特許 7488361 周囲温度検出器を有するＸ線機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】周囲温度検出器を有するＸ線機器

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/223 20060101AFI20240514BHJP

   G01T 1/17 20060101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

G01N23/223

G01T1/17 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022562112

(86)(22)【出願日】2021-04-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-23

(86)【国際出願番号】 US2021025938

(87)【国際公開番号】W WO2021207175

(87)【国際公開日】2021-10-14

【審査請求日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】63/007,487

(32)【優先日】2020-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】522396539

【氏名又は名称】エヴィデント・サイエンティフィック・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ピーター・ハードマン

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１１７２７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－２１２０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１９５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２６０４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０７９５２５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６

Ｇ０１Ｔ １／００－７／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線分析器であって、
Ｘ線源によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出し、対応するエネルギー信号を提供するように構成された少なくとも１つの検出器であって、前記エネルギー信号が、パルス高さを有するパルスを含み、前記パルス高さが、少なくとも１つの前記検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたオフセットを含む、少なくとも１つの検出器と、
少なくとも１つの前記検出器に関連する環境温度を検知するように構成された温度センサと、
前記エネルギー信号を処理し、検知された前記環境温度に従って、Ｘ線事象の温度補償出力を提供するように構成された信号プロセッサであって、前記信号プロセッサが、前記環境温度に従って前記パルス高さのゲインを調整するように、かつ、前記環境温度に従ってゲインが調整された前記パルス高さのオフセットを補償するように構成されている温度補償器を含む、信号プロセッサと、を備え、
前記信号プロセッサが、前記ゲインに寄与し、前記パルスを生成するように構成された二次段増幅器を含み、前記二次段増幅器が、第２の温度を測定する第２の温度センサと接触している、Ｘ線分析器。

【請求項2】

前記温度補償器が、前記パルス高さを拡大されたパルス幅で補償することによって、前記出力のエネルギー分解能を調整するように更に構成されている、請求項１に記載のＸ線分析器。

【請求項3】

前記温度補償器が、前記ゲインの温度依存性及び前記オフセットの温度依存性を指定する較正表を更に含む、請求項１に記載のＸ線分析器。

【請求項4】

前記較正表が、前記検査対象及び較正温度での前記パルス高さが既知である較正手順において、経験的に導出される、請求項３に記載のＸ線分析器。

【請求項5】

前記信号プロセッサが、少なくとも１つの前記検出器と熱的に接触しており、前記パルスを生成するように構成されている前置増幅器を含み、前記調整されたゲインが、前置増幅器ゲインである、請求項１に記載のＸ線分析器。

【請求項6】

前記温度センサが、少なくとも１つの前記検出器と物理的に接触している、請求項１に記載のＸ線分析器。

【請求項7】

前記Ｘ線源を発生させるためのＸ線発生器を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のＸ線分析器。

【請求項8】

Ｘ線検査を提供する方法であって、
Ｘ線源からのＸ線によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出器によって検出するステップと、
対応するエネルギー信号を提供するステップであって、前記エネルギー信号が、パルス高さを有するパルスを含み、前記パルス高さが、前記検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたゼロオフセットを含む、提供するステップと、
第１の温度センサを使用することによって、前記検出器に関連する環境温度を測定するステップと、
第２の温度センサを使用することによって、二次段増幅器に関連する第２の温度を測定するステップと、
前記エネルギー信号を処理し、Ｘ線事象の温度補償出力を提供するステップであって、前記環境温度及び前記第２の温度に従って前記パルス高さのゲインを調整するステップと、前記環境温度に従ってゲインが調整された前記パルス高さのゼロオフセットを補償するステップと、を含む、処理し、提供するステップと、を含み、
前記二段増幅器が、前記ゲインに寄与し、前記パルスを生成するように構成されている、方法。

【請求項9】

前記処理し、提供するステップが、前記パルス高さを拡大されたパルス幅で補償することによって、前記出力のエネルギー分解能を調整することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ゲインの前記調整が、前記エネルギー信号を処理するように構成された増幅器の前記ゲインを調整することである、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記Ｘ線源からのＸ線を生成するステップを更に含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
Ｘ線源からのＸ線によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出器によって検出することと、
対応するエネルギー信号を提供することであって、前記エネルギー信号が、パルス高さを有するパルスを含み、前記パルス高さが、前記検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたゼロオフセットを含む、提供することと、
検出器に関連する環境温度を測定することと、
二次段増幅器に関連する第２の温度を測定することと、
前記エネルギー信号を処理し、Ｘ線事象の温度補償出力を提供することであって、前記環境温度及び前記第２の温度に従って前記パルス高さのゲインを調整することと、前記環境温度に従ってゲインが調整された前記パルス高さのゼロオフセットを補償することと、を含む、処理し、提供することと、を行わせる、実行可能な命令を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、
前記二次段増幅器が、前記ゲインに寄与し、前記パルスを生成するように構成されている、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年４月９日に出願された米国仮特許出願第６３／００７，４８７号の優先権の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示の例示的な実装形態は、Ｘ線分析を行うための機器に関し、より具体的には、検出器の温度制御を必要とせずに、可変周囲温度で動作するエネルギー分散検出器を使用するＸ線分析器に関する。

