角θの情報から、各イベントのコンプトンコーン（線源が位置し得る点の集合で構成される円錐面）が再構成され、各イベントのコンプトンコーンの重ね合わせに対応する画像が、線源の空間的分布を示す線源分布画像として生成される。

【0007】

上記から理解されるように、各イベントにおけるコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１、及び、吸収体に吸収された光子のエネルギーＥ_２からは電磁放射線の散乱角θしか算出できず、線源の位置はそれが存在し得る円環上の点としてしか特定されない。しかしながら、反跳電子の反跳方向（反跳電子が跳ね飛ばされる方向）を特定できれば、反跳電子の反跳方向に基づいてもう一つの円環（円錐面）を規定でき、原理的には、電磁放射線の入射方向は、２つの円環が交差する点を通過する方向として特定可能である。ただし、現実には、図３に図示されているように、反跳電子のエネルギーの揺らぎに起因して、電磁放射線の入射方向は、円弧として特定されることになる。このような手法は、例えば、国際公開２００７／１４５１５４号（特許文献１）に開示されている。反跳電子の反跳方向に基づいて電磁放射線の入射方向の絞り込みを行うコンプトンカメラを、以下では、電子トラッキング型コンプトンカメラということがある。

【0008】

なお、本発明に関連し得る技術として、国際公開第２０１１／００１６１０号（特許文献２）は、ガンマ線を検出する複数の検出ピクセルを備えた検出器を備えたガンマ線方向検出装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開２００７／１４５１５４号

【特許文献2】国際公開第２０１１／００１６１０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、半導体検出器を利用したコンプトンカメラでは、一般に、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向の絞り込みを行う手法は、その実用的な実現方法が確立されていないために採用されていない。半導体検出器としてＣＣＤ（charge coupled device）を利用して反跳電子の反跳方向を測定する試験結果は存在する。しかし、ＣＣＤは、データの読み出し時間が非常に長いため、デッドタイムが非常に大きくなり、実用的なコンプトンカメラの実現は難しい。実際、国際公開２００７／１４５１５４号（特許文献１）においても、コンプトン散乱を発生させる検出器としてガスチャンバー型検出器が用いられている。ただし、ガスチャンバー型検出器は、ガンマ線に対して十分な検出効率を確保するために大型にする必要があり、それにともなって取り囲む吸収部の検出器も大型にせざるをえない。また、高い角度分解能を得るためには高いエネルギー分解能が必要であるが、ガスチャンバー型検出器は、エネルギー分解能についても半導体検出器に比べて低い。

【0011】

したがって、本発明の目的は、半導体検出器を利用したコンプトンカメラにおいて、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向の絞り込みを行う電子トラッキング型コンプトンカメラを実現することにある。

【0012】

本発明の他の目的及び新規な特徴は、下記の開示から理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0013】

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。

【0014】

本発明の一の観点では、放射線測定装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ）が、測定対象の電磁放射線を散乱する散乱体として機能する少なくとも一の散乱体検出器（１０Ａ）と、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する少なくとも一の吸収体検出器（１０Ｂ）と、演算装置（１２）とを具備する。散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）のそれぞれは、半導体基板（１）と、半導体基板（１）の第１主面（１ａ）上に行列に並んで配置された複数の画素電極（２）とを含む。複数の画素電極（２）は、隣接する２つの画素電極（２）の中心の距離が、電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置されている。演算装置（１２）は、散乱体検出器（１０Ａ）のいずれかでコンプトン散乱が発生し、散乱体検出器（１０Ａ）のいずれかにおけるコンプトン散乱で発生した反跳電子が、コンプトン散乱が発生した散乱体検出器（１０Ａ）の内部において半導体基板（１）の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体検出器（１０Ｂ）のいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントを散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）から得られる信号に基づいて抽出し、抽出されたイベントのそれぞれについて反跳電子が跳ね飛ばされる反跳方向に基づいて電磁放射線の入射方向を特定する。

【0015】

測定対象の電磁放射線の光子のエネルギーが、０．３〜２．０ＭｅＶである場合、散乱体検出器（１０Ａ）及び吸収体検出器（１０Ｂ）の画素電極（２）は、隣接する２つの画素電極（２）の中心の距離が、１０〜２０μｍの範囲にあるように配置されることが好ましい。

【0016】

好適な実施形態では、散乱体検出器（１０Ａ）が、更に、半導体基板（１）の第１主面（１ａ）に対向する第２主面（１ｂ）上に配置された複数の裏面電極（３）を備えており、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の裏面電極（３）のそれぞれは、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の画素電極（２）の複数に対向するように配置される。ここで、散乱体検出器（１０Ａ）それぞれにおいて、複数の裏面電極（３）の数が複数の画素電極（２）の数よりも少ない。この場合、放射線測定装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ）が、更に、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の画素電極（２）から読み出された第１アナログ信号から第１画素電極測定データを生成する第１信号処理部（２１）と、第１画素電極測定データを一時的に保存する一時保存領域（１６ａ）と、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の裏面電極（３）から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成する第２信号処理部（２３）と、データ処理部（１７）とを具備していてもよい。この場合、データ処理部（１７）は、第１画素電極測定データのうち裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを一時保存領域（１６ａ）から読み出して演算装置（１２）に転送し、演算装置（１２）は、選択画素電極測定データに基づいてイベントの抽出と電磁放射線の入射方向の特定とを行うことが好ましい。

【0017】

この場合、更に、吸収体検出器（１０Ｂ）の複数の画素電極（２）から読み出された第３アナログ信号から第２画素電極測定データを生成する第３信号処理部（２１）を具備し、データ処理部（１７）は、選択画素電極測定データを、裏面電極測定データと第２画素電極測定データとに応じて選択することが好ましい。

【0018】

一実施形態では、データ処理部（１７）は、あるフレーム期間において得られた裏面電極測定データ及び第２画素電極測定データが所定の条件を満足する場合、該フレーム期間において得られた第１画素電極測定データ、第２画素電極測定データ及び裏面電極測定データを演算装置（１２）に転送し、演算装置（１２）は、該フレーム期間において得られた第１画素電極測定データ、第２画素電極測定データ及び裏面電極測定データに基づいてイベントの抽出と電磁放射線の入射方向の特定とを行うことが好ましい。

【0019】

第１信号処理部（２１）が、信号処理ＩＣ（２１）に集積化される場合、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の画素電極（２）のそれぞれは、信号処理ＩＣ（２１）に設けられたパッド（２１）にバンプ（２８）を介して接続されることが好ましい。

【0020】

好適な実施形態では、散乱体検出器（１０Ａ）の複数の画素電極（２）は、第１主面（１ａ）に平行な第１方向、及び、第１主面（１ａ）に平行で第１方向に垂直な第２方向に並んで配置され、複数の裏面電極（３）のそれぞれが、第１方向に延伸するように形成され、複数の裏面電極（３）は、第２方向に並んで配置される。

