(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光Ｘ線によってコンベアベルト（１０１）上の試料、特には、スクラップ粒子などの金属部品を識別するための装置であって、
前記コンベアベルト（１０１）上の検査対象の試料部分（１０４）へＸ線放射（１０３）を導くＸ線源（１０２）を備え、
平面的な様相に配置された複数の検出素子（１１３、１１４、１１５）を有するＸ線検出器アレイ（１０８）であって、試料部分において散乱された、あるいは前記試料部分によって励起されたＸ線放射（１０５）を受け取り、該Ｘ線放射を電荷信号へと変換するためのＸ線検出器アレイ（１０８）を含む検出器ヘッド（１０７）を備え、
前記検出素子（１１３、１１４、１１５）からの前記電荷信号を読み出して処理するための電子ユニット（１０９）をさらに備え、
前記電子ユニット（１０９）は、前記Ｘ線検出器アレイ（１０８）の個々の検出素子（１１３、１１４、１１５）の各々について信号チャネル（１２０）を備えており、
各々の信号チャネル（１２０）は、
・少なくとも２つの調節可能な弁別閾値（１１６、１２２）を有する弁別ユニット（１１７）であって、振幅が前記２つの弁別閾値のうちの一方よりも大きい、又は両方の弁別閾値（１１６、１２２）よりも同時に大きい全てのガウス曲線状信号（１１９）を検出する弁別ユニット（１１７）と、
・前記アナログのガウス曲線状信号（１１９）をデジタルのイベントカウントに変換するための弁別閾値（１１６、１２２）ごとに１つのカウントユニット（１１８、１２１）と
を有する装置であって、
前記Ｘ線検出器アレイ（１０８）の個々の検出素子（１１３、１１４、１１５）は、５０μｍ〜５００μｍの空間分解能を有し、５００ｅＶ〜３０ｋｅＶの間のエネルギー範囲のＸ線放射への感度を有し、並びに１００ｋｃｐｓまでの計数率における８．０４ｋｅＶのエネルギーに対する０．５ｋｅＶ未満のエネルギー分解能を有し、
前記検出素子（１３１、１３２、１３３）のための信号チャネル（１３４、１３５、１３６）のうち特定の検出素子（１３２）のための前記信号チャネル（１３５）が有する弁別ユニット（１４３）は、該検出素子（１３２）に空間的に直接隣接する前記検出素子（１３１、１３３）の弁別ユニット（１４１、１４５）に電気的に接続され、全ての弁別ユニット（１４１、１４３、１４５）は、２つ以上の検出素子（１３１、１３２、１３３）における信号の同時発生を識別して電気的に別々に処理することができるようなやり方でデジタル及び／又はアナログ回路（１４０、１４２、１４４、１４６）を介して互いに相互接続されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記平面的に配置された個々の検出素子（２０２）は、少なくとも１つのグループ（２０１）、互いに平行な複数のグループ（２０３、２０４、２０５）、又は互いに同一直線上にある複数のグループ（２０６、２０７）にて、ストリップ状に配置され、グループ内で個々のストリップは互いに平行に整列させられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
検出素子の第１のグループ（３０３、３０４、３０５、３０６）が、コンベアベルト方向に対して直角に配置され、該グループの個々のストリップは、前記コンベアベルト方向に平行に配置されている、且つ／又は、検出素子の第２のグループ（３０７、３０８、３０９）が、前記コンベアベルト方向に平行に配置され、該グループの個々のストリップは、前記コンベアベルト方向に対して直角に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器アレイは、検出素子の第１のグループ（４０６、４０７）及び第２のグループ（４０３、４０４、４０５）の組み合わせから構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記検出素子の少なくとも一部（５０１）は、厚さが３００μｍ超、特には３００μｍ〜２ｍｍの基板（５０２）を有するシリコンストリップセンサから構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
個々の検出素子グループ（６０３、６０４、６０５、６０６、６０７）の各々の前記弁別閾値を、互いに独立に設定することができ、結果として、各グループが入射Ｘ線放射の検出のための１つ又は複数の個々のエネルギーウインドウ（６１３）に割り当てることができることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
隣接するチャネル（７１４、７１６、７１８）の弁別ユニット（７２２、７２４、７２６）は、共有電荷信号の除去ユニット（７２３、７２５）を介して互いに電気的に相互接続され、前記除去ユニット（７２３、７２５）の各々は、パラメータ化可能なＶＥＴＯ弁別閾値を有し、前記除去ユニット（７２３、７２５）は、前記Ｘ線検出器アレイに到達するＸ線光子（７０１）が、各々の場合において、２つの隣接する信号チャネルの電気出力信号（７１９、７２０、７２１）がＶＥＴＯ閾値（７１５、７１７）を超えるという結果を有する場合に、イベントとしてカウントされないという効果を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
隣接するチャネル（８１４、８１５、８１６）の弁別ユニット（８２０、８２２、８２４）は、共有電荷信号の補正ユニット（８２１、８２３）を介して互いに電気的に相互接続され、前記補正ユニットは、隣接するチャネルにおいて同時に発生するガウス曲線状出力信号（８１７、８１８、８１９）を識別し、そのような場合に、出力信号の振幅の合計を形成し、単一のイベントとして特定された合計信号を最高の信号振幅を示したチャネルへと割り当て、他方のチャネルにおける出力信号の記録を止めさせることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記Ｘ線検出器アレイは、それぞれが同じストリップ間隔を有しているｎ個（ｎ＞２）の第１のグループ（９１５、９１６、９１７；９２２、９２３、９２４）から構成されており、前記ストリップは、或るグループと次のグループとで前記ストリップ間隔の距離をｎで割った距離だけずらされて配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）（時間遅延積分）モードにおける検出素子の個々のグループ（１００３）が、前記コンベアベルトの瞬間速度に同期して動作することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
サブチャネル法が検出素子の個々のグループ（１１０３）へ適用され、前記サブチャネル法は、各々の個々の物理的な検出素子のイベントカウントを３つ以上の仮想の信号チャネルに分割することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
カウントユニット（１１８、１２１）からデジタル信号を読み出すために、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（特定用途向け集積回路）、あるいは、自由にプログラム可能なコントローラが、前記検出器ヘッド（１０７）に統合されたやり方で設けられることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
検出素子の１つ又は複数のグループ（１３０８〜１３１５）が、該グループ内の全ての個々の検出素子のイベントカウントが足し合わされて単一の測定値として出力されることで、空間分解能を有する１Ｄ検出器として動作するのではなく、むしろ平面的な様相に配置された０Ｄ検出器として動作することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
