JP5551752B2

JP5551752B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP5551752B2
Application number: JP2012238240A
Authority: JP
Inventors: 真二瀧日
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2013019914A

Description

本発明は、デュアルエナジータイプの放射線検出器に関する。

デュアルエナジータイプの放射線検出器は、被検査物を透過した低エネルギ範囲の放射線及び高エネルギ範囲の放射線を検出する装置である（例えば、特許文献１参照）。このような放射線検出器によれば、低エネルギ範囲の放射線像及び高エネルギ範囲の放射線像を同時に取得し、それらの放射線像に基づいて、所定の処理（例えば、重み付け減算や重ね合せ等）が施された処理画像を作成することで、ベルトコンベア等で搬送される被検査物の非破壊検査（すなわち、インラインでの非破壊検査）において、異物の検出、成分分布の計測、重量の計測等を高い精度で実現することができる。

特公平５−６８６７４号公報

ところで、デュアルエナジータイプの放射線検出器に対しては、同時に取得された低エネルギ範囲の放射線像と高エネルギ範囲の放射線像とがずれるのを防止するなど、更なる信頼性の向上が期待されている。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い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、本発明に係る放射線検出器は、一方の側から入射した第１のエネルギ範囲の放射線及び第２のエネルギ範囲の放射線を検出する放射線検出器であって、所定の方向に沿って延在し、第１のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第１のシンチレータ層と、第１のシンチレータ層の一方の側に固定され、第１のシンチレータ層が変換した光を電気信号に変換する第１の光検出器と、所定の方向に沿って延在して第１のシンチレータ層の他方の側に接触させられ、第２のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第２のシンチレータ層と、第２のシンチレータ層の他方の側に固定され、第２のシンチレータ層が変換した光を電気信号に変換する第２の光検出器と、を備え、第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層とは、摺動するように接触させられていることを特徴とする。

この放射線検出器では、第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層とが摺動するように接触させられている。これにより、第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層との間において温度変形量の差が生じても、第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層とが互いに摺動するため、第１のシンチレータ層と第１の光検出器との剥離、及び第２のシンチレータ層と第２の光検出器との剥離をより一層確実に抑止することができる。以上により、この放射線検出器によれば、信頼性を向上させることが可能となる。

なお、第１のエネルギ範囲の放射線とは、所定の範囲のエネルギを有する放射線を意味し、第２のエネルギ範囲の放射線とは、その所定の範囲と異なる範囲のエネルギを有する放射線を意味する。また、シンチレータ層と光検出器との間における温度変形量の差とは、所定の温度だけ上昇した場合におけるシンチレータ層の変形量と光検出器の変形量との差（主に膨張量の差）、或いは所定の温度だけ下降した場合におけるシンチレータ層の変形量と光検出器の変形量との差（主に収縮量の差）を意味する。

本発明に係る放射線検出器においては、一方の側を構成する前段部及び他方の側を構成する後段部を有する機構体を更に備え、第１の光検出器は、前段部の内面に取り付けられており、第２の光検出器は、後段部の内面に取り付けられていてもよい。

本発明に係る放射線検出器においては、第１のシンチレータ層の厚さは、第２のシンチレータ層の厚さよりも薄いことが好ましい。この場合、第１のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第１のシンチレータ層と、第２のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第２のシンチレータ層とが接触させられており、更に、他方の側に配置された第２のシンチレータ層の厚さよりも、一方の側に配置された第１のシンチレータ層の厚さが薄くなっている。これらにより、同じ角度で一方の側から入射した第１のエネルギ範囲の放射線及び第２のエネルギ範囲の放射線に対する第１のシンチレータ層での発光位置と第２のシンチレータ層での発光位置とのずれ量が小さくなる。従って、同時に取得された第１のエネルギ範囲の放射線像と第２のエネルギ範囲の放射線像とがずれるのを防止することができる。

