特開 2024-119468 放射線検出器、トリガ信号生成器および放射線分析システム

(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】P2024119468

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】放射線検出器、トリガ信号生成器および放射線分析システム

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20240827BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20240827BHJP

   H04N 23/30 20230101ALI20240827BHJP

   H04N 25/30 20230101ALI20240827BHJP

   G01N 23/205 20180101ALI20240827BHJP

   G01N 23/04 20180101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

G01T1/17 A

G01T7/00 A

H04N23/30

H04N25/30

G01N23/205

G01N23/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026382

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】110004107

【氏名又は名称】弁理士法人Ｋｉｇｈｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 保孝

(72)【発明者】

【氏名】中江 保一

(72)【発明者】

【氏名】作村 拓人

【テーマコード（参考）】

2G001

2G188

5C024

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001BA18

2G001CA01

2G001DA09

2G001HA13

2G001JA11

2G001PA11

2G188AA03

2G188AA27

2G188BB02

2G188BB04

2G188BB05

2G188BB06

2G188BB09

2G188CC28

2G188CC32

2G188DD04

2G188DD05

2G188EE01

2G188EE12

2G188EE25

2G188EE29

5C024CY16

5C024GY31

5C024JX41

(57)【要約】

【課題】露光や読み出しの信号によらないトリガアウト信号を生成することで、放射線検出に対し高い精度かつ高い効率で外部の回路を同期させることができる放射線検出器、トリガ信号生成器および放射線分析システムを提供する。
【解決手段】露光により放射線の粒子が検出されたときにパルスを発生させるセンサ１１０と、パルスをフレームごとに計数可能に設けられたカウンタ１４０と、カウンタ１４０でなされた計数値を読み出す読み出し回路１５０と、露光および読み出しを信号により制御する制御回路１６０と、ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、前記設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成するトリガ信号生成回路１７０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部の回路との同期のためのトリガアウト信号を生成する放射線検出器であって、
露光により放射線の粒子が検出されたときにパルスを発生させるセンサと、
前記パルスをフレームごとに計数可能に設けられたカウンタと、
前記カウンタでなされた計数値を読み出す読み出し回路と、
前記露光および前記読み出しを信号により制御する制御回路と、
ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、前記設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成するトリガ信号生成回路と、を備えることを特徴とする放射線検出器。

【請求項2】

前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間の始点または終点は、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方、または前記１単位のフレームの読み出し時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方で設定されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。

【請求項3】

前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、それぞれ前記１単位のフレームの読み出し時間を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。

【請求項4】

前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりでいずれかに設定され、同一測定で一定であることを特徴とする請求項３記載の放射線検出器。

【請求項5】

１枚のフレームの露光時間が、１０００μｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項３記載の放射線検出器。

【請求項6】

前記カウンタは、複数設けられ、
前記制御回路は、前記トリガアウト信号を発生させるタイミングで、複数の前記カウンタのうち前記パルスを計数するカウンタと前記計数値が読み出されるカウンタとを切り換え、連続露光を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。

【請求項7】

前記１単位のフレームは、１枚のフレームであり、
前記トリガ信号生成回路は、各フレームの露光時間の立ち上がりごとにＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間が規定されるトリガアウト信号を生成することを特徴とする請求項６記載の放射線検出器。

【請求項8】

前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、前記１単位のフレームの読み出し時間を含まず、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりで設定され、測定ごとに一定であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。

【請求項9】

前記露光および前記読み出しのタイミングの設定を所定のモードの間で切り換えるモード切換え回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記所定のモードに応じて前記露光および前記読み出しを信号により制御し、
前記トリガ信号生成回路は、前記所定のモードに応じてＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間が規定されるトリガアウト信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出器。

【請求項10】

露光により放射線の粒子が検出されたときに発生したパルスをフレームごとに計数する放射線検出器に対し、外部の回路が同期するためのトリガアウト信号を生成するトリガ信号生成器であって、
放射線検出器に接続され、ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、前記設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成することを特徴とするトリガ信号生成器。

【請求項11】

フレームごとに放射線強度分布を取得する放射線分析システムであって、
請求項１または請求項２記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器により生成されるトリガアウト信号に同期して動作する同期回路と、を備えることを特徴とする放射線分析システム。

【請求項12】

フレームごとに放射線強度分布を取得する放射線分析システムであって、
請求項１０記載のトリガ信号生成器と、
前記トリガ信号生成器に接続される放射線検出器と、
前記トリガ信号生成器により生成されるトリガアウト信号に同期して動作する同期回路と、を備えることを特徴とする放射線分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部の回路との同期のためのトリガアウト信号を生成する放射線検出器、トリガ信号生成器およびそれらを備える放射線分析システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、外部装置の制御信号を用い、放射線検出器の露光との同期をとる技術が知られている（非特許文献１参照）。例えば、非特許文献１記載のシステムでは、連続スキャン時に、計算された軌道に基づいて、規則的な間隔の各位置を試料が通過するときにトリガーパルスを生成し、最大９ｋＨｚでタイコグラフィックデータセットを記録している。このように外部装置の制御信号を同期信号として用いる場合もあれば、放射線検出器の露光時間の開始および終了を特定する信号を同期信号として用いる場合もある。

