(57)【要約】【課題】Ｘ線検出装置を提供する。【解決手段】Ｘ線の検出器（３）を含む、Ｘ線撮像装置。Ｘ線の検出器（３）は、入射したＸ線の波長の光子を直接電気信号に変換するように構成された要素と、被試験物質のための位置（２）と、Ｘ線の線源（１）と、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造（４）と、を含み、それぞれは、共通軸上にある。Ｘ線の線源（１）は、Ｘ線のエネルギースペクトルが共通軸に沿って方向づけられ、要素、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造（４）、及び位置決めされた被試験物質（２）に当たるように配置される。構造（４）は、Ｘ線の線源（１）と要素との間で、被試験物質のための位置（２）の一方の側に存在して、共通軸に交差し、構造（４）は、少なくとも３つの隣接領域を含む。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線／ガンマ線撮像装置であって、
入射したＸ線／ガンマ線の波長の光子を直接電気信号に変換するように構成された要素を含むＸ線／ガンマ線の検出器と、
被試験物質のための位置と、
Ｘ線／ガンマ線の線源と、
Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造と、を備え、
Ｘ線／ガンマ線の検出器、被試験物質のための位置、Ｘ線／ガンマ線の線源、及び構造のそれぞれは、共通軸上に位置し、
Ｘ線／ガンマ線の線源は、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルが共通軸に沿って方向づけられ、要素、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造、及び位置決めされた被試験物質に当たるように配置され、
構造は、Ｘ線／ガンマ線の線源と要素との間に、かつ被試験物質のための位置の一方の側に存在し、
構造は、共通軸に交差し、
構造は、少なくとも３つの隣接領域を含み、
各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、かつＸ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成されることを特徴とするＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２】
Ｘ線／ガンマ線の線源は、広帯域線源であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項３】
構造の少なくとも３つの領域は、互いの横方向に位置することを特徴とする請求項１に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項４】
構造の少なくとも３つの領域は、２つの直交する方向において、互いの横方向に位置することを特徴とする請求項３に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項５】
構造の少なくとも３つの領域は、アレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項６】
アレイは、ｘ×ｙのアレイを含み、ｘ及びｙの倍数は、３以上であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項７】
構造において、アレイは、反復することを特徴とする請求項５又は６に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項８】
構造は、多数のアレイを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項９】
個々の領域は、１つ又は２つ以上のＸ線／ガンマ線擾乱素子をそれぞれ含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１０】
Ｘ線／ガンマ線擾乱素子が、同一であるか、又は異なっていることを特徴とする請求項９に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１１】
構造は、平坦であるか、又は非平坦であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１２】
構造は、少なくとも１つの平面において、湾曲していることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１３】
構造は、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルのエネルギー分布と強度の両方を擾乱させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１４】
構造の隣接領域間の差異は、隣接領域における構造の材料の厚さの差異を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１５】
領域の厚さは、構造にわたって、少なくとも１つの方向において、連続的に変化することを特徴とする請求項１４に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１６】
領域の厚さは、構造にわたって、２つの直交する方向において、連続的に変化することを特徴とする請求項１５に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１７】
隣接領域間の差異は、構造の個々の隣接領域の形成材料の差異を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１８】
構造の個々の領域は、個別の層を含むことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項１９】
個別の層の厚さは、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項１８に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２０】
個別の層の形成材料は、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２１】
個別の層の数が、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２２】
構造は、複数の個別の層を含み、個別の層のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２３】
複数の個別の層は、少なくとも１つの開口部を有し、
構造内の異なる層の開口部は、寸法が異なることを特徴とする請求項２２に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２４】
個別の層は、箔で形成されていることを特徴とする請求項２２又は２３に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２５】
構造は、カウントレートを擾乱させる一方で、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルのエネルギー分布を保持するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２６】
構造は、コリメータであり、構造の少なくとも３つの領域のそれぞれは、すぐ隣りの領域の開口部とは異なった大きさの開口部を有し、
隣接する開口部は、Ｘ線／ガンマ線を吸収する材料によって分離され、
構造は、少なくとも２つの異なる大きさの開口部を有することを特徴とする請求項２５に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２７】
