JP3733801B2

JP3733801B2 - Ｘ線センサ信号処理回路及びそれを用いたｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP3733801B2
Application number: JP26750199A
Authority: JP
Inventors: 上村　　博; 克利佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: JP2001091477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非破壊検査を行うためのＸ線センサの出力信号を処理するＸ線センサ信号処理回路及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に係わり、特に、Ｘ線センサ信号処理回路のダイナミックレンジを拡大できるＸ線センサ信号処理回路及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属製部品や装置の内部欠陥などを非破壊で検査したいという要求により、１ＭｅＶ以上のＸ線を用いた工業用Ｘ線ＣＴ装置が開発されており、また、より大きな被試験体を高解像度で検査するために更なる研究開発が進んでいる。工業用のＸ線ＣＴについては「H.Miyai, et al.: "A High Energy X-Ray Computed Tomography Using Silicon Semiconductor Detectors", 1996 Nuclear Science Symposium Conference Record, Vol.2, pp816-821, Nov.2-9 1996, Anaheim, CA, USA (1997)]（以下、従来技術という）に記載されている。この第１従来技術に示された、Ｘ線センサの出力信号を処理する信号処理回路について説明する。
【０００３】
信号処理回路において、多数の半導体センサ（Ｘ線センサ）はそれぞれ初段回路に接続されている。Ｘ線パルスが半導体センサに入射すると、センサ内部に発生した電荷により回路に電流が流れる。それを抵抗で電圧変換し、電圧増幅器で増幅し、サンプルホールドアンプでホールドして後段の装置に出力する。すなわちＸ線パルスにより発生する電圧波形をできるだけ、保持した状態で増幅し、Ｘ線入射レベルが安定した時点でホールドするという方法が採られる。
【０００４】
工業用Ｘ線ＣＴ装置用の半導体センサは、高エネルギーのＸ線パルスを効率よく検出するために短冊形で寸法が大きく（例えば、３×４０×０．４ｍｍ）、必然的に数ｎＡから数十ｎＡレベルの大きな暗電流を生じる。このため、初段回路においては、電圧増幅器が暗電流による直流電圧を増幅しないように、半導体センサは交流結合される。
【０００５】
Ｘ線パルスが厚い被検体を透過した場合、Ｘ線パルスは被試験体で減衰されて半導体センサに入射するため、被試験体が設置されていない場合と比べて、入射するフォトン数は４桁以上小さくなる。すなわちＸ線ＣＴの信号処理回路は高ダイナミックレンジを必要とする。ダイナミックレンジを大きくするには、大入力側と微少入力側の双方にレンジを広げる必要がある。
【０００６】
従来技術では半導体センサからの出力電流を電圧変換してそのまま増幅しているため、フォトン数が少なくなるとホールド時の電圧が必ずしも単位時間当たりの平均フォトン数に比例した電圧にならない。
【０００７】
