WO2018123112A1 - 光検出器 - Google Patents
光検出器 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018123112A1 WO2018123112A1 PCT/JP2017/024202 JP2017024202W WO2018123112A1 WO 2018123112 A1 WO2018123112 A1 WO 2018123112A1 JP 2017024202 W JP2017024202 W JP 2017024202W WO 2018123112 A1 WO2018123112 A1 WO 2018123112A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- signal
- photoelectric conversion
- unit
- photodetector
- output
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 169
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 21
- 238000002600 positron emission tomography Methods 0.000 claims description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 8
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 17
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 17
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 11
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 9
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 9
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 8
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 241001591005 Siga Species 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005442 electron-positron pair Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
- G01T1/248—Silicon photomultipliers [SiPM], e.g. an avalanche photodiode [APD] array on a common Si substrate
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
- A61B6/037—Emission tomography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/48—Diagnostic techniques
- A61B6/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agents
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
Definitions
- the present invention relates to a photodetector, and more particularly, to a photodetector including a photoelectric conversion element that operates in Geiger mode.
- a photodetector including a photoelectric conversion element operating in Geiger mode is known.
- Such a photodetector is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-60012.
- Japanese Patent Laid-Open No. 2012-60012 discloses a plurality of avalanche photodiodes (photoelectric conversion elements) array (SiPM) operating in a Geiger mode to which a voltage higher than a breakdown voltage is applied, and each of the avalanche photodiodes.
- a photodetector comprising: a plurality of discriminators that respectively convert the output signals of the signals into rectangular pulses (binarized signals); and an adder that adds and outputs the rectangular pulses generated by the plurality of discriminators. It is disclosed.
- This photo detector is a trigger that indicates that light has entered when the sum signal (current) obtained by adding rectangular pulses exceeds 3 units (a state in which three photons are incident on the avalanche photodiode).
- the photodetector disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-60012 outputs a trigger signal indicating that light is incident when the addition signal (current) obtained by adding the rectangular pulses becomes 3 units or more.
- the trigger signal is not output until three or more photons are incident. Therefore, the trigger signal is output with a deviation from the timing at which the first photon is actually incident. Therefore, the photodetector disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2012-60012 has a problem in that it cannot accurately detect the exact time when light (photons) is incident.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to accurately detect the exact time when light is incident while suppressing erroneous detection. It is to provide a simple photodetector.
- a photodetector in one aspect of the present invention operates in a Geiger mode to which a voltage higher than a breakdown voltage is applied, and outputs a plurality of photoelectric conversions when light enters.
- a first discriminating unit for discriminating a first signal based on signals output from the plurality of photoelectric conversion elements based on the first threshold value; and a second greater than the first threshold value.
- a second discriminating unit for discriminating a second signal based on signals output from the plurality of photoelectric conversion elements based on the threshold value; and a first discriminating unit, wherein the first signal is lower than the first threshold value.
- a trigger signal that generates a trigger signal that indicates that light to be detected has entered when the second discriminating unit discriminates that it is large and the second discriminating unit discriminates that the second signal is greater than the second threshold value.
- a generator that generates a trigger signal that indicates that light to be detected has entered when the second discriminating unit discriminates that it is large and the second discriminating unit discriminates that the second signal is greater
- the first discriminating unit discriminates that the first signal is larger than the first threshold value
- the second discriminating unit is the second discriminating unit.
- a trigger signal generation unit is provided that generates a trigger signal indicating that the light to be detected has entered when the signal is determined to be greater than the second threshold value.
- the false detection resulting from noise can be suppressed by discriminating the signal output from the photoelectric conversion element based on the relatively large second threshold value.
- the timing discriminated that the first signal is larger than the first threshold value reflects the time when the photon is incident substantially accurately.
- a trigger signal that indicates that the light to be detected has entered is generated, and the light is incident while suppressing false detection. Accurate time can be accurately detected.
- the delay is preferably provided between the first discriminator and the trigger signal generator, and is a delay for delaying the signal transmitted from the first discriminator to the trigger signal generator.
- the unit is further provided.
- the time for the second signal based on the signal output from the photoelectric conversion element to reach the second threshold value is the photoelectric conversion element. Becomes longer (delayed) than the time required for the first signal output from to reach the first threshold value. Therefore, by providing a delay unit for delaying a signal transmitted from the first discriminator to the trigger signal generator between the first discriminator and the trigger signal generator, the first signal becomes High (H level). Can be delayed from the timing when the second signal becomes High (H level). As a result, it is possible to achieve both the accurate detection of the time when light is incident and the suppression of erroneous detection with higher accuracy.
- the second discriminating unit preferably has a second threshold value that is a signal obtained by adding the first signals output from the plurality of photoelectric conversion elements. It is comprised so that it may discriminate
- the first signal includes a signal corresponding to the incidence of one photon or a weak signal due to noise.
- the second signal is continuously increased.
- noise occurs sporadically in the plurality of photoelectric conversion elements, the second signal remains relatively small. Therefore, by configuring whether or not the value of the second signal, which is a signal obtained by adding the first signals output from the plurality of photoelectric conversion elements, is larger than the second threshold value, It is possible to accurately detect the incident light.
- a binarization circuit that is provided on one side and binarizes signals output from the plurality of photoelectric conversion elements is further provided.
- a binarized signal (digital signal) has a relatively small processing load compared to a signal that is not binarized (analog signal). Therefore, by providing a binarization circuit at least between each of the plurality of photoelectric conversion elements and the first discrimination unit or between each of the plurality of photoelectric conversion elements and the second discrimination unit, light is transmitted. The processing time for detecting the incident can be shortened.
- the binarization circuit is provided both between each of the plurality of photoelectric conversion elements and the first discrimination unit and between each of the plurality of photoelectric conversion elements and the second discrimination unit. . If comprised in this way, compared with the case where a binarization circuit is provided only between each of several photoelectric conversion elements and a 1st discriminating part, the processing time which detects that light injected is reduced. It can be shortened more.
- the first discriminating unit and the second discriminating unit are preferably configured to discriminate the first signal and the second signal that are analog signals. With this configuration, it is not necessary to separately provide a circuit for digitizing (binarizing) a signal output from the photoelectric conversion element, so that the device configuration of the photodetector can be simplified.
- a signal duplicating unit that is provided between the photoelectric conversion element and the first discriminating unit and the second discriminating unit and duplicates the same signal as the signal transmitted to the first discriminating unit and the second discriminating unit.
- a signal representing at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element (a value corresponding to the energy of the incident gamma ray) by the signal replicated by the signal duplication unit Is sent out.
- at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element is acquired by a signal output to the outside of one of the plurality of photodetectors.
- the position of the photoelectric conversion element on which the light is incident while suppressing deterioration of the signal by configuring so that at least one of the position and the total amount of the light incident on the photoelectric conversion element is obtained by being insulated from other photodetectors
- at least one of the total amount of light incident on the photoelectric conversion element can be acquired. That is, at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element can be obtained with high accuracy.
- a plurality of channels including a set of a photoelectric conversion element, a first discriminating unit, a second discriminating unit, and a trigger signal generating unit are provided.
- An OR gate to which a trigger signal is input and a signal indicating at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element are input for each channel.
- a resistor group to which a trigger signal is input and a signal indicating at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element are input for each channel.
- a resistor group to which a trigger signal is input and a signal indicating at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element are input for each channel.
