JPH07294644A - 放射線二次元検出器 - Google Patents
放射線二次元検出器Info
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Abstract
とができるとともに、大口径化することも容易な薄型の
放射線二次元検出器を提供する。 【構成】 放射線が入射するターゲット構造体3は、基
板11上に蛍光体12、ストライプ状の透明電極13、
光導電膜14がその順に積層形成されている。光導電膜
14を水平方向へ拡がった電子ビームeで一方向へ走査
する電子ビーム走査機構4は、複数本の線陰極22と、
選択された一つの線陰極22から電子ビームeを取り出
すための背面電極21および垂直集束電極23と、垂直
偏向電極24、加速電極25、減速電極26を含む。各
透明電極13の電流変化を検出することにより、電子ビ
ームeが入射した光導電膜14上の水平ラインに沿った
電位分布が読み出される。
Description
非破壊材料検査などに用いられるX線テレビジョンシス
テムにおいてX線画像を電気信号に変換したり、あるい
は原稿などの被写体を光学的に読み取って得られた可視
光を電気信号に変換するのに使用される放射線二次元検
出器に関する。
てのX線テレビジョンシステムでは、X線画像を電気信
号に変換するのに、X線イメージインテンシファイア
と、テレビジョン撮像管とを組み合わせている。すなわ
ち、イメージインテンシファイアにX線を入射し、Cs
I等の変換膜によって入力X線を可視光線に変換した
後、光電面より電子を放出させ、この電子を加速しなが
ら出力蛍光膜に結像させて可視光に変換し、この出力蛍
光膜から可視光の画像として出力する。そして、このイ
メージインテンシファイアの出力面に撮像管を光学的に
結合させ、光学レンズなどを介して可視光線の像をこの
撮像管の撮像面に結像させることにより、この撮像面
に、入射光に応じた電荷を蓄積し、これを電子ビームで
走査することにより読み出し、電気信号として出力す
る。
イスとしては二次元CCD(ChargeCoupled Device )
カメラがよく知られている。
X線イメージインテンシファイアとテレビジョン撮像管
とを組み合わせたX線テレビジョンシステムでは、X線
画像から最終の電気的画像信号が得られるまでには、上
記のようにX線−可視光線−電子−可視光線−光学系−
可視光線−電気信号というように多くの変換工程が含ま
れており、そのため変換効率が悪化する傾向にあり、最
終画像の信号対雑音(S/N)比を低下させる原因とな
ることが避けられない。それとともに、イメージインテ
ンシファイアと撮像管とを組み合わせるので、装置が複
雑・大型化するという問題がある。
いう利点はあるものの、その構成上、大面積化が困難で
あり、そのため、被写体の可視光像を縮小する光学系が
不可欠であるという難点がある。
れたものであって、X線や可視光などの放射線を効率よ
く電気信号に変換することができるとともに、大口径化
が可能で、かつ薄型の放射線二次元検出器を提供するこ
とを目的としている。
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明に係る放射線二次元検出器は、入射した二
次元分布の放射線を二次元分布の電荷に変換するターゲ
ット構造体と、前記ターゲット構造体の放射線入射面と
反対側の面を電子ビームで走査することにより、前記タ
ーゲット構造体に生じた二次元的な電位の分布を電気信
号として読み出す電子ビーム走査機構とを備え、前記タ
ーゲット構造体は、入射した二次元分布の放射線を二次
元分布の電荷に変換する変換膜と、前記変換膜にほぼ等
間隔に並設された複数本のストライプ電極とを含み、前
記電子ビーム走査機構は、前記ターゲット構造体に対向
するように前記ストライプ電極の長手方向に略等間隔に
並設された電子ビーム発生源としての複数本の線陰極
と、前記複数本の線陰極の中の選択された一つの線陰極
