(57)【要約】ｘ線回折を利用した走査方法が開示される。この方法は、容器内の特定の物質によって回折されたｘ線を検出するよう光導電体ｘ線変換層を有するフラットパネル検出器を用いて交通センターで容器内に特定の物質があるかどうかを検査する段階を有する。回折ｘ線は、例えば波長分散回折及びエネルギ分散回折により種々の仕方で特性決定できる。
2006519394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ線走査システムであって、コンベヤと、ｘ線をコンベヤに向かって発生させるよう構成されたｘ線源と、コンベヤに載った状態でｘ線を通って移動している容器から回折ｘ線を受け取るよう結合されたフラットパネル検出器とを有することを特徴とするｘ線走査システム。
【請求項２】
フラットパネル検出器に結合された第１のコリメータと、コンベヤと第１のコリメータとの間に設けられた第２のコリメータとを更に有し、第１及び第２のコリメータは、互いに直交したコリメーション平面を有するコリメータは、互いに直交したコリメーション平面を有することを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項３】
走査システムは、第１のコリメータ及びフラットパネル検出器から成る検出器組立体を有することを特徴とする請求項２記載のｘ線走査システム。
【請求項４】
検出器組立体は、フラットパネル検出器によって受け取り可能にバッグの内部から放出されたフォトンの特定の回折角を選択するよう動くことができることを特徴とする請求項３記載のｘ線走査システム。
【請求項５】
検出器組立体は、第２のコリメータを更に有することを特徴とする請求項４記載のｘ線走査システム。
【請求項６】
検出器組立体は、最高約４°までの回折角を選択するよう動くことができることを特徴とする請求項４記載のｘ線走査システム。
【請求項７】
複数の検出器組立体を更に有し、複数の検出器組立体は各々、第１のコリメータ及びフラットパネル検出器を有することを特徴とする請求項３記載のｘ線走査システム。
【請求項８】
コンベヤに向けて発生したｘ線は、実質的に平面内に位置し、複数の検出器組立体のうちの少なくとも１つは、複数の検出器組立体の別のものに対し平面の反対側に設けられていることを特徴とする請求項７記載のｘ線走査システム。
【請求項９】
ｘ線源は、幅が約２ミリメートル〜２メートルのｘ線シートビームを発生させることを特徴とする請求項２記載のｘ線走査システム。
【請求項１０】
ｘ線源は、複数の互いに平行なコリメートされたビームを発生させることを特徴とする請求項２記載のｘ線走査システム。
【請求項１１】
ｘ線源は、３０〜１２０ＫｅＶの放射線を発生させる標的から成ることを特徴とする請求項２記載のｘ線走査システム。
【請求項１２】
標的は、タングステンから成ることを特徴とする請求項１１記載のｘ線走査システム。
【請求項１３】
ｘ線源は、ｘ線シートビームを発生させることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項１４】
ｘ線源は、複数の互いに平行なコリメートされたビームを発生させることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項１５】
ｘ線源は、３０〜１２０ＫｅＶの放射線を発生させる標的から成ることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項１６】
標的は、タングステンから成ることを特徴とする請求項１５記載のｘ線走査システム。
【請求項１７】
フラットパネル検出器は、変換層から成り、変換層は、非晶質材料から成ることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項１８】
非晶質材料は、多結晶質であることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項１９】
変換層は、バンドギャップが約０．５〜３ｅＶの被着された半導体材料から成ることを特徴とする請求項１８記載のｘ線走査システム。
【請求項２０】
変換層は、ＨｇＩ2から成ることを特徴とする請求項１９記載のｘ線走査システム。
【請求項２１】
変換層は、ＰｂＩ2から成ることを特徴とする請求項１９記載のｘ線走査システム。
【請求項２２】
フラットパネル検出器に結合された冷却システムを更に有し、冷却システムは、フラットパネル検出器を最低約−３０℃まで冷却するよう動作することを特徴とする請求項２１記載のｘ線走査システム。
【請求項２３】
変換層は、２５平方センチメートル以上の表面積を有することを特徴とする請求項１９記載のｘ線走査システム。
【請求項２４】
変換層は、約２５〜２，２５０平方センチメートルの表面積を有することを特徴とする請求項１９記載のｘ線走査システム。
【請求項２５】
フラットパネル検出器は、２５平方センチメートル以上の表面積を有することを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項２６】
フラットパネル検出器は、室温で動作するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項２７】
第１及び第２のコリメータは、ソラーコリメータであることを特徴とする請求項２記載のｘ線走査システム。
【請求項２８】
第１のコリメータの受光角は、約０．２°以下であることを特徴とする請求項２７記載のｘ線走査システム。
【請求項２９】
検出器組立体は、特定の回折角範囲を選択するよう固定されていることを特徴とする請求項３記載のｘ線走査システム。
【請求項３０】
回折角範囲は、発生したｘ線軸線に対し約２〜３°であることを特徴とする請求項２９記載のｘ線走査システム。
【請求項３１】
変換層は、ＣＺＴから成ることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項３２】
フラットパネル検出器に結合された冷却システムを更に有し、冷却システムは、フラットパネルを最低約−７０℃まで冷却するよう動作できることを特徴とする請求項３１記載のｘ線走査システム。
【請求項３３】
フラットパネル検出器に結合された冷却システムを更に有し、冷却システムは、フラットパネル検出器を、約−３０℃〜−１００℃の温度まで冷却するよう動作できることを特徴とする請求項１記載のｘ線走査システム。
【請求項３４】
容器判別検査方法であって、光導体ｘ線変換層を有するフラットパネル検出器を用意する段階と、フラットパネル検出器を用いて交通センタで容器内に特定の物質があるかどうかを判別検査する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項３５】
変換層は、シンチレータ層から成ることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
変換層は、非晶質であることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
判別検査段階は、容器のシングルパスｘ線回折走査を実施する段階を有することを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
判別検査段階は、シングルパスで容器の三次元ｘ線回折走査を実施する段階を更に有することを特徴とする請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
変換層は、多結晶体から成ることを特徴とする請求項３６記載の方法。
【請求項４０】
判別検査中、フラットパネル検出器を室温で動作させることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４１】
判別検査段階は、ｘ線シートビームを発生させる段階と、ｘ線シートビームを容器中へ差し向ける段階と、ｘ線シートビームから回折ｘ線を発生させる段階とを有し、回折ｘ線は、複数の回折角を有することを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４２】
