KR20180041763A - 선형 적응적 전자기 x-선 스캐닝을 이용한 후방산란 특성화 - Google Patents

선형 적응적 전자기 x-선 스캐닝을 이용한 후방산란 특성화 Download PDF

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단­크리스티앙 딘차
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아메리칸 사이언스 앤 엔지니어링, 인크.
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Abstract

본 발명은 검사대상물을 가로질러 X-선 빔을 스위핑하기 위한 방법과 X-선 소스에 관한 것이다. 전자빔이 캐소드에 의하여 방출되면서 스위프 제어기가 애노드의 소정경로에서 빔 제어기에 신호를 인가하여 X-선 빔이 가변길이를 갖는 스나우트의 한 정점에 배치된 통공으로부터 방출될 수 있도록 한다. 통공은 빔이 방출되는 각도와 무관하게 요구된 크기와 플럭스의 스캐닝 X-선을 형성할 수 있도록 하는 롬멜통공이다. 스캐닝속도는 스캔과정중에 달라질 수 있다. 다수의 X-선 빔이 동시에 형성될 수 있으며, 예를 들어 하나의 빔은 운반수단의 내부에 있고 다른 하나의 빔은 운반수단의 외부에 있을 수 있다.

Description

선형 적응적 전자기 X-선 스캐닝을 이용한 후방산란 특성화
본 발명은 침투방사선을 사용하는 피검사물을 검사하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 침투방사선의 특성이 단일스캔의 과정동안 변화되는 검사에 관한 것이다.
본 발명은 2015년 9월 10일자로 출원된 미국가특허출원번호 제62/216,783호의 우선권주장으로 출원된 것으로, 본 명세서에 참조된다.
종래, 후방산란 방사선을 이미지화하여 차량 및 컨테이너를 검사하는 것은 타깃을 스캔하는 X-선 빔을 생성하는 기계적인 수단을 사용하였다. 예를 들어, 차량의 하부구조를 스캔하기 위하여 전자기 스캔형 X-선 빔의 사용을 교시하는 미국특허 제6,249,567호(Rothschild et al, 2001)에 개시되어 있는 바와 같이, X-선 빔을 전자기적으로 스캔하는 다양한 방식이 알려져 있다.
도 1은 X-선 소스(102)와 한 셋트의 X-선 후방산란 검출기(104)가 타깃(108)에 대하여 이동하는 검사차량(106)내에 수용되어 있는 종래기술의 X-선 후방산란 시스템(100)을 보인 것이다(여기에서, 타깃은 "검사타깃", 피검사타깃", "타깃차량" 또는 "피검사차량"이라고도 하고, 차량은 "승용차" 또는 "트럭"이라고도 할 수 있다). 전형적인 상대운동방향은 화살표(116)로 표시하였으며, 여기에서 검사차량(106)과 타깃차량(108)의 어느 하나 또는 이들 모두는 주변대상물에 대하여 이동하는 것이다. 도 1에서 보인 후방산란시스템의 기본적인 구성요소는 X-선 빔 형성기(20)(도 2에 도시됨), 하나 이상의 후방산란 X-선 검출기(104)와, 사용자 인터페이스(112)를 포함한다. 소스(112)는 빔 형성기(20)(본문에서는 달리 "기계적인 스캐너"라고도 함)을 포함하는바, 이는 X-선을 전형적으로 수직평면에 놓이는 스캐닝 패턴(114)으로 스위프되는 펜슬빔(201)(도 2에 도시됨)으로 형성한다. 종래기술의 빔 형성기는 도 2에 도시되어 있고 그 전체를 도면부호 "20"으로 표시하였으며, 이는 본 발명에서 인용하는 미국특허 제9,014,339호(이후 "Grodzins '339"라 함)에 상세히 기술되어 있다. 빔 형성기(20)는 네거티브 고전압에서 필라멘트(207)에 의하여 방출되는 고정전자빔(205)이 반사애노드(209)상의 한 점에 초점이 맞추어지는 X-선 튜브(203)로 구성된다. 콜리메이터(211)에 의하여 팬빔을 형성하는 X-선이 등간격을 둔 N개의 통공(215)(도 2에서는 N=4 이다)을 갖는 회전후프(213)에 충돌하며, 이는 후프(213)의 회전 마다 타깃(도 1의 차량)을 스위프하는 N 배수의 X-선 펜슬빔(201)을 생성한다. 타깃차량(108)에서 콤프턴 상호작용(Compton interactions)에 의하여 후방산란되는 X-선은 대면적 후방산란검출기에 의하여 검출되고 그 신호는 차량(즉, 타깃차량 108)이 스캐닝 펜슬빔(201)을 통하여 이동하는 이미지로 처리된다.
스캐닝 펜슬빔(201)의 사양, 즉, 강도, 스위프속도, 스위프각도, 해상도 등은 X-선 튜브(203)와 기계적인 스캐너(20)의 파라메타에 의하여 결정된다. 도 1에서 보인 바와 같이, 검사차량(106)에서 전개되어 차량(108)을 검사하는데 사용되는 후장산란시스템의 경우, 기계적인 스캐너(이 용어는 용어 "빔 형성기" 및 "초퍼"와 동의어로 사용된다)는 검사차량으로부터 특정차량속도와 특정거리를 두고 이동하는 특정 높이의 차량에 대하여 최적한 이미지를 제공하도록 서례되는 것이 표준관행이다. 다른 높이 또는 상이한 거리 또는 상이한 속도의 차량은 최적조건 이하의 조건에서 검사될 것이다.
도 3은 검사하에 있는 특정차량에 대한 빔-스캐닝 시스템의 최적조건 이하의 조건에 매칭된 종래기술의 예를 보인 것이다. 도 3에서 보인 종래기술의 시나리오에서, 고정식 검사차량(도시하지 않았음)이 초퍼(20)로부터 5피트의 거리를 두고 5 kph의 속도로 이동하는 차량(피검사차량 108)을 검사한다. 도 2에서 보인 바와 같이 휠직경이 24인치이고 직경이 1.5mm 인 4개의 통공(215)을 갖는 종래기술의 초퍼 후프(213)는 매초당 40회 회전하고 연속 90°스위프가 이루어지며 각 스위프시간은 6.25 msec 이다. 직경이 1.5mm 이고 X-선 소스로부터 12인치 거리를 둔 통공은 피검사차량(108)대 대하여 5 피트의 최소거리에서 9 mm의 광폭 픽셀을 생성한다.빔의 각 스위프중에, 피검사차량은 8.7 mm의 거리를 이동하므로 연속스위프가 겹치어 중복됨으로써 차량이 충분히 스캔된다.
도 4a는 도 2의 후프가 회전할 때 연속적으로 이루어지는 연속 빔 스위프의 빔자취의 좌표를 보인 것이다. 이 단락의 요점을 작성함에 있어서 경험적으로 단순화하기 위하여, 픽셀 폭은 9 mm 이고 스위프동안에 변하지 않는 것으로 가정한다. 실제로 스위프는 예를 들어 90°스위프의 상부와 하부에서 40% 더 넓은 픽셀를 갖는 것으로 모래시계의 형태를 이룬다. 각 도 4a-4c에서 스캔되는 범위의 균일한 폭은 전형적인 빔 형성기의 전형적인 스위프를 나타내지만, 균일성은 이후 설명되는 바와 같이, X-선 검사분야에 바람직하지 않은 제한을 둔다.
