JP2000512764A - 物体の内部構造及び組成を判定する際に小角トポグラフィ的方法を用いる検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線トポグラフィ的装置が物体の構造及び組成を判定する。本発明の実施例に基づいて、スキャンニングシステムが小角散乱を用いて画像を形成する。空間フィルタ（８０８）が小角での物体（７０５）散乱用放射線を選択し、他の放射線を遮断する。フィルタに後続する座標感知検出器（８１５）が散乱放射線を記録する。物体画像は小角散乱情報を基に構成され、その物体の領域の組成がその領域に対する散乱曲線から判定される。本発明の１つの実施例は、放射線を通すための放射源（８０１）、小角で物体散乱を放射するための検出システム、並びにスキャンニング中に物体を移動させるためのユニット（７４９）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 物体の内部構造及び組成を判定する際に小角トポグラフィ的方法 を用いる検査装置背景 発明の分野 本発明は透過用放射線の小角偏向を利用して物体の内部構造及び組成を判定す る方法及び装置に関連する。関連技術の説明 周知の吸収放射線写真法（absorption radiography）は物体を通って伝搬され る放射線の強度分布を記録することにより、物体の内部構造を判定する。強度分 布の変化は、物体を通過する異なる経路の放射線吸収量の差に起因する。そのよ うな装置では、物体内の放射線の散乱は背景雑音を生成し、画像コントラストを 減少させる。散乱した放射線の影響を相殺するために、米国特許第４，６５１， ００２号は、コリメータ或いはフィルタを用いて別々に散乱した放射線を記録し 、その後物体がＸ線照射されたときに得られる全強度分布から、その記録された 散乱放射線強度を差引く方法を提案した。米国特許第４，６５１，００２号は散 乱強度の積分値を測定し、コリメーション及びフィルタ格子の相対的な位置の精 細な調整を必要としない。従ってフィルタは、可動素子として実装され、散乱は 大きな角度の場合に測定される。 背景散乱放射を捕らえるために、米国特許第４，５４９，３０７号は入力放射 線を遮断し、かつ検査される物体上にスポットを形成する特別な蓋を提案した。 そのスポットでは背景のみ、すなわち散乱放射線のみが記録される。全画像に渡 る背景レベルはそのスポット内の測定から近 似され、その後、全吸収信号から差引かれ、高いコントラストの画像が得られる 。 上述のように、上記の装置は偏向せずに物体を透過する放射線の強度分布から 物体の内部構造を識別、すなわち判定する。もしその物体が吸収特性においてほ とんど違いのない物質を含むなら、これらの装置から得られる画像は、そのよう な物質を含む物体の一部を識別するために必要とされるコントラストが欠落する ことがあり、物体の内部構造を画像化するために、吸収放射線写真法以外のアプ ローチを必要とする。 英国特許第２，２９９，２５１号（１９９６）は結晶構造からのブラッグ反射 を用いて、結晶性及び多結晶性構造を識別する装置を提案した。その装置のコリ メータにより、放射線が通過する物体の各別々の領域に対応するエネルギースペ クトルを記録することができる。選択された角度で反射される多色性放射線のエ ネルギースペクトル分布は、放射線を反射する物質の結晶構造の特性を示し、そ れゆえエネルギースペクトル分布のデータベースを用いて物質を識別することが できる。この方法は、手荷物内の爆発物の特定に用いるために提案された。しか しながら、その方法は結晶性及び多結晶性構造を有する物質を検出する用途に制 限される。 ソ連国特許第ＳＵ１４０２８７１号（１９８７）及びロシア国特許第ＲＵ２０ １２８７２（１９９４）は、異なる電子密度を有する物体の部分の境界面でのＸ 線の屈折の影響を利用して物体の内部構造を画像化するための装置を記載する。 屈折により３秒の角度までＸ線が偏向する。これらの装置は単結晶を用いて、入 射放射線をコリメートし、屈折放射線をフィルタリングする。これらの装置の欠 点は、小口径比を生じるブラッグ則に従う単結晶反射に依存することである。各 波長に対して、放射線はブラッグ反射の角度間隔に等しい偏向間隔内のある角度 、すなわ ち約１０秒角で反射する。これは、１０^-5の放射源放射エネルギーの極わずかし か物体の画像化のために用いられないということを意味する。 公告ＰＣＴ特許出願第ＷＯ９６／１７２４０（１９９６）は単結晶の代わりに 口径格子（aperture lattice）を用いて、より大きな口径比を実現する装置を記 載する。物体の前方のコリメーション格子が、一連の狭く、弱い発散ビームとし て入射束を形成する。物体と検出器との間にあるフィルタ格子は散乱放射フィル タとして機能する。その２つの格子は、解析される物体の不在時に透過用放射束 が検出器に到達しないような関係で互いに配置される。画像処理中に物体は、検 出器に対して固定され、検出放射線の空間周波数及び位置が、物体のＸ線照射部 分の位置及び大きさを判定する。コリメーション格子は全物体を包囲するほど十 分に大きいことが好ましく、しかもわずか０．０５−０．１ｍｍ幅の不透過性領 域を有し、解析される物体内の異質性（inhomogeneity）を検出するための適当 な分解能を保証しなければならない。コリメーション格子のこれら２つの要件が 、装置のコスト及び複雑な調整を増大させる。 米国特許第４，７５１，７７２号、第４，７５４，４６９号、第４，９５６， ８５６号、第５，００８，９１１号並びに第５，２６５，１４４号は、入射ビー ム方向が１−１２°内の角度で散乱されるコヒーレント放射のスペクトルを記録 することにより、生体組織を検査したり、手荷物内の爆発物を識別したりするた めの方法及び装置を記載する。Ｘ線エネルギーが十分に小さい場合、弾性散乱し た放射の大部分が上記角度内に入る。これらの特許において明記されるように、 物体の解析は単色或いは多色放射線の狭い平行ビームを用いる。コヒーレントに 散乱した放射線は、その放射線のエネルギー及び散乱角度の両方を分析する検出 システムを用いて測定される。いくつかの原理がこれらの装置の根底を成してお り、その１つが、（非弾性散乱放射ではない）弾性散乱放射線 のエネルギースペクトルが主要ビームのスペクトルに同一であるということであ る。弾性散乱放射の強さは、１−１９°の角度間隔内で明らかな最大値を有する 特徴的な角度変動を有する。最大離脱角度はＸ線照射された物質及び入射放射線 のエネルギーに依存する。小さな散乱角度でコヒーレントに散乱した放射線の強 度分布は、物体を構成する物質の分子構造に依存するため、同じ吸収度を有する 物質（従来の吸収度Ｘ線解析が識別できない）でも、コヒーレント放射の角度散 乱の強度分布により識別されることが多い。 米国特許第４，７５１，４２２号及び第４，７５４，４６９号は、画像を形成 するために小角コヒーレント散乱及びコンピュータトモグラフィを用いる装置を 記載する。記載される装置は、コヒーレント散乱断面が規定された角度範囲にお いて小さく、従って高い放射線量が物体にＸ線照射するために必要とされるため 、比較的低感度である。米国特許第５，２６５，１４４号は特定の角度で散乱す る放射線を記録するために同心検出円を用いる装置を記載する。その装置は小さ な開きを有するナロービームを用いて、物質にＸ線照射しているが、小さなビー ムの開きが小角散乱の望ましい記録のために必要とされ、小口径比、それゆえ低 感度のが問題となる。