(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能な大画面の半導体検出器を提供する。【解決手段】半導体検出器を構成する部分モジュール１００は、入射Ｘ線により電流を発生させる検出素子１と、検出器素子１の後方に設置されＸ線照射方向と同じ向きに細長く、両面に検出素子が配置された検出素子基板２と、複数の検出素子基板２が連結部材によって連結された回路基板３と、回路基板３の両面に、検出素子基板２から引き出された配線板５と連結された信号処理回路６を備え、部分モジュール１００を複数個組み合わせることで半導体検出器を構成する。【選択図】図１
2015141142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象となる被検体を挟んで、半導体検出器と高エネルギーＸ線源が相対配置された透過像撮像システムであって、
前記半導体検出器を構成する部分モジュールは、入射Ｘ線により電流を発生させる検出素子と、前記検出器素子の後方に設置されＸ線照射方向と同じ向きに細長く、両面に前記検出素子が配置された検出素子基板と、複数の前記検出素子基板が連結部材によって連結された回路基板と、前記回路基板の両面に、前記検出素子基板から引き出された配線板と連結された信号処理回路を備え、
前記部分モジュールを複数個組み合わせることで前記半導体検出器を構成することを特徴とする透過像撮像システム。
【請求項２】
請求項１記載の透過像撮像システムであって、
前記半導体検出器から出力された各検出素子のＸ線透過量を画像化する画像化処理部と、画像化されたデジタル画像を保存する記憶装置を備えることを特徴とする透過像撮像システム。
【請求項３】
請求項１記載の透過像撮像システムであって、
前記回路基板の両面に設置された信号処理回路は、前記回路基板のＸ線入射方向にずらして配置されていることを特徴とする透過像撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過像撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線による透過撮像は、古くから医療分野で広く活用されてきたが、産業分野においても対象機器内部の欠陥を非破壊で検出する事ができるため、プラント配管の健全性評価や各種重要機器の内部検査に使用されてきた。これらの透過撮像においては、被検体を透過した後のＸ線検出デバイスとして、通常、Ｘ線感光フィルムが用いられてきた。一方、近年、Ｘ線検出デバイスとして、イメージングプレート(IP)、フラットパネルデテクタ(FPD)、半導体検出器など被検体を透過した後の透過Ｘ線量をデジタル値として計測可能なデバイスが開発され普及してきている。
【０００３】
イメージングプレート(IP)は輝尽性蛍光体(BaFBr:Eu2+)の微結晶を塗布したフィルムである。Ｘ線によりフィルム表面にレーザー光を照射するとＸ線の露光量に応じて発光するので、この発光量をデジタル値で計測する事によりＸ線照射に比例したＸ線透過像を得る事ができる。そのため、IP本体には放射線量を計測する信号処理回路が不要で、発光量の読み取り装置に信号処理回路が組み込まれている。
【０００４】
フラットパネルデテクタ(FPD)は、入射Ｘ線により薄膜のシンチレータ(CsI)で発光させ、この発光量をフォトダイードで電荷に変換する事で計測しＸ線透過像が得られる。信号処理回路は、シンチレータ後方に存在する。
【０００５】
半導体検出器としてはSi、CdTe等が実用化されている。医療用と異なり工業用途のＸ線透過像装置では、対象物が金属物の場合が多く、人体用途に比較して透過能力の強いＸ線エネルギーが必要となる。半導体検出器は、高エネルギーＸ線に対する感度が高い。そのため、産業用の透過像撮像において、対象被検体が金属の大型構造物の場合は、ＩＰやＦＰＤより有効であり、より高画質な透過像が得られる。また,Ｓｉ半導体検出器は、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置において高エネルギーＸ線に対して感度が高い有効性を発揮している。
【０００６】
特開2012-83277に示された例では、半導体からなるＸ線受光部は、単体検出器毎に分離され、FPC基板も含め隣接チャンネルとは独立した構造を持つ。また、各検出器は、１方向に一定間隔で配列され１次元ラインセンサを構成している。これらの検出器アレイ構成では、Ｘ線が検出器に入射して発生する電荷による電流値を信号処理回路によりデジタル化する。信号処理回路は検出器後方であって、各検出素子に対して１個の基板上に設けられる。また、信号処理回路は大きな基板に実装され、ラインセンサとは配線ケーブルにより連結され、ラインセンサと信号処理回路は一定の距離で離されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2012-83277号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
産業分野でのX線透過像撮像では、撮像対象物として車両構造物や蒸気タービンもあり、大型の金属構造物が撮像対象となる場合がある。従来、これらの大型の金属構造物に対する透過像撮像では、部分領域の撮像を繰り返すか、または対象物を分解または切断してサイズを小さくして撮像していた。一方、大型被検体の変形状態を逐次、透過像として撮像する場合には、部分領域の撮像では全体像が捉えられないため、大型被検体全体を１度に撮像する必要がある。これらの要求を解決するには、大型被検体全体を撮像視野に納める事ができる大画面の検出器が必要になる。