検出素子グループ（１４０３、１４１０）の個々の検出素子の各々は、停止可能であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記Ｘ線検出器アレイは、少なくとも毎秒２０００回の個々の測定を連続的に実行できるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線によって、静止又は移動するコンベアベルト上の試料、特には、スクラップ粒子などの金属部品を識別するための装置に関し、
この装置は、コンベアベルト上の検査対象の試料部分へＸ線放射を導くＸ線源を備え、
平面的な様相に配置された複数の検出素子を有するＸ線検出器アレイであって、試料部分において散乱された、あるいは試料部分によって励起されたＸ線放射を受け取り、前記Ｘ線放射を電荷信号へと変換するためのＸ線検出器アレイを含む検出器ヘッドを備え、
検出素子からの電荷信号を読み出して処理するための電子ユニットをさらに備え、
電子ユニットは、Ｘ線検出器アレイの個々の検出素子の各々について信号チャネルを備えており、各々の信号チャネルは、
・少なくとも２つの調節可能な弁別閾値を有する弁別ユニットであって、振幅が２つの弁別閾値のうちの一方よりも大きい、又は両方の弁別閾値よりも同時に大きい全てのガウス曲線状信号を検出する弁別ユニットと、
・アナログのガウス曲線状信号をデジタルのイベントカウントに変換するための弁別閾値ごとに１つのカウントユニットと
を有している。
これらの特徴を有する選別装置は、特許文献１（［１］）から知られている。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線を用いた測定は、特には、金属試料を検出し、金属試料の特性を明らかにするために使用され得る機器分析の強力な方法である。種々の測定の形態が、分析目的に応じて使用される。
【０００３】
通常、Ｘ線源は、静止又は移動するコンベアベルト上にある試料をＸ線放射で照射する。このプロセスにおいて生成された蛍光Ｘ線放射は、通例では、コリメーションユニット（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）を介して導かれ、その後に個々のＸ線放射検出器又はＸ線検出器アレイに入射する。そのようなアレイは、複数の別個のＸ線放射検出器から構成されてよく、あるいは、通例ではモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）半導体基板上に配置される複数の個々の検出素子によって形成される。別個の検出器とモノリシックな検出器との同時の組み合わせもまた可能である。一般に、そのような検出システムは、移動するコンベアベルトにて移動する試料の化学組成の特定及び監視、もしくは、予め定められた化学組成を有する試料のコンベアベルト上における正確な空間位置の特定というタスクを有する。
【０００４】
先行技術
冒頭で引用した特許文献１（［１］）は、Ｘ線検出器アレイの検出素子であって様々な異なるタイプの検出素子を使用した蛍光Ｘ線測定に基づく一般的な試料選別装置を記載している：
特許文献１（［１］）は、センサ試料としてのＣｄＴ（テルル化カドミウム）及びＣＺＴ（テルル化カドミウム亜鉛）、あるいは検出器技術としてのＳｉＬｉ（リチウムドリフトシリコン検出器）、ＳＤＤ（シリコンドリフト検出器）、及びシリコン上リン光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ｏｎ−ｓｉｌｉｃｏｎ）をベースとするＸ線検出器アレイに言及している。特には、検出器の種類としての、Ａｍｐｔｅｋ社のＳｉ−Ｐｉｎ及びＸＲ−１００Ｔ−ＣＺＴ、並びにＮｏｖａ  Ｒ＆Ｄ社のいわゆるＮＥＸＩＳシステムについて言及されている。
【０００５】
特許文献１（［１］）で言及された検出技術は、個々の強みによって区別される。これに関して、例として、ＮＥＸＩＳシステムは高い空間分解能を有し、個々の試料の空間的位置を比較的正確に特定することができる。これは、個々の検出素子の間隔が１ｍｍと小さいために達成される。さらに、この検出器は、非常に広いダイナミックレンジを有する。個々の検出素子の各々は、最大で毎秒１０６個のＸ線光子の程度の大きさの放射強度を処理することができる。しかしながら、ＮＥＸＩＳシステムは、数１０００ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））という比較的低いエネルギー分解能しか持たないため、蛍光スペクトルがエネルギー的に近接している化学元素を分析的に分離することができない。さらに、ＮＥＸＩＳシステムは、特には、検出器試料ＣｄＴ及びＣＺＴとの組み合わせにおいて、２０ｋｅＶ未満のエネルギー範囲という、蛍光Ｘ線分析のための非常に限定された範囲にしか適さない。
【０００６】
特許文献１（［１］）で言及されている他の検出器は、技術Ｓｉ−Ｐｉｎ、ＳｉＬｉ、及びＳＤＤに基づいており、５．９ｋｅＶにおいて１５０ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））未満の最高エネルギー分解能を有する。それらは、１ｋｅＶから通常は３０ｋｅＶまでのエネルギー範囲の様々な化学元素のＸ線蛍光スペクトルを正確に分析することができる。しかしながら、このようなＸ線放射検出器の使用可能な包括的計数率（ｇｌｏｂａｌ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｒａｔｅ）には限りがあり、ＮＥＸＩＳシステムと比べてはるかに低い。実際には、技術Ｓｉ−Ｐｉｎ、ＳｉＬｉ、又はＳＤＤに基づく検出器アレイは、一般に、別個の個々の検出器で構成される。この場合、個々の検出器の各々は、数平方ミリメートルの有効面積を有する。したがって、このような構成の場合に達成可能な試料の空間分解能の値は、ＮＥＸＩＳシステムの場合と比べて１桁以上低下する。これらの検出器技術に基づいて、単一の半導体基板上に複数の検出素子を有するモノリシックな技術的解決策も存在する。しかしながら、ここでも、個々の検出素子は、互いに少なくとも数ミリメートル離れている。さらに、技術Ｓｉ−Ｐｉｎ、ＳｉＬｉ、及びＳＤＤでは、非常に高価な冷却である、−１０℃を大幅に下回る温度へのセンサの冷却が必要とされる。
【０００７】
高いエネルギー分解能と、さらに、広いダイナミックレンジ及び高い空間分解能を同時に必要とする出願に関して、特許文献１（［１］）は、様々なタイプの検出器技術の検出器で構成されるハイブリッドＸ線検出器アレイの形成を提案している。特に、この特許は、ＣｄＴ、ＣＺＴ、Ｓｉ（Ｌｉ）、及びＳＤＤ検出器に基づく組み合わせからなるハイブリッド検出器アレイに言及している。しかしながら、そのようなハイブリッド検出器アレイは、個々の検出器技術に関して上述した不備のうちのわずかしか解決しない。
【０００８】
以下の欠点は、特許文献１（［１］）に記載されている全てのＸ線検出装置に当てはまる。
・蛍光Ｘ線放射が高いエネルギー分解能で検出され、化学組成が正確に特定された種々の化学組成の試料について、コンベアベルト上での位置を、比較的大きな空間的不確かさでしか特定することができない。
・コンベアベルト上での位置が良好な空間分解能を有する検出器によってコンベアベルト上で比較的正確に特定された種々の化学組成の試料は、この目的のために使用される検出器のエネルギー分解能が極めて低いために、特定不可能であり、あるいは、それら化学組織に関して、限られた精度でしか特定することができない。
・高いエネルギー分解能を有する上述の検出器は、比較的限られた、ローカル及び包括的計数率のダイナミックレンジしかないので、大きく変化する試料組成の場合の放射線検出器の飽和を回避するために、蛍光Ｘ線放射の強度は比較的低い値に制限されなければならない。この実質的な問題は、達成可能なカウント統計及び可能な最大コンベアベルト速度に直接影響する。
・０〜２０ｋｅＶのエネルギー範囲について、特許文献１（［１］）は、高い空間分解能を有するいかなる適切な検出器技術にも言及していない。このエネルギー範囲に対して提案された検出器Ｓｉ−Ｐｉｎ、ＳｉＬｉ、及びＳＤＤは、極めて良好なエネルギー分解能を有するが、試料の空間的位置を粗くしか検出することができない。
