光检测器和光检测装置
阅读：0发布：2020-09-24
专利汇可以提供光检测器和光检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且由排列成一维或二维并且分别根据光的入射而生成检测 信号 的N个光检测 像素 (52)和输出在N个光检测像素(52)的各个中生成的检测信号(S0)的单一输出 端子 (16)构成光检测器(50)。N个光检测像素(52)的各个具有以盖革模式工作的 雪 崩光电 二极管 (53)和相对于雪崩 光电二极管 (53) 串联 连接的降压 电阻 (54)，并且N个光检测像素(52)以输出具有互相不同的时间 波形 的检测信号(S0)的方式构成。由此，在具有多个光检测像素和单一输出端子的结构中，实现了能够适当地判别检测出光的像素的光检测器和光检测装置。，下面是光检测器和光检测装置专利的具体信息内容。
1.一种光检测器，其特征在于，
具备：
排列成一维或二维且分别根据光的入射而生成检测信号的N个光检测像素，其中，N为2以上的整数；和
输出在所述N个光检测像素的各个中生成的所述检测信号的单一输出端子，所述N个光检测像素的各个具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管和相对于所述雪崩光电二极管串联连接的降压电阻，
并且所述N个光检测像素以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成。
2.根据权利要求1所述的光检测器，其特征在于，
所述N个光检测像素中的所述降压电阻具有互相不同的电阻值。
3.根据权利要求1或2所述的光检测器，其特征在于，
所述N个光检测像素的各个具有在所述降压电阻和所述输出端子之间串联连接的频率滤波器，
所述N个光检测像素中的所述频率滤波器具有互相不同的频率特性。
4.根据权利要求3所述的光检测器，其特征在于，
所述N个光检测像素中的所述频率滤波器的各个是具有互相不同的截止频率的高通滤波器、低通滤波器、或者带通滤波器。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光检测器，其特征在于，
所述N个光检测像素的各个具有相对于所述雪崩光电二极管并联连接的电容器，所述N个光检测像素中的所述电容器具有互相不同的电容值。
6.一种光检测装置，其特征在于，
具备：
根据权利要求1～5中的任一项所述的光检测器；
进行针对从所述光检测器的所述输出端子输出的所述检测信号的时间波形的测量的时间波形测量部；以及
基于所述时间波形测量部中的测量结果，求取表示所述检测信号的时间波形的时间常数的解析部。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，
所述时间波形测量部具有：
第一比较器，其比较第一阈值电压和所述检测信号，输出具有相当于所述检测信号的电压值超过所述第一阈值电压的时间的第一时间宽度的第一数字信号；
第一时间宽度测量器，其测量所述第一数字信号的所述第一时间宽度；
第二比较器，其比较与所述第一阈值电压不同的第二阈值电压和所述检测信号，输出具有相当于所述检测信号的电压值超过所述第二阈值电压的时间的第二时间宽度的第二数字信号；以及
第二时间宽度测量器，其测量所述第二数字信号的所述第二时间宽度，所述解析部基于所述第一时间宽度和所述第二时间宽度，求取所述检测信号的所述时间常数。
8.根据权利要求6或7所述的光检测装置，其特征在于，
所述解析部基于所述时间常数，判别所述检测信号是从所述N个光检测像素的哪一个输出的检测信号。
光检测器和光检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于光的检测的光检测器和光检测装置。
背景技术
[0002] 在正电子发射断层成像(PET:Positron Emission Tomography)装置中，将以相对于被试验者放出正电子(Positron)的放射性同位素(RI)标记的物质作为示踪剂投入。然后，通过将从RI物质放出的正电子与通常物质中的电子堙灭而生成的一对γ射线由放射线检测器测量，而取得关于被试验者的信息。
[0003] 在这样的PET装置等的测量装置中用于γ射线等的放射线的检测的放射线检测器例如可以通过组合根据放射线的入射而生成闪烁光的闪烁器和检测闪烁光并输出检测信号的光检测器而适当地构成(例如，参照专利文献1)。
