(57)【要約】【課題】大型化することができ広い範囲で放射線または励起光を検出することが可能な位置検出器を提供する。【解決手段】位置検出器１０は、放射線９または励起光９によって励起されることにより蛍光Ａを放射する蛍光体を含み、第1の方向ｙに延びる媒体１と、媒体１に光学的に接続され、媒体１内を伝搬した蛍光Ａの分光強度を計測する分光強度計測手段３と、分光強度に基づいて放射線９または励起光９の入射位置を決定する演算手段４と、を備え、演算手段４は、分光強度から分光強度分布を定量化し、蛍光Ａの分光強度分布と蛍光Ａの伝搬距離との対応関係に基づいて、定量化した分光強度分布から、入射位置の第１の方向の座標Ｌを決定する。【選択図】図１
2019190857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線または励起光によって励起されることにより第１の蛍光を放射する第１の蛍光体を含み、第1の方向に延びる第１の媒体と、
前記第１の媒体に光学的に接続され、前記第１の媒体内を伝搬した前記第１の蛍光の分光強度を計測する分光強度計測手段と、
前記分光強度に基づいて前記放射線または励起光の入射位置を決定する演算手段と、を備え、
前記演算手段は、前記分光強度から分光強度分布を定量化し、前記第１の蛍光の分光強度分布と前記第１の蛍光の伝搬距離との対応関係に基づいて、前記定量化した分光強度分布から、前記入射位置の前記第１の方向の座標を決定することを特徴とする、位置検出器。
【請求項２】
第1の光導波路をさらに備え、
前記分光強度計測手段は、前記第1の光導波路を介して前記第１の媒体に光学的に接続されている、請求項１に記載の位置検出器。
【請求項３】
前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記第１の媒体の対向する領域に光学的に接続される一対の第２の光導波路と、
前記第２の光導波路に接続され、前記一対の第２の光導波路に入射する前記第１の蛍光の強度をそれぞれ計測する蛍光強度計測手段と、をさらに備え、
前記演算手段は、前記蛍光強度計測手段が計測した前記第１の蛍光の強度の比率に基づいて、前記入射位置の前記第２の方向の座標を決定することを特徴とする、請求項１または２に記載の位置検出器。
【請求項４】
放射線または励起光によって励起されることにより第２の蛍光を放射する第２の蛍光体を含み、前記第1の媒体に接続され、第1の方向と交差する第２の方向に延びる第２の媒体をさらに備え、
前記第２の蛍光は、前記第１の蛍光よりもエネルギーが高く、
前記第1の蛍光体は、前記第２の蛍光によって励起されることにより前記第１の蛍光を放射する、請求項１または２に記載の位置検出器。
【請求項５】
前記第１の蛍光は、前記第２の蛍光よりも波長が長い、請求項４に記載の位置検出器。
【請求項６】
前記演算手段は、前記分光強度分布を積分して蛍光強度を算出し、前記蛍光強度と前記入射位置の前記座標との対応関係に基づいて、前記放射線または励起光の強度を算出することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置検出器に関し、より詳細には、蛍光体から放射される蛍光を測定することにより、蛍光体を励起した放射線または励起光の入射位置を決定する位置検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放射線が入射した点の位置を検出するための位置検出器が実用化されている。例えば非特許文献１には、電荷分割方式の位置検出器における位置検出の原理が解説されている。非特許文献１に記載されている素子は、Ｓｉ等の半導体材料の表面に抵抗性の電極を配置して構成されている。
【０００３】
動作原理は以下の通りである。素子の１点に可視光や放射線（例えば、γ線や荷電粒子等）が入射すると、半導体材料の内部で電子・正孔対が生成され（光電変換）、これらの電荷が電極に収集される。この電荷は、抵抗性の電極で２つに分割されて、電極の端部に接続された外部回路によって電気信号に変換される。外部回路の出力信号は、光電変換で生成された電荷の量に比例する。また、この出力信号は、光の入射点から電極の端部までの全抵抗値との比（非特許文献１のFig.1中のＲｘ／Ｒ）にも比例する。したがって、得られた出力信号から光の入射点の位置を決定することができる。
【０００４】
