(57)【要約】【課題】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した放射線測定方法を提供する。【解決手段】同一線源から照射された放射線を複数の材質からなる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方法において、透過した放射線を少なくとも２種類の検出器により検出し、それぞれの検出器からの出力を検量線を用いて弁別演算を行う工程と、弁別演算した値を用いて各層の坪量を演算する工程を含んでいる。【選択図】図１
2011196753.tif 000002
【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複数の材質からなる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方法において、透過した放射線を少なくとも２種類の検出器により検出し、それぞれの検出器からの出力を検量線を用いて弁別演算を行う工程と、弁別演算した値を用いて各層の坪量を演算する工程を含むことを特徴とする放射線測定方法。
【請求項２】
前記被測定物の厚さがｔ１，ｔ２の2層からなる厚み（坪量）を有するときに、下記の演算式を用いて前記ｔ１，ｔ２の2層の厚みを演算することを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。
記
【数１】
2011196753.tif 000025
【数２】
2011196753.tif 000026
【数３】
2011196753.tif 000027
但し、ｘ１；低エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
ｘ２；高エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
μ1Low；ｔ１層の低エネルギー帯における吸収係数
μ２low；ｔ２層の低エネルギー帯における吸収係数
μ1H1；ｔ１層の高エネルギー帯における吸収係数
μ1H2；ｔ２層の高エネルギー帯における吸収係数
E1Low；ｔ１層の低エネルギー帯における感度
E２low；ｔ２層の低エネルギー帯における感度
E1Hi；ｔ１層の高エネルギー帯における感度
E2Hi；ｔ２層の高エネルギー帯における感度
【請求項３】
前記被測定物の厚さ測定においてE1Hi≒0、E２low≒0と見做せるときに、下記の演算式を用いて前記ｔ１，ｔ２の2層の厚みを演算することを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。
記
【数４】
2011196753.tif 000028
【数５】
2011196753.tif 000029
但し、ｘ１；低エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
ｘ２；高エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
μ1Low；ｔ１層の低エネルギー帯における吸収係数
μ２low；ｔ２層の低エネルギー帯における吸収係数
μ1H1；ｔ１層の高エネルギー帯における吸収係数
μ1H2；ｔ２層の高エネルギー帯における吸収係数
E1Low；ｔ１層の低エネルギー帯における感度
E２low；ｔ２層の低エネルギー帯における感度
E1Hi；ｔ１層の高エネルギー帯における感度
E2Hi；ｔ２層の高エネルギー帯における感度
【請求項４】
請求項2に記載のｔ１，t２の演算式または請求項3に記載のｔ１，t２の演算式を用い2種類の材質が混合された試料の割合を重量比または坪量として演算するようにしたことを特徴とする請求項1記載の放射線測定方法。
【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方法に関し、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方法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）情報を捉えるとこ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7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取っている。
【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した放射線測定方法を提供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記載の放射線測定方法の発明は、
同一線源から照射された放射線を所定の速度で搬送される複数の材質からなるシート状の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方法において、透過した放射線を少なくとも２種類の検出器により検出し、それぞれの検出器からの出力を正規化する工程と、正規化したそれぞれの値から検量線を用いて弁別演算を行う工程と、弁別演算した値を用いて各層の坪量を演算する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項2においては、請求項１に記載の放射線測定方法において、
前記被測定物の厚さがｔ1，t2の2層からなる厚み（坪量）を有するときに、下記の演算式を用いて前記ｔ1，t2の2層の厚みを演算することを特徴とする。
記
【００１４】
【数１】
2011196753.tif 000003
【００１５】
【数２】
2011196753.tif 000004
【００１６】
【数３】
2011196753.tif 000005
【００１７】
但し、ｘ1；低エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
ｘ2；高エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
μ1Low；ｔ1層の低エネルギー帯における吸収係数
μ2low；ｔ2層の低エネルギー帯における吸収係数
μ1H1；ｔ1層の高エネルギー帯における吸収係数
μ1H2；ｔ2層の高エネルギー帯における吸収係数
E1Low；ｔ1層の低エネルギー帯における感度
E2low；ｔ2層の低エネルギー帯における感度
E1Hi；ｔ1層の高エネルギー帯における感度
E2Hi；ｔ2層の高エネルギー帯における感度
【００１８】
請求項3においては、請求項１に記載の放射線測定方法において、
前記被測定物の厚さがｔ1，t2の2層からなる厚み（坪量）を有するときに、下記の演算式を用いて前記ｔ1，t2の2層の厚みを演算することを特徴とする。
記
【００１９】
【数４】
2011196753.tif 000006
【００２０】
【数５】
2011196753.tif 000007
但し、ｘ1；低エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
ｘ2；高エネルギーに対する感度の大きな検出器の出力
μ1Low；ｔ1層の低エネルギー帯における吸収係数
μ2low；ｔ2層の低エネルギー帯における吸収係数
μ1H1；ｔ1層の高エネルギー帯における吸収係数
μ1H2；ｔ2層の高エネルギー帯における吸収係数
E1Low；ｔ1層の低エネルギー帯における感度
E2low；ｔ2層の低エネルギー帯における感度
E1Hi；ｔ1層の高エネルギー帯における感度
E2Hi；ｔ2層の高エネルギー帯における感度
【００２１】
請求項4においては、請求項2に記載のｔ1，t2の演算式または請求項3に記載のｔ1，t2の演算式を用い2種類の材質が混合された試料の割合を重量比または坪量として演算するようにしたことを特徴とする放射線測定方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項1〜4によれば、
１．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。
２．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必要になくなるため、フットプリントに有利であり生産ラインの短縮に寄与する。
