２段Ｘ線検出器
【課題】単一の高出力Ｘ線発生装置を用いて、簡易に被検査物の材質を識別することができ、これにより装置を小型かつ安価にでき、かつマルチチャンネル化が容易である高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器を提供する。
【解決手段】入射Ｘ線３を透過させる低エネルギー用シンチレータ１２を有し、所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器１０と、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４を再度透過させる高エネルギー用フィルタ２２とその後方の高エネルギー用シンチレータ２４を有し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器２０とを備える。低エネルギーＸ線検出器１０は、さらに、低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置し、低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズム１４と、全反射プリズムで反射された発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子１６とを備える。
【解決手段】入射Ｘ線３を透過させる低エネルギー用シンチレータ１２を有し、所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器１０と、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４を再度透過させる高エネルギー用フィルタ２２とその後方の高エネルギー用シンチレータ２４を有し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器２０とを備える。低エネルギーＸ線検出器１０は、さらに、低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置し、低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズム１４と、全反射プリズムで反射された発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器に関する。
【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。
【０００３】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波である。
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。しかし、Ｘ線管により発生するＸ線は、低エネルギーであり、検査対象物へのＸ線透過能力が低い問題点がある。
そこで、加速器を用いてターゲットに電子線を衝突させ、高エネルギー（例えば９５０ｋｅＶ）のＸ線ビームを発生するＸ線源が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
一方、Ｘ線の強度や画像を検出するＸ線検出器は、気体の電離作用を利用した比例計数管、固体の蛍光作用を利用したシンチレーション計数管、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、等が従来から知られている。
【０００５】
また、Ｘ線により物質識別をする先行技術として、例えば特許文献２，３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９８５２２号公報、「Ｘ線源」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開２００９−１２２１０８号公報、「物質識別方法および物質識別機器」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｘ線により物質識別をする場合、従来は、例えば２種のパルスＸ線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、２種のパルスＸ線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスＸ線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。
【０００８】
また、この問題を解決するために、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を２組用い、一方のＸ線管で高出力のＸ線を照射し、次いで他方のＸ線管で低出力のＸ線を照射し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
しかし、この手段の場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である問題点がある。また、この手段では、２組のＸ線発生装置とＸ線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
【０００９】
また、特許文献２のように、単一のＸ線発生装置で波長領域の広いＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線を、間にフィルタを挟持した２枚のＸ線検出器で検出し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、Ｘ線発生装置は１台ですむが、Ｘ線検出器は２台必要であり、さらに間にＸ線の特定の波長をカットする特殊なフィルタを必要とする問題点がある。
【００１０】
また、税関や空港における手荷物検査等において、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器は、非常に小さいピッチ（例えば２ｍｍ程度）で直線状に並んだ多数の検出セルを備える必要がある。そのため、このようなマルチチャンネル化が容易であることが望まれていた。
【００１１】
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、単一の高出力Ｘ線発生装置を用いて、簡易に被検査物の材質を識別することができ、これにより装置を小型かつ安価にでき、かつマルチチャンネル化が容易である高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線を用い、該Ｘ線を被検査物に照射しこれを透過した入射Ｘ線のＸ線エネルギーを検出しこれから被検査物の物質識別をするための２段Ｘ線検出器であって、
