JPWO2020059439A1 - 元素検出方法、元素検出装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

試料のごく一部に含まれている元素についても容易に検出することができる元素検出方法、元素検出装置、及びコンピュータプログラムを提供する。
放射線による試料の走査を行い、走査が行われた試料上の走査領域から発生した放射線を検出し、走査領域に含まれる複数の点の夫々から発生した放射線のスペクトルを生成し、試料に含まれる元素の検出を行う元素検出方法において、複数の点の夫々にスペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成し、走査領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を走査領域から抽出する抽出処理と、各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成処理と、各小領域について生成した合成スペクトルに基づいて、試料に含まれる元素を検出する元素検出処理とを行い、各小領域の広さを変化させて、抽出処理、合成処理及び元素検出処理を繰り返す。

Description

本発明は、試料を放射線で走査し、試料から発生した放射線を検出し、放射線の検出結果に基づいて元素の検出を行う元素検出方法、元素検出装置、及びコンピュータプログラムに関する。

試料へ放射線を照射し、試料から発生した放射線を検出し、試料に含まれる元素を検出することができる。例えば、試料へＸ線を照射し、試料から発生した蛍光Ｘ線を検出し、元素の検出を行う蛍光Ｘ線分析がある。電子線等のＸ線以外の放射線を試料へ照射する方法もあり、試料から発生する可視光又は赤外光等のＸ線以外の放射線を検出する方法もある。更に、試料を放射線で走査し、試料上の各点から発生した放射線を検出し、放射線のスペクトルに基づいて元素を検出し、試料上の元素の分布を取得することが行われる。特許文献１には、元素検出方法の例が開示されている。

特表２００９−５４４９８０号公報

従来、試料上の元素の分布を取得する際には、試料上の複数の点から発生した放射線のスペクトルを加算又は平均した合成スペクトルを生成し、合成スペクトルに基づいて元素を検出している。しかしながら、試料のごく一部に含まれている元素に起因するピークは、試料の全体に含まれている元素に起因するピークに比べて、合成スペクトルの中で相対的に小さくなる。このため、試料のごく一部に含まれている元素については、合成スペクトルに基づいて検出することが困難である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、試料のごく一部に含まれている元素についても容易に検出することができる元素検出方法、元素検出装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。

本発明に係る元素検出方法は、放射線による試料の走査を行い、前記走査が行われた前記試料上の走査領域から発生した放射線を検出し、前記走査領域に含まれる複数の点の夫々から発生した放射線のスペクトルを生成し、前記試料に含まれる元素の検出を行う元素検出方法において、前記複数の点の夫々に前記スペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成し、前記走査領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を前記走査領域から抽出する抽出処理と、各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成処理と、各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出処理とを行い、各小領域の広さを変化させて、前記抽出処理、前記合成処理及び前記元素検出処理を繰り返すことを特徴とする。

本発明においては、放射線で試料を走査し、試料上の走査領域に含まれる複数の点の夫々に放射線のスペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成する。走査領域から１以上の小領域を抽出し、各小領域に含まれる点に関連付けられたスペクトルを合成した合成スペクトルを生成し、合成スペクトルに基づいて元素を検出する。各小領域の広さを変化させて、小領域の抽出から元素の検出までの処理を繰り返す。小領域の広さが大きい場合の処理により、試料中に広く分布する元素が検出される。小領域の広さが小さい場合の処理により、試料のごく一部に含まれている元素が検出される。

本発明に係る元素検出方法は、前記元素検出処理では、前記小領域の広さを変化させる前の前記元素検出処理で検出された元素は前記試料に含まれているものとして、各元素の有無を判定することを特徴とする。

本発明においては、各小領域の広さを変化させて処理を繰り返す際に、小領域の広さが変化する前の処理において検出された元素は既に検出されたものとして、新たな元素の検出を行う。これにより、元素の不検出数を減少させ、試料に含まれる元素を確実に検出することができる。

本発明に係る元素検出方法は、前記元素検出処理では、各小領域について生成した前記合成スペクトルに含まれるピークの位置に基づいて、前記試料の各小領域に対応する部分に複数の元素の夫々が含まれる確からしさを表す得点を計算し、前記得点と所定の閾値との比較に基づいて各元素の有無を判定することにより、前記試料に含まれる元素を検出することを特徴とする。

本発明においては、合成スペクトル中のピークの位置に基づいて、夫々の元素が含まれる確からしさを表す得点を計算し、得点と閾値との比較に基づいて元素を検出する。合成スペクトル中のピークの位置と元素に固有のピークの位置との比較により得点が計算され、試料に含まれる確からしさがある程度高い元素が試料に含まれていると判定される。

本発明に係る元素検出方法は、各小領域について前記合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数に応じて前記閾値を変更することを特徴とする。

本発明においては、小領域について合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数に応じて、元素検出のための閾値を変更する。例えば、合成されるスペクトルの数が小さくなるほど、閾値を小さくする。閾値を固定した場合に比べて、誤って検出される元素の数が抑制される。

本発明に係る元素検出方法は、前記元素検出処理では、前記得点が前記閾値を超過する元素が前記試料に含まれていると判定し、前記合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数が小さいほど前記閾値を小さくすることを特徴とする。

本発明においては、元素についての得点が閾値を超過する場合にその元素を検出したとする。また、合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数が小さくなるほど、閾値を小さくする。閾値を固定した場合に比べて、誤って検出される元素の数が抑制される。

