特開 2023-176239 放射線検出器及び放射線検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176239

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】放射線検出器及び放射線検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20231206BHJP

   H01L 31/08 20060101ALI20231206BHJP

   H01L 31/107 20060101ALI20231206BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20231206BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20231206BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 E

G01T1/20 F

G01T1/20 G

G01T1/20 C

H01L31/00 A

H01L31/10 B

H01L31/10 G

H01L27/144 K

H01L27/146 D

H01L27/146 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022088411

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【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】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】中村 重幸

(72)【発明者】

【氏名】太田 剛

(72)【発明者】

【氏名】松本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】藤田 卓也

【テーマコード（参考）】

2G188

4M118

5F149

5F849

【Ｆターム（参考）】

2G188BB02

2G188BB04

2G188CC15

2G188CC16

2G188CC19

2G188CC23

2G188DD04

2G188DD05

2G188DD42

2G188EE01

2G188EE03

2G188FF20

2G188FF25

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA09

4M118BA19

4M118CA03

4M118CA25

4M118CA26

4M118CB11

4M118FA06

4M118FA08

4M118FA27

4M118FA28

4M118GA02

4M118GA08

4M118GC20

4M118GD15

4M118HA30

4M118HA31

5F149AA07

5F149BA04

5F149BA17

5F149EA03

5F149EA04

5F149EA07

5F149EA11

5F149HA17

5F149KA06

5F149KA17

5F149KA20

5F149LA06

5F149XB01

5F149XB38

5F849AA07

5F849BA04

5F849BA17

5F849EA03

5F849EA04

5F849EA07

5F849EA11

5F849HA17

5F849KA06

5F849KA17

5F849KA20

5F849LA06

5F849XB01

5F849XB38

(57)【要約】

【課題】放射線を精度良く検出することができる放射線検出器及び放射線検出装置を提供する。
【解決手段】放射線検出器１は、複数の受光領域２３を有する光半導体素子２と、光半導体素子２上に配置されたシンチレータユニット３と、光半導体素子２とシンチレータユニット３との間に配置された接着層４と、を備える。シンチレータユニット３は、複数の受光領域２３に対応している少なくとも一つのシンチレータ３１を有する。複数の受光領域２３のそれぞれは、互いに並列に接続された複数の受光部２４を有する。複数の受光部２４のそれぞれは、ガイガーモードで動作するＡＰＤ２５と、ＡＰＤ２５と直列に接続されたクエンチング抵抗２６と、を含む。隣り合っている受光領域２３の間の距離は、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離よりも大きい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の受光領域を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子上に配置されたシンチレータユニットと、
前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された接着層と、を備え、
前記シンチレータユニットは、前記複数の受光領域に対応している少なくとも一つのシンチレータを有し、
前記複数の受光領域のそれぞれは、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、
前記複数の受光部のそれぞれは、
ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含み、
前記複数の受光領域のうち、隣り合っている受光領域の間の距離は、前記複数の受光領域及び前記少なくとも一つのシンチレータのうち、向かい合っている受光領域及びシンチレータの間の距離よりも大きい、放射線検出器。

【請求項2】

前記接着層は、前記光半導体素子及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している、請求項１に記載の放射線検出器。

【請求項3】

前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された光学フィルタ層を更に備え、
前記接着層は、前記光学フィルタ層と前記シンチレータユニットとの間に配置されており、
前記光学フィルタ層は、前記光半導体素子及び前記接着層のそれぞれに接触しており、
前記接着層は、前記光学フィルタ層及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している、請求項１に記載の放射線検出器。

【請求項4】

前記隣り合っている前記受光領域の間の距離は、０．１ｍｍ以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線検出器。

【請求項5】

前記複数の受光部のそれぞれの幅は、５０μｍ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線検出器。

【請求項6】

それぞれが前記光半導体素子である複数の光半導体素子が実装された配線基板を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線検出器。

【請求項7】

前記複数の光半導体素子は、一方向に並んでおり、
前記複数の光半導体素子のそれぞれにおいて、前記複数の受光領域は、前記一方向に並んでおり、
前記複数の受光領域は、
前記一方向における両端に位置している一対の第１受光領域と、
前記一対の第１受光領域の間に位置している複数の第２受光領域と、を含み、
前記一方向において、前記一対の第１受光領域のそれぞれの幅は、前記複数の第２受光領域のそれぞれの幅よりも小さい、請求項６に記載の放射線検出器。

【請求項8】

前記複数の光半導体素子は、前記配線基板に直接実装されている、請求項６に記載の放射線検出器。

【請求項9】

前記複数の光半導体素子は、前記配線基板が有する共通のパッド上に固定されている、請求項８に記載の放射線検出器。

【請求項10】

前記少なくとも一つのシンチレータは、前記複数の受光領域に対応している複数のシンチレータである、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線検出器。

【請求項11】

前記シンチレータユニットは、前記複数のシンチレータのそれぞれの表面のうち前記光半導体素子側の面以外の面を覆っている光反射部材を更に有する、請求項１０に記載の放射線検出器。

【請求項12】

請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線検出器と、
前記複数の受光領域に対応しており、前記複数の受光領域のそれぞれから出力されたパルス信号を処理する複数の信号処理部と、を備え、
前記複数の信号処理部のそれぞれは、波形整形回路と、複数のコンパレータと、複数のカウンタと、を有し、
前記波形整形回路は、パルス幅が短くなるように前記パルス信号の波形を整形し、
前記複数のコンパレータのそれぞれは、前記波形整形回路から入力された前記パルス信号の強度を、互いに異なる複数の閾値のそれぞれと比較し、
前記複数のカウンタのそれぞれは、前記複数の閾値のそれぞれを超えた強度を有する前記パルス信号を、前記複数の閾値のそれぞれごとに計数する、放射線検出装置。

【請求項13】

前記複数の信号処理部のそれぞれは、アノード電位補正回路を更に有し、
前記アノード電位補正回路は、前記複数の受光領域のそれぞれのアノード側の電位を、前記複数の受光領域のそれぞれごとに補正する、請求項１２に記載の放射線検出装置。

【請求項14】

前記複数の受光領域に対応しているカソード電位補正回路を更に備え、
前記カソード電位補正回路は、前記放射線検出器が更に備える温度センサから出力された信号に応じて、前記複数の受光領域のそれぞれのカソード側の電位を一括で補正する、請求項１２に記載の放射線検出装置。

