JP4984811B2

JP4984811B2 - 産業用ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4984811B2
Application number: JP2006279404A
Authority: JP
Inventors: 淳額賀; 博上村; 聡北澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP2008096321A

Description

本発明は、産業用Ｘ線ＣＴ装置に関する。

Ｓｉよりも密度の大きな化合物半導体ＣｄＴｅを用いてＸ線ＣＴ装置の検出器を製作することが試みられている。しかし、ＣｄＴｅ半導体放射線検出器(以下、ＣｄＴｅ検出器)は長時間の撮影によって感度が低下する。そこで、特許文献１では、Ｘ線検出の測定感度を向上させるとともに、長時間撮影時における画像の品質向上についても考慮している。また、非特許文献１ではＣｄＴｅ半導体に高電圧のバイアス電圧を印加する際に生じるリーク電流の影響を低減する構造について検討がなされている。

特開２００６−１０３６４号公報 K.Nakazawa, et. Al.："Improvement of the CdTe Diode Detectors using a Guard-ring Electrode,"IEEE Transaction on Nuclear Science，vol.51，Ｎo.４，ｐｐ１８８１−１８８５，（２００４）

しかしながら、産業用Ｘ線ＣＴ装置に用いるＣｄＴｅ検出器は、画像分解能を向上するために稠密に設置することが必須である。さらに、産業用Ｘ線ＣＴ装置は５年から１０年の長期にわたり使用されるものである。背景技術では、そのような長期にわたる使用により、ＣｄＴｅ検出器の感度特性が劣化することを防止する方法は考えられていなかった。

そこで、本発明は産業用Ｘ線ＣＴ装置を長期間に渡って使用することによって検出器の感度特性が劣化することを抑制することを目的とする。

本発明のＸ線検出器は、前記半導体結晶において前記Ｘ線の出射方向と平行な面に設けられた第１の電極と、該第１の電極に対向する面に、第２の電極，第３の電極及び第４の電極を備え、該第３の電極が前記半導体結晶にＸ線が入射する面の近傍に設けられるとともに、該第４の電極が前記半導体結晶にＸ線が入射する面とは反対側の面近傍に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、本発明は産業用Ｘ線ＣＴ装置を長期間に渡って使用することによって検出器の感度特性が劣化することを抑制することができる。

産業用Ｘ線ＣＴ装置は、物体の内部形状を観察，計測するために、非常に有用な非破壊検査装置である。このため、最近では自動車会社を中心に開発品の形状計測や、鋳造品の巣の分布計測などに活用されるようになってきた。大型鋳造品などの断層像を撮影するためには、透過力の高い高エネルギーＸ線を発生する加速器をＸ線源に用いた産業用Ｘ線
ＣＴ装置が開発されている。背景技術には電子線形加速器をＸ線源とし、短冊形のシリコン半導体検出器をＸ線検出器に用いた産業用Ｘ線ＣＴ装置が示されている。このＸ線ＣＴ装置は被試験体をＸ線ファンビームに垂直な軸周りに１回転させて断層像を撮影する、いわゆる第３世代方式のＣＴ装置である。

産業用Ｘ線ＣＴ装置において、シリコンを使用した半導体検出器では、１から１０MeVの高エネルギーＸ線の検出効率が２０％程度である。しかしながら、断層像の密度分解能を向上させるためには、検出器の検出効率（感度）が高いほど良い。また、シリコンよりもさらに密度が２倍ほど大きく、検出効率も約２倍向上できると予想されるＣｄＴｅ半導体検出器の使用が好ましい。

このためＣｄＴｅ半導体検出器を産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置に使用することが試みられている。しかし、ＣｄＴｅ検出器には分極効果により出力パルス波高が徐々に低下するという問題点がある。ここで、分極効果とは、電極近傍に電子がトラップされてセンサ内の電界が減少し、センサの感度が低下する現象であり、線量率やバイアス電圧に依存して影響は異なる。そのため、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置に使用する場合にも、出力電流が数分から数時間で減少するという問題点があった。

