特許 7515898 制御装置、システム、方法およびプログラム

(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】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】制御装置、システム、方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20240708BHJP

   G01T 1/36 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

G01T1/17 F

G01T1/36 D

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021574544

(86)(22)【出願日】2020-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2020048018

(87)【国際公開番号】W WO2021153107

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2023-02-21

(31)【優先権主張番号】P 2020011214

(32)【優先日】2020-01-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】110004107

【氏名又は名称】弁理士法人Ｋｉｇｈｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(72)【発明者】

【氏名】作村 拓人

(72)【発明者】

【氏名】中江 保一

(72)【発明者】

【氏名】小澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】松下 一之

【審査官】後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０８５４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２３５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１２５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００９５０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００ －１／１６

１／１６７－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線検出器を制御し、測定結果を出力する制御装置であって、
Ｘ線を検出する複数の単位領域を有し、前記単位領域ごとに固有のＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側の波高弁別器により単一の検出されるＸ線のエネルギー範囲が特定されるＸ線検出器に対し、前記単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する設定部と、
Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得するデータ管理部と、
前記測定データを出力する出力部と、を備え、
前記設定部は、前記単位領域の集合ごとに、前記検出されるＸ線のエネルギー範囲として一定のエネルギー範囲を設定することを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記設定部は、全領域において一定であるグローバル閾値に対し、単位領域ごとに、Ｘ線検出により入力される信号のゼロ点移動およびゲイン変更の少なくともいずれか一つを相対的に行なうことで、前記エネルギー範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の制御装置。

【請求項3】

前記設定部は、前記Ｘ線検出器内のＤＡ変換器の設定を変えることで前記ゼロ点移動を行なうことを特徴とする請求項２記載の制御装置。

【請求項4】

前記設定部は、前記Ｘ線検出器において互いに隣り合う単位領域が集合して形成され、
任意のサイズおよび形状を有する単数または複数の集合領域の各々に、前記エネルギー範囲を設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置。

【請求項5】

前記Ｘ線検出器は、移動に同期する撮影が可能であり、
前記設定部は、前記移動に同期する撮影における前記Ｘ線検出器の移動方向に垂直なラインごとに、各エネルギー範囲を割り振り、
前記出力部は、前記設定されたエネルギー範囲ごとに再構成された全検出領域の計数値を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置。

【請求項6】

前記設定部は、複数種類のエネルギー範囲のそれぞれを、受光面上の各単位領域に分散されるように設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置。

【請求項7】

前記設定部は、前記エネルギー範囲の全種類の単位領域を一つずつ含む繰り返し単位領域が周期的に繰り返すように設定することを特徴とする請求項６記載の制御装置。

【請求項8】

前記Ｘ線検出器を有するＸ線測定装置と、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の制御装置と、を備えることを特徴とするＸ線測定システム。

【請求項9】

異なるエネルギーのＸ線を同時に測定する方法であって、
Ｘ線を検出する複数の単位領域を有し、前記単位領域ごとに固有のＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側の波高弁別器により単一の検出されるＸ線のエネルギー範囲が特定されるＸ線検出器に対し、前記単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定するステップと、
前記Ｘ線検出器を用いてＸ線測定を行なうステップと、
前記Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得するステップと、
前記測定データを出力するステップと、を含み、
前記エネルギー範囲の設定時には、前記単位領域の集合ごとに、前記検出されるＸ線のエネルギー範囲として一定のエネルギー範囲を設定することを特徴とする方法。

【請求項10】

前記Ｘ線検出器は、２次元検出器であり、
前記検出のステップでは、試料に特定波長のＸ線を照射して散乱されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することで、回折Ｘ線と蛍光Ｘ線とを同時に検出することを特徴とする請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記Ｘ線検出器は、２次元検出器であり、
前記検出のステップでは、試料に白色Ｘ線を照射して散乱されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することを特徴とする請求項９記載の方法。

【請求項12】

Ｘ線検出器を制御し、測定結果を出力するプログラムであって、
Ｘ線を検出する複数の単位領域を有し、前記単位領域ごとに固有のＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側の波高弁別器により単一の検出されるＸ線のエネルギー範囲が特定されるＸ線検出器に対し、前記単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する処理と、
Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得する処理と、
前記測定データを出力する処理と、をコンピュータに実行させ、
前記エネルギー範囲の設定時には、前記単位領域の集合ごとに、前記検出されるＸ線のエネルギー範囲として一定のエネルギー範囲を設定することを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線測定装置を制御し、測定結果を出力する制御装置、これを備えるシステム、Ｘ線を測定する方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、異なるエネルギーのＸ線検出を伴う実験が行われている（非特許文献１参照）。非特許文献１記載の実験では、分散方向と集束方向に区画された結晶を有する多結晶発光分光装置で試料からの蛍光をスペクトル分解している。この実験で、Ｓｉ（１１１）結晶は、Ｋα領域の測定に使用され、Ｓｉ（２２０）結晶は、Ｋβおよび原子価からコア領域の測定に使用されるが、用途に応じてそれぞれ測定を行なう必要がある。

