(57)【要約】【課題】  高感度で小型化が容易であり、しかも放射線損傷が少ない一次元イメージセンサを提供する。【解決手段】  基本構成として、被検体（不図示）を透過した放射線１（電磁波あるいは放射線）の入射する方向に延在するシンチレータ２を備えている。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向であって上記シンチレータ２の下部に配置された光学素子３と、該光学素子３の更に下部に配置された二次元受光素子４とを有する。これ等は、好ましくはスリット状の開口部５を有する遮蔽体６に覆われている。上記開口部５の所定の箇所にはシンチレータ２で発生するシンチレーション光の遮光膜７が取り付けられる。そして、二次元受光素子４の光電変換で生成した電気信号の出力を外部に伝送するケーブル８、電気回路９が取り付けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元イメージセンサであって、
前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、
前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送される前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、
を有することを特徴とするラインセンサ。
【請求項２】
前記曲折する方向は、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向に対してほぼ直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサ。
【請求項３】
前記シンチレータは、針状もしくは柱状のシンチレータあるいは複数のシンチレータが束ねられた構造体であり、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向に延在して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラインセンサ。
【請求項４】
前記針状もしくは柱状のシンチレータは、ＣｓＩ結晶シンチレータにより構成され、前記複数のシンチレータは、プラスチックシンチレータあるいはセラミックスシンチレータを含んで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のラインセンサ。
【請求項５】
前記光学素子は、多数本の光ファイバが束ねられた構造体により構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のラインセンサ。
【請求項６】
前記二次元受光素子は、二次元配列の画素を有する受光素子であり、前記受光した出射光により生成した電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算した一次元信号として出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のラインセンサ。
【請求項７】
前記受光した出射光の電気信号を積算する前記二次元配列の画素の範囲が、前記電磁波または放射線のエネルギーに合わせて異なることを特徴とする請求項６に記載のラインセンサ。
【請求項８】
前記二次元受光素子は、前記シンチレータから前記光学系を通して伝送される出射光を色別に分け、前記色別した出射光により生成する電気信号を積算することを特徴とする請求項６又は７に記載のラインセンサ。
【請求項９】
カラーフィルタが、前記シンチレータと前記光学素子の間、あるいは、前記光学素子と前記二次元受光素子の間に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のラインセンサ。
【請求項１０】
前記シンチレータは、前記電磁波または放射線が入射する方向にその厚さが薄くなるように取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のラインセンサ。
【請求項１１】
前記電磁波または放射線に対して異なる反応をする複数種のシンチレータが、前記電磁波または放射線の入射する方向に並べて取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のラインセンサ。
【請求項１２】
被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器であって、
前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、
前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、を有し、
前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する領域に開口部を有する遮蔽体が前記光学素子および前記二次元受光素子を覆って設けられていることを特徴とするラインセンサユニット。
【請求項１３】
前記二次元受光素子が二次元配列の画素を有する受光素子であり、前記受光した出射光により生成した電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のラインセンサユニット。
【請求項１４】
被検体に電磁波あるいは放射線を照射する放射線源と、前記被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器を備え、
前記一次元放射線検出器は、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、を有し、
前記放射線源と前記一次元放射線検出器との間を前記被検体が相対的に一次元移動することを特徴とする放射線非破壊検査システム。
【請求項１５】
