JP2003307568A

JP2003307568A - Ｘ線センサ信号処理回路及びｘ線センサ信号処理方法

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Publication number: JP2003307568A
Application number: JP2003060781A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamimura; 上村　　博; Shigeru Izumi; 滋出海; Hiroshi Kitaguchi; 博司北口; Atsushi Yamakoshi; 淳山越; Katsutoshi Sato; 克利佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP3873912B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線センサ信号処理回路のハード構成を簡単化
し、且つ、Ｘ線センサにおいて発生する暗電流を除去
し、かつ入射フォトン数が少ない場合でもＸ線の平均フ
ォトン数に比例した正確な値を求めることができるＸ線
センサ信号処理回路及びＸ線センサ信号処理方法を提供
することにある。【解決手段】加速器から出射されて被試験体を透過した
パルス状のＸ線を検出するＸ線センサの出力信号を処理
するＸ線センサ信号処理回路において、一端が前記Ｘ線
センサに接続され他端が接地された第１の抵抗と、前記
Ｘ線センサと前記第１の抵抗の接続点に一端が接続され
た第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの他端に
反転入力が接続されたＯＰアンプと、前記ＯＰアンプに
並列に接続された第２の抵抗及び第２のコンデンサとを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線センサ信号処
理回路及びＸ線センサ信号処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属製部品や装置の内部欠陥など
を非破壊で検査するために、高エネルギー（１ＭｅＶ以
上）のＸ線パルスを用いた工業用のＸ線ＣＴ装置が開発
されており、また、より大きな被試験体を高解像度で検
査するために更なる研究開発が進められている。

【０００３】Ｘ線ＣＴ装置については「H.Miyai, et a
l.“A High Energy X-Ray ComputedTomography Using S
ilicon Semiconductor Detectors”，1996 Nuclear Sci
enceSymposium Conference Record, Vol.2, p816-p821,
Nov.2-9 1996, Anaheim, CA, USA (1997)」（以下、第
１従来技術という）に記載されている。この第１従来技
術に示された、Ｘ線センサの出力信号を処理する信号処
理回路について図９を用いて説明する。

【０００４】図９に示す信号処理回路１において、半導
体センサ（Ｘ線センサ）２１〜２ｎは初段回路９０〜９
ｎに接続されている。Ｘ線ＣＴ装置用の半導体センサ
は、高エネルギーのＸ線パルスを効率よく検出するため
に短冊形で寸法が大きく（例えば、３×４０×０.４m
m)、必然的に数十ｎＡレベルの大きな暗電流を生じる。
初段回路９０において、コンデンサ１１４は、電圧増幅
器が暗電流による直流電圧を増幅しないように、半導体
センサ２１を交流結合するためのものである。Ｘ線が半
導体センサ２１に入射すると、センサ内部に電荷が発生
するため、抵抗113に電流が流れる。そのときに発生す
る電圧変化を２段の電圧増幅器９２，９１で増幅し、サ
ンプルホールドアンプ９４でホールドして後段の装置に
出力する。

【０００５】

【特許文献１】特開昭５８−１５８４７号公報

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ）は第１従
来技術の半導体センサ２１の出力を、図１０（ｂ）は第
１従来技術のサンプルホールドアンプ９４の出力をそれ
ぞれ示す。Ｘ線パルスはパルス幅Ｔｗで出力されるの
で、被試験体が無いか又は透過した被試験体の厚さが薄
い場合、図１０（ａ）に示すように、Ｘ線センサの出力
はＸ線パルスの線量に比例した方形波の出力１０１（実
線）となる。従って、サンプルホールドアンプ９４の出
力は図１０（ｂ）に示すように、最初の立ち上がり部分
を除いて単位時間当たりの平均フォトン数に比例した出
力１０３が得られる。

【０００７】一方、Ｘ線パルスが厚い被試験体を透過し
た場合、Ｘ線パルスは被試験体で減衰されて半導体セン
サ２１に入射するため、被試験体が設置されていない場
合と比べて、入射するフォトン数は最小で４桁程度小さ
くなる。図１０（ａ）の出力１０２は、被試験体が厚
く、入射フォトン数が少ない場合の半導体センサ２１の
出力例を示す。図１０（ａ）に示されるように、半導体
センサ２１の出力は一定の値にはならず、フォトンが入
射した時にのみ出力波高が高くなるような波形とにな
る。この場合、図１０（ｂ）に出力１０４として示され
るように、サンプルホールドアンプ９４の出力も一定に
はならず、ホールドした値が必ずしも単位時間当たりの
平均フォトン数に比例した電圧にはならない。このよう
に、第１従来技術には、入射フォトン数が少ない場合に
単位時間当たりの平均フォトン数に比例した電圧が得ら
れないという問題点がある。

【０００８】入射フォトン数が少ない場合でも平均フォ
トン数に比例した電圧を得るための技術については、特
開昭５８−１５８４７号公報（以下、第２従来技術とい
う）に記載されている。この第２従来技術は、医療用の
Ｘ線断層撮影装置において、Ｘ線センサの出力信号から
コンデンサによって直流成分を除去し、その結果得られ
る揺らぎ成分を２乗平均することによって平均フォトン
数に比例した電圧を得ることを記載している。この手法
は、２乗平均電圧法、或いはキャンベル法と呼ばれてい
る。

