KR20140103935A - X-선 검출 장치 - Google Patents

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개리 깁슨
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아이벡스 이노베이션스 리미티드
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Abstract

x-선 이미징 장치는 x-선 검출기를 포함한다. x-선 검출기는 각각 공통 축에 놓이는, 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재, 테스트 대상 물질을 위한 위치부, x-선 소스, 및 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 된 구조체를 포함한다. x-선 소스는 x-선 에너지 스펙트럼을 공통 축을 따라 안내하여 상기 부재에 충돌하도록 배치되고, 구조체는 x-선 에너지 스펙트럼, 및 배치된 테스트 대상 물질을 교란하도록 배치된다. 상기 구조체는 상기 x-선 소스와 상기 부재 사이에서 공통 축에 교차하는 테스트 대상 물질 위치의 일측에 놓이며, 상기 구조체는 적어도 3개의 인접한 영역들을 포함하는데, 각각의 영역은 바로 인접한 영역들과 다르고, x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 된다.

Description

X-선 검출 장치{X-RAY DETECTION APPARATUS}
본 발명은 x-선 검출기에 관한 것으로, 특히 신틸레이터(scintillator)를 포함하는 x-선 검출기에 관한 것이다.
x-선 튜브는 광범위한 에너지 대역에 걸쳐서 방사선을 출력하고, 그 에너지 분포는 튜브에 적용되는 가속 전압에 의해 정의된다. x-선이 물질에 충돌할 경우에, 이들이 통과될 때 이들은 흡수된다. 다른 에너지의 x-선은 다르게 흡수되고, 이는 초기 x-선 세기의 프로파일이 변화한다는 것을 의미한다. 서로 다른 물질은 x-선 세기 스펙트럼의 형상에서의 독특한 변화를 초래하며, 따라서 스펙트럼이 충분한 정확도로 기록될 수 있다면 x-선이 통과한 물질을 예측하는 것이 가능해진다.
질량 흡수 계수가 물질 타입 및 입사 광자의 에너지 둘다에 의존하더라도, 질량 흡수 계수는 물질 두께 및 밀도와 독립적이다. 따라서, 얻어진 스펙트럼에 직면하고, 초기 스펙트럼을 인지하면, 질량 흡수 계수 값을 추론하는 것이 가능하고, 그러므로 x-선이 통과한 물질 타입의 추론이 가능해진다.
x-선의 검출은 2가지 범주에 속해 있다. 제1 범주는 방향 검출인데, 여기서 특정 물질에 충돌하는 x-선 광자의 에너지가 직접 검출될 수 있다.
방향 검출은 물질이 전술된 방법으로 식별될 수 있게 한다.
예를 들면, LiNbO3 또는 Ge과 같은 x-선 검출기는 입사 x-선의 에너지를 직접 검출할 수 있고, 따라서 물질 타입의 결정을 허용하는 x-선의 에너지 스펙트럼을 출력할 수 있다.
이 기술은 다수의 공개 특허 출원에서 기술된다. 예를 들면:
번호 WO2008/142446으로 공개된 국제 특허 출원은 연속적인 주파수 대역 사이의 세기 비율의 계산을 포함하는 주사 투과(scanning transmission) 모드에서의 에너지 분산형 x-선 흡수 분광을 기술하고;
번호 WO2009/125211로 공개된 국제 특허 출원은 이미징 장치 및 방법을 기술하고;
번호 WO2009/130492로 공개된 국제 특허 출원은 조성 액체(composition liquids)의 판단을 기술하며;
번호 WO2010/136790으로 공개된 국제 특허 출원은 컨테이너 내의 물질의 식별을 기술한다.
위에서 언급한 특허 출원에 규정된 기술들이 효과적인 반면, 검출기 자체에는 제한이 존재한다. 필요한 직접 x-선 검출기는 매우 고가이고, 이들을 작동하는데 필요한 전자 장치는 비교적 단순하다. 이는 다크 노이즈(dark noise), 펄스 필-업(pulse pile-up) 및 에너지 대역 변동(fluctuations)과 같은 현상으로부터 초래하는 에러를 발생시킨다. 부가적으로, 1024 화소 이상의 검출기를 획득하는 것이 어렵고, 검출기가 단순한 영역 또는 순수 라인-스캔 검출기에 제한되게 한다. 이 검출기는 직접 검출기 기술이 적용될 수 있는 활용가능한 분야의 범위를 제한한다.
x-선 검출기의 제2 범주는 간접 검출로서 공지되어 있는데, 여기서 x-선 광자는 우선 신틸레이터(scintillator)에 의해 가시광 신호로 변환되고, 다음에 가시광이 검출된다.
전통적인 개념은, 신틸레이터에서 x-선이 가사광으로 변환되는 동안, x-선 광자가 원래 겸비한 어떤 에너지 정보가 파괴되고, 신틸레이터의 가시광 출력이 단지 입사 광자 밀도만을 나타낸다는 것이다. 따라서, 간접 변환의 사용은 일반적으로 순수 충돌 기술에 한정되었던 반면, 직접 변환은 물질 식별과 관련하여 사용되어 왔다.
듀얼-에너지 라인 스캐너는 신틸레이터를 이용하는 x-선 검출기의 신개발품이다. 듀얼-에너지 라인 스캐너는 각각 신틸레이터를 포함하는 2개 세트의 검출기를 사용하고, 2개 세트의 검출기는 이격되지만, 축방향으로 정렬되며, 분석중인 물질이 x-선 소스와 2개의 신틸레이터 중 제1 신틸레이터 사이에 배치된다. 신틸레이터는 x-선 소스에 의해 방출되어 물질을 통과한 x-선 스펙트럼의 일부가 제1 신틸레이터에 의해 흡수되도록 지정되며, 이로써 제2 신틸레이터에 충돌하는 x-선 에너지 스펙트럼은 분석용 물질이 존재하지 않더라도 제1 신틸레이터에 충돌하는 x-선 에너지 스펙트럼과 동일하지 않다. 따라서, 각각의 신틸레이터에 의한 광자 방출은 다르다. 분석중인 물질은 각각의 신틸레이터에 의한 광자 방출에서의 차이에 영향을 미친다. 물질은 각각의 제1 및 제2 신틸레이터에 의한 광자 방출 사이의 비율을 관찰함으로써 식별될 수 있다.