この問題を解決するため、発明者等は次のような技術を既に提案している。すなわち、Ｘ線センサの出力信号からフィルタにより前記従来技術と同じく、直流成分を除去するだけでなく、前記フィルタにより直流成分が除去された前記Ｘ線センサの出力信号を積分する積分回路を備えることにより、パルス発生時間内にセンサに入射するフォトンによる出力電流を積分でき、単位時間当たりの平均フォトン数に比例した出力を測定できるようにしている。これにより、フォトン数の少ない場合の微少入力側のセンサ出力を確実に測定することができる（以下、先行技術という）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、さらにダイナミックレンジを拡大するには高出力電流時の測定を可能にする必要があるが、測定の上限値はＡＤ変換回路の入力レンジや分解能で制限される。すなわち、測定できる最小入力を例えば2ビット分のディジタル出力になるように設計したとすれば、１４ビットＡＤ変換回路のダイナミックレンジは７８ｄＢ（＝２０ｌｏｇ（２の１４乗÷２））となる。
【０００９】
このため、前記先行技術では積分回路の出力を対数回路で対数変換し出力レンジを圧縮してＡＤ変換回路に入力することにより、ダイナミックレンジを拡大する方法が述べられている。この方法は原理的に実現可能であるが、実機製作の上ではハードウェア量が増加するという問題点がある。
【００１０】
ＡＤ変換器の入力レンジは５Ｖから１０Ｖが通常である。それにひきかえ、積分回路に使用するＯＰアンプは通常１０から２０Ｖ以上の入力レンジを持つ。
【００１１】
本発明の目的は、この積分回路のダイナミックレンジを有効に活用し、ＡＤ変換回路の入力レンジを越える積分回路出力を測定可能とするＸ線センサ信号処理回路及びそれを用いたＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、制御されて発生するパルス状の信号を検出するセンサにより検出されたパルス出力信号を積分し一定時定数で放電させる積分回路と、積分回路の出力信号を１回目のＡＤ変換後次のパルス状信号入射前に２回目のＡＤ変換する手段と、２回目のＡＤ変換出力から１回目のＡＤ変換出力を計算する手段とを備えたことによって達成される。
【００１３】
また上記目的は、加速器から出射されて被試験体を透過したパルス状のＸ線を検出するＸ線センサにより検出されたパルス出力信号を積分し一定時定数で放電させる積分回路と、積分回路の出力信号を１回目のＡＤ変換後次のＸ線パルス入射前に２回目のＡＤ変換する手段と、２回目のＡＤ変換出力から１回目のＡＤ変換出力を計算する手段とを備えたことによって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の好適な一実施形態であるＸ線センサ信号処理回路（信号処理回路）を示す。また、図２は、図１のＸ線センサ信号処理回路を用いたＸ線ＣＴ装置を示す。
【００１８】
はじめに、図２を用いてＸ線ＣＴ装置による被破壊検査について説明する。なお、図２（ａ）は側面から見たＸ線ＣＴ装置を示し、図２（ｂ）は上方から見たＸ線ＣＴ装置の一部を示す。図２（ａ）において、まずＣＴ制御装置９が加速器４に対してＸ線パルス出射指令を出力する。また、ＣＴ制御装置９は、Ｘ線パルス出射指令を出力するのと同時に、信号処理回路（Ｘ線センサ信号処理回路）１に対してＸ線パルス出射開始信号を出力する。
【００１９】
加速器４はＸ線パルス出射指令が入力されると、ライナック４１によってイオンビームを加速して出射し、そのイオンビームをターゲット４２に照射することにより放射状で高エネルギー（１ＭｅＶ以上）のＸ線を発生させる。発生させたＸ線は、コリメータ４３を通して加速器４から扇状に出射される。なお、Ｘ線はパルス幅５μｓの短いパルスで加速器４から出射されるが、Ｘ線のエネルギー及びパルス幅の制御は、ターゲット４２に照射するイオンビームのエネルギー及びパルス幅をライナック４１により制御することで行われる。
【００２０】
加速器４から出射されたＸ線パルスは、スキャナ６上に配置された被試験体５に照射され、被試験体５を透過する。スキャナ６にはＣＴ制御装置９より制御信号が入力されており、スキャナ６はその制御信号に応じて回転や上下動作を行う。スキャナ６の回転・上下動作によって、被試験体５には任意の箇所に対して様々な方向からＸ線パルスが複数回照射される。
【００２１】
