CN109946329B - X射线测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明能够在不使用捕捉微弱的X射线的特别结构的情况下检测X射线，使后方散射X射线像成像。本发明的X射线测量装置具备：X射线照射部(10)，其对测量对象(2)照射X射线；传感器(20)，其对与在测量对象(2)上反射的后方散射X射线对应的电信号进行检测；测量部(40)，其参照传感器(20)输出的电信号来测量测量对象(20)；以及重金属板(30)，其使后方散射X射线通过，并形成有使后方散射X射线在传感器(20)上成像的针孔(32)。

Description

X射线测量装置
技术领域
本发明涉及一种X射线测量装置。
背景技术
已知有将X射线照射于测量对象，检测从测量对象反射的后方散射X射线，取得测量对象的透视图像的技术。但是，在通常的X射线源中产生的X射线的指向性较差，因此后方散射X射线非常微弱，不能取得测量对象的透视图像。
与此相对，专利文献1提出了一种使用X射线源的技术，该X射线源周期性地产生具有足够小的发散角的高指向性脉冲X射线。
此外，专利文献2提出了一种技术，即，使在X射线管中产生的X射线通过针孔形成并成为光束状，照射于测量对象，使后方散射X射线通过圆形狭缝入射到X射线检查装置的内周面。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：日本公开专利公报“特开2008-2940号公报”(2008年1月10日公开)
专利文献2：日本公开专利公报“特开2001-208795号公报”(2001年8月3日公开)
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是，上述技术是将X射线形成为点光束状并照射于测量对象，捕捉微弱的后方散射X射线。因此，需要一种特殊装置，例如，与照射定时配合仅检测后方散射X射线的装置、设置于X射线管附近的用于形成点光束的准直机构、用点光束扫描对象物的机构、在点光束状的X射线照射部的周边配置多个检测装置的装置等。特别是，存在当X射线管的能量变高时，设置于X射线管附近的准直机构大型化的问题。
本发明的一个方式的目的在于，在不使用捕捉微弱的X射线的特别结构的情况下检测X射线，使后方散射X射线像成像。
解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明的一个方式的X射线测量装置具备：X射线照射部，其对测量对象照射X射线；X射线检测部，其检测与在上述测量对象上反射的后方散射X射线对应的电信号；测量部，其参照上述X射线检测部输出的电信号来测量上述测量对象；以及开口部，其使上述后方散射X射线通过，并形成有使上述后方散射X射线在上述X射线检测部上成像的开口。
发明效果
根据本发明的一个方式，能够在不使用捕捉微弱的X射线的特别结构的情况下检测X射线，使后方散射X射线像成像。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的X射线测量装置的概略外观图。
图2表示每个散射角的能量与后方散射X射线的强度的关系。
图3是本发明的第一实施方式的X射线检测部的概略外观图。
图4是本发明的第二实施方式的X射线测量装置的概略外观图。
图5是本发明的第三实施方式的X射线测量装置的概略外观图。
图6是本发明的第四实施方式的X射线测量装置的概略外观图。
图7是本发明的第五实施方式的X射线测量装置的概略外观图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。图1是本实施方式的X射线测量装置1的概略外观图。
(X射线测量装置)
在本实施方式中，X射线测量装置1具备X射线照射部10、传感器20、重金属板30以及测量部40。
X射线照射部10对测量对象2照射X射线。本实施方式的X射线照射部10与米尺寸的现有产品相比，小型且轻量。例如，作为本实施方式的X射线照射部10，能够采用大小为CD壳体尺寸、厚度为70mm、重量为数kg的X射线照射部。在本实施方式中，使用小型且轻量的X射线照射部10，因此X射线测量装置1所具备的各部件的配置的自由度远远高于现有产品。
X射线照射部10照射X射线而不对其进行聚集等。因此，X射线照射部10将X射线照射于来自测量对象2的一定区域的照射区域。照射区域由X射线照射部10照射的X射线的能源量、以及X射线照射部10与测量对象2的距离决定。
从X射线照射部10照射出的X射线的大部分透射测量对象2或者被测量对象2吸收，但一部分的X射线在测量对象2上被反射。将反射的X射线称为后方散射X射线。
传感器20是对与在测量对象2上反射的后方散射X射线对应的电信号进行检测的X射线检测部。