からのみ電子ビームを発生させ、その電子ビームを垂直
方向に集束して前方へ押し出す、前記各線陰極に対応し
て設けられた複数個の電子ビーム取り出し電極と、前記
取り出された電子ビームを垂直方向に偏向する、前記各
線陰極に対応して設けられた複数個の垂直偏向電極と、
前記垂直偏向電極を通過した電子ビームを前記ターゲッ
ト構造体の方向へ引き込む加速電極と、前記加速電極を
通過した電子ビームをターゲット構造体の手前で減速さ
せる減速電極と、を含むものである。
布の入射放射線はターゲット構造体の変換膜によって二
次元の電位分布に変換される。ターゲット構造体に生じ
た電位分布は電子ビーム走査機構によって以下のように
読み出される。まず、電子ビーム取り出し電極によっ
て、複数本の線陰極の中から一つの線陰極が選択され、
この線陰極から水平方向に拡がった電子ビームが取り出
される。この電子ビームは垂直偏向電極、加速電極、減
速電極を経て、ターゲット構造体の変換膜に入射する。
変換膜には線陰極(電子ビームの入射ライン)に沿って
ストライプ電極が並設されているので、各ストライプ電
極と線陰極との間に、電子ビームの入射位置における光
電膜上の電位に応じた電流がそれぞれ流れる。したがっ
て、各ストライプ電極ごとに電流変化を検出することに
より、電子ビームが入射した一水平ライン上の電位分布
が読み出される。変換膜上の一水平ラインの電位分布の
読み出しが終わると、垂直偏向電極によって、その電子
ビームを垂直偏向して隣接する水平ライン上に移す。そ
して、上述と同様に各ストライプ電極の電流変化を検出
して、その水平ライン上の電位分布を読み出す。予め定
められたライン数の電位分布の読み出しが終わると、電
子ビーム取り出し電極を切り換えることにより、次の線
陰極を選択し、この線陰極から取り出された電子ビーム
によって、上述と同様に変換膜上の予め定められたライ
ン数の電位分布を読み出す。以下、線陰極を順に選択す
ることにより、変換膜上の全領域の電位分布を読み出
す。
説明する。
線二次元検出器の一実施例であるX線撮像管の概略構成
図である。
-7〜10-9Torrの真空度に保たれた真空容器2内
に、入射した二次元分布のX線を二次元分布の電荷に変
換するターゲット構造体3と、このターゲット構造体3
のX線入射面と反対側の面を電子ビームで走査すること
により、ターゲット構造体3に生じた二次元的な電位の
分布を電気信号として読み出す電子ビーム走査機構4と
を備えている。
図、同図(b)の平面図に模式的に示したように、基板
11のX線入射側とは反対側の表面に蛍光体12を形成
し、その上に複数本のストライプ状の透明電極13と光
導電膜14とをその順に積層形成して構成されている。
強度を確保するためのもので、厚みが1〜2mmのアル
ミニウム、金属ベリリウム、ガラス、セラミック等のX
線透過材料を用いる。
された沃化セシウム(CsI:Na)、銀がドープされ
た硫化亜鉛(ZnS:Ag)、タングステン酸カルシウ
ム(CaWO4 )、タリウムがドープされた沃化セシウ
ム(CsI:Tl)等のX線に感応して可視光線を生じ
る材料を用いる。特に、X線変換効率の面から、Cs
I:Naの針状結晶構造体が好ましい。CsI:Naの
膜厚は、通常、200〜400μm程度である。
と酸素の合金であるITO、SnO2 等の透光性を備え
た導電性薄膜を用いる。光の散乱を防止するために透明
電極13は出来るだけ薄く(300 程度)形成され
る。ストライプ状の透明電極13の数は、X線撮像管1
の水平方向の分解能との関係で適宜に設定される。本実
施例では、1000本のストライプ状の透明電極13を
配している。
元分布の可視光像を二次元分布の電荷に変換するための
もので、蛍光体12の発光波長域に感度をもつものが使
用される。例えば、蛍光体12として青色発光のCs
I:Na、ZnS:Ag、CaWO4 を用いた場合は、
セレン(Se)を主成分とする非晶質半導体層(a−S
e)が好ましく用いられ、緑色発光のCsI:Tlの場