【０００９】そこで、この第２従来技術を第１従来技術
に適用した場合を想定する。一般的に、第１従来技術が
対象としている工業用のＸ線ＣＴ装置は、第２従来技術
が対象としている医療用のＸ線断層撮影装置と比較し
て、使用するＸ線パルスのパルス幅が小さく（５μｓ程
度）設定されるが、このようにパルス幅の小さいパルス
はコンデンサでは除去することができない。従って、第
１従来技術が対象としている工業用Ｘ線ＣＴ装置に第２
従来技術を適用したとしても、コンデンサによって揺ら
ぎ成分だけを取り出すことはできない。２乗平均電圧法
は、揺らぎ成分だけを取り出さなければ、平均フォトン
数に比例した電圧を正確に求めることができないため、
上述のように第１従来技術に第２従来技術を適用したと
しても、平均フォトン数に比例した電圧を正確に求める
ことができない。

【００１０】本発明の目的は、Ｘ線センサ信号処理回路
のハード構成を簡単化し、且つ、Ｘ線センサにおいて発
生する暗電流を除去し、かつ入射フォトン数が少ない場
合でもＸ線の平均フォトン数に比例した正確な値を求め
ることができるＸ線センサ信号処理回路及びＸ線センサ
信号処理方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、加速器
から出射されて被試験体を透過したパルス状のＸ線を検
出するＸ線センサの出力信号を処理するＸ線センサ信号
処理回路において、一端が前記Ｘ線センサに接続され他
端が接地された第１の抵抗と、前記Ｘ線センサと前記第
１の抵抗の接続点に一端が接続された第１のコンデンサ
と、前記第１のコンデンサの他端に反転入力が接続され
たＯＰアンプと、前記ＯＰアンプに並列に接続された第
２の抵抗及び第２のコンデンサとを備えたことにある。

【００１２】本発明によれば、Ｘ線センサ信号処理回路
のハード構成を簡単化し、且つ、Ｘ線センサにおいて発
生する暗電流を除去し、かつ入射フォトン数が少ない場
合でもＸ線の平均フォトン数に比例した正確な値を求め
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。

【００１４】（実施例１）本発明の好適な一実施例であ
るＸ線センサ信号処理回路を図１に示す。また、図１の
Ｘ線センサ信号処理回路を用いたＸ線ＣＴ装置を図２に
示す。

【００１５】はじめに、図２を用いてＸ線ＣＴ装置によ
る被破壊検査について説明する。なお、図２（ａ）は側
面から見たＸ線ＣＴ装置を示し、図２（ｂ）は上方から
見たＸ線ＣＴ装置を示す。図２（ａ）において、まずＣ
Ｔ制御装置９が加速器４に対してＸ線パルス出射指令を
出力する。また、ＣＴ制御装置９は、Ｘ線パルス出射指
令を出力するのと同時に、信号処理回路（Ｘ線センサ信
号処理回路）１に対してＸ線パルス出射開始信号を出力
する。加速器４はＸ線パルス出射指令が入力されると、
ライナック４１によってイオンビームを加速して出射
し、そのイオンビームをターゲット４２に照射すること
により扇状（放射状）で高エネルギー（１ＭｅＶ以上）
のＸ線を発生させる。発生させたＸ線は、コリメータ４
３を通して加速器４から出射される。なお、Ｘ線はパル
ス幅５μｓの短いパルスで加速器４から出射されるが、
Ｘ線のエネルギー及びパルス幅の制御は、ターゲット４
２に照射するイオンビームのエネルギー及びパルス幅を
ライナック４１により制御することで行われる。

【００１６】加速器４から出射されたＸ線パルスは、ス
キャナ６上に配置された被試験体５に照射され、被試験
体５を透過する。図示しないが、スキャナ６にはＣＴ制
御装置９より制御信号が入力されており、スキャナ６は
その制御信号に応じて回転や上下動を行う。スキャナ６
の回転・上下動によって、被試験体５には任意の箇所に
対して様々な方向からＸ線パルスが複数回照射される。
被試験体５を透過したＸ線パルスは、コリメータ７を通
り、一列に並べられた半導体センサ（Ｘ線センサ）２１
〜２ｎに入射される。半導体センサ２１〜２ｎにおい
て、ｐｎ接合部の空乏層にＸ線が入射すると多数の電子
・正孔ペアが生じ、電流が流れる。信号処理回路１は、
半導体センサ２１〜２ｎに生じた電流に応じたセンサ出
力データを出力する。信号処理回路１の動作については
後述する。

【００１７】データ送受信回路３は、信号処理回路１か
ら出力されたセンサ出力データを入力し、そのセンサ出
力データをＣＴ制御装置９に出力する。なお、データ送
受信回路３とＣＴ制御装置９との間には遮蔽壁８がある
ため、両者間のデータの伝送は遮蔽壁８を貫通するケー
ブルを介して行われる。なお、加速器４及びスキャナ６
とＣＴ制御装置９の間のデータ伝送も同様である。ＣＴ
制御装置９は、入力されたセンサ出力データを用いて被
試験体５の断面の透視画像を再構成し、表示装置１０に
表示させる。

【００１８】以上のようにして、被試験体５の断面の透
視画像が得られる。

【００１９】次に、図１を用いて信号処理回路１につい
て説明する。図１において、半導体センサ２１〜２ｎ
は、各々初段回路１１１〜１１ｎに接続される。なお、
初段回路１１２（図示しない）〜１１ｎは初段回路１１
１と同じ構成であるので、ここでは初段回路１１１につ
いてのみ説明する。