【0003】

しかし、近年、様々な方法で露光を行う放射線検出器が開発されている。例えば、連続露光（ゼロデッド）やバーストのような特殊なモードでの撮像が知られている（特許文献１、非特許文献２参照）。特許文献１記載の放射線検出器は、複数のカウンタのうちパルスを計数するカウンタを切り換え、連続露光を行っている。非特許文献２記載の放射線検出器は、１４ｂｉｔのカウンタを２つもつピクセルを用いて２ｂｉｔのフレーム１４枚を高速に連続に測定し、まとめて２８ｂｉｔで読み出している。

【0004】

また、イタラティブモード等での高速露光による撮像も知られている（特許文献２参照）。特許文献２記載の放射線検出器は、放射線の粒子が検出されたときにセンサで発生させたパルスを２つのカウンタがそれぞれの閾値で計数したカウント値を切換え回路を用いて読み出している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】“High-speed X-ray ptychographic tomography”, Darren Batey, Christoph Rau & Silvia Cipiccia, Scientific Reports, 12 May 2022

【非特許文献2】“Sub-microsecond-resolved multi-speckle X-ray photon correlation spectroscopy with a pixel array detector”, Qingteng Zhang, Eric M. Dufresne, Suresh Narayanan, Piotr Maj, Anna Koziol, Robert Szczygiel, Pawel Grybos, Mark Sutton and Alec R. Sandy, Journal of Synchrotron Radiation (2018). 25, 1408-1416

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６１８２７５８号公報

【特許文献2】特許第７０８８５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、例えば連続露光またはバーストのような特殊なモードでの撮像を行う場合には、一連のフレームの測定中に露光時間はＨｉｇｈを維持したままであり、露光時間の開始および終了を特定する信号を外部装置との同期信号として使えない。また、高速露光による撮像では、露光時間が短すぎて露光時間の開始および終了を特定する信号を同期信号として検知できない。このように露光時間の開始および終了を特定する信号をそのまま同期信号として使うと、外部装置との同期がとり難い場合がある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、露光や読み出しの信号によらないトリガアウト信号を生成することで、放射線検出に対し高い精度かつ高い効率で外部の回路を同期させることができる放射線検出器、トリガ信号生成器および放射線分析システム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】

【0009】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の放射線検出器は、外部の回路との同期のためのトリガアウト信号を生成する放射線検出器であって、露光により放射線の粒子が検出されたときにパルスを発生させるセンサと、前記パルスをフレームごとに計数可能に設けられたカウンタと、前記カウンタでなされた計数値を読み出す読み出し回路と、前記露光および前記読み出しを信号により制御する制御回路と、ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、前記設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成するトリガ信号生成回路と、を備えることを特徴としている。

【0010】

（２）また、（１）記載の放射線検出器において、前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間の始点または終点は、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方、または前記１単位のフレームの読み出し時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方で設定されることを特徴としている。

【0011】

（３）また、（１）または（２）記載の放射線検出器において、前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、それぞれ前記１単位のフレームの読み出し時間を含むことを特徴としている。

【0012】

（４）また、（３）記載の放射線検出器において、前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりでいずれかに設定され、同一測定で一定であることを特徴としている。

【0013】

（５）また、（３）記載の放射線検出器において、１枚のフレームの露光時間が、１０００μｓｅｃ以下であることを特徴としている。

【0014】

（６）また、（１）から（５）のいずれかに記載の放射線検出器において、前記カウンタは、複数設けられ、前記制御回路は、前記トリガアウト信号を発生させるタイミングで、複数の前記カウンタのうち前記パルスを計数するカウンタと前記計数値が読み出されるカウンタとを切り換え、連続露光を行なうことを特徴としている。

【0015】

（７）また、（６）記載の放射線検出器において、前記１単位のフレームは、１枚のフレームであり、前記トリガ信号生成回路は、各フレームの露光時間の立ち上がりごとにＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間が規定されるトリガアウト信号を生成することを特徴としている。

【0016】

（８）また、（１）から（７）のいずれかに記載の放射線検出器において、前記ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、前記１単位のフレームの読み出し時間を含まず、前記１単位のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりで設定され、測定ごとに一定であることを特徴としている。

