(57)【要約】【課題】1つの線源と異なるシンチレータの組み合わせにより複層膜厚の同時独立算出を可能にした放射線測定装置を提供する。【解決手段】  同一線源から照射された放射線を被測定物に照射して透過させ、透過した透過線量から被測定物の物理量を測定する放射線測定装置において、透過した放射線を材質または厚さを含む種類の異なる複数の検出器により検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一線源から照射された放射線を被測定物に照射して透過させ、透過した透過線量から被測定物の物理量を測定する放射線測定装置において、透過した放射線を材質または厚さを含む種類の異なる複数の検出器により検出することを特徴とする放射線測定装置。
【請求項２】
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは前記放射線のエネルギー弁別を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
【請求項３】
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは放射線に対してエネルギー感度の異なる直接変換型半導体検出器を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線測定装置。
【請求項４】
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは数keVの低エネルギー域から数MeV程度までの高エネルギー域まで吸収が可能な検出器であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の放射線測定装置。
【請求項５】
前記複数の検出器のうちの他の少なくとも一つは数keVの低エネルギー域から数MeV程度までの高エネルギー域まで感度特性を有し、高エネルギー域では吸収が不十分であって連続的に透過特性が減少を示す吸収性の低いシンチレータもしくは直接変換型半導体検出器であることを特徴とする請求項1から３に記載の放射線測定装置。
【請求項６】
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つはNaI（TI）（ヨウ化ナトリウム(タリウム)）やCsI(Tｌ）（ヨウ化セシウム(タリウム)）を含む結晶系のシンチレータであって、高エネルギー域を十分に吸収する厚さを持たせた検出器であることを特徴とする請求項１乃至に記載の放射線測定装置。
【請求項７】
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは、PVT（ポリビニールトルエン）やGOS（Ce(Gd2(SiO4)O:Ce)）やGd2O2S:Tb（酸硫化ガドリニウム）の少なくとも一つを配合した蛍光紙またはプラスチックシンチレータであって、高エネルギー域では吸収が不十分であって透過の割合を制御した厚さであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の放射線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線（例えばＸ線，ベータ線、ガンマ線等）を用いた放射線測定装置に関し、1つの線源に対して複数の異なるシンチレータを具備した検出器を用い、特に高エネルギーを十分に受け止める結晶シンチレータと高エネルギーは大部分を透過するプラスチックシンチレータを組み合わせ、夫々のシンチレータを透過する線量の割合からエネルギー弁別を含む厚さ測定を行う放射線測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
X線を用いた透視による解析や検査はX線の透過強度を画像化したもので、それを画像処理することでX線の強度情報を得ている。しかし、X線の強度情報のみでは物質の影絵を見ているに過ぎず、物質内部の形状はわかっても材質や状態を詳しく知るには限界がある。一方、人間の目は光の強度情報だけでなく、光の波長（色）情報を捉えることが出来るため、物質の材質や状態を詳しく認識することが出来る。X線の強度情報を捉えるだけではなく、X線の持つエネルギー（波長）情報を捉えることが出来れば内部の材質や状態を解析することができる。
【０００３】
図6はX線、β線の2種類の線源1a，1bを用いて異なる素材の厚さ（坪量）を測る装置の一例を示す要部斜視図およびブロック構成図である。被測定物は矢印Ｐ方向へ一定速度で流れており、それぞれの線源1a，1bに対して夫々の検出器（電離箱2a，2b）が正対した位置に配置してある。夫々の線源1a，1bと検出器2a，2bを搭載した異なるフレーム（11a:x線測定装置,11b:β線測定装置）で、x線源1aは電源回路11cおよびx線駆動回路11dを介して、β線源1bはシャッタ駆動回路1eを介して被測定物（シート）の同一箇所を測定できる様に構成されている。被測定物3としては例えば、磁気フィルムで薄いベースシート上に異なる物質（磁性体）を薄く塗布（蒸着）した複合材料などであり、塗布（蒸着）量及びベースシートの厚さをそれぞれ測るような用途に用いられる。
【０００４】
透過測定方式の吸収の式は、測定厚さをx、透過前の検出器出力をI0、透過後の検出器出力をIとすると、I=I0exp(-μx)と表わすことができる。吸収係数μは、β線源の場合はそのエネルギーによって一定値に定まり、被測定物3には影響されない特徴があるため、測定厚さ範囲によって線源の種類を選ぶことになる。
