WO2024090412A1 - Ｘ線撮像システムのｘ線検出器 - Google Patents

Ｘ線撮像システムのｘ線検出器 Download PDF

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WO2024090412A1
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ray
detector
ray detector
imaging system
collimator
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誠 小竹
好信 西山
陽介 舘野
浩司 亀崎
秀一 川崎
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日本結晶光学株式会社
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  • the present invention relates to an X-ray detector for an X-ray imaging system that can easily obtain an X-ray transmission image with the desired resolution or detection sensitivity when an X-ray transmission image is obtained by an X-ray detector using a scanned X-ray line sensor.
  • X-ray transmission imaging inspection is one method of non-destructively inspecting the interior of structures for this maintenance.
  • an X-ray detector using an X-ray line sensor is used.
  • X-ray detectors using X-ray line sensors are often used in non-destructive inspection for security and industrial purposes.
  • Patent Document 1 proposes an X-ray imaging system that includes an X-ray source that irradiates X-rays, a detector that detects X-rays that have passed through the subject to be imaged, a semiconductor detector array that moves inside the detector, a semiconductor detector array drive unit that moves the semiconductor detector array in the vertical direction, and a signal processing circuit that processes the measurement signals measured by the detector to create an image.
  • This X-ray imaging system uses a semiconductor detector that is highly sensitive to high-energy X-rays.
  • X-ray detectors that use X-ray line sensors have elements with one type of receiving area (pixel size) arranged in a one-dimensional manner. For this reason, if the amount of penetrating X-rays is small and the pixel size is small, the X-ray transmission image will have high resolution but low detection sensitivity, and if the pixel size is large, the X-ray transmission image will have low resolution but high detection sensitivity, and there are cases in which the desired X-ray transmission image cannot be obtained.
  • the present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide an X-ray detector for an X-ray imaging system that can easily obtain an X-ray transmission image with the desired resolution or detection sensitivity when an X-ray transmission image is obtained by an X-ray detector using a scanned X-ray line sensor.
  • the present invention provides an X-ray detector for an X-ray imaging system that acquires an X-ray transmission image, comprising an X-ray source that irradiates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays that have passed through a subject, and a signal processing circuit that processes measurement signals measured by the X-ray detector to produce an image, the X-ray detector having a plurality of X-ray line sensors in which the X-ray detection elements are arranged one-dimensionally in the horizontal direction and each group of X-ray detection elements is arranged back-to-back or facing each other, and a collimator provided at the end of the plurality of X-ray line sensors facing the X-ray source, and a drive control mechanism that moves the X-ray detector in the vertical direction and rotates the X-ray detector around the pixel pitch direction of the X-ray line sensor as the movement occurs, tilting it relative to the horizontal plane, and aligning the
  • each group of X-ray detection elements has a different receiving area size.
  • each group of X-ray detection elements has the same radiation receiving area size and is arranged with a horizontal offset.
  • the present invention is characterized in that in the above invention, the X-ray introduction width of the collimator is greater than the width of the X-ray detection element.
  • the X-ray introduction width of the collimator is equal to or greater than a predetermined value obtained by adding twice the width of the X-ray detection element to the X-ray introduction length of the collimator and the error width of the rear end portion of the collimator according to the angle control error angle of the drive control mechanism.
  • the present invention is characterized in that in the above invention, the X-ray line sensor has a scintillator and a photodetector that detects the scintillation light emitted by the scintillator.
  • the X-ray detector has a temperature sensor that measures the temperature of the X-ray detection element, and the signal processing circuit corrects the X-ray transmission image based on the temperature measured by the temperature sensor and information on the relationship between the temperature and the measurement signal that has been previously acquired.
  • the present invention is characterized in that in the above invention, the X-ray source is a pulsed X-ray source that irradiates X-ray pulses, and the signal processing circuit acquires a non-irradiation signal between the X-ray pulses and corrects the X-ray transmission image based on the non-irradiation signal.
  • the X-ray source is a pulsed X-ray source that irradiates X-ray pulses
  • the signal processing circuit acquires a non-irradiation signal between the X-ray pulses and corrects the X-ray transmission image based on the non-irradiation signal.
  • an X-ray transmission image is obtained by an X-ray detector using a scanned X-ray line sensor, an X-ray transmission image with the desired resolution or detection sensitivity can be easily obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an X-ray imaging system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the X-ray imaging system shown in FIG. 1 in the XZ plane.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration inside the housing with the outermost wall surface removed.
  • FIG. 4 is a plan view of the configuration of the X-ray detector and a schematic diagram of components connected thereto.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 4 taken along line AA.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the X-ray introduction width of the collimator, the width of the scintillator, and X-rays according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an X-ray imaging system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the X-ray imaging system shown in FIG. 1 in
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the X-ray introduction width of the collimator, the width of the scintillator, and X-rays in a conventional X-ray detector.
  • FIG. 8 is a diagram showing the positional relationship between the collimator and the scintillator.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of determining the X-ray introduction width of the collimator.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of determining the X-ray introduction width of the collimator.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a comparison between X-ray transmission images obtained by the X-ray detector according to the first embodiment and a conventional X-ray detector.
  • FIG. 12 is a diagram showing an output waveform of X-rays when the X-ray source is a pulsed X-ray source.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the configuration of an X-ray detector according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating the configuration of an X-ray detector according to the third modification.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an X-ray imaging system 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the X-ray imaging system 100 shown in FIG. 1 in the X-Z plane.
