Ｘ線検査装置とＸ線検査方法
【課題】 安価かつ少数のＸ線発生装置とＸ線検出器を用いて、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るＸ線検査装置とＸ線検査方法を提供する。
【解決手段】 所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生するＸ線発生装置１２と、このＸ線を被検査物１に照射するＸ線照射装置１４と、被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器１６と、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置１８とを備える。制御装置１８により、Ｘ線発生装置１２で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、Ｘ線検出器１６で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出し、これから被検査物の材質を識別する。
【解決手段】 所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生するＸ線発生装置１２と、このＸ線を被検査物１に照射するＸ線照射装置１４と、被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器１６と、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置１８とを備える。制御装置１８により、Ｘ線発生装置１２で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、Ｘ線検出器１６で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出し、これから被検査物の材質を識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の材質識別機能を有するＸ線検査装置とＸ線検査方法に関する。
【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。
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるＸ線検査装置も知られている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１のＸ線検査装置は、例えば７５ｋＶｐと１５０ｋＶｐの２種のパルスＸ線を用い、各Ｘ線エネルギーの減弱係数の相違から、被検査物中の有機物、非有機物、及び金属類を識別するものである。
【０００４】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（λ＝０．０１〜１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（λ＝１〜１００Å）を軟Ｘ線という。
【０００５】
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。
【０００６】
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。
【０００７】
また、関連する先行技術として、例えば特許文献１〜３が既に開示されている。
【０００８】
【非特許文献１】Ｌ−３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｘｒａｙ．ｃｏｍ／ＰｒｏｄｕｃｔＣａｔｅｇｏｒｙＤｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＣａｔＩＤ＝７＞
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０４１７５号公報、「材質特定Ｘ線検査装置」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開平８−２０１３１６号公報、「Ｘ線元素分析装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
有機物、非有機物、及び金属類を識別する場合、従来は、非特許文献１に開示されているように、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。
【００１１】
また、この問題を解決するために、特許文献１のように、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。
【００１２】
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。
この手段の場合、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。
【００１３】
さらに、特許文献３では、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用い、Ｘ線画像処理装置で被検査対象物の元素分析を行うものであるが、画像処理による元素分析が複雑である問題点がある。
【００１４】
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１〜２ｍｍ程度）で直線状に並んだ多数の検出セル（または検出チャンネル）を有する必要がある。そのため、このような多チャンネルのＸ線検出器は高価であり、その必要数をできるだけ少なく（好ましくは１台のみに）できることが望まれていた。
【００１５】
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、安価かつ少数のＸ線発生装置とＸ線検出器を用いて、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るＸ線検査装置とＸ線検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生装置と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射装置と、
前記被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、Ｘ線発生装置で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、前記Ｘ線検出器で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするＸ線検査装置が提供される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記Ｘ線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、
一定の時間周期Ｔで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する。
【００１８】
前記Ｘ線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である。
【００１９】
前記Ｘ線照射装置は、被検査物にＸ線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記Ｘ線検出器は、被検査物を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である、ことが好ましい。
【００２０】
また、前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する、ことが好ましい。
【００２１】