【０００５】
紙・プラスチック等の測定には、通常８５Ｋｒまたは１４７Ｐｍのような弱いエネルギーのβ線源が使用される。
X線の場合は被測定物3によっても吸収係数は変化するので測定範囲を考慮して管電圧を最適に選ぶ必要がある。紙やシート材の例では品種や厚さにより変化し、μ=a*x+b（a,bは品種によって決まる定数）と表すことができる。4.5keVのX線の例では、磁気フィルムのベースシートに対し磁性層では約5倍の吸収係数を示す。
【０００６】
透過してきた厚さ情報を持った放射線はキセノンなどの希ガスを封じた電離箱2a，2bで検出される。この際、X線、β線いずれの場合においても線源1a，1bと検出器（電離箱2a，2b）間の空気層も同時に測定してしまうため、この空気層の温度変化の影響が大きい。この影響を除くために、空気層の温度を温度検出器6a，6bで検出して温度補償し、電離箱の微小検出電流を増幅回路4a，4b（プリアンプ）で増幅する。
【０００７】
その出力はA/D変換器5a，5bでA/D変換されて演算部16（マイクロコンピュータ）に含まれる信号処理部7a，7bへ送られて演算に供される。信号処理部7a，7bでは、予め被測定物3と同一の材質であって厚さの異なる坪量が既知の試料の測定により作成された検量線の校正データ8a，8bと比較することにより、所望材質の厚さを判定することが出来る。これを測定に用いる夫々の線源1a，1bについて行っておき、記憶部（図示せず）に格納しておく。特に、上記に示した複合材料による積層の材料で夫々の厚さを求める際には、夫々の線源により得られた測定値が材料毎の吸収係数と厚さの積の総和である事から、これを比較演算処理部9で連立演算として解く事により算出が可能となる。
なお、それらの厚さ情報は表示部や生産管理サーバ10へ送出される。
【０００８】
また、センサ部（線源1a，1bおよび電離箱2a，2b）は被測定物（シート）の幅方向に機械的に走査され、厚さの幅方向分布を測定できるように構成されている。双方の測定ポイントは同一箇所を比較演算できるように同期をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２７１３３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来の放射線測定装置においては、
１）異なる線源を2台搭載するとともに、測定装置を2台配置したシステム構成にしなければならないため、システム価格が高価となり、また、線源や検出器のスペースも2台分必要になる。
２）2つの線源の安定制御（安定駆動）にそれぞれ独立した制御機構を設ける必要がある。特に、成膜の高速化により同一位置を測定するための同期制御は困難になってきている。また、同一位置を正確にトラッキング（線源及び検出器のシート幅方向及びシート流れ方向への走査位置）ができない場合には測定誤差を大きくする事になる。
３）線源の経時変化補正の如何によって、測定精度が悪くなる可能性がある。
という課題があった。
【００１１】
従って本発明は、複層膜厚の測定のために2つの線源を用いなくても、1つの線源と異なるシンチレータの組み合わせにより高精度にエネルギー弁別が行える安価でコンパクトな装置を用いて複層膜厚の同時独立算出を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の放射線測定装置の発明は、
同一線源から照射された放射線を被測定物に照射して透過させ、透過した透過線量から被測定物の物理量を測定する放射線測定装置において、透過した放射線を材質または厚さを含む種類の異なる複数の検出器により検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項２においては、請求項１に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは前記放射線のエネルギー弁別を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３においては、請求項１または２に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは放射線に対してエネルギー感度の異なる直接変換型半導体検出器を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項４においては、請求項１乃至３に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは数keVの低エネルギー域から数MeV程度までの高エネルギー域まで吸収が可能な検出器であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５においては、請求項１乃至３に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは数keVの低エネルギー域から数MeV程度までの高エネルギー域まで感度特性を有し、高エネルギー域では吸収が不十分であって連続的に透過特性が減少を示す吸収性の低いシンチレータもしくは直接変換型半導体検出器であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６においては、請求項１乃至４に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つはNaI（TI）（ヨウ化ナトリウム(タリウム)）やCsI(Tｌ）（ヨウ化セシウム(タリウム)）を含む結晶系のシンチレータであって、高エネルギー域を十分に吸収する厚さを持たせた検出器であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７においては、請求項１乃至４に記載の放射線測定装置において、
