半固定式物質同定装置および方法
【課題】税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができ、かつ遮蔽体全体の厚さを低減し、装置全体を小型化できる半固定式物質同定装置および方法を提供する。
【解決手段】検査物５を搬送する搬送装置１２と、被検査物に対し搬送方向に直交する複数の異なる方向から所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を照射するＸ線照射装置１４と、入射Ｘ線が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置１６と、入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置１８とを備える。さらにＸ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを備える。
【解決手段】検査物５を搬送する搬送装置１２と、被検査物に対し搬送方向に直交する複数の異なる方向から所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を照射するＸ線照射装置１４と、入射Ｘ線が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置１６と、入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置１８とを備える。さらにＸ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線により被検査物の物質識別を行う半固定式物質同定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から広く用いられている。
さらに、近年になって、被検査物の物質を識別する手段が種々提案されている（例えば特許文献１〜３）。
また、放射線を使った検査装置における放射線の遮蔽のための手段も提案されている（例えば特許文献４〜６）。
【０００３】
特許文献１の「内容物識別装置および内容物識別方法」は、容器，袋あるいは機器の中に存在する内容物を簡便にかつ正確に表示してその識別を行うことを目的とする。
そのため、この発明の装置は、Ｘ線透視画像信号を作成する手段、中性子画像信号を作成する手段、これらの信号を基にＸ線透視画像の中に中性子透視画像を合成して表示する手段からなるものである。
【０００４】
特許文献２の「Ｘ線ＣＴ装置」は、端部効果によるアーチファクトを軽減し、診断能の高い再構成画像に得られるＸ線ＣＴ装置を目的とする。
そのためこの装置は、被検体のある断面に、その周囲の多数の角度方向からＸ線を照射し、透過したＸ線を多数のＸ線検出素子を配列してなる多チャンネルＸ線検出器で検出し、デジタルデータとして測定すると共に、該測定したデジタルデータから前記被検体の断面の像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、計測したＸ線強度値であるデジタルデータあるいはそれに相当する値のうち、隣接する複数の値から補間操作によって１Ｘ線検出素子内を細分化した後、該細分化したＸ線強度値のそれぞれをログ変換し、ログ変換した値の加重平均値を１Ｘ線検出素子でのＸ線吸収係数の線積分値あるいはそれに相当する値として出力する補正処理手段を具備し、補正処理手段の出力値を用いて画像再構成するものである。
【０００５】
特許文献３の「Ｘ線ＣＴ装置」は、動きのある心臓等と、高画質化のために高Ｘ線量、高管電流の必要な腹部や脚等の両方の撮像が可能なＸ線ＣＴ装置を目的とする。
そのためこの装置は、図６に示すように、被検体５３を中心にして対向するようにＸ線源５４とＸ線検出器５６とを配置したガントリを、被検体５３を中心にして円周方向に回転させながら、Ｘ線源５４から被検体５３に向かってＸ線を照射し、Ｘ線検出器５６により、被検体５３を透過したＸ線のスキャンデータを検出し、検出したスキャンデータより画像再構成演算を行って被検体５３の体軸を横断する任意の断面の断層撮影像を得るＸ線ＣＴ装置において、検出部位の大きさに応じて、ガントリのスキャン回転数を可変設定する手段５０と、スキャンを複数回行った場合には複数のスキャンデータを加算したデータを用いて画像形成をする手画像処理装置５２を備えるものである。
【０００６】
特許文献４の「ＣＴスキャナ装置」は、容易に移動することができ、検査室でのＸ線遮蔽工事が不要となるＣＴスキャナ装置を目的とする。
そのためこの装置は、スキャナ部を収容する空間が放射線遮蔽壁により包囲されて形成され、且つ放射線遮蔽壁の内部に放射線制御部及びデータ処理部の電子回路配線が組込まれてなるブースを具備するものである。
【０００７】
特許文献５の「非破壊検査装置」は、流れ作業の効率を向上しながら作業員の被爆を防ぐことを目的とする。
そのためこの装置は、非破壊検査装置に、異常部検出手段と異常部同定手段及び流れ作業制御手段を備え、かつ被検査体の流れ作業ラインを迷路状にするものである。
【０００８】
特許文献６の「放射線検査装置」は、ベルトコンベアの出入口でＸ線漏洩を防護し、搬送される被検査物の邪魔にならずにＸ線遮蔽をし、正常に検査できる放射線検査装置を目的とする。
そのためこの装置は、図７に示すように、操作パネル６３からベルトコンベアの駆動部７２を回転させ、ループベルト６８をプーリ８６、７５、８４、８７上に回転移動させる。Ｘ線制御器６１によってＸ線管６２からＸ線を放射させ、スリット６６を通してベルトコンベア上に照射する。一方、被検査物７３が補助台７０から検査ボックス７４内に導入され、上部のベルト８１に取付けられたＸ線遮蔽のれん８０が回転して垂れ下がり、被検査物７３がＸ線遮蔽のれん８０の間に位置して、同じ方向と速度で移動し、Ｘ線ビーム中を通過し、再び次のＸ線遮蔽のれん８０に仕切られて、開口部６９から補助台７１に搬出されるものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−６４２４８号公報、「内容物識別装置および内容物識別方法」
【特許文献２】特許第２７９８９９８号公報、「Ｘ線ＣＴ装置」
【特許文献３】特開２００５−４０４６５号公報、「Ｘ線ＣＴ装置」
【特許文献４】特開平６−３８９６０号公報、「ＣＴスキャナ装置」
【特許文献５】特開平７−５１２４号公報、「非破壊検査装置」
【特許文献６】特開２００２−８２１９９号公報、「放射線検査装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来のＸ線を使った検査技術として、Ｘ線と検出器が固定されているものとＸ線ＣＴ装置のようにＸ線と検出器が対象物の周囲を周回するものがあった。
また、従来の放射線を使った検査装置は、外部に放射線が漏洩するのを防ぐために周囲に重厚な遮蔽体を備えていた。
【００１１】
Ｘ線源と検出器が固定されている場合、一定方向からの透過像しか得られず、かつ物質識別をすることが困難であった。
またＸ線ＣＴ装置では対象物の厚さは精度良く得られるため、水等との相対値で物質を評価することができるが、Ｘ線と検出器を対象物周囲を周回させる必要があるため、検査時間がかかっていた。
さらに、通常は放射線の照射方向に対向する面により重厚な遮蔽体を配置するため、Ｘ線ＣＴ装置のように多方向から放射線が照射されるような場合は全周に渡って重厚な遮蔽体を配置しなければならず、装置全体のサイズが大きくなってしまっていた。
【００１２】
すなわちＸ線ＣＴ装置（Ｘ線断層撮影装置）では、検査対象物の周囲を３６０度回転させて対象物の断層データを取得し、これからコンピュータによって画像を再構築して二次元断面像を得ることができ、さらに内部にある物質を識別することもできる。
しかし、Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線と検出器を回転させるための回転機構を有するため、検査速度が遅い。また検査対象物の周囲の３６０度分のデータを取得するため、バッチ式処理となってしまい、連続的に検査できない。さらにＸ線エネルギーのスペクトルが連続であるため、物質は経験値利用による目安でしか識別できなかった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができ、かつ遮蔽体全体の厚さを低減し、装置全体を小型化できる半固定式物質同定装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、被検査物を搬送する搬送装置と、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射するＸ線照射装置と、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置とを備える、ことを特徴とする半固定式物質同定装置が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置を備える。