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器が提供される。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、前記低エネルギー用シンチレータは、前記入射Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する平板状の蛍光体であり、
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える。
【００１４】
また、前記全反射プリズムは、その全反射面に、前記入射Ｘ線を透過し前記低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有する。
【００１５】
また、前記高エネルギー用フィルタは、前記透過Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収する平板状の金属板であり、
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える。
【００１６】
また、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。
【００１７】
また、前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び高エネルギー用シンチレータは、前記厚さ方向側面に、前記入射Ｘ線、透過Ｘ線、低エネルギー用シンチレータ内の発光、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光を遮断する遮蔽板を有する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータを透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータで吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、高エネルギー用光電素子により低エネルギー用シンチレータを透過したＸ線エネルギーは既知なので、低エネルギーＸ線検出器で検出したＸ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器と低エネルギーＸ線検出器のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【００１９】
また、低エネルギーＸ線検出器が、さらに、全反射プリズムと低エネルギー用光電素子とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータで発生した発光を全反射プリズムにより直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。
【００２０】
また、前記全反射プリズムが、その全反射面に、入射Ｘ線を透過し低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有するので、（３）低エネルギー用光電素子への低エネルギー用シンチレータからの光の伝達効率を上げることができる。
【００２１】
また、全反射プリズムが前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。
【００２２】
さらに、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による２段Ｘ線検出器の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における平面図である。
【図３】本発明の２段Ｘ線検出器の原理説明図である。
【図４】本発明の２段Ｘ線検出器による入射エネルギーと吸収エネルギーとの関係図である。
【図５】本発明の２段Ｘ線検出器による低エネルギー用シンチレータの透過率と２つのシンチレータの透過率との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は、本発明による２段Ｘ線検出器の側面図である。
本発明の２段Ｘ線検出器は、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線１を用い、このＸ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３のＸ線エネルギーを検出し、これから被検査物２の物質識別をするためのＸ線検出器である。
Ｘ線１は、好ましくはＸバンドライナックＸ線源から得られる制動輻射Ｘ線であり、最大９５０ｋｅＶ（０．９５ＭｅＶ）のエネルギーを有し、数ＭｅＶのエネルギー範囲で分布する。
【００２６】
Ｘ線１がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（１）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（１）
ここで、Ｉ０は物質に入射する前のＸ線強度、μは減弱係数（又は線吸収係数）である。
【００２７】
図１において、本発明の２段Ｘ線検出器は、低エネルギーＸ線検出器１０と高エネルギーＸ線検出器２０を備える。
低エネルギーＸ線検出器１０は、入射Ｘ線３を透過させる低エネルギー用シンチレータ１２を有し、低エネルギー用シンチレータ１２により前記エネルギー範囲の少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）のＸ線エネルギーを吸収し検出する。
【００２８】
低エネルギー用シンチレータ１２は、入射Ｘ線３に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し表面で発光する平板状の蛍光体である。低エネルギー用シンチレータ１２は、前記エネルギー範囲の低エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、０．５ｍｍ厚のＣＳＩであるが、本発明はこれに限定されず、ＮａＩ，ＣａＦ２，ＢＧＯ，等でもよい。
【００２９】
また低エネルギーＸ線検出器１０は、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６を備える。
全反射プリズム１４は、低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置し、低エネルギー用シンチレータ１２内の発光を図で下方に９０度全反射する。全反射プリズム１４は、Ｘ線及び可視光の透過率が高く、減弱係数μが無視できるほど小さい材料（例えば石英ガラス）が好ましい。