다른 타입의 듀얼 에너지 검출기가 EP1063538에 개시되어 있다. 시료를 통과하는 x-선 및 2개의 축방향으로 정렬된 검출기 대신에, 교번하는 신틸레이터 두께를 포함하는 선형 어레이 신틸레이터 시스템이 제공되며, 신틸레이터 물질의 하나의 두께는 비교적 낮은 분자량의 물질을 통과하는 x-선의 통로에 대응하는 신호를 제공하고, 신틸레이터 물질의 다른 두께는 비교적 높은 분자량의 물질을 통과하는 x-선의 통로에 대응하는 신호를 제공한다. 개시된 라이너 어레이는 테스트중인 물체를 통과하여 선형 어레이 신틸레이터에 충돌하는 x-선의 얇은 콜리메이트된 커튼(thin collimated curtain)과 사용하기 위한 것이다. EP1063538에 따르면, 선형 어레이 신틸레이터는 입체 이미지를 생성하고, 종래기술의 듀얼 에너지 검출기보다 더욱 용이하게 높은 분자량의 물질와 낮은 분자량의 물질을 식별할 수 있다.
듀얼 에너지 라인 스캐너는 높은 또는 낮은 분자량을 가지는 물질의 식별에서 효과적이다. 그러나, 이들은 특히 극한값(extremes)이 되는 분자량을 갖는 물질의 식별 또는 매우 유사한 분자량을 갖는 물질들의 차이의 구별에서 효과적이지 않다.
신틸레이터를 이용한, 간접 검출을 이용하여 광범위한 물질들을 검출하는 능력은 특히 유익할 것이다. 이것은, x-선의 직접 검출에 사용되는 장비와 비교하여, 신틸레이터를 사용하는 간접 검출을 위한 장비가 비교적 저렴하며, 또한 정교한 전자 장치가 개발되고 있기 때문이다. 게다가, 직접 검출기에 사용가능한 해결책은 현재 이미지가 분할될 수 있는 화소의 수를 약 1000으로 제한하지만, 직접 검출기를 사용하는 해결책은 이미지가 분할되는 화소의 수를 상당히 증가시키기를 바란다.
듀얼 에너지 검출기가 일부의 물질 식별 능력을 가지지만, 그런 능력은 제한적이다.
그러므로, 물질들을 식별할 수 있는, 신틸레이터를 포함하는 간접 x-선 검출기를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, x-선 이미징 장치가 제공되는데, 상기 장치는 각각 공통 축에 놓이는, 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재, 테스트 대상 물질을 위한 위치부, x-선 소스, 및 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 구조체를 포함하고, 상기 x-선 소스는 x-선 에너지 스펙트럼을 상기 공통 축을 따라 안내하여 상기 부재에 충돌하도록 배치되고, 상기 구조체는 상기 x-선 에너지 스펙트럼, 및 배치된 테스트 대상 물질을 교란하도록 배치되고, 상기 구조체는 상기 x-선 소스와 상기 부재 사이에서 상기 공통 축에 교차하는 테스트 대상 물질을 위한 위치부의 일측에 놓이며, 상기 구조체는 적어도 3개의 인접한 영역들을 포함하는데, 각각의 영역은 바로 인접한 영역들과 다르고, 상기 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성된다.
유리하게, 상기 영역들은 서로 측방향으로 놓이고, 바람직하게 상기 구조체는 서로 측방향으로, 바람직하게 2개의 직교 방향에 놓이는 다수의 영역을 포함한다.
바람직하게, 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 파장 광자로 변화하도록 된 부재는 신틸레이터이다.
신틸레이터는 신틸레이터 층 및 백킹(backing) 층을 포함할 수 있다.
유리하게, 상기 다수의 영역은 어레이로 형성되며, 상기 어레이는 구조체 내에서 자체를 반복할 수 있다. 예를 들면, 상기 다수의 영역은 9개 영역의 3×3 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 구조체는 다수의 그런 어레이를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 구조체는 평면 또는 비평면이다. 상기 구조체는 적어도 하나의 평면에서 만곡될 수 있다.
바람직하게, 인접한 영역 사이의 차이는 인접한 영역에서의 구조체의 물질 두께이다.
구조체는 다수의 돌출부 또는 함몰부를 포함할 수 있고, 돌출부 또는 함몰부의 두께는 적어도 일방향에서 변화하고, 각각의 돌출부 또는 함몰부는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 적어도 3개의 인접한 영역을 제공한다.
바람직하게, 돌출부 또는 함몰부는 형상에서 피라미드이다.
구조체는 구조체의 내부에 형성된 다수의 함몰부를 가지는 비금속 층을 포함하고, 각각의 함몰부는 금속으로 충전된다. 바람직하게, 구조체는 구조체의 내부에 형성된 다수의 함몰부를 가지는 제1 비금속 층 및 대응하는 수의 돌출부를 가지는 제2 금속 층을 포함하고, 각각의 돌출부는 대응하는 함몰부와 결합하여 함몰부를 충전할 수 있다.
제2 금속 층은 함몰부에 대한 개구부가 배치되는 제1 비금속 층의 표면을 커버할 수 있다.
인접한 돌출부 또는 함몰부는 x-선 교란 물질에 의해 서로 분리되고, 인접한 돌출부 또는 함몰부를 분리하는 물질은 적어도 3개의 영역 중 하나를 구성할 수 있다.
비금속 층은 실리콘으로 형성될 수 있다.
인접한 영역 사이의 차이는 구조체의 각각의 인접한 영역이 형성되는 물질이 될 수 있다.
인접한 영역은 이들이 제조되는 두께 및 물질에서 다를 수 있다. 예를 들면, 구조체는 동일한 두께의 기판을 포함할 수 있으며, 각각의 영역은 인접한 영역에 대해 불연속인 물질 층을 형성함으로써 구조체의 표면 상에 형성될 수 있다. 층의 수 및/또는 이런 층의 물질은 다를 수 있다. PVD, 전착(electro-deposition) 또는 레이저 절제(laser ablation)와 같은 기술이 각각의 영역을 형성하는데 사용될 수 있다.
부가적으로, 국소 변이부(regional variation)는, 컷아웃(cut-out) 영역이 측면 방향에서 다양한 두께를 형성하는 방식으로 적층되도록, 서로의 위에 컷아웃 영역을 가지고 포일의 층을 적층함으로써 형성될 수 있다.
다른 대안은, 물질 두께의 변화가 생기도록, 포일과 유사한 형태로 서로 일련의 와이어 메시를 적층하는 것일 것이다. 이것은 ND(neutral density) 필터를 형성하는데 사용되는 기술과 유사하다.
다른 대안은 특정 두께의 물질로 출발하여 상이한 두께를 형성하기 위해 영역을 컷아웃하는 것이다. 이것은 많은 기술 중에서 레이저 마이크로 머시닝(micro-machining) 또는 이온-빔 밀링(ion-beam milling)에 의해 수행될 것이다.
