(57)【要約】【課題】好適な波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器を用いるＸ線検査を提供すること。【解決手段】光検出器信号の時間積分を伴う、波長シフト光ファイバによって１つ以上の光検出器に結合されたシンチレータに基づいて、材料を検査するための検出器および方法。ある非画素化シンチレーション媒体体積は、入射透過性放射線のエネルギーを、複数の光学導波路によって、シンチレーション光抽出領域から抽出される、シンチレーション光に変換する。本幾何学形状は、効率的かつコンパクトな検出器を提供し、後方散乱検出および入射放射線のエネルギー判別のためにこれまで達成不可能であった幾何学形状を可能にする。付加的エネルギー分解透過構成も、歪曲および不整合補償として可能にされる。【選択図】図４
2020060590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さおよび面積によって特徴付けられるＸ線放射の検出器であって、前記検出器は、
ａ．第１の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層であって、
入射するＸ線放射のエネルギーを第１のシンチレーション光に変換するための第１の体積の第１のシンチレーション媒体と、
前記第１のシンチレーション光から、かつ前記第１のシンチレーション光の波長より長い第１のより長い波長で導出された光を誘導するために、前記第１の体積の第１のシンチレーション媒体と連続する第１のシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された第１の複数の波長シフト光学導波路と、
前記第１の複数の波長シフト光学導波路によって誘導される前記第１のより長い波長で光子を検出するため、および第１の検出器信号を発生させるための第１の光検出器と
を備える、第１の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層と、
ｂ．第２の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層であって、
前記第１の体積を横断した入射するＸ線放射のエネルギーを第２のシンチレーション光に変換するための第２の体積の第２のシンチレーション媒体と、
前記第２のシンチレーション光から、かつ前記第２のシンチレーション光の波長より長い第２のより長い波長で導出された光を誘導するために、前記第２の体積の第２のシンチレーション媒体と連続する第２のシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された第２の複数の波長シフト光学導波路と、
前記第２の複数の波長シフト光学導波路によって誘導される前記第２のより長い波長で光子を検出するため、および第２の検出器信号を発生させるための第２の光検出器と
を備える、第２の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層と、
ｃ．第３の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層であって、
前記第１の体積および前記第２の体積を横断した入射するＸ線放射のエネルギーを第３のシンチレーション光に変換するための第３の体積の第３のシンチレーション媒体と、
前記第３のシンチレーション光から、かつ前記第３のシンチレーション光の波長より長い第３のより長い波長で導出された光を誘導するために、前記第３の体積の第３のシンチレーション媒体と連続する第３のシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された第３の複数の波長シフト光学導波路と、
前記第３の複数の波長シフト光学導波路によって誘導される前記第３のより長い波長で光子を検出するため、および第３の検出器信号を発生させるための第３の光検出器と
を備える、第３の独立波長シフトファイバ結合シンチレーション層と
を備える、検出器。
【請求項２】
規定された持続時間にわたって、前記第１の検出器信号を積分するための積分回路をさらに備える、請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
前記第１のシンチレーション媒体は、バリウムフルオロクロライドを含む、請求項１に記載の検出器。
【請求項４】
前記第１の光検出器は、光電子増倍管を含む、請求項１に記載の検出器。
【請求項５】
所与の単位の二乗で測定された前記検出器の面積で除算した前記所与の単位で測定された前記検出器の厚さの二乗は、０．００１未満である、請求項１に記載の検出器。
【請求項６】
前記第１の複数の波長シフト光学導波路のうちの少なくとも１つは、クラッディングを欠いており、前記第１のシンチレーション媒体は、前記導波路を特徴付ける屈折率より低い値の屈折率によって特徴付けられる、請求項１に記載の検出器。
【請求項７】
前記第１の複数の波長シフト光学導波路は、複数の平行平面に配置され、前記平行平面のそれぞれは、前記第１の複数の波長シフト光学導波路のサブセットを含有する、請求項１に記載の検出器。
【請求項８】
前記第１の体積の第１のシンチレーション媒体、前記第２の体積の第２のシンチレーション媒体および前記第３の体積の第３のシンチレーション媒体は、連続的な層のシンチレーション媒体であり、かつ、入射ビームに対する固有のスペクトル感度によって特徴付けられる、請求項１に記載の検出器。
【請求項９】
前記第１の体積の第１のシンチレーション媒体は、複数の層のシンチレーション媒体のうちの第１の層のシンチレーション媒体であり、かつ、優先的に、より低いエネルギーのＸ線に敏感である波長シフトファイバ結合検出器であり、前記第３の体積の第３のシンチレーション媒体は、前記複数の層のシンチレーション媒体のうちの最後の層のシンチレーション媒体であり、かつ、プラスチックシンチレータである、請求項１に記載の検出器。
【請求項１０】
入射ビームの伝搬方向に横断する平面に配置された複数のシンチレータ媒体セグメントをさらに備える、請求項１に記載の検出器。
【請求項１１】
前記複数のシンチレータ媒体セグメントは、光ファイバを介して、光検出器に固有に結合されている、請求項１０に記載の検出器。
【請求項１２】
前記第１の体積の第１のシンチレーション媒体と前記第２の体積の第２のシンチレーション媒体との間に配置された受動的吸収体をさらに備える、請求項８に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、共に２０１２年２月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／５９８，５２１号および第６１／５９８，５７６号、ならびに２０１２年３月６日に出願された米国仮特許出願第６１／６０７，０６６号に対して優先権を主張する。上記出願の全ては、本明細書において参照することによって援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ファイバ結合シンチレーション検出器およびその製造方法、ならびにＸ線の効率的検出のために、ファイバ結合シンチレーション検出器を採用する、Ｘ線検査のシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術）
放射線および粒子のファイバ結合シンチレーション検出器は、過去３０年にわたって採用されている。ある場合には、シンチレータは、空間分解能を提供するために、画素化され、離散シンチレータ素子から成り、他の場合には、他の方式が、採用される（直交に交差した結合ファイバ等）。ファイバ結合シンチレーション検出器の実施例は、米国特許第６，０７８，０５２号（ＤｉＦｉｌｉｐｐｏ）および第７，３２６，９９３３号（Ｋａｔａｇｉｒｉ  ｅｔ  ａｌ．）（両方とも、参照することによって本明細書に組み込まれる）によって提供されている。ＤｉＦｉｌｉｐｐｏおよびＫａｔａｇｉｒｉ  ｅｔ  ａｌ．によって説明される両検出器は、ファイバのコア材料によって再放出される光が、低減衰を伴って、多くの場合、シンチレータ自体から離された便宜的場所に配置される光検出器に伝導され得るように、波長シフトファイバ（ＷＳＦ）を採用する。空間分解能は、中性子撮像等の用途において、特に重要である。空間分解能はまた、高効率のセグメント化シンチレーション検出器が、Ｍｏｉｓｅｅｖ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅａｄｏｕｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＧＬＡＳＴ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ，  Ｎｕｃｌ．  Ｉｎｓｔｒ．  Ｍｅｔｈ．  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．  Ａ，  ｖｏｌ．  ５８３，  ｐｐ．  ３７２−８１（２００７）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるように、高エネルギー宇宙線の検出のためにＷＳＦ読取装置を採用する、フェルミ大面積望遠鏡（以前は、ＧＬＡＳＴ）においては最も重要である。
【０００４】