また、特許文献１には、光ファイバを用いた放射線モニタシステムが提案されている。特許文献１の放射線モニタシステムでは、複数の光導波型シンチレータが光ファイバで直列あるいは並列に接続され、その出力信号がデータ処理装置に導かれる。光導波型シンチレータに入射した放射線は光に変換されて、パルス状の光が２つの方向へ同時に伝搬する。これらの光はそれぞれの経路を通ってデータ処理装置に至る。データ処理装置は２つの光の信号が到達する時間差を計測する。光ファイバの長さは既知であるので、この時間差から、放射線が入射した光導波型シンチレータを決定することができる。特許文献１の図３は、横軸を時間として複数の光導波型シンチレータからの信号をプロットした例である。特許文献１の図３に示されている区間［ａ，ｂ］では、一つの光導波型シンチレータの出力が分離されているため、図中の斜線部の面積を算出することにより、対応する場所の放射線量を決定することができる。区間［ｂ，ｄ］では、２つの光導波型シンチレータからの信号が重畳されているが、図中の斜線部の面積を求めることにより、両者を分離してそれぞれの場所での放射線量を決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１１１３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】中本淳、永田勝明、菊池順、道家忠義、“半導体を用いたPosition Sensitive Detector”、応用物理、第４４巻、第１１号、ｐｐ．８７−９１（１９７５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１の位置検出器の課題について説明する。半導体材料は一般に高価なため、従来の電荷分割方式では、位置検出器の長尺化（２次元の位置検出器の場合には大面積化）は原理的に困難である。
【０００８】
特許文献１の放射線モニタシステムの課題について説明する。第一に、放射線量を計測することができる場所は、光導波型シンチレータを置いた場所に限られる。例えば３か所に配置すれば３か所の計測しかできず、その間の地点では放射線量を計測することができない。そのため、放射線量を高い空間分解能で計測するためには、複数の光導波型シンチレータを高密度に配置する必要がある。しかし、このような場合には、互いの出力信号が光ファイバの中で重畳され、個々の出力信号の識別が困難になる。第二に、光ファイバをループ状に配置する必要がある。仮にその必要が無ければ、光ファイバを敷設する際の自由度が高くなる。例えば、特許文献１の図２に示されている並列接続の代わりに、複数の光ファイバを放射状に配置して処理装置へ導くことができれば、放射線を計測すべき領域を自由に設定することができる。
【０００９】
本発明の目的は、大型化することができ広い範囲で放射線または励起光を検出することが可能な位置検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、例えば以下に示す態様を含む。
【００１１】
（項１）
放射線または励起光によって励起されることにより第１の蛍光を放射する第１の蛍光体を含み、第1の方向に延びる第１の媒体と、
前記第１の媒体に光学的に接続され、前記第１の媒体内を伝搬した前記第１の蛍光の分光強度を計測する分光強度計測手段と、
前記分光強度に基づいて前記放射線または励起光の入射位置を決定する演算手段と、を備え、
前記演算手段は、前記分光強度から分光強度分布を定量化し、前記第１の蛍光の分光強度分布と前記第１の蛍光の伝搬距離との対応関係に基づいて、前記定量化した分光強度分布から、前記入射位置の前記第１の方向の座標を決定することを特徴とする、位置検出器。
【００１２】
（項２）
第1の光導波路をさらに備え、
前記分光強度計測手段は、前記第1の光導波路を介して前記第１の媒体に光学的に接続されている、項１に記載の位置検出器。
【００１３】
（項３）
前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記第１の媒体の対向する領域に光学的に接続される一対の第２の光導波路と、
前記第２の光導波路に接続され、前記一対の第２の光導波路に入射する前記第１の蛍光の強度をそれぞれ計測する蛍光強度計測手段と、をさらに備え、
前記演算手段は、前記蛍光強度計測手段が計測した前記第１の蛍光の強度の比率に基づいて、前記入射位置の前記第２の方向の座標を決定することを特徴とする、項１または２に記載の位置検出器。
【００１４】
（項４）
放射線または励起光によって励起されることにより第２の蛍光を放射する第２の蛍光体を含み、前記第1の媒体に接続され、第1の方向と交差する第２の方向に延びる第２の媒体をさらに備え、