구조체의 두께와 같은 구조체의 물질 특성이 단계적으로보다 연속적으로 변화하는 경우에, 구조체에서의 임의 포인트를 취하여, 그것의 특성(두께)이 인접한 포인트에서의 구조체의 두께와 다르다면, 다음에 이런 2개의 포인트는 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성된 영역이 될 것으로 각각 고려될 수 있다.
x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 된 구조체는 신틸레이터 내에 포함될 수 있으며, 신틸레이터 층 또는 백킹 층 중 어느 하나에 있을 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 본 발명의 제1 특징에 따른 x-선 이미지 장치에 사용하기 적합한 x-선 검출기가 제공되며, 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재 및 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체를 포함하고, 상기 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성되고, 상기 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체는 3개 이상의 영역을 포함하며, 각각의 영역은 바로 인접한 영역과 다르고, 각각의 인접한 영역은 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성된다.
유리하게, 상기 영역들은 서로 측방향으로 놓이고, 바람직하게 상기 구조체는 서로 측방향으로, 바람직하게 2개의 직교 방향에 놓이는 다수의 영역을 포함한다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 구조체에 입사되는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 구조체가 제공되고, 상기 구조체는 적어도 3개의 영역을 포함하고, 각각의 영역은 바로 인접한 영역과 다르고, 각각의 인접한 영역은 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성된다.
유리하게, 상기 영역들은 서로 측방향으로 놓이고, 바람직하게 상기 구조체는 서로 측방향으로, 바람직하게 2개의 직교 방향에 놓이는 다수의 영역을 포함한다.
유리하게, 다수의 영역은 어레이로 형성되며, 상기 어레이는 구조체에서 자체를 반복할 수 있다. 예를 들면, 예를 들면, 상기 다수의 영역은 9개 영역의 3×3 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 구조체는 다수의 그런 어레이를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 구조체는 평면 또는 비평면이다. 상기 구조체는 적어도 하나의 평면에서 만곡될 수 있다.
바람직하게, 인접한 영역 사이의 차이는 인접한 영역에서의 구조체의 물질 두께이다.
구조체는 다수의 돌출부 또는 함몰부를 포함할 수 있고, 돌출부 또는 함몰부의 두께는 적어도 일방향에서 변화하고, 각각의 돌출부 또는 함몰부는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 적어도 3개의 인접한 영역을 제공한다.
돌출부 또는 함몰부는 형상에서 피라미드이다.
구조체는 구조체의 내부에 형성된 다수의 함몰부를 가지는 제1 비금속 층 및 대응하는 수의 돌출부를 가지는 제2 금속 층을 포함하고, 각각의 돌출부는 대응하는 함몰부와 결합하여 함몰부를 충전한다.
바람직하게, 제2 금속 층은 함몰부에 대한 개구부가 배치되는 제1 비금속 층의 표면을 커버할 수 있다.
인접한 돌출부 또는 함몰부는 x-선 교란 물질에 의해 서로 분리되고, 인접한 돌출부 또는 함몰부를 분리하는 물질은 적어도 3개의 영역 중 하나를 구성한다.
바람직하게, 비금속 층은 실리콘으로 형성될 수 있다.
비금속 층 내의 함몰부는 바람직하게 에칭에 의해 형성된다. 피라미드 형상의 함몰부의 벽은 바람직하게 비금속 층의 표면에 대해 54.7도의 각도로 놓인다.
인접한 영역 사이의 차이는 구조체의 각각의 인접한 영역이 형성되는 물질이 될 수 있다.
인접한 영역은 이들이 제조되는 두께 및 물질에서 다를 수 있다. 예를 들면, 구조체는 동일한 두께의 기판을 포함할 수 있으며, 각각의 영역은 인접한 영역에 대해 불연속인 물질 층을 형성함으로써 구조체의 표면 상에 형성될 수 있다. 층의 수 및/또는 이런 층의 물질은 다를 수 있다. PVD, 전착(electro-deposition) 또는 레이저 절제 또는 3D 프린팅과 같은 기술이 각각의 영역을 형성하는데 사용될 수 있다.
부가적으로, 국소 변이부는, 컷아웃 영역이 측면 방향에서 다양한 두께를 형성하는 방식으로 적층되도록, 서로의 위에 컷아웃 영역을 가지고 포일의 층을 적층함으로써 형성될 수 있다.
다른 대안은, 물질 두께의 변화가 생기도록, 포일과 유사한 형태로 서로 일련의 와이어 메시를 적층하는 것일 것이다. 이것은 ND(neutral density) 필터를 형성하는데 사용되는 기술과 유사하다.
다른 대안은 특정 두께의 물질로 출발하여 상이한 두께를 형성하기 위해 영역을 컷아웃하는 것이다. 이것은 많은 기술 중에서 레이저 마이크로 머시닝 또는 이온-빔 밀링에 의해 수행될 것이다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 물질의 물질 특성을 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
a) 청구항 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같이 x-선 이미징 장치에 물질을 위치시키는 단계;
b) x-선 소스가 공통 축에 따라 x-선 에너지 스펙트럼을 안내하는 단계;
c) 입사된 x-선 파장 광자를 가시 파장 광자로 변환하도록 구성된 부재에 의해 방출되는 가시 파장 광자를 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 검출기는 특히 강한 에너지 의존성을 가지는 신틸레이터 물질에 적합하다. 종래기술에서, 이러한 물질은 가능한한 회피되는데, 이는 x-선이 통과한 물질에 관련한 에너지 및 두께 정보를 분리하기 어렵기 때문이다. 종래기술에서, 어디에서든 하나의 입사 x-선 광자에 대한 하나의 가시광 광자의 출력을 제공할 수 있는 신틸레이터 물질이 선택되었다.
간접 검출기인, 본 발명의 검출기는 고해상도 이미징과 결합된 물체의 물질 식별을 제공한다. 이것은 2차원 카메라의 크기가 매우 제한적인 직접 검출기 이상의 상당한 장점을 나타낸다.
본 발명의 이미징 장치는 특히 제한된 수의 물질 시스템을 사용한 복잡한 형상의 고해상도 이미징에 적합하다. 예를 들면, 인쇄회로기판 및 일반적인 전자 장치의 검사, 및 난잡하고 차폐된 환경에서의 방사성 동위원소(radio-isotopes)의 검출 및 식별.
이미징 장치가 유용하게 사용될 수 있는, 예를 들면 비파괴 검사, 의료 기기, 식품 산업 등과 같은 수많은 다른 영역이 있다.
물질은 고체, 유체 또는 이들의 조합, 예를 들면 인간/동물 조직, 또는 음식 물질이 될 수 있다.
도면에서, 본 발명에 따른 x-선 검출기, 및 그 구성요소들의 바람직한 실시예들이 도시된다:
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 x-선 검출기의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 검출기의 신틸레이터 플레이트에 대한 제1 실시예의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 검출기의 신틸레이터 플레이트에 대한 제2 실시예의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 신틸레이터 플레이트의 배면도 및 도 3에 도시된 신틸레이터 플레이트의 정면도이다.