【0021】

一実施形態では、散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）のそれぞれは、更に、半導体基板（１）の第１主面（１ａ）に対向する第２主面（１ｂ）上に配置された複数の裏面電極（３）を備えており、複数の裏面電極（３）のそれぞれは、複数の画素電極（２）の複数に対向するように配置され、散乱体検出器（１０Ａ）及び吸収体検出器（１０Ｂ）のそれぞれにおいて、複数の裏面電極（３）の数が、複数の画素電極（２）の数よりも少ない。この場合、当該放射線測定装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ）が、更に、散乱体検出器（１０Ａ）及び吸収体検出器（１０Ｂ）の複数の画素電極（２）から読み出された第１アナログ信号から画素電極測定データを生成する第１信号処理部（２１）と、画素電極測定データを一時的に保存する一時保存領域（１６ａ）と、散乱体検出器（１０Ａ）及び吸収体検出器（１０Ｂ）の複数の裏面電極（３）から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成する第２信号処理部（２３）と、データ処理部（１７）とを具備することが好ましい。データ処理部（１７）は、画素電極測定データのうち裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを一時保存領域（１６ａ）から読み出して演算装置（１２）に転送し、演算装置（１２）は、選択画素電極測定データに基づいてイベントの抽出と電磁放射線の入射方向の特定とを行う。

【0022】

本発明の他の観点では、放射線の検出に用いられる半導体検出器（１０）が、半導体基板（１）と、半導体基板（１）の第１主面（１ａ）の上に行列に並んで配置された複数の画素電極（２）と、半導体基板（１）の第１主面（１ａ）に対向する第２主面（１ｂ）上に配置された複数の裏面電極（３）とを具備する。複数の裏面電極（３）のそれぞれは、複数の画素電極（２）の複数に対向するように配置され、複数の裏面電極（３）の数が、複数の画素電極（２）の数よりも少ない。

【0023】

本発明の更に他の観点では、放射線測定装置（２０Ｃ）が、上述の半導体検出器（１０）と、複数の画素電極（２）から読み出された第１アナログ信号から画素電極測定データを生成する第１信号処理部（２１）と、画素電極測定データを一時的に保存する一時保存領域（１６ａ）と、複数の裏面電極（３）から読み出された第２アナログ信号から裏面電極測定データを生成する第２信号処理部（２３）と、画素電極測定データのうち裏面電極測定データに応じて選択された選択画素電極測定データを一時保存領域（１６ａ）から読み出して演算装置（１２）に転送するデータ処理部（１７）と、一時保存領域（１６ａ）から読み出された画素電極測定データに基づいて電磁放射線を測定するための演算を行う演算装置（１２）とを具備する。

【0024】

演算装置（１２）は、一時保存領域（１６ａ）から読み出された画素電極測定データに加え、裏面電極測定データに基づいて電磁放射線を測定するための演算を行うことが好ましい。

【0025】

本発明の更に他の観点では、測定対象の電磁放射線を散乱する散乱体として機能する散乱体検出器（１０Ａ）と、電磁放射線を吸収する吸収体として機能する吸収体検出器（１０Ｂ）とを備え、散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）のそれぞれが、半導体基板（１）と、半導体基板（１）の主面上に行列に並んで配置された複数の画素電極（２）とを含み、散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）のそれぞれの複数の画素電極（２）が、隣接する２つの画素電極（２）の中心の距離が電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置された放射線測定装置を用いて電子トラッキング型コンプトンカメラを実現するための放射線測定方法が提供される。当該放射線測定方法は、散乱体検出器（１０Ａ）のいずれかでコンプトン散乱が発生し、散乱体検出器（１０Ａ）のいずれかにおけるコンプトン散乱で発生した反跳電子がコンプトン散乱が発生した散乱体検出器（１０Ａ）の内部において半導体基板（１）の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体検出器（１０Ｂ）のいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントを散乱体検出器（１０Ａ）と吸収体検出器（１０Ｂ）とから得られる信号に基づいて抽出するステップと、抽出されたイベントのそれぞれについて、反跳電子が跳ね飛ばされる反跳方向に基づいて電磁放射線の入射方向を特定するステップとを具備する。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、半導体検出器を利用したコンプトンカメラにおいて、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向の絞り込みを行う電子トラッキング型コンプトンカメラを実現するための技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】ガンマ線のコンプトン散乱を示す概念図である。

【図2】コンプトンカメラの原理を示す概念図である。

【図3】反跳電子が跳ね飛ばされる方向に基づいてガンマ線の入射方向の絞り込みを行うことができることを示す概念図である。

【図4】第１の実施形態におけるコンプトンカメラの構成を示す図である。

【図5】第１の実施形態のコンプトンカメラの検出器モジュールの構成の一例を示すブロック図である。

【図6】第１の実施形態における半導体検出器（散乱体検出器及び吸収体検出器）の構成の一例を示す上面図である。

【図7】第１の実施形態における半導体検出器の構成の一例を示す下面図である。

【図8】第１の実施形態における半導体検出器の構成の一例を示す断面図である。

【図9】第１の実施形態におけるコンプトンカメラの動作を示すフローチャートである。

【図10】反跳電子の飛跡の特定の一例を示す図である。

【図11】本発明の第２の実施形態における散乱体検出器の構成を示す斜視図である。

【図12】第２の実施形態における散乱体検出器の構成を示す上面図である。

【図13】第２の実施形態における散乱体検出器の構成を示す下面図である。

【図14】第２の実施形態における散乱体検出器の構成を示す断面図である。

【図15】第２の実施形態における散乱体検出器の構成の変形例を示す下面図である。

【図16】第２の実施形態における散乱体検出器の構成の変形例を示す断面図である。

【図17】第２の実施形態におけるコンプトンカメラの構成の一例を示すブロック図である。

【図18】第２の実施形態のコンプトンカメラの検出器モジュールの構成の一例を示すブロック図である。

【図19】検出器モジュールにおける散乱体検出器の実装の一例を示す断面図である。

【図20】第２の実施形態における測定データの取得の動作を示すタイミングチャートである。

【図21】第３の実施形態におけるコンプトンカメラの構成の一例を示すブロック図である。

【図22】第３の実施形態のコンプトンカメラの検出器モジュールの構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、同一又は類似する構成要素は、同一又は対応する参照符号を用いて参照されることに留意されたい。

【0029】

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態におけるコンプトンカメラ２０の装置構成を示すブロック図である。図４に示されているように、本実施形態のコンプトンカメラ２０は、積層された複数の検出器モジュール１１Ａ、１１Ｂと、演算装置１２と、表示装置１３とを備えている。

【0030】

検出器モジュール１１Ａは、散乱体として機能する半導体検出器を備えたモジュールであり、検出器モジュール１１Ｂは、吸収体として機能する半導体検出器を備えたモジュールである。以下において、散乱体として機能する半導体検出器は、散乱体検出器１０Ａといい、吸収体として機能する半導体検出器は、吸収体検出器１０Ｂということがある。また、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂを総称して半導体検出器１０ということがある。検出器モジュール１１Ａは、測定しようとする電磁放射線（例えば、ガンマ線やＸ線）の入射側に位置しており、検出器モジュール１１Ｂは、検出器モジュール１１Ａの後方に位置している。

【0031】

演算装置１２は、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂから読み出されたアナログ信号から得られる測定データに対してデータ処理を行い、線源の空間的分布を算出する。演算装置１２は、記憶装置１２ａを有しており、測定データその他のデータ処理に必要なデータを記憶装置１２ａに記憶する。表示装置１３は、コンプトンカメラ２０のユーザインタフェースとして用いられる。表示装置１３は、例えば、演算装置１２によって算出された線源の空間的分布を表示するために用いられる。