３．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。
４．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。
５．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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】材質の異なる２種の試料を透過した後の信号を模式的に示す図である。
【図６】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７】従来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】
【００２４】
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7と同一要素には同一符号を付している。
【００２５】
X線、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3の搬送方向pに対して直行するように併設してある。なお、放射線源21には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。
【００２６】
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検出器は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。
【００２７】
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を用いて検量線による演算を行う。
【００２８】
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係数(%)を示している。
【００２９】
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10KeV-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。
【００３０】
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係数(%)を示している。
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。
【００３１】
図4は異なる二つの検出器において信号値を厚さに変換するための検量線演算に関わる様子を示している。同じ線源から同じ試料を透過した同質のエックス線であっても、検出器のエネルギー感度が異なると、厚さを求める際の検量線は異なるものとなる。この性質を利用して複層膜厚の弁別演算を行うことを模式化したものである。なお、縦軸はｖまたはmA、横軸g/ｍ2またはμmであるが正規化して無単位となっている。
【００３２】
検出器1及び2で検出されたそれぞれの検出信号は演算部6(図1参照)で正規化され、それぞれの値から予め既知の試料を用いて作成された検量線を用いて弁別演算を行い、弁別演算した値を用いて各層の坪量を演算する。
【００３３】
図5は、異なる二つの検出器においてどの様に信号値を得るかを模式化して示したものである。ｔ1、t2の厚さを持つ二つの層からなる試料をエックス線が透過した後に二つの異なる検出器から得る信号演算値をそれぞれX1、X2とする。X1は低エネルギーに感度が大きく、X2は高エネルギーに感度が大きな検出器である。
なお、図5ではｔ1、t2の厚さを持つ二つの層として示しているが、2種類の材質が混合された試料であってもその混合の割合を重量比または坪量として演算することができる。
【００３４】
試料厚に対応する検出信号は、吸収係数×厚さを基本式として表すことができる。これにエネルギー帯における感度係数をEとして掛け合わせそれぞれの検出器における信号量として表している。Eの添え字は、1、2がそれぞれX1、X2に対応する感度であることを示し、Hi、Lowがそれぞれ高エネルギー帯、低エネルギー帯に対応することを示している。
【００３５】
また、吸収係数μについては、t1試料における低エネルギー帯の吸収係数をμ1Low、高エネルギー帯の吸収係数をμ1Hiとして示し、t2試料における吸収係数を同様にμ2Lowおよびμ2Hiで示している。
【００３６】
図5は材質の異なる2種（例えばアルミニウムや樹脂材料）の試料を透過した後の信号を模式的に示す図である。
予め標準的に用意する材料（例えばアルミニウムや樹脂材料）を用いて夫々の検出器に合わせた検量線を作成しておくものとする。以下に算出式の一例を示す。
【００３７】
第1検出器22ａ、第2検出器22ｂで得た信号値を元に検量線演算を行った値をＸ1、Ｘ2とすると、（吸収線量）×（厚さ）を基本式として1、2の式が得られる。
【００３８】
【数６】
2011196753.tif 000008
【００３９】
【数７】
2011196753.tif 000009
1式より
【００４０】
【数８】
2011196753.tif 000010
【００４１】
【数９】
2011196753.tif 000011
【００４２】
【数１０】
2011196753.tif 000012
【００４３】
【数１１】
2011196753.tif 000013
【００４４】
【数１２】
2011196753.tif 000014
【００４５】
1´式を2式に代入してＸ2を求めると、
【００４６】
【数１３】
2011196753.tif 000015
となる。
上式よりt2を求めると、
【００４７】
【数１４】
2011196753.tif 000016
となる。
【００４８】
そして、3式を1´式に代入して
【００４９】
【数１５】
2011196753.tif 000017
【００５０】
【数１６】
2011196753.tif 000018
【００５１】
【数１７】
2011196753.tif 000019
【００５２】
【数１８】
2011196753.tif 000020
【００５３】
【数１９】
2011196753.tif 000021
【００５４】
【数２０】
2011196753.tif 000022
【００５５】
1、2式の連立方程式を解くと3、4式で複層の厚さを夫々得る事が出来る。
特に、
E1hi≒0、E2Low≒0
の時（低エネルギー側検出器に高エネルギー感度が無く高エネルギー側検出器に低エネルギー感度が無いとき）は、
3、4式は以下の様になる。
【００５６】
3式より
【００５７】
【数２１】
2011196753.tif 000023
4式より
【００５８】
【数２２】
2011196753.tif 000024
実用的には、5，6式においても弁別が可能で複層膜の厚さを同時的に算出できる。 
【００５９】
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6ａ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。
【００６０】
図6ｂ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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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つの線源でなく複数であっても構わない。
【００６４】
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】
【００６５】
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
１１ｅ    シャッタ制御部
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】
2011196753.tif 000030
【図４】
2011196753.tif 000031
【図７】
2011196753.tif 000032
【図２】
2011196753.tif 000033
【図３】
2011196753.tif 000034
【図５】
2011196753.tif 000035
【図６】
2011196753.tif 000036