Системы детектирования с множественными экранами
Изобретение относится к системам формирования изображения на основе излученной энергии. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения содержит корпус двухэкранного детектора, имеющий три смежные боковые стенки, которые образуют область передней стороны, область второй стороны и область третьей стороны, стенки трех сторон соединены одна с другой под углом, так что заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы, и каждая боковая стенка имеет внутреннюю поверхность; подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей первой и второй боковых стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет, образуя тем самым экраны детектора; и фотодетектор, расположенный в непосредственной близости к третьей боковой стороне, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область. Технический результат - повышение эффективности детектирования излучения. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 13 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящее описание имеет приоритет предварительной патентной заявки США № 61/313773, которая была подана 14 марта 2010 г. Настоящая патентная заявка является также частичным продолжением патентной заявки США № 12/262631, которая была подана 31 октября 2008 г., и имеет приоритет предварительной патентной заявки США № 60/984640, которая была подана 1 ноября 2007 г. Все вышеупомянутые патентные заявки включены сюда посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее описание изобретения раскрывает, в общем, систему формирования изображения на основе излученной энергии. В частности, настоящее описание изобретения раскрывает системы детектирования и способы использования систем детектирования в системах формирования изображения на основе излученной энергии. А более конкретно, настоящее описание изобретения раскрывает усовершенствованную систему детектирования, использующую для большей эффективности детектирования множественные экраны.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы безопасности в настоящее время ограничены в их способности детектировать скрытые под одеждой контрабандные товары, оружие, взрывчатые вещества и другие опасные объекты. Для детектирования больших металлических объектов и некоторых типов взрывчатых веществ обычно используются металлодетекторы и химические устройства, реагирующие на запах, однако существует целый ряд опасных объектов, которые не могут быть детектированы с использованием этих устройств. Пластиковое и керамическое оружие, разработанное по современным технологиям, увеличивает количество типов неметаллических объектов, которые подлежат детектированию персоналом служб безопасности; альтернативный ручной поиск объектов является медленным, неудобным, и обычными людьми не одобряется, особенно в качестве стандартной процедуры, например, в аэропортах.
Дополнительно, в рентгеновских системах детектирования спрятанных объектов особое внимание уделяется экспозиции облучения. В настоящее время в Соединенных Штатах стандартом разрешена экспозиция облучения в 0,25 микрорем для одного события контроля. Следует заметить, что контрольное оборудование регулируется в точки зрения допустимых пределов экспозиции облучения для человека для одного события контроля. Лица, работающие на предприятиях с высокой степенью мер безопасности или с оборудованием обеспечения безопасности, а также те, кто часто путешествует самолетами, могут подвергаться множеству проверок безопасности в год. Таким образом, стандартный критерий гарантирует, что отдельное лицо, прошедшее такой контроль менее 100 раз в год, не получит дозу, большую, чем незначительная доза облучения.
Обычные системы и способы детектирования спрятанных на людях объектов имеют ограничения на свою конструкцию и принцип действия, что препятствует достижению ими малых доз излучения, и высокого качества изображения, что является предпосылками для их коммерческого признания. Более конкретно, - обычные системы проверки людей предшествующего уровня техники сконструированы таким образом, что они детектируют энергию излучения, которая прошла сквозь тело человека, рассеялась этим телом и (или) была испущена телом. Кроме того, в обычных системах проверки людей, изображения создаются характерными особенностями тела человека и любого объекта, скрытого под одеждой субъекта. После этого оператор системы исследует каждое изображение на предмет наличия признаков спрятанных объектов.
Пример такой системы описан в патенте США номер RE 28544, выданном American Science and Engineering, который описывает «установку для формирования изображения посредством излученной энергии, содержащую: источник остронаправленного пучка энергии рентгеновского излучения; средство детектирования излученной энергии, определяющее кривую с фиксированным соотношением к упомянутому источнику; средство для сканирования упомянутым остронаправленным пучком упомянутого средства детектирования излученной энергии вдоль упомянутой кривой для предоставления сигнала изображения, представляющего отклик среды на излученную энергию в области, пройденной упомянутым остронаправленным пучком по пути к упомянутому средству детектированию; средство для относительного смещения упомянутой области, и сборку, содержащую упомянутый источник и упомянутое средство детектирования, для создания движения относительного перемещения в направлении, поперечном линии, соединяющей упомянутый источник и упомянутое средство детектирования, чтобы получить последовательность сигналов изображения, представляющих отклик упомянутой среды на излученную энергию в двух измерениях; и средство, реагирующее на упомянутые сигналы изображения, с целью получения изображения, представляющего упомянутый отклик.»
Патент США № 5181234, выданный правообладателю настоящего изобретения, и включенный в настоящее описание посредством ссылки, раскрывает «устройство для получения рентгеновского изображения для детектирования объекта с низким атомным номером, который проносится телом или на теле человека, расположенного на расстоянии от упомянутого устройства, содержащего: источник рентгеновских лучей для формирования остронаправленного пучка рентгеновских лучей, направленного на упомянутое тело человека; средство сканирования для перемещения зоны пересечения упомянутого остронаправленного пучка и упомянутого тела человека на поверхности упомянутого тела человека в цикле сканирования, причем, упомянутый цикл сканирования является достаточно коротким, с тем, чтобы подвергнуть упомянутое тело человека низкой дозе облучения; сборка детектора, предоставляющая сигнал, представляющий интенсивность рентгеновских лучей, рассеянных упомянутым телом человека в результате его сканирования упомянутым средством сканирования, причем, упомянутая сборка детектора расположена с той же самой стороны относительно упомянутого тела человека, что и упомянутый источник рентгеновского излучения, и имеет активную площадь с размерами, достаточными для приема существенной порции упомянутых рассеянных рентгеновских лучей, чтобы предоставить коэффициент изменения в упомянутом сигнале менее чем в 10%; и средство отображения для представления характеристик сигнала детектора оператору; причем упомянутые рассеянные рентгеновские лучи распределены по упомянутому детектору, создавая краевой эффект, который увеличивает края упомянутого объекта с низким атомным номером, чтобы обеспечить возможность детектирования».
Кроме того, системы контроля багажа предшествующего уровня техники включают в себя средства детектирования, работающие как на проходящих, так и на рассеянных назад рентгеновских лучах, и дают независимые сигналы от одного и того же падающего пучка излучения. Эти отдельные сигналы могут быть использованы для усиления друг друга, чтобы увеличить точность системы по распознаванию материалов с низким атомным номером Z. Если падающий пучок имеет достаточную энергию, чтобы создать сигналы и на прохождение, и на отражение, значит энергия рентгеновских лучей должна быть относительно высокой, что делает такие системы нежелательными для контроля людей. Примером такой системы является патент США № 4799247, выданный Annis и др., который раскрывает «проекционную систему воспроизведения изображения, предназначенную для контроля объектов на предмет выделения материалов с низким атомным номером Z, содержащую: источник проникающего излучения, средство для преобразования излучения, испущенного упомянутым источником, в пучок предварительно определенного поперечного сечения и для повторяющегося пробегания упомянутого пучка вдоль линии в пространстве, средство для перемещения упомянутого объекта, изображение которого должно быть сформировано, относительно упомянутого источника в направлении, перпендикулярном упомянутой линии в пространстве, первое средство детектора излученной энергии, расположенное таким образом, чтобы быть чувствительным к излученной энергии, проникающей в упомянутый объект и выходящей из упомянутого объекта в по существу неизмененном направлении, для создания первых электрических сигналов, второе средство детектора излученной энергии, расположенное дальше от упомянутого источника, чем упомянутый объект, и чувствительное к излученной энергии, рассеянной упомянутым объектом, для создания вторых электрических сигналов, третье средство детектора излученной энергии, расположенное ближе к упомянутому источника, чем упомянутый объект, и чувствительное к излученной энергии, рассеянной упомянутым объектом, для создания третьих электрических сигналов, средство отображения, реагирующее по меньшей мере на два из упомянутых электрических сигналов, предназначенное для отдельного независимого и одновременного отображения упомянутой пары электрических сигналов как функции времени».