설명을 위하여 상기 언급된 값을 이용하여, 픽셀 폭은 차량이 검사중에 이동하는 거리 8.7 mm 보다 항상 크다(도 4a에서는 9 mm로 반올림하였음). 차량이 충분히 스캔된다. 예를 들어, 8 kph의 빠른 속도에서는 차량이 매 스위프 마다 거의 13 mm 를 이동할 수 있으므로 도 4b에서 보인 바와 같이 픽셀 패턴에 갭이 있다. 이 경우 차량은 심각한 샘플링부족현상이 된다. 도 4c는 차량의 속도가 2.5 kphdls 경우의 패턴을 보인 것이다(도시한 바와 같이 스캔이 수직방향으로 어긋나게 보인 것은 설명의 목적만을 위한 것이다). 후자의 경우에 있어서, 빔 폭은 스위프중에 차량이 이동한 거리의 적어도 두배이고 연속스캔이 충분하게 중첩된다. 두배의 오버샘플링(oversampling)은 측정강도의 통계를 개선할 수 있으나 검사시간이 두배로 늘어나게 된다. 5 kph 의 속도로 이동하는 차량이 검사차량에 근접하거나 더 멀어질 때 샘플링부족 또는 오버샘플링현상이 나타난다.
도 3의 90°스캔 빔은 5 피트의 거리에서 12-피트 길이의 트럭 전체를 최적하게 검사할 수 있도록 설계된 것이다. 5 피트 거리에 있는 승용차는 충분히 스캔되었으나, 스캔공간에서 빔의 50% 이상이 소모되었다.
기계적인 방법이 타깃 L에 대하여 전체 X-선 빔을 집중시키기 위하여 연속 검사 사이의 스캔 파라메타를 변경하도록 제안되었으며 이것이 특허문헌 Gordzins '339에 기술되어 있다. 그러나 기계적인 수단은 검사과정중에 빔 파라메타를 자체적으로 변경시킬 수 없다. 현재로서는 검사과정중에 빔을 변경시킬 수 있는 수단이 없는 한, 이를 수행하기 위한 본문에 기술되고 청구된 것이 본 발명을 구성하는 것이다.
제동복사 타깃(Bremsstrahlung target)에 충돌할 때 e-빔의 형상을 전자적으로 변경시켜 x-선 빔의 형상을 변경시키기 위한 수단이 오래전부터 알려져 있으며 미국특허 제5,822,395호(Scgardt et al, 1997)에 기술되어 있는바, 이러한 특허문헌에서는 전자빔의 단면이 중심이탈각도, 선택가능한 타깃각도 및 빔 파워 레벨에 대한 겉보기 초점왜곡을 최소화하도록 형성된다. 다양한 전자기 스캐닝 시스템이 새로운 X-선 빔의 전파방향이 전자기적으로 변화될 수 있는 것으로 교시되어 있다. 하나의 예가 미국특허 제6,282,260호 (Grodzins)이다.
X-선 빔의 발생과정에서 전자빔의 전자기적인 스티어링(steering)이 이후 상세히 설명되는 바와 같이 본 발명의 한 관점을 포함한다. 종래기술은 후술되는 바와 같이 본 발명의 일 측면을 포함한다. 종래 기술은 이후 상세히 설명되는 본 발명의 목적을 달성하지 못하는 한 관점인 멀티-애노드 X-선 튜브의 멀티- 애노드 사이에서 전자빔의 불연속적인 변환을 설명하였다.
X-선 영상분야에 대한 모든 공지된 참조에서, 단일스캔의 과정 동안 타깃의 다중 X-선 이미지를 얻는 것은 미국공개특허출원 제2011/0206179호(Bendahan)에 제안된 바와 같이 전자빔을 일련의 방사선-생성 타깃에 분열시키거나, 또는 미국공개출원 제2013/0136230호(Arodzero)에서 교시된 바와 같이 다시 전자빔이 다수의 개별적인 타깃으로 이동하도록 하는 고속빔 키커(fast beam kicker)를 사용하는 다수의 X-선 소스 중 어느 하나를 필요로 한다.
그러나, 본 발명 이전에, 단일의 제동복사 타깃을 갖는 단일의 소스를 이용하여 피검사대상물에 대한 검사시스템의 단일통과 과정중에 단일 타깃과의 X-선 상효작용의 단일 이미지 이상을 얻는 방법을 창안한 것은 없다.
본 발명은 침투방사선을 사용하는 피검사물을 검사하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 침투방사선의 특성이 단일스캔의 과정동안 변화되는 검사가 이루어지는 검사시스템과 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 실시예에서, 전자빔을 방출하는 캐소드, 애노드에 대하여 전저빔의 방향을 변화시키기 위한 제어기와, X-선이 투과하지 못하고 하나의 정점에 배치된 제1 통공에 의하여 특징지어지고 가변길이에 의하여 특징지어지는 스나우트(snout)를 갖는 X-선 소스가 제공된다. 아울러, X-선 소스는 빔제어기에 신호를 보내어 애노드에서 전자빔을 소정의 경로로 스캔하도록 하여 시간의 함수로 달라지는 방향으로 X-선 빔이 통공으로부터 방출될 수 있도록 하는 스위프 제어기를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 통공은 그 용어가 이후에 설명되는 바와 같은 롬멜통공(Rommel aperture)이고, 이 롬멜통공은 가변형 롬멜통공일 수 있다. 이러한 통공은 애노드에 대하여 재배치할 수 있게 되어 있다. 또한 빔 제어기는 스티어링 코일(steering coil)을 가질 수 있다. 더욱이, X-소스는 부가적으로 스나우트 길이 제어기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, X-선 소스는 X-선 빔의 방출을 위한 제2 통공을 가짐으로써, X-선이 애노드에서 전자빔의 배치에 기초하여 제1 통공 또는 제2 통공으로부터 방출될 수 있게 된다. 필터가 애노드와 제2 통공 사이에 배치된 채널내에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라서, 검사대상물을 가로질러 X-선 빔을 스위핑하기 위한 방법이 제공되는바, 이 방법은
전자빔이 충돌하는 애조드에 대하여 전자빔의 방향을 변화시키는 단계,
길이에 의하여 특징지어지는 스나우트의 정점에 배치된 통공을 통하여 애노드에서 발생된 X-선들을 결합하여 시간의 함수로서 스캔된 방향에 의하여 특징지어지는 X-선 빔을 발생하는 단계와,
검사대상물의 크기에 기초하여 스나우트 길이를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 스나우트의 두 통공을 통하여 방출되는 X-선을 차등적으로 필터링하는 부가적인 단계와, 검사대상물의 제1 부분을 스캐닝하고 검사대상물의 제2 부분을 연속하여 스캐닝하는 부가적인 단계를 포함한다. 후자의 경우에 있어서, 검사대상물의 제2 부분은 적어도 부분적으로 제1 부분에 겹칠 수 있다.
검사대상물의 제2 부분을 스캐닝하는 단계는 제1 부분이 스캐닝된 제1 샘플링 속도(sampling rate)와는 다른 샘플링 속도로 스캐닝하는 단계를 포함하고, 제2 스캐닝 속도는 적어도 부분적으로 스캔과정중에 유도된 측정값에 기초한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 본 발명은 전자빔을 방출하는 캐소드와 제1 애노드와 제2 애노드에 대하여 전자빔의 방향을 변화시키기 위한 제어기를 갖는 X-선 소스를 제공한다. X-선 소스는 X-선이 투과하지 못하고 정점에 배치된 제1 통공에 의하여 특징지어지는 제1 스나우트와, X-선이 투과하지 못하고 정점에 배치된 제2 통공에 의하여 특징지어지는 제2 스나우트를 갖는다. 스위프 제어기가 빔 제어기에 신호를 인가하기 위하여 제공되어 제1 및 제1 애노드의 소정경로에서 전자빔을 스캔함으로써 제1 X-선 빔이 제1 통공으로부터 시간의 제1 함수로서 변화하는 방향으로 방출되도록 하고 제2 X-선 빔이 제2 통공으로부터 시간의 제2 함수로서 변화하는 방향으로 방출되도록 한다.
이와 같은 경우에 있어서도, 제1 통공은 롬멜통공, 특히 가변형의 롬멜통공일 수 있다. 마찬가지로 제2 통공도 가변형 또는 가변형이 아닌 롤멜통공일 수 있다. 제1 통공과 제2 통공은 별개의 통공개방부를 가질 수 있다. 또한 X-선 소스는 제1 스나우트의 길이를 제어하기 위한 스나우트 길이 제어기를 갖는다.
