JP4178232B2 - Incident position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の検出セルに跨って入力するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出装置に係り、特に、イベントにより生じた荷電粒子や光の拡がりよりもピクセルのサイズを小さくとるオーバーサンプリングの手法を用いて放射線や光を検出する際に用いるのに好適な、入射位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ASIC等を用いた放射線検出器用フロントエンドエレクトロニクスで多数のピクセルを扱う場合には、低計数率用のチップでは、単にピクセル毎の信号を記録・保持し、後から読みにいくので問題はないが、一方、高計数率で動作させる場合には、同時に発生するイベントを抑制するために、図1に示す如く、例えばアンプ12を介して入力される放射線検出器(例えばシンチレータ)10からの信号を、プライオリティエンコーダ14を用いて処理し、入射したピクセルの番号Nをデジタル値として出力することが一般に行なわれている。
【0003】
従来は、主に検出器や回路等のハードウェアの制限から、ピクセルサイズをあまり小さくとることができず、個別の信号の読み取りを行なっても、イベントが1つのピクセル内に収まることが多く、このような方式で間に合う場合が多かった。
【0004】
しかしながら、最近、高分解能化の流れから、検出器10内で生じたイベントを、より詳細に観察するために、図2に示す如く、ピクセルのサイズをイベントにより生じた荷電粒子や光の拡がりよりも小さくとる、オーバーサンプリングの手法が行なわれつつある。更には、このようなオーバーサンプリングにより、2次元位置に対して3次元情報を投影する等、高位な情報を含ませることも行なわれつつある(特許文献1、2参照)。
【0005】
このような構成をとると、放射線等が1つのピクセル内のみで反応して信号を出力する場合だけでなく、図3に例示する如く、多数のピクセルが一つのイベントに対して略同時に反応する場合が出てくる。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−142523号公報
【特許文献2】
特開平11−142524号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記プライオリティエンコーディングの方式では、プライオリティエンコーダ14に入射する順は、必ずしも強度が強い順ではなく、強度が弱くても閾値を超えれば検出されてしまうため、このような場合に対して対応できず、重心位置を的確に検出することができなかった。
【0008】
一方、ピクセル間の重心演算を行なうためには、通常、演算のためにハードウェアが必要となるだけでなく、これを後段で行なうためには、例えば各ピクセルの出力をコンデンサ等に蓄積して積分した後、シリアルで読み出す必要があるため、データのレートが高くなると、全体のスループットを損なうことになる。コンデンサに蓄積した信号をパラレルで呼び出すことも考えられるが、回路が大規模になり過ぎる。更に、ピクセルの番号をデジタル値として出力する際に、多数の信号線を必要とする等の問題点を有する。
【0009】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、比較的簡単な回路構成で、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を的確に検出することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の検出セルに跨って入射するイベントの重心位置を検出するための入射位置検出装置において、各検出セルの入力信号のレベルを弁別するための波高弁別手段と、弁別されたレベルに応じた波高を有する所定幅のパルスを発生するエンコーダと、信号が入力したチャネルに対応する位置に該パルスが入力される抵抗ラダーと、該抵抗ラダーの両端に接続された読取手段とを備え、該読取手段の出力の大きさを比較してイベントの重心位置を検出するようにして、前記課題を解決したものである。
【0013】
又、前記波高弁別手段を複数の閾値を持つディスクリミネータとしたものである。
【0014】
又、前記抵抗ラダーを複数直列接続してスケーラブルとし、より大規模な位置検出システムを構築できるようにしたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0016】
本発明の第1実施形態は、図4に示すように、検出器に多数の検出セルを備えるシンチレータを用い、各検出セルに対応する各チャネルに対して、個別の前置増幅器20、並びに、整形増幅器22、可変増幅度増幅器24、複数(図では3個)のコンパレータ28A、28B、28Cを備えた波高弁別器(ディスクリミネータ)26を用意する。
【0017】
前記コンパレータ26A、26B、26Cの出力は、共通のエンコーダ30に接続する。
【0018】
このエンコーダ30は、各チャネルに対して1つずつ用意する。このエンコーダ30は、信号出力の大きさを判断し、図5に示す如く、その大きさに対応した数種類(実施形態では4種類)の異なる電圧値h1〜h4を持つ幅tの短い(例えば100nsec以下)パルスPを発生する。このパルス出力は、アンプ32を介して、チェーン状の抵抗ラダー34に接続される。
【0019】
従って、各チップ当りの出力は、図6に示す如く、A、Bの2つとなるが、例えば読取用の増幅器36A、36Bを介して接続された割算器38により、増幅器36A、36Bの出力の大きさを比較することで、どのチャネルから信号が出力されたかの情報を得ることができる。具体的には、前記出力A、B間で、電荷分割法によりA/(A+B)等のアナログ値の割算を行なうことで、入射放射線の重心位置が求まり、信号が入力したチャネルの番号をアナログ信号にエンコードして出力することができる。
【0020】
この方法のスループットは、入力信号の立上り部分のみを用いているので、蛍光の減衰時間等の影響を受けず、高いスループットが期待できる。更に、電荷分割法でのS/N比に関しては、一旦、コンパレータでパルス化して、デジタル化を行なっているため、極めて高く、10000チャネル程度までのエンコードが可能である。