前記複数の検出器のうちの少なくとも一つは、PVT（ポリビニールトルエン）やGOS（Ce(Gd2(SiO4)O:Ce)）やGd2O2S:Tb（酸硫化ガドリニウム）の少なくとも一つを配合した蛍光紙またはプラスチックシンチレータであって、高エネルギー域では吸収が不十分であって透過の割合を制御した厚さであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１〜７によれば、
１．線源が1つで済むため、システム価格が低く抑えられ、またスペースも2台分の測定フレームが不要になるため、フットプリントに有利であり生産ラインの設置空間短縮に寄与する。
２．線源の安定制御（安定駆動）は1つの線源について行えば良いため、1つの制御機構で済む。
３．透過特性の校正も、1つの線源から得られ、事前の校正データ取得が容易である。
４．線源の経時変化補正が高精度でなくても、夫々の検出器は1つの線源に同期して依存するためエネルギー弁別精度が悪くならない。
５．密度が大きく（原子番号の大きい）厚さの薄い被測定物と密度が小さく（原子番号の小さい）厚い被測定物で透過線量が同じであっても、材質（物質）により区別が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す要部斜視図(a)、および要部ブロック構成図(b)である。
【図２】NaI（TI）のエネルギーレベルに対するシンチレータの吸収特性を示す図である。
【図３】PVTのエネルギーレベルに対するシンチレータの吸収特性を示す図である。
【図４】演算部の処理についての説明図である。
【図５】検出器の出力に対する検出素子の出力レベルを模式的に示す図(a)および層別した画素毎に画像を分けて表示した図(b)である。
【図６】従来の放射線測定装置の一例を示す要部斜視図(a)およびブロック構成図(b)である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図1（ａ，ｂ）に本発明の構成図を示す。図1（ａ）は要部斜視図、図1（ｂ）は要部ブロック構成図である。これらの図において、従来例の図６と同一要素には同一符号を付している。
【００２２】
X線またはβ線またはγ線などの放射線源21に正対する位置に第1シンチレータを具備する第1検出器（ラインセンサ・・・カメラ）22aと第2シンチレータを具備する第2検出器（ラインセンサ）22bを近接させ且つ、被測定物の搬送方向Ｐに対して直行するように併設してある。また、余分な放射線が漏れないようにコリメータ23や照射筒（図示せず）などが設けられている。
【００２３】
第1検出器22aと第2検出器22bは上面が略一致するように揃えてあり、被測定物 (シート状試料)3は夫々のセンサの上空を通過するものとし、夫々のセンサの検出部間の距離と被測定物の搬送速度から、第1検出器22aと第2検出器22bは同一の測定箇所を同期して演算できるように構成されている。
【００２４】
夫々の検出器には、透過線量に応じた微小検出電流をプリアンプ部4a，4bで高精度な高抵抗を用いて電圧に変換し、A/D変換器5a，5bでA/D変換して演算処理部7a，7bに送る。一方、空気層の温度変化による影響を除くために、空気層の温度及び検出器温度、線源温度を検出し温度補償し、演算処理部7a，7bにて校正データ8a，8bを用いて正規化及び検量線演算を行う。
【００２５】
前記第1シンチレータは低エネルギー域（数KeV）から高エネルギー域（数MeV）までの吸収特性のある、例えば、NaI（TI）（ヨウ化ナトリウム(タリウム)）やCsI(Tｌ）（ヨウ化セシウム(タリウム)）などの結晶系シンチレータが用いられる。
図2はNaI（TI）のエネルギーレベルに対するシンチレータの吸収特性を示す図である。横軸に放射線エネルギーを縦軸に吸収(%)を示している。
【００２６】
一方、第2シンチレータは、PVT（ポリビニールトルエン）やGOS（Ce(Gd2(SiO4)O:Ce)）やGd2O2S:Tb（酸硫化ガドリニウム）に代表されるプラスチックシンチレータなどの安価で使い勝手のよいシンチレータで、検出エネルギー領域は10-100KeV程度であり、それ以上の高エネルギー域ではシンチレータに吸収されず透過してしまい燐光にあまり寄与しない特性を示すものである。
【００２７】
図3はPVTのエネルギーレベルに対するシンチレータの吸収特性を示す図である。横軸に放射線エネルギーを縦軸に吸収(%)を示している。
【００２８】
図4は演算部の処理についての説明図である。結晶シンチレータ(第1シンチレータ)と、プラスチックシンチレータ(第2シンチレータ)を組み合わせ、第1シンチレータにより被測定物の坪量を算出し、第2シンチレータによりエネルギー弁別する例を示す。
図4に示す処理1において、第1検出器22aからのA/D変換された電圧出力が演算部6に取り込まれ、ステップS1において第1検出からの出力が正規化される。ほぼ同時にステップS2において第1検出器22aの温度と必要に応じて第1検出器22aの周辺温度も演算部6に取り込まれる。演算部6では線量や検出器の感度などに応じて電圧値を正規化する。更に温度特性を補正して第1検出器22aの出力を求める。
【００２９】
