半导体光电倍增元件的制作方法
【专利摘要】根据本发明的构成，其目的在于提供一种检测精度及时间解析度得以提高的半导体光电倍增元件，其包括连接于二极管D的AD转换电路11。某二极管D检测到光子时所产生的电流一部分会流入至经由电阻而与二极管D并联连接的相邻二极管D中。此时的电流被充电至相邻的二极管D的寄生电容中且被释放。然所释放的电流会被AD转换电路11阻挡而不流向输出端子侧，亦无法使AD转换电路11导通断开。因此，根据本发明的构成，可不受到从寄生电容释放的电流的影响来对光进行检测。因此，根据本发明，可提供具有高检测精度及良好的时间解析度的半导体光电倍增元件。
【专利说明】 半导体光电倍增元件
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种半导体光电倍增元件。
【背景技术】
[0002]半导体光电倍增元件(SiPM:Silicon Photomultiplier (硅光电倍增器))为与光电倍增管(photomultiplier tube, PMT)或微通道板(MicroChannel plate, MCP)电性地进行类似动作的光电转换元件。
[0003]SiPM如图16般包括微单元(micro cell)的二维集合体，该微单元包含光电二极管(photod1de, PD)。
[0004]微单元包括:被施加了击穿电压(breakdown voltage)以上的偏压电压(biasvoltage)的PD,以及用以使F1D从盖革(Geiger)放电现象恢复的淬灭电阻(quenchingresistor)。
[0005]图17表示现有的SiPM的构成。如图17所示，使H)极性相同地相互并联连接。若光入射至siPM，则光子入射至微单元内的几个ro中，且于ro中朝与极性相反的方向流动电流。于是，通过了 H)的电流全部朝向输出端子lout。输出端子1ut输出与光子所入射的PD的个数相应的强度的电流(例如参照专利文献I)。
[0006]先前技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利特表2010-536186号公报
[0009]然而，根据现有构成，存在如下的问题。
[0010]亦即，根据现有构成，存在如下的问题:于具有多个微单元的大面积的SiPM中无法如理想般输出数据。
[0011]各微单元的ro具有某程度的电容。亦即，在各个光电二极管中存在寄生电容Cp。各个光电二极管可如图18般表现为二极管与电容器并联连接。
[0012]在此种现有构成的电路中，无法如理想般进行动作。对该理由进行说明。目前，设为图19所示的左端的光电二极管检测到光子。此时电流通过光电二极管。此时所产生的电流为检测信号，若如理想那样，则所述电流应如图中的粗线箭头所示直接朝向输出端子1ut0
[0013]然而，实际并非如此。电流在朝向输出端子1ut的同时也朝向其他光电二极管的阳极流动。于是，电流会被充电至其他光电二极管所具有的寄生电容Cp中。另外，该电流由图19中虚线的箭头来表示。
[0014]图20表示从图19的状态起经过了一段时间后的情形。图19中，充电至光电二极管的各个寄生电容Cp的电流被缓慢地放电而从输出端子1ut输出。该电流由图20中虚线的箭头来表示。亦即，输出端子1ut中长时间地持续流动着弱电流。
[0015]图21表示输出端子1ut的输出的理想状态与实际状态。若SiPM对光进行检测，则理想的是，如图21的粗线所示般从输出端子1ut输出的电流快速上升，并立即衰减。然而，实际上，因寄生电容Cp的影响，而如虚线所示般，电流缓慢上升，且电流经过长时间而未能返回到光的入射前的状态。如此，根据现有构成，若SiPM对光进行检测，则波形变钝而长时间持续地输出信号。因此，根据现有构成，SiPM难以正确地获知检测到光的时刻。
【发明内容】
[0016]本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种时间解析度(temporalresolut1n)得以提高的 SiPM。
[0017]本发明为了解决上述课题而成为如下般的构成。
[0018]亦即，本发明的SiPM是一种半导体光电倍增元件，对光进行检测的光电二极管经由电阻而并联连接，该半导体光电倍增元件的特征在于包括:供给端子，对各个光电二极管供给偏压电压；二极管连接电阻，与光电二极管串联连接；以及二值化(binarizat1n)电路，输入端子连接于位于光电二极管与二极管连接电阻之间的中间节点；二值化电路的输出端子经由将电压变化转换为电流信号的转换电阻，而连接于半导体光电倍增元件的输出端子。