この問題点を解決するために、特許文献１では、リーク電流の少ないアノード（陽極）にＩｎ電極、カソード（陰極）にＰｔ電極を用いたショットキーダイオード型ＣｄＴｅ検出器に対して、順方向のバイアスをかけている。そして、リーク電流の多い状態で半導体検出器を使用することにより分極効果を無くすようにしている。さらに、非特許文献１では、分極効果を低減するためにＣｄＴｅ検出器に高バイアス電圧を印加し、それによって生じるリーク電流の影響を低減するために、センサ周囲にガードリングを配置している。

また、ＣｄＴｅ結晶の製造方法の改良が進み、より高純度の結晶が得られるようになってきた。このため、特許文献１に示すように、アノードにＩｎ電極とし、カソードにＰｔ電極を設けたＣｄＴｅ検出器においても、産業用Ｘ線ＣＴ装置で被試験体を１個撮像する時間（立体データを得るためには１から４時間程度）は、出力電流が低下することなく撮影することが可能になってきている。

ここで、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置に用いるＣｄＴｅ検出器の構造を比較例として示す。図１０は、比較例におけるＸ線検出器の構造を示す立面図と平面図である。CdTeの結晶５０の上下面全体にはＰｔ電極５１とＩｎ電極５２が蒸着されており、Ｉｎ／CdTe／Ｐｔ検出器を構成している。Ｉｎ／ＣｄＴｅ／Ｐｔ検出器はフレキシブル基板５３に接着される。フレキシブル基板５３側のＩｎ電極５２は、プリント配線端子５７に導電性接着剤で接合される。上方のＰｔ電極５１は、ボンディングワイヤー５５でプリント配線端子５６に結合されている。ＣｄＴｅ結晶の大きさは縦３mm×横４０mm×高さ０.５mm である。ヘビイメタル基板５４はタングステン合金製であり、検出器の保護と同時に隣の検出器に入射したＸ線の散乱や反挑電子を遮蔽する役割を担う。ＣｄＴｅ検出器は、Ｘ線が本図の矢印方向から入射するようにＣＴ装置に設置される。ＣｄＴｅは従来のＳｉに比べて約２倍の密度を有するため、入射Ｘ線に対する吸収効率、すなわち検出効率は約２倍になる。

但し、産業用Ｘ線ＣＴ装置では、通常、数年から１０年の長期間使用する。その期間、ＣｄＴｅ検出器の性能が変化しないことが望ましい。しかし、長期間保管しておいたCdTe検出器にＸ線を照射してその出力を測定すると、照射時間の経過につれて出力が低下するものもあることが判明した。図１１は、そのようなＣｄＴｅ検出器にＸ線を照射して４時間経過したときの出力低下率とバイアス電圧の関係を示す。Ｘ線源には１ＭＶ電子線形加速器を用いた。バイアス電圧は１００Ｖと２００Ｖの２種類とする。そして、ＣｄＴｅ検出器に加速器からのＸ線を直接照射した（遮蔽無し）場合、アクリル,アルミ、または鉄（ＳＵＳ）１０mmを検出器の前に設置した場合の４種類の条件で出力変化を測定した。

遮蔽無し（本図■データ）では、４時間で３０％（バイアス１００Ｖ）または１０％
（２００Ｖ）も出力が減少している。それに比べ、アクリル（□データ）等を検出器の前に設置すると、いずれのバイアス条件でも出力低下は大幅に減少し、ほぼ０に近づく。

１ＭＶ線形加速器からのＸ線のエネルギーは、最大１ＭｅＶから数１０ｋｅＶまで広く分布している。しかし、入射Ｘ線エネルギーの高低は、単にＣｄＴｅ結晶内での発生電荷量（電子・正孔対の数）の多少に関わるにすぎず、電荷収集メカニズムは同じである。ただし、ＣｄＴｅ結晶内に入射したＸ線の低エネルギーは、入射面から入射方向にみて、結晶前面近くでほとんど吸収される。一方、高エネルギーでは透過能力が高いため、結晶内で吸収されつつも奥まで到達する。

