JP6242185B2 - 補正情報生成方法および補正情報生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピクセル検出器に対してＸ線検出感度の一様性補正を行なうための補正情報生成方法および補正情報生成装置に関する。

ピクセル検出器においてピクセル毎に相違する感度を補正して実際の感度を仮想的に一様にする補正を一様性補正（Flat -Field Correction）という。ピクセル検出器の一様性補正は、各ピクセルで読み出される値を規格化して行なわれ、１次元以上の検出器に対して効果がある。

検出器が一様なＸ線を照射されると、各ピクセルの読み出しチャネルは同じカウント数を測定するはずである。しかし、感度の違いにより各ピクセルの感度パラメータに違いが生じ、ピクセル毎にカウント数が異なってしまう。このような影響を低減するために一様性補正が行なわれる。

標準的な補正の手順では、検出器に一様なＸ線を照射して全ピクセルのカウントを測定し、測定された値を規格化する。すなわち、Ｘ線源と検出器との距離を離して配置しＸ線をできるだけ一様にして検出面全体に同じ強度でＸ線が照射されることを保証し、得られた計数値は実際には強度が同じになるべきであることから補正係数を算出している。

図８は、従来の検出ピクセルの感度補正方法を示す概略斜視図である。図８に示すように、上記のような手順は、Ｘ線源線源からのＸ線を空間的散乱を最小化するように設計されたヘリウムチェンバによるビーム経路を経て検出器に照射することで行なわれる。

一方、補正方法を提案している特許文献も存在する。特許文献１には、基準光源の経時劣化による補正の従来技術として、蓄積性蛍光体シートにＸ線を一様露光したときのデータを用いて補正処理を行なう方法が記載されている。特許文献２には、Ｘ線発生装置を幅方向に往復させながら蓄積性蛍光体シートを移送させて一様に露光し、感度補正を行なう方法が記載されている。特許文献３には、第１のデータセットを記録した後、検出面をずらして第２のデータセットを記録して重ねることでデッドピクセルを減少させる方法が記載されている。

特開２００４−１２８６９５号公報 特開２００４−１９１７８９号公報 米国特許公開２００５／０２５９７９０公報

しかしながら、上記のような検出ピクセルの一様性補正を、Ｘ線回折装置内に一様性照射の可能な専用の設備を付属させてユーザ側で行なうことは、補正機器のコストや補正機器のためのスペースを考慮すると困難である。また、例えば技術上の問題として、測定時の温度次第で補正係数がずれるおそれもある。例えば２５℃で補正された機器を３５℃の環境で使用する場合には使用される現地で補正した方がよい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、特殊な附属の設備なしで容易に一様性補正の作業を可能にする補正情報生成方法および補正情報生成装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の補正情報生成方法は、ピクセル検出器に対してＸ線検出感度の一様性補正を行なうための補正情報生成方法であって、検出面を横断するビーム断面形状の入射Ｘ線に対して、総時間で前記検出面の全体が前記入射Ｘ線により照射され、かつ移動方向に並ぶ各ピクセルが均等に照射されるように検出器の相対位置を移動させるステップと、前記入射Ｘ線の所定エネルギー帯について検出された強度値をもとにピクセルの感度を補正するための情報を生成するステップと、を含むことを特徴としている。

これにより、特殊な附属の設備なしで容易に一様性補正の作業が可能になり、すでに使用されているＸ線回折装置においても、現場で容易に一様性補正の作業ができる。

（２）また、本発明の補正情報生成方法は、前記入射Ｘ線は、回折線であり、前記入射Ｘ線に対する前記検出器の相対的な移動方向は、前記回折線の回折角方向であることを特徴としている。

これにより、一様で高強度のＸ線を用いた仮想の一様性照射が可能になる。高強度のＸ線の照射により効率よく短時間での一様性補正の作業が可能になる。

（３）また、本発明の補正情報生成方法は、前記入射Ｘ線が、デバイ環であることを特徴としている。これにより、一様で高強度のＸ線を用いて仮想の一様性照射が可能になる。

（４）また、本発明の補正情報生成方法は、前記移動方向に並ぶ各ピクセル間で一様な積算強度を照射されているという仮定で、前記ピクセルの感度を補正するための情報を生成することを特徴としている。これにより、球面補正を行なうことなく、簡易にピクセル毎の感度補正ができる。

（５）また、本発明の補正情報生成方法は、前記検出された強度値を球面補正し、前記検出面の全体について一様な積算強度を照射されているという仮定で前記ピクセルの感度を補正するための情報を生成することを特徴としている。これにより、検出面の全面を用いてさらに正確な補正ができる。