ファイバ結合シンチレータ検出器がこれまで採用されている状況から、全ての公知のファイバ結合シンチレータ検出器は、シンチレータとの粒子（光子または有質量粒子）の個々の相互作用によって産生されるパルスをカウントし、それによって、シンチレータによって再放出される光の累積光束に基づいて、入射粒子によって蓄えられたエネルギーが確認されることを可能にする。
【０００５】
しかしながら、Ｘ線後方散乱検査システムの検出要件は、既存のファイバ結合シンチレーション検出器によって対処される要件と全く異なる。後方散乱Ｘ線検査システムは、手荷物、貨物コンテナ、車両、および人に隠された有機材料を検出するために、２５年以上、使用されている。バルク中の有機材料は、Ｘ線を吸収するのではなく、それらを優先的に散乱させる（コンプトン散乱によって）ため、これらの材料は、後方散乱画像中において、より明るい物体として現れる。入射Ｘ線が、全方向に散乱される場合、感度が、要件として、空間分解能よりはるかに優位に立つが、ほとんどの散乱用途では、検出器空間分解能は、分解能が、検出によってではなく、入射ビームによって左右されるため、全く懸念されない。
【０００６】
Ｘ線散乱システムによって課される広面積および高感度の特殊検出要件は、特に、図１Ａにおける側面断面および図１Ｂにおける正面断面に示されるタイプの「従来の」シンチレーション検出器１００の場合、厄介である。そのような検出器の実施例は、米国特許第５，３０２，８１７号（Ｙｏｋｏｔａ）に説明され、参照することによって本明細書に組み込まれる。典型的には、遮光ボックス１０２は、シンチレーションスクリーン１０３で覆われ、入射Ｘ線放射１０１は、典型的には、ＵＶ、可視、またはより長い波長、電磁（ＥＭ）スペクトルの一部内のシンチレーション光に変換される。広光電陰極面積光電子増倍管（ＰＭＴ）１０５が、丸窓１０８を介して、シンチレーション光を受光するために結合される。問題の１つは、スクリーン内から生じるシンチレーション光の一部が、スクリーンから封入された体積内に透過されることである。残りのシンチレーション光は、スクリーン材料内で損失される。シンチレーションスクリーン１０３は、放出される光の割合を最大限にするように設計され、これは、スクリーン１０３と検出器体積を充填する媒体（典型的には、空気）との間の界面に対して、高透過係数Ｔを保証することになる。しかしながら、図１Ａおよび１Ｂに描写される種類の従来の後方散乱検出器では、シンチレーションスクリーン１０３はまた、シンチレーション光が、ボックス１０２の体積内に放出されると、典型的には、光検出器１０５に到達するまで、複数回の反射を必要とするため、良好な反射体としての役割を果たすべきである。したがって、スクリーン表面の反射係数Ｒもまた、高くあるべきであるが、しかしながら、ＴおよびＲの和は、１であるように制約されるため、ＴおよびＲは両方とも、同時に最大限にされることができず、妥協しなければならない。その結果、従来の後方散乱検出器の光収集効率は、本質的に低く、発生されたシンチレーション光の数パーセントのみ、光検出器内に収集される。
【０００７】
撮像検出器の場合、光子統計雑音は、検出器によって吸収される光子の観点から計算され、画像を作成するために使用される。吸収されずに検出器を通過するいかなる光子も、または画像情報を作成せずに吸収される光子さえ、無駄にされ、画像内の雑音低減に寄与しない。光子は、細分類されることができないため、システムの基本量子レベルを表す。撮像工程に沿った任意の点における画像を表すために使用される、最小数の量子の観点から統計雑音を計算することが一般的な方法である。最小数の量子が画像を表すために使用される、撮像工程に沿った点は、「量子的落ち込み」と呼ばれる。量子的落ち込み時の雑音レベルは、撮像システムの雑音限界を判定する。量子的落ち込み時の情報担体（すなわち、量子）の数を増加させずに、システム雑音限界は、改良されることができない。低光収集は、可能性として、二次的量子的落ち込みをもたらし得、これは、ＰＭＴ電流をもたらす入射Ｘ線の割合を制限すると言える。さらに、画像雑音を増加させるであろう。光収集効率は、光検出器の敏感面積を増加させることによって改良されることができるが、しかしながら、効率への道は、コストがかかる。
【０００８】
ここで、典型的には、先行技術のＸ線シンチレーション検出器において採用される、シンチレーションスクリーンの構造が、図２を参照して説明される。複合シンチレータ層２０２が、構造支持のための裏材料シート２０４と、例えば、ポリエステルから成る、薄型の透明保護フィルム２０６との間に狭入される。複合シンチレータは、典型的には、有機マトリクスまたは樹脂内のミクロンサイズの無機結晶から成る。結晶は、実際のシンチレーション材料である。希土類元素でドープされたバリウムフルオロクロライド（ＢａＦＣｌまたは「ＢＦＣ」）またはガドリニウムオキシサルファイド（Ｇｄ２０２Ｓまたは「Ｇａｄｏｘ」）は、これらのための一般的選択肢である。スクリーンの阻止能は、典型的には、単位面積あたりのシンチレータ結晶（ミリグラム）として測定される、複合シンチレータ層２０２の厚さによって判定される。無機シンチレータ（ＢＦＣまたはＧａｄｏｘ等）は、高自己吸収率を被るため、複合シンチレータ層は、シンチレーション光の至適割合を抽出するために、かなり薄く保たれる必要がある。これは、スクリーンの有用阻止能を制限し、最大約１００ｋｅＶのエネルギーを伴うＸ線の検出のためのみに好適にする。
【０００９】
したがって、シンチレーション光のより効率的抽出、収集、および検出を提供する、Ｘ線散乱検出用途のためのシンチレーション検出器を有することが有利となるであろう。
【００１０】
冒頭で簡単に前述されたように、波長シフトファイバ（ＷＳＦ）は、長年、シンチレーション検出のために採用されている。波長シフトファイバは、比較的に高屈折率を伴うコアから成り、より低い屈折率の１つ以上のクラッディング層によって囲繞される。コアは、染料とも称される、波長シフト材料を含有する。ファイバに入射する、シンチレーション光は、染料によって吸収され、順に、より長い波長を伴う光を放出する。より長い波長光は、ファイバ材料内で等方的に放出される。全内部反射は、その光の一部を捕らえ、比較的に低損失を伴って、長距離にわたって、それを伝導させる。これは、図３を参照して説明されるように、染料の吸収３０４および放出３０２波長範囲が、波長シフト光が再吸収されないように、効果的に重複しないため、可能である。捕捉された割合は、ファイバの表面における屈折率の比率によって判定される。ＷＳＦの付加的利点は、波長シフトが、シンチレーション光３０６を光検出器（ＰＭＴ、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）、または多画素光子検出器（ＭＰＰＣ）、またはその他）の敏感波長範囲内にもたらすことができることである。
【００１１】
シンチレータ構造は、例えば、ダイキャスト、射出成形（Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｌａｓｔｉｃ  ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｍｏｌｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，  Ｎｕｃｌ．  Ｉｎｓｔｒ．  Ｍｅｔｈ．  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．  Ａ，  ｖｏｌ．  ４０６，  ｐｐ．  ４３５−４１（１９９８）に説明されるように）、および押出成形（Ｂｒｏｓｓ，  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第７，０６７，０７９号に説明されるように）（両参考文献とも、参照することによって本明細書に組み込まれる）を含む、多くの製造技術を使用して生産されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許公報第６，０７８，０５２号明細書
【特許文献２】米国特許公報第５，３０２，８１７号明細書
【特許文献３】米国特許公報第７，０６７，０７９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（本発明の実施形態の要約）
本発明の種々の実施形態によると、ファイバ結合シンチレーション検出器を後方散乱および透過Ｘ線検査における問題に適用する、システムおよび方法が、提供される。
【００１４】
記載の便宜上、波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器は、本明細書では、「Ｓｃ−ＷＳＦ」検出器と称され得る。
【００１５】
本発明の第１の実施形態では、入射透過性放射線のエネルギーをシンチレーション光に変化するためのある非画素化シンチレーション媒体体積を有する、透過性放射線の検出器が、提供される。検出器は、非画素化シンチレーション媒体体積と連続するシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された複数の光学導波路を有し、光学導波路は、導波路によって誘導される光子を検出するため、および検出器信号を発生させるために、シンチレーション光から導出された光を光検出器に誘導する。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、検出器はまた、規定された持続時間にわたって、検出器信号を積分するための積分回路を有してもよい。