【背景技術】

【0003】

蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）機器などのＸ線分光計機器は、試料から放射されたＸ線のエネルギー分布を測定するように構成されている。放射されたＸ線のエネルギースペクトルから、試料材料の化学組成を計算することができる。このような機器では、Ｘ線エネルギースペクトルが、エネルギー分散型半導体検出器で測定され、検出器に入射するＸ線は、半導体において電子・正孔対を発生させ、検出器は、それによって、Ｘ線エネルギーに比例する電荷を収集する。電荷は、通常、検出器に近接して位置するフィールド効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの電荷感応前置増幅器によって受信され、増幅される。電荷感応前置増幅器は、各入射Ｘ線からの電荷を、Ｘ線エネルギーに比例する高さの電圧パルス信号に変換する。次いで、電圧パルス信号は、通常、Ｘ線機器内の少なくとも１つのプリント回路基板（ＰＣＢ）上に位置する１つ以上の第２の段増幅器によって、更に増幅され得る。

【0004】

エネルギー分散型半導体Ｘ線検出器は、通常、冷却され、一定の低温を維持するように制御される。なぜなら、周囲温度では、半導体における熱誘発電子・正孔対から発生する漏れ電流が高すぎる可能性があるからである。漏れ電流は、温度によって変化する連続的なバックグラウンドノイズを発生させ、Ｘ線発生信号の正確な測定を妨げる可能性がある。－１０℃～－２０℃の範囲の温度まで冷却することは、通常、熱電冷却デバイスなどで達成される。しかしながら、冷却を提供し、検出器と周囲環境との間の熱的隔離を維持する必要は、Ｘ線検出器のコスト及び複雑さを増加させる。冷却デバイスには電力を供給する必要があり、冷却が効果的に機能するためには、熱伝導及び結露を防止するために、検出器は真空又は減圧環境にある必要がある。

【0005】

周囲温度で動作する検出器を有する機器では、冷却電力を提供する必要はない。更に、検出器は真空下にある必要はなく、これは、検出器ウィンドウが典型的に高いレベルの真空を維持する必要がないことを意味する。周囲温度計のウィンドウの機能は、光、埃、水分を検出器チップから遠ざけ、Ｘ線を入れることのみである。次いで、ウィンドウは、潜在的に、より安価な材料で作ることができ、真空封入の処理及び包装コストが、回避され得る。しかしながら、正確かつ繰り返し可能な測定結果を達成するために、検出器の性能の温度依存性を修正する必要がある。

【0006】

したがって、Ｘ線検出機器が冷却を必要とせず、したがって、現在の実務において使用される検出器よりも著しく小さく、安価で、より少ない電力を使用するＸ線分析機器の必要性が存在する。冷却の必要性を取り除き、信頼性の高い正確な結果を生成することは、低コストの手持ち型又は携帯型のＸ線分析機器にとって特に有利である。

【発明の概要】

【0007】

本開示の例示的な実装形態では、検査対象の元素組成を判定するためのＸ線分析器が提供される。例示的な実装形態では、分析器は、Ｘ線源によって照射された検査対象からの二次Ｘ線（例えば、蛍光Ｘ線）を検出し、対応するエネルギー信号を提供するように構成された検出器を備える。分析器はまた、検知器の近傍の温度を検知するように構成された温度センサを備える。分析器は、エネルギー信号を処理し、Ｘ線事象のための温度補償出力を提供するように構成された信号プロセッサを更に備える。

【0008】

エネルギー信号は、パルス高さを有するパルスを含み、温度補償出力は、温度に従ってパルス高さのゲインへの調整を含む。更に、パルスは、検出器の温度誘発漏れによって引き起こされたオフセットを提示し、温度補償出力は、温度に従ったオフセットでのパルス高さの調整を更に含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示による、Ｘ線分析器の例示的な実装の概略図である。

【図2】検出器温度の変化に関連付けられたパルス高さの変化及び本開示の例示的な実装形態による、温度補償を導出する方法を示す図である。

【図3】検出器温度の変化に関連付けられたパルス漏れによって引き起こされたエネルギー信号の変化及び本開示の例示的な実装形態による、温度補償を導出する方法を示す図である。