（６）また、本発明の補正情報生成方法は、前記ピクセルの感度を補正するための情報は、前記ピクセル各々の補正係数で構成されるテーブルであることを特徴としている。これにより、テーブルを読み出し検出された強度に掛けることで容易にピクセル毎の感度補正ができる。

（７）また、本発明の補正情報生成装置は、ピクセル検出器に対してＸ線検出感度の一様性補正を行なうための補正情報生成装置であって、検出面を横断するビーム断面形状の入射Ｘ線に対して、総時間で前記検出面の全体が前記入射Ｘ線により照射され、かつ移動方向に並ぶ各ピクセルが均等に照射されるように検出器の相対位置を移動させることで、前記入射Ｘ線の所定エネルギー帯について検出された強度値をもとにピクセルの感度を補正するための情報を生成する補正情報生成部を備えることを特徴としている。これにより、特殊な附属の設備なしで容易に一様性補正の作業が可能になる。

本発明によれば、特殊な附属の設備なしで容易に一様性補正の作業が可能になり、すでに使用されているＸ線回折装置においても、現場で容易に一様性補正の作業ができる。

Ｘ線回折装置および補正情報生成装置の構成を示すブロック図である。 Ｘ線回折装置の構成を示す斜視図である。 一様性補正方法を示すフローチャートである。 各時刻におけるデバイ環を検出した画像を示す図である。 それぞれ積算カウントを記録した画像を示す図である。 散乱によるカウントを引いた全積算カウントを記録した画像を示す図である。 （ａ）、（ｂ）それぞれ移動方向、その垂直方向に沿ったカウントの分布および積算カウントの平均値を示すグラフである。 従来の検出ピクセルの感度補正方法を示す概略斜視図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（Ｘ線回折装置）
図１は、Ｘ線回折装置１００および補正情報生成装置２００の構成を示すブロック図である。図２は、Ｘ線回折装置１００の構成を示す斜視図である。図１、図２に示すように、Ｘ線回折装置１００は、Ｘ線源１１０、試料台１２０、検出器１３０、照射機構１４０および駆動機構１５０を備えている。

Ｘ線源１１０は、Ｘ線管からなり、Ｃｕ、Ｍｏ等の特性Ｘ線を放射する。単色化された特性Ｘ線は、コリメータ等により所定の径の平行線にされた後、多結晶体の試料Ｓに照射される。照射Ｘ線は、多結晶体の試料Ｓによる回折Ｘ線として、試料Ｓを中心として角度２θで散乱され検出器１３０の検出面に入射する。

試料台１２０は、試料Ｓとして粉末結晶を回転可能に保持している。試料Ｓには、例えば、シリコンまたはアルミナ粉末を用いる。シリコンの試料を用いれば強度の大きい回折Ｘ線が得られ、アルミナ粉末の試料を用いれば強度の均一度が高い回折Ｘ線が得られる。試料台１２０は、検出器１３０の２θ回転に連動してθ回転するものであってもよいが、検出器１３０とは独立した回転により一様な回折Ｘ線を発生させるものであることが好ましい。

利用する回折Ｘ線については特に限定されないが、広角の結晶面の回折Ｘ線の方が検出面上で直線に近くなり補正しやすい。また、２本の回折Ｘ線が近い回折角にある場合でも両方とも検出面を通過させることで一様な照射が可能になる。

検出器１３０は、その検出面を横断するビーム断面形状の入射Ｘ線を検出する。検出器１３０は、ピクセル検出器であって、１次元検出器であってもよいが、２次元検出器であることが好ましい。検出器１３０は、特にエネルギーを識別できる波長依存性のある２次元検出器であることが好ましい。

１次元検出器は、直線上でのＸ線強度の位置分解能を有しているＸ線検出器である。１次元検出器は、例えば、Ｘ線を検出できる微小なＸ線受光素子を複数個、直線状に並べることによって形成できる。２次元検出器は、平面内でのＸ線強度の位置分解能を有しているＸ線検出器である。２次元検出器は、例えば、複数の微小なＸ線受光素子を平面内に並べて構成され、ピクセル毎にＸ線を検出でき、ピクセル毎に信号を出力する半導体Ｘ線検出器によって形成できる。このような半導体Ｘ線受光素子には、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳがある。

検出器１３０は、総時間で検出面全体がＸ線照射されるように入射Ｘ線に対する検出器１３０の相対位置を移動させることが可能である。また、検出器１３０に対するＸ線の移動方向に沿って検出器１３０の各ピクセルが同じ積算強度だけ照射されるように入射Ｘ線に対する検出器１３０の相対位置を移動させることが可能である。

