JPH04230887A - 多重エネルギー固体放射線検出器 - Google Patents
多重エネルギー固体放射線検出器Info
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- JPH04230887A JPH04230887A JP3070329A JP7032991A JPH04230887A JP H04230887 A JPH04230887 A JP H04230887A JP 3070329 A JP3070329 A JP 3070329A JP 7032991 A JP7032991 A JP 7032991A JP H04230887 A JPH04230887 A JP H04230887A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
- G01T1/20183—Arrangements for preventing or correcting crosstalk, e.g. optical or electrical arrangements for correcting crosstalk
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は多重エネルギー放射線検出器に関するものであ
って、更に詳しく言えば、Ｘ線撮影装置において使用す
るためのＸ線検出器に関する。
って、更に詳しく言えば、Ｘ線撮影装置において使用す
るためのＸ線検出器に関する。
【０００１】今日のＸ線検査装置は、直線的に変化する
Ｘ線減衰係数を有する画像を生み出す。かかる画像は異
状を検出するために極めて有用であるが、それらが対象
物について与える情報の総量には限界がある。なぜなら
、かかる画像は典型的なＸ線管において発生されるエネ
ルギースペクトルの全範囲にわたる減衰係数の平均値を
表わすに過ぎないからである。多重エネルギーレベルに
おける撮影（すなわち、分光的な撮影）を行えば、検査
すべき対象物に関して遥かに多くの情報（たとえば、対
象物の化学組成や密度）が得られる可能性がある。この
ような可能性は、これまで利用することのできなかった
新しい非破壊検査（ＮＤＥ）能力をもたらす。しかしな
がら、最新のＸ線撮影装置に付随する大きいＸ線束を取
扱うことのできるエネルギー感受性の検出器が存在しな
かったため、上記のごとき多重エネルギー撮影はこれま
で実現不可能であった。
Ｘ線減衰係数を有する画像を生み出す。かかる画像は異
状を検出するために極めて有用であるが、それらが対象
物について与える情報の総量には限界がある。なぜなら
、かかる画像は典型的なＸ線管において発生されるエネ
ルギースペクトルの全範囲にわたる減衰係数の平均値を
表わすに過ぎないからである。多重エネルギーレベルに
おける撮影（すなわち、分光的な撮影）を行えば、検査
すべき対象物に関して遥かに多くの情報（たとえば、対
象物の化学組成や密度）が得られる可能性がある。この
ような可能性は、これまで利用することのできなかった
新しい非破壊検査（ＮＤＥ）能力をもたらす。しかしな
がら、最新のＸ線撮影装置に付随する大きいＸ線束を取
扱うことのできるエネルギー感受性の検出器が存在しな
かったため、上記のごとき多重エネルギー撮影はこれま
で実現不可能であった。
【０００２】詳しく述べれば、現行のＸ線検出器は２つ
の群に大別することができる。それらは計数型検出器お
よび積算型検出器である。計数型検出器はエネルギース
ペクトルに関する情報を与え得るが、それらの計数速度
は最新の撮影用途において要求される大きいＸ線束にと
って十分なものではないのが普通である。積算型検出器
は大きいＸ線束を取扱い得るが、それらはエネルギーを
識別することができない。
の群に大別することができる。それらは計数型検出器お
よび積算型検出器である。計数型検出器はエネルギース
ペクトルに関する情報を与え得るが、それらの計数速度
は最新の撮影用途において要求される大きいＸ線束にと
って十分なものではないのが普通である。積算型検出器
は大きいＸ線束を取扱い得るが、それらはエネルギーを
識別することができない。
【０００３】従来、元素同定目的を達成するために二重
エネルギー走査法が使用されてきた。現行の二重エネル
ギー走査装置においては、積算型検出器が使用され、そ
して２種の相異なるエネルギーレベルにおいて同じ部分
が２回走査される。たとえば、アラコア（ＡＲＡＣＯＲ
）社［ジェイ・エイチ・スタンレーおよびジェイ・ジェ
イ・ルパージュ（Ｊ．Ｈ． Ｓｔａｎｌｅｙ ＆ Ｊ．
Ｊ．ＬｅＰａｇｅ）：「新しい放射線腐食検査方法」、
ＡＦＷＡＬレポートＴＲ−８５−４１３０、１９８６年
１月］は、シンチレーション検出器を用いて金属中の腐
食を検出するための装置を開発した。 この装置は、工業用Ｘ線管を使用しながら、先ず最初に
４２０ｋＶｐ （キロボルトピーク）のレベルで対象物
を走査し、次いで２５０ｋＶｐ のレベルで対象物を走
査することによって２つの画像を得るというものである
。この装置を使用すれば、周期律表中において隣接した
元素間の識別が可能であることが主張されている。この
ような技術に付随する主な問題点は、２回の走査が必要
であることに由来する時間、照射線量および位置合せの
問題である。更にまた、画像の記録は２つのエネルギー
レベルにおいてしか行われないから、この技術は真の分
光撮影法とは言えない。
エネルギー走査法が使用されてきた。現行の二重エネル
ギー走査装置においては、積算型検出器が使用され、そ
して２種の相異なるエネルギーレベルにおいて同じ部分
が２回走査される。たとえば、アラコア（ＡＲＡＣＯＲ
）社［ジェイ・エイチ・スタンレーおよびジェイ・ジェ
イ・ルパージュ（Ｊ．Ｈ． Ｓｔａｎｌｅｙ ＆ Ｊ．
Ｊ．ＬｅＰａｇｅ）：「新しい放射線腐食検査方法」、
ＡＦＷＡＬレポートＴＲ−８５−４１３０、１９８６年
１月］は、シンチレーション検出器を用いて金属中の腐
食を検出するための装置を開発した。 この装置は、工業用Ｘ線管を使用しながら、先ず最初に
４２０ｋＶｐ （キロボルトピーク）のレベルで対象物