  • the X-ray imaging system 100 has an X-ray source 5 for irradiating X-rays and an X-ray detector 1, and is arranged so that the X-ray source 5 and the X-ray detector sandwich an object 6.
  • the X-ray detector 1 detects X-rays 7 that have passed through the object 6 and have been attenuated.
  • the X-ray detector 1 has a collimator 2 and an X-ray line sensor 3.
  • the X-ray line sensor 3 has X-ray detection elements arranged one-dimensionally in the horizontal direction ( ⁇ Y direction), and detects the X-rays 7 input through the collimator 2.
  • the collimator 2 is provided at the end of the X-ray line sensor 3 facing the X-ray source 5, and prevents various scattered rays from entering the X-ray line sensor 3. As will be described later, the collimator 2 is sandwiched between flat plates to form a parallel gap extending in the horizontal direction.
  • the collimator 2 may have through holes formed in the horizontal direction for each element of the X-ray line sensor 3. The gaps between the collimators 2 do not have to be parallel.
  • the X-ray detector 1 is placed inside the X-ray detection box 1a.
  • the X-ray detector 1 is moved at the same time.
  • This movement moves the X-ray detector 1 up and down ( ⁇ Z directions) and, in conjunction with this movement, rotates the X-ray detector 1 on the X-Z plane around the pixel pitch direction (horizontal direction) of the X-ray line sensor 3, i.e., around axis C, and tilts it relative to the horizontal plane (X-Y plane), aligning the irradiation direction of the irradiated X-rays with the X-ray introduction direction of the collimator 2.
  • Figure 3 is a perspective view showing the configuration inside the housing 4 with the outermost wall surface removed.
  • the movement of the X-ray detector 1 inside the housing 4 is performed by a drive control mechanism.
  • the drive control mechanism has drives 11a and 11b with a guide structure on the support parts at the four corners of the housing 4.
  • the drive unit 11a can move the collimator 2 side up and down via the X-ray detection box 1a.
  • the drive unit 11b can move the X-ray line sensor 3 side up and down via the X-ray detection box 1a.
  • the drive units 11a and 11b can independently control the amount of movement.
  • the drive units 11a and 11b can move up and down on guidelines 12 provided on the support parts of the housing 4 at the four corners of the X-ray detection box 1a.
  • the X-ray detector 1 is set to an inclination at each height position as shown in FIG. 2 by controlling the amount of movement of the drive unit 11a and drive unit 11b provided on the support pillars of the housing 4, and is set so that the X-ray detector 1 is positioned on a straight line from the generation point of the X-ray source 5 at every height position.
  • FIG. 4 is a plan view of the configuration of the X-ray detector 1 and a diagram showing the components connected thereto.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the X-ray detector 1 shown in FIG. 4 taken along line A-A.
  • the end of the X-ray line sensor 3 facing the X-ray source 5 is disposed at the end of the parallel gap of the collimator 2 in the X direction.
  • the X-ray line sensor 3 has a scintillator 31 and a photodetector.
  • the scintillator 31 emits scintillation light in response to incident X-rays.
  • the scintillation light is detected by the photodetector 32 provided on the side ( ⁇ Z direction) of the scintillator 31.
  • the scintillator 31 is provided with separators corresponding to each of the photodetector elements arranged in an array in the photodetector 32, preventing scattering and crosstalk of X-rays.
  • the photodetector 32 attached to the side of the scintillator 31 is not limited to the ⁇ Z direction of the scintillator 31 and may be any, for example, in the +X direction.
  • the photodetector 32 is provided on a substrate 33, and the scintillator 31 is disposed above the photodetector 32 (in the Z direction).
  • a reflective film is formed on the surface other than the photodetector 32 side, and an optical waveguide film is provided on the surface on the photodetector 32 side to guide the scintillation light to the photodetector 32.
  • the signal processing circuit 10 is connected to the other end (X direction) of the substrate 33, and wiring is formed on the substrate 33 to connect the photodetector 32 and the signal processing circuit 10.
  • the signal processing circuit 10 amplifies the measurement signal from each element of the photodetector 32, converts the amplified analog signal to a digital signal, and generates an X-ray transmission image based on the converted digital signal.
  • the number of elements in the X-ray line sensor 3 is, for example, 512, and in this embodiment, it is divided into four into 128 elements, and the four signal processing circuits 10 process the divided measurement signals in parallel.
  • the X-ray transmission image output from the signal processing circuit 10 is output to the control unit 20, and the synthesized X-ray transmission image is output to the display unit 30.
  • the control unit 20 also controls the driving of the above-mentioned drivers 11a and 11b.
  • the drivers 11a and 11b and the control unit 20 that controls the driving of these constitute a driving control mechanism.
  • the control unit 20 also associates the driving control (scan control) of the drivers 11a and 11b with the position of the acquired X-ray transmission image.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the X-ray introduction width d2 of the collimator 2 according to the first embodiment, the width d1 of the scintillator 31, and X-rays 7.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the X-ray introduction width d2 of the collimator 2, the width d1 of the scintillator 31, and X-rays 7 in a conventional X-ray detector.
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator 2 is made larger than the width d1 of the scintillator 31 (X-ray detection element).
