JP2843319B1

JP2843319B1 - マイクロストリップガスチャンバー高速データ収集システム及びそれを用いた試料の測定方法

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Publication number: JP2843319B1
Application number: JP10089750A
Authority: JP
Inventors: 達谷森; 敦彦越智
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: EP0887752B1; US6097032A; JPH1172569A; US6118849A; EP0887752A3; DE69839362T2; DE69839362D1; EP0887752A2

Abstract

【要約】【課題】迅速にして大量のイメージングマイクロスト
リップガスチャンバーの出力信号を処理することができ
る高速データ収集システム及びそれを用いた試料の測定
方法を提供する。【解決手段】２次元のマイクロストリップガスチャン
バー１０２の陽極と背面から出力される信号を二値化す
る弁別回路１０３，１０４と、信号同期化回路１１１，
１１２と、データエンコーダ回路１１３，１１４と、入
射粒子線ヒット判定回路１１５と、この入射粒子線ヒッ
ト判定回路１１５に接続され、入射粒子線の縦座標の位
置と横座標の位置、粒子線の入射タイミング、出力信号
の広がり、全体のパルス高から得られる入射粒子線のエ
ネルギーを各事象毎に記録する大容量記憶装置１１６
と、この記憶装置に接続されるコンピュータ１１７を具
備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イメージングマイ
クロストリップガスチャンバー（ＭＳＧＣ）高速データ
収集システム及びそれを用いた試料の測定方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＭＳＧＣ（マイクロストリップガスチャ
ンバー）は、高い位置分解能と時間分解能を持つ、新し
いタイプのガス増幅型粒子線検出器として、１９８８年
にＡ．Ｏｅｄによって提案された。更に、本願発明者等
は、この検出器を２次元化し、画像検出器としてほぼ実
用化の一歩手前の段階まで来ている。この検出器の特徴
として、高い位置分解能の他に、ガス増幅器としては極
めて不感時間が短いことが挙げられており、高輝度の粒
子線に対する検出器としても大きな期待が持たれてい
る。現在、Ｘ線を用いたテストでは毎秒・１平方ｍｍ当
たり１０⁷カウント以上の輝度の下でも動作に支障がな
いことが確かめられている。

【０００３】しかし、ＭＳＧＣは数百〜数千本という非
常に多くの信号線出力を持つため、ここから高速に信号
を取り出し、入射粒子の位置を特定することが難しくな
り、問題となる。データを収集する方法の一つとして、
全ての信号線を隣同士抵抗で連結し、両端からの電気信
号のパルスの高さを測定し、この比から位置を求めると
いうもの（電荷分布法）が従来技術として用いられてき
た。

【０００４】しかし、この方法では、かなり高い精度で
パルス高を求める必要があり、ＭＳＧＣでＸ線や高速荷
電粒子の信号を見る場合のように非常に微弱な信号（１
０⁶電子数以下）を扱うのは、非常に困難であった。ま
た、パルスの高さを高精度（８ビット以上）のデジタル
信号に変換して演算するには、数百ｎｓｅｃ〜数μｓｅ
ｃ程度の時間を要した。

【０００５】別の方法として、全ての信号線を、抵抗で
はなく遅延線（遅延装置）で結び、両端に現れる信号の
時間差から入力信号の位置を求める技術も従来から存在
している。この方法では、信号の到達時間差を求める精
度の向上によって粒子検出の位置分解能を上げることが
できるが、遅延装置を使う以上、原理的に高速のデータ
収集は不可能である。

【０００６】最も確実、かつ、高速な方法として、全て
の信号線の出力を別個に読み出すことが考えられるが、
２次元的な画像を取得するためには、縦方向、横方向の
それぞれの信号出力を、そのタイミングと共に読み出さ
なければならないため、このための電子装置は膨大なも
のになる。本願発明者等は、従来全ての信号線の出力を
ｏｎ−ｏｆｆと二値化したものを、タイミング測定装置
（ＴＤＣ）に入力し、この結果を全てコンピュータで読
み取り、ソフトウェアによって信号入射位置を求める方
法を採っていた。

【０００７】しかし、この方法では、ＴＤＣからコンピ
ュータに吸い上げるデータ量が膨大なものになり、その
転送に時間がかかることに加えてコンピュータにおける
処理の高速化も困難であるため、毎秒１０００個程度の
粒子のデータを収集することが限界であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、一枚の画像に
必要とされる粒子の数は数万個以上であり、これを動画
として捉えるためには、毎秒数十枚以上の画像が必要と
なる。また、たとえ一枚の画像当たりの粒子数は少なく
ても、画像撮影の時間分解能を上げる（例えば、数μ秒
程度まで）ことができれば、従来は全く見ることが不可
能だった現象も観測することができるようになる。

【０００９】特に、Ｘ線回折法や透視法により時分割撮
影を必要としている分野では、高性能の実時間Ｘ線画像
検出器の実現に対する期待が大きい。近年では、Ｘ線源
も、ＳＰｒｉｎｇ−８のような大型で強力な放射光施設
が建設されるようになり、これに見合った画像検出器が
待ち望まれている。ＭＳＧＣは、２００μｍピッチとい
う非常に狭い信号線間隔のガス検出器であることから、（１）約１００μｍの高位置分解能（２）１０⁷ｃｐｓ／ｍｍ²以上の高入射粒子許容量（３）約５０ｎｓｅｃ程度の高時間分解能など、検出器としては新しい放射光実験の要求に耐え得
るだけの十分な性能を持っている。

【００１０】しかしながら、従来のデータ収集システム
では、特に入射許容量に対する能力について、前述の通
り要求される能力には遙かに及ばなかった。そのため、
ＭＳＧＣ本来の能力を活かすような、すなわち毎秒１０
⁶以上のＸ線事象を処理／記録するような高速のデータ
収集システムの構築が必要になってくる。このような高
速のデータ収集システムにおいては、各信号線のデータ
をコンピュータなどに取り込み、ソフトウェアで処理す
る従来の方法は、もはや通用しない。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するために、
迅速にして大量のイメージングマイクロストリップガス
チャンバーの出力信号を処理することができるイメージ
ングマイクロストリップガスチャンバー高速データ収集
システム及びそれを用いた試料の測定方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕２次元のマイクロストリップガスチャンバー高速
データ収集システムにおいて、２次元のマイクロストリ
ップガスチャンバーの陽極と背面から出力される信号を
二値化する弁別回路と、この弁別回路により二値化され
た非同期である信号をクロック同期に変換する信号同期
化回路と、この信号同期化回路に接続されるデータエン
コーダ回路と、このデータエンコーダ回路に接続され、
２次元の軸に対応する各信号線のうち、同じタイミング
で近接した数本の信号入力があった場合は、その中心の
値を出力し、同じタイミングで離れた場所に信号入力が
あった場合は、その信号を無効とする入射粒子線ヒット
判定回路と、この入射粒子線ヒット判定回路に接続さ
れ、入射粒子線の縦座標の位置と横座標の位置、粒子線
の入射タイミング、出力信号の広がり、全体のパルス高
から得られる入射粒子線のエネルギーを各事象毎に記録
する記憶装置と、この記憶装置に接続されるコンピュー
タを具備するようにしたものである。

【００１３】〔２〕上記〔１〕記載のマイクロストリッ
プガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前
記マイクロストリップガスチャンバーの陽極とバック電
極に増幅器を接続し、この増幅器によって増幅された出
力信号を前記弁別回路に入力するようにしたものであ
る。〔３〕上記〔１〕記載のマイクロストリップガスチャン
バー高速データ収集システムにおいて、前記データエン
コーダ回路は、上位優先エンコーダと、下位優先エンコ
ーダと、加算回路を備え、前記上位優先エンコーダと下
位優先エンコーダを用いてそれぞれ上位、下位の信号線
の値を求め、この平均値をとることにより、入射粒子線
の座標を求めるようにしたものである。

【００１４】〔４〕上記〔１〕記載のマイクロストリッ
プガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前
記信号同期化回路、データエンコーダ回路及び入射粒子
線ヒット判定回路とをＣＰＬＤで構成するようにしたも
のである。〔５〕上記〔１〕記載のマイクロストリップガスチャン
バー高速データ収集システムにおいて、前記２次元のマ
イクロストリップガスチャンバーは、弾性を有する有機
薄膜からなる基板と、この基板上に形成され、交互に平
行に配置される陽極ストリップと陰極ストリップと、前
記陽極ストリップと陰極ストリップ間に印加される高電
圧と、前記基板の下面に形成され、前記陽極ストリップ
と陰極ストリップに交差するバックストリップと、所定
の間隔を隔てて配置されるドリフト板と、前記基板の表
面と前記ドリフト板間に流通するガスとを備え、前記ガ
スの電子増幅を起こしてＸ線又は粒子線の信号を取り出
し、２次元座標の同時計測を行うようにしたものであ
る。

【００１５】〔６〕上記〔５〕記載のマイクロストリッ
プガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前
記陰極ストリップの両エッジ部を弾性を有する有機薄膜
で被覆するようにしたものである。〔７〕上記〔５〕又は〔６〕記載のマイクロストリップ
ガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前記
弾性を有する有機薄膜はポリイミド膜である。

【００１６】〔８〕上記〔５〕記載のマイクロストリッ
プガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前
記基板の表面に有機チタニウムをコーティングし、表面
抵抗を制御するようにしたものである。

〔９〕上記〔５〕記載のマイクロストリップガスチャン
バー高速データ収集システムにおいて、前記バックスト
リップの下方にＩＣパッケージを設け、このＩＣパッケ
ージをＬＳＩ高密度パッケージとするようにしたもので
ある。

【００１７】〔１０〕上記〔５〕記載のマイクロストリ
ップガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、
前記バックストリップを微小スルーホールを介して、前
記基板の上面の第１のボンディングパッドに接続し、前
記ＩＣパッケージの端部を立ち上げて壁部を設け、この
壁部の上面に第２のボンディングパッドを形成し、この
第２のボンディングパッドと前記第１のボンディングパ
ッドとをボンディングワイヤで接続するようにしたもの
である。

