TWI586991B

TWI586991B - Ｘ光偵測裝置

Info

Publication number: TWI586991B
Application number: TW101141717A
Authority: TW
Inventors: 蓋瑞吉布森
Original assignee: Ｉｂｅｘ革新股份有限公司
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2017-06-11
Also published as: WO2013068745A2; US9519068B2; US20170074991A1; GB2533233B; US9784851B2; US20140321616A1; GB201602219D0; TW201337310A; JP2015503090A; GB2532634B; GB2498615A; GB2498615B; CN103975253A; KR20140103935A; EP2776861A2; GB201602216D0; GB201119257D0; WO2013068745A3; GB201220128D0; GB2532634A

Description

X光偵測裝置

本發明係關於x光偵測器及特定言之包括閃爍器之x光偵測器。

x光管輸出大範圍能帶中之輻射，能量分佈係藉由施加至管中之加速電壓界定。當x光衝擊材料時，其隨著其穿過而被吸收。不同能量之x光的吸收不同，這表示初始x光強度分佈改變。不同材料導致x光強度光譜之形狀明顯改變及因此，若能以足夠的精確度記錄該光譜，則可預測x光已穿過之材料。

儘管質量吸收係數取決於材料類型以及入射光子之能量，質量吸收係數係與材料厚度及密度無關。因此，面對所得光譜，及已知初始光譜，可推導出質量吸收係數值及因此推導出x光已穿過之材料類型。

x光之偵測分成兩類。第一類為直接偵測，其中可直接偵測衝擊特定材料之x光光子的能量。

直接偵測容許按照上述方式識別材料。

例如，x光偵測器諸如LiNbO₃或Ge可直接偵測入射x光之能量及因此能夠輸出x光能譜，以允許測定材料類型。

該技術敘述於大量公開專利申請案中。例如：公開之國際專利申請案號WO 2008/142446敘述以掃描傳輸模式之能量分散性x光吸收光譜分析，其包括計算介於連續頻帶之間之強度比；公開之國際專利申請案號WO 2009/125211敘述一種成像裝置及方法；公開之國際專利申請案號WO 2009/130492敘述組合物液體之測定；及公開之國際專利申請案號WO 2010/136790敘述一種用於識別容器中之材料的方法。

儘管在上述專利申請案中闡明之技術有效，但是偵測器自身存在限制。所需直接x光偵測器極昂貴及操作其所需之電子器件相對不精細。這產生由現象諸如暗噪音、脈衝堆積及能帶波動引起的誤差。此外，難以獲得具有多於1024像素的偵測器，其將偵測器限制於簡單領域或純線掃描偵測器。該等偵測器限制直接偵測器技術可應用之可獲得應用的範圍。

第二類X光偵測已知為間接監測，其中x光光子首先藉由閃爍器轉換成可見光信號，及接著偵測該可見光。

傳統觀點為在閃爍器中轉換X光成可見光期間，X光光子原有的任何能量資訊已經破壞，閃爍器之可見光輸出僅代表入射光子密度。因此，間接轉換之應用傳統上限制於純成像技術，而直接轉換已經就材料識別而言展開。

雙能量線掃描儀為利用閃爍器之X光偵測器之發展。雙能量線掃描儀利用兩套偵測器，各包括一閃爍器，該等兩套偵測器空間分隔但軸向對齊，其中分析材料位於X光源與兩個閃爍器之第一個之間。指定閃爍器以使由光源發射及穿過材料之一部分X光光譜可被第一個閃爍器吸收，從而即使當分析材料不存在時，衝擊第二個閃爍器之x光能譜不同於衝擊第一個閃爍器之彼等。因此，各閃爍器之光子發射不同。分析材料影響各閃爍器之光子發射的差異。藉由查看藉由各自的第一及第二閃爍器的光子發射之間的比可識別材料。

另一類型的雙能量偵測器敘述於EP 1063538中。替代x光穿過樣本及兩個軸向對齊的偵測器，而是提供一種包括交替閃爍器厚度之線性陣列閃爍器，一種厚度之閃爍器材料提供對應x光穿過相對低分子量之材料的信號及另一厚度之閃爍器材料提供對應x光穿過相對高分子量之材料的信號。該線性陣列係與穿過測試物體及衝擊線性陣列閃爍器之薄平行x光幕一起使用。根據EP 1063538，線性陣列閃爍器可產生立體影像及比先前技術之雙能量偵測器更容易區域別高分子量及低分子量材料。

