JP5875403B2

JP5875403B2 - 透過ｘ線分析装置

Info

Publication number: JP5875403B2
Application number: JP2012034792A
Authority: JP
Inventors: 吉毅的場
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Analysis Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013170924A; CN103499592B; US20130216024A1; KR20130096180A; CN103499592A; US9001966B2; KR101874133B1

Description

本発明は、時間遅延積分（ＴＤＩ）方式のセンサを用いて試料の透過Ｘ線を測定可能な透過Ｘ線分析装置に関する。

従来、Ｘ線透過イメージングによる試料中の異物の検出、元素の濃度むらの検出が行われてきた。このようなＸ線透過イメージングの方法として、試料の透過Ｘ線を蛍光板等に通して蛍光に変換し、その蛍光を撮像素子（電荷結合素子；ＣＣＤ（Charge Coupled Devices））で検出する方法が知られている。そして、ＣＣＤによる検出方法として、複数の撮像素子を一方向に並べたラインラインセンサを用い、試料に対して走査して線状の画像を次々と取得して試料の２次元画像を得る方法がある。

ところで、搬送方向への試料の移動速度が速くなると、ラインセンサへの電荷の蓄積時間が短くなり、ラインセンサの感度が低い場合にはＳ／Ｎ比が低下する。このようなことから、ラインセンサを搬送方向へ複数個（段）平行に並べ、１つのラインセンサに蓄積された電荷を隣接する次のラインセンサへ転送するＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサが利用されている。ＴＤＩセンサでは、１段目のラインセンサに蓄積された電荷が２段目のラインセンサに転送され、２段目のラインセンサでは１段目のラインセンサから転送された電荷及び自身で受光して蓄積した電荷を加算して３段目のラインセンサに転送する。このように、各ラインセンサには、前段のラインセンサから転送された電荷が順次加算され、最終段のラインセンサに転送された累積電荷が出力される。
このようにしてＴＤＩセンサでは、段数がＴの場合に単一のラインセンサに比べてＴ倍の電荷が蓄積され、コントラストがＴ倍となると共にノイズが低減され、測定を高速で行えると共にＳ／Ｎ比が向上する。

一方、例えば、リチウムイオン電池の電極は、ロール状の集電体金属箔を巻き戻して電極材料を塗布することにより連続的に製造される。従って、このストリップ状の電極をＸ線透過イメージングで異物検出する際には、電極をコンベアで連続的にＸ線源とセンサとの間に搬送させて検出を行っている（特許文献１）。又、ストリップ状のシートをＸ線透過イメージングで異物検出する際に、エアーベアリングで搬送する技術も開発されている（特許文献２）。

特開2004-061479号公報（図４）特開2011-069641号公報

ところで、上記したようにＴＤＩセンサはラインセンサに比べて感度が高いが、試料が多段のＴＤＩセンサを通過するまでの両者間の距離が一定量変化すると、試料の送り速度とＴＤＩセンサ上の透過像の送り速度が大きく相違して検出位置のずれを生じ、検出すべき点が散在する。この場合、電荷の積算が都合よくなされないこととなり、積算された像がぼやけ、検出できる最小サイズが大きくなって、検出精度の低下が顕著になるという問題がある。
特に、リチウムイオン電池の電極のように帯状に連続した試料を搬送ロールで搬送しながらＴＤＩセンサで透過Ｘ線を測定する場合、試料がばたついた状態でＴＤＩセンサまで搬送されることがあり、上記した問題が顕著になっていた。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、帯状に連続して搬送ロールで搬送される試料と、ＴＤＩセンサとの間の距離を一定に保ち、検出精度を向上させた透過Ｘ線分析装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の透過Ｘ線分析装置は、帯状に連続して所定の走査方向に移動する試料の透過Ｘ線像を検出する透過Ｘ線分析装置であって、前記透過Ｘ線像に由来する画像を光電変換して生じる電荷を読み出す撮像素子を２次元状に複数個備えた時間遅延積分方式のＴＤＩセンサであって、前記走査方向に垂直な方向に前記撮像素子が並ぶラインセンサを前記走査方向に複数段並べ、１つのラインセンサに蓄積された電荷を隣接する次のラインセンサへ転送するＴＤＩセンサと、前記ＴＤＩセンサに対向して配置されるＸ線源と、前記ＴＤＩセンサと前記Ｘ線源との間に、前記ＴＤＩセンサと前記Ｘ線源とを結ぶ検出方向に沿って前記ＴＤＩセンサから離れて配置され、前記ＴＤＩセンサと前記試料との間隔を一定に保ちながら前記試料を前記ＴＤＩセンサの検出位置まで搬送する１対のサポートロールと、前記走査方向に沿って前記サポートロールよりも外側にそれぞれ配置され、前記試料を搬送する１対の外側ロールと、を備え、前記検出方向に沿って、隣接する前記サポートロールと前記外側ロールとが異なる位置に配置され、前記１対のサポートロールの間で前記試料に張力を負荷するようになっていて、前記１対のサポートロールは、前記ＴＤＩセンサに取り付けられている。
この透過Ｘ線分析装置によれば、サポートロールによって張力が負荷された状態で試料がＴＤＩセンサを通過するので、試料がばたついた状態でＴＤＩセンサまで搬送されることが無く、試料とＴＤＩセンサとの検出方向の距離を一定に保ち、検出できる最小サイズを微小として検出精度を向上させることができる。