前記第２の蛍光は、前記第１の蛍光よりもエネルギーが高く、
前記第1の蛍光体は、前記第２の蛍光によって励起されることにより前記第１の蛍光を放射する、項１または２に記載の位置検出器。
【００１５】
（項５）
前記第１の蛍光は、前記第２の蛍光よりも波長が長い、項４に記載の位置検出器。
【００１６】
（項６）
前記演算手段は、前記分光強度分布を積分して蛍光強度を算出し、前記蛍光強度と前記入射位置の前記座標との対応関係に基づいて、前記放射線または励起光の強度を算出することを特徴とする、項１から５のいずれかに記載の位置検出器。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、大型化することができ広い範囲で放射線または励起光を検出することが可能な位置検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。
【図２】位置検出の原理を説明するための位置検出器の部分概略図である。
【図３】位置検出原理の実証実験に用いる構成を示す概略図である。
【図４】レーザー光の入射点を変化させたときに蛍光基板の端面で観察される蛍光の分光強度分布のグラフである。
【図５】図４の分光強度分布を、自己吸収を無視することができる波長のデータで規格化したグラフである。
【図６】図４の分光強度分布を波長で積分して蛍光強度を求め、入射点の位置（座標）の関数として示したグラフである。
【図７】図４の分光強度分布から算出した色度座標（CIE-XYZ表色系）のグラフである。
【図８】色度座標と距離との関係を示す、図７と同じデータを距離の関数として示すグラフである。
【図９】色度座標から算出したレッドシフトの指標と入射点の位置との関係を示すグラフであり、一例として関数ｘ／ｙを算出して距離Ｌの関数としてプロットした例である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るモニタシステムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する重複した説明を省略する。
【００２０】
本明細書において、放射線とは、高エネルギーの物質粒子と高エネルギーの電磁波との総称である。高エネルギーの物質粒子とは、例えば、アルファ線、ベータ線（電子線または陽電子線）、中性子線、荷電粒子線、および中間子線などの粒子放射線を意味する。高エネルギーの電磁波とは、例えば、ガンマ線およびＸ線などの電磁放射線を意味する。
【００２１】
本明細書において、励起光とは、蛍光体等の蛍光物質を励起させる光を意味する。例示的な励起光としては、例えば、可視光線、Ｘ線および紫外線などが挙げられる。
【００２２】
以下において説明する本発明に係る位置検出器は、蛍光の分光強度分布のレッドシフトを定量化して、放射線または励起光の入射点の位置を求める点に特徴を有する。さらに、本発明に係る位置検出器は、高価な半導体材料ではなく、蛍光体や透明な媒体等を用いることで、広範囲の位置検出を安価に実現できるようにした点に特徴を有する。本発明に係る位置検出器では、放射線または励起光を検出する部分の構成には電源が不要であり、この検出する部分から蛍光強度を計測する部分までの間も、電源が不要な光導波路にて接続されている。これにより、蛍光強度を計測する部分までの構成をオール・オプティカルな構成とすることができ、放射線または励起光を検出する部分を、電源が必要となる蛍光強度を計測する部分から離れた場所に設置することが可能となる。よって、本発明に係る位置検出器は、厳しい環境下での設置および動作を実現することができる。
［第１の実施形態］
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。第１の実施形態によると、１次元の位置検出器が提供される。
【００２４】
本発明の第１の実施形態に係る位置検出器１０は、蛍光体を含み第１の方向（図中のｙ軸方向）に延びる媒体１と、蛍光の分光強度を計測する分光強度計測手段３と、分光強度に基づいて放射線９（または励起光９）の入射位置を決定する演算手段４とを備える。
【００２５】
図１に例示する構成では、媒体１の端面と分光強度計測手段３との間に光導波路２が接続されており、分光強度計測手段３は、光導波路２を介して媒体１に光学的に接続されている。
【００２６】
