JP2003517602A - Apparatus for high-speed detection of X-rays - Google Patents

Apparatus for high-speed detection of X-rays

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JP2003517602A
JP2003517602A JP2001545831A JP2001545831A JP2003517602A JP 2003517602 A JP2003517602 A JP 2003517602A JP 2001545831 A JP2001545831 A JP 2001545831A JP 2001545831 A JP2001545831 A JP 2001545831A JP 2003517602 A JP2003517602 A JP 2003517602A
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array
ray
detection
rays
monochromatic
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JP2001545831A
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トニー カーター
イアン デイヴィッド ジャップ
ジェレント スペンサー ダーモディー
アンドリュー ジェイムス ボイド
ジョン デイヴィッド バロウズ
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UK Secretary of State for Defence
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UK Secretary of State for Defence
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials

Abstract

(57)【要約】 本発明は、X線検査システムの分野に関し、より特定的には、検査中の物体を分析するために、X線回折を使用するシステムの分野に関する。X線回折は、構造的分析の助けとして長い間使用されており、回折している物質に関する情報は、2つの方法、すなわち:エネルギ分散または角分散のうちの一つによって、一般的に引き出される。角分散を採用する従来の回折システムに必須なのは、単色入射X線ビームの供給である。従来、これは、バランスの取れたフィルタ技術によって、多色または準単色X線ビームから、所望のスペクトル・ピークをフィルタにかけることによって、供給される。この技術は、所望のスペクトル・ピークを得るために、互いに減じられるべき2つの回折画像を必要とする点で、効果的でない。この結果、ビーム減弱および統計学的に劣った質のデータを生む。本発明は、散乱した多色または準単色X線からの、本質的に淡色な回折パターンを引き出すことができる半導体検出装置素子および関連する電子機器のアレイの使用を提案する。 The present invention relates to the field of X-ray inspection systems, and more particularly, to the field of systems that use X-ray diffraction to analyze an object under inspection. X-ray diffraction has long been used as an aid in structural analysis, and information about the material being diffracted is typically derived by one of two methods: energy dispersion or angular dispersion. . Essential to conventional diffraction systems employing angular dispersion is the provision of a monochromatic incident X-ray beam. Conventionally, this is provided by filtering the desired spectral peaks from a polychromatic or quasi-monochromatic X-ray beam by balanced filtering techniques. This technique is ineffective in that it requires two diffraction images to be subtracted from each other to obtain the desired spectral peak. This results in beam attenuation and statistically inferior quality data. The present invention proposes the use of an array of semiconductor detector elements and associated electronics that can derive an essentially light-colored diffraction pattern from scattered polychromatic or quasi-monochromatic X-rays.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (技術分野) 本発明は、X線検査システムの分野に関し、より特定的には、検査中の物体を
分析するために、X線回折を使用するX線検査システムの分野に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of X-ray inspection systems, and more particularly to the field of X-ray inspection systems that use X-ray diffraction to analyze an object under inspection.

【0002】 (背景技術) X線回折は、構造分析の補助として長期間使用されてきた。前記技術は、結晶
体の著名な属性から:それらは、Bragg式に従って入射X線を回折すること
を引き出す: nλ=2dsinθ 2θは、X線ソースおよび結晶体の中の散乱の中心を通る軸に対して計測される
角度であり、それを通して、波長λの入射X線は、干渉的に分散される;dは、
結晶格子間隔(d間隔)であり、およびnは整数である。例えば、Hardin
gおよびKosanetzky J.Opt.Soc.Am.A(5)933
−944,1987年からもわかるように、情報は、非結晶体または不十分なオ
ーダーの物質から抽出されるX線回折パターンからも引き出されることができる
BACKGROUND ART X-ray diffraction has long been used as an aid to structural analysis. The technique derives from the prominent attributes of crystals: they derive the diffraction of incident X-rays according to the Bragg equation: nλ = 2d sin θ 2θ is the axis passing through the X-ray source and the center of scattering in the crystal. Is the angle measured relative to which incident X-rays of wavelength λ are coherently dispersed; d is
Crystal lattice spacing (d spacing), and n is an integer. For example, Hardin
g and Kosanetzky J .; Opt. Soc. Am. A 4 (5) 933
As can be seen from -944,1987, information can also be derived from X-ray diffraction patterns extracted from amorphous or poorly ordered materials.

【0003】 結晶格子は、d間隔の大きな特徴的セットを有する。ある物質に存在するd間
隔の範囲は、λまたはθのいずれかが変化する間に取られた計測から引き出され
ることができる。回折ビームが、X線検出装置の形式に当たる時に形成される、
回折パターンにおける各スポット(またはピーク)の位置は、値{d,λ,θ}
の特徴的セットから生じる。前記スポット強度は、前記物質の分子含有量(mole
cular content)に関する情報を含む。回折物質に関する情報は、一般的に、二
つの方法、すなわち:一定の散乱角度を通して回折される波長の範囲を検出する
か(エネルギ分散)、またはある角度の範囲を通して分散される単色X線を見る
こと(角分散)のいずれかによって、回折パターンにおけるピークの位置および
強度から引き出される。
Crystal lattices have a large characteristic set of d-spacings. The range of d-spacings present in a material can be derived from the measurements taken while either λ or θ changes. The diffracted beam is formed when it hits the form of an X-ray detector,
The position of each spot (or peak) in the diffraction pattern is the value {d, λ, θ}
Results from the characteristic set of The spot intensity is the molecular content (mole) of the substance.
cular content). Information about diffractive materials is generally available in two ways: detecting the range of wavelengths diffracted through a certain scattering angle (energy dispersion), or looking at monochromatic X-rays dispersed through a range of angles. Any of that (angular dispersion) derives from the position and intensity of the peak in the diffraction pattern.

【0004】 角分散を採用する従来の回折システムに必須なのは、単色入射X線ビームの供
給である。単色および多色という用語は、ここではそれぞれ、狭いδλおよび広
いΔλ有限スペクトル範囲、δλ<<Δλを意味する。狭いスペクトル範囲δλ
の中点λ0は、単色X線の波長になるように取られる。
Essential to conventional diffractive systems that employ angular dispersion is the provision of a monochromatic incident x-ray beam. The terms monochromatic and polychromatic mean here a narrow δλ and a wide Δλ finite spectral range, δλ << Δλ, respectively. Narrow spectral range δλ
The midpoint λ 0 is taken to be the wavelength of the monochromatic X-ray.

【0005】 従来のX線ソースにおいて、多色X線は、高エネルギ・エレクトロンを有する
銅やタングステン等の、対象となるアノード物質の衝撃によって生成される。そ
のように作られたX線スペクトルは、(アノード物質に)特徴的なエネルギにお
けるピークを追加される連続スペクトル(“連続体(continuum)”)を含む。
従来のX線ソースにおける連続体放出は、前記放出を支配する傾向にある。単色
化(monochromation)は、ピーク周辺のスペクトル領域をフィルタリングするこ
とによって達成される。
In conventional x-ray sources, polychromatic x-rays are produced by bombarding the anode material of interest, such as copper and tungsten with high energy electrons. The X-ray spectrum so produced comprises a continuous spectrum ("continuum") with added peaks at characteristic energies (to the anode material).
Continuum emission in conventional x-ray sources tends to dominate said emission. Monochromation is achieved by filtering the spectral region around the peak.

【0006】 準単色化は、従来のソースと比較して、狭いスペクトル出力を供給する、あら
ゆるソースを意味する。従来のソースにおいて、前記連続体放出は、ライン放出
(ピーク)を支配し、準単色ソースにおいては、前記連続体は、バックグラウン
ド(background)となり、ライン放出が優勢であろう。準単色ソースの例は、蛍
光X線ソースであり、そこでは高エネルギX線ソースが、物質におけるX線蛍光
を励起するために使用される。
Quasi-monochromatic refers to any source that provides a narrow spectral output compared to conventional sources. In conventional sources, the continuum emission will dominate the line emission (peak), and in quasi-monochromatic sources the continuum will be the background and line emission will predominate. An example of a quasi-monochromatic source is a fluorescent X-ray source, where a high energy X-ray source is used to excite X-ray fluorescence in a material.