本発明に係る元素検出方法は、前記元素検出処理により検出した元素の夫々について元素分布を生成することを特徴とする。

本発明においては、検出した元素の分布を生成する。試料のごく一部に含まれている元素についても元素分布が得られる。

本発明に係る元素検出装置は、放射線による試料の走査を行う走査部と、前記走査が行われた前記試料上の走査領域から発生した放射線を検出する放射線検出部と、前記走査領域に含まれる複数の点の夫々から発生した放射線のスペクトルを生成するスペクトル生成部と、前記試料に含まれる元素を検出するための処理を行う分析部とを備える元素検出装置において、前記分析部は、前記複数の点の夫々に前記スペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成し、前記走査領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を前記走査領域から抽出する抽出処理と、各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成処理と、各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出処理とを行い、各小領域の広さを変化させて、前記抽出処理、前記合成処理及び前記元素検出処理を繰り返すことを特徴とする。

本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、試料上の複数の点の夫々に各点から発生した放射線のスペクトルが関連付けられたスペクトル分布に基づいて、前記試料に含まれる元素の検出を行わせるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、前記試料上の前記複数の点が含まれる領域から、該領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を抽出する抽出ステップと、各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成ステップと、各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出ステップと、各小領域の広さを変化させて、前記抽出ステップ、前記合成ステップ及び前記元素検出ステップを繰り返すステップとを含む処理を実行させることを特徴とする。

本発明においては、放射線で走査された試料上の複数の点の夫々に各点から発生した放射線のスペクトルを関連付けたスペクトル分布に基づいて、試料に含まれる元素を検出する。試料上の複数の点が含まれる領域から１以上の小領域を抽出し、各小領域に含まれる点に関連付けられたスペクトルを合成した合成スペクトルを生成し、合成スペクトルに基づいて元素を検出する。各小領域の広さを変化させて、小領域の抽出から元素の検出までの処理を繰り返す。小領域の広さが大きい場合の処理により、試料中に広く分布する元素が検出される。小領域の広さが小さい場合の処理により、試料のごく一部に含まれている元素が検出される。

試料中に広く分布する元素を検出するとともに、試料のごく一部に含まれている元素についても容易に検出することができる等、本発明は優れた効果を奏する。

元素検出装置の構成を示すブロック図である。 分析部の内部構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る元素検出装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 蛍光Ｘ線のスペクトルの例を示す特性図である。 小領域に含まれる試料上の点の数が多い場合の合成スペクトルの例を示す特性図である。 小領域に含まれる試料上の点の数が少ない場合の合成スペクトルの例を示す特性図である。 合成スペクトルを用いて元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。 合成スペクトルを用いて元素を検出した一例における誤検出数を示すグラフである。 実施形態１に係る元素検出方法により元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。 実施形態２に係る元素検出装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態１及び２に係る元素検出方法により元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。 実施形態１及び２に係る元素検出方法により元素を検出した一例における誤検出数を示すグラフである。 実施形態３に係る元素検出装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、元素検出装置１０の構成を示すブロック図である。元素検出装置１０は、蛍光Ｘ線分析装置である。元素検出装置１０は、Ｘ線を照射する照射部２１と、試料４が載置される試料台２３と、Ｘ線を検出するＸ線検出器２２とを備えている。照射部２１は、例えばＸ線管を用いて構成されている。照射部２１は、Ｘ線を放射し、放射されたＸ線は、試料台２３に載置された試料４へ照射される。

Ｘ線を照射された試料４からは、蛍光Ｘ線が発生する。Ｘ線検出器２２は、試料４から発生した蛍光Ｘ線を検出する。Ｘ線検出器２２は放射線検出部に対応する。図中には、照射部２１が試料４へ照射するＸ線を実線矢印で示し、蛍光Ｘ線を破線矢印で示している。Ｘ線検出器２２は、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した信号を出力する。照射部２１及びＸ線検出器２２の少なくとも一部は、内部が減圧される容器内に配置されていてもよい。元素検出装置１０は、試料台２３に載置させる方法以外の方法で試料４を保持する形態であってもよい。

Ｘ線検出器２２には、出力した信号を処理する信号処理部３２が接続されている。信号処理部３２は、Ｘ線検出器２２が出力したパルス信号の波高を検出することにより、Ｘ線検出器２２が検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに対応する信号値を検出する。信号処理部３２は、分析部１に接続されている。信号処理部３２は、検出した信号値を示すデータを分析部１へ出力する。分析部１は、信号処理部３２からのデータに基づいて、各値の信号をカウントし、蛍光Ｘ線のエネルギーとカウント数との関係、即ち蛍光Ｘ線のスペクトルを生成する処理を行う。信号処理部３２及び分析部１は、スペクトル生成部に対応する。また、分析部１は、スペクトルに基づいて、試料４に含まれる元素の検出を行う。なお、信号処理部３２が蛍光Ｘ線のスペクトルを生成してもよい。

試料台２３には、試料台２３を移動させる駆動部３３が連結されている。駆動部３３は、例えば、ステッピングモータを用いて構成されている。駆動部３３は、試料台２３を水平面方向に移動させる。

照射部２１、信号処理部３２、駆動部３３及び分析部１は、制御部３１に接続されている。制御部３１は、照射部２１、信号処理部３２、駆動部３３及び分析部１の動作を制御する。制御部３１は、使用者の操作を受け付け、受け付けた操作に応じて元素検出装置１０の各部を制御する構成であってもよい。また、制御部３１及び分析部１は同一のコンピュータで構成されていてもよい。

