JP2009053090A - 材質識別検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物を連続的に検査して、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めＸ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない材質識別検査装置および方法を提供する。
【解決手段】検査物５を搬送する搬送装置１２と、被検査物に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を、同時又は時間をずらして照射するＸ線照射装置１４と、入射Ｘ線が被検査物を透過した透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置１６と、２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物の材質を識別する演算装置１８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線により被検査物の材質識別を行う材質識別検査装置および方法に関する。

税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から広く用いられている。
さらに、近年になって、被検査物の材質を識別する手段が種々提案されている（例えば特許文献１〜４）。

特許文献１の「材質特定Ｘ線検査装置」は、被測定物に含まれる対象物の元素を特定して、材質を特定することを目的とする。
そのため、この発明では、図６に模式的に示すように、予め元素が既知の対象物にＸ線を照射して、透過Ｘ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを、照射Ｘ線のエネルギー別および元素別に求めて特性データとして特性データ格納手段（特性データメモリ５０）に格納しておき、Ｘ線源（第１，２Ｘ線管５２Ｈ，５２Ｌ）からエネルギーの異なる２つのＸ線を被測定物５１に照射し、各Ｘ線に対する透過Ｘ線を検出器（第１，２ラインセンサＸ線管５６Ｈ，５６Ｌ）で検出して検出出力レベルを求める。材質特定手段（画像メモリ５４ａ，演算，比較回路５４ｂ，制御回路５４ｃ）は、特性データを用いて２つの検出出力レベルに対応する対象物の厚みを求め、厚みが一致する元素を求める。異なるＸ線エネルギーによる検出出力レベルに対する厚みの一致から、被測定物中に含まれる対象物の元素を特定し、被測定物の材質を特定するものである。

特許文献２の「内容物識別装置および内容物識別方法」は、容器，袋あるいは機器の中に存在する内容物を簡便にかつ正確に表示してその識別を行うことを目的とする。
そのため、この発明の装置は、Ｘ線透視画像信号を作成する手段、中性子画像信号を作成する手段、これらの信号を基にＸ線透視画像の中に中性子透視画像を合成して表示する手段からなるものである。

特許文献３の「対象物の吸収率に依存した輝度制御を含むＸ線検査装置」では、図７に模式的に示すように、輝度制御入力６３を有し対象物ＯのＸ線画像を生成するＸ線画像生成手段６１と、輝度制御入力６３へ輝度制御信号を出力するためにＸ線画像生成手段６１に結合される画像処理手段６２とを有するＸ線検査装置であって、Ｘ線画像生成手段６１にＸ線データ出力６６が設けられ、画像処理手段６２にＸ線データ出力に結合されるＸ線データ入力６７が設けられ、画像処理手段６２は、対象物Ｏの吸収率の特性を計算し吸収率の特性に依存して輝度制御信号ＣＳを生成する対象物吸収率特性計算手段６５として配置されるものである。

特許文献４の「高速中性子及び連続エネルギー・スペクトルＸ線により材料識別する方法及びその装置」は、高速中性子及び連続エネルギー・スペクトルＸ線による材料識別の方法と装置を提供することを目的とする。
そのため、この発明では、図８に模式的に示すように、（ａ）高速中性子源７１及び連続エネルギー・スペクトルＸ線源７４でそれぞれ産生された高速中性子ビーム７２及び連続エネルギー・スペクトルＸ線ビーム７５を被検対象７７に照射する；（ｂ）Ｘ線検出器アレー７６及び中性子検出器アレー７３にて、透過したＸ線ビーム７５及び高速中性子ビーム７２の強度を直接計測する；（ｃ）被検対象７７の異なる材料を透過した中性子ビームとＸ線ビームの減衰差によって形成された曲線により、被検対象の材料に対して材料識別を行う；ステップを含む。高速中性子と連続エネルギー・スペクトルＸ線との透過減衰強度が異なるように構成され、被検対象の厚さと無関係に被検対象の等効原子番号Ｚとのみ関係するｎ−Ｘ曲線を利用して材料識別を行う。

特開平１０−１０４１７５号公報、「材質特定Ｘ線検査装置」 特開平１１−６４２４８号公報、「内容物識別装置および内容物識別方法」 特表２００２−５３２８３７号公報、「対象物の吸収率に依存した輝度制御を含むＸ線検査装置」 特開２００７−１２７６１７号公報、「高速中性子及び連続エネルギー・スペクトルＸ線により材料識別する方法及びその装置」