[0019][作用?效果]根据本发明的构成，包括连接于光电二极管的二值化电路。根据此种构成，从光电二极管输出的电压变化借由二值化电路而数字化并被输出。某光电二极管检测到光子时所产生的电流经由连接于阳极的电阻而流入至偏压电压供给端子，并且所述电流的一部分经由并联连接的电阻而流入至其他的光电二极管中。此时的电流被充电至相邻的光电二极管的寄生电容中，且欲在不久后流入至半导体光电倍增元件的输出端子。然而，从该寄生电容释放的电流会被二值化电路阻挡而无法流向输出端子侧。并且，该电流为检测到光子时所产生的电流的一部分，且为微弱的电流。因此，就借由从寄生电容释放的电流而输入至二值化电路的电压变化而言，并未强至能够使二值化电路导通断开(on-off)。因此，根据本发明的构成，可不受到从寄生电容释放的电流的影响地来对光进行检测。因此，根据本发明，可提供具有高检测精度以及良好的时间解析度的半导体光电倍增元件。
[0020]而且，上述半导体光电倍增元件中，若二极管连接电阻、二值化电路、以及转换电阻设置在各个光电二极管中则更理想。
[0021]而且，上述半导体光电倍增元件中，若在不经由电阻而使极性与光电二极管的两极一致的状态下，辅助光电二极管与光电二极管并联设置则更理想。
[0022]同样地，上述半导体光电倍增元件中，亦可在使极性与光电二极管一致的状态下，辅助光电二极管经由电阻而与光电二极管并联设置。
[0023][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。本发明可根据半导体光电倍增元件的配线的制约或用途而取得各种形态。
[0024][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。若在不经由电阻而使极性与光电二极管的二值化电路的连接节点一致的状态下，辅助光电二极管与光电二极管并联设置，则电路的构成可提供简单的半导体光电倍增元件。
[0025]而且，上述半导体光电倍增元件中，若为如下则更理想，即，二极管连接电阻中，连接于光电二极管的阳极侧的阳极侧电阻与连接于阴极侧的阴极侧电阻这两个电阻设置在一个光电二极管中，并且供给端子连接于阳极侧电阻、以及阴极侧电阻中的未连接着光电二极管的各个二极管非连接节点；二值化电路中，阳极侧二值化电路与阴极侧二值化电路这两个二值化电路设置在一个光电二极管中，其中所述阳极侧二值化电路的输入端子连接于光电二极管与阳极侧电阻之间的中间节点，所述阴极侧二值化电路的输入端子连接于光电二极管与阴极侧电阻之间的中间节点；阳极侧二值化电路经由转换电阻而连接于半导体光电倍增元件所具有的第一输出端子；阴极侧二值化电路经由转换电阻而连接于半导体光电倍增元件所具有的第二输出端子。
[0026][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。若如上述般针对每个光电二极管而具有两种二值化电路，则可将各个二值化电路用于不同的用途中。例如，二值化电路中的一个设为荧光强度辨别用，另一个设为检测时刻辨别用，从而可提供提高了便利性的半导体光电倍增元件。或者，借由将两方的二值化电路的输出用作差动信号，而可提供具有高噪声耐性(high noise immunity)的半导体光电倍增元件。
[0027]而且，上述半导体光电倍增元件中，若二值化电路包含反相器(inverter)电路则更理想。
[0028][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。若将二值化电路设为反相器电路，则可提供受光区域比率更高、消耗电力更低的半导体光电倍增元件。
[0029]而且，上述半导体光电倍增元件中，若在二值化电路与转换电阻之间设置着脉冲(pulse)宽度调整电路，则更理想，所述脉冲宽度调整电路将二值化电路输出的脉冲的时间长度设为固定而加以输出。
[0030][作用?效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。上述构成中，二值化电路输出的脉冲的宽度并非为固定。这是因为，光电二极管的击穿电压(breakdown voltage)具有温度依存性(temperature dependence),光子检测时的输出电流会受到温度的影响。并且，由于各光电二极管的击穿电压中产生不均，因而严格来说各光电二极管的输出电流不同。借由设为上述构成，脉冲宽度调整电路将从二值化电路输出的脉冲的时间长度设为固定而加以输出。借此，可提供不依据光电二极管的温度以及击穿电压的不均，而可输出固定的脉冲的半导体光电倍增元件。
[0031]而且，若为搭载着上述半导体光电倍增元件的光检测器，且半导体光电倍增元件排列为二维矩阵状，则更理想。