【００１７】
本発明の代替実施形態では、入射透過性放射線のエネルギーをシンチレーション光に変換するためのあるシンチレーション媒体体積と、体積のシンチレーション媒体と連続するシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された複数の光学導波路とを有する、透過性放射線の検出器が、提供される。光学導波路は、検出器信号を発生させる光検出器に、シンチレーション光から導出された光を誘導する。最後に、積分回路が、規定された持続時間にわたって、検出器信号を積分する。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態では、前述の検出器内の光学導波路は、シンチレーション光の波長シフトのために適応されてもよく、より具体的には、波長シフト光ファイバであってもよい。シンチレーション媒体は、バリウムフルオロクロライド等のランタニドでドープされたバリウム混合ハロゲン化物を含んでもよい。光検出器は、光電子増倍管を含んでもよい。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態では、検出器の面積によって除算された前述の検出器のいずれかの厚さの二乗は、０．００１未満であってもよい。複数の導波路のうちの少なくとも１つは、クラッディングを欠いていてもよく、シンチレーション媒体は、導波路を特徴付ける屈折率より低い値の屈折率によって特徴付けられ得る。光学導波路は、複数の平行平面に配置されてもよく、平行平面はそれぞれ、複数の光学導波路のサブセットを含有する。
【００２０】
本発明の他の実施形態では、検出器は、入射ビームが連続的に衝突する、複数のシンチレータ媒体層を有してもよく、層は、入射ビームに対する固有のスペクトル感度によって特徴付けられてもよい。交互シンチレータ層は、ファイバ結合ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）およびファイバ結合ＢａＦＩ（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つと交互する、Ｌｉ６Ｆ：ＺｎＳ（Ａｇ）を含んでもよい。複数のシンチレータ媒体層の第１の層は、優先的に、より低いエネルギーのＸ線に敏感である、波長シフトファイバ結合検出器であってもよく、複数のシンチレータ媒体層の最後の層は、プラスチックシンチレータであってもよい。
【００２１】
シンチレータ媒体のセグメントは、入射ビームの伝搬方向に横断する平面に配置されてもよく、光ファイバを介して、光検出器に固有に結合されてもよい。
【００２２】
本発明の別の側面によると、シンチレーション検出器を製造するための方法は、光学導波路の周囲にシンチレーション材料のシェルを押出成形することを含み、特定の実施形態では、光学導波路は、波長シフト光ファイバである。
【００２３】
代替実施形態では、散乱Ｘ線放射を検出するための方法は、
ａ．複数の個々に読取装置を行なうセグメントによって特徴付けられる、検出器を提供するステップと、
ｂ．個々に読取装置を行なうセグメントのサブセットからの信号を加算するステップであって、サブセットが、相対的信号対雑音に基づいて選択される、ステップと
を有する。
【００２４】
本発明の別の側面では、散乱Ｘ線放射を検出するための方法が、提供される。本方法は、
ａ．複数の個々に読取装置を行なうセグメントによって特徴付けられる、検出器を提供するステップと、
ｂ．個々に読取装置を行なうセグメントのサブセットからの信号を加算するステップであって、サブセットが、一次照射ビームの既知の位置に基づいて選択される、ステップと
を有する。
【００２５】
移動式Ｘ線検査システムが、別の実施形態によると、提供される。検査システムは、プラットフォームおよび地面接触部材を有する搬送装置上に配置される、Ｘ線放射源と、被検査物体と相互作用するＸ線を検出するために、検査動作の間、搬送装置外に展開される、ファイバ結合シンチレーション検出器とを有する。
【００２６】
移動式Ｘ線検査システムはまた、検査の過程の間、被検査物体の上方に展開される、ファイバ結合シンチレーションオーニング型検出器を有してもよく、オーニング型検出器は、検査動作に先立って、搬送装置の屋根からスライドしてもよい。また、搬送装置のプラットフォームの真下に展開されるスカート型検出器および搬送装置より高い空間の検出のための屋根型検出器、ならびに実質的に水平であって、かつ実質的に直立型のファイバ結合シンチレータ検出器セグメントが、存在してもよい。実質的に水平であって、かつ実質的に直立型のファイバ結合シンチレータ検出器セグメントは、一体型構造に形成されてもよい。
【００２７】
本発明の別の側面によると、装置に入射する放射線を検出するための装置であって、
ａ．少なくとも第１の検出信号を発生させるために、放射線に高感度な波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器を備える、複数の実質的に平行な能動的コリメーションベーンと、
ｂ．複数の能動的コリメータベーンの実質的に平行な能動的コリメーションベーン間を通過する放射線を検出し、第２の検出信号を発生させるための後方の広面積検出器と、
ｃ．第１および第２の検出信号を受信および処理するためのプロセッサと
を備える、装置が、提供される。
【００２８】
本発明の代替実施形態によると、下層表面上に配置される物体を検査するためのトップダウン型撮像検査システムが、提供される。トップダウン型撮像検査システムは、実質的に下向きに指向するＸ線源と、下層表面の上方の突出部内に配置される、線形検出器アレイとを有する。線形検出器アレイは、波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器を含んでもよい。
【００２９】
本発明の別の側面によると、車両の下側を検査するためのＸ線検査システムが、提供される。Ｘ線検査システムは、シャーシに結合された実質的に上向きに指向するＸ線源と、車両によって、および車両の下または内に隠された物体によって、散乱されるＸ線を検出するために、シャーシ上に配置される波長シフトファイバ結合シンチレータ検出器とを有する。シャーシは、モータおよび手動制御のうちの少なくとも１つによって、車両下で操作されるように適応されてもよい。
【００３０】
本発明の前述の特徴は、付随の図を参照する、以下の発明を実施するための形態を参照することによってより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、「ボックスタイプ」の先行技術のシンチレーション検出器の側面および正面断面図を示す。
【図２】図２は、先行技術のシンチレータスクリーンの概略図である。
【図３】図３は、シンチレーション光ならびに典型的波長シフトファイバ吸収および放出スペクトル間のスペクトル関係を描写する。
【図４】図４は、本発明のある実施形態による、シンチレータ材料間に狭入された波長シフトファイバのアレイの斜視概略図である。
【図５】図５は、本発明のある実施形態による、シンチレータ材料のマトリクス内に埋入された波長シフトファイバのアレイの断面概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のある実施形態による、ＷＳＦを中心として押出成形された円筒形シンチレータの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明のある実施形態による、ＷＳＦを中心として円筒形シンチレータを押出成形するためのシステムの概略描写である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明のある実施形態による、ＷＳＦとともに円筒形シンチレータを共押出成形するための押出成形機の断面図である。
【図７】図７は、本発明のある実施形態による、複数列のＷＳＦを伴う、シンチレーション検出器の概略断面である。
【図８】図８は、本発明のある実施形態による、波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器の上面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、収納された屋根型およびスカート型後方散乱検出器を示す。
【図１０】図１０は、検査動作の過程の間に展開される、同一の検出器を示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、後方散乱検査システムと併用するためのオーニング型検出器およびスカート型検出器を示す。
【図１２】図１２は、本発明のある実施形態による、高エネルギーＸ線透過検出器として使用するためのシンチレータ層のスタックの断面概略図である。
【図１３Ａ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明のある実施形態による、２インチの高さの減速バンプの内側の層状透過検出器を示す一方、図１３Ｃは、減速バンプフレーム内に挿入された検出器アセンブリの断面を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明のある実施形態による、２インチの高さの減速バンプの内側の層状透過検出器を示す一方、図１３Ｃは、減速バンプフレーム内に挿入された検出器アセンブリの断面を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明のある実施形態による、２インチの高さの減速バンプの内側の層状透過検出器を示す一方、図１３Ｃは、減速バンプフレーム内に挿入された検出器アセンブリの断面を示す。