[0004] 现有专利文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2014-160042号公报
[0007] 专利文献2：日本专利第5531021号公报
[0008] 非专利文献
[0009] 非专利文献1：Chen-Ming Chang et al.,"Time-over-threshold for pulse shape discrimination in a time-of-flight phoswich PET detector",Phys.Med.Biol.Vol.62(2017)pp.258-271
发明内容
[0010] 发明所要解决的技术问题
[0011] 作为PET装置的放射线检测器中的光检测器，例如，使用MPPC(多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter))。MPPC是SiPM(硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier))的一种，具有分别对应于光的入射而生成检测信号的多个光检测像素(微像素)和将在多个光检测像素的各个中生成的检测信号向外部输出的单一输出端子而构成。另外，这样的MPPC也被广泛用于PET装置以外的领域。
[0012] MPPC能够检测入射于光检测像素的单一光子，并且可以适宜地适用于微弱光测量中的光子计数等。然而，在MPPC中，相对于具有多个光检测像素，将检测信号向外部输出的输出端子为1个，因此存在无法判别在哪个像素中检测出光这样的问题。
[0013] 本发明是为了解决以上的问题而做出的发明，其目的在于，提供一种光检测器和光检测装置，其能够在具有多个光检测像素和单一输出端子的结构中，适当地判别检测出光的光检测像素。
[0014] 解决问题的技术手段
[0015] 本发明的光检测器，具备：(1)排列成一维或二维且分别根据光的入射而生成检测信号的N个光检测像素(N为2以上的整数)；和(2)输出在N个光检测像素的各个中生成的检测信号的单一输出端子，(3)N个光检测像素的各个具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管和相对于雪崩光电二极管串联连接的降压电阻(quenching resistor)，并且(4)N个光检测像素以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成。
[0016] 在上述的光检测器中，相对于在N个光检测像素中生成的检测信号，设置单一输出端子，并且由以盖革模式工作的雪崩光电二极管和降压电阻构成各光检测像素。再者，在这样的结构中，以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成用于入射光的检测的N个光检测像素。根据这样的结构，能够根据检测信号的时间波形、例如表示检测信号的时间波形的时间常数，适当地特定、判别检测出入射光的光检测像素。
[0017] 本发明的光检测装置，具备：(1)具有上述的结构的光检测器；(2)进行针对从光检测器的输出端子输出的检测信号的时间波形的测量的时间波形测量部；以及(3)基于时间波形测量部中的测量结果，求取表示检测信号的时间波形的时间常数的解析部。
[0018] 在上述的光检测装置中，使用具有以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成的N个光检测像素和输出检测信号的单一输出端子的光检测器，并且相对于从光检测器输出的检测信号，设置时间波形检测部和解析部。根据这样的结构，在解析部中，通过求取表示检测信号的时间波形的时间常数，可以适当地取得关于检测信号是从N个光检测像素的哪一个输出的信息。
[0019] 发明的效果
[0020] 根据本发明的光检测器和光检测装置，相对于在N个光检测像素中生成的检测信号，设置单一输出端子，并且由以盖革模式工作的雪崩光电二极管和降压电阻构成各光检测像素，并且以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成N个光检测像素，从而能够适当地判别检测出光的光检测像素。附图说明