前記二次元受光素子が二次元配列の画素を有する受光素子であり、前記受光した出射光により生成した電気信号を、前記電磁波あるいは放射線の前記シンチレータに入射する方向に積算し一次元信号とする積算回路が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の放射線非破壊検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波、放射線のエネルギー線源を用いた被検体の非破壊測定技術に係り、詳しくは被検体を透過したエネルギー線を検出するラインセンサ、ラインセンサユニット及びそれを用いた放射線非破壊検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線、γ線あるいは中性子線のような放射線が被検体を透過する際には、その構成物質の種類や形状によって吸収や散乱が異なってくる。これを映像として写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、被検体の破損状態、変化、充填状況等を把握することができる。これは、一般にレントゲン写真で人体の内部の状態を診察するのと同じ原理である。検査したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を放射線で測定するこのような方法はラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。
【０００３】
通常、ラジオグラフィでは、一次元イメージセンサであるライン型センサ（ラインセンサという）あるいは二次元イメージセンサであるエリア型センサ（エリアセンサという）から成る放射線イメージセンサが使用される。ラインセンサは高分解能を有しており医療診断や工業用非破壊検査などに利用される。このラインセンサは、放射線に感応する線状あるいは帯状（以下、ライン状という）に配置されたシンチレータを備え、放射線源との間を通過する被検体の内部の欠陥や異物を測定する。このため、このようなイメージセンサは、常時に検査物質が流れる工場におけるインライン検査装置に組み込まれて使用される場合が多い。
【０００４】
これに対しエリアセンサは、一般にラインセンサのように高分解能にはならないがラインセンサに比べて感度が高くなる。特に、Ｘ線イメージインテンシファイア（Ｘ線Ｉ．Ｉ．という）は、極めて高感度になる。このために、このようなエリアセンサは、被爆低減が必須になる非破壊検査において好適になる。
【０００５】
上述したように、ラインセンサは高分解能であるがエリアセンサのように高感度にするのが難しい。ラインセンサの分解能は、ライン状に配置されたシンチレータから発光する閃光（シンチレーション光）を受光する光センサをライン状に高密度に配置することにより容易に向上させることが可能である。しかし、その一方において、シンチレータが上記ライン状になることから、Ｘ線あるいはγ線が照射する領域がエリアセンサの場合に比べて狭くなり、その感度が必然的に低くなる。そして、Ｘ線あるいはγ線の光子エネルギーが高くなってくる場合、光子エネルギーの増大と共にシンチレータとの反応効率が低下し、上記感度の低下がより顕著になってくる。
【０００６】
また、複数種の放射線を用い色弁別して非破壊検査する手法（例えば、特許文献１参照）は、上述したように感度が低くなるために、色弁別の手法をラインセンサにおいて利用することが難しい。
【０００７】
上記感度を向上させるためには、放射線がシンチレータと反応する領域を広くすることが考えられる。しかし、反応領域を広くすると測定の位置分解能は反応領域が大きくなった分だけ悪くなる。この場合、感度と分解能は、両方を良くするのが難しく、どちらかが犠牲にならざるを得ない。
【０００８】
そこで、分解能を犠牲にしないで感度を向上させる第１の方法として、シンチレータの反応領域すなわち発光領域を広くしないで、光センサなど電気信号に変換した後に電子増幅する方法が従来より考案され使用されている。上記Ｘ線Ｉ．Ｉ．はまさしく電子増幅機能をイメージセンサに組み込んだものである。
【０００９】
そして、その第２の方法として、シンチレータで発光する微量の光子を検知できる光センサとして、例えば電荷結合素子から成るＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型センサのような半導体受光素子を使用するものがある。
【００１０】
また、上記感度を向上させる第３の方法として、放射線の照射時間を長くした積分機能により測定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この方法は、フィルムや輝尽性蛍光シートなどを用い、被検体を透過する放射線の光子量を累積して計測できるようにしたものである。上記輝尽性蛍光シートを利用したものに、Ｘ線、γ線および中性子線の感度を向上させるイメージングプレートがある。
【特許文献１】特開平１１−２７１４５３号公報
【特許文献２】特開平４−２９０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記感度を向上させる第１の方法では、ラインセンサあるいは放射線検出装置の大型・重量化が避けられない。このために、この方法は、それを備えた放射線非破壊検査システムの小型化が難しくなるという大きな問題があった。
【００１２】
そして、第２の方法は、上記受光素子を構成する半導体素子の放射線耐性が極めて低いために、ラインセンサあるいはそれを備えた放射線非破壊検査システムの信頼性に問題があった。
【００１３】
また、第３の方法では、例えば輝尽性蛍光シートのように放射線の電離で生じたフィルムあるいはシートに例えばカラーセンターとして記録したものの現像や読み取りなどの間接的な操作が必要となる。このために、この方法は、リアルタイム性に大きな問題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたもので、高感度で小型化が容易であり、被検体を透過した電磁波、放射線による損傷が極めて少ないラインセンサ、ラインセンサユニット、及び放射線非破壊検査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係るラインセンサは、被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元イメージセンサであって、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、を有する構成になっている。
