JPWO2012015046A1 - Ｘ線応力測定装置 - Google Patents

Abstract

試料の応力を測定するためのＸ線応力測定装置は、測定する試料の表面に対して所望の角度で傾斜する平面上において、互いの入射するＸ線ビームのなす角度を任意の固定角度としたＸ線ビームを入射する一対のＸ線発生手段（１０、１１、１０’、１１’）、一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビームにより発生する複数のデバイリング（Ｃ、Ｃ’）を検出するためのＸ線センサ部（２０）と、そして、装置の各部に必要な電力を供給する電池（４１０）とを備えており、そして、Ｘ線センサ部は、ただ一個の二次元（エリア）Ｘ線検出器（２０）又は一次元（リニア）Ｘ線検出器（２０’）からなり、かつ、少なくとも一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビーム（Ｘ線、Ｘ’線）により発生する複数のデバイリングが互いに互いに隣接し、又は、交差する位置に配置されており、Ｘ線、Ｘ’線に起因する複数のデバイリングを共通して検出する。

Description

本発明は、Ｘ線を使用して試料の応力を測定するＸ線応力測定装置に関し、特に、比較的小型でかつ軽量に構成することが可能であることから、可搬な装置として実現可能なＸ線応力測定装置に関する。

Ｘ線を利用した各種試料の分析は、試料の分解を伴わず、所謂、非破壊分析として広い分野において採用されており、従来、例えば、以下の特許文献１により、Ｘ線発生装置と二次元（エリア）Ｘ線検出器を搭載した、可搬なハンドヘルド型のＸ線回折計が既に知られている。

一方、回折Ｘ線などの強度を検出するためには、一般に、感光フィルムなどのイメージングプレート（ＩＰ）が利用されてきたが、しかしながら、近年における半導体製造技術の著しい発展に伴い、各種の半導体によるＸ線検出器が開発されている。例えば、以下の特許文献２には、複数のピクセルを具備した光子カウントモード（ＰＣＭ）検出器であって、カドミウム亜鉛テルライド（ＣＺＴ）検出器と、一又は複数の読み出し回路を実装したＡＳＩＣチップとを組み合わせたものが既に開示されている。また、以下の特許文献３には、かかるピクセル（画素）を複数備えた装置において、当該画素により収集される線量をモニタリングする方法やそのためのＸ線検出装置も既に知られている。また、以下の特許文献４によれば、半導体Ｘ線アレイ検出器を利用したＸ線撮像装置も既に知られている。

更には、以下の特許文献４には、検出器のコンパクト化と、そして、複数の単位画素検出器を並べた場合におけるデッドスペースの発生をなくした構造が既に開示されている。

米国特許公開公報２００９／０２７４２７４号 特表２００７−５２４２３４号公報 特表２００７−５２９００４号公報 特開平８−１０２８９０号公報 特開２００３−６６１５１号公報

上述した従来技術、特に、上記特許文献１の可搬なハンドヘルド型のＸ線回折計では、試料により回折されたＸ線のパターン（特に、デバイリング）を検出するために、複数の半導体からなる二次元（エリア）Ｘ線検出器又は一次元（リニア）線検出器を必要とする。しかしならが、現状では、かかる半導体Ｘ線検出器は高価であり、かつ、その関連部品をも合わせると比較的大きくなってしまい、必ずしも、可搬なハンドヘルド型の装置を構成するのに適切な構成とはなっていない。

そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、Ｘ線を使用して試料の応力を測定するＸ線応力測定装置であって、特に、装置の小型化や軽量化に好適な構成を備えており、実際に可搬なハンドヘルド型のＸ線応力測定装置を提供することをその目的とする。

本発明によれば、上記の目的を達成するため、まず、試料の応力を測定するためのＸ線応力測定装置であって、少なくとも、応力を測定する前記試料の表面に対して所望の角度で傾斜する平面上において、互いのＸ線ビームのなす角度を任意の固定角度としたＸ線ビームを入射する一対のＸ線発生手段と、前記一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビームにより発生する複数のデバイリングを検出するためのＸ線センサ部と、そして、前記Ｘ線発生手段及び前記半導体Ｘ線センサ部に電力を供給する電池手段とを備えているものにおいて、前記Ｘ線センサ部は、ただ一個の二次元Ｘ線検出器又は一次元Ｘ線検出器からなり、かつ、前記少なくとも一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビームにより発生する複数のデバイリングが互いに隣接し、又は、交差する位置に配置されているＸ線応力測定装置が提供される。

また、本発明では、前記に記載したＸ線応力測定装置において、前記一対のＸ線発生手段の前記互いのＸ線ビームのなす角度は、２０度〜１７０度の範囲内であることが好ましく、更には、９０度であることが好ましい。そして、前記Ｘ線センサ部は二次元Ｘ線検出器により構成されると共に、更に、前記二次元Ｘ線検出器により検出されるデバイリングにより、当該リングが前記一対のＸ線発生手段の何れから試料に入射したＸ線ビームに起因するものであるかを判定する手段を備えていることが好ましく、更には、前記二次元Ｘ線検出器は、前記一対のＸ線発生手段により挟まれた空間内において、当該一対のＸ線発生手段に対して予め設定された位置及び角度で、固定されていることが好ましい。