[0021] 图1是概略性地示出光检测器的第一实施方式的结构的图。
[0022] 图2是示出图1所示的光检测器的结构的俯视图。
[0023] 图3是部分放大地示出图2所示的光检测器的结构的俯视图。
[0024] 图4是概略性地示出光检测器的第二实施方式的结构的图。
[0025] 图5是概略性地示出光检测器的第三实施方式的结构的图。
[0026] 图6是概略性地示出包含图1所示的光检测器的光检测装置的一个实施方式的结构的图。
[0027] 图7是示出关于图6所示的光检测装置中的光检测方法的流程图。
[0028] 图8是示出关于从光检测器输出的检测信号的时间波形的图表。
[0029] 图9是示出检测信号的第一、第二时间宽度的图表。
[0030] 图10是概略性地示出包含图1所示的光检测器的放射线检测装置的一个实施方式的结构的图。
[0031] 图11是示出使用了图10所示的检测装置的PET装置的结构的图。
[0032] 图12是示出从闪烁器输出的闪烁光的时间波形的上升时间和下降时间的图表。
具体实施方式
[0033] 在下文中，参照附图对本发明的光检测器和光检测装置的实施方式进行详细的说明。此外，在附图的说明中，对相同要素标注相同符号，省略重复的说明。另外，附图中的尺寸比例不一定与说明的尺寸比例一致。
[0034] 图1是概略性地示出光检测器的第一实施方式的结构的图。本实施方式的光检测器50，设N为2以上的整数，而具备N个光检测像素(光检测部)52，并构成为MPPC。图2是示出图1所示的光检测器50的结构的俯视图。另外，图3是部分放大地示出图2所示的光检测器50的结构的俯视图。在图3中，示出图2所示的光检测器50中的中心部的区域51的放大图。此外，关于MPPC的具体的结构，例如，可以参照专利文献1。
[0035] 光检测器50被构成为具有排列成一维或二维并且分别根据光的入射而生成检测信号S0的N个光检测像素(微像素)52和向外部输出在N个光检测像素52的各个中生成的检测信号S0的单一输出端子16。
[0036] 在图2和图3所示的结构例中，N个光检测像素52在光检测器50的检测器芯片上二维地排列。另外，在检测器芯片的中央部，配置有来自各个光检测像素52的检测信号S0被收集的共用电极58。此外，在图2中，为了易于共用电极58的观察等，仅对于检测器芯片的两端部周边图示光检测像素52。
[0037] 光检测器50中的N个光检测像素52的各个具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管(APD:Avalanche Photodiode)53和相对于APD53串联连接的降压电阻54。另外，降压电阻54如图3所示经由信号线59连接于共用电极58和输出端子16。在光检测像素52中生成的检测信号S0经由信号线59和共用电极58而从输出端子16向外部输出。
[0038] 另外，光检测器50中的N个光检测像素52以输出具有互相不同的时间波形(互相不同的时间常数)的检测信号S0的方式构成。在本结构例中，具体地，光检测器50以在N个光检测像素52中决定检测信号的时间波形、时间常数的降压电阻54具有互相不同的电阻值的方式构成。
[0039] 对上述实施方式的光检测器506的效果进行说明。
[0040] 在图1～图3所示的光检测器50中，相对于在N个光检测像素52中生成的检测信号S0，设置单一输出端子16，并且由以盖革模式工作的APD53和降压电阻54构成各个光检测像素52。此外，在这样的结构中，以输出具有互相不同的时间波形的检测信号S0的方式构成用于光的检测的N个光检测像素52。
[0041] 根据这样的结构，根据检测信号S0的时间波形、例如作为表示检测信号S0的时间波形的参数的时间常数τ，能够适当地特定、判别检测出入射光的光检测像素52。在上述结构中，例如，由光检测器50在入射、检测单一光子的微弱光测量中，可以取得关于光的入射位置的信息，由此，能够提高光检测的空间分辨率。
[0042] 另外，在如上所述光检测像素52具有APD53和降压电阻54的结构中，由光检测像素52生成的检测信号S0的时间波形成为依赖于降压电阻54的电阻值等而决定的规定的波形。
在通常的MPPC中，这样的降压电阻54的电阻值以在所有的光检测像素52中成为相同的电阻值的方式设定。在这种情况下，N个光检测像素52输出具有大致相同的时间波形的检测信号S0。
