JP2023030653A - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器２０は、放射線Ｒが入射される第１の面２２Ａ、及び第１の面２２Ａと反対側の第２の面２２Ｂを有し、かつ放射線Ｒを蛍光Ｆに変換するシンチレータ２２と、シンチレータ２２における第２の面２２Ａの側に設けられ、かつシンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを受光する受光面３２Ｐを有するセンサ部３２Ａと、シンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを反射若しくは吸収する複数の部材４０と、を備える。複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと交差する方向であるＺ軸方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。【選択図】図３
Description
本開示は、放射線検出器に関する。
一般に、放射線源から照射され、撮影対象を透過した放射線を放射線検出器により検出することにより、撮影対象の放射線透過画像を撮影する放射線透過画像撮影装置が知られている。また、放射線透過画像として、高鮮鋭な画像を撮影するための技術が知られている。例えば、特許文献１には、放射線を蛍光に変換するシンチレータとして、蛍光を受光するセンサが設けられたセンサ基板上に隔壁を設け、隔壁により区画されたセル内に蛍光体を充填したシンチレータパネルを放射線検出器に用いる技術が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、シンチレータによりより放射線から変換された蛍光が散乱するのを隔壁により抑制し、蛍光をセンサに導くことができるため、高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。
ところで、一般に放射線を用いた非破壊検査が行われている。この非破壊検査に関する技術として、検査対象の鋼管の溶接部の外周に放射線検出器を巻き付け、かつ鋼管の中心軸上に放射線源を配置した状態で放射線源から放射線を照射し、放射線検出器により生成される放射線透過画像を取得することが行われている。この非破壊検査では、鋼管の外周に放射線検出器を巻き付けるため、放射線検出器を湾曲させる必要がある。そのため、可撓性を有する放射線検出器が望まれている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、隔壁が邪魔となり放射線検出器を十分に湾曲させることができず、可撓性を有する放射線検出器を得られない場合がある。
本開示は、以上の事情を鑑みてなされたものであり、可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる放射線検出器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の第１の態様の放射線検出器は、放射線が入射される第１の面、及び第１の面と反対側の第２の面を有し、かつ放射線を蛍光に変換するシンチレータと、シンチレータにおける第２の面の側に設けられ、かつシンチレータにより変換された蛍光を受光する受光面を有するセンサと、シンチレータにより変換された蛍光を反射若しくは吸収する複数の部材と、を備え、複数の部材の各々は、センサの受光面と交差する方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ内の第１の面よりも第２の面に近い位置に設けられている。
また、上記目的を達成するために、本開示の第２の態様の放射線検出器は、第１の態様の放射線検出器において、 放射線が入射される第１の面、及び第１の面と反対側の第２の面を有し、かつ放射線を蛍光に変換するシンチレータと、シンチレータにおける第２の面の側に設けられ、かつシンチレータにより変換された蛍光を受光する受光面を有するセンサと、シンチレータにより変換された蛍光を反射若しくは吸収する複数の部材と、を備え、シンチレータ及びセンサは、第１の方向に湾曲が可能であり、複数の部材の各々は、受光面と平行であり、かつ第１の方向と交差する第２の方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ内の第１の面よりも第２の面に近い位置に設けられている。
また、本開示の第３の態様の放射線検出器は、第１の態様または第２の態様の放射線検出器において、センサは、複数の画素の各々に対して設けられたセンサ部を有し、複数の部材は、画素のピッチよりも短い間隔で配置されている。
また、本開示の第４の態様の放射線検出器は、第１の態様から第３の態様のいずれか１態様の放射線検出器において、センサは、複数の画素の各々に対して設けられたセンサ部を有し、複数の部材は、画素のピッチよりも短い間隔で配置されている。
また、本開示の第５の態様の放射線検出器は、第１の態様から第４の態様のいずれか１態様の放射線検出器において、複数の部材における受光面と交差する方向の長さは、複数の部材同士の間隔以上である。
また、本開示の第６の態様の放射線検出器は、第１の態様から第５の態様のいずれか１態様の放射線検出器において、複数の部材における受光面と交差する方向の長さは、画素毎の受光面の長さ以下である。
また、本開示の第７の態様の放射線検出器は、第１の態様から第６の態様のいずれか１態様の放射線検出器において、放射線が照射されることにより二次電子を放出する粒状の複数の蛍光フィルタ材が、シンチレータ内の第１の面側に設けられている。
本開示によれば、可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。