判別検査段階は、容器のエネルギ分散走査を行なって回折スペクトルを収集する段階を更に有することを特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
エネルギ分散走査を実施する段階は、回折ｘ線から、フラットパネル検出器により検出可能な特定の回折角を持つフォトンを選択する段階を有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
エネルギ分散走査を実施する段階は、フォトンがフラットパネル検出器の画素のアレイ中の個々の画素によって遮られると、回折ｘ線から選択された単一フォトンを計数する段階を更に有することを特徴とする請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
受光角が約２°のコリメータを用いてフォトンを選択することを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
ｘ線シートビームを発生させる段階は、タングステンＫ−アルファ放射線を発生させる段階を更に有することを特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４７】
フラットパネル検出器は、二次元アレイの画素を有し、判別検査段階は、回折ｘ線の源を空間配置する段階を有することを特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４８】
空間配置する段階は、ｘ線シートビームによって定められた容器の断面を画素のアレイ上にマッピングする段階を有することを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
ビームの方向にｘ線シートビームにより定められた容器の断面は、画素のアレイ上マッピングされると、圧縮されることを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
空間配置する段階は、容器の複数の断面をマッピングしてシングルパスで容器の三次元ｘ線回折走査を発生させる段階を更に有することを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
判別検査段階は、容器の波長分散回折走査を実施する段階を有することを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項５２】
変換層は、結晶性であることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項５３】
変換層は、ＣＺＴから成ることを特徴とする請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
ｘ線走査システムであって、二次元非晶質フラットパネル検出器アレイと、二次元非晶質フラットパネル検出器アレイを用いて交通センタで容器内の特定の物質を検出する手段とを有することを特徴とするｘ線走査システム。
【請求項５５】
検出手段は、ｘ線シートビームを発生させる手段を含むことを特徴とする請求項５４記載のｘ線走査システム。
【請求項５６】
検出手段は、ｘ線シートビームを容器中へ差し向ける段階と、ｘ線シートビームから複数の回折角を持つ回折ｘ線を発生させる段階と、特定の範囲の回折角を持つ回折ｘ線を選択する手段とを更に含むことを特徴とする請求項５４記載のｘ線走査システム。
【請求項５７】
ｘ線走査システムであって、ｘ線源と、ｘ線源が１００％未満のデューティサイクルで動作しているとき、ｘ線源への有効電力入力を増大させる手段とを有することを特徴とするｘ線走査システム。
【請求項５８】
ｘ線走査システムであって、コンベヤと、ｘ線をコンベヤに向かって発生させるよう構成されたｘ線源とを有し、ｘ線源は、ｘ線シートビームを発生させ、前記ｘ線走査システムは、コンベヤに載ってｘ線を通って移動している容器から回折ｘ線を受け取るよう結合された検出器を更に有することを特徴とするｘ線走査システム。
【請求項５９】
ｘ線シートビームは、複数の互いに平行なコリメートされたビームから成ることを特徴とする請求項５８記載のｘ線走査システム。
【請求項６０】
ｘ線源は、３０〜１２０ＫｅＶの放射線を発生させる標的から成ることを特徴とする請求項５９記載のｘ線走査システム。
【請求項６１】
標的は、タングステンから成ることを特徴とする請求項６０記載のｘ線走査システム。
【請求項６２】
ｘ線シートビームの幅は、約２ｍｍ〜２ｍであることを特徴とする請求項５８記載のｘ線走査システム。
【請求項６３】
フラットパネル検出器であって、基板と、基板上に被着された増幅器層と、増幅器層上に被着された電極層と、電極層上に被着された変換層とを有することを特徴とするフラットパネル検出器。
【請求項６４】
変換層は、直接変換層であることを特徴とする請求項６３記載のフラットパネル検出器。
【請求項６５】
変換層は、ＣＺＴから成ることを特徴とする請求項６４記載のフラットパネル検出器。
【請求項６６】
ｘ線回折走査システムであって、半導体層、半導体層に結合された第１の組をなす導電性線及び半導体層に結合された第２の組をなす導電性線を有するフラットパネル検出器と、第１及び第２の組をなす導電性線に結合されたパルス測定回路とを有することを特徴とするｘ線回折走査システム。
【請求項６７】
パルス測定回路は、第１の組をなす導電性線に結合された第１の増幅器と、第２の組をなす導電性線に結合された第２の増幅器回路と、第１及び第２の増幅器に結合された次元コリレータと、次元コリレータに結合されたパルス整形増幅器と、パルス整形増幅器に結合されたピーク検出器とを有することを特徴とする請求項６６記載のｘ線回折走査システム。
【請求項６８】
フラットパネル検出器は、基板を更に有し、第１及び第２の組をなす導電性線は、基板中に設けられていることを特徴とする請求項６６記載のｘ線回折走査システム。
【請求項６９】
フラットパネル検出器は、半導体層上に被着された連続接点層を更に有することを特徴とする請求項６６記載のｘ線回折走査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｘ線走査システムの分野に関し、特にｘ線回折型走査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２００１年９月１１日の出来事により、空港での荷物の一層効果的且つ厳格な判別検査（スクリーニング）が緊急に必要であるという認識が強いられた。警備の必要は、ナイフや拳銃があるかどうかについて機内持ち込みバッグの検査から、隠し持たれた爆薬を特に重要視して或る範囲の危険があるかどうかについて検査済みバッグの完全な点検まで広がった。テロリストが自分の目的を遂行して実際に進んで自爆するということは、迅速に実施できる１００％の乗客とバッグの突き合わせが検査済み手荷物に爆薬を隠し持って飛行機を墜落させようとする試みに立ち向かうには十分ではなかったということを意味した。爆薬があるかどうかについて首尾よく判別検査することは、多くの技術上の難題を提供し、これら難題のうちの多くは、現在のシステムでは取り組めない。ｘ線画像化は、判別検査のために現在用いられる最も普及した技術である。去年、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを組み込んだ約１１００基のｘ線爆薬検出システムが、２００２年１２月３１日まで検査済みバッグの１００％判別検査の達成目標に向けられた繰り上げ調達プログラムにおいて交通安全局（ＴＳＡ）により購入された。
【０００３】