【００１８】〔１１〕上記〔５〕記載のマイクロストリ
ップガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、
Ｘ線照射を用いたＸ線イメージング検出器として構成す
るようにしたものである。〔１２〕試料の測定方法において、２次元のマイクロス
トリップガスチャンバーの陽極と背面から出力される信
号を二値化する弁別回路と、この弁別回路により二値化
された非同期である信号をクロック同期に変換する信号
同期化回路と、この信号同期化回路に接続されるデータ
エンコーダ回路と、このデータエンコーダ回路に接続さ
れ、２次元の軸に対応する各信号線のうち、同じタイミ
ングで近接した数本の信号入力があった場合は、その中
心の値を出力し、同じタイミングで離れた場所に信号入
力があった場合は、その信号を無効とする入射粒子線ヒ
ット判定回路と、この入射粒子線ヒット判定回路に接続
され、入射粒子線の縦座標の位置と横座標の位置、粒子
線の入射タイミング、出力信号の広がり、全体のパルス
高から得られる入射粒子線のエネルギーを各事象毎に記
録する記憶装置と、この記憶装置に接続されるコンピュ
ータを具備する２次元のマイクロストリップガスチャン
バー高速データ収集システムを構成し、前記２次元のマ
イクロストリップガスチャンバーは、弾性を有する有機
薄膜からなる基板と、この基板上に形成され、交互に平
行に配置される陽極ストリップと陰極ストリップと、前
記陽極ストリップと陰極ストリップ間に印加される高電
圧と、前記基板の下面に形成され、前記陽極ストリップ
と陰極ストリップに交差するバックストリップと、所定
の間隔を隔てて配置されるドリフト板と、前記基板の表
面と前記ドリフト板間に流通するガスとを備え、動きの
ある試料にＸ線ビームを照射し、Ｘ線回折による試料の
超高速な変化のプロセスを直接観察可能にするようにし
たものである。

【００１９】〔１３〕上記〔１２〕記載の試料の測定方
法において、前記試料は固体結晶であり、この固体結晶
構造の変化のプロセスを観察可能にするようにしたもの
である。〔１４〕上記〔１２〕記載の試料の測定方法において、
前記試料の変化のプロセスを１０００分の１秒以下の単
位で測定するようにしたものである。

【００２０】〔１５〕上記〔１３〕記載の試料の測定方
法において、前記固体結晶の励起状態を観察するように
したものである。〔１６〕上記〔１２〕記載の試料の測定方法において、
回転連続写真法によりＸ線回折したＸ線の位置及びその
タイミングを計測し、３次元結晶構造を明らかにするよ
うにしたものである。

【００２１】ＭＳＧＣでは、非常に多くの信号出力線が
あるため、この出力線からの情報をどのように処理する
かが問題となる。回路を簡略化し、実現可能なシステム
を構築するために、本発明では、各信号線のアナログ情
報（パルスの高さ）は捨て、ある閾値を設けて、その閾
値に基づいて信号の有無を見る形で、一本の信号線を１
ビットのデジタル信号として扱うようにした。従来のワ
イヤーチェンバーなどでは、この方法を用いると著しく
位置分解能が低下してしまうが、ＭＳＧＣは非常に細か
い信号線間隔を持つので、この方法によっても、アナロ
グ信号を用いた場合とほとんど遜色がない性能が得られ
る。

【００２２】デジタル化された信号からは、論理回路に
よって粒子線入射位置の縦座標、横座標を求め、同じタ
イミングで入射した縦・横のそれぞれの座標から２次元
的な位置座標を求め、専用の記憶装置（メモリ）に蓄積
する。また、この記憶装置はコンピュータからのアクセ
スも可能であり、ほぼリアルタイムの収集データの処理
も可能である。

【００２３】これにより、従来の５０００倍以上であ
る、毎秒１０００万個程度のデータ収集が可能となり、
ＭＳＧＣを用いて、Ｘ線など粒子線の画像の時間変化を
動画像として捉えることができるようになった。このシ
ステムを実現するために、以下のような手法をとった。（ａ）ＭＳＧＣからの出力信号は、ＯＮ−ＯＦＦの二値
化することにより、回路を簡略化した。

【００２４】（ｂ）非同期である入力信号をクロック同
期に変換することにより、後段の信号処理におけるタイ
ミングハザードを無くし、信頼性を向上させた。また、
これにより、後述のパイプライン処理を可能にした。（ｃ）回路の実装には、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌ
ｅｌｏｇｉｃａｒｒａｙ）を用いることで複雑な論
理操作を少数のデバイスで可能とし、なおかつ、専用の
ゲートアレイなどのカスタムＬＳＩを作る場合と違い、
安価な費用と短い開発期間で単品のシステムを構築する
ことができる。

【００２５】（ｄ）回路内の処理では、縦・横それぞれ
の軸に対応する各信号線のうち、同じタイミングで近接
した数本の信号入力があった場合は、その中心の値を出
力し、同じタイミングで離れた場所に信号入力があった
場合（重複信号）には、その信号を無効にするようにし
た。（ｅ）信号は回路内部で順送りに処理（パイプライン
化）される。各処理過程で、前のデータが次の処理過程
に送り出されると同時に、次のデータを処理できるよう
にした。このため、信号の入力は毎クロック可能であ
る。簡素化した各処理過程は２０ＭＨｚのクロックで動
作する。最終的には、ＭＳＧＣのパルス幅の１００ＭＨ
ｚ程度まで可能である。

【００２６】（ｆ）最終的な信号の有無の判断は、一つ
のクロックサイクルの中に縦・横両方向に信号入力が検
知され、かつ、重複のない場合が選ばれる。（ｇ）このシステムによって、粒子線入射の縦座標の位
置と横座標の位置、粒子線の入射のタイミング（０．１
μｓｅｃ以下）、出力信号の広がり、全体のパルス高か
ら得られる入射粒子線のエネルギーなどが各事象（イベ
ント）毎に記録される。

【００２７】（ｈ）この論理回路によって、約１０００
本の入力信号が、一事象当たり３０ビット程度のデータ
となり、これが大容量の記憶装置にＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓ
ｔ−ＩｎＦｉｒｓｔ−Ｏｕｔ：先入れ先出しのバッフ
ァ回路）を通して書き込まれる。（ｉ）一回のデータ収集で必要なデータは、一度、全て
この記憶装置に記録することで、高速のデータ収集は、
メモリ容量の限り途切れることなく続けることができ
る。

【００２８】（ｊ）このシステム（粒子線の入射位置エ
ンコーダ、及び記憶装置）は、ＶＭＥ（ＶｅｒｓａＭ
ｏｄｕｌｅＥｕｒｏｐｅａｎ：１６，３２，６４ビッ
トの非同期バス）規格でそれぞれ接続されており、同様
にＶＭＥ規格に準じたコンピュータを用いれば、システ
ムの操作や記憶装置からのデータの読み出しを簡単に、
かつ、高速に行うことができる。これにより、ＶＭＥ規
格上のコンピュータを高速ネットワークに接続すること
で、更に、細かいデータの処理を外部のコンピュータで
行うこともできる。

【００２９】以上のように、このシステムにおいては、
ＭＳＧＣによって出力される信号を高速収集し、さらに
コンピュータ直結で解析をすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示すＭＳＧ
Ｃのデータ収集システムの全体構成を示すブロック図で
ある。本発明のＭＳＧＣのデータ収集システムは、大別
すると、２次元ＭＳＧＣ、前置増幅器（プリアンプ）・
波高弁別器、信号同期化回路、データ（粒子線入射位
置）エンコーダ、入射粒子線のヒット判定回路、大容量
記憶装置、コンピュータから構成されている。

【００３１】すなわち、図１に示すように、マザーボー
ド１０１には、２次元ＭＳＧＣ（以下、単にＭＳＧＣと
いう）１０２、前置増幅器・波高弁別器１０３，１０
４、前置増幅器１０５が搭載される。また、ＭＳＧＣ１
０２の陽極からの出力信号（ＥＣＬ規格による信号）を
処理する第１の信号同期化回路１１１、ＭＳＧＣ１０２
の背面電極（バックストリップ）からの出力信号（ＥＣ
Ｌ規格による信号）を処理する第２の信号同期化回路１
１２、第１の信号同期化回路１１１に接続される第１の
エンコーダ１１３、第２の信号同期化回路１１２に接続
される第２のエンコーダ１１４、入射粒子線のヒット判
定回路１１５、大容量記憶装置１１６、コンピュータ１
１７により、ＶＭＥ規格のデータ収集システム１１０を
構築している。

【００３２】また、ＭＳＧＣ１０２の陰極は前置増幅器
１０５−アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０６
を介して大容量記憶装置１１６に接続されている。以
下、ＭＳＧＣのデータ収集システムの各部を詳細に説明
する。図２は本発明の実施例を示すＭＳＧＣの分解斜視
図、図３はそのＭＳＧＣの陰極ストリップのエッジの被
覆状態を示す図であり、図３（ａ）はその部分平面図、
図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部拡大図である。なお、図
２及び図３に示される各部の寸法は一例に過ぎず、適宜
変更可能である。

【００３３】図２及び図３において、２次元イメージ素
子であるＭＳＧＣ１０２は１０ｃｍ×１０ｃｍの有効面
積を持ち、１は基板（サブストレート）であり、厚さ略
１７μｍのポリイミド薄膜を用いる。２はその基板１上
に形成される陽極ストリップであり、１μｍ厚のＡｕ，
Ｔｉからなり、その幅Ｄ₂が略１０μｍの形状を有す
る。３は陰極ストリップであり、１μｍ厚のＡｕ，Ｔｉ
からなり、その幅Ｄ₃が略１００μｍの形状を有する。
その陽極ストリップ２と陰極ストリップ３とは、交互に
配置されて、陽極ストリップ２のピッチＤ₄は略２００
μｍである。

【００３４】また、４はセラミックからなるベース基
板、５はそのベース基板４上に形成されるとともに基板
１の下層に位置するバックストリップであり、１μｍ厚
のＡｕ，Ｔｉからなり、その幅Ｄ₅が略１８０μｍの形
状を有する。更に、このようにして形成される素子上に
ほぼ１ｃｍの間隔Ｄ₁を隔ててドリフト板６が配置さ
れ、例えば、アルゴンとエタンからなるガスが流通する
チャンバーが形成される。なお、一般的には、ここで用
いられるガスは、原子量の大きい希ガスが使用され、こ
れに放電を抑えるガス、例えば、メタン、エタン、炭酸
ガス等を混合して用いることができる。なお、７は増幅
器である。

【００３５】このように、基板１として厚さが略約１７
μｍのポリイミド薄膜を用いて、このポリイミド薄膜の
下層にあり、セラミックからなるベース基板４上のバッ
クストリップ５に誘起される信号を使って２次元読み出
しを可能にしている。つまり、ポリイミド薄膜を基板１
に用いて、２次元座標の同時計測を可能にしている。ポ
リイミドは柔軟性、弾性を持つので、完全に平らで滑ら
かな表面を持ち、広くて一様な基板の中に容易に作製で
きる。

【００３６】さらにポリイミドは、ＭＣＭ技術を用い
て、ミクロのスケールで所望の形状に形成することがで
きる。すなわち、このＭＳＧＣでは陽極ストリップを防
御するガーディングマスクとスルーホールは、この技術
により形成されている。それゆえ、基本的に、２次元Ｍ
ＳＧＣのサイズは２０ｃｍ×２０ｃｍ以上の大きさに拡
張することができる。

