JP3615786B2 - 放射線像検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、漏洩等によって入射される放射線の像を検出する放射線像検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線を像としてイメージングする場合、放射線（Ｘ線、γ線）には可視光の結像レンズと類似する結像手段がいまだ存在しないため、透視画像を撮像する以外においてはほとんどピンホール結像原理が利用されている。このピンホール結像原理を用いた放射線像イメージング手段の代表的な例として、特開平３−１３４５８５号公報に開示された第１の従来技術がある。同公報には、放射線源の位置をリアルタイムに測定する装置が示されており、その構成は図６に示されるものとなっている。放射線の透過を遮断するチャンバ１の壁には、相対向する二個の円錐形部分２ａ，ｂが作られており、各円錐形部分２ａ，ｂの頂点でピンホール３が構成されている。このピンホール３を通過した放射線は、蛍光板４の表面にピンホール結像する。蛍光板４はピンホール結像した放射線像を可視像に変換する。変換された可視像は光ファイバ束５によって伝搬される。蛍光板４は可視光を通すため、光ファイバ束５を伝搬する放射線像には、蛍光板４を通過した可視像が合成されている。光ファイバ束５の他端部には高感度カメラ６の窓７が設けられており、光ファイバ束５を伝搬した像はこの窓７に投射される。高感度カメラ６は、イメージインテンシファイアと電荷結合素子（ＣＣＤ；Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）とが組み合わされて構成されており、窓７に投射された像は電気信号像に変換される。この高感度カメラ６で画像化された像のうち、放射線像に対応して得られた像は画像処理によって着色され、蛍光板４を通過した可視光の画像と重ねられて監視用のデイスプレー上に写し出される。
【０００３】
また、上記の第１の従来技術は、一つのピンホールでＸ線画像を撮る構造であるため、撮像感度は低い。この低感度を改善するため、図７に示すコーデッド・アパーチャ・カメラが提案されている。このカメラは次の文献の６５頁〜７０頁に示される第２の従来技術による放射線像検出器である。
【０００４】
山田淳ほか“ＵＲＡコーデッド・アパーチャ・カメラ”、テレビジョン学会技術報告，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．５，１９８３
この検出器では、所定の開口関数で多数のピンホールが配置された板１１が用いられ、対象物１２から発せられたＸ線は各ピンホールを通過し、検出面１３にそれぞれ結像する。この検出面１３に結像した各像はＸ線パターンとして記録される。復号処理回路１４は復号関数を用いたコンピュータ処理によってこのＸ線パターンから対象物１２を復号する。この復号処理によって再生画像１５が得られる。また、多数のピンホールを配置する代わりに、円環が所定の開口関数で符号化された開口パターン１６を用いて検出面１３にＸ線パターンを結像させるようにしても良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第１の従来技術による放射線像検出器においては、次の不都合があった。つまり、放射線を通過させるピンホール３の開口部の大きさが固定されているため、高感度な放射線の漏洩検出と高解像度の放射線のイメージングとを両立することができなかった。良く知られているように、ピンホールで像を結像する場合、画像の最高解像度はピンホールの直径によって制限される。つまり、画像上のピンホール直径より小さい被測定体は全部ぼけてしまい、画像として認識することはできない。従って、検出器の解像度を上げるためにはピンホールの直径はできるだけ小さくするのがよい。しかし、その反面、放射線源が一定量の放射線を放射する場合には、ピンホール径が小さいほどピンホールを通過する放射線量が少なくなり、高感度な放射線の漏洩検出が困難になる。よって、放射線検出器の解像度を上げるためにピンホール径を小さくした場合において、入射する放射線量がもしも検出器のノイズレベルにまで下がってしまうと、放射線の漏洩があっても、これを全く検出することができなくなる問題が発生する。よって、放射線漏れがそのままの状態に放置され、重大な事故に発展する危険性があった。
【０００６】
