CN107479085A - 多屏检测系统 - Google Patents

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R.休斯
P.赖格
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Abstract

本说明书公开了一种为了更高检测效率而采用多屏的改进的检测系统。更具体地说，第一封合件具有两个相邻壁，每个壁具有内部表面、第一端和第二端。所述两个相邻壁的第一端以一角度连接起来而形成内部，并且，所述两个相邻壁的第二端连接到半圆形壳体。至少一个基体，定位于所述相邻壁的每个内部表面上，具有用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的活化区域。光电检测器，定位于所述半圆形壳体的内部部分，具有对光响应的活化区域。

Description

多屏检测系统
本申请是发明名称为“多屏检测系统”，申请日为2011年3月14日、申请号为201180024050.8的发明专利申请的分案申请。
本发明的交叉引用
本说明书依据2010年3月14日提交的美国临时申请No.61/313773。本说明书还是2008年10月31日提交的美国专利申请No.12/262631的部分继续申请，并要求于2007年11月1日提交的美国临时申请No.60/984640的优先权。所有上述申请在这里通过引用并入本文。
技术领域
本说明书总体上公开了一种辐射能成像系统。具体地说，本说明书公开了一种检测系统和在辐射能成像系统中使用该检测系统的方法。更具体地说，本说明书公开了一种为了更高检测效率而采用多屏的改进的检测系统。
背景技术
目前安全系统的能力局限于检测隐藏在衣服之下的违禁品、武器、爆炸物和其它危险物品。通常使用金属检测器和化学嗅探器来检测大的金属物品和某些类型的爆炸物，然而，存在不能用这些装置检测的种类众多的危险物品。由现代科技发展的塑料和陶瓷武器增加了需要保安人员去检测的非金属物品的类型；手动搜查目标(subjects)的替代方式速度慢、不方便，普通大众对此容忍度不高，特别是作为例如在机场的标准程序时。
此外，辐射暴露在X射线隐藏物品检测系统中是重要的考虑因素。目前，美国标准允许每检查事件0.25微雷姆的辐射暴露。应当注意的是，根据每检查事件对人体的辐射暴露的许可限度而调控检查仪器。高安全设施或高安保设施中雇佣的人或经常通过航线旅行的人会经受每年许多次安全检查。因此标准准则确保每年检查小于约100次的个人不会承受不可忽视的辐射剂量。
用于检测隐藏在人体的物品的常规系统和方法在其设计和方法上具有局限性，这妨碍这些系统和方法获得低剂量和高图像质量，而低剂量和高图像质量是商业上能够接受的先决条件。确切地说，用于人体安检的常规的现有技术系统设计成检测已透射通过身体、从身体散射和/或从身体发射的辐射能。此外，在常规的人安检系统中，通过身体特征和隐藏在目标的衣服之下的任何物品产生图像。然后，系统操作者为了隐藏物品的证据而检查每个图像。
转让给American Science and Engineering的美国专利RE 28544示出这种系统的例子，示出“一种辐射能成像设备，包括：X射线辐射能的笔形波束源；辐射能检测装置，限定出与所述源成固定关系的曲线；一种装置，用于使用所述笔形波束沿所述曲线扫描所述辐射能检测装置，以提供代表由笔形波束沿到所述检测装置的路径遍历(traverse)的区域中的介质辐射能响应的图像信号；一种装置，用于相对地移位所述区域和包括所述源和所述检测装置的组件，以在与连接所述源和所述检测装置的线横向的方向上确立相对的平移运动，从而在二维空间中产生代表所述区域的辐射能响应的一系列图像信号；以及一种装置，响应所述图像信号，以产生代表所述响应的图像。”
转让给本发明的受让人、并在这里通过引用并入本文的美国专利5181234公开了“一种X射线成像设备，用于检测由相距所述设备一定距离的人体携带或位于人体上的低原子序数物品，包括：X射线源，用于产生朝着所述人体取向的X射线的笔形波束；扫描装置，用于移动所述笔形波束和所述人体在扫描周期内位于所述人体外表上的交叉区域，所述扫描周期足够短以使所述人体暴露在低辐射剂量下；检测器组件，提供代表从所述人体散射出的X射线强度的信号，作为由所述扫描装置扫描的结果，所述检测器组件布置在所述人体与所述X射线源的同侧，并具有活化区域，该活化区域具有足够的面积的以接收所述散射X射线的绝大部分，从而提供在所述信号中小于10％的变动的系数；以及显示装置，为操作者呈现检测器信号的特性；其中，所述散射X射线发散穿过所述检测器，以产生边缘效应，该边缘效应增强了所述低原子序数物品的边缘以使其被检测到。”
此外，现有技术的行李检查系统包括检测装置，该检测装置用于透射和反向散射X射线，以独立地产生来自相同入射波束的信号。然后，单独的信号用于彼此增强，以增加系统识别低Z材料的精度。由于入射波束具有足够能量的以提供透射和反向散射的信号，所述X射线能量必须相对高，这使得这种系统不适合用于人员检查。这种系统的例子是转让给Annis等人的美国专利4799247，该例子公开了“一种投射成像系统，用于检查物品以高亮低Z材料，包括：穿透辐射源，一种装置，用于使由所述源发射的辐射形成为预定截面的波束，以及用于重复地扫描在空间内穿过线的所述波束，一种装置，用于在空间中相对于所述源在垂直于所述线的方向上移动待成像的所述物品，第一辐射能检测器装置，被定位以对穿透所述物品和从所述物品射出的在方向上基本不改变的辐射能做出响应，从而产生第一电子信号，第二辐射能检测器装置，距离所述源比所述物品远，对由所述物品散射的辐射能做出响应，以产生第二电子信号，第三辐射能检测器装置，距离所述源比所述物品近，对由所述物品散射的辐射能做出响应，以产生第三电子信号，显示装置，对至少一对所述电子信号做出响应，以单独地、独立地和同时地显示作为时间函数的所述电子信号对。
