X射线测量设备的制作方法

专利名称：X射线测量设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种X射线测量设备，其使用从X射线源发射出的X射线来照射样 品，并且通过X射线检测器来检测透过样品的X射线的透射剂量。本公开提供一种X射线 测量设备，其中改进了用于调整来自X射线源的通量(辐射通量)的空间强度分布的挡板 (shield)，以在减小射束硬化发生的同时抑制中心部分的通量强度。射束硬化在专利文献 1中被专门地公开。
背景技术：
图6是示出了用于测量样品(诸如纸、膜、薄膜板等)的基本重量的设备的结构示 例的透视图。来自X射线源1的锥形光束X射线Bl通过具有缝隙21的准直器2，以形成切 片的扇形光束X射线B2。使用扇形光束X射线B2来照射在箭头F的方向上行进的样品3。通过置于样品之下以面对X射线源1的X射线检测器4的线感测器来测量透过样 品3的X射线的透射剂量。事先测量其基本重量已知的样品，并且绘制如图7所示的标准 曲线L。基于透射剂量与基本重量之间的关系来执行对样品的基本重量测量。可以通过类 似方法来执行对样品的涂层量测量或膜厚度测量。可以使用闪烁器和半导体受光装置(CXD、C-M0S等)的组合作为X射线检测器4。 闪烁器和半导体受光装置的组合以这样的方式来测量辐射剂量，即，当接收到电子束或光 子能量(电磁波)时使闪烁器发出荧光，并且通过对可见光敏感的半导体受光装置来将荧 光强度转换为电荷。可替换地，可以将直接转换类型的辐射检测装置等用作X射线检测器 4。在直接转换类型的辐射检测装置中，电子束或光子能量(电磁波)被半导体受光装置直 接接收，并且被转换为与辐射强度相对应的电荷量。X射线检测器4所检测到的透射剂量的输出通常为约10到12位(10 到4096灰 度)。该输出根据X射线源1与X射线检测器4之间的距离或者X射线源辐射角(如图6 中所示的2Θ)的值而改变。图8示出了 X射线检测器4的输出的特性的示例。具有线性形状的X射线检测器4的中心部分靠近X射线源1。X射线检测器4的 外围对透射剂量的敏感性根据关于辐射角θ的所谓的余弦四次方定律而减弱。因此，确定 诸如X射线源1的输出、照射时间(累计时间)等之类的测量条件，以不提供中心部分的最 大输出的饱和。剂量高的中心部分的测量准确性不同于剂量低的外围(最外部分)的测量准确 性。约1/2的减小不太成问题。但是，如果X射线源1与X射线检测器4之间的距离短或 者如果X射线源1的辐射角的强度具有过度的指向性，则在外围(最外部分)可以获得中 心部分输出的仅一小部分。因此，在外围(最外部分)不能获得期望的测量准确性。因此，如图9所示，在X射线源1与样品3之间的任意位置处插入中心部分阶梯式 变厚而形成的通量挡板5，以仅在通量高的中心部分限制透射剂量。通量挡板5的材料通常为金属薄片或铝、铜、铁、不锈钢等的薄板、诸如PET或者聚 丙烯酸酯(acrylic)板之类的树脂材料、具有沉积有金属的树脂基材的复合材料等。
尽管图9中所示通量挡板5被形成为三阶，但是其不必总为三阶。通量挡板5可 以通过诸如制模或切割之类的处理来形成，以使其厚度可以连续变化。可替换地，通量挡板 5不必须具有整合的形状，而可以具有这样的形状，其中在中心部分层压较大量的薄片。以 这种方式，在可以获得空间上连续衰减的同时，还可以容易地调整屏蔽效应。图10示出了以这种方式限制中心部分剂量的情况下X射线检测器4的输出特性。 当插入三阶通量挡板5时，输出特性中总共出现了四阶差异，但是，与中心部分的减小相 比，外围的减小可以被抑制。当通量挡板5的阶数增大时或者当使通量挡板5的阶彼此连续时，则可以使输出 特性的每阶差异变得更小。剂量确实减小了。但是，只要中心部分的剂量和外围的剂量可 以均勻，则当延长照射时间或者增大X射线源1的输出时，就可以确保令人满意的外围准确 性。另外，可以更大地限制中心部分的剂量，这是因为中心部分的通量强度的稍微降 低会导致透射后的均勻剂量。