【００２０】初段回路１１１において、半導体センサ２
１の一端には、半導体センサ２１に逆バイアスをかける
向きでバイアス電源１１８が接続され、他端には抵抗１
１９が接続される。なお、抵抗１１９の他端は接地され
ている。また、半導体センサ２１と抵抗１１９の接続部
にはコンデンサ１１４が接続される。コンデンサ114の
他端は、ＯＰアンプ１１５の反転入力に接続され、ＯＰ
アンプ１１５には並列に抵抗１１６及びコンデンサ１１
７が接続される。ＯＰアンプ１１５，抵抗116及びコン
デンサ１１７は積分回路を構成している。以下、ＯＰア
ンプ１１５，抵抗１１６及びコンデンサ１１７をまとめ
て積分器という。初段回路１１１は以上のように構成さ
れる。

【００２１】従来の技術で述べたように、半導体センサ
２１では数十ｎＡ程度の暗電流が発生する。しかし、こ
の暗電流は直流成分であるため、コンデンサ１１４を通
して積分器側に流れ込むことはなく、抵抗１１９の方へ
流れる。初段回路１１１ではこのようにして暗電流が除
去される。

【００２２】半導体センサ２１がＸ線パルスを検出した
場合、Ｘ線パルスはパルス幅が５μｓとなっているの
で、半導体センサ２１の出力電流の周波数帯域は数十ｋ
Ｈｚ以上となり、そのため、その出力電流はコンデンサ
１１４を通過して積分器側に流れ込む。ＯＰアンプ１１
５の反転入力はイマジナリショートであるので、出力電
流は抵抗１１６にはほとんど流れずにコンデンサ１１７
に流れ込み、コンデンサ１１７において電荷が蓄積され
る。半導体センサ２１におけるＸ線パルスの検出が終わ
ると、半導体センサ２１からの出力電流は直流成分の暗
電流のみとなるので、コンデンサ１１７に蓄積された電
荷が、抵抗１１６とコンデンサ１１７で決まる時定数に
従って放電（減衰）していく。なお、抵抗１１６の抵抗
値Ｒ及びコンデンサ１１７のキャパシタンスＣの決定方
法、つまり時定数の決定方法については後述する。

【００２３】図３（ａ）は半導体センサ２１の出力電流
波形を示し、図３（ｂ）はＯＰアンプ１１４，抵抗１１
５及びコンデンサ１１６からなる積分器の出力電圧波形
を示す。図３（ａ）において、出力波形３１（実線）
は、被試験体５を透過しなかったＸ線パルスが入射した
場合の半導体センサ２１の出力波形を示し、一方の出力
波形３２は、被試験体５の厚い部分を透過したために半
導体センサ２１に入射するＸ線パルスの入射フォトン数
が数個程度まで低下した場合の半導体センサ２１の出力
波形を示す。従来の技術で説明したように、Ｘ線パルス
が被試験体５を透過しなかった場合には、半導体センサ
２１の出力波形はＸ線パルスの線量に比例した方形波と
なり、Ｘ線パルスが被試験体５の厚い部分を透過した場
合には、フォトンが入射した時にのみ出力波高が高くな
るような出力波形になる。

【００２４】これに対する積分器出力は、図３（ｂ）に
示すように、Ｘ線パルスが被試験体５を透過しなかった
場合には、半導体センサ２１から電流が出力されている
間ほぼ直線的に増加し、その後、徐々に放電していく
（出力３３：実線）。一方、Ｘ線パルスが被試験体５の
厚い部分を透過した場合には、半導体センサ２１の出力
が積分され、入射したフォトン数に比例した電圧が得ら
れる。つまり、Ｘ線パルスが被試験体５の厚い部分を透
過した場合に半導体センサ２１の出力波形が時間と共に
変化したとしても、本実施例では積分器を用いた積分値
を求めるため、入射したフォトン数に比例した電圧を得
ることができる。

【００２５】このように本実施例の初段回路１１１によ
れば、Ｘ線パルスが被試験体５を透過したか否かにかか
わらず、Ｘ線の平均フォトン数に比例した電圧を正確に
求めることができる。また、本実施例において積分器
は、第１従来技術のサンプルホールドアンプの役割を兼
ねているため、本実施例ではサンプルホールドアンプを
設ける必要がない。更に、本実施例では、Ｘ線パルスに
より生じる電荷は全てコンデンサ１１７に蓄積されるた
め、Ｘ線パルス照射終了後に半導体センサ２１やコンデ
ンサ１１４のバイアス状態は即座に定常状態に復帰す
る。よって、リセットスイッチを設ける必要がない。こ
のように本実施例の初段回路１１１によれば、ハード構
成を簡単化することができる。なお、前述したように、
初段回路112〜１１ｎについても初段回路１１１と同様
である。

【００２６】初段回路１１１〜１１ｎの出力端（積分器
の出力端）は、マルチプレクサ１３のスイッチ１３１〜
１３ｎに各々接続される。制御回路１２は、Ｘ線パルス
の照射開始から１０μｓ後にスイッチ１３１に対して
「閉」指令を出力する。なお、制御回路１２には、ＣＴ
制御装置９から出力されたＸ線パルス出射開始信号がデ
ータ送受信回路３及びバス１７を介して入力されるの
で、制御回路１２はＸ線パルス出射開始信号が入力され
たときに照射が開始されたとして、その１０μｓ後に
「閉」指令を出力する。「閉」指令を受けたスイッチ１
３１は閉じられ、初段回路１１１の出力信号はＡＤコン
バータ１４に出力される。制御回路１２は、スイッチ１
３１〜１３ｎが５μｓおきに順番に閉じるように「開」
指令及び「閉」指令を出力する。

