特許 6911872 光検出器

(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】6911872

(24)【登録日】2021年7月12日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】光検出器

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20210715BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20210715BHJP

   G01T 1/17 20060101ALI20210715BHJP

   H01L 31/107 20060101ALI20210715BHJP

   G01J 1/44 20060101ALI20210715BHJP

   G01J 1/42 20060101ALI20210715BHJP

   G01T 1/161 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/10 G

   G01T1/20 E

   G01T1/20 G

   G01T1/20 F

   G01T1/17 F

   G01T1/17 D

   H01L31/10 B

   G01J1/44 A

   G01J1/44 P

   G01J1/42 H

   G01T1/161 A

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2018-558653(P2018-558653)

(86)(22)【出願日】2017年6月30日

(86)【国際出願番号】JP2017024202

(87)【国際公開番号】WO2018123112

(87)【国際公開日】20180705

【審査請求日】2019年12月11日

(31)【優先権主張番号】特願2016-252571(P2016-252571)

(32)【優先日】2016年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】古宮 哲夫

【審査官】 大門 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１１６２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３８６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０００１３９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５２２８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２１１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８５３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２３２５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６００１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００４８７１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００−７／１２

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０、１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、
第１のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、
前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子と同じ複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、
前記第１弁別部が、前記第１信号が前記第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、前記第２弁別部が、前記第２信号が前記第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを備える、光検出器。

【請求項2】

前記第１弁別部と前記トリガ信号生成部との間に設けられるとともに、前記第１弁別部から前記トリガ信号生成部に伝達される信号を遅延させるための遅延部をさらに備える、請求項１に記載の光検出器。

【請求項3】

前記第２弁別部は、複数の前記光電変換素子から各々出力される前記第１信号を加算した信号である前記第２信号の値が、前記第２のしきい値よりも大きいか否かを弁別するように構成されている、請求項１に記載の光検出器。

【請求項4】

複数の前記光電変換素子の各々と前記第１弁別部との間と、複数の前記光電変換素子の各々と前記第２弁別部との間とのうち、少なくとも一方に設けられるとともに、複数の前記光電変換素子から各々出力される信号を二値化する二値化回路をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出器。

【請求項5】

前記二値化回路は、複数の前記光電変換素子の各々と前記第１弁別部との間と、複数の前記光電変換素子の各々と前記第２弁別部との間との両方に設けられる、請求項４に記載の光検出器。

【請求項6】

前記第１弁別部および前記第２弁別部は、アナログ信号からなる前記第１信号および前記第２信号を弁別するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出器。

【請求項7】

前記光電変換素子と前記第１弁別部および前記第２弁別部との間に設けられるとともに、前記光電変換素子から出力される信号と同じ信号を複製する信号複製部をさらに備え、
前記信号複製部により複製された信号により、光が入射した前記光電変換素子の位置および前記光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方をあらわす信号を出力するように構成されている、請求項６に記載の光検出器。

【請求項8】

前記光電変換素子と、前記第１弁別部と、前記第２弁別部と、前記トリガ信号生成部との組を含むチャンネルが複数設けられており、
前記チャンネルごとに出力される、前記トリガ信号が入力されるＯＲゲートと、前記チャンネルごとに出力される、光が入射した前記光電変換素子の位置および前記光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方をあらわす信号が入力される抵抗器群とをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出器。

【請求項9】

陽電子放射断層撮影装置に用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出器。

【請求項10】

降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、
第１のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、
前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、
前記第１弁別部が、前記第１信号が前記第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、前記第２弁別部が、前記第２信号が前記第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部と、
前記第１弁別部と前記トリガ信号生成部との間に設けられるとともに、前記第１弁別部から前記トリガ信号生成部に伝達される信号を遅延させるための遅延部とを備える、光検出器。

【請求項11】

降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、
第１のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、
前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の前記光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、
前記第１弁別部が、前記第１信号が前記第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、前記第２弁別部が、前記第２信号が前記第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを備え、
前記光電変換素子と、前記第１弁別部と、前記第２弁別部と、前記トリガ信号生成部との組を含むチャンネルが複数設けられており、
前記チャンネルごとに出力される、前記トリガ信号が入力されるＯＲゲートと、
前記チャンネルごとに出力される、光が入射した前記光電変換素子の位置および前記光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方をあらわす信号が入力される抵抗器群とをさらに備える、光検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光検出器に関し、特に、ガイガーモードにより動作する光電変換素子を含む光検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガイガーモードにより動作する光電変換素子を含む光検出器が知られている。このような光検出器は、たとえば、特開２０１２−６００１２号公報に開示されている。

【0003】

特開２０１２−６００１２号公報には、降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作する複数のアバランシェフォトダイオード（光電変換素子）のアレイ（ＳｉＰＭ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）と、アバランシェフォトダイオードの各々からの出力信号をそれぞれ矩形パルス（二値化された信号）に変換する複数の弁別部と、複数の弁別部によって生成された矩形パルスを加算して出力する加算部とを備える、光検出器が開示されている。この光検出器は、矩形パルスを加算して得られる加算信号（電流）が３単位（アバランシェフォトダイオードに３つの光子が入射した状態）以上になった場合に、光が入射したことをあらわすトリガ信号を出力するように構成されている。一方、暗電流などのノイズに起因して、アバランシェフォトダイオードから比較的小さい信号が出力された場合には、トリガ信号が出力(誤検出)されない。これにより、光が入射したことを精度よく検出することが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−６００１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特開２０１２−６００１２号公報の光検出器では、矩形パルスを加算して得られる加算信号（電流）が３単位以上になった場合に光が入射したことをあらわすトリガ信号を出力するので、トリガ信号の出力は、光子が３つ以上入射するまで出力されない。このため、トリガ信号は、実際に１つ目の光子が入射したタイミングからずれて出力される。したがって、特開２０１２−６００１２号公報の光検出器では、光（光子）の入射した正確な時間を精度よく検出することができないという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、誤検出を抑制しながら、光の入射した正確な時間を精度よく検出することが可能な光検出器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における光検出器は、降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、第１のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子と同じ複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、第１弁別部が、第１信号が第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、第２弁別部が、第２信号が第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを備える。

【0008】

この発明の一の局面による光検出器では、上記のように、第１弁別部が、第１信号が第１のしきい値よりも大きいと弁別し、かつ、第２弁別部が、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号が第２のしきい値よりも大きいと弁別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部が設けられている。これにより、比較的大きな第２のしきい値に基づいて光電変換素子から出力される信号を弁別することにより、ノイズ（比較的小さな信号）に起因する誤検出を抑制することができる。また、第１信号が第１のしきい値よりも大きいと弁別したタイミングは、光子の入射した時間を略正確に反映する。その結果、第１弁別部による信号および第２弁別部による信号に基づいて、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成することによって、誤検出を抑制しながら、光の入射した正確な時間を精度よく検出することができる。

【0009】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、第１弁別部とトリガ信号生成部との間に設けられるとともに、第１弁別部からトリガ信号生成部に伝達される信号を遅延させるための遅延部をさらに備える。ここで、第２のしきい値が第１のしきい値よりも大きいので、光電変換素子から出力される信号に基づいた第２信号が第２のしきい値に達する時間は、光電変換素子から出力される第１信号が第１のしきい値に達する時間よりも長くなる（遅れる）。そこで、第１弁別部とトリガ信号生成部との間に第１弁別部からトリガ信号生成部に伝達される信号を遅延させるための遅延部を設けることによって、第１信号がＨｉｇｈ（Ｈレベル）になったタイミングを、第２信号がＨｉｇｈ（Ｈレベル）になったタイミングよりも遅らせることができる。その結果、光が入射した正確な時間の検出と誤検出の抑制とをより精度よく両立させることができる。

【0010】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、第２弁別部は、複数の光電変換素子から各々出力される第１信号を加算した信号である第２信号の値が、第２のしきい値よりも大きいか否かを弁別するように構成されている。ここで、第１信号は、１つの光子の入射に対応する信号またはノイズに起因する弱い信号を含む。そして、光検出器に対して実際に光子が入射する場合には、同時期に複数の光子が入射する。これにより、第１信号は同時期に複数（連続して）生じるので、第２信号は連続的に大きくなる。一方、ノイズは、複数の光電変換素子において散発的に起こるので、第２信号は比較的小さいままである。そこで、複数の光電変換素子から各々出力される第１信号を加算した信号である第２信号の値が、第２のしきい値よりも大きいか否かを弁別するように構成することによって、光が入射したことを正確に検出することができる。