[专利文献 1] JP-T-2003-517577图11示出了当由具有相关技术结构的通量挡板5限制中心部分的剂量时刚好在 X射线到达样品3之前的X射线强度分布。使用与X射线管电压相对应的连续谱来辐射光 子能量。但是，由于大气吸收和辐射窗材料(铍、云母等的薄膜)在低能带(图11中的区 域D)的吸收不高于几keV，因此有助于测量的光子能量在样品的最外部分具有能量分布A。即使当从同一 X射线源辐射的通量被通量挡板限制在仅中心部分处时，短波和高 能X射线的衰减也如图11中参考标号B所示的低。样品中心处的能量分布如图11中的参 考标号C所示。如图所示，短波光束硬化在中心部分比在外围(最外部分)发生地更强烈。这种现象的发生是因为随着屏蔽效应的加强，由参考标号B所示的低能X射线的 衰减增大而高能X射线没有被衰减。因此，发生了所谓的光束硬化现象，其中峰值能量被移 至样品的中心部分的高能侧。当使用高能X射线来测量薄膜样品时，不能获得令人满意的样品的衰减特性。因 此，不能获得具有高测量准确性的测量结果。另外，测量透射特性的光子能通量在中心部分 和外围之间是不同的。因此，测量结果与如图7所示事先获得的标准曲线(衰减特性与基 本重量之间的关系)不一致。即，当测量具有与事先测量的样品相同的厚度(基本重量) 的样品时，外围输出的减小将导致好像样品较厚的错误测量。

发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种X射线测量设备，其中在抑制光束硬化发生的 同时改进了通量的空间强度分布，并且能量分布和通量剂量在中心部分和外围之间是均勻 的，以使得可以减小由测量位置引起的测量错误。根据示例性实施例的一种X射线测量设备，包括X射线源，被配置为发射X射线，以用X射线辐照样品；准直器，被配置为使从X射线源发射的X射线束形成为切片的扇形光束X射线；通量挡板，被配置为阻挡扇形光束X射线的通量的一部分，以在调整通量的能量 强度分布的同时抑制光束硬化，所述通量挡板被放置在准直器和样品之间；以及
X射线检测器，被配置为检测透过样品的X射线的剂量。根据以下的详细描述、附图和权利要求，本发明的其他特征和优点将变得明显。


图1是示出了根据本发明的实施例的X射线测量设备的剖视图；图2是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的结构示例的平面视图；图3是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的另一个结构示例的平面视 图；图4是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的再一个结构示例的平面视 图；图5是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的再一个结构示例的透视图；图6是示出了用于测量样品的基本重量的设备的结构示例的透视图；图7是示出了基本重量与透射剂量之间的关系的视图；图8是示出了样品宽度方向与透射剂量之间的关系的视图；图9是示出了具有通量挡板的样品的基本重量测量设备的结构示例的透视图；图10是示出了当使用通量挡板时样品宽度方向与透射剂量之间的关系的视图； 以及图11是示出了用于通过通量挡板说明光束硬化的光子能量与X射线强度之间的 关系的视图。
