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JP2018117097A - 光検出器、および検出装置 - Google Patents

光検出器、および検出装置 Download PDF

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Mitsuyoshi Kobayashi
光吉 小林
励 長谷川
Tsutomu Hasegawa
励 長谷川
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Abstract

【課題】放射線の検出精度の向上を容易に図る。
【解決手段】光検出器１０は、第１光電変換素子２０Ａと、第２光電変換素子２０Ｂと、吸収層２６と、を備える。第１光電変換素子２０Ａは、第１光電変換層２２Ａを含む。第１光電変換層２２Ａは、放射線Ｌのエネルギーを電荷に変換する。第２光電変換素子２０Ｂは、第２光電変換層２２Ｂを含む。第２光電変換層２２Ｂは、放射線Ｌのエネルギーを電荷に変換する。吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に配置され、閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、光検出器、および検出装置に関する。
光電変換層で変換された電荷を検出する光検出器が知られている。例えば、一対の電極層の間に光電変換層を配置し、光電変換層で変換された電荷を、電極を介して読出す構成が知られている。
ここで、光電変換層に入射した放射線は、エネルギーが高いほど光電変換層を透過しやすい。そこで、光電変換層を複数積層した構成が開示されている。しかし、光電変換層を単に複数積層した構成の場合、目的の強度のエネルギーの放射線を検出するためには、光電変換層の厚みをより厚く、または、光電変換層の積層数をより多くする必要があった。このため、従来技術では、放射線の検出精度の向上を容易に図ることは困難であった。
特開平３−２７３６８７号公報
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放射線の検出精度の向上を容易に図ることができる、光検出器、および検出装置を提供することを目的とする。
実施形態の光検出器は、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、吸収層と、を備える。第１光電変換素子は、放射線のエネルギーを電荷に変換する第１光電変換層を含む。第２光電変換素子は、放射線のエネルギーを電荷に変換する第２光電変換層を含む。吸収層は、第１光電変換素子と第２光電変換素子との間に配置され、閾値以下のエネルギーの放射線を吸収する。
検出装置の一例を示す模式図。 光検出器を示す模式図。 従来の構成の光検出器による検出結果の一例を示す図。 従来の構成の光検出器による検出結果の一例を示す図。 本実施の形態の光検出器の検出結果の一例を示す図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 光検出器の一例を示す模式図。 第１換算テーブルの一例を示す図。 情報処理の手順の一例を示すフローチャート。 ハードウェア構成例を示すブロック図。
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。
図１は、検出装置１０００の一例を示す模式図である。
検出装置１０００は、光検出器１０と、信号処理部１２と、記憶部１４と、通信部１６と、表示部１８と、を備える。光検出器１０、記憶部１４、通信部１６、および表示部１８と、信号処理部１２と、はデータや信号を授受可能に接続されている。
光検出器１０は、入射した放射線Ｌに応じた出力信号を出力する。信号処理部１２は、光検出器１０から取得した出力信号を用いて、光検出器１０に入射した放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。
記憶部１４は、各種データを記憶する。通信部１６は、ネットワークなどを介して外部装置と通信する。本実施の形態では、通信部１６は、信号処理部１２による特定結果を示す情報を、外部装置へ送信する。表示部１８は、各種画像を表示する。本実施の形態では、表示部１８は、信号処理部１２による特定結果を示す情報を、表示する。
なお、検出装置１０００は、表示部１８および通信部１６の何れか一方を備えた構成であってもよい。また、検出装置１０００を構成する各部は、１つの筐体に収められていてもよいし、複数の筐体に分割されて配置されていてもよい。
−光検出器１０−
まず、光検出器１０について説明する。
図２は、光検出器１０Ａを示す模式図である。光検出器１０Ａは、光検出器１０の一例である。
――光検出器１０Ａ――
光検出器１０Ａは、第１光電変換素子２０Ａと、吸収層２６と、第２光電変換素子２０Ｂと、基板２８と、を備える。
光検出器１０は、基板２８上に、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６、および第１光電変換素子２０Ａを、この順に積層した積層体である。
基板２８は、第１光電変換素子２０Ａ、吸収層２６、および第２光電変換素子２０Ｂを支持する部材である。基板２８は、例えば、シリコンで構成される。なお、基板２８の構成材料は、シリコンに限定されない。
次に、第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂについて説明する。第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂは、同様の構成である。第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂを総称する場合、光電変換素子２０と称して説明する。
本実施の形態では、第１光電変換素子２０Ａが、第２光電変換素子２０Ｂより放射線Ｌの入射方向（矢印Ｚ１方向）の上流側に配置されている。
第１光電変換素子２０Ａは、第１光電変換層２２Ａと、電極２４Ａ１と、電極２４Ａ２と、を含む。本実施の形態では、第１光電変換層２２Ａは、電極２４Ａ１と電極２４Ｂ２との間に配置されている。
第２光電変換素子２０Ｂは、第２光電変換層２２Ｂと、電極２４Ｂ１と、電極２４Ｂ２と、を含む。本実施の形態では、第２光電変換層２２Ｂは、電極２４Ｂ１と電極２４Ｂ２との間に配置されている。
まず、第１光電変換層２２Ａおよび第２光電変換層２２Ｂについて説明する。第１光電変換層２２Ａおよび第２光電変換層２２Ｂを総称する場合、光電変換層２２と称して説明する。
光電変換層２２は、放射線Ｌのエネルギーを電荷に変換する。光電変換層２２は、例えば、アモルファスシリコンなどの無機材料や、ＣＩＧＳ（銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物）や、有機材料などを主成分とする。主成分とする、とは、７０％以上の含有率であること示す。また、光電変換層２２として、パンクロ感光性の有機光電変換膜を用いてもよい。
光電変換層２２の構成材料は、上記に限定されない。なお、光電変換層２２は、波長選択性を有していてもよい。波長選択性とは、光電変換対象の波長領域以外の波長の光を透過させることを示す。例えば、第１光電変換層２２Ａと第２光電変換層２２Ｂとは、異なる波長選択性を有していてもよい。この場合、例えば、第１光電変換層２２Ａは、キナクリドンや、サブフタロシアニン等を含む構成としてもよい。
なお、光電変換層２２は、有機材料を主成分とすることが好ましい。
有機材料を主成分とする光電変換層２２を用いると、有機材料を主成分としない場合に比べて、光電変換層２２の抵抗率を高くすることが出来る。光電変換層２２の抵抗率が高いほど、光電変換層２２で発生した電荷が、光電変換層２２における、他の画素領域に対応する領域へと広がることを抑制することができる。言い換えると、他の画素領域からの電荷が各画素領域に混入することを抑制することができる。
なお、光電変換層２２における、画素領域に対応する領域は、電極２４（電極２４Ａ１、電極２４Ａ２、電極２４Ｂ１、電極２４Ｂ２）の配置などを調整することで、予め規定すればよい。
光電変換層２２の厚みは限定されない。厚みとは、光検出器１０Ａにおける積層方向（矢印Ｚ方向）の長さに一致する。積層方向とは、光検出器１０Ａを構成する各層（第１光電変換素子２０Ａ、第２光電変換素子２０Ｂなど）の積層される方向である。
光電変換層２２の各々の厚み（第１光電変換層２２Ａおよび第２光電変換層２２Ｂの各々の厚み）は、例えば、１ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲であり、１ｕｍ以上５００ｕｍ以下の範囲が好ましい。
次に、電極２４について説明する。電極２４は、電極２４Ａ１、電極２４Ａ２、電極２４Ｂ１、および電極２４Ｂ２、の総称である。
電極２４は、導電性を有する材料で構成すればよい。電極２４は、例えば、ＩＴＯ、グラフェン、ＺｎＯ、アルミニウム、金などで構成する。
電極２４の厚みは限定されない。電極２４の厚みは、例えば、３５ｎｍである。