【0032】

図５は、散乱体検出器１０Ａを備える検出器モジュール１１Ａの構成を示すブロック図である。なお、吸収体検出器１０Ｂを備える検出器モジュール１１Ｂは、散乱体検出器１０Ａが吸収体検出器１０Ｂに置換されていることを除き、検出器モジュール１１Ａと同様の構成を有している。図５に図示されているように、検出器モジュール１１Ａは、散乱体検出器１０Ａに加え、信号処理ＩＣ（integrated circuit）２１と、インターフェース２２とを備えている。

【0033】

図６〜図８は、本発明の一実施形態における散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの構成を概念的に示す図である。ここで、図６は、半導体検出器１０の構成を示す上面図であり、図７は、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの構成を示す下面図である。また、図８は、Ａ−Ａ断面（図６、図７参照）における散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの構成を示す断面図である。なお、以下では、ＸＹＺ直交座標系を用いて説明を行い、方向をＸＹＺ直交座標系の座標軸の方向として示すことがある。

【0034】

図６〜図８に図示されているように、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂのそれぞれは、半導体基板１を備えている。半導体基板１は、例えば、ＣｄＴｅやシリコンのような半導体で形成される。ここで、散乱体検出器１０Ａでは、コンプトン散乱を起こしやすくなるように、半導体基板１が原子番号の小さい材料（例えば、シリコン）で形成される。一方、吸収体検出器１０Ｂでは、半導体基板１が、原子番号が大きい材料（例えば、ＣｄＴｅ）で形成される。なお、本実施形態では、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの構成は、半導体基板１の材料が異なる点以外、同一である。

【0035】

半導体基板１の表側主面１ａには、複数の画素電極２が形成されており、裏側主面１ｂには、裏面電極３が形成されている。ここで、表側主面１ａ、裏側主面１ｂは、半導体基板１の有する面のうち、面積が最も大きい２つの面であり、互いに対向している。本実施形態では、表側主面１ａ、裏側主面１ｂは、ＸＺ平面に平行である。

【0036】

図６に図示されているように、画素電極２は、行列に並んで配置されており、いわゆる「ピクセル型」検出器を構成している。本実施形態では、画素電極２のそれぞれは、矩形、より具体的には正方形の平面形状を有している。裏面電極３は、該複数の画素電極２に対向するように設けられている。半導体基板１の、各画素電極２と裏面電極３とで挟まれた部分のそれぞれは、画素を構成している。各画素において発生した電荷の量に対応するアナログ信号が各画素電極２から得られる。なお、図６〜図８には、単一の裏面電極３が半導体基板１の裏側主面１ｂに接合されている構成が図示されているが、後に詳細に議論されるように、複数の裏面電極３が形成される構成も可能である。

【0037】

図５に戻り、信号処理ＩＣ２１は、散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂの各画素電極２から読み出したアナログ信号を処理する信号処理部として動作する。信号処理ＩＣ２１は、各フレーム期間において散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂの全ての画素電極２からアナログ信号を同時に読み出す。「フレーム期間」とは、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの全ての画素電極２からアナログ信号が一度読み出される期間である。各フレーム期間の長さが、各画素電極２からアナログ信号を読み出す周期となる。信号処理ＩＣ２１は、更に、画素電極２から読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って該アナログ信号の信号レベルを示す測定データを生成する。散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂの各画素電極２から読み出されたアナログ信号から得られた測定データを、以下、「画素電極測定データ」ということがある。各信号処理ＩＣ２１は、散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データ（より厳密には、散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂの画素電極２から読み出されたアナログ信号から生成された画素電極測定データ）を、インターフェース２２を介して演算装置１２に送信する。信号処理ＩＣ２１は、更に、散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂの裏面電極３を所望の電位に駆動する機能も有している。

【0038】

インターフェース２２は、信号処理ＩＣ２１と演算装置１２との間でデータのやり取りを行う機能を有している。詳細には、インターフェース２２は、信号処理ＩＣ２１から演算装置１２に画素電極測定データを転送し、また、信号処理ＩＣ２１を制御する制御データを演算装置１２から信号処理ＩＣ２１に転送する。

【0039】

本実施形態のコンプトンカメラ２０では、コンプトン散乱で発生する反跳電子の反跳方向、即ち、反跳電子が跳ね飛ばされる方向を用いて電磁放射線（例えば、ガンマ線及びＸ線）の入射方向を特定し、線源の空間的分布を算出するように構成される。より具体的には、本実施形態のコンプトンカメラ２０では、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、散乱体検出器１０Ａのいずれかでコンプトン散乱が発生し、該コンプトン散乱で発生した反跳電子が、コンプトン散乱が発生した散乱体検出器１０Ａの内部において半導体基板１の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体検出器１０Ｂのいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントが抽出される。このようなイベントについて、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向が特定され、更に、線源の空間的分布が算出される。

【0040】

反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向の絞り込みを行う手法を採用する場合、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂの空間分解能を向上させることが求められる。反跳電子の反跳方向を特定するために求められる空間分解能を実現するために、本実施形態では、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂの画素電極２のピッチ、即ち、隣接する画素電極２の中心の間の距離が、測定しようとする電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程に応じて調節される。図６では、画素電極２のピッチが記号ｄ_{ＰＩＸＥＬ}として図示されている。ここで、「画素電極２の中心」とは、平面形状における重心を意味しており、画素電極２が矩形（又は正方形）である場合には、対角線の交点と一致する。

【0041】

詳細には、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂそれぞれの画素電極２は、画素電極２のピッチが、反跳電子の平均自由工程よりも小さくなるように配置される。画素電極２のピッチは、反跳電子の平均自由工程よりも十分小さいことが好ましく、より具体的には、反跳電子の平均自由工程の１／５以下、より好適には、１／１０以下であることが好ましい。ここで、反跳電子の平均自由工程は、入射する電磁放射線（例えば、ガンマ線又はＸ線）のエネルギーによって定まるパラメータである。０．３〜２．０ＭｅＶのエネルギーのガンマ線の測定を行う場合、反跳電子の平均自由工程は、１００μｍ〜数百μｍであり、画素電極２のピッチは、２０μｍ以下であることが好ましく、特に、１０〜２０μｍの範囲であることが好ましい。

【0042】

続いて、本実施形態のコンプトンカメラ２０の動作について説明する。図９は、本実施形態のコンプトンカメラ２０において線源の空間的分布を算出する手順を示すフローチャートである。

【0043】

ステップＳ０１：
各検出器モジュール１１Ａ、１１Ｂにより、電磁放射線が入射したフレーム期間の画素電極測定データが逐次に取得され、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納される。詳細には、下記のようにして画素電極測定データが取得される。

【0044】

各検出器モジュール１１Ａ、１１Ｂの信号処理ＩＣ２１は、各フレーム期間において散乱体検出器１０Ａ又は各吸収体検出器１０Ｂの各画素電極２からアナログ信号を読み出し、読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って画素電極測定データを生成する。信号処理ＩＣ２１は、生成した画素電極測定データをインターフェース２２を介して演算装置１２に転送する。信号処理ＩＣ２１から演算装置１２に送られた画素電極測定データは、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納される。

【0045】

ステップＳ０２：
散乱体検出器１０Ａを搭載する検出器モジュール１１Ａから得られた画素電極測定データから、コンプトン散乱により発生した反跳電子の飛跡が特定される。例えば、図１０に図示されているように、画素電極測定データから、反跳電子が、あるフレーム期間において、ある散乱体検出器１０Ａの連続して位置する画素、例えば、図１０では画素電極２ａ、２ｂ、２ｃで形成される画素を通過したことを検出することができる。この場合、散乱体検出器１０Ａの内部における反跳電子の飛跡が、画素電極２ａから画素電極２ｃに到達する飛跡であると特定することができる。また、画素電極測定データから、あるフレーム期間における、ある散乱体検出器１０Ａの内部での反跳電子の飛跡が、単一の画素の内部で完結している（例えば、反跳電子が当該画素から散乱体検出器１０Ａの外部に飛び出した場合が該当する）ことを検出することもできる。