【００１６】
そして、本発明に係るラインセンサユニットは、被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器であって、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、を有し、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する領域に開口部を有する遮蔽体が前記光学素子および前記二次元受光素子を覆って設けられる構成になっている。
【００１７】
そして、本発明に係る放射線非破壊検査システムは、被検体に電磁波あるいは放射線を照射する放射線源と、前記被検体を透過した電磁波あるいは放射線を検出する一次元放射線検出器を備え、前記一次元放射線検出器は、前記電磁波あるいは放射線を受けて発光するシンチレータと、前記電磁波あるいは放射線が前記シンチレータに入射する方向から曲折する方向に配置され、前記シンチレータからの出射光を伝送する光学素子と、前記曲折する方向に配置され、前記光学素子により伝送された前記出射光を受光し電気信号に変換する二次元受光素子と、を有し、前記放射線源と前記一次元放射線検出器との間を前記被検体が相対的に一次元移動する構成になっている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高感度で小型化が容易であり、被検体を透過する電磁波、放射線による損傷が極めて少ないラインセンサ、ラインセンサユニット、及び高分解能の放射線非破壊検査システムが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態に係るラインセンサについて初めに図１を参照して説明する。図１はラインセンサおよびラインセンサユニットの一例の略構成図である。ここで、図１（ａ）はそれ等の側断面図であり、図１（ｂ）は正面図である。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、ラインセンサは、基本構成として、被検体（不図示）を透過した放射線１（電磁波あるいは放射線）の入射する方向に延在するシンチレータ２を備える。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向であって上記シンチレータ２の下部に配置された光学素子３と、該光学素子３の更に下部に配置された二次元受光素子４とを有する。
【００２１】
上記（透過）放射線１は、紫外線のような電磁波、Ｘ線、γ線あるいは中性子線から成る放射線である。シンチレータ２は、上記放射線を検出しシンチレーション光を発光し、詳細は後述するが、針状、柱状の構造のシンチレータあるいは薄板状のシンチレータを束（バンドル）にしたものが好適である。光学素子３は、上記シンチレーション光のうち二次元受光素子４側に出射するシンチレーション光をコリメートするものであり、多数本の光ファイバが束ねられた構造体であって例えばファイバオプティクスプレート（Fiber Optics Plate）が好適である。そして、二次元受光素子４は、上記光学素子３を通過したシンチレーション光を受光する二次元配列の画素を有する受光素子であり、二次元ＣＣＤセンサあるいは二次元ＣＭＯＳセンサのような半導体受光素子が好適である。
【００２２】
また、上記構造のラインセンサは、放射線１がシンチレータ２に入射するスリット状の開口部５を有する遮蔽体６により覆われる。ここで、遮蔽体６は、例えばブロック状の鉛材により構成され、上記光学素子３および二次元受光素子４を放射線１曝露から保護する。また、上記開口部５は、放射線１をコリメートする構造になっており、放射線１の散乱線がシンチレータ２に入射するのを防止するようになっている。
【００２３】
そして、この開口部５の所定の箇所に、放射線１の入射によりシンチレータ２で発生するシンチレーション光が外部に出射するのを防止するための例えばマイラーフィルムから成る遮光膜７が取り付けられている。また、後述するが、二次元受光素子４方向に出射しないシンチレーション光は、上記遮蔽体６により吸収され反射／散乱しないようになっている。更に、二次元受光素子４により光電変換された電気信号の出力を外部に伝送するケーブル８、そして好ましくは電気回路９が取り付けられている。このようにして、図１（ａ）に示したような一次元放射線検出器であるラインセンサユニット１０が構成される。
【００２４】
上記ラインセンサあるいはラインセンサユニットの動作機構を含む詳細について図２ないし図６を参照して説明する。図２はラインセンサの動作機構を示すための斜視図である。図３は好適なシンチレータの斜視図である。図４は光電素子３の動作機構を示す斜視図である。図５および図６は二次元受光素子４の動作機構を説明するための平面図である。
【００２５】
図２に示すように、シンチレータ２に対して、そのＸ軸方向にライン状に入射する放射線１は、その入射方向であるＹ軸方向にシンチレータ２内を伝播しシンチレーション光１１ａあるいは１１ｂを発光させる。ここで、シンチレーション光１１ａは、光学素子３によりコリメートされ二次元受光素子４に達する出射光である。上述したシンチレーション光１１ｂは二次元受光素子４面方向に出射しないシンチレーション光である。
上記放射線１はシンチレータ２内を伝播しながらその強度Ｉがほぼ（１）式に従って減衰する。
【００２６】
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μρｔ）          （１）
【００２７】
ここで、Ｉ０はシンチレータ２に入射する前の放射線強度、μ（ｃｍ２／ｇ）は放射線のエネルギーに依存した質量エネルギー吸収係数、ρ（ｇ／ｃｍ３）は透過したシンチレータの比重、ｔ（ｃｍ）は放射線１が透過したＹ軸方向のシンチレータの厚さを示している。放射線１がγ線の場合にはエネルギー特性が単色で表されることが多いために、質量エネルギー吸収係数μは全減衰係数として簡単な計算により与えられることができる。しかし、Ｘ線の場合には用いるＸ線管のエネルギー特性が単色ではなく、かなりブロードなスペクトル（低いエネルギーから高いエネルギーまで広がったスペクトル）を持つために簡単な計算では与えられず、実効的なエネルギーとして実験などにより与えられる。