以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、図１を参照して、本実施形態の放射線透過画像撮影装置１０の構成について説明する。図１に示すように、放射線透過画像撮影装置１０は、放射線を透過する筐体２１を備え、筐体２１内には、検査対象物を透過した放射線を検出する放射線検出器２０が設けられている。詳細を後述する放射線検出器２０は、入射された放射線Ｒを蛍光に変換するシンチレータ２２と、シンチレータ２２により変換された蛍光を受光する複数のセンサ部３２Ａが設けられたセンサ基板３０とを備える。また、筐体２１内には、制御基板２６、ケース２８、ゲート配線ドライバ５２、及び信号処理部５４が設けられている。
まず、図１を参照して、本実施形態の放射線透過画像撮影装置１０の構成について説明する。図１に示すように、放射線透過画像撮影装置１０は、放射線を透過する筐体２１を備え、筐体２１内には、検査対象物を透過した放射線を検出する放射線検出器２０が設けられている。詳細を後述する放射線検出器２０は、入射された放射線Ｒを蛍光に変換するシンチレータ２２と、シンチレータ２２により変換された蛍光を受光する複数のセンサ部３２Ａが設けられたセンサ基板３０とを備える。また、筐体２１内には、制御基板２６、ケース２８、ゲート配線ドライバ５２、及び信号処理部５４が設けられている。
ケース２８及びゲート配線ドライバ５２と、制御基板２６及び信号処理部５４とは、放射線検出器２０を挟んで、それぞれ放射線検出器２０の対向する側方に設けられている。なお、ケース２８及びゲート配線ドライバ５２と、制御基板２６及び信号処理部５４とは、放射線検出器２０の同じ側方に設けられてもよい。
制御基板２６は、後述する画像メモリ５６、制御部５８、及び通信部６６等の電子回路が基板上に形成されている。ケース２８は、後述する電源部７０等が収容される。
次に、図２を参照して、本実施形態の放射線透過画像撮影装置１０の電気系の要部構成について説明する。図２に示すように、センサ基板３０には、画素３２が一方向（図２の行方向）及び一方向に交差する交差方向（図２の列方向）に２次元状に複数設けられている。画素３２は、上述したセンサ部３２Ａ、及び電界効果型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、以下、単に「薄膜トランジスタ」という。）３２Ｂを含んでいる。なお、本実施形態のセンサ部３２Ａが本開示のセンサの一例である。
センサ部３２Ａは、図示しない上部電極、下部電極、及び光電変換膜等を含み、シンチレータ２２が発する光を吸収して電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する。薄膜トランジスタ３２Ｂは、センサ部３２Ａに蓄積された電荷を電気信号に変換して出力する。
また、センサ基板３０には、上記一方向に延設され、各薄膜トランジスタ３２Ｂをオン及びオフさせるための複数本のゲート配線３４が設けられている。また、センサ基板３０には、上記交差方向に延設され、オン状態の薄膜トランジスタ３２Ｂを介して電荷を読み出すための複数本のデータ配線３６が設けられている。センサ基板３０の個々のゲート配線３４はゲート配線ドライバ５２に接続され、センサ基板３０の個々のデータ配線３６は信号処理部５４に接続されている。
センサ基板３０の各薄膜トランジスタ３２Ｂは、ゲート配線ドライバ５２からゲート配線３４を介して供給される電気信号により行単位で順にオン状態とされる。そして、オン状態とされた薄膜トランジスタ３２Ｂによって読み出された電荷は、電気信号としてデータ配線３６を伝送されて信号処理部５４に入力される。これにより、電荷は行単位で順に読み出され、二次元状の放射線透過画像を示す画像データが取得される。
信号処理部５４は、個々のデータ配線３６毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路及びサンプルホールド回路（何れも図示省略）を備えており、個々のデータ配線３６を伝送された電気信号は増幅回路で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。また、サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、及びＡＤ（Analog-to-Digital）変換器が順に接続されている。そして、個々のサンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に（シリアルに）入力され、マルチプレクサにより順次選択された電気信号がＡＤ変換器によってデジタルの画像データへ変換される。
信号処理部５４には後述する制御部５８が接続されており、信号処理部５４のＡＤ変換器から出力された画像データは制御部５８に順次出力される。制御部５８には画像メモリ５６が接続されており、信号処理部５４から順次出力された画像データは、制御部５８による制御によって画像メモリ５６に順次記憶される。画像メモリ５６は所定の枚数分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線透過画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ５６に順次記憶される。
制御部５８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０、ＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリ６２、及びフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶部６４を備えている。制御部５８の一例としては、マイクロコンピュータ等が挙げられる。
通信部６６は、制御部５８に接続され、無線通信及び有線通信等の通信手段により、外部装置との間で各種情報の送受信を行う。電源部７０は、前述したゲート配線ドライバ５２、信号処理部５４、画像メモリ５６、制御部５８、及び通信部６６等の各種回路及び各素子に電力を供給する。なお、図２では、錯綜を回避するために、電源部７０と各種回路及び各素子とを接続する配線の図示を省略している。