【0046】

ステップＳ０３：
演算装置１２の記憶装置１２ａに格納されている画素電極測定データから、コンプトンコーンの再構成、即ち、電磁放射線の入射方向の特定が行われるべきイベントが抽出される。より詳細には、ステップＳ０３では、
（１）ある散乱体検出器１０Ａにおいて電磁放射線の光子のコンプトン散乱が発生し、その後、該コンプトン散乱で散乱された光子がある吸収体検出器１０Ｂに光電吸収によって吸収され、且つ、
（２）該コンプトン散乱で発生した反跳電子の反跳方向が、該散乱体検出器１０Ａの内部において半導体基板１の面内方向の成分を有するような方向であるイベント
が抽出される。このようなイベントの抽出には、ステップＳ０２で算出された反跳電子の飛跡が参照される。例えば、反跳電子の飛跡が、複数の連続して位置する複数の画素を通過していれば、反跳電子の反跳方向が半導体基板１の面内方向の成分を有するような方向であると特定することができる。

【0047】

ステップＳ０３におけるイベントの抽出においてステップＳ０２において算出された反跳電子の飛跡を参照することは、画素電極測定データのイベントへの対応付けの容易化の観点でも好ましい。現在、一般的な電磁放射線（ガンマ線、Ｘ線等）の測定手法では、測定データのイベントへの対応付けに困難性が存在する。特に、電磁放射線の強度が非常に強い環境では、複数の電磁放射線が同時に入射する事態が発生し得るので、測定データのイベントへの対応付けの問題は一層に深刻化する。このため、一般的な電磁放射線の測定手法では、電磁放射線の入射を検出する毎に電磁放射線の測定が停止される。即ち、電磁放射線の入射を検出するとトリガが発生され、測定データの収集が一時的に停止される。その後、測定データを読み出してデータ処理が行われ、更に、データ処理の処理系をリセットした後で測定データの収集が再開される。このような手順では、デッドタイム（電磁放射線を測定できない時間）が発生し、電磁放射線の測定の効率が低下する。

【0048】

一方、本願発明では、反跳電子の飛跡の情報を用いることにより、同一イベントに対応する画素電極測定データの特定を容易に行うことができる。このため、画素電極測定データを連続的に取得しながら電磁放射線の測定を行うことができる。

【0049】

加えて、反跳電子の飛跡を参照することは、中性子の入射が多い環境、例えば、宇宙空間においてコンプトンカメラ２０を用いる場合におけるノイズ低減に有用である。中性子が散乱体検出器１０Ａ又は吸収体検出器１０Ｂに入射した場合、入射した中性子は、半導体基板１を構成する材料の原子核により弾性散乱されるので、反跳電子は発生しない。よって、反跳電子の飛跡が存在しないイベントを除外することでノイズを低減することができる。

【0050】

ステップＳ０４：
ステップＳ０３において抽出されたイベントについて、コンプトンコーンの再構成、即ち、電磁放射線の入射方向の特定が行われる。コンプトンコーンの再構成は、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納されている画素電極測定データに基づいて行われる。まず、抽出された各イベントにおける、当該散乱体検出器１０Ａにおいてコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１、当該吸収体検出器１０Ｂにおいて光電吸収が発生した位置Ｘ２、及び、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ_２が算出される。

【0051】

更に、抽出された各イベントについて、該コンプトン散乱における電磁放射線の散乱角θが算出される。電磁放射線の散乱角θの算出は、上記の式（１）、（２）、又は、式（１）、（２）と等価な式に基づいて行われる。

【0052】

このようにして得られたコンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ_２、及び、電磁放射線の散乱角θから、各イベントについて第１のコンプトンコーンを再構成することができる。

【0053】

更に、抽出された各イベントについて、当該散乱体検出器１０Ａの内部における反跳電子の反跳方向に基づいて第２のコンプトンコーンが再構成される。ここで、反跳電子の反跳方向は、ステップＳ０２で算出された反跳電子の飛跡から得ることができる。演算装置１２は、各イベントについて再構成された第１のコンプトンコーン及び第２のコンプトンコーンから、電磁放射線の入射方向を円弧として特定する。演算装置１２は、このようにして特定した電磁放射線の入射方向に関する情報を含む入射方向データを生成し、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納する。

【0054】

ステップＳ０５：
演算装置１２は、ステップＳ０４において得られた入射方向データに基づいて線源の空間的分布を算出し、更に、線源の空間的分布を示す線源分布画像を生成する。演算装置１２は、生成した線源分布画像を、演算装置１２のユーザインタフェースに対するユーザによる操作に応じて、表示装置１３に表示する。

【0055】

以上に説明されているように、本実施形態のコンプトンカメラ２０では、コンプトン散乱で発生する反跳電子の飛跡が算出され、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向が特定される。上述のように、反跳電子の反跳方向を用いて電磁放射線の入射方向を特定することで、電磁放射線の入射方向の範囲の絞り込みを行うことができる。

【0056】

ここで、本実施形態のコンプトンカメラ２０では、散乱体検出器１０Ａのいずれかでコンプトン散乱が発生し、該コンプトン散乱で発生した反跳電子が、コンプトン散乱が発生した散乱体検出器１０Ａの内部において半導体基板１の面内方向の成分を有するような方向に跳ね飛ばされ、コンプトン散乱によって散乱された光子が吸収体検出器１０Ｂのいずれかにおいて吸収される光電吸収が発生するイベントが抽出される。このようなイベントを抽出し、該イベントに対応する画素電極測定データについてデータ処理を行うことにより、電磁放射線の入射方向を特定することができる。

【0057】

加えて、本実施形態のコンプトンカメラ２０では、反跳電子の反跳方向の特定を可能にするために、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂの画素電極２のピッチ、即ち、隣接する画素電極２の中心の間の距離が、測定しようとする電磁放射線のコンプトン散乱で発生する反跳電子の平均自由工程に応じて選択される。これにより、反跳電子の反跳方向の特定に必要な空間分解能を、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂにおいて実現することができる。

【0058】

（第２の実施形態）
第１の実施形態のコンプトンカメラ２０では、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂとして行列に配置された画素電極２を備えるピクセル型検出器が使用される。ピクセル型検出器を使用することの一つの問題点は、画素電極２の数を増大させると、演算装置１２が処理すべきデータの量が増大してしまうことである。ピクセル型検出器を用いて電磁放射線の検出を行う場合、各画素電極から得られたデータを処理する必要がある。しかしながら、画素電極の数が増大すると、処理すべきデータの量が増大してしまう。

【0059】

特に、第１の実施形態のコンプトンカメラ２０では、反跳電子の飛跡（反跳電子の反跳方向）を特定するために、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂの空間分解能を高くする必要があり、このためには、画素電極２の数を増大させる必要がある。処理すべきデータの量の増大に対応するためには、高い能力の演算装置１２を用いる必要があるが、これは、コストを不所望に増大させる。第２の実施形態では、各散乱体検出器１０Ａ及び／又は各吸収体検出器１０Ｂの画素電極２の数の増大に伴うデータ量の増大の問題に対応するための構成が提示される。