合はセレン化カドミウム(CdSe)が用いられる。
下のようにして製造される。まず、基板11の一方の面
に真空蒸着法でCsI:Naを被着することにより蛍光
体12を形成する。このとき、基板11の温度を200
〜400℃程度にすることにより、CsI:Naの針状
結晶構造体が得られる。蛍光体12の表面に真空蒸着
法、またはスパッタリング法によりITOを被着した
後、フォトリソグラフィ法によりストライプ状の透明電
極13を形成する。透明電極13の上にa−Se等を真
空蒸着法で被着することにより光導電膜14を形成す
る。
4の構造を説明する。図3の左側から順に、背面電極2
1、電子ビーム源としての線陰極22、垂直集束電極2
3、垂直偏向電極24、電子ビーム加速電極25、減速
電極26が配置されている。背面電極21および垂直集
束電極23は、この発明における電子ビーム取り出し電
極に相当する。
向に線状に分布する電子ビームを発生するように水平方
向に張架されている。このような線陰極22が適宜間隔
を置いて垂直方向に複数本設けられている。本実施例で
は、63本の線陰極22が設けられている(ただし、図
3では作図の便宜のために4本の線陰極22のみを示し
ている)。これらの線陰極22は、例えば直径10〜2
9μmのタングステン線の表面に酸化物陰極材料が塗着
されて構成されている。そして、後述するように、上方
の陰極線22から順に一定時間づつ電子ビームを放出す
るように制御される。これらの線陰極22と、ターゲッ
ト構造体3の透明電極13との間には高電圧Eが印加さ
れている(図1参照)。
ベース21aの線陰極22側のコの字状内面に、蒸着法
等によって、アルミニウム等の導体膜21bを線陰極2
2ごとに電気的に分離して被着形成されている。背面電
極21の各導体膜21bは、後述の垂直集束電極23a
との間で選択的に電位勾配を作り出し、電子ビームを一
定時間放出するように制御される線陰極22以外の他の
線陰極22からの電子ビームの発生を抑止し、かつ、発
生された電子ビームを前方向だけに向けて押し出す作用
をする。この背面電極21は、前述した真空容器2の後
壁の内面に付着された導電材料の塗膜によって形成され
ることもある。
ぞれと対向する水平方向に長いスリット30を有する導
電板31であり、線陰極22から放出された電子ビーム
をそのスリット30を通して取り出し、かつ垂直方向に
集束させる。
けられていてもよく、あるいは、水平方向に小さい間隔
(ほとんど接する程度の間隔)で多数個並べて設けられ
た貫通孔の列で実質的にスリットとして構成されてもよ
い。
れぞれの中間の位置に水平方向にして複数個配置されて
おり、それぞれ、絶縁基板32の上面と下面とに導電体
33a,33bが設けられたもので構成されている。そ
して、相対向する導電体33a,33bの間に垂直偏向
用電圧が印加され、電子ビームを垂直方向に偏向する。
bによって1本の線陰極22からの電子ビームを垂直方
向に16ライン分の位置に偏向する。そして、64個の
垂直偏向電極24によって63本の線陰極22のそれぞ
れに対応する63対の導電体対が構成され、結局、ター
ゲット構造体3の光導電膜14上に1008本の水平ラ
インを描くように電子ビームを垂直方向に偏向する。
の位置に水平方向にして設けられた複数個の導電板34
で構成されおり、電子ビームを引っ張り込むように作用
する。
れたメッシュ状の導電体35から構成されており、ター
ゲット構造体3の光導電膜14の直前で、電子ビームを
減速させ、垂直に入射するように作用する。
図1に示すように、被検体Mを透過した二次元分布のX
線は真空容器2の窓2aを介してターゲット構造体3に
入射する。ターゲット構造体3に入射したX線は基板1
1を透過して蛍光体12に達することにより、二次元分
布の可視光像に変換される。この可視光像が透明電極1
3を通って光導電膜14に入る。この光導電膜14が可
視光像を電荷に変換することにより、光導電膜14上