・高いエネルギー分解能を有する上述の検出器（Ｓｉ−Ｐｉｎ、Ｓｉ−Ｌｉ、及びＳＤＤ）は、実動作において影響を受けやすいであろう検出素子の高価な冷却を必要とする。
【０００９】
技術文献は、非常に良好な空間分解能を有し、さらには、２０ｋｅＶ未満の光子エネルギーに適している多数の検出器アレイの構成を開示している。とりわけ、そのような検出器は、非特許文献１（［２］）に記載されている。
【００１０】
工業的に使用されている製品の一例は、スイスのＰＳＩ  Ｐａｕｌ  Ｓｃｈｅｒｒｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔによって開発されたＭＹＴＨＥＮ検出器である（非特許文献２（［３］））。個々の検出素子の間隔は、例えばＭＹＴＨＥＮ検出器では、５０μｍである。
【００１１】
しかしながら、上述したこれらの検出器アレイの構成は、試料を識別するための装置における使用に関し、非常に限られた範囲でのみ使用可能である。第１に、これらの検出器アレイの構成は、通常は、１０００ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））以上の大きさのエネルギー分解能しか有さない。このエネルギー分解能は、技術的に関連する多くの試料分析のタスクにとって充分ではない。
【００１２】
第２に、いわゆる電荷共有効果（ｃｈａｒｇｅ  ｓｈａｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）が、このような検出器において、センサの構造に影響されるやり方で生じる。この効果によって、潜在的に、個々のＸ線光子によって生成された電荷担体は、それらの全体が単一の検出素子によって取り出されるのではなく、むしろ、隣接する検出素子によって一部において検出されるという状況が示される。電荷共有効果がより大きいほど、個々の検出素子はより小さく構成される。検査すべき試料サンプルが単一の化学元素のみを含む場合、電荷共有が影響して、検出される蛍光Ｘ線放射のエネルギー分布は、もはやガウス曲線状ではなく、むしろ非常に非対称になり、低エネルギー成分を有する。試料が複数の化学元素を含む場合、試料識別のための装置において、通常、常にそうであるように、電荷共有が影響して、個々の蛍光Ｘ線スペクトルが互いにエネルギー的に重なり合って、互いに大きく影響を及ぼす。エネルギースペクトルにおける電荷共有によって生成された成分の実際の強さは、多くの影響変数に依存する。特に、濃度が空間的及び時間的にさらに変化する複数の化学元素を試料サンプルが含む場合に、電荷共有によって生成されるエネルギー成分の激しい変動が生じる。したがって、このような検出器では、エネルギー分解能が高く、さらには正確且つ再現性のある蛍光Ｘ線放射による試料分析は、実質的に不可能である。
【００１３】
対照的に、非特許文献３（［４］）は、Ｘ線回析法への適用のために開発された検出装置を開示している。工業用の製品として、この装置は、「ＬＹＮＸＥＹＥ  ＸＥ−Ｔ」という商品名によって知られている。試料分析のための装置では、複数の化学元素のＸ線蛍光スペクトルは、通常は、互いに同時に重ね合わせられるが、準単色Ｘ線放射が、Ｘ線回折法において検出素子の位置に存在する。回折法の用途においては、Ｋ−α及びＫ−βのＸ線放射成分を確実に分離できることが、非常に重要である。非特許文献３（［４］）に記載のＸ線検出器は、これらの放射成分を電子的な弁別のみによって完全に分離することを可能にする。一例として、Ｃｕアノードを有するＸ線管が、回折法において極めて頻繁に使用される。そのようなシステムにおいて、検出器は、とりわけＫ−βビーム経路フィルタ（Ｎｉフィルタ）又はいわゆる二次モノクロメータの助けを借りずに、Ｃｕ−Ｋ−α  Ｘ線放射（８．０４ｋｅＶ）をＣｕ−Ｋ−βＸ線放射（８．９ｋｅＶ）から正確に区別することができる。
【００１４】
特許性の評価において考慮される文献を以下に記述する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】［１］米国特許第８，８５５，８０９号Ｂ２明細書
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】［２］「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」，  Ｇｅｒｈａｒｄ  Ｌｕｔｚ，  ＩＳＢＮ  ３−５４０−６４８５９−３
【非特許文献２】［３］「Ｍｙｔｈｅｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｓｙｓｔｅｍ」，  Ｂ．Ｓｃｈｍｉｔｔ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ  ５０１（２００３）２６７−２７２
【非特許文献３】［４］「Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｘ−ｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｔｒｉｐ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，  Ｐ．Ｗｉａｃｅｋ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１５  ＪＩＮＳＴ  １０  Ｐ０４００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
対照的に、本発明は、冒頭で定めた種類の装置であって、静止又は移動するコンベアベルト上に位置する試料の個々の粒子を、蛍光Ｘ線によって、５００ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ）、８．０４ｋｅＶのエネルギーに関する）よりも良好なエネルギー分解能で、正確に識別するために使用することができる装置を提供するという目的に基づく。この場合において、複数の個々の化学元素のエネルギースペクトルが互いに重なり合う場合、それらを検出ユニットから正確に分離できなければならず、個々のスペクトルが相互に影響を及ぼしてはならない。化学的な識別に加えて、装置は同時に、個々の試料粒子について空間的に高い分解能での位置の特定を可能にし得ることも意図している。特には、個々の試料粒子の位置を５０μｍよりも高い空間分解能で特定し得るように意図されている。この空間分解能は、コンベアベルト方向及びコンベアベルト方向に対して直角な方向の両方について達成されることが意図されている。さらに装置は、同時に、化学組成が空間的及び時間的に大きく変化する試料サンプルの識別及び位置の特定が可能であるように、大きな計数率ダイナミックレンジも有していなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は、Ｘ線検出器アレイの個々の検出素子が、５０μｍ〜５００μｍの空間分解能を有し、５００ｅＶ〜３０ｋｅＶの間のエネルギー範囲のＸ線放射への感度を有し、並びに１００ｋｃｐｓまでの計数率における８．０４ｋｅＶのエネルギーに対する０．５ｋｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））未満のエネルギー分解能を有し、電子ユニットが、Ｘ線検出器アレイの個々の検出素子の各々のための信号チャネル（好ましくは、強力且つ時間的に変化もする放射強度の場合でも０Ｖのベースラインを維持するためのベースライン復元器をそれぞれ有する信号チャネル）を備え、特定の検出素子のための各々の弁別ユニットが、それぞれの場合において、その検出素子に空間的に直接隣接する検出素子の弁別ユニットに電気的に接続され、全ての弁別ユニットは、２つ以上の検出素子における信号の同時発生を識別して電気的に別々に処理することができるようなやり方でデジタル及び／又はアナログ回路を介して互いに相互接続されることによって、容易に入手可能な技術的手段を用いたものと同等の測定で驚くほど単純且つ効果的な方法で達成される。
