JPH02147923A

JPH02147923A - 光検出回路

Info

Publication number: JPH02147923A
Application number: JP63300566A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamimura; 博上村; Takahiro Kanamori; 金森　隆裕; Shoji Kamata; 蒲田　省司
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光検出器に係り、特に、放射ｇ環境下でシンチ
レーション光を検出するのに好適な光検出回路に関する
。

〔従来の技術〕

原子力発電プラントの廃棄物ドラム缶や宇宙ロケットの
燃料タンク等の内部を非破壊で検査するため、Ｔ線源や
加速器を用いたＣＴ装置の開発が進んでいる。ｃ−ｒ装
置では、検査する物体を通過した放射線をシンチレータ
で光に変換し、フ第１・ダイオードで検出することが考
えられている。

フォトダイオードにはシンチレータから検出すべき光の
他に、放射線も入射する。従って、検査体がドラム缶や
燃料タンク等の大きな物体となる産業用ＣＴ装置におい
ては、−回の検査光たりにフォトダイオードに照射され
る放射線量は非常に多く、放射線によるフォトダイオー
ドの特性劣化が測定の精度を悪化させる恐れがある。

フォトダイオードの放射線による特性の劣化はアイ・イ
ー・イー・イー、トランザクション　オン　ニュークリ
ア　サイエンス、エヌエス３２．６、（１９１３５年）
第４４５３頁から４４６０頁（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃ
ｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　５ａｉｅｎｃｅ、
Ｖｏｌ、Ｎ５−３２゜Ｎｏ、６．　（１９８５）ｐｐ４
４５３−４４６０）等において論じられている。放射線
の照射によりフォトダイオードの特性パラメータは変化
する。主要なパラメータとして、感度特性、静電容量、
暗電流が挙げられる。

感度特性と静電容量は集積線量１０’ｒａｄまで特性は
殆ど変化しないが、暗電流は二指も増加する。

シンチレータの発光波長４００〜６００ｎｍに感度をも
つ５ｉ−ＰＩＮフォトダイオ−１くの場合、照射前、数
十ピコアンペアの暗電流が１０８ｒａｄ照射後には、数
ナノアンペアに増加する。ＣＴ′！Ａ［ではフォトダイ
オードを電流出力で使用するため、暗電流の増加は測定
誤差につながる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなフォトダイオードの特性劣化は、医療用のＣ
Ｔ装置では、検査体が人間であり放射線量も少ないため
問題にならなかった。しかし、太線量の放射線を用いる
産業用ＣＴ装置では使用時のフォトダイオードの集積線
量が１０７〜１０’ｒａｄに達するため、暗電流の増加
による測定誤差は大きな問題である。

本発明の目的は、放射線によりフォトダイオードの暗電
流が増加しても、測定精度を悪化させることなく、シン
チレーション光によるフォトダイオードの出力電流を測
定できる光検出回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、シンチレーション光を検出する検出用フォ
トダイオードの近傍に、フォトダイオードと特性が等し
く、かつ、遮光手段を設けたフォトダイオードを設置し
、二つのフォトダイオードの出力の差を出力する引き算
手段を設けることにより達成される。

〔作用〕

シンチレーション光を検出する検出用フォトダイオード
の出力電流はシンチレーション光による光電流と暗電流
の和であるが、遮光手段をもつフォトダイオードはシン
チレーション光が入射しないため、その出力電流は暗電
流に等しい。二つのフォトダイオードの放射線による特
性の劣化度合い、即ち、暗電流の増加量は等しく、引き
算手段で二つのフォトダイオードの出力電流の差をとる
ことにより、正確なシンチレーション光による光電流値
を求めることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。フォ
トダイオード１はシンチレータ２に放射線が入射して発
生するシンチレーション光を検出する。もちろん、シン
チレータ２とフォトダイオード１には周囲の光が入射し
ないような手段を設けである。（省略）フォトダイオー
ド３はシンチレータ２のシンチレーション光が入射しな
いように遮光手段４で遮蔽しである。フォトダイオード
１と２の出力は引き算手段５に入力され、引き算手段５
の出力は電流・電圧変換手段６に入力される。シンチレ
ーション光によるフォトダイオード１の出力電流は出力
端子９と１０の間の電圧値として計測出来る。電流・電
圧変換手段６は○Ｐアンプ７と抵抗８で構成される。

