(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の中の対象物を特定するためのシステムであって、
第１の検査システムと第２の検査システムとを備え、
ａ．前記第１の検査システムは、
ｉ．走査領域の周りの複数のＸ線放射源位置からＸ線を発生するように構成された、固定されたＸ線放射源と、
ｉｉ．前記走査領域を通って送られるＸ線を検出するように構成された検出器の第１のセットと、
ｉｉｉ．前記走査領域の内部で散乱したＸ線を検出するように構成された検出器の第２のセットと、
ｉｖ．前記検出器の第１のセットからのデータ出力を処理し、少なくとも１つの断層撮影画像データを生成し、前記検出器の第２のセットからのデータ出力を処理して、散乱画像データを生成するように構成された、少なくとも１つのプロセッサとを備え、
ｂ．前記第２の検査システムは、ＮＱＲベースの検査システムを備え、
前記少なくとも１つのプロセッサは、容器の中の不審な対象物を示すデータを出力し、
前記第１の検査システムが、前記容器の中の不審な対象物を特定した場合のみ、前記容器を前記第２の検査システムで検査すべきであることを示す信号を出力し、
前記第１の検査システムは、前記断層撮影画像データまたは前記散乱画像データの少なくとも１つを解析して、前記容器の中の対象物の材質の種類を判定し、
前記第２の検査システムは、前記第１の検査システムによって判定された材質の前記種類に基づいて核四極子の計測を行うことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１の検査システムが、前記容器の中の、不審な対象物を特定しなかった場合のみ、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記容器を前記第２の検査システムで検査すべきでないことを示す信号を出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の検査システムは、前記容器の中に、不審な対象物が存在するか否かを示す信号を出力し、前記第２の検査システムの前記出力と、前記断層撮影画像データと、前記散乱画像データとを使用して、前記不審な対象物が非合法なものか否かを判定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の検査システムは、前記第２の検査システムに対して、直列に動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の検査システムは、前記第１の検査システムによって生成された前記断層撮影画像データに基づき、Ｘ線回折による検査を行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記固定されたＸ線放射源は、電子走査式Ｘ線放射源である、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２００９年５月２６日に出願の米国特許仮出願第６１／１８１，０７０号に優先権を依拠する。
【０００２】
また、本出願は、２００９年６月１６日に出願の米国特許出願第１２／４８５，８９７号の一部継続出願であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，６５６号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，５６４，９３９号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ０４／０１７２９であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国出願第０３０９３８７．９号に優先権を依拠する。
【０００３】
また、本出願は、２００９年２月１６日に出願の米国特許出願第１２／３７１，８５３号の一部継続出願であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，９７５号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，５１２，２１５号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／０１７４１であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国出願第０３０９３８３．８号に優先権を依拠する。
【０００４】
また、本出願は、２０１０年１月３日に出願の米国特許出願第１２／６５１，４７９号の一部継続出願であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，６５４号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，６６４，２３０号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１７３１であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国特許出願第０３０９３７１．３号に優先権を依拠する。
【０００５】
また、本出願は、２００９年２月２日に出願の米国特許出願第１２／３６４，０６７号の一部継続出願であり、これは２００８年２月１９日に出願の米国特許出願第１２／０３３，０３５号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，５０５，５６３号であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，５６９号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，３４９，５２５号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ０４／００１７３２であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国特許出願第０３０９３７４．７号に優先権を依拠する。
【０００６】
また、本発明は、２０１０年４月１２日に出願の米国特許出願第１２／７５８，７６４号の一部継続出願であり、これは２００８年９月１６日に出願の米国特許出願第１２／２１１，２１９号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，７２４，８６８号であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許第１０／５５４，６５５号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，４４０，５４３号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１７５１であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国特許出願第０３０９３８５．３号に優先権を依拠する。
【０００７】
また、本出願は、２０１０年１月２９日に出願の米国特許出願第１２／６９７，０７３号の一部継続出願であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，５７０号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，６８４，５３８号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００１７４７であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国特許出願第０３０９３７９．６号に優先権を依拠する。
【０００８】
また、本出願は、２００８年６月１３日に出願の米国特許出願第１２／０９７，４２２号と２００８年６月１９日に出願の米国特許出願第１２／１４２，００５号との一部継続出願であり、両出願は、２００６年１２月１５日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００４６８４であり、これは、２００５年１２月１６日に出願の英国特許出願第０５２５５９３．０号に優先権を依拠する。
【０００９】
また、本出願は、２００９年６月４日に出願の米国特許出願第１２／４７８，７５７号の一部継続出願であり、これは２００９年２月２日に出願の米国特許出願第１２／３６４，０６７号の継続出願であり、これは２００８年２月１９日に出願の米国特許出願第１２／０３３，０３５号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，５０５，５６３号であり、これは２００５年１０月２５日に出願の米国特許出願第１０／５５４，５６９号の継続出願であり、現在、発行済みの米国特許第７，３４９，５２５号であり、これは２００４年４月２３日に出願の３７１の国内段階出願ＰＣＴ／ＧＢ０４／００１７３２であり、これは、２００３年４月２５日に出願の英国特許出願第０３０９３７４．７号に優先権を依拠する。加えて、米国特許出願は、２００８年７月１５日に出願の英国特許出願０８１２８６４．７に優先権を依拠する。
【００１０】
また、本出願は、２０１０年２月２５日に出願の米国特許出願第１２／７１２，４７６号の一部継続出願であり、これは２００９年２月２６日に出願の米国特許仮出願第６１／１５５，５７２号と、２００９年２月２５日に出願の英国特許出願第０９０３１９８．０号とに優先権を依拠する。
【００１１】
また、本発明は、２００９年７月２０日に出願の米国特許出願第１２／５０５，６５９号の一部継続出願であり、これは２００８年７月１８日に出願の米国特許出願第１２／１７５，５９９号の継続出願であり、これは２００４年９月２９日に出願の米国特許出願第１０／９５２，６６５号の継続出願である。
【００１２】
前述のＰＣＴ出願、外国出願、米国出願、および、それらに関連するすべての出願は、それら全体で参照として本明細書に組み込まれる。
【００１３】
本発明はＸ線走査に関し、特に、鋭利な対象物、ナイフ、核物質、タバコ、紙幣、薬物、液体等の、不法売買品や不審な対象物に関する、手荷物、小包についてのセキュリティチェックに関する。
【背景技術】
【００１４】
Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）走査装置は、ここ何年かに渡り空港でセキュリティチェックに使用されてきた。従来のシステムは、ある軸を中心に回転するＸ線管と、これと一緒に同じ速度で同じ軸を中心に回転するアーチ形のＸ線検出器を有する。コンベアベルト上を手荷物が運ばれ、このコンベヤベルトは中心となる回転軸の周りの適当な開口部の中に設置され、Ｘ線管の回転と共に、この回転軸に沿って移動する。ファンビーム状のＸ線が放射源から対象物を通過し、Ｘ線検出器アレーで検出される。
【００１５】
Ｘ線検出器アレーは対象物を通過したＸ線の強度を記録し、その長さ方向に沿った数箇所で対象物を検出する。１セットの投影データは多数の放射源の角度それぞれにおいて記録される。この記録されたＸ線の強度から、断層撮影（断面）画像を構成することができ、通常、フィルタ補正逆投影法により行われる。手荷物や小包等の対象物の正確な断層撮影画像を生成するため、Ｘ線は放射源から全ての面に渡って対象物を通過する必要があることが証明されている。これを上記の構成では、Ｘ線放射源の回転走査と、対象物が運ばれるコンベヤの長手方向の移動により行っている。
【００１６】
このタイプのシステムではＸ線断層撮影の走査を行うことが可能な速度は、Ｘ線放射源とＸ線検出器アレーを保持する構台の回転速度に依存する。最新のＣＴ用構台では、Ｘ線管と検出器のアセンブリと構台の全体を毎秒２〜４回転させるようにしている。これにより、断層撮影走査を毎秒４〜８回まで行うことができる。
【００１７】
最新技術が開発されると共に、単環状のＸ線検出器は複環状の検出器に置き換わってきている。これにより、多数の断層（典型的には８）を同時に走査することができ、単環状の装置に適応させたフィルタ補正逆投影法を使用して再構成することができる。この撮像システムを通るコンベヤの連続的な動きを伴い、放射源は対象物に対し、らせん形に走査する動きを示す。これにより、より洗練されたコーンビーム画像再構成法を適用することができ、より正確な立体画像再構成が原理的に行える。
【００１８】
更なる開発では、掃引電子ビーム走査装置の動作確認が医学応用において行われ、これにより、機械式走査機構のＸ線放射源とＸ線検出器は不要となり、これに置き換わる１つ（または複数）の連続した環状のＸ線検出器が対象物の周りを囲み、検査に際しては、アーチ形アノードの周りを電子ビームが掃引する結果、移動するＸ線放射源が生じる。これにより、従来の走査装置よりも高速に画像を得ることができる。しかし、電子源が回転軸上にあるため、このような掃引ビーム走査装置は、回転軸に近接し、これと平行して通過するコンベヤシステムとの互換性はない。
【００１９】
本発明は物品を検査するＸ線走査システムを提供し、このＸ線走査システムは、走査容積の周りに延在し、放射されるＸ線が走査容積を通過できるように配向された複数の点状放射源を構成するＸ線放射源と、同様に走査容積の周りに延在し、点状放射源からの走査容積を通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線に基づく出力信号を生成するように構成されたＸ線検出器アレーと、走査容積を通過して物品が運ばれるように構成されたコンベヤを有する。
【００２０】
本発明が更に提供するネットワーク検査システムは、Ｘ線走査システムと、ワークステーションと、Ｘ線走査システムをワークステーションに接続するように構成された接続手段とを有し、Ｘ線走査システムは、走査容積の周りに延在し、放射されるＸ線が走査容積を通過できるように配向された複数の点状放射源を構成するＸ線放射源と、同様に走査容積の周りに延在し、点状放射源からの走査容積を通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線に基づく出力信号を生成するように構成されたＸ線検出器アレーと、走査容積を通過して物品が運ばれるように構成されたコンベヤとを有する。
【００２１】
本発明が更に提供する物品を仕分けする仕分けシステムは、各物品の複数の走査領域を走査することによって走査装置出力を生成するように構成された断層撮影走査装置と、走査装置出力を解析して各物品を複数の区分の１つに少なくとも部分的には走査装置出力に基づき割り当てるように構成された解析手段と、物品を少なくとも部分的には物品が割り当てられた区分に基づき仕分けするように構成された仕分け手段とを有する。