なお、本実施の形態では、第１光電変換層２２Ａは、電極２４Ａ１と電極２４Ａ２との間に配置された構成である場合を説明する。具体的には、第１光電変換層２２Ａは、積層方向（矢印Ｚ方向）の両側から、電極２４Ａ１と電極２４Ａ２によって挟まれて配置されている。しかし、電極２４Ａ１および電極２４Ａ２の少なくとも一方を、第１光電変換層２２Ａの側面に配置してもよい。第１光電変換層２２Ａの側面とは、第１光電変換層２２Ａにおける、上記積層方向（矢印Ｚ方向）に直交する方向の端面である。
同様に、本実施の形態では、第２光電変換層２２Ｂは、電極２４Ｂ１と電極２４Ｂ２との間に配置されている。具体的には、第２光電変換層２２Ｂは、積層方向（矢印Ｚ方向）の両側から、電極２４Ｂ１と電極２４Ｂ２によって挟まれて配置されている。しかし、電極２４Ｂ１および電極２４Ｂ２の少なくとも一方を、第２光電変換層２２Ｂの側面に配置してもよい。第２光電変換層２２Ｂの側面とは、第２光電変換層２２Ｂにおける、上記積層方向（矢印Ｚ方向）に直交する方向の端面である。
次に、吸収層２６について説明する。本実施の形態では、吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に配置されている。具体的には、吸収層２６における、積層方向（矢印Ｚ方向）の上流側に第１光電変換素子２０Ａが配置され、積層方向の下流側に第２光電変換素子２０Ｂが配置されている。
なお、吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂの少なくとも一方に接していてもよい。また、吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂの双方から離れていてもよい。吸収層２６が、第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂの少なくとも一方に接する場合、面接触であってもよいし、点接触であってもよい。
具体的には、第１光電変換素子２０Ａと吸収層２６との間に、接着層などの他の層が設けられていてもよい。また、第１光電変換素子２０Ａの表面に、外部光を遮光する遮光膜などを形成してもよい。また、第１光電変換素子２０Ａと吸収層２６とが接触配置されていてもよい。また、第２光電変換素子２０Ｂと吸収層２６との間に、接着層などの他の層が設けられていてもよい。また、第２光電変換素子２０Ｂの表面に、外部光を遮光する遮光膜などを形成してもよい。また、第１光電変換素子２０Ａと吸収層２６とが接触配置されていてもよい。
吸収層２６は、放射線Ｌを吸収する。放射線Ｌを吸収する、とは、入射した放射線Ｌを、例えば、８０％以上吸収することを意味する。なお、吸収層２６は、入射した放射線Ｌを、９０％以上吸収することが特に好ましい。
本実施の形態では、吸収層２６は、閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。すなわち、本実施の形態では、吸収層２６は、閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを、少なくとも上記の吸収率の範囲、吸収する。
吸収層２６の吸収するエネルギーの閾値には、０より大きい値を、予め定めればよい。なお、以下では、吸収層２６の吸収するエネルギーの閾値を、単に、“吸収層２６の閾値”、と称して説明する場合がある。
具体的には、吸収層２６の閾値は、例えば、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された光電変換素子２０が光電変換可能な放射線Ｌのエネルギーに応じて、予め定めればよい。吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された光電変換素子２０は、本実施の形態では、第１光電変換素子２０Ａである。また、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の下流側に配置された光電変換素子２０は、本実施の形態では、第２光電変換素子２０Ｂである。
詳細には、吸収層２６の閾値には、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された第１光電変換素子２０Ａが光電変換可能な、放射線Ｌのエネルギーの最大値より大きく、且つ、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の下流側に配置された第２光電変換素子２０Ｂが光電変換可能な、放射線Ｌのエネルギーの最大値より小さい値を、予め定めればよい。
言い換えると、吸収層２６の閾値には、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された第１光電変換素子２０Ａを透過する、放射線Ｌのエネルギーの範囲内であって、且つ、吸収層２６より放射線Ｌの入射方向の下流側に配置された第２光電変換素子２０Ｂで光電変換可能な放射線Ｌのエネルギーの最大値より小さい値を、予め定めればよい。
すなわち、吸収層２６の閾値は、光検出器１０に設けられた光電変換素子２０と吸収層２６との位置関係や、光電変換素子２０の構成に応じて、予め定めればよい。
吸収層２６の閾値は、吸収層２６の、構成材料、密度、および厚み、などを変更することで、調整可能である。
吸収層２６の吸収する放射線Ｌの種類は、限定されない。吸収層２６の吸収する放射線Ｌの種類は、例えば、β線、重粒子線、および、γ線の少なくとも一種である。吸収層２６は、特に、β線を吸収する構成であることが好ましい。
吸収層２６の吸収する対象の放射線Ｌの種類は、吸収層２６の、構成材料、密度、および厚みなどを変更することで、調整可能である。
なお、構成材料によっては、吸収層２６が光電変換機能を備える場合がある。但し、吸収層２６は、光検出器１０Ａに設けられた光電変換層２２に比べて、光電変換効率が低い。光電変換効率とは、入射した放射線Ｌを電荷に変換する変換効率である。放射線Ｌを電荷に変換する、とは、光電変換する、と同じ意味である。また、吸収層２６は、光電変換機能を有さないことが最も好ましい。
すなわち、吸収層２６で吸収する対象の放射線Ｌの種類、吸収層２６の閾値、および、吸収層２６の目的とする光電変換効率、に応じて、吸収層２６の厚み、構成材料、および密度を、予め調整すればよい。
吸収層２６の構成材料は、例えば、ガラス、シリコン、有機材料、などである。有機材料は、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリカーボネートである。これらの中でも、光検出器１０を折り曲げ可能な材料で構成した場合、折り曲げ時にも光電変換素子間の距離が変わらない事から、吸収層２６は、有機材料を含むことが好ましい。この場合、吸収層２６は、これらの有機材料の少なくとも１種を、含有率５０％以上含むことが好ましい。
また、吸収対象の放射線Ｌの種類がβ線や重粒子線である場合、吸収層２６の構成材料は、例えば、有機材料であることが好ましい。
また、吸収対象の放射線Ｌの種類がγ線である場合、吸収層２６の構成材料は、例えば、鉄、タングステン、モリブデン、鉛、金であることが好ましい。
吸収層２６の厚みは限定されない。吸収層２６の厚みは、上述したように、吸収層２６で吸収する対象の放射線Ｌの種類、吸収層２６の閾値、および、吸収層２６の目的とする光電変換効率に応じて、適宜調整すればよい。
例えば、吸収層２６で吸収する対象の放射線Ｌの種類がβ線である場合、阻止能をアルミニウムで換算した場合の吸収層２６の厚みは、７μｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上５ｍｍ以下であることが更に好ましく、１３０μｍ以上４００μｍ以下であることが特に好ましい。吸収層２６の厚みが７μｍ以上３０ｍｍ以下の範囲であると、吸収層２６の閾値以下のエネルギーのβ線を、好適に吸収することができる。
吸収層２６の密度は、上述したように、吸収層２６で吸収する対象の放射線Ｌの種類、吸収層２６の閾値、および、吸収層２６の目的とする光電変換効率、に応じて、適宜調整すればよい。例えば、吸収層２６の密度は、０．０１ｇ／ｃｍ３以上３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲が好ましく、０．５ｇ／ｃｍ３以上２６．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲が更に好ましく、１．０ｇ／ｃｍ３以上２０．０ｇ／ｃｍ３以下の範囲が特に好ましい。
このように構成された光検出器１０Ａに、第１光電変換素子２０Ａ側から基板２８側へ向かって放射線Ｌが入射する。光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの内の一部の放射線ＬＡが、第１光電変換層２２Ａによって電荷に変換される。そして、第１光電変換層２２Ａで変換された電荷による第１出力信号が、電極２４Ａ１および電極２４Ａ２によって信号処理部１２へ出力される。第１出力信号は、出力信号の一例である。
そして、第１光電変換素子２０Ａを透過した放射線Ｌの一部である放射線ＬＢは、吸収層２６に吸収される。すなわち、放射線ＬＢは、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの内、吸収層２６の閾値以下のエネルギーの放射線Ｌである。