【図4】本開示の例示的な実装形態による、エネルギーの関数としてのパルス高さ、並びに異なるゲイン及び漏れオフセットに基づいて温度補償を導出する方法を示す図である。

【図5】本開示による、検出器温度変化に対する所望の範囲のゲイン応答を達成するために、より小さい検出器を使用することによって代替的な実装形態の基礎を示す図である。

【図6】本開示の例示的な実装形態による、検出器及び２つの温度センサを有するＸ線分析器の概略図である。

【図7】本開示の例示的な実装形態による、検出器及び１つの温度センサを有するＸ線分析器の概略図である。

【図8】本開示の例示的な実装形態による、温度制御なしで動作する少なくとも１つの検出器を有するＸ線分析器を考案する方法のフローチャートである。

【図9】本開示の例示的な実装形態による、少なくとも１つの周囲温度検出器で、Ｘ線機器を動作させる代替的な方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１を参照すると、本開示の例示的な実装形態では、Ｘ線源２及びＸ線検出器６を有するＸ線分析器１又は検出システムが提供される。好ましくは、Ｘ線検出器は、周囲温度で、又は軸温制御なしで動作するシリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）である。Ｘ線源は、Ｘ線検査又は較正動作中に検査対象４に照射するための一次Ｘ線を発生させるように構成されている。検出器６は、好ましくは、一次Ｘ線によって照射されたときに検査対象４から放射された二次Ｘ線を検出するように構成されている。Ｘ線分析器１はまた、プロセッサ１００を含む。プロセッサ１００は、検出器６によって受信されたエネルギー信号をまとめて処理するために、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの任意の組み合わせを含む。本明細書に記載のプロセッサ１００は、検査に関連する全ての信号及び値を処理する施設を指し、離散的又は一体的な電子機器又は回路を含むことができる。本開示によるＸ線分析器１は、少なくとも１つの温度センサ１０を備える。プロセッサ１００は、検出システムによって生成された電子パルスのゲイン、ゼロオフセット及び分解能の温度誘発変化を考慮して、Ｘ線エネルギースペクトルを補正するように更に構成されている。

【0011】

本開示の実装形態において、温度センサ１０は、検出器６に関連する温度を検知するように構成されている。検出器６が任意の冷却又は温度安定化施設を有しない場合、二次Ｘ線に対する検出器の応答は変化し、この変化は実質的であり、検出器の動作温度に依存する。分析器１が、Ｘ線応答（二次Ｘ線）を表すスペクトルの正確かつ繰り返し可能な読み取りを提供するために、温度変化による検出器応答の変化は、プロセッサ１００によって補償される。

【0012】

従来のシステムは、温度制御システムなしでは周囲温度で動作せず、システムは、ゼロオフセット及び分解能の変動を補償しない。

【0013】

表１は、検出器の温度の関数としての前置増幅器のゲインセットの例を示す。（前置増幅器は、検出器の近くで使用され得、検出器と同じ熱環境を共有し得る。例示的な実装形態の詳細な説明については、図６及び図７を参照されたい）。なお、摂氏マイナス２０度（－２０℃）以上の温度では、ゲインはすぐに変化し、０℃～－５℃の間では、ゲインは１℃当たり約１％変化している。０℃～２０℃（室温）の間では、ゲインの変化率が更に速くなることが予想できる。また、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に位置する典型的な第２の段増幅器のゲインの温度依存性の測定値（図示せず）は、依存性がかなり小さいことを示す（１℃当たり約０．０１％）。

【0014】

表１は、温度と前置増幅器のゲインとの間に一般的な関係があることを示している。関係は、温度の低下に伴うゲインの増加又は減少であり得る。本明細書に開示される実装形態では、Ｘ線分析器は、温度の変化に従って前置増幅器のゲインを調整する。分解能の変化は、図３に関して後述する。前置増幅器及び二次段増幅器の使用は、図６及び図７に関連する説明において後で紹介される。

【0015】

【表1】

【0016】

ゲイン及び分解能の温度依存性
温度による前置増幅器ゲインの変化は、表１又は図２に示されるような経験的測定によって、又は理論的方法によって予測され得る。したがって、温度に対するゲインの機能的依存性が観察され、検出器の温度又は前置増幅器の温度が測定される場合、温度の変化としてのシステムのゲインドリフトは、動的ゲイン補正によって補正され得る。実装形態では、ゲインは、全ての温度での調整されたゲインが、選択された標準温度での測定された又は理論的に予測されたゲインに対応するように、修正され得る。

【0017】

図２～図５は、本開示による、検出器の温度変化が検出器の性能に影響する方法、及び温度に対する補償が達成される方法を説明するために提示される。図２に見ることができるように、Ｘ線の入射によって検出器において発生する電圧パルス信号の高さは、Ｘ線エネルギーに比例するだけでなく、検出器温度の影響を受ける。パルスの高さ対時間の３つのプロットは、概念的には、３つの検出器の温度について示されている。１つは「冷たい」、１つは「温かい」、１つは「熱い」である。図２に見るように、パルス高さは３つの検出器温度全てに対して異なっている。例えば、Ｈ１及びＨ２は、「冷たい」検出器及び「温かい」検出器について対応して異なるパルス高さである。

【0018】

また、温度上昇によって引き起こされたパルス漏れは、「温かい」及び「熱い」と標識付けされた傾斜した波形に見られるように、パルスの高さの測定をパルス時間外に「ドリフト」させる。パルス漏れに対する補償も考慮されることが好ましい。パルス漏れに関連する係数は、「ゼロオフセット」と呼ばれ、温度にも依存する。分光計におけるゼロオフセットは、ゼロエネルギーの理論的Ｘ線から生じる信号である。典型的には、このオフセット信号は、パルス高さに一定の寄与を加える検出器のパルス漏れに起因する。検出器の温度を変化させると、漏れ電流の量、ひいてはオフセットも変化する。この効果の補正は、スペクトルエネルギースケールの精度を向上させる。例えば、「冷たい」検出器のパルス高応答（その温度を較正温度とする）を使用する場合、パルス高の平均値を使用する場合、プロット「温かい」に対してパルス高調整Δを適用する必要がある。当業者であれば、本開示を読むと、平均値以外の値がかかる補償に使用され得ることを理解すべきである。そのような実装形態は、全て本開示の範囲内であるべきである。

