(57)【要約】【課題】  Ｘ線直接検出型の半導体センサを用いる場合に、Ｘ線検出面である半導体受光素子の表面に異物が付着することを長期間にわたって確実に防止できるようにする。【解決手段】  ＣＣＤセンサ４２をパッケージ４０でパッケージングして成るＣＣＤモジュール３２を有するＸ線検出装置である。ＣＣＤセンサ４２は、複数のＣＣＤ素子を並べることによって形成されていて、それらのＣＣＤ素子によってＸ線を直接に受光する。パッケージ４０におけるＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面に対向する領域は保護膜４３となっている。この保護膜４３は、Ｘ線を通すことができる材料によって形成されている。保護膜４３は、ＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面に異物が付着すること防止する。保護膜４３の周囲は膜支持部材４４によって囲まれている。膜支持部材４４はＸ線を減衰する材料、例えばガラスによって形成されているので、配線４７にＸ線が直接に当たることを防止できる。【選択図】        図４
2006071321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体受光素子を並べることによって形成されていてそれらの半導体受光素子によってＸ線を直接に受光する半導体センサと、
該半導体センサを収容すると共に該半導体センサの端子に接続された配線を備えたパッケージとを有し、
該パッケージにおける前記半導体センサのＸ線受光面にＸ線の透過性のよい保護膜を有する
ことを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線検出装置において、前記パッケージのうち前記保護膜の外周縁を囲む周囲領域の一部又は全部はＸ線を減衰させる材料によって形成されることを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のＸ線検出装置において、前記Ｘ線を減衰させる材料によって形成された前記周囲領域の一部又は全部は、前記配線を覆う領域であることを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線検出装置において、前記パッケージは前記半導体センサを収容する深い凹部と、該深い凹部の周囲に設けられると共に前記配線が形成される浅い凹部とを有し、前記Ｘ線を減衰させる材料によって形成された領域は前記浅い凹部に対向する
ことを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の記載のＸ線検出装置において、
前記パッケージを収容する凹部を備えた筐体と、
前記凹部の開口を覆う筐体膜とを有し、
該筐体膜はＸ線を通すことができ、
前記凹部は真空状態又は真空に近い減圧状態である
ことを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか１つに記載のＸ線検出装置において、前記パッケージにおける前記保護膜の外周縁を囲む周囲領域の一部又は全部を形成するＸ線を減衰させる材料はガラスであることを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のＸ線検出装置において、
前記パッケージに設けた前記保護膜は、高分子膜であって繊維性でない膜であることを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のＸ線検出装置において、前記半導体受光素子はＣＣＤ素子であることを特徴とするＸ線検出装置。
【請求項９】
Ｘ線を発生するＸ線源と、試料を支持する試料支持手段と、試料で回折したＸ線を検出するＸ線検出装置とを有し、前記Ｘ線検出装置は請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のＸ線検出装置であることを特徴とするＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を検出するＸ線検出装置に関する。また、本発明は、そのＸ線検出装置を用いたＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線分析装置は、一般に、試料に照射するＸ線を発生するＸ線発生装置と、試料から出たＸ線を検出するＸ線検出装置とを有する。このＸ線分析装置では、試料にＸ線を照射した場合、試料に入射するＸ線の入射角度がその試料に対して特定の角度になったとき、その入射Ｘ線が試料で回折する。換言すれば、試料から回折Ｘ線が出る。この回折Ｘ線は、Ｘ線検出装置によって検出される。
【０００３】
Ｘ線検出装置としては、従来から、０（ゼロ）次元Ｘ線検出装置、１次元Ｘ線検出装置、そして２次元Ｘ線検出装置が知られている。０次元Ｘ線検出装置とは、Ｘ線を点状に受光する構造のＸ線検出装置である。この０次元Ｘ線検出装置としては、例えば、ＰＣ（Proportional Counter／比例計数管）や、ＳＣ（Scintillation Counter／シンチレーションカウンタ）が知られている。