【0007】 準単色ソースは、従来の多色ソースよりもずっと狭いスペクトル範囲を作り出
すが、それは真に単色ではなく、完全な単色化は、ピーク周辺のスペクトル領域
外を、フィルタリングすることによって達成されるであろう。
A quasi-monochromatic source produces a much narrower spectral range than a conventional polychromatic source, but it is not truly monochromatic and full monotonization is achieved by filtering outside the spectral region around the peak. Will

【0008】 検査中の物質のX線散乱能が弱いアプリケーションに適した、ある程度の単色
化を達成するために、他のスペクトル領域からの回折されたX線による回折パタ
ーンの汚染を避けることが必要である。このように、いくつかのアプリケーショ
ンに関しては、ピーク波長が回折パターンにおいて優勢でいるのに、単一のフィ
ルタで十分であるが、より差別的なアプリケーションは、バランスの取れたフィ
ルタ技術が使用されることを求める。
It is necessary to avoid contamination of the diffraction pattern by diffracted X-rays from other spectral regions in order to achieve a degree of monochromation suitable for applications where the X-ray scattering power of the material under examination is weak. Is. Thus, for some applications, a single filter is sufficient, while peak wavelength dominates in the diffraction pattern, but for more discriminating applications, balanced filter technology is used. Ask.

【0009】 バランスの取れたフィルタ技術は、所望のスペクトル・ピークのいずれかの側
にあるカット・オフ・エッジ(cut-off edges)を持つ、二つの高パス・フィル
タを通して、同じスペクトル領域の二つの回折画像を取ることを伴う。一つの画
像は、他方から減じられ、およびその結果は、(二つのフィルタの吸収エッジの
間のスペクトル領域を占有する)フィルタにかけられた単色回折パターンである
。この技術には、多くの不利な点がある。実際に、あらゆるフィルタが、関心の
あるスペクトル範囲内で、ある程度、ビームを減弱するのは不可避でありる:こ
れは、二つのフィルタを供給する必要性によって折り合う。フィルタの減弱属性
の近い適合を用意するのは大変難しく、それは、狭いエネルギ帯域がサンプリン
グされることを確証することが必要である。連続した画像が取られるようにする
ためのデータ捕獲中、検査中の物体が静止していなければならないか、または二
つの検出装置システムが必要とされるという結果を伴って、(1フィルタにつき
1つ)同じ散乱対象に二つの画像が求められる。さらに二つの画像を減じること
によって、統計学的に質が劣ったデータを生む。
A balanced filter technique uses two high-pass filters with cut-off edges on either side of the desired spectral peak to filter two peaks in the same spectral region. It involves taking one diffraction image. One image is subtracted from the other, and the result is a filtered monochromatic diffraction pattern (occupying the spectral region between the absorption edges of the two filters). This technique has many disadvantages. In fact, it is inevitable that every filter will attenuate the beam to some extent within the spectral range of interest: this is compromised by the need to provide two filters. Providing a close match of the attenuation attributes of the filter is very difficult, which requires ensuring that a narrow energy band is sampled. With the result that the object under examination must be stationary or two detector systems are required during data capture to ensure that successive images are taken (one per filter). Two) Two images are required for the same scattering object. Subtracting two more images yields statistically inferior data.

【0010】 そのため、弱く回折する物質か、そうでなければノイジーな(noisy)物質か
らの角分散X線回折を用いて、構造的情報の抽出を向上させるための、代替的な
技術を供給する必要性が気付かれている。
Therefore, angular dispersive X-ray diffraction from weakly diffracting or otherwise noisy materials is used to provide an alternative technique for improving the extraction of structural information. The need has been noticed.

【0011】 (発明の開示) 本発明の目的は、従来のフィルタ技術に固有の強度損失を伴わずに、角分散X
線回折による構造的検査に適した装置を供給することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an angular dispersion X without the intensity loss inherent in conventional filter technology.
The purpose is to provide an apparatus suitable for structural inspection by line diffraction.

【0012】 従って、本発明は、角範囲φ0‐φdにわたって、対象となる物質によって散乱
される準単色または多色X線を検出するための検出システムを供給し、前記検出
システムは、読み取りチャネルの対応するアレイにそれぞれ接続された角範囲φ 0 −φdに対してなしている半導性検出装置素子のアレイを具備し、前記検出装置
素子は、X線による照射に反応するバンド・ギャップ伝送を伴う半導性物質から
製造され、それによって各検出装置素子は、入射X線エネルギに依存する大きさ
を有する電気的反応を生成し、および各読み取りチャネルは、半導体電気的反応
を、反応の大きさを表すパラメータを有する電気パルスに変換するように配列さ
れたフロント・エンド電子機器と;前記パルス・パラメータが、第一ならびに第
二の予め選択された弁別装置の値と、前記弁別電子機器から出力されたデジタル
信号の数を数えるように配列されたカウンタとの間にある場合、デジタル信号を
出力するように配列された弁別電子機器とを具備することを特徴とする。
[0012]   Therefore, the present invention uses the angular range φ0dScattered by the substance of interest over
Providing a detection system for detecting quasi-monochromatic or polychromatic X-rays
The system has an angular range φ connected to each corresponding array of read channels. 0dComprising an array of semiconducting detector elements, the detector comprising:
The device consists of a semiconducting material with band-gap transmission in response to irradiation by X-rays.
Manufactured such that each detector element has a size that depends on the incident X-ray energy.
To produce an electrical reaction, and each read channel has a semiconductor electrical response
To be converted into an electric pulse having a parameter representing the magnitude of the reaction.
Front end electronics; the pulse parameters are
Two preselected discriminator values and a digital output from the discriminating electronics
If it is between a counter arranged to count the number of signals
And a discrimination electronic device arranged so as to output.

【0013】 本発明は、従来技術と比較して、より短い対象物質の質問時間で、対象物質に
関する情報が引き出されうるという利点を供給する。散乱は、検出装置アレイに
よってなされているすべての角度の中の、準単色または多色X線のスペクトルに
わたって検出される。各パラメータは、分離することができる。散乱角度は、X
線ビームが傍受される検出装置素子の位置から決定されうる。X線エネルギの迅
速な評価を供給するために、アナログ検出装置素子反応がデジタル出力に変換さ
れる、比較的単純な電子回路が使用される―前記出力は、特定の狭いエネルギ範
囲内におけるX線入射の存在、または不在だけを示すための二つの論理的状態の
一つを有する。
The present invention provides the advantage that information about the substance of interest can be retrieved with a shorter question time of the substance of interest compared to the prior art. Scattering is detected over the spectrum of quasi-monochromatic or polychromatic x-rays, in all angles made by the detector array. Each parameter can be separated. The scattering angle is X
It can be determined from the position of the detector element at which the line beam is intercepted. A relatively simple electronic circuit is used in which the analog detector element response is converted to a digital output to provide a quick estimate of the X-ray energy-said output being an X-ray within a certain narrow energy range. It has one of two logical states to indicate the presence or absence of incidence only.

