Dispositivo detector, método y aparato de inspección.

Un dispositivo detector que comprende una estructura detectora de rayos X (21) que tiene una superficie de detección (23) que define una pluralidad de regiones separadamente direccionables (25) dispuestas en una disposición de zonas para detectar la intensidad de la radiación de rayos X incidente en la misma,

caracterizado porque la región separadamente direccionable (25) está dividida en una pluralidad de subregiones (27; 29) dispuestas de forma espaciada a lo largo de la superficie de detección de la región separadamente direccionable cada una provista de una capa de filtro sobre la superficie de detección, comprendiendo las capas de filtro de cada subregión de una región separadamente direccionable materiales discretos y diferentes con bordes de absorción de rayos X discretos, definidos espectroscópicamente espaciados, y además porque la estructura detectora se adapta por si sola para resolver espectroscópicamente la radiación incidente simultáneamente a lo largo de al menos tres bandas de energía dentro del espectro de una fuente.

Dispositivo detector, método y aparato de inspección La invención se refiere a un dispositivo detector y su fabricación, y a un aparato y método para la inspección y caracterización de materiales que emplean dicho dispositivo detector.

La invención en particular se refiere a un aparato y método de un dispositivo detector que hace uso de la radiación de alta energía, en particular rayos X, para barrar objetos en los que es deseable obtener información acerca de su estructura y composición interna. Este principio puede ser empleado, por ejemplo, para la caracterización o ensayo de estructuras para fines de control de calidad o con la finalidad de determinar la integridad de la estructura, o similar, por ejemplo, en el campo de dispositivos electrónicos, aunque la invención no está limitada a dicho campo de aplicación.

La invención, en particular, se refiere especialmente a un aparato y método que opera mediante o junto con la generación de una imagen, pero no está limitada a dicha generación de imágenes.

La atenuación de los rayos x transmitidos incidentes sobre o emergentes de un objeto, en particular como la atribuible a absorción fotoeléctrica, ha sido usada como la base para detección de objetos para obtener alguna forma de datos figurativos representativos de su contenido o de sus componentes unos respecto a otros, y, por ejemplo, para generar una imagen.

Los datos pueden dar información a varios niveles. Incluso si el dato de intensidad se recoge monocromáticamente a lo largo de un amplio espectro, se sabe que la atenuación varía tanto con el espesor como con la densidad de un objeto. Mediante el uso de detectores adecuados y de una fuente adecuada, se pueden generar radiografías de un objeto bajo ensayo en forma de imágenes basadas en el comportamiento de absorción de un objeto o de su contenido o componentes.

Este método tiende a dar información limitada sobre el contenido del material. En esencia, en su forma más sencilla, todo lo que está siendo medido es la transmisividad del objeto a la radiación de la fuente. El detector meramente recoge la información de la amplitud, y no discrimina la radiación transmitida espectroscópicamente.

Sin embargo, se sabe que la información espectroscópica procedente de los rayos x transmitidos se podría usar para dar una información adicional sobre el contenido del material de los objetos o componentes que están siendo barridos. Se sabe que las propiedades de la absorción de rayos X de cualquier material pueden variar espectroscópicamente con la frecuencia/energía de los fotones de rayos X incidentes, y que este efecto depende en particular del número atómico. Esto ha conducido al desarrollo de detectores de doble banda o de doble energía que son capaces de identificar separadamente bandas de baja y alta energía del espectro de emisiones de rayos X de una fuente adecuada. Dichos detectores se describen, por ejemplo, en los documentos US4626688 y EP1063538.

Un sistema de doble energía confiere de este modo alguna información limitada sobre la composición. Por ejemplo, una aproximación muy grosera puede hacer que los materiales orgánicos tiendan a estar en la primera categoría y los materiales más inorgánicos en la última categoría, y un detector de doble energía puede hacer de este modo una discriminación orgánica/inorgánica aproximada. Sin embargo, la división orgánica/inorgánica es grosera y aproximada. Los detectores de doble energía convencionales dar una información espectroscópica real limitada sobre el espectro de los rayos X transmitidos.

Se pueden usar disposiciones de fuentes y/o filtros y/o detectores múltiples para producir un sistema con la capacidad de resolver en bandas adicionales a lo largo de un espectro de la fuente incluso si los detectores individuales son inherentemente monocromáticos o de doble energía.

El reciente desarrollo de detectores que pueden resolver información espectroscópica sobre los rayos X transmitidos más efectivamente ha conducido al desarrollo de aparatos que discriminan inherente y simultáneamente a lo largo de una pluralidad de intervalos más grande de bandas de energía, por ejemplo, para generar imágenes multiespectrales. Por ejemplo, el documento US5943388 describe un sistema que hace uso de la capacidad inherente de los detectores de teluro de cadmio para resolver espectroscópicamente rayos X incidentes a lo largo de un espectro ancho para producir datos de intensidad a los largo de al menos tres bandas de energía simultáneamente para generar al menos tres imágenes. Esto aprovecha mejor el efecto de absorción espectral diferencial por diferentes materiales y aproxima mejor la transmisividad a la composición pero está todavía limitado a la información que se puede transmitir mediante una imagen expuesta, y por la naturaleza aproximada e indicativa de cualquier relación entre el color en una imagen multiespectral, especialmente basada en bandas de energía relativamente anchas, y a la composición del material en el camino de transmisión.