被試験体５を透過したＸ線パルスは、コリメータ７を通り、一列に並べられた半導体センサ（Ｘ線センサ）２１〜２ｎに入射される。半導体センサ２１〜２ｎにおいて、ｐｎ接合部の空乏層にＸ線が入射すると多数の電子・正孔ペアが生じ、電流が流れる。信号処理回路１は、半導体センサ２１〜２ｎに生じた電流に応じたディジタルデータを出力する。信号処理回路１はＣＴ制御装置からの指令に基づいてＸ線パルス１回につきセンサ１個当たりディジタルデータ２個を出力する。信号処理回路１の動作については後述する。
【００２２】
データ送受信回路３は、信号処理回路１から出力されたディジタルデータを入力し、そのディジタルデータをＣＴ制御装置９に出力する。なお、データ送受信回路３とＣＴ制御装置９との間には遮蔽壁８があるため、両者間のデータの伝送は遮蔽壁８を貫通するケーブルを介して行われる。なお、加速器４及びスキャナ６とＣＴ制御装置９の間のデータ伝送も同様である。
【００２３】
ＣＴ制御装置９はデータ送受信回路３を介して信号処理回路１からディジタルデータを取得する。Ｘ線パルス１回発生につきセンサ１個当たり２個のディジタルデータを取得し、その２個のデータを処理して補正した（真の）ディジタルデータを計算する。この動作については後述する。また、ＣＴ制御装置９は、ディジタルデータを用いて被試験体５の断面の透視画像を再構成し、表示装置１０に表示させる。
【００２４】
以上のようにして、被試験体５の断面の透視画像が得られる。
【００２５】
次に、図１を用いて信号処理回路１について説明する。図１において、半導体センサ２１〜２ｎは、各々初段回路１１１〜１１ｎに接続される。なお、初段回路１１２（図示しない）〜１１ｎは初段回路１１１と同じ構成であるので、ここでは初段回路１１１についてのみ説明する。
【００２６】
初段回路１１１は、半導体センサ２１の一端に、半導体センサ２１に逆バイアスをかける向きでバイアス電源１１８が接続され、他端には抵抗１１９が接続される。なお、抵抗１１９の他端は接地されている。また、半導体センサ２１と抵抗１１９の接続部にはコンデンサ１１４が接続される。コンデンサ１１４の他端は、ＯＰアンプ１１５の反転入力に接続され、ＯＰアンプ１１５には並列に抵抗１１６及びコンデンサ１１７が接続される。ＯＰアンプ１１５，抵抗１１６及びコンデンサ１１７は積分回路を構成している。以下、ＯＰアンプ１１５，抵抗１１６及びコンデンサ１１７をまとめて積分器（プリアンプ）という。初段回路１１１は以上のように構成される。
【００２７】
従来の技術で述べたように、半導体センサ２１では数十ｎＡ程度の暗電流が発生する。しかし、この暗電流は直流成分であるため、コンデンサ１１４を通してプリアンプ側に流れ込むことはなく、抵抗１１９の方へ流れる。初段回路１１１ではこのようにして暗電流が除去される。
【００２８】
半導体センサ２１がＸ線パルスを検出した場合、Ｘ線パルスはパルス幅が５μｓとなっているので、半導体センサ２１の出力電流の周波数帯域は数十ｋＨｚ以上となり、そのため、その出力電流はコンデンサ１１４を通過してプリアンプ側に流れ込む。ＯＰアンプ１１５の反転入力はイマジナリショートであるので、出力電流は抵抗１１６にはほとんど流れずにコンデンサ１１７に流れ込み、コンデンサ１１７において電荷が蓄積される。
【００２９】
半導体センサ２１におけるＸ線パルスの検出が終わると、半導体センサ２１からの出力電流は直流成分の暗電流のみとなるので、コンデンサ１１７に蓄積された電荷が、抵抗１１６とコンデンサ１１７で決まる時定数に従って放電（減衰）していく。抵抗１１６の抵抗値Ｒ、及びコンデンサ１１７のキャパシタンスＣの決定方法、つまり時定数の決定方法は以下のとおりである。
【００３０】
前記先行技術では、被試験体がスキャナ上にないとき、すなわちＸ線パルスが空気中のみを通過して半導体センサ２１に入射するとき、すなわち出力最大時にＡＤ変換器の入力レンジを越えないようにキャパシタンスＣの値を決定し、さらにＸ線パルス間隔５ｍｓ内にプリアンプの出力がゼロになるように抵抗の値を決めている。
【００３１】
