(57)【要約】【課題】Ｘ線の利用効率、計測感度が向上され、装置の小型、軽量化、コストダウンを実現できるＸ線装置を実現する。【解決手段】Ｘ線を照射するＸ線源と、このＸ線源の下方に設けられ前記Ｘ線の照射方向に直交して流れる測定試料を透過した光を受光検出するＸ線検出器とを具備するＸ線装置において、前記測定試料の流れ方向に略直交して前記Ｘ線源と前記測定試料との間に設けられ前記Ｘ線の反射線束を前記測定試料に照射する反射鏡を具備したことを特徴とするＸ線装置である。【選択図】図１
2011164043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を照射するＸ線源と、
このＸ線源の下方に設けられ前記Ｘ線の照射方向に直交して流れる測定試料を透過した光を受光検出するＸ線検出器とを具備するＸ線装置において、
前記測定試料の流れ方向に略直交して前記Ｘ線源と前記測定試料との間に設けられ前記Ｘ線の反射線束を前記測定試料に照射する反射鏡
を具備したことを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】
前記反射鏡は、少なくとも１回前記Ｘ線を反射して前記Ｘ線の反射線束を前記測定試料に照射するように配置されたこと
を特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
【請求項３】
前記反射鏡は、前記Ｘ線の光路を挟んで対向して配置されたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載のＸ線装置。
【請求項４】
前記反射鏡は、前記Ｘ線源に一方端縁が接し他方端縁が前記測定試料の近くまで配置されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のＸ線装置。
【請求項５】
前記反射鏡は、重金属の蒸着反射鏡であって、平面あるいは緩い曲率を有する曲面鏡であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のＸ線装置。
【請求項６】
前記反射鏡は、前記反射鏡を最適角度で反射することができるように微調旋回機構に搭載されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線装置に関するものである。
更に詳述すれば、Ｘ線の利用効率、計測感度が向上され、装置の小型、軽量化、コストダウンを実現できるＸ線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、Ｘ線を用いた厚さ測定装置の例を示す。
図６は図５の動作説明図である。
【０００３】
図において、Ｘ線源１に正対してＸ線検出器２が設置されている。
Ｘ線検出器２は、シンチレータを用いたＣ-ＭＯＳやＣＣＤといった半導体受光素子であったり、Ｘ線に感度を持たせた直接変換型放射線検出素子検出器である。
Ｘ線源１から離れ、Ｘ線検出器２に近い位置を測定対象物（試料）Ａが、矢印Ｂに示す如く連続的に通過する。
【０００４】
これを高速に撮影して透過線量をリアルタイムに計測し、予め求めておいた透過線量と厚さの関係（検量線）から厚さを算出する。
測定対象が、膜厚測定であったり、塗工量測定の場合は、工程の前後で夫々計測し、その差を求めることで工程（塗工量など）の制御が可能になる。
【０００５】
Ｘ線検出器２は、所謂ラインセンサを用いるため、小さな検出素子を１列もしくは複数列並べた構造をしており、素子サイズは０．数mm〜２mm程度である。この素子を測定対象物のサイズに合わせて、数十〜数百素子隙間なく並べてある。
従って、Ｘ線検出器２のサイズは、数百mm×０．数mmの長方形の領域となる。
【０００６】
放射線の取り扱いに関する法令に『利用線錘の放射角がその目的を達するために必要な角度を超えないようにするための照射筒又は絞りを用いなければ成らない』とあるように、Ｘ線源１の出口付近に設置されたコリメータ３により放射線（フラックス）を制限して検出器の検出部サイズに合わせたファンビームにしている。ファンビームに制限しなければ、図６に示すようにほぼ真円に近い円錐状のフラックスＣが得られる。
【０００７】
Ｘ線源（Ｘ線管）から放射されるフラックスは、Ｘ線管の構造により放射角が決まり、透過型であれば比較的広角（１００〜１３０度程度）、反射型であれば狭角（３０〜７０度程度）に放射されるが、いずれにしても円錐状に放射されているにもかかわらず、ファンビームのみ利用しているので、実際に利用できる線量は極僅かである。
【０００８】
今、Ｘ線管からコリメータ３等で制限されず、円錐状に照射され試料に当たる直前の照射面積を考える。
直径Ｄ＝Φ５０cmであるとして、検出部で利用できる有効なファンビーム幅Ｅを１mmとすれば、その単純な面積比は、（５０×０．１）/（２５2×３．１４）＝０．１３％程度にしか満たない。
【０００９】
実際は中央部のフラックス強度が強いことから、面積比よりも大きい値にはなることは想像に難くないが、それでも１％程度であって、利用効率が大変悪い。