記載される装置の放射束は物体を通過する間に遭遇する異 なる材料から散乱され、その結果強度分布は、物体に含まれる異なる材料から生 じるいくつかの曲線の重ね合わせになる。これにより、散乱曲線から物質を識別 することが複雑になる。米国特許第４，７５２，７２２号は、小角コンピュータ トモグラフィを用いてこの問題を解決することを提案する。しかしながら、トモ グラフィ用画像を形成することは、多数の異なる角度から物体をＸ線照射する必 要があり、高価で、必ずしも実行できるとは限らない。 本発明は高口径比を有する比較的安価な装置を用いて、解析される物 体の全体積に渡る物質分布についての情報を得ることを目的とする。さらに、本 発明は、物体の内部構造の射影を画像化或いは形成するとき、製造及び操作が容 易で、しかも画像品質が向上した装置を製作することを目的とする。概要 本発明の１つの実施例は、本質的に物体内を小角でコヒーレントに散乱する放 射線を用いて形成される物体の画像或いは射影である小角トポグラムを形成する 。さらに、散乱曲線は、異なる角度で物体を横切る多重ビームに対して確定され る。散乱曲線は、像点を、結合放射ビームが通過した物体の一部の回折特性に関 連付ける。これらの散乱曲線及びトポグラムは小角散乱強度を示し、従って物体 の分子組成についての情報を保有する。測定においては、各散乱強度は、放射ビ ーム経路が通過する異なる物体領域からのいくかの散乱曲線の重ね合わせである 。これは物体の解析を妨げる。しかしながら、異なる方向に沿って物体を横切る ビームに対して検出された散乱曲線を用いるとき、トモグラフィ技術が、物体の 特定の点或いは領域に対する近似的な散乱曲線Ｉ（Θ）を確定することができる 。検出器を増加する、すなわち散乱放射強度が測定される角度の数が大きくなる ほど、散乱曲線の近似度はより厳密になる。各物質は、唯一の散乱曲線を有し、 対象の物質の散乱曲線はデータベースに入力される。得られた近似散乱曲線をデ ータベース内の散乱曲線と比較することにより、ある物体の特定の領域内に含ま れる物質が特定されることができる。 本発明の原理は、種々の装置に実装することができる。１つのそのような装置 は、透過用放射源、入射放射線束を狭く、弱い発散ビームとして形成するコリメ ータ、物体の背後に位置する空間フィルタ、並びにフ ィルタの背後に位置する座標感知（coordinate-sensitive）検出器を含む小角ト ポグラフィ装置である。放射線に対して透過性のある領域を有するコリメータは 、放射線に対して不透過性を有する領域を交互に有するスリット或いは通路であ る。空間フィルタは、コリメータと類似の規則的な周期性のある構造であるが、 コリメータの透過性領域に対応して不透過性材料の領域を有し、フィルタの不透 過性領域がコリメータの透過性領域から到来する直接経路上の放射を遮断する。 コリメータから到来する各ビームは、物体射影における別々の領域を占める。さ らに装置は、透過用放射ビームと相対的に物体を移動するための設備を含み、物 体をスキャニングし、検出器において物体の完全な射影を得る。 １つの実施例では、コリメータは、放射線に対して不透過性の領域と透過性通 路とからなる規則的に周期性を有する構造体を含む。通路の形状及び位置は異な ることができるが、例えば、六角形パターン内に位置するスリット或いはオリフ ィスであることができる。スリットコリメータは、放射線に対して不透過性領域 とプレート間の隙間とが交互に並ぶプレート、或いは別法では、入力仕切板（di aphragm）が１つ或いはいくつかのスリットを有し、出力仕切板が多数のスリッ トを有する２つの仕切板を含む。別法では、円形開口部を備える透過性通路を有 するコリメータは、細管状ねじり（capillary twist）、或いは入力仕切板が１ つ或いはいくつかのオリフィスを、出力仕切板が多数のオリフィスを有する２つ のオリフィスのいずれかとして実装される。太さがミクロン或いはサブミクロン で、角度が数分の発散を有するビームを形成するために、スリットなしコリメー タは、２つの平坦な研磨板の端部でのＸ線伝搬効果を利用して、繰返し全内部反 射（ＣＩＲ）させる。スリットなしコリメータは、互いに隙間なく上面に積層し 、さらに高圧下で互いに押圧した、平滑な表面を有する一組の金属或いはガラス 板として実装される。 極めて狭い（１０秒より小さい角度の発散）高い強度のＸ線ビームを得るために 、変更されたスリットなしコリメータは、Ｘ線軌道に垂直な反射表面上に未研磨 帯を有する平滑な表面の板の積層体を含む。 空間フィルタは、コリメータに相補的な規則的で周期的な構造であり、すなわ ち空間フィルタはコリメータからの直接放射を遮断するように配列され、所望の 範囲内の角度で物体が散乱する放射線を伝搬する。空間フィルタはスリットコリ メータに対しては線状ラスタとして、さらに円筒形通路を有するコリメータに対 しては円形の不透過性領域を有するラスタとして実装されるべきである。 コリメータは透過用放射線の別々のビームを、解析される物体の別々の領域に 配向するため、ビームを横切る物体が相対的に移動することがが、物体の内部構 造の全画像を得るために必要とされる。従って物体を移動させるための設備は、 検出用装置上での必要な露光を得るために十分な速度を有し、スキャン用放射線 を横切り物体が一様に移動することを保証する装置でなければならない。検出装 置は、座標感知Ｘ線放射センサであり、同時にすべてのビームからの情報を記録 する。情報処理システム受信部は、検出器からの情報を収集し、小角散乱におけ る差異を示すコントラストを有する物体画像を生成する。その画像は、吸収コン トラストにおいて得られた画像と比較されることになる。物体内の別々の素子に 対して、処理システムは小角散乱曲線を確定し、さらに確定された曲線と、既知 の物質の散乱曲線の入手可能な書籍或いはデータベースとを比較する。処理シス テムは、一致する散乱曲線がデータベース内に見出されるとき、素子の物質を特 定する。 小角形態的方法を利用する装置の別の実施例は、放射源、入射束を物体に入射 する多数の小さく、弱い発散ビームとして形成するスリットコリメータ、並びに 検出器素子がその中に配列され、物体の背後に位置す る空間フィルタを含む。空間フィルタは、スリット内に置かれる記録素子を有し 、不透過性プレートからなるスリットラスタである。そのプレートの幅は選択さ れ、１つのビームからの散乱放射線が、隣接するビーム用の記録素子に影響を与 えないことを保証するようにする。プレート間の間隙の深さ及び幅は、各個々の 検出器が、限定された角度範囲上に入る放射を記録するように決定される。１つ の実施例は、入射ビーム毎に３つの間隙及び３つの検出器を含む。１つのビーム に対する中央の検出素子は物体を直接通過して伝搬する放射線の強度を測定する 。そのビームに対する他の２つの検出器素子は、中央の素子の両側に所望の角度 範囲内に偏向される放射線の強度を測定する。各検出器素子は処理システムに接 続され、処理システムは、物体により散乱される放射線に関する強度情報を、偏 向されない放射線に関する強度情報から分離する。２つの画像をモニタ上に形成 することができ、１つは物体の小角コントラストに対応する画像であり、もう１ つは吸収コントラストに対応する画像である。 物体を検査するための方法は異なる角度で物体をＸ線照射し、さらにその物体 の吸収率の３次元分布を確定する。さらに、小角散乱曲線が各物体素子に対して 得られる。吸収率を決定するために、物体(例えば、爆発物を検査される手荷物) は、互いからできるだけ異なる弧をなす種々の角度で配向される、単一源からの 透過用放射線の均一な扇形ビームによりスキャンされる。