【請求項15】

前記複数の受光領域に対応している閾値リニアリティ補正回路を更に備え、
前記閾値リニアリティ補正回路は、前記複数の閾値のそれぞれが前記複数の受光領域の間において等しくなるように、前記複数の閾値のそれぞれを補正する、請求項１２に記載の放射線検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線検出器及び放射線検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光電変換素子と、光電変換素子上に配置されたフィルタと、フィルタ上に配置された蛍光素子と、を備える放射線検出器が記載されている。特許文献１に記載の放射線検出器では、放射線が蛍光素子に入射すると、蛍光素子において光が発せられ、当該光のうち短波長帯の光のみがフィルタを透過して光電変換素子に入射し、当該短波長帯の光が光電変換素子によって検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２７４６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような放射線検出器においては、複数の受光領域を有する光半導体素子が光電変換素子として用いられ、複数の受光領域に対応している少なくとも一つのシンチレータを有するシンチレータユニットが蛍光素子として用いられる場合がある。そのような場合には、放射線の入射によってシンチレータ内の或る領域で発せられた光が、当該領域と向かい合っている受光領域だけでなく、当該受光領域と隣り合っている受光領域にも入射することで、放射線の検出精度が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、放射線を精度良く検出することができる放射線検出器及び放射線検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の放射線検出器は、［１］「複数の受光領域を有する光半導体素子と、前記光半導体素子上に配置されたシンチレータユニットと、前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された接着層と、を備え、前記シンチレータユニットは、前記複数の受光領域に対応している少なくとも一つのシンチレータを有し、前記複数の受光領域のそれぞれは、互いに並列に接続された複数の受光部を有し、前記複数の受光部のそれぞれは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードと、前記アバランシェフォトダイオードと直列に接続されたクエンチング抵抗と、を含み、前記複数の受光領域のうち、隣り合っている受光領域の間の距離は、前記複数の受光領域及び前記少なくとも一つのシンチレータのうち、向かい合っている受光領域及びシンチレータの間の距離よりも大きい、放射線検出器」である。

【0007】

上記放射線検出器では、隣り合っている受光領域の間の距離が、向かい合っている受光領域及びシンチレータの間の距離よりも大きい。これにより、放射線の入射によってシンチレータ内の或る領域で光が発せられた際に、当該領域と向かい合っている受光領域への光の入射が促進され、当該受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射が抑制される。よって、上記放射線検出器によれば、放射線を精度良く検出することができる。

【0008】

本発明の放射線検出器は、［２］「前記接着層は、前記光半導体素子及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している、上記［１］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、光半導体素子とシンチレータユニットとの間に複数の層の間の界面が存在しないため、放射線の入射によって或るシンチレータで光が発せられた際に、当該シンチレータと向かい合っている受光領域への光の入射がより促進され、当該受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射がより抑制される。

【0009】

本発明の放射線検出器は、［３］「前記光半導体素子と前記シンチレータユニットとの間に配置された光学フィルタ層を更に備え、前記接着層は、前記光学フィルタ層と前記シンチレータユニットとの間に配置されており、前記光学フィルタ層は、前記光半導体素子及び前記接着層のそれぞれに接触しており、前記接着層は、前記光学フィルタ層及び前記シンチレータユニットのそれぞれに接触している、上記［１］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、放射線の入射によってシンチレータ内の或る領域で光が発せられた際に、所望の波長帯の光について、当該領域と向かい合っている受光領域への光の入射が促進され、当該受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射が抑制される。

【0010】

本発明の放射線検出器は、［４］「前記隣り合っている前記受光領域の間の距離は、０．１ｍｍ以上である、上記［１］～［３］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、放射線の入射によってシンチレータ内の或る領域で光が発せられた際に、当該領域と向かい合っている受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射がより抑制される。

【0011】

本発明の放射線検出器は、［５］「前記複数の受光部のそれぞれの幅は、５０μｍ以下である、上記［１］～［４］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、例えば、向かい合っている受光領域及びシンチレータの間にずれが生じた場合にも、放射線の検出においてエネルギー分解能が低下するのを抑制することができる。

【0012】

本発明の放射線検出器は、［６］「それぞれが前記光半導体素子である複数の光半導体素子が実装された配線基板を更に備える、上記［１］～［５］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、光半導体素子のサイズを適切なサイズに維持しつつ、放射線の検出範囲を拡大させることができる。

【0013】

本発明の放射線検出器は、［７］「前記複数の光半導体素子は、一方向に並んでおり、前記複数の光半導体素子のそれぞれにおいて、前記複数の受光領域は、前記一方向に並んでおり、前記複数の受光領域は、前記一方向における両端に位置している一対の第１受光領域と、前記一対の第１受光領域の間に位置している複数の第２受光領域と、を含み、前記一方向において、前記一対の第１受光領域のそれぞれの幅は、前記複数の第２受光領域のそれぞれの幅よりも小さい、上記［６］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、複数の受光領域に対応している複数のシンチレータをシンチレータユニットが有している場合に、一方向に並んだ複数の光半導体素子の配列ピッチがばらついたとしても、受光領域に対するシンチレータのずれが第１受光領域で吸収されるため、全ての光半導体素子において、受光領域に対するシンチレータのずれ量が大きくなるのを抑制することができる。

【0014】

本発明の放射線検出器は、［８］「前記複数の光半導体素子は、前記配線基板に直接実装されている、上記［６］又は［７］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、複数の光半導体素子のそれぞれにおいて発せられた熱を効率良く配線基板に逃がすことができ、複数の光半導体素子のそれぞれにおいてゲイン（増倍率）が変動したり、複数の光半導体素子の間でゲインがばらついたりするのを確実に抑制することができる。

【0015】

本発明の放射線検出器は、［９］「前記複数の光半導体素子は、前記配線基板が有する共通のパッド上に固定されている、上記［８］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、複数の光半導体素子のそれぞれにおいて発せられた熱をより効率良く配線基板に逃がすことができ、複数の光半導体素子のそれぞれにおいてゲインが変動したり、複数の光半導体素子の間でゲインがばらついたりするのをより確実に抑制することができる。

【0016】

本発明の放射線検出器は、［１０］「前記少なくとも一つのシンチレータは、前記複数の受光領域に対応している複数のシンチレータである、上記［１］～［９］のいずれか一つに記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、放射線の入射によって或るシンチレータで光が発せられた際に、当該シンチレータと向かい合っている受光領域への光の入射が促進され、当該受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射が抑制される。

【0017】

本発明の放射線検出器は、［１１］「前記シンチレータユニットは、前記複数のシンチレータのそれぞれの表面のうち前記光半導体素子側の面以外の面を覆っている光反射部材を更に有する、上記［１０］に記載の放射線検出器」であってもよい。この放射線検出器によれば、放射線の入射によって或るシンチレータで光が発せられた際に、当該シンチレータと向かい合っている受光領域への光の入射がより促進され、当該受光領域と隣り合っている受光領域への光の入射がより抑制される。

【0018】

本発明の放射線検出装置は、［１２］「上記［１］～［１１］のいずれか一つに記載の放射線検出器と、前記複数の受光領域に対応しており、前記複数の受光領域のそれぞれから出力されたパルス信号を処理する複数の信号処理部と、を備え、前記複数の信号処理部のそれぞれは、波形整形回路と、複数のコンパレータと、複数のカウンタと、を有し、前記波形整形回路は、パルス幅が短くなるように前記パルス信号の波形を整形し、前記複数のコンパレータのそれぞれは、前記波形整形回路から入力された前記パルス信号の強度を、互いに異なる複数の閾値のそれぞれと比較し、前記複数のカウンタのそれぞれは、前記複数の閾値のそれぞれを超えた強度を有する前記パルス信号を、前記複数の閾値のそれぞれごとに計数する、放射線検出装置」である。