【００２８】
上記（１）式に基づき、シンチレータ２の材質、放射線の吸収特性および被検体に照射する放射線１のエネルギーを考慮して、Ｙ軸方向に延在するシンチレータ２の寸法が決められる。ここで、放射線１の減衰が大きければシンチレータ２の寸法を短くし、その減衰が小さければ上記寸法を長くする。
【００２９】
このようにすることにより、シンチレーション光を発光するシンチレータ２の二次元面を最適になるように拡げることができる。そして、それに伴って上記光学素子３を通過して二次元受光素子４表面に達するシンチレーション光１１ａの光量が増加する。そして、ラインセンサの放射線に対する感度が向上するようになる。
【００３０】
ここで、後述するように二次元受光素子４の表面で検知するシンチレーション光１１ａは光電変換され、その電気信号（電荷）が図２に示すＹ軸方向に沿って積算される。この積算処理は、図１で示した電気回路９で行うと好適である。あるいは、上記積算処理の回路である積算回路が、二次元ＣＣＤセンサ、二次元ＣＭＯＳセンサのような半導体受光素子に混載されていてもよい。このようにして、シンチレータ２の二次元面から発光し二次元受光素子４で受光するシンチレーション光１１ａは、一次元画像を生成する電気信号に加工される。
【００３１】
また、上述した二次元受光素子４面方向に出射しないシンチレーション光１１ｂは、ラインセンサにおける散乱を通して二次元受光素子４に入射するのを防止する。例えば、上記遮蔽体６により吸収され反射／散乱しないようになっている。このようにすることにより、ラインセンサの高分解能な画像が得られるようになる。
【００３２】
上記シンチレータ２は、図３に示すように、針状、柱状の構造のシンチレータあるいは薄板状のシンチレータを束（バンドル）にしたものが好適である。図３（ａ）は、柱状構造のシンチレータを模式的に示している。このようなシンチレータとしては、例えば針状に成長したＣｓＩ結晶が極めて好適である。
【００３３】
Ｘ軸方向に延びたライン状に入射する放射線１により、柱状のシンチレータ２からシンチレーション光が発光する。ここで、シンチレータ２の構造が上記柱状あるいは針状であると、それらの間隙を通り抜けることが可能になり、シンチレーション光のシンチレータ２中の透過性が非常に高くなる。このために、光学素子３に入射するシンチレーション光１１収率が向上する。また、シンチレータ２としてシンチレーション光の透過率のよくない材料を使用できる。
【００３４】
また、図３（ｂ）は、薄板状構造のシンチレータを模式的に示している。このようなシンチレータとしては、例えば比較的に透明度の高いプラスチックシンチレータ、セラミックスシンチレータが好適である。ここで、薄板状のシンチレータはＸ軸方向に積層構造に束ねられている。このために、Ｘ軸方向にライン状に入射する放射線１は、上記シンチレータ２において積層構造の隙間を通りＹ軸方向に伝播し易くなる。そして、図２で説明したところの放射線の吸収係数の大きなシンチレータであっても、Ｙ軸方向におけるその寸法を長くすることができる。
【００３５】
このようにして、シンチレーション光を発光するシンチレータ２の二次元面を拡張することができ、光学素子３を通過して二次元受光素子４表面に達するシンチレーション光１１の光量を増加させることができる。また、二次元ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサの１画素において、光電変換で生成する電荷量の蓄積飽和量を超える場合に生じる輝度の白色化を防止することが可能になる。
【００３６】
光学素子３は、図４に示すように繊維光学系から成る。そして、この光学素子は、例えば多数本の光ファイバが束ねられた構造体であり、上述したようにファイバオプティクスプレートが好適である。図４は、繊維光学系の光学素子を模式的に示している。
【００３７】
図４に示すように、放射線１の照射によりシンチレータ２で発光するシンチレーション光１１は、上記繊維光学系の光学素子３によりコリメートされシンチレーション光１１ａになる。上記シンチレータ２においては、上述したように二次元受光素子４の表面方向に出射しないシンチレーション光１１ｂも存在する。そして、二次元受光素子４の表面方向に出射するシンチレーション光１１にあっても、種々の放射角度で出射する。ここで、光学素子３は、上記シンチレーション光１１をコリメートし、特にシンチレータ２のＸ軸方向における発光位置を弁別する機能を有する。このようにして、Ｘ軸方向に一次元配列して入射する放射線１に基づいて生成される上記一次元画像は、Ｘ軸方向において精確で高分解能になり、その解像度が大きく向上するようになる。
【００３８】
上述したように、シンチレーション光１１ａの光電変換で生成する電気信号は、Ｙ軸方向で積算される。このため、光学素子３は、Ｙ軸方向においてシンチレーション光１１のコリメート能力が低くなるような繊維光学系構造体であっても、充分に使用することができる。しかし、上記光学素子３は、Ｘ軸方向におけるコリメートが精確になるような構造体が好ましい。
【００３９】
二次元受光素子４は、図５に示す二次元ＣＣＤセンサ、二次元ＣＭＯＳセンサのような二次元配列の画素を有する受光素子により構成されるとよい。図５は、二次元受光素子の表面で検知したシンチレーション光を光電変換し、その電気信号をＹ軸方向で積算する様子を模式的に示す平面図である。
【００４０】
図４で説明した光学素子３によりコリメートされたシンチレーション光１１ａは、二次元受光素子４の平面上で受光される。ここで、例えば二次元ＣＣＤセンサから成る二次元受光素子４では、垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…ＶｎがＹ軸方向に沿うように配置される。そして、水平電荷転送部Ｈ０がＸ軸方向に沿うようになる。
【００４１】