【0014】 前記検出装置システムは、X線回折システムでの使用に特に適している。その
ようなシステムにおいて、検査中の物質に特徴的な格子間隔dを推定するために
、X線ビームのエネルギ(または波長と同等)および角度偏向の両方を知ること
が望ましい。検出装置アレイは、散乱角度を決定するために、従来技術において
使用されていたが、検出装置素子は、一般的に、確実に妥当な露出タイムスケー
ル内でエネルギ分解(energy resolution)を供給するには不適であった。これ
は、回折パターン検出の前に、X線単色化技術の使用を必要としていた。単色化
処理そのものは、検出されたプローブ・ビーム(probe beam)の強度における減
少につながることは不可避であり、その後の対象質問時間の増加につながる。対
照的に、本発明は、回折X線の散乱角度およびエネルギの両方を計測することが
できる検査システムを供給し、そして検出前に、ビーム単色化に対する必要性を
減らす。受け入れられる角範囲内で散乱されるすべてのX線は、半導性検出装置
素子によって検出される。電子機器が、所望のエネルギ帯域内の検出イベントの
明らかな廃棄を伴わず、基本的に単色の回折パターンを記録するための迅速な手
段を供給するのは、検出の後のみである。このように、Braggの式によって
結び付けられる特徴的セットの値{d、ε(λ)、θ}のうち二つは計測可能で
あり、前記特徴的d間隔は、対象物質に関する情報を抽出するために算出されう
る。
The detector system is particularly suitable for use in an X-ray diffraction system. In such systems, it is desirable to know both the energy (or wavelength equivalent) and angular deflection of the x-ray beam in order to estimate the grating spacing d that is characteristic of the material under examination. Detector arrays have been used in the prior art to determine scattering angles, but detector elements generally ensure that energy resolution is provided within a reasonable exposure timescale. Was unsuitable. This required the use of X-ray monochromation techniques prior to diffraction pattern detection. The monochromation process itself inevitably leads to a decrease in the intensity of the detected probe beam, which in turn leads to an increase in the target question time. In contrast, the present invention provides an inspection system capable of measuring both the scattering angle and energy of diffracted x-rays, and reduces the need for beam monochromation prior to detection. All X-rays scattered within the accepted angular range are detected by the semiconducting detector element. It is only after detection that the electronics provide a rapid means for recording an essentially monochromatic diffraction pattern, with no apparent discard of detection events within the desired energy band. In this way, two of the characteristic set values {d, ε (λ), θ} linked by the Bragg equation can be measured, and the characteristic d-interval is for extracting information about the target substance. Can be calculated as

【0015】 前記システムは、読み取りチャネルの少なくとも2つのアレイを含んでもよく
、各半導性検出装置素子は、各アレイから一つ、個別の読み取りチャネルに接続
されており、同じアレイにおける読み取りチャネルは、実質的に同じである第一
および第二の弁別装置の値に設定された弁別電子機器を有し、それらは同様に、
他のアレイにおける読み取りチャネルに適した弁別装置の値とは異なる。
The system may include at least two arrays of read channels, each semiconductor detector element being connected to a separate read channel, one from each array, and read channels in the same array , Having the discrimination electronics set to a value of the first and second discriminator which are substantially the same, they likewise
Different from the discriminator values suitable for read channels in other arrays.

【0016】 本発明の検査システムのこの実施例は、上述の単色回折パターンと同時に、情
報が引き出されうる手段を供給する。異なるアレイの読み取りチャネルは、準単
色/多色スペクトル範囲の異なる部分を占有する単色回折パターンを計測するよ
うに設定される。このように、より多くの情報が、同じ質問時間において抽出さ
れることができ、さらに、この検出システムが従来技術に対して有する、速度に
おける効果を増す。
This embodiment of the inspection system of the invention provides a means by which information can be retrieved simultaneously with the monochromatic diffraction pattern described above. The read channels of the different arrays are set to measure monochromatic diffraction patterns that occupy different parts of the quasi-monochromatic / polychromatic spectral range. In this way, more information can be extracted at the same interrogation time, further increasing the speed advantage this detection system has over the prior art.

【0017】 前記システムは、それぞれ接続された読み取りチャネルに登録されたカウント
の数に対してプロットされたアレイにおける各検出装置素子の位置から引き出さ
れるX線散乱パターンを、各読み取りアレイに関して表示するように配列された
表示手段も含んでよい。これは、単純さという効果を供給し、前記パターンは、
粉末回折パターン(powder diffraction patterns)に一般的に使用されるフォ
ーマットで表示される。これは、未知の物質の識別を支援するための、既知の回
折パターンとの迅速な比較を容易にする。
The system is adapted to display, for each reading array, an X-ray scattering pattern derived from the position of each detector element in the array plotted against the number of counts registered in each connected reading channel. It may also include display means arranged in. This provides the effect of simplicity and the pattern is
It is displayed in a format commonly used for powder diffraction patterns. This facilitates rapid comparison with known diffraction patterns to aid in the identification of unknown materials.

【0018】 半導性素子は、好ましくは、テルル化カドミウム亜鉛、ヒ化ガリウム、ヨウ化
鉛、またはヨウ化水銀から製造される。これらの高い原子番号の半導性物質は、
現在、市販されているアレイへと作られ、および本発明のこの特徴において使用
されるための、検出装置素子物質の好ましい基準に合致する。これらの物質は、
タングステン・ソースからの強化された放出の60KeV領域に敏感な検出装置
を供給するために使用されうる。そのような物質は、コンプトン(Compton)散
乱比に対するそれらの高い減弱係数および高い光電吸収があるので、検出素子に
、実際にすべての入射フォトンを記録させる。さらに、それらは、すべての相対
的入射X線フォトンの真のエネルギを記録することができるようになるために、
60KeVエネルギ領域における(全幅半最大(full-width-half-maximum)で
10%未満の))十分なエネルギ分解で検出装置素子を構築するために使用され
うる。
The semiconducting element is preferably made from cadmium zinc telluride, gallium arsenide, lead iodide, or mercury iodide. These high atomic number semiconducting materials are
Presently, it meets the preferred criteria of detector element material for fabrication into commercially available arrays and for use in this aspect of the invention. These substances are
It can be used to provide a detector sensitive to the 60 KeV region of enhanced emission from a tungsten source. Such materials, due to their high extinction coefficient to Compton scattering ratio and high photoelectric absorption, cause the detector element to record virtually all incident photons. Moreover, they will be able to record the true energy of all relative incident X-ray photons,
It can be used to build detector elements with sufficient energy resolution (less than 10% full-width-half-maximum) in the 60 KeV energy range.

【0019】 好ましくは、角範囲φ0乃至φdは、2度乃至8度である。これは、60KeV
タングステン強化放出帯域を用いて、粉末化された物質からの回折パターンを計
測する際の、関心のある角範囲に対応する。さらに、前の段落で参照された物質
は、この角範囲に対する十分な空間的分解を供給する。
Preferably, the angular range φ 0 to φ d is 2 to 8 degrees. This is 60 KeV
It corresponds to the angular range of interest in measuring the diffraction pattern from powdered material using the tungsten enhanced emission zone. Furthermore, the materials referenced in the previous paragraph provide sufficient spatial resolution for this angular range.

【0020】 代替的な特徴において、本発明は、X線ソース、検査されるべき対象物質、お
よび前記ソースによって生成される準単色または多色X線ビームが、前記対象物
質から前記検出システムに散乱されるように配列された検出システムを具備する
X線検査システムを供給し、前記検出システムは、前の段落で詳細に説明された
検出システムを具備することを特徴とする。本発明のこの特徴は、関心のある角
範囲内の回折されたX線が検出された後に、単色化が有効に実行される検出シス
テムの使用による、迅速なデータ収集ができるシステムを供給する。
In an alternative feature, the present invention provides an x-ray source, a target material to be inspected, and a quasi-monochromatic or polychromatic x-ray beam produced by said source scattered from said target material to said detection system. There is provided an X-ray inspection system comprising a detection system arranged as described above, said detection system comprising the detection system described in detail in the preceding paragraph. This feature of the invention provides a system that allows for rapid data collection through the use of a detection system in which monochromation is effectively performed after diffracted x-rays within the angular range of interest are detected.

【0021】 準単色/多色X線ビームは、好ましくは、対象物質内の共面2次元アレイのボ
クセルを照射するために、ファン・ビームへと平行化され、および前記システム
は、照射されたアレイ内のある深度および高さでの単一のボクセルから散乱した
X線のみを、前記検出システムに通すように配列された焦点平行化手段を含む。
前記システムは、焦点平行化手段のアレイおよび検出システムの個別のアレイも
含んでよく、前記平行化アレイ・メンバは、前記照射されたボクセル・アレイ内
の異なる高さでの個別のボクセルから散乱したX線を、個別の検出システムに同
時に通すように積み重ねられる。さらに、前記平行化手段のアレイは、好ましく
は、対象物質内の異なる高さにおけるボクセルから散乱したX線の検出を可能に
するために、散乱されていないX線の方向に、対象物質と相対して動くことがで
きる。
The quasi-monochromatic / polychromatic X-ray beam is preferably collimated into a fan beam to illuminate the coplanar two-dimensional array of voxels in the material of interest, and the system is illuminated. It includes focus collimating means arranged to pass only x-rays scattered from a single voxel at a certain depth and height in the array through the detection system.
The system may also include an array of focus collimating means and a separate array of detection systems, the collimating array members scattered from individual voxels at different heights within the illuminated voxel array. X-rays are stacked so that they pass through separate detection systems simultaneously. Further, the array of collimating means is preferably relative to the target material in the direction of the unscattered X-rays to allow detection of X-rays scattered from voxels at different heights within the target material. And can move.