図１１の試験結果をみると、アクリル１０mmと鉄１０mmで出力低下の低減効果はほとんど同じであることがわかる。アクリル１０mmで遮蔽されるＸ線のエネルギーは、数１０
ｋｅＶ程度までであり、密度の高いアルミや鉄ではさらにエネルギーの高いＸ線も遮蔽される。前述のように、エネルギーの高低に関わらずＣｄＴｅ内部での電荷収集メカニズムは同じであることを考慮すれば、遮蔽によって出力低下が低減する効果は、検出器の入射面近傍において、Ｘ線による電荷発生量が減少したことにより発現していることが分かる。

また、ＣｄＴｅ検出器は、板状に切り出したウェハの両面に、電極を蒸着等で製作した後に短冊状に切り出して（ダイシング加工して）、検出器に加工されている。従って、電極が蒸着されていない切り出し面（即ち、電極に挟まれた４面）は、ダイシングされたままの面である。このような面は微視的にみれば欠陥が多く存在し、Ｘ線により発生した電子や正孔をトラップしたり、再結合を促進したりする。また、経年変化による欠陥増加や、材質変化，水素や酸素原子の侵入、などによりさらに欠陥が増加する可能性が大きい。

以上の考察から、経年変化の原因は検出器のＸ線入射面（ダイシング面）近傍の特性劣化が、検出器全体の感度低下（検出器の出力低下）の原因であると考えられる。本発明は以上の考察に基づき、ＣｄＴｅ検出器を長期間使用しても性能に変化を生じさせないことを目的にしている。

図１は本発明の一実施例の立面図と平面図である。本図は本発明を適用したＣｄＴｅ検出器４０４の構造を示している。なお、経年劣化する部材であれば、ＣｄＴｅ以外の部材に本発明を適用することも可能である。ヘビイメタル基板１０５の片面にフレキシブル基板１０４が接着され、その上に半導体結晶であるＣｄＴｅ結晶１００が接着される。Ｘ線の出射方向と平行な２面である、ＣｄＴｅ結晶１００の上面，下面には各々電極が蒸着されている。ＣｄＴｅ結晶は厚さ０.５mm ，幅３mm，奥行き４０mmである。奥行きが４０mmあると、４００ｋｅＶから１２ＭｅＶまでのＸ線に対して十分な感度を有する。本実施例では下面にＰｔ電極、上面に第１の電極であるＩｎ電極１０１となっている。Ｐｔ電極側に−バイアス電圧をかけるか、Ｉｎ電極側に＋バイアス電圧をかけることにより放射線検出器として動作する。本実施例では、Ｉｎ電極をグランド電位とし、Ｐｔ電極に−電圧をかける。Ｐｔ電極は、第３の電極であるＰｔプリ電極１０２と、第２の電極であるＰｔメイン電極１０３の２つが設置されている。Ｐｔプリ電極１０２の奥行き長さは０.２mm、Ｐｔプリ電極１０２とＰｔメイン電極１０３の間の隙間は０.０５mmであり、Ｐｔプリ電極１０２とＰｔメイン電極１０３は電気的に切り離されている。このような構成とすることで、Ｐｔメイン電極１０３とＩｎ電極１０１との間に位置するＣｄＴｅ結晶１００では、Ｘ線入射方向側にダイシング面が存在しない。そして、第３の電極であるＰｔプリ電極１０２はリーク電流を除去する役割を果たす。

ＣｄＴｅ検出器は、Ｘ線が本図左方向から入射させ、短冊状の検出器を立てた状態で
ＣＴ装置に設置する。このようにすることで、各検出器間のピッチが狭くなり、検出器の稠密化が可能となる。これにより透過データのサンプリング数が増加し、画像分解能が向上する。本実施例では検出器間のピッチが約１.２mmとなり、画像を再構成するためのデータサンプリングピッチが１mm未満となる。

