JP4853964B2 - X線検査装置用のx線センサ - Google Patents
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Description
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるX線検査装置も知られている(例えば非特許文献1)。
この構成により、シンチレータでX線を光に変換し、発生した光をフォトダイオードで電気信号に変換し、この電気信号を増幅回路で増幅してX線強度を検出することができる。
センサ基板は、例えば48チャンネルの場合、センサ素子の幅が約1.6mm、基板幅が約80mm前後である。
この図において(A)は、センサ基板3をX線検査トンネル1の外面に沿って配置する場合、(B)は、センサ基板3をX線発生源2に正対して配置する場合を示している。
これに対し、図7(B)の正対配置の場合、センサ基板3がX線発生源2に正対するため、このような問題を回避することができる。
しかし、図8に模式的に示すように、貨物や手荷物の透視検査に用いるX線検査装置では、図7(B)のようにセンサ基板を正対配置すると、センサ基板の収納部分4がX線検査トンネル1の外壁よりも外側に突出する構造となり、全体として設置スペースが大きくなる問題点がある。
さらに、多チャンネルのセンサ基板であっても、その検出ピッチはセンサ素子の幅(例えば約1.6mm)で制約されるため、検出ピッチを更に微細化することが困難である。
また、上述したセンサ基板で検出できるのはX線の強度分布のみであり、被検査物の材質識別にはそのままでは適用できない。
しかし、この手段の場合、2枚のX線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である問題点がある。また、この手段では、2組のX線発生装置とX線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
この手段の場合、2枚のX線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、X線発生装置は1台ですむが、X線検出器は2台必要であり、さらに間にX線の特定の波長をカットする特殊なフィルタを必要とする問題点がある。
該蛍光板を撮像して前記光の強度分布を検出するCCDカメラと、
前記光の強度分布から前記線状のX線の強度分布を演算する演算制御装置とを備え、
前記細長い蛍光板は、X線の照射面に対して所定の角度で傾斜して配置され、かつX線の照射面に位置する表面蛍光板と、その裏側に位置する裏面蛍光板と、それらの間に位置する金属フィルタとからなり、
前記CCDカメラは、表面蛍光板上のX線照射面を撮像するように配置された高エネルギー用CCDカメラと、裏面蛍光板上のX線照射面を撮像するように配置された低エネルギー用CCDカメラとからなる、ことを特徴とするX線検査装置用のX線センサが提供される。
前記細長い蛍光板及び前記CCDカメラは、X線検査装置の内壁と外壁の間に配置されている。
また、汎用のCCDカメラは、例えばビデオカメラやデジタルカメラであり、例えば230万画素(2016×1134ピクセル)であれば、0.5mmの検出ピッチで約1mのラインセンサとして用いることができ、検出ピッチの微細化が容易にできる。
図1は、X線発生装置の一種であるX線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高い電圧で加速して陽極(target)に衝突させるとX線が発生する。
X線管から発生するX線は、電子の制動放射による連続X線と、輝線スペクトルである特性X線とからなる。特性X線は、特定の波長のX線を必要とする用途に用いられる。
連続X線用の陽極材料としては、原子番号が大きく融点の高いタングステンが適している。
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。また、この光量子エネルギーE[keV]は、X線管の印加電圧にほぼ比例する。
I=I0exp(−μx)・・・(2)
ここで、I0は物質に入射する前のX線強度、μは減弱係数(又は線吸収係数)である。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
I=I0exp(−μ/ρ)(ρx)・・・(3)
このμ/ρは、物質固有の値をもち、X線の波長が短いと小さく、X線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
μ/ρ=k×λ3×Z3・・・(4)
ここでkは定数、Zは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、X線は通りにくくなることがわかる。
この場合、入射X線強度I10,I20が既知であれば、式(2)からμ1、μ2が決まり、上記(4)を満たす次式(4a)(4b)が得られる。
μ1/ρ=k×λ1 3×Z3・・・(4a)
μ2/ρ=k×λ2 3×Z3・・・(4b)