媒体１内には蛍光体が一様に分散されている。蛍光体は、放射線９（または励起光９）によって励起されることにより蛍光Ａを放射する。媒体１には、例えばシンチレーション物質を含む透明基板を用いることができ、例示的にはプラスチックシンチレータを用いることができる。光導波路２には、例えば光ファイバを用いることができる。
【００２７】
分光強度計測手段３は、媒体１に光学的に接続され、媒体１内を伝搬した蛍光Ａの分光強度を計測する。計測した分光強度は演算手段４に送信される。分光強度計測手段３には、例えば分光器を用いることができる。
【００２８】
演算手段４は、分光強度から分光強度の分布を定量化し、定量化した分光強度分布から、入射位置の第１の方向の座標Ｌを決定する。座標の決定は、蛍光Ａの分光強度分布と蛍光Ａの伝搬距離との対応関係に基づいて行う。蛍光の分光強度分布と伝搬距離Ｌとの対応関係については後述する。演算手段４には、例えば公知の演算回路やパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００２９】
以下の説明では、蛍光体を含む媒体１を単に透明基板１とも記載する。同様に、光導波路２を単に光ファイバ２とも記載し、分光強度計測手段３を単に分光器３とも記載する。
【００３０】
・位置検出の原理の概要
図１を参照して、位置検出の原理の概要を説明する。媒体１に外部から放射線９が入射して、媒体１内に含まれている蛍光体が放射線９を吸収すると、蛍光Ａが等方的に放射される。一部の蛍光は媒体１および光導波路２の内部を伝搬して分光器３へ至り、分光器３は分光強度分布を計測する。分光器３から出力される分光強度分布は、放射線９の入射点の位置に依存して変化する。この原因は自己吸収と呼ばれる現象である。すなわち、蛍光が媒体１を伝搬する間に、蛍光体自体により蛍光の一部が吸収される。吸収される蛍光の強度は波長に依存しており、波長の短い蛍光はよく吸収され、波長の長い蛍光の吸収は殆どない。このような分光強度分布の変化は、レッドシフトあるいは赤色偏移と呼ばれている。レッドシフトの量は、蛍光が伝搬する距離が長いほど大きい。したがって、レッドシフトを適切に定量化することにより、放射線９の入射位置を決定することができる。例えば、分光強度分布から算出した色度座標は、放射線９の入射位置と一対一に対応するので、放射線９の入射点の位置を色度座標から決定することができる。
【００３１】
さらに、放射線９の入射位置に加えて、入射する放射線９の強度を求めることもできる。これは、入射する放射線９の強度が未知の場合であっても行うことができる。このためには、次に説明する較正作業を予め行っておくとよい。
【００３２】
まず、既知の強度の放射線を媒体１に入射させ、蛍光の分光強度分布を記録する。これを波長で積分して蛍光強度とする。次に、入射点の位置（座標）を変化させて以上の作業を繰り返して、入射点の位置（座標）と蛍光強度との対応関係を得る。これは一般に曲線になるので較正曲線と呼ばれる。
【００３３】
そして、放射線の強度を求めるためには、（１）分光強度分布のレッドシフトを定量化して入射点の位置（座標）を求め、（２）分光強度分布を積分して蛍光強度を求め、（３）較正曲線を用いて蛍光強度を放射線の強度に変換する、という（１）〜（３）の手順を実行する。なお、この較正の作業は、位置検出器１０を構成する要素の特性が変化しない限り、繰り返す必要はない。
【００３４】
以上に説明した原理の詳細な内容について、数値例を挙げながら具体的に説明する。
【００３５】
・位置検出の原理の詳細
図２は、位置検出の原理を説明するための位置検出器の部分概略図であり、位置検出器１０の構成として、蛍光体を含む透明基板を媒体１に用い、光ファイバを光導波路２に用いた構成の部分的な断面を示している。図中、ｘ軸は紙面に垂直であり、ｘ軸の方向は紙面から手前に向かう方向である。
【００３６】
図２に示すように、蛍光体が一様に分散された透明基板１（媒体１）の端面に、光ファイバ２（光導波路２）のコアを密着させ、蛍光体から放射される蛍光を分光器３へ導く構成を考える。放射線９が透明基板１に垂直に入射し、座標ｙ＝Ｌ、ｚ＝０の点から蛍光が等方へ放射されるとする。このとき、光ファイバ２を伝搬して分光器３へ到達する蛍光は、光ファイバの開口数ＮＡで決まる角度θより小さい角度で伝搬する蛍光のみである。
【００３７】
光ファイバ２のコアおよびクラッドの屈折率をそれぞれｎ１，ｎ２とすると、開口数ＮＡは、
【数１】
2019190857.tif 000003
で与えられる。透明基板１の屈折率をｎ、図２中のθの最大値をθｍａｘとすると、スネルの法則により、