- a resistor group to which a trigger signal is input and a signal indicating at least one of the position of the photoelectric conversion element on which light is incident and the total amount
- the trigger signal output for each channel and the signal representing at least one of the position and the total amount of light can be collected, so that a circuit in the subsequent stage (for example, the incident timing of light and the total amount of light) , The processing load on the circuit for calculating the incident position can be reduced.
- the photodetector is preferably used in a positron emission tomography apparatus. If comprised in this way, the exact time when the light based on the gamma ray emitted by electron-positron pair annihilation will be incident can be detected more accurately.
- the positron emission tomography apparatus 103 is an apparatus that captures an image inside a subject (such as a human body) using a drug labeled with a positron emitting nuclide. Specifically, the positron emission tomography apparatus 103 is configured to acquire a position where the pair annihilation of the drug has occurred by detecting a pair of gamma rays (radiation) generated by the pair annihilation of the electron and positron of the drug. Has been. The positron emission tomography apparatus 103 is configured to form (capture) an image of the inside of the subject by acquiring a plurality of positions where the pair of drugs has disappeared. The formed image is used for diagnostic imaging such as the presence or absence of cancer cells.
- the photodetector 100 used in the positron emission tomography apparatus 103 is configured to image a subject in a supine position.
- the photodetector 100 constitutes a photodetector array 101 (see FIG. 1B) integrated in an array.
- a plurality of photodetectors 100 are arranged so as to surround the periphery of the subject in a state directed to the body axis of the subject (axis extending from the head to the leg). Further, a plurality of photodetectors 100 are arranged in the same configuration in a direction in which the body axis of the subject (not shown) extends (back direction in the drawing).
- the gamma rays generated by the annihilation of the drug are 511 keV radiation and cannot be directly detected by the photodetector 100. Therefore, a scintillator array 102 is provided between the subject and the photodetector 100 (photodetector array 101). Accordingly, as shown in FIG. 1B, when gamma rays are incident on the scintillator elements S included in the scintillator array 102, the phosphor in the scintillator elements S emits light by the gamma rays, and scintillation light is generated.
- the photodetector 100 is configured to detect scintillation light emitted by the gamma rays.
- the photodetector array 101 and the scintillator array 102 are configured by integrating a plurality of minimum units in which scintillator elements S of 5 rows and 5 columns are provided for the photodetector 100 of 2 rows and 2 columns. Has been.
- the photodetector 100 is included in the photodetector array 101 and arranged in a matrix.
- the matrix (photodetector array 101) of the photodetectors 100 is configured to have a total number 64 of 8 rows and 8 columns, for example.
- the photodetector array 101 includes a multi-channel OR gate E1, a resistor group E2, and a position / energy acquisition unit E3.
- One of the plurality of photodetectors 100 corresponds to one channel, and each channel includes a large number of photoelectric conversion elements 1 (see FIG. 3 described later).
- two signal lines (a trigger signal line L1 and an anode signal line L2) extend from each of the photodetectors 100.
- the trigger signal line L1 that is the first signal line transmits the trigger signal SigTrig output from each of the photodetectors 100 to the multi-channel OR gate E1.
- the anode signal line L2 that is the second signal line transmits the anode signal SigAn output from each of the photodetectors 100 to the resistor group E2.
- each of the photodetectors 100 is configured by, for example, SiPM (Silicon Photomultipliers).
- signal lines indicated by bold lines are bus wirings, which indicate that a plurality of signal lines extend independently and in parallel without being connected.
- the multi-channel OR gate E1 receives a trigger signal SigTrig, which will be described later, output from each of the plurality of photodetectors 100.
- the trigger signal SigTrig output from each of the photodetectors 100 is output from the multi-channel OR gate E1 as a single addition trigger signal SigSumTrig.
- the resistor group E2 adjusts the current and voltage of the anode signal SigAn output from each of the received plurality of photodetectors 100, and outputs the adjusted current and voltage to the position / energy acquisition unit E3.
- the position / energy acquisition unit E3 detects the position based on the signal output from the resistor group E2 (the anode signal SigAn output from the photodetector 100) (the position corresponding to the one photodetector 100). ) Calculate the total amount of detected light.
- the total amount of detected light corresponds to the energy of gamma rays incident on the scintillator array 102. Therefore, the energy of the incident gamma ray can be calculated based on the calculated total amount of light.
- the position / energy acquisition unit E3 outputs the position signal SigPos related to the calculated position and the energy signal SigEn related to the total amount of light (energy of the incident gamma rays).
- the photodetector 100 includes a photoelectric conversion element 1 that operates in a Geiger mode to which a voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied and outputs a signal when light enters.
- the photoelectric conversion element 1 includes, for example, an avalanche photodiode (APD: Avalanche Photodiode).
- APD Avalanche Photodiode
- the photoelectric conversion element 1 is a semiconductor in which a reverse bias is applied to a pn junction, and no current flows except for a dark current in a normal state.
- APD Avalanche Photodiode
- a plurality of photoelectric conversion elements 1 (photoelectric conversion elements 11, 12, 13,..., 1n: n) are provided.
- the plurality of photoelectric conversion elements 1 are connected in parallel to each other.
- the photodetector 100 includes a quenching element 2 (21 to 2n).
- the quenching element 2 is connected to each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 in series.
- a voltage is generated in the corresponding quenching element 2 (any of 21 to 2n) by the current.
- the quenching element 2 reduces the voltage applied to the corresponding photoelectric conversion element 1 to less than the breakdown voltage.
- Geiger discharge in the photoelectric conversion element 1 stops.
- a voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied to the photoelectric conversion element 1 again. That is, the photoelectric conversion element 1 is returned to a state where the incident photons can be detected.
- the quenching element 2 is configured by a resistor, a transistor, or the like.
- the photodetector 100 includes a binarization circuit 3.
- the binarization circuit 3 is connected between the anode side of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the quenching element 2. Further, the binarization circuit 3 is provided between each of the photoelectric conversion elements 1 and a first discriminating unit 4 described later, and between each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and a second discriminating unit 5 described later. Is provided. That is, the binarization circuit 3 is provided both between each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the first discrimination unit and between each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the second discrimination unit. Yes. Specifically, one common binarization circuit 3 is provided between one photoelectric conversion element 1 and the first discrimination unit and between one photoelectric conversion element 1 and the second discrimination unit. Yes.
- the binarization circuit 3 When the binarization circuit 3 receives a signal of a voltage based on incidence of a photon in the photoelectric conversion element 1, it outputs a signal pulse of High (H level, On). Specifically, the binarization circuit 3 outputs a signal SigBin of High (H level, On) during a period in which the voltage signal received from the photoelectric conversion element 1 is higher than the binary threshold value ThBin. A Low (L level, Off) signal SigBin is output during a period that is lower than the value threshold ThBin. That is, the binarization circuit 3 outputs a rectangular signal (pulse).
- the binarization circuit 3 is constituted by, for example, an inverter.
- the photodetector 100 includes a first discriminating unit 4 that discriminates the first signal Sig1 based on signals output from the plurality of photoelectric conversion elements 1 based on the first threshold value Th1.
- the first discriminating unit 4 receives an OR to which a first signal Sig1 that is an integration of signals SigBin output from a plurality of binarization circuits 3 (31 to 3n) is input. It is composed of gates. Further, the first discriminating unit 4 outputs a High signal when the first signal Sig1 exceeds the first threshold value Th1.