式(4a)(4b)における未知数は物質のρとZのみであり、この2式を解くことにより物質のρとZを求め、これにより対象物の材質を求めることができる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーX線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル(Lh,Ll)に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質を求めることができる。
この図において、本発明のX線センサは、X線発生源から照射され被検査物を透過した線状のX線を線状の光に変換する細長い蛍光板10と、蛍光板10を撮像して光の強度分布を検出するCCDカメラ20と、光の強度分布から線状のX線の強度分布を演算する演算制御装置30とを備える。
この例では、蛍光板10は、X線の照射面に位置する表面蛍光板12と、その裏側に位置する裏面蛍光板14と、それらの間に位置する金属フィルタ16とからなる。
なお、本発明はこの例に限定されず、例えば材質識別を必要としない場合等には、蛍光板10を単一の蛍光板で構成してもよい。
さらにこの例において、演算制御装置30は、高エネルギー用CCDカメラ22と低エネルギー用CCDカメラ24の検出強度V1,V2から表面蛍光板12に入射する2種のX線の各強度I1,I2又はその比率を演算する機能を有する。
V1=I1+I2・・・(5)
また、波長λ1,λ2のX線が裏面蛍光板14に入射するまでの透過効率(すなわち金属フィルタ16の透過効率)をη1,η2とすると、高エネルギー用CCDカメラ22の検出強度V2は、式(6)で表される。
V2=I1×η1+I2×η2・・・(6)
この図において、X線検査装置5は、被検査物が通過するX線検査トンネル1を構成する内壁6(図示せず、図6参照)と、内壁6を間隔を隔てて囲む外壁7と、X線検査トンネル1の外側に位置しX線検査トンネルを切断するように線状のX線を照射するX線発生源2とを備えている。
また、この図に模式的に示すように、センサ基板の収納部分4はX線検査トンネル1の外壁7よりも外側に突出せず、全体として設置スペースが小さくなっている。
なお、X線検査トンネル1の床面は、好ましくは被検査物を水平に搬送する搬送コンベアである。また、被検査物が通過するX線検査トンネル1の前面及び後面には、X線を遮蔽する遮蔽カーテンが設けられる。
この構成により、X線検査トンネル1を通過する被検査物が大型であっても容易に全体を検査することができる。
またCCDカメラ20(高エネルギー用CCDカメラ22及び低エネルギー用CCDカメラ24)も、同様にX線検査装置5の内壁6と外壁7の間に、蛍光板上のX線照射面を撮像するように配置されている。
各CCDカメラ20のレンズは、蛍光板10上のX線照射面全体を同時に撮像できる画角を有する。
また高エネルギー用CCDカメラ22は、表面蛍光板12上のX線照射面を撮像するように配置され、低エネルギー用CCDカメラ24は、裏面蛍光板14上のX線照射面を撮像するように配置されている。
さらに、演算制御装置30は、予め入力または更正されたデータ(例えば金属フィルタ16の各波長λ1,λ2のX線に対する透過効率η1,η2)と、高エネルギー用CCDカメラ22と低エネルギー用CCDカメラ24の検出強度V1,V2とから、表面蛍光板12に入射する2種のX線の各強度I1,I2を演算し、対象物の材質を求めるようになっている。
また、CCDカメラ20の画素数が例えば230万画素(2016×1134ピクセル)であれば、0.5mmの検出ピッチで約1mのラインセンサとして用いることができ、検出ピッチの微細化が容易にできる。
4 センサ基板の収納部分、5 X線検査装置、6 内壁、7 外壁、
10 蛍光板、12 表面蛍光板、14 裏面蛍光板、16 金属フィルタ、
20 CCDカメラ、22 高エネルギー用CCDカメラ、
24 低エネルギー用CCDカメラ、30 演算制御装置
Claims (3)
- X線発生源から照射され被検査物を透過した線状のX線を線状の光に変換する細長い蛍光板と、
該蛍光板を撮像して前記光の強度分布を検出するCCDカメラと、
前記光の強度分布から前記線状のX線の強度分布を演算する演算制御装置とを備え、
前記細長い蛍光板は、X線の照射面に対して所定の角度で傾斜して配置され、かつX線の照射面に位置する表面蛍光板と、その裏側に位置する裏面蛍光板と、それらの間に位置する金属フィルタとからなり、
前記CCDカメラは、表面蛍光板上のX線照射面を撮像するように配置された高エネルギー用CCDカメラと、裏面蛍光板上のX線照射面を撮像するように配置された低エネルギー用CCDカメラとからなる、ことを特徴とするX線検査装置用のX線センサ。 - X線検査装置が、被検査物が通過するX線検査トンネルを構成する内壁と、該内壁を間隔を隔てて囲む外壁と、X線検査トンネルの外側に位置しX線検査トンネルを切断するように線状のX線を照射するX線発生源とを備えており、
前記細長い蛍光板及び前記CCDカメラは、X線検査装置の内壁と外壁の間に配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置用のX線センサ。 - 前記演算制御装置は、高エネルギー用CCDカメラと低エネルギー用CCDカメラで検出した光の強度分布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1に記載のX線検査装置用のX線センサ。
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