JP2008082764A - Ｘ線ラインセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】感度が高く出力アップした、例えば工業用非破壊検査用に好適なＸ線ラインセンサーの提供。
【解決手段】Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された可視光を電気信号に変換する光電変換素子部とを具備してなるＸ線センサーであって、前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなることを特徴とする、Ｘ線ラインセンサー。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線ラインセンサーに関する。より詳細には、本発明は、例えば工業用非破壊検査装置用に特に適したＸ線ラインセンサーに関する。

従来から、対象物に放射線を照射し、対象物を透過した放射線の強度分布を検出して対象物の放射線画像を得る装置は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。このような撮影の一般的な方法としては、増感紙／フィルム法が挙げられる。この方法は、Ｘ線を照射すると可視光に発光する蛍光体シート（増感紙）を感光性フィルムの両面に密着させ、対象物を透過したＸ線によって蛍光体で発光させ、その光を感光性フィルムで捉え、フィルム上に形成された潜像を化学処理で現像することにより可視化させることからなるものである。

一方、近年のデジタル技術の進歩により、放射線画像を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理した後に、可視画像としてＣＲＴ等に再生することにより高画質の放射線画像を得る方式が求められている。このような放射線画像を電気信号に変換する方法としては、放射線の透過画像を一旦蛍光体中に潜像として蓄積して、後にレーザー光等の励起光を照射することにより潜像を光電的に読み出し、可視像として出力する放射線画像記録再生システム（ＣＲ：Computed Radiography）が提案されている。
そして、光電膜、加速電極及び蛍光膜を設けた大きな真空管と１インチ程度のＣＣＤカメラを使用し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファイアＴＶ（ＩＩ−ＴＶ）方式が実現されている。

また、近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、半導体センサを使用して同様に放射線画像を撮影する装置が開発されている。この種のシステムは、従来の感光性フィルムを用いる放射線写真システムと比較して、非常に広いダイナミックレンジを有しており、放射線の露光量の変動に影響され難い放射線画像を得ることができる利点を有している。更には、化学的処理を不要とし即時的に出力画像を得ることができる利点もある。

その１つの方式として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）を用いたＸ線像を直接電気信号に変換する直接変換方式のほかに、Ｘ線像を一旦光信号に変換し、変換した光信号を電気信号に変換するいわゆる間接変換方式のＸ線検出器が提案されている。

従来、間接変換方式のＸ線検出器には、Ｘ線像を光信号に変換するために使用する放射線蛍光板が用いられている（特許文献１）。放射線蛍光板は支持体上にＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂなどの蛍光体からなる蛍光体層を付設しているが、光電変換素子との組み合わせによる感度は、通常、従来の増感紙／フィルム系、ＣＲ、ＩＩ−ＴＶと比べて同等あるいはそれ以下である。

また、工業用途の食品検査などではＸ線ラインセンサーが使用されている。Ｘ線ラインセンサーは光電変換素子を横に一列に並べて蛍光板を貼り付けており、食品が運ばれてくるコンベヤーにＸ線管と共に設置し、流れてくる食品に対して連続的に画像を出しながら検査していく装置である（特許文献２）。その用途から、Ｘ線使用量は激しく、Ｘ線管の修理やメンテナンス、Ｘ線管の交換が頻繁に起こっている。したがって、Ｘ線センサーの感度を高くしてＸ線管の負担を軽減することが求められている。
特開２０００−３９４０７号公報 特開２００２−２３２６４０号公報

上述したように、従来の放射線蛍光板では光電変換素子との組み合わせによる感度は不充分であった。

そこで、本発明は、人体に悪影響を及ぼさない、安定性のある材料を検討し、さらに感度を向上させることのできるＸ線ラインセンサーを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものである。

したがって、本発明によるＸ線ラインセンサーは、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された光を感知する光電変換素子部とを具備してなるＸ線センサーであって、前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなること、を特徴とするものである。

このような本発明によるＸ線ラインセンサーは、好ましい態様として、前記セラミックシンシレータに隣接して可視光反射部が形成されたもの、を包含する。

このような本発明によるＸ線ラインセンサーは、好ましく態様として、前記セラミックシンチレータが、希土類オキシカルコゲナイド系蛍光体からなるもの、を包含する。

このような本発明によるＸ線ラインセンサーは、好ましく態様として、前記セラミックシンチレータが、酸硫化ガドリニウム蛍光体からなるもの、を包含する。

本発明によるＸ線ラインセンサーは、セラミックシンチレータを用いていることから、蛍光板に比べて透明性が良い。このため、Ｘ線によって発光した光はセラミックシンチレータ内部を透過しやすく、比較的に光消滅のない状態で光電変換素子へ到達することが可能となる。このため、検出器の出力アップへと繋がる。センサーの出力アップが達成されれば、検査のために検査対象に照射するＸ線量を落とすことができるので、Ｘ線管球への負担を少なくすることができ、Ｘ線管球の長寿命化へと繋がる。

