JP2015512033A - 高速セキュリティ検査システム - Google Patents

Abstract

本明細書は、線路によって運搬される貨物をスキャンする高速スキャニングシステムを開示している。システムは、配置された円錐ビームのＸ線と２次元のＸ線センサアレイとを用いている。Ｘ線源のパルス周波数は、移動する貨物の速度に基づいて、エネルギー源が１つの場合には、２つのＸ線パルスの間に貨物が移動する距離が検出器の幅に等しくなるように調整され、エネルギー源が２つの場合には、当該距離が検出器の幅の半分に等しくなるように調整される。これによりＸ線の放射と、通過する物体の速度との間の正確なタイミングが確保され、高速度においても貨物を正確にスキャンすることができる。

Description

相互参照

本発明は、２０１２年２月８日に出願された米国仮特許出願第６１／５９６，６４８号に依拠する。上記明細書は、参照として本願に取り込まれている。

本発明は、乗り物に収容された危険物や禁制品を検査する一般的なセキュリティシステムに関する。より詳細には、鉄道貨物などの高速鉄道網で運搬される貨物を検査するセキュリティシステムに関する。

郵便物、商品、原材料、その他の物品などの物を物理的に輸送することは、経済活動と切り離せない。一般に、物は、発送用の容器や貨物用の箱の中に収められて輸送される。このような容器や箱は、セミトレーラー、大型トラック、鉄道車両のみならず、貨物船や貨物輸送機などによって運搬可能な共同一貫輸送のコンテナを有する。しかしながら、このような輸送コンテナや貨物コンテナは禁制品の不法な運搬に用いられる可能性がある。これらの危険物を検出するために、安全で正確な検査が望まれているが、その検査は、非常に大きい体積の物品に対して極端に遅くなることなく、極端な負荷がかからないように高い効率性を有することが望まれる。

具体的には、セキュリティ検査のために、列車によって運搬される貨物の自動スキャンが求められている。この貨物は、典型的にはコンテナに詰められた形態をしており、コンテナは、標準的なサイズと形を有している。貨物コンテナを運搬する列車は、典型的には時速２０ｋｍから時速１５０ｋｍの範囲の速い速度で移動する。従って、セキュリティ検査のプロセスは、貨物流通を妨げることなく、この程度の速い速度で実施することができなくてはならない。さらに、システムは、運転手や警備員などの貨物列車に搭乗している可能性のある作業者を放射線にさらさずに、また、貨物内に隠れている可能性のある人間に対する放射線被ばくが妥当となる低いレベルにまで減らすようにしなければならない。

コンテナに詰められた貨物を検査する周知のスキャニングプロセスとして、Ｘ線スキャニング、貨物から放射されたガスの化学的解析、生物を検出するための貨物からの音を聞き最終的に少なくとも一人のセキュリティ職員によって手動的に介入することが挙げられる。

世界の全ての地域で最も一般的なのは、コンテナに詰められた貨物をスキャンするＸ線スキャニングである。ここで、スキャン中に検査対象を通過する携帯スキャナ、トレイラーをベースにしたスキャナ（検査対象の乗り物は検査区域を移動する）、スキャン中に検査対象をレールに沿って移動する構台をベースにしたスキャナ、扉方式のスキャナ（乗り物が、スキャナを通過し、乗り物全体または貨物のみのいずれかがスキャンされる）のような様々なシステムが開発されている。

ほとんどのＸ線スキャニングシステムが、厳密にコリメートされたＸ線の扇ビーム内の必要な透過性放射線を生成する線形加速器あるいはＸ線管のいずれかを用いている。線形加速器システムは一般的に１ＭＶから６ＭＶの範囲のエネルギーを用い、Ｘ線管ベースのシステムは１００Ｖｐから４５０ｋＶｐの範囲のエネルギーを用いている。ほかの放射線源として、Ｃｏ−６０やＣｓ−１３７といったガンマ線を放射する物質、ベータトロンのようなＸ線源がある。時々、Ａｍ−ＢｅやＣｆ−２５２などの同位体線源や、Ｄ−ＤまたはＤ−Ｔパルス状の中性子生成器などの電気的な線源（electronic source）といった中性子線源が貨物のスキャニングに用いられる。

何れの場合にも、システムのスキャニング速度は、貨物への十分な透過性を提供する。同時に、速度は占有された貨物を安全にスキャニングするための、線形加速器によって達成可能なパルス周波数や、Ｘ線管からの許容可能な線量率などの要素によって制約されている。

当業者に周知されているシステムは、スキャニング速度は、許容可能な画像品質を維持するために、時速１５ｋｍ未満で行われる。この速度は、扇ビームＸ線源からのパルス周波数と、Ｘ線センサのアレイの比較的狭い幅から決められる。

従って、鉄道車両上の遮蔽する貨物に要求される制約のない高速スキャニング速度を提供するスキャニングシステムが必要とされる。さらに、そのようなスキャニングシステムは、スキャニング速度に関わりなく、優れた画像品質を維持することが望まれる。

