JP3926510B2 - 蛍光ｘ線分析計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は考古学資料調査、犯罪現場捜査、火災初動捜査等のための屋外での元素分析を主目的とした可搬型の蛍光Ｘ線分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な蛍光Ｘ線分析計の場合、測定対象物を密閉遮蔽型の試料室構造体内部に包含させることができるため、装置外部へのＸ線の漏洩の防御は試料室ドアの状態検出をするなどして比較的容易に、且つ確実に実現できた。一方、屋外等不特定の場所で使用されることが多い可搬型の蛍光Ｘ線分析計の場合は、Ｘ線照射は測定対象物方向に完全オープンとなるため測定者や蛍光Ｘ線分析計の周囲に居る人々の安全確保のためには測定者には細心の注意を喚起し、Ｘ線に被爆することのないような設置状態を実現することが必須であった。通常Ｘ線照射に際しては蛍光Ｘ線分析計に取り付けられた複数個のセンサやスイッチなどの状態が参照されある決められた条件が成立する場合にのみシャッタを開きＸ線照射が開始できるよう構成されている。例えばシャッタ動作解除スイッチをＯＮにし、蛍光Ｘ線分析計のＸ線照射口部分に取り付けられたリードスイッチのレバーを被測定試料の一部分に接触させることによりリードスイッチをＯＮにしてから測定開始を指示した時のみＸ線照射を開始できるような構成になっている。このような状態を保持するために蛍光Ｘ線分析計の測定ヘッドを三脚等の固定具を使用し、微妙な位置に固定するといったような方法を採っていた。また蛍光Ｘ線分析計を測定場所まで運搬し、固定するまではシャッタ動作解除スイッチをＯＦＦしたままにしておき、測定準備が完全に整った時にこのスイッチをＯＮするという手続きを測定者が遵守することで安全を確保していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光Ｘ線分析計を測定場所に固定する際に被測定試料の一部分に接触した状態にするのは困難な場合が多い。被測定試料の大きさ、性状によっては接触不可能のものもある。しかしこのような安全機構がないと、例えば屋外で測定中に蛍光Ｘ線分析計が強風に煽られたりしてその設置状態が変化し偶発的に被測定試料以外の場所にＸ線が照射されてしまうこともありうる。蛍光Ｘ線分析計の固定方法により安全機構が働く状態を実現するのは設置作業を困難にし可搬型蛍光Ｘ線分析計の機動性を損なう。しかし、ある特定の条件下でのみ測定を可能にするといった安全機構がないと偶発的なＸ線被爆事故が起きる可能性が増すというジレンマがある。
【０００４】
本発明は上記の問題を解消して安全性が高く且つ取り扱いが簡便な可搬型蛍光Ｘ線分析計を得ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、蛍光Ｘ線分析計において被測定試料の外観及び被測定試料の背景を光学的に読取る画像入力手段と、該画像入力手段により取得された画像データを記憶する第１の記憶手段と、予め登録されている図形に関連するデータを記憶する第２の記憶手段と、第１の記憶手段に格納されているデータと第２の記憶手段に格納されているデータを比較するデータ比較手段と、蛍光Ｘ線分析計の設置状態を検出する状態検出手段と、測定開始の指示があったときにデータ比較手段の出力と状態検出手段の出力に対応してシャッタ駆動手段を制御するＸ線スイッチ手段を有する。
【０００６】
【作用】
画像入力手段は被測定試料とその近傍の背景を光学的に読取る。被測定試料近傍に特定の図形を示す物体を置き該画像入力手段に読取らせる。
この時に読取られた画像データは第１の記憶手段に格納される。一方第２の記憶手段には前記の特定の図形に関連するデータが格納されている。データ比較手段では第２の記憶手段内のデータに基づいて、第１の記憶手段内の画像データの中に前記の特定の図形に相当する画像データが含まれているかどうか検索し、もしも該データが含まれていれば有効信号をＸ線スイッチ手段に出力する。状態検出手段は蛍光Ｘ線分析計が安全な状態に設置されていることを検出した時に有効信号をＸ線スイッチ手段に出力する。