JP5914381B2 - Ｘ線データ処理装置、ｘ線データ処理方法およびｘ線データ処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理装置、Ｘ線データ処理方法およびＸ線データ処理プログラムに関する。

近年、複数波長のＸ線源を用いて回折Ｘ線を同時に測定する技術が研究されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の波長分別型Ｘ線回折装置は、Ｘ線発生源から発生したＭｏ線、Ｃｕ線等の波長が異なる特性Ｘ線を試料に照射し、試料で回折した特性Ｘ線をＸ線検出器によって検出している。そのＸ線検出器の各ピクセルは、Ｘ線を受光してＸ線の波長に対応したパルス信号を出力し、分別回路は、ピクセルの出力信号を特性Ｘ線の波長ごとに分別して出力している。

一方、複数のピクセルでＸ線を検出する場合には、チャージシェアリングが生じることが知られている。チャージシェアリングとは、発生した電荷が複数のピクセルにまたがることで低エネルギー側にテールが生じる現象である。従来、このようなチャージシェアリングの影響を小さくするために、センサーに溝やＴＳＶ（Through Silica Via）を設けた検出器や、計数率を落として入射イベントごとに判断する検出器など、ハードウェア側を改良しチャージシェアリングを無くす試みが行われてきた。チャージシェアリングは、本来のＸ線エネルギーの計測を阻害するため、ハードウェア側で除去する方法論が一般的である。

また、エネルギー弁別機能を持たず複数波長を入力する用途には適さない検出器を使用した際に、得られた回折Ｘ線データの周囲のピクセルとの強度比によりチャージシェアリングの影響を回避する方法が提案されてきた（例えば非特許文献１（第６４−６７頁）参照）。

一方、０次元の検出器では多波長入力に対応した検出器が作られているが、隣接する検出部が存在しないので得られたＸ線回折データの差分で多波長のデータを分離でき、チャージシェアリングの影響は受けない。

特開２０１２−１３４６３号公報

中島真也、「ＳＯＩ技術を用いた広帯域Ｘ線撮像分光器『ＸＲＰＩＸ』の評価試験と性能向上の研究」、京都大学修士論文、２０１１年１月２７日

上記のように特許文献１記載の波長分別型Ｘ線回折装置により複数波長のＸ線源を用いてＸ線を同時に測定すると、各ピクセルに関して異なる波長のＸ線に基づいた複数のデータを１回の測定で、同時に取得できる。また、異なる波長の回折Ｘ線のデータを２次元検出器の受光面の全領域を使い、効率よく取得できる。

しかしながら、このような測定方法で低エネルギー側のＸ線を解析しようとすると、チャージシェアリングの影響により高エネルギー側の残像が残り、精度の高い解析ができない。図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来方法（特許文献１記載の測定方法）で得られるＭｏ線源による回折像とＣｕ線源による回折像を示す図である。図１３（ａ）では、Ｃｕ線による回折像が検出されないが、図１３（ｂ）では、Ｃｕ線による回折像に重なるようにしてＭｏ線による回折スポットの残像が残っている。このように残像が残るのは、高エネルギー側のＸ線がチャージシェアリングにより低エネルギー領域で見かけの強度が増し周辺のピクセルに残像を残すためである。

また、従来の技術で残像を除去しようとした場合、複数波長が回折Ｘ線として同時に入射しているピクセルに関しては処理を行うことができないので残像分のバックグラウンドを引いてしまうことにより、全体の強度が失われる結果となってしまう。

上記のように従来では、複数波長を入力する用途にエネルギー弁別機能を持つ複数の検出部分で構成された検出器を用いることが無かったため、単純に低エネルギー側の回折データから高エネルギー側で得られた回折データを引けばデータを分離できると考えられている。ところが、実際にはチャージシェアリングの影響があるので残像の残った画像が得られてしまう。