Как описано выше, обычные системы и способы имеют ограничения, которые не позволяют им достигать и низких доз излучения, и высокого качества изображения, которые являются предпосылками для их коммерческого признания. Кроме того, в обычных системах проверки людей изображения создаются характерными деталями тела и любыми объектами, скрытыми под одеждой субъекта.
Системы предшествующего уровня техники, однако, обладают недостатками, поскольку они неадекватно детектируют пластмассу, керамику, взрывчатые вещества, запрещенные препараты и другие неметаллические объекты. Одной из причин этого является то, что эти материалы обладают свойствами материалов с относительно малыми атомными номерами (Z). Материалы с малыми Z представляют особую проблему при персональном контроле из-за трудности различения объектов с малыми Z на фоне тела человека, которое также имеет малое Z. Система контроля, которая работает с низким уровнем экспозиции излучения, ограничена в своей точности малым количеством рентгеновских лучей, которые могут быть направлены на обследуемого человека. Поглощение и рассеяние рентгеновских лучей дополнительно уменьшает количество рентгеновских лучей, которое доступно для образования изображения человека и каких-либо спрятанных объектов. В системах предшествующего уровня техники такое низкое количество детектируемых рентгеновских лучей приводило к неприемлемо плохому качеству изображения.
Поэтому необходим способ и устройство, которые увеличивают эффективность детектора при детектировании электромагнитного излучения и улучшают качество сформированного результирующего изображения, тем самым уменьшая требуемое количество излучения.
Кроме того, необходим способ использования усовершенствованных систем воспроизведения изображения с повышенными способностями детектирования.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является предоставление устройств и способа для увеличения эффективность детектора при детектировании электромагнитного излучения и улучшении качества сформированного результирующего изображения, и тем самым - уменьшения требуемого количества излучения.
Другой задачей настоящего изобретения является предоставление конструкции детектора, которая максимизирует эффективность материала детектора. Еще одной задачей настоящего изобретения является поглощение большего количества рентгеновских фотонов и, таким образом, повышение способности детектировать.
В одном варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащую корпус, имеющий четыре смежные стенки, соединенные одна с другой под углом и образующие прямоугольник и внутреннюю часть корпуса; область передней стороны и область задней стороны, образованные из четырех смежных стенок и расположенные на каждом конце корпуса; множество экранов, где каждый экран дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и фотодетектор, расположенный во внутренней части корпуса, имеющий чувствительную к свету активную область.
В другом варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащую корпус, имеющий четыре смежные стенки, соединенные одна с другой под углом и образующие прямоугольник и внутреннюю часть корпуса; область передней стороны и область задней стороны, образованные из четырех смежных стенок и расположенные на каждом конце корпуса; экран, дополнительно содержащий активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; по меньшей мере один экран, расположенный во внутренней части корпуса; и фотодетектор, расположенный во внутренней части корпуса, имеющий чувствительную к свету активную область.
В одном варианте исполнения область передней стороны образована из по меньшей мере одного из множества экранов. В другом варианте исполнения активная область каждого из множества экранов содержит сцинтилляционный материал, причем этот сцинтилляционный материал представляет собой вольфрамат кальция. В одном варианте исполнения фотодетектор является фотоэлектронным умножителем.
В одном варианте исполнения корпус системы детектирования может принимать, но не испускать электромагнитное излучение. В другом варианте исполнения внутренняя поверхность смежных ограничивающих стенок является светоотражательной.
В одном варианте исполнения активная область по меньшей мере одной из подложек больше, чем активная область фотодетектора, а поверхностная плотность составляет 80 мг/см2.
В одном варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного из множества экранов является прямой и гладкой. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного из множества экранов является нерегулярной. В еще одном другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного из множества экранов является геометрией с профилированием. В еще одном другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного из множества экранов является рифленой.
В одном варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является пирамидальной. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является конической. В еще одном другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана включает в себя множество чешуйкообразных сцинтиллирующих элементов. В еще одном другом варианте исполнения конфигурация поверхности по меньшей мере одного экрана выполнена в виде гексагональных сотоподобных элементов.
В другом варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему формирования изображения на основе излученной энергии, содержащую источник излучения, систему детектирования, содержащую i) корпус, имеющий четыре смежные стенки, соединенные одна с другой под углом и образующие прямоугольник и внутреннюю часть корпуса; ii) область передней стороны и область задней стороны, образованные из четырех смежных стенок и размещенные на каждом конце корпуса; iii) множество экранов, причем каждый экран дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и iv) фотодетектор, расположенный во внутренней части корпуса, имеющий чувствительную к свету активную область; процессор изображения для приема сигналов от фотодетектора и формирования изображения; и дисплей для отображения сформированного изображения. В одном варианте исполнения система формирования изображения на основе излученной энергии является системой проверки людей. В другом варианте исполнения система формирования изображения на основе излученной энергии является системой проверки багажа.
В еще одном другом варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой двухэкранную систему детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащую корпус, имеющий три смежные боковые стенки, образующие область передней стороны, область второй стороны и область третьей стороны. Три смежные боковые стенки соединены под углами одна с другой и образуют корпус, имеющий треугольное поперечное сечение. Три смежные боковые стенки соединены также с верхней и нижней областями. Область второй стороны дополнительно содержит второй экран, расположенный внутри корпуса. Рядом с областью третьей стороны расположен фотоэлектронный умножитель. Связанная с фотоэлектронным умножителем внутренняя электроника и кабели размещены в кожухе, который образован областью третьей стороны и по существу полукруглой стороной.
В одном варианте исполнения вышеупомянутые корпуса детекторов установлены в виде модульных каплеобразных панелей, шкафов или стоек, предоставляющих современный эстетический вид. В одном варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему формирования изображения на основе излученной энергии в виде одностороннего проходного отдельно стоящего стенда, предназначенного для проверки человеческих субъектов, содержащую два корпуса детектора с двойным экраном, выполненных в виде отдельных шкафов, стоек или панелей. Другой модульный кожух вмещает в себя источник излучения. Эти две стойки экранов детектора размещены симметрично по обеим сторонам отверстия в корпусе источника излучения. Отверстие позволяет узкому пучку рентгеновских лучей падать на субъект. Рассеянные назад фотоны рентгеновских лучей улавливаются двумя детекторными стойками для формирования изображения.
В соответствии с задачей настоящего изобретения проходная отдельно стоящая система проверки людей имеет модульные компоненты, которые могут быть для легкости транспортирования и перемещения сняты, а затем вновь собраны в нужном месте. Таким образом, изготовляются отдельные детекторные стойки и корпус источника излучения вместе с относящейся к ним электроникой и кабелями - в виде отдельных модулей или шкафов, которые могут быть быстро собраны для образования системы проверки.
В одном варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащую корпус, имеющий две смежные стенки, каждая из которых имеет внутренние поверхности, первый конец и второй конец, причем первые концы двух смежных стенок соединены между собой под углом, образуя внутреннее пространство, и вторые концы двух смежных стенок соединены с полукруглым кожухом; по меньшей мере одну подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей смежных стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и фотодетектор, расположенный во внутренней части полукруглого кожуха, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область. Две смежные стенки заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы. Внутренние поверхности смежных стенок являются светоотражательными. Активная область каждой из подложек содержит сцинтилляционный материал. Этот сцинтилляционный материал представляет собой вольфрамат кальция.
Активная область по меньшей мере одной из подложек больше, чем активная область фотодетектора. Геометрия поверхности по меньшей мере одной из подложек является по меньшей мере одной из: гладкой, пирамидальной, гексагональной, конической, веерообразной, нерегулярной, профилированной или рифленой. Фотодетектором является фотоэлектронный умножитель.