【００１９】
本発明の動作の態様
とりわけ、本発明に従って使用される検出装置は、以下の特性を有する：
・個々の検出素子が、７５μｍの間隔を有する。
・１ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲のＸ線光子を検出することができる。
・個々の検出素子のエネルギー分解能が、８．０４ｋｅＶのエネルギーに対し、また、検出素子当たり０〜２０ｋｃｐｓの計数率において、４００ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））よりも良好である。
・個々の検出素子のエネルギー分解能が、８．０４ｋｅＶのエネルギーに対し、また、検出素子当たり０〜１００ｋｃｐｓの計数率において、５００ｅＶ（半値幅（ＦＷＨＭ））よりも良好である。或る程度低いエネルギー分解能であれば、１．５ＭｃｐｓまでのＸ線光子を処理することができる。したがって、検出装置は、必要とされるエネルギー分解能に応じて、８Ｍｃｐｓから２００Ｍｃｐｓ又はそれ以上の包括的な光子計数率を処理することができる。
・電荷共有効果が、実質的に完全に排除される。
・弁別閾値を、１０ｅＶの分解能で設定でき、個々の化学元素の蛍光Ｘ線スペクトルを正確に選択することができる。
・センサ基板が、高価なやり方での冷却を必要としない。
【００２０】
したがって、本発明による試料の識別のための装置のための、このような検出の構成によって、かなりの機能的利点をもたらすことができる。要約すると、個々の検出素子の各々が極めて大きなダイナミックレンジ並びに極めて高いエネルギー分解能及び極めて高い空間分解能を同時に有する検出システムを構成することが可能である。このような検出システムは、電荷共有効果を排除する能力をさらに有するので、複数の化学元素を含む試料サンプルであっても、蛍光Ｘ線分析の助けを借りて、相互のスペクトルの影響を伴うことなく、正確に識別することができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態
平面的に配置された個々の検出素子が、少なくとも１つのグループ、好ましくは互いに平行な複数のグループ又は互いに同一直線上にある複数のグループにて、ストリップ状（薄板状）に配置され、グループ内で個々のストリップ（薄板）は互いに平行に整列させられている、本発明による装置の実施形態の一種類が、特に極めて好ましい。
【００２２】
これらの実施形態の有利な発展は、検出素子の第１のグループが、コンベアベルト方向に対して直角に配置され、前記グループの個々のストリップは、コンベアベルト方向に平行に配置されている、且つ／又は検出素子の第２のグループが、コンベアベルト方向に平行に配置され、前記グループの個々のストリップは、コンベアベルト方向に対して直角に配置されていることを特徴とする。このような検出素子の配置を用いて、コンベアベルト上に位置する試料片の空間位置を特定することが可能である。これらの構成によって、コンベアベルト方向又はコンベアベルト方向に対して直交する方向の高分解能な空間的特定が可能になる。達成可能な空間分解能は、個々の検出素子の間隔によって特定される。
【００２３】
これらの発展の特に好ましい変形例は、Ｘ線検出器アレイが、検出素子の第１のグループ及び第２のグループの組み合わせから構成されていることを特徴とする。これらの検出素子の構成によって、コンベアベルト方向及びコンベアベルト方向に対して直交する方向の両方における高分解能な空間的特定が同時に可能になる。
【００２４】
本発明のさらなる好都合な実施形態は、検出素子の少なくともいくつかが、厚さが３００μｍ超、特には３００μｍ〜２ｍｍの基板を有するシリコンストリップセンサから構成されていることを特徴とする。このようなシリコンストリップセンサは、０．５ｋｅＶから通常は３０ｋｅＶまでのエネルギー範囲のＸ線放射を検出し、直接電荷担体に変換することができる。シリコンストリップセンサ自体の構成及び機能は、特に、非特許文献１（［２］）に記載されている。
【００２５】
個々の検出素子グループの各々の弁別閾値を、互いに独立に設定することができ、結果として、各グループが入射Ｘ線放射の検出のための１つ又は複数の個々のエネルギーウインドウに割り当てられることができる本発明の実施形態が、特に好ましい。したがって、この装置は、光子エネルギーが所定のエネルギー範囲に対応するＸ線光子を識別することができる。同時に、装置は、検出されたＸ線光子の空間位置を、具体的には所定のエネルギー範囲の各々について別々に、高分解能で特定することができる。
【００２６】
本発明による装置の特に好ましい実施形態のさらなる種類は、隣接するチャネルの弁別ユニットが、共有電荷信号の除去ユニットを介して互いに電気的に相互接続されており、前記除去ユニットの各々は、パラメータ化可能なＶＥＴＯ弁別閾値を有し、除去ユニットは、Ｘ線検出器アレイに到達するＸ線光子が、各々の場合において、２つの隣接する信号チャネルの電気出力信号が同時にＶＥＴＯ閾値を超えるという結果を有する場合に、イベントとしてカウントされないという効果を有することを特徴とする。したがって、装置は、電荷共有効果が個々のＸ線光子について生じたかどうかを識別することができ、そのような場合には、この光子が弁別ユニットによってイベントとして記録されることを防ぐことができる。試料サンプルが複数の化学元素を含む場合に、結果として、得られる全体的なエネルギースペクトルにおいて個々のエネルギースペクトルが互いに分離して現れ、もはや互いにエネルギー的に影響しない。共有電荷信号という用語は、電荷共有効果が生じたＸ線光子について生成されたガウス曲線状の出力信号を意味すると理解される。
【００２７】
あるいは、本発明の好都合な実施形態のさらなる種類においては、隣接するチャネルの弁別ユニットが、共有電荷信号の補正ユニットを介して互いに電気的に相互接続され、補正ユニットは、隣接するチャネルにおいて同時に発生するガウス曲線状出力信号を識別し、そのような場合に、出力信号の振幅の合計を形成し、単一のイベントとして特定された合計信号を最高の信号振幅を示したチャネルへと割り当て、他方のチャネルにおける出力信号の記録を止めさせる。このやり方で構成された装置は、個々のＸ線光子について電荷共有効果が生じたかどうかを認識することができ、そのような場合には、Ｘ線光子の元のエネルギー及び空間位置を再現することができる。試料サンプルが複数の化学元素を含む場合に、結果として、得られる全体的なエネルギースペクトルにおいて個々のエネルギースペクトルが互いに分離して現れ、もはや互いにエネルギー的に影響しない。
【００２８】
Ｘ線検出器アレイが、それぞれが同じストリップ間隔を有しているｎ個（ｎ＞２）のグループから構成され、ストリップは、或るグループと次のグループとでストリップ間隔の距離をｎで割った距離だけずらされて配置されていることを特徴とする本発明による装置の実施形態も、特に好ましい。さらに上で述べた本発明の変形例では、達成可能な最小の空間分解能は、個々の検出素子の間隔に制限される。本発明による装置の上述の変形例によると、２つの検出素子の間隔よりも小さい空間分解能で個々の試料を特定することが可能になる。
【００２９】
検出素子の個々のグループがコンベアベルトの瞬間速度に同期してＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）（時間遅延積分）モードで動作するならば、本発明の使用にとってやはり得策であり得る。検出されたＸ線光子のカウント統計が、ＴＤＩ法を適用することによって著しく改善される。その結果として、試料サンプルの空間的位置とさらに試料組成とを、ＴＤＩ法を用いない動作と比較して、極めて正確に特定することができる。いくつかの測定タスクでは、カウント統計の改善によってコンベアベルトをより高速で動作させることが可能になる。