【0022】 これらの特徴は、現実的な時間帯における大量の対象の全量を検査するために
使用されうる走査X線検査システムにおける実装に加えられる。これは、従来の
検査システムと比較して、完全な検査を終了するのにかかる合計時間を減らす。
これらの実施例は、そのために、旅行者の許容範囲内である時間内での高い処理
能力が要求され、さらに爆発物、薬物、または他の密輸品の検出の可能性が高い
空港手荷物の走査に、特に応用できる。
These features are added to the implementation in a scanning x-ray inspection system that can be used to inspect the entire mass of a large number of objects in a realistic time of day. This reduces the total time taken to complete a complete inspection as compared to conventional inspection systems.
These embodiments, therefore, require high throughput in time that is within the traveller's tolerance, and are more likely to detect explosives, drugs, or other contraband scanning airport baggage. It is especially applicable to

【0023】 前記検査システムは、対称的に同等な領域における回折X線の円錐形分布を傍
受するように、対称的に方向付けされた複数の検出システムを含んでもよい。こ
れは、向上した正確性の効果を供給する。異なる検出システムによって検出され
た回折パターンは、より正確な計数統計を供給し、そして対象物質が識別される
かもしれない確実性を向上させるため、同じ単色化範囲に対して平均化されるこ
とができる。
The inspection system may include a plurality of detection systems that are symmetrically oriented to intercept a conical distribution of diffracted x-rays in symmetrically equivalent regions. This provides the effect of increased accuracy. Diffraction patterns detected by different detection systems can be averaged over the same monochromatic range to provide more accurate counting statistics and to improve the certainty that the substance of interest may be identified. it can.

【0024】 (発明を実施するための最良の形態) 本発明がより完全に理解されるように、その実施例が、添付の図面を参照して
説明される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION For a more complete understanding of the present invention, an embodiment thereof will be described with reference to the accompanying drawings.

【0025】 図1は、一般的に10で示されたX線検査システムを示す。システム10は、
検査中の物質のボリューム・エレメント(volume element)(ボクセル)14か
ら散乱されたX線12を、4つの線形検出装置アレイ16,18,20,22の
配列に向かって通すように配列されたコリメータ(図示されていない)を具備す
る。各アレイ、例えば16は、一連のテルル化カドミウム亜鉛(CZT)検出装
置素子16a,16b,16c,....を具備する。各検出装置素子16a,
16b,16c,....は、図面に記載されている、個別の読み取り回路、二
つの検出装置アレイ16,20のための読み取り回路の個別のアレイ24,26
に接続されている。読み取り回路24,26の各アレイは、検出装置アレイ16
,18,20,22のうちの一つから受信された信号を処理し、および検出装置
アレイ16,18,20,22における各検出装置素子16a,16b,16c
,...の位置におけるX線照射12入射の強度を表す回折パターン28,30
を出力する。
FIG. 1 illustrates an X-ray inspection system, generally designated 10. The system 10
A collimator arranged to pass X-rays 12 scattered from a volume element (voxel) 14 of the substance under examination towards an array of four linear detector arrays 16, 18, 20, 22. (Not shown). Each array, for example 16, includes a series of cadmium zinc telluride (CZT) detector device elements 16a, 16b, 16c ,. . . . It is equipped with. Each detector device 16a,
16b, 16c ,. . . . Is a separate read circuit, a separate array 24, 26 of read circuits for the two detector arrays 16, 20 shown in the drawing.
It is connected to the. Each array of read circuits 24, 26 is a detector array 16
, 18, 20, 22 and each of the detector elements 16a, 16b, 16c in the detector array 16, 18, 20, 22 for processing a signal received from the detector array.
,. . . Patterns 30 and 28 representing the intensity of X-ray irradiation 12 incident at the position
Is output.

【0026】 図2aは、図1に記載されたX線システムの単一の検出チャネル40を示す。
そのようなチャネルの各々は、関連する読み取り回路24aに接続された一つの
CZT検出装置素子16aを具備する。検出装置16aは、入射X線フォトン4
2aがぶつかると、電気的反応を生じる。この反応の大きさは、ぶつかっている
フォトン(striking photon)のエネルギに比例し、および読み取り回路24a
によって処理されるのはこれである。前記回路24aは、プリアンプ(preampli
fier)44、シェーピング・アンプ(shaping amplifier)46、低レベル弁別
装置48、高レベル弁別装置50およびカウンタ/バッファ52を具備する。
FIG. 2a shows a single detection channel 40 of the X-ray system described in FIG.
Each such channel comprises one CZT detector element 16a connected to an associated read circuit 24a. The detection device 16a uses the incident X-ray photons 4
When 2a hits, an electrical reaction occurs. The magnitude of this reaction is proportional to the energy of the striking photon, and the reading circuit 24a.
This is what is processed by. The circuit 24a is a preamplifier.
A fier 44, a shaping amplifier 46, a low level discriminator 48, a high level discriminator 50 and a counter / buffer 52.

【0027】 図2bは、図2aに記載の検出チャネル40のアレイ60を示す。前記アレイ
60は、それぞれCZT検出装置素子のアレイ16に接続された読み取り回路の
アレイ24を具備する。
FIG. 2b shows an array 60 of detection channels 40 according to FIG. 2a. The array 60 comprises an array 24 of read circuits each connected to an array 16 of CZT detector elements.

【0028】 図3は、検出装置の反応からパルス信号を生成する際の、読み取り回路のオペ
レーションの原理を示す。前記図は、CZT検出装置素子16a−hのアレイ1
6を示す。各検出装置素子16a−hは、入射X線フォトン42a−hへの電気
的反応を生じ、この反応の大きさは、ぶつかっているフォトンのエネルギに比例
する。この反応は電気パルス72a−hを生成するために、プレアンプ44およ
びシェーピング・アンプ46の読み取りアレイ24によって増幅され、およびシ
ェーピングされる。読み取りアレイ24の中の弁別装置48,50は、前記電気
パルス72a−hの大きさが、弁別装置の低いレベルε1と高いレベルε2との間
に入る場合、デジタル出力反応(またはカウント)74a,c,e,g,hを生
成するように配列される。カウンタ/バッファ52は、一定期間にわたって、各
チャネル40におけるカウント数を計測するように配列される。
FIG. 3 shows the principle of operation of the reading circuit in generating the pulse signal from the reaction of the detection device. The figure shows an array 1 of CZT detector elements 16a-h.
6 is shown. Each detector element 16a-h produces an electrical response to an incident X-ray photon 42a-h, the magnitude of which is proportional to the energy of the impinging photon. This reaction is amplified and shaped by the read array 24 of preamplifier 44 and shaping amplifier 46 to produce electrical pulses 72a-h. The discriminators 48, 50 in the read array 24 provide a digital output response (or count) when the magnitude of the electrical pulses 72a-h falls between a low level ε 1 and a high level ε 2 of the discriminator. 74a, c, e, g, h. Counter / buffer 52 is arranged to measure the number of counts in each channel 40 over a period of time.