上記二次元受光素子４で生成した電荷は、二次元ＣＣＤセンサと同様な操作により所定の速度で転送され、垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎから水平電荷転送部Ｈ０を通り増幅回路で信号増幅される。そして、上記垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎからの信号電荷（増幅後のもの）は、積算回路により所定時間内に積算処理される。このようにして、Ｘ軸方向の一次元信号に加工処理される。そして、この一次元に積算された信号から、被検体の一次元画像が生成される。このような操作および処理は、二次元ＣＣＤセンサに限らず二次元ＣＭＯＳセンサあるいはＴＦＴ型センサ等でも全く同様にして行うことができる。
【００４２】
具体的には、二次元受光素子４に１０２４×５１２チャンネルの２次元ＣＭＯＳセンサを用いる場合、放射線１の入射方向すなわちＹ軸方向が５１２チャンネルとすると、このチャンネル分の信号が積算される。この積算により、従来の技術のような１チャンネル１画素受光に比べて５００倍に近いシンチレーション光量を得ることができる。実際においては、シンチレータ２内で放射線１の反応効率が入射側から略（１）式に従って減衰していくために、上記積算するチャンネル数分の感度向上にはならない。しかし、放射線１のエネルギーが高くなると共に、シンチレータ２中の伝播距離が長くなり、上記感度向上の効果は顕著になってくる。
【００４３】
上述したように、二次元受光素子４は、シンチレータ２から発光したシンチレーション光を二次元面で受光することを特徴とする。このことにより、従来の技術の場合よりも多くのシンチレーション光量を検知することができるようになる。また、シンチレータ２を放射線１の入射方向に延在させることにより、シンチレーション光の出射する領域が広がる。このことにより、１画素において光電変換で生成する信号電荷量が蓄積飽和量を超える場合に生じる輝度の白色化が防止できるようになる。そして、ラインセンサの感度が大きく向上すると共にその高分解能化が容易になる。
【００４４】
二次元受光素子４における電気信号のＹ軸方向での積算の仕方には、図６に示すようにその他に種々の変形例がある。図６は、図５と同様であって、二次元受光素子の表面で検知したシンチレーション光を光電変換し、その電気信号をＹ軸方向で積算する様子を模式的に示す平面図である。
図６では、例えば二次元ＣＣＤセンサから成る二次元受光素子４では、上記垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎに対して、垂直電荷転送部の信号電荷を積算するための水平電荷転送部が、水平電荷転送部Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２と３種類に設けられている。
【００４５】
ここで、放射線１のエネルギーが高い場合には、垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎからの信号電荷（増幅後のもの）は、水平電荷転送部Ｈ０までのものが積算される。そして、放射線１のエネルギーが小さくなるに従い、水平電荷転送部Ｈ１まで、あるいは水平電荷転送部Ｈ２までの垂直電荷転送部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎの信号電荷（増幅後のもの）がそれぞれ積算できるようにする。ここで、上記積算する二次元配列の画素の範囲を決める水平電荷転送部Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２の選択は、図１において説明した電気回路９において制御するとよい。あるいは、この制御は、上記積算回路と共に二次元受光素子４に混載／集積された制御回路により行えるようにしてもよい。
【００４６】
このようにすることにより、ラインセンサの感度のレンジ切り換えが被検体により自在にできるようになる。例えば、放射線源により照射される被検体の透過する放射線１のエネルギーが高くなる場合には、積算する範囲を上記水平電荷転送部Ｈ０までにする。逆に、被検体を透過する放射線１のエネルギーが低くなる場合には、積算する範囲を上記水平電荷転送部Ｈ２までにする。これは、通常、放射線１の光子エネルギーが高くなるに伴いシンチレータ２の伝播距離が長くなるからである。
ここで、積算する範囲は上記３種類に限定されるものでなく、２種類あるいは４種類以上になる構成にしてもよい。
【００４７】
上述したように、上記第１の実施形態では、ラインセンサあるいはラインセンサユニット１０は、被検体を透過した放射線１を検出する一次元イメージセンサであって、放射線１を受けて発光するシンチレータ２を有している。そして、放射線１がシンチレータ２に入射するＹ軸方向からほぼ直交する方向に、光学素子３と二次元受光素子４を有する。
【００４８】
このような構成であると、シンチレータ２から発光したシンチレーション光を二次元面で受光することができ、従来の技術の場合よりも多くのシンチレーション光量を検知することが可能になる。また、二次元ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサの１画素において、光電変換で生成する電荷量の蓄積飽和量を超える場合に生じる輝度の白色化を防止することができる。そして、ラインセンサの感度が大きく向上すると共にその高分解能化が容易になる。
【００４９】
更に、光学素子３および二次元受光素子４は、放射線１の入射方向から離間するようになり、例えば遮蔽体６を通して放射線１の照射から容易に保護できるようになる。この放射線曝露からの保護により、光学素子３のカラーセンタ生成による劣化、高感度の半導体受光素子から成る二次元受光素子４内の放射線電離に伴う劣化が防止できる。そして、信頼性の極めて高いラインセンサあるいはラインセンサユニット１０が実現される。
【００５０】