【００３７】なお、上記実施例では基板としてポリイミ
ドを用いた場合について述べたが、ポリイミド以外であ
っても、弾性を有する有機膜であれば本発明のＭＳＧＣ
を構成可能であり、その際の弾性を有する有機膜として
は、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポ
リカーボネイト等が挙げられる。なかでも、ポリイミド
がより望ましい。この際、弾性を有する有機膜の膜厚
は、５〜１００μｍであれば、使用可能であるが、１０
〜３０μｍがより望ましい。

【００３８】また、ガスの電子増幅を起こして放射線の
信号を取り出すためには、陽極ストリップ２と陰極スト
リップ３との間の約５０μｍ間に５００Ｖの電圧を印加
する必要がある。その時、当然、陽極ストリップ２と陰
極ストリップ３の間での放電が起き易くなる。この放電
は電極を破壊し、ＭＳＧＣ１０２にダメージを与えるこ
とになるので、これを抑えるために、図３に示すよう
に、放電が起こる陰極ストリップ３の両エッジ３Ａを、
厚さ数μｍのポリイミド薄膜８で幅７μｍ程度被覆する
ことによって放電を抑えるようにしている。

【００３９】ＭＳＧＣ１０２のような基板を持つ構造の
場合、陽極ストリップ２近傍で起こる増幅作用で作られ
る正イオンが基板１上に付着し、その空間電荷効果でゲ
インの低下を引き起こしてしまうことがある。そのた
め、現在、ポリイミド薄膜８からなる基板の適切な抵抗
値を見出すようにしており、ポリイミド薄膜８の表面に
有機チタニュームをコーティングし、表面抵抗を制御す
るようにしている。

【００４０】ＭＳＧＣ１０２は、１００μｍ以下の高い
位置分解能を得るために、２００μｍピッチという微小
間隔でＸ，Ｙ両方向から信号を取り出している。そのた
め、５ｃｍ□ＭＳＧＣの場合、５００本以上の信号線と
増幅器７の接続が必要になる。そこで、本発明では、Ｌ
ＳＩ高密度パッケージに実装し、ＭＳＧＣと回路基板と
の接合を改善するように構成している。

【００４１】Ｘ線、粒子線の位置を測定するのに必要な
座標は、バックストリップ５と陽極ストリップ２からの
信号を用いており、粒子のＭＳＧＣガス中でのエネルギ
ー損失を測定するためには陰極ストリップ３を使用して
いる。陰極ストリップ３は読み出しチャンネルを減らす
ために十本程度をグループ化して、読み出すようになっ
ている。信号はＩＣパッケージ１１（図５参照）から取
り出せるようになっている。

【００４２】次に、このＭＳＧＣの読み出しエレクトロ
ニクスのシステムについて説明する。図４は本発明の実
施例を示す１０ｃｍ×１０ｃｍの２次元ＭＳＧＣが搭載
されたＰＧＡパッケージの構造を示す図であり、図４
（ａ）は上面を示す斜視図、図４（ｂ）は下面図であ
る。

【００４３】ここで、ＩＣパッケージ１１は、セラミッ
クで作製され、裏側面に０．１インチのピッチでトリッ
プを５４１本を有する。２５４の陽極と２５５のバック
ストリップと１７グループの陰極すべてが、セラミック
パッケージ上に金のワイヤボンディングにより接続さ
れ、裏面のピン１２に送られているので、ＭＳＧＣ１０
２のプレートに直接取り付けなければならないワイヤは
存在しない。

【００４４】図５は本発明の実施例を示す２次元ＭＳＧ
Ｃが搭載されたＩＣパッケージの部分断面図である。な
お、図２と同じ部分については、同じ符号を付してその
説明は省略する。この図において、４はベース基板、１
０はポリイミド薄膜からなる基板１の表面に形成され、
微小スルーホール１Ａを介してバックストリップ５に接
続される第１のボンディングパッド、１１はＩＣパッケ
ージ、このＩＣパッケージ１１は、その端部を立ち上げ
て壁部１１Ａを設け、この壁部１１Ａの上面に第２のボ
ンディングパッド１３を形成する。

【００４５】そこで、第２のボンディングパッド１３と
第１のボンディングパッド１０とをボンディングワイヤ
１４で接続する。図５に概略的に示すように、ポリイミ
ド薄膜からなる基板１の下に配置されるセラミックから
なるベース基板４からの信号が、ＭＣＭ技術を用いて微
小スルーホール１Ａを介して、第１のボンディングパッ
ド１０から第２のボンディングパッド１３へと導出され
ること、及びＭＳＧＣ上の全ての電極から出た全ての第
１のボンディングパッド１０が同一の基板面に配置され
るということは、特に注目に値する。これにより、ＭＳ
ＧＣとＩＣパッケージ１１との接続が大いに簡単にな
る。

【００４６】隣合うストリップ間のクロストークを測定
した結果、ほぼ５％であり、本発明のＭＳＧＣでのデジ
タル読み出しに関しては問題とはならない。次に、本発
明の実施例を示すＭＳＧＣのイメージングの性能につい
て説明する。図２に示すように、ＭＳＧＣ１０２をＸ線
イメージングデバイスとして用いるために、陽極ストリ
ップ２の他にもう１つ別の電極が必要である。ＭＳＧＣ
１０２の場合、陽極ストリップ２に加えてさらに３電極
がある。すなわち、陰極ストリップ３、ドリフト板６、
バックストリップ５である。陰極ストリップ３は確かに
大きな誘導信号を持つが、ほぼ２００ｎｓという立ち上
がり時間というのはかなり遅く、陰極ストリップ３の電
極列は、陽極ストリップ２の電極列と平行に走ってい
る。

【００４７】電子なだれで生成したイオンのうちのある
部分は、ドリフト面に向かって流れ、ドリフト面上に信
号を誘導する。しかしながらこれは、ほぼ１０μｓと大
変遅い。バックプレーンにおいても、あるタイプのＭＳ
ＧＣ１０２では誘導信号が観察された。パルス高とパル
ス形状は、各ＭＳＧＣの持つ電極の幾何学的構造、基板
の厚さや材料に依存しているものの、高速信号は、明ら
かにバックストリップから獲得されている。

【００４８】そして、ＭＳＧＣ１０２は、図１に示すよ
うに、陽極（アノード）５１２ｃｈ、背面電極５１２ｃ
ｈ、陰極（カソード）を有している。このＭＳＧＣ１０
２によって出力される微弱な信号パルスは、波形整形前
置増幅器（ＬｅＣｒｏｙＭＱＳ１０４）により増幅さ
れる。この波形整形前置増幅器の出力はパルス幅が３０
ｎｓｅｃ以下である。この出力は、前置増幅器・波高弁
別器（ＬｅＣｒｏｙＭＶＬ４０７）１０３，１０４に
入力され、その弁別信号が、ＥＣＬ：エミッタ・カップ
ルド・ロジック）規格により出力される。これらに用い
られているＩＣは、それぞれ一つにつき４ｃｈ分の回路
が収められており、このシステムでは、６４ｃｈ分の前
置増幅器・波高弁別器１０３，１０４を一枚の基板に収
めたカードを、ＭＳＧＣ１０２のマザーボード１０１上
に装着することで、装置の小型化を図っている。

【００４９】ＥＣＬ規格による出力は、多芯線の信号ケ
ーブルによりデータ収集システムに送られる。データ収
集装置は、送られてきた信号線から信号の位置を割り出
すエンコーダ１１３，１１４と、入射粒子線のヒット廃
帝回路１１５、得られた位置情報を蓄えておく大容量記
憶装置１１６の部分に分けられる。これに、コンピュー
タ１１７、つまり、制御用のＣＰＵ（ＦｏｒｃｅＣＰ
Ｕ−７Ｖ，ＳＵＮ互換）を含めたものが、ＶＭＥ規格９
Ｕ幅のクレートに収められている。前記ＣＰＵ１１７
は、高速のネットワーク（現状では１００Ｍｂｐｓ）に
接続され、ＭＳＧＣ１０２により得られたデータは他の
コンピュータでも解析することができるようになってい
る。

【００５０】以下に、本発明のデータ収集システムの各
部分について詳細に説明する。〔１〕前置増幅器・波高弁別器ＭＳＧＣによるガス増幅率は、通常は５００位と、ワイ
ヤーを用いた他のガス増幅器に比べて非常に小さい。通
常は８ｋｅＶ程度のＸ線入射によりＭＳＧＣ上に誘起さ
れる電荷量は１．０〜２．０×１０^-14Ｃ程度である。

【００５１】また、１０ＭＨｚを越える信号を分離する
ために、信号は２０ｎｓｅｃ程度の時間幅に整形されて
いる必要がある。さらに、非常に多くの信号線を扱う。
これらの要求から、高増幅率、高速、高集積度の前置増
幅器が必要になる。この前置増幅器は、ＬｅＣｒｏｙ社
のＭＱＳ１０４Ａで、そもそもワイヤチェンバー用に開
発された前置増幅器である。この前置増幅器を構成する
ＩＣは、３０ｍＶ／ｆＣの電荷増幅率を持ち、内蔵され
ている波形整形器によって出力波形は２０ｎｓｅｃの半
値幅を持つ。また、約１ｃｍ角の大きさのＩＣの中に、
４回路が内蔵されているため、前置増幅器を比較的コン
パクトにまとめることができる。

【００５２】陽極と背面電極より得られた出力信号は、
全てコンパレータによって二値化している。このコンパ
レータとしては、前置増幅器との相性を考え、同社製の
ＭＶＬ４０７Ｓを採用した。このコンパレータを構成す
るＩＣも一チップに４回路を含み、出力はＥＣＬ差分出
力なので、そのまま数ｍ程度のケーブルをドライブでき
る。

【００５３】一般的に、ガス増幅器で、各信号線から出
力を得る場合は、出力をＡＤＣ（アナログデジタル変換
器）にかけ、隣接するワイヤーのいくつかの信号の加重
平均をとってその位置を求めることで、位置分解能の向
上を図ることが多く、一般的にはＲＭＳ分解能で３０μ
ｍまで可能であるが、ＭＳＧＣではストリップの間隔が
２００μｍと狭いため、このような二値読み出しによる
方法でもＲＭＳ分解能で約６０μｍ程度出すことができ
る。

【００５４】これらの前置増幅器、及び波高弁別器は、
検出器回りに高い密度で配置するために検出器本体を装
着しているマザーボード上に垂直に装着できる前置増幅
器・波高弁別器一体型の回路ボードを作製した。このボ
ードは、図示しないが、約１５ｃｍ角の８層プリント基
板の表裏に、表面実装型のＭＱＳ１０４Ａ，ＭＶＬ４０
７Ｓを各１６個、その他集積型回路部品を実装すること
により、６４ｃｈ分の回路を実現している。マザーボー
ドとの接続は、１２０ｐｉｎの１／２０インチ間隔コネ
クタにより行い、ここから信号線の他、回路の電源、弁
別電圧の供給も受ける。

