JP2008051626A - Line sensor, line sensor unit and radiation nondestructive inspection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波、放射線のエネルギー線源を用いた被検体の非破壊測定技術に係り、詳しくは被検体を透過したエネルギー線を検出するラインセンサ、ラインセンサユニット及びそれを用いた放射線非破壊検査システムに関する。 The present invention relates to a non-destructive measurement technique for a subject using an energy ray source of electromagnetic waves and radiation, and more specifically, a line sensor for detecting an energy ray transmitted through the subject, a line sensor unit, and a radiation non-destructive using the same. It relates to the inspection system.
X線、γ線あるいは中性子線のような放射線が被検体を透過する際には、その構成物質の種類や形状によって吸収や散乱が異なってくる。これを映像として写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、被検体の破損状態、変化、充填状況等を把握することができる。これは、一般にレントゲン写真で人体の内部の状態を診察するのと同じ原理である。検査したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を放射線で測定するこのような方法はラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。 When radiation such as X-rays, γ-rays or neutrons passes through the subject, absorption and scattering differ depending on the type and shape of the constituent material. If this is recorded as an image as a photograph, video, digital file or the like, the damage state, change, filling state, etc. of the subject can be grasped. This is the same principle as in general examining the internal state of a human body with a radiograph. Such a method of measuring the internal state with radiation without destroying the object or sample to be examined is called radiography or non-destructive radiography.
通常、ラジオグラフィでは、一次元イメージセンサであるライン型センサ(ラインセンサという)あるいは二次元イメージセンサであるエリア型センサ(エリアセンサという)から成る放射線イメージセンサが使用される。ラインセンサは高分解能を有しており医療診断や工業用非破壊検査などに利用される。このラインセンサは、放射線に感応する線状あるいは帯状(以下、ライン状という)に配置されたシンチレータを備え、放射線源との間を通過する被検体の内部の欠陥や異物を測定する。このため、このようなイメージセンサは、常時に検査物質が流れる工場におけるインライン検査システムに組み込まれて使用される場合が多い。 Usually, in radiography, a radiation image sensor including a line type sensor (referred to as a line sensor) that is a one-dimensional image sensor or an area type sensor (referred to as an area sensor) that is a two-dimensional image sensor is used. The line sensor has a high resolution and is used for medical diagnosis and industrial nondestructive inspection. This line sensor includes a scintillator arranged in a linear shape or a band shape (hereinafter referred to as a line shape) sensitive to radiation, and measures defects and foreign matters inside the subject passing between the radiation sources. For this reason, such an image sensor is often used by being incorporated in an in-line inspection system in a factory where the inspection substance always flows.
これに対しエリアセンサは、一般にラインセンサのように高分解能にはならないがラインセンサに比べて感度が高くなる。特に、X線イメージインテンシファイア(X線I.I.という)は、極めて高感度になる。このために、このようなエリアセンサは、被爆低減が必須になる非破壊検査において好適になる。 In contrast, an area sensor generally does not have a high resolution like a line sensor, but has a higher sensitivity than a line sensor. In particular, the X-ray image intensifier (referred to as X-ray II) is extremely sensitive. For this reason, such an area sensor is suitable for nondestructive inspection in which it is essential to reduce exposure.
上述したように、ラインセンサは高分解能であるがエリアセンサのように高感度にするのが難しい。ラインセンサの分解能は、ライン状に配置されたシンチレータから発光する閃光(シンチレーション光)を受光する光センサをライン上に沿って高密度に配置することにより容易に向上させることが可能である。しかし、その一方において、シンチレータが上記ライン状になることから、X線あるいはγ線が照射する領域がエリアセンサの場合に比べて狭くなり、その感度が必然的に低くなる。そして、X線あるいはγ線の光子エネルギーが高くなってくる場合、光子エネルギーの増大と共にシンチレータとの反応効率が低下し、上記感度の低下が更に顕著になってくる。 As described above, the line sensor has high resolution, but it is difficult to achieve high sensitivity like the area sensor. The resolution of the line sensor can be easily improved by arranging optical sensors that receive flash light (scintillation light) emitted from scintillators arranged in a line at a high density along the line. However, on the other hand, since the scintillator is in the above-described line shape, the region irradiated with X-rays or γ-rays is narrower than that in the case of the area sensor, and the sensitivity is inevitably lowered. When the photon energy of X-rays or γ-rays increases, the reaction efficiency with the scintillator decreases as the photon energy increases, and the above-described decrease in sensitivity becomes more remarkable.
また、複数種の放射線を用い色弁別して非破壊検査する手法(例えば、特許文献1参照)は、上述したように感度が低くなるために、色弁別の手法をラインセンサにおいて利用することが難しい。 In addition, since the technique of performing color discrimination using a plurality of types of radiation and performing non-destructive inspection (see, for example, Patent Document 1) has low sensitivity as described above, it is difficult to use the color discrimination technique in a line sensor. .
上記感度を向上させるためには、放射線がシンチレータと反応する領域を広くすることが考えられる。しかし、反応領域を広くすると測定の位置分解能は反応領域が大きくなった分だけ悪くなる。この場合、感度と分解能は、両方を良くするのが難しく、どちらかが犠牲にならざるを得ない。 In order to improve the sensitivity, it is conceivable to widen the region where the radiation reacts with the scintillator. However, if the reaction region is widened, the position resolution of the measurement deteriorates as the reaction region becomes larger. In this case, it is difficult to improve both sensitivity and resolution, and one of them must be sacrificed.
そこで、分解能を犠牲にしないで感度を向上させる第1の方法として、シンチレータの反応領域すなわち発光領域を広くしないで、光センサなど電気信号に変換した後に電子増幅させる方法が従来から考案され使用されている。上記X線I.I.はまさしく電子増幅機能をイメージセンサに組み込んだものである。 Therefore, as a first method for improving sensitivity without sacrificing resolution, a method of electronic amplification after conversion to an electrical signal such as an optical sensor without widening the reaction region of the scintillator, that is, the light emitting region, has been conventionally devised and used. ing. X-ray I. The electronic amplification function is built into the image sensor.
そして、その第2の方法として、シンチレータで発光する微量の光子を検知できる光センサに、例えば電荷結合素子から成るCCD(Charged Coupled Device)センサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ、TFT(Thin Film Transistor)型センサのような半導体受光素子を使用するものがある。 As a second method, for example, a CCD (Charged Coupled Device) sensor, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, a TFT (Thin Film), which is a charge coupled device, can be used as an optical sensor capable of detecting a small amount of photons emitted by a scintillator. Some devices use semiconductor light-receiving elements such as transistor type sensors.
また、上記感度を向上させる第3の方法として、放射線の照射時間を長くした積分機能により測定する方法がある(例えば、特許文献2参照)。この方法は、フィルムや輝尽性蛍光シートなどを用い、被検体を透過する放射線の光子量を累積して計測できるようにしたものである。上記輝尽性蛍光シートを利用したものに、X線、γ線および中性子線の感度を向上させるイメージングプレートがある。
しかしながら、上記感度を向上させるための第1の方法では、ラインセンサあるいはこのラインセンサを備えた放射線非破壊検査システムの大型・重量化が避けられなくなり、その小型化が難しくなるという大きな問題があった。 However, in the first method for improving the sensitivity, the line sensor or the radiation nondestructive inspection system including the line sensor is inevitably increased in size and weight, and it is difficult to reduce the size. It was.
そして、第2の方法は、上記受光素子を構成する半導体素子の放射線耐性が極めて低いために、ラインセンサあるいはそれを備えた放射線非破壊検査システムの信頼性に大きな問題があった。 And since the radiation resistance of the semiconductor element which comprises the said light receiving element is very low, the 2nd method had a big problem in the reliability of a line sensor or a radiation nondestructive inspection system provided with it.
また、第3の方法では、例えば輝尽性蛍光シートのように放射線の電離で生じたフィルムあるいはシートに例えばカラーセンタとして記録したものの現像や読み取りなどの間接的な操作が必要となる。このために、この方法は、非破壊検査のリアルタイム性に大きな問題があった。 Further, in the third method, for example, an indirect operation such as development or reading of a film or sheet generated as a color center on a film or sheet generated by ionization of radiation such as a photostimulable fluorescent sheet is required. For this reason, this method has a big problem in the real-time property of the nondestructive inspection.