在通常的MPPC中，这样的降压电阻54的电阻值以在所有的光检测像素52中成为相同的电阻值的方式设定。在这种情况下，N个光检测像素52输出具有大致相同的时间波形的检测信号S0。
[0043] 相对于此，在上述结构例的光检测器50中，关于N个光检测像素52的具体的结构，N个光检测像素52中的降压电阻54设为具有互相不同的电阻值的结构。根据这样的结构，可以适当地实现光检测器50中的N个光检测像素52输出互相不同的时间波形的检测信号S0的结构。
[0044] 另外，关于光检测器50中的输出互相不同的时间波形的检测信号的N个光检测像素52的结构，除了图1所示的配置以外，具体地还能够使用各种结构。
[0045] 图4是概略性地示出光检测器的第二实施方式的结构的图。本实施方式的光检测器50A与光检测器50同样地，被构成为具有排列成一维或二维并且分别根据光的入射而生成检测信号S0的N个光检测像素52和向外部输出在N个光检测像素52的各个中生成的检测信号S0的单一输出端子16。
[0047] 另外，在本结构例中，光检测器50A以N个光检测像素52中的频率滤波器55具有互相不同的频率特性的方式构成。即使根据这样的结构，也可以适宜地实现光检测器50A中的N个光检测像素52输出互相不同的时间波形的检测信号S0的结构。
[0048] 另外，在这样的结构中，N个光检测像素52中的频率滤波器55的各个例如是具有互相不同的截止频率的高通滤波器、低通滤波器、或者带通滤波器。另外，在本结构例中，关于N个光检测像素52中的降压电阻54，可以是具有相同的电阻值的结构，也可以是具有互相不同的电阻值的结构。
[0049] 图5是概略性地示出光检测器的第三实施方式的结构的图。本实施方式的光检测器50B与光检测器50同样地，被构成为具有排列成一维或二维并且分别根据光的入射而生成检测信号S0的N个光检测像素52和向外部输出在N个光检测像素52的各个中生成的检测信号S0的单一输出端子16。
[0050] 光检测器50B中的N个光检测像素52的各个具有以盖革模式工作的APD53、相对于APD53串联连接的降压电阻54以及相对于APD53并联连接的电容器56。
[0051] 另外，在这样的结构中，光检测器50B以N个光检测像素52中的电容器56具有互相不同的电容值的方式构成。即使根据这样的结构，也可以适宜地实现光检测器50B中的N个光检测像素52输出互相不同的时间波形的检测信号S0的结构。另外，在本结构例中，关于N个光检测像素52中的降压电阻54，可以设为具有相同的电阻值的结构，也可以设为具有互相不同的电阻值的结构。
[0052] 图6是概略性地示出包含图1所示的光检测器的光检测装置的一个实施方式的结构的图。本实施方式的光检测器1A被构成为具有光检测器15、时间波形测量部20和解析部30。另外，在本结构例中，作为光检测器15，使用具有图1所示的结构的光检测器50。此外，作为光检测器15，也可以使用图4所示的光检测器50A或图5所示的光检测器50B等。
[0053] 光检测器15具有N个光检测像素52，检测入射的光，并将生成的电信号(电压信号)作为检测信号S0输出。关于光检测器15的具体的结构以及从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形等，如关于图1所示的光检测器50而上述的那样。由光检测器15生成的检测信号S0经由单一输出端子16和放大器18而向后段的时间波形测量部20输出。此外，关于放大器18，如果不需要则也可以为不设置的结构。
[0054] 时间波形测量部20是关于从光检测器15的输出端子16输出的检测信号S0的时间波形进行测量的测量电路部。本结构例中的时间波形测量部20具有第一比较器21、第二比较器22、第一时间宽度测量器23和第二时间宽度测量器24。从光检测器15经由放大器18输出的检测信号S0在分支点17分支，分支了的检测信号S0分别输入至第一比较器21、第二比较器22。
[0055] 在第一比较器21，被赋予第一阈值电压V1。第一比较器21比较第一阈值电压V1和作为电压信号的检测信号S0，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V1的时间的第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，在第二比较器22，被赋予具有与第一阈值电压V1不同的电压值的第二阈值电压V2。第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V2的时间的第二时间宽度T2的第二数字信号S2。