【００３０】
全反射プリズム１４は、さらにその全反射面（図で４５度の傾斜面）に、入射Ｘ線３を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５を反射するミラーコーティング１５を有する。この透過率は１００％又はこれに近く、反射率は１００％又はこれに近いのが好ましい。
低エネルギー用光電素子１６は、全反射プリズム１４により図で下方に反射された低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５の光量に比例する電気信号６を出力する。
【００３１】
高エネルギーＸ線検出器２０は、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４を再度透過させる高エネルギー用フィルタ２２とその後方の高エネルギー用シンチレータ２４を有し、高エネルギー用シンチレータ２４により前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば高エネルギー領域）を吸収し検出する。
高エネルギー用フィルタ２２は、透過Ｘ線４に直交して位置し、前記エネルギー範囲において低エネルギーのＸ線エネルギーを吸収する平板状（後述の実施例では、１．０ｍｍ厚）の金属板（例えば、Ｃｕ，Ｆｅ，ＡＬ等）である。
【００３２】
また高エネルギー用シンチレータ２４は、高エネルギー用フィルタ２２の後方（図で右側）に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し内部で発光する矩形平板状の蛍光体である。高エネルギー用シンチレータ２４は、前記エネルギー範囲の高エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であるが、本発明はこれに限定されず、その他の蛍光体でもよい。
高エネルギーＸ線検出器２０は、さらに、高エネルギー用光電素子２６を備える。高エネルギー用光電素子２６は、高エネルギー用シンチレータ２４の側面（この図で下方）に位置し、高エネルギー用シンチレータ２０内の発光７の光量に比例する電気信号８を出力する。
【００３３】
図１において、３０は演算装置（例えばコンピュータ）であり、電気信号６，８から被検査物２の物質を識別して出力９する。
さらに、図１において、３２は入射Ｘ線３の通路を限定するためにコリメータであり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。また３４は、入射Ｘ線３の通路に外乱光が入射するのを防止する外乱防止治具であり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。
なお、コリメータ３２、外乱防止治具３４の形状は、機能を満たす限りで自由に変更できる。またこれらは本発明において必須ではなく、これらを省略することもできる。
【００３４】
図２は、図１のＡ−Ａ線における平面図である。
この図において、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。
なお、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する構成部品１２，１４，１６の一部（例えば、低エネルギー用シンチレータ１２を所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に構成せず、数チャンネル（例えば４ｃｈ）で１組にしてもよい。
なお、高エネルギー用フィルタ２２も、同様に所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置してもよい。
【００３５】
また、低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び高エネルギー用シンチレータ２４は、厚さ方向（図で上下）の側面に、入射Ｘ線３、透過Ｘ線４、低エネルギー用シンチレータ内の発光５、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光７を遮断する遮蔽板３６を有する。遮蔽板３６は、後述の例では０．３ｍｍ厚の鉛板と水溶性ペイントである。鉛板は発光７の透過を遮断し、水溶性ペイントは反射を防止する。
【００３６】
この構成により、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【００３７】
図３は、本発明の２段Ｘ線検出器の原理説明図である。
この図において、Ｘ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４、高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度をそれぞれＩ３，Ｉ４，Ｉ４ｂとすると、式（１）から以下の式（２）（３）が成り立つ。ここで、μ１，ｘ１は低エネルギー用シンチレータ１２の減弱係数と厚さ、μ２，ｘ２は、高エネルギー用フィルタ２２の減弱係数と厚さである。また、全反射プリズム１４の減弱係数と厚さは無視できるものとする。
【００３８】
Ｉ４＝Ｉ３ｅｘｐ（−μ１ｘ１）・・・（２）
Ｉ４ｂ＝Ｉ４ｅｘｐ（−μ２ｘ２）・・・（３）
【００３９】
高エネルギー用光電素子２６によりＩ４ｂを検出すると、式（３）において、μ２，ｘ２は既知なのでＩ４が求まり、さらに、式（２）において、μ１，ｘ１は既知であるから、Ｉ３が求まる。すなわち、高エネルギー用光電素子２６により高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度が検出できれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。
【００４０】
また、高エネルギー用光電素子２６によりＩ４を求め、さらに低エネルギーＸ線検出器１０によりＩ３−Ｉ４を検出すれば、その和としてＩ３が求まる。この場合、透過Ｘ線４ｂのＸ線強度Ｉ４ｂは０であってもよい。
すなわち、低エネルギーＸ線検出器１０により低エネルギー用シンチレータ１２での減衰エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出すれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。
【００４１】