【0019】

上記放射線検出装置によれば、複数の受光領域のそれぞれごとに放射線のエネルギー弁別が可能となる。

【0020】

本発明の放射線検出装置は、［１３］「前記複数の信号処理部のそれぞれは、アノード電位補正回路を更に有し、前記アノード電位補正回路は、前記複数の受光領域のそれぞれのアノード側の電位を、前記複数の受光領域のそれぞれごとに補正する、上記［１２］に記載の放射線検出装置」であってもよい。この放射線検出装置によれば、複数の受光領域のそれぞれごとにゲインを調整することができる。

【0021】

本発明の放射線検出装置は、［１４］「前記複数の受光領域に対応しているカソード電位補正回路を更に備え、前記カソード電位補正回路は、前記放射線検出器が更に備える温度センサから出力された信号に応じて、前記複数の受光領域のそれぞれのカソード側の電位を一括で補正する、上記［１２］又は［１３］に記載の放射線検出装置」であってもよい。この放射線検出装置によれば、光半導体素子の温度に起因して複数の受光領域のゲインが変動するのを抑制することができる。

【0022】

本発明の放射線検出装置は、［１５］「前記複数の受光領域に対応している閾値リニアリティ補正回路を更に備え、前記閾値リニアリティ補正回路は、前記複数の閾値のそれぞれが前記複数の受光領域の間において等しくなるように、前記複数の閾値のそれぞれを補正する、上記［１２］～［１４］のいずれか一つに記載の放射線検出装置」であってもよい。この放射線検出装置によれば、複数の受光領域の間において互いに対応している複数のコンパレータのそれぞれに入力される閾値がばらつくのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、放射線を精度良く検出することができる放射線検出器及び放射線検出装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一実施形態の放射線検出器の平面図である。

【図2】図１に示される放射線検出器の一部分の平面図である。

【図3】図１に示されるIII－III線に沿っての放射線検出器の断面図である。

【図4】図１に示される受光領域及びシンチレータの位置関係を示す図である。

【図5】図１に示される光半導体素子の一部分の断面図である。

【図6】図１に示される光半導体素子の回路図である。

【図7】変形例の光半導体素子の一部分の断面図である。

【図8】受光領域に対するシンチレータのずれ量とエネルギー分解能統計限界との関係を示すグラフである。

【図9】図３に示される放射線検出器の一部分の断面図である。

【図10】実施例及び比較例についての放射線エネルギーと漏れ光との関係を示すグラフである。

【図11】実施例及び比較例についてのエネルギー分解能を示すグラフである。

【図12】実施例及び比較例についての正規化出力を示すグラフである。

【図13】実施例及び比較例についての放射線線量率とゲイン変動との関係を示すグラフである。

【図14】一実施形態の放射線検出装置のブロック図である。

【図15】変形例の放射線検出器の一部分の断面図である。

【図16】変形例の放射線検出器の光半導体素子の平面図である。

【図17】変形例の放射線検出器の平面図である。

【図18】変形例の放射線検出器の分解斜視図である。

【図19】変形例の放射線検出器の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［放射線検出器の構成］

【0026】

図１、図２及び図３に示されるように、放射線検出器１は、複数の光半導体素子２と、複数のシンチレータユニット３と、接着層４と、配線基板５と、複数のワイヤ６と、保護樹脂部材７と、温度センサ８と、を備えている。以下の説明では、配線基板５の厚さ方向をＺ方向といい、Ｚ方向に平行な一方向をＸ方向といい、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に垂直な方向をＹ方向という。なお、図１及び図２では、保護樹脂部材７が二点鎖線で示されている。また、図２では、複数のシンチレータユニット３の図示が省略されている。

【0027】

配線基板５は、表面５ａ及び裏面５ｂを有している。配線基板５は、Ｚ方向から見た場合に、例えば、Ｘ方向を長辺方向とし且つＹ方向を短辺方向とする長方形状を呈している。配線基板５の表面５ａには、実装パッド（パッド）５１が設けれている。実装パッド５１は、例えば、Ｙ方向に所定の幅を有しており、表面５ａを横切るようにＸ方向に延在している。複数の光半導体素子２は、Ｘ方向（一方向）に一列に並んだ状態で、例えばダイボンディングによって、配線基板５が有する共通の実装パッド５１上に固定されている。つまり、複数の光半導体素子２は、配線基板５に直接実装されている。温度センサ８は、複数の光半導体素子２の温度を測定するためのセンサであり、配線基板５の裏面５ｂに実装されている。

【0028】

各光半導体素子２は、半導体層２１と、配線層２２と、を有している。半導体層２１は、表面２１ａ及び裏面２１ｂを有している。配線層２２は、半導体層２１の表面２１ａ上に形成されている。本実施形態では、半導体層２１の裏面２１ｂが実装パッド５１に固定されている。各光半導体素子２は、Ｚ方向から見た場合に、例えば、Ｘ方向を長辺方向とし且つＹ方向を短辺方向とする長方形状を呈している。各光半導体素子２において、半導体層２１及び配線層２２は、複数の受光領域２３を構成している。つまり、各光半導体素子２は、複数の受光領域２３を有している。各光半導体素子２において、複数の受光領域２３は、Ｘ方向に一列に並んでいる。

【0029】

Ｘ方向において、一対の受光領域（第１受光領域）２３Ａのそれぞれの幅は、複数の受光領域（第２受光領域）２３Ｂのそれぞれの幅よりも小さい。一対の受光領域２３Ａは、各光半導体素子２が有する複数の受光領域２３のうち、Ｘ方向における両端に位置している一対の受光領域である。複数の受光領域２３Ｂは、各光半導体素子２が有する複数の受光領域２３のうち、一対の受光領域２３Ａの間に位置している複数の受光領域である。各受光領域２３Ａは、Ｚ方向から見た場合に、例えば、Ｙ方向を長辺方向とし且つＸ方向を短辺方向とする長方形状を呈している。各受光領域２３Ｂは、Ｚ方向から見た場合に、例えば、正方形状状を呈している。各受光領域２３Ｂの一辺の長さは、例えば、１ｍｍ程度である。隣り合っている受光領域２３の間の距離は、例えば、０．２ｍｍ程度である。

【0030】

各光半導体素子２において、配線層２２における半導体層２１とは反対側の表面には、複数のアノード電極パッド２２Ａ、及びカソード電極パッド２２Ｂが設けられている。各アノード電極パッド２２Ａは、各受光領域２３に対して、Ｙ方向における一方の側に位置している。カソード電極パッド２２Ｂは、複数のアノード電極パッド２２Ａに対して、Ｘ方向における一方の側に位置している。一つのアノード電極パッド２２Ａは、一つの受光領域２３に対応しており、一つの受光領域２３のアノード側に電気的に接続されている（詳細については後述する）。カソード電極パッド２２Ｂは、複数の受光領域２３に対応しており、複数の受光領域２３のカソード側に電気的に接続されている（詳細については後述する）。各電極パッド２２Ａ，２２Ｂは、各受光領域２３から、例えば、Ｙ方向に１ｍｍ以上離れている。