に、入射したX線透過像に対応した二次元の電位分布が
得られる。なお、光導電膜14には、線陰極22と透明
電極13との間に印加された高電圧Eによって高電界が
作用しているので、可視光像の入射によって光導電膜1
4に生じた電荷が光導電膜14上に電位分布となって現
れる。
ーム走査機構4によって以下のように読み取られる。背
面電極21と垂直集束電極23の作用により、一つの線
陰極22が選択されて、その線陰極22からのみ水平方
向に拡がった電子ビームeが取り出される。この電子ビ
ームeがターゲット構造体3の光導電膜14に入射する
(図2(b)参照)。光導電膜14には線陰極22(電
子ビームeの入射ライン)に直交する方向にストライプ
状の透明電極13が並設されているので、各透明電極1
3と線陰極22との間に、電子ビームeの入射ラインと
各ストライプ状の透明電極13との交差位置における電
位に応じた電流が流れる。これら電流の変化を図1に示
したように、各透明電極13に個別に接続された多段構
成の読み出し回路5によって電圧信号として取り出す。
の読み出しが終わると、垂直偏向電極24によって、そ
の電子ビームeを垂直偏向して隣接する水平ライン上に
移す。そして、上述と同様に各透明電極13の電流変化
を検出して、その水平ライン上の電位分布を読み出す。
予め定められたライン数(本実施例では、16ライン)
の電位分布の読み出しが終わると、背面電極21および
垂直集束電極23を切り換えることにより、次の線陰極
22を選択し、この線陰極22から取り出された電子ビ
ームeによって、上述と同様に光導電膜14上の予め定
められたライン数の電位分布を読み出す。以下、線陰極
22を順に選択することにより、光導電膜14上の全領
域の電位分布を読み出す。
分布の電位が、各読み出し回路5から電気信号として取
り出される。この電気信号はカメラコントロールユニッ
ト(CCU)6を経てビデオ信号となり、テレビジョン
モニター装置7に送られる。その結果、このテレビジョ
ンモニター装置7の画面上に、被写体MのX線透視像が
表示されることになる。
応した電気信号を得るための過程が、X線を可視光像に
変換する過程と、可視光像を電位分布に変換する過程
と、電位分布を走査して電気信号を得る過程とで構成さ
れるので、X線から電気信号に至るまでの変換過程が少
なく、そのためノイズが少ない。その結果、テレビジョ
ンモニター装置7の画面に表されるX線透過像はS/N
比の大きなものとなる。
を水平走査する必要がないので、水平偏向電極等が不要
であり、X線撮像管1の構成が簡単になるとともに、電
子ビームeの水平走査がない分だけ信号の帯域が狭くな
り、その結果としてS/N比が向上する(帯域をBとし
た場合、S/N比は1/B3/2 に比例することが知られ
ている)。
膜14は大面積化が容易であるので、関心領域の大きさ
にまで視野を広げることができる大口径のX線撮像管1
を作成することが可能である。しかも、複数本の線陰極
22から順に取り出した電子ビームを垂直偏向して光導
電膜14を走査するので、電子ビームを偏向するために
必要な経路は比較的短くてすみ、X線撮像管1の奥行き
を短くできる。
sI:Naの針状結晶構造は、その表面が平坦ではな
い。そのため、透明電極13と線陰極22との間に電圧
が印加されたとき、光導電膜14に局所的に高電界が集
中し、その部分で画素が破壊されてしまうおそれがあ
る。このような事態を避けるために、ターゲット構造3
を以下のように構成してもよい。 (1)蛍光体12の表面を平滑化加工する。 (2)蛍光体12と透明電極13との間に、表面が平滑
化されたファイバプレート、ガラス薄板、ポリイミド樹
脂、酸化シリコン等の平滑層を介在させた構成にする。
は、線陰極22から取り出した偏平な(線状分布の)電
子ビームeを光導電膜14の一水平ラインを同時に入射
させることにより、光導電膜14の一水平ラインの電位
分布を同時に読み出したが、本実施例では、垂直および
水平方向に絞られた複数本の電子ビームを光導電膜14