また、ピンホール径を小さくした場合において、仮に放射線検出器のノイズを無視できるとしても、入射するＸ線自身には揺らぎがあるため、解像度は低下してしまう。つまり、解像度を上げるためにピンホール径を小さくしすぎると、入射Ｘ線量は低下する。Ｘ線画像のＳＮ比は入射するＸ線線量の平方根に正比例するため、入射Ｘ線線量が減少するとＳＮ比は低下する。また、入射Ｘ線自身の揺らぎによって量子ノイズが発生する。蛍光板やシンチレータを使って放射線をイメージングする場合、一個のＸ線フォトンは数百から千以上の可視光フォトンに変換される。従って、放射線自身が含む量子ノイズによって検出器が受ける影響は、検出器内部で生じるノイズよりも大きくなる。すなわち、Ｘ線自身の揺らぎによって可視光フォトンが大量に生じてノイズ成分が増大し、入射放射線量の減少とあわさってＳＮ比はますます劣化する。この結果、画質が劣化し、放射線検出器に所定の解像度が得られないことがある。
【０００７】
また、上記第１の従来の放射線検出器において、同一のデイスプレー画面上に放射線画像と可視光画像とが重ね合わされて写し出されているが、これらの各画像を区別するため、放射線画像は着色されて標識されている。従って、蛍光板を通過した可視光に対応して得られる可視光画像を着色してしまうと、放射線画像と可視光画像との区別が困難になる。よって、可視光画像をカラー化することが難しくなる問題が生じる。また、デイスプレーに写し出された画像に色の空間変化が生じても、人間の網膜の視神経の構造により、この色の空間変化は見分けづらい。従って、放射線の漏洩が検出されて放射線画像が着色表示されても、放射線の漏洩があった事実および漏洩があった位置を迅速に発見しにくい問題もあった。
【０００８】
また、上記従来の第２の放射線像検出器においては、次の２つの大きな問題があった。まず、第１に、画素数にも依存するが、コンピュータによる復号処理の計算に非常に長い時間がかかり、通常の計算機速度および記憶容量では放射線漏洩をリアルタイムに監視することがほぼ不可能であった。例えば、前述の文献によると、６４ＫＢのミニコンピュータを使って一枚の画像を復元するための計算時間は約１０分間になる。従って、コーデッド・アパーチャー・カメラは、ほぼ静止した画像を計測する天文学の分野、あるいは瞬間のＸ線ショット画像を撮ってから時間を掛けて解析する慣性核融合の分野などの研究に通常使われている。
【０００９】
第２に、図７の開口パターン１６に示されるような複雑なＵＲＡ（Ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ Ｒｅｄｕｎｄａｎｎｔ Ａｒｒｅｙ） アパーチャを作成することは非常に難しかった。前述の文献では、フォトリソグラフィ技術で１０μｍ厚のＮｉ薄膜をパターニングすることによってＵＲＡアパーチャを作成している。しかし、１０ｋｅＶ以上のエネルギを持って入射するＸ線を充分に遮断するために、マスクに実際に必要とされる厚さは相当厚くなければならない。従って、フォトリソグラフィ技術を用いてこの厚いマスクをパターニングする作製プロセスは困難であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解消するためになされたもので、放射線を通すピンホールと、このピンホールを通って結像した放射線像を検出する像検出素子とを備えた放射線像検出器において、このピンホールは開口面積を連続的に可変可能なピンホールであって、像検出素子に入射する放射線量を判定する放射線量判定手段と、像検出素子に結像する放射線像から放射線源の放射強度分布の重心または最大放射強度点の方向を求める演算手段と、この演算手段の演算結果を基にしてピンホールの撮像方向を調整する撮像角制御手段と、放射線量判定手段で判定した放射線量が所定量未満（放射線入射のない場合）の場合にはピンホールの開口面積を最大に維持し、放射線量判定手段で判定した放射線量が所定量以上の場合には、ピンホールの開口面積を所定の開口面積に絞り、この状態における演算手段の演算結果を基にして撮像角制御手段により撮像方向を調整した後に、この状態における放射線量判定手段の判定結果を基にしてピンホールの開口面積を調整する開口量調節手段を備え、少なくともピンホールの開口面積が最大の場合には、放射線量判定手段の判定結果を出力することを特徴とするものである。
【００１２】
また、像検出素子に検出された放射線像を点滅して表示する表示手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
ピンホールの開口部の大きさは、開口量調節手段により適宜設定され、大きな開口量を必要とする放射線漏洩検出と、開口量を絞ることを必要とする高解像度検出とが両立させられる。