これに対し、回折Ｘ線データの周囲のピクセルとの強度比によりチャージシェアリングの影響を回避する方法では、単一ピクセルで分離できない。１次元以上の検出器で多波長Ｘ線の入射を正確に分離するＸ線回折用の検出器は実施化されておらず、そのような検出器では多波長入力を正確に分離できないという問題が表面化していない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、多波長Ｘ線を検出した際に低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できるＸ線データ処理装置、Ｘ線データ処理方法およびＸ線データ処理プログラムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明のＸ線データ処理装置は、多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理装置であって、複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理する管理部と、前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、前記低エネルギー側データにおける高エネルギー側Ｘ線に由来する検出分を算出する算出部と、前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データを再構成する補正部と、を備えることを特徴としている。

このようにして、チャージシェアリングが生じた検出分を検出部分毎にキャンセルし、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。その結果、多波長のＸ線が入力される測定においても解析の精度が単一波長測定時のものと遜色なくなる。なお、低エネルギー側データの再構成は、例えば低エネルギー側データにおける高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を差し引くことで行う。低エネルギー側データの再構成には、高エネルギー側、低エネルギー側全体に対してフィッティングを行い、直接低エネルギー側の検出分を求めることも含まれる。
（２）また、本発明のＸ線データ処理装置は、前記算出部が、前記検出器の検出部分毎に、前記低エネルギー側データに含まれる前記高エネルギー側データと前記低エネルギー側データとの比または差から、チャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴としている。

これにより、低エネルギー側データと前記高エネルギー側データとの比または差を用いてチャージシェアリングによる影響を評価することができる。また、ピクセル形状等を考慮に入れてチャージシェアリングによるＸ線プロファイル形状を再現することができる。

（３）また、本発明のＸ線データ処理装置は、前記算出部が、前記検出器の検出部分毎に、前記検出器および入射Ｘ線波長に応じた確率でチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴としている。

これにより、数式による計算でチャージシェアリングによる影響を評価することができる。また、ピクセル形状等を考慮に入れてチャージシェアリングによるＸ線プロファイル形状を再現することができる。

（４）また、本発明のＸ線データ処理装置は、前記算出部が、前記検出器の検出部分毎に、予め準備しておいた実測値を用いてチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴としている。これにより、検出器および高エネルギー側にあるピークに対応させて電荷がもたらされる確率を評価しチャージシェアリングによる影響を正確に算出することができる。

（５）また、本発明のＸ線データ処理装置は、前記算出部が、入射Ｘ線エネルギーが３種以上の場合に、累積する誤差について最適化を行うことでチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴としている。これにより、３以上の波長の線源による測定結果について、チャージシェアリングの影響を正確に評価することができる。

（６）また、本発明のＸ線データ処理装置は、前記管理部が、Ｍｏ線源およびＣｕ線源で測定され、各線源を分ける閾値により分離されたＸ線回折データを管理し、前記チャージシェアリング分算出部は、前記Ｍｏ線源に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出し、前記補正部は、前記Ｃｕ線源のＸ線回折データから前記算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引くことを特徴としている。これにより、ＭｏとＣｕとを線源として同時にＸ線回折測定を行った結果を正確に解析できる。

（７）また、本発明のＸ線データ処理方法は、多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理方法であって、複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理するステップと、前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、前記低エネルギー側データにおける高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出するステップと、前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データを再構成するステップと、を含むことを特徴としている。これにより、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。

（８）また、本発明のＸ線データ処理プログラムは、多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理プログラムであって、複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理する処理と、前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、前記低エネルギー側データにおける高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出する処理と、前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データを再構成する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴としている。これにより、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。

本発明によれば、チャージシェアリングが生じた検出分を算出し、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。

本発明のＸ線回折システムの構成を示す概略図である。 主にＸ線検出器およびＸ線データ処理装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）それぞれＸ線検出器の構造を示す斜視図および断面図である。 Ｘ線検出器の構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）それぞれチャージシェアリングが生じない場合と生じる場合のＸ線の検出を示す模式図である。 チャージシェアリングが生じない場合と生じる場合の測定データを示す図である。 チャージシェアリングが生じない場合と生じる場合の測定データ（積分値）を示す図である。 主にＸ線データ処理装置の構成を示すブロック図である。 チャージシェアリングが生じる場合の測定データ（積分値）を示す図である。 各段階における回折像を示す模式図である。 チャージシェアリングが生じたときの位置とエネルギーとの関係の一例を示すグラフである。 ２つの方法について算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を比較したグラフである。 （ａ）、（ｂ）それぞれ従来方法で得られるＭｏ線源による回折像とＣｕ線源による回折像を示す図である。