一つの実施の形態において、本明細書に記載のシステムは、配置された円錐ビーム状のＸ線と２次元のＸ線センサアレイとを用いる。本明細書に記載のスキャニングシステムは、間違った警報を最少にしながら、危険物の検出を最大限に行い、処理量を向上させている。

一つの実施の形態において、本明細書に記載のスキャニングシステムは、Ｘ線の照射と通過する物体の速度との間の正確なタイミングが重要であり、かつ、当該タイミングがＸ線のセンサの２次元的なアレイの幅に依存していることを認識している。

一つの実施の形態において、本明細書に記載の高速で移動する貨物をスキャンするＸ線検査システムは、貨物にＸ線ビームを照射するための高エネルギーＸ線源と、スキャンされた貨物を通過したＸ線ビーム信号を受け取る少なくとも一つの検出器アレイとを有している。Ｘ線源と検出器とは検査区域に関して互いに反対側に設けられている。制御システムは、Ｘ線源のパルス周波数が通過する貨物の速度に正比例するようにＸ線源を調整する。

一つの実施の形態では、本明細書は貨物をスキャンするＸ線システムに関する。Ｘ線システムは、Ｘ線源と、少なくとも一つの二次元検出器アレイと、移動システムと、制御システムとを有する。Ｘ線源は、貨物に放射するＸ線の円錐ビームを生成する。少なくとも一つの二次元検出器アレイは、スキャンされた貨物を通過したＸ線ビームの信号を受取る。移動システムは、Ｘ線システムビームを通過して、Ｘ線ビームの平面に直行する直線軌道に沿って貨物を運送する。制御システムは、Ｘ線源のパルス周波数が通過する貨物の速度に比例するようにＸ線源を調整する。

一つの実施の形態では、Ｘ線源は単一のエネルギー源である。

一つの実施の形態では、２つのＸ線のパルスの間に貨物が移動する距離が検出器の幅に等しくなるようにパルス周波数が変調される。

別の実施の形態では、Ｘ線源は二つのエネルギー源である。この場合には、２つのＸ線のパルスの間に貨物が移動する距離は検出器の幅の半分に等しくなるようにパルス周波数が変調される。

一つの実施の形態では、移動システムは、列車（車両の隊列）である。

別の実施の形態では、移動システムは、運送車（トラック）である。

Ｘ線システムは線路によって運搬される貨物をスキャンするように用いられていてもよい。

本明細書のシステムは、散乱した放射線を検出器アレイが受け取らないようにするコリメータをさらに有してもよい。

制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられていてもよい。

別の実施の形態において、本明細書は、高速で移動する列車によって運搬される貨物をスキャニングするＸ線システムに関する。Ｘ線システムは、Ｘ線源と、少なくとも一つの検出器アレイと、制御システムとを有している。Ｘ線源は、貨物に照射するＸ線ビームを生成する。少なくとも一つの検出器アレイは、スキャンされた貨物を通過したＸ線ビーム信号を受け取る。Ｘ線源と検出器とは検査区域に関して互いに反対側に位置している。制御システムは、Ｘ線源のパルス周波数が通過する貨物の速度に正比例するようにＸ線源を調整する。

一つの実施の形態において、Ｘ線源は単一のエネルギー源である。

一つの実施の形態において、２つのＸ線のパルスの間に貨物が移動する距離が検出器の幅に等しくなるようにパルス周波数が変調される。

別の実施の形態において、Ｘ線源は二つのエネルギー源である。この場合には、２つのＸ線のパルスの間に貨物が移動する距離が検出器の幅の半分に等しくなるようにパルス周波数が変調される。

一つの実施の形態において、制御システムは、物体の特性を特定するために、高エネルギーＸ線ビームと低エネルギーＸ線ビームと交互に放射する。

Ｘ線システムは、貨物の光学画像を取得するシステムをさらに備えていてもよい。さらに、妥当なコンテナコードが光学画像から認識されたときに貨物コンテナがスキャンされるようにしてもよい。

制御システムは、さらに通過する貨物の速度を判断するシステムをさらに備えていても良い。

制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられていてもよい。

本明細書は、Ｘ線源と、少なくとも一つの二次元検出器アレイと、センサと、制御システムとを有し、移動する貨物をスキャンするＸ線システムに関する。前記Ｘ線源は、前記移動する貨物に放射するＸ線の円錐ビームを生成するように構成され、前記移動する貨物は前記Ｘ線の円錐ビームの平面と直行する直線状の軌道に沿って移動し、前記少なくとも一つの二次元検出器アレイは、前記移動する貨物を通過した前記Ｘ線の円錐ビームを受取るように構成され、前記Ｘ線源と前記少なくとも一つの検出器アレイとは前記移動する貨物に関して互いに反対側に設けられ、前記センサは前記移動する貨物の速度を測定するように構成され、前記制御システムは、前記センサからの前記速度を示す情報を受取り、前記移動する貨物の速度と前記検出器アレイの大きさとに基づいて、前記Ｘ線の円錐ビームのパルス周波数と前記Ｘ線の円錐ビームのエネルギーレベルとの少なくとも１つを変調するように構成されている。