【0029】 図1を参照すると、本発明に従ったX線回折パターンの検出が説明される。対
象ボクセル14は、X線回折によって検査されるべき基本的な体積(elemental
volume)である。さしあたって、ボクセル14およびその関連する回折パターン
12は、隣接するボクセル、およびそれらの関連する回折パターンから離され、
すなわちボクセル14は、検査中の対象物全体を含むか、またはそれによって前
記分離が有効に達成されうるいくつかの配列が使用される。このようにボクセル
を有効に分離することができるものとして知られる装置の配列は、PCT特許出
願、公告番号WO96/24863号に説明されている。しかしながら、前記2
つのシステムは、大変有効に結合されうるにもかかわらず、この特徴は、本発明
の中心ではない。従って、分離がどのように達成されるかの説明は、後になされ
る。しかしながら、現在、ボクセル14から回折されたX線は、隣接するボクセ
ル回折パターンによって汚染されない。
Referring to FIG. 1, detection of an X-ray diffraction pattern according to the present invention is described. The target voxel 14 has a basic elemental volume (elemental) to be examined by X-ray diffraction.
volume). For the moment, voxels 14 and their associated diffraction patterns 12 are separated from adjacent voxels and their associated diffraction patterns,
That is, the voxels 14 include the entire object under examination, or some arrangement is used by which the separation can be effectively achieved. An arrangement of devices known to be able to effectively separate voxels in this way is described in PCT patent application, publication number WO 96/24863. However, the above 2
This feature is not central to the invention, even though the two systems can be combined very effectively. Therefore, a description of how the separation is achieved is given later. However, currently, X-rays diffracted from voxels 14 are not contaminated by adjacent voxel diffraction patterns.

【0030】 多色X線の平行化されたビーム(図示されていない)は、ボクセル14に入射
する。(注記:熟練した人は、準単色ビームも使用されうることを理解するであ
ろう。)ボクセル14は、Bragg式に従ってX線を回折する、ある範囲のd
間隔を有する多くの結晶を具備する。粉末化した物質において、結晶は、不作為
の方向を向いており、各d間隔は、数多くの方向に向かって存在する。一定のd
間隔および入射波長λに関して、回折されたビームは、それゆえに、半頂角(se
mi-angle)θの円錐の表面に沿って位置する。多色入射ビームとともに、回折X
線12は、半頂角0−θmaxの範囲の、連続した一連の円錐形を形成する。しか
しながら、θの各値に関して、Bragg式を満たす一定の範囲のdおよびλの
組み合わせと、および回折ビーム12を形成する可能な波長のX線がある。回折
ビームのセット12は、多くの単色(波長領域δλをカバーする)角分散回折パ
ターンの空間的重なりを形成するものと予見されうる。
A collimated beam of polychromatic X-rays (not shown) impinges on voxels 14. (Note: the skilled person will understand that quasi-monochromatic beams may also be used.) The voxel 14 diffracts X-rays according to the Bragg equation, a range of d's.
It has many crystals with spacing. In powdered material, the crystals are randomly oriented and each d-spacing is in many directions. Constant d
With respect to the spacing and the incident wavelength λ, the diffracted beam is therefore
mi-angle) Located along the surface of a cone of θ. Diffraction X with polychromatic incident beam
The line 12 forms a continuous series of cones in the range of half-vertical angle 0- [theta] max . However, for each value of θ, there is a range of d and λ combinations that satisfy the Bragg equation, and x-rays of possible wavelengths that form the diffracted beam 12. The set 12 of diffracted beams can be foreseen to form the spatial overlap of many monochromatic (covering the wavelength region δλ) angular dispersion diffraction pattern.

【0031】 回折ビーム12は、CZT検出装置素子の四つの線形アレイ16,18,20
,22に入射する。回折パターン12は円錐状に対称であるので、その検出には
単一の線形アレイで足りる。しかしながら、対称的方向を向いた4つの検出装置
アレイ16,18,20,22は、検出装置の結果が平均化される場合に、より
良い計数統計を供給する。そのようなアレイ16の一つのオペレーションが説明
され、残り3つ18,20,22は同じ方法で動作することが理解される。この
アレイ16は、角範囲0乃至φdに対して伸びるように配列された検出装置素子
16a,16b,16c,...を具備する。前記範囲φdは、回折ビーム0乃
至θmaxの範囲のより高い強度領域を包括するように選択される。空港での関心
のある粉末化した構成物に関して、この範囲は、小さい角分散に対応する。前記
アレイにおける各検出装置16a,16b,16c,...は、そのため、回折
パターンの一つの角度領域δθを傍受する。
The diffracted beam 12 comprises four linear arrays 16, 18, 20 of CZT detector elements.
, 22. Since the diffraction pattern 12 is conically symmetric, a single linear array is sufficient for its detection. However, four symmetrically oriented detector arrays 16, 18, 20, 22 provide better counting statistics when the detector results are averaged. One operation of such an array 16 is described, it being understood that the other three 18, 20, 22 operate in the same manner. The array 16, detector elements 16a which are arranged to extend relative angular range 0 to phi d, 16b, 16c,. . . It is equipped with. The range φ d is chosen to cover the higher intensity regions in the range of diffracted beams 0 to θ max . For powdered compositions of interest at the airport, this range corresponds to a small angular dispersion. Each detector 16a, 16b, 16c ,. . . Therefore intercepts one angular region δθ of the diffraction pattern.

【0032】 図2aおよび3を参照すると、エネルギ弁別を供給する(追加された単色回折
パターンを分解することに等しい)際の読み取りチャネル24の機能が説明され
る。CZT検出装置素子16aは、X線42a照射に反応して、電荷パルスを生
じる。この反応の大きさは、反応時間インターバル中に、素子16aに入射する
X線のエネルギに比例する。プリアンプ44およびシェーピング・アンプ46は
、CZT検出装置反応を、入射X線42aのエネルギを表す高さを有する電気パ
ルス72aに転送する。このパルスの高さが、低いレベルの弁別装置48によっ
て設定された低い閾値ε1と、高いレベルの弁別装置50によって設定された高
い閾値ε2との間に入る場合、 “hit”として登録される信号74aが、カウ
ンタ52に送信される。ピーク・パルスの高さが、弁別装置48,50によって
設定される範囲δε=ε2−ε1の外である場合、hitは登録されない。カウン
タ50は、観察期間中に登録されたhitの数をバッファし、およびこれらは、
回折パターン28における検出装置素子16aの位置における強度読み取り値と
して表示される。
2a and 3, the function of the read channel 24 in providing energy discrimination (equivalent to resolving the added monochromatic diffraction pattern) is described. The CZT detector element 16a produces a charge pulse in response to irradiation of the X-ray 42a. The magnitude of this reaction is proportional to the energy of the X-rays incident on the element 16a during the reaction time interval. Preamplifier 44 and shaping amplifier 46 transfer the CZT detector response into an electrical pulse 72a having a height representative of the energy of incident x-ray 42a. If the height of this pulse falls between the low threshold ε 1 set by the low level discriminator 48 and the high threshold ε 2 set by the high level discriminator 50, it is registered as “hit”. Signal 74 a is transmitted to the counter 52. If the height of the peak pulse is outside the range δε = ε 2 −ε 1 set by the discriminators 48, 50, then hit is not registered. Counter 50 buffers the number of hits registered during the observation period, and these are
It is displayed as an intensity reading value at the position of the detector device element 16a in the diffraction pattern 28.

【0033】 装置10によって表示され、および図1に記載されている回折パターン28,
30は、単色X線(ε1−ε2の範囲内にあるエネルギ、または同等である波長)
の分散角(検出装置素子の位置)に対する散乱された強度(カウントの数)のプ
ロットを具備する。これらのパターンは、従来の技術の角分散回折システムで検
出されたものに等しいが、単色性(monochromaticity)を得る際のフィルタに使
用に固有の不利な点はない。単色化を達成するためにフィルタを用いる従来技術
に基づいたあらゆる装置は、性質上、(フィルタの配置によって)入射ビームか
、あるいは回折ビームからの強度における損失を招き、続いて信号対ノイズ比に
おける低下がある。対照的に、この実施例において、本発明は、単色化範囲の外
からの、潜在的情報運搬X線の廃棄もするが、その結果、検出された単色スペク
トル領域におけるX線の強度を減らさない。
The diffraction pattern 28 displayed by the device 10 and described in FIG. 1,
30 is a monochromatic X-ray (energy within the range of ε 1 −ε 2 or equivalent wavelength)
A plot of the scattered intensity (number of counts) against the divergence angle (location of detector elements) of These patterns are equivalent to those detected with prior art angular dispersion diffractive systems, but without the inherent disadvantages of using filters in obtaining monochromaticity. All prior art devices that use filters to achieve monochromaticity, by their nature, result in a loss in intensity from the incident beam (due to the placement of the filter) or from the diffracted beam, followed by the There is a decline. In contrast, in this example, the present invention also discards potential information-carrying X-rays from outside the monochromatic range, but does not reduce the intensity of the X-rays in the detected monochromatic spectral region. .