【0031】

配線基板５の表面５ａには、複数の個別電極パッド５２Ａ及び複数の共通電極パッド５２Ｂが設けられている。各個別電極パッド５２Ａは、各アノード電極パッド２２Ａに対して、Ｙ方向における一方の側に位置している。各共通電極パッド５２Ｂは、各カソード電極パッド２２Ｂに対して、Ｙ方向における一方の側に位置している。複数の共通電極パッド５２Ｂは、実装パッド５１と一体で（一続きで）形成されている。対応しているアノード電極パッド２２Ａ及び個別電極パッド５２Ａには、ワイヤ６が掛け渡されている。同様に、対応しているカソード電極パッド２２Ｂ及び共通電極パッド５２Ｂには、ワイヤ６が掛け渡されている。

【0032】

複数の電極パッド２２Ａ，２２Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ及び複数のワイヤ６は、保護樹脂部材７によって覆われている。放射線検出器１では、上述したように、各電極パッド２２Ａ，２２Ｂが、各受光領域２３から、例えば、Ｙ方向に１ｍｍ以上離れている。そのため、放射線検出器１の製造時に保護樹脂部材７が各受光領域２３上に至ることが防止される。

【0033】

配線基板５の裏面５ｂには、コネクタ５３が設けられている。コネクタ５３は、配線基板５における電気信号の入出力ポートである。放射線検出器１では、コネクタ５３を介して、各光半導体素子２に対する電気信号の入出力、及び温度センサ８に対する電気信号の入出力が実施される。

【0034】

複数のシンチレータユニット３は、Ｘ方向に一列に並んでいる。複数のシンチレータユニット３は、複数の光半導体素子２に対応している。具体的には、各シンチレータユニット３は、接着層４を介して、各光半導体素子２上に配置されている。接着層４は、複数の光半導体素子２と複数のシンチレータユニット３との間に配置されている。接着層４は、複数の光半導体素子２及び複数のシンチレータユニット３のそれぞれに接触している。接着層４の材料は、例えば、シリコーン接着剤、エポキシ接着剤等である。接着層４の厚さは、例えば、１００μｍ未満（典型的には、２０～３０μｍ程度）である。

【0035】

各シンチレータユニット３は、複数のシンチレータ３１と、光反射部材３２と、を有している。各シンチレータユニット３において、複数のシンチレータ３１は、Ｘ方向に一列に並んでいる。複数のシンチレータ３１は、複数の受光領域２３に対応している。具体的には、各シンチレータ３１は、接着層４を介して、各受光領域２３上に配置されている。各シンチレータ３１は、例えば、Ｚ方向を長手方向とする直方体状を呈している。Ｚ方向に垂直な各シンチレータ３１の断面形状は、Ｚ方向から見た場合における各受光領域２３Ｂの形状と略同じであり（図４参照）、例えば、正方形状状である。各シンチレータ３１の材料は、例えば、ＬＹＳＯ：Ｃｅ、ＹＡＰ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｐｒ等である。Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向における各シンチレータ３１の幅は、例えば、１ｍｍ程度である。Ｚ方向における各シンチレータ３１の高さは、例えば、数ｍｍ程度である。

【0036】

各シンチレータユニット３において、光反射部材３２は、各シンチレータ３１の表面３１ａのうち光半導体素子２側の面３１ｂ以外の面を覆っている。或るシンチレータ３１に放射線（例えば、Ｘ線、γ線等）が入射して当該シンチレータ３１において光が発せられると、当該光は、面３１ｂに向かって進行したり光反射部材３２によって反射されたりすることで、面３１ｂから出射される。光反射部材３２の材料は、例えば、酸化チタン等である。光反射部材３２の厚さ（隣り合っているシンチレータ３１の間の距離に相当）は、例えば、０．２ｍｍ程度である。
［光半導体素子の構成］

【0037】

上述したように、各光半導体素子２は、複数の受光領域２３を有している。図４に示されるように、受光領域２３は、複数の受光部２４を有している。複数の受光部２４は、Ｚ方向に垂直な面に沿って二次元に配置されている。本実施形態では、複数の受光部２４は、Ｘ方向を行方向とし且つＹ方向を列方向としてマトリックス状に並んでいる。各受光部２４は、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）であり、光半導体素子２は、一つの受光領域２３によって一つのチャンネルが構成されたＳｉＰＭ（Silicon Photomultiplier）である。

【0038】

図５に示されるように、半導体層２１は、一つの受光部２４ごとに、Ｎ型半導体領域２１１と、Ｐ型半導体領域２１２と、Ｐ^＋型半導体領域２１３と、を含んでいる。Ｎ型半導体領域２１１は、複数の受光部２４に渡って延在している。Ｐ型半導体領域２１２は、半導体層２１の表面２１ａに沿ってＮ型半導体領域２１１内に形成されており、Ｎ型半導体領域２１１とＰＮ接合を構成している。Ｐ^＋型半導体領域２１３は、半導体層２１の表面２１ａに沿ってＰ型半導体領域２１２内に形成されている。各受光部２４では、Ｎ型半導体領域２１１、Ｐ型半導体領域２１２及びＰ^＋型半導体領域２１３によってＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）２５が構成されている。半導体層２１の材料は、例えば、シリコンである。半導体層２１において、Ｐ型の不純物は、例えば、Ｂ等の３族元素であり、Ｎ型の不純物は、例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ等の５族元素である。

【0039】

半導体層２１は、トレンチ２１ｃを有している。トレンチ２１ｃは、各Ｐ型半導体領域２１２を互いに仕切るように延在している。トレンチ２１ｃは、半導体層２１の表面２１ａに開口している。表面２１ａからのトレンチ２１ｃの深さは、表面２１ａからのＰ型半導体領域２１２の深さよりも大きい。各受光部２４において、Ｐ型半導体領域２１２とトレンチ２１ｃとの間には、Ｎ型半導体領域２１１の一部分が配置されている。トレンチ２１ｃの内面に沿っては、絶縁領域２１４が形成されている。絶縁領域２１４の材料は、例えば、ＳｉＯ_２である。トレンチ２１ｃ内には、金属部材２１５が配置されている。金属部材２１５の材料は、例えば、Ｗである。トレンチ２１ｃの幅は、例えば、０．５μｍ程度である。トレンチ２１ｃの深さは、例えば、数μｍ程度である。