【0011】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、複数の光電変換素子の各々と第１弁別部との間と、複数の光電変換素子の各々と第２弁別部との間とのうち、少なくとも一方に設けられるとともに、複数の光電変換素子から各々出力される信号を二値化する二値化回路をさらに備える。ここで、二値化された信号(デジタル信号)は、二値化されていない信号（アナログ信号）に比べて、比較的処理負担が少ない。そこで、少なくとも複数の光電変換素子の各々と第１弁別部との間、または、複数の光電変換素子の各々と第２弁別部との間の一方に二値化回路を設けることによって、光が入射したことを検出する処理時間を短縮することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、二値化回路は、複数の光電変換素子の各々と第１弁別部との間と、複数の光電変換素子の各々と第２弁別部との間との両方に設けられる。このように構成すれば、二値化回路が、複数の光電変換素子の各々と第１弁別部との間のみに設けられている場合と比べて、光が入射したことを検出する処理時間をより短縮することができる。

【0013】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、第１弁別部および第２弁別部は、アナログ信号からなる第１信号および第２信号を弁別するように構成されている。このように構成すれば、光電変換素子から出力される信号をデジタル化（二値化）するための回路を別個に設ける必要がないので、光検出器の装置構成を簡素化することができる。

【0014】

この場合、好ましくは、光電変換素子と第１弁別部および第２弁別部との間に設けられるとともに、第１弁別部および第２弁別部に伝達される信号と同じ信号を複製する信号複製部をさらに含み、信号複製部により複製された信号により、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量（入射したガンマ線のエネルギーと対応する値）の少なくとも一方をあらわす信号を送出するように構成されている。ここで、複数の光検出器のうちの一の光検出器の外部に出力される信号により、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方を取得する場合、光電変換素子の寄生容量と後段回路および他の光検出器などが意図しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成するため、一の光検出器の外部に出力される信号が劣化する場合がある。そこで、信号複製部により複製されるとともに光電変換素子の寄生容量と後段回路および他の光検出器などが形成するローパスフィルタ（ＬＰＦ）とから絶縁された信号により、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方を他の光検出器から絶縁して取得するように構成することによって、信号の劣化を抑制しながら、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方を取得することができる。すなわち、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方を、精度よく取得することができる。

【0015】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、光電変換素子と、第１弁別部と、第２弁別部と、トリガ信号生成部との組を含むチャンネルが複数設けられており、チャンネルごとに出力される、トリガ信号が入力されるＯＲゲートと、チャンネルごとに出力される、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方をあらわす信号が入力される抵抗器群とをさらに備える。このように構成すれば、チャンネルごとに出力されるトリガ信号と、位置および光の総量の少なくとも一方をあらわす信号とをまとめることができるので、後段の回路（たとえば、光の入射タイミングや光の総量、入射位置を計算する回路）における処理負担を軽減することができる

【0016】

上記第１の局面による光検出器において、好ましくは、光検出器は、陽電子放射断層撮影装置に用いられる。このように構成すれば、電子・陽電子対消滅により放出されるガンマ線に基づく光の入射した正確な時間をより精度よく検出することができる。
この発明の第２の局面における光検出器は、降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、第１のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、第１弁別部が、第１信号が第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、第２弁別部が、第２信号が第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部と、第１弁別部とトリガ信号生成部との間に設けられるとともに、第１弁別部からトリガ信号生成部に伝達される信号を遅延させるための遅延部とを備える。
この発明の第３の局面における光検出器は、降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する複数の光電変換素子と、第１のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた第１信号を弁別する第１弁別部と、第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に基づいて、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた信号を加算した第２信号を弁別する第２弁別部と、第１弁別部が、第１信号が第１のしきい値よりも大きいと判別し、かつ、第２弁別部が、第２信号が第２のしきい値よりも大きいと判別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号を生成するトリガ信号生成部とを備え、光電変換素子と、第１弁別部と、第２弁別部と、トリガ信号生成部との組を含むチャンネルが複数設けられており、チャンネルごとに出力される、トリガ信号が入力されるＯＲゲートと、チャンネルごとに出力される、光が入射した光電変換素子の位置および光電変換素子に入射した光の総量の少なくとも一方をあらわす信号が入力される抵抗器群とをさらに備える。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、上記のように、誤検出を抑制しながら、光の入射した正確な時間を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１、第２実施形態による陽電子放射断層撮影装置を説明する図である。

【図2】本発明の第１実施形態による光検出器を多チャンネル構成にした全体構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態による光検出器の構成を示す図である。

【図4】本発明の第１実施形態による第１弁別部の構成を示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態による第２弁別部の構成を示す図である。

【図6】本発明の第１実施形態によるトリガ信号生成部の構成を示す図である。

【図7】本発明の第１実施形態によるトリガ信号の生成を説明するためのタイムチャートである。

【図8】本発明の第１実施形態による光検出器の光子検出確率が４０％となる場合におけるトリガ精度の第１のしきい値に対する依存性を示すグラフである。

【図9】本発明の第２実施形態による光検出器を多チャンネル構成にした全体構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の第２実施形態による光検出器の構成を示す図である。

【図11】本発明の第２実施形態によるトリガ信号の生成を説明するためのタイムチャートである。

【図12】本発明の第３実施形態による光検出器の構成を示す図である。

【図13】本発明の第１実施形態の変形例によるによる第２弁別部を示す図である。

【図14】本発明の第１実施形態の変形例による光検出器を示す図である。

【図15】本発明の第１実施形態の変形例による光検出器を示す図である。

【図16】本発明の第１実施形態の変形例による光検出器を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0020】

［第１実施形態］
（全体構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による光検出器１００の構成について説明する。第１実施形態では、光検出器１００を陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ装置）１０３に用いる例について説明する。

【0021】

図１（ａ）に示すように、陽電子放射断層撮影装置１０３は、陽電子放出核種により標識された薬剤を用いて、被検体（人体など）の内部の画像を撮影する装置である。具体的には、陽電子放射断層撮影装置１０３は、薬剤の電子と陽電子との対消滅によって生じる一対のガンマ線（放射線）を検出することによって、薬剤の対消滅が生じた位置を取得するように構成されている。そして、陽電子放射断層撮影装置１０３は、薬剤の対消滅が生じた位置を複数取得することによって、被検体の内部の画像を形成する（撮影する）ように構成されている。そして、形成された画像は、がん細胞の有無などの画像診断に用いられる。

【0022】

また、陽電子放射断層撮影装置１０３に用いられる光検出器１００は、仰臥位の被検体を撮影するように構成されている。具体的には、光検出器１００は、アレイ状に集積された光検出器アレイ１０１（図１（ｂ）参照）を構成している。また、光検出器１００は、被検体の体軸（頭部から脚部に伸びる軸）に向けられた状態で、被検体の周囲を取り囲むように複数配置されている。また、光検出器１００は、図示しない被検体の体軸の伸びる方向（紙面奥方向）にも同様の構成で複数配置されている。ここで、薬剤の対消滅により発生するガンマ線は５１１ｋｅＶの放射線であり、光検出器１００での直接的な検出ができない。そこで、被検体と光検出器１００（光検出器アレイ１０１）との間に、シンチレータアレイ１０２を設ける。これにより、図１（ｂ）に示すように、シンチレータアレイ１０２に含まれるシンチレータ素子Ｓにガンマ線が入射すると、シンチレータ素子Ｓ内の蛍光体がガンマ線により発光し、シンチレーション光が発生する。そして、光検出器１００は、このガンマ線により発光したシンチレーション光を検出するように構成されている。なお、ここでは、光検出器アレイ１０１とシンチレータアレイ１０２とは、２行２列の光検出器１００に対して５行５列のシンチレータ素子Ｓが設けられる最小単位が複数集積されることにより構成されている。

【0023】

次に、図２〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による光検出器１００の構成について説明する。