【００１６】
また、前記Ｘ線照射装置は、前記搬送装置の片側及び上面に配置されており、
前記Ｘ線検出装置は、前記搬送装置の前記Ｘ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置されており、
さらに、前記Ｘ線検出装置の背面に、前記入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する。
【００１７】
また本発明によれば、被検査物を搬送し、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射し、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する、ことを特徴とする半固定式物質同定方法が提供される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明の装置及び方法によれば、搬送装置により被検査物を搬送しながら、Ｘ線照射装置により複数の異なる方向から入射Ｘ線を照射し、Ｘ線検出装置により被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置により入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示することができる。
【００２０】
従って、被検査物を搬送装置で搬送するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００２１】
また、揺動駆動装置により、被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動することにより、被検査物を搬送装置で前後に繰り返して搬送するだけで、画像表示の解像度を向上できる。
【００２２】
また、Ｘ線照射装置を搬送装置の片側及び上面に配置し、Ｘ線検出装置を搬送装置のＸ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置し、さらに、Ｘ線検出装置の背面に入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する構成により、遮蔽体の設置位置を限定することができるため、装置の小型化が図れる。
特に、放射線の照射方向が床面に向いている場合には床自体が遮蔽の役割を果たせるため、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、遮蔽体自体の簡素化、軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２４】
はじめに本発明の原理について説明する。
図１は、本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。
この図において、横軸はＸ線のエネルギー、縦軸は信号強度、１はＸ線管から放射される入射Ｘ線の強度分布、２はエネルギー弁別機能付きＸ線検出器による入射Ｘ線の検出強度分布、３はある物質を透過した透過Ｘ線のＸ線検出器による検出強度分布である。
【００２５】
この図から明らかなように、Ｘ線管から放射されるＸ線の強度分布１は、ある波長領域において、連続した連続Ｘ線である。
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］とＸ線エネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、式（１）の関係がある。
Ｅ＝１２．４／λ・・・（１）
従って、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は１対１で対応している。
【００２６】
図１において、Ｘ線エネルギーＥ１，Ｅ２の２種の入射Ｘ線（強度Ｉ１０，Ｉ２０）を厚さｘの物質に照射し、その透過Ｘ線の強度Ｉ１，Ｉ２を計測すると、以下の関係がある。
Ｉ１＝Ｉ１０ｅｘｐ（−μ１ｘ）・・・（２ａ）
Ｉ２＝Ｉ２０ｅｘｐ（−μ２ｘ）・・・（２ｂ）
ここで、μ１，μ２はＸ線エネルギーＥ１，Ｅ２における減弱係数（又は線吸収係数）である。
【００２７】
上記（２ａ）（２ｂ）の式から、厚さｘが既知であれば、入射Ｘ線（強度Ｉ１０，Ｉ２０）と透過Ｘ線強度（Ｉ１，Ｉ２）から減弱係数μ１，μ２を求めることができる。
【００２８】
また、減弱係数μ１，μ２は、光電効果とコンプトン効果の和であり、以下の関係がある。
μ１＝ρＺ４Ａ１＋ρＢ１・・・（３ａ）
μ２＝ρＺ４Ａ２＋ρＢ２・・・（３ｂ）
【００２９】
ここで、Ｚは物質の原子番号、ρは物質の電子密度、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、原子番号によって決まる比例定数である。
減弱係数μ１，μ２を実験的に求めることにより、上記式（３ａ）（３ｂ）において、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は理論的に求まるため、２つの未知数Ｚ，ρを求めることができる。
【００３０】
図２は、本発明による半固定式物質同定装置の実施形態を示す全体構成図である。この図において、本発明の半固定式物質同定装置１０は、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６及び演算表示装置１８を備える。
【００３１】
搬送装置１２は、例えばベルトコンベアであり、被検査物５を水平（この図で左右方向）に搬送する。この搬送装置１２は、図で右方への搬送のみではなく、左方への搬送もでき、操作員（検査員）の判断で、操作パネル２３により、被検査物５を前後に任意に搬送することができるようになっている。
また被検査物５は、Ｘ線に対して透明な任意の容器６（例えば旅行用ケース）内に収納されている。なお、９は、容器６を通すための遮蔽カバーである。
【００３２】
図３Ａは、図２のＡ−Ａ矢視図であり、図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、Ｘ線照射装置１４は、被検査物５に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向（この例では４方向）から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を照射する。入射Ｘ線７のエネルギー分布は、例えば図１に１で示した入射Ｘ線の連続した強度分布であるのがよい。
【００３３】
またこの例において、Ｘ線照射装置１４は、搬送方向に一定の間隔を隔てて配置された上流側照射装置１４Ａと下流側照射装置１４Ｂとからなる。この間隔は、短いほどよく、好ましくは１００ｍｍ以内である。
【００３４】
上流側照射装置１４Ａは、図３Ａにおいて、垂直方向上部（以下、「０度の位置」）と垂直方向から時計回りに９０度の位置に配置された２台のＸ線管１５ａ，１５ｂである。
また、下流側照射装置１４Ｂは、図３Ｂにおいて、垂直位置から時計回りに４５度の位置と１３５度の位置に配置された２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄである。図中の小さい数字はそれぞれの垂直位置からの角度を示している。
【００３５】
Ｘ線管１５ａ，１５ｂとＸ線管１５ｃ，１５ｄは、それぞれ搬送方向に直交する同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布の入射Ｘ線７を線状かつ扇状に同時に照射するようになっている。
【００３６】
Ｘ線検出装置１６は、上述したエネルギー弁別機能付きＸ線検出器であり、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２のＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測する。
またこの例において、Ｘ線検出装置１６は、搬送方向に一定の間隔を隔てて配置された上流側検出装置１６Ａと下流側検出装置１６Ｂとからなる。この間隔は、Ｘ線照射装置１４の間隔と同一である。