【0040】

配線層２２は、一つの受光領域２３に対して、複数のクエンチング抵抗２６と、複数の貫通電極２７と、読出配線２８と、絶縁層２９と、を有している。絶縁層２９は、複数の絶縁膜によって構成されており、複数の受光領域２３に渡って延在している。各絶縁膜の材料は、例えば、ＳｉＯ_２又はＳｉＮである。複数のクエンチング抵抗２６、複数の貫通電極２７、及び読出配線２８は、絶縁層２９内に形成されている。

【0041】

一つのクエンチング抵抗２６は、一つのＡＰＤ２５と共に一つの受光部２４を構成している。各受光部２４において、クエンチング抵抗２６は、Ｚ方向から見た場合にＰ^＋型半導体領域２１３の外縁に沿って延在している。クエンチング抵抗２６の一端２６ａは、貫通電極２７を介してＰ^＋型半導体領域２１３に電気的に接続されている。クエンチング抵抗２６の他端（図示省略）は、読出配線２８に電気的に接続されている。クエンチング抵抗２６の材料は、例えば、ＳｉＣｒである。貫通電極２７の材料は、例えば、Ａｌである。

【0042】

読出配線２８は、複数の開口２８ａを有している。各受光部２４において、開口２８ａは、Ｚ方向から見た場合に各Ｐ^＋型半導体領域２１３及びクエンチング抵抗２６を含んでいる。各受光領域２３において、読出配線２８は、複数の受光部２４に渡って延在している。読出配線２８は、対応しているアノード電極パッド２２Ａ（図２参照）に電気的に接続されている。読出配線２８の材料は、例えば、Ａｌである。なお、各受光領域２３において複数の受光部２４に渡って延在しているＮ型半導体領域２１１は、貫通電極（図示省略）等を介してカソード電極パッド２２Ｂ（図２参照）に電気的に接続されている。

【0043】

図６は、光半導体素子２の回路図である。図６に示されるように、各受光領域２３は、互いに並列に接続された複数の受光部２４を有している。各受光部２４は、ＡＰＤ２５と、ＡＰＤ２５と直列に接続されたクエンチング抵抗２６と、を含んでいる。各受光領域２３において、各ＡＰＤ２５のアノードは、各クエンチング抵抗２６を介してアノード電極パッド２２Ａに電気的に接続されており、各ＡＰＤ２５のカソードは、カソード電極パッド２２Ｂに電気的に接続されている。なお、図６に示される「ＤＡＣ」については後述する。

【0044】

光半導体素子２では、各ＡＰＤ２５がガイガーモードで動作する。ガイガーモードでは、ＡＰＤ２５のブレイクダウン電圧よりも大きい逆方向電圧（逆バイアス電圧）が各ＡＰＤ２５に印加される。一例として、各アノード電極パッド２２Ａが抵抗Ｒを介して接地されている場合、ＡＰＤ２５のブレイクダウン電圧よりも大きい正の電圧がカソード電極パッド２２Ｂに印加される。

【0045】

各ＡＰＤ２５がガイガーモードで動作している状態で、任意の且つ少なくとも一つのＡＰＤ２５に光が入射すると、当該ＡＰＤ２５において、光電変換によって電荷が発生し、発生した電荷がアバランシェ増倍によって増幅される。当該ＡＰＤ２５において増幅された電荷は、対応しているクエンチング抵抗２６を介してアノード電極パッド２２Ａに出力され、アノード電極パッド２２Ａから外部の信号処理部にパルス信号として出力される。
［受光領域及びシンチレータに関する寸法］

【0046】

図５に示されるように、複数の受光領域２３のうち、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１は、複数の受光領域２３及び複数のシンチレータ３１のうち、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２よりも大きい。本実施形態では、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１は、０．１ｍｍ以上であり、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２は、０．１ｍｍ未満である。本実施形態では、各受光部２４の幅Ｄ３は、５０μｍ以下である。

【0047】

隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１とは、隣り合っている受光領域２３に着目した場合に、「Ｚ方向から見た場合に、一方の受光領域２３の外縁に沿って延在している分離領域（本実施形態では、トレンチ２１ｃ及び絶縁領域２１４によって構成された領域）の内縁」と「Ｚ方向から見た場合に、他方の受光領域２３の外縁に沿って延在している分離領域（本実施形態では、トレンチ２１ｃ及び絶縁領域２１４によって構成された領域）の内縁」との最短距離を意味する。向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２とは、「複数のＡＰＤ２５が形成されている半導体層２１におけるシンチレータ３１側の面（本実施形態では、表面２１ａ）」と「シンチレータ３１における半導体層２１側の面（本実施形態では、面３１ｂ）」との最短距離を意味する。受光部２４の幅Ｄ３とは、Ｚ方向から見た場合に、分離領域（本実施形態では、トレンチ２１ｃ及び絶縁領域２１４によって構成された領域）の内縁によって画定された部分の幅であって、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向における当該部分の幅を意味する。

【0048】

ここで、分離領域とは、各受光領域２３の外縁に沿って並んだＡＰＤ２５において空乏層２０が外側に広がるのを抑制する領域である。本実施形態では、分離領域は、トレンチ２１ｃ及び絶縁領域２１４によって構成された領域である。一例として、分離領域は、Ｚ方向から見た場合に各ＡＰＤ２５においてＰ型半導体領域２１２を囲むＮ^＋型半導体領域によって構成された領域であってもよい。

【0049】

なお、分離領域が設けられていない場合における距離Ｄ１とは、図７に示されるように、隣り合っている受光領域２３に着目した場合に、「一方の受光領域２３の外縁に沿って並んだＡＰＤ２５において空乏層２０が最大に広がった際の当該空乏層２０の外縁」と「他方の受光領域２３の外縁に沿って並んだＡＰＤ２５において空乏層２０が最大に広がった際の当該空乏層２０の外縁」との最短距離を意味する。分離領域が設けられていない場合における受光部２４の幅Ｄ３とは、ＡＰＤ２５において空乏層２０が最大に広がった際の当該空乏層２０の幅であって、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向における当該空乏層２０の幅を意味する。或いは、分離領域が設けられていない場合における受光部２４の幅Ｄ３とは、一つの受光領域２３内において隣り合うＰ^＋型半導体領域２１３の中心間距離（Ｚ方向から見た場合における中心間距離）を意味する。

【0050】

図８は、受光領域２３に対するシンチレータ３１のずれ量とエネルギー分解能統計限界との関係を示すグラフである。このシミュレーションでは、サンプル１～５を用意した。サンプル１～５では、Ｚ方向から見た場合における受光領域２３の形状を１ｍｍ×１ｍｍｍの正方形状とし、Ｚ方向に垂直なシンチレータ３１の断面形状を１ｍｍ×１ｍｍの正方形状とした。それを前提として、サンプル１では、Ｚ方向から見た場合における受光部２４の形状を１５μｍ×１５μｍの正方形状とした。サンプル２では、Ｚ方向から見た場合における受光部２４の形状を２５μｍ×２５μｍの正方形状とした。サンプル３では、Ｚ方向から見た場合における受光部２４の形状を５０μｍ×５０μｍの正方形状とした。サンプル４では、Ｚ方向から見た場合における受光部２４の形状を７５μｍ×７５μｍの正方形状とした。サンプル５では、Ｚ方向から見た場合における受光部２４の形状を１００μｍ×１００μｍの正方形状とした。なお、サンプル１～５において、隣り合っている受光部２４の間の距離は同じにした。