Si se desea adicionalmente generar una información composicional específica a partir del conjunto de datos de intensidad espectroscópicamente resueltos, y en particular para complementar la disponible mediante generación de

imágenes de bandas plurales solo, los datos de intensidad se pueden procesar además numéricamente para ajustar la intensidad espectroscópicamente resuelta medida para conocer las relaciones para la atenuación de rayos X, por ejemplo, con referencia la espectro incidente. En el documento WO2008/142446 se describe un ejemplo de dicho análisis.

Dichas técnicas pueden ser muy potentes, particularmente en aplicaciones en las que se desea obtener la caracterización exacta de materiales de objetos que comprenden múltiples materiales componentes, tales como equipaje de líneas aéreas, con el fin de identificar con particular precisión las composiciones del material, por ejemplo, que comprenden compuestos orgánicos de alto peso molecular, lo cual puede ser indicativo de la presencia de materiales de contrabando en el equipaje. Sin embargo, debido a las distinciones composicionales finas que es necesario hacer en dichas aplicaciones, y a la complejidad de los cálculos que, por lo tanto, pueden estar implicados en el ajuste de los datos de intensidad para relaciones numéricas apropiadas, el método puede consumir tiempo relativamente y puede probar el límite de resolución del material detector.

Podría ser preferible una aproximación alternativa, que no implique dicho grado de análisis numérico, donde es deseable desarrollar un dispositivo detector, aparato y método para la inspección y caracterización de materiales en otras situaciones, por ejemplo, en las que no es necesario hacer dichas distinciones de materiales complejos y próximos y/o en las que se desea un elevado ritmo de rendimiento.

De esto modo, según la invención en un primer aspecto, se proporciona un dispositivo detector según las reivindicaciones adjuntas.

Un detector que encarna los principios de la invención en su primer aspecto está adaptado, de este modo, para hacer uso de información a lo largo de la anchura de un espectro de rayos X relativamente ancho con el fin de extraer información sobre el comportamiento de transmisión de rayos X de un objeto bajo ensayo cuando se coloca adecuadamente en una zona de barrido entre un detector y una fuente adecuada separada del mismo. Sin embargo, no se busca hacer esto resolviendo la información de la intensidad a lo largo del todo el espectro y ajustando esta intensidad espectroscópicamente resuelta totalmente para conocer las relaciones para determinar la composición del material con detalle. En vez esto, cada región separadamente direccionable de la superficie del detector en una pluralidad de subregiones cada una con filtros que presentan bordes de absorción de rayos X específicamente característicos y diferentes a partir de los cuales se pueden obtener lecturas de intensidad separadas y de zonas. Esto permite al detector identificar rápida y efectivamente bordes de absorción característicos equivalentes en un material bajo ensayo.

Dicho detector hace posible una identificación particularmente rápida de elementos metálicos tales como cobre, oro y estaño, sin requerir un análisis numérico detallado de todo el espectro de absorción, El comportamiento de transmisión de rayos X de estos elementos y de otros elementos puros muestra un efecto clásico en el que la energía de los fotones de rayos X es igual a la energía requerida para propulsar un electrón desde una capa electrónica particular. A dicha energía, hay un aumento muy abrupto y distinto en el coeficiente de atenuación que es característico... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo detector que comprende una estructura detectora de rayos X (21) que tiene una superficie de detección (23) que define una pluralidad de regiones separadamente direccionables (25) dispuestas en una disposición de zonas para detectar la intensidad de la radiación de rayos X incidente en la misma, caracterizado porque la región separadamente direccionable (25) está dividida en una pluralidad de subregiones (27; 29) dispuestas de forma espaciada a lo largo de la superficie de detección de la región separadamente direccionable cada una provista de una capa de filtro sobre la superficie de detección, comprendiendo las capas de filtro de cada subregión de una región separadamente direccionable materiales discretos y diferentes con bordes de absorción de rayos X discretos, definidos espectroscópicamente espaciados, y además porque la estructura detectora se adapta por si sola para resolver espectroscópicamente la radiación incidente simultáneamente a lo largo de al menos tres bandas de energía dentro del espectro de una fuente.

2. Un detector según la reivindicación 1, en el que las capas de filtro de una región separadamente direccionable dada se seleccionan para tener bordes K discretos, definidos y espectroscópicamente separados.