【0003】

また、固定されたエネルギー閾値を有する検出器のＤＡ変換器と増幅器の組み合わせによりゼロ点調整を行なう技術が知られている（特許文献１参照）。同様の検出器について各ピクセルの特性を記憶しておき、入力された測定条件に応じて補正テーブルを生成し、補正テーブルを用いて、測定されたＸ線強度データを補正する技術も知られている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１２／０７７２１８号

【文献】国際公開第２０１６／０６３５８６号

【非特許文献】

【0005】

【文献】”Probing Transient Valence Orbital Changes with Picosecond Valence-to-Core X-ray Emission Spectroscopy”, Anne Marie March, Tadesse A. Assefa, Christina Boemer, Christian Bressler, Alexander Britz, Michael Diez, Gilles Doumy, Andreas Galler, Manuel Harder, Dmitry Khakhulin, Zoltan Ne meth, Matya s Pa pai, Sebastian Schulz, Stephen H. Southworth, Hasan Yavas, Linda Young, Wojciech Gawelda, and Gyorgy Vanko, THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 2017, 121, 2620-2626

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の非特許文献１に記載される実験では、区画された受光領域のそれぞれで異なるエネルギーのＸ線を測定する必要がある。しかしながら、異なるエネルギーのＸ線を測定しようとすると、それぞれのエネルギーに対して別個の測定が必要になり、測定全体に膨大な時間を要する。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする制御装置、システム、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の制御装置は、Ｘ線検出器を制御し、測定結果を出力する制御装置であって、Ｘ線検出器の単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する設定部と、Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得するデータ管理部と、前記測定データを出力する出力部と、を備え、前記設定部は少なくとも２つ以上の単位領域において、異なるエネルギー範囲を設定することを特徴としている。これにより、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする。

【0009】

（２）また、本発明の制御装置は、前記設定部が、全領域において一定であるグローバル閾値に対し、単位領域ごとに、Ｘ線検出により入力される信号のゼロ点移動およびゲイン変更の少なくともいずれか一つを相対的に行なうことで、前記エネルギー範囲を設定することを特徴としている。これにより、設定されたグローバル閾値を固定したままゼロ点およびゲインの調整により相対的に見掛け上の閾値を変えて、それぞれのエネルギー範囲を設定できる。

【0010】

（３）また、本発明の制御装置は、前記設定部が、前記Ｘ線検出器内のＤＡ変換器の設定を変えることで前記ゼロ点移動を行なうことを特徴としている。これにより、ＤＡ変換器の機能を利用してゼロ点移動を可能にできる。

【0011】

（４）また、本発明の制御装置は、前記設定部が、前記Ｘ線検出器において互いに隣り合う単位領域が集合して形成され、任意のサイズおよび形状を有する単数または複数の集合領域の各々に、検出されるエネルギー範囲を設定することを特徴としている。これにより、同じ試料に対して同時に複数のエネルギー範囲のデータを取りたいときに高い効率で測定できる。

【0012】

（５）また、本発明の制御装置は、前記Ｘ線検出器が、移動に同期する撮影が可能であり、前記設定部が、前記移動に同期する撮影における前記Ｘ線検出器の移動方向に垂直なラインごとに、各エネルギー範囲を割り振り、前記出力部が、前記設定されたエネルギー範囲ごとに再構成された全検出領域の計数値を出力することを特徴としている。このようにして得られたデータを再構成することで各位置について複数のエネルギー範囲の計数を効率的に取得できる。

【0013】

（６）また、本発明の制御装置は、前記設定部が、複数種類のエネルギー範囲のそれぞれを、受光面上の各単位領域に分散されるように設定することを特徴としている。これにより、位置分解能を犠牲にしても複数種類のエネルギー範囲のデータを同時にスチル測定で取得できる。

【0014】

（７）また、本発明の制御装置は、前記設定部が、前記エネルギー範囲の全種類の単位領域を一つずつ含む繰り返し単位領域が周期的に繰り返すように設定することを特徴としている。これにより、簡易な構成で複数種類のエネルギー範囲のデータを同時にスチル測定で取得できる。

【0015】

（８）また、本発明のシステムは、前記Ｘ線検出器を有するＸ線測定装置と、上記（１）から（６）のいずれかに記載の制御装置と、を備えることを特徴としている。このように、制御装置によるＸ線測定装置の制御がなされることで、複数のエネルギー範囲の計数を同時に測定したいという要求に対応できる。

【0016】

（９）また、本発明の方法は、異なるエネルギーのＸ線を同時に測定する方法であって、Ｘ線検出器の単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定するステップと、前記Ｘ線検出器を用いてＸ線測定を行なうステップと、前記Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得するステップと、前記測定データを出力するステップと、を含み、前記エネルギー範囲の設定時には、少なくとも２つ以上の単位領域において、異なるエネルギー範囲を設定することを特徴としている。これにより、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする。

【0017】

（１０）また、本発明の方法は、前記Ｘ線検出器が、２次元Ｘ線検出器であり、前記検出のステップでは、試料に特定波長のＸ線を照射して散乱されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することで、回折Ｘ線と蛍光Ｘ線とを同時に検出することを特徴としている。これにより、Ｘ線回折測定をしつつ、蛍光Ｘ線分析をすることができ、さらに効率的に実験を行なうことができる。