本発明では、被試験体がスキャナ上にないとき、すなわちＸ線パルスが空気中のみを通過して半導体センサ２１に入射するとき、すなわち出力最大時に、プリアンプの出力レンジを超えないようにキャパシタンスＣの値を決定し、さらにＸ線パルス間隔５ｍｓ内にプリアンプの出力がゼロになるように抵抗の値を決める。キャパシタンスと抵抗の値決定方法の詳細は後述する。
【００３２】
初段回路１１１〜１１ｎの出力は信号処理ＩＣ１３に入力される。信号処理ＩＣ１３はサンプルホールド回路１４１〜１４ｎ、スイッチ回路１５１〜１５ｎ、ＡＤ変換回路１６及びメモリ回路１７からなる。信号処理ＩＣ１３の動作は制御回路１２により、およびバス１８を介してデータ送受信回路３により制御される。また、制御回路１２は制御線１８１，１８２，１８３を信号処理ＩＣ１３の制御に用い、時間制御のためにタイマー１９を用いる。
【００３３】
すなわち、制御回路１２は制御線１８１によりサンプルホールド回路１４１〜１４ｎを同時にホールド状態またはサンプリング状態とすることが出来る。また、制御線１８２によりスイッチ回路１５１〜１５ｎを順次「閉」状態とし、サンプルホールド回路１４１〜１４ｎの出力をＡＤ変換回路１６に入力しディジタルデータに変換することができる。変換されたセンサ出力測定データはメモリ回路１７に一時格納され、センサ２１〜２ｎのすべてのデータがメモリ回路１７に格納された後、データ送受信回路３を経由してＣＴ制御装置９に送出される。
【００３４】
以下、図３、図４、図５を用いて信号処理回路１の動作を詳細に説明する。
【００３５】
図３は加速器のトリガ信号、Ｘ線パルス、センサの出力電流、プリアンプ（初段回路）出力、及び制御回路１２から制御線１８１を介してサンプルホールド回路１４１〜１４ｎへのホールド信号の波形と時間関係とを示している。本実施例ではＸ線パルスの周期は５ｍｓであるので、ＣＴ制御装置９から加速器４への加速器トリガ信号は５ｍｓ毎に送出される。加速器トリガ信号より少し遅れて実際のＸ線パルスは発生する。センサ電流はＸ線パルス入射に対応して出力されるが、その大きさは被試験体の厚さに依存する。すなわち、厚さが薄ければ大きく（センサ電流３３ａ）、厚ければ小さく（センサ電流３３ｂ）なる。
【００３６】
プリアンプ出力はセンサ電流を積分・増幅し、電流が無くなると一定時定数で放電するので、センサ電流３３ａに対応してプリアンプ出力電圧３４ａ、センサ電流３３ｂに対応してプリアンプ出力電圧３４ｂ、の電圧波形が出力される。実施例ではプリアンプの最大出力は１５Ｖ、ＡＤ変換回路（ＡＤＣ）１６の入力レンジは５Ｖを用いている。
【００３７】
１回目の測定はセンサ電流終了直後に行う。すなわち、ホールド信号３５により、サンプルホールド回路１４１〜１４ｎで初段回路１１１〜１１ｎの出力信号をホールドし、順次測定する。このとき、プリアンプ出力電圧３４ａのホールド値はＶａ、プリアンプ出力電圧３４ｂのホールド値はＶｂである。ＶａはＡＤＣ入力レンジを超えているので変換されたディジタル値はＡＤＣ入力の最大値５Ｖになる。Ｖｂはレンジ内なので正確な値が測定できる。
【００３８】
２回目の測定は１回目測定からΔｔ（本実施例では、２７０μｓ）後に実施する。Δｔμｓ後に再度ホールド信号３６により、サンプルホールド回路１４１〜１４ｎで初段回路１１１〜１１ｎの出力信号をホールドし、順次測定する。初段回路１１１〜１１ｎの出力信号は一定時定数（本実施例では、２２０μｓ）で減衰しているので、ＶａはＶａ′にＶｂはＶｂ′になる。従って、２回目の測定ではＶａ′もＡＤＣ入力レンジ内に入るので、正確な値が測定できることになる。
【００３９】
Ｖａは測定されたＶａ′から下記の数２で求められる。
【００４０】
【数２】
Ｖａ＝Ｖａ′×ｅｘｐ（Δｔ／τ）
ここで、Δｔは１回目測定から２回目測定までの時間間隔、τは積分器の時定数である。
【００４１】