を走査し、次いで２５０ｋＶｐ のレベルで対象物を走
査することによって２つの画像を得るというものである
。この装置を使用すれば、周期律表中において隣接した
元素間の識別が可能であることが主張されている。この
ような技術に付随する主な問題点は、２回の走査が必要
であることに由来する時間、照射線量および位置合せの
問題である。更にまた、画像の記録は２つのエネルギー
レベルにおいてしか行われないから、この技術は真の分
光撮影法とは言えない。
【０００４】本発明が一層良く理解されるようにするた
め、従来の積算型多素子固体Ｘ線検出器１０を図１に示
す。かかる検出器１０はＸ線、β線などのごとき入射エ
ネルギービーム１２を検出するものであって、直方体ま
たはその他の形状を有する複数のシンチレーション素子
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆおよ
び１４ｇから成るシンチレータを含んでいる。図中には
７個のシンチレーション素子１４が示されているが、実
際には１個から所望の数までのシンチレーション素子を
使用することができる。通例は検出器１０を数個のシン
チレーション素子に分割することが望ましい。詳しく述
べれば、入射エネルギービーム１２が阻止された場合に
は、円錐形の光ビームが発生する。ただ１個のシンチレ
ーション素子を２個以上の感知素子（後述）と組合わせ
て使用すると、円錐形光ビームの一部が隣接する感知素
子に入射し、従って複数のシンチレーション素子を使用
した場合に比べて空間分解能が低下することがある。シ
ンチレーション素子１４は横方向（すなわち、ビーム１
２の方向に対して垂直な方向）に沿って互いに隣接して
配置されており、かつ（図１には示されていないが後記
において説明されるような）特定のコリメータ層および
反射層によって隔離されている。シンチレーション素子
１４の寸法は重要でないが、数ミルから数ミリメートル
までの範囲内の幅（すなわち、横方向寸法）を有し得る
。シンチレーション素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄ、１４ｅ、１４ｆおよび１４ｇは、前部入射面２０ａ
、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆおよび２０
ｇと後面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２
２ｆおよび２２ｇとをそれぞれに有している。前部入射
面２０および後面２２は、長手方向（すなわち、ビーム
１２の方向）に沿って整列している。シンチレーション
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ
および１４ｇの上部には光学的感知素子（たとえば、ホ
トダイオード）１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６
ｅ、１６ｆおよび１６ｇがそれぞれ配置されており、ま
た後者は結線１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ
、１７ｆおよび１７ｇによって検出器回路１８中の増幅
器（図示せず）にそれぞれ接続されている。次いで、検
出器回路１８の出力は信号処理回路および画像再構成回
路（図示せず）に送られる。
め、従来の積算型多素子固体Ｘ線検出器１０を図１に示
す。かかる検出器１０はＸ線、β線などのごとき入射エ
ネルギービーム１２を検出するものであって、直方体ま
たはその他の形状を有する複数のシンチレーション素子
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆおよ
び１４ｇから成るシンチレータを含んでいる。図中には
７個のシンチレーション素子１４が示されているが、実
際には１個から所望の数までのシンチレーション素子を
使用することができる。通例は検出器１０を数個のシン
チレーション素子に分割することが望ましい。詳しく述
べれば、入射エネルギービーム１２が阻止された場合に
は、円錐形の光ビームが発生する。ただ１個のシンチレ
ーション素子を２個以上の感知素子（後述）と組合わせ
て使用すると、円錐形光ビームの一部が隣接する感知素
子に入射し、従って複数のシンチレーション素子を使用
した場合に比べて空間分解能が低下することがある。シ
ンチレーション素子１４は横方向（すなわち、ビーム１
２の方向に対して垂直な方向）に沿って互いに隣接して
配置されており、かつ（図１には示されていないが後記
において説明されるような）特定のコリメータ層および
反射層によって隔離されている。シンチレーション素子
１４の寸法は重要でないが、数ミルから数ミリメートル
までの範囲内の幅（すなわち、横方向寸法）を有し得る
。シンチレーション素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄ、１４ｅ、１４ｆおよび１４ｇは、前部入射面２０ａ
、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆおよび２０
ｇと後面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２
２ｆおよび２２ｇとをそれぞれに有している。前部入射
面２０および後面２２は、長手方向（すなわち、ビーム
１２の方向）に沿って整列している。シンチレーション
素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ
および１４ｇの上部には光学的感知素子（たとえば、ホ
トダイオード）１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６
ｅ、１６ｆおよび１６ｇがそれぞれ配置されており、ま
た後者は結線１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ
、１７ｆおよび１７ｇによって検出器回路１８中の増幅