【0024】

図２に示すように、第１実施形態による光検出器１００は、光検出器アレイ１０１に含まれ、マトリクス状に配置されている。この光検出器１００のマトリクス（光検出器アレイ１０１）は、たとえば、８行８列の総数６４となるように構成されている。また、光検出器アレイ１０１は、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１と、抵抗器群Ｅ２と、位置・エネルギー取得部Ｅ３とを備える。複数の光検出器１００は、１つが１つのチャンネルに相当し、各チャンネルの中に多数の光電変換素子１（後述、図３参照）を含んでいる。また、光検出器１００の各々からは、２本の信号線（トリガ信号線Ｌ１およびアノード信号線Ｌ２）が伸びている。第１の信号線であるトリガ信号線Ｌ１は、光検出器１００の各々から出力されるトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇをマルチチャンネルＯＲゲートＥ１に伝達する。また、第２の信号線であるアノード信号線Ｌ２は、光検出器１００の各々から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎを抵抗器群Ｅ２に伝達する。なお、光検出器１００の各々は、たとえば、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ；シリコンフォトマルチプライヤー）によりそれぞれ構成される。また、図２中において信号線が太線で示される部分は、バス配線であり、複数の信号線が、接続されることなくそれぞれ独立かつ並列して伸びていることをあらわしている。

【0025】

マルチチャンネルＯＲゲートＥ１は、複数の光検出器１００の各々から出力される後述するトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがそれぞれ入力される。そして、光検出器１００の各々から出力されたトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１から、単一の加算トリガ信号ＳｉｇＳｕｍＴｒｉｇとして出力される。

【0026】

抵抗器群Ｅ２は、受信した複数の光検出器１００の各々から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎの電流や電圧を調整し、位置・エネルギー取得部Ｅ３に出力する。

【0027】

位置・エネルギー取得部Ｅ３は、抵抗器群Ｅ２から出力された信号（光検出器１００から出力されたアノード信号ＳｉｇＡｎ）に基づいて、光を検出した位置（一の光検出器１００に対応する位置）、検出された光の総量を算出する。ここで、検出された光の総量は、シンチレータアレイ１０２に入射したガンマ線のエネルギーと対応している。したがって、算出された光の総量に基づいて、入射したガンマ線のエネルギーを算出することができる。そして、算出された位置に関する位置信号ＳｉｇＰｏｓおよび光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）に関するエネルギー信号ＳｉｇＥｎが、位置・エネルギー取得部Ｅ３から出力される。

【0028】

（光検出器の構成）
次に、図３を参照して、一の光検出器１００の構成について説明する。なお、複数の光検出器１００の構成は、互いに同様である。

【0029】

光検出器１００は、図３に示すように、降伏電圧以上の電圧が印加されるガイガーモードにより動作するとともに、光が入射することにより信号を出力する光電変換素子１を含む。光電変換素子１は、たとえば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を含む。光電変換素子１は、ｐ−ｎ接合に逆バイアスが印加された半導体であり、平常時は暗電流を除いて電流が流れない。ここで、光電変換素子１に光子が入射すると、光子により電子・正孔対が生じて電流が流れる。ガイガーモードは、降伏電圧を超えた電圧を印加することにより、連鎖的な電子・正孔対の生成が起きるので、電流の急激な増大であるガイガー放電が生じる。これにより、入射した１つの光子（微弱な光）に対してＳ／Ｎ比がよい電流が流れるので、高精度な光子の検出をすることが可能である。

【0030】

また、光電変換素子１は、複数（光電変換素子１１、１２、１３、…、１ｎ：ｎ個）設けられている。複数の光電変換素子１は、互いに並列に接続されている。

【0031】

また、光検出器１００は、クエンチング素子２（２１〜２ｎ）を含む。クエンチング素子２は、複数の光電変換素子１にそれぞれ直列に接続されている。ここで、光電変換素子１から電流が流れ出すと、電流により、対応するクエンチング素子２（２１〜２ｎのいずれか）に電圧が生じる。この場合に、クエンチング素子２は、対応する光電変換素子１に印加される電圧を降伏電圧未満に低下させる。これにより、光電変換素子１におけるガイガー放電が止まる。その結果、光電変換素子１には、再度降伏電圧以上の電圧が印加される。すなわち、光電変換素子１は、光子の入射を検出可能な状態に戻される。なお、クエンチング素子２は、抵抗やトランジスタなどにより構成されている。

【0032】

また、光検出器１００は、二値化回路３を含む。二値化回路３は、複数の光電変換素子１のアノード側とクエンチング素子２との間に接続されている。また、二値化回路３は、光電変換素子１の各々と、後述する第１弁別部４との間、かつ、複数の光電変換素子１の各々と、後述する第２弁別部５との間に設けられている。すなわち、二値化回路３は、複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部との間と、複数の光電変換素子１の各々と第２弁別部との間との両方に設けられている。具体的には、１つの光電変換素子１と第１弁別部との間と、１つの光電変換素子１と第２弁別部との間に、共通の１つの二値化回路３が設けられている。

【0033】

二値化回路３は、光電変換素子１における光子の入射に基づく電圧の信号を受信すると、Ｈｉｇｈ（Ｈレベル、Ｏｎ）の信号パルスを出力する。具体的には、二値化回路３は、光電変換素子１から受信する電圧の信号が二値しきい値ＴｈＢｉｎより上回っている期間にＨｉｇｈ（Ｈレベル、Ｏｎ）の信号ＳｉｇＢｉｎを出力し、二値しきい値ＴｈＢｉｎより下回っている期間にＬｏｗ（Ｌレベル、Ｏｆｆ）の信号ＳｉｇＢｉｎを出力するように構成されている。すなわち、二値化回路３からは、矩形状の信号（パルス）が出力される。なお、二値化回路３は、たとえば、インバータによって構成されている。

【0034】

また、光検出器１００は、第１のしきい値Ｔｈ１に基づいて、複数の光電変換素子１から出力される信号に基づいた第１信号Ｓｉｇ１を弁別する第１弁別部４を含む。具体的には、第１弁別部４は、図４に示すように、複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）から出力される信号ＳｉｇＢｉｎの集積である第１信号Ｓｉｇ１が入力されるＯＲゲートにより構成されている。また、第１弁別部４は、第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１を上回った場合に、Ｈｉｇｈの信号を出力する。第１のしきい値Ｔｈ１は、いずれかの二値化回路３からＨｉｇｈの信号が出力された際、Ｈｉｇｈのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力し、いずれの二値化回路３からもＨｉｇｈの信号が出力されていない場合は、Ｌｏｗのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力するように設定されている。すなわち、第１弁別部４は、ＯＲゲートにより構成されているので、複数の二値化回路３から出力される信号のいずれかがＨｉｇｈである期間に、Ｈｉｇｈのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力し、それ以外の期間にＬｏｗのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力（弁別）する。したがって、第１弁別部４から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍは、矩形状の信号（パルス）となる。

【0035】

また、光検出器１００は、第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きい第２のしきい値Ｔｈ２に基づいて、光電変換素子１から出力される信号に基づいた第２信号Ｓｉｇ２を弁別する第２弁別部５を含む。具体的には、第２弁別部５は、複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）から出力される信号ＳｉｇＢｉｎの集積である第２信号Ｓｉｇ２の値が、第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きいか否かを弁別するように構成されている。なお、第１弁別部４と第２弁別部５とは、共通する複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）の組から出力される信号ＳｉｇＢｉｎが集積されて入力されるため、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２とは同一の信号である。

【0036】

図５に示すように、第２弁別部５は、複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）の各々から出力される信号ＳｉｇＢｉｎを集積し、第２のしきい値Ｔｈ２を上回る期間にＨｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力するとともに、第２のしきい値Ｔｈ２を下回る期間にＬｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力するように構成されている。第２のしきい値Ｔｈ２は、たとえば、二値化回路３のそれぞれから出力されるＨｉｇｈの信号ＳｉｇＢｉｎの５つ分に相当する値に設定されている。この場合、第２弁別部５は、５つ以上の二値化回路３からＨｉｇｈの信号が出力されている期間（それぞれの矩形波のＨｉｇｈの期間が５つ以上重なり合う期間）に、第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値を上回るので、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力する。また、第２弁別部５は、それ以外の期間に、第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値に満たないので、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力する。第２弁別部５は、複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）に対応するように、複数の抵抗５１（５１１、５１２、５１３、…、５１ｎ）を含む。そして、電圧加算器５２は、複数の二値化回路３（３１〜３ｎ）の各々から抵抗５１を介して入力される二値化された信号ＳｉｇＢｉｎを加算するとともに、増幅して出力する。

