JPH10104175A - 材質特定ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物に含まれる対象物の元素を特定し
て、材質を特定することができる材質特定Ｘ線検査装置
を提供する。 【解決手段】 予め元素が既知の対象物にＸ線を照射し
て、透過Ｘ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データ
を、照射Ｘ線のエネルギー別および元素別に求めて特性
データとして特性データ格納手段（特性データメモリ1
4）に格納しておき、Ｘ線源（第1,2 Ｘ線管2h,2L)から
エネルギーの異なる２つのＸ線を被測定物４に照射し、
各Ｘ線に対する透過Ｘ線を検出器（第1,2 ラインセンサ
Ｘ線管6h,6L)で検出して検出出力レベルを求める。材質
特定手段（画像メモリ12，演算，比較回路13，制御回路
１５）は、特性データを用いて２つの検出出力レベルに
対応する対象物の厚みを求め、厚みが一致する元素を求
める。異なるＸ線エネルギーによる検出出力レベルに対
する厚みの一致から、被測定物中に含まれる対象物の元
素を特定し、被測定物の材質を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過Ｘ線の検出に
よって被検査物の材質特定を行う材質特定Ｘ線検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より各分野においてＸ線検査装置を
用いた非破壊検査が行われている。Ｘ線検査装置はＸ線
源から被測定物にＸ線を照射し、被測定物を透過したＸ
線を検出して透過画像を生成するものである。これによ
って、空港，郵便局，軍事産業，裁判所等において銃刀
砲等の取締り対象物の有無を検査したり、工場において
溶接部の亀裂，欠陥等を検査したり、食品や医薬品中の
異物検査を行うことができる。従来のＸ線検査装置は、
単一エネルギーを照射するＸ線源を用い、被測定物を透
過したＸ線をＸ線ラインセンサで撮像し表示を行ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の単一エネルギー
のＸ線を照射するＸ線検査装置により得られる画像は、
被測定物の形状の表示およびＸ線吸収の度合いに応じた
濃淡表示が行われている。図１２は従来のＸ線検査装置
による表示画像例である。図１２の表示画像において、
金属等の重元素を含む被測定物６１の場合には、Ｘ線の
吸収量が多いために透過量が少なくなって高い出力レベ
ルで表示され、プラスチック等の軽元素を含む被測定物
６２，６３の場合には、Ｘ線の吸収量が少ないために透
過量が多くなって低い出力レベルで表示される。そのた
め、表示された画像の形状や表示の濃淡によって対象物
を予想しているが、爆発物や麻薬等の特徴的な形状を持
たない被測定物については、対象物の特定を行うことが
できないという問題点がある。

【０００４】また、エネルギーの異なるＸ線を用いるこ
とによって、重元素を含む物体と軽元素を含む物体とを
同時に検査するＸ線検査装置も提案されているが、この
場合においても、それぞれ異なるエネルギーのＸ線で得
られた画像を合成するものであり、対象物に対しては単
一エネルギーのＸ線により画像を得る点で上記したＸ線
検査装置と同様であって、対象物の特定を行うことがで
きないという問題点は解決されていない。

【０００５】そこで、本発明は前記した従来のＸ線検査
装置の問題点を解決し、被測定物に含まれる対象物の元
素を特定して、材質を特定することができる材質特定Ｘ
線検査装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の材質特定Ｘ線検
査装置は、透過したＸ線によって被測定物の検査を行う
Ｘ線検査装置において、エネルギーの異なる少なくとも
２つのＸ線を被測定物に照射するＸ線源と、被測定物を
透過したＸ線を検出する検出器と、透過Ｘ線の検出出力
と対象物の厚みとの特性データを、照射Ｘ線のエネルギ
ー別および元素別に格納した特性データ格納手段と、エ
ネルギーの異なるＸ線の照射で得た２つの検出出力に対
して得られる対象物の厚みを同一とする元素を特性デー
タ格納手段から求めることによって材質を特定する材質
特定手段とを備えており、これによって、被測定物中に
含まれる対象物の元素を特定して材質を特定し、形状が
特定できない被測定物の検査を行うことができる。

【０００７】図３はＸ線源が照射するＸ線のエネルギー
と相対Ｘ線束の関係を示す図である。１２０ＫＶ，１ｍ
Ａの第１Ｘ線管と６０ＫＶ，４ｍＡの第２Ｘ線管の２つ
のＸ線管によってＸ線源を構成する場合、図３に示すよ
うに、各Ｘ線管からは１２０ＫｅＶおよび６０ＫｅＶの
Ｘ線エネルギーを中心として上下にエネルギー幅を持つ
Ｘ線束が照射される。