- the first threshold Th1 outputs a High timing signal SigTim when a High signal is output from any of the binarization circuits 3, and a High signal is output from any of the binarization circuits 3. If not, it is set to output a low timing signal SigTim. That is, since the first discriminating unit 4 is configured by an OR gate, it outputs a High timing signal SigTim during a period when any of the signals output from the plurality of binarization circuits 3 is High. The low timing signal SigTim is output (discriminated) during a period other than. Therefore, the timing signal SigTim output from the first discriminating unit 4 is a rectangular signal (pulse).
- the photodetector 100 discriminates the second signal Sig2 based on the signal output from the photoelectric conversion element 1 based on the second threshold Th2 that is larger than the first threshold Th1.
- a discriminator 5 is included. Specifically, the second discriminating unit 5 determines that the value of the second signal Sig2 that is an integration of the signals SigBin output from the plurality of binarization circuits 3 (31 to 3n) is greater than the second threshold Th2. Is also configured to discriminate whether or not it is larger.
- the first discriminating unit 4 and the second discriminating unit 5 receive the first signal because the signals SigBin output from a set of a plurality of common binarization circuits 3 (31 to 3n) are integrated and input. Sig1 and the second signal Sig2 are the same signal.
- the second discriminating unit 5 accumulates the signals SigBin output from each of the plurality of binarization circuits 3 (31 to 3n), and during the period exceeding the second threshold Th2, The level signal SigLev is output, and the low level signal SigLev is output during a period lower than the second threshold Th2.
- the second threshold value Th2 is set to a value corresponding to five High signals SigBin output from each of the binarization circuits 3.
- the second discriminating unit 5 outputs the second signal during a period in which High signals are output from five or more binarization circuits 3 (a period in which five or more High periods of the respective rectangular waves overlap).
- the second discriminating unit 5 Since Sig2 exceeds the second threshold value, a high level signal SigLev is output. Further, the second discriminating unit 5 outputs the low level signal SigLev during the other period because the second signal Sig2 is less than the second threshold value.
- the second discriminating unit 5 includes a plurality of resistors 51 (511, 512, 513,..., 51n) so as to correspond to the plurality of binarization circuits 3 (31 to 3n).
- the voltage adder 52 adds, amplifies and outputs the binarized signal SigBin input from each of the plurality of binarization circuits 3 (31 to 3n) via the resistor 51.
- the second discriminating unit 5 includes a resistor 53.
- the resistor 53 is connected in parallel with the voltage adder 52 and adjusts the amplification degree by the voltage adder 52.
- the second discriminating unit 5 includes a comparator (CMP) 54.
- the comparator 54 compares the voltage of the added signal output from the voltage adder 52 with the voltage of the second threshold Th2, and the voltage of the added signal is the voltage of the second threshold Th2. Is exceeded, a high level signal SigLev is output, and in other cases, a low level signal SigLev is output.
- an appropriate value for example, a value corresponding to 5 to 10 photons
- it is caused by noise. It is possible to discriminate between the signal to be transmitted and the signal due to the incidence of photons and to perform signal processing appropriately.
- the second threshold value Th2 is set too large, the signal of the scintillation light does not reach the second threshold value Th2, and there is a possibility that detection of the scintillation light is missed.
- the second threshold value Th2 is set too small, a signal due to a plurality of noises generated at the same time exceeds the second threshold value Th2, and discrimination between the scintillation light and the noise is caused. become unable.
- the second threshold value Th2 is set to a value corresponding to five to ten photons. Thereby, the second discriminating unit 5 does not react (output High) to the second signal Sig2 due to noise. Further, the second discriminating unit 5 receives a signal in which the second signal Sig2 exceeds the second threshold value corresponding to the incident of a plurality of photons at the same time (continuously within a relatively short period). During this period, a high level signal SigLev is output.
- the level signal SigLev output from the second discriminating unit 5 is a rectangular signal (pulse).
- an upper limit value may be provided for the signal output from the voltage adder 52 which is an addition circuit.
- the upper limit value needs to be larger than the second threshold value Th2.
- the second threshold value is set to an appropriate value according to the size of the photodetector 100 (corresponding to the number of included photoelectric conversion elements 1) and the like.
- the photodetector 100 is provided between the first discriminating unit 4 and a trigger signal generating unit 7 (described later), and is transmitted from the first discriminating unit 4 to the trigger signal generating unit 7. Includes a delay unit 6 for delaying the timing signal SigTim.
- the delay unit 6 is configured to delay and output the timing signal SigTim input from the first discrimination unit 4. As a result, the delay unit 6 outputs a delay timing signal SigDelTim obtained by delaying the switching timing of High and Low of the timing signal SigTim. At this time, the delay timing signal SigDelTim is output slightly delayed (for example, about several nanoseconds to several tens of nanoseconds) from the output of the level signal SigLev. Details will be described later based on the timing chart of FIG.
- the delay unit 6 is constituted by, for example, a delay circuit.
- the first discriminating unit 4 discriminates that the first signal Sig1 is larger than the first threshold Th1
- the second discriminating unit 5 A trigger signal generation unit 7 that generates a trigger signal SigTrig indicating that light to be detected is incident when the two signals Sig2 are determined to be larger than the second threshold Th2 is included.
- the trigger signal generation unit 7 is configured by an AND gate.
- the trigger signal generator 7 includes a delayed timing signal SigDelTim obtained by delaying the timing signal SigTim output from the first discriminator 4 by the delay unit 6 and a level signal SigLev output from the second discriminator 5. Entered.
- the trigger signal generation unit 7 is configured to generate a high trigger signal SigTrig during a period in which both the delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev are high, and to generate a low trigger signal SigTrig during other periods. Has been. Then, the trigger signal SigTrig generated by the trigger signal generation unit is output to the multichannel OR gate E1 (see FIG. 2).
- FIG. 7 shows the signals output from each location on the photodetector 100 along the time axis.
- the left side of the chart shows the location where the signal is output.
- the uppermost chart shows light (signal) incident on the photodetector 100.
- a pulse P1 (triangular pulse) is output from the photoelectric conversion element 11 due to noise such as dark current. Since the magnitude of the pulse P1 is larger than the binary threshold value ThBin of the binarization circuit 3 during the time T1 to T2, a high rectangular pulse R1 is output from the binarization circuit 3. . Then, a high rectangular pulse R ⁇ b> 1 is input to the first discriminating unit 4.
- the first discriminating unit 4 is configured by an OR gate (that is, the first threshold value Th1 of the first discriminating unit 4 has the same value as the binary threshold value ThBin), so that time A high rectangular pulse is output from the first discriminator 4 between T1 and T2.
- the second signal Sig2 since the occurrence of noise such as dark current is sporadic, it is unlikely that a plurality of noises (successively) occur at the same time. For this reason, since the first signal Sig1 (second signal Sig2) input to the second discriminating unit 5 is not added (or is relatively small even if added), the second signal Sig2 has the second threshold value. The value Th2 is not exceeded. That is, a low signal is output from the second discriminating unit 5.
- pulses P2, P3,... are output from the plurality of photoelectric conversion elements 1 among the photoelectric conversion elements 11, 12,.