測定開始指示手段により測定開始が指示された時にＸ線スイッチ手段は前記データ比較手段と状態検出手段からの信号を検査し、両者共有効信号である場合にのみシャッタが開くようにシャッタ駆動手段を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の蛍光Ｘ線分析計の代表的な構成を示す機能ブロック図である。図２は本発明の蛍光Ｘ線分析計の実施例の概観図である。図２のシャッタ１０１は図１のシャッタ（２）に相当し、Ｘ線を完全に遮蔽することができる十分な厚みの金属からなる。図１のＸ線発生手段（１）に相当するのが図２のＸ線発生源１０２でエンドウィンドウ型の小型Ｘ線管球を採用することにより装置の小型化を実現している。このＸ線発生源１０２から発生する蛍光Ｘ線の光束は蛍光Ｘ線分析計の測定ヘッド筐体１０３に設けられているＸ線照射窓を通過し被測定試料に照射されるが、測定時以外の間はシャッタ１０１により遮蔽され、測定ヘッド外部にＸ線が漏洩することはない。シャッタ１０１はソレノイド等のアクチュエータ１０４により機械的動作をする。このアクチュエータ１０４は図１のシャッタ駆動手段（３）に相当する。図１のＸ線検出手段（４）に相当するのが図２のＸ線検出器１０５と検出回路１０６とコンピュータ１０７である。Ｘ線検出器１０５は被測定試料から発生した二次Ｘ線を検出し電気パルスに変換する。この電気パルスが検出回路１０６に入力され電気パルスの波高が計測される。この結果がコンピュータ１０７に送られここでエネルギー対強度で表わされるＸ線スペクトルが生成される。Ｘ線検出器１０５としては、ＳｉやＧｅの半導体検出器、シンチレーション検出器、比例計数管等が利用でき、測定の目的に応じてこれらを使い分ける。検出回路１０６に入力された電気パルスは後に処理し易いレベルの信号になるよう増幅される。この時に必要な計数率が確保でき、且つ良好なエネルギー分解能が得られるように適切な波形整形処理も施される。このような処理を経た後電気パルスの波高はＡ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換される。こうして次々に検出された二次Ｘ線は、波高すなわちエネルギーに対する計数と言う形でスペクトルとして表現されるが、この計数処理をＭＣＡ等のハードウェアや、コンピュータを利用し実現する。
【０００８】
被測定部分に一次Ｘ線を照射するために測定ヘッド筐体１０３の正確な位置決めが必要になる。ＣＣＤカメラ等の撮像装置１０８を測定ヘッド筐体１０３側に設け、被測定試料を光学的に観察することで被測定試料と測定ヘッド筐体１０３との位置関係を容易に把握することができ、正確な測定位置合わせが可能になる。撮像装置からの映像信号をコンピュータ１０７に入力すればコンピュータ画面上で試料画像が確認できる。この撮像装置１０８が図１の画像入力手段（６）に相当し、コンピュータ１０７の中のメモリが図１の第１の記憶手段（７）に相当する。
【０００９】
測定開始、すなわち被測定試料へのＸ線の照射開始は本実施例ではコンピュータ１０７から指示されるようになっている。この測定開始を指示する信号は信号線１０９を経由してシャッタ制御回路１１０に入力される。コンピュータ１０７、信号線１０９により図１の測定開始指示手段（５）を構成している。通常蛍光Ｘ線分析計においては測定者がＸ線による被爆を受けないようなんらかの安全機構が装備されている。Ｘ線照射機能を持つ測定ヘッドの状態を検知し、その結果に応じてＸ線の照射の可否を決定するのである。例えばＸ線照射準備が整ったところで測定者が測定ヘッドに装備されているＸ線照射許可スイッチを押すとか、あるいはもう少し工夫して測定ヘッドが特殊な固定台に装着された時にこのＸ線照射許可スイッチが押されるような構造にする等の方法で装置の安全性を確保する。特に可搬型蛍光Ｘ線分析計では測定ヘッドの設置の自由度が高いというのが特長であるため、このような安全機構を複数箇所設け安全性を高める必要がある。本実施例では１つ目の安全機構としてＸ線照射許可スイッチ１１１がある。このＸ線照射許可スイッチ１１１の状態はシャッタ制御回路１１０に入力されシャッタの開閉動作を決定する１条件とされる。Ｘ線照射許可スイッチ１１１が図１の状態検出手段（１０）に相当し、シャッタ制御回路１１０が図１のＸ線スイッチ手段（１１）に相当する。２つ目の安全機構は前記撮像装置１０８を利用したもので、被測定試料と同時に画像入力されたデータの中に規定の図形に相当するデータが含まれているか否かによりシャッタ制御回路１１０の判断が変わるというものである。