【００３７】
上流側検出装置１６Ａは、図３Ａにおいて、２台のＸ線管１５ａ，１５ｂに対向するように、Ｘ線管１５ａから時計回りに１８０度の位置に水平に配置された線状検出器１７ａと、２７０度の位置に垂直に配置された線状検出器１７ｂからなる。
また、下流側検出装置１６Ｂは、図３Ｂにおいて、２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄに対向するように、Ｘ線管１５ａから時計回りに２２５度の位置と３１５度の位置に水平に対し４５度の角度で配置された線状検出器１７ｃ，１７ｄからなる。
【００３８】
線状検出器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、それぞれ被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２の強度分布Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測するようになっている。
【００３９】
演算表示装置１８は、例えばコンピュータであり、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度Ｉ１０，Ｉ２０、Ｉ１，Ｉ２から、被検査物５の原子番号Ｚと電子密度ρを算出し、これから被検査物５の物質を識別する。
【００４０】
演算表示装置１８は、２以上の異なる方向から得られた透過Ｘ線８の強度分布から、各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。この特定は、例えば異なる方向が互いに直交していれば、Ｘ線強度の変化から容易にできる。
次いで、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と厚さｘから、式（２ａ）（２ｂ）により、各エネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における２以上の減弱係数μ１，μ２を求める。
次に、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係（上記（３ａ）（３ｂ）の式）から、原子番号Ｚと電子密度ρを算出する。被検査物５の物質は、原子番号Ｚと電子密度ρから一般的に容易に特定でき識別が完了する。
【００４１】
演算表示装置１８は、さらに搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示する表示装置を備え、被検査物５の断面内の物質分布を画像表示するようになっている。断面内の被検査物５の物質分布を演算し画像表示する手段は、周知のＸ線ＣＴ装置と同様である。
【００４２】
図３Ａ，図３Ｂにおいて、Ｘ線照射装置１４Ａ，１４Ｂは、搬送装置１２の片側（図で右側）及び上面に配置されている。また、Ｘ線検出装置１６Ａ，１６Ｂは、搬送装置１２のＸ線照射装置１４Ａ，１４Ｂに対向する反対側（図で左側）及び下面に配置されている。
さらに、本発明の半固定式物質同定装置１０は、Ｘ線検出装置１６Ａ，１６Ｂの背面に、入射Ｘ線７を遮蔽する遮蔽体２０を有する。
この遮蔽体２０は、図で左側及び下側は、入射Ｘ線７を直接遮断できるように十分厚い遮蔽材２０ａ，２０ｂで構成され、図で右側及び上側は、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、薄い遮蔽材２０ｃ，２０ｄで構成されている。
【００４３】
さらに、本発明の半固定式物質同定装置１０は、Ｘ線照射装置１４Ａ，１４Ｂ及びＸ線検出装置１６Ａ，１６Ｂを、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ備える。揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂは、操作パネル２３と演算表示装置１８により制御され、その出力は演算表示装置１８に入力される。
【００４４】
図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ図３Ａ，図３Ｂの揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂによる揺動状態を示す図である。
図４Ａにおいて、Ｘ線照射装置１４ＡとＸ線検出装置１６Ａは、一体で容器６の回りを周方向に、図３Ａの位置から−３０度から３０度の範囲で揺動できるようになっている。その結果、この例では２台のＸ線管１５ａ，１５ｂは、−３０〜３０度、６０〜１２０度の範囲で揺動する。
同様に図４Ｂにおいて、Ｘ線照射装置１４ＢとＸ線検出装置１６Ｂは、一体で容器６の回りを周方向に、図３Ｂの位置から−３０度から＋０度の範囲で揺動できるようになっている。その結果、この例では２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄは、−１５〜４５度、１０５〜１３５度の範囲で揺動する。
また、上記各角度制御は数値制御により、任意の角度に任意のピッチで移動することができるようになっている。
【００４５】
なお、本発明はこの構成に限定されず、Ｘ線照射装置１４のみを揺動しても、Ｘ線検出装置１６のみを揺動してもよい。また、Ｘ線照射装置１４及びＸ線検出装置１６を、それぞれ上流側又は下流側の一方のみで構成してもよく、或いは搬送方向に３列以上で構成してもよい。さらに各断面において、Ｘ線管及び／又は線状検出器を１台としてもよく、３台以上にしてもよい。
【００４６】
本発明の半固定式物質同定方法は、上述した装置を用い、搬送ステップＳ１、照射ステップＳ２、計測ステップＳ３、および演算表示ステップＳ４からなる。
【００４７】
搬送ステップＳ１では、例えばベルトコンベアにより被検査物５を水平に搬送する。
照射ステップＳ２では、被検査物５に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布１を有する入射Ｘ線７を照射する。
計測ステップＳ３では、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２のＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測する。
演算表示ステップＳ４では、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の各強度分布Ｉ１０，Ｉ２０、Ｉ１，Ｉ２から、搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示する。
【００４８】
上記照射ステップＳ２では、同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布１のＸ線を線状かつ扇状に照射し、計測ステップＳ３では、被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２の強度分布を弁別して計測する。
【００４９】
また、被検査物５に入射Ｘ線７を照射して計測中、或いは計測後の被検査物５の搬送中において、Ｘ線照射装置１４及び／又はＸ線検出装置１６を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する。
【００５０】
識別ステップＳ４は、厚さ特定ステップＳ４１、減弱係数算出ステップＳ４２、原子番号・電子密度算出ステップＳ４３、および物質識別ステップＳ４４からなる。
厚さ特定ステップＳ４１では、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。
減弱係数算出ステップＳ４２では、２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と被検査物５の厚さｘから、各エネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における２以上の減弱係数μ１，μ２を求める。
原子番号・電子密度算出ステップＳ４３では、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から原子番号Ｚと電子密度ρを算出する。
物質識別ステップＳ４４では、原子番号Ｚと電子密度ρから被検査物の物質を決定する。
さらに、周知のＸ線ＣＴ装置と同様にして、断面内の被検査物５の物質分布を演算し画像表示する。