図４は本実施例の効果をセンサ出力とプリアンプ出力電圧の関係として示したものである。横軸はセンサの出力（ｐｃ）、すなわち、１回のＸ線パルスにてセンサで発生する電荷量、縦軸はプリアンプ（積分器）出力電圧（Ｖ）である。本図にはプリアンプ出力電圧上限Ｖｐｒｅ、ＡＤコンバータ入力上限Ｖａｄｃを示す。直線５１は１回目の測定の場合のセンサ出力とプリアンプ出力電圧の関係を示し、直線５２は２回目の測定の場合のセンサ出力とプリアンプ出力電圧の関係を示している。
【００４２】
前述のように、例えばセンサ出力２５０ｐＣの場合には１回目の測定時にプリアンプ出力はＶ１であり、ＡＤＣの入力上限を超えているので測定できないが、２回目の測定時にはＶ２となり測定できる。Ｖ２を用いて数２の補正をすることにより、Ｖ２からＶ１を求めることができる。すなわち、従来方法ではセンサ出力０から１２５ｐＣ（Ｑ１点）までしか測定できなかったが、本発明を適用することにより、０から３７５ｐＣ（Ｑ２点）まで測定できる。すなわち約１０ｄＢのダイナミックレンジ向上を図ることができる。
【００４３】
１回目測定から２回目測定までの時間間隔Δｔは図４のＶ１とＶ２の関係を数２を用いて表すと、数３
【００４４】
【数３】
Ｖ１＝Ｖ２×ｅｘｐ（Δｔ／τ）
となり、さらに数４及び数５
【００４５】
【数４】
Ｖ２≦Ｖａｄｃ
【００４６】
【数５】
Ｖ１≦Ｖｐｒｅ
でなければならないことを考慮すると、Δｔは、数６
【００４７】
【数６】
Δｔ≧τ×ｌｎ（Ｖｐｒｅ／Ｖａｄｃ）
を満足する必要がある。
【００４８】
本実施例ではＶｐｒｅ＝１５Ｖ、Ｖａｄｃ＝５Ｖ、τ＝２２０μｓであるので、Δｔ≧２４２μｓの必要がある。図３に示したように本実施例ではΔｔ＝２７０μｓとしている。
【００４９】
図５を用いて制御回路１２の動作を説明する。本実施例では図３、図４を用いて説明した動作は制御回路１２により制御される。図５は半導体センサの出力を測定するための制御回路１２の動作を示すフローチャートである。制御回路１２は本実施例ではワンチップマイクロプロセッサで実現している。
【００５０】
前述のように、Ｘ線ＣＴ装置の全体の動作はＣＴ制御装置９（図２）で制御される。ＣＴ制御装置９はＸ線パルスをトリガするための加速器トリガ信号が加速器４に送出された後、制御回路１２にデータ送受信回路３を介してホールド指令を送出する。図５に示すように、ホールド指令を制御回路１２が受信することにより測定が開始される（ステップ２０１）。
【００５１】
制御回路１２はまずタイマー１９をスタートさせ（ステップ２０２）、サンプルホールド回路１４１〜１４ｎにホールド信号を出力する（ステップ２０４）。次いでスイッチ１５１に「閉」指令を出力（ステップ２０６）して、ホールドされたアナログ信号をＡＤ変換回路１６に入力し、ＡＤ変換回路１６にＡＤ変換指令を出力（ステップ２０７）してディジタル信号に変換し、ディジタル化されたデータをメモリ回路１７に格納（ステップ２０８）し、スイッチ回路１５１を「開」（ステップ２０９）にする。この動作を接続されるセンサ数ｎだけ順次繰り返す。
【００５２】
１回目の測定が終了すると、サンプルホールド回路１４１〜１４ｎのホールドを解除し（ステップ２１２）、ＣＴ制御装置９からのデータ送信要求信号を待つ（ステップ２１３）。データ送信要求信号を受信すると、ＣＴ制御装置９にメモリ回路１７に格納していたデータを送信し（ステップ２１４）、タイマーの値をチェックして（ステップ２１７）値がΔｔになると、２回目の測定を実施する（ステップ２０４から２１４）。２回目の測定が終了すると（ステップ２１５）、ホールド指令待ち状態（ステップ２０１）に戻る。
【００５３】
以上の動作により、図３で説明した測定方法が実現される。信号処理回路１に接続された全センサを測定するのに要する時間がΔｔよりも短いのは無論である。センサ数が多く、測定時間が長くなる場合には、信号処理ＩＣ１３を複数個設け、並列動作すれば測定時間を短縮できる。または、信号処理回路１自体を複数台設けて並列動作させても良い。
【００５４】
次に、図６、図７、及び図８を用いて、ＣＴ制御装置９における測定データ処理について記述する。
【００５５】
