(57)【要約】【課題】低コストな構成で感度の十分なＸ線検出を行うこと。【解決手段】Ｘ線照射時に３価から２価に還元される３価のサマリウムのイオンを含む蛍光体（２２）と、蛍光体（２２）に対して、サマリウムを励起させる第１の波長のレーザー光（１１ａ）を照射する光励起発光用の光源（１１）と、レーザー光（１１ａ）により光励起された２価のサマリウムに起因し且つ前記第１の波長よりも波長の長い第２の波長の光を受光するＳｉ光検出器（１２）と、Ｓｉ光検出器（１２）が受光した光に基づいて、Ｘ線の照射を検出する検出手段（Ｃ３）と、を備えたＸ線検出装置（１）。【選択図】図２
2015206729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線照射時に３価から２価に還元される３価のサマリウムのイオンを含む蛍光体と、
前記蛍光体に対して、前記サマリウムを励起させる第１の波長のレーザー光を照射する光励起発光用の光源と、
前記レーザー光により光励起された２価のサマリウムに起因し且つ前記第１の波長よりも波長の長い第２の波長の光を受光するＳｉ光検出器と、
前記Ｓｉ光検出器が受光した光に基づいて、Ｘ線の照射を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とするＸ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を検出するＸ線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査や医療機器などの分野において、Ｘ線が使用されている。Ｘ線が照射された位置と照射されなかった位置とからなるＸ線画像を記録する方法として、イメージングプレートを使用する方法が、従来から良く知られている。
これは、Ｘ線のエネルギーにより母材結晶の欠陥に電子を蓄え、これに２次光を照射することによって希土類を通して発光させ、その光をとらえてＸ線を検出している。このようなイメージングプレートに関して、以下の非特許文献１に記載の技術が公知である。
【０００３】
非特許文献１には、BaFBrの母材にEu2+が添加された輝尽性蛍光体を使用するイメージングプレートが記載されている。なお、輝尽発光（ＰＳＬ）とは、放射線などの第１の光で刺激を与えた後で、第２の光をその物質に照射したときに、第２の光よりも波長が短く、かつ、最初の刺激に対応した第３の光を発光する現象である。
非特許文献１の記載によれば、BaFBr:Eu2+輝尽性蛍光体に放射線が照射されると、結晶中に電子と正孔が発生する。電子はF+センター（ハロゲンイオン空孔）に捕獲され、Fセンターを形成する。正孔は結晶中の発光センターのEu2+イオンに捕獲されて、Eu3+となる。そして、放射線情報を読み出す場合には、２次光としての赤光He-Neレーザー（波長640nm程度）を照射すると、Fセンターに吸収されていた電子が伝導帯に開放され、Eu3+に捕獲されていた正孔と再結合する。そのエネルギーにより発光センターのEu2+が励起され、基底状態に戻る時に400nmの輝尽発光が発生する。
よって、非特許文献１に記載の技術では、Ｘ線照射時に、Eu2+がEu3+となり、２次光の照射時に、Eu3+がEu2+に戻る過程で発光する。また、非特許文献１では、２次光の波長（赤光）に対して、輝尽発光の波長（青光）は短い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】宮原諄二，「イメージングプレートとその応用」，固体物理，株式会社アグネ技術センター，1995，Vol.30，No.7，p72-78
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（従来技術の問題点）
非特許文献１に記載の技術では、１次光の照射で蓄えられた電子は、２次光を照射することにより消滅する。よって、蓄えられた電子の量以上の発光を原理的に得ることができず、高感度化には限界がある問題がある。
また、非特許文献１に記載の技術では、輝尽発光で発生する400nmの青光は、光電管や光電子増倍管（ＰＭＴ：PhotoMultiplier Tube）といった検出器で観測されることが、現在、広く採用されている。光電管等は、青色の感度が高く、通常、赤色に感度がない。また、光電管等は、コストが高く、イメージングプレートを使用した装置全体のコストが上昇する問題がある。特に、光電管等において、青色以外の赤色等にも感度を有するものも存在するが、さらにコストが高くなる問題がある。
比較的低コストの検出器として、Ｓｉ光検出器（フォトダイオード）が知られているが、Ｓｉ光検出器は、バンドギャップが1100nm付近であるため、青色の光に対しては感度が低下する問題がある。
【０００６】