前記制御装置は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。
【００２２】
前記制御装置は、被検査物を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことが好ましい。
【００２３】
また本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生工程と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射工程と、
前記Ｘ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するＸ線検出工程と、
前記高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、、ことを特徴とするＸ線検査方法が提供される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、Ｘ線発生工程において、正弦波状にＸ線管電圧を変化させ、
Ｘ線検出工程において、正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行う
【発明の効果】
【００２５】
上記本発明の装置および方法によれば、Ｘ線発生装置で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
はじめに本発明の原理について説明する。
図１は、Ｘ線発生装置の一種であるＸ線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高い電圧で加速して陽極（ｔａｒｇｅｔ）に衝突させるとＸ線が発生する。
Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途に用いられる。
連続Ｘ線用の陽極材料としては、原子番号が大きく融点の高いタングステンが適している。
【００２８】
図２は、陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。この図において、横軸は波長、縦軸はＸ線強度、図中の数字はＸ線管の印加電圧である。この図からわかるように、Ｘ線管の印加電圧が高いほど波長の短いＸ線が発生し、Ｘ線管の印加電圧が低いほど波長の長いＸ線が発生する。
【００２９】
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］と光量子エネルギー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。また、この光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は、Ｘ線管の印加電圧にほぼ比例する。
【００３０】
またＸ線がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（２）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（２）
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。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
【００３１】
密度をρとすると、式（２）は式（３）のように書き換えることができる。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μ／ρ）（ρｘ）・・・（３）
このμ／ρは、物質固有の値をもち、Ｘ線の波長が短いと小さく、Ｘ線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
【００３２】
しかし、各吸収端の中間では近似的に式（４）が成り立つ。
μ／ρ＝ｋ×λ３×Ｚ３・・・（４）
ここでｋは定数、Ｚは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなることがわかる。
【００３３】
図３は、本発明のＸ線検査装置の原理図である。この図において、ある被写体に異なる波長λ１，λ２の２種のＸ線を透過させ、通過後の各Ｘ線強度Ｉ１，Ｉ２を計測する場合を想定する。
この場合、入射Ｘ線強度Ｉ１０，Ｉ２０が既知であれば、式（２）からμ１、μ２が決まり、上記（４）を満たす次式（４ａ）（４ｂ）が得られる。
μ１／ρ＝ｋ×λ１３×Ｚ３・・・（４ａ）
μ２／ρ＝ｋ×λ２３×Ｚ３・・・（４ｂ）
式（４ａ）（４ｂ）における未知数は物質のρとＺのみであり、この２式を解くことにより物質のρとＺを求めることができる。
【００３４】
言い換えれば、Ｘ線による透過Ｘ線の検出出力レベルは、対象物の厚みに対して、Ｘ線のエネルギー別および対象物の元素別に所定の特性を有しており、同一元素で同一厚みの対象物に対する検出出力レベルは照射したＸ線のエネルギーによって異なり、高エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｈとなり、低エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｌ（＜Ｌｈ）となる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーＸ線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル（Ｌｈ，Ｌｌ）に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質を求めることができる。
【００３５】
図４は、本発明のＸ線検査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Ｘ線検査装置１０は、Ｘ線発生装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出器１６、及び制御装置１８を備える。なお、この図において、１は被検査物、２は被検査物を水平に搬送する搬送コンベアである。
【００３６】
Ｘ線発生装置１２は、所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生する。Ｘ線３の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
Ｘ線発生装置１２は、この例では、Ｘ線管１２ａと変動電圧装置１２ｂからなる。Ｘ線管１２ａは、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生する。変動電圧装置１２ｂは、一定の時間周期Ｔで変動する印加電圧を発生する。印加電圧は、例えば２２〜１６０ｋＶの範囲であるのがよい。
この構成により、変動電圧装置１２ｂで印加電圧を任意に変動させ、この変動電圧によりＸ線管１２ａで発生するＸ線の強度を正弦波状又は矩形波状に変動させることができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生できる限りで、他の周知のＸ線発生装置を用いることができる。
【００３７】
Ｘ線照射装置１４は、Ｘ線発生装置１２で発生したＸ線３を被検査物１に照射する。
この例において、Ｘ線照射装置１４は、被検査物１にＸ線３を線状に照射する線状照射装置である。
この構成により、搬送コンベア２で被検査物１を水平に搬送し、同時に搬送方向に交叉（例えば直交）する方向に、Ｘ線３を線状に照射することにより、面積の大きい被検査物１であっても容易に全面を検査することができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、被検査物１の一部のみ又は全体にＸ線を照射してもよい。
【００３８】
Ｘ線検出器１６は、被検査物１を透過したＸ線の強度を検出する。