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示した２段Ｘ線検出器を製作し、試験した。製作した２段Ｘ線検出器において、低エネルギー用シンチレータ１２は０．５ｍｍ厚のＣＳＩ、全反射プリズム１４は石英ガラス製、ミラーコーティング１５は入射Ｘ線３（例えば波長０．０１〜１００Å）を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５（例えば波長６００nm）を全反射する多層膜コーティングに設定した。
また、高エネルギー用フィルタ２２は、１．０ｍｍ厚のＣｕ、高エネルギー用シンチレータ２４は幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であった。
【００４３】
図４は、本発明の２段Ｘ線検出器による入射エネルギーと吸収エネルギーとの関係図である。この図において、横軸は入射エネルギー、縦軸は吸収エネルギーの割合、図中の実線は高エネルギー用シンチレータ２４の吸収エネルギー、破線は低エネルギー用シンチレータ１２の吸収エネルギーである。
先行研究の結果から、厚さが異なる２段のシンチレータで得られる投影データが予想とおり、図４から薄いシンチレータ（ＣｓＩ）は低エネルギーのＸ線を、厚いシンチレータ（ＣｄＷＯ４）は高エネルギーのＸ線を採取していることが確認された。
従って、低エネルギー用シンチレータ１２と高エネルギー用シンチレータ２４で同時にＸ線を検出することで、０〜０．９５ＭｅＶのエネルギー範囲で少なくともいずれか一方でＸ線を検出できることがわかる。
【００４４】
図５は、本発明の２段Ｘ線検出器による低エネルギー用シンチレータの透過率と２つのシンチレータの透過率との関係図である。この図において、横軸は低エネルギー用シンチレータの透過率Ｒ１、縦軸は２つのシンチレータの透過率Ｒである。
この図から、Ｘバンドライナックからの制動輻射Ｘ線を鉄、アルミなどのターゲットに照射すると、本発明の２段Ｘ線検出器で低エネルギー用シンチレータの透過率（Ｒ１）とシンチレータ１２，２４の総合透過率の比（Ｒ）の関係が物質によって変化することが分かった。これは本発明の２段Ｘ線検出器が物質判別手段として適用できることを示している。
【００４５】
上述した本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器２０により、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器１０における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器１０により、低エネルギー用シンチレータ１２で吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出することができる。また、高エネルギー用光電素子２６により低エネルギー用シンチレータ１２を透過したＸ線エネルギーＩ４は既知（又は０）なので、低エネルギーＸ線検出器１０で検出したＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）から前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【００４６】
また、低エネルギーＸ線検出器１０が、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータ１２で発生した発光を全反射プリズム１４により直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム１４内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。
【００４７】
また、全反射プリズム１４が、その全反射面に、ミラーコーティング１５を有するので、（３）低エネルギー用光電素子１６への低エネルギー用シンチレータ１２からの光の伝達効率を上げることができる。
【００４８】
また、全反射プリズム１４が低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ１２，２４間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。
【００４９】
さらに、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用フィルタ２２、高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１ Ｘ線、２ 被検査物、３ 入射Ｘ線、５ 発光（蛍光）、
６ 電気信号、７ 発光（蛍光）、８ 電気信号、９ 出力、
１０ 低エネルギーＸ線検出器、
１２ 低エネルギー用シンチレータ、１４ 全反射プリズム、
１５ ミラーコーティング、１６ 低エネルギー用光電素子、
２０ 高エネルギーＸ線検出器、
２２ 高エネルギー用フィルタ、２４ 高エネルギー用シンチレータ、
２６ 高エネルギー用光電素子、
３０ 演算装置（コンピュータ）、３２ コリメータ、
３４ 外乱防止治具、３６ 遮蔽板（鉛板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器に関する。
【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。
【０００３】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波である。
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。しかし、Ｘ線管により発生するＸ線は、低エネルギーであり、検査対象物へのＸ線透過能力が低い問題点がある。
そこで、加速器を用いてターゲットに電子線を衝突させ、高エネルギー（例えば９５０ｋｅＶ）のＸ線ビームを発生するＸ線源が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
一方、Ｘ線の強度や画像を検出するＸ線検出器は、気体の電離作用を利用した比例計数管、固体の蛍光作用を利用したシンチレーション計数管、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、等が従来から知られている。
【０００５】
