X線は光（電磁波）ですが、波長が非常に短いため、波の性質よりも粒子（光子 または フォトン）の性質が顕著に現れます。さらに、波長が短い、すなわちエネルギーが高いことにより、検出素子（センサ）と相互作用を起こしたときには、構成する原子を取り巻く電子を励起させ、1,000個〜10,000個の電荷を発生させます。これにより、CdTeなどのバンドギャップの広いセンサの場合には常温でも十分に信号取り出しが可能となります。
この原理を利用して、フォトン１つ１つを数える方式をフォトンカウンティングと呼びます。 弊社ではこの方式をイメージセンサに応用し、すべてのピクセルでフォトンカウンティングを同時に行えるLSIを独自開発しました。 明るい、暗いという定性的な量ではなく、フォトン１つ、２つという定量的な計測が可能となることから、従来センサと比較すると100倍以上の感度を有し、かつX線の波長情報も同時に測定を可能とします。
フォトンのエネルギーと個数を分離できることで、これまで埋もれていた情報を抽出することができるようになり、非常に高いコントラストとダイナミックレンジを持った画像を取得することができます。
さらに、フォトンカウンティングの特徴として、フォトン１個に対して１回の信号処理を行うために、そのときにセンサ内で発生した電荷の量をそれぞれ知ることができます。フォトンがもともと持っているエネルギー（波長）に応じてセンサ内で発生する電荷の量が変わる、比例関係にあることを利用して波長情報へと戻すことでこれを実現します。
X線は可視光のようにカラーフィルタによって色を分けることができないため、現在ではこの方式がX線の波長情報を得つつ画像化をする実用的な技術として注目されています。特に、フォトンカウンティングの中でも波長情報を得られることを「スペクトル」と形容し、例えばCT撮像では、Spectral X-ray CTなどの名称で呼ばれる。
システムが大掛かりになる等の要因から、これまで素粒子物理学や天文物理学でしかこのようなX線カメラは使われておりませんでしたが、弊社は独自のフォトンカウンティング回路を開発し、産業用途でも利用可能な、より手軽に波長情報を活用可能なX線スペクトルカメラを実現しました。
論文等
1. Study of an X-ray/ gamma-ray Photon counting Circuit Based on Charge Injection / K. Takagi, T. Terao, A. Koike, T. Aoki / Sensors and Materials, Vol. 30, No. 7 (2018) 1611–1616, https://myukk.org/SM2017/sm_pdf/SM1618.pdf
2. Direct charge handling method for dead-time-less photon counting / K. Takagi, A. Koike, T. Aoki / Proceedings of SPIE 10209, Image Sensing Technologies: Materials, Devices, Systems, and Applications IV, 102091D (2 June 2017)
3. Readout QDC for CdTe x-ray imager using direct charge treatment, / K. Takagi, T. Takagi, T. Terao, A. Koike, T. Aoki / Proceedings of SPIE 10656, Image Sensing Technologies: Materials, Devices, Systems, and Applications V, 106561W (14 May 2018)