[0032]而且，若为搭载着上述半导体光电倍增元件的放射线检测器，且该放射线检测器包括:将放射线转换为荧光的闪烁体(scintillator)，以及半导体光电倍增元件排列为二维矩阵状并且对荧光进行检测的光检测器，则更理想。
[0033][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。具有本发明的半导体光电倍增元件的光检测器以及放射线检测器改善了时间解析度，从而适于生成使用了正确时间资讯的清晰的放射线图像。
[0034]而且，上述半导体光电倍增元件中，若包括对光的入射位置加以区别的多个输出端子，且上述半导体光电倍增元件为多通道型，则更理想。
[0035][作用.效果]上述构成表示本发明的更具体的构成。本发明亦可适用于多通道型的半导体光电倍增元件。
[0036]发明的效果
[0037] 根据本发明的构成，包括连接于光电二极管的二值化电路。某光电二极管检测到光子时所产生的电流的一部分，流入至经由电阻而与光电二极管并联连接的相邻的光电二极管中。此时的电流被充电至相邻的光电二极管的寄生电容且被释放。然而，所释放的电流会被二值化电路阻挡而不会流向输出端子侧，从而亦无法使二值化电路导通断开。因此，根据本发明的构成，可不受到寄生电容的影响地来对光进行检测。因此，根据本发明，可提供具有高检测精度以及良好的时间解析度的半导体光电倍增元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是说明本发明的放射线检测器的构成的立体图。
[0039]图2是说明本发明的光检测器的构成的平面图。
[0040]图3是说明本发明的半导体光电倍增元件的构成的平面图。
[0041]图4是本发明的半导体光电倍增元件的等效电路图。
[0042]图5是说明本发明的AD转换电路的模式图。
[0043]图6是说明知道本发明的半导体光电倍增元件的动作的模式图。
[0044]图7是说明知道本发明的半导体光电倍增元件的动作的模式图。
[0045]图8是说明知道本发明的半导体光电倍增元件的动作的模式图。
[0046]图9是说明知道本发明的半导体光电倍增元件的动作的模式图。
[0047]图10是说明本发明的一变形例的等效电路图。
[0048]图11是说明本发明的一变形例的动作的模式图。
[0049]图12是说明本发明的一变形例的等效电路图。
[0050]图13是说明本发明的一变形例的等效电路图。
[0051]图14是说明本发明的一变形例的等效电路图。
[0052]图15是说明本发明的一变形例的等效电路图。
[0053]图16是说明现有构成的半导体光电倍增元件的构成的平面图。
[0054]图17是说明现有构成的半导体光电倍增元件的构成的等效电路图。
[0055]图18是说明现有构成的半导体光电倍增元件的问题点的等效电路图。
[0056]图19是说明现有构成的半导体光电倍增元件的问题点的等效电路图。
[0057]图20是说明现有构成的半导体光电倍增元件的问题点的等效电路图。
[0058]图21是说明现有构成的半导体光电倍增元件的问题点的模式图。
【具体实施方式】
[0059]以下，对用以实施本发明的形态进行说明。
[0060]实施例1
[0061]〈放射线检测器的构成〉
[0062]图1表示本发明的放射线检测器I的构成。本发明的放射线检测器I可检测到Y射线，且搭载于正电子发射断层摄影(Positron Emiss1n Tomography, PET)装置等中。
[0063]对放射线检测器I的构成进行简单说明。放射线检测器I如图1所示，包括将Y射线转换为荧光的闪烁体2、以及对荧光进行检测的光检测器3。而且，在介于闪烁体2与光检测器3的之间的位置，具备接收荧光的导光管(light guide)40
[0064]闪烁体2是将闪烁体结晶进行二维排列而构成。闪烁体结晶C包含Ce扩散而成的Lu2(1_x)Y2xS15(以下称作LYS0)。而且,光检测器3可确认由哪一闪烁体结晶发出突光的荧光产生位置，并且亦可确认荧光的强度或荧光产生的时刻。放射线检测器I可求出借由荧光的强度而检测到的Y射线的能量，并且可输出能量数据。而且，实施例1的构成的闪烁体2不过为可采用的形态的例示。因此，本发明的构成并不限定于此。
[0065]图2说明光检测器3的构成。光检测器3中，多个半导体光电倍增元件3a排列为二维矩阵状。半导体光电倍增元件3a例如形成I毫米X I毫米的正方形的形状。就半导体光电倍增元件3a而言，若荧光入射，则可对荧光的入射时间与荧光的强度进行检测。