また、Ｘ線により物質識別をする先行技術として、例えば特許文献２，３が既に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９８５２２号公報、「Ｘ線源」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開２００９−１２２１０８号公報、「物質識別方法および物質識別機器」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｘ線により物質識別をする場合、従来は、例えば２種のパルスＸ線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、２種のパルスＸ線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスＸ線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。
【０００８】
また、この問題を解決するために、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を２組用い、一方のＸ線管で高出力のＸ線を照射し、次いで他方のＸ線管で低出力のＸ線を照射し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
しかし、この手段の場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である問題点がある。また、この手段では、２組のＸ線発生装置とＸ線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
【０００９】
また、特許文献２のように、単一のＸ線発生装置で波長領域の広いＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線を、間にフィルタを挟持した２枚のＸ線検出器で検出し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、Ｘ線発生装置は１台ですむが、Ｘ線検出器は２台必要であり、さらに間にＸ線の特定の波長をカットする特殊なフィルタを必要とする問題点がある。
【００１０】
また、税関や空港における手荷物検査等において、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器は、非常に小さいピッチ（例えば２ｍｍ程度）で直線状に並んだ多数の検出セルを備える必要がある。そのため、このようなマルチチャンネル化が容易であることが望まれていた。
【００１１】
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、単一の高出力Ｘ線発生装置を用いて、簡易に被検査物の材質を識別することができ、これにより装置を小型かつ安価にでき、かつマルチチャンネル化が容易である高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線を用い、該Ｘ線を被検査物に照射しこれを透過した入射Ｘ線のＸ線エネルギーを検出しこれから被検査物の物質識別をするための２段Ｘ線検出器であって、
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器が提供される。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、前記低エネルギー用シンチレータは、前記入射Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する平板状の蛍光体であり、
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える。
【００１４】
また、前記全反射プリズムは、その全反射面に、前記入射Ｘ線を透過し前記低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有する。
【００１５】
また、前記高エネルギー用フィルタは、前記透過Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収する平板状の金属板であり、
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える。
【００１６】
また、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。
【００１７】
また、前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び高エネルギー用シンチレータは、前記厚さ方向側面に、前記入射Ｘ線、透過Ｘ線、低エネルギー用シンチレータ内の発光、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光を遮断する遮蔽板を有する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータを透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータで吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、高エネルギー用光電素子により低エネルギー用シンチレータを透過したＸ線エネルギーは既知なので、低エネルギーＸ線検出器で検出したＸ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器と低エネルギーＸ線検出器のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【００１９】
また、低エネルギーＸ線検出器が、さらに、全反射プリズムと低エネルギー用光電素子とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータで発生した発光を全反射プリズムにより直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。
【００２０】
また、前記全反射プリズムが、その全反射面に、入射Ｘ線を透過し低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有するので、（３）低エネルギー用光電素子への低エネルギー用シンチレータからの光の伝達効率を上げることができる。
【００２１】
また、全反射プリズムが前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。
【００２２】
さらに、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による２段Ｘ線検出器の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における平面図である。
【図３】本発明の２段Ｘ線検出器の原理説明図である。