【0051】

図４に示されるように、受光領域２３に対するシンチレータ３１のずれ量ｄをＸ方向とＹ方向とで等しくしつつ、当該ずれ量を変化させ、サンプル１～５のそれぞれについてずれ量ごとにエネルギー分解能統計限界を求めた。このとき、入射光量を９６０フォトンとし、検出効率（Photon Detection Efficiency）を５０％とした。一般に、放射線のエネルギー弁別を実現するためには、４０％以下のエネルギー分解能が必要となる。また、一般に、受光領域２３に対するシンチレータ３１のずれ量は、数十～１００μｍ程度である。図８に示されるように、ずれ量が数十～１００μｍ程度の範囲でエネルギー分解能統計限界が４０％以下となるのは、サンプル１～３であった。このシミュレーション結果から、各受光部２４の幅Ｄ３が５０μｍ以下であることが好ましいことが分かる。
［放射線検出器による作用及び効果］

【0052】

放射線検出器１では、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１が、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２よりも大きい。これにより、図９に示されるように、放射線（図９に示される実線）の入射によって或るシンチレータ３１で光（図９に示される破線）が発せられた際に、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３への光の入射が促進され、当該受光領域２３と隣り合っている受光領域２３への光の入射が抑制される。よって、放射線検出器１によれば、放射線を精度良く検出することができる。

【0053】

放射線検出器１は、複数の光半導体素子２と複数のシンチレータユニット３との間に配置された接着層４が、複数の光半導体素子２及び複数のシンチレータユニット３のそれぞれに接触している。これにより、対応している光半導体素子２及びシンチレータユニット３の間に複数の層の間の界面が存在しないため、放射線の入射によって或るシンチレータ３１で光が発せられた際に、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３への光の入射がより促進され、当該受光領域２３と隣り合っている受光領域２３への光の入射がより抑制される。

【0054】

放射線検出器１では、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１が０．１ｍｍ以上である。これにより、放射線の入射によって或るシンチレータ３１で光が発せられた際に、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３と隣り合っている受光領域２３への光の入射がより抑制される。

【0055】

放射線検出器１では、各受光部２４の幅Ｄ３が５０μｍ以下である。これにより、例えば、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間にずれが生じた場合にも、放射線の検出においてエネルギー分解能が低下するのを抑制することができる。

【0056】

放射線検出器１では、配線基板５に複数の光半導体素子２が実装されている。これにより、各光半導体素子２のサイズを適切なサイズに維持しつつ、放射線の検出範囲を拡大させることができる。

【0057】

放射線検出器１では、複数の光半導体素子２がＸ方向に並んでおり、各光半導体素子２において、複数の受光領域２３がＸ方向に並んでいる。そして、複数の受光領域２３のうち、Ｘ方向における両端に位置している一対の受光領域２３Ａのそれぞれの幅が、複数の受光領域２３のうち、一対の受光領域２３Ａの間に位置している複数の受光領域２３Ｂのそれぞれの幅よりも小さい。これにより、Ｘ方向に並んだ複数の光半導体素子２の配列ピッチがばらついた場合にも、受光領域２３に対するシンチレータ３１のずれが受光領域２３Ａで吸収されるため、全ての光半導体素子２において、受光領域２３に対するシンチレータ３１のずれ量が大きくなるのを抑制することができる。

【0058】

放射線検出器１では、複数の光半導体素子２が配線基板５に直接実装されている。これにより、各光半導体素子２において発せられた熱を効率良く配線基板５に逃がすことができ、各光半導体素子２においてゲイン（増倍率）が変動したり、複数の光半導体素子２の間でゲインがばらついたりするのを確実に抑制することができる。

【0059】

放射線検出器１では、複数の光半導体素子２が、配線基板５が有する共通の実装パッド５１上に固定されている。これにより、各光半導体素子２において発せられた熱をより効率良く配線基板５に逃がすことができ、各光半導体素子２においてゲインが変動したり、複数の光半導体素子２の間でゲインがばらついたりするのをより確実に抑制することができる。

【0060】

実施例及び比較例を用いて、効果について更に説明する。実施例の放射線検出器としては、上述した放射線検出器１と同様に、複数の光半導体素子２と複数のシンチレータユニット３との間に接着層４のみが配置されており、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１が、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２よりも大きいものを用意した。比較例の放射線検出器としては、複数の光半導体素子２がパッケージに収容されていることで、複数の光半導体素子２と複数のシンチレータユニット３との間に接着層４及び保護ガラス部材が配置されており、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２が、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１よりも大きいものを用意した。

【0061】

図１０は、実施例及び比較例についての放射線エネルギーと漏れ光との関係を示すグラフである。実施例の放射線検出器及び比較例の放射線検出器のそれぞれにおいて、所定のシンチレータ３１にγ線を入射させ、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３と隣り合っている受光領域２３での信号量（p.e.：photoelectron）を漏れ光として測定した。その結果、図１０に示されるように、実施例の放射線検出器では、１２０ｋｅＶのγ線に対しては漏れ光が殆どなかった。３００ｋｅＶ以上のγ線に対しても、実施例の放射線検出器では、比較例の放射線検出器と比較して、漏れ光が４０％程度に抑制された。

【0062】

図１１は、実施例及び比較例についてのエネルギー分解能を示すグラフである。実施例の放射線検出器及び比較例の放射線検出器のそれぞれにおいて、所定のシンチレータ３１にγ線を入射させ、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３でのカウント値を測定した。その結果、図１１に示されるように、比較例の放射線検出器では、５９．５ｋｅＶのγ線についてのエネルギー分解能が４１．５％となったのに対し、実施例の放射線検出器では、５９．５ｋｅＶのγ線についてのエネルギー分解能が３１．８％となった。このように、実施例の放射線検出器では、比較例の放射線検出器と比較して、エネルギー分解能が向上していることが確認された。

【0063】

図１２は、実施例及び比較例についての正規化出力を示すグラフである。実施例の放射線検出器及び比較例の放射線検出器のそれぞれにおいて、Ｘ線を照射した状態で、所定の長さを有する対象物をスキャン方向に移動させ、所定の受光領域２３での出力を測定した。その結果、図１２示されるように、比較例の放射線検出器では、対象物の通過前の出力に比べて対象物の通過直後の出力が一時的に増加し、その後、出力が徐々に減少して対象物の通過前の出力と同等となった。これは、対象物の通過中に光半導体素子２の温度が下がって受光領域２３のゲインが大きくなり、対象物の通過後に光半導体素子２の温度が徐々に上がって受光領域２３のゲインが徐々に小さくなったことを意味する。それに対し、実施例の放射線検出器では、対象物の通過前と通過後とで出力が同等となった。これは、光半導体素子２において発せられた熱が効率良く逃がされることで光半導体素子２の温度が略一定に維持され、ゲインの変動が抑制されていることを意味する。