雙能量線掃描儀在識別具有高或低分子量之材料方面有效。然而，其在識別具有落於該等限值之間之分子量的材料或區域別具有極相似分子量之材料的差異方面並非特別有效。

利用使用閃爍器之間接偵測以偵測大範圍材料的能力尤其有利。這是因為，相比X光之直接偵測所用的設備，利用閃爍器之間接偵測的設備相對便宜，及亦已經開發精細電子器件。而且，利用直接偵測器可獲得之解析度目前限制圖像可劃分之像素數量至約1000，而利用該等偵測器之彼等會顯著地增加圖像可劃分的像素數量。

儘管雙能量偵測器具有一些材料識別性能，該性能有限。

因此，要求提供一種包括閃爍器且能識別材料的間接X光偵測器。

根據本發明之第一態樣，提供X光成像裝置，該裝置包括一種X光偵測器，其包括一經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之部件、一測試物質之位置、一x光源及一經組態以擾動x光能譜之結構，各列於共軸上，其中該x光源經配置以沿該共軸引導x光能譜從以衝擊該部件、經組態以擾動x光能譜之該結構及放置之測試材料，其中該結構位於該x光源與該部件之間，至與該共軸相交之測試材料之位置的一側，其中該結構包括至少三個相鄰區域，各區域係與緊鄰的區域不同及經組態以不同方式擾動x光能譜。

有利而言，該等區域彼此橫向相列，及該結構較佳包括彼此橫向相列及較佳在兩個垂直方向上的複數個區域。

經組態以將入射X光波長光子轉換成入射可見波長光子之該部件較佳係閃爍器。

該閃爍器可包括閃爍器層及背襯層。

有利而言，該複數個區域係以陣列形成，及該陣列可在結構上重複自身。例如，複數個區域可包括3*3陣列之9個區域，及該結構可包括複數個該等陣列。

該結構較佳係平面或非平面的。該結構可在至少一個平面中彎曲。

相鄰區域之差異較佳係相鄰區域中結構之材料的厚度。

該結構可包括複數個突起或凹陷，該等突起或凹陷在至少一個其方向之厚度不同，各突起或凹陷提供經組態以擾動X光能譜之至少三個相鄰區域。

該等突起或凹陷較佳係金字塔形。

該結構可包括具有在其中形成之複數個凹陷的非金屬層，各凹陷以金屬填充。該結構較佳地包括具有在其中形成之複數個凹陷之第一非金屬層及包括對應數量之突起的第二金屬層，各突起係以填充的方式與對應凹陷匹配。

第二層可覆蓋凹陷之開口所處之第一層的表面。

相鄰凹陷或突起可藉由x光擾動材料彼此分離及其中分離相鄰凹陷或突起之材料構成該至少3個區域中之1個。

該非金屬層可由矽形成。

相鄰區域之間之差異可為形成該結構之個別相鄰區域的材料。

相鄰區域可在厚度及組成其之材料上相異。例如，該結構可包括均一厚度之基材，及個別區域可藉由在相鄰區域堆積材料之離散層而在其表面上形成。層的數量及/或彼等層之材料可不同。可使用技術諸如PVD、電沉積或雷射剝蝕以形成個別區域。

此外，可藉由以一者位於另一者之頂部的方式，堆疊具有切除區域之箔層以使該等切除區域以在橫向產生不同厚度之方式堆疊，來產生區域變化。

另一替代法為以相似方式將一系列金屬絲網一起堆疊至箔以使形成材料厚度之變化。這係與用於形成中性密度濾光器之技術相似。

另一替代法為以具有特定厚度之材料及切除區域開始以產生不同厚度。這可以藉由許多技術尤其雷射微加工或離子束研磨而完成。

在該結構之材料性質，諸如該結構之厚度連續而非按步改變的情形下，以結構上之任何點為例，若其性質(厚度)不同於結構在相鄰點之厚度，則彼等兩個點可分別視為經組態以不同方式擾動x光能譜之區域。

經組態以擾動x光能譜之該結構可併入閃爍器中，及可在其閃爍器層或背襯層中。

根據本發明之第二態樣，提供一種X光偵測器，其適合用於根據本發明之第一態樣之X光偵測裝置，及包括一經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之部件及一與x光能譜源對準之結構，該結構經組態以擾動X光能譜，及該結構包括至少三個相鄰區域，其中各區域係與緊鄰的區域不同，各相鄰區域經組態以不同方式擾動x光能譜。