【図４】本発明の２段Ｘ線検出器による入射エネルギーと吸収エネルギーとの関係図である。
【図５】本発明の２段Ｘ線検出器による低エネルギー用シンチレータの透過率と２つのシンチレータの透過率との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は、本発明による２段Ｘ線検出器の側面図である。
本発明の２段Ｘ線検出器は、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線１を用い、このＸ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３のＸ線エネルギーを検出し、これから被検査物２の物質識別をするためのＸ線検出器である。
Ｘ線１は、好ましくはＸバンドライナックＸ線源から得られる制動輻射Ｘ線であり、最大９５０ｋｅＶ（０．９５ＭｅＶ）のエネルギーを有し、数ＭｅＶのエネルギー範囲で分布する。
【００２６】
Ｘ線１がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（１）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（１）
ここで、Ｉ０は物質に入射する前のＸ線強度、μは減弱係数（又は線吸収係数）である。
【００２７】
図１において、本発明の２段Ｘ線検出器は、低エネルギーＸ線検出器１０と高エネルギーＸ線検出器２０を備える。
低エネルギーＸ線検出器１０は、入射Ｘ線３を透過させる低エネルギー用シンチレータ１２を有し、低エネルギー用シンチレータ１２により前記エネルギー範囲の少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）のＸ線エネルギーを吸収し検出する。
【００２８】
低エネルギー用シンチレータ１２は、入射Ｘ線３に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し表面で発光する平板状の蛍光体である。低エネルギー用シンチレータ１２は、前記エネルギー範囲の低エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、０．５ｍｍ厚のＣＳＩであるが、本発明はこれに限定されず、ＮａＩ，ＣａＦ２，ＢＧＯ，等でもよい。
【００２９】
また低エネルギーＸ線検出器１０は、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６を備える。
全反射プリズム１４は、低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置し、低エネルギー用シンチレータ１２内の発光を図で下方に９０度全反射する。全反射プリズム１４は、Ｘ線及び可視光の透過率が高く、減弱係数μが無視できるほど小さい材料（例えば石英ガラス）が好ましい。
【００３０】
全反射プリズム１４は、さらにその全反射面（図で４５度の傾斜面）に、入射Ｘ線３を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５を反射するミラーコーティング１５を有する。この透過率は１００％又はこれに近く、反射率は１００％又はこれに近いのが好ましい。
低エネルギー用光電素子１６は、全反射プリズム１４により図で下方に反射された低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５の光量に比例する電気信号６を出力する。
【００３１】
高エネルギーＸ線検出器２０は、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４を再度透過させる高エネルギー用フィルタ２２とその後方の高エネルギー用シンチレータ２４を有し、高エネルギー用シンチレータ２４により前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば高エネルギー領域）を吸収し検出する。
高エネルギー用フィルタ２２は、透過Ｘ線４に直交して位置し、前記エネルギー範囲において低エネルギーのＸ線エネルギーを吸収する平板状（後述の実施例では、１．０ｍｍ厚）の金属板（例えば、Ｃｕ，Ｆｅ，ＡＬ等）である。
【００３２】
また高エネルギー用シンチレータ２４は、高エネルギー用フィルタ２２の後方（図で右側）に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し内部で発光する矩形平板状の蛍光体である。高エネルギー用シンチレータ２４は、前記エネルギー範囲の高エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であるが、本発明はこれに限定されず、その他の蛍光体でもよい。
高エネルギーＸ線検出器２０は、さらに、高エネルギー用光電素子２６を備える。高エネルギー用光電素子２６は、高エネルギー用シンチレータ２４の側面（この図で下方）に位置し、高エネルギー用シンチレータ２０内の発光７の光量に比例する電気信号８を出力する。
【００３３】
図１において、３０は演算装置（例えばコンピュータ）であり、電気信号６，８から被検査物２の物質を識別して出力９する。
さらに、図１において、３２は入射Ｘ線３の通路を限定するためにコリメータであり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。また３４は、入射Ｘ線３の通路に外乱光が入射するのを防止する外乱防止治具であり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。
なお、コリメータ３２、外乱防止治具３４の形状は、機能を満たす限りで自由に変更できる。またこれらは本発明において必須ではなく、これらを省略することもできる。
【００３４】
図２は、図１のＡ−Ａ線における平面図である。
この図において、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。
なお、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する構成部品１２，１４，１６の一部（例えば、低エネルギー用シンチレータ１２を所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に構成せず、数チャンネル（例えば４ｃｈ）で１組にしてもよい。
なお、高エネルギー用フィルタ２２も、同様に所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置してもよい。
【００３５】