【図１４】図１４Ａは、本発明のある実施形態による、Ｘ線ビームの幅を横断して検出された強度の分布の測定のためのセグメント化されたＸ線透過検出器の斜視図を示す一方、図１４Ｂおよび１４Ｃは、図１４Ａの検出器の真向き断面および典型的ビームプロファイルを示す。
【図１５】図１５は、本発明のある実施形態による、多重エネルギー分解能を伴う、シンチレーション検出器の断面図である。
【図１６】図１６は、本発明のある実施形態による、Ｘ線および熱中性子の両方の検出のための多層シンチレーション検出器を示す。
【図１７】図１７は、能動的コリメータを伴う、検出器の斜視図を示す。
【図１８】図１８Ａおよび１８Ｂは、本発明のある実施形態による、能動的コリメータとして使用される、ＷＳＦ検出器の斜視および断面図を示し、図１８Ｃおよび１８Ｄは、本発明のさらなる実施形態による、各面に衝突する放射線を区別するために、遮光Ｘ線吸収体によって分離される独立読取装置を伴う、配列を示す。
【図１９】図１９Ａおよび１９Ｂは、本発明のある実施形態による、それぞれ、格納および展開状態における、携帯式スキャナから広げられた複数の検出器を示す。
【図２０】図２０Ａおよび２０Ｂは、本発明による、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器によって、シャーシ下検査のために、車両の下にスライドされ得る、後方散乱ユニットを示す。
【図２１】図２１Ａおよび２１Ｂは、本発明のある実施形態による、移動式検査システムと併せたＳｃ−ＷＳＦ技術に基づく、検出器の直角に角度付けられた組み合わせの使用を描写する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（本発明の実施形態の詳細な説明）
本発明の実施形態によると、シンチレータ材料と、光学導波路、より具体的には、波長シフトファイバとの光学結合は、有利には、Ｘ線散乱検出の需要に特有のものを含む、目的を可能にする。
【００３３】
定義：
用語「画像」は、有形、または別様に知覚可能な形態、またはその他であるかどうかにかかわらず、任意の１次元または多次元表現を指すものとし、それによって、いくつかの特性値（Ｘ線透過撮像の場合、入射ビームが横断する、被検査物体列を通る部分透過強度等）が、物理的空間内の物体の次元座標に対応する複数の場所（または、ユークリッド空間内のベクトル、典型的には、Ｒ２）のそれぞれと関連付けられるが、必ずしも、その上に１対１でマップされるわけではない。画像は、コンピュータメモリまたはホログラフィック媒体内に、数のアレイを含み得る。同様に、「撮像」は、１つ以上の画像の観点から述べられる物理的特性のレンダリングを指す。
【００３４】
「上方」、「下方」、「上側」、「下側」、および同等物等の空間関係の用語は、図に示されるように、１つの素子と別の素子との関係を記述するための説明の容易性のために、本明細書では使用され得る。そのような空間関係の用語は、図に説明および／または描写される配向に加え、使用または動作時の装置の異なる配向を包含するように意図されることを理解されるであろう。
【００３５】
ある素子が、別の素子の「上にある」、「それに接続されている」、または「それに結合されている」として説明される場合、別様に規定されない限り、直接、他の素子の上にある、それに接続される、またはそれに結合されてもよく、あるいは代替として、１つ以上の介在素子が、存在してもよい。
【００３６】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのものであって、限定を意図するものではない。単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数形も同様に含むものと意図される。
【００３７】
ＷＳＦ検出器
最初に、図４を参照すると、本発明の一実施形態では、緊密に離間された平行波長シフトファイバ層４００が、複合シンチレーションスクリーンの２つの層４０３間に狭入される。好ましいシンチレータ材料は、ユウロピウムでドープされたバリウムフルオロクロライド（ＢａＦＣｌ：Ｅｕ）であるが、ＢａＦＩ：Ｅｕまたは他のランタニドでドープされたバリウム混合ハロゲン化物等の他のシンチレータ（さらなる実施例として、ＢａＢｒＩ：ＥｕおよびＢａＣｓＩ：Ｅｕを含む）も、本発明の範囲内で使用されてもよい。Ｘ線検出のために採用されるシンチレータ材料は、典型的には、シンチレーション光子の非常に強い自己吸収性を呈するため、本発明による実施形態は、有利には、依然として、出力シンチレーション信号を効率的に結合しながら、非常に大きい体積のシンチレータ４０３が採用されることを可能にする。
【００３８】
本願における複合シンチレーションスクリーンの使用の利点の１つは、ファイバ結合シンチレーション検出器の押出成形によって、加工を可能にすることである。
【００３９】
複合シンチレータ４０３は、機械的支持を提供する、プラスチックまたは他の材料の外部層４０４によって構造的に支持される。ファイバクラッディング４０１と複合シンチレータ４０３との間の光学接触は、シンチレーション光に透明である、好適な屈折率の屈折率整合材料４０５で隙間を充填することによって確立される。充填材料の屈折率は、ＷＳＦ内への一次光光子の収集およびファイバ内の波長シフト光子の捕捉を最適化するように選定される。充填材料４０５は、例えば、光学グリースまたは光学エポキシであってもよいが、任意の材料が、本発明の範囲内である。
【００４０】
Ｘ線光子の入射に応じて、シンチレータ４０３によって放出されるシンチレーション光は、クラッディング４０１を介して、個別のファイバのコア４０７内に結合され、周波数が下方シフト（すなわち、赤方シフト）され、１つ以上の光検出器８０５（例えば、図８に示される）に伝搬される。ファイバコア４０７からの光は、光検出器８０５を介して、電流に変換され、電流は、典型的には、１〜１２μｓの範囲内の時間間隔で積分され、画素毎の信号強度を求める。検出器信号の積分は、例えば、積分前置増幅器等の積分回路（図示せず）によって行なわれてもよい。
【００４１】
次に、図５を参照すると、波長シフトファイバ４００は、シンチレーションスクリーン５０３のマトリクス内に埋入される。シンチレーション媒体内へのＷＳＦの埋入は、最良光学接触をもたらす。
【００４２】
ここで、図６Ａを参照して説明される、本発明のさらに別の実施形態では、複合シンチレータ材料６０３は、コア６０２を伴うＷＳＦ６０１の周囲に、クラッディングまたはシェルのように適用される。本願は、押出成形式製造プロセスに役立ち、コストがかかるシンチレータ材料６０３のより効果的使用を可能にする。シンチレータ材料６０３は、シンチレーション光に対する反射体としても作用する、保護層６０４で密閉される。本発明の範囲内では、クラッディングは、シンチレータがファイバより低い屈折率を有し、シンチレータ−ファイバ接合が、必要な平滑性およびロバスト性を有するとき、省略されてもよい。
【００４３】
波長シフトポリマー光ファイバは、ここで、図６Ｂに描写されるシステム概略を参照して説明される、本発明のある実施形態に従って製造されてもよい。ＷＳＦポリマー融液源６０６、低屈折率クラッディングポリマー融液６０８、およびリンが埋入された光学的に透明なポリマー融液６１０が全て、圧力下、押出成形ゾーン６１４内の共押出成形ダイ６１２内に送給され、共押出成形される。例えば、乾燥空気または窒素等の乾燥ガス６１１が、冷却のために、押出成形されたファイバ上に噴霧される。光反射顔料（例えば、ＴｉＯ２等）を伴うポリマー融液６１６が、圧力下、シンチレータでコーティングされたＷＳＦ６１３を覆う光反射外被のために、押出成形ダイ６１８内に送給される。得られたシンチレータ装填ＷＳＦ６２０は、巻取機６２２によって、格納のために巻き取られる。図６Ｃは、シンチレータでコーティングされたＷＳＦの製造のために、本発明の実施形態に従って使用するための共押出成形システムの断面図を示す。ＷＳＦポリマー融液６０６が、低屈折率クラッディングポリマー融液６０８およびリンが埋入された光学的に透明なポリマー融液６１０とともに、共押出成形ダイ６１２内に注入される。光反射顔料を伴うポリマー融液６１６が、圧力下、押出成形ダイ６１８内に送給される。完成したファイバは、ＷＳＦコア６０２、低屈折率クラッディング６０１、シンチレータ装填クラッディング６０３、および反射コーティング６０４を有する。
【００４４】
本発明によるシンチレーション検出器の全実施形態に対して、シンチレータ材料の厚さは、放射線のエネルギーが検出されるように最適化されることに有利である。設計は、二次的量子的落ち込みを回避するために十分な光収集を保証すべきである。特に、本明細書に説明される本発明の実施形態は、その面積に対して非常に薄い検出器を提供する。
【００４５】
定義：本説明の目的のために、添付のいずれかの請求項では、シンチレーション検出器に適用される、用語「厚さ」は、検出器の視野の重心に沿った、またはそれに平行な寸法における、検出器の平均範囲を表すものとする。検出器に適用される、用語「面積」、または同等に、用語「作用面積」は、検出器の視野内の放射線の全伝搬ベクトルの重心を横断する平面において測定される、検出器のサイズを指すものとする。