【００５１】
図５は、上述した装置を用いて取得されるＸ線画像の取得時間と検出角度との関係を示す図である。また、表１は、この例における検出位置Ａ，Ｂと検出角度の関係を示している。なお表中の数字は検出順序を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
図５及び表１において、被検査物５を収容した容器６を搬送装置１２で順方向に送り、被検査物５が上流側照射装置１４Ａの位置を通過するとき（ＮＯ．１）に、Ｘ線管１５ａ，１５ｂの位置に対応する０度と９０度のＸ線画像が同時に取得される。
次いで、被検査物５が下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するとき（ＮＯ．２）に、Ｘ線管１５ｃ，１５ｄの位置に対応する４５度と１３５度のＸ線画像が同時に取得される。ＮＯ．１とＮＯ．２の時間差は、例えば搬送装置１２の搬送速度が３０ｃｍ／ｓの場合に０．５ｓｅｃ未満である。
【００５４】
この時点で、合計４枚の複数の異なる方向（０，４５，９０，１３５度）から照射した入射Ｘ線の透過Ｘ線の画像が得られている。また、回転中心に対して点対象の方向（１８０，２２５，２７０，３１５度）からの透過画像もほぼ同様の画像となるため、合計８枚の画像が得られたこととなる。
【００５５】
この時点で、Ｘ線検出装置１６により被検査物５を透過した合計８枚の透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示することができる。
従って、被検査物５を搬送装置１２で搬送し、上流側照射装置１４Ａと下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００５６】
また、この時点で、画像が不鮮明で判別が困難な場合には、搬送装置１２を逆方向に戻すと同時に揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを例えば１５度づつ作動させ、被検査物５が下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するとき（ＮＯ．３）に、Ｘ線管１５ｃ，１５ｄの位置に対応する１５度と１０５度の画像を取得し、上流側照射装置１４Ａの位置を通過するとき（ＮＯ．４）に、Ｘ線管１５ａ，１５ｂの位置に対応する−３０度と６０度の画像を取得し、更に、１５度づつ作動させて順方向に送り、Ｎｏ．５で−１５度と７５度、Ｎｏ．６で３０度と１２０度の画像を取得する。
この時点で、合計１２枚の複数の異なる方向（−３０〜１３５度、ピッチ１５度）から照射した入射Ｘ線の透過Ｘ線の画像が得られ、点対象の方向を含めれば合計２４枚の画像が得られたこととなる。
【００５７】
この時点で、Ｘ線検出装置１６により被検査物５を透過した合計２４枚の透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し解像度を高めて表示することができる。
従って、被検査物５を搬送装置１２で前後に繰り返して搬送するだけで、画像表示の解像度を向上できる。
【００５８】
なお、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６、演算表示装置１８及び揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂの作動順序は、上述した例に限定されない。
例えば、ある容器（例えば旅行用ケース）の各部分の断面画像を作成しながら、順に搬送してもよく、或いは容器の搬送を停止して揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを連続的に小ピッチで作動させて特定の断面について精密に検査してもよい。
【００５９】
上述したように、本発明の装置と方法によれば、搬送装置１２により被検査物５を搬送しながら、Ｘ線照射装置１４により複数の異なる方向から入射Ｘ線７を照射し、Ｘ線検出装置１６により被検査物を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示することができる。
【００６０】
従って、被検査物５を搬送装置１２で搬送するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００６１】
また、揺動駆動装置により、被検査物５に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、Ｘ線照射装置１４及び／又はＸ線検出装置１６を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動することにより、被検査物を搬送装置で前後に繰り返して搬送するだけで、断面内の物質分布の画像表示の解像度を向上できる。
【００６２】
また、Ｘ線照射装置１４を搬送装置１２の片側及び上面に配置し、Ｘ線検出装置１６を搬送装置のＸ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置し、さらに、Ｘ線検出装置１６の背面に入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体２０を有する構成により、遮蔽体２０の設置位置を限定することができるため、装置の小型化が図れる。
特に、放射線の照射方向が床面に向いている場合には床自体が遮蔽の役割を果たせるため、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、遮蔽体自体の簡素化、軽量化が図れる。
【００６３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。
【図２】本発明による半固定式物質同定装置の実施形態を示す全体構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図とＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図３の揺動駆動装置による揺動状態を示す図である。
【図５】Ｘ線画像の取得時間と検出角度との関係を示す図である。
【図６】特許文献３の「Ｘ線ＣＴ装置」の模式図である。
【図７】特許文献６の「放射線検査装置」の模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 入射Ｘ線の強度分布、
２ 入射Ｘ線の検出強度分布、
３ 透過Ｘ線の検出強度分布、
５ 被検査物、７ 入射Ｘ線、８ 透過Ｘ線、９ 遮蔽カバー、
１０ 半固定式物質同定装置、１２ 搬送装置、
１４ Ｘ線照射装置、１４Ａ 上流側照射装置、１４Ｂ 下流側照射装置、
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ Ｘ線管、
１６ Ｘ線検出装置、１６Ａ 上流側検出装置、１６Ｂ 下流側検出装置、
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 線状検出器、
１８ 演算表示装置（コンピュータ）、
２０ 遮蔽体、２０ａ，２０ｂ 主遮蔽材、２０ｃ，２０ｄ 副遮蔽材、
２２Ａ，２２Ｂ 揺動駆動装置、２３ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線により被検査物の物質識別を行う半固定式物質同定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から広く用いられている。
さらに、近年になって、被検査物の物質を識別する手段が種々提案されている（例えば特許文献１〜３）。
また、放射線を使った検査装置における放射線の遮蔽のための手段も提案されている（例えば特許文献４〜６）。
【０００３】
特許文献１の「内容物識別装置および内容物識別方法」は、容器，袋あるいは機器の中に存在する内容物を簡便にかつ正確に表示してその識別を行うことを目的とする。
そのため、この発明の装置は、Ｘ線透視画像信号を作成する手段、中性子画像信号を作成する手段、これらの信号を基にＸ線透視画像の中に中性子透視画像を合成して表示する手段からなるものである。
【０００４】
特許文献２の「Ｘ線ＣＴ装置」は、端部効果によるアーチファクトを軽減し、診断能の高い再構成画像に得られるＸ線ＣＴ装置を目的とする。