[0066]图3说明半导体光电倍增元件3a的构成。在半导体光电倍增元件3a中，多个光电二极管排列为二维矩阵状。光电二极管例如在半导体光电倍增元件中排列成纵100行、横loo列。就光电二极管而言,若构成突光的光子入射,贝U输出内容为检测到某固定的时间荧光的信号。在底下的说明中，将设置于半导体光电倍增元件3a的光电二极管简称作二极管D。二极管D相当于本发明的光电二极管。
[0067]图4表示半导体光电倍增元件3a的等效电路。半导体光电倍增元件3a中，多个二极管D经由后述的阳极侧电阻Ra以及阴极侧电阻Rk而并联连接构成。亦可表现为:在半导体光电倍增元件3a中，包含串联连接的3个元件Rk、D、Ra的模块以极性相同的方式并联连接。
[0068]在各个该二极管D中安装着各种元件。对一个二极管D与安装于该二极管D的元件的连接的情况进行说明。在一个二极管D的阳极a侧串联连接着阳极侧电阻Ra，在二极管D的阴极k侧串联连接着阴极侧电阻Rk。而且，二极管D的阴极k经由阴极侧电阻Rk而连接于偏压电压供给端子Vbl。同样地，二极管D的阳极a经由阳极侧电阻Ra而连接于偏压电压供给端子Vb2。亦即，偏压电压供给端子Vbl连接于阴极侧电阻Rk中的未连接着二极管D的二极管非连接节点，偏压电压供给端子Vb2连接于阳极侧电阻Ra中的未连接着二极管D的二极管非连接节点。偏压电压供给端子Vbl以及偏压电压供给端子Vb2相当于本发明的供给端子，阳极侧电阻Ra相当于本发明的二极管连接电阻。而且，阴极侧电阻Rk相当于本发明的二极管连接电阻。
[0069]相比于偏压电压供给端子Vb2，偏压电压供给端子Vbl中被供给着更高的电压。因此，对二极管D朝向相反方向施加偏压电压。因此，成为二极管D中未流动电流的状态。然而，因施加至二极管D的两极的电压超过击穿电压Vbd，故严格来说，二极管D仅容许从偏压电压供给端子Vbl朝向偏压电压供给端子Vb2的电流的通过。被施加至该二极管D的两极的电压被抑制得充分低于二极管D开始击穿的电压。
[0070]位于二极管D的阳极a与阳极侧电阻Ra之间的中间节点连接于AD(Analog-to-Digital)转换电路11的输入。关于该AD转换电路11的功能，将于以后进行叙述。AD转换电路11的输出经由后述的转换电阻Ro而连接于半导体光电倍增元件3a的输出端子lout。AD转换电路11相当于本发明的二值化电路。
[0071]如此，在各个二极管D中，如图4所示般连接着3个电阻Ra、Rk、Ro与一个AD转换电路11,从而构成一个模块。该模块极性相同且并联连接多个而构成半导体光电倍增元件3a。半导体光电倍增元件3a所具有的AD转换电路11的各个输出端子经由转换电阻Ro而连接于共用的输出端子lout。因此，从输出端子1ut输出半导体光电倍增元件3a所具有的所有AD转换电路11的输出的合计。正确地说，输出端子1ut的输出是各个AD转换电路11将所产生的电压变化转换为电流所得。
[0072]对AD转换电路11的功能进行说明。AD转换电路11是将成为模拟数据的来自二极管D的输出信号转换为数字数据的电路，具体而言，是包含反相器电路的二值化电路。亦即，AD转换电路11将二极管的输出整形为脉冲状后加以输出。
[0073]对AD转换电路11所进行的波形的整形进行具体说明。图5上侧模式性地表示来自二极管D的输出信号。来自二极管D的输出实际上为如图示般的三角波形的电压变化。若将此种信号输入至AD转换电路11，则从AD转换电路11输出如图5下侧般的井型的波形的电压变化。具体而言，在AD转换电路11中设定临限值(threshold)，AD转换电路11持续地输出规定的电压Vh直至输入的电压增加而超过临限值为止。而且，若输入的电压超过临限值，则AD转换电路11开始输出VI。然后，AD转换电路11输出VIV直至输入的电压减少而低于临限值为止。然后，若输入的电压低于临限值，则AD转换电路11再次开始输出规定的电压Vh，并维持该状态直至从二极管D被输入下一个信号为止。图5上侧的Vs表示设定于AD转换电路11中的临限值。而且，图5下侧的Vh表示设定于AD转换电路11中规定的电压。
[0074]对转换电阻Ro进行说明。设置该转换电阻Ro的目的在于将AD转换电路11的动作作为信号而提取。因AD转换电路11只不过是将电压的变化予以输出，故并非根据输出而输出某种电流信号。因此，将该电压变化转换为电流的增减的转换电阻Ro连接于AD转换电路11。通过转换电阻Ro的电流根据AD转换电路11的输出的电压而发生变化。而且，通过了转换电阻Ro的电流被输出至半导体光电倍增元件3a的输出端子1ut中。如此，AD转换电路11的输出端子的电压变化借由转换电阻Ro而被转换为电流信号,并被输出至半导体光电倍增兀件3a的输出端子lout。
[0075]〈半导体光电倍增元件的动作〉