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。

（全体構成）
図１は、多波長の線源を用いて同時に測定できるＸ線回折システム１０の構成を示す概略図である。図１に示すようにＸ線回折システム１０は、Ｘ線源２０、試料Ｓ、Ｘ線検出器１００およびＸ線データ処理装置２００で構成されている。

Ｘ線源２０は、例えば、陰極であるフィラメントから放射された電子束を対陰極であるロータターゲットに衝突させてＸ線を発生させる。Ｘ線源２０から放射されるＸ線の断面形状が円形または矩形のドット状の、いわゆるポイントフォーカスのＸ線ビームである。

ロータターゲットの外周面には、原子番号が互いに異なる複数種類の金属（例えば、ＭｏおよびＣｕ）が設けられている。Ｃｕターゲットに電子が衝突したとき、特性線であるＣｕＫα線（波長１．５４２Å）を含むＸ線が放射され、Ｍｏターゲットに電子が衝突したとき、特性線であるＭｏＫα線（波長０．７１１Å）を含むＸ線が放射される。ロータターゲットから出射されるＸ線には、互いに違ったターゲット素材の特性Ｘ線であるＣｕＫα線およびＭｏＫα線が混在している。

試料Ｓは、試料支持装置により支持されている。試料支持装置は、可動部を持たない単なる支持台や、３軸ゴニオメータや、４軸ゴニオメータ等によって構成される。試料支持装置は、試料Ｓの特性および測定の種類に応じて決められる。Ｘ線検出器１００は、試料Ｓで回折された回折Ｘ線を検出する。Ｘ線データ処理装置２００は、測定された回折Ｘ線のＸ線回折データを処理し、測定結果を表示させる。Ｘ線検出器１００およびＸ線データ処理装置２００の詳細については、後述する。なお、処理対象のＸ線データは回折Ｘ線データでなくてもよいが、Ｘ線データ処理装置２００は、回折Ｘ線データの処理に好適である。

（Ｘ線検出器およびＸ線データ処理装置の構成）
図２は、主にＸ線検出器１００およびＸ線データ処理装置２００の構成を示すブロック図である。Ｘ線検出器１００は、複数のＸ線受光用のピクセル１１０を有しており、例えば２次元半導体検出器である。複数のピクセル１１０は、２次元的にアレイ化されており、規則的に配列されている。なお、検出器は、２次元半導体検出器に限られず、１次元半導体検出器であってもよい。

分別回路１２０は、複数のピクセル１１０の個々に接続されており、さらにはカウンタ部１３０が、分別回路１２０の個々に接続されている。カウンタ読み出し回路１５０は、各カウンタ部１３０に接続されている。

分別回路１２０は、ピクセル１１０のパルス信号をＸ線波長ごとに分別して出力する。カウンタ部１３０は、分別回路１２０によって波長毎に分別された信号のそれぞれの個数を計数する。カウンタ部１３０は、例えば、分別回路１２０によって分別された数のパルス信号をそれぞれカウントできるように分別数と同じ数のカウンタ回路を内蔵する。

カウンタ読み出し回路１５０の出力信号は、Ｘ線データ処理装置２００に通信線を通して伝送される。Ｘ線データ処理装置２００は、例えばパーソナルコンピュータである。パーソナルコンピュータは、例えば、演算制御するためのＣＰＵ、データを記憶するためのメモリ、メモリ内の所定領域に記憶されたシステムソフト、およびメモリ内の他の所定領域に記憶されたアプリケーションプログラムソフト、等によって構成されている。

Ｘ線データ処理装置２００には、ユーザの入力を受け付ける入力部３００としてキーボード等が接続されている。ユーザは、入力部３００を介して測定結果の表示や補正の指示等を行うことができる。また、Ｘ線データ処理装置２００には、ディスプレイやプリンタ等の出力部４００が接続されている。出力部４００は、Ｘ線データ処理装置２００からの指示に従って測定結果を出力する。

