JPH11316199A - 半導体検出器のｘ線スペクトルのピーク強度計算方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体検出器で測定されたＸ線スペクトルのピ
ーク強度を、余分な時間をかけることなく正確に求め
る。 【解決手段】Ｘ線スペクトルＳＰの低エネルギ側の裾野
に現れるテール成分が存在する領域に対して繰り返し平
滑化を行ってテール曲線Ｔａを求め、この曲線Ｔａをテ
ール領域でのバックグラウンドとし、そのテール曲線Ｔ
ａを含んだバックグラウンドＢＧをＸ線スペクトルＳＰ
から差し引くことによってピークのみのスペクトルを求
め、そのピークのみのフィッティングによりピーク強度
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギ分散型蛍
光Ｘ線分析装置（ＥＤＸＲＦ）、ＥＤＸ−ＥＰＭＡ、Ｓ
ＥＭ−ＥＤＸなどに使用される半導体検出器のＸ線スペ
クトルのピーク強度（面積）を計算する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体検出器で測定したＸ線のスペクト
ルは、主に、Ｘ線ピーク、ピークの低エネルギ側の裾野
に現れるテール、バックグラウンドの３つの成分に分け
られる（図３参照）。テール成分は、検出器表面の不感
層での電荷収集の不完全さが原因となって発生する、半
導体検出器特有の成分である。

【０００３】半導体検出器を用いた分析装置では、通
常、データ処理装置を用いてＸ線スペクトルの波形解析
処理（ピーク検出・バックグラウンド推定・テール推定
・ピークフィッティング）を行って統計的ノイズや他の
成分を除き、Ｘ線ピーク強度を算出する。すなわち、バ
ックグラウンドを差し引いたＸ線スペクトルに対してピ
ーク検出を行い、検出したピークに対してピークモデル
（例えばガウス関数）をフィッティングし、その結果か
ら強度を算出する。このような計算法において、テール
成分は、その形状を表す関数を含めたピークモデルでピ
ークと同時にフィッティングして、大きさを推定すると
いった方法が用いられる。しかしながら、計算時間がか
かるため、テール推定を行わないこともしばしばある。

【０００４】なお、バックグラウンドは、Ｘ線スペクト
ル全体に繰り返し平滑化（例えばSavitzky-Golay法）を
行うか、あるいはオペレータらが指定した点数を結ぶな
どの方法で求めるのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ピーク強度
計算法において、ピーク検出の際にテール成分が推定さ
れていないと、テール領域中の本来ノイズであるもの
を、その高さにテール成分を含めてしまうが故に、十分
な大きさを持つとしてピークと判断してしまうという問
題がある。また、本来ピークであるものについても、そ
の高さにテール成分が含まれるので高さが不正確になる
という問題がある。

【０００６】すなわち、図４に示すように、Ｘ線スペク
トルは実際には滑らかではなく、多少の凹凸があり、こ
のためテール成分を推定しないと、ノイズ及びテー
ル領域中のピークの双方とも、本来の高さａ，Ａ（スペ
クトルとテールの差）ではなく、高さｂ，Ｂ（スペクト
ルとバックグラウンドの差；ｂ＞ａ，Ｂ＞Ａ）と評価し
てしまい、ノイズをピークとするというような誤検出が
起こり、またテール領域中のピークの高さが不正確にな
る。その結果として、ピーク強度の計算値が不正確にな
る。

【０００７】一方、テールの推定にテール形状関数を含
めたピークモデルのフィッティングを行うと、図５に示
すように、ピークのみのモデルの場合に比べて、フィッ
ティング領域が広くなるため、変数が多くなって計算時
間が長くなるという問題がある。このためテール推定を
実施しないこともしばしばあるが、その場合は、先に述
べたようにピーク強度の値が不正確になる。

【０００８】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、半導体検出器で測定されたＸ線スペクトルのピ
ーク強度を、余分な時間をかけることなく正確に求める
ことが可能な計算方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のピーク強度計算方法は、Ｘ線スペクトルの
低エネルギ側の裾野に現れるテール成分が存在する領域
に対して繰り返し平滑化を行ってテール曲線を求め、こ
の曲線をテール領域でのバックグラウンドとし、そのテ
ール曲線を含んだバックグラウンドをＸ線スペクトルか
ら差し引くことによってピークのみのスペクトルを求
め、そのピークのみのフィッティングによりピーク強度
を求めることによって特徴づけられる。