도 5a는 대상물과 검출기 사이에 배치된 검출기의 성분을 갖는 본 발명의 다른 특징에 따른 x-선 검출기의 개략도이다.
도 5b는 대상물과 검출기 사이에 배치된 검출기의 성분을 갖는 본 발명의 다른 특징에 따른 x-선 검출기의 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 검출기의 간섭 플레이트에 대한 도 5의 축 A-A 상에서의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 다중 영역 구조, 예를 들어 간섭 플레이트의 정면도이다.
도 8은 x-선 소스에 대한, 전형적인 스펙트럼 출력 세기 대 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 9는 직접 검출기에서 검출된 세기 대 에너지 스펙트럼을 나타내는 그래프이며, x-선 소스는 도 8의 것이고, x-선은 균일한 두께를 가지는 분석 대상의 물질을 통과한다.
도 10은 x-선 세기에 대한 간섭 플레이트 두께의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 간섭 플레이트를 통과하는 x-선 에너지 스펙트럼에 대한 세기 때 에너지의 결과 분광(resultant spectra)을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 검출기에서 검출된 세기 대 에너지 스펙트럼을 나타내는 그래프이고, x-선은 도 9의 것이고, x-선은 분석 대상의 동일한 물질을 통과한다.
도 13a는 물질의 다수의 층들로 형성되는 간섭 플레이트의 분해도이다.
도 13b는 도 13a에 도시된 타입의 간섭 플레이트에 대한 성분의 평면도이다.
도 14는 와이어 메시의 다수의 층으로 형성된 간섭 플레이트의 분해도이다.
도 15는 2개 방향에서 변화하는 두께를 가지는 간섭 플레이트의 개략도이다.
도 16a는 간섭 플레이트의 다른 실시예의 개략적인 평면도 및 측면도이다.
도 16b는 도 16a에 도시된 실시예의 분해 측면도 및 개략도이다.
도 17은 본 발명에 다른 장치를 도시한다.
이제, 도 1을 참조하면, 명료함을 위하여, 검출기는 가장 기본적 형태로 도시되며, x-선 소스(1), 물체(2) 및 화소로 된 신틸레이터 플레이트(3)를 포함한다. x-선 소스(1)로부터 방출된 x-선은 물체(2)를 통과하고, 물체(2)를 통과한 감쇠된 x-선은 신틸레이터 플레이트(3)에 의해 검출된다. x-선 소스(1), 물체(2) 및 신틸레이터 플레이트(3)는 공통 축(A-A) 상에 놓인다.
도 2는 신틸레이터 층(4)과 백킹 층(5)을 포함하는 신틸레이터 플레이트(3)의 제1 실시예를 단면도로 도시한다. 신틸레이터 층(4)은 균일한 물질로 이루어지고, 균일한 두께를 가진다. 바람직하게, 신틸레이터 층(4)이 형성되는 물질은 입사 x-선 광자 에너지에 대한 강한 응답(strong response)을 가진다. 그러나, 백킹 층(5)은 번호 5a 내지 5d로 표현되는 상이한 두께의 다수의 영역을 포함한다.
도 3은 다시 신틸레이터 층(4)과 백킹 층(5)을 포함하는 신틸레이터 플레이트(3)의 제2 실시예를 단면도로 도시한다. 그러나, 이 실시예에서, 금속(알루미늄) 백킹 층은 균일한 물질 및 균일한 두께로 이루어지는 반면, 신틸레이터 층(4)은 번호 4a 내지 4d 로 표현되는 상이한 두께의 다수의 영역을 포함한다. 바람직하게, 신틸레이터 층(4)이 형성되는 물질은 입사 x-선 광자 에너지에 강한 응답을 가진다.
도 4는 도 2에 도시된 신틸레이터 플레이트의 배면도 및 도 3에 도시된 신틸레이터 플레이트의 정면도이다. 신틸레이터 플레이트(30)는, 3×3 블록의 영역으로 형성되는, 9개의 다른 화소 두께의 반복 어레이를 기반으로 한, 49개 영역을 제공한다. 이런 배열은, 9개 영역의 임의의 3×3 그룹에 대해서, 그룹의 중심 화소가 각각 서로 다른 두께를 가지는 8개 영역에 의해 둘러싸이고, 임의의 하나의 선택된 화소에 인접한 영역은 서로 다른 두께로 이루어지게 제공된다. 신틸레이터 플레이트의 하부 우측 코너는 도 3의 정면도로서 넘버링되고, 상부 좌측 코너는 도 2의 배면도로서 넘버링된다.
인접한 영역 사이의 두께 차이는 전술된 일례에서 약 200 미크론이다.
신틸레이터 플레이트(3)가 9개의 서로 다른 화소 두께의 반복 어레이를 기반으로 하는 49개의 영역을 제공하지만, 본 발명은 이런 포맷에 한정되지 않는다. 예를 들면, 신틸레이터 플레이트(3)의 레이아웃은 2×2 어레이의 4개의 서로 다른 화소 두께의 반복 어레이를 기반으로 될 수 있다.
종래기술은, 간접 x-선 검출기에서, 신틸레이터 물질은 입사 x-선 에너지에 대해 평탄 특성(flat response)을 제공해야 한다고 제안한다. 그런 신틸레이터 물질은 도 2 및 도 3에 도시된 실시예 중 어느 하나에 유용할 수 있다. 그러나, 신틸레이터 물질이 강한 에너지 응답을 가져야 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 생성된 가시 광자의 수는 입사 x-선 세기 및 입사 x-선 에너지 둘다에, 아마 입사 x-선 세기에 대해서보다 입사 x-선 에너지에 더욱 강하게 관련되게 될 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 상이한 두께의 영역을 제공하는 신틸레이터의 신틸레이터 플레이트의 백킹 플레이트 대신에, 표준 구성의 신틸레이터가 사용되고, 도 5a에서와 같이 물체와 신틸레이터 사이에, 또는 도 5b에서와 같이 x-선 소스와 물체 사이에 배치되는, 예를 들어 텅스텐의 간섭 플레이트(6)(예를 들면, 플레이트의 서로 다른 영역이 서로 다른 x-선 흡수 능력을 가지는, 다중 흡수 플레이트가 되는 것으로 고려될 수 있는)를 갖는다. 이런 구성은 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 신틸레이터보다 제조하기에 더 간단하고 적은 비용이 들 수 있다. 또한, 서로 다른 두께의 영역을 가지는 간섭 플레이트의 제조에 부가하여, 간섭 플레이트가 균일한 두께를 갖는 것이 가능한데, 인접한 영역 사이의 물질 차이가 서로 다른 물질의 간섭 플레이트의 각각의 영역을 형성함으로써 제공된다.