本発明は、低コストな構成で感度の十分なＸ線検出を行うことを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明のＸ線検出装置は、
Ｘ線照射時に３価から２価に還元される３価のサマリウムのイオンを含む蛍光体と、
前記蛍光体に対して、前記サマリウムを励起させる第１の波長のレーザー光を照射する光励起発光用の光源と、
前記レーザー光により光励起された２価のサマリウムに起因し且つ前記第１の波長よりも波長の長い第２の波長の光を受光するＳｉ光検出器と、
前記Ｓｉ光検出器が受光した光に基づいて、Ｘ線の照射を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、本発明の構成を有しない場合に比べて、低コストな構成で感度の十分なＸ線検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施例１のＸ線検出装置の説明図である。
【図２】図２はＸ線検出装置の要部拡大図である。
【図３】図３はＳｍのＸ線照射前後のＰＬスペクトル変化の実験結果の説明図であり、横軸に波長を取り、縦軸にＰＬ強度を取ったグラフである。
【図４】図４はＳｍ２＋イオンの発光強度のＸ線照射時間依存性の実験結果の説明図であり、横軸にＸ線照射時間を取り、縦軸にＰＬ強度を取ったグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例としての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１のＸ線検出装置の説明図である。
図２はＸ線検出装置の要部拡大図である。
図１において、本発明の実施例１のＸ線検出装置１は、読取部の一例としてのスキャナー装置２と、情報処理部の一例としてのパーソナルコンピュータ３と、を有する。パーソナルコンピュータ３は、スキャナー装置２に電気的に接続されており、信号の送受信が可能に構成されている。
【００１２】
（スキャナー装置）
実施例１のスキャナー装置２は、左右方向の左側に、Ｘ線観測用の媒体の一例としてのＸ線観測シートＳがセットされるセット部２ａが形成されている。セット部２ａの右方には、読取部２ｂが設けられている。読取部２ｂの右方には、Ｘ線観測シートＳが排出される排出部２ｃが形成されている。
図２において、読取部２ｂの内部には、光励起発光用の光源の一例としてのレーザー光源１１が配置されている。レーザー光源１１は、Ｘ線観測シートＳに対して、サマリウム（Ｓｍ）を励起させるレーザー光１１ａを照射する。実施例１では、サマリウム（Ｓｍ）を励起させるレーザー光１１ａとして、第１の波長の一例としての405nmのレーザー光を照射する。なお、実施例１のレーザー光源１１は、図示しないレンズにより、Ｘ線観測シートＳの幅方向（前後方向）の全域にレーザー光１１ａを照射する。
【００１３】
レーザー光１１ａがＸ線観測シートＳに照射される位置１１ｂに対応して、検出器の一例としてのＳｉ光検出器１２が配置されている。Ｓｉ光検出器１２は、赤〜近赤外領域（600nm〜1100nm程度）に高い感度を有するフォトダイオードにより構成されており、レーザー光１１ａが照射された位置からの光を受光する。なお、実施例１のＳｉ光検出器１２は、レンズとＸ線観測シートＳの幅方向に延びた複数個のフォトダイオードが線上（ライン上）に並んだ構成となっている。なお、レーザー光の散乱光をカットするためのフィルタについては、図示を省略している。なお、フィルタとしては、任意のフィルタを使用することが可能であるが、低コストなロングパスフィルタで十分である。
前記読取部２ｂの下部には、Ｘ線観測シートＳを、セット部２ａから排出部２ｃに向けて搬送する搬送部材１３が設置されている。搬送部材１３は、予め設定された読取速度で、Ｘ線観測シートＳを搬送する。
【００１４】
（パーソナルコンピュータ）
図１において、実施例１のパーソナルコンピュータ３は、いわゆる、コンピュータ装置により構成されており、コンピュータ本体Ｈ１と、ディスプレイＨ２と、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、図示しないＨＤドライブ（ハードディスクドライブ）等により構成されている。
図１において、パーソナルコンピュータ３のコンピュータ本体Ｈ１は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ、記録媒体）、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ、記録媒体）、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有しており、ＲＯＭ及びＲＡＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