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたもので、高感度で小型化が容易であり、被検体を透過した電磁波、放射線による損傷が極めて少ないラインセンサ、ラインセンサユニット、及び放射線非破壊検査システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above prior art, and is a line sensor, a line sensor unit, and non-destructive radiation that is highly sensitive, easy to miniaturize, and has very little damage caused by electromagnetic waves transmitted through a subject, radiation. The purpose is to provide an inspection system.
上記目的を達成するために、本発明に係るラインセンサは、被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元イメージセンサであって、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送される前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、を有する構成になっている。 In order to achieve the above object, a line sensor according to the present invention is a one-dimensional image sensor that detects an electromagnetic wave or radiation transmitted through a subject, the scintillator emitting light upon receiving the electromagnetic wave or radiation, and the electromagnetic wave or An optical element that is arranged in a direction that bends from a direction in which radiation is incident on the scintillator, transmits an outgoing light from the scintillator, and an optical element that is arranged in the direction of bending and receives the outgoing light transmitted by the optical element. And a light receiving element that converts it into an electrical signal.
そして、本発明に係るラインセンサユニットは、被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器であって、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路と、を有し、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する領域に開口部を有する遮蔽体が前記光学素子および前記受光素子を覆って設けられる構成になっている。 The line sensor unit according to the present invention is a one-dimensional radiation detector that detects electromagnetic waves or radiation that has passed through a subject. The scintillator emits light upon receiving the electromagnetic waves or radiation, and the electromagnetic waves or radiation is the scintillator. An optical element that is arranged in the direction of bending from the direction of incidence on the light and transmits the emitted light from the scintillator, and is arranged in the direction of bending and receives the emitted light transmitted by the optical element and converts it into an electrical signal A light-receiving element that integrates the electric signal in a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator to form a one-dimensional signal, and has an opening in a region where the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator A shield having a portion is provided to cover the optical element and the light receiving element. There.
そして、本発明に係る放射線非破壊検査システムは、被検体に電磁波あるいは放射線を照射する放射線源と、前記被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器を備え、前記一次元放射線検出器は、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路と、前記放射線源と前記一次元放射線検出器との間で前記被検体を相対的に一次元移動する手段と、を有する構成になっている。 The radiation nondestructive inspection system according to the present invention includes a radiation source that irradiates the subject with electromagnetic waves or radiation, and a one-dimensional radiation detector that detects the electromagnetic waves or radiation transmitted through the subject. The detector is a scintillator that emits light upon receiving the electromagnetic wave or radiation, an optical element that is arranged in a direction that bends from the direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator, and that transmits the emitted light from the scintillator, and the bending A light receiving element that is arranged in a direction to receive the outgoing light transmitted by the optical element and converts it into an electrical signal, and integrates the electrical signal in a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator to produce a one-dimensional signal. An integrating circuit, and the subject is relatively placed between the radiation source and the one-dimensional radiation detector. It has a configuration having a means for dimensional movement, the.
本発明によれば、高感度で小型化が容易であり、被検体を透過する電磁波、放射線による損傷が極めて少ないラインセンサ、ラインセンサユニット及び高分解能の放射線非破壊検査システムが実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a line sensor, a line sensor unit, and a high-resolution radiation nondestructive inspection system that are highly sensitive and easy to miniaturize, and that are hardly damaged by electromagnetic waves and radiation that pass through the subject.
以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Several preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るラインセンサについて初めに図1を参照して説明する。図1はラインセンサおよびラインセンサユニットの一例の模式的構成図である。ここで、図1(a)はそれ等の側断面図であり、図1(b)は正面図である。
(First embodiment)
A line sensor according to a first embodiment of the present invention will be described first with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a line sensor and a line sensor unit. Here, FIG. 1A is a side sectional view thereof, and FIG. 1B is a front view thereof.
図1(a)および図1(b)において、ラインセンサは、基本構成として、被検体(不図示)を透過した放射線1(電磁波あるいは放射線)の入射する方向(Y軸方向)に延在するシンチレータシート2を備える。そして、放射線1の入射する方向に対しほぼ直交する方向(Z軸方向)であって上記シンチレータシート2に隣接して配置された光学素子3と、該光学素子3に隣接した受光素子4とを有する。
1 (a) and 1 (b), the line sensor extends in the direction (Y-axis direction) in which the radiation 1 (electromagnetic wave or radiation) transmitted through the subject (not shown) is incident as a basic configuration. A
上記(透過)放射線1は、紫外線のような電磁波、X線、γ線あるいは中性子線などから成る放射線である。シンチレータシート2は、詳細は後述するが、上記放射線を検出しシンチレーション光を発光し、多数の粒状、柱状あるいは針状構造のシンチレータ粒子(結晶シンチレータ)をそれぞれに集積した構造体が好適である。
The (transmitting)
光学素子3は、上記シンチレーション光のうち受光素子4側に進むシンチレーション光をコリメートするものであり、多数本の光ファイバが束ねられた構造体であって例えばファイバオプティクスプレート(Fiber Optics Plate)が好適である。その他に、光学素子3としては、繊維光学系の種々の構造の光学素子が適用できる。
The
そして、受光素子4は、上記光学素子3を通過したシンチレーション光を受光する例えば二次元配列の画素を有する受光素子であり、二次元CCDセンサあるいは二次元CMOSセンサのような半導体受光素子が好適である。
The
また、上記構造のラインセンサは、放射線1がシンチレータシート2に入射するスリット状の開口部5を有する遮蔽体6により覆われる。ここで、開口部5は、図1(b)に示すようにX軸方向にライン状に形成され、更に、放射線1をY軸方向にコリメートする構造になっており、放射線1の散乱線がシンチレータシート2に入射するのを防止するようになっている。そして、遮蔽体6は、例えばブロック状の鉛材により構成され、上記光学素子3および受光素子4を放射線1の曝露から保護する。
The line sensor having the above structure is covered with a
そして、この開口部5の所定の箇所に、放射線1の入射によりシンチレータシート2で発生するシンチレーション光が外部に出射するのを防止するための例えばマイラーフィルムから成る遮光膜7が取り付けられている。更に、受光素子4により光電変換された電気信号の出力を外部に伝送するケーブル8、そして好ましくは電気回路が取り付けられている。このようにして、図1に示すような一次元放射線検出器であるラインセンサユニット10が構成される。
A
次に、上記シンチレータシート2の好適な構造について図2ないし5を参照して詳しく説明する。ここで、図2ないし5は、図1に記したA領域の拡大図となっている。
Next, a preferred structure of the
図2に示すように、多数個の例えば微小球状構造のシンチレータ粒子11が、光透過性のバインダー12により固着され集積されて、例えばシート状あるいは平板状の構造体にされ、図1に示したシンチレータシート2を形成する。ここで、バインダー12としては、例えば、無色透明のシリコーン樹脂あるいはシリコーンゴムが好適である。その他に、メチルセルロース系、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系等の材料から選択することもできる。更には、合成樹脂系のエポキシ樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、ポリプロピレン等も挙げることができる。このようなバインダー12は、ゲル状であってもよいし粉末状であってもよい。そして、上記材料の一つあるいは複数の混合した形態であってもよい。
As shown in FIG. 2, a large number of, for example, microspherical
上記微小球状構造のシンチレータ粒子11としては、種々のシンチレータ材料が使用できる。例えば、赤色発光蛍光体のユーロピウムを賦活物質とし活性化した、酸化ガドリニウムGd2O3:Eu、酸硫化ガドリニウムGd2O2S:Euなどが例として挙げられる。あるいは、ユーロピウムで活性化したアルミン酸ガドリニウムGd3Al5O12:Eu、ガリウム酸ガドリニウムGd3Ga5O12:Eu、バナジン酸ガドリニウムGdVO4:Euなども挙げることができる。
Various scintillator materials can be used as the
また、セリウムとクロムで活性化したガリウム酸ガドリニウムGd3Ga5O12:Ce,Crの一つあるいは緑色蛍光体のテルビウムで活性化した酸化ガドリニウムGd2O3:Tb、酸硫化ガドリニウムGd2O2S:Tbが挙げられる。あるいは、プラセオジムで活性化した酸硫化ガドリニウムGd2O2S:Pr、テルビウムで活性化したガリウム酸ガドリニウムGd3Ga5O12:Tb、アルミン酸ガドリニウムGd3Al5O12:Tbが一例として挙げられる。 In addition, gadolinium gallate Gd 3 Ga 5 O 12 : Ce, Cr activated by cerium and chromium, or gadolinium oxide Gd 2 O 3 : Tb activated by terbium, a green phosphor, gadolinium oxysulfide Gd 2 O 2 S: Tb. Alternatively, gadolinium oxysulfide Gd 2 O 2 S: Pr activated with praseodymium, gadolinium gallate Gd 3 Ga 5 O 12 : Tb activated with terbium, gadolinium aluminate Gd 3 Al 5 O 12 : Tb are listed as examples. It is done.