【００２２】
本発明が更に提供するＸ線走査システムは、Ｘ線を走査領域の周りにある複数のＸ線放射源位置から発生させるように構成されたＸ線放射源と、走査領域を透過したＸ線を検出するように構成された第１の検出器セットと、走査領域内の散乱Ｘ線を検出するように構成された第２の検出器セットと、第１の検出器セットからの出力を処理して走査領域の画像を構成する画像データを生成し、画像データを解析して画像内の対象物を識別し、第２の検出器セットからの出力を処理して散乱データを生成し、散乱データの各部分を対象物に対応させるように構成された処理手段とを有する。
【００２３】
本発明が更に提供するＸ線走査装置からのデータを収集するデータ収集システムは、画像の各領域にそれぞれ対応する複数の領域を有するメモリと、複数のＸ線検出器からの入力データを所定の順序で受信するように構成されたデータ入力手段と、入力データから画像の各領域に対応するＸ線透過データとＸ線散乱データを生成し、このＸ線透過データとＸ線散乱データを適切なメモリ領域に保存するように構成された処理手段とを有する。
【００２４】
本発明が更に提供するＸ線走査システムは、対象物を走査して対象物の断層撮影Ｘ線画像を構成する走査データを生成するように構成された走査装置と、走査データを解析して画像データの少なくとも１つのパラメータを抽出して対象物を少なくとも１つの前記パラメータに基づいて複数の区分の１つに割り当てるように構成された処理手段とを有する。
【００２５】
更に、爆発性物質や爆破装置の存在について、手荷物や貨物物品を検査したいという要求がある。このような走査は、通常、高速で行いながら、手荷物や貨物物品についての処理能力の中で計測されるが、検出性能を高水準にし、かつ、誤った警報を少なくするように行われる。誤った警報が発生すると、更なる検査が要求され、これにより、人手による探査の前に、手荷物や貨物物品について、その物品の所有者を確認する必要がある場合がある。このようなプロセスは、コストがかかり、時間を消費する。
【００２６】
また、高い処理能力の断層撮影システムと、爆破装置を明確に検出できる第２のシステムとを組み合わせることが必要とされている。１つ、または複数の２次元Ｘ線画像が、高速（典型的には、コンベヤ速度が０．５ｍ／ｓの場合）で、１つ、または複数の様々な投影角で得られる。自動化されたアルゴリズムにより、危険性のありそうな物質や装置の存在について、これらの画像を解析する。このような物質や装置が見つかった場合、手荷物や貨物の物品は、第２のシステムに発送され、第２のシステムは、その物品を貫く、１つ、または複数の、断層撮影によって再構成された断層を形成することができる。公知のシステムは低速なため、この方法では、手荷物や貨物物品の、わずかな部分しか、検査することができない。そして、１つ、または複数の断層撮影画像は、爆発物自動検出アルゴリズムによって、解析される。高い頻度で、そのアルゴリズムは、手荷物や貨物物品について、警告を発し、その後、操作者が、その画像データを見なければならない。そして、この時点で、警告を発し続けている物品の一部は、リコンシレーション（物品の所有者の確認）と、人手による探査とにかけられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
鋭利な対象物、ナイフ、核物質、タバコ、紙幣、薬物、液体等の、不法売買品、および爆発性物質、爆破装置等の、関心対象となる特定の物品を検出することができる断層撮影画像を高速、高精度に生成できるシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、第１の検査システムと、第２の検査システムとを備える、貨物や手荷物等の容器の中の対象物を識別するためのシステムに適用される。第１の検査システムは、走査領域の周りの複数のＸ線放射源位置からＸ線を発生するように構成された、固定されたＸ線放射源と、走査領域を通って送られるＸ線を検出するように構成された検出器の第１のセットと、走査領域の内部で散乱したＸ線を検出するように構成された検出器の第２のセットと、検出器の第１のセットからのデータ出力を処理し、少なくとも１つの断層撮影画像を生成し、前記検出器の第２のセットからのデータ出力を処理して、散乱画像データを生成するように構成された、少なくとも１つのプロセッサとを備え、第２の検査システムは、ＮＱＲによる検査システム、Ｘ線回折による検査システム、Ｘ線後方散乱による検査システム、または痕跡検出による検査システムのうちの少なくとも１つを備える。
【００２９】
任意選択で、少なくとも１つのプロセッサは、容器の中の、不審な対象物を示すデータを出力する。不審な対象物は、Ｘ線走査システムを操作する者が関心を持つ内容である任意の対象物であり、例えば、危険性のある対象物、非合法である対象物、不法売買品、武器、薬物、核物質、紙幣、タバコ、ナイフ、爆弾、その他の物品である。第１の検査システムが、容器の中の、不審な対象物を識別した場合のみ、少なくとも１つのプロセッサは、その容器を第２の検査システムで検査すべきであることを示す信号を出力する。第１の検査システムが、容器の中の、不審な対象物を識別しなかった場合のみ、少なくとも１つのプロセッサは、容器を第２の検査システムで検査すべきでないことを示す信号を出力する。第２の検査システムは、容器の中に、不審な対象物が存在するか否かを示す信号を出力し、第２の検査システムの出力と、断層撮影画像データと、散乱画像データとを使用して、不審な対象物が非合法なものか否かを判定する。
【００３０】
第１の検査システムは、第２の検査システムと並列に動作する。第１の検査システムは、第２の検査システムに対して、直列に動作する。第１の検査システムは、断層撮影画像データ、または散乱画像データの、少なくとも１つを解析して、容器の中の、対象物の材質の種類を判定する。第２の検査システムは、第１の検査システムによって判定された材質の種類に基づき、核四極子の計測を行う。第２の検査システムは、第１の検査システムによって生成された断層撮影画像に基づき、Ｘ線回折による検査を行う。固定されたＸ線放射源は、電子走査式Ｘ線放射源である。
【００３１】
別の実施形態では、本発明は、容器の中の対象物を識別するためのシステムを備え、そのシステムは、第１の検査システムと、第２の検査システムへ、容器を移動させる搬送システムとを備える。その搬送機構は、任意の動作機構とすることができ、通常のコンベヤベルト、カート、手動操作式パレット、リフト、または、その他の構造とすることができる。第１の検査システムは、走査領域の周りの複数のＸ線放射源位置からＸ線を発生するように構成された、固定されたＸ線放射源と、走査領域を通って送られるＸ線を検出するように構成された検出器の第１のセットと、検出器の第１のセットからのデータ出力を処理し、少なくとも１つの断層撮影画像を生成するように構成された、少なくとも１つのプロセッサとを備え、搬送システムは、第１の検査システムから第２の検査システムへ、容器を移動させ、第２の検査システムは、ＮＱＲによる検査システム、Ｘ線回折による検査システム、Ｘ線後方散乱による検査システム、または痕跡検出による検査システムのうちの少なくとも１つを備える。
【００３２】
任意選択で、少なくとも１つのプロセッサは、容器の中の、不審な対象物を示すデータを出力する。第１の検査システムが、容器の中の、不審な対象物を識別した場合のみ、少なくとも１つのプロセッサは、容器を前記第２の検査システムで検査すべきであることを示す信号を出力する。第２の検査システムは、容器の中に、不審な対象物が存在するか否かを示す信号を出力し、第２の検査システムの出力と、断層撮影画像データとを使用して、不審な対象物が危険性がある物か否かを判定する。第１の検査システムは、第２の検査システムと並列に動作する。第１の検査システムは、第２の検査システムに対して、直列に動作する。第１の検査システムは、断層撮影画像データを解析して、容器の中の、対象物の材質の種類を判定する。第２の検査システムは、第１の検査システムによって判定された材質の種類に基づき、核四極子の計測を行う。第２の検査システムは、第１の検査システムによって生成された断層撮影画像に基づき、Ｘ線回折による検査を行う。
【発明の効果】
【００３３】
鋭利な対象物、ナイフ、核物質、タバコ、紙幣、薬物、液体等の、不法売買品、爆発性物質、爆破装置等の、関心対象となる特定の物品を検出することができる断層撮影画像を高速、高精度に生成することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係るリアルタイム断層撮影セキュリティ走査システムの長手方向断面である。
【図１ａ】図１ａは図１のシステムのＸ線放射源の斜視図である。
【図２】図１のシステムの平面図である。
【図３】図１のシステムの模式的な側面図である。
【図４】図１のシステムのデータ取得システムを形成する部分の模式図である。
【図５】図１のシステムの危険性検出システムを形成する部分の模式図である。
【図６】図１の走査システムを含む本発明の実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。
【図７】本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。
【図８ａ】図８ａは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。
【図８ｂ】図８ｂは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの別の模式図である。
【図８ｃ】図８ｃは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの別の模式図である。
【図９】本発明の更なる実施形態に係るネットワーク型手荷物仕分けシステムの模式図である。
【図１０】本発明の更なる実施形態に係るスタンドアロン型走査システムの模式的な平面図である。
【図１１】図１０のシステムの模式的な側面図である。
【図１２】本発明の更なる実施形態に係るモジュール式走査システムの模式的な側面図である。
【図１３】Ｘ線散乱現象の図である。
【図１４】本発明の更なる実施形態に係るセキュリティ走査システムの長手方向断面である。
【図１５】どのように異なる散乱現象が検出されるかを示す図１４のシステムの更なる長手方向断面である。
【図１６】図１４のシステムの横断面である。
【図１７】図１４の走査システムのデータ取得システムの模式図である。
【図１８】本発明の更なる実施形態に係る２種類のエネルギーに対する走査装置の部分図である。
【図１９】図１８の走査装置の更なる部分図である。
【図２０】本発明の更なる実施形態の２種類のエネルギーのＸ線放射源の模式図である。
【図２１】本発明の更なる実施形態に係る走査装置の検出器アレーの模式図である。
【図２２】本発明の更なる実施形態に係る走査装置の検出器アレーの模式図である。
【図２３】図２１の実施形態のデータ取得回路の回路図である。
【図２４】本発明の更なる実施形態のデータ取得回路の回路図である。
【図２５】仕分けループ部を有する手荷物取り扱いシステムの一実施形態である。
【図２６】仕分けループ部を有する手荷物取り扱いシステムの別の実施形態である。
【図２７】ＮＱＲ検出システムを備える確認センサーの一実施形態である。
【図２８ａ】ＮＱＲ検出システムのための、パルス列の第１の例のグラフである。
【図２８ｂ】ＮＱＲ検出システムのための、パルス列の第２の例のグラフである。
【図２９】標準的なＸ線管からのＸ線のスペクトラムの一例である。
【図３０ａ】水のようなアモルファス物質と、爆発物等の多結晶物質とに対する指標となるＸ線回折スペクトラムの第１の例である。
【図３０ｂ】水のようなアモルファス物質と、爆発物等の多結晶物質とに対する指標となるＸ線回折スペクトラムの第２の例である。
【図３１】確認センサーとして使用するためのＸ線回折システムの実施形態の一例である。
【図３２】１次ビームと２次コリメータ・ビームとの交差部により規定される検査領域である。
【図３３】パルス形成機能を有する適切な読み出し回路に結合された検出器を示す図である。
【図３４】コンベヤの動く方向に、実質的に平行に配列されている回折検出ユニットを示す図である。
【図３５】制御システムに固定され、制御システムにより、回折ビームの向きが、実質的に垂直方向から水平方向まで回転できるようになっているブームを示す図である。
【図３６】後方散乱システムの一例を示す図である。
【図３７】痕跡検出システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施形態をここに、ほんの一例として添付図面を参照して記述する。
【００３６】
図１〜３を参照すると、搬送路式手荷物走査システム６は、多焦点Ｘ線放射源１０とＸ線検出器アレー１２とを有する走査部８を有する。多焦点Ｘ線放射源１０は、この多焦点Ｘ線放射源１０上にそれぞれ間隔を置いて位置する多数の点状放射源１４を有し、この点状放射源１４は、このシステムの軸Ｘ−Ｘの周り３６０°全周に渡る円状アレーとして配置される。３６０°全周に満たない角度範囲を覆うアレーも使用できることは理解されるところである。
【００３７】
図１ａを参照すると、多焦点Ｘ線放射源１０は多数の放射源ユニット１１で構成され、この放射源ユニット１１は走査領域１６の周りに間隔を置いて位置し、コンベヤ移動方向に対し垂直な面に実質的に円状に配置される。各放射源ユニット１１は、２つの側部を有する導電性金属製サプレッサ１３と、この導電性金属製サプレッサ１３の側部の間に沿って延在するエミッタ素子１５とを有する。グリッドワイヤ１７として形成される多数のグリッド素子は、導電性金属製サプレッサ１３の上方で支持され、エミッタ素子１５と垂直になっている。収束ワイヤ１９として形成される多数の収束素子は、エミッタ素子に対しグリッドワイヤ１７の反対側のもう一方の面で支持されている。収束ワイヤ１９はグリッドワイヤ１７に平行で、互いにグリッドワイヤ１７と同じ間隔を隔てて配置され、各収束ワイヤ１９は、それぞれグリッドワイヤ１７の１つと一緒に配置されている。
【００３８】
収束ワイヤ１９は２つの支持レール２１で支持され、この支持レール２１はエミッタ素子１５に平行に延在し、収束ワイヤ１９は導電性金属製サプレッサ１３と間隔を置いて位置している。支持レール２１は導電性であり、全ての収束ワイヤ１９が共に電気的に接続されるようになっている。支持レール２１の一方は接続部材２３に接続され、収束ワイヤ１９が電気的に接続されるようになっている。各グリッドワイヤ１７は導電性金属製サプレッサ１３の一方の側部の下方に延在し、それぞれ、電気的接続部材２５に接続され、この電気的接続部材２５により各グリッドワイヤ１７は独立して電気的に接続される。
