(57)【要約】【課題】  エネルギー掃引を行わずに特定の物質の有無を識別する蛍光Ｘ線識別装置において、識別のエラーを生じる場合があった。【解決手段】  識別装置は、識別対象の物質の種類に対応して互いに異なるフィルタリング特性を有する複数のフィルターが配列されたフィルターアレイと、フィルターアレイの配列に対応して複数の検出素子が配列された検出素子アレイと、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体に向けてＸ線を照射するＸ線源と、前記検体から放出される蛍光Ｘ線を光学的にフィルタリングするフィルターと、前記フィルターを介して到達する前記蛍光Ｘ線の一部を検出するＸ線検出素子と、所定の物質が前記検体に含有されているかを識別する識別部と、を有する識別装置であって、
前記フィルターは、識別対象の物質の種類に対応して互いに異なるフィルタリング特性を有する複数のフィルターが配列されたフィルターアレイに含まれ、前記Ｘ線検出素子は、前記フィルターアレイの配列に対応して複数の検出素子が配列された検出素子アレイを含むことを特徴とする識別装置。
【請求項２】
前記Ｘ線源は、所定の放射角を有するＸ線束を形成するように配置され、前記フィルターアレイは、前記Ｘ線束に対して、一塊に同側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の識別装置。
【請求項３】
前記検体を所定の搬送方向に移動する搬送部を有し、前記搬送方向において、前記Ｘ線源と前記フィルターアレイは、互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の識別装置。
【請求項４】
前記フィルターアレイは、前記搬送方向と交差する搬送幅方向に、前記複数のフィルターが配列されていることを特徴とする請求項３に記載の識別装置。
【請求項５】
前記搬送部は、前記搬送方向と交差する搬送幅方向において、互いに並列な複数のサブ搬送路に沿って移動されるよう複数の検体を区分してガイドするガイド部を有することを特徴とする請求項３または４に記載の識別装置。
【請求項６】
前記フィルターアレイは、フィルター配列数において、天頂角方向よりも方位角方向に多く配列することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項７】
前記Ｘ線源は、前記搬送路を含む搬送面に対して斜めに曝射するように配置され、前記Ｘ線源と前記フィルターアレイが前記搬送面の法線を間に挟むように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の識別装置。
【請求項８】
前記フィルターアレイは、複数の前記所定の物質に対応して、互いに異なる吸収端を有する元素を含有する複数のフィルターを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項９】
前記フィルターアレイは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも３種が、配列されたフィルターのそれぞれに含有されていることを特徴とする識別請求項１乃至８のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項１０】
前記フィルターアレイは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅから選ばれる少なくとも１種と、Ｂｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種と、を含有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項１１】
前記所定の物質の指標となる元素の原子番号をＺとし、前記フィルターアレイの厚みをＴ（ｃｍ）、フィルターに含有される前記所定の物質の密度をＤ（ｇ／ｃｍ３）としたときに、  ０．１×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２＜ＤＴ＜  ５×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２  を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項１２】
前記厚みＴ（ｃｍ）、前記密度であるＤが、０．５×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２＜ＤＴ＜  ２×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２  を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の識別装置。
【請求項１３】
前記搬送部に対して前記Ｘ線源と反対側において、前記検体を透過する透過Ｘ線を検出するＸ線検出部をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の識別装置。
【請求項１４】