Ｘ線は可視光に対して１/１０００程度も短い波長であるため、レンズや反射鏡による集光は大変困難で有用な集光手段が無いため、必要な範囲以外のフラックスは制限して使う以外にない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−００５１５６号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１２５１号公報
【特許文献３】特開２０００−２６６７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような装置においては、以下の問題点がある。
フラックスの利用効率が悪く、僅かでも集光して利用効率を上げられれば、小型のＸ線管で代用することができるが、比較的容易な（回折や分光に用いられる高価で数ｍにも及ぶ大掛かりな光学系でない）方法での有用なＸ線光学系が無い。
【００１２】
軟Ｘ線や低エネルギーのＸ線では、大気吸収があるためにビームハードニング（線質硬化）が発生し、試料を遠方に置いての検査はより強大な線源を必要とし大変効率が悪い。
ここで、ビームハードニングとは、連続Ｘ線が物質を透過するとき、低エネルギのほうがより多く吸収され、結果的にエネルギピークが高い側に移動（シフト）することを言う。
ビームハードニングが発生すると、透過性の高い試料では、線量の吸収が不十分であるため、試料透過後のＸ線検出感度が得られず、検出信号レベルが低下して検出精度が悪くなる。
【００１３】
高出力の線源は、反射型が多く照射角が比較的小さいため、試料に対して遠方より照射することで、照射面積を稼ぐ必要があった。数十〜数百μmの薄膜の厚さ測定では、数keV〜３０keV程度の透過力の弱い光子エネルギーを用いる必要があり、空気吸収の影響を受ける。(前項参照)
【００１４】
ビームハードニングを回避するためには、線源、試料、検出器、搬送装置など一式をチャンバ内に封じ込めて真空引きするか、大気吸収の少ない気体でチャンバを作るといった大掛かりな装置となる。
Ｘ線源は有寿命でありＸ線管のほぼ定格で使用すれば、１〜数年に１度程度で交換する必要がある。高価であるとともに交換、調整も面倒なことが多く、大きなランニングコストがかかる。
【００１５】
線源と試料の間は通常大気開放となっている。このため、空気の温度、気圧、水分（湿度）等の影響によりＸ線の吸収量が変化するが、遠方に離すことにより更にこの影響を受けて、測定誤差の要因となる。
【００１６】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、Ｘ線の利用効率、計測感度が向上され、装置の小型、軽量化、コストダウンを実現できるＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１のＸ線装置においては、
Ｘ線を照射するＸ線源と、このＸ線源の下方に設けられ前記Ｘ線の照射方向に直交して流れる測定試料を透過した光を受光検出するＸ線検出器とを具備するＸ線装置において、  前記測定試料の流れ方向に略直交して前記Ｘ線源と前記測定試料との間に設けられ前記Ｘ線の反射線束を前記測定試料に照射する反射鏡を具備したことを特徴とする。
を具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２のＸ線装置においては、請求項１記載のＸ線装置において、
前記反射鏡は、少なくとも１回前記Ｘ線を反射して前記Ｘ線の反射線束を前記測定試料に照射するように配置されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項３のＸ線装置においては、請求項１又は請求項２記載のＸ線装置において、
前記反射鏡は、前記Ｘ線の光路を挟んで対向して配置されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項４のＸ線装置においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のＸ線装置において、
前記反射鏡は、前記Ｘ線源に一方端縁が接し他方端縁が前記測定試料の近くまで配置されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項５のＸ線装置においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のＸ線装置において、
前記反射鏡は、重金属の蒸着反射鏡であって、平面あるいは緩い曲率を有する曲面鏡であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項６のＸ線装置においては、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のＸ線装置において、
前記反射鏡は、前記反射鏡を最適角度で反射することができるように微調旋回機構に搭載されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
直接照射線束に加えて反射線束も試料に照射することができるので、Ｘ線源から直接検出素子に到達する線量に対して、数倍の線量増加が可能であるＸ線装置が得られる。
