JP2011128006A

JP2011128006A - 放射線透視装置

Info

Publication number: JP2011128006A
Application number: JP2009286627A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kuwabara; 一桑原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】運動する被検査物の内部を簡単に透視できる放射線透視装置を提供することを目的とする。
【解決手段】放射線透視装置が、放射線照射部から離間した被検査物に放射線を照射して被検査物の内部を透視する放射線透視装置であって、被検査物の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段が、検出した被検査物の位置に向けて放射線を照射するように放射線照射部を制御する制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査物の内部を透視する放射線透視装置に関する。

下記特許文献１には、被検査物から離れた位置であっても後方散乱Ｘ線を高いＳ／Ｎ比で検出することができる遠隔Ｘ線透視装置及び遠隔Ｘ線透視方法が開示されている。
この遠隔Ｘ線透視装置は、広がり角が十分小さい高指向性のパルスＸ線を周期的に発生するＸ線源（逆コンプトン散乱Ｘ線源）と、パルスＸ線を被検査物に向けて走査するＸ線走査装置と、被検査物で発生する散乱Ｘ線を検出する散乱Ｘ線検出器と、被検査物で発生する散乱Ｘ線のみを検出するように、パルスＸ線の発生と同期させて散乱Ｘ線の検出を制限する検出制御装置とを備える。これにより、遠隔Ｘ線透視装置は、被検査物から離れた位置であっても後方散乱Ｘ線を高いＳ／Ｎ比で検出できるため、被検査物に接近することなく被検査物を透視検査することができる。
また、下記特許文献２には、遠隔から３次元対象物の形状、距離及び位置を検出する３次元レーダレーザ装置が開示されている。

特開２００８−００２９４０号公報特開平１０−１５３４１７号公報

ところで、上記特許文献１は、パルスＸ線を被検査物に向けて照射し、パルスＸ線の発生と同期させて後方散乱Ｘ線を検出することにより被検査物を透視検査するものであるが、被検査物として静止物を前提としている。したがって、上記従来技術を動く被検査物に適用した場合には、後方散乱Ｘ線に基づいて生成される被検査物の透視画像が極めて不鮮明（低解像度）なものとなり、よって上記従来技術は実用に供することができない。Ｘ線遠隔透視技術の応用としては、海上浮遊物など、高速ではないが移動する被検査物への適用も要望されている。また、上記特許文献２は、３次元対象物の形状、距離及び位置を検出することができるが、内部を透視することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、運動する被検査物の内部を容易に透視することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、放射線透視装置に係る第１の解決手段として、放射線照射部から離間した被検査物に放射線を照射して被検査物の内部を透視する放射線透視装置であって、被検査物の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段が検出した被検査物の位置に向けて放射線を照射するように放射線照射部を制御する制御手段とを具備するという手段を採用する。

本発明では、放射線透視装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記放射線は、逆コンプトン散乱Ｘ線であるという手段を採用する。

本発明では、放射線透視装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記位置検出手段は、レーザレーダであるという手段を採用する。

本発明によれば、位置検出手段で被検査物の位置を検出し、位置検出手段の検出結果に基づいて放射線照射部に被検査物の位置に向けて放射線を照射させるので、被検査物の位置が変化しても、常に被検査物の位置に向けて放射線が照射される。この結果として、位置が変動する被検査物についても、当該被検査物の内部を容易に透視することができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線透視装置Ａの概略構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るＸ線透視装置Ａの動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、本実施形態に係るＸ線透視装置Ａの概略構成について、図１を参照して説明する。Ｘ線透視装置Ａは、海上を浮遊する被検査物Ｃに逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを照射し、被検査物Ｃで散乱して返ってきた後方散乱Ｘ線を検出し、この後方散乱Ｘ線の検出信号に基づいて透視画像を作成するものである。

このようなＸ線透視装置Ａは、図１に示すように船舶Ｂに搭載されている。船舶Ｂに搭載されることで、船舶ＢでＸ線透視装置Ａを海上のどこにでも容易に運搬することができるため、被検査物Ｃの透視検査の際に、被検査物Ｃから十分（約１０ｍ）離れた位置にＸ線透視装置Ａを簡単に位置設定することができる。
そして、このようなＸ線透視装置Ａは、図１に示すように、Ｘ線源１、Ｘ線走査部２、Ｘ線検出部３、３次元レーザレーダ４、カウンタ５及び制御演算部６を備える。