具体实施例方式以下将参考附图来详细描述示例性实施例。图1是示出了根据本发明的实施例的 X射线测量设备的剖视图。与参考图6描述的相关技术结构中的元件相同的元件分别由相 同的数字标出，并且其描述将被省略。该实施例的特征在于这样一个结构，其中在X射线源1与样品3之间插入通量挡 板100并将其布置在准直器2之后，该通量挡板100被用于部分地通过或阻挡由准直器2 形成的扇形光束X射线B2的通量。通量挡板100可以被插入到准直器2后部的附近，或者被插入到刚好在样品3之 前并且与准直器2距离一段距离处。测量系统的基本结构与图6的相关技术结构相同。图2是示出在本发明的实施例中使用的通量挡板100的结构示例的平面视图。通 量挡板100具有多个细缝隙101，用于通过或阻挡扇形光束X射线B2。缝隙宽度在从中心 部分到外围部分的方向上增大，以使得扇形光束X射线B2的阻挡率在朝向外围部分逐步减 小的同时在中心部分处高。在所示结构中，细孔(缝隙)通过对挡板材料(铜、不锈钢、铁、黄铜、钨、铅、或者 这些材料的合金)进行蚀刻而形成，该挡板材料比较薄，在从约几十微米到几百微米的范 围内。当辐射射线不能令人满意地被单张挡板吸收时，彼此紧密接触地层压多张挡板。如 图2的展开图中所示，优选地，根据通量的倾斜来改变挡板间缝隙的间距。每个缝隙101的尺寸相对于X射线检测器4的每个辐射检测装置的尺寸来说必须 足够小。如果就尺寸而言缝隙101大，则不能在辐射检测装置间执行均勻的测量，而每个装置独有的波纹将由于挡板结构而发生，从而使得不能实现正确的测量。图3是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的另一个结构示例的平面视 图。该结构的特征在于，不是通过图2中的蚀刻来形成缝隙，而是通过形成沟槽来形成开口 部分102(沟槽)。该结构与图2中的结构具有相同的作用和效果，但是处理容易。将在图1所示的结构中考虑缝隙101的尺寸。假设每个检测装置的尺寸为0. 8mm 乘0. 8mm。当X射线源1的焦点位置与X射线检测器4之间的距离为500mm并且X射线源 1的焦点位置与细缝隙类型的通量挡板100之间的距离为200mm时，当X射线通过通量挡板 100时，等于一个装置的尺寸被表示为0. 8X (200/500) = 0. 32mm。当每个缝隙相对于等于一个装置的尺寸来说足够小时，可以防止由于细缝隙类型 的通量挡板100的波纹发生。例如，可以将足够小的缝隙解释如下。即，对于具有约0.03mm 宽的缝隙的50%的挡板，可以以0. 06mm的间距连续地提供约0. 03mm宽的缝隙。使用这样的设计，透过五个缝隙的通量到达一个装置。为了将中心部分的透射率 降低到50%并且在剂量最低的外围允许100%的透射率，扩大缝隙宽度以改变肋条与缝隙 (开口部分)之间的面积比，从而可以有利地控制透射剂量。图4是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板100的再一个结构示例的平面 视图。尽管图2中所示的每个缝隙101的纵向垂直于扇形光束X射线B2，但是图4的结构 中的每个缝隙103的纵向相对于扇形光束X射线B2具有倾角β。当以该方式使细开口部分倾斜预定角度时，存在以下效果，S卩，与开口部分被提供 为垂直的情况相比，每个检测装置的波动可以几乎不发生。因此，某种程度上可以使精加工 程度粗糙。此外，可以靠近X射线源1使用通量挡板100。因此，可以使通量挡板小型化并 且在结构上容易与X射线源集成。图5是示出了在本发明的实施例中使用的通量挡板的再一个结构示例的透视图。 该结构示例的特征在于，沟槽不是通过图2至图4所示的蚀刻形成的，而是通过基于使用线 切割洗片机(processing machine)的放电加工(线切割)的处理方法形成的。根据该处理方法，本身具有屏蔽效应的比较厚的单张板材(约几毫米)被小直径 的线开槽成像梳齿的形状，以形成每个都具有几十微米的宽度的沟槽。以与图2至图4中 相同的方式，在透射率应该减小的部分中密集地形成沟槽，而在透射率应该增大的部分中 稀疏地形成沟槽。此外，根据从X射线源1的焦点的辐射角将像梳齿的形状形成为像扇形 发散。在该实施例中，使用比较厚的单张板材；但是，可以使用其材料本身具有屏蔽效应的 单张板材。尽管图2至图5中的缝隙或沟槽被一维地说明，但是缝隙或沟槽(开口部分)可 以被二维地生成并且被形成为螺旋缝隙或沟槽(开口部分)。此外，可以在中心部分中密集 地而在外围部分中稀疏地旋转缠绕(通过定位片(spacer)等)带状金属薄片。