JP2008082764A - X線ラインセンサー - Google Patents
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Abstract
【課題】感度が高く出力アップした、例えば工業用非破壊検査用に好適なX線ラインセンサーの提供。
【解決手段】X線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された可視光を電気信号に変換する光電変換素子部とを具備してなるX線センサーであって、前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなることを特徴とする、X線ラインセンサー。
【選択図】図2
【解決手段】X線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された可視光を電気信号に変換する光電変換素子部とを具備してなるX線センサーであって、前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなることを特徴とする、X線ラインセンサー。
【選択図】図2
Description
本発明は、X線ラインセンサーに関する。より詳細には、本発明は、例えば工業用非破壊検査装置用に特に適したX線ラインセンサーに関する。
従来から、対象物に放射線を照射し、対象物を透過した放射線の強度分布を検出して対象物の放射線画像を得る装置は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。このような撮影の一般的な方法としては、増感紙/フィルム法が挙げられる。この方法は、X線を照射すると可視光に発光する蛍光体シート(増感紙)を感光性フィルムの両面に密着させ、対象物を透過したX線によって蛍光体で発光させ、その光を感光性フィルムで捉え、フィルム上に形成された潜像を化学処理で現像することにより可視化させることからなるものである。
一方、近年のデジタル技術の進歩により、放射線画像を電気信号に変換し、この電気信号を画像処理した後に、可視画像としてCRT等に再生することにより高画質の放射線画像を得る方式が求められている。このような放射線画像を電気信号に変換する方法としては、放射線の透過画像を一旦蛍光体中に潜像として蓄積して、後にレーザー光等の励起光を照射することにより潜像を光電的に読み出し、可視像として出力する放射線画像記録再生システム(CR:Computed Radiography)が提案されている。
そして、光電膜、加速電極及び蛍光膜を設けた大きな真空管と1インチ程度のCCDカメラを使用し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファイアTV(II−TV)方式が実現されている。
そして、光電膜、加速電極及び蛍光膜を設けた大きな真空管と1インチ程度のCCDカメラを使用し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファイアTV(II−TV)方式が実現されている。
また、近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、半導体センサを使用して同様に放射線画像を撮影する装置が開発されている。この種のシステムは、従来の感光性フィルムを用いる放射線写真システムと比較して、非常に広いダイナミックレンジを有しており、放射線の露光量の変動に影響され難い放射線画像を得ることができる利点を有している。更には、化学的処理を不要とし即時的に出力画像を得ることができる利点もある。
その1つの方式として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a−Si TFT)を用いたX線像を直接電気信号に変換する直接変換方式のほかに、X線像を一旦光信号に変換し、変換した光信号を電気信号に変換するいわゆる間接変換方式のX線検出器が提案されている。
従来、間接変換方式のX線検出器には、X線像を光信号に変換するために使用する放射線蛍光板が用いられている(特許文献1)。放射線蛍光板は支持体上にGd2O2S:Tbなどの蛍光体からなる蛍光体層を付設しているが、光電変換素子との組み合わせによる感度は、通常、従来の増感紙/フィルム系、CR、II−TVと比べて同等あるいはそれ以下である。
また、工業用途の食品検査などではX線ラインセンサーが使用されている。X線ラインセンサーは光電変換素子を横に一列に並べて蛍光板を貼り付けており、食品が運ばれてくるコンベヤーにX線管と共に設置し、流れてくる食品に対して連続的に画像を出しながら検査していく装置である(特許文献2)。その用途から、X線使用量は激しく、X線管の修理やメンテナンス、X線管の交換が頻繁に起こっている。したがって、X線センサーの感度を高くしてX線管の負担を軽減することが求められている。
特開2000−39407号公報
特開2002−232640号公報
上述したように、従来の放射線蛍光板では光電変換素子との組み合わせによる感度は不充分であった。
そこで、本発明は、人体に悪影響を及ぼさない、安定性のある材料を検討し、さらに感度を向上させることのできるX線ラインセンサーを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するものである。