そして、テルビウムの一つあるいは青色蛍光体のセリウムで活性化したアルミン酸イットリウムYAlO3:Ce、セリウムで活性化したケイ酸イットリウムY2SiO5:Ce、ケイ酸ガドリニウムGd2SiO5:Ceが挙げられる。あるいは、ニオブで活性化したタンタル酸イットリウムYTaO4:Nb、ユーロピウムで活性化したフッ化塩化バリウムBaFCl:Euが挙げられる。あるいは、銀で活性化した硫化亜鉛ZnS:Agが挙げられる。その他に、タングステン酸カルシウムCaWO4:Ag、タングステン酸カドミウムCdWO4:Ag、タングステン酸亜鉛ZnWO4:Ag、またはタングステン酸マグネシウムMgWO4:Agが挙げられる。 One of terbium or blue phosphor cerium activated yttrium aluminate YAlO 3 : Ce, cerium activated yttrium silicate Y 2 SiO 5 : Ce, gadolinium silicate Gd 2 SiO 5 : Ce It is done. Alternatively, yttrium tantalate YTaO 4 : Nb activated with niobium and barium fluoride chloride BaFCl: Eu activated with europium can be mentioned. Another example is zinc sulfide ZnS: Ag activated with silver. Other examples include calcium tungstate CaWO 4 : Ag, cadmium tungstate CdWO 4 : Ag, zinc tungstate ZnWO 4 : Ag, or magnesium tungstate MgWO 4 : Ag.
上記シンチレータ材料は、公知のCsI、NaI、KIのような無機結晶、アントラセンのような有機結晶、ポリスチレン、ポリビニルトルエンのようなプラスチックであってもよい。あるいは、上記材料の一つあるいは複数の混合した形態であってもよい。 The scintillator material may be a known inorganic crystal such as CsI, NaI or KI, organic crystal such as anthracene, plastic such as polystyrene or polyvinyltoluene. Alternatively, one or a mixture of the above materials may be used.
また、上記球状構造のシンチレータ粒子11は、必ずしも球状に限定されず粒状になっていればよい。この粒子体としては種々の形態が考えられる。例えば、楕円体、直方体あるいは多面体などである。そして、上記シンチレータ材料は、25mg/cm2〜2500mg/cm2となるように塗布されて、上記シート状あるいは平板状の構造体が形成される。
Further, the
このようなシンチレータシート2を使用することにより、放射線1により発光する図2のシンチレーション光13は、粒状構造のシンチレータ粒子11の間のバインダー12を通光し、図1に示した光学素子3に到達し易くなる。これに対して、この光透過性のバインダー12がないと、稠密に配列した球状構造のシンチレータ粒子11で発光するシンチレーション光の多くは、隣接する球状構造のシンチレータ粒子11により遮蔽されるようになり光学素子3に到達し難くなる。
By using such a
このようにして、図1に示したラインセンサあるいはラインセンサユニット10において、シンチレータシート2で発光するシンチレーション光のシンチレータシート2中での透過性が非常に高くなる。このために、光学素子3および受光素子4に入射するシンチレーション光の収率が向上する。そして、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10の感度が向上するようになる。
In this way, in the line sensor or
上記シンチレータシート2の構造としては、その他に種々の形態が可能である。図3に示すように、例えば球状構造のシンチレータ粒子11が光透過性を有する樹脂あるいはガラス等から成るコーティング層14により被覆され、例えばシート状あるいは平板状の構造体にされて、図1に示したシンチレータシート2が形成される。ここで、コーティング層14としては、例えば無色透明のエポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂が好適である。その他に、メチルセルロース系、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系等の材料から選択することもできる。
As the structure of the
あるいは、図4に示すように、例えば球状構造のシンチレータ粒子11と、光透過性があり粉体状のフィラー15が混合した形態のシート状構造体にされて、図1に示したシンチレータシート2が形成される。ここで、フィラー15としては、例えば、無色透明なガラス類、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂が好適である。その他に、コーティング層14の場合と同じように、メチルセルロース系、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系等の材料から選択することもできる。更に、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化バリウム、酸化チタン、硫酸バリウムが挙げられる。
Alternatively, as shown in FIG. 4, for example, the
あるいは、図5に示すように、例えば球状構造のシンチレータ粒子11の配列された層と、光透過性の導光板16とが交互に積層された形態のシート状構造体にされて、図1に示したシンチレータシート2が形成される。ここで、導光板16としては、例えば、無色透明なガラス類、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂の平板あるいはファイバが好適である。この導光板16は、シンチレーション光13の導光路として機能する。
Alternatively, as shown in FIG. 5, for example, a sheet-like structure in which layers in which spherical
上記図3ないし5で説明したシンチレータシート2であっても、図2の場合と同様に、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10において受光素子4に入射するシンチレーション光13の収率が大幅に向上するようになる。そして、上記図2ないし5で説明したところの構造体を組み合わせることにより、更にその収率を増大させることができるようになる。
Even in the
上記シンチレータシート2は、粒状のシンチレータ粒子を集積させる構造体以外に、多数の柱状あるいは針状のシンチレータ粒子を束(バンドル)にしたものであってもよい。このようなシンチレータ粒子としては、例えば針状に成長したCsI結晶が極めて好適である。上記柱状あるいは針状のシンチレータ粒子をバンドルに集積した構造体の場合においても、図2で説明したのと同じように、柱状(針状)構造のシンチレータ粒子をバインダー12で固着させる。あるいは、図3ないし5で説明したのと同じように、コーティング層、フィラーあるいは導光板を適用させる。このようにすることにより、同様にして、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10において受光素子4へのシンチレーション光13の収率は大幅に向上する。
The
次に、上記ラインセンサあるいはラインセンサユニット10の動作機構について図1ないし図6を参照して説明する。図6は二次元の受光素子4の動作機構を説明するための平面図である。
Next, the operation mechanism of the line sensor or
図1に示したように、シンチレータシート2に対して、そのX軸方向にライン状に入射する放射線1は、その入射方向であるY軸方向にシンチレータシート2内を伝播し、例えば図2ないし5で示したようにシンチレーション光13を発光させる。上記放射線1はシンチレータシート2内を伝播しながらその強度Iがほぼ(1)式に従って減衰する。
As shown in FIG. 1, the
I=I0exp(−μρt) (1) I = I 0 exp (−μρt) (1)