そのためこの装置は、被検体のある断面に、その周囲の多数の角度方向からＸ線を照射し、透過したＸ線を多数のＸ線検出素子を配列してなる多チャンネルＸ線検出器で検出し、デジタルデータとして測定すると共に、該測定したデジタルデータから前記被検体の断面の像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、計測したＸ線強度値であるデジタルデータあるいはそれに相当する値のうち、隣接する複数の値から補間操作によって１Ｘ線検出素子内を細分化した後、該細分化したＸ線強度値のそれぞれをログ変換し、ログ変換した値の加重平均値を１Ｘ線検出素子でのＸ線吸収係数の線積分値あるいはそれに相当する値として出力する補正処理手段を具備し、補正処理手段の出力値を用いて画像再構成するものである。
【０００５】
特許文献３の「Ｘ線ＣＴ装置」は、動きのある心臓等と、高画質化のために高Ｘ線量、高管電流の必要な腹部や脚等の両方の撮像が可能なＸ線ＣＴ装置を目的とする。
そのためこの装置は、図６に示すように、被検体５３を中心にして対向するようにＸ線源５４とＸ線検出器５６とを配置したガントリを、被検体５３を中心にして円周方向に回転させながら、Ｘ線源５４から被検体５３に向かってＸ線を照射し、Ｘ線検出器５６により、被検体５３を透過したＸ線のスキャンデータを検出し、検出したスキャンデータより画像再構成演算を行って被検体５３の体軸を横断する任意の断面の断層撮影像を得るＸ線ＣＴ装置において、検出部位の大きさに応じて、ガントリのスキャン回転数を可変設定する手段５０と、スキャンを複数回行った場合には複数のスキャンデータを加算したデータを用いて画像形成をする手画像処理装置５２を備えるものである。
【０００６】
特許文献４の「ＣＴスキャナ装置」は、容易に移動することができ、検査室でのＸ線遮蔽工事が不要となるＣＴスキャナ装置を目的とする。
そのためこの装置は、スキャナ部を収容する空間が放射線遮蔽壁により包囲されて形成され、且つ放射線遮蔽壁の内部に放射線制御部及びデータ処理部の電子回路配線が組込まれてなるブースを具備するものである。
【０００７】
特許文献５の「非破壊検査装置」は、流れ作業の効率を向上しながら作業員の被爆を防ぐことを目的とする。
そのためこの装置は、非破壊検査装置に、異常部検出手段と異常部同定手段及び流れ作業制御手段を備え、かつ被検査体の流れ作業ラインを迷路状にするものである。
【０００８】
特許文献６の「放射線検査装置」は、ベルトコンベアの出入口でＸ線漏洩を防護し、搬送される被検査物の邪魔にならずにＸ線遮蔽をし、正常に検査できる放射線検査装置を目的とする。
そのためこの装置は、図７に示すように、操作パネル６３からベルトコンベアの駆動部７２を回転させ、ループベルト６８をプーリ８６、７５、８４、８７上に回転移動させる。Ｘ線制御器６１によってＸ線管６２からＸ線を放射させ、スリット６６を通してベルトコンベア上に照射する。一方、被検査物７３が補助台７０から検査ボックス７４内に導入され、上部のベルト８１に取付けられたＸ線遮蔽のれん８０が回転して垂れ下がり、被検査物７３がＸ線遮蔽のれん８０の間に位置して、同じ方向と速度で移動し、Ｘ線ビーム中を通過し、再び次のＸ線遮蔽のれん８０に仕切られて、開口部６９から補助台７１に搬出されるものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−６４２４８号公報、「内容物識別装置および内容物識別方法」
【特許文献２】特許第２７９８９９８号公報、「Ｘ線ＣＴ装置」
【特許文献３】特開２００５−４０４６５号公報、「Ｘ線ＣＴ装置」
【特許文献４】特開平６−３８９６０号公報、「ＣＴスキャナ装置」
【特許文献５】特開平７−５１２４号公報、「非破壊検査装置」
【特許文献６】特開２００２−８２１９９号公報、「放射線検査装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来のＸ線を使った検査技術として、Ｘ線と検出器が固定されているものとＸ線ＣＴ装置のようにＸ線と検出器が対象物の周囲を周回するものがあった。
また、従来の放射線を使った検査装置は、外部に放射線が漏洩するのを防ぐために周囲に重厚な遮蔽体を備えていた。
【００１１】
Ｘ線源と検出器が固定されている場合、一定方向からの透過像しか得られず、かつ物質識別をすることが困難であった。
またＸ線ＣＴ装置では対象物の厚さは精度良く得られるため、水等との相対値で物質を評価することができるが、Ｘ線と検出器を対象物周囲を周回させる必要があるため、検査時間がかかっていた。
さらに、通常は放射線の照射方向に対向する面により重厚な遮蔽体を配置するため、Ｘ線ＣＴ装置のように多方向から放射線が照射されるような場合は全周に渡って重厚な遮蔽体を配置しなければならず、装置全体のサイズが大きくなってしまっていた。
【００１２】
すなわちＸ線ＣＴ装置（Ｘ線断層撮影装置）では、検査対象物の周囲を３６０度回転させて対象物の断層データを取得し、これからコンピュータによって画像を再構築して二次元断面像を得ることができ、さらに内部にある物質を識別することもできる。
しかし、Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線と検出器を回転させるための回転機構を有するため、検査速度が遅い。また検査対象物の周囲の３６０度分のデータを取得するため、バッチ式処理となってしまい、連続的に検査できない。さらにＸ線エネルギーのスペクトルが連続であるため、物質は経験値利用による目安でしか識別できなかった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができ、かつ遮蔽体全体の厚さを低減し、装置全体を小型化できる半固定式物質同定装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、被検査物を搬送する搬送装置と、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射するＸ線照射装置と、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置とを備える、ことを特徴とする半固定式物質同定装置が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置を備える。
【００１６】
また、前記Ｘ線照射装置は、前記搬送装置の片側及び上面に配置されており、
前記Ｘ線検出装置は、前記搬送装置の前記Ｘ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置されており、
さらに、前記Ｘ線検出装置の背面に、前記入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する。
【００１７】
また本発明によれば、被検査物を搬送し、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射し、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する、ことを特徴とする半固定式物質同定方法が提供される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明の装置及び方法によれば、搬送装置により被検査物を搬送しながら、Ｘ線照射装置により複数の異なる方向から入射Ｘ線を照射し、Ｘ線検出装置により被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置により入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示することができる。
【００２０】
従って、被検査物を搬送装置で搬送するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００２１】
また、揺動駆動装置により、被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動することにより、被検査物を搬送装置で前後に繰り返して搬送するだけで、画像表示の解像度を向上できる。
【００２２】
また、Ｘ線照射装置を搬送装置の片側及び上面に配置し、Ｘ線検出装置を搬送装置のＸ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置し、さらに、Ｘ線検出装置の背面に入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する構成により、遮蔽体の設置位置を限定することができるため、装置の小型化が図れる。