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator 2 in the conventional X-ray detector is made approximately the same as the width d1 of the scintillator 31.
  • the collimator 2 and the X-ray line sensor 3 are scanned in the ⁇ Z direction, and are rotated around the axis C of the pixel pitch direction of the X-ray line sensor 3 via the X-ray detection box 1a according to the angle ⁇ at which the X-rays 7 arrive, and control is performed to make the arrival direction of the X-rays 7 coincide with the X-ray introduction direction of the collimator 2.
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator 2 is larger than the width d1 of the scintillator 31, so that even if an angle shift ⁇ 1 occurs, the X-rays 7 can arrive and be received in the entire front area of the collimator 2, and the desired resolution or detection sensitivity can be obtained.
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator 2 is larger than the width d1 of the scintillator 31.
  • the front end center (axis C) of the scintillator 31 is located at the center of the rear end side of the collimator 2
  • the width between the scintillator 31 and the collimator 2 is the error width d3
  • the error width d3 is determined by the X-ray introduction length W of the collimator 2 and the angle shift ⁇ 1 (half the angle control error angle of the X-ray detection box 1a).
  • the X-ray introduction width d2 is determined by the width d1 of the scintillator 31 and the error width d3.
  • the X-ray introduction width d2 is set to 3.62 mm or more, which is the width d1 plus twice the error width d3.
  • the X-ray introduction width d2 is set to 5 mm.
  • the error width d3 is 1.75 mm.
  • the X-ray introduction width d2 is set to 5.5 mm or more, which is the width d1 plus twice the error width d3. In this case, taking into consideration the unevenness in the accuracy of the angle shift ⁇ 1 and the prevention of receiving scattered rays, it is advisable to set the X-ray introduction width d2 to 7 mm.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a comparison of X-ray transmission images obtained by the X-ray detector 1 according to the first embodiment and a conventional X-ray detector.
  • FIG. 11(a) shows an example of an X-ray transmission image D11 captured by the X-ray detector 1 according to the first embodiment
  • FIG. 11(b) shows an example of an X-ray transmission image D12 captured by a conventional X-ray detector.
  • a concrete member having reinforcing bars 6a is used as the subject 6.
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator is the same as the width d1 of the scintillator 31, so that the X-ray transmission image D12 has a shadow 6b at a location where the X-ray 7 cannot be received due to an angular deviation with respect to the direction of arrival of the X-ray 7.
  • the X-ray introduction width d2 of the collimator is larger than the width d1 of the scintillator 31, so that even if an angular deviation with respect to the direction of arrival of the X-ray 7 occurs, there is no location where the X-ray 7 cannot be received, and a normal X-ray transmission image D11 without the shadow 6b can be obtained.
  • the measurement signal is affected by changes in the outside air temperature.
  • the temperature of the X-ray detector 1 rises, the dark current increases.
  • the measurement signal is calibrated using this dark current, but if there is a difference between the dark current at the time of shooting and the dark current at the time of calibration, the image quality of the X-ray transmission image is affected. Therefore, it is necessary to correct the measurement signal at the time of shooting for the drift caused by the temperature at the time of shooting.
  • the X-ray detector 1 is provided with a temperature sensor that measures the temperature of the X-ray detection element, and temperature information is added to the header of the line information of the image.
  • the signal processing circuit 10 corrects the X-ray transmission image based on the temperature (temperature information) measured by the temperature sensor and the relationship information between the temperature and the measurement signal obtained in advance.
  • a temperature sensor is used to perform temperature correction of the X-ray transmission image
  • the X-ray source 5 is a pulsed X-ray source that irradiates X-ray pulses such as a LINAC
  • the signal processing circuit 10 acquires a non-irradiation signal between the X-ray pulses and corrects the X-ray transmission image based on the non-irradiation signal.
  • the image signal for each line is corrected using a non-irradiation signal (dark output) during the period Toff when no X-ray pulse is irradiated.
  • a non-irradiation signal dark output
  • image correction by dark signal acquisition using the non-irradiation time of X-rays is possible even during imaging, so a more accurate X-ray transmission image can be obtained.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating the configuration of an X-ray detector 40 according to a second embodiment of the present invention. Note that in FIG. 13, the collimator 2 has been removed. As shown in FIG. 13, the X-ray detector 40 has X-ray line sensors 41 and 42 in which the X-ray detection elements are arranged one-dimensionally in the horizontal direction and each group of X-ray detection elements is arranged back-to-back or facing each other.
  • the ray-receiving area size S1 of the scintillator of the X-ray line sensor 41 differs from the ray-receiving area size S2 of the scintillator of the X-ray line sensor 42, with the ray-receiving area size S2 being larger than the ray-receiving area size S1.
  • X-ray transmission image D1 is obtained from X-ray line sensor 41
  • X-ray transmission image D2 is obtained from X-ray line sensor 42
  • X-ray transmission image D1 is an image with a higher resolution than X-ray transmission image D2
  • X-ray transmission image D2 is an image with a higher detection sensitivity than X-ray transmission image D1.
  • a high-resolution X-ray transmission image D1 and a high-detection-sensitivity X-ray transmission image D2 can be obtained simultaneously with a single scan.
  • the number of X-ray detection element groups is not limited to two, and three or more X-ray detection element groups may be arranged.