根據本發明之第三態樣，提供一種經組態以擾動入射其上之x光能譜之結構，該結構包括至少三個相鄰區域，其中各區域係與緊鄰的區域不同，各相鄰區域經組態以不同方式擾動x光能譜。

有利而言，該複數個區域係以陣列形成，及該陣列可在結構中重複自身。例如，該複數個區域可包括3*3陣列之9個區域，及該結構可包括複數個該等陣列。

相鄰區域間之材料差異較佳係相鄰區域中結構之材料的厚度。

該結構可包括複數個突起或凹陷，該等突起或凹陷在其至少一個方向之厚度不同，各突起或凹陷提供經組態以擾動X光能譜之至少三個相鄰區域。

該等突起或凹陷可係金字塔形。

該結構可包括具有在其中形成之複數個凹陷的非金屬層，各凹陷係以金屬填充。

該結構有利地包括具有在其中形成之複數個凹陷之第一非金屬層及包括對應數量之突起的第二金屬層，各突起係以填充的方式與對應凹陷匹配。

第二層較佳地覆蓋凹陷之開口所處之第一層的表面。

非金屬層可較佳地由矽形成。

非金屬層中之凹陷較佳地藉由蝕刻而形成。金字塔形凹陷之壁較佳地與非金屬層之表面呈54.7度相列。

相鄰區域之間之差異可為形成結構之個別相鄰區域的材料。

相鄰區域可在厚度及組成其之材料上相異。例如，該結構可包括均一厚度之基材，及個別區域可藉由在相鄰區域堆積材料之離散層而在其表面上形成。層的數量及/或彼等層之材料可不同。可使用技術諸如PVD、電沉積或雷射剝蝕或3D印刷以形成個別區域。

此外，可藉由以一者位於另一者之頂部的方式，堆疊具有切除區域之箔層以使切除區域以在橫向產生不同厚度之方式堆疊，來產生區域變化。

另一替代法為以具有特定厚度之材料及切除區域開始以產生不同厚度。這可以藉由許多技術，尤其雷射微加工或離子束研磨而完成。

根據本發明之第四態樣，提供一種測定物質之材料性質的方法，其包括以下步驟：a)將該物質放置在根據本發明之第一態樣之x光偵測裝置中；b)使得X光源沿共軸引導x光能譜；c)分析由經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之部件所發射之可見波長光子。

本發明之偵測器尤其適合具有強能量依賴性之閃爍器材料。在先前技術中，因為難以分離出與x光穿過之材料有關之能量及厚度資訊，故儘可能避免使用該等材料。在先前技術中，儘可能選擇針對一種入射x光光子輸出一種可見光光子之閃爍器材料。

作為間接偵測器之本發明之偵測器提供與高解析度成像結合之物體之材料識別。這相比極大地限制二維相機之尺寸之直接偵測器表現出顯著優勢。

本發明之成像裝置尤其適合具有有限數量之材料系統的複雜形狀的高解析度成像。例如，印刷電路板及一般電子器件之檢測，及在雜亂或遮蔽環境中之放射性同位素之偵測及識別。

存在可有用地配置成像裝置之諸多其他領域，諸如在非毀壞性測試、醫學裝置及食品工業等中。

物質可為固體、流體或兩者之組合，例如人類/動物組織或食物。

在附圖中，其說明根據本發明之x光偵測器之較佳實施例及其組件。

現參考圖1，為明晰起見，偵測器係以其最基本的形式顯示及包括一x光源1、一物體2及一像素化閃爍器板3。由x光源1發射之x光穿過物體2，藉由閃爍器板3偵測已經穿過物體2之衰減x光。x光源1、物體2及閃爍器板3列於共軸A-A上。

圖2以橫截面圖說明閃爍器板3之第一實施例，其包括閃爍器層4及背襯層5。閃爍器層4具有均一材料且具有均一厚度。較佳地形成閃爍器層4之材料具有對入射X光光子能量之強反應。然而，背襯層5包括由數字5a至5d表示之複數個不同厚度的區域。為明晰起見，僅標示樣本區域。