制御部３１は、照射部２１に試料４へＸ線を照射させ、駆動部３３の動作を制御して、試料台２３を水平面方向に移動させる。試料台２３の移動によって試料４が移動し、試料４上のＸ線が照射される位置が順次変更される。このようにして、元素検出装置１０は、Ｘ線で試料４を走査する。照射部２１、駆動部３３及び制御部３１は、走査部に対応する。Ｘ線による走査が行われる試料４上の領域を走査領域とする。

Ｘ線で試料４の走査を行うことにより、試料４上の走査領域内の夫々の点にＸ線が順次照射される。Ｘ線による走査に伴い、試料４上でＸ線を照射された点から発生した蛍光Ｘ線がＸ線検出器２２で順次検出される。信号処理部３２は、順次信号処理を行い、分析部１は、走査領域内の複数の点の夫々で発生した蛍光Ｘ線のスペクトルを順次生成する。

図２は、分析部１の内部構成例を示すブロック図である。分析部１は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成されたデータ処理装置である。分析部１は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit ）１１と、演算に伴って発生する一時的なデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）１２と、光ディスク等の記録媒体１００から情報を読み取るドライブ部１３と、不揮発性の記憶部１４とを備えている。記憶部１４は例えばハードディスクである。ＣＰＵ１１は、記録媒体１００からコンピュータプログラム１４１をドライブ部１３に読み取らせ、読み取ったコンピュータプログラム１４１を記憶部１４に記憶させる。ＣＰＵ１１は、必要に応じてコンピュータプログラム１４１を記憶部１４からＲＡＭ１２へロードし、ロードしたコンピュータプログラム１４１に従って分析部１に必要な処理を実行する。

なお、コンピュータプログラム１４１は、図示しない通信ネットワークを介して分析部１に接続された図示しない外部のサーバ装置から分析部１へダウンロードされて記憶部１４に記憶されてもよい。また分析部１は、外部からコンピュータプログラム１４１を受け付けるのではなく、コンピュータプログラム１４１を記録したＲＯＭ等の記録手段を内部に備えた形態であってもよい。

また、分析部１は、使用者が操作することによる各種の処理指示等の情報が入力されるキーボード又はポインティングデバイス等の入力部１５と、各種の情報を表示する液晶ディスプレイ等の表示部１６とを備えている。また、分析部１は、制御部３１及び信号処理部３２が接続されたインタフェース部１７を備えている。分析部１は、信号処理部３２から出力されたデータをインタフェース部１７で受け付ける。分析部１は、生成した蛍光Ｘ線のスペクトルを表すデータを記憶部１４に記憶する。また、制御部３１は、駆動部３３を制御する制御信号に基づいて、試料４上でＸ線を照射された点の位置を示す情報を生成し、分析部１へ出力する。分析部１は、制御部３１から出力された情報をインタフェース部１７で受け付け、記憶部１４に記憶する。

図３は、実施形態１に係る元素検出装置１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップをＳと略す。元素検出装置１０は、Ｘ線で試料４の走査を行う（Ｓ１０１）。このとき、Ｘ線検出器２２は、試料４上でＸ線を照射された複数の点の夫々から発生した蛍光Ｘ線を順次検出し、信号処理部３２は順次信号処理を行い、分析部１は蛍光Ｘ線のスペクトルを順次生成する。分析部１は、各点から発生した蛍光Ｘ線のスペクトルのデータ、及び試料４上でＸ線を照射された点の位置を示す情報を記憶部１４に記憶する。分析部１のＣＰＵ１１は、以下の処理をコンピュータプログラム１４１に従って実行する。ＣＰＵ１１は、記憶部１４に記憶した蛍光Ｘ線のスペクトルのデータ及びＸ線を照射された点の位置を示す情報に基づいて、試料４上の走査領域内の夫々の点と、夫々の点で発生した蛍光Ｘ線のスペクトルとを関連付けたスペクトル分布を生成する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ１１は、スペクトル分布を表すデータを記憶部１４に記憶させる。

ＣＰＵ１１は、次に、Ｘ線を照射された試料４上の複数の点からなる走査領域から１以上の数の小領域を抽出する（Ｓ１０３）。小領域は、走査領域内に含まれており、走査領域の広さ以下の広さを有する領域である。例えば、ＣＰＵ１１は、小領域がマトリクス状に並ぶように走査領域を分割することにより、複数の小領域を抽出する。走査領域を分割する場合は、小領域は重なることは無く、試料４上の一つの点が複数の小領域に含まれることは無い。Ｓ１０３では、ＣＰＵ１１は、走査領域に含まれる各点の位置を示す情報を小領域別に分類する。スペクトル分布において各点に関連付けられたスペクトルも、点の位置に応じて分類される。また、ＣＰＵ１１は、各小領域に同じ数の点が含まれるように小領域の抽出を行う。例えば、走査領域に２５６×２５６の数の点が含まれ、走査領域が四つの小領域に分割される場合は、各小領域には１２８×１２８の数の点が含まれ、１２８×１２８の数のスペクトルが関連付けられている。Ｓ１０３の処理は、抽出処理及び抽出ステップに対応する。