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態の放射線検出器２０の構成の詳細について説明する。図３は、本実施形態の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。また、図４は、図３に示した放射線検出器２０を、放射線Ｒが照射される側から見たＡ－Ａ線断面図である。なお、説明の便宜上、図３では、シンチレータ２２の下のセンサ基板３０及びセンサ部３２Ａも図示している。
上述したように、本実施形態の放射線検出器２０は、シンチレータ２２及びセンサ基板３０を備えている。また、シンチレータ２２及びセンサ基板３０は、放射線Ｒの入射側からシンチレータ２２及びセンサ基板３０の順番で積層されている。すなわち、放射線検出器２０は、シンチレータ２２側から放射線Ｒが照射されるＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式の放射線検出器とされている（図１も参照）。
シンチレータ２２は、放射線Ｒが入射される第１の面２２Ａ、及び第１の面２２Ａと反対側の第２の面２２Ｂを有し、かつ放射線Ｒを蛍光に変換する。なお、本実施形態では、放射線検出器２０について「上」、「下」という場合、シンチレータ２２を基準としている。例えば、シンチレータ２２の第１の面２２Ａはシンチレータ２２の「上」側の面であり、第２の面２２Ｂはシンチレータ２２の「下」側の面である。また、シンチレータ２２は、センサ基板３０の上に設けられている。本実施形態のシンチレータ２２は、樹脂等のバインダに分散された蛍光体２２Ｇ（図５Ａ及び図５Ｂ参照）により構成されている。本実施形態では、蛍光体２２Ｇの一例として、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ガドリニウム硫酸化物）２２Ｇ（図５Ａ及び図５Ｂ参照）を用いている。
センサ基板３０は、上述したように、画素３２に対応する複数のセンサ部３２Ａが、基材３１に設けられている。複数のセンサ部３２Ａの各々は、シンチレータ２２における第２の面２２Ｂの側に設けられ、かつシンチレータ２２により変換された蛍光を受光する受光面３２Ｐを有する。一方、基材３１は、可撓性を有しており、例えば、ＰＩ（PolyImide：ポリイミド）等のプラスチックを含む樹脂シートである。センサ基板３０の基材３１の厚みは、材質の硬度、及びセンサ基板３０の大きさ等に応じて、所望の可撓性が得られる厚みであればよい。基材３１の厚みとしては、例えば、５μｍ～１２５μｍであればよく、２０μｍ～５０μｍであればより好ましい。基材３１の具体例としては、ＸＥＮＯＭＡＸ（登録商標）が挙げられる。
また、本実施形態の放射線検出器２０は、シンチレータ２２により変換された蛍光を反射若しくは吸収する複数の部材４０を備える。
複数の部材４０の各々は、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。換言すると、複数の部材４０の各々は、シンチレータ２２内の、第２の面２２Ｂ側に設けられている。図３に示すように一例として本実施形態の複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐに接して設けられている。
上述したように、シンチレータ２２は、放射線Ｒを蛍光に変換する。シンチレータ２２では、放射線Ｒのエネルギーが低いほど、放射線Ｒが入射される第１の面２２Ａに近い位置で放射線Ｒが蛍光に変換される。換言すると、シンチレータ２２では、放射線Ｒのエネルギーが高いほど、第２の面２２Ｂに近い位置で放射線Ｒが蛍光に変換される。放射線Ｒから変換された蛍光は、３６０度いずれの方向にも発光し、センサ部３２Ａに到達する過程で減衰する。本実施形態の放射線検出器２０では、蛍光を反射若しくは吸収する部材４０をシンチレータ２２内のセンサ部３２Ａに近い位置に設けることにより、センサ部３２Ａに近い位置で変換された蛍光の散乱を抑制し、センサ部３２Ａに蛍光を導く。
また、図３及び図４に示すように複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと交差する方向であるＺ方向を長手方向とする細長形状を有している。一例として、本実施形態の部材４０は、その形状を四角柱としている。この場合、部材４０の長手方向の長さであるＺ軸方向の長さＬＺは、四角柱の高さに対応する。部材４０の長手方向の長さＬＺが長い方が、放射線検出器２０により得られる放射線透過画像が高鮮鋭な画像となるが、部材４０の長手方向の長さＬＺが、シンチレータ２２の厚みＨと同等な場合、放射線検出器２０を十分に湾曲することができない、若しくは湾曲させることにより部材４０が破壊される場合がある。そのため、部材４０のＺ軸方向の長さＬＺは、シンチレータ２２の厚みＨよりも短く、かつＸ軸方向の長さＬＸ及びＹ軸方向の長さＬＹの各々よりも長い（ＬＺ＜Ｈ、ＬＺ＞ＬＸ、かつＬＺ＞ＬＹ）。
本実施形態の部材４０の長手方向の長さＬＺについて、さらに説明する。
シンチレータ２２により放射線Ｒから変換された蛍光を部材４０により反射させる観点からは、部材４０の長手方向の長さＬＺは、以下のように定めることができる。まず、図５Ａを参照して、部材４０の長手方向の長さＬＺの最大値、及び部材４０の間隔Ｗの最大値について説明する。部材４０の長手方向の長さＬＺの最大値、及び部材４０の間隔Ｗの最大値は、部材４０による蛍光Ｆの正反射に応じて定められることが好ましい。放射線検出器２０内で放射線Ｒから変換された蛍光Ｆが、部材４０により反射されて、センサ部３２Ａに導かれるためには、蛍光Ｆは部材４０により正反射される。蛍光Ｆが正反射されるためには、入射角θα及び反射角θβは、４５°よりも小さいことが条件となる。そのため、本実施形態の放射線検出器２０では、部材４０の長手方向の長さＬＺをセンサ部３２Ａの長さＬＰＸ以下（ＬＺ≦ＬＰＸ）としている。また、本実施形態の放射線検出器２０では、部材４０の長手方向の長さＬＺを部材４０の間隔Ｗ以上（ＬＺ≧Ｗ）としている。なお、複数の部材４０の各々は、画素３２のピッチよりも短い間隔で配置されているため、部材４０の間隔Ｗは、センサ部３２Ａの長さＬＰＸ以下である（Ｗ≦ＬＰＸ）。