スキャニングは、装置 の光素子を移動させることにより（例えばコリメータ、空間フィルタ並びに検出 器）、或いは物体を移動させることにより行われることができる。物体を移動さ せることが、一般に手荷物制御装置では実用的である。各ビームの口径は装置に 要求される分解能により、すなわち特定されるべき物質が物体内に占める領域の 大きさにより選択される。スキャンニング方向に垂直な方向内 の均一なビームの幅は全解析物体を包囲する。 各ビームに対して、座標感知検出器は物体を通って伝搬する放射線の強度を記 録する。検出器は、入射ビームの平面に平行に方向付けられた線形検出用素子か らなるシステムである。その方向付けを用いて、座標感知検出器の空間分解能が 、現れた異質物の最小サイズを判定する。その物体が移動するとき、各ビームが 連続的に全物体をスキャンする。物体を通って伝搬される放射線の強度は、ビー ムが横切る物質の吸収率に依存する。同じ物体セルを異なる角度で横切るビーム の測定された透過率から、そのセルを満たす物質に対する平均吸収率が確定され る。物体を通って伝搬される放射線の測定された強度の値は、全物体体積に渡る 吸収率の分布を計算する処理システムに転送される。その後その物体は基本セル の３次元マトリクスとして表わされ、それぞれがある一定の吸収率を有している 。各セルは１つの物質のみにより満たされるものと見なされる。得られた吸収率 分布から、そのセル内の物質に対する平均原子番号が確定される。異なる物質が 類似する吸収率を有する場合もあるので、このモードのＸ線照射において得られ る物体画像は、類似の吸収率を有する物質間の識別には用いることができないこ とがある。 類似の吸収率を有する物質間の識別を行うために、コヒーレント小角散乱（Ｓ ＡＳ）が用いられる。複雑な物体がＸ線照射されたときに個々のビームに対して 現れる小角散乱曲線は、１つのビームが物体を通過するときに交差する全ての物 質の散乱曲線の重ね合わせである。その重ね合わせから単一の物体セルの散乱曲 線を分離するために、小角強度分布が、互いからできるだけ大きく異なる角度を 有する、物体上のいくつかの入射角のビームに対して得られる。分離ＳＡＳシス テムは各ビームに対して用いることができる。各ＳＡＳシステムは、コリメータ 、空間フィルタ、並びにコリメータにより形成されるビームの小角散乱曲線を測 定するための座標感知検出器を含む。各コリメータは、単一放射源からの一連の 狭く、弱い発散ビームを形成する。物体は連続的にＳＡＳシステムを通過し、各 システムが物体をスキャンする。異なるスキャニング角度のビームに対して測定 された小角散乱曲線を処理することにより、物体の構造及び組成を特徴付ける散 乱曲線の分布がもたらされる。 いくつかの異なる角度で小角散乱強度を測定し、かつ物体内の各セル（或いは 体積素子）に対する対応する近似的な散乱曲線を作成することにより、そのセル 内の物質を特定することができるようになる。セルの散乱曲線の近似の精度は、 コヒーレント散乱強度が測定される角度の数が多いほど良くなる。測定された小 角散乱の範囲は、コヒーレントに散乱された放射線の主要部分が配向される角度 領域、すなわち所謂中央回折ピーク領域に制限される。この領域は、角度で５秒 から１度であり、用いられる波長と材料の構造的な特性に依存する。中央ピーク 領域内の小角散乱を記録することにより、記録された放射線に対してより大きな 強度が与えられる。各セルに対する散乱曲線を計算するとき、主要ビームがセル に到達する前の吸収差及びセルから検出器までの経路上で偏向されるビームの減 衰のような測定条件についての差分に対する許容度が設けられる。許容度は確定 された吸収率を用いて作成される。各セルに対して得られた散乱曲線は別々のビ ームに対する平均値である。物質は、まず吸収率及び小角散乱曲線により各セル 毎に特定される。求める物質に対応しない吸収率を有するセルは、ＳＡＳ測定の 検討解析から除外されうる。例えば、爆発物に対する手荷物検査をするとき、吸 収率が示す領域は金属であり、すなわちセラミックは爆発物或いは麻薬に対する 調査をするＳＡＳ解析から除外してもよい。これは、ＳＡＳデータの解析を、吸 収データから識別される対象のセルに限定することにより手順を簡単にし、加速 する。処理システムは２つタイプのデータ、すなわち吸 収率及び小角散乱曲線から物体画像を生成することができる。２つのタイプの画 像を組み合わせることにり、データ処理システムは、物体の３次元内部構造画像 を、物体を構成する物質の特定と共に確定することができ、図式的に表示画面上 に内部構造及び組成を表示することができる。その装置で用いられる異なるＳＡ Ｓシステムの全数は、解析物体の複雑さにより選択される。例えば、手荷物制御 では、解析される物体内に存在する物質の全数は、一般に３０を越えない。互い から４０°離れた４つの解析ビームにより、十分に物質の吸収率を確定すること ができ、ＳＡＳシステムは吸収測定のための個々のビームの間をなす空間内に配 置される。システムの全広がりは約１２０°である。 本発明の１つの実施例は、透過用放射源、解析物体内の放射線吸収を測定する ためのシステム、小角で散乱された放射を測定するシステム、並びにスキャニン グのために物体を移送するための装置を含む。解析物体内の吸収を測定するため のシステムは、扇形ビームを形成するスリットコリメータ、画像コントラストを 改善するように背景放射を削除するための物体の背後に配置されるフィルタ、並 びに多数の座標感知検出器からなる。各検出器は、個別のビームに対して伝搬さ れる放射線の強度を記録し、入射ビームの平面に平行な方向に沿う空間分解能を 有する。各コリメータスリットの寸法は、そのビームの幅及び発散角度を確定し 、スキャニング方向内にある物体における入射ビームの大きさは、検出されるべ き異質物の最小の大きさより小さくなるようにすべきである。そうでなければ、 物質は周囲をなす媒体の背景から識別されないかもしれない。スキャニング方向 に垂直な方向にあるビーム射影の大きさは、物体の大きさ以上にされるべきであ る。各ビームに対して、座標感知検出器は全物体スキャニング期間中、物体を通 って伝搬される放射を記録する。物体上へのビーム入射の異なる角度に対して、 伝搬される放射の測 定される強度はデータ処理システム内に転送され、３次元マトリクス基本セル上 の吸収率分布の形で、伝搬された放射線の強度値から物体画像が構築される。 物体からの小角散乱に対する測定システムは、同一の放射源からの透過用放射 線及びスキャニング動作の方向に対して異なる角度で配置される同じ遮蔽物を用 いる。そのような各遮蔽物は、コリメータ、空間フィルタ、並びに２座標型座標 感知検出器を含む。各コリメータは、放射源と物体との間に位置し、放射束を、 物体上に入射する１つ或いはいくつかの狭く、弱い発散ビームに成形する。マル チスリットコリメータは、放射線に対する透過性領域と不透過性領域とを交互に 有する規則性を有する周期的構造である。不透過性領域を形成する表面のライン は、全てのコリメータに対する放射源のフォーカルスポットで収束し、装置のエ ネルギー効率を上げるべきである。従って、コリメータの異なるスリットに達す る放射線は、放射源フォーカルスポットの異なる部分により放射される。解析物 体が小角で散乱する放射線を分離するために、空間フィルタが、座標感知検出器 の前方に配置され、上述のように、コリメータと整合し、直接放射を遮断する。 