【0017】

（９）また、（１）から（８）のいずれかに記載の放射線検出器において、前記露光および前記読み出しのタイミングの設定を所定のモードの間で切り換えるモード切換え回路をさらに備え、前記制御回路は、前記所定のモードに応じて前記露光および前記読み出しを信号により制御し、前記トリガ信号生成回路は、前記所定のモードに応じてＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間が規定されるトリガアウト信号を生成することを特徴としている。

【0018】

（１０）また、本発明のトリガ信号生成器において、露光により放射線の粒子が検出されたときに発生したパルスをフレームごとに計数する放射線検出器に対し、外部の回路が同期するためのトリガアウト信号を生成するトリガ信号生成器であって、放射線検出器に接続され、ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、前記設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成することを特徴としている。

【0019】

（１１）また、本発明の放射線分析システムにおいて、フレームごとに放射線強度分布を取得する放射線分析システムであって、（１）から（９）のいずれかに記載の放射線検出器と、前記放射線検出器により生成されるトリガアウト信号に同期して動作する同期回路と、を備えることを特徴としている。

【0020】

（１２）また、本発明の放射線分析システムにおいて、フレームごとに放射線強度分布を取得する放射線分析システムであって、（１０）記載のトリガ信号生成器と、前記トリガ信号生成器に接続される放射線検出器と、前記トリガ信号生成器により生成されるトリガアウト信号に同期して動作する同期回路と、を備えることを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】主に第１実施形態の放射線検出器の構成を示す概略図である。

【図2】主に第１実施形態の放射線検出器の動作を示すフローチャートである。

【図3】連続露光の動作をもとにトリガアウト信号を生成する場合のタイミングチャートである。

【図4】（ａ）、（ｂ）それぞれ従来および本発明のタイコグラフィの測定方法を示す概略図である。

【図5】（ａ）、（ｂ）それぞれ外部同期回路のサンプリング周期に対しトリガアウト信号の周期が長い場合と短い場合の波形再現を示す概略図である。

【図6】連続露光をしない場合のトリガアウト信号を示すタイミングチャートである。

【図7】第２実施形態の放射線検出器の構成を示す概略図である。

【図8】イタラティブモードの動作を示すタイミングチャートである。

【図9】バーストモードの動作を示すタイミングチャートである。

【図10】第３実施形態の放射線分析システムの構成を示す平面図である。

【図11】第４実施形態の放射線分析システムの構成を示す側面図である。

【図12】第５実施形態の放射線分析システムの構成を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0023】

［第１実施形態］
（放射線検出器の構成）
図１は、主に放射線検出器１００の構成を示す概略図である。放射線検出器１００は、外部同期回路２１０との同期のためのトリガアウト信号を生成しつつ、放射線を検出する検出器である。放射線検出器１００は、２次元のデータバッファ機能を持つ半導体検出器であることが好ましい。検出対象となる放射線は、Ｘ線である場合に機能を発揮しやすいが、これに限定されずα線、β線、γ線、中性子線等であってもよい。なお、放射線検出器１００は、１次元検出器であってもよい。

【0024】

外部同期回路２１０は、放射線検出器１００が生成するトリガアウト信号に対し、所定のサンプリングレートで同期をとる回路である。外部同期回路２１０には、例えばタイコグラフィ用の放射線照射系や試料支持機構などを接続し、放射線の照射位置を補正することができる。外部同期回路２１０は、トリガイン信号を発信し、放射線検出器１００による測定を開始させることができる。例えば、シャッター動作の信号がトリガイン信号である。放射線検出器１００および外部同期回路２１０は、放射線分析システム２００を構成する。

【0025】

図１に示すように、放射線検出器１００は、センサ１１０、検出回路１２０、切換え回路１３０、第１、第２のカウンタ１４０ａ、１４０ｂ、読み出し回路１５０、制御回路１６０、トリガ信号生成回路１７０およびモード切換え回路１８０を備えている。

【0026】

センサ１１０は、露光により放射線の粒子が検出されたときにパルスを発生させる。センサ１１０は、受光面に入射するＸ線束の強度を、面情報として検出できる。なお、図１では便宜上一つのセンサ１１０に対する構成を示しているが、放射線検出器１００は、基本的に複数のセンサとそれに対する構成を備えている。

【0027】

検出回路１２０は、露光時間がＨｉｇｈの場合に、パルスが基準値より高いか否かを判定し、高い場合には電圧信号として複数のカウンタ１４０ａ、１４０ｂのうち計数中のカウンタへ送出する。切換え回路１３０は、制御回路１６０のカウンタ切換え信号を受けたときには電圧信号を計数するカウンタを切り換える。２つのカウンタ１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ同等の機能を有し、パルスを計数することができる。パルスは、フレームごとに計数できる。フレームとは、１枚の画像を撮る動作を行っている時間である。フレームは、通常露光および連続露光に対しては１枚の画像の露光時間で特定されるが、後述の２Ｓモードでは露光時間と読み出し時間とを合わせた時間で特定される。読み出し回路１５０は、直前に計数を終えたカウンタから計数値を読み出す。読み出し回路１５０内のメモリは、読み出された計数値を記憶する。