この例において、Ｘ線検出器１６は、被検査物１を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である。
またこの線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する。
この構成により、被検査物１を透過した線状Ｘ線の強度分布を、複数のシンチレータと複数の電流電圧変換アンプと複数のフォトダイオードと複数のＡ／Ｄ変換器で、同時にデジタル信号に変換することができる。
【００３９】
なお、本発明はこの構成に限定されず、多数の検出器が２次元的に配列され２次元画像が一時に撮像できる平面型Ｘ線検出器であってもよい。
かかる平面型Ｘ線検出器を用いることにより、被検査物１を透過したＸ線画像を一時に撮像することができる。
【００４０】
また、Ｘ線検出器１６は、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、或いは薄いＣｓＩ膜とＣＣＤの組み合わせ、あるいはそれ以外であってもよい。
【００４１】
制御装置１８は、Ｘ線発生装置１２で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、Ｘ線検出器１６で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する。
この例において、制御装置１８は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。
また制御装置１８は、被検査物１を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置１９を備え、等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示するようになっている。
【００４２】
図５は、本発明のＸ線検査装置の作動説明図である。この図は、印加電圧の時間変化を示している。また図中の円形（●）は、Ｘ線検出器で検出するデータ採取点を示している。
【００４３】
正弦波状にＸ線管電圧を変化させる場合、その周波数はできるだけ低い方が技術的に容易に実現できるうえに、Ｘ線管の耐久性を改善することができる。
また、データ採取系の採取周波数に制限があるため、この条件と前述の条件を両立させるには、図５に示す方法が有効である。
図中のｆはデータ採取系の最大採取周波数を示す。また、高エネルギー：１４０ｋＶ、低エネルギー：７０ｋＶの例である。
正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行うようにすると、管電圧の高低ピークでデータ採取する場合に比較して、Ｘ線管電圧を正弦波状に変化させる周波数は１／２に下げることができる。
データ採取は、位相４５°＋（１３５°×ｎ）、ｎ＝０．１，２，…で行い、また、データ採取周波数ｆ＝１ｋＨｚとすると、正弦波の周波数Ｆ＝ｆ／４＝２５０Ｈｚとなる。
【００４４】
Ｘ線検出器１６で検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する手段は、上述した式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺを求め、これから材質を識別することができる。
【００４５】
なお、図２に示したように、連続Ｘ線の波長はある分布で広がっているが、高出力時のＸ線は最大出力時の波長が短く、低出力時のＸ線は最大出力時の波長が長い。
従って、最大出力時のＸ線波長をそれぞれμ１、μ２として、式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺの近似値を求め、これから材質を等価原子番号で識別することができる。なお、μ１、μ２として最大出力時のＸ線波長の代わりに、それぞれの平均値、或いは任意に設定した値を用いてもよい。
【００４６】
また、本発明は、式（４ａ）（４ｂ）に限定されず、その他の近似式を用いてもよい。
さらに、一定の波長に対しては一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなり、同一の物質に対しては、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる特性が知られている。
従ってこの特性から、検出したＸ線強度Ｉ１，Ｉ２の比Ｉ１／Ｉ２（またはＩ１／Ｉ２）と、等価原子番号との関係を予め検定して校正曲線等を作成し、これを用いて、等価原子番号またはその区分に識別してもよい。
また、Ｘ線発生装置１２で発生する高出力時のＸ線強度Ｉ１０と低出力時のＸ線強度Ｉ２０を用いて、同様の校正曲線等を作成し、これらを用いて識別を行ってもよい。
【００４７】
図６は、本発明のＸ線検査方法を示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、Ｘ線発生工程Ｓ１、Ｘ線照射工程Ｓ２、Ｘ線検出工程Ｓ３、および材質識別工程Ｓ４からなる。
Ｘ線発生工程Ｓ１では、Ｘ線発生装置１２を用いて、所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生する。Ｘ線３の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
Ｘ線照射工程Ｓ２では、発生したＸ線３を被検査物１に照射する。
Ｘ線検出工程Ｓ３では、照射したＸ線の高出力時と低出力時に、被検査物１を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出する。
材質識別工程Ｓ４では、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する。
なお、上記Ｓ１〜Ｓ４の各工程は、一定の時間周期Ｔ内でリアルタイム処理し、かつこれを繰り返すことが好ましい。
【実施例１】
【００４８】
以下、本発明の実施例を説明する。
図７は、本発明の実施例を示すＸ線画像である。この画像は、図４に示した装置を用い、旅行用カバンを検査した際のＸ線画像である。この例では、検出したＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を用いて、基本的に等価原子番号で色分け（図示せず）し、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。
具体的には、等価原子番号１０以下を有機物としてオレンジ色を基本とした色相で表し、等価原子番号２０以上を無機物として青色を基本とした色相で表し、その中間の等価原子番号を中間物として緑色を基本とした色相で表し、それぞれの等価原子番号の違いを示している。例えば、爆発物の等価原子番号は、７〜８であり、有機物に含まれる。
【００４９】
図８は、本発明の実施例を示す別のＸ線画像である。この画像は、同様に工具箱を検査した際のＸ線画像である。この例でも、同様に内部の収容物を等価原子番号に識別して色分けし、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。
【００５０】
上述したように、本発明の装置および方法によれば、Ｘ線発生装置１２で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物１を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器１６を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物１の材質を識別することができる。
また、最も普及している安価なＸ線管を用いて、目的とするＸ線発生装置を構成できるので、Ｘ線発生装置を小型かつ安価にできる。
【００５１】