前記搬送部に対して前記Ｘ線検出器と反対側において、前記検体を透過する透過Ｘ線を形成するように第二のＸ線源をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体に所定の物質が含まれているか否かを識別する識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査に供するために検体を移動する工程とは異なる工程において、検体をオフラインで識別する識別装置が知られていた。かかるオフライン型の識別装置には、ＬＩＢＳ法（Ｌａｓｅｒ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：レーザー誘起発光分光法）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ発光分光分析法）等が知られている。かかるオフライン型の識別装置が採用する分析原理は、検体からの電磁波を検出し、電磁波に含まれるスペクトルを評価する分光分析が採用される。
【０００３】
かかる分光分析は、そもそも、分析速度より定量分析を重視しているために、検体の事前処理、真空排気、エネルギーの掃引に時間を要する場合があり、単位時間あたりの識別処理数は制限されるものであった。製品の生産効率の向上、消費の拡大、製造物責任法の遵法化等の流れにより、検体の含有物質を高速に識別する手法が求められるようになっている。所定の物質の含有を識別する対象となる検体は、リサイクル、適正な廃棄を目的とした工業製品、採掘された鉱物等が含まれる。
【０００４】
検体の搬送速度に対応した識別時間で識別するインライン型の識別装置が知られていた。特許文献１は、ベルトコンベアで搬送される樹脂片に臭素が含有されているか否かを識別する蛍光Ｘ線識別装置を開示している。特許文献１に記載の識別装置は、ベルトコンベアの搬送面に対して垂直に曝射するＸ線源、搬送方向と垂直な方向において曝射領域を挟むように配置された一対のＸ線検出装置が開示されている。特許文献１は、さらに、Ｘ線源からの曝射中心軸、すなわち、搬送路に対する垂線、に対する対頂角として、７０〜８５度の角度をなす位置にＸ線検出器を配置することにより、搬送路の幅を分析野がカバーすることを開示している。特許文献１は、さらに、Ｘ線検出器に、エネルギー分散型検出器であるシリコンドリフト検出器（ＳＤＤ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｄｒｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を採用し、蛍光Ｘ線のスペクトルをエネルギー掃引して分光することを開示している。
【０００５】
リサイクル、採掘資源の選別、製品安全検査、等の用途において、検出した電磁波に含まれる特定の元素または元素群の含有を識別することが望まれる。かかかる用途に適用される識別装置は、検出した電磁波をエネルギー掃引して分光分析して組成比を同定したり、組成のマッピングを行ったりする機能を持たせることはオーバースペックとなり、むしろ、識別処理速度を優先することが望まれる。特許文献２は、検体と曝射中心軸とを挟むように、光学フィルターとＸ線検出器のセットを一対配置している蛍光Ｘ線識別装置を開示している。特許文献２に記載の識別装置は、一対の光学フィルターが異なるフィルタリング特性を有しており、このフィルタリングにより、特定の物質が含まれているか否かを識別するため、エネルギー掃引が識別処理時間を制約しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−４７７４１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３２３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のＳＳＤ型のＸ線検出器を採用した蛍光Ｘ線識別装置において、Ｘ線エネルギーの分光原理は、Ｘ線エネルギーの入射により生成したキャリアの輸送時間を計測する、所謂、タイムオブフライトである。従って、Ｘ線にエネルギー成分に依存して異なるキャリア輸送時間を弁別する時間が必要となる。換言すると、特許文献１に記載の蛍光Ｘ線識別装置は、インライン識別において、識別処理速度が分光に必要なエネルギー掃引時間により制約を受け問題となる。また、特許文献１に記載のＳＳＤをＸ線検出器に適用した蛍光Ｘ線識別装置において、ＳＤＤはＳｉを半導体として用いる為、高エネルギー側に蛍光Ｘ線スペクトルを呈する物質の識別速度が低下するという識別対象が制限されるという問題があった。
【０００８】
特許文献２に記載の蛍光Ｘ線識別装置は、識別処理速度がエネルギー掃引時間の制約を受けないものの、対向して配置される光学フィルターに入射する直前の蛍光Ｘ線のスペクトルが一致せずに、識別のエラーを生じる場合があり改善が求められた。換言すると、検体から球状に放射された蛍光Ｘ線のスペクトルは放射角度依存性を有するため、光学フィルターとＸ線検出器の検出器セットが受光するスペクトルは、光学フィルターとＸ線検出器の検出器セットの位置依存を受けるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、エネルギー掃引を行う検出器、分光器、Ｘ線源を用いずに、特定の物質が検体に含有されているか否かを識別する識別装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る識別装置は、検体に向けてＸ線を照射するＸ線源と、前記検体から放出される蛍光Ｘ線を光学的にフィルタリングするフィルターと、前記フィルターを介して到達する前記蛍光Ｘ線の一部を検出するＸ線検出素子と、所定の物質が前記検体に含有されているかを識別する識別部と、を有する識別装置であって、