また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＸ線検出器１００の構造を示す斜視図および断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器１００は、表面に複数のピクセル１１０を有しており、ピクセル１１０の背面には、読み出しチップ１４０を有している。また、図３（ｃ）に示すように、ピクセル１１０と読み出しチップ１４０とは、バンプボンディング１１３で接続されている。読み出しチップ１４０には、分別回路１２０およびカウンタ部１３０が搭載されている。

図４は、Ｘ線検出器１００の構成を示すブロック図である。複数のピクセル１１０のそれぞれは、主としてシリコン等の半導体によって形成されており、Ｘ線の波長（エネルギー）に応じて生成した電荷をＸ線光子数の積算としてパルス信号を出力する。例えば、ＣｕＫα線のＸ線光子を受けたときに波高Ｖ１のピーク波形を出力し、ＭｏＫα線のＸ線光子を受けたときに波高Ｖ２のピーク波形を出力する。Ｘ線光子のエネルギーはＣｕＫα＜ＭｏＫαなので、Ｖ１＜Ｖ２となる。

分別回路１２０は、波長毎（すなわちエネルギー毎）に異なった波高値で出力される各ピクセル１１０の出力信号を、波長毎に分別して出力する回路である。この分別回路１２０は、信号増幅用のアンプ１２１と、ピーク波形をカウンタ１３１、１３２に適したピーク波形に成形する波形成形回路１２２と、２つのコンパレータ１２３、１２４とを有している。各コンパレータ１２３および１２４の基準参照電圧端子には、それぞれ、電圧ＶａおよびＶｂが印加されている。

電圧ＶａおよびＶｂについてはＶ１＜Ｖａ＜Ｖ２、Ｖｂ＜Ｖ１の関係がある。したがって、コンパレータ１２３は、Ｖａよりも大きい波高Ｖ２の出力信号（ＭｏＫα線）を出力する。一方、コンパレータ１２４は、Ｖｂよりも大きい波高Ｖ１（ＣｕＫα線）およびＶ２（ＭｏＫα線）の両方を出力する。

カウンタ部１３０は、コンパレータ１２３および１２４の個々の出力端子に接続されたカウンタ１３１および１３２を有している。各カウンタ１３１、１３２は、コンパレータ１２３、１２４の出力端子に信号が出力されるたびに、その出力信号をカウントし、所定時間内のカウント数を出力信号として出力する。カウンタ１３１は波高Ｖ２のカウント数を出力し、カウンタ１３２は波高Ｖ１のカウント数と波高Ｖ２のカウント数とを足し算したカウント数を出力する。

カウンタ読み出し回路１５０は、カウンタ１３１のカウント数から波高Ｖ２のカウント数を決定し、カウンタ１３２のカウント数（Ｖ１＋Ｖ２）からカウンタ１３１のカウント数（Ｖ２）を引き算した値から波高Ｖ１のカウント数を演算する。そして、カウンタ読み出し回路１５０は、行列番地（ｉ，ｊ）のピクセル１１０において波高Ｖ１（ＣｕＫα線）が何パルスだけカウントされたか、および波高Ｖ２（ＭｏＫα線）が何パルスだけカウントされたかを出力する。この出力信号は、Ｘ線データ処理装置２００へ伝送される。

このようにして、異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に取得できる。これにより、Ｘ線線源におけるエネルギーの浪費を防止でき、ターゲットの短期間での消耗を防止できる。また、異なった波長のＸ線のそれぞれに基づく測定データを短時間に取得できる。

（チャージシェアリング）
回折Ｘ線の検出時に発生した電荷（電子またはホール）が複数のピクセル１１１にまたがることで低エネルギー側のデータとして検出される。この現象がチャージシェアリングである。Ｘ線検出器１００からＸ線データ処理装置２００に伝送される生データには、チャージシェアリングの影響が生じている。