器（図示せず）にそれぞれ接続されている。次いで、検
出器回路１８の出力は信号処理回路および画像再構成回
路（図示せず）に送られる。
【０００５】動作に当っては、Ｘ線源（図示せず）から
発生したＸ線が撮影すべき対象物（図示せず）を通過す
る。図１中には、こうして得られた透過Ｘ線が入射ビー
ム１２として示されている。前部入射面２０に入射した
ビーム１２がシンチレーション素子１４に進入して発光
を生じると、その発光が感知素子１６によって検出され
る。感知素子１６からの出力信号は検出器回路１８によ
って増幅される。このような検出器は大きいＸ線束の検
出能力および比較的高い量子効率を有するが、エネルギ
ー識別能力は有していない。
発生したＸ線が撮影すべき対象物（図示せず）を通過す
る。図１中には、こうして得られた透過Ｘ線が入射ビー
ム１２として示されている。前部入射面２０に入射した
ビーム１２がシンチレーション素子１４に進入して発光
を生じると、その発光が感知素子１６によって検出され
る。感知素子１６からの出力信号は検出器回路１８によ
って増幅される。このような検出器は大きいＸ線束の検
出能力および比較的高い量子効率を有するが、エネルギ
ー識別能力は有していない。
【０００６】それ故に本発明の目的は、大きいＸ線束を
検出し得ると共に、複数回の走査を必要としないような
多重エネルギー用の検出器を提供することにある。
検出し得ると共に、複数回の走査を必要としないような
多重エネルギー用の検出器を提供することにある。
【０００７】
【発明の概要】上記およびその他の目的を達成するため
、本発明に従って簡単に述べれば、（ａ） 長手方向に
沿って整列した前部入射面および後面を有していて、前
記入射面が入射エネルギーを受入れるために役立つよう
な少なくとも１個の長手方向に伸びるシンチレーション
素子を含むシンチレータと、（ｂ）前記長手方向に沿っ
て互いに隣接して配置されかつ前記シンチレーション素
子に隣接して配置された複数の副素子を有する少なくと
も１個の感知素子を含む光学的感知手段とから成ること
を特徴とする、長手方向に沿って入射するエネルギー用
の多重エネルギー検出器が提供される。
、本発明に従って簡単に述べれば、（ａ） 長手方向に
沿って整列した前部入射面および後面を有していて、前
記入射面が入射エネルギーを受入れるために役立つよう
な少なくとも１個の長手方向に伸びるシンチレーション
素子を含むシンチレータと、（ｂ）前記長手方向に沿っ
て互いに隣接して配置されかつ前記シンチレーション素
子に隣接して配置された複数の副素子を有する少なくと
も１個の感知素子を含む光学的感知手段とから成ること
を特徴とする、長手方向に沿って入射するエネルギー用
の多重エネルギー検出器が提供される。
【０００８】以下、添付の図面を参照しながら本発明を
一層詳しく説明しよう。なお、図面中においては、同じ
構成要素は同じ参照番号によって表わされている。
一層詳しく説明しよう。なお、図面中においては、同じ
構成要素は同じ参照番号によって表わされている。
【０００９】
【詳しい説明】図２には、本発明に基づく検出器１０が
示されている。かかる検出器１０においては、感知手段
の感知素子１６ａは長手方向に沿って互いに隣接して配
置された４個の副素子１６ａ−１、１６ａ−２、１６ａ
−３および１６ａ−４を含んでいるが、これらの副素子
はたとえばＰＮ型もしくはＰＩＮ型のホトダイオード、
電荷結合素子（ＣＣＤ）撮像管の画素、などから成って
いる。かかる感知素子１６ａは、測定することが所望さ
れるビーム１２のエネルギーレベルの数に等しい数の副
素子を含んでいる。一般的に述べれば、感知素子１６ａ
はビーム１２中における少なくとも２つのエネルギーレ
ベルを測定するために少なくとも２個の副素子を含んで
いる。個々の結線１７ａ−１、１７ａ−２、１７ａ−３
および１７ａ−４は、副素子１６ａ−１、１６ａ−２、
１６ａ−３および１６ａ−４のそれぞれを検出器回路１
８に接続している。同様に、感知素子１６ｂ、１６ｃ、
１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇも通例は感知素子
１６ａの副素子の数と同じ数の副素子（煩雑さを避ける
ために番号を付けてない）をそれぞれに含んでいる。感
知素子１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび
１６ｇの副素子もまた、検出器回路１８に対する結線（
煩雑さを避けるために図示せず）をそれぞれに有してい
る。検出器回路１８中には、感知手段１６に含まれる全
ての副素子に対する個々のチャネル（図示せず）が存在
している。
示されている。かかる検出器１０においては、感知手段
の感知素子１６ａは長手方向に沿って互いに隣接して配
置された４個の副素子１６ａ−１、１６ａ−２、１６ａ
−３および１６ａ−４を含んでいるが、これらの副素子
はたとえばＰＮ型もしくはＰＩＮ型のホトダイオード、
電荷結合素子（ＣＣＤ）撮像管の画素、などから成って
いる。かかる感知素子１６ａは、測定することが所望さ
れるビーム１２のエネルギーレベルの数に等しい数の副
素子を含んでいる。一般的に述べれば、感知素子１６ａ
はビーム１２中における少なくとも２つのエネルギーレ
ベルを測定するために少なくとも２個の副素子を含んで
いる。個々の結線１７ａ−１、１７ａ−２、１７ａ−３
および１７ａ−４は、副素子１６ａ−１、１６ａ−２、
１６ａ−３および１６ａ−４のそれぞれを検出器回路１
８に接続している。同様に、感知素子１６ｂ、１６ｃ、
１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇも通例は感知素子
１６ａの副素子の数と同じ数の副素子（煩雑さを避ける
ために番号を付けてない）をそれぞれに含んでいる。感
知素子１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび
１６ｇの副素子もまた、検出器回路１８に対する結線（
煩雑さを避けるために図示せず）をそれぞれに有してい
る。検出器回路１８中には、感知手段１６に含まれる全