構造は、Ｘ線／ガンマ線を吸収する材料からなる板を有し、板には開口部が形成されていることを特徴とする請求項２６に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２８】
構造は、タングステン、金、又は鉛から形成されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項２９】
開口部は、放電加工により、構造に形成されることを特徴とする請求項２５〜２８のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項３０】
Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルに吸収端及び蛍光ピークを生成する手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜２９のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項３１】
Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルに吸収端及び蛍光ピークを生成する手段は、構造内に含まれていることを特徴とする請求項３０に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項３２】
構造の少なくとも３つの領域は、異なった吸収端及び蛍光ピークをそれぞれ有することを特徴とする請求項３１に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置に用いられる好適なＸ線／ガンマ線の検出器であって、
入射したＸ線／ガンマ線の波長の光子を直接電気信号に変換するように構成された要素と、
Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトル源との位置合わせのための構造と、を備え、
構造は、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成されており、少なくとも３つの領域を有し、各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、かつＸ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成されていることを特徴とするＸ線／ガンマ線の検出器。
【請求項３４】
請求項３３に記載のＸ線／ガンマ線の検出器に用いられる好適な構造であって、
入射するＸ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成されており、共通の平面上に位置する少なくとも３つの領域を有し、各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、各隣接領域は、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成されていることを特徴とする構造。
【請求項３５】
少なくとも３つの領域は、互いの横方向に位置していることを特徴とする請求項３４に記載の構造。
【請求項３６】
少なくとも３つの領域は、２つの直交する方向において、互いの横方向に位置していることを特徴とする請求項３５に記載の構造。
【請求項３７】
複数の領域は、アレイ状に形成されていることを特徴とする請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の構造。
【請求項３８】
アレイ状は、反復することを特徴とする請求項３７に記載の構造。
【請求項３９】
多数のアレイ状を有することを特徴とする請求項３７〜３８のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４０】
個々の領域は、１つ又は２つ以上のＸ線／ガンマ線擾乱素子をそれぞれ含むことを特徴とする請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４１】
Ｘ線／ガンマ線擾乱素子は、同一であるか、又は異なっていることを特徴とする請求項４０に記載の構造。
【請求項４２】
平坦であるか、又は非平坦であることを特徴とする請求項３４〜４１のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４３】
少なくとも１つの平面において、湾曲していることを特徴とする請求項３４〜４２のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４４】
隣接領域間の材料の差異は、隣接領域における材料の厚さの差異を含むことを特徴とする請求項３４〜４３のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４５】
領域の厚さは、少なくとも１つの方向において、連続的に変化することを特徴とする請求項４４に記載の構造。
【請求項４６】
領域の厚さは、２つの直交する方向において、連続的に変化することを特徴とする請求項４５に記載の構造。
【請求項４７】
隣接領域間の材料の差異は、個々の隣接領域の形成材料の差異を含むことを特徴とする請求項３４〜４３のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４８】
個々の領域は、個別の層を含むことを特徴とする請求項３４〜４７のいずれか１項に記載の構造。
【請求項４９】
個別の層の厚さは、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項４８に記載の構造。
【請求項５０】
個別の層の形成材料は、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項４８又は４９に記載の構造。
【請求項５１】
個別の層の数は、領域間、及び／又は１つの領域内で異なることを特徴とする請求項４８〜５０のいずれか一項に記載の構造。
【請求項５２】
個別の層を複数有し、
個別の層のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項４８〜５１のいずれか一項に記載の構造。
【請求項５３】
複数の個別の層は、少なくとも１つの開口部を有し、
異なる層の開口部は、寸法が異なることを特徴とする請求項５２に記載の構造。
【請求項５４】
個別の層は、箔で形成されていることを特徴とする請求項４８〜５３のいずれか一項に記載の構造。
【請求項５５】
複数の突出部又は窪み部を有し、
突出部又は窪み部は、太さが突出部又は窪み部の少なくとも１つの方向において変化し、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された少なくとも３つの隣接領域を提供することを特徴とする請求項３４に記載の構造。
【請求項５６】
突出部又は窪み部は、ピラミッド形であることを特徴とする請求項５５に記載の構造。
【請求項５７】
多数の窪み部が形成された非金属層を含み、
各窪み部は、金属で塞がれていることを特徴とする請求項５５又は５６に記載の構造。
【請求項５８】
多数の窪み部が形成された第１の非金属層と、対応する数の突出部を含む第２の金属層と、を備え、各突出部が各窪み部を塞ぐことを特徴とする請求項５７に記載の構造。
【請求項５９】
第２の層は、窪み部に対する開口部が位置づけられている第１の層の表面を覆うことを特徴とする請求項５８に記載の構造。
【請求項６０】
隣接する窪み部又は突出部は、Ｘ線／ガンマ線擾乱材料によって、互いに分離されており、
隣接する窪み部又は突出部を分離する材料は、少なくとも３つの領域のうちの１つを構成することを特徴とする請求項５５〜５９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項６１】