В другом варианте исполнения настоящее изобретение представляет собой систему детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащую первый корпус, имеющий две смежные стенки, каждая из которых имеет внутренние поверхности, первый конец и второй конец, в котором первые концы двух смежных стенок соединены между собой под углом, образуя внутреннее пространство, и причем вторые концы двух смежных стенок соединены с полукруглым кожухом; по меньшей мере одну подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей смежных стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и фотодетектор, расположенный во внутренней части полукруглого кожуха, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область; и второй корпус, имеющий две смежные стенки, каждая из которых имеет внутренние поверхности, первый конец и второй конец, в котором первые концы двух смежных стенок соединены между собой под углом, образуя внутреннее пространство, и в котором вторые концы двух смежных стенок соединены с полукруглым кожухом; по меньшей мере одну подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей смежных стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и фотодетектор, расположенный во внутренней части полукруглого кожуха, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область.
Первый корпус и упомянутый второй корпус расположены рядом друг с другом и разделены продольным элементом. Этот продольный элемент содержит щель, сконфигурированную с возможностью пропускать электромагнитное излучение. Две смежные стенки в упомянутом первом корпусе заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы. Внутренние поверхности смежных стенок в упомянутом втором корпусе являются светоотражательными. Активная область на каждой из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе содержит сцинтилляционный материал. Этот сцинтилляционный материал представляет собой вольфрамат кальция. Активная область по меньшей мере одной из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе больше, чем активная область фотодетектора. Геометрия поверхности по меньшей мере одной из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе является по меньшей мере одой из: гладкой, пирамидальной, гексагональной, конической, веерообразной, нерегулярной, профилированной или рифленой. Фотодетектором в первом корпусе является фотоэлектронный умножитель.
В другом варианте исполнения настоящее описание раскрывает систему детектора, содержащую замкнутый внутренний объем, определенный а) первой стороной, имеющей первый конец и второй конец; b) второй стороной, имеющей первый конец и второй конец, при этом первый конец первой стороны прикреплен к первому концу второй стороны и образует по отношению к ней острый угол; с) криволинейной секцией, имеющей первый конец и второй конец, при этом первый конец криволинейной секции прикреплен ко второму концу второй стороны, и при этом второй конец криволинейной секции прикреплен ко второму концу первой стороны; d) первой подложкой, расположенной на внутренней поверхности первой стороны, при этом первая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования излучения в свет; c) второй подложкой, расположенной на внутренней поверхности второй стороны, при этом вторая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования излучения в свет; и f) по меньшей мере одним фотодетектором.
Фотодетектор, не обязательно, содержит чувствительную к свету область и нечувствительную к свету область, и при этом чувствительная к свету область расположена для приема света, испущенного из первой подложки и из второй подложки. Нечувствительная к свету область расположена внутри криволинейной секции. Крепление первого конца криволинейной секции ко второму концу второй стороны или крепление второго конца криволинейной секции ко второму концу первой стороны является шарнирным. Криволинейная секция выполнена с возможностью вращаться относительно упомянутого шарнира. Фотодетектор имеет чувствительную к свету область и нечувствительную к свету область, и при этом чувствительная к свету область расположена для приема света, испущенного из первой подложки и испущенного из второй подложки. Когда криволинейная секция повернута относительно упомянутого шарнира, упомянутая нечувствительная к свету область является доступной с внешней стороны замкнутого внутреннего объема.
В другом варианте исполнения настоящее описание раскрывает систему детектора, содержащую а) первую сторону, определенную плоской поверхностью, и имеющую внешнюю поверхность, направленную в сторону контролируемого субъекта, и внутреннюю поверхность, в которой эта первая сторона выполнена с возможностью приема излучения, рассеянного в обратном направлении от упомянутого субъекта; b) вторую сторону, определенную острым угловым соотношением относительно упомянутой первой стороны, в которой упомянутая вторая сторона определена плоской поверхностью, и имеет внутреннюю поверхность, выполненную с возможностью приема излучения, проходящего через первую сторону, и упомянутая вторая сторона выполнена с возможностью приема излучения после того, как оно прошло через упомянутую первую сторону; с) первую подложку, расположенную на внутренней поверхности первой стороны, причем первая подложка дополнительно содержит активную область, предназначенную для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; d) вторую подложку, расположенную на внутренней поверхности второй стороны, причем вторая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет; и е) по меньшей мере один фотодетектор, имеющий чувствительную к свету область и нечувствительную к свету область, причем чувствительная к свету область расположена с возможностью приема света, испущенного из первой подложки и из второй подложки.
Не обязательно, упомянутое излучение содержит фотоны рентгеновских лучей. Первая подложка детектирует 30-60% фотонов рентгеновских лучей, падающих на упомянутую первую сторону. вторая подложка детектирует 10-30% фотонов рентгеновских лучей, падающих на упомянутую первую сторону.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид спереди обычного корпуса детектора, имеющего один экран;
фиг. 2а и 2b изображает падение электромагнитного излучения
на первый экран обычного корпуса детектора;
фиг. 3 изображает один вариант исполнения корпуса детектора согласно настоящему изобретению, имеющего множество экранов, показывая падение электромагнитного излучения на множество экранов;
фиг. 4 изображает другой вариант исполнения корпуса детектора согласно настоящему изобретению, имеющего множество экранов, показывая падение электромагнитного излучения на множество экранов;
фиг. 5 изображает один вариант исполнения системы контроля на основе обратного рассеяния, в котором могут быть применены любые из корпусов детектора согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 изображает один вариант исполнения традиционной работающей на пропускание рентгеновской системы проверки, в которой могут быть применены любые из корпусов детектора согласно настоящему изобретению;
фиг. 7 изображает один вариант исполнения корпуса детектора согласно настоящему изобретению, содержащего по меньшей мере два экрана;
фиг. 8 изображает общий вид варианта исполнения корпуса детектора по фиг. 7;
фиг. 9а изображает общий вид спереди одного варианта исполнения системы проверки людей проходного типа;
фиг. 9b изображает вид сверху поперечного сечения системы проверки людей проходного типа;
фиг. 10а изображает варианты исполнения, в которых геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является пирамидальной;
фиг. 10b изображает конструкции поверхности экрана для пирамидальной геометрии поверхности;
фиг. 11 изображает вариант исполнения, в котором геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана содержит конические сцинтиллирующие элементы;
фиг. 12 изображает вариант исполнения, в котором геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана содержит сцинтиллирующие элементы чешуйчатого типа;
фиг. 13 показывает вариант исполнения, в котором геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана выполнена в виде шестиугольных или сотоподобных элементов.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на создание нескольких вариантов исполнения детектора электромагнитного излучения, в котором используется множество экранов. Настоящее изобретение направлено на создание корпуса системы детектирования, имеющего по меньшей мере один экран. Электромагнитное излучение поглощается экраном, испускающим световые фотоны, которые детектируются размещенным внутри корпуса фотоэлектронным умножителем. В одном варианте исполнения система детектирования согласно настоящему изобретению имеет один экран, расположенный в передней части корпуса, и по меньшей мере один экран, расположенный внутри корпуса. В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран содержит активную область, предназначенную для приема электромагнитного излучения и преобразования его в свет (фотоны). В одном варианте исполнения эта активная область по меньшей мере одного экрана содержит сцинтиллирующий материал. В одном варианте исполнения этим сцинтиллирующим материалом является вольфрамат кальция.
В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран имеет вязкость (поверхностную плотность) в 80 мг/см2. В одном варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является прямой и гладкой. В одном варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является нерегулярной. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является профилированной. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является рифленой; рифленая поверхность имеет большую поверхностную площадь для приема электромагнитного излучения и преобразования его в свет (фотоны), позволяя увеличить длину пути электромагнитного излучения без увеличения длины выходного пути света, что приводит к максимальной эффективности детектирования. Специалисты в данной области техники должны понимать, что для увеличения величины поглощенного электромагнитного излучения может быть использована любая геометрия поверхности.