본 발명의 다른 관점에 따라서, 다수의 차량을 동시에 검사하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 다수의 차량에서 각각 하나의 차량을 수용하는 다수의 개방부를 포함하는 포털(portal)을 갖는다. 이 시스템은 다수의 개방부에서 제1 개방부를 향하는 제1 X-선 빔과 다수의 개방부에서 제2 개방부를 향하는 제2 X-선 빔을 발생하기 위하여 다수의 개방부에서 두 개방부 사이에 수직으로 배치된 적어도 하나의 전자기 스캐너를 갖는다. 그리고, 이 시스템은 다수의 차량에서 제1 차량에 의하여 제1 X-선 빔으로부터 산란된 X-선을 검출하여 제1 산란신호를 발생하기 위한 제1 검출기와, 다수의 차량에서 제2 차량에 의하여 제2 X-선 빔으로부터 산란된 X-선을 검출하여 제2 산란신호를 발생하기 위한 제2 검출기를 갖는다. 끝으로, 이 시스템은 제1 및 제2 산란신호의 이미지를 보이기 위한 디스플레이를 갖는다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 차량과 화물을 동시에 검사하기 위한 이동식 시스템이 제공된다. 이러한 이동식 시스템은 운송수단내에 배치되어 이러한 운송수단 외부의 스캔경로내에서 제1 X-선 빔을 스위핑하고 운송수단내 평면의 제2 스캔경로에서 제2 X-선 빔을 스위핑하기 위한 양방향 스캐닝 시스템을 갖는다. 또한, 이동식 시스템은 제2 스캔경로의 평면을 통하여 화물을 이동시키기 위한 컨베이어, 제1 X-선 빔으로부터 차량에 의하여 산란되는 X-선을 검출하기 위한 제1 검출기와, 화물과 상호작용하는 X-선을 검출하기 위한 제1 검출기를 갖는다.
이와 같은 본 발명은 침투방사선을 사용하는 피검사물을 검사하는 시스템 및 방법을 제공하는 것으로, 특히 침투방사선의 특성이 단일스캔의 과정동안 변화되는 검사가 이루어지는 검사시스템과 방법을 제공한다.
도 1은 검사차량내에 X-선 소스와 한 셋트의 검출기가 수용되어 있는 종래기술의 후방산란시스템을 보인 설명도.
도 2는 종래기술의 스캐닝 X-선 빔 형성기를 보인 설명도.
도 3은 종래기술의 X-선 스캐닝 시스템에 의한 검사하에 놓인 차량에 대한 빔-스캐닝 시스템이 최적한 매칭에 놓여 있지 않은 것을 보인 설명도.
도 4a-4c는 검사차량과 스캔되는 타깃 사이의 3개 연속상대속도에서 종래기술의 스캐닝 X-선 빔 형성기를 이용한 연속 빔 스위프의 빔자취도를 보인 설명도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 X-선 빔의 전자기 스캐닝의 원리를 설명하는 설명도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 전자기적으로 스캔되는 X-선 빔으로 차량을 스캔하는 것을 보인 설명도.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 인터리브형(interleaved) 1차 및 2차 스캔이 이루어지는 전자기적으로 스캔되는 X-선 빔으로 차량을 스캔하는 것을 보인 설명도.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 가변길이의 스나우트를 갖는 전자기 스캐너의 단면도.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이중에너지 전자기 스캐너의 단면도.
도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 상이한 길이의 채널을 갖는 전자기 스캐너의 단면도,
도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 크기의 통공을 갖는 전자기 스캐너의 단면도.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라서 특유의 X-선 지향각도로부터 얻는 다중이미지를 생성하기 위하여 스나우트의 사용을 설명하는 설명도.
도 8b는 다중 이미지화 스나우트의 단면을 보인 상세도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라서 다중방향으로 방출되는 X-선 빔을 발생하기 위한 전자기 스캐넝의 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라서 다중차로 X-선 검사 포털 시스템을 보인 설명도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 X-선 검사차량을 보인 설명도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 이동조합형 화물-차량 스캐너의 평단면도와 수직단면도.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시형태에 따라서상대높이가 상이한 한쌍의 타깃차량의 동시 스캐닝을 위한 스캔각도의 다른 구성을 보인 설명도.
도 14a-14c는 본 발명의 실시예의 부류에 따라 스캐닝되는 애노드와 이에 상응하는 X-선 스캔각도에 대한 롬멜통공의 상대적인 배치상태의 표본을 보인 설명도.
용어의 정의: 본문과 청구범위에 사용된 바와 같이, 다음의 용어들은 문맥상 달리 요구되지 않는 한 지시된 의미를 가질 것이다. "차량"이라는 용어는 자체추진형이거나 그렇지 않는 것으로, 사람과 장비 등을 운반하기 위한 운송수단을 의미한다. 차량이 X-선 검사의 대상물인 경우, 달리 제한없이 "승용차"라고도 하였다.
"빔각도"라는 용어는 전개된 빔의 중심에 대하여 측정된 스캐닝장치로부터 빔의 순간사출각도를 의미한다(빔각도는 빔이 스캔될 때마다 달라진다).
"스캔각도"는 소스에 의하여 방출되고 애노드를 향하는 전자빔의 중심축선과 같이 X-선 스캐너로부터 기준방향으로 방출되는 X-선 벤슬빔 사이에서 측정된 외부각도를 정의한다.
본 발명을 설명하거나 청구하기 위하여, "스위프 각도"라는 용어는 "스캔 각도"라는 용어와 동일 또는 유사한 용어로 정의된다.
스위프된 빔의 "지향각도"라는 용어는 스위프의 중심 방향으로 정의된다.
"지향방향"이라는 용어는 X-선 스캐너로부터 방출되는 X-선 펜슬빔의 전파방향으로 정의되며, 이러한 방향은 임의의 기준대상물 또는 축선에 대한 것으로 공간에서 정의된다.
"스나우트"라는 용어는문제의 방사선이 투과하지 못하는 것으로 방사선이 방출되도록 하는 하나 이상의 개방부를 갖는 인클로우저(enclosure)를 의미하는 것이라 정의된다.
"스나우트 길이"라는 용어는 X-선이 발생되는 애노드와 외부의 타깃대상물을 스캔하기 위하여 X-선이 방출하는 스나우트 사이의 거리로 정의된다.
본문과 청구범위에서 사용된 "롬멜 콜리메이터(Rommel collimater)"라는 용어는 특허문헌 US 2014/0010351(Rommel, 미국특허 제9,117,564호로 특허됨)에 기술된 바와 같이 빔각도와는 무관한 요구된 크기와 플럭스(flux)의 스케닝 X-선 빔을 형성하도록 하는 X-선 통공 또는 기능적으로 변형의 것을 의미한다. "롬멜통공"은 "롬멜 콜리메이터"와 동의어라 할 수 있다.
"가변형 롬멜통공"은 파라메타가 작동과정중에 사용자에 의하여 수정될 수 있는 롬멜통공이다.
"트루 줌(true zoom)"이라는 용어는 픽셀에서 측정되는 것과 같이 일정한 이미지크기를 유지하면서 스캐닝 시스템의 시야를 변화시킬 수 있는 능력을 의미한다.
"스캔높이"라는 용어는 스캐너에 대하여 피검사물의 위치에서 측정되는 스캔된 빔의 제한된 수직범위를 의미한다.
"실시간"이라는 용어는 X-선 검사장치에 대하여 검사타깃의 통과시에 이러한 검사타깃의 검사과정중임을 의미한다.