ここで、I0はシンチレータシート2に入射する前の放射線強度、μ(cm2/g)は放射線のエネルギーに依存した質量エネルギー吸収係数、ρ(g/cm3)は透過したシンチレータの比重、t(cm)は放射線1が透過したY軸方向のシンチレータの厚さを示している。放射線1がγ線の場合にはエネルギー特性が単色で表されることが多いために、質量エネルギー吸収係数μは全減衰係数として簡単な計算により与えられることができる。しかし、X線の場合には用いるX線管のエネルギー特性が単色ではなく、かなりブロードなスペクトル(低いエネルギーから高いエネルギーまで広がったスペクトル)を持つために簡単な計算では与えられず、実効的なエネルギーとして実験などにより与えられる。
Here, I 0 is the radiation intensity before entering the
上記(1)式に基づいて、Y軸方向に延在するシンチレータシート2の寸法が決められる。ここで、シンチレータシート2を構成する粒状、柱状あるいは針状構造のシンチレータ粒子11、バインダー12、コーティング層14、フィラー15あるいは導光板16の材質を考慮する。また、放射線の吸収特性および被検体に照射する放射線1のエネルギーを考慮する。そして、放射線1の減衰が大きければシンチレータシート2の寸法を短くし、その減衰が小さければ上記寸法を長くする。
Based on the formula (1), the dimension of the
このようにすることにより、シンチレーション光を発光するシンチレータシート2の二次元面を最適になるように拡げることができる。そして、それに伴って上記光学素子3を通過して二次元の受光素子4表面に達するシンチレーション光13の光量が増加する。そして、ラインセンサの放射線に対する感度が向上するようになる。
By doing in this way, the two-dimensional surface of the
ここで、後述するように二次元の受光素子4の表面で検知するシンチレーション光13は光電変換され、その電気信号(電荷)が図1に示したY軸方向に沿って積算される。この積算処理は、図1で示した電気回路9で行うと好適である。あるいは、上記積算処理の回路である積算回路が、二次元CCDセンサ、二次元CMOSセンサのような半導体受光素子に混載されていてもよい。このようにして、シンチレータシート2の二次元面から発光し受光素子4で受光するシンチレーション光13は、一次元画像を生成する電気信号に加工される。
Here, as will be described later, the
図1に示すラインセンサにおいて、放射線1の照射によりシンチレータシート2で発光するシンチレーション光は、上記繊維光学系の光学素子3によりコリメートされる。しかし、図2ないし5で示したシンチレーション光13においては、受光素子4の方向に出射しないシンチレーション光も存在する。また、受光素子4の表面方向に出射するシンチレーション光13にあっても、種々の放射角度で出射する。そこで、上記光学素子3が、上記シンチレーション光13をコリメートし、特にシンチレータシート2のX軸方向における発光位置を弁別する機能を有する。このようにして、X軸方向に一次元配列して入射する放射線1に基づいて生成される上記一次元画像は、X軸方向において精確で高分解能になり、その解像度が大きく向上するようになる。
In the line sensor shown in FIG. 1, scintillation light emitted from the
上述したように、シンチレーション光13の光電変換で生成する電気信号は、Y軸方向で積算される。このため、光学素子3は、Y軸方向においてシンチレーション光13のコリメート能力が低くなるような繊維光学系構造体であっても、充分に使用することができる。しかし、上記光学素子3は、X軸方向におけるコリメートが精確になるような構造体が好ましい。
As described above, the electric signal generated by the photoelectric conversion of the
次に、上記シンチレーション光の光電変換およびその積算処理について説明する。受光素子4は、図6に示す二次元CCDセンサ、二次元CMOSセンサのような二次元配列の画素を有する受光素子により構成される。図6(a)は、二次元の受光素子の表面で検知したシンチレーション光を光電変換し、その電気信号をY軸方向で積算する様子を模式的に示す平面図である。
Next, the photoelectric conversion of the scintillation light and its integration process will be described. The
イメージセンサにおいて光学素子3によりコリメートされたシンチレーション光は、二次元の受光素子4の平面上で受光される。ここで、例えば二次元CCDセンサから成る受光素子4では、垂直電荷転送部V1、V2、V3…VnがY軸方向に沿うように配置される。そして、水平電荷転送部H0がX軸方向に沿うようになる。
The scintillation light collimated by the
上記受光素子4で生成した電荷は、二次元CCDセンサと同様な操作により所定の速度で転送され、垂直電荷転送部V1、V2、V3…Vnから水平電荷転送部H0を通り増幅回路で信号増幅される。そして、上記垂直電荷転送部V1、V2、V3…Vnからの信号電荷(増幅後のもの)は、積算回路により所定時間内に積算処理される。このようにして、X軸方向の一次元信号に加工処理される。そして、この一次元に積算された信号から、被検体の一次元画像が生成される。このような操作および処理は、二次元CCDセンサに限らず二次元CMOSセンサあるいはTFT型センサ等でも全く同様にして行うことができる。
Charges generated by the
上述したように、二次元の受光素子4は、シンチレータシート2から発光したシンチレーション光を二次元面で受光することを特徴とする。このことにより、従来の技術の場合よりも多くのシンチレーション光量を検知することができるようになる。また、シンチレータシート2を放射線1の入射方向に延在させることにより、シンチレーション光の出射する領域が広がる。このことにより、1画素において光電変換で生成する信号電荷量が蓄積飽和量を超える場合に生じる輝度の白色化が防止できるようになる。そして、ラインセンサの感度が大きく向上すると共にその高分解能化が容易になる。
As described above, the two-dimensional
受光素子4における電気信号のY軸方向での積算の仕方には、図6(b)に示すようにその他に種々の変形例がある。図6(b)は、図6(a)と同様であって、二次元の受光素子の表面で検知したシンチレーション光を光電変換し、その電気信号をY軸方向で積算する様子を模式的に示す平面図である。
As shown in FIG. 6B, there are various other modified examples of how the electric signals in the
図6(b)では、例えば二次元CCDセンサから成る受光素子4においては、上記垂直電荷転送部V1、V2、V3…Vnに対して、垂直電荷転送部の信号電荷を積算するための水平電荷転送部が、水平電荷転送部H0、H1、H2と3種類に設けられている。
In FIG. 6 (b), in the
ここで、放射線1のエネルギーが高い場合には、垂直電荷転送部V1、V2、V3…Vnからの信号電荷(増幅後のもの)は、水平電荷転送部H0までのものが積算される。そして、放射線1のエネルギーが小さくなるに従い、水平電荷転送部H1まで、あるいは水平電荷転送部H2までの垂直電荷転送部V1、V2、V3…Vnの信号電荷(増幅後のもの)がそれぞれ積算できるようにする。ここで、上記積算する二次元配列の画素の範囲を決める水平電荷転送部H0、H1、H2の選択は、図1において説明した電気回路9において制御するとよい。あるいは、この制御は、上記積算回路と共に二次元の受光素子4に混載/集積された制御回路により行えるようにしてもよい。
Here, when the energy of the
このようにすることにより、ラインセンサの感度のレンジ切り換えが被検体により自在にできるようになる。例えば、放射線源により照射される被検体の透過する放射線1のエネルギーが高くなる場合には、積算する範囲を上記水平電荷転送部H0までにする。逆に、被検体を透過する放射線1のエネルギーが低くなる場合には、積算する範囲を上記水平電荷転送部H2までにする。これは、通常、放射線1の光子エネルギーが高くなるに伴いシンチレータシート2の伝播距離が長くなるからである。
ここで、積算する範囲は上記3種類に限定されるものでなく、2種類あるいは4種類以上になる構成にしてもよい。
In this way, the range of sensitivity of the line sensor can be freely changed by the subject. For example, when the energy of the
Here, the range to be integrated is not limited to the above three types, and may be configured to be two types or four or more types.