【0034】 従来技術に対する本発明のさらなる効果は、図4に記載の通り、マルチ・チャ
ネル読み取り回路が、各検出装置素子16aに接続される場合に達成される。こ
の図において、単一の検出装置素子16aが、第一24a,第二80aおよび第
三82aの読み取り回路に接続されるように図示されている。マルチ・チャネル
回路は、共通プレアンプ44’ならびにシェーピング・アンプ46’および複数
の弁別装置48,50およびカウンタ/バッファ52を具備する。各読み取り回
路24a、80a、82aは、各々における弁別装置48,50が、異なる閾値
レベルε1、ε2に設定される点を除いて、上述された24aと同一である。第一
の読み取り回路24aが、単色化範囲ε1−ε2に関連する情報を引き出す一方で
、第二の回路80aは、異なる単色化範囲ε3−ε4から情報を引き出し、第三8
2aは、第三の範囲ε5−ε6から情報を引き出す。第一24a、第二80a、お
よび第三82a読み取り回路からのカウントは、28の形式の三つの回折パター
ンを引き出すために、異なる検出装置素子からの同じ個別の閾値に設定された読
み取り回路からのカウントと結び付けられ、各々は、X線スペクトルの異なる部
分に関する散乱角に対する強度をプロットする。明らかにこの設定は、三つの読
み取り回路のみに限られない。一連の異なる単色化範囲から情報を読み取る、一
連の回路が供給されうる。このように、回折スペクトルの他の部分からの情報は
、単一の、ボクセル照射期間中、検出装置素子から、部分的に抽出されうる。
A further advantage of the present invention over the prior art is achieved when a multi-channel read circuit is connected to each detector device element 16a, as described in FIG. In this figure, a single detector element 16a is shown connected to the first 24a, second 80a and third 82a read circuits. The multi-channel circuit comprises a common preamplifier 44 'as well as a shaping amplifier 46' and a plurality of discriminators 48,50 and a counter / buffer 52. Each read circuit 24a, 80a, 82a is identical to 24a described above, except that the discriminators 48, 50 in each are set to different threshold levels ε 1 , ε 2 . The first reading circuit 24a derives information related to the monochromatic range ε 12 while the second circuit 80a derives information from different monochromatic range ε 34 and the third 8th.
2a derives information from the third range ε 5 −ε 6 . Counts from the first 24a, second 80a, and third 82a read circuits are from read circuits set to the same individual thresholds from different detector elements to extract three diffraction patterns of the form 28. Combined with the counts, each plots the intensity against the scattering angle for different parts of the x-ray spectrum. Obviously this setting is not limited to only three reading circuits. A series of circuits may be provided that read information from a series of different monochromatic areas. In this way, information from other parts of the diffraction spectrum can be partially extracted from the detector element during a single, voxel irradiation period.

【0035】 読み取り回路の並行処理能力によって、多くの単色回折パターンは、一般的多
色回折パターンから同時に抽出されうる。これは、情報内容を、数多くの、用意
に翻訳可能な従来の単色表示に減らし、それは最終的に、抽出された構造的詳細
の正確性を向上させるために使用されうる。
Due to the parallel processing capability of the read circuit, many monochromatic diffraction patterns can be extracted simultaneously from a typical polychromatic diffraction pattern. This reduces the information content to a large number of readily translatable conventional monochromatic displays, which can ultimately be used to improve the accuracy of the extracted structural details.

【0036】 本発明は、データ収集ができるだけ早く完了されることが必要となる状況に、
特に応用可能である。例えば、空港での手荷物走査装置は、旅行者手荷物の高い
処理能力を有し、大きな容器に密閉された薬物や爆発物等、おそらく少量である
違法な物質を検出するための、信頼でき、頼れるシステムを有する必要がある。
同様に、本発明は、骨、軟骨、または他の食べられない汚染物質を検出するため
に、コンベヤ・ベルト上の肉等、食べ物を迅速に走査するために使用されうる。
The present invention provides for situations where data collection needs to be completed as soon as possible.
Especially applicable. For example, baggage scanners at airports have a high throughput of traveler baggage and are reliable and reliable for detecting potentially small quantities of illegal substances such as drugs and explosives sealed in large containers. You need to have a system.
Similarly, the present invention can be used to quickly scan food, such as meat on conveyor belts, to detect bone, cartilage, or other inedible contaminants.

【0037】 大きな物体のこの迅速な走査を容易にするために、隣接する散乱の中心から生
成される回折パターンの間の干渉を避けることができることが必要である。各ボ
クセルは、独立して取り組むことができなければならない。上述の通り、これを
達成する方法は、WO96/24863に説明されており、それは空港手荷物走
査への、その応用可能性を明確に引用している。本発明をそれと結びつける効果
は、容易にわかる。
To facilitate this rapid scanning of large objects, it is necessary to be able to avoid interference between diffraction patterns generated from adjacent scatter centers. Each voxel must be able to work independently. As mentioned above, a method of achieving this is described in WO 96/24863, which explicitly cites its applicability to airport baggage scanning. The effect of linking the invention with it is readily apparent.

【0038】 WO96/24836は、回折ビームの特定の形式の平行化と結び付けられた
、入射ファン・ビームによる大きな物体の照射が、どのように、対象ボクセルか
らの散乱と、隣接する物質からのそれとの間の強化された弁別を可能にするかを
説明する。本発明によって供給される効果、すなわち、大きな物体のより迅速な
三次元走査は、さらに、本発明の応用によって達成される。
WO 96/24836 describes how irradiation of a large object by an incident fan beam, coupled with a particular form of collimation of the diffracted beam, results in scattering from the target voxel and that from adjacent materials. Explain how to enable enhanced discrimination between. The effect provided by the invention, namely a faster three-dimensional scanning of large objects, is further achieved by the application of the invention.

【0039】 X線ファン・ビームによって照射されたボクセルの三次元アレイを検討する。
入射X線ビームの伝播の方向に積み重ねられることによって定義される深さの次
元において、12と同様に、円錐回折パターンは、連続したボクセルから生成さ
れる。回折パターンの円錐対称を反映する焦点コリメータ(focusing collimato
r)は、一つの特定の深さに焦点を絞るために使用されうる。
Consider a three-dimensional array of voxels illuminated by an x-ray fan beam.
Similar to 12, in the dimension of depth defined by the stacking in the direction of propagation of the incident X-ray beam, a conical diffraction pattern is produced from successive voxels. A focusing collimato that reflects the conical symmetry of the diffraction pattern.
r) can be used to focus on one particular depth.

【0040】 図5は、大きな三次元物体における一つの特定の深さにおけるボクセル・エレ
メントの平面からのX線回折を示す。この説明は、ボクセル平面に平行であり、
入射X線ビームの伝播の方向に移される平面のものである。隣接するボクセルか
らの回折ビームは、この平面に投影されたボクセルの位置に中心がある円形プロ
フィール90a,90b,90c,...におけるこの平面を交差する。入射X
線ファン・ビームは、各深度におけるボクセルの一つの線のみと交差するように
平行化され、図5に記載の平面との線形交差92を定義する。焦点コリメータの
セクション94もこの平面と交差する。前記セクション94は、それぞれ垂直的
および深度特殊性を供給する水平94aおよび垂直94b平行化シートを具備す
る。
FIG. 5 shows X-ray diffraction from the plane of a voxel element at one particular depth in a large three-dimensional object. This description is parallel to the voxel plane,
It is of a plane that is displaced in the direction of propagation of the incident X-ray beam. The diffracted beams from adjacent voxels have circular profiles 90a, 90b, 90c, ... Centered at the position of the voxel projected in this plane. . . Intersect this plane at. Incident X
The line fan beam is collimated to intersect only one line of voxels at each depth, defining a linear intersection 92 with the plane described in FIG. The focal collimator section 94 also intersects this plane. The section 94 comprises horizontal 94a and vertical 94b parallelizing sheets that provide vertical and depth specificity, respectively.