ＣＰＵ１１は、次に、小領域別に蛍光Ｘ線のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４では、ＣＰＵ１１は、各小領域に含まれた複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを加算又は平均することにより、合成スペクトルを生成する。例えば、走査領域に２５６×２５６の数の点が含まれ、走査領域が四つの小領域に分割される場合は、小領域毎に、１２８×１２８の数のスペクトルが加算又は平均され、合成スペクトルが生成される。Ｓ１０４の処理は、合成処理及び合成ステップに対応する。

ＣＰＵ１１は、次に、各合成スペクトルに含まれるピークの位置に基づいて、試料４の各小領域に対応する部分に各元素が含まれる確からしさを表す得点を各元素について計算する（Ｓ１０５）。図４は、蛍光Ｘ線のスペクトルの例を示す特性図である。図中の横軸は蛍光Ｘ線のエネルギーを示し、縦軸は蛍光Ｘ線のカウント数を示す。スペクトルに含まれるピークはいずれかの元素に由来しており、ピークのエネルギーは元素に固有である。即ち、ある元素に由来するピークのスペクトルにおける位置は判明しており、スペクトルに含まれるピークの位置に基づいて、試料４に含まれる元素を検出することができる。実際のスペクトルに含まれるピークは、他のピーク又はノイズが重なる等の原因により、本来の位置から位置がずれることがある。

記憶部１４は、複数の元素の夫々について、スペクトルに含まれるべきピークの位置を示す情報を記憶している。Ｓ１０５では、ＣＰＵ１１は、合成スペクトルに含まれるピークの位置と、記憶部１４に記憶している情報が示す各元素に由来するピークの位置とを比較し、ピークの位置の一致度を数値化した得点を計算する。例えば、ＣＰＵ１１は、特定の元素に由来するピークの本来の位置にスペクトル中のピークの位置が近いほど、得点が大きくなるように計算を行う。また、ＣＰＵ１１は、ピークの大きさが大きいほど得点が大きくなるように計算を行ってもよい。ピークの大きさは、ピークの面積又はピークの高さから得られる。ピークの大きさを用いる場合は、ＣＰＵ１１は、ピークの位置の一致度及びピークの大きさの両方に基づいて得点を計算する。

また、特定の元素に由来するピークは複数存在しており、ＣＰＵ１１は、複数のピークの夫々に重み付けを行った上でピークの位置の一致度から得点を計算してもよい。例えば、ある元素のＫαのピークとＫβのピークとを用い、Ｋαのピークの位置の一致度の重みづけを大きくする。具体的には、例えば、ＣＰＵ１１は、（Ｋαのピークの位置の一致度）×０．８＋（Ｋβのピークの位置の一致度）×０．２の計算により、得点を計算する。

ある元素の得点が大きいほど、その元素が試料４に含まれる確からしさが高くなる。各元素の得点を計算する処理は小領域毎に行われる。ＣＰＵ１１は、得点が０〜１００等の所定の範囲内に収まるように計算を行う。Ｓ１０５では、ＣＰＵ１１は、従来のアルゴリズムを用いて計算をおこなってもよい。また、分析部１は、人工知能を利用してＳ１０５の処理を実行してもよい。

ＣＰＵ１１は、次に、各小領域について各元素の得点と所定の閾値とを比較し、各元素の有無を判定する（Ｓ１０６）。より詳しくは、ＣＰＵ１１は、ある元素の得点が閾値以上である場合に、その元素が試料４に含まれていると判定する。閾値は、予め記憶部１４に記憶されているか、又はコンピュータプログラム１４１で規定されている。ＣＰＵ１１は、全ての小領域について判定を行う。ＣＰＵ１１は、次に、試料４に含まれていると判定した元素に、試料４に含まれる元素として既に検出されている元素とは別の新たな元素があるか否かを判定する（Ｓ１０７）。新たな元素は、いずれか一つの小領域について試料４に含まれていると判定されていればよい。

新たな元素がある場合に（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、試料４に含まれる元素として検出されている元素に、試料４に含まれていると判定した新たな元素を追加する（Ｓ１０８）。このようにして、試料４に含まれている元素が検出される。Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理は、元素検出処理及び元素検出ステップに相当する。なお、ＣＰＵ１１は、ある元素の得点が閾値を超過する場合に、その元素が試料４に含まれていると判定する処理を行ってもよい。また、ＣＰＵ１１は、得点が小さいほど元素が試料４に含まれる確からしさが高くなるような得点を計算し、ある元素の得点が閾値未満である場合にその元素が試料４に含まれていると判定する処理を行ってもよい。

Ｓ１０８が終了した後、又はＳ１０７で新たな元素が無い場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、元素を検出するための処理を終了するか否かを判定する（Ｓ１０９）。Ｓ１０９では、ＣＰＵ１１は、所定の状態になった場合に終了すると判定する。例えば、ＣＰＵ１１は、検出した元素の数が所定数に達した場合、後述するＳ１０３〜Ｓ１１０の処理の繰り返し回数が所定回数に達した場合、処理時間が所定の上限以上になった場合、又は各小領域に含まれる点の数が所定の下限以下である場合に、終了すると判定する。

処理を終了すると判定しなかった場合は（Ｓ１０９：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、小領域の広さが縮小するように、小領域の広さを設定し（Ｓ１１０）、処理をＳ１０３へ戻し、Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す。二回目以降のＳ１０３では、ＣＰＵ１１は、小領域の広さを小さくした状態で、走査領域から複数の数の小領域を抽出する。小領域の広さを小さくすることに応じて、走査領域を分割する小領域の数は増加し、小領域に含まれる試料４上の点の数は減少する。即ち、Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す都度、小領域の広さは小さくなり、小領域に含まれる試料４上の点の数は減少し、小領域の数は増加する。

Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す都度、小領域に含まれる試料４上の点の数が減少するので、Ｓ１０４で合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数が減少する。Ｓ１０４〜Ｓ１０６の処理は小領域毎に行われるので、Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す都度、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の処理に必要な時間は増加する。Ｓ１０７では、ＣＰＵ１１は、それまでのＳ１０３〜Ｓ１１０の処理でまだ検出されていない元素が試料４に含まれていると判定された場合に、新たな元素があると判定する。このようにして、ＣＰＵ１１は、あるＳ１０５〜Ｓ１０８の処理では、そのＳ１０５〜Ｓ１０８の処理で用いる小領域の広さを小さくする前の一回又は複数回のＳ１０５〜Ｓ１０８の処理で検出された元素については試料４に含まれているものとして、元素の検出を行う。

Ｓ１０９で処理を終了すると判定した場合は（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、検出した夫々の元素について元素分布を生成し（Ｓ１１１）、処理を終了する。Ｓ１１１では、ＣＰＵ１１は、夫々の元素について、走査領域内の各点に関連付けられたスペクトルに含まれるピークの強度に基づいて、各点に存在する元素の量又は濃度を計算し、各点と元素の量又は濃度とを関連付けた元素分布を生成する。ＣＰＵ１１は、元素分布のデータを記憶部１４に記憶させる。ＣＰＵ１１は、各元素の元素分布を表す画像を表示部１６に表示してもよい。

図５は、小領域に含まれる試料４上の点の数が多い場合の合成スペクトルの例を示す特性図である。図６は、小領域に含まれる試料４上の点の数が少ない場合の合成スペクトルの例を示す特性図である。横軸は蛍光Ｘ線のエネルギーを示し、縦軸は蛍光Ｘ線のカウント数を示す。図５及び図６に示す合成スペクトルは、図４中の破線で囲まれた部分を拡大したものに相当する。小領域に含まれる試料４上の点の数が多い場合、加算又は平均するスペクトルの数が多いので、図５に示すように、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比が大きくなる。このため、元素を確実に検出することができる。

特定の元素が走査領域内のごく一部にのみ存在している場合、特定の元素に起因するピークが含まれるスペクトルよりも、特定の元素に起因するピークが含まれていないスペクトルの方が多い。小領域の広さが大きく、小領域に含まれる試料４上の点の数が多いときは、特定の元素に起因するピークは相対的に小さい。小領域の広さが小さく、小領域に含まれる試料４上の点の数が少ない場合は、合成すべき複数のスペクトルの数が少ない。特定の元素が存在する点が小領域に含まれているとき、複数のスペクトルの中に特定の元素に起因するピークを含むスペクトルの割合が大きい。このため、合成スペクトル中の特定の元素に起因するピークは相対的に大きい。図６中に矢印で指したピークは、走査領域内のごく一部にのみ存在している元素に由来するピークである。図５中には、このピークに相当するピークは確認できない。

特定の元素が走査領域内のごく一部には存在せず、他の部分には存在している場合、小領域に含まれる試料４上の点の数が多いときに特定の元素に起因するピークは相対的に大きい。小領域に含まれる試料４上の点の数が少ないとき、特定の元素を含んでいない部分に対応する小領域の合成スペクトルでは、特定の元素に起因するピークは相対的に小さい。図５中に矢印で指したピークは、走査領域内のごく一部には存在せず他の部分には存在している元素に由来するピークである。図６中には、このピークに相当するピークは確認できない。このように、試料４中に広く分布する元素は、小領域に含まれる試料４上の点の数が多く、合成すべき複数のスペクトルの数が多い場合の合成スペクトルを用いて検出することができる。試料４のごく一部のみに含まれる元素を検出するには、小領域に含まれる試料４上の点の数が少なく、合成すべき複数のスペクトルの数が少ない場合の合成スペクトルを用いる必要がある。

図７は、合成スペクトルを用いて元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。横軸は小領域に含まれる試料４上の点の数を示し、縦軸は元素の不検出数を示す。図７には、含有している元素が判明しているプリント配線基板を試料４として、各元素の得点に基づいて元素の有無を判定した結果を示す。不検出数は、試料４に含まれているにも拘わらず検出できなかった元素の数である。閾値を８０とした場合の結果を黒丸印で示し、閾値を６０とした場合の結果を三角印で示し、閾値を４０とした場合の結果を白丸印で示している。閾値を小さくした場合は、元素があることを判定し易くなるので、不検出数は減少する。小領域に含まれる試料４上の点の数を少なくし過ぎると、Ｓ／Ｎ比が悪化し、判別できるピークが減少し、不検出数が増加する。

図８は、合成スペクトルを用いて元素を検出した一例における誤検出数を示すグラフである。横軸は小領域に含まれる試料４上の点の数を示し、縦軸は元素の誤検出数を示す。誤検出数は、試料４に含まれていないにも拘わらず試料４に含まれていると判定した元素の数である。図７と同様に、閾値を８０とした場合の結果を黒丸印で示し、閾値を６０とした場合の結果を三角印で示し、閾値を４０とした場合の結果を白丸印で示している。閾値を小さくした場合は、元素があることを判定し易くなるので、誤検出数は増加する。小領域に含まれる試料４上の点の数を少なくすると、誤検出数は減少する。