上述したように、上記第1の実施形態では、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10は、被検体を透過した放射線1を検出する一次元イメージセンサであって、放射線1を受けて発光するシンチレータシート2を有している。そして、放射線1がシンチレータシート2に入射するY軸方向からほぼ直交する方向に、光学素子3と二次元の受光素子4を有する。
As described above, in the first embodiment, the line sensor or the
このような構成であると、シンチレータシート2から発光したシンチレーション光を二次元面で受光することができ、従来の技術の場合よりも多くのシンチレーション光量を検知することが可能になる。また、二次元CCDセンサやCMOSセンサの1画素において、光電変換で生成する電荷量の蓄積飽和量を超える場合に生じる輝度の白色化を防止することができる。そして、ラインセンサの感度が大きく向上すると共にその高分解能化が容易になる。
With such a configuration, the scintillation light emitted from the
更に、光学素子3および二次元の受光素子4は、放射線1の入射方向から離間するようになり、例えば遮蔽体6を通して放射線1の照射から容易に保護できるようになる。この放射線曝露からの保護により、光学素子3のカラーセンタ生成による劣化、高感度の半導体受光素子から成る二次元の受光素子4内の放射線電離に伴う劣化が防止できる。そして、信頼性の極めて高いラインセンサあるいはラインセンサユニット10が実現される。
Furthermore, the
上記実施形態において、光学素子3および受光素子4は、放射線1の入射する方向から直行する方向でなくても、所定の角度で曲折する方向に配置されるようにしてもよい。このような配置構成であっても、光学素子3および受光素子4は、放射線1の入射方向から離間する配置になり、放射線曝露から容易に保護されるようになる。また、シンチレータシート2からのシンチレーション光を二次元面で受光し、多量のシンチレーション光を検知することが可能である。
In the embodiment described above, the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図7を参照して説明する。この実施形態の特徴は、上述した受光素子4面と逆方向に出射するシンチレーション光も集光して、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10の感度を更に向上させる構造にある。ここで、図7は上記構造を有するラインセンサの側断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A feature of this embodiment is that the scintillation light emitted in the direction opposite to the surface of the
図7に示すように、ラインセンサは、基本構成として、放射線1の入射する方向に延在するシンチレータシート2を備える。そして、放射線1の入射する方向に対しほぼ直交する方向であって上記シンチレータシート2面に隣接して配置される光学素子3と、該光学素子3に隣接する受光素子4とを有する。更に、上記光学素子3側に対向するシンチレータシート2の面に隣接して配置される光反射性部材17を有している。
As shown in FIG. 7, the line sensor includes a
ここで、光反射性部材17は、例えば鏡面に仕上げられた板状の金属材が格子状に成形されたものである。あるいは、鏡面に仕上げられた長細い板状の金属材が所定の配列ピッチで配置されて形成されたものである。その他に、光を反射するように鏡面に仕上げられた平板であってもよい。このような光反射性部材17は、シンチレータシート2の一面に取り付けられ遮蔽板18に接する構造になっている。そして、遮蔽板18は、遮蔽体6と同様に例えば鉛材から成る板であり、第1の実施形態で説明したように放射線1のコリメート機能を有している。
Here, the light
そして、シンチレータシート2、光学素子3および受光素子4は、第1の実施形態で説明したのと同様にして形成されている。なお、図1で説明した積算回路のような電気回路が具備されていてもよい。ここで、本実施形態のラインセンサの動作機構は、第1の実施の形態で説明したのと同様になる。
The
本実施形態では、受光素子4側と逆方向に出射するシンチレーション光が光反射性部材17により反射される。そして、この反射したシンチレーション光は、再びシンチレータシート2に戻され、図2ないし5で説明したように例えば球状構造のシンチレータ粒子11の間を通過し、その一部が光学素子3に達し受光素子4に入射するようになる。このようにして、第1の実施形態の場合よりも更に受光素子4に入射するシンチレーション光の収率が向上する。そして、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10の感度が更に向上するようになる。更に、ラインセンサの高分解能な画像が得られるようになる。
In the present embodiment, the scintillation light emitted in the direction opposite to the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について図8を参照して説明する。この実施形態の特徴は、第1の実施形態において、シンチレータシート2の両面側にそれぞれ光学素子と受光素子を配置し、シンチレータシート2の両面から出射するシンチレーション光を検知する構造にある。ここで、図8はこのような構造を有するラインセンサの側断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that, in the first embodiment, an optical element and a light receiving element are arranged on both sides of the
図8に示すように、ラインセンサは、基本構成として、放射線1の入射する方向に延在するシンチレータシート2を備える。そして、放射線1の入射する方向に対しほぼ直交する方向であって上記シンチレータシート2の面に隣接して配置される第1の光学素子3aと、該第1の光学素子3aに隣接する第1の受光素子4aとを有する。更に、上記第1の光学素子3a側に対向するシンチレータシート2の面に隣接して配置される第2の光学素子3bと、該第2の光学素子3bに隣接する第2の受光素子4bとを有している。
As shown in FIG. 8, the line sensor includes a
上記第1の光学素子3aおよび第2の光学素子3bは、それぞれ第1の実施形態で説明したような繊維光学系により形成される。ここで、互いに異なる繊維光学系でもよいし同一の光学系でもよい。また、上記第1の受光素子4aおよび第2の受光素子4bは、第1の実施形態で説明したような二次元の受光素子により形成される。この場合でも、互いに異なる二次元の受光素子あるいは同一の受光素子でもよい。また、図1で説明した積算回路のような電気回路が具備されていてもよい。この場合の積算回路は、第1の実施形態で説明したのと同様にして、それぞれ第1の受光素子4aおよび第2の受光素子4bの両方からの光電変換された電気信号を加算して処理することになる。
The first
本実施形態では、ラインセンサにおいて、シンチレータシート2の両面から出射するシンチレーション光が、放射線による画像形成に有効に使用できる。このために、ラインセンサあるいはラインセンサユニット10の感度が第2の場合よりも更に向上する。また、ラインセンサの高分解能な画像が得られるようになる。
In the present embodiment, in the line sensor, scintillation light emitted from both surfaces of the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について図9ないし11を参照して説明する。この実施形態の特徴は、並列に配置された複数の一次元受光素子により受光素子4が形成された構造になるところにある。ここで、図9は上記構造を説明するためのラインセンサの遮蔽体6を除いた主要部を示す側断面図となっている。図10と図11は、このようなラインセンサを用いた放射線非破壊検査の二次元画像である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The feature of this embodiment is that the
図9に示すように、ラインセンサは、放射線1の入射する方向(Y軸方向)に延在するシンチレータシート2を備えている。そして、放射線1の入射する方向に対しほぼ直交する方向であって上記シンチレータシート2面に隣接して配置される光学素子3と、該光学素子3の端面に接しY軸方向に並列に配置されたシリンドリカルレンズ19(19a、19b、19c)とを有する。更に、上記シリンドリカルレンズの略焦点位置に配置された一次元受光素子20(20a、20b、20c)を有している。
As shown in FIG. 9, the line sensor includes a
更に、図9に示しているように上記光学素子3側に対向するシンチレータシート2の面に隣接して配置される光反射性部材17を備えている。上記光反射性部材17は、第2の実施形態で説明したのと同様に、シンチレータシート2の一面に取り付けられ遮蔽板18に接する構造になっている。また、遮蔽板18は、遮蔽体6と同様に例えば鉛材から成る板であり、第1の実施形態で説明したように放射線1のコリメート機能を有している。
Further, as shown in FIG. 9, a
上記シリンドリカルレンズ19としては、平凸シリンドリカルレンズが好適である。その他に、平凹シリンドリカルレンズ、凹凸シリンドリカルレンズあるいは凸凸シリンドリカルレンズであってもよい。いずれにしても、シリンドリカルレンズ19は、シンチレータシート2からのシンチレーション光を一次元受光素子20にライン状に集光させるものであればよい。
As the cylindrical lens 19, a plano-convex cylindrical lens is suitable. In addition, a plano-concave cylindrical lens, an uneven cylindrical lens, or a convex-convex cylindrical lens may be used. In any case, the cylindrical lens 19 only needs to condense the scintillation light from the
そして、一次元受光素子20は、一次元配列の画素を有する受光素子であり、一次元CCDセンサあるいは一次元CMOSセンサのような半導体受光素子が好適である。その他に、一次元のTFT型センサであっても使用することができる。
The one-dimensional
そして、シンチレータシート2および光学素子3は、第1の実施形態で説明したのと同様にして形成されている。なお、図1で説明した積算回路のような電気回路が具備されていてもよい。あるいは、この電気回路はラインセンサ外に取り付けられていてもよい。
The
本実施形態のラインセンサの動作機構では、第1の実施形態で説明したように、シンチレータシート2において放射線1により出射したシンチレーション光13は、光反射性部材17で反射されたシンチレーション光も含め光学素子3においてコリメートされる。そして、例えば平凸のシリンドリカルレンズ19を通ってライン状に集光される。図9に示すように、シリンドリカルレンズ19aによりライン状に集光されたシンチレーション光13は、一次元受光素子20aにより検知される。同様に、シリンドリカルレンズ19bおよびシリンドリカルレンズ19cによりライン状に集光されたシンチレーション光13は、それぞれに一次元受光素子20bおよび一次元受光素子20cにより検知される。
In the operation mechanism of the line sensor of the present embodiment, as described in the first embodiment, the
そして、一次元受光素子20a、20b、20cで検知されたシンチレーション光13はそれぞれに光電変換され、それ等の電気信号がY軸方向に積算される。この積算処理は上述した電気回路で行われる。このようにして、シンチレータシート2の二次元面から発光し、複数の並列配置の一次元受光素子20で受光するシンチレーション光13は、第1の実施形態で説明したのと同様に一次元画像を生成する電気信号になる。
Then, the
次に、上記ラインセンサを用いた放射線非破壊検査の具体的な結果について、図10,11を参照して説明する。ここで、光反射性部材17の構造を変えた2例について示す。
Next, specific results of the radiation nondestructive inspection using the line sensor will be described with reference to FIGS. Here, two examples in which the structure of the
図10では、図9に示したラインセンサにおける光反射性部材17は、鏡面に仕上げられた板状の金属材が格子状に成形されてシンチレータシート2の一面に取り付けられ、遮蔽板18に接するように形成されている。図10(a)は、シンチレータシート2の一面に取り付けられた光反射性部材17を遮蔽板18側から見た平面図である。このシンチレータシート2に放射線1が入射するようになる。
In FIG. 10, the light
図9で説明したラインセンサの動作により、図10(b)に示すような放射線非破壊検査の二次元画像が得られる。 The two-dimensional image of the radiation nondestructive inspection as shown in FIG. 10B is obtained by the operation of the line sensor described with reference to FIG.