【0041】 いかなる時点においても、隣接する水平な、すなわちファン・ビームの平面に
垂直な隣接するボクセル90a,90b,90cからの散乱から生じる干渉は、
ボクセル90e,90a,90dの一つの“ライン(line)”のみが、ファン・
ビームによって形成される、有効なX線ライン92によって照射されるように、
前記ビームを平行化することによって、容易に避けられる。ボクセル90a,9
0b,90cは、隣接するボクセルからの回折パターンが時間において分離され
るように、ファン・ビームに相対して動かされうる。垂直、すなわち、ファン・
ビーム方向の平面内の方向に積み重ねられたボクセルからの干渉を避けるために
、有限な高さの、各回折パターンのセクションのみが、焦点コリメータによって
受け入れられる。これは、水平平行化シート94aによって容易にされる。
At any point in time, the interference resulting from scattering from adjacent horizontal voxels 90a, 90b, 90c, ie, perpendicular to the plane of the fan beam, is:
Only one "line" of the voxels 90e, 90a, 90d is
As illuminated by the effective X-ray line 92 formed by the beam,
It is easily avoided by collimating the beam. Voxels 90a, 9
0b, 90c can be moved relative to the fan beam so that the diffraction patterns from adjacent voxels are separated in time. Vertical, that is, fan
Only a section of each diffraction pattern of finite height is accepted by the focus collimator in order to avoid interference from voxels stacked in a direction in the plane of the beam direction. This is facilitated by the horizontal collimating sheet 94a.

【0042】 WO96/24863の発明は、空港手荷物で運ばれる爆発物および/または
薬物の検出のための、高速X線走査装置を供給するために、大変効果的に本発明
と結び付けられる。一つの手荷物の各基本部分は、X線で照射される時、散乱の
中心(ボクセル)として振舞う。空港走査装置の目的は、第一に、禁止されてい
る物質が存在するかどうかを検出するため、および第二は、何かが検出された場
合に、それが何であり、手荷物の中のどこにそれが収容されているかを検出する
ために、手荷物の内容を迅速に走査することである。各基本的回折パターンは、
予想される禁止された物質に特徴的である、一定の回折ピークの証拠のために分
析される。識別は、既知の禁止物質の回折パターンのルックアップ・テーブルと
の比較によって、最も迅速に達成されうる。
The invention of WO 96/24863 is very effectively combined with the present invention to provide a high speed X-ray scanning device for the detection of explosives and / or drugs carried in airport baggage. Each elementary part of a piece of baggage behaves as a center of scattering (voxels) when illuminated with X-rays. The purpose of the airport scanning device is, firstly, to detect the presence of banned substances, and secondly, if something is detected, what it is and where in the baggage. To quickly scan the contents of baggage to detect if it is contained. Each basic diffraction pattern is
Analyzed for evidence of constant diffraction peaks, characteristic of expected banned substances. Identification can be achieved most quickly by comparison with a look-up table of diffraction patterns of known prohibited substances.

【0043】 WO96/24863に説明された通り、焦点コリメータは、ファン・ビーム
によって照射される、特定の深度におけるすべてのボクセルからの、回折パター
ンの同時平行化を供給するために、図5に記載の垂直方向に積み重ねられる。図
1に記載の線形検出アレイの一つ16およびその関連する読み取り回路24のア
レイは、同じ方向にも積み重ねられた、この結合されたシステムにおいて使用さ
れる。各検出装置システム(検出装置アレイ16および読み取り回路24を具備
する)は、WO96/24863のファン・ビーム照射92と各平行化システム
94との組み合わせによって分離される各ボクセル・エレメントによって生成さ
れる回折パターンのスペクトル・シリーズを一つ、または数多く、迅速に検出す
るために使用されうる。
A focus collimator, as described in WO 96/24863, is described in FIG. 5 to provide simultaneous collimation of the diffraction pattern from all voxels at a particular depth, illuminated by the fan beam. Stacked vertically. One of the linear detector arrays 16 described in FIG. 1 and its associated array of read circuits 24 are used in this combined system, also stacked in the same direction. Each detector system (comprising detector array 16 and read circuit 24) is diffracted by each voxel element separated by a combination of fan beam irradiation 92 of WO 96/24863 and collimating system 94. One or many spectral series of patterns can be used for rapid detection.

【0044】 手荷物全体を走査するために、ファン・ビームは、一つの次元(すなわち高さ
)を照射するように配置される。手荷物は一般的に、その長さに沿ったファン・
ビームによる照射に備えるために、コンベヤ・ベルトによって動かされる。平行
化94および検出16,24システムは、その深度を走査するために、手荷物に
相対して動かされる。各走査点において、(ルック・アップ・テーブルの禁止さ
れた物質に含まれているかいないかに関する限り)散乱しているボクセルの構成
を識別するのに十分な情報が、収集されなければならない。このボクセルの点は
、コンベヤ・ベルト/深度走査システムの構造、およびどの検出システムがパタ
ーンを登録するかということから識別される。これを実行する能力は、当業界で
は公知である。各ボクセルの走査時間を、空港の全体手荷物処理能力が、許容で
きる旅行者の遅延内で走査されることができるくらい十分に短い値に減らすこと
ができるようにするために、構成識別のための十分な情報を迅速に収集すること
ができる検出装置を有することが必須である。これは、単色化フィルタに対する
必要性、および回折パターンに存在するX線強度におけるそれら固有の減少を予
防する、エネルギ・センシティブな検出装置の使用により、本発明において達成
される。各回折素子からデータを収集するのに必要な時間は、その結果、減少す
る。
To scan the entire baggage, the fan beam is arranged to illuminate one dimension (ie height). Baggage is generally a fan along its length.
It is moved by a conveyor belt in preparation for irradiation by the beam. The collimation 94 and detection 16,24 system is moved relative to the baggage to scan its depth. At each scan point, sufficient information must be gathered to identify the scattered voxel composition (as to whether it is contained in a prohibited material in the look-up table). This voxel point is identified by the structure of the conveyor belt / depth scanning system and which detection system registers the pattern. The ability to do this is known in the art. In order to allow the scan time of each voxel to be reduced to a value short enough that the overall baggage handling capacity of the airport can be scanned within an acceptable traveler delay. It is essential to have a detection device that can collect sufficient information quickly. This is accomplished in the present invention by the need for monochromatic filters and the use of energy sensitive detectors that prevent their inherent reduction in the X-ray intensity present in the diffraction pattern. The time required to collect data from each diffractive element is then reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、本発明のX線検査システムの実施例を図で示している。[Figure 1]   FIG. 1 diagrammatically shows an embodiment of the X-ray inspection system according to the invention.

【図2a】 図2aは、図1に記載の検査システムの読み取り電子機器を図で示している。Figure 2a   2a diagrammatically shows the reading electronics of the inspection system according to FIG.

【図2b】 図2bは、図1に記載の検査システムの読み取り電子機器を図で示している。Figure 2b   2b diagrammatically shows the reading electronics of the inspection system according to FIG.

【図3】 図3は、図2に記載の読み取り電子機器によって実行されるパルス処理を図で
示している。
3 graphically illustrates the pulse processing performed by the reading electronics described in FIG.

【図4】 図4は、図1に記載の検査システムとの使用のためのマルチ・チャネル読み取
り回路の図である。
FIG. 4 is a diagram of a multi-channel read circuit for use with the inspection system described in FIG.