また、セラミックシンチレータは蛍光板に比べて密度が高いため、Ｘ線の遮蔽力に優れている。そのため、Ｘ線による光電変換素子の劣化が少なく、センサーとしての寿命も長くなる。また、メンテナンスの頻度を少なくする効果もある。

よって、本発明によるＸ線ラインセンサーは、工業用非破壊検査、例えば食品検査などに使用した場合には、Ｘ線ラインセンサーの出力アップによる性能向上と、Ｘ線量の低減及び遮蔽能力向上によるセンサーの長寿命化が期待できる。

以下、本発明を実施するための特に好ましい一具体例を説明する。
図１は、Ｘ線検査装置を用いた検査システムの概要を示すものである。
図１において、１はＸ線画像撮影装置であって、このＸ線画像撮影装置１はＸ線センター２を内蔵している。Ｘ線検査に際し、Ｘ線発生装置３から出射されたＸ線は、被写体４に照射され、被写体４を透過したＸ線は一次元のライン状に配列した光電変換素子を具備するＸ線センサー２によって検出されるようになっている。この光電変換素子から出力される画像信号を画像処理手段５においてデジタル画像処理され、その情報はモニタ６に被写体４のＸ線画像として表示される。

図２は、本発明によるＸ線ラインセンサー２０の断面を示すものである。
図２に示される本発明のＸ線センサー２０は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ部７、前記シンチレータ部７で変換された光を感知する光電変換素子部８とを具備してなるＸ線センサーであって、前記シンチレータ部７が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部８が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなるものである。

通常、シンチレータ部７は、Ｘ線ラインンサー２０のＸ線照射面側（図２では左面側）に配置され、このシンチレータ部７において、照射されたＸ線の少なくとも一部が可視光に変換され、この可視光が光変換素子部８によって検出されるように、光変換素子部８が配置される。ここで、シンチレータ部７は、複数のセラミックシンチレータからなり、かつ光電変換素子部８が複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が配列していることにより、各セラミックシンチレータにおいて変換された可視光は、相対する各電変換素子によってそれぞれ別々に検出されるようになっている。このことによって、シンチレータ部７に照射されたＸ線照射パターンに対応した検出パターンを光変換素子部８から得ることができる。

この図２に示される本発明のＸ線センサー２０は、６個のセラミックシンチレータからシンチレータ部７が構成され、そして、６個の光電変換素子から光電変換素子部８が構成されているが、セラミックシンチレータおよび（または）光電変換素子の数は、それぞれ任意である。通常、セラミックシンチレータの数と光電変換素子の数とは同一であることが好ましいが、場合により異なっていてもよい。なお、本発明によるＸ線ラインセンサーは、セラミックシンチレータおよび（または）光電変換素子の数がそれぞれ１個である場合も包含することとする。例えば、セラミックシンチレータおよび光電変換素子の数がそれぞれ１個であって、セラミックシンチレータおよび光電変換素子の形状がそれぞれ長方形であるＸ線センサーは、本発明によるＸ線ラインセンサーに包含される。

セラミックシンチレータの素子幅は、検査対象物の分解能と良く関連する。好ましくは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。０．１ｍｍ以下はセラミックシンチレータの加工が難しく、２ｍｍ以上は必要な分解能が得られない場合がある。

個々のセラミックシンチレータおよび（または）光電変換素子の形状は、四角形、特に正方形、が好ましいが、その他の形状であっても良い。また、複数個存在するセラミックシンチレータおよび（または）光電変換素子の形状は、実質的に同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。そして、個々のセラミックシンチレータと光電変換素子との大きさは、実質的に同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。

セラミックシンチレータの厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、である。セラミックシンチレータの厚さが０．１ｍｍ未満の場合薄いため十分な感度が得られない。一方、３ｍｍ超過の場合は厚すぎて光透過が悪化するため十分な感度が得られないことから好ましくない。

図２に示される本発明のＸ線センサー２０おいて、９は必要に応じて配置される基板である。この基板９は、Ｘ線ラインセンサー２０のＸ線非照射面側（図２では右面側）に配置されるのが一般的でありかつ好ましいが、Ｘ線センサー２０の機能が得られるならば、シンチレータ部７と光電変換素子部８との中間位置に、あるいはシンチレータ部７のＸ線非照射面側に、配置することができるし、また複数箇所に設けることができる。