前述したように、実施形態１では、各小領域に含まれる点の数を減少させながら、Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す。図７に示すように、小領域に含まれる試料４上の点の数が多く、合成すべき複数のスペクトルの数が多い場合の合成スペクトルを用いたときには不検出数が小さくなるので、実施形態１では、まず、小領域に含まれる試料４上の点の数が多い場合の合成スペクトルを用いて元素の検出を行う。

図９は、実施形態１に係る元素検出方法により元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。横軸は、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理を繰り返す中での夫々の一回のＳ１０５〜Ｓ１０８の処理における小領域に含まれる試料４上の点の数を示し、縦軸は元素の不検出数を示す。前述したように、実施形態１では、小領域に含まれる試料４上の点の数が多い場合の合成スペクトルを用いて元素を検出し、小領域に含まれる試料４上の点の数が少ない場合の合成スペクトルを用いて新たな元素があると判定された場合に、検出された元素に新たな元素を追加する。即ち、小領域の広さが大きい場合の合成スペクトルを用いて検出された元素が、小領域の広さが小さい場合の合成スペクトルを用いて検出することができないときでも、既に検出された元素は検出された元素としておく。このため、図９に示すように、Ｓ１０３〜Ｓ１１０の処理を繰り返す都度、検出された元素の数は減少することなく、不検出数は減少する。

以上のように、実施形態１により、試料４に含まれる元素を検出する際の不検出数を減少させることができる。従って、試料４に含まれる元素を確実に検出することができる。実施形態１では、小領域の広さが大きい場合の合成スペクトルを用いて、試料４中に広く分布する元素を検出し、小領域の広さが小さい場合の合成スペクトルを用いて、試料４中に局所的に含まれる元素を検出する。これにより、試料４のごく一部に含まれている元素についても容易に検出することができる。また、実施形態１では、検出した元素について元素分布を生成するので、試料４のごく一部に含まれている元素についても元素分布が得られる。このため、試料４に含まれる異物の分布を調べることが可能となる。

（実施形態２）
実施形態２に係る元素検出装置１０は、元素について計算した得点と比較する閾値を変更する処理を行う。元素検出装置１０の構成は実施形態１と同様である。図１０は、実施形態２に係る元素検出装置１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。元素検出装置１０は、Ｘ線で試料４の走査を行い（Ｓ２０１）、蛍光Ｘ線の検出及び蛍光Ｘ線のスペクトルの生成を順次行う。分析部１のＣＰＵ１１は、以下の処理をコンピュータプログラム１４１に従って実行する。

ＣＰＵ１１は、実施形態１におけるＳ１０２〜Ｓ１１０と同様のＳ２０２〜Ｓ２１０の処理を実行する。ＣＰＵ１１は、次に、小領域の広さの縮小に応じて、閾値を減少させる（Ｓ２１１）。例えば、ＣＰＵ１１は、小領域の広さが小さくなり、小領域に含まれる試料４上の点の数が小さいほど、閾値を小さくする。具体的に、例えば、ＣＰＵ１１は、小領域内の点の数が２５６×２５６、１２８×１２８、６４×６４、３２×３２、…である場合に、閾値を、夫々に８０、７５、７０、６５、…と設定する。小領域の広さ又は小領域に含まれる試料４上の点の数と閾値との関係は記憶部１４に予め記憶されていてもよく、小領域の広さの縮小に応じて閾値を変更するためのアルゴリズムがコンピュータプログラム１４１に含まれていてもよい。小領域に含まれる試料４上の点の数が小さいほど、Ｓ２０４で合成すべきスペクトルの数が減少する。即ち、ＣＰＵ１１は、Ｓ２０４で合成すべきスペクトルの数が減少するほど、閾値を小さくする。

Ｓ２１１の処理が終了した後は、ＣＰＵ１１は、処理をＳ２０３へ戻し、Ｓ２０３〜Ｓ２１１の処理を繰り返す。Ｓ２０３〜Ｓ２１１の処理を繰り返す都度、走査領域を分割する小領域の数は増加し、小領域に含まれる試料４上の点の数、Ｓ２０４で合成すべきスペクトルの数、及び閾値は減少する。二回目以降のＳ２０６では、ＣＰＵ１１は、各元素の得点と変更した閾値とを比較する。

Ｓ２０９で処理を終了すると判定した場合は（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、検出した夫々の元素について元素分布を生成し（Ｓ２１２）、処理を終了する。ＣＰＵ１１は、元素分布のデータを記憶部１４に記憶させる。

図１１は、実施形態１及び２に係る元素検出方法により元素を検出した一例における不検出数を示すグラフである。横軸は小領域に含まれる試料４上の点の数を示し、縦軸は元素の不検出数を示す。図１２は、実施形態１及び２に係る元素検出方法により元素を検出した一例における誤検出数を示すグラフである。横軸は小領域に含まれる試料４上の点の数を示し、縦軸は元素の誤検出数を示す。図１１及び図１２では、閾値を８０に固定した場合の結果を黒丸印で示し、閾値を６０に固定した場合の結果を三角印で示し、閾値を４０に固定した場合の結果を白丸印で示している。更に、実施形態２に係る元素検出方法による結果を四角印で示している。