非金属層は、ケイ素で形成されていることを特徴とする請求項５５〜５９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項６２】
物質の物質特性を判定する方法であって、
ａ）請求項１〜３２のいずれか１項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置内に物質を位置決めする工程と、
ｂ）Ｘ線／ガンマ線の線源に、共通軸に沿ってＸ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを方向づけさせる工程と、
ｃ）入射したＸ線／ガンマ線の波長の光子を電気信号に変換するように構成された要素によって、出射された電気信号を分析する工程と、
ｄ）要素のダイナミックレンジ外の電気信号を消去する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
要素を画素化することで得られた画素についての電気信号を分析する工程と、
要素のダイナミックレンジ外の電気信号を消去する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
電気信号が消去された要素の各画素に、要素のダイナミックレンジ内の、隣接する画素の電気信号を割り当てる工程を更に含むことを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
電気信号が消去された要素の各画素に、周囲の画素の電気信号から内挿又は外挿した電気信号を割り当てる工程を更に含むことを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
最も近くに隣接する画素、又は同一の物質特性を有する領域に関連した最も近くに隣接する画素から、電気信号の選択、内挿又は外挿を行うことを特徴とする請求項６４又は６５に記載の方法。
【請求項６７】
請求項６２〜６６のいずれか一項に記載の方法の工程を行うように構成された画像処理ソフトウェアと、データ処理装置と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜３２のいずれか一項に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項６８】
データベースを更に備えることを特徴とする請求項６７に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項６９】
データ記録手段を更に備えることを特徴とする請求項６７又は６８に記載のＸ線／ガンマ線撮像装置。
【請求項７０】
図面に実質的に示された、または、図面に関連して実質的に記載されたことを特徴とするＸ線／ガンマ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出装置に関し、具体的には、物質のマルチスペクトル分析を提供する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は、広い範囲のエネルギーバンドにわたる放射線を出力し、このエネルギーの分布は、管に印加される加速電圧によって決定される。Ｘ線がある物質に衝突すると、そのＸ線は通過の際に吸収される。Ｘ線のエネルギーが異なると、吸収のされ方が異なり、これは、初めのＸ線強度プロファイルが変化することを意味する。物質が異なると、Ｘ線強度スペクトルの形状が特徴的に変化するため、このスペクトルを十分に正確に記録することができれば、Ｘ線が通り抜けた物質を推測することができる。
【０００３】
質量吸収係数は、物質の種類と入射した光子のエネルギーの両方に依存するが、質量吸収係数は、物質の厚さ及び密度とは無関係である。それ故、得られたスペクトルに注目し、初めのスペクトルを知ることにより、質量吸収係数値が推測されるため、Ｘ線が通り抜けた物質の種類を推測することができる。
【０００４】
Ｘ線の検出法は２つのカテゴリに分類できる。１つ目は、直接的検出法であり、この場合、ＣｄＴｅ又はＧｅなどの特定の物質に当たったＸ線光子のエネルギーが吸収されて、電気信号に変換される。２つ目は、間接的検出法であり、この場合、まず、中間にあるシンチレーター物質がＸ線エネルギーを可視光に変換し、続いてこの可視光を検出器により電気信号に変換する。
直接的検出法には、物質の同定において特定の用途がある。
【０００５】
Ｘ線の検出器は、典型的には、パルスモード、電流モード、及び電圧モードの３つのモードのうちのいずれかで動作する。電流モードは、事象率が高い場合に用いられ、電圧モードは、高エネルギー検出の場合に用いられる。パルスモード動作では、個々のパルスについて、振幅、計数、及びタイミング情報が保持されるため、広く好まれている。
パルスモードを用いた直接的検出法では、物質の同定が可能であり、多くの公開された特許出願に記載がある。
【０００６】
例えば、許文献１では、連続的な周波数帯間での強度比の計算を含む走査透過モードでのエネルギー分散型Ｘ線吸収分光法が開示されている。
特許文献２では、撮像装置及び方法が開示されている。
特許文献３では、組成液の判定法が開示されている。
特許文献４では、容器内の物質の同定方法が開示されている。
上述の特許出願において提示された手法は効果的ではあるものの、これらの検出器自体に限界がある。
【０００７】
パルスモード検出では、Ｘ線スペクトルの形式で計数及びエネルギー分解情報が提供される。このＸ線スペクトル（パルス高スペクトルとも呼ばれる）は、典型的には、検出器からの各パルスの高さを測定することにより生成される。エネルギー領域（典型的には、エネルギービンと呼ばれる）当たりの検出カウント数の総数のスペクトルが生成され、任意の所与のエネルギービンの幅は、検出器の分解能、選択した電子機器、及び入力カウントレートなどの制限によって設定される。
パルスモード検出法は、個々のパルスについて、光子の計数及びエネルギーの情報を保持するため、多くの物質同定用途で採用されてきた。
【０００８】
エネルギー分散型検出器の物質感度（異なる物質に対する検出器の検出能力）を制限する主な問題点は、これらの検出器がカウントレートの限界を有している点である。時間平均した電流又は電圧が測定される、電流又は電圧モードの検出器とは異なり、パルスモード検出法で使用される電子機器では、検出器とのＸ線相互作用の各々からのパルスを分析しなくてはならない。これらのパルスの時間領域内における幅は有限であるため、カウントレートが増加するにつれ、重なり合うようになる。この現象はパルスパイルアップとして知られており、Ｘ線スペクトルを変形させてしまう。
【０００９】
試料が領域間で厚さと密度の大きなばらつきを呈している場合、アレイ（画素）内の一部の検出器では、非常に高いカウントレートが観察される一方で、隣接する画素では非常に低いカウントレートが観察されることがある。低密度な経路、及び／又は薄い試料の経路の長さ方向に沿った画素では、エネルギースペクトルの変形を引き起こす、極端なパルスパイルアップ状態にあるレートが観察される場合がある。
【００１０】
このようなパルスパイルアップ問題を回避する自明な方法は、ビームパワーを下げるか、又は線源と検出器との間隔を広げることにより、入力カウントレートを減らすことである。Ｘ線フラックスを全体的に減少させることに伴う問題点は、高吸収領域が測定のノイズフロアに含まれてしまい、見分けがつかなくなってしまうことである。測定のノイズフロアに寄与するものとしては、偽性の暗計数及びポアソン雑音などが挙げられるが、これらはどちらも低いカウントレートにおいて顕著になる。これにより、Ｘ線フラックスの全体的な変更は望ましくないものとなり、また、各コントラストレベルを分解するために複数の画像が必要となる。このアプローチは、時間がかかり、吸収されるＸ線量が増加する。
【００１１】