Ｘ線ＣＴ装置（Ｘ線断層撮影装置）では、検査対象物の周囲を１８０度回転させて対象物の断層データを取得し、これからコンピュータによって画像を再構築して二次元断面像を得ることができる。さらに内部にある物質を識別することもできる。
しかし、Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線と検出器を回転させるための回転機構を有するため、検査速度が遅い。また検査対象物の周囲、１８０度分のデータを取得するため、バッチ式処理となってしまい、連続的に検査できない。さらにＸ線エネルギーもスペクトルが連続であるため、物質は経験値利用による目安でしか識別できなかった。

また、上述した特許文献３では、対象物の吸収率に依存した輝度制御はできるが、材質識別はできず、特許文献１では、材質識別はできるが予め元素が既知の対象物に関して、Ｘ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求めておく必要があり、特許文献２と特許文献４では、中性子ビームを用いた中性子透視画像が別途必要となる問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めＸ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない材質識別検査装置および方法を提供することにある。

本発明によれば、被検査物を搬送する搬送装置と、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射するＸ線照射装置と、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する演算装置と、を備えたことを特徴とする材質識別検査装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記Ｘ線照射装置は、前記同一断面内で前記被検査物に対し所定のエネルギー分布のＸ線を線状に照射するＸ線管であり、
前記Ｘ線検出装置は、前記被検査物を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域の強度分布を弁別して計測する線状検出器である。

また、前記演算装置は、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物の厚さｘを特定し、
前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度と前記厚さから、各エネルギー領域における２以上の減弱係数μを求め、
光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物の材質を識別する。

また本発明によれば、被検査物を搬送し、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射し、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する、ことを特徴とする材質識別検査方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記同一断面内で前記被検査物に対し所定のエネルギー分布のＸ線を線状に照射し、
前記被検査物を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域の強度分布を弁別して計測する。

また、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物の厚さｘを特定し、
前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度と前記厚さから、各エネルギー領域における２以上の減弱係数μを求め、
光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物の材質を識別する。

上述した本発明の装置と方法によれば、搬送装置により被検査物を搬送しながら、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布の入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射し、被検査物を透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するので、被検査物を連続的に検査して、短時間に結果を得ることができる。
また、演算装置により前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別するので、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めＸ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない。

すなわち、本発明はＸ線を用いて複数方向からの透過Ｘ線の強度（又は強度分布）とＸ線のエネルギー弁別によって取得した情報を利用して、物質を正確に識別することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

はじめに本発明の原理について説明する。
図１は、本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。
この図において、横軸はＸ線のエネルギー、１はＸ線管から放射される入射Ｘ線の強度分布、２はエネルギー弁別機能付きＸ線検出器による入射Ｘ線の検出強度分布、３はある物質を透過した透過Ｘ線のＸ線検出器による検出強度分布である。

この図から明らかなように、Ｘ線管から放射されるＸ線の強度分布１は、ある波長領域において、連続した連続Ｘ線である。
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０^-１２〜１０^-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］とＸ線エネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、式（１）の関係がある。
Ｅ＝１２．４／λ・・・（１）
従って、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は１対１で対応している。

図１において、Ｘ線エネルギーＥ_１，Ｅ_２の２種の入射Ｘ線（強度Ｉ_１０，Ｉ_２０）を厚さｘの物質に照射し、その透過Ｘ線の強度Ｉ_１，Ｉ_２を計測すると、以下の関係がある。
Ｉ_１＝Ｉ_１０ｅｘｐ（−μ_１ｘ）・・・（２ａ）
Ｉ_２＝Ｉ_２０ｅｘｐ（−μ_２ｘ）・・・（２ｂ）
ここで、μ_１，μ_２はＸ線エネルギーＥ_１，Ｅ_２における減弱係数（又は線吸収係数）である。

上記（２ａ）（２ｂ）の式から、厚さｘが既知であれば、入射Ｘ線（強度Ｉ_１０，Ｉ_２０）と透過Ｘ線強度（Ｉ_１，Ｉ_２）から減弱係数μ_１，μ_２を求めることができる。

また、減弱係数μ_１，μ_２は、光電効果とコンプトン効果の和であり、以下の関係がある。
μ_１＝ρ_eＺ_eff ^４Ａ_１＋ρ_eＢ_１・・・（３ａ）
μ_２＝ρ_eＺ_eff ^４Ａ_２＋ρ_eＢ_２・・・（３ｂ）