又、前記１対のサポートロールは、前記ＴＤＩセンサに取り付けられているので、サポートロールとＴＤＩセンサとの検出方向に沿う距離を正確に保つことができる。

本発明によれば、試料がばたついた状態でＴＤＩセンサまで搬送されることが無く、試料とＴＤＩセンサとの検出方向の距離を一定に保ち、検出できる最小サイズを微小として透過Ｘ線の検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る透過Ｘ線分析装置の構成を示すブロック図である。ＴＤＩセンサによる時間遅延積分処理の方法の一例を示す図である。各ロールを通る試料の位置を変えた変形例を示す図である。各ロールの配置状態、及び各ロールを通る試料の位置を変えた変形例を示す図である。各ロールの配置状態、及び各ロールを通る試料の位置を変えた別の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る透過Ｘ線分析装置１の構成を示すブロック図である。
透過Ｘ線分析装置１は、Ｘ線源１２と、ＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサ１４と、ＴＤＩセンサ１４と試料１００との間に配置され、試料１００からの透過Ｘ線１２ｘを蛍光（可視光画像）に変換する蛍光板１６と、ＴＤＩセンサ１４と蛍光板１６を収容する筐体１８と、筐体１８の両側端からＸ線源１２へ向かってそれぞれ下方へ延びる１対の支持部１８ｓと、各支持部１８ｓに軸支される１対のサポートロール３１，３２と、試料１００を搬送する１対の外側ロール５１、５２と、制御手段６０と、を備えている。
試料１００は、帯状に連続したシート状又はストリップ状であり、サポートロール３１，３２及び外側ロール５１、５２により、搬送方向Ｌ（図１の左から右）に移動するようになっている。なお、試料１００は例えばリチウムイオン電池の正極に用いられるＣｏ酸リチウム電極板である。

ここで、Ｘ線源１２は試料１００の下方に配置され、Ｘ線源１２からＸ線が上方に放出されて試料１００を透過した後、蛍光板１６を通って可視光画像に変換される。そして、この画像が試料１００上方のＴＤＩセンサ１４によって受光されるようになっている。そして、Ｘ線源１２からＸ線が常に放出され、移動する試料１００を連続的にＸ線分析するようになっている。
制御手段６０はコンピュータからなり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、所定のコンピュータプログラムを実行可能であると共に、Ｘ線源１２からのＸ線の照射、ＴＤＩセンサ１４による可視光画像の受光及び出力処理等の全体の処理を行っている。
又、透過Ｘ線分析装置１は試料１００中の異物１０１（例えばＦｅ）を検出するようになっている。

Ｘ線源１２は、所定のＸ線管球からなる。Ｘ線管球は例えば、管球内のフィラメント（陽極）から発生した熱電子がフィラメント（陽極）とターゲット（陰極）との間に印加された電圧により加速され、ターゲット（Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）など）に衝突して発生したＸ線を１次Ｘ線としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。
ＴＤＩセンサ１４は、複数個の撮像素子（電荷結合素子；ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）が２次元アレイ状に並んだ構成をなしている。又、図２に示すように、ＴＤＩセンサ１４は、搬送方向Ｌに垂直な方向に撮像素子が並ぶラインセンサ１４ａ〜１４ｈを搬送方向Ｌに複数段（図２の例では８段であるが、実際には数１００〜数１０００段）並べた構成をなしている。