物質同定用途においては、使用者は、大抵、できるだけ測定時間を短くすることを求める。これは、なによりも、例えば、大量の荷物を高速でスキャンしなければならない、セキュリティスキャンにおいて重要である。短い測定時間により、積分時間が短くなり、ひいては、パルスパイルアップに起因する大きなポアソン誤差又はスペクトルの変形のいずれかがもたらされる。エネルギースペクトルにおけるこれらの変形により、物質同定法の感度が制限されるため、見分けられる物質が制限されてしまう。結果的に、スペクトルの変形を最小化するために、計数誤差と測定時間を犠牲にすることになる。
【００１２】
このようなパルスパイルアップを回避する他の方法は、検出器の電子機器において生成されるパルスの幅を小さくすることで、２つのパルスがパイルアップする確率を最小化することである。これは、パルス高（及び、それ故にＸ線エネルギー）の測定における誤差（バリスティックデフィシットとして知られる）に繋がり、このようなパルスの処理には、より高速なアナログ−デジタルサンプリング、低ノイズ増幅器、及び低静電容量、立ち上り時間の速い電子機器が必要となる。これらの機構はいずれも、コストを増加させ、検出器の電子機器を複雑にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１４２４４６号
【特許文献２】国際公開第２００９／１２５２１１号
【特許文献３】国際公開第２００９／１３０４９２号
【特許文献４】国際公開第２０１０／１３６７９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的はＸ線撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様によると、Ｘ線撮像装置は、入射したＸ線の波長の光子を直接電気信号に変換するように構成された要素を含むＸ線の検出器と、被試験物質のための位置と、Ｘ線の線源と、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造と、を含み、Ｘ線の検出器、被試験物質のための位置、Ｘ線の線源、及び構造のそれぞれは、共通軸上にあり、Ｘ線の線源は、Ｘ線のエネルギースペクトルが共通軸に沿って方向づけられ、要素、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された構造、及び位置決めされた被試験物質に当たるように配置され、構造は、Ｘ線の線源と要素との間に、かつ被試験物質のための位置の一方の側に存在し、構造は、共通軸に交差し、構造は、少なくとも３つの隣接領域を含み、各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、かつＸ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成される。
有利には、領域は、互いの横方向にあり、好ましくは、構造は、互いの横方向にあり、また、好ましくは、２つの直交する方向にある複数の領域を含む。
【００１６】
有利には、これらの複数の領域はアレイ状に形成され、構造において、このアレイは、反復していてもよい。構造は、このようなアレイを多数含んでいてもよい。例えば、複数の領域は、９つの領域からなる３×３アレイを含んでいてもよい。
好ましくは、構造は、平坦であるか、又は非平坦である。構造は、少なくとも１つの平面において、湾曲していてもよい。
好ましくは、隣接領域間の差異は、隣接領域における構造の材料の厚さの差異である。
【００１７】
構造は、複数の突出部又は窪み部を含み、突出部又は窪み部の太さは、突出部又は窪み部の少なくとも１つの方向において変化し、各突出部又は窪み部は、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された少なくとも３つの隣接領域を提供してもよい。
好ましくは、突出部又は窪み部は、ピラミッド形である。
【００１８】
構造は、多数の窪み部が形成された非金属層を含み、各窪み部は、金属で塞がれてもよい。好ましくは、構造は、多数の窪み部が形成された第１の非金属層と、対応する数の突出部を含む第２の金属層と、を含み、各突出部により、対応する窪み部を塞ぐ。
第２の層は、窪み部に対する開口部が位置づけられている第１の層の表面を覆っていてもよい。
【００１９】
隣接する窪み部又は突出部は、Ｘ線擾乱材料によって、互いに分離されていてもよく、隣接する窪み部又は突出部を分離する材料は、少なくとも３つの領域のうちの１つを構成していてもよい。
非金属層は、ケイ素で形成されていてもよい。
隣接領域間の差異は、構造の個々の隣接領域の形成材料の差異であってもよい。
【００２０】
隣接領域は、厚さにおいて異なっていてもよいし、また、それらの材料において異なっていてもよい。例えば、構造は、一様な厚さの基材を含んでいてもよく、隣接領域上に材料の個別の層を積み上げることにより、個々の領域が基材表面上に形成されていてもよい。層の数及び／又はこれらの層の材料は異なっていてもよい。ＰＶＤ、電着、又はレーザーアブレーションなどの手法を使用して、個々の領域を形成することができる。
【００２１】
加えて、切り取り領域のある箔の層を互いに重ねて積み上げ、横方向に様々な厚さを作り出すように切り取り領域を積み上げることによって、領域による変化を作り出してもよい。
【００２２】
他の代替形態として、一続きのワイヤーメッシュを、箔の場合と同様の様式で１つに積み上げ、材料の厚さの変化が形成されるようにしてもよい。好ましくは、各ワイヤーメッシュの個々のワイヤーの断面は、矩形である。これは、ニュートラル・デンシティー・フィルターを形成するために使用される手法に類似している。
【００２３】
他の代替形態は、所定の厚さの材料及び切り取り領域から始めて、異なる厚さを作り出すことである。これは、多くの手法のうちでも、レーザー微細加工又はイオンビームミリングによって行われ得るであろう。
【００２４】
構造又は構造の一部の厚さなどの、構造の物質特性が、段階的にではなく、連続的に変化する場合は、構造の任意の点について、その特性（厚さ）が、隣接する点における構造の厚さと異なっていれば、これら２つの点は、それぞれ、Ｘ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成された領域であると、考えてよい。
一部の実施形態においては、Ｘ線検出装置は、可視波長の光子を記録する、データ記録手段を含むか、又はそれに関連づけられる。
一部の実施形態においては、Ｘ線検出装置は、既知の物質の固有の記録情報のデータベースを含むか、又はそれに関連づけられる。
【００２５】
一部の実施形態においては、Ｘ線検出装置は、データ処理ソフトウェアを含むか、又はそれに関連づけられ、好ましくは、このようなデータ処理ソフトウェアは、物体又は物質の物質特性を判定する工程の処理を行うように構成されている。
【００２６】
上述のデータ記録手段、データベース、データ処理装置、及び日付処理ソフトウェアのうちのいずれかが、本装置に実装されない場合は、それらは、本発明のＸ線の検出器装置が接続される他の装置において実装されてもよい。
【００２７】
本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様に係るＸ線検出装置における使用に好適なＸ線の検出器であって、入射したＸ線の波長の光子を直接電気信号に変換するように構成された要素と、Ｘ線のエネルギースペクトル源との位置合わせのための構造と、を含み、構造は、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成され、構造は、少なくとも３つの隣接領域を含み、各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、かつＸ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成される、Ｘ線の検出器が提供される。
【００２８】
有利には、領域は、互いの横方向にあり、好ましくは、構造は、互いの横方向にあり、また、好ましくは、２つの直交する方向にある複数の領域を含む。