コリメータは物体の特定の部分を透過するビームを形成し、そのため小角で散 乱されるビームにおいて、物体の内部構造の全画像を得るために物体が検出用ビ ームを横切って移動することが必要である。例えば、コンベヤが、吸収率及び小 角散乱を測定するために、両方のシステム内の検出器に必要な露光時間を与える ために十分に遅い速度で、そのシステムを通って物体を移動させる。小角散乱を 記録するために検出装置は、２次元座標感知Ｘ線素子であり、ＣＣＤ、フォトダ イオードマトリクス、発光スクリーン、或いはＸ線用フィルムである。検出器感 度は、放射源の要求電力及び物体のスキャニング速度を確定する。データ処理シ ステ ムは、座標感知検出器からデータ信号を受信し、吸収から得られる画像と比較さ れることになる小角散乱の強度に従って物体の画像を形成する。物体内の個々の セルに対して得られる小角散乱曲線は、小角散乱曲線の入手可能なデータベース と比較され、セル内の物質を特定する。 本発明の別の実施例では、限定された角度で物体に配向される全ての扇形ビー ムに対して、吸収されずに伝搬される放射及び小角散乱の強度分布の両方が同時 に記録される。上述の実施例で示したように、一連の狭く、弱い発散ビームは、 透過用放射線の単一放射源からコリメータを用いて形成される。放射線は、その 放射線に対して不透過性のプレートからなるスリットのラスタ内部深くに配置さ れる検出用素子（例えばＣＣＤ或いはＸ線領域フォトダイオードのバー）を用い て記録される。プレート厚は、隣接する素子に対して、ある記録素子に対する１ つのビームから散乱された放射線の影響が排除できるように選択される。プレー ト間の間隙の深さ及び幅は個々の検出器に対する要件により確定され、特定の角 度でその間隙内に入る放射線を記録する。図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例に基づく小角トポグラフィ的装置を示す。 第２図は、１つ或いはそれ以上のスリット形透過性領域を除く、不透過性をな すコリメータからの扇形ビームの断面を示す。 第３図は、本発明の実施例において、透過性通路或いは開口部を有する不透過 性材料の遮蔽物から形成されるコリメータを示す。 第４図は、本発明による扇形ビームを用いる解析器内のコリメータ、空間フィ ルタ、並びに座標感知検出器の相対的な位置を示す。 第５図は、本発明の実施例において、プレート間のスリット内に位置する検出 器素子を有する一組のプレートである空間フィルタを備えたシ ステムを示す。 第６図は、本発明の実施例において、物体を偏向されずに通過する透過用放射 線が可視光線に変換されるシステムを示す。 第７Ａ及び７Ｂ図は、本発明の実施例に基づく、手荷物制御設備の異なる外観 を示す。 第８図は、本発明の態様に基づいて、散乱なしに伝搬される放射線及び小角で 散乱される放射線を別々に測定する手荷物制御設備を示す。 第９図は、第８図のシステムに対するデータ処理及び表示画面への出力を示す 。 第１０図は、２つの検出器システムが１つの空間フィルタにおいて結合される 本発明の別の装置の実施例を示す。 第１１図は、本発明の態様に基づいて、スリット内に配置される記録素子を有 するスリットラスタである空間フィルタ及び検出器システムを示す。 別の図面であっても同じ参照記号を使用したものは、類似の或いは同一のもの を示す。好適な実施例の詳細な説明 第１図は、小角トポグラフィ的装置１００を示し、透過用放射線の放射源１０ １、解析される物体１０５上に入射される放射線を形成するため仕切板１０２及 び１０６を含むコリメータ１２０、並びに物体１０５と座標感知検出器１１３と の間に位置する空間フィルタ１１０を含む。放射源１０１は、本発明の典型的な 実施例では、仕切板１０２にＸ線を配向するＸ線管である。別法では、放射源１ ０１は、放射１０４が物体１０５をＸ線照射するために必要な硬度及び強度を有 するなら、任意のタイプのＸ線放射源でよい。コリメーションに対して、仕切板 １０２は、 タングステン或いは鉛のような材料のシートであり、透過用放射線に対して不透 過性を有する。仕切板１０２では、オリフィス１０３が、スリット、円形或いは 任意の所望の形状をしており、仕切板１０６に向けて通過する放射１０４の発散 を制限する。仕切板１０６は交互をなす領域１０７及び１０８を有し、それぞれ 透過用放射線に対して透過性及び不透過性を示す。透過性領域１０７は、中空の 開口部であるか、或いはポリマのような透過性材料が充填されてもよい。透過性 領域１０７を通過する放射線は、物体１０５に入射される。コリメータ１２０及 び空間フィルタ１１０は相互に関連付けられ、多くの装置の動作パラメータを確 定する。例えば、放射源１０１のフォーカルスポットはコリメータ１２０と空間 フィルタ１１０の形状に依存する寸法を有する。 空間フィルタ１１０は物体１０５を通過する放射線１０９の経路内に透過性領 域１１１及び不透過性領域１１２を有する。空間フィルタ１１０の透過性領域１ １１は小角で散乱されるコヒーレントな放射を伝搬する。不透過性領域１１２は 、コリメータ１２０の関連する透過性領域１０７からの直接放射（すなわち偏向 されずに物体１０５を通過する放射線）、並びに大角で散乱する放射線を吸収す る。従って、物体１０５の不在時には、検出器１１３は背景強度信号のみを記録 する。物体１０５がコリメータ１２０とフィルタ１１０との間の領域内にあると き、物体１０５は放射線を散乱し、検出器１１３上に画像信号を生成する。座標 感知検出器１１３において得られる小角散乱放射の強度分布は、物体１０５の構 造についての情報を保有し、物体１０５に含まれる物質の散乱能力を示す。（こ こで用いられる用語「座標感知検出器」は検出器上の異なる座標において別々の 強度或いは測定を記録する検出器を示す。）物体１０５内に存在する物質を特定 するために、測定された小角散乱曲線が選択された既知の物質に対する散乱曲線 のデータベースと比較され る。データベースは例えば、一組の散乱曲線を含むことがあり、各曲線が強度を 指標する角度の表において表わされ、爆発物材料や規制薬物のような検出される べき物質に対応する。 コリメータ１２０は狭く、弱い発散ビームを形成し、放射線に対する不透過性 の領域１０８及び領域１０７の透過性通路からなる規則的に周期性を有する構造 を含む。通路の形状及び位置は異なってもよいが、例えば六角形パターン内に配 置されたスリット或いは円形オリフィスである。コリメータ内の通路の適切な配 置及び形状は、物体１０５の性質に依存する。コリメータ１２０に対する一般的 な要件は、以下の通りである。まず。透過性通路を形成する表面上のラインは放 射源１０１のフォーカルスポットに収束され、装置１００のエネルギー効率を高 める。異なるコリメータ通路に達する放射は、異なる部分のフォーカルスポット に由来し、従って、強力な広い焦点源の使用を可能にする。第２に、コリメータ １２０は、所望の小角範囲内に散乱される放射線を検出できるほど十分に小さい 、特に物体１０５が最小角度αより大きい角度で散乱する各ビームが主要束の外 側にあるということを保証するような、発散γを有するビームを形成すべきであ る。第３に、コリメータ１２０の構造は、隣接するビームからの所望の角度範囲 内の散乱が検出器１１３で互いに重畳しないような構造にされるべきである。こ れは角度βまでの小角で明瞭に検出することを保証する。（角度α及びβは、所 望の小角範囲を画定し、角度αは角度で５秒かそれ以上、角度βは１°かそれ以 上の角度を有する。）この要件を満足するために、コリメータ１２０及び空間フ ィルタ１１０は、コリメータ１２０の横方向の寸法（cross dimension）より大 きい距離だけ離されるべきである。 