【０００４】
また、１次元Ｘ線検出装置とは、Ｘ線を線状に受光する構造のＸ線検出装置である。この１次元Ｘ線検出装置としては、例えば、Ｘ線を受け取った所に電気信号を発生する直線状の信号線を備えたＰＳＰＣ（Position Sensitive Proportional Counter：位置感応型比例計数管）や、複数のＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子を線状に配列させることによって形成された１次元ＣＣＤセンサが知られている。
【０００５】
また、２次元Ｘ線検出装置とは、Ｘ線を面状に受光する構造のＸ線検出装置である。この２次元Ｘ線検出装置としては、例えばイメージングプレートの名称で知られるＸ線検出器、すなわちＸ線受光面に蓄積性蛍光体を設けた検出器プレートや、複数のＣＣＤ素子を面状に配列させることによって形成された２次元ＣＣＤセンサが知られている。
【０００６】
上記１次元ＣＣＤセンサや上記２次元ＣＣＤセンサとして用いられるＣＣＤセンサは、半導体位置検出センサの１種類である。近年、ＣＣＤセンサ等といった半導体位置検出センサをＸ線検出装置として用いる構造のＸ線分析装置が種々、提案されている。この構造のＸ線分析装置によれば、０次元Ｘ線検出装置や１次元Ｘ線検出装置等を用いた場合に比べて高速の測定ができることが期待されている。
【０００７】
また、従来、２次元ＣＣＤセンサ及び光ファイバを用いて、その２次元ＣＣＤセンサよりも広い面積の２次元回折像を取得するようにしたＸ線分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、２次元回折像とは、２次元的すなわち平面的な回折像のことである。上記公報に示された従来の装置では、図１１に示すように、Ｘ線源１０１から見て試料Ｓの後方に蛍光体１０２を設け、その蛍光体１０２の光出射側の面（図１１の右側の面）に複数のテーパ状の光ファイバ１０３の束を設け、それらの光ファイバ１０３の光出射端（図１１の右端）に２次元ＣＣＤセンサ１０４が設けられる。
【０００８】
この従来のＸ線分析装置では、試料Ｓから放射される回折Ｘ線によって蛍光体１０２を露光してその回折Ｘ線に対応した光像を蛍光体１０２の中に形成し、その光像を光ファイバ１０３によって２次元ＣＣＤセンサ１０４まで導いて、そのＣＣＤセンサ１０４内の複数の受光素子内に電荷として蓄積する。この構造のＸ線分析装置によれば、０次元カウンタや１次元カウンタを用いた場合に比べて高速の測定ができることが期待されている。
【０００９】
この従来のＸ線分析装置で用いられる複数の光ファイバ１０３の１本１本には、蛍光体１０２側の径が大きくＣＣＤセンサ１０４側の径が小さくなるようにテーパが付けられている。このようにテーパが付けられた形状の光ファイバ１０３を用いる方式のＣＣＤセンサは、テーパードＣＣＤセンサと呼ばれることがある。この方式のＣＣＤセンサ１０４は、通常、冷却されながら使用される。
【００１０】
上記のＣＣＤセンサ１０４は、Ｘ線を直接に検出するのではなく、可視光を検出するものである。このＣＣＤセンサ１０４の受光面の前には、その受光面を形成している複数のＣＣＤ素子を埃や金属片等から保護するためにガラス製の保護板が設けられることが多い。一般にガラスは、Ｘ線を減衰させずに通すことは難しいが、可視光は減衰させることなく通すことができる。従って、図１１に示すＸ線分析装置においてはガラス製の保護板を備えたＣＣＤセンサ１０４を支障なく使用できる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１１６１５８号公報（第３〜６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、蛍光板を用いてＸ線を可視光に変換して受光する方式の上記のようなＣＣＤセンサに代えて、Ｘ線を直接に受光してそのＸ線の強度に対応した信号を出力する方式のＣＣＤセンサをＸ線検出装置として用いることが考えられる。このようなＸ線直接検出型のＣＣＤセンサは、基本的には、従来のＣＣＤセンサにおいて受光面の前に設けていたガラス製の保護板を取り外して、受光面を形成する複数のＣＣＤ素子を外部に露出させることによって形成できる。
【００１３】
しかしながら、そのようにＣＣＤ素子を露出させた場合には、ＣＣＤ素子の表面に埃や金属片が付着して、受光面の一部分のＸ線検出精度が低下し、信頼性の高いＸ線検出ができなくなるおそれがある。一般に、ＣＣＤセンサを用いてＸ線検出装置を作製する場合には、ＣＣＤセンサを筐体に収容したり、付属品をＣＣＤセンサに装着したりする作業をクリーンルーム内で行うようにしているので、当初は複数のＣＣＤ素子の表面に埃等が付着することはほとんど無いかもしれないが、Ｘ線検出装置を実際に稼動させた後、その稼動現場の状況に応じてＣＣＤ素子の表面に埃等が付着するおそれがある。