特許 7477825 放射線画像センサ

(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】

(24)【登録日】2024-04-23

(45)【発行日】2024-05-02

(54)【発明の名称】放射線画像センサ

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20240424BHJP

【ＦＩ】

G01T1/17 C

G01T1/17 A

G01T1/17 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022512931

(86)(22)【出願日】2020-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2020014647

(87)【国際公開番号】W WO2021199195

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-09-30

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 開催日 ２０１９年８月１３日～８月１５日（発表日：２０１９年８月１２日） 集会名、開催場所 ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃｓ＋Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ２０１９ Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，１１１ Ｗｅｓｔ．Ｈａｒｂｏｒ Ｄｒｉｖｅ，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ ９２１０１ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ． 〔刊行物等〕 ウェブサイトの掲載日 ２０１９年９月１９日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１１７／１２．２５２９７４７ 〔刊行物等〕 開催日 ２０１９年９月１８日～９月２１日（発表日：２０１９年９月２０日） 集会名、開催場所 ２０１９年第８０回応用物理学会秋季学術講演会 北海道大学 北海道札幌市北区北８条西５丁目 〔刊行物等〕 発行日 ２０１９年９月４日 刊行物 ２０１９年第８０回応用物理学会秋季学術講演会「講演予稿集」

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(73)【特許権者】

【識別番号】516088329

【氏名又は名称】株式会社ＡＮＳｅｅＮ

(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】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】青木 徹

(72)【発明者】

【氏名】都木 克之

(72)【発明者】

【氏名】小池 昭史

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０８６１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００８６５６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０２０９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５４７５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０７８３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５５９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３３７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５０６７０９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】都木 克之、他４名，「エネルギー重み付けを用いたデジタル信号処理によるエネルギー積算型読み出し回路の実装」，第80回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集，公益社団法人 応用物理学会，2019年，20p-PB4-77

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次元配列された電荷生成部であって、入射した放射線のエネルギに対応する電荷を生成する複数の前記電荷生成部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記放射線が入射するたびに前記電荷に対応するアナログ信号を出力する複数の前置増幅部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記アナログ信号を受けるたびに、前記アナログ信号を前記電荷の量に応じたデジタル信号に変換する複数の信号変換部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記デジタル信号を閾値と比較することにより、前記デジタル信号のうち前記閾値を超えた成分を出力する複数のエネルギ弁別部と、
複数の前記電荷生成部ごとに設けられ、前記閾値を超えた成分の一定期間ごとの総和として規定されるエネルギ積分値を得る複数のエネルギ積分部と、を備える複数の放射線検出器が二次元配列された放射線画像センサ。

【請求項2】

入射した放射線のエネルギに対応する電荷を生成する電荷生成部と、
前記電荷に対応するアナログ信号を出力する前置増幅部と、
前記アナログ信号を受けて、前記アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記デジタル信号を閾値と比較することにより、前記デジタル信号のうち前記閾値を超えた成分を出力するエネルギ弁別部と、
前記閾値を超えた成分の一定期間ごとの総和として規定されるエネルギ積分値を得るエネルギ積分部と、を備える放射線検出器が二次元配列されており、
前記前置増幅部は、前記放射線が入射するたびに前記アナログ信号を出力し、
前記信号変換部は、前記アナログ信号を受けるたびに、前記アナログ信号の大きさをＮ個のパルス波（Ｎは１以上の整数）によって示す前記デジタル信号を出力し、
前記エネルギ積分部は、前記デジタル信号を受けるたびに、前記デジタル信号を構成する前記パルス波の数を加算する、放射線画像センサ。

【請求項3】

前記エネルギ弁別部は、前記Ｎ個のパルス波のうち、第ｉ＋１のパルス波（ｉは１以上の整数）から第Ｎのパルス波を、前記閾値を超えた成分として出力する、請求項２に記載の放射線画像センサ。

【請求項4】

前記エネルギ積分部に対して並列に接続されるとともに、前記エネルギ積分部に前記デジタル信号が入力された入力回数を数えるカウンタと、
前記カウンタ及び前記エネルギ積分部に接続され、前記入力回数と、前記第１のパルス波から前記第ｉのパルス波によって示される閾値と、を利用して、前記エネルギ積分部が出力する前記エネルギ積分値を補正するエネルギ補正部と、をさらに備える、請求項３に記載の放射線画像センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放射線検出器を説明する。

【背景技術】

【0002】

放射線を検出する技術が開発されている。放射線検出技術は、医療分野、工業分野、セキュリティ分野などへの応用が期待されている。放射線検出技術として、電荷蓄積方式がある。電荷蓄積方式を採用する放射線検出器は、放射線のエネルギに応じた電荷を生成する。そして、当該電荷を積分した値を利用して、放射線に関する情報を得る。また、別の技術として、フォトンカウンティング方式がある。フォトンカウンティング方式を採用する放射線検出器は、放射線を粒子として扱う。つまり、検出器に入射した粒子の数を利用して、放射線に関する情報を得る（特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１４－５２７１６２号公報

【文献】特表２０１５－５１６８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フォトンカウンティング方式の放射線検出器は、粒子（フォトン）の数を数える。この粒子の数を数えるとき、信号成分と雑音とが弁別される。従って、フォトンカウンティング方式の放射線検出器は、雑音の問題を生じにくい。しかし、放射線入射のタイミングは一様でない。その結果、計数結果の粒子の数が実際に入射した粒子の数と異なる場合がある。一方、電荷蓄積方式の放射線検出器は、入射した放射線に応じる信号成分（電荷信号）を積分する。積分動作によれば、フォトンカウンティング方式の放射線検出器のように、粒子数の計数誤差に起因する問題が生じない。しかし、積分動作では、入射した放射線に起因する真の信号成分だけでなく、暗電流などに起因する雑音も積分してしまう。

【0005】

本開示は、雑音の影響を低減できる放射線検出器を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態である放射線検出器は、入射した放射線のエネルギに対応する電荷を生成する電荷生成部と、電荷に対応するアナログ信号を出力する前置増幅部と、アナログ信号を受けて、アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換部と、デジタル信号を閾値と比較することにより、デジタル信号のうち閾値を超えた成分を出力するエネルギ弁別部と、エネルギ弁別部に接続されて、放射線の入射ごとに得た閾値を超えた成分の総和として規定されるエネルギ積分値を得るエネルギ積分部と、を備える。

【0007】

この放射線検出器において、信号変換部から出力されるデジタル信号は、エネルギ弁別部において雑音が取り除かれる。そして、雑音が除かれたデジタル信号は、エネルギ積分部において、エネルギごとに積分される。従って、本開示の放射線検出器は、雑音の影響を低減することができる。