次の、本発明の特徴部分である。各ロール３１〜５２について説明する。各支持部１８ｓに軸支されるサポートロール３１，３２は、それぞれ紙面の垂直方向に回転可能になっている。又、サポートロール３１，３２は、ＴＤＩセンサ１４とＸ線源１２とを結ぶ検出方向Ｓ（図１の上下方向）に沿ってＴＤＩセンサ１４から離れて配置され、試料１００は各サポートロール３１，３２の下面に接しながらＴＤＩセンサ１４の検出位置まで搬送される。ここで、検出方向Ｓに沿ってＴＤＩセンサ１４と各サポートロール３１，３２の下面とは距離ｈ１だけ離れているため、ＴＤＩセンサ１４と試料１００との間隔も一定の距離ｈ１に保たれることになる。
一方、外側ロール５１、５２は、搬送方向Ｌに沿ってサポートロール３１，３２よりも外側にそれぞれ配置されている。さらに検出方向Ｓに沿って、隣接するサポートロール３１と外側ロール５１（及び隣接するサポートロール３２と外側ロール５２）とが異なる位置に配置されている。例えば、図１の例では、外側ロール５１はサポートロール３１よりも上方に位置し、外側ロール５２もサポートロール３２よりも上方に位置している。そして、試料１００は各外側ロール５１，５２の上面に接しながら搬送される。従って、１対のサポートロール３１，３２は、各外側ロール５１，５２を通る試料１００を下方に押し下げるように保持し、１対のサポートロール３１，３２の間で試料１００に張力を負荷することができる。

以上のように、サポートロール３１，３２によって張力が負荷された状態で試料１００が多段のＴＤＩセンサ１４を通過するので、試料１００がばたついた状態でＴＤＩセンサ１４まで搬送されることが無く、試料１００とＴＤＩセンサ１４との検出方向Ｓの距離を一定に保ち、検出できる最小サイズを微小として検出精度を向上させることができる。
又、この実施形態では、サポートロール３１，３２はＴＤＩセンサ１４（の筐体１８）に取り付けられている。そのため、サポートロール３１，３２とＴＤＩセンサ１４との検出方向Ｓに沿う距離を正確に保つことができる。
なお、試料１００としては、上記の他、リチウムイオン電池の負極に用いられるグラファイト塗布電極板、電池のセパレータ、燃料電池用イオン交換膜、多層回路基板用絶縁フィルム等が挙げられるが、これらに限定されない。又、試料１００の長さは500〜1000m程度、搬送速度は10〜100m/min程度とすることができるが、これらに限定されない。サポートロール３１，３２としては、例えば幅：60〜1000mm程度のものを用いることができるがこれに限定されない。
サポートロール３１，３２の間で試料１００に負荷する張力としては、リチウムイオン電池用電極板の場合で5〜10N/cm程度とすることができる。

次に、図２を参照してＴＤＩセンサ１４による時間遅延積分処理の方法の一例について説明する。ここで、ＴＤＩセンサ１４は、複数段（８段）のラインセンサ１４ａ〜１４ｈで構成されている。
いま、試料１００中の異物１０１が１段目のラインセンサ１４ａの受光領域に入ったとすると、ラインセンサ１４ａで蓄積された電荷が２段目のラインセンサ１４ｂに転送される（図２（ａ））。次に、異物１０１がＬ方向に移動して２段目のラインセンサ１４ｂの受光領域に入ったとすると、ラインセンサ１４ｂには電荷が蓄積される（図２（ｂ））。
２段目のラインセンサ１４ｂでは１段目のラインセンサ１４ａから転送された電荷と自身で受光した電荷とを加算して蓄積して３段目のラインセンサ１４ｃに転送する。このように、各ラインセンサ１４ａ〜１４ｈには、前段のラインセンサから転送された電荷が順次加算され、最終段のラインセンサ１４ｈに転送された累積電荷が出力される。そして、Ｌ方向に移動する試料１００を連続的にライン分析することにより、試料１００の２次元画像データが連続的に取得される。
このようにＴＤＩセンサ１４では、段数がＴの場合に単一のラインセンサに比べてＴ倍の電荷が蓄積され、コントラストがＴ倍となると共にノイズが低減され、測定を高速で行えると共にＳ／Ｎ比が向上する。
なお、ＴＤＩセンサ１４の構成及び動作は公知のものを用いることができる。

図３は、各ロール３１〜５２を通る試料１００の位置を変えた変形例である。図３においては、図１と同様に外側ロール５１はサポートロール３１よりも上方に位置し、外側ロール５２もサポートロール３２よりも上方に位置している。一方、試料１００は各外側ロール５１，５２、及び各サポートロール３１、３２の下面に接しながら搬送される。従って、１対のサポートロール３１，３２の位置で試料１００が最も下方に位置し、１対のサポートロール３１，３２の間で試料１００に張力を負荷することができる。