[0056] 第一时间宽度测量器23测量从第一比较器21输出的第一数字信号S1的第一时间宽度T1，并且将所获得的第一时间宽度T1的数据向后段的解析部30输出。另外，第二时间宽度测量器24测量从第二比较器22输出的第二数字信号S2的第二时间宽度T2，并且将所获得的第二时间宽度T2的数据向解析部30输出。第一时间宽度测量器23和第二时间宽度测量器24的各个优选地由时间-数字转换器(TDC:Time to Digital Converter)构成。
[0057] 解析部(解析装置)30基于从第一、第二时间宽度测量器23、24分别输入的第一时间宽度T1和第二时间宽度T2，求取表示作为检测信号S0的时间波形的参数的时间常数τ。时间常数τ例如是下述的检测信号S0的时间波形中的下降时间τd。另外，解析部30也可以求取下降时间τd以外的表示时间波形的参数来作为时间常数τ。另外，解析部30也可以根据需要，基于时间常数τ，进一步求取检测信号S0的时间波形中的波高值E。作为解析部30，例如，可以使用包含CPU和存储器等的计算机、FPGA(现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array))等。
[0058] 在解析部30，连接有显示部(显示装置)31和存储部(存储装置)。显示部31根据需要显示如上所述导出的时间常数τ等的解析部30的检测信号S0的解析结果等。存储部32存储输入至解析部30的第一、第二时间宽度T1、T2的数据、由解析部30导出的时间常数τ等的解析结果的数据等。
[0059] 对上述实施方式的光检测装置1A的效果进行说明。
[0060] 在图6所示的光检测装置1A中，使用具有以输出具有互相不同的时间波形的检测信号S0的方式构成的N个光检测像素52和输出检测信号S0的单一输出端子16的光检测器15，并且相对于从光检测器15输出的检测信号S0，设置测量该时间波形的时间波形测量部
20和解析部30。根据这样的结构，在解析部30中，通过求取表示对应于光的检测的检测信号S0的时间波形的时间常数τ，从而可以适当地取得关于检测信号S0是从N个光检测像素52的哪一个输出的信息。
20和解析部30。根据这样的结构，在解析部30中，通过求取表示对应于光的检测的检测信号S0的时间波形的时间常数τ，从而可以适当地取得关于检测信号S0是从N个光检测像素52的哪一个输出的信息。
[0061] 另外，在上述的光检测装置1A中，关于时间波形测量部20的结构，具体地，相对于来自光检测器15的检测信号S0，设置设定了互相不同的阈值电压V1、V2的第一、第二比较器21、22。然后，将从这些比较器21、22输出的第一、第二数字信号S1、S2的互相不同的时间宽度通过第一、第二时间宽度测量器23、24测量，基于所获得的第一时间宽度T1和第二时间宽度T2，在解析部30中，求取作为表示检测信号S0的时间波形的参数的时间常数τ。根据这样的结构，能够不进行波形采样等，而能够以简单的结构适当地取得、判别检测信号S0的时间波形信息。
[0062] 另外，在上述的光检测装置1A中，也可以设为如下结构：解析部30基于对检测信号S0求取的时间常数τ来判别检测信号S0是从N个光检测像素52的哪一个输出的检测信号。根据这样的结构，根据检测信号S0的时间常数τ，可以可靠地进行光检测像素52的判别。
[0063] 另外，在上述的光检测装置1A中，也可以设为如下结构：解析部30除了求取上述的时间常数τ以外，还可以基于时间常数τ进一步求取检测信号S0的时间波形中的波高值E。根据这样的结构，能够不与包含比较器21、22以及时间宽度测量部23、24的时间波形测量部20分开地追加设置模拟-数字转换器(ADC:Analog to Digital Converter)等的波高值测量器，而能够高速且低消耗电力地容易求取检测信号S0的波高值E。此外，关于这样的波高值E，如果不需要则也可以为不求取的结构。