【００１４】
この開口量調節手段により、放射線の入射がない場合にはピンホールの開口部は大きく開かれ、高感度な放射線漏洩検出が行われる。また、放射線の入射が検出された場合には、開口量調節手段により、像検出素子に入射放射線像が最適な状態で結像する大きさにピンホールの開口部の大きさが絞られ、高解像度の放射線イメージングが行われる。
【００１５】
また、放射線像は、表示手段により、人間の網膜の視神経の構造によって見分けやすい点滅によって表示される。
【００１６】
【実施例】
図１は本発明の一実施例による放射線像検出器の主要部を示す断面図である。この放射線像検出器は放射線の漏洩位置を検出するピンホール放射線カメラである。
【００１７】
本検出器は、放射線画像を撮影する放射線像撮像部２１と、可視画像を撮影する可視像撮像部２２とから構成されている。
【００１８】
放射線像撮像部２１は、放射線を完全に遮断するチャンバ２３に囲まれて構成されている。チャンバ２３のＸ線が入力される側には、窓２４がチャンバ本体に接着して設けられている。この窓２４は、厚さ０．５ｍｍのプラスチック膜の上に厚さ０．１ｍｍのアルミニウム膜が積層されて形成されており、可視光および埃を遮断する。ピンホール２５ａを形成するアイリス（絞り；Ｉｒｉｓ）２５は五つの合金製リーフ（ｌｅａｆ） が組み合わせて構成されている。各リーフの厚さは約０．５ｍｍであり、各リーフは鉛（Ｐｂ）と鋼鉄（ｓｔｅａｌ）との合金によって形成されている。
【００１９】
ピンホール２５ａの開口の大きさは開口量調節手段によって適宜調節される。この開口量調節手段は、ステッピングモータ２６、モータ回転ギヤ２７、調節リングギヤ２８および後述するマイクロ・コンピュータ４５からなる回転制御回路によって構成されている。ステッピングモータ２６は入力パルス数に応じて回転し、回転制御回路はステッピングモータ２６へ出力されるパルス数を後述するように適宜決定する。ステッピングモータ２６の回転は、モータの回転軸に設けられたモータ回転ギヤ２７へ伝えられ、さらに、調節リングギヤ２８へ伝えられる。この調節リングギヤ２８はアイリス２５の回転リングへモータ駆動力を伝達し、アイリス２５によって形成されるピンホール２５ａの開口量を調節する。
【００２０】
本実施例では、ステッピングモータ２６にはオリエンタルモータ（株）製，型番号ＵＰＤ５３３−ＮＡのステッピングモータが用いられている。このステッピングモータ２６は一つの駆動パルス入力によって０．３５度の角度だけ回転する。また、アイリス２５の調節リングギヤ２８とモータ回転ギヤ２７との各ギヤの直径の比率は６：１に設定されている。このため、回転制御回路からステッピングモータ２６に一つの駆動パルスが入力されると、アイリス２５の回転リングは約０．０６度だけ回転する。アイリス２５が全開するためには、調節リングギヤ２８が約３０度回転する必要がある。アイリス２５の開口部が最大になる口径は約１５ｍｍである。一方、アイリス２５の口径はモータ回転角度とはリニアに依存する関係にはなく、最小口径は約０．１ｍｍである。ここでいう最小口径とは、アイリス２５が完全に閉じた状態から一つの駆動パルス入力によって開いた最初の状態の口径をいっている。
【００２１】
ピンホール２５ａを通過した放射線は、放射線像検出素子３０によって像として検出される。放射線像検出素子３０は、シンチレータ３１，光ファイバプレート（ＦＯＰ）３２およびＣＣＤイメージセンサ３３から構成されている。シンチレータ３１はピンホール２５ａを通過した放射線が入射することによって発光する。この発光は放射線像の入射に対応して行われ、シンチレータ３１は面発光する。このシンチレータ３１は光ファイバプレート３２に堆積されており、この面発光は光ファイバプレート３２を介してＣＣＤイメージセンサ３３へ伝搬される。ＣＣＤイメージセンサ３３は１ｃｍ角の有効蛍光エリアを持っており、光ファイバプレート３２はこの蛍光面に密着している。従って、シンチレータ３１で発生した光はほとんど損失することなくＣＣＤイメージセンサ３３に伝達され、放射線像の入射に対応して生じた面発光はこのＣＣＤイメージセンサ３３において電気信号像に変換される。この電気信号像はボート２９に収納されている電子回路系で所定の処理に供される。ここで、ＣＣＤイメージセンサ３３とこの電子回路系とを接続するためのソケットもボート２９に収納されている。
【００２２】