【００１０】本発明のピーク強度計算方法によれば、テ
ール成分が存在する領域に対して繰り返し平滑化を行っ
てテール曲線を求め、その曲線をテール成分が存在する
領域のバックグラウンドとして用いているので、テール
領域でのノイズをピークとする誤検出をなくすことがで
きる。またピーク高さを正確に求めることができる。し
かも、テール成分についてフィッティングを行う必要が
なく、ピークについてのフィッティングだけでよいの
で、余分な計算時間をかけることなく、ピーク強度を算
出できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を、以下、図面に
基づいて説明する。

【００１２】まず、本発明を適用するエネルギ分散型蛍
光Ｘ線分析装置の概略構成を、図１を参照しつつ説明す
る。

【００１３】図１のＸ線分析装置は、測定系として試料
室１及び試料台２と、その試料台２に設置された被測定
試料３にＸ線を照射するＸ線管４と、半導体（ＥＤＸ）
検出器５を備え、Ｘ線管４から発した１次Ｘ線によって
被測定試料３を励起し、これにより発生した特性Ｘ線を
半導体検出器５で検出するように構成されている。

【００１４】半導体検出器５からの出力信号は、前置増
幅器６及び比例増幅器（波形整形回路）７で増幅・波形
整形され、さらにＡ／Ｄ変換器８によってデジタル信号
に変換された後、マルチチャンネルアナライザ（ＭＣ
Ａ）９を経てデータ処理装置１０に取り込まれる。デー
タ処理装置１０では、半導体検出器５からの検出信号に
基づいて、被測定試料３のＸ線スペクトル（横軸：チャ
ンネル、縦軸：強度（図２参照））を求め、そのＸ線ス
ペクトルの波形解析処理を行ってピーク強度を算出す
る。そして、求めたピーク強度値を基に被測定試料３の
定性・定量分析を行う。

【００１５】次に、データ処理装置１０での波形解析処
理（バックグラウンド推定・ピーク検出・テール推定・
ピーク強度算出）を、図２を参照しつつ以下に詳しく説
明する。なお、本実施の形態においては、Ｘ線スペクト
ルのピークはガウス関数で近似できるものする。また、
ガウス関数の幅（標準偏差）：σはピーク位置の関数と
して計算できるものとする。

【００１６】まず、測定スペクトルＳＰにスムージング
を施した後、バックグラウンドＢＧを、先に述べた方法
つまりスペクトル全体に繰り返し平滑化を行うか、ある
いはスペクトル上に指定した数点を結ぶなどの方法によ
り求める。

【００１７】次いで、求めたバックグラウンドＢＧを測
定スペクトルＳＰから差し引き、残ったスペクトルに対
してピーク検出を行う。そのピーク検出は、スペクトル
の２次微分（平滑化微分法）を取り、その値がゼロとな
る点をピーク位置とする等の方法で行う。なお、本実施
の形態では、ノイズとピークとを区別するため、ピーク
位置でのバックグラウンドを差し引いたピーク高さが、
しきい値以上であるものをピークとする。

【００１８】次に、テール曲線を下記の〜の処理で
求める。 図２おいて測定スペクトルＳＰのテール領域の始点Ｐ
1 の位置をピーク位置から１０σだけ低エネルギ側の位
置とする。また始点Ｐ1 の高さを、その位置でのバック
グラウンドＢＧの値とする。

【００１９】テール領域の終点Ｐ2 の位置をピーク位
置からσだけ低エネルギ側の位置とする。また、終点Ｐ
2 の高さを、その位置でのバックグラウンドの値と、ピ
ーク位置とピーク高さ・σで定まるガウス関数の高さ
の、終点Ｐ2 の位置での値との和とする。

【００２０】始点Ｐ1 −終点Ｐ2 間の領域（テール領
域）の測定スペクトルに対して繰り返し平滑化を行って
曲線Ｔａ′を求める。ただし、その平滑化処理には、始
点Ｐ1 ・終点Ｐ2 を含めず、その点の高さが変化しない
ような処理とする。

【００２１】平滑化で得られた曲線Ｔａ′には一部ピ
ーク分が含まれているため、において終点高さを求め
たガウス関数分を曲線Ｔａ′から差し引いて、終点Ｐ2
にて滑らかにバックグラウンドに接続するテール曲線Ｔ
ａを得る。なお、始点Ｐ1 ではバックグラウンドＢＧ上
の点を使用しているため、この始点Ｐ1 も滑らかにバッ
クグラウンドに接続している。