ステップS3において、演算部6の記憶装置に保存してある検量線を読込み出力値と対比する。検量線は、予め第1検出器22aを用いて板厚の異なる既知の校正基準板を複数測定して検量線を作成しておく。図4a’は検量線を用いて、出力値(イ)から検量線をたどって坪量(ロ)を求める状態を模式的に示す図である。
【００３０】
次に第2検出器22bからのA/D変換された電圧出力が演算部6に取り込まれ、ステップS1’において第2検出からの出力が正規化される。ほぼ同時にステップS2’において第2検出器22bの温度と必要に応じて第2検出器22bの周辺温度も演算部6に取り込まれる。演算部では線量や検出器の感度などに応じて電圧値を正規化する。更に温度特性を補正して第2検出器22bの出力を求める。
【００３１】
ステップS3’において、演算部の記憶装置に保存してあるエネルギーに対する透過後の出力特性を演算部に読込み出力値と対比する。特性図は、予め第2検出器22bを用いて線源の出力を低域から広域に振って複数測定して計算しておくものとする。
図4a’’は特性図を用いて、出力値(ハ)から特性図をたどってエネルギー値(ニ)を求める状態を模式的に示す図である。
坪量を求める処理を処理1、エネルギー弁別する処理を処理2とすれば、図4の演算部の説明では、処理1→処理2と説明したが、順番を入れ替えて処理2→処理1としても良い。また、演算部の構成によっては並列処理であってもよい。
【００３２】
ここで、ある2つの異なる物質が塗布された被測定物（試料）2の透過線量を求めたとする。2つの被測定物の透過線量は同値であったとする。その場合、従来のように透過線量だけを頼りに画像化しても2つの物質は区別することが出来ない。更にエネルギー弁別を求めたところ2つの被測定物で異なる結果が出たとする。
【００３３】
図4bは放射線エネルギーの強さ（kev）と試料2を透過後の第2検出器の出力の関係を示す図である。図4bに示すように、一方の物質1は透過後の検出器の出力がAであったとする。この場合図4bからわかるようにエネルギーはBとなる。他方の物質2は透過後の検出器の出力がCでエネルギーはDとなる。以上の結果から、物質1は、密度の小さい（原子番号の小さい）厚い物質とわかる。一方物質2は密度の大きい（原子番号の大きい）薄い物質と判別することができる。
【００３４】
実際には、数百〜数千画素の1次元の検出素子にて検出し、時系列に演算して2次元の画像にし、厚さと物質の構成割合などを把握することになる。
図5ａは第1検出器22ａの出力に対する検出素子の出力レベルを模式的に示すもので、シンチレータに搭載された検出素子が16画素の1次元センサであったとした場合である。
出力に応じてレベルの高い方からレベル1、レベル2、レベル3と層別する。
【００３５】
図5ｂは層別した画素毎に画像を分けて表示したものである。分類した層別画像毎に、第1検出器22ａの透過線量の出力に合わせたコントラストで表示すると、夫々同じ物質での厚さ（坪量）比較が出来る。層別画像ごとに異なる単色光で表示すれば画像を重ね合わせても物質判別が可能な画像とすることが出来る。
【００３６】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。実施例では、異なるシンチレータを具備した、ラインセンサのような検出器を2台並べた構成としたが、TDI（Time  Delay  Integration：移動積分スキャン）ラインセンサであってもよい。
【００３７】
TDIラインセンサは、1列ではなく複数列（例えば4列、8列、・・・・128列）並んだ構成のものがあり、CCDの電荷読み出しの際、転送のタイミングとCCD面に入射している対象像が移動するタイミングを合わせることで，CCDの垂直段数だけ露光するものである。このような複数列の検出部に夫々異なるシンチレータを設置し、積算範囲をシンチレータの種類毎に限定したり、もしくは積算しないで夫々独立して取り出すことで１台のセンサから2つの検出結果を求めるようにしてもよい。
【００３８】
また、実施例では1次元のラインセンサであったが、2次元のエリアセンサーであっても単体のセンサを２つ以上組み合わせたものであっても良い。また、線源は必ずしも1つの線源でなくても複数であっても構わない。
【００３９】
また、複層の試料に対し、いずれか一方の膜厚変動が少ない場合には、適宜、一方のシンチレータ検出器の素子数を減じ、代表値を求める事によってコストダウンを図っても良い。更に、極めて膜厚変動が小さい場合やコストダウン要請の強い場合には一方の検出素子を１つとしたり、シンチレータの代わりに電離箱を用いても良い。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１,21      線源
２        電離箱
３        被測定物（試料）
４        プリアンプ
５        Ａ／Ｄ変換器
６        温度検出器
７        信号処理部
８        校正データ
９        比較演算処理部
１０      表示部、生産管理サーバ
１１ａ    Ｘ線測定装置
１１ｂ    β線測定装置
１１ｃ    電源回路
１１ｄ    Ｘ線駆動回路
１６      演算部（マイクロコンピュータ）
２２ａ    第１検出器
２２ｂ    第2検出器
【図１】
2011145127.tif 000003
【図４】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
2011145127.tif 000007
【図５】
2011145127.tif 000008