前記フィルターは、識別対象の物質の種類に対応して互いに異なるフィルタリング特性を有する複数のフィルターが配列されたフィルターアレイに含まれ、前記Ｘ線検出素子は、前記フィルターアレイの配列に対応して複数の検出素子が配列された検出素子アレイを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る識別装置によれば、エネルギー掃引を行う検出器、分光器、Ｘ線源が無いので、特定の物質が検体に含有されているか否かを、高速に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態に係る識別装置の構成を示す図である。
【図２】第二の実施形態に係るＸ線検出器を示す鳥瞰図である。
【図３】第三の実施形態に係るフィルターアレイと検出素子アレイを示す図である。
【図４】第四の実施形態に係るフィルターアレイと検出素子アレイを示す図である。
【図５】第五の実施形態に係るフィルターアレイと検出素子アレイを示す図である。
【図６】シミュレーションに採用しフィルターアレイの構成を示す図である。
【図７】シミュレーション結果を示す図である。
【図８】第五の実施形態に係る識別装置の構成を示す図である。
【図９】第六の実施形態に係る識別装置の構成を示す図である。
【図１０】各実施形態に係る識別装置の配置を示す際に適用する直交座標系を示す図（ａ）、（ｃ）と、極座標系を示す図（ｂ）、（ｄ）である。
【図１１】第一の実施例で採用したフィルターアレイを示す図である。
【図１２】第一の実施例において各金属由来の蛍光Ｘ線のフィルターアレイを透過した後の対応する金属毎の透過像パターンを示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［発明の詳細な説明］
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１５】
［第一の実施形態］
まず、第１の実施形態に係る識別装置１００の基本的な構成について述べる。図１は、所定の物質が検体に含まれているか否かを識別することが可能な蛍光Ｘ線を利用した第一の実施形態に係る識別装置１００の構成を示す断面模式図である。なお、Ｘ線が曝射され蛍光Ｘ線を放射するとき、全球方向に、すなわち、４πステラジアンの立体角で蛍光Ｘ線が放射される。
【００１６】
従って、検体１０５から放出される蛍光Ｘ線の三次元的な放射角を考慮すると、検体１０５が曝射領域１２３に位置する状態における識別装置１００に含まれるＸ線源、Ｘ線検出器等の各要素の配置は、極座標系で示すことが好ましい場合がある。本願明細書においては、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を含む直交座標系と、単位ベクトル、天頂角θ、方位角φを含む極座標系とを適宜使い分けて使用する。図１０は、各実施形態に係る識別装置の配置を示す際に適用する直交座標系を示す図（ａ）、（ｃ）と、極座標系を示す図（ｂ）、（ｄ）である。
【００１７】
本実施形態に係る識別装置１００は、検体１０５に向けてＸ線１０３を照射するＸ線源１０１と、検体１０５から放出される蛍光Ｘ線を光学的にフィルタリングするフィルター１０７と、を有する。実施形態に係る識別装置１００は、さらに、フィルター１０７を介して到達する蛍光Ｘ線の一部を検出するＸ線検出素子１０７と、所定の物質が検体１０５に含有されているかを識別する識別部１２０と、を有する。
【００１８】
ここで、フィルター１０６は、識別対象である物質Ｍの種類に対応して互いに異なるフィルタリング特性を有する複数のフィルター１０６ｉ、１０６ｉ＋１、１０６ｉ＋２が配列されたフィルターアレイ１１６を含んでいる。Ｘ線検出素子１０７は、フィルターアレイ１１６の配列に対応して複数の検出素子１０７が配列された検出素子アレイ１１７を構成している。
【００１９】
かかるフィルター１０６ｉ、１０６ｉ＋１、１０６ｉ＋２が有する異なるフィルタリング特性について以下に説明する。本実施形態におけるフィルタリング特性が異なることは、フィルターを経る前のスペクトルに対するフィルターを経た後のスペクトルの伝達率におけるエネルギー依存性が異なることを含む。伝達率は、フィルターの厚さ方向を通過することによりフィルタリングを行うフィルターに対しては分光透過率が該当し、フィルターを反射または後方散乱することでフィルタリングするフィルターに対しては、分光反射率が該当する。本実施形態においては、分光透過率において互いに異なる光学フィルター１０６がアレイ化されたフィルターアレイ１１６となっている。
【００２０】
図中、１０２はＸ線源１０１からＸ線の曝射エリアを決めるスリット、１０４は検体１０５を曝射領域を通過するように搬送する搬送部（ベルトコンベア）、１１８は、フィルターアレイ１１６と検出素子アレイ１１７とを備える検出アレイユニットである。また、１０９はベルトコンベア１０４に検体１０５を供給するためのフィーダー、１１０は識別された検体１０５を圧縮空気で仕分ける為のエアノズルである。
【００２１】
フィルターアレイ１１６は、検出素子アレイ１１７から見て、検体１０５の側に位置し、本実施形態においては、フィルターアレイ１１６と検出素子アレイ１１７が検体１０５を臨む方向において、各アレイのセグメントは光学的に重なるように対応している。検出アレイユニットに含まれる光学フィルター１０６と検出素子１０７は１対１の関係で関連付けられている。またアレイに含まれ互いに隣接する光学フィルター１０６、１０６‘（不図示）、及び、検出素子１０７、１０７’（不図示）同士は、互いに重ならない配置をとり蛍光Ｘ線がクロストークしないように構成されている。