爆薬及び違法物質の検出用に設計されたＣＴシステムを含む既存のｘ線手荷物スキャナは、或る密度範囲の有害物質とプラスチック爆薬のような脅威となる物質とを識別することができない。かくして、感度設定値のレベルに応じて、これらスキャナは、或る割合の脅威物質を合格させ（警備会社の言い方によれば「検査ミス」）、或いは高い割合の誤った黒判定を発生させている。ＣＴスキャナを利用した爆薬検出システムは、線走査システムで生じる重ね合わせ効果の問題を解決することができる。ＣＴは、バッグの疑いのある領域中へ投影されたスライスにおいてボクセル（voxel ：小さな立方体）１つ当たりの平均ｘ線吸収度を測定する。このパラメータは多くの他のありふれた材料から爆薬を識別する上で十分特異的ではない。誤った黒判定に結び付けられる品目としては、キャンディ、種々の食品（例えばチーズ）、プラスチック類及び玩具が挙げられる。多大な関心によってＣＴを利用した爆薬検出システムの開発が行なわれたが、現実の動作条件において約３０％というこれらの高い偽陽性（フォールスポジティブ）率は、メディアにおいて今や十分に情報公開され、ＴＳＡによって承認されている。荷物の所有者には見えない状態で検査済みバッグの相当な部分を開いて手で調べるという結果的に生じる要望についての懸念が表明された。これは、航空会社にとっては時間がかかると共に費用がかかり、空港において遅れが生じる恐れ及び盗難に遭う可能性は、旅行中の人々にとっての関心の原因である。
【０００４】
さらに、ＣＴスキャナは、薄いシート中に形成された爆発性物質の存在を検出することはできない。というのは、ＣＴは、各ボクセルでｘ線吸収係数を平均するからである。ペンタエリトリトールテトラニトラート（四硝酸ペンタエリスリトール）（ＰＥＴＮ）は例えば、厚さ１ｍｍのシートの形態にあるとき、起爆しやすい。ＰＥＴＮ密度は、１．７７ｇ／ｃｃであり、スーツケースの外層中に容易に組み込まれる５０ｃｍ×５０ｃｍ×１ｍｍのシートの重さは、約４４２グラム又はほぼ１ポンドであり、これは強力な爆発を生じさせるのに十分である。
【０００５】
ｘ線回折技術を利用した識別システムは、物質の弁別を飛躍的に向上させる。かかるシステムは、物質中の微結晶の格子平面相互間のｄ間隔を測定する。この形態のエネルギ選択回折画像化は、或る形式の医療断層撮影法や工芸品における顔料の非破壊検査に用いられている。ｘ線回折は、特定の物質の検出の確率を大幅に高め、それに伴って偽の黒判定の発生を減少させる物質特有のフィンガープリントを提供する。爆発物検出及び他の違法物質の検出へのその利用可能性は、独国のユプシロンイクスロン・インターナショナルによってプロトタイプの回折型システムにより実証された。
【０００６】
爆薬検出及び荷物走査のための先行技術のｘ線回折型セキュリティシステムは、まだ高度には開発されていない。これらシステム、例えば図１に示すようなユプシロンイクスロンのシステムは、独国のブッパータール大学でボムスドルフ及びミュラーにより行なわれた研究に基づいている。ユプシロンイクスロンシステムは、小面積単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）検出器を利用している。有効点源から発生したコリメートされたｘ線ペンシルビームの末広がりの密なクラスタは、検査中のバッグ中へ差し向けられ、−１９６℃の液体窒素温度まで冷却された高純度Ｇｅ検出器によって検出される。しかしながら、かかるシステムは、多くの根本的な制約がある。第１に、高純度Ｇｅ検出器は、非常に高価なので大面積センサに使うことができない。第２に、液体窒素による冷却の要件は、厄介であり、空港環境において維持するには費用が高くつく。加うるに、これらシステムは、検出器のサイズが小さいので一度にバッグの狭い領域しか検査することができない。これにより、判別検査中のバッグ中へのビームの多数回のパスが必要になり、この場合ビームは、バッグの内容物全体を検査するためにバッグ中へ曲がりくねった状態で走査される（ジグザク、前後パターン）。これは、通常の荷物走査のような大量取扱い用途にとって遅すぎる。回折システムに関し、爆発性化合物を識別する同等の仕事であるヘロインやコカインの隠されたサンプルを検出する際にカナダ国税関によって行なわれる検査は、バッグを１つあたり所望の６秒よりも遙かに長い１．５分台の走査時間を必要としていた。
【０００７】
〔発明の概要〕
ｘ線回折型走査方法及びシステムが開示される。一実施形態では、ｘ線回折を利用した走査方法及びシステムが開示される。一実施形態では、この方法は、光導電性ｘ線変換層を有するフラットパネル検出器を用意する段階と、フラットパネル検出器を用いて交通センターで容器内に特定の物質があるかどうかを検査する段階を有する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになろう。
本発明は、例示として示されており、添付の図面の各図によって限定されるものではない。なお、同一の符号は、実質的に同じ要素を表している。
【０００８】
〔詳細な説明〕
以下の説明において、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの特定の細部、例えば特定の部品、プロセス等の例が説明されている。しかしながら、本発明を実施する上でこれら特定の細部を用いる必要のないことは当業者には明らかであろう。他の場合、本発明を不必要に不明瞭にするのを回避するために、周知の部品又は方法については詳細には説明しない。
【０００９】
本明細書で用いる「上」、「下」及び「間」という用語は、１つの層又は部品と別のものとの相対位置を意味している。したがって、或る１つの層が別の層の上又は下に被着され、或いは別の層相互間に配置されている場合、この或る１つの層は、他の層と直接接触し又は１以上の中間層を有する場合がある。さらに、或る一部品が別の部品の前、後ろ、下又は別の部品相互間に位置している場合、この或る１つの部品は、他の部品と物理的に接触し、１以上の中間部品を有し、或いは他の部品に非間接的に結合されている場合がある。本明細書で用いる「結合」されという用語は、直接連結され、１以上の中間部品を介して間接的に連結され、或いは非物理的接続により作用的に（例えば、光学的に）結合されていることを意味している。
【００１０】
回折型（回折を利用した）ｘ線システムについて説明する。回折型ｘ線システムを用いると、特定の物質同定手段をもたらすよう結晶及び微結晶材料中の原子層間隔を検出してこれを測定することができる。旧式のｘ線回折は、結晶中の原子層平面から行なわれている。ブラッグの方程式によれば、強め合う干渉は以下の場合に生じる。
〔数１〕
Ｎλ＝２ｄｓｉｎθ
【００１１】
上式において、λは、ｘ線フォトン波長、ｄは、原子層平面間隔、θは、回折角である。原子層平面のｄ間隔は、物質に固有であり、回折データは、結晶材料を識別するための非接触ｘ線フィンガープリントをもたらす。
特定の一実施形態では、ｘ線システムを特定の物質、特に爆発物の検出のための交通センタ（例えば、空港、列車の駅等）における容器（例えば、バッグ、荷物、箱等）の走査のために用いることができる。爆薬又は爆発性化合物の大部分は、室温では十分に結晶化された固体である。「プラスチック爆薬」は、高性能爆薬、例えば粉末形態のＰＥＴＮ又はＲＤＸで構成され、これは、ポリウレタンとワックスの軟質結合剤中に分散したマイクロスケールの高結晶性のものである。
【００１２】
回折技術の感度は、典型的な荷物内容物の性状、例えば主として衣類、紙及びプラスチックによって高められ、これらは、入射ｘ線ビームと相互作用せず、それにより強いコヒーレント回折信号を出す非晶質物である。金属は、結晶性（特に、微結晶性）であり、効果的にｘ線を回折するが、金属の密な結晶格子中の原子層ｄ間隔は、典型的には２〜１０オングストローム（Å）である大結晶性有機化合物のものと比較して小さく、例えば０．５〜２．５Åである。したがって、金属物質から発生するｘ線回折線は、爆薬を含む大抵の他の物質のｘ線回折線から識別可能である。
【００１３】
ｘ線回折システムは、スループットを向上させるために従来の波長分散（ＷＤ）回折又は固定角度多波長回折を使用することができる。加うるに、画素の二次元アレイを有する大面積フラットパネルｘ線検出器又は多数の小面積フラットパネル検出器を細長いｘ線源と組み合わせて用いることにより、容器の完全三次元（３Ｄ）体積ｘ線回折走査を１回のパスで行なうことができ、それにより判別検査システムのスループットが向上する。さらに、直交コリメータをフラットパネル検出器の前に配置して、フラットパネル検出器に入るｘ線フォトンの受光角を制限すると共にフラットパネル検出器の画素の小さなブラックが各々、シートビーム（sheet beam）の別々の領域を見て、それによりこれを体素に分割するようにするのがよい。