【００３９】
アノード２７はグリッドワイヤ１７と収束ワイヤ１９の上方で支持されている。アノード２７は棒状に形成され、典型的には銅タングステンまたは銀メッキを施した銅によるもので、エミッタ素子１５に平行に延在する。従って、グリッドワイヤ１７と収束ワイヤ１９はエミッタ素子１５とアノード２７の間に延在している。電気的接続部材２９によりアノード２７は電気的に接続される。
【００４０】
グリッドワイヤ１７は正電圧に接続された２つを除き、全て負電圧に接続される。この正電圧のグリッドワイヤによりエミッタ素子１５の領域から電子ビームが得られ、収束ワイヤ１９により収束し、アノード２７上の点に電子ビームを向かわせ、このグリッドワイヤのペアに対しＸ線点状放射源が形成される。従って、グリッドワイヤの電位は、どのグリッドワイヤのペアを任意のある時間に動作させるかを選択して変えることができる。すなわち、アノード２７上の、どの点を任意の時間に動作しているＸ線点状放射源とするかを選択する。
【００４１】
従って、多焦点Ｘ線放射源１０を制御して、各放射源ユニット１１の各点状放射源１４からのＸ線を独立して発生させることができ、図１を再び参照すると、各点状放射源１４からのＸ線は円状多焦点Ｘ線放射源１０内の走査領域１６を通って内側を向いている。多焦点Ｘ線放射源１０を制御する制御部１８は、グリッドワイヤ１７に印加される電位を制御し、これにより、各点状放射源１４からのＸ線の放射を制御する。この他の好適なＸ線放射源の構成についてはＷＯ２００４／０９７８８９に記述されている。
【００４２】
多焦点Ｘ線放射源１０は、電子制御回路１８を使用して、多焦点Ｘ線放射源１０内の多数の独立したＸ線点状放射源１４の内のどれを任意の時間において時間内に動作させるかを選択することが可能になっている。従って、電気的に多焦点Ｘ線管を走査することにより、機械部品を機械的に動かすこと無しにＸ線放射源があたかも動いているかのような状態が作られる。この場合、放射源の角回転速度は、従来の回転式Ｘ線管アセンブリを使用する場合には全く得ることのできないレベルに上げることができる。この高速な回転走査により、これに応じたデータ取得プロセスの高速化と、後に続く高速画像再構成がもたらされる。
【００４３】
また、Ｘ線検出器アレー１２は円状に軸Ｘ−Ｘの周りに配置され、多焦点Ｘ線放射源１０に対し軸Ｘ−Ｘの方向に少しずれた位置にある。多焦点Ｘ線放射源１０は、Ｘ線が走査領域１６を通過して走査領域１６の反対側のＸ線検出器アレー１２に放射される向きになるよう配置される。従って、Ｘ線ビームの経路１８は走査領域１６を通り、走査装置の軸Ｘ−Ｘに実質的に、すなわちほぼ垂直な方向となり、軸Ｘ−Ｘの近くで互いに交差する。これにより、走査され、画像化される走査領域の容積は、走査装置の軸に垂直な薄い断層により形成される。放射源が走査されることにより、各点状放射源はそれぞれの時間においてＸ線を放射するようになっており、この放射時間は所定の順番に設定されている。各点状放射源１４がＸ線を放射すると、Ｘ線検出器アレー１２に入射したＸ線の強度に基づく信号がＸ線検出器アレー１２から発生し、この信号により生成される強度データがメモリ内に記録される。放射源が走査を完了した時、この検出器信号を処理して走査容積の画像を形成することができる。
【００４４】
コンベヤベルト２０は撮像容積を通って左から右へ図１に示すように走査装置の軸Ｘ−Ｘと平行に移動する。Ｘ線散乱遮へい部２２はコンベヤベルト２０の周りのＸ線システム本体部分の上流と下流に設置され、操作者が散乱したＸ線を浴びないようになっている。Ｘ線散乱遮へい部２２は鉛ゴム製のれん２４を、その開口端に有し、検査される物品２６は検査領域に入る時と出る時、こののれんを通って移動させられるようになっている。ここに示した統合システムでは、主電子制御システム１８と、処理システム３０と、電源３２と、冷却ラック３４とは図示のようにコンベヤベルト２０の下に取り付けられている。コンベヤベルト２０は通常、連続して走査するように移動し、一定のコンベヤ速度で動作して、典型的には撮像容積内に炭素繊維製フレームアセンブリを有するように構成される。
【００４５】
図４を参照すると、処理システム３０は電子データ取得システムとリアルタイム画像再構成システムとを有する。Ｘ線検出器アレー１２は、単純な直線状のパターン（例えば、１×１６）で並べられた、独立したＸ線検出器５０の配列を有する。また、複環状のパターン（例えば、８×１６）とすることも可能である。各Ｘ線検出器５０は検出されたＸ線の強度に基づく信号を出力する。多重化ブロック５２は各Ｘ線検出器５０から入力された出力データ信号を多重化し、データにフィルタ処理を行い、ゲインとオフセットの補正を行って、このデータを高速シリアルストリームにフォーマットする。選択ブロック５３は全ての多重化ブロック５２からの信号を取り込み、画像再構成に必要な全てのＸ線データの一部だけを選択する。また、選択ブロック５３は対応するＸ線点状放射源の減衰がない場合のＸ線ビーム強度Ｉｏ（多焦点Ｘ線管内の各Ｘ線点状放射源により変化する）を測定し、多重化ブロック５２からのＸ線強度データＩｘをｌｏｇｏ（Ｉｘ／Ｉｏ）を求めることにより処理した後、これに対し適当な１次元フィルタによる畳み込み積分を行う。得られた投影データはシノグラムとして保存され、このシノグラムにおいて投影データは１つの軸、ここでは水平軸とし、これに沿った画素番号を伴う配列として並び、また、もう１つの軸、ここでは垂直軸とし、これに沿った放射源角度を伴う配列として並ぶ。
【００４６】
そして、データは選択ブロック５３から、１組の逆投影加重処理エレメント５４へ並行して送られる。逆投影加重処理エレメント５４はハードウェアの中にマッピングされ、前もって計算された係数から成る参照テーブルを使用して、畳み込み積分された必要なＸ線データと、高速逆投影処理と高速加重処理についての重み付け係数を選択する。フォーマット処理ブロック５５は逆投影加重処理エレメント５４から再構成画像の各部分の画像を表すデータを取り込み、最終出力画像データをディスプレイ画面上で適切にフォーマットされた３次元画像を生成するのに適した形式にフォーマットする。この出力は画像をリアルタイムで生成するのに十分な速さで生成され、リアルタイムまたはオフラインでの表示が可能なので、このようなシステムをリアルタイム断層撮影（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＲＴＴ）システムと呼ぶ。
【００４７】
この実施形態では、多重化ブロック５２はソフトウェアでプログラミングされ、選択ブロック５３とフォーマット処理ブロック５５は共にファームウェアでプログラミングされ、逆投影加重処理エレメント５４はハードウェアにマッピングされている。但し、これらの各構成要素はハードウェアとソフトウェアのどちらでもよく、該当するシステム要求に合わせればよい。
【００４８】
図５を参照すると、各手荷物等の物品の各最終出力画像は、その後、処理システム３０内の危険性検出プロセッサ６０により処理され、この危険性検出プロセッサ６０は画像化された手荷物等の物品に危険性があるかどうかを判定するように構成されている。危険性検出プロセッサ６０では、入力されたＸ線断層撮影画像データ６２は１組の低レベルパラメータ抽出部６３（レベル１）の中に送られる。低レベルパラメータ抽出部６３は画像の特徴、例えば、一定のグレーレベルの領域、質感、統計値等を識別する。低レベルパラメータ抽出部６３には各２次元画像すなわち断層像に関するデータに対し動作するものもあれば、３次元画像に対し、動作するものもあり、また、シノグラムデータに対し動作するものもある。可能な場合、各低レベルパラメータ抽出部６３は同じ１組の入力データに対し並行処理を行い、各低レベルパラメータ抽出部６３は異なる処理動作を行い、異なるパラメータを求めるように構成される。処理終了時、低レベルパラメータ抽出部６３により求めたパラメータは上位の１組の判別ツリー６４（レベル２）に送られる。抽出されたパラメータの詳細について以下に述べる。判別ツリー６４はそれぞれ、多数の（典型的には全ての）低レベルパラメータを取り込み、より高レベルの各情報、例えば、隣接する容積についての情報等を関連する統計値を用いて構築する。最高レベル（レベル３）では、データベース検索部６５がレベル２で生成されたより高いレベルのパラメータを、検査されている物品について危険性が存在する確率Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）の「赤」と、安全である確率Ｐｒ（ｓａｆｅ）の「緑」とにマッピングする。この確率は処理システム３０により使用され、走査された物品を該当する安全性区分に割り当て、自動仕分け制御出力を生成する。この自動仕分け制御出力は、物品が合格区分に割り当てられたことを示す第１の「緑」の出力と、物品が「不合格」区分に割り当てられたことを示す第２の「赤」の出力と、自動仕分け動作が十分な信頼性を伴って実行されず、物品を「合格」区分または「不合格」区分に割り当てることができないことを示す第３の「黄色」の出力のいずれかにすることができる。具体的には、Ｐｒ（ｓａｆｅ）が所定の値よりも大きい場合（またはＰｒ（ｔｈｒｅａｔ）が所定の値よりも小さい場合）、自動仕分け制御出力は第１の信号形態で生成され、この第１の信号形態は物品が緑の経路に割り当てられるべきであることを示す。Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）が所定の値よりも大きい場合（またはＰｒ（ｓａｆｅ）が所定の値よりも小さい場合）、自動仕分け制御出力は第２の信号形態で生成され、この第２の信号形態は物品が赤の経路に割り当てられるべきであることを示す。Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）（またはＰｒ（ｓａｆｅ））が、これら２つの所定の値の間にある場合、自動仕分け制御出力は第３の信号形態で生成され、この第３の信号形態は物品が赤の経路にも緑の経路にも割り当てることができないことを示す。また、この確率は更に追加された出力信号として出力することもできる。
【００４９】
これらのパラメータは低レベルパラメータ抽出部６３により求めることができ、通常、２次元または３次元画像の分割された領域内の画素の統計分析と関連している。画像内で分割された領域を識別するため、統計的エッジ検出法が使用される。これは、ある画素から開始し、隣接する画素が同じ領域の部分かどうかを確認し、領域が大きくなると共に外側へ移動していくものである。各ステップで、領域内の画素の平均明度を計算することにより領域の明度の平均値を求め、その領域に隣接する次の画素の明度を、その平均値と比較し、これがその画素をその領域に加えてもよいほどに近いかどうかを判定する。この場合、この領域内における画素の明度の標準偏差を求め、新しい画素の明度がこの標準偏差に入っていれば、この領域に加える。そうでない場合、この画素をこの領域には加えないで、これにより、この領域内の画素と、この領域には加えないことを確認された画素との間の境界をもって、この領域のエッジを定義する。
【００５０】
画像が領域に分割された後、この領域のパラメータを求めることができる。このパラメータの１つに、領域内における画素の明度の分散という評価尺度がある。この値が高い場合、多くの塊から成る物質である可能性が示され、これは例えば手製爆弾等が検知された可能性があり、一方、この分散が低い場合、これは液体等の均質な物質であることを示すと考えられる。
【００５１】
この他に、測定されるパラメータとして、領域内における画素値の分布の歪度があり、これは画素値のヒストグラムの歪度を算出することにより求められる。ガウス分布すなわち歪みのない分布は領域内の物質が均質であることを示し、一方、より高い歪みがある分布は、領域内が非均質であることを示す。
【００５２】
上記のように、これらの低レベルパラメータは上位の判別ツリー６４に送られ、ここで、より高レベルの情報が構築され、より高レベルのパラメータが求められる。このような、より高レベルのパラメータの１つに、識別される領域の容積に対する表面積の比がある。この他に、相似性という評価尺度があり、この場合には領域の形状とシステムに保存されたテンプレートの形状の相互相関である。このテンプレートの形状はセキュリティ上、危険とされる物品の形状に対応したものとして構成され、例えば、銃や起爆装置である。これらの高レベルパラメータを上記の様に使用して、画像化された対象物が危険性を示すレベルであるかどうかを判定する。
【００５３】
図６を参照すると、インライン式リアルタイム断層撮影手荷物仕分けシステムは図１の走査システム６を有し、これを通過するコンベヤベルト２０を伴う。走査システム６の下流に仕分け装置４０が設置され、コンベヤベルト２０からの物品である手荷物を受け入れ、これを合格すなわち「緑」のコンベヤ経路４２、または不合格すなわち「赤」のコンベヤ経路４４のいずれかに送る。仕分け装置４０は処理システム３０からの制御線４６を経由する自動仕分け出力信号により制御され、この自動仕分け出力信号は物品が合格か不合格かについての処理システム３０の判定を示し、また、回線４５を経由して仕分け装置４０に接続されているワークステーション４８からの信号によっても制御される。走査システム６からの画像と処理システム３０からの信号は赤と緑に対する確率と処理システム３０の仮の判定を示し、ワークステーション４８にも送られる。ワークステーション４８は画面４７上に画像を表示するよう構成され、操作者が見られるようになっており、また画面に赤と緑に対する確率と、仮の自動仕分け判定が表示されるようにもなっている。ワークステーション４８の使用者は画像と確率と自動仕分け出力を再確認することができ、物品が赤または緑の区分に割り当てられた場合、走査システム６の判定を承認するか無効にするかを決定でき、走査システム６の判定により物品が「黄色」の区分に割り当てられた場合、判定を入力することができる。ワークステーション４８は使用者入力部４９を有し、これにより、使用者は信号を仕分け装置４０に送ることができ、この信号は仕分け装置４０により走査システム６の判定を無効化するものとして認識されることができる。無効化信号が仕分け装置４０により受信されると、仕分け装置４０は走査システム６の判定を無効化する。無効化信号が受信されない場合、または、実際にはワークステーション４８からの確認信号が受信され、ワークステーション４８が走査システム６の判定を確認している場合、仕分け装置４０は走査装置の判定に基づき物品の仕分けを行う。この仕分けシステムが物品について「黄色」であるという信号を走査システム６から受信した場合、まず、その物品を「赤」の区分に割り当て、「赤」の経路に送る。但し、「緑」の区分に入れるべきと示されている物品の仕分けの前にワークステーション４８から入力信号を受信した場合、その物品は「緑」の経路に仕分けされる。