【0021】
又、信号電荷が多数のチャネルにわたっている場合、検出器から出力されるパルスに時間差が生じる場合があるが、これについては、パルス幅を十分広くとることで対処する以外にも、近接したチャネル間に一定時間の同期回路を設けて、エンコードしたパルスの発生のタイミングを同期させることでも回避できる。
【0022】
更に、多数のチャネルに対してエンコードを行なう場合には、各チップの出力を直列に接続すればよい。例えば図7に示す第2実施形態の如く、チップ1の出力がA1とB1、チップ2の出力がA2とB2であるとすれば、B1とA2を直列接続し、A1とB2から信号を読み出せばよい。このようにして、通常1チップ当り100〜200のチャネル数を、チップの数だけ増やすことができる。このような特徴は、スペースの限られたフロントエンドエレクトロニクスでの利用に適している。
【0023】
なお、前記実施形態においては、コンパレータが3つとされ、エンコーダ30の出力の波高が高、中、低、零の4種類とされていたが、コンパレータの数や波高の種類数は、これに限定されない。
【0024】
又、前記実施形態においては、整形増幅器22及び可変増幅度増幅器24が設けられていたが、これらの増幅器を省略することも可能である。
【0025】
なお、前記実施形態では、検出器としてシンチレータが用いられていたが、検出器の種類はこれに限定されず、ゲルマニウム、化合物半導体等の半導体センサを用いた放射線検出器、マルチワイヤ比例計数管(ガスカウンタ)、ダイノードがファインメッシュで作られたマルチアノード型の光電子増倍管にも同様に適用できる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のチャネルが同時に反応した場合においても、DA変換に基づき、抵抗ラダーがハードウェア的に演算を行なうため、重心位置を簡便に求めることができる。又、反応していないチャネルは信号を出力しないし、既に信号パルスを出力したチャネルは、しばらくの間は信号を出さないので、単位時間当りに処理することが可能なパルス数としてのスループットを損なうことがない。更に、多数の検出セルの読み取りに必要な信号線の数は、アナログ情報へのエンコーディングを行なっているため、僅かに2本と極端に少なくてよい等の優れた効果を有する。
【0027】
本発明の適用対象は検出セルの一次元配列に限定されず、2次元配列以上にも、同様に適用でき、次元数が多い時、効果が高い。特に、特許文献1や2の技術と組合せるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のプライオリティエンコーダを用いた入射位置検出装置の構成例を示すブロック図
【図2】オーバーサンプリングの様子を示す説明図
【図3】オーバーサンプリング時のプライオリティエンコーダの問題を示すタイムチャート
【図4】本発明の第1実施形態の構成を示す回路図
【図5】第1実施形態におけるエンコーダから出力されるパルスの形状の例を示すタイムチャート
【図6】前記パルスの抵抗ラダーへの入力の様子を示す回路図
【図7】本発明の第2実施形態の全体構成を示すブロック図
【符号の説明】
10…放射線検出器
20…前置増幅器
22…整形増幅器
24…可変増幅度増幅器
26…波高弁別器
28A、28B、28C…コンパレータ
30…エンコーダ
P…パルス
34…抵抗ラダー
38…割算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the incident position detecting DeSo location for detecting the position of the center of gravity of the event to be input over a plurality of detector cells, in particular, reduce the size of the pixels than the spread of the charged particles and light generated by the event suitable for use in detecting the radiation or light with oversampling techniques take relates the incident position detection DeSo location.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when dealing with a large number of pixels in front-end electronics for radiation detectors using an ASIC or the like, a chip for a low count rate simply records and holds a signal for each pixel and reads it later. On the other hand, in the case of operating at a high count rate, in order to suppress simultaneously occurring events, as shown in FIG. 1, for example, from a radiation detector (for example, a scintillator) 10 input via an
[0003]
Conventionally, mainly due to hardware limitations such as detectors and circuits, the pixel size cannot be made very small, and even when individual signals are read, events often fall within one pixel, In many cases, this method was in time.