【００５５】信号出力は、ＥＣＬ差分出力となるため、
一信号に二本信号線が必要であるため、６８ｐｉｎのハ
ーフピッチコネクタを二つ実装することで、６４ｃｈ分
の信号出力を確保している。１０ｃｍ角のＭＳＧＣで
は、出力の数が、陽極・背面電極合わせて１０２４本に
なるため、この前置増幅器・波高弁別器ボードは１６枚
必要となる。

【００５６】〔２〕信号同期化回路、データエンコーダ
及び入射粒子線ヒット判定回路前置増幅器・波高弁別器１０３，１０４の出力は、全て
の信号線に対応しており、扱うデータ量としては非常に
多い。一方で必要なデータは、入射粒子線の位置座標で
あり、ｘ軸、ｙ軸、それぞれ１０ビットずつ程度の情報
量である。この、各信号線の出力から、入射粒子の座標
値に変換するのが、データエンコーダの役割である。こ
の部分は、従来はソフトウェアの役割であった部分をハ
ードウェア化し、ＭＳＧＣデータ収集システム高速化の
決め手とするシステムの中核となる。

【００５７】第１、第２のデータエンコーダ１１３，１
１４は、ＶＭＥ−９Ｕ規格のボードに搭載されており、
一枚のボード当たり２幅分のフロントパネルを持つ。こ
のフロントパネルに、先の前置増幅器・波高弁別器１０
３，１０４からのケーブルの接続コネクタが８個並び、
２５６ｃｈ分の信号入力が可能となっている。１０ｃｍ
角ＭＳＧＣのデータを読み出すためには、ｘ軸側、ｙ軸
側それぞれ５１２本の信号入力が必要となるため、それ
ぞれ２枚ずつ、合計４枚のエンコーダボードが必要とな
る。一枚のエンコーダボードの構成を示すと、ＥＣＬ
差分入力による信号は、ＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｌｏｇｉｃ）信号に変換され
た後、ＣＰＬＤ（ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａ
ｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）により構成されるエ
ンコーダ回路に供給される。ＣＰＬＤは、従来のＰＬＤ
を集積化したもので、このシステムでは、アルテラ社製
のＥＰＭ７１９２及びＥＰＭ７２５６を用いた。入力さ
れる信号は非同期であるが、エンコーダ回路の第一段目
に信号同期化回路を導入することで、以降の信号処理を
全てクロック同期で行っている。

【００５８】このシステムでは、一枚のボード当たり３
個のＣＰＬＤを用いているが、そのうち２個が、この信
号同期化のためのものであり、残り１個が座標エンコー
ダ回路が内蔵されている。エンコーダ回路により出力さ
れるのは、入射粒子線の座標の他、各クロック周期毎の
事象の有無の信号（ＨＩＴ）、離れた位置で同時に信号
が入力された場合に、信号を無効にするために出される
信号（ＤＵＰ）、及び一つの事象が、近接する何本かの
信号線に渡っているのかを示す信号があり、いずれも、
ＶＭＥバスのＪ３コネクタへ出力され、メモリボードへ
引き渡される。

【００５９】ＭＳＧＣの出力信号はパルス状であるため
に、信号を単にフリップフロップでラッチするだけで
は、信号の確認ができない。そのため、この信号同期化
回路では、信号入力をフリップフロップのクロック入力
信号として用い、信号入力のエッジを認識するように
し、同期クロックにより出力をクリアして次の入力を待
つという方法を採用した。

【００６０】図６はかかる本発明の実施例を示すＭＳＧ
Ｃの出力信号の同期化回路図、図７はそのＭＳＧＣの出
力信号の同期化回路の各部の波形図であり、ここでは１
チャンネル分を示している。これらの図に示すように、
ＭＳＧＣ１０２からの入力パルスＡは第１のフリップフ
ロップ２０１のクロック端子に入力され、そのＱ端子か
らの出力パルスＢが第２のフリップフロップ２０２のＤ
端子に入力される。また、第１のフリップフロップ２０
１のＱ端子からの出力信号Ｂは第３のフリップフロップ
２０３のＰＲ（プリセット）端子に入力されるととも
に、第１のフリップフロップ２０１のＣＬＲ端子からの
クリア信号は第３のフリップフロップ２０３のＱ端子に
入力される。

【００６１】一方、クロック（同期信号）入力ＣＬＫ
は、第２のフリップフロップ２０２と第３のフリップフ
ロップ２０３のそれぞれのＣＫ端子に入力される。な
お、第１のフリップフロップ２０１のＤ端子は電源へ、
第３のフリップフロップ２０３のＤ端子はアースへそれ
ぞれ接続されている。すると、第２のフリップフロップ
２０２のＱ端子からは、出力信号、つまり信号同期化出
力信号Ｄが出力される。

【００６２】第１のフリップフロップ２０１のＣＬＲ端
子は第３のフリップフロップ２０３のＱ端子に接続され
ている。ここでは、１チャンネル分を説明したが、多チ
ャンネルの場合は、図８に示すように、各第１のフリッ
プフロップ２０１のＱ端子からの出力信号ＢをＯＲ回路
２０４を介して第３のフリップフロップ２０３のＰＲ端
子へ接続するように構成すればよい。

【００６３】ここで問題となるのは、同期クロックとほ
ぼ同じ時間に入力された信号を前の周期の信号とみなす
か、後の周期の信号とみなすかを分離するタイミングで
ある。通常ＭＳＧＣは、隣接する数本の信号線が同時に
信号を出すため、この間に僅かな時間差があると、これ
が二つの別々の事象として扱われてしまう可能性があ
る。

【００６４】しかし、これを回避するための配線も行っ
ている。論理回路としては、この部分はあまり意味を持
たないが、タイミングを考えた場合、この回路分の遅延
（十数ｎｓｅｃ程度）分の時間差については、吸収され
る仕組みになっている。各周期を分離する関係上、どう
しても、各周期につき１０ｎｓｅｃ程度の不感時間が存
在することは避けられないが、タイミング差による寄生
的な事象の発生はほぼ全て抑えることができる。

【００６５】ＭＳＧＣでは、一つの事象につき、近接す
る数本のストリップが信号を出す。ここから求めるべき
入射粒子線の座標は、この中心値である。このエンコー
ダ回路においては、同じ周期中に同時にヒットした信号
線のうち、最も上位のものと最も下位のものの中間をと
ることにより、座標を求めている。これを求めるために
は、基本的には上位優先エンコーダと下位優先エンコー
ダを用いてそれぞれ上位、下位の信号線の値を求め、こ
の平均値をとればよい。しかし、数百本の入力を受け付
けるエンコーダ回路は複雑で、多くの素子を必要とし、
処理にかかる時間も多くなるものと考えられる。そこ
で、ＭＳＧＣ用エンコード回路では、有効な入力の場合
には、同時にヒットする信号が隣接する数本であるとい
うことに注目し、エンコード回路を大幅に縮小する方法
を採用した。

【００６６】具体的には、入力信号を１６本ずつに分
け、分けられたそれぞれのｎ本目同士の論理和をとり、
これを適当な方法でエンコーダにかけることで求めるべ
き座標値の下位ビットを求め、先に分けた信号（実際に
は８本毎）そのものの論理和同士をエンコードすること
によって、座標値の上位ビットを求める。このような、
上位ビットエンコード、下位ビットエンコードのために
信号をまとめる操作は、先の信号同期化回路と同じＣＰ
ＬＤで行っている。

【００６７】この出力から、最終的な座標を計算した
り、離れた位置に同時にヒット（ｈｉｔ）した信号を判
断（重複信号）するために、もう一つＣＰＬＤを用いて
いる。図９は本発明のデータエンコーダ回路の概略構成
図である。上記した同期化出力信号Ｄは信号合成回路３
０１に送られ、この信号合成回路３０１からの上位ビッ
ト用合成信号Ｓ_Uは信号の重なりチェック回路３０２
と、エンコーダ３０３と、中位ビット用信号処理回路３
０４とにそれぞれ接続される。

【００６８】一方、上位ビット用合成信号Ｓ_Lは、中位
ビット用信号処理回路３０４と、上方優先エンコーダ３
０５、下方優先エンコーダ３０６にそれぞれ接続され
る。更に、上方優先エンコーダ３０５及び下方優先エン
コーダ３０６の出力信号はそれぞれ加算器３０７と減算
器３０８に接続される。また、信号の重なりチェック回
路３０２には中位ビット用信号処理回路３０４からの出
力信号と減算器３０８からの出力信号とが入力される。

【００６９】そこで、信号の重なりチェック回路３０２
からは重複信号Ｓ_Dが、エンコーダ３０３からは上位ビ
ットエンコード出力が、中位ビット用信号処理回路３０
４からは中位ビットエンコード出力が、加算器３０７か
らは下位ビットエンコード出力が、減算器３０８からは
信号幅出力がそれぞれ送出される。これらの信号（エン
コードされたアドレス、ヒットした信号の本数、ヒッ
ト、重複の信号）は、ＶＭＥ規格のＪ３バックプレーン
バスを介してメモリボードの基板に接続される。ｘ軸同
士、ｙ軸同士のアドレスの信号は、それぞれ２枚ずつの
データ収集ボードで共通のバスが使われ、これとは別
に、ヒット信号は各ボード独立に出力される。このヒッ
ト信号によって、現在のアドレス信号がどのボードから
来たものか確認することができる。また、重複信号は一
本のバスに共通して出力される。

【００７０】〔３〕大容量記憶装置各データ収集ボードからのエンコードされた信号を蓄積
し、ＶＭＥバス上のコンピュータとのインターフェイス
の役割を持つのが記憶装置の役割である。記憶装置で
は、２０ＭＨｚのクロックを生成し、データ収集ボード
のシステムクロックとして供給する。また、データ収集
ボードからの出力は、このクロックに同期して出力され
る。一つのクロック当たりの信号が、入力信号として適
当であるかどうかは、各データ収集ボードからのヒット
信号、及び重複信号により判断される。

【００７１】重複信号がなく、かつ、陽極と背面電極の
それぞれ１枚のボードからのみヒット信号が出ている時
を受け入れる。この信号は、一度、ＦＩＦＯメモリに入
り、その後、最大５１２ＭＢの容量を持つＤＲＡＭに記
憶される。ここに記録される内容は、陽極と背面電極の
エンコードされたヒット位置の他、ヒットした信号の本
数、記憶装置に外部から入力されるＡＤＣの値、信号の
記録された時間等があり、このうちいくつかを選択し
て、１事象当たり３２ビット幅のデータとする。よっ
て、この記憶装置には、一時的に１２８Ｍ事象分のデー
タを蓄えておくことができる。