【0019】

温度補償は、異なるレベルで動的に実行できることに留意されたい。ゲイン補正のために、Ｘ線パルスは、既知の検出器温度で測定され、ゲインは、必要な「最低」レベルで補正され得る。ゲイン補正が生じ得るＸ線検出器システムのレベルは、それぞれハードウェアレベル、ファームウェアレベル、ソフトウェアレベルの最低レベルから最高レベルまでリストされている。ハードウェアレベルでは、ゲインに対する補正は、測定温度出力に基づいてシステムのゲインを調整することによって、各Ｘ線は、測定されるにつれて（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）レベルで、又は前置増幅器レベルで）リアルタイムで適用され得る。ファームウェアレベルでは、プログラムが実行されると、マイクロ秒タイムスケールでのゲインの補正を引き起こすようにプログラムを設計することができる。ソフトウェアレベルでは、プログラムはミリ秒以上のタイムスケールでゲインを補正するように設計することができる。動的ゲイン補正は、レベルのいずれかのレベルで実施され得、選択されたレベルは、検出器温度の変化率及び所望の測定の長さに依存する。例えば、検出器チップ温度が何秒にもわたってゆっくりと変化している場合、全スペクトルが１秒未満で収集された場合には、各Ｘ線パルスを補正する必要がなく、この場合には、ソフトウェアレベルでの時折のゲイン補正が適切であってもよい。検出器温度の変化がミリ秒のタイムスケールにわたって測定可能な効果を有する場合、ファームウェア又はハードウェアレベルでの補正は適切であり得る。

【0020】

補償をハードウェアレベルで直接行うために、Ｘ線分析器１の１つの実装形態は、温度の変化に直接応答して、離散的な方式ではなく、連続的な方式で増幅器ゲインを調整する回路を有し得る。ゲイン調整は、温度に応答する検出器の特性に応じて、線形又は非線形であり得る。このような代替的な実装形態は全て、本開示の範囲内である。

【0021】

図３は、検出器６によって受信されたエネルギー信号の態様としてのＸ線事象の数対パルス高さを示す図である。図３に見ることができるように、パルス漏れの影響は、検出器温度がそれぞれ「冷たい」及び「温かい」場合、２つの応答における検出器温度変化によって引き起こされることが示されている。一般に、検出器温度が高いほど、パルス高さ分布は広がる。各事象数パルス高さプロットの総面積は、特定の二次Ｘ線応答の場合と同じである。本開示による実装形態は、ある温度から別の温度へのパルス高さ変化におけるオフセットΔに従って温度補償を提供することを含む。

【0022】

図４は、２つの検出器温度、Ｔ_０及びＴ_１についてのパルス高さ対エネルギーにおける検出器の応答を示すグラフである。ラインＨ＝Ｇ_０Ｅは、ゼロオフセットを考慮せずに、検出器温度Ｔ_０（図２の「冷たい」検出器の温度）について、補償されていない増幅器ゲインＧ_０を有するパルス高さ対エネルギーを表す。ラインＨ＝Ｇ_１Ｅは、ゼロオフセットを考慮せずに、検出器温度Ｔ_１（図２の「熱い－１」検出器の温度）について、補償された増幅器ゲインＧ_１を有するパルス高さ対エネルギーを表す。ラインＨ＝Ｇ_１Ｅ＋Δ_０は、温度変化によって引き起こされたパルス漏れを考慮して、ゼロオフセットΔ_０で更に調整された検出器温度Ｔ_１について、補償されたゲインＧ_１を有するパルス高さ対エネルギーを表す。

【0023】

その関係は次のように要約できる：

【数1】

【0024】

Ｘ線分析装置の分野におけるエネルギー分解能は、半値全幅（ＦＷＨＭ）として頻繁に表され、エネルギー単位で与えられる。Ｘ線分光法の場合、通常は電子ボルト（ｅＶ）で表される。図３に戻ると、半分の高さでの各チャートについてＷＲ_Ｃ及びＷＲ_Ｗとして表されるエネルギー分解能は、「冷たい」検出器から「温かい」検出器への温度の変化に伴って変化する。同じ材料からのエネルギースペクトルは、測定時に周囲温度（したがって、検出器温度に影響を与える）に応じて変化し得るため、機器のエネルギー分解能の変化は望ましくない。典型的には、これは、スペクトルが特定の元素のＸ線を表すために、エネルギー範囲を使用して処理されるためである。分解能が悪化すると、測定されたエネルギーの分布が他の隣接するピークと重複することがある。これにより、単純な領域モデルではどのピークが信号に寄与したかを判定できないため、重複領域のデータを使用することが困難となる。

【0025】

漏れ電流の変動により、検出システムのエネルギー分解能も温度に依存する。この効果はまた、温度の関数としての検出器及び前置増幅器のエネルギー分解能の測定によって、表１に示される。エネルギー分解能は、０℃～－５℃の温度で、１℃当たり約１．４％の速度で増加する。エネルギー分解能変化は、主に半導体検出器の温度変化に起因する。