前記構成のパーソナルコンピュータ３は、ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００１５】
実施例１のパーソナルコンピュータ３の制御部（コントローラ）Ｃは、下記の機能手段（プログラムモジュール）Ｃ１〜Ｃ３を有する。
光源制御手段Ｃ１は、レーザー光源１１の駆動を制御して、レーザー光１１ａの照射や照射終了を制御する。
搬送制御手段Ｃ２は、搬送部材１３の駆動を制御して、Ｘ線観測シートＳの読取速度（搬送速度）を制御する。
検出手段の一例としての撮像制御手段Ｃ３は、Ｓｉ光検出器１２からの信号に基づいて、Ｘ線の照射を検出する。すなわち、撮像制御手段Ｃ３は、搬送部材１３で搬送されるＸ線観測シートＳの画像が、Ｓｉ光検出器１２で順次読み取られ、読取結果を累積してＸ線観測シートＳの１枚分のＸ線画像を検出する。実施例１の撮像制御手段Ｃ３は、検出されたＸ線画像をディスプレイＨ２に表示する。
【００１６】
（Ｘ線観測シート）
実施例１のＸ線観測シートＳは、シートの基材２１の表面に蛍光体２２が塗布された層構造を有する。シートの基材２１としては、有機フィルム等の従来公知の任意の基材材料を使用可能である。実施例１の蛍光体２２として、母材である硫酸バリウム（BaSO4）に、サマリウム（Ｓｍ）が添加されたものを使用した。なお、実施例１では、蛍光体２２を塗布した構成としたが、これに限定されない。蛍光体２２は、粉末化が可能であり、シート状等、任意の形状に変更することが可能である。よって、実施例１では、Ｘ線観測シートＳを低コストで様々なサイズにすることが可能である。
前記スキャナー装置２やパーソナルコンピュータ３、Ｘ線観察シートＳ等により、実施例１のＸ線検出装置１が構成されている。
【００１７】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のＸ線検出装置１では、Ｘ線が照射されたＸ線観測シートＳをスキャナー装置２で読み取って、パーソナルコンピュータ３で検出し、ディスプレイＨ２に表示する。
一例として、図１に示すように、被検査物の一例としての鉄筋コンクリートの柱３１の非破壊検査を行う場合、柱３１を挟んで、Ｘ線源３２とＸ線観測シートＳとを設置する。そして、Ｘ線源３２から照射されたＸ線（１次光）３２ａが柱３１を透過して、Ｘ線観測シートＳに到達する。このとき、鉄筋の有無で、透過するＸ線が異なり、Ｘ線観測シートＳには鉄筋の位置に応じてＸ線が照射される。
【００１８】
Ｘ線観測シートＳでは、Ｘ線が到達すると、サマリウムが、イオン価を３価から２価に変化させる。サマリウムの２価と３価のイオンは、光励起用のレーザー光（２次光）１１ａを照射した場合に、光励起発光（ＰＬ）で、それぞれ異なる発光波長で発光する。具体的には、サマリウムの３価のイオン（Sm3+）は、590nm、640nm付近（第３の波長の一例としての600nm付近）にピークが確認され、サマリウムの２価のイオン（Sm2+）は、590nm、640nm付近に加えて、680nm,690nm,720nm付近（700nm付近）にピークが確認される。よって、観測されたピーク波長（第２の波長の一例としての700nm付近が観測されるか否か）に基づいて、Ｘ線観測シートＳで、Ｘ線が照射された位置とそうでない位置、また、ピークの強度に応じて、Ｘ線の照射量を検出し、画像化することが可能である。
また、BaSO4中のサマリウムは、Ｘ線に対する感度が高く、実験室レベルでは、ＣｕＫαのＸ線（４０ｋＶ，４０ｍＡ）ならば、１秒程度の照射で十分検出可能な２価のサマリウムイオンが生成される。そして、実施例１のＸ線観測シートＳでは、２価のイオンからの発光は、波長が600nm以上（700nm付近）であり、低コストのＳｉ光検出器１２で感度良く観測することが可能である。よって、実施例１のＸ線検出装置１では、低コストで高感度のＸ線の検出が可能である。
【００１９】
特に、非特許文献１に記載の技術のような輝尽発光（ＰＳＬ）を利用する技術では、２次光（波長632.8nmの赤光He-Neレーザー）に対して、発生する輝尽発光が400nm付近であり、２次光よりも波長の短い発光を観測していた。これに対して、実施例１では、２次光（光励起用の青色レーザー光：400nm程度）よりも波長の長い光励起発光（ＰＬ）を観測している。よって、高価な光電管等を採用する必要が無く、比較的低コストなＳｉ光検出器１２を使用可能である。
【００２０】
また、非特許文献１に記載の技術では、１次光（Ｘ線）が照射時に蓄えられた電子は、２次光（赤色レーザー）の照射時に消滅する。具体的には、以下の反応が考えられる。
Eu2+＋（１次光）→  Eu3+  →  Eu3+＋e-（２次光）  →  Eu2+*  →Eu2+＋ｈν（青光）
したがって、一連の輝尽発光（ＰＳＬ）のプロセスでは、ユウロピウム（Ｅｕ）は、１次光の照射で２価から３価となり、２次光が照射されて青光が観測されると、３価から２価に戻る。よって、２次光が照射されて一旦青光が観測されると、Ｘ線画像は急速に消滅してしまう。