[0004]
However, recently, in order to observe the event occurring in the
[0005]
With this configuration, not only when radiation or the like reacts only within one pixel and outputs a signal, but also as shown in FIG. 3, a large number of pixels react substantially simultaneously to one event. The case comes out.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-142523 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-142524
[Problems to be solved by the invention]
However, in the priority encoding method, the order of incidence on the
[0008]
On the other hand, in order to perform the center-of-gravity calculation between pixels, not only hardware is usually required for the calculation, but in order to perform this later, for example, the output of each pixel is stored in a capacitor or the like. Since it is necessary to read serially after integration, if the data rate increases, the overall throughput is impaired. Although it is possible to call the signals stored in the capacitor in parallel, the circuit becomes too large. Furthermore, when outputting the pixel number as a digital value, there is a problem that a large number of signal lines are required.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to accurately detect the position of the center of gravity of an incident incident across a plurality of detection cells with a relatively simple circuit configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a wave height discriminating means for discriminating the level of an input signal of each detection cell in an incident position detecting device for detecting the barycentric position of an event incident across a plurality of detection cells, and the discriminated level. An encoder that generates a pulse of a predetermined width having a wave height in accordance with the signal, a resistance ladder to which the pulse is input at a position corresponding to the channel to which the signal is input, and reading means connected to both ends of the resistance ladder. The problem is solved by comparing the magnitude of the output of the reading means to detect the position of the center of gravity of the event.
[0013]
Further, the wave height discriminating means is a discriminator having a plurality of threshold values.
[0014]
Further, a plurality of resistance ladders are connected in series to be scalable, so that a larger-scale position detection system can be constructed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
As shown in FIG. 4, the first embodiment of the present invention uses a scintillator including a number of detection cells in a detector, and for each channel corresponding to each detection cell, an
[0017]
The outputs of the comparators 26A, 26B, and 26C are connected to a
[0018]
One
[0019]
Therefore, the outputs per chip are two, A and B, as shown in FIG. 6. For example, the outputs of the
[0020]
Since the throughput of this method uses only the rising portion of the input signal, high throughput can be expected without being affected by the fluorescence decay time. Furthermore, the S / N ratio in the charge division method is extremely high because it is once pulsed by a comparator and digitized, and can be encoded up to about 10,000 channels.
[0021]
In addition, when the signal charge is spread over many channels, there may be a time difference in the pulses output from the detector. This can be dealt with by using a sufficiently wide pulse width, as well as between adjacent channels. This can also be avoided by providing a synchronization circuit for a certain period of time in order to synchronize the timing of generation of the encoded pulse.
[0022]
Furthermore, when encoding is performed for a large number of channels, the outputs of the chips may be connected in series. For example, as in the second embodiment shown in FIG. 7, if the output of
[0023]
In the above-described embodiment, the number of comparators is three, and the output wave height of the
[0024]
In the above embodiment, the shaping
[0025]
In the above embodiment, the scintillator is used as the detector. However, the type of detector is not limited to this, and a radiation detector using a semiconductor sensor such as germanium or a compound semiconductor, a multi-wire proportional counter ( The same applies to a multi-anode type photomultiplier tube in which a gas counter) and dynodes are made of fine mesh .
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when a plurality of channels react simultaneously, the position of the center of gravity can be easily obtained because the resistance ladder performs hardware calculation based on DA conversion. In addition, a channel that does not respond does not output a signal, and a channel that has already output a signal pulse does not output a signal for a while, so that the throughput as the number of pulses that can be processed per unit time is impaired. There is nothing. Furthermore, since the number of signal lines necessary for reading a large number of detection cells is encoded into analog information, it has an excellent effect that it may be extremely small, such as only two.
[0027]
The application target of the present invention is not limited to a one-dimensional array of detection cells, but can be similarly applied to a two-dimensional array or more, and is highly effective when the number of dimensions is large. In particular, it is suitable for combining with the techniques of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an incident position detecting device using a conventional priority encoder. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of oversampling. FIG. 3 is a time chart showing a problem of a priority encoder during oversampling. FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a time chart showing an example of the shape of a pulse output from the encoder in the first embodiment. FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF
Claims (3)
各検出セルの入力信号のレベルを弁別するための波高弁別手段と、
弁別されたレベルに応じた波高を有する所定幅のパルスを発生するエンコーダと、
信号が入力したチャネルに対応する位置に該パルスが入力される抵抗ラダーと、
該抵抗ラダーの両端に接続された読取手段とを備え、
該読取手段の出力の大きさを比較してイベントの重心位置を検出することを特徴とする入射位置検出装置。An incident position detection device for detecting the position of the center of gravity of an incident incident across a plurality of detection cells,
Wave height discriminating means for discriminating the level of the input signal of each detection cell;
An encoder for generating a pulse of predetermined width having a height corresponding to the discriminated level,
A resistor ladder to which the pulses are entered in the position corresponding to the channel signal is input,
Reading means connected to both ends of the resistance ladder,
An incident position detecting apparatus for detecting the position of the center of gravity of an event by comparing the magnitude of the output of the reading means.
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