【0026】

エネルギー分解能の変化の影響を軽減するために、温度に対するエネルギー分解能の依存性は、理論的及び経験的方法によって予測され得、したがって、エネルギー分解能の変化は、好適な補正アルゴリズムによって補償され得る。そのような補正アルゴリズムの実装形態では、スペクトル分解能は、任意選択的に、より低い分解能を提供するために人工的に変更（拡大）され得るが、検出器がより温かいときには（ＷＲ_ＣをＷＲ_Ｗに増加させるため）、依然としてその反応と一致する。好ましくは、システムは、最高設計温度で「最悪の状況」に較正される。これはスペクトルを狭めるよりも拡大する方が容易であるためである。この任意の較正ステップでは、ピークを人工的に拡大して、スペクトル分解能を全ての温度で効果的に同じにすることができる。

【0027】

図５を参照すると、温度誘発ゲインドリフトは、検出器温度変化に指数関数的であり、Ｘ線分析器の機能に著しく悪影響を及ぼす。これは、同じエネルギーのＸ線が、取得時の温度に応じて異なる出力パルス高さを発生させ、Ｘ線スペクトルの誤差及び試料の誤った元素分析をもたらす可能性があるからである。検出器のサイズが小さいほど、そのようなゲインドリフトの影響が小さいことが更に観察される。したがって、本開示のいくつかの実装形態において、Ｘ線分析器は、温度変化への依存性を低減するために、１つのより大きな検出器ではなく複数のより小さい検出器を使用するように構成されている。これは、冷却システムを使用せずに分析器を動作させるソリューションにも貢献できる。複数の検出器が必要な場合、複数のより小さな検出器は、冷却システムを無効にするソリューションの一部であり得る。より小さい検出器は、温度変動に対する感応性が低いという利点を有し得るが、より小さい検出器は、それらのより小さい面積のために、より効率が悪い場合がある。低い効率を補償するために、より大きな検出器の面積に近似する総面積を有する小さな検出器のアレイを使用してもよい。

【0028】

要約すると、上記で説明したような温度補償を提供する方法は、本明細書で以前に説明した方程式及び／又は方法に従って、表にデータを提供することによって実施することができる。データ表は、異なる検出器温度のために分析器１で動作する前に行われるゲイン較正手順の間に生成され得る。

【0029】

図６は、Ｘ線分析器１の一例のブロック図である。例示的な実装形態では、Ｘ線分析器は、温度制御なしで全て動作する前置増幅器８と、第２の段増幅器９と、を更に備える。検出器６、前置増幅器８、及び第１の温度センサ１０は、互いの熱的な接触においてパッケージングされるように構成されている。例示の目的のために、温度センサ１０は、温度測定値Ｔａを出力する。第２の段増幅器９は、好ましくは、前置増幅器８から別個のＰＣＢ上にあるように構成されており、温度測定値Ｔｂを出力する第２の温度センサ１１と熱的に接触している。温度センサ１０及び１１は、任意のタイプの温度検知デバイスであり得る。好ましい実装形態では、温度センサ１０及び１１は、サーミスタ、ダイオード、又は焦電センサなどのコンパクトで低コストの固体センサである。Ｘ線分析器１が動作しているとき、温度センサ１０は、検出器６及び前置増幅器８の温度を表す温度測定値Ｔａを連続的に生成し、温度センサ１１は、第２の段増幅器９の温度を表す温度測定値Ｔｂを連続的に生成する。

【0030】

図２～図４に関して本明細書で前述したゲイン、ゼロオフセット、及びエネルギー分解能の温度依存性を取り除く方法は、前置増幅器８及び／又は二次段増幅器９のゲイン調整に独立して適用され得ることに留意されたい。

【0031】

更に図６を参照すると、上記で説明したように、測定精度、再現性、及び分解能の観点からの分析器１の性能は、著しい温度依存性を有する。これは主に、前置増幅器又はＦＥＴ８が通常温度感受性であるため、増幅の第１の段のゲインの温度依存性に起因する。分析器１の性能の温度依存性は、二次増幅器９などの後続の増幅段のゲインにも関連する。

【0032】

検出器６は、好ましくはＳＤＤである。なぜなら、このタイプの検出器は、そのエネルギー分解能が室温でかなり良好であるように、低い容量を有するからである。しかしながら、他のタイプの検出器は、それが予想される温度範囲にわたる性能の予想を満たす場合に使用され得る。

【0033】

二次Ｘ線が検出器６に衝突するとき、前置増幅器８は、第２の段増幅器９に入力される出力電圧のステップアップを生成し、これは、更なる増幅されたパルス信号を生成する。増幅されたパルス信号は、Ｘ線エネルギーの補正されていない測定値であるパルス振幅を測定するように構成されたパルス高さ測定ユニット１２に入力される。（パルス高さの説明については、図２及び関連する説明を参照されたい）。なお、パルス高さ測定ユニット１２はまた、前置増幅器９からの信号の更なる増幅及び／又は形成を提供する他の電子機器からの測定値を受信してもよい。本開示によるパルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、パルス高さ測定ユニット１２からの補正されていないエネルギー測定値、並びに温度センサ１０及び１１からの温度測定値Ｔａ及び／又はＴｂを受信する。パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、温度測定値Ｔａ及びＴｂに基づいて、ゲイン、ゼロオフセットに関する温度依存情報を組み込む。ゲイン及びゼロオフセット依存性は、図２～図５に関連付けられた説明に詳細に説明される。ゲイン較正手順は、^５５Ｆｅ源からの５．９ｋｅＶ Ｘ線などの標準エネルギーＸ線源を検出器６に照射することを含み得、図２～図５に説明される方法を使用する。本開示で説明される方法では、既知の温度Ｔａ及びＴｂのためのパルス高さ測定ユニット１２を使用することによって、既知のパルス高さをパルス高さの出力で測定されたパルス高さと比較するための較正を実行することができる。

