专利名称：透射x射线分析装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种使用时间延迟积分(TDI)式的传感器而能够测定试料的透射X射线的透射X射线分析装置及方法。
背景技术：
以往，X射线透射成像被用于试料中的异物的检测、元素的浓度不均的检测。作为这样的X射线透射成像的方法，为人所知的方法是，将试料的透射X射线通过荧光板等转换为突光，使用摄像元件(电荷稱合元件；CCD (Charge Coupled Devices))检测该突光。并且，作为使用CCD进行的检测方法，有使用将多个摄像元件沿一个方向排列的线性传感器，对试料进行扫描不断取得线状的图像而得到试料的2维图像的方法。
然而，当试料在扫描方向的移动速度变快时，线性传感器的电荷积累时间变短，线性传感器的灵敏度低时S/N比将会降低。出于这样的原因，利用将多个线性传感器沿扫描方向并排，并将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器的TDI(Time Delay and Integration :时间延迟积分)传感器。TDI传感器中，第I级的线性传感器中积累的电荷被转移到第2级的线性传感器，在第2级的传感器中，将从第I级的线性传感器转移的电荷和自身感光而积累的电荷相加后转移到第3级的线性传感器。这样，各线性传感器依次相加从前级的线性传感器转移来的电荷，转移到最后级的线性传感器的累积电荷被输出。这样TDI传感器在级数为T的时候，和单一的线性传感器相比积累T倍的电荷，在对比度变为T倍的同时噪声得到减低，在能高速进行测定的同时S/N比提高。另一方面，因为TDI传感器具有高灵敏度，所以感光光量的变动会在检测图像中产生缺陷(artifact :伪影)、用于电荷转移的垂直转移时钟的上升和下降时噪声重叠的不良。在此，开发有使用电路控制TDI传感器的累加级数的技术(专利文献1、2)。此外，根据本发明者的调研，将TDI传感器用于透射X射线分析时有以下问题TDI传感器的累加级数越多景深则越�。换嵩谟泻穸鹊氖粤系纳疃确较蛏系囊徊糠稚隙越构钩上瘢湟酝獾牟糠植荒芄钩上瘢荒芄话盐照�。专利文献I :日本特开2000-50063号公报；
专利文献2 :日本特开2010-4105号公报。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，专利文献1、2中记载的技术使用电路控制TDI传感器的累加级数，必须通过ASIC等制造具备专用的IC (Integrated Circuit :集成电路)的TDI传感器,或者变更TDI传感器的运算软件，不能够利用通用的TDI传感器，因此会提高成本。另外，像专利文献1、2中记载的技术那样，累加级数在电路、运算软件上被设定时，测定者难以对应试料的厚度、种类等自由地调节T累加级数。
本发明为解决上述问题而做出，其目的在于提供一种能够容易且大范围地调节TDI传感器的累加级数的X射线分析装置及方法。为达成上述目的，本发明的透射X射线分析装置对既定的扫描方向上相对移动的试料的透射X射线像进行检测，其中具备时间延迟积分式的TDI传感器，以2维状具备多个读取将由来于所述透射X射线像的图像光电转换而生成的电荷的摄像元件，该TDI传感器在所述扫描方向上多级排列线性传感器，该线性传感器中所述摄像元件沿与所述扫描方向垂直的方向排列，将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器；遮蔽装置，配置于所述TDI传感器和所述试料之间，沿扫描方向前进后退而遮蔽入射到所述TDI传感器的所述图像；以及遮蔽装置位置控制装置，控制所述遮蔽装置的位置以遮蔽既定级数的所述线性传感器。。依据本透射X射线分析装置，因为通过遮蔽装置物理调节TDI传感器的累加级数即可，所以不用制造用电路、运算软件控制累加级数的专用的TDI传感器，能够利用通用的TDI传感器以降低成本。另外，使用专用的TDI传感器调节累加级数时，测定者难以自由地调节累加级数，但是本发明中因为物理调节遮蔽装置的移动量即可，所以能够自由地调节·TDI传感器的累加级数。