【００２９】
本発明の第３の態様によると、構造であって、構造は、構造に入射するＸ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成され、構造は、少なくとも３つの隣接領域を含み、各領域は、すぐ隣りの領域とは異なっており、各隣接領域は、Ｘ線のエネルギースペクトルを異なる様式で擾乱させるように構成される、構造が提供される。
【００３０】
有利には、領域は、互いの横方向にあり、好ましくは、構造は、互いの横方向にあり、また、好ましくは、２つの直交する方向にある複数の領域を含む。
【００３１】
有利には、これらの複数の領域はアレイ状に形成され、構造において、このアレイは、反復していてもよい。例えば、これらの複数の領域は、９つの領域からなる３×３アレイを含んでいてもよく、構造は、このようなアレイを多数含んでいてもよい。
好ましくは、構造は、平坦であるか、又は非平坦である。構造は、少なくとも１つの平面において、湾曲していてもよい。
好ましくは、隣接領域間の材料の差異は、隣接領域における構造の材料の厚さの差異である。
【００３２】
構造は、複数の突出部又は窪み部を含み、突出部又は窪み部の太さは、突出部又は窪み部の少なくとも１つの方向において変化し、各突出部又は窪み部は、Ｘ線のエネルギースペクトルを擾乱させるように構成された少なくとも３つの隣接領域を提供してもよい。
この突出部又は窪み部は、ピラミッド形であってよい。
構造は、多数の窪み部が形成された非金属層を含み、各窪み部は、金属で塞がれてもよい。
【００３３】
有利には、構造は、多数の窪み部が形成された第１の非金属層と、対応する数の突出部を含む第２の金属層と、を含み、各突出部により、対応する窪み部を塞ぐ。
好ましくは、第２の層は、窪み部に対する開口部が位置づけられている第１の層の表面を覆う。
【００３４】
隣接する窪み部又は突出部は、Ｘ線擾乱材料によって、互いに分離されていてもよく、隣接する窪み部又は突出部を分離する材料は、少なくとも３つの領域のうちの１つを構成する。
好ましくは、非金属層は、ケイ素で形成される。
【００３５】
非金属層の窪み部は、好ましくは、エッチングによって形成される。ピラミッド形の窪み部の壁部は、好ましくは、非金属層の表面に対して５４．７度傾いている。
隣接領域間の材料の差異は、構造の個々の隣接領域の形成材料の差異であってもよい。
【００３６】
隣接領域は、厚さにおいて異なっていてもよいし、また、それらの材料において異なっていてもよい。例えば、構造は、一様な厚さの基材を含んでいてもよく、隣接領域上に材料の個別の層を積み上げることにより、個々の領域が基材表面上に形成されていてもよい。層の数及び／又はこれらの層の材料は異なっていてもよい。ＰＶＤ、電着、レーザーアブレーション、又は３Ｄプリンティングなどの手法を使用して、個々の領域を形成することができる。
【００３７】
加えて、切り取り領域のある箔の層を互いに重ねて積み上げ、横方向に様々な厚さを作り出すように切り取り領域を積み上げることによって、領域による変化を作り出してもよい。
【００３８】
他の代替形態として、一続きのワイヤーメッシュを、箔の場合と同様の様式で１つに積み上げ、材料の厚さの変化が形成されるようにしてもよい。好ましくは、各ワイヤーメッシュの個々のワイヤーの断面は、矩形である。これは、ニュートラル・デンシティー・フィルターを形成するために使用される手法に類似している。
【００３９】
他の代替形態は、所定の厚さの材料及び切り取り領域から始めて、異なる厚さを作り出すことである。これは、多くの手法のうちでも、レーザー微細加工又はイオンビームミリングによって行われ得るであろう。
【００４０】
この構造の目的は、Ｘ線／ガンマ線のエネルギースペクトルを擾乱させて、構造の各領域において入射するＸ線／ガンマ線のエネルギースペクトルの少なくとも一部分を、検出器に伝えることである点に留意されたい。
本発明の第４の態様によると、物質の物質特性の判定方法は、
ａ）本発明の第１の態様に係るＸ線検出装置内に物質を位置決めする工程と、
ｂ）Ｘ線の線源に、共通軸に沿ってＸ線のエネルギースペクトルを方向づけさせる工程と、
ｃ）入射したＸ線の波長の光子を電気信号に変換するように構成された要素によって、出射された電気信号を分析する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】対象となる３つの領域を有する物体のＸ線撮像を示す模式図である。
【図１ｂ】図１に示す検出器を用いて検出した、この物体における、対象となる３つの領域に対するカウント数を示すグラフである。
【図２ａ】本発明の一実施形態に係る検出器を用いた、図１に示したものと同一の物体のＸ線撮像を示す模式図である。
【図２ｂ】図２に示す検出器を用いて検出した、この物体における、対象となる３つの領域に対するカウント数を示すグラフである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る検出器を用いた、物体のＸ線撮像を示す模式図である。
【図４】図２ａに示すタイプの検出器を使用して検出されるＸ線ビームに対する、カウント数及びスペクトル形状における変化を表すグラフである。
【図５】図３に示すタイプの検出器を使用して検出されるＸ線ビームに対する、カウント数及びスペクトル形状における変化を表すグラフである。
【図６ａ】本発明の他の実施形態に係る、吸収端を生成する検出器を用いた、物体のＸ線撮像を示す模式図である。
【図６ｂ】吸収端を生成するための検出器の代替タイプを示す図である。
【図６ｃ】吸収端を生成するための検出器の代替タイプである図である。
【図６ｄ】吸収端を生成するための検出器の他の代替タイプを示す図である。
【図６ｅ】図６ｄに示した検出器のコリメータ部品を示す図である。
【図７】図６ａに示すタイプの検出器を使用して検出されるＸ線ビームに対する、カウント数及びスペクトル形状における変化を表すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るＸ線の検出器の簡単な模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るＸ線の検出器の簡単な模式図である。
【図１０】検出器の干渉板の断面図である。
【図１１】複数の領域を有する構造（即ち、図１０に示した干渉板）の正面図である。
【図１２ａ】材料のいくつかの層から組み立てられた干渉板の分解図である。
【図１２ｂ】図１２ａに示したタイプの干渉板の構成部品の平面図である。
【図１３】ワイヤーメッシュのいくつかの層から組み立てられた干渉板の分解図である。
【図１４】干渉板のある領域の模式図であり、この領域では、板の２つの方向において厚さが変化している。
【図１５ａ】干渉板の代替的な実施形態の、概略的な平面図及び側面図である。
【図１５ｂ】図１５ａに示した実施形態の分解した状態を示す側面図及び模式図である。
【図１６】本発明に係る装置を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
各図において、先行技術の装置、本発明に係るＸ線検出装置の好ましい実施形態、及びそれらの構成要素を示す。
【００４３】
ここで、図８及び９を参照すると、簡明にするために、検出器は、最も基本的な形で示されており、Ｘ線の線源１と、物体２と、画素化された検出器３と、構造６と、を含む。Ｘ線の線源１から出射されたＸ線は、物体２を通り抜け、物体２を通り抜けて減衰したＸ線が検出器３によって検出され、検出器３は、入射したＸ線を直接電気信号に変換する。Ｘ線の線源１、物体２、画素化された検出器３、及び構造６は、共通軸Ａ−Ａ上にある。構造６は、マルチ吸収板であっても、コリメータであっても、又はこれら２つを組み合わせたものであってもよい。図８と図９との間の違いは、構造６の位置にある。
【００４４】