の一水平ラインに同時に入射させるとともに、これらの
電子ビームをストライプ状透明電極の幅に相当する複数
個の画素分だけ同時に水平走査することにより、光導電
膜14の一水平ラインの電位分布を読み出している。以
下、図4,図5を参照して説明する。
た電子ビーム走査機構の概略構成を示している。図4の
左側から順に、背面電極21、線陰極22、垂直集束電
極23a,23b、垂直偏向電極24、電子ビーム流制
御電極40、水平集束電極41、水平偏向電極42、電
子ビーム加速電極25、減速電極26が配置されてい
る。このうち、背面電極21、線陰極22、垂直集束電
極23a,23b、垂直偏向電極24、電子ビーム加速
電極25、減速電極26は、図3で説明した第1実施例
装置の各部と同様であるので、ここでの説明は省略す
る。ターゲット構造体3の基本構成も第1実施例と同様
であるが、この第2実施例では、ストライプ状透明電極
13の水平方向の幅が、第1実施例のものによりも広く
形成されており、複数個の画素分(図5の例では3画素
分)の幅をもっている。その結果、本実施例では、スト
ライプ電極13の個数は第1実施例のものよりも少な
く、上記のようにストライプ電極13が3画素分の幅を
もっている場合、ストライプ電極13の個数は第1実施
例のそれに対して略1/3である。
垂直方向に長いスリット43を有する導電板44で構成
されており、所定間隔を介して水平方向に複数個並設さ
れている。各電子ビーム流制御電極40はビーム選択制
御信号が与えられている間だけ電子ビームを通過させ
る。本実施例では、各電子ビーム流制御電極40に同時
にビーム選択制御信号が与えられることにより、各電子
ビーム流制御電極40から各々分離した電子ビームが取
り出される。各電子ビームは、水平方向に複数個(本実
施例では3個)の画素分の信号(光導電膜14上の電位
分布)を読み出すために用いられる。
40のスリット43と相対向する垂直方向に長い複数本
のスリット45を有する導電板46で構成され、1画素
に相当する大きさに電子ビームをそれぞれ水平方向に集
束して細い電子ビームにする。
ぞれの中間の位置に垂直方向にして複数本配置された導
電板47で構成されており、それぞれの間に水平偏向用
電圧が印加される。これにより、各水平偏向電極42間
を通る各電子ビームは水平方向に同時に偏向され、水平
方向に複数個の画素分に相当する、光導電膜14上の各
領域を同時に走査される。
によって、光導電膜14に生じた電位分布は以下のよう
に読み取られる。背面電極21と垂直集束電極23a,
23bの作用により、一つの線陰極22が選択されて、
その線陰極22からのみ電子ビームeが取り出される。
この電子ビームeは垂直偏向電極24を経て電子ビーム
流制御電極25に入ることにより、分離された複数本の
電子ビームeとして取り出される。各電子ビームeは水
平集束電極41、水平偏向電極42、加速電極25、減
速電極26を経て、ターゲット構造体3の光導電膜14
に同時に入射する。この様子を図5に示す。同図に示す
ように、各電子ビームeは、水平走査の開始時には、各
ストライプ状透明電極13の左端位置(図中のP1 位
置)に入射する。その結果、各透明電極13の左端位置
P1 に相当する個所の光導電膜14上の電位が、各透明
電極13に接続された読み出し回路5によって読み出さ
れる。
平偏向電極42の作用により、分離した各電子ビームe
が一斉に一画素分水平走査される。その結果、図5に示
した、透明電極13の中央位置P2 に相当する個所の光
導電膜14上の電位が同時に読み出される。P2 位置の
電位の読み出しが終わると、各電子ビームeが更に1画
素分水平走査されることにより、透明電極13の右端位
置P3 に相当する個所の光導電膜14上の電位が同時に
読み出される。以上のように、各電子ビームeがP1 か
らP3 へ水平走査されることにより、光導電膜14上の
一水平ラインの電位分布が読み出される。