本発明によれば、放射線検出器の信頼性を向上させることが可能となる。

本発明に係る放射線検出器の一実施形態であるＸ線ラインセンサが適用された非破壊検査システムの構成図である。図１のＸ線ラインセンサの断面図である。図２のＸ線ラインセンサの要部拡大図である。図３のＸ線ラインセンサのIV−IV線に沿っての断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る放射線検出器の一実施形態であるＸ線ラインセンサが適用された非破壊検査システムの構成図である。図１に示されるように、非破壊検査システム５０は、被検査物Ｓを搬送するベルトコンベア５１と、ベルトコンベア５１で搬送される被検査物Ｓに向かってＸ線を出射するＸ線源５２と、被検査物Ｓを透過した低エネルギ範囲のＸ線（第１のエネルギ範囲の放射線）及び高エネルギ範囲のＸ線（第２のエネルギ範囲の放射線）を検出するデュアルエナジータイプのＸ線ラインセンサ（一次元センサ）１と、被検査物Ｓ、Ｘ線源５２及びＸ線ラインセンサ１を覆うＸ線遮蔽ボックス５３と、Ｘ線ラインセンサ１と電気的に接続されたコンピュータ５４と、を備えている。コンピュータ５４は、同時に取得された低エネルギ範囲のＸ線透過像及び高エネルギ範囲のＸ線透過像に基づいて、所定の処理（例えば、重み付け減算や重ね合せ等）が施された処理画像を作成する。
以下、一次元センサとしてラインセンサを例示するが、これに限定されるものではなく、本発明に係る放射線検出器に適用可能なその他の一次元センサとしては、例えば、ＴＤＩセンサ等が挙げられる。

このように構成された非破壊検査システム５０によれば、食品や電子部品等の被検査物Ｓに対し、異物の検出を始めとして、成分分布の計測や重量の計測等を高い精度で実現することができる。

図２は、図１のＸ線ラインセンサの断面図であり、図３は、図２のＸ線ラインセンサの要部拡大図であり、図４は、図３のＸ線ラインセンサのIV−IV線に沿っての断面図である。図２〜４に示されるように、Ｘ線ラインセンサ１は、アルミニウムからなる直方体状の機構体２を備えている。機構体２は、前側（Ｘ線源５２側）を構成する前段部３及び後側を構成する後段部４を有しており、前段部３には、開口５が設けられている。

機構体２の前側には、Ｘ線源５２から出射されたＸ線を通過させるスリット構造体６が取り付けられている。スリット構造体６は、所定の方向（前側から見た場合に、被検査物Ｓの搬送方向と直交する方向）に延在するスリット７ａが形成された第１の板状部材７、及び第１の板状部材７を後側から支持する第２の板状部材８を有している。第１の板状部材７は、Ｘ線を遮蔽する金属（例えば、鉛）からなり、第２の板状部材８は、第１の板状部材７に用いられる金属よりも硬度が高い金属（例えば、ステンレス鋼）からなる。

第２の板状部材８には、スリット７ａにおいてその長手方向に延在する一方の縁部及び他方の縁部に沿って、後側に向かって立設された壁部８ａが形成されている。壁部８ａは、機構体２の前段部３に設けられた開口５内に配置されている。

機構体２の前段部３の内面には、第１の光検出器１１が取り付けられている。第１の光検出器１１は、機構体２の前段部３に固定された矩形板状の第１の基板１２、わずかな第１の隙間１３を取りつつ所定の方向に沿って１次元に第１の基板１２上に配置された複数（例えば、８〜１４個）の第１の光検出デバイス１４、及び第１の基板１２上に配置されて各光検出デバイス１４とワイヤボンディングによって電気的に接続されたアンプ回路１５等を有している。第１の光検出デバイス１４には、Ｘ線の入射方向（被検査物Ｓの搬送方向及び所定の方向と直交する方向）においてスリット７ａと対向するように、光電変換素子である第１の光検出部１６が所定の方向に沿って１次元に複数（例えば、１２８個）形成されている。

機構体２の後段部４の内面には、第２の光検出器１７が取り付けられている。第２の光検出器１７は、機構体２の後段部４に固定された矩形板状の第２の基板１８、わずかな第２の隙間１９を取りつつ所定の方向に沿って１次元に第２の基板１８上に配置された複数（例えば、８〜１４個）の第２の光検出デバイス２１、及び第２の基板１８上に配置されて各光検出デバイス２１とワイヤボンディングによって電気的に接続されたアンプ回路２２等を有している。第２の光検出デバイス２１には、Ｘ線の入射方向において第１の光検出部１６のそれぞれと対向するように、光電変換素子である第２の光検出部２３が所定の方向に沿って１次元に複数（例えば、１２８個）形成されている。

