JP2010025868A - Ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードウエアの追加を伴わない簡単な構成で、Ｘ線照射の絞りを変更するためのＸ線遮蔽板の位置ずれを検知する。
【解決手段】設定されているものと異なる絞り孔４ａ〜４ｄの選択が指示されると、制御部１０は現在の絞り孔に応じた数のパルス信号をパルスモータに送ってＸ線遮蔽板４をホームポジションＰ２に戻し、その後、センサ１３により原点位置Ｐ１に来たことが検出されるまでパルス信号を計数しつつパルスモータを駆動する。その計数値と規定数との差が許容値以下であるか否かを判定し、許容値を超えている場合、ホームポジションが適切でなく元のＸ線遮蔽板４の位置が異常であると判断して表示部１２にエラー表示を行う。また、絞り孔の変更がない場合でも規定回数毎に同様の異常検知を実行することで、絞り孔の位置がずれた状態で取得された可能性のある信頼性のないデータの棄却を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料に１次Ｘ線等の励起線を照射し、それにより試料から放出されるＸ線を検出するＸ線分析装置に関する。

一般に、蛍光Ｘ線分析装置は、固体状、粉体状又は液体状の試料に１次Ｘ線を励起線として照射し、その１次Ｘ線により励起されて試料から放出される蛍光Ｘ線を検出することによって、その試料に含まれる元素の定性や定量を行うものである。こうした蛍光Ｘ線分析装置において、試料上での１次Ｘ線の照射領域の大きさを調整するために、Ｘ線源と試料との間に照射領域制限部（絞り）を配置したものが知られている（特許文献１など参照）。

また、特に試料上の微小領域を分析できるように、径可変の絞りを設けたものも従来知られている。この絞り径の変更は、異なる大きさをもつ複数の絞り孔が形成された遮蔽板を機械的に移動させることにより行われており、その移動にはパルスモータ（ステッピングモータ）が利用されている。こうした機構では、絞り径を変更する際に、その変更に応じた数のパルス信号をパルスモータに与えることによって、遮蔽板を移動させて所望の絞り孔を１次Ｘ線の光軸上に位置させる（本明細書ではこの状態を「絞り孔を設定する」という）。しかしながら、遮蔽板の移動中にスリップ等の脱調が生じたり、遮蔽板が停止した状態でも強い機械的な振動等の外乱が加わったりすると、意図しない絞りが設定されてしまう、或いは、遮蔽板によって１次Ｘ線が遮られて試料に１次Ｘ線が当たらない、ということさえ起こり得る。

蛍光Ｘ線分析装置は、使用が規制されている有害物質や不純物の分析によく利用されるが、上述のように１次Ｘ線が試料に当たらない状態やＸ線照射領域が意図するよりも狭い状態で分析が実行されると、検出対象の有害物質や不純物の含有量がゼロ又は基準値よりも低いという誤った結果が出されるおそれがあるという問題があった。これを解決し、分析の信頼性を確保するには、Ｘ線照射領域制限用の絞りが適切に設定されていることを保証することが必要である。

特開２００３−２０７４６６号公報

もちろん、例えば、複数の絞り孔のうちの目的の絞り孔が１次Ｘ線の光軸に位置していることを検知可能なセンサなどを付加すれば、上記問題は解決される。しかしながら、こうした対策は回路やセンサ等のハードウエアの追加が必要であり、コストの増加が避けられないし、スペース等の理由により、そうしたハードウエアの追加が難しい場合もある。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ハードウエアを追加することなくＣＰＵを利用した制御や処理上の工夫により、Ｘ線照射領域制限用の絞り等の異常な設定を確実に検知し、収集されるデータの信頼性を高めることができるＸ線分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、励起線源から出射された励起線を試料に照射し、それにより試料から放出されるＸ線を検出器に導入するＸ線分析装置であって、励起線源と試料との間に配置された励起線の照射領域を制限する領域制限部、又は試料と検出器との間に配置された視野領域を制限するための領域制限部のいずれかを具備するＸ線分析装置において、
a)前記領域制限部としての、大きさの相違する複数の絞り孔が設けられた遮蔽板と、
b)前記絞り孔を選択的に前記励起線又はＸ線の光軸上に移動させるべく前記遮蔽板を移動させるための、パルスモータを含む駆動機構と、
c)前記遮蔽板が第１の位置に来たことを検知する位置検知手段と、
d)前記絞り孔の変更に伴い、変更前の絞り孔に応じた数のパルスを前記パルスモータに与えて前記遮蔽板を第２の位置に戻した後に、さらに前記位置検知手段による検知信号が得られるまでパルスを前記パルスモータに与えることで前記遮蔽板を移動させる移動制御手段と、
e)前記移動制御手段による移動制御の際に、前記遮蔽板が第２の位置から第１の位置に来るまでのパルス数を計数し、その計数値を利用して、絞り孔の変更直前の遮蔽板の位置が異常であることを検知する異常検知手段と、
を備えることを特徴としている。