【０００８】この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表している。図４はこの
検出出力レベル−厚み特性を表し、また、図５は同一対
象物に対してエネルギーの異なるＸ線を照射したときの
検出出力レベルを表している。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。

【０００９】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、図５（ｂ），（ｃ）において、図５
（ａ）の対象物４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。

【００１０】本発明の材質特定Ｘ線検査装置によって被
測定物中に対象物が含まれるか否かの検査を行うには、
あらかじめ元素が既知の対象物にＸ線を照射して、透過
Ｘ線の厚みに対する検出出力特性を求める処理を、Ｘ線
のエネルギーを異ならせて行うことによって、透過Ｘ線
の検出出力と対象物の厚みとの特性データを、照射Ｘ線
のエネルギー別および元素別に求めて特性データとして
格納しておく。

【００１１】そして、被測定物に対して、Ｘ線源からエ
ネルギーの異なる２つのＸ線を被測定物に照射し、各Ｘ
線に対する透過Ｘ線を検出器で検出して検出出力レベル
を求める。材質特定手段は、求めておいた特性データを
用いて２つの検出出力レベルに対応する対象物の厚みを
求め、この厚みが一致する元素を求める。異なるＸ線エ
ネルギーによる検出出力レベルに対する厚みが一致した
とき、その特性データの元素が被測定物中に含まれる対
象物の元素であり、被測定物の材質を特定する。

【００１２】本発明の第１の実施態様は、Ｘ線源を照射
エネルギーの異なる２つのＸ線管を被測定物とＸ線源と
の相対的移動方向に沿って配置し、該Ｘ線管が照射する
Ｘ線を干渉することなく検出器に入射させるものであ
り、これによって、２つのＸ線エネルギーの走査像を得
ることができる。また、本発明の第２の実施態様は、Ｘ
線源をグリッド制御方式のＸ線装置を配置し、グリッド
制御によって高，低の管電圧を短時間で切り換えてエネ
ルギーの異なるＸ線を交互に、Ｘ線輝度増倍管および２
次元テレビカメラを備えた検出器に照射するものであ
り、これによって、２つのＸ線エネルギーの静止像を得
ることができる。

【００１３】本発明の第３の実施態様は、走査像を得る
検出器を２つのＸ線エネルギー画像収集用蛍光体付きフ
ォトダイオードアレイとし、Ｘ線源からのＸ線ビームを
フォトダイオードアレイの受光面に限定する絞り手段を
備えるものであり、これによって、２つのフォトダイオ
ードアレイに異なるエネルギーのＸ線ビームを干渉する
ことなく照射することができる。

【００１４】本発明の第４の実施態様は、材質特定手段
に対象物を透過するＸ線の検出出力レベルを求める手段
を設けるものであり、該手段はＸ線エネルギーの画像上
で対象物を指定する手段と、該指定に基づいて対象物の
輪郭を抽出する手段と、対象物の近傍の背景部分を指定
する手段と、対象物中の画素データから背景の画素デー
タを減算して対象物に固有のデータを求める手段とを備
えた構成とするものであり、これによって、対象物を透
過するＸ線の背景部分の誤差を除去して、対象物に固有
のデータを得ることができる。

【００１５】本発明の第５の実施態様は、対象物を求め
た元素毎に特定の輝度あるいは色調で表示する表示手段
を備え、これによって、被測定物の材質を区別して表示
することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の材質特定
Ｘ線検査装置の概略を説明するためのブロック図であ
る。図１の概略ブロック図において、材質特定Ｘ線検査
装置１は、被測定物４に対してＸ線ビームを照射する第
１Ｘ線管２ｈおよび第２Ｘ線管２ｌと、第１Ｘ線管２ｈ
から照射された透過Ｘ線を検出する第１ラインセンサ６
ｈおよび第２Ｘ線管２ｌから照射された透過Ｘ線を検出
する第２ラインセンサ６ｌと、透過Ｘ線の検出出力と対
象物の厚みとの特性データを、照射Ｘ線のエネルギー別
および元素別に格納した特性データメモリ１４と、特性
データ格納メモリ１４から読みだしたデータに基づいて
被測定物の材質を特定する材質特定手段とを備えてい
る。

【００１７】Ｘ線管２は異なるエネルギーのＸ線を照射
する構成であり、第１Ｘ線管２ｈからは高Ｘ線エネルギ
ーを照射し、第２Ｘ線管２ｌからは低Ｘ線エネルギーを
照射する構成とする。例えば、第１Ｘ線管２ｈに１２０
ＫＶ，１ｍＡのＸ線管を用いて１２０ＫｅＶの連続Ｘ線
を照射させ、第２Ｘ線管２ｌに６０ＫＶ，４ｍＡのＸ線
管を用いて６０ＫｅＶの連続Ｘ線を照射させる構成とす
ることができる。