간섭 플레이트는 상부에 또는 내부에 형성되는 각각의 영역을 갖는 기판을 포함한다. 각각의 영역은 기판의 에칭 또는 유사한 기계 가공에 의해 베이스 층에 형성될 수 있다.
간섭 플레이트는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
도 2-4, 6 및 7에 도시된 각각의 영역은 서로 다른 두께의 영역들을 나타낼 수 있다.
각각의 영역은 증착, 예를 들면 "리프트-오프(lift-off)"로서 당해 분야에서 공지된 기술에 의해 기판 상에 형성될 수 있다. 이런 기술의 장점은 "리프트-오프" 공정에서 증착되는 물질이 기판이 형성되는 물질와 동일한 물질일 수 있다는 것이다. 인접한 영역 사이의 물질 차이는 각각의 화소의 두께이다. 또한, 증착된 물질은 기판 물질와 다를 수 있고, 물질 타입 및/또는 물질 두께가 될 수 있는 인접한 영역 사이의 물질 차이를 제공한다.
이제, 도 8을 참조하면, x-선 소스로부터 방출되는 x-선에 대한 전형적인 세기 대 에너지 스펙트럼이 도시되고 있다. 동일한 x-선이 균일한 두께의 물질을 통과할 때, x-선 광자의 일부는 물질에 의해 흡수되며, 도 9에 도시된 바와 같이, 스펙트럼의 세기는 감소된다.
"배경기술"로 칭해진 섹션에서 기술된 타입의 직접 검출기가 물질을 통과하는 x-선 스펙트럼을 검출하기 위해 사용되는 경우에, 도 9에 도시된 그래프는 검출되는 정보이다. 그러나, 간접 검출기가 사용되는 경우에, 검출기의 출력, 예를 들면 신틸레이터에 의해 방출된 가시 스펙트럼 내의 광자의 수는 입사 x-선 광자의 에너지와 거의 무관하며, 입사 x-선 광자의 세기에만 의존한다. 따라서, 간접 검출기에 대한 세기 대 에너지 그래프는 임의 평균 에너지값을 나타내는 단일 라인을 포함한다.
도 10은 물질의 두께에 의존하는 특정 물질에 대한 출력 세기의 변화를 도시하는 그래프이다. 3개의 서로 다른 곡선은 낮은, 중간 및 높은 에너지를 가지는 입사 x-선 광자를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같은 소스로부터 방출된 x-선 스펙트럼은 서로 다른 에너지를 가지는 x-선 광자로 구성된다. 도 10으로부터, x-선 광자가 통과하는 물질의 두께를 증가시키는 효과가, 낮은 에너지를 가지는 x-선 광자는 흡수되는 반면, 중간 및 높은 에너지를 갖는 x-선 광자는 통과하고, 가장 높은 에너지를 갖는 x-선 광자는 가장 두꺼운 물질을 통과한다는 것이 예측될 수 있다.
도 11은 세기 대 에너지 그래프이고, 다른 두께로 이루어진, 동일한 물질을 통과하는 낮은 에너지 x-선 광자에 관련한 개별 스펙트럼을 도시한다. 가장 우측 곡선은 가장 두꺼운 물질을 통과한 광자에 관련한 스펙트럼을 나타낸다.
따라서, 소스로부터 방출되는 x-선 스펙트럼이 서로 다른 두께의 영역들로 구성되는 구조를 통과함으로써, 다수의 x-선 스펙트럼이 생성될 것이라는 것이 예측될 것이고, 각각의 스펙트럼은 x-선 스펙트럼이 통과되는 물질의 두께에 대응한다. 이러한 다수의 x-선 스펙트럼이 신틸레이터에 입사될 때, 입사 스펙트럼의 에너지는 스펙트럼의 x-선 광자의 세기와 관계를 끊는 반면, 각각의 입사 스펙트럼은 세기 응답이 발생하게 한다. 따라서, 화소 두께의 3×3 어레이가 사용되는 경우에, 9개의 서로 다른 세기값이 신틸레이터에 의해 생성된다. 도 12는 이러한 신틸레이터 출력을 도시하는 그래프이다.
도 9에 도시된 출력은 에너지에 대한 실질적으로 평탄 특성을 가지는 신틸레이터에 대한 것이다. 이미징에서의 일반적인 경향은 신틸레이터 에너지 응답을 제거하는 것이었는데, 이들이 일반적으로 원치않는 것으로서 간주되는, 이미지 내의 섀도우를 초래하기 때문이다. 그러나, 본 발명에서는, 평탄하지 않은 에너지에 대한 특성을 가지는 신틸레이터 물질의 사용이 바람직하다. 이러한 신틸레이터 물질이 사용되는 경우에, 더 큰 입사 에너지는 더 큰 신틸레이터 출력 세기를 초래한다. 본 발명의 검출기는 그러한 출력 세기에서의 차이를 활용할 수 있다.
하나가 도 10에 도시된 그래프를 참조한다면, x-선 광자에 충돌하는 에너지에 따라 변화하는 출력 세기를 가지는 신틸레이터 물질이 사용되는 경우에, 인접한 영역들에 대한 신틸레이터로부터의 출력 세기에서의 차이는 에너지에 대한 평탄 특성을 가지는 신틸레이터 물질이 사용되는 경우보다 더 클 것이라는 것이 예측될 것이다.
이러한 타입의 x-선 검출기는 공지된 물질, 공지된 물질들의 조합, 또는 공지된 물질 또는 물질들 및 두께와 같은 다른 물질 특성의 조합에 대한 신틸레이터 출력을 검출기에 의해 검출되는 정보와 비교함으로써 기능을 발휘한다. 따라서, 물질들, 물질 조합 등등 사이의 구별 확률이 높고, 더욱 유용한 검출기가 된다.
적당한 신틸레이터 물질은 일반적으로 높은 범위의 x-선 광자에 대해 mif(미프)를 위해 일반적으로 사용되는 신틸레이터 물질인, Csl (TI) 및 Nal(TI)를 포함한다. 이들은 높은 정지 효율을 가지며, 가시 광자의 효율적인 생산자이다. 대면적의 단일 결정은, 표면적이 큰 검출기에 이상적이게 만드는, 이러한 물질들로부터 용이하게 생산될 수 있다.
Bi12FeO20(BGO)는 다른 적당한 신틸레이터 물질이다. 그것은 특히 하드 x-선 및 소프트 감마선에 대해 유용하다. 그러나, 그것은 위에 언급된 할로겐화 알카리(alkali halides) 보다 대면적으로 제조하기 더욱 어렵다.