- the second signal Sig2 of the second discriminating unit 5 exceeds the second threshold value at time T4. As a result, the level signal SigLev output from the second discriminating unit 5 becomes High. Then, after time T5, after the light incidence reaches a peak, the light incidence gradually decreases. At time T6, the second signal Sig2 of the second discriminating unit 5 falls below the second threshold value Th2, so that the level signal SigLev output from the second discriminating unit 5 becomes Low. At time T7, the first signal Sig1 input to the first discriminating unit 4 disappears (below the first threshold value Th1), so the timing signal SigTim output from the first discriminating unit 4 becomes Low. .
- the timing signal SigTim output from the first discriminating unit 4 is input to the delay unit 6.
- a delay timing signal SigDelTim obtained by delaying the timing signal SigTim is output from the delay unit 6.
- the timing signal SigTim outputs a High signal when one photon is incident. For this reason, the time required for the rise of the signal corresponds to the time from when the photon is incident until the current is generated, and is determined to be a substantially constant value.
- the level signal SigLev outputs a High signal by continuous incidence of five photons. However, since the time from the incidence of the first photon to the incidence of the second, third,..., Fifth photon varies, the time taken for the signal to rise becomes longer and relatively longer. Uncertain value. Accordingly, the delay unit 6 delays the timing signal SigTim from the level signal SigLev.
- the rising timing (time T5) of the delay timing signal SigDelTim is later than the rising timing (time T4) of the level signal SigLev. If scintillation light (a bundle of photons) is actually incident due to the incidence of gamma rays, for example, signals are output from hundreds to tens of thousands of photoelectric conversion elements 1.
- the trigger signal generation unit 7 generates a trigger signal SigTrig obtained by ANDing the delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev.
- the trigger signal SigTrig becomes High at time T5 when both the delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev become High.
- the trigger signal SigTrig becomes Low at time T6 when the level signal SigLev becomes Low.
- the trigger signal SigTrig becomes High (On) only when the scintillation light is incident on the plurality of photoelectric conversion elements 1 (when the level signal SigLev becomes High). Thereby, it is possible to distinguish a signal due to noise and a signal due to incidence of light.
- the trigger signal SigTrig has the same rising timing at the time T5 as the delay timing signal SigDelTim.
- the delay time (delay circuit delay time) of the delay timing signal SigDelTim from the timing signal SigTim becomes a substantially constant value, and the delay time (propagation delay time) that becomes a substantially constant value by the subsequent circuit is measured in advance. Keep it.
- the rising timing (being High) of the trigger signal SigTrig can be aligned with the rising timing of the timing signal SigTim. That is, the time when the photon first enters the photodetector 100 can be obtained (calculated) almost accurately.
- the photoelectric conversion element 1 constitutes an unintended pseudo capacitor (parasitic capacitance). Therefore, in the anode signal SigAn of the photodetector 100, the parasitic capacitance and the subsequent circuit (resistor group E2 and position / energy acquisition unit E3) constitute an unintended low-pass filter (LPF). Furthermore, since the parasitic capacitance of the other photodetectors 100 also affects the low-pass filter, if the number of photodetectors 100 increases, the high-frequency component of the signal is remarkably lost and deteriorated.
- LPF unintended low-pass filter
- the trigger signal SigTrig is generated in the photodetector 100 (isolated from the other photodetectors 100), the influence of the parasitic capacitance of the other photodetectors 100 and noise generated from the other photodetectors 100 are generated. Can be reduced. Since the signal of the photoelectric conversion element 1 is input to the first discriminating unit 4 and the second discriminating unit 5 through the binarization circuit 3, the trigger signal SigTrig is also input to each photoelectric conversion element 1 in the photodetector 100. The effect of parasitic capacitance can be reduced.
- the positron emission tomography apparatus 103 can accurately acquire the position where the drug annihilation has occurred.
- the graph of FIG. 8 is the result of a simulation in which the probability of detection when a plurality of photons are incident on the photodetector 100 is calculated as 40% per photon. For the sake of simplification, a case where a plurality of gratings are incident simultaneously is considered. Further, the horizontal axis of the graph is a value obtained by converting the magnitude of the threshold value at which the trigger becomes High into the number of detected photons.
- the vertical axis of the graph is a value obtained by converting the full width at half maximum of the jitter of the trigger signal into the number of incident photons, and corresponds to the variation in the number of detected photons.
- the threshold value is increased, fluctuation (error) is more likely to occur in the number of detected photons.
- the detection timing of the photon is acquired by the first threshold value Th1 corresponding to the detection of one photon with high trigger accuracy, the timing information on which the photon has entered can be accurately obtained. Thereby, the time when the gamma rays are incident can be accurately detected.
- the first discriminating unit 4 discriminates that the first signal Sig1 is larger than the first threshold value Th1, and the second discriminating unit 5 performs the second signal Sig2.
- the second signal Sig2 Is provided to generate a trigger signal SigTrig indicating that the light to be detected is incident when it is discriminated that it is larger than the second threshold Th2.
- the false detection resulting from noise can be suppressed by discriminating the signal output from the photoelectric conversion element 1 based on the relatively large second threshold Th2.
- the timing when the first signal Sig1 is greater than the first threshold value Th1 reflects the light incident time substantially accurately.
- the light is transmitted from the first discriminating unit 4 to the trigger signal generating unit 7 between the first discriminating unit 4 and the trigger signal generating unit 7.
- a delay unit 6 is provided for delaying the timing signal SigTrig.
- the second threshold value Th2 is greater than the first threshold value Th1
- the time for the second signal Sig2 based on the signal output from the photoelectric conversion element 1 to reach the second threshold value Th2 Is longer (delayed) than the time for the first signal Sig1 output from the photoelectric conversion element 1 to reach the first threshold Th1.
- the first discriminator 4 is provided.
- the timing when the signal Sig1 becomes High can be delayed from the timing when the second signal Sig2 becomes High. As a result, it is possible to achieve both the accurate detection of the time when light is incident and the suppression of erroneous detection with higher accuracy.
- the second discriminating unit 5 determines that the value of the second signal Sig2 that is a signal obtained by adding the first signals Sig1 output from the plurality of photoelectric conversion elements 1 is the first value. It is configured to discriminate whether or not the threshold value Th2 is greater than 2.
- the first signal Sig1 includes a signal corresponding to the incidence of one photon or a signal caused by noise. When photons are actually incident on the photodetector 100, a plurality of photons are incident at the same time. As a result, a plurality of (successively) first signals Sig1 are generated at the same time, so that the second signal Sig2 continuously increases.
- the second signal Sig2 since noise occurs sporadically in the plurality of photoelectric conversion elements 1, the second signal Sig2 remains relatively small. Therefore, the second signal Sig2 that is a signal obtained by adding the first signals Sig1 output from the plurality of photoelectric conversion elements 1 is discriminated whether or not the value of the second signal Sig2 is larger than the second threshold Th2. By doing so, it is possible to accurately detect that light has entered.
- the photodetector 100 is between each of the some photoelectric conversion element 1, and the 1st discrimination part 4, and each of the some photoelectric conversion element 1, and 2nd discrimination.
- the unit 5 is provided between at least each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the first discriminating unit 4, and binarizes signals output from the plurality of photoelectric conversion elements 1.
- a valuation circuit 3 is provided.