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれチャージシェアリングが生じない場合と生じる場合のＸ線の検出を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、Ｘ線が単一のピクセル１１０にのみ入射する場合には、チャージシェアリングが生じず、正確な測定が可能である。しかし、図５（ｂ）に示すようにＸ線検出器１００の表面近傍でできた電荷の雲が電極に到達するまでの間に拡がってチャージシェアリングが起こる。２つのピクセル１１０にわたって生じたチャージシェアリングにより、一方のピクセル１１０の検出したピークが低くなり、他方のピクセル１１０にも低いピークが検出されることになる。

次に、測定データ上で比較する。図６は、チャージシェアリングが生じない場合と生じる場合の測定データを示す図である。図７は、チャージシェアリングが生じない場合と生じる場合の測定データ（積分値）を示す図である。実際にＸ線検出器１００から伝送されるデータは、図７のように積分値となっている。

図６、図７のいずれにおいても、チャージシェアリングが生じない理想的な測定データをＰ１、チャージシェアリングが生じる実際の測定データをＰ２で示している。理想的な測定データに比べ実際の測定データの方が、ピーク間のデータがチャージシェアリングの分高くなっている。なお、Ｈ、Ｌは、それぞれ分別回路１２０においてエネルギーを分別するときの高い側の閾値および低い側の閾値を示している。

１ピクセルのサイズよりも十分にＸ線のサイズが小さく、ピクセルの中心付近にのみ入射している場合にはＰ１のプロファイルを描くこととなる。ただし、センサーの厚みによりチャージシェアリングの影響が異なるので、厚さによっても影響がある。

（Ｘ線データ処理装置の構成）
図８は、主にＸ線データ処理装置２００の構成を示すブロック図である。Ｘ線データ処理装置２００は、管理部２１０、チャージシェアリング分算出部２３０、補正部２５０および解析部２７０を備えている。

管理部２１０は、Ｘ線検出器１００で検出され、エネルギーの閾値により分離されたＸ線回折データを受け取り、管理する。例えば、管理部２１０は、ピクセル１１０の番地（ｉ，ｊ）に関連付けて波長毎の回折Ｘ線強度を決定し、その結果のデータを記憶する。管理部２１０は、ユーザの指示に応じて、記憶されたＣｕ線源の回折Ｘ線像とＭｏ線源の回折Ｘ線像の両方の回折像のデータを、出力部４００に表示させることができる。いずれか一方の回折像を表示させることもできるし、両方の像を同時に表示させることもできる。

チャージシェアリング分算出部２３０は、Ｘ線回折データのうちの高エネルギー側にある回折データからチャージシェアリングが生じた検出分を算出する。Ｘ線回折データのうちの高エネルギー側にある回折データから生じたチャージシェアリングが生じた検出分を算出する。その場合には、チャージシェアリング分算出部２３０は、検出器のピクセル毎に、高エネルギー側にあるピークから生じたチャージシェアリングにより検出が想定されるピークを重ね合わせてチャージシェアリングに由来する検出分を算出することが好ましい。これにより、１次関数で評価するより正確にチャージシェアリングによる影響を評価することができる。また、ピクセル形状等によらずにチャージシェアによるＸ線プロファイル形状を再現することができる。なお、チャージシェアリングの評価方法の詳細については後述する。

低エネルギー側にある高エネルギー側の回折データと低エネルギー側にある回折データとの比または差などから、高エネルギー側に関係するチャージシェアリングが生じた検出分を算出してもよい。

図９は、チャージシェアリングが生じる場合の測定データＰ２（積分値）を示す図である。低エネルギー側データについてチャージシェアリング分を含まない特性データＴ１に対してチャージシェアリング分を含む特性データＴ２が傾き（絶対値）の大きい曲線として示されている。また、高エネルギー側データについてもチャージシェアリング分を含まない特性データＲ１に対してチャージシェアリング分を含む特性データＲ２が傾き（絶対値）の大きい曲線として示されている。

同一ピクセルに複数波長のＸ線が入っていた場合、検出値の単純な引き算では低エネルギー側データに含まれる高エネルギー側の回折Ｘ線のカウントＡを算出することはできない。単純に検出値の引き算を行った場合、チャージシェアリングが生じた検出分を含むカウント差Ｂが残った低エネルギー側の回折像となるがこのカウント差Ｂを算出する手段が無い。したがって、同一ピクセル内で複数波長が入射されていた際には低エネルギー側データに含まれる高エネルギー側の回折Ｘ線のカウントＡが算出できないということになる。