如上所述，常规系统和方法具有局限性，这妨碍这些系统和方法获得作为商业承兑汇票的前提的低剂量和高图像质量。此外，在常规人安检系统中，通过身体特征和隐藏在目标衣服之下的任何物品而产生图像。
然而，现有技术的系统是不便的，因为它们不能充分地检测塑料、陶瓷、炸药、非法药品和其它非金属物品。特别的一个原因是这些材料共享相对低原子序数(低Z)的性质。低Z材料在人员检查中呈现特殊的问题，因为区别低Z物品与目标身体的也具有低Z的背景是困难的。在低水平的辐射暴露下操作的检查系统受限于其利用朝着被搜查的人体取向的少量X射线而获得的精度。X射线吸收和散射还减少了形成人体和任何隐藏物品的图像的有效X射线的数量。在现有技术系统中，检测的X射线的低数量导致不可接受的坏图像质量。
因此，需要的是一种方法和设备，其能增加检测器的效率以检测电磁辐射，并改进产生的合成图像的质量，从而减少需要的辐射总量。
还需要的是一种用于使用具有增强检测能力的改进的辐射能成像系统的方法。
发明内容
本发明之目的是提供一种设备和方法，用于增加检测器的效率，以检测电磁辐射和改进所产生的合成图像的质量，从而减少需要的辐射总量。
本发明的另一个目的是提供一种检测器构造，其使检测器材料的效率最大化。本发明的又一个目的是吸收更多X射线光子，并因此改进检测能力。
在一个实施例中，本发明是一种用于检测电磁辐射的检测系统，包括：封合件(enclosure)，具有以一角度彼此连接，并形成封合件的矩形和内部部分的四个相邻壁；前侧区域和后侧区域，形成于四个相邻壁，并位于封合件的每一端处；多个屏幕，每个屏幕还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的活化区域；以及光电检测器，定位于封合件的内部部分，具有对光做出响应的活化区域。
在另一个实施例中，本发明是用于检测电磁辐射的检测系统，包括：封合件，具有以一角度彼此连接，并形成封合件的矩形和内部部分的四个相邻壁；前侧区域和后侧区域，形成于四个相邻壁，并位于封合件的每一端处；屏幕，位于前侧区域，还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的活化区域；位于封合件的内部部分的至少一个屏幕；以及光电检测器，定位于封合件的内部，具有对光做出响应的活化区域。
在一个实施例中，前侧区域形成于多个屏幕中的至少一个。在另一个实施例中，多个屏幕的每一个上的活化区域包括闪烁体材料，其中，闪烁体材料是钨酸钙。在一个实施例中，光电检测器是光电倍增管。
在一个实施例中，检测系统封合件能够接收，但不会泄漏电磁辐射。在另一个实施例中，邻近封合件壁的内部表面是反光的。
在一个实施例中，多个屏幕中的至少一个的活化区域大于光电检测器的活化区域，并且，面密度是80mg/cm2。
在一个实施例中，多个屏幕中的至少一个的表面几何形状是平直的或平滑的。在另一个实施例中，多个屏幕中的至少一个的表面几何形状是不规则的。在又一个实施例中，多个屏幕中的至少一个的表面几何形状是柔波状的(contoured)。在又一个实施例中，多个屏幕中的至少一个的表面几何形状是起皱折的(corrugated)。
在一个实施例中，至少一个屏幕的表面几何形状是角锥形的。在另一个实施例中，至少一个屏幕的表面几何形状是圆锥的。在又一个实施例中，至少一个屏幕的表面包括多个鱼鳞状闪烁元件。在又一个实施例中，至少一个屏幕的表面构造是六边形蜂巢状元件的形式。
在另一个实施例中，本发明是辐射能成像系统，包括：辐射源；检测系统，包括：i)封合件，具有以一角度彼此连接，并形成封合件的矩形和内部部分的四个相邻壁；ⅱ)前侧区域和后侧区域，形成于四个相邻壁，并位于封合件的每一端处；ⅲ)多个屏幕，每个屏幕还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的活化区域；以及ⅳ)光电检测器，定位于封合件的内部，具有对光做出响应的活化区域；图像处理机，用于接收来自光电检测器的信号，并产生图像；以及用于显示所产生的图像的显示器。在一个实施例中，辐射能成像系统是人安检系统。在另一个实施例中，辐射能成像系统是行李安检系统。
在又一个实施例中，本发明是用于检测电磁辐射的双屏检测系统，包括：封合件，具有形成前侧区域、第二侧区域和第三侧区域的三个邻近侧壁。所述三个邻近侧壁以一角度彼此连接，并形成具有三角形截面的封合件。所述三个邻近侧壁还连接到顶部和底部区域。所述前侧区域面向处于检查的对象(objects)或目标(subjects)，并包括第一屏幕。所述第二侧区域还包括位于所述封合件的内部的第二屏幕。光电倍增管与第三侧区域相邻放置。与光电倍增管有关的后端电子设备和电缆包围在由第三侧区域和大致半圆侧形成的壳体中。
在一个实施例中，上述检测器封合件以提供当代审美观的模块化泪珠状面板、柜或塔的形式配置。在一个实施例中，本发明是单侧安全距离通过(single-sided walk-bysecure stand-off)形式的辐射能成像系统，用于安检人类目标，包括：具有体现为模块化柜、塔或面板形式的两个双屏检测器封合件。另一个模块化壳体包围辐射源。两个双屏检测器塔对称地放置在辐射源壳体中开口的两侧。所述开口允许X射线的窄笔形波束冲击目标。反向散射的X射线光子由两个检测器塔捕获以用于成像。
根据本发明的目的，安全距离通过的人安检系统具有模块化部件，该模块化部件能够拆卸以移动或易于运输，并能在感兴趣的地点重新组装。因此，具有有关电子设备和电缆的泪珠状检测器塔和辐射源壳体制造成能够快速集成以形成安检系统的单独的模块或柜。
在一个实施例中，本发明是用于检测电磁辐射的检测系统，包括封合件，该封合件具有：两个相邻壁，每个壁均具有内部表面、第一端和第二端，所述两个相邻壁的第一端以一角度连接以形成内部，所述两个相邻壁的第二端连接到半圆形壳体；至少一个基体(substrate)，定位于相邻壁的每个所述内部表面上，每个基体还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换成光的活化区域；以及光电检测器，定位于半圆形壳体的内部部分，所述光电检测器具有对光做出响应的活化区域。所述两个相邻壁包围出具有三角柱形式的体积。所述相邻壁的内部表面是反光的。每个所述基体上的活化区域包括闪烁体材料。所述闪烁体材料是钨酸钙。