ての副素子に対する個々のチャネル（図示せず）が存在
している。
【００１０】他方、シンチレーション素子１４ａは長手
方向に沿って互いに隣接して配置された副素子１４ａ−
１、１４ａ−２、１４ａ−３および１４ａ−４を含んで
いて、それらの上部には感知素子１６ａの副素子１６ａ
−１、１６ａ−２、１６ａ−３および１６ａ−４がそれ
ぞれ配置されている。同様に、シンチレーション素子１
４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆおよび１４ｇも
複数の副素子（煩雑さを避けるために番号を付けてない
）をそれぞれに含んでいて、それらの上部には感知素子
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇ
の対応する副素子がそれぞれ配置されている。
方向に沿って互いに隣接して配置された副素子１４ａ−
１、１４ａ−２、１４ａ−３および１４ａ−４を含んで
いて、それらの上部には感知素子１６ａの副素子１６ａ
−１、１６ａ−２、１６ａ−３および１６ａ−４がそれ
ぞれ配置されている。同様に、シンチレーション素子１
４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆおよび１４ｇも
複数の副素子（煩雑さを避けるために番号を付けてない
）をそれぞれに含んでいて、それらの上部には感知素子
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆおよび１６ｇ
の対応する副素子がそれぞれ配置されている。
【００１１】上記のごとき実施の態様においては、シン
チレーション素子１４ａの副素子の数は感知素子１６ａ
の副素子の数に等しく、また残りのシンチレーション素
子の副素子の数および残りの感知素子の副素子について
も同様であるが、このことは必ずしも必要でない。すな
わち、特定のシンチレーション素子については、感知素
子の副素子よりも少ない数の副素子が存在していてもよ
いし、あるいは副素子が全く存在しなくてもよい。とは
言え、シンチレーション素子の副素子の数が少ない場合
には、それぞれの感知素子の副素子間において光学的な
混信が起こり、そのためにエネルギー分解能が低下する
ことがある。
チレーション素子１４ａの副素子の数は感知素子１６ａ
の副素子の数に等しく、また残りのシンチレーション素
子の副素子の数および残りの感知素子の副素子について
も同様であるが、このことは必ずしも必要でない。すな
わち、特定のシンチレーション素子については、感知素
子の副素子よりも少ない数の副素子が存在していてもよ
いし、あるいは副素子が全く存在しなくてもよい。とは
言え、シンチレーション素子の副素子の数が少ない場合
には、それぞれの感知素子の副素子間において光学的な
混信が起こり、そのためにエネルギー分解能が低下する
ことがある。
【００１２】図３の左端にはコリメータ層２４ａが示さ
れているが、これは反射層２６ａに隣接している。その
右側には副素子１４ａ−４が配置されていて、それには
反射層２６ｂが隣接している。次に、コリメータ層２４
ｂおよび反射層２６ｃが配置されていて、後者には副素
子１４ｂ−４が隣接している。副素子１４ｂ−４の右側
には反射層２６ｄが配置されており、次いでコリメータ
層２４ｃ、反射層２６ｅおよび副素子１４ｃ−４が配置
されている。このようなパターンが検出器１０の前部入
射面２０の全体にわたって繰返された後、最後に副素子
１４ｇ−４が配置されていて、それの右側には反射層２
６ｆおよびコリメータ層２４ｄが隣接している。副素子
１４ａ−４、１４ｂ−４、１４ｃ−４、‥‥および１４
ｇ−４の上部には、感知素子の副素子１６ａ−４、１６
ｂ−４、１６ｃ−４、‥‥および１６ｇ−４がそれぞれ
配置されている。当業界において公知の通り、感知手段
１６は接着剤（図示せず）によってシンチレータ１６に
接合することができるが、そのためには両者間における
屈折率の整合をもたらすような接着剤を使用することが
好ましい。検出器１０の下部には反射層２６ｇが配置さ
れている。所望ならば、一層良好なコリメーションを達
成するためにコリメータ層２４を前部入射面２０の前方
にまで延長することもできる。また、所望ならば、コリ
メータ層２４および（または）反射層２６ａ〜２６ｆを
省くこともできる。更にまた、製造上の困難を少なくす
るために１個の大きなシンチレータを使用することもで
きる。とは言え、その場合には空間分解能が低下するこ
とになる。反射層２６ｇを省くこともできるが、その場
合には底面（番号を付けてない）からの光の損失のため
に効率が低下することになる。コリメータ層２４は約
１／８〜 １／４ｍｍの幅を有し得る一方、シンチレー
ション素子の副素子は検出器１０の用途に応じて約２５
μｍ 〜３ｍｍの幅を有し得る。通例、ＮＤＥ用途のた
めには小さい幅が使用される一方、医学的用途のために
は大きい幅が使用される。また、反射層２６は約５０μ
ｍ の幅を有し得る。
れているが、これは反射層２６ａに隣接している。その
右側には副素子１４ａ−４が配置されていて、それには
反射層２６ｂが隣接している。次に、コリメータ層２４
ｂおよび反射層２６ｃが配置されていて、後者には副素
子１４ｂ−４が隣接している。副素子１４ｂ−４の右側
には反射層２６ｄが配置されており、次いでコリメータ
層２４ｃ、反射層２６ｅおよび副素子１４ｃ−４が配置
されている。このようなパターンが検出器１０の前部入
射面２０の全体にわたって繰返された後、最後に副素子
１４ｇ−４が配置されていて、それの右側には反射層２
６ｆおよびコリメータ層２４ｄが隣接している。副素子
１４ａ−４、１４ｂ−４、１４ｃ−４、‥‥および１４
ｇ−４の上部には、感知素子の副素子１６ａ−４、１６
ｂ−４、１６ｃ−４、‥‥および１６ｇ−４がそれぞれ
配置されている。当業界において公知の通り、感知手段
１６は接着剤（図示せず）によってシンチレータ１６に
接合することができるが、そのためには両者間における
屈折率の整合をもたらすような接着剤を使用することが
好ましい。検出器１０の下部には反射層２６ｇが配置さ