また、Ｘ線出力が正弦波状（サインカーブ）で変動する場合、サインカーブ上の高出力、低出力の測定位置を自由に変更することにより、Ｘ線の測定の波長をコントロールすることができるため、危険物（爆発物、毒物等）や特定物質が最も有効に検出できる、波長を選択して測定することができる。
さらに、Ｘ線出力が矩形波状である場合、Ｘ線波長はそれぞれ一定値（μ１、μ２）をもつので、上述した式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺを正確に求めることができ、これから材質をより正確に識別することができる。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】Ｘ線管の模式図である。
【図２】陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。
【図３】本発明のＸ線検査装置の原理図である。
【図４】本発明のＸ線検査装置の実施形態を示す全体構成図である。
【図５】本発明のＸ線検査装置の作動説明図である。
【図６】本発明のＸ線検査方法を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施例を示すＸ線画像である。
【図８】本発明の実施例を示す別のＸ線画像である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 被検査物、２ 搬送コンベア、３ Ｘ線、
１０ Ｘ線検査装置、１２ Ｘ線発生装置、
１２ａ Ｘ線管、１２ｂ 変動電圧装置、
１４ Ｘ線照射装置、１６ Ｘ線検出器、
１８ 制御装置、１９ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の材質識別機能を有するＸ線検査装置とＸ線検査方法に関する。
【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。
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるＸ線検査装置も知られている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１のＸ線検査装置は、例えば７５ｋＶｐと１５０ｋＶｐの２種のパルスＸ線を用い、各Ｘ線エネルギーの減弱係数の相違から、被検査物中の有機物、非有機物、及び金属類を識別するものである。
【０００４】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（λ＝０．０１〜１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（λ＝１〜１００Å）を軟Ｘ線という。
【０００５】
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。
【０００６】
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。
【０００７】
また、関連する先行技術として、例えば特許文献１〜３が既に開示されている。
【０００８】
【非特許文献１】Ｌ−３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｘｒａｙ．ｃｏｍ／ＰｒｏｄｕｃｔＣａｔｅｇｏｒｙＤｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＣａｔＩＤ＝７＞
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０４１７５号公報、「材質特定Ｘ線検査装置」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開平８−２０１３１６号公報、「Ｘ線元素分析装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
有機物、非有機物、及び金属類を識別する場合、従来は、非特許文献１に開示されているように、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。
【００１１】
また、この問題を解決するために、特許文献１のように、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。
【００１２】
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。
この手段の場合、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。
【００１３】
さらに、特許文献３では、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用い、Ｘ線画像処理装置で被検査対象物の元素分析を行うものであるが、画像処理による元素分析が複雑である問題点がある。
【００１４】
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１〜２ｍｍ程度）で直線状に並んだ多数の検出セル（または検出チャンネル）を有する必要がある。そのため、このような多チャンネルのＸ線検出器は高価であり、その必要数をできるだけ少なく（好ましくは１台のみに）できることが望まれていた。
【００１５】
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、安価かつ少数のＸ線発生装置とＸ線検出器を用いて、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るＸ線検査装置とＸ線検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生装置と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射装置と、
前記被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、Ｘ線発生装置で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、前記Ｘ線検出器で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするＸ線検査装置が提供される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記Ｘ線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、
一定の時間周期Ｔで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する。
【００１８】
前記Ｘ線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である。
【００１９】
前記Ｘ線照射装置は、被検査物にＸ線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記Ｘ線検出器は、被検査物を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である、ことが好ましい。
【００２０】
また、前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する、ことが好ましい。
【００２１】
前記制御装置は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。
【００２２】
前記制御装置は、被検査物を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことが好ましい。
【００２３】