したがって、本発明によるX線ラインセンサーは、X線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された光を感知する光電変換素子部とを具備してなるX線センサーであって、前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなること、を特徴とするものである。
このような本発明によるX線ラインセンサーは、好ましい態様として、前記セラミックシンシレータに隣接して可視光反射部が形成されたもの、を包含する。
このような本発明によるX線ラインセンサーは、好ましく態様として、前記セラミックシンチレータが、希土類オキシカルコゲナイド系蛍光体からなるもの、を包含する。
このような本発明によるX線ラインセンサーは、好ましく態様として、前記セラミックシンチレータが、酸硫化ガドリニウム蛍光体からなるもの、を包含する。
本発明によるX線ラインセンサーは、セラミックシンチレータを用いていることから、蛍光板に比べて透明性が良い。このため、X線によって発光した光はセラミックシンチレータ内部を透過しやすく、比較的に光消滅のない状態で光電変換素子へ到達することが可能となる。このため、検出器の出力アップへと繋がる。センサーの出力アップが達成されれば、検査のために検査対象に照射するX線量を落とすことができるので、X線管球への負担を少なくすることができ、X線管球の長寿命化へと繋がる。
また、セラミックシンチレータは蛍光板に比べて密度が高いため、X線の遮蔽力に優れている。そのため、X線による光電変換素子の劣化が少なく、センサーとしての寿命も長くなる。また、メンテナンスの頻度を少なくする効果もある。
よって、本発明によるX線ラインセンサーは、工業用非破壊検査、例えば食品検査などに使用した場合には、X線ラインセンサーの出力アップによる性能向上と、X線量の低減及び遮蔽能力向上によるセンサーの長寿命化が期待できる。
以下、本発明を実施するための特に好ましい一具体例を説明する。
図1は、X線検査装置を用いた検査システムの概要を示すものである。
図1において、1はX線画像撮影装置であって、このX線画像撮影装置1はX線センター2を内蔵している。X線検査に際し、X線発生装置3から出射されたX線は、被写体4に照射され、被写体4を透過したX線は一次元のライン状に配列した光電変換素子を具備するX線センサー2によって検出されるようになっている。この光電変換素子から出力される画像信号を画像処理手段5においてデジタル画像処理され、その情報はモニタ6に被写体4のX線画像として表示される。
図1は、X線検査装置を用いた検査システムの概要を示すものである。
図1において、1はX線画像撮影装置であって、このX線画像撮影装置1はX線センター2を内蔵している。X線検査に際し、X線発生装置3から出射されたX線は、被写体4に照射され、被写体4を透過したX線は一次元のライン状に配列した光電変換素子を具備するX線センサー2によって検出されるようになっている。この光電変換素子から出力される画像信号を画像処理手段5においてデジタル画像処理され、その情報はモニタ6に被写体4のX線画像として表示される。
図2は、本発明によるX線ラインセンサー20の断面を示すものである。
図2に示される本発明のX線センサー20は、X線を可視光に変換するシンチレータ部7、前記シンチレータ部7で変換された光を感知する光電変換素子部8とを具備してなるX線センサーであって、前記シンチレータ部7が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部8が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなるものである。
図2に示される本発明のX線センサー20は、X線を可視光に変換するシンチレータ部7、前記シンチレータ部7で変換された光を感知する光電変換素子部8とを具備してなるX線センサーであって、前記シンチレータ部7が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部8が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなるものである。
通常、シンチレータ部7は、X線ラインンサー20のX線照射面側(図2では左面側)に配置され、このシンチレータ部7において、照射されたX線の少なくとも一部が可視光に変換され、この可視光が光変換素子部8によって検出されるように、光変換素子部8が配置される。ここで、シンチレータ部7は、複数のセラミックシンチレータからなり、かつ光電変換素子部8が複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が配列していることにより、各セラミックシンチレータにおいて変換された可視光は、相対する各電変換素子によってそれぞれ別々に検出されるようになっている。このことによって、シンチレータ部7に照射されたX線照射パターンに対応した検出パターンを光変換素子部8から得ることができる。