特に、放射線の照射方向が床面に向いている場合には床自体が遮蔽の役割を果たせるため、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、遮蔽体自体の簡素化、軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２４】
はじめに本発明の原理について説明する。
図１は、本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。
この図において、横軸はＸ線のエネルギー、縦軸は信号強度、１はＸ線管から放射される入射Ｘ線の強度分布、２はエネルギー弁別機能付きＸ線検出器による入射Ｘ線の検出強度分布、３はある物質を透過した透過Ｘ線のＸ線検出器による検出強度分布である。
【００２５】
この図から明らかなように、Ｘ線管から放射されるＸ線の強度分布１は、ある波長領域において、連続した連続Ｘ線である。
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］とＸ線エネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、式（１）の関係がある。
Ｅ＝１２．４／λ・・・（１）
従って、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は１対１で対応している。
【００２６】
図１において、Ｘ線エネルギーＥ１，Ｅ２の２種の入射Ｘ線（強度Ｉ１０，Ｉ２０）を厚さｘの物質に照射し、その透過Ｘ線の強度Ｉ１，Ｉ２を計測すると、以下の関係がある。
Ｉ１＝Ｉ１０ｅｘｐ（−μ１ｘ）・・・（２ａ）
Ｉ２＝Ｉ２０ｅｘｐ（−μ２ｘ）・・・（２ｂ）
ここで、μ１，μ２はＸ線エネルギーＥ１，Ｅ２における減弱係数（又は線吸収係数）である。
【００２７】
上記（２ａ）（２ｂ）の式から、厚さｘが既知であれば、入射Ｘ線（強度Ｉ１０，Ｉ２０）と透過Ｘ線強度（Ｉ１，Ｉ２）から減弱係数μ１，μ２を求めることができる。
【００２８】
また、減弱係数μ１，μ２は、光電効果とコンプトン効果の和であり、以下の関係がある。
μ１＝ρＺ４Ａ１＋ρＢ１・・・（３ａ）
μ２＝ρＺ４Ａ２＋ρＢ２・・・（３ｂ）
【００２９】
ここで、Ｚは物質の原子番号、ρは物質の電子密度、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、原子番号によって決まる比例定数である。
減弱係数μ１，μ２を実験的に求めることにより、上記式（３ａ）（３ｂ）において、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は理論的に求まるため、２つの未知数Ｚ，ρを求めることができる。
【００３０】
図２は、本発明による半固定式物質同定装置の実施形態を示す全体構成図である。この図において、本発明の半固定式物質同定装置１０は、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６及び演算表示装置１８を備える。
【００３１】
搬送装置１２は、例えばベルトコンベアであり、被検査物５を水平（この図で左右方向）に搬送する。この搬送装置１２は、図で右方への搬送のみではなく、左方への搬送もでき、操作員（検査員）の判断で、操作パネル２３により、被検査物５を前後に任意に搬送することができるようになっている。
また被検査物５は、Ｘ線に対して透明な任意の容器６（例えば旅行用ケース）内に収納されている。なお、９は、容器６を通すための遮蔽カバーである。
【００３２】
図３Ａは、図２のＡ−Ａ矢視図であり、図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、Ｘ線照射装置１４は、被検査物５に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向（この例では４方向）から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線７を照射する。入射Ｘ線７のエネルギー分布は、例えば図１に１で示した入射Ｘ線の連続した強度分布であるのがよい。
【００３３】
またこの例において、Ｘ線照射装置１４は、搬送方向に一定の間隔を隔てて配置された上流側照射装置１４Ａと下流側照射装置１４Ｂとからなる。この間隔は、短いほどよく、好ましくは１００ｍｍ以内である。
【００３４】
上流側照射装置１４Ａは、図３Ａにおいて、垂直方向上部（以下、「０度の位置」）と垂直方向から時計回りに９０度の位置に配置された２台のＸ線管１５ａ，１５ｂである。
また、下流側照射装置１４Ｂは、図３Ｂにおいて、垂直位置から時計回りに４５度の位置と１３５度の位置に配置された２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄである。図中の小さい数字はそれぞれの垂直位置からの角度を示している。
【００３５】
Ｘ線管１５ａ，１５ｂとＸ線管１５ｃ，１５ｄは、それぞれ搬送方向に直交する同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布の入射Ｘ線７を線状かつ扇状に同時に照射するようになっている。
【００３６】
Ｘ線検出装置１６は、上述したエネルギー弁別機能付きＸ線検出器であり、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２のＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測する。
またこの例において、Ｘ線検出装置１６は、搬送方向に一定の間隔を隔てて配置された上流側検出装置１６Ａと下流側検出装置１６Ｂとからなる。この間隔は、Ｘ線照射装置１４の間隔と同一である。
【００３７】
上流側検出装置１６Ａは、図３Ａにおいて、２台のＸ線管１５ａ，１５ｂに対向するように、Ｘ線管１５ａから時計回りに１８０度の位置に水平に配置された線状検出器１７ａと、２７０度の位置に垂直に配置された線状検出器１７ｂからなる。
また、下流側検出装置１６Ｂは、図３Ｂにおいて、２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄに対向するように、Ｘ線管１５ａから時計回りに２２５度の位置と３１５度の位置に水平に対し４５度の角度で配置された線状検出器１７ｃ，１７ｄからなる。
【００３８】
線状検出器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、それぞれ被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２の強度分布Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測するようになっている。
【００３９】
演算表示装置１８は、例えばコンピュータであり、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度Ｉ１０，Ｉ２０、Ｉ１，Ｉ２から、被検査物５の原子番号Ｚと電子密度ρを算出し、これから被検査物５の物質を識別する。
【００４０】
演算表示装置１８は、２以上の異なる方向から得られた透過Ｘ線８の強度分布から、各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。この特定は、例えば異なる方向が互いに直交していれば、Ｘ線強度の変化から容易にできる。
次いで、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と厚さｘから、式（２ａ）（２ｂ）により、各エネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における２以上の減弱係数μ１，μ２を求める。
次に、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係（上記（３ａ）（３ｂ）の式）から、原子番号Ｚと電子密度ρを算出する。被検査物５の物質は、原子番号Ｚと電子密度ρから一般的に容易に特定でき識別が完了する。
【００４１】
演算表示装置１８は、さらに搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示する表示装置を備え、被検査物５の断面内の物質分布を画像表示するようになっている。断面内の被検査物５の物質分布を演算し画像表示する手段は、周知のＸ線ＣＴ装置と同様である。