【0037】

また、第２弁別部５は、抵抗５３を含む。抵抗５３は、電圧加算器５２と並列に接続されており、電圧加算器５２による増幅度を調整する。

【0038】

また、第２弁別部５は、比較器（ＣＭＰ）５４を含む。比較器５４は、電圧加算器５２から出力される加算された信号の電圧と第２のしきい値Ｔｈ２の電圧とを比較し、加算された信号の電圧が第２のしきい値Ｔｈ２の電圧を上回る場合に、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力し、それ以外の場合に、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力する。

【0039】

以上のように、第２のしきい値Ｔｈ２としてノイズと信号とを弁別するための適切な値（たとえば、光子５個から１０個の入射に相当する値）を設定することにより、ノイズに起因する信号と、光子の入射による信号とを弁別し、適切に信号処理を行うことが可能になる。ここで、第２のしきい値Ｔｈ２を大きく設定し過ぎた場合には、シンチレーション光による信号が第２のしきい値Ｔｈ２に満たなくなり、シンチレーション光の検出を取り逃す可能性が生じる。また、第２のしきい値Ｔｈ２を小さく設定し過ぎた場合には、同時期に発生した複数のノイズによる信号が第２のしきい値Ｔｈ２を上回ってしまい、シンチレーション光とノイズとの弁別ができなくなる。そのため、たとえば、第２のしきい値Ｔｈ２を光子５個から１０個の入射に相当する値に設定する。これにより、第２弁別部５は、ノイズによる第２信号Ｓｉｇ２には反応（Ｈｉｇｈを出力）しない。また、第２弁別部５は、第２信号Ｓｉｇ２が、同時期に（比較的短い期間内に連続的に）複数の光子が入射したことに対応する第２のしきい値を上回る信号を受信している期間に、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力する。なお、第２弁別部５から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖは、矩形状の信号（パルス）となる。

【0040】

なお、加算回路である電圧加算器５２から出力される信号に上限値を設けてもよい。上限値は、第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きい必要がある。また、ノイズの発生は偶発的であるため、複数の光電変換素子１から同時期にノイズが発生する確率は、光検出器１００に含まれる光電変換素子１の数が多くなるにつれて高くなる。そのため、第２のしきい値は、光検出器１００のサイズ（含まれる光電変換素子１の数に対応）等に合わせて適切な値に設定される。

【0041】

また、図３に示すように、光検出器１００は、第１弁別部４とトリガ信号生成部７（後述）との間に設けられるとともに、第１弁別部４からトリガ信号生成部７に伝達されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを遅延させるための遅延部６を含む。

【0042】

遅延部６は、第１弁別部４から入力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを遅延させて出力するように構成されている。その結果、遅延部６は、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍのＨｉｇｈおよびＬｏｗの切り替わりタイミングを遅らせた遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍを出力する。このとき、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍは、レベル信号ＳｉｇＬｅｖの出力よりわずかに（たとえば、数ナノ秒〜数十ナノ秒程度）遅らせて出力される。詳しくは、図７のタイミングチャートに基づいて後に説明する。また、遅延部６は、たとえば、ディレイ回路により構成されている。

【0043】

ここで、第１実施形態による光検出器１００は、第１弁別部４が、第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいと弁別し、かつ、第２弁別部５が、第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きいと弁別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成するトリガ信号生成部７を含む。

【0044】

図６に示すように、トリガ信号生成部７は、ＡＮＤゲートにより構成されている。また、トリガ信号生成部７には、第１弁別部４から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍが遅延部６により遅延された遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍと、第２弁別部５から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖとが入力される。そして、トリガ信号生成部７は、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとが共にＨｉｇｈである期間にＨｉｇｈのトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成し、それ以外の期間にＬｏｗのトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成するように構成されている。そして、トリガ信号生成部により生成されたトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１（図２参照）に出力される。

【0045】

（第１実施形態のトリガ信号のタイミングチャート）
次に、図７を参照して、第１実施形態による光検出器１００（トリガ信号生成部７）のトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇ生成について、説明する。図７は、光検出器１００上の各箇所から出力される信号を時間軸に沿って表したものである。チャートの左側は、信号の出力された箇所を示している。また、最上部のチャートは、光検出器１００に入射した光（信号）を示す。

【0046】

まず、暗電流などのノイズに起因して、光電変換素子１１からパルスＰ１（三角パルス）が出力されたとする。そして、時間Ｔ１〜Ｔ２の間において、パルスＰ１の大きさが、二値化回路３の二値しきい値ＴｈＢｉｎよりも大きくなるので、二値化回路３からＨｉｇｈの矩形パルスＲ１が出力される。そして、Ｈｉｇｈの矩形パルスＲ１が第１弁別部４に入力される。ここで、第１弁別部４は、ＯＲゲートにより構成されている（すなわち、第１弁別部４の第１のしきい値Ｔｈ１は、二値しきい値ＴｈＢｉｎと同じ値となる）ので、時間Ｔ１〜Ｔ２の間において、第１弁別部４から、Ｈｉｇｈの矩形パルスが出力される。一方、暗電流などのノイズの発生は散発的であるので、同時期に複数（連続して）生じる可能性は低い。このため、第２弁別部５に入力する第１信号Ｓｉｇ１（第２信号Ｓｉｇ２）は、加算されない（または、加算されたとしても比較的小さい）ので、第２信号Ｓｉｇ２は、第２のしきい値Ｔｈ２を超えることがない。すなわち、第２弁別部５からは、Ｌｏｗの信号が出力される。

【0047】

次に、期間τにおいて、光検出器１００に光が入射したとする。この場合、光電変換素子１１、１２、・・・、１ｎのうちの複数の光電変換素子１から、それぞれ、パルスＰ２、Ｐ３、・・・が出力される。この複数のパルスＰ２、Ｐ３、・・・の出力は、連続して生じる。具体的には、まず、時間Ｔ３において、第１弁別部４に入力される第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１を上回るので、光子の入射タイミングをあらわすタイミング信号ＳｉｇＴｉｍがＨｉｇｈになる。この時点では、第２弁別部５の第２信号Ｓｉｇ２は、第２のしきい値Ｔｈ２よりも小さいので、第２弁別部５からは、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖが出力される。

【0048】

次に、パルスＰ３・・・が連続して出力されることにより、時間Ｔ４において、第２弁別部５の第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値を上回る。これにより、第２弁別部５から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖがＨｉｇｈになる。その後、時間Ｔ５以降において、光の入射がピークになった後、光の入射が徐々に減少する。そして、時間Ｔ６において、第２弁別部５の第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値Ｔｈ２を下回るので、第２弁別部５から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖがＬｏｗになる。そして、時間Ｔ７において、第１弁別部４に入力される第１信号Ｓｉｇ１がなくなる（第１のしきい値Ｔｈ１を下回る）ので、第１弁別部４から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍがＬｏｗになる。

【0049】

第１弁別部４から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍは、遅延部６に入力される。これにより、遅延部６から、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍが遅延された遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍが出力される。

【0050】

ここで、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍは、１つの光子の入射によりＨｉｇｈの信号を出力する。このため、信号の立ち上がりにまでにかかる時間が、光子の入射が生じてから電流が生じるまでの時間に対応し、ほぼ一定値に決まっている。一方で、レベル信号ＳｉｇＬｅｖは、５つの光子の連続的な入射によりＨｉｇｈの信号を出力する。しかしながら、１つ目の光子が入射してから２、３、…、５つ目の光子が入射するまでの時間にばらつきが生じるため、信号の立ち上がりにかかるまでにかかる時間は長くなるとともに比較的不確かな値となる。したがって、遅延部６により、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍをレベル信号ＳｉｇＬｅｖよりも遅らせる。具体的には、レベル信号ＳｉｇＬｅｖの立ち上がりタイミング（時刻Ｔ４）よりも遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍの立ち上がりタイミング（時刻Ｔ５）の方が遅れている。なお、実際にガンマ線の入射に起因するシンチレーション光（光子の束）の入射があれば、たとえば、数百〜数万の光電変換素子１から信号が出力される。