【0008】

一形態において、増幅部は、放射線が入射するたびにアナログ信号を出力してもよい。信号変換部は、アナログ信号を受けるたびに、デジタル信号を出力してもよい。エネルギ積分部は、デジタル信号を受けるたびに、デジタル信号を加算してもよい。この構成によれば、エネルギ積分部の積分動作が、放射線が入射されるたびに逐次実行される。従って、積分動作を簡易な加算動作によって実現することができるので、回路構成が簡易になる。その結果、放射線検出器を小型化することができる。

【0009】

一形態において、信号変換部は、アナログ信号の大きさをＮ個のパルス波（Ｎは１以上の整数）によって示すデジタル信号を出力してもよい。エネルギ積分部は、デジタル信号を受けるたびに、デジタル信号を構成するパルス波の数を加算してもよい。この構成によれば、積分動作をさらに簡易な計数動作によって実現することができるので、回路構成がさらに簡易になる。その結果、放射線検出器をさらに小型化することができる。

【0010】

一形態において、エネルギ弁別部は、Ｎ個のパルス波のうち、第ｉのパルス波（ｉは１以上の整数）から第Ｎのパルス波を、閾値を超えた成分として出力してもよい。この構成によれば、エネルギ弁別部が行う弁別動作を簡易にすることができる。その結果、エネルギ弁別部の回路構成が簡易になるので、放射線検出器をさらに小型化することができる。

【0011】

一形態において、エネルギ積分部に対して並列に接続されるとともに、エネルギ積分部にデジタル信号が入力された入力回数を数えるカウンタと、カウンタ及びエネルギ積分部に接続され、入力回数と、第１のパルス波から第ｉ－１のパルス波によって示される閾値と、を利用して、エネルギ積分部が出力するエネルギ積分値を補正するエネルギ補正部と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、エネルギ積分値が補正されるので、エネルギ積分値から得られる放射線のエネルギを、実際の放射線のエネルギに近づけることができる。

【発明の効果】

【0012】

本開示の放射線検出器は、雑音の影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１実施形態の放射線検出器を備える放射線画像センサを示す図である。

【図2】図２は、図１に示す放射線検出器の構成を示す図である。

【図3】図３は、図２に示す電荷生成器及び前置増幅器の回路構成の一例を示す図である。

【図4】図４（ａ）は、比較例１の放射線検出器を示す図である。図４（ｂ）は、比較例１の放射線検出器の動作を説明するための図である。

【図5】図５（ａ）は、比較例２の放射線検出器を示す図である。図５（ｂ）は、比較例２の放射線検出器の動作を説明するための図である。

【図6】図６（ａ）は図２の放射線検出器およびエネルギ積分の動作を説明する重み関数である。図６（ｂ）は図６（ａ）とは異なるエネルギ積分動作を示す重み関数である。図６（ｃ）はフォトンカウンティング動作を示す重み関数である。

【図7】図７は第２実施形態の放射線検出器の構成を示す図である。

【図8】図８は第３実施形態の放射線検出器の構成を示す図である。

【図9】図９（ａ）は放射線の入射タイミングを示す図である。図９（ｂ）は信号変換部が出力するデジタル信号の一例を示す図である。図９（ｃ）は信号変換部が出力するデジタル信号の別の例を示す図である。図９（ｄ）はエネルギ弁別部が出力するデジタル信号の一例を示す図である。

【図10】図１０（ａ）は放射線の入射タイミングを示す図である。図１０（ｂ）は信号変換部が出力するデジタル信号の一例を示す図である。図１０（ｃ）は信号変換部が出力するデジタル信号の別の例を示す図である。図１０（ｄ）はエネルギ弁別部が出力するデジタル信号の一例を示す図である。

【図11】図１１は、変形例１に係る放射線検出器を備える放射線画像センサを示す図である。

【図12】図１２は、変形例２に係る放射線検出器を備える放射線画像センサを示す図である。

【図13】図１３は、変形例２に係る放射線検出器を備える放射線画像センサを示すブロック図である。

【図14】図１４は、図３に示す電荷生成器及び前置増幅器を含む回路構成の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照しながら本開示の放射線検出器を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0015】

＜第１実施形態＞
図１に示す放射線画像センサ１００は、検査対象から到達する放射線に基づく二次元画像を得る。放射線とは、例えば、ガンマ線、Ｘ線、アルファ線、ベータ線などである。放射線画像センサ１００は、放射線検出器１と、処理部２と、制御部３と、読出線４と、制御信号線６と、を有する。放射線画像センサ１００は、複数の放射線検出器１を有する。放射線検出器１は、二次元状に配置されている。従って、ひとつの放射線検出器１は、二次元画像におけるひとつの画素に相当する。放射線検出器１は、入射した放射線に応じた画素値を出力する。放射線検出器１は、電荷生成器７（電荷生成部）と、読出回路８と、を有する。電荷生成器７及び読出回路８の形状は、板状である。放射線検出器１は、積層構造を有する。１個の電荷生成器７には、１個の読出回路８が設けられている。放射線検出器１は、読出回路８の上に電荷生成器７が配置されている。電荷生成器７は、読出回路８に対してバンプ電極を介して電気的に接続されている。電荷生成器７は、入射した放射線に応じた電荷に応じた信号を出力する。つまり、読出回路８は、電荷生成器７が生成した電荷を処理する。その結果、読出回路８は、画素値としてのエネルギ積分信号φ２（図２参照）を生成する。読出回路８は、読出線４を介してエネルギ積分信号φ２を処理部２に出力する。

【0016】

処理部２は、読出線４を介して放射線検出器１に接続されている。処理部２は、放射線検出器１からエネルギ積分信号φ２を受け取る。例えば、処理部２は、受け取ったエネルギ積分信号φ２に基づく二次元画像を出力する。制御部３は、制御信号線６を介して放射線検出器１に接続されている。制御部３は、放射線検出器１にクロック信号といった制御信号θ（図２参照）を提供する。このような二次元配列の回路構成は、半導体基板に集積回路を形成することによって実現できる。

【0017】

図２は、放射線検出器１の構成を示す。上述したように、放射線検出器１は、電荷生成器７と、読出回路８と、を有する。

【0018】

電荷生成器７は、Ｘ線などの放射線を受ける。電荷生成器７は、受けたＸ線によって電子正孔対（電荷対）を生成する。つまり、電荷生成器７は、受けた放射線をそのエネルギに対応した電流信号（電荷信号）に変換する。電荷生成器７としては、例えば、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅ電荷生成器、Ｓｉ電荷生成器、Ｇｅ電荷生成器、ＧａＡｓ電荷生成器、ＧａＮ電荷生成器、ＴｌＢｒ電荷生成器等を利用してよい。また、電荷生成器７として、シンチレータと光検出器とを備えた装置を用いてもよい。シンチレータは、Ｘ線を光に変換する。光検出器は、シンチレータが生成した光を電荷に変換する。