ここで、Ｚ_effは物質の実効原子番号、ρ_eは物質の電子密度、Ａ_１，Ａ_２，Ｂ_１，Ｂ_２は、実効原子番号によって決まる比例定数である。
減弱係数μ_１，μ_２を実験的に求めることにより、上記式（３ａ）（３ｂ）において、Ａ_１，Ａ_２，Ｂ_１，Ｂ_２は理論的に求まるため、２つの未知数Ｚ_eff，ρ_eを求めることができる。

図２は、本発明による材質識別検査装置の第１実施形態を示す構成図である。この図において、本発明の材質識別検査装置１０は、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６及び演算装置１８を備える。

搬送装置１２は、例えばベルトコンベアであり、被検査物５を水平（この図で紙面に直交する方向）に搬送する。被検査物５は、Ｘ線に対して透明な任意の容器６（例えば旅行用ケース）内に収納されている。

Ｘ線照射装置１４は、被検査物５に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を、同時又は時間をずらして照射する。入射Ｘ線７のエネルギー分布は、例えば図１に１で示した入射Ｘ線の連続した強度分布であるのがよい。
またこの例において、Ｘ線照射装置１４は、垂直方向と水平方向に固定配置された２台のＸ線管１５ａ，１５ｂであり、搬送方向に直交する同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布の入射Ｘ線７を線状かつ扇状に照射するようになっている。

Ｘ線検出装置１６は、上述したエネルギー弁別機能付きＸ線検出器であり、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２のＸ線強度Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測する。
またこの例において、Ｘ線検出装置１６は、２台のＸ線管１５ａ，１５ｂに対向するように水平方向と垂直方向に固定配置された２台の線状検出器１７ａ，１７ｂであり、被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２の強度分布Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測するようになっている。

演算装置１８は、例えばコンピュータであり、２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度Ｉ_１０，Ｉ_２０、Ｉ_１，Ｉ_２から、被検査物５の実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物５の材質を識別する。

演算装置１８は、２以上の異なる方向から得られた透過Ｘ線８の強度分布から、各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。この特定は、例えば異なる方向が互いに直交していれば、Ｘ線強度の変化から容易にできる。
次いで、２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と厚さｘから、式（２ａ）（２ｂ）により、各エネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における２以上の減弱係数μ_１，μ_２を求める。
次に、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係（上記（３ａ）（３ｂ）の式）から、実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出する。被検査物５の材質は、実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eから一般的に容易に特定でき識別が完了する。

図３は、本発明の材質識別検査方法を示す全体フロー図である。
本発明の材質識別検査方法は、上述した装置を用い、搬送ステップＳ１、照射ステップＳ２、計測ステップＳ３、および識別ステップＳ４からなる。

搬送ステップＳ１では、例えばベルトコンベアにより被検査物５を水平に搬送する。
照射ステップＳ２では、被検査物５に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布１を有する入射Ｘ線７を照射する。
計測ステップＳ３では、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２のＸ線強度Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測する。
識別ステップＳ４では、２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度Ｉ_１０，Ｉ_２０、Ｉ_１，Ｉ_２から、被検査物５の実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物５の材質を識別する。

これらの各ステップＳ１〜Ｓ４は、同時に行うのが好ましいが、時間をずらして同一断面に関して行ってもよい。また、コンベア上の同一箇所で行うのが好ましいが、搬送方向に位置をずらして同一断面に関して行ってもよい。

上記照射ステップＳ２では、同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布１のＸ線を線状かつ扇状に照射し、計測ステップＳ３では、被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２の強度分布を弁別して計測する。

図３において、識別ステップＳ４は、厚さ特定ステップＳ４１、減弱係数算出ステップＳ４２、実効原子番号・電子密度算出ステップＳ４３、および材質識別ステップＳ４４からなる。
厚さ特定ステップＳ４１では、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。
減弱係数算出ステップＳ４２では、２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と被検査物５の厚さｘから、各エネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における２以上の減弱係数μ_１，μ_２を求める。
実効原子番号・電子密度算出ステップＳ４３では、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出する。
材質識別ステップＳ４４では、実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eから被検査物の材質を決定する。

上述した本発明の装置と方法によれば、搬送装置１２により被検査物５を搬送しながら、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布１の入射Ｘ線７を、同時又は時間をずらして照射し、被検査物５を透過した透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２のＸ線強度Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測するので、被検査物５を連続的に検査して、短時間に結果を得ることができる。
また、演算装置１８により２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度から、被検査物５の実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物５の材質を識別するので、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めＸ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない。

