JPH0375583A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、放射線検出装置に係わり、特にＸ線管やラ
イナックを使ったＸ線源のように幅広いエネルギースペ
クトルを有するＸ線源を使用して物体のＸ線透過像を検
出する放射線検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は従来の放射線検出装置を示す断面図であり、図
において（１〉はＸ線コリメータを兼ねたＸ線しやへい
体、（２）はこのＸ線じゃへい体（１）内に収容され、
Ｘ線を検出するためのＸ線検出用シンチレータ、（３）
はこのシンチレータ（２〉の周囲に塗布され、シンチレ
ータ（２）からの発光を反射させると共に外部に逃散し
ないようにする反射材兼しや先付、（４〉はシンチレー
タ（２）の出力側に隣接して設けられ、シンチレータ（
２）内で入射Ｘｌｉにより発生された発光を検出するた
めのフォトダイオードなどの受光素子、（５）はこの受
光素子（４）に接続され、その出力を増幅するアンプ、
（６）はＸ線じゃへい体（１）の前面、即ち入射Ｘ線側
に設置され、厚さが任意に選択されて入射Ｘｌｌのスペ
クトル範囲を規定するＸ線フィルタである。

従来の放射線検出装置は上記のように構成され、Ｘ線は
Ｘ線じゃへい体（１）は開口部（コリメータ）を経由し
てシンチレータ（２〉に入射する。ここで入射Ｘ線はシ
ンチレータ（２）と相互作用し、その内部で発光を生じ
る。この発光は反射材兼じゃ先付（３）で反射され、受
光素子（４）に効率よく導入される。受光素子（４）は
この光を受けると、その光量に比例した大きさの電流を
アンプ（５〉に出力し、アンプ（５）はこれを増幅して
Ｘ線測定値として出力信号を与える。

ここで第５図は入射Ｘ線エネルギーに対する従来装置の
検出効率を示す特性図である１図の（８）の特性はＸ線
フィルタ（６）を使用しなかった場合のものである。図
の（９）〜（１１）の特性はＸａフィルタ（６）を使用
し、その厚さＡ、Ｂ、Ｃをそれぞれ薄い、中程度、厚さ
と変化させて装置に入射するＸ線エネルギーを変化させ
た場合のものである。

また、第６図は、試料の厚さを変えたときのこれらの試
料を透過しｆ、−Ｘ線の強度のエネルギーに対する分布
、即ちスペクトルを示した特性図である。

図中（１５）〜（１８）はそれぞれ試料の厚さを０．１
．．１２゜１３と変化させたときのスペクトルで、試料
が厚くなるにつれて低エネルギー領域のＸ線強度が鋭く
減少している（これはビーム硬化と呼ばれる。）。

更に、第７図は従来装置の出力直線性を示す図で、横軸
に上記試料厚さを、縦軸に検出器出力（計数率の対数）
を示したものである１図において、（１９）は、第５図
に示した特性（８）を有する放射Ｘ線検出装置、即ちＸ
線フィルタを使用しないときの放射線検出装置により、
第６図に示した透過スペクトルを有するＸ線を測定した
ときの出力の対数値を示したもので、試料厚さに対して
計数率は非直線状に変化している。これは、試料厚さの
代りに試料の密度を変化させた場合も同じである。