- the binarized signal SigBin which is a binarized signal (digital signal)
- the common binarization circuit 3 is between each of the some photoelectric conversion element 1, and the 1st discrimination part 4, and each of the some photoelectric conversion element 1. It is provided both between and the second discriminating part. Therefore, compared with the case where the binarization circuit 3 is provided only between each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the first discriminating unit 4, the processing time for detecting the incidence of light is further increased. It can be shortened.
- the photodetector 100 is used in the positron emission tomography apparatus (PET apparatus) 101. Thereby, it is possible to more accurately detect the time when the light based on the gamma rays emitted by the annihilation of the electron / positron pair is incident.
- PET apparatus positron emission tomography apparatus
- the configuration of the photodetector 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the photodetector 200 is not provided with the binarization circuit 3.
- the photodetector 200 is provided with a signal duplicating unit 8. Note that the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the photodetectors 200 according to the second embodiment are arranged in a matrix (8 rows and 8 columns) as in the first embodiment, and include a multi-channel OR gate E1, a resistor group E2, and the like. And a position / energy acquisition unit E3.
- a detection signal (slow signal SigSlow) output from the photodetector 200 is input to the resistor group E2 via the slow signal line L20.
- the slow signal SigSlow is a signal obtained by duplicating the anode SigAn signal by the signal duplicating unit 8 (see FIG. 10 described later).
- the photodetector 200 includes a plurality of photoelectric conversion elements 1, a plurality of quenching elements 2 (21 to 2n) connected in series to the photoelectric conversion elements 1 (11 to 1n), and
- the signal duplicating unit 8, the first discriminating unit 40, the second discriminating unit 50, and the trigger signal generating unit 70 are included.
- the first discriminating unit 40 and the second discriminating unit 50 are configured to discriminate the first signal Sig11 and the second signal Sig12 which are analog signal outputs of the signal duplicating unit 8.
- the signal duplication unit 8 is provided in common between the photoelectric conversion element 1 and the first discrimination unit 40 and the second discrimination unit 50, and duplicates the same signal as the anode signal SigAn output from the photoelectric conversion element 1.
- the photodetector 200 is configured to acquire the position of the photoelectric conversion element 1 on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element 1 based on the slow signal SigSlow replicated by the signal replication unit 8. Yes.
- the signal duplicating unit 8 outputs the first signal Sig11 to the first discriminating unit 40, the second signal Sig12 to the second discriminating unit 50, and the slow signal SigSlow to the resistor group E2.
- the first signal Sig11, the second signal Sig12, and the slow signal SigSlow are the same signal that duplicates the anode signal SigAn that is an integration of signals output from each of the photoelectric conversion elements 1.
- the parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1n and the subsequent circuit resistor group E2 and resistor group E2 It is possible to insulate the position / energy acquisition unit E3) and avoid the formation of a low-pass filter including the parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1n and the subsequent circuit. Since the duplicate signal is similarly insulated from the photoelectric conversion element 1n of the other photodetector 200, it is not affected by the parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1n of the other photodetector 200. As a result, the mutual influence with the other photodetectors 200 is reduced, and signal deterioration can be suppressed.
- the anode signal SigAn output from the photodetectors (plurality) 200 without providing the signal replicating unit 8 is directly used for obtaining energy and position
- the photoelectric of the photodetector 200 itself is obtained.
- the anode signal SigAn is deteriorated (high frequency component is rounded).
- the signal output to generate the trigger signal SigTrig (the signal output to each of the first discriminator 40 and the second discriminator 50) is also affected by the same deterioration, In particular, the trigger signal SigTrig output from the trigger signal generator 70 is also deteriorated.
- the anode signal SigAn when the anode signal SigAn is directly used for the trigger signal generation unit 70, the signal is similarly affected by the parasitic capacitance by the photoelectric conversion element 1n (because the input impedance of the circuit of the trigger signal generation unit 70 is not 0). Degradation will occur.
- the signal duplication unit 8 duplicates the anode signal SigAn output from the anode side of the photoelectric conversion element 1, and a signal line connected to the resistor group E2 (see FIG. 9) is connected to the signal equivalent to the anode signal SigAn. And output to the signal line connected to the first discriminator 40 and the signal line connected to the second discriminator 50, respectively.
- the signal output to the resistor group E2 is a slow signal SigSlow.
- the position / energy acquisition unit E3 detects light based on the signal output from the resistor group E2 (the slow signal SigSlow output from each of the photodetectors 200).
- the position of the photodetector 200 and the total amount of detected light (energy of the incident gamma rays) are calculated. Then, a signal related to the calculated position and a signal related to energy are output from the position / energy acquisition unit E3.
- the signals output to the first discriminator 40 and the second discriminator 50 are used to generate a trigger signal SigTrig.
- Each of the replicated signals is insulated from the parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1n and the photoelectric conversion element 1n, a circuit in the subsequent stage, and an unintended low-pass filter (LPF) formed by another photodetector 200. That is, the influence (deterioration) of the parasitic capacitance and the low-pass filter on the trigger signal SigTrig and the slow signal SigSlow is suppressed by using the signal duplicated and insulated by the signal duplicating unit 8.
- LPF unintended low-pass filter
- the trigger signal SigTrig and the slow signal SigSlow are insulated from each other, the trigger signal SigTrig and the slow signal SigSlow can be prevented from affecting each other.
- the trigger signal SigTrig is binarized even if each trigger signal generation unit 70 is connected (each trigger signal SifTrig is combined) ( Since each of the photodetectors 200 is insulated from the photoelectric conversion elements 1n included in each of the photodetectors 200), the influence on the signal is small and there is no problem.
- the signal duplicating unit 8 drives the subsequent circuits (multi-channel OR gate E1, resistor group E2, and position / energy obtaining unit E3), the slow signals SigSlow of the plurality of photodetectors 200 are connected. (Even if each slow signal SigSlow is put together), the influence is small and there is no problem.
- a power supply or ground that has a low impedance so that the terminal that outputs the anode signal SigAn does not form a low-pass filter due to the influence of parasitic capacitance. It is configured to be connected to a potential (ground: GND).
- GND potential
- the first discriminating unit 40 outputs a high timing signal SigTim during a period in which the input first signal Sig11 exceeds the first threshold value Th1, and in a period during which the first discrimination signal 40 falls below the first threshold value Th1.
- a timing signal SigTim is output.
- the second discriminating unit 50 outputs a high level signal SigLev during a period in which the input second signal Sig12 exceeds the second threshold Th2, and during a period during which the second signal Sig12 falls below the second threshold Th2.
- a level signal SigLev is output.
- the delay unit 60 delays the timing signal SigTim output from the first discriminating unit 40 and outputs a delayed timing signal SigDelTim.
- the rising timing of the delay timing signal SigDelTim (the timing when it becomes High) is delayed from the rising timing of the level signal SigLev.
- the trigger signal generation unit 70 outputs a high trigger signal SigTrig when both of the input delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev are High, and otherwise, the trigger signal Low is low.
- SigTrig is output. Thereby, it is possible to distinguish a signal due to noise and a signal due to incidence of light.
- one pulse P0 corresponding to the signal of one photoelectric conversion element 1 is output from the photoelectric conversion element 1 to the signal duplication unit 8, and the signal duplication unit 8 duplicates the pulse P0.