另外将TDI传感器用于透射X射线分析时，有TDI传感器的累加级数越多景深则越小，只会在有厚度的试料的深度方向上的一部分上对焦构成像，其以外的部分不构成像，不能够把握整体的问题。因此，本发明的透射X射线分析装置中，因为测定者能够自由地调节累加级数，所以能够最大范围地设定有厚度的试料的对焦范围。本发明的透射X射线分析方法对既定的扫描方向上相对移动的试料的透射X射线像进行检测，其中使用以2维状具备多个读取将由来于所述透射X射线像的图像光电转换而生成的电荷的摄像元件的时间延迟积分式的TDI传感器，将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器，用配置于所述TDI传感器和所述试料之间的遮蔽装置，遮蔽既定级数的所述线性传感器，在所述扫描方向上多级排列线性传感器，该线性传感器中所述摄像元件沿与所述扫描方向垂直的方向排列。依据本发明，使用TDI传感器检测试料的透射X射线像之际，能够容易且大范围地调节TDI传感器的累加级数。
图I是示出本发明的实施方式涉及的透射X射线分析装置的结构的框 图2是示出遮蔽板的结构的立体 图3是示出使用TDI传感器进行时间延迟积分处理的方法的一例的 图4是示出将TDI传感器用于透射X射线分析时，分析对象的深度方向的位置导致景深变小的状态的 图5是示出将遮蔽板沿L方向移动而减少进行时间延迟积分的级数，使TDI传感器的景深变深的方法的图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。
图I是示出本发明的实施方式涉及的透射X射线分析装置I的结构的框图。透射X 射线分析装置 I 具备X 射线源 12 ;TDI (Time Delay and Integration 时间延迟积分)传感器14 ;配置于TDI传感器14和试料100之间，将来自试料100的透射X射线12x转换成突光(可见光图像)的突光板16 ;配置于突光板16的下方,将入射到TDI传感器14的可见光图像的一部分遮蔽的遮蔽板(遮蔽装置)21 ;使遮蔽板21相对于TDI传感器14前进后退的遮蔽板移动装置30 ;控制遮蔽板21的位置的遮蔽装置位置控制装置60。在此，X射线源12配置于试料100的下方，X射线从X射线源12向上方放出并透射试料100后，通过荧光板16被转换成可见光图像。然后，该图像能够被试料100上方的TDI传感器感光。另外，试料100是例如用于锂离子电池的正极的Co (cobalt :钴)酸锂电极板的连续带状物，载置于带式传送器(belt conveyor)50上沿扫描方向L (图I的从左向右方向)移动。而且，X射线源12 —直放出X射线，连续进行移动试料100的X射线分析。
遮蔽装置位置控制装置60由计算机构成,包含CPU (Central Processing Unit 中央处理单兀)、ROM (Read Only Memory :只读存储器)、RAM (Random Access Memory :随机存储器)等，在能够执行既定的计算机程序的同时，也进行来自X射线源12的X射线的照射、使用TDI传感器14进行的可见光图像的感光及输出处理等整体的处理。另外，透射X射线分析装置I检测试料100中的异物101 (例如铁(Fe))。X射线源12由既定的X射线管球构成。X射线管球是例如将管球内的灯丝(filament)(阳极)产生的热电子被施加于灯丝(阳极)和祀(target)(阴极)之间的电压力口速，撞击革巴(W (tungsten :鹤)、Mo (molybdenum :钥)、Cr (chromium :铬)等)而产生的 X射线作为I次X射线从铍(beryllium)箔等窗口射出的装置。TDI传感器14由多个摄像元件(电荷I禹合元件；CO) (Charge Coupled Devices))成2维阵列状排列构成。另外，如图2所示，TDI传感器14由摄像元件沿垂直于扫描方向L的方向排列的线性传感器14a 14h沿扫描方向L数级(图2的例子中为8级，但是实际上有数百到数千级)排列构成。如图2所示，遮蔽板21成矩形状，遮蔽板21中的2边垂直朝向L方向，平行于线性传感器14a 14h。