上記実施形態において、光学素子３および二次元受光素子４は、放射線１の入射する方向から直行する方向でなくても、所定の角度で曲折する方向に配置されるようにしてもよい。このような配置構成であっても、光学素子３および二次元受光素子４は、放射線１の入射方向から離間する配置になり、放射線１暴露から容易に保護されるようになる。また、シンチレータ２からのシンチレーション光を二次元面で受光し、多量のシンチレーション光を検知することが可能である。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図７を参照して説明する。この実施形態の特徴は、多数本の光ファイバが束ねられた構造体の光学素子において、シンチレータからの出射光の入口側の断面積がその出口側の断面積よりも大きくなるところにある。このようなラインセンサの構造は、シンチレータの面積が二次元受光素子の面積よりも大きくなる場合に効果的に適用される。ここで、図７は、このような光学素子を有するラインセンサの側面図である。
【００５２】
図７に示すように、ラインセンサは、放射線１の入射する方向に積み重ねられ延在するシンチレータ２を備える。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向であってシンチレータ２下部に配置されたテーパー形状の光学素子３ａ、該光学素子３ａの更に下部に配置された二次元受光素子４を有する。
【００５３】
ここで、光学素子３ａは、第１の実施形態で説明したように、繊維光学系から成り、例えば多数本の光ファイバが束ねられた構造体である。そして、シンチレータ２に当接する面は、シンチレータ２の二次元面と同じ大きさになるように構成されている。また、二次元受光素子４に当接する面は、二次元受光素子４の二次元面と同じ大きさになるように構成される。このようにして、テーパー形状の光学素子３ａが設けられる。ここで、その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００５４】
このようなテーパー形状の光学素子３ａが、シンチレータ２と二次元受光素子４間に介在することにより、放射線１によりシンチレータ２中で発光するシンチレーション光が二次元受光素子４表面に効率的に集光される。このシンチレーション光の集光においても、図４で説明したように、シンチレータ２のＸ軸方向における発光位置を精確に弁別できる構造にすることが重要になる。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について図８を参照して説明する。この実施形態の特徴は、カラーフィルタを用いてシンチレーション光を色弁別し、ラインセンサの放射線測定におけるダイナミックレンジを拡大させるところにある。このようなラインセンサの構造であると、発光色により異なる強度のシンチレーション光を制御して二次元受光素子４で検知できるようになる。ここで、図８は、このようなカラーフィルタを有するラインセンサの側面図である。
【００５６】
図８に示すように、ラインセンサは、放射線１の入射する方向に延在するシンチレータ２を備える。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向であってシンチレータ２下部に配置された光学素子３、該光学素子３の更に下部に配置された二次元受光素子４を備える。更に、赤色フィルタ１２、緑色フィルタ１３および青色フィルタ１４を有している。
【００５７】
ここで、図８（ａ）では、二次元受光素子４の上面部に上記赤色フィルタ１２、緑色フィルタ１３および青色フィルタ１４が配置されている。そして、図８（ｂ）では、光学素子３の上面部に上記赤色フィルタ１２、緑色フィルタ１３および青色フィルタ１４が配置されている。ここで、これ等のカラーフィルタは、上述したＸ軸方向に延在し短冊状に配設される。但し、二次元受光素子４がカラー受光素子であって元々カラーフィルタが備えられている場合には、上記フィルタの取り付けは不要になる。なお、その他のシンチレータ２、光学素子３および光二次元受光素子４は、第１の実施形態で説明したものと同様にすればよい。
【００５８】
例えば、可視光を発光するシンチレータ２において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色で発光割合が１００：１０：１で発光する場合を想定する。ここで、発光強度が高い赤色成分では、赤色成分として受光する二次元ＣＣＤセンサや二次元ＣＭＯＳセンサの１画素における電荷量飽和が生じてしまい、輝度が白色化し濃淡の画像情報にならない。しかし、この場合であっても、緑色成分では、発光量が赤色成分の１／１０のため赤色成分で飽和していても緑色成分で飽和していなければ濃淡の画像情報が得られる。更に青色成分では発光量が赤色成分の１／１００となり、この青色成分を測定することにより、ラインセンサの測定のダイナミックレンジを広げることができるようになる。
【００５９】
ここで、シンチレータ２には、赤色発光蛍光材、緑色発光蛍光材あるいは青色発光蛍光材の所定量が添加されると好適である。このような発光蛍光材の添加により、上記３原色の発光割合が自在に制御できるようになる。
【００６０】
図８においては、上記カラーフィルタが３箇所に取り付けられている例について説明しているが、更に多数箇所に取り付ける構成であってもよい。また、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のうちから選択した２色あるいは１色のカラーフィルタを取り付けるようにしてもよい。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について図９を参照して説明する。この実施形態の特徴は、シンチレータが放射線１の入射方向にテーパー形状になるところにある。このようなラインセンサの構造であると、シンチレータにおいて放射線１の入射側よりもその奥側で反応効率が低くなり、電気信号をＹ軸方向で積算する場合の感度領域を調整できる。ここで、図９は、このようなシンチレータ２ａを有するラインセンサの側面図である。