3. Un detector según la reivindicación 1 o 2, en el que cada capa de filtro comprende uno o más materiales elementales de propósito seleccionados del grupo de materiales que se pretende que el dispositivo permita identificar/discriminar rápidamente.

4. Un detector según cualquier reivindicación precedente, en el que cada capa de filtro comprende un único material elemental sustancialmente puro seleccionado del grupo que consiste en níquel, cobre, plata, estaño y oro.

5. Un detector según cualquier reivindicación precedente en el que la región separadamente direccionable (25) está dividida en al menos dos subregiones (27;29) ya que comprende al menos dos capas de filtro seleccionadas respectivamente para presentar un borde de absorción en un extremo inferior y un extremo superior del espectro de energías de una fuente prevista.

6. Un detector según cualquier reivindicación precedente en el que la región separadamente direccionable (25) está dividida en al menos tres subregiones (27; 29) ya que comprende la menos tres capas de filtro seleccionadas con referencia a un material de propósito con un borde característico particular de interés de manera que comprende una capa de filtro que tiene un borde de absorción característico por debajo del borde de interés, una capa de filtro que tiene un borde de absorción característico por encima del borde de interés, y una capa de filtro que tiene un borde de absorción con el borde de interés.

7. Un detector según cualquier reivindicación precedente, que comprende además un comparador para comparar la intensidad en cada una de las subregiones de una región separadamente direccionable dada y producir a partir de la misma durante el uso una indicación de la presencia o no de un material que tiene un borde absorción particular en un objeto bajo ensayo basado en la determinación de si se produce la misma señal de rayos X en todas las subregiones.

8. Un detector según cualquier reivindicación precedente, en el que la estructura detectora se adapta para producir resolución espectroscópica ya que se fabrica a partir de un material seleccionado para presentar inherentemente, como una propiedad del material directa, una respuesta eléctrica variable directa, por ejemplo, fotoeléctrica a diferentes partes del espectro de la fuente.

9. Un detector según la reivindicación 8, en el que la estructura detectora comprende Cd1- (a+b) MnaZnbTe, en la que a + b < 1 y a y/o bpueden ser cero.

10. Un método de producción de un detector que comprende las etapas de: proporcionar una estructura detectora de rayos X (21) y definir una pluralidad de regiones separadamente direccionables (25) dispuestas en una disposición de zonas sobre una superficie de detección (23) de la misma para detectar la intensidad de radiación de rayos X incidente sobre la misma durante el uso; caracterizado por depositar sobre la superficie de detección de cada región separadamente direccionable (25) una pluralidad de capas de filtro discretas definiendo cada una una pluralidad de subregiones (27; 29) espaciadas a lo largo de la superficie de detección de la región separadamente direccionable (25) , comprendiendo las capas de filtro de una región separadamente direccionable dada materiales discretos y diferentes con bordes de absorción de rayos X discretos, definidos y espectroscópicamente espaciados, y caracterizado además porque la estructura detectora se adapta por si sola para resolver espectroscópicamente la radiación incidente simultáneamente a lo largo de al menos tres bandas de energía dentro del espectro de una fuente.

11. Un aparato para la inspección y caracterización de materiales que comprende: un sistema detector compuesto de al menos un dispositivo detector según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10; una fuente de rayos X separada del mismo para definir una zona de barrido de objetos entre los mismos.

12. Un aparato según la reivindicación 11, que comprende además un módulo de generación de imágenes para generar un conjunto de datos de imágenes a partir de los datos de intensidad transmitida incidente en el detector durante el uso.

13. Un método para la inspección y caracterización de materiales que comprende: proporcionar un sistema detector compuesto de al menos un dispositivo detector (21) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10; proporcionar una fuente de rayos X separada del mismo para definir una zona de barrido de objetos entre éstos; irradiar un objeto bajo ensayo en la zona de barrido; comparar la intensidad incidente procedente de cada subregión de una región separadamente direccionable del detector; extraer conclusiones sobre la presencia o ausencia de bordes de absorción particulares en el material del objeto bajo ensayo, y por lo tanto sobre la composición.

14. Un método según la reivindicación 13, que comprende además la etapa de generación de una imagen a partir de datos de intensidad trasmitida en la que se genera una imagen en la que cada región separadamente direccionable comprende un píxel de imagen y en la que la imagen incluye una representación de las conclusiones extraídas de la comparación de los datos de intensidad procedentes de cada subregión.

15. Un método según la reivindicación 14, en el que se representan las respuestas de bordes de absorción identificados diferentes en una región separadamente direccionable dada presentando el píxel con diferentes colores y en el que la estructura detectora se selecciona de manera que resuelva inherentemente el espectro de la fuente en una pluralidad de bandas de frecuencia dentro del espectro de la fuente; y el dato de intensidad espectroscópicamente resuelto a lo largo de dicha pluralidad de bandas de frecuencia se asigna para generar una serie de imágenes con energías diferenciadas.