【0060】

より具体的には、第２の実施形態では、各散乱体検出器１０Ａの構成が変更される。図１１〜図１４は、第２の実施形態における各散乱体検出器１０Ａの構成を概念的に示す図である。ここで、図１１は、第２の実施形態における各散乱体検出器１０Ａの構成を示す斜視図であり、図１２は、各散乱体検出器１０Ａの構成を示す上面図である。また、図１３は、各散乱体検出器１０Ａの構成を示す下面図であり、更に、図１４は、図１２、１３のＢ−Ｂ断面における断面構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、方向をＸＹＺ直交座標系の座標軸の方向として示すことがある。

【0061】

第２の実施形態の散乱体検出器１０Ａの構成は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、図１１〜図１３に図示されているように、半導体基板１の裏側主面１ｂに複数の裏面電極３が形成されている点で相違する。第１の実施形態の散乱体検出器１０Ａでは、裏側主面１ｂに単一の裏面電極３しか設けられていないことに留意されたい。なお、第１の実施形態と同様に、画素電極２は、行列に並んで配置されている。

【0062】

より具体的には、第２の実施形態の散乱体検出器１０Ａでは、裏面電極３が、Ｘ軸方向（第１方向）に延伸するストライプ型の電極として構成されており、Ｙ軸方向（第１方向に垂直な第２方向）に並んで配置されている。裏面電極３のそれぞれは、複数の画素電極２に対向するように設けられており、本実施形態では、裏面電極３のそれぞれは、Ｘ軸方向に一列に並んだ複数の画素電極２に対向するように配置される。裏面電極３のそれぞれが複数の画素電極２に対向する配置では、裏面電極３の数が画素電極２の数よりも小さいことに留意されたい。また、図１１〜図１４に図示された本実施形態の構成では、画素電極２のそれぞれが、複数の裏面電極３のうちの一の裏面電極３に対向し、他の裏面電極３には対向しないように配置されている。半導体基板１の、各画素電極２と、それに対応する裏面電極３とで挟まれた部分のそれぞれは、画素を構成している。各画素において発生した電荷の量に対応するアナログ信号が各画素電極２から得られる。

【0063】

このような構成の散乱体検出器１０Ａでは、裏面電極３から得られる信号から、いずれかの画素に放射線が入射したことを検知することができ、画素電極２から得られた画素電極測定データのうち散乱体検出器１０Ａに電磁放射線が入射した時点における画素電極測定データを選択することができる。詳細には、ある画素に電磁放射線が入射した場合、当該画素において電荷が発生し、当該画素の画素電極２と、該画素電極２に対向する裏面電極３とに信号が発生する。裏面電極３に発生した信号から、当該裏面電極３に対向する複数の画素電極２の画素のいずれかに電磁放射線が入射したことを検出することができる。ここで、裏面電極３の数は画素電極２の数よりも少ないから、裏面電極３に発生した信号を処理するための演算負荷は小さくでき、また、裏面電極３から信号を得るためのトリガーの生成も容易であることに留意されたい。そして、裏面電極３から得られる信号に基づいて散乱体検出器１０Ａの画素電極２から得られた画素電極測定データのうち電磁放射線が入射した時点に対応する画素電極測定データを選択し、選択された画素電極測定データを分析して放射線の検出を行うことにより、処理すべき画素電極測定データの量を低減することができる。

【0064】

図１１〜図１４に図示された構成では、ストライプ型の裏面電極３を有する構成が図示されているが、裏面電極３のそれぞれが、複数の画素電極２に対向するように配置され、裏面電極３の数が画素電極２の数よりも少ないような配置であれば、裏面電極３の配置は様々に変更され得る。

【0065】

図１５、図１６は、裏面電極３の配置が異なる散乱体検出器１０Ａの構成を図示している。ここで、図１５は、散乱体検出器１０Ａの構成を示す下面図であり、図１６は、図１５に図示されたＣ−Ｃ断面における散乱体検出器１０Ａの構成を示す断面図である。

【0066】

図１５、図１６に図示された構成では、裏面電極３が、行列に（図１５の例では、３行３列に）配置されている。ここで、裏面電極３のそれぞれは、４行４列に配置された画素電極２に対向するように配置されている。ただし、画素電極２のそれぞれが、複数の裏面電極３のうちの一の裏面電極３に対向し、他の裏面電極３には対向しないように配置されていることに留意されたい。

【0067】

このような構成でも、裏面電極３から得られる信号を用いることで、全ての画素電極２から得られた画素電極測定データのうち、散乱体検出器１０Ａに電磁放射線が入射した位置及びその近傍の画素電極２から得られた画素電極測定データを選択することができる。ただし、図１１〜図１４に図示されているような、ストライプ型の裏面電極３を用いる構成は、裏面電極３から信号を得るための実装が容易であるため、ストライプ型の裏面電極３を用いる構成が好ましい。

【0068】

図１７は、上述された散乱体検出器１０Ａを用いる第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａの構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａの構成は、第１の実施形態のコンプトンカメラ２０の構成と類似している。第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａも、第１の実施形態のコンプトンカメラ２０と同様に、複数の検出器モジュール１１Ａ、１１Ｂと、演算装置１２と、表示装置１３とを備えている。ただし、第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａでは、散乱体検出器１０Ａの構成の変更に伴い、散乱体検出器１０Ａを搭載する検出器モジュール１１Ａの構成が変更され、更に、データ転送装置１４が設けられる。後述されるように、データ転送装置１４は、散乱体検出器１０Ａの画素電極２から得られた画素電極測定データを一時的に格納すると共に、格納した画素電極測定データのうち、有効な画素電極測定データ（即ち、線源の空間的分布を算出するために用いられる画素電極測定データ）を選択的に演算装置１２に転送する機能を有している。

【0069】

図１８は、第２の実施形態における、散乱体検出器１０Ａを備える検出器モジュール１１Ａ及び吸収体検出器１０Ｂを備える検出器モジュール１１Ｂの構成、及び、データ転送装置１４の構成を示すブロック図である。

【0070】

第２の実施形態の検出器モジュール１１Ａは、信号処理ＩＣ２１、２３と、インターフェース２２、２４とを備えている。信号処理ＩＣ２１は、散乱体検出器１０Ａの各画素電極２から読み出したアナログ信号を処理する信号処理部として機能する。詳細には、信号処理ＩＣ２１は、各フレーム期間において散乱体検出器１０Ａの全ての画素電極２からアナログ信号を同時に読み出し、更に、読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って該アナログ信号の信号レベルを示す画素電極測定データを生成する。信号処理ＩＣ２１は、生成した画素電極測定データを、インターフェース２２を介してデータ転送装置１４に送信する。

【0071】

一方、信号処理ＩＣ２３は、散乱体検出器１０Ａの各裏面電極３から読み出したアナログ信号を処理する信号処理部として機能する。詳細には、信号処理ＩＣ２３は、各裏面電極３から読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行い、該アナログ信号の信号レベルを示す測定データを生成する。各裏面電極３から読み出されたアナログ信号から得られた測定データを、以下、「裏面電極測定データ」ということがある。信号処理ＩＣ２３は、生成した裏面電極測定データを、インターフェース２４を介してデータ転送装置１４に送信する。後述されるように、各検出器モジュール１１Ａで得られた裏面電極測定データは、データ転送装置１４において、演算装置１２に最終的に転送される画素電極測定データを選択するために用いられる。