【0034】

ゲイン及びゼロオフセット依存情報により、パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、パルス高さ測定ユニット１２の出力に対して、温度依存性を取り除き、補償されたパルス高さを得るように調整を加えることができる。したがって、調整されたパルス高さは温度に依存せず、選択された標準動作温度に調整されたパルス高さを表す。次いで、プロセッサ１００は、複数のＸ線からの調整されたパルス高さを蓄積して、調整されたエネルギースペクトルを形成するスペクトルビルダ１６に入力として調整されたパルス高さを供給する。なお、入射Ｘ線ごとに、パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、温度Ｔａ及びＴｂの別個及び個別のリアルタイム測定値を取得してもよい。

【0035】

調整されたエネルギースペクトルの分解能は、依然として望ましくない温度依存性を示し得る。任意選択的に、スペクトル分解能拡大ユニット１８は、調整されたエネルギー分解能が常に選択された固定温度に対応する既知の最終エネルギー分解能に対応するように、エネルギー分解能を調整するように構成されている。好ましい実装形態では、選択された固定温度は、測定値又は一連の測定値の最大温度であり得る。最大温度を判定するために、スペクトル分解能拡大ユニット１８は、任意選択的に、温度測定値Ｔａ及びＴｂの入力を受信し得る。次いで、スペクトル分解能拡大ユニット１８は、最大温度での既知の分解能に一致するように、より低い温度で取得されたスペクトルの分解能を人工的に拡大する。分解能の拡大は、一般に、当該技術分野で既知の方法によって適用され、完全なスペクトルの取得後に適用される。

【0036】

上述したように、ＰＣＢ上に位置する第２の段増幅器９のゲインの温度依存性は、検出器６に近接して位置する電荷感応前置増幅器８のゲインの温度依存性よりもかなり小さい。更に、ゼロオフセット及びエネルギー分解能の両方の温度依存性は、主に検出器６の半導体材料の温度の関数である。したがって、温度依存性補正の大部分は温度Ｔａに由来し、温度Ｔｂに由来する補正の大きさは小さい。したがって、図７は、図６の第２の温度センサ１１が省略されているＸ線機器１の例を示す。Ｘ線機器１における第２の温度センサの省略は、Ｘ線機器１におけるような２つの温度変数の代わりに、１つの温度変数のみに関連する補正アルゴリズム及び経験的較正の簡略化を含む、機器の簡略化を可能にする。

【0037】

図８は、検出器の温度制御なしに分散型Ｘ線分析を行うＸ線分析器（例えば、図６のＸ線分析器１）の方法の例の図である。図８の方法は、測定が長い場合かつ／又は周囲温度が急速に変化している場合に適用され、その結果、単一の測定の過程で著しい温度変化が生じる。ステップ３０では、温度センサ１０及び任意選択的な温度センサ１１は、それぞれ、検出器及び第２の段増幅器から温度測定値Ｔａ及び任意選択的にＴｂを取得する。図８のステップ３２～４２は、温度補償器を実装するために、図６のプロセッサ１００によって実行することができる。ステップ３２では、パルス高さ測定ユニット１２は、検出器６に入射するＸ線によるパルス高さを測定する。温度測定Ｔａ及びＴｂに基づいて、パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、ステップ３４においてパルス高さを調整する。温度測定Ｔａに基づいて、ステップ３６において、ゼロオフセット、パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、パルス高さを調整する。ステップ３４及び３６では、パルス高さ及びゼロオフセットはともに、式１に従って、かつ図２～図４に関連付けられて説明された方法に従って、選択された標準動作温度でのそれらの値に対応するように調整される。ステップ３８では、スペクトルビルダ１６は、調整されたパルスをスペクトルに追加する。ステップ４０では、検出器６に入射する複数のＸ線について、ステップ３０～３８の方法が繰り返される。ステップ４２では、任意選択的に、測定が終了し、完全なスペクトルが取得された後、スペクトル分解能拡大ユニット１８は、選択された固定温度での分解能に対応するように、スペクトルにおけるピークの幅を拡大する。最後に、ステップ４４では、調整されたスペクトルを使用して、検査試料の元素組成を計算する。