【0028】

制御回路１６０は、トリガイン信号を受けたときに測定を開始する。制御回路１６０は、露光および読み出しの制御をする際にトリガ信号生成回路１７０に信号を送出する。また、複数のカウンタの中でパルスを計数するカウンタを切り換える際に、トリガ信号生成回路１７０にトリガアウト信号を生成させる。読み出し回路１５０は、トリガアウト信号を生成するタイミング間において、直前に計数を終えたカウンタ１４０ａから読み出しを行ない、連続露光が可能になる。

【0029】

このように制御回路１６０は、トリガ信号生成回路１７０にトリガアウト信号を発生させるタイミングで、複数のカウンタのうちパルスを計数するカウンタと計数値が読み出されるカウンタとを切り換え、連続露光を行なう。これにより、連続露光のＤｕｔｙ比を維持しつつ放射線検出に対し外部同期回路２１０を同期させることができる。

【0030】

トリガ信号生成回路１７０は、ＨｉｇｈまたはＬｏｗの区間が設定される１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成する。すなわち、１単位のフレームのＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間の立ち上がりおよび立ち下がりに対応する信号をトリガアウト信号として用いることができる。このように、露光や読み出しの信号によらないトリガアウト信号を生成することで、放射線検出に対し高い精度かつ高い効率で外部同期回路２１０を同期させることができる。このとき、露光時間を規定しているのはフレームの立ち上がりおよび立ち下がりのトリガアウト信号である。

【0031】

ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間の始点または終点は、１単位のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方、または１単位のフレームの読み出し時間の立ち上がりおよび立ち下がりの一方で設定できる。これにより、用途や測定条件に応じてＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を設定し、状況に適したトリガアウト信号を生成できる。

【0032】

特に連続露光モードでは、１単位のフレームは、１枚のフレームであり、トリガ信号生成回路１７０は、各フレームの露光時間の立ち上がりごとにＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間が規定されるトリガアウト信号を生成することが好ましい。これにより、連続露光において効率の高いＤｕｔｙ比で、放射線検出を外部の回路に同期させることができる。

【0033】

モード切換え回路１８０は、露光および読み出しのタイミングの設定を所定のモードの間で切り換えることができる。切り換えは、調整者またはユーザの指示に応じて例えばＰＣからの制御で行なわれることが好ましい。例えば、外部同期回路２１０のサンプリングレートに合わせた波形のトリガアウト信号を生成するように設定を変更できる。所定のモードには、例えば通常モード、連続露光モード、イタラティブモードおよびバーストモードが含まれる。

【0034】

制御回路１６０は、所定のモードに応じて露光および読み出しを信号により制御し、トリガ信号生成回路１７０は、所定のモードに応じたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成する。これにより、用途や測定条件に応じて切り換えられた所定のモードに対してトリガアウト信号を生成できる。

【0035】

（放射線検出器の動作）
上記のように構成された放射線検出器１００の動作を説明する。図２は、放射線検出器１００の動作を示すフローチャートである。なお、図２に示す連続露光モードの動作は、一例であり、動作はこれに限定されない。

【0036】

まず、試料に対して放射線を照射する（ステップＳ１）。検出面に入った放射線の粒子がセンサ１１０により検出されるとパルスが発生する。最初に、一方のカウンタで放射線の計測を開始する（ステップＳ２）とともにトリガ信号生成回路１７０は、Ｈｉｇｈ区間を特定するトリガアウト信号を生成する。パルスは、一方のカウンタで計数される。そして、露光時間の開始および終了を特定する信号に応じて制御回路１６０が動作することにより複数のカウンタ１４０ａ、１４０ｂのうちパルスを計数するカウンタを切り換える（ステップＳ３）。

【0037】

カウンタの切り換えと同時に、読み出し回路１５０は、計数を終了したカウンタから計数データの読み出しを開始し、それとともにトリガ信号生成回路１７０は、Ｌｏｗ区間のトリガアウト信号を生成する（ステップＳ４）。計数しているカウンタは計数を維持し、カウンタの切換えのタイミングより先に計数を終了したカウンタからの計数データの読み出しが完了する（ステップＳ５）。

【0038】

その後、測定が終了したか否かを判定し（ステップＳ６）、測定が終了していない場合には、ステップＳ３に戻り、露光時間のＨｉｇｈ区間を待ってカウンタを切り換えるとともにトリガ信号生成回路１７０は、ＨｉｇｈまたはＬｏｗ区間を特定するトリガアウト信号を生成する。このように、測定が終わるまでステップＳ３～ステップＳ６までを繰り返す。一方、ステップ６で測定が終了したと判断された場合には、計数を終了し、測定を終える。