【００５４】
図６のシステムの変形例では、仕分けを完全に自動化することができ、「合格」と「不合格」の２つだけの仕分け出力の１つを出力する処理システムであり、物品は「緑」または「赤」のいずれかの経路に割り当てられる。また、この処理システムにより１つの閾値を伴う確率Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）の１つだけを求め、この確率がこの閾値より大きいか小さいかによって物品を２つの区分の内の１つに割り当てることも可能とされる。この場合、この割り当ては、まだ仮であり、操作者には、まだ自動仕分けを無効化するという選択肢があるとういうことになる。更なる変形例では、走査システムの自動区分割り当ては最終割り当てとして使用され、使用者による入力は全くない。これにより、完全に自動化された仕分けシステムが提供される。
【００５５】
図６のシステムでは、走査速度はコンベヤ速度に合わせられ、手荷物はコンベヤベルト２０上に載せられる搬入区域から一定の速度で移動し、走査システム６を経由して、仕分け装置４０上に移動することができるようになっている。コンベヤベルト２０は、走査システム６の出口と仕分け装置４０の間で距離Ｌに渡って延在する。物品である手荷物が距離Ｌに渡ってコンベヤベルト２０上を移動する間の時間で、操作者は検査中の物品の画像データと、走査システム６により判定された初期区分割り当てとを見ることができ、またＲＴＴシステムによる自動判定を承認または却下することができる。典型的には手荷物は、その後、合格の経路に受け入れられ、その先への搬送準備に送られるか、不合格の経路に入れられ、それ以上の検査からは外されるかのいずれかになるものとされる。
【００５６】
このＲＴＴ多焦点システムでは、ＲＴＴ走査ユニット８は最大の手荷物用ベルト速度で動作することができるので、手荷物待ち行列機構も、その他の迂回機構も必要とせずに最適なシステム動作が行える。このような統合システムにおいて、従来の回転式放射源システムでは処理能力に限界があるため、著しく制約を受ける。このため、度々、従来のＣＴ装置を複数台、並列に設置し、高性能手荷物取り扱いシステムを使用して物品を検査のため、次に利用可能な装置に振り分けている。このように複雑になることを図６の構成により回避することができる。
【００５７】
図７を参照すると、本発明の第２の実施形態は冗長システムを有し、この冗長システムにおいて、２つのＲＴＴ走査システム７０、７２は同じコンベヤ７４上で直列に設置され、一方のシステムが動作停止中に、他方が手荷物の走査を続けられるようにしている。いずれの場合も、コンベヤベルト７４はＲＴＴ走査システム７０、７２の両方を通って標準動作ベルト速度で移動を続けることになる。
【００５８】
図８ａを参照すると、第３の実施形態では、より複雑な冗長システムが設けられ、この冗長システムにおいて、２つのＲＴＴ走査システム８２、８４は並列して動作する。第１の主搬入コンベヤ８６は、仕分けされる全ての物品を第１の仕分け装置８８に搬送し、この仕分け装置８８は物品を２つの更なるコンベヤ９０、９２のいずれか１つの上に転送することができる。この２つのコンベヤ９０、９２はそれぞれ、各走査システム８２、８４の１つを通り、この走査システム８２、８４は物品を走査し、物品が合格か不合格かの判定を行うことができる。更なる仕分け装置９４、９６は、それぞれ２つのコンベヤ９０、９２に設けられ、その先への搬送のため、「緑の経路」の共通コンベヤ９８上へ、または、更なる検査を受けるため、不合格の場合の「赤の経路」のコンベヤ１００上へ、手荷物を仕分けするように構成される。この構成では、第１の主搬入コンベヤ８６と、「緑の経路」のコンベヤ９８とをＲＴＴコンベヤ速度よりも速い速度、典型的には最大で、その２倍の速度で、動作させることができる。例えば、この場合、第１の主搬入コンベヤ８６と「緑の経路」の共通コンベヤ９８が１ｍ／ｓの速度で移動すると、走査コンベヤ８２、８４は、この半分の速度、すなわち０．５ｍ／ｓで移動する。当然ながら、このシステムは並列に追加されたＲＴＴシステムにより拡張することができ、走査コンベヤ８２、８４の速度に対する第１の主搬入コンベヤ８６の速度の比は、並列している走査装置の数に等しいか、または実質的に等しい。但し、仕分け装置は主コンベヤ速度が約１ｍ／ｓを超えると信頼性が無くなる場合がある。
【００５９】
図８ｂを参照すると、更なる実施形態では、手荷物仕分けシステムは多数のＲＴＴ走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂを有し、典型的には、その数は１つのシステムにおいて最大で６０程度であり、それぞれ、各搬入受け入れ部に対応している。仕分け装置８４ｂ、８５ｂ、８６ｂは各ＲＴＴ走査装置に対応しており、手荷物はコンベヤ上を各ＲＴＴ走査装置から、これに対応する仕分け装置に搬送される。各仕分け装置８４ｂ、８５ｂ、８６ｂは、手荷物を対応する走査装置からの信号に応じて、共通合格経路コンベヤ８８ｂ、または共通不合格経路コンベヤ８７ｂ上へ仕分けする。更なる予備ＲＴＴ走査装置８９ｂが共通不合格経路コンベヤ８７ｂに設けられ、これに対応する仕分け装置９０ｂにより、手荷物は共通不合格経路コンベヤ８７ｂ上に残留するか、または共通合格経路コンベヤ８８ｂに転送されることができる。
【００６０】
通常動作においては、主走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂは、それぞれ手荷物を仕分けし、予備走査装置すなわち冗長走査装置８９ｂは不合格の経路に仕分けされた物品に対する追加チェックのみを行う。冗長走査装置８９ｂにより手荷物・物品に危険性がない、または危険性が非常に低いと判定された場合、物品は合格の経路に転送される。主走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂの１つが動作しない場合、または故障した場合、対応する仕分け装置は、その走査装置からの全ての手荷物を不合格の経路に仕分けするように構成される。この時、予備走査装置８９ｂは、この全ての手荷物を走査し、合格の経路と不合格の経路の仕分けを制御する。これにより、故障した走査装置の修理または交換をしている間も、全ての搬入受け入れ部が動作を継続できる。
【００６１】
図８ｃを参照すると、更なる実施形態において、各搬入受け入れ部からの手荷物は複数の独立したコンベヤを通って中央ループ部いわゆる回転式コンベヤ８１ｃ上に転送され、そこで連続して周回する。多数の仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは、それぞれ手荷物・物品を中央ループ部８１ｃから、各ＲＴＴ走査装置８５ｃ、８６ｃ、８７ｃへ誘導する各コンベヤに転送するように構成される。仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは走査装置により制御され、手荷物・物品が各走査装置に送られる速度が制御される。走査装置から、コンベヤにより全ての手荷物・物品が共通搬出コンベヤ８８ｃに転送され、更なる仕分け装置８９ｃに誘導される。これは全ての走査装置により制御され、各手荷物・物品は合格の経路９０Ｃと不合格の経路９１Ｃとに仕分けされる。
【００６２】
各手荷物・物品の移動経路を記録するため、各物品には６桁のＩＤと、システムに最初に投入された時のコンベヤ上の位置の記録が付与される。これにより、走査装置は、どの手荷物・物品が任意のある時間において走査されたかを認識でき、走査結果を該当する物品に対応させることができる。また、これにより、仕分け装置は各手荷物・物品を識別することができ、その走査結果に基づいて仕分けをすることができる。
【００６３】
このシステムの走査装置の数とコンベヤの速度は、走査装置の１つが動作しない場合、残りの走査装置により搬入受け入れ部から中央ループ部８１ｃ上に送られてくる全ての手荷物を処理することができるように設定される。
【００６４】
この実施形態の変形例では、各走査装置にどの物品を転送するかを選択する仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは走査装置により制御されるのではなく、各仕分け装置は物品を各走査装置に所定の速度で送ることができるように中央ループ部８１ｃからの物品を選択するよう構成される。
【００６５】
図９を参照すると、更なる実施形態に係るネットワークシステムは図６の走査システムと同様な３つの走査システム１０８と、４つの操作者用ワークステーション１４８とを有する。３つのＲＴＴ走査システム１０８からのビデオ画像出力は各高帯域２地点間ビデオ接続リンクを経由してリアルタイムディスクアレー１０９に接続され、このリアルタイムディスクアレー１０９は冗長ビデオ切換部１１０への原画像データの一時記憶を行う。また、リアルタイムディスクアレー１０９は各操作者用ワークステーション１４８に接続される。これにより冗長ビデオ切換部１１０は各走査システム１０８からの原ビデオ画像出力を一時記憶から任意の操作者用ワークステーション１４８の１つに転送し、これを使用してオフラインでの表示が可能な３次元ビデオ画像を生成することができる。赤／緑の確率信号と自動仕分け割り当て信号の走査システムからの出力は従来の冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２に接続され、更にこの冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２は各ワークステーションに接続される。冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２は各確率信号と自動仕分け割り当て信号を対応する画像信号と同じワークステーション１４８に切り替えるように構成されている。これにより、割り当ての決まった自動割り当てと確率を伴う複数の装置からの画像データを、操作者用ワークステーション１４８の配列に切り替えることができ、この時、操作者は手荷物検査システムの稼動状況の監視と、危険性レベルが黄色に割り当てられた手荷物の仕分け先の決定の両方を行うことができる。
【００６６】
あるいは、ネットワークシステムは、サーバーに接続された１つの走査システム１０８と、ワークステーション１４８とを有する。走査システム１０８からのビデオ画像出力はリアルタイムディスクアレー１０９に接続され、このリアルタイムディスクアレー１０９は原画像データの一時記憶を行う。また、リアルタイムディスクアレー１０９はワークステーション１４８に接続される。確率信号出力と自動仕分け割り当て信号出力はワークステーション１４８に対応するビデオ画像出力を伴い送られ、操作者により確認される。ネットワークを構成する、この１つの走査システム１０８は複数の走査システムを伴うネットワークシステムの一部とすることができる。
【００６７】
図１０と１１を参照すると、更なる実施形態において、インライン式走査装置は、主散乱遮へい部１６２と、ちょうど同じ長さのコンベヤベルト１６０を有する。このスタンドアロンなシステム構成では、検査される物品はコンベヤベルト１６０上に置かれ、システムに搬入される。そして、この物品は走査装置１６４で走査され、画像が生成される。しばしば、従来のシステムでは、コンピュータ断層撮影検査の前に簡易な透過型Ｘ線システムで物品の事前検査を行うことにより危険性のありそうな領域を識別し、コンピュータ断層撮影検査は対象物内の選択された面について行う。このような応用はリアルタイム多焦点システムに簡単に適用することができる。ここで、事前検査を使用しないのであれば、物品全体の正確な３次元画像を得ることになる。
【００６８】
一部の実施形態では、多焦点Ｘ線放射源の点状放射源の軌跡は円弧状に、１８０°にファンビーム角（典型的には４０〜９０°の範囲）を加えただけの角度範囲に渡って伸びることができる。各点状放射源の数はナイキストのサンプリング理論を満足するように選択するのが効果的である。一部の実施形態では、図１の実施形態のように、点状放射源を３６０°全周に渡って環状にして使用する。この場合、点状放射源１つ当りの滞留時間は１８０＋所定の走査速度に対するファンビーム設定に渡って増大し、これは再構成画像の信号対雑音比を改善するのに効果的である。
【００６９】
図１の走査装置システムは統合走査システムであり、この中で、制御ユニット１８、処理ユニット３０、電源ユニット３２、冷却ユニット３４は、走査システム８と遮へい部２２によるユニット内に収容される。図１２を参照すると、更なる実施形態では、モジュールシステムが提供され、このモジュールシステムでは、制御ラック２１８、処理ラック２３０、電源ラック２３２、冷却ラック２３４の一部または全てが、多焦点Ｘ線放射源とセンサーアレーを有する走査ユニット２０８から離れたところに設置される。モジュール構成を採用することにより設置が容易になるという点で有利であり、特に手荷物を取り扱う広い場所という環境では、システムを天井から吊るしたり、アクセスが制限される場所であったりする場合、有利である。あるいは、システム全体を統合ユニットとして構成し、これが１つのハウジングの中に一緒に収容された複数のサブアセンブリユニットを伴うようにすることもできる。
【００７０】
図１の実施形態を含む一部の実施形態では、１つの環状Ｘ線検出器が使用される。これにより低コストで、高い画像走査速度と簡易なファンビーム画像再構成アルゴリズムであっても、十分な信号対雑音性能が構成、提供される。他の実施形態（特に画像再構成の回転直径が大きい場合）では、互いに隣接し、システムの軸に沿って放射源とずらして配置された複数の円状または円弧状のセンサー群による複環状センサーアレーを使用することが好ましい。これにより、より複雑なコーンビーム画像再構成アルゴリズムを処理システムで使用することができる。複環状センサーを使用することにより、点状放射源１つ当りの滞留時間が増大するため、合成された信号の大きさの増大、再構成画像の信号対雑音比の改善がもたらされる。
【００７１】
上記の実施形態ではコンピュータ断層撮影システムに基づき多焦点Ｘ線放射源が使用されるが、この構成の中核は放射源の角回転速度と、走査装置を通過するコンベヤシステムの速度の関係である。コンベヤが止まる限界では、再構成画像の断層の厚さはＸ線の焦点のサイズと、Ｘ線検出器アレーの各エレメントの面積によって決まる。コンベヤ速度がゼロから上昇すると、検査中の対象物はＸ線ビームが回転する中で断層画像化されていき、再構成画像へ断層の厚さ方向に入り込むぼやけが加わってくる。理想的には、Ｘ線放射源の回転はコンベヤ速度に比べて速ければ、断層の厚さ方向のぼやけは最小化されるようになる。