また、本発明では、前記に記載したＸ線応力測定装置において、前記Ｘ線センサ部は一次元Ｘ線検出器により構成されると共に、更に、前記一対のＸ線発生手段を、時間上で選択的に駆動するための手段を備えていることが好ましく、更には、前記一次元Ｘ線検出器は、前記一対のＸ線発生手段との間の空間内において、当該一対のＸ線発生手段に対して予め設定された位置及び角度で、固定されていることが好ましい。

加えて、本発明によれば、前記記載したＸ線応力測定装置において、更に、その内部に前記一対のＸ線発生手段と共に、前記Ｘ線センサ部を収納した放射線シールド部材を備えていることが好ましく、その場合、更に、前記放射線シールド部材には、把持部が一体的に取り付けられていることが好ましい。更には、前記把持部に近接した位置に、前記Ｘ線応力測定装置のＸ線応力測定動作を指示するためのトリガーが配置されていることが好ましく、更に、前記把持部には前記電池手段が内蔵されており、かつ、前記電池手段はリチャージャブルバッテリであることが好ましい。そして、前記放射線シールド部材の外部には、前記Ｘ線応力測定装置によるＸ線応力測定の結果を表示する表示部を備えていることが好ましい。

上述した本発明によれば、装置の小型化や軽量化に好適な構成を備えており、そのため、実際に可搬なハンドヘルド型のＸ線応力測定装置を提供することを可能とするという極めて優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態になるＸ線応力測定装置の全体構成を示すため、その一部を透明表示した全体斜視図である。 上記Ｘ線応力測定装置を構成するＸ線センサ部の詳細構造を示す一部拡大斜視図である。 上記Ｘ線応力測定装置を構成するＸ線センサ部を含むＸ線応力測定装置全体の回路構成を示すブロック図である。 上記Ｘ線応力測定装置における半導体Ｘ線センサ部と一対のＸ線管の配置の詳細について説明するための図である。 上記半導体Ｘ線センサ部と一対のＸ線管との配置関係を説明するための図である。 上記半導体Ｘ線センサ部と一対のＸ線管との他の配置関係を説明するための図である。 上記半導体Ｘ線センサ部と一対のＸ線管との更に配置関係を説明するための図である。 上記センサ部の各ピクセルの検出信号からデバイリングが一対のＸ線管の何れに属するかを特定する方法を示す図である。 上記センサ部の各ピクセルの検出信号から一方のＸ線管に属するデバイリングを消去した場合を示す図である。 本発明の他の実施の形態になるＸ線応力測定装置における半導体Ｘ線センサ部と一対のＸ線管との配置を示す斜視図である。 上記実施の形態になるＸ線応力測定装置における一個の高電圧発生部の出力構成を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施の形態になるＸ線応力測定装置について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、添付の図１は、本発明になるＸ線応力測定装置の全体構成を示す。この図において、符号１０、１０’は、当該装置内に設けられた一対の小型のＸ線源であるＸ線管を示しており、各々は、Ｘ線取り出し窓から伸びてＸ線光路を形成するコリメータ１１、１１’を備えている。なお、Ｘ線管１０を構成するターゲット材料としては、例えば、クロミウム、コバルト、鉄、銅、モリブデン、又は、他の金属材料が挙げられる。また、コリメータ１１、１１’の先端部には、上記Ｘ線源からのＸ線ビームを所望の径のビームにするためのスリット１２、１２’が取り付けられている。なお、ここでは図示しないが、例えば、コリメータ１１、１１’の内部にフィルタ材やモノクロメータが配置されており、それ故、上述したＸ線源からは、単色化されたＸ線ビームが得られる。

これら一対のＸ線管、即ち、第１のＸ線管１０及び第２のＸ線管１０’からのＸ線ビーム（それぞれ、Ｘ線、Ｘ’線）は、図からも明らかなように、試料Ｓの表面に対し任意の角度で傾斜する面内において、互いのＸ線ビームのなす角度を任意の固定角度に保って当該試料Ｓの表面に入射される。一対のＸ線ビームがなす任意の固定角度は、２０度〜１７０度の範囲であり、特に、７０度〜１１０度の範囲にすることが好ましい。例えば、互いに９０度の角度を成す方向に向けて当該試料Ｓの表面に入射される。そして、これによれば、図にも示すように、上記一対のＸ線ビームの試料Ｓへの入射により、回折Ｘ線である、即ち、デバイリングＣ、Ｃ’ （回折円錐）が生じる。そして、これら一対のデバイリングＣ、Ｃ’が互いに交差する位置、より具体的には、上記一対のＸ線管１０、１０の間、或いは、上記コリメータ１１、１１の間の空間には、以下にも詳細を述べる半導体からなる二次元（エリア）Ｘ線センサ２０が配置されている。即ち、この二次元（エリア）Ｘ線センサ２０は、上記一対のＸ線管、即ち、第１のＸ線管１０及び第２のＸ線管１０’からのＸ線ビーム（Ｘ線、Ｘ’線）により生じたデバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）のそれぞれの一部を検出するために、共用して使用されている。