또한, 플라스틱 신틸레이터가 일반적이고, 위에 언급된 무기 신틸레이터에 대한 마이크로초(microseconds)와 비교할 때, 나노초(nanoseconds) 등급의 우수한 감쇠 상수를 가진다. 또한, 플라스틱 신틸레이터는, 이들을 여기서 개시된 본 발명의 몇몇 실시예의 제조에 이상적이게 만드는, 전형적으로 몰딩에 의해, 복잡한 형상으로 용이하게 형성된다. 폴리우레탄 나프탈레이트(naphthalate)가 우수한 신틸레이션 특성을 나타내고, 합리적으로 내구성이 있다.
도 13a 및 도 13b는 간섭 플레이트(6)의 다른 구성을 도시한다. 이런 보기에서, 간섭 플레이트(6)는 4개 층의 물질, 이를 테면 포일로 형성된다. 제1 층(6a)은 교란되지 않는다. 제2 층(6b)은 제1 폭의 개구부(6b')를 포함한다. 제3 층(6c)은 제2 폭의 개구부(6c')를 포함하고, 제4 층(6d)은 제3 폭의 개구부(6d')를 포함한다. 개구부(6b' 내지 6d')의 중심이 정렬되어 적층될 때, 얻어지는 구조는 단면(6')을 가진다. 층(6a 내지 6d)이 개구부의 에지와 적층될 때, 얻어지는 구조는 단면(6'')을 가진다.
구조의 단면(6', 6'')은 각각 상이한 두께의 가늘고 긴 영역들을 제공한다.
도 13b에서, 2개의 얻어지는 간섭 플레이트(6)는 서로 수직으로 정렬된 개구부와 적층된다. 얻어지는 간섭 플레이트는 정사각형 영역의 어레이를 제공하고, 인접한 영역은 상이한 두께로 이루어진다.
도 14는 각각 상이한 메시 사이즈로 이루어진, 와이어 메시의 3개 층(6f 내지 6h)을 포함하는 간섭 플레이트(6)의 다른 구성을 도시한다. 하나가 서로의 위에 적층될 때, 일부 영역에서의 입사 x-선은 제1 층(6f)의 와이어에 충돌할 것이고, 다른 영역에서의 입사 x-선은 제2 층(6g)의 와이어에 충돌할 것이며, 다른 영역에서의 x-선은 제3 층(6g)의 와이어에 충돌할 것이다. 또한, 다른 영역에서의 입사 x-선은 층(6f, 6g 및 6h) 중 하나 이상의 와이어의 일부의 조합에 충돌할 것이다. 또한, 와이어가 존재하지 않는 영역이 있을 것이고, 따라서 이러한 영역에 입사된 x-선은 교란되어 통과할 것이다.
도 15에서 간섭 플레이트(6)는 평면에서 정사각형이고 플레이트에 걸쳐 2개 축을 따라 두께에서 변화하는 물질 블록을 포함한다. 따라서, 물질의 두께는 플레이트에 걸쳐 연속적으로 변화한다. 이런 경우에, 영역의 실제 사이즈는 픽셀화 그리드, 예를 들면 검출기 카메라의 그것에 의해 결정된다. 도 15에 도시된 바와 같은 간섭 플레이트(6)의 경우에, 인접한 영역의 평균 두께의 차이는 입사 x-선의 교란에서의 검출가능한 차이를 형성하기에 충분하여야 한다.
이제, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 제1 층(61)과 제2 층(63)을 포함하는 간섭 플레이트(60)의 또다른 구성이 도시되어 있다. 제1 층(61)은 실리콘 웨이퍼로 형성되고, 그 내부에 형성된 다수의 함몰부(62)를 구비한다. 도시된 보기에서, 함몰부는 800 미크론의 깊이를 가진다. 함몰부는 에칭에 의해 형성된다. 수산화 칼륨 또는 테트라 메틸 암모늄 하이드록사이드(tetra methyl ammonium hydroxide)와 같은 강알칼리 습식 에천트는 다른 결정면에서의 실리콘 원자의 결합 강도의 차이로 인해 다른 것에 비해 실리콘의 특정 결정면을 우선적으로 에칭할 것으로 알려져 있다. {111} 결정면은 그 중에서 에천트에 가장 저항성이 있고, 따라서 {100} 및 {110} 면이 {111} 면보다 훨씬 더 큰 비율로 에칭될 것이다. 제1 층(61)이 형성되는 실리콘 웨이퍼는 {100} 배향된다. 함몰부(62)의 어레이를 한정하는 마스크가 실리콘 웨이퍼의 표면에 부가되고, 알칼리 에천트가 부가된다. 알칼리 에천트가 실리콘과 접촉하는 경우에, 에칭되기 시작하여 피라미드 형상의 함몰부(62)에 기반한 사각형을 형성한다. 함몰부(62)의 경사면 측벽은 실리콘의 {111} 면이고, 따라서 {100} 실리콘 웨이퍼의 표면과 비교하여 54.7 각도로 경사진다. 에칭 공정은 {111} 측벽이 피라미드 형상의 함몰부(62)의 꼭지점(apex)을 형성하도록 수렴할 때까지 진행될 수 있다.
함몰부(62)를 형성하는데 사용된 에천트는 수산화 칼륨이었다. 함몰부(62)를 형성하는데 사용된 마스크는 도 16a에 도시된 평면도에 대한 형상에 대응한다. 도시된 보기에서, 함몰부는 1㎜×1㎜ 중심 대 중심 그리드에서 출발한다. 인접한 함몰부(62) 사이의 거리는 약 50 미크론이다.
함몰부의 수는 함몰부의 중심 사이의 거리를 증가 또는 감소시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 함몰부 사이의 거리가 변경되어, 함몰부의 깊이 및 함몰부의 베이스의 사이즈가 변할 경우에, 함몰부의 베이스의 사이즈는 함몰부의 깊이 및 54.7도의 측벽 각도의 함수가 된다. 예를 들면, 각각의 함몰부의 깊이는 100 미크론까지 감소될 것이다.
도 16a 및 도 16b는 간섭 플레이트의 일부를 도시한다. 간섭 플레이트는 예를 들면 26㎝ × 15㎝를 측정할 수 있고, 함몰부는 여기에 도시된 1㎜ × 1㎜ 중심 대 중심 그리드보다 작은 그리드에 있을 수 있다.