図６はＣＴ制御装置９の動作フローチャートである。本フローチャートはセンサ出力測定データを取得する部分のみを示している。スキャナの制御や測定データを用いた画像再構成の部分は従来と変わりないので、説明は省略する。
【００５６】
加速器トリガ信号を加速器４に送出する（ステップ２３１）と、Ｘ線パルスが発生し、終了するまでの遅延時間を考慮して一定時間待機（ステップ２３２）し、その後データ送受信回路３を介して信号処理回路１にホールド指令を送出する（ステップ２３４）。１回目と２回目測定の時間間隔をあけるためのタイマーをスタートさせる（ステップ２３４）。信号処理回路１において測定が終了するまで一定時間待機した（ステップ２３６）後、データ送信要求信号を送出する（ステップ２３７）。１回目の測定データをすべて受信し（ステップ２３８）、自己のメモリに格納すると（ステップ２３９、２４０）、タイマーをチェックし（ステップ２４２）、測定間隔Δｔになったら、２回目データを受信しメモリに格納する（ステップ２３６〜２３９）。
【００５７】
２回目の測定が終了すると、１回目と２回目の測定データを用いて測定データ補正を実行する（ステップ２４１）。測定データ補正方法については後述する。図６のフローチャートの動作は加速器トリガ毎、すなわち本実施例では５ｍｓの周期で実行される。
【００５８】
図７は測定データの補正処理を示すフローチャートで、図５のステップ２４１を詳細に示したものである。
【００５９】
図７を用いて測定データ補正処理を説明する。まず、１回目測定値Ｖ１ｉを格納メモリから読み出し（ステップ２６２）、Ｖ１ｉ≦ＶＴならばＶ１ｉの値をそのまま、補正済み測定値としてメモリに格納する（ステップ２６７）。ここで、閾値ＶＴはＡＤ変換回路１６の入力最大値（５Ｖ）よりも少し低い４．９９Ｖに設定してある。ＶＴの値は測定回路のＳ／Ｎにより変える必要がある。
【００６０】
Ｖ１ｉ＞ＶＴならば２回目測定値Ｖ２ｉをメモリから読み出し（ステップ２６４）、Ｖ２ｉから補正値Ｖ３ｉをＶ３ｉ＝Ｋ＊Ｖ２ｉの計算により求める（ステップ２６５）。ここで定数Ｋは数２より、Ｋ＝ｅｘｐ（Δｔ／τ）である。本実施例ではＫ＝３．４１４６である。
【００６１】
求めたＶ３ｉがＶ３ｉ≧Ｖａｄｃ、すなわちＡＤ変換回路１６の入力レンジを超えているならば（ステップ２６５）、Ｖ３ｉの値を補正済み測定値としてメモリに格納する（ステップ２６６）。これは１回目の測定がＡＤ変換回路の入力レンジを越えていた場合に相当する。
【００６２】
求めたＶ３ｉがＶ３ｉ＜Ｖａｄｃならば、１回目の測定値Ｖ１ｉを補正済み測定値とする（ステップ２６７）。これは、１回目測定値がＶａｄｃ付近にある場合である。２回目の測定値よりも１回目の測定値の方が出力電圧が高く測定精度は高いので１回目の実測値を用いる。
【００６３】
以上のステップをセンサ数ｎだけ繰り返す。
【００６４】
図８は図７で説明したデータ補正処理を表にまとめたものである。１回目の測定データＶ１ｉと閾値ＶＴの大小関係と、２回目の測定データから計算されるＶ３ｉとＡＤ変換回路の最大入力電圧Ｖａｄｃの大小関係から、３つのケースにわかれる。
【００６５】
図９は実際の測定データに図７のアルゴリズムを適用した場合のＣＴ制御装置９内の測定データ格納メモリの内容を示している。センサ番号に対応して、１回目測定値、２回目測定値が信号処理回路１から入力され、図７のアルゴリズムにより、補正済み測定値が求められる。右脇には図８で示した３つのどのケースに相当するかを示してある。閾値ＶＴをＶａｄｃ＝５．００Ｖにとらずに４．９９Ｖと少し低くとってあるのはノイズによる誤動作を避けるためである。
【００６６】
たとえば、図９において、センサ番号ｋ５とｎはいずれも１回目測定値は５．９９８８Ｖであるが、２回測定値は１．４６３９Ｖと３．９６７０Ｖである。２回目測定のデータから１回目データを逆算すると、ｋ５番のデータは１回目測定値で正しいが、ｎ番のデータは測定系の雑音によりたまたま５Ｖ以下になったことを示している。本実施例ではこのような場合にも後者の正しい値を求めることができる。
【００６７】