【００１４】
回折型ｘ線システムは、説明しやすいために荷物判別検査のための爆発物の検出と関連して時々説明されるが、本システムは、これには限定されない。変形実施形態では、本明細書において説明する回折型ｘ線システムは、他の物質の検出又は他の目的のために使用できる。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、ｘ線回折システムの一実施形態を示す断面図及び斜視図である。ｘ線回折システム２００は、ｘ線源を備えたｘ線発生器２１０、１対のコリメータ２７５及び二次元（２Ｄ）フラットパネル検出器（ＦＰＤ）アレイ２３６を有している。ｘ線発生器２１０は、図８に詳細に示すように、長手方向に延びる標的及び１以上のｘ線ビームを備えていて、ｘ線シートビーム２２０を発生するｘ線管で構成されている。一実施形態では、ｘ線シートビーム２２０は、連続した高度にコリメートされたｘ線シートで構成されている。変形実施形態では、ｘ線シートビーム２２０は、ソースコリメータ２１５により生じた多数の互いに密な平行にコリメートされたサブビームで構成される。
【００１６】
図８に示すように、ソースコリメータ２１５は、ｘ線方向におけるビームの開きを制限するよう動作するコリメータブロック２１７及びｙ方向におけるビームの広がりを制限するよう動作するコリメータフォイル２１８を有するのがよい。カソード（陰極）２１２を用いて電子ビーム２１９を発生させるために直線電子銃２１３を用いることができる。電子ビーム２１９は、細長い（例えば１ｍｍ〜２ｍ）の回転ｘ線標的（アノード（陽極））２１１の表面２０９に当たって窓２１６から出るｘ線を発生させる。特定の一実施形態では、標的２１１の幅は、約１ｍである。上述したように、コリメータ２１５を用いると、ｘ線をコリメートしてｘ線シートビーム２２０を生じさせることができる。ビームの形状は、ｘ線標的２１１の形状を変更することにより付形できる。一実施形態では、例えば、表面２０９に切れ目を入れると多数の個々のビームで構成される「杭垣状」ｘ線シートビーム２２０を発生されることができる。ｘ線発生器２１０の変形形態を用いると、ｘ線シートビーム２２０を発生させることができることは注目されるべきである。
【００１７】
一実施形態では、ｘ線発生器２１０は、標的２１１の表面２０９の表面積が広く、したがって、このｘ線発生器は、高いピーク及び平均電力で動作できる。適当な熱除去能力を備えた場合、例えば強磁性シールにより標的２１１の液体冷却方式を備えた場合、これは、１００ＫＷ以上の入力電力で連続動作できる。回折システムがデータを収集できる速度は、検出器の効率に依存する。しかしながら、検出器の効率をいったん最適化すると、データ収集速度は、利用できる入力ｘ線電力と正比例する。
【００１８】
交通センサで稼働する環境内での上述の回折システムのスループットに対する制限は、利用可能な壁コンセントに電力によって設定される可能性がある。これが例えば５０ＫＷであり、この動作のデューティサイクルが１００％未満である場合、連続５０ＫＶＡを消費するエネルギ記憶システム（例えば、コンパクトフライホイールユニット）を用いるとｘ線管のオン時間中におけるｘ線管への有効電力入力を増大させることができる。ｘ線管が５０％デューティサイクルで動作する場合、このｘ線管を１００ＫＷの入力電力で動作させることができる。
【００１９】
再び図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、ｘ線シートビーム２２０は、コンベヤ２５０がｘ線シートビーム２２０の軸線を通ってコンベヤ上の容器２４０を方向２４３に移動させているとき、コンベヤ２５０上の容器２４０に差し向けられる。ｘ線シートビーム２２０は、走査されるべき容器２４０がコンベヤ２５０に沿って方向２４３に動いているとき、走査されるべき容器２４０を垂直方向に通過する。変形例として、走査されるべき容器２４０は、コンベヤ２５０上に位置する必要はなく、他の手段によりｘ線シートビーム２２０の下に位置してもよい。一実施形態では、ｘ線ビーム２２０の幅は、例えば容器２４０の幅全体（例えば、２４２）に及ぶよう選択される。変形例として、ｘ線ビーム２２０は、コンベヤ２５０の幅よりも大きな幅２４９を有してもよい（図２Ｂに示すように）。ｘ線シートビーム２２０は、例えば、ｘ線標的２１１の幅によって決定される約２ｍｍ〜２メートルの幅を有するのがよい。
【００２０】
ｘ線シートビーム２２０が容器２４０中の結晶物質（例えば、プラスチック爆薬）を遮ると、ｘ線フォトンは、入射ｘ線ビームに対し角度を（θ）２６４で回折される。角度２６４は、物質中の原子平面のｄ間隔で決まる。回折フォトンの軌道は、ビーム軸線上に心出しされた半角θを有するコーン（例えば、コーン２６０）上に位置する。回折ｘ線２６５が検出され、これらの特性が、コンベヤ２５０の下に設けられると共にシートビームの経路から側方にずれて位置する検出器組立体２７０によって測定され、検出器組立体２７０が、回折ｘ線２６５を集めるようになっている。ｘ線シートビーム２２０の非回折成分を検出するために線型検出器２９０をｘ線シートビーム２２０の主軸線のところでコンベヤの下に位置決めするのがよい。線型検出器（例えば、一線をなして配置された光導電性ダイオードで構成されている）は、非回折ｘ線ビームを測定し、基準信号及び容器２４０の投影線走査像を出す。
【００２１】
一実施形態では、検出器組立体２７０は、第１のコリメータ２７２、第２のコリメータ２７４及びフラットパネル検出器２７６を有するのがよい。フラットパネル検出器２７６は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して以下に説明するように、シンチレータ又は光導体ｘ線直接変換層を備えた従来型のＴＦＴ構造を有するのがよい。一実施形態では、変換層は、非晶質であり、特に、多結晶構造を有するのがよい。変形例として、変換層は、他の結晶構造を有するものであってもよい。検出器組立体２７０は、フラットパネル検出器２７６の前に配置された１以上のコリメータを用いることにより、約０．２°の全幅半値（ＦＷＨＭ）の狭い受光角を有するよう構成されたものであるのがよい。第１のコリメータ２７２のプレート（例えば、プレート２８３）及び第２のコリメータ２７４のプレート（例えば、プレート２９３）のコリメーション平面は、図２Ｃに示すように互いに実質的に直交しているのがよい。コリメータ２７５は、フラットパネル検出器２７６の各画素２７９がビームの別々の領域を見て、かくして回折ｘ線２６５を体素に分割するようにする。特に、第１のコリメータ２７２は、ｘ線シートビームを個々の垂直（例えば、フラットパネル検出器の長さ２７１にマッピングするビーム方向２４１）セグメントに分割し、第２のコリメータ２７４は、特定の角度の回折ｘ線を受け入れる角度分解能をもたらす。特定の回折角度を有するフォトンは、主ｘ線シートビーム２２０に対するコリメータ２７５及びフラットパネル検出器２７６の角度によって選択される。第２のコリメータ２７４及びフラットパネル検出器２７６を一緒に傾けることにより、回折角について回折スペクトルを走査することが可能である。第１のコリメータ２７２は、検出器組立体２７０内に位置する必要はなく、したがって第２のコリメータ２７４及びフラットパネル検出器２７６だけが動くことができるようになっている。変形実施形態では、第１及び第２のコリメータのプレートを互いに一体化して直交プレートを有する単一のコリメータを形成することができる。変形例として、当該技術分野において知られている他のコリメータ構造、例えば六角形コリメータを用いてもよい。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂにおいては、大面積フラットパネル検出器２７６を有する単一の検出器組立体２７０だけが分かりやすくするために示されている。回折は、主ビーム回りに対称であり、感度及びＳＮ比を向上させるため小面積フラットパネル検出器を用いる多数の検出器組立体をコーン２６０の半径方向周囲、例えば主シートビームの直径方向互いに反対側の側部上に設けるのがよい（図４Ｂと関連して以下に説明するように）。一実施形態では、１対のソラーコリメータを用いることができる。ソラーコリメータは、０．１６°のＦＷＨＭ受光角で且つ７０％よりも高い透過率で得られるコンパクトなコリメータであり、デンマーク国のＪＪＸ−Ｒａｙ社から市販されている。