また、第３の電極であるＰｔプリ電極１０２は、半導体結晶にＸ線が入射する面（ダイシング面）の近傍であって、Ｉｎ電極１０１に対向する面に設けられている。Ｐｔプリ電極１０２が、半導体結晶にＸ線が入射する面（ダイシング面）の近傍にあることで、ダイシング面に生じる劣化信号のみを取り出すことができる。

本ＣｄＴｅ検出器の使用方法は、Ｐｔプリ電極１０２とＰｔメイン電極１０３に負のバイアス電圧をかけ、Ｉｎ電極をグランド電位とする。そして、Ｐｔプリ電極１０２の出力電流は通常測定せず、Ｐｔメイン電極１０３を流れる電流をプリアンプで増幅し測定する。従って、検出器のＸ線入射面であるダイシング面近傍で発生する特性劣化信号と、Ｐｔメイン電極１０３で生じる非劣化部位の正常信号とが切り離され、長期間安定した性能を有するＣｄＴｅ検出器を実現できる。

ヘビイメタル基板１０５は、タングステンなどのヘビイメタルで製作されている。隣接した半導体検出器からの散乱電子や散乱Ｘ線を遮蔽するためには密度が高く、厚いほうが良いが、ＣＴ装置の分解能などの性能を考慮して決定する。本実施例ではタングステン合金０.５mm 厚の遮蔽板を用いている。使用するＸ線源のエネルギーが低い場合には、SUSや黄銅などの密度の少し低いものでも良い。

ＣｄＴｅ結晶１００のＰｔプリ電極１０２からの信号取り出しは、導電接着部１１４により、フレキシブル基板１０４上の配線１１３と接続される。Ｐｔメイン電極１０３の信号取り出しは、導電接着部１１２により、フレキシブル基板１０４上の配線１１１と接続される。Ｉｎ電極１０１はフレキシブル基板１０６上の配線１０９と導電接着部１１０で接着される。そして、配線１０９はフレキシブル基板１０４上の配線１０７と、導電接着部１０８で接着される。フレキシブル基板は０.１mm 厚のものを使用している。検出器の出力電流は小さく、厚さは最低限のもので問題なく使用できる。

図２に本実施例のＣｄＴｅ検出器のＸ線のエネルギーに対する検出効率を示す。横軸はＸ線のエネルギーを示し、横軸は検出効率を示す。効率曲線３０１は、比較例における
ＣｄＴｅ検出器の効率を示す。本実施例のＣｄＴｅ検出器の効率曲線３０２は、Ｘ線エネルギーが１００ｋｅＶ以下では、比較例の効率曲線３０１と比べ効率が低下する。しかし、Ｘ線エネルギーが１００ｋｅＶ以上では、本実施例と比較例は同等の検出効率を示す。また、Ｓｉ検出器の検出効率曲線３０３と比べると、１ＭｅＶの高エネルギー領域で約２倍の効率となる。

産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置で使用する電子線形加速器を用いたＸ線源は、１，３，６，９、および１２ＭｅＶの加速器がよく用いられる。Ｘ線源で発生するＸ線の平均エネルギーは加速電圧の約１／３である。したがって、Ｘ線の平均エネルギーである３００ｋｅＶから４ＭｅＶの領域では、本実施例におけるＣｄＴｅ検出器は比較例のＣｄＴｅ検出器と同等の検出効率を有している。

なお、産業用高エネルギーＸ線ＣＴでは自動車部品等の中・大型アルミ鋳造品や鉄鋳造品を撮像することが多い。また、１００ｋｅＶ以下のＸ線は、撮影時にほとんど被検体で吸収され、検出器に入射する量は少ない。従って、本実施例のＣｄＴｅ検出器が１００
ｋｅＶ以下のＸ線に対して検出効率が低いことは、装置としての応用上全く問題にならない。

なお、ＣｄＴｅ検出器の寸法は上記に限らないことは無論である。Ｐｔプリ電極の奥行き長さは、電極製作上問題なければ、さらに短くすることもできる。逆に奥行き長さを長くすることは、Ｐｔメイン電極における低エネルギーＸ線の感度を一層低下させることになるため、用途に応じて決める必要がある。１００ｋｅＶ以上のＸ線を検出するためには、本実施例で示した０.２mm程度が適当である。