一つの実施の形態において、前記Ｘ線源は単一のエネルギー源である。一つの実施の形態において、前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器アレイの幅に略等しくなるように前記パルス周波数を変調する。

別の実施の形態において、前記Ｘ線源は二つのエネルギー源である。一つの実施の形態において、前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅の半分に略等しくなるように前記パルス周波数を変調する。

一つの実施の形態において、前記貨物は、列車（車両の隊列）によって前記軌道に沿って進行させられる。

別の実施の形態において、前記貨物は、運搬車（トラック）によって前記軌道に沿って進行させられる。

一つの実施の形態において、Ｘ線システムは、散乱された放射線を前記検出器が受け取らないように、前記検出器アレイに接近して設けられたコリメータをさらに有する。一つの実施の形態において、前記コリメータは、複数の行と列とから格子を形成する複数のコリメータシートを有する。

一つの実施の形態において、前記制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられる。

本明細書は、Ｘ線源と、少なくとも一つの検出器アレイと、制御システムとを有し、列車（車両の隊列）によって高速で移動する貨物をスキャンするＸ線システムに関する。前記Ｘ線源は、前記移動する貨物に放射するＸ線のビーム信号を生成し、前記少なくとも一つの検出器アレイは、前記移動する貨物を通過した前記Ｘ線のビーム信号を受取るように構成され、前記Ｘ線源と前記少なくとも一つの検出器アレイとは前記列車に関して互いに反対側に設けられることにより検査区域が形成され、前記制御システムは、前記移動する貨物の速度の関数または前記検出器アレイの幅の関数に基づいて、前記Ｘ線源のパルス周波数と前記Ｘ線源のエネルギーレベルとの少なくとも一つを変調するようにＸ線源を調整する。

一つの実施の形態において、前記Ｘ線源は単一のエネルギー源である。一つの実施の形態において、前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅に等しくなるように前記パルス周波数を変調する。

別の実施の形態において、前記Ｘ線源は二つのエネルギー源である。一つの実施の形態において、前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅の半分に等しくなるように前記パルス周波数を変調する。一つの実施の形態において、前記制御システムは、前記移動する貨物内の物体の特性を示すデータを生成するために、前記Ｘ線源を高エネルギーＸ線ビームを放射する状態と低エネルギーＸ線ビームを放射する状態とに交互に切替える。

一つの実施の形態において、Ｘ線システムは、前記移動する貨物の光学画像を取得するシステムをさらに備える。一つの実施の形態において、前記制御システムは、前記光学画像を取得するシステムを取得するシステムから光学データを受取り、前記光学データに基づいて前記移動する貨物が前記Ｘ線ビーム信号によってスキャンされるべきかを判断する。

一つの実施の形態において、Ｘ線システムは、前記移動する貨物の速度を判断するセンサシステムをさらに有する。

一つの実施の形態において、前記制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられる。

前述の実施の形態とそれ以外の実施の形態とは、図面と以下の詳細な記載とによってさらに深く説明される。

本明細書に記載された一つの実施の形態によるシステムの配置を示す概略図。 図１に示される検査区域の上面図。 プロットされたパルス周波数に対する検査中の貨物の速度を表すグラフ。 本明細書に記載された単一の軌道が設けられたスキャニングシステムの構成例。 本明細書に記載された２つの起動が設けられたスキャニングシステムの構成例。 散乱された放射線を検出器のアレイから排除するコリメータ部品の実施の形態を説明する説明図。 散乱された放射線を検出器のアレイから排除するコリメータ部品の別の実施の形態を説明する説明図。 散乱された放射線を検出器のアレイから排除するコリメータ部品の別の実施の形態を説明する説明図。 散乱された放射線を検出器のアレイから排除するコリメータ部品の別の実施の形態を説明する説明図。 大きい原子番号（High-Z）の物質と小さい原子番号（Low-Z）の物質との差異を示すグラフ。 本明細書に記載のシステムの１つの実施の形態による２つのエネルギーの画像化を説明する説明図。 本明細書に記載のシステムの１つの実施の形態による列車スキャナシステムの代表的な配置を示す図。 本明細書に記載のシステムの１つの実施の形態による制御システムのブロック図。 スキャニングプロセスの説明図。 本明細書に記載のシステムの遠隔ネットワーク化された構成例を示す図。

一つの実施の形態において、本明細書は、線路上を移動する列車（車両の隊列）によって運搬される貨物内の禁制品や危険物を検査するシステムおよび方法を開示する。このシステムおよび方法は、時速２０ｋｍか１５０ｋｍの範囲の高速スキャニングを行うことが可能なスキャニングシステム装置を使用する。本明細書に記載のスキャニングシステム、高速スキャニングを行うにも関わらず、高い画像の品質を達成する。

一つの実施の形態において、厳密にコリメートされたＸ線扇ビームが従来技術において使用可能であったセンサの狭い列に投影されることの代わりに、本明細書に記載のシステムは、配置された円錐ビームのＸ線と２次元Ｘ線センサアレイとを使用する。本明細書に記載のスキャニングシステムは、間違った警報を最少にしながら、危険物の検出を最大限に行い、処理量を向上させている。