Ｘ線源１は、制御演算部６の制御の下、加速器で加速した高エネルギーの電子ビームとレーザー光とを衝突（逆コンプトン散乱）させ、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生する逆コンプトン散乱Ｘ線源である。Ｘ線源１が発生した逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、Ｘ線走査部２によって被検査物Ｃに照射される。この逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、準単色性という特徴を持つ、すなわち光子のエネルギーのばらつきが少ないという特徴を持つ。また、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、高指向性かつ短パルスであるという特徴も持つ。

例えば、Ｘ線源１が発生する逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、広がり角が１ｍｒａｄ以下、パルス周期１０ｐｐｓ以上、パルス幅が１μｓ以下、Ｘ線強度が１０^６光子／ｃｍ^２／ｓｈｏｔ以上である。このように逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚの広がり角が１ｍｒａｄ以下、例えば０．５ｍｒａｄであれば、Ｘ線源１から１０ｍ離れた位置でも逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのビーム径は、１０ｍｍ以下になる。

Ｘ線走査部２は、Ｘ線走査光学系であり、制御演算部６の制御の下、Ｘ線源１が発生した逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを照射して被検査物Ｃを走査する。Ｘ線走査部２は、走査間隔がビーム径の半分（例えば５ｍｍ）である場合に、パルス周期が１０ｐｐｓであるとすると、５０ｍｍ／ｓの速度で被検査物Ｃを走査できる。従って、被検査物Ｃの大きさが例えば２５０ｍｍ×２５０ｍｍの場合、水平走査（５秒）を５ｍｍピッチで５０回繰り返すことにより、被検査物Ｃの全面を２５０秒（約４分）で走査することができる。

Ｘ線検出部３は、被検査物Ｃに正対するように配置され、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを照射された被検査物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線をエネルギー分別して検出するものである。このＸ線検出部３は、約１ｍｍ平方程度の受光素子が縦に並ぶ複数の検出器から構成され、検出器が横方向に並べられて２次元状の受光面が形成される。

Ｘ線検出部３の各検出器は、Ｘ線の光子が当たると電流を発生するカドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）の受光素子と、受光素子が出力する電流を電圧信号に変換すると共に増幅する増幅器と、電圧信号をデジタル信号（光子検出信号）に変換するＡ／Ｄ変換器とを備える。上記カドミウムテルライドは、Ｘ線の光子が当たると結晶の結合が分離して正孔と電子との対を発生するものであり、Ｘ線の光子のエネルギーに比例した数百個の電子を発生し、当該電子の流れ、すなわち電流を出力する。

検出器は、上記光子検出信号をカウンタ５に出力する。そして、Ｘ線透視装置Ａでは、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚの光子のエネルギーのばらつきが少ないので、被検査物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線の光子のエネルギーのばらつきも少ない。その為、検出器が出力する光子検出信号は、後方散乱Ｘ線の光子の数に比例したものになる。
また、Ｘ線検出部３は、自然放射線によるノイズを低減するために、被検査物Ｃに対向しない方向からの自然放射線を遮断するシールド（図示せず）を備える。

３次元レーザレーダ４は、制御演算部６の制御の下、レーザ光源から発したレーザパルス光Ｌを、ハーフミラーを介して多面体ミラーに照射することで、多面体ミラーの回転と傾きとに応じて被検査物Ｃの周辺一帯にレーザパルス光Ｌを照射し、被検査物Ｃの周辺一帯からのレーザパルス光Ｌの反射光を上記多面体ミラーから集光レンズを介して受光器が受光検出するように構成されている。