可視像撮像部２２はピンホールＸ線カメラを内蔵するチャンバ２３と一体化されており、この可視像撮像部２２も放射線を完全に遮断する材質からなる筐体３４に囲まれて構成されている。また、像入射側に設けられた入力窓３５は放射線強度を大きく減衰させる鉛ガラスで形成されており、筐体３４の内部に収納されている素子は放射線から守られている。窓３５を通過した可視光は結像レンズ３６ａ，３６ｂによってＣＣＤイメージセンサ３７の検出面に結像される。結像された像は電気信号像に変換され、ボート３８に収納されている電子回路系によって画素信号の前処理が行われる。このボート３８にもＣＣＤイメージセンサ３７のチップと電子回路系とを接続するためのソケットが収納されている。この可視像撮像部２２は、内蔵した可視光ＣＣＤカメラによって放射線漏洩が有り得る区域の映像をリアルタイムにビデオレート（３０フレーム／秒）で撮像する。
【００２３】
なお、この可視像撮像部２２は結像レンズ３６ａ，ｂからなる光学系を用いて撮像しているが、このような光学系を用いることなく入射光を直接にＣＣＤイメージセンサ３７の検出面に結像させるようにしてもよい。また、可視光を撮像しているが、赤外線を撮像する赤外線カメラによってこの撮像部２２を構成するようにしてもよい。
【００２４】
図２は、図１に示された放射線漏洩位置検出器の主要部周辺に接続される装置構成を示すシステムブロック図である。
【００２５】
一体化した放射線像撮像部２１および可視像撮像部２２は傾斜ステージ４１上に設置されており、この傾斜ステージ４１はさらに回転ステージ４２上に設置されている。傾斜ステージ４１はモータ４３の回転に応じて垂直方向に動き、検出器の撮像方向の角度を上下方向に振る。また、回転ステージ４２はモータ４４の回転に応じて水平方向に動き、検出器の撮像方向の角度を左右方向に振る。モータ４３，４４はマイクロ・コンピュータ４５からの駆動パルスによって回転が制御されている。放射線像撮像部２１内の前述したステッピング・モータ２６もこのマイクロ・コンピュータ４５が出力する駆動パルスによって制御されており、このマイクロ・コンピュータ４５からなる回転制御回路によってアイリス２５の回転リングが調節される。傾斜ステージ４１および回転ステージ４２は共に中央精機（株）製のものであり、傾斜ステージ４１は型番号ＰＳ−Ｇ−６０の傾斜ステージを使用する。この傾斜ステージ４１は最大±２０°の角度変化と０．００２°／パルスの駆動特性を持つ。また、回転ステージ４２の型番号はＰＳ−θ−９０であり、３６０°回転可能な駆動特性を持ち、０．００２５°／パルスの回転速度を持つ。
【００２６】
可視像撮像部２２は画像合成器４６へ可視光画像信号Ｐ１を出力し、放射線像撮像部２１は画像合成器４６へ放射線画像信号Ｐ２を出力する。画像合成器４６はマイクロ・コンピュータ４５からの合成指令を受け、２Ｈｚの繰り返し頻度で可視光画像信号Ｐ１と放射線画像信号Ｐ２とを合成する。合成された画像信号Ｐ３は画像合成器４６からＣＲＴモニタ４７へ送られる。ＣＲＴモニタ４７はＣＲＴ画面に合成画像Ｐ３を映し出す。また、マイクロ・コンピュータ４５は、放射線漏洩を発見した場合には、それに応じる指令を警報システム４８に送出し、緊急措置を直ちに行う。
【００２７】
このような構成において、本実施例による放射線像検出器は、一つの口径可変のピンホール２５ａ、つまり、アイリス２５を使って放射線のイメージングを行う。
【００２８】
放射線の漏れがない通常の場合、マイクロ・コンピュータ４５はモータ２６への駆動パルスの出力を行わない。よって、アイリス２５は全開の状態にあり、ピンホール２５ａの口径は最大になっている。従って、カメラ内部には多くの放射線が受け入れられ、放射線ピンホールカメラはシンチレータ３１の検出面に入射される放射線エネルギーの総量を測り続ける。この時、検出器は画像信号Ｐ２の代わりに入射放射線のトータルのエネルギーに相当する電流を出力する。マイクロ・コンピュータ４５はこの電流出力を監視し続け、出力電流値が予め設定した警戒値を越えた場合には、警報システム４８へ指令信号を出力する。警報システム４８はこの指令信号を受信すると、異常ランプを点滅させて警報を発する。また、マイクロ・コンピュータ４５はこの警報措置と同時に、検出器の動作状態を緊急監視測定状態にシフトさせる。この動作状態のシフトは以下の順番で自動的に行われる。
【００２９】