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、ＣＣＤセンサ等といった半導体センサであってＸ線直接検出型の半導体センサを用いる場合に、ＣＣＤ素子等といった半導体受光素子の表面に埃や金属片が付着することを長期間にわたって確実に防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るＸ線検出装置は、複数の半導体受光素子を並べることによって形成されていてそれらの半導体受光素子によってＸ線を直接に受光する半導体センサと、該半導体センサを収容すると共に該半導体センサの端子に接続された配線を備えたパッケージとを有し、該パッケージにおける前記半導体センサのＸ線受光面にＸ線の透過性のよい保護膜を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、「半導体受光素子」は半導体を用いてＸ線を直接に検出できる素子のことであり、例えば１つのＣＣＤ素子のことである。また、「半導体センサ」は複数の半導体受光素子を直線的又は平面的に並べることによってＸ線受光面が形成されているセンサのことであり、例えばＣＣＤセンサのことである。「保護膜」はＸ線の透過性が良いと共にゴミ、埃、金属片等といった異物の進入を阻止できる機械的な強度を有する材料によって形成できる。このような材料としては、例えば、ポリイミド樹脂であるカプトン（デュポン社製の商品名）や、ポリエステル樹脂であるマイラー（デュポン社製の商品名）を使用できる。
【００１７】
上記の本発明に係るＸ線検出装置によれば、半導体受光素子への異物の進入が保護膜によって阻止されるので、半導体受光素子の表面に異物が付着することを長期間にわたって確実に防止でき、それ故、Ｘ線直接検出型のＸ線検出装置の信頼性を長期間にわたって良好に維持できる。
【００１８】
次に、本発明に係るＸ線検出装置において、前記パッケージのうち前記保護膜の外周縁を囲む周囲領域の一部又は全部はＸ線を減衰させる材料によって形成されることが望ましい。一般に半導体センサの周囲には配線その他の付属要素が設けられることが多い。このような付属要素の中にはＸ線が直接に当たることが望ましくないものがある。半導体センサのＸ線受光面に対向する領域に上記のＸ線を透過可能な保護膜を設けると共にその保護膜の周囲領域に、上記の通りに、Ｘ線を減衰させる材料を設ければ、半導体センサに付属する要素であってＸ線を好まない要素に対向させて上記のＸ線減衰可能材料を配置させることができ、それ故、半導体センサに付属する種々の要素を長期間にわたって正常に保持できる。なお、上記の「Ｘ線を減衰させる材料」は、例えばガラスとすることができる。ガラスは、可視光を通すことができ、そしてＸ線を減衰させる材料である。
【００１９】
次に、本発明に係るＸ線検出装置において、前記Ｘ線を減衰させる材料によって形成された前記周囲領域の一部又は全部は、前記配線を覆う領域であることが望ましい。この配線は、前記パッケージを構成する複数の要素の１つであり、その一端がパッケージ内において半導体センサの入出力用端子に接続され、その他端がパッケージの外側にある外部端子に接続されるものである。一般に、配線は導電性の金属、例えば銅によって形成される。この配線にＸ線が直接に当たると光電効果の影響でノイズが発生するおそれがある。上記のようにＸ線を減衰させる材料を配線に対向して配設すれば、強度の強いＸ線が配線に直接に当たることが防止できるので、ノイズの発生を未然に防止できる。
【００２０】
次に、本発明に係るＸ線検出装置において、前記パッケージは前記半導体センサを収容する深い凹部と、該深い凹部の周囲に設けられると共に前記配線が形成される浅い凹部とを有し、前記Ｘ線を減衰させる材料によって形成された領域は前記浅い凹部に対向することが望ましい。こうすれば、配線にＸ線が当って該配線が劣化することを確実に防止できる。
【００２１】
次に、本発明に係るＸ線検出装置は、前記パッケージを収容する凹部を備えた筐体と、前記凹部の開口を覆う筐体膜とを有することができる。そしてその場合、前記筐体膜はＸ線を通すことができる材料によって形成し、前記凹部は真空状態又は真空に近い減圧状態とすることが望ましい。
【００２２】
この構造は、Ｘ線検出装置の外観形状として望ましい形状である。ＣＣＤセンサ等といった半導体センサは、まず、パッケージの凹部の中に収容され、次にそのパッケージがＸ線検出装置の筐体の中に収容され、こうして半導体センサがＸ線検出装置の中の所定位置に設置される。Ｘ線検出装置の筐体に設けた凹部の壁面には埃、金属片等といった異物が付着するおそれがある。そしてその異物は、Ｘ線検出装置が稼動状態に入った後に、壁面から離れて半導体センサの内部へ進入するおそれがある。しかしながら、本発明のように半導体センサのＸ線受光面を保護膜で覆っておけば、そのような異物の進入を確実に防止できる。
【００２３】
なお、保護膜に異物が付着することがあるかもしれないが、保護膜に異物が付着したとしても、その保護膜は容易に交換できる。ＣＣＤ素子の表面に異物が付着することを考えると、その場合には、例えば顕微鏡で表面を観察しながらエアピンセット等を使ってその異物取り除くという、非常に面倒な作業が必要となる。また、その際、ＣＣＤ素子の表面を傷付けてしまうおそれもある。ＣＣＤ素子は高価であるので、そのようにＣＣＤ素子を傷付けることはできるだけ避けなければならない。これに対し、交換するものが保護膜だけで済むのであれば、保護膜は安価であるので、非常に有利である。しかも、保護膜の交換作業はＣＣＤセンサの清掃作業に比べて非常に簡単である。