スリットコリメータ（すなわちスリット形状をなす伝搬通路を有するコリメー タ）は、放射線に対して不透過性を有すプレート及びそのプレ ート間の隙間、或いは１つ或いはいくつかのスリットを有する入力仕切板及び多 数のスリットを有する出力仕切板を含む２つの仕切板を含む。第２図は、物体１ ０５の背後に位置する空間フィルタにおける主要放射線の断面２１２に対するコ リメータ内のスリットにおける放射線の断面２０７の関係を示す。第１図に示す ように、出力仕切板１０６の透過性領域１０７が断面２０７の大きさを制御し、 空間フィルタ１１０が断面２１２の大きさ及び位置と整合する不透過性領域１１ ２を有する。 コリメータ内のあるスリットは、ある時点での物体の帯状部分のみを示すが、 物体を横切る放射の帯をスキャニングすることにより全物体の構造に関するデー タが得られる。物体をスキャニングするために２つの方法は、物体１０５に対し て装置の光素子を移動することと、物体１０５を移動することである。光素子（ コリメータ１２０及び空間フィルタ１１０）の移動により、不透過性領域１１２ 及び整合する透過性領域１０７の相対的位置が偏移する震動が生じるため、物体 １０５を移動することが好ましい。第１図では、駆動部１１４はレバー１１５を 揺動し、レバー１１５は一端１１８で蝶着され、蝶着トラクションバー１１６及 び１１７によりそれぞれ、物体１０５及び検出１１３に接続される。検出器１１ ３上に形成される物体１０５の内部構造の画像の縮尺及び相対的位置を保持する ために、物体１０５及び検出器１１３の置換は、放射源１０１の発散点から物体 までの距離、並びに検出器までの距離にそれぞれ同期し、かつ比例する。 別のコリメータの形状は、円形開口部を備える放射線透過性通路を有する。そ のようなコリメータは、Ｘ−ｒａｙ Ｏｐｔｉｃｅ，Ｉｎｃ（Ａｌｂａｎｙ，Ｎ Ｙ）から入手できるような細管状ねじり、或いは２つの仕切板、すなわち１つ或 いは多数のオリフィスを有する入力仕切板及び多数のオリフィスを有する出力仕 切板のいずれかとして実装される。第 ３図は円形の外形を有するビームを生成するためのコリメータ３２０及び空間フ ィルタ３２２を示す。第３図では、コリメータ３２０は、透過性通路３２４を有 する放射線に対して不透過性の材料の遮蔽物３１２である。通路３２４の軸は、 放射源の焦点に一致する点３０１で収束するライン３２６に沿って位置する。空 間フィルタ３１０はコリメータ３２０と整合し、すず、タングステン、チタン、 並びに鉛のような放射線に不透過性の材料で満たされた遮蔽物３１２内に領域３ １４を有する放射線に透過性の材料の遮蔽物３１２である。領域３１４の軸もま た、点３０１で収束する線３２６に沿って位置する。 遮蔽物３２２及び３１２は、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて製造 される。遮蔽物３２０を製造するために、通路３２４内の（或いは包囲する）突 出部が透過用放射線に透過性のポリマのプレート内に形成される。突出部は、放 射線焦点を起源する角度でプレートの表面に向けられる。その後プレートはエッ チングされ、プレートの非露出部分（或いはプレート内の材料に依存して露出部 分）が除去される。その後除去された部分は、透過用放射線に不透過性の材料、 例えばタングステン粉末で満たされる。同様に、遮蔽物３１２を製造するために 、領域３１４内の焦点方向に向く突出部が透過用放射線のための透過性ポリマか らなるプレートを通して形成され、開口部は透過用放射線に不透過性の材料で満 たされる。通路の寸法（この場合、その深さ及び直径）、コリメータ構造の周期 性（コリメータ通路間の距離）、並びに遮蔽物３１２の不透過性領域の寸法は、 解析物体内の小角散乱に対応する放射線のみが座標感知検出器に達するように選 択される。 スリットなしコリメータは１ミクロン或いはそれより小さい口径、かつ数秒角 の発散を有するビームを形成する。スリットなしコリメータは、２つの平坦に研 磨されたプレートの境界で完全内部反射（ＣＩＲ）によ り生じるＸ線伝搬効果を用いており、隙間なく互いの上面に積層され、かつ高圧 力下で互いに押圧された研磨表面を有する一組の金属或いはガラスプレートとし て実装される。スリットなしコリメータは、高い開口比を有し、１−２μｍ幅の ビームにすることができる。Ｘ線伝搬方向におけるプレートの長さにより、プレ ート（動作中平面）間の境界に沿ってビームの一部が伝搬しないように、完全に 吸収することができる。完全に平坦でかつ平滑なプレートの場合、Ｘ線がスリッ トなしコリメータ内を伝搬する通路の有効な幅は、ＣＩＲ中に放射線が媒体内に 透過する深さにより確定され、数十から数百オングストロームである。実際に、 この値はプレート研磨品質及び平坦性、並びにその押圧条件に依存する。スリッ トなしコリメータを通過するビームの発散２γは、コリメータの入力開口角度に 等しいが、ＣＩＲ臨界角２Θの２倍を越えることはできない。この入力開口角は 以下の式により確定される。 ２δ＝ｆ／Ｄ ただし、ｆはコリメータ動作平面の垂直な方向に沿ったＸ線管のフォーカスサイ ズであり、Ｄは管焦点からコリメータ入力までの距離である。 変形スリットなしコリメータは極めて狭い（角度で１０秒より小さい発散）、 高い強度のＸ線ビームをもたらす。またこのコリメータは互いに押圧された研磨 表面のプレートの積層体からなるが、未研磨帯がＸ線経路に垂直をなす反射表面 上に形成され、ビームを完全に吸収できるような装置入力及び出力からの距離に 配置される。ＣＩＲによりビームが研磨表面の入力境界を通過した後、大角で進 行するビームは、放射を吸収する未研磨の表面領域に入る。しかしながら、小角 で進行するビームは、未研磨表面上に入らないため、コリメート装置出力に達す る。 小角散乱空間フィルタはコリメータと相補的な規則性を有する周期的な構造で ある、すなわち空間フィルタはコリメータにより形成される直接放射線を遮断し 、αからβの範囲にある角度で物体内で散乱された放射線を伝搬するように配列 される。空間フィルタはコリメータと整合する。スリットコリメータ或いはスリ ットなしコリメータいずれの場合も、空間フィルタは線形ラスタとして実装され るが、狭く密集した円筒形通路の場合、円形開口部を有するラスタとして実装さ れる。 第４図はコリメータ４２０及び空間フィルタ４１０の別の実施例を示す。この 実施例では、コリメータ４２０はプレート４２０を含み、プレート４２０は放射 線に対して不透過性の材料からなり、間に隙間４２５を有して互いに隣接して配 置される。放射線の方向に沿ったプレート４２４の厚さは、プレートの材料によ る透過用放射線の吸収に依存する。プレート４２４は、解析物体の全射影を覆う ほど十分な長さを有する。仕切板４２８は、プレート４２４に平行で、かつプレ ート４２４に対する放射束を形成する１つ或いはいくつかのスリット４２９を有 する。仕切板４２８内にいくつかのスリットを用いることにより、解析物体に照 射するために用いられる放射源からの放射線の割合が増加する。空間フィルタ４ １０は、透過用放射線に対して不透過性の材料からなる一組のプレート４２６か ら構成される。プレート間の隙間４２７は放射に対して透過性のスリットを形成 する。各プレート４２６は、材料が放射線を吸収する能力により選択される、放 射線伝搬に方向に沿った厚さと、物体の全射影範囲を覆う長さと、コリメータ４ ２０内の関連する隙間４２５からの直接放射線を遮断するほど十分な幅とを有す る。