【００２２】
Ｘ線源１０１および必要に応じて付加されるスリット１０２は、所定の放射角を有するＸ線束１０３を形成するように配置される。フィルターアレイ１１６は、Ｘ線束１０３に対して、図１に示すように、実質的に一塊に同側に配置されている。検出素子アレイ１１７、および、検出素子アレイユニット１１８は、Ｘ線束１０３に対して、図１に示すように、実質的に一塊に同側に配置されていると換言される。このような配置をとることにより、本実施形態の識別装置１００は、検体１０５の個々の大きさ、向き、形状等により影響する、検体１０５から放射される蛍光Ｘ線の強度、スペクトルに対する放射角依存性の影響を軽減することができる。
【００２３】
本実施形態の識別装置１００は、検体１０５を所定の搬送方向１１４に移動する搬送部１０４を有し、搬送方向１１４において、Ｘ線源１０１とフィルターアレイ１１６は、互いに異なる位置に配置されている。また、フィルターアレイ１１６は、搬送方向１１４と交差する搬送幅方向１１５に、複数のフィルター１０６が配列されている。なお、図１において搬送幅方向１１５は、紙面の奥行き方向に相当するｙ方向である。
【００２４】
［第二の実施形態］
図２は、図１と同様に第一の実施形態に係る識別装置１００の構成を示す鳥瞰図である。
【００２５】
図２に記載の識別装置１００は、図１に示した第一の実施形態の変形例に該当する。図２において、搬送部１０４の搬送幅方向１１５（＋ｙ方向、−ｙ方向）に、検体１０５が複数配置されている態様である。搬送部１０４により搬送される複数の検体１０５は並走しているため、並列形態の搬送部１０４であると換言される。平易列形態の搬送部１０４において、搬送幅１１５に亘って、搬送方向１１４の位置は異なっていても、そろっていても良い。
【００２６】
図２には、搬送幅１１５に亘って、搬送方向１１４の位置は異なっている形態が示されている。本実施形態のさらなる変形例として、搬送部１０４は、搬送方向１１４と交差する搬送幅方向１１５において、互いに並列な複数のサブ搬送路（不図示）に沿って移動されるよう複数の検体を区分してガイドするガイド部（不図示）を有する形態としても良い。このように搬送幅方向１１５を区分して検体１０５をガイドする形態においては、少なくとも、区分されたサブ搬送路毎にフィルターアレイ１１６を設けることにより、識別処理をサブ搬送路間でクロストークすることなく並列処理することが可能となる。この際、Ｘ線源１０１、スリット１０２は、サブ搬送路毎に複数個を設けても、サブ搬送路で共有するように単数個を設けて良い。
【００２７】
本実施形態の検出アレイユニット１１８は、不図示の、ベルトを移動させるモーター、Ｘ線を漏洩させない為の重金属を含有する遮蔽板やカーテン、検出素子信号処理をして検体を判別し、ノズルの駆動をコントロールする制御系を、備えることができる。
【００２８】
次に、第一の実施形態および第二の実施形態に係るフィルターアレイ１１６および検出アレイユニット２０１、１１８を備えた識別装置１００における、好ましい配置関係を、図１、図２及び図１０を用いて説明する。
【００２９】
図１において、Ｘ線源１０１から曝射される一次Ｘ線の曝射中心軸１１３は、搬送手段１０４である検体載置部の上の基準原点Ｏを通る。基準原点Ｏは、図１０におけるｘｙｚ直交軸の基準原点Ｏと一致する。
【００３０】
ここで、フィルターアレイ１１６は、図１の紙面の奥行き方向において、すなわち、ｙ軸方向において、複数のフィルタリング特性が互いに異なる複数のフィルター１０６が配列し、ｚ軸方向における配列数は１だけである。ｙ軸方向は、図１０において、搬送幅方向１１５に該当する。同様にして検出アレイユニット１１８に含まれる検出素子アレイ１１７は、図１のｙ軸方向において、複数の検出素子１０７が複数の配列されている一方で、ｚ軸方向における配列数は１だけである。ｚ軸方向における配列数は、ｘｚ平面内における天頂角θ方向においてと換言される。また、図１０において、フィルターアレイ１１６は、フィルター配列数において、天頂角方向よりも方位角方向に多く配列数を有していると換言される。
【００３１】
本実施形態のフィルターアレイ１１６は、フィルター配列数において、天頂角方向よりも方位角方向に多く配列することにより、蛍光Ｘ線の強度やスペクトルにおいて相対的に放出角依存性が高い天頂角方向における検出誤差を低減することが可能となる。同様にして、第二の実施形態に係る図２に記載の検出ユニットアレイ２０１は、フィルター配列数において、天頂角方向よりも方位角方向に多く配列数を有している。
【００３２】
これは、蛍光Ｘ線を発生する曝射中心Ｏから見たときのフィルターアレイ１１６の位置と、フィルターアレイ１１６の配列方向を考える。ここで、図１における曝射中心Ｏは、図２同様にして、検体に照射する曝射領域１２３の中心Ｏが蛍光体を発生する曝射中心Ｏから見たときのフィルターアレイ１１６の位置関係と、アレイの配列方向を考える。
【００３３】
ここで、Ｘ線源、検出ユニットアレイ、フィルターアレイと曝射中心との相対位置関係を記述するとき、曝射中心Ｏに位置する検体からは全球方向に放射状に放射するため、図１０に示すような極座標表記が適している場合がある。ここで天頂角θは、搬送部１０４の搬送面（被検体載置面）に対して一意に定まるｚ方向に対する角度に一致する。また方位角φは、被検体載置面（ｘｙ平面）において、搬送部１０４の搬送方向１１４に対する角度として定めることができる。
【００３４】