▲１▼ マイクロ・コンピュータ４５はステッピング・モータ２６へ駆動パルスを出力し、モータ２６を回転させる。モータ２６は入力パルス数に応じた分だけ回転し、アイリス２５の回転リングを動かす。この結果、アイリス２５は全開状態の最大口径から適当な口径に絞られる。この際、マイクロ・コンピュータ４５は初期開口量設定手段の機能を果たす。よって、ピンホール２５ａを通過して入射したＸ線はシンチレータ３１の検出面にピンホール結像し、この検出面にＸ線像が得られる。ここで、アイリス２５の上記の適当な口径とは次の結像条件を満たすものである。つまり、検出面に結像したＸ線像が余りぼけず、そして、イメージングセンサの各画素の信号が飽和しない程度の口径である。また、放射線の漏洩位置は必ずしもピンホール２５ａの真正面に向かないので、アイリス２５を絞り過ぎると、漏洩する放射線がピンホール２５ａを通過できないことがある。イメージングセンサの入力面に結像したＸ線像の位置がセンサの中心から遠く離れれば離れるほど、必要なピンホールの口径は大きくなる。
【００３０】
▲２▼ マイクロ・コンピュータ４５は結像したＸ線像を画像信号Ｐ２として取り込み、このＸ線像から放射線源の放射強度分布の重心あるいは最大放射強度点の方向を求める。この際、マイクロ・コンピュータ４５は放射強度分布の中心または最大放射強度点の方向を求める演算手段としての機能を果たす。そして求めた方向に検出器の撮像方向が向くよう、モータ４３，４４からなるサーボ機構を作動させる。このサーボ機構はモータ４３，４４、ステージ４１，４２およびマイクロ・コンピュータ４５によって構成され、撮像角制御手段としての機能を果たす。マイクロ・コンピュータ４５のこのカメラ角度の調節により、ピンホール２５ａの真正面に放射線源の放射重心あるいは最大放射強度点が向かされる。放射線源あるいは放射線漏洩場所が複数個の時には、放射線画像の強度分布の重心にカメラの撮像方向を向かせるのが良い。カメラの画角をこのように設定すると、複数個の放射線源の全てが一つの画面内に納めることができる。
【００３１】
▲３▼ 次に、マイクロ・コンピュータ４５は入射するＸ線の平均強度を求め、その平均強度で最大の画像情報が得られるピンホール口径にアイリス２５を絞りこむ。この際、マイクロ・コンピュータ４５は最適開口量設定手段としての機能を果たす。この時のピンホール２５ａの開口の大きさは、基本的に次の文献の４０５頁に示されるＡ．Ｒｏｓｅの視認限界基準と、アイリス２５の最大および最小のピンホール口径とによって決められる。
【００３２】
木内雄二 編、「画像入力技術ハンドブック」、日刊工業新聞社、１９９２年３月
前述したように、最終的に得られる放射線の情報量はピンホール２５ａの口径に強く依存する。口径が大きすぎると検出画像はぼけてしまい、沢山の画像情報が失われてしまう。逆に口径が小さすぎると画像信号の強度がノイズ強度に勝てず、画像信号はノイズに埋まってしまってやはり画像情報が失われてしまう。従って、入射する放射線の強度に応じ、アイリス２５を最適な口径に絞る必要があり、この最適口径は以下のように求められる。
【００３３】
Ａ．Ｒｏｓｅの視認限界基準により、サイズａ×ａの放射線画像パタンを量子ノイズ制限の下で観察人に視認できる条件は、次式に示される。
【００３４】
【数１】

【００３５】
ここで、△ｎ［ケ／ｓ・ｃｍ^２ ］はサイズａ×ａの放射線画像パタンと隣のパタンとの量子数の差、つまりパタン情報量である。ｎ［ケ／ｓ・ｃｍ^２ ］は入力される平均量子数、τ［秒］は人間の視神経の積分時間であり、このτは約０．２秒である。ｎ_ｄ はシンチレータ３１の入力側に換算したＣＣＤイメージセンサ３３の暗電流密度［ケ／ｓ・ｃｍ^２ ］である。ｋは人間の眼の視認係数で、通常ｋ＝２〜５である。これらｎ，△ｎおよびｎ_ｄ は次式に示される。
【００３６】
ｎ＝（ａ^２ ／Ａ^２ ）・Ｎ …（２）
△ｎ＝（ａ^２ ／Ａ^２ ）・△Ｎ …（３）
ｎ_ｄ ＝Ｎ_ｄ ／Ｍ …（４）
ここで、Ａ^２ （＝Ａ×Ａ）はＣＣＤイメージセンサ３３の有効受光面積、Ｎはアイリス２５が全開のときの平均Ｘ線量子密度である。ΔＮはアイリス２５が全開のときにおける放射線画像パタンの情報量である。Ｍはシンチレータ３１のＸ線量子変換効率である。これら式（２），（３），（４）を式（１）に代入し、整理すると次式になる。
【００３７】
ａ^６ −（ｋ^２ Ａ^２ ａ^２ ）／（Ｃ^２ τＮ）−（ｋ^２ Ａ^４ Ｎ_ｄ ）／（Ｃ^２ τＮ^２ Ｍ）≧０ …（５）
ここでＣはコントラスト比であり、Ｃ＝Δｎ／ｎである。
【００３８】