一般的な蛍光Ｘ線分析装置の場合、上記励起線は１次Ｘ線であるが、励起線はこれに限らず電子線などでもよい。

本発明に係るＸ線分析装置では、上記第２の位置を遮蔽板のホームポジションとし、遮蔽板がこのホームポジションにある状態から各絞り孔毎に予め決められた数のパルスをパルスモータに与えることで、励起線又はＸ線が通過し得る位置に目的とする絞り孔が来るように（つまり設定されるように）、駆動機構により遮蔽板を移動させる。逆に言えば、或る絞り孔が設定された状態で、その絞り孔に応じた所定の数のパルスをパルスモータに与えることで、遮蔽板をホームポジションに戻すことができる。

上記移動制御手段は、絞り孔の変更が指示されたとき、変更前の絞り孔に応じた数のパルスをパルスモータに与えて遮蔽板をホームポジションに一旦戻し、さらに位置検知手段による検知信号が得られるまで遮蔽板を移動させる。しかしながら、仮に、脱調などによる遮蔽板の位置ずれが生じていた場合には、上記のように変更前の絞り孔に応じた数のパルスをパルスモータに与えても、遮蔽板はホームポジションに戻らない。そのため、引き続いて、遮蔽板をホームポジションから第１の位置にまで移動させようとしたときに、ホームポジションと第１の位置との距離に相当するパルス数とはかなり異なる数（大きい場合も小さい場合もある）のパルスを与えないと遮蔽板は第１の位置に到達しない。

そこで異常検知手段は、遮蔽板がホームポジション（実際にはホームポジションであると認識していた位置）から第１の位置へ移動するまでのパルス数を計数し、その計数値が規定の範囲に収まっていない場合に、絞り孔の変更直前の遮蔽板の位置が異常である、つまり位置ずれがある、と判断する。これにより、少なくとも過去の直近に取得されたデータが、適切な絞り条件の下で取得されたものでないことを認識し、これをユーザに知らせて信頼性のないデータの棄却を促したり、或いは自動的にデータを棄却したりすることができる。なお、上記規定の範囲とは、ホームポジションと第１の位置との距離に相当するパルス数を中心に、位置検知手段による位置検知のばらつきや駆動機構等の機械的なガタなどを考慮して予め決めておけばよい。

また本発明に係るＸ線分析装置において、好ましくは、前記移動制御手段は、絞り孔の変更がない場合であっても所定の分析実行回数毎に、その絞り孔に応じた数のパルスを前記パルスモータに与えて前記遮蔽板を第２の位置に戻した後に、さらに前記位置検知手段による検知信号が得られるまでパルスを前記パルスモータに与えることで前記遮蔽板を移動させ、前記異常検知手段は、その移動制御の際に、前記遮蔽板が第２の位置から第１の位置に来るまでのパルスの計数値を利用して、少なくともその移動直前の遮蔽板の位置が異常であることを検知する構成とするとよい。

この構成によれば、絞り孔の変更がない場合であっても、所定の分析回数毎に遮蔽板の位置ずれの異常検知が実施される。したがって、同じ絞り孔の条件の下で繰り返し分析が実施されることが多いような用途でも、遮蔽板の位置の異常を検知してデータの信頼性を高めることができる。