【0064】

図１３は、実施例及び比較例についての放射線線量率とゲイン変動との関係を示すグラフである。実施例の放射線検出器及び比較例の放射線検出器のそれぞれにおいて、Ｘ線を照射した状態で、所定の受光領域２３での出力を測定した。その結果、図１３に示されるように、実施例の放射線検出器では、比較例の放射線検出器と比較して、温度安定性が６倍程度向上していることが確認された。
［放射線検出装置］

【0065】

図１４は、上述した放射線検出器１を備える放射線検出装置１０のブロック図である。図１４に示されるように、放射線検出装置１０は、放射線検出器１と、複数の信号処理部１１と、閾値リニアリティ補正回路１５と、カソード電位補正回路１３と、を備えている。なお、複数の信号処理部１１については、図１０では、一つの信号処理部１１のみが図示されている。

【0066】

複数の信号処理部１１は、一つの光半導体素子２ごとに、複数の受光領域２３に対応している。つまり、一つの受光領域２３に対して一つの信号処理部１１が設けられている。各信号処理部１１は、対応している受光領域２３から出力されたパルス信号を処理する。一例として、複数の信号処理部１１は、物理的には、一つの集積回路によって構成されている。

【0067】

各信号処理部１１は、アノード電位補正回路１２と、波形整形回路１４と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のコンパレータ１６_１～１６_ｎと、ｎ個のカウンタ１７_１～１７_ｎと、を有している。波形整形回路１４は、受光領域２３から出力されたパルス信号の波形を整形する。具体的には、波形整形回路１４は、パルス幅が短くなるようにパルス信号の波形を整形する。各コンパレータ１６_１～１６_ｎは、波形整形回路１４から入力されたパルス信号の強度を、閾値リニアリティ補正回路１５から入力された各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎと比較する。各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎは、パルス信号の強度に対する閾値であり、Ｔｈ_１からＴｈ_ｎまで段階的に大きくなっている。各カウンタ１７_１～１７_ｎは、各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎを超えた強度を有するパルス信号を、複数の閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎのそれぞれごとに計数する。

【0068】

以上のように構成された複数の信号処理部１１を放射線検出装置１０が備えることで、複数の受光領域２３のそれぞれごとに放射線のエネルギー弁別が可能となる。その結果、対象物のカラーＸ線像を生成したり、複数種の物質の密度を測定したりすることが可能となる。

【0069】

アノード電位補正回路１２は、各受光領域２３のアノード側の電位を、複数の受光領域２３のそれぞれごとに補正する。具体的には、図６に示されるように、各受光領域２３について、アノード電位補正回路１２は、アノード電極パッド２２Ａと抵抗Ｒとの間に電位（図６において「ＤＡＣ」で示される電位）を、各受光領域２３のゲインが同等となるように補正する。これにより、例えば、４６Ｖの電圧がカソード電極パッド２２Ｂに印加されている状態でも、各受光領域２３には個別に電圧が印加されることになる。このように構成されたアノード電位補正回路１２を信号処理部１１が有することで、複数の受光領域２３のそれぞれごとにゲインを調整することができる。

【0070】

図１４に示されるように、カソード電位補正回路１３は、複数の受光領域２３に対応している。つまり、複数の受光領域２３に対して一つのカソード電位補正回路１３が設けられている。本実施形態では、複数の光半導体素子２に一つのカソード電位補正回路１３が設けられている。カソード電位補正回路１３は、温度センサ８から出力された信号に応じて、複数の受光領域２３のそれぞれのカソード側の電位を一括で補正する。これにより、光半導体素子２の温度に起因して複数の受光領域２３のゲインが変動するのを抑制することができる。

【0071】

閾値リニアリティ補正回路１５は、複数の受光領域２３に対応している。つまり、複数の受光領域２３に対して一つの閾値リニアリティ補正回路１５が設けられている。本実施形態では、複数の光半導体素子２に一つの閾値リニアリティ補正回路１５が設けられている。閾値リニアリティ補正回路１５は、各コンパレータ１６_１～１６_ｎに各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎを入力する。閾値リニアリティ補正回路１５は、各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎが複数の受光領域２３の間（換言すれば、複数の信号処理部１１の間）において等しくなるように、各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎを補正する。一例として、閾値リニアリティ補正回路１５は、複数の信号処理部１１のそれぞれごとに且つ複数のコンパレータ１６_１～１６_ｎのそれぞれごとに記憶している換算コード又は換算パラメータに基づいて、複数の信号処理部１１の間において互いに対応している複数の閾値Ｔｈ_ｍ（ｍは１～ｎのいずれかの整数）が互いに等しくなるように、各閾値Ｔｈ_１～Ｔｈ_ｎを補正する。これにより、複数の受光領域２３の間（換言すれば、複数の信号処理部１１の間）において互いに対応している複数のコンパレータ１６_ｍのそれぞれに入力される閾値がばらつくのを抑制することができる。
［変形例］

【0072】

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図１５に示されるように、光半導体素子２とシンチレータユニット３との間に光学フィルタ層９が配置されていてもよい。一例として、光学フィルタ層９は、光半導体素子２におけるシンチレータユニット３側の表面に成膜された誘電体多層膜によって構成されている。光学フィルタ層９とシンチレータユニット３との間には、接着層４が配置されている。光学フィルタ層９は、光半導体素子２及び接着層４のそれぞれに接触している。接着層４は、光学フィルタ層９及びシンチレータユニット３のそれぞれに接触している。この場合にも、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１は、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２よりも大きい。光学フィルタ層９の厚さと接着層４の厚さとの和は、例えば、１００μｍ未満である。なお、光学フィルタ層９は、光半導体素子２におけるシンチレータユニット３側の表面に接着されたものであってもよい。

【0073】

図１５に示される構成によれば、放射線の入射によって或るシンチレータ３１で光が発せられた際に、所望の波長帯の光について、当該シンチレータ３１と向かい合っている受光領域２３への光の入射が促進され、当該受光領域２３と隣り合っている受光領域２３への光の入射が抑制される。一例として、光学フィルタ層９は、シンチレータ３１において発せられた光のうち、短波長帯の光（図１５に示される破線）を透過させ且つ長波長帯の光（図１５に示される点線）をカットするように構成されていてもよい。一般に、短波長帯の光（例えば、青色の光、紫外線等）は、長波長帯の光に比べ、発光の減衰時定数が短くなる。そのため、光半導体素子２において短波長帯の光のみが検出されるように放射線検出器１を構成することで、放射線線量率を向上させることができる。

【0074】

また、図１６に示されるように、複数の受光領域２３は、光半導体素子２において二次元状に配置されていてもよい。図１６に示される構成では、複数の受光領域２３が、Ｘ方向を行方向とし且つＹ方向を列方向としてマトリックス状に並んでいる。複数のアノード電極パッド２２Ａ、及びカソード電極パッド２２Ｂは、複数の受光領域２３に対して、Ｙ方向における一方の側に位置している。