【００２７】次に、制御回路１２は、ＡＤコンバータ１
４に対してＡＤ変換指令を出力する。ＡＤ変換指令が入
力されたＡＤコンバータ１４は、初段回路１１１の出力
信号をディジタルの出力信号にＡＤ変換する。ＡＤ変換
により得られた出力信号は、制御回路１２により、バス
１７を介してメモリ１５に記憶される。なお、メモリ１
５には、予め半導体センサ２１〜２ｎ（初段回路１１１
〜１１ｎ）の各々に対応した格納領域が設けられてお
り、上記出力信号は半導体センサ２１に対応した格納領
域に記憶される。

【００２８】続いて、制御回路１２は、Ｘ線パルスの照
射開始から１５μｓ後、すなわちスイッチ１３１に対し
て「閉」指令を出力してから５μｓ後に、スイッチ１３
１に対して「開」指令を出力すると共にスイッチ１３２
に対して「閉」指令を出力する。「開」指令を受けたス
イッチ１３１は開き、「閉」指令を受けたスイッチ１３
２は閉じる。スイッチ１３２が閉じられたことにより、
初段回路１１２の出力信号がＡＤコンバータ１４に出力
される。次に、制御回路１２は、ＡＤコンバータ１４に
対してＡＤ変換指令を出力し、ＡＤコンバータ１４は初
段回路１１２の出力信号をディジタルの出力信号にＡＤ
変換する。ＡＤ変換により得られた出力信号は、制御回
路１２によりバス１７を介してメモリ１５の半導体セン
サ２２に対応する格納領域に記憶される。

【００２９】以下、初段回路１１３〜１１ｎに対しても
初段回路１１１，１１２と同様の処理が行われる。

【００３０】ここで、初段回路１１１〜１１ｎの出力信
号は、Ｘ線パルスの照射が終了してから一定時間経過し
た時点での出力信号であり、Ｘ線パルス照射終了直後の
出力信号よりも小さな値となる。つまり、初段回路１１
１〜１１ｎの各積分器の出力電圧は、前述のように、抵
抗１１６の抵抗値Ｒとコンデンサ１１７のキャパシタン
スＣとの積で決まる時定数で減衰するため、時間と共に
その値が小さくなっていく。そこで、本実施例では、メ
モリ１５に記憶された出力信号を補正してＸ線パルス照
射終了直後の出力信号を求める。

【００３１】Ｘ線パルス照射終了直後の出力信号値Ｖ０
は（数１）で表わされる。

【００３２】

【数１】Ｖ０＝Ｖ（ｔ）×exp(ｔ／τ） …（数１）ここで、ｔ：Ｘ線パルス照射終了直後からの時間、Ｖ
（ｔ）：時間ｔにおける出力信号値、τ：時定数であ
る。初段回路１１１の場合、Ｘ線パルス照射終了直後か
ら出力信号を測定するまでの時間は５μｓであるため、
ｔ＝５μｓとなる。なお、前述のようにスイッチ１３１
〜１３ｎは５μｓ毎に閉じられるので、初段回路１１２
の場合はｔ＝１０μｓ、初段回路１１３の場合はｔ＝１
５μｓ，…、というように、各初段回路１１１〜１１ｎ
に対するｔは予め求めることができる。また、時定数τ
も、抵抗１１６の抵抗値Ｒとコンデンサ１１７のキャパ
シタンスＣとの乗算により予め求められる。よって（数
１）に基づいてＸ線パルス照射終了直後の出力信号値Ｖ
０を求めることが可能である。

【００３３】本実施例では、exp(ｔ／τ）のｔ及びτに
値を代入し、それを半導体センサ２１〜２ｂ（初段回路
１１１〜１１ｎ）用の補正係数として補正係数メモリ１
６に予め記憶しておく。メモリ１５の半導体センサ２１
〜２ｎに対する格納領域に記憶された各出力信号は、制
御回路１２により予め補正係数メモリ１６に記憶してお
いた各補正係数を用いてＸ線パルス照射終了直後の出力
信号値Ｖ０に補正され（出力信号に補正係数を乗算す
る）、メモリ１５の半導体センサ２１〜２ｎに対応する
各格納領域に上書きされる。メモリ１５に記憶された出
力信号は、ＣＴ制御装置９からの要求に応じて、センサ
出力データとしてデータ送受信回路３へ出力される。

【００３４】以上説明した処理が、Ｘ線パルスの一回の
照射毎に繰り返される。ここで、初段回路１１１〜１１
ｎの出力信号、すなわち積分回路の出力信号は、初段回
路１１ｎの出力信号がＡＤコンバータ１４によりＡＤ変
換されるまでは保持されていなければならないが、次の
Ｘ線パルスの照射までには０になっていなければならな
い。よって、抵抗１１５及びコンデンサ１１６によって
決まる積分器の時定数を適切な値に設定しておく必要が
ある。

【００３５】以下、本実施例における抵抗１１５の抵抗
値Ｒ及びコンデンサ１１６のキャパシタンスＣの決定方
法を説明する。抵抗１１５の抵抗値Ｒ及びコンデンサ１
１６のキャパシタンスＣを決定する際に考慮しなければ
ならない事項は次の５点である。