[0064] 图7是示出关于图6所示的光检测装置1A中执行的光检测方法的流程图。另外，图8是示出关于从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形的图表。另外，图9是示出相对于检测信号S0应用第一、第二阈值电压V1、V2所得的第一、第二时间宽度T1、T2的图表。在下文中，对于本实施方式的光检测方法，与检测信号S0的时间波形以及时间常数τ的导出方法的具体例等一起进行说明。
[0065] 在图7所示的光检测方法中，首先，在由上述的光检测器50等构成的光检测器15中检测光(例如单一光子)，并且从光检测器15的输出端子16输出对应于光的入射的检测信号S0(步骤11)。图8概略性地示出从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形的一例。在图8的图表中，横轴表示时间，纵轴表示检测信号S0的电压值。
[0066] 在图8所示的检测信号S0的时间波形中，比信号峰Sp更前的部分是上升信号部Sr，比信号峰Sp更后的部分是下降信号部Sd。另外，具有图8所示的形状的检测信号S0的时间波形例如可以由以下的式(1)表示。
[0067] [式1]
[0068]
[0069] 这里，在式(1)中，E表示作为信号峰Sp处的电压值的波高值，τr表示上升信号部Sr中的上升时间(上升时间常数)，τd表示下降信号部Sd中的下降时间(下降时间常数)。
[0070] 从光检测器15输出的检测信号S0经放大器18和分支点17，输入至时间波形测量部20的第一、第二比较器21、22。第一比较器21比较第一阈值电压V1和检测信号S0，如图9的图表所示，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V1的时间的第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，同样地，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V2的时间的第二时间宽度T2的第二数字信号S2(步骤12)。这些第一、第二时间宽度T1、T2在第一、第二时间宽度测量器23、24中分别被测量(步骤S13)。
[0071] 此外，在图8、图9中，示出检测信号S0的时间波形中的信号峰Sp相对于电压处于正的方向的情况，但是在检测信号S0的信号峰Sp相对于电压位于负的方向的情况下，对于上述的时间宽度，例如，只要求取相当于反转了检测信号的正负的检测信号S0的电压值超过阈值电压的时间的时间宽度即可。这对应于原来的检测信号的电压值低于阈值电压的时间。
[0072] 解析部30基于在第一、第二时间宽度测量器23、24中测量的第一、第二时间宽度T1、T2等，导出表示检测信号S0的时间波形的时间常数τ(步骤S14)。另外，解析部30根据需要，基于第一、第二时间宽度T1、T2、以及时间常数τ等，导出检测信号S0的时间波形中的波高值E(步骤S15)。另外，解析部30基于所求取的时间常数τ来判别检测信号S0是从N个光检测像素(光检测部)中的哪一个输出的检测信号(步骤S16)。
[0073] 这里，在从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形中，在上升时间τr相对于下降时间τd足够短的情况下，相对于第一阈值电压V1的检测信号S0的第一时间宽度T1由下式(2)表示。
[0074] [式2]
[0075]
[0076] 另外，相对于第二阈值电压V2的检测信号S0的第二时间宽度T2同样地由下式(3)表示。
[0077] [式3]
[0078]
[0079] 因此，当将在解析部30中作为时间波形的参数导出的时间常数τ设为检测信号S0的时间波形中的下降时间τd时，时间常数τ可以由下式(4)求取。
[0080] [式4]
[0081] τ＝τd＝(T1-T2)/log(V2/V1)…(4)
[0082] 通过使用这样的式(4)，可以适当且容易地求取检测信号S0的时间常数τ。
[0083] 另外，在解析部30中，当除了求取时间常数τ之外还求取检测信号S0的波高值E时，波高值E可以使用上述中作为时间常数τ求取的下降时间τd，并由下式(5)求取。
[0084] [式5]
[0085]
[0086] 此外，对于第一、第二比较器21、22中的第一、第二阈值电压V1、V2，为了容易求取时间常数τ等，可以进行任意地设定、调整。
[0087] 另外，关于在检测信号S0中，上升时间τr相对于下降时间τd足够短的上述的波形条件，具体地，例如，优选为检测信号S0的时间波形中的上升时间τr相对于下降时间τd满足如下条件：