  • the pair of X-ray line sensors 41, 42 are connected to the same collimator 2. Therefore, in the case of a collimator 2 that does not have element-by-element partitions in the horizontal direction, it can be easily adapted even if the receiving area size is changed.
  • the detection sensitivity can be increased by combining the measurement signals of the X-ray line sensors 41 and 42 as necessary.
  • ⁇ Modification 3> 14 is an explanatory diagram for explaining the configuration of an X-ray detector 50 according to Modification 3.
  • the X-ray detector 50 according to Modification 3 has X-ray line sensors 51 and 52 in which X-ray detection element groups are arranged back-to-back or facing each other, as in the second embodiment, but each has the same radiation receiving area size S1. However, the pitches of the X-ray detection element groups of the X-ray line sensors 51 and 52 are shifted in the horizontal direction.
  • the X-ray line sensor in the above embodiment is a combination of a scintillator and a photodetector, but it is not limited to this and may be a semiconductor line sensor that directly detects X-rays.

Abstract

スキャンされるＸ線ラインセンサを用いたＸ線検出器によってＸ線透過画像を取得する場合、所望の解像度あるいは検出感度をもつＸ線透過画像を簡易に得ることができるＸ線撮像システムのＸ線検出器を提供することを目的とする。このため、Ｘ線検出器４０は、Ｘ線検出素子がそれぞれ水平方向に対して１次元状に配置されるとともに各Ｘ線検出素子群が背中合わせ又は向かい合わせに配置された複数のＸ線ラインセンサ４１，４２とＸ線源に面するＸ線ラインセンサ４１，４２の端部に設けられたコリメータとを有する。また、各Ｘ線検出素子群は、受線面積サイズＳ１，Ｓ２が異なる。

Description

Ｘ線撮像システムのＸ線検出器
　本発明は、スキャンされるＸ線ラインセンサを用いたＸ線検出器によってＸ線透過画像を取得する場合、所望の解像度あるいは検出感度をもつＸ線透過画像を簡易に得ることができるＸ線撮像システムのＸ線検出器に関する。
　近年、橋梁等の建造物の老朽化が問題となっており、メンテナンスが急務である。このメンテナンスのために建造物の内部を非破壊で検査する手法の一つとして、Ｘ線透過画像検査がある。このＸ線透過画像検査では、例えば、Ｘ線ラインセンサを用いたＸ線検出器が用いられる。Ｘ線ラインセンサを用いたＸ線検出器は、セキュリティ用や工業用の非破壊検査において良く用いられている。
　例えば、特許文献１では、Ｘ線を照射するＸ線源と、撮像対象被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、前記検出器の内部を移動する半導体検出器アレイと、前記半導体検出器アレイを上下方向に移動させる半導体検出器アレイ駆動部と、前記検出器で計測された計測信号を処理して画像化する信号処理回路とを備えたＸ線撮像システムが提案されている。このＸ線撮像システムは、高エネルギーＸ線に感度の高い半導体検出器を用いている。
特許第６４１１７７５号公報
　ところで、Ｘ線ラインセンサを用いたＸ線検出器は、１種類の受線面積（画素サイズ）をもつ素子が１次元状に配置されている。このため、透過するＸ線量が少なく、画素サイズが小さい場合、解像度は高いが検出感度が低下したＸ線透過画像となり、画素サイズが大きい場合、解像度は低いが検出感度が高いＸ線透過画像となり、所望のＸ線透過画像を得ることができない場合が生じる。