【００２４】
次に、本発明に係るＸ線検出装置において、前記パッケージにおける前記半導体センサのＸ線受光面に設けた前記保護膜は、高分子膜であって繊維性でない膜であることが望ましい。このような特性の保護膜を用いれば、半導体センサへ向かうＸ線の減衰をできる限り抑えることができる。
【００２５】
次に、本発明に係るＸ線分析装置は、Ｘ線を発生するＸ線源と、試料を支持する試料支持手段と、試料で回折したＸ線を検出するＸ線検出装置とを有し、前記Ｘ線検出装置は以上に記載した構成のＸ線検出装置であることを特徴とする。本発明に係るＸ線検出装置を用いれば、半導体受光素子への異物の進入が保護膜によって阻止されるので、半導体受光素子の表面に異物が付着することを長期間にわたって確実に防止でき、それ故、Ｘ線直接検出型のＸ線検出装置の信頼性を長期間にわたって良好に維持できる。従って、このＸ線検出装置を用いたＸ線分析装置は、長期間にわたって信頼性の高いＸ線分析を行うことができる。
【００２６】
さて、本発明で用いる半導体センサは特別の種類の半導体センサに限定されるものではないが、ＣＣＤセンサによって構成されることが望ましい。特に、蛍光体を介在させてＸ線を可視光に変換して検出する方式のものでなく、Ｘ線を直接に受光して電気信号に変換する構造のＣＣＤセンサ、いわゆるＸ線直接検出型ＣＣＤセンサであることが望ましい。
【００２７】
一般に、ＣＣＤセンサとは、複数のポテンシャルウエル（Potential well／電位の井戸）に集められた信号電荷を半導体中で転送するデバイスであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いたセンサである。１つのポテンシャルウエルに対応する領域が１つの画素、すなわち１つの受光素子を構成する。複数のポテンシャルウエルはＸ線の受光面に１次元的（すなわち直線的）又は２次元的（すなわち、平面的）に配置される。高速及び高感度を実現するためには、複数の画素を２次元的に配列することが望ましい。各ポテンシャルウエルはＸ線を受光して電子を生成する。このときに生成される電子の個数は入射するフォトンエネルギに比例する。
【００２８】
上記のポテンシャルウエルは、例えば図８に示すように、金属電極１−酸化絶縁層２−半導体層３から成る複数のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）構造における電極１の１つに、他とは異なる電圧を印加することにより、その電極下を部分的に異なるポテンシャルにすることによって実現される。このポテンシャルウエルに閉じ込められた信号電荷は半導体層３中を順次に転送されて出力部へ送られる。このように信号電荷を半導体層３中で転送させる際にＣＣＤセンサに加えられる信号が電荷転送信号である。
【００２９】
本発明において半導体センサとして用いるＣＣＤセンサとしては、１次元ＣＣＤセンサ又は２次元ＣＣＤセンサが考えられる。しかしながら、望ましくは、２次元ＣＣＤセンサを用いる。この２次元ＣＣＤセンサには種々の種類のものがある。例えば、ＦＴ（Frame Transfer／フレームトランスファ）型、ＦＦＴ（Full Frame Transfer／フルフレームトランスファ）型、ＩＴ（Interline Transfer／インターライントランスファ）型等といった２次元ＣＣＤセンサがある。
【００３０】
以下、これらの２次元ＣＣＤセンサについて説明するが、その説明の中で使用する「水平帰線期間」及び「垂直帰線期間」の語は、読取り点を走査させることによって１フレーム分の画像データを読み取り又は書き出しする際に一般的に用いられている用語である。具体的には、図１０において、１つの水平走査ＳＨから次の水平走査ＳＨへ移るまでの時間が水平帰線期間である。また、１回の垂直走査から次の垂直走査へ移るまでの時間、すなわち、１フレームの終点ＰＥから始点ＰＳへ戻るまでの時間が垂直帰線期間である。
【００３１】
ＦＴ型の２次元ＣＣＤセンサは、例えば図５に示すように、垂直シフトレジスタによって構成された受光部６と、他の垂直シフトレジスタによって構成された蓄積部７と、１つの水平シフトレジスタ８と、そして出力部９とを有する。なお、垂直シフトレジスタはパラレルレジスタと呼ばれることがある。また、水平シフトレジスタは、シリアルレジスタ、読出しレジスタ等と呼ばれることがある。受光部６における金属電極１（図８参照）は、ポリシリコン等といった透明導電材料によって形成される。
【００３２】
金属電極１を通って半導体層３に光が入射すると、光電変換が行われて信号電荷が発生する。この信号電荷は一定時間中に電極１の下のポテンシャルウエルに集められる。この信号電荷は、その後、垂直帰線期間中に、すなわち１回の垂直走査から次の垂直走査へ移るまでの時間中に、フレームごと蓄積部７に高速で転送される。このようにＦＴ型ＣＣＤセンサでは、受光部６の垂直シフトレジスタは信号蓄積期間において光電変換デバイスとして機能する。受光部６で光電変換と信号の蓄積が行われる間、蓄積部７に蓄積された信号電荷は、水平帰線期間中に、すなわち１つの水平走査から次の水平走査へ移るまでの時間中に、１ラインごと水平シフトレジスタ８へ転送され、さらにその水平シフトレジスタ８によって出力部９へ転送される。