Настоящее изобретение направлено также на использование по меньшей мере одного экрана внутри корпуса, увеличивая таким образом количество достигающего детектора электромагнитного излучения, и, следовательно, количество фотонов, достигающих фотоэлектронного умножителя. В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран, расположенный внутри корпуса, имеет по существу характеристики, идентичные характеристикам экрана, расположенного в передней части корпуса. В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран, расположенный внутри корпуса, отличен от экрана, расположенного в передней части корпуса, с точки зрения химического состава, геометрии поверхности, толщины и энергетического отклика. Использование экрана в передней части корпуса, и по меньшей мере одного экрана, расположенного внутри корпуса, увеличивает количество поглощенного электромагнитного излучения, а потому - количество формируемых фотонов, еще более увеличивая способность детектировать, а, значит, и качество изображения.
Таким образом, настоящее изобретение направлено на создание конструкции детектора, которая максимизирует эффективность материала детектора. Эффективность детектирования есть мера эффективности экрана детектора или вероятности того, что электромагнитное излучение будет поглощено этим экраном с генерацией фотонов, детектируемых фотоэлектронным умножителем. Детекторы рентгеновских лучей должны взаимодействовать с падающими фотонами рентгеновских лучей, чтобы регистрировать их присутствие; рентгеновские лучи, которые проходят сквозь детектор без взаимодействия с ним, пропадают. Эффективность детектирования определяется в первую очередь вероятностью взаимодействия фотонов с материалом детектора и толщиной материала. Для вычисления эффективности детектора может быть использовано следующее уравнение:
I=I0*e-μx,
где I0 - число фотонов с определенной энергией, падающих на брусок материала или входящих в него; х - толщина бруска материала, I - число фотонов, которые прошли сквозь слой материала толщиной х, а μ - линейный коэффициент затухания материала для фотонов данной конкретной энергии.
Фотоны, которые не прошли насквозь, подверглись взаимодействию внутри бруска материала и были либо поглощены, либо рассеяны. Количество фотонов, поглощенных в определенной толщине, есть разность I0-I. Однако вместо выполнения вычислений для различных I вычисляется отношение (I0-I)/I, которое называется процентным поглощением. Обычные экраны, как правило, достигают эффективности, гораздо меньшей, чем 100%. Настоящее изобретение направлено на поглощение большей части в противном случае пропадающих фотонов рентгеновского излучения и тем самым - на повышение способности детектировать.
В другом варианте исполнения настоящее изобретение направлено также на создание корпуса системы детектирования, которая дополнительно содержит фотоэлектронный умножитель, расположенный внутри корпуса, имеющий активную область, чувствительную к свету. В другом варианте исполнения эта активная область по меньшей мере одного экрана больше, чем активная область фотоэлектронного умножителя, так чтобы количество поглощенного электромагнитного излучения было максимизировано.
Настоящее изобретение направлено на множественные варианты исполнения. Используемый в данном описании язык не следует рассматривать как отрицание какого-либо одного конкретного варианта исполнения или как используемый для ограничения пунктов формулы изобретения за пределами значения использованных здесь терминов. Теперь будем подробно рассматривать конкретные варианты исполнения этого изобретения. И хотя настоящее изобретение будет описано в связи с конкретными вариантами исполнения, нет никакого намерения ограничивать это изобретение одним вариантом исполнения.
Фиг. 1 представляет собой изображение вида спереди корпуса обычного детектора, имеющего один экран. В одном варианте исполнения детектор 100 содержит корпус, имеющий четыре смежные стенки 102а, 102b, 102с и 102d, соединенные под углами одна с другой. В одном варианте исполнения эти четыре смежные стенки 102а, 102b, 102с и 102d образуют прямоугольную форму. В одном варианте исполнения эта прямоугольная форма является трапецеидальной формой. Смежные стенки 102а, 102b, 102с и 102d, дополнительно, по концам корпуса образуют область 106 передней стороны и область 104 задней стороны.
В одном варианте исполнения корпус, образованный из смежных стенок 102а, 102b, 102с, 102d, области 106 передней стороны и области 104 задней стороны, может получать и не пропускать электромагнитное излучение, тем самым блокируя выход входящего излучения от источника излучения. В одном варианте исполнения способность этого корпуса получать, но не пропускать излучение, облегчена внутренними светоотражательными поверхностями окружающих стенок. В одном варианте исполнения внутренние поверхности стенок 102а, 102b, 102с и 102d окрашены в белый цвет, так что они являются в высокой степени светоотражательными.
В одном варианте исполнения область 106 передней стороны корпуса 100 детектора, когда он используется в качестве примерной сканирующей системы, используется для приема излучения и, таким образом, направлена в сторону контролируемого объекта, как более подробно описано ниже применительно к фиг. 5 и 6. В одном варианте исполнения область 106 передней стороны дополнительно содержит экран 107.
Корпус 100 детектора содержит, далее, фотодетектор 108, расположенный внутри корпуса вблизи области 104 задней стороны. В одном варианте исполнения фотодетектор представляет собой фотоэлектронный умножитель. Фотоэлектронные умножители хорошо известны специалистам в данной области техники и далее здесь обсуждаться не будут.
Фиг. 2а и 2b изображают падение электромагнитного излучения на первый экран корпуса обычного детектора. Во время работы система проверки направляет электромагнитное излучение от источника в направлении контролируемого субъекта или объекта, так что рентгеновские лучи падают на субъект или объект. После этого рентгеновские лучи в зависимости от интенсивности и типа используемой проверочной системы рассеиваются контролируемым субъектом или объектом или проходят через него. Источник излучения и природа пучка рентгеновских лучей подробно описываются далее со ссылками на фиг. 5 и 6, и здесь описываться не будут.
Теперь обратимся к фиг. 2а, - рассеянные или прошедшие насквозь рентгеновские лучи 210 достигают корпус 200 детектора и сначала падают на экран 207. Экран 207 поглощает по меньшей мере часть рассеянных или прошедших насквозь рентгеновских лучей 210 и внутри корпуса 200 детектора преобразует рентгеновские лучи 210 в фотоны 206 света.
Однако, как показано на фиг. 2b, некоторые из рентгеновских лучей не поглощаются и, таким образом, проходят через экран 207. Кроме того, в обычном корпусе детектора только с одним передним экраном по меньшей мере часть фотонов 206 отражается от высокоотражающих внутренних стенок корпуса и затем детектируются фотоэлектронным умножителем 208.
В одном варианте исполнения, как более подробно описано далее со ссылкой на фиг. 3, настоящее изобретение представляет собой корпус детектора, содержащий внутри корпуса по меньшей мере один дополнительный экран (на фиг. 2а и 2b не показан). Этот по меньшей мере один дополнительный экран еще больше увеличивает величину экспозиции рассеянных или прошедших насквозь рентгеновских лучей 210. Общий эффект от по меньшей мере одного дополнительного экрана заключается в увеличении эффективности фотодетектирования фотоэлектронного умножителя 208 за счет поглощения большего количества электромагнитного излучения, последующего преобразования этого излучения в свет и, таким образом, в получении фотоэлектронного умножителя с более сильным сигналом детектирования.
Фиг. 3 изображает один вариант исполнения детектора согласно настоящему изобретению, имеющему множество экранов. Корпус 300 детектора подобен корпусу, описанному со ссылкой на фиг. 1, в том, что он содержит четыре смежные боковые стенки (на фиг. 3 полностью не показаны), которые образуют область 306 передней стороны и область 304 задней стороны. Этот корпус более подробно описываться здесь не будет. Специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение может быть использовано с корпусом детектора по фиг. 1 или изменено таким образом, чтобы не отходить от описываемого здесь изобретения.
Теперь обратимся к фиг. 3, - первый экран 307а расположен в области 306 передней стороны корпуса 300 детектора. В одном варианте исполнения второй и третий экраны 307b и 307с расположены внутри корпуса 300 детектора. Рентгеновские лучи 310, рассеянные контролируемым субъектом или объектом или прошедшие сквозь него, сначала падают на экран 307а корпуса 300 детектора. Однако некоторые из рассеянных или прошедших насквозь рентгеновских лучей не поглощаются первым экраном 307а и, таким образом, проходят через первый экран 307а.