【0051】

そして、トリガ信号生成部７は、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとのＡＮＤを取ったトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成する。図７では、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとが両方Ｈｉｇｈとなる時間Ｔ５において、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがＨｉｇｈとなる。そして、レベル信号ＳｉｇＬｅｖがＬｏｗとなる時間Ｔ６において、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがＬｏｗとなる。

【0052】

このように、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、複数の光電変換素子１にシンチレーション光が入射する場合（レベル信号ＳｉｇＬｅｖがＨｉｇｈとなる場合）のみに、Ｈｉｇｈ（Ｏｎ）になる。これにより、ノイズによる信号と光の入射による信号とを区別することができる。また、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、立ち上がりのタイミングが遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍと時刻Ｔ５で揃っている。ここで、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍからの略一定の値となる遅延時間（ディレイ回路遅延時間）、および、後段の回路により略一定の値となる遅延時間（伝播遅延時間）をあらかじめ計測しておく。これにより、既知の遅延時間をトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがＨｉｇｈとなった時間から差し引くことによって、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇの立ち上がり（Ｈｉｇｈとなる）タイミングを、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍの立ち上がりタイミングに揃えることができる。すなわち、最初に光子が光検出器１００に入射した時間を略正確に取得（算出）することができる。上記の構成により、簡単な読み出し回路からトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇの生成の高い精度を得ることができる。

【0053】

また、光電変換素子１は意図しない疑似的なコンデンサ（寄生容量）を構成する。そのため、光検出器１００のアノード信号ＳｉｇＡｎにおいては寄生容量と後段の回路（抵抗器群Ｅ２および位置・エネルギー取得部Ｅ３）とが意図しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成する。さらに、他の光検出器１００の寄生容量もローパスフィルタに影響するため、光検出器１００の数が増えると信号の高周波成分が著しくなくなり劣化してしまう。ここで、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは光検出器１００内で生成する（他の光検出器１００から絶縁される）ので、他の光検出器１００の寄生容量の影響や他の光検出器１００から生じるノイズの影響を低減することができる。なお、光電変換素子１の信号は二値化回路３を介して第１弁別部４および第２弁別部５に入力されるのでトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは光検出器１００内においてもそれぞれの光電変換素子１の寄生容量の影響を軽減することができる。

【0054】

また、光が入射した正確な時間から、薬剤の対消滅（電子・陽電子対消滅）によるガンマ線の情報を正確に取得することができる。その結果、陽電子放射断層撮影装置１０３は、薬剤の対消滅が生じた位置を正確に取得することができる。

【0055】

（トリガ信号の精度）
次に、図８に基づいて、トリガ精度のしきい値（特に、値の小さな第１のしきい値Ｔｈ１）に対する依存性について説明する。図８のグラフは、複数の光子が光検出器１００に入射した場合に検出される確率が、１つの光子あたり４０％として計算したシミュレーションの結果である。簡略化のために、複数の格子の入射が同時に起こった場合を考えている。また、グラフの横軸は、トリガがＨｉｇｈになるしきい値の大きさを検出された光子の数に換算した値である。また、グラフの縦軸は、トリガ信号のジッターの半値全幅を入射光子の数に換算した値であり、光子の検出数のばらつきに対応している。上記したように、光電変換素子１の数が増えるにつれて、同時刻にノイズが発生する確率も増加する。そのため、しきい値の値を大きくするほど、光子の検出数にゆらぎ（誤差）が生じやすくなる。

【0056】

上記のように、トリガ精度の高い１つの光子の検出に相当する第１のしきい値Ｔｈ１により、光子の検出タイミングを取得するので、光子の入射したタイミング情報が正確に得られる。これにより、ガンマ線の入射した時刻を正確に検出することができる。

【0057】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0058】

第１実施形態では、上記のように、第１弁別部４が、第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいと弁別し、かつ、第２弁別部５が、第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きいと弁別した場合に、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成するトリガ信号生成部７を設ける。これにより、比較的大きな第２のしきい値Ｔｈ２に基づいて光電変換素子１から出力される信号を弁別することにより、ノイズ（比較的小さな信号）に起因する誤検出を抑制することができる。また、第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいと弁別したタイミングは、光の入射した時間を略正確に反映する。その結果、第１弁別部４によるタイミング信号ＳｉｇＴｒｉｇおよび第２弁別部５によるレベル信号ＳｉｇＬｅｖに基づいて、検出対象となる光が入射したことをあらわすトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成することによって、誤検出を抑制しながら、光の入射した正確な時間を精度よく検出することができる。

【0059】

また、第１実施形態では、上記のように、光検出器１００に、第１弁別部４とトリガ信号生成部７との間に、第１弁別部４からトリガ信号生成部７に伝達されるタイミング信号ＳｉｇＴｒｉｇを遅延させるための遅延部６を設ける。ここで、第２のしきい値Ｔｈ２が第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいので、光電変換素子１から出力される信号に基づいた第２信号Ｓｉｇ２が第２のしきい値Ｔｈ２に達する時間は、光電変換素子１から出力される第１信号Ｓｉｇ１が第１のしきい値Ｔｈ１に達する時間よりも長くなる（遅れる）。そこで、第１弁別部４とトリガ信号生成部７との間に第１弁別部４からトリガ信号生成部７に伝達されるタイミング信号ＳｉｇＴｒｉｇを遅延させるための遅延部６を設けることによって、第１信号Ｓｉｇ１がＨｉｇｈになったタイミングを、第２信号Ｓｉｇ２がＨｉｇｈになったタイミングよりも遅らせることができる。その結果、光が入射した正確な時間の検出と誤検出の抑制とをより精度よく両立させることができる。

【0060】

また、第１実施形態では、上記のように、第２弁別部５は、複数の光電変換素子１から各々出力される第１信号Ｓｉｇ１を加算した信号である第２信号Ｓｉｇ２の値が、第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きいか否かを弁別するように構成されている。ここで、第１信号Ｓｉｇ１は、１つの光子の入射に対応する信号またはノイズに起因する信号を含む。そして、光検出器１００に対して実際に光子が入射する場合には、同時期に複数の光子が入射する。これにより、第１信号Ｓｉｇ１は同時期に複数（連続して）生じるので、第２信号Ｓｉｇ２は連続的に大きくなる。一方、ノイズは、複数の光電変換素子１において散発的に起こるので、第２信号Ｓｉｇ２は比較的小さいままである。そこで、複数の光電変換素子１から各々出力される第１信号Ｓｉｇ１を加算した信号である第２信号Ｓｉｇ２の値が、第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きいか否かを弁別するように構成することによって、光が入射したことを正確に検出することができる。

【0061】

また、第１実施形態では、上記のように、光検出器１００は、複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間と、複数の光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間とのうち、少なくとも複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間に設けられるとともに、複数の光電変換素子１から各々出力される信号を二値化する二値化回路３を設ける。これにより、二値化された信号(デジタル信号)である二値化信号ＳｉｇＢｉｎは、二値化されていない信号（アナログ信号）に比べて、比較的処理負担が少ない。そこで、少なくとも複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間に二値化回路３を設けることによって、光が入射したことを検出する処理時間を短縮することができる。

【0062】

また、第１実施形態では、上記のように、共通の二値化回路３は、複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間と、複数の光電変換素子１の各々と第２弁別部との間との両方に設けられる。これにより、二値化回路３が、複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間のみに設けられている場合と比べて、光が入射したことを検出する処理時間をより短縮することができる。

【0063】

また、第１実施形態では、上記のように、光検出器１００は、陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ装置）１０１に用いられる。これにより、電子・陽電子対消滅により放出されるガンマ線に基づく光の入射した正確な時間をより精度よく検出することができる。

【0064】

［第２実施形態］
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態による光検出器２００の構成について説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、光検出器２００は、二値化回路３が設けられていない。また、第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、光検出器２００は、信号複製部８が設けられている。なお、第１実施形態と同様の構成は、同じ符号を付して説明を省略する。