圖3以橫截面圖說明閃爍器板3的第二實施例，其亦包括閃爍器層4及背襯層5。然而，在該實施例中，金屬(鋁)背襯層具有均一材料及均一厚度，而閃爍器層4包括由數字4a至4d表示之複數個不同厚度的區域。為明晰起見，僅標示樣本區域。形成閃爍器層4之材料較佳地具有對入射x光光子能量之強反應。

圖4為圖2所說明之閃爍器板之後視圖及圖3所說明之閃爍器板之前視圖。板3提供49個區域，其係基於以3*3區域塊形成9個不同像素厚度之重複陣列。該配置提供：對於任何3*3組之9個區域，該組之中心像素係由8個分別具有不同厚度之區域所包圍，及與任何一個所選像素相鄰的區域具有不同厚度。閃爍器板之底部右側角落標示為圖3之前視圖，及頂部左側角落標示為圖2之後視圖。

在上述說明實例中，相鄰區域之間的厚度差為約200微米。

儘管板3提供基於9個不同像素厚度之重複陣列的49個區域，本發明不限於該形式。例如，板3之佈局可基於以2*2陣列之4個不同像素厚度之重複陣列。

先前技術表明：在間接x光偵測器中，閃爍器材料應提供對入射x光能量之平坦反應。該閃爍器材料可用於圖2及3說明之任一實施例。然而，閃爍器材料較佳地應具有強能量反應，即所產生之可見光子的數量係與入射x光強度及入射X光能量相關，對入射X光能量比入射x光強度之反應可能更強。

圖5至7說明本發明之替代性實施例，其中替代表示不同厚度區域之閃爍器之閃爍器板之背襯板，使用具有標準構造之閃爍器，其中(例如)鎢之干擾板6(其亦可視為多吸收板，即板之不同區域具有不同x光吸收性能)如圖5a之方式置於物體與閃爍器之間，或如圖5b之方式置於x光源與物體之間。該構造相比圖1至4說明之閃爍器類型可更簡單及製造成本更低。而且，除製造干擾板以使其區域具有不同厚度之外，干擾板可能具有均一厚度，其中藉由形成具有不同材料之干擾板的個別區域，提供相鄰區域之間之材料差異。

干擾板可包括基材，其具有形成於該基材之上或之中的個別區域。可藉由蝕刻或甚至加工該基材，在基底層中形成個別區域。

可藉由3D印刷形成干擾板。

圖2至4、6及7中所示之個別區域可表示具有不同厚度之區域。

可藉由沉積法，例如藉由技術中熟知為「剝離」之技術，在基材上形成個別區域。該技術之一個優勢在於在「剝離」法中沉積之材料可與形成基材之材料相同。相鄰區域之間之材料差異為各像素之厚度。而且，所沉積之材料可與基材材料不同，只要相鄰區域之間之材料差異在於材料類型及/或材料厚度。

現參考圖8，顯示由x光源發射之x光之典型強度相對於能譜。如在圖9中可見，當相同x光穿過具有均一厚度之材料時，一些x光光子被材料吸收及因而減少光譜之強度。

在使用題為「先前技術」之章節中所述之直接偵測器類型來偵測穿過材料之x光光譜的情形下，偵測到如圖9所示之圖。然而，在使用間接偵測器的情形下，偵測器之輸出(即由閃爍器發射之可見光譜中之光子數量)大致與入射x光光子之能量無關，及僅取決於入射x光光子之強度。因此，間接偵測器之強度相對於能量圖包括表示任意平均能量值之單一線。

圖10為顯示取決於材料厚度之特定材料之輸出強度變化的圖。3條不同曲線代表具有低、中及高能量之入射x光光子。由如圖8中說明之源所發射之x光光譜包括具有不同能量之x光光子。從圖10可理解，增加x光光子所穿過之材料之厚度的效應在於具有低能量之彼等x光光子被吸收，而具有中能量及高能量之彼等穿過，具有最高能量之x光光子穿過最厚的材料。

圖11為強度相對於能量圖及顯示與穿過相同但具有不同厚度之材料之低能量x光光子有關之個別光譜。最右邊的曲線表示與已經穿過最厚材料之光子有關的光譜。

因此，應理解藉由將由一種來源所發射之x光光譜穿過由不同厚度之區域組成之結構，可產生複數個x光光譜，各光譜對應X光光譜穿過之材料的厚度。當該複數個x光光譜在閃爍器上入射時，而入射光譜之能量可與光譜之x光光子之強度無關，各入射光譜產生強度反應。因此，在使用3*3陣列之像素厚度的情形下，藉由閃爍器可產生9個不同的強度值。圖12為說明該閃爍器輸出的圖。