【0072】

なお、以下においては、吸収体検出器１０Ｂ及び検出器モジュール１１Ｂの構成は、第１の実施形態と同様である（即ち、吸収体検出器１０Ｂが単一の裏面電極３を有している）として説明するが、吸収体検出器１０Ｂが散乱体検出器１０Ａと同様に複数の裏面電極３を有する構成も可能である（このような変形例については後述する）。

【0073】

データ転送装置１４は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データ及び裏面電極測定データ、並びに、各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データを、演算装置１２に転送する機能を有している。ここで、データ転送装置１４は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データのうち、電磁放射線の測定に必要な画素電極測定データ（例えば、電磁放射線が入射した時点に対応する画素電極測定データ）を選択して演算装置１２に転送するように構成されている。この選択は、各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データに基づいて行われる。選択された画素電極測定データのみが演算装置１２に送られることにより、演算装置１２が処理すべき画素電極測定データの量を低減することができる。

【0074】

詳細には、データ転送装置１４は、データ処理部１５と、メモリ１６と、データ処理部１７と、インターフェース１８とを備えている。データ処理部１５、メモリ１６、データ処理部１７、インターフェース１８は、それぞれが個別の集積回路（ＩＣ）として実装されてもよい。また、データ処理部１５、メモリ１６、データ処理部１７、インターフェース１８のうちの複数がモノリシックに集積化された集積回路が用いられてもよい。

【0075】

データ処理部１５は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データを対応する検出器モジュール１１Ａから受け取り、メモリ１６に保存する。このとき、データ処理部１５は、画素電極測定データの生成に同期した時刻情報（即ち、画素電極測定データが生成された時刻に同期した内容の時刻情報）を生成し、生成した時刻情報を該画素電極測定データと共にメモリ１６に保存する。本実施形態では、データ処理部１５が画素電極測定データを検出器モジュール１１Ａから受け取った時刻を示す時刻情報が、該画素電極測定データと共にメモリ１６に保存される。メモリ１６は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データ及び該画素電極測定データに対応する時刻情報を一時的に保存するための一時保存領域１６ａを提供する。

【0076】

データ処理部１７は、各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データと、各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データとを処理する。詳細には、データ処理部１７は、各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データの生成に同期した時刻情報（即ち、該裏面電極測定データが生成された時刻に同期した内容の時刻情報）を生成すると共に、各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データの生成に同期した時刻情報（即ち、該画素電極測定データが生成された時刻に同期した内容の時刻情報）を生成する。本実施形態では、散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データに対応する時刻情報は、データ処理部１７が各散乱体検出器１０Ａから裏面電極測定データを受け取った時刻を示すように生成され、吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データに対応する時刻情報は、データ処理部１７が各吸収体検出器１０Ｂから画素電極測定データを受け取った時刻を示すように生成される。更に、データ処理部１７は、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを、演算装置１２に転送すべきか否かを判断する。この判断は、各散乱体検出器１０Ａから得られる裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データに基づいて行われる。転送すると判断した場合、データ処理部１７は、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送する。この転送において、データ処理部１７は、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データと共に、それらに対応する時刻情報を演算装置１２に転送する。演算装置１２に転送された画素電極測定データ、裏面電極測定データ及びそれらに対応する時刻情報は、記憶装置１２ａに保存され、電磁放射線の入射方向の特定及び線源の空間的分布の算出に用いられる。

【0077】

より具体的には、データ処理部１７は、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データが、所定の条件（以下では、「データ取得条件」ということがある。）を満たしている場合、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ、当該フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ、並びにそれらに対応する時刻情報を演算装置１２に転送する。ここで、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データは、時刻情報と共にメモリ１６の一時保存領域１６ａに格納されていることに留意されたい。データ処理部１７は、該時刻情報を参照して、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データのうちデータ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データ及び対応する時刻情報を選択して一時保存領域１６ａから読み出し、一時保存領域１６ａから読み出した画素電極測定データ及び時刻情報を演算装置１２に送信する。演算装置１２への画素電極測定データ、裏面電極測定データ及び時刻情報の転送は、インターフェース１８を介して行われる。

【0078】

例えば、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、当該フレーム期間において散乱体検出器１０Ａ、吸収体検出器１０Ｂのいずれかに電磁放射線が入射したと判断される場合に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。このとき、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データについては、データ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データが時刻情報を参照しながら選択され、選択された画素電極測定データが演算装置１２に転送される。他の例としては、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、一の散乱体検出器１０Ａ及び一の吸収体検出器１０Ｂに電磁放射線が入射したと判断される場合に（一の散乱体検出器１０Ａでコンプトン散乱が発生し、一の吸収体検出器１０Ｂで光電吸収が発生した場合が想定されている）、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。この場合も同様に、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データについては、データ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データが時刻情報を参照しながら選択され、選択された画素電極測定データが一時保存領域１６ａから読み出されて演算装置１２に転送される。

【0079】

演算装置１２は、データ転送装置１４から転送された画素電極測定データと裏面電極測定データとに対してデータ処理を行い、線源の空間的分布を算出する。例えば、演算装置１２は、あるフレーム期間において散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データ、及び該フレーム期間において吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、コンプトン散乱が発生した位置Ｘ１、該コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１、反跳電子の飛跡（即ち、反跳方向）、光電吸収が発生した位置Ｘ２、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ_２、及び、電磁放射線の散乱角θを算出する。演算装置１２は、更に、これらの情報から電磁放射線の入射方向及び線源の空間的分布を算出する。このとき、演算装置１２は、該散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データを参照することにより、コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１の算出精度を向上させてもよい。

【0080】

図１９は、検出器モジュール１１Ａにおける散乱体検出器１０Ａの実装の一例を示す断面図である。一実施形態では、検出器モジュール１１Ａは、プリント配線基板２５を備えている。散乱体検出器１０Ａ及び信号処理ＩＣ２３は、プリント配線基板２５の上に形成された配線に接合される。詳細には、散乱体検出器１０Ａは、プリント配線基板２５の上に形成された配線２６の上に接合される。ここで、配線２６は、散乱体検出器１０Ａの裏面電極３と信号処理ＩＣ２３とを電気的に接続するための配線である。即ち、散乱体検出器１０Ａの裏面電極３が、配線２６に接合される。一方、信号処理ＩＣ２３は、配線２６、２７の上に接合される。ここで、配線２７は、信号処理ＩＣ２３とインターフェース２２とを電気的に接続する配線である。

【0081】

一方、散乱体検出器１０Ａの画素電極２と信号処理ＩＣ２１とは、フリップチップ接続によって接続される。詳細には、信号処理ＩＣ２１は、パッド２１ａを備えており、該パッド２１ａのそれぞれにはバンプ２８が接合される。該バンプ２８が、散乱体検出器１０Ａの画素電極２に接続される。各画素電極２に生成されたアナログ信号は、バンプ２８を介して信号処理ＩＣ２１のパッド２１ａに読み出される。本実施形態のコンプトンカメラ２０Ａでは、このような構成により、複数の画素電極２が信号処理ＩＣ２１に並列に接続される。複数の画素電極２が信号処理ＩＣ２１に並列に接続されることは、時間分解能の向上に有効である。