当将该实施例中使用的通量挡板100与其中可以为每个辐射检测装置设置增益 和偏移的X射线检测器(线感测器)4的功能组合时，可以实现更高准确性的测量。在该实施例中使用的通量挡板100还可以被有效地用作屏蔽单元，用于使将β射 线用作辐射源的测量设备中到β射线检测器的辐射剂量均勻。根据本发明的实施例，可以预期以下效果。(1)剂量高的中心部分的剂量被限制，以使得剂量可以在外围部分与中心部分之间均勻。因此，X射线检测器的输出可以均勻，从而解决了在某一测量位置处不能确保令人 满意的动态范围的问题。(2)可以在限制剂量高的中心部分的剂量的同时抑制光束硬化。因此，在诸如中心 部分之类的典型部分处获得的标准曲线与具有高准确性的测量范围的任意部分一致。(3)由于可以应用均勻的剂量，因此可以为样品选择良好敏感的剂量，即使样品非 常薄。从而，在从剂量分布加强的短距离辐射的情况下，改善的效果尤其大。尽管关于有限数量的实施例描述了本发明，但是，得益于本公开的本领域技术人 员可以理解的是，可以想出不脱离此处公开的本发明范围的其他实施例。因此，本发明的范 围将仅限于所附权利要求。
权利要求
1.一种X射线测量设备，其包括X射线源，被配置为发射X射线，以用X射线辐照样品；准直器，被配置为使从X射线源发射的X射线束形成为切片的扇形光束X射线；通量挡板，被配置为阻挡扇形光束X射线的通量的一部分，以在调整通量的能量强度 分布的同时抑制光束硬化，所述通量挡板被放置在准直器和样品之间；以及X射线检测器，被配置为检测透过样品的X射线的剂量。
2.根据权利要求1所述的X射线测量设备，其中通量挡板具有通过精加工形成的多个缝隙或者沟槽，并且其中每个缝隙或沟槽的宽度相对于X射线检测器的检测装置的尺寸来说足够小。
3.根据权利要求1或2所述的X射线测量设备，其中通量挡板被形成为基于通量的剂 量分布或者能量强度分布来增大通量挡板的中心部分的通量的屏蔽率。
4.根据权利要求1或2所述的X射线测量设备，其中通量挡板被形成为在分布的中心 部分和外围部分之间具有通量均勻的剂量分布或者能量强度分布。
5.根据权利要求1或2所述的X射线测量设备，其中以不规则间隔来布置通量挡板的缝隙或沟槽，并且其中通过缝隙或沟槽与肋条之间的面积比来控制通量的剂量分布和能量强度分布。
6.根据权利要求1或2所述的X射线测量设备，其中通量挡板包括多个层压的金属薄 片或金属薄板，并且每个金属薄片或者金属薄板具有通过精加工形成的多个缝隙或沟槽。
7.根据权利要求6所述的X射线测量设备，其中各金属薄片或金属薄板的缝隙或沟槽 的间距根据与X射线源的焦点的发散度而彼此不同。
8.根据权利要求1或2所述的X射线测量设备，其中通量挡板由其材料或厚度具有通 量屏蔽效应的单张板材组成，并且通量挡板被形成为具有通过精加工形成的多个沟槽的像 梳齿的形状。
9.根据权利要求8所述的X射线测量设备，其中根据从X射线源的焦点的发散度将像 梳齿形状的通量挡板形成为像扇形发散。
10.根据权利要求2所述的X射线测量设备，其中缝隙或沟槽的宽度在从通量挡板的中 心部分到外围部分的方向上增大。
11.根据权利要求2所述的X射线测量设备，其中每个缝隙或沟槽的纵向具有相对于扇形光束X射线的倾斜。
全文摘要
本发明提供了一种X射线测量设备，其包括X射线源，被配置为发射X射线，以用X射线辐照样品；准直器，被配置为使从X射线源发射的X射线束形成为切片的扇形光束X射线；通量挡板，被配置为阻挡扇形光束X射线的通量的一部分，以在调整通量的能量强度分布的同时抑制光束硬化，所述通量挡板被放置在准直器和样品之间；以及X射线检测器，被配置为检测透过样品的X射线的剂量。
文档编号G01B15/02GK102081164SQ20101056614
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年11月26日
发明者市泽康史 申请人:横河电机株式会社