本発明によるＸ線ラインセンサー２０では、前記セラミックシンチレータに隣接して可視光反射部１０を形成することが好ましい。この可視光反射部１０は、主として、シンチレータ部７においてＸ線の変換によって生じた可視光を反射させることによって、可視光が効率よく光変換素子部８に到達するようにするものである。この可視光反射部１０は、シンチレータ部７において変換された可視光の光変換素子部８への到達を阻害しない位置ならば、任意の箇所に設けることができる。例えば、好ましくは、複数のセラミックシンチレータそれぞれの間に位置する隔壁として設けることができるし、Ｘ線ラインセンサー２０の外周面、特にセラミックシンチレータ部７の側壁面に設けることができる。また、セラミックシンチレータのＸ線入射面に設けることができる。本発明では、可視光が出来るだけ効率よく光変換素子部８に到達するように、上記に挙げた全ての箇所に可視光反射部１０を設けることが好ましい。

また、光電変換素子８には配線１１を介して、光電変換された電気信号を処理する回路基板に接続される。

このような本発明によるＸ線ラインセンサー２０は、例えば好ましくは図１に示されるＸ線センサー２として利用することができるものである。この場合、Ｘ線ラインセンサー２０にＸ線が入射すると、Ｘ線はセラミックシンチレータ７で可視光に変換され、この可視光が直接的に、あるいは発生した可視光の少なくとも一部が可視光反射部１１によって反射された反射光と共に、光電変換素子８に到達し、そので光電変換素子８によって電気信号に変換され、画像処理手段５においてデジタル画像処理され、その情報はモニタ６に被写体４のＸ線画像として表示される。

本発明によるＸ線ラインセンサー２０におけるセラミックシンチレータ７は、蛍光体粉末を焼結して得ることができる。

上記の蛍光体に関しては、特に制限はなく、ＣａＷＯ_４、ＹＴａＯ_４、ＹＴａＯ_４：Ｎｂ、ＬａＯＢｒ：Ｔｍ、ＢａＳＯ_４：Ｐｂ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＢａＳＯ_４：Ｅｕ、ＹＴａＯ_４：Ｔｍ、ＢａＦＣｌ：Ｅｕ、ＢａＦ（Ｂｒ，Ｉ）：Ｅｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、（Ｙ，Ｇｄ）_２Ｏ_２ Ｓ：Ｔｂ、また（Ｙ，Ｇｄ）_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ，Ｔｍなどの公知の蛍光体を、単独あるいは組合せて用いることができる。

本発明のセラミックシンチレータでは、特に下記の式で表わされる希土類オキシカルコゲナイド系の蛍光体を用いることが好ましい。
Ｍ_２Ｏ_２ Ｘ：Ｙ
［ただし、Ｍはイットリウム、ランタン、ガドリニウム、及びルテチウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、そしてＸは硫黄、セレン、及びテルルからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Ｙはテルビウム、ユーロピウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。］

さらに好ましいのは、Ｘ線が照射された際に、光電変換素子の受光感度分布にあった発光を示す蛍光体である。光電変換素子でよく使用されるａ−Ｓｉの受光感度分布、および単結晶Ｓｉの受光感度分布を図３に示すように、ａ−Ｓｉでは６００ｎｍ付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布で、単結晶Ｓｉでは７００〜８００ｎｍを受光ピークとするブロードな受光感度分布である。これにマッチングする、発光効率の高い蛍光体としてはユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体が挙げられ、さらに好ましくはユーロピウム付活ガドリニウム酸硫化物蛍光体、ユーロピウム付活ルテチウム酸硫化物蛍光体、ユーロピウム付活ランタン酸硫化物蛍光体が挙げられる。

上述したような発光効率が高く、しかも光電変換素子の受光感度分布にマッチングした蛍光体を用いた場合に特に好適である。

可視光反射部１０としては、例えば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリアミド、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネートなどの樹脂をフィルム状に成形したもの、紙やアルミニウム板などを貼り合わせることができる。上述のようなプラスチックフィルムや紙に二酸化チタン、炭酸カルシウムなどの光反射性物質または気泡を含有したものも使用することができる。また、シンチレータ表面に直接Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属蒸着膜を形成させてもよく、上記フィルム上に蒸着してもよい。また、光反射性物質を塗布溶液に調製し、シンチレータ表面に塗布することができる。このように設けた反射層は全反射率８０％以上であることが好ましい。

また、画素ごとに配列されたセラミックシンチレータの間、即ち、各セラミックシンチレータの間には、散乱Ｘ線あるいは斜めに入射してくるＸ線を除去するために、必要に応じてＸ線遮蔽材を設けることができる。具体的には、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル等の遮蔽力の高い金属板あるいは箔を設けてることができる。または、上記のような金属粉末や希土類金属、希土類酸化物のようなＸ線遮蔽力を持つ粉末を有機高分子樹脂と混合して塗布することによって、Ｘ線遮蔽材を設けることができる。