また、図１において、符号１３、１３’は、それぞれ、上記した第１のＸ線管１０及び第２のＸ線管１０’に対して高電圧を供給するための高電圧発生部を示している。各々は、ここでは図示しないが、例えば、多数のチップコンデンサやチップダイオードをセラミック基板上に交互に接続した（例えば、コッククロフト・ウヲルトン高圧昇圧整流回路）ものからなり、それぞれ、高電圧ケーブル１４、１４を介してＸ線管１０、１０’に高電圧を供給することによってＸ線ビームを発生させる。また、図中の符号２５は、後にもその詳細を説明するが、上記二次元（エリア）Ｘ線センサ２０により検出された回折Ｘ線の像、即ち、デバイリングＣ、Ｃ’の一部を、電気信号として入力して所定の処理を施して出力するための信号処理部であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種のメモリ等を含んで構成することが出来る。更に、符号２６は、Ｘ線センサ２０からの電気信号を信号処理部２５へ伝達するための信号ケーブルを示している。なお、以上に述べた部品は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）等の重金属を混入した樹脂の成型品により覆われており、もって、放射線シールド１００を構成している。また、ここでは図示しないが、上記放射線シールド１００の内部に小型の気体ポンプを配置し、もって、Ｘ線ビーム（Ｘ線、Ｘ’線）の光路を真空状態に保持することも可能であろう。

更に、図１において、上述した放射線シールド（カバー）１００の背後には、折り畳み可能な表示部（例えば、液晶ディスプレイ装置）３１０を備えた制御部３００が一体に取り付けられている。なお、この制御部３００は、当該Ｘ線応力測定装置の全体を制御するための制御部（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種のメモリ等を含む）３２０や、図示しないが、当該装置の操作に必要な入力部（各種の入力ボタン等）を備え、もって、入力部を構成している。また、表示部３１０には、上記二次元（エリア）Ｘ線センサ２０により得られたデバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）の像や、上記信号処理部２５により得られた測定・分析結果を表示することが出来る。

そして、上述した制御部３００の背後には、更に、上述した装置の各部に必要な電力を供給するための電源部４００と共に、使用者が当該装置を保持した状態で装置にＸ線応力測定動作を指示するためのトリガー（スイッチ）４５０が、把持部４６０に一体に取り付けられている。なお、図の符号４１０は、電源部４００を構成する蓄電池（例えば、リチャージャブルバッテリ）であり、符号４２０は、当該蓄電池４１０の電力を所定の電圧に変換して各部に供給すると共に、商用電源に接続可能なコンセント４３０により交流電力を（図の符号４４０、４４５で示すアダプタを介して）入力して直流電力に変換し、もって、上記蓄電池４１０に蓄電を行うための電力変換部である。

次に、添付の図２には、上記で述べたＸ線センサ部２０の詳細構造の一例が示されている。この図において、符号２１０は、例えば、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、その他の、所謂、半導体Ｘ線センサ部を示しており、図からも明らかなように、例えば、１７２μｍ×１７２μｍの外形略正方形状に形成された多数の（例えば、４８７×４８７個）ピクセル２１１、２１１が形成されている。なお、ここでは図示しないが、各ピクセルの中央部にＸ線検出部を形成すると共に、その一方の面（図の上面側）には、負の電位を印加するバイアス電極をＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明材料（図３の符号２１２）により形成すると共に、他方の面（図の下面側）には、所謂、Ｘ線のエネルギーによって発生する電子を検出するための検出電極（図３の符号２１３）が形成されている。

更に、上述した半導体Ｘ線センサ部２１０の下面には、同様の形状をした所謂、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）からなる読み出し部２２０が設けられている。この読み出し部２２０は、複数の層（本例では、３層）を積み重ねることにより構成されており、各層の間をＳｉ貫通ビア（シリコン製半導体チップの内部に垂直に貫通する電極）などにより電気的に接続することにより、種々の回路が３次元的に構成されている。この読み出し部２２０の下方には、更に、各ピクセルに対応してパッドが多数設けられており、更に、ワイヤボンディングパッドからなる配線部２３０に導かれる。ここでは図示しないが、その内部に設けられた、例えば、パラレル／シリアル変換器、又は、チャネルスイッチ、マルチプレクサ等によりその出力数を低減して、その側壁部に設けられた端子（ケーブル）を介して出力される。