図３は、ＣｄＴｅ検出器を使用した産業用Ｘ線ＣＴ装置の構成を示す図である。Ｘ線
ＣＴ装置７００は、Ｘ線を被試験体に出射する手段であり、Ｘ線ファンビーム４０２を出力するＸ線発生装置すなわち電子線形加速器４０１と、被試験体４１４を設置するスキャナ４０３，被試験体４１４を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器４０４−１から404−５１２と、Ｘ線検出器４０４のＳ／Ｎ比を向上させるために、Ｘ線検出器４０４への散乱Ｘ線の入射を抑える役割をするコリメータ４０５と、検出器の出力信号を増幅し、デジタル信号に変換する信号処理装置４１０と、信号処理装置４１０からのデジタルデータを収集すると共に装置全体を制御する制御装置４０６と、画像の再構成を行う画像再構成装置４０７と、画像再構成により作成された画像やその他の情報を表示する表示装置４０８と、制御装置４０６からの制御指令により電子線形加速器４０１，スキャナ４０３、及び信号処理装置４１０の動作を制御するコントローラ４０９からなる。

本図のＸ線ＣＴ装置７００は、被試験体を回転させて１断面を撮影する第３世代のＸ線ＣＴ装置を示している。スキャナ４０３は、回転機能のほかに、被試験体の各高さの断面撮影を行うために上下に動作する機能を持つ。

電子線形加速器４０１は、制御用ケーブル４１６によりコントローラ４０９に接続され、該コントローラによりＸ線ファンビームの発生・停止が制御される。スキャナ４０３も同様に制御ケーブル４１５で該コントローラ４０９に接続され、スキャナの回転・上下位置の調整が行われる。

Ｘ線検出器４０４は、図１に示したＣｄＴｅ検出器やＳｉ検出器が使われている。そして、ファンビーム４０２の発生点を見込むように一列に配置されており、本実施例では
５１２個が設置されている。該Ｘ線検出器は、スキャナの回転と同期して一定角度ごとに電子線形加速器４０１からＸ線パルスが出力される毎に、被試験体を透過してきたＸ線を検出する。該Ｘ線検出器４０４から出力されたＸ線量に対応する信号は、増幅されデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号が信号ケーブル４１７を通して制御装置406に送信された後、画像再構成装置４０７に送られ、ＣＴ画像の再構成に用いられる。

Ｘ線は、加速器の特性から通常、周期的に発生するパルス状Ｘ線となる。一般的な値としては、５ｍｓ周期に５μｓ幅の強力なＸ線パルス（Ｘ線光子の集まり）が出力される。本実施例では、被試験体を１回転する間に１９２０回Ｘ線パルスが照射され、データを測定する。すなわち、０.１８７５度ごとにＸ線量を測定する。５１２個の検出器があるため、１断層を再構成するためのデータは５１２×１９２０個のデータ量になる。

図４は信号処理装置４１０の構成を示す図である。信号処理装置４１０は、すべてのＸ線検出器４０４−１から４０４−５１２にバイアス電圧を供給するためのバイアス電源
４２７，各Ｘ線検出器からの出力電流を増幅するプリアンプ４２１−１〜４２１−５１２，プリアンプの出力をＡＤ変換するためにホールドするサンプリング・ホールドアンプ
（以下、Ｓ／Ｈアンプという）４２２−１〜４２２−５１２，ホールドされた信号をＡＤ変換するＡＤコンバータ４２３−１〜４２３−５１２，バス４２５を介して各ＡＤコンバータが出力するデジタルデータを読み取り、制御装置４０６にデータを転送するコントローラ４２６，Ｓ／Ｈアンプ４２２の出力ホールドやＡＤコンバータ４２３のＡＤ変換開始のタイミングを制御するタイミングコントローラ４２４からなる。