吸収用プレート４２６は、隙間４２５から配向される全ての透過用放射線を 集合的に遮断し、空間フィルタ４１０の背後に位置する２次元検出器４１３が散 乱放射線の強度のみを測定する。 第５図は、画像形成システムの実施例を示し、空間フィルタ５１０は透過用放 射線に対して不透過性を有する一組のプレート５３０であり、プレート５３０間 の隙間は放射検出器５３１のバーを含む。各放射検出器５３１は、コリメータ４ ２０からのビームに対応し、プレート５３０は、あるビームから散乱される放射 が、隣接するビームに対応する検出器５３１に達するのを防ぐように設定された 厚さを有する。プレート５３０間の各隙間の幅及び長さは、隙間内の検出器５３ １に達する特定の角度の放射線範囲を選択する。処理システム５３４は、汎用コ ンピュータ或いは特定処理装置でもよいが、検出器５３１からの測定された強度 を記録し、処理する。処理システム５３４は、散乱せずに物体１０５を通過する 放射線及び物体１０５により散乱される放射線に対応する画像信号５３２及び５ ３３を形成する。信号５３２では、コントラストが、物体１０５における材料の 吸収係数の違いから形成され、一方信号５３３は小角散乱の強度におけるコント ラストを示す。１つの応用例では、小角内の強度は、所定の散乱曲線のそれぞれ からの１つの特定の角度を示す。例えば、画像内の強度は、選択された物質の散 乱が最大になる特定の角度における放射線の強度を示しており、その画像は選択 された物質を選択的に強調する。別法では、画像内のある点における強度は、そ の点に対応する散乱曲線の全体を表わすことができる。さらに別の方法では、特 定の物質を含むものと特定された物体の領域が、その物質に関連する偽色（fals e color）を割り当てられる。ディスプレイ５３５は物体の内部構造の２つの画 像を表示する。 第６図は、別の小角トポグラフィ的装置６００を示す。装置６００は透過用放 射線の放射源６３６及び放射源６３６からの放射束６３７の経路内に配置される 入力仕切板６３８を含む。入力仕切板６３８は物体１０５上に入る放射束６４０ を形成するいくつかのスリット６３９を有す る。仕切板６３９と物体１０５との間に位置する出力仕切板６４１は、解析物体 １０５に配向される多くの狭く、弱い発散ビームを形成する。物体１０５の背後 では、空間フィルタ６４２が、多くのスリット６４４を形成するプレート６４３ 間に隙間を有する一組の平行なプレート６４３を含む。フィルタ６４２のプレー ト６４３は、蛍光物質をコーティングされ、仕切板６４１が透過用放射束６４４ から覆う領域内に配置される。プレート６４３の表面上の蛍光物質は、物体によ り散乱される透過用放射線を可視光内に変換する。その後光は凹面鏡６４５及び 集光レンズ６４６を含む光システムを通り検出器６４７に入り、そこでプレート ６４３からの可視光の分布として示される散乱された放射の強度分布が記録され る。従って装置６００は解析物体の内部構造の２つの画像を形成することができ る。１つは検出器６４７上で形を成す散乱放射の分布から確定される画像であり 、もう１つは物体１０５を通って、プレート６４３背後の検出器６４８に入る直 接放射から確定される画像である。これにより、物体の内部構造についてのより 完全情報が得られる。上述の実施例のおけるコリメータは透過用放射線の別々の ビームを解析物体の別々の領域に配向し、ビームを横切る物体の相対的な移動が 物体の内部構造の全画像を得るために必要とされる。物体を移動させるために設 備は、検出器上で必要な露光を得るために十分な速度で、スキャニング用放射線 を横切る物体の一様な運動を保証する装置でなければならない。検出器は座標感 知Ｘ線放射センサであり、同時に全てのビームからの情報を記録する。検出器は 、例えば、フォトダイオードマトリクス、発光スクリーン或いはＸ線用写真フィ ルムである。 第７Ａ及び７Ｂ図は、手荷物制御設備７００における本発明の実施例の使用を 示す。手荷物制御設備はコンベヤ７４９を含み、コンベヤは透過用放射線源７５ ０と検出器７５１との間の領域を通して解析物体７０ ５（手荷物）を移動させる。コンベヤ７４９下にある放射源７５０からのＸ線放 射は、多くの狭く、弱い発散Ｘ線放射ビームを形成するコリメータ７５２を通過 する。さらにそのビームは、物体７０５を通り空間フィルタ７５３に達し、空間 フィルタは非散乱放射部分を吸収する。小角で散乱されたコヒーレントな放射は 、フィルタ７５３を通り、検出器７５１に達する。各時点で、検出器７５１は物 体７０５の内部構造画像の断片において偏向される放射を記録する。処理ユニッ ト７５２は、検出器７５１及びコンベヤ７４９を駆動する駆動部７５５に接続さ れ、物体７０５の位置についての情報と共に各断片に関連する検出器７５１から の情報を記録する。物体の内部構造の断片及び物体の位置を示す情報から、計算 ユニット７５４は物体の内部構造の完全な画像を発生し、画像を映像ディスプレ イ７５６に転送する。第７Ｂ図は、コンベヤ７４９、放射源７５０、コリメータ ７５２、空間フィルタ７５３、検出器７５１並びに解析物体７０５の相対的な位 置を示す。別の手荷物制御設備は、第４，５或いは６図に示される装置のような 他の小角トポグラフィ的装置を使用することができる。 本発明の別の実施例に基づいて、第８図は伝搬測定システム及びＳＡＳ測定シ ステムを含む手荷物制御設備８００を示す。伝搬測定システムは物体（手荷物） ７０５を通って偏向されずに伝搬された放射線を測定し、透過用放射源８０１、 コリメータ８０４、空間フィルタ８０８並びに座標感知検出器８０７を含む。Ｓ ＡＳ測定システムは、物体７０５が小角で偏向する放射を測定し、放射源８０１ 、コリメータ８０５、空間フィルタ８１２並びに座標感知検出器８１５を含む。 本発明の典型的な実施例では、放射源８０１はいずれのシステムにおいても共通 のＸ線管であり、コリメータ８０４及び８０５を通して放射を移動式コンベヤ７ ４９上の物体７０５に配向する。コンベヤ７４９は伝搬測定システムを 通り、その後小角測定システムを通って物体７０５を移動させる。コリメータ７ ０４は、遮蔽物内に形成されるスリット形状透過性領域８０６を有する、透過用 放射線に対して不透過性の材料の別々の遮蔽物を含む。スリットの軸は、透過用 放射線の放射源のフォーカルスポットに一致する点（例えばＸ線管焦点）に収束 するラインに沿っている。スリット８０６からのビームは、互いからできるだけ 異ってコンベヤ７４９の平面と角度をなす。スリット幅はビームサイズを選択し 、ビームサイズは調査対象物質が物体７０５内に占めると推測される領域の幅に 一致することが好ましい。スリット幅と垂直をなして、コリメータ７０４は物体 ７０５全体を覆うビームを形成する。コリメータスリット８０６に平行に配置さ れる座標感知検出器８０７は偏向せずに物体７０５を通って伝搬した放射線を記 録する。各座標感知検出器８０７はスリット８０６に対して平行な線に沿う座標 に対応する一連の放射強度を測定する。各検出器８０７の座標分解能は、物体の 移動方向に垂直な方向内の空間分解能を確定する。空間フィルタ８０８は、各検 出器８０７と物体７０５との間に１つのスリットを含む一連のスリットを有する 。フィルタ８０８は検出器８０７に到達する偏向された放射線を減少させ、それ により伝搬放射線の記録された強度のＳＮ比を改善する。 ＳＡＳ測定の場合、コリメータ８０５は多数の狭く、弱い発散ビームを物体に 配向する。コリメータ８０５の各々は、不透過性領域８１０及び透過性領域８０ ９を交互に有し、透過用放射線に対する通路を形成する。コリメータ８０５の各 々の通路の軸は、放射源８０１の焦点に収束する方向８１１に沿っている。