重金属板30是具有针孔32的开口部，其中，针孔是使后方散射X射线通过的开口。针孔32使后方散射X射线在传感器20上成像。传感器20检测通过了针孔32的后方散射X射线。重金属板30中所含的重金属例如是铅、钨等。
测量部40参照与传感器20输出的电信号对应的测量对象2的摄像图像来测量测量对象2。
图2表示使散射角θs不同的情况下施加于X射线照射部10的电压(横轴)与后方散射X射线的强度(纵轴)的关系。这里，散射角θs是指变更后的行进方向相对于照射的X射线的行进方向的角度。图2表示150°、120°、100°这三种散射角θs。
如图2所示，散射角θs越接近180°时，后方散射X射线的强度越大。因此，在本实施方式中，如图1的箭头A所示，尽可能靠近地配置X射线照射部10和传感器20是重要的。即，使本实施方式的X射线照射部10小型化是重要的。
(传感器)
图3是传感器20的俯视图。传感器20是平板显示器，由排列有多个元件22且成膜为玻璃状的元件阵列、以及覆盖元件阵列的整个表面的闪烁器构成。闪烁器是具备接收后方散射X射线并将后方散射X射线转换为光的功能的X射线光转换部。
多个元件22分别具有例如200μm*200μm的尺寸。此外，元件阵列例如在行方向上排列有512个，在列方向上排列有512个，共计排列有262144个。在这种情况下，敏感面积为102.4mm*102.4mm。
多个元件22分别包括作为光电转换部的光电二极管PD、作为保持部的电容器CO、以及作为传送部的一部分的薄膜晶体管TFT。
光电二极管PD接收闪烁器转换的光，产生电荷Qpd。光电二极管PD与电压施加端子VCC_PD连接。
电容器CO包含氧化物半导体，蓄积光电二极管PD产生的电荷Qpd。
薄膜晶体管TFT包含氧化物半导体，作为对电容器CO与测量部40的连接进行接通断开的开关而发挥作用。薄膜晶体管TFT将保持于电容器CO的电信号向测量部40传送。
传感器20的保持并传送电信号的机构包含氧化物半导体。与非晶硅相比，氧化物半导体具有漏电流非常小的特性。具体而言，使用氧化物半导体时的漏电流是使用非晶硅时的漏电流的1/100以下。因此，传感器20能够长时间蓄积微弱的后方散射X射线产生的微小电荷。即，X射线测量装置1能够长时间地检测并放大微弱的后方散射X射线，能够将后方散射X射线的强弱表现为图像。
传感器20的检测面的中心配置于相对于从X射线照射部10照射的X射线的中心线的角度为150°至180°的范围内的位置。
根据本实施方式的X射线测量装置1，能够对在从透射了测量对象2的X射线得到的透射图像中无法确认的、与X射线照射部10相对的表面侧的结构进行确认。
〔第二实施方式〕
以下，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与在上述实施方式中说明了的部件相同功能的部件标注相同的附图标记，不重复其说明。
如图4所示，在本实施方式中，X射线测量装置1a还具备第一过滤器41以及第二过滤器42。
X射线测量装置1a具备：第一过滤器41，其配置于后方散射X射线的行进方向的相对于重金属板30的上游侧；以及第二过滤器42，其配置于相对于重金属板30的下游侧。
第一过滤器41以及第二过滤器42例如由铜、铝等金属形成。第一过滤器41以及第二过滤器42仅使特定的能源量的X射线透射，以阻断不需要的X射线。第一过滤器41以及第二过滤器42通过调整所使用的材质、后方散射X射线的行进方向的厚度来调整透射的能源量。
在本实施方式中，第一过滤器41仅使能源量较大的X射线透射，以阻断能源量较小的X射线。因此，通过针孔的后方散射X射线是能源量较大的X射线。此外，第二过滤器42阻断通过针孔32而产生的特定的能源量的X射线。当X射线与针孔32的边缘碰撞，散射角发生变化时，X射线的能源量也发生变化。因此，特别是在想要仅使特定的能源量的后方散射X射线在传感器20上成像的情况下，优选的是阻断与针孔32的边缘碰撞、能源量发生变化的X射线。
通过设置第一过滤器41，能够选择性地取得从能源量较大的后方散射X射线得到的信息。X射线的能源量越大，透射至测量对象2的表面内部的较深的部位并被散射的X射线就越多。即，能源量较大的后方散射X射线是在测量对象2的内部散射的X射线。因此，本实施方式的X射线测量装置1能够选择性地取得测量对象2的内部的图像。
此外，通过设置第二滤波器42，能够从摄像图像中去除通过针孔32而产生的不需要的信息。
另外，在本实施方式中，过滤器配置于后方散射X射线的行进方向的相对于重金属板30的上游侧以及下游侧这两方。但是，过滤器只要配置于后方散射X射线的行进方向的相对于重金属板30的上游侧以及下游侧中的至少一方即可。
〔第三实施方式〕