すなわち、３次元レーザレーダ４は、上記多面体ミラーの回転とその揺動とによってレーザパルス光Ｌの照射方向を主走査方向（ｘ方向）に高速に偏向走査しながら、その走査面を副走査方向（ｙ方向）に偏向走査する。
そして、３次元レーザレーダ４は、上記被検査物Ｃの周辺一帯に存在する種々の物体による反射光を、レーザパルス光Ｌの照射に同期して受光し、その受光タイミング（レーザパルス光Ｌの照射タイミングからその反射光の受光タイミングまでの経過時間）から物体（反射点）までの距離情報を検出する。

３次元レーザレーダ４は、レーザパルス光Ｌの照射に応じたレーザ同期信号と、受光器が受光した反射光に基づく反射光情報を制御演算部６に出力する。また、３次元レーザレーダ４は、主走査角度を示す主走査角度情報と、副走査角度を示す副走査角度情報を制御演算部６に出力する。

制御演算部６は、例えばデスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータであり、キーボード等の操作部から入力された操作指示に基づいてＸ線透視装置Ａの全体の動作を制御する。具体的に、制御演算部６は、カウンタ同期信号をＸ線源１及びカウンタ５に出力する。また制御演算部６は、カウンタ５からカウント結果を受け取り、受け取ったカウント結果に基づいて、透視画像を作成し、ディスプレイに表示する。

さらに、制御演算部６は、３次元レーザレーダ４から入力されたレーザ同期信号と反射光情報に基づいて、レーザパルス光Ｌの物体による反射光の受光時間を算出し、この算出した受光時間を距離情報に変換し、当該距離情報を３次元レーザレーダ４から入力される主走査角度情報及び副走査角度情報に従って自身が具備している画像メモリ上に順次マッピングすることによって３次元レーダ情報を作成する。

すなわち、制御演算部６は、レーザパルス光Ｌの走査方向を示す主走査角度及び副走査角度によって特定される座標（画像メモリのアドレス）に、そのときに求めた距離情報を書き込むことで、画像メモリ上に被検査物Ｃの周辺一帯におけるレーザパルス光Ｌの反射点を３次元的に表現した３次元レーダ情報を生成する。
さらに、制御演算部６は、３次元レーダ情報から、空間座標上の連続する所定数以上の反射点がまとまって存在する場合に、この反射点のまとまりをある大きさを有する１つの物体として認識し、当該物体を被検査物Ｃとして検出する。

カウンタ５は、Ｘ線検出部３から入力される光子検出信号に基づいて、後方散乱Ｘ線の光子の数をカウントし、後方散乱Ｘ線の光子数（光子カウント値）を制御演算部６に出力するものである。このカウンタ５は、自然放射線をできるだけ除外して被検査物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線の光子の数をカウントするために、制御演算部６から入力されるカウント同期信号に基づいて、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚの発生に同期させて光子の数をカウントする。

例えば、Ｘ線源１がパルス幅１μｓの逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生する場合には、カウンタ５は、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのパルスの発生に同期させながら１μｓの間に光子の数をカウントする。これにより、カウンタ５は、自然放射線の光子をカウントすることを避けることができる。従って、Ｘ線透視装置Ａでは、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのパルスの発生に同期させて光子の数をカウントすることで、大地および宇宙からの自然放射線の影響を大幅に低減することができる。

次に、このように構成された本実施形態に係るＸ線透視装置Ａの動作について、図２を参照して、詳しく説明する。図２は、本実施形態に係るＸ線透視装置Ａの動作を示すフローチャートである。
まず、Ｘ線透視装置Ａで被検査物Ｃを透視検査しようとするユーザは、上記制御演算部６の操作部から被検査物Ｃの透視開始指示を入力する。

制御演算部６は、透視開始指示を受け付けると、３００ｍｓを一周期として３次元レーザレーダ４にレーザパルス光Ｌを被検査物Ｃの一帯に照射させ、当該レーザパルス光Ｌの反射光を３次元レーザレーダ４に順次検出させる（ステップＳ１）。

３次元レーザレーダ４は、レーザパルス光Ｌの照射に応じたレーザ同期信号と、受光器が受光した反射光に基づく反射光情報と、主走査角度情報と、副走査角度情報とを制御演算部６に出力する。
制御演算部６では、レーザ同期信号、反射光情報、主走査角度情報及び副走査角度情報に基づいて３次元レーダ情報を生成し、当該３次元レーダ情報に基づいて被検査物Ｃの位置を検出する（ステップＳ２）。