続いて、添付の図３は、上述した半導体Ｘ線センサ部２１０、読み出し部２２０、更には、配線部２３０を備えたＸ線センサ２０、更には、上述した信号処理部２５を含む、Ｘ線応力測定装置全体の回路構成を示す。即ち、図の符号２１１は、上述した透明なＩＴＯからなるバイアス電極を、２１２は、接地電極を、２１３は検出電極を、それぞれ、示している。また、図中の符号２２１は、検出信号を所望の振幅に増幅するための増幅器を、２２２は、増幅された信号の波形を整形するための波形整形回路を、２２３は、上記波形整形回路からの出力を比較参照電圧Ｖ_Ｒｅｆと比較する比較回路を、そして、２２４は、上記比較回路からの出力を計数するための計数回路を、それぞれ示している。加えて、配線部２３０には、上記のワイヤボンディングパッド２３１が設けられている。

即ち、上述した図３からも明らかなように、上記半導体Ｘ線センサ部２１０を構成する多数のＸ線センサ（ピクセル）からの検出信号は、その裏面に配置された読み出し部２２０に導かれ、ＡＳＩＣによりその内部に多数形成された処理回路において所定の処理が施された後、配線部２３０を介して、例えば、ＣＰＵを含んで構成される情報処理装置２５に入力される。情報処理装置２５は、このようにして得られた回折Ｘ線の情報により、以下に述べる応力測定・解析処理を実行し、更には、その結果を、表示部（ディスプレイ装置）３１０上に表示する。また、上述したＸ線センサ２０によれば、各Ｘ線センサ（ピクセル）におけるＸ線の強度を検出することが可能であり、例えば、２^１９＝５２４２８８の階調で強度を表示することが出来る。

続いて、添付の図４により、上述した半導体Ｘ線センサ部２０と一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）の配置について説明する。まず、図４（Ａ）は、一対のＸ線管１０、１０’を横から見た状態を示しており、この図では、当該一対のＸ線管１０、１０’は、試料Ｓの表面に対し、角度αで傾斜する面上で、それぞれ、Ｘ線ビーム及びＸ’線ビームを入射している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の矢印Ｂ方向か見た状態を示しており、第１のＸ線管１０から試料Ｓの表面に入射するビームと、第２のＸ線管１０’から試料Ｓの表面に入射するビームとのなす角度δは、任意の固定角度に設定されている。一対のＸ線管ビームのなす角度δは、２０度〜１７０度程度の範囲において、１つの角度に固定されているが、例えば、９０度に固定しても良い。互いに直角（９０度）となるように設定されている場合には、その結果、図４（Ｂ）に示すように、両Ｘ線ビームの入射により、それぞれのビームを中心として、デバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）が生じる。そして、こられのデバイリングＣ、Ｃ’は、多結晶金属の場合、応力の有無に応じて円錐の角度（π―２θ、π―２θ’）を変化するが、通常、互いに隣接し、又は、交差する位置に形成される（２θ、２θ’＝９６〜１６２度程度）。そこで、この一対のデバイリングＣ、Ｃ’が互いに隣接し、又は、交差する位置に、上述した二次元（エリア）Ｘ線センサ２０が配置されている。即ち、上述した一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）は、半導体Ｘ線センサ部２０に対して予め設定された位置及び角度で配置されており、特に、これらは半導体Ｘ線センサ部２０の中心に対して、互いに対称に配置されていることが好ましいであろう。一対のＸ線ビームのなす角度δが直角（９０度）以外の角度となる様に設定されている場合でも、デバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）の角度は、（π―２θ、π―２θ’）の値であり、δ＝９０度の場合と同一であるので、当該角度δが任意の固定角度の場合でも、本発明は有効である。

即ち、上記一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）を同時に駆動する（Ｘ線とＸ’線を同時に入射する）ことによれば、互いに近接し、又は、交差する位置に形成されるデバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）を、同時に、上記半導体Ｘ線センサ部１０上に検出することが可能となり、そして、これらデバイリングＣ、Ｃ’の半径を、又は、円錐の角度（π―２θ、π―２θ’）を比較することによれば、上記試料Ｓにおける応力の有無をその方向と共に検出することが可能となる。或いは、予め応力のない状態で測定したデバイリングの半径や円錐の角度（π―２θ）と比較することによれば、その大きさを測定することも可能となる。