圖9所說明之輸出係針對對能量具有實質上平坦反應之閃爍器。因為其產生一般視為非所需之圖像中之陰影，成像之大體趨勢已消除閃爍器能量反應。然而，在本發明中，應用對能量之反應為非平坦之閃爍器材料係較佳。在應用該閃爍器材料的情形下，更大的入射能量產生更大的閃爍器輸出強度。本發明之偵測器可利用輸出強度之該等差異。

若參考圖10所示之圖，在使用輸出強度根據衝擊X光光子之能量而變的閃爍器材料之情形下，可理解：針對相鄰區域，來自閃爍器之輸出強度的差異大於使用對能量具有平坦反應之閃爍器材料的情形。可利用該等差異以有助於材料識別。

該類型之x光偵測器藉由將已知材料、已知材料組合之閃爍器輸出，或已知材料、材料組合及其他材料性質諸如厚度與藉由偵測器所偵測的比較而起作用。因此，區別材料、材料組合等之可能性越大，偵測器之用處越大。

適宜的閃爍器材料包括Csl(Tl)及Nal(Tl)，其為用於中等至大範圍x光光子之常用閃爍器材料。其具有高停止效率，及可有效地產生可見光子。可容易由該等材料產生大面積單晶體，使得其可理想地用於大表面積偵測器。

Bi₁₂FeO₂₀(BGO)為另一適宜的閃爍器材料。其尤其適用於硬x光及软γ光。然而，相比上述鹼性鹵化物，其更難大面積製造。

塑料閃爍器亦常見及具有極佳的奈秒級衰變常數(相比上述無機閃爍器之微秒級)。而且，塑料閃爍器一般藉由模製法容易形成複雜形狀，使得其可理想地用於製造文中所述之本發明之一些實施例。聚萘二甲酸乙二醇酯已經顯示極佳的閃爍性質及合理地可耐用的。

圖13a及13b說明干擾板6之替代性構造。在該實例中，干擾板6係由4層材料6a至6d(諸如箔)所形成。第一層未穿孔。第二層6b包括具有第一寬度之孔口6b'。第三層6c包括具有第二寬度之孔口6c'，及第四層6d包括具有第三寬度之孔口6d'。當以對齊孔口6b'至6d'之中心堆疊時，所得結構具有橫截面6'。當以對齊孔口之邊緣堆疊層6a至6d時，所得結構具有橫截面6"。

結構6'、6"分別提供具有不同厚度之長形區域。

在圖13b中，兩個所得干擾板6係以孔口彼此垂直對齊而堆疊。所得干擾板提供正方形區域陣列，其中相鄰區域具有不同厚度。

圖14說明干擾板6的另一替代性配置，其包括分別具有不同網目尺寸之三層金屬絲網6f至6h。當以一者位於另一者頂部堆疊時，在一些區域中，入射x光將衝擊第一層之金屬絲網6f，在其他區域中，入射x光將衝擊第二層之金屬絲網6g，及在其他區域中，入射x光將衝擊第三層之金屬絲網6h。而且，在其他區域中，入射x光將衝擊多於一層(6f、6g及6h)之一些金屬絲網的組合。而且，將存在無金屬絲網存在的區域及因此在該等區域中入射之x光將不受干擾地穿過。

在圖15中，干擾板6包括一種材料塊，其在平面圖中為正方形及沿板中之兩條軸具有不同厚度。因此，材料之厚度在板中連續變化。在該情形下，藉由像素化網格，例如偵測器照相機之彼等，測定區域之實際尺寸。在圖15說明之干擾板6的情形下，相鄰區域之平均厚度差必須足以產生入射x光之擾動的可偵測差。