検出器３は、シリコンダイオード検出器、リチウムドリフトシリコン検出器、高純度ゲルマニウム検出器（ＨＰＧｅ）、Ｃｄベースの検出器（ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＭｎＴｅなど）、比例計数管、又はガス充填検出器であってよい。
【００４５】
ここで、図１ａ及び１ｂを参照すると、対象となる３つの領域（ＲＯＩ１、ＲＯＩ２、及びＲＯＩ３）を有する物体２が、Ｘ線の線源１とアレイ検出器３との間に位置決めされている。対象となる各領域の物質は、異なる密度を有する。図１ａ及び１ｂの目的は、単一のＸ線ビーム源１を使用して、このような物質を撮像する場合の、先行技術の検出器におけるダイナミックレンジの限界を示すことである。
【００４６】
図１ｂは、対象となる各領域に関連する信号を示す。ＲＯＩ１は、最も密度が高く、Ｘ線エネルギーを最も吸収する。検出器３が信号を検出できるようにするため、線源からのＸ線フラックスは、ＲＯＩ１を通り抜けるＸ線エネルギーを背景ノイズから見分けることができるように、十分に高く保たれる必要がある。結果として生じる問題点は、物質の密度が低い場合（ＲＯＩ３）、吸収されるＸ線エネルギーがほとんどなく、ＲＯＩ３を通り抜けるＸ線によって得られる検出器でのカウントレートが、検出器の最大カウントレートを超えてしまうことである。これにより、パルスパイルアップ及びスペクトルの変形が生じる。材料ＲＯＩ１、ＲＯＩ２、及びＲＯＩ３の組み合わせは、検出器３のダイナミックレンジを超えている。
【００４７】
図２ａは、本発明の装置を示しており、マルチ吸収板４を含んでいる。図示された実施形態においては、検出器３と物体２との間にマルチ吸収板が取り付けられている。しかしながら、マルチ吸収板（ＭＡＰ）４は、Ｘ線の線源１と物体２との間に取り付けられていてもよい。
【００４８】
図２ａに示したマルチ吸収板４は、要素４ａ、４ｂ、及び４ｃからなる反復パターンを含む。この図示された例においては、要素４ａは、開放された開口部であるため、Ｘ線を吸収することはない。要素４ｂは、Ｘ線を吸収し、第１の厚さを有する材料を含む。要素４ｃは、４ｂと同一の材料を含むが、厚さが２倍ある。要素４ｃは、要素４ｂの材料よりもよりＸ線をより吸収しやすい単一の材料であってもよいし、複数の材料の組み合わせであってもよい。
【００４９】
線源１、物体２及びその対象となる領域ＲＯＩ１〜ＲＯＩ３、並びに検出器３は、図１ａの実施形態と同一である。これら２つの装置の間の相違点は、マルチ吸収板４である。ＭＡＰ４の要素４ａ〜４ｃにより、対象となる各領域毎に、３つの別個のＸ線信号が検出器３によって検出される。このことは、図２ｂに示されており、ここでは、対象となる各領域ＲＯＩ１〜ＲＯＩ３に関連する３つの信号が示されている。対象となる各領域に対して、要素４ａを通り抜ける全てのＸ線はＭＡＰによる影響を受けないため、要素４ａと位置合わせされた検出器画素によって検出されるカウント数は、図１ａ及び１ｂに示した装置の場合と同じである。
【００５０】
ＲＯＩ１を見ると、要素４ｂと位置合わせされた検出器３の画素の場合、検出器でのＸ線のカウント数はより小さくなる。しかしながら、このカウント数は、未だ検出器のノイズフロアを超えている（即ち、検出器のダイナミックレンジ内にある）。ＭＡＰの要素４ｃは、要素４ｂよりもＸ線をより吸収しやすく、要素４ｃと位置合わせされた検出器３の画素によってカウントされるＸ線はより少なくなる。Ｘ線は、要素４ｃによって、検出器３によってカウントされるＸ線がノイズフロアを下回る（即ち、検出器のダイナミックレンジ外にくる）程度に吸収される。
【００５１】
対象となる最も低密度な領域であるＲＯＩ３を見ると、要素４ｂと位置合わせされた検出器３の画素の場合、検出器でのＸ線のカウント数はより小さくなる。これは既に検出器３の最大カウントレートを下回っているため、検出器のダイナミックレンジ内にある。ＭＡＰの要素４ｃは、要素４ｂよりもＸ線をより吸収しやすく、要素４ｃと位置合わせされた検出器３の画素によってカウントされるＸ線はより少なくなる。Ｘ線は、要素４ｃによって要素４ｂよりも多く吸収されるため、要素４ｃと位置合わせされた検出器３の画素におけるカウントレートは、要素４ｂと位置合わせされた検出器３よりも低くなる。
【００５２】
図２ｂ示すように、ＲＯＩ２の場合、カウント数は、検出器３のいずれの画素の場合も、それらが要素４ａ〜４ｃのいずれと位置合わせされているかとは関係なく、検出器のダイナミックレンジ内にある。
【００５３】
当業者であれば、ＭＡＰがない場合では、ＲＯＩ３に関連する信号は、検出器のダイナミックレンジの外にあった一方で、マルチ吸収板を導入することにより、ＲＯＩ１に関連する信号の３分の１が検出器のダイナミックレンジの外へ移動した（即ち、ノイズフロアを下回った）ものの、ＲＯＩ３に関連する信号の３分の２が検出器のダイナミックレンジ内に移動していることを理解するであろう。
【００５４】
カウント数が検出器のダイナミックレンジの外側にある画素は、使用できない。それ故、ＭＡＰにより画像分解能が若干下がる。しかしながら、試料全体を１回の取得で撮像できており、一方で、図１ａの装置においては、検出器３のダイナミックレンジ内に対象となる各領域を収めた画像を得るために、異なるフラックス設定の線源を用いた２回の取得が必要となる。
【００５５】
図４は、マルチ吸収板４の場合のカウント数及びスペクトル形状の変化を示す。要素４ａは開口部であり、要素４ｂ及び４ｃは、それぞれ１ｍｍ厚及び２ｍｍ厚の銅である。図４における物体は、１ｍｍ厚のスズのシートである。
【００５６】
図３は、マルチ吸収板４をコリメータ１４によって置き換えた代替構成を示す。図２ａの実施形態にあるように異なる厚さの材料を示す要素４ａ〜４ｃに代えて、コリメータ１４の各要素１４ａ〜１４ｃは、大きさの異なる開口部である。各要素１４ａ〜１４ｃは、Ｘ線フラックスを異なった量だけ減少させる。しかしながら、線源１から発せられるＸ線ビームのエネルギー分布は維持されるが、カウントレートは、要素１４ａ〜１４ｃの漸進的に小さくなる開口部によってより減少する。
ここで、図６ａ及び６ｂを参照すると、各図に示した装置は、吸収端を生成するように適合される。
【００５７】
図６ａは、図２ａに示したものと同様のマルチ吸収板２０を示しているが、図２ａにおいては、要素４ａのうちの１つが開口部であった一方で、図６ａにおいては、各要素はＸ線ビームが通過しなくてはならない材料を含む点において異なる。ＭＡＰ２０は、４つの要素Ａ〜Ｄからなる反復構造を含み、それぞれの要素は、他の要素とは材料が異なっている。このような配置においては、互いにすぐ隣りの要素が異なっているばかりでなく、対角線の方向に互いに隣接する要素も互いに異なっている。
【００５８】
各要素Ａ〜Ｄの材料は、異なる吸収端を生成するように選択される。これは、各要素Ａ〜Ｄが異なる材料からなることによって、各要素Ａ〜Ｄが同一の材料からなるものの、異なる厚さを有することによって、又は、各要素が異なる材料からなり、かつ各要素が異なる厚さを有することによって達成し得る。例えば、要素Ａは金から、要素Ｂはインジウムから、要素Ｃは鉛から、要素Ｄはスズからなっていてよい。
【００５９】
図６ｂは、図３に示すタイプのコリメータ１４を含む異なる配置を示す。吸収端を生成するため、ＭＡＰ２０は、物体２とコリメータ１４との間に位置している。有利には、ＭＡＰ２０は、要素Ａ〜Ｄからなる反復パターンを有し、その個々の要素は、個々のコリメータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃと位置合わせされる。
【００６０】
図６ｃは、線源１と、対象となる物体２と、検出器３と、コリメータ１４と、ＭＡＰ２０’と、を含む配置を示す。ＭＡＰ２０’は、領域Ａ、Ｂ、Ｃからなる３×３のアレイであり、領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれは、異なる吸収端を有し、異なる蛍光ピークを出射する。この図におけるコリメータは、３×３のコリメータ１４ａ〜１４ｃの反復領域からなる３×３のアレイである。この図で見て取れるように、板３０の第１列では、領域の順序はＡ、Ｂ、Ｃとなっている。下の列では、順序はＢ、Ｃ、Ａとなり、下の列では、順序はＣ、Ａ、Ｂとなる。