また、低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び高エネルギー用シンチレータ２４は、厚さ方向（図で上下）の側面に、入射Ｘ線３、透過Ｘ線４、低エネルギー用シンチレータ内の発光５、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光７を遮断する遮蔽板３６を有する。遮蔽板３６は、後述の例では０．３ｍｍ厚の鉛板と水溶性ペイントである。鉛板は発光７の透過を遮断し、水溶性ペイントは反射を防止する。
【００３６】
この構成により、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【００３７】
図３は、本発明の２段Ｘ線検出器の原理説明図である。
この図において、Ｘ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４、高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度をそれぞれＩ３，Ｉ４，Ｉ４ｂとすると、式（１）から以下の式（２）（３）が成り立つ。ここで、μ１，ｘ１は低エネルギー用シンチレータ１２の減弱係数と厚さ、μ２，ｘ２は、高エネルギー用フィルタ２２の減弱係数と厚さである。また、全反射プリズム１４の減弱係数と厚さは無視できるものとする。
【００３８】
Ｉ４＝Ｉ３ｅｘｐ（−μ１ｘ１）・・・（２）
Ｉ４ｂ＝Ｉ４ｅｘｐ（−μ２ｘ２）・・・（３）
【００３９】
高エネルギー用光電素子２６によりＩ４ｂを検出すると、式（３）において、μ２，ｘ２は既知なのでＩ４が求まり、さらに、式（２）において、μ１，ｘ１は既知であるから、Ｉ３が求まる。すなわち、高エネルギー用光電素子２６により高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度が検出できれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。
【００４０】
また、高エネルギー用光電素子２６によりＩ４を求め、さらに低エネルギーＸ線検出器１０によりＩ３−Ｉ４を検出すれば、その和としてＩ３が求まる。この場合、透過Ｘ線４ｂのＸ線強度Ｉ４ｂは０であってもよい。
すなわち、低エネルギーＸ線検出器１０により低エネルギー用シンチレータ１２での減衰エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出すれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。
【００４１】
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【実施例１】
【００４２】
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示した２段Ｘ線検出器を製作し、試験した。製作した２段Ｘ線検出器において、低エネルギー用シンチレータ１２は０．５ｍｍ厚のＣＳＩ、全反射プリズム１４は石英ガラス製、ミラーコーティング１５は入射Ｘ線３（例えば波長０．０１〜１００Å）を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５（例えば波長６００nm）を全反射する多層膜コーティングに設定した。
また、高エネルギー用フィルタ２２は、１．０ｍｍ厚のＣｕ、高エネルギー用シンチレータ２４は幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であった。
【００４３】
図４は、本発明の２段Ｘ線検出器による入射エネルギーと吸収エネルギーとの関係図である。この図において、横軸は入射エネルギー、縦軸は吸収エネルギーの割合、図中の実線は高エネルギー用シンチレータ２４の吸収エネルギー、破線は低エネルギー用シンチレータ１２の吸収エネルギーである。
先行研究の結果から、厚さが異なる２段のシンチレータで得られる投影データが予想とおり、図４から薄いシンチレータ（ＣｓＩ）は低エネルギーのＸ線を、厚いシンチレータ（ＣｄＷＯ４）は高エネルギーのＸ線を採取していることが確認された。
従って、低エネルギー用シンチレータ１２と高エネルギー用シンチレータ２４で同時にＸ線を検出することで、０〜０．９５ＭｅＶのエネルギー範囲で少なくともいずれか一方でＸ線を検出できることがわかる。
【００４４】
図５は、本発明の２段Ｘ線検出器による低エネルギー用シンチレータの透過率と２つのシンチレータの透過率との関係図である。この図において、横軸は低エネルギー用シンチレータの透過率Ｒ１、縦軸は２つのシンチレータの透過率Ｒである。
この図から、Ｘバンドライナックからの制動輻射Ｘ線を鉄、アルミなどのターゲットに照射すると、本発明の２段Ｘ線検出器で低エネルギー用シンチレータの透過率（Ｒ１）とシンチレータ１２，２４の総合透過率の比（Ｒ）の関係が物質によって変化することが分かった。これは本発明の２段Ｘ線検出器が物質判別手段として適用できることを示している。
【００４５】
上述した本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器２０により、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器１０における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器１０により、低エネルギー用シンチレータ１２で吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出することができる。また、高エネルギー用光電素子２６により低エネルギー用シンチレータ１２を透過したＸ線エネルギーＩ４は既知（又は０）なので、低エネルギーＸ線検出器１０で検出したＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）から前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
【００４６】
また、低エネルギーＸ線検出器１０が、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータ１２で発生した発光を全反射プリズム１４により直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム１４内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。
【００４７】