[0076]其次，对半导体光电倍增元件3a的动作进行说明。若光子入射至半导体光电倍增元件3a所具有的二极管D中的一个，则二极管D引起盖革放电，电流从偏压电压供给端子Vbl朝向偏压电压供给端子Vb2流动(Vbl_Vb2间电流)。于是，位于二极管D的阳极a与阳极侧电阻Ra之间的中间节点的电压发生变化。若如上述般二极管D引起盖革放电，则施加至二极管D的两极的电压降低，因而二极管D从盖革放电状态复原，从而不再流动Vbl_Vb2间电流。于是，二极管D的阳极a的电压(中间节点的电压)回到光子入射前。如此，若光子入射至二极管D，则在中间节点产生图5上侧所说明的三角形状的电压变化。中间节点的三角形状的电压变化借由AD转换电路11而二值化后，借由转换电阻Ro而转换为电流信号，并流向输出端子lout。
[0077]〈实施例1的构成的优点〉
[0078]然而，二极管D具有寄生电容。该寄生电容在现有构成中，会妨碍正确的光检测。然而，根据实施例1的构成，能够不受寄生电容的影响地来进行光检测。对实施例1的信号的提取与寄生电容的关系进行具体说明。
[0079]图6表示荧光已入射至某二极管D的状态。图6中，未使用二极管的记号来描绘与光子所入射的二极管D相邻来排列的光电二极管。图6中，相邻的二极管表示为具有寄生电容的电容器，且附上符号D_cp。因此，图6中的由符号D_cp表不的电容器实际为光电二极管的寄生电容。
[0080]若光子入射至图6的二极管D中，则会引起盖革放电，从而Vbl_Vb2间电流流动。该电流的一部分如虚线所示般回绕至相邻的二极管(图6 *D_cp)中。该回绕的电流被充电至寄生电容D_cp中，且被缓慢释放。该经释放的电流被AD转换电路11阻挡而无法流向输出端子1ut侧。因此，不会出现如现有构成般从寄生电容0_叩释放的电流缓慢朝向输出端子1ut流动的情况。
[0081]然而，伴随电流的释放，电压变化被输入至AD转换电路11。若假设AD转换电路11根据该电压变化而进行动作，贝1J会从输出端子1ut输出信号,该信号表不光从未入射有光的二极管入射。然而，根据实施例1的构成，设法不引起此种AD转换电路11的误作动。
[0082]亦即，设定于AD转换电路11的关于导通断开的临限值被设定得充分高，以使得不会引起如上述般的误作动。被充电至寄生电容D_cp的电流少，伴随该电流的中间节点的电压变化亦少。根据实施例1的构成，设定于AD转换电路11的临限值被设定为比由寄生电容〕_0?引起的电压的变动高的值。因此，即便借由寄生电容D_cp释放电流而电压的微小变动被输入至AD转换电路11的输入，该电压的变动对于AD转换电路11而言亦不过为小于临限值的变动。因此，AD转换电路11不会根据该电压的变动而变更输出电压。如此，AD转换电路11不会因由寄生电容D_cp引起的电压的变动而发生误作动。
[0083]另外，实施例1的构成中，与现有的构成相比，回绕至寄生电容0_0口的电流亦得到抑制。亦即，这是因为在电流到达寄生电容D_cp之前，必须通过阳极侧电阻Ra。
[0084]〈实施例1的构成的其他优点〉
[0085]因实施例1的构成除上述优点外亦具有其他的优点，故对其他的优点进行说明。二极管D根据室温条件而特性发生变化。根据实施例1的构成，可不受该特性的变化的影响地来检测荧光。
[0086]图7表示在室温为低温的条件下二极管D动作的情况，图8表示在室温为高温的条件下二极管D动作的情况。图7左侧将施加至二极管D的电压表示为电位。图中的虚线为表示击穿电压的电位，击穿电压由符号Vbd来表示。此时，二极管D的阴极k的电位必须高于相当于该击穿电压Vbd的电位。不然不会产生二极管D的盖革放电现象，从而无法进行荧光的检测。图7中央表示荧光(光子)入射至二极管D的情况。亦即，若荧光入射至二极管D，则Vbl_Vb2间电流流动。图中Vbl_Vb2间电流表示为I (Vbl_Vb2)。图7右侧表示低温状态下二极管D输出的电压变化。关于该电压变化的发生的详细情况已进行了说明。
[0087]图8左侧将施加至高温状态的二极管D的电压表示为电位。图中的虚线为表示击穿电压Vbd的电位。借由将图7与图8加以比较，则可知随着二极管D成为高温而击穿电压Vbd上升。此种击穿电压Vbd的温度引起的变动是二极管D所具有的特性之一。
[0088]然而，施加至二极管D的两极的电压不依赖于室温而为固定。这表示，若二极管D为高温，则如图8左侧所示，二极管D的两极间的电压接近击穿电压Vbd。若在此种状态下荧光入射至二极管D，则如图8中央所示，Vbl_Vb2间电流减小。图8右侧表示高温状态下二极管D输出的电压变化。
[0089]如此，二极管D的输出根据室温的变化而表观上发生变化。现有的构成中，为了消除该影响而必须进行修正。亦即，根据现有构成，必须根据室温来调整半导体光电倍增元件3a的输出信号的增幅率(amplificat1n factor)、或者调整所施加的偏压电压。