以下，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与在上述实施方式中说明了的部件相同功能的部件标注相同的附图标记，不重复其说明。
如图5所示，本实施方式的X射线测量装置1b具备第一传感器20b1、第二传感器20b2以及未图示的立体图像生成部。即，本实施方式的X射线测量装置1b具备多个传感器，能够根据从不同方向摄像的多个图像生成立体图像。此外，X射线测量装置1b具备与第一传感器20b1对应的第一重金属板30b1以及与第二传感器20b2对应的第二重金属板30b2。
立体图像生成部根据第一传感器20b1以及第二传感器20b2的测量结果生成立体图像。
为了使多个传感器能够检测后方散射X射线，(1)X射线照射部10以具有扩展的方式照射X射线、(2)在X射线照射部10的附近配置各个传感器、以及(3)采用能够长时间地收集少量后方散射X射线的传感器是必须的。
在本实施方式的X射线测量装置1b中，(1)X射线照射部10照射X射线而不对其进行聚集等，(2)X射线照射部10是小型的，(3)保持并传送电信号的机构包含氧化物半导体。即，本实施方式的X射线测量装置1b满足上述必要事项。
〔第四实施方式〕
以下，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与在上述实施方式中说明了的部件相同功能的部件标注相同的附图标记，不重复其说明。
如图6所示，本实施方式的X射线测量装置1c具备第一传感器20c1、第二传感器20c2。此外，X射线测量装置1c具备与第一传感器20c1对应的第一重金属板30c1以及与第二传感器20c2对应的第二重金属板30c2。
如图6所示，形成于第一重金属板30c1的第一针孔32c1与形成于第二针孔30c2的第一针孔32c1的开口直径不同。在本实施方式中，如箭头A1和箭头A2所示，第一针孔32c1的直径比第二针孔32c2的直径大。同样地，第二针孔32c2的直径比第一针孔32c1的直径小。
通过了直径较大的第一针孔32c1的后方散射X射线由第一传感器20c1检测。因此，通过第一传感器20c1的检测，能够比较高速地筛选测量对象2。即，通过第一传感器20c1，能够取得比较粗糙但摄像了大范围的摄像图像51。
另一方面，通过了直径较小的第二针孔32c2的后方散射X射线由第二传感器20c2检测。因此，通过第二传感器20c2的检测，能够比较详细地测量测量对象2。即，通过第二传感器20c2，能够取得比较精密的摄像图像52。
根据本实施方式的X射线测量装置1c，例如，能够在基础设施的检查等的测量部位较广泛的情况下，首先，采用第一传感器20c1，比较高速地筛查测量对象整体，取得比较粗糙的摄像图像。然后，采用第二传感器20c2对怀疑有缺陷的部位进行比较详细的测量。
〔第五实施方式〕
以下，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与在上述实施方式中说明了的部件相同功能的部件标注相同的附图标记，不重复其说明。
如图7所示，本实施方式的X射线测量装置1d具备透射X射线传感器(透射X射线检测部)60。透射X射线传感器60相对于测量对象2配置于X射线照射部10的相反侧，检测透射了测量对象2的透射X射线。
根据本实施方式的X射线测量装置1d，能够取得与反射了测量对象2的后方散射X射线对应的摄像图像和与透射了测量对象2的X射线对应的摄像图像这两方。
进一步，在本实施方式的X射线测量装置1d中，通过调节X射线照射部10照射的X射线的能源量，并将各种能源量的X射线照射于测量对象2，能够取得包含测量对象2的内部结构的360°全景图像。
通过与透射了测量对象2的X射线对应的摄像图像，能够得到光电效应的结果。另一方面，通过与反射了测量对象2的后方散射X射线对应的摄像图像，能够得到康普顿效应的结果。光电效应以及康普顿效应与构成测量对象2的物质的组成密切相关，因此能够从各个摄像图像中得到构成测量对象2的物质的组成信息。
例如，在安全用途中检查货物等的情况下，能够根据与反射了货物的后方散射X射线对应的摄像图像和与透射了货物的X射线对应的摄像图像这两方，更高精度地对危险物的有无等进行评价。
本发明的第一方式的X射线测量装置1、1a、1b、1c、1d，具备:X射线照射部10，其对测量对象2照射X射线；X射线检测部(传感器20)，其对与在上述测量对象2上反射的后方散射X射线对应的电信号进行检测；测量部40，其参照上述X射线检测部(传感器20)输出的电信号来测量上述测量对象2；以及开口部(重金属板30)，其使上述后方散射X射线通过，并形成有使上述后方散射X射线在上述X射线检测部(传感器20)上成像的开口(针孔32)。