図３は、アイリス全開時の入射Ｘ線密度（平均Ｘ線量子密度）Ｎ［ケ／ｓ・ｃｍ^２ ］と、この入射Ｘ線密度Ｎに対して式（５）から得られる最適ピンホール口径［ｍｍ］との相関関係を示すグラフである。ここで、ＣＣＤイメージセンサ３３の暗電流は０．２ｎＡ／ｃｍ^２ であり、また、コントラスト比Ｃ＝０．２、視認係数ｋ＝４である。シンチレータ３１は発光波長＝５５０ｎｍのＰ４３（Ｇｄ_２ Ｏ_２ Ｓ：Ｔｂ）を使用しており、そのＸ線変換効率Ｍ＝８００である。前述したように、アイリス２５が全開の状態において放射線の漏洩が検出された場合には、放射線源の放射重心あるいは最大放射強度点が求められ、このいずれかにカメラの画角が向けられる。その後、マイクロ・コンピュータ４５により、ＣＣＤイメージセンサ３３の入力から平均Ｘ線入射密度Ｎが求められ、さらに、図３に示すグラフの特性線から、検出した平均Ｘ線密度Ｎに対応する最適なピンホール２５ａの口径が求められる。引き続いて、マイクロ・コンピュータ４５によってステッピング・モータ２６が制御され、アイリス２５の回転リングが調節され、アイリス２５によって形成されるピンホール２５ａが求められた最適口径に絞られる。
【００３９】
▲４▼ 次に、最適口径のピンホール２５ａを通してＣＣＤイメージセンサ３３の蛍光面で結像するＸ線像が電気信号像に変換される。変換されたこの画像信号Ｐ２は画像合成器４６へ出力される。一方、可視像撮像部２２に入射された可視光画像は、前述した光学レンズ系を通してＣＣＤイメージセンサ３７に入力され、リアルタイムにビデオ信号に変換される。変換されたこの画像信号Ｐ１も画像合成器４６へ出力される。画像合成器４６は各画像信号Ｐ１，Ｐ２を合成し、合成画像信号Ｐ３をＣＲＴモニタ４７へ出力する。放射線の入射がない場合には画像信号Ｐ２の入力がないため、合成画像信号Ｐ３は画像信号Ｐ１に等しく、ＣＲＴモニタ４７には可視画像が連続的に写し出されている。放射線の入射があって画像信号Ｐ２の入力があった場合には、合成画像信号Ｐ３のうちの放射線画像は、０．２Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の繰り返し周波数で、ＣＲＴモニタ４７のディスプレー上で点滅表示される。
【００４０】
このような本実施例による放射線像検出器によれば、ピンホール２５ａの開口部の大きさは、開口量調節手段により適宜設定され、大きな開口量を必要とする放射線漏洩検出と、開口量を絞ることを必要とする高解像度検出とが両立させられる。このため、多数のピンホールを用いる従来のデコード・アパーチャ・カメラのように、符号化された開口パターンを復号処理する必要がなくなり、計算に非常に長い時間がかかるコンピュータ処理は不要になる。従って、放射線漏洩をリアルタイムに監視することが可能になる。また、ピンホールの絞り型の製造も従来の生産技術で簡単にできる。つまり、複雑な開口パターンを有する従来のアパーチャを作成する必要もなくなり、厚いマスクを必要とする困難なフォトリソグラフィ・プロセスを伴わずに検出器を製造することができる。
【００４１】
この開口量調節手段により、放射線の入射がない場合にはピンホール２５ａの開口部は大きく開かれ、上述した高感度の放射線漏洩検出が行われる。この放射線漏洩検出は、従来の単一ピンホールの放射線カメラに比べ、初期感度は数百倍高くなる。このため、放射線の漏洩は確実に検出され、従来のように、放射線漏れが放置されて重大な事故に発展してしまう危険性は回避される。また、放射線の入射が検出された場合には、上述のように、像検出素子３０に入射放射線像が最適な状態で結像する大きさにピンホール開口部の大きさが自動的に絞られる。つまり、放射線のイメージングは、ピンホール２５ａの開口部の大きさが入射放射線量に応じて最適状態に自動設定されるため、入射放射線量が不足し過ぎることはなく、最大の画像情報が取り入れられるようになる。よって、放射線それ自身が持つ揺らぎによって入射放射線量が不足し、ＳＮ比が劣化するといったことはなく、常に所定の解像度を持つ放射線検出が行われる。
【００４２】
この結果、本実施例によれば、放射線漏洩の高感度検出モードと多くの放射線画像情報をピックアップする高解像度検出モードとの各機能が有効的に組み合わされ、監視区域の放射線状況に応じて自動的に最適な動作モード（姿勢）に調節される放射線漏洩位置検出器が提供される。
【００４３】
また、放射線像を色の静止パタンで標識する従来の技術とは異なり、放射線像は、ＣＲＴモニタ４７において、人間の網膜の視神経の構造によって見分けやすい０．２Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の繰り返し周波数の点滅によって表示される。このため、放射線画像が着色表示されても、放射線の漏洩があった事実および漏洩があった位置は迅速に視認される。よって、画像信号Ｐ１に対応して得られる可視光画像をカラー化し、画像信号Ｐ２に対応して得られる放射線画像に重ねて表示することも容易に行える。
【００４４】