具体的には、検出器１３０は、回折Ｘ線を検出し、回折角方向に試料Ｓ回りの円上を一定速度で移動可能に支持されていることが好ましい。検出器１３０に照射される入射Ｘ線としてアモルファスカーボンの散乱線を用いてもよいが、回折Ｘ線に比べて強度が小さくなる。検出器１３０の移動には、例えばゴニオメータの回転アームを用いることができる。検出器１３０の移動制御には、通常の回折Ｘ線の測定におけるスキャン機能をそのまま利用できる。

照射機構１４０は、電源や回路により構成されており、Ｘ線源１１０からのＸ線の照射を制御する。駆動機構１５０は、試料台１２０の回転や検出器１３０の移動を制御している。回折Ｘ線を用いる場合には、検出器１３０は回折角方向に移動させる。

上記のような構成は、半導体の工場のライン向けのＸ線装置であっても適用可能である。Ｘ線源１１０から放射されたダイレクトビームをアッテネータで減衰させてスリットで絞り、断面を細い線状のビームにして検出器１３０に照射する。この場合、ダイレクトビームには広いエネルギー帯のビームが含まれるが、検出器１３０側で必要なエネルギー帯のみ検出すればよい。

（補正情報生成装置）
補正情報生成装置２００は、得られた一様照射の画像データを記録し、記録された画像データを用いて補正情報を作成しておき、検出器１３０に対するＸ線検出感度の一様性補正を行なう。図１に示すように、補正情報生成装置２００は、例えばサーバで構成され、制御部２１０、画像記録部２２０、補正情報生成部２３０、補正情報記憶部２４０および補正部２５０を備えている。

制御部２１０は、照射機構１４０および駆動機構１５０を制御し、照射機構１４０と駆動機構１５０とを連動させることで、検出器１３０への一様なＸ線照射を可能にしている。Ｘ線源１１０から所定のＸ線を試料Ｓに照射し、検出器１３０を円上で一定移動させるとともに、試料台１２０を回転させる。

画像記録部２２０は、検出器１３０で得られた強度分布の画像データをそのまま記録する。その場合には、検出器１３０で所定エネルギー帯について検出されたＸ線のカウント数（強度値）を記録する。

補正情報生成部２３０は、所定エネルギー帯について検出されたＸ線のカウント数をもとに、補正情報を生成する。補正情報は、検出器１３０の各ピクセルの感度を補正するための情報であり、例えば各ピクセルの補正係数で構成されたテーブルである。これにより、任意のエネルギーに対して一様性の補正情報を生成でき、現場のＸ線回折装置においても、容易に一様性補正の作業が可能になる。

特定のピクセルの補正係数は、例えば、その特定のピクセルを含む一様になるはずのピクセル間で平均値を求め、（平均値）／（特定のピクセルのカウント数）を算出することで得られる。なお、カウント数には、得られた画像データから散乱によるバックグランドを差し引いたカウント数を用い、非対称な１次光の散乱を除去する。

補正情報記憶部２４０は、テーブル等の生成された補正情報を記憶する。補正部２５０は、補正情報記憶部２４０に記憶された補正情報を読み出すとともに、実際の実験時に記録された画像データに対し、補正情報を用いて一様性補正して出力する。出力された画像データは、例えばユーザＰＣに転送される。

（一様性補正方法）
上記のような構成を用いて、検出器１３０に対してＸ線検出感度の一様性補正を行なうことができる。図３は、一様性補正方法を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、検出器１３０に対して検出面を横断するビーム断面形状のＸ線の照射を開始する（ステップＳ１）。このようなＸ線として、上記の例のように回折Ｘ線を用いることが好ましい。これにより、効率よく短時間での一様性補正の作業が可能になる。用いられるのは必ずしも回折Ｘ線に限られず、ダイレクトビームをスリットで制限したものでもよい。

検出器１３０に照射されるＸ線が回折Ｘ線である場合には、一様で高強度のＸ線を用いた仮想の一様性照射が可能になる。高強度のＸ線の照射により効率よく短時間での一様性補正の作業が可能になる。なお、この場合の検出器１３０に対する入射Ｘ線の相対的な移動方向は、回折線の回折角方向となる。

回折Ｘ線はデバイ環であれば更に好ましい。回折Ｘ線には配向した構造により回折されたものも含まれ、その場合にはリング状に均一なＸ線を検出器１３０に照射できない。しかし、デバイ環を用いることで、検出面を横断するビーム断面形状の一様で高強度のＸ線を用いて仮想の一様性照射が可能になる。デバイ環ではなく配向した試料Ｓの回折線により一様性補正を行なう場合には、球面補正だけでは移動方向（スキャン方向）に垂直な方向の一様性が保証されないため、移動方向についてのみの補正を行なうことが好ましい。