【0039】

（連続露光のタイミングチャート）
次に、タイミングチャートを用いて、トリガアウト信号を説明する。図３は、連続露光の動作を示すタイミングチャートである。図３に示す「Ｃｏｍｍａｎｄ」は、測定開始の指示の時点を示している。「Ｅｘｐｏｓｕｒｅ」は、露光時間のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。「ＲｅａｄｏｕｔＴｉｍｅ」は、読み出し動作のＯＮおよびＯＦＦで特定される読み出し時間を示している。放射線検出器１００は、最初、ダミーの読み出し動作を行ない、２つのカウンタを交互に切り換え、デッドタイムなく連続露光して放射線を検出している。「ｅ」は、露光時間を、「Ｒｔ」は、読み出し時間を示している。

【0040】

「ＥＮ ＯＵＴ（ｅｘｐｏｓｕｒｅ）」は、露光時間のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。このチャートに示されるＥＮＯＵＴ信号は、露光時間の開始および終了を特定する信号であり、トリガアウト信号である。連続露光モードでは、ダミーの読み出し動作後、Ｈｉｇｈ区間が隙間なく連続し、測定終了前の読み出しの開始がＨｉｇｈ区間の立ち下がりのエッジとなっている。これを外部同期回路２１０と同期をとるためのトリガアウト信号として用いると、１フレームの露光が終了しても信号に変化がないため、１フレームの露光に応じた動作ができない。

【0041】

「ＥＮ ＯＵＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）」は、１回の測定において露光の繰り返しを行うイタラティブモード時間のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。「ＥＮＯＵＴ（Ｓｔａｒｔ ｔｏ Ｓｔｏｐ）」は、測定開始から終了までの測定時間のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。

【0042】

「ＥＮ ＯＵＴ（ｅｖｅｎ／ｏｄｄ）」は、フレームごとの交互のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。Ｈｉｇｈ区間は、奇数枚目のフレームの露光開始から終了までであり、Ｌｏｗ区間は、偶数枚目のフレームの露光開始から終了までである。露光のｅｖｅｎ／ｏｄｄでＨ／Ｌ論理を切り替えることにより、フレームの位置検出を行う信号の生成が可能となる。

【0043】

トリガ信号生成回路１７０は、このようなフレームの開始および終了を特定するＥＮＯＵＴ信号を外部同期回路２１０との同期のためのトリガアウト信号として生成することで、高い効率で確実な同期を行うことができる。外部同期回路２１０は、トリガアウト信号の立ち上がりおよび立ち下りの両エッジの検出を行う。なお、タイミングチャートにおける各名称や記号の意味は、特段言及しない限り以下の説明でも同じである。

【0044】

（タイコグラフィへの応用）
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来および本発明のタイコグラフィの測定方法を示す概略図である。図４（ａ）、（ｂ）において、Ｘ線源１０およびゾーンプレート２０からなるＸ線照射系と試料Ｓ０の構成は共通である。ただし、放射線検出器９００は、トリガアウト信号生成回路を有していないが、放射線検出器１００は、トリガ信号生成回路を有している。なお、ゾーンプレート２０により試料Ｓ０上の照射位置を操作でき、タイコグラフィの測定が可能になっている。

【0045】

図４（ａ）に示す例では、露光時間の開始および終了を特定する信号をそのままトリガアウト信号として用いようとすると、連続露光ができず敢えて露光区間の後にデッドタイムを設ける必要がある。トリガアウト信号の立ち上がりのエッジで位置検出を行うとすると、１回目のサンプリング後には７回目のサンプリングまで位置検出がなされず高いサンプリングレートを活かせない。

【0046】

図４（ｂ）に示す例では、１枚のフレームの露光ごとにＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間が交互に設けられたトリガアウト信号を生成するため、そのまま連続露光が可能となる。トリガアウト信号の立ち上がりと立ち下がりのエッジで位置検出でき、１回目のサンプリング後には４回目および７回目のサンプリングで位置検出でき効率的にタイコグラフィの測定ができる。なお、放射線検出器１００は、タイコグラフィのみならずトモグラフィのような放射光アプリケーションの位置精度の補正にも同様に用いることができる。また、温度等の物理量と露光との間の時間的な整合をとる用途にも好適である。

【0047】

（高速露光）
通常モードではカウンタの切り換えによる連続露光を行わず、例えば外部機器からの信号により、計数を終了し、読み出しを開始する。カウンタを切り換えない通常モードで高速露光を行う場合には、短い露光時間の露光時間の開始および終了を特定する信号をそのままトリガアウト信号として用いると、外部同期回路２１０がトリガアウト信号のＨｉｇｈ区間を検知できない。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ外部同期回路のサンプリング周期に対しトリガアウト信号の周期が長い場合と短い場合の波形再現を示す概略図である。