- the received signal is input to the first discriminator 40 and the second discriminator 50. That is, it is assumed that a signal corresponding to the signal of one photoelectric conversion element 1 (duplicate signal of the pulse P0) is input to the first discriminating unit 40 as the first signal Sig11.
- the first signal Sig11 (duplicate signal of the pulse P0) is larger than the first threshold value Th1 of the first discriminating unit 40 during the period from time T21 to T22, the first signal Sig11 is rectangular from the first discriminating unit 40.
- a high timing signal SigTim which is a pulse R0, is output.
- a signal corresponding to the signal of one photoelectric conversion element 1 (duplicate signal of the pulse P0) is also input to the second discriminating unit 50 as the second signal Sig12.
- the second signal Sig12 (duplicate signal of the pulse P0) input to the second discrimination unit 50 does not exceed the second threshold value Th2 corresponding to the case where a plurality of pulses are added. That is, the second discriminating unit 50 does not output the high level signal SigLev, but outputs the low level signal SigLev.
- the second signal Sig12 (first signal Sig11) is relatively large. Specifically, first, at time T23, the first signal Sig11 input to the first discriminating unit 40 exceeds the first threshold value Th1, so the timing signal SigTim representing the photon incidence timing becomes High. At this time, since the second signal Sig12 of the second discriminating unit 50 is smaller than the second threshold value Th2, a low level signal SigLev is output from the second discriminating unit 5.
- the second signal Sig12 of the second discriminating unit 50 exceeds the second threshold value Th2. As a result, the level signal SigLev output from the second discriminating unit 50 becomes High. Then, after time T25, after the light incidence reaches a peak, the light incidence gradually decreases. At time T26, the second signal Sig12 of the second discriminating unit 50 falls below the second threshold value Th2, so that the level signal SigLev output from the second discriminating unit 5 becomes Low. At time T27, the first signal Sig11 input to the first discriminating unit 40 disappears (below the first threshold value Th1), so the timing signal SigTim output from the first discriminating unit 40 becomes Low. .
- the timing signal SigTim output from the first discrimination unit 40 is input to the delay unit 60.
- a delay timing signal SigDelTim obtained by delaying the timing signal SigTim is output from the delay unit 60.
- the trigger signal generation unit 70 generates a trigger signal SigTrig obtained by ANDing the delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev.
- the trigger signal SigTrig becomes High at time T25 when both the delay timing signal SigDelTim and the level signal SigLev become High.
- the trigger signal SigTrig becomes Low at time T26 when the level signal SigLev becomes Low.
- the trigger signal SigTrig is aligned with the delayed timing signal SigDelTrig whose rising timing reflects the exact incident time of the photon.
- the trigger signal SigTrig becomes High when the level signal SigLev representing the incidence of a photon that is not noise is High.
- the first discriminating unit 40 and the second discriminating unit 50 are configured to discriminate the first signal Sig11 and the second signal Sig12 that are analog signals. Thereby, it is not necessary to separately provide a circuit for digitizing (binarizing) a signal output from the photoelectric conversion element 1, and thus the device configuration of the photodetector 200 can be simplified.
- the photodetector 200 is provided between the photoelectric conversion element 1 and the first discrimination unit 40 and the second discrimination unit 50 and is output from the photoelectric conversion element 1.
- the non-replicated anode signal SigAn output to the outside of one of the plurality of photodetectors 200, the position of the photoelectric conversion element 1 where the light is incident and the photoelectric conversion element 1 are incident.
- a parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1 and a low-pass filter (LPF) that is not intended by the subsequent circuit and other photodetectors 200 are configured.
- the signal output to the outside may deteriorate. Therefore, light is incident by the slow signal SigSlow which is duplicated by the signal duplicating unit 8 and insulated from the parasitic capacitance of the photoelectric conversion element 1 and the low-pass filter (LPF) formed by the subsequent circuit and other photodetectors 200 and the like.
- the position of the photoelectric conversion element 1 on which light is incident and the deterioration of signal are suppressed.
- the total amount of light incident on the photoelectric conversion element 1 can be acquired. That is, the position of the photoelectric conversion element 1 on which light is incident and the total amount of light incident on the photoelectric conversion element 1 (incident gamma ray energy) can be obtained with high accuracy.
- the photodetector elements 301 are arranged in a matrix of l rows and m columns. Therefore, any number of 0, 1, 2,..., L ⁇ 1 is used to represent the position of the photodetector element 301 in the X direction, and 0, 1, 2,. A number of -1 is attached.
- the photodetector 300 has (0, 0), (0, 1), (1, 0) and (1, 1) ((X, Y) corresponding to four (2 rows and 2 columns) sections. )).
- the photodetector 300 includes a plurality of photoelectric conversion elements 1 and a quenching element 2 connected in series to each of the photoelectric conversion elements 1, a first discrimination unit 4, a second discrimination unit 5, and a delay unit 6. And four photodetector elements 301 corresponding to one channel each provided with a pair with the trigger signal generation unit 7.
- one photodetector element 301 is configured to be equivalent to, for example, one photodetector 100 according to the first embodiment.
- FIG. 12B the position of the photoelectric conversion element 1 that is output for each photodetector element 301 corresponding to the channel and the total amount of light that is incident on the photoelectric conversion element 1 are shown.
- a resistor group E20 (not shown) to which the anode signal SigAn is input, and a multi-channel OR gate E10 (not shown) to which the trigger signal SigTrig is input, which is output for each photodetector element 301 corresponding to the channel. Further prepare.
- the multi-channel OR gate E10 is an example of the “OR gate” in the claims.
- the multi-channel OR gate E10 integrates a plurality of trigger signals SigTrigs (0, 0), (0, 1), (1, 0) and (1, 1) output from the connected photodetector elements 301. And output as a single trigger signal SigTrig.
- the configuration of the photodetector 300 corresponding to the group of the above four (2 rows ⁇ 2 columns) photodetector elements 301 is performed individually (every four) for the other photodetector elements 301.
- the trigger signal SigTrig and the anode signal SigAn are a small unit as compared with a case where all of the photodetector elements 301 (for example, 64) of l rows and m columns are collectively processed.
- the processing load on the subsequent circuit for example, a circuit for calculating the incident timing of light, the total amount of light, and the incident position
- Each of the signals SigA to D output from the resistor group E20 included in each of the plurality of photodetectors 300 is input, and a position signal and light representing (specifying) the photodetector element 301 on which the light is incident.
- a position / energy acquisition unit (not shown) that outputs an energy signal representing the total amount of light incident on the detector element 301 (incident gamma ray energy) may be provided.
- the remaining configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
- the photodetector element 301 corresponding to the channel containing the group of the photoelectric conversion element 1, the 1st discrimination part 4, the 2nd discrimination part 5, and the trigger signal generation part 7 is mentioned.
- the multi-channel OR gate E10 OR gate
- the resistor group E20 to which an anode signal SigAn representing the total amount of light incident on the photoelectric conversion element 1 (incident gamma ray energy) output to the photoelectric conversion element 1 is input.
- the trigger signal SigTrig output for each channel and the anode signal SigAn representing at least one of position and energy can be collected, so that a circuit in the subsequent stage (for example, calculation of light incident timing, total amount, and incident position) Processing load on the circuit).
- the delay unit 6 is provided between the first discriminating unit 4 and the trigger signal generating unit 7, but the present invention is not limited to this.
- the delay unit 6 may be provided inside the first discrimination unit 4.