現參考圖16a及16b，顯示包括第一層61及第二層63之干擾板60之另一替代性構造。第一層61係由矽晶圓形成及在其中形成複數個凹陷62。在說明之實例中，凹陷具有800微米的深度。藉由蝕刻形成該等凹陷。已知由於矽原子在不同晶體平面中之結合強度的差異，強鹼性濕蝕刻劑(諸如氫氧化鉀或氫氧化四甲基銨)相比其他可優先用於蝕刻矽之某些晶體平面。{111}晶體平面對蝕刻劑最具抗性及因此，{100}及{110}平面將以遠大於{111}平面之速率經蝕刻。形成第一層61之矽晶圓係以{100}定向。將界定凹陷62之陣列的遮罩應用至矽晶圓的表面及應用鹼性蝕刻劑。在鹼性蝕刻劑與矽接觸處，其開始向下蝕刻，形成基於正方形之金字塔形凹陷62。凹陷62之傾斜側壁為矽之 {111}平面及因此相對{100}矽晶圓之表面成54.7度角。可繼續進行蝕刻處理直到{111}側壁收斂以形成金字塔形凹陷62之頂點。

用於產生凹陷62之蝕刻劑為氫氧化鉀。用於形成凹陷62之遮罩在形狀上對應圖16a所示之平面圖。在說明之實例中，凹陷係在1 mm x 1 mm中心對中心網格中闡明。相鄰凹陷62之距離為約50微米。

可藉由增加或減少凹陷中心之間的距離，來增加或減少凹陷之數量。當改變凹陷之間的距離時，凹陷之深度及因此凹陷底座尺寸將改變，底座尺寸為凹陷深度及54.7度壁角的函數。例如，各凹陷之深度可減至100微米。

圖16a及16b說明一部分干擾板。干擾板可測量為例如26 cm x 15 cm，及凹陷可位於小於文中說明之1 mm x 1 mm中心對中心網格的網格中。

第二層63係由金屬諸如鎳、銅或錫形成。正是該金屬第二層63擾動入射至其之x光，因為金屬之厚度沿金字塔壁之斜面變化，各金字塔突起提供實質上具有不同厚度之無限多的區域。第一層有助於干擾板之製造及後製造以支撐及保護金屬層63。如從圖16a及16b可見，第二層63包括金字塔形突起64及背襯板65。藉由將熔融金屬沉積於第一層61之表面上，形成第二層63，熔融金屬填充金字塔形凹陷62及形成覆蓋第一層61之表面的薄背襯板65(數微米級)。相鄰金字塔形突起之間之第二層63的金屬可視為具有不同於相鄰區域之厚度的區域，以不同於相鄰金字塔形突起之金屬的方式擾動x光能譜。

可藉由例如機械夾緊或黏合劑將干擾板60黏附至閃爍器。

可利用三維印刷術形成干擾板(其亦可稱為多吸附板)。

現參考圖17，顯示根據本發明之實驗室級裝置100。該裝置包括小箱101，其中安裝x光源102、用於呈樣品臺103形式之測試材料的位置，其安裝於軌道104上從而可調節臺的位置。裝置100進一步包括干擾或多吸附板105及x光偵測器106。偵測器106形成包括用於將x光陰影圖像之x光波長光子轉換成可見波長光子之閃爍器的x光照相機的一部分。照相機拍攝圖像，進而可分析其。

為了測定物質的材料性質，將物質放置在樣品臺103上及使得x光源102引導X光能譜穿過如此放置之樣品、板105，以衝擊偵測器106。接著根據以下步驟分析藉由經組態以將入射x光波長光子轉換成可見波長光子之部件所發射的可見波長光子：步驟(i)-偵測器106經像素化：將藉由偵測器對每一像素所記錄之可見波長光子之強度與針對其相鄰像素所記錄之強度比較及記錄強度差；步驟(ii)-在裝置中不存在物質下，將藉由偵測器對每一像素所記錄之可見波長光子之強度與針對其相鄰像素所記錄之強度比較及記錄強度差；步驟(iii)-比較藉由方法步驟(i)與(ii)測定之相鄰像素之間所記錄之強度間的當前差；步驟(iv)-針對至少一種已知材料，遵循方法步驟(i)至(iii)及將差異儲存於數據庫中；及步驟(v)-將針對測試物質所記錄之強度差與來自數據庫之針對已知物質所記錄之強度差比較。