このような非直線特性は、Ｘ線ＣＴ（コンピュータトモ
クラフィー）などのように透過像に対して線形性を必要
とする用途では、得られた像に誤差を与えるため好まし
くない現象である。このような不都合を避けるため、通
常は、Ｘ線フィルタ（６）により、試料厚さ（または密
度）の変化する範囲で試料厚さ（または密度）に対する
検出装置出力（の対数）が直線的に変化するように、調
整する方法が取られているが不十分である。第７図の（
２０〉〜〈２２）はその１例で、（２０）は厚さＡのＸ
線フィルタを使用し、従来の放射線検出装置により、第
６図に示した透過スペクトルを有するＸｌｉ！を測定し
た場合の出力の対数値の試料厚さ依存性、（２１）は、
厚さＢのＸ線フィルタを使用した従来の放射線検出装置
により、第６図に示したスペクトルを有するＸ！！を測
定した場合の出力の対数値の試料厚さ依存性、（２２）
は厚さＣのＸ線フィルタを使用した従来の放射線検出装
置により、第６図に示したスペクトルを有するＸ線を測
定した場合の出力の対数値の試料厚さ依存性をそれぞれ
示した特性曲線である。このような非直線性は、試料厚
さ（または密度）が変化すると透過ｘｍスペクトルの形
状が変化することに起因して生じると考えられる。即ち
、試料厚さに依存してＸ線の吸収が増えると、低エネル
ギーのＸ線がより多く吸収されるものと考えられる。Ｘ
線エネルギーが単色であれば直線性を確保できるが、そ
うでないときは第７図に示したような非直線性が生じる
ことになる。上記のようにＸ線フィルタ（６〉を利用す
る理由は、予めＸ線フィルタにより低エネルギーＸ線を
吸収させ、試料中での吸収によるＸ線スペクトルの変化
を小さくし、これにより出力の非直線特性を改善するこ
とにある。この場合、測定対象とする試料厚さ範囲に応
じてフィルタ厚さを変え、予め吸収しておくべき程度を
変化させるようにする。即ち、試料厚さ範囲が小さいと
きは薄いフィルタを使用し、厚いときは厚いフィルタを
使用するようにする。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の放射線検出装置では、上記Ｘ線ビー
ム硬化に起因する出力の非直線性の補正はフィルタを使
用することにより行っていた。しかしながら、第５図に
示したフィルター使用時の検出効率のエネルギー特性（
９）〜（１１）はいずれも低エネルギーＸ線に対する効
率を低下させることによりエネルギー特性を変化させる
ようにしたものであり、高エネルギーＸ線に対する効率
については何らの変化もなかった。即ち、出力の直線性
は与えられた試料厚さの範囲では最適な検出エネルギー
範囲が存在するにも係わらず、高エネルギーＸ線に対す
る検出効率の選択の自由度がないという点で従来のＸ線
検出装置は十分な特性を有するものではなかった。この
結果得られる直線性は第７図＜２０）〜（２２）に示し
たように高エネルギーＸ線の検出により直線性の改善の
程度が小さく、また試料厚さに対する計数率の変化の程
度も小さいため微小な密度または寸法変化や欠陥を見出
し難いという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、試料厚さまたは密度の変化や欠陥の存在に起因す
る検出装置出力（の対数）の変化の非直線性を改良し、
Ｘ性透過像計測時に生じるビーム硬化による誤差を小さ
くすることができると共に、試料厚さや密度の変化、欠
陥の存在に対する検出装置の出力変化を大きくすること
により、微小な密度や寸法の変化、欠陥の存在に対する
認識能力を向上させることができる放射線検出器装置を
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る放射線検出装置は、放射線の入射方向に
対して厚さの薄いものから厚いものへと順次配列され、
物体を透過したＸｉを検出する複数の放射線検出手段と
、これらの放射線検出手段のそれぞれに接続され、それ
らにより検出された検出信号のいずれかを選択的に取り
出し、所望のエネルギー範囲の検出信号をそれぞれ独立
に取り出すゲート手段とを設けたものである。

［作　用］ この発明においては、Ｘ線入射方向に複数個に分割され
、その厚さがＸ線入射前段の検出手段では薄く、後段に
行く程厚くなっている。従って、低エネルギーＸ線を主
体に検出する場合には、このエネルギー領域のＸ線検出
に対して必要十分な厚さを持たせた前段の検出手段出力
のみを取り出し、中程度のエネルギーのＸ線を主体に検
出する場合には、より厚い、このエネルギー領域のＸ線
検出を可能にした中段の検出手段出力のみを取り出し、
高エネルギーＸ線を主体に検出する場合には、さらに厚
い、このエネルギー領域のＸ線検出を可能にした後段の
検出手段出力のみを取り出す。

このようにすることにより出力を取り出す検出手段より
前段にある検出手段はＸ線吸収フィルタの役割を果たし
、・後段の検出装置の出力を利用しないことにより高エ
ネルギーＸ線に対して検出に必要な十分な出力を得られ
ないことから高エネルギーＸ線に対する検出効率が小さ
くなる。この二つの作用により検出効率のエネルギー特
性を、目的とするエネルギー範囲に設定することができ
る。

［実施例］ 第１図は、この発明による放射線検出装置の一実施例を
示す断面図であり、（１）〜（５〉は第４図の従来例と
同じであるが、放射線検出手段の一部である、第４図の
シンチレータ（２）は複数個、ここでは３個に分割され
た薄形シンチレータ（２ａ〉、薄形→厚形シンチレータ
（２ｂ）、厚形シンチレータ（Ｚｃ）七して与えられる
。これらのシンチレータ〈２ａ〉〜（２ｃ）の厚さは前
段はど薄く後段に行くにつれて厚くしである。また、第
４図の受光素子（４〉は、この実施例の放射線検出手段
の一部をなし、それぞれシンチレータ（２ａ）　、　（
２ｂ）　、　（２ｃ）に接続され、それぞれから独立に
受光する受光素子（４ａ）　、　（４ｂ）　。