所述基体中的至少一个的活化区域大于光电检测器的活化区域。所述基体中的至少一个的表面几何形状是平滑的、角锥形的、六边形的、扇形的、不规则的、柔波状的或起皱折的形状中的至少一个。光电检测器是光电倍增管。
在另一个实施例中，本发明是用于检测电磁辐射的检测系统，包括：第一封合件，具有两个相邻壁，每个壁均具有内部表面、第一端和第二端，所述两个相邻壁的第一端以一角度连接以形成内部，而所述两个相邻壁的第二端连接到半圆形壳体；至少一个基体，定位于相邻壁的每个所述内部表面上，每个基体还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换成光的活化区域；以及光电检测器，定位于半圆形壳体的内部部分，所述光电检测器具有对光做出响应的活化区域；以及第二封合件，具有两个相邻壁，每个壁均具有内部表面、第一端和第二端，所述两个相邻壁的第一端以一角度连接以形成内部，而所述两个相邻壁的第二端连接到半圆形壳体；至少一个基体，定位于相邻壁的内部表面的每个上，每个基体还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换成光的活化区域；以及光电检测器，定位于半圆形壳体的内部部分，所述光电检测器具有对光做出响应的活化区域。
所述第一封合件和所述第二封合件定位成彼此紧邻，并由纵长构件分开。所述纵长构件包括构造成使X射线辐射通过的狭缝。在所述第一封合件中的所述两个相邻壁包围出具有三角柱形式的体积。在所述第二封合件中的所述相邻壁的内部表面是反光的。位于所述第一封合件和所述第二封合件中的每个所述基体之上的活化区域包括闪烁体材料。所述闪烁体材料是钨酸钙。所述第一封合件和所述第二封合件中的所述基体中的至少一个的活化区域大于所述光电检测器的活化区域。所述第一封合件和所述第二封合件中的所述基体中的至少一个的表面几何形状是平滑的、角锥形的、六边形的、扇形的、不规则的、柔波状的或起皱折的形状中的至少一个。在第一封合件中的光电检测器是光电倍增管。
在另一个实施例中，本说明书公开了一种检测器系统，包括：被包围的内部体积，由具有第一端和第二端的第一侧、具有第一端和第二端的第二侧以及具有第一端和第二端的弯曲部分限定，其中，所述第一侧的第一端连接到所述第二侧的第一端，并相对于所述第二侧的第一端形成一锐角，其中，所述弯曲部分的第一端连接到所述第二侧的第二端，而所述弯曲部分的第二端连接到所述第一侧的第二端；第一基体，定位于所述第一侧的内部表面，其中，所述第一基体还包括用于接收辐射并将辐射转换成光的活化区域；第二基体，定位于所述第二侧的内部表面，其中，所述第二基体还包括用于接收辐射并将辐射转换成光的活化区域；以及至少一个光电检测器。
可选择地，所述光电检测器包括光响应区域和非光响应区域，其中，光响应区域定位成接收从第一基体和第二基体发出的光。所述非光响应区域定位在所述弯曲部分中。所述弯曲部分的第一端到所述第二侧的第二端的连接，或所述弯曲部分的第二端到所述第一侧的第二端连接是铰链式的。所述弯曲部分适于相对于所述铰链旋转。所述光电检测器包括光响应区域和非光响应区域，其中，光响应区域定位成接收从第一基体发出的光和从第二基体发出的光。在所述弯曲部分相对于所述铰链旋转后，从被包围的内部体积的外部可接近所述非光响应区域。
在另一个实施例中，本说明书公开了一种检测器系统，包括：a)第一侧，由具有内部表面和面向处于检查的目标的外部表面的平坦表面限定，所述第一侧构造成接收从所述目标反向散射的辐射；b)第二侧，与所述第一侧成锐角关系，所述第二侧由具有适于接收穿过所述第一侧的辐射的内部表面的平坦表面面限定，并且，所述第二侧构造成仅在辐射穿过所述第一侧之后接收该辐射；c)第一基体，定位于所述第一侧的内部表面，所述第一基体还包括用于接收所述辐射并将所述辐射转换成光的活化区域；d)第二基体，定位于所述第二侧的内部表面，所述第二基体还包括用于接收所述辐射并将所述辐射转换成光的活化区域；以及e)至少一个光电检测器，具有光响应区域和非光响应区域，所述光响应区域定位成接收从第一基体和第二基体发出的光。
可选择地，所述辐射包括X射线光子。所述第一基体检测冲击所述第一侧的X射线光子的30％-60％的。所述第二基体检测冲击所述第一侧的X射线光子的10％～30％。
附图说明
本发明的这些和其它特征以及优点将被意识到，因为当结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，它们会变得更好理解，附图中：
图1是具有一个屏幕的常规检测器封合件的前视图；
图2A和2B示出电磁辐射入射到常规检测器封合件的第一屏幕上；
图3示出本发明的具有多个屏幕的检测器封合件的一个实施例，示出电磁辐射入射到多个屏幕上；
图4示出本发明的具有多个屏幕的检测器封合件的另一个实施例，示出电磁辐射入射到多个屏幕上；
图5示出反向散射检查系统的一个实施例，其中，可以实施本发明的检测器封合件的任何一个；
图6示出传统透射X射线安检系统的一个实施例，其中，可以实施本发明的检测器封合件的任何一个；
图7示出本发明的包括至少两个屏幕的检测器封合件的一个实施例；
图8A、8B示出图7的检测器封合件的实施例的透视图；
图9A示出走过人安检系统的一个实施例的前侧透视图；
图9B示出通过型人安检系统的顶部截面图；
图10A示出至少一个屏幕的表面几何形状是角锥形的实施例；
图10B示出用于锥体表面几何形状的屏幕表面构造；
图11示出至少一个屏幕的表面几何形状包括圆锥形闪烁元件的实施例；以及
图12示出至少一个屏幕的表面几何形状包括鱼鳞状闪烁元件的实施例；以及
图13A、13B示出至少一个屏幕的表面构造是六边形或蜂巢状元件形式的实施例。
具体实施方式