シンチレータ２２により放射線Ｒから変換された蛍光を部材４０により反射させる観点からは、部材４０の長手方向の長さＬＺは、以下のように定めることができる。まず、図５Ａを参照して、部材４０の長手方向の長さＬＺの最大値、及び部材４０の間隔Ｗの最大値について説明する。部材４０の長手方向の長さＬＺの最大値、及び部材４０の間隔Ｗの最大値は、部材４０による蛍光Ｆの正反射に応じて定められることが好ましい。放射線検出器２０内で放射線Ｒから変換された蛍光Ｆが、部材４０により反射されて、センサ部３２Ａに導かれるためには、蛍光Ｆは部材４０により正反射される。蛍光Ｆが正反射されるためには、入射角θα及び反射角θβは、４５°よりも小さいことが条件となる。そのため、本実施形態の放射線検出器２０では、部材４０の長手方向の長さＬＺをセンサ部３２Ａの長さＬＰＸ以下（ＬＺ≦ＬＰＸ）としている。また、本実施形態の放射線検出器２０では、部材４０の長手方向の長さＬＺを部材４０の間隔Ｗ以上（ＬＺ≧Ｗ）としている。なお、複数の部材４０の各々は、画素３２のピッチよりも短い間隔で配置されているため、部材４０の間隔Ｗは、センサ部３２Ａの長さＬＰＸ以下である（Ｗ≦ＬＰＸ）。
次に、図５Ｂを参照して、部材４０の長手方向の長さＬＺの最小値、及び部材４０の間隔Ｗの最小値について説明する。部材４０の長手方向の長さＬＺの最小値、及び部材４０の間隔Ｗの最小値は、蛍光体２２Ｇと部材４０とのフレネル反射に応じて定められることが好ましい。フレネル反射における全反射は、蛍光体２２Ｇ及びバインダによる屈折率（以下、「第１屈折率」という）と、部材４０の屈折率（以下、「第２屈折率」という）によって決定されるブリュースター角βに依存する。そのため、部材４０の長手方向の長さＬＺの最小値、及び部材４０の間隔Ｗの最小値は、入射角θα及び反射角θβをブリュースター角βとした、下記（１）式を満たすことが好ましい。なお、本実施形態の部材４０におけるブリュースター角βは、第１屈折率が第２屈折率に比べて比較的小さい（第１屈折率＜＜第２屈折率）場合、６０°～７０°である。
Ｗ≧ＬＺ×１／ｔａｎβ ・・・（１）
Ｗ≧ＬＺ×１／ｔａｎβ ・・・（１）
また、放射線検出器２０を湾曲する観点からは、部材４０の長手方向の長さＬＺは、以下のように定められる。一例として図６Ａに示すように、非破壊検査の検査対象物１８が、例えば、天然ガスのパイプラインの配管等の円筒状の物体であり、検査対象部分１９が２つの配管の溶接部である場合、図６Ｂに示すように、放射線透過画像撮影装置１０は、検査対象物１８の外形に沿って湾曲した状態に巻き付けられる。換言すると、本実施形態の放射線透過画像撮影装置１０は、検査対象物１８に巻き付けた状態で、検査対象部分１９の放射線透過画像の撮影を行う。図７に示すように、放射線透過画像撮影装置１０が湾曲するのに伴い、放射線検出器２０も湾曲する。そのため、部材４０の長手方向の長さＬＺ、及び部材４０の間隔Ｗは、検査対象物１８に応じて放射線検出器２０の湾曲が可能な値とする。少なくとも、部材４０の長手方向の長さＬＺは、シンチレータ２２の厚みＨよりも短い。また、例えば、放射線検出器２０が湾曲した状態において、部材４０の先端同士が接触しない状態となるように、部材４０の長手方向の長さＬＺ、及び部材４０の間隔Ｗを定めることが好ましい。
このように、部材４０の長手方向の長さＬＺ及び部材４０同士の間隔Ｗは、部材４０による蛍光Ｆの反射の観点及び、放射線検出器２０を湾曲する観点の２つの観点を総合して決定することが好ましい。
また、上述したように、部材４０は、センサ部３２Ａ内に複数存在する。部材４０と受光面３２Ｐが接するセンサ部３２Ａの領域では、蛍光Ｆを受光しないため、センサ部３２Ａの開口率、換言すると、センサ部３２Ａを受光する領域は、部材４０がセンサ部３２Ａを覆う面積に依存する。そのため、センサ部３２Ａ内に存在する部材４０の数、いわば部材４０の密度は、所望とされるセンサ部３２Ａの感度に応じて定めることが好ましい。例えば、検査対象物１８が鋼管である場合、部材４０がセンサ部３２Ａを覆う面積が、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐの面積の５０％以下であることが好ましい。具体的には、部材４０の長さＬＸと長さＬＹとの積に、センサ部３２Ａ内に存在する部材４０の数ｎを掛けた値が、受光面３２Ｐの面積（ＬＰＸ×ＬＰＹ）の１／２以下（ＬＸ×ＬＹ×ｎ≦ＬＰＸ×ＬＰＹ×１／２）であることが好ましい。なお、部材４０の配置状態により、複数の画素３２の各々におけるセンサ部３２Ａの開口率が異なる場合がある。すなわち、画素３２間において感度差が生じる場合がある。このような場合、放射線検出器２０により得られた放射線透過画像に対して制御部５８等が補正処理を行い感度の差を補正すればよい。
上述の部材４０を構成するための材料としては、上述したように、部材４０においてフレネル反射を生じさせることができる第２屈折率を有する部材ならばよく、例えば、シロキサン樹脂、シリカ粒子、及び界面活性剤等が挙げられる。なお、部材４０におけるフレネル反射においてセンサ基板３０に向けた方向以外に向かう成分は散乱光であり、センサ基板３０に直接入射しないため、無視することができる。また、部材４０の表面粗さに関しては、滑らかな場合はフレネル反射が生じ、表面が粗い場合は散乱が生じると考えられ、散乱が生じる場合、上述のように散乱光はセンサ基板３０に直接入射しないため、無視することができる。