【0065】

図９に示すように、第２実施形態による光検出器２００は、第１実施形態と同様に、マトリクス状（８行８列）に配置され、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１と、抵抗器群Ｅ２と、位置・エネルギー取得部Ｅ３とを備える。光検出器２００から出力される検出信号（スロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗ）は、スロウ信号線Ｌ２０を介して、抵抗器群Ｅ２に入力される。スロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗは、信号複製部８（後述、図１０参照）によってアノードＳｉｇＡｎ信号が複製された信号である。

【0066】

図１０に示すように、光検出器２００は、複数の光電変換素子１と、光電変換素子１（１１〜１ｎ）にそれぞれ直列に接続される複数のクエンチング素子２（２１〜２ｎ）と、信号複製部８と、第１弁別部４０と、第２弁別部５０と、トリガ信号生成部７０とを含む。

【0067】

第１弁別部４０および第２弁別部５０は、信号複製部８のアナログ信号出力の第１信号Ｓｉｇ１１および第２信号Ｓｉｇ１２を弁別するように構成されている。信号複製部８は、光電変換素子１と第１弁別部４０および第２弁別部５０との間に共通して設けられるとともに、光電変換素子１が出力するアノード信号ＳｉｇＡｎと同じ信号を複製する。また、光検出器２００は、信号複製部８により複製されたスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗにより、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量を取得するように構成されている。具体的には、信号複製部８は、第１弁別部４０に第１信号Ｓｉｇ１１と、第２弁別部５０に第２信号Ｓｉｇ１２と、抵抗器群Ｅ２にスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗとを出力する。なお、第１信号Ｓｉｇ１１、第２信号Ｓｉｇ１２およびスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗは、光電変換素子１の各々から出力される信号の集積であるアノード信号ＳｉｇＡｎを複製した同一の信号である。

【0068】

また、信号複製部８によって、光電変換素子１の各々から出力される信号（アノード信号ＳｉｇＡｎ）を複製して出力することにより、光電変換素子１ｎの寄生容量と後段の回路（抵抗器群Ｅ２および位置・エネルギー取得部Ｅ３）とを絶縁し、光電変換素子１ｎの寄生容量と後段回路とで構成されるローパスフィルタの形成を避けることができる。そして、複製信号は、他の光検出器２００の光電変換素子１ｎからも同様に絶縁されているため、他の光検出器２００の光電変換素子１ｎの寄生容量の影響を受けない。その結果、他の光検出器２００との相互影響が軽減され、信号の劣化を抑制することが可能になる。

【0069】

具体的には、信号複製部８を設けずに（複数の）光検出器２００から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎをエネルギーおよび位置の取得のために直接的に用いると、光検出器２００自身の光電変換素子１の寄生容量（意図しないコンデンサの形成）の影響を受け、アノード信号ＳｉｇＡｎに劣化（高周波成分のなまり）が生じる。この場合、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成するために出力される信号（第１弁別部４０および第２弁別部５０の各々に出力される信号）も同様の劣化の影響を受けた状態となるので、最終的にトリガ信号生成部７０から出力されるトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇにも劣化が生じてしまう。また、トリガ信号生成部７０にアノード信号ＳｉｇＡｎを直接的に用いると、（トリガ信号生成部７０の回路の入力インピーダンスが０ではないため）同様に光電変換素子１ｎによる寄生容量の影響を受けて信号の劣化が起こってしまう。

【0070】

そのため、信号複製部８は、光電変換素子１のアノード側から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎを複製し、アノード信号ＳｉｇＡｎと同等の信号を、抵抗器群Ｅ２（図９参照）に接続される信号線、第１弁別部４０に接続される信号線および第２弁別部５０に接続される信号線に各々出力する。抵抗器群Ｅ２に出力される信号は、スロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗである。そして、第１実施形態と同様に、位置・エネルギー取得部Ｅ３は、抵抗器群Ｅ２から出力された信号（光検出器２００の各々から出力されたスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗ）に基づいて、光を検出した光検出器２００の位置、および、検出された光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）を算出する。そして、算出された位置に関する信号およびエネルギーに関する信号が、位置・エネルギー取得部Ｅ３から出力される。また、第１弁別部４０および第２弁別部５０に出力される信号は、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成するために用いられる。

【0071】

ここで、信号複製部８からトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇ生成のために第１弁別部４０および第２弁別部５０に各々出力される２つの複製信号、および、位置・エネルギー取得のために後段の回路に出力される複製信号の各々は、光電変換素子１ｎの寄生容量と光電変換素子１ｎ、後段の回路および他の光検出器２００が形成する意図しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）とから絶縁されている。すなわち、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇおよびスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗに対して寄生容量やローパスフィルタの影響（劣化）が生じることを、信号複製部８で複製し絶縁された信号を用いることにより抑制する。また、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇとスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗとが互いに絶縁されるため、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇとスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗとが互いに影響し合うことも抑制することができる。なお、複数の光検出器２００を接続する場合に、各々のトリガ信号生成部７０を接続しても（各々のトリガ信号ＳｉｆＴｒｉｇをまとめても）、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは二値化されているため（各々の光検出器２００が有する光電変換素子１ｎから多重に絶縁されるため）、信号に現れる影響は軽微となり問題がない。また、信号複製部８が後段の回路（マルチチャンネルＯＲゲートＥ１、抵抗器群Ｅ２および位置・エネルギー取得部Ｅ３）の駆動を行うため、複数の光検出器２００のスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗを接続しても（各々のスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗをまとめても）、影響は軽微となり問題がない。

【0072】

また、測定（計測）に直接用いないアノード信号ＳｉｇＡｎを出力する端子については、アノード信号ＳｉｇＡｎを出力する端子が寄生容量の影響を受けてローパスフィルタを形成しないように、低インピーダンスとなる電源または接地電位（グラウンド：ＧＮＤ）に接続するように構成する。アノード信号ＳｉｇＡｎの劣化が生じると、たとえアノード信号ＳｉｇＡｎを複製して用いたとしても、複製される信号は劣化された状態となるため、アノード信号ＳｉｇＡｎに対して劣化を起こさない状態で信号の複製を行う必要がある。

【0073】

第１弁別部４０は、入力される第１信号Ｓｉｇ１１が第１のしきい値Ｔｈ１を上回る期間に、Ｈｉｇｈのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力し、第１のしきい値Ｔｈ１を下回る期間に、Ｌｏｗのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを出力する。第２弁別部５０は、入力される第２信号Ｓｉｇ１２が第２のしきい値Ｔｈ２を上回る期間に、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力し、第２のしきい値Ｔｈ２を下回る期間に、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖを出力する。

【0074】

遅延部６０は、第１弁別部４０から出力されたタイミング信号ＳｉｇＴｉｍを遅らせて、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍを出力する。ここで、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍの立ち上がりタイミング（Ｈｉｇｈとなるタイミング）は、レベル信号ＳｉｇＬｅｖの立ち上がりタイミングよりも遅らせる。そして、トリガ信号生成部７０は、入力される遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとが両方ともＨｉｇｈとなった場合に、Ｈｉｇｈのトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを出力し、それ以外の場合に、Ｌｏｗのトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを出力する。これにより、ノイズによる信号と光の入射による信号とを区別することができる。

【0075】

（第２実施形態のトリガ信号のタイミングチャート）
次に、図１１を参照して、第２実施形態による光検出器２００（トリガ信号生成部７０）のトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇ生成について、説明する。

【0076】

まず、暗電流などのノイズに起因して、光電変換素子１から１つの光電変換素子１の信号に対応する１つのパルスＰ０が信号複製部８に出力され、信号複製部８によりパルスＰ０の複製された信号が第１弁別部４０および第２弁別部５０に入力されたとする。すなわち、第１弁別部４０に１つの光電変換素子１の信号に対応する信号（パルスＰ０の複製信号）が第１信号Ｓｉｇ１１として入力されたとする。この場合、時間Ｔ２１〜Ｔ２２の間において、第１信号Ｓｉｇ１１（パルスＰ０の複製信号）が、第１弁別部４０の第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きくなるので、第１弁別部４０から矩形パルスＲ０であるＨｉｇｈのタイミング信号ＳｉｇＴｉｍが出力される。一方で、第２弁別部５０にも同様に１つの光電変換素子１の信号に対応する信号（パルスＰ０の複製信号）が第２信号Ｓｉｇ１２として入力される。この場合、第２弁別部５０に入力する第２信号Ｓｉｇ１２（パルスＰ０の複製信号）は、複数のパルスが加算された場合に対応する第２のしきい値Ｔｈ２を超えることがない。すなわち、第２弁別部５０からは、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖは出力されず、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖが出力される。