【0018】

（１１）また、本発明の方法は、前記Ｘ線検出器が、２次元検出器であり、前記検出のステップでは、試料に白色Ｘ線を照射して散乱されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することを特徴としている。これにより、通常ならスキャン範囲に限界がある場合でもスキャン測定したのと同様の測定ができる。

【0019】

（１２）また、本発明のプログラムは、Ｘ線検出器を制御し、測定結果を出力するプログラムであって、Ｘ線検出器の単位領域ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する処理と、Ｘ線測定の結果、単位領域ごとに前記設定されたエネルギー範囲の計数値を測定データとして取得する処理と、前記測定データを出力する処理と、をコンピュータに実行させ、前記エネルギー範囲の設定時には、少なくとも２つ以上の単位領域において、異なるエネルギー範囲を設定することを特徴としている。これにより、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明のＸ線測定システムの構成を示す概略図である。

【図2】本発明のＸ線検出器の構成を示す概略図である。

【図3】ピクセル毎になされる信号の調整を示す概略図である。

【図4】本発明の制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】第１実施形態のＸ線測定方法を示すフローチャートである。

【図6】複数のピクセルに対する補正前のプロファイルを示すグラフである。

【図7】（ａ）～（ｃ）Ｔｒｉｍ－ＤＡＣによるゼロ点調整を示すグラフである。

【図8】第２実施形態のＸ線測定方法を示すフローチャートである。

【図9】第２実施形態のＸ線検出器の設定を示す概略図である。

【図10】第３実施形態のＸ線測定方法を示すフローチャートである。

【図11】第３実施形態のＸ線検出器の設定を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0023】

［第１実施形態］
（Ｘ線測定システムの構成）
図１は、Ｘ線測定システム１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、Ｘ線測定システム１０は、Ｘ線測定装置５０および制御装置２００を備えている。Ｘ線測定装置５０は、測定により計数値の分布したデータを取得する。制御装置２００は、Ｘ線測定装置５０を制御するとともに、取得されたデータを処理する。Ｘ線測定装置５０および制御装置２００の詳細は、後述する。

【0024】

（Ｘ線測定装置の構成）
Ｘ線測定装置５０は、Ｘ線照射部６０、試料支持部７０、駆動部８０およびＸ線検出器１００を備えている。Ｘ線照射部６０は、Ｘ線源および光学機器を備えており、試料Ｓに対してＸ線を照射する。光学機器には、スリット、反射器等が挙げられる。Ｘ線源は、例えば、ＭｏまたはＣｕのようなターゲットを用い、特性Ｘ線または白色Ｘ線を取り出せる。複数種類のＸ線源を用い、同時に測定することも可能である。Ｘ線照射部６０の配置に応じてＸ線照射方向の調整が可能である。

【0025】

試料支持部７０は、試料Ｓを支持する。試料支持部７０は、準備時および測定時に試料Ｓの姿勢を調整できる。駆動部８０は、例えばステッピングモータのような駆動力の発生部とその伝達機構で構成される。制御装置２００からの指示により駆動部８０が動作することで、Ｘ線照射部６０、試料支持部７０およびＸ線検出器１００の位置調整が可能になる。駆動部８０は、測定時にＸ線検出器１００を２θ方向に移動させることも可能である。

【0026】

Ｘ線検出器１００は、受光面１０５でＸ線を受光し、条件を満たすＸ線の計数値を取得する。これにより、試料Ｓで散乱されたＸ線を検出できる。なお、Ｘ線検出器１００は、１次元検出器であってもよいが、２次元検出器であることが好ましい。Ｘ線検出器１００の詳細は、後述する。

【0027】

（Ｘ線検出器の構成）
図２は、Ｘ線検出器１００の構成を示す概略図である。図２では、説明の簡略化のためコンデンサ等の受動素子等は省略されている。Ｘ線検出器１００は、フォトン・カウンティング型の半導体検出器であり、２次元のデータバッファ機能を有する。Ｘ線検出器１００は、Ｘ線を検出し、検出データをフレームごとに外部へ転送する。

【0028】

図２に示すように、Ｘ線検出器１００は、センサ１１０、読み出し回路１２０、メモリ１５０および転送回路１６０を備えている。なお、図２では便宜上一つのセンサ１１０および読み出し回路１２０に対する構成、すなわち一つのピクセル（単位領域）に対応する回路構成を示している。しかし、実際には、Ｘ線検出器１００は、各ピクセルに対して単一のメモリ１５０および転送回路１６０を共有し、図２に示すものと同様の複数のセンサ１１０および読み出し回路１２０を備えている。なお、「単位領域」は、独立してＸ線を検出可能な最小の制御可能な設定領域を意味し、基本的には最小のセンサ要素であるピクセルやストリップがこれに該当する。ただし、単位領域が複数のセンサ要素を含んでいてもよい。

【0029】

センサ１１０は、露光によりＸ線の光子が検出されたときにパルスを発生させる。センサ１１０は、受光面１０５に入射するＸ線束の強度を、面情報として検出できる。読み出し回路１２０は、パルスの読み出しの機能を有し検出回路１３０およびカウンタ１４１、１４２を備えている。

【0030】

検出回路１３０は、パルスがグローバル閾値より高いか否かを判定し、高い場合には電圧信号としてカウンタ１４１、１４２へ送出する。カウンタ１４１、１４２は、送出された電圧信号を計数し出力できる。メモリ１５０は、計数値をカウンタ１４１、１４２から読み出し記憶する。メモリ１５０は、整列していないデータを実空間配置へ変換し、後段へデータの転送を可能にする。