【００４６】
本発明の実施形態は、８ＷＳＦ層程度のものであっても、０．００１未満の検出器厚の二乗と作用検出器面積の比率を有する。例えば、面積４８インチ×１２インチを伴う８層検出器は、厚さの二乗と検出器面積の比率が、０．０００５であるように、厚さわずか０．５インチを有する。本厚さの二乗対面積の比率は、典型的には、シンチレータ光が、直接、光検出器によって検出される、後方散乱検出器の匹敵する比率より１桁分以上小さい。
【００４７】
図７に描写される本発明のさらなる実施形態によると、検出器の有用阻止能は、ＷＳＦ４００の複数の層７０１、７０２（または、他の光学導波路）を組み合わせ、それによって、入射放射線の経路に沿ったシンチレータ材料４０３の深度を増加させることによって、増加されることができる。
【００４８】
本発明による、波長シフトシンチレータ検出器の実施形態は、図８に示される。波長シフトファイバ８０１は、シンチレータ材料８０３内に埋入され、光を結合し、光電子増倍管８０５による検出のために、周波数が下方シフトされる。
【００４９】
前述の種々の実施形態によると、ＷＳＦの端部は、束化され、少なくとも１つの光検出器に光学的に結合される。好適な光検出器の実施例として、ＰＭＴおよびシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）が挙げられる。
【００５０】
本明細書に説明される本発明の検出器の利点として、検出の効率および実装の薄型幾何学プロファイルが挙げられる。これは、検出システムを設計する際、より自由度をもたらし、全く新しい空間制約用途を可能にする。検出器構造の機械的柔軟性は、撮像された物体が検出器体積によって囲繞される実装等の用途に準拠するように、検出器表面を成形することを可能にする。薄型プロファイルもまた、近傍Ｘ線撮像システムからの望ましくない散乱放射線（クロストーク）の検出を最小限にするように、検出器面積を配向および遮蔽するのを比較的に容易にする。
【００５１】
広シンチレータ範囲にわたるシンチレーション光の抽出は、大きな幅対深度の縦横比の検出器を可能にする。特に、空間角度０．１ｓｒ以上に対する検出器が、本発明の実施形態によって促進される。
【００５２】
典型的後方散乱Ｘ線撮像システムでは、Ｘ線ペンシルビームが、線形運動において、撮像される標的を走査する一方、伸長放射線検出器が、Ｘ線源の出口開口の両側に配置される。ペンシルビームが移動するにつれて、ビームに最も近い検出器面積は、典型的には、最強信号を受信し、ビームからより遠い検出器面積は、ほとんど受信しないであろう。検出器面積が、個々に読取可能なセクションにセグメント化される場合、検出システムの信号対雑音比は、良好な信号対雑音比を伴うセグメントのみを読み取り、主に雑音を総和信号に寄与するであろうセグメントを無視することによって、改良されることができる。寄与検出器セグメントの選択は、実際に検出された信号に基づいて、またはペンシルビームの既知の位置に基づいて、行なわれることができる。
【００５３】
押出成形によるシンチレータ加工の利点
図６Ａ−６Ｃを参照して前述の押出成形、すなわち、「自動コーティング」プロセスは、ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）等の多結晶シンチレーション材料を平坦な裏材上に配設する典型的方法とは全く対照的である。前述のように、均一厚のシンチレータでコーティングされた個々の波長シフトファイバを加工する押出成形方法は、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器の形状に関する制限が、主に、全内部反射によるファイバ内の全捕捉要件によって左右されるように輪郭形成され得る、ファイバを生産する。均一にコーティングされた結合ファイバの概念は、空間が重要視される、後方散乱（ＢＸ）検出器、特に、携帯式およびロボット搭載検出器の設計により自由度をもたらす。
【００５４】
散乱Ｘ線の幾何学的効率を増加させるための展開可能検出器
例えば、Ｓｗｉｆｔ，  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第５，７６４，６８３号およびＣｈａｌｍｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．の第７，０９９，４３４号（両方とも、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるもの等のいくつかの移動式Ｘ線システムは、片側から車およびトラックを検査するために、後方散乱Ｘ線（ＢＸ）法を使用する。前者は、動作の間、搬送装置の外側に展開された検出器を使用する一方、後者は、封入体、すなわち、搬送装置の外装内に完全に含有された検出器面積を使用する。両方とも、散乱Ｘ線を検出する効率を最大限にするために、広面積の検出器を使用する。面積式後方散乱検出器の被覆率は、Ｃｈａｌｍｅｒｓの第‘４３４号特許の教示による製品の場合、標的に面する封入体の内部表面の約２０平方フィートを網羅する。このように覆われた検出器面積は、高いまたは低い標的から散乱放射線を収集するためには、比較的に低い幾何学的効率を有する。光電子増倍管によるシンチレーション光の直接捕捉のために必要である、そのような検出器の本質的に奥行がある幾何学的プロファイルは、小型トラックの外側での展開には好ましくない。
【００５５】
定義：本明細書および添付の請求項のいずれかで使用されるように、用語「広面積検出器」は、少なくともπステラジアンの空間角度によって特徴付けられる、同等に、検査を受ける物体上の点から見て、２つの直交する横方向のそれぞれにおいて、少なくとも３０°の開放角に対する、任意の単一検出器または任意の検出器モジュールを指すものとする。
【００５６】
「搬送装置」は、ある場所から別の場所に機器を搬送するために使用される、車輪、トラック、トレッド、スキッド等の地面接触部材によって支承されるプラットフォームによって特徴付けられる、任意のデバイスであるものとする。
【００５７】
本発明の実施形態による、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、小型トラックの外側において定位置に迅速に展開され得る、広面積検出器の目立たない格納を実用化し、実質的に、検出効率を向上させる。
【００５８】
ここで、図９を参照すると、広面積Ｓｃ−ＷＳＦオーニング型検出器１１０１は、後方散乱検査小型トラック１１０３の屋根の上に格納された収納位置に示され、および薄型スカート型検出器１１０５は、後方散乱検査小型トラックの車輪の上方の収納位置に示される。図１０では、屋根型およびスカート型検出器は両方とも、それぞれ、より高いおよびより低い標的を検出するために、立体角を増加させるように展開されて示される。オーニング型検出器は、検査の過程の間、被検査物体の上方に展開される一方、スカート型検出器は、少なくとも部分的に、搬送装置のプラットフォームの真下に展開される。図１１を参照して説明される、本発明の別の実施形態では、オーニング型検出器１３０１は、車１３０３のトランクまたは裏側内の禁制品の検出のため等、低位の近接標的のために展開されてもよい。オーニング型検出器１３０１は、検査動作に先立って、搬送装置の屋根からスライドしてもよい。図１１はまた、近接車両のタイヤ、車輪格納部、および内部を効率的に検査するために使用される、Ｓｃ−ＷＳＦスカート型検出器１１０５の展開を示す。
【００５９】
走査Ｘ線ペンシルビームの透過検出のための二重および多エネルギー検出器
Ｘ線の走査ペンシルビームは、後方散乱放射線を分析することによって、内部物体を露顕させるだけではなく、いくつかの用途では、透過（ＴＸ）および前方散乱（ＦＸ）放射線の同時分析によって、付加的情報を得ることができる。ＴＸおよびＦＸ検出器は、ペンシルビームの断面積が、信号の積分時間とともに、画素サイズを画定するため、セグメント化される必要がない。さらに、ＴＸおよびＦＸ検出器は、ほとんどの用途において、ＴＸまたはＦＸ  Ｘ線束が、パルスカウントのためには高過ぎるため、総エネルギー検出器である必要のみある。シンチレーションスクリーンは、そのような走査ビーム用途のための従来の検出器である。Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、実質的に、以下の実施例によって明確となるように、本ＴＸおよびＦＸシンチレーション検出器の用途の範囲を拡張させる。
【００６０】
最大少なくとも２５０ｋｅＶのＸ線ビームのためのＴＸ
例えば、ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）またはＧａｄｏｘから作製される、従来のシンチレーションスクリーンの吸収効率は、約８０ｋｅＶを上回るＸ線エネルギーの場合、５０％を下回って降下する。２つの層の場合の５０％点は、約１００ｋｅＶである。違いとして、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、検出器のプロファイルを実質的に増加させずに、３つ以上の層のシンチレータとともに作製されることができる。費用効果的Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、４層を伴うものであって、標準的１４０ｋｅＶＸ線管によって発生される走査Ｘ線ビームを用いて、ＴＸのために使用されることができる。図１２に示され、概して、番号１４００によって指定されるような９層検出器等の多層検出器は、入口を通した車両のＸ線検査において使用されるもの等、標準的２２５ｋｅＶＸ線管（図示せず）によって放出されるＸ線１４０２を検出するために非常に効果的であり得る。シンチレータ材料の層１４０４が示され、ＷＳＦファイバ１４０６が、光検出器１４０８に結合される。