- the photodetector 100 (200) is configured in a matrix of 8 rows and 8 columns (a total of 64), but the present invention is not limited to this. Absent.
- the number of photodetectors 100 (200, 300) may be provided in a number other than 64, or the photodetectors 100 (200) may be in a state other than a matrix (one row). Etc.).
- the photodetector array 101 and the scintillator array 102 have a minimum unit in which the scintillator elements S in 5 rows and 5 columns are provided for the photodetectors 100 in 2 rows and 2 columns.
- the number of correspondences between the photodetector 100 (200) and the scintillator element S may be any number (for example, 4 rows by 4 columns with respect to the 3 rows by 3 columns photodetector 100 (200)).
- a scintillator element S is provided). Further, one scintillator element S may be provided for one photodetector 100.
- the delay time for the timing signal SigTim by the delay unit 6 (60) is set to a constant value, but the present invention is not limited to this. For example, it may be adjusted for each photodetector 100 (200).
- the example in which the first threshold value Th1 is adjusted to a value corresponding to the signal on which one light is incident is shown.
- the present invention is not limited to this. I can't.
- the first threshold value Th1 may be adjusted to a value corresponding to a signal in which a number of lights other than one is incident.
- the example in which the second threshold Th2 is adjusted to a value corresponding to a signal from which 5 to 10 lights are incident is shown. It is not limited to this.
- the first threshold value Th1 may be adjusted to a value corresponding to a signal in which a number of lights other than 5 to 10 is incident.
- the first threshold value Th1 and the second threshold value Th2 are set to be the same in all the photodetectors 100 (200).
- the present invention is not limited to this.
- the first threshold Th1 and the second threshold Th2 may be adjusted for each photodetector 100 (200).
- the first discriminating unit 4 (40) is configured by an OR gate
- the present invention is not limited to this.
- the first discriminating unit 4 (40) may be configured by the voltage adder 52 and the like in the same manner as the second discriminating unit 5 (50).
- the OR gate is more advantageous in terms of circuit response speed and circuit miniaturization.
- the present invention is not limited to this.
- the position / energy is obtained from the length of time and the time difference exceeding the respective threshold values. Also good.
- the position / energy may be acquired based on the cathode signal output from the cathode side of the photoelectric conversion element 1.
- the multi-channel OR gate E1, the resistor group E2, and the position / energy acquisition unit E3 may be connected to the cathode signal side.
- the quenching element 2 connected to the photoelectric conversion element, the binarization circuit 3, the first discrimination unit 4 (40), the second discrimination unit 5 (50), the delay unit 6 (60), and the trigger signal generation Similarly, the circuits contributing to generation of the trigger signal SigTrig, such as the unit 7 (70) and the signal duplicating unit 8, are connected to the cathode side of the photoelectric conversion element 1.
- the 2nd discrimination part 5 adds the signal of the voltage output from the binarization circuit 3 or the photoelectric conversion element 1 as shown in FIG.
- the second discriminating unit 150 as shown in FIG. 13 may be configured by the switch 55, the current source 56, the current-voltage converter 57, and the comparator 58.
- the switch 55 is a group of switches connected to each of the binarization circuit 3 or the photoelectric conversion element 1.
- the switch 55 becomes On, Flow signal.
- the current-voltage converter 57 converts the current signal output from the photoelectric conversion element 1 into a voltage signal.
- the comparator 58 outputs the high level signal SigLev only when a voltage exceeding the second threshold Th2 is input.
- the photodetector 100 (200) is used in a positron emission tomography apparatus, but the present invention is not limited to this.
- the photodetector 100 (200) may be used for detecting light such as a gamma camera, spectroscopic analysis, inspection of manufactured parts, a distance measuring device, and other measurement / exploration purposes.
- the common binarization circuit 3 is provided between each of the plurality of photoelectric conversion elements 1 and the first discrimination unit 4 and the second discrimination unit 5 .
- the invention is not limited to this.
- the binarization circuit 3 ⁇ / b> A may be provided only between each of the photoelectric conversion elements 1 and the first discrimination unit 4.
- the signal is slightly delayed in the process of binarizing the signal by the binarization circuit 3. Therefore, when the binarization circuit 3 is provided only in the first discriminating unit, only the timing signal SigTim output from the first discriminating unit whose signal rises earlier than the level signal SigLev from the second discriminating unit is binary.
- the binarization circuit 3 ⁇ / b> B may be provided only between each of the photoelectric conversion elements 1 and the second discrimination unit 5.
- the photodetector 600 shown in FIG. 16 separate between each of the photoelectric conversion elements 1 and the second discrimination unit 5 and between each of the photoelectric conversion elements 1 and the second discrimination unit 5.
- Each of the binarization circuits 3C and 3D may be provided.
- the photodetectors 400, 500, and 600 have a configuration in which each of the photoelectric conversion elements 1 to which the signal SigBin output from the same binarization circuit 3 is input and the second discrimination unit 5 are input. Unlike the case where the common binarization circuit 3 is provided between each of the photoelectric conversion elements 1 and the second discriminating unit 5, the first signal and the second signal are different.
- the photodetector element 301 is an anode signal that is a signal representing the trigger signal SigTrig and the total amount of incident light (incident gamma ray energy) for every four of the two rows and two columns.
- SigAn incident gamma ray energy
- the present invention is not limited to this.
- the number of units in which the trigger signal SigTrig and the anode signal SigAn are collected may not be four.
- the arrangement of the one-dimensional photodetector elements 301 for each column or row is not limited to the case of collecting in a matrix.
- one photodetector element 301 showed the example comprised so that it might become equivalent to the one photodetector 100 by 1st Embodiment, this invention is shown to this. Not limited. In the present invention, one photodetector element 301 may be configured to be equivalent to the one photodetector 200 according to the second embodiment.