【００３３】
次に、ＦＦＴ型の２次元ＣＣＤセンサは、例えば図６に示すように、基本的には図５のＦＴ型ＣＣＤセンサにおいて蓄積部７を取り除いた構成になっている。蓄積部７がないため、通常は、受光部６にシャッタ機構が付設される。このＦＦＴ型ＣＣＤセンサでは、信号蓄積期間に受光部６のポテンシャルウエル、すなわち画素、すなわち受光素子に電荷を集め、シャッタ機構の閉期間に水平シフトレジスタ８を通して信号電荷が出力部９に転送される。ＦＦＴ型ＣＣＤセンサは、蓄積部を持たないので、ＦＴ型と同一サイズで多画素にすることができ、あるいは受光部６を大面積にできる。
【００３４】
次に、ＩＴ型ＣＣＤセンサは、例えば図７に示すように、フォトダイオード６ａによって構成された受光部６と、フォトダイオード６ａを挟むように配置された垂直シフトレジスタ７と、フォトダイオード６ａと垂直シフトレジスタ７との間にスイッチとして設けられた転送ゲート１１と、水平シフトレジスタ８と、そして出力部９とを有する。
【００３５】
フォトダイオード６ａで光電変換により発生した信号電荷はフォトダイオード６ａ自身の接合容量等に集められる。集められた信号電荷は、垂直帰線期間中に転送ゲート１１を通して垂直シフトレジスタ７へ転送される。この転送動作はＦＴ型ＣＣＤセンサ（図５参照）と異なり、フォトダイオード６ａから垂直シフトレジスタ７へ全画素について同時に行われる。その後、信号電荷は、水平帰線期間中に１ラインごと水平シフトレジスタ８へ転送され、さらに、その水平シフトレジスタ８によって出力部９へ出力される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、Ｘ線分析装置の一例であって粉末試料の分析に好適に用いられるＸ線回折装置に本発明を適用した場合の実施形態を例に挙げて本発明を説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは、もちろんである。
【００３７】
図１は、本発明に係るＸ線分析装置の一実施形態であるＸ線回折装置を示している。ここに示すＸ線回折装置１６は、Ｘ線源であるＸ線焦点１８を内蔵したＸ線発生装置１９と、このＸ線発生装置１９から出たＸ線の発散を規制して試料Ｓへ導く発散規制スリット２１と、測角装置であるゴニオメータ１７とを有する。ゴニオメータ１７はθ回転系２４と２θ回転系２６とを有し、θ回転系２４に試料Ｓが支持され、２θ回転系２６にＸ線検出装置２７が支持される。
【００３８】
θ回転系２４はθ回転駆動装置２２によって駆動されて試料Ｓをω軸線を中心として回転させる。以下、この回転をθ回転という。ここで、ω軸線は、試料ＳのＸ線入射面上を通り図１の紙面垂直方向に延びる軸線である。また、２θ回転系２６は２θ回転駆動装置２３によって駆動されてＸ線検出装置２７をω軸線を中心として回転させる。以下、この回転を２θ回転という。２θ回転はθ回転と同じ回転方向で、２倍の角速度の回転である。
【００３９】
なお、θ回転と２θ回転とを角速度が互いに同じで回転方向が互いに反対であるような回転として設定することもできる。この場合でも、２θ回転をθ回転の２倍の角速度で互いに同じ回転方向とした上記の場合と同じ測角動作を実現できる。
【００４０】
Ｘ線検出装置２７は、図２に示すように、筐体３１と、ＣＣＤモジュール３２と、冷却用要素としてのペルチェ素子３３と、膜３４とを有する。筐体３１は図１の試料Ｓに向かう側に凹部３６を有し、その凹部３６の中にＣＣＤモジュール３２及びペルチェ素子３３が収容されている。ペルチェ素子３３はＣＣＤモジュール３２の裏面に接触している。膜３４はＸ線を通すことができる材料、例えばベリリウム（Ｂｅ）によって形成されている。この膜３４は、凹部３６の開口の所で筐体３１の壁面に接着剤その他の固定手段によって固定されている。ペルチェ素子３３は、周知の通り、通電によってその１面が冷却され他の面が昇温する素子であり、本実施形態では冷却される面がＣＣＤモジュール３２に接触している。
【００４１】
図３はＣＣＤモジュール３２の平面構造を示している。また、図４は図３のＡ−Ａ線に従ってＣＣＤモジュール３２の断面構造を示している。これらの図において、ＣＣＤモジュール３２は、半導体センサとしてのＣＣＤセンサ４２と、そのＣＣＤセンサ４２をパッケージングするパッケージ４０とを有する。ここで、パッケージングとは、ＣＣＤセンサ４２を保護すると共に、外部の電気回路との導電接続を達成できるようにＣＣＤセンサ４２を容器によって取り囲むことである。
【００４２】
上記のパッケージングを達成するため、パッケージ４０は、ＣＣＤセンサ４２を搭載する基板として機能するハウジング４１と、方形のリング状の膜支持部材４４と、その膜支持部材４４によって支持されている保護膜４３と、複数の配線４７と、複数の外部端子４９とを有する。ハウジング４１は、例えばセラミック、合成樹脂等によって形成され、その内部に深い凹部４６ａ及び浅い凹部４６ｂから成る凹部４６を有する。凹部４６は図１の試料Ｓへ向かう開口を有している。ＣＣＤセンサ４２は深い凹部４６ａ内に収容され、配線４７は浅い凹部４６ｂを通って外部端子４９に接続している。配線４７の一端は所定の接合技術によってＣＣＤセンサ４２の入出力端子に接続され、配線４７の他端は所定の接合技術によって外部端子４９に接続されている。