制御演算部６は、ステップＳ２の後に、Ｘ線源１に逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生させ、３次元レーダ情報に基づいて検出した被検査物Ｃの位置に向けて、逆コンプトン散乱Ｘ線ＸｚをＸ線走査部２に照射させる（ステップＳ３）。
その後、制御演算部６は、継続して３次元レーザレーダ４を駆動し、被検査物Ｃの位置を検出し続け、被検査物Ｃの位置が変化するたびに、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを照射する方向をＸ線走査部２に変更させる。そして、制御演算部６は、Ｘ線検出部３が検出した後方散乱Ｘ線に基づいて、透視画像を作成する。

以上のような本実施形態に係るＸ線透視装置Ａでは、３次元レーザレーダ４がレーザパルス光Ｌを被検査物Ｃの一帯に照射し、当該レーザパルス光Ｌの反射光の情報を検出し、レーザ同期信号と、反射光情報と、主走査角度情報と、副走査角度情報とを制御演算部６に出力する。制御演算部６は、レーザ同期信号、反射光情報、主走査角度情報及び副走査角度情報に基づいて３次元レーダ情報を生成し、当該３次元レーダ情報に基づいて検出した被検査物Ｃの位置に向けて、逆コンプトン散乱Ｘ線ＸｚをＸ線走査部２に照射させる。

そして、制御演算部６は、被検査物Ｃの位置の変化に応じて、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを照射する方向をＸ線走査部２に変更させる。このように、Ｘ線透視装置Ａでは、海上を浮遊する被検査物Ｃの位置を３次元レーザレーダ４で監視し、被検査物Ｃを追尾して透視画像を作成するため、浮遊する被検査物Ｃの内部を簡単に透視できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、夜間、暗所及び悪天候時における対象物監視での有利性の点から、３次元レーザレーダ４を使用して、被検査物Ｃの位置を監視したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、Ｘ線透視装置Ａに監視カメラを搭載し、監視カメラが撮影する被検査物Ｃの周辺一帯の動画に基づいて被検査物Ｃの位置を検出するようにしてもよい。また、レーザレーダも３次元レーザレーダに限定されない。すなわち、位置検出手段は、被検査物Ｃの位置を検出することができるものであれば、どのような手段でもよい。
なお、上記実施形態において３次元レーザレーダ４を使用すると、レーザを用いたアクティブ計測によって夜間及び暗所などでも監視及び追尾が可能になる点でよい。また、３次元レーザレーダ４は、レーザを出射したタイミングから時間（２Ｌ／Ｃ，Ｌ：被検査物までの距離，Ｃ：光速）の間に検出タイミングを限定すれば、雨及び霧による散乱光の影響を除去することができるので、霧及び雨などの悪天候時でも監視が可能になるという利点がある。

（２）上記実施形態では、放射線として逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを用いたが、本発明における放射線はこれに限定されない。例えば、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚ以外のＸ線あるいはＸ線相当の透過性能を有する放射線を用いてもよい。

Ａ…Ｘ線透視装置、Ｂ…船舶、Ｃ…被検査物、１…Ｘ線源（Ｘ線走査部２とともに放射線照射部を構成）、２…Ｘ線走査部（Ｘ線源１とともに放射線照射部を構成）、３…Ｘ線検出部、４…３次元レーザレーダ（制御演算部６とともに位置検出手段を構成）、５…カウンタ、６…制御演算部（３次元レーザレーダ６とともに位置検出手段を構成、制御手段）

Claims

放射線照射部から離間した被検査物に放射線を照射して被検査物の内部を透視する放射線透視装置であって、
被検査物の位置を検出する位置検出手段と、
該位置検出手段が検出した被検査物の位置に向けて放射線を照射するように放射線照射部を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする放射線透視装置。
前記放射線は、逆コンプトン散乱Ｘ線であることを特徴とする請求項１に記載の放射線透視装置。
前記位置検出手段は、レーザレーダであることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線透視装置。