カソードルミネッセント型のＸ線源は、アノードヒール効果を有している。特に、反射型のＸ線源は、アノードヒール効果により、一定の線質と強度が担保される放射角度が強く制限され、１０−３０度と狭い上、数倍程度のアスペクト比を有している。従って、搬送幅方向１１５において、均質に曝射するためには、Ｘ線源１０１との搬送手段１０４距離（ＳＯＤ：ソースオブジェクトディスタンス）を離すことと、曝射角度を斜めにすることと、の２つの手法がとられる。ＳＯＤを大きくすると単純に単位面積あたりの曝射強度が低下するために、Ｘ線源１０１から曝射されるＸ線１０３が検体載置部の載置面に対して斜めに入射するようにＸ線源１０１を配置する手法を採用する場合がある。  図１、図２図１０に記載の各実施形態においては、いずれも、搬送手段１０４である検体載置面（ｚｙ平面）に対して、斜め曝射となるようにＸ線源１０１が配置されている。
【００３５】
次に、図３を用いて、第三の実施形態に係る二次元に配列されたフィルターアレイ３０１について説明する。  フィルターアレイ３０１は、ｚ方向あるは天頂角方向において配列された４つのフィルターアレイ３０３〜３０６を備えている点において、第一の実施形態および第二の実施形態と異なる。本実施形態のフィルターアレイ３０１の形態によれば、搬送幅方向１１５方向にセグメント化したために不足する検体１０５からフィルターアレイ３０１の各フィルター３０２を臨む立体角の不足を、天頂角方向において補うことができる。
【００３６】
次に、図４を用いて、第四の実施形態に係るフィルターアレイ４０１について説明する。フィルターアレイ４０１は、アレイ配列に含まれるフィルター４０２及び不図示の検出素子の開口形状のアスペクト比が１より大きい点が、第一から第三の実施形態のフィルターアレイ、検出ユニットアレイと相違する。このような開口形状とすることにより、搬送幅方向１１５における、アレイの実装密度を高めて識別する物質の種類を増やすことや、１フィルター毎のｚ方向（対頂角方向）に沿って受光面積を大きくすることにより識別速度を高めることができる。
【００３７】
また、図示しないが、第一、第二の実施形態の変形形態として、搬送手段１０４（搬送路）を含む搬送面（ｘｙ平面）に対して斜めに曝射するようにＸ線源１０１が配置される形態を含む。この変形例では、搬送面の法線（ｚ軸）を間に挟むようにＸ線源１０１とフィルターアレイ１１６が配置する。このような形態においても、第一、第二の実施形態と同様に、検体から放射される蛍光Ｘ線の放射角依存性を軽減することができる。
【００３８】
次に、図５を用いて、第五の実施形態に係る二次元に配列されたフィルターアレイ５０１について説明する。
【００３９】
フィルターアレイ５０１は、階層化されたフィルターアレイ構造をとる点が、第一、第二、第四の各実施形態に係るフィルターアレイと相違する。フィルターアレイ５０１は、４つのフィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６が搬送幅方向に配列されている。
【００４０】
搬送幅方向１１５に、第二実施形態に係る識別装置で述べた複数のサブ搬送路に対応してフィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６がそれぞれ設けられる。フィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６はそれぞれが、フィルタリング特性の異なるフィルター５０２を備えている。さらに、各フィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６の該当する３×３のマトリクス内のアドレスのフィルターは互いに同じものがアサインされている。
【００４１】
フィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６は、フィルタリング特性が一致したフィルター５０２をそれぞれ９個備えている。各フィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６が備えるフィルターが互いに異なるフィルタリング特性を有するようにアサインされた形態である。このような形態は、各フィルターアレイ５０３、５０４、５０５、５０６が１種類のフィルターに検出素子が９個あることにより、９個の検出素子の平均値を利用して精度を高めたり、異常値を出力した検出素子の値を排除したりする事が可能となる。このような形態は、ノイズや故障に強い検出ユニットアレイを備えることにより識別装置のロバスト性を高めることができる。
【００４２】
次に、図６、図７を用いて、フィルターアレイ６１を使用した場合の臭素の含有を識別する手法について説明する。
【００４３】
フィルターアレイ６１は、互いに異なるフィルタリング特性を有するフィルター６３〜６７と、フィルター６３〜６７を互いに重ならないように分離して固定する枠６２を有している。枠６２は、フィルター６３〜６７に比較して、Ｘ線に対する減衰率が高く、遮断枠と換言できる。フィルター６４、６５、６６、６７の順に、それぞれが、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｒ、Ｚｒの金属を含む、含有する金属に固有のフィルタリング特性を有する。リファレンスとして、フィルター６３に該当する枠には、フィルター要素が保持されておらず、蛍光Ｘ線のスペクトルを全波長域において１００％を透過するフィルターであると換言される。
【００４４】