Для увеличения эффективности детектирования в одном варианте исполнения корпус 300 детектора дополнительно содержит соответственно расположенные внутри корпуса второй и третий экраны 307b и 307с. Второй и третий экраны 307b и 307с, соответственно, еще больше увеличивают величину экспозиции и, таким образом, поглощение рассеянных или прошедших насквозь рентгеновских лучей 310. Общий эффект от первого, второго и третьего экранов состоит в увеличении эффективности фотодетектирования фотоэлектронного умножителя 308 за счет поглощения большего количества электромагнитного излучения, последующего преобразования этого излучения в свет и, таким образом, получении фотоэлектронного умножителя с более сильным сигналом детектирования.
В одном варианте исполнения первый экран 307а содержит активную область, предназначенную для приема электромагнитного излучения и преобразования его в свет (фотоны). В одном варианте исполнения первый экран 307а представляет собой флуоресцентный химический экран. В одном варианте исполнения сцинтилляторы в этом флуоресцентном химическом экране 307а детектирования большую часть падающего излучения, образуют значительный световой выход на фотоэлектронный умножитель и имеют временное затухание, меньшее по сравнению со скоростью сканирования пучка излучения от пикселя к пикселю.
В одном варианте исполнения флуоресцентный химический экран включает в себя вольфрамат кальция. Вообще говоря, вольфрамат-кальциевый экран имеет относительно малое время затухания в 10 микросекунд, что дает возможность производить сканирование пучком излучения с минимальным искажением изображения. Вольфрамат-кальциевый экран способен детектировать примерно 70% рассеянного назад или прошедшего насквозь излучения и, таким образом, при потоке рентгеновских лучей мощностью в 30 кэВ дает примерно 250 используемых световых фотонов.
Дополнительно, использование более толстого экрана дает возможность производить детектирование большего количества падающего на детектор излучения, но ценой меньшего светового выхода. В одном варианте исполнения поверхностная плотность экрана составляет 80 миллиграмм на кв. сантиметр.
В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран, расположенный внутри корпуса, имеет характеристики, идентичные характеристикам экрана, расположенного в передней части корпуса. Так, в одном варианте исполнения второй и третий экраны 307b и 307с, соответственно, идентичны первому экрану 307а. В одном варианте исполнения по меньшей мере один экран, расположенный внутри корпуса, отличен от экрана, расположенного в передней части корпуса, с точки зрения одного из параметров - химического состава, геометрии поверхности, толщины и энергетического отклика. Так, в одном варианте исполнения второй и третий экраны 307b и 307с соответственно отличны от первого экрана 307а.
Хотя выше были описаны примерные экраны, следует заметить, что характеристики экрана с точки зрения химического состава, геометрии поверхности, толщины и энергетического отклика могут широко изменяться, и что в настоящем изобретении, как это будет очевидно специалистам в данной области техники, может использоваться любой тип экрана.
Фиг. 4 изображает другой вариант исполнения корпуса детектора согласно настоящему изобретению, имеющего множество экранов. В одном варианте исполнения геометрии поверхности по меньшей мере одного экрана является ровной или гладкой. В одном варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является нерегулярной. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является профилированной. В другом варианте исполнения геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является рифленой. Рифленая поверхность имеет большую поверхностную площадь для приема электромагнитного излучения и преобразования его в свет, позволяя увеличить длину пути электромагнитного излучения без увеличения длины выходного пути света, что приводит к максимальной эффективности детектирования. Фиг. 10а показывает варианты исполнения, в которых геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана является пирамидальной 1000. Фиг. 10b показывает примерные конфигурации 1005 и 1010 поверхности экрана для пирамидальной геометрии поверхности. Фиг. 11 показывает другой вариант исполнения, в котором геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана содержит конические сцинтиллирующие элементы 1100. Фиг. 12 показывает еще один вариант исполнения, в котором геометрия поверхности по меньшей мере одного экрана содержит веерообразные или "чешуйчатые" сцинтиллирующие элементы 1200. Фиг. 13 показывает еще один вариант исполнения, в котором конфигурация поверхности по меньшей мере одного экрана имеет форму шестиугольных или сотообразных элементов 1300, которые образованы процессом осаждения сцинтиллирующего материала на форму 1305 экрана. Специалисты в данной области техники поймут, что для увеличения количества поглощенного электромагнитного излучения для экрана может быть использована поверхность любого типа.
В одном варианте исполнения экран 407, расположенный в области 404 передней стороны корпуса 400 детектора, является рифленым. Рифленая поверхность экрана 404 имеет большую поверхностную площадь для поглощения рассеянного или прошедшего насквозь электромагнитного излучения 410, падающего на корпус 400 детектора. Следует заметить, что поскольку свет, испущенный в пространствах 411, определенных экранами 407 и 408, не может запросто выйти, то эффективность детектирования или эффективная область детектирования уменьшается.
Фиг. 5 изображает один вариант исполнения сканирующей системы, в котором может быть использован любой из корпусов детектора согласно настоящему изобретению. В одном варианте исполнения корпус детектора согласно настоящему изобретению используется в рентгеновской сканирующей системе на основе обратного рассеяния, такой как - но ею не ограниченной - система проверки людей. В одном варианте исполнения система 500 контроля содержит источник 508 излучения и по меньшей мере один корпус 502 детектора. Как описано более подробно выше, по меньшей мере один корпус 502 детектора может содержать любое количество конфигураций включая, но им не ограничиваясь, один экран детектора. В дополнение, в другом варианте исполнения по меньшей мере один корпус 502 детектора может содержать любое количество конфигураций, включая, но им не ограничиваясь, множество экранов детектора. Хотя различные конфигурации детекторов повторно описываться здесь не будут, специалисты в данной области техники поймут, что может быть использовано любое количество конфигураций детекторов, как описано выше, а примерный один вариант исполнения не преследует целей ограничения.
Возвратимся назад к фиг. 5, - для формирования излучения используется источник 508 рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 508 рентгеновских лучей используется для формирования узкого остронаправленного пучка 506 рентгеновских лучей, направленного на контролируемый объект или субъект 504. В одном варианте исполнения остронаправленный пучок формируется совместным использованием рентгеновской трубки, механического барабана обтюратора и щели.
В одном варианте исполнения источник 508 рентгеновских лучей работает с эмпирически и теоретически определенным оптимальным напряжением рентгеновской трубки в 50 кэВ при токе 5 миллиампер, что дает рентгеновские лучи с энергией, примерно, в 30 кэВ. Вертикальный и горизонтальный размеры рентгеновского пучка в том месте, в котором он попадает на субъект 504, составляют, примерно, шесть миллиметров (6 мм). Субъектом 504 является тело, которое подвергается формированию изображения посредством рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения субъект 504 представляет собой человека. В другом варианте исполнения субъектом 504 является какой-либо объект. Сначала пучок 506 рентгеновских лучей попадает только на тело субъекта 504. Многие рентгеновские лучи проникают на несколько сантиметров в тело, взаимодействуют с ним, давая комптоновское рассеяние, и выходят из тела через ту же самую поверхность, через которую вошли. Корпуса 502 детектора, чувствительного к рентгеновским лучам, размещены симметрично вокруг падающего остронаправленного пучка рентгеновских лучей для детектирования рассеянных назад рентгеновских лучей и предоставления электронного сигнала, характеризующего отражение рентгеновских лучей. Специалисты в данной области техники должны понимать, что при этом может быть использовано любое количество источников ионизирующего излучения, включая - но этим не ограничиваясь - источники гамма излучения, электромагнитного излучения и ультрафиолетового излучения.
Детекторы 502 расположены таким образом, чтобы равномерно детектировать рентгеновские лучи по всем сторонам рентгеновского пучка 506. В одном варианте исполнения решетки 502 детекторов размещены вокруг источника 508 таким образом, чтобы равномерно детектировать рассеянные назад лучи 510. Детекторы 502 включают в себя корпус, который может заключать в себя или "ловить" рассеянные лучи 510. Фотодетектор в ответ на детектированные лучи, которые сначала преобразованы в свет, формирует электронные сигналы. Детали относительно корпуса и работы нескольких вариантов исполнения детектора 502 более подробно описаны со ссылками на фиг. 1-4 и повторно описываться здесь не будут.