図１１に示すように、実施形態２では、閾値を固定した場合に比べて、小領域に含まれる試料４上の点の数の減少に応じた不検出数の減少が早い。図１２に示すように、実施形態２では、閾値を小さい値に固定した場合に比べて、誤検出数を小さくすることができる。即ち、実施形態２では、合成すべきスペクトルの数に応じて閾値を変更することにより、誤検出をより抑制しながら、試料４に含まれる元素を確実に検出することができる。

以上のように、実施形態２では、誤検出をより抑制しながら、試料４のごく一部に含まれている元素についても容易に検出することができる。また、実施形態２では、小領域に含まれる試料４上の点の数の減少に応じた不検出数の減少が早いので、小領域に含まれる試料４上の点の数を減少させ過ぎずとも、不検出数を十分に小さくすることができる。このため、分析部１は、小領域の広さを小さくさせ過ぎない段階で、Ｓ２０３〜Ｓ２１１の処理を終了させることができる。これにより、元素検出装置１０は処理に必要な時間を短縮することができる。また、小領域に含まれる試料４上の点の数を減少させ過ぎないことによって、元素検出装置１０は誤検出をより抑制することができる。

なお、以上の実施形態１及び２においては、小領域がマトリクス状に並ぶように走査領域を分割することにより、複数の小領域を抽出する形態を示したが、分析部１は、その他の方法で小領域を抽出してもよい。例えば、小領域は矩形以外の形状を有していてもよい。走査領域から抽出される複数の小領域は、異なる広さを有していてもよく、含まれる試料４上の点の数は異なっていてもよい。例えば、分析部１は、蛍光Ｘ線のスペクトルのあるＲＯＩ（region of interest）に含まれるピークの強度がある強度以上になっている点に隣接する点が含まれる領域を小領域としてもよい。走査領域には、抽出される小領域に含まれない点、又は合成スペクトルを生成するために利用されない点があってもよい。

また、実施形態１及び２においては、小領域の広さを小さくしながら小領域の抽出から元素検出までの処理を繰り返す形態を示したが、分析部１は、小領域の広さを大きくしながら処理を繰り返してもよい。この場合、分析部１は、小領域の広さの拡大、及びＳ２０４で合成すべきスペクトルの数の増加に応じて、閾値を増加させることが望ましい。

（実施形態３）
実施形態３に係る元素検出装置１０は、試料４の一部に含まれる物質を検出する処理を行う。元素検出装置１０の構成は実施形態１と同様である。図１３は、実施形態３に係る元素検出装置１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。元素検出装置１０は、実施形態１に係るＳ１０１〜Ｓ１１１の処理、又は実施形態２に係るＳ２０１〜Ｓ２１２の処理によって、試料４に含まれている元素を検出する（Ｓ３１）。分析部１は、元素の検出結果に基づいて、走査領域に含まれる特徴領域を抽出する（Ｓ３２）。特徴領域は、走査領域に含まれる複数の点の内、他の大部分の点と組成が異なる点からなる領域である。例えば、試料４のごく一部に含まれている元素に由来するピークの強度が所定値以上になるスペクトルが関連付けられている点が特徴点であり、複数の特徴点が集まった領域が特徴領域である。特徴領域は複数存在することがある。

分析部１は、次に、特徴領域の合成スペクトルを生成する（Ｓ３３）。Ｓ３３では、分析部１は、特徴領域内の各特徴点に関連付けられたスペクトルを加算又は平均することにより、合成スペクトルを生成する。分析部１は、次に、合成スペクトルのＳ／Ｎ比を計算し、Ｓ／Ｎ比の大きさは十分であるか否かを判定する（Ｓ３４）。例えば、Ｓ３４では、分析部１は、Ｓ／Ｎ比が所定値以上である場合に、Ｓ／Ｎ比の大きさが十分であると判定する。Ｓ／Ｎ比の大きさは十分ではない場合に（Ｓ３４：ＮＯ）、元素検出装置１０は、試料４上の特徴領域に再度Ｘ線を照射し、蛍光Ｘ線を検出し、特徴領域の合成スペクトルを再度生成する再測定の処理を行う（Ｓ３５）。

Ｓ３５が終了した後、又はＳ３４でＳ／Ｎ比の大きさが十分である場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、分析部１は、特徴領域の合成スペクトルを分類する（Ｓ３６）。例えば、分析部１は、複数の特徴領域の合成スペクトルを比較し、類似度に基づいて合成スペクトルを分類する。類似度は、例えば、スペクトル間の差分の大きさに応じて決定される。合成スペクトルが同じ種類に分類された特徴領域は、同じ物質からなる領域であるとの推測が可能である。また、例えば、分析部１は、予め記憶部１４に記憶してある特定のスペクトルと特徴領域の合成スペクトルとを比較し、特定のスペクトルとの類似度に基づいて合成スペクトルを分類する。特定の物質に起因するスペクトルに類似するものに合成スペクトルが分類された特徴領域は、特定の物質からなる領域であるとの推測が可能である。

分析部１は、次に、合成スペクトルに基づいて、特徴領域に存在する元素を検出する（Ｓ３７）。Ｓ３７では、分析部１は、特徴領域に存在する元素の存在比を計算してもよい。分析部１は、次に、特徴領域を構成する物質を検出する（Ｓ３８）。例えば、分析部１は、Ｓ３６での合成スペクトルの分類結果、又はＳ３７の元素の検出結果に基づいて、特徴領域を構成する物質を検出する。元素検出装置１０は、以上で処理を終了する。