また本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生工程と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射工程と、
前記Ｘ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するＸ線検出工程と、
前記高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、、ことを特徴とするＸ線検査方法が提供される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、Ｘ線発生工程において、正弦波状にＸ線管電圧を変化させ、
Ｘ線検出工程において、正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行う
【発明の効果】
【００２５】
上記本発明の装置および方法によれば、Ｘ線発生装置で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
はじめに本発明の原理について説明する。
図１は、Ｘ線発生装置の一種であるＸ線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高い電圧で加速して陽極（ｔａｒｇｅｔ）に衝突させるとＸ線が発生する。
Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途に用いられる。
連続Ｘ線用の陽極材料としては、原子番号が大きく融点の高いタングステンが適している。
【００２８】
図２は、陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。この図において、横軸は波長、縦軸はＸ線強度、図中の数字はＸ線管の印加電圧である。この図からわかるように、Ｘ線管の印加電圧が高いほど波長の短いＸ線が発生し、Ｘ線管の印加電圧が低いほど波長の長いＸ線が発生する。
【００２９】
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］と光量子エネルギー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。また、この光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は、Ｘ線管の印加電圧にほぼ比例する。
【００３０】
またＸ線がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（２）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（２）
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。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
【００３１】
密度をρとすると、式（２）は式（３）のように書き換えることができる。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μ／ρ）（ρｘ）・・・（３）
このμ／ρは、物質固有の値をもち、Ｘ線の波長が短いと小さく、Ｘ線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
【００３２】
しかし、各吸収端の中間では近似的に式（４）が成り立つ。
μ／ρ＝ｋ×λ３×Ｚ３・・・（４）
ここでｋは定数、Ｚは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなることがわかる。
【００３３】
図３は、本発明のＸ線検査装置の原理図である。この図において、ある被写体に異なる波長λ１，λ２の２種のＸ線を透過させ、通過後の各Ｘ線強度Ｉ１，Ｉ２を計測する場合を想定する。
この場合、入射Ｘ線強度Ｉ１０，Ｉ２０が既知であれば、式（２）からμ１、μ２が決まり、上記（４）を満たす次式（４ａ）（４ｂ）が得られる。
μ１／ρ＝ｋ×λ１３×Ｚ３・・・（４ａ）
μ２／ρ＝ｋ×λ２３×Ｚ３・・・（４ｂ）
式（４ａ）（４ｂ）における未知数は物質のρとＺのみであり、この２式を解くことにより物質のρとＺを求めることができる。
【００３４】
言い換えれば、Ｘ線による透過Ｘ線の検出出力レベルは、対象物の厚みに対して、Ｘ線のエネルギー別および対象物の元素別に所定の特性を有しており、同一元素で同一厚みの対象物に対する検出出力レベルは照射したＸ線のエネルギーによって異なり、高エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｈとなり、低エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｌ（＜Ｌｈ）となる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーＸ線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル（Ｌｈ，Ｌｌ）に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質を求めることができる。
【００３５】
図４は、本発明のＸ線検査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Ｘ線検査装置１０は、Ｘ線発生装置１２、Ｘ線照射装置１４、Ｘ線検出器１６、及び制御装置１８を備える。なお、この図において、１は被検査物、２は被検査物を水平に搬送する搬送コンベアである。
【００３６】
Ｘ線発生装置１２は、所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生する。Ｘ線３の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
Ｘ線発生装置１２は、この例では、Ｘ線管１２ａと変動電圧装置１２ｂからなる。Ｘ線管１２ａは、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生する。変動電圧装置１２ｂは、一定の時間周期Ｔで変動する印加電圧を発生する。印加電圧は、例えば２２〜１６０ｋＶの範囲であるのがよい。
この構成により、変動電圧装置１２ｂで印加電圧を任意に変動させ、この変動電圧によりＸ線管１２ａで発生するＸ線の強度を正弦波状又は矩形波状に変動させることができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生できる限りで、他の周知のＸ線発生装置を用いることができる。
【００３７】
Ｘ線照射装置１４は、Ｘ線発生装置１２で発生したＸ線３を被検査物１に照射する。
この例において、Ｘ線照射装置１４は、被検査物１にＸ線３を線状に照射する線状照射装置である。
この構成により、搬送コンベア２で被検査物１を水平に搬送し、同時に搬送方向に交叉（例えば直交）する方向に、Ｘ線３を線状に照射することにより、面積の大きい被検査物１であっても容易に全面を検査することができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、被検査物１の一部のみ又は全体にＸ線を照射してもよい。
【００３８】
Ｘ線検出器１６は、被検査物１を透過したＸ線の強度を検出する。
この例において、Ｘ線検出器１６は、被検査物１を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である。
またこの線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する。