一つの実施の形態において、本明細書に記載のスキャニングシステムは、Ｘ線の照射と通過する物体の速度との間の正確なタイミングが重要であり、かつ、当該タイミングがＸ線のセンサの２次元的なアレイの幅に依存していることを認識している。

本明細書は様々な実施の形態を記載している。以下の開示は、当業者が本発明を実施することを可能にするために提供するものである。本明細書で用いられる言葉は、いずれかの実施の形態を否定するものとして解釈すべきではないし、クレームで使用された表現の意味を超えてクレームを制限するように用いられるべきでない。ここに定義される一般的な原理は、発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で、他の実施の形態や応用例に適用してもよい。また、専門用語や言葉遣いは、例となる実施の形態を記載するためのものであり、限定として理解されるべきではない。従って、本発明は、多くの代替例、変形例、開示された原理や特徴と整合する同等のものを包含する最も広い範囲に対応する。明瞭性を考慮して、また、本発明を不必要にわかりにくくしないように、本発明に関連する技術分野において周知の技術的内容に関する詳細は記載していない。

図１はシステムの配置の概略を示している。図１に示すように、線形加速器Ｘ線源１０１は２次元Ｘ線検出器アレイ１０３上にＸ線１０２の円錐ビームを放射する。検出器アレイ１０３とＸ線源１０１とは検査区域に関して互いに反対側に設けられている。検査区域は、１つの実施の形態では、貨物コンテナを運搬する列車（車両の隊列）が移動する線路１０４の周辺の領域である。本明細書において本発明は、線路によって運搬される貨物の自動スキャニングについて記載するが、当業者であれば、図１に示すシステムが任意の乗り物（車両）における貨物のスキャニングに適用され、適用する対象によって要求される、可動性の構成（自動車（mobile））、牽引される構成（トレーラー）、構台（gantry）の構成、扉（portal）のある構成などにおいて実施されることを理解できるだろう。

１つの実施の形態において、Ｘ線検査システムは、略直線上の経路を移動し、スキャニング区域を通過する貨物と連携する。Ｘ線源と検出器との間の線路を通過する鉄道貨物を正確にスキャニングするために、本発明は、Ｘ線の照射と通過する対象物の速度との間で正確なタイミングを確保している。この重要なタイミングは、今度は、Ｘ線センサーの２次元的なアレイの幅に依存する。図２は、検査区域２０２の平面図であり、軌道２０１を見下ろしたものである。図からわかるように、単一のエネルギーシステムにおいて、貨物が２つのＸ線パルス２０３の間に移動する距離は、実質的に、そして１つの実施の形態においては厳密に、検出器２０４の幅に一致する。エネルギーシステムが２つのの場合には、この距離は、検出器の幅の半分に等しくなるべきである。画像の品質を最高にするためには２つのエネルギーを画像化することが推奨される。２つのエネルギーによる画像化を行うことで、検査対象の全ての領域が完全に解析されるためである。従って、一つの実施の形態では、本発明のシステムは２つのエネルギーＸ線源が採用されている。

２つのパルスの間に移動する貨物の距離が検出器の幅に略一致するか、または、検出器の一部に略一致するように、通過する貨物の速度と、検出器のサイズとに基づいて、Ｘ線パルスのタイミングが決められている。当然のことながら、Ｘ線源を制御するのに用いられる制御システムと、検出データを処理するのに用いられる処理システムは、検出器の幅、検出器の幅の半分、または、検出器に関連した他の寸法と共に、予めプログラム化されていてもよい。

本発明のさらなる側面において、Ｘ線源を駆動する制御システムは、通過する貨物の速度に正比例するようにパルス周波数を変調する。このことは、パルス周波数２１０に対する貨物２１１の速度をプロットした図２ａによって示されている。このグラフの傾きは、検出器アレイの幅の単関数であり、即ち、検出器アレイの幅が広いほど、グラフの傾きは小さくなる。

一つの例として、システムを時速１００ｋｍで通過する列車を考える。この速度は、秒速２７．８ｍに等しい。パルス周波数の最大値が３００ＨｚであるＸ線源において、貨物の中心に拡縮（scale）された検出器の幅は、単一のエネルギーによる画像化において秒速２７．８ｍを３００で割った０．０９３ｍとすべきであり、２つのエネルギーによる画像化において、０．１８５ｍとすべきである。同様な単純な計算が、別の状況におけるパルス周波数または検出器の幅を計算するのに用いることができる。例えば、スキャニング速度が時速５０ｋｍで、貨物の中心に拡縮（scale）された検出器の幅が０．１８５ｍである検出器を有する２つのエネルギーシステムにおいて、線形加速器（Linac）のパルス周波数は１５０Ｈｚとするべきである。