본 발명에 따른 실시예가 도 5a 및 도 5b에 도시된 전자기 스캐너(EMS)(50)를참조하여 설명된다. EMS(50)는 예를 들어 이것이 도 1을 참조하여 설명된 X-선 검사분야에 사용되는 경우, 도 2의 빔 형성기(20) 또는 다른 빔 형성기로 대체될 수 있다. X-선 튜브(203)(도 2에 도시됨)과 같은 소스로부터 전자빔(501)의 전자는 선택적으로 수냉형인 애노드(508)를 스위프하도록 빔 제어기(505)에 의하여 초점이 맞추어지고 방향이 조정된다. 빔 제어기(505)는 전자빔(501)을 제한하고 조정하기 위한 전기장 및/또는 자기장을 인가하며, 특히 빔 제어기(505)는 빔 스티어링 코일(519)을 포함한다. 전형적으로 전자소스는 전자빔(501)의 전자가 방출되는 캐소드(207)를 포함한다. 애노드(508)에 전자빔(501)이 충돌함으로써 X-선(511)이 발생되며, 이는 도 5b에서 보인 투과구조에서 애노드(508)를 통과하여 진공공간(513)으로 나가고 정점(519)에 단일출구 통공(517)(본문에서는 통공 517 이라 함)를 갖는 스나우트(515)에 이른다. 통공(517)은 상기 언급된 바와 같이 롬멜통공이고, 성명을 간명하기 하기 위하여 통공(517)을 일반성의 손실없이 "롬멜통공"이라 할 것이다. 방출되는 X-선 빔은 전자빔(501)이 애도드(508)를 가로질러 스위프될 때에 일전한 각도로 스위프될 것이다. 스위프 제어기(518)는 시간의 함수로서 소정경로에서 애노드(508)를 가로질러 전자빔(501)을 스위프하도록 하는 신호를 인가한다.
도 5b는 X-선 빔이 진공배리어(vacuum barrier)로서 작용하는 애노드(507)을 통과하는 EMS의 "투과"구조를 보이고 있다. 애노드(507)를 지나 스나우트(515)에는 공기(521) 또는 다른 물질이 채워질 수 있다.
다음의 설명은 용어와 응용의 설명을 위하여 도 5b의 투과구조를 참조한다. 그러나, 다른 실시예는 반사애노드(508)가 전자빔(501)에 대하여 전형적으로 20°의 각도로 배치된 도 5a에서 보인 바와 같은 "반사"구조를 이용한다. 특히 공간이 좁을 때에 종종 도 5a에서 보인 반사구조가 선호된다. 도 5a의 반사구조에서, 반사애노드(508)의 전면으로부터 방출되는 X-선(511)은 진공공간(513)으로부터 전자빔(501)에 대하여 전형적으로 20°의 각도로 단부에 통공을 갖는 스나우트(515)측으로 향한다. 스캔되는 X-선 빔(520)이 투과구조의 경우 롬멜통공인 통공(517)을 통하여 방출된다.
전자빔(501)이 반사애노드(508)에 하향(상향) 스캔될 때, 통공을 나온 X-선 빔(520)은 검사되는 타깃을 상향(하향) 스캔한다(도 1에서 보임). 본 발명에 의하여 가능하게 되는 새로운 능력은 길이가 50 cm 이고 폭이 2 cm 로 EM 스캐닝을 위한 것으로는 비교적 애노드 면적이 작으나 도 2의 종래기술의 X-선 튜브의 애노드의 활성영역의 1000 배에 달하는 반사애노드(508)에 의하여 전형적인 예가 될 수 있다. 전자빔(501)은 전체면적이 50 cm x 2 cm 인 반사애노드(508)에 충돌하여 최대각도범위, 이 경우에 있어서 90°x 3.4°의 X-선 빔을 생성한다.
예를 들기 위하여, 다음의 실제 파라메타가 제공된다: 0.5 mm의 초점, 1 mm x 1mm 개방부로 셋팅된 가변형 롬멜통공으로 끝나는 25 cm 의 스나우트 길이. 통공으로부터의 X-선 빔은 5 피트에서 5-mm 픽셀을 생성한다. 고정수평거리에서 픽셀크기는 애노드가 이미지화되는 대상물 평면에 대하여 평행하는 한 X-선 빔이 방출되는 높이의 범위 이상인 수직높이와는 무관하다는 점에 유의하여야 한다. 도 4에서 보인 일정한 폭의 픽셀 스트라이프(pixel stripes)는 EMS를 위한 정확한 표현이고, 수직높이를 갖는 픽셀크기의 균일성은 전자기 스캐닝으로 유리하게 달성되는 반면에, 다른 X-선 빔 제어수단으로 이러한 균일성을 달성하는 것은 번거로울 것이다.
본 발명의 실시예에 따라서, 애노드(507)를 따라 스위핑하는 전자빔(501)의 전자는 연속적일 필요는 없지만, 한 픽셀에서 다음 픽셀로의 전이 중에 감소되거나 심지어 제로 전자전류가 되게 마이크로 초 단계로 제어될 수 있다. 설명을 간단히 하기 위하여, 애노드0(507)를 따라 250 m/s의 일정한 전자 스위핑 속도가 가정될 수 있고, 플라이-백 속도는 적어도 1 배 더 빠르다. 이후의 설명에서 플라이-백 시간은 무시되고, 실제로 이들은 픽셀 크기가 조금씩 증가하는 것으로 설명될 수 있다.
본문에서 파라미터는 제한없이 설명의 목적으로만 설명된다는 것이 강조될 수 있다. 실제로 조정가능한 범위를 포함하는 EMS 파라메타의 세부사항은 시스템 설계에 따라 달라질 수 있다. 요점은 전자기(EM) 필드에 의해 제어되는 파라메타의 위상공간내에서의 변경이 마이크로 초 단위로 이루어질 수 있다는 것이다. 또한, 본 발명에 따라 기술된 모든 혁신은 도 5b에서 보인 투과모드 또는 도 5a에서 보인 반사모드 중 어느 하나에 적용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
250 m/s(900 kph)의 전자빔(501)의 가정된 스캐닝속도는 2 m/s로 50 cm 애노드를 스캔하는바, 이는 매우 빠른 기계적인 초퍼 휠의 스캐닝 속도와 유사하다. 그러나, EMS(50)는 10,000 kph 이상의 속도로 전자 빔을 주사할 수 있으므로, 전자 빔(501)은 단일 스위프 시간의 일부에서 애노드(507)의 영역내의 임의의 위치에 놓일 수 있다. 또한, 전자빔(501)의 강도도 마이크로 초 단위로 제어될 수 있어 전자 빔의 플라이-백 시간은 빔의 제거(beam off)로 수행 될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라서 전자기 스캐너(50)에 의하여 검사가 수행되는 차량(108)을 보인 것이다. 전자빔(501)은 애노드(507)를 가로질러 스캔되어 X-선(525)을 발생하는바, 이는 스나우트(515)의 통공(517)을 통하여 스캔한계(601, 602) 사이의 방향으로 향하고, 특히 차량(108)의 각도범위로 제한될 수 있다. 이와 같이, 도 6에서 보인 스캐닝작동에서, 스캐닝은 수평축선(610)과 하부스캔한계(601) 사이로 최적하게 제한된다.
중심기준축선(603)에 대한 X-선 펜슬빔(525)의 제한각도가 스캔각도(605)이다. 스캔각도(605)는 애노드/스나우트 구조에 의하여 결정된다. 연속검사과정중에 초 단위에서 수행되는 스나우트(515)의 길이(607)의 변경과 함께 통공(517)의 크기의 변경은 EMS(50)가 차량의 높이, 속도 및 거리의 넓은 범위에서 최적한 줌과 픽셀 크기를 가질 수 있도록 한다.
스나우트(515)의 길이(607)는 애노드(507)와 롬멜통공(517) 사이의 거리로 정의된다. 타깃차량(108)이 스캐닝 X-선 빔(525)을 통하여 지나기 전에 초 단위로 스나우트(515)의 길이(607)를 변경함으로서 전체 빔 플럭스(beam flux)가 다양한 높이와 거리의 타깃에 대하여 집중할 수 있도록 한다.