次に、本発明の詳細な説明する。フォトダイオード］は
シンチレータ２から出力されるシンチレーション光を受
光すると電流１１を出力する。電流１１にはシンチレー
ション光を受光したことにより発生した光電流ｉｏとフ
ォトダイオード１の暗電流ｉｎｉを含んでいる１即ち、ｉ　ｌ＝　ｉ　ｏ＋　ｉ　ｌ）１　　　　　　　　　　
　　−（１）フ第１・ダイオード３は遮光手段４で遮光
されているから、シンチレーション光を受光することは
ない。従って、その出力電流１７はフォトダイオード３
の暗電流ｉｏｚに等しい。

□ｚ＝ｌＤＺ　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
２）フォトダイオード１とフォトダイオード３は近接さ
せて設置しであるから、環境から浴びる放射線の量は等
しい。フォトダイオードの暗電流の増加量はフォトダイ
オードの浴びた放射線の量に依存する。従って、放射線
環境下で本実施例を使用していると、暗電流ｉｏｘとｉ
Ｄｚは次第に増加する。

フォトダイオード】−とフォトダイオード３は特性の同
じものを使用する。本実施例では同一メーカ、同一型式
でかつ製造ロット番号の同じフォトダイオードを使用す
る。製造ロットが異なると特性に違いが生じやすいので
、注意を要する。

フォトダイオード１とフォトダイオード３の放射線によ
る劣化特性が等しいため、暗電流ｉ旧とｌＤｚはフォト
ダイオードの浴びた放射線量にかかわらず等しい。

ｌ　ｏｔ＝　ｌ　ｏｚ　　　　　　　　　　　　　　　
−（３）フォトダイオード１とフォトダイオード３の出
力は引き算手段５に入力される。本実施例では引き算手
段５は、単なる結線である。フォトダイオード１の出力
電流１１とフォトダイオード３の出力電流１２は、引き
算手段５から見て、逆方向に流れる。従って、引き算手
段５の出力電流１３は、ｌｉｔ”１１　１□　　　　　
　　　　　　　・・・（４）従って、（１）、（２）、
（３）式を（４）式に代入すると、１３＝ｉｏ　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（５）となり、引き算
手段５の出力ｉ３は、常に、シンチレータ２のシンチレ
ーション光をフォトダイオ−１−１が検出した光電流ｉ
ｏに等しい。

引き算手段５の出力電流ｉ３は電流・電圧変換手段６に
入力される６電流・電圧変換手段６は良く使用されるＯ
Ｐアンプを用いた。電源は本図では省縮した。抵抗８の
値をＲ１とすると、電流・電圧変換手段６の出力端子９
と１０間に出力される出力電圧Ｖは。

Ｖ　＝　　ｉ　ａ　Ｘ　Ｒｔ −ｉ　ｏＸ　Ｒ１・＝（６）となり、光電流ｉｏを電圧に変換し増幅した電圧が得ら
れる。ＯＰアンプ７はバイアス電流を出来るだけ小さく
するため、ＦＥＴ入力のものを使用する。

なお、フォトダイオード１とフォトダイオード３は応答
特性を向上するため、逆バイアスが掛けられている。引
き算手段５の出力、即ち、ＯＰアンプ７のマイナス入力
と、ＯＰアンプ７のプラス入力はイマジナリショートの
状態にあるから、マイナス入力の電位はアース電位であ
る。このため、フォトダイオード１．フォトダイオード
３ともに、逆バイアス電圧Ｖがかかることになる。逆バ
イアス電圧をかける場合、本実施例のようにフォトダイ
オード１とフォトダイオード３に同電圧をかける事が重
要である。電圧が異なるとフォトダイオードの放射線に
よる特性劣化度合いが異なり、バイアスの電流にちがい
が生じる。高速応答の必要がない場合には、Ｖ＝Ｏ１即
ち、バイアス電圧をかけずに使用した方が、暗電流が小
さくなる。