【００４３】
膜支持部材４４は凹部４６の開口の所でハウジング４１に接着剤その他の固定手段によって固定されている。膜支持部材４４はその中央部分が正方形又は長方形の開口４８となっていて、その開口４８を覆うように保護膜４３の周縁が膜支持部材４４の周縁に接着剤その他の固定手段によって固定されている。開口４８は、ＣＣＤセンサ４２のＸ線受光領域に相当する大きさを有し、少なくともそのＸ線受光領域よりも広い大きさとなっている。
【００４４】
保護膜４３は、例えばカプトン、マイラー（いずれもデュポン社製の商品の商標名）等によって形成されている。これらの材料を用いることにより、保護膜４３は、Ｘ線の透過線の良い膜となっており、しかもゴミ、埃、金属片等といった異物の進入を阻止できる機械的強度を持っている。保護膜４３は、異物の進入を阻止することにより、ＣＣＤセンサ４２を保護している。また、保護膜４３は、ＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面に近接して設けられている。膜支持部材４４は、例えばガラスによって形成されている。このため、膜支持部材４４は可視光を通すことができ、しかもＸ線を減衰させる特性を有する。つまり、本実施形態では、Ｘ線を減衰させる材料であるガラスによって保護膜４３の外周縁を囲む周囲領域を形成している。なお、図３では保護膜４３の外周縁を囲む周囲領域の全域をガラスによって形成しているが、必要に応じて、その周囲領域の一部分をガラスで形成するようにしても良い。
【００４５】
ＣＣＤセンサ４２は、本実施形態の場合、図６に示すＦＦＴ型のＣＣＤセンサを用いるものとする。このＣＣＤセンサ４２は、図１に示すようにＣＣＤ駆動回路２８によってＸ線の読み取りのために駆動される。ＣＣＤ駆動回路２８はＣＣＤセンサ４２を、いわゆるＴＤＩ（Time Delay Integration）動作するように駆動する。このＴＤＩ動作については後述する。
【００４６】
図１において、Ｘ線回折装置１６は制御装置５１を有する。この制御装置５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２と、記憶媒体すなわちメモリ５３と、各種信号を伝送するバス５４とを有する。メモリ５３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等といった半導体メモリや、ハードディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＯ（Magnet Optical）ディスク等といった機械式メモリや、その他任意の構造のメモリによって構成される。また、Ｘ線回折装置１６は表示装置５６を有する。この表示装置５６は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ(Liquid Crystal Device) 等といった映像表示手段や、プリンタ等といった印字手段等によって構成される。
【００４７】
メモリ５３の中には、Ｘ線検出装置２７内のＣＣＤセンサ４２から出力された画素データを記憶するためのファイル５７、及びＸ線回折測定を実行するためのプログラムが格納されたファイル５８が含まれる。
【００４８】
ファイル５８内に格納されたＸ線回折測定プログラムは、θ回転駆動装置２２及び２θ回転駆動装置２３の動作を制御する。具体的には、Ｘ線回折測定プログラム５８は、試料Ｓを支持したθ回転系２４をω軸線を中心として回転させて、試料Ｓを所定の角速度で回転、いわゆるθ回転させる。このθ回転により、Ｘ線源１８から放射されて試料Ｓへ入射するＸ線の入射角度を変化させる。また、Ｘ線回折測定プログラム５８は、Ｘ線検出装置２７を支持した２θ回転系２６をω軸線を中心として回転させてＸ線検出装置２７をθ回転と同じ方向へ２倍の角速度で回転、いわゆる２θ回転させる。この２θ回転により、試料Ｓで回折したＸ線をＸ線検出装置２７によって検出することができる。
【００４９】
なお、試料Ｓをθ回転させることに代えてＸ線発生装置１９及び発散規制スリット２１をω軸線を中心としてθ回転させ、同時に、Ｘ線検出装置２７をそのθ回転と反対方向に同じ角速度で２θ回転させることでも、同様の結果を得られる。
【００５０】
本実施形態で、Ｘ線回折測定プログラム５８は、ＣＣＤ駆動回路２８に指示を与えてＸ線検出装置２７にＴＤＩ（Time Delay Integration）動作を行わせる。しかも、Ｘ線回折測定プログラム５８はそのＴＤＩ動作を実行するに際して、Ｘ線検出装置２７における電荷転送の処理を、２θ回転駆動装置２３によって行われるＸ線検出装置２７の２θ回転の角速度と同期させるようにしている。
【００５１】