　なお、画素サイズの異なるＸ線ラインセンサに替えて再スキャンしたり、スキャン速度を変えた走査を行ったりすることも考えられるが、２度手間になる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スキャンされるＸ線ラインセンサを用いたＸ線検出器によってＸ線透過画像を取得する場合、所望の解像度あるいは検出感度をもつＸ線透過画像を簡易に得ることができるＸ線撮像システムのＸ線検出器を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、Ｘ線を照射するＸ線源と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器により計測された計測信号を処理して画像化する信号処理回路とを備え、Ｘ線透過画像を取得するＸ線撮像システムのＸ線検出器であって、前記Ｘ線検出器は、Ｘ線検出素子がそれぞれ水平方向に対して１次元状に配置されるとともに各Ｘ線検出素子群が背中合わせ又は向かい合わせに配置された複数のＸ線ラインセンサと前記Ｘ線源に面する前記複数のＸ線ラインセンサの端部に設けられたコリメータとを有し、前記Ｘ線検出器を上下方向に移動させるとともに該移動に伴って前記Ｘ線ラインセンサの画素ピッチ方向を軸に前記Ｘ線検出器を回転して水平面に対して傾斜させ、照射されたＸ線の照射方向と前記コリメータのＸ線導入方向とを一致させる駆動制御機構を備えたことを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、各Ｘ線検出素子群は、受線面積サイズが異なることを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、各Ｘ線検出素子群は、受線面積サイズが同一であり、水平方向にずらして配置されることを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、前記コリメータのＸ線導入幅は、前記Ｘ線検出素子の幅よりも大きいことを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、前記コリメータのＸ線導入幅は、前記Ｘ線検出素子の幅に、前記コリメータのＸ線導入長さ及び前記駆動制御機構の角度制御誤差角度に応じた前記コリメータの後端部分の誤差幅の２倍を加えた所定値以上であることを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、前記Ｘ線ラインセンサは、シンチレータと、該シンチレータが発光したシンチレーション光を検出する光検出器とを有することを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線検出素子の温度を計測する温度センサを有し、前記信号処理回路は、前記温度センサが計測した計測温度と、予め取得された温度と前記計測信号との関係情報をもとに前記Ｘ線透過画像を補正することを特徴とする。
　また、本発明は、上記の発明において、前記Ｘ線源は、Ｘ線パルスを照射するパルスＸ線源であり、前記信号処理回路は、前記Ｘ線パルス間における非照射信号を取得し、該非照射信号をもとに前記Ｘ線透過画像を補正することを特徴とする。
　本発明によれば、スキャンされるＸ線ラインセンサを用いたＸ線検出器によってＸ線透過画像を取得する場合、所望の解像度あるいは検出感度をもつＸ線透過画像を簡易に得ることができる。
図１は、本発明の実施の形態１であるＸ線撮像システムの概要構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示したＸ線撮像システムのＸ－Ｚ平面の側面図である。 図３は、最外周の外壁面を外した状態の筐体内の構成を示す斜視図である。 図４は、Ｘ線検出器の構成の平面図及びこれに接続される構成要素を模式的に示した図である。 図５は、図４に示したＸ線検出器のＡ－Ａ線断面図である。 図６は、本実施の形態１によるコリメータのＸ線導入幅とシンチレータの幅とＸ線との関係を示す図である。 図７は、従来のＸ線検出器におけるコリメータのＸ線導入幅とシンチレータの幅とＸ線との関係を示す図である。 図８は、コリメータとシンチレータの位置関係を示す図である。 図９は、コリメータのＸ線導入幅の決定の一例を示す説明図である。 図１０は、コリメータのＸ線導入幅の決定の一例を示す説明図である。 図１１は、本実施の形態１によるＸ線検出器と従来のＸ線検出器とによるＸ線透過画像を比較した一例を示す図である。 図１２は、Ｘ線源がパルスＸ線源のときのＸ線の出力波形を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態２であるＸ線検出器の構成を説明する説明図である。 図１４は、変形例３であるＸ線検出器の構成を説明する説明図である。
　以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施の形態１であるＸ線撮像システム１００の概要構成を示す斜視図である。図２は、図１に示したＸ線撮像システム１００のＸ－Ｚ平面の側面図である。図１及び図２に示すように、Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線を照射するＸ線源５とＸ線検出器１とを有し、Ｘ線源５とＸ線検出器とが被検体６を挟むように配置される。Ｘ線検出器１は、被検体６を透過し、減衰したＸ線７を検出する。Ｘ線検出器１は、コリメータ２とＸ線ラインセンサ３を有する。Ｘ線ラインセンサ３は、Ｘ線検出素子が水平方向（±Ｙ方向）に対して１次元状に配置され、コリメータ２を介して入力されたＸ線７を検出する。コリメータ２は、Ｘ線源５に面するＸ線ラインセンサ３の端部に設けられ、各種散乱線がＸ線ラインセンサ３に入射することを防止する。コリメータ２は、後述するように、平板に挟まれて水平方向に延びる平行間隙を形成している。なお、コリメータ２は、Ｘ線ラインセンサ３の素子ごとに水平方向に形成された貫通孔であってもよい。また、コリメータ２の間隙は平行でなくてもよい。