【００７２】記憶装置は、ＶＭＥバスのインターフェー
スを持っており、このバスを通じ、制御用のコンピュー
タに接続されている。コンピュータから、記憶装置の各
動作を制御するためのレジスタを操作できる他、データ
を蓄積しているＤＲＡＭを、コンピュータのＣＰＵのア
ドレス空間と同等にアクセスすることができる。これに
よって得られたデータを、簡単にコンピュータで扱うこ
とができるようになる。

【００７３】〔４〕コンピュータ制御用のコンピュータとしては、ＶＭＥ規格に合致する
ものであれば、各種のものが使用可能であるが、特にこ
のシステムでは、ｍｉｃｒｏＳＰＡＲＣチップを搭載し
たＦＯＲＣＥ社製の製品（ＣＰＵ−７Ｖ）にＵＮＩＸを
搭載したものを扱っている。ＵＮＩＸの強力なネットワ
ーク機能を用いることにより、ＶＭＥ上のコンピュータ
で記憶装置から引き上げたデータを、高速の（１００Ｂ
ＡＳＥ−Ｔ）ローカルネットワークに出力し、これをさ
らに高速のコンピュータで受け取り、ほぼリアルタイム
に大量のデータを解析することができるようになる。

【００７４】〔５〕動作試験の結果次に、実際にＭＳＧ
Ｃとデータ収集システムを接続した場合の動作試験につ
いて、現在まで得られている結果を述べる。図１０にＸ
線の入射強度と実際にデータを得ることのできたカウン
ト数の相関の実測結果を示す。

【００７５】この図において、横軸はＸ線発生レート
（ｃｐｓ）、縦軸はデータ収集レート（ｃｐｓ）を示
し、曲線ａは本発明のデータ収集システムを、曲線ｂは
従来のデータ収集システムを使用した場合を示してい
る。ここで、クロックのサイクルは１０ＭＨｚを用い
た。ここでは、データ収集の速度が、２．５Ｍｃｐｓ程
度になるところを上限に、それ以上の強度では次第に下
がってくる。直線性は、１Ｍｃｐｓ付近まではほとんど
直線的に増加し、その後、次第に直線からはずれてく
る。このデータ収集システムでは、同じクロックサイク
ル上で２つ以上の信号が検出された時は、その事象を無
視するようになっている。そのため、たとえ１０ＭＨｚ
のデータ収集クロックを持っていても、この速さでデー
タをとれるということはなく、ランダムな入力に対して
は、ポアソン統計に従い、クロック数の１／ｅが上限と
なる。同じ図に、このポアソン分布で計算した、データ
収集数の論理曲線を挿入する。

【００７６】本発明の高速データ収集システムによって
得られたペンダントの２次元Ｘ線透過像の例を図１１に
示す。この図では、ペンダントの同時間計測（８秒）に
よる画像の比較であり、図１１（ａ）は従来の５ｋ事象
のレートが６×１０²ｃｐｓ相当の画像、図１１（ｂ）
は本発明の５Ｍ事象のレートが５．９×１０⁵ｃｐｓ相
当の画像である。

【００７７】本発明によれば、このように非常に鮮明な
ペンダントのＸ線画像を、短時間のうちにとることがで
きる。また、図示しないが、本発明による高速データ収
集システムを用いて、図１１に示したペンダントをモー
ターの上で回転させて、Ｘ線透過像をとったが、良好な
動画像を得ることができた。

【００７８】このように、本発明によれば、ＭＳＧＣ
を、今回開発した高速データ収集システムと組み合わせ
ることで、迅速にして大量のイメージングマイクロスト
リップガスチャンバーの出力信号を処理することがで
き、粒子線の測定を確実に行うことができる。次に、本
発明のＭＳＧＣによるＸ線結晶学における時間分解測定
実験について説明する。

【００７９】本発明の高速データ収集システムを備えた
ＭＳＧＣは、実時間（リアルタイム）Ｘ線領域検出器と
して十分な能力を有する。Ｘ線結晶学は、ＭＳＧＣを有
用化する一分野として最も期待されている。ＭＳＧＣに
は高度のイメージング能力と、非常に優れたタイミング
分析能力の２つが備わっているので、結晶構造の変化の
プロセスを、１０００分の１秒以下単位で測定すること
ができる。

【００８０】従来の検出器では、高速のタイミングで連
続した映像を得ることが不可能であった。本発明のＭＳ
ＧＣによれば、後述の“連続回転写真（ＲＣＰ）法”の
通り、結晶構造の新しい分析方法をも生み出すことがで
きる。以下、光励起を用いた時間分解結晶学の測定及び
単結晶を用いたＲＣＰ法について述べる。

【００８１】〔１〕固体結晶の光学励起の時間分解測定分子は、化学反応において、励起状態を経由する。その
反応プロセスを直接観察するために、Ｘ線回折（ＸＲ
Ｄ）を用いて励起構造の観察が試みられてきた。しかし
ながら、励起状態の存続時間は非常に短く（数秒以
下）、同時には、ごく少数の分子しか励起反応を起こさ
ない。ゆえに、ＸＲＤを用いた励起状態観察は、現在ま
でほぼ不可能であった。従来の励起状態の観察は、分光
学的方法、あるいは何らかの特別な物理的特性を用いて
しか行われていない。しかし、実時間のＸ線画像検出器
が実現されれば、反応プロセスを直接観察することが可
能になる。

【００８２】従来のＸ線回折検出器には、Ｘ線回折方法
によって時間変化と画像の両方を観察する能力は、ほと
んど皆無に等しかった。Ｘ線乾板またはイメージングプ
レート（ＩＰ）は、通常静止状態のＸＲＤ撮影に使用さ
れてきた。このイメージングプレート（ＩＰ）には、高
度のイメージング能力とダイナミックレンジを持ってい
るが、時間分解測定は極めて難しい。一方、パルス計数
型検出器は、時間分解測定に有用である。比例計数器
（ＰＣ）、シンチレーション計数器（ＳＣ）及び固体半
導体検出器（ＳＳＤ）も、従来使用されてきた。しかし
ながら、従来のパルス計数型検出器では、実時間測定を
行うイメージング能力は不十分であり、２次元回折パタ
ーンを得るには平面または球面上で走査する必要があっ
た。

【００８３】本発明のＭＳＧＣは、優れたイメージング
能力と、２０ｎｓに及ぶタイミング分析力を持つ。これ
により、反応プロセスを直接観察するための高速タイミ
ング分析が可能になる。励起状態の観察の一例として、
金属化合物の光励起を観察した。最近では、光照射にお
ける回折パターンの歪みが、Ｘ線粉末回折計〔Ｃｈｅ
ｍ，Ｌｅｔ，Ｐ．８２９，１９９７〕を用いた［Ｂｕ₄
Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］（pop ＝Ｐ₂Ｏ₅Ｈ₂ ^-）によ
り観察されている。［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の
Ｘ線粉末パターンにおいて現れたピークは、光照射時に
より大きな回折散乱角に向かって移動し、光を消すと元
に戻る。

【００８４】このことは、固体結晶中の単位格子の構造
は、光の照射によって変化することを意味する。これと
似た現象がＶＯ(acac)₂（acac＝アセチルアセトン：Ｃ
Ｈ₃Ｃ＝ＯＣＨＣ＝ＯＣＨ₃）にも見られる。光がｏｎ
状態のＶＯ(acac)₂の回折パターンを、小さな角度へ移
動した。これは固体結晶には珍しい現象だが、励起状態
を直接観察し研究する上で優れた検証となりうると考え
られる。

【００８５】ＶＯ(acac)₂と［Ｐｔ₂(pop)₄］の構造を
図１２と図１３にそれぞれ示す。ここで、図１２はＶＯ
(acac)₂の構成を示す図であり、図１２（ａ）はそのＶ
Ｏ(acac)₂の立体構造図、図１２（ｂ）はそのＶＯ(aca
c)₂の構造式を示す図、図１３は［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ
₂(pop)₄］の構成を示す図であり、図１３（ａ）はその
［Ｐｔ₂(pop)₄］の立体構造図、図１３（ｂ）はその
［Ｐｔ₂(pop)₄］の構造式を示す図である。

【００８６】この変化の時定数は重要なパラメータであ
ると思われるが、未だ知られていない。この実験では、
回折ピーク移動の時定数をＭＳＧＣを用いて測定した。
これは、ＭＳＧＣによって初めて可能となる測定であ
る。〔２〕実験装置ここでの目的は、光励起によって生じた構造変化の時定
数を測定することである。なお、この測定においては、
結晶構造分析までは行われなかった。実験装置の概略図
を図１４に示す。

【００８７】図１４において、１０２は本発明に係るＭ
ＳＧＣ、１１０は本発明に係る高速データ収集システ
ム、４０１はキセノン光源（キセノンランプ）、４０２
はフィルタ、４０３は凸レンズ、４０４はシャッター、
４０５はＸ線電子管、４０６はホトダイオード、４０７
はタイミング発生器、４０８はサンプルを示している。
実験には、ＶＯ(acac)₂結晶の粉末と［Ｂｕ₄Ｎ］
₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の単結晶が使用された。ここで、Ｖ
Ｏ(acac)₂の回折ピークは、ＣｒＫα（５．４ｋｅＶ）
Ｘ線の散乱角度が４３°のとき、大きな変化が予想され
ており、このピークの移動は、約０．１°であると予想
される。［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］のピーク移動
は非常に小さいと予想されるが（０．０３°程度）、光
励起によるピーク移動の方向は、熱作用による方向とは
反対であるとの報告がある。ゆえに、確信をもって熱効
果と光励起効果とを識別することが可能なのである。

【００８８】この測定において、サンプル４０８はＭＳ
ＧＣ１０２の前面に配置し、サンプル４０８とＭＳＧＣ
１０２間の距離を８〜９ｃｍとした。キセノン光はサン
プルを照射する光源として使用された。１５０Ｗのキセ
ノン光源４０１は、Ｘ線ビーム軸から４５°の角度で照
射され、キセノン光源４０１とサンプル４０８との間に
は、シャッター４０４と凸レンズ４０３を置いた。キセ
ノン光の赤外線部分をカットするために、キセノン光に
はフィルター４０２が付けられた。

【００８９】ＣｒターゲットのＸ線電子管４０５及びバ
ナジウムフィルター（Ｋα＝５．４ｋｅＶ）が、Ｘ線光
源として使用された。このエネルギーにおいて、回折パ
ターンの歪みは、ＣｕＫα（８．０ｋｅＶ）Ｘ線の歪み
よりも１．５倍の大きさであると予想されている。ま
た、ＶＯ(acac)₂中のバナジウム原子から出る蛍光Ｘ線
も、ＣｒＫαＸ線を用いることで最小限に抑えられた。
Ｘ線光源は１ｍｍφにコリメートされ、Ｘ線電子管の電
圧及び電流はそれぞれ４０ｋＶ、４０ｍＡに設定され
た。検出器は予想される回折パターン（あるいは斑点）
の方向へ傾斜し、ＭＳＧＣの斜め入射効果を回避した。
この実験においては、この傾斜角は３５〜４０°であ
る。