【００３０】
サブチャネル法が検出素子の個々のグループへ適用され、この方法が、各々の個々の物理的な検出素子のイベントカウントを３つ以上の仮想の信号チャネルに分割するこれらの実施形態の発展が、特に好ましい。Ｘ線検出器の達成可能な空間分解能は、通常は、個々の検出素子の間隔に限定される。対照的に、サブチャネル法を適用することによって、たとえ検出素子内であってもＸ線光子の強度の変化を依然として識別することが可能になる。結果として、コンベアベルト方向に移動する試料サンプルの空間的位置及びそれらの試料構造を、さらにより細かく特定することができる。さらに、サブチャネル法は、この方法が適用されない場合よりも著しく多くのデータ点を生成する。より多くのデータ点が存在するほど、適切な数学的アルゴリズムを用いて試料片の空間的位置をより正確に再現することが可能になる。
【００３１】
本発明による装置のさらなる好都合な実施形態は、カウントユニットからデジタル信号を読み出すために、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（特定用途向け集積回路）、あるいは、自由にプログラム可能なコントローラが、各々の場合に、好ましくは検出器ヘッドに統合されたやり方で設けられることを特徴とする。上述した検出器の特性は、高度な小型化を必要とし、さらには、イベントカウントに付随する大量のデータを、コンベアベルトの瞬間速度に同期して読み出して処理しなければならない。これは、通常は、イベントカウントが、検出器ヘッドに配置された、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、又はプログラマブルコントローラコンポーネントの助けを借りて読み出されて処理される場合にのみ実現可能である。
【００３２】
実施形態のさらなる種類における本発明の特に好ましい変形例は、検出素子の１つ又は複数のグループが、前記グループ内の全ての個々の検出素子のイベントカウントが足し合わされて単一の測定値として出力されることで、空間分解能を有する１Ｄ検出器として動作するのではなく、むしろ平面的な様相に配置された０Ｄ検出器として動作することを特徴とする。個々の０Ｄ検出器は、比較的大きなコンベアベルト領域にわたって分布された態様で生じる蛍光Ｘ線放射を検出することができる。空間分解能を除き、請求項で述べた他の全ての検出器特性が達成される。
【００３３】
本発明による装置のさらなる好都合な実施形態は、検出素子グループの個々の検出素子の各々は停止可能であることを特徴とする。結果として、Ｘ線検出器アレイについて多様な電子ダイアフラムを定義することができる。前記ダイアフラムによって、Ｘ線検出器アレイを、種々のビーム経路の形状及び個々の空間特性に最適に適合させることができる。
【００３４】
最後に、本発明の技術的範囲は、Ｘ線検出器アレイが少なくとも毎秒２０００回の個々の測定を連続的に実行できるように構成された実施形態も含む。特には、高いベルト速度における高い空間分解能は、Ｘ線検出器アレイが１秒当たりに多数回の個々の測定を実行できる場合にのみ達成可能である。
【００３５】
本発明のさらなる利点は、明細書及び図面から明らかである。同様に、上述した特徴及びさらに説明される特徴は、本発明に従って、それぞれ個別に単独で、又は任意の組み合わせにて複数として、使用することが可能である。図示及び説明される実施形態は、網羅的な列挙として理解されるべきではなく、むしろ本発明を描写するための例示の性質を有すると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１−１】本発明による装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図１−２】図１−１における検出器ヘッド内の個々の機能ユニットを示す図である。
【図１−３】図１−１における一例を示すヒストグラムである。
【図１−４】図１−１における一例を示すヒストグラムである。
【図１−５】図１−１において、個々の弁別ユニットがどのように互いに結合しているかを概略的に示す図である。
【図２−１】本発明による装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２−２】本発明による装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２−３】本発明による装置の一実施形態を説明するための図である。
【図３−１】本発明による装置の一実施形態における一例を示す図である。検出素子に向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図であって、個々のストリップはコンベアベルトの方向に平行に向けられている。
【図３−２】本発明による装置の一実施形態における一例を示す図である。検出素子に向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図であって、個々のストリップはコンベアベルトの方向に垂直に向けられている。
【図４−１】本発明による装置の一実施形態を示す図であり、Ｘ線検出器アレイの構成を示す図である。
【図５−１】本発明による装置の一実施形態を示す図であり、がシリコンストリップセンサとして具体化された検出素子を示す図である。
【図６−１】本発明による装置の一実施形態を示す図であり、個々の検出素子グループの各々の弁別閾値の選択に関する説明をするための図である。
【図６−２】本発明による装置の一実施形態を示す図であり、個々の検出素子グループの各々の弁別閾値の選択に関する説明をするための図である。
【図７−１】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、エネルギーＥ０を有するＸ線光子の場合を一例として説明するための図である。
【図７−２】図７−１における実施形態のための電子インターフェースユニットの特定の構成を示す図である。
【図７−３】図７−１における検出素子＃Ｎの出力信号のヒストグラムプロファイルを示す図である。
【図８−１】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、エネルギーＥ０を有するＸ線光子の場合を一例として説明するための図である。
【図８−２】図８−１における実施形態のための電子インターフェースユニットの特定の構成を示す図である。
【図８−３】図８−１における検出素子＃Ｎの出力信号のヒストグラムプロファイルを示す図である。
【図９−１】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、検出素子グループに向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図である。
【図９−２】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、イベントカウントについての説明の一例を示すための図である。
【図９−３】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、互いに平行な３つの検出素子グループに向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図である。
【図９−４】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、イベントカウントについての説明の一例を示すための図である。
【図９−５】本発明による装置の一実施形態の機能を示す図であり、コンベアベルト方向の高分解能空間特定への適用を説明するための図である。
【図１０−１】検出素子の個々のグループが、コンベアベルトの瞬間速度に同期して、ＴＤＩ（時間遅延積分）モードで動作される装置の一実施形態の機能を示す図であり、検出素子グループに向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図である。