図５はプリアンプ４２１の構成とＣｄＴｅ検出器４０４との接続を示した図である。
ＣｄＴｅ検出器４０４のＩｎ電極は、同軸ケーブル４３１のシールド側によりグランドに接続される。また、Ｐｔメイン電極は、同軸ケーブル４３１の心線により、抵抗４３４を介してバイアス電源４２７に接続されると同時に、ＯＰアンプ４５６の反転入力にコンデンサ４４４を介して結合されている。反転入力は、ＯＰアンプの出力とフィードバック抵抗４５７とフィードバックコンデンサ４５８が結合される。Ｘ線パルスによって検出器から出力される出力パルス電流４６０は、コンデンサ４４４を通過し、ほとんどがコンデンサ４５８に供給される。そして、コンデンサ４５８において出力パルス電流４６０が積分されることにより電流・電圧変換され、プリアンプ４２１から電圧として出力される。

抵抗４３４はバイアス電圧を供給するための抵抗であるから、１から１０ＭΩの高抵抗が使用されている。コンデンサ４５８は、検出器からの電流を積分した際に、ＯＰアンプの出力が最大出力電圧を超えないように決定される。また、フィードバック抵抗４５７とコンデンサ４４４の値は、プリアンプ出力が、次のＸ線パルスによる検出器電流が入力される以前にＯＰアンプ出力がゼロになるような適切な値に設定する。たとえば、コンデンサ４５８が１０ｐＦのとき、フィードバック抵抗４５７は１０ＭΩ程度とすると、時定数１００μｓとなり、５μｓのパルス電流である検出器からの出力を積分するのに十分な時定数となる。

コンデンサ４４４は、電流積分の観点からは大きい程良い。本実施例では２００ｐＦに設定している。そして、Ｘ線パルスが５ｍｓ毎に連続入射する際に、ＯＰアンプ４５６の出力にＤＣ成分が出力されるのを防止する。プリアンプ４２１の後段に微分回路や波形整形回路を設ける場合には、コンデンサ４４４は０.１μＦのように、より大きな値でよい。

一方、Ｐｔプリ電極１０２は同軸ケーブル４３０の心線により、抵抗４３３を介してバイアス電源４２７に接続されている。抵抗４３３はバイアス供給用であるから、抵抗434と同じ値を使用している。コンデンサ４３２は０.１μＦである。

Ｘ線パルスが検出器に入射すると、Ｐｔプリ電極とＩｎ電極間でも電流が発生し、同軸ケーブル４３０にも電流４６１が流れる。しかし、電流４６１は抵抗４３３の前に設けたコンデンサ４３２を介してグランドに流れるため、プリアンプ４２１の出力には影響しない。なお、同軸ケーブルは外部ノイズの影響が無視できればツイストペア線を用いても良い。

従って、経年劣化によりＣｄＴｅ検出器のＸ線入射面近傍に欠陥が発生し、その部分の出力電流が減少したとしても、劣化信号と正常信号は分離されているため、測定結果には影響を及ぼさない。そして、検出器性能ひいてはＸ線ＣＴ装置の画質を長期に安定して保持できる。

図６は、ＣｄＴｅ検出器に入射するＸ線パルスと、検出器のメイン及びプリ電極の出力電流，プリアンプ出力電圧、および次段のＳ／Ｈアンプの出力電圧における時間変化を示した図である。前述のように、Ｘ線パルス幅Ｔｐ（＝ｔ１−ｔ０）は５μＳである。また、Ｘ線パルスの発生間隔（ｔ３−ｔ０）は一定であり、コントローラ９に制御されている。本実施例では５ｍｓである。検出器の出力電流は、Ｘ線パルスの有無に関わらず、一定の微小なリーク電流が流れており、検出器にＸ線が入射する間だけＸ線に起因する出力電流が増加する。図５で説明したプリアンプでは、Ｘ線によるメイン電極出力電流のみがコンデンサ４４４を通過してコンデンサ４５８に積分される。そのため、メイン電極からの出力電流のみが、プリアンプ出力電圧に寄与する。