【0019】

読出回路８は、電荷生成器７が出力する電荷φ１を画素値であるエネルギ積分信号φ２に変換する。読出回路８は、エネルギ積分信号φ２を処理部２に出力する。エネルギ積分信号φ２は、少なくとも入射した放射線が有していたエネルギの情報を含む。読出回路８は、前置増幅器９（前置増幅部）と、信号変換器１０（信号変換部）と、メモリ１１と、エネルギ弁別器１２（エネルギ弁別部）と、エネルギ積分器１３（エネルギ積分部）と、転送用メモリ１４と、を有する。つまり、１個の電荷生成器７に対して、１個の前置増幅器９、１個の信号変換器１０、１個のメモリ１１、１個のエネルギ弁別器１２、１個のエネルギ積分器１３及び１個の転送用メモリ１４が接続されている。

【0020】

前置増幅器９は、電荷生成器７と信号変換器１０とに接続されている。前置増幅器９は、電荷生成器７から電荷φ１を受ける。そして、前置増幅器９は、電荷φ１に基づくアナログ信号を出力する。アナログ信号は、電圧として表現される。前置増幅器９は、電荷生成器７から電荷φ１を受けて、電荷φ１を蓄積する。そして、前置増幅器９は、蓄積した電荷φ１に対応する電圧を出力する。例えば、前置増幅器９は、キャパシタ２１（図３参照）を含む。前置増幅器９は、キャパシタ２１に電荷φ１を蓄積する。前置増幅器９は、電荷φ１の蓄積に起因して、キャパシタ２１の両端に生じる電圧をアナログ信号として出力する。

【0021】

図３は、前置増幅器９の回路の一例である。図３に示すように、電荷生成器７の第１の端子７ａには、バイアス電圧が印加される。電荷生成器７の第２の端子７ｂは、前置増幅器９の入力９ａに接続される。また、前置増幅器９は、キャパシタ２１と差動増幅器２２とを有する。差動増幅器２２の反転入力２２ｂには、入力９ａを介して電荷生成器７の第２の端子７ｂが接続される。差動増幅器２２の非反転入力２２ｃには、接地電位が提供される。差動増幅器２２の出力２２ａと反転入力２２ｂとの間には、キャパシタ２１が接続されている。このような構成によって、電荷生成器７から入力された電荷φ１は、キャパシタ２１に蓄積される。そして、差動増幅器２２は、蓄積された電荷φ１に対応する電圧を出力２２ａに生成する。出力２２ａに生成される電圧は、アナログ信号である。

【0022】

前置増幅器９の動作は、電荷生成器７に放射線が入射するたびに行われる。電荷生成器７における電荷φ１の生成と、前置増幅器９における電圧への変換とは、極めて短い時間に完了する。例えば、これらの動作は、数十ナノ秒の時間で完了する。換言すると、キャパシタ２１に電荷φ１が蓄積され、当該状態においてキャパシタ２１の両端の電圧を取り出すまでの時間が短い。その結果、キャパシタ２１から電荷φ１が自然に失われる現象（いわゆる自然放電）の影響が抑制される。つまり、電荷生成器７において生成された電荷φ１に応じた電圧を得ることができる。

【0023】

図２に示すように、信号変換器１０は、前置増幅器９とメモリ１１とに接続されている。信号変換器１０は、前置増幅器９からアナログ信号を受ける。そして、信号変換器１０は、アナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。つまり、信号変換器１０は、Ａ／Ｄ変換器である。例えば、信号変換器１０の分解能は、１０ビットであるとしてよい。

【0024】

メモリ１１は、信号変換器１０とエネルギ弁別器１２とに接続されている。メモリ１１は、信号変換器１０からデジタル信号を受ける。そして、メモリ１１は、デジタル信号が入力されるたびに、デジタル信号を保存する。メモリ１１は、複数のデジタル信号をヒストグラムとして保存する。より詳細にはメモリ１１は、デジタル信号の大きさに応じて、あらかじめ設定されたデジタル信号の大きさを基準とした階級ごとにデジタル信号を区分する。例えば、メモリ１１が保存するヒストグラムは、横軸にデジタル信号が示す電圧の大きさを基準とした階級をとり、縦軸に当該階級に当てはまるデジタル信号が入力された度数をとる。

【0025】

エネルギ弁別器１２は、メモリ１１とエネルギ積分器１３とに接続されている。エネルギ弁別器１２は、あらかじめ設定された期間ごとにメモリ１１からデータを受ける。このデータは、上述したヒストグラムである。つまり、電荷生成器７、信号変換器１０及びメモリ１１のそれぞれの動作は、放射線の入射のたびに行われる。一方、エネルギ弁別器１２及びエネルギ積分器１３の動作は、一定の期間ごとに行われる。つまり、エネルギ弁別器１２及びエネルギ積分器１３の動作は、放射線の入射のたびに行われない。

【0026】

エネルギ弁別器１２は、ヒストグラムの階級と閾値ＬＬＤとを比較する。比較の結果、エネルギ弁別器１２は、閾値ＬＬＤを超えた階級の成分を積分対象成分として出力する。この動作は、ある階級（閾値ＬＬＤ）より大きいデジタル信号が、放射線に起因する真の信号成分であると評価するものである。換言すると、ある階級（閾値ＬＬＤ）より小さいデジタル信号が、放射線に起因しない偽の信号成分（雑音）であると評価するものである。

【0027】

エネルギ積分器１３は、エネルギ弁別器１２と転送用メモリ１４に接続されている。エネルギ積分器１３は、エネルギ弁別器１２から積分対象成分を受ける。次に、エネルギ積分器１３は、積分対象成分を積分してエネルギ積分信号φ２を生成する。より詳細には、エネルギ積分器１３は、エネルギ弁別器１２から出力されたヒストグラムにおいて、第１の演算として階級ごとに階級と度数とを乗算する。そして、第２の演算として、第１の演算の結果として得た複数の値を、すべて足し合わせる。つまり、第１の演算及び第２の演算は、デジタル信号をエネルギによって積分する演算である。そして、第１の演算及び第２の演算に提供される情報は、エネルギ弁別器１２によって雑音が除かれている。従って、エネルギ積分器１３が行う積分動作では、雑音が積分されることがない。換言すると、エネルギ積分器１３が行う積分動作では、真の信号成分のみを積分することができる。

【0028】

転送用メモリ１４は、エネルギ積分器１３に接続されている。転送用メモリ１４は、エネルギ積分信号φ２を所定のメモリ空間に逐次保存する。そして、転送用メモリ１４は、制御部３から提供される制御信号θに応じて、エネルギ積分信号φ２を処理部２に出力する。