【００９０】〔３〕測定と分析ＭＳＧＣによって求めたＶＯ(acac)₂の粉末Ｘ線回折パ
ターンであるデバイ・シェラーリングの像を図１５に示
す。図１５において、縦縞は放電ストリップによるも
の、横縞は電子読み出し装置が不安定のために生じてい
る。ＭＳＧＣの検出面は、Ｘ線ビームの垂直面より傾斜
しているため、デバイ・シェラーリングの形状は、楕円
あるいは双曲線になる。

【００９１】図１６は、図１５と同じデータで回折角度
２θに対応する粉末回折パターンを示す図である。この
うち、光を照射した時の散乱角が４３°であるピークの
移動を、ＭＳＧＣを用いて測定した。測定したピーク幅
は、図１７の通り約１°である。これはＭＳＧＣ（２０
０μｍ幅の区分幅）の位置決定と、サンプルのサイズ
（０．５ｍｍφ×１ｍｍ）によるものである。正確な回
折角度を求めるには、数多くの事象数と統計分析が必要
である。

【００９２】Ｘ線強度は１．６ｋＷ（４０ｋＶ，４０ｍ
Ａ）であり、回折したＸ線の計算率は、約１０⁴サイク
ル毎秒（ｃｐｓ）である。図１７のピークにおける計数
率は、〜１４０ｃｐｓであった。十分な統計を得るため
に、光照射を、６ｍｓの開／閉時間を有する光シャッタ
ーによって、１０秒または２秒毎と周期的にチョップ
し、光の状態を、サンプルの背後にあるフォトダイオー
ドでモニターした。この光をチョップするタイミング
を、フォトダイオード信号で標識をつけ、それぞれのＸ
線事象のタイミングと位置データを記録した。

【００９３】同様に、回折点の時間変化を［Ｂｕ₄Ｎ］
₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の単結晶で測定した。測定及び分析
は基本的に粉末回折の場合と同じである。［Ｂｕ₄Ｎ］
₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の回転写真画像を図１８に示す。特
定の回折点を求めるには、まずＲＣＰ法によって全ての
回折点を記録し、これを基に、結晶角度を、適切な回折
点が現れる位置に固定した。この測定で、２つの回折点
が選ばれた。分析のための方位角度は、適切な位置角度
の周囲３°幅以内に制限した。

【００９４】ＶＯ(acac)₂粉末の場合、２θ＝４２．７
°（ＣｒＫα）のリングをピーク移動の測定に選択し
た。図１７は、適切なピーク付近の回折パターンであ
る。統計学的手法により、平均値及び誤差が算出され、
図１９及び図２０の通り、光照射後の経過時間を横軸と
したグラフを作成した。図１９では、光のｏｎ／ｏｆｆ
により変化する回折角度（その１）を示しており、ＶＯ
(acac)₂の粉末回折ピークのうち一つが、測定用に選択
された。各データポイントは１秒区分で表示されてい
る。また、図２０では、光のｏｎ／ｏｆｆにより変化す
る回折角度（その２）を示しており、ＶＯ(acac)₂の粉
末回折ピークのうち一つが、測定用に選択された。各デ
ータポイントは１００ｍｓタイミング区分で示されてい
る。

【００９５】これらの図からピーク移動の推定値を出し
た。図示された各点の統計的な誤差は、光照射後の経過
時間で折り畳んで統計量を増やしたために、０．０１°
未満に抑えられた。図１９で、ピークの位置移動は０．
２°で移動時間は約５秒であった。さらに高速のピーク
移動の因子も、図２０の通り分析した。ここでは、回折
ピーク角度は１００ｍｓの時間間隔を置いて分析され
た。しかしながら、有意に高速のピーク位置変化の因子
は見られなかった。光励起および熱膨張効果によるピー
クの移動方向はサンプルと同じであり、これら二つの効
果は、この平面図において識別不可能である。にも関わ
らず、本願発明者等はＭＳＧＣを用いた時間分解測定に
より結晶構造の力学的プロセスを直接に観察可能である
ことを示すことに成功した。

【００９６】一方で、［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］
サンプルの光励起測定は、熱効果と光効果との識別がで
きると期待されている。図２１は光のｏｎ／ｏｆｆによ
り変化する回折角度を示す図であり、回折角度３５．７
°及び３４．７°の測定結果をそれぞれ図２１（ａ）及
び図２１（ｂ）に示す。

【００９７】図２１において、［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂
(pop)₄］単結晶の回折点２点〔図２１（ａ）は２θ＝３
５．７°，図２１（ｂ）は２θ＝３４．７°）が、測定
用に選択された。図の一周期においては光照射の終了に
対応する時間を０秒としている。光のｏｎ／ｏｆｆ周期
の継続時間はどちらも２００秒であり、図示された各点
の統計的誤差は、時間的な畳み込み法により統計量を上
げたため０．００１°までに達した。この移動が、二つ
のタイミング成分を持っているのは明らかである。うち
１成分は移動時間が約５０秒と遅く、ピークは光がｏｎ
状態で回折角度の大きい方へ移動した。もう１つは移動
時間が数秒程度と速く、そのピークは低速度成分とは反
対方向へ移動する。これらのピーク移動は、その移動が
どちらも０．２°以下であった。

【００９８】光をｏｎした瞬間、近辺の１秒刻みのピー
クの移動を図２２に示す。この図では、光照射後１秒毎
に、［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］単結晶の回折点２
θ≒３４．７°を用いて分析を行った。図２２（ａ）は
全周期に含まれたデータポイントを、図２２（ｂ）は光
照射開始前後の、図２２（ａ）を拡大した点及び線を示
す。この図では、統計量が小さくなるため、統計誤差は
０．００３°以下となるが、回折ピークの移動の高速成
分は明らかに観測されている。高速成分の時定数を求め
ると１．９秒であった。

【００９９】熱効果のみを原因とするピーク移動の方向
を定めるために、サンプルに温度変化する空気を吹き込
んだ時の、ピーク移動も同様に測定した。温度を変化さ
せながらの散乱角の移動を、図２３に示す。図２３か
ら、［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］結晶は熱収縮して
いることが分かる。ゆえに、高速成分のピーク移動は光
の照射が原因であり、低速成分のピーク移動は熱効果が
原因であるという結論が導かれる。

【０１００】〔４〕ＭＳＧＣを用いたＲＣＰ法による、
結晶構造解析のための基礎実験（ＸＲＤ結晶分析の従来の理論）一般に結晶構造は３次
元の構造を持っているが、Ｘ線回折写真は２次元画像で
あり、情報量が不足してしまう。しかし、単色Ｘ線を使
用した場合において、結晶軸の１つと入射Ｘ線ビームの
なす角を連続的に変化させることにより、複数の回折点
を得ることが可能になる。ＭＳＧＣを用いれば、各Ｘ線
粒子の到着時刻を数十ｎｓの時間分解能で計測できるた
め、結晶を回転させながらＸ線回折写真を撮る場合、回
折像の他に結晶の回転角を正確に求めることも可能にな
る。これによって、一度の測定で、結晶解析に必要な３
次元の情報を得ることが可能になるのである。

【０１０１】従来は、結晶構造を分析するために、以下
２つの段階が求められた。（ａ）サイズ、単位格子の形状、およびサンプルの空間
群を推定する。（ｂ）回折ポイントの位置及び強度を求める。任意の波長λを持つＸ線について、図２４の通り、結晶
サンプルからの反射点は、逆格子空間上におけるＥｗａ
ｌｄ’ｓ球上に現れる。図２４において、５００はＸ線
ビーム軸、５０１はＥｗａｌｄ’ｓ球、５０２は逆格子
点を示している。

【０１０２】この逆格子空間Ｏの原点はＥｗａｌｄ’ｓ
球上になくてはならず、原点を含む直径は、入射するＸ
線の進路と一致する。格子は立体（３次元）だが、従来
のＸ線回折法が提供できるのは２次元情報のみである。
ゆえに、逆格子の像を得るためには次元がもう一つ必要
となる。Ｌａｕｅ法は、逆格子像を得る技術として一般
的なものの一つである。連続スペクトラムを持つＸ線ビ
ームを用い、極線角度（ｐｏｌａｒａｎｇｌｅ）２θ
及び方位角φを持つ格子点をＸ線フィルム上に投射す
る。この方法では、各点の格子に３次元ポイントを再現
するために、結晶系のような何らかの既知のパラメータ
が必要である。それゆえに軸が未知である結晶の場合に
は、厳密な軸を求めるため、何枚も写真を撮影しなくて
はならない。

【０１０３】別の一般的な方法として振動写真があり、
これは単色性のＸ線ビームを用いる。図２５に示すよう
に結晶がθ₁とθ₂の間を振動する時、Ｘ線フィルム上
に現れた映像は、図２５中のグレーで示した部分におけ
る格子点に対応する。図２５において、６０１はＥｗａ
ｌｄ’ｓ球、６０２は逆格子点である。この方法で、回
折点の像は振動角度にわたって蓄積され、格子の厳密な
構造は、既知のパラメータをも用いて推定する必要があ
る。また、回折点を逆格子点に対応させるために、振動
角度を変化させながら数多くの写真を撮影することが要
求される。

【０１０４】ワイセンベルグカメラにより、逆格子を投
射する方法もある。このカメラの模式構造図を図２６に
示す。図２６において、７０１は円筒形Ｘ線フィルムの
移動機構、７０２はスクリーン、７０３は円筒形Ｘ線フ
ィルム、７０４はＸ線ビーム、７０５はサンプルとして
の結晶である。ここで、結晶７０５は結晶軸の周囲を回
転し、円筒形Ｘ線フィルム７０３は、同じ回転をする結
晶軸と同時に移動する。回転軸方向へ向かうサンプルと
しの結晶７０５とＸ線フィルム７０３との間には円筒形
の隙間があり、任意の回折パターン層を（例；（ｈｋ
０），（ｈｋ１）・・・）結晶の回転角度に沿って２次
元パターンとして測定する。この測定では、結晶軸の一
つが、回転軸と正確に一致しなくてはならない。この方
法は主に、単位格子のサイズ及び結晶系を求めるのに使
用される。

【０１０５】全てのＸ線回折点の正確な強度を測定する
には、４軸Ｘ線回折計が一般に使用される。サンプル結
晶は、３軸（φ，κ，ω）の周囲を回転することがで
き、パルス計数器（例；シンチレータや比例計数管）が
２θ軸の周囲を回転する。この回折計を用いて、半径２
／λの球内にある逆格子空間中の格子点と、全ての点の
強度を厳密に測定する。この計数器は０次元タイプ（検
出部分が点状）なので、逆格子空間全てを走査するには
非常に時間がかかる。典型的な未知結晶試料を測定する
には、一般に１０〜２０時間を要する。