なお、本実施形態の放射線検出器２０の製造方法は特に限定されない。例えば、センサ部３２Ａが設けられたセンサ基板３０、複数の部材４０が設けられたシート材、及び蛍光体２２Ｇが塗布されたシンチレータ２２のシート材を準備する。さらに、センサ基板３０の上に、部材４０が設けられたシート材、及び蛍光体２２Ｇが塗布されたシンチレータ２２のシート材を順次積層することで放射線検出器２０を製造してもよい。また例えば、センサ部３２Ａが設けられたセンサ基板３０上に、塗布により複数の部材４０を形成する。そして、複数の部材４０が形成されたセンサ基板３０上に蛍光体２２Ｇを塗布してシンチレータ２２を形成することで放射線検出器２０を製造してもよい。
このように本実施形態の放射線検出器２０は、放射線Ｒが入射される第１の面２２Ａ、及び第１の面２２Ａと反対側の第２の面２２Ｂを有し、かつ放射線Ｒを蛍光Ｆに変換するシンチレータ２２と、シンチレータ２２における第２の面２２Ａの側に設けられ、かつシンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを受光する受光面３２Ｐを有するセンサ部３２Ａと、シンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを反射若しくは吸収する複数の部材４０と、を備える。複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと交差するＺ軸方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。
本実施形態の放射線検出器２０では、シンチレータ２２内に蛍光Ｆを反射若しくは吸収する複数の部材４０の各々が設けられており、部材４０により蛍光Ｆを反射してセンサ部３２Ａの受光面３２Ｐに導くことができるため、高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。また、複数の部材４０の各々が、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと交差するＺ軸方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられているため、可撓性を有することができる。具体的には、本実施形態の放射線検出器２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも湾曲することができる。また、放射線検出器２０を湾曲させた場合であっても、部材４０が破壊されるのを抑制することができる。従って、本実施形態の放射線検出器２０によれば、可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。
本実施形態の放射線検出器２０では、センサ部３２ＡのＸ軸方向の長さＬＰＸに比して部材４０のＸ軸方向の長さＬＸが十分に短く、かつセンサ部３２ＡのＹ軸方向の長さＬＰＹに比して部材４０のＹ軸方向の長さＬＹが十分に短く、放射線検出器２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも容易に湾曲することができる。すなわち、本実施形態の放射線検出器２０は、放射線検出器２０を湾曲させる方向に制限がない。なお、放射線検出器２０を湾曲させる方向の自由度を高めるためには、部材４０のＸ軸方向の長さＬＸと、Ｙ軸方向の長さＬＹとの差が比較的小さいことが好ましい。
また、本実施形態の放射線検出器２０では、複数の部材４０が、画素３２のピッチよりも短い間隔で配置されている。具体的には、部材４０同士の間隔Ｗが、センサ部３２Ａの長さＬＰＸよりも短い。そのため、画素３２と、部材４０との位置合わせが不要となる。
なお、本実施形態では、部材４０の形状が、ＸＹ平面における断面の形状が長方形である四角柱である形態について説明したが、部材４０の形態は本形態に限定されない。例えば、部材４０の形状は、断面が正方形である四角柱であってもよいし、断面が円形の円柱であってもよい。
［第２実施形態］
本実施形態では、放射線検出器２０の別形態について説明する。図８は、本実施形態の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。また、図９は、図８に示した放射線検出器２０を、放射線Ｒが照射される側から見たＡ－Ａ線断面図である。なお、説明の便宜上、図９では、放射線検出器２０の下のセンサ基板３０及びセンサ部３２Ａも図示している。
本実施形態では、放射線検出器２０の別形態について説明する。図８は、本実施形態の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。また、図９は、図８に示した放射線検出器２０を、放射線Ｒが照射される側から見たＡ－Ａ線断面図である。なお、説明の便宜上、図９では、放射線検出器２０の下のセンサ基板３０及びセンサ部３２Ａも図示している。
図８及び図９に示すように、本実施形態では、Ｘ軸方向に放射線検出器２０の湾曲が可能とされており、複数の部材４０の各々は、受光面３２Ｐと平行であり、かつＸ軸方向と交差するＹ軸方向を長手方向とする細長形状を有している。すなわち、第１実施形態の部材４０は、Ｚ軸方向を長手方向とする細長形状を有していたのに対して、本実施形態の部材４０は、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向を長手方向とする細長形状を有している。本実施形態のＸ軸方向が本開示の第１の方向の一例であり、本実施形態のＹ軸方向が本開示の第２の方向の一例である。
具体的には、図８に示すように、本実施形態の複数の部材４０の各々の、側面断面、すなわちＸＺ平面における形状は、第１実施形態の複数の部材４０の各々の側面断面（図３参照）と同様の形状である。