【0031】

パルスの判定に用いるグローバル閾値は、検出器全体で一定に設定される。転送回路１６０は、メモリ１５０に記憶された計数値を制御装置２００へ転送する。

【0032】

検出回路１３０は、前段の増幅器１３１、後段の増幅器１３３、ゲイン設定電圧の供給源ｇ１、ゲイン調整用の前段のＤＡ変換器１３２、後段のＤＡ変換器１３４、閾値電圧の供給源ｔ１、ゼロ点調整用のＤＡ変換器１３５、１３７およびＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側の波高弁別器１３６、１３８を備えている。

【0033】

増幅器１３１、１３３は、２段に分けられている。前段の増幅器１３１は、センサ１１０で生じた電流信号を増幅する。前段の増幅器１３１は、例えば電荷増幅回路である。前段のＤＡ変換器１３２は、増幅された入力信号を補正する。後段の増幅器１３３は、前段のＤＡ変換器１３２により補正された信号を増幅する。後段の増幅器１３３は、例えば波形整形増幅回路である。後段のＤＡ変換器１３４は、後段の増幅器１３３により増幅された電荷信号を補正する。

【0034】

増幅器１３１、１３３の各々の出力側には、オフセット補正を目的とする２つのＤＡ変換器１３２、１３４（ゲイン設定電圧の供給源ｇ１）が接続され、その出力はアナログ加算される。ゲイン調整は、増幅器１３３のゲインを調整するＤＡ変換器１３２により行われ、増幅器１３３に入力された信号がＤＡ変換器１３２で設定されたゲインで増幅される。この回路は、ＬＯＷ側とＨＩＧＨ側で共通である。このようにゲイン調整に使うＤＡ変換器１３２は、Ｇａｉｎ－ＤＡＣと呼ばれる。なお、ＤＡ変換器１３５、１３７は、ゼロ点調整に用いられ、Ｔｒｉｍ－ＤＡＣと呼ばれる。

【0035】

一方、ゼロ点調整は、波高弁別器１３６、１３８に接続されるＤＡ変換器１３５、１３７により行われ、波高弁別器１３６、１３８に入力された信号のゼロ点がＤＡ変換器１３５、１３７からの値により変化する。これらは、ＬＯＷ側とＨＩＧＨ側とで別々の回路として構成される。なお、ゼロ点調整とは、増幅器の出力信号のＤＣレベルを調整することを意味する。

【0036】

なお、グローバル閾値は、波高弁別器１３６、１３８に入力されるデジタル信号（供給源ｔ１）によりＬＯＷ側とＨＩＧＨ側とに分けて設定できる。グローバル閾値は、グローバル設定のため、全領域において、ＬＯＷ側とＨＩＧＨ側それぞれで固定されている。一方、エネルギー閾値は、結果として、波高弁別器１３６、１３８に入力される入力信号のゲインやゼロ点を調整することにより相対的に調整される。エネルギー範囲については、ＬＯＷ側またはＨＩＧＨ側のみ、またはＬＯＷ側とＨＩＧＨ側の両方のエネルギー閾値を設定することで設定される。

【0037】

ＤＡ変換器１３２、１３４およびＤＡ変換器１３５、１３７は、通常は、全ピクセルに対して一定にグローバル設定された閾値に対して入力された信号のばらつきを一律に調整するために用いられる。図３は、ピクセル毎になされる信号の調整を示す概略図である。図３において横軸は各ピクセルを示し、縦軸はエネルギーを示している。図３に示すように、４つのＤＡ変換器で、ピクセル毎にゲインとゼロ点を調整することで、ピクセル毎のばらつきをなくしてグローバル閾値より高いか否かを判定できる。

【0038】

Ｘ線検出器１００では、ピクセル毎に設けられるゲイン用のＤＡ変換器１３２、１３４およびゼロ点調整用のＤＡ変換器１３５、１３７を流用し、これらのいずれか若しくは両方を用いることで、エネルギー閾値を変更できる。この仕組みを応用することでのピクセル１１０ごとに異なるエネルギー閾値を設定することが可能である。

【0039】

それぞれの増幅器の増幅度およびＤＡ変換器のオフセット値は、制御装置２００からの設定により与えられる。なお、ピクセル１１０毎にエネルギー閾値を設定するには、上記のように一様性補正のために設けられた既存のＴｒｉｍ－ＤＡＣを流用することが効率上好ましいが、新たにＴｒｉｍ－ＤＡＣの機能を有する回路を設けてもよい。また、既存の回路内に電力供給用に設けられたドライバを流用して同様の機能を実現してもよい。また、Ｇａｉｎ－ＤＡＣについても既存のＧａｉｎ－ＤＡＣを流用することが効率上好ましいが、新たにＧａｉｎ－ＤＡＣの機能を有する回路を設けてもよい。