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Nuclear Medicine (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
この光検出器(100)は、複数の光電変換素子(1)から出力される第1信号を弁別する第1弁別部(4)と、複数の光電変換素子から出力される信号に基づいた第2信号を弁別する第2弁別部(5)と、第1弁別部および第2弁別部の弁別結果に基づいて、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トリガ信号生成部(7)とを備える。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
上記目的を達成するために、この発明の一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弁別し、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とを備える。
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、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。
上記一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。
上記一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。
上記一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。
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。
上記一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。
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。
上記一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。
上記一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。
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。
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。
[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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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3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3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。
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。
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。
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
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
Claims (9)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201780081266.5A CN110168405A (zh) | 2016-12-27 | 2017-06-30 | 光检测器 |
EP17887587.8A EP3564711A4 (en) | 2016-12-27 | 2017-06-30 | PHOTODETECTOR |
JP2018558653A JP6911872B2 (ja) | 2016-12-27 | 2017-06-30 | 光検出器 |
US16/474,206 US11047996B2 (en) | 2016-12-27 | 2017-06-30 | Photodetector |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016252571 | 2016-12-27 | ||
JP2016-252571 | 2016-12-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018123112A1 true WO2018123112A1 (ja) | 2018-07-05 |
Family
ID=62709733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/024202 WO2018123112A1 (ja) | 2016-12-27 | 2017-06-30 | 光検出器 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11047996B2 (ja) |
EP (1) | EP3564711A4 (ja) |
JP (1) | JP6911872B2 (ja) |
CN (1) | CN110168405A (ja) |
WO (1) | WO2018123112A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110823368A (zh) * | 2018-08-13 | 2020-02-21 | 意法半导体(R&D)有限公司 | 接近传感器以及操作基于光电检测器的接近传感器的方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102394731B1 (ko) * | 2017-09-07 | 2022-05-04 | 주식회사 우리로 | 광자 검출 장치 |
CN112649837B (zh) * | 2020-11-27 | 2021-09-17 | 松山湖材料实验室 | 粒子识别方法、电子学读出***和中子探测器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002116256A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Toshiba Corp | 核医学診断装置 |
JP2012060012A (ja) | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toyota Central R&D Labs Inc | 光検出器 |
JP2014085340A (ja) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Toshiba Corp | タイミング遅延検出システム、タイミング遅延検出方法、アフターパルス検出装置、及びpet装置 |
US20150001399A1 (en) * | 2013-06-27 | 2015-01-01 | General Electric Company | Mulitplexing device for a medical imaging system |
JP2015232541A (ja) * | 2014-05-16 | 2015-12-24 | キヤノン株式会社 | 放射線撮像装置、放射線照射判定方法およびプログラム |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5477532A (en) * | 1977-12-02 | 1979-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Key identifying circuit |
US4903324A (en) * | 1988-02-01 | 1990-02-20 | Colin Electronics Co., Ltd. | Ring around transceiver |
JP4409177B2 (ja) * | 2003-01-07 | 2010-02-03 | ヤマハ株式会社 | データ処理装置、データ処理方法およびプログラム |
JP4841834B2 (ja) | 2004-12-24 | 2011-12-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | ホトダイオードアレイ |
US8395127B1 (en) * | 2005-04-22 | 2013-03-12 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Digital silicon photomultiplier for TOF PET |
RU2411542C2 (ru) * | 2005-04-22 | 2011-02-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Цифровой кремниевый фотоумножитель для врп-пэт |
DE102010041805B4 (de) | 2010-09-01 | 2018-03-22 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Vorrichtung mit mehreren zeilen- oder matrixförmig angeordneten photoempfindlichen Mikrozellen |
JP5741769B2 (ja) | 2012-03-29 | 2015-07-01 | 株式会社島津製作所 | 半導体光電子増倍素子 |
US9176240B2 (en) * | 2012-07-18 | 2015-11-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus and method for channel count reduction in solid-state-based positron emission tomography |
US8969814B2 (en) | 2012-08-20 | 2015-03-03 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | System and method of determining timing triggers for detecting gamma events for nuclear imaging |
JP6325650B2 (ja) * | 2013-04-24 | 2018-05-16 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | 光検出器画素アレイを有する放射線検出装置、pet撮像システム、光フォトン加算方法、及び光フォトン加算方法のステップを実行するためのコンピュータプログラム |
JP6214031B2 (ja) * | 2013-07-19 | 2017-10-18 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 放射線検出器のための信号データ処理方法、信号データ処理装置、および放射線検出システム |
US9442201B2 (en) * | 2013-09-12 | 2016-09-13 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | CMOS SPAD array with mixed timing pick-off for time-of-flight positron emission tomography |
US10527741B2 (en) * | 2015-04-07 | 2020-01-07 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Setup of SIPM based PET detector using LSO background radiation |
US9945965B2 (en) * | 2016-08-04 | 2018-04-17 | General Electric Company | Universal readout for silicon photomultiplier based detectors |
US10451748B1 (en) * | 2018-12-05 | 2019-10-22 | Canon Medical Systems Corporation | Readout circuit for a silicon photomultiplier (SiPM) array using charge sharing and anger logic |
-
2017
- 2017-06-30 CN CN201780081266.5A patent/CN110168405A/zh not_active Withdrawn
- 2017-06-30 EP EP17887587.8A patent/EP3564711A4/en not_active Withdrawn
- 2017-06-30 WO PCT/JP2017/024202 patent/WO2018123112A1/ja unknown
- 2017-06-30 JP JP2018558653A patent/JP6911872B2/ja active Active
- 2017-06-30 US US16/474,206 patent/US11047996B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002116256A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Toshiba Corp | 核医学診断装置 |
JP2012060012A (ja) | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toyota Central R&D Labs Inc | 光検出器 |
JP2014085340A (ja) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Toshiba Corp | タイミング遅延検出システム、タイミング遅延検出方法、アフターパルス検出装置、及びpet装置 |
US20150001399A1 (en) * | 2013-06-27 | 2015-01-01 | General Electric Company | Mulitplexing device for a medical imaging system |
JP2015232541A (ja) * | 2014-05-16 | 2015-12-24 | キヤノン株式会社 | 放射線撮像装置、放射線照射判定方法およびプログラム |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3564711A4 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110823368A (zh) * | 2018-08-13 | 2020-02-21 | 意法半导体(R&D)有限公司 | 接近传感器以及操作基于光电检测器的接近传感器的方法 |
US11146270B2 (en) | 2018-08-13 | 2021-10-12 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Proximity sensor and method of operating a photodetector based proximity sensor |
CN110823368B (zh) * | 2018-08-13 | 2022-03-15 | 意法半导体(R&D)有限公司 | 接近传感器以及操作基于光电检测器的接近传感器的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6911872B2 (ja) | 2021-07-28 |
JPWO2018123112A1 (ja) | 2019-12-12 |
EP3564711A1 (en) | 2019-11-06 |
US20200386901A1 (en) | 2020-12-10 |
US11047996B2 (en) | 2021-06-29 |
EP3564711A4 (en) | 2020-07-15 |
CN110168405A (zh) | 2019-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9677931B2 (en) | Detection of radiation quanta using an optical detector pixel array and pixel cell trigger state sensing circuits | |
Frach et al. | The digital silicon photomultiplier—System architecture and performance evaluation | |
RU2411542C2 (ru) | Цифровой кремниевый фотоумножитель для врп-пэт | |
EP2257835B1 (en) | Single photon radiation detector | |
Haemisch et al. | Fully digital arrays of silicon photomultipliers (dSiPM)–a scalable alternative to vacuum photomultiplier tubes (PMT) | |
US8395125B1 (en) | Silicon photomultiplier trigger network | |
US8269183B2 (en) | Radiation detector | |
JP2014241543A (ja) | 光検出装置およびct装置 | |
US9784784B2 (en) | Signal processing device and method and radiation detecting device for a pileup phenomenon | |
US8969814B2 (en) | System and method of determining timing triggers for detecting gamma events for nuclear imaging | |
WO2018123112A1 (ja) | 光検出器 | |
CN109906388B (zh) | 图像传感器 | |
US11662483B2 (en) | Signal readout circuit, signal readout device, and signal readout method for photodetection element | |
Raki et al. | SiPM and PMT driving, signals count, and peak detection circuits, suitable for particle detection | |
US20170261620A1 (en) | Photon counting detector and x-ray computed tomography (ct) apparatus | |
US10760960B2 (en) | Coincidence resolving time readout circuit | |
Meyer et al. | A time-based front end readout system for PET & CT | |
Valerio et al. | A high-precision timing ASIC for TOF-PET applications | |
JP4724811B2 (ja) | 放射線検出器 | |
Tamura et al. | Development of a neutrino detector and electronics for precise measurement of neutrino cross-section ratios |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17887587 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2018558653 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2017887587 Country of ref document: EP Effective date: 20190729 |