【0029】

以下、比較例に係る放射線検出器２００、３００の動作と比較しながら、実施形態の放射線検出器１の動作及び作用効果について説明する。

【0030】

図４（ａ）は、比較例１に係る放射線検出器２００の構成を示すブロック図である。放射線検出器２００は、いわゆる電荷蓄積方式を採用する。放射線検出器２００は、電荷生成器２０１と、電荷蓄積器２０２と、信号変換器２０３と、転送用メモリ２０４と、を有する。電荷生成器２０１、信号変換器２０３及び転送用メモリ２０４は、上記の実施形態と同様の構成を有する。従って、これらの詳細な説明は、省略する。

【0031】

電荷蓄積器２０２は、電荷生成器２０１から出力された電荷を蓄積する。そして、電荷蓄積器２０２は、蓄積した電荷に応じた電圧を信号変換器２０３に提供する。電荷蓄積器２０２が出力する電圧は、連続した値であり、いわゆるアナログ値である。

【0032】

図４（ｂ）に示すグラフを参照する。このグラフは、電荷生成器２０１の出力（グラフＧ４ａ）と、電荷蓄積器２０２の出力（グラフＧ４ｂ）と、を示す。横軸は時間を示す。左側の縦軸は電荷生成器２０１の出力を示す。右側の縦軸は、電荷蓄積器２０２の出力を示す。グラフＧ４ａに示すように、電荷生成器２０１の出力は、時間的に連続している。そして、放射線が入射されると出力が増大し、放射線のエネルギに応じたピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が現れる。また、電荷生成器２０１は、放射線が入射されていない期間（例えば期間Ｔ参照）にも不規則な大きさの値を出力し続ける。この出力は、電荷生成器２０１に起因する雑音である。

【0033】

そして、電荷蓄積器２０２は、グラフＧ４ａに示す出力を逐次積分する。換言すると、電荷蓄積器２０２は、電荷生成器２０１の出力を加算し続ける。その結果、グラフＧ４ｂが得られる。つまり、放射線検出器２００は、電荷生成器２０１への放射線の入射に起因する粒子を数える必要がない。従って、放射線検出器２００は、いわゆる信号の取りこぼしを生じない。

【0034】

ここで、電荷生成器２０１の出力は、雑音を含むことを既に述べた。そうすると、電荷蓄積器２０２は、放射線の入射に起因する成分（ピークＰ１等）だけでなく、雑音に起因する成分（期間Ｔにおける出力信号）も逐次加算していく。

【0035】

その結果、電荷蓄積器２０２の出力（グラフＧ４ｂ）は、放射線の入射に起因する成分だけを加算した場合の結果（グラフＧ４ｃ）よりも大きくなる。グラフＧ４ｂとグラフＧ４ｃとの違いは、雑音が加算されたことに起因する。図４（ｂ）において、グラフＧ４ｃとグラフＧ４ｂとに囲まれる領域が雑音に起因する誤差を示している。

【0036】

この傾向は、特に低エネルギの測定時に顕著であり、放射線の入射に起因する成分（真の信号成分）が雑音に埋もれる場合も生じ得る。

【0037】

＜比較例２＞
図５は、比較例２に係る放射線検出器３００の構成を示すブロック図である。放射線検出器３００は、フォトンカウンティング方式を採用する。フォトンカウンティング方式の放射線検出器３００は、電荷生成器３０１から出力される信号から雑音を取り除くことにより、バックグランドノイズがないイメージングを可能にする。

【0038】

放射線検出器３００は、電荷生成器３０１と、光子計数器３０２と、カウンタ３０３と、転送用メモリ３０４と、を有する。電荷生成器３０１及び転送用メモリ３０４は、実施形態のものと同様であるので、詳細な説明を省略する。

【0039】

光子計数器３０２は、電荷生成器３０１から出力された電荷を受ける。そして、光子計数器３０２は、受けた出力を放射線の入射に起因する信号成分と、雑音と、に弁別する。図５（ｂ）は、電荷生成器３０１の出力信号（グラフＧ５ａ）を示す。図５（ｂ）に示すように、光子計数器３０２は、閾値ＬＬＤよりも大きい信号成分（ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５）を放射線の入射に起因する信号成分として抽出する。

【0040】

カウンタ３０３は、光子計数器３０２の出力を利用して、抽出された信号成分の数を数える。例えば、図５（ｂ）に示す例では、光子計数器３０２がピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５を信号成分として抽出する。そして、カウンタ３０３は、ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の数として、「５」を転送用メモリ３０４に出力する。

【0041】

放射線検出器３００は、光子計数器３０２及びカウンタ３０３の処理によって、放射線の入射に起因する真の信号成分と雑音とを弁別する。従って、比較例１の放射線検出器２００のように、雑音を積算することがない。その結果、いわゆるバックグラウンドノイズがないイメージングが可能となる。

【0042】

ここで、入射する放射線のタイミングについて論ずる。放射線を粒子として捉えたとき、線量が大きい場合とは、単位時間あたりに電荷生成器３０１に入射する粒子の数が増加し、粒子の入射間隔が短くなる。個々の粒子を区別できないほど粒子の入射間隔が短くなったときに、読出回路８で粒子の数え落としが発生する。このような計数の不確かさを生じる現象は、パイルアップと呼ばれる。
例えば、ピークＰ２に示すように大きさが「４」であったとき、当該ピークＰ２は、「４」というエネルギを持った１個の粒子が入射したのか、または、「１」というエネルギを持った４個の粒子がほぼ同時に入射したのか、を区別できない。入射した粒子の数を数える観点からすれば、ピークＰ２は１個の粒子の入射であると判断される。しかし、実際の現象としては、「１」というエネルギを持った４個の粒子がほぼ同時に入射した場合であったとすれば、３個の粒子の数え落としが生じる。

【0043】

パイルアップは、特に、放射線の線量が大きい場合に生じやすい。パイルアップが頻繁に生じると、放射線検出器３００の出力が飽和する傾向にある。また、パイルアップによれば、放射線のエネルギと数えられた粒子の数との線形性が劣化してしまう。

【0044】

第１実施形態の放射線検出器１は、電荷蓄積方式の利点と、フォトンカウンティング方式の利点と、を併せ持つ。放射線検出器１によれば、電荷蓄積方式の処理を基本とし、フォトンカウンティング方式の利点を併せ持つ画像センサを実現できる。放射線検出器１は、パイルアップの影響を受けない電荷蓄積方式の作用を奏する。さらに、放射線検出器１は、ノイズレスというフォトンカウンティング方式の作用も奏する。これらの作用により、放射線検出器１は、バックグラウンドノイズがないイメージングを行いつつ、エネルギ積分を行うことで、放射線のエネルギに対する線形性を大幅に改善することができる。