【0077】

次に、期間τ０において、光検出器２００に光が入射したとする。この場合、光電変換素子１１、１２、・・・、１ｎのうちの複数の光電変換素子１から、パルスの出力が連続して生じる。そのため、第２信号Ｓｉｇ１２（第１信号Ｓｉｇ１１）は比較的大きくなる。具体的には、まず、時間Ｔ２３において、第１弁別部４０に入力される第１信号Ｓｉｇ１１が第１のしきい値Ｔｈ１を上回るので、光子の入射タイミングをあらわすタイミング信号ＳｉｇＴｉｍがＨｉｇｈになる。この時点では、第２弁別部５０の第２信号Ｓｉｇ１２は、第２のしきい値Ｔｈ２よりも小さいので、第２弁別部５からは、Ｌｏｗのレベル信号ＳｉｇＬｅｖが出力される。

【0078】

次に、時間Ｔ２４において、第２弁別部５０の第２信号Ｓｉｇ１２が第２のしきい値Ｔｈ２を上回る。これにより、第２弁別部５０から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖがＨｉｇｈになる。その後、時間Ｔ２５以降において、光の入射がピークになった後、光の入射が徐々に減少する。そして、時間Ｔ２６において、第２弁別部５０の第２信号Ｓｉｇ１２が第２のしきい値Ｔｈ２を下回るので、第２弁別部５から出力されるレベル信号ＳｉｇＬｅｖがＬｏｗになる。そして、時間Ｔ２７において、第１弁別部４０に入力される第１信号Ｓｉｇ１１がなくなる（第１のしきい値Ｔｈ１を下回る）ので、第１弁別部４０から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍがＬｏｗになる。

【0079】

ここで、第１弁別部４０から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍは、遅延部６０に入力される。これにより、遅延部６０から、タイミング信号ＳｉｇＴｉｍが遅延された遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍが出力される。

【0080】

そして、トリガ信号生成部７０は、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとのＡＮＤを取ったトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇを生成する。図１１では、遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｉｍとレベル信号ＳｉｇＬｅｖとが両方Ｈｉｇｈとなる時間Ｔ２５において、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがＨｉｇｈとなる。そして、レベル信号ＳｉｇＬｅｖがＬｏｗとなる時間Ｔ２６において、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇがＬｏｗとなる。このように、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、立ち上がりのタイミングが光子の正確な入射時間を反映している遅延タイミング信号ＳｉｇＤｅｌＴｒｉｇと揃っている。また、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇは、ノイズではない光子の入射をあらわすレベル信号ＳｉｇＬｅｖがＨｉｇｈの場合に、Ｈｉｇｈとなる。

【0081】

なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0082】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、上記のように、第１弁別部４０および第２弁別部５０は、アナログ信号からなる第１信号Ｓｉｇ１１および第２信号Ｓｉｇ１２を弁別するように構成されている。これにより、光電変換素子１から出力される信号をデジタル化（二値化）するための回路を別に設ける必要がないので、光検出器２００の装置構成を簡素化することができる。

【0083】

また、第２実施形態では、上記のように、光検出器２００は、光電変換素子１と第１弁別部４０および第２弁別部５０との間に設けられるとともに、光電変換素子１から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎと同じ信号を複製する信号複製部８を含む。そして、信号複製部８により複製されたスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗにより、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量を取得する。ここで、複数の光検出器２００のうちの一の光検出器２００の外部に出力される複製されていないアノード信号ＳｉｇＡｎにより、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量の少なくとも一方を取得する場合、光電変換素子１の寄生容量と後段回路および他の光検出器２００などが意図しないローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成するため、一の光検出器２００の外部に出力される信号が劣化する場合がある。そこで、信号複製部８により複製されるとともに光電変換素子１の寄生容量と後段回路および他の光検出器２００などが形成するローパスフィルタ（ＬＰＦ）とから絶縁されたスロウ信号ＳｉｇＳｌｏｗにより、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量の少なくとも一方を取得するように構成することによって、信号の劣化を抑制しながら、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量を取得することができる。すなわち、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）を、精度よく取得することができる。

【0084】

なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

【0085】

［第３実施形態］
次に、図１２を参照して、本発明の第３実施形態による光検出器３００の構成について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成は、同じ符号を付して説明を省略する。

【0086】

図１２（ａ）に示すように、光検出器素子３０１がｌ行ｍ列のマトリクス状に配置されている。このため、光検出器素子３０１のＸ方向の位置をあらわすために０，１，２…，ｌ−１のいずれかの番号と、Ｙ方向の位置をあらわすために０，１，２…，ｍ−１のいずれかの番号とが付されている。ここで、光検出器３００は、４つ（２行２列）の区画に対応する（０，０）、（０，１）、（１，０）および（１，１）（（Ｘ，Ｙ））に位置する光検出器素子３０１を備えている。なお、たとえば、ｌ−１＝７かつｍ−１＝７とした場合に、光検出器素子３０１は８行８列のマトリクス状に配置されていることになる。

【0087】

ここで、光検出器３００は、複数の光電変換素子１および光電変換素子１にそれぞれ直列に接続されたクエンチング素子２と、第１弁別部４と、第２弁別部５と、遅延部６と、トリガ信号生成部７との組がそれぞれ設けられた１つのチャンネルに対応する光検出器素子３０１が４つ設けられている。具体的には、一の光検出器素子３０１は、たとえば、第１実施形態による一の光検出器１００と同等となるように構成されている。また、図１２（ｂ）に示すように、チャンネルに対応する光検出器素子３０１ごとに出力される、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量をあらわすアノード信号ＳｉｇＡｎが入力される抵抗器群Ｅ２０(図示省略)と、チャンネルに対応する光検出器素子３０１ごとに出力される、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇが入力されるマルチチャンネルＯＲゲートＥ１０(図示省略)とをさらに備える。なお、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１０は、特許請求の範囲の「ＯＲゲート」の一例である。

【0088】

マルチチャンネルＯＲゲートＥ１０は、接続された光検出器素子３０１から出力される複数のトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇ（０，０）、（０，１）、（１，０）および（１，１）を統合し、単一のトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇとして出力する。また、抵抗器群Ｅ２０は、接続された光検出器素子３０１から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎを、光検出器素子３０１の位置に応じて出力する。具体的には、たとえば、（０，０）に位置する光検出器素子３０１の信号は、信号ＳｉｇＡ（Ｘ＝０に対応）および信号ＳｉｇＢ（Ｙ＝０に対応）として出力される。また、（０，１）に位置する光検出器素子３０１の信号は、信号ＳｉｇＡ（Ｘ＝０に対応）および信号ＳｉｇＤ（Ｙ＝１に対応）として出力される。すなわち、抵抗器群Ｅ２０は、Ｘ方向およびＹ方向の座標の情報と対応する信号を出力するように構成されている。これにより、後段の回路において、どの位置の光検出器素子３０１から信号が出力されたのかを取得することができる。

【0089】

上記の４つ（２行２列）の光検出器素子３０１の集まりに対応する光検出器３００の構成は、他の光検出器素子３０１に対しても個別に（４つごとに）行われる。このように、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇおよびアノード信号ＳｉｇＡｎをｌ行ｍ列の光検出器素子３０１の全て（たとえば、６４）に対して１つにまとめて処理する場合と比較して、少ない単位である４つごとにまとめるので、後段の回路（たとえば、光の入射タイミングや光の総量、入射位置を計算する回路）における処理負担が少なくなる。なお、複数の光検出器３００のそれぞれが備える抵抗器群Ｅ２０において出力された上記信号ＳｉｇＡ〜Ｄの各々が入力され、光の入射した光検出器素子３０１をあらわす（特定する）位置信号と光検出器素子３０１に入射した光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）をあらわすエネルギー信号とを出力する図示しない位置・エネルギー取得部を設けてもよい。