次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）、図６（Ａ）及び（Ｂ）、図７（Ａ）及び（Ｂ）には、上述した半導体Ｘ線センサ部２０と一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）の種々の配置形態と、それによりセンサ２０上に得られるデバイリングＣ、Ｃ’を示す。即ち、図５（Ａ）は、半導体Ｘ線センサ部２０の両側の中央部に一対のＸ線管１０と１０’を配置して試料表面に向かってＸ線、Ｘ’線を入射するものであり、これによれば、デバイリングＣ、Ｃ’は、それぞれ、半導体Ｘ線センサ部２０の上下の辺に沿って得られることとなる。一方、図６（Ａ）は、半導体Ｘ線センサ部２０の対角線に沿って一対のＸ線管１０と１０’を配置したものであり、この場合には、図６（Ｂ）に示すように、上記対角線と直交する対角線に沿って、それぞれ、デバイリングＣ、Ｃ’が得られる。また、図７（Ａ）に示すように、半導体Ｘ線センサ部２０の一辺に沿って一対のＸ線管１０と１０’を配置した場合には、半導体Ｘ線センサ部２０上には、互いに直行する対角線に沿って、それぞれのデバイリングＣ、Ｃ’が得られることが分かる。

なお、上述したように、半導体Ｘ線センサ部２０と一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）の配置関係、即ち、半導体Ｘ線センサ部２０のＸ線、Ｘ’線に対する傾斜角度やその表面の各ピクセルからの距離などは予め既に設定されていることから、上記半導体Ｘ線センサ部２０上で回折Ｘ線を検知するピクセルの位置（ｘ、ｙ）によれば、デバイリングＣ、Ｃ’の半径、又は、円錐の角度（π―２θ、π―２θ’）を簡単に特定することが出来る。例えば、予め計算により求めておいた複数のデバイリングＣ、Ｃ’に対応するセンサ表面でのピクセル位置をメモリ等に記憶しておき、これを利用することによれば、半導体Ｘ線センサ部２０上で実際に検出された回折Ｘ線から、デバイリングＣ、Ｃ’の半径、又は、円錐の角度（π―２θ、π―２θ’）を、比較的容易に求めることが出来る。

なお、上記半導体Ｘ線センサ部２０の各ピクセルから得られる検出信号を利用して応力を測定する際、当該ピクセルにより検出されたＸ線ビームが、上述した複数のデバイリングＣ、Ｃ’の何れに属するものかを特定することが重要となる。なお、デバイリングの特定については、上述した情報処理装置２５によっても実行することが出来るが、そこで、以下では、デバイリングＣ、Ｃ’が互いに直交している場合におけるデバイリングの特定方法について詳細に説明する。

図８（Ａ）は、上記半導体Ｘ線センサ部２０の表面に多数形成されたピクセルの一部を拡大して示したものである。まず、センサ表面の全体を複数の領域に分割し、当該領域内のピクセルの中で、最も強いＸ線強度を示すピクセル（例えば、二つのデバイリングＣ、Ｃ’が重なり合う点のピクセル等。図の例では、Ｐ_ＭＡＸ）を探し出す。その後、図８（Ｂ）に示すように、この点を中心として、中心から所定の距離＝ｒ（例えば、２０ピクセル程度）だけ離れた周辺部において、次のＸ線強度、例えば、上記最大Ｘ線強度の半分程度のＸ線強度を示すピクセル（Ｐ_１）を探し出し、これらの２点間の中点に垂線を引いて法線方向を求める。その結果、予め計算されるデバイリングの中心が、求めた法線方向に位置するか否か（例えば、許容率１０％程度で）を判定することによって、ピクセルで検出したＸ線ビームが二つのデバイリングＣ、Ｃ’の何れに属するかを決定する。なお、本例では、ピクセルによってデバイリングＣ’を検出した場合の例を示している。なお、上記の手順を、分割して領域について実行し、もって、半導体Ｘ線センサ部２０の表面に形成される全てのデバイスリングについての判定を行う。

以上の結果、上記半導体Ｘ線センサ部２０の表面で検出された複数のデバイリングは、（１）第１のＸ線管１０を中心としたデバイリングＣと、（２）第２のＸ線管１０’を中心としたデバイリングＣ’と、更には、（３）両者のＸ線管１０と１０’に起因する部分と、そして、（４）何れのＸ線管にも関連したい部分とに分類される。そこで、第１のＸ線管１０を中心としたデバイリングＣを解析する場合には、添付の図９（Ａ）にも示すように、センサ部２０表面で検出された複数のデバイリングから、上記（２）〜（４）を除去して、上記（１）デバイリングＣを取り出せばよい。また、第２のＸ線管１０’を中心としたデバイリングＣ’を解析する場合には、添付の図９（Ｂ）にも示すように、センサ部２０表面で検出された複数のデバイリングから、上記（１）と（３）〜（４）を除去して、上記（２）デバイリングＣ’を取り出せばよい。これによれば、その後、通常のＸ線回折解析用のソフトウェアを利用することも可能となる。