조절가능한 스나우트(715)의 길이(607)를 변경할 수 있도록 하는 본 발명의 실시예가 도 7a에서 설명된다. 반사애노드(508)에 대한 롬멜통공(517)의 위치이동은 액츄에이터(703)에 의하여 방향(701)을 따라 변화되며, 이러한 액츄에이터는 본 발명의 범위내에서 모터구동형의 기계적인 리니어 액츄에이터, 또는 다른 종류의 액츄에이터일 수 있다. 진공배리어(707)가 진공공간(513)을 밀폐한다. 프로세서(704)가 액츄에이터(703)를 구동시킨다. 본 발명에서는 프로세서(704)와 액츄에이터(703)의 조합을 스나우트 길이 제어기라고도 한다.
길이가변형 스나우트(715)의 작동은 다음의 예로부터 이해될 수 있을 것이다. EMS로부터 5 피트 거리에 있는 15 피트 높이의 트랙터-트레일러가 스캔각도가 117°인 15 cm 길이의 스나우트로 가장 효율적으로 스캔된다. 그러나, 만약 트랙터-트레일러가 EMS로부터 10 피트 거리에 있는 경우, 스캔높이(앞에서 정의됨)는 32 피트가 되고 빔의 50%가 소모될 것이다. 도 7a의 EMS 스나우트는 작업자(또는 사전프로그램된 컴퓨터)가 스나우트 길이를 35 cm 로 늘이고 롬멜통공(517)을 상향개방하거나 또는 애노드의 짧은 길이에서 스캐닝하는 것을 포함하여 보다 효율적으로 빔을 이용하기 위하여 다양한 선택을 할 수 있도록 한다.
스캔을 특정범위로 제한하는 것은 본 발명의 EMS의 트루-줌 능력의 한 예이다. 도 6a에서, 먼저, 차량(108)이 5 kph의 속도로 EMS로부터 5 피트의 거리를 두고 이동하는 것으로 가정한다. 이러한 설명을 위하여, 25 cm 스나우트의 단부에서 롬멜통공(517)은 차량(108)에 3 mm 폭의 픽셀(620)을 생성하기 위하여 0.6 mm 폭으로 조절된다.
2 msec 마다 차량(108)은 2.8 mm를 이동한다. 3 mm 폭의 X-선 스위프(625)가 중복되어 차량(108)이 완전히 스캔된다. 그러나, 스캔높이(즉, 애노드 507의 전체 높이가 스캔되었을 때 스캔의 수직범위)가 차량의 높이의 두배가 되므로, 도 3을 참조하여 상기 언급된 바와 같이, 종래기술의 기계적인 스캐너(20)의 경우와 같이 스캔공중으로 50%의 빔이 소모된다. 속도 및 거리센서를 이용하여 스캔전에 결정될 수 있는 미스매치(mismatch)는 다른 방식으로 타깃차량(108)의 초기 몇번의 스캔의 결과로부터 수 밀리초내에 결정될 수 있다. 이로써, EMS(50)는 전자스위프를 애노드(507)의 상반부로 한정한다. 이제 차량의 스위프는 단 1 밀리미터 초(2 ms가 아님) 밖에 걸리지 않고, 이러한 시간동안에 차량은 이러한 차량에서 X-선 빔(525)의 3-mm 폭의 반 이하인 1.4 mm 만을 이동하였다. X-선 빔(525)의 연속스위프는 두배 이상 중복되어 차량의 플럭스를 두배 이상 증가시키고 각 픽셀에서 신호대 잡음이 약 40% 증가한다.
트루줌 및 2배 스캔의 조건은 상대속도 12 kph 이상에서 적어도 4~15 피트 떨어진 거리의 적어도 15 피트에 달하는 차량높이의 범위에 걸쳐 용이하게 생성될 수 있다.
특히, 연속스위프로 만들어진 이미지는 독립적이라는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 매번 교차하는 스위프는 독립적으로 이루어져 홀수번째 스위프로부터 생성된 이미지는 짝수번째 스위프에 의하여 생성된 이미지로부터 독립적이다.각 일련의 인터리브식 스위프는 자체의 각전파(angular spread)(즉, 줌), 지향각도 및 픽셀해상도를 갖는다.
도 7b-도 7d에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 채널 A 및 B를 갖는 스나우트(720)가 마이크로 초 단위로, 즉, 검사중 실시간으로 변화하는 이들 파라메타가 적어도 두개의 독립된 이미지를 생성할 수 있도록 한다. 다음의 예는 길이가 50 cm 이고 폭이 2 cm 인 반사애노드(508)를 갖는 예시적인 EMS(50)를 이용한다. 각 실시예에서, 타깃차량(108)의 속도, 높이 및 거리는 타깃차량이 스캐닝 X-선 빔(520)을 통과하기 전에 전형적으로 수 초내에, 예를 들어, 레이더, 소나 및 광학카메라와 같은 센서에 의하여 사전에 결정되는 것으로 가정된다. 이러한 수 초 동안에 스나우트 길이(607)(도 6a)와 롬멜통공(517)의 크기와 같은 기계적으로 제어가능한 빔 파라메타가 조절되어 타깃차량(108)에서 픽셀폭(620)은 단일 빔 스위프중에 차량이 이동된 거리의 적어도 두배가 된다.
스나우트(720)가 다중 채널 A 및 B를 갖는 한, 연속 스위프는 1차 스위프시간 ΔT(P) 및 2차 2차 스위프시간 ΔT(S)에 의하여 특징지어진다. 1치 스위프과정중에 타깃(108)에 의하여 산란된 X-선의 검출(후방산란 검출기 104와 표준 X-선 검출기술을 이용하여)은 1차 이미지를 형성하도록 처리된 신호(표준 후방산란 신호처리기술을 이용하여)를 발생한다. 마찬가지로, 2차 스위프는 1차 스위프의 시간간격 ΔT(P)에 맞추어질 수 있는 많은 2차 이미지 ΔT(Si)를 형성한다. 1차 및 2차 스캔이 인터리브되고 2차 스캔은 1차 스캔 사이에 선형으로 발생된다.
실시예 1. 특정영역에 대한 2차 뷰
검사자는 모든 트럭의 특정부분에 대한 강화된 이미지를 원할 수 있다. 도 6b는 EMS(50)의 스나우트(515)로부터 7 피트의 거리를 두고 12 kph의 속도로 이동하는 14 피트 높이의 트랙터-트레일러를 스캔하는 EMS를 보이고 있다. 트랙터의 스캔중에, 빔 높이와 강도는 크기와 최대조사량에 맞도록 용이하게 조절될 수 있다. 트레일러의 스캔중에, 단일주행으로 두개의 독립된 뷰, 즉, 전체 트레일러의 1차 이미지와 트레일러 내부의 하반부에서 화물의 개선된 2차 이미지를 생성한다. 이 실시예에서, 세미 트레일러는 14 피트 높이의 2 밀리 초 풀 스위프중에 3.3 mm 를 이동한다. 1 mm 직경으로 정하여진 롬멜통공(517)(도 5a에서 보임)은 폭이 7 mm 인 픽셀 스트립을 생성한다. 1차 스캔경로(630)를 따른 1차 스위프라 불리는 홀수 스위프가 접속한다. 1차 스위프 만으로 완전히 스캔된 트레일러의 이미지를 생성한다. 교차하는 스위프는 1차 스위프와 2차 스위프로 나누어지고 후자가 2차 스캔경로(632)에서 발생한다.