別の例を示した図11では、図9に示したラインセンサにおける光反射性部材17は、鏡面に仕上げられた長細い板状の金属材が所定の配列ピッチで配置されて、シンチレータシート2の一面に取り付けられ、遮蔽板18に接するように形成されている。図11(a)は、シンチレータシート2の一面に取り付けられた光反射性部材17を遮蔽板18側から見た平面図であり、放射線1がシンチレータシート2に入射する構成になる。
In FIG. 11 showing another example, the light
図10で説明したのと同様なラインセンサの動作により、図11(b)に示すような放射線非破壊検査の二次元画像が得られる。この場合に得られた画像は、図10の場合の画像よりも分解能が高くなっている。ここで、この二次元画像の被検体は、図10の場合と同一である。 The two-dimensional image of the radiation nondestructive inspection as shown in FIG. 11B is obtained by the operation of the line sensor similar to that described in FIG. The image obtained in this case has a higher resolution than the image in the case of FIG. Here, the subject of the two-dimensional image is the same as in the case of FIG.
本実施形態では、ラインセンサの受光素子として一次元受光素子20を使用して、放射線による被検体の二次元画像を得ることができる。上記ラインセンサの構造にすることにより、光電変換で生成される電気信号の積算処理の速度が大幅に向上するようになる。また、上記第1ないし3の実施形態の場合よりも安価なラインセンサを実現することができる。更に、図10,11で説明したように、光反射性部材17を適切な構造にすることによりラインセンサの分解能を向上させることが可能となる。
In this embodiment, the two-dimensional image of the subject by radiation can be obtained using the one-dimensional
上記実施形態において、ラインセンサの要部は、図9に示したラインセンサの光学素子3あるいは光反射性部材17を除いた構成になっていてもよい。この場合であっても、図2ないし5で説明したシンチレーション光13のシリンドリカルレンズ19による集光収率の向上を図ることによって、図9に示した場合と同程度の感度および分解能が得られる。また、並列に配置する一次元受光素子20は、上述したような3個に限るものではなく、所望のラインセンサに合わせて適宜にその数は選択される。同時に、シリンドリカルレンズ19の数も一次元受光素子20の数に合わせて変えられる。
In the above embodiment, the main part of the line sensor may have a configuration excluding the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について図12を参照して説明する。この実施形態の特徴は、被検体を透過する複数種の放射線を同時に検出し放射線イメージングの感度および解像度を向上させるようにするところにある。ここで、図12はこのようなラインセンサの側断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment resides in that the sensitivity and resolution of radiation imaging are improved by simultaneously detecting a plurality of types of radiation transmitted through the subject. Here, FIG. 12 is a side sectional view of such a line sensor.
図12に示すように、ラインセンサは、基本構成として、被検体(不図示)を透過した第1の放射線1a(例えばX線)、第2の放射線1b(例えばγ線)の入射する方向に延在するシンチレータシート2を備える。そして、これ等の放射線の入射する方向から曲折する方向であって上記シンチレータシート2に隣接して配置される光学素子3と、該光学素子3に隣接する受光素子4とを有する。そして、これ等は、第1の実施形態で説明したように遮蔽体6内に収容してある。
As shown in FIG. 12, the line sensor has a basic configuration in the direction in which the
第1の放射線1aは、第1の放射線源21a(例えばX線源)の出射口のコリメータ22を通り略平行ビームにされた第1の入射放射線23aが被検体(不図示)を透過したものである。同様に、第2の放射線1bは、第2の放射線源21b(例えばγ線源)の出射口のコリメータ22を通り略平行ビームにされた第2の入射放射線23bが上記被検体を透過したものである。なお、上記第1の放射線源21aと第2の放射線源21bが放射線源21となる。
The
上記シンチレータシート2は、第1の実施形態で説明したのと全く同じようにして形成されている。ここで、シンチレータシート2には、図12に示すように、互いに角度が少しずれて第1の放射線1aと第2の放射線1bとが入射する。そこで、シンチレータシート2は、その奥行き方向(Y軸方向)に延在すると共に幅広がり構造になっている。
The
そして、光学素子3および受光素子4は、第1あるいは第4の実施形態で説明したのと同様にして形成されている。なお、図1で説明した積算回路のような電気回路が具備されていてもよい。あるいは、この電気回路はラインセンサ外に取り付けられていてもよい。この場合の積算回路では、第1の実施形態で説明したのと同様に、第1の放射線1a、第2の放射線1bによるそれぞれのシンチレーション光から光電変換された電気信号が、別々にとり出される。このようにして、エネルギーの異なる2種類の放射線による被検体の二次元画像が得られる。
The
本実施形態では、異なるエネルギーの放射線を用いた被検体の放射線イメージングが高感度で簡便にできるようになる。そして、被検体の高解像度化が可能になる。 In the present embodiment, radiation imaging of a subject using radiation of different energy can be easily performed with high sensitivity. Then, it becomes possible to increase the resolution of the subject.
本実施形態において、第1の放射線源21aとして中性子線源を用い、第2の放射線源21bとしてX線源あるいはγ線源を用いるようにしてもよい。このような場合のシンチレータシート2には、中性子線に反応するシンチレータ、X線源あるいはγ線源に反応する、粒状、針状あるいは柱状のシンチレータ粒子が、それぞれ図2ないし5で説明したのと同様にして形成され混在するようになる。
In the present embodiment, a neutron source may be used as the
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態について図13を参照して説明する。この実施形態の特徴は、被検体を透過する複数種の放射線を同時に検出し放射線イメージングの感度および解像度を向上させるようにするところにあり、第5の実施形態の変形例である。図13は、このようなラインセンサの側断面図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A feature of this embodiment is that a plurality of types of radiation transmitted through the subject are simultaneously detected to improve the sensitivity and resolution of radiation imaging, and is a modification of the fifth embodiment. FIG. 13 is a side sectional view of such a line sensor.