一つの実施の形態において、検出器アレイの幅が決定された後に、システムの空間解像度が、検出器の２次元アレイにおいて要求される検出素子の数を決めるために特定される。例えば、時速１００ｋｍで、パルス周波数の最大が３００Ｈｚの２つのエネルギーによる画像化システムにおいて、４ｍｍ格子の分解能が生成される画像に要求される場合、貨物の中心に拡縮（scale）された個別の検出素子の幅は４ｍｍ以下となり、少なくとも４７（＝１８５／４）個の検出器が検出器アレイの幅に渡って必要となる。

Ｘ線検出器アレイの費用を最少にするため、システムの倍率を減少させて、Ｘ線検出器アレイの幅が、貨物の中心に拡縮（scale）された幅と可能な限り近くなるようにすることが合理的である。従って、図３ａに示すように、一つの実施の形態において、Ｘ線源３０１は理想的には貨物３０２から遠くに設けられ、検出器アレイ３０３は貨物に接近して配置される。これは、円錐ビーム３０４内の各Ｘ線のビームが平行になるほど、Ｘ線画像における隣接する投射された画像の視差が減少するために、最終的な画像の品質が向上するからである。しかしながら、Ｘ線源から貨物が遠ざかるほど、逆二乗の法則によって信号強度は減少する。これにより、与えられた強度に対するＸ線画像の透過性能は低下する。従って、画像の品質、透過能力、及び、最終的には放射線防護の問題の間でトレードオフが存在する。このトレードオフは、要求される装置において与えられる特定の制約や画像の品質に対する要求などに基づいて、当業者が解析するものである。

図３ａに示すように、単一の直線的な検出器アレイ３０３が、貨物３０２の単一ユニットを同時にスキャニングする際に用いられる単一の軌道の装置に設けられている。図３ｂは、隣接する２つのユニットである貨物３１２、３２２が同時にスキャニングされる２つの軌道によるシステムを示している。この実施の形態において、２つの軌道によるシステムは、検出器アレイの２つの部分によってより有利に運用されている。２つの部分とは、垂直部分３２３と傾斜部分３１３との組である。別の実施の形態において、単一の曲がったアレイ部が垂直アレイ部と傾斜アレイ部とに代わって用いられてもよい。このように、Ｘ線源３９２は、第１の検出器アレイ３２３に向かって一直線に並んでおり、地面に対して垂直に（直立に）配置されている。第２検出器アレイ３１３は、第１検出器アレイの上部に、Ｘ線源３９２の方向の地面に対して鋭角に配置されている。

当業者は理解するだろうが、Ｘ線は、興味のあるエネルギー範囲である５０ＫｅＶから９ＭｅＶのエネルギー範囲において、様々なメカニズムにより物質と相互作用する。これに関して最も重要なのは、コンプトン散乱、光電吸収、対生成である。光電吸収、対生成は、共に、より低エネルギーの再放出を伴う一時ビームのＸ線からの損失をもたらす（５１１ＫｅＶのガンマ線と、特性Ｘ線とにそれぞれ対応する）。しかしながら、コンプトン散乱は、入射Ｘ線のエネルギーと方向とに変化をもたらす。この散乱されたＸ線は、本発明の対象である幅の広い検出器アレイと相互作用し、Ｘ線写真のコントラストを低下させる。これは、システム全体の性能に悪影響を与える。

この悪影響に対処するため、本発明のさらなる側面において、コリメータが設けられ、検出器アレイから散乱した放射を受け付けないようにしている。これにより画像のコントラストが向上し、最終的には、システムの透過性能も向上する。図４ａは、切断または機械加工され櫛状の構造にされた減衰物質の２枚のシート４０１、４０２を示している。このようなシートに適した物質として純粋タングステン、タングステン合金、鉛合金、または、モリブデンや鉄といった加工が容易で原子番号Ｚの大きい（high-Z）物質が挙げられる。減衰シートの厚さは、検出器の間隔、検出器アレイにおける各検出器素子間のスペース、Ｘ線源から生成されたＸ線エネルギーの空間分布などに依存する。一つの実施の形態では、上記の要素を考慮したうえで、減衰シート４０１、４０２の厚さは、０．３ｍｍから１．５ｍｍの間の範囲に選択される。

図４ｂ、４ｃ、４ｄは、本発明で用いられる一例としてのコリメータを製造するための組み立てステップを示している。図４ｂは、図４ａに示す２枚のシートが十字型にどのように組み合うかを示している。図４ｃは、一枚のシート４０５を用いてどのように複数の交差シート４０４が組み合うかを示している。図４ｄは、検出器モジュール全体を覆うように用いられた２次元的に完全に組み合わさったコリメータシートのアレイ４０６を示している。コリメータシートのアレイ４０６は、完全に組み立てられれば、各コリメータ４０５，４０４から形成された複数の行と列とを有する。複数の行と列とは、複数の空洞、または、セルを有する。

一つの実施の形態において、孔を組合わせるための機械加工を受けて素材自体が歪んだときに、確実にコリメータの開口部を開いた状態にしておくために、コリメータシート４０６のアレイにおける各列の底部と上部にスペーサが設けられている。これによりコリメータシートのアレイの構造的な強度が増す。一つの実施の形態では、これらのスペーサは、プラスチックやアルミニウムのようなＸ線画像への影響を最小にとどめる低減衰材によって製造される。