ると、第1実施例と同様に、垂直偏向電極24の作用に
より、各電子ビームeが垂直方向へ1画素分走査され、
隣接する水平ラインの電位分布が同様に読み出される。
所定の複数ラインの電位分布が読み出されると、線陰極
22が切り換えられて、上述と同様にして複数ラインの
電位分布が読み出される。以下、線陰極22が順に切り
換えられることにより、光導電膜14の全領域の電位分
布が読み出される。
ず、種々変更実施可能である。例えば、第1実施例につ
いて見ると、電子ビーム走査機構の線陰極構造は、図3
に示した実施例のものに限定されず、例えば、図6に示
したような楔形状の複数本の線陰極22aを用いてもよ
い。このような線陰極構造によれば、線陰極22aを加
熱することなく、電子ビームを発生させたい線陰極22
aに高電界を作用させることにより、その線陰極22a
から水平方向に拡がった電子ビームを選択的に取り出す
ことができる。この場合、楔形状の線陰極の本数が水平
ライン数と同数になるように線陰極を緻密に構成すれ
ば、電子ビームを垂直偏向する構造は不要となり、更に
奥行きの短い検出器を実現することができる。
検出器の一例としてX線撮像管1を挙げたが、この発明
はこれに限定されず、入射放射線が可視光である場合も
適用することができる。この場合、蛍光体12を除いて
ターゲット構造体を構成すればよいことは勿論である。
明に係る放射線二次元検出器は、入射放射線像を二次元
分布の電位に変換し、これを電子ビームで走査すること
によって電気信号を得ているので、入射放射線像から電
気信号を得るまでの変換過程が少なく、S/N比の高い
画像信号を得ることができる。
射ラインに沿った変換膜上の電位分布は、電子ビームの
入射ラインに沿って並設されたストライプ電極によって
それぞれ読み出されるので、その方向への電子ビームの
走査を最小限に抑えることができ、その結果、信号の帯
域が狭くなり、その分、S/N比を向上することができ
る。
ム発生源として複数本の線陰極を用いているので、単一
の電子銃を用いたものに比べて、電子ビームを走査する
のに必要な経路長さが短くなり、そのだけ放射線二次元
検出器を薄型化することができる。また、電子ビームを
大きく走査する必要がないので、画像周辺部の歪みを少
なくすることも可能である。
換する変換膜は、その構成上、大面積化することが容易
であるので、この発明によれば大口径の放射線二次元検
出器を実現することもできる。
例の概略構成図である。
る。
る。
示した図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 入射した二次元分布の放射線を二次元分
布の電荷に変換するターゲット構造体と、前記ターゲッ
ト構造体の放射線入射面と反対側の面を電子ビームで走
査することにより、前記ターゲット構造体に生じた二次
元的な電位の分布を電気信号として読み出す電子ビーム
走査機構とを備え、前記ターゲット構造体は、入射した
二次元分布の放射線を二次元分布の電荷に変換する変換
膜と、前記変換膜にほぼ等間隔に並設された複数本のス
トライプ電極とを含み、前記電子ビーム走査機構は、前
記ターゲット構造体に対向するように前記ストライプ電
極の長手方向にほぼ等間隔に並設された電子ビーム発生
源としての複数本の線陰極と、前記複数本の線陰極の中
の選択された一つの線陰極からのみ電子ビームを発生さ
せ、その電子ビームを垂直方向に集束して前方へ押し出
す、前記各線陰極に対応して設けられた複数個の電子ビ
ーム取り出し電極と、前記取り出された電子ビームを垂
直方向に偏向する、前記各線陰極に対応して設けられた
複数個の垂直偏向電極と、前記垂直偏向電極を通過した
電子ビームを前記ターゲット構造体の方向へ引き込む加
速電極と、前記加速電極を通過した電子ビームをターゲ
ット構造体の手前で減速させる減速電極と、を含むこと
を特徴とする放射線二次元検出器。
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