【００１８】第１ラインセンサ６ｈおよび第２ラインセ
ンサ６ｌは、Ｘ線エネルギー画像収集用の蛍光体付きフ
ォトダイオードアレイを用いることができ、照射された
透過エネルギーのＸ線エネルギーを収集して光信号に変
換し、該光信号を電気信号に変換して画像処理回路１１
に送る。画像処理回路１１は、ラインセンサからの一次
元信号を二次元画像に変換する信号処理を行い、それぞ
れ第１画像メモリ１２ｈおよび第２画像メモリ１２ｌに
送って画像データを格納する。画像メモリとしては、例
えばＶＲＡＭ等を使用することができる。画像メモリ１
２の格納された画像データは表示回路１７によって表示
装置１８に表示したり、あるいは出力装置１９に出力す
ることができる。

【００１９】材質特定手段は、前記画像メモリ１２およ
び演算，比較回路１３，制御回路１５，入力装置１６等
を備える。演算，比較回路１３は、画像メモリ１２の格
納されている画像データおよび特性データメモリ１４を
用いて、被測定物中の対象物の厚みをＸ線の照射エネル
ギー別および元素別に演算して比較し、同一の厚みが得
られる元素を求める処理を行う回路である。制御回路１
５は、画像データおよび特性データのデータ制御や表示
回路の制御等を行う回路である。また、入力装置１６
は、被測定物において、材質特定を行う箇所の指定を制
御回路１５に行う装置であり、マウス等のポインティン
グデバイスを用いることができる。

【００２０】なお、前記した材質特定手段の各回路構成
は、材質特定手段の機能を概念的に示したものであり、
ハードあるいはソフトウェアのいずれによっても構成す
ることもできる。

【００２１】また、材質特定Ｘ線検査装置１は、被測定
物４を移動させるベルト５を設け、該ベルト５の移動方
向に沿って前記したＸ線管２およびラインセンサ６を照
射Ｘ線が入射する位置に配置して、走査像を得る構成と
することができる。また、このとき、Ｘ線管２とライン
センサ６との間にＸ線絞り３を配置して、照射したＸ線
の干渉を防止する構成とすることができる。

【００２２】次に、本発明の材質特定Ｘ線検査装置の動
作について図２のフローチャートを用いて説明する。は
じめに、被測定物４の材質特定を行う前に、材質特定Ｘ
線検査装置１によって複数の元素について厚みを変えな
がら検出出力を求め、各元素について厚み−検出出力特
性を求めて得た特性データをデータベースとして特性デ
ータメモリ１４に格納しておく（ステップＳ１）。

【００２３】次に、被測定物４のＸ線画像を求めて表示
装置１８に表示する。Ｘ線画像を走査像として求めるに
は、被測定物４をベルト５によって移動させながら、第
１Ｘ線管２ｈから照射したＸ線による透過Ｘ線像を第１
ラインセンサ６ｈで検出し、第２Ｘ線管２ｌから照射し
たＸ線による透過Ｘ線像を第２ラインセンサ６ｌで検出
する。画像処理回路１１は、各ラインセンサ６で得られ
る一次元の検出出力を二次元信号に変換し、それぞれ第
１画像メモリ１２ｈおよび第２画像メモリ１２ｈに格納
して画像データとする。画像データは制御回路１５の制
御によって表示回路１７を介して表示装置１８に表示す
る。

【００２４】図６は表示装置の表示例である。図６
（ａ）は高エネルギーのＸ線を照射したときの画像例で
あり、また、図６（ｂ）は低エネルギーのＸ線を照射し
たときの画像例であり、共に重元素の対象物２１および
容器２２と容器２２内の軽元素の対象物２３の表示が行
われる。低エネルギーのＸ線の照射によって得られる画
像では、対象物２３の像は容器２２によって輪郭が不明
瞭となる。そこで、ステップＳ３の被測定物の形状規定
の工程を行うために、表示装置１８に高エネルギーのＸ
線により得られる画像を表示しておく（ステップＳ
２）。