【0038】

図９は、検出器の温度制御なしに分散型Ｘ線分析を行うＸ線分析器（例えば、図６のＸ線分析器１）の代替的な方法の図である。図９の方法は、測定が短い場合かつ／又は周囲温度がゆっくりと変化している場合に適用され、その結果、単一の測定の過程で著しい温度変化が発生しない。ステップ３０では、温度センサは、Ｔａ及びＴｂの温度測定を行う。図９のステップ３２～４２は、温度補償器を実装するために、図６のプロセッサ１００によって実行することができる。ステップ３２では、検出器６はＸ線入射を受信し、パルス高さ測定ユニット１２はパルス高さを測定する。ステップ３２は、スペクトルビルダ１６が測定パルス高さを伴うパルスを追加するステップ３８に続く。ステップ４０では、ステップ３２及び３８の方法は、測定が完了するまで、検出器６に入射する複数のＸ線について繰り返される。したがって、ステップ４０の完了時に、温度の調整されていない完全なスペクトルが得られる。

【0039】

ステップ３４’、３６’、及び４２では、調整されていないスペクトルは、異なる測定値間の温度変化を考慮して調整される。温度測定値Ｔａ及びＴｂに基づいて、パルスゲイン及びオフセット調整ユニット１４は、ステップ３４’でスペクトルエネルギースケールを調整し、選択された標準動作温度での測定又は計算されたエネルギースケールに対応する。温度測定Ｔａに基づいて、全スペクトルのゼロオフセットは、選択された標準動作温度で測定又は計算されたゼロオフセットに対応するようにステップ３６’で調整される。ステップ３８’では、温度測定Ｔａに基づいて、スペクトル分解能拡大ユニット１８は、選択された固定温度での分解能に対応するようにスペクトルにおけるピークの幅を拡大する。Ｘ線分析器のプロセッサは、図２～図４に関して本明細書で前述される方法に従って、ステップ３４’、３６’、及び４２を実行することに留意されたい。最後に、ステップ４４では、調整されたスペクトルを使用して、検査試料の元素組成を計算する。

【0040】

なお、図８及び図９の方法における温度測定値Ｔｂの使用は任意選択的である。したがって、ステップ３０、３４及び３４’は、温度測定値Ｔ２への参照を省略するように修正されてもよい。

【0041】

図８及び図９の方法の組み合わせ及び変形例を使用してもよいことにも留意されたい。例えば、図８の方法は、全てのパルスではなく、選択された時間後又は選択された数のパルス後にのみ、ステップ３４及び３６の補正が適用されて使用され得る。あるいは、図９の方法は、測定全体ではなく、測定の一部のために、又は選択された測定時間が経過するまで、発生するステップ４０の繰り返しで使用されてもよい。

【0042】

図のフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な実装形態による、コンピュータプログラム製品によって実行可能な装置、方法、並びにアーキテクチャ、機能、及び動作を示し得る。フローチャート又はブロック図の各ブロックは、モジュール、プログラムセグメント、ユニット、又はコードの一部を表し得、これらは、指定された論理機能を実行するための１つ以上の実行可能命令を含み得る。したがって、本明細書に記載の方法は、記載された特定の実施例に限定されず、むしろ、方法ステップのうちのいずれかは、特許請求の範囲を具体化する結果を達成するために、必要に応じて、並列又は連続して行われ得る。更に、ブロック図又はフローチャートの各ブロック及びブロックの組み合わせは、指定された機能又は動作を実行するための専用のハードウェアベースのシステムによって、又は専用のハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実装されてもよい。

【0043】

追加の説明及び実施例
実施例１は、Ｘ線源によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出し、対応するエネルギー信号を提供するように構成された少なくとも１つの検出器と、検出器に関連する温度を検知するように構成された温度センサと、エネルギー信号を処理し、Ｘ線事象のために温度補償出力を提供するように構成された信号プロセッサと、を備える、主題（Ｘ線分析器など）を含む。

【0044】

実施例２では、実施例１の主題は、任意選択的に、温度補償器を含む信号プロセッサを含む。

【0045】

実施例３では、実施例２の主題は、パルス高さを有するパルスを含むエネルギー信号を含み、温度補償器は、温度に従ってパルス高さのゲインを調整するように構成されている

【0046】

実施例４では、実施例３の主題は、任意選択的に、検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたオフセットを含むパルス高さを有するパルスを含むエネルギー信号を提供する検出器を含み、温度補償器は、温度に応じてオフセットでパルス高さを補償するように構成されている。

【0047】

実施例５では、実施例４の主題は、任意選択的に、パルス高さを拡大されたパルス幅で補償することによって、出力のエネルギー分解能を調整するように構成された温度補償器を含む。

【0048】

実施例６では、実施例４の主題は、任意選択的に、ゲインの温度依存性及びオフセットの温度依存性を指定する較正表を含む温度補償器を含む。

【0049】

実施例７では、実施例６の主題は、任意選択的に、検査対象及び較正温度でのパルス高さが既知である較正手順において、経験的に導出された較正表を含む。

【0050】

実施例８では、実施例３～７の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、Ｘ線検出器と熱的に接触しており、パルスを生成するように構成されている前置増幅器を含む、信号プロセッサを含み、調整されたゲインが、前置増幅器ゲインである。

【0051】

実施例９では、実施例３～７の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的にゲインに寄与し、パルスを生成するように構成された二次段増幅器を含む信号プロセッサを含み、二次段増幅器が、第２の温度を測定する第２の温度センサと接触している。