また、全反射プリズム１４が、その全反射面に、ミラーコーティング１５を有するので、（３）低エネルギー用光電素子１６への低エネルギー用シンチレータ１２からの光の伝達効率を上げることができる。
【００４８】
また、全反射プリズム１４が低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ１２，２４間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。
【００４９】
さらに、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用フィルタ２２、高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１ Ｘ線、２ 被検査物、３ 入射Ｘ線、５ 発光（蛍光）、
６ 電気信号、７ 発光（蛍光）、８ 電気信号、９ 出力、
１０ 低エネルギーＸ線検出器、
１２ 低エネルギー用シンチレータ、１４ 全反射プリズム、
１５ ミラーコーティング、１６ 低エネルギー用光電素子、
２０ 高エネルギーＸ線検出器、
２２ 高エネルギー用フィルタ、２４ 高エネルギー用シンチレータ、
２６ 高エネルギー用光電素子、
３０ 演算装置（コンピュータ）、３２ コリメータ、
３４ 外乱防止治具、３６ 遮蔽板（鉛板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のエネルギー範囲で分布するＸ線を用い、該Ｘ線を被検査物に照射しこれを透過した入射Ｘ線のＸ線エネルギーを検出しこれから被検査物の物質識別をするための２段Ｘ線検出器であって、
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器。
【請求項２】
前記低エネルギー用シンチレータは、前記入射Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する平板状の蛍光体であり、
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項３】
前記全反射プリズムは、その全反射面に、前記入射Ｘ線を透過し前記低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項４】
前記高エネルギー用フィルタは、前記透過Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収する平板状の金属板であり、
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項２に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項５】
前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用フィルタ、前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項６】
前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び高エネルギー用シンチレータは、前記厚さ方向側面に、前記入射Ｘ線、透過Ｘ線、低エネルギー用シンチレータ内の発光、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光を遮断する遮蔽板を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項１】
所定のエネルギー範囲で分布するＸ線を用い、該Ｘ線を被検査物に照射しこれを透過した入射Ｘ線のＸ線エネルギーを検出しこれから被検査物の物質識別をするための２段Ｘ線検出器であって、
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器。
【請求項２】
前記低エネルギー用シンチレータは、前記入射Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する平板状の蛍光体であり、
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項３】
前記全反射プリズムは、その全反射面に、前記入射Ｘ線を透過し前記低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項４】
前記高エネルギー用フィルタは、前記透過Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収する平板状の金属板であり、
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項２に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項５】
前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用フィルタ、前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の２段Ｘ線検出器。
【請求項６】
前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び高エネルギー用シンチレータは、前記厚さ方向側面に、前記入射Ｘ線、透過Ｘ線、低エネルギー用シンチレータ内の発光、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光を遮断する遮蔽板を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の２段Ｘ線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１１２６２３（Ｐ２０１１−１１２６２３Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７２１４１（Ｐ２００９−２７２１４１）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年８月２８日 社団法人日本原子力学会発行の「日本原子力学会 ２００９年 秋の大会 予稿集（ＣＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年８月２８日 社団法人日本原子力学会発行の「日本原子力学会 ２００９年 秋の大会 予稿集（ＣＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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