【０１０６】〔５〕ＭＳＧＣを用いた３次元結晶測定法ＭＳＧＣを用いれば、入射したＸ線の位置及びタイミン
グの両方を求めることができる。これにより、サンプル
結晶の回転角度は、タイミングと対応させられるので、
回折点の位置及び回転角の両方が測定可能となる。ゆえ
に、ＭＳＧＣで求めたデータのみを用いて、サンプル結
晶中の逆格子空間を広範囲にわたり即時に計算できる。
この方法を、ここではＲＣＰ（回転連続写真＝Ｒｏｔａ
ｔｉｏｎＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＰｈｏｔｏｇｒａｐ
ｈ）法と呼ぶ。この方法を用いれば、３次元の逆格子点
が迅速に（光源強度及び回転速度に依存するが、数分以
下）単位格子のサイズ及び格子定数の二つが、観察した
３次元の点から同時に求められるため、観察できるのみ
ならず、結晶軸と回転軸が厳密に一致する必要もなくな
る。よって、軸を固定するためにＸ線映像の測定を繰り
返し試みる必要がない。さらに、それぞれの回折点の強
度は、ＭＳＧＣのパルス計数能力により、正確に計算で
きる。

【０１０７】〔６〕ＲＣＰ法の測定及び結果ここでは、ＭＳＧＣを用いたＲＣＰ測定を実際に行った
結果について述べる。Ｘ線源としては、銅製ターゲット
とニッケル製フィルター（Ｋα：８．０ｋｅＶ）を備え
たＸ線電子管を使用した。結晶サンプルとして、フェノ
チアジンとベンジル酸の化合物を用いた。このサンプル
は、回転ゴニオメーター（角度計）上に配置された。結
晶の回転速度は、１サイクルにつき２１６秒であり、こ
れは毎秒５／３°に相応する。ＭＳＧＣをＸ線ビームと
垂直に置き、ビームの中心は検出領域の端に位置するよ
うに配置した。

【０１０８】図２７にこの実験の概略図を示す。図２７
において、８０１はＸ線電子管（Ｃｕターゲット８．０
ｋｅＶ）、８０２は回転ゴニオメーター（回転角度計）
〔５／３（°／秒）〕、８０３はサンプルである。そこ
で、回折したＸ線の位置及びそのタイミングを、ＭＳＧ
Ｃ１０２と前記した高速データ収集システム１１０を用
いて測定した。Ｘ線電子管８０１の電圧及び電流はそれ
ぞれ４０ｋＶと４０ｍＡであり１ｍｍφにコリメートさ
れたＸ線ビームをサンプル８０３に照射した。サンプル
８０３のサイズは約（０．５ｍｍ）³である。この測定
で、カウント率は毎秒２０００〜１００００事象であ
り、各々のＸ線事象（位置・タイミング）が全て記録さ
れた。

【０１０９】一回転分の回折パターンの積分画像を図２
８に示す。この図は、回転写真画像に相当する。この図
では、回折点以外のＸ線の散乱が数多く見られる。ま
た、結晶軸が回転軸と正確に一致していないことが分か
る。図２９に０．３秒毎に観察された連続映像を示す。
それぞれの写真は振動するＸ線写真の０．５°幅と一致
する。回折点は、図２８中の積分画像と比べて非常に明
瞭であることが分かる。時間（角度）分析による回折点
のＳＮ比は、この測定においては、１００〜３００程度
であった。

【０１１０】２次元の位置（ｘ，ｙ）と、結晶の回転角
度（φ）の大きさによって示される３次元像を図３０に
示す。また、この図の（ｙ，φ）面への投影図を図３１
に示す。０．５°の範囲内に集中したピークが見られる
が、これによりピークから離れた散乱を、角度情報を用
いて容易に除去できることが分かる。図３２は図３０か
らこの散乱除去方法を応用した後の図である。

【０１１１】なお、上記実施例では固体結晶の測定につ
いて述べたが、これに限定するものではなく、以下のよ
うな超高速での動きがある試料の測定を行うことができ
る。（１）液体の試料においても、固体結晶と同様に高速時
分割Ｘ線回折像を得ることができる。これによって、溶
液の光・熱などによる物理的変化や、物質混合による化
学的変化、蛋白質の構造変化に代表されるような生物学
的変化の直接観察が可能になる。

【０１１２】（２）Ｘ線回折（散乱）像だけでなく、Ｘ
線透過像の時分割測定も可能である。これによって、配
管中の流体の流れや、生体中の血液の流れなどを被測定
物を破壊することなく、実時間撮影することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

【０１１３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。（１）請求項１記載の発明によれば、迅速にして大量の
イメージングマイクロストリップガスチャンバーの出力
信号を処理することができ、粒子線の測定を確実に行う
ことができる。

【０１１４】（２）請求項２記載の発明によれば、微弱
な信号パルスを増幅し、確実な弁別信号を得ることがで
きる。（３）請求項３記載の発明によれば、精度の高い入射粒
子線の２次元座標値を得ることができる。（４）請求項４記載の発明によれば、データ収集システ
ムを集積化し、コンパクトに構成することができる。

【０１１５】（５）請求項５記載の発明によれば、高速
データ収集システムにおいて用いられる大面積で、しか
も形状が柔軟性を有する２次元ＭＳＧＣを提供すること
ができる。（６）請求項６記載の発明によれば、陰極ストリップの
両エッジ部を弾性を有する有機薄膜で被覆するようにし
たので、電極の破壊を有効に防止することができる。

【０１１６】（７）請求項７記載の発明によれば、弾性
を有する有機薄膜としてポリイミド膜を用いるようにし
たので、大面積化が可能で、形状が柔軟性を有する面上
に、均一な像を描くことができる。（８）請求項８記載の発明によれば、基板の表面に有機
チタニウムをコーティングするようにしたので、その基
板表面上の抵抗値を制御し、基板表面チャージングを抑
制することができる。

【０１１７】（９）請求項９記載の発明によれば、バッ
クストリップの下方にＩＣパッケージを設け、このＩＣ
パッケージをＬＳＩ高密度パッケージとするようにした
ので、コンパクトで高密度に集積された２次元ＭＳＧＣ
を提供することができる。大面積、例えば、１０ｃｍ×
１０ｃｍの有効面積をもつ大きな２次元ＭＳＧＣを設計
することができる。この２次元ＭＳＧＣはほぼ１０００
のチャネルを有し、回路ボードに直接載置し、その上に
増幅器を設けることができる。

【０１１８】（１０）請求項１０記載の発明によれば、
バックストリップを微小スルーホールを介して、基板の
上面の第１のボンディングパッドに接続し、ＩＣパッケ
ージの端部を立ち上げて壁部を設け、この壁部の上面に
第２のボンディングパッドを形成し、この第２のボンデ
ィングパッドと第１のボンディングパッドとをボンディ
ングワイヤで接続するようにしたので、高密度化が可能
で、しかも配線を容易に行うことができる。

【０１１９】また、一般的に、半導体分野で利用されて
いる、スルーホール、マイクロレジスターやキャパシタ
ーの形成などの多岐にわたるマイクロエレクトロニクス
技術を用いることが可能である。（１１）請求項１１記載の発明によれば、大Ｘ線強度照
射において安定した動作を行うＸ線イメージング検出器
を得ることができる。

【０１２０】Ｘ線照射で２×１０⁷Ｈｚ／ｍｍ²レベル
の高い計数条件における良好な動作が可能である。同時
に１００μｍ以下の高い位置分解能の非常に鮮明な像を
得ることができる。（１２）請求項１２記載によれば、動きのある試料にＸ
線ビームを照射し、Ｘ線回折による試料の超高速な変化
のプロセスを直接観察することができ、試料の研究に資
することが著大である。

【０１２１】（１３）請求項１３記載の発明によれば、
Ｘ線回折による固体結晶構造の変化のプロセスを直接観
察し、固体結晶の挙動を迅速、的確に測定することがで
きる。（１４）請求項１４記載の発明によれば、試料の変化の
プロセスを短い時間分解能で測定することができる。

【０１２２】（１５）請求項１５記載の発明によれば、
固体結晶の励起状態を迅速、的確に測定することができ
る。（１６）請求項１６記載の発明によれば、３次元結晶の
変化のプロセスを迅速、的確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すＭＳＧＣのデータ収集シ
ステムの全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例を示すＭＳＧＣの分解斜視図で
ある。

【図３】本発明の実施例を示すＭＳＧＣの陰極ストリッ
プのエッジの被覆状態を示す図である。

【図４】本発明の実施例を示す５ｃｍ×５ｃｍの２次元
ＭＳＧＣが搭載されたＰＧＡパッケージの構造を示す図
である。

【図５】本発明の実施例を示す２次元ＭＳＧＣが搭載さ
れたＩＣパッケージの部分断面図である。

【図６】本発明の実施例を示すＭＳＧＣの出力信号の同
期化回路図（１チャンネル）である。

【図７】本発明の実施例を示すＭＳＧＣの出力信号の同
期化回路の各部の波形図（１チャンネル）である。

【図８】本発明の実施例を示すＭＳＧＣの出力信号の同
期化回路図（多チャンネル）である。

【図９】本発明の実施例を示すデータエンコーダ回路の
概略構成図である。

【図１０】本発明の実施例を示すＸ線の入射強度と、実
際にデータを得ることのできたカウント数の相関の実測
結果を示す図である。

【図１１】本発明の実施例を示すデータ収集システムを
用いたペンダントの２次元Ｘ線透過像の例を示す図であ
る。

【図１２】ＶＯ(acac)₂の構成を示す図である。

【図１３】［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の構成を示
す図である。

【図１４】本発明の光励起測定の実験装置を示す図であ
る。

【図１５】１０ｃｍ四方ＭＳＧＣの、粉末ＶＯ(acac)₂
のＸ線回折映像を示す図である。

【図１６】回折角度に対応するＶＯ(acac)₂の粉末回折
パターンを示す図である。

【図１７】回折角度が４０°付近のＶＯ(acac)₂粉末Ｘ
線回折パターンの一部を示す図である。

【図１８】１０ｃｍ四方ＭＳＧＣによって撮影した［Ｂ
ｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］の回転写真画像を示す図で
ある。