【0040】

なお、増幅器１３１、１３３は、電流増幅回路で構成され、ＤＡ変換器１３２、１３４は、電流出力型であってもよい。これにより、読み出しセルの大きさに制限がある中でも効果的に信号を補正できる。ＤＡ変換器は電流出力型であることが好ましい。電流出力型のＤＡ変換器は回路構成が簡単であるため、特に微小な読み出しセルの中で回路部品を構成する場合には向いている。その場合には、さらに増幅器１３１、１３３自体も電流増幅回路とすることにより、途中に電流と電圧との変換回路を設けることなく、増幅器１３１、１３３の出力におけるアナログ加算を行なうことができる。ただし、変換回路を設け、電圧信号に変換してから上記のアナログ加算を行なってもよい。

【0041】

それぞれＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側の波高弁別器１３６、１３８は、閾値電圧の供給源ｔ１によって決まる閾値により、後段のＤＡ変換器１３４の出力信号を弁別する。カウンタ１４１、１４２は、それぞれＨｉｇｈ側およびＬｏｗ側において弁別された信号を計数する。閾値電圧の供給源ｔ１は、グローバル設定であり、すべてのピクセルに対して共通である。

【0042】

（制御装置の構成）
図４は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。制御装置２００は、例えばＰＣのようなプロセッサとメモリを備えた装置（コンピュータ）であり、プログラムを実行することでＸ線測定装置５０を制御し、得られたデータを処理し、測定結果を出力する。制御装置２００は、入力部２１０、設定部２２０、設定情報管理部２３０、データ管理部２５０、再構成部２６０および出力部２７０を備えている。

【0043】

入力部２１０は、マウスやキーボード等の入力装置から入力される情報を受け付ける。例えば、Ｘ線測定の種別やそれに応じた各ピクセルに対するエネルギー範囲の設定方法を指定する情報を受け付けることができる。

【0044】

エネルギー範囲を設定する際には、グローバル閾値の存在が前提となる。グローバル閾値とは、波高弁別器のグローバル設定のために設けられ、固定の値である。そのため、各検出回路は、センサからのパルス高さが、全ピクセルで共通となるグローバル閾値より高いか否かを判定することになる。これに対し、エネルギー閾値とは、センサから出力されるパルスのゲインやゼロ点をピクセル毎に変えることで、グローバル閾値に対し相対的に変わる実質的な閾値である。そして、一つのピクセルに対しＬＯＷ側とＨＩＧＨ側のエネルギー閾値を設定することで、ピクセル毎にエネルギー範囲を設定できる。なお、グローバル閾値として一つの値しかない場合は、ピクセル毎に一つのエネルギー閾値の設定により下限を設定することでエネルギー範囲を設定できる。エネルギー閾値は、測定者が入力部２１０を介して直接に入力してもよいし、測定種別などに応じ、メモリ内に事前に用意されたテーブルや計算式等から自動入力がなされてもよい。

【0045】

設定部は、Ｘ線検出器の単位領域（ピクセル）ごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定し、少なくとも２つ以上の単位領域において、異なるエネルギー範囲を設定する。設定部２２０は、Ｘ線検出器１００のピクセルごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲をＸ線測定の種別に応じた特定の範囲に設定することが好ましい。これにより、複数のエネルギー範囲の計数の同時測定を可能にする。

【0046】

設定部２２０は、グローバルに設定された一定の閾値（グローバル閾値）に対し、ピクセル毎にゼロ点移動（オフセット補正）およびゲイン（増幅度）の変更の少なくともいずれか一つを行うことで、上記の通りエネルギー範囲を設定する。これにより、グローバル設定の閾値が全ピクセル共通のままゼロ点およびゲインの調整により相対的に閾値を変えて、それぞれのエネルギー範囲を設定できる。

【0047】

設定部２２０は、Ｘ線検出器１００内のＤＡ変換器１３２、１３４の設定を変えることでゼロ点の移動を行なう。ここの場合、既存のＴｒｉｍ－ＤＡＣの機能を利用でき、簡易な構成で複数のエネルギー範囲の計数の同時測定が可能になる。

【0048】

設定部２２０は、Ｘ線検出器１００において互いに隣り合うピクセルが集合して形成される集合領域ごとに、検出されるエネルギー範囲を設定することができる。これにより、同じ試料Ｓに対して同時に複数のエネルギー範囲のデータを測定できる。

【0049】

集合領域は、最小単位として１ピクセルであってもよく、複数ピクセルからなるラインやブロック（矩形）単位であってもよく、最大単位として全領域であってもよい。また、集合領域は、全領域を区分けしたものであってもよいし、全領域中の所定部分のみが集合領域であってもよい。また、集合領域は、全領域にわたって１種類でなくともよく、複数種類の大きさや形状等を有してもよい。すなわち、集合領域は、任意のサイズおよび形状を有する単数または複数の領域であってもよい。なお、集合領域は、１ピクセルから全領域のピクセルまでになりうるが、エネルギー閾値の調整は集合領域ごとでなく、ピクセル単位で行なわれる。なお、特定の集合領域は、同じエネルギー閾値を持ち、スチル測定における繰り返し単位領域とは異なる。

【0050】

設定情報管理部２３０は、Ｘ線測定装置５０に対して適用された設定情報を記憶し管理する。設定情報管理部２３０は、要求に応じて再構成部２６０へ管理された設定情報を出力する。