（４ｃ〉として与えられる。更に、反射材兼しや先付（
３〉は受光素子（４ａ）〜（４ｃ）の装着面を除いて各
シンチレータ（２ａ）〜（２ｅ）の全面に塗布され、シ
ンチレータ（２ａ）〜（２ｃ）の相互間および外部から
の光の漏れを防止するように作用する。同様に、第４図
のアンプ〈５〉は、この実施例の増幅手段を構成し、そ
れぞれ受光素子（４ａ）〜〈４ｃ）に接続され、それぞ
れからの信号を増幅するアンプ（５ａ）〜（５ｃ）とし
て与えられる。（７）はゲート回路でアンプ（５ａ）〜
（５ｃ）から任意の出力を選択的に取り出せるように構
成される。

上記のように構成された放射線検出装置においては、先
ず、低エネルギーＸ線は、このエネルギー領域のＸ線検
出に対して必要十分な厚みを有する第１段目のシンチレ
ータ（２ａ）に入射し、そこでシンチレータ（２ａ）を
発光させる。この発光は反射材兼じゃ先付〈３〉で反射
され、受光素子（４ａ〉に入射し、その出力はアンプ（
５ａ〉で増幅されてゲート回路（７）に入力される６第
１段目のシンチレータ（２ａ）は中程度以上のエネルギ
ーを有するＸ線の検出には厚みが不足し、従ってＸ線検
出器としての機能は無視できるものである。このため、
シンチレータ（２ａ〉の検出効率のＸ線エネルギー特性
は第２図の曲線（１２）に示したように低エネルギーＸ
線に対してのみ感度を有するものになる。次に、中エネ
ルギ−Ｘ線は、シンチレータ（２ａ）がこのエネルギー
のＸ線に対しては薄いので、第２段目の、より厚くされ
たシンチレータ（２ｂ）に入射し、これを発光させる。

この発光は反射材兼しや先付（３）で反射され、受光素
子（４ｂ）に入射し、その出力はアンプ（５ｂ）で増幅
されてゲート回路（７）に入力される。その際、第■段
目と第２段目のシンチレータ（２ａ）　、　（２ｂ）の
間は反射材兼しや先付（３）でしや光されているので、
それぞれのシンチレータ（２ａ）　。

（２ｂ）内での発光が互いに影響することはない。

これは、次に述べる第３段目のシンチレータ（２ｃ）に
対しても成立し、各シンチレータ（２ａ）　、　（２ｂ
）　。

（２ｃ）内で生じた発光は互いに独立性を保持するよう
に槽底されている。更に、そのしや光特性から、外部光
の影響も受けないようになされている。この第２段目の
シンチレータ（２ｂ）は高エネルギーＸ線の検出に対し
ては厚さが不足し、従ってＸ線検出器としての機能は無
視できる。また、第１段目のシンチレータ（２ａ）が低
エネルギーＸ線に対しては吸収フィルタとして作用する
ので、低エネルギーＸ線に対する第２段目の検出器感度
は無視できる。このため、シンチレータ（２ｂ〉の検出
効率のＸ線エネルギー特性は、第４図の曲線（１３）に
示したように中エネルギ−Ｘ線に府してのみ感度を有す
ることになる。最後に、高エネルギーＸ線は、シンチレ
ータ（２ｇ＞、　（２ｂ）の合計厚さが、このエネルギ
ーのＸ線に対しては薄いので、これらのシンチレータ（
２ａ）　、　（２ｂ）を透過し、第３段目の、更に厚く
されたシンチレータ（２ｃ）に入射し、これを発光させ
る。この発光は、反射材兼しや先付（３）で反射され、
受光素子（４ｃ）に入射し、その出力はアンプ（５ｃ）
で増幅されてゲート回路（ア）に入力される。

第１段目、第２段目のシンチレータ（２ａ）、（２ｂ）
は低エネルギー、中エネルギ−Ｘ１ｍに対しては吸収フ
ィルタとして作用するので、低エネルギー、中エネルギ
−Ｘ線に対する第３段目のシンチレータ（２ｃ）の感度
は無視できることになる。このため、シンチレータ（２
ｃ〉の検出効率のＸ線エネルギー特性は、第４図の曲線
（１４〉に示したように、高エネルギーＸ線に対しての
み感度を有するものになる。

このようにして、３つのシンチレータ（２ａ）　、　（
２ｂ）（２ｃ）からの出力をゲート回路（ア）に入力し
、必要に応じて、独立した３つの出力の中の１つをゲー
ト回路（７）の制御により選択することにより、希望す
るエネルギー特性を有する検出器を利用できることにな
る。