以下、ＴＤＩ動作について説明する。図６に示すＦＦＴ型ＣＣＤセンサを用いることを前提として、ＣＣＤセンサ４２は一定の移動速度「ｖ」で、図６の矢印Ａの方向に移動するとする。また、電荷転送のパルス信号は周波数「ｆ」であり、転送電荷は、矢印Ｂで示すように、Ｘ線検出装置とは逆方向に移動するものとする。また、ＣＣＤセンサ４２の１つの画素幅、すなわち１つの受光素子幅を「ｄ」とする。以上の条件の下、
ｖ＝ｆ×ｄ
の関係を満足するように、ＣＣＤセンサ４２の移動速度と電荷転送処理とを同期させる。
【００５２】
図６において、ＣＣＤセンサ４２が矢印Ａ方向に速度ｖで移動すると、Ｍ列（列は上下方向）の１列目（すなわち、右端列）の入力は、１／ｆ時間後には２列目の位置に移動する。これに合わせて１列目の電荷を２列目に転送すれば、２列目において被写体の同じ部分のデータが再び光電変換により電荷として蓄積される。このような動作を連続してＭ列の最後まで行えば、信号電荷としてはＴＤＩ動作を行わない通常の場合のＭ倍の電荷が個々の画素内に蓄積される。これらの蓄積された信号電荷はＣＣＤセンサ４２の水平シフトレジスタ８から各列ごとに連続して切れ目無く出力され、これにより、２次元画像のためのデータを求めることができる。こうしてＴＤＩ動作により、微弱な回折Ｘ線を検出することができる。
【００５３】
本実施形態のＸ線分析装置は以上のように構成されているので、図１において、Ｘ線回折測定が開始されると、試料Ｓがθ回転し、同時にＸ線検出装置２７が２θ回転し、さらに、Ｘ線源１８から放射されたＸ線が試料Ｓへ入射する。試料Ｓに入射するＸ線の入射角度がθ回転に応じて変化する間にブラッグの回折条件が満足される状態が発生すると、試料Ｓに回折Ｘ線が発生し、この回折Ｘ線は特定の回折角度（２θ）の方向に進行する。そして、この回折Ｘ線は、図６のＣＣＤセンサ４２の受光部６内の対応する画素によって受光され、この画素内に電荷が発生し、さらに蓄積される。
【００５４】
上記のようにＸ線検出装置２７はＴＤＩ動作によって駆動され、このＴＤＩ動作においては電荷転送処理がＸ線検出装置２７の２θ移動速度に同期するように制御されているので、個々の画素には同一の回折角度（２θ）に関する信号電荷が蓄積されて行く。このため、Ｘ線検出装置２７の移動速度を高速に設定しても常に正確な回折Ｘ線データを個々の画素内に蓄積できる。こうして各画素内に蓄積された信号電荷は受光部６から水平シフトレジスタ８へ列ごとに転送され、さらに出力部９を介して図１の画素データファイル５７内へ記憶される。このようなデータ収集動作は、図１においてＸ線検出装置２７が希望の回折角度範囲、例えば２０°〜１００°の角度範囲を走査した後に終了し、このとき、画素データファイル５７内には回折角度２０°〜１００°の範囲内の各回折角度位置における回折Ｘ線強度のデータが記憶される。
【００５５】
その後、ＣＰＵ５２は、図１のＸ線回折測定プログラム５８に従い、測定された画素データ５７に基づいて図９の回折図形Ｚを演算によって求める。演算された回折図形Ｚは、必要に応じて、図１の表示装置５６の表示面に画像や印字として表示される。
【００５６】
本実施形態のＸ線分析装置では、図４に示すように、ＣＣＤセンサ４２を格納するパッケージ４０のうちのＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面に対応する領域に保護膜４３を設け、その保護膜４３によってＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面を覆うようにしたので、半導体受光素子であるＣＣＤ素子へ異物、例えばゴミ，埃、金属片が進入することがその保護膜４３によって防止される。このため、ＣＣＤ素子の表面に異物が付着することを長期間にわたって確実に防止でき、それ故、ＣＣＤセンサ４２の信頼性を長期間にわたって良好に維持できる。
【００５７】
また、図３及び図４において、パッケージ４０内のＣＣＤセンサ４２の周囲には複数の配線４７が設けられる。これらの配線４７は、例えば銅によって形成される。これらの配線４７に異物が付着すると、ショートや断線が発生するおそれがある。また、これらの配線４７がＸ線を直接に受けるとノイズが発生して正確なデータの転送ができなくなるおそれがある。このことに関し本実施形態では、配線４７の前面に膜支持部材４４及びそれに支持された保護膜４３を設けたので、配線４７に異物が付着することを防止できる。また、Ｘ線を減衰させる特性を持つ膜支持部材４４を配線４７に対向する領域に配設したので、配線４７にＸ線が当たることを未然に防止できる。
【００５８】
また、本実施形態では、図４に示すように、ＣＣＤセンサ４２及び配線４７がハウジング４１に形成した凹部４６の中に収容される。そして、膜支持部材４４はその凹部４６の開口に取り付けられる。この構成により、ＣＣＤセンサ４２に付属する配線４７又はその他の要素をきれいにまとめて配置できる。また、保護膜４３をＣＣＤセンサ４２の受光面に正確に合わせて位置させることができる。
【００５９】