　Ｘ線検出器１は、Ｘ線検出ボックス１ａ内に配置される。Ｘ線検出器１は、Ｘ線検出ボックス１ａが筐体４の内側を移動することにより、同時に移動される。この移動（スキャン）は、Ｘ線検出器１を上下方向（±Ｚ方向）に移動させるとともに該移動に伴ってＸ線ラインセンサ３の画素ピッチ方向（水平方向）を軸に、すなわち軸Ｃを中心にして、Ｘ線検出器１をＸ－Ｚ面で回転して水平面（Ｘ－Ｙ平面）に対して傾斜させ、照射されたＸ線の照射方向とコリメータ２のＸ線導入方向とを一致させている。
　図３は、最外周の外壁面を外した状態の筐体４内の構成を示す斜視図である。上述したＸ線検出器１の筐体４内の移動は、駆動制御機構が行う。駆動制御機構は、筐体４の四隅の支柱部分に、ガイド構造による駆動部１１ａ，１１ｂを有する。ここで、駆動部１１ａは、Ｘ線検出ボックス１ａを介してコリメータ２側を上下に移動させることが可能である。また、駆動部１１ｂは、Ｘ線検出ボックス１ａを介してＸ線ラインセンサ３側を上下に移動させることが可能である。そして、これらの駆動部１１ａ，１１ｂは独立して、移動量を制御可能である。なお、駆動部１１ａ，１１ｂは、Ｘ線検出ボックス１ａの四隅に、筐体４の支柱部分に設けられたガイドライン１２上を上下に移動可能である。
　Ｘ線検出器１は、筐体４の支柱に設けられた駆動部１１ａと駆動部１１ｂの移動量を制御することにより、図２に示したような高さ位置毎における傾斜を設定し、どの高さ位置においてもＸ線検出器１が、Ｘ線源５の発生点から直線上に配置されるよう設定される。
　図４は、Ｘ線検出器１の構成の平面図及びこれに接続される構成要素を模式的に示した図である。また、図５は、図４に示したＸ線検出器１のＡ－Ａ線断面図である。図４及び図５に示すように、Ｘ線ラインセンサ３のＸ線源５に面する端部はコリメータ２の平行間隙のＸ方向の端部に配置される。Ｘ線ラインセンサ３は、シンチレータ３１と光検出器とを有する。シンチレータ３１は、入射したＸ線によりシンチレーション光を発光する。シンチレーション光は、シンチレータ３１の側部（±Ｚ方向）に設けられた光検出器３２により検出される。シンチレータ３１は、光検出器３２のアレイ配置された各光検出素子に対応してセパレータが設けられ、Ｘ線の散乱とクロストークとを防止する。なお、シンチレータ３１の側部に取り付けられる光検出器３２は、シンチレータ３１の±Ｚ方向に限らず任意であり、例えば、＋Ｘ方向であってもよい。
　光検出器３２は、基板３３上に設けられ、光検出器３２の上部（Ｚ方向）にシンチレータ３１が配置される。なお、セパレータで区分された領域内でシンチレーション光が外部に漏れないように、光検出器３２側以外の面には反射膜が形成されているとともに、光検出器３２側の面には、光導波膜を設けて光検出器３２にシンチレーション光を導波している。
　基板３３の他端側（Ｘ方向）には、信号処理回路１０が接続され、基板３３上には、光検出器３２と信号処理回路１０とを接続する配線が形成されている。信号処理回路１０は、光検出器３２の各素子からの計測信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号をもとにＸ線透過画像を生成する。なお、Ｘ線ラインセンサ３の素子配列数は、例えば５１２であり、本実施の形態では、１２８素子に４分割され、４つの信号処理回路１０が分割された計測信号を並列処理する。
　信号処理回路１０から出力されたＸ線透過画像は、制御部２０に出力され、合成されたＸ線透過画像が表示部３０に出力される。また、制御部２０は、上記の駆動部１１ａ，１１ｂを駆動制御する。駆動部１１ａ，１１ｂとこれを駆動制御する制御部２０は、駆動制御機構である。また、制御部２０は、駆動部１１ａ，１１ｂの駆動制御（スキャン制御）と、取得されたＸ線透過画像の位置とを関連付ける。
　図６は、本実施の形態１によるコリメータ２のＸ線導入幅ｄ２とシンチレータ３１の幅ｄ１とＸ線７との関係を示す図である。また、図７は、従来のＸ線検出器におけるコリメータ２のＸ線導入幅ｄ２とシンチレータ３１の幅ｄ１とＸ線７との関係を示す図である。図６に示すように、本実施の形態１では、コリメータ２のＸ線導入幅ｄ２は、シンチレータ３１（Ｘ線検出素子）の幅ｄ１よりも大きくしている。これに対し、従来のＸ線検出器のコリメータ２のＸ線導入幅ｄ２は、シンチレータ３１の幅ｄ１とほぼ同一としている。
　ここで、図６に示すように、コリメータ２及びＸ線ラインセンサ３は、±Ｚ方向にスキャンされるとともに、Ｘ線７が到来する角度θに応じて、Ｘ線検出ボックス１ａを介して、Ｘ線ラインセンサ３の画素ピッチ方向の軸Ｃを中心に回転され、Ｘ線７の到来方向とコリメータ２のＸ線導入方向とを一致させる制御が行われる。しかし、図７に示すように、Ｘ線７の到来方向とコリメータ２のＸ線導入方向２ａとに角度ずれθ１が生じると、従来のＸ線検出器では、コリメータ２内に到来するＸ線７がコリメータ２の先端部分や内壁に当たり、コリメータ２の前面の領域においてＸ線７を受線できない領域が生じて画像に影などが生じ、所望の解像度あるいは検出感度が得られなくなる。これに対し、図６に示した実施の形態１では、コリメータ２のＸ線導入幅ｄ２を、シンチレータ３１の幅ｄ１よりも大きくしているので、角度ずれθ１が生じてもコリメータ２の前面の領域すべてにＸ線７が到来して受線することができ、所望の解像度あるいは検出感度を得ることができる。