一方、第１光電変換素子２０Ａおよび吸収層２６を透過した放射線ＬＣは、第２光電変換素子２０Ｂに到る。放射線ＬＣは、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの内、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーの放射線Ｌである。第２光電変換素子２０Ｂに到達した放射線ＬＣは、第２光電変換素子２０Ｂによって電荷に変換される。そして、第２光電変換層２２Ｂで変換された電荷による第２出力信号が、電極２４Ｂ１および電極２４Ｂ２によって、信号処理部１２へ出力される。第２出力信号は、出力信号の一例である。
ここで、上述したように、吸収層２６は、吸収層２６の閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。このため、第２光電変換素子２０Ｂから出力される第２出力信号は、第１光電変換素子２０Ａから出力される第１出力信号に比べて、吸収層２６の閾値を超える高いエネルギーの放射線ＬＣを、電荷に変換した出力信号である。
このため、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌにおける、吸収層２６の閾値以下のエネルギーの放射線Ｌが第１光電変換素子２０Ａで電荷に変換され、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーの放射線Ｌが第２光電変換素子２０Ｂで電荷に変換される。
ここで、従来の光検出器について説明する。
図３は、従来の構成の光検出器による検出結果の一例を示す図である。具体的には、図３は、本実施の形態の光検出器１０Ａ（図２参照）における、吸収層２６および第２光電変換素子２０Ｂを備えない構成の光検出器を用いた、検出結果である。また、図３は、光電変換層（第１光電変換層２２Ａ）に有機光電変換層を用い、厚さを５μｍとしたときの、検出結果である。図３における線図７０は、該光検出器に入射した放射線Ｌの入射エネルギーと、該光検出器で検出された放射線Ｌの平均検出エネルギーと、の関係を示す。
図３に示すように、従来構成の光検出器では、入射する放射線Ｌの入射エネルギーが大きくなるほど、平均検出エネルギーが小さくなっていた。また、従来の光検出器では、放射線Ｌの入射エネルギーが大きいほど、平均検出エネルギーの変化が小さくなり、エネルギー弁別が困難であった。このため、従来では、放射線Ｌの入射エネルギーが大きいほど、検出精度が低下していた。
そこで、単に、光電変換素子２０を複数重ねた構成とする場合も考えられる。図４は、従来の構成の光検出器による検出結果の一例を示す図である。具体的には、図４は、本実施の形態の光検出器１０Ａ（図２参照）における、吸収層２６を備えない構成の光検出器を用いた、検出結果である。すなわち、図４は、５μｍの厚みの光電変換層を、単に、２層重ねた構成の光検出器の、検出結果である。図４における線図７２は、該光検出器に入射した放射線Ｌの入射エネルギーと、該光検出器で検出された放射線Ｌの平均検出エネルギーと、の関係を示す。また、線図７２Ａは、２層の光電変換層の内、放射線Ｌの入射方向上流側に配置された光電変換層の、検出結果を示す。また、線図７２Ｂは、２層の光電変換層の内、放射線Ｌの入射方向下流側に配置された光電変換層の、検出結果を示す。
図４に示すように、単に光電変換素子２０を複数積層した構成とした、従来の光検出器では、複数の光電変換層の何れにおいても、入射する放射線Ｌの入射エネルギーが大きくなるほど、平均検出エネルギーが小さくなっていた。また、従来の光検出器では、複数の光電変換層の何れにおいても、放射線Ｌの入射エネルギーが大きいほど、平均検出エネルギーの変化が小さくなり、エネルギー弁別が困難であった。また、従来の光検出器では、複数の光電変換層の各層の間の、検出された平均検出エネルギーの差は、放射線Ｌの入射エネルギーが高エネルギーとなるほど小さくなっていた。このため、従来では、放射線Ｌの入射エネルギーが大きいほど、検出精度が低下していた。
一方、本実施の形態の光検出器１０は、閾値以下のエネルギーの放射線を吸収する吸収層２６を備える。吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａと、第２光電変換素子２０Ｂと、の間に配置されている。
このため、例えば、図２に示す構成の光検出器１０Ａに放射線Ｌが入射すると、吸収層２６の閾値以下のエネルギーの放射線Ｌは、第１光電変換素子２０Ａで電荷に変換、および、吸収層２６で吸収される。このため、吸収層２６の閾値以下のエネルギーの放射線Ｌは、第２光電変換素子２０Ｂに到達しない。一方、第１光電変換素子２０Ａおよび吸収層２６を透過した、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーの放射線Ｌは、第２光電変換素子２０Ｂへ到達する。
このため、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、吸収層２６の閾値を超える高いエネルギーの放射線Ｌも検出することができると共に、入射する放射線Ｌのエネルギーが高い場合であっても、エネルギー弁別を容易に行うことができる。
図５は、本実施の形態の光検出器１０による検出結果の一例を示す図である。具体的には、図５は、本実施の形態の光検出器１０Ａ（図２参照）を用いた、検出結果である。なお、第１光電変換層２２Ａの厚みは、５μｍであり、第２光電変換層２２Ｂの厚みは、５００μｍとした。また、吸収層２６の閾値が、４００ｋｅＶとなるように、吸収層２６を予め調整した。
図５における線図４４は、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの入射エネルギーと、該光検出器１０Ａで検出された放射線Ｌの平均検出エネルギーと、の関係を示す。また、線図４４Ａは、第１光電変換素子２０Ａの検出結果を示す。すなわち、線図４４Ａは、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの入射エネルギーと、第１光電変換素子２０Ａで検出された放射線Ｌの平均検出エネルギーと、の関係を示す線図である。また、線図４４Ｂは、第２光電変換素子２０Ｂの検出結果を示す。すなわち、線図４４Ｂは、光検出器１０Ａに入射した放射線Ｌの入射エネルギーと、第２光電変換素子２０Ｂで検出された放射線Ｌの平均検出エネルギーと、の関係を示す線図である。
図５の線図４４Ａに示されるように、第１光電変換素子２０Ａでは、閾値以下の低いエネルギーの放射線Ｌについては好適に検出可能であった。しかし、第１光電変換素子２０Ａは、入射する放射線Ｌのエネルギーが高くなるほど、平均検出エネルギーの変化量が低下しエネルギー弁別が困難となった。一方、図５の線図４４Ｂに示されるように、第２光電変換素子２０Ｂでは、光検出器１０に入射する放射線Ｌの入射エネルギーが大きく第２光電変換層へ到達し始めるエネルギー領域では特に平均検出エネルギーの変化が大きく、エネルギー弁別性能が向上した。
このため、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、光検出器１０に入射した放射線Ｌについて、低エネルギー側および高エネルギー側の双方の放射線Ｌについて、エネルギーを好適に検出することができる。すなわち、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、光検出器１０Ａに入射する放射線Ｌのエネルギーが高い場合であっても、放射線Ｌの入射エネルギーの変化に対する、平均検出エネルギーの変化（すなわち差）を、容易に且つ精度良く検出することができる。なお、低エネルギーとは、吸収層２６の閾値以下のエネルギーである。高エネルギーとは、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーである。
図５に示す検出結果の場合、光検出器１０Ａでは、４００ｋｅＶを超えるエネルギーの放射線Ｌについても、検出することができた。
従って、本実施の形態の光検出器１０Ａは、放射線Ｌの検出精度の向上を容易に図ることができる。
――光検出器１０Ｂ――
なお、光検出器１０の構成は、図２に示す光検出器１０Ａに限定されない。例えば、第２光電変換素子２０Ｂが、基板２８の機能を兼ね備えた構成であってもよい。
図６は、光検出器１０Ｂの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｂは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｂは、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６、および第１光電変換素子２０Ａ、を、この順に積層した積層体である。なお、光検出器１０Ｂは、基板２８を備えない点以外は、光検出器１０Ａ（図２参照）と同様の構成である。
光検出器１０Ｂに示すように、光検出器１０は、基板２８を備えない構成であってもよい。なお、この場合、第２光電変換素子２０Ｂを、基板としての強度を実現するように、上記光検出器１０Ａにおける第２光電変換素子２０Ｂの構成に加えて、更に、密度、構成材料、および厚みの少なくとも１つを調整すればよい。これによって、第２光電変換素子２０Ｂを、基板２８（図２参照）の機能を兼ね備えた構成とすることができる。
光検出器１０Ｂについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