更に、以下には、以上に詳述した本発明の一実施例になる可搬なハンドヘルド型のＸ線応力測定装置の変形例について説明する。

まず、図１０には、上記図１に示した実施例において、特に、その半導体Ｘ線センサ部として、上述した二次元（エリア）Ｘ線センサ２０に代えて、一次元のリニアセンサ２０’を採用した構成の一部が示されている。但し、図の他の構成部分についてはほぼ上記と同様であり、ここではその詳細な説明は省略する。なお、この変形例においても、一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）を駆動する（Ｘ線とＸ’線を入射する）ことによれば、互いに近接し、又は、交差する位置に形成されるデバイリングＣ、Ｃ’（回折円錐）を、上記半導体Ｘ線センサ部１０上に検出することが可能となり、そして、これらデバイリングＣ、Ｃ’の半径を測定することにより、応力を測定することが可能となる。

なお、上記の構成、即ち、半導体Ｘ線センサ部を、二次元（エリア）Ｘ線センサ２０に代えて、一次元（リニアセンサ）２０’を採用することにより構成することによれば、装置の更なる小型化や軽量化が可能となる。しかしながら、上述したように、半導体Ｘ線センサ部２０の各ピクセルから得られる検出信号を利用して応力を測定する際、当該ピクセルにより検出されたＸ線ビームが、上述した複数のデバイリングＣ、Ｃ’の何れに属するものかを特定することが重要となる。

そこで、この変形例では、添付の図１１に示すように、一個の高電圧発生部１３の出力端子１３１にスイッチ１３２を取り付ける。そして、一個の高電圧発生部１３からの高電圧を、その出力端子１３１に取り付けたスイッチ１３２により切り替えることにより、高電圧ケーブル１４、１４を介して、第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’へ、順次、供給する。なお、このスイッチ１３２の切り換えは、例えば、上記トリガー（スイッチ）４５０の押下に応動し、制御部３２０がそのクロック信号を利用することによって制御される。このことによれば、第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’は、それぞれ異なる時間帯でＸ線ビームを発生することから、一次元（リニアセンサ）２０’は、それぞれなる時間帯で、複数のデバイリングＣ、Ｃ’を選択的に測定することが可能になる。即ち、半導体Ｘ線センサ部として一次元（リニアセンサ）２０’を採用しても、複数のデバイリングＣ、Ｃ’の何れに（即ち、第１のＸ線管１０からのＸ線、又は、第２のＸ線管１０’からのＸ’線に属するものかを、確実に特定して計測することが可能となる。更には、装置内に設ける高電圧発生部１３の数は一個でよいことから、特に、装置の小型化や軽量化に好適である。

以上に詳細に説明したように、本発明によれば、その関連部品をも合わせると比較的大きくなってしまう二次元（エリア）Ｘ線検出器又は一次元（リニア）線検出器を有効に利用することにより装置の小型化や軽量化を可能とし、もって、実際に可搬なハンドヘルド型のＸ線応力測定装置を提供することを可能とするという優れた効果を発揮する。

また、以上に述べた実施例では、例えば、デバイリングＣ、Ｃ’の一部を、電気信号として入力して所定の処理を施して出力するための信号処理部２５は、上記放射線シールド１００の内部に取り付けられるものとして説明したが、しかしながら、本発明ではこれに限定されることなく、その外部に配置することも可能であろう。また、上記放射線シールド１００が試料Ｓの表面と接触することとなるその先端部には、試料表面に対する傾斜角度αを自在に設定することが出来、更には、シールド内部の機密性を確保するために、例えば、ゴム等の弾性部材により形成した開口部を取り付けることも可能であろう。加えて、図示しないが、上記放射線シールド１００の内部には、更に、試料の表面を照明する光源と共に、当該表面と撮像するための撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）を取り付けることによれば、当該撮像手段により取り込んだ試料表面の映像を上記表示部（例えば、液晶ディスプレイ装置）３１０上に映し出すことも出来る。なお、その他の構成部品についても、同様に、その本来の機能を達成する限りにおいて、適宜、変更を施すことも可能であろう。

１０、１０’…Ｘ線管、１１、１１’…コリメータ、１２、１２’…スリット、２０…半導体センサ部（二次元（エリア）Ｘ線センサ）、２０’…一次元（エリア）Ｘ線センサ）、１３、１３’…高電圧発生部、２５…信号処理部、３１０…表示部、４００…電源部、４１０…蓄電池（リチャージャブルバッテリ）、４５０…トリガー（スイッチ）、４６０…把持部、Ｃ、Ｃ’…デバイリング、Ｓ…試料。

まず、添付の図１は、本発明になるＸ線応力測定装置の全体構成を示す。この図において、符号１０、１０’は、当該装置内に設けられた一対の小型のＸ線源であるＸ線管を示しており、各々は、Ｘ線取り出し窓から伸びてＸ線光路を形成するコリメータ１１、１１’を備えている。なお、Ｘ線管１０、１０’を構成するターゲット材料としては、例えば、クロミウム、コバルト、鉄、銅、モリブデン、又は、他の金属材料が挙げられる。また、コリメータ１１、１１’の先端部には、上記Ｘ線源からのＸ線ビームを所望の径のビームにするためのスリット１２、１２’が取り付けられている。なお、ここでは図示しないが、例えば、コリメータ１１、１１’の内部にフィルタ材やモノクロメータが配置されており、それ故、上述したＸ線源からは、単色化されたＸ線ビームが得られる。