一方、図９に示すように、本実施態の複数の部材４０の各々は、第１実施形態の部材４０（図４参照）と形状が異なる。本実施形態の部材４０の各々のＹ軸方向の長さＬＹは、画素３２のＹ軸方向の長さＬＰＹよりも長い（ＬＹ＞ＬＰＹ）。一例として、本実施形態では、部材４０の各々のＹ軸方向の長さＬＹを、シンチレータ２２のＹ軸方向の長さと同等としている。なお、部材４０の各々のＹ軸方向の長さは、この限りではない。
このように、本実施形態では、複数の部材４０の各々がＹ軸方向を長手方向とした細長形状を有している。換言すると、本実施形態では複数の部材４０の各々がＹ軸方向に延在した状態で、略平行に配置されている。従って、本実施形態の放射線検出器２０では、部材４０のＹ軸方向の長さＬＹに係わらず、放射線検出器２０がＸ軸方向に湾曲可能とされる。換言すると、放射線検出器２０における上述したＹ軸方向を、検査対象物１８である鋼管の軸方向に沿った方向とすることにより、放射線検出器２０を湾曲させて検査対象物１８に巻き付けることができる。
なお、本実施形態の複数の部材４０の各々における、Ｚ軸方向の長さＬＺ、及び部材４０同士の間隔Ｗ等は、第１実施形態における複数の部材４０の各々における、Ｚ軸方向の長さＬＺ、及び部材４０同士の間隔Ｗ等と同様にすればよい。
このように本実施形態の放射線検出器２０は、放射線Ｒが入射される第１の面２２Ａ、及び第１の面２２Ａと反対側の第２の面２２Ｂを有し、かつ放射線Ｒを蛍光Ｆに変換するシンチレータ２２と、シンチレータ２２における第２の面２２Ａの側に設けられ、かつシンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを受光する受光面３２Ｐを有するセンサ部３２Ａと、シンチレータ２２により変換された蛍光Ｆを反射若しくは吸収する複数の部材４０と、を備える。また、シンチレータ２２及びセンサ部３２Ａは、Ｘ軸方向に湾曲が可能である。複数の部材４０の各々は、受光面３２Ｐと平行であり、かつＸ軸方向と交差するＹ軸方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。
本実施形態の放射線検出器２０では、シンチレータ２２内に蛍光Ｆを反射若しくは吸収する複数の部材４０の各々が設けられており、部材４０により蛍光Ｆを反射してセンサ部３２Ａの受光面３２Ｐに導くことができるため、高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。また、複数の部材４０の各々が、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと交差するＺ軸方向を長手方向とする細長形状を有し、かつシンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられているため、可撓性を有することができ、Ｘ軸方向に湾曲が可能とされている。また、放射線検出器２０を湾曲させた場合であっても、部材４０が破壊されるのを抑制することができる。従って、本実施形態の放射線検出器２０によれば、可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。
本実施形態の放射線検出器２０の部材４０によれば、Ｙ軸方向の長さＬＹを十分長くすることができるため、放射線検出器２０を湾曲させる方向は限定されるが、放射線透過画像の鮮鋭度をより高くすることができる。
なお、放射線検出器２０及び部材４０は、例えば、下記の変形例１～３の形態としてもよい。
（変形例１）
図１０は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。図１０に示した本変形例の放射線検出器２０は、放射線Ｒが照射されることにより二次電子を放出する粒状の複数の蛍光フィルタ材４２が、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａ側に設けられている。
図１０は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。図１０に示した本変形例の放射線検出器２０は、放射線Ｒが照射されることにより二次電子を放出する粒状の複数の蛍光フィルタ材４２が、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａ側に設けられている。
蛍光フィルタ材４２は、放射線Ｒが照射されると、コンプトン散乱により、蛍光フィルタ材４２の表面から二次電子（反跳電子）を放出する。シンチレータ２２では、蛍光フィルタ材４２により放出された二次電子による増感作用により感度が向上する。換言すると、蛍光フィルタ材４２は、シンチレータ２２における賦活物質として機能する。本変形例では、蛍光フィルタ材４２を、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａ側に設けているため、第１の面２２側のシンチレータ２２の部分の感度を向上させることができる。そのため、放射線検出器２０により得られる放射線透過画像を、より高鮮鋭な画像とすることができる。また、蛍光フィルタ材４２により、シンチレータ２２により変換された蛍光Ｆの散乱を抑制することができるため、放射線検出器２０により得られる放射線透過画像を、より高鮮鋭な画像とすることができる。
なお、このような蛍光フィルタ材４２の例としては、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、セシウム（Ｃｅ）等が好ましく、その他、鉛（Ｐｂ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｔｇ）、タンタル（Ｔｎ）、鋼、ステンレス鋼、黄銅、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、及び白金（Ｐｔ）等の金属及び金属化合物が挙げられる。
このように本実施形態の放射線検出器２０では、シンチレータ２２として、例えば、ＧＯＳ蛍光体（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ガドリニウム硫酸化物）に賦活物質として機能する蛍光フィルタ材４２を含有するものを用いることができる。