각 1차 스위프는 2 msec 동안에 이루어지고 14 피트 높이의 트럭 전체를 스캔한다. 각 1차 스위프 다음의 2 msec는 2차 스위프를 위하여 사용된다. 도 6b에서, 2차 스위프는 트레일러 바닥 상부 4.5 피트에 집중하고, 화물에 대하여 최상의 집중이 이루어진다. 각 4.5 피트의 스캔은 단지 0.64 msec만 소요되므로, 각 1차 스위프에 이어 3개의 2차 스위프가 이루어진다. 1차 및 2차 스캔에 의하여 형성된 이미지는 개별적으로 보거나 정확한 위치에 겹쳐 보일 수 있다. 이제 작업자는 밀수품이 있을 수 있는 장소에서 신호 대 잡음이 크게 개선 된 이미지를 볼 수 있다.
실시예 2. 해상도 개선을 위한 이중채널 스나우트의 이용
각 도 7b-도 7d의 스나우트(720)는 두 채널 A 와 B 각각에 독립된 롬멜 콜리메이트(517)를 가지며, 전바빔(501)의 교차 스캔에 의하여 두개의 독립된 뷰를 얻도록 사용될 수 있어 경우에 따라서 홀수 X-선 빔(741)은 채널 A를 지나고 짝수 X-선 빔(742)은 채널 B를 지나 상이한 픽셀 에너지, 해상도 또는 픽셀강도를 생성할 수 있다. 이러한 스나우트를 "이중-채널 스나우트" 또는 "2-채널 스나우트"라 할 수 있다. 단일 채널 이상의 채널을 갖는 스나우트는 "다중-채널 스나우트"라 할 수 있다.
실시예 3. 외부 플라스틱으로부터 오경보의 제거
폭발물 또는 약물을 탐색할 때 차량의 후방산란(BX) 검사는 차량의 외부의 일부를 구성할 수 있는 플라스틱 및 탄소섬유와 같은 경량물질로부터 차량의 강철 동체내에 잠재적으로 밀폐된 밀수품을 구별하는데 심각한 어려움을 겪는다. 본 발명의 한 실시예에 따른 EMS(50)는 도 7b의 채널 A를 통하여 ΔT(P) 빔을 보내고 필터(750)를 갖는 도 7b의 채널 B를 통하여 교차빔 ΔT(S)을 보내어 유리하게 오경보를 제거할 수 있다. 필터(750)는 예를 들어 약 70 keV 이하의 X-선을 강하게 흡수한다. 이와 같이, 차량(108)은 두배로 스캔되고, 각 스캔이 완료되고 스펙트럼 해상도를 제공한다. 채널 A를 통한 X-선으로 구성된 이미지의 픽셀강도를 채널 B를 통한 X-선으로 구성된 이미지의 대응하는 강도에 비교함으로써, 강철동체의 뒤에 경량물질이 존재하는지 또는 존재하지 않는지 이상적으로 확인할 수 있다.
관련된 현상학의 물리적 설명은 다음과 같다. 차량의 강철차체 뒤에 플라스틱 또는 다른 저-Z 물체를 발견하기 위해서는 먼저 강철을 관통할 만큼 충분한 X-선 에너지, 플라스틱 타깃의 콤프턴 후방산란과, 최종적으로 강철을 통과하여 검출기(104)(도 1에 도시 됨)에 도달하는 것이 필요하다.
EMS(50)로부터의 X-선 스펙트럼의 60 keV 성분을 고려하면, 스펙트럼 성분의 강도는 1.5 mm의 강철을 통과함으로써 내부에 진입할 때 거의 4배 만큼 감소된다. 빔은 플라스틱에 의하여 콤프턴 후방산란되어 60 keV에서 49 keV까지 감소된다. 49 keV의 X-선은 차량의 표피를 재순환할 때 추가로 10배가 흡수된다. 차량의 1.5 mm 강철벽에서의 흡수로 인한 순손실은 40 배이다. 손실은 60 keV의 X-선의 경우 90 keV 입사 X-선의 강도손실의 10 배이다. 따라서, 비차폐형 플라스틱으로부터 강한 신호를 제공하는 저에너지 X-선은 적당한 두께의 강철에 의해 차폐된 플라스틱을 탐지하는데 실용적이지 않다.
빔으로부터 보다 낮은 에너지 플럭스를 제거하는 것은 플라스틱이 강철 뒤에 존재하는 경우 두 이미지에 작은 차이가 있도록 하지만, 플라스틱이 차폐되어 있지 않으면 큰 차이를 보이도록 한다. 1.5 mm 강철의 후면과 전면에서 고밀도 폴리에틸렌의 2" 두께의 타깃에 220 keV의 X-선 빔을 이용한 일부 테스트값이 요점이다. 표 1은 빔내에 1.5mm Cu 필터를 삽입한 결과를 보이고 있다.
전면의 HDPE 후면의 HDPE
필터 없음 13.9 4.4
1.5 mm Cu 5.08 2.4
R (필터 없음 : 필터) 2.7 1.8
비율 값 2.7과 1.8 사이의 50 % 차이는 컴퓨터가 경량물체의 위치가 차량의 강철 표피의 전면 또는 후면에 있는지 여부를 모호하지 않게 알려 주도록 자동적으로 구별될 수 있다. 전체 스캔각도에 걸쳐 연장된 도 7b의 필터(750)의 두께는 중심 X-선에 대하여 방출되는 X-선이 각도의 코사인에 반비례하여 변화하는 것이 바람직하다.
실시예 4. 스위프 - 바이 - 스위프에 기초하는 기준의 만족
EMS(50)의 파라메터는 특정기준을 만족시키는 모든 영역을 오버샘플링(oversample)하도록 사전프로그램될 수 있다. 이는 단일검사 중에 2차 스캔의 다중변화가 이루어질 수 있도록 한다. 예를 들어, 스캔기준은 1차 스캔에서 저-Z 타깃의 존재를 나타내는 후방산란 강도를 생성하는 모든 영역을 오버샘플링하거나 1차 스캔의 급격한 강도하강이 금속용기의 존재가능성이 있음을 나타낼 때 오버샘플링하는 것일 수 있다. 기준은 단일 1차 스위프의 강도패턴 또는 연속스위프로부터의 강도패턴일 수 있다. 상기 기준은 단지 예로서 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
실시예 5. P와 S 스캔 사이의 픽셀 해상도의 변경
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 타깃(108)의 픽셀크기(620)(도 6a에서 보임)는 애노드(507)로부터 통공(517) 까지의 거리(607)를 변경시키거나 통공크기를 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 기계적인 빔형성기는 초 단위에서는 이를 수행할 수 있으나 검사중에 변경이 이루어질 수 있도록 하는데 요구된 마이크로 초 단위에서는 이루어질 수 없다. EMS(50)는 검사중에, 예를 들어, 도 7d에 도시된 바와 같이, 하나의 폭으로 설정된 제1 롬멜 콜리메이터(718)와 상이한 폭으로 설정된 제2 롬멜 콜리메이터(719)를 갖는 2-채널 스나우트를 사용함으로써 수행할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 애노드(708)와 각 롬멜 콜리메이터(718, 719) 사이의 거리는 도 7c에 도시된 바와 같이 채널 사이에 다를 수 있다.