本发明涉及电磁辐射检测器的几个实施例，在电磁辐射检测器中采用了多个屏幕。本发明涉及具有至少一个屏幕的检测系统封合件。电磁辐射被屏幕吸收，该屏幕发射被位于封合件中的光电倍增管检测的可见光子。在一个实施例中，本发明的检测系统具有位于封合件前部的一个屏幕，以及位于封合件内部的至少一个屏幕。在一个实施例中，所述至少一个屏幕包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光(光子)的活化区域。在一个实施例中，所述至少一个屏幕的活化区域包括闪烁体材料。在一个实施例中，闪烁体材料是钨酸钙。
在一个实施例中，所述至少一个屏幕具有80mg/cm2的厚度(面密度)。在一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是平直的或平滑的。在一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是不规则的。在另一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是柔波状的。在另一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是是起皱折的；起皱折的表面几何形状通过允许在不增加光输出路径长度的情况下增加电磁辐射路径长度，来提供用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的更大的表面区域，以获得最大的检测效率。本领域一般技术人员应当理解的是，任何表面几何形状都可用于屏幕，以增加吸收的电磁辐射的总量。
本发明还涉及使用位于封合件内部的至少一个屏幕，从而增加到达检测器的电磁辐射的总量，以及增加随后到达光电倍增管的光子的总量。在一个实施例中，位于封合件内部的所述至少一个屏幕具有与位于封合件前部的屏幕基本相同的规格。在一个实施例中，定位于封合件内部的所述至少一个屏幕与位于封合件前部的屏幕在化学成分、几何形状、厚度和能量响应的至少一个方面不同。使用位于封合件前部的屏幕和位于封合件内部的至少一个屏幕增加了吸收的电磁辐射的总量以及进而产生的光子数量，进一步提高了检测能力以及图像质量。
因此，本发明涉及使检测器材料的效率最大化的检测器构造。检测效率是检测器屏幕的效率的测量值，或者是电磁辐射被屏幕吸收以产生可由光电倍增管检测的可见光子的概率。X射线检测器需要与入射的X射线光子相互作用以记录X射线光子的存在；穿过检测器而没有相互作用的X射线被浪费。检测效率主要由光子与检测器材料和材料厚度相互作用的概率确定。以下方程式可用于计算检测器的效率：
I＝I0*e-μx
其中，I0是入射或进入材料背板的一定能量的光子的数量；x是背板的厚度，I是已穿过厚度为x的层的光子的数量，以及μ是用于该特定能量的光子的材料的线性衰减系数。
不会通过的光子已在材料的背板中相互作用，并被吸收或被散射。由一定厚度吸收的光子的数量是I0-I之差。然而，代替计算差值I’s，计算出(I0-I)/I的比率，其被称为“吸光百分率”。常规屏幕通常获得远小于100％的效率。本发明致力于吸收更多其它浪费的X射线光子，从而提高检测能力。
在另一个实施例中，本发明还涉及检测系统封合件，该检测系统封合件还包括定位于封合件的内部、具有对光做出响应的活化区域的光电倍增管。在另一个实施例中，所述至少一个屏幕的活化区域大于所述光电倍增管的活化区域，使得吸收的电磁辐射的总量最大化。
本发明涉及多个实施例。本说明书中使用的语言不应当被解释为对任何一个特定实施例的一般性否认，或者不应被用于限制权利要求超出这里使用的术语的含义。现在将详细引用本发明的特定实施例。虽然结合特定实施例描述了本发明，但是并不意于将本发明限制为一个实施例。
图1是具有一个屏幕的常规检测器封合件的前视图。在一个实施例中，检测器100包括具有以一角度彼此连接的四个相邻壁102A、102B、102c和102d的封合件。在一个实施例中，所述四个相邻壁102A、102B、102c和102d形成矩形形状。在一个实施例中，所述矩形形状是梯形状形状。相邻壁102A、102B、102c和102d还形成位于封合件端部的前侧区域106和后侧区域104。
在一个实施例中，形成于相邻壁102A、102B、102c、102d、前侧区域106和后侧区域104的封合件能够接收而不会泄漏电磁辐射，从而防止来自辐射源的进入的辐射离开。在一个实施例中，封合件接收而不泄漏辐射的能力由封闭壁的反光内部促进。在一个实施例中，壁102A、102B、102c和102d的内部涂成白色，使得它们高度反光。
在一个实施例中，检测器封合件100的前侧区域106用于接收辐射，因此在示例性扫描系统中使用时，面向处于检查的对象，如下面的图5和图6详细所述。在一个实施例中，前侧区域106还包括屏幕107。
此外，检测器封合件100还包括放置在封合件的内部、与后侧区域104邻近的光电检测器108。在一个实施例中，光电检测器108是光电倍增管。光电倍增管对本领域一般技术人员来说是熟知的，在这里不再讨论。
图2A和2B示出电磁辐射入射在常规检测器封合件的第一屏幕上。在操作中，安检系统朝着处于检查的目标(subjects)或对象(objects)导引来自源的电磁辐射，使X射线入射在目标或对象上。然后，根据X射线的强度和采用的检查系统的类型，X射线从处于检查的目标或对象散射或透射穿过处于检查的目标或对象。辐射源和X射线束的性质结合下面的图5和图6详细描述，在这里不再讨论。
现在参见图2A，散射或透射的X射线210到达检测器封合件200，并首先冲击屏幕207。屏幕207吸收散射或透射的X射线210的至少一部分，并将X射线转换为位于检测器封合件内部的可见光子206。
如图2B所示，然而，一些X射线不被吸收，而是穿过屏幕207。此外，在具有仅一个前部屏幕的常规检测器封合件中，光子206的至少一部分由封合件的高度反光的内部壁反射，并随后由光电倍增管208检测到。
在一个实施例中，如下面图3更详细所述，本发明是检测器封合件，包括位于封合件内部的至少一个附加的屏幕(在图2A和2B中未示出)。所述至少一个附加的屏幕还增加了散射或透射的X射线210的照射量率。所述至少一个附加的屏幕的净效应通过吸收更多的电磁辐射，随后将辐射转换为光，进而为光电倍增管提供更强的检测信号，而增加了光电倍增管208的光电检测效率。