【００２２】ここで、ガウス関数が有意な値を取るの
は、ピーク位置から４σ程度のところであるので、テー
ル曲線Ｔａを求める実際の計算は、ピーク位置から４σ
の位置から１σ（終点Ｐ2 ）の位置まででよい。

【００２３】テール曲線Ｔａを始点Ｐ1 −終点Ｐ2 間
のバックグラウンドとする。なお、以上のようなテール
曲線Ｔａを求める処理は、始点Ｐ1 −終点Ｐ2 間に、テ
ール成分が無視できない（一定の大きさ値以上の高さを
持つ）別のピークが存在する場合、そのピークの全てに
ついて行って、ピークとノイズとの区別を正確に行って
おく。

【００２４】そして、本実施の形態においては、以上の
ようにして求めたテール曲線Ｔａを含んだバックグラウ
ンドを用いて、その領域で検出したピーク高さを修正
し、ピーク検出のしきい値と比較し直す。このような処
理により、テール成分を含めたが故にピークと誤認した
ノイズを除くことができる。また、ピークが存在した場
合もテール成分を除いた正確なピーク高さを求めること
ができる。

【００２５】さらに、以上のテール曲線Ｔａとバックグ
ラウンドとを、スムージングを施した測定スペクトルか
ら差し引くことで、ピークのみのスペクトルを求めるこ
とができる。また、このようなテール曲線込みのバック
グラウンドを用いることで、ピークのみのモデルでフィ
ッティングを行うことができる。その結果、正確なピー
ク強度を、余分な時間をかけることなく求めることがで
きる。

【００２６】ここで、以上の実施の形態では、測定スペ
クトルＳＰのテール領域の始点Ｐ1の位置を、ピーク位
置から１０σだけ低エネルギ側の位置としているが、こ
れに限られることなく、そのテール領域の始点Ｐ1 は、
テールピークの影響が小さい領域の任意の点を採用して
もよい。また、テール領域の終点Ｐ2 の位置について
は、ピーク位置から低エネルギ側に０．５σ〜３σの範
囲が適当であるが、上記した実施の形態のように、ピー
ク位置からσだけ低エネルギ側の位置とすることが、よ
り正確なピーク強度を得る上で最も好ましい。

【００２７】なお、以上の実施の形態では、Ｘ線スペク
トルのピークをガウス関数で近似してピーク強度を求め
る計算法に本発明を適用した例を示しているが、本発明
はこれに限定されることなく、他の関数のピークモデル
を用いてピーク強度を求める計算法にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のピーク強
度計算方法によれば、テール成分が存在する領域に対し
て繰り返し平滑化を行ってテール曲線を求め、この曲線
をテール領域でのバックグラウンドとし、そのテール曲
線を含んだバックグラウンドをＸ線スペクトルから差し
引くことによってピークのみのスペクトルを求めてピー
ク強度を得るので、テール領域でのピークとノイズを正
確に判定できるととともに、テール領域に存在するピー
ク高さを正確に求めることができる。その結果、Ｘ線ス
ペクトルのピーク強度を正確に求めることができる。し
かも、テール推定のためにフィッティングを行う必要が
なく、ピークについてのフィッティングのみを行えばよ
いので、正確なピーク強度を余分な計算時間を掛けるこ
となく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するエネルギ分散型蛍光Ｘ線分析
装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明のＸ線スペクトルのピーク強度計算方法
の説明図である。

【図３】半導体検出器で測定したＸ線スペクトルの例を
示す図である。

【図４】従来のピーク強度計算方法の問題点の説明図で
ある。

【図５】他のピーク強度計算方法の問題点の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 試料室 ２ 試料台 ３ 被測定試料 ４ Ｘ線管 ５ 半導体検出器 ６ 前置増幅器 ７ 比例増幅器 ８ Ａ／Ｄ変換器 ９ マルチチャンネルアナライザ １０ データ処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体検出器で測定したＸ線スペクトル
   のピーク強度を計算する方法であってあって、 Ｘ線スペクトルの低エネルギ側の裾野に現れるテール成
   分が存在する領域に対して繰り返し平滑化を行ってテー
   ル曲線を求め、この曲線をテール領域でのバックグラウ
   ンドとし、そのテール曲線を含んだバックグラウンドを
   Ｘ線スペクトルから差し引くことによってピークのみの
   スペクトルを求め、そのピークのみのフィッティングに
   よりピーク強度を求めることを特徴とする、半導体検出
   器のＸ線スペクトルのピーク強度計算方法。