――光検出器１０Ｃ――
なお、吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａにおける、第２光電変換素子２０Ｂの反対側に、更に配置されていてもよい。
図７は、光検出器１０Ｃの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｃは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｃは、光検出器１０Ｂ（図６参照）における第１光電変換素子２０Ａ上に、更に吸収層２６を配置した構成である。
詳細には、光検出器１０Ｃは、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６Ｂ、第１光電変換素子２０Ａ、および吸収層２６Ａをこの順に積層した構成である。
吸収層２６Ａおよび吸収層２６Ｂは、吸収層２６の一例である。吸収層２６Ａは、第１光電変換素子２０Ａにおける、第２光電変換素子２０Ｂの反対側に配置されている。吸収層２６Ｂは、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に配置されている。
吸収層２６Ａおよび吸収層２６Ｂの構成は、上記吸収層２６と同様である。なお、吸収層２６Ａが吸収する放射線Ｌの平均エネルギーは、吸収層２６Ｂが吸収する放射線Ｌの平均エネルギーより小さい。言い換えると、吸収層２６Ａおよび吸収層２６Ｂの内、放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された吸収層２６（図７に示す例では、吸収層２６Ａ）は、放射線Ｌの下流側に配置された吸収層２６（図７に示す例では、吸収層２６Ｂ）に比べて、より低いエネルギーの放射線Ｌを吸収する。すなわち、吸収層２６Ａは、第１閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。また、吸収層２６Ｂは、第２閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。第１閾値および第２閾値は、吸収層２６の閾値の一例である。また、第１閾値は、第２閾値より小さい値である。
このように構成された光検出器１０Ｃに、第１光電変換素子２０Ａ側から第２光電変換素子２０Ｂへ向かって放射線Ｌが入射する。光検出器１０Ｃに入射した放射線Ｌの内の一部の放射線Ｌの内、第１閾値以下の放射線Ｌである放射線ＬＡが吸収層２６Ａに吸収される。
そして、第１閾値を超えるエネルギーの放射線ＬＢが第１光電変換素子２０Ａに到り、第１光電変換層２２Ａによって電荷に変換される。さらに、吸収層２６Ａおよび第１光電変換素子２０Ａを透過した放射線Ｌの内、第２閾値以下のエネルギーの放射線ＬＣは、吸収層２６Ｂに吸収される。そして、第２閾値を超えるエネルギーの放射線ＬＤが、第２光電変換素子２０Ｂに到り、第２光電変換層２２Ｂによって電荷に変換される。
光検出器１０Ｃについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
また、光検出器１０Ｃの構成は、光検出器１０Ｃに入射する放射線Ｌのエネルギーが高い場合であるほど、より効果的である。また、光検出器１０Ｃの構成は、検出対象の放射線Ｌの種類がβ線またはγ線である場合に、特に効果的である。β線やγ線は、高いエネルギーであるほど、単位長さあたりに失うエネルギーが小さい。このため、β線やγ線は、入射エネルギーが大きくなるほど、他の種類の放射線Ｌに比べて、平均検出エネルギーの変化（すなわち差）が、より小さくなり、エネルギー弁別が困難となる。
このため、高いエネルギーの放射線Ｌが光検出器１０Ｃに入射する場合や、検出対象の放射線Ｌの種類がβ線またはγ線である場合には、光検出器１０Ｃの構成とすることが好ましい。光検出器１０Ｃの構成とすることで、第１光電変換素子２０Ａより放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された吸収層２６Ａによって、第１光電変換素子２０Ａに入射する放射線Ｌのエネルギーを該吸収層２６Ａの第１閾値以下とすることができる。このため、光検出器１０Ｃに設けられた各光電変換素子２０で、入射エネルギーの変化に対する平均検出エネルギーの変化（すなわち差）を、各光電変換素子２０の検出しやすい値にまで調整することができる。
このため、吸収層２６Ｂによる効果をより高めることができる。
――光検出器１０Ｄ――
なお、吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａにおける第２光電変換素子２０Ｂの反対側、および、第２光電変換素子２０Ｂにおける第１光電変換素子２０Ａの反対側、の少なくとも一方に更に配置されていてもよい。また、光検出器１０は、３つ以上の光電変換素子２０を備えた構成であってもよい。
図８は、光検出器１０Ｄの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｄは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｄは、光検出器１０Ａの構成における、基板２８と第２光電変換素子２０Ｂとの間に、光電変換素子２０および吸収層２６を更に配置した構成である。
具体的には、光検出器１０Ｄは、基板２８、第３光電変換素子２０Ｃ、吸収層２６Ｄ、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６Ｃ、および第１光電変換素子２０Ａを、この順に積層した積層体である。
吸収層２６Ｃおよび吸収層２６Ｄは、吸収層２６の一例である。吸収層２６Ｃは、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に配置されている。吸収層２６Ｄは、第２光電変換素子２０Ｂと第３光電変換素子２０Ｃとの間に配置されている。
吸収層２６Ｃおよび吸収層２６Ｄの構成は、上記吸収層２６と同様である。なお、吸収層２６Ｃが吸収する放射線Ｌの平均エネルギーは、吸収層２６Ｄが吸収する放射線Ｌの平均エネルギーより小さい。言い換えると、吸収層２６Ｃおよび吸収層２６Ｄの内、放射線Ｌの入射方向の上流側に配置された吸収層２６（図８に示す例では、吸収層２６Ｃ）は、放射線Ｌの下流側に配置された吸収層２６（図８に示す例では、吸収層２６Ｄ）に比べて、より低いエネルギーの放射線Ｌを吸収する。すなわち、吸収層２６Ｃは、第３閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。また、吸収層２６Ｄは、第４閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。第３閾値および第４閾値は、上記閾値の一例である。また、第３閾値は、第４閾値より小さい値である。
第３光電変換素子２０Ｃは、光電変換素子２０の一例である。第３光電変換素子２０Ｃは、電極２４Ｃ１と電極２４Ｃ２との間に、第３光電変換層２２Ｃを配置した構成である。すなわち、第３光電変換素子２０Ｃの構成は、上記第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂと同様である。
このように構成された光検出器１０Ｄに、第１光電変換素子２０Ａ側から基板２８側へ向かって放射線Ｌが入射する。光検出器１０Ｄに入射した放射線Ｌの一部の放射線ＬＡは、第１光電変換層２２Ａによって電荷に変換される。そして、第１光電変換素子２０Ａを透過した放射線Ｌの内、第３閾値以下のエネルギーの放射線ＬＢは、吸収層２６Ｃに吸収される。
そして、第３閾値を超えるエネルギーの放射線ＬＣが第１光電変換素子２０Ｂに到り、第２光電変換層２２Ｂによって電荷に変換される。さらに、第１光電変換素子２０Ａ、吸収層２６Ｃ、および第２光電変換素子２０Ｂを透過した放射線Ｌの内、第４閾値以下のエネルギーの放射線ＬＤは、吸収層２６Ｄに吸収される。そして、第４閾値を超えるエネルギーの放射線ＬＥが、第３光電変換素子２０Ｃに到り、第３光電変換層２２Ｃによって電荷に変換される。
なお、図８には、光検出器１０Ｄが３つの光電変換素子２０を備えた構成を示した。しかし、光検出器１０Ｄは、４つ以上の光電変換素子２０を積層方向（矢印Ｚ方向）に積層した構成であってもよい。この場合についても、積層方向に隣接する一対の光電変換素子２０間の各々に、吸収層２６を配置した構成とすればよい。
なお、光検出器１０Ｄに設けられた、複数の光電変換素子２０の構成は、同じであってもよいし、異なっていてもよく、検出対象の放射線Ｌに応じて適宜調整すればよい。また、光検出器１０Ｄに設けられた、複数の吸収層２６の構成の一部（例えば、厚み）が同じであってもよいし、異なっていてもよく、検出対象の放射線Ｌなどに応じて、適宜調整すればよい。
なお、光検出器１０の可撓性や屈曲性を実現する場合、目的とする可撓性および屈曲性が実現可能となるように、光電変換素子２０の積層数を調整することが好ましい。
光検出器１０Ｄについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
――光検出器１０Ｅ――
なお、光検出器１０は、更に、シンチレータを備えた構成であってもよい。
図９は、光検出器１０Ｅの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｅは、光検出器１０の一例である。