未利用のＸ線量を効果的に収束できることから、低出力線源を採用しても、所望のＸ線量を得ることが出来、Ｘ線源の価格が抑えられるとともに、Ｘ線源の小型化が図れるＸ線装置が得られる。
【００２４】
従来通り高出力のＸ線源を用いた場合には、Ｘ線管の電流を絞って使えるために長寿命が期待できるＸ線装置が得られる。
反射鏡自体がＸ線の漏洩線を防止する効果があるため、遮蔽構造体を簡易化できるＸ線装置が得られる。
【００２５】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
反射鏡は、少なくとも１回、Ｘ線を反射して、Ｘ線の反射線束を、測定試料に照射するように配置されたので、直接検出器に到達しない非利用の線束を検出素子へ向けることが出来、小型化が図れるＸ線装置が得られる。
【００２６】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
反射鏡は、Ｘ線の光路を挟んで対向して配置されたので、Ｘ線を互いに反射し複数回反射が期待でき、１回反射より線量増加が可能であるＸ線装置が得られる。
【００２７】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
反射鏡は、Ｘ線源に一方端縁が接し他方端縁が測定試料の近くまで配置されたのでＸ線の反射が確実にできるとともに、漏洩線を抑制する遮蔽構造体としての効果があるＸ線装置が得られる。
【００２８】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
反射鏡は、金、白金、銅に代表される重金属の蒸着により、全反射を発生し得る入射角をより大きく取ることができ、反射線量を増加することが可能であるＸ線装置が得られる。
【００２９】
本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
反射鏡は、反射鏡を最適角度で反射することができるように微調旋回機構に搭載されたので、反射角度の調節が容易なＸ線装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の斜視説明図である。
【図３】図１の説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図６】図５の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の斜視説明図である。
図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図５との相違部分のみ説明する。
【００３２】
図１において、Ｘ線源１１が測定対象物Ａの上方にＸ線出射口を下にして適当な距離を取って正対して設置されている。
測定対象物Ａの下方には測定対象物Ａから比較的近くに、シンチレーション付きラインカメラ、電離箱、直接変換型半導体検出器などのＸ線検出器１２が測定対象物Ａに向けて設置されている。
Ｘ線検出素子１２１は、Ｘ線検出器１２内に配置されている。
【００３３】
測定対象物ＡとＸ線源１１の中間には、反射鏡（平面反射鏡、緩やかな曲面を有する曲面反射鏡など）１３，１４が略並行に対向して設置されている。
反射鏡１３，１４は、表面の極平滑な金、白金、銅などの重金属蒸着反射鏡が好適であり、反射鏡の角度調整が可能なように、旋回が可能な微調整ステージや簡易的に角度調整が可能な微調整旋回機構１５によって保持されている。
この場合は、ねじ１５１，１５２，１５３，１５４で、微調整旋回機構１５が構成されている。
【００３４】
Ｘ線源１１の出射口の近くには、Ｘ線を制限するコリメータ１６もしくは照射筒を具備しており、円錐状に照射されるＸ線束を、円錐の全幅を確保しつつ、薄く（例えば、３度以下に）スライスしたようにビーム成形する。
また、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２まで比較的距離をとって設置するために、Ｘ線の漏洩問題があり、Ｘ線束を囲むように遮蔽板１７と遮蔽板１８でサンドイッチした構造の鉄鋼材やステンレス材などで遮蔽空間が作られている。
【００３５】
以上の構成において、Ｘ線源１１から出射され、コリメータ１６で規制された薄いＸ線束（ファンビーム）は、測定対象物Ａを透過して、Ｘ線検出器１２の位置では幅ｂの領域に透過Ｘ線Ｎが到達しているが、測定に利用されるＸ線束は検出素子幅ａのみであって、その利用効率は線源から放出される総量に対して１％以下である。
【００３６】
本発明では、Ｘ線源１１と測定対象物Ａの任意の位置に対向反射鏡１３，１４を設置し、直接検出素子１２１に到達できない、素子の外側に向かう、本来利用できないＸ線束を反射鏡１３，１４に極浅く入射させて、Ｘ線を全反射させ方向を変えることで、検出素子１２１に到達するようにしている。
【００３７】
図１では、Ｘ線源１１から図１の右側方向に出射して、反射鏡１４の上部で全反射して反射鏡１３側方向に向きを変え、反射鏡１３で再反射して、検出素子１２１へ向かう反射Ｘ線Ｍの様子を示している。Ｎは直射Ｘ線である。