【００６１】
３面入口検査におけるトップダウン型撮像機のための可搬式ＴＸ検出器
多層透過（ＴＸ）検出器の薄型プロファイルは、道路上透過（ＴＸ）検出器を実用化する。図１３Ａおよび１３Ｂは、いっぱいに積載されたトラクタトレーラーを支持するために十分に強固であって、かつ展開のために地面の掘削を要求しない、２インチの高さの減速バンプ１１３１の内側のそのような検出器を示す。透過性放射線源１１３２は、減速バンプ１１３１または下層表面の上方の類似突出部のフレーム１１３６内の線形検出器アセンブリ１１３５に入射するファンビーム１１３４を放出する。検出器アセンブリ１１３５は、高原子番号のベーン１１３８によって分離されたシンチレータ材料１１３７のセグメントを含む。例えば、図４を参照して、前述のように、シンチレーション光は、波長シフト光ファイバ１１３９によって、光検出器に結合される。
【００６２】
走査ビーム強度プロファイルを判定するためのセグメント化されたＴＸ検出器
次に、図１４Ａおよび１４Ｂを参照すると、概して、番号１１４１によって指定される、入射Ｘ線１１４３の走査ビーム強度プロファイルを測定するためのセグメント化された透過検出器が、示される。Ｓｃ−ＷＳＦ検出器１１４１（透過の際に使用される）と走査ペンシルビームの平面の整合は、ＴＸ検出器が、移動式セキュリティシステムのために展開されるとき、有意な課題を呈する。図１４Ｂは、垂直Ｓｃ−ＷＳＦ検出器１１４１（別様に、本明細書では、適切な場合、「透過検出器」または「ＴＸ検出器」と称される）の断面を示し、ＷＳＦのファイバ１１４５の独立読取装置は、同時に、各画素の透過強度およびビーム幅を横断する線形分布の両方を測定し、その重心位置を判定する手段を提供する。ファイバ１１４５は、ＰＭＴ等の個々の光検出器１１４９に束１１４７として配線される。強度の分布は、散乱材料に関する有用情報を含有し、透過強度としてカウントされる散乱内放射線の測定値を与える、前方散乱強度を求めるように拡張される。
【００６３】
検出器平面および走査Ｘ線の平面の相対的位置は、自動的に、制御されることができる。本概念の検出器は、図１４Ａに図式的に示される。反射表面１１４８は、光検出器１１４９の遠位の検出器１１４１の端部に提供されてもよい。
【００６４】
透過信号のための単一データチャネルによって、通行方向に沿った（ファン形状の照射Ｘ線ビームに横断する）空間分解能が、２つの寸法、すなわち、高感度検出器面積の幅またはＴＸ検出器を横断するビームサイズのうちの小さい方によって判定される。（実用目的のために、アンダーサンプリングの場合は、本説明では考慮されない。）しかしながら、空間分解能は、ここで、図１４Ｃを参照して説明されるように、高感度検出器面積を狭めることによって改良され得る。本発明の実施形態によると、通行方向を横断する（検出器線に沿った）空間分解能は、複数のチャネル（図１４ＣにおけるＡ、Ｂ、Ｃ）と関連付けられた検出器アレイ１４５０の複数の検出器を採用し、その高感度面積をインタレースすることによって、向上される。インタレースパターンのピッチは、検出器に沿ったビーム幅に依存する。理想的には、ピッチ（すなわち、単一チャネル「Ａ」と関連付けられた２つの検出器１４５１と１４５４との間の間隔）は、同一の検出チャネルの２つの検出器セグメントが、同時に、ビームから直接放射線を受信しないように十分に大きくある必要がある。ビーム強度プロファイルは、番号１４５６によって描写される。実践目的のために、要件は、ある程度の画素間のクロストークは、容認可能であるため、要件は、それほど厳格ではない。複数の結果として生じる画像は、当技術分野において既知の方法を含む、任意の方法を採用して、インタレースされ、１つのより高い解像度の画像を作成する必要がある。検出器における空間分解能の改良は、流束を犠牲にして成り立ち、したがって、信号対雑音の考慮によって制限されることに留意されたい。
【００６５】
本発明の範囲内の別の構成として、有利には、容易に設定および整合される、Ｌ形状検出器を形成する、図１４Ａに示される垂直検出器１１４１と、図１３Ｂの水平道路用検出器１１３５の組み合わせが挙げられる。
【００６６】
本発明のさらに別の実施形態では、透過検出器アレイ１４５０（垂直、水平、Ｌ形状等である幾何学的配向にかかわらず）は、図１４ＣのＢ、Ｃ、およびＡ等、複数のユニットにセグメント化される。示されるように、ビームプロファイル１４５６は、測定された強度の割合が１となるように、ＢおよびＡに対して対称である。何らかの理由から、整合が変化する場合、その比率は、著しく変化する。照射Ｘ線ペンシルビームが、上下に走査するにつれて、整合が歪曲する場合、Ｂ／Ａ比の変化は、歪度および側方シフトの両方を測定する。収集されたデータは、次いで、ライン毎にそのようなシフトが補正されることができる。
【００６７】
材料識別のための二重エネルギーおよび多エネルギーＴＸ検出器
シンチレータの正面および背面層からの信号を分離することによって、正面層は、各画素の低エネルギー成分の測定値を与える一方、背面層は、高エネルギー成分の測定値を与える。正面シンチレータと背面シンチレータとの間に吸収材料の層を置くことは、低エネルギー成分と高エネルギー成分との間の差異を向上させる標準的方法であって、これは、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器を用いて容易に行なわれる。
【００６８】
Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、プラスチックシンチレータ検出器上のＢａＦＣｌ−ＷＳＦ等のＳｃ−ＷＳＦの層から成る、二重エネルギー検出器を実用化する。ＢａＦＣｌは、低エネルギーＸ線には高感度であって、高エネルギーＸ線にはそうではない一方、プラスチック検出器は、高エネルギーＸ線には高感度であって、低エネルギーＸ線には非常に低感度である。
【００６９】
代替かつ潜在的により効果的材料判別器は、層毎に別個の読取装置を伴う、３つ以上のＳｃ−ＷＳＦの独立層を使用することによって作製されることができる。適切な厚さの銅等の受動的吸収体が、上部Ｓｃ−ＷＳＦ後に挿入され、セグメント化された検出器とともに実践されるため、二重エネルギー用途を向上させることができる。代替として、中間シンチレータは、能動的吸収層として使用されることができる。３つの独立パラメータの測定は、横断材料の平均原子番号およびビーム硬化の程度の両方の測定値も同様に求めることを可能にする。Ｓｃ−ＷＳＦはさらに、画素毎に４つ以上のエネルギー値を求め、構成素子の数に伴って増加する、統計的不確実性を制限するように拡張されることができる。図１２に示される検出器１４００は、そのような検出器の極端な実施例である。
【００７０】
二重エネルギーＴＸの重要な用途は、空港のターミナルにおけるＸ線対人スキャナである。ＴＸ画像に同時にＢＸを提供することは、検査のために有用であることが証明されている。二重エネルギーをＴＸ画像に追加することは、主に、従来の検出器によって課されるサイズ制約のため、これまで、非実践的であった。Ｓｃ−ＷＳＦは、二重（または、多）エネルギー検出器１５００が、より高いエネルギーＸ線に高感度である、プラスチックシンチレータ１５０２のスラブの正面に位置付けられる、入射Ｘ線１５０１のより低いエネルギー成分に高感度である、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器１５０８を含む、固有のエネルギー感度を伴う、複数の検出器が、図１５に示されるように、積層され得るため、それらの制約を排除し、有意に性能を改良する見込みがある。Ｓｃ−ＷＳＦ検出器１５０８は、ＷＳファイバ１５０６の２つの層によって読み取られる、シンチレータ１５０４を含有する。
【００７１】
ガンマおよび中性子放射線のコンパクトな放射線検出器
Ｓｃ−ＷＳＦ方法は、中性子およびガンマ線の小型の軽量かつ安価なモニタ１６０１を実用化する。ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）−ＷＳＦは、ガンマ放射線に対して非常に高感度である一方、中性子に対しては低感度であって、Ｌｉ６Ｆ：ＺｎＳ（Ａｇ）−ＷＳＦは、ガンマ線に対して低感度であって、熱中性子の検出に非常に高感度である。図１６は、光ファイバ１６０４を介して、単一光検出器（図示せず）によって読み取られる、ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）の１つ以上の層１６０２と、第２の独立光検出器（図示せず）によって読み取られる、Ｌｉ６Ｆ：ＺｎＳ（Ａｇ）−ＷＳＦの１つ以上の層１６０６とから成る、多層「ダグウッド」サンドイッチを示し、能動的素子は、わずか１〜２センチメートルの厚さを占有する。ポリエチレン等の適切な中性子減速体層１６１２が、Ｌｉ６Ｆ：ＺｎＳ（Ａｇ）−ＷＳＦの両側に置かれ、中性子を検出するための効率を向上させてもよい。アルミニウム箔等の光学的に反射する箔１６０８は、個別の検出器領域へのシンチレーションを閉じ込める。