【数２】
2019190857.tif 000004
となる。
【００３８】
一方、座標y＝Ｌ、ｚ＝０の点から放射された蛍光が光ファイバ２のコアを見込む角度θｇｅｏは、幾何学的な条件で決まる。光ファイバ２のコアの直径をＤとすると次式が成り立つ。
【数３】
2019190857.tif 000005
【００３９】
ここで、光ファイバ２のコアに到達した光が必ず光ファイバ２を伝搬する条件はθｇｅｏ≦θｍａｘとなり、これは、
【数４】
2019190857.tif 000006
と書ける。これを整理すると次の不等式を得る。
【数５】
2019190857.tif 000007
【００４０】
例えば、ＮＡ＝０．２２、ｎ１＝ｎ＝１．５のとき、
【数６】
2019190857.tif 000008
となる。さらにＤ＝０．４ｍｍのとき、Ｌ＞１．３８ｍｍの発光点からの光は全て分光器３に導かれる。
【００４１】
式（３）の条件が満たされるとき、発光点から等方へ放射された光が光ファイバ２を伝搬して分光器３に到達する確率Ｐｄｅｔは２θｇｅｏ／２πとなる。すなわち、
【数７】
2019190857.tif 000009
【００４２】
次に、蛍光の分光強度分布について考察する。座標ｙ＝Ｌ、ｚ＝０の点で発生した蛍光の分光強度分布をＳ０（λ）とする。角度θで放射された蛍光は、透明基板１の内部の距離（Ｌ−ｙ）／ｃｏｓθを伝搬して座標ｘに至る。透明基板１を構成する材料の、波長λの光に対する吸収係数をμ（λ）とすると、座標ｙでの分光強度分布Ｓ（ｙ，θ，λ）は、Lambert-Beerの法則により次式の通りに表される。
【数８】
2019190857.tif 000010
【００４３】
Ｄ／Ｌ≪１の場合、角度θが十分に小さくなり、ｃｏｓθ≒１と近似できる。このとき、発光点から等方へ放射された光が分光器３に到達する確率Ｐｄｅｔと、検出される蛍光の分光強度分布Ｓは、式（４）および式（５）よりそれぞれ次式の通りに近似される。
【数９】
2019190857.tif 000011
【数１０】
2019190857.tif 000012
【００４４】
図３は、位置検出原理の実証実験に用いる構成を示す概略図である。実証実験では、透明基板１としてアクリル樹脂製の蛍光基板（約５ｃｍ×５ｃｍ×０．５ｃｍ、日東樹脂工業株式会社製、型番Ｆ−６０４）を用い、蛍光体を励起する励起光として波長４５０ｎｍのレーザー光を用いた。レーザー９１および鏡９２を用いて、蛍光基板の１点にレーザー光を垂直に入射して、蛍光基板の端面に到達する蛍光を光ファイバ２で分光器３に導いた。
【００４５】
レーザー光の入射点を図中のｙ軸上に沿って移動させて、分光強度分布を記録した。結果の一例を図４に示す。図４は、レーザー光の入射点を変化させたときに蛍光基板の端面で観察される蛍光の分光強度分布のグラフである。データは、ｙ＝２ｍｍから２０ｍｍにかけて、２ｍｍのステップで入射点を変化させたときの結果をプロットしている。図４を参照すると、入射点が端面から遠くなると共に分光強度が減少することと、特にこの減少量が短波長側で顕著なこと（すなわちレッドシフトが生じていること）とを確認することができる。
【００４６】
図５は、図４の分光強度分布を、自己吸収を無視することができる波長のデータで規格化したグラフである。自己吸収を無視することができる波長は、この例では６５０ｎｍである。図５を参照すると、レッドシフトをさらに明確に観察することができる。入射点が端面から遠ざかり、距離がｙ＝２ｍｍから２０ｍｍに増加するにつれて、ピークとなる波長の位置がグラフ中の右側（すなわち長波長側）にシフトしていることがわかる。
【００４７】
図６は、図４の分光強度分布を波長で積分して蛍光強度を求め、入射点の位置（座標）の関数として示したグラフである。図４と同様に、データは、ｙ＝２ｍｍから２０ｍｍにかけて、２ｍｍのステップでプロットしている。図中の曲線は式（６）による理論式であり、実験結果が理論式をよく再現していることを確認することができる。
【００４８】
なお、図６では縦軸が任意単位（arbitrary unit）となっているが、これに代えて、入射する光の強度をパワーメータ等で予め測定しておいて、縦軸の単位を光の強度の単位であるＷ（ワット）とすることもできる。この較正の作業は、構成要素の特性が変化しない限り繰り返す必要はない。
【００４９】