なお、かかるフィルターアレイ６１は、計算のためにアサインされたフィルターアレイのモデルである。フィルターアレイ６１を実際に作成する場合は、フィルター６６はＢｒ分子が常温常圧で気体であるため、Ｂｒを官能基として含有するプラスチックなどを用いることになる。フィルターアレイ６１の背面に２５６ｘ２５６のＸ線検出素子アレイ（エリア検出素子）を配置しているとする。ここでＸ線を臭素Ｂｒが含有されているプラスチックに照射し、Ｂｒの蛍光Ｘ線（この計算ではＫα１、Ｋα２、Ｋβ１だけを考慮する）がどの様に図６のフィルターを透過して検出素子に検出されるかを計算した。今回の計算では、蛍光Ｘ線のフォトン数を１０７個とし、フィルター内部での蛍光Ｘ線の発生はＫα１、Ｋα２、Ｋβ１だけを考慮した。またＸ線検出素子は検出するＸ線のエネルギーに比例するシグナルを受け取ると仮定した。
【００４５】
図７はフィルターの透過率に関する計算結果であって、図中７１は臭素からの蛍光Ｘ線を検出素子アレイが検出した各フィルターに対応するコントラストイメージである。フィルター通過後の輝度が高い程、蛍光Ｘ線が多く透過したことを示している。フィルタリング要素が配置されていない枠６３に該当するセグメントが一番高い輝度を呈していることが読み取れる。
【００４６】
この計算ではＴｉ、Ｚｎ、Ｂｒ、Ｚｒの各フィルター６４、６５、６６、６７の元素濃度をＤ（ｇ／ｃｍ３）、その厚みをＴ（ｃｍ）として、ＤＴ＝０．０２としている。７１ではＴｉフィルター、Ｚｎフィルターが暗くＢｒフィルター、Ｚｒフィルターが明るい。
【００４７】
識別する対象となる元素である臭素Ｂｒは、Ｋα１、Ｋα２、Ｋβ１の順に、１１．９２ｋｅＶ、１１．８７８ｋｅＶ、１３．２９ｋｅＶの特性Ｘ線を呈することが知られている。また、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｒ、Ｚｒそれぞれの吸収端は、５．０ｋｅＶ、９．７ｋｅＶ、１３．５ｋｅＶ、１８．０ｋｅＶであることから、検体に臭素が含まれているか否かを推定することができる。
【００４８】
すなわち、ＴｉとＺｎの吸収端がＢｒの蛍光Ｘ線のエネルギーより小さく吸収が大きくなる事による。本来であれば臭素の蛍光Ｘ線のエネルギーになるべく近い吸収端を有する元素のフィルターアレイが好ましく、例えばヒ素と臭素を含むフィルターアレイが考えられる。しかしながら、識別において好ましいフィルタリング特性を有する元素が必ずしも工業的に利用しやすいとは限らない。例えば、毒性を有するヒ素に代わる代替元素の候補としては、ヒ素の蛍光Ｘ線より低いエネルギーの吸収端を有する元素から選択され、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅが候補となる。蛍光Ｘ線より高エネルギーの吸収端を有する元素としては、Ｂｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏが好ましい材料となる。すなわち、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅから選ばれる少なくとも１種と、Ｂｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種と、を含有するフィルターアレイが適用可能である。
【００４９】
Ｘ線を照射すると蛍光Ｘ線以外にも散乱Ｘ線が検出素子に入射する事が一般的である。散乱Ｘ線は照射したＸ線のエネルギーに近い値が多く、一般的には蛍光Ｘ線より高エネルギーなＸ線である。図７中７２には１７〜２５ｋｅＶの散乱Ｘ線が同じフィルターアレイに入射した場合の像を示すが、全体的に透過率が高く、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂｒ、Ｚｒの順に若干暗くなっていく事が判る。すなわち、このフィルターアレイで７１に示すパターンが得られるのは臭素の蛍光Ｘ線だからであり、散乱Ｘ線では７１に示すようなパターンは得られない。
【００５０】
ここで注意が必要なのは、フィルターアレイは蛍光Ｘ線法とは異なり、検出した電磁波のエネルギーを正確に計測しているのではない。従って、例えばＺｎとＢｒのフィルターアレイを用いて臭素の含有の識別をした場合、検体がＳｅでも同様の結果が得られる場合があると言うことは注意すべきである。ただ、リサイクルや鉱物等を対象とする場合、例えば臭素の含有判定だけすればよくＳｅは入っていないと十分推定できる検体群であれば、このフィルターアレイが利用出来ることになる。つまり、利用する状況に合わせて、フィルターのセットを選定する事が重要となる。
【００５１】
フィルターアレイの濃度Ｄ（ｇ／ｃｍ３）に、フィルターの厚さＴ（ｃｍ）を乗じたＤＴ値は、フィルターアレイが備えるフィルターの指標として重要である。フィルターが厚すぎると減衰によりＸ線検出信号の強度がノイズレベル以下となり低値側で実質的に等価となり、フィルターが薄すぎるとフィルターを経たＸ線検出信号が高値側で実質的に等価となりフィルター間で像コントラストが得られない。識別の対象となる元素の原子番号をＺとしたとき、  ０．１ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２＜ＤＴ＜  ５ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２であることが有効である。特に、０．５ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２＜ＤＴ＜  ２ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２であることが好ましい。この値を選定する事により、識別対象の元素の有無による検出素子アレイ出力値の差分が大きくなり、検出感度が高くなるのである。