また コリメータ８０５の軸も放射源に収束するが、コンベヤ７４９に対して種々の角 度をなす。コリメータ８０５の中央軸の向きは互いからできるだけ異なる。空間 フィルタ８１２は、物体７０５から放出される放射線の経路内に透過性領域８１ ３及び不透 過性領域８１４を含む。各空間フィルタ８１２は、関連コリメータ８０５に対し て配置され、フィルタの不透過性領域８１４が関連コリメータ８０５の透過性領 域８０９を通過する放射線を遮断する。物体７０５が小角で散乱する放射線は、 透過性領域８１３を通過する。透過性領域の寸法（この場合、スリットの幅及び 深さ）、コリメータ８０５の構造の周期性（スリット間の距離）並びに空間フィ ルタ８１２の透過性領域の寸法は、関連座標感知検出器８１５が、物体７０５が 特定の角度範囲内で散乱する放射線を確実に受信できるように選択される。典型 的な角度範囲は、約０−０．５度であるが、６−１２秒より小さいことが好まし い。各検出器８１５は２次元座標感知素子であり、各主要ビームに対する小角散 乱曲線を構築するできるほど十分な分解能を有する。 物体７０５が伝搬測定システムに到達する前に、検出器８０７はコリメータ８ ０４からのビームの放射線強度を測定する。第９図に示される処理ユニット９１ ６は、減衰前の強度を示す信号を検出器８０７から受信する。処理ユニット９１ ６は、専用ハードウエアであるか、もしくは汎用コンピュータ内で実行されるル ーチンである。物体７０５が伝搬測定システムを通って移動するとき、検出器８ ０７は種々の角度で物体７０５を通って伝搬する放射線の強度を測定し、処理シ ステム９１６が、物体７０５内で一部吸収及び散乱された後の放射線強度を示す 信号を受信する。処理ユニット９１６は、物体７０５の存在時に測定された強度 と、物体７０５の不在時に測定された強度との比を計算し、物体７０５の体積全 体に渡る吸収率分布を確定する。 ＳＡＳ測定の場合、フィルタ８１２は、直接放射が検出器８１５に達すること を阻止する。従って、物体７０５が小角測定システム内の存在しないとき、検出 器８１５は背景放射強度のみを記録する。第９図に示されるＳＡＳデータ処理ユ ニット９１７は、検出器８１５からの測定さ れた小角散乱強度と、処理ユニット９１６からの吸収率分布とを受信し、処理す る。処理ユニット９１７は、小角散乱曲線を計算するとき、偏向経路に沿う吸収 を補償する。処理ユニット９１７は、小角散乱システムから得られたデータを処 理する。小角散乱システムは、主要ビームがスキャニング中に物体７０５を横切 る角度において異なる。これにより、処理ユニット９１７は、物体７０５の体積 全体に渡って分布するセルに対する小角散乱曲線を構成することができる。処理 ユニット９１８は、吸収に対して得られた物体７０５の画像と小角散乱に対して 得られた物体７０５の画像とを比較し、さらに物体７０５内のセルに対する散乱 曲線を既知の物質に対する小角散乱曲線のデータベースと比較する。比較結果に 基づいて、物体７０５の３次元画像が形成され、特定されるべき物体７０５を構 成する物質と共に映像表示画面上に表示される。 第１０図は、本発明に基づく手荷物制御設備１０００の実施例を示す。設備１ ０００は、透過用放射線の放射源１０１及び狭く、弱い発散扇形ビームを形成す るコリメータ１０２０を含む。扇形ビームは移動式コンベヤ７４９上にある物体 ７０５に配向される。コリメータ１０２０は物体７０５に関連するように方向付 けられ、その軸は、互いからできるだけ大きく離れた角度で物体７０５が移動す る方向に向けられる。各コリメータ１０２０は対応する空間フィルタ１０２４と 、対応する一組の座標感知検出器１０２３とを有する。座標感知検出器１０２３ は、空間フィルタ１０２４のスリット内のあり、小角で散乱された放射線１０２ １と、散乱されずに伝搬された放射線１０２２との強度を測定する。コリメータ からの各扇形ビームは、少なくとも２つの検出器、すなわち関連するスキャンビ ームの無偏向経路に沿って配置される検出器と、関連ビームからの小角で散乱さ れた放射を測定するための隣接する検出器とに結合される。 第１１図は、第１０図のシステム１０００内のコリメータ１０２０の１つに関 連するフィルタ及び検出器システム１１００の斜視図である。システム１１００ は、透過用放射線に対して不透過性のプレート１１２５及びプレート１０２５内 の隙間内にある座標感知検出器１０２３を含む。プレート１１２５の厚さは、１ つの扇形ビームから散乱された放射線が他の扇形ビームに関連する検出器に達す ることを阻止するように選択される。プレート１１２５間のスロットの長さ及び 幅は、伝搬或いは散乱放射線の特定の角度範囲内に入る放射線を記録するための 個々の検出器に対する要件に従って選択される。検出器１０２３からの信号は、 ２つの独立の通路を介して、第９図のユニット９１６及び９１７のような処理ユ ニットに転送される。第１の通路は、無偏向放射線の放射強度を記録する検出器 １０２３に接続され、物体を構成する材料の吸収率を示すデータを転送する。吸 収測定のための検出器１０２３は、スリットの長さ方向に沿った一連の強度を測 定する線形座標感知検出器である。第２の通路は、小角で散乱する放射線を記録 する検出器に接続される。小角散乱測定用検出器は、２次元或いは線形座標感知 検出器である。２次元座標感知検出器は、スリットに沿った各点に対して異なる 角度で強度を測定する。処理ユニットは上述の形態と同様の形態で情報の２つの 通路を処理し、その後映像表示画面に画像を転送する。 本発明は特定の実施例に関連して記載されているが、本記載は本発明の適用例 の一例であって、限定するものと見なすべきではない。種々の変形例及び開示さ れた実施例の組み合わせは、以下の請求項により画定されるような本発明の範囲 内に入る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ラザレフ、パーベル・アイ アメリカ合衆国カリフォルニア州94025・ メンロパーク・＃21・コールマンアベニュ ー 806

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 小角トポグラフィ的装置であって、 透過用放射線の放射源と、 透過用放射線からスキャンビームを形成し、不透過性領域を交互に有する透過 性領域からなる規則的に周期性を有する構造であるコリメータと、 前記スキャンビームに対して物体を移動させ、前記物体の完全な射影を得る設 備と、 前記物体の背後に位置する空間フィルタと、 前記空間フィルタが伝搬する放射線を検出するように配置される座標感知検出 器とを有し、 前記空間フィルタは前記コリメータの構造と相補的で規則的な周期性構造を有 し、また前記コリメータの前記透過性領域に対応する前記空間フィルタの領域が 、前記透過用放射線に対して不透過性があり、かつ前記コリメータの前記不透過 性領域に対応する前記空間フィルタの領域が前記透過用放射線に対して透過性が あり、前記空間フィルタの前記不透過性領域が偏向されずに前記物体を通過する 前記スキャンビームの一部を遮断するように配置され、また前記空間フィルタの 前記透過性領域が、前記物体が小角で偏向する前記スキャンビームの一部を伝搬 するように配置されることを特徴とする小角トポグラフィ的装置。 ２． 前記コリメータが前記透過用放射線に不透過性のプレートからなり、その 中で前記放射源の焦点に収束する軸を有する前記透過性通路が形成されることを 特徴とする請求項１に記載の装置。 ３． 