このような場合には、高エネルギー側データから低エネルギー側データのカウントＣと低エネルギー側データのカウントＣに含まれる高エネルギー側データのカウントＡとの比や差を求め、低エネルギー側データに含まれる高エネルギー側データのカウントＡを推定することができる。例えば、高エネルギー側データと数式から得られる数値や実測により準備しておいた各ピクセルの特性データから推定できる。

補正部２５０は、Ｘ線回折データのうちの低エネルギー側のデータから算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引き、低エネルギー側の画像を再構成する。これにより、チャージシェアリングが生じた検出分をキャンセルでき、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。その結果、多波長の線源を用いた測定においても解析の精度が単一線源測定時のものと遜色なくなる。

また、補正部２５０は、実測値からチャージシェアリングが生じた検出分を算出し、低エネルギー側の画像を再構成する。これにより、チャージシェアリングが生じた検出分をキャンセルでき、低エネルギー側に残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。そして、複数波長の回折Ｘ線を同時に測定し単一ピクセル内のデータから波長分離できる。

解析部２７０は、Ｘ線検出器１００が検出した回折Ｘ線の平面内での位置と、カウンタ読み出し回路１５０が演算した回折Ｘ線の波長毎の強度カウント値とに基づいて、回折Ｘ線の波長と、回折角度と、強度との関係を演算する。すなわち、Ｘ線データ処理装置２００は、特定の波長のＸ線が何度の回折角度で何カウントの強度で回折したか、を演算する。これにより、回折角度と回折強度との関係を表すプロファイルを回折Ｘ線の波長別に取得でき、さらに出力部４００に表示できる。

（Ｘ線データ処理装置の動作）
上記のように構成されたＸ線データ処理装置２００の動作を説明する。まず、Ｘ線検出器１００で検出され、エネルギーの閾値により分離されたＸ線回折データを受け取る。そして、Ｘ線回折データのうちの高エネルギー側にあるピークから生じたチャージシェアリングが生じた検出分を算出する。次に、Ｘ線回折データのうちの低エネルギー側のデータから算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引く。このようにして、低エネルギー側のデータに残った高エネルギー側のＸ線の残像を除去できる。なお、予め準備した実測値を用いて、回折データのうちの低エネルギー側のデータからチャージシェアリングが生じた検出分を差し引いてもよい。このようにして、算出されたチャージシェアリングが生じた検出分から低エネルギー側のデータを再構成する。

図１０は、各段階における回折像を示す模式図である。分別回路１２０による分別で、２枚の画像が出力される。出力された２枚の画像の差分を取ると、Ｃｕ画像側（低エネルギー側）にはＭｏの回折が残る。しかし、上記のように、チャージシェアリングが生じた検出分を算出し、補正することで残像がなくなる。このように本発明のＸ線データ処理装置は、検出時にチャージシェアリングの影響を排除するのではなく、データにチャージシェアリングが生じることを前提としている。この方法を使用しない限り、高エネルギーの回折と低エネルギーの回折が重なった部分に関しては分離できない。重なっていない回折に関しては、この方法を使用しなくとも分離可能である。なお、上記のようなＸ線データ処理装置２００の動作は、プログラムを実行することで行われる。

（チャージシェアリングが生じた検出分の算出方法）
以下に、チャージシェアリングが生じた検出分の算出方法を説明する。Ｘ線検出器１００は、同時に高エネルギー側の回折データと低エネルギー側の回折データを得ることができる。Ｘ線データ処理装置２００は、得られた低エネルギー側にある高エネルギー側の回折データと低エネルギー側にある回折データとの強度の比または差から、高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出し、Ｘ線回折データを補正する。

なお、低エネルギー側の回折データだけでは、高エネルギー側の回折データであるのか、低エネルギー側の回折データであるのか判断することはできない。そのため、高エネルギー側の回折データを使用して、対象となるピクセルを特定し、対象ピクセルに関して比または差を求める。その結果、チャージシェアリングが生じた検出分を算出できる。