[0090]另一方面，根据实施例1的构成，无须进行此种增幅率的调整。图9说明实施例1的构成。图中的左上的曲线(graph)表示低温状态的二极管D的输出，右上的曲线表示高温状态的二极管D的输出。其中，图中的左上的低温状态下的电压变化借由AD转换电路11而如图中的左下般进行转换。同样地，图中的右上的高温状态下的电压变化借由AD转换电路11而如图中的右下般进行转换。若将高温状态与低温状态加以比较则可知，借由AD转换电路11进行导通断开而输出的电压的变动幅度不依赖于温度而为固定。因此，从AD转换电路11输出的电压的变动幅度不因温度而发生变动。借由设为此种构成，可提供能够不受室温变化影响地输出固定的检测信号的半导体光电倍增元件3a。
[0091]而且，二极管D的击穿电压中存在差异。因此，根据现有的构成，借由各个二极管D而产生输出的差异。这是因为Vbl_Vb2间电流取决于击穿电压与施加至二极管D的电压的关系。另一方面，根据实施例1的构成，不会产生此种输出的差异。这是因为，借由AD转换电路11进行导通断开而输出的电压的变动幅度，不依赖于二极管D的击穿电压而为固定。因此，从AD转换电路11输出的电压的变动幅度不因二极管D的击穿电压的差异而发生变动。借由设为此种构成，可提供能够不受二极管D的个体差影响地输出固定的检测信号的半导体光电倍增兀件3a。
[0092]如以上般，根据本发明的构成，包括有连接于二极管D的AD转换电路11。借由设为此种构成，从二极管D输出的电压变化借由AD转换电路11数字化后输出。某二极管D检测到光子时所产生的电流的一部分流入至与二极管D并联连接的相邻的二极管D中。此时的电流被充电至相邻的二极管D的寄生电容Cp，且欲在不久后流入至半导体光电倍增元件3a的输出端子lout。然而，从该寄生电容Cp释放的电流被AD转换电路11阻挡而无法流向输出端子1ut侧。并且，该电流为检测到光子时所产生的电流的一部分，为微弱的电流。因此，借由从寄生电容Cp释放的电流而输入至AD转换电路11的电压变化并未强至能够使AD转换电路11导通断开。因此，根据本发明的构成，可不受从寄生电容Cp释放的电流的影响地来对光进行检测。因此，根据本发明，可提供具有高检测精度以及良好的时间解析度的半导体光电倍增元件3a。
[0093]而且，具有本发明的半导体光电倍增元件3a的光检测器以及放射线检测器改善了信号精度以及时间解析度，从而适于生成清晰的放射线图像。
[0094]本发明并不限于上述构成，亦可如下述般实施变形。
[0095](I)上述实施例中，AD转换电路11直接连接于转换电阻Ro，但本发明并不限于该构成。亦即，如图10所示，AD转换电路11亦可经由脉冲宽度调整电路12而连接于转换电阻Ro。脉冲宽度调整电路12将AD转换电路11对二极管D的输出进行整形而成者，进一步加以整形。
[0096]脉冲宽度调整电路12在所输入的脉冲的时间宽度处于某个下限值与上限值之间时，输出规定的时间宽度的脉冲。因此，脉冲宽度调整电路12设定下限值、上限值、及表示所输出的脉冲的时间宽度的设定值。该脉冲宽度调整电路12将AD转换电路11输出的脉冲的时间长度设为固定而加以输出，且设置在AD转换电路11与转换电阻Ro之间。
[0097]若为设置脉冲宽度调整电路12的构成，则可提供能够输出可靠性更高的信号的半导体光电倍增元件3a。对实施例1的构成的改善点进行说明。根据图9的构成，从AD转换电路11输出的电压的高低(借由进行导通断开而输出的电压的变动幅度)确实无温度依存性。然而，高温状态时从AD转换电路11输出的脉冲的时间宽度要比低温状态时窄。这是因为，高温状态的二极管D的阳极a中的电压高于AD转换电路11中设定的临限值的时间要比低温状态时短。
[0098]图11表示借由本变形例的构成如何将二极管D的输出加以整形。图11左侧表示二极管D的输出。若观察图11左侧则可知，二极管D的温度越上升，则从二极管D输出的电压变化越小。图11中央表示AD转换处理后的电压变化的波形。借此，任一温度条件下，二极管D的输出均以脉冲的大小(电压的变化的大小)相同的方式将电压变化的波形加以整形。然而，在该时间点，脉冲的时间宽度因温度而存在差异。
[0099]图11右侧表示脉冲宽度调整处理后的电压变化的波形。如此，任一温度条件下，二极管D的输出均为脉冲的大小相同，并且脉冲的时间宽度亦相同。若设为此种构成，则半导体光电倍增元件3a所具有的各个二极管D能够不依赖于室温而一直输出相同的脉冲。