【００６１】
それ故、ＭＡＰ２０’の領域Ａは、９つのコリメータと重なっており、図中に示された３つのコリメータ１４ａ〜１４ｃ、下の２列の６つのコリメータが、コリメータの３×３アレイを作り上げている。ＭＡＰ２０’の領域Ｂは、次のコリメータの３×３アレイと重なり、領域Ｃは、次のコリメータの３×３アレイと重なっている。
ＭＡＰ２０’の各領域Ａ、Ｂ、Ｃは、異なる吸収端を有し、異なる蛍光ピークを導く。
【００６２】
図６ｄは、Ｘ線の線源と、コリメータ１４と、ＭＡＰ２０と、検出器３と、を含むという点においては、図６ｃに示された配置と類似する配置を示す。しかしながら、ＭＡＰ２０及びコリメータ１４の構成は異なっている。ＭＡＰ２０は、それぞれが異なった吸収端を有する４つの異なった種類の材料Ａ〜Ｄを含み、これらの材料の個々の領域は、図６ｃに示した配置よりも小さい。
【００６３】
図６ｄのコリメータ１４’は、３つのコリメータＣ１、Ｃ２、及びＣ３のグループからなる反復パターンからなる４×４アレイを含む。コリメータのいずれのグループについても、各コリメータは、ＭＡＰ２０の異なる材料と位置合わせされている。これは、多くの領域にわたって、全てのカウントレートが、それに関連づけられたそれぞれの吸着端及び蛍光ピークを有することを意味する。
【００６４】
図７は、Ｘ線の線源と検出器との間の経路がオープンな場合（上側の線）と、Ｘ線の線源と検出器との間に吸収端を有する材料が位置している場合（下側の線）とで、検出器において記録されたＸ線スペクトルを比較したものである。ＭＡＰ２０のそれぞれの異なった領域が異なる吸収端を導き、このようにして、吸収端と蛍光ピークのパターンが、板に入射するＸ線スペクトルに組み込まれ得ることが理解されるであろう。それ故、検出器に入射するＸ線スペクトルは、多数の異なる蛍光ピークであり、各ピークは、元のＸ線スペクトルが入射したＭＡＰ２０の要素に対応している。
【００６５】
ＭＡＰの要素は、蛍光ピークを生成するために好適な物質である必要がある。好ましい物質は、以下に限定されるものではないが、タングステン、金、鉛、スズ、及びインジウムなどが挙げられ、これらはいずれも、典型的なエネルギー測定値の範囲（３０〜８０ｋｅＶ）内に吸収端と蛍光ピークを有する。蛍光ピークの二次Ｘ線は、容易に、好適に相互作用するため、多数のスペクトルのそれぞれのエネルギーは、医療用撮像、工業用撮像、及び薄膜分析などに有用な、好適なエネルギー範囲である。
【００６６】
コリメータ１４と吸収端がＸ線の線源の出射スペクトル内の波長にある要素を有するＭＡＰを組み合わせることにより、検出器３のダイナミックレンジを超過する傾向がある場合にも有用である。
【００６７】
各図において、ＭＡＰ２０及びコリメータ１４は、対象となる物体と検出器との間に位置決めされて示されている。しかしながら、Ｘ線の線源、試料、ＭＡＰ、コリメータ、及び検出器の他の構成も可能である。例えば、この配置は、以下に列挙するもののうちのいずれかであってもよい。
線源／試料／ＭＡＰ／検出器。
線源／ＭＡＰ／試料／検出器。
線源／試料／コリメータ／検出器。
線源／コリメータ／試料／検出器。
線源／試料／コリメータ／ＭＡＰ／検出器。
線源／試料／ＭＡＰ／コリメータ／検出器。
線源／コリメータ／ＭＡＰ／試料／検出器。
線源／ＭＡＰ／コリメータ／試料／検出器。
ＭＡＰは、多くの異なった方法で製造することができる。
ＭＡＰの領域は、ａ）異なる厚さの異なる材料、ｂ）同一の厚さの異なる材料、ｃ）異なる厚さの同一の材料、であってもよい。
【００６８】
ＭＡＰが吸収端及び蛍光ピークの変化を生成するためのものである場合は、ａ及びｂが好ましい。変更例ｃは、減衰によるＸ線ビームのハードニングによってスペクトル形状を変更するように、主に構成されてもよい。とは言え、ＭＡＰ全体に共通する吸収端は、例えば、装置の較正を補助するために有用である。
図１０〜１５ｂは、マルチ吸収板の異なる構成を示す。
【００６９】
図１０及び１１は、例えば、タングステン製の干渉板２６（この干渉板は、マルチ吸収板であると、即ち、板の様々な領域が様々なＸ線吸収能力を有しているものと、考えることもできる）を示す。更に、干渉板を各領域が異なる厚さを有するように製造することに加えて、干渉板を均一な厚さとし、異なる材料からなる干渉板の個々の領域を形成することによって、隣接領域間にて、材料の差異を付与することも可能である。
【００７０】
干渉板が基材を含み、この基材が基材上又は基材内に形成された個々の領域を有していてもよい。これらの個々の領域は、基材をエッチング又は機械加工することにより、基層内に形成されてもよい。
干渉板は、３Ｄプリンティングによって形成されてもよい。
図１０及び１１に示す個々の領域２６ａ〜２６ｄは、厚さが異なるか、又は材料が異なるか、又はそれらの両方が異なる領域を示し得る。
【００７１】
これらの個々の領域は、蒸着によって、例えば、「リフトオフ」として当該技術分野にて周知の手法によって基材上に形成されてもよい。このような手法の利点は、「リフトオフ」処理において蒸着させる材料は、基材の形成材料と同一であってもよいことである。隣接領域間の材料の差異は、各画素の厚さの差異である。更に、蒸着した材料を基材の材料と異ならせて、隣接領域間の材料の差異を、材料の種類及び／又は材料の厚さにおいてもたらしてもよい。
【００７２】
更に、干渉板を各領域が異なる厚さを有するように製造することに加えて、干渉板を均一な厚さとし、異なる材料からなる干渉板の個々の領域を形成することによって、隣接領域間にて、材料の差異を付与することも可能である。
【００７３】
干渉板が基材を含み、この基材が基材上又は基材内に形成された個々の領域を有していてもよい。これらの個々の領域は、基材をエッチング又は機械加工することにより、基層内に形成されてもよい。
干渉板は、３Ｄプリンティングによって形成されてもよい。
【００７４】
これらの個々の領域は、蒸着によって、例えば、「リフトオフ」として当該技術分野にて周知の手法によって基材上に形成されてもよい。このような手法の利点は、「リフトオフ」処理において蒸着させる材料は、基材の形成材料と同一であってもよいことである。隣接領域間の材料の差異は、各画素の厚さの差異である。更に、蒸着した材料を基材の材料と異ならせて、隣接領域間の材料の差異を、材料の種類及び／又は材料の厚さにおいてもたらしてもよい。
【００７５】
図１２ａ及び１２ｂは、干渉板２６の代替的な構成を示す。この例では、干渉板２６は、箔などの材料２６ａ〜２６ｄの４つの層から形成される。第１の層には穴が開いていない。第２の層２６ｂは、第１の幅の開口部２６ｂ’を含む。第３の層２６ｃは、第２の幅の開口部２６ｃ’を含み、第４の層２６ｄは、第３の幅の開口部２６ｄ’を含む。開口部２６ｂ’〜２６ｄ’の中心を位置合わせして積み上げた場合、得られる構造は、断面２６’を有する。各開口部の縁部を位置合わせして、層２６ａ〜２６ｄを積み上げた場合、得られる構造は、断面２６’’を有する。
これらの構造２６’、２６’’により、厚さの異なる細長い領域がそれぞれもたらされる。
【００７６】
図１２ｂでは、得られた干渉板２６を２つ、開口部を互いに垂直に並べた状態で、積み上げている。得られた干渉板により、四角い領域のアレイがもたらされ、ここで、隣接領域は厚さが異なっている。
【００７７】
図１３は、それぞれメッシュの大きさが異なるワイヤーメッシュからなる３つの層２６ｆ〜２６ｈを含む干渉板２６の他の代替的な構成を示す。互いに重ねて積み上げた場合、一部の領域では、入射したＸ線は、第１の層２６ｆのワイヤーに当たるであろうし、他の領域では、入射したＸ線は、第２の層２６ｇのワイヤーに当たるであろうし、他の領域では、入射したＸ線は、第３の層２６ｈのワイヤーに当たるであろう。更に、他の領域では、入射したＸ線は、層２６ｆ、２６ｇ、及び２６ｈのうちの２つ以上のワイヤーの一部が組み合わさった箇所に当たるであろう。更に、ワイヤーがない領域も存在することになり、これらの領域に入射したＸ線は擾乱されることなく通り抜けることになる。好ましくは、これらのワイヤーの断面は、矩形である。