【００３６】（１）半導体センサ２１〜２ｎが発生する最大電荷量：
Ｑmax〔Ｃ〕（２）測定に必要なダイナミックレンジ：ｍ〔桁〕（３）ＡＤコンバータ１４の入力レンジ（最大入力電
圧）：Ｖfs〔Ｖ〕（４）必要分解能：ｎ〔bit〕（５）Ｘ線パルスの繰返し周期：Ｔｐ〔ｓ〕Ｘ線パルスが被試験体５を透過しない場合に半導体セン
サ２１〜２ｎの出力はＱmax になるが、その際に初段回
路１１１〜１１ｂの出力電圧はＡＤコンバータ１４の入
力レンジＶfsを超えてはいけない。また、次のＸ線パル
スが入射するまでの時間Ｔｐ（本実施例では５ｍｓに設
定）には初段回路１１１〜１１ｎの出力信号は必要分解
能ｎに対応する電圧以下まで減衰していなければいけな
い。

【００３７】積分器の最大出力Ｖmaxは、（数２）で定
まる。

【００３８】

【数２】Ｖmax＝Ｑmax／Ｃ …（数２）このＶmax がＡＤコンバータ１４の入力レンジＶfsを超
えては計測ができないので、Ｖmax≦Ｖfsが成り立たな
ければならない。

【００３９】従って、（数２）より、（数３）が導き出
される。

【００４０】

【数３】Ｃ≧Ｑmax／Ｖfs …（数３）また、Ｖmax よりｍ桁小さい値を測定できるだけのＡＤ
コンバータ１４の分解能が必要であるから、簡単のため
ＡＤコンバータ１４によるディジタル変換を行うまでの
信号の減衰を無視すると、（数４）が成り立たなければ
ならない。

【００４１】

【数４】Ｖmax×１０^-m＝Ｑmax／Ｃ×１０^-m＞Ｖfs／２ⁿ …（数４）一方、積分器の出力は時定数τ＝Ｒ×Ｃで減衰するの
で、積分器の最大出力Ｖmax は、時刻ｔにおいて（数
５）で示すように減衰する。

【００４２】

【数５】Ｖ（ｔ）＝Ｖmax×exp(−ｔ／τ） …（数５）測定分解能がｎ〔bit〕必要な場合には、次のＸ線パル
スが入射するまでの時間ＴｐにはＶ（ｔ）が要求される
分解能に対応する電圧以下に減衰していなければいけな
いので、（数６）が満たされなければならない。

【００４３】

【数６】Ｖ（Ｔｐ）＝Ｖmax×exp(−Ｔｐ／τ）≦Ｖmax／２ⁿ …（数６）したがって、時定数τは（数７）となる。

【００４４】

【数７】 τ＝Ｒ×Ｃ≦Ｔｐ／（ｎ＋ｌｎ２） …（数７）また、（数３），（数４）と（数７）の関係から、Ｃは
（数８）となる。

【００４５】

【数８】Ｑmax／Ｖfs≦Ｃ≦min｛（Ｑmax×１０^-m×２ⁿ）／Ｖfs，Ｔｐ／（Ｒ（ｎ＋ｌｎ２））｝ …（数８）なお関数ｍｉｎは、因数のどちらか小さい方を選択する
という意味である。本実施例では適用対象が工業用のＸ
線ＣＴ装置であるので、Ｘ線パルスの周期Ｔｐは加速器
のトリガーを制御することにより一定にできる。一般的
な１０〔Ｖ〕フルレンジ（Ｖfs＝１０〔Ｖ〕）のＡＤコ
ンバータを用いて１４ビット分機能（ｎ＝１４）の精度
を必要とする場合、本実施例ではセンサの最大電荷量は
１５０〔ｐＣ〕程度(Ｑmax＝１５０〔ｐＣ〕）であるか
ら、抵抗値Ｒを１０〔ＭΩ〕とすると、（数８）から１
５〔ｐＦ〕＜Ｃ＜３４〔ｐＦ〕の範囲にＣを設定すれば
よいことがわかる。このように、抵抗１１６の抵抗値Ｒ
を決定すれば、（数８）を用いてコンデンサ１１７のキ
ャパシタンスＣの適切な値を計算により求めることがで
きる。

【００４６】図４は、制御回路１２の動作を示すフロー
チャートである。制御回路１２は、データ送受信回路３
からのＸ線パルス出射開始信号が入力されたか否かを判
定し、入力された場合にはステップ４０２へ進み、入力
されていない場合には入力されるまでステップ４０１の
判定を繰り返す（ステップ４０１）。Ｘ線パルス出射開
始信号が入力されると、一定の遅延時間（本実施例では
１０μｓ）を経て（ステップ４０２）、半導体センサ２
１〜２ｎの出力信号の処理を開始する。

【００４７】まず、出力信号の処理を行う半導体センサ
の番号を示すｉを１に設定する（ステップ４０３）。次
に、マルチプレクサ１３のスイッチ１３ｉに対して
「閉」指令を出力し（ステップ４０４）、ＡＤコンバー
タ１４にはＡＤ変換指令を出す（ステップ４０５）。Ａ
Ｄコンバータ１４によるＡＤ変換が終了したらそのデー
タをメモリ１５に格納し（ステップ４０６）、マルチプ
レクサ１３のスイッチ１３ｉに対して「開」指令を出力
する(ステップ４０７)。続いて、ｉ＝ｎか否かを（全て
の半導体センサ２１〜２ｎについて測定を行ったかを）
判断し（ステップ４０８）、ｉ＝ｎならばステップ４０
９へ進み、ｉ≠ｎならばステップ４１０へ進む。ステッ
プ４１０では、ｉ＝ｉ＋１を演算し、ステップ４０４へ
戻る。