また、本実施形態では、凹部４６が深い凹部４６ａと、浅い凹部４６ｂとによって形成されている。そして、浅い凹部４６ｂは深い凹部４６ａの周囲に設けられている。そして、ＣＣＤセンサ４２は深い凹部４６ａ内に収容され、配線４７は浅い凹部４６ｂに形成されている。そして、Ｘ線を減衰させる材料から成る膜支持部材４４は浅い凹部４６ｂに対向して配置されている。この構成により、配線４７はそれ自身に近い位置で膜支持部材４４によってＸ線に当たることから保護されるので、配線４７にＸ線が当たることを確実に防止できる。
【００６０】
また、図１及び図２において、Ｘ線検出装置２７は筐体３１を有し、その筐体３１には凹部３６が形成されている。そして、ＣＣＤセンサ４２を備えたＣＣＤモジュール３２は、ペルチェ素子３３と共に、凹部３６の中に収容されている。そして、凹部３６の開口はＸ線を通すことのできる膜３４によって覆われている。通常、凹部３６の中は真空状態又は真空に近い減圧状態に設定される。
【００６１】
この構造において、筐体３１に設けた凹部３６の壁面には埃、金属片等といった異物が付着するおそれがある。そしてその異物は、ＣＣＤセンサ４２が稼動状態に入った後に、壁面から離れてＣＣＤセンサ４２の内部へ進入するおそれがある。しかしながら、本実施形態では図４に示したように、ＣＣＤセンサ４２のＸ線受光面をパッケージ４０の構成要素である保護膜４３で覆ってあるので、そのような異物の進入を確実に防止できる。
【００６２】
次に、本実施形態では図４の保護膜４３を、ポリイミド樹脂であるカプトン（デュポン社製の商品名）又はポリエステル樹脂であるマイラー（デュポン社製の商品名）によって形成した。これらの樹脂は、高分子膜であって繊維性でない膜である。このような特性の膜を用いることにより、ＣＣＤセンサ４２へ向かうＸ線の減衰をできる限り抑えることができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図４の実施形態では保護膜４３を膜支持部材４４を介してハウジング４１に取り付けたが、膜支持部材４４を用いることなく保護膜４３をハウジング４１へ直接に取り付けるようにしても良い。この場合にはＸ線透過可能部材である保護膜４３の周囲領域にガラス等といったＸ線減衰可能部材が設けられないことになるが、この場合でも、ＣＣＤセンサ４２への異物の付着を保護膜４３によって防止するという主たる効果は達成できる。
【００６４】
また、図１の実施形態では、ＣＤＤセンサ４２として図６に示すＦＦＴ型のＣＣＤセンサを用いたが、必要に応じて、その他の構造のＣＣＤセンサを用いても良い。また、図１の実施形態では、θ−２θ型のＸ線回折装置に本発明を適用したが、本発明はそれ以外の構造のＸ線回折装置に対しても適用でき、さらには、必要に応じてＸ線回折装置以外のＸ線分析装置に対しても本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係るＸ線検出装置は、Ｘ線回折装置、蛍光Ｘ線装置、Ｘ線小角散乱装置、微小部Ｘ線測定装置、その他各種のＸ線分析装置に適用できる。また、本発明に係るＸ線分析装置は、Ｘ線回折測定、蛍光Ｘ線測定等といったＸ線分析を高速且つ正確に行いたい場合に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るＸ線検出装置及びＸ線分析装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１のＸ線検出装置を拡大して示す平面断面図である。
【図３】図２のＸ線検出装置で用いるＣＣＤモジュールを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に従った断面図である。
【図５】ＣＣＤセンサの一例を示す図である。
【図６】ＣＣＤセンサの他の一例を示す図である。
【図７】ＣＣＤセンサのさらに他の一例を示図である。
【図８】半導体受光素子であるＣＣＤ素子の断面構造を示す断面図である。
【図９】図１のＸ線分析装置を用いた測定の結果として得られた回折線図形を示す図である。
【図１０】ＣＣＤセンサの機能を説明するための図である。
【図１１】従来のＸ線分析装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１．金属電極、  ２．酸化絶縁層、  ３．半導体層、  ６．受光部、
６ａ．フォトダイオード、  ７．蓄積部、  ８．水平シフトレジスタ、
９．出力部、  １１．転送ゲート、  １６．Ｘ線回折装置（Ｘ線分析装置）、
１７．ゴニオメータ、  １８．Ｘ線焦点（Ｘ線源）、  １９．Ｘ線発生装置、
２１．発散規制スリット、  ２４．θ回転系、  ２６．２θ回転系、
２７．Ｘ線検出装置、  ３１．筐体、  ３２．ＣＣＤモジュール、
３３．ペルチェ素子（冷却用要素）、  ３４．膜、  ３６．凹部、  ４０．パッケージ、４１．ハウジング、  ４２．ＣＣＤセンサ（半導体センサ）、  ４３．保護膜、
４４．膜支持部材、  ４６．凹部、  ４６ａ．第１凹部、  ４６ｂ．第２凹部、
４７．配線、  ４８．開口、  ４９．端子、  Ｓ．試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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