これに対して、実施例１のＸ線観測シートＳでは、Ｘ線の照射に伴って電子を生成するのではなく、サマリウム（Ｓｍ）の価数を３価から２価に変化させている。そして、価数が変化したサマリウムは、光励起用のレーザー光１１ａの照射の影響を受けにくい。よって、実施例１のＸ線観測シートＳでは、測定時間を長くしたり、照射光強度を強くすることで、従来の技術に比べて、飛躍的に高感度のＸ線画像の検出が可能である。
なお、BaSO4に希土類などを添加した材料は、Ｘ線シンチレータ材料として良く知られているが、それらは価数変化を利用するものではない。
【００２１】
（実験例）
実施例１のＸ線検出装置の効果を確認するために、実験を行った。
実験の試料は、硫酸バリウム（BaSO4）に酸化サマリウム（Sm2O3）を添加し、Ｓｍ添加濃度は０．１[at％]および１［at％］とした。BaSO4とSm2O3を瑪瑙乳鉢で混合粉砕した後に、石英ガラス管に入れ、ガラス管を電気炉に入れて１０００℃で３時間保ち、その後徐冷を行った。試料はダイアモンドカッターで切断し、その際付着した蝋を取り除くためジエチルエーテルに浸した。Ｘ線照射は別々のサンプルに、０,１,４,８,３０,６０，２４０秒の７回行い、その前後で、光励起発光強度（ＰＬ）の測定を行い、スペクトルを求めた。ＰＬは波長405nmの半導体レーザー（２４ｍＷ）を使用した。実験結果を図３に示す。
【００２２】
図３はＳｍのＸ線照射前後のＰＬスペクトル変化の実験結果の説明図であり、横軸に波長を取り、縦軸にＰＬ強度を取ったグラフである。
図３に、Ｓｍ濃度が１［at％］の試料にＸ線を照射する前と、Ｘ線を２４０秒照射した後のＰＬスペクトルを示す。Ｘ線照射前の試料のＰＬスペクトルから、590nm、640nm付近にピークが確認でき、それぞれ、Sm3+イオンの4G5/2  →  6H7/2  →  6H9/2  の電子遷移と同定した。一方、Ｘ線照射後の試料のＰＬスペクトルでは、上記のピークに加え、680nm、690nm、720nm付近にピークが確認できた。これらのピークはそれぞれ、Sm2+イオンの5D0  →  7F0,7F1,7F2  の電子遷移と同定した。
よって、Ｓｉ光検出器１２での検出結果から、Ｘ線の照射された部分（700nm近傍が観測された部分）と、Ｘ線の照射されなかった部分（700nm近傍が観測されなかった部分）と、を判別可能であり、この違いをＸ線画像として記録、表示可能である。
【００２３】
図４はＳｍ２＋イオンの発光強度のＸ線照射時間依存性の実験結果の説明図であり、横軸にＸ線照射時間を取り、縦軸にＰＬ強度を取ったグラフである。
図４に、Ｓｍの濃度別に、Ｘ線照射時間によるSm2+イオンの発光強度を示す。Ｓｍ濃度が０．１［at％］の試料では、短い照射時間中（６０秒以下）では、線形に発光強度が強まっているが、その後２４０秒まで飽和していた。しかし、Ｓｍ濃度が１［at％］の試料では、２４０秒まで線形に発光強度が強まっていた。これらのことから、Ｘ線の照射量と、Sm2+イオンの発光強度がある範囲で比例することが確認できた。
特に、図４の結果から、秒単位のＸ線照射により、Ｓｍの価数の変化が起こることが確認された。また、Ｓｍ濃度が十分であれば、発光強度からＸ線の照射時間がわかり、単位時間当たりのＸ線の照射量から、Ｘ線の照射量全体も観測可能である。また、この発光は大気中で数ヶ月持続しており、環境に対しても安定であった。
したがって、実施例１のＸ線観察シートＳでは、Ｘ線の短時間照射がＳｍの価数変化として材料中に記録されることから、間接的なＸ線検出材料として利用できる。
【００２４】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更実施例を下記に例示する。
前記実施例において、非破壊検査においてＸ線検出装置１を使用する構成を例示したがこれに限定されない。例えば、生体のＸ線透過画像といった医療分野で使用したり、Ｘ線被曝検査用のフィルムパッチとして使用したり、Ｘ線を照射した材料を700nmの光で顕微鏡で観測する等、Ｘ線を使用して検査を行う構成に適用可能である。
２価のサマリウムを励起する光源として、レーザー光を使用することが好ましいが、検出手段の700nmの検出感度が高ければ、励起用のレーザー光に替えて紫外線ランプを使用することも不可能ではない。
【符号の説明】
【００２５】
１…Ｘ線検出装置、
１１…光励起発光用の光源、
１１ａ…レーザー光、
１２…Ｓｉ光検出器、
２２…蛍光体、
Ｃ３…検出手段。
【図１】
2015206729.tif 000003
【図２】
2015206729.tif 000004
【図４】
2015206729.tif 000005
【図３】
2015206729.tif 000006