放射線画像をＣＲＴ画面上で点滅表示させることにより、放射線漏洩場所が人間の目に目立って非常に発見しやすくなるのは、以下のように説明される。
【００４５】
第１に、人間の眼の構造において、明るさを感知できる視野は色を感知できる視野より広いからである。図４は人間の眼球の断面構造を示す。視細胞は錐状体と柱状体との二種類がある。これら両方の種類の視細胞は光の強さを感知することができるが、柱状体は色を感知することができず、色を感知することができる視細胞は錐状体のみである。また、この二種類の視細胞の網膜上の分布は極めて不均一である。錐状体は殆ど中央窪みとその近くに集中しており、視野角が±５°〜１０°の範囲にある。網膜周辺にいくと、錐状体と柱状体の比率が減少し、網膜の縁近くでは色を感知する錐状体がほとんど存在しない。視細胞の数で見れば、錐状体の視細胞は約四百万個、柱状体の視細胞は約一億二千万個ある。従って、ＣＲＴモニタを監視する人間の視線が少しずれると、画面上の色パタンは発見されにくくなる。これに対し、明るさの変化は非常に広い視野範囲において発見されやすい。
【００４６】
点滅表示が発見されやすい第２の原因は、動的物（明るさの時間的な変化）に対する視神経の感度は静止物に対する感度に比べ、広い視野に渡って高い値に維持されることである。網膜は上記の錐状体と柱状体の視神経に連結しており、この網膜には空間的な明暗変化を感知するＸ型と時間的な明暗変化を感知するＹ型のそれぞれの神経節細胞がある。Ｘ型細胞は小さな受容野を持ち、網膜中心部に多く存在している。これに対してＹ型細胞は受容野が広く、網膜の広い範囲に一様に分布している。その結果、人間の眼の静止視力と動態視力とは図５のグラフに示すように相違している。静止視力感度特性は同グラフの点線に示され、横軸の０［度］における視野中心部で縦軸の相対感度が高くなっており、視野中心からの偏位角が大きくなると相対感度は急減している。つまり、静止パタンに対する詳細な情報は視野中心部でしか捕えられず、分解能は視野中心から周辺にゆくに従って急速に低下する。しかし、同グラフの実線で示す人間の眼の動態視力感度特性は、視野中心から周辺部にいっても相対感度はそれほど低下していない。すなわち、動態視力感度特性に依存するＣＲＴ画面上の点滅表示は、広い視野範囲において感度よく視認される。
【００４７】
なお、上記実施例の説明における放射線イメージングセンサは、シンチレータ３１とＣＣＤイメージセンサ３３とを組み合わせて構成した場合について説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、シンチレータに光電子増倍管（ＰＭＴ；ＰＨＯＴＯＭＵＬＴＩＰＬＩＥＲ ＴＵＢＥ）を組み合わせて放射線イメージングセンサを構成してもよい。この組み合わせの構成では、初期時の放射線漏洩の検出感度が高められる。
【００４８】
また、シンチレータとＰＭＴとを組み合わせた構成で初期の放射線漏洩検出を行い、放射線漏洩が発見された場合にはシンチレータとＣＣＤイメージセンサとを組み合わせた構成の撮像方式に切り替える構造にすることも可能である。
【００４９】
また、上記実施例の放射線イメージングセンサに代え、シンチレータをコーティングしたＰＳＤ（位置検出器）型のＰＭＴを使って超高感度のピンホール放射線カメラを構成することも可能である。
【００５０】
また、通常のＰＳＤ型のＰＭＴの解像度は低いので、より細かい放射線源の画像を高感度で撮像するため、Ｘ−Ｉ．Ｉ．（Ｘ線イメージングインテンシファイア）を利用して放射線イメージングセンサを構成することも可能である。
【００５１】
これらのいずれの放射線イメージングセンサを用いてピンホール放射線カメラを構成しても、本実施例による口径可変なピンホール機構は有効であり、本実施例と同様な効果が奏される。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ピンホールの開口部の大きさは、開口量調節手段により適宜設定され、大きな開口量を必要とする放射線漏洩検出と、開口量を絞ることを必要とする高解像度検出とが両立させられる。このため、従来のアパーチャ・カメラのように、符号化された開口パターンを復号処理する必要がなくなり、計算に非常に長い時間がかかるコンピュータ処理は不要になる。従って、放射線漏洩をリアルタイムに監視することが可能になる。また、複雑な開口パターンを有するアパーチャを作成する必要もなくなり、検出器の製造に困難な作製プロセスは伴わない。
【００５３】