Ｘ線強度の比または差から正確なチャージシェアリングを評価する方法には、例えば式の解が比または差から求められた推定値を通過するように、チャージシェアリングが生じた検出分を想定される回折データとフィッティングする方法が挙げられる。このようにしてチャージシェアリングが生じた検出分を算出することで、正確な評価だけではなく、ピクセル形状等によらずにチャージシェアリングが生じたＸ線プロファイル形状を再現できるという効果も得られる。

一方、予め準備した実測値を用いてチャージシェアリングが生じた検出分を算出する方法を用いてもよい。この場合には、実測値が比または差から求められた推定値を通過するように、チャージシェアリングが生じた検出分を想定される回折データとフィッティングする。

（数式を用いる方法）
上記の数式を用いてチャージシェアリングが生じた検出分を算出する方法について説明する。Ｘ線データ処理装置２００は、高エネルギー側にある回折データからチャージシェアリングが生じた検出分を算出し、Ｘ線回折データを補正している。

このとき、以下の式（１）のように、高エネルギー側にあるピークのエネルギーと対象とするエネルギーとの差の一次関数として評価する方法もある。なお、対象とするエネルギーとは、チャージシェアリングが生じた検出分を算出しようとするエネルギーである。

しかし、チャージシェアリングを評価するためには、式（２）のようにＸ線検出器１００のピクセル毎に、高エネルギー側にある回折データのチャージシェアリングにより検出が想定される回折データを重ね合わせる方法が好ましい。このようにしてチャージシェアリングが生じた検出分を算出することで、正確な評価だけでなく、ピクセル形状等によらずにチャージシェアリングによるＸ線プロファイル形状を再現できるという効果も得られる。

式（１）の方法では、チャージシェアリングを単純な一次関数として扱っているが、式（２）の方法では異なる中心エネルギーを持つピークの重ね合わせとして積分を行っている。対象ピクセルに，Ｅ_csの電荷がもたらされる確率Ｐ_cs（Ｅ_cs）とＸ線が入射した際にＥ_csの電荷をもたらす微小面積△Ｓの積により、ピクセル形状等によらずにチャージシェアリングによる検出分を反映したＸ線プロファイル形状を再現することができる。ある対象ピクセルについて、Ｅ_cs＝０は、全ての電荷が近接ピクセルに捕集される場合に相当し、Ｅ_cs＝Ｅ_peakは，全ての電荷を対象とするピクセルが捕集する場合に相当する。

上記のように、式（２）では、Ｘ線検出器１００のピクセル毎に、Ｘ線検出器１００および高エネルギー側にある回折に応じた結果および確率で、検出が想定される回折が生じるものとして、チャージシェアリングが生じた検出分を算出している。これにより、電荷（電子またはホール）がもたらされる確率を用いてチャージシェアリングによる影響を正確に算出することができる。

図１１は、チャージシェアリングが生じたときの位置とエネルギーとの関係の一例を示すグラフである。図１１では、１ピクセルが１００μｍ（−５０μｍの位置から５０μｍの位置まで）である場合のチャージシェアリングを示している。このようにＸ線検出器１００に応じて１ピクセル毎の電荷がもたらされる確率が変わるが、式（２）ではこのような影響を評価している。

式（２）では、ピークの本来の強度とチャージシェアリングが生じた検出分との和と現実の回折データとをフィッティングすることでチャージシェアリングが生じた検出分を算出する。具体的には、式中の係数Ａ、Ｂ、Ｃをフィッティングにより求めることができる。

図１２は、２つの方法について算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を比較したグラフである。図１２に示すように、測定値Ｑ０は、２つのピーク（Ｍｏ線源、Ｃｕ線源）、チャージシェアリング、電気ノイズを含んだＸ線プロファイル形状を有している。式（１）を用いた方法でＭｏ線源分とそのチャージシェアリング分を評価すると、計算値Ｑ１のようになり、低エネルギー側で測定値との乖離が生じている。一方、式（２）を用いた方法でＭｏ線源分とそのチャージシェアリング分を評価すると、計算値Ｑ２のようになり、低エネルギー側でも測定値Ｑ０と一致している。