图3示出本发明具有多个屏幕的检测器的一个实施例。检测器封合件300与图1所述的封合件相似，包括四个邻近侧壁(图3中未完全示出)，该四个邻近侧壁形成前侧区域306和后侧区域304。在这里不进一步详细描述封合件。本领域一般技术人员应当明白，本发明可与图1的检测器封合件一起使用，或修改以免脱离这里所描述的本说明。
现在参见图3，第一屏幕307a位于检测器封合件300的前侧区域306。在一个实施例中，第二和第三屏幕307b和307c定位于检测器封合件300的内部。从处于检查的目标或对象散射或透射穿过处于检查的目标或对象的X射线310首先冲击检测器封合件300的第一屏幕307a。然而，一些散射或透射的X射线不被第一屏幕307a吸收，而是穿过第一屏幕307a。
为了增加检测效率，在一个实施例中，检测器封合件300还包括分别位于封合件内部的第二和第三屏幕307b和307c。第二和第三屏幕307b和307c分别进一步增加了散射或透射的X射线310的照射量率，进而还增加了吸收量。第一、第二和第三屏幕的总效应是通过吸收更多的电磁辐射，随后将辐射转换为光，进而为光电倍增管提供更强的检测信号，以增加光电倍增管的光电检测效率。
在一个实施例中，第一屏幕307a包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光(光子)的活化区域。在一个实施例中，第一屏幕307a是荧光化学屏幕。在一个实施例中，荧光化学屏幕307a中的闪烁体检测大部分的入射辐射，产生输出到光电倍增管的大量光线，并呈现出短暂的衰变时间，与辐射波束的点对点扫描速度相比，该衰变时间是短的。
在一个实施例中，荧光化学屏幕包括钨酸钙。通常，钨酸钙屏幕具有10微秒的相对短的衰变时间，该衰变时间允许辐射波束以最小的图像退化快速扫描。钨酸钙屏幕能够检测大约70％的反向散射或透射的辐射，从而每30Kev X射线产生大约250个可用的可见光子。
此外，使用较厚的屏幕使得以较低光输出为代价，检测更多入射到检测器的辐射。在一个实施例中，屏幕的面密度是每平方厘米80毫克。
在一个实施例中，位于封合件内部的所述至少一个屏幕具有与位于封合件前部的屏幕相同的规格。因此，在一个实施例中，第二屏幕307b和第三屏幕307c分别与第一屏幕307a相同。在一个实施例中，定位于封合件内部的所述至少一个屏幕与位于封合件前部的屏幕在化学成分、表面几何形状、厚度和能量响应的至少一个方面不同。因此，在一个实施例中，第二屏幕307b和第三屏幕307c分别与第一屏幕307a不同。
尽管上面已描述了示例性屏幕，但是应当注意的是，屏幕的特性可在化学成分、表面几何形状、厚度和能量响应方面广泛地变化，任何类型的屏幕可用于本发明，正如本领域一般技术人员所明白的。
图4示出本发明的具有多个屏幕的检测器封合件的另一个实施例。在一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是平直的或平滑的。在一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是不规则的。在另一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是柔波状的。在另一个实施例中，所述至少一个屏幕的表面几何形状是起皱折的。起皱折的表面几何形状通过允许在不增加光输出路径长度的情况下而增加电磁辐射路径长度，提供用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换为光的更大的表面区域，以获得最大的检测效率。图10A示出所述至少一个屏幕的表面几何形状是锥体1000的实施例。图10B示出用于锥体表面几何形状的示例性屏幕表面构造1005和1010。图11示出所述至少一个屏幕的表面几何形状包括圆锥形闪烁元件1100的另一个实施例。图12示出所述至少一个屏幕的表面几何形状包括扇形或鱼鳞状闪烁元件1200的又一个实施例。图13示出所述至少一个屏幕的表面几何构造是六边形或蜂巢状元件1300的形式的另一个实施例，该六边形或蜂巢状元件是通过闪烁材料在屏幕模具1305上的沉积过程形成的。本领域一般技术员应当理解的是，任何表面类型都可用于屏幕，以增加吸收的电磁辐射的总量。
在一个实施例中，位于检测器封合件400的前侧区域404的屏幕407是起皱折的。屏幕404的皱折表面提供更大的表面区域，用于吸收入射在检测器封合件400上的散射或透射的电磁辐射410。应当注意的是，因为产生于由屏幕407和408限定的空间411中的光不能轻易逃脱，所以检测效率或有效的检测区域减少。
图5示出安检系统的一个实施例，其中，可以实施本发明的检测器封合件的任何一个。在一个实施例中，本发明的检测器封合件用于反向散射X射线安检系统中，比如但并不局限于人安检系统。在一个实施例中，检查系统500包括辐射源508和至少一个检测器封合件502。如上详细所述，所述至少一个检测器封合件502包括任意数量的具有但并不局限于至少一个检测器屏幕的布置。此外，在另一个实施例中，至少一个检测器封合件502包括任意数量的具有但并不局限于多个检测器屏幕的布置。尽管检测器的多种布置在这里没有重述，但是本领域一般技术人员应当理解，可以采用任意数量的检测器的布置，如上所述，并且示例性实施例并不意于限制本发明。
回到参见图5，X射线源508用于产生辐射。在一个实施例中，X射线源508用于产生朝着处于检查的对象或目标504取向的X射线的窄笔形波束506。在一个实施例中，笔形波束通过集成X射线管、机械调制盘和狭缝而形成。
在一个实施例中，X射线源508以经验地和理论地确定的最适宜的50KeV和5毫安培电势的X射线管操作，形成大约30KeV的X射线。X射线束在其撞击对象504处的垂直和水平尺寸大约为6毫米(6mm)。目标504是正经受X射线成像的主体。在一个实施例中，对象504是人类。在另一个实施例中，对象504是物品。最初，X射线束506仅撞击对象504的主体。许多X射线穿入身体几厘米，通过康普顿散射相互作用，并经由其进入的相同表面离开。X射线灵敏检测器封合件502围绕入射X射线笔形波束对称放置，以检测反向散射X射线510，并提供X射线反射比的电子信号特征。本领域一般技术人员应当理解的是，可以使用任意数量的包括但并不局限于伽马射线辐射、电磁辐射和紫外线辐射的致电离辐射源。