[0100]在实施例1的构成中，AD转换电路11输出的脉冲的宽度并非为固定。这是因为，就盖革放电的放电量而言，二极管D具有温度依存性。借由设为上述构成，脉冲宽度调整电路12将从AD转换电路11输出的脉冲的时间长度设为固定而加以输出。借此，可提供能够不依赖于二极管D的温度而输出固定的脉冲的半导体光电倍增元件3a。
[0101](2)上述实施例中，AD转换电路11连接于二极管D与阳极侧电阻Ra之间的中间节点，但本发明并不限定于该构成。亦可代替该构成，而如图12所示般，将AD转换电路11的输入连接于二极管D与阴极侧电阻Rk之间的中间节点。另外，该情况下亦可设为省略阳极侧电阻Ra的构成。
[0102](3)根据上述构成，相对于一个二极管D，各具备一个阳极侧电阻Ra、阴极侧电阻Rk、AD转换电路11、以及转换电阻Ro，但本发明并不限定于该构成。亦可设为相对于多个二极管D而各具备一个阳极侧电阻Ra、阴极侧电阻Rk、AD转换电路11、以及转换电阻Ro的构成。亦即，如图13所示，亦可在不经由电阻而使极性与二极管D的两极一致的状态下，将辅助二极管Dh并联连接。亦即，本变形例的构成中，在不经由电阻而使极性与二极管D的AD转换电路11的连接节点一致的状态下，辅助光电二极管(二极管Dh)与二极管D并联设置。而且，本变形例的构成亦可表现为:在不经由电阻而使极性与二极管D的阳极侧电阻Rk的连接节点一致的状态下，辅助光电二极管(二极管Dh)与二极管D并联设置。
[0103]此时，二极管D以及辅助二极管Dh不经由电阻而直接并联连接，AD转换电路11的输入连接于多个二极管。该构成中，来自不经由电阻而并联连接的各二极管D、Dh的输出经合计后被送出至AD转换电路11。
[0104]如此，在本变形例中的各个二极管D中，如图13所示连接着3个电阻Ra、Rk、Ro、多个辅助二极管Dh以及一个AD转换电路11，从而构成一个模块。该模块并联连接多个而构成半导体光电倍增元件3a。借由设为此种构成，可简化光检测器的配线。辅助二极管Dh相当于本发明的辅助光电二极管。
[0105]而且，在图13的构成中，亦可设为将电阻串联插入至各个辅助二极管Dh的阴极侧的构成。该构成中，辅助二极管Dh在使极性与二极管D —致的状态下，经由连接于辅助光电二极管Dh的阴极k侧的电阻而与光电二极管D并联设置。而且，该构成亦可表现为:在不经由电阻而使极性与二极管D的AD转换电路11的连接节点一致的状态下，辅助光电二极管Dh与二极管D以及二极管连接电阻并联设置。
[0106](4)而且，实施本发明时，如图14所示，亦可于二极管D的两端设置AD转换电路。根据该构成，包括:输入端子连接于二极管D与阳极侧电阻Ra之间的中间节点的阳极侧AD转换电路11a，以及输入端子连接于二极管D与阴极侧电阻Rk之间的中间节点的阴极侧AD转换电路Ilk。另外，该构成中，由符号Ro_a来表示连接于阳极侧AD转换电路Ila的转换电阻Ro，且由符号Ro_k来表示连接于阴极侧AD转换电路Ilk的转换电阻Ro。阳极侧AD转换电路11 a相当于本发明的阳极侧二值化电路，阴极侧AD转换电路11 k相当于本发明的阴极侧二值化电路。亦即，本变形例的构成具有多个输出端子1ut_a、1ut_k,上述输出端子1ut_a、1ut_k连接于经由AD转换电路而连接于二极管D的多个转换电阻Ro_a、Ro_k的各个输出。
[0107]本变形例中，半导体光电倍增元件3a具有两个系统的输出端子。亦即，如图15所示，阳极侧AD转换电路Ila所具有的各个输出连接于共用的输出端子1ut_a，阴极侧AD转换电路Ilk所具有的各个输出连接于共用的输出端子1ut_k。借由如此，可提供能够进行更正确的光的检测的半导体光电倍增元件3a。亦即，例如可将输出端子10机_8连接于辨别入射光的强度的电路，将输出端子1ut_k连接于辨别入射光的产生时间的电路。借由如此，两种辨别电路不会发生干扰而产生噪声(noise)，因而半导体光电倍增元件3a的精度提高。另外，上述示例中，亦可使用输出端子10机_1^来代替输出端子1ut_a，也可使用输出端子1ut_a来代替输出端子1ut_k。
[0108]而且,亦可将输出端子1ut_k的输出用于各种辨别，将输出端子1ut_a的输出用作参照用。借由如此，可提供可靠性高的半导体光电倍增元件3a。另外，该构成中，亦可将输出端子1ut_a的输出用于各种辨别，将输出端子1ut_k的输出用作参照用。
[0109]如此，若如上述般针对每个光电二极管而具有两种AD转换电路11，则可将各个AD转换电路11用于不同的用途中。例如，将AD转换电路11中的一个设为荧光强度辨别用，另一个设为检测时刻辨别用，从而可提供检测精度得以提高的半导体光电倍增元件3a。
[0110](5)另外，亦可将输出端子1ut_k以及10机_8的输出作为差动信号而使用。借由如此而可提供噪声耐性高的半导体光电倍增元件3a。