【００６２】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ラインセンサは、放射線１の入射する方向にテーパー状に形成されたシンチレータ２ａを有している。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向であってシンチレータ２ａの下部に配置された光学素子３、該光学素子３の更に下部に配置された二次元受光素子４を有している。
【００６３】
ここで、図９（ｂ）では、光学素子３の上面部に上記赤色フィルタ１２、緑色フィルタ１３および青色フィルタ１４が配置されている。ここで、これ等のフィルタは、上述したＸ軸方向に延在し短冊状に配設される。但し、二次元受光素子４がカラー受光素子であってカラーフィルタが備えられている場合には、上記フィルタの取り付けは不要になる。なお、その他の光学素子３および光二次元受光素子４は、第１の実施形態で説明したものと同様にすればよい。
【００６４】
このようにテーパー型シンチレータを使用することにより、シンチレータ２ａと放射線１との反応効率が調整される。すなわち、シンチレータ２ａにおいて、放射線１の入射側から奥側に向かって反応効率を低くすることが可能になり、電気信号を積算する場合の感度領域が自在に調整できるようになる。
【００６５】
（実施の形態５）
次に、本発明の第５の実施形態について図１０を参照して説明する。この実施形態の特徴は、被検体を透過する複数種の放射線を同時に検出し放射線イメージングの感度および解像度を向上させるようにするところにある。図１０は、このようなライセンサの側面図である。
【００６６】
図１０に示すように、ライセンサは、放射線１の入射する方向に順に配置された第１のシンチレータ１５と第２のシンチレータ１６を有している。そして、放射線１の入射する方向に対しほぼ直交する方向に配置された光学素子３、該光学素子３の更に下部に配置された二次元受光素子４を有している。
【００６７】
ここで、複数の放射線として中性子線とＸ線あるいはγ線を用いる場合を例にして説明する。第１のシンチレータ１５には、中性子線と反応する物質として硼素（Ｂ−１０）やリチウム（Ｌｉ−６）あるいはガドリニウム（Ｇｄ）を含むシンチレータを用いる。ここで、第１のシンチレータ１５は、テルビウム（Ｔｂ）、ユウロビウム（Ｅｕ）あるいはプラセオジム（Ｐｒ）を賦活物質としＧｄ２Ｏ２Ｓ材を母剤としている。そして、この第１のシンチレータ１５の奥行き方向の厚さは、上記中性子線を止める厚さにする。ガドリニウムを含むシンチレータではシンチレータの密度に依存するがガドリニウムが熱中性子との反応断面積が大きく、おおよそ数ミリメータで止まる。
【００６８】
第２のシンチレータ１６には、上記中性子線に感じないでＸ線あるいはγ線に反応するシンチレータを使用する。Ｘ線あるいはγ線との反応は、中性子線の場合と比較すると飛程が長くなるため、第２のシンチレータ１６を長くして効率を上げるようにする。この第２のシンチレータ１６には、例えば、第１の実施形態と同様にＣｓＩ材を用いる。なお、その他の光学素子３および二次元受光素子４は、第１の実施形態で説明したものと同様にすればよい。
【００６９】
このようにすることにより、例えば物質をよく透過し、しかも軽い物ほど透過し易いＸ線あるいはγ線では、被検体の水素のような軽元素を検査するのが困難であったが、中性子線を同時に用いることにより、このような軽元素の検出が可能になる。また、Ｘ線あるいはγ線では、硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）のように原子番号が隣接する元素の場合に、微量の差を識別することは困難であった。しかし、中性子線を併用することにより、これ等の元素の識別ができるようになる。そして、異なる物質元素の混在する被検体の放射線イメージングにおいて、高分解能化および感度の向上が可能になる。
【００７０】
この第５の実施形態では、構成するシンチレータは第１のシンチレータ１５および第２のシンチレータ１６に限定されるものでない。その他にも、β線とＸ線あるいはγ線を用いて測定したり、β線と中性子線を用いて測定したり、複数種の放射線の組合せに応じたシンチレータの構成を選択することができる。そして、β線、中性子線、Ｘ線、γ線などの中から３種類以上の放射線を用いる場合についても、それに合わせシンチレータの種類を増やして対応することができる。
【００７１】
また、上記実施形態において、第３あるいは第４の実施形態で説明したような色弁別の方法を適用し、図８で説明したように所要の箇所にカラーフィルタを取り付けるようにしてもよい。例えば、第１のシンチレータ１５に対応する位置の光学素子３の表面部あるいは二次次元受光素子４の表面部に緑色あるいは青色フィルタを取り付ける。そして、第２のシンチレータ１６に対応する位置の光学素子３の表面部あるいは二次次元受光素子４の表面部に赤色フィルタを取り付けるとよい。
【００７２】
上記色弁別の手法を用いる場合には、第１のシンチレータ１５に青色発光蛍光材が添加される。この青色発光蛍光材として、例えば蛍光体に銀で活性化した硫化亜鉛ＺｎＳ：Ａｇを用いる。このようにすると、中性子線はリチウム、硼素等と（ｎ，α）反応を起こし、これにより生じたアルファ（α）線によって青色発光蛍光材が青色に発色される。また、第２のシンチレータ１６には赤色発光蛍光材が添加され、赤色に発色したシンチレーション光が出射するようになる。
【００７３】
（実施の形態６）
次に、本発明の第６の実施形態について図１１を参照して説明する。この実施形態では、上述したラインセンサあるいはラインセンサユニットを使用して構成される放射線非破壊検査システムが示される。ここで、図１１は、上記放射線非破壊検査システムの略構成図である。
【００７４】
図１１に示すように、放射線非破壊検査システムは、基本構成として、被検体１７を挟んで対向して配置される放射線源１８および上記ラインセンサユニット１０を備えている。そして、該ラインセンサユニット１０をＺ軸方向に走査する一次元移動機構１９を有している。更に、ラインセンサユニット１０からの電気信号を処理すると共に二次元画像の情報を生成する信号／演算処理部と、被検体の二次元画像表示あるいは画像情報を出力する出力部２１とを有している。
【００７５】