【００２３】
回折ｘ線を各体素（ボクセル）から集めることにより、容器２４０がｘ線シートビーム２２０を通って動いているときに容器２４０内の物質（例えば、爆薬）を検出し、同定し、そして物理的にその存在場所を突き止めることができる。この方法は、物質固有であって感度がよく、サブボクセル検出能力を備えている。というのは、物質は、識別されるべきボクセル全体を満たす必要がないからである。この要件は、単に物質の十分な実質をｘ線シートビーム２２０と交差させて検出器のノイズレベルよりも高い回折フォトン信号を与えるということである。
【００２４】
回折ｘ線は、例えば波長分散（ＷＤ）回折及びエネルギ分散及び（ＥＤ）回折により種々の仕方で特徴決定できる。波長分散回折では、入射ｘ線ビームは、単色化ビーム中のフォトン束を増大させるようｘ線標的物質のｘ線輝線特性、例えばＫ−アルファ線上に心出しされた代表的には１％以下の狭い波長範囲を含む単色化ｘ線で構成されたものであるのがよい。入射ビームは、例えば、結晶での回折、勾配型多層ミラーによる吸収エッジ濾波、或いは当該技術分野において知られている他の手段により単色化できる。後者は、ｘ線収集効率が向上するという利点がある。
【００２５】
一実施形態では、濾波されたＣｕＫ−アルファ放射線を発生させる銅（Ｃｕ）標的が、ｘ線源に用いられる。放射線の１．５４Å波長の結果として、高精度で測定できる大きな回折角が得られる。しかしながら、ＣｕＫ−アルファ放射線は、大気であってもこれによって急激に減衰され、高エネルギｘ線フォトンは、放射線が吸収性の強い物体を含む場合のある容器の厚さ全体を貫通しなければならない容器走査にとって必要な場合がある。
【００２６】
したがって、変形実施形態では、他の形式の放射線を発生させる他形式の標的２１１をｘ線源に用いる場合がある。一実施形態では、約３０〜１２０ＫｅＶのエネルギを持つ放射線が用いられる。これよりも高いエネルギを、更に大きな貫通パワーを得るために使用することができるが、回折角が減少するという犠牲が生じる。特定の一実施形態では、例えば、フォトンエネルギが５９．３ＫｅＶ、波長が０．２１ÅのＷＫ−アルファ特性放射線を発生させるタングステン（Ｗ）標的２１１が、検査済みバッグ走査により適している場合がある。タングステン標的を高ビーム電圧及び高ビーム出力で動作できるという追加の利点がある。ｘ線出力は、ビーム電圧と標的物質の源指数の両方と共に高くなる。かくして、タングステン標的は、同標的よりもｘ線の発生効率が高い。トレードオフの関係にあるのは、短いｘ線波長に起因して回折角が小さいということである。
【００２７】
図３は、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）の６本の最も強い回折線に関し、回折角とｘ線フォトンエネルギの関係を表すプロット図であり、トリニトロトルエンは、テロリストの用いる装置に見受けられる有機爆発性化合物の典型的なｄ間隔を有している。ＷＫ−アルファの５９．３ＫｅＶエネルギでの角度の範囲は、２．５°のオーダーのものである。ＷＤモードでのＷＫ−アルファ放射線及び最低１．５Åまでの結晶ｄ間隔の測定の場合、爆薬の判別検査に必要な最小値θは、ちょうど４°以上の最大に達する。一実施形態では、このパラメータを走査されるべき容器２４０の垂直高さと一緒に用いると、コンベヤ運動方向に平行な方向２４３における所要の検出器サイズを求めることができる。
【００２８】
ｘ線結晶構造解析では、回折角の高精度の測定が、構造の定量化に必要である。回折スペクトルを脅威となる化合物のスペクトルのデータベースと突き合わせる要件の厳しさは、低い。検出器の前に配置された単純なコリメータシステムにより得られる角度弁別は、突き合わせ目的に適した「フィンガープリント」スペクトルを分解するのに十分である。たとえば、ＴＮＴのＷＫ−アルファ回折スペクトル市販のソラーコリメータの０．１６°ＦＷＨＭで巻くと、回折線は、顕著な広幅化を示すが、線幅精度は、基準スペクトルとの比較により禁じられている物質を識別する上では依然として適している。
【００２９】
図４Ａは、波長分散回折で動作できるように使用できる可動検出器組立体４７０を有するｘ線回折システム２００の一実施形態を示している。上述したように、ＷＤモードでは、発生器２１０のｘ線源を濾波してｘ線シートビーム２２０が例えばＷＫ−アルファ線上に心出しされた狭い範囲のｘ線フォトン波長のみを有するようにする。ＷＤモードでは、検出器組立体４７０を数度のオーダーで角度θ1から角度θ2に動かす（例えば、傾ける、回動させる、回転させる、摺動させる等）４７１ことにより、ｘ線回折線２６５（２つの例示の回折線しか示されていない）を走査する。例えば、ＷＫ−アルファ放射線の場合、走査の角度の程度は、爆薬の検出及び同定のために関心のあるｄ間隔の範囲に及ぶよう２．５°のオーダーのものであるのがよい。ＷＤモードでのＷＫ−アルファ放射線及び最低１．５Åまでの結晶ｄ間隔の測定の場合、θの最大値は、約４°であるのがよい。変形例として、検出されるべき特定の物質に基づいて、別の角度範囲θ2〜θ1を用いてもよい。コンベヤ２５０は、容器２４０を各走査場所で停止させ、容器２４０を角度θ1〜θ2で連続的に走査してｘ線シートビーム２００が回折されるようにする。入射ｘ線シートビーム方向２４１での垂直位置は、フラットパネル検出器２７６にマッピングする。このマッピングは、検出器組立体４７０がｘ線シートビーム２２０の主軸線に対して位置決めされる角度θと共に変化する。ソフトウェアルーチンを用いると、かかるマッピングを行なうことができる。
【００３０】
再び図２Ｂを参照すると、走査領域の垂直寸法４４１は、フラットパネル検出器２７０（及び図４Ａの４７０）の表面上の回折像のサインθ倍だけ圧縮されている。かくして、例えば、容器２４０中の１００ｃｍ幅２４２×７５ｃｍ高さ２４１の走査領域は、１００ｃｍ幅２７２×５．２５ｃｍ長さ２４１のフラットパネル検出器領域上にマッピングする。実際には、フラットパネル検出器２７６は、単一の細長いパネル（例えば、１００ｃｍ×５．２５ｃｍ）の形態である必要はない。ｘ線は外方に対称に回折されるので、フラットパネル検出器２７６を図４Ｂに示すように数個の小さなパネルに分割することができる。
【００３１】
図４Ｂは、システム２００のｘ線シートビームの主要軸線に沿う平面図であり、検出器組立体の一実施形態を示している。上述の例を続けると、フラットパネル検出器４７５を、ｘ線シートビームの主要軸線２２１の各側に交互に配置される４つのパネル４７６〜４７９に分割でき、各パネルは、２５ｃｍ×５．２５ｃｍの有効面積を備えている。さらに別の実施形態では、主要軸線２２１の側に位置するパネルは、別個の組立体内に配置でき（例えば、パネル４７６，４７８は一組立体内、パネル４７７，４７９は、別の組立体内）、或いは各パネルをそれ自体の組立体内に配置することができる。
【００３２】
図５Ａは、フラットパネル検出器の構成部品の一実施形態を示している。フラットパネル検出器２７６は、次の処理又は視認のために画素の光強度をディジタルビデオ信号に移送する読出し電子回路を備えた光電性デバイスのマトリックスを備えたパネルとして構成されたものであるのがよい。フラットパネル検出器２７６は、シンチレータ層５２１及び光検出器層５２６によって形成された変換層を有する。フラットパネル検出器２７６は、基板５２７、供給電圧５２３、キャパシタ５２８及びスイッチ５３２を更に有する。一実施形態では、例えば、光検出器層５２６は、シンチレータ５２１から光フォトンを受け取る光導体又は光起電性素子（例えば、フォトダイオード）を有するのがよい。シンチレータ５２１は、ｘ線を受け取り、光検出器層５２６に当たる可視光を発生させる変換層である。光検出器層５２６は、シンチレータで生じた可視光を捕捉し、電流（Ｉ）５２９を発生する。電流５２９は、キャパシタ５２８を充電し、キャパシタ５２８に電荷値を残し、キャパシタ２５８上の総合電荷は、所与の積分時間の間に、光検出器５２６に当たる総合光強度に比例する。キャパシタ５２８は、スイッチ５３２、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に結合されている。スイッチ５３２の動作について説明を容易にする目的のためにだけ、ＴＦＴと関連して説明する。他形式のスイッチデバイス、例えばスイッチングダイオードも又使用できる。