本実施例では、放射線による暗電流の増加を補正出来る
だけでなく、フォトダイオードの周囲温度の違いによる
暗電流の変化も補正できる。フォトダイオード１とフォ
トダイオード３は特性が揃ったものを使用しているため
、周囲温度の変化による暗電流の変化量も等しい。従っ
て、前述と同様の動作原理により、補正が可能である。

なお、電流・電圧変換手段６は放射線の影響を避けるた
め遮蔽するか、放射線の影響を受けない位置に設置する
のは言うまでもない。引き算手段５は本実施例では半導
体素子を持たないため、フオドダイオード１．フォトダ
イオード３の近くでよい。引き算手段５と電流・電圧変
換手段６の間の信号は電流信号のため、ケーブルに同軸
ケーブル等を使用することにより信号が減衰する恐れは
ない。

第２図に第１図の実施例のシンチレータとフォトダイオ
ードの部分の構造を示す６シンチレータ２の直後にフォ
トダイオード１を設置し、フォトダイオード１に出来る
限り近づけてフォトダイオード３を設置する。フォトダ
イオード３は遮光手段４で覆われ、前面の遮光はフォト
ダイオード１の筐体が兼ねている。

本実施例によれば、放射線により生じるフォトダイオー
ドの暗電流の増加を補正でき、さらに。

温度変化によるフォトダイオードの暗電流の変化も補正
でき、正確な光電流の測定が可能となる。

第３図はフォトダイオードの二個を一つのパッケージに
予め格納した実施例である。フォトダイオード１とフォ
トダイオード３は、予め、パッケージ】１に組み込まれ
ている。パッケージにはガラス窓１２が設置してありフ
ォトダイオード１はガラス窓１２を通して光を検出でき
る。放射線を検出するためには、ガラス窓］２の前面の
シンチレータを取りつける。本図に示す一体化されたフ
ォトダイオードを第１図の実施例に適用してもよい。

第４図に第二の実施例を示す。本実施例ではフォトダイ
オード１の出力電流ｉｌと遮光手段４で遮光されたフォ
トダイオード３の出力電流１２を。

先ず、電流・電圧変換手段６で電圧にそれぞれ変換した
後、引き算手段５で暗電流分を引き算して、真の光電流
を求める。

電流・電圧変換手段６はＯＰアンプ１３，１４゜抵抗１
６．１７からなる。抵抗１６と１７とは同じ値をとる。

引き算手段５はＯＰアンプ１５と抵抗１８．１８，２０
．２１とからなる。本実施例では引き算手段５にゲイン
を持たせてないため、抵抗１８，１９，２０．２１はす
べて同一の抵抗値である。

抵抗１．６．１７の値をＲとすると、ＯＰアンプ１３の
出力Ｖ＋は、Ｖ工＝　　　１ｔＸＲ・・・（７）０Ｐアンプ１４の出力■２は、Ｖｚ＝−１ｚＸ　Ｒ・＝（８）１１．１７はそれぞれ（１）、　（２）式が成り立つか
ら、出力端子２２．２３間の出力電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖｚ−
Ｖｔ：　ｉ　ｏ　Ｘ　Ｒ・・・（９）となり、光電流ｉｏに対応した出力電圧が得られる。従
って、放射線により生じるフォトダイオードの暗電流の
増加を補正でき、さらに、温度変化によるフォトダイオ
ードの暗電流の変化も補正でき、正確な光電流の測定が
可能となる。