図４は、各ロール３１〜５２の配置状態、及び各ロール３１〜５２を通る試料１００の位置を変えた変形例である。図４においては、右側の支持部１８ｓ２の長さを、左側の支持部１８ｓより長くし、検出方向Ｓに沿って、ＴＤＩセンサ１４とサポートロール３１の下面、及びＴＤＩセンサ１４とサポートロール３２の上面との距離を等しく（距離ｈ１）している。そして、試料１００は、サポートロール３１の下面に接しながらＴＤＩセンサ１４へ搬送され、サポートロール３２の上面に接しながらＴＤＩセンサ１４から出てゆく。これにより、ＴＤＩセンサ１４と試料１００との間隔も一定の距離ｈ１に保たれることになる。
一方、外側ロール５１はサポートロール３１よりも上方に位置し、外側ロール５２はサポートロール３２よりも下方に位置している。そして、試料１００は外側ロール５１の下面に接し、外側ロール５２の上面に接しながら搬送される。図４の例においても、１対のサポートロール３１，３２の間で試料１００に張力を負荷することができる。

図５は、各ロール３１〜５２の配置状態、及び各ロール３１〜５２を通る試料１００の位置を変えた別の変形例である。図５においては、両方の支持部１８ｓ２の長さを図１の支持部１８ｓより長くし、検出方向Ｓに沿って、ＴＤＩセンサ１４と各サポートロール３１、３２の下面との距離を等しく（距離ｈ１）している。そして、試料１００は、各サポートロール３１、３２の上面に接しながらＴＤＩセンサ１４へ搬送される。これにより、ＴＤＩセンサ１４と試料１００との間隔も一定の距離ｈ１に保たれることになる。
一方、外側ロール５１はサポートロール３１よりも下方に位置し、外側ロール５２はサポートロール３２よりも下方に位置している。そして、試料１００は各外側ロール５１、５２の上面に接しながら搬送される。図５の例においても、１対のサポートロール３１，３２の間で試料１００に張力を負荷することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、サポートロール及び外側ロールの配置状態、及び各ロールを通る試料の位置は、上記した図１、図３〜図５の例に限定されず、検出方向に沿って、隣接するサポートロールと外側ロールとが異なる位置に配置され、１対のサポートロールの間で試料に張力を負荷できる配置であればよい。
又、サポートロール及び外側ロールは駆動ロールであってもよく、単に自転するロールであってもよい。
又、サポートロールはＴＤＩセンサ（の筐体）に取り付けられなくてもよく、ＴＤＩセンサとは別体の支持部に軸支されてもよい。

１透過Ｘ線分析装置
１２Ｘ線源
１４ＴＤＩセンサ
１４ａ〜１４ｈラインセンサ
３１、３２１対のサポートロール
５１、５２１対の外側ロール
１００試料
１０１異物
Ｌ搬送方向
Ｓ検出方向

Claims

帯状に連続して所定の搬送方向に移動する試料の透過Ｘ線像を検出する透過Ｘ線分析装置であって、
前記透過Ｘ線像に由来する画像を光電変換して生じる電荷を読み出す撮像素子を２次元状に複数個備えた時間遅延積分方式のＴＤＩセンサであって、前記搬送方向に垂直な方向に前記撮像素子が並ぶラインセンサを前記搬送方向に複数段並べ、１つのラインセンサに蓄積された電荷を隣接する次のラインセンサへ転送するＴＤＩセンサと、
前記ＴＤＩセンサに対向して配置されるＸ線源と、
前記ＴＤＩセンサと前記Ｘ線源との間に、前記ＴＤＩセンサと前記Ｘ線源とを結ぶ検出方向に沿って前記ＴＤＩセンサから離れて配置され、前記ＴＤＩセンサと前記試料との間隔を一定に保ちながら前記試料を前記ＴＤＩセンサの検出位置まで搬送する１対のサポートロールと、
前記搬送方向に沿って前記サポートロールよりも外側にそれぞれ配置され、前記試料を搬送する１対の外側ロールと、を備え、
前記検出方向に沿って、隣接する前記サポートロールと前記外側ロールとが異なる位置に配置され、前記１対のサポートロールの間で前記試料に張力を負荷するようになっていて、
前記１対のサポートロールは、前記ＴＤＩセンサに取り付けられている透過Ｘ線分析装置。