ここで、複数の放射線として中性子線とγ線を用いる場合を例にして説明する。ラインセンサは、基本構成として、被検体(不図示)を透過した第1の放射線1a(中性子線)、第2の放射線1b(γ線)の入射する方向にそれぞれ延在する第1のシンチレータシート2a、第2のシンチレータシート2bを備える。そして、第1の放射線1aの入射する方向からほぼ直交して曲折する方向であって、第1のシンチレータシート2aに隣接して配置される光学素子3aと、該光学素子3aに隣接する受光素子4aとを有する。更に、第2の放射線1bの入射する方向からほぼ直交して曲折する方向であって、第2のシンチレータシート2bに隣接して配置される光学素子3bと、該光学素子3bに隣接する受光素子4bとを有する。これ等は、第1の実施形態で説明したように遮蔽体6内に収容してある。
Here, a case where neutron rays and γ rays are used as a plurality of radiations will be described as an example. The line sensor has, as a basic configuration, a first scintillator sheet that extends in the direction in which the
ここで、第1のシンチレータシート2aと第2のシンチレータシート2bは、その間に挿着された遮蔽部材24により、互いのシンチレータシートから出射するシンチレーション光が、それぞれの光学素子あるいは受光素子に混入しないように配置してある。ここで、遮蔽部材24の表面にそれぞれ光反射性部材が取り付けられていてもよい。
Here, the
そして、上記ラインセンサにおいて、図1で説明した2つの積算回路が具備されている。あるいは、このような電気回路はラインセンサ外に取り付けられていてもよい。 The line sensor includes the two integration circuits described with reference to FIG. Alternatively, such an electric circuit may be attached outside the line sensor.
上記第1の放射線1aは、中性子線源からなる第1の放射線源21aの出射口のコリメータ22を通り平行ビームにされた第1の入射放射線23aが被検体(不図示)を透過したものである。同様に、第2の放射線1bは、γ線源からなる第2の放射線源21bの出射口のコリメータ22を通り平行ビームにされた第2の入射放射線23bが上記被検体を透過したものである。そして、第1の放射線1aが第1のシンチレータシート2aに入射する。同様に、第2の放射線1bが第2のシンチレータシート2bに入射する。
The
そこで、第1のシンチレータシート2aには、中性子線と反応する物質として硼素(B−10)やリチウム(Li−6)あるいはガドリニウム(Gd)を含むシンチレータを用いる。ここで、上記シンチレータシート2aは、テルビウム(Tb)、ユーロピウム(Eu)あるいはプラセオジム(Pr)を賦活物質としGd2O2S材を母剤とし、図2ないし5で説明したのと同様にして形成される。第2のシンチレータシート2bは、第1の実施形態で説明したのと同じシンチレータシートであればよい。
Therefore, a scintillator containing boron (B-10), lithium (Li-6), or gadolinium (Gd) as a substance that reacts with neutron rays is used for the
光学素子3a、3bおよび受光素子4a、4bは、それぞれ第1あるいは第4の実施形態で説明したのと同様にして形成されている。
The
本実施形態のラインセンサの動作機構では、2つの積算回路のそれぞれの積算回路において、第1の実施形態で説明したのと同様に、それぞれ第1の受光素子4aおよび第2の受光素子4bによるそれぞれのシンチレーション光から光電変換された電気信号が別々に積算される。このようにして、種類の異なる放射線による被検体の二次元画像がそれぞれに得られる。
In the operation mechanism of the line sensor of this embodiment, in each of the integration circuits of the two integration circuits, the first
本実施形態では、例えば物質をよく透過し、しかも軽い物ほど透過し易いX線あるいはγ線では、被検体の水素のような軽元素を検査するのが困難であったが、中性子線を同時に用いることにより、このような軽元素の検出が可能になる。また、X線あるいはγ線では、硼素(B)と炭素(C)のように原子番号が隣接する元素の場合に、微量の差を識別することは困難であった。しかし、中性子線を併用することにより、これ等の元素の識別ができるようになる。そして、異なる物質元素の混在する被検体の放射線イメージングにおいて、高分解能化および感度の向上が可能になる。 In this embodiment, for example, X-rays or γ-rays that penetrate a substance well and easily penetrate lighter materials are difficult to inspect a light element such as hydrogen in an object. By using it, such a light element can be detected. In addition, in the case of X-rays or γ-rays, it is difficult to identify a minute difference in the case of elements having adjacent atomic numbers such as boron (B) and carbon (C). However, these elements can be identified by using a neutron beam together. And in the radiological imaging of the subject in which different substance elements are mixed, it becomes possible to increase the resolution and improve the sensitivity.
本実施形態において、種類の異なる放射線としては、その他に、β線とX線あるいはγ線を用いて測定したり、β線と中性子線を用いて測定したり、複数種の放射線の組合せに応じたシンチレータの構成を選択することができる。そして、β線、中性子線、X線、γ線などの中から3種類以上の放射線を用いる場合についても、それに合わせシンチレータの種類を増やして対応することができる。 In the present embodiment, the different types of radiation include, in addition, measurement using β-rays and X-rays or γ-rays, measurement using β-rays and neutrons, and depending on combinations of multiple types of radiation. The configuration of the scintillator can be selected. And also when using three or more types of radiation from β rays, neutron rays, X rays, γ rays, etc., the types of scintillators can be increased accordingly.
その他に、図13に示したラインセンサにおいては、第1の放射線源21aと第2の放射線源21bとを同一の線源としても有効に利用できる。この場合には、被検体に角度を変え同一種の放射線を照射することにより、ステレオ画像が得られるようになる。
In addition, in the line sensor shown in FIG. 13, the
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態について図14を参照して説明する。この実施形態では、上述したラインセンサあるいはラインセンサユニットを使用して構成される放射線非破壊検査システムが示される。ここで、図14は、上記放射線非破壊検査システムの模式的構成図である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a radiation nondestructive inspection system configured using the above-described line sensor or line sensor unit is shown. Here, FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the radiation nondestructive inspection system.
図14に示すように、放射線非破壊検査システムは、基本構成として、被検体25を挟んで対向して配置される放射線源21および上述したところのラインセンサユニット10を備えている。そして、該ラインセンサユニット10をZ軸方向に走査する一次元移動機構26を有している。更に、ラインセンサユニット10からの電気信号を処理すると共に二次元画像の情報を生成する信号/演算処理部27と、被検体の二次元画像表示あるいは画像情報を出力する出力部28とを有している。
As shown in FIG. 14, the radiation nondestructive inspection system includes, as a basic configuration, a
放射線源21は、好ましくはその出射口にコリメータ22を備え、放射線の出射領域を限定して、X線、γ線あるいは中性子線などの入射放射線23を被検体25に照射する。そして、この放射線源21は、ラインセンサユニット10のZ軸方向の走査移動に同期して移動できる構造になっている。
The
一次元移動機構26は、ステージ29に取り付けられたボールネジ30、ナット31、モータ32、該モータ32を駆動する駆動ユニット33を備えている。ラインセンサユニット10は、ボールネジ30によりZ軸方向あるいはその逆方向に一定の移動速度で一次元運動する。
The one-
信号/演算処理部27は、ケーブル8によりラインセンサユニット10に接続されており、ラインセンサユニット10により上記積算された一次元信号を処理し二次元画像情報を生成する。あるいは、この信号/演算処理部27が、上記受光素子4あるいは一次元受光素子20の光電変換に基づいて生成される信号をY軸方向に積算するような構成にしてもよい。
The signal /
出力部28は、信号/演算処理部27から伝達された二次元画像情報をラジオグラフィ画像としてモニター表示する。あるいは、出力部28は、二次元画像情報に基づいて、被検体25の組成等、その構成物質の特性に係る数値表示をするようになっている。
The
上記放射線非破壊検査システムにおいて、その構成要素であるラインセンサは、シンチレータと放射線の反応において放射線の飛程の長い場合や放射線の種類が異なる場合の信号を分離して効率よく測定する。また、同じ放射線でもエネルギーの違いを分けて同時に測定できる。 In the radiation nondestructive inspection system, a line sensor as a component of the radiation non-destructive inspection system efficiently separates and measures signals when the radiation range is long or when the radiation type is different in the reaction between the scintillator and the radiation. In addition, the same radiation can be measured simultaneously with different energy differences.