В одном варианте исполнения каждый детектор 502 создает электронные сигналы, которые направляются в процессор. Процессор анализирует полученные сигналы и на средстве 512 отображения формирует изображение. Интенсивность в каждой точке воспроизведенного изображения соответствует относительной интенсивности детектированных рассеянных рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 508 рентгеновского излучения подает на процессор синхронизирующие сигналы. Чтобы определить воспроизводимое изображение, процессор анализирует детектированные сигналы и сравнивает их с сигналами синхронизации.
В одном варианте исполнения средство воспроизведения 512 представляет собой монитор и используется для воспроизведения графических изображений, переданных процессором в виде сигналов. Как хорошо известно в соответствующей области техники, средством 512 отображения может быть любой дисплей или монитор, включая монитор на катодной трубке или жидкокристаллический монитор. В одном варианте исполнения воспроизведенное на средстве 512 отображения оцифрованное изображение в рассеянных лучах, предпочтительно, составлено из 480 рядов на 160 столбцов при 8 битах на пиксель.
Возвратимся назад к фиг. 5, детекторы 502 разделены между собой отверстием, сквозь которое проходит пучок 506 рентгеновских лучей, прежде чем попасть на субъект 504. В одном варианте исполнения детекторы 502 могут перемещаться в вертикальном направлении, в то время как пучок 506 рентгеновских лучей перемещается в горизонтальном направлении перемещением в горизонтальном направлении источника 508 рентгеновских лучей. Однако размещение и перемещение детекторов 502 и источника 508 не сводятся к приведенному здесь описанию. В других вариантах исполнения детекторы 502 и источник 508 могут быть помещаться и перемещаться любыми способами, общеизвестными в данной области техники. Пересечение пучка 506 рентгеновских лучей и субъекта 504 определяет элемент разложения изображения (пиксель) определенной области.
Фиг. 6 изображает другой вариант исполнения сканирующей системы, в которой может быть использован любой из корпусов детектора согласно настоящему изобретению. В другом варианте исполнения сканирующая система представляет собой традиционную рентгеновскую сканирующую систему, в которой рентгеновские лучи проходят насквозь контролируемого объекта. В одном варианте исполнения традиционная, работающая на пропускание рентгеновская сканирующая система является сканирующей системой для контроля багажа.
В одном варианте исполнения система 600 контроля содержит источник 608 излучения и по меньшей мере один корпус 502 детектора. Как описано более подробно выше, по меньшей мере один корпус 602 детектора может содержать любое количество конфигураций, включая, но им не ограничиваясь, один экран детектора. В дополнение, в другом варианте исполнения по меньшей мере один корпус 602 детектора может содержать любое количество различных конфигураций, включая, но им не ограничиваясь, множество экранов детектора. Хотя различные конфигурации детекторов повторно описываться здесь не будут, обычные специалисты в данной области техники поймут, что может быть использовано любое количество конфигураций детекторов, как описано выше, а примерный один вариант исполнения не преследует целей ограничения.
Возвратимся назад к фиг. 6, для формирования излучения используется источник 608 рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 608 рентгеновских лучей используется для генерации узкого остронаправленного пучка 606 рентгеновских лучей, направленного на испытываемый объект или субъект 604. В одном варианте исполнения остронаправленный пучок формируется совместным использованием рентгеновской трубки, механического барабана обтюратора и щели.
Объект 604 является элементом, который подвергается формированию рентгеновского изображения. В одном варианте исполнения объект 604 представляет собой элемент багажа или ручной клади. Сначала пучок 606 рентгеновских лучей попадает только на объект 604. Многие рентгеновские лучи проходят сквозь этот объект, взаимодействуют с ним, давая комптоновское рассеяние, и выходят из объекта через поверхность, противоположную той, через которую вошли. Корпуса 602 детектора, чувствительного к рентгеновским лучам, размещены симметрично вокруг падающего остронаправленного пучка рентгеновских лучей для детектирования пропущенных рентгеновских лучей и предоставления электронного сигнала, характеризующего пропускание рентгеновских лучей.
Специалисты в данной области техники должны понимать, что при этом может быть использовано любое количество источников ионизирующего излучения, включая - но этим не ограничиваясь - источники гамма излучения, электромагнитного излучения и ультрафиолетового излучения.
Детекторы 602 расположены таким образом, чтобы равномерно детектировать рентгеновские лучи по всем сторонам рентгеновского пучка 606. В одном варианте исполнения решетки 602 детекторов размещены вокруг объекта 604 таким образом, чтобы равномерно детектировать пропущенные им лучи 610. Детекторы 602 включают в себя корпус, который может заключать в себя или "ловить" рассеянные лучи 610. Фотодетектор в ответ на детектированные лучи, которые сначала преобразованы в свет, формирует электронные сигналы. Детали относительно корпуса и работы нескольких вариантов исполнения детектора 602 более подробно описаны со ссылками на фиг. 1-4 и повторно описываться здесь будут.
В одном варианте исполнения каждый детектор 602 создает электронные сигналы, которые направляются в процессор. Процессор анализирует полученные сигналы и на средстве 612 воспроизведения формирует изображение. Интенсивность с каждой точке воспроизведенного изображения соответствует относительной интенсивности детектированных пропущенных через объект рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 608 рентгеновского излучения подает на процессор синхронизирующие сигналы. Чтобы определить воспроизводимое изображение, процессор анализирует детектированные сигналы и сравнивает их с сигналами синхронизации. В одном варианте исполнения средство 612 отображения представляет собой монитор и используется для воспроизведения графических изображений, переданных процессором в виде сигналов. Как хорошо известно в данной области техники, средством 612 отображения может быть любой дисплей или монитор, включая монитор на катодной трубке или жидкокристаллический монитор. В одном варианте исполнения воспроизведенное на средстве 612 отображения оцифрованное изображение в рассеянных лучах, предпочтительно, составлено из 480 рядов на 160 столбцов при 8 битах на пиксель.
В одном варианте исполнения детекторы 602 могут перемещаться в вертикальном направлении, в то время как пучок 606 рентгеновских лучей перемещается в горизонтальном направлении перемещением в горизонтальном направлении источника 608 рентгеновских лучей. Однако размещение и перемещение детекторов 602 и источника 608 не сводятся к приведенному здесь описанию. В других вариантах исполнения детекторы 602 и источник 608 могут быть помещаться и перемещаться любыми способами, общеизвестными в данной области техники. Пересечение пучка 606 рентгеновских лучей и субъекта 604 определяет элемент разложения изображения (пиксель) определенной области.
Фиг. 7 изображает один вариант исполнения корпуса 700 детектора согласно настоящему изобретению, содержащего по меньшей мере два экрана. Двухэкранный корпус 700 детектора содержит три смежные боковые стенки, которые образуют область 701 передней стороны, область 702 второй стороны и область 703 третьей стороны. Стенки 701, 702 и 703 соединены под углами одна с другой, образуя тем самым корпус треугольного поперечного сечения. Смежные стенки 701, 702 и 703, дополнительно, образуют верхнюю область 704 и нижнюю область 705.
В одном варианте исполнения корпус, образованный из смежных стенок 701, 702, 703, верхней области 704 и нижней области 705, может получать, но по существу не пропускать электромагнитное излучение, тем самым блокируя выход входящего излучения от источника излучения.
В одном варианте исполнения область 701 передней стороны корпуса 700 детектора, когда он используется в примерной сканирующей системе, используется для получения излучения 715 и, таким образом, направлена в сторону контролируемого объекта или субъекта, как более подробно описано применительно к фиг. 9а и 9b. В одном варианте исполнения область 701 передней стороны дополнительно содержит экран 707. Область 702 второй стороны внутри корпуса 700 содержит дополнительный экран 708. Корпус 700 детектора содержит, дополнительно, расположенный внутри корпуса фотодетектор 709, который в одном варианте исполнения находится вблизи области 703 третьей стороны. В одном варианте исполнения фотодетектор 709 представляет собой фотоэлектронный умножитель, имеющий чувствительную к свету область и область, не чувствительную к свету. Фотоэлектронные умножители хорошо известны специалистам в данной области техники, и больше здесь обсуждаться не будут.