【0082】

なお、図１９には、インターフェース２２、２４は図示されていないが、インターフェース２２、２４もプリント配線基板２５の上に実装されてもよい。

【0083】

続いて、本実施形態のコンプトンカメラ２０Ａの動作について説明する。本実施形態のコンプトンカメラ２０Ａにおいて線源の空間的分布を算出する手順は、概ね、第１の実施形態のコンプトンカメラ２０と同様である（図９参照）。測定データ（画素電極測定データ及び裏面電極測定データ）が取得され（ステップＳ０１）、更に、反跳電子の飛跡が算出される（ステップＳ０２）。ステップＳ０２で算出された反跳電子の飛跡を用いてイベントが抽出され（ステップＳ０３）、抽出されたイベントについて、コンプトンコーンの再構成、即ち、電磁放射線の入射方向が特定される（ステップＳ０４）。更に、特定された電磁放射線の入射方向を用いて線源の空間的分布が算出され、線源の空間的分布を示す線源分布画像の生成及び表示が行われる（ステップＳ０５）。

【0084】

ただし、第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａでは、測定データの取得（ステップＳ０１）において、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データが所定のデータ取得条件を満たしている場合に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ、各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ、それらに対応する時刻情報が演算装置１２に転送される点において、第１の実施形態のコンプトンカメラ２０と相違する。このような動作により、第２の実施形態では、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データのうち必要なデータが選択的に演算装置１２に転送され、これにより、演算装置１２で処理すべき画素電極測定データの量を低減することができる。

【0085】

図２０は、本実施形態における測定データの取得の動作を示すタイミングチャートである。図２０には、第（Ｎ−１）乃至第（Ｎ＋１）フレーム期間における動作が図示されている。

【0086】

各検出器モジュール１１Ａの信号処理ＩＣ２１は、各フレーム期間において散乱体検出器１０Ａの各画素電極２からアナログ信号を読み出し、読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って画素電極測定データを生成する。上述のように、画素電極測定データは、各画素電極２から読み出されたアナログ信号の信号レベルを示すデータである。このようにして散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データは、データ転送装置１４のデータ処理部１５に転送され、更に、メモリ１６の一時保存領域１６ａに格納される。このとき、散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データと共に、該画素電極測定データに対応する時刻情報（該画素電極測定データの生成に同期した時刻情報）が、メモリ１６の一時保存領域１６ａに格納される。

【0087】

一方、各検出器モジュール１１Ａの信号処理ＩＣ２３は、各フレーム期間において吸収体検出器１０Ｂの各裏面電極３からアナログ信号を読み出し、読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って裏面電極測定データを生成する。このようにして散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データは、データ転送装置１４のデータ処理部１７に転送される。

【0088】

更に、各検出器モジュール１１Ｂの信号処理ＩＣ２１は、各フレーム期間において吸収体検出器１０Ｂの各画素電極２からアナログ信号を読み出し、読み出したアナログ信号に対してアナログ−デジタル変換を行って画素電極測定データを生成する。このようにして吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データは、データ転送装置１４のデータ処理部１７に転送される。

【0089】

図２０においては、第ｋフレーム期間に得られた画素電極測定データ（より厳密には、第ｋフレーム期間において散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂの各画素電極２から読み出されたアナログ信号から生成された画素電極測定データ）が、記号Ｄ_{ＰＩＸＥＬ}（ｋ）で示されている。また、第ｋフレーム期間に得られた裏面電極測定データ（より厳密には、第ｋフレーム期間において散乱体検出器１０Ａの各裏面電極３から読み出されたアナログ信号から生成された裏面電極測定データ）が、記号Ｄ_Ｒ（ｋ）で示されている。

【0090】

データ処理部１７は、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データが、所定のデータ取得条件を満たしている場合、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データ及び対応する時刻情報をメモリ１６から読み出し、更に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ、当該フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ、並びに、それらに対応する時刻情報を演算装置１２に転送する。

【0091】

例えば、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、当該フレーム期間において散乱体検出器１０Ａ、吸収体検出器１０Ｂのいずれかに電磁放射線が入射したと判断される場合に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。他の例としては、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データから、一の散乱体検出器１０Ａ及び一の吸収体検出器１０Ｂに電磁放射線が入射したと判断される場合に（一の散乱体検出器１０Ａでコンプトン散乱が発生し、一の吸収体検出器１０Ｂで光電吸収が発生した場合が想定されている）、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに各フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。データ処理部１７から演算装置１２に送られた画素電極測定データ及び裏面電極測定データは、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納される。

【0092】

例えば、図２０に図示されているように、第Ｎフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データが、所定のデータ取得条件を満たしていると判断された（例えば、散乱体検出器１０Ａ、吸収体検出器１０Ｂのいずれかに電磁放射線が入射したと判断された）とする。この場合、データ処理部１７は、第Ｎフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データＤ_{ＰＩＸＥＬ}（Ｎ）及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データＤ_Ｒ（Ｎ）、及び、それらに対応する時刻情報を演算装置１２に転送する。このとき、各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データＤ_{ＰＩＸＥＬ}（Ｎ）については、データ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データが時刻情報を参照しながら選択され、選択された画素電極測定データ及び対応する時刻情報が一時保存領域１６ａから読み出されて演算装置１２に転送される。

【0093】

図２０の動作では、第Ｎフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データＤ_{ＰＩＸＥＬ}（Ｎ）及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データＤ_Ｒ（Ｎ）が、次のフレーム期間（第（Ｎ＋１）フレーム期間）において演算装置１２に転送されている。ただし、第Ｎフレーム期間において得られた画素電極測定データ及び裏面電極測定データの演算装置１２への転送のタイミングは、電磁放射線の入射の検出以後であれば、適宜に選択され得ることに留意されたい。

【0094】

演算装置１２は、記憶装置１２ａに格納された画素電極測定データ、裏面電極測定データ及びそれらに対応する時刻情報とに基づいて、上述されている、反跳電子の飛跡の算出（ステップＳ０２）、イベントの抽出（ステップＳ０３）、コンプトンコーンの再構成（ステップＳ０４）、及び、線源分布画像の生成と表示（ステップＳ０５）を行う。ここで、ステップＳ０４のコンプトンコーンの再構成においては、演算装置１２は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データと共に、当該散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データを用いることで、コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１の算出精度を向上させてもよい。

【0095】

以上に説明された動作によれば、散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データのうち必要なデータを選択的に演算装置１２に転送することができる。不必要な画素電極測定データは演算装置１２に転送されず、したがって、演算装置１２が処理すべきデータの量を低減させることができる。このような利点は、特に、散乱体検出器１０Ａに設けられた画素電極２の数が多い場合に顕著である。

【0096】

（第３の実施形態）
第２の実施形態では、散乱体検出器１０Ａが、図１１〜図１６に図示されているような複数の裏面電極３を有する構造に構成されていたが、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂでは、吸収体検出器１０Ｂについても複数の裏面電極３を有する上述の構造が採用される。

【0097】

図２１は、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂの構成の一例のブロック図である。第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂの構成は、第２の実施形態のコンプトンカメラ２０Ａの構成と類似している。ただし、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂでは、吸収体検出器１０Ｂの構成の変更に伴い、吸収体検出器１０Ｂを搭載する検出器モジュール１１Ｂの構成が、散乱体検出器１０Ａを搭載する検出器モジュール１１Ａと同様の構成に変更される。