【００３３】
適当な時点で、制御入力５３０（例えば、ＴＦＴのゲート）は、スイッチ５３２を作動させ、ノード５３４のところでキャパシタ５２８上の電荷を読み出す。濃度５３４のところの電荷は、図７を参照して以下に説明するように、更に増幅されてフラットパネル検出器２７６の対応の画素について処理される。
【００３４】
変形実施形態では、フラットパネル検出器２７６は、他の形態のものであってもよい。例えば、フラットパネル検出器２７６は、ｘ線を可視光に変換する中間段階を設けないで、ｘ線を電荷に直接変換する直接変換層として半導体材料を利用してもよい。図５Ｂは、直接変換層５３５を有するフラットパネル検出器２７６の一実施形態を示している。フラットパネル検出器２７６は、頂部電極層５３１と電荷収集電極層５３３との間に配置された半導体材料で構成される変換層５３５を有している。バイアス電圧５３６を頂部電極５３１に付きもの半導体層５３５の両端に印加する。ｘ線５２４は、頂部電極５３１を通って半導体層５３５中を伝搬しているとき、ｘ線は、半導体層５３５内に電荷を生じさせ、これら電荷は、電荷収集層５３３に引き付けられる。電荷を収集し、増幅し、そしてフラットパネル検出器２７６の対応の画素について処理する。
【００３５】
検出器感度の顕著な向上は、広いバンドギャップ（例えば、約０．５〜３ｅＶ）半導体で被覆されたフラットパネル検出器２７６を変換層５３５として利用することにより得ることができる。半導体は、直接変換物質として働く。ｘ線フォトンの通過により、電子及びホールが生じ、これら電子及びホールは、印加バイアス電圧により光導電性変換層５３５からスイープされ、スイッチ（例えば、ＴＦＴ）アレイ上に集められる。一実施形態では、多結晶沃化水銀（ＨｇＩ2）をＴＦＴパネルに被着させて理論上の最大値に近い非常に高い感度を持つ直接検出アレイを形成するのがよい。この感度は、間接変換方式を採用するシンチレータ層を備えるフラットパネル検出器の感度よりも５倍以上高い場合がある。
【００３６】
当該技術分野で知られている別の形態及び素子をフラットパネル検出器２７６に用いることができることは注目されるべきである。例えば、フラットパネル検出器２７６をＣＣＤ利用又はＣＭＯＳ利用光検出器と一体化することができる。フラットパネル検出器は、例えばカリフォルニア州バリアン・メジカル・システムズ・インコーポレイテッドのような製造業者から入手できる。
【００３７】
図６は、室温において８０ＫＶ（ｐ）フォトンで動作する例示の多結晶ＨｇＩ2検出器層のｘ線感度を示している。この材料は、１５μクーロン／Ｒ／ｃｍ2の範囲の感度を有し、これは、良好に働くＣｓＩシンチレータ物質のうちの幾つかよりも約５倍高い。感度とバイアス電圧の関係を表す曲線は、１ボルト／ミクロン以下のバイアスフィールドで飽和状態を示しており、これは、高信号レベルでの動作中、ボルト依存性ゲインを回避する上で重要である。
【００３８】
検出器２７６を室温で動作させることができるが、検出器２７６は又、検出器２７６のキャパシタ５２８上に集められた電荷への暗電流寄与を減少させるために、室温以下（例えば、最低約１００℃まで）冷却できる。半導体変換層検出器を冷却すると、その結果としてノイズが低くなり、しかも高いバイアス電圧が可能になる。後者は、電荷キャリヤを半導体からスイープする速度を向上させ、これにより、フォトンの達成可能な最大カウント率が増大すると共にエネルギ分解能が向上する。広いバンドギャップ半導体は、室温でも暗電流が比較的小さく、暗電流は、温度に対する急勾配の依存性を有する。液体窒素温度での動作は必要ではないが、ＣＺＴについて幾分低い最適動作温度で半導体、例えばＨｇＩ2を約−３０℃の温度に冷却することは、有利である。このような温度は、例えばソリッドステートペルチェ冷却器で達成できる（最低約−７０℃まで）。熱電冷却器とも呼ばれているペルチェ冷却器は、ペルチェ効果を利用するソリッドステートヒートポンプである。ペルチェ効果は、２つの接合部のところで互いに接続された２つの異種材料に電流が流されると生じる。２つの材料相互間の１つの接合部が暖かくなると共に他方が冷たくなり、その結果、デバイスの一方の側から他方の側への熱の電気駆動移送が生じる。ペルチェ冷却器は、種々の製造業者、例えば米国カリフォルニア州所在のスイフテック社から入手できる。変形実施形態では、他の温度及び他の形式の冷却システム、例えば約−１００℃という低い温度に冷却することができる閉鎖回路カスケード冷却システム（例えば、米国カリフォルニア州ＩＧＣポリコールド・システムズ社から入手できる）を用いてもよい。
【００３９】
図７は、特に走査システム２００の電子部品の一実施形態を示している。走査システム２００は、フラットパネル検出器２７６に結合されたコンピュータ処理装置７０４を有している。図５Ａ及び図５Ｂを参照して上述したように、フラットパネル検出器２７６は、シンチレータ層５２１を備えた光検出器の画素（例えば、図２Ｃの画素２７９）又は直接変換層５３５の画素によって生じた電荷をキャパシタ（例えば、キャパシタ５２８）上に堆積させることにより動作する。代表的には、多くの画素がフラットパネル検出器２７６の表面上に配置され、ここでは、例えば各画素のところのＴＦＴ（又は例えば単及び（又は）複ダイオードが適当な時点で荷電キャパシタ５２８を電荷型増幅器７１９に接続する。電荷型増幅器７１９は、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器７１７を駆動し、この変換器は、増幅器７１９から受け取ったアナログ信号をコンピュータ処理装置７４０による処理のためのディジタル信号に変換する。例えば入出力装置７１０又はインターコネクト７１４を用いてＡ／Ｄ変換器７１７をコンピュータ処理装置７０４に結合するのがよい。Ａ／Ｄ変換器７１７及び電荷型増幅器７１９は、コンピュータ処理装置７０４又はフラットパネル検出器２７６の内部又はこれらのいずれかの装置の外部に位置するのがよい。増幅器７１９は、フラットパネル検出器２７６によって受け取られたフォトンをカウントし、受け取ったエネルギに比例するパルスを出力する。増幅器７１９は、パルスをＡ／Ｄ変換器７１７に伝送する。Ａ／Ｄ変換器７１７は、パルスの高さを、コンピュータ処理装置７０４に送られるディジタル値に変換する。
【００４０】
以下に説明するようにコンピュータ処理装置７０４によって実施される方法、ステップ、命令等を、ハードウェアコンポーネントによって実行することができ又は命令によりプログラム可能な多目的又は特定目的プロセッサがステップを実行するようにするために用いることができる機械により実行可能な命令（又はこれらの組み合わせ）に具体化できる。機械により実行可能な命令を機械により読取り可能な媒体に含めるのがよく、かかる媒体は、機械（例えば、コンピュータ）により読取り可能な形態の情報（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）を格納し又は伝達する任意の機構を含む。機械により読取り可能な媒体としては、磁気記憶媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク）、光記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、読取り書込み記憶装置（ＲＡＭ）、消去及びプログラム可能記憶装置（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、伝搬信号の電気的、光学的、音響的又は他の形態（例えば、搬送波、赤外信号、ディジタル信号等）又は電子命令を格納するのに適した他の形式の媒体が挙げられるが、これらには限定されない。本明細書においては具体的なハードウェア又はソフトウェアについて言及するが、これは説明を容易にするために過ぎない。