コリメータの性能は、各コリメータ開口部の幅に対する長さの比によって影響される。幅に対する長さの比が大きいほど、コリメータによる散乱の除去率が向上する。しかしながら、このような実施の形態は製造に費用がかかる。５から５０までの範囲の幅に対する長さの比が理想的である。より詳細には、幅に対する長さの比がおよそ２０である場合が工学的に最適である。

より特徴的なことであるが、本発明のセキュリティスキャナは、物質を区別することが可能である。ここで、色付けが画像の各画素に対して行われる。色は、線源から検出器までのＸ線がたどる経路に沿った原子番号の平均値に依存している。これは、異なる２つのエネルギーにおいて、物体を通過する各体積積分を測り、高い実行エネルギーと低い実行エネルギーとの両方のＸ線ビームの透過性を比較することを意味している。結果は図５に概略的にプロットされている。Ｈは高エネルギー信号を意味し、Ｌは低エネルギー信号を意味している。差（Ｈ−Ｌ）５０１は縦軸にプロットされ、和（Ｈ＋Ｌ）５０２、あるいは、ＨとＬとの平均は横軸にプロットされている。結果となるグラフ５０３は原子番号Ｚの大きい（high-Z）物質と、原子番号Ｚの小さい（low-Z）物質とを区別している。一つの実施の形態において、グラフ５０３は、画像において物質を区別するための色付けを各画素に行うためのルックアップテーブルとなる。さらに、光子によるノイズの影響を減らすために、必要に応じて平滑化処理が画像に適用されてもよい。

本発明のさらなる側面において、図１、２に示す円錐ビームの検出器アレイは、貨物の全ての点に対して、各画素が２回放射線を受けるように構成されていてもよい。この２回のうち１回は高エネルギービームを用い、１回は低エネルギービームを用いる。図５ａは、本発明が２つのエネルギーによる画像化の性能をどのように提供するかを示している。図５ａに示すように、検出器アレイ５１０全体は、初めに高エネルギーＸ線ビーム５１１に照射される。貨物が検出器アレイの幅の半分の距離を移動すると、検出器全体は、再び低エネルギーＸ線ビーム５１２に照射される。従って、２つの異なるエネルギーのパルスの間に重複領域５１３が存在し、これにより物質の特性評価を行うための基礎となる信号が形成される。ある１つのパルスによるアレイからのデータの半分が続くパルスによる残りの半分のアレイからのデータと共に物質を分類する画像を形成するように、アレイからのデータは続くＸ線パルスに従って再構成される必要がある。ある１つのパルスによる残りの半分のデータは、前のパルスによるデータと対応させられる。当然のことながら、検出器の幅に基づいてプログラム化され、通過する貨物の速度に関する速度センサからの信号を受け取る制御装置は、高エネルギーパルスと低エネルギーパルスとのタイミングを制御するのに用いられ、かつ、高エネルギーパルスと低エネルギーパルスとを選択するのを制御するのに用いられる。

本発明のさらなる側面において、時間に正確な制御システムであり、Ｘ線パルスが厳密に正確な時刻に起こることを確保している制御システムが必要とされている。かかる時刻は、貨物の現在の速度と、貨物がＸ線ビーム領域に存在するかどうかとに依存している。例として、時速１００ｋｍで走る列車を考える。これは、３００Ｈｚのパルス周波数においてパルス当たり９３ｍｍの距離に一致する。従って、制御システムは、システムの空間解像度の半分より良好なパルスの安定性を確保すべきである。または、制御システムは、２つのＸ線パルス間の時間変動の半分（即ち、３００Ｈｚのパルス周波数において１．５ｍｓ）より良好となるように計算されるビームのオンオフを切替える回数に伴う距離の２パーセント（＝（１／３００）＊０．０２＝０．０６７ｍｓ）より良好なパルスの安定性を確保すべきである。

図６は、高速スキャニングにおける列車スキャナシステムの代表的な配置を示している。列車が到着することによって、線路６０２に設けられた車軸計数器６０１を動作させる。車軸計数器は信頼性のある装置であり、速度、方向の情報のみならず、時間の情報も提供することができる。少なくとも１つの赤外線バリア６０３が線路上に設置されている。貨物がこれらの光ビームを遮断すると、車軸が車軸計数器を最後に通過した時刻に関係する貨物の測定を開始する正確な時刻が得られる。光ビームの状態が変化することによって光学認識システム６０４が貨物の少なくとも１つの側面から画像を取り込むことをはじめる。光学認識システム６０４は通過する貨物からのコンテナ番号を記録する。

列車が、線路に沿ってスキャニング区域６０６に移動すると、車軸は、スキャニング区域に隣接した第２車軸計数器６０５の動作を開始させる。直近の車軸の通過を参照して、制御システムは、一般に１ミリ秒未満の精度で、貨物の先端と後端とがＸ線ビームを通過することになる時間を計算する。制御システムは、適切な時刻にＸ線源６０７からＸ線ビームをオンオフさせるＸ線許可信号を駆動する。このＸ線ビームが線路６０２の反対側にある検出器アレイ６０８によって適切に検出される。