检测器502定位成用于X射线束506的所有侧上的均匀的X射线检测。在一个实施例中，检测器502阵列围绕源508放置，以用于均匀地检测反向散射射线510。检测器502包括能够包围或“诱捕”散射射线510的封合件。光电检测器产生能够响应最初被转换为光的检测的射线的电子信号。关于检测器502的几个实施例的结构和操作的细节通过图1-4详细讨论，在这里不再复述。
在一个实施例中，每个检测器502产生被导引到处理器的电子信号。所述处理器分析接收的信号，并在显示装置512上产生图像。显示的图像中每一点处的强度对应于检测的散射X射线的相对强度。在一个实施例中，X射线源508传送同步信号到处理器。所述处理器分析检测的信号，并将其与同步信号比较，以确定显示的图像。
在一个实施例中，显示装置512是监视器，并用于显示由处理器信号化(signaled)的图形图像。显示装置512可以是本领域共知的任何显示器或监视器，包括阴极射线管监视器或液晶显示屏监视器。在一个实施例中，由显示装置512显示的数字化的散射图像优选地为480行×160列，并且每像素为8位。
回到参见图5，检测器502由开口分开，X射线束506在撞击目标504前穿过开口。在一个实施例中，检测器502能够在垂直方向上移动，而X射线束506通过X射线源508在水平方向上的移动而在水平方向上移动。然而，检测器502和源508的放置和移动不局限于这里所述。在其它实施例中，检测器502和源508可以通过本领域共知的任何方法放置和移动。X射线束506和对象504的交叉区域限定出特定区域的图像元件(像素)。
图6示出扫描系统的另一个实施例，其中，可以实施本发明的检测器封合件的任何一个。在另一个实施例中，扫描系统是传统的X射线扫描系统，其中，X射线透射通过处于检查的对象。在一个实施例中，传统的透射X射线扫描系统是行李扫描系统。
在一个实施例中，检查系统600包括辐射源608和至少一个检测器封合件602。如上详细所述，所述至少一个检测器封合件602包括任意数量的具有但并不局限于至少一个检测器屏幕的布置。此外，在另一个实施例中，至少一个检测器封合件602包括任意数量的具有但并不局限于多个检测器屏幕的布置。尽管检测器的多个布置在这里没有复述，但是本领域一般技术人员应当理解，可以采用任意数量的检测器的布置，如上所述，示例性实施例并不意于限制本发明。
回到参见图6，X射线源608用于产生辐射。在一个实施例中，X射线源608用于产生朝着处于检查的对象或目标604取向的X射线的窄笔形波束606。在一个实施例中，笔形波束通过集成X射线管、机械调制盘和狭缝而形成。
对象604是经受X射线成像的物体。在一个实施例中，对象604是一件行李或手提行李。最初，X射线束606仅撞击对象604。许多X射线透射通过物品，通过康普顿散射相互作用，并经由其进入的相对表面离开物品。X射线灵敏检测器封合件602围绕入射X射线笔形波束对称放置，以检测透射X射线610，并提供X射线透射的电子信号特征。
本领域一般技术人员应当理解的是，可以使用任意数量的包括但并不局限于伽马射线辐射、电磁辐射和紫外线辐射的致电离辐射源。
检测器602定位成用于X射线束606的所有侧上的均匀的X射线检测。在一个实施例中，检测器602阵列围绕对象604放置，以用于均匀地检测透射射线610。检测器602包括能够包围或“诱捕”散射射线610的封合件。光电检测器产生能够响应最初被转换为光的检测的射线的电子信号。关于检测器602的几个实施例的结构和操作的细节通过图1-4详细讨论，在这里不再复述。
在一个实施例中，每个检测器602产生被导引到处理器的电子信号。所述处理器分析接收的信号，并在显示装置612上产生图像。显示的图像中每一点处的强度对应于检测的透射X射线的相对强度。在一个实施例中，X射线源608传送同步信号到处理器。所述处理器分析检测的信号，并将其与同步信号比较，以确定显示的图像。在一个实施例中，显示装置612是监视器，并用于显示由处理器信号化的图形图像。显示装置612可以是本领域共知的任何显示器或监视器，包括阴极射线管监视器或液晶显示屏监视器。在一个实施例中，由显示装置612显示的数字化图像优选地为480行×160列，并且每像素为8位。
在一个实施例中，检测器602能够在垂直方向上移动，而X射线束606通过X射线源608在水平方向上的移动而在水平方向上移动。然而，检测器602和源608的放置和移动不局限于这里所述。在其它实施例中，检测器602和源608可以通过本领域共知的任何方法放置和移动。X射线束606和目标604的交叉区域限定出特定区域的图像元件(像素)。
图7示出本发明的包括至少两个屏幕的检测器封合件700的一个实施例。双屏检测器封合件700包括形成前侧区域701、第二侧区域702和第三侧区域703的三个邻近侧壁。壁701、701和703以一角度彼此连接，从而形成三角形截面的封合件。相邻壁701、702和703还形成顶部区域704和底部区域705。
在一个实施例中，形成于相邻壁701、702、703、顶部区域704和底部区域705的所述封合件能够接收而基本不泄漏电磁辐射，从而防止来自辐射源的进入的辐射离开。
在一个实施例中，检测器封合件700的前侧区域701用于接收辐射715，因此在示例性扫描系统中使用时，面向处于检查的对象或目标，如图9A和9B详细所述。在一个实施例中，前侧区域701进一步包括屏幕707。第二侧区域702包括位于封合件700的内部的附加的屏幕708。检测器封合件700还包括放置在封合件的内部的光电检测器709，在一个实施例中，该光电检测器邻近第三侧区域703。在一个实施例中，光电检测器709是具有光响应区域和非光响应区域的光电倍增管。光电倍增管对本领域一般技术人员来说是熟知的，在这里不再讨论。