れている。所望ならば、一層良好なコリメーションを達
成するためにコリメータ層２４を前部入射面２０の前方
にまで延長することもできる。また、所望ならば、コリ
メータ層２４および（または）反射層２６ａ〜２６ｆを
省くこともできる。更にまた、製造上の困難を少なくす
るために１個の大きなシンチレータを使用することもで
きる。とは言え、その場合には空間分解能が低下するこ
とになる。反射層２６ｇを省くこともできるが、その場
合には底面（番号を付けてない）からの光の損失のため
に効率が低下することになる。コリメータ層２４は約
１／８〜 １／４ｍｍの幅を有し得る一方、シンチレー
ション素子の副素子は検出器１０の用途に応じて約２５
μｍ 〜３ｍｍの幅を有し得る。通例、ＮＤＥ用途のた
めには小さい幅が使用される一方、医学的用途のために
は大きい幅が使用される。また、反射層２６は約５０μ
ｍ の幅を有し得る。
【００１３】図４には、同様にして、左から順に反射層
２８ａ、副素子１４ａ−１、反射層２８ｂ、エネルギー
フィルタ３０ａ、反射層２８ｃ、副素子１４ａ−２、反
射層２８ｄ、エネルギーフィルタ３０ｂ、反射層２８ｅ
などが配置されており、そして最後に副素子１４ａ−４
、反射層２８ｆおよびエネルギーフィルタ３０ｃが配置
されている。上記のごとく、反射層２８および（または
）エネルギーフィルタ３０は省くことができる。とは言
え、その場合にはシンチレーション素子１４の前部入射
面２０および後面２２からの光の損失のためにエネルギ
ー分解能および効率が低下することになる。エネルギー
フィルタ３０は約１０μｍ〜５ｍｍの範囲内の厚さを有
し得る一方、反射層２８は約５０μｍ の厚さを有し得
る。また、シンチレーション素子の副素子は約２５μｍ
〜３ｍｍの範囲内の厚さを有し得る。
２８ａ、副素子１４ａ−１、反射層２８ｂ、エネルギー
フィルタ３０ａ、反射層２８ｃ、副素子１４ａ−２、反
射層２８ｄ、エネルギーフィルタ３０ｂ、反射層２８ｅ
などが配置されており、そして最後に副素子１４ａ−４
、反射層２８ｆおよびエネルギーフィルタ３０ｃが配置
されている。上記のごとく、反射層２８および（または
）エネルギーフィルタ３０は省くことができる。とは言
え、その場合にはシンチレーション素子１４の前部入射
面２０および後面２２からの光の損失のためにエネルギ
ー分解能および効率が低下することになる。エネルギー
フィルタ３０は約１０μｍ〜５ｍｍの範囲内の厚さを有
し得る一方、反射層２８は約５０μｍ の厚さを有し得
る。また、シンチレーション素子の副素子は約２５μｍ
〜３ｍｍの範囲内の厚さを有し得る。
【００１４】コリメータ層２４は、たとえばＰｂ、Ｗな
どから成り得る。反射層２６および２８は、エポキシ系
接着剤によってシンチレーション素子１４およびそれの
副素子に接合された金属酸化物（たとえばＴｉＯ２ ）
から成ることが好ましい。反射層２６および２８の材料
としてＴｉＯ２ が好適である理由は、それが白色であ
ってほとんどの色を反射すると共に、散乱光のほとんど
がシンチレーション素子１４およびそれの副素子によっ
て吸収されることなしに感知素子１６に入射するような
拡散反射性を有することにある。かかる被膜に関する詳
しい説明は、米国特許第４５６０８７７および４５６３
５８４号明細書中に見出すことができる。なお、ＴｉＯ
２ の粒子は放射される光子（後述）の波長にほぼ等し
い粒度を有することが必要である。エネルギーフィルタ
３０はＰｂ、Ａｌ、Ｃｕなどから成り得る。
どから成り得る。反射層２６および２８は、エポキシ系
接着剤によってシンチレーション素子１４およびそれの
副素子に接合された金属酸化物（たとえばＴｉＯ２ ）
から成ることが好ましい。反射層２６および２８の材料
としてＴｉＯ２ が好適である理由は、それが白色であ
ってほとんどの色を反射すると共に、散乱光のほとんど
がシンチレーション素子１４およびそれの副素子によっ
て吸収されることなしに感知素子１６に入射するような
拡散反射性を有することにある。かかる被膜に関する詳
しい説明は、米国特許第４５６０８７７および４５６３
５８４号明細書中に見出すことができる。なお、ＴｉＯ
２ の粒子は放射される光子（後述）の波長にほぼ等し
い粒度を有することが必要である。エネルギーフィルタ
３０はＰｂ、Ａｌ、Ｃｕなどから成り得る。
【００１５】シンチレーション素子１４の材料は、Ｙ：
Ｇｄ系Ｘ線吸収体のごとき焼結希土類酸化物セラミック
である。詳しく述べれば、シンチレーション素子１４は
約２０〜５０モル％のＧｄ２ Ｏ３ 、約１〜６モル％
のＥｕ２ Ｏ３ および残部のＹ２ Ｏ３ から成り得
る。更に詳しく述べれば、それは約３０モル％のＧｄ２
Ｏ３ 、約３モル％のＥｕ２ Ｏ３ および約６７モ
ル％のＹ２ Ｏ３ から成り得る。所望ならば、約０．
０２モル％のＰｒ２ Ｏ３ を残光低減剤として添加す
ることもできる。良好なシンチレータであるこのような
材料に関する詳しい説明は、たとえば米国特許第４５１
８５４６号のごとき先行特許の明細書中に見出すことが
できる。かかる材料はまた、丈夫であり、化学的に不活
性であり、安定であり、かつ微細機械加工が可能である
。それらはまた、可視域の光に対して実質的に透明であ
る。すなわち、上記のごとき混合物を焼結することによ
り、理論密度にほぼ等しい密度および立方晶系の結晶構
造を有する固体を形成することができる。その結果、透
明度を低下させる光学的散乱の原因となる結晶粒界の欠
陥や屈折率の変化が排除されることになる。従って、シ
ンチレーション素子１４は長手方向（すなわち、ビーム
１２の方向）の寸法を大きくすることができ、それによ
って光学的感度の実質的な低下なしに良好なＸ線吸収を
達成することができる。シンチレーション素子１４の材
料としてはまた、良好なＸ線吸収体であるその他の透明
なシンチレータ（たとえばＢＧｄＯ）を使用することも
できる。更にまた、ＣｓＩ、ＣｄＷＯ４ 、ＢｉＧｅな
どのごとき材料を使用することも可能である。
Ｇｄ系Ｘ線吸収体のごとき焼結希土類酸化物セラミック
である。詳しく述べれば、シンチレーション素子１４は