【図１０−２】図１０−１における一例として、ＴＤＩ法の機能を説明するための図である。
【図１０−３】図１０−１における一例として、ＴＤＩ法を用いずに行われる測定（ケースＡ）及びＴＤＩ法を適用して行われる測定（ケースＢ）を説明するための図である。
【図１１−１】１つの発展の機能を示す図であり、検出素子グループに向かって速度ｖで移動する試料片を一例として説明するための図である。
【図１１−２】図１１−１における一例として、ＴＤＩ法の同時適用におけるサブチャネル法の機能を説明するための図である。
【図１１−３】図１１−１における一例として、個々の検出素子が例えば５つの仮想信号チャネルに分割されている場合のサブチャネル法の動作を説明するための図である。
【図１２−１】検出器インターフェースユニットが好ましくは検出器ヘッド内に配置されている装置の一実施形態を示す。
【図１３−１】検出素子の１つ又は複数のグループが、平面状に配置された０Ｄ検出器として機能する装置の一実施形態を示している。
【図１４−１】本発明の一実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明が、例示的な実施形態に基づいて、図面に示され、以下でさらに詳細に説明される。
【００３８】
図１−１〜図１−５は、本発明による装置の第１の実施形態を概略的に示す。
【００３９】
図１−１はＸ線源１０２を示しており、このＸ線源１０２はＸ線放射１０３を放射し、個々の試料片１０４に前記Ｘ線放射を照射する。この試料片は、コンベアベルト１０１によって移動可能である。試料粒子によって励起された蛍光Ｘ線放射１０５は、通常は、コリメーションユニット１０６を通って導かれ、Ｘ線検出器ヘッド１０７に入射する。後者は、Ｘ線検出器アレイ１０８と、Ｘ線検出器アレイからの信号を読み出して処理するための電子ユニット１０９とを含む。
【００４０】
図１−２は、検出器ヘッド１０７内の個々の機能ユニットを示している。Ｘ線検出器アレイ１０８の個々の検出素子１１４の各々は、信号チャネル１２０と、弁別ユニット１１７と、複数のカウントユニットとからなる個々の電子サブユニット１１２に相互接続されている。検出素子＃Ｎについての信号処理が、一例として示されている。信号チャネルは、検出素子のアナログ出力信号をガウス曲線状信号１１９に変換し、これらの信号が、弁別ユニットにおいてデジタルのイベントカウントに変換される。各々の弁別ユニットは、少なくとも２つの調節可能な弁別閾値を有し、各々の弁別閾値に、それぞれのカウントユニットが割り当てられる。この例では、カウントユニット１１８が、弁別閾値−１  １１６を超える全てのガウス曲線状信号イベントをカウントし、カウントユニット１２１が、弁別閾値−２  １２２を超える全ての信号イベントを合計する。
【００４１】
図１−３は、一例として、アナログのガウス曲線状時間信号１１９の振幅の典型的な周波数分布を有するヒストグラム１２６を示す。特定の振幅を有する個々の時間信号の数（カウント）がプロットされている。ガウス曲線状信号の振幅は、検出されたＸ線光子のエネルギー（エネルギー）に比例するので、このヒストグラムは、検出素子＃Ｎ  １１４において検出された個々のＸ線光子のエネルギー分布の形状と同様である。弁別閾値−１は、通常は、ガウス曲線状ヒストグラム曲線の最大値より左側、例えば位置１２３に選択される。弁別閾値−２は、通常は、それより右側、すなわち例えば位置１２５に設定される。一般に、その目的は、それによって規定されるエネルギーウインドウ１２４内にある全ての放射イベントを検出することにある。この説明においては、検出素子に電荷共有が生じないと仮定した。
【００４２】
図１−４は、一例として、検出素子＃Ｎ  １１４に記録されるＸ線放射がエネルギーＥ１、Ｅ２、及びＥ３のＸ線光子からなる場合について、位置１１９における信号振幅のヒストグラムを示している。電荷共有が生じていない場合、ヒストグラムは、プロファイル１５１に対応する。しかし、電荷共有は通常は不可避であり、したがって、生じた電荷担体が隣接する検出素子の間で分割されるので、実際のヒストグラムは、プロファイル１５０で示されるとおりの分布を示す。電荷共有ゆえに、エネルギーＥ３を有するＸ線光子のエネルギー分布は非対称になり、低エネルギー成分を有する。後者は、エネルギーＥ１及びＥ２のＸ線光子のエネルギー分布と重なり、そのエネルギースペクトルを変化させる。同様のことが、エネルギーＥ２及びＥ１のＸ線光子のエネルギー分布にも当てはまる。これらもまた非対称になり、同様に低エネルギー成分を有する。エネルギーＥ２の光子の低エネルギー成分は、エネルギーＥ１の光子のエネルギー分布と重なり合う。
【００４３】
図１−５は、本発明による装置の第１の実施形態の個々の弁別ユニットがどのように互いに結合しているかを概略的に示す。空間的に直接隣接する検出素子の弁別ユニットは、２つ以上の検出素子における信号の同時発生が識別され、電気的に別々に処理され、カウントユニットに別々に記録されるように、電気回路を介して互いに接続されている。一例として、電気回路＃Ｎ  １４２は、検出素子＃Ｎ−１及び＃Ｎ（１３１及び１３２）における同時発生イベントを識別することができ、それらを別々に処理することができる。この電子補正の結果として、個々の弁別ユニットによって記録されるエネルギースペクトルは、もはや低エネルギーの電荷共有成分を含まない。例として、位置１３８でのエネルギー分布が、図１−４の１５０に対応するプロファイルを有すると仮定すると、電子補正後に弁別ユニット＃Ｎ  １４３によって記録されるエネルギースペクトルは、図１−４の１５１によるプロファイルを有する。個々の光子エネルギーのヒストグラムは、互いに完全に分離して現れ、エネルギー的にもはや互いに影響していない。
【００４４】
本発明による装置の一実施形態を、図２−１〜図２−３に示す。したがって、平面状に配列された個々の検出素子２０２は、ストリップ状であり、単一のグループ２０１又は互いに平行な複数のグループ２０３、２０４、及び２０５にて配置され得る。検出素子の個々のグループを、例えば２０６及び２０７によって示されるように、同一直線上に配置することもできる。グループ内で、個々のストリップは、互いに平行に整列させられることが好ましい。
【００４５】
図３−１〜図３−２は、本発明による装置の一実施形態を示している。一例として、試料片３０２が、コンベアベルト３０１上に位置し、検出素子に向かって速度ｖで移動する。
【００４６】
検出素子３０３、３０４、３０５、及び３０６の第１のグループは、コンベアベルトの方向に対して直角に整列させられている。前記グループの個々のストリップは、コンベアベルトの方向に平行に向けられている。検出素子３０７、３０８、及び３０９の第２のグループは、コンベアベルトの方向に平行に配置されている。前記第２のグループの個々のストリップは、コンベアベルトの方向に対して直角である。
【００４７】
図４−１は、本発明による装置の一実施形態を示しており、本発明は、Ｘ線検出器アレイは検出素子の第１のグループ４０６〜４０７と第２のグループ４０３〜４０５との組み合わせから構成されていることを特徴とする。
【００４８】
図５−１は、本発明による装置の一実施形態を示しており、本発明において、検出素子５０１が、厚さＤの半導体基板５０２を有するシリコンストリップセンサとして具体化されている。個々の検出素子の間隔は、距離ｐである。図５−１は、非特許文献１（［２］）の図６．２の構造図からの引用である。
【００４９】
図６−１及び図６−２は、本発明による装置の一実施形態を示しており、本発明は、個々の検出素子グループ６０３〜６０７の各々の弁別閾値を互いに独立して選択することができ、結果として、各グループが入射Ｘ線放射の検出のための個々のエネルギーウインドウに割り当てられることができることを特徴とする。この例では、言及された各グループが、全体的に調節可能な２つの弁別閾値６１１及び６１２を有し、したがって、エネルギーウインドウ６１３を有すると仮定される。結果として、専用のエネルギーウインドウＥ１、Ｅ２、Ｅ４、又はＥ５を、言及されたグループのそれぞれについて定めることができる。