なお、第１の光検出器１１の構成と第２の光検出器１７の構成とは略同一であり、光検出デバイス１４，２１としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のラインセンサが用いられる。そして、前側から見た場合に、所定の方向と直交する方向において、第１の基板１２の一方の縁部１２ａは、第２の基板１８の一方の縁部１８ａよりも外側に位置しており、第２の基板１８の他方の縁部１８ｂは、第１の基板１２の他方の縁部１２ｂよりも外側に位置している。

第１の光検出デバイス１４及び第１の隙間１３の後側には、所定の方向に沿って延在し、低エネルギ範囲のＸ線を吸収して光を発する第１のシンチレータ層２４が配置されている。第１の光検出デバイス１４の第１の光検出部１６は、第１の接着剤２５によって第１のシンチレータ層２４の前側に固定され、第１のシンチレータ層２４が発した光を電気信号に変換する。第１の接着剤２５は、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出デバイス１４との間だけでなく、第１の隙間１３にも充填されている。

第１のシンチレータ層２４は、例えば、ガドリニウムによって、厚さが０．１ｍｍ程度のテープ状に一体的に形成されている。第１のシンチレータ層２４の幅は、前側から見た場合に、所定の方向と直交する方向において、スリット７ａの幅よりも広くなっている。

第２の光検出デバイス２１及び第２の隙間１９の前側には、所定の方向に沿って延在し、高エネルギ範囲のＸ線を吸収して光を発する第２のシンチレータ層２６が配置されている。第２の光検出デバイス２１の第２の光検出部２３は、第２の接着剤２７によって第２のシンチレータ層２６の後側に固定され、第２のシンチレータ層２６が発した光を電気信号に変換する。第２の接着剤２７は、第２のシンチレータ層２６と第２の光検出デバイス２１との間だけでなく、第２の隙間１９にも充填されていてもよいし、充填されていなくてもよい。

第２のシンチレータ層２６は、Ｘ線の入射方向において第２の光検出部２３のそれぞれと対向するように、所定の方向に沿って１次元に配置された複数のシンチレータ部２８、及びＸ線の入射方向において対向する第２の光検出部２３が固定される面を除いてシンチレータ部２８を覆う反射層２９を有している。シンチレータ部２８は、高エネルギ範囲のＸ線を吸収して光を発するが、高解像度を維持しつつ高エネルギ範囲のＸ線を確実に吸収させるために、例えば、タングステン酸カドニウムによって、底面が０．４ｍｍ×０．４ｍｍ、高さが２ｍｍ程度の四角柱状に形成されている。反射層２９は、例えば、アルミニウム等の金属を蒸着した遮光板をシンチレータ部２８に接着することで形成されており、Ｘ線を通過させ、且つ第１のシンチレータ層２４が発した光及びシンチレータ部２８が発した光を反射する。この場合、シンチレータ部２８と第２の光検出部２３とが固定される面を除くシンチレータ部２８のその他の面が反射板で覆われて、反射層２９を形成することが好ましい。反射層２９では、前側から見た場合に所定の方向と直交する方向において対向する部分２９ａの厚さがその他の部分の厚さよりも厚くなっている。反射層２９は、シンチレータ部２８にアルミニウムを蒸着することで形成された反射膜であってもよい。

なお、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との固定に用いられる第１の接着剤２５の硬度と、第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との固定に用いられる第２の接着剤２７の硬度とでは、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との間における第１の温度変形量の差、及び第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との間における第２の温度変形量の差のうち、温度変形量の差が大きい方に用いられる接着剤の硬度が温度変形量の差が小さい方に用いられる接着剤の硬度よりも低くなっている。本実施形態では、第１のシンチレータ材料と第２のシンチレータ材料とが異なるため、温度変形量が異なる。ここで、接着剤の硬度としては、例えば、ショア硬さ（JIS Z2246）を適用することができる。また、第１のシンチレータ層２４と（、反射層２９が設けられた）第２のシンチレータ層２６とは、摺動するように接触させられている。第１のシンチレータ層２４及び反射層２９の界面と、第２のシンチレータ層２６及び反射層２９の界面との両面を、それぞれ接着剤で固定してもよいし、あるいは、どちらか一方の界面のみを接着固定してもよい。前者の場合、上記と同様に、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との間における第１の温度変形量の差、及び第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との間における第２の温度変形量の差のうち、温度変形量の差が大きい方に用いられる接着剤の硬度が温度変形量の差が小さい方に用いられる接着剤の硬度よりも低くなっている。温度変形量の相違に応じて、硬度の異なる接着剤を用いることにより、反射層２９とシンチレータと界面での剥離や、検出器とシンチレータとの界面での剥離を防止することができる。また後者では、第１のシンチレータ層２４と第２のシンチレータ層２６とは、反射層２９を介して摺動するように接触されるため、温度変形量の差に起因する各界面での剥離を防止することができる。そして、第２のシンチレータ層２６の厚さよりも第１のシンチレータ層２４の厚さが極めて薄くされるなど、第１のシンチレータ層２４の構成と第２のシンチレータ層２６の構成とは相違している。