根据上述结构，能够在不使用捕捉微弱的X射线的特别结构的情况下检测X射线，使后方散射X射线像成像，并测量测量对象2。
本发明的第二方式的X射线测量装置1、1a、1b、1c、1d，在上述第一方式中，上述X射线检测部(传感器20)具备:保持部(电容器CO)，其包含氧化物半导体，保持与上述后方散射X射线对应的电信号；以及传送部(薄膜晶体管TFT)，其包含氧化物半导体，将保持于上述保持部(电容器CO)的上述电信号向上述测量部40传送。
根据上述结构，能够在不使用捕捉微弱的X射线的特别结构的情况下检测X射线。
本发明的第三方式的X射线测量装置1、1a、1b、1c、1d，在上述第一或第二方式中，上述X射线检测部(传感器20)的检测面的中心配置于相对于从上述X射线照射部10照射的X射线的中心线的角度为150°至180°的范围内的位置。
根据上述结构，能够检测强度比较强的X射线。
本发明的第四方式的X射线测量装置1a，在上述第一至第三方式中，也可以具备：开口部(重金属板30)，其形成有使上述后方散射X射线通过的开口(针孔32)；以及过滤器41、42，其配置于上述后方散射X射线的行进方向的相对于上述开口部(重金属板30)的上游侧以及下游侧中的至少一方，使规定的能源量的X射线透射。
根据上述结构，能够仅检测特定的能源量的X射线。
本发明的第五方式的X射线测量装置1b，在上述第一至第四方式中，具备多个上述X射线检测部(传感器20b1、20b2)，也可以具备立体图像生成部，其根据上述多个X射线检测部(传感器20b1、20b2)的检测结果生成立体图像。
根据上述结构，能够取得立体图像。
本发明的第六方式的X射线测量装置1c，在上述第一至第四方式中，具备多个上述X射线检测部(传感器20c1、20c2)，也可以具备多个上述开口部(32d1、32d2)，其与上述多个X射线检测部(传感器20c1、20c2)的每一个对应地设置，分别形成有开口直径不同的开口(32c1、32c2)。
根据上述结构，能够以不同的分辨率检测同一个测量对象2。
本发明的第七方式的X射线测量装置1d，在上述第一至第六方式中，也可以具备透射X射线检测部(透射X射线传感器)60，其对透射了上述测量对象2的透射X射线进行检测。
根据上述结构，能够进行更高精度的测量。
本发明不限定于上述各实施方式，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术方案适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。进一步，通过组合在各实施方式中分别公开的技术手段，能够形成新的技术特征。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d X射线测量装置
2 测量对象
10 X射线照射部
20 传感器(X射线检测部)
CO 电容器(保持部)
TFT 薄膜晶体管(传送部)
30 重金属板(开口部)
32 针孔(开口)
60 透射X射线传感器(透射X射线检测部)

Claims (6)

1.一种X射线测量装置，其特征在于，具备：
X射线照射部，其对测量对象照射X射线；
X射线检测部，其检测与在上述测量对象上反射的后方散射X射线对应的电信号；
测量部，其参照由上述X射线检测部检测出的电信号来测量上述测量对象；
开口部，其使上述后方散射X射线通过，并形成有使上述后方散射X射线在上述X射线检测部上成像的开口；以及
过滤器，配置于上述后方散射X射线的行进方向的相对于上述开口部的上游侧以及下游侧的每一个，使规定的能源量的X射线透射，上述过滤器沿着上述后方散射X射线的直线路径配置。
2.根据权利要求1所述的X射线测量装置，其特征在于，上述X射线检测部具备：
保持部，其包含氧化物半导体，并保持与上述后方散射X射线对应的电信号；以及
传送部，其包含氧化物半导体，并将保持于上述保持部的上述电信号向上述测量部传送。
3.根据权利要求1所述的X射线测量装置，其特征在于：
上述X射线检测部的检测面的中心配置于相对于从上述X射线照射部照射的X射线的中心线的角度为150°至180°的范围内的位置。
4.根据权利要求1所述的X射线测量装置，其特征在于：
具备多个上述X射线检测部，具备立体图像生成部，其根据上述多个X射线检测部的检测结果生成立体图像。
5.根据权利要求1所述的X射线测量装置，其特征在于：
具备多个上述X射线检测部，
具备多个上述开口部，其与上述多个X射线检测部的每一个对应地设置，并分别形成有开口直径不同的开口。
6.根据权利要求1所述的X射线测量装置，其特征在于，具备：
透射X射线检测部，其检测透射了上述测量对象的透射X射线。
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