次に、レッドシフトの定量化について説明する。レッドシフトの蛍光強度への依存性を予め排除しておけば、入射光の強度が変化しても安定して位置を決定することができる。例えば、前述の規格化の処理によりこれを実現することができる。例えば、規格化後の分光強度分布のグラフにおいて、規格化後の分光強度がある特定の値（図５に示す例では、例えば３０）となる波長をグラフから求めて、レッドシフトの指標とする。このグラフから求めた波長は、入射点の座標Ｌと一対一に対応しているため、検出された分光強度分布から入射点の座標Ｌを求めることができる。
【００５０】
なお、レッドシフトの定量化の手法はこれに限るものではない。グラフを利用するのではなく計算により求めることもできる。例えば、色度座標を計算して入射点の座標Ｌと関連付けて較正曲線とすることができる。一例として、CIE1931-XYZ表色系の等色関数（２°視野）を用いてこの計算を実行した結果を図７に示す。
【００５１】
図７は、図４の分光強度分布から算出した色度座標（CIE-XYZ表色系）のグラフである。図４と同様に、データは、ｙ＝２ｍｍから２０ｍｍにかけて、２ｍｍのステップでプロットしている。図７のグラフ中に横軸および縦軸に示すｘ，ｙは、測定される蛍光の分光強度分布から計算される色度座標を意味している。図７を参照すると、色度座標（ｘ，ｙ）は、入射点と端面との間の距離Ｌの増加と共に、色度図上を右側へ（すなわち赤色の領域へ）移動することが分かる。図７に示す例では、色度座標ｘ，ｙのうち、色度座標ｘは距離Lと一対一に対応している。図８は、色度座標と距離との関係を示す、図７と同じデータを距離の関数として示すグラフである。例えば、図８のグラフに示すプロットが表す曲線を較正曲線として用いることで、色度座標ｘから距離Ｌを決定することができる。
【００５２】
さらに、距離Ｌと共に単調に増加または減少する関数をレッドシフトの指標とすることができる。図９は、色度座標から算出したレッドシフトの指標と入射点の位置との関係を示すグラフであり、一例として関数ｘ／ｙを算出して距離Ｌの関数としてプロットした例である。ここでいう関数ｘ／ｙのｘ，ｙとは、色度座標を意味している。図９に示す例では、較正曲線を１次式でよく近似することができている。較正曲線を１次式で表現することができると、例えばＣＰＵを備える演算手段４等によるデータ処理により、分光強度分布から入射点の座標Ｌを求めることができる。
【００５３】
以上、本発明の第１の実施形態に係る位置検出器１０によると、空間分解能の向上と長尺化とを実現することができる。高価な半導体材料ではなく、蛍光体や透明な媒体等を用いることで、広範囲の位置検出を安価に実現することができる。
【００５４】
また、放射線９（または励起光９）を検出する媒体１には電源が不要であり、媒体１から分光器３までの間も、電源が不要な光導波路２にて接続されている。これにより、電源が必要となる分光器３および演算手段４を、媒体１の設置箇所から離れた場所に配置することが可能となる。これにより、位置検出器１０は、厳しい環境下での設置および動作を実現することができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。第２の実施形態によると、２次元の位置検出器が提供される。
【００５６】
図１に示す第１の実施形態に係る位置検出器１０によると、放射線９が入射した位置のｙ座標を検出することはできるが、ｘ座標を検出することはできない。図１０に示す第２の実施形態に係る位置検出器２０によると、放射線９が入射した位置のｘ座標およびｙ座標を検出することができる。第２の実施形態では、ｙ座標の検出は、第１の実施形態と同様に、蛍光の分光強度分布と蛍光の伝搬距離との対応関係に基づいて行い、ｘ座標の検出は、以下に説明する光量分割の原理により行う。
【００５７】
図１０に示すように、本発明の第２の実施形態に係る位置検出器２０は、第１の実施形態に係る位置検出器１０に加えて、一対の光導波路５（５Ａ，５Ｂ）と、蛍光強度計測手段６（６Ａ，６Ｂ）とをさらに備える。
【００５８】
一対の光導波路５Ａ，５Ｂは、第１の方向（図中のｙ軸方向）と交差する第２の方向（図中のｘ軸方向）に沿って、媒体１の対向する領域に光学的に接続される。光導波路５Ａ，５Ｂには、例えば光ファイバを用いることができる。
【００５９】
蛍光強度計測手段６Ａ，６Ｂは、光導波路５Ａ，５Ｂに接続されて、一対の光導波路５Ａ，５Ｂに入射する蛍光Ａの強度をそれぞれ計測する。計測した蛍光強度は、演算手段４に送信される。蛍光強度計測手段６Ａ，６Ｂには、例えばフォトダイオードなどの光検出器を用いることができる。蛍光強度計測手段６Ａ，６Ｂには、増幅器およびアナログ／デジタル変換器等の信号処理回路を適宜接続することができる。