【００４２】
図３Ａ，図３Ｂにおいて、Ｘ線照射装置１４Ａ，１４Ｂは、搬送装置１２の片側（図で右側）及び上面に配置されている。また、Ｘ線検出装置１６Ａ，１６Ｂは、搬送装置１２のＸ線照射装置１４Ａ，１４Ｂに対向する反対側（図で左側）及び下面に配置されている。
さらに、本発明の半固定式物質同定装置１０は、Ｘ線検出装置１６Ａ，１６Ｂの背面に、入射Ｘ線７を遮蔽する遮蔽体２０を有する。
この遮蔽体２０は、図で左側及び下側は、入射Ｘ線７を直接遮断できるように十分厚い遮蔽材２０ａ，２０ｂで構成され、図で右側及び上側は、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、薄い遮蔽材２０ｃ，２０ｄで構成されている。
【００４３】
さらに、本発明の半固定式物質同定装置１０は、Ｘ線照射装置１４Ａ，１４Ｂ及びＸ線検出装置１６Ａ，１６Ｂを、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ備える。揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂは、操作パネル２３と演算表示装置１８により制御され、その出力は演算表示装置１８に入力される。
【００４４】
図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ図３Ａ，図３Ｂの揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂによる揺動状態を示す図である。
図４Ａにおいて、Ｘ線照射装置１４ＡとＸ線検出装置１６Ａは、一体で容器６の回りを周方向に、図３Ａの位置から−３０度から３０度の範囲で揺動できるようになっている。その結果、この例では２台のＸ線管１５ａ，１５ｂは、−３０〜３０度、６０〜１２０度の範囲で揺動する。
同様に図４Ｂにおいて、Ｘ線照射装置１４ＢとＸ線検出装置１６Ｂは、一体で容器６の回りを周方向に、図３Ｂの位置から−３０度から＋０度の範囲で揺動できるようになっている。その結果、この例では２台のＸ線管１５ｃ，１５ｄは、−１５〜４５度、１０５〜１３５度の範囲で揺動する。
また、上記各角度制御は数値制御により、任意の角度に任意のピッチで移動することができるようになっている。
【００４５】
なお、本発明はこの構成に限定されず、Ｘ線照射装置１４のみを揺動しても、Ｘ線検出装置１６のみを揺動してもよい。また、Ｘ線照射装置１４及びＸ線検出装置１６を、それぞれ上流側又は下流側の一方のみで構成してもよく、或いは搬送方向に３列以上で構成してもよい。さらに各断面において、Ｘ線管及び／又は線状検出器を１台としてもよく、３台以上にしてもよい。
【００４６】
本発明の半固定式物質同定方法は、上述した装置を用い、搬送ステップＳ１、照射ステップＳ２、計測ステップＳ３、および演算表示ステップＳ４からなる。
【００４７】
搬送ステップＳ１では、例えばベルトコンベアにより被検査物５を水平に搬送する。
照射ステップＳ２では、被検査物５に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布１を有する入射Ｘ線７を照射する。
計測ステップＳ３では、入射Ｘ線７が被検査物５を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２のＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を弁別して計測する。
演算表示ステップＳ４では、２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の各強度分布Ｉ１０，Ｉ２０、Ｉ１，Ｉ２から、搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示する。
【００４８】
上記照射ステップＳ２では、同一断面内で被検査物５に対し所定のエネルギー分布１のＸ線を線状かつ扇状に照射し、計測ステップＳ３では、被検査物５を透過した線状のＸ線から２以上のエネルギー領域Ｅ１，Ｅ２の強度分布を弁別して計測する。
【００４９】
また、被検査物５に入射Ｘ線７を照射して計測中、或いは計測後の被検査物５の搬送中において、Ｘ線照射装置１４及び／又はＸ線検出装置１６を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する。
【００５０】
識別ステップＳ４は、厚さ特定ステップＳ４１、減弱係数算出ステップＳ４２、原子番号・電子密度算出ステップＳ４３、および物質識別ステップＳ４４からなる。
厚さ特定ステップＳ４１では、２以上の異なる方向から得られたＸ線の強度分布から、前記各方向の被検査物５の厚さｘを特定する。
減弱係数算出ステップＳ４２では、２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線７と透過Ｘ線８の強度と被検査物５の厚さｘから、各エネルギー領域Ｅ１，Ｅ２における２以上の減弱係数μ１，μ２を求める。
原子番号・電子密度算出ステップＳ４３では、光電効果、コンプトン効果及び減弱係数の関係から原子番号Ｚと電子密度ρを算出する。
物質識別ステップＳ４４では、原子番号Ｚと電子密度ρから被検査物の物質を決定する。
さらに、周知のＸ線ＣＴ装置と同様にして、断面内の被検査物５の物質分布を演算し画像表示する。
【００５１】
図５は、上述した装置を用いて取得されるＸ線画像の取得時間と検出角度との関係を示す図である。また、表１は、この例における検出位置Ａ，Ｂと検出角度の関係を示している。なお表中の数字は検出順序を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
図５及び表１において、被検査物５を収容した容器６を搬送装置１２で順方向に送り、被検査物５が上流側照射装置１４Ａの位置を通過するとき（ＮＯ．１）に、Ｘ線管１５ａ，１５ｂの位置に対応する０度と９０度のＸ線画像が同時に取得される。
次いで、被検査物５が下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するとき（ＮＯ．２）に、Ｘ線管１５ｃ，１５ｄの位置に対応する４５度と１３５度のＸ線画像が同時に取得される。ＮＯ．１とＮＯ．２の時間差は、例えば搬送装置１２の搬送速度が３０ｃｍ／ｓの場合に０．５ｓｅｃ未満である。
【００５４】
この時点で、合計４枚の複数の異なる方向（０，４５，９０，１３５度）から照射した入射Ｘ線の透過Ｘ線の画像が得られている。また、回転中心に対して点対象の方向（１８０，２２５，２７０，３１５度）からの透過画像もほぼ同様の画像となるため、合計８枚の画像が得られたこととなる。
【００５５】
この時点で、Ｘ線検出装置１６により被検査物５を透過した合計８枚の透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し表示することができる。
従って、被検査物５を搬送装置１２で搬送し、上流側照射装置１４Ａと下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００５６】
また、この時点で、画像が不鮮明で判別が困難な場合には、搬送装置１２を逆方向に戻すと同時に揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを例えば１５度づつ作動させ、被検査物５が下流側照射装置１４Ｂの位置を通過するとき（ＮＯ．３）に、Ｘ線管１５ｃ，１５ｄの位置に対応する１５度と１０５度の画像を取得し、上流側照射装置１４Ａの位置を通過するとき（ＮＯ．４）に、Ｘ線管１５ａ，１５ｂの位置に対応する−３０度と６０度の画像を取得し、更に、１５度づつ作動させて順方向に送り、Ｎｏ．５で−１５度と７５度、Ｎｏ．６で３０度と１２０度の画像を取得する。
この時点で、合計１２枚の複数の異なる方向（−３０〜１３５度、ピッチ１５度）から照射した入射Ｘ線の透過Ｘ線の画像が得られ、点対象の方向を含めれば合計２４枚の画像が得られたこととなる。
【００５７】
この時点で、Ｘ線検出装置１６により被検査物５を透過した合計２４枚の透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により２以上のエネルギー領域における入射Ｘ線と透過Ｘ線の強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物５の物質分布を演算し解像度を高めて表示することができる。