通常、駆動機構や位置検知手段はもともとＸ線分析装置が備えるものであり、移動制御手段や異常検知手段は、ＣＰＵ上で動作させるプログラムによりその機能が実現可能なものである。したがって、本発明に係るＸ線分析装置によれば、面倒なハードウエアを付加したり既存のハードウエアを大きく変更することなく、プログラムを変更したり追加したりすることによって、遮蔽板の位置ずれ、即ち、意図しない絞り孔の設定や絞り孔でない箇所が励起線やＸ線の光軸上にきてしまうといった不具合を検知することができる。それによって、不具合な状態で取得されたデータを排除することができ、データの信頼性を確保することができる。また、そのために、装置の大きな変更を行うことを回避でき、コストの大幅な増加を避けることができる。また、従来の装置のプログラムの更新のみで上記のような機能を追加することも可能である。

本発明の一実施例である蛍光Ｘ線分析装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置の検出部の概略構成図、図２は本実施例の蛍光Ｘ線分析装置におけるＸ線照射領域絞りの切替機構及び回路の概略構成図である。

図１に示すように、Ｘ線管１から出射された１次Ｘ線が試料２に照射されると、１次Ｘ線により励起されて試料２から蛍光Ｘ線が放出される。この蛍光Ｘ線は例えばリウムドリフトＳｉ検出器などの半導体検出器３に導入され、蛍光Ｘ線のエネルギー（波長）と強度とが検出される。Ｘ線管１と試料２との間には、試料２上でのＸ線照射領域２ａを制限するための絞り孔を設けたＸ線遮蔽板４が介挿されている。

図２に示すように、Ｘ線遮蔽板４は細長い板状部材に一列に異なる内径の絞り孔４ａ〜４ｄを複数（この例では４個）設けたものである。パルスモータ（ステッピングモータ）を含む駆動機構１４による回転動作は、ラック・ピニオンを含む伝達機構１５により直線動作に変換され、それによってＸ線遮蔽板４は絞り孔４ａ〜４ｄの配列方向と同方向に往復直線移動可能となっている。パルスモータは制御部１０から送られるパルス信号により動作する。この制御部１０には、ユーザが分析に使用する絞り孔４ａ〜４ｄを設定するための入力部１１と、絞り孔の選択状況を知らせたり動作異常を報知するための表示部１２が付設されている。また、本発明における位置検知手段としてのセンサ１３はＸ線遮蔽板４が予め定められた原点位置（本発明における第１の位置）Ｐ１に来たことを検知するものである。本実施例ではフォトセンサを用いているが、これはメカニカルスイッチや磁気センサ等であっても構わない。

制御部１０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むマイクロコントローラなどを中心に構成され、ＲＯＭ等に予め格納される制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、後述するような特徴的な異常検知処理が達成される。

上記蛍光Ｘ線分析装置では、図示しない試料交換機構により分析対象の試料が順次自動的に交換されつつ、試料に含まれる１乃至複数の特定元素の定量が行われ、その定量結果が記録されたり、さらにはその定量値が所定の閾値と比較されることで試料の合否（例えば不純物元素の量が閾値以上であるときに不合格）が判定されたりする。ユーザは、１つの試料に対する分析毎に、使用する絞り孔４ａ〜４ｄの種類を分析条件として予め指示することが可能である。

電源が投入されて本装置が起動すると、制御部１０は装置の初期化を実行する。Ｘ線照射領域絞り切替機構については、図３に示したフローチャートに従って初期化を実行する。即ち、まず制御部１０はパルスモータにパルス信号を送出し、Ｘ線遮蔽板４を原点位置Ｐ１の方向に移動させる（ステップＳ１）。制御部１０はセンサ１３からの検知信号によりＸ線遮蔽板４が原点位置Ｐ１に達したことを認識すると（ステップＳ２でＹｅｓ）、それからさらに規定数Ｎだけパルス信号をパルスモータに送出する（ステップＳ３）。これにより、Ｘ線遮蔽板４は原点位置Ｐ１からさらに規定数Ｎのパルス信号に相当する距離だけ移動した位置で停止する。この停止位置をホームポジションＰ２とする。