【００７２】
手荷物検査用コンピュータ断層撮影システムに基づく多焦点Ｘ線放射源は、検査中の物品において危険性がある材質と物体を高い確率で検出する目的に対し、コンベヤの直線速度に対する放射源の角回転速度の比を良好なものにする。一例として、図１の実施形態では、コンベヤ速度は０．５ｍ／ｓであり、空港のシステムとして一般的なものである。放射源はコンベヤの周りを毎秒２４０回転することができるので、検査中の対象物は断層を画像化する走査の間、２．０８ｍｍの距離を移動することになる。放射源が毎秒４回転する従来のシステムでは、検査中の対象物は断層を画像化する走査の間、同じベルト速度で６２．５ｍｍの距離を移動することになる。
【００７３】
危険性のある物質の検出を行う検査システムの主要な目的は、危険性のある物質の存在を正確に検出し、他の全ての物質については疑いがないものとして通過させることである。１回の走査におけるコンベヤの移動によって生じる断層の方向のぼやけが増大すると、再構成画像の画素において一部の容積のアーチファクトも増大し、再構成画像の画像密度の精度は低下する。再構成画像の画像密度の精度が低下すると、システムが影響を受けやすくなり、危険性のない物質について警告を発し、実際に危険性のある物質について警告を発しないようになる。従って、多焦点Ｘ線放射源技術に基づくリアルタイム断層撮影（Ｒｅａｌ‐Ｔｉｍｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＲＴＴ）システムは、従来の機械式回転Ｘ線システムよりも速いコンベヤ速度で危険性検出能力を大幅に高めることができる。
【００７４】
多焦点Ｘ線放射源において延在するアーチ形アノードを使用することにより、従来のコンピュータ断層撮影システムに見られる機械式の回転を模した連続走査ではなく、アノードのほぼ全長に渡って飛び越すような電子源の切換を行うことができる。その瞬間のアノードにおける熱負荷を最小にするため、全ての以前の放射位置から現在のアノード放射位置の距離が最大になるようにＸ線の焦点を効果的に切り替えることができる。Ｘ線放射点のこの瞬間的な広範囲への移動は、コンベヤの移動による一部の容積への影響を最小化するので、再構成された画素の精度を更に向上させるという点で効果的である。
【００７５】
ＲＴＴシステムの高い時間解像度により、自動化された危険性検出の精度を高レベルにすることができる。この高レベルの精度により、ＲＴＴシステムは無人状態で動作でき、緑すなわち合格に割り当てることに対応する一方の状態と、赤すなわち不合格に割り当てることに対応する他方の状態の２つの状態を簡易に出力表示することができる。緑の手荷物は合格で更に搬送される。赤の手荷物は高レベルの危険性があることを意味し、その乗客の承諾の上で、その渡航を禁止する必要がある。
【００７６】
これから説明する本発明の更なる実施形態では、Ｘ線の散乱と透過に関するデータを記録し、これを使用して走査される手荷物・物品を解析する。
【００７７】
図１３を参照すると、Ｘ線ビーム３００は対象物３０２を通過する時、Ｘ線の一部は直線状に対象物３０２を透過し、これを通過して入ってきた方向と同じ方向に進む。Ｘ線の一部は散乱角θで散乱し、この散乱角θは対象物に入る方向と、これから出て行く方向の差である。公知のように、散乱には２つのタイプがあり、散乱角が５°の辺り、典型的には４°〜６°の範囲に集中している可干渉性の、いわゆるブラッグ散乱と、より大きい角度でＸ線が散乱する非干渉性の、いわゆるコンプトン散乱が存在する。ブラッグ散乱は対象物の原子番号に対し線形に増加し、次式に従う。
ｎλ＝２ｄｓｉｎθ
ここで、ｎは整数、λはＸ線の波長、ｄは対象物内の原子間距離である。
【００７８】
従って、ブラッグ散乱の量によって対象物の原子構造に関する情報が与えられる。但し、これは原子番号に対し、滑らかに変化するものではない。
【００７９】
コンプトン散乱の量は、対象物の電子密度に依存して滑らかに変化し、これにより、より大きい散乱角での散乱量によって対象物の電子密度に関する情報すなわち原子番号に関する情報が与えられる。
【００８０】
図１４を参照すると、本発明の更なる実施形態に係るセキュリティ走査システムは、図１のものと同じ多焦点Ｘ線放射源４１０と、同様に図１のものと同じ円状検出器アレー４１２とコンベヤ４２０とを有する。但し、この実施形態では、システムは更なる円筒状検出器アレー４２２を有し、これは円状検出器アレー４１２と同じ半径で同様にコンベヤの周りに延在するが、軸方向に多焦点Ｘ線放射源４１０の反対側に延在する。円状検出器アレー４１２は対象物４２６を透過するＸ線を検出するように構成されているのに対し、円筒状検出器アレー４２２は対象物４２６で散乱するＸ線を検出するように構成されている。円筒状散乱検出器アレー４２２は多数の円状アレーすなわち環状検出器４２２ａ、４２２ｂから成り、各環状部分の検出器はコンベヤ方向に等間隔になっており、走査装置の軸方向に延在する多数の直線状の列を構成するようになっている。
【００８１】
円筒状散乱検出器アレー４２２内の検出器は、各Ｘ線が各検出器と起こす相互反応により検出器出力が発生するようになっているエネルギー分解検出器であり、この検出器出力はＸ線のエネルギーを示す。このような検出器は、ＧａＡｓ、ＨｇＩ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等のバンドギャップの広い３−５族または２−６族の半導体材料、Ｇｅ等のバンドギャップの狭い半導体、または光電子増倍管による測定を伴うＮａＩ（Ｔｉ）等の複合シンチレーション検出器により製造可能である。
【００８２】
図１５を参照すると、コリメータ４２８は円筒状検出器アレー４２２の前面に設けられている。コリメータ４２８は、特定の入射方向以外からのＸ線が各検出器に到達しないようにする仕切りとして働く。円筒状検出器アレー４２２の各検出器では、図１６より分かるように、この入射方向は走査装置の長手方向の中心軸Ｘ−Ｘを通る。但し、入射方向は軸Ｘ−Ｘと垂直ではなく、図１５より分かるように、多焦点Ｘ線放射源４１０へ向かう方向で環状検出器４２２ａ、４２２ｂの面に５°程度、傾いている。
【００８３】
図１５を参照すると、円筒状散乱検出器アレー４２２の任意のある検出器に入射するＸ線は、画像化される薄い容積内の各小容積部分から散乱したものでなければならず、この小容積部分はＸ線ビームの軌跡上で、かつ円筒状検出器アレー４２２からの入射方向の線上となる位置にあることが理解できる。全ての可干渉性の散乱Ｘ線に対し、これを検出する検出器の軸方向位置は、動作中のＸ線点状放射源から散乱を起こす位置までの距離で決まってくる。軸方向で多焦点Ｘ線放射源４１０に最も近い検出器は、動作中のＸ線点状放射源から最も遠くで散乱するＸ線を検出することになる。例えば、点ｘから散乱してくるＸ線は、動作中のＸ線点状放射源４１０ａに最も近く、点ｚから散乱してくるＸ線よりも多焦点Ｘ線放射源４１０から遠くにある検出器により検出されることになり、この点ｚは動作中のＸ線点状放射源４１０ａから、より遠くにある。従って、任意のある時間において、動作中のＸ線点状放射源を認識することができれば、散乱Ｘ線を検出した検出器の軸方向位置を使用して、Ｘ線ビームの方向に沿った散乱位置を求めることができる。
【００８４】
また、図１５より、このシステムの動作において、Ｘ線ビームは走査装置の軸方向に細く収束すべきであることが重要と理解することができる。横方向のビームの広がり、例えば横方向に広がるファンビームを使用することによっても、この可干渉性の散乱が起こった位置を求めることができる。
【００８５】
図１６を参照すると、コリメータ４２８は走査装置の軸方向に配向しているので、可干渉性の散乱をする動作中のＸ線点状放射源４１０ａからのＸ線は、走査装置の軸に対して、この動作中の点状放射源の反対側にある検出器４２２ａの列によってのみ検出され、場合によっては、これに近接する１つ以上のどちらかの側の列によって検出されるが、これはコリメータがどのぐらい細く収束させているかによる。Ｘ線をまっすぐな細い「ペンシル」ビームに限定した場合、より大きい角度の非干渉性の散乱をするＸ線は全て、コリメータ４２８によって遮断されるので、まったく検出されないことになる。このようなＸ線の例を図１６の矢印ａによって示す。但し、Ｘ線のファンビームが動作中の点状放射源４１０ａから発生し、この放射源が走査装置の軸に垂直な方向の撮像容積の断層を通って広がる場合、走査装置の軸から、より外れた方向のＸ線は非干渉性の散乱をし、動作中の点状放射源の反対側にある検出器４２２ａの列のどちらかの側の検出器に到達することができる。このようなＸ線の例を矢印ｂ、ｃによって示す。任意の検出器４２２ｂに到達するには、散乱は走査装置の軸と検出器４２２ｂを通る面で起こる必要があることに注意すべきである。すなわち、任意の動作中の点状放射源と特定の検出器に対し、検出されたＸ線の散乱が起きた位置を、走査装置の軸とその検出器を通る面にあるものとして認識することができる。散乱が起きた位置を正確に求める場合は、他の情報が必要になる。例えば、撮像容積内の対象物の位置に関する断層撮影画像データ等からの情報が利用可能な場合、以下で更に詳細に説明するように、その散乱を最も可能性のある対象物と対応させることができる。
【００８６】
ブラッグ散乱のデータから、検出された各散乱現象に対し、Ｘ線のエネルギーと散乱角の組み合わせを使用して散乱現象が起きた物質の原子間距離ｄを求めることができる。実際には、散乱角は一定と仮定でき、Ｘ線のエネルギーを使用して異なる物質を識別することができる。コンプトン散乱に対しては、走査容積の各容積からの散乱のレベルは、その容積内の物質の密度を示すものである。また、可干渉性の散乱に対するコンプトン散乱の比を求め、画像化される対象物の材質の特性を表す更なるパラメータとして使用することもできる。
【００８７】
各Ｘ線点状放射源における滞留時間が短いため、各点状放射源において検出される散乱Ｘ線の量は常に非常に低く、典型的には５以下である。適切な可干渉性の散乱信号を形成するため、断層撮影走査範囲内の全ての点状放射源に対する散乱データを収集し、そして撮像容積の各容積部分についての結果を蓄積する必要がある。５００個の点状放射源を有し、１容積部分当たりかつ１走査当たり可干渉性回折散乱が平均して１回起こり、その後そのデータのセットの蓄積を行う走査装置では、各容積部分では、これに対応する５００の結果が得られ、これはこの容積部分内で起こる５００回の散乱に対応する。典型的には容積部分は数平方センチメートルの画像化される面内の領域に渡り、これは数ミリメートルの厚さの容積である。
【００８８】
図１７を参照すると、図１４〜１６の走査装置の散乱検出器アレー４２２からのデータを蓄積するように構成されたデータ取得システムは、各検出器４２２に対応するマルチチャンネルアナライザ５００を有する。各マルチチャンネルアナライザ５００は、検出器からの出力信号を受信し、検出した各Ｘ線を多数のＸ線のエネルギー範囲すなわちチャンネルの１つに割り当て、検出されたＸ線が振り分けられたエネルギー範囲を示す信号を出力するように構成されている。多重化処理部５０２は各マルチチャンネルアナライザ５００からの出力を受信するように構成されている。また、参照テーブル５０４が設けられ、この中にある記載項目は、任意の点状放射源と検出器に対し、Ｘ線が散乱した撮像容積内の容積部分を識別するものである。このシステムは更に画像メモリ５０６を有し、この画像メモリ５０６は多数のメモリ領域５０８を有し、各メモリ領域５０８は走査装置により画像化される面内の各容積部分に対応している。
【００８９】
データは各メモリ領域５０８に自動的に多重化処理部５０２によって、参照テーブル５０４の指示に従いロードされる。参照テーブル５０４は走査の前に係数を伴ってロードされ、この係数は検出器４２２とマルチチャンネルアナライザ５００の各組み合わせを各画像位置５０８にマッピングし、Ｘ線放射源毎に参照テーブルの記載項目が１つある。前方すなわち実質的に光子が放射源から全ての相互反応の前に伝搬する方向にある、これらの画素すなわち検出器４２２は可干渉性の散乱光子を４〜６°程度の小さいビーム角で記録すると仮定される。前方にない画素４２２はコンプトン散乱効果による非干渉性の散乱光子を記録すると仮定される。従って、画像メモリ５０６は実際には「３次元状」であり、２つの次元で画像内の位置を表し、３番目の次元は可干渉性の散乱（下位８ビット）と非干渉性の散乱（上位８ビット）の両方の散乱のエネルギーのスペクトルを保持している。また、参照テーブル５０４は多重化処理部５０２にデータのタイプについて指示し、このデータは各マルチチャンネルアナライザ５００に対し各投影像で収集され、適切なメモリ空間に充当されるようになっている。
【００９０】
散乱データが特定の走査について収集された後、このデータは投影像シーケンス制御部５１０に転送され、これにより主ＲＴＴデータ取得システム５１２と同期が取られるが、これは図４を参照して上記に示されている。従って、再構成画像データと散乱データは危険性検出システムを同時に通過し、このデータを使用して適切な解析用パラメータを求めることができる。
【００９１】
各走査に対し、透過検出器４１２からの断層撮影画像は、画像の各画素におけるＸ線の減衰量に関するデータを生成し、一方、このデータは断層撮影画像容積の各容積部分に対応している。これは図４を参照して上記で説明したように取得される。散乱検出器４２２からのデータは上記のように、各容積部分内の可干渉性の散乱量に関するデータと、各容積部分内の非干渉性の散乱量に関するデータとを提供する。従って、このデータは図５の危険性検出プロセッサと同じもので解析できる。この場合、抽出されたデータのパラメータは画像データまたは散乱データまたは２つ以上のタイプのデータの組み合わせに関係付けることができる。データから抽出されるパラメータの例として、非干渉性の散乱に対する可干渉性の散乱の比率、可干渉性の散乱データから求められるような物質の種類、非干渉性の散乱データから求められるような物質の密度、散乱データに対するＣＴ画像の画素値の相互相関がある。また、透過データについての上記のパラメータに対応する散乱データについてのパラメータも求めることができる。
【００９２】