【００４８】このようにして半導体センサ２１〜２ｎの
各々の出力信号をＡＤ変換してメモリ１５に記憶した
ら、次にメモリ１５に記憶された出力信号を補正係数メ
モリ１６に格納されている補正係数により補正し、再び
メモリ１５に上書きする（ステップ４０９）。そして、
データ送受信回路３からのデータ送信要求信号を受信し
たか否かを判定し(ステップ４１１)、受信したと判定し
た時点でメモリ１５に記憶した補正済みの出力信号をデ
ータ送受信回路３に送信する(ステップ４１２)。データ
の送信が終了したら再びステップ４０１に戻る。制御回
路１２のこのような処理によって、半導体センサ２１〜
２ｎの出力信号の処理が行われる。

【００４９】なお、本実施例では、ステップ４０８とス
テップ４１１の間にステップ４０９のデータの補正を行
っているが、ステップ４０６とステップ４０７の間に行
うこともできる。つまり、１つの半導体センサの出力信
号を処理するたびに補正を行うことも可能である。しか
しながら、データの補正を行う間にも積分器の出力は減
衰していくので、本実施例のように、全ての半導体セン
サ２１〜２ｎの出力信号をメモリに記憶してから一度に
補正を行った方が精度の良い測定ができる。

【００５０】以上説明したように、本実施例によれば、
半導体センサ２１〜２ｎの出力電流から直流成分を除去
するコンデンサ１１４を備えることにより、半導体セン
サ２１〜２ｎにおいて発生する暗電流を除去することが
できる。また、ＯＰアンプ１１５，抵抗１１６及びコン
デンサ１１７からなる積分器を備えることにより、入射
フォトン数が少ない場合でも積分器によって積分するこ
とで、Ｘ線の平均フォトン数に比例した値を正確に求め
ることができる。

【００５１】また、本実施例では、新たに補正係数メモ
リ１６が設けられているが、メモリ１５と補正係数メモ
リ１６は１チップで十分収められるので、補正係数メモ
リ１６の追加によるハードウェアの増加はない。従っ
て、本実施例と第１従来技術のハードウェア量を比較す
ると、第１従来技術では半導体センサ１個あたりにＯＰ
アンプ２個とサンプルホールドアンプ１個の計３個のＩ
Ｃが必要とされるのに対し、本実施例では半導体センサ
１個あたりにＯＰアンプ１個のＩＣがあればよく、ＩＣ
の数が３分の１となる。半導体センサ数が多いことを考
えると、本実施例は第１従来技術に比べて信号処理回路
のハードウェア量を全体で半減させることができる。こ
のように本実施例によれば、信号処理回路のハードウェ
ア量を低減し、製作コストを低減することができる。

【００５２】なお、以上説明した本実施例の信号処理回
路１を複数の回路基板に分け、各回路基板で並列処理を
行うことによって、処理時間を短縮することも可能であ
る。図８は、５つの信号処理回路１ａ〜１ｅを使用する
場合の構成を示す。なお、信号処理回路１ａ〜１ｅは、
それぞれ別々の回路基板である。また、図に示すよう
に、バス１７は各信号処理回路１ａ〜１ｅに共通で設け
られる。この場合、データ送受信回路３へのデータ送信
をのぞいて、各信号処理回路１ａ〜１ｅは並列して動作
することが出来るので、信号処理が速く、すなわち初段
回路の出力信号が減衰する前に精度の良い測定が行え
る。なお、データ送受信回路３へのデータ送信はデータ
送受信回路３からの要求に基づいてなされるため、混信
することはない。また、信号処理回路に予めアドレスさ
え割り振っておけば、回路基板数は幾つでも増すことが
できる。

【００５３】以上説明した本実施例では、５μｓ毎に各
初段回路１１１〜１１ｎの出力信号を処理しているが、
ＡＤコンバータ１４におけるＡＤ変換に要する時間を短
くすることができれば、処理の間隔を短くしてもよい。
また、制御回路２９は、ディジタル回路を組み合わせて
作製してもよいが、１チップマイクロコンピュータを利
用することもできる。なお、初段回路１１１〜１１ｎに
おいて、各電子回路への電源供給回路は図示していない
が、各電子回路に電源供給回路が接続されていることは
言うまでもない。

【００５４】（実施例２）本発明の他の実施例である信
号処理回路について図５を用いて以下に説明する。本実
施例では、ＡＤコンバータの中にサンプルホールド回路
やマルチプレクサが組み込まれたデータ収集用ＩＣを用
いる点で実施例１と異なる。以下、実施例１と異なる箇
所について説明する。

【００５５】図に示すように、データ収集用ＩＣ５０
は、サンプルホールド回路５１〜５ｎ，マルチプレクサ
用のスイッチ１３１〜１３ｎ，ＡＤコンバータ１４及び
メモリ１５を備えている。初段回路１１１〜１１ｎから
出力された出力信号は、データ収集用ＩＣのサンプルホ
ールド回路５１〜５ｎに入力され、直ちにホールドされ
る。ホールドされた出力信号は、スイッチ１３１〜１３
ｎを介してＡＤコンバータ１４に入力されてＡＤ変換さ
れた後、メモリ１５に記憶される。なお、スイッチ１３
１〜１３ｎ，ＡＤコンバータ１４及びメモリ１５の制御
方法は実施例１と同様である。