【0045】

具体的には、信号変換器１０は、前置増幅器９から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。その次に、エネルギ弁別器１２は、デジタル信号に含まれる放射線の入射に基づく信号成分と雑音に基づく信号成分とを弁別する。この弁別動作により、フォトンカウンティング方式の放射線検出器が有する利点を奏することができる。さらに、エネルギ積分器１３は、雑音が除去されている積分対象成分を積分する。換言すると、スペクトル測定の後に、雑音除去機能を奏するエネルギ積分動作を行う。この積分動作により、放射線のエネルギを評価できる情報（エネルギ積分信号φ２）を得ることができる。つまり、パイルアップに起因する情報の取りこぼしが生じない。従って、放射線検出器１は、検出した放射線のエネルギに関する情報を失うことなく雑音を低減することができる。

【0046】

放射線検出器１の動作は、図６（ａ）に示す重み関数Ｆ１によって表現することもできる。重み関数Ｆ１は、放射線のエネルギがゼロから閾値ＬＬＤまでである場合に、重み係数としてゼロを定義する（部分Ｆ１ａ）。重み関数Ｆ１は、放射線のエネルギが閾値ＬＬＤ以上である場合に、放射線のエネルギに応じた重み係数を定義する（部分Ｆ１ｂ）。具体的には、部分Ｆ１ｂにおける重み係数は、放射線のエネルギに比例する。重み関数Ｆ１における部分Ｆ１ｂの始点は、閾値ＬＬＤである。この重み関数Ｆ１はエネルギ積分動作の一例である。このような重み関数Ｆ１は、２つの重み関数Ｆ２、Ｆ３の組み合わせによって実現される。

【0047】

図６（ｂ）に示す重み関数Ｆ２は、放射線のエネルギがゼロから閾値ＬＬＤまでである場合に、重み係数としてゼロを定義する（部分Ｆ２ａ）。部分Ｆ２ａは、後述する部分Ｆ３ａと協働して部分Ｆ１ａを構成する。そして、放射線のエネルギが閾値ＬＬＤ以上である場合に、重み係数は、放射線のエネルギに比例する（部分Ｆ２ｂ）。部分Ｆ２ｂは、後述する部分Ｆ３ｂと協働して部分Ｆ１ｂを構成する。重み関数Ｆ２の部分Ｆ２ｂの始点は、ゼロである。この重み関数Ｆ２は、エネルギ積分の動作に対応する。図６（ｃ）に示す重み関数Ｆ３は、放射線のエネルギがゼロから閾値ＬＬＤまでである場合に、重み係数としてゼロを定義する（部分Ｆ３ａ）。部分Ｆ３ａは、部分Ｆ２ａと協働して部分Ｆ１ａを構成する。そして、放射線のエネルギが閾値ＬＬＤ以上である場合に、重み係数は、エネルギによらず一定である（部分Ｆ３ｂ）。部分Ｆ３ｂは、部分Ｆ２ｂと協働して部分Ｆ１ｂを構成する。この重み関数Ｆ３は、放射線のエネルギによらず、一定の重み係数を作用する。つまり、フォトンカウンティングの動作に対応する。

【0048】

スペクトル測定動作を行う信号変換器１０及びエネルギ弁別器１２の出力は、データ容量が比較的大きい。しかし、エネルギ積分器１３の積分動作によって、データ量が圧縮される。その結果、データを外部へ転送するときには、外部へ転送可能な程度にデータ容量が圧縮される。さらに、高分解能のフルスペクトル測定回路が出力するデータ容量よりも、データ容量が圧縮される。従って、転送用メモリ１４の容量を縮小できる。

【0049】

＜第２実施形態＞
第１実施形態の放射線検出器１は、メモリ１１にヒストグラムとして表現したデータを保存していた。このようなデータ形式では、広大なメモリ空間が必要である。従って、物理的なメモリ１１の寸法も大きくなる傾向にある。さらに、第１実施形態の放射線検出器１におけるエネルギ積分器１３が行う積分動作も比較的複雑である。従って、物理的なエネルギ積分器１３の寸法も大きくなる傾向にある。そこで、第２実施形態の放射線検出器１Ａは、小型化を実現する。

【0050】

図７は、放射線画像センサ１００Ａを構成する放射線検出器１Ａの構成を示す。放射線検出器１Ａは、電荷生成器７と、前置増幅器９と、信号変換器１０と、エネルギ弁別器１２と、エネルギ積分器１５と、を有する。第２実施形態の放射線検出器１Ａは、第１実施形態の放射線検出器１に対して第１～第３の相違点を有する。第１の相違点として、放射線検出器１Ａは、電荷生成器７に放射線が入射されるたびに、信号変換器１０、エネルギ弁別器１２及びエネルギ積分器１５が動作する。第２の相違点として、エネルギ積分器１５の動作が、第１実施形態のエネルギ積分器１３の動作と異なる。さらに、第３の相違点として、放射線検出器１Ａは、信号変換器１０の出力がエネルギ弁別器１２に直接に提供される。つまり、放射線検出器１Ａは、信号変換器１０とエネルギ弁別器１２との間にメモリ１１を有しない。なお、電荷生成器７、前置増幅器９及び信号変換器１０は、第１実施形態の電荷生成器７及び信号変換器１０と同様であるので詳細な説明は省略する。

【0051】

エネルギ積分器１５は、加算器１５ａと、メモリ１５ｂと、を有する。エネルギ積分器１５の入力は、加算器１５ａの第１入力に接続されている。加算器１５ａの第２入力には、メモリ１５ｂの出力が接続されている。加算器１５ａの出力は、メモリ１５ｂの入力に接続されている。メモリ１５ｂの出力は、エネルギ積分器１５の出力と、加算器１５ａの第２入力と、に接続されている。

【0052】

＜動作＞
次に、放射線検出器１Ａの動作について説明する。電荷生成器７に放射線が入射すると、電荷生成器７は、電荷φ１を前置増幅器９に出力する。電荷φ１を受けた前置増幅器９は電荷φ１に応じたアナログ信号を信号変換器１０に出力する。アナログ信号を受けた信号変換器１０は、アナログ信号をデジタル信号に変換したのちに、デジタル信号をエネルギ弁別器１２に出力する。そして、デジタル信号を受けたエネルギ弁別器１２は、弁別動作を行うことにより、積分対象成分φ３をエネルギ積分器１５に出力する。次に、エネルギ積分器１５は、加算器１５ａの第１入力に積分対象成分φ３を入力する。さらに、エネルギ積分器１５は、加算器１５ａの第２入力にメモリ１５ｂに保存されている中間積分値φ４を入力する。そして、加算器１５ａは、中間積分値φ４に積分対象成分φ３を加算する（φ３＋φ４）。加算によって得た値を、新たな中間積分値φ４として、メモリ１５ｂに保存する。そして、メモリ１５ｂは、所定期間が経過するたびに、制御部３から制御信号θを受ける。メモリ１５ｂは、制御信号θに応じて中間積分値φ４をエネルギ積分信号φ２として処理部２に出力する。