光検出器１０Ｅは、基板２８上に、第２光電変換素子２１Ｂ、吸収層２６、および第１光電変換素子２１Ａを、この順に積層した積層体である。
第１光電変換素子２１Ａは、電極２４Ａ２、第１光電変換層２２Ａ、電極２４Ａ１、おおよびシンチレータ３０Ａの積層体である。図９に示す例では、シンチレータ３０Ａは、第１光電変換層２２Ａにおける、吸収層２６の反対側に設けられている。
なお、シンチレータ３０Ａは、第１光電変換層２２Ａにおける吸収層２６側に設けた構成であってもよい。この場合、第１光電変換素子２１Ａを、シンチレータ３０Ａ、電極２４Ａ２、第１光電変換層２２Ａ、電極２４Ａ１、のこの順に積層した構成とすればよい。
第２光電変換素子２１Ｂは、電極２４Ｂ２、第２光電変換層２２Ｂ、電極２４Ｂ１、おおよびシンチレータ３０Ｂの積層体である。図９に示す例では、シンチレータ３０Ｂは、第２光電変換層２２Ｂにおける、吸収層２６側に設けられている。
なお、シンチレータ３０Ｂは、第２光電変換層２２Ｂにおける吸収層２６の反対側に設けた構成であってもよい。この場合、第２光電変換素子２１Ｂを、シンチレータ３０Ｂ、電極２４Ｂ２、第２光電変換層２２Ｂ、電極２４Ｂ１、のこの順に積層した構成とすればよい。
シンチレータ３０Ａおよびシンチレータ３０Ｂについて説明する。なお、シンチレータ３０Ａおよびシンチレータ３０Ｂを総称する場合、シンチレータ３０と称して説明する。
シンチレータ３０は、放射線Ｌを、放射線Ｌより長い波長を有する光（シンチレーショ光）に変換する。シンチレータ３０は、シンチレータ材料で構成されている。シンチレータ材料は、放射線Ｌの入射によりシンチレーション光を発する。シンチレータ材料は、光検出器１０Ｅの適用対象に応じて適宜選択する。シンチレータ材料は、例えば、Ｌｕ２ＳｉＯ５：（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３：（Ｃｅ）、ＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト）：Ｃｅ、Ｌｕ（Ｙ）ＡＰ：Ｃｅ、プラスチックシンチレータ等であるが、これらに限られない。
なお、第１光電変換素子２１Ａおよび第２光電変換素子２１Ｂの少なくとも一方が、シンチレータ３０を備えた構成であればよい。第１光電変換素子２１Ａおよび第２光電変換素子２１Ｂの一方が、シンチレータ３０を備えた構成の場合、第１光電変換素子２１Ａがシンチレータ３０を備えた構成であることが好ましい。
なお、シンチレータ３０の表面は、光子を反射する素材で覆われていてもよい。また、シンチレータ３０と光電変換層２２との間には、ライトガイドの役割を担う樹脂などが塗布されていてもよい。
光検出器１０Ｅがシンチレータ３０を備えることによって、シンチレータ３０によって変換されたシンチレーション光に相当するエネルギーの量が嵩上げされて、第１光電変換層２２Ａおよび第２光電変換層２２Ｂの各々に到る。このため、第１光電変換層２２Ａおよび第２光電変換層２２Ｂの各々で検出される放射線Ｌのエネルギーの量を、シンチレータ３０を備えない構成に比べて大きくすることができる。
このため、光検出器１０Ｅは、光検出器１０Ａと同様の効果が得られると共に、高エネルギーの放射線においては特に検出エネルギーの検出精度の向上を、更に、図ることができる。
――光検出器１０Ｆ――
なお、光検出器１０における吸収層２６を、複数の領域Ｅから構成してもよい。
図１０は、光検出器１０Ｆの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｆは、光検出器１０の一例である。
光検出器１０Ｆは、上記図２に示す光検出器１０Ａと同様に、基板２８上に、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６、および、第１光電変換素子２０Ａを、この順に積層した積層体である。
光検出器１０Ｆでは、吸収層２６が、受光面Ｓに沿って複数の領域Ｅに分割されている。
受光面Ｓは、光検出器１０Ｆにおける、光検出器１０Ｆの積層方向（矢印Ｚ方向）に直交する平面である。言い換えると、受光面Ｓは、光検出器１０Ｆの積層方向（矢印Ｚ方向）に直交する、互いに直交する２つの方向（Ｘ方向およびＹ方向）によって形成されるＸＹ平面である。
領域Ｅは、１つの画素に相当する画素領域であってもよい。また、領域Ｅは、複数の画素に相当する領域であってもよい。
なお、第１光電変換素子２０Ａ、および第２光電変換素子２０Ｂは、各領域Ｅの各々に対応して配置されていることが好ましい。すなわち、光検出器１０Ｆは、第２光電変換素子２０Ｂ、吸収層２６、および第１光電変換素子２０Ａの積層体を、領域Ｅごとに含む構成であることが好ましい。
この場合、領域Ｅごとに電極２４を配置することで、領域Ｅごとに出力信号を読出すことができる。このため、光検出器１０Ｆを、放射線Ｌの入射位置を検出する検出器として用いることもできる。また、この場合、光検出器１０を複数の領域Ｅから構成しない場合に比べて、各領域Ｅの間における端子間容量が減少することから、アンプノイズの低減を図ることもできる。
また、光検出器１０Ｆについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
―光検出器１０Ｇ、光検出器１０Ｈ、光検出器１０Ｉ―
なお、複数の領域Ｅ間における、吸収層２６の構成は同じであってもよいし、異なっていてもよい。具体的には、光検出器１０の吸収層２６は、受光面Ｓに沿って、厚み、構成材料、および密度の少なくとも１つの異なる複数の領域Ｅから構成されていてもよい。
吸収層２６の構成が同じである、とは、厚み、構成材料、および密度が全て同じであることを意味する。吸収層２６の構成が異なる、とは、厚み、構成材料、および密度の少なくとも１つが異なる事を意味する。
図１１〜図１３には、光検出器１０の一例として、光検出器１０Ｇ、光検出器１０Ｈ、および光検出器１０Ｉを示した。
図１１は、光検出器１０Ｇの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｇは、光検出器１０Ｇにおける吸収層２６として２種類の構成を用意した。そして、光検出器１０Ｇは、各種類の吸収層２６の領域Ｅ（領域Ｅ１、領域Ｅ２）を、受光面Ｓに沿って交互に配置した例である。
図１２は、光検出器１０Ｈの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｈは、光検出器１０Ｈにおける吸収層２６として、３種類の構成を用意した。そして、光検出器１０Ｈは、各種類の吸収層２６の領域Ｅ（領域Ｅ１、領域Ｅ２、領域Ｅ３）を、受光面Ｓに沿って交互に配置した例である。すなわち、光検出器１０Ｈでは、複数の領域Ｅが、ベイヤ―状に配置されている。
図１３は、光検出器１０Ｉの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｉは、光検出器１０Ｉにおける吸収層２６として、厚みの異なる２種類の構成を用意した。そして、光検出器１０Ｉは、厚みの異なる吸収層２６の領域Ｅ（領域Ｅ１、領域Ｅ２）を、受光面Ｓに沿って交互に配置した例である。なお、図１３には、領域Ｅ１に対応する吸収層２６の厚みを厚みＺ１とし、領域Ｅ２に対応する吸収層２６の厚みを厚みＺ２とした例を示した。
このように、吸収層２６を、放射線Ｌの受光面Ｓに沿って、厚み、構成材料、および密度の少なくとも１つの異なる複数の領域Ｅから構成することで、構成の異なる領域Ｅごとに、吸収層２６で吸収する対象の放射線Ｌの種類、吸収層２６の閾値、および、目的とする光電変換効率、の少なくとも１つを調整することができる。
なお、図１０〜図１２に示すように、複数の領域Ｅを、受光面Ｓに沿って、二次元の格子状に配列することで、光検出器１０内における検出精度が領域Ｅの位置によってばらつく、位置依存性を抑制することができる。
また、光検出器１０Ｇ、光検出器１０Ｈ、および、光検出器１０Ｉについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
―光検出器１０Ｊ〜光検出器１０Ｍ―
なお、光検出器１０は、可撓性および屈曲性を有するように構成することが好ましい。光検出器１０に吸収層２６を用いることで、積層する光電変換層２２の数および光電変換層２２の厚みの少なくとも一方を、より少なく（より薄く）した構成で、可撓性および屈曲性を有する光検出器１０を実現することができる。
そして、光検出器１０における、吸収層２６、第１光電変換素子２０Ａ、第２光電変換素子２０Ｂ、および基板２８の、構成材料、厚み、および密度の少なくとも１つを調整することで、目的とする可撓性および屈曲性を有する光検出器１０とすることができる。
例えば、吸収層２６に、不導体のプラスチック基板などを用いればよい。
図１４は、屈曲させた状態の光検出器１０の一例を示す模式図である。
図１４（Ａ）は、光検出器１０Ｊの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｊは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｊの構成は、光検出器１０Ａ（図２参照）と同様である。
図１４（Ａ）に示すように、光検出器１０Ｊを屈曲させた状態で、適用対象の機器などに設置することができる。