【００５０】
図７−１〜図７−３は、本発明による装置の一実施形態の機能を示しており、本発明は、隣接チャネルの弁別ユニットが共有電荷信号のための除去ユニットを介して互いに電気的に相互接続されていることを特徴とする。
【００５１】
図７−１は、例として、エネルギーＥ０を有するＸ線光子７０１を示しており、この光子は、センサ基板内に電荷担体を生成する。電荷共有ゆえに、生成された電荷担体は、２つの隣接する検出素子の間に分配される。前記電荷担体の第１のサブセット７０２は、検出素子７０４によって受け取られ、第２のサブセット７０３は、検出素子７０５によって受け取られる。時間信号７０６が、検出素子７０４の信号チャネルの出力の際に生成され、時間信号７０７が、検出素子７０５の信号チャネルの出力の際に生成される。信号振幅の和が、元の光子エネルギーＥ０に対応する。個々のＸ線光子が、２つの隣接する検出素子の出力信号が予め設定されたＶＥＴＯ閾値を同時に超えるという結果を有する場合に、装置のこの実施形によって、そのＸ線光子の記録が妨げられる。したがって、このような光子は、個々のカウントユニットのいずれにおいてもイベントとしてカウントされない。
【００５２】
図７−２は、本発明による装置のこの実施形態のための電子インターフェースユニット７１０の特定の構成を示す。隣接する２つのチャネルの弁別ユニット間に、それぞれの除去ユニットが配置されている。この例では、弁別ユニット＃Ｎが、除去ユニット＃Ｎ及び除去ユニット＃Ｎ＋１に接続されている。各々の除去ユニットは、隣接する信号チャネルの２つのアナログ出力信号、及び、自由にパラメータ化可能なＶＥＴＯ弁別閾値も、入力信号としてさらに受け取る。この例では、出力信号７１９及び出力信号７２０、並びにＶＥＴＯ閾値＃Ｎが、除去ユニット＃Ｎに渡される。これに対応し、除外ユニット＃Ｎ＋１にも同じことが当てはまる。同時に、出力信号７１９の場合において、ＶＥＴＯ閾値＃Ｎを超えるイベントが出力信号７２０と同様に発生する場合に、出力信号７２０は結果として記録及びカウントされない。同様に、出力信号７２０及び７２１が同時にＶＥＴＯ閾値＃Ｎ＋１を超える場合にも、同じことが当てはまる。
【００５３】
図７−３は、検出素子＃Ｎの出力信号７２０のヒストグラムプロファイルを示す。典型的なエネルギー分布７３０は、エネルギーＥ１、Ｅ２、及びＥ３のＸ線光子が同時に検出素子＃Ｎ（７１２）に作用して電荷共有効果が生じる場合の例として示されている。除去ユニット＃Ｎ及び除去ユニット＃Ｎ＋１によって、弁別ユニット＃Ｎによって記録されるエネルギースペクトルが図７−３の７３１によるプロファイルを有するという効果がもたらされる。個々の光子エネルギーのヒストグラムが互いに完全に分離して現れ、エネルギー的にもはや互いに影響しない。
【００５４】
図８−１〜図８−３は、本発明による装置の一実施形態の機能を示しており、本発明は、隣接チャネルの弁別ユニットが共有電荷信号の補正ユニットを介して互いに電気的に相互接続されていることを特徴とする。
【００５５】
図８−１は、エネルギーＥ０を有するＸ線光子８０１を一例として示しており、この光子は、電荷共有ゆえに、検出素子８０４の信号チャネルの出力の際の時間信号８０６と、検出素子８０５の信号チャネルの出力の際の時間信号８０７とを生成する。この実施形態は、個々のＸ線光子の電荷担体が２つの隣接する検出素子の間に分配されたかどうかを認識し、時間信号８０６及び８０７の加算によって元の光子エネルギーを再現する。再現されたイベントは、時間信号が最大の振幅を有した検出素子に割り当てられる。この例では、再現された合計信号８０８が、検出素子８０５に割り当てられる。
【００５６】
図８−２は、本発明による装置のこの実施形態のための電子インターフェースユニットの特定の構成を示す。隣接する２つのチャネルの弁別ユニット間には、それぞれ補正ユニットが配置されている。この例では、弁別ユニット＃Ｎが、補正ユニット＃Ｎ及び補正ユニット＃Ｎ＋１に接続されている。各々の補正ユニットは、隣接する信号チャネルの２つのアナログ出力信号を入力信号としてさらに受け取る。この例では、信号８１７及び信号８１８が、補正ユニット＃Ｎに渡される。これに対応し、補正ユニット＃Ｎ＋１にも同じことが当てはまる。同時に、８１７の場合において、信号８１８の振幅よりも振幅が大きいイベントが発生する場合に、信号８１８は弁別ユニット＃Ｎによってイベントとして記録及びカウントされない。この場合、補正ユニット＃Ｎは、信号８１７及び信号８１８の振幅の合計を形成し、この合計イベントを弁別ユニット＃Ｎ−１に割り当てる。したがって、これをカウントユニット＃Ｎ−１によって記録することができる。信号振幅８１８が信号８１７の信号振幅よりも大きい場合、合計イベントは、同様に、弁別ユニット＃Ｎに割り当てられる。
【００５７】
図８−３は、検出素子＃Ｎの出力信号８１８のヒストグラムプロファイルを示す。典型的なエネルギー分布８３０は、エネルギーＥ１、Ｅ２、及びＥ３のＸ線光子が同時に検出素子＃Ｎ（８１２）に作用し、電荷共有効果が生じる場合の例として示されている。補正ユニット＃Ｎ及び補正ユニット＃Ｎ＋１によって、弁別ユニット＃Ｎによって記録されるエネルギースペクトルが図８−３の８３１によるプロファイルを有するという効果がもたらされる。個々の光子エネルギーのヒストグラムが互いに完全に分離して現れ、エネルギー的にもはや互いに影響しない。
【００５８】
図９−１〜図９−５は、本発明による装置の一実施形態の機能を示しており、本発明は、Ｘ線検出器アレイが、それぞれが同じストリップ間隔を有しているｎ個（ｎ＞２）のグループから構成されており、ストリップは、或るグループと次のグループとでストリップ間隔をｎで割った距離だけずらされて配置されていることを特徴とする。
【００５９】
図９−１は、例として、検出素子グループ９０３に向かって速度ｖで移動する試料片９０２を示す。検出素子の間隔は、距離ｐになる。
【００６０】
図９−２は、行Ｂ１においてグループ９０３の検出素子を示す。検出素子は、間隔ｐを有し、試料片９０２によって放出された蛍光Ｘ線放射を検出する。この例では、試料片は、単位時間当たりＮ個のＸ線光子を生成する。行Ｃに示されるように、各々の検出素子に、記録されたＸ線光子の数が入力される記憶セルが割り当てられる。行Ａ１〜Ａ６において、文字ｘは、試料片９０２について考えられる種々の位置を示す。位置Ａ１〜Ａ６の各々について、検出素子は、図示のようにＮ個のイベントカウントを検出する。したがって、この例では、達成可能な空間分解能は、距離ｐ１に相当し、これは距離ｐに等しい。
【００６１】
図９−３は、例として、互いに平行な３つの検出素子グループ９１５、９１６、及び９１７に向かって速度ｖで移動する試料片９０２を示す。各グループ内の検出素子の間隔は、距離ｐになる。グループ９１５、９１６、及び９１７の検出素子は、それぞれ（１／３）ｐだけずらして配置されている。
【００６２】
図９−４は、行Ｂ１においてグループ９１５の検出素子を示し、行Ｂ２においてグループ９１６の検出素子を示し、行Ｂ３においてグループ９１７の検出素子を示す。列Ｃに示されるように、各々の検出素子に、記録されたＸ線光子の数が入力される記憶セルが割り当てられる。試料片９０２が位置Ａ１又はＡ２に位置する場合、３つの検出素子において、それぞれの場合に示されているように、Ｎ個のイベントカウントが記録され、対応する記憶セルに割り当てられる。この例では、適切な補間方法の適用後に達成可能な空間分解能は、距離ｐよりもかなり小さい距離ｐ３に対応する。
【００６３】
図９−５は、この機能原理を、コンベアベルト方向の高分解能空間特定にも適用できることを示している。試料片９０２は、間隔ｐ／３だけずらして配置されたグループ９２２、９２３、及び９２４に向かって移動する。
【００６４】