第１の光検出器１１の第１の基板１２上には、電気信号出力用のコネクタ３１が接続されている。第１の光検出器１１から出力された電気信号は、コネクタ３１及びＡ／Ｄ変換・走査変換回路基板３３等を介してコンピュータ５４に伝送される。同様に、第２の光検出器１７の第２の基板１８上には、電気信号出力用のコネクタ３２が接続されている。第２の光検出器１７から出力された電気信号は、コネクタ３２及びＡ／Ｄ変換・走査変換回路基板３４等を介してコンピュータ５４に伝送される。

以上のように構成されたＸ線ラインセンサ１が適用された非破壊検査システム５０の動作について説明する。

Ｘ線源５２から出射されて被検査物Ｓを透過したＸ線は、スリット７ａ及び壁部８ａ，８ａ間を通過し、第１の光検出器１１を透過して第１のシンチレータ層２４に入射する。第１のシンチレータ層２４に入射したＸ線のうち低エネルギ範囲のＸ線は、第１のシンチレータ層２４によって吸収され、このとき、第１のシンチレータ層２４が発した光は、第１の光検出器１１の第１の光検出部１６によって電気信号に変換される。この電気信号は、第１の光検出器１１のアンプ回路１５、コネクタ３１及びＡ／Ｄ変換・走査変換回路基板３３等を介してコンピュータ５４に伝送され、コンピュータ５４によって低エネルギ範囲のＸ線透過像が取得される。

第１のシンチレータ層２４に入射したＸ線のうち高エネルギ範囲のＸ線は、第１のシンチレータ層２４及び反射層２９を透過して第２のシンチレータ層２６のシンチレータ部２８によって吸収され、このとき、シンチレータ部２８が発した光は、第２の光検出器１７の第２の光検出部２３によって電気信号に変換される。この電気信号は、第２の光検出器１７のアンプ回路２２、コネクタ３２及びＡ／Ｄ変換・走査変換回路基板３４等を介してコンピュータ５４に伝送され、コンピュータ５４によって高エネルギ範囲のＸ線透過像が取得される。

そして、同時に取得された低エネルギ範囲のＸ線透過像及び高エネルギ範囲のＸ線透過像は、コンピュータ５４によって所定の処理（例えば、重み付け減算や重ね合せ等）が施されて、被検査物Ｓの処理画像が作成される。これにより、ベルトコンベア５１で搬送される被検査物Ｓに対して、異物の検出、成分分布の計測、重量の計測等を高い精度で実現することができる。

以上説明したように、Ｘ線ラインセンサ１では、図４に示されるように、低エネルギ範囲のＸ線を吸収して光を発する第１のシンチレータ層２４と、高エネルギ範囲のＸ線を吸収して光を発する第２のシンチレータ層２６とが接触させられており、更に、後側に配置された第２のシンチレータ層２６の厚さよりも、前側に配置された第１のシンチレータ層２４の厚さが薄くなっている（隣り合う第１の光検出部１６の中心間距離よりも小さくなっている）。これらにより、同じ角度で前側から入射した低エネルギ範囲のＸ線及び高エネルギ範囲のＸ線に対する第１のシンチレータ層２４での発光位置Ｐ１と第２のシンチレータ層２６での発光位置Ｐ２とのずれ量が小さくなるため、このとき、第１のシンチレータ層２４が発した光及び第２のシンチレータ層２６が発した光は、Ｘ線の入射方向において対向する第１の光検出部１６及び第２の光検出部２３によって検出されることになる。従って、同時に取得された低エネルギ範囲のＸ線透過像と高エネルギ範囲のＸ線透過像とがずれるのを防止することができる。