図１８を参照すると、本発明の更なる実施形態では、断層撮影画像データの生成に使用される透過検出器５１２は、異なるエネルギー範囲に渡るＸ線の透過を測定するように構成されている。これを行うために２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂが備えられ、それぞれコンベヤの周りに環状に形成される。この２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂは、コンベヤの移動方向に沿う軸方向の異なる位置にあり、この場合、軸方向に互いに隣接している。第１の検出器セット５１２ａは、その前部にフィルタを備えていないが、第２の検出器セット５１２ｂは、Ｘ線放射源５１０との間に設置された金属製フィルタ５１３を備えている。すなわち、第１の検出器セット５１２ａは、広いエネルギー範囲に渡って透過するＸ線を検出し、第２の検出器セット５１２ｂは、高エネルギー端のエネルギー範囲のより狭い部分のＸ線のみを検出する。
【００９３】
走査される物品がコンベヤに沿って移動すると、その薄い容積すなわち断層は、それぞれ第１の検出器セット５１２ａを使用して１回の走査がなされ、その後、第２の検出器セット５１２ｂを使用して更に走査される。図示した実施形態では、同じ放射源５１０を使用して隣り合う２つの容積を同時に走査し、それぞれのデータは各検出器セット５１２ａ、５１２ｂの１つにより収集される。物品の容積が移動して両方の検出器セットを通過し、２回の走査がなされた後、２つの異なるＸ線のエネルギー範囲を使用して２セットの画像データを形成することができ、各画像は、その画像の各画素に対する透過データ（および、これによる減衰データ）を含んでいる。この２セットの画像データは第２の検出器セット５１２ｂによる画像データを第１の検出器セット５１２ａによる画像データから引くことにより合成することができ、低エネルギーのＸ線成分についての対応する画像データが得られる。
【００９４】
個々のエネルギー範囲それぞれに対するＸ線透過データと、高エネルギーと低エネルギー等の２つの異なる範囲のデータ間の差とを、画像の各画素について記録することができる。そして、このデータを使用してＣＴ画像の精度を向上させることができる。また、これを危険性検出アルゴリズムの更なるパラメータとして使用することもできる。
【００９５】
他の方法を使用してＸ線エネルギーの異なる範囲に対する透過データを得ることができることは理解されるところである。図１８、１９のシステムに対する変形例では、バランスフィルタを２セットの検出器において使用することができる。このバランスフィルタは両方のＸ線が通過する狭いエネルギーのウィンドウとなるように選択される。そして、この２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂに対する画像データを合成して、この狭いエネルギーのウィンドウに対する透過データを得ることができる。これにより、化学的な特定をする画像化を行うことができる。例えば、カルシウムのＫエッジエネルギーの周辺でバランスさせたフィルタを使用することにより骨を特定する画像を生成することができる。明らかに、この化学的な特定データは効果的に危険性検出アルゴリズムに使用することができる。
【００９６】
更なる実施形態では、独立したフィルタを使用するのではなく、異なるエネルギーのＸ線に反応する２セットの検出器を使用する。この場合、検出器は重ねて使用され、この検出器は低エネルギーのＸ線には反応するが、高エネルギーのＸ線は通過させる薄い前部の検出器と、この前部の検出器を通過した高エネルギーのＸ線に反応する厚い後部の検出器とから成る。また、異なるエネルギー範囲の減衰データを使用して、エネルギーを特定する画像を提供することができる。
【００９７】
更なる実施形態では、２つの走査を対象物の各断層に対し２つの異なるＸ線ビームのエネルギーによって行い、この走査は異なるＸ線放射源管電圧、例えば１６０ｋＶと１００ｋＶを使用することにより行われる。この異なるエネルギーにより、Ｘ線のエネルギーのスペクトルは互いに応じて変化することになる。スペクトルが比較的、そのエネルギー範囲の領域に渡って平坦であれば、スペクトルはその範囲のほとんどに渡って似たものとなるはずである。但し、一部のスペクトルは著しく変化することになる。従って、２つの管電圧に対する画像を比較し、これを使用することで２つの画像間で著しく減衰が変化する対象物の部分を認識することができる。従って、これにより画像間で変化するスペクトルの狭い部分において高い減衰のある画像領域が認識される。すなわち、これは走査された容積内の各容積部分についての特定のエネルギーの減衰データを得る代替手段である。
【００９８】
図２０を参照すると、本発明の更なる実施形態では、２つの異なるＸ線のエネルギーのスペクトルを、Ｘ線管にアノード６００を設けることにより発生させ、このアノード６００は２つの異なる物質によるターゲット領域６０２、６０４を有する。この場合、例えば、アノード６００は銅による母材６０６から成り、タングステンによるターゲット領域６０２とウランによるターゲット領域６０４を伴う。電子源６１０は、独立して動作可能な多数の点状放射源６１２を有する。１対の電極６１２、６１４は電子ビーム６１６の軌道を挟んで対向して設けられ、これを制御して電界のオン・オフを行い電子ビームの軌道を制御して、ターゲット領域６０２、６０４の一方または他方のいずれかに当たるようにすることができる。アノードにおけるＸ線のエネルギーのスペクトルは、どちらのターゲット領域に電子ビーム６１６が当たったかによって変化するものである。
【００９９】
この実施形態で使用するＸ線放射源は図１ａと同様のものであり、アノード２７に沿って延在する平行な帯状のものとして形成される別々のターゲット領域を伴う。動作中の各点状電子源に対し、２つの異なるＸ線のスペクトルは、どちらのターゲット物質を使用するかによって発生させることができる。この電子源は、各点状電子源が動作中の時、これに対する２つのターゲット領域の間の切換を行うように構成することができる。あるいは、アノード２７に沿った走査を２回、行い、１回は一方のターゲット物質に対して、１回は他方のターゲット物質に対して行うことができる。どちらの場合にも、電子ビーム収束ワイヤを追加することが、一方または他方のターゲット物質だけに電子ビームが確実に１回で照射されるようにするため必要となる可能性がある。
【０１００】
Ｘ線ビームがアノードから取り出される角度によっては、２つのターゲット領域６０２、６０４からのビームが同じ撮像容積を通過して、共通の検出器アレーによって検出されるように構成できる場合もある。あるいは、撮像容積の隣接する断層を通過するようにして、別々の検出器アレーによって検出されるように構成してもよい。この場合、画像化される物品の各部分に対し、物品がコンベヤに沿って図１８の構成と同様な方法で通過する場合の２倍の走査が行える。
【０１０１】
図２１を参照すると、更なる実施形態では、２つの検出器アレーを１つの走査装置に設け、軸方向に互いに隣接させ、一方の検出器アレー７１０は図１の検出器アレーに対応するものとし、ＲＴＴ画像を形成するように構成され、他方の検出器アレー７１２は高解像度のものとし、走査された対象物の高解像度投影画像を生成するように構成されている。この実施形態では、高解像度検出器アレー７１２は、異なるエネルギーのＸ線を検出するように、それぞれ構成されている２つの平行な線状アレー７１４、７１６を有し、２つのエネルギーの投影画像を生成することができるようになっている。図２２の実施形態では、高解像度アレー８１２は２つの重ねられたアレー、すなわち、比較的低いエネルギーのＸ線は検出するが、比較的高いエネルギーのＸ線は透過するように構成された上部の薄いアレーと、比較的高いエネルギーのＸ線を検出するように構成された下部の厚い方のアレーとを有する。どちらの場合でも、２つの検出器アレーは共に軸方向に十分、近付けて設置することにより、点状放射源の１つの線状アレーからのＸ線を検出できるようにしている。
【０１０２】
投影画像を得るため、点状放射源が１つだけ動作している時に、データを高解像度アレー７１２、８１２の全ての検出器から取り込む必要がある。図２３を参照すると、これを行うために高解像度アレーの各検出器７１８、８１８は積分器７５０に接続される。積分器７５０はコンデンサ７５４と並列に接続された増幅器７５２を有する。入力スイッチ７５６は検出器７１８と増幅器７５２の間に設けられ、リセットスイッチ７５８は増幅器７５２の入力端子と、コンデンサ７５４をまたいで接続された更なるリセットスイッチ７５９との間に設けられ、マルチプレクシングスイッチ７６０は積分器７５０とＡＤコンバータＡＤＣの間に設けられている。
【０１０３】
稼動時、検出器７１８が動作する必要のない時、マルチプレクシングスイッチ７６０以外の全てのスイッチは閉じられる。これにより、コンデンサ７５４は確実に放電され、その状態を保つ。そして、検出器７１８によるデータ収集が必要になった時、その開始時に、２つのリセットスイッチ７５８、７５９が閉じられ、検出器７１８によって検出された任意のＸ線により、コンデンサ７５４の電荷が増え、検出器７１８からの信号が積分されることになる。データ収集の期間が終わると、入力スイッチ７５６が開かれ、コンデンサ７５４は充電されたままとなる。そして、積分信号を積分器７５０から読み出すため、出力スイッチ７６０が閉じられ、積分器７５０がＡＤコンバータＡＤＣに接続される。これにより、コンデンサ７５４の充電レベルによって定まるアナログ信号がＡＤコンバータＡＤＣへ供給されるので、これは検出器７１８が積分器７５０に接続されていた期間における検出器７１８によって検出されたＸ線の量を示す。そして、ＡＤコンバータＡＤＣは、このアナログ信号をデータ取得システムに入力するためのデジタル信号に変換する。１つの投影画像を生成するため、Ｘ線点状放射源の１つが動作している時、全ての高解像度検出器を使用して同時にデータを収集する。
【０１０４】
図２４を参照すると、更なる実施形態では、各検出器７１８は並列に接続された２つの積分器７５０ａ、７５０ｂに接続され、この積分器７５０ａ、７５０ｂはそれぞれ、図２３のものと同じである。この２つの積分器７５０ａ、７５０ｂからの出力は、それぞれの出力スイッチ７６０ａ、７６０ｂを介してＡＤコンバータＡＤＣに接続される。これにより、各積分器７５０ａ、７５０ｂがＸ線放射源の走査で異なる位置の検出器７１８からの信号を積分するように構成することができるので、別々の画像のデータを収集し、この２つの画像を異なるＸ線点状放射源の異なる角度に基づくものとすることができる。例えば、これを使用して高解像度３次元画像を形成するために使用できる直角方向からの投影画像を生成することができ、これから、画像化された手荷物の特徴的な部分を３次元で求めることができる。
【０１０５】
高解像度画像はＲＴＴ画像と合成する場合、有用であり、より高い解像度が必要な細いワイヤ等の物品の識別を容易にするようなことができる。
【０１０６】
本発明の別の実施形態では、手荷物や貨物物品を、最高コンベヤ速度で検査することができる高速断層撮影走査装置が開示される。これは、公知のセキュリティチェック・システムで使用される、機械式で走査される構台の代わりに、電子的に走査されるＸ線放射源と対応する検出方法とを用いることによって、実現される。このようなシステムの性能特性により、自動検出アルゴリズムによって疑いのある物質または装置の位置を求める場合、後続する人間が見る画像の可視化を伴う単一の走査の施行で爆発物や爆破装置の自動検出が可能となる。
【０１０７】
本発明は、高い走査処理能力と組み合わせられた高画質を特徴とする。本発明の範囲内の走査装置は、３次元すべてにおいて、約２ｍｍ以下の空間解像度を実現することができ、その３次元画像の再構成された画素サイズは、３次元すべてにおいて、１．５ｍｍ以下である。走査装置は、走査速度が０．２５ｍ／ｓ以上で、再構成画像のＳＮ比が５０を超え、通常は１００を超えて、コンベヤと共に動作をしながら、同時に、このような画像解像度特性を実現するように構成することができる。この画質により、典型的には１％である、その物質の線形減衰係数を正確に計測しながら、爆発する可能性のある物質の容積と形状の両方を明確に判定するのに十分な情報が提供される。
【０１０８】
このようなシステムの、その高画質、高い走査処理能力、およびインタラクティブな３次元画像表示能力にもかかわらず、爆発性物質や爆破装置の疑いがあり、追加検査が有益である場合が、今なお、ある。特に、本発明の高速で電子的に走査されるＸ線放射源走査装置を使用して検査されている手荷物や貨物物品の中の爆発性物質や爆破装置の疑いがある物を、更に第２の方法により調べて、爆発性物質の有無を確認することができる。
【０１０９】
高速Ｘ線システムの検査能力を改良するために、第２のセンサーが、物質それ自体の１つ、または複数の化学的特性を精査しなければならず、そして、その精査から生成された特定の信号を、Ｘ線検査処理により検出された爆発性物質の形状、容積、および予期される種類に戻って、相関を求めねばならない。
【０１１０】
加えて、第２のセンサーの性能を最大にするために、詳細なＸ線画像を使用して、第２の確認センサーの対象を、検査中の手荷物や貨物物品の特定の領域にしなければならない。
【０１１１】
図２５に示すように、手荷物取り扱いシステム２５００は、通常、検査中の対象物を、高処理能力Ｘ線システムから第２の走査領域の中へ移送する必要がある。空港のような環境で検査される手荷物等の、手荷物や貨物物品は、左方２５０１からシステム２５００に入る。上述のように、手荷物や貨物物品は、高速Ｘ線走査装置２５０３を使用して検査され、高速Ｘ線走査装置２５０３は、電子切り替え式Ｘ線放射源と対応するＸ線検出と、画像再構成と、危険性検出とのサブシステムを備える。
【０１１２】
手荷物は、コンベヤシステム２５１１に続き、仕分け装置２５０５に入り、仕分け装置２５０５は、その先への搬送のための手荷物や貨物物品のセキュリティが確認されるまで、これらを止めておくループ部として構成され、ここで、仕分け装置２５０５は、手荷物や貨物物品を、多数の仕分け先２５０７の１つに送出してよい。空港では、各仕分け先は、該当する出発便の行き先に対応させるのが好ましいものである。
【０１１３】
Ｘ線走査、自動検出、および人間に見えるように可視化した後、危険性のあるものとしてマーキングされた手荷物や貨物物品は、コンベヤシステム２５１１と仕分け装置２５０５により、第２の確認センサー２５０９へ発送される。この設計の有利性として、確認センサー２５０９は、手荷物や貨物物品の、それらの仕分け先への流れを遅らせることなく、相当の期間をかけて手荷物や貨物物品を解析することが可能となる。
【０１１４】