【0048】

図５（ａ）の例では、サンプリング周期に対しトリガアウト信号の周期が長いため、トリガアウト信号の波形がそのまま再現されている。図５（ｂ）の例では、サンプリング周期に対しトリガアウト信号の周期が短いため、元波形とは異なる波形が再現されている。

【0049】

このように外部同期回路２１０が正確にトリガアウト信号を認識するためには、トリガアウト信号の周期がある程度長い方が好ましい。そのため、ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間に、それぞれ１単位のフレームの読み出し時間を含めることが好ましい。これにより、高速露光であるために外部の回路が露光時間の開始および終了を特定する信号を検知できない場合でも露光時間に対して読み出し時間が十分に長ければ、検知可能なトリガアウト信号を生成できる。

【0050】

トリガアウト信号の周期の長さの観点では、ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間をそれぞれ２枚以上のフレームの露光時間に設定してもよい。ＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間は、１単位のフレームの露光時間の立ち上がりでいずれかに設定され、同一測定で一定であることも好ましい。一定長さのＨｉｇｈとＬｏｗが交互に繰り返されるトリガアウト信号は検知しやすい。

【0051】

例えば同期ＣＬＫが２０ｋＨｚ程度である場合、トリガアウト信号の隙間時間は１００μｓｅｃ以上を設定する必要がある。露光時間の開始および終了を特定する信号をそのままトリガアウト信号として用いる場合、露光時間１００μｓｅｃと隙間時間１００μｓｅｃを合わせた２００μｓｅｃが１フレームの測定時間となり、５ｋｆｐｓ以上の測定では露光時間が大きく減少してしまう。露光時間の開始および終了を特定する信号とは別に１００μｓｅｃ以上のＨｉｇｈまたはＬｏｗの論理が維持されたトリガアウト信号を生成し、外部同期回路２１０をエッジ検出とすることにより、単純に５ｋＨｚの測定から１０ｋＨｚの測定までフレームレートを向上することが可能となる。

【0052】

フレーム枚数をまとめた信号を与えることで、２つのアプリケーションを同時に測定できる可能性もある。例えば１０枚分のフレーム測定時間でＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を設定したトリガアウト信号でタイコグラフィの測定を行い、その他のアプリケーションでは違う測定を行うこともできる。

【0053】

（大型放射光施設への応用）
放射線検出器１００は、電子を加速・貯蔵するための加速器群と発生した放射光を利用するための実験施設および各種付属施設を備えるＳｐｒｉｎｇ－８のような大型放射光施設で利用するのに適している。その場合には、大型放射光施設の放射光検出装置の一部として放射線検出器１００が組み込まれる。

【0054】

例えば、Ｓｐｒｉｎｇ－８では、電子銃から発生した電子ビームを、線型加速器により１ＧｅＶまで加速した後、シンクロトロンに導入して８ＧｅＶまで加速する。この電子ビームを蓄積リングに導入し、８ＧｅＶのエネルギーを維持させながら、偏向電磁石や挿入光源により放射光を発生させる。発生した放射光は、ビームラインを通して、蓄積リング棟内外に設けられた実験ステーションに導かれる。なお、電子ビームは、基本的にリングの中に連続的に存在するのではなく、バンチと呼ばれる塊となって存在している。放射線検出器１００では、露光の最小間隔時間を短縮できることから、放射光施設のバンチ構造と検出器の動作の同期を取ることにより、バンチ構造を確認することが可能となる。

【0055】

特に、このような大型放射光施設で行われる測定のように、１枚のフレームの露光時間が、１０００μｓｅｃ以下である場合には、放射線検出器１００は有効である。このような場合でも、露光時間の開始および終了を特定する信号ではなく外部同期回路２１０はトリガアウト信号と同期できる。

【0056】

（高速露光のタイミングチャート）
図６は、連続露光をしない場合のトリガアウト信号を示すタイミングチャートである。この場合には、ダミーの読み出し動作後、露光区間と読み出し区間が交互に続く。高速露光の場合には、読み出し時間Ｒｔに比べて露光時間ｅが小さくなる。なお、図６では、便宜上、露光時間ｅを長く示しているが、実際には極めて短い時間である。例えば、ＸＳＰＡのようなフレームレートが高い放射線検出器では、露光時間のＨｉｇｈ区間が限りなく短くなり、常に信号が見えず、他の回路と同期が不可能となる。