【0051】

データ管理部２５０は、Ｘ線測定の結果、ピクセルごとに設定されたエネルギー範囲の計数値を取得し、その計数値をエネルギーのゼロ点および閾値に対応付けて測定データとして管理する。

【0052】

再構成部２６０は、適用された設定情報を用いて、取得された測定データを再構成する。具体的には、得られた計数値を設定されたエネルギー範囲におけるものとして収集し、各エネルギー範囲に対して画像データを構成する。これにより、例えば、エネルギー範囲が同一の集合領域についての計数値の分布を算出することができる。このように再構成は、基本的に各エネルギー範囲で管理した計数値を出力することを意味するが、用途に応じて取得したままの測定データを読み出して出力することも含む。

【0053】

出力部２７０は、Ｘ線測定の種別に応じた形式で測定データを出力する。例えば、エネルギー範囲が同一の集合領域ごとに計数値の分布を出力する。これにより、受光面の区画された領域ごとに特定のエネルギー範囲の計数値の分布を測定したい場合には、一度の測定で必要な複数のエネルギーの測定可能となるため、効率の高い測定が可能になる。

【0054】

（Ｘ線測定方法）
上記のように構成されたＸ線測定システム１０を用いて、異なるエネルギーのＸ線を同時に測定する方法を説明する。図５は、Ｘ線測定方法を示すフローチャートである。まず、ユーザはＸ線測定装置５０に試料Ｓを設置する（ステップＳ１１）。例えば、同一試料に対し一方の領域で回折されたＫα線を測定し、他方の領域でＫβ線を測定したいときに、ユーザは制御装置２００に対して測定種別と測定領域を指定する（ステップＳ１２）。

【0055】

制御装置２００は、ユーザの指定を設定情報に変換し、その設定情報によりＸ線検出器１００のピクセルごとに、検出Ｘ線のエネルギー範囲を設定する（ステップＳ１３）。例えば、設定情報としては、Ｘ線検出器１００を固定したスチル測定、かつ受光面の領域ごとのエネルギー範囲の情報である。Ｘ線検出器１００は、設定に応じて増幅器またはＤＡ変換器によりゼロ点調整する。ゼロ点調整の詳細については後述する。

【0056】

ユーザは、制御装置２００に対して測定開始を指示し、制御装置２００からの指示によりＸ線測定装置５０は、Ｘ線検出器１００を用いてＸ線測定を行う（ステップＳ１４）。制御装置２００は、Ｘ線測定の結果、ピクセルごとに設定されたエネルギー範囲の計数値を取得し、測定データとして管理する。

【0057】

制御装置２００は、取得された計数値の測定データを管理し、再構成する（ステップＳ１５）。例えば、受光面の各領域のエネルギー範囲を算出し、計数値と対応付ける。そして、Ｘ線測定の目的に応じた形式で測定データを出力する（ステップＳ１６）。例えば、特定のエネルギー範囲の領域の計数値の分布を一つの画面で表示し、他のエネルギー範囲の領域の計数値の分布を別の画面で表示することができる。

【0058】

（ゼロ点調整）
上記のように、増幅度およびオフセット値が適切に設定されることでゼロ点調整がなされる。

【0059】

図６は、複数のピクセルに対する補正前のプロファイルを示すグラフである。ここでいう「補正」とは、ピクセル毎のばらつきの補正を指す。各ピクセルで受光するＸ線による波高にはばらつきがある。しかし、図６に示すように、いずれのピクセルに対しても一律にＬｏｗ側およびＨｉｇｈ側の閾値が設定されることで所望のピークを検出できる。この一律の閾値は、グランドに対する一定電圧で決まるグローバル設定である。

【0060】

図７（ａ）～（ｃ）は、Ｔｒｉｍ－ＤＡＣ回路によるゼロ点調整を示すグラフである。グラフの横軸は、グローバル閾値、縦軸は計数値を示している。図７（ａ）～（ｃ）に示す例では、Ｔｒｉｍ－ＤＡＣによるゼロ点の位置の変化を視覚的に示すため、グローバル閾値を０から５１２まで変化させて取得した波形が、Ｔｒｉｍ－ＤＡＣの値が０、１０、２０の場合に移動していく様子を示している。なお、各図において単位としてＬＳＢ（Least Significant Bit）を記載しているが、Ｔｒｉｍ－ＤＡＣ回路における１ビットと、波高弁別器の閾値を設定する信号の１ビットとでは、１ビットにおける実際の信号の変化量が異なる。

【0061】

図７（ａ）は、ゼロ点調整のトリム値がｖ０の場合のグラフを示している。これに対し、図７（ｂ）は、１０だけゼロ点調整によりトリムすることで、相対的にエネルギー閾値を上げている（すなわち、ゼロ点を下げている）。また、図７（ｃ）は、２０だけゼロ点調整し、相対的にエネルギー閾値をさらに上げている（すなわち、さらに下げている）。このようにして、検出回路１３０でのゼロ点調整できる。

【0062】

図７（ａ）～（ｃ）に示す例において、例えば、グローバル閾値を４００として、Ｔｒｉｍ値を調整した場合を考える。図７（ａ）に示す例ではエネルギー閾値が－４ｋｅＶとなる。図７（ｂ）に示す例では－エネルギー閾値が１．２ｋｅＶとなる。図７（ｃ）に示す例ではではエネルギー閾値が＋１ｋｅＶとなる。このようにして、ピクセル毎にエネルギー閾値を変えることができる。