この図2に示される本発明のX線センサー20は、6個のセラミックシンチレータからシンチレータ部7が構成され、そして、6個の光電変換素子から光電変換素子部8が構成されているが、セラミックシンチレータおよび(または)光電変換素子の数は、それぞれ任意である。通常、セラミックシンチレータの数と光電変換素子の数とは同一であることが好ましいが、場合により異なっていてもよい。なお、本発明によるX線ラインセンサーは、セラミックシンチレータおよび(または)光電変換素子の数がそれぞれ1個である場合も包含することとする。例えば、セラミックシンチレータおよび光電変換素子の数がそれぞれ1個であって、セラミックシンチレータおよび光電変換素子の形状がそれぞれ長方形であるX線センサーは、本発明によるX線ラインセンサーに包含される。
セラミックシンチレータの素子幅は、検査対象物の分解能と良く関連する。好ましくは0.1mm以上2.0mm以下、特に好ましくは0.2mm以上1.0mm以下である。0.1mm以下はセラミックシンチレータの加工が難しく、2mm以上は必要な分解能が得られない場合がある。
個々のセラミックシンチレータおよび(または)光電変換素子の形状は、四角形、特に正方形、が好ましいが、その他の形状であっても良い。また、複数個存在するセラミックシンチレータおよび(または)光電変換素子の形状は、実質的に同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。そして、個々のセラミックシンチレータと光電変換素子との大きさは、実質的に同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。
セラミックシンチレータの厚さは、好ましくは0.1mm以上3mm以下、特に好ましくは0.2mm以上2mm以下、である。セラミックシンチレータの厚さが0.1mm未満の場合薄いため十分な感度が得られない。一方、3mm超過の場合は厚すぎて光透過が悪化するため十分な感度が得られないことから好ましくない。
図2に示される本発明のX線センサー20おいて、9は必要に応じて配置される基板である。この基板9は、X線ラインセンサー20のX線非照射面側(図2では右面側)に配置されるのが一般的でありかつ好ましいが、X線センサー20の機能が得られるならば、シンチレータ部7と光電変換素子部8との中間位置に、あるいはシンチレータ部7のX線非照射面側に、配置することができるし、また複数箇所に設けることができる。
本発明によるX線ラインセンサー20では、前記セラミックシンチレータに隣接して可視光反射部10を形成することが好ましい。この可視光反射部10は、主として、シンチレータ部7においてX線の変換によって生じた可視光を反射させることによって、可視光が効率よく光変換素子部8に到達するようにするものである。この可視光反射部10は、シンチレータ部7において変換された可視光の光変換素子部8への到達を阻害しない位置ならば、任意の箇所に設けることができる。例えば、好ましくは、複数のセラミックシンチレータそれぞれの間に位置する隔壁として設けることができるし、X線ラインセンサー20の外周面、特にセラミックシンチレータ部7の側壁面に設けることができる。また、セラミックシンチレータのX線入射面に設けることができる。本発明では、可視光が出来るだけ効率よく光変換素子部8に到達するように、上記に挙げた全ての箇所に可視光反射部10を設けることが好ましい。
また、光電変換素子8には配線11を介して、光電変換された電気信号を処理する回路基板に接続される。
このような本発明によるX線ラインセンサー20は、例えば好ましくは図1に示されるX線センサー2として利用することができるものである。この場合、X線ラインセンサー20にX線が入射すると、X線はセラミックシンチレータ7で可視光に変換され、この可視光が直接的に、あるいは発生した可視光の少なくとも一部が可視光反射部11によって反射された反射光と共に、光電変換素子8に到達し、そので光電変換素子8によって電気信号に変換され、画像処理手段5においてデジタル画像処理され、その情報はモニタ6に被写体4のX線画像として表示される。
本発明によるX線ラインセンサー20におけるセラミックシンチレータ7は、蛍光体粉末を焼結して得ることができる。
上記の蛍光体に関しては、特に制限はなく、CaWO4、YTaO4、YTaO4:Nb、LaOBr:Tm、BaSO4:Pb、ZnS:Ag、BaSO4:Eu、YTaO4:Tm、BaFCl:Eu、BaF(Br,I):Eu、Gd2O2S:Tb、Y2O2S:Tb、La2O2S:Tb、(Y,Gd)2O2 S:Tb、また(Y,Gd)2O2S:Tb,Tmなどの公知の蛍光体を、単独あるいは組合せて用いることができる。
本発明のセラミックシンチレータでは、特に下記の式で表わされる希土類オキシカルコゲナイド系の蛍光体を用いることが好ましい。
M2O2 X:Y
[ただし、Mはイットリウム、ランタン、ガドリニウム、及びルテチウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、そしてXは硫黄、セレン、及びテルルからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Yはテルビウム、ユーロピウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。]
M2O2 X:Y