セラミックシンチレータを製作するにあたっては、上記蛍光体粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレス）等で成形体を作成し、高温下で１２０〜２００ＭＰａ程度の高圧力を付与することにより成形体を緻密化して高密度のセラミックス焼結体を得ることが好ましい。一般に、熱間等方圧プレス処理法（以下ＨＩＰ処理法と称する）が用いられている。

ＨＩＰ処理装置としては、上蓋と下蓋と圧力容器円筒とを備えて構成された一般的なＨＩＰ処理装置を用いることができる。この圧力容器円筒の内側には断熱層、ヒータが設置されており、ガス導入口から導入されるアルゴンガス等のガスを圧力媒体として熱間等方圧プレス処理する。

このようにして得られたセラミックシンチレータは、蛍光板に比べて透明性が良いため、Ｘ線によって発光した光はセラミックシンチレータ内部を透過しやすく、比較的に光消滅のない状態で光電変換素子へ到達する。このため、検出器の出力アップへと繋がる。１ｍｍ厚さのセラミックシンチレータの光透過率は主発光波長に対して３０％以上であることが好ましい。このように、センサーの出力アップを達成すればＸ線量を落とすことができるので、Ｘ線管球への負担を少なくすることができ、Ｘ線管球の長寿命化へと繋がる。

また、セラミックシンチレータは蛍光板に比べて密度が高いため、Ｘ線の遮蔽力に優れている。そのため、Ｘ線による光電変換素子の劣化が少なく、センサーとしての寿命も長くなる。また、メンテナンスの頻度を少なくする効果もある。

この実施形態のセラミックシンチレータを用いたＸ線ラインセンサーは、工業用非破壊検査などに使用した場合には出力アップによる性能向上とＸ線量の低減、及び遮蔽能力向上によるセンサーの長寿命化が期待できる。特に、Ｘ線のエネルギーは２５〜１５０ｋＶが好ましい。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体を用いてＣＩＰ処理で成形体を作成し、ＨＩＰ処理でセラミックシンチレータを作成した。また、ライン状に配列された複数の光電変換膜及び画素電極ごとにセラミックシンチレータを配列し、その間には白色のポリエステルフィルムを設けた。また、光電変換素子と接するセラミックシンチレータ面以外の表面には酸化チタンを含有した溶液を塗布し、反射層を設けた。セラミックシンチレータの厚さは１ｍｍとした。このようにして、本発明によるＸ線ラインセンサーを作成した。

＜実施例２＞
実施例１においてＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体をＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ蛍光体に換えた以外は実施例１と同様にして、本発明によるＸ線ラインセンサーを作製した。

＜実施例３＞
実施例１において反射層を設けないこと以外は実施例１と同様にして、本発明によるＸ線ラインセンサーを作製した。

＜比較例１＞
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ蛍光体からなり蛍光体層の厚さが３００μｍである蛍光板をシンチレータとし、これを実施例１と同様の光電変換素子の全面に、素子ごとに反射層を設けることなく貼りつけて、Ｘ線ラインセンサーを作製した。

＜比較例２＞
シンチレータがＣｄＷＯ_４単結晶としたこと以外は実施例１と同様にして、Ｘ線ラインセンサーを作製した。

以上のように、本発明によれば、感度の向上したＸ線ラインセンサーを提供することが可能となる。

Ｘ線撮影装置を用いたシステムの概念図を示す。 シンチレータ及びＸ線検出器の概略断面図を示す。 ａ−Ｓｉ，単結晶Ｓｉの受光感度分布を示す。 蛍光体材料の発光スペクトルを示す。

符号の説明

１…Ｘ線画像撮影装置
２…Ｘ線ラインセンサー
３…Ｘ線発生装置
４…被写体
５…デジタル画像処理
６…モニタ
７…セラミックシンチレータ
８…光電変換素子
９…基板
１０…可視光反射部１０
１１…配線

Claims (4)

1. Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された可視光を電気信号に変換する光電変換素子部とを具備してなるＸ線センサーであって、
   前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなることを特徴とする、Ｘ線ラインセンサー。
2. 前記セラミックシンチレータに隣接して可視光反射部が形成された、請求項１に記載のＸ線ラインセンサー。
3. 前記セラミックシンチレータが、希土類オキシカルコゲナイド系蛍光体からなる、請求項１または２に記載のＸ線ラインセンサー。
4. 前記セラミックシンチレータが、酸硫化ガドリニウム蛍光体からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＸ線ラインセンサー。

Images