【0063】

［第２実施形態］
第１実施形態はスチル測定に適しているが、ＴＤＩ（Time Delay Integration）測定に代表される移動に同期した撮影を行うべき場合もある。本実施形態においてもＸ測定装置および制御装置の構成は同様であるが、測定方法が異なる。

【0064】

（ＴＤＩスキャンを利用したＸ線測定方法）
図８は、ＴＤＩ測定を用いたＸ線測定方法を示すフローチャートである。まず、ユーザはＸ線測定装置に試料を設置する（ステップＳ２１）。例えば、ある領域について複数のエネルギー範囲のそれぞれでＸ線を検出したいときに、ユーザは制御装置２００に対して測定種別と測定領域を指定する（ステップＳ２２）。

【0065】

制御装置２００は、ユーザの指定を設定情報に変換し、その設定情報によりＸ線検出器１００のピクセルごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する（ステップＳ２３）。例えば、設定情報としては、ＴＤＩ測定、かつラインごとのエネルギー範囲の情報である。Ｘ線検出器１００は、設定に応じて増幅器またはＤＡ変換器によりゼロ点調整する。

【0066】

Ｘ線検出器１００のＴＤＩスキャンを行う場合、ＴＤＩスキャンにおけるＸ線検出器１００の移動方向に垂直なラインごとに、各エネルギー範囲をピクセルに割り振る。

【0067】

ユーザは、制御装置２００に対して測定開始を指示し、制御装置２００からの指示によりＸ線検出器１００を移動させつつＸ線測定を行なう（ステップＳ２４）。制御装置２００は、Ｘ線測定の結果、ピクセルごとに設定されたエネルギー範囲の計数値を取得し、測定データとして管理する。

【0068】

制御装置２００は、取得された計数値の測定データを管理し、再構成する（ステップＳ２５）。例えば、ピクセルおよびエネルギー範囲のそれぞれに対し計数値と対応付ける。そして、設定されたエネルギー範囲ごとに全検出領域の計数値を再構成する。エネルギー範囲ごとに計数値の分布を各画面に出力する。このようにしてＸ線測定の目的に応じた形式で測定データを出力する（ステップＳ２６）。

【0069】

（ＴＤＩスキャンを利用する具体例）
各エネルギー範囲をピクセルに割り振る場合、Ｘ線測定装置５０においてＴＤＩ測定を設定し、スキャン方向に垂直なライン（ピクセル列）ごとに実質的な閾値を決める。図９は、Ｘ線検出器１００の設定を示す概略図である。図９に示す例では、受光面１０５におけるライン１１１ごとのにエネルギー範囲が、４．０～４．１ｋｅＶ、４．１～４．２ｋｅＶ、４．２～４．３ｋｅＶ…と設定されている。例えば、７７５ラインのすべてについてそれぞれ異なるエネルギー範囲を設定する場合には、７７５通りのエネルギー範囲のＸ線検出画像を得ることができる。このように設定し、ＴＤＩスキャンを行なうことで、同一角度に対して複数のエネルギー範囲の測定データを取得できる。このような測定は、仮想的なＭＣＡの測定といえる。

【0070】

なお、上記の例を応用すれば、ライン毎に異なるエネルギー範囲を設定し、この設定に基づきエネルギープロファイルを構築することができる。さらに、その結果を用いてＫαとＫβ線を特定し、エネルギープロファイルからＫβ線を除去することができる。エネルギー範囲を細かく設定すればするほど、細かいエネルギープロファイルを得ることができ、精度高くＫβ線を除去できる。

【0071】

上記の例では、撮影手法としてＴＤＩスキャンを用いているが、移動に同期した撮影であれば撮影手法はＴＤＩスキャンに限定されない。ＴＤＩスキャンに代えて、所定ライン分（例：１ライン分)をスキャン方向に揺動させたり、検出領域のセンターを中心とした回転方向に揺動させたりしてもよい。

【0072】

［第３実施形態］
第１実施形態では、受光面の特定の領域ごとに検出できるエネルギー範囲を変えて測定を行うが、広い範囲で異なるエネルギー範囲の測定を同時に行なうこともできる。本実施形態においてもＸ測定装置および制御装置の構成は同様であるが、測定方法が異なる。

【0073】

（複数色のスチル測定によるＸ線測定方法）
図１０は、複数色のスチル測定によるＸ線測定方法を示すフローチャートである。まず、ユーザはＸ線測定装置５０に試料Ｓを設置する（ステップＳ３１）。例えば、広い範囲で所定の複数のエネルギー範囲のそれぞれでＸ線を検出したいたときに、ユーザは制御装置２００に対して測定種別と測定領域を指定する（ステップＳ３２）。

【0074】

制御装置２００は、ユーザの指定を設定情報に変換し、その設定情報によりＸ線検出器１００のピクセルごとに、検出されるＸ線のエネルギー範囲を設定する（ステップＳ３３）。例えば、設定情報としては、スチル測定、かつ測定したい領域の情報である。Ｘ線検出器１００は、設定に応じて増幅器またはＤＡ変換器によりゼロ点調整する。