図１０−１〜図１０−３は、装置の一実施形態の機能を示しており、この装置は、検出素子の個々のグループが、コンベアベルトの瞬間速度に同期して、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）（時間遅延積分）モードで動作されることを特徴とする。
【００６５】
図１０−１は、例として、検出素子グループ１００３に向かって速度ｖで移動する試料片１００２を示す。グループは、Ｍ個の検出素子からなる。個々の検出素子の間隔は、距離ｐになる。
【００６６】
図１０−２に、例として、ＴＤＩ法の機能を示す。この図は、時点ｔ０、ｔ１、及びｔｎにおける個々の検出素子＃１〜＃Ｍ（行Ａ）に対する試料片１００２の空間位置を示している。時点ｔ０において、検出素子＃１はＮ１１個のＸ線光子の数を記録し、検出素子＃２はＮ１２個の光子の数を記録する。Ｎ１１が記憶セル＃ｊ＋１（行Ｄ）の既存の内容に追加され、Ｎ１２が記憶セル＃ｊ＋２の内容に追加される。続く時点において、全く同じ手続きが採用される。試料片１００２によって放出されたＸ線光子は、順番に、記憶セル＃ｊ＋１及び＃ｊ＋２に加えられる。したがって、時点ｔ１において、計数率Ｎ２１及びＮ２２が記憶セル＃ｊ＋１及び＃ｊ＋２に加えられ、時点ｔｎにおいて、計数率Ｎｎ１及びＮｎ２が記憶セル＃ｊ＋１及び＃ｊ＋２に加えられる。
【００６７】
図１０−３は、例として、検出素子グループ１００３によって測定された強度プロファイルを、コンベアベルト方向に対してプロットして示している。測定は、ケースＡではＴＤＩ法を用いずに行われ、ケースＢではＴＤＩ法を適用して行われている。ケースＢでは、ＴＤＩ法を適用したため、検出された試料片１００２の強度変動ｅ１Ｂと測定されたバックグラウンド放射線ｅ２Ｂの強度変動とが、ケースＡの場合と比べて極めて小さい。したがって、試料片１００２の空間位置及び試料組成を、ＴＤＩ法を適用することによって極めて良好に特定することができる。
【００６８】
図１１−１〜図１１−３は、１つの発展の機能を示しており、その発展の機能は、個々の物理的な検出素子の各々のイベントカウントを少なくとも２つの仮想信号チャネルに分割するサブチャネル法が、検出素子の個々のグループに適用されることを特徴とする。この方法は、コンベアベルトの瞬間速度に同期して実行され、ＴＤＩ法を利用するか否かにかかわらず、適用することができる。
【００６９】
図１１−１は、例として、検出素子グループ１１０３に向かって速度ｖで移動する試料片１１０２を示す。グループは、Ｍ個の検出素子からなる。個々の検出素子の間隔は、距離ｐになる。
【００７０】
図１１−２は、一例として、ＴＤＩ法の同時適用におけるサブチャネル法の機能を示す。この図は、時点ｔ１、ｔ２、ｔＫ、及びｔＫ＋１における個々の検出素子＃１〜＃Ｍ（行Ａ１〜Ａ４）に対する試料片１１０２の空間的位置を示している。この例では、現実の検出素子の各々が、ｐ／Ｋの仮想間隔を有するＫ個の仮想検出素子に分割される。Ｘ線光子は、それぞれ時間Ｔにわたって測定され、以下のように個々の記憶セルに割り当てられる。時点ｔ０において、検出素子＃１はＮ１１個のＸ線光子の数を記録し、他の全ての検出素子は計数率０を記録する。Ｎ１１が記憶セル＃ｊ＋１（行Ｄ１）の既存の内容に追加される。時点ｔ２において、計数率Ｎ１２が検出され、記憶セル＃ｊ＋２（行Ｄ２）の内容へとカウントされる。時点ｔＫにおいて、検出素子＃１の最後のサブチャネルが検出され、計数率Ｎ１Ｋが特定されて記憶セル＃ｊ＋Ｋ（行Ｄ３）へと割り当てられる。時点ｔＫ＋１において、検出素子＃２の最初のサブチャネルに到達する。計数率Ｎ２１が、記憶セル＃ｊ＋１（行Ｄ４）に加算される。
【００７１】
図１１−３は、個々の検出素子が例えば５つの仮想信号チャネルに分割されている場合のサブチャネル法の動作の態様を示す。この図は、時点ｔ０において想定される試料片１１０２の４つの異なる空間位置Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４について、記憶セルにおいて合計される強度を行Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４に示す。露光時間は、時間Ｔに対応する。Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４の場合に示されるように、試料片１１０２の空間位置が右方に向かって距離ｐ／５ずつ段階的に異なる場合、データメモリにおいて、測定される強度も同様に右方に向かって記憶セル１つ分ずつずれる。したがって、この方法によれば、実際には個々の検出素子内であっても、Ｘ線光子の強度の変化を記録することが可能である。
【００７２】
図１２−１は、装置の一実施形態を示しており、その装置は、検出器インターフェースユニット１２００が好ましくは検出器ヘッド１０７内に配置されていることを特徴とする。慣習的なやり方では、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、あるいは自由にプログラム可能なコントローラが、電子ユニット１０９に位置するカウントユニットからデジタル信号を読み出すために使用される。
【００７３】
図１３−１は、本発明による装置の一実施形態を示しており、本発明は、検出素子の１つ又は複数のグループが空間分解能を有する１Ｄ検出器として機能するのではなく、むしろ平面状に配置された０Ｄ検出器として機能することを特徴とする。図示の例では、試料片１３０２及び１３０３が、コンベアベルトによって移動させられる。Ｘ線検出器アレイ１３０８〜１３１５は、それぞれ０Ｄ検出器として動作する。Ｘ線検出器アレイ内で、この目的のために、個々の検出素子のイベントカウントが一緒に加算され、単一の測定値として出力される。複数のエネルギーウインドウが定義されている場合、そのような測定値が、各々のエネルギーウインドウについて特定され、出力される。
【００７４】
図１４−１は、本発明の一実施形態を示しており、本発明は、検出素子グループの個々の検出素子の各々を停止させることができるという特徴を有する。一例として、グループ１４０３及び１４１０において、領域Ａ１、Ａ３、Ｂ１、及びＢ３の検出素子が停止させられている。したがって、有効領域は、領域Ａ２及びＢ２のみを含む。
【００７５】
主たる適用の分野
・スクラップ再生のための選別装置、流入及びプロセス制御
・金属鉱石採掘における品質及びプロセス制御
・電子機器のリサイクルにおける選別装置、流入及びプロセス制御  
【符号の説明】
【００７６】
１０１，３０１  コンベアベルト
１０２  Ｘ線源
１０３  Ｘ線放射
１０４，３０２，９０２，１００２，１１０２，１３０２，  試料片
１０５  蛍光Ｘ線放射
１０７  Ｘ線検出器ヘッド
１０８，１３０８〜１３１５  Ｘ線検出器アレイ
１０９  電子ユニット
１１３〜１１５，２０２〜３０９，５０１，７０４，７０５，８０４，８０５  検出素子
１１６，１２２，６１１，６１２  弁別閾値
１１７，７２２，７２４，７２６，８２０，８２２，８２４  弁別ユニット
１１８，１２１  カウントユニット
１１９  ガウス曲線状信号
１２０  信号チャネル
１４０，１４２，１４４，１４６  アナログ回路
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図５−１】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図９−４】
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【図９−５】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１２−１】
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【図１３−１】
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【図１４−１】
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