第５図は本発明の第三の実施例である。本実施例はフォ
トダイオードを一個だけ使用する例である。シンチレー
タ３１とフォトダイオード３４の間に可動遮光体３２を
設け、可動遮光体３２を駆動部３３で動かす。可動遮光
体３２がシンチレータ３１とフォトダイオード３４の間
に挿入されている場合（状態１、本図実線）、フォトダ
イオード３４はシンチレータ３１に放射線が入射して発
生するシンチレーション光を受光することはできないた
め、フォトダイオード３４の出力電流は暗電流のみであ
る。可動遮光体３２がシンチレータ３１とフォトダイオ
ード３４の間に無い場合（状態２１本図の破線）、フォ
トダイオード３４はシンチレーション光を受光できる。

この場合のフォトダイオード３４の出力は光電流と暗電
流の和である。

フォトダイオード３４の出力電流は電流・電圧変換手段
３５で電圧出力に変換され、状態１の時の電流・電圧変
換手段３５の出力はアナログメモリ３６に記憶される。

制御回路３７は駆動部３３とアナログメモリ３６を同期
させて動作させる回路である。状態２、即ち、シンチレ
ーション光を測定する場合には、電流・電圧変換手段３
５の出力から状態２で記憶されたアナログメモリ３６の
出力を引き算手段３８で差し引く事により、出力端子３
９には光電流に対応した電圧が出力される。

従って、シンチレーション光の測定の直前に、制御回路
３７により、状態］、の動作を行わせ、フォトダイオー
ド３４の特性劣化により増加した暗電流量をアナログメ
モリ３６に記憶させておくことにより、フォトダイオー
ド３４が放射線により特性の劣化をおこして暗電流が変
化しても、補正量を追従して変更することができる。

従って１本実施例によっても放射線により生じるフォト
ダイオードの暗電流の増加を補正でき、正確な光電流の
測定が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シンチレーション光によるフォトダイ
オードの光出力電流を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図はシンチレ
ータとフォトダイオード部分の断面図、第３図はフォト
ダイオード部分の第二の実施例の断面図、第４図は本発
明の他の実施例の回路図、第５図は本発明の第三の実施
例の回路図である。１．３・・・フォトダイオード、２，３１・・・シンチ
レータ、４・・・遮光手段、５，３８・・・引き算手段
、６・・・電流・電圧変換手段、７，１３，１４．１５
・・・ｏｐアンプ、８，１６〜２１・・・抵抗、９，１
０・・・出力端子、１１・・・パッケージ、１２・・・
ガラス窓。３２・・・可動遮光体。第　１　因第３図第４図Ｖ第２図とｔ　　　Ｌｚ

Claims

【特許請求の範囲】１、放射線環境下に設置する光検出回路において、光を
検出する第一のフォトダイオードと、前記第一のフォト
ダイオードの近くに設け特性が等しく、かつ、遮光手段
をもつ第二のフォトダイオードと、前記第一のフォトダ
イオードの出力信号と前記第二のフォトダイオードの出
力信号の差を出力する引き算手段とを設けたことを特徴
とする光検出回路。２、放射線環境下に設置する光検出回路において、光を
検出するフォトダイオードと、受光面の可動遮光体を設
け、前記可動遮光体が前記フォトダイオードの受光面を
遮光しているときの出力信号を記憶する信号記憶手段と
、前記可動遮光体が前記フォトダイオードの受光面を遮
光していない時の前記フォトダイオードの出力信号から
前記信号記憶手段の出力信号を差し引いて、その演算結
果を出力する引き算手段とを設けたことを特徴とする光
検出回路。３、特許請求項第１項において、前記第一のフォトダイオードの受光面の前面のシンチレ
ータを設置し、放射線により前記シンチレータ内で発生
するシンチレーシヨン光を前記第一のフォトダイオード
で検出するようにした放射線検出装置。４、特許請求項第２項において、前記第一のフォトダイオードの受光面の前面で、前記可
動遮光体の前面にシンチレータを設置し、放射線により
前記シンチレータ内で発生するシンチレーシヨン光を前
記第一のフォトダイオードで検出するようにした放射線
検出装置。５、二個のフォトダイオードを一つのパッケージ内に格
納し、前記パッケージは前記二個のフォトダイオードの
何れか一個のみが外部の光を受光できる透明部を設けた
ことを特徴とする光検出器。