上記ようなＸ線に対し、総時間で検出面全体がＸ線照射されるように検出器１３０の相対位置を移動する（ステップＳ２）。その際には、検出器１３０に対するＸ線の移動方向に沿って検出器１３０の各ピクセルが同じ積算強度だけ照射されるように検出器１３０に対するＸ線の相対位置を移動する。なお、上記の構成例では、検出器１３０を移動させているが、Ｘ線源１１０を移動させてもよい。任意の断面形状のビームでも検出器を検出面３枚分移動させれば一様な照射が可能である。

例えば、断面弧状のＸ線に対して検出器１３０を動かすと検出器１３０の検出面内を弧が動く。検出器１３０の検出面に対して弧の照射分を積算すると弧が動いた分が全ピクセルに対して積算される。このような積算されたＸ線検出データを用いて一様性補正をする。また、得られたデータからバッドピクセルを判定することもできる。

デバイ環を用いる場合であっても中心から測定位置までの距離によりＸ線強度は異なるためカウント数は検出面の幅方向の中心部が大きく、両端部が小さくなる。このような強度差は、球面補正をすることで均一な強度として計算できる。球面補正は、本来は球面上で一定になる強度が平面に投影されて拡がっていることによる影響を補正するものである。

このようにして、所定エネルギー帯について検出されたＸ線のカウント数をもとに、検出器１３０の各ピクセルの感度を補正するための補正情報を生成する（ステップＳ３）。これにより、すでにユーザの元で使用されているＸ線回折装置１００においても、特殊な附属の設備なしで容易に一様性補正の作業が可能になる。

エネルギーの違うＸ線を用いて一様照射するときには、例えばＭｏ線等の一定エネルギー帯のＸ線を照射することができる。ただし、Ｘ線源１１０からのダイレクトビームを用いる場合には、特定のエネルギー帯の強度のみを検出するように検出器１３０側を調整してもよい。

なお、補正情報は、各ピクセルの補正係数で構成されるテーブルであることが好ましい。これにより、テーブルを読み出し検出された強度に掛けることで容易にピクセル毎の感度補正ができる。

次に、検出器１３０に対するＸ線の移動方向に沿って並ぶピクセル間で一様な積算強度を照射されているという仮定で検出器１３０の各ピクセルの感度を補正するための情報を生成する。これにより、球面補正を行なうことなく、簡易にピクセル毎の感度補正ができる。なお、このような処理は、Ｘ線回折装置１００に接続された補正情報生成装置２００で行なうことができる。

なお、検出器１３０に照射するＸ線としてデバイ環を用いる場合には、検出されたＸ線のカウント数を球面補正し、検出面全体について一様な積算強度を照射されているという仮定で検出器１３０の各ピクセルの感度を補正するための情報を生成することが好ましい。これにより、検出面の全面を用いてさらに正確な補正ができる。また、試料Ｓから検出器１３０までの距離をとればとるほど球面補正は不要になる。

上記のようにして作成された補正情報は、補正情報記憶部２４０に記憶させておく（ステップＳ４）。そして、実験において回折Ｘ線を検出したときには（ステップＳ５）、記憶した補正情報を読み出して（ステップＳ６）、これを検出された回折Ｘ線に適用して補正を行なう（ステップＳ７）。そして、補正されたＸ線回折像を外部へ出力する（ステップＳ８）。このようにしてＸ線のカウント誤差を補正できる。

なお、同じ条件で測定を行なって、前回の感度と比較すれば、感度の経時変化も確認することができる。その場合には、補正係数ではなく、補正をかけた平均の強度が、所定の基準値を超えるか否かでＸ線源１１０または検出器１３０の劣化の有無を判断する。平均強度は、補正係数を算出した際に一緒に記憶しておく。

（実施例）
上記のようなＸ線回折装置１００を用いて、仮想的な一様照射の実験を行ない、一様性補正を行なうための補正情報を生成できることを確認した。まず、デバイ環に対して検出器１３０を移動させつつ、撮影されたＸ線を記録した。撮影は、一様性補正されたチップモジュールを備えた検出器１３０を一定速度で移動することで行なった。このようにして、全５０６画像を撮影した。図４は、それぞれ１３０枚目から６０枚毎にデバイ環を検出した画像を示す図である。図中の濃度の薄さが各ピクセルのカウント数を示している。枚数に応じてリングの位置がｙ軸上でシフトしていることが分かる。