従って、被検査物５を搬送装置１２で前後に繰り返して搬送するだけで、画像表示の解像度を向上できる。
【００５８】
なお、搬送装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出装置１６、演算表示装置１８及び揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂの作動順序は、上述した例に限定されない。
例えば、ある容器（例えば旅行用ケース）の各部分の断面画像を作成しながら、順に搬送してもよく、或いは容器の搬送を停止して揺動駆動装置２２Ａ，２２Ｂを連続的に小ピッチで作動させて特定の断面について精密に検査してもよい。
【００５９】
上述したように、本発明の装置と方法によれば、搬送装置１２により被検査物５を搬送しながら、Ｘ線照射装置１４により複数の異なる方向から入射Ｘ線７を照射し、Ｘ線検出装置１６により被検査物を透過した各透過Ｘ線８から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、演算表示装置１８により入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示することができる。
【００６０】
従って、被検査物５を搬送装置１２で搬送するだけで、断面内の物質分布が画像表示されるので、税関や空港における手荷物検査等において、被検査物を連続的に検査して、短時間にその物質を識別することができる。
【００６１】
また、揺動駆動装置により、被検査物５に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、Ｘ線照射装置１４及び／又はＸ線検出装置１６を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動することにより、被検査物を搬送装置で前後に繰り返して搬送するだけで、断面内の物質分布の画像表示の解像度を向上できる。
【００６２】
また、Ｘ線照射装置１４を搬送装置１２の片側及び上面に配置し、Ｘ線検出装置１６を搬送装置のＸ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置し、さらに、Ｘ線検出装置１６の背面に入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体２０を有する構成により、遮蔽体２０の設置位置を限定することができるため、装置の小型化が図れる。
特に、放射線の照射方向が床面に向いている場合には床自体が遮蔽の役割を果たせるため、床から散乱した放射線（一般的にはエネルギーが減衰している）を遮蔽できればよいため、遮蔽体自体の簡素化、軽量化が図れる。
【００６３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明で使用するＸ線管とＸ線検出器のスペクトル図である。
【図２】本発明による半固定式物質同定装置の実施形態を示す全体構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図とＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図３の揺動駆動装置による揺動状態を示す図である。
【図５】Ｘ線画像の取得時間と検出角度との関係を示す図である。
【図６】特許文献３の「Ｘ線ＣＴ装置」の模式図である。
【図７】特許文献６の「放射線検査装置」の模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 入射Ｘ線の強度分布、
２ 入射Ｘ線の検出強度分布、
３ 透過Ｘ線の検出強度分布、
５ 被検査物、７ 入射Ｘ線、８ 透過Ｘ線、９ 遮蔽カバー、
１０ 半固定式物質同定装置、１２ 搬送装置、
１４ Ｘ線照射装置、１４Ａ 上流側照射装置、１４Ｂ 下流側照射装置、
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ Ｘ線管、
１６ Ｘ線検出装置、１６Ａ 上流側検出装置、１６Ｂ 下流側検出装置、
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 線状検出器、
１８ 演算表示装置（コンピュータ）、
２０ 遮蔽体、２０ａ，２０ｂ 主遮蔽材、２０ｃ，２０ｄ 副遮蔽材、
２２Ａ，２２Ｂ 揺動駆動装置、２３ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物を搬送する搬送装置と、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射するＸ線照射装置と、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置とを備える、ことを特徴とする半固定式物質同定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の半固定式物質同定装置。
【請求項３】
前記Ｘ線照射装置は、前記搬送装置の片側及び上面に配置されており、
前記Ｘ線検出装置は、前記搬送装置の前記Ｘ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置されており、
さらに、前記Ｘ線検出装置の背面に、前記入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の半固定式物質同定装置。
【請求項４】
被検査物を搬送し、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射し、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する、ことを特徴とする半固定式物質同定方法。
【請求項５】
被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する、ことを特徴とする請求項４に記載の半固定式物質同定方法。
【請求項１】
被検査物を搬送する搬送装置と、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射するＸ線照射装置と、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測するＸ線検出装置と、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する演算表示装置とを備える、ことを特徴とする半固定式物質同定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する揺動駆動装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の半固定式物質同定装置。
【請求項３】
前記Ｘ線照射装置は、前記搬送装置の片側及び上面に配置されており、
前記Ｘ線検出装置は、前記搬送装置の前記Ｘ線照射装置に対向する反対側及び下面に配置されており、
さらに、前記Ｘ線検出装置の背面に、前記入射Ｘ線を遮蔽する遮蔽体を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の半固定式物質同定装置。
【請求項４】
被検査物を搬送し、
前記被検査物に対し、搬送方向に直交する複数の異なる方向から、所定のエネルギー分布を有する入射Ｘ線を照射し、
前記入射Ｘ線が被検査物を透過した各透過Ｘ線から２以上のエネルギー領域のＸ線強度を弁別して計測し、
前記入射Ｘ線と透過Ｘ線の各強度分布から搬送方向に直交する断面内の被検査物の物質分布を演算し表示する、ことを特徴とする半固定式物質同定方法。
【請求項５】
被検査物に入射Ｘ線を照射して計測中、或いは計測後の被検査物の搬送中において、
前記Ｘ線照射装置及び／又はＸ線検出装置を、搬送方向に直交する面内で周方向に所定の角度範囲で揺動駆動する、ことを特徴とする請求項４に記載の半固定式物質同定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−８４４１（Ｐ２００９−８４４１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６７９２０（Ｐ２００７−１６７９２０）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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