【0090】

なお、第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0091】

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、上記のように、光電変換素子１と、第１弁別部４と、第２弁別部５と、トリガ信号生成部７との組を含むチャンネルに対応する光検出器素子３０１が複数設けられており、チャンネルに対応する光検出器素子３０１ごとに出力される、トリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇが入力されるマルチチャンネルＯＲゲートＥ１０（ＯＲゲート）と、チャンネルに対応する光検出器素子３０１ごとに出力される、光が入射した光電変換素子１の位置および光電変換素子１に入射した光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）をあらわすアノード信号ＳｉｇＡｎが入力される抵抗器群Ｅ２０とをさらに備える。これにより、チャンネルごとに出力されるトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇと、位置およびエネルギーの少なくとも一方をあらわすアノード信号ＳｉｇＡｎとをまとめることができるので、後段の回路（たとえば、光の入射タイミングや総量、入射位置を計算する回路）における処理負担を軽減することができる。

【0092】

なお、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

【0093】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0094】

たとえば、上記第１および第２実施形態では、遅延部６が、第１弁別部４とトリガ信号生成部７との間に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、遅延部６を、第１弁別部４の内部に設けてもよい。

【0095】

また、上記第１および第２実施形態では、光検出器１００（２００）が８行８列（合計６４個）のマトリクス状に構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、光検出器１００（２００，３００）が、６４個以外の数の分、設けられていてもよいし、光検出器１００（２００）が、マトリクス状以外の状態（１列状など）で配置されていてもよい。

【0096】

また、上記第１および第２実施形態では、光検出器アレイ１０１とシンチレータアレイ１０２とが、２行２列の光検出器１００に対して５行５列のシンチレータ素子Ｓが設けられる最小単位が複数集積されることにより構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、光検出器１００（２００）とシンチレータ素子Ｓとの対応関係の数はいくつでもよい（たとえば、３行３列の光検出器１００（２００）に対して４行４列のシンチレータ素子Ｓが設けられるなど）。また、１つの光検出器１００に対して１つシンチレータ素子Ｓが設けられる構成としてもよい。また、光検出器１００（２００）の含まれる光検出器アレイ１０１全体に対して１つのシンチレータ素子Ｓが設けられるように構成してもよい。また、光検出器１００（２００）とシンチレータ素子Ｓとの決まった対応関係がなくてもよい。

【0097】

また、上記第１および第２実施形態では、遅延部６（６０）によるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍに対する遅延時間を一定値としたが、本発明はこれに限られない。たとえば、光検出器１００（２００）ごとに、調整されていてもよい。

【0098】

また、上記第１および第２実施形態では、第１のしきい値Ｔｈ１が、１個の光が入射した信号に相当する値に調整されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１のしきい値Ｔｈ１が、１個以外の数の光が入射した信号に相当する値に調整されていてもよい。

【0099】

また、上記第１および第２実施形態では、第２のしきい値Ｔｈ２が、５個から１０個の光が入射した信号に相当する値に調整されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１のしきい値Ｔｈ１が、５個から１０個以外の数の光が入射した信号に相当する値に調整されていてもよい。

【0100】

また、上記第１および第２実施形態では、第１のしきい値Ｔｈ１および第２のしきい値Ｔｈ２が、全ての光検出器１００（２００）において同じに設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１のしきい値Ｔｈ１および第２のしきい値Ｔｈ２を光検出器１００（２００）ごとに調整してもよい。

【0101】

また、上記第１および第２実施形態では、第１弁別部４（４０）が、ＯＲゲートにより構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１弁別部４（４０）を、第２弁別部５（５０）と同様に、電圧加算器５２等により構成してもよい。なお、回路の応答速度、および、回路の小型化の観点において、ＯＲゲートの方が有利である。

【0102】

また、上記第１および第２実施形態では、光電変換素子１のアノード側から出力されるアノード信号ＳｉｇＡｎに基づいて、位置・エネルギーを取得する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１弁別部４（４０）または第２弁別部５（５０）から出力される信号に基づいて、それぞれのしきい値を超えた時間の長さおよび時間差から位置・エネルギーを取得してもよい。また、光電変換素子１のカソード側から出力されるカソード信号に基づいて、位置・エネルギーを取得するように構成してもよい。具体的には、マルチチャンネルＯＲゲートＥ１、抵抗器群Ｅ２および位置・エネルギー取得部Ｅ３をカソード信号側に接続するように構成してもよい。この場合、光電変換素子に接続されるクエンチング素子２や、二値化回路３、第１弁別部４（４０）、第２弁別部５（５０）、遅延部６（６０）およびトリガ信号生成部７（７０）、信号複製部８等のトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇの生成に寄与する回路についても同様に、光電変換素子１のカソード側に接続される。

【0103】

また、上記第１実施形態では、第２弁別部５を、図５に示すような、二値化回路３または光電変換素子１から出力される電圧の信号を電圧加算器５２を用いて加算して弁別する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１３に示すような、第２弁別部１５０を、スイッチ５５と、電流源５６、電流電圧変換器５７および比較器５８により構成してもよい。なお、スイッチ５５は、二値化回路３または光電変換素子１の各々と接続されるスイッチの集まりであり、対応する光電変換素子１において光の検出があった場合に、Ｏｎになり、電流の信号を流す。電流電圧変換器５７は、光電変換素子１から出力される電流の信号を、電圧の信号に変換する。そして、比較器５８により、第２のしきい値Ｔｈ２を上回る電圧の入力があった場合にのみ、Ｈｉｇｈのレベル信号ＳｉｇＬｅｖが出力される。

【0104】

また、上記第１および第２実施形態では、光検出器１００（２００）が陽電子放射断層撮影装置に用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ガンマカメラ、分光分析、製造部品の検査、測距装置やその他計測・探査目的など、光を検出するための用途に光検出器１００（２００）を用いてもよい。

【0105】

また、上記第１実施形態では、共通の二値化回路３が複数の光電変換素子１の各々と第１弁別部４および第２弁別部５との間に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１４に示す光検出器４００のように．光電変換素子１の各々と第１弁別部４との間にのみ二値化回路３Ａを設けてもよい。この場合、二値化回路３Ａにより信号を二値化する過程でわずかに信号が遅れる。そのため、二値化回路３Ａを第１弁別部にのみ設けた場合は、第２弁別部によるレベル信号ＳｉｇＬｅｖと比較して信号の立ち上がりが早い第１弁別部から出力されるタイミング信号ＳｉｇＴｉｍのみ二値化の過程でわずかに遅れる。これにより、レベル信号ＳｉｇＬｅｖとタイミング信号ＳｉｇＴｉｍとの立ち上がりの時間差を縮小することができる。また、図１５に示す光検出器５００のように、光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間にのみ二値化回路３Ｂを設けてもよい。また、図１６に示す光検出器６００のように、光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間、および、光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間に個別の二値化回路３Ｃおよび３Ｄをそれぞれを設けてもよい。なお、図１４〜図１６の光検出器４００，５００，６００構成は、同じ二値化回路３から出力された信号ＳｉｇＢｉｎが入力される、光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間、および、光電変換素子１の各々と第２弁別部５との間に共通の二値化回路３を設ける場合とは異なり、第１信号と第２信号は異なるものとなる。

【0106】

また、上記第３実施形態では、光検出器素子３０１が２行２列の４つごとにトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇと、位置および入射した光の総量（入射したガンマ線のエネルギー）をあらわす信号であるアノード信号ＳｉｇＡｎとがまとめられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明でトリガ信号ＳｉｇＴｒｉｇと、アノード信号ＳｉｇＡｎとがまとめられる単位は４つでなくともよい。また、マトリクス状にまとめる場合に限らず、列や行ごとの１次元の光検出器素子３０１の並びをまとめてもよい。

【0107】

また、上記第３実施形態では、一の光検出器素子３０１が、第１実施形態による一の光検出器１００と同等となるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、一の光検出器素子３０１が、第２実施形態による一の光検出器２００と同等となるように構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0108】

１ 光電変換素子
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 二値化回路
４、４０ 第１弁別部
５、５０ 第２弁別部
６、６０ 遅延部
７、７０ トリガ信号生成部
８ 信号複製部
１００、２００、３００，４００、５００、６００ 光検出器
１０３ 陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ装置）
３０１ 光検出器素子（チャンネル）
Ｅ１、Ｅ１０ マルチチャンネルＯＲゲート（ＯＲゲート）
Ｅ２、Ｅ２０ 抵抗器群

【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】