【0057】

図６に示す例では、「ＥＮ ＯＵＴ（ｅｖｅｎ／ｏｄｄ）」は、フレームごとの交互のＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を示している。Ｈｉｇｈ区間は、奇数枚目のフレームの露光開始からその読み出しの終了までであり、Ｌｏｗ区間は、偶数枚目のフレームの露光開始からその読み出し終了までである。これらのｅｖｅｎ／ｏｄｄの各区間には読み出し時間まで含めているため、高速露光でも各区間が検知できないほど短くならない。すなわちＤｕｔｙが５０％となるため、上記のような問題もなくなり、他の回路と同期が比較的容易となる。

【0058】

「ＥＮ ＯＵＴ（ｅｖｅｎ／ｏｄｄｎｕｍ）」は、２枚の連続するフレームの露光時間ごとに設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を特定するトリガアウト信号である。ＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間は、２枚ではなく３枚以上の複数のフレームに基づいて設定されてもよい。このように複数枚のフレームの露光時間を含む時間を特定するＥＮＯＵＴ信号を用いることで、長いＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を特定するトリガアウト信号を利用できる。例えば、外部同期回路２１０のサンプリング周期を向上させられない場合にも、測定のフレームレートを犠牲にせずにトリガアウト信号の周波数だけを下げることができる。その結果、高速露光でも外部同期回路２１０がトリガアウト信号を確実に検知可能にすることができる。

【0059】

なお、上記の放射線分析システム２００にＰＣ等のプロセッサやメモリを備える処理装置が接続され、ユーザの要求に応じて、露光時間の開始および終了を特定する信号やトリガアウト信号のサインチャートなどの検証画面を表示させてもよい。これにより、設定通りにトリガアウト信号が生成されているか否かを検証できる。なお、処理装置はクラウド上に設けられていてもよい。

【0060】

［第２実施形態］
（放射線検出器の構成）
図７は、放射線検出器１００ａの構成を示す概略図である。放射線検出器１００ａは、放射線検出器１００と同様の構成を有しているが、複数の検出回路１２０ａ、１２０ｂ、複数のカウンタ１４０ａ、１４０ｂおよび切り換え回路１４５を備えている構成で異なっている。２つの基準値（Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を用いることから、このような構成を２Ｓとも呼ぶ。

【0061】

検出回路１２０ａ、１２０ｂは、パルスがそれぞれの基準値より高いか否かを判定し、高い場合には電圧信号としてカウンタ１４０ａ、１４０ｂへ送出する。図７に示す例では、検出回路１２０ａの基準値の方が検出回路１２０ｂの基準値より低く設定されている。

【0062】

カウンタ１４０ａ、１４０ｂは、パルスを計数することができる。読み出し回路１５０は、カウンタ１４０ａ、１４０ｂでなされた計数値をカウンタ１４０ａ、１４０ｂから読み出し記憶する。切換え回路１４５は、制御回路１６０により制御され、読み出しの対象となるカウンタ１４０ａ、１４０を切り換える。

【0063】

（イタラティブモード）
放射線検出器１００ａは、イタラティブモードに設定されている場合がある。イタラティブモードは、トリガイン信号により露光を開始し、指定枚数を測定し、所定の回数繰り返すモードである。

【0064】

図８は、イタラティブモードの動作を示すタイミングチャートである。コマンドを一度送り、その後トリガアウト信号のみで動作させる場合に好適である。２枚ごとにＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を特定するトリガアウト信号を出力することにより、イタラティブモードの露光に外部同期回路２１０を同期できる。Ｈｉｇｈ区間およびＬｏｗ区間は、２枚ではなく３枚以上の複数のフレームに基づいて設定されてもよい。なお、上記のようにコマンドを受けて開始される測定では、内部で生成されるコマンドが、検出器の動作を開始させるトリガ信号として機能する。

【0065】

（バーストモード）
放射線検出器１００ａは、バーストモードに設定されている場合もある。バーストモードとは、１ピクセルあたりの複数のカウンタを用いて、高速で連続に露光して複数のフレームを取得し、まとめて読み出すモードである。例えば、１ピクセルに１４ｂｉｔのカウンタが２つ設けられている場合、１ピクセルあたり２ｂｉｔで１４枚のフレームを高速に連続に測定し、まとめて１ピクセルあたり２８ｂｉｔで読み出すことができる。露光時間は通常よりも高速であるが、読み出しの時間が通常以上にかかる。

【0066】

図９は、バーストモードの動作を示すタイミングチャートである。複数枚のフレームの露光時間であるＨｉｇｈ区間および読み出し時間であるＬｏｗ区間を特定するＥＮＯＵＴ信号を用いると、外部同期回路２１０は１枚ごとの露光に同期できない。１枚のフレームの露光時間の立ち上がりおよび立ち下がりでＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間を設定することで、１枚ごとの露光に同期した測定が可能になる。

【0067】

この場合、ＨｉｇｈおよびＬｏｗ区間は、フレームの読み出し時間を含まず、測定ごとに一定である。これにより、例えば１４枚のフレームを高速に連続に測定し、まとめて読み出すバーストモードの際に、高い効率で外部の回路と同期することが可能である。