被測定点近傍に図形を記した物体を置く。該物体はそこに記されている図形が十分に認識される程度の大きさで、例えばカード状の物や、被測定試料に貼付することが支障ない場合はシール状のもの等が考えられる。この被測定試料と同時に撮像装置１０８により画像認識される物体を以降本文ではＩＤキーと称する。図２の被測定試料１１２とＩＤキー１１３が撮像装置１０８により画像入力された状態を図３に示す。ＩＤキーに記されている図形は自然に存在するものと簡単に一致するようなものでなければどのようなものでも構わない。「丸」、や「１本の直線」等のような極めて単純な図形をＩＤキーの図形として採用してしまうと、例えば被測定試料と同時に画像入力された「石ころ」や「棒切れ」をＩＤキーとして認識してしまうおそれがある。したがってある程度特異な図形である必要があるが、その複雑さは必要最小限にとどめておくことが望ましい。それはこの安全機構をより有効に作用させるには測定中はできるだけ頻繁に画像認識を繰り返す方がよく、そのためにはＩＤキー上の図形はできる限り明瞭単純なものにして画像解析処理の負担を軽減することが重要であるからである。図４にＩＤキーの図形の例を示すが、この中でもＣのバーコードは非常に実用的なものである。
【００１０】
あらかじめＩＤキーの図形をコンピュータ１０７のメモリ上に登録しておく。このメモリ上のＩＤキーの図形に関連するデータが記憶されている部分が図１の第２の記憶手段（８）に相当する。前述したようにコンピュータ１０７のメモリ上には撮像装置１０８により取得された画像データも記憶され、図１の第１の記憶手段（７）に相当する部分も形成している。第１の記憶手段（７）に記憶されている内容にフィルタリング、２値化、輪郭描出等の画像処理を加え得られたデータの中にＩＤキーの図形と同一、あるいは相似の画像データに相当するものが含まれているかどうかを第２の記憶手段（８）に記憶されている関連データを利用して検索する。データ検索の結果撮像装置１０８により取得された画像データの中にＩＤキーの図形データに相当するものが発見された場合コンピュータ１０７からその旨を連絡する信号が出力され、それが信号線１１４を経由してシャッタ制御回路１１０へ入力される。以上のコンピュータ１０７を利用した画像処理とデータ検索、及びＩＤキーの図形データに相当するものが発見された際の信号の送出機能は図１ではデータ比較手段（９）と表現されている。
【００１１】
シャッタ制御回路１１０へは測定開始を指示する信号と、Ｘ線照射許可スイッチ１１１の状態とＩＤキーの図形データに相当するものの検索結果を示す信号が入力されている。そしてこのシャッタ制御回路１１０は「測定開始の指示があり」かつ「Ｘ線照射許可スイッチ１１１が許可側の状態になっており」かつ「ＩＤキーの図形データに相当するものが発見されている状態である」という条件が成立する場合にのみアクチュエータ１０４を駆動しシャッタ１０１を開くという制御を実行する。
【００１２】
図５にシャッタ制御回路１１０の構成例を示す。ＩＤキーの図形データに相当するものが発見されている状態では前記信号線１１４からの信号により、リレーＡ２０１のコイルに電流が流れ接点２０４が閉じる。測定開始の指示は前記信号線１０９を経由しリレーＢ２０２のコイルに電流を流し接点２０５を閉じる。Ｘ線照射許可スイッチ２０７が閉じて許可状態を示すとリレーＣ２０３のコイルに電流が流れ接点２０６は閉じる。このように３つのリレーの接点が同時に閉じた状態の時にはソレノイド２０８に電流が流れ、その結果励磁されたソレノイド２０８はシャッタ１０１を開くように作動する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は蛍光Ｘ線分析計において被測定試料近傍に特定の図形が描かれたＩＤキーを置き画像入力手段に読取らせた状態にしておき、測定開始が指示された時にこの画像データの中に該図形の画像データが含まれていることと、状態検出手段からの信号が有効であるという条件が共に満足される場合にのみシャッタが開くようにシャッタ駆動手段を制御する構成としたので下記の効果を有する。
【００１４】
（１）ＩＤキーを利用したシャッタ動作制御機構により高い安全性が確保できるので、もう一方の安全機構である装置設置状態を検出する手段が簡便なもので済むようになる。したがって可搬型の蛍光Ｘ線分析計の設置の自由度を妨げず取り扱いも簡便になる。