【００６０】
演算手段４は、蛍光強度計測手段６Ａ，６Ｂが計測した蛍光Ａの強度の比率に基づいて、入射位置の第２の方向の座標を決定する。
【００６１】
発光点と媒体１の端面との距離が小さいほど、蛍光Ａが光導波路５Ａ，５Ｂの内部へ伝搬する確率が増加する。したがって、蛍光強度計測手段６Ａ，６Ｂのそれぞれの出力をＩ１、Ｉ２とすると、蛍光強度の比率
【数１１】
2019190857.tif 000013
あるいは
【数１２】
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が、放射線９の入射点のｘ座標に比例することになる。ｙ座標は、図１の構成と同様にして光導波路２により蛍光Ａを分光器３に導いて決定することができるので、これにより２次元座標の検出が可能になる。なお、このようなｘ座標の位置検出技術は、一対の光導波路５Ａ，５Ｂに至る光量の比に基づくので、その原理は「光量分割」と呼ぶことができる。
【００６２】
以上、本発明の第２の実施形態に係る位置検出器２０によると、空間分解能の向上と大面積化とを実現することができる。
【００６３】
［第３の実施形態］
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る位置検出器の構成を示す概略図である。第３の実施形態によると、高感度化された位置検出器が提供される。
【００６４】
図１に示す第１の実施形態に係る位置検出器１０では、放射線９が媒体１に入射して蛍光Ａが光導波路２内を伝搬する。媒体１と光導波路２とは光学的に接続されているが、図２に示すように光導波路２の接続面の面積が媒体１の接続面の面積より小さい場合には、光導波路２に伝搬する蛍光Ａの量が少なくなり、位置検出器１０の感度が低下する。これに対し、仮に、媒体１の接続面の面積と光導波路２の接続面の面積とを等しくすると、放射線９が入射する媒体１の面積が小さくなり、この場合も位置検出器１０の感度が低下する。図１１に示す第３の実施形態に係る位置検出器３０によると、第２の蛍光体を含む第２の媒体を用いて位置検出器の有感領域を大きくしている。
【００６５】
図１１に示すように、本発明の第３の実施形態に係る位置検出器３０は、第１の実施形態に係る位置検出器１０に加えて、第２の蛍光体を含み、媒体１に光学的に接続され、第１の方向（図中のｙ軸方向）と交差する第２の方向（図中のｘ軸方向）に延びる第２の媒体７をさらに備える。
【００６６】
第２の媒体７内には第２の蛍光体が一様に分散されている。第２の蛍光体は、放射線９（または励起光９）によって励起されることにより蛍光Ｂを放射する。第２の媒体７には、例えばシンチレーション物質を含む透明基板を用いることができ、例示的にはプラスチックシンチレータを用いることができる。
【００６７】
第２の蛍光体を含む大面積の媒体７に放射線９が入射すると、第２の蛍光体が放射する蛍光Ｂが、第２の媒体７の内部を伝搬して媒体１に入射する。媒体１の内部には蛍光体が存在し、これが蛍光Ｂを吸収して、蛍光Ｂよりもエネルギーの低い蛍光Ａを放射する。蛍光Ａは媒体１の内部を伝搬し、光導波路２を介して分光器３へ到達する。この構成により、位置検出器３０の有感領域は大きくなり、位置検出器の高感度化が実現される。
【００６８】
なお、放射線９が高エネルギーの電磁波、すなわちＸ線やγ線などの場合には、放射線９の吸収確率を上げるために、例えばＣｓＩやＮａＩ等のような原子番号の大きい元素を含む蛍光体（シンチレーターと呼ばれる）を第２の媒体７として用いるのが好ましい。一方で、これらの材料が放射する蛍光の波長は、必ずしも光ファイバによる吸収が小さい波長ではない。したがって、光導波路２として光ファイバ２を用い、長距離の光の伝送を行う場合には、シンチレータとして機能する第２の媒体７内から放射される蛍光Ｂを、媒体１内に含まれる蛍光体によって、さらに波長の長い蛍光Ａに変換することが望ましい。
【００６９】
以上、本発明の第３の実施形態に係る位置検出器３０によると、位置検出器の有感領域を大きくすることができ、位置検出器の高感度化を実現することができる。
【００７０】
［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るモニタシステムの構成を示す概略図である。第４の実施形態によると、放射線モニタシステムが提供される。
【００７１】