【0053】

第２実施形態の放射線検出器１Ａは、放射線が入射されるたびに、積分動作を行う。つまり、エネルギ積分器１５の前に、複数の情報を保存するメモリ１１を必要としない。従って、第１実施形態のメモリ１１を省略することができる。また、第２実施形態の放射線検出器１Ａは、積分動作の結果を一つの数値（中間積分値φ４）としてメモリ１５ｂに保存する。つまり、メモリ１５ｂは、第１実施形態のメモリ１１のように、広大なメモリ空間を必要としない。従って、メモリ１５ｂの物理的な寸法を縮小することが可能である。さらに、第２実施委形態のエネルギ積分器１５は、単純な加算演算のみを加算器１５ａが行う。つまり、第１実施形態のように、階級と度数との積を得る動作と、乗算演算の結果の総和を得る動作と、を必要としない。換言すると、積分演算を単純化できる。従って、エネルギ積分器１５の物理的な寸法を縮小することができる。

【0054】

＜第３実施形態＞
第３実施形態の放射線検出器１Ｂは、第２実施形態の放射線検出器１Ａからさらなる小型化を実現する。

【0055】

図８は、放射線画像センサ１００Ｂを構成する第３実施形態の放射線検出器１Ｂの構成を示す。放射線検出器１Ｂは、電荷生成器７と、前置増幅器９と、信号変換器１０Ｂと、エネルギ弁別器１２Ｂと、エネルギ積分器１６と、エネルギ補正器１７（エネルギ補正部）と、を有する。第３実施形態の放射線検出器１Ｂは、第２実施形態の放射線検出器１Ａに対して４個の相違点を有する。第１の相違点は、信号変換器１０Ｂの動作である。第２の相違点は、エネルギ弁別器１２Ｂの動作である。第３の相違点は、エネルギ積分器１６の動作である。第４の相違点は、エネルギ補正器１７を有する点である。

【0056】

信号変換器１０Ｂは、デジタル信号として、パルス信号を生成する。信号変換器１０Ｂは、デジタル信号の大きさに対応する複数のパルス波を出力する。例えば、信号変換器１０Ｂは、デジタル信号が大きくなるほど、多くのパルス波を出力する。つまり、信号変換器１０Ｂは、いわゆるパルス幅変調器（ＰＷＭ）である。

【0057】

エネルギ弁別器１２Ｂは、信号変換器１０Ｂから入力されるパルス信号に対して弁別処理を行う。パルス信号が含むパルス波の数は、デジタル信号の大きさに対応することをすでに述べた。そうすると、パルス波の数が１個や２個のように少ない場合には、これらは雑音である可能性が高い。そこで、エネルギ弁別器１２Ｂは、パルス信号が第１～第Ｎのパルス波を含むとき、第１～第ｉのパルス波を雑音として除く。従って、雑音としてみなすパルス数（ｉ）は、第３実施形態のエネルギ弁別器１２でいう閾値ＬＬＤである。つまり、エネルギ弁別器１２は、第ｉ＋１～第Ｎのパルス波を真の信号成分（積分対象成分）として、出力する。

【0058】

エネルギ積分器１６は、カウンタ１６ａを含む。カウンタ１６ａは、エネルギ弁別器１２からパルス波が入力されるたびに、カウント変数（ｋ）を１ずつ加算する。つまり、カウンタ１６ａは、入力されたパルス波の数を逐次数える。例えば、ある放射線の入射に応じて、５個のパルス波がカウンタ１６ａに入射したとする。この場合に、カウンタ１６ａは、変数（ｋ＝５）を生成する。そして、次の放射線の入射に応じて、６個のパルス波がカウンタ１６ａに入射したとする。この場合に、カウンタ１６ａは、変数（ｋ＝５）から計数を開始し、変数（ｋ＝１１）を生成する。つまり、エネルギ積分器１３では、入力されたパルス波の数を逐次数える動作が、積分動作に対応する。つまり、エネルギ積分器１６をカウンタ１６ａだけで実現することができる。カウンタ１６ａの回路は、加算器１５ａの回路よりも小型化が容易である。

【0059】

放射線検出器１Ｂは、エネルギ補正器１７を備えることにより、カウンタ１６ａの出力に基づいて得られるエネルギ積分信号の精度をさら高めることができる。つまり、放射線検出器１Ｂは、エネルギ補正器１７を必要に応じて備えることとしてよい。換言すると、放射線検出器１Ｂは、電荷生成器７と、前置増幅器９と、信号変換器１０Ｂと、エネルギ弁別器１２Ｂと、エネルギ積分器１６と、によって構成してもよい。

【0060】

具体的には、カウンタ１６ａにおいて数えられるパルス波の数は、入射した放射線のエネルギに厳密に対応しない。なぜならば、エネルギ弁別器１２において、第１～第ｉのパルス波が一律に削除されているからである。つまり、カウンタ１６ａが数えたパルス波の数が示す放射線のエネルギは、入射した放射線のエネルギより小さい。この動作は重み関数Ｆ２に対応する。エネルギ補正器１７は、このエネルギの相違を補正する。

【0061】

エネルギ補正器１７は、カウンタ１７ａと、アンプ１７ｂと、加算器１７ｃと、を有する。カウンタ１７ａの入力は、エネルギ弁別器１２Ｂの出力に接続されている。アンプ１７ｂの入力は、カウンタ１７ａの出力に接続されている。アンプ１７ｂの出力は、加算器１７ｃの第２入力に接続されている。加算器１７ｃの第１入力には、カウンタ１６ａの出力が接続されている。加算器１７ｃの出力は、処理部２に接続されている。

【0062】

なお、前置増幅器９、信号変換器１０Ｂ、エネルギ弁別器１２Ｂ及びカウンタ１６ａ、１７ａは、読出回路８Ｂを構成してもよい。つまり、これらの構成要素は、電荷生成器７ごとに設けられる。従って、これらの構成要素は、放射線が入射するたびに動作する。そして、アンプ１７ｂ及び加算器１７ｃは、読出回路８ｂとは別の回路として設けられてもよい。従って、これらの構成要素は、所定の期間が経過するたびに動作する。