　ところで、コリメータ２のＸ線導入幅ｄ２は、シンチレータ３１の幅ｄ１よりも大きくしているが、具体的には、図８に示すように、シンチレータ３１の前端中心（軸Ｃ）がコリメータ２の後端側の中心に位置し、シンチレータ３１とコリメータ２との間のそれぞれの幅を誤差幅ｄ３とし、Ｘ線導入幅ｄ２は、幅ｄ１と２倍の誤差幅ｄ３とを加えた所定値（ｄ２＝ｄ１＋ｄ３×２）としている。なお、Ｘ線導入幅ｄ２は、所定値（ｄ２＝ｄ１＋ｄ３×２）以上であればよい。
　誤差幅ｄ３は、コリメータ２のＸ線導入長さＷ、及び、角度ずれθ１（Ｘ線検出ボックス１ａの角度制御誤差角度の半分）により決定される。そして、Ｘ線導入幅ｄ２は、シンチレータ３１の幅ｄ１、及び、誤差幅ｄ３により決定される。例えば、図９に示すように、Ｘ線導入長さＷが１５０ｍｍ、角度ずれθ１が０．５°（角度制御誤差角度＝±０．５°）の場合、ｄ３＝Ｗ×ｔaｎθ１の関係から、誤差幅ｄ３は１．３１ｍｍとなる。ここで、幅ｄ１が１ｍｍの場合、Ｘ線導入幅ｄ２は、幅ｄ１に２倍の誤差幅ｄ３を加えた３．６２ｍｍ以上に設定される。この場合、角度ずれθ１の精度ムラ及び散乱線の受線防止を考慮し、Ｘ線導入幅ｄ２を５ｍｍに設定するとよい。同様に、図１０に示すように、Ｘ線導入長さＷが２００ｍｍ、角度ずれθ１が０．５°（角度制御誤差角度＝±０．５°）の場合、誤差幅ｄ３は１．７５ｍｍとなる。ここで、幅ｄ１が２ｍｍの場合、Ｘ線導入幅ｄ２は、幅ｄ１に２倍の誤差幅ｄ３を加えた５．５ｍｍ以上に設定される。この場合、角度ずれθ１の精度ムラ及び散乱線の受線防止を考慮し、Ｘ線導入幅ｄ２を７ｍｍに設定するとよい。
　図１１は、本実施の形態１によるＸ線検出器１と従来のＸ線検出器とによるＸ線透過画像を比較した一例を示す図である。図１１（ａ）は、本実施の形態１によるＸ線検出器１により撮像されたＸ線透過画像Ｄ１１の一例を示し、図１１（ｂ）は、従来のＸ線検出器により撮像されたＸ線透過画像Ｄ１２の一例を示している。なお、いずれのＸ線透過画像Ｄ１１，Ｄ１２も、鉄筋６ａを有するコンクリート部材を被検体６としている。図１１（ｂ）では、コリメータのＸ線導入幅ｄ２がシンチレータ３１の幅ｄ１と同じであるため、Ｘ線７の到来方向に対する角度ずれによってＸ線７を受線できない箇所に影６ｂが生じたＸ線透過画像Ｄ１２となるが、図１１（ａ）では、コリメータのＸ線導入幅ｄ２がシンチレータ３１の幅ｄ１よりも大きいため、Ｘ線７の到来方向に対する角度ずれが生じてもＸ線７を受線できない箇所がなく、影６ｂなどのない正常なＸ線透過画像Ｄ１１を得ることができる。
＜変形例１＞
　ここで、Ｘ線検出器１は、屋外での検査になるため、外気温度の変化の影響で計測信号に影響を及ぼす。Ｘ線検出器１の温度が上昇すると、暗電流が増加する。Ｘ線透過画像を生成する場合、この暗電流により計測信号をキャリブレーションするが、撮影時の暗電流とキャリブレーション時の暗電流とに差がでると、Ｘ線透過画像の画質に影響を及ぼす。したがって、撮影時の計測信号に対して、撮影時の温度によるドリフト分を補正することが必要になる。
　そこで、本変形例１では、Ｘ線検出器１に、Ｘ線検出素子の温度を計測する温度センサを設け、画像のライン情報のヘッダに温度情報を付加し、信号処理回路１０は、温度センサが計測した計測温度（温度情報）と、予め取得された温度と計測信号との関係情報をもとにＸ線透過画像を補正する。
＜変形例２＞
　変形例１では、温度センサを用いてＸ線透過画像の温度補正を行うようにしていたが、変形例２では、Ｘ線源５がＬＩＮＡＣなどのＸ線パルスを照射するパルスＸ線源であり、信号処理回路１０がＸ線パルス間における非照射信号を取得し、該非照射信号をもとにＸ線透過画像を補正する。
　すなわち、図１２に示すように、Ｘ線パルスが照射されない期間Ｔｏｆｆの非照射信号（ダーク出力）を用いて、各ラインの画像信号を補正する。パルスＸ線源を用いることで、撮像中でもＸ線の非照射時間を利用したダーク信号取得による画像補正が可能になるため、より正確なＸ線透過画像を得ることができる。
＜実施の形態２＞
　ここで、被検体６が厚いコンクリートなどの場合、被検体６を透過するＸ線量が少ないため、Ｘ線検出器１は高い検出感度をもつことが要望される。しかし、高い検出感度をもたせるためには、Ｘ線ラインセンサ３の素子の受線面積を大きくする必要がある。一方、受線面積のサイズを大きくすると、高い解像度を得ることができない。すなわち、１種類の受線面積サイズをもつＸ線ラインセンサ３では、高い検出感度と高い解像度とを同時に得ることはできない。しかし、被検体６の厚みが変化した場合や被検体６の検査内容によっては、高い検出感度を優先したい場合と高い解像度を優先したい場合とがある。
　図１３は、本発明の実施の形態２であるＸ線検出器４０の構成を説明する説明図である。なお、図１３では、コリメータ２の構成を取り外している。図１３に示すように、Ｘ線検出器４０は、Ｘ線検出素子がそれぞれ水平方向に対して１次元状に配置されるとともに各Ｘ線検出素子群が背中合わせ又は向かい合わせに配置されたＸ線ラインセンサ４１，４２を有する。ここで、Ｘ線ラインセンサ４１のシンチレータの受線面積サイズＳ１とＸ線ラインセンサ４２のシンチレータの受線面積サイズＳ２とは異なり、受線面積サイズＳ２は、受線面積サイズＳ１に比べて大きい。
　この場合、Ｘ線ラインセンサ４１からはＸ線透過画像Ｄ１が得られ、Ｘ線ラインセンサ４２からはＸ線透過画像Ｄ２が得られる。そして、Ｘ線透過画像Ｄ１は、Ｘ線透過画像Ｄ２に比して高い解像度の画像となり、Ｘ線透過画像Ｄ２は、Ｘ線透過画像Ｄ１に比して高い検出感度の画像となる。
　本実施の形態２では、一度のスキャンで、高い解像度のＸ線透過画像Ｄ１と高い検出感度のＸ線透過画像Ｄ２とを同時に得ることができる。なお、Ｘ線検出素子群は２つに限らず、３以上のＸ線検出素子群を配置してもよい。