제2 층(63)은 니켈, 구리 또는 주석과 같은 금속으로 형성된다. 이런 금속의 제2 층(63)은 거기에 입사되는 x-선을 교란시키고, 각각의 파라미드 돌출부는 금속의 두께가 피라미드의 측벽의 경사에 따라 변화할 때 서로 다른 두께의 실질적으로 무한한 수의 영역을 제공한다. 제1 층은 간섭 플레이트의 제조 및 금속의 제2 층(63)을 지지하고 보호하는 포스트 제조를 지원하는 역할을 한다. 도 16a 및 도 16b에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 층(63)은 피라미트 형상의 돌출부(64) 및 백킹 플레이트(65)를 포함한다. 제2 층(63)은 제1 층(61)의 표면에 대해 용융 금속을 증착함으로써 형성되고, 상기 용융 금속은 파라미드 형상의 함몰부(62)를 충전하여, 제1 층(61)의 표면을 커버하는 얇은 백킹 플레이트(65)(수 미크론 등급의)를 형성한다. 인접한 피라미드 형상의 돌출부 사이의 제2 층(63)의 금속은 인접한 영역에 대한 서로 다른 두께의 영역으로서 간주될 수 있으며, 인접한 피라미드 형상의 돌출부의 금속에 대해 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란시킨다.
간섭 플레이트(60)는 예를 들면 기계적 클램핑 또는 접착제에 의해 신틸레이터에 부착될 수 있다.
간섭 플레이트(또한 다중 흡수 플레이트로서 참조될 수 있는)는 3차원 프린팅 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 실험실 규모의 장치(100)가 도시되어 있다. 상기 장치는 케비넷(101)을 포함하는데, 그 내부에는 x-선 소스(102), 스테이지의 위치가 조절될 수 있도록 레일(104) 상에 장착된 샘플 스테이지(103)의 형태로 테스트 대상 물질을 위한 위치부가 장착된다. 상기 장치(100)는 간섭, 또는 다중 흡수 플레이트(105) 및 x-선 검출기(106)를 더 포함한다. 검출기(106)는 x-선 섀도우 이미지의 x-선 파장 광자를 가시 파장 광자로 변환하기 위한 신틸레이터를 포함하는 x-선 카메라의 일부를 형성한다. 상기 카메라는 이미지를 캡쳐하고, 그 이미지는 다음에 분석될 수 있다.
물질의 물질 특성을 결정하기 위하여, 물질이 샘플 스테이지(103) 상에 배치되고, x-선 소스(102)가 그렇게 배치된 샘플, 플레이트(105)를 통과하여 검출기(106)에 충돌하도록 x-선 에너지 스펙트럼을 안내하게 된다. 입사 x-선 파장 광자를 가시 파장 광자로 변화하도록 구성된 부재에 의해 방출되는 가시 파장 광자는 하기의 단계들에 따라 분석된다:
단계 (ⅰ) - 검출기(106)가 픽셀화된다. 각각의 화소에 대해 검출기에 의해 기록된 가시 파장 광자의 세기가 그것의 인접한 화소에 대해 기록된 세기와 비교되고, 세기의 차이가 기록되고;
단계 (ⅱ) - 각각의 화소에 대해 검출기에 의해 기록된 가시 파장 광자의 세기가 그것의 인접한 화소에 대해 기록된 세기와 비교되고, 세기의 차이가 장치 내에 물질이 존재하지 않고 기록되고;
단계 (ⅲ) - 방법 단계들 (ⅰ) 및 (ⅱ)에 의해 결정된 바와 같은 인접한 화소들 사이의 기록된 세기 사이의 현재 차이가 비교되고;
단계 (ⅳ) - 적어도 하나의 공지된 물질에 대해 방법 단계 (ⅰ) 내지 (ⅲ)을 수행하고, 차이를 데이터베이스에 저장하는 하며;
단계 (ⅴ) 테스트 대상 물질에 대해 기록된 세기 사이의 차이를 데이터베이스로부터의 공지된 물질에 대해 기록된 세기 사이의 차이와 비교함.

Claims (68)

  1. x-선 이미징 장치에 있어서,
    각각 공통 축에 놓이는, 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재, 테스트 대상 물질을 위한 위치부, x-선 소스, 및 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 구조체를 포함하고,
    상기 x-선 소스는 x-선 에너지 스펙트럼을 상기 공통 축을 따라 안내하여 상기 부재에 충돌하도록 배치되고,
    상기 구조체는 상기 x-선 에너지 스펙트럼, 및 배치된 테스트 대상 물질을 교란하도록 배치되고,
    상기 구조체는 상기 x-선 소스와 상기 부재 사이에서 상기 공통 축에 교차하는 테스트 대상 물질을 위한 위치부의 일측에 놓이며,
    상기 구조체는 적어도 3개의 인접한 영역들을 포함하는데, 각각의 영역은 바로 인접한 영역들과 다르고, 상기 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성된 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재는 신틸레이터인 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신틸레이터는 신틸레이터 층 및 백킹 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 영역들이 어레이로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어레이는 x × y 어레이를 포함하고, 다수의 x × y 어레이는 3 이상인 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 어레이는 어레이 구조 자체를 반복하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    어레이 구조는 다수의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    어레이 구조는 평면 또는 비평면인 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    어레이 구조는 적어도 하나의 평면에서 만곡되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조체의 인접한 영역 사이의 차이는 인접한 영역에서의 구조체의 물질의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조체의 인접한 영역 사이의 차이는 구조체의 개별 인접한 영역이 형성되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 구조체의 개별 영역은 불연속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    불연속 층의 두께는 영역들 사이에서 및/또는 하나의 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    불연속 층이 형성되는 물질은 영역들 사이에서 및/또는 하나의 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    불연속 층의 수는 영역들 사이에서 및/또는 하나의 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조는 다수의 불연속 층을 포함하고, 하나 이상의 불연속 층은 하나 이상의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    다수의 불연속 층은 하나 이상의 개구를 포함하고, 상기 구조 내의 다른 층의 개구들은 다른 치수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    불연속 층은 포일로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    불연속 층은 메시로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 구조의 두께는 하나 이상의 방향에서 상기 구조를 가로질러 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 구조의 두께는 2개의 직교 방향에서 상기 구조를 가로질러 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 구조는 다수의 돌출부 또는 함몰부를 포함하고, 상기 돌출부 또는 함몰부는 하나 이상의 방향에서 변화하고, 각각의 돌출부 또는 함몰부는 X-선 에너지 스펙트럼을 교한시키도록 된 3개 이상의 인접한 영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 돌출부 또는 함몰부는 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 구조는 다수의 함몰부가 함몰부의 내부에 형성되는 비금속성 층을 포함하고, 각각의 함몰부는 금속으로 충진되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 구조는 다수의 함몰부가 함몰부의 내부에 형성되는 제1 비금속성 층 및 대응하는 수의 돌출부를 포함하는 제2 금속성 층을 포함하고, 각각의 돌출부는 짝을 이루는 대응하는 함몰부를 충진하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    제2 층은 함몰부에 대한 개구부가 배치되는 제1 층의 표면을 커버하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 함몰부 또는 돌출부는 물질의 X-선 교란에 의해 서로 분리되고, 인접하는 함몰부 또는 돌출부를 분리하는 물질은 3개 이상의 영역 중 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    비금속성 층은 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    X-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 된 구조는 신틸레이터 내에 구성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 구조는 신틸레이터 층 또는 백킹 층 중 어느 하나에 구성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  31. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조는 신틸레이터의 개별 성분인 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  32. 제24항에 있어서,