【００４１】
コンピュータ処理装置７０４は、例えば位置制御回路７２１により容器２４０の位置を制御するようコンベヤ２５０に結合されている。コンピュータ処理装置７０４は、線型検出器２９０からの非回折ｘビームを表す信号を受け取り、コンテナ２４０の投射線走査像を生じさせるために投射像収集回路７２０に結合されている。コンピュータ処理装置７０４は、Ａ／Ｄ変換器７１７によって得られたディジタル信号を処理して当該技術分野において知られているように走査中の物質の同定のための出力を生じさせる方法を実施する。一実施形態では、コンピュータ処理装置７０４は、プロセッサ７０６、ストレージ装置７０８、入出力（ＩＯ）装置７１０及びメモリ７１２を有し、これらは全て、インターコネクト７１４、例えばバス又は他のデータ経路と一緒に互いに結合されている。
【００４２】
プロセッサ７０６は、任意形式のアーキテクチャ（例えば、インテルアーキテクチャ又は３マイクロシステムズアーキテクチャ）又はハイブリッドアーキテクチャの中央処理装置を表している。加うるに、プロセッサ７０６を１以上の半導体チップで具体化できる。ストレージ装置７０８は、データ及び（又は）命令、例えば本発明の方法ステップを記憶する１以上の機構を表している。ストレージ装置７０８は、読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、読取り書込み記憶装置（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス及び（又は）他の機械エントリ読取り可能媒体を表している。インターコネクト７１４は、１以上のバス（例えば、ＡＧＰバス、ＰＣＩバス、ＩＳＡバス、Ｘ−バス、ＶＥＳＡ関連バス等）及びブリッジ（これはバスコントローラとも呼ばれている）を表している。入出力装置７１０は、１組の従来型コンピュータ入力及び（又は）出力装置のうち任意のものを表し、これは、例えば、キーボード、マウス、トラックボール又は他のポインティングデバイス、シリアル又はパラレル入力装置、ディスプレイモニタ、プラズマスクリーン又はこれらに類似した従来型コンピュータ入出力装置を含む。メモリ７１２は、データ及び本発明の方法ステップによるプロセッサ７０６のためのプロセッサ命令を保持する記憶装置を表している。メモリ７１２は、ストレージ装置７０８について上述した記憶装置のうち任意のものを用いて実施できる。加うるに、メモリ７１２は、プロセッサ７０６のためのデータキャッシュとして使用できる。図７に示すアーキテクチャは、例示に過ぎないことは注目されるべきである。変形実施形態では、コンピュータ処理装置７０４について他のアーキテクチャを使用してもよい。例えば、コンピュータ処理装置７０４は、専用化され又は１以上の部品に統合されたメモリコントローラ及び（又は）入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラを利用することができる。他の例に関し、コンピュータ処理装置７０４をシングルプロセッサコンピュータ処理システムと関連して説明するが、マルチプロセッサコンピュータ処理装置を用いることができると共に（或いは）機械読取り可能媒体が格納されると共に（或いは）２以上のコンピュータ処理装置によって実行される分散形コンピュータ処理環境を使用できる。
【００４３】
再び図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、容器の内容物から回折データを得る別の方法では、コリメータ及び検出器組立体を入射ビームに対し一定の角度で位置決めする。フォトンについての受光角θがブラッグの方程式から一定である場合、特定のｘ線フォトン波長が、所与の回折角度で種々の結晶格子ｄ間隔から回折されることになる。フォトン波長及びそれ故エネルギは、格子間隔及び選択されたフォトン受光角によって定められる。エネルギ分散回折走査は、直列ではなく、並列に回折スペクトル全体を走査する性能と組み合わせて線源ｘ線管からｘ線を非常に有効に利用することができる。
【００４４】
エネルギ分散回折に関し、ｘ線シートビームは、単色である必要はなく、当該技術分野において知られている方法により単に方向的にコリメートされる。したがって、源の連続出力において非常に大きな総合パワーを用いることができる。エネルギ回折分散走査方式では、入射ｘ線シートビーム２２０は、広範なフォトンエネルギを含む。各波長は、関連のフォトンエネルギを有している。波長が短ければ短いほどそれだけ一層フォトンエネルギが高い。例えばタングステン（Ｗ）標的からの濾波されなかった制動放射線は、適当な広がりのフォトンエネルギを含む。変形例として、標的２１１について他の材料を用いることができる。入射電子ビームエネルギは、ｘ線フォトンエネルギに十分に高いカットオフをもたらすよう選択される。
【００４５】
適当なフォトン取出し角は、シミュレーション又は実験データにより導き出すことができる。例えば、図３は、ＴＮＴの回折線を示している。回折角θを増大させると、開設フォトンエネルギは、下方へシフトする。低い方のフォトンエネルギは、容器を通過する際に優先的に吸収されることになる。フォトン取出し角度が２〜２．５度であると、その結果、ＴＮＴの検出に適した範囲のフォトンエネルギが得られる。
【００４６】
フラットパネル検出器２７６は、検出器に入射したフォトンのエネルギに比例するパルス高さ出力をもたらすことができる光導体層５３５を備えている。変換層５３５に用いることができる光導体としては、例えば、ＣＺＴ、ＨｇＩ2、ＰｂＩ2、Ｓｅ又は他の広いバンドギャップ半導体材料が挙げられる。入射フォトンについてのパネルの受光角は、波長分散構成に類似した仕方でコリメータによって定めることができる。しかしながら、受光角を一定に保持するのがよい（例えば、シートビーム軸線から代表的には２〜３°開いて）。この場合、特定のｘ線フォトンエネルギは、この選択された角度で材料の物質のｄ間隔により回折される。これら特定のエネルギを持つフォトンだけが、選択された角度でコリメータ２７４を通過することができる。フラットパネル検出器２７６は、回折フォトンのエネルギを測定し、かくして物質の特性を決定する。この方法は、エネルギデータをパラレルに測定することができ、それ故走査速度を大幅に増大させるという利点がある。加うるに、単一エネルギ主ｘ線シートビーム２２０は必要ではなく、ｘ線発生器２１０の連続出力全体を用いることができ、かかる連続出力全体は、入射ｘ線シートビーム２２０におけるｘ線発生及び利用効率を増大させる。
【００４７】
変形実施形態では、フラットパネル検出器２７６及び走査システム２００の電子部品を、エネルギ分散モードで使用できるよう図５Ａ、図５Ｂ及び図７に示す電子部品から変更してもよい。図９は、走査操作のエネルギ分散モードに用いることができるフラットパネル検出器の変形実施形態を示している。この実施形態では、図５Ｂ、図７及び図９を参照すると、フラットパネル検出器２７６は、半導体変換層（例えば、図５Ｂの変換層５３５）の頂部及び底部に設けられた２組の互いに平行な導体線を有する画素のアレイを含む。１組の導電性読み出し線（Ｘ1〜ＸN）９７１が、半導体層５３５の頂部フェース上でｘ方向に延び、１組の導体（Ｙ1〜ＹN）９７２が、その底部フェース上でｙ方向に延びている。バイアス電圧５８６が、１組のｘ線９７１と１組のｙ線９７２との間で半導体層５３５の厚さにわたって印加される。パルスがｘ線９７１及びｙ線９７２上に見えると、パルスを測定するためにパルス測定回路を検出器アレイ２７６の周囲に沿って設けるのがよい。
【００４８】