【００５６】本実施例でも、実施例１と同様に、コンデ
ンサ１１４により半導体センサ２１〜２ｎにおいて発生
する暗電流を除去することができ、また、入射フォトン
数が少ない場合でも積分器により積分することでＸ線の
平均フォトン数に比例した値を正確に求めることができ
る。また、サンプルホールド回路５１〜５ｎによりＸ線
照射直後の出力信号がホールドされるため、実施例１で
説明したような出力信号の補正は必要なく、よって補正
係数メモリ１６が不要となる。なお、サンプルホールド
回路５１〜５ｎは、初段回路１１１〜１１ｎ側に設けて
も良い。

【００５７】（実施例３）本発明の他の実施例である信
号処理回路について図６を用いて以下に説明する。本実
施例は、データ収集用ＩＣの中に対数変換回路を付加し
た点で実施例２と異なる。以下、実施例２と異なる箇所
について説明する。

【００５８】データ収集用ＩＣ６０において、サンプル
ホールド回路５１〜５ｎでホールドされた出力信号は、
各々対数変換回路６１〜６ｎに入力される。各対数変換
回路６１〜６ｎは、それぞれ入力された出力信号を対数
値に変換して出力する。ＣＴ制御装置９において、透視
画像を再構成する計算で必要とされるデータは対数値の
データである。従って、信号処理回路１において予め対
数変換を行うことによって、ＣＴ制御装置９では対数変
換を行う必要が無くなり、ＣＴ制御装置９における演算
を簡単化することができる。なお、本実施例では対数変
換を行うための対数変換回路６１〜６ｎを設けたが、制
御回路１２によりデータ送信前にソフト的に演算しても
よい。

【００５９】（実施例４）本発明の他の実施例である信
号処理回路について図７を用いて以下に説明する。な
お、本実施例については主に実施例１と異なる箇所を説
明する。

【００６０】図７の初段回路７０において、半導体セン
サ２１と抵抗１１９との接続点には、スイッチ７１とス
イッチ７２が並列に接続されている。スイッチ７１の他
端には更にスイッチ７３が接続され、スイッチ７１とス
イッチ７３の接続点には他端が接地されたコンデンサ７
４が接続される。一方、スイッチ７２の他端にも更にス
イッチ７５が接続され、スイッチ７２とスイッチ７５の
接続点には他端が接地されたコンデンサ７６が接続され
る。

【００６１】この初段回路７０の動作について説明す
る。Ｘ線パルスの照射が開始される前は、スイッチ７１
及びスイッチ７２は両方とも閉じられており、スイッチ
７３及びスイッチ７５は開かれている。そしてＸ線パル
スの照射が開始されると同時に、スイッチ７１が開かれ
る。一方のスイッチ７２はＸ線パルスの照射中も閉じら
れたままであり、スイッチ７３及びスイッチ７５はＸ線
パルスの照射中も開かれたままである。Ｘ線パルスの照
射中にスイッチ７２が閉じられていることにより、コン
デンサ７６にはＸ線の入射により半導体センサ２１に発
生した電流と暗電流による電荷が蓄積（積分）される。
Ｘ線パルスの照射が終了すると、スイッチ７１が閉じら
れる。Ｘ線の照射が終了した後、スイッチ７１が閉じら
れることによって、コンデンサ７４には暗電流による電
荷が蓄積（積分）される。なお、本実施例では、抵抗１
１９の抵抗値を１〔ＭΩ〕と大きくとり、コンデンサ７
４，７６のキャパシタンスを半導体センサ２１の容量１
００〔ｐＦ〕と同じにすることによって、Ｘ線パルスに
より生じた電流が抵抗１１９に流れるのを防ぎ、半導体
センサ２１とコンデンサ７６に均等に流れるようにして
いる。

【００６２】次に、スイッチ７３及び７５が閉じられる
ことによって、コンデンサ７４及び７６に蓄積された電
荷に応じた電流がスイッチ７３及び７５を介して後段の
回路に流れる。スイッチ７３には、ＯＰアンプ８１，抵
抗８２及びコンデンサ８３からなる増幅器が接続され、
スイッチ７５には、ＯＰアンプ８４，抵抗８５及びコン
デンサ８６からなる増幅器が接続される。両増幅器は、
各々の入力信号を同じ増幅率で増幅し、減算器８７に出
力する。減算器８７は、入力された２つの増幅器の出力
信号の減算を行い、その結果をサンプルホールド回路８
８に出力する。すなわち、減算器８７は、Ｘ線の入射に
より半導体センサ２１に発生した電流と暗電流に対応し
た電圧と、暗電流に対応した電圧との差を求める。よっ
て、減算器８７の出力は、Ｘ線の入射により半導体セン
サ２１に発生した電流に対応した電圧となる。サンプル
ホールド回路８８は、入力された減算器８７の出力信号
をホールドし、ＡＤコンバータ１４に出力する。ＡＤコ
ンバータ１４は、入力された出力信号をＡＤ変換する。

【００６３】本実施例によれば、Ｘ線の入射により半導
体センサ２１〜２ｎに発生した電流と暗電流に対応した
電圧と、暗電流に対応した電圧との差を求める減算器８
７により、半導体センサ２１〜２ｎにおいて発生する暗
電流に対応する電圧を除去し、Ｘ線の入射により発生し
た電流に対応した電圧を正確に求めることができる。こ
れは、入射フォトン数が多いか少ないかにかかわらな
い。