    상기 성분은 기판이고, 다수의 영역은 상기 기판 내에 및/또는 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    신틸레이터 층은 평면 에너지 의존성을 가지는 신틸레이터 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  34. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    신틸레이터 층은 비평면 에너지 의존성을 가지는 신틸레이터 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 이미지 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 x-선 이미지 장치에 사용하기 적합한 x-선 검출기에 있어서,
    입사 x-선 파장 광자를 방출되는 가시 파장 광자로 변환하도록 된 부재 및 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체를 포함하고,
    상기 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성되고,
    상기 x-선 에너지 스펙트럼 소스와의 정렬을 위한 구조체는 3개 이상의 영역을 포함하며, 각각의 영역은 바로 인접한 영역과 다르고, 각각의 인접한 영역은 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 구조체는 구조체에 입사되는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성되고, 상기 구조체는 공통 평면에 놓이는 적어도 3개의 영역을 포함하고, 각각의 영역은 바로 인접한 영역과 다르고, 각각의 인접한 영역은 x-선 에너지 스펙트럼을 다르게 교란하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  37. 제36항에 있어서,
    다수의 영역은 어레이로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 어레이는 구조체에서 반복되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  39. 제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조체는 다수의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  40. 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조체는 평면 또는 비평면인 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  41. 제40항에 있어서,
    구조체는 적어도 하나의 평면에서 만곡되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  42. 제36항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 영역 사이의 물질 차이는 인접한 영역에서의 구조체의 물질 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  43. 제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 영역 사이의 물질 차이는 구조체의 개별 인접한 영역이 형성되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    구조체의 개별 영역은 불연속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  45. 제44항에 있어서,
    불연속 층의 두께는 영역 사이에서 및/또는 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서,
    불연속 층이 형성되는 물질은 소정 영역 사이에서 및/또는 소정 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    불연속 층의 수는 소정 영역 사이에서 및/또는 소정 영역 내에서 다른 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  48. 제44항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조체는 다수의 불연속 층을 포함하고, 적어도 하나의 불연속 층은 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  49. 제48항에 있어서,
    다수의 불연속 층은 적어도 하나의 개구부를 포함하고, 구조체 내의 다른 층들의 개구부는 다른 치수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  50. 제48항 또는 제49항에 있어서,
    불연속 층은 포일로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  51. 제48항 또는 제49항에 있어서,
    불연속 층은 메시로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  52. 제36항에 있어서,
    구조체의 두께는 적어도 일방향으로 구조체를 가로질러 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  53. 제52항에 있어서,
    구조체의 두께는 2개의 직교 방향으로 구조체를 가로질러 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  54. 제36항에 있어서,
    구조체는 다수의 돌출부 또는 함몰부를 포함하고, 돌출부 또는 함몰부의 두께가 적어도 일방향으로 변화하고, 각각의 돌출부 또는 함몰부는 x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 적어도 3개의 인접한 영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  55. 제54항에 있어서,
    돌출부 또는 함몰부는 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  56. 제54항 또는 제55항에 있어서,
    구조체는 구조체의 내부에 형성된 다수의 함몰부를 가지는 비금속 층을 포함하고, 각각의 함몰부는 금속으로 충전되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  57. 제56항에 있어서,
    구조체는 구조체의 내부에 형성된 다수의 함몰부를 가지는 제1 비금속 층 및 대응하는 수의 돌출부를 가지는 제2 금속 층을 포함하고, 각각의 돌출부는 대응하는 함몰부와 결합하여 함몰부를 충전하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  58. 제57항에 있어서,
    제2 금속 층은 함몰부에 대한 개구부가 배치되는 제1 비금속 층의 표면을 커버하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  59. 제54항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 돌출부 또는 함몰부는 x-선 교란 물질에 의해 서로 분리되고, 인접한 돌출부 또는 함몰부를 분리하는 물질은 적어도 3개의 영역 중 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  60. 제54항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    비금속 층은 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  61. 제36항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    x-선 에너지 스펙트럼을 교란하도록 구성된 구조체는 신틸레이터 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  62. 제61항에 있어서,
    구조체는 구조체의 신틸레이터 층 또는 백킹 층 중 어느 하나에 포함되는 것을 특징으로 하는 x-선 검출기에 사용하기 적합한 구조체.
  63. 물질의 물질 특성을 결정하는 방법에 있어서,
    a) 청구항 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같이 x-선 이미징 장치에 물질을 위치시키는 단계;
    b) x-선 소스가 공통 축에 따라 x-선 에너지 스펙트럼을 안내하도록 하는 단계;
    c) 입사된 x-선 파장 광자를 가시 파장 광자로 변환하도록 구성된 부재에 의해 방출되는 가시 파장 광자를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질의 물질 특성을 결정하는 방법.
  64. 제63항에 있어서,
    검출기는 화소 처리되고, 상기 방법은 각각의 화소에 대해 검출기에 의해 기록된 가시 파장 광자의 세기를 기록하고, 기록된 세기를 인접한 화소에 대해 기록된 세기와 비교하며, 기록된 세기들에서의 차이를 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질의 물질 특성을 결정하는 방법.
  65. 제64항에 있어서,
    각각의 화소에 대해 검출기에 의해 기록된 가시 파장 광자의 세기를 기록하고, 기록된 세기를 인접한 화소에 대해 기록된 세기와 비교하며, 장치에서의 물질 부재하에서 기록된 세기들에서의 차이를 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질의 물질 특성을 결정하는 방법.
  66. 제65항에 있어서,
    제64항 및 제65항의 방법 단계의 의해 결정된 바와 같은, 인접한 화소들 사이의 기록된 세기들 사이의 현재 차이들을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질의 물질 특성을 결정하는 방법.
  67. 제66항에 있어서,
    적어도 하나의 공지된 물질에 대해 제64항의 방법 단계를 수행하고, 데이터베이스에 차이들을 저장하며, 테스트 대상 물질에 대해 기록된 세기들 사이의 차이를 공지된 물질에 대해 기록된 세기들 사이의 차이와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물질의 물질 특성을 결정하는 방법.
  68. 실질적으로 도면에 도시된 바와 같은, 그리고 도면을 참조하여 설명된 바와 같은 x-선 검출 장치.
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