図４及び図５は、分析に際して絞り孔が選択されたときのＸ線照射領域絞り切替機構に対する制御動作のフローチャートである。

絞り孔の選択指示がなされると（ステップＳ１１）、制御部１０はまず選択指示された絞り孔がその時点で設定されている絞り孔と同一であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。例えば、いま最大の絞り径を有する絞り孔４ｄが設定されている状態であるときに他の絞り径の絞り孔４ａ〜４ｄが選択指示された場合、ステップＳ１２でＮｏと判定される。すると制御部１０は、絞り孔位置の異常検知動作を伴う絞り切替え動作を実施する（ステップＳ３０）。

即ち、まずＸ線遮蔽板４を一旦ホームポジションＰ２に戻すために、その時点で設定されている絞り孔に対応して定められている数のパルス信号をパルスモータへと送出する（ステップＳ３１）。その後、センサ１３からの検知信号によりＸ線遮蔽板４が原点位置Ｐ１に達したことを認識するまで（ステップＳ３３でＹｅｓ）、パルス信号の数を計数しながらパルス信号をパルスモータへと送出する（ステップＳ３２）。

制御部１０は原点位置Ｐ１であると認識されたときのパルス信号の計数値ｎを取得し（ステップＳ３４）、この計数値ｎと規定数Ｎとの差Δを計算する（ステップＳ３５）。計数値ｎはＸ線遮蔽板４がホームポジションＰ２と原点位置Ｐ１との間を移動するのに要したパルス信号の数であるから、ステップＳ３１の制御によって戻った位置が本来のホームポジションＰ２であれば、計数値ｎと規定数Ｎとは一致し、差Δはゼロになる筈である。但し、実際には、センサ１３による位置検知には或る程度の誤差があり、駆動機構１４や伝達機構１５には機構的なガタ（遊び）があるから、計数値ｎと規定数Ｎとは完全には一致しない。そこで、こうしたガタや位置検知誤差を考慮して、差Δの許容値を予め定めておくものとする。

制御部１０は算出した差Δが許容値以下であるか否かを判定し（ステップＳ３６）、許容値以下であれば、Ｘ線遮蔽板４をホームポジションＰ２に戻してさらに選択指示された絞り孔に対応した数のパルス信号をパルスモータに送ることにより、選択指示された絞り孔が設定されるようにする（ステップＳ３７）。それから、制御部１０は指示された絞り孔が設定されたことを示す表示を表示部１２に出力する（ステップＳ３８）。これにより、選択指示された絞り孔を使用した次の分析が可能な状態となる。この後に、後述する繰り返し選択回数ｍをゼロにリセットする（ステップＳ３９）。

これに対し、ステップＳ３５で算出された差Δが許容値を超えている場合には、ステップＳ３１の制御により戻った位置は本来のホームポジションＰ２でないと考えられる。それは、その時点で制御部１０が把握していた絞り孔の種類と実際に設定されていた絞り孔とが異なるか、或いは、絞り孔でない箇所にＸ線が当たるようになっていた等、の可能性があることを意味する。即ち、駆動機構１４や伝達機構１５の動作時のスリップ（脱調）や外乱によるＸ線遮蔽板４の位置ずれが要因として考えられる。そこで、制御部１０は動作異常であることを示すエラー表示を表示部１２に出力する（ステップＳ４０）。この場合、その直前及びそれ以前に同じ絞り孔の設定で得られたデータは信頼性がないため、エラー表示を見たユーザは、既に取得されたデータを棄却する等の対応をとる。もちろん、より直接的にデータを棄却するように指示する表示を行うことも可能である。