以上示したような放射線検出装置により、任意の試料を
透過してきたＸ線を測定する手順をまとめると次のよう
になる。

先ず、試料が薄い場合は、透過Ｘ線スペクトル中の低エ
ネルギーＸ＆ｌ戒分はまだ比較的大きく、この部分のみ
を検出できる手段があれば、その手段の出力の対数は厚
さ（または密度）に対してほぼ直線的に変化する。この
ような情況の下では、この発明に係る、第１図のシンチ
レータ（２ａ）の出力を利用することにより、中、高エ
ネルギーＸ線に対する感度が小さいので、出力の対数値
の直線性を改善できると共に、密度、寸法変化や欠陥に
対する計数値の変化が大きくなることから、透過像のコ
ントラストが改善される０次に、試料が厚くなったり高
密度の場合は、その程度に応じて、第１図のシンチレー
タ（２ｂ）　、　（２ｃ）の出力を利用する。このよう
に選択的にシンチレータを使用することにより、そのと
きの計数値の変化の直線性を維持しつつ、且つ、その変
化の程度を大きくし、良好な像コントラストを実現する
ことができる。

第３図は、シンチレータ（２ａ）　、　（２ｂ）　、　
（２ｃ）により透過ｘｔｉを測定した場合の、試料厚さ
に対する計数値対数の変化をプロットした特性図である
０図示のように、直線性と共に計数値の厚みに対する変
化の程度も大きくない、Ｘ線による試料の透過像を計測
する場合に問題となるビーム硬化による透過像の誤差を
低減できると共に、透過像のコントラストも改善されて
いる。

なお、上記実施例において、Ｘ線フィルタを新たに組合
わせ、その厚さにより、低エネルギーＸ線または中エネ
ルギ−Ｘ線を更に吸収させ、上記各エネルギー領域に対
する感度のエネルギー特性曲線のより低いエネルギ一部
分の感度（形状）を微調整するようにしても同様の硬化
が期待できる。

また、上記実施例においては、放射線検出手段としてシ
ンチレータを例に説明したが、その場合のシンチレータ
、反射材兼じゃ先付、受光素子を複数の他の放射線検出
器に置き換えても、同様の効果を期待することができる
。但し、これらの検出器は、Ｘ線入射方向に配置し、入
射側の検出器厚さは薄く、後段程厚くなるように配置す
るものとする。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、低エネルギーから高
エネルギーまでのＸ＆ｉに対して検出エネルギー領域を
別々に分担し、エネルギー感度特性を従来よりも向上さ
れた複数の放射線検出手段と、この放射線検出手段から
の独立した出力がら所望のエネルギ帯の信号を選択的に
取り出すゲート手段とを設けることにより、検出器出力
の非直線性を改良すると共に微小な密度や寸法の変化、
欠陥の存在の識別能力を改良できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による放射線検出装置の一実施例を示
す断面図、第２図はこの発明の放射線検出装置の検出効
率の、Ｘ線エネルギーに対する依存性を示すスペクトラ
ム図、第３図は第６図に示したスペクトルを有するＸ線
を、第１図に示したこの発明の一実施例の放射線検出装
置で測定した場合の、試料厚さに対する計数率の対数値
の変化を示す出力特性図、第４図は従来の放射線検出装
置を示す断面図、第５図は入射Ｘ線エネルギーに対する
従来装置の検出効率を示す特性図、第６図は試料透過後
のＸ線の強度をＸ線エネルギーの関数として、試料厚さ
をパラメータに取った場合のスペクトラム図、第７図は
、第６図に示したスペクトルを有するＸ線を、第４図の
従来の放射線検出装置により、フィルタを組合わせて測
定した場合の、試料厚さに対する計数率の対数値の変化
を示す出力特性図である。 （２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）・・シンチレータ、（４
ａ）　、　（４ｂ）　。 （４ｃ）・・受光素子、（７）・・ゲート回路。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代　　理　　人　　　　　曾　　我　　道　　類２ａ、
　２ｂ　、　２ｃ　： ４ＣＩ、４ｂ、４（： ５″−＋Ｌ−夕 受た不予 ゲート　口寥冬 昂２図 Ｘ　線　エゴマ【ノＬ”＜− 昂３図 試＄Ｎ−亡 、！り６図 昂７図 富に升犀で Ｘ９衆エキルキー 手 続 補 正 書 事件の表示 特願平１−２１０６５９号 発明の名称 放射線検出装置 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者　志岐守
哉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 幅広いエネルギースペクトルを有するＸ線源を使用して
   物体のＸ線透過像を検出する放射線検出装置において、
   放射線の入射方向に対して厚さの薄いものから厚いもの
   へと順次配列され、前記物体を透過したＸ線を検出する
   複数の放射線検出手段と、これらの放射線検出手段のそ
   れぞれに接続され、それらにより検出された検出信号の
   いずれかを選択的に取り出し、所望のエネルギー範囲の
   検出信号をそれぞれ独立に取り出すゲート手段とを備え
   たことを特徴とする放射線検出装置。