プリアンプ出力電圧は、Ｘ線パルス発生前は０Ｖである。そして、Ｘ線パルスがＸ線検出器に入射している間（時刻ｔ０からｔ１）のプリアンプ出力電圧は、電流を積分して増加（反転回路なのでマイナス方向に）する。Ｘ線発生がなくなると、プリアンプ出力電圧は、一定の時定数で減衰し、０にもどる。Ｓ／Ｈアンプは、タイミングコントローラ424の制御によって時刻ｔ１で出力をホールドするため、ホールド期間（時刻ｔ１からｔ２）の間にＡＤコンバータでデジタル値に変換することができる。

図７は、Ｘ線ＣＴ装置にＣｄＴｅ検出器の劣化診断機能を付加したプリアンプ５２１の構成図を示す。プリアンプ５２１は、図５に示すプリアンプ４２１の代わりに使用する。回路上の違いは、Ｐｔプリ電極とＰｔメイン電極の２つの信号を切り替えるスイッチ560とその制御信号５６１を設けたことである。スイッチ５６０は、制御信号の状態により、２つの状態を取る。制御信号５６１はコントローラ４０９（図３）から出力される。図７では、プリアンプ４２１と同様に、Ｐｔプリ電極の出力電流はコンデンサ４３２に流れ、Ｐｔメイン電極の出力電流はＯＰアンプ４５６に入力される。

スイッチ５６０が切り替わると、Ｐｔメイン電極の出力電流がコンデンサ４３２に流れ、Ｐｔプリ電極の出力電流がＯＰアンプ４５６に入力される。この状態で、Ｘ線パルスを測定することにより、経年変化で出力が変化するＸ線入射面近傍の出力電流を測定することができる。そのため、ＣＴ装置運転開始初期と測定データを比較することにより、CdTe
検出器の交換時期を判定することができる。

なお、以上に述べた実施例のコンデンサや抵抗などの値は無論、この値に限定されるわけではない。

以上述べたように、Ｘ線検出器に本発明のＣｄＴｅ検出器と、ＡＣカップリング（交流結合）の電流・電圧変換プリアンプとを組み合わせることにより、ＣｄＴｅ検出器の高感度によるプリアンプ出力の増加が得られるだけでなく、検出器のＸ線入射面近傍の特性劣化などの経年変化による影響を除去できる。従って、Ｘ線ＣＴの測定感度を上げると同時に、長期間使用時にも再構成画像の品質が劣化しない産業用Ｘ線ＣＴ装置を提供できる。

図８は、実施例２におけるＣｄＴｅ検出器の構造図である。実施例１と同様に、ヘビイメタル基板１０５の片面にフレキシブル基板１０４が接着され、その上にＣｄＴｅ結晶
１００が接着される。ＣｄＴｅ結晶１００の上面，下面には各々電極が蒸着されている。ＣｄＴｅ結晶は厚さ０.５mm，幅４mm，奥行き４１.５mmである。電極は、実施例１と異なり、Ｘ線の入射するダイシング面におけるＰｔプリ電極１０２だけでなく、Ｐｔメイン電極１０３の後方に第４の電極であるＰｔリア電極７０２が設置される。第４の電極は、半導体結晶にＸ線が入射するダイシング面と反対側の面近傍に設けられている。電極の奥行き長さはＰｔプリ電極１０２、Ｐｔリア電極７０２ともに０.２mm としている。Ｉｎ電極１０１はフレキシブル基板１０６で配線される。電極配線の方法やバイアスのかけ方は実施例１と同じである。本実施例のＣｄＴｅ検出器は、実施例１の検出器と同様に産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置に適用できる。

本実施例の方法を適用すれば、実施例１の効果に加えて、後方のダイシング面において発生する経年劣化現象（欠陥増加，界面準位増加）による検出器の特性劣化も防止できる効果がある。