この構成により、被検査物１を透過した線状Ｘ線の強度分布を、複数のシンチレータと複数の電流電圧変換アンプと複数のフォトダイオードと複数のＡ／Ｄ変換器で、同時にデジタル信号に変換することができる。
【００３９】
なお、本発明はこの構成に限定されず、多数の検出器が２次元的に配列され２次元画像が一時に撮像できる平面型Ｘ線検出器であってもよい。
かかる平面型Ｘ線検出器を用いることにより、被検査物１を透過したＸ線画像を一時に撮像することができる。
【００４０】
また、Ｘ線検出器１６は、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、或いは薄いＣｓＩ膜とＣＣＤの組み合わせ、あるいはそれ以外であってもよい。
【００４１】
制御装置１８は、Ｘ線発生装置１２で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、Ｘ線検出器１６で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する。
この例において、制御装置１８は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。
また制御装置１８は、被検査物１を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置１９を備え、等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示するようになっている。
【００４２】
図５は、本発明のＸ線検査装置の作動説明図である。この図は、印加電圧の時間変化を示している。また図中の円形（●）は、Ｘ線検出器で検出するデータ採取点を示している。
【００４３】
正弦波状にＸ線管電圧を変化させる場合、その周波数はできるだけ低い方が技術的に容易に実現できるうえに、Ｘ線管の耐久性を改善することができる。
また、データ採取系の採取周波数に制限があるため、この条件と前述の条件を両立させるには、図５に示す方法が有効である。
図中のｆはデータ採取系の最大採取周波数を示す。また、高エネルギー：１４０ｋＶ、低エネルギー：７０ｋＶの例である。
正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行うようにすると、管電圧の高低ピークでデータ採取する場合に比較して、Ｘ線管電圧を正弦波状に変化させる周波数は１／２に下げることができる。
データ採取は、位相４５°＋（１３５°×ｎ）、ｎ＝０．１，２，…で行い、また、データ採取周波数ｆ＝１ｋＨｚとすると、正弦波の周波数Ｆ＝ｆ／４＝２５０Ｈｚとなる。
【００４４】
Ｘ線検出器１６で検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する手段は、上述した式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺを求め、これから材質を識別することができる。
【００４５】
なお、図２に示したように、連続Ｘ線の波長はある分布で広がっているが、高出力時のＸ線は最大出力時の波長が短く、低出力時のＸ線は最大出力時の波長が長い。
従って、最大出力時のＸ線波長をそれぞれμ１、μ２として、式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺの近似値を求め、これから材質を等価原子番号で識別することができる。なお、μ１、μ２として最大出力時のＸ線波長の代わりに、それぞれの平均値、或いは任意に設定した値を用いてもよい。
【００４６】
また、本発明は、式（４ａ）（４ｂ）に限定されず、その他の近似式を用いてもよい。
さらに、一定の波長に対しては一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなり、同一の物質に対しては、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる特性が知られている。
従ってこの特性から、検出したＸ線強度Ｉ１，Ｉ２の比Ｉ１／Ｉ２（またはＩ１／Ｉ２）と、等価原子番号との関係を予め検定して校正曲線等を作成し、これを用いて、等価原子番号またはその区分に識別してもよい。
また、Ｘ線発生装置１２で発生する高出力時のＸ線強度Ｉ１０と低出力時のＸ線強度Ｉ２０を用いて、同様の校正曲線等を作成し、これらを用いて識別を行ってもよい。
【００４７】
図６は、本発明のＸ線検査方法を示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、Ｘ線発生工程Ｓ１、Ｘ線照射工程Ｓ２、Ｘ線検出工程Ｓ３、および材質識別工程Ｓ４からなる。
Ｘ線発生工程Ｓ１では、Ｘ線発生装置１２を用いて、所定の最大出力Ｉｍａｘと最小出力Ｉｍｉｎとの間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生する。Ｘ線３の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
Ｘ線照射工程Ｓ２では、発生したＸ線３を被検査物１に照射する。
Ｘ線検出工程Ｓ３では、照射したＸ線の高出力時と低出力時に、被検査物１を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出する。
材質識別工程Ｓ４では、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物１の材質を識別する。
なお、上記Ｓ１〜Ｓ４の各工程は、一定の時間周期Ｔ内でリアルタイム処理し、かつこれを繰り返すことが好ましい。
【実施例１】
【００４８】
以下、本発明の実施例を説明する。
図７は、本発明の実施例を示すＸ線画像である。この画像は、図４に示した装置を用い、旅行用カバンを検査した際のＸ線画像である。この例では、検出したＸ線強度Ｉ１，Ｉ２を用いて、基本的に等価原子番号で色分け（図示せず）し、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。
具体的には、等価原子番号１０以下を有機物としてオレンジ色を基本とした色相で表し、等価原子番号２０以上を無機物として青色を基本とした色相で表し、その中間の等価原子番号を中間物として緑色を基本とした色相で表し、それぞれの等価原子番号の違いを示している。例えば、爆発物の等価原子番号は、７〜８であり、有機物に含まれる。
【００４９】
図８は、本発明の実施例を示す別のＸ線画像である。この画像は、同様に工具箱を検査した際のＸ線画像である。この例でも、同様に内部の収容物を等価原子番号に識別して色分けし、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。
【００５０】
上述したように、本発明の装置および方法によれば、Ｘ線発生装置１２で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線３を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物１を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器１６を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物１の材質を識別することができる。
また、最も普及している安価なＸ線管を用いて、目的とするＸ線発生装置を構成できるので、Ｘ線発生装置を小型かつ安価にできる。
【００５１】
また、Ｘ線出力が正弦波状（サインカーブ）で変動する場合、サインカーブ上の高出力、低出力の測定位置を自由に変更することにより、Ｘ線の測定の波長をコントロールすることができるため、危険物（爆発物、毒物等）や特定物質が最も有効に検出できる、波長を選択して測定することができる。