ステップＳ１２において選択指示された絞り孔がその時点で設定されている絞り孔と同一であると判定された場合には、制御部１０は繰り返し選択回数ｍをインクリメントした上で（ステップＳ１３）、繰り返し選択回数ｍが予め定めた規定回数Ｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここで規定回数Ｍは後述するように適宜に定められる。繰り返し選択回数ｍが規定回数Ｍ未満であれば、制御部１０は指示された絞り孔が設定されていることを示す表示を表示部１２に出力する（ステップＳ２５）。即ち、この場合には、後述する異常検知動作は実施されない。

繰り返し選択回数ｍが規定回数Ｍに達した場合には、絞り孔を変更する必要はないものの前述の絞り孔切替え動作時と同様の異常検知動作を実施する（ステップＳ１５）。即ち、Ｘ線遮蔽板４を一旦ホームポジションに戻すために、その時点で設定されている絞り孔に対応して定められている数のパルス信号をパルスモータへと送出する（ステップＳ１６）。その後、センサ１３からの検知信号によりＸ線遮蔽板４が原点位置Ｐ１に達したことを認識するまで（ステップＳ１８でＹｅｓ）、パルス信号の数を計数しながらパルス信号をパルスモータへと送出する（ステップＳ１７）。

制御部１０は原点位置Ｐ１であると認識されたときのパルス信号の計数値ｎを取得し（ステップＳ１９）、この計数値ｎと規定数Ｎとの差Δを計算する（ステップＳ２０）。規定数Ｎは上記ステップＳ３５における規定数Ｎと同じである。制御部１０は算出した差Δが許容値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、許容値以下であれば、Ｘ線遮蔽板４をホームポジションに戻してさらに選択指示された絞り孔に対応した数のパルス信号をパルスモータに送ることにより、選択指示された（実際には切替えはしない）絞り孔が設定されるようにする（ステップＳ２２）。それから、制御部１０は指示された絞り孔が設定されたことを示す表示を表示部１２に出力する（ステップＳ２３）。そして、選択繰り返し回数ｍをゼロにリセットする（ステップＳ２４）。

これに対し、ステップＳ２０で算出された差Δが許容値を超えている場合には、ステップＳ１６の制御により戻った位置は本来のホームポジションＰ２でないと考えられる。そこで、制御部１０は動作異常であることを示すエラー表示を表示部１２に出力する（ステップＳ２６）。この場合には、直近に異常検知動作を実施した時点以降に得られたデータは信頼性がないため、エラー表示を見たユーザは、既に取得されたデータを棄却する等の対応をとる。もちろん、より直接的にデータを棄却するように指示する表示を行うことも可能である。

絞り孔の変更の選択指示が行われた場合には、ステップＳ３０〜Ｓ３６の処理により、絞り孔の変更と同時にその直前（つまり変更前）の状態の異常検知が実施される。一方、絞り孔の変更がなされない場合には、本来はＸ線遮蔽板４を移動する必要はない。しかしながら、蛍光Ｘ線分析装置の一般的な使用形態として、同じ絞り孔（普通は開口面積が最大の絞り孔）が繰り返し使用されることが多く、絞り孔を変更するケース、つまりステップＳ１２でＮｏと判定されるケースは比較的少ない。そのため、絞り孔の変更がなされない場合に全く異常検知動作を実施しないものとすると、仮にＸ線遮蔽板４の位置ずれが生じていたとしてもこれが検知されずに適切でないデータが長期間に亘って取得され続けるおそれがある。

それに対し、図４に示したステップＳ１３〜Ｓ２１の処理によれば、絞り孔が全く変更されない場合でも、規定回数Ｍ毎に異常検知動作が実施されることになる。したがって、Ｘ線遮蔽板４の位置ずれが生じていた場合でも、棄却すべきデータは過去に遡って規定回数Ｍ分だけで済み、それよりもさらに過去のデータの信頼性は保証される。このような理由により、規定回数Ｍの値を小さくすれば、Ｘ線遮蔽板４の位置ずれが生じていた場合に棄却するデータが少なくて済む。一方、規定回数Ｍの値を小さくすると、絞り孔を変更しないにも拘わらずステップＳ１６〜Ｓ２４の処理を実行する頻度が高まり、そのだけ分析の所要時間が長くなってスループットが低下する。また、駆動機構１４や伝達機構１５の動作回数が増えて部品の消耗も速くなる。したがって、こうしたことを考慮して、予め規定回数Ｍを決めておけばよい。例えば、１日に１００回程度の分析を実行することを想定した場合に、規定回数Ｍを１００に設定しておくとよい。