図７は、本発明の一つの実施の形態による制御システムのブロック図を示している。制御システムはマイクロプロセッサ７０１を備えている。また、制御システムは、赤外線（ＩＲ）センサ７０２と光学認識システム７０３と第１車軸検出器７０４と、第２車軸検出器７０５などの様々なセンサからのイベント時刻を記録するための電気的な補助部材を備えている。マイクロプロセッサ７０１は、Ｘ線のオンオフ時刻７０６を計算するためにこれらの入力値を使用する。並行して、プロセスロジックコントローラー（ＰＬＣ）７０７周辺に設けられた標準安全システムは、緊急停止（Ｅ−Ｓｔｏｐ）回路７０８の状態と、関連するＸ線インターロック回路７０９の状態と、少なくとも１つの信号７１０を提供するオペレータ駆動システム可能化信号の状態とを監視する。ＰＬＣ７０７からの信号７１０は、Ｘ線オンオフゲートをＸ線源７１２に提供するＡＮＤゲート７１１でゲートコントロールされている。図７の回路は、高速検査を行うためのＸ線オンオフシグナルの短い遅延と少ない時間変動を達成する。

本明細書のさらなる側面として、列車の各構成要素に対してＸ線画像が得られるべきかを判断するのに光学認識システムからの結果が用いられる。ここで、赤外線（ＩＲ）センサは、機関車と、客車と、ほかのコンテナ詰めされていない貨物などの列車の各対象物の測定開始時刻と終了時刻とを決定するのに用いられる。赤外線（ＩＲ）センサがきっかけとなり、貨物の光学画像の取得が開始される。この画像は、コンテナコード認識ソフトウェアによって解析される。妥当なコンテナコードが認識されない場合、その貨物に対してＸ線は照射されない。妥当なコンテナコードが認識された場合には貨物はスキャンされる。このプロセスは図８の例を用いてまとめられる。４つの貨物８０１が存在する可能性が赤外線（ＩＲ）ビームによって認識される。各貨物の候補は、スキャナへの入口の線を横切った順に連番で識別される。後のある時点で、光学認識システムは、赤外線（ＩＲ）貨物番号と関連付けられて検査結果を返す。従って、各貨物コンテナの光学認識は単純にイエスかノーかを返すものであってもよいし、検出結果の信頼度のレベルをさらに含んでいてもよい。一つの実施の形態において、信頼度のレベルは、妥当なチェックサムとともに認識される符号を表している。例えば、９０パーセント以上の信頼度は、要求された符号が妥当なチェックサムを用いて正しく認識されたことを示唆している。このレベル未満の信頼度は、正しくないチェックサムを用いて妥当な符号パターンが認識できたこと、即ち、少なくとも１文字は間違って読まれたことを示唆している。

ある貨物に対して肯定的な光学認識検査の結果が受け取られ、この検査結果が十分な信頼度を伴っているとき、貨物にＸ線が放射される。図８が示す例では、考えられる４台の貨物のうち３台が検査されている。これは、１つの光学認識の結果８０３がノーを返したからである。スキャン線８０５から明らかなように、このノーとなった貨物８０３のＸ線によるスキャンは行われていない。光学認識の信頼性を最大とするために、複数の光学認識システムが、一つのコンテナからコンテナ番号を解析するために用いられても良い。従って、一つの実施の形態では、システムは、コンテナの両側を捉えるための２つの光学認識システムと、貨物の天井を監視する３つ目の光学認識システムとを用いてもよい。さらなる数の光学認識システムが用いられれば、信頼性はさらに向上する。当業者であれば、安全のための手順を追加することが可能である。例えば、一つの実施の形態では、全ての光学認識システムが妥当な結果を返すことが要求される。これによってスキャンが行われる数は減少するが、それに応じてコンテナ化されていない貨物に対して誤って放射線を当ててしまう可能性も減少する。

当業者であれば理解できることであるが、代替となる制御システムは、既に示されているセンサの代替となる構成はもちろん、スキャニングレーザーセンサや、誘導センサ、３次元可視光カメラなどの異なったセンサ技術を用いるように構成されていてもよい。当然のことながら、制御システムは、単一の軌道で単一方向のスキャニング、単一の軌道で双方向のスキャニング、複数の軌道で双方向のスキャニングを行うように構成されていてもよい。完全に自動化されたシステムを用いずに、半自動式の制御システムが用いられ、スキャンに先立って操作者が列車の構成を読み込んでいてもよい。いくつかの状況では、手動による制御システムが有利になるかもしれない。この場合、操作者が、貨物がシステムを通過する際にスキャンが行われるべきかを選択する。制御システムの最終的な選択は、特定の場所の要求に依存するものである。何れの場合であっても、本発明のここで述べた本質は妥当なものである。