【０００９】
さらに、大画面の検出器を構成するためには、信号処理回路を検出器後方にコンパクトに設置する必要がある。従来と同様の信号処理回路の実装方法では、検出器素子配列の後方空間のみでは回路実装部がおさまらず、検出素子面よりも上下左右の広い空間に回路が配置される。
【００１０】
一方、大画面を構成するためには検出器モジュールを複数個配列させる必要があり、１個の検出器モジュールを処理する回路実装部分は、検出器モジュールの検出面と縦横が同サイズで検出素子の後方に設置しなければ、大画面は構成できない。
【００１１】
前述のイメージングプレート(IP)およびフラットパネルデテクタ(FPD) の検出器画面サイズは、検出素子の製造・製作上の制約から、ともに最大約400mm×400mm程度であり、同サイズ以上の大型化は難しい。
【００１２】
また、大型の金属構造物の透過像撮像では、透過能力の高い高エネルギーX線源を用いる必要があり、イメージングプレート(IP)およびフラットパネルデイテクタ(FPD)は、ともに、Ｘ線源のエネルギーレベルとしては〜200kVが有意な感度を持つ適用範囲である。これは、検出素子のX線エネルギーに対する感度が200kVを超えると急激に低下するためである。工業用の厚い金属物を透過するためにＭＶ領域のＸ線エネルギーレベルが得られる線形加速器を用いた場合、イメージングプレート(IP)およびフラットパネルデイテクタ(FPD)では、ＭＶ領域の高エネルギーX線に対する感度が非常に低いため十分な画像が得られない。
【００１３】
そして、前述の高エネルギー領域のX線に対しても感度の高い半導体検出器では、１列のみのラインセンサでの活用が主であり、二次元平面としての検出面の構成例は僅かしかない。実用化されているＣｄＴｅ検出器では検出面サイズが最大50mm×50mm程度であり、FPDと同様に検出素子の製造・製作上の制約から現状の構造による大型化は困難である。
【００１４】
また、背景技術で説明した産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置で用いられているＳｉ半導体検出器による１次元ラインセンサを用いて透過像を得るには、１次元ラインセンサをセンサの配列方向とは垂直な方向にスキャンして撮像する必要がある。そのため、被検体が大型になると被検体全体の透過像を撮像するためにスキャンに要する時間がかかり、短時間で連続的に透過像を取得する事は困難である。
【００１５】
そのため、本発明の目的は、上記のような事情を背景になされたものであり、産業用高エネルギーＸ線源を用いた透過像撮像システムにおいて、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能な大画面の半導体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】
【００１６】
本発明の半導体検出器を構成する部分モジュールは、入射Ｘ線により電流を発生させる検出素子と、検出素子よりもＸ線入射方向に長く、両面に検出素子が配置された検出素子基板と、複数の検出素子基板が連結部材によって連結された回路基板と、回路基板の両面に、検出素子基板から引き出された配線板と連結された信号処理回路を備え、部分モジュールを複数個組み合わせることで半導体検出器を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、産業用高エネルギーＸ線源を用いた透過像撮像システムにおいて、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能な大画面の半導体検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造の一例を表した図である。
【図２】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造で組み込む信号処理回路の基本構成を表した図である。
【図３】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造を用いた検出器モジュール１個の鳥瞰図を表した図である。
【図４】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造を用いた検出器モジュールを複数個配列し構成した大画面検出器の１部分を示した図である。
【図５】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造を用いた検出器モジュールを複数個配列し構成した大画面検出器の全体像を示した図である。
【図６】本発明の一実施例である稠密検出器用の回路実装構造を用いた検出器モジュールを複数個配列し構成した大画面検出器を用いたＸ線透過像システムの構成機器配置を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、Ｘ線を用いて、対象とする被検体を透過するＸ線の透過量を計測する事により、非破壊で被検体の外部形状および内部形状を計測するために必要となる検出器の信号処理回路の実装技術に関する。
【００２０】