このように本実施形態の放射線検出器２０では、シンチレータ２２として、例えば、ＧＯＳ蛍光体（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ガドリニウム硫酸化物）に賦活物質として機能する蛍光フィルタ材４２を含有するものを用いることができる。
（変形例２）
図１１は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。図１１に示すように本変形例では、複数の部材４０の各々が設けられるＺ軸方向の位置が上記各形態と異なる。上記各形態では、複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐに接して設けられていた。これに対して、本変形例の複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐに接していない。なお、本変形例においても、複数の部材４０の各々は、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。具体的には、部材４０のＺ軸方向の長さＬＺの中央となる位置が、シンチレータ２２の厚みＨの中央となる位置よりも、センサ部３２Ａに近い位置とされている。
図１１は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。図１１に示すように本変形例では、複数の部材４０の各々が設けられるＺ軸方向の位置が上記各形態と異なる。上記各形態では、複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐに接して設けられていた。これに対して、本変形例の複数の部材４０の各々は、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐに接していない。なお、本変形例においても、複数の部材４０の各々は、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。具体的には、部材４０のＺ軸方向の長さＬＺの中央となる位置が、シンチレータ２２の厚みＨの中央となる位置よりも、センサ部３２Ａに近い位置とされている。
このように、複数の部材４０の各々がセンサ部３２Ａの受光面３２Ｐと接していない状態に設けられていても、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられていることにより、上記各形態と同様に、本変形例の放射線検出器２０により高鮮鋭な画像を得ることができる。また、複数の部材４０の各々の形状を、第１実施形態の部材４０または第２実施形態の部材４０の形状とすることにより、可撓性を有する放射線検出器２０とすることができる。
なお、放射線検出器２０を湾曲させた場合、部材４０とセンサ部３２Ａ（センサ基板３２）との界面、すなわち受光面３２Ｐに歪みが生じる場合がある。このような場合、部材４０を、センサ部３２Ａの受光面３２Ｐと接していない状態に設けることで、生じた歪みにより部材４０が破壊されるのを抑制することができる。
（変形例３）
図１２は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。本変形例の放射線検出器２０では、シンチレータ２２内において、Ｘ軸方向に複数の部材４０が並んだ状態で配置されている。いわば、シンチレータ２２内に、２段の部材４０を含む。図１２に示した放射線検出器２０では、シンチレータ２２の第１の面２２Ａに近い方に設けられた複数の部材４０１と、第２の面２２Ｂに近い方に設けられた複数の部材４０２とを含む部材４０が設けられている。
図１２は、本変形例の放射線検出器２０の構成の一例を示す側面断面図である。本変形例の放射線検出器２０では、シンチレータ２２内において、Ｘ軸方向に複数の部材４０が並んだ状態で配置されている。いわば、シンチレータ２２内に、２段の部材４０を含む。図１２に示した放射線検出器２０では、シンチレータ２２の第１の面２２Ａに近い方に設けられた複数の部材４０１と、第２の面２２Ｂに近い方に設けられた複数の部材４０２とを含む部材４０が設けられている。
本形態の場合、複数の部材４０１各々も、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられている。具体的には、部材４０１のＺ軸方向の長さＬＺ１の中央となる位置が、シンチレータ２２の厚みＨの中央となる位置よりも、センサ部３２Ａに近い位置とされている。
部材４０１のＺ軸方向の長さＬＺ１と、部材４０２のＺ軸方向の長さＬＺ２とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。なお、本変形例における部材４０１のＺ軸方向の長さＬＺ１と、部材４０２のＺ軸方向の長さＬＺ２とを加算した長さは、上記各形態の部材４０におけるＺ軸方向の長さＬＺに相当するとみなすことができる。
このように、複数の部材４０の各々がシンチレータ２２内に複数段設けられていても、シンチレータ２２内の第１の面２２Ａよりも第２の面２２Ｂに近い位置に設けられていることにより、上記各形態と同様に、本変形例の放射線検出器２０により高鮮鋭な画像を得ることができる。また、複数の部材４０の各々の形状を、第１実施形態の部材４０または第２実施形態の部材４０の形状とすることにより、可撓性を有する放射線検出器２０とすることができる。
以上説明したように、本開示の放射線検出器２０によれば、可撓性を有し、かつ高鮮鋭な放射線透過画像を得ることができる。