本発明のさらなる側面において、システムの操作者から離れた状況で自動化されたシステムが動作することは有利である。図９はネットワーク化された装置の例を示しており、線源９０１、９０２、ＰＬＣ９０３、制御システム９０４、及び、データ取得システムはスキャンを行う場所に設けられ、操作者のワークステーション９１１、システム管理者９１２、メインデータベース９１３はより便利で離れた場所に設けられている。これらは、スイッチ９１５を使用するネットワーク９２０で接続されている。一つの実施の形態では、比較的高速なデータレートと、長距離とに対応するために、ネットワーク９２０は光ファイバーに基づいたシステムである。

上記の例は本発明の多くの応用方法の単なる例にすぎない。本発明のいくつかの実施の形態において、本発明の精神と範囲とから外れなければ、本発明は他の特定の形態で実現されるかもしれない。従って、個々に示した例や実施の形態は説明のためのものであり、なんら限定を行うものではない。本発明は添付の請求の範囲の範囲内において変形されてもよい。

Claims (20)

1. Ｘ線源と、少なくとも一つの二次元検出器アレイと、センサと、制御システムとを有し、移動する貨物をスキャンするＸ線システムであって、
   前記Ｘ線源は、前記移動する貨物に放射するＸ線の円錐ビームを生成するように構成され、前記移動する貨物は前記Ｘ線の円錐ビームの平面と直行する直線状の軌道に沿って移動し、
   前記少なくとも一つの二次元検出器アレイは、前記移動する貨物を通過した前記Ｘ線の円錐ビームを受取るように構成され、前記Ｘ線源と前記少なくとも一つの検出器アレイとは前記移動する貨物に関して互いに反対側に設けられ、
   前記センサは前記移動する貨物の速度を測定するように構成され、
   前記制御システムは、前記センサからの前記速度を示す情報を受取り、前記移動する貨物の速度と前記検出器アレイの大きさとに基づいて、前記Ｘ線の円錐ビームのパルス周波数と前記Ｘ線の円錐ビームのエネルギーレベルとの少なくとも１つを変調するように構成されていることを特徴とするＸ線システム。
2. 前記Ｘ線源は単一のエネルギー源であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
3. 前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器アレイの幅に略等しくなるように前記パルス周波数を変調することを特徴とする請求項２に記載のＸ線システム。
4. 前記Ｘ線源は二つのエネルギー源であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
5. 前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅の半分に略等しくなるように前記パルス周波数を変調することを特徴とする請求項４に記載のＸ線システム。
6. 前記貨物は、列車によって前記軌道に沿って進行させられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
7. 前記貨物は、運搬車によって前記軌道に沿って進行させられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
8. 散乱された放射線を前記検出器が受け取らないように、前記検出器アレイに接近して設けられたコリメータをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
9. 前記コリメータは、複数の行と列とから格子を形成する複数のコリメータシートを有することを特徴とする請求項８に記載のＸ線システム。
10. 前記制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線システム。
11. Ｘ線源と、少なくとも一つの検出器アレイと、制御システムとを有し、列車によって高速で移動する貨物をスキャンするＸ線システムであって、
    前記Ｘ線源は、前記移動する貨物に放射するＸ線のビーム信号を生成し、
    前記少なくとも一つの検出器アレイは、前記移動する貨物を通過した前記Ｘ線のビーム信号を受取るように構成され、前記Ｘ線源と前記少なくとも一つの検出器アレイとは前記列車に関して互いに反対側に設けられることにより検査区域が形成され、
    前記制御システムは、前記移動する貨物の速度の関数または前記検出器アレイの幅の関数に基づいて、前記Ｘ線源のパルス周波数と前記Ｘ線源のエネルギーレベルとの少なくとも一つを変調するようにＸ線源を調整することを特徴とするＸ線システム。
12. 前記Ｘ線源は単一のエネルギー源であることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線システム。
13. 前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅に等しくなるように前記パルス周波数を変調することを特徴とする請求項１２に記載のＸ線システム。
14. 前記Ｘ線源は二つのエネルギー源であることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線システム。
15. 前記制御システムは、２つのＸ線のパルスの間に前記移動する貨物が移動する距離が前記検出器の幅の半分に等しくなるように前記パルス周波数を変調することを特徴とする請求項１４に記載のＸ線システム。
16. 前記制御システムは、前記移動する貨物内の物体の特性を示すデータを生成するために、前記Ｘ線源を高エネルギーＸ線ビームを放射する状態と低エネルギーＸ線ビームを放射する状態とに交互に切替えることを特徴とする請求項１５に記載のＸ線システム。
17. 前記移動する貨物の光学画像を取得するシステムをさらに備えた請求項１１に記載のＸ線システム。
18. 前記制御システムは、前記光学画像を取得するシステムを取得するシステムから光学データを受取り、前記光学データに基づいて前記移動する貨物が前記Ｘ線ビーム信号によってスキャンされるべきかを判断することを特徴とする請求項１７に記載のＸ線システム。
19. 前記移動する貨物の速度を判断するセンサシステムをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
20. 前記制御システムはスキャニングシステムから離れて設けられることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線システム。

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