図１４（Ｂ）は、光検出器１０Ｋの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｋは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｋの構成は、光検出器１０Ａ（図２参照）と同様である。但し、光検出器１０Ｋは、第２光電変換素子２０Ｂと吸収層２６との間に、複数のスペーサ３２を配置した構成である。スペーサ３２は、光検出器１０Ｋの受光面Ｓに沿って、所定間隔を隔てて配置されている。スペーサ３２は、吸収層２６と第２光電変換素子２０Ｂとの間隔を保持する。
このため、光検出器１０Ｋが屈曲された場合であっても、吸収層２６と第２光電変換素子２０Ｂとの間隔が受光面Ｓに沿って均一に保たれる。このため、光検出器１０Ｋが屈曲された場合であっても、吸収層２６や光電変換素子２０の厚みの、受光面Ｓに沿った厚みを均一に保つことができる。
また、図１４（Ｂ）の構成は、検出対象の放射線Ｌの種類がβ線である場合に、特に効果的である。
β線は、空気中での飛程がγ線程長くなく、減衰しやすい。このため、放射線Ｌの種類がβ線である場合、ある受光面Ｓにおける表面線量を計りたい場合、受光面Ｓの曲面から同程度の距離で、β線を検出することが好ましい。このため、図１４（Ｂ）の構成とすることで、光電変換素子２０の厚み、および吸収層２６の厚みを、受光面Ｓの曲面に沿って均一とすることができ、精度良くβ線を検出することができる。
なお、スペーサ３２は、第１光電変換素子２０Ａと吸収層２６との間、吸収層２６と第２光電変換素子２０Ｂとの間、および、第２光電変換素子２０Ｂと基板２８との間、の少なくとも１つの間に配置されていればよい。
図１４（Ｃ）は、シンチレータ３０を備えた光検出器１０Ｌの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｌは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｌの構成は、光検出器１０Ｅ（図９参照）と同様である。
シンチレータ３０を備えた光検出器１０Ｌであっても、光検出器１０Ｊと同様に、屈曲させた状態で、適用対象の機器などに設置することができる。この場合、シンチレータ３０の構成材料には、該屈曲に耐えうる構成材料を選択すればよい。例えば、シンチレータ３０の構成材料には、薄型のプラスチックシンチレータを用いればよい。
図１４（Ｄ）は、シンチレータ３０を備えた光検出器１０Ｍの一例を示す模式図である。光検出器１０Ｍは、光検出器１０の一例である。光検出器１０Ｍの構成は、光検出器１０Ｅ（図９参照）と同様である。
図１４（Ｄ）に示すように、光検出器１０Ｍに設けられたシンチレータ３０を、受光面Ｓに沿って、１枚の構成とするのではなく、複数のブロックＢに分けた構成としてもよい。シンチレータ３０を複数のブロックＢに分けた構成とすることで、シンチレータ３０を備えた光検出器１０Ｍについて、より曲げやすさを実現することができる。
また、光検出器１０Ｊ〜１０Ｍについても、光電変換素子２０の間に吸収層２６を備えた構成であることから、上記光検出器１０Ａと同様の効果が得られる。
―信号処理部１２―
図１に戻り、説明を続ける。次に、信号処理部１２について説明する。
上述したように、信号処理部１２は、光検出器１０、記憶部１４、通信部１６、および表示部１８と電気的に接続されている。
なお、光検出器１０が光検出器１０Ａ（図２参照）である場合を一例として説明するなお、光検出器１０が、光検出器１０Ｂ〜光検出器１０Ｍの何れである場合も、信号処理部１２は同様の処理を行えばよい。
信号処理部１２は、第１光電変換素子２０Ａから第１出力信号を受付ける。また、信号処理部１２は、第２光電変換素子２０Ｂから第２出力信号を受付ける。
第１出力信号は、第１光電変換層２２Ａで変換された電荷を示す信号である。言い換えると、第１出力信号は、第１光電変換層２２Ａで検出された、放射線Ｌの平均検出エネルギーである。信号処理部１２では、第１光電変換層２２Ａで検出された電荷の電荷量を、チャージアンプなどで計測可能な信号に変換し、更に、Ａ／Ｄ変換することで、第１出力信号とする。なお、本実施の形態では、説明を簡略化するために、信号処理部１２では、第１光電変換層２２Ａから第１出力信号を受付けるものとして説明する。
第２出力信号は、第２光電変換層２２Ｂで変換された電荷を示す信号である。言い換えると、第２出力信号は、第２光電変換層２２Ｂで検出された、放射線Ｌの平均検出エネルギーである。信号処理部１２では、第２光電変換層２２Ｂで検出された電荷の電荷量を、チャージアンプなどで計測可能な信号に変換し、更に、Ａ／Ｄ変換することで、第２出力信号とする。なお、本実施の形態では、説明を簡略化するために、信号処理部１２では、第２光電変換層２２Ｂから第２出力信号を受付けるものとして説明する。
ここで、上述したように、吸収層２６は、上記閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。このため、第２光電変換素子２０Ｂから出力される第２出力信号は、第１光電変換素子２０Ａから出力される第１出力信号に比べて、吸収層２６の上記閾値を超える高いエネルギーの放射線Ｌを電荷に変換した信号である。
信号処理部１２は、第１出力信号および第２出力信号を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。すなわち、信号処理部１２は、異なるエネルギーの放射線Ｌを電荷に変換した出力信号である、第１出力信号および第２出力信号を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。
具体的には、信号処理部１２は、第１光電変換素子２０Ａから出力された第１出力信号、および、第２光電変換素子２０Ｂから出力された第２出力信号を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。
詳細には、信号処理部１２は、算出部１２Ａと、特定部１２Ｂと、出力制御部１２Ｃと、を備える。算出部１２Ａ、特定部１２Ｂ、および出力制御部１２Ｃは、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２以上を実現してもよい。
算出部１２Ａは、第１出力信号と、第２出力信号と、の信号比を、光検出器１０に入射した放射線の評価値として算出する。信号比は、具体的には、第２出力信号を、第１出力信号で除算した値である。すなわち、評価値は、下記式（１）で表せる。
評価値＝第２出力信号／第１出力信号 ・・・式（１）
第１出力信号は、第１光電変換素子２０Ａで変換された電荷による出力信号である。第２出力信号は、第２光電変換素子２０Ｂで変換された電荷による出力信号である。出力信号は、平均検出エネルギーに相当する（図５参照）。
詳細には、算出部１２Ａは、所定の時間間隔ごとに、第１光電変換素子２０Ａおよび第２光電変換素子２０Ｂの各々における平均検出エネルギーを、それぞれ、第１出力信号および第２出力信号として算出する。そして、算出部１２Ａは、第２出力信号を第１出力信号で除算した値である、評価値を算出する。
この算出方法を用いた場合、第２光電変換素子２０Ｂに放射線Ｌが到達し始めたときの評価値の変動が大きくなり、放射線Ｌの入射エネルギーの変化に対する、平均検出エネルギーの変化（すなわち差）を、検出しやすい、という利点がある。
例えば、光検出器１０Ａが、図５に示す検出結果を示す場合、４００ｋｅＶを超える、入射エネルギーの領域において、入射エネルギーの変化に対する平均検出エネルギーの念化量が大きくなる。このため、算出部１２Ａは、吸収層２６を備えない従来の光検出器からの出力信号を用いた場合比べて、より正確に、評価値を算出することができる。
特定部１２Ｂは、算出部１２Ａで算出された評価値と、記憶部１４に記憶されている換算テーブルと、を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。
換算テーブルは、記憶部１４に予め記憶されている。記憶部１４は、換算テーブルとして、第１換算テーブル１４Ａと、第２換算テーブル１４Ｂと、を予め記憶する。なお、記憶部１４は、少なくとも第１換算テーブル１４Ａを予め記憶すればよい。
第１換算テーブル１４Ａは、評価値と、放射線Ｌの入射エネルギーと、を対応づけた換算テーブルである。
図１５は、第１換算テーブル１４Ａの一例である。例えば、信号処理部１２は、検出に用いる光検出器１０（例えば、光検出器１０Ａ）を用いて、該光検出器１０に入射する放射線Ｌの入射エネルギーと、該光検出器１０から出力された第１出力信号と第２出力信号との信号比である評価値と、を、予め測定する。そして、信号処理部１２は、測定結果である、放射線Ｌの入射エネルギーと評価値との関係を示す第１換算テーブル１４Ａを、予め作成する。
なお、信号処理部１２は、第１換算テーブル１４Ａを、シミュレーションにより予め作成してもよい。また、信号処理部１２は、検出装置１０００の起動時やキャリブレーション時に、モンテカルロシミュレーションなどを用いて、第１換算テーブル１４Ａを予め作成してもよい。
なお、第１換算テーブル１４Ａの作成は、外部装置などで行ってもよい。そして、記憶部１４は、この第１換算テーブル１４Ａを、予め記憶する。