パルス測定回路は、パルス増幅器（ＰＡ）９１０，９１５、時限コリレータ（相関器）９２０、パルス整形増幅器９２５及びピーク検出器９３０を有するのがよい。増幅器９１０，９１５の出力を時限コリレータ９２０に結合するのがよい。時限コリレータ９２０は、同時発生タイミングを用いてｘ−ｙ線の対を特定のパルス事象に割り当て、それにより半導体層５３５内での電荷の発生起点としての位置（画素）を局所化する。電荷のパルスは、パルス整形増幅器９２５に通される。一実施形態では、例えば、パルス整形増幅器９２５は、初期パルスで送られる電荷に比例した出力パルスを与える２〜２０マイクロ秒台の時間分解能を有するのがよい。出力パルスは、ピーク検出器９３０及びＡ／Ｄ変換器９１７に送られ、ここでパルス振幅が、ディジタル値に変換される。その結果得られるＡ／Ｄ出力は、ディジタルメモリ７１２のアレイ（例えば、アレイ９４１）内の記憶場所のアドレスとして用いられる。実際には、メモリアレイは、各々がエネルギの狭い範囲をカバーする一連の個々のカウンタとして働く。カウントは、これら「ビン」又は「チャネル」内に累積され、開設フォトンのエネルギ分布のディジタル表示を形成し、これは、エネルギドメイン中の回折スペクトルである。検出器アレイ９７６中の各画素は、関連したディジタルメモリアドレスのアレイを有し、エネルギドメイン中のスペクトルは、検出器内の各２−Ｄ画素位置について累積される。画素は、ｘ線シートビーム２２０が容器２４０を横切って通過しているときにｘ線シートビーム２２０の平面内の等価な位置にマッピングして戻る。
【００４９】
種々の変形例も又使用できる。各入射フォトンからの電荷のパルスを次のフォトンからのパルスから分離した状態に保つことが望ましい。高いカウント率では、第２のパルスは、第１のフォトンからのパルスが完全に処理される前に増幅器に達する場合がある。この結果、２つのパルスの組み合わせである全パルスのパルスパイルアップと呼ばれている現象が生じる。一実施形態では、パルスパイルアップ拒否回路を電子回路に組み込むのがよい。
【００５０】
ＳＮ比の相当大きな向上は、単純なｘ−ｙ読み出し線及び周辺読み出しパルス測定回路を設けるのではなく、各画素のところにフロントエンド（前置）増幅器を配置することにより達成できる。一実施形態では、例えば、フロントエンド増幅器を図５Ｃに示すように基板５２７と変換層５３５との間に設けられた層５３８として具体化できる。
【００５１】
さらに別の実施形態では、ｘ及びｙ読み出し線９７１，９７２も又、基板５２７に組み込むのがよい。半導体変換層５３５の頂面はバイアス電圧５３６が印加される連続導電性層の形態をした頂部電極５３１を有している。かかる形態が、変換層５３５について接点を上にして布設することが困難な或る特定の半導体材料、例えばＨｇＩ2を用いた場合、フラットパネル検出器２７６の製作を単純化できる。例えば蒸着パラジウムの連続接触シートは、多くの幅の狭い接触線よりも配置するのが容易な場合がある。変形例として、他の金属又は金属合金を接触層５３１について使用してもよい。ｘ読み出し線９７１及びｙ読み出し線９７２を変換層５３８の蒸着前に画素増幅器層５３８と同時に基板５２７に組み込むのがよい。各画素は、層５３３中の増幅器の上方に接触パッド（画素の領域を画定する）を有する。接触パッドは、半導体変換層５３５からの電荷のパルスを集め、パルス増幅器５３８に送り、増幅器はパルスを増幅し、そしてかかるパルスは、基板５２７内のｘ−ｙ線に送られる。
【００５２】
ＣＺＴが変換層５３５として用いられている実施形態では、変換層５３５は、基板上に支持されたＣＺＴのタイル又はストリップのモザイクの形態を有するのがよい。高性能ＣＺＴは、物理的気相成長（ＰＶＤ）により被着できるが、高圧ブリッジマン（Bridgeman）結晶化によって成長したブールからスライスされた一体形の単一結晶片で構成される多結晶物質ではない。同一のｘ−ｙ読み出し線方式を用いることができ、個々の画素増幅器を用いる場合これらは、例えば図５Ｃに示すように、基板５２７の上方の増幅器層５３８として具体化できる。増幅器層５３８は、例えば増幅器層５３８をＣＺＴの下面にバンプ結合することによりＣＺＴ変換層５３５に結合できる。変形例として、他の結合方法を使用してもよい。
【００５３】
一実施形態では、非常に大きな画素（ディスプレイ規格による）を回折検出器中に用いることにより、各画素をサブピクセルに細分してフロントエンド増幅器及び読み出し電子回路の性能要件を緩和することが可能である。各サブピクセルは、ピクセルに入射したフォトン束のほんの一部しか受け取らず、それにより大きな信号条件下においてパルスパイルアップを減少させると共に最大フォトンカウント率を増大させる。
【００５４】
上述したように、シンチレータを利用した検出器をパルス計数モードで用いることができるが、一般的には用いられない。というのは、そのｘ線変換効率が、半導体直接変換検出器と比較して低いからである。検出器内に蓄積された同一のｘ線フォトンエネルギの場合、シンチレータ型検出器と比較して、５倍以上の電子が半導体検出器から得られる。これは、シンチレータ型検出器のＳＮ比が低いことを意味し、低い絶対信号は、エネルギ管理の精度が低いことを意味している。
【００５５】
本明細書で説明した２Ｄエリアフラットパネル検出器は、サーチ対象の物質が隠されている容器２４０内の回折ｘ線源の空間配置を可能にする。ｘ線シートビーム２２０によって定められる容器２４０の断面は、垂直方向２４１の圧縮を行なった状態でフラットパネル検出器２７６のアレイ表面上にマッピングされる。適当なエネルギ分解能で単純なフォトン計数を行なうことができる安価で大面積の広いバンドギャップ半導体検出器を用いることにより、既存の走査システムの制約が無くなり、非常に高い速度でシングルパス回折走査が可能になる。この場合も又、本明細書で説明した回折型検出システムは、ほぼどの結晶物質をも検出でき、特に爆発性物質に加えて、違法な薬剤及び他の禁制品を含む微結晶物質を検出することができる。
【００５６】
上記説明において、本発明をその特定の例示の実施形態と関連して説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された本発明の広い精神及び範囲から逸脱することなくその種々の改造例及び変更例を想到できることは明らかである。したがって、明細書及び図面の記載は、本発明を限定する意味としてでなく例示の意味として考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】先行技術のｘ線回折型走査システムを示す図である。
【図２Ａ】ｘ線回折システムの一実施例を示す断面図である。
【図２Ｂ】ｘ線回折システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ｃ】互いに対して直交したコリメーション平面を有する１対のコリメータの一実施形態を示す図である。
【図３】トリニトロトルエン（ＴＮＴ）の６本の最も強い回折線に関し、回折角とｘ線フォトンエネルギの関係を表すプロット図である。
【図４Ａ】可動検出器組立体を有するｘ線回折システムの一実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】検出器組立体の一実施形態を示す回折システムのｘ線シートビームの主軸線に沿って見た平面図である。
【図５Ａ】フラットパネル検出器の構成部品の一実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】直接変換層を有するフラットパネル検出器の一実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】直接変換層を有するフラットパネル検出器の変形実施形態を示す図である。
【図６】室温において８０ＫＶ（ｐ）フォトンで動作する多結晶ＨｇＩ2検出器層のｘ線感度を示す例示の図である。
【図７】走査システムの電子部品の一実施形態を示す図である。
【図８】ｘ線発生器の一実施形態を示す図である。
【図９】走査操作のエネルギの分散モードに使用できるフラットパネル検出器の変形実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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