約２０〜５０モル％のＧｄ２ Ｏ３ 、約１〜６モル％
のＥｕ２ Ｏ３ および残部のＹ２ Ｏ３ から成り得
る。更に詳しく述べれば、それは約３０モル％のＧｄ２
Ｏ３ 、約３モル％のＥｕ２ Ｏ３ および約６７モ
ル％のＹ２ Ｏ３ から成り得る。所望ならば、約０．
０２モル％のＰｒ２ Ｏ３ を残光低減剤として添加す
ることもできる。良好なシンチレータであるこのような
材料に関する詳しい説明は、たとえば米国特許第４５１
８５４６号のごとき先行特許の明細書中に見出すことが
できる。かかる材料はまた、丈夫であり、化学的に不活
性であり、安定であり、かつ微細機械加工が可能である
。それらはまた、可視域の光に対して実質的に透明であ
る。すなわち、上記のごとき混合物を焼結することによ
り、理論密度にほぼ等しい密度および立方晶系の結晶構
造を有する固体を形成することができる。その結果、透
明度を低下させる光学的散乱の原因となる結晶粒界の欠
陥や屈折率の変化が排除されることになる。従って、シ
ンチレーション素子１４は長手方向（すなわち、ビーム
１２の方向）の寸法を大きくすることができ、それによ
って光学的感度の実質的な低下なしに良好なＸ線吸収を
達成することができる。シンチレーション素子１４の材
料としてはまた、良好なＸ線吸収体であるその他の透明
なシンチレータ（たとえばＢＧｄＯ）を使用することも
できる。更にまた、ＣｓＩ、ＣｄＷＯ４ 、ＢｉＧｅな
どのごとき材料を使用することも可能である。
【００１６】検出器１０は、たとえば、回路板（図示せ
ず）上に取付けられたＩＣ（図示せず）によって支持す
ることができる。その場合、ＩＣは感知手段１６を成す
のであって、その上にシンチレーション素子１４が取付
けられることになる。あるいはまた、検出器１０は製造
の様々な段階において使用される顕微鏡スライド（図示
せず）のごとき支持手段に接着剤または取付具（いずれ
も図示せず）で取付けることもできる。
ず）上に取付けられたＩＣ（図示せず）によって支持す
ることができる。その場合、ＩＣは感知手段１６を成す
のであって、その上にシンチレーション素子１４が取付
けられることになる。あるいはまた、検出器１０は製造
の様々な段階において使用される顕微鏡スライド（図示
せず）のごとき支持手段に接着剤または取付具（いずれ
も図示せず）で取付けることもできる。
【００１７】動作について説明すれば、撮影すべき対象
物によって透過された入射ビーム１２は広範囲のエネル
ギーレベルを有するのが通例である。先ず、最も低いレ
ベルのエネルギーの一部がエネルギーフィルタ３０ｃに
よって吸収される。次に、最も低いエネルギーレベルの
Ｘ線が前部入射面２０に最も近い副素子（すなわち、「
−４」の添字を有する番号の付いた副素子）中において
優先的に吸収される。次いで、２番目に低いレベルのエ
ネルギーの一部がエネルギーフィルタ３０ｂによって吸
収される。次に、２番目に低いエネルギーレベルのＸ線
が次の副素子（すなわち、「−３」の添字を有する番号
の付いた副素子）中において優先的に吸収される。以下
同様である。このような効果は「ビーム硬化作用」と呼
ばれる。
物によって透過された入射ビーム１２は広範囲のエネル
ギーレベルを有するのが通例である。先ず、最も低いレ
ベルのエネルギーの一部がエネルギーフィルタ３０ｃに
よって吸収される。次に、最も低いエネルギーレベルの
Ｘ線が前部入射面２０に最も近い副素子（すなわち、「
−４」の添字を有する番号の付いた副素子）中において
優先的に吸収される。次いで、２番目に低いレベルのエ
ネルギーの一部がエネルギーフィルタ３０ｂによって吸
収される。次に、２番目に低いエネルギーレベルのＸ線
が次の副素子（すなわち、「−３」の添字を有する番号
の付いた副素子）中において優先的に吸収される。以下
同様である。このような効果は「ビーム硬化作用」と呼
ばれる。
【００１８】Ｘ線は、主としてシンチレーション素子１
４中のＧｄ原子によって吸収される。次いで、かかるＧ
ｄ原子が電子−正孔対を生み出すと、それによってシン
チレーション素子１４の副素子が発光を生じる（すなわ
ち、可視光の光子を放射する）。シンチレーション素子
１４が上記に記載されかつ前述の特許明細書中に記載さ
れたような材料から作られていれば、それらはＥｕ原子
の存在のために６１１μｍ の波長を有する（赤色の）
光を放射する。かかる材料はこの波長の光に対して実質
的に透明であるから、光子はシンチレーション素子１４
を通過することになる。かかる光子は幾つかの反射層に
よって反射され、そして最終的には感知素子１６の副素
子に入射する。感知素子１６は好ましくはＳｉで作られ
ているから、それらはこの波長の光に対して特に鋭敏で
あり、従って入射光子に応答して電気信号を発生する。 かかる信号は検出器回路１８中の増幅器によって増幅さ
れ、次いで信号処理回路および画像再構成回路（図示せ
ず）に送られる。
４中のＧｄ原子によって吸収される。次いで、かかるＧ
ｄ原子が電子−正孔対を生み出すと、それによってシン
チレーション素子１４の副素子が発光を生じる（すなわ
ち、可視光の光子を放射する）。シンチレーション素子
１４が上記に記載されかつ前述の特許明細書中に記載さ
れたような材料から作られていれば、それらはＥｕ原子
の存在のために６１１μｍ の波長を有する（赤色の）
光を放射する。かかる材料はこの波長の光に対して実質
的に透明であるから、光子はシンチレーション素子１４
を通過することになる。かかる光子は幾つかの反射層に
よって反射され、そして最終的には感知素子１６の副素
子に入射する。感知素子１６は好ましくはＳｉで作られ
ているから、それらはこの波長の光に対して特に鋭敏で
あり、従って入射光子に応答して電気信号を発生する。 かかる信号は検出器回路１８中の増幅器によって増幅さ
れ、次いで信号処理回路および画像再構成回路（図示せ
ず）に送られる。
【００１９】上記のごときビーム硬化作用の結果、入射
ビーム中に含まれる最も低いエネルギーレベルのＸ線が
検出器１０の前部入射面に最も近い副素子によって優先
的に検出されると共に、それに続く副素子が順次に高い
エネルギーレベルのＸ線を検出することになる。このよ