【0052】

実施例１０では、実施例１～９の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、検出器と物理的に接触している温度センサを含む。

【0053】

実施例１１では、実施例１～１０の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、Ｘ線源を発生させるＸ線発生器を含む。

【0054】

実施例１２は、主題（Ｘ線検査を提供する方法など）を含むか、又は任意選択的に、実施例１～１１の１つ又は任意の組み合わせと組み合わせて、源Ｘ線によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出することと、対応するエネルギー信号を提供することと、検出器に関連する温度を測定することと、エネルギー信号を処理することと、Ｘ線事象について温度補償出力を提供することと、を含む、そのような主題を含む。

【0055】

実施例１３では、実施例１２に記載の主題は、任意選択的に、パルス高さを有するパルスを含むエネルギー信号を提供することを含み、処理し、提供するステップは、測定された温度に従ってパルス高さのゲインを調整することを含む。

【0056】

実施例１４では、実施例１３の主題は、任意選択的に、検出器によって提供された検出ステップを含み、パルスが、検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたゼロオフセットを含み、処理し、提供するステップが、温度に応じてパルス高さをゼロオフセットで補償することを含む。

【0057】

実施例１５では、実施例１４の主題は、任意選択的に、パルス高さを拡大されたパルス幅で補償することによって、出力のエネルギー分解能を調整することを含む、処理及び提供するステップを含む。

【0058】

実施例１６では、実施例１３～１５の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、エネルギー信号を処理するように構成された増幅器のゲインを調整することを含む、ゲインを調整することを含む。

【0059】

実施例１７では、実施例１２～１６の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、温度センサを使用することによって実施される、温度を測定するステップを含む。

【0060】

実施例１８では、実施例１２～１７の１つ又は任意の組み合わせに記載の主題は、任意選択的に、源Ｘ線を生成するステップを含む。

【0061】

実施例１９は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、源Ｘ線によって照射された検査対象からの二次Ｘ線を検出することと、対応するエネルギー信号を提供することと、検出器に関連する温度を測定することと、エネルギー信号を処理することと、Ｘ線事象のための温度補償出力を提供することと、を含む動作を実行させる実行可能命令を含むコンピュータ可読記憶媒体を備える、主題を含むことができるか、又は実施例１～１８の１つ又は任意の組み合わせと組み合わせて、かかる主題を含むことができる。

【0062】

実施例２０では、実施例１９に記載の主題は、任意選択的に、非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、プロセッサに、温度に従ってパルス高さを有するパルスを含むエネルギー信号を提供させるその命令を含み、パルスが、検出器の温度誘発パルス漏れによって引き起こされたゼロオフセットを含み、温度に従うゼロオフセットでのパルス高さの補償を含む温度補償出力を提供する、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。

【0063】

これらの非限定的な例は、任意の順列で組み合わせることができる。本発明の例示的な実装では、処理することは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせで実施され得る。例えば、処理することは、プロセッサ、記憶媒体、又はプロセッサ（揮発性及び不揮発性メモリ及び／又は記憶素子を含む）によって読み取り可能な他の製品、少なくとも１つの入力デバイス、及び１つ以上の出力デバイスを各々含む、プログラム可能なコンピュータ／マシン上で実行されるコンピュータプログラムにおいて実施され得る。本発明の特定の実装形態では、プログラムコードが、処理を実行し、出力情報を生成するために入力デバイスを使用して入力されたデータに適用され得る。

【0064】

本発明の様々な例示的な実装形態は、例示的な実装形態としてのみ前述の図面を参照して説明されており、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。これらの例示的な実装形態は、当業者が本発明をよりよく理解し、次いで本発明を更に実施することを可能にするためにのみ提供され、いかなる方法においても本発明の範囲を限定することを意図しない。

【0065】

更に、本発明の例示的な実装形態は、記載された実装形態の具体的な詳細の一部又は全てなしに、特許請求の範囲に従って実施されてもよい。したがって、本発明は、本明細書に開示される構造及び方法を有すると考えられ得る多数の代替的、修正的、及び同等の実装形態を包含し、そのような代替的実装形態は、添付の特許請求の範囲の原理から逸脱することなく、その範囲内で使用され得る。

【0066】

明確化のために、本発明に関連する技術分野で既知の技術材料は、本発明が不必要に不明瞭にならないように詳細に説明されていない。したがって、本発明の上記の実装形態は、例示的であり、限定的ではないとみなされるべきであり、本発明は、本明細書で与えられる例示的な実装形態の詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲及び同等物内で修正され得る。

【0067】

更に、本明細書で使用される用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」及び「ｈａｖｅ」並びにそれらの派生的及び同様の表現は、オープンである（すなわち、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）が、これらに限定されない」）と理解されるべきである。「に基づく」という用語は、「に少なくとも部分的に基づく」ことを意味し、「１つの実装形態」という用語は、「少なくとも１つの実装形態」を意味し、「別の実装形態」という用語は、「少なくとも１つの更なる実装形態」を示す。他の用語の関連する定義が本開示に提供されている。

【0068】

本発明は、その特定の実装形態に関して説明されてきたが、様々な設計が、本開示の教示に基づいて考案され得、全て本開示の範囲内であることが理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】