В одном варианте исполнения внутренняя часть фотоэлектронного умножителя, содержащая относящуюся к нему электронику, размещена в кожухе 710. В одном варианте исполнения кожух 710 образован областью 703 третьей стороны и стороной 711, которая при взгляде сверху имеет по существу полукруглое поперечное сечение. Верхняя и нижняя стороны по существу полукруглого кожуха 710 также покрыты стенками. В одном варианте исполнения по существу полукруглая сторона 711 на одном конце шарнирным соединением связана с областью 703 стороны, так что сторона 711 может открываться относительно своего подвешенного на шарнирах конца, обеспечивая легкий доступ к электронике фотоэлектронного умножителя на предмет контроля, ремонта и технического обслуживания.
Рассеянные от контролируемого объекта или субъекта или прошедшие сквозь его рентгеновские лучи 715 сначала падают на первый экран 707 корпуса 700 детектора. Однако, некоторые из рентгеновских лучей не поглощаются первым экраном 707 и, таким образом, проходят через первый экран 707. Для увеличения эффективности детектирования корпус 700 детектора дополнительно содержит второй экран 708 внутри корпуса. Второй экран 708 еще больше увеличивает величину экспозиции и таким образом, поглощение рассеянных или прошедших насквозь рентгеновских лучей 715. Общий эффект от первого и второго экранов заключается в увеличении эффективности фотодетектирования фотоэлектронного умножителя 709 за счет поглощения большего количества электромагнитного излучения, последующего преобразования этого излучения в свет и, таким образом, в получении фотоэлектронного умножителя с более сильным сигналом детектирования.
Фиг. 8 показывает общий вид варианта исполнения детекторного устройства 700 по фиг. 7. Как показано на фиг. 8, в одном варианте исполнения корпус детектора сформирован как модульная двухэкранная детекторная стойка, шкаф или панель 800. На этом виде видны область 801 передней стороны и по существу полукруглая сторона 811. Полукруглая сторона 811 соединена со стороной 801 шарнирами 812. Детекторные стойки 800, построенные в виде шкафов или панелей обладают дополнительными преимуществами, заключающимися в том, что они имеют приятный эстетический вид.
Фиг. 9а показывает общий вид спереди одного варианта сканирующей системы 900, в которой может быть использован корпус 700 детектора по фиг. 7. В одном варианте исполнения корпус детектора по настоящему изобретению может быть использован в сканирующей системе, работающей на основе обратного рассеяния, такой как, но ею не ограниченной, система проверки людей. В одном варианте исполнения система проверки людей выполнена в виде одностороннего проходного отдельно стоящего стенда 900.
Специалисты в данной области техники должны понимать, что хотя для иллюстрации выполнения корпуса 700 детектора по фиг. 7 описана проходная отдельно стоящая проверяющая людей система 900 безопасности, с системой 900 может быть использован любой из корпусов детектора согласно настоящему изобретению без каких-либо ограничений.
Фиг. 9b показывает вид сверху поперечного сечения одного варианта исполнения детекторных экранов системы согласно настоящему изобретению в том виде, как они используются в проходной системе 900 проверки людей. Для описания различных элементов системы 900 будем одновременно ссылаться на фиг. 9а и 9b.
В одном варианте исполнения система 900 контроля содержит первый и второй корпуса 905 и 910 детектора, соответственно. В одном варианте исполнения эти корпуса детектора выполнены в форме модульных двухэкранных детекторных стоек 800 по фиг. 8. В альтернативном варианте исполнения корпуса детектора могут содержать любое число структур, включая в себя множество экранов детектора, но не ограничиваясь ими. Как видно на фиг. 9b, стойки 905 и 910 детектора, содержат область 901 передней стороны, область 902 второй стороны и область 903 третьей стороны, которые соединены под углами одна с другой, образуя тем самым корпус треугольного поперечного сечения. Область 901 передней стороны содержит экран 907 (или любую светочувствительную подложку) и направлена в сторону контролируемого субъекта 920. Область 902 второй стороны содержит внутри стоек второй экран 908 (или любую светочувствительную подложку). Каждая из стоек 905, 910 содержит фотоэлектронные умножители, которые расположены внутри стоек вблизи области 903 третьей стороны. Внутренняя электроника фотоэлектронных умножителей 909 (часть, не чувствительная к свету) размещена в по существу полукруглом корпусе 911, который соединен с двумя угловыми сторонами 901 и 902 детекторной стойки шарнирами.
Источник 948 излучения заключен в другом модульном корпусе 915 (он виден на фиг. 9b). Для формирования излучения используется источник 948 рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 948 рентгеновских лучей используется для формирования узкого остронаправленного пучка 930 рентгеновских лучей, направленного на контролируемый субъект 920. в одном варианте исполнения субъект 920 является человеком. В одном варианте исполнения остронаправленный пучок формируется совместным использованием рентгеновской трубки, механического барабана обтюратора и щели. Специалисты в данной области техники должны понимать, что при этом может быть использовано любое количество источников ионизирующего излучения, включая - но этим не ограничиваясь - источники гамма излучения, электромагнитного излучения и ультрафиолетового излучения.
Обратимся к виду поперечного сечения корпуса 915 на фиг. 9b, корпус 915 содержит первую и вторую угловые стороны 916, 917, таким образом, что когда эти детекторные стойки и корпус источника излучения выполнены воедино или собраны вместе, они упираются в стороны 902 и совпадают с ними. Передняя боковая полоска 918, направленная в сторону субъекта 920, содержит отверстие 925 (видимое на фиг. 9а), через которое проходит пучок 930 рентгеновских лучей, прежде чем попасть на субъект 920. Ограниченный размер отверстия 925 способствует уменьшению электромагнитных помех и шума излучения. Боковая полоска 918 действует также как разделитель для двух детекторных стоек, так что эти две детекторные стойки собраны симметрично относительно падающего пучка 930 рентгеновских лучей при детектировании рассеянных обратно рентгеновских лучей 935 и предоставляет электрический сигнал, характеризующий отражение рентгеновских лучей.
В одном варианте исполнения система 900 контроля имеет модульные компоненты, которые могут быть для легкости транспортирования и перемещения сняты, а затем вновь собраны в нужном месте. Таким образом, изготовляются отдельные детекторные стойки 905 и 910 и корпус 915 источника излучения вместе с относящейся к ним электроникой и кабелями - в виде отдельных модулей или шкафов, которые могут быть быстро собраны для образования системы 900.
Во время работы, когда субъект 920 физически проходит мимо детекторных стоек 905, 910, часть пучка 930 рентгеновских лучей, который падает на субъект 920, рассеивается назад вследствие комптоновского рассеяния, и попадает на первый экран 907 в области 901 передней стороны детекторных стоек. В то время как часть рентгеновских лучей детектируется первым экраном 907, некоторая часть их проходит сквозь первый экран 907, не будучи детектированной, и падает на второй экран 908 (на стороне 902) внутри детекторных стоек. В одном варианте исполнения, им детектируется приблизительно 30-60%, а, более предпочтительно, - приблизительно 40% фотонов рентгеновских лучей, в то время как приблизительно 10-30%, а, более предпочтительно, - приблизительно 24% фотонов рентгеновских лучей детектируются вторым экраном 908. Фотоэлектронный умножитель 909 в ответ на детектированные лучи, которые сначала преобразованы в свет, формирует электрические сигналы. Свет, испущенный в результате сцинтилляции в экранах 907, 908, отражается от треугольных корпусов/стоек 905, 910 до тех пор, пока не перехватится фотоэлектронными умножителями 909. Детали относительно корпуса и работы детекторных стоек 905, 910 более подробно описаны со ссылками на фиг. 7 и 8 и повторно описываться здесь будут.