以上、述べたように本実施例に於いては、Ｘ線センサの出力が大きく積分回路出力がＡＤ変換回路の入力レンジを越えた場合でも、一定放電時定数で減衰した後の積分回路出力を再測定できるので、ＡＤ変換回路の測定ダイナミックレンジを拡大できる効果がある。
【００６８】
図３，図４を用いて説明したように、ＡＤ変換回路よりも通常大きい積分器のダイナミックレンジを有効に活用でき、本実施例では約１０ｄＢ向上することができる。
【００６９】
また、ほとんどハードウェア量は増加しないので、低コストで高ダイナミックレンジのＸ線センサ信号処理回路を提供することができる。
【００７０】
本実施例のように工業用Ｘ線ＣＴ装置に本発明を用いると、加速器の出力が１０ｄＢ小さくてすむことによりコストを削減することができ、逆に加速器出力が同じであればより大きい被試験体の断面像を測定できる効果がある。
【００７１】
実施例で述べた積分器やＸ線パルス間隔等の定数は本発明を適用する装置により設計で決定されるもので、本発明を制限するものではない。
【００７２】
また、詳細に説明した一実施例ではＣＴ制御装置９からはＸ線パルス１回当たり１回のホールド指令を送出し、信号処理回路１で２回のホールド信号を生成するようにしているが、ＣＴ制御装置９が直接Ｘ線パルス１回当たり２回のホールド指令を送出し、信号処理回路では測定間隔の時間制御をしない構成でも本発明が実現できる。
【００７３】
また、本発明の内容はＸ線検出用の半導体センサの信号処理に限定されるものではない。トリガに同期してセンサの出力電流を積分して測定する装置に広範囲に応用できることは言うまでもない。
【００７４】
また、実施例ではＸ線パルストリガ１回について２回の測定をする回路形態を記述したが、積分回路のダイナミックレンジがＡＤ変換回路の入力レンジよりも非常に大きければ、時間間隔を置いて３回以上の測定を実施することもよい。この場合の測定データ補正法は実施例と同様にできる。
【００７５】
また、前述の実施例では、２回目の測定結果から１回目の測定時点の積分回路出力を求めるのに、積分回路の時定数と１回目と２回目の測定の時間間隔を用いて計算しているが、実測によりあらかじめ積分回路の時定数による減衰を測定してデータテーブルとしてＣＴ制御装置９に格納しておき、利用することもできる。
【００７６】
また、測定データのデータ補正処理は、信号処理回路１内で処理するようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線センサの出力が大きく積分回路出力がＡＤ変換回路の入力レンジを越えた場合でも、一定放電時定数で減衰した後の積分回路出力を再測定できるので、ＡＤ変換回路の測定ダイナミックレンジを拡大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるＸ線センサ信号処理回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例であるＸ線センサ信号処理回路を用いたＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。
【図３】加速器のトリガ信号、Ｘ線パルス、センサの出力電流、プリアンプ出力、及びホールド信号の波形と時間関係を示す説明図である。
【図４】センサ出力とプリアンプ出力電圧の関係を示す図である。
【図５】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＣＴ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】測定データの補正処理方法を示すフローチャートである。
【図８】データ補正処理方法をまとめた表である。