そして、放射線非破壊検査システムの測定感度は、上述したようにCCDあるいはCMOS素子の一次元配列あるいは二次元配列の画素からの信号を放射線の入射方向に積算することで大幅に向上できる。従って、この放射線非破壊検査システムは、イメージインテンシファイアのような電子増幅機構が不要であり、その小型・軽量化が容易になる。そして、例えばX線によるCTや食品検査、手荷物検査など幅広い分野での非破壊検査システムとして利用できるようになる。 The measurement sensitivity of the radiation nondestructive inspection system can be greatly improved by integrating the signals from the pixels of the one-dimensional or two-dimensional array of CCD or CMOS elements in the radiation incident direction as described above. Therefore, this radiation nondestructive inspection system does not require an electronic amplification mechanism such as an image intensifier, and its size and weight can be easily reduced. For example, it can be used as a nondestructive inspection system in a wide range of fields such as CT using X-rays, food inspection, and baggage inspection.
また、被検体を透過した電磁波、放射線によるラインセンサ等の損傷が大幅に低減すると共に、放射線の照射により生じてくるノイズが低減する。このために、信頼性の高い放射線非破壊検査システムが実現できる。 Further, damage to the line sensor or the like due to electromagnetic waves or radiation transmitted through the subject is greatly reduced, and noise generated by radiation irradiation is reduced. For this reason, a highly reliable radiation nondestructive inspection system can be realized.
上記実施形態では、被検体25が固定され、ラインセンサユニット10と放射線源21が同期して一次元移動する場合について説明している。上記放射線非破壊検査システムにおいては、逆にラインセンサユニット10と放射線源21が固定され、被検体25が一次元移動する構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the subject 25 is fixed and the
本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態1ないし6に説明した特徴を任意に組み合わせたところのラインセンサあるいはラインセンサユニットの構成であってもよい。 For example, a configuration of a line sensor or a line sensor unit in which the features described in the first to sixth embodiments are arbitrarily combined may be used.
上記の実施形態では、ラインセンサあるいはラインセンサユニットに使用されるシンチレータは、多数の粒状、柱状あるいは針状のシンチレータ粒子がシート状あるいは平板状に集積された構造体で成る場合について説明している。本発明は、上記シート状あるいは平板状の構造体に限定されるものでなく、立方体、直方体あるいは多面体のような構造体であってもよい。そして、これ等の構造体が適宜に積層された形態になっていてもよい。 In the above embodiment, the scintillator used in the line sensor or the line sensor unit is described as having a structure in which a large number of granular, columnar, or needle-like scintillator particles are integrated in a sheet shape or a flat plate shape. . The present invention is not limited to the sheet-like or flat plate-like structure, and may be a structure such as a cube, a rectangular parallelepiped, or a polyhedron. These structures may be appropriately stacked.
上記実施形態では、X線、γ線あるいは中性子線のような放射線によるイメージセンサの場合について主に説明している。しかし、本発明は、紫外線あるいは低周波の電磁波による一次元イメージセンサであっても同様に適用できるものである。 In the embodiment described above, the case of an image sensor using radiation such as X-rays, γ-rays, or neutrons is mainly described. However, the present invention can be similarly applied to a one-dimensional image sensor using ultraviolet rays or low-frequency electromagnetic waves.
また、上記実施形態では、シンチレータシート2から上記光学系を通して伝送される出射光を色別に分け、色別した出射光により生成する電気信号を積算することができるようにしてもよい。この場合、カラーフィルターが、シンチレータシート2と光学素子の間あるいは光学素子と間に設けられる構造になる。
Moreover, in the said embodiment, the emitted light transmitted through the said optical system from the scintillator sheet |
また、上記第6の実施形態において、色弁別の手法をラインセンサにおいて利用するようにしてもよい。上記色弁別の手法を用いる場合には、第1のシンチレータシート2aに青色発光蛍光材が添加される。この青色発光蛍光材として、例えば蛍光体に銀で活性化した硫化亜鉛ZnS:Agを用いる。このようにすると、中性子線はリチウム、硼素等と(n,α)反応を起こし、これにより生じたアルファ(α)線によって青色発光蛍光材が青色に発色される。また、第2のシンチレータシート2bには赤色発光蛍光材が添加され、赤色に発色したシンチレーション光が出射するようになる。
In the sixth embodiment, a color discrimination method may be used in the line sensor. When the above color discrimination method is used, a blue light emitting fluorescent material is added to the
また、上記第5の実施形態においても、上記色弁別の手法をラインセンサにおいて利用することができる。この場合には、上記中性子線に反応するシンチレータ、および上記X線源あるいはγ線源に反応するシンチレータが、シンチレータシート2内に混在するように形成されることになる。
Also in the fifth embodiment, the color discrimination method can be used in the line sensor. In this case, the scintillator that reacts with the neutron beam and the scintillator that reacts with the X-ray source or the γ-ray source are formed to be mixed in the
1…(透過)放射線,1a…第1の放射線,1b…第2の放射線,2…シンチレータシート,2a…第1のシンチレータシート,2b…第2のシンチレータシート,3…光学素子,3a…第1の光学素子,3b…第2の光学素子,4…受光素子,4a…第1の受光素子,4b…第2の受光素子,5…開口部,6…遮蔽体,7…遮光膜,8…ケーブル,9…電気回路,10…ラインセンサユニット,11…シンチレータ粒子,12…バインダー,13…シンチレーション光,14…コーティング層,15…フィラー,16…導光板,17…光反射性部材,18…遮蔽板、19,19a,19b,19c…シリンドリカルレンズ,20,20a,20b,20c…一次元受光素子,21…放射線源,21a…第1の放射線源,21b…第2の放射線源,22…コリメータ,23…入射放射線,23a…第1の入射放射線,23b…第2の入射放射線,24…遮蔽部材,25…被検体,26…一次元移動機構,27…信号/演算処理部,28…出力部,29…ステージ,30…ボールネジ,31…ナット,32…モータ,33…駆動ユニット,V1、V2、V3…Vn…垂直電荷転送部,H0、H1、H2…水平電荷転送部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、
前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送される前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、
を有することを特徴とするラインセンサ。 A one-dimensional image sensor for detecting electromagnetic waves or radiation transmitted through a subject,
A scintillator that emits light upon receiving the electromagnetic wave or radiation;
An optical element that is arranged in a direction that bends from a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator, and transmits light emitted from the scintillator;
A light receiving element that is arranged in the bending direction and receives the emitted light transmitted by the optical element and converts it into an electrical signal;
A line sensor comprising:
前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、
前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路と、を有し、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する領域に開口部を有する遮蔽体が前記光学素子および前記受光素子を覆って設けられていることを特徴とするラインセンサユニット。 A one-dimensional radiation detector for detecting electromagnetic waves or radiation transmitted through a subject,
A scintillator that emits light upon receiving the electromagnetic wave or radiation;
An optical element that is arranged in a direction that bends from a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator, and transmits light emitted from the scintillator;
A light receiving element that is arranged in the bending direction and receives the emitted light transmitted by the optical element and converts it into an electrical signal;
An integration circuit that integrates the electric signal in a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator to form a one-dimensional signal;
A line sensor unit, wherein a shield having an opening in a region where the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator is provided so as to cover the optical element and the light receiving element.
前記一次元放射線検出器は、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路と、
前記放射線源と前記一次元放射線検出器との間で前記被検体を相対的に一次元移動する手段と、
を有することを特徴とする放射線非破壊検査システム。 A radiation source that irradiates the subject with electromagnetic waves or radiation, and a one-dimensional radiation detector that detects the electromagnetic waves or radiation transmitted through the subject,
The one-dimensional radiation detector includes a scintillator that emits light upon receiving the electromagnetic wave or radiation, and an optical element that is disposed in a direction that bends from a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator and transmits light emitted from the scintillator. And a light receiving element that is arranged in the bending direction and receives the emitted light transmitted by the optical element and converts it into an electrical signal,
An integration circuit that integrates the electric signal in a direction in which the electromagnetic wave or radiation is incident on the scintillator to form a one-dimensional signal;
Means for relatively one-dimensionally moving the subject between the radiation source and the one-dimensional radiation detector;
A radiation nondestructive inspection system characterized by comprising:
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