すなわち、本発明は、Ｘ線を用いて複数方向からの透過Ｘ線の強度（又は強度分布）とＸ線のエネルギー弁別によって取得した情報を利用して、物質を正確に識別することができる。

図４は、本発明による材質識別検査装置の第２実施形態を示す構成図である。この図において、本発明の材質識別検査装置１０は、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６及び演算装置１８を備える。

この例において、Ｘ線照射装置１４は、互いに１２０°の周方向間隔で配置された３台のＸ線管１５ａ，１５ｂ，１５ｃであり、搬送方向に直交する同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布１の入射Ｘ線７を線状かつ扇状に照射するようになっている。
また、３台のＸ線管１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、被検査物５およびその容器６を囲みながら周方向に所定の角度範囲（例えば１２０°以内）で互いに同期して図示しない駆動装置により旋回するようになっている。

またこの例において、Ｘ線検出装置１６は、３台のＸ線管１５ａ，１５ｂ，１５ｃに対向するように互いに１２０°の周方向間隔で配置された３台の線状検出器１７ａ，１７ｂ，１７ｃであり、被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２の強度分布Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測するようになっている。
また、３台の線状検出器１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、被検査物５およびその容器６を囲みながら３台のＸ線管１５ａ，１５ｂ，１５ｃに対向しながら周方向に所定の角度範囲（例えば１２０°以内）で互いに同期して図示しない駆動装置で旋回可能になっている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

上述した構成により、３台のＸ線管１５ａ，１５ｂ，１５ｃと３台の線状検出器１７ａ，１７ｂ，１７ｃが、被検査物５およびその容器６を囲みながら周方向に所定の角度範囲で互いに同期して旋回することにより、３以上の異なる方向（例えば１６以上の方向）から、所定のエネルギー分布１の入射Ｘ線７を、同時又は時間をずらして照射し、透過した透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ_１，Ｅ_２のＸ線強度Ｉ_１，Ｉ_２を弁別して計測するので、第１実施形態と比較して、被検査物５の厚さｘを特定することがより容易となる。また、情報量も飛躍的に増加するので、第１実施形態よりもさらに精密に被検査物を検査して、より精密な結果を得ることができる。
なおその他の効果は、第１実施形態と同様である。

以下、本発明の実施例を説明する。
上述した（３ａ）（３ｂ）の式から、２つの未知数Ｚ_eff，ρ_eを求める手段について以下に説明する。
式（３ａ）（３ｂ）から、以下の関係が得られる。
Ｚ_eff ^４＝（μ_１Ｂ_２−μ_２Ｂ_１）／（μ_２Ａ_１−μ_１Ａ_２）・・・（４ａ）
ρ_e＝（μ_１Ａ_２−μ_２Ａ_１）／（Ａ_２Ｂ_１−Ａ_１Ｂ_２）・・・（４ｂ）

ここで式（４ａ）（４ｂ）の左辺−右辺をそれぞれｆ（Ｚ_eff）、ρ_e（Ｚ_eff）とすると、以下の関係が得られる。
ｆ（Ｚ_eff）＝Ｚ_eff ^４−（μ_１Ｂ_２−μ_２Ｂ_１）／（μ_２Ａ_１−μ_１Ａ_２）・・・（５ａ）
ρ_e（Ｚ_eff）＝ρ_e−（μ_１Ａ_２−μ_２Ａ_１）／（Ａ_２Ｂ_１−Ａ_１Ｂ_２）・・・（５ｂ）

光電効果に関する比例定数Ａ_１，Ａ_２は、Ｊａｃｋｓｏｎ−Ｈａｗｌｓの式（数１の式（６））から求めることができる。
またコンプトン効果に関する比例定数Ｂ_１，Ｂ_２は、Ｋｌｅｉｎ−Ｎｉｓｈｎａの式から求めることができる。
ここで、非弾性散乱の補正と弾性散乱をあわせた式として、数１の式（７）を使用する。さらにσ_cohは、式（８）を使用する。なお物質の電子密度ρ_eは、物質の実効原子番号Ｚ_effにより一意に決まる。

原子番号Ｚを１から３０まで順に変化させ、各実効原子番号Ｚ_effに対応する電子密度ρ_e、比例定数Ａ_１，Ａ_２、比例定数Ｂ_１，Ｂ_２を式（６）〜（８）から求め、更に、入射Ｘ線（強度Ｉ_１０，Ｉ_２０）と透過Ｘ線強度（Ｉ_１，Ｉ_２）から減弱係数μ_１，μ_２を求めることにより、式（５ａ）（５ｂ）のｆ（Ｚ_eff）、ρ_e（Ｚ_eff）を計算することができる。