【図９】ＣＴ制御装置内の測定データ格納メモリの内容の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…信号処理回路、２…半導体センサ、３…データ送受信回路、４…加速器、５…被試験体、６…スキャナ、７…コリメータ、８…遮蔽壁、９…ＣＴ制御装置、１０…表示装置、１２…制御回路、１３…信号処理ＩＣ、１６…ＡＤ変換回路、１７…メモリ回路、１８…バス、１９…タイマー、２１，２ｎ…半導体センサ、４１…ライナック、４２…ターゲット、４３…コリメータ、１１１，１１ｎ…初段回路、１１４…コンデンサ、１１５…ＯＰアンプ、１１６…抵抗、１１７…コンデンサ、１１８…バイアス電源、１１９…抵抗、１４１，１４ｎ…サンプルホールド回路、１５１、１５ｎ…スイッチ回路、１８１、１８２、１８３…制御線。

Claims

制御されて発生するパルス状の信号を検出するセンサにより検出されたパルス出力信号を積分し一定時定数で放電させる積分回路と、該積分回路の出力信号を１回目のＡＤ変換後次のパルス状信号入射前に２回目のＡＤ変換する手段と、前記２回目のＡＤ変換出力から前記１回目のＡＤ変換出力を計算する手段とを備えたことを特徴とする信号処理回路。
加速器から出射されて被試験体を透過したパルス状のＸ線を検出するＸ線センサにより検出されたパルス出力信号を積分し一定時定数で放電させる積分回路と、該積分回路の出力信号を１回目のＡＤ変換後次のＸ線パルス入射前に２回目のＡＤ変換する手段と、前記２回目のＡＤ変換出力から前記１回目のＡＤ変換出力を計算する手段とを備えたことを特徴とするＸ線センサ信号処理回路。
請求項２に記載のＸ線センサ信号処理回路において、前記ＡＤ変換手段は、各Ｘ線センサのパルス出力信号を積分放電する複数の積分回路の出力信号を１回目のサンプルホールドした各信号を順次繰返処理によりＡＤ変換してメモリ格納し、さらに、２回目のサンプルホールドした各信号を順次繰返処理によりＡＤ変換してメモリ格納するものであることを特徴とするＸ線センサ信号処理回路。
パルス状のＸ線を出射する加速器と、前記加速器から出射されたＸ線が照射される被試験体を回転或いは上下動させるスキャナと、前記被試験体に照射されて前記被試験体を透過したＸ線を検出する複数のＸ線センサと、前記複数のＸ線センサのパルス出力信号を積分し一定時定数で放電させる積分回路の出力をＡＤ変換するＸ線センサ信号処理回路と、前記Ｘ線センサ信号処理回路によって処理された前記Ｘ線センサの出力信号に基づいて前記被試験体の断面の透視画像を再構成するＣＴ制御装置とを有するＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線センサ信号処理回路は、請求項２又は３に記載のＸ線センサ信号処理回路を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４記載のＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線センサ信号処理回路または前記ＣＴ制御装置は、前記ＡＤ変換手段の１回目と２回目のＡＤ変換の時間間隔と前記積分回路の時定数に基づいて前記ＡＤ変換手段の２回目のＡＤ変換出力から１回目のＡＤ変換出力を計算する手段を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４又は５に記載のＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線センサ信号処理回路または前記ＣＴ制御装置は、前記ＡＤ変換手段の１回目の測定値Ｖ１ｉをＡＤ変換手段の入力電圧最大値より少し低く設定した閾値ＶＴと比較し、Ｖ１ｉ＜ＶＴならばＶ１ｉを補正済み測定値としてメモリに格納し、Ｖ１ｉ＞ＶＴならば前記ＡＤ変換手段の２回目の測定値Ｖ2iから数１を用いて補正値Ｖ３ｉを計算し、求めたＶ３ｉを前記ＡＤ変換手段の入力電圧最大値Ｖａｄｃと比較し、Ｖ３ｉ＞ＶａｄｃならばＶ３ｉを補正済み測定値としてメモリに格納し、Ｖ３ｉ＜Ｖａｄｃならば１回目測定値Ｖ１ｉを補正済み測定値としてメモリに格納する測定データ処理手段を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
（数１）
Ｖ３ｉ＝Ｋ＊Ｖ２ｉ
ここでＫは定数