また、図１において、符号１３、１３’は、それぞれ、上記した第１のＸ線管１０及び第２のＸ線管１０’に対して高電圧を供給するための高電圧発生部を示している。各々は、ここでは図示しないが、例えば、多数のチップコンデンサやチップダイオードをセラミック基板上に交互に接続した（例えば、コッククロフト・ウヲルトン高圧昇圧整流回路）ものからなり、それぞれ、高電圧ケーブル１４、１４を介してＸ線管１０、１０’に高電圧を供給することによってＸ線ビームを発生させる。また、図中の符号２５は、後にもその詳細を説明するが、上記二次元（エリア）Ｘ線センサ２０により検出された回折Ｘ線の像、即ち、デバイリングＣ、Ｃ’の一部を、電気信号として入力して所定の処理を施して出力するための信号処理部であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種のメモリ等を含んで構成することが出来る。更に、符号２６は、Ｘ線センサ２０からの電気信号を信号処理部２５へ伝達するための信号ケーブルを示している。なお、以上に述べた部品は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）等の重金属を混入した樹脂の成型品により覆われており、もって、放射線シールド１００を構成している。また、ここでは図示しないが、上記放射線シールド１００の内部に小型の気体ポンプ（吸着ポンプ又は真空ポンプ）を配置し、もって、Ｘ線ビーム（Ｘ線、Ｘ’線）の光路を真空状態に保持することも可能であろう。

次に、添付の図２には、上記で述べたＸ線センサ部２０の詳細構造の一例が示されている。この図において、符号２１０は、例えば、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、その他の、所謂、半導体Ｘ線センサ部を示しており、図からも明らかなように、例えば、１７２μｍ×１７２μｍの外形略正方形状に形成された多数の（例えば、４８７×４８７個）ピクセル２１１、２１１が形成されている。なお、ここでは図示しないが、各ピクセルの中央部にＸ線検出部を形成すると共に、その一方の面（図の上面側）には、負の電位を印加するバイアス電極をＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明材料（図３の符号２１４）により形成すると共に、他方の面（図の下面側）には、所謂、Ｘ線のエネルギーによって発生する電子を検出するための検出電極（図３の符号２１３）が形成されている。

続いて、添付の図３は、上述した半導体Ｘ線センサ部２１０、読み出し部２２０、更には、配線部２３０を備えたＸ線センサ２０、更には、上述した信号処理部２５を含む、Ｘ線応力測定装置全体の回路構成を示す。即ち、図の符号２１１は、上述した透明なＩＴＯからなるバイアス電極を、２１４は、接地電極を、２１３は検出電極を、それぞれ、示している。また、図中の符号２２１は、検出信号を所望の振幅に増幅するための増幅器を、２２２は、増幅された信号の波形を整形するための波形整形回路を、２２３は、上記波形整形回路からの出力を比較参照電圧Ｖ_Ｒｅｆと比較する比較回路を、そして、２２４は、上記比較回路からの出力を計数するための計数回路を、それぞれ示している。加えて、配線部２３０には、上記のワイヤボンディングパッド２３１が設けられている。

次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）、図６（Ａ）及び（Ｂ）、図７（Ａ）及び（Ｂ）には、上述した半導体Ｘ線センサ部２０と一対のＸ線管（第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’）の種々の配置形態と、それによりセンサ２０上に得られるデバイリングＣ、Ｃ’を示す。即ち、図５（Ａ）は、半導体Ｘ線センサ部２０の両側の中央部に一対のＸ線管１０と１０’を配置して試料表面に向かってＸ線、Ｘ’線を入射するものであり、これによれば、デバイリングＣ、Ｃ’は、それぞれ、半導体Ｘ線センサ部２０の上下の辺に沿って得られることとなる。一方、図６（Ａ）は、半導体Ｘ線センサ部２０の対角線に沿って一対のＸ線管１０と１０’を配置したものであり、この場合には、図６（Ａ）に示すように、上記対角線と直交する対角線に沿って、それぞれ、デバイリングＣ、Ｃ’が得られる。また、図７（Ａ）に示すように、半導体Ｘ線センサ部２０の一辺に沿って一対のＸ線管１０と１０’を配置した場合には、半導体Ｘ線センサ部２０上には、互いに直行する対角線に沿って、それぞれのデバイリングＣ、Ｃ’が得られることが分かる。

