JP5605607B2

JP5605607B2 - Ｘ線測定装置

Info

Publication number: JP5605607B2
Application number: JP2010064259A
Authority: JP
Inventors: 一晃上畠; 康史市沢; 祐彦大日方
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011196837A

Description

本発明は、例えばラインセンサを用いて被測定物の物理的特性を測定するＸ線測定装置に関し、詳しくは複数のＸ線源を設け、Ｘ線源からのＸ線の線質や線量の違いに起因する測定誤差の改善を図ったＸ線測定装置に関する。

図３（ａ）は本発明が適用される被測定物（例えばシート状の試料・・・以下単に試料という）３の物理量をオンラインで測定するＸ線測定装置の模式的な概略構成図である。
図３（ａ）はＸ線源（Ｘ線管）１の下方に試料３を介してラインセンサ４を配置したものである。なお、ラインセンサ４は同等の性能を有する複数の検出素子４ａを直線状に連結したものである。

図３（ａ）において、試料３は矢印Ｐ方向に搬送されており、試料３とラインセンサ４は接触しない程度に近接して配置されている。また、Ｘ線源１からは図では省略するがコリメータや遮蔽板などにより扇状に絞られたＸ線フラックス２が出射する。

上記の構成において、厚さ、欠陥などの試料の物理量（特徴）を測定する場合、図３（ａ）に示すようにＸ線源から検出器となるラインセンサ４にＸ線を照射し、その間に試料３を置くことでＸ線の透過線量より試料の物理的特徴を測定している。

図３（ｂ）はこのようなＸ線測定装置に用いられるＸ線管の模式斜視図である。図３（ｂ）において、Ｘ線管1は筒状の容器10の一端でターゲット12を支持し、他端ではフィラメント14を支持しており、容器10内は真空に維持されている。

上記の構成において、陰極13側のフィラメント14は、白熱電球のフィラメントと同様にタングステンをコイル状に巻いたものであり、ここに電流を流すと電子が飛び出す。この飛び出した電子はフィラメントの熱でエネルギーを得た電子であり、熱電子とよばれる。フィラメント14とターゲット間には高電圧が印加されているため熱電子15は電場で加速されてターゲット12に高速で衝突する。

熱電子は衝突によって急停止するので、持っていた運動エネルギーの大部分が熱エネルギーに転換しターゲット12を加熱する。そして、エネルギーの残りの一部分が、Ｘ線となって放射される。

特開２００２−１４８２１４

ところで、X線ラインセンサ４によって試料３を測定する際、ラインセンサ４の配列に合わせて、X線の照射分布が扇状になるようコリメータ等を用いて制限する。ターゲット反射型のＸ線源１を用いて、こうした使い方をする場合、X線源１の配置に注意しなければならない。これは、反射型のX線管では、ヒール効果を生じるためである。

ヒール効果とは、ターゲット12に熱電子15が衝突した際に発生するX線の線質・線量が異なる現象を言う。ターゲット表面より内部で発生したX線は、陽極側において陰極側よりも長い工程を経てターゲット表面に達する。この間に低エネルギー成分がターゲット内で吸収されるため、陽極側においては陰極側に比べ線量は少なく硬質のX線を持つことになる。

図３（ｃ）はヒール効果による検量線の変化を示すもので、陽極側と陰極側から出射する放射線により検量線を作成した場合のＸ線透過信号と試料厚さに対する検量線の違いを示している。図において、点線で示す線分が陽極側の検量線を、実線で示す線分が陰極側の検量線を示している。図に示すように、検量線に変化があることが分かる。

図４（ｂ）はX線管の特性を示すもので、試料の流れ方向Ｐに対して容器の長手方向（フィラメントからターゲットに向かう電子の方向が平行）になるような使い方をする。図４（ｂ）ではターゲット内を通過するX線に僅かな工程差は生じるものの、現実的な測定システムにおいては等質な線質を持つものとして運用できる。

そして、図４（ｂ）に示すようにＸ線管を配置すれば、ヒール効果を生じないため、特別な配慮は不要である。反面、シートの流れ方向に沿ってX線管の長手方向を配置しなければならず、これは測定装置の設置床面積や占有空間を大きくする。特にシートの流れ方向に容器の長手方向を配置することは生産ライン自体を長くすることにつながり好ましい配置とは言えない。

図４（ａ）に示すようにシートの幅方向に沿ってX線管の長手方向を配置した場合には、設置床面積や占有面積に対しては有利になるが、上述のヒール効果が現れる。この効果を補償するために、図３（ｃ）に示すような測定位置に応じた検量線をそれぞれ用意して測定を行う方法があるが、複雑な演算回路を用意する必要があることと合わせて、同質の線質で測定できないことによる測定誤差を生じる等の課題がある。

従って本発明は、厚さ測定装置の床面設置面積や占有空間を抑えるX線管の配置方法を取りながら、X線の線質を均質化することで、測定時の利便性を高めることを目的としている。