【００７２】
米国特許出願第１３／１６３，８５４号（Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄ）「Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒｓ」（参照することによって本明細書に組み込まれる）は、図１７に描写されるように、被検査物体の近距離場および遠距離場からの散乱を区別することによって、検査の奥行を増加させる、後方散乱検出器モジュール３０について説明している。一式の能動的コリメートベーン３１の角度は、工場で１回、調節されるか、あるいは走査される物体のタイプおよび／または距離に応じて、それらを動的に調節するために提供される任意の種類の電気機械的デバイスに取り付けられるかのいずれかであってもよい。コリメートベーンからのシンチレーション光は、１つ以上の光検出器（例えば、検出器の正面区画の上部および底部に位置するＰＭＴ３２）によって検出される。検出器の後方区画３６は、光バッフル３４によって、正面区画３５から光学的に隔離され、後方区画３６内で検出されるＸ線からのシンチレーション光は、第２のセットの１つ以上の光検出器（例えば、検出器の後方面上に搭載されるＰＭＴ３７）によって収集される。後方区画は、例えば、シンチレーション蛍光スクリーンで覆われてもよく、または本発明の他の実施形態では、プラスチックまたは液体シンチレータを含有してもよい。
【００７３】
標準的後方散乱ユニットへの有用な追加は、シンチレータから作製される、「ベネチアンブラインド」様コリメータであろう。スラットが、ボックス検出器が、優先的に、より深部の内部物体を検出するように、直接、スラット間の間隙を通して入射しない放射線を遮断する。能動的コリメータは、除外された放射線を記録する。能動的コリメータからの光は、ＰＭＴによって検出され、その収集効率は、コリメータ間の間隙が減少するにつれて、迅速に低下する。ＰＭＴおよびシンチレータベーンをＳｃ−ＷＳＦ検出器から成るベーンと交換することによって、主要な欠点を解決し、ベネチアンブラインド様コリメータを実用化する。第１に、光収集は、ベーン間の間隙幅から独立する。第２に、能動的コリメータからの光を収集するために使用される、ＰＭＴまたはシリコン光電子増倍管の作用面積は、概して、必要とされる、光検出器のコストがかからないように、ＰＭＴの作用面積よりはるかに小さい。第３に、ＷＳＦ束の端部における光検出器の設置は、光収集の効率に重要ではない。第４に、各スラットからのＷＳＦからの信号は、独立して処理され、被検査物体の内部に関する情報を最大限にするための広範囲をもたらすことができる。第５に、各ベーンの正面および背面上の薄型シンチレータスクリーンからの光は、独立ＷＳＦによって収集されることができ、深度判別を有意に改良し得る。
【００７４】
図１８Ｃおよび１８Ｄは、シンチレータの両側から衝突するＸ線に対して高感度の能動的ＷＳＦコリメータ１８１を描写する（それぞれ、斜視および断面）。両シンチレータ領域１８２からのシンチレーション光は、波長シフト光ファイバ１８３を介して、光検出器に結合される。図１８Ａおよび１８Ｂは、遮光Ｘ線吸収体１８９によって分離され、各面に衝突する放射線を区別する、独立読取装置１８７を伴う、能動的ＷＳＦコリメータ１８５を示す（それぞれ、斜視および断面）。例えば、各コリメータ１８５は、一実施形態では、Ｓｃ−ＷＳＦ検出器１８２の２つの層から成ってもよく、それぞれ、６０ｍｇ  ＢａＦＣｌ：Ｅｕ／ｃｍ２の面積密度を含有する。遮光Ｘ線吸収体１８９は、スズの薄層から成ってもよく、これはまた、構造支持を提供する。
【００７５】
小型後方散乱検査システムのための検出器
Ｓｃ−ＷＳＦ検出器の薄さは、低軽量かつ低電力が重要な用途のための独特の潜在性を提供する。図１９Ａおよび１９Ｂを参照すると、携帯式撮像システム１９３が、そのような用途の実施例である。電力要件、検査時間、および画質は全て、検出の立体角によって影響される。例えば、断面１０ｃｍ×１０ｃｍ（１００ｃｍ２）を伴う、従来の検出器は、重さ約５００グラムである。重さわずか２倍である１０−ｃｍ３のＳｃ−ＷＳＦは、それぞれ５ｍｍ厚未満の個々のＳｃ−ＷＳＦ１０ｃｍ×１０ｃｍ検出器から作製され、少なくとも２，０００ｃｍ２の後方散乱検出面積を呈するように広げられ得、本実施例では、２０倍の増加となる。付加的検出被覆率は、携帯式システムの性能に１桁分の改良をもたらし得る。
【００７６】
本明細書に説明されるＳｃ−ＷＳＦ検出器の薄型プロファイルは、狭小空間内に輪郭形成された検出器を適合させることを提供する。例えば、検出器は、制約された空港検査空間内に適合するように制約される、対人スキャナのために適応されてもよい。
【００７７】
図１９は、４つの検出器１９１が、携帯式スキャナ１９３から広げられる、またはスライドされ、特に、検査される物体内のより深部に隠されたアイテムに対する検出効率を実質的に増加させる、実施例を示す。後方散乱検出器１９５は、照射ビーム１９７に跨架する。
【００７８】
定常車両の下側の後方散乱検査
ポータブルＸ線後方散乱システムによる車両の下側の検査は、特殊な問題を呈する。車の地上高は、８インチに満たず、６インチ程度であり得る。入口等の固定検査システムは、検出器を地面に置くことができる、または前述のように、Ｓｃ−ＷＳＦを使用して、地面に置かれることができる。しかしながら、多くの地域でセキュリティのために必要とされる、移動式車両下検査システムは、未だ開発されていない。検査者は、鏡およびカメラ等の受動的検査ツールに依拠し、ガスタンク内や、または気付かないようにカモフラージュされた禁制品を見逃すことになる。
【００７９】
Ｓｃ−ＷＳＦ検出器は、高さ６インチに満たないＸ線後方散乱システムを実用化する。ここで、実践的システムの略図が、図２０Ａおよび２０Ｂを参照して説明される。Ｘ線源は、アノードを横断する電子ビームの電磁スキャナ２２１から成る。電磁スキャナ２２１は、電子機器モジュール２２３によって駆動される。Ｘ線は、例えば、１回の通過で下側３０インチに及ぶ、開口２２５の線形アレイによってコリメートされる。Ｓｃ−ＷＳＦ検出器２２７は、車両２２９から後方散乱されるＸ線２３６を検出するように、Ｘ線管の両側に搭載される。電源、パルス、および画像プロセッサも、適切に搭載され得る。車輪２３２上の検査ユニット２３０のシャーシ２３４は、モータまたは手動制御によって、車両２２９下で操作されるように適応されてもよい。
【００８０】
Ｌ形状検出器アレイセグメントを伴う、移動式透過検査
本発明の別の側面によると、概して、番号２４０によって指定される、移動式検査システムが、ここで、図２１Ａおよび２１Ｂを参照して説明される。透過性放射線源（図示されないが、本明細書では、限定ではないが、Ｘ線の観点から説明される）は、移動式検査ユニット２４１内で搬送され、典型的には、その独自の電力下で移動可能であるが、また、牽引または別様に輸送されてもよく、これも、本発明の範囲内である。透過性放射線のビーム２４２は、掃引ペンシルビームまたはファンビームのいずれかとして、移動式検査ユニット２４１から放出され、いずれの場合も、図２１Ａに代表的ビーム２４２として指定される平面において放出される。示されるように車両またはその他（可搬型貨物等）であり得る、被検査物体２４４は、検査の過程の間、ビーム２４２を横断し、横断の過程において、ここでさらに説明されるように、一体型Ｌ形状検出器ユニット２４５を通過する。検出器ユニット２４５は、図２１Ｂに示されるように、水平セグメント２４６および直立型セグメント２４７を有する。
【００８１】
Ｌ形状検出器ユニット２４５の水平および直立型セグメント２４６および２４７はそれぞれ、複数の平行層２４９から成り、図１２を参照して前述のように、材料識別を提供するように、検出されたＸ線の二重、またはより一般的には、多重エネルギー分解能を提供し得る。加えて、直立型検出器アレイセグメント２４７は、図１４Ａ−１４Ｃを参照して前述のように、ビームに対する検出器の歪度または側方シフトの指標を提供するように、ビーム２４２の方向に横断し、かつ被検査物体２４４とビーム２４２との間の相対的移動方向に実質的に沿った方向に、複数の検出器セグメント２４８を有してもよい。一体型Ｌ形状検出器ユニット２４５は、移動式検査ユニット２４１あるいは牽引または別様に付随するトレーラ２５０に積載して、検査場に搬送されてもよく、検査場における展開に応じて、部分的に組み立てられてもよい。整合レーザ２５１等の補完的整合補助が、移動式検査ユニット２４１およびビーム２４２に対する検出器ユニット２４５の適切な位置および配向を確立するために採用されてもよい。
【００８２】
本明細書に提示される実施例は、方法作用またはシステム素子の具体的組み合わせを伴うが、それらの作用およびそれらの素子は、Ｘ線検出の同一の目的を達成するための他の方法で組み合わせられてもよいことを理解されたい。加えて、単一デバイス特徴も、請求項の別個に列挙された素子の要件を充足し得る。本明細書に説明される本発明の実施形態は、単に、例示であることが意図される。変形例および修正例が、当業者に明白となるであろう。そのような変形例および修正例は全て、添付のいずれかの請求項に定義される本発明の範囲内であると意図される。
【００８３】
（項目１）
厚さおよび面積によって特徴付けられる透過性放射線の検出器であって、上記検出器は、