放射線源１８は、好ましくはその出射口にコリメータ２２を備え、放射線の出射領域を限定して、Ｘ線、γ線あるいは中性子線などの入射放射線２３を被検体１７に照射する。そして、この放射線源１８は、ラインセンサユニット１０のＺ軸方向の走査移動に同期して移動できる構造になっている。
【００７６】
一次元移動機構１９は、ステージ２４に取り付けられたボールネジ２５、ナット２６、モータ２７、該モータ２７を駆動する駆動ユニット２８を備えている。ラインセンサユニット１０は、ボールネジ２５によりＺ軸方向あるいはその逆方向に一定の移動速度で一次元運動する。
【００７７】
信号／演算処理部２０は、ケーブル８によりラインセンサユニット１０に接続されており、ラインセンサユニット１０により上記積算された一次元信号を処理し二次元画像情報を生成する。あるいは、この信号／演算処理部２０が、上記二次元受光素子４の光電変換に基づいて生成される信号をＹ軸方向に積算するような構成にしてもよい。
【００７８】
出力部２１は、信号／演算処理部２０から伝達された二次元画像情報をラジオグラフィ画像としてモニター表示する。あるいは、出力部２１は、二次元画像情報に基づいて、被検体１７の組成等、その構成物質の特性に係る数値表示をするようになっている。
【００７９】
上記放射線非破壊検査システムにおいて、その構成要素であるラインセンサは、シンチレータと放射線の反応において放射線の飛程の長い場合や放射線の種類が異なる場合の信号を分離して効率よく測定する。また、同じ放射線でもエネルギーの違いを分けて同時に測定できる。
【００８０】
そして、放射線非破壊検査システムの測定感度は、上述したようにＣＣＤあるいはＣＭＯＳ素子の二次元配列の画素からの信号を放射線の入射方向に積算することで大幅に向上できる。従って、この放射線非破壊検査システムは、イメージインテンシファイアのような電子増幅機構が不要であり、その小型・軽量化が容易になる。そして、例えばＸ線によるＣＴや食品検査、手荷物検査など幅広い分野での非破壊検査システムとして利用できるようになる。
【００８１】
また、被検体を透過した電磁波、放射線によるラインセンサ等の損傷が大幅に低減すると共に、放射線の照射により生じてくるノイズが低減する。このために、信頼性の高い放射線非破壊検査システムが実現できる。
【００８２】
上記実施形態では、被検体１７が固定され、ラインセンサユニット１０と放射線源１８が同期して一次元移動する場合について説明している。上記放射線非破壊検査システムにおいては、逆にラインセンサユニット１０と放射線源１８が固定され、被検体１７が一次元移動する構成であってもよい。
【００８３】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。例えば、上記実施の形態１ないし５に説明した特徴を任意に組み合わせたところのラインセンサあるいはラインセンサユニットの構成であってもよい。上記の実施形態では、Ｘ線、γ線あるいは中性子線のような放射線によるイメージセンサの場合について主に説明している。しかし、本発明は、紫外線あるいは低周波の電磁波による一次元イメージセンサであっても同様に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るライセンサおよびラインセンサユニットの略構成図であって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図。
【図２】本発明のラインセンサの動作機構を示す斜視図。
【図３】本発明のラインセンサ、ラインセンサユニットに使用するシンチレータおよびその動作機構を示す斜視図であって、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ異なる例を示す図。
【図４】本発明のラインセンサ、ラインセンサユニットに使用する光学素子およびその動作機構を示す斜視図。
【図５】本発明のラインセンサ、ラインセンサユニットに使用する二次元受光素子の動作機構を示す平面図。
【図６】本発明のラインセンサ、ラインセンサユニットに使用する二次元受光素子の動作機構を示す別の平面図。
【図７】本発明の実施の形態２に係るライセンサの側断面図。
【図８】本発明の実施の形態３に係るライセンサの側断面図であって、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ異なる例を示す図。
【図９】本発明の実施の形態４に係るライセンサの側断面図であって、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ異なる例を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態５に係るライセンサの断側面図。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る放射線非破壊検査システムの略構成図。
【符号の説明】
【００８５】
１…（透過）放射線，２，２ａ…シンチレータ，３，３ａ…光学素子，４…二次元受光素子，５…開口部，６…遮蔽体，７…遮光膜，８…ケーブル，９…電気回路，１０…ラインセンサユニット，１１，１１ａ，１１ｂ…シンチレーション光，１２…赤色フィルタ，１３…緑色フィルタ，１４…青色フィルタ，１５…第１のシンチレータ，１６…第２のシンチレータ，１７…被検体，１８…放射線源，１９…一次元移動機構，２０…信号／演算処理部，２１…出力部，２２…コリメータ，２３…入射放射線，２４…ステージ，２５…ボールネジ，２６…ナット，２７…モータ，２８…駆動ユニット，Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…Ｖｎ…垂直電荷転送部，Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２…水平電荷転送部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006329905.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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