【図5】 図5は、手荷物走査のための従来のシステムにおけるX線回折の図である。[Figure 5]   FIG. 5 is an X-ray diffraction diagram in a conventional system for baggage scanning.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ダーモディー ジェレント スペンサー イギリス ケント ティーエヌ14 7ビー ピー セヴンオークス フォート ハルス テッド ディーイーアールエイ (72)発明者 ボイド アンドリュー ジェイムス イギリス ケント ティーエヌ14 7ビー ピー セヴンオークス フォート ハルス テッド ディーイーアールエイ (72)発明者 バロウズ ジョン デイヴィッド イギリス ケント ティーエヌ14 7ビー ピー セヴンオークス フォート ハルス テッド ディーイーアールエイ Fターム(参考) 2G001 AA01 BA18 CA01 DA01 DA08 DA10 EA03 GA13 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK , DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, J P, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR , LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ , TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Darmody Gelend Spencer             UK Kent TNT 14 7 Bee             Peaven Oaks Fort Hals             Ted DRR (72) Inventor Boyd Andrew James             UK Kent TNT 14 7 Bee             Peaven Oaks Fort Hals             Ted DRR (72) Inventor Burroughs John David             UK Kent TNT 14 7 Bee             Peaven Oaks Fort Hals             Ted DRR F-term (reference) 2G001 AA01 BA18 CA01 DA01 DA08                       DA10 EA03 GA13

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 角範囲φ0−φdにわたって、対象物質14によって散乱され
る準単色または多色X線12を検出するための検出システム60であって、前記
角範囲φ0−φdに対してなしており、それぞれ読み取りチャネルの対応するアレ
イ24に接続された半導性検出装置素子16a,b,...のアレイ16を具備
し、 前記検出装置素子16aは、X線による照射に反応するバンドギャップ伝送(
band gap transport)を伴う半導性物質から作られ、それによって各検出装置素
子16aは、入射X線エネルギに依存している大きさを有する電気反応を生成し
、 および各読み取りチャネル24aは、前記半導体電気反応を、反応の大きさを
表すパレメータを伴う電気パルス72a−hに変換するように配列されたフロン
ト・エンド電子機器44、46と;前記パルス・パラメータが、第一ε1と第二
ε2の予め選択された弁別装置の値の間にある場合に、デジタル信号74a,c
,e,g,hを出力するように配列された弁別電子機器48,50と、および前
記弁別電子機器48,50から出力されたデジタル信号の数をカウントするよう
に配置されたカウンタ52とを具備する ことを特徴とする、前記検出システム。
Over 1. A corner range phi 0 -.phi d, a detection system 60 for detecting the quasi-monochromatic or polychromatic X-rays 12 are scattered by the target material 14, the angle range phi 0 -.phi d Corresponding to each of the semi-conductive detector elements 16a, b ,. . . The detector device element 16a comprises an array 16 of band gap transmissions responsive to X-ray irradiation (
made of a semiconducting material with a band gap transport, whereby each detector element 16a produces an electrical reaction with a magnitude dependent on the incident X-ray energy, and each read channel 24a is Front end electronics 44, 46 arranged to convert a semiconductor electrical response into electrical pulses 72a-h with a parameter indicative of the magnitude of the response; said pulse parameters being first ε 1 and second digital signals 74a, c when they are between the preselected discriminator values of ε 2.
, E, g, h arranged to output discrimination electronics 48, 50, and a counter 52 arranged to count the number of digital signals output from the discrimination electronics 48, 50. The detection system, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の検出装置システム60であって、少なくと
も2アレイの読み取りチャネルを含み、各半導性検出装置素子16a,b,..
.は、各アレイから1つ、個別の読み取りチャネルに接続されており、同じアレ
イにおける読み取りチャネル24aは、実質的に同じ第一のε1および第二のε2 弁別装置の値に設定された、弁別電子機器48,50を有し、およびそれは同様
に、他のアレイにおける読み取るチャネル80a、82aに適切な弁別装置値ε 3 、ε4とは異なることを特徴とする、前記システム。
2. The detector system 60 of claim 1, at least
Also includes two arrays of read channels, each semiconducting detector element 16a, b ,. .
. Are connected to a separate read channel, one from each array, and
The read channel 24a in FIG.1And the second ε2 With the discrimination electronics 48, 50 set to the value of the discriminator, which is similar
And the appropriate discriminator value ε for the read channels 80a, 82a in the other array. 3 , ΕFourThe system as described above, characterized in that
【請求項3】 請求項1または2に記載の検出装置システム60であって、
それぞれ接続された読み取りチャネル24aに登録されたカウント74aの数に
対してプロットされたアレイ16における各検出装置素子16a,b,c,..
.の位置から引き出された、各読み取りアレイ24に関する、X線散乱パターン
28,30を表示するように配列された表示手段も含むことを特徴とする、前記
システム。
3. The detection device system 60 according to claim 1, wherein:
Each detector element 16a, b, c, .. in array 16 plotted against the number of counts 74a registered in each connected read channel 24a. .
. System, also comprising display means arranged to display the X-ray scattering patterns 28, 30 for each reading array 24 extracted from the position.
【請求項4】 請求項1、2、または3に記載の検出装置システム60であ
って、前記半導性素子16a,b,cは、テルル化カドミウム亜鉛、ヒ化ガリウ
ム、ヨウ化鉛、またはヨウ化水銀から製造されることを特徴とする、前記システ
ム。
4. The detection device system 60 according to claim 1, 2, or 3, wherein the semiconducting elements 16a, 16b, 16c are cadmium zinc telluride, gallium arsenide, lead iodide, or Said system, characterized in that it is manufactured from mercury iodide.
【請求項5】 前項までに記載の検出システムであって、前記角範囲φ0
至φdは、2度乃至8度であることを特徴とする、前記システム。
5. The detection system according to the preceding paragraphs, wherein the angular range φ 0 to φ d is 2 degrees to 8 degrees.
【請求項6】 X線ソース、調査されるべき対象物質14、および前記ソー
スによって生成される準単色または多色X線ビームが、前記対象物質から前記検
出システムに散乱されるように配列された検出システムを具備するX線検査シス
テム10であって、請求項1乃至5のいずれかに記載の検出システム60を具備
することを特徴とする、前記X線検査システム。
6. An x-ray source, a target substance to be investigated 14, and a quasi-monochromatic or polychromatic x-ray beam produced by said source arranged to be scattered from said target substance into said detection system. An X-ray inspection system 10 having a detection system, comprising the detection system 60 according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 請求項6に記載のX線検査システム10であって、前記準単
色または多色X線ビームは、前記対象物質内のボクセル(voxels)の共面二次元
アレイを照射するために、ファン・ビーム(fan beam)へと平行化され、および
前記システム10は、前記照射されたアレイの中のある深度および高さにおける
単一のボクセル14から散乱されたX線のみを、前記検出システム60へ通すよ
うに配列された、焦点平行化手段を含むことを特徴とする、前記システム。
7. The X-ray inspection system 10 of claim 6, wherein the quasi-monochromatic or polychromatic X-ray beam illuminates a coplanar two-dimensional array of voxels within the material of interest. , And is collimated into a fan beam, and the system 10 only collects X-rays scattered from a single voxel 14 at a depth and height in the illuminated array. Said system, characterized in that it comprises focus collimating means arranged to pass to a detection system 60.
【請求項8】 請求項7に記載のX線検査システム10であって、前記シス
テム10は、焦点平行化手段のアレイと、および検出システムの個別のアレイを
含み、前記平行化アレイ・メンバは、前記照射されたボクセル・アレイ内の異な
る高さにおける個別のボクセル14から散乱されたX線を、個別の検出システム
60に同時に送るように積み重ねられていることを特徴とする、前記システム。
8. The X-ray inspection system 10 of claim 7, wherein the system 10 includes an array of focus collimating means and a separate array of detection systems, wherein the collimating array members are , The X-rays scattered from the individual voxels 14 at different heights in the illuminated voxel array are stacked for simultaneous transmission to individual detection systems 60.
【請求項9】 請求項8に記載のX線検査システム10であって、前記平行
化手段のアレイは、前記対象物質内の異なる深度におけるボクセル14から散乱
されたX線の検出を可能にするために、散乱されていないX線の方向に、前記対
象物質に対して動くことができることを特徴とする、前記システム。
9. The X-ray inspection system 10 of claim 8, wherein the array of collimating means enables detection of X-rays scattered from voxels 14 at different depths in the substance of interest. The system is characterized in that it is able to move relative to the substance of interest in the direction of unscattered X-rays.
【請求項10】 請求項6に記載のX線検査システム10であって、対称的
に同等な領域において、回折したX線の円錐形分布を傍受するために、対称的な
方向を向いている複数の16,18,20,22検出システム60を含むことを
特徴とする、前記システム。
10. The X-ray inspection system 10 of claim 6, wherein the X-ray inspection system is oriented symmetrically to intercept the cone-shaped distribution of diffracted X-rays in symmetrically equivalent regions. The system comprising a plurality of 16, 18, 20, 22 detection systems 60.
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