この課題を達成するために、本発明の請求項１のＸ線測定装置は、
シート状の試料を搬送させながらＸ線を用いて前記試料の物理量の測定を行うＸ線測定装置において、前記試料の搬送方向に略直角に配置され前記試料と接触しない程度に近接して配置されたラインセンサと、前記試料の上方に配置され前記試料を透過して前記Ｘ線を前記ラインセンサに照射する複数のＸ線源からなり、前記複数のＸ線源はフィラメントからターゲットに向かう電子の方向が前記ラインセンサの長手方向と同方向となるように配置するとともに、前記複数のＸ線源は、略並列に千鳥状に配置され、前記複数のＸ線源から出射したそれぞれのＸ線フラックスが前記ラインセンサ上で略同じ幅で重畳するようにそれぞれのＸ線源を傾けて配置したことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば以下のような効果がある。
厚さ測定装置の床面設置面積や占有空間を抑えるＸ線管の配置方法を取りながら、Ｘ線の線質を均質化することで、測定時の利便性を高めることができる。
即ち、線質差による測定誤差を小さくすることができ、多くの試料を用いて検量線を作成する等の煩わしさを減じて運用上の利便性を高めることができる。また、演算回路の負荷を上げずに済むことから測定処理の高速化をはかることができる。

また、複数の線源を用いることにより、X線の出力を高めることが容易になるので測定値に対するS/Nを向上させることができ、同じ線量のX線出力が必要な場合、X線管の出力を抑えて使えることから長寿命化をはかることができる。さらに、線質のみならず、試料全体にわたりX線のフラックス分布も均質化されるため、幅方向における測定値のS/N差を減じて測定確度を高めるこができる。

本発明の実施形態の一例を示すＸ線測定装置の概略構成図（ａ）、（ｂ）、Ｘ線を４個直列に配列した状態を示す模式図（ｃ）である。Ｘ線源配置の実施例を示す模式図（ａ〜ｃ）である。従来のＸ線測定装置の一例を示す模式的な概略構成図（ａ）およびＸ線管の模式図（ｂ）およびＸ線透過信号と試料厚さの関係を示す図（ｃ）である。ヒール効果が出るＸ線管の配置（ａ）とヒール効果が出ないＸ線管の配置（ｂ）を示す図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の一例を示すＸ線測定装置の模式的な概略構成図である。
図１（ａ）において、図３（ａ）に示す従来例とはＸ線管1の数と配列方向のみが異なっている。

本発明においては試料３の搬送方向に略直角に配置されたラインセンサ４に対し、複数（図では２個）のＸ線管1が試料４の上方に直線状に配置され、その複数のＸ線源から放射される扇状のＸ線がラインセンサの長さ方向を照射するように配列されている。

図1（ｂ）はＸ線管1の配置例の詳細を示すもので、Ｘ線管のフィラメントからターゲットに向かう電子の方向がラインセンサ４の長手方向と同方向に２個並べられ、陰極側を対向して配置した状態を示している。また、図示のＸ線管の配置においては、必要な線質と線量を得易くするように適宜角度を持たせた配置としている。

このような配置によれば、試料面におけるＸ線の線量の差を小さくしてS/N差を減じ測定確度を高めることができ、試料面におけるX線フラックスの均質化が図ることができる。対象形の配置としては、対象となる試料にあわせて最適化するべきだが、通常測定対象となるシート状物質では、低エネルギー帯のX線をより多く取り出すことができる。

図1（ｃ）はＸ線管1のフィラメントからターゲットに向かう電子の方向が前記ラインセンサの長手方向と同方向に４個直列に配置した例を示している。このような配置によれば同じ強度のＸ線管であればヒール効果を生じることなくＸ線管の強度を高めることができる。
なお、試料のある範囲だけを測定するために、エリアセンサとして用いる場合は試料の中心からの垂線を中心軸として対称形を取れば偶数／奇数によらずＸ線管を配置しても良い。

図２（ａ〜ｃ）はＸ線管の他の配置例を示すもので、図２（ａ）はラインセンサ４の長手方向に対してＸ線管のフィラメントからターゲットに向かう電子の方向をラインセンサの長手方向と同方向とし、千鳥状に配置することで幅方向、流れ方向のどちらも少しの延長で済ますことを可能としたものであり、Ｘ線源をシート幅方向に並べることが困難な場合に有効である。

図２（ｂ）はＸ線管の陰極リード側を対向して配置した例を示し、図２（ｃ）はＸ線管の陽極リード側を対向して配置した例を示したもので、何れもＸ線管のフィラメントからターゲットに向かう電子の方向が前記ラインセンサの長手方向Ｐ’と同方向に配置したものである。

上述の構成によれば、厚さ測定装置の床面設置面積や占有空間を抑えるX線管の配置方法を取りながら、X線の線質を均質化することができ、測定時の利便性を高めることができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１Ｘ線源（Ｘ線管）
２Ｘ線フラックス
３被測定物（試料）
４ラインセンサ
10 容器
11 陽極リード
12 ターゲット
13 陰極リード
14 フィラメント
15 熱電子

Claims

シート状の試料を搬送させながらＸ線を用いて前記試料の物理量の測定を行うＸ線測定装置において、前記試料の搬送方向に略直角に配置され前記試料と接触しない程度に近接して配置されたラインセンサと、前記試料の上方に配置され前記試料を透過して前記Ｘ線を前記ラインセンサに照射する複数のＸ線源からなり、前記複数のＸ線源はフィラメントからターゲットに向かう電子の方向が前記ラインセンサの長手方向と同方向となるように配置するとともに、前記複数のＸ線源は、略並列に千鳥状に配置され、前記複数のＸ線源から出射したそれぞれのＸ線フラックスが前記ラインセンサ上で略同じ幅で重畳するようにそれぞれのＸ線源を傾けて配置したことを特徴とするＸ線測定装置。