うな効果は顕著なものである。たとえば、５個の副素子
Ｓ１〜Ｓ５を有するヨウ化セシウム検出器について説明
しよう。この場合、副素子Ｓ１は最も前方に配置されて
おり、そしてその他の副素子はビーム方向に沿って順次
に０．１インチ（２．５４ｍｍ）ずつ後方に位置するも
のとする。４２０ｋＶｐ のＸ線管から得られるスペク
トルに関して単純化のために若干の仮定を設ければ、各
々の副素子中に吸収される平均エネルギーは次のように
なる。 すなわち、副素子Ｓ１については７９．２ｋｅＶ 、副
素子Ｓ２については２０５．９ｋｅＶ 、副素子Ｓ３に
ついては２２６．５ｋｅＶ 、副素子Ｓ４については２
４７．０ｋｅＶ 、そして副素子Ｓ５については２６４
．９ｋｅＶ である。
ビーム中に含まれる最も低いエネルギーレベルのＸ線が
検出器１０の前部入射面に最も近い副素子によって優先
的に検出されると共に、それに続く副素子が順次に高い
エネルギーレベルのＸ線を検出することになる。このよ
うな効果は顕著なものである。たとえば、５個の副素子
Ｓ１〜Ｓ５を有するヨウ化セシウム検出器について説明
しよう。この場合、副素子Ｓ１は最も前方に配置されて
おり、そしてその他の副素子はビーム方向に沿って順次
に０．１インチ（２．５４ｍｍ）ずつ後方に位置するも
のとする。４２０ｋＶｐ のＸ線管から得られるスペク
トルに関して単純化のために若干の仮定を設ければ、各
々の副素子中に吸収される平均エネルギーは次のように
なる。 すなわち、副素子Ｓ１については７９．２ｋｅＶ 、副
素子Ｓ２については２０５．９ｋｅＶ 、副素子Ｓ３に
ついては２２６．５ｋｅＶ 、副素子Ｓ４については２
４７．０ｋｅＶ 、そして副素子Ｓ５については２６４
．９ｋｅＶ である。
【００２０】有用な多重エネルギー画像を得るためには
、完全なエネルギーの識別は必ずしも必要でない。すな
わち、検出器の副素子中に吸収される平均エネルギーが
十分な程度にまで分離されていれば事足りるのである。 なお、エネルギーの識別はその他各種の方法によって向
上させることもできる。第一に、検出器の材料またはそ
れの性質を変えて任意のエネルギーレベルのＸ線に関す
る平均光路長を変化させ、それによって検出器の副素子
中に吸収される平均エネルギーを変化させることができ
る。第二に、ビーム方向における副素子の長さを変える
ことにより、各々の副素子中に吸収される平均エネルギ
ーを変化させることもできる。第三に、検出器の前方に
各種のビームフィルタを配置して入射ビームのスペクト
ルを調整することにより、検出器の様々な副素子中に吸
収される平均エネルギーを変化させることもできる。こ
れらの随意手段は実質的な融通性をもたらし、それによ
って個々の副素子の応答をほとんど任意の機能形態に適
合するように調整することを可能にする。
、完全なエネルギーの識別は必ずしも必要でない。すな
わち、検出器の副素子中に吸収される平均エネルギーが
十分な程度にまで分離されていれば事足りるのである。 なお、エネルギーの識別はその他各種の方法によって向
上させることもできる。第一に、検出器の材料またはそ
れの性質を変えて任意のエネルギーレベルのＸ線に関す
る平均光路長を変化させ、それによって検出器の副素子
中に吸収される平均エネルギーを変化させることができ
る。第二に、ビーム方向における副素子の長さを変える
ことにより、各々の副素子中に吸収される平均エネルギ
ーを変化させることもできる。第三に、検出器の前方に
各種のビームフィルタを配置して入射ビームのスペクト
ルを調整することにより、検出器の様々な副素子中に吸
収される平均エネルギーを変化させることもできる。こ
れらの随意手段は実質的な融通性をもたらし、それによ
って個々の副素子の応答をほとんど任意の機能形態に適
合するように調整することを可能にする。
【００２１】本発明の多重エネルギー検出器は数多くの
利点を有している。第一に、それは対象とする全てのエ
ネルギーレベルにおけるデータの同時収集を可能にする
から、複数の画像を得るために必要とされる余分の照射
線量や時間が削減される。第二に、それはエネルギーの
識別を行うために検出器材料（すなわち、シンチレータ
）自体を使用するから、検出器が異物によって汚染され
る恐れもない。第三に、画像の再構成に先立って副素子
からの信号を加算することもできるから、通常の撮影も
可能である。
利点を有している。第一に、それは対象とする全てのエ
ネルギーレベルにおけるデータの同時収集を可能にする
から、複数の画像を得るために必要とされる余分の照射
線量や時間が削減される。第二に、それはエネルギーの
識別を行うために検出器材料（すなわち、シンチレータ
）自体を使用するから、検出器が異物によって汚染され
る恐れもない。第三に、画像の再構成に先立って副素子
からの信号を加算することもできるから、通常の撮影も
可能である。
【００２２】本発明の多重エネルギー撮影技術は広範囲
のエネルギーレベルにわたって有用である。それは二重
エネルギー撮影技術として使用することもできる。この
場合には、各々のシンチレーション素子１４に対する感
知素子１６が２個の副素子を有する一方、各々のシンチ
レーション素子１４は１個または２個の副素子から成る
ようにすればよい。直線的に変化するＸ線減衰係数が光
電成分およびコンプトン成分から成るような場合にかか
る技術を適用することにより、化学元素の識別が可能に
なる。また、かかる技術をより低いエネルギーレベルに
おいて使用することにより、所定の元素の固有Ｘ線の上
下において撮影を行って化学元素の識別を達成すること
もできる。本発明の新規な検出器は、単一の装置であり
ながら、物質同定手段としても非破壊検査手段としても
使用し得るものである。
のエネルギーレベルにわたって有用である。それは二重
エネルギー撮影技術として使用することもできる。この
場合には、各々のシンチレーション素子１４に対する感
知素子１６が２個の副素子を有する一方、各々のシンチ
レーション素子１４は１個または２個の副素子から成る
ようにすればよい。直線的に変化するＸ線減衰係数が光
電成分およびコンプトン成分から成るような場合にかか