在一个实施例中，光电倍增管的包括相关电子设备的后侧部分包围在壳体710中。在一个实施例中，壳体710由第三侧区域703和侧711形成，当从上部观看时，壳体710具有大致半圆形截面。大致半圆形截面壳体710的顶侧和底侧还被壁覆盖。在一个实施例中，大致半圆形侧711的一端通过铰链接合712连接到侧区域703，使得侧711可相对于铰接端打开，从而允许为了检查、修理和维护而易于接近光电倍增管电子设备。
从处于检查的目标或对象散射或透射经过处于检查的目标或对象的X射线715首先冲击检测器封合件700的第一屏幕707。然而，一些散射或透射X射线并不被屏幕707吸收，而是穿过第一屏幕707。为了增加检测效率，检测器封合件700还包括位于封合件内部的第二屏幕708。第二屏幕708还增加了散射或透射的X射线715的照射量率，进而还增加了吸收量。第一和第二屏幕的总效应是通过吸收更多的电磁辐射，随后将辐射转换为光，进而为光电倍增管提供更强的检测信号，以增加光电倍增管709的光电检测效率。
图8示出图7的检测器封合件700的实施例的透视图。如图8所示，在一个实施例中，检测器封合件形成为模块化双屏检测塔、柜或面板800。在当前视图中，前侧区域801和大致半圆形侧811是可见的。半圆形侧811通过铰链812连接到侧801。以柜或面板形式配置的检测器塔800具有提供美好的美学外观的额外优点。
图9A示出扫描系统900的一个实施例的前侧透视图，其中，可以实施图7的检测器封合件700。在一个实施例中，本发明的检测器封合件用于反向散射X射线安检系统，比如但不局限于人安检系统。在一个实施例中，人安检系统体现为单侧安全距离通过装置900。
本领域一般技术人员应当明白，尽管描述了安全距离通过的人安检系统900，以显示图7的检测器封合件的实施方式，但是本发明的检测器封合件的任何一个都能和系统900一起使用，不存在任何限制。
图9B示出正如走过型人安检系统900中使用的本发明系统的检测器屏幕的一个实施例的顶部截面视图。现在同时参见图9A和9B，以描述系统900的各元件。
在一个实施例中，检查系统900包括分别第一和第二检测器封合件905和910。在一个实施例中，检测器封合件体现为图8的模块化双屏检测器塔800的形式。在替代实施例中，检测器封合件包括任意数量的具有但不局限于多个检测器屏幕的布置。如图9B中所见，检测器塔905和910包括以一角度连接起来而形成三角形截面的前侧区域901、第二侧区域902和第三侧区域903。前侧区域901包括屏幕907(或任何光响应基体(substrate))，并面向处于检查的目标920。第二侧区域902包括位于塔的内部的第二屏幕908(或任何光响应基体)。塔905、910的每个都包括放置在塔的内部、邻近第三侧区域903的光电倍增管909。光电倍增管909的后端电子设备(对光不响应的部分)容纳在通过铰链连接到两个成角度侧901、902的大致半圆形壳体911中。
辐射源948包围在另一个模块化壳体915(图9B中可见)中。X射线源948用于产生辐射。在一个实施例中，X射线源948用于产生朝着处于检查的目标920取向的X射线的窄笔形波束930。在一个实施例中，目标920是人类。在一个实施例中，笔形波束通过集成X射线管、机械调制盘和狭缝而形成。本领域一般技术人员应当理解的是，可以使用任意数量的包括但并不局限于伽马射线辐射、电磁辐射和紫外线辐射的致电离辐射源。
参见图9B中的壳体915的截面顶视图，壳体915包括第一和第二成角度侧916、917，使得当检测器塔和辐射源壳体集成或组装在一起时，侧916、917与检测器塔905和910的侧902抵接和重合。面向目标920的前端侧条板918包括开口925(在图9A中可见)，X射线束930在撞击目标920之前穿过开口925。有限的开口925有助于减少电磁干扰和辐射噪声。侧条板918还充当用于两个检测器塔的分离器，使得两个检测器塔围绕入射X射线笔形波束930对称地组装，以检测反向散射X射线935，并提供X射线反射比的电子信号特性。
在一个实施例中，检查系统900具有模块化部件，该模块化部件能够为了灵活或易于运输而拆卸，并能在感兴趣的地点重新组装。因此，具有有关电子设备和电缆的泪珠状检测器塔905、910和辐射源壳体915制造成能够快速集成以形成系统900的单独的模块或柜。
在操作期间，当目标920物理地通过检测器塔905、910时，撞击目标920的作为射线935的X射线的笔形波束930的一部分由于康普顿散射而被反向散射，并撞击位于检测器塔的前侧区域901上的第一屏幕907。尽管散射X射线的一部分由第一屏幕907检测，但是这些X射线的一些部分透射通过第一屏幕907，而没有被检测到，并撞击位于检测器塔内部的第二屏幕908(在侧902处)。在一个实施例中，大约30％-60％，更优选地大约40％的撞击第一屏幕907的X射线光子被第一屏幕检测，而大约10-30％，更优选地大约24％的X射线光子被第二屏幕908检测。光电倍增管909产生对最初被转换为光的检测的射线做出响应的电子信号。通过闪烁从屏幕907、908发射的光在三角形封合件/塔905、910内反弹，直到被光电倍增管909捕获。关于检测器塔905、910的结构和操作的细节通过图7和8详细讨论，在这里不再复述。
由两个检测器塔905、910产生的电子信号被导引到处理器。所述处理器分析接收的信号，并产生位于显示装置(未示出)上的图像。显示的图像中每一点处的强度与检测的散射X射线的强度对应。在一个实施例中，X射线源908传送同步信号到处理器。所述处理器分析检测的信号，并将其与同步信号比较，以确定显示的图像。在一个实施例中，显示装置是监视器，并用于显示由处理器信号化的图像。显示装置可以是本领域共知的任何显示器或监视器，包括阴极射线管监视器或液晶显示屏监视器。在一个实施例中，由显示装置显示的数字化的散射图像优选地为480行×160列，并且每像素为8位。