（２）測定中頻繁にＩＤキーが観察画像内に存在するかどうかを検査しているので、仮にこの条件が満足されなくなった場合には直ちにシャッタが閉じＸ線の外部照射は禁止される。したがって測定ヘッドが強風に煽られたりして測定中即ちＸ線照射中に設置状態が変化するといった偶発的な事件が起きても即座にフェイルセーフの方向に装置が働き安全性が確保される。
【００１５】
（３）特定のＩＤキーを所持する者のみが測定動作可能であるので、みだりに第三者が装置に触れ被爆事故を起こすことがなく安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍光Ｘ線分析計の代表的な構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の蛍光Ｘ線分析計の実施例のブロック図である。
【図３】本発明の実施例の被測定試料とＩＤキーが撮像装置により画像入力された状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例のＩＤキーに描かれる図形の例を示す図である。
【図５】本発明の実施例のシャッタ制御回路の構成図である。
【符号の説明】
１０１ シャッタ
１０２ Ｘ線発生源
１０３ 測定ヘッド筐体
１０４ アクチュエータ
１０５ Ｘ線検出器
１０６ 検出回路
１０７ コンピュータ
１０８ 撮像装置
１０９ 信号線
１１０ シャッタ制御回路
１１１ Ｘ線照射許可スイッチ
１１２ 被測定試料
１１３ ＩＤキー
１１４ 信号線

Claims (6)

1. Ｘ線を発生するＸ線発生手段と、
   前記Ｘ線発生手段から発生するＸ線光束の被測定試料への照射を遮蔽するシャッタと、
   前記シャッタを開閉するシャッタ駆動手段と、
   前記Ｘ線光束が被測定試料に照射された結果発生する二次Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、
   測定開始を指示する測定開始指示手段と、からなる蛍光Ｘ線分析計において、
   前記被測定試料の外観及び前記被測定試料の近傍に配置した図形を光学的に読取る画像入力手段と、
   前記画像入力手段により取得された画像データを記憶する第１の記憶手段と、
   予め登録されている図形に関連するデータを記憶する第２の記憶手段と、
   前記第１の記憶手段に記憶された画像データと前記第２の記憶手段に記憶されている図形に関連するデータを比較するデータ比較手段と、
   蛍光Ｘ線分析計の設置状態を検出する状態検出手段と、を設けたことを特徴とする蛍光Ｘ線分析計。
2. 請求項１記載に蛍光Ｘ線分析計において、
   前記測定開始指示手段により測定開始の指示があったときに前記データ比較手段の出力と前記状態検出手段の出力に対応して前記シャッタ駆動手段を制御するＸ線スイッチ手段を有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析計。
3. 請求項１記載の蛍光Ｘ線分析計において、
   前記被測定試料の近傍に配置した図形が、バーコードであることを特徴とする蛍光Ｘ線分析計。
4. 測定試料近傍に図形を配置する工程と、
   前記図形を画像入力手段で読み取る工程と、
   前記読み取った画像データと予め登録されている図形に関連するデータと比較する工程と、
   前記図形に関連するデータの中に前記読み取った画像データに相当するデータがあった時に、Ｘ線発生手段から発生するＸ線光束を被測定試料へ照射するようにシャッタが開く工程と、からなることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。
5. 請求項４に記載の蛍光Ｘ線分析方法において、
   前記被測定試料の近傍に配置した図形が、バーコードであることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。
6. 請求項４に記載の蛍光Ｘ線分析方法において、
   前記図形を画像入力手段で読み取る工程は、前記被測定試料へＸ線を照射して測定中において複数回行うことを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。

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