【0075】

このとき、設定部２２０は、複数種類のエネルギー範囲のそれぞれを、検出器内の各ピクセルに分散されるように設定することが好ましい。これにより、複数種類のエネルギー範囲のデータを同時にスチル測定で取得できる。ただし、ある程度位置分解能は犠牲になる。なお、上記の「分散」は均一になされることが好ましい。「均一」は、規則正しく配置される場合だけでなく、ランダムに配置される場合も含む。

【0076】

ユーザは、制御装置２００に対して測定開始を指示し、制御装置２００からの指示によりＸ線測定装置５０は、Ｘ線検出器１００を固定してＸ線測定を行なう（ステップＳ３４）。制御装置２００は、Ｘ線測定の結果、ピクセルごとに設定されたエネルギー範囲の計数値を取得し、測定データとして管理する。

【0077】

制御装置２００は、取得された計数値の測定データを管理し、再構成する（ステップＳ３５）。例えば、ピクセルおよびエネルギー範囲のそれぞれに対し計数値と対応付ける。そして、出力部２７０は、所定のエネルギー範囲が設定されたピクセルごとに全検出領域の計数値を再構成する。その場合、例えば、位置情報は犠牲になるものの複数の波長のＸ線の回折像を同時に得られる。Ｘ線測定の目的に応じた形式としてエネルギー範囲ごとに全検出領域の計数値の分布を各画面に出力する（ステップＳ３６）。

【0078】

（複数色のスチル測定の具体例）
設定部２２０は、エネルギー範囲の全種類のピクセルを一つずつ含む繰り返し単位領域が周期的に繰り返すように各ピクセルのエネルギー範囲を設定することが好ましい。図１１は、Ｘ線検出器の設定を示す概略図である。

【0079】

図１１に示す例では、それぞれ所定のエネルギー範囲が設定された４つのピクセル１１０ａ～１１０ｄ（４色）を繰り返し単位１１５として、各ピクセルのエネルギー範囲が設定されている。これにより、簡易な構成で複数種類のエネルギー範囲のデータを同時にスチル測定で取得できる。上記の例では、４つのピクセルが繰り返し単位を構成しているが、９つのピクセル（９色）で繰り返し単位を構成してもよい。また、このような規則性がなくてもよく、複数種類のピクセルをランダムな配置で設定してもよい。

【0080】

［第４実施形態］
上記の実施形態によれば、エネルギー範囲ごとに全検出領域の計数値の分布を各画面に出力することができるが、各ピクセルの位置についてエネルギーの分布を出力することもできる。これらの２種類の出力方法を利用し、検出のステップで、試料に特定波長のＸ線を照射して散乱されたＸ線をＸ線検出器で検出することで、回折Ｘ線と蛍光Ｘ線とを同時に検出できる。このような方法は、例えばＴＤＩスキャンを用いた測定において応用できる。

【0081】

［第５実施形態］
上記の実施形態では、特性Ｘ線または白色Ｘ線のいずれを用いるかを特に限定していないが、白色Ｘ線を用いることで、狭いスキャン範囲でｋ空間における広い範囲の解析データを得ることができる。この場合には、スキャン範囲が狭いため、経時的な実験を効率よく行なうことができる。結晶の回折条件は、２ｄｓｉｎθ＝ｎλであるため、一定のλで測定するよりλを変更して測定できれば、θの変動可能な範囲制限されるような対象に対してもｋ空間で広い範囲の回折像を得ることができる。

【0082】

例えば、白色Ｘ線をＸ線源として用いることで、通常ならスキャン範囲に限界がある場合でもスキャン測定したのと同様の結果を得ることができる。したがって、特性Ｘ線を用いた場合には難しいＩｎ－ｓｉｔｕ実験等を行なうことができる。

【0083】

以上の実施形態については、制御装置２００が単一の装置として構成されていているが、一部機能や構成をクラウド上に設けたシステムとして構成されていてもよい。また、制御装置２００の機能をＸ線検出器１００内の回路として設けてもよい。また、上記の実施形態では、全領域共通でグローバル閾値を設定しているが、グローバル閾値を有さず、単位領域毎にエネルギー閾値を設定できる構成であってもよい。

【0084】

なお、本国際出願は、２０２０年１月２７日に出願した日本国特許出願第２０２０－０１１２１４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２０－０１１２１４号の全内容を本国際出願に援用する。

【符号の説明】

【0085】

１０ Ｘ線測定システム
５０ Ｘ線測定装置
６０ Ｘ線照射部
７０ 試料支持部
８０ 駆動部
１００ Ｘ線検出器
１０５ 受光面
１１０ センサ（ピクセル）
１１０ａ～１１０ｄ ピクセル
１１１ ライン
１１５ 繰り返し単位
１２０ 読み出し回路
１３０ 検出回路
１３１、１３３ 増幅器
１３２、１３４、１３５、１３７ ＤＡ変換器
ｔ１ 閾値電圧の供給源
ｇ１ ゲイン設定電圧の供給源
１３６、１３８ 波高弁別器
１４１、１４２ カウンタ
１５０ メモリ
１６０ 転送回路
２００ 制御装置
２１０ 入力部
２２０ 設定部
２３０ 設定情報管理部
２５０ データ管理部
２６０ 再構成部
２７０ 出力部
Ｓ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】