（３種類以上の線源を用いる場合）
上記の実施形態では、主にＭｏおよびＣｕの２種類の線源を用いているが、３種類以上の線源を用いても良い。その場合には、チャージシェアリング分算出部２３０は、高エネルギー側にあるピークが２以上ある場合に、検出器のピクセル毎に、高エネルギー側にあるピークのそれぞれから生じたチャージシェアリングにより検出が想定されるピークを重ね合わせ、高エネルギー側にあるピークのすべてについて蓄積される誤差を調整してチャージシェアリングが生じた検出分を算出することが好ましい。これにより、３種類以上の波長の線源による測定結果について、チャージシェアリングを正確に評価することができる。

１０ Ｘ線回折システム
２０ Ｘ線源
１００ Ｘ線検出器
１１０ ピクセル
１１３ バンプボンディング
１２０ 分別回路
１２１ アンプ
１２２ 波形成形回路
１２３、１２４ コンパレータ
１３０ カウンタ部
１３１、１３２ カウンタ
１４０ 読み出しチップ
１５０ カウンタ読み出し回路
２００ Ｘ線データ処理装置
２１０ 管理部
２３０ チャージシェアリング分算出部
２５０ 補正部
２７０ 解析部
３００ 入力部
４００ 出力部
Ｓ 試料
Ｐ１ 理想的な測定値
Ｐ２ 実際の測定値
Ｑ０ 測定値
Ｑ１ 計算値
Ｑ２ 計算値

Claims (8)

1. 多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理装置であって、
   複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理する管理部と、
   前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、補正対象となる前記検出部分における特定の微小面積でチャージシェアが生じるものとして前記低エネルギー側データにおける前記高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出する算出部と、
   前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データから前記算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引いて補正する補正部と、を備えることを特徴とするＸ線データ処理装置。
2. 前記算出部は、前記検出器の検出部分毎に、前記低エネルギー側データに含まれる前記高エネルギー側データと前記低エネルギー側データとの比または差から、チャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴とする請求項１記載のＸ線データ処理装置。
3. 前記算出部は、前記検出器の検出部分毎に、前記検出器および入射Ｘ線波長に応じた確率でチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴とする請求項２記載のＸ線データ処理装置。
4. 前記算出部は、前記検出器の検出部分毎に、予め準備しておいた実測値を用いてチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴とする請求項２記載のＸ線データ処理装置。
5. 前記算出部は、入射Ｘ線エネルギーが３種以上の場合に、累積する誤差について最適化を行うことでチャージシェアリングが生じた検出分を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線データ処理装置。
6. 前記管理部は、Ｍｏ線源およびＣｕ線源で測定され、各線源を分ける閾値により分離されたＸ線回折データを管理し、
   前記チャージシェアリング分算出部は、前記Ｍｏ線源に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出し、
   前記補正部は、前記Ｃｕ線源のＸ線回折データから前記算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引くことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＸ線データ処理装置。
7. 多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理方法であって、
   複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理するステップと、
   前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、補正対象となる前記検出部分における特定の微小面積でチャージシェアが生じるものとして前記低エネルギー側データにおける前記高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出するステップと、
   前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データから前記算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引いて補正するステップと、を含むことを特徴とするＸ線データ処理方法。
8. 多波長のＸ線を同時に測定して得られたＸ線データを処理するＸ線データ処理プログラムであって、
   複数の隣接する検出部分を有する検出器で検出され、エネルギー閾値により分離されたＸ線データを受け取り、管理する処理と、
   前記受け取られたＸ線データのうちの高エネルギー側の閾値によって得られた高エネルギー側データおよび低エネルギー側の閾値によって得られた低エネルギー側データに基づいて、補正対象となる前記検出部分における特定の微小面積でチャージシェアが生じるものとして前記低エネルギー側データにおける前記高エネルギー側Ｘ線に由来するチャージシェアリングが生じた検出分を算出する処理と、
   前記算出された検出分を用いて、前記低エネルギー側データから前記算出されたチャージシェアリングが生じた検出分を差し引いて補正する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とするＸ線データ処理プログラム。