前記空間フィルタが透過性プレートからなり、さらに前記不透過性領域が 前記透過性プレート内に位置する不透過性材料のロッド形状領域からなり、前記 コリメータの前記透過性通路からの透過用放射線を遮 断することを特徴とする請求項２に記載の装置。 ４． 前記コリメータがプレート間に隙間を有する一組のプレートからなり、一 連のスリットを形成し、前記スリットが前記コリメータの前記透過性領域であり 、また前記スリットが前記放射源の焦点を横切る平面内にある扇形ビームを形成 することを特徴とする請求項１に記載の装置。 ５． 前記コリメータ内の前記透過性領域がスリット形状であることを特徴とす る請求項１に記載の装置。 ６． 前記コリメータが互いに接触して積重された一組の研磨プレートからなる ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ７． １つ或いはそれ以上の前記プレートが異なる研磨表面内に未研磨部分を有 することを特徴とする請求項１に記載の装置。 ８． 小角トポグラフィ的装置であって、 入力放射線を解析される物体上に入る複数の別々のビームとして形成する透過 用放射線の放射源と、 前記物体の背後に位置する複数の平行なプレートと、 前記プレート間に形成されるスリット内に位置する複数の検出器素子とを有す ることを特徴とする小角トポグラフィ的装置。 ９． 前記検出器素子からのデータを受信するために接続される処理システムを さらに有することを特徴とする請求項８に記載の装置。 １０． 前記複数のプレートが、前記検出器素子に達する放射線を、前記物体内 で小角で散乱される放射線に制限する方向性及び寸法を有することを特徴とする 請求項９に記載の装置。 １１． 前記各検出器素子が、前記検出器素子を含む平面上の前記ビームの１つ の射影の半分より小さいことを特徴とする請求項８に記載の装置。 １２． 前記別々のビームのそれぞれに対する前記複数の検出器素子が、 前記ビームの無偏向経路内にある第１の検出器素子と、 前記物体内で小角で偏向される前記ビームの経路内にある第２の検出器素子と を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。 １３． 前記別々のビームのそれぞれに対して、前記複数のプレートが、前記第 ２の検出器素子に達する放射線を、前記物体内で小角で散乱された放射線に制限 する方向性と寸法とを有ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。 １４． 処理システムをさらに有し、前記処理システムが前記検出器素子からの データを受信するように接続され、また前記処理システムが前記ビームの前記第 １の検出器素子から受信されたデータから吸収分布を、かつ前記ビームの前記第 ２の検出器素子から受信されたデータから小角散乱の分布を確定することを特徴 とする請求項１２に記載の装置。 １５． 物体の組成及び内部構造を判定するための装置であって、 透過用放射線の放射源と、 前記放射源から放射束を形成し、かつ前記物体に向けて配向するコリメーショ ンシステムと、 前記放射源に対して前記物体を移動させるためのスキャニングシステムと、 前記物体を通って伝搬される無偏向放射線を測定し、かつ前記物体の吸収率の 分布を特定する第１の検出器システムと、 前記物体内で小角で散乱された放射線を測定し、かつ前記物体に対する複数の 散乱曲線を特定する第２の検出器システムとを有することを特徴とする装置。 １６． 前記コリメーションシステムが、 前記第１の検出器システムに向けて配向される、前記放射源からの放射線の第 １の組の主要ビームを形成する第１の組のコリメータと、 前記第２の検出器システムに向けて配向される、前記放射源からの放射の第２ の組の主要ビームを形成する第２の組のコリメータとを有することを特徴とする 請求項１５に記載の装置。 １７． 前記第１の組の各主要ビームが、前記放射源からの放射の平坦な扇形ビ ームであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。 １８． 前記第２の組のコリメータが複数のマルチスリットコリメータからなり 、前記マルチスリットコリメータの各々が、放射源からの放射線の多数の弱い発 散扇形ビームを形成し、また前記マルチスリットコリメータの各々が、前記物体 の動きに対して異なる角度で方向付けられることを特徴とする請求項１６に記載 の装置。 １９． 前記第２の検出器システムからのデータを受信するように接続される処 理システムをさらに含み、前記処理システムが前記各主要ビームに対する散乱曲 線を確定し、さらに各散乱曲線と既知の散乱曲線のデータベースとを比較し、前 記主要ビームが通過する領域内の前記物体の組成を特定することを特徴とする請 求項１６に記載の装置。 ２０． 前記処理システムが前記第１の検出器システムからのデータを受信する ように接続され、かつ前記検出器システムからのデータから吸収率の３次元分布 を確定することを特徴とする請求項１９に記載の装置。 ２１． 前記処理システムが、散乱曲線を確定するときに、吸収率の分布を用い て、吸収の影響を補償することを特徴とする請求項２０に記載の装置。 ２２． 前記第２の検出器システムが２次元座標感知検出器と、前記検出器と前 記物体との間に位置する空間フィルタとを含み、前記空間フィルタが、偏向せず に前記物体を通って伝搬される放射線を遮断するために配置される不透過性領域 と、前記物体が小角で散乱する放射を検出器に伝搬するために配置される透過性 領域とを有することを特徴とする請 求項１５に記載の装置。 ２３． 物体の組成及び内部構造を判定するための装置であって、 透過用放射線の放射源と、 前記物体の配向される放射束を形成するためのユニットと、 前記物体の背後にスリットを形成する複数のプレートと、 前記物体を通って無偏向で伝搬される放射を記録するために、前記プレート間 に前記スリット内に配置される第１の複数の検出器素子と、 前記物体内で小角で散乱前記される放射を記録するために、前記プレート間に 前記スリット内に配置される第２の複数の検出器素子と、 前記第１及び前記第２の複数の検出器素子に接続され、前記物体を通って無偏 向で伝搬され、記録された放射線と、前記物体内で小角で散乱され、記録された 放射線の測定に基づいて前記物体の画像を形成する処理システムとを有すること を特徴とする装置。 ２４． 前記各検出器素子が、前記検出器素子を含むスリットの長さ方向に沿っ て配列された一組の記録用素子からなることを特徴とする請求項２３に記載の装 置。 ２５． 前記処理システムが、散乱されずに前記物体を通って伝搬される放射線 から小角で散乱された前記放射線を弁別し、前記物体の一部に対する散乱曲線を 確定することを特徴とする請求項２３に記載の装置。 ２６． 前記処理システムが、前記散乱曲線を既知の物質に対する散乱曲線のデ ータベースと比較することにより、前記物体の一部を占める物質を特定すること を特徴とする請求項２５に記載の装置。 ２７． 前記各検出器素子の幅が、前記検出器素子を含む平面上に入るビームの 射影の半分より小さいことを特徴とする請求項２３に記載の装置。 ２８． 前記解析物体の方向に放射束を形成する前記ユニットが、単一 放射源からの多数の平坦で弱い発散扇形ビームを形成するために設計された一連 のマルチスリットコリメータからなり、前記コリメータは、その軸が互いからで きるだけ大きく離れるように方向付けられることを特徴とする請求項２３に記載 の装置。 ２９． 前記放射源に対して前記物体を移動させるためのスキャニングシステム をさらに有することを特徴とする請求項２３に記載の装置。