この開口量調節手段により、放射線の入射がない場合にはピンホールの開口部は大きく開かれ、高感度な放射線漏洩検出が行われる。このため、放射線の漏洩は確実に検出される。よって、従来のように、放射線漏れが放置されて重大な事故に発展してしまう危険性は回避される。また、放射線の入射が検出された場合には、開口量調節手段により、像検出素子に入射放射線像が最適な状態で結像する大きさにピンホールの開口部が大きさが絞られ、高解像度の放射線のイメージングが行われる。つまり、放射線のイメージングは、ピンホール開口部の大きさが入射放射線量に応じて最適状態に設定されるため、入射放射線量が不足し過ぎることはない。よって、放射線それ自身が持つ揺らぎによって入射放射線量が不足し、ＳＮ比が劣化するといったことはなく、常に所定の解像度を持つ放射線検出が行われる。すなわち、放射線の漏洩は確実に検出され、かつ、放射線像は高解像度でイメージングされる。
【００５４】
この結果、本発明によれば、入射される放射線強度に対応して自動的に最適な測定状態が設定される知的な放射線像検出器が提供される。
【００５５】
また、放射線像は、表示手段により、人間の網膜の視神経の構造によって見分けやすい点滅によって表示される。このため、放射線画像が着色表示されても、放射線の漏洩があった事実および漏洩があった位置が迅速に視認される。また、放射線画像に重ねて表示する可視光画像をカラー化することも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による放射線像検出器の主要部の断面図である。
【図２】図１に示された本実施例による放射線像検出器の主要部の周辺の装置構成を示すシステムブロック図である。
【図３】本実施例による放射線像検出器で最適ピンホール口径を求める際に用いられる入射Ｘ線密度と最適ピンホール口径との相関関係を示すグラフである。
【図４】人間の眼球の構造を示す断面図である。
【図５】人間の眼の静止視力感度特性と動態視力感度特性とを示すグラフである。
【図６】１つのピンホールを用いて構成された第１の従来技術による放射線像検出器を示す断面図である。
【図７】多数のピンホールを用いて構成された第２の従来技術による放射線像検出器を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１…放射線像撮像部、２２…可視像撮像部、２３…チャンバ、２４…放射線入射窓、２５…アイリス、２５ａ…ピンホール、２６…ステッピング・モータ、２７…回転ギヤ、２８…調節リングギヤ、２９，３８…ボート、３０…像検出素子、３１…シンチレータ、３２…光ファイバプレート、３３，３７…ＣＲＴイメージセンサ、３４…筐体、３５…可視光入射窓、３６ａ，ｂ…結像レンズ、４１…傾斜ステージ、４２…回転ステージ、４３，４４…モータ、４５…マイクロ・コンピュータ、４６…画像合成器、４７…ＣＲＴモニタ、４８…警報システム。

Claims (3)

1. 放射線を通すピンホールと、このピンホールを通って結像した放射線像を検出する像検出素子とを備えた放射線像検出器において、
   前記ピンホールは開口面積を連続的に可変可能なピンホールであって、
   前記像検出素子に入射する放射線量を判定する放射線量判定手段と、
   前記像検出素子に結像する放射線像から放射線源の放射強度分布の重心または最大放射強度点の方向を求める演算手段と、
   前記演算手段の演算結果を基にして前記ピンホールの撮像方向を調整する撮像角制御手段と、
   前記放射線量判定手段で判定した放射線量が所定量未満の場合には前記ピンホールの開口面積を最大に維持し、前記放射線量判定手段で判定した放射線量が所定量以上の場合には、前記ピンホールの開口面積を所定の開口面積に絞り、この状態における演算手段の演算結果を基にして前記撮像角制御手段により撮像方向を調整した後に、この状態における前記放射線量判定手段の判定結果を基にして前記ピンホールの開口面積を調整する開口量調節手段を備え、
   少なくとも前記ピンホールの開口面積が最大の場合には、前記放射線量判定手段の判定結果を出力することを特徴とする放射線像検出器。
2. 前記像検出素子に検出された放射線像を点滅して表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の放射線像検出器。
3. 前記放射線と同一方向から入射される可視光または赤外線を撮像する像検出手段を備え、前記表示手段は、この像検出手段から得られる可視像または赤外線像を前記放射線像に重ねて表示することを特徴とする請求項２記載の放射線像検出器。

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