図５は、上述した実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを求めるアルゴリズムの実施例である。
この図において、横軸は実効原子番号Ｚ_eff、縦軸は上述したｆ（Ｚ_eff）とρ_e（Ｚ_eff）を示している。この実施例において、２種の入射Ｘ線は、単色ではなく、図１に模式的に示した強度分布２，３の中心エネルギーＥ_１，Ｅ_２を用いている。
この図から、炭素、マグネシウム、アルミニウム、鉄にそれぞれ対応する原子番号Ｚにおいて、ｆ（Ｚ_eff）、ρ_e（Ｚ_eff）がそれぞれ０に近い最小極値を示しているのがわかる。
すなわち、比例定数Ａ_１，Ａ_２、比例定数Ｂ_１，Ｂ_２を実効原子番号Ｚ_effに対応させてそれぞれ理論式から求めることにより、式（５ａ）（５ｂ）を満たす物質の実効原子番号Ｚ_effと物質の電子密度ρ_eを正確に計算することができる。

上述したように本発明の装置と方法によれば、搬送装置により被検査物を搬送しながら、２以上の異なる方向から、入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射し、透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するので、被検査物を連続的に検査して、短時間に結果を得ることができる。
また、演算装置により前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別するので、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めＸ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない。

すなわち、本発明はＸ線を用いて複数方向からの透過Ｘ線の強度（又は強度分布）とＸ線のエネルギー弁別によって取得した情報を利用して、物質を正確に識別することができる。

本発明は、２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別できる検出器を使って、物質固有のＸ線減弱係数を分解して連立方程式で解くアルゴリズムに特徴がある。
なお、上述の例ではエネルギー領域が２つの場合を示したが、３以上のエネルギー領域を用いて、連立方程式の数を増やし、より高精度な材質識別を行ってもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。 本発明による材質識別検査装置の第１実施形態を示す構成図である。 本発明の材質識別検査方法を示す全体フロー図である。 本発明による材質識別検査装置の第２実施形態を示す構成図である。 実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを求めるアルゴリズムの実施例である。 特許文献１の装置の模式図である。 特許文献３の装置の模式図である。 特許文献４の装置の模式図である。

符号の説明

１ 入射Ｘ線の強度分布、
２ 入射Ｘ線の検出強度分布、
３ 透過Ｘ線の検出強度分布、
５ 被検査物、７ 入射Ｘ線、８ 透過Ｘ線、
１０ 材質識別検査装置、１２ 搬送装置、
１４ Ｘ線照射装置、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ Ｘ線管、
１６ Ｘ線検出装置、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 線状検出器、
１８ 演算装置、

Claims (6)

1. 被検査物を搬送する搬送装置と、
   前記被検査物に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射するＸ線照射装置と、
   前記入射Ｘ線が被検査物を透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
   前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する演算装置と、を備えたことを特徴とする材質識別検査装置。
2. 前記Ｘ線照射装置は、前記同一断面内で前記被検査物に対し所定のエネルギー分布のＸ線を線状に照射するＸ線管であり、
   前記Ｘ線検出装置は、前記被検査物を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域の強度分布を弁別して計測する線状検出器である、ことを特徴とする請求項１に記載の材質識別検査装置。
3. 前記演算装置は、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物の厚さｘを特定し、
   前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度と前記厚さから、各エネルギー領域における２以上の減弱係数μを求め、
   光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物の材質を識別する、ことを特徴とする請求項２に記載の材質識別検査装置。
4. 被検査物を搬送し、
   前記被検査物に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、２以上の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を、同時又は時間をずらして照射し、
   前記入射Ｘ線が被検査物を透過した透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
   前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度から、被検査物の実効原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する、ことを特徴とする材質識別検査方法。
5. 前記同一断面内で前記被検査物に対し所定のエネルギー分布のＸ線を線状に照射し、
   前記被検査物を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域の強度分布を弁別して計測する、ことを特徴とする請求項４に記載の材質識別検査方法。
6. ２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物の厚さｘを特定し、
   前記２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度と前記厚さから、各エネルギー領域における２以上の減弱係数μを求め、
   光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から実効原子番号Ｚ_effと電子密度ρ_eを算出し、これから被検査物の材質を識別する、ことを特徴とする請求項５に記載の材質識別検査方法。

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