[0088] (τr/τd)<0.1。
[0089] 此外，在本结构例中，如上所述，光检测器15包含N个光检测像素52，但是对于光检测像素52的个数N，也可以以2个以上任意地设定。例如，当光检测器15包含输出规定的时间波形的检测信号的第一光检测像素和输出与第一光检测像素不同的时间波形的检测信号的第二光检测像素时，基于所求取的时间常数τ，可以判别检测信号S0是从第一、第二光检测像素中的哪一个输出的检测信号。
[0090] 对于图6所示的光检测器1A，通过相对于光检测器15设置闪烁器，从而也能够作为放射线检测装置而构成。图10是概略性地示出包含图1所示的光检测器的放射线检测装置的一个实施方式的结构的图。本实施方式的放射线检测装置1B被构成为具备放射线检测器10、时间波形测量部20和解析部30。在这些当中，对于时间波形测量部20和解析部30的结构，与图6所示的结构相同。另外，在图10中，对于连接于解析部30的显示部31、存储部32，省略图示。
[0091] 放射线检测器10检测入射的放射线，并将所生成的电信号(电压信号)作为检测信号输出。本结构例中的放射线检测器10具有闪烁器11和光检测器15。闪烁器11由规定的闪烁材料构成，并且根据作为检测对象的放射线的入射而生成闪烁光。在闪烁器11中生成的闪烁光的时间波形成为依赖于闪烁材料的发光特性而决定的规定的波形。另外，在闪烁器11中检测出的放射线例如是γ射线、X射线、电子、电荷粒子、宇宙射线等。
[0092] 光检测器15检测从闪烁器11输出的闪烁光，并输出检测信号。在本结构例中，使用具有图1所示的结构的光检测器50来作为光检测器15。此外，作为光检测器15，也可以使用图4所示的光检测器50A、或者图5所示的光检测器50B等。此外，检测信号S0的时间波形是依赖于上述的闪烁光的时间波形、以及光检测器15中的光检测像素52的结构等而决定的规定的波形。
[0093] 图10所示的结构的放射线检测装置1B可以适当地适用于例如PET装置。图11是示出关于适用了图10所示的放射线检测装置的PET装置的结构的图。PET装置2A被构成为将多个包含闪烁器11和光检测器15的放射线检测器10以围绕被试验者P的方式配置。此外，相对于从各个放射线检测器10输出的检测信号S0，设置有包含图6、图10所示的时间波形测量部20和解析部30的信号处理部60。
[0094] 在PET装置2A中，在被试验者P的内部由正电子的湮灭而生成的一对γ射线被多个放射线检测器10检测出。在图11所示的例子中，在被试验者P的内部的测量点P1生成的一对γ射线被放射线检测器101、102检测出。另外，在测量点P2生成的一对γ射线被放射线检测器103、104检测出。
[0095] 从放射线检测器10的光检测器15输出的检测信号S0被输入至信号处理部60，并且如关于图6而上述的那样，在信号处理部60中，进行检测信号S0的时间波形的测量、以及时间波形的时间常数τ的导出等。另外，基于所求取的时间常数τ，进行光检测器15中的光检测像素52的判别等。光检测像素的判别等的信息可以被用于例如PET装置2A的性能提高。
[0096] 另外，图12是示出从闪烁器输出的闪烁光的时间波形的上升时间τr和下降时间τd的图表。在图12中，作为用于PET装置的现有的闪烁器，对于LSO、LYSO、LaBr3、GSO、GAGG，表示时间波形的上升时间τr和下降时间τd。对于这些闪烁器，可认为充分地满足上升时间τr相对于下降时间τd足够短的波形条件。
[0097] 本发明的光检测器和光检测装置不限于上述的实施方式和结构例，可以进行各种修改。例如，在图6、图10所示的结构中，相对于从光检测器15输出的检测信号S0设置放大器18，但是对于该放大器18，如果不需要则也可以为不设置的结构。另外，对于测量检测信号S0的时间波形的时间波形测量部20，具体地也可以使用各种结构。另外，解析部30只要是基于时间波形测量部20中的测量结果，求取检测信号S0的时间常数τ即可。
[0098] 另外，对于光检测器50中的、输出互相不同的时间波形的检测信号S0的N个光检测像素52的结构，不限于图1、图4、图5所示的结构，具体地也可以使用各种结构。