なお、放射線検出器２０及び部材４０は、上記第１、第２実施形態及び変形例１～３に限定されるものではない。また例えば、上記の第１及び第２実施形態、下記の変形例１～３を適宜組み合わせた形態としてもよい。また、第１実施形態では、複数の部材４０が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に整列して配置された状態で設けられている形態について説明したが、複数の部材４０がランダムに配置されている形態としてもよい。
また、本実施形態では、放射線検出器２０に、シンチレータ２２側から放射線が照射されるＰＳＳ方式の放射線検出器を適用した場合について説明したが、これに限定されない。例えば、放射線検出器２０に、センサ基板３０側から放射線が照射されるＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式の放射線検出器を適用する形態としてもよい。
また、本実施形態では、放射線検出器２０に、放射線を一旦光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換型の放射線検出器を適用した場合について説明したが、これに限定されない。例えば、放射線検出器２０に、放射線を電荷へ直接変換する直接変換型の放射線検出器を適用する形態としてもよい。
１０、１０１～１０３ 放射線透過画像撮影装置
１８ 検査対象物
１９ 検査対象部分
２０、２０１～２０３ 放射線検出器
２１ 筐体
２２ シンチレータ、２２Ａ 第１の面、２２Ｂ 第２の面、２２Ｇ 蛍光体（ＧＯＳ）
２６ 制御基板
２８ ケース
３０ センサ基板
３１ 基材
３２ 画素
３２Ａ センサ部、３２Ｂ 薄膜トランジスタ、３２Ｐ 受光面
３４ ゲート配線
３６ データ配線
４０、４０１、４０２ 部材
４２ 蛍光フィルタ材
５２ ゲート配線ドライバ
５４ 信号処理部
５６ 画像メモリ
５８ 制御部
６０ ＣＰＵ
６２ メモリ
６４ 記憶部
６６ 通信部
７０ 電源部
Ｆ 蛍光
Ｈ 厚み
ＬＸ、ＬＹ、ＬＺ、ＬＺ１、ＬＺ２、ＬＰＸ、ＬＰＹ 長さ
Ｒ 放射線
Ｗ 間隔
β ブリュースター角
θα 入射角、θβ 反射角
１８ 検査対象物
１９ 検査対象部分
２０、２０１～２０３ 放射線検出器
２１ 筐体
２２ シンチレータ、２２Ａ 第１の面、２２Ｂ 第２の面、２２Ｇ 蛍光体（ＧＯＳ）
２６ 制御基板
２８ ケース
３０ センサ基板
３１ 基材
３２ 画素
３２Ａ センサ部、３２Ｂ 薄膜トランジスタ、３２Ｐ 受光面
３４ ゲート配線
３６ データ配線
４０、４０１、４０２ 部材
４２ 蛍光フィルタ材
５２ ゲート配線ドライバ
５４ 信号処理部
５６ 画像メモリ
５８ 制御部
６０ ＣＰＵ
６２ メモリ
６４ 記憶部
６６ 通信部
７０ 電源部
Ｆ 蛍光
Ｈ 厚み
ＬＸ、ＬＹ、ＬＺ、ＬＺ１、ＬＺ２、ＬＰＸ、ＬＰＹ 長さ
Ｒ 放射線
Ｗ 間隔
β ブリュースター角
θα 入射角、θβ 反射角
Claims (7)
- 放射線が入射される第１の面、及び前記第１の面と反対側の第２の面を有し、かつ前記放射線を蛍光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータにおける前記第２の面の側に設けられ、かつ前記シンチレータにより変換された前記蛍光を受光する受光面を有するセンサと、
前記シンチレータにより変換された前記蛍光を反射若しくは吸収する複数の部材と、
を備え、
前記複数の部材の各々は、前記センサの前記受光面と交差する方向を長手方向とする細長形状を有し、かつ前記シンチレータ内の前記第１の面よりも前記第２の面に近い位置に設けられている、
放射線検出器。 - 放射線が入射される第１の面、及び前記第１の面と反対側の第２の面を有し、かつ前記放射線を蛍光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータにおける前記第２の面の側に設けられ、かつ前記シンチレータにより変換された前記蛍光を受光する受光面を有するセンサと、
前記シンチレータにより変換された前記蛍光を反射若しくは吸収する複数の部材と、
を備え、
前記シンチレータ及び前記センサは、第１の方向に湾曲が可能であり、
前記複数の部材の各々は、前記受光面と平行であり、かつ前記第１の方向と交差する第２の方向を長手方向とする細長形状を有し、かつ前記シンチレータ内の前記第１の面よりも前記第２の面に近い位置に設けられている、
放射線検出器。 - 前記センサは、複数の画素の各々に対して設けられたセンサ部を有し、
前記複数の部材は、前記画素のピッチよりも短い間隔で配置されている
請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。 - 前記複数の部材の各々は、前記センサの前記受光面に接して設けられている
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線検出器。 - 前記複数の部材における前記受光面と交差する方向の長さは、前記複数の部材同士の間隔以上である
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線検出器。 - 前記複数の部材における前記受光面と交差する方向の長さは、画素毎の前記受光面の長さ以下である
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線検出器。 - 前記放射線が照射されることにより二次電子を放出する粒状の複数の蛍光フィルタ材が、前記シンチレータ内の前記第１の面側に設けられている、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021135896A JP2023030653A (ja) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 放射線検出器 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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