실시예 6. 다중 BX 뷰잉각도
상이한 각도로부터 얻은 후방산란 뷰(backscatter view)로부터 깊이를 측정하는 기본적인 개념은 본 발명에서 참조하고 있는 미국특허 제6,081,580호 (Grodzins 외)에 기술되어있다. 1차 뷰는 상대운동의 방향(116)(도 1에서 보임)에 수직인 중심빔이고, 두개의 2차 뷰는 2 cm 폭의 애노드의 양측 변부를 따라 전자빔을 스캔함으로써 얻을 수 있는 것으로 가정된다. 25 cm의 스나우트에서 수직에 대한 +/- 1.7°의 각도차이는 대부분의 경우 충분치 않지만 더 넓은 애노드가 실제로 적당하다. 본 발명의 범위내에서, 넓은 애노드와 적당한 스나우트를 이용하여 적당히 느린 속도의 스캔으로 이루어지는 검사는 이미지에서 대상물의 깊이를 알려주는 타깃의 각도이미지의 시컨스를 발생한다. 도 8a 및 도 8b에서 보인 바와 같이, 다수의 이미지를 생성하기 위하여 단일 스나우트(805)에 다수의 통공이 사용될 수 있으며, 각각의 이미지는 상이한 X-선 지향각도로부터 얻어 타깃차량(108)에서 대상물의 깊이에 관한 정보를 제공한다. 또한, 통합시스템(800)은 바람직하게는 후방산란 검출기(104)로부터 유도된 후방산란 데이터를 부분으로 나누어지지 않고 투과된 빔의 강도를 측정하는 투과검출기에서 얻은 투과(TX)데이터에 조합한다. 투과된 X-선의 각 이미지는 적당한 후방산란 이미지와 타임싱크(time sync)된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 도 9를 참조하여 양방향 스캐닝 시스템(900)이 설명될 것이다. 단일스캔과정중에 전자빔(501)은 다수의 애노드(508)에 교대로 충돌하도록 조정된다. 애노드(508)에서 방출된 X-선(901)은 진공배리어(707)를 지나 진공영역(907)을 통과하고 스나우트(910, 912)의 각 단부의 롬멜통공(517)을 통과한 후에 각각 우측으로 향하는 우지향 빔 및 좌측으로 향하는 좌지향 빔(903, 905)을 형성한다. 이와 같은 우지향 및 좌지향 빔(903, 905)은 각각 독립적으로 스캔될 수 있다. 스나우트(910, 912)는 도 7a를 참조하여 언급된 바와 같이 길이를 조절할 수 있다. 스나우트(910, 912)의 길이조절은 우지향 및 좌지향 빔(903, 905)의 하나 또는 모두에 대하여 "트루 줌"(앞서 정의된바 있음)을 제공한다.
도 9를 참조하여 설명된 것과 같은 두 스캐닝 빔(903, 905)의 형성은 다수의 응용을 가능하게 한다. 도 10을 참조하여 설명되는 실시예에서, 포털(1000)이 다수의 노상(1002, 1004)에서 이러한 포털(1000)을 통과하는 다수의 차량(108)을 병행검사하기 위하여 사용된다. X-선 빔은 다수의 스캐닝 패턴(114)으로 차량(106)의 상부로부터 그리고 양측부로부터 차량에 입사된다. 좌지향 및 우지향 빔을 갖는 검사포털의 구현이 두개의 X-선 소스(양측에 각각 하나씩)를 요구하지만, 도 9의 좌지향 및 우지향 빔(903, 905)은 이들의 발생을 위하여 단일의 양방향 스캐닝 시스템(900)만을 요구한다. 이러한 양방향 스캐닝 시스템(900)은 노상(1002, 1004) 사이의 검사기둥(1010)내에 배치되어 단지 N+1 개의 스캐닝 시스템이 N 개의 차량(106)의 우측 및 좌측을 커버하는데 요구된다. 포털(1000)은 도시된 바와 같이 고정되거나, 또는 갠트리(gantry) 작동이 이루어지는 것을 포함할 수 있으며, 포털(1000)은 화물컨테이너와 같은 고정타깃을 병행하여 스캔할 수 있도록 레일 또는 다른 구조물상에서 이동할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 검사기둥(1010)은 제1피검사차량(1301)에 의하여 산란된 X-선 방사선을 검출하고 동시에 검사기둥(1010)내에 수용되어 있는 제2 산란 검출기(도시하지 않았음)에 의하여 제2 피검사차량(1302)에 의하여 산란된 X-선을 검출하기 위한 제1 산란검출기(도시하지 않았음)를 수용한다. 이들 검출기는 디스플레이(1250)에서 작업자에게 보여줄 수 있는 후방산란 이미지를 생성하기 위하여 처리되는 각 후방산란신호를 발생한다.
도 9를 참조하여 설명한 고정형 포털 양방향 스캐닝 시스템의 작동과 유사한 방식으로, 양방향 스캐닝 시스템(900)이 검사차량(106)에 착설되어 검사차량(106)의 양측에 하나씩 두개의 검사타깃(1081, 1082)을 스캔할 수 있다. 검사차량(106)은 양측에 X-선의 스캐닝 패턴(1025, 1026)를 방출하여 차량이 방향(1110)으로 이동할 때 차량의 양측을 스캔한다.
도 12a 및 도 12b에서, 이동식 결합형 화물-차량 스캐너(1200)의 평단면과 수직단면을 보이고 있다. EMS(50)는 예를 들어 트랙터 캡(1205)에 의하여 견인되는 트레일러일 수 있는 검사운반수단(1203)내의 양방향 스캐닝 시스템(900)과 함께 사용된다. EMS(50)는 두개의 스캔되는 X-선 빔(1220, 12222)을 발생하는 양방향 스캐닝 시스템(900)과 함께 사용된다. X-선 빔(1220)은 외부검사타깃(108)을 스캐닝하기 위하여 검사운반수단(1203)의 외부를 향하는 반면에, X-선 빔(1222)은 검사운반수단(1203)내에 배치된 컨테이너(1210)으로 향한다. 이러한 구조는 차량과 수하물의 검사를 위하여 단일의 검사운반수단(1203)의 사용을 허용하는 소규모 공항에 전개된다. 이와 같이 컨테이너(1210)는 수하물을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컨테이너(1210)는 기계적인 컨베이어(1211)에 의하여 X-선 빔(1222)의 평면(수직평면)에 대하여 횡방향으로 이송된다. 검사타깃(108)에 의하여 산란된 후방산란 X-선(1230)은 후방산란 검출기(104)에 의하여 검출되고 제1 후방산란 이미지를 발생하기 위하여 처리된다. 마찬가지로, 검사컨테이너(1210)에 의하여 산란된 후방산란 X-선(1232)은 후방산란검출기(1222)와, 선택적으로, 작업자에게 디스플레이되는 하나 이상의 이미지를 생성하기 위하여 처리되는 신호를 발생하는 투과검출기(1214, 1216)에 의하여 검출된다. 이들 스캐닝공정은 본 발명에 따라 교시된 EMS 프로토콜과 시스템에 의하여 동시에 이루어진다.
도 13a와 도 13b는 본 발명에 따라서 스캔의 선형 인터리빙에 의하여 한쌍의 피검사 차량(1301, 1302)을 동시에 스캐닝하기 위하여 본 발명에 따라서 인터리빙되는 스캔에 상응하는 스캔각도(1300)의 여러 조합을 보인 것이다. 스캔각도(1300)는 피검사 차량의 감지된 크기에 적응될 수 있고, 도 13b에서 보인 경우와 같이 피검사 차량(1301, 1303)의 높이가 다른 경우 검사차량(106)의 양측에서 다를 수 있다.
도 14a-도 14c는 본 발명의 범위내에서 롬멜통공(517)이 스캔되는 애노드(507)에 대하여 애노드(507)(도 14a)에 수직인 방향으로 이동하거나, 원호의 경로(도 14b)를 따라, 또는 경로 전체 또는 일부분을 따라 이동하거나, 애노드(507)가 스캔되는 방향에 평행하게(도 14c) 이동하는 것을 보이고 있다. 이는 도시된 바와 같이 방출되는 X-선의 상응하는 스캔각도와 중심방향의 여러 가능성은 열어주고 있다.