　なお、Ｘ線ラインセンサ４１，４２の対は、同一のコリメータ２に接続される。したがって、水平方向に素子単位の仕切りを設けていないコリメータ２の場合、受線面積サイズを変更しても、容易に適用することができる。
　また、受線面積サイズＳ１，Ｓ２が同一であっても、必要に応じて、Ｘ線ラインセンサ４１，４２の計測信号を合成することにより、検出感度を上げることができる。
＜変形例３＞
　図１４は、変形例３であるＸ線検出器５０の構成を説明する説明図である。変形例３のＸ線検出器５０は、実施の形態２と同様に、Ｘ線検出素子群が背中合わせ又は向かい合わせに配置されたＸ線ラインセンサ５１，５２を有するが、それぞれの受線面積サイズは同一の受線面積サイズＳ１である。ただし、Ｘ線ラインセンサ５１，５２の各Ｘ線検出素子群のピッチは水平方向にずらして配置される。
　したがって、複数のＸ線検出素子群を水平方向に接続して１つのＸ線ラインセンサを構成する場合、各Ｘ線検出素子群間の接合により隙間が生じやすいが、この隙間によって生じる影は、背中合わせ又は向かい合わせされた他方のＸ線検出素子によって補間することができる。この結果、広範囲のＸ線透過画像を高画質で得ることができる。
　上記の実施の形態などでのＸ線ラインセンサは、シンチレータと光検出器とを組み合わせたものであったが、これに限らず、Ｘ線を直接検出する半導体ラインセンサであってもよい。
　なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
　１　Ｘ線検出器
　１ａ　Ｘ線検出ボックス
　２　コリメータ
　２ａ　Ｘ線導入方向
　３　Ｘ線ラインセンサ
　４　筐体
　５　Ｘ線源
　６　被検体
　７　Ｘ線
　１０　信号処理回路
　１１ａ，１１ｂ　駆動部
　１２　ガイドライン
　２０　制御部
　３０　表示部
　３１　シンチレータ
　３２　光検出器
　３３　基板
　４０，５０　Ｘ線検出器
　４１，４２，５１，５２　Ｘ線ラインセンサ
　１００　Ｘ線撮像システム
　Ｃ　軸
　Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２　Ｘ線透過画像
　ｄ１　幅
　ｄ２　Ｘ線導入幅
　ｄ３　誤差幅
　Ｓ１，Ｓ２　受線面積サイズ
　Ｔｏｆｆ　期間
　Ｗ　Ｘ線導入長さ
　θ　角度
　θ１　角度ずれ

Claims (8)

  1. 　Ｘ線を照射するＸ線源と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器により計測された計測信号を処理して画像化する信号処理回路とを備え、Ｘ線透過画像を取得するＸ線撮像システムのＸ線検出器であって、
    　前記Ｘ線検出器は、Ｘ線検出素子がそれぞれ水平方向に対して１次元状に配置されるとともに各Ｘ線検出素子群が背中合わせ又は向かい合わせに配置された複数のＸ線ラインセンサと前記Ｘ線源に面する前記複数のＸ線ラインセンサの端部に設けられたコリメータとを有し、
    　前記Ｘ線検出器を上下方向に移動させるとともに該移動に伴って前記Ｘ線ラインセンサの画素ピッチ方向を軸に前記Ｘ線検出器を回転して水平面に対して傾斜させ、照射されたＸ線の照射方向と前記コリメータのＸ線導入方向とを一致させる駆動制御機構を備えたことを特徴とするＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  2. 　各Ｘ線検出素子群は、受線面積サイズが異なることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  3. 　各Ｘ線検出素子群は、受線面積サイズが同一であり、水平方向にずらして配置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  4. 　前記コリメータのＸ線導入幅は、前記Ｘ線検出素子の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  5. 　前記コリメータのＸ線導入幅は、前記Ｘ線検出素子の幅に、前記コリメータのＸ線導入長さ及び前記駆動制御機構の角度制御誤差角度に応じた前記コリメータの後端部分の誤差幅の２倍を加えた所定値以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  6. 　前記Ｘ線ラインセンサは、シンチレータと、該シンチレータが発光したシンチレーション光を検出する光検出器とを有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  7. 　前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線検出素子の温度を計測する温度センサを有し、
    　前記信号処理回路は、前記温度センサが計測した計測温度と、予め取得された温度と前記計測信号との関係情報をもとに前記Ｘ線透過画像を補正することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
  8. 　前記Ｘ線源は、Ｘ線パルスを照射するパルスＸ線源であり、
    　前記信号処理回路は、前記Ｘ線パルス間における非照射信号を取得し、該非照射信号をもとに前記Ｘ線透過画像を補正することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のＸ線撮像システムのＸ線検出器。
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