さらに、Ｘ線出力が矩形波状である場合、Ｘ線波長はそれぞれ一定値（μ１、μ２）をもつので、上述した式（４ａ）（４ｂ）を解くことにより物質のρとＺを正確に求めることができ、これから材質をより正確に識別することができる。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】Ｘ線管の模式図である。
【図２】陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。
【図３】本発明のＸ線検査装置の原理図である。
【図４】本発明のＸ線検査装置の実施形態を示す全体構成図である。
【図５】本発明のＸ線検査装置の作動説明図である。
【図６】本発明のＸ線検査方法を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施例を示すＸ線画像である。
【図８】本発明の実施例を示す別のＸ線画像である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 被検査物、２ 搬送コンベア、３ Ｘ線、
１０ Ｘ線検査装置、１２ Ｘ線発生装置、
１２ａ Ｘ線管、１２ｂ 変動電圧装置、
１４ Ｘ線照射装置、１６ Ｘ線検出器、
１８ 制御装置、１９ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生装置と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射装置と、
前記被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、Ｘ線発生装置で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、前記Ｘ線検出器で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記Ｘ線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、
一定の時間周期Ｔで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記Ｘ線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記Ｘ線照射装置は、被検査物にＸ線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記Ｘ線検出器は、被検査物を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する、ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
前記制御装置は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項７】
前記制御装置は、被検査物を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線検査装置。
【請求項８】
所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生工程と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射工程と、
前記Ｘ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するＸ線検出工程と、
前記高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、ことを特徴とするＸ線検査方法。
【請求項９】
Ｘ線発生工程において、正弦波状にＸ線管電圧を変化させ、
Ｘ線検出工程において、正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行う、ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線検査方法。
【請求項１】
所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生装置と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射装置と、
前記被検査物を透過したＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線発生装置とＸ線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、Ｘ線発生装置で発生するＸ線出力の高出力時と低出力時に、前記Ｘ線検出器で検出する高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記Ｘ線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、
一定の時間周期Ｔで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記Ｘ線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記Ｘ線照射装置は、被検査物にＸ線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記Ｘ線検出器は、被検査物を透過した線状Ｘ線の強度を検出する線状検出器である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのＸ線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する、ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
前記制御装置は、検出した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項７】
前記制御装置は、被検査物を透過したＸ線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線検査装置。
【請求項８】
所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Ｔで出力が変動するＸ線を連続して発生するＸ線発生工程と、
前記Ｘ線を被検査物に照射するＸ線照射工程と、
前記Ｘ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するＸ線検出工程と、
前記高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２とから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、ことを特徴とするＸ線検査方法。
【請求項９】
Ｘ線発生工程において、正弦波状にＸ線管電圧を変化させ、
Ｘ線検出工程において、正弦波の１周期中に高エネルギー２点、低エネルギー２点のデータ採取を行う、ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−６４７２７（Ｐ２００７−６４７２７Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４９１２７（Ｐ２００５−２４９１２７）
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００１９８３１８）石川島検査計測株式会社 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００１９８３１８）石川島検査計測株式会社 (132)
【Ｆターム（参考）】
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