そこで、この変形例では、添付の図１１に示すように、一個の高電圧発生部１３の出力端子１３１にスイッチ１３２を取り付ける。そして、一個の高電圧発生部１３からの高電圧を、その出力端子１３１に取り付けたスイッチ１３２により切り替えることにより、高電圧ケーブル１４、１４’を介して、第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’へ、順次、供給する。なお、このスイッチ１３２の切り換えは、例えば、上記トリガー（スイッチ）４５０の押下に応動し、制御部３２０がそのクロック信号を利用することによって制御される。このことによれば、第１のＸ線管１０と第２のＸ線管１０’は、それぞれ異なる時間帯でＸ線ビームを発生することから、一次元（リニアセンサ）２０’は、それぞれなる時間帯で、複数のデバイリングＣ、Ｃ’を選択的に測定することが可能になる。即ち、半導体Ｘ線センサ部として一次元（リニアセンサ）２０’を採用しても、複数のデバイリングＣ、Ｃ’の何れに（即ち、第１のＸ線管１０からのＸ線、又は、第２のＸ線管１０’からのＸ’線に属するものかを、確実に特定して計測することが可能となる。更には、装置内に設ける高電圧発生部１３の数は一個でよいことから、特に、装置の小型化や軽量化に好適である。

１０、１０’…Ｘ線管、１１、１１’…コリメータ、１２、１２’…スリット、２０…半導体センサ部（二次元（エリア）Ｘ線センサ）、２０’…一次元（リニア）Ｘ線センサ）、１３、１３’…高電圧発生部、２５…信号処理部、３１０…表示部、４００…電源部、４１０…蓄電池（リチャージャブルバッテリ）、４５０…トリガー（スイッチ）、４６０…把持部、Ｃ、Ｃ’…デバイリング、Ｓ…試料。

Claims (12)

1. 試料の応力を測定するためのＸ線応力測定装置であって、少なくとも、
   応力を測定する前記試料の表面に対して所望の角度で傾斜する平面上において、互いのＸ線ビームのなす角度を任意の固定角度としたＸ線ビームを入射する一対のＸ線発生手段と、
   前記一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビームにより発生する複数のデバイリングを検出するためのＸ線センサ部と、そして、
   前記Ｘ線発生手段及び前記半導体Ｘ線センサ部に電力を供給する電池手段とを備えているものにおいて、
   前記Ｘ線センサ部は、ただ一個の二次元Ｘ線検出器又は一次元Ｘ線検出器からなり、かつ、前記少なくとも一対のＸ線発生手段からの入射Ｘ線ビームにより発生する複数のデバイリングが互いに隣接し、又は、交差する位置に配置されていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
2. 前記請求項１に記載したＸ線応力測定装置において、前記一対のＸ線発生手段の前記互いのＸ線ビームのなす角度は、２０度〜１７０度の範囲内であることを特徴とするＸ線応力測定装置。
3. 前記請求項２に記載したＸ線応力測定装置において、前記一対のＸ線発生手段の前記互いのＸ線ビームのなす角度は、９０度であることを特徴とするＸ線応力測定装置。
4. 前記請求項１に記載したＸ線応力測定装置において、前記Ｘ線センサ部は二次元Ｘ線検出器により構成されると共に、更に、前記二次元Ｘ線検出器により検出されるデバイリングにより、当該リングが前記一対のＸ線発生手段の何れから試料に入射したＸ線ビームに起因するものであるかを判定する手段を備えていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
5. 前記請求項４に記載したＸ線応力測定装置において、前記二次元Ｘ線検出器は、前記一対のＸ線発生手段により挟まれた空間内において、当該一対のＸ線発生手段に対して予め設定された位置及び角度で、固定されていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
6. 前記請求項１に記載したＸ線応力測定装置において、前記Ｘ線センサ部は一次元Ｘ線検出器により構成されると共に、更に、前記一対のＸ線発生手段を、時間上で選択的に駆動するための手段を備えていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
7. 前記請求項６に記載したＸ線応力測定装置において、前記一次元Ｘ線検出器は、前記一対のＸ線発生手段との間の空間内において、当該一対のＸ線発生手段に対して予め設定された位置及び角度で、固定されていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
8. 前記請求項１に記載したＸ線応力測定装置において、更に、その内部に前記一対のＸ線発生手段と共に、前記Ｘ線センサ部を収納した放射線シールド部材を備えていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
9. 前記請求項８に記載したＸ線応力測定装置において、更に、前記放射線シールド部材には、把持部が一体的に取り付けられていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
10. 前記請求項９に記載したＸ線応力測定装置において、更に、前記把持部に近接した位置に、前記Ｘ線応力測定装置のＸ線応力測定動作を指示するためのトリガーが配置されていることを特徴とするＸ線応力測定装置。
11. 前記請求項９に記載したＸ線応力測定装置において、更に、前記把持部には前記電池手段が内蔵されており、かつ、前記電池手段はリチャージャブルバッテリであることを特徴とするＸ線応力測定装置。
12. 前記請求項８に記載したＸ線応力測定装置において、更に、前記放射線シールド部材の外部には、前記Ｘ線応力測定装置によるＸ線応力測定の結果を表示する表示部を備えていることを特徴とするＸ線応力測定装置。

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