【0098】

図２２は、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂにおける検出器モジュール１１Ａ、１１Ｂの構成、並びに、データ転送装置１４の構成を示すブロック図である。検出器モジュール１１Ａは、第３の実施形態においても第２の実施形態と同様に、散乱体検出器１０Ａと、信号処理ＩＣ２１、２３と、インターフェース２２、２４とを備えている。同様に、検出器モジュール１１Ｂは、吸収体検出器１０Ｂと、信号処理ＩＣ２１、２３と、インターフェース２２、２４とを備えている。検出器モジュール１１Ｂの構成は、散乱体検出器１０Ａが吸収体検出器１０Ｂに置換されている点を除き、検出器モジュール１１Ａと同様である。

【0099】

ただし、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂでは、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データが、いずれも、データ処理部１５に転送され、メモリ１６の一時保存領域１６ａに保存される一方で、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データが、いずれも、データ処理部１７に転送される。データ処理部１７は、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データを処理する。

【0100】

詳細には、データ処理部１７は、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ及び裏面電極画像データ、並びに、それらに対応する時刻情報を、演算装置１２に転送すべきか否かを判断する。本実施形態では、この判断は、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる裏面電極測定データに基づいて行われる。演算装置１２に転送された画素電極測定データ及び裏面電極測定データそれらに対応する時刻情報と共に記憶装置１２ａに保存され、電磁放射線の入射方向の特定及び線源の空間的分布の算出に用いられる。

【0101】

より具体的には、データ処理部１７は、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データが、所定のデータ取得条件を満たしている場合、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ並びに当該フレーム期間において各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データを演算装置１２に転送する。ここで、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データは、時刻情報と共にメモリ１６の一時保存領域１６ａに格納されていることに留意されたい。データ処理部１７は、該時刻情報を参照して、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データのうちデータ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データを選択して一時保存領域１６ａから読み出し、一時保存領域１６ａから読み出した画素電極測定データを演算装置１２に送信する。演算装置１２への画素電極測定データ及び裏面電極測定データの転送は、インターフェース１８を介して行われる。

【0102】

続いて、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂの動作について説明する。本実施形態のコンプトンカメラ２０Ａにおいて線源の空間的分布を算出する手順は、概ね、第１及び第２の実施形態のコンプトンカメラ２０、２０Ａと同様である（図９参照）。測定データ（画素電極測定データ及び裏面電極測定データ）が取得され（ステップＳ０１）、更に、反跳電子の飛跡が算出される（ステップＳ０２）。ステップＳ０２で算出された反跳電子の飛跡を用いてイベントが抽出され（ステップＳ０３）、抽出されたイベントについて、コンプトンコーンの再構成、即ち、電磁放射線の入射方向が特定される（ステップＳ０４）。更に、特定された電磁放射線の入射方向を用いて線源の空間的分布が算出され、線源の空間的分布を示す線源分布画像の生成及び表示が行われる（ステップＳ０５）。

【0103】

ただし、第３の実施形態のコンプトンカメラ２０Ｂでは、測定データの取得（ステップＳ０１）において、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データが所定のデータ取得条件を満たしている場合に当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データが演算装置１２に転送される点において、第２の実施形態のコンプトンカメラ２０と相違する。このような動作により、第３の実施形態では、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データのうち必要なデータが選択的に演算装置１２に転送されることにより、演算装置１２で処理すべき画素電極測定データの量を第２の実施形態よりも一層に低減することができる。

【0104】

データ処理部１７は、各フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データが所定のデータ取得条件を満たしている場合、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データをメモリ１６から読み出し、更に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データ、並びに、それらに対応する時刻情報を演算装置１２に転送する。ここで、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データは、時刻情報と共にメモリ１６の一時保存領域１６ａに格納されていることに留意されたい。データ処理部１７は、該時刻情報を参照して、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データのうちデータ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データを選択して一時保存領域１６ａから読み出し、一時保存領域１６ａから読み出した画素電極測定データを演算装置１２に送信する。

【0105】

例えば、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データから、当該フレーム期間において散乱体検出器１０Ａ、吸収体検出器１０Ｂのいずれかに電磁放射線が入射したと判断される場合に、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。このとき、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データについては、データ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データが時刻情報を参照しながら選択され、選択された画素電極測定データが演算装置１２に転送される。他の例としては、あるフレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データから、一の散乱体検出器１０Ａ及び一の吸収体検出器１０Ｂに電磁放射線が入射したと判断される場合に（一の散乱体検出器１０Ａでコンプトン散乱が発生し、一の吸収体検出器１０Ｂで光電吸収が発生した場合が想定されている）、当該フレーム期間において各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データ及び裏面電極測定データを演算装置１２に転送してもよい。データ処理部１７から演算装置１２に送られた画素電極測定データ及び裏面電極測定データは、演算装置１２の記憶装置１２ａに格納される。この場合も同様に、各散乱体検出器１０Ａ及び各吸収体検出器１０Ｂから得られる画素電極測定データについては、データ取得条件を満たしているフレーム期間に対応する画素電極測定データが時刻情報を参照しながら選択され、選択された画素電極測定データが演算装置１２に転送される。

【0106】

演算装置１２は、記憶装置１２ａに格納された画素電極測定データと裏面電極測定データとに基づいて、上述されている、反跳電子の飛跡の算出（ステップＳ０２）、イベントの抽出（ステップＳ０３）、コンプトンコーンの再構成（ステップＳ０４）、及び、線源分布画像の生成と表示（ステップＳ０５）を行う。ここで、ステップＳ０４のコンプトンコーンの再構成においては、演算装置１２は、各散乱体検出器１０Ａから得られた画素電極測定データと共に、当該散乱体検出器１０Ａから得られた裏面電極測定データを用いることで、コンプトン散乱で反跳電子が得たエネルギーＥ_１の算出精度を向上させてもよい。加えて、演算装置１２は、各吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データと共に、当該吸収体検出器１０Ｂから得られた裏面電極測定データを用いることで、光電吸収によって吸収された光子のエネルギーＥ_２の算出精度を向上させてもよい。

【0107】

以上に説明された動作によれば、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂから得られた画素電極測定データのうち必要なデータを選択的に演算装置１２に転送することができる。不必要な画素電極測定データは演算装置１２に転送されず、したがって、演算装置１２が処理すべきデータの量を低減させることができる。このような利点は、特に、散乱体検出器１０Ａ及び吸収体検出器１０Ｂに設けられた画素電極２の数が多い場合に顕著である。

【0108】

以上には、本発明の実施形態が様々に記載されているが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。本発明が、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。

【符号の説明】

【0109】

２０、２０Ａ、２０Ｂ：コンプトンカメラ
２０Ｃ：放射線測定装置
１ ：半導体基板
１ａ ：表側主面
１ｂ ：裏側主面
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：画素電極
３ ：裏面電極
１０ ：半導体検出器
１０Ａ ：散乱体検出器
１０Ｂ ：吸収体検出器
１１、１１Ａ、１１Ｂ：検出器モジュール
１２ ：演算装置
１２ａ ：記憶装置
１３ ：表示装置
１４ ：データ転送装置
１５ ：データ処理部
１６ ：メモリ
１６ａ ：一時保存領域
１７ ：データ処理部
１８ ：インターフェース
２１、２３：信号処理ＩＣ
２１ａ ：パッド
２２、２４：インターフェース
２５ ：プリント配線基板
２６ ：配線
２７ ：配線
２８ ：バンプ
２９ ：放射線シールド
２９ａ ：内部空間
２９ｂ ：ピンホール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】