[0111](6)而且，亦可将实施例的构成设为多通道型的半导体光电倍增元件。此种多通道型的半导体光电像倍元件可区分出光入射至元件的哪一位置。此种元件中，并非设置一个输出端子，而是设置着多个输出端子，该多个输出端子将连接于任意的光电二极管的AD转换电路11以及转换电阻Ro的输出加以连接。亦即，以如下方式构成:将元件中的排列着二极管D群的全部区域例如分为4个区域，且包括针对该4个区域中的每一个而为独立的输出端子。因此，此种元件中独立地设置着4个于图4中所说明的二极管D的并联连接电路。如此，设置4个输出端子的目的在于能够区分光的入射位置。另外，该情况下，偏压电压供给端子Vbl、Vb2亦可于4电路之间为共用。
[0112]产业上的可利用性
[0113]如以上般，本发明适合于医疗领域或工业领域中的放射线检测器。
[0114]【主要元件符号说明】
[0115]D: 二极管(光电二极管)
[0116]Dh:辅助二极管(辅助光电二极管)
[0117]Ra:阳极侧电阻(二极管连接电阻)
[0118]Rk:阴极侧电阻(二极管连接电阻)
[0119]Ro:转换电阻
[0120]Vbl:偏压电压供给端子(供给端子)
[0121]Vb2:偏压电压供给端子(供给端子)
[0122]3a:半导体光电倍增元件
[0123]11:AD转换电路(二值化电路)
[0124]Ila:阳极侧AD转换电路(阳极侧二值化电路)
[0125]I Ik:阴极侧AD转换电路(阴极侧二值化电路)
[0126]12:脉冲宽度调整电路
【权利要求】
1.一种半导体光电倍增元件，对光进行检测的多个光电二极管经由电阻而并联连接，上述半导体光电倍增元件的特征在于包括: 供给端子，对各个上述光电二极管供给偏压电压； 二极管连接电阻，与上述光电二极管串联连接；以及 二值化电路，其输入连接于位于上述光电二极管与上述二极管连接电阻之间的中间节占.上述二值化电路的输出经由将电压变化转换为电流信号的转换电阻，而连接于半导体光电倍增元件的输出端子。
2.根据权利要求1所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中上述二极管连接电阻、上述二值化电路、以及上述转换电阻设置在各个上述光电二极管中。
3.根据权利要求1所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中在不经由电阻而使极性与上述光电二极管的两极一致的状态下，辅助光电二极管与上述光电二极管并联设置。
4.根据权利要求1所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中在使极性与上述光电二极管一致的状态下，辅助光电二极管经由电阻而与上述光电二极管并联设置。
5.根据权利要求1所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中上述二极管连接电阻中，连接于上述光电二极管的阳极侧的阳极侧电阻与连接于阴极侧的阴极侧电阻的两个上述电阻设置在一个光电二极管中；并且 上述供给端子连接于上述阳极侧电阻、以及上述阴极侧电阻中的未连接着上述光电二极管的各个二极管非连接节点； 上述二值化电路中，两个上述二值化电路设置在一个上述光电二极管中，两个上述二值化电路包括:阳极侧二值化电路，其输入连接于上述光电二极管与上述阳极侧电阻之间的中间节点；以及阴极侧二值化电路，其输入连接于上述光电二极管与上述阴极侧电阻之间的中间节点； 上述阳极侧二值化电路经由上述转换电阻而连接于半导体光电倍增元件所具有的第一输出端子， 上述阴极侧二值化电路经由上述转换电阻而连接于半导体光电倍增元件所具有的第二输出端子。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中上述二值化电路包含反相器电路。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:其中在上述二值化电路与上述转换电阻之间设置着脉冲宽度调整电路，上述脉冲宽度调整电路将上述二值化电路所输出的脉冲的时间长度设为固定而加以输出。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的半导体光电倍增元件，其特征在于:更包括对光的入射位置加以区别的多个输出端子，且所述半导体光电倍增元件为多通道型。
【文档编号】H04N5/369GK104054326SQ201280067398
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】古宫哲夫 申请人:株式会社岛津制作所