【0063】

＜動作例１（パイルアップなし）＞
第１の例として、いわゆるパイルアップが生じていない場合の動作について説明する。図９（ａ）に示すように、第１の入射Ｅ１と第２の入射Ｅ２が生じたとする。それぞれの入射のエネルギは、「５」であったとする。第２の入射Ｅ２は、第１の入射Ｅ１から十分に時間が経過した後に発生した。例えば、第１の実施形態における信号変換器１０は、図９（ｂ）に示すようなデジタル信号を出力する。デジタル信号は、第１の入射Ｅ１に対応する成分Ｄ１と、第２の入射に対応する成分Ｄ２と、を含む。さらに、デジタル信号は、雑音に対応する成分Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を含むこともある。成分Ｄ１、Ｄ２に示されるように、第２の入射Ｅ２は、第１の入射Ｅ１から十分に時間が経過しているので、第２の入射Ｅ２に対応する成分Ｄ２は、第１の入射Ｅ１に対応する成分Ｄ１と区別できる。つまり、図９（ｂ）に示されるデジタル信号によれば、放射線の入射が２回生じていることがわかる。従って、パイルアップが生じていない。

【0064】

図９（ｃ）は、第３実施形態の信号変換器１０Ｂが出力するデジタル信号であるパルス信号Ｐを示す。パルス信号Ｐは、パルス成分ＤＰ１、ＤＰ２、ＮＰ１、ＮＰ２、ＮＰ３を含む。そして、このパルス信号Ｐがエネルギ弁別器１２Ｂに入力される。その結果、エネルギ弁別器１２Ｂは、図９（ｄ）に示すパルス信号ＰＳを出力する。エネルギ弁別器１２Ｂは、閾値ＬＬＤとしてパルス数（ｉ＝２）を規定する。そうすると、エネルギ弁別器１２Ｂは、パルス成分ＤＰ１、ＤＰ２、ＮＰ１、ＮＰ２、ＮＰ３のそれぞれにおいて、第１のパルス波及び第２のパルス波を削除する。そうすると、雑音であるパルス成分ＮＰ１、ＮＰ２、ＮＰ３は、削除される。そして、真の信号成分であるパルス成分ＤＰ１、ＤＰ２は、それぞれ、３つのパルス波を含む。つまり、エネルギ弁別器１２Ｂが出力するパルス信号ＰＳは、２つのパルス成分ＤＰ１、ＤＰ２を含むことから、２回の放射線の入射があったことを示す。さらに、パルス成分ＤＰ１、ＤＰ２は、それぞれ３つのパルス波を含む。従って、パルス波の数から、入射した放射線のエネルギを得ることができる。

【0065】

パルス信号ＰＳのうち第１のパルス成分ＤＰ１がエネルギ積分器１６に入力されると、エネルギ積分器１６のカウンタ１６ａは、変数（ｋ＝３）を得る。一方、第１のパルス成分ＤＰ１がエネルギ積分器１６に入力される動作と並行して、第１のパルス成分ＤＰ１がカウンタ１７ａにも入力される。カウンタ１７ａは、１回のパルス成分ＤＰ１の入力があったことを変数（ｊ＝１）として得る。

【0066】

続いて、パルス信号ＰＳのうち第２のパルス成分ＤＰ２がエネルギ積分器１６に入力されると、エネルギ積分器１６のカウンタ１６ａは、変数（ｋ＝６＝３＋３）を得る。一方、第２のパルス成分ＤＰ２がエネルギ積分器１３に入力される動作と並行して、第２のパルス成分ＤＰ２がカウンタ１７ａにも入力される。カウンタ１７ａは、２回目のパルス成分ＤＰ２の入力があったことを変数（ｊ＝２＝１＋１）として得る。

【0067】

次に、所定の期間が経過したため、制御部３から読み出しのための制御信号θがカウンタ１６ａ、１７ａに出力される。カウンタ１６ａは、変数（ｋ＝６）を加算器１７ｃに出力する。カウンタ１７ａは、変数（ｊ＝２）をアンプ１７ｂに出力する。アンプ１７ｂは、変数（ｊ＝２）に閾値ＬＬＤであるパルス数（ｉ＝２）を乗算する。その結果、アンプ１７ｂは、増幅された変数（ｓ＝４）を加算器１７ｃに出力する。加算器１７ｃは、変数（ｋ＝６）と変数（ｓ＝４）とを足し合わせる。その結果、演算値（１０）が得られる。演算値（１０）は、２回の放射線の入射におけるエネルギ積分値に対応する。なぜならば、入射した放射線のエネルギは、１回目が「５」であり、２回目も「５」であったからである。つまり、放射線検出器１は、前置増幅器９の出力に雑音が存在する場合でも、放射線のエネルギに相当する、エネルギ積分信号φ２として「１０」を得ることができる。

【0068】

なお、放射線検出器がエネルギ弁別器１２を備えない場合には、エネルギ積分器１６のカウンタ１６ａは、図９（ｃ）に示すパルス信号Ｐが含む全てのパルス波の数を数える。つまり、カウンタ１６ａは、積分値として変数（ｋ＝１５）を得る。雑音に起因するパルス成分ＮＰ１、ＮＰ２、ＮＰ３も積分されてしまうので、真の値「１０」よりも大きい「１５」が出力されてしまう。

【0069】

＜動作例２（パイルアップあり）＞
第２の例として、いわゆるパイルアップが生じる場合の動作について説明する。図１０（ａ）に示すように、第１の入射Ｅ１と第２の入射Ｅ２が生じたとする。それぞれの入射のエネルギは、「５」であったとする。第２の入射Ｅ２は、第１の入射Ｅ１から十分に時間が経過していないタイミングで発生した。例えば、第１の実施形態における信号変換器１０Ｂは、図１０（ｂ）に示すようなデジタル信号を出力する。デジタル信号は、第１の入射Ｅ１に対応する成分Ｄ１と、第２の入射に対応する成分Ｄ２と、を含む。しかし、第２の入射Ｅ２に対応する成分Ｄ２は、第１の入射Ｅ１に対応する成分Ｄ２と一体となり、成分ＤＡを構成する。つまり、図１０（ｂ）に示されるデジタル信号によれば、放射線の入射が１回であったと判断されてしまう。従って、実際に放射線が入射した回数（２回）が正しくカウントされない。つまり、パイルアップが生じている。しかし、第３実施形態の放射線検出器１Ｂは、このような場合であっても、エネルギ積分値として「１０」を得ることができる。

【0070】

第３実施形態の信号変換器１０Ｂは、第１の入射Ｅ１及び第２の入射Ｅ２の結果として、図１０（ｃ）に示すパルス信号Ｐを出力する。パルス信号Ｐは、ひとつのパルス成分ＤＰを含む。パルス成分ＤＰは、第１～第１０のパルス波を含む。

【0071】

このようなパルス信号Ｐを受けたエネルギ弁別器１２Ｂは、閾値ＬＬＤであるパルス数（ｉ＝２）に基づき、第１及び第２のパルス波を削除する。その結果、エネルギ弁別器１２Ｂは、第３～第１０のパルス波をパルス信号ＰＳとして出力する。