以下、本発明の実施例を、検出器の構成図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）は、検出器の部分モジュールに関する構造を示す。入射Ｘ線により電流を発生させる検出素子１は、ＳｉやＣｄＴｅ等の一定厚みの半導体に一定間隔で複数の電極構成を持つ。また検出素子１は、検出素子基板２上に設置される。検出素子基板２は、検出素子１よりも奥行き方向（Ｚ方向、即ちＸ線入射方向）に延長され、連結部材４を介して、回路基板３に連結される。
【００２２】
各検出素子１は、検出素子基板２および配線板５上の配線ケーブルにより信号処理回路６に連結される。信号処理回路６の基本構成を図２に示した。信号処理回路６は、１個の検出素子１に対して初段増幅回路７、サンプルホールド(S/H)回路８、ADコンバータ９、メモリ１０、外部インターフェイス１１から構成される。本実施例では、図１(b)に示したように、１枚の検出素子基板２上に複数の検出素子１が設置され、この１枚の検出素子基板２上の複数の検出素子１に対する図２の信号処理が、信号処理回路６に集積される。
【００２３】
図１(a)に示したように、それぞれの検出素子基板２は、先端部の表裏両面に検出素子１の配列を設置する。そのため、各検出素子基板２の表に設置される検出器素子１の配列の数と裏側に設置される検出器素子１の配列の数の総和の検出素子分の信号処理が信号処理回路６において実行される。図１に示した実施例では、４枚の検出素子基板２が１枚の回路基板３に連結部材４を介して連結され、４個の信号処理回路６と配線板５を介して結線される。本実施例では、１枚の検出素子基板２から１個の信号処理回路６が結線されるが、信号処理回路の処理能力により複数の検出素子基板２から１個の信号処理回路６に結線する事も可能である。
【００２４】
また、回路基板３の両面に設置された信号処理回路６は、回路基板３の前後方向（Ｚ方向）にずらして配置されており、回路基板３を上下（Ｘ方向）に積層する場合に比べて、検出器の部分モジュール１００の高さを低減している。
【００２５】
本発明の回路実装構造を用いた、透過像撮像システムにおける大画面半導体検出器の構成を図３(a)(b)、図４(a)(b)および図５(a)(b)(c)に示す。また、図６には本実施例の回路実装構造を用いた大画面検出器を構成要素とした高エネルギー透過像システム構成を示した。
【００２６】
図３(a)は、本実施例の回路実装構造を用いた検出器モジュール１２を示している。図３(b)に示した１枚の検出素子基板２が複数枚連結され、図１(a)(b)に示した部分モジュール１００を構成する。具体的には、図１(a)(b)に示した部分モジュール１００は、４枚の検出素子基板２が連結部材４によって連結されている。さらに、この部分モジュール１００を複数個組み合わせる事により、図３(a)の検出器モジュール１２を構成する。本実施例の回路実装部分は、図３(a)の検出器モジュール１２の後方に配置される。
【００２７】
本実施例の回路実装構造を用いた検出器モジュール１２は、図４(a)(b)に示したように一定配列で複数個配置し、一体化することにより大画面を構成する。複数の検出器モジュール１２は、大画面を構成するためのフレーム１４で保持される。また、図４(a)に示したように、各検出器モジュールのＸ線受光面がＸ線源の中心を捉えるように、検出器モジュール１２のＸ線入射面は、X線源中心に対してそれぞれ表面中心の接面がＸ線源の中心に対して直角となるよう配置される。
【００２８】
図５には、大画面を構成した検出器全体の構造を示した。本実施例の回路実装構造を用いた稠密検出器から構成される大画面半導体検出器１５は複数の検出器モジュール１２からなる大画面全体を後方で支える構成要素１８、および支持部１６、台座１７から構成される。
【００２９】
この図１から図５の構成からなる大画面半導体検出器を用いた透過像撮像システム構成例を図６に示した。同システムでは、撮像対象となる被検体領域２０を挟んで、本実施例による回路実装構造を用いた大画面半導体検出器１５と高エネルギーＸ線源１９が相対する。透過能力の高い高エネルギーＸ線源１９と受光面積の大きい大画面半導体検出器１５の組み合わせにより、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能となる。大画面半導体検出器１５で計測された各素子のＸ線透過量は画像化処理部２２に伝送され画像化される。その後、記憶装置２３においてデジタル画像として保存される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の稠密検出器用回路実装構造を用いることで、稠密な検出素子からなる大画面検出器の構成が可能となる。それにより、産業用高エネルギーＸ線源を用いた透過像撮像システムにおいて、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１  検出素子
２  検出器素子基板
３  回路基板
４  連結部材
５  配線板
６  信号処理回路
７  初段増幅回路
８  サンプルホールド回路
９  ＡＤコンバータ
１０  メモリ
１１  外部インターフェイス
１２  検出器モジュール
１４  フレーム
１５  大画面半導体検出器
１６  支持部
１７  台座
１００  部分モジュール
【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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