図５は、それぞれ１５０枚目までと４２０枚目までの積算カウントを記録した画像を示す図である。図中の濃度の薄さが各ピクセルのカウント数を示している点では、図４と共通である。各ピクセルの合計カウント数が算出されている。図５の右側の画像の積算カウントは、最後まで積算されていないが、カウント数が図中のｙ軸方向に積算されることで非常に均一な画像が記録されていることが分かる。図５の画像では、バックグラウンドが差し引かれておらず、ダイレクトビームの中心側に近くなるほど、散乱によるバックグランドの影響が表れている。

図６は、散乱によるカウントを引いた全積算カウントを記録した画像を示す図である。散乱によるカウントを排除するために、各ピクセルについて最大のカウント数の画像を特定し、その前の１０枚とその後の１０枚の合計カウントを算出した。これは回折線がピクセルに影響を与えた値のみを積算した結果を示している。ｘ方向の中央付近に若干の積算カウントのムラが生じているが、少なくとも移動方向であるｙ方向については均一である。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ移動方向、その垂直方向に沿ったカウントの分布１ａ、２ａおよび積算カウントの平均値１ｂ、２ｂを示すグラフである。これらは、検出器のｘ方向とｙ方向のカウント数の均一性を表した結果を示している。

図７（ａ）に示す結果では、平均値が約９８カウントとなっており、ｙ方向に沿ったカウント数の平均値２ａに際立った変化は見られない。図７（ｂ）に示す結果では、検出器１３０の中心からの距離により平均値２ｂが減少している。このような傾向は、試料Ｓから検出器１３０までの距離により球面補正で取り除くことができる。なお、中央にｘ方向に対して急激な変化が見られるが、これはデバイ環の不均一によるものである。このような不均一性は、粉末の試料Ｓを回転させることなどで改善できる。以上のように、デバイ環を用いて一様性補正の補正情報を作成できることを実証できた。

１００ Ｘ線回折装置
１１０ Ｘ線源
１２０ 試料台
１３０ 検出器
１４０ 照射機構
１５０ 駆動機構
２００ 補正情報生成装置
２１０ 制御部
２２０ 画像記録部
２３０ 補正情報生成部
２４０ 補正情報記憶部
２５０ 補正部

Claims (7)

1. エネルギーを識別できる波長依存性のあるピクセル検出器に対して任意のエネルギーに対するＸ線検出感度の一様性補正を行なうための補正情報生成方法であって、
   任意のエネルギーのＸ線源を用いて形成された検出面を横断するビーム断面形状の任意のエネルギー帯の入射Ｘ線に対して、総時間で前記検出面の全体が前記入射Ｘ線により照射され、かつ移動方向に並ぶ各ピクセルが均等に照射されるように検出器の相対位置を移動させるステップと、
   前記検出器側で必要な所定エネルギー帯のみ検出するステップと、
   前記入射Ｘ線の所定エネルギー帯について検出された強度値をもとにピクセルの感度を補正するための情報を生成するステップと、を含むことを特徴とする補正情報生成方法。
2. 前記入射Ｘ線は、回折線であり、
   前記入射Ｘ線に対する前記検出器の相対的な移動方向は、前記回折線の回折角方向であることを特徴とする請求項１記載の補正情報生成方法。
3. 前記入射Ｘ線は、デバイ環であることを特徴とする請求項２記載の補正情報生成方法。
4. 前記移動方向に並ぶ各ピクセル間で一様な積算強度を照射されているという仮定で、前記ピクセルの感度を補正するための情報を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の補正情報生成方法。
5. 前記検出された強度値を球面補正し、前記検出面の全体について一様な積算強度を照射されているという仮定で前記ピクセルの感度を補正するための情報を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の補正情報生成方法。
6. 前記ピクセルの感度を補正するための情報は、前記ピクセル各々の補正係数で構成されるテーブルであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の補正情報生成方法。
7. エネルギーを識別できる波長依存性のあるピクセル検出器に対して任意のエネルギーに対するＸ線検出感度の一様性補正を行なうための補正情報生成装置であって、
   任意のエネルギーのＸ線源を用いて形成された検出面を横断するビーム断面形状の任意のエネルギー帯の入射Ｘ線に対して、総時間で前記検出面の全体が前記入射Ｘ線により照射され、かつ移動方向に並ぶ各ピクセルが均等に照射されるように検出器の相対位置を移動させることで、前記検出器側で必要な所定エネルギー帯のみ検出し、前記入射Ｘ線の所定エネルギー帯について検出された強度値をもとにピクセルの感度を補正するための情報を生成する補正情報生成部を備えることを特徴とする補正情報生成装置。

Images