なお、上記実施例の説明では、Ｘ線照射領域を制限する絞り孔の切替機構の異常検知について説明したが、蛍光Ｘ線分析装置では、試料２と検出器３との間に、観察対象の視野領域を制限する絞りを設け、その絞りの開口面積を変化させるために、上記と同様の構造の切替機構を用いることがある。その場合にも、上述したような異常検知を利用することができ、それが有効であることは明らかである。

さらにまた、試料に１次Ｘ線を照射することで蛍光Ｘ線を放出させるもの以外に、他の励起線、例えば電子線、イオン線などを試料に照射して蛍光Ｘ線を放出させるＸ線分析装置にも本発明を適用できることも当然である。また、エネルギー分散型のＸ線分析装置だけでなく、波長分散型のＸ線分析装置に適用できることも明らかである。

本発明の一実施例であるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置の検出部の概略構成図。 本実施例の蛍光Ｘ線分析装置におけるＸ線照射領域絞り切替機構及び回路の概略構成図。 本実施例の蛍光Ｘ線分析装置におけるＸ線照射領域絞り切替機構の初期化動作のフローチャート。 本実施例の蛍光Ｘ線分析装置において絞り孔が選択されたときのＸ線照射領域絞り切替機構の制御動作のフローチャート。 本実施例の蛍光Ｘ線分析装置において絞り孔が選択されたときのＸ線照射領域絞り切替機構の制御動作のフローチャート。

符号の説明

１…Ｘ線管
２…試料
２ａ…Ｘ線照射領域
３…半導体検出器
４…Ｘ線遮蔽板
４ａ〜４ｄ…絞り孔
１０…制御部
１１…入力部
１２…表示部
１３…センサ
１４…駆動機構
１５…伝達機構

Claims (2)

1. 励起線源から出射された励起線を試料に照射し、それにより試料から放出されるＸ線を検出器に導入するＸ線分析装置であって、励起線源と試料との間に配置された励起線の照射領域を制限する領域制限部、又は試料と検出器との間に配置された視野領域を制限するための領域制限部のいずれかを具備するＸ線分析装置において、
   a)前記領域制限部としての、大きさの相違する複数の絞り孔が設けられた遮蔽板と、
   b)前記絞り孔を選択的に前記励起線又はＸ線の光軸上に移動させるべく前記遮蔽板を移動させるための、パルスモータを含む駆動機構と、
   c)前記遮蔽板が第１の位置に来たことを検知する位置検知手段と、
   d)前記絞り孔の変更に伴い、変更前の絞り孔に応じた数のパルスを前記パルスモータに与えて前記遮蔽板を第２の位置に戻した後に、さらに前記位置検知手段による検知信号が得られるまでパルスを前記パルスモータに与えることで前記遮蔽板を移動させる移動制御手段と、
   e)前記移動制御手段による移動制御の際に、前記遮蔽板が第２の位置から第１の位置に来るまでのパルス数を計数し、その計数値を利用して、絞り孔の変更直前の遮蔽板の位置が異常であることを検知する異常検知手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線分析装置。
2. 請求項１に記載のＸ線分析装置であって、
   前記移動制御手段は、絞り孔の変更がない場合であっても所定の分析実行回数毎に、その絞り孔に応じた数のパルスを前記パルスモータに与えて前記遮蔽板を第２の位置に戻した後に、さらに前記位置検知手段による検知信号が得られるまでパルスを前記パルスモータに与えることで前記遮蔽板を移動させ、
   前記異常検知手段は、その移動制御の際に、前記遮蔽板が第２の位置から第１の位置に来るまでのパルスの計数値を利用して、少なくともその移動直前の遮蔽板の位置が異常であることを検知することを特徴とするＸ線分析装置。

Images