これは、一部の例であって、入射の状態で異なった反射となるが、１回もしくは２，３回反射して検出素子１２１へ向かうことで、直接到達する線量に対して数倍増えることになる。
【００３８】
図３に様々な物質に対する８．０４keVエネルギーの反射臨界角を示す。原子番号が大きい物質の方が臨界角が大きいことがわかる。また、低エネルギー（軟Ｘ線）であれば更に臨界角が大きく、軟Ｘ線から数十ｋeV程度の低エネルギーＸ線では特に有効である。
【００３９】
なお、図３の数値は、
独立行政法人物質・材料機構のホームページ／埋もれた界面のX線・中性子解析／ご案内とリンク集／X線反射率ってなに？［平成２２年８月１０日検索］インターネット
＜ＵＲＬ： http://www.nims.go.jp/xray/ref/whats0.htm＞
に示されている。
【００４０】
この結果、
直接照射線束に加えて反射線束も試料に照射することができるので、Ｘ線源から直接検出素子に到達する線量に対して、数倍の線量増加が可能であるＸ線装置が得られる。
未利用のＸ線量を効果的に収束できることから、低出力線源を採用しても、所望のＸ線量を得ることが出来、Ｘ線源の価格が抑えられるとともに、Ｘ線源の小型化が図れるＸ線装置が得られる。
【００４１】
従来通り高出力のＸ線源を用いた場合には、Ｘ線管の電流を絞って使えるために長寿命が期待できるＸ線装置が得られる。
反射鏡１３，１４自体がＸ線の漏洩線を防止する効果があるため、遮蔽構造体を簡易化できるＸ線装置が得られる。
【００４２】
反射鏡は、少なくとも１回、Ｘ線を反射して、Ｘ線の反射線束を、測定試料に照射するように配置されたので、直接検出器に到達しない非利用の線束を検出素子へ向けることが出来、小型化が図れるＸ線装置が得られる。
【００４３】
反射鏡１３，１４は、Ｘ線の光路を挟んで対向して配置されたので、Ｘ線を互いに反射し複数回反射が期待でき、１回反射より線量増加が可能であるＸ線装置が得られる。
【００４４】
反射鏡１３，１４は、金、白金、銅に代表される重金属の蒸着により、全反射を発生し得る入射角をより大きく取ることができ、反射線量を増加することが可能であるＸ線装置が得られる。
【００４５】
反射鏡１３，１４は、反射鏡１３，１４を最適角度で反射することができるように微調旋回機構１５に搭載されたので、反射角度の調節が容易なＸ線装置が得られる。
【００４６】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図４において、反射鏡２１，２２，２３，２４は、測定対象物Ａの両幅端に対向してそれぞれ対向して配置されている。
測定対象物Ａの両幅端のＸ線束は、距離の逆２乗則により低減するため、コサイン則で線量の減少が発生する。このため、反射鏡で全域をカバーしなくても、周辺の光量が減ってしまう領域にだけ設置することで、反射鏡の大型化を避けて比較的安価に設置が可能である。
【００４７】
なお、前述の実施例においては、反射鏡１３，１４の位置に付いて、Ｘ線源１１の近傍に有ると説明したが、これに限ることはなく、例えば、
Ｘ線検出器１２の近傍に置くなどしてもよい。また、Ｘ線源１１の出射端より、測定対象物Ａのギリギリ上まで、全域を覆うような大型の対向反射鏡であっても良い。
全域を覆うような大型の対向反射鏡であれば、Ｘ線の反射が確実にできるとともに、漏洩線を抑制する遮蔽構造体としての効果があるＸ線装置が得られる。
【００４８】
なお、前述の実施例においては、反射鏡は対向反射鏡と説明したが、反射鏡による反射線束を利用すればよいので、片側のみの反射鏡であっても良いことは勿論である。
反射鏡の大型化を避けるために任意の位置、形状で反射鏡を分割しても良いことは勿論である。
なお、遮蔽板１７１，１７２で構成される空間に、ヘリウムＨｅ等の大気吸収が少ないガスを充填するなどしてもよいことは勿論である。
【００４９】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００５０】
１      Ｘ線源
２      Ｘ線検出器
Ａ      測定対象物
Ｂ      矢印
Ｃ      フラックス
Ｄ      直径
Ｅ      ファンビーム幅
３      コリメータ
１１    Ｘ線源
１２    Ｘ線検出器
１２１  Ｘ線検出素子
１３    反射鏡
１４    反射鏡
１５    微調整旋回機構
１５１  ねじ
１５２  ねじ
１５３  ねじ
１５４  ねじ
１６    コリメータ
１７    遮蔽板
１８    遮蔽板
ａ      検出素子幅
ｂ      幅
Ｍ      反射Ｘ線
Ｎ      直射Ｘ線
２１    反射鏡
２２    反射鏡
２３    反射鏡
２４    反射鏡
【図１】
2011164043.tif 000003
【図２】
2011164043.tif 000004
【図３】
2011164043.tif 000005
【図４】
2011164043.tif 000006
【図５】
2011164043.tif 000007
【図６】
2011164043.tif 000008