本発明の第４の実施形態に係る位置検出器によるモニタシステム４０は、図１に示す第１の実施形態に係る位置検出器１０において光導波路２（光ファイバ２）を備える点が特徴である。第４の実施形態に係るモニタシステム４０において、位置検出器は、複数の媒体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと複数の光導波路２Ａ，２Ｂ，２Ｃとを備えている。複数の光導波路２Ａ，２Ｂ，２Ｃと分光器３との間には、光スイッチ（図示せず）が配置されており、複数の光導波路２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、光スイッチを介して単一の分光器３に光学的に接続されている。
【００７２】
第４の実施形態に係るモニタシステム４０において、蛍光体を含む媒体１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれに入射するそれぞれの放射線９（または励起光９）の入射位置の第１の方向の座標を検出する動作は、第１の実施形態に係る位置検出器１０の場合と同じである。光スイッチは、それぞれの媒体１Ａ，１Ｂ，１Ｃから伝搬する蛍光Ａを時分割で切り換えて分光器３に送る。演算手段４は、第１の実施形態に係る位置検出器１０の場合と同様に、分光器３からの分光強度の計測値に基づいて、それぞれの媒体１Ａ，１Ｂ，１Ｃに入射したそれぞれの放射線９の入射位置を出力する。
【００７３】
以上、本発明の第４の実施形態に係る位置検出器によるモニタシステム４０によると、広い範囲の領域において高い空間分解能で放射線量を計測しモニタすることができる。
【００７４】
［発明の効果］
以上説明した本発明の構成および位置検出の原理によれば、位置検出器の空間分解能の向上と、長尺化または大面積化とを実現することができる。さらに、本発明の位置検出の原理と光導波路とを用いた放射線モニタシステムによれば、広い範囲の領域において高い空間分解能で放射線量を計測しモニタすることができる。
【００７５】
本発明に係る位置検出器によると、高価な半導体材料ではなく、蛍光体を含む透明な媒体等の比較的安価な材料を用いるため、大型の位置検出器を安価に製造することが可能になる。放射線または励起光を検出する部分の構成には電源が不要であり、この検出部分から蛍光強度を計測する部分までの間も、電源が不要な光導波路にて接続されている。これにより、本発明に係る位置検出器は、例えば水中や原子炉の付近のような厳しい環境下での設置および動作を実現することができる。
【００７６】
また、本発明に係るモニタシステムによれば、放射線が入射した位置の座標を検出することができるため、従来の点での放射線検出ではなく、線または面での放射線検出が可能となる。また、検出部として機能する媒体（透明基板）の片側から出力される蛍光で動作するため、従来のように検出器をループ状に接続する必要はない。検出部は直列に連結することができるので、広い面積のモニタが可能になる。
【００７７】
半導体材料を用いた位置検出器は、工場等の製造現場での作業の自動化（Factory Automation）や多様な機械の制御に利用されている。本発明に係る位置検出器は、このような半導体材料を用いる従来の位置検出器を代替することが可能になる。
【００７８】
本発明に係るモニタシステムは、大面積に対応し、検出精度が高く、耐環境性が高いため、例えば建物の壁や海底を含む広い範囲での環境放射線量を安価にモニタすることができる。したがって、例えば化学プラント等の大型の施設を対象とした、これまでになかった大規模での放射線モニタが可能になり、安全な環境の実現に寄与することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）      媒体（透明基板）
２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）      光導波路（光ファイバ）
３     分光強度計測手段（分光器）
４     演算手段
５（５Ａ，５Ｂ）     光導波路
６（６Ａ，６Ｂ）     蛍光強度計測手段
７     第２の媒体（透明基板）
９     放射線（励起光）
１０，２０，３０，   位置検出器
４０   モニタシステム
９１   レーザー
９２   鏡
Ａ     蛍光（第１の蛍光）
Ｂ     蛍光（第２の蛍光）
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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