본 발명의 설명된 실시예는 단지 예시적인 것으로 많은 변형 및 수정이 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 모든 변형 및 수정은 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
20: X-선 빔 형성기, 50: EMS 전자기스캐너, 100: X-선 후방산란 시스템, 102: X-선 소스, 104: X-선 후방산란 검출기, 106: 검사차량, 108: 타깃, 110: 신호프로세서, 112: 사용자 인터페이스, 114; 스캐닝 패턴, 116: 화살표, 201: 펜슬빔, 203: X-튜브, 205: 고정 전자빔, 207: 캐소드, 209: 반사애노드, 211: 콜리메이터, 213: 회전후프, 215: 통공, 501: 전자빔, 505: 빔 제어기, 507, 508: 애노드, 511: X-선 소스, 513: 진공공간, 515: 스나우트, 517: 단일출구공, 518: 스위프 제어기, 519: 정점부, 520: X-선 빔, 521: 공기, 525: X-선 펜슬빔, 601, 602: 스캔한계, 603: 중심기준축선, 607: 길이, 610: 수평축선, 620: 3 mm 폭 픽셀, 625: X-선 스위프, 630: 1차 스캔경로, 632: 2차 스캔경로, 701: 방향, 703: 액츄에이터, 704: 프로세서, 708: 애노드, 715: 조절형 스나우트, 718, 719: 롬멜 콜리메이터, 720: 스나우트, 741, 742: X-선 빔, 750: 필터, 800: 통합시스템, 802: 투과검출기, 805: 단일스나우트, 900: 양방향 스캐닝 시스템, 901: X-선, 903: 우지향 빔, 905: 우지향 빔, 907: 진공영역, 910, 912: 스나우트, 1000: 포털, 1002, 1004: 노상, 1006: 차량, 1010: 검사기둥, 1025, 1026: 스캐닝 패턴, 1081, 1082: 검사타깃, 1200: 이동식 결합형 화물-차량 스캐너, 1203: 검사운반수단, 1205: 트랙터 캡, 1210:컨테이너, 1220, 1222: 스탠되는 X-선빔, 1232: 후방산란 X-선, 1300: 스캔각도, 1301, 1302: 피검사차량.

Claims (22)

  1. 전자빔을 방출하는 캐소드,
    애노드에 대하여 전저빔의 방향을 변화시키기 위한 빔 제어기,
    X-선이 투과하지 못하고 하나의 정점에 배치된 제1 통공에 의하여 특징지어지고 가변길이에 의하여 특징지어지는 스나우트와,
    빔 제어기에 신호를 보내어 애노드에서 전자빔을 소정의 경로로 스캔하도록 하여 시간의 함수로 달라지는 방향으로 X-선 빔이 통공으로부터 방출될 수 있도록 하는 스위프 제어기를
    포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  2. 제1항에 있어서, 통공이 롬멜통공임을 특징으로 하는 X-선 소스.
  3. 제2항에 있어서, 롬멜통공은 가변형 롬멜통공임을 특징으로 하는 X-선 소스.
  4. 제1항에 있어서, 제1 통공이 애노드에 대하여 위치가 변화될 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 X-선 소스.
  5. 제1항에 있어서, 빔 제어기가 스티어링 코일을 포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  6. 제1항에 있어서, 스나우트 길이 제어기를 더 포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  7. 제1항에 있어서, X-선 빔의 방출을 위한 제2 통공을 더 포함하고, X-선이 애노드에서 전자빔의 배치에 기초하여 제1 통공 또는 제2 통공으로부터 방출될 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 X-선 소스.
  8. 제6항에 있어서, 애노드와 제2 통공 사이에 배치된 채널내에 배치되는 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  9. 검사대상물을 가로질러 X-선 빔을 스위핑하기 위한 방법에 있어서, 이 방법이
    전자빔이 충돌하는 애조드에 대하여 전자빔의 방향을 변화시키는 단계,
    길이에 의하여 특징지어지는 스나우트의 정점에 배치된 통공을 통하여 애노드에서 발생된 X-선들을 결합하여 시간의 함수로서 스캔된 방향에 의하여 특징지어지는 X-선 빔을 발생하는 단계와,
    검사대상물의 크기에 기초하여 스나우트 길이를 조절하는 단계를
    포함함을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  10. 제9항에 있어서, 스나우트의 두 통공을 통하여 방출되는 X-선을 차등적으로 필터링하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  11. 제9항에 있어서, 검사대상물의 제1 부분을 스캐닝하고 검사대상물의 제2 부분을 연속하여 스캐닝하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  12. 제11항에 있어서, 검사대상물의 제2 부분은 적어도 부분적으로 제1 부분에 겹침을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  13. 제11항에 있어서, 검사대상물의 제2 부분을 스캐닝하는 단계가 제1 부분이 스캐닝된 제1 샘플링 속도와는 다른 샘플링 속도로 스캐닝하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제2 스캐닝 속도가 적어도 부분적으로 스캔과정중에 유도된 측정값에 기초함을 특징으로 하는 검사대상물의 X-선 빔 스위핑 방법.
  15. 전자빔을 방출하는 캐소드,
    제1 애노드와 제2 애노드에 대하여 전자빔의 방향을 변화시키기 위한 제어기,
    X-선이 투과하지 못하고 정점에 배치된 제1 통공에 의하여 특징지어지는 제1 스나우트,
    X-선이 투과하지 못하고 정점에 배치된 제2 통공에 의하여 특징지어지는 제2 스나우트
    빔 제어기에 신호를 인가하기 위하여 제공되어 제1 및 제1 애노드의 소정경로에서 전자빔을 스캔함으로써 제1 X-선 빔이 제1 통공으로부터 시간의 제1 함수로서 변화하는 방향으로 방출되도록 하고 제2 X-선 빔이 제2 통공으로부터 시간의 제2 함수로서 변화하는 방향으로 방출되도록 하는 스위프 제어기를
    포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  16. 제15항에 있어서, 제1 통공이 롬멜통공임을 특징으로 하는 X-선 소스.
  17. 제15항에 있어서, 제1 통공이 가변형 롬멜통공임을 특징으로 하는 X-선 소스.
  18. 제16항에 있어서, 제2 통공이 롬멜통공임을 특징으로 하는 X-선 소스.
  19. 제18항에 있어서, 제1 통공과 제2 통공은 별개의 통공개방부를 가짐을 특징으로 하는 X-선 소스.
  20. 제15항에 있어서, 제1 스나우트의 길이를 제어하기 위한 스나우트 길이 제어기를 더 포함함을 특징으로 하는 X-선 소스.
  21. 다수의 차량을 동시에 검사하기 위한 시스템에 있어서, 이 시스템이
    다수의 차량에서 각각 하나의 차량을 수용하는 다수의 개방부를 포함하는 포털,
    다수의 개방부에서 제1 개방부를 향하는 제1 X-선 빔과 다수의 개방부에서 제2 개방부를 향하는 제2 X-선 빔을 발생하기 위하여 다수의 개방부에서 두 개방부 사이에 수직으로 배치된 적어도 하나의 전자기 스캐너,
    다수의 차량에서 제1 차량에 의하여 제1 X-선 빔으로부터 산란된 X-선을 검출하여 제1 산란신호를 발생하기 위한 제1 검출기,
    다수의 차량에서 제2 차량에 의하여 제2 X-선 빔으로부터 산란된 X-선을 검출하여 제2 산란신호를 발생하기 위한 제2 검출기와,
    제1 및 제2 산란신호의 이미지를 보이기 위한 디스플레이를
    포함함을 특징으로 하는 다수차량의 동시검사 시스템.
  22. 차량과 화물을 동시에 검사하기 위한 이동식 시스템에 있어서, 이 이동식 시스템이
    운송수단내에 배치되어 이러한 운송수단 외부의 스캔경로내에서 제1 X-선 빔을 스위핑하고 운송수단내 평면의 제2 스캔경로에서 제2 X-선 빔을 스위핑하기 위한 양방향 스캐닝 시스템,
    제2 스캔경로의 평면을 통하여 화물을 이동시키기 위한 컨베이어,
    제1 X-선 빔으로부터 차량에 의하여 산란되는 X-선을 검출하기 위한 제1 검출기와,
    화물과 상호작용하는 X-선을 검출하기 위한 제1 검출기를
    포함함을 특징으로 하는 차량-화물의 동시검사를 위한 이동식 시스템.
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