另外，遮蔽板21中沿着L方向的2个侧缘被夹持于剖面为L字形的一对轨道31之间并载置于轨道31之上，遮蔽板21能够沿着轨道31在L方向上前进后退。另夕卜，遮蔽板21的一侧沿着L方向形成有通孔21a，通孔21a的内部加工有螺纹。而且，被步进电动机(stepping motor)32轴支撑的进给螺杆32L和通孔21a螺纹配合,通过步进电动机32的旋转使遮蔽板21沿轨道31在L方向上前进后退。将轨道31、步进电动机32、进给螺杆32L合在一起称为遮蔽板移动装置30。另外，后述遮蔽装置位置控制装置60通过调节步进电动机32的旋转量而控制进给螺杆32L的进给量，从而控制遮蔽板21在L方向上的移动量。如上所述，当遮蔽板21在L方向上移动时，遮蔽线性传感器14a 14h的一部分，如后述那样物理调节使用TDI传感器14进行的时间延迟积分的级数。另外，遮蔽板移动装置30的结构不局限于上述内容，遮蔽板21的结构也不局限于上述内容。另外，作为遮蔽板21，能够使用例如钨、钥的片(sheet)(例如，厚度0.5mm左右)。接下来，参照图3说明使用TDI传感器14进行的时间延迟积分处理的方法的一例。在此，如图2所示，TDI传感器14由多级(8级)线性传感器14a 14h构成。此时，若试料100中的异物101进入了第I级的线性传感器14a的感光区域，则积累在线性传感器14a中的电荷被转移到第2级的线性传感器14b (图3 (a))。接下来，若异物101沿L方向移动进入第2级的线性传感器14b的感光区域，则电荷积累在线性传感器 14b 中(图 3 (b))。第2级的线性传感器14b中，将第I级的线性传感器14a转移来的电荷和自身感光的电荷相加并积累后转移到第3级的线性传感器14c中。这样，各线性传感器14a 14h中从前级的线性传感器转移来的电荷被依次相加，转移到最后级的线性传感器14h的累积电荷被输出。而且，通过连续线性分析沿L方向移动的试料100，连续取得试料100的2维图像数据。这样，TDI传感器14在级数为T的时候，和单一的线性传感器相比积累T倍的电荷，在对比度变为T倍的同时噪声得到减低，在能高速进行测定的同时S/N比提高。 另外，TDI传感器14的结构及动作能够使用公知技术。然而，如图4所示，将TDI传感器14用于透射X射线分析时，若形成分析对象的试料100中的异物101的厚度d变厚，则由于异物101的深度方向的位置P1、P2，TDI传感器14和异物101的距离hl、h2变化。这时，TDI传感器的累加级数N越多景深则越�。换嵩谟泻穸鹊囊煳�101的位置Pl上对焦构成像，位置P2上不能构成像，不能够把握整体。参照图4说明此问题。首先，设从X射线源12到P1、P2为止的距离分别为SI、S2，设试料100(异物101)的沿L方向的扫描(移动)速度为V。这时，Pl在TDI传感器14上投下的影子的移动速度为Vl=VX (Sl+hl)/hl。同样，P2在TDI传感器14上投下的影子的移动速度为V2=VX (S2+h2)/h2。另一方面，因为对于Pl和P2，V只能设定I个值，所以若设定Vl=V,则Pl在TDI传感器14上的影子的移动速度Vl和试料100的扫描速度V —致，因此Pl的影子构成像。与此相对，P2在TDI传感器14上的影子的移动速度和扫描速度V不一致，所以P2的影子在TDI传感器14的多级上�：�。特别是此问题在形成检测对象的异物101不仅在试料100的表面，还深入深度方向时、异物101的厚度超过2_左右时尤为显著。在此，将P2的影子在TDI传感器14上模糊的级数表示为NE=NX (V2_V1)/V1，其与TDI传感器14的累加级数N成比例。从而，通过将累加级数N变�。芄焕┐蟾魑恢蒙疃炔煌囊煳�101对焦的范围。S卩，如图5所示，通过将遮蔽板21沿L方向移动遮蔽线性传感器14a 14h的一部分(图5的例子中为后级侧的3个线性传感器14f 14h)而减少进行时间延迟积分的级数，从而加深TDI传感器14的景深。使用遮蔽板21时，能够使用通用的TDI传感器14。即，同图3 —样，各线性传感器14a^l4h中，前级的线性传感器转移来的电荷被依次相加，转移到最后级的线性传感器14h的累积电荷被输出。