【0075】

また、図１７に示されるように、複数の光半導体素子２は、二列に並んだ状態で、配線基板５に実装されていてもよい。図１７に示される構成では、一方の側（図１７における下側）の一列の複数の光半導体素子２では、複数のアノード電極パッド２２Ａ、及びカソード電極パッド２２Ｂが、複数の受光領域２３に対して、Ｙ方向における一方の側に位置している。他方の側（図１７における上側）の一列の複数の光半導体素子２では、複数のアノード電極パッド２２Ａ、及びカソード電極パッド２２Ｂが、複数の受光領域２３に対して、Ｙ方向における他方の側に位置している。なお、図１７では、保護樹脂部材７が二点鎖線で示されている。また、図１７では、複数のシンチレータユニット３の図示が省略されている。

【0076】

また、光半導体素子２は、裏面入射型であってもよい。つまり、半導体層２１において、複数のＰ型半導体領域２１２及びＰ^＋型半導体領域２１３が、半導体層２１におけるシンチレータユニット３とは反対側の表面に沿って配置されていてもよい。その場合、半導体層２１におけるシンチレータユニット３とは反対側の表面に開口しており且つ各Ｐ型半導体領域２１２を互いに仕切っているトレンチ２１ｃが、半導体層２１に形成されていてもよい。また、ＳｉＰＭとして機能する光半導体素子２において、各受光部２４は、Ｎ型とＰ型とが逆の構成等、他の構成を有していてもよい。一例として、Ｎ型半導体領域２１１、Ｐ型半導体領域２１２及びＰ^＋型半導体領域２１３が、それぞれ、Ｐ型半導体領域、Ｎ^－型半導体領域及びＮ型半導体領域であってもよい。また、半導体層２１の材料は、シリコンに限定されず、化合物半導体であってもよい。また、光半導体素子２では、配線層２２が半導体層２１の表面２１ａに形成されていなくてもよい。また、上述した実施形態では、配線基板５において、実装パッド５１が複数の共通電極パッド５２Ｂに電気的に接続されていたが、実装パッド５１は、複数の共通電極パッド５２Ｂに電気的に接続されていなくてもよい。また、放射線検出器１は、少なくとも一つの光半導体素子２を備えていればよい。

【0077】

また、複数の光半導体素子２が配線基板５に実装されている構成では、一つの光半導体素子２に対して四方向に光半導体素子２が配置されていてもよい。そのような光半導体素子２の配置を可能とする構成について、図１８及び図１９を参照して説明する。

【0078】

図１８に示される構成では、一つの光半導体素子２に着目した場合に、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）１００、光半導体素子２、接着層４及びシンチレータユニット３がこの順序で配線基板５の表面５ａに積層されている。光半導体素子２は、Ｘ方向を行方向とし且つＹ方向を列方向としてマトリックス状に並んだ複数の受光領域２３を有している。光半導体素子２は、例えば、裏面入射型であり、複数のアノード電極パッド（図示省略）、及びカソード電極パッド（図示省略）が、光半導体素子２における配線基板５側の表面に設けられている。ＡＳＩＣ１００は、複数のバンプ電極５４を介して、配線基板５に電気的に接続されており且つ配線基板５に固定されている。光半導体素子２は、ＡＳＩＣ１００における光半導体素子２側の表面に設けられた複数の直接接合用電極１０１を介して、ＡＳＩＣ１００に電気的に接続されており且つＡＳＩＣ１００に固定されている。シンチレータユニット３は、接着層４を介して、光半導体素子２に固定されている。

【0079】

図１９に示される構成では、一つの光半導体素子２に着目した場合に、光半導体素子２、接着層４及びシンチレータユニット３がこの順序で配線基板５の表面５ａに積層されている。配線基板５の裏面５ｂには、ＡＳＩＣ１００が実装されている。光半導体素子２は、Ｘ方向を行方向とし且つＹ方向を列方向としてマトリックス状に並んだ複数の受光領域２３を有している。光半導体素子２は、例えば、表面入射型であり、貫通電極等によって引き出された複数のアノード電極パッド（図示省略）、及びカソード電極パッド（図示省略）が、光半導体素子２における配線基板５側の表面に設けられている。光半導体素子２は、複数のバンプ電極５４を介して、配線基板５に電気的に接続されており且つ配線基板５に固定されている。シンチレータユニット３は、接着層４を介して、光半導体素子２に固定されている。

【0080】

また、上述した実施形態では、一つのシンチレータ３１が一つの受光領域２３に対応していたが、一つのシンチレータ３１が複数の受光領域２３に対応していてもよい。その場合、複数の受光領域２３は、光半導体素子２が有する全部の受光領域２３であってもよいし、光半導体素子２が有する一部の受光領域２３であってもよい。また、上述した実施形態では、シンチレータユニット３が光反射部材３２を有していたが、シンチレータユニット３が光反射部材３２を有していなくてもよい。つまり、シンチレータユニット３は、複数の受光領域２３に対応している少なくとも一つのシンチレータ３１を有するものであればよい。その場合にも、隣り合っている受光領域２３の間の距離Ｄ１が、向かい合っている受光領域２３及びシンチレータ３１の間の距離Ｄ２よりも大きいため、放射線の入射によってシンチレータ３１内の或る領域で光が発せられた際に、当該領域と向かい合っている受光領域２３への光の入射が促進され、当該受光領域２３と隣り合っている受光領域２３への光の入射が抑制される。

【0081】

一例として、Ｚ方向に延在する複数の柱状結晶によってシンチレータ３１が構成されている場合、又は、シンチレータ３１が比較的薄い場合には、一つのシンチレータ３１を一つの受光領域２３に対応させる必要も、シンチレータユニット３が光反射部材３２を有する必要もない。それらの場合、シンチレータユニット３は、シンチレータ３１の表面のうち光半導体素子２側の面以外の面を覆っている保護膜及び光反射膜の少なくとも一方を更に有していてもよい。また、一つの受光領域２３内においては、複数のＡＰＤ２５間において空乏層２０が繋がってもよい。

【符号の説明】

【0082】

１…放射線検出器、２…光半導体素子、３…シンチレータユニット、４…接着層、５…配線基板、８…温度センサ、９…光学フィルタ層、１０…放射線検出装置、１１…信号処理部、１２…アノード電位補正回路、１３…カソード電位補正回路、１４…波形整形回路、１６_１～１６_ｎ…コンパレータ、１７_１～１７_ｎ…カウンタ、２３…受光領域、２３Ａ…受光領域（第１受光領域）、２３Ｂ…受光領域（第２受光領域）、２４…受光部、２５…ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、２６…クエンチング抵抗、３１…シンチレータ、３１ａ…表面、３１ｂ…面、３２…光反射部材、５１…実装パッド（パッド）。

【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】