一部の状況では、合格した手荷物だけを、主仕分けシステムに入れるようにできるという点で有利である。図２６を参照すると、第２のループ部２６１７は、確認センサー２６０９のために設けられる。ここで、左方２６０１から入って、Ｘ線システム２６０３によって合格した手荷物や貨物物品は、分岐点２６１５を通って、その先にある主仕分けループ部２６０５および、物品の最終仕分け先２６０７へ直進する。Ｘ線システム２６０３によって、１つ、または複数の危険な物品を含む可能性があるものとしてマーキングされた手荷物は、その後、手荷物や貨物物品がコンベヤシステム２６１１上の分岐点２６１５へ続いている状態で、操作者による目視が行われる。操作者が、分岐点２６１５で手荷物や貨物物品を合格させなかった場合、その物品は、自動的に、分岐した側方ループ部２６１７に送られ、側方ループ部２６１７は、確認センサー２６０９を有する。人手による追加検査が更に必要な手荷物や貨物物品は、合格した手荷物が主仕分けループ部２６０５の方へ送られることができる状態で、分岐した検査領域２６１３に送ることができる。
【０１１５】
前述の実施形態の両方で、コンベヤシステムは、複数の物品が走査のために列を作れるような、複数の短いコンベヤセクション（典型的には長さが１．５〜２ｍ）から形成されると、有利である。好ましくは、５〜２０個の手荷物や貨物物品が列を作れるスロットが、利用可能であるとよい。手荷物や貨物物品は、確認センサー内に、一度に１個ずつ送られる。物品が列を作って、合格のマーキングをされた状態で、操作者が手荷物や貨物物品の検査を完了した場合、手荷物や貨物物品は、直進して確認走査装置を通るように送ることができ、更なる遅れや、主仕分けループ部２５０５、２６０５へ戻ることはない。そして、いまだ危険性がある物品として分類されたままの、それらの物品は、確認センサー２５０９、２６０９による検査にかけられる。
【０１１６】
確認センサー２５０９、２６０９が、物品を合格とした場合、その物品は、主仕分けループ部２５０５、２６０５へ戻され、該当する最終仕分け先への搬送が継続される。確認センサー２５０９、２６０９が、危険性がある手荷物や貨物物品を確認した場合、その物品は、分岐点２６１９を通って、保持室２６１３に送られ、保持室２６１３では、その手荷物や貨物物品を、その物品を有する乗客または所有者について確認した後、適切な権限により、人手による探査を行うことができる。
【０１１７】
Ｘ線システムは、高い確度で、爆破装置や爆発性物質を検出するが、通常、検査される、すべての手荷物や貨物物品のうち、典型的には１０％〜３０％の間の割合で、誤った警報が発生する。これらの不合格の物品は、１人または複数の操作者により目視が行われ、操作者は、通常、Ｘ線システムの爆発物自動検出アルゴリズムによって識別された、すべての危険物のうちの９０％〜９９％を判定できる。したがって、残りの物品は、確認センサーで走査する必要があるものである。
【０１１８】
すなわち、１時間当たり１８００個の物品が投入される手荷物または貨物ラインに対し、一実施形態では、１時間当たり最高６００個の物品が、Ｘ線システムの爆発物自動検出アルゴリズムによって、危険である可能性がある物品として識別され、目視検査にかけるように指定することができる。これらのうち、１時間当たり最高６０個の物品が、検査者により、危険である可能性がある物としてマーキングすることができる。別の実施形態では、１時間当たり、わずか１８０個の物品がＸ線システムの爆発物自動検出アルゴリズムによって、危険である可能性がある物品として識別され、目視検査にかけるように指定することができる。これらのうち、１時間当たり最高２個の物品が、目視検査を行う検査者により、危険である可能性がある物としてマーキングすることができる。
【０１１９】
したがって、第２の確認センサーは、その解析を完了し、手荷物や貨物物品の中の識別された物質の特質を確認するのに、数分しかかからないように構成すべきである。これにより、本システムを通過する手荷物や貨物物品の流れが妨げられることがなく、高信頼性セキュリティチェックを目指した場合、どのような手荷物や貨物物品についても、数分を超える遅れは生じない。すなわち、本発明は、第２の確認システムの、高い処理能力を具現化して利用している。
【０１２０】
確認センサーの実施形態１：核四極子共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＱＲ）
一実施形態では、確認センサーは、核四極子共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＱＲ）の計測を行うシステムを備える。ここで、特定の原子核、特に、窒素と塩素は、相当な磁気四重極モーメントを有することが知られている。通常、サンプルとなる物質内の個々のスピンしている原子核の磁気四重極モーメントは、ランダムな方向を向いて並んでいる。強い磁場が印加される応用では、検査中の物質内の原子核の個々の磁気四重極モーメントは、印加される磁場に揃えられ、これにより、印加された磁場と反対の方向に作用する弱い磁場が形成される。印加される磁場は、約１０〜１００ミリテスラとしてよく、このとき、並んでいる原子核により発生する磁場は、フェムトテスラのオーダーにすぎないとしてよい。いったん、印加された磁場が無くなると、磁気双極子が、整列状態から外れて動き始め、合成された磁場の強度が減少し始める。
【０１２１】
第一の位置の磁場の強度は、検査中の物質内の、原子核の種類と、これらの原子核の密集度とに依存する。原子核による磁場が、印加されている磁場の影響で増大する割合と、原子核による磁場が、印加されている磁場が取り除かれた後に、どのように再び消滅するかとは、局所的な化学的環境と、検査中の物質内部の原子核の格子構造とに依存する。
【０１２２】
印加されている磁場により、関心対象となるサンプル内の原子核の整列状態によって発生する磁場の大きさが小さいため、発生する磁場による信号の計測は、通常、雑音が多い。そのため、その計測におけるＳＮ比を増大させるため、計測を何度も繰り返し、印加される磁場刺激それぞれの後に生じる信号を、１つの結合された信号にして処理すると有利である。
【０１２３】
図２７を参照すると、ＮＱＲ確認センサー２７００の刺激コイルと対応する電子回路部が示される。ここで、コイル２７０２は、図示のように、適当な距離に延在する一巻きコイルであり、この距離は、検査される物品が、このコイルの３次元の筒状部の内部に収容できるようになっており、その内部は、内部領域２７０３として画定される。好ましくは、コイル２７０２は、コイルの共振回路の調整が容易になり、不要な発熱を起こす可能性のあるコイル２７０２内の電力損失を低減させるように抵抗の低い物質で作られる。適切なコイルの材質は銅である。
【０１２４】
信号発生器２７０８は、好ましくは、デジタル・プログラマブル信号発生器であり、これを使用して、電力増幅器２７１０を介して、コイル２７０２を、適切な帯域、典型的には、最大１０ＭＨｚで駆動する。好ましくは、電力増幅器２７１０は、コイル２７０２を、高速電力スイッチ２７０５を介して駆動する。この電力スイッチ２７０５により、磁場を印加する高電流と高感度増幅器２７０４とが絶縁され、高感度増幅器２７０４は、検査中の物質から得られる磁気信号を検出するのに使用される。
【０１２５】
高ゲイン・高感度増幅器２７０４は、物質を刺激するために使用されるコイル２７０５に、リアクティプ結合部２７０５を介して接続される。この増幅器２７０４は、典型的には、コモンモード信号と、そのアナログ出力信号からの関心対象となる周波数範囲にない、それらの環境信号とを除去するように構成される。その後にある信号処理ユニット２７０６は、高ゲイン増幅器２７０４からのアナログ信号をデジタル化し、適切なデジタルフィルタ、例えば、検出した信号の包絡線に、指数関数的に減少する関数を適合させるようなデジタルフィルタをかける。本システムは、誘起された磁気四重極信号の緩和時間を判定する。この緩和時間は、原子核それ自体と、その化学的環境と、原子核が存在する格子構造とに依存する。
【０１２６】
印加される磁場は、典型的には、所定のパルス列でパルス化されて、誘起される信号を最大にし、記録される誘起された信号に対するパルスと、適切に処理された信号との間の時間が与えられる。図２８ａと２８ｂは、それぞれ、印加される信号と出力に対するパルス列の一例を示している。図２８ａを参照すると、印加される信号は、典型的には、約４００μｓで、アクティブになる。これにより、信号が、その飽和レベル付近にまで達する時間が与えられる。図２８ｂに示すように、印加された刺激が、取り除かれた後、コイル内の残留渦電流が信号取得の前に消滅するまでの短い不感時間（典型的には、５０〜１５０μｓ）が続く。出力信号は、通例、５００〜１０００μｓの期間に亘って、同期している。すなわち、パルス列の期間は、典型的には、約２００Ｈｚ〜２ｋＨである。爆発物の検出を高レベルで行うために、通例、トータルで１〜５秒間の計測時間が、採用される。
【０１２７】
パルス列と、対応するデジタルフィルタ処理とは、関心対象となりうる爆発性物質の種類ごとに、特別な構成となる。したがって、４つ、または５つの化合物のセットを探査する場合、トータルの計測時間は、３０秒に及ぶ場合もある。
【０１２８】
この結合システムでは、Ｘ線データにより、出現しうる爆発性物質の種類の事前評価が既に与えられているものであるから、核四極子計測の対象を、まず、予想される爆発性物質とし、そして、適合が見られない場合、関係する化合物を検査することができる。これにより、試験時間を最小限にすることが容易になり、有利である。
【０１２９】
検査される手荷物や貨物物品を、走査領域に、導電性トンネル部を経由して送り、導電性トンネル部の寸法を、電磁的な環境ノイズ源に対する耐性を改善するために、コイルのサイズよりも実質的に小さくすると、有利である。
【０１３０】
確認センサーの実施形態２：Ｘ線回折
別の実施形態では、確認センサーは、Ｘ線回折システムを備える。１０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶのエネルギー範囲のＸ線が有する、対応する波長は、既知の物質内の格子面間隔のそれに相当する。１０ｋｅＶのＸ線の波長は、１．２４×１０−１０ｍ（１．２４オングストローム）であり、２００ｋｅＶのＸ線の波長は、６×１０−１２ｍ（０．０６オングストローム）である。波の波長と、その波が伝搬する散乱物の間隔とが、その波長に近い場合、その波の回折は、ブラッグ散乱条件に従って起こる。
ｎλ＝２ｄｓｉｎθ
ただし、ｎは、回折パターンの順番、λは、波の波長、ｄは、格子面間隔、θは、回折角である。
【０１３１】
Ｘ線の場合、ブラッグ散乱を使用して、格子面間隔を判定し、これにより、物質の種類を確認できる。実際のＸ線システムでは、Ｘ線放射源は単に１つのエネルギーではなく、複数のエネルギーを発生し、典型的には、１０ｋｅＶからＸ線管に設定された最大加速電圧までのエネルギー範囲、通常、最大２００ｋｅＶまでの範囲で発生する。このエネルギーは、エネルギー範囲全体に亘って、分散しており、一部のエネルギーは、他のエネルギーよりも、存在する可能性が高い。
【０１３２】
図２９は、標準的なＸ線管からのＸ線のスペクトラムの一例を提供している。ここで、最大Ｘ線エネルギー２９０５は、Ｘ線管に印加される加速電圧で規定される。Ｘ線管を１６０ｋＶの加速電圧で動作させた場合、可能な最大Ｘ線エネルギーは、１６０ｋｅＶである。もっとも、ありえるＸ線エネルギーは、当然、これよりも、はるかに低い。最小Ｘ線エネルギー２９１０は、理論上は、０に近いが、実際には、最小Ｘ線エネルギーは、物質の種類と、真空支持窓（ｖａｃｕｕｍ  ｓｕｐｐｏｒｔ  ｗｉｎｄｏｗ）の厚さで規定され、この真空支持窓は、Ｘ線ビームがＸ線ターゲットから検査中の対象物に伝搬する際に通過するものである。
【０１３３】
検査中の物質が、格子パラメータを１つだけ有する場合、Ｘ線のスペクトラムの、すべての成分に対して、異なる回折スペクトラムが発生するものと見られる。正味効果（ｎｅｔ  ｅｆｆｅｃｔ）は、単一エネルギーＸ線放射源を使用する場合に比較して、広い回折ピークとなる。同様に、実際の物質は、通常、多結晶、または、アモルファスであることすらあり、その場合、回折スペクトラムが、更に広がるものである。それにもかかわらず、回折スペクトラムの強度とエネルギーの実験による計測は、同様な物質についても、非常に良好な物質特性を提供することができる。水のようなアモルファス物質と、爆発物等の多結晶物質とに対する指標となるＸ線回折スペクトラムを、それぞれ、図３０ａと３０ｂに参考として示す。
【０１３４】
高速電子走査式Ｘ線断層撮影画像システムと共に確認センサーとして使用するためのＸ線回折システムの実施形態の一例を、図３１に示す。ここで、Ｘ線管３１０５から放射されるＸ線ビームは、コリメータ３１１０を経て、典型的には直径が１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にある円形または長方形の断面になっているビームにコリメートされる。ビームが細いほど、計測の精度は高くなると考えられるが、走査が完了するまでの時間が長くなる。検出器３１３０のセットは、放射源３１０５の反対側で、検査される対象物３１２０の逆側に配置される。各検出器３１３０は、第２のコリメータ３１２５の後方に配置され、第２のコリメータ３１２５は、平行ビームが１次ビームの容積と交差する小さい容積を除いて、検査中の対象物３１２０のすべての部分からの散乱放射を遮蔽するように設計される。この交差領域は、特定の検出器に対する検査容積３１１５を構成する。各検出器３１３０は、専用の第２のコリメータ３１２５を有し、１次ビームの容積の長さに沿った特定の検査容積３１１５を精査するように設計される。好ましくは、各平行検出器３１３０は、１次ビームの容積の異なる部分をサンプリングするように構成される。このようにして、並列データ取得を、検査中の対象物３１２０と１次Ｘ線ビームとの、すべての交差容積で、行うことができる。
【０１３５】
第２のコリメータ３１２５とＸ線検出器３１３０は、それぞれ、１次ビームの軸に対して、実質的に同一の散乱角を画定するような直線的な構成に、配列される。適切な散乱角は、約３°〜１０°であり、最適な角度は、典型的には、６°である。
【０１３６】
図３２に示すように、１次ビーム３２１０と２次コリメータ・ビーム３２３０との交差部により示される検査領域３２２０の長さは、典型的には、約１０ｍｍ〜１００ｍｍであり、検出能率と、走査時間と、システムのコストとによる妥協点として、５０ｍｍに設定するのが有利であると考えられる。
【０１３７】