【００７８】
図１４において、干渉板３０は、マルチ吸収板の１領域を表す材料ブロックを含んでおり、このブロックは、板を横断する２本の軸に沿って厚さが変化している。それ故、材料の厚さは、プレートを横断して連続的に変化している。
【００７９】
ここで、図１５ａ及び１５ｂを参照すると、第１の層６１と第２の層６３を含む、干渉板６０の更なる代替的な構成が示されている。第１の層６１は、シリコンウェーハから形成されており、このシリコンウェーハに形成された多数の窪み部６２を有している。図示された例においては、窪み部の深さは８００マイクロメートルである。これらの窪み部は、エッチングにより形成される。水酸化カリウム又は水酸化テトラメチルアンモニウムなどの強アルカリ性のウェットエッチング液は、様々な結晶面におけるケイ素原子の結合強度における違いに起因して、シリコンの特定の結晶面を他のものと比べて優先的にエッチングすることが知られている。中でも｛１１１｝結晶面はエッチング液に対する耐性が最も高く、そのため、｛１００｝面及び｛１１０｝面は、｛１１１｝面よりもずっと速い速度でエッチングされることになる。第１の層６１の形成材料であるシリコンウェーハは、｛１００｝配向である。窪み部６２のアレイを画定するマスクをシリコンウェーハの表面に適用して、アルカリ性エッチング液を適用する。アルカリ性エッチング液とシリコンが接触している箇所では、下方にエッチングが進み、四角い底面を有するピラミッド形の窪み部６２が形成される。窪み部６２の傾斜した側壁は、シリコンの｛１１１｝面であるため、｛１００｝シリコンウェーハの面に対して５４．７度の角度を有する。このエッチング処理は、｛１１１｝側壁が収束して、ピラミッド形の窪み部６２の頂点を形成するまで進めておかれる。
【００８０】
この窪み部６２を作り出すために使用されたエッチング液は、水酸化カリウムである。窪み部６２を形成するために使用されたマスクは、図１２ａに示された平面図の形状に対応している。図示された例においては、窪み部は、中心間が１ｍｍ×１ｍｍの格子として示されている。隣接する窪み部６２間の距離は、およそ５０マイクロメートルである。
【００８１】
窪み部の数を、窪み部の中心間の距離を増減させることによって増減させてもよい。窪み部間の距離が窪み部の深さを変化させ、それ故、窪み部の底面のサイズが変化する場合、この底面のサイズは、窪み部の深さ及び壁部の角度５４．７度の関数となる。例えば、各窪み部の深さは、１００マイクロメートルまで減少させられてもよい。
【００８２】
図１５ａ及び１５ｂは、干渉板の一部を示す。例えば、この干渉板は、２６ｃｍ×１５ｃｍの寸法であってよく、また、これらの窪み部は、ここに図示される中心間が１ｍｍ×１ｍｍの格子よりも小さな格子とされてもよい。
【００８３】
第２の層６３は、ニッケル、銅、又はスズなどの金属で形成されている。入射したＸ線を擾乱させるのは、この第２の金属層６３であり、ピラミッドの壁部の傾きに沿って金属の厚さが変化するため、各ピラミッド形の突出部により、厚さの異なる実質的に無限個の領域がもたらされている。第１の層は、干渉板の製造を補助し、製造後は、金属層６３を支持し、かつ保護する役割を果たす。図１６ａ及び１６ｂから見て取れるように、第２の層６３は、ピラミッド形の突出部６４と裏板６５を含む。第２の層６３は、第１の層６１の表面上への堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）溶融金属により形成され、溶融金属はピラミッド形の窪み部６２を塞ぎ、第１の層６１の表面を覆う、（数マイクロメートルオーダーの）薄い裏板６５を形成する。隣接するピラミッド形の突出部間の第２の層６３の金属は、隣接するピラミッド形の突出部の金属とは異なる様式でＸ線のエネルギースペクトルを擾乱させる、隣接領域とは異なる厚さの領域と考えることもできる。
干渉板（マルチ吸収板とも呼ぶ）は、３次元印刷技術を使用して形成されてもよい。
【００８４】
図１７は、本発明の一実施形態に係るシステムのブロック図であり、ここで、検出器１（上述の実施形態、又は特許請求の範囲に含まれる他の実施形態のうちのいずれかの検出器であってよい）は、データ記録手段７０への出力を提供する。既知の物質の固有データが記録されている、データベース７１と同様に、データ記録手段は、データ処理装置と通信を行う。データ記録手段７０及びデータベース７１は、データ処理ソフトウェアを実行するデータ処理装置７２と通信を行い、このデータ処理ソフトウェアは、データ記録手段及びデータベースからの情報を比較し、物体３の物質特性を判定する。好ましくは、データ処理ソフトウェアの判定を出力し得るデータ出力インターフェース７３（限定するものではないが、ＶＤＵなど）が含まれる。
【００８５】
図１３に示したシステムの他の実施形態では、検出器１は、データ処理装置７２に直接出力を行ってもよく、この場合、データ記録手段を省略してもよいし、又はデータ記録手段７０が、データ処理装置を介して検出器１からのデータを記録してもよい。
【００８６】
ここで、図１６を参照すると、実験室スケールの本発明に係る装置１００が示されている。この装置は、Ｘ線の線源１０２が取り付けられたキャビネット１０１と、台の位置を調整できるように、レール１０４上に取り付けられた試料台１０３の形態としての、被試験物質のための位置を含む。装置１００は、干渉板又はマルチ吸収板１０５と、Ｘ線の検出器１０６を更に含む。検出器１０６は、Ｘ線カメラの一部を形成し、Ｘ線影画像のＸ線の波長の光子を可視波長の光子に変換するためのシンチレーターを含む。このカメラにより画像を撮影し、続いてこの画像を分析することができる。検出器１０６は、図１７に示した実施形態の検出器１であってもよく、構成要素７０〜７３は、装置１００の一部を形成していてもよいし、装置１００と通信を行う構成要素に実装されていてもよい。
【００８７】
ある物質の物質特性を判定するには、その物質を試料台１０３上に位置決めし、Ｘ線の線源１０２に、そのように位置決めされた試料、板１０５を通って検出器１０６に当たるように、Ｘ線のエネルギースペクトルを方向づけさせる。Ｘ線スペクトルは、次の工程に従って分析される。
【００８８】
工程（ｉ）−検出器１０６は、画素化される。各画素について検出器により記録されたＸ線の強度及びエネルギーを、隣接する画素について記録された強度及びエネルギーと比較し、差を記録する。
【００８９】
工程（ｉｉ）−装置内に物質が存在しない状態で、各画素について検出器により記録されたＸ線の強度及びエネルギーを、隣接する画素について記録された強度及びエネルギーと比較し、強度における差を記録する。
【００９０】
工程（ｉｖ）−この方法の工程（ｉ）及び（ｉｉ）で判定した際の、隣接する画素間の記録された強度及びエネルギー間の現在の差（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を比較する。
工程（ｖ）−少なくとも１つの既知の物質についてこの方法の工程（ｉ）〜（ｉｖ）に従い、データベースに差を保存する。
工程（ｖｉ）−被試験物質について記録された強度間の差と、データベースからの既知の物質について記録された強度間の差を比較する。
本明細書においては、Ｘ線という用語は、ガンマ線をも指しているものと認識されてよい。
【００９１】
特定の手段が互いに異なる独立項において言及されたことによっては、これらの手段の組み合わせの使用により利益をもたらすことができないということは示されない。更に、そのような組み合わせが可能であることが、当業者にとって明白である場合は、図示及び／又は記載された、ある実施形態の特徴を、１つ又は２つ以上の他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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