る技術を適用することにより、化学元素の識別が可能に
なる。また、かかる技術をより低いエネルギーレベルに
おいて使用することにより、所定の元素の固有Ｘ線の上
下において撮影を行って化学元素の識別を達成すること
もできる。本発明の新規な検出器は、単一の装置であり
ながら、物質同定手段としても非破壊検査手段としても
使用し得るものである。
【００２３】上記のもの以外にも、本発明の精神および
範囲から逸脱することなしに数多くの変更態様が可能で
あることは言うまでもあるまい。
範囲から逸脱することなしに数多くの変更態様が可能で
あることは言うまでもあるまい。
【図１】先行技術に基づくシンチレーション検出器の等
角図である。
角図である。
【図２】本発明に基づく検出器の等角図である。
【図３】図２の線３−３に関する前部断面図である。
【図４】図２の線４−４に関する側部断面図である。
１０ 検出器
１２ エネルギービーム
１４ シンチレーション素子
１４ａ〜１４ｇ シンチレーション素子１４ａ−１〜
１４ａ−４ シンチレーション素子の副素子 １６ 感知素子 １６ａ〜１６ｇ 感知素子 １６ａ−１〜１６ａ−４ 感知素子の副素子１７ａ−
１〜１７ａ−４ 結線 １８ 検出器回路 ２０ａ〜２０ｇ 前部入射面 ２２ａ〜２２ｇ 後面 ２４ａ〜２４ｄ コリメータ層 ２６ａ〜２６ｇ 反射層 ２８ａ〜２８ｆ 反射層
１４ａ−４ シンチレーション素子の副素子 １６ 感知素子 １６ａ〜１６ｇ 感知素子 １６ａ−１〜１６ａ−４ 感知素子の副素子１７ａ−
１〜１７ａ−４ 結線 １８ 検出器回路 ２０ａ〜２０ｇ 前部入射面 ２２ａ〜２２ｇ 後面 ２４ａ〜２４ｄ コリメータ層 ２６ａ〜２６ｇ 反射層 ２８ａ〜２８ｆ 反射層
Claims (20)
- 【請求項１】 （ａ） 長手方向に沿って整列した前
部入射面および後面を有していて、前記入射面が入射エ
ネルギーを受入れるために役立つような少なくとも１個
の長手方向に伸びるシンチレーション素子を含むシンチ
レータと、（ｂ） 前記長手方向に沿って互いに隣接し
て配置されかつ前記シンチレーション素子に隣接して配
置された複数の副素子を有する少なくとも１個の感知素
子を含む光学的感知手段とから成ることを特徴とする、
長手方向に沿って入射するエネルギー用の多重エネルギ
ー検出器。 - 【請求項２】 前記エネルギーがＸ線から成る請求項
１記載の検出器。 - 【請求項３】 前記エネルギーがβ線から成る請求項
１記載の検出器。 - 【請求項４】 前記副素子が相等しい長さを有する請
求項１記載の検出器。 - 【請求項５】 前記シンチレーション素子が前記長手
方向に沿って互いに隣接して配置された複数の副素子か
ら成る請求項１記載の検出器。 - 【請求項６】 前記シンチレーション素子の副素子の
数が前記感知素子の副素子の数と等しく、かつ前記感知
素子の副素子は前記シンチレーション素子の副素子にそ
れぞれ隣接して配置されている請求項５記載の検出器。 - 【請求項７】 前記シンチレーション素子の副素子上
に配置された反射層、および前記シンチレーション素子
の副素子間に配置されたエネルギービームフィルタが設
けられている請求項５記載の検出器。 - 【請求項８】 前記反射層がＴｉＯ２ から成り、か
つ前記フィルタがＣｕ、ＡｌまたはＰｂから成る請求項
７記載の検出器。 - 【請求項９】 前記反射層が約５０μｍ の厚さを有
し、前記フィルタが約１０μｍ 〜５ｍｍの範囲内の厚
さを有し、かつ前記シンチレーション素子の副素子が約
２５μｍ 〜３ｍｍの範囲内の厚さを有する請求項７記
載の検出器。 - 【請求項１０】 前記シンチレーション素子および前
記感知素子がいずれも２個の副素子から成る請求項５記
載の検出器。 - 【請求項１１】 前記シンチレータが横方向に並んで
配置された複数のシンチレーション素子を含み、かつ前
記感知手段が前記シンチレーション素子にそれぞれ隣接
して配置された複数の感知素子を含む請求項１記載の検
出器。 - 【請求項１２】 前記シンチレーション素子上に配置
された反射層、および、前記シンチレーション素子の間
に配置されたコリメータ層が設けられている請求項１１
記載の検出器。 - 【請求項１３】 前記反射層がＴｉＯ２ から成り、
かつ前記コリメータ層がＰｂまたはＷから成る請求項１
２記載の検出器。 - 【請求項１４】 前記反射層が約５０μｍ の幅を有
し、前記コリメータ層が約 １／８〜 １／４ｍｍの範
囲内の幅を有し、かつ前記シンチレーション素子の副素
子が約２５μｍ 〜３ｍｍの範囲内の幅を有する請求項
１２記載の検出器。 - 【請求項１５】 前記シンチレータが約２０〜５０モ
ル％のＧｄ２ Ｏ３ 、約１〜６モル％のＥｕ２ Ｏ３
および残部のＹ２ Ｏ３ から成る請求項１記載の検
出器。 - 【請求項１６】 前記シンチレータが約３０モル％の
Ｇｄ２ Ｏ３、約３モル％のＥｕ２ Ｏ３ および約６
７モル％のＹ２ Ｏ３ から成る請求項１５記載の検出
器。 - 【請求項１７】 前記シンチレータが約０．０２モル
％のＰｒ２ Ｏ３ を更に含有する請求項１６記載の検
出器。 - 【請求項１８】 前記シンチレータがＢＧｄＯ、Ｃｓ
Ｉ、ＣｄＷＯ４ またはＢｉＧｅから成る請求項１記載
の検出器。 - 【請求項１９】 前記シンチレーション素子の副素子
が直方体の形状を有する請求項５記載の検出器。 - 【請求項２０】 前記感知素子の副素子のそれぞれが
ＣＣＤの画素から成る請求項１記載の検出器。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US49366390A | 1990-03-15 | 1990-03-15 | |
| US493,663 | 1990-03-15 |
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|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE (1) | DE4107264A1 (ja) |
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