各検出点で、計測されたＸ線スペクトラムの特定の領域に、検出された各Ｘ線を割り当てることができるような、適切なエネルギー分解能を、Ｘ線検出器が提供すると有利である。適切な検出器は、パルス形成機能を有する適切な読み出し回路に結合されたＮａＩ（Ｔｌ）やＣｓＩ等の無機シンチレーション結晶である。図３３に示す読み出し回路の一例では、光電子増倍管３３０１が、光電子増倍管からの光信号を電子信号に変換する。コンデンサＣｆ３３０２を、適切なゲインが得られるように選択するとともに、抵抗Ｒｆ３３０３を、適切なパルス期間長、典型的には、約５０μｓ〜１０００μｓのパルス期間長が得られるように選択する。そして、初段増幅器３３０４からの出力は、パルス形成回路網３３０５を経由して送られ、パルス形成回路網３３０５は、典型的には約０．１μｓ〜２μｓの時定数を有するＣＲ−ＲＣフィルタを備え、その時定数の正確な値は、良好なノイズ性能を維持しつつ、許容されるカウントレート性能が得られるように選択される。通常、１μｓの形成時間が好ましい。図３３に示す回路からの出力は、ＡＤ変換器（図示せず）とヒストグラム・デジタルメモリとに送られ、ヒストグラム・デジタルメモリは、パルスの高さのスペクトラムを作成する。典型的なシンチレーション結晶のサイズは、直径が約１０ｍｍ〜５０ｍｍで、厚さが最大で１０ｍｍである。
【０１３８】
より高いエネルギー分解能を有する別の検出器は、半導体型検出器から選択することができ、特に、液体窒素の温度（７７Ｋ）で好ましい動作をする高純度ゲルマニウム、または、室温で一般的な動作をするＣｄＺｎＷＯ４である。半導体型検出器は、比較的、使用するには高価で、液体窒素を使用する必要がある等、操作時に多少、面倒なことが加わる傾向がある。
【０１３９】
検査容積の特定の地点からのスペクトラムが、蓄積されると、この情報は、実験で得られた参照スペクトラムのデータベースと、比較することができ、これは、例えば、参照スペクトラムのセットに対して正規化された計測されたスペクトラムに最小二乗法を使用して得られる。適合度が、ある閾値以内であると判定されると、２つのスペクトラムの形状の違いは、微小であるから、爆発性物質が存在する可能性が高いと結論付けることができると考えてよい。
【０１４０】
本発明の実用的な実施形態では、高速Ｘ線システムは、出現しうる危険性のある物質の位置と形状に関する高度な情報を提供する。Ｘ線回折システムは、対象物を通る、ある線に実質的に沿って解析を行う。すなわち、３次元Ｘ線画像データを使用して、検査される対象物を通るＸ線回折システムのビームが、もっとも適切な軌道になるように設定してもよいと認識される。
【０１４１】
一実施形態では、Ｘ線断層撮影システムからの画像データを使用して、検査される対象物の外部形状を正確に画定する表面の３次元のセットを再構成する。検査される対象物が、Ｘ線回折確認センサーに到達したとき、手荷物の向きは、Ｘ線画像データを収集したときと同じにはならない。そこで、Ｘ線回折システムに、図３４に示すような、一連のビデオカメラ３４０１を設け、これらビデオカメラ３４０１を一緒に使用して、検査される対象物に対する３次元の外部表面を再構成することができる。
【０１４２】
Ｘ線断層撮影により計算された対象物の外面の３次元画像と、ビデオカメラにより計算された、それとを使用して、その２つの検出システム間の対象物の相対的な向きを示す３次元マトリックスを計算してもよい。３次元Ｘ線断層撮影画像が高い空間解像度となるようにして、検査される対象物を通るＸ線回折ビームに対する最適な軌道を計算してもよい。その２つの検査システムにおける手荷物の相対的な向きを示すマトリックスが、分かっていて、扱いやすい回折検査装置が与えられているので、回折ビームが、対象物を通る最適の軌道に沿って伝播するように設定することができる。
【０１４３】
例えば、公知の回折センサーでは、１つの次元の長さが他の次元に比べて短い構成の爆発性物質を検出するのは、難しい可能性がある。本発明では、３次元Ｘ線断層撮影画像による先験的な情報に基づき、対象物を最適に精査するように、Ｘ線ビームを向けてもよい。
【０１４４】
図３４を参照すると、堅固ではあるが、可動性のブーム３４０２を設けて、Ｘ線センサーとＸ線管とを２次元で動かせるようにしている。図３４に示すように、回折検出ユニット３４０３は、コンベヤ３４０４の動く方向に、実質的に平行に配列されている。一実施形態では、その検出ユニットは、長さが２００ｍｍ〜１２００ｍｍで、狭い設置スペースであっても適応する。これは、空港の荷物受取エリアのような限られた空間の環境で、装置を使用するのに重要である。Ｘ線放射源３４０５と、これに対応するコリメータ（図示せず）は、同一の堅固ではあるが、可動性のブームに固定され、検出ユニット３４０３と、Ｘ線放射源３４０５と、これに対応するコリメータとの関係は、そのブームの位置にかかかわらず固定されたままになるようになっている。
【０１４５】
図３５を参照すると、ブームが、制御システムに固定され、制御システムにより、回折ビームの向きが、実質的に垂直方向から水平方向まで回転できるようになっている。更に、制御システムにより、ブームが、垂直方向で上下に移動できるようになっている。この制御システムは、高さを調整するリフト３５０１と、回転支持アセンブリ３５０２とを備えて、Ｘ線放射源３５０３と検出ユニット３５０４との間のビームを、任意に移動させる。図に示す配置は、一例にすぎず、他のブームや制御システムによる構成を採用して、同一の効果を得ることができることは当業者には理解されよう。
【０１４６】
このビーム操作構成を与えて、対象物の輪郭をビデオ解析することにより決定されるマトリックスを使用した参照のＸ線回折システム・フレームから変換されたビームのセットで、３次元Ｘ線断層撮影画像を精査することにより、最適化されたビーム軌道を計算する。最適なビーム軌道が計算されると、最適な走査ラインが得られるまで、適切な位置と、コンベヤを使用して移動する対象物とに、Ｘ線回折検査装置を調整する。この時点で、Ｘ線ビームは、オンに切り替わり、データ収集期間が始まる。適切な時間、典型的には、１〜５秒が経過した後、Ｘ線回折信号が、既知の参照スペクトラムと比較される。明らかに適合した場合、走査を終了することができる。そうでない場合、ビームは、再び、オンとなり、機械的アセンブリを、検査中の対象物内の予想される検査点の周りで、垂直方向に比較的、短い距離、典型的には、１００ｍｍより短い距離で、回転面において最大１０°、動かす。そのデータを、最大、数分かかると考えられる、この処理の間、常に求める。検査期間の終了時に、既知の危険物と適合する回折データが見られない場合、走査を終了し、検査中の手荷物や貨物物品を合格とし、搬送を進める。
【０１４７】
本発明の更なる実施形態では、検査中の対象物の周りを囲むトンネル部は、核四極子計測システムのためのコイル・アセンブリを形成し、Ｘ線回折検査装置は、コイル・アセンブリを通過する対象物を解析する。核四極子共鳴とＸ線回折との、２つのデータのセットは、時間が許せば、同時に、または、順次、取得することができる。
【０１４８】
確認センサーの実施形態３：Ｘ線後方散乱撮像
別の実施形態では、確認センサーは、Ｘ線後方散乱撮像システムを備える。
【０１４９】
Ｘ線後方散乱は、Ｘ線がコンプトン相互作用を受けたときに起こる。ここで、散乱するＸ線は、衝突の前に持っていたエネルギーよりも低い状態になり、エネルギーの差は、検査中の物質内の電子に与えられる。ある方向から放射されたＸ線が、その方向に後方散乱して、この後方散乱したＸ線を、Ｘ線放射源に隣接して配置された１つ、または複数のＸ線センサーで検出できる確率は高い。散乱したＸ線の方向は、入力ビームの方向に依存しないので、特定の対象物からの後方散乱信号と後方散乱信号検出信号との間には、弱い空間的な相関しかない。
【０１５０】
したがって、好ましくは、コリメータを、Ｘ線放射源と検査中の対象物との間で、本システムに組み込み、これにより、Ｘ線の１次元走査ペンシルビームを発生させることができる。このビーム走査では、検出器信号は、現在のビーム位置と関連付けられ、これにより、検査中の対象物の１次元画像が形成される。そして、対象物がＸ線ビーム面を通って走査され、Ｘ線検出器からのデータもコンベヤの走査レートと関連付けられると、検査中の対象物の２次元Ｘ線後方散乱画像が、生成される。有効なペンシルビーム幅は、約１ｍｍ〜１０ｍｍであり、空間解像度とＳＮ比との間の良好なバランスを得るため、好ましくは、２ｍｍに設定される。コンベヤ速度が０．５ｍ／ｓでは、最適化されたシステムは、６０回転／ｓの回転速度で動作する４つのコリメーション・ポートを有するチョッパーホイールを使用する。
【０１５１】
Ｘ線は、原子番号の大きい物質によって、より散乱するが、原子番号の大きい物質によって、より吸収される。すなわち、後方散乱信号は、原子番号の小さい物質からの信号が支配的で、Ｘ線放射源に最も近い対象物の表面に近い、原子番号の小さい物質を観察するのに使用できる。
【０１５２】
本発明の一実施形態では、図３６を参照すると、走査型ホイール・コリメータ３６０５は、Ｘ線放射源３６１５からのＸ線放射をコリメートすることにより、Ｘ線のペンシルビームを生成し、検査されている手荷物や貨物物品３６４５の上面３６５５に亘って、走査する。貨物の中で後方散乱するＸ線３６３５は、隣接するＸ線検出ブロック３６２５で検出される。この検出ブロック３６２５は、走査領域の端部に位置してよく、あるいは、好ましくは、走査ラインに平行に隣接して配置され、図３６に示す、それから９０度、回転した方に向けことができる。手荷物または貨物物品３６４５を走査すると、３次元Ｘ線画像の中に位置する特徴と関連付けすることのできる画像が形成される。
【０１５３】
後方散乱システムにおける手荷物または貨物物品の向きは、それが、画像データの２つのセットを関連付けるため、Ｘ線断層撮影走査装置を通過したときの方向と一致させることが好ましい。このような検査装置は、爆発性物質の存在を自動的に確認することはしないが、これを使用して、Ｘ線断層撮影ユニットによって生成される画像に対して関係する原子番号を確認してもよい。
【０１５４】
確認センサーの実施形態４：痕跡検出
別の実施形態では、確認センサーは、痕跡化学検出器を備える。
【０１５５】
ある種の爆発性物質は、室温において、その物質から発する気化物質による化学的指標を放つ。この気化物質は、検査される手荷物や貨物物品の周りの空気中に、典型的には、数ＰＰＭから数ＰＰＢ、存在すると考えられる。指標分子の実際の濃度は、その物質自体の蒸気圧に加え、検査される手荷物や貨物物品と周囲の空気との間のガス交換レートに依存する。例えば、シュリンク包装された手荷物物品では、手荷物の中の爆発性物質と周囲の空気との間のガス交換は、減少する。
【０１５６】
一実施形態では、検査される物品は、コンベヤシステムを使用して、チャンバーの中に送られる。例示的なチャンバー３７０１と、通過するコンベヤ３７０５を図３７に示す。図３７を参照すると、チャンバー３７０１は、チャンバーの入口端と出口端をそれぞれ、開閉して密閉するドア部３７０２、３７０３、または下降してチャンバーを閉じるシャッター等の、適当な機構を使用して密閉される。チャンバーには、小型の真空ポンプ３７０４が、取り付けられる。ポンプ３７０４は、ドア部を閉めると、チャンバー３７０１を、低真空（典型的には、約５０〜１００ｍＢａｒ）にできるように動作する。この時点で、手荷物や貨物物品の中に存在する、閉じ込められた空気や他の気体は、チャンバー本体の容積へ、引き込まれる。そして、１つ、または複数の痕跡検出システムが、爆発性物質の存在について、チャンバー３７０１の中に残っている気体を解析する。
【０１５７】
初期抜気の後、検査中の物品からの気化物質が、大気中に放出されるよりも、チャンバー内部に確実に残るように、チャンバーを密閉する。適当な時間の後、典型的には、１０秒〜５分後、痕跡検出装置による信号解析が、完了し、３次元断層撮影画像システムによって予測された爆発性物質の存在に対して関連付けることができる。
【０１５８】
強い相関がある場合、その手荷物や貨物物品を、不合格として、マーキングし、必要に応じて、リコンシレーション・エリア（物品の所有者を確認するための場所）に送ることができる。Ｘ線システムで予測されなかった爆発性物質が、識別される場合、その物品を、再び、不合格として、マーキングすることができる。爆発性物質が、痕跡検出システムによって、識別されない場合、手荷物を手作業で検査する、あるいは、物品を、その先へ搬送することに合格したとして、マーキングする、という判断をすることができる。
【０１５９】
本発明の更なる態様では、ここに示した痕跡検出装置を、Ｘ線回折センサー・システム、および／または、核四極子共鳴システムと、組み合わせて使用することができる。一実施形態では、最大３つの独立した方法を、同時に、かつ、爆発性物質と爆破装置の検出のための同一の装置で、使用することができる。そして、アルゴリズムを使用して、疑いがある手荷物や貨物の物品を、その先へ搬送するように送り出してよいかどうかの確実度を判定してもよい。例えば、独立したセンサーそれぞれが、非合法の疑いがある対象物を、第１回の検査で、「存在しない」、「存在する可能性あり」、「確実に存在する」に、分類することができる。１つ、または複数の「確実に存在する」という計測結果が得られた場合、その物品は、その先への搬送を制限されるべきである。すべてのセンサーが、「存在しない」という応答をした場合、その物品は、その先へ搬送することに合格したものとすることができる。２つ以上のセンサーが、「存在する可能性あり」という応答をした場合、その物品は、その先への搬送その他を、制限されるべきである。このような投票型システムは、疑いのある手荷物や貨物物品を、その先への搬送へ送り出すかどうかの判定の確実度を、高くする。
【０１６０】
同一のセンサーを使用しながらも、拡張されたデータベースを有する、このような多層型アプローチを、薬物、タバコ製品、紙幣等の不法売買品、および、その他の危険性のある物質の検出のために、まったく同じ方法で使用できることは、当業者には、明らかであろう。
【０１６１】
上記の例は、本発明のシステムの多くの応用の実例にすぎない。本発明の少数の実施形態しか、ここには示されていないが、本発明の趣旨または範囲を逸脱せずに、本発明は、多くの、その他の具体的な形態で、実施されうることは、理解されよう。すなわち、ここに示した例と実施形態とは、実例であり、非制限的であると考えられるものであり、本発明は、添付の特許請求の範囲の中で、変更されうるものである。
【図１】
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【図１ａ】
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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６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２９】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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