【００５２】
検出素子アレイの中の検出素子は１つのＣＭＯＳ検出素子の中の各検出素子であっても良いし、別箇にある程度離れていても構わない。但し、図１に示した様に、Ｘ線源に対して同じ方位にある事が好ましい。検体が全て同じ組成で、平坦であるなら問題はないが、検体が組成の異なる複数の部位からなっていたり、凹凸が大きく、放出された蛍光Ｘ線が再吸収される場合には、検出素子レイの入射するＸ線の線質が大きく異ならない必要がある。そのために検出素子アレイの各検出素子はＸ線源に対して同じ方位にある事が好ましい。
【００５３】
また、本願発明の各実施形態に係る識別装置は、蛍光Ｘ線散乱Ｘ線図１ではＸ線源も検出素子アレイもベルト上部に設置してあったが、図８に示した様にどちらもベルト下部に設置しても構わない。下部に設置する利点としては、検体とＸ線源や検出素子アレイとの距離が変動しない事が挙げられる。そのため各々検体の近くに設置でき、感度が高くなる。また欠点としてはベルト上のゴミや不純物を計測してしまう場合があること、蛍光Ｘ線を十分透過させる為にベルトの材質や厚みに大きな制限が掛る事が挙げられる。その欠点を回避する方法として検体を落下させながら計測する方法もあるが、その場合には計測時間がかなり限定されることになる。
【００５４】
すなわち、図８に示すように、搬送部（搬送手段１０４）に対してＸ線源１０１と反対側において、検体１０５を透過する透過Ｘ線を検出するＸ線検出部をさらに備える識別装置も本発明の実施態様に含まれる。
【００５５】
また、検体の組成を判断した後に検体をノズル等の手法により移動させる為に検体の位置や形状を把握する必要がある場合があるが、このためにカメラを設置する場合がある。但し別途カメラを設けなくとも、図９に示す様に透過Ｘ線用のライン検出素子９０１を併用すれば検体のサイズや位置を把握できるので、ベルトコンベアの後処理に有益になる場合が多い。例えば選定された検体をロボットアームでとり除く事を想定した場合、検体の形状も必須のデータとなる。
【００５６】
検出素子アレイから得られるシグナルから検体の組成を判断する方法としては、各フィルターに対応した検出素子アレイの出力値の比や差分を取って、予め決定していたテーブルと比較する方法が好ましい。しかし、多くの検体を計測してデータ値と検体の相関を機械学習やディープラーニングさせる方法も有効である。
【００５７】
すなわち、また、図９に示すように、搬送部（搬送手段１０４）に対してＸ線検出器と反対側において、検体１０５を透過する透過Ｘ線を形成するように第二のＸ線源１０１をさらに備える識別装置も本発明の実施態様に含まれる。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
本発明を利用してリサイクルなどで主流となるメタル識別について説明する。
【００５９】
この例で対象となるメタルは一種類ではなく、ＳＵＳ類（すなわちＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉなど）、銅、真鍮（すなわちＣｕやＺｎ）などである。この対象となる元素群に有効であるフィルターアレイとして図１１を考える。図６で説明した場合と同様であるが、周囲がＸ線遮蔽枠であり、中に１０種類のフィルターをセット出来る。左上は参考のため何も入っていないが、その下からＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎの金属箔があり右側には上からＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの箔がセットしてある。フィルターアレイに合わせて２５６ｘ２３５のＸ線エリア検出素子が対応しており、Ｘ線のエネルギーやフォトン数に比例した強度のシグナルが出る事とする。
【００６０】
検体をＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎとして、その各々から蛍光Ｘ線の内Ｋα１、Ｋα２  、Ｋβ１が出るものとし、各フィルター内部でもＫα１、Ｋα２  、Ｋβ１が励起しうるとする。以上の様に仮定して検出素子アレイ全体に１０７個の蛍光Ｘ線が照射されるとしてシミュレーションを実施した。その結果を図１２に示す。左から検体がＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの場合の検出素子アレイのイメージ像である。各対象元素に応じてパターンが変化している事が判る。図１２は各元素が金属であるとし、その厚みが１０μｍの例である。この時のＤＴはＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎで各々０．００７２、０．００７９、０．００８９、０．００９、０．００７２となる。
【００６１】
図１２のパターンコントラストを比較すれば、検体がＦｅであるか、Ｃｒであるか容易に判別が出来る。判別の方法は例えば、左上のなにも入っていない画素領域のシグナルの平均値を基準とし、各フィルターのシグナル平均値を基準値の何％であるかを計算して規格する。かかる規格化された各フィルターのパターンを予め用意していたテーブルと比較参照することにより判別する事が出来る。一番単純な方法としてはフィルターアレイにおける規格化したシグナル値に飛びが出る位置、すなわちＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの順にシグナル値を並べた際にシグナルが急増した位置から検体の元素を推定できる。さらに検体が合金などになった間合いには、規格化されたデータから多変量解析などの方法で検体がＳＵＳであるのか、そのＳＵＳがフェライト系であるのか推定可能である。