Электрические сигналы, созданные двумя детекторными стойками 905, 910 направляются в процессор. Процессор анализирует полученные сигналы и на средстве воспроизведения (не показано) формирует изображение. Интенсивность с каждой точке воспроизведенного изображения соответствует относительной интенсивности детектированных рассеянных рентгеновских лучей. В одном варианте исполнения источник 908 рентгеновского излучения подает на процессор синхронизирующие сигналы. Чтобы определить воспроизводимое изображение, процессор анализирует детектированные сигналы и сравнивает их с сигналами синхронизации. В одном варианте исполнения средством отображения является монитор, который используется для воспроизведения графических изображений, переданных процессором в виде сигналов. Как хорошо известно в соответствующей области техники, средством отображения изображения может быть любой дисплей или монитор, включая монитор на катодной трубке или жидкокристаллический монитор. В одном варианте исполнения отображаемое на средстве 512 отображения оцифрованное изображение рассеяния, предпочтительно, составлено из 480 рядов на 160 столбцов при 8 битах на пиксель.
Вышеприведенные примеры являются просто иллюстративными примерами многочисленных применений системы согласно настоящему изобретению. Хотя здесь были описаны лишь несколько вариантов исполнения настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано во многих иных специальных формах, не выходя за пределы существа и объема изобретения. Поэтому настоящие примеры и варианты исполнения следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничительные, а само изобретение не сводится к приведенным здесь деталям, но в объеме приложенных пунктов формулы изобретения может изменяться.
1. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащая:
корпус двухэкранного детектора, имеющий три смежные боковые стенки, которые образуют область передней стороны, область второй стороны и область третьей стороны, стенки трех сторон соединены одна с другой под углом, так что заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы, и каждая боковая стенка имеет внутреннюю поверхность;
подложку, расположенную на каждой из упомянутых внутренних поверхностей первой и второй боковых стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет, образуя тем самым экраны детектора; и
фотодетектор, расположенный в непосредственной близости к третьей боковой стороне, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область.
2. Система детектирования по п. 1, в которой внутренние поверхности смежных стенок являются светоотражающими.
3. Система детектирования по п. 1, в которой активная область на каждой из подложек содержит сцинтилляционный материал.
4. Система детектирования по п. 3, в которой сцинтилляционный материал представляет собой вольфрамат кальция.
5. Система детектирования по п. 1, в которой активная область по меньшей мере одной из подложек больше, чем активная область фотодетектора.
6. Система детектирования по п. 1, в которой геометрия поверхности по меньшей мере одной из подложек представляет собой по меньшей мере одну из: гладкой, пирамидальной, гексагональной, конической, веерообразной, нерегулярной, профилированной или рифленой.
7. Система детектирования по п. 1, в которой фотодетектором является фотоэлектронный умножитель.
8. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащая:
первый и второй корпуса двухэкранного детектора, причем каждый корпус имеет три смежные боковые стенки, которые образуют область передней стороны, область второй стороны и область третьей стороны, стенки трех сторон соединены одна с другой под углом, так что заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы, и каждая боковая стенка имеет внутреннюю поверхность,
подложку, расположенную на каждой из внутренних поверхностей первой и второй боковых стенок, причем каждая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования электромагнитного излучения в свет, образуя тем самым первый и второй экраны детектора;
и фотодетектор, расположенный во внутренней части кожуха, при этом упомянутый фотодетектор имеет чувствительную к свету активную область.
9. Система детектирования по п. 8, в которой упомянутый первый корпус и упомянутый второй корпус расположены рядом друг с другом и разделены удлиненным элементом.
10. Система детектирования по п. 9, в которой удлиненный
элемент содержит щель, сконфигурированную для пропускания рентгеновского излучения.
11. Система детектирования по п. 8, в которой внутренние поверхности первой и второй боковых стенок в упомянутом втором корпусе являются светоотражающими.
12. Система детектирования по п. 8, в которой активная область на каждой из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе содержит сцинтилляционный материал.
13. Система детектирования по п. 12, в которой сцинтилляционный материал представляет собой вольфрамат кальция.
14. Система детектирования по п. 8, в которой активная область по меньшей мере одной из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе больше, чем активная область фотодетектора.
15. Система детектирования по п. 8, в которой геометрия поверхности по меньшей мере одной из подложек в упомянутом первом корпусе и в упомянутом втором корпусе представляет собой по меньшей мере одну из: гладкой, пирамидальной, гексагональной, конической, веерообразной, нерегулярной, профилированной или рифленой.
16. Система детектирования по п. 8, в которой фотодетектором в первом корпусе является фотоэлектронный умножитель.
17. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащая:
замкнутый внутренний объем, определенный
первой боковой стенкой, имеющей первый конец и второй конец;
второй боковой стенкой, имеющей первый конец и второй конец,
при этом первый конец первой боковой стенки прикреплен к первому концу второй боковой стенки и образует с ним острый угол;
криволинейной секцией, имеющей первый конец и второй конец, при этом первый конец криволинейной секции прикреплен ко второму концу второй боковой стенки и второй конец криволинейной секции прикреплен ко второму концу первой боковой стенки, так что они заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы;
первую подложку, расположенную на внутренней поверхности первой боковой стенки, при этом первая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования излучения в свет и обеспечивает экран первого детектора;
вторую подложку, расположенную на внутренней поверхности второй боковой стенки, при этом вторая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования излучения в свет и обеспечивает экран второго детектора; и
по меньшей мере один фотодетектор.
18. Система детектора по п. 17, в которой фотодетектор содержит чувствительную к свету область и нечувствительную к свету область, причем чувствительная к свету область расположена для приема света, испущенного из первой подложки и из второй подложки.
19. Система детектора по п. 18, в которой нечувствительная к свету область расположена внутри криволинейной секции.
20. Система детектора по п. 19, в которой крепление первого конца криволинейной секции ко второму концу второй боковой стенки или крепление второго конца криволинейной секции ко
второму концу первой боковой стенки является шарнирным.
21. Система детектора по п. 20, в которой криволинейная секция выполнена с возможностью вращаться относительно упомянутого шарнира.
22. Система детектора по п. 21, в которой, когда криволинейная секция повернута относительно упомянутого шарнира, упомянутая нечувствительная к свету область является доступной с внешней стороны замкнутого внутреннего объема.
23. Система детектирования для детектирования электромагнитного излучения, содержащая:
первую боковую стенку, определенную плоской поверхностью, имеющей внешнюю поверхность, обращенную к контролируемому субъекту, и внутреннюю поверхность, причем первая боковая стенка сконфигурирована для приема излучения, рассеянного в обратном направлении от упомянутого субъекта;
вторую боковую стенку, расположенную под острым углом по отношению к первой боковой стенке, причем вторая боковая стенка определена плоской поверхностью, имеющей внутреннюю поверхность, адаптированную для приема излучения, проходящего через первую боковую стенку, и вторая боковая стенка сконфигурирована только для приема излучения после того, как оно прошло через первую боковую стенку;
третью боковую стенку, причем три боковые стенки соединены друг с другом под углом, так что заключают в себе объем, имеющий форму треугольной призмы;
первую подложку, расположенную на внутренней поверхности первой боковой стенки, причем первая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования излучения в свет и обеспечивает экран первого детектора;
вторую подложку, расположенную на внутренней поверхности второй боковой стенки, причем вторая подложка дополнительно содержит активную область для приема и преобразования излучения в свет и обеспечивает экран второго детектора; и
по меньшей мере один фотодетектор, расположенный в непосредственной близости к третьей боковой стенке, имеющий чувствительную к свету область и нечувствительную к свету область, причем чувствительная к свету область расположена с возможностью принимать свет, испущенный из первой подложки и из второй подложки.
24. Система детектора по п. 23, в которой излучение содержит фотоны рентгеновских лучей.
25. Система детектора по п. 24, в которой первая подложка детектирует 30-60% фотонов рентгеновских лучей, падающих на первую боковую стенку.
26. Система детектора по п. 25, в которой вторая подложка детектирует 10-30% фотонов рентгеновских лучей, падающих на первую боковую стенку.