[ただし、Mはイットリウム、ランタン、ガドリニウム、及びルテチウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、そしてXは硫黄、セレン、及びテルルからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Yはテルビウム、ユーロピウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。]
さらに好ましいのは、X線が照射された際に、光電変換素子の受光感度分布にあった発光を示す蛍光体である。光電変換素子でよく使用されるa−Siの受光感度分布、および単結晶Siの受光感度分布を図3に示すように、a−Siでは600nm付近を受光ピークとするブロードな受光感度分布で、単結晶Siでは700〜800nmを受光ピークとするブロードな受光感度分布である。これにマッチングする、発光効率の高い蛍光体としてはユーロピウム付活希土類酸硫化物蛍光体が挙げられ、さらに好ましくはユーロピウム付活ガドリニウム酸硫化物蛍光体、ユーロピウム付活ルテチウム酸硫化物蛍光体、ユーロピウム付活ランタン酸硫化物蛍光体が挙げられる。
上述したような発光効率が高く、しかも光電変換素子の受光感度分布にマッチングした蛍光体を用いた場合に特に好適である。
可視光反射部10としては、例えば酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリアミド、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、ポリカーボネートなどの樹脂をフィルム状に成形したもの、紙やアルミニウム板などを貼り合わせることができる。上述のようなプラスチックフィルムや紙に二酸化チタン、炭酸カルシウムなどの光反射性物質または気泡を含有したものも使用することができる。また、シンチレータ表面に直接Al、Ag、Cr、Cu、Ni、Ti、Mg、Rh、Pt、Au等の金属蒸着膜を形成させてもよく、上記フィルム上に蒸着してもよい。また、光反射性物質を塗布溶液に調製し、シンチレータ表面に塗布することができる。このように設けた反射層は全反射率80%以上であることが好ましい。
また、画素ごとに配列されたセラミックシンチレータの間、即ち、各セラミックシンチレータの間には、散乱X線あるいは斜めに入射してくるX線を除去するために、必要に応じてX線遮蔽材を設けることができる。具体的には、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル等の遮蔽力の高い金属板あるいは箔を設けてることができる。または、上記のような金属粉末や希土類金属、希土類酸化物のようなX線遮蔽力を持つ粉末を有機高分子樹脂と混合して塗布することによって、X線遮蔽材を設けることができる。
セラミックシンチレータを製作するにあたっては、上記蛍光体粉末をCIP(冷間静水圧プレス)等で成形体を作成し、高温下で120〜200MPa程度の高圧力を付与することにより成形体を緻密化して高密度のセラミックス焼結体を得ることが好ましい。一般に、熱間等方圧プレス処理法(以下HIP処理法と称する)が用いられている。
HIP処理装置としては、上蓋と下蓋と圧力容器円筒とを備えて構成された一般的なHIP処理装置を用いることができる。この圧力容器円筒の内側には断熱層、ヒータが設置されており、ガス導入口から導入されるアルゴンガス等のガスを圧力媒体として熱間等方圧プレス処理する。
このようにして得られたセラミックシンチレータは、蛍光板に比べて透明性が良いため、X線によって発光した光はセラミックシンチレータ内部を透過しやすく、比較的に光消滅のない状態で光電変換素子へ到達する。このため、検出器の出力アップへと繋がる。1mm厚さのセラミックシンチレータの光透過率は主発光波長に対して30%以上であることが好ましい。このように、センサーの出力アップを達成すればX線量を落とすことができるので、X線管球への負担を少なくすることができ、X線管球の長寿命化へと繋がる。
また、セラミックシンチレータは蛍光板に比べて密度が高いため、X線の遮蔽力に優れている。そのため、X線による光電変換素子の劣化が少なく、センサーとしての寿命も長くなる。また、メンテナンスの頻度を少なくする効果もある。
この実施形態のセラミックシンチレータを用いたX線ラインセンサーは、工業用非破壊検査などに使用した場合には出力アップによる性能向上とX線量の低減、及び遮蔽能力向上によるセンサーの長寿命化が期待できる。特に、X線のエネルギーは25〜150kVが好ましい。
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
<実施例1>
Gd2O2S:Eu蛍光体を用いてCIP処理で成形体を作成し、HIP処理でセラミックシンチレータを作成した。また、ライン状に配列された複数の光電変換膜及び画素電極ごとにセラミックシンチレータを配列し、その間には白色のポリエステルフィルムを設けた。また、光電変換素子と接するセラミックシンチレータ面以外の表面には酸化チタンを含有した溶液を塗布し、反射層を設けた。セラミックシンチレータの厚さは1mmとした。このようにして、本発明によるX線ラインセンサーを作成した。
<実施例1>