1‧‧‧x光源

2‧‧‧物體

3‧‧‧像素化閃爍器板

4‧‧‧閃爍器層

4a‧‧‧區域

4b‧‧‧區域

4c‧‧‧區域

4d‧‧‧區域

5‧‧‧背襯層

5a‧‧‧區域

5b‧‧‧區域

5c‧‧‧區域

5d‧‧‧區域

6‧‧‧干擾板

6'‧‧‧橫截面

6"‧‧‧橫截面

6a‧‧‧第一層材料

6b‧‧‧第二層材料

6b'‧‧‧孔口

6c‧‧‧第三層材料

6c'‧‧‧孔口

6d‧‧‧第四層材料

6d'‧‧‧孔口

6f‧‧‧第一層金屬絲網

6h‧‧‧第二層金屬絲網

6g‧‧‧第三層金屬絲網

60‧‧‧干擾板

61‧‧‧第一層

62‧‧‧凹陷

63‧‧‧第二層

64‧‧‧突起

65‧‧‧背襯板

100‧‧‧根據本發明之實驗室級裝置

101‧‧‧小箱

102‧‧‧x光源

103‧‧‧樣品臺

104‧‧‧軌道

105‧‧‧干擾或多吸附板

106‧‧‧x光偵測器

圖1為根據本發明之第一實施例之x光偵測器之簡化示意圖；圖2為圖1說明之偵測器之閃爍器板的第一實施例的橫截面圖；圖3為圖1說明之偵測器之閃爍器板的第二實施例的橫截面圖；圖4為圖2說明之閃爍器板之後視圖及圖3說明之閃爍器板之前視圖；圖5a為根據本發明之另一態樣之x光偵測器的簡化示意圖，其中偵測器之組件位於物體與偵測器之間；圖5b為根據本發明之另一態樣之x光偵測器的簡化示意圖，其中偵測器之組件位於x光源與物體之間；圖6為圖5說明之偵測器之干擾板沿圖5之軸A-A之橫截面圖；圖7為多區域結構(即圖6說明之干擾板)之前視圖；圖8為說明針對x光源之一般光譜輸出強度相對於能量的圖；圖9為說明直接偵測器之偵測強度相對於能譜的圖，x光源為圖8之彼等，x光已穿過具有均一厚度之分析材料；圖10為說明干擾板厚度對x光強度之影響的圖；圖11為說明針對穿過本發明之干擾板之x光能譜之所得光譜強度相對於能量的圖；圖12為說明根據本發明之偵測器之偵測強度相對於能譜的圖，X光源為圖9之彼等，x光已穿過相同分析材料；圖13a為由許多材料層堆積之干擾板的分解圖；圖13b為圖13a中說明之干擾板類型之組件部分的平面圖；圖14為由許多金屬絲網層堆積之干擾板的分解圖；圖15為在板之兩個方向具有不同厚度之干擾板的示意圖；圖16a為干擾板之替代性實施例之示意性、頂部平面及側視圖；圖16b說明圖16a中說明之實施例之分解側視及示意圖；及圖17說明一種根據本發明之裝置。