【００６４】なお、本実施例のスイッチ７１，コンデン
サ７４，スイッチ７３、及びＯＰアンプ８１を用いた増
幅回路は省略することができる。その場合には、被試験
体の測定を開始する前に、Ｘ線を照射しない状態で暗電
流に応じた電圧を測定し、メモリ１５に記憶しておく。
被試験体の測定時は、記憶しておいた暗電流に応じた電
圧を測定値から差し引くことにより、Ｘ線の入射により
発生した電流に対応した電圧を正確に求めることができ
る。

【００６５】以上説明した各実施例では、暗電流を除去
するためにコンデンサを用いていたが、直流成分を除去
するフィルタであれば、コンデンサに限らず適用可能で
ある。また、各実施例は高エネルギーのＸ線パルスを用
いるＸ線ＣＴ装置を対象としているためにＸ線センサと
して半導体センサを用いたが、センサとしてシンチレー
タ光や蛍光を測定するためのフォトダイオード等を適用
することもできる。更に、Ｘ線をパルス状に出力し、そ
れを計測する装置であれば、Ｘ線ＣＴ装置に限らず各実
施例の信号処理回路を適用することができる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ線センサにおいて発
生する暗電流を除去することができ、また、入射フォト
ン数が少ない場合でも平均フォトン数に比例した値を求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である信号処理回路の
構成図である。

【図２】本発明の好適な一実施例であるＸ線ＣＴ装置の
構成図である。

【図３】図１の半導体センサ２１の出力電流波形、及び
積分器の出力電圧波形を示す図である。

【図４】図１の制御回路１２の動作を示すフローチャー
トである。

【図５】本発明の他の実施例である信号処理回路の構成
図である。

【図６】本発明の他の実施例である信号処理回路の構成
図である。

【図７】本発明の他の実施例である信号処理回路の構成
図である。

【図８】図１の実施例において、５つの信号処理回路１
ａ〜１ｅを用いた場合の構成図である。

【図９】第１従来技術の信号処理回路の構成図である。

【図１０】図９の半導体センサ２１の出力電流波形、及
び図９のサンプルホールドアンプ９４の出力電圧波形を
示す図である。

【符号の説明】

１…信号処理回路、３…データ送受信回路、４…加速
器、５…被試験体、６…スキャナ、７…コリメータ、８
…遮蔽壁、９…ＣＴ制御装置、１０…表示装置、１２…
制御回路、１４…ＡＤコンバータ、１５…メモリ、１６
…補正係数メモリ、１７…バス、２１〜２ｎ…半導体セ
ンサ、１１１〜１１ｎ…初段回路、１３１〜１３ｎ…ス
イッチ。

フロントページの続き (72)発明者北口博司茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者山越淳茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者佐藤克利茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA11 CA01 DA01 DA10 FA09 GA01 HA09 HA13 HA14 JA06 JA08 2G088 EE02 EE29 FF02 GG21 KK06 KK07 LL02 5C024 AX13 CX32 CX41 HX17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速器から出射されて被試験体を透過した
パルス状のＸ線を検出するＸ線センサの出力信号を処理
するＸ線センサ信号処理回路において、一端が前記Ｘ線センサに接続され他端が接地された第１
の抵抗と、前記Ｘ線センサと前記第１の抵抗の接続点に
一端が接続された第１のコンデンサと、前記第１のコン
デンサの他端に反転入力が接続されたＯＰアンプと、前
記ＯＰアンプに並列に接続された第２の抵抗及び第２の
コンデンサとを備えたことを特徴とするＸ線センサ信号
処理回路。
【請求項２】加速器から出射されて被試験体を透過した
パルス状のＸ線を検出するＸ線センサの出力信号を処理
するＸ線センサ信号処理回路において、一端が前記Ｘ線センサに接続され他端が接地された第１
の抵抗と、前記Ｘ線センサと前記第１の抵抗の接続点に
一端が接続された第１のコンデンサと、前記第１のコン
デンサの他端に反転入力が接続されたＯＰアンプと、前
記ＯＰアンプに並列に接続された積分回路を備え、前記
積分回路は第２の抵抗及び第２のコンデンサを備え、該第１のコンデンサから出力される信号を前記積分回路
によって積分するよう構成したことを特徴とするＸ線セ
ンサ信号処理回路。
【請求項３】前記積分回路は、時定数に従って出力信号
を出力するものであって、前記時定数は、前記加速器よ
りＸ線が出射されてから次のＸ線が出射されるまでの間
に前記積分回路の出力信号が０となるような値が設定さ
れていることを特徴とする請求項２記載のＸ線センサ信
号処理回路。
【請求項４】加速器から出射されて被試験体を透過した
パルス状のＸ線を検出するＸ線センサの出力信号を処理
するＸ線センサ信号処理方法において、一端が前記Ｘ線センサに接続され他端が接地された第１
の抵抗と、前記Ｘ線センサと前記第１の抵抗の接続点に
一端が接続された第１のコンデンサと、前記第１のコン
デンサの他端に反転入力が接続されたＯＰアンプと、前
記ＯＰアンプに並列に接続された積分回路を備え、前記
積分回路は第２の抵抗及び第２のコンデンサを備え、前記第１のコンデンサによって信号の直流成分を除去
し、直流成分が除去された信号を前記積分回路によって
積分することを特徴とするＸ線センサ信号処理方法。