図９は、実施例３のＣｄＴｅ検出器の構造図である。実施例１と同様に、ヘビイメタル基板６０５の片面にフレキシブル基板６０４が接着され、その上にＣｄＴｅ結晶６００が接着される。ＣｄＴｅ結晶６００の上面，下面には各々電極が蒸着されている。ＣｄＴｅ結晶は厚さ０.５mm，幅４mm，奥行き４１.５mmである。Ｐｔプリ電極６０２は、実施例１，２と異なり、Ｘ線の入射するダイシング面だけでなく、残るダイシング面も含む４面の下部に配置されており、リング上に設置される。リングの幅は０.２mm としている。Ｐｔメイン電極６０３の外周側には、リング状のＰｔプリ電極６０２が設けられている。そして、Ｐｔプリ電極６０２は、半導体結晶に形成される４つのダイシング面の近傍に設けられている。Ｉｎ電極６０１は、フレキシブル基板６０６で配線される。

電極配線の方法やバイアスのかけ方は実施例１と同じである。本実施例のＣｄＴｅ検出器は、実施例１の検出器と同様に産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置に適用できる。

本実施例の方法を適用すれば、実施例１の効果に加えて、Ｘ線入射面以外のダイシング面（Ｐｔ電極とＩｎ電極に挟まれた、ＣｄＴｅ結晶６００の側面）において発生する経年劣化現象（欠陥増加，界面準位増加）による検出器の特性劣化も防止できる効果がある。

なお、実施例１〜３ともに、Ｉｎ電極を複数設け、Ｐｔ電極を１つとすることも可能である。但し、Ｉｎ電極面はリーク電流を減少させるショットキーダイオード構造となっているため、その特性が悪化しリーク電流が増加することも考えられるので注意が必要である。

さらに、両面の電極ともＰｔ電極とし、本発明を適用することも可能である。但し、この場合にはリーク電流は増加する。

本発明は産業用Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出部に利用でき、鋳造製品などの鋳巣検査や３次元形状データ取得，密度分布測定などに活用できる。

本発明の一実施例の構成を示す図である。本発明の一実施例の検出器のＸ線エネルギーに対する検出効率である。本発明の一実施例を使用した産業用Ｘ線ＣＴ装置の構成図である。本発明の一実施例の産業用Ｘ線ＣＴ装置の信号処理装置の構成図である。本発明の一実施例の産業用Ｘ線ＣＴ装置のプリアンプの構成とＣｄＴｅ検出器の接続を示す図である。本発明の一実施例のＣｄＴｅ検出器出力，プリアンプ出力，Ｓ／Ｈアンプの出力の時間変化を示した図である。本発明の一実施例のＸ線ＣＴ装置にＣｄＴｅ検出器の劣化診断機能を付加するためのプリアンプの構成図である。本発明の第２の実施例の構成を示す図である。本発明の第３の実施例の構成を示す図である。比較例の構成を示す図である。従来ＣｄＴｅ検出器をＸ線照射して４時間経過したときの出力低下率とバイアス電圧の関係を示す図である。

符号の説明

１００ＣｄＴｅ結晶
１０１Ｉｎ電極
１０２Ｐｔプリ電極
１０３Ｐｔメイン電極
１０４，１０６フレキシブル基板
１０５ヘビイメタル基板
４０１電子線形加速器
４０３スキャナ
４０４−１から４０４−５１２Ｘ線検出器
４０５コリメータ
４０６制御装置
４０７画像再構成装置
４０８表示装置
４０９コントローラ
４１０信号処理装置
４２１，５２１プリアンプ

Claims

Ｘ線を被試験体に出射する手段と、前記被試験体を透過したＸ線を半導体結晶で検出するＸ線検出器とを備えた産業用Ｘ線ＣＴ装置であって、
前記Ｘ線検出器は、前記半導体結晶において前記Ｘ線の出射方向と平行な面に設けられた第１の電極と、
該第１の電極に対向する面に、第２の電極，第３の電極及び第４の電極を備え、
該第３の電極が前記半導体結晶にＸ線が入射する面の近傍に設けられるとともに、
該第４の電極が前記半導体結晶にＸ線が入射する面とは反対側の面近傍に設けられることを特徴とする産業用Ｘ線ＣＴ装置。