【図１９】光のｏｎ／ｏｆｆにより変化する回折角度を
示す図（その１）である。

【図２０】光のｏｎ／ｏｆｆにより変化する回折角度を
示す図（その２）である。

【図２１】光のｏｎ／ｏｆｆにより変化する回折角度を
示す図である。

【図２２】光励起（光ｏｎ／ｏｆｆ後、０〜５秒）及び
熱効果（光ｏｎ／ｏｆｆ後、５〜５０秒）における回折
ピーク移動の時間変化を示す図である。

【図２３】［Ｂｕ₄Ｎ］₄［Ｐｔ₂(pop)₄］単結晶の回
折点２θ＝３４．７°を用いた温度変化による回折ピー
ク移動を示す図である。

【図２４】逆格子空間及びＥｗａｌｄ’ｓ球を示す図で
ある。

【図２５】振動写真画像のＥｗａｌｄ’ｓ球を示す図で
ある。

【図２６】ワイセンベルグカメラの模式構造図である。

【図２７】ＲＣＰ法を用いた実験装置を示す図である。

【図２８】１０ｃｍ四方ＭＳＧＣを用いた、フェノチア
ジンとベンジル酸の化合物の回転写真画像を示す図であ
る。

【図２９】０．３秒毎の露出時間に撮影された、連続写
真画像を示す図である。

【図３０】平面図の位置（ｘ，ｙ）及び結晶の回転角度
（φ）に従って各点が示された回折点の立体映像を示す
図である。

【図３１】図３０のｙ−φ平面への立体投射図である。

【図３２】タイミング（φ軸）情報を用いて雑音除去を
応用した後の、ＲＣＰ法を用いた立体映像を示す図であ
る。

【符号の説明】

１基板（サブストレート）１Ａ微小スルーホール２陽極ストリップ３陰極ストリップ４ベース基板５バックストリップ６ドリフト板１０第１のボンディングパッド１１ＩＣパッケージ１１Ａ壁部１２裏面のピン１３第２のボンディングパッド１４ボンディングワイヤ１０１マザーボード１０２２次元ＭＳＧＣ１０３，１０４前置増幅器・波高弁別器１０５前置増幅器１０６ＡＤＣ１１０高速データ収集システム（ＶＭＥ規格のデー
タ収集システム）１１１第１の信号同期化回路１１２第２の信号同期化回路１１３第１のエンコーダ１１４第２のエンコーダ１１５入射粒子線のヒット判定回路１１６大容量記憶装置１１７コンピュータ（ＣＰＵ）２０１第１のフリップフロップ２０２第２のフリップフロップ２０３第３のフリップフロップ２０４ＯＲ回路３０１信号合成回路３０２信号の重なりチェック回路３０３エンコーダ３０４中位ビット用信号処理回路３０５上方優先エンコーダ３０６下方優先エンコーダ３０７加算器３０８減算器４０１キセノン光源４０２フィルタ４０３凸レンズ４０４シャッター４０５Ｘ線電子管〔クロミウム（Ｃｒ）ターゲット
５．４ｋｅＶ）４０６ホトダイオード４０７タイミング発生器４０８サンプル５００Ｘ線ビーム軸５０１，６０１Ｅｗａｌｄ’ｓ球５０２，６０２逆格子点７０１円筒形Ｘ線フィルムの移動機構７０２スクリーン７０３円筒形Ｘ線フィルム７０４Ｘ線ビーム７０５，８０３サンプル（結晶）８０１Ｘ線電子管（Ｃｕターゲット８．０ｋｅＶ）８０２回転ゴニオメーター（回転角度計）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献谷森ら，”ＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐＧａｓＣｈａｍｂｅｒが切り開く新たなＸ線画像解析法”，電気学会原子力研究会試料，社団法人電気学会，平成９年９月８日，ＮＥ−97−１〜６，ｐ．１−６越智，マイクロストリップガスチェンバーの開発”，ＩＣＲＰ報告，東京大学宇宙線研究所，平成８年10月，116−96 −１，ｐ．81−88 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01T 1/18 - 1/185 G01T 1/00 H01J 47/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元のマイクロストリップガスチャン
バー高速データ収集システムにおいて、（ａ）２次元の
マイクロストリップガスチャンバーの陽極と背面から出
力される信号を二値化する弁別回路と、（ｂ）該弁別回
路により二値化された非同期である信号をクロック同期
に変換する信号同期化回路と、（ｃ）該信号同期化回路
に接続されるデータエンコーダ回路と、（ｄ）該データ
エンコーダ回路に接続され、２次元の軸に対応する各信
号線のうち、同じタイミングで近接した数本の信号入力
があった場合は、その中心の値を出力し、同じタイミン
グで離れた場所に信号入力があった場合は、その信号を
無効とする入射粒子線ヒット判定回路と、（ｅ）該入射
粒子線ヒット判定回路に接続され、入射粒子線の縦座標
の位置と横座標の位置、粒子線の入射タイミング、出力
信号の広がり、全体のパルス高から得られる入射粒子線
のエネルギーを各事象毎に記録する記憶装置と、（ｆ）
該記憶装置に接続されるコンピュータを具備することを
特徴とするマイクロストリップガスチャンバー高速デー
タ収集システム。
【請求項２】請求項１記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記マイ
クロストリップガスチャンバーの陽極とバック電極に増
幅器を接続し、該増幅器によって増幅された出力信号を
前記弁別回路に入力するようにしたことを特徴とするマ
イクロストリップガスチャンバー高速データ収集システ
ム。
【請求項３】請求項１記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記デー
タエンコーダ回路は、上位優先エンコーダと、下位優先
エンコーダと、加算回路を備え、前記上位優先エンコー
ダと下位優先エンコーダを用いてそれぞれ上位、下位の
信号線の値を求め、この平均値をとることにより、入射
粒子線の座標を求めるようにしたことを特徴とするマイ
クロストリップガスチャンバー高速データ収集システ
ム。
【請求項４】請求項１記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記信号
同期化回路、データエンコーダ回路及び入射粒子線ヒッ
ト判定回路とをＣＰＬＤで構成することを特徴とするマ
イクロストリップガスチャンバー高速データ収集システ
ム。
【請求項５】請求項１記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記２次
元のマイクロストリップガスチャンバーは、（ａ）弾性
を有する有機薄膜からなる基板と、（ｂ）該基板上に形
成され、交互に平行に配置される陽極ストリップと陰極
ストリップと、（ｃ）前記陽極ストリップと陰極ストリ
ップ間に印加される高電圧と、（ｄ）前記基板の下面に
形成され、前記陽極ストリップと陰極ストリップに交差
するバックストリップと、（ｅ）所定の間隔を隔てて配
置されるドリフト板と、（ｆ）前記基板の表面と前記ド
リフト板間に流通するガスとを備え、（ｇ）前記ガスの
電子増幅を起こしてＸ線又は粒子線の信号を取り出し、
２次元座標の同時計測を行うことを特徴とするマイクロ
ストリップガスチャンバー高速データ収集システム。
【請求項６】請求項５記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記陰極
ストリップの両エッジ部を弾性を有する有機薄膜で被覆
することを特徴とするマイクロストリップガスチャンバ
ー高速データ収集システム。
【請求項７】請求項５又は６記載のマイクロストリッ
プガスチャンバー高速データ収集システムにおいて、前
記弾性を有する有機薄膜はポリイミド膜であることを特
徴とするマイクロストリップガスチャンバー高速データ
収集システム。
【請求項８】請求項５記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記基板
の表面に有機チタニウムをコーティングし、表面抵抗を
制御することを特徴とするマイクロストリップガスチャ
ンバー高速データ収集システム。
【請求項９】請求項５記載のマイクロストリップガス
チャンバー高速データ収集システムにおいて、前記バッ
クストリップの下方にＩＣパッケージを設け、該ＩＣパ
ッケージをＬＳＩ高密度パッケージとしたことを特徴と
するマイクロストリップガスチャンバー高速データ収集
システム。
【請求項１０】請求項５記載のマイクロストリップガ
スチャンバー高速データ収集システムにおいて、前記バ
ックストリップを微小スルーホールを介して、前記基板
の上面の第１のボンディングパッドに接続し、前記ＩＣ
パッケージの端部を立ち上げて壁部を設け、該壁部の上
面に第２のボンディングパッドを形成し、該第２のボン
ディングパッドと前記第１のボンディングパッドとをボ
ンディングワイヤで接続することを特徴とするマイクロ
ストリップガスチャンバー高速データ収集システム。
【請求項１１】請求項５記載のマイクロストリップガ
スチャンバー高速データ収集システムにおいて、Ｘ線照
射を用いたＸ線イメージング検出器として構成すること
を特徴とするマイクロストリップガスチャンバー高速デ
ータ収集システム。
【請求項１２】２次元のマイクロストリップガスチャン
バーの陽極と背面から出力される信号を二値化する弁別
回路と、該弁別回路により二値化された非同期である信号をクロ
ック同期に変換する信号同期化回路と、該信号同期化回路に接続されるデータエンコーダ回路
と、該データエンコーダ回路に接続され、２次元の軸に対応
する各信号線のうち、同じタイミングで近接した数本の
信号入力があった場合は、その中心の値を出力し、同じ
タイミングで離れた場所に信号入力があった場合は、そ
の信号を無効とする入射粒子線ヒット判定回路と、該入射粒子線ヒット判定回路に接続され、入射粒子線の
縦座標の位置と横座標の位置、粒子線の入射タイミン
グ、出力信号の広がり、全体のパルス高から得られる入
射粒子線のエネルギーを各事象毎に記録する記憶装置
と、該記憶装置に接続されるコンピュータを具備する２次元
のマイクロストリップガスチャンバー高速データ収集シ
ステムを構成し、前記２次元のマイクロストリップガスチャンバーは、弾性を有する有機薄膜からなる基板と、該基板上に形成され、交互に平行に配置される陽極スト
リップと陰極ストリップと、前記陽極ストリップと陰極ストリップ間に印加される高
電圧と、前記基板の下面に形成され、前記陽極ストリップと陰極
ストリップに交差するバックストリップと、所定の間隔を隔てて配置されるドリフト板と、前記基板の表面と前記ドリフト板間に流通するガスとを
備え、動きのある試料にＸ線ビームを照射し、Ｘ線回折による
試料の超高速な変化のプロセスを直接観察可能にするこ
とを特徴とする試料の測定方法。
【請求項１３】請求項１２記載の試料の測定方法にお
いて、前記試料は固体結晶であり、該固体結晶構造の変
化のプロセスを観察可能にすることを特徴とする試料の
測定方法。
【請求項１４】請求項１２記載の試料の測定方法にお
いて、前記試料の変化のプロセスを１０００分の１秒以
下の単位で測定することを特徴とする試料の測定方法。
【請求項１５】請求項１３記載の試料の測定方法にお
いて、前記固体結晶の励起状態を観察することを特徴と
する試料の測定方法。
【請求項１６】請求項１２記載の試料の測定方法にお
いて、回転連続写真法によりＸ線回折したＸ線の位置及
びそのタイミングを計測し、３次元結晶構造を明らかに
することを特徴とする試料の測定方法。