1‧‧‧x光源

2‧‧‧物體

3‧‧‧像素化閃爍器板

Claims

一種x光成像及材料識別裝置，該裝置包括x光偵測器，其包括：經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之單一部件、測試材料之位置、x光源、及經組態以擾動x光能譜之結構，其中該單一部件、測試材料之該位置、該x光源、及經組態以擾動x光能譜之該結構各列於共軸上，其中：該x光源係經配置以沿該共軸引導x光能譜從而衝擊該單一部件、經組態以擾動x光能譜之該結構、及測試材料之該位置，該結構位於該x光源與該單一部件之間，至與該共軸相交之測試材料之該位置的一側，經組態以擾動x光能譜之該結構包括至少三個相鄰區域，各彼此不同且具有不同的x光能譜擾動特性，且經組態以擾動x光能譜之該結構之相鄰區域之間的差異包括相鄰區域中該結構之材料的厚度。
如請求項1之x光成像及材料識別裝置，其中經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之該單一部件為閃爍器。
如請求項2之x光成像及材料識別裝置，其中該閃爍器包括閃爍器層及背襯層。
如請求項1之x光成像及材料識別裝置，其中該至少三個相鄰區域係呈陣列形式形成。
如請求項4之x光成像及材料識別裝置，其中該陣列包括x*y陣列，其中x及y之倍數係不小於3。
如請求項4之x光成像及材料識別裝置，其中該陣列在該結構中重複自身。
如請求項4之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括複數個陣列。
如請求項1之x光成像及材料識別裝置，其中該結構為平面及非平面之一者。
如請求項8之X光成像及材料識別裝置，其中該結構在至少一個平面中彎曲。
如請求項1之x光成像及材料識別裝置，其中經組態以擾動x光能譜之該結構之相鄰區域之間的差異亦包括形成該結構之個別相鄰區域的材料。
如請求項10之x光成像及材料識別裝置，其中該結構之該等個別相鄰區域包括離散層。
如請求項11之X光成像及材料識別裝置，其中該等離散層之不同及該等離散層之間的差異係選自由包括以下群組：該等離散層在區域之間其厚度之不同；該等離散層在區域內其厚度之不同；該等離散層在區域之間形成其之材料不同；該等離散層在區域內形成其之材料不同；該等離散層在區域之間其數量之不同；及該等離散層在區域內其數量之不同。
如請求項10之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括複數個離散層且至少一個離散層包括至少一個孔口。
如請求項13之x光成像及材料識別裝置，其中該等離散層各包括至少一個孔口且其中該結構內之不同層之孔口具有不同尺寸。
如請求項12之x光成像及材料識別裝置，其中該等離散層係由箔形成。
如請求項12之X光成像及材料識別裝置，其中該等離散層係由絲網形成。
如請求項10之x光成像及材料識別裝置，其中該結構在至少一個方向於結構中在厚度上連續變化。
如請求項17之x光成像及材料識別裝置，其中該結構在兩個垂直方向於結構中在厚度上連續變化。
如請求項10之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括：複數個突起及複數個凹陷，該等突起及凹陷之厚度在其至少一個方向變化，各突起及凹陷提供經組態以擾動x光能譜之該至少三個相鄰區域之一者。
如請求項19之x光成像及材料識別裝置，其中該等突起及凹陷係呈金字塔形。
如請求項20之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括具有在其中形成之複數個凹陷的非金屬層，各凹陷經金屬填充。
如請求項21之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括具有在其中形成之複數個凹陷之第一非金屬層及包括對應數量之突起的第二金屬層，各突起與對應凹陷匹配。
如請求項22之x光成像及材料識別裝置，其中該第二層覆蓋凹陷開口所處之第一層的表面。
如請求項20之x光成像及材料識別裝置，其中相鄰凹陷及突起係藉由X光擾動材料彼此分離且其中分離相鄰凹陷及突起之材料構成該至少三個相鄰區域中之一者。
如請求項21之x光成像及材料識別裝置，其中該非金屬層係由矽形成。
如請求項21之x光成像及材料識別裝置，其中該結構包括基材及該複數個區域係形成於該基材之中、形成於該基材之上、及形成於該基材之中及之上之一者。
如請求項2之x光成像及材料識別裝置，其中該閃爍器係由具有平坦能量依賴性之閃爍器材料所形成。
如請求項2之X光成像及材料識別裝置，其中該閃爍器係由具有非平坦能量依賴性之閃爍器材料所形成。
一種x光偵測器，其適合用於如請求項1之x光成像及材料識別裝置，其中該x光偵測器包括經組態以將入射x光波長光子轉換成發射可見波長光子之單一部件及用於對齊x光能譜源之分離結構，該結構經組態以擾動x光能譜，及該結構包括至少三個相鄰區域，各彼此不同且具有不同的x光能譜擾動特性。
一種測定物質之材料性質的方法，其包括以下步驟：a)將該物質放置在如請求項1之X光成像及材料識別裝置中；b)使x光源沿該共軸引導x光能譜；c)分析藉由經組態以將入射x光波長光子轉換成可見波長光子之該單一部件所發射之可見波長光子。
如請求項30之方法，其中使如請求項1所述之該x光偵測器像素化，該方法包括另一步驟：記錄藉由該x光偵測器針對各像素所記錄之可見波長光子的強度及將所記錄之強度與針對其相鄰像素所記錄之強度作比較及記錄所記錄之強度的差。
如請求項31之方法，其包括另一步驟：在該裝置中不存在物質的情況下，記錄藉由如請求項1所述之該x光偵測器針對各像素所記錄之可見波長光子的強度及將所記錄之強度與針對其相鄰像素所記錄之強度作比較及記錄所記錄之強度的差。
如請求項32之方法，其包括另一步驟：比較藉由如請求項32之方法步驟所測定之相鄰像素之間所記錄之強度間的當前差。
如請求項33之方法，其包括另一步驟：針對至少一種已知材料遵循如請求項31之方法步驟及將該等差儲存於數據庫中；及將針對測試物質所記錄強度間之差與針對已知物質所記錄強度間之差作比較。