以上のように、実施形態３では、元素検出装置１０は、走査領域の一部に含まれる物質を検出する。これにより、元素検出装置１０は、試料４に含まれる異物を検出することができる。例えば、液体をろ過した後のフィルタを試料４とした場合は、フィルタ上の異物、即ち、ろ過時にフィルタ上に残留した液体中の混合物を検出することが可能となる。

本実施形態においては、実施形態１又は２に係る元素検出方法と同様の方法を利用して特徴領域を抽出する例を示したが、元素検出装置１０は、その他の方法を用いて特徴領域を抽出する形態であってもよい。例えば、元素検出装置１０は、試料４を透過したＸ線を検出して透過Ｘ線像を生成し、透過Ｘ線像に基づいて特徴領域を抽出してもよい。透過Ｘ線像に含まれる濃淡の分布に基づいて、特徴領域の抽出が可能である。

また、実施形態１〜３においては、蛍光Ｘ線をエネルギー別に分離して検出するエネルギー分散型の形態を示したが、元素検出装置１０は、Ｘ線を波長別に分離して検出する波長分散型の形態であってもよい。また、実施形態１〜３においては、Ｘ線を試料４へ照射し、試料４から発生した蛍光Ｘ線を検出する形態を示したが、元素検出装置１０は、Ｘ線以外の放射線を試料４へ照射し、試料４から発生するＸ線を検出する形態であってもよい。例えば、元素検出装置１０は、電子線を試料４へ照射し、電子線の方向を変更することによって電子線で試料４を走査する形態であってもよい。また、実施形態１〜３においては、試料４から発生するＸ線を検出する形態を示したが、元素検出装置１０は、試料４から発生するＸ線以外の放射線を検出する形態であってもよい。例えば、元素検出装置１０は、電子線又はレーザー光を試料４へ照射し、試料４から発生する二次電子、反射電子、又はカソードルミネッセンス等の可視光線若しくは赤外線を検出する形態であってもよい。

本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 分析部
１０ 元素検出装置
１１ ＣＰＵ
１４ 記憶部
１４１ コンピュータプログラム
２１ 照射部
２２ Ｘ線検出器
２３ 試料台
３１ 制御部
３２ 信号処理部
３３ 駆動部
４ 試料

Claims (8)

1. 放射線による試料の走査を行い、前記走査が行われた前記試料上の走査領域から発生した放射線を検出し、前記走査領域に含まれる複数の点の夫々から発生した放射線のスペクトルを生成し、前記試料に含まれる元素の検出を行う元素検出方法において、
   前記複数の点の夫々に前記スペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成し、
   前記走査領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を前記走査領域から抽出する抽出処理と、
   各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成処理と、
   各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出処理とを行い、
   各小領域の広さを変化させて、前記抽出処理、前記合成処理及び前記元素検出処理を繰り返すこと
   を特徴とする元素検出方法。
2. 前記元素検出処理では、前記小領域の広さを変化させる前の前記元素検出処理で検出された元素は前記試料に含まれているものとして、各元素の有無を判定すること
   を特徴とする請求項１に記載の元素検出方法。
3. 前記元素検出処理では、
   各小領域について生成した前記合成スペクトルに含まれるピークの位置に基づいて、前記試料の各小領域に対応する部分に複数の元素の夫々が含まれる確からしさを表す得点を計算し、
   前記得点と所定の閾値との比較に基づいて各元素の有無を判定することにより、前記試料に含まれる元素を検出すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の元素検出方法。
4. 各小領域について前記合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数に応じて前記閾値を変更すること
   を特徴とする請求項３に記載の元素検出方法。
5. 前記元素検出処理では、前記得点が前記閾値を超過する元素が前記試料に含まれていると判定し、
   前記合成スペクトルを生成するために合成されるスペクトルの数が小さいほど前記閾値を小さくすること
   を特徴とする請求項４に記載の元素検出方法。
6. 前記元素検出処理により検出した元素の夫々について元素分布を生成すること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の元素検出方法。
7. 放射線による試料の走査を行う走査部と、前記走査が行われた前記試料上の走査領域から発生した放射線を検出する放射線検出部と、前記走査領域に含まれる複数の点の夫々から発生した放射線のスペクトルを生成するスペクトル生成部と、前記試料に含まれる元素を検出するための処理を行う分析部とを備える元素検出装置において、
   前記分析部は、
   前記複数の点の夫々に前記スペクトルを関連付けたスペクトル分布を生成し、
   前記走査領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を前記走査領域から抽出する抽出処理と、
   各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成処理と、
   各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出処理とを行い、
   各小領域の広さを変化させて、前記抽出処理、前記合成処理及び前記元素検出処理を繰り返すこと
   を特徴とする元素検出装置。
8. コンピュータに、試料上の複数の点の夫々に各点から発生した放射線のスペクトルが関連付けられたスペクトル分布に基づいて、前記試料に含まれる元素の検出を行わせるコンピュータプログラムにおいて、
   コンピュータに、
   前記試料上の前記複数の点が含まれる領域から、該領域の広さ以下の広さを有する１以上の数の小領域を抽出する抽出ステップと、
   各小領域に含まれる複数の点に関連付けられた複数のスペクトルを合成した合成スペクトルを生成する合成ステップと、
   各小領域について生成した前記合成スペクトルに基づいて、前記試料に含まれる元素を検出する元素検出ステップと、
   各小領域の広さを変化させて、前記抽出ステップ、前記合成ステップ及び前記元素検出ステップを繰り返すステップと
   を含む処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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