上面的例子仅仅说明本发明的系统的许多应用。虽然在这里仅描述了本发明的一些实施例，但是应当理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可体现为许多其它特定形式。因此，现有的例子和实施例应认为是说明性的而不是强制性的，本发明并不局限于这里所给出的细节，而可以在所附权利要求的范围内改变。

Claims (24)

1.一种用于检测电磁辐射的检测系统，所述检测系统包括：
双屏检测器封合件，具有形成第一侧区域、第二侧区域和第三侧区域的三个相邻侧壁，这三个侧壁以一角度彼此连接，从而包围出具有三角柱形式的体积，每个侧区域均具有内部表面；
基体，定位于所述第一侧区域和所述第二侧区域的每个所述内部表面，每个基体还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换成光的活化区域，由此提供第一检测器屏幕和第二检测器屏幕；
光电检测器，定位成邻近所述第三侧区域，所述光电检测器具有对光响应的活化区域,
其中，所述第一侧区域和第二侧区域的内部表面是反光的。
2.如权利要求1所述的检测系统，其中，每个所述基体上的活化区域包括闪烁体材料。
3.如权利要求2所述的检测系统，其中，所述闪烁体材料是钨酸钙。
4.如权利要求1所述的检测系统，其中，所述基体中的至少一个的活化区域比所述光电检测器的活化区域大。
5.如权利要求1所述的检测系统，其中，所述基体中的至少一个的表面几何形状是平滑的、角锥形的、六边形的、扇形的、不规则的、柔波状的或起皱折的形状中的至少一个。
6.如权利要求1所述的检测系统，其中，所述光电检测器是光电倍增管。
7.一种用于检测电磁辐射的检测系统，包括：
第一双屏检测器封合件和第二双屏检测器封合件，每个封合件具有：用于形成第一侧区域、第二侧区域和第三侧区域的三个相邻壁，这三个侧壁以一角度彼此连接，从而包围出具有三角柱形式的体积，每个侧区域均具有内部表面；基体，定位于所述第一侧区域和所述第二侧区域的每个所述内部表面，每个基体还包括用于接收电磁辐射并将电磁辐射转换成光的活化区域，由此提供第一检测器屏幕和第二检测器屏幕；以及，光电检测器，定位于所述半圆形壳体的内部部分，其中，所述光电检测器具有对光响应的活化区域，并且，所述第一侧区域和第二侧区域的内部表面是反光的。
8.如权利要求7所述的检测系统，其中，所述第一封合件和所述第二封合件定位为彼此邻近，并由纵长构件分开。
9.如权利要求8所述的检测系统，其中，所述纵长构件包括构造成使X射线辐射通过的狭缝。
10.如权利要求7所述的检测系统，其中，所述第一封合件和所述第二封合件的每个基体上的活化区域包括闪烁体材料。
11.如权利要求10所述的检测系统，其中，所述闪烁体材料是钨酸钙。
12.如权利要求7所述的检测系统，其中，所述第一封合件和所述第二封合件的所述基体中的至少一个的活化区域比所述光电检测器的活化区域大。
13.如权利要求7所述的检测系统，其中，所述第一封合件和所述第二封合件的所述基体中的至少一个的表面几何形状是平滑的、角锥形的、六边形的、扇形的、不规则的、柔波状的或起皱折的形状中的至少一个。
14.如权利要求7所述的检测系统，其中，位于所述第一封合件中的光电检测器是光电倍增管。
15.一种检测系统，包括：
被包围的内部体积，由以下限定：
具有第一端和第二端的第一侧；
具有第一端和第二端的第二侧，所述第一侧的第一端连接到所述第二侧的第一端，并相对于所述第二侧的第一端形成一锐角；以及
具有第一端和第二端的弯曲部分，所述弯曲部分的第一端连接到所述第二侧的第二端，并且，所述弯曲部分的第二端连接到所述第一侧的第二端，从而包围出具有三角柱形式的体积，
第一基体，定位于所述第一侧的内部表面，所述第一基体还包括用于接收辐射并将辐射转换为光的活化区域，由此，提供第一检测器屏幕；
第二基体，定位于所述第二侧的内部表面，所述第二基体还包括用于接收辐射并将辐射转换为光的活化区域，由此，提供第二检测器屏幕；以及
至少一个光电检测器，
其中，所述第一侧和第二侧的内部表面是反光的。
16.如权利要求15所述的检测系统，其中，所述光电检测器包括光响应区域和非光响应区域，以及其中，所述光响应区域定位成接收从所述第一基体和所述第二基体发出的光。
17.如权利要求16所述的检测系统，其中，所述非光响应区域定位在所述弯曲部分中。
18.如权利要求17所述的检测系统，其中，所述弯曲部分的第一端到所述第二侧的第二端的连接、或者所述弯曲部分的第二端到所述第一侧的第二端的连接是铰链式的。
19.如权利要求18所述的检测系统，其中，所述弯曲部分适于相对于所述铰链旋转。
20.如权利要求19所述的检测系统，其中，在所述弯曲部分相对于所述铰链旋转后，从所述被包围的内部体积的外部可以接近所述非光响应区域。
21.一种检测系统，包括：
第一侧，由具有内部表面和面向处于检查的目标的外部表面的平坦表面限定，所述第一侧构造成接收从所述目标反向散射出来的辐射；
第二侧，与所述第一侧成锐角关系，所述第二侧由具有适于接收穿过所述第一侧的辐射的内部表面的平坦表面限定，并且，所述第二侧构造成仅在辐射穿过所述第一侧之后接收该辐射；
第三侧，所述第一侧、第二侧和第三侧以一角度彼此连接，从而包围出具有三角柱形式的体积，
第一基体，定位于所述第一侧的内部表面，所述第一基体还包括用于接收所述辐射并将所述辐射转换为光的活化区域，由此，提供第一检测器屏幕；
第二基体，定位于所述第二侧的内部表面，其中，所述第二基体还包括用于接收所述辐射并将所述辐射转换为光的活化区域，由此，提供第二检测器屏幕；以及
至少一个光电检测器，具有光响应区域和非光响应区域，所述光响应区域定位成接收从所述第一基体和所述第二基体发出的光，
其中，所述第一侧和第二侧的内部表面是反光的。
22.如权利要求21所述的检测器系统，其中，所述辐射包括X射线光子。
23.如权利要求22所述的检测器系统，其中，所述第一基体检测冲击所述第一侧的X射线光子的30％-60％。
24.如权利要求23所述的检测器系统，其中，所述第二基体检测冲击所述第一侧的X射线光子的10％-30％。
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