【００２５】表示装置１８に表示された画像を観察し
て、被測定物４の形状を規定するための特徴点を入力装
置１６によって入力する。図７は特徴点の入力を説明す
る図である。図７において、画面２０に表示された対象
物２１，２３の形状を規定するために、特徴点３１，３
２（図形中の×印）および特徴点３４，３５（図形中の
×印）を入力する（ステップＳ３）。制御回路１５は、
この特徴点３１，３２，３４，３５を用いて対象物２
１，２３を囲む矩形３３，３６を生成して画面２０上に
表示し、被測定物の輪郭を抽出する。なお、ここでは、
２点の特徴点の入力による矩形形状によって被測定物の
輪郭を抽出しているが、多点入力によって被測定物の形
状により近似した輪郭を抽出することもできる（ステッ
プＳ４）。

【００２６】次に、被測定物の透過Ｘ線の検出出力を求
めるために、ステップＳ５で近似点Ａ，Ｂ，・・・の指
定を行うとともに、ステップＳ６で測定点ａ，ｂ，・・
・の設定を行う。近似点の指定は、被測定物の背景部分
での透過Ｘ線の検出出力を求めるためであり、表示画面
を観察して入力装置１６によって入力する。図７中では
近似点を星印４１，４３で表示している（ステップＳ
５）。また、測定点の設定は被測定物の透過Ｘ線の検出
出力を求めるためであり、制御回路１５がステップＳ４
で抽出した被測定物の輪郭を基にして設定を行う。図７
中では測定点を三角印４２，４４で表示している（ステ
ップＳ６）。

【００２７】制御回路１５は、測定点および近似点の検
出出力を画像メモリ１２から求める。該処理は、測定点
および近似点に対応する画素の画像データをアドレスと
して、第１画像メモリ１２ｈおよび第２画像メモリ１２
ｌから読みだすことによって行うことができる。ここ
で、高エネルギーＸ線による測定点の検出出力をＬah，
Ｌbh，・・・とし、近似点の検出出力をＬAh，ＬBh，・
・・とし、また、低エネルギーＸ線による測定点の検出
出力をＬal，Ｌbl，・・・とし、近似点の検出出力をＬ
Al，ＬBl，・・・とする（ステップＳ７）。

【００２８】次に、ステップＳ７で求めた検出出力を用
いて、測定点における補正した検出出力を求める。近似
点Ａ，Ｂ，・・・の検出出力は、測定点ａ，ｂ，・・・
の検出出力の背景出力であって、対象物のみの検出出力
に対するノイズ分である。図８は検出出力を示す図であ
り、図８（ａ）は高エネルギーＸ線による検出出力であ
り、図８（ｂ）は低エネルギーＸ線による検出出力であ
る。図８において、Ｌw は被測定物がない場合のホワイ
トレベルの出力であり、ＬBh, ＬBlは背景出力であり、
Ｌh , Ｌl は検出出力であり、対象物のみによる検出出
力Ｌh ＊，Ｌl＊は、検出出力Ｌh , Ｌl から背景出力
ＬBh, ＬBlを差し引いた出力として得ることができる。

【００２９】そこで、近似点Ａ，Ｂ，・・・の検出出力
ＬA ，ＬB ，・・・を背景出力として（ステップＳ
８）、この背景出力を測定点ａ，ｂ，・・・の検出出力
Ｌa ，Ｌb ，・・・から差し引いて、補正した検出出力
を求める。この演算は、演算・比較回路１３によって、
検出出力を画像メモリ１２から読み出し、高エネルギー
Ｘ線および低エネルギーＸ線について差引演算を行うこ
とによって行うことができる（ステップＳ９，１０）。

【００３０】次に、求めた補正した検出出力を用いて、
以下のステップＳ１１〜１５によって対象物の材質特定
を行う。図９は各元素における厚み−検出出力特性を用
いた材質特定を説明する図である。図９（ａ）は原子番
号Ｎ１の元素において、高エネルギーＸ線と低エネルギ
ーＸ線での厚みに対する検出出力特性を示し、同様に図
９（ｂ），（ｃ）は原子番号Ｎ２，Ｎｎの元素における
検出出力特性を示している。図９において、前記工程で
得られた検出出力Ｌh ＊，Ｌl ＊に対する厚みＤh ，Ｄ
l を求めると、原子番号Ｎ１，Ｎ２において厚みＤh ，
Ｄl は異なる。測定した対象物の厚みは高エネルギーＸ
線および低エネルギーＸ線では同一であるから、測定し
た対象物の元素は原子番号Ｎ１，Ｎ２ではないことが分
かる。従って、厚みＤh ，Ｄl が一致する原子番号Ｎｎ
を求めることよって、対象物の元素を特定することがで
きる。