[0099] 在上述实施方式的光检测器中，具备：(1)排列成一维或二维且分别根据光的入射而生成检测信号的N个光检测像素(N为2以上的整数)；和(2)输出在N个光检测像素的各个中生成的检测信号的单一输出端子，(3)N个光检测像素的各个具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管和相对于雪崩光电二极管串联连接的降压电阻，并且(4)N个光检测像素以输出具有互相不同的时间波形的检测信号的方式构成。
[0100] 这里，在上述的光检测器中，关于N个光检测像素的具体的结构，可以使用N个光检测像素中的降压电阻具有互相不同的电阻值的结构。根据这样的结构，可以适宜地实现N个光检测像素输出互相不同的时间波形的检测信号的结构。
[0101] 另外，对于N个光检测像素的具体的结构，可以使用N个光检测像素的各个具有串联连接于降压电阻和输出端子之间的频率滤波器，并且N个光检测像素中的频率滤波器具有互相不同的频率特性的结构。即使根据这样的结构，也可以适宜地实现N个光检测像素输出互相不同的时间波形的检测信号的结构。
[0102] 当如上所述在光检测像素设置频率滤波器时，可以设为如下结构：具体地，N个光检测像素中的频率滤波器的各个为具有互相不同的截止频率的高通滤波器、低通滤波器、或者带通滤波器。
[0103] 另外，关于N个光检测像素的具体的结构，可以使用N个光检测像素的各个具有相对于雪崩光电二极管并联连接的电容器，N个光检测像素中的电容器具有互相不同的电容值的结构。即使根据这样的结构，也可以适宜地实现N个光检测像素输出互相不同的时间波形的检测信号的结构。
[0104] 在上述实施方式的光检测装置中，设为如下结构：具备：(1)具有上述的结构的光检测器；(2)进行针对从光检测器的输出端子输出的检测信号的时间波形的测量的时间波形测量部；以及(3)基于时间波形测量部中的测量结果，求取表示检测信号的时间波形的时间常数的解析部。
[0105] 关于光检测装置的具体的结构，可以设为如下结构：时间波形测量部具有：比较第一阈值电压和检测信号，输出具有相当于检测信号的电压值超过第一阈值电压的时间的第一时间宽度的第一数字信号的第一比较器；测量第一数字信号的第一时间宽度的第一时间宽度测量器；比较与第一阈值电压不同的第二阈值电压和检测信号，输出具有相当于检测信号的电压值超过第二阈值电压的时间的第二时间宽度的第二数字信号的第二比较器；以及测量第二数字信号的第二时间宽度的第二时间宽度测量器，解析部基于第一时间宽度和第二时间宽度，求取检测信号的时间常数。
[0106] 在上述光检测装置中，相对于从光检测器输出的检测信号，设置设定了互相不同的阈值电压的第一、第二比较器。然后，将从这2个比较器输出的第一、第二数字信号的互相不同的时间宽度通过第一、第二时间宽度测量器测量，并且基于所得到的第一、第二时间宽度，求取作为表示对应于光的检测的检测信号的时间波形的参数的时间常数。根据这样的结构，可以以简单的结构适当地取得、判别检测信号的时间波形信息。
[0107] 另外，在上述的光检测装置中，也可以设为如下结构：解析部基于所求取的时间常数，判别检测信号是从N个光检测像素的哪一个输出的检测信号。在这样的结构中，根据检测信号的时间常数，可以可靠地进行光检测像素的判别。
[0108] 产业上的利用可能性
[0109] 本发明可以作为在具有多个光检测像素和单一输出端子的结构中，能够适当地特定、判别检测出光的光检测像素的光检测器和光检测装置来利用。
[0110] 符号的说明
[0111] 50、50A、50B…光检测器；51…区域；52…光检测像素；53…雪崩式光电二极管(APD)；54…降压电阻；55…频率滤波器；56…电容器；58…共用电极；59…信号线；
[0112] 1A…光检测装置；1B…放射线检测装置；2A…PET装置；10…放射线检测器；11…闪烁器；15…光检测器；16…输出端子；17…分支点；18…放大器；20…时间波形测量部；21…第一比较器；22…第二比较器；23…第一时间宽度测量器；24…第二时间宽度测量器；30…解析部；31…显示部；32…存储部；60…信号处理部；
[0113] S0…检测信号；Sp…信号峰；Sr…上升信号部；Sd…下降信号部；S1…第一数字信号；S2…第二数字信号；V1…第一阈值电压；V2…第二阈值电压；T1…第一时间宽度；T2…第二时间宽度。
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