【0072】

パルス信号ＰＳがエネルギ積分器１６に入力されると、エネルギ積分器１６のカウンタ１６ａは、変数（ｋ＝８）を得る。一方、パルス信号ＰＳがエネルギ積分器１６に入力される動作と並行して、パルス信号ＰＳがカウンタ１７ａにも入力される。カウンタ１７ａは、１回のパルス成分Ｄｐの入力があったことを変数（ｊ＝１）として得る。

【0073】

次に、所定の期間が経過したため、制御部３から制御信号θがカウンタ１６ａ、１７ａに出力される。カウンタ１６ａは、変数（ｋ＝８）を加算器１７ｃに出力する。カウンタ１７ａは、変数（ｊ＝１）をアンプ１７ｂに出力する。アンプ１７ｂは、変数（ｊ＝１）に閾値ＬＬＤであるパルス数（ｉ＝２）を乗算する。その結果、アンプ１７ｂは、増幅された変数（ｓ＝２）を加算器１７ｃに出力する。加算器１７ｃは、変数（ｋ＝８）と変数（ｓ＝２）とを足し合わせる。その結果、エネルギ積分値に対応する演算値（１０）が得られる。

【0074】

本開示の放射線検出器は、前述した実施形態に限定されない。本開示の放射線検出器は、請求項の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0075】

実施形態の放射線検出器１は、電荷生成器７と読出回路８とが積層されていた。例えば、図１１に示すように、放射線画像センサ１００Ｃは、変形例１の放射線検出器１Ｃを備えてもよい。放射線検出器１Ｃは、電荷生成器７と読出回路８とを有する。これらの個々の構成は、放射線検出器１の電荷生成器７と読出回路８と同様である。一方、放射線検出器１Ｃでは、電荷生成器７と読出回路８とは積層されておらず、電荷生成器７及び読出回路８は、基板１０１の主面に並設されている。このような構成を有する放射線検出器１Ｃであっても、実施形態の放射線検出器１と同様の効果を奏することができる。

【0076】

また、実施形態の放射線検出器１は、１個の電荷生成器７と、１個の読出回路８とを有していた。例えば、図１２及び図１３に示すように、放射線画像センサ１００Ｄは、変形例２の放射線検出器１Ｄを備えてもよい。放射線検出器１Ｄは、１個の電荷生成器７Ｄと、複数の読出回路８と、を有する。電荷生成器７Ｄの裏面には、複数の読出回路８が電気的に接続されている。電荷生成器７Ｄは、物理的には分離していない。電荷生成器７Ｄは、読出回路８との電気的な接続によって、電気的に分離されている。このような構成を有する放射線検出器１Ｄであっても、実施形態の放射線検出器１と同様の効果を奏することができる。

【0077】

また、図３に示す回路構成は、付加的な回路をさらに備えてもよい。図１４は、電荷生成器７、前置増幅器９、信号変換器１０を含む具体的な回路構成の変形例である。変形例には、付加的な回路として電荷注入回路３１が追加されている。図１４に示す構成においては、電荷生成器７の第１の端子７ａにバイアス電圧が印加される。電荷生成器７の第２の端子７ｂが前置増幅器９の入力に接続される。また、前置増幅器９は、差動増幅器２２とキャパシタ２１によって構成されている。差動増幅器２２の非反転入力２２ｃは、接地電位に接続されている。差動増幅器２２の反転入力２２ｂは電荷生成器７に接続されている。差動増幅器２２の出力と反転入力の間には、キャパシタ２１が接続されている。このような構成によって、電荷生成器７から入力された電荷がキャパシタ２１に蓄積され、その電荷の量に対応する電圧信号が差動増幅器２２の出力に生成される。

【0078】

電荷注入回路３１は、スイッチトキャパシタ回路である。電荷注入回路３１は、直流電源３１ａ、キャパシタ３１ｂ、及びスイッチ素子３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆを含む。このような構成の電荷注入回路３１は、信号変換器１０からの比較信号ＥＮと、信号変換器１０による周期的な比較動作に同期したクロック信号ＣＬＯＣＫとを受ける。電荷注入回路３１は、クロック信号ＣＬＯＣＫに同期したタイミングにおいて比較信号ＥＮがハイレベルを示すときに、キャパシタ３１ｂに予め蓄積させておいた直流電源３１ａの電圧に対応した電荷量の電荷を、前置増幅器９のキャパシタ２１に供給する。このとき、キャパシタ３１ｂからキャパシタ２１に供給される電荷は、電荷生成器７からキャパシタ２１に供給される電荷の極性に対して逆の極性の電荷となるように直流電源３１ａの極性が設定される。具体的には、直流電源３１ａの一端が接地電位に接続される。直流電源３１ａの他端がスイッチ素子３１ｃを介してキャパシタ３１ｂの一端に接続される。キャパシタ３１ｂの他端がスイッチ素子３１ｆを介してキャパシタ２１の電荷生成器７側の端子に接続される。さらに、キャパシタ３１ｂの両端は、それぞれ、スイッチ素子３１ｄ，３１ｅを介して接地電位に接続される。上記構成の電荷注入回路３１においては、スイッチ素子３１ｃ及びスイッチ素子３１ｅが閉じられると共に、スイッチ素子３１ｄ，３１ｆが開かれる。その結果、予めキャパシタ３１ｂに電荷が蓄積される。その後、クロック信号ＣＬＯＣＫに同期したタイミングにおいて、比較信号ＥＮがハイレベルを示す場合に、スイッチ素子３１ｃ及びスイッチ素子３１ｅが開かれると共に、スイッチ素子３１ｄ，３１ｆが閉じられる。その結果、キャパシタ３１ｂに蓄積された電荷は、キャパシタ２１に供給される。

【0079】

また、上記の放射線検出器では前置増幅器９及び信号変換器１０は、互いに別の構成要素として説明した。前置増幅器９及び信号変換器１０は、増幅と信号変換との機能を発揮する一体の構成要素としてもよい。つまり、前置増幅器９及び信号変換器１０は、相互に作用して一体となった構成でも良い。さらに、上記の放射線検出器において、前置増幅器９は増幅機能を奏するものとして説明した。前置増幅器９は、電荷生成器７が出力する信号（電荷）を、信号変換器１０が処理可能な信号（例えば、電圧）に変換できればよい。つまり、前置増幅器９は、必ずしも信号の増幅機能を発揮しなくてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…放射線検出器、２…処理部、３…制御部、４…読出線、６…制御信号線、７…電荷生成器、８…読出回路、９…前置増幅器、１０…信号変換器、１２…エネルギ弁別器、１３，１５，１６…エネルギ積分器、１４…転送用メモリ、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…放射線画像センサ。

【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】