【００３１】制御回路１５は、特性データメモリ１４か
ら厚み−検出出力特性を読み出し（ステップＳ１２）、
演算，比較回路１３において検出出力Ｌh ＊，Ｌl ＊に
対する厚みＤh ，Ｄl を求めて比較し（ステップＳ１
３，１４）、厚みＤh ，Ｄl が一致する原子番号Ｎを求
め（ステップＳ１１，１４，１６）、一致した原子番号
Ｎから対象物の材質を特定する（ステップＳ１５）。

【００３２】表示装置１８は、特定した材質を元素毎に
特定の輝度あるいは色調で表示することができ、これに
よって、被測定物の材質を区別して表示することができ
る。図１０は、元素を色調で表示する場合の表示色の例
を示しており、例えば原子番号１〜１０の軽元素につい
ては赤で表示し、原子番号１１〜１５は緑、原子番号１
６以上は青等の色で表示することができる。なお、この
原子番号の区切りおよび色調は一例に過ぎずこれに限定
されるものではない。

【００３３】前記した実施形態は、走査像を得る場合の
構成および動作を示しているが、静止像を得る構成とす
ることもできる。図１１は、本発明の材質特定Ｘ線検査
装置の静止像を得る構成例あり、Ｘ線源と検出器部分の
みを示し、その他の構成については前記図１とほぼ同様
であるため省略する。

【００３４】図１１において、Ｘ線源はグリッド５２を
備えたグリッド制御方式の３極Ｘ線管５１とし、Ｘ線ビ
ーム５３を検出器に向かって二次元的に照射する。検出
器は、Ｘ線輝度増倍管５４，光学系５５および二次元テ
レビカメラ５６とする。３極Ｘ線管５１は、グリッド制
御によって高，低の管電圧を短時間に切り換えて、検出
器に高エネルギーのＸ線と低エネルギーのＸ線を交互に
照射する。検出器は、前記Ｘ線ビームによる透過Ｘ線を
受けて二次元信号を出力して静止画像を得る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、被測定物に含まれ
る対象物の元素を特定して、材質を特定することができ
る材質特定Ｘ線検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の材質特定Ｘ線検査装置の概略を説明す
るためのブロックである。

【図２】本発明の材質特定Ｘ線検査装置の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図３】Ｘ線源が照射するＸ線のエネルギーと相対Ｘ線
束の関係を示す図である。

【図４】検出出力レベル−厚み特性を示す特性図であ
る。

【図５】同一対象物に対してエネルギーの異なるＸ線を
照射したときの検出出力図である。

【図６】表示装置の表示例である。

【図７】特徴点の入力を説明する図である。

【図８】検出出力を示す図である。

【図９】各元素における厚み−検出出力特性を用いた材
質特定を説明する図である。

【図１０】元素を色調で表示する場合の表示色の例であ
る。

【図１１】本発明の材質特定Ｘ線検査装置の静止像を得
る構成例である。

【図１２】従来のＸ線検査装置による表示画像例であ
る。

【符号の説明】

１…材質特定Ｘ線検査装置、２ｈ…第１Ｘ線管、２ｌ…
第２Ｘ線管、３…Ｘ線絞り、４…被測定物、５…ベル
ト、６ｈ…第１ラインセンサ、６ｌ…第２ラインセン
サ、１１…画像処理回路、１２ｈ…第１画像メモリ、１
２ｌ…第２画像メモリ、１３…演算，比較回路、１４…
特性データメモリ、１５…制御回路、１６…入力装置、
１７…表示回路、１８…表示装置、１９…出力装置、２
０…画面、２１，２２，２３…対象物、３１，３２，３
４，３５…特徴点、３３，３６…矩形、４１，４３…近
似点、４２，４４…測定点、５１…３極Ｘ線管、５２…
グリッド、５３…Ｘ線ビーム、５４…Ｘ線輝度増倍管、
５５…光学系、５６…二次元テレビカメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 正則 東京都千代田区神田錦町１丁目３番地 株 式会社島津製作所東京支社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過したＸ線によって被測定物の検査を
   行うＸ線検査装置において、エネルギーの異なる少なく
   とも２つのＸ線を被測定物に照射するＸ線源と、被測定
   物を透過したＸ線を検出する検出器と、透過Ｘ線の検出
   出力と対象物の厚みとの特性データを、照射Ｘ線のエネ
   ルギー別および元素別に格納した特性データ格納手段
   と、エネルギーの異なるＸ線の照射で得た２つの検出出
   力に対して得られる対象物の厚みを同一とする元素を前
   記特性データ格納手段から求めることによって、材質を
   特定する材質特定手段とを備えたことを特徴とする材質
   特定Ｘ線検査装置。