また、Ｘ線ラインセンサ１では、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との固定に用いられる第１の接着剤２５の硬度と、第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との固定に用いられる第２の接着剤２７の硬度とでは、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との間における第１の温度変形量の差、及び第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との間における第２の温度変形量の差のうち、温度変形量の差が大きい方に用いられる接着剤の硬度が温度変形量の差が小さい方に用いられる接着剤の硬度よりも低くなっている。このため、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との間における第１の温度変形量の差、及び第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との間における第２の温度変形量の差のうち、温度変形量の差が小さい方は勿論、温度変形量の差が大きい方においても、シンチレータ層と光検出器との剥離を抑止して、それらの剥離部分で感度（輝度）が著しく低下するのを回避することができる。

また、Ｘ線ラインセンサ１では、図２に示されるように、第１の光検出器１１の構成と第２の光検出器１７の構成とが略同一であるため、Ｘ線ラインセンサ１の製造コストの低廉化を図ることができる。更に、第１のシンチレータ層２４の構成と第２のシンチレータ層２６の構成とが相違しているため、第１のシンチレータ層２４に低エネルギ範囲のＸ線を吸収させ、第２のシンチレータ層２６に高エネルギ範囲のＸ線を吸収させることを容易に実現することができる。

また、Ｘ線ラインセンサ１では、図４に示されるように、第１の光検出部１６は、第１の隙間１３を取りつつ所定の方向に沿って１次元に配置された複数の第１の光検出デバイス１４のそれぞれに少なくとも２つ形成されることで、所定の方向に沿って１次元に配置され、第１の接着剤２５は、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出デバイス１４との間及び第１の隙間１３に充填されている。同様に、第２の光検出部２３は、第２の隙間１９を取りつつ所定の方向に沿って１次元に配置された複数の第２の光検出デバイス２１のそれぞれに少なくとも２つ形成されることで、所定の方向に沿って１次元に配置され、第２の接着剤２７は、第２のシンチレータ層２６と第２の光検出デバイス２１との間に充填されている。これらにより、隣り合う光検出デバイス１４，１４同士や隣り合う光検出デバイス２１，２１同士が接触してそれらが破損するのを回避することができる。

また、Ｘ線ラインセンサ１では、第１のシンチレータ層２４と第２のシンチレータ層２６とが摺動するように接触させられている。これにより、第１のシンチレータ層２４と第２のシンチレータ層２６との間において温度変形量の差が生じても、第１のシンチレータ層２４と第２のシンチレータ層２６とが互いに摺動するため、第１のシンチレータ層２４と第１の光検出器１１との剥離、及び第２のシンチレータ層２６と第２の光検出器１７との剥離をより一層確実に抑止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、製造コストの低廉化の観点から、第１の光検出器１１の構成と第２の光検出器１７の構成とが略同一であったが、第１の光検出器１１の構成と第２の光検出器１７の構成とが相違していてもよい。

１…Ｘ線ラインセンサ、１１…第１の光検出器、１２…第１の基板、１３…第１の隙間、１４…第１の光検出デバイス、１６…第１の光検出部、１７…第２の光検出器、１８…第２の基板、１９…第２の隙間、２１…第２の光検出デバイス、２３…第２の光検出部、２４…第１のシンチレータ層、２５…第１の接着剤、２６…第２のシンチレータ層、２７…第２の接着剤。

Claims

一方の側から入射した第１のエネルギ範囲の放射線及び第２のエネルギ範囲の放射線を検出する放射線検出器であって、
所定の方向に沿って延在し、前記第１のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第１のシンチレータ層と、
前記第１のシンチレータ層の一方の側に固定され、前記第１のシンチレータ層が変換した光を電気信号に変換する第１の光検出器と、
前記所定の方向に沿って延在して前記第１のシンチレータ層の他方の側に接触させられ、前記第２のエネルギ範囲の放射線を光に変換する第２のシンチレータ層と、
前記第２のシンチレータ層の他方の側に固定され、前記第２のシンチレータ層が変換した光を電気信号に変換する第２の光検出器と、を備え、
前記第１のシンチレータ層と前記第２のシンチレータ層とは、摺動するように接触させられていることを特徴とする放射線検出器。
一方の側を構成する前段部及び他方の側を構成する後段部を有する機構体を更に備え、
前記第１の光検出器は、前記前段部の内面に取り付けられており、
前記第２の光検出器は、前記後段部の内面に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
前記第１のシンチレータ層の厚さは、前記第２のシンチレータ層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。