なお、第１換算テーブル１４Ａは、外部装置などに予め記憶してもよい。そして、特定部１２Ｂは、外部装置から第１換算テーブル１４Ａを読取ることで、放射線Ｌの検出エネルギーを特定してもよい。また、特定部１２Ｂは、外部装置に、算出部１２Ａで算出された評価値を外部装置へ出力し、外部装置から、放射線Ｌの検出エネルギーを取得することで、該検出エネルギーを特定してもよい。この場合、外部装置は、特定部１２Ｂから受け付けた評価値に対応する検出エネルギーを、第１換算テーブル１４Ａから読取り、検出装置１０００へ送信すればよい。
なお、第１換算テーブル１４Ａは、光検出器１０に入射する放射線Ｌの入射エネルギーと評価値との関係を示すものであればよく、テーブル、関数、線図、テータベース、の何れであってもよい。
図１へ戻り、説明を続ける。信号処理部１２は、検出対象の放射線Ｌの種類ごとに、第１換算テーブル１４Ａを予め作成し、記憶部１４へ記憶してもよい。
例えば、β線、γ線、重粒子線、の各々に対応する、第１換算テーブル１４Ａを予め作成し、記憶部１４へ記憶してもよい。この場合、第１換算テーブル１４Ａの作成時に、各種類の放射線Ｌを光検出器１０へ選択的に照射し、該種類の放射線Ｌの入射エネルギーと評価値との関係を予め計測すればよい。これにより、信号処理部１２は、放射線Ｌの種類ごとに、第１換算テーブル１４Ａを予め作成し、記憶部１４に予め記憶してもよい。
なお、光検出器１０に入射した放射線Ｌのエネルギーが、吸収層２６の閾値以下のエネルギーである場合がある。このような場合、第２光電変換素子２０Ｂには、放射線Ｌが到達しない場合がある。
そこで、本実施の形態では、記憶部１４は、第２換算テーブル１４Ｂを予め記憶する。第２換算テーブル１４Ｂは、第１光電変換素子２０Ａによる第１出力信号と、放射線Ｌの入射エネルギーと、を対応づけた換算テーブルである。
例えば、検出に用いる光検出器１０（例えば、光検出器１０Ａ）に、吸収層２６の閾値より小さいエネルギーの放射線Ｌを照射する。そして、該光検出器１０の第１光電変換素子２０Ａから出力される第１出力信号と、光検出器１０に照射した放射線Ｌのエネルギーと、の関係を予め測定する。そして、信号処理部１２は、測定結果を用いて、第２換算テーブル１４Ｂを予め作成し、記憶部１４へ予め記憶すればよい。
なお、第２換算テーブル１４Ｂの作成についても、外部装置などで行ってもよい。そして、記憶部１４は、第２換算テーブル１４Ｂを、予め記憶する。
なお、第２換算テーブル１４Ｂについても同様に、検出対象の放射線Ｌの種類ごとに、第２換算テーブル１４Ｂを予め作成し、記憶部１４へ記憶してもよい。
特定部１２Ｂは、第１換算テーブル１４Ａにおける、算出部１２Ａで算出された評価値に対応する入射エネルギーを、光検出器１０で検出された放射線Ｌの検出エネルギーとして特定する。
光電変換素子２０（第１光電変換素子２０Ａ、第２光電変換素子２０Ｂ）に入射した放射線Ｌが、光電変換素子２０の光電変換層２２内でエネルギーを失う場合、光電変換層２２で発生する電荷の量は、光電変換層２２に入射した放射線Ｌのエネルギーに比例する。このため、算出部１２Ａで算出された評価値と、第１換算テーブル１４Ａと、を用いることで、光検出器１０に入射した放射線Ｌの、光検出器１０Ａによる検出エネルギーを特定することができる。
なお、特定部１２Ｂは、特定対象の放射線Ｌの種類に応じた第１換算テーブル１４Ａを用いることで、特定対象の種類の放射線Ｌの、光検出器１０Ａによる検出エネルギーを特定することができる。
特定部１２Ｂは、何れの種類の放射線Ｌの検出エネルギーを特定してもよい。特定部１２Ｂは、特に、β線の検出エネルギーを特定することが好ましい。この場合、特定部１２Ｂは、放射線Ｌの種類としてβ線に対応する第１換算テーブル１４Ａを用いて、β線の検出エネルギーを特定すればよい。
次に、信号処理部１２が実行する情報処理の手順の一例を説明する。図１６は、信号処理部１２が実行する情報処理の手順の一例を示す、フローチャートである。なお、図１６には、光検出器１０として、光検出器１０Ａを用いた場合を一例として示した。
まず、算出部１２Ａが、光検出器１０Ａの第１光電変換素子２０Ａから第１出力信号を取得したか否かを判断する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００で否定判断すると（ステップＳ２００：Ｎｏ）、本ルーチンを終了する。ステップＳ２００で肯定判断すると（ステップＳ２００：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２へ進む。
ステップＳ２０２では、算出部１２Ａが、光検出器１０Ａの第２光電変換素子２０Ｂから第２出力信号を取得したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。
ステップＳ２０２で肯定判断すると（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４では、ステップＳ２００で取得した第１出力信号と、ステップＳ２０２で取得した第２出力信号と、の信号比を、評価値として算出する（ステップＳ２０４）。
次に、特定部１２Ｂが、ステップＳ２０４で算出された評価値と、第１換算テーブル１４Ａと、を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する（ステップＳ２０６）。
例えば、特定部１２Ｂは、検出対象の放射線Ｌの種類を特定する。検出対象の放射線Ｌの種類は、外部装置から通信部１６を介して受付けてもよいし、ユーザによって操作される入力部から受付けてもよい。
そして、特定部１２Ｂは、特定した種類の放射線Ｌに対応する第１換算テーブル１４Ａを、記憶部１４から読取る。例えば、特定部１２Ｂは、β線に対応する第１換算テーブル１４Ａを、記憶部１４から読取る。そして、特定部１２Ｂは、読取った第１換算テーブル１４Ａにおける、ステップＳ２０４で算出された評価値に対応する、放射線Ｌの入射エネルギーを読取る。そして、特定部１２Ｂは、読取った入射エネルギーを、光検出器１０で検出された、放射線Ｌ（例えば、β線）の検出エネルギーとして特定する。
次に、出力制御部１２Ｃは、ステップＳ２０６で特定された特定結果を示す情報を、通信部１６および表示部１８へ出力制御する（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８の処理によって、通信部１６から外部装置へ、特定結果を示す情報が送信される。また、ステップＳ２０８の処理によって、表示部１８には、特定結果を示す情報が表示される。そして、本ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ２０２で否定判断すると（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、特定部１２Ｂが、ステップＳ２００で取得した第１出力信号と、第２換算テーブル１４Ｂと、を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する（ステップＳ２１０）。例えば、特定部１２Ｂは、第２換算テーブル１４Ｂにおける、ステップＳ２００で取得した第１出力信号に対応する、放射線Ｌの入射エネルギーを、光検出器１０で検出された、放射線Ｌの検出エネルギーとして特定する。
そして、出力制御部１２Ｃは、ステップＳ２１０で特定された特定結果を示す情報を、通信部１６および表示部１８へ出力制御する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２の処理によって、通信部１６から外部装置へ、特定結果を示す情報が送信される。また、ステップＳ２１２の処理によって、表示部１８には、特定結果を示す情報が表示される。そして、本ルーチンを終了する。
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０は、第１光電変換素子２０Ａと、第２光電変換素子２０Ｂと、吸収層２６と、を備える。第１光電変換素子２０Ａは、第１光電変換層２２Ａを含む。第１光電変換層２２Ａは、放射線Ｌのエネルギーを電荷に変換する。第２光電変換素子２０Ｂは、第２光電変換層２２Ｂを含む。第２光電変換層２２Ｂは、放射線Ｌのエネルギーを電荷に変換する。吸収層２６は、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に配置され、閾値以下のエネルギーの放射線Ｌを吸収する。
このため、第１光電変換素子２０Ａで電荷に変換されずに、該第１光電変換素子２０Ａおよび吸収層２６を透過した、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーの放射線Ｌは、第２光電変換素子２０Ｂで効果的に電荷に変換される。また、第２光電変換素子２０Ｂには、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーの放射線Ｌが、選択的に到達する。また、図５を用いて説明したように、第２光電変換素子２０Ｂで変換された電荷を用いることで、吸収層２６の閾値を超える高エネルギーの放射線Ｌについても、精度良く弁別することができる。
よって、本実施の形態の光検出器１０は、光検出器１０に入射する放射線Ｌのエネルギーが高い場合であっても、放射線Ｌの入射エネルギーの変化に対する、平均検出エネルギーの変化（すなわち差）を、容易に且つ精度良く検出することができ、エネルギー弁別を容易に行うことができる。