Gd2O2S:Eu蛍光体を用いてCIP処理で成形体を作成し、HIP処理でセラミックシンチレータを作成した。また、ライン状に配列された複数の光電変換膜及び画素電極ごとにセラミックシンチレータを配列し、その間には白色のポリエステルフィルムを設けた。また、光電変換素子と接するセラミックシンチレータ面以外の表面には酸化チタンを含有した溶液を塗布し、反射層を設けた。セラミックシンチレータの厚さは1mmとした。このようにして、本発明によるX線ラインセンサーを作成した。
<実施例2>
実施例1においてGd2O2S:Eu蛍光体をGd2O2S:Tb蛍光体に換えた以外は実施例1と同様にして、本発明によるX線ラインセンサーを作製した。
実施例1においてGd2O2S:Eu蛍光体をGd2O2S:Tb蛍光体に換えた以外は実施例1と同様にして、本発明によるX線ラインセンサーを作製した。
<実施例3>
実施例1において反射層を設けないこと以外は実施例1と同様にして、本発明によるX線ラインセンサーを作製した。
実施例1において反射層を設けないこと以外は実施例1と同様にして、本発明によるX線ラインセンサーを作製した。
<比較例1>
Gd2O2S:Tb蛍光体からなり蛍光体層の厚さが300μmである蛍光板をシンチレータとし、これを実施例1と同様の光電変換素子の全面に、素子ごとに反射層を設けることなく貼りつけて、X線ラインセンサーを作製した。
Gd2O2S:Tb蛍光体からなり蛍光体層の厚さが300μmである蛍光板をシンチレータとし、これを実施例1と同様の光電変換素子の全面に、素子ごとに反射層を設けることなく貼りつけて、X線ラインセンサーを作製した。
以上のように、本発明によれば、感度の向上したX線ラインセンサーを提供することが可能となる。
1…X線画像撮影装置
2…X線ラインセンサー
3…X線発生装置
4…被写体
5…デジタル画像処理
6…モニタ
7…セラミックシンチレータ
8…光電変換素子
9…基板
10…可視光反射部10
11…配線
2…X線ラインセンサー
3…X線発生装置
4…被写体
5…デジタル画像処理
6…モニタ
7…セラミックシンチレータ
8…光電変換素子
9…基板
10…可視光反射部10
11…配線
Claims (4)
- X線を可視光に変換するシンチレータ部と、前記シンチレータ部で変換された可視光を電気信号に変換する光電変換素子部とを具備してなるX線センサーであって、
前記シンチレータ部が直線状に配列された複数のセラミックシンチレータからなり、かつ前記光電変換素子部が前記複数のセラミックシンチレータに相対して複数の光電変換素子が直線状に配列されてなることを特徴とする、X線ラインセンサー。 - 前記セラミックシンチレータに隣接して可視光反射部が形成された、請求項1に記載のX線ラインセンサー。
- 前記セラミックシンチレータが、希土類オキシカルコゲナイド系蛍光体からなる、請求項1または2に記載のX線ラインセンサー。
- 前記セラミックシンチレータが、酸硫化ガドリニウム蛍光体からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のX線ラインセンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006260899A JP2008082764A (ja) | 2006-09-26 | 2006-09-26 | X線ラインセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2006260899A JP2008082764A (ja) | 2006-09-26 | 2006-09-26 | X線ラインセンサー |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP (1) | JP2008082764A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011117966A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Carestream Health Inc | 接着された蛍光体層を有するデジタルx線撮影用検出器及びデジタルx線撮影用検出器を形成する方法 |
JP2011133395A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 放射線検出器および放射線撮影装置 |
-
2006
- 2006-09-26 JP JP2006260899A patent/JP2008082764A/ja active Pending
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JP2011117966A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Carestream Health Inc | 接着された蛍光体層を有するデジタルx線撮影用検出器及びデジタルx線撮影用検出器を形成する方法 |
JP2011133395A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 放射線検出器および放射線撮影装置 |
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