但是，被遮蔽板21遮蔽而不能够感光图像的线性传感器14Γ1411不积累自身的电荷，所以线性传感器14a 14e依次转移的累积电荷被依次原封不动转移到线性传感器14f 14h中，从最后级的线性传感器14h输出。这样，能够减少TDI传感器14的累加级数(图5的例中为5级)。如上所述，通过遮蔽板21物理调节TDI传感器14的级数即可，所以不用制造用传感器自身的电路、运算软件控制TDI传感器的累加级数的专用的TDI传感器，能够利用通用的TDI传感器以降低成本。另外，使用专用的TDI传感器调节累加级数时，测定者难以自由地调节累加级数，但是本发明中物理调节遮蔽板21的移动量即可，所以能够自由地调节TDI传感器的累加级数。例如，分析厚度薄的试料时增加TDI传感器14的级数、分析厚度厚的试料时减少TDI传感器14的级数即可。TDI传感器14的级数的调节，例如可以在计算机(遮蔽装置位置控制装置)60上连接键盘等输入装置61，测定者从输入装置输入遮蔽板21的任意的移动量(或者对应移动量的TDI传感器14的级数)。遮蔽装置位置控制装置60，基于测定者输入的信息控制步进电动机32的旋转，从而调节遮蔽板21的移动量。本发明不局限于上述实施方式，包含于本发明的思想及范围内的各种各样的变形及等同物都落入本发明的保护范围。符号说明·
I透射X射线分析装置 12 X射线源 12C X射线源的光轴 12x透射X射线 14 TDI传感器 14a"l4h线性传感器 21遮蔽板(遮蔽装置)
60遮蔽装置位置控制装置 100试料 101异物 L扫描方向。
权利要求
1.一种透射X射线分析装置，对既定的扫描方向上相对移动的试料的透射X射线像进行检测，其中具备 时间延迟积分式的TDI传感器，以2维状具备多个读取将由来于所述透射X射线像的图像光电转换而生成的电荷的摄像元件，该TDI传感器在所述扫描方向上多级排列线性传感器，该线性传感器中所述摄像元件沿与所述扫描方向垂直的方向排列，将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器； 遮蔽装置，配置于所述TDI传感器和所述试料之间，沿扫描方向前进后退而遮蔽入射到所述TDI传感器的所述图像的一部分；以及 遮蔽装置位置控制装置，控制所述遮蔽装置的位置以遮蔽既定级数的所述线性传感器。
2.一种透射X射线分析方法，对既定的扫描方向上相对移动的试料的透射X射线像进行检测，其中 在以2维状具备多个读取将由来于所述透射X射线像的图像光电转换而生成的电荷的摄像元件的时间延迟积分式的TDI传感器，将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器之际， 用配置于所述TDI传感器和所述试料之间的遮蔽装置，遮蔽既定级数的所述线性传感器， 在所述扫描方向上多级排列线性传感器，该线性传感器中所述摄像元件沿与所述扫描方向垂直的方向排列。
全文摘要
本发明提供一种透射X射线分析装置及方法，能够在使用TDI传感器检测试料的透射X射线像之际，容易且大范围地调节TDI传感器的累加级数。本透射X射线分析装置(1)检测对既定的扫描方向(L)上相对移动的试料(100)的透射X射线像进行检测，具备时间延迟积分式的TDI传感器(14)，以2维状具备多个读取将由来于透射X射线像的图像光电转换而生成的电荷的摄像元件，该TDI传感器在扫描方向上多级排列线性传感器(14a~14h)，该线性传感器中摄像元件沿与扫描方向垂直的方向排列，将积累在一个线性传感器中的电荷转移到邻接的下一个线性传感器；遮蔽装置(21)，配置于TDI传感器和试料之间，沿扫描方向前进后退而遮蔽入射到TDI传感器的图像的一部分；遮蔽装置位置控制装置(60)，控制遮蔽装置的位置以遮蔽既定级数的线性传感器。
文档编号G01N23/04GK102954973SQ20121027447
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月5日
发明者的场吉毅 申请人:精工电子纳米科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