従って、本実施の形態の光検出器１０は、放射線Ｌの検出精度の向上を容易に図ることができる。
また、本実施の形態の検出装置１０００は、光検出器１０と、算出部１２Ａと、特定部１２Ｂと、を備える。算出部１２Ａは、第１光電変換素子２０Ａで変換された電荷による第１出力信号と、第２光電変換素子２０Ｂで変換された電荷による第２出力信号と、の信号比を、入射した放射線Ｌの評価値として算出する。特定部１２Ｂは、評価値と、放射線Ｌの入射エネルギーと、を対応づけた第１換算テーブル１４Ａにおける、算出された評価値に対応する入射エネルギーを、放射線Ｌの検出エネルギーとして特定する。
上述したように、光検出器１０は、低エネルギーから高エネルギーにわたる広範囲のエネルギーの放射線Ｌについて、放射線Ｌの入射エネルギーの変化に対する、平均検出エネルギーの変化（すなわち差）を、容易に且つ精度良く検出する。そして、検出装置１０００では、この精度良く検出された出力信号（第１出力信号、第２出力信号）を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを特定する。
従って、本実施の形態の検出装置１０００は、放射線Ｌの検出精度の向上を容易に図ることができる。
なお、光検出器１０として、図１０〜図１３に示すように、受光面Ｓに沿って吸収層２６を複数の領域Ｅから構成した光検出器１０Ｆ〜光検出器１０Ｉを用いる場合がある。この場合、検出装置１０００の信号処理部１２は、同じ種類の領域Ｅごとに、上記評価値の算出および検出エネルギーの特定を行えばよい。
これによって、検出装置１０００は、各種類の領域Ｅに対応する、放射線Ｌの種類に応じた、検出エネルギーを特定することができる。
なお、上述したように、検出装置１０００で検出対象とする放射線Ｌの種類は、β線であることが好ましい。
β線は、エネルギーが大きいほど、単位長さあたりに失うエネルギーが小さくなる、という特性を有する。このため、吸収層２６を備えない構成の場合、高エネルギーのβ線の検出精度は、低エネルギーのβ線の検出精度に比べて、特に顕著に低下していた。
また、β線は、高エネルギーであるほど、光電変換層２２の貫通しやすさが、より顕著となる。このため、図４を用いて説明したように、従来では、高エネルギーのβ線を検出するためには、検出対象のβ線のエネルギー強度に応じた積層数、光電変換素子２０を積層する必要があった。このため、従来では、光検出器の大型化や、屈曲性や可撓性の低下を招いてしまい、放射線の検出精度を容易に向上させることは困難であった。
一方、本実施の形態では、光検出器１０は、第１光電変換素子２０Ａと第２光電変換素子２０Ｂとの間に、吸収層２６が配置された構成である。また、特定部１２Ｂは、算出部１２Ａで算出された評価値と、β線に対応する第１換算テーブル１４Ａと、を用いて、β線の検出エネルギーを特定する。
このため、本実施の形態の検出装置１０００は、光検出器１０に入射した、吸収層２６の閾値以下のエネルギーと、吸収層２６の閾値を超えるエネルギーと、の双方のエネルギー範囲について、β線の検出エネルギーを、高精度に且つ容易に特定することができる。
−ハードウェア構成−
次に、上記実施の形態の検出装置１０００のハードウェア構成について説明する。図１７は、上記実施の形態の検出装置１０００のハードウェア構成例を示すブロック図である。
上記実施の形態の検出装置１０００は、ＣＰＵ８０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）８２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）８４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）８６、Ｉ／Ｆ部８８、および光検出器１０が、バス９０により相互に接続されており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
ＣＰＵ８０は、検出装置１０００の全体の処理を制御する演算装置である。ＲＡＭ８４は、ＣＰＵ８０による各種処理に必要なデータを記憶する。ＲＯＭ８２は、ＣＰＵ８０による各種処理を実現するプログラム等を記憶する。ＨＤＤ８６は、上述した記憶部１４に格納されるデータを記憶する。Ｉ／Ｆ部８８は、外部装置や外部端末に通信回線等を介して接続し、接続した外部装置や外部端末との間でデータを送受信するためのインタフェースである。
上記実施の形態の検出装置１０００で実行される上記処理を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ８２などに予め組み込んで提供される。
なお、上記実施の形態の検出装置１０００で実行されるプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供するように構成してもよい。
また、上記実施の形態の検出装置１０００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上記実施の形態の検出装置１０００における上記各処理を実行するためのプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
上記実施の形態の検出装置１０００で実行される上記各種処理を実行するためのプログラムは、上述した各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
なお、上記ＨＤＤ８６に格納されている各種情報、すなわち記憶部１４に格納されている各種情報は、外部装置（例えばサーバ）に格納してもよい。この場合には、該外部装置とＣＰＵ８０と、を、Ｉ／Ｆ部８８を介して接続した構成とすればよい。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ、１０Ｊ、１０Ｋ、１０Ｌ、１０Ｍ 光検出器
１２ 信号処理部
１２Ａ 算出部
１２Ｂ 特定部
１４ 記憶部
１４Ａ 第１換算テーブル
２０ 光電変換素子
２０Ａ 第１光電変換素子
２０Ｂ 第２光電変換素子
２２Ａ 第１光電変換層
２２Ｂ 第２光電変換層
２４、２４Ａ１、２４Ａ２、２４Ｂ１、２４Ｂ２、２４Ｃ１、２４Ｃ２ 電極
２６、２６Ａ、２６Ｂ 吸収層
１０００ 検出装置

Claims (9)

  1. 放射線のエネルギーを電荷に変換する第１光電変換層を含む第１光電変換素子と、
    放射線のエネルギーを電荷に変換する第２光電変換層を含む第２光電変換素子と、
    前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に配置され、閾値以下のエネルギーの放射線を吸収する吸収層と、
    を備える光検出器。
  2. 前記吸収層は、有機材料を含む、請求項１に記載の光検出器。
  3. 前記吸収層の厚みは、７μｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の光検出器。
  4. 前記吸収層の吸収するエネルギーの前記閾値は、
    前記吸収層より放射線の入射方向の上流側に配置された前記第１光電変換素子が光電変換可能な、放射線のエネルギーの最大値より大きく、且つ、前記吸収層より放射線の入射方向の下流側に配置された前記第２光電変換素子が光電変換可能な、放射線のエネルギーの最大値より小さい値である、
    請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光検出器。
  5. 前記吸収層は、
    前記放射線の受光面に沿って、厚み、構成材料、および密度、の少なくとも１つの異なる複数領域からなる、
    請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光検出器。
  6. 前記第１光電変換素子は、前記第１光電変換層に接する電極を有し、
    前記第２光電変換素子は、前記第２光電変換層に接する電極を有する、
    請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光検出器。
  7. 前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方は、放射線をシンチレーション光へ変換するシンチレータを更に備える、
    請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光検出器。
  8. 前記放射線は、β線である、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光検出器。
  9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の光検出器と、
    前記第１光電変換素子で変換された電荷による第１出力信号と、前記第２光電変換素子で変換された電荷による第２出力信号と、の信号比を、入射した放射線の評価値として算出する算出部と、
    前記評価値と、放射線の入射エネルギーと、を対応づけた換算テーブルにおける、算出された前記評価値に対応する入射エネルギーを、放射線の検出エネルギーとして特定する特定部と、
    を備える、検出装置。
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