ａ．入射透過性放射線のエネルギーをシンチレーション光に変化するための非画素化シンチレーション媒体体積と、
ｂ．上記シンチレーション光から導出された光を誘導するために、上記非画素化シンチレーション媒体体積と連続するシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された複数の光学導波路と、
ｃ．上記複数の導波路によって誘導される光子を検出するため、および検出器信号を発生させるための光検出器と
を備える、検出器。
（項目２）
規定された持続時間にわたって、上記検出器信号を積分するための積分回路をさらに備える、項目１に記載の検出器。
（項目３）
厚さおよび面積によって特徴付けられる透過性放射線の検出器であって、上記検出器は、
ａ．入射透過性放射線のエネルギーをシンチレーション光に変換するためのシンチレーション媒体体積と、
ｂ．上記シンチレーション光から導出された光を誘導するために、上記体積のシンチレーション媒体と連続するシンチレーション光抽出領域にわたって、相互に実質的に平行に整合された複数の光学導波路と、
ｃ．上記複数の導波路によって誘導される光子を検出するため、および検出器信号を発生させるための光検出器と、
ｄ．規定された持続時間にわたって、上記検出器信号を積分するための積分回路と
を備える、検出器。
（項目４）
上記複数の光学導波路は、上記シンチレーション光の波長シフトに対して適応される、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目５）
上記複数の光学導波路は、波長シフト光ファイバである、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目６）
上記シンチレーション媒体は、ランタニドでドープされたバリウム混合ハロゲン化物を含む、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目７）
上記シンチレーション媒体は、バリウムフルオロクロライドを含む、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目８）
上記光検出器は、光電子増倍管を含む、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目９）
上記検出器の面積で除算した上記検出器の厚さの二乗は、０．００１未満である、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目１０）
上記複数の導波路のうちの少なくとも１つは、クラッディングを欠いており、上記シンチレーション媒体は、上記導波路を特徴付ける屈折率より低い値の屈折率によって特徴付けられる、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目１１）
上記複数の光学導波路は、複数の平行平面に配置され、上記平行平面のそれぞれは、上記複数の光学導波路のサブセットを含有する、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目１２）
入射ビームによって連続的に衝突される複数のシンチレータ媒体層をさらに備える、項目１または項目３に記載の検出器。
（項目１３）
上記複数のシンチレータ媒体層は、上記入射ビームに対する固有のスペクトル感度によって特徴付けられる、項目１２に記載の検出器。
（項目１４）
交互するシンチレータ層は、ファイバ結合ＢａＦＣｌ（Ｅｕ）およびファイバ結合ＢａＦＩ（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つと交互するＬｉ６Ｆ：ＺｎＳ（Ａｇ）を含む、項目１２に記載の検出器。
（項目１５）
上記複数のシンチレータ媒体層の第１の層は、優先的に、より低いエネルギーのＸ線に敏感である波長シフトファイバ結合検出器であり、上記複数のシンチレータ媒体層の最後の層は、プラスチックシンチレータである、項目１２に記載の検出器。
（項目１６）
入射ビームの伝搬方向に横断する平面に配置される複数のシンチレータ媒体セグメントをさらに備える、項目１に記載の検出器。
（項目１７）
上記複数のシンチレータ媒体セグメントは、光ファイバを介して、光検出器に固有に結合される、項目１６に記載の検出器。
（項目１８）
シンチレーション検出器を製造するための方法であって、上記方法は、シンチレーション材料のシェルを光学導波路の周囲に押出成形することを含む、方法。
（項目１９）
上記光学導波路は、波長シフト光ファイバである、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
散乱Ｘ線放射を検出するための方法であって、上記方法は、
ａ．複数の個々に読取装置を行なうセグメントによって特徴付けられる検出器を提供することと、
ｂ．上記個々に読取装置を行なうセグメントのサブセットからの信号を加算することであって、上記サブセットは、相対的信号対雑音に基づいて選択される、ことと
を含む、方法。
（項目２１）
散乱Ｘ線放射を検出するための方法であって、上記方法は、
ａ．複数の個々に読取装置を行なうセグメントによって特徴付けられる検出器を提供することと、
ｂ．上記個々に読取装置を行なうセグメントのサブセットからの信号を加算することであって、上記サブセットは、一次照射ビームの既知の位置に基づいて選択される、ことと
を含む、方法。
（項目２２）
被検査物体を検査するための移動式Ｘ線検査システムであって、上記移動式Ｘ線検査システムは、
ａ．プラットフォームおよび地面接触部材を有する搬送装置上に配置されたＸ線放射源と、
ｂ．上記被検査物体と相互作用するＸ線を検出するために、検査動作の間、上記搬送装置外に展開されたファイバ結合シンチレーション検出器と
を備える、移動式Ｘ線検査システム。
（項目２３）
検査の過程の間、上記被検査物体の上方に展開されたファイバ結合シンチレーションオーニング型検出器をさらに備える、項目２２に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２４）
上記オーニング型検出器は、検査動作に先立って、上記搬送装置の屋根からスライドする、項目２３に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２５）
上記搬送装置のプラットフォームの真下に展開されたスカート型検出器をさらに備える、項目２２に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２６）
上記搬送装置より高い空間の検出のための屋根型検出器をさらに備える、項目２２に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２７）
実質的に水平であって、かつ実質的に直立型のファイバ結合シンチレータ検出器セグメントをさらに備える、項目２２に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２８）
上記実質的に水平であって、かつ実質的に直立型のファイバ結合シンチレータ検出器セグメントは、一体型構造に形成される、項目２７に記載の移動式Ｘ線検査システム。
（項目２９）
装置であって、上記装置は、上記装置に入射する放射線を検出し、上記装置は、
ａ．少なくとも第１の検出信号を発生させるために、上記放射線に高感度な波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器を備える、複数の実質的に平行な能動的コリメーションベーンと、
ｂ．上記複数の能動的コリメータベーンの実質的に平行な能動的コリメーションベーン間を通過する放射線を検出し、第２の検出信号を発生させるための後方の広面積検出器と、
ｃ．上記第１および第２の検出信号を受信および処理するためのプロセッサと
を備える、装置。
（項目３０）
下層表面上に配置される物体を検査するためのトップダウン型撮像検査システムであって、上記トップダウン型撮像検査システムは、
ａ．実質的に下向きに指向するＸ線源と、
ｂ．上記下層表面の上方の突出部内に配置された線形検出器アレイと
を備える、トップダウン型撮像検査システム。
（項目３１）
上記線形検出器アレイは、波長シフトファイバ結合シンチレーション検出器を含む、項目３０に記載のトップダウン型撮像検査システム。
（項目３２）
車両の下側を検査するためのＸ線検査システムであって、上記Ｘ線検査システムは、
ａ．シャーシに結合された実質的に上向きに指向するＸ線源と、
ｂ．上記車両によって、および上記車両の下または内に隠された物体によって、散乱されるＸ線を検出するために、上記シャーシ上に配置された波長シフトファイバ結合シンチレータ検出器と
を備える、Ｘ線検査システム。
（項目３３）
上記シャーシは、モータおよび手動制御のうちの少なくとも１つによって、上記車両下で操作されるように適応される、項目３２に記載のＸ線検査システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020060590.tif 000016
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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