【0068】

［第３の実施形態］
（単結晶構造解析装置への応用）
図１０は、放射線分析システム３００の構成を示す平面図である。放射線分析システム３００は、回折Ｘ線像を撮影するための単結晶構造解析装置であり、Ｘ線源３１０、試料台３２０、アーム３３０、制御部３４０および放射線検出器１００を備えている。Ｘ線源３１０は、Ｘ線を試料Ｓ０に照射している。

【0069】

試料台３２０およびアーム３３０は、連動しており、制御部３４０の制御により一定の速度で試料Ｓ０回りを回転させることができる。放射線検出器１００は、アーム３３０の端部に設けられており、アーム３３０とともに試料Ｓ０回りの移動が制御されている。このような装置では、放射線検出器１００のトリガアウト信号に同期させて試料台３２０およびアーム３３０を移動できる。このように、放射線検出器１００は、実験室用のＸ線回折装置の角度補正に好適である。

【0070】

また、例えばアーム３３０を駆動する制御信号により露光開始し、放射線検出器１００から出力されるトリガアウト信号を制御信号と比較しながら使用することにより、ゴニオメータの角度補正も可能である。

【0071】

［第４の実施形態］
（製造ラインへの応用）
図１１は、放射線分析システムの構成を示す側面図である。放射線分析システム４００は、Ｘ線による検査が可能な製造ラインであり、Ｘ線源４１０、ローラ４２０、ベルト４２５、制御部４４０および放射線検出器１００を備えている。Ｘ線源４１０は、シャッタレスであり、連続してＸ線を試料Ｓ０（製品）に照射している。

【0072】

ローラ４２０の回転によりベルト４２５が動き、図中矢印の方向に試料Ｓ０が移動する。制御部４４０の制御によりベルト４２５は一定の速度で移動する。放射線検出器１００は、ベルト４２５および試料Ｓ０を挟んでＸ線源４１０の反対側に設けられており、ベルト４２５とともに試料Ｓ０の移動が制御されている。

【0073】

放射線分析システム４００は、上記のような放射線検出器１００を有することで、例えば、放射線検出器１００のトリガアウト信号に同期させて試料Ｓ０を移動させるとともに移動速度に応じた制御信号を受けて試料Ｓ０の画像を撮影できる。その場合、高い効率で撮像できるため、製品の移動速度を上げ、工程の処理効率を上げることができる。

【0074】

［第５実施形態］
（トリガ信号生成器）
図１２は、主に放射線検出器９００の構成を示す概略図である。放射線検出器９００は、露光により放射線の粒子が検出されたときに発生したパルスをフレームごとに計数する。放射線検出器９００は、放射線検出器１００と同様に構成されているが、トリガ信号生成回路１７０は備えていない。これに代えて、トリガ信号生成器５００が、放射線検出器９００の外部に設けられ、放射線検出器９００に接続されている。トリガ信号生成器５００は、外部同期回路２１０との同期のためのトリガアウト信号を生成する。放射線検出器９００、トリガ信号生成器および外部同期回路２１０は、放射線分析システム６００を構成する。

【0075】

外部同期回路２１０は、トリガイン信号を発信し、放射線検出器９００内の制御回路１６０は、トリガイン信号を受けたときに測定を開始する。放射線検出器９００は、露光により放射線の粒子が検出されたときに発生したパルスをフレームごとに計数する。トリガ信号生成器５００は、外部同期回路２１０が同期するためのトリガアウト信号を生成する。

【0076】

トリガ信号生成器５００は、１枚または一連の所定枚数のフレームを１単位のフレームと表したとき、１単位のフレームに対して設定されたＨｉｇｈおよびＬｏｗの区間を特定するトリガアウト信号を生成する。これにより、露光や読み出しの信号によらないトリガアウト信号を生成することで、外部の回路に対し、高い精度かつ高い効率で同期できる。

【符号の説明】

【0077】

１０ Ｘ線源
２０ ゾーンプレート
１００、１００ａ 放射線検出器（本発明）
１１０ センサ
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 検出回路
１３０、１４５ 切換え回路
１４０ カウンタ
１４０ａ、１４０ｂ 第１、第２のカウンタ
１５０ 読み出し回路
１６０ 制御回路
１７０ トリガ信号生成回路
１８０ モード切換え回路
２００ 放射線分析システム
２１０ 外部同期回路
３００ 放射線分析システム
３１０ Ｘ線源
３２０ 試料台
３３０ アーム
３４０ 制御部
４００ 放射線分析システム
４１０ Ｘ線源
４２０ ローラ
４２５ ベルト
４４０ 制御部
５００ トリガ信号生成器
６００ 放射線分析システム
９００ 放射線検出器（従来）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】