【００６２】
上記したフィルターアレイは勿論金属箔でなくとも、プラスチックなどの軽元素の薄い板に金属膜をめっき法で形成していても良いし、もしくはＦｅ２Ｏ３などの軽元素との化合物の微粒子を塗ってフィルターとしても構わない。
【００６３】
上記実施例ではフィルターに９種類の金属箔を用いたが、実際には検体に合わせた数のフィルターを用いれば良い。単純なＳＵＳや真鍮などでは、少なくとも３種のフィルターを用いれば良い。本実施例で使用したフィルターアレイは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも３種が、配列されたフィルターのそれぞれに含有されていると換言される。
【００６４】
（実施例２）
図１で計算した例について、ＤＴを変化させた場合の実施例を説明する。
【００６５】
ここでは検体をＣｕとし、各フィルター厚を１０μｍの場合、もしくはＤＴ値が０．０５〜０．０００５の間で変化させた結果を表１に示す。
【００６６】
この表における数値はフィルターが無い場合を１００としたときの検出素子アレイの各フィルターに対応するシグナル値である。表からＤＴ値が大きい場合にはどのフィルターでもＸ線が透過せずシグナルが小さい事、ＤＴ値が小さい場合にはどのフィルターでもＸ線が透過しシグナルが大きい事がわかる。また検体がＣｕであるので、ＣｏとＮｉフィルターでのシグナル値が大きく変化していることが判る。ＣｏとＮｉ間でのシグナル値の差だけ表の右端に表示してある。
【００６７】
この結果からこのフィルターアレイでＣｕを検出する場合は、ＤＴ値が０．００１〜０．０４の範囲であれば、ＣｏとＮｉフィルター間でのシグナル値の差が１０を越えて検出し易い事がわかる。また、更にはＤＴ値が０．００５〜０．０１５の範囲であればＣｏとＮｉフィルター間でのシグナル値の差が３５を越え識別により一層適している事がわかる。
これは、Ｃｕの原子番号Ｚが２９であることから、各フィルターのＤＴ値は、０．１ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２＜ＤＴ＜  ５ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２であることが好ましい。また、各フィルターのＤＴ値は、０．５ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２＜ＤＴ＜  ２ｘ２．２１３ｘ１０−７ｘＺ３．１５２であることがより一層好ましい。
【００６８】
【表１】
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【００６９】
（実施例３）
表２には検体を臭素とし、フィルターアレイにＧｅとＢｒを用い、ＤＴを変化させた場合の実施例を説明する。ＤＴ値は０．００１〜０．１の間で変化させた。
【００７０】
ＧｅとＢｒのフィルターシグナル差を見ると、ＤＴ値が０．００３〜０．０８の間でフィルター間でのシグナル値の差が１０を越えて検出し易い事がわかる。また、ＧｅとＢｒのフィルターシグナル差を見ると、更にはＤＴ値が０．０１〜０．０３の範囲であればフィルター間でのシグナル値の差が３５を越えて検出にもっとも適している事がわかる。
これは、Ｂｒの原子番号Ｚが３５であることから各フィルターのＤＴ値は、０．１×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２＜ＤＴ＜  ５×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２  を満たすことが好ましい。また、各フィルターのＤＴ値は、０．５×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２＜ＤＴ＜  ２×２．２１３×１０−７×Ｚ３．１５２を満たすことがより一層好ましい。
【００７１】
同じ事が、原子番号が１３であるＡｌを検出する場合にも原子番号が７９であるＡｕを検出する場合にも当てはまる。
【００７２】
【表２】
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【符号の説明】
【００７３】
１００：識別装置
１０１：Ｘ線源
１０５：検体
１０６：検出素子
１０７：フィルター
１１６：検出素子アレイ
１１７：フィルターアレイ
１２０：識別部
１００：識別装置
１０１：Ｘ線源
【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６】
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【図７】
2019211252.tif 000011
【図８】
2019211252.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2019211252.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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