專利名稱：X射線分析裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠測定透射X射線及熒光X射線的X射線分析裝置及方法。
背景技術(shù)：
一直以來，X射線透射成像(imaging)被用于試料中異物的檢測、元素的濃度不均的檢測。另一方面，X射線透射成像不能夠辨識(特定)這些異物等的元素種類，所以利用熒光X射線分析進行試料的元素分析。另外，也開發(fā)有能夠用I個裝置實施透射X射線分析及熒光X射線分析的分析裝置(專利文獻I)。 然而，例如鋰離子電池等正極活性材料(鋰鹽)是在集電體上粘貼(paste)薄層而制造，正極活性材料層的品質(zhì)管理的進行如下。首先由透射X射線裝置分析正極活性材料層中異物的有無。當(dāng)檢測出異物時，標(biāo)記(marking)試料中異物的位置，在熒光X射線裝置中另行設(shè)置試料以辨識異物的元素種類。專利文獻I :日本特開2003-57195號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在由透射X射線裝置檢測出的異物的位置標(biāo)記，正確地對準(zhǔn)此標(biāo)記位置用另外的熒光X射線裝置照射X射線的工作極其繁雜，有時也會產(chǎn)生位置偏差，分析費時費力的同時分析精度也說不上高。另外，專利文獻I記載的技術(shù)是對試料的全部進行透射X射線分析及熒光X射線分析，但是并不需要對試料的異物以外的部分進行熒光X射線的元素分析，分析時間變長所以不適于迅速的分析。本發(fā)明為解決上述問題而做出，其目的在于提供一種能夠使用熒光X射線正確且迅速地進行由透射X射線裝置檢測出的異物的位置的元素分析的X射線分析裝置及方法。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的X射線分析裝置，具備透射X射線檢查部，其具有第一X射線源和檢測從所述第一 X射線源透射試料的透射X射線的透射X射線檢測器；熒光X射線檢查部，其具有第二 X射線源和檢測當(dāng)來自所述第二 X射線源的X射線照射所述試料后該試料放出的熒光X射線的熒光X射線檢測器；試料臺，其保持所述試料；移動機構(gòu)，其將所述試料臺在所述第一 X射線源的照射位置和所述第二 X射線源的照射位置之間相對移動；異物位置運算裝置，其運算所述透射X射線檢測器在所述試料中檢測出的異物的位置；移動機構(gòu)控制裝置，其控制所述移動機構(gòu)以使由所述異物位置運算裝置運算的所述異物的位置和所述第二 X射線源的光軸一致。依據(jù)本X射線分析裝置，能夠使來自第二 X射線源的X射線正確且自動地照射透射X射線檢查部檢測出的異物的位置，能夠迅速地進行使用熒光X射線檢查部的異物的元素分析。所述第一 X射線源及所述第二 X射線源的光軸平行，且所述試料臺的移動方向和所述光軸相對垂直為宜。這樣的話，因為與試料臺的移動方向垂直的方向的位移變?yōu)?，即使移動試料臺，也能夠使第一 X射線源和試料的垂直方向上的距離、第二 X射線源和試料的垂直方向的距離保持預(yù)先設(shè)定的最佳值，不會使測定精度變動。另外，該垂直方向上的移動機構(gòu)也變得不必要。所述異物位置運算裝置，計算從所述第一 X射線源的光軸到所述異物的位置為止沿與該光軸垂直的方向的所述透射X射線檢測器上的距離t2 ;從所述第一 X射線源到所述異物的位置為止與所述第一 X射線源的光軸平行的距離hi ;從所述第一 X射線源到所述透射X射線檢測器的位置為止與所述第一 X射線源的光軸平行的距離h2。由tl= (hl/h2)Xt2運算從所述第一 X射線源的光軸到所述異物的位置為止沿與該第一 X射線源的光軸垂直的方向的距離tl。
本發(fā)明的X射線分析方法，具有透射X射線檢測過程，檢測從第一 X射線源透射試料的透射X射線；熒光X射線檢測過程，在和所述第一 X射線源的照射位置不同的位置，檢測當(dāng)來自所述第二 X射線源的X射線照射所述試料后該試料放出的X射線；異物位置運算過程，其運算由所述透射X射線檢測過程在所述試料中檢測出的異物的位置；試料移動過程，其在所述熒光X射線檢測過程之際，移動所述試料以使所述異物的位置和所述第二 X射線源的光軸一致。依據(jù)本發(fā)明，能夠正確且迅速地進行由透射X射線裝置檢測出的異物的位置的元素分析。


圖I是示出本發(fā)明的實施方式的X射線分析裝置的結(jié)構(gòu)的框 圖2是示出試料臺及移動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的立體 圖3是示出使用異物位置運算裝置的異物位置運算方法的 圖4是示出使用移動機構(gòu)控制裝置的試料臺(及試料I)的位置控制方法的 圖5是示出使用異物位置運算裝置以更好的精度求異物位置的方法的圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。圖I是示出本發(fā)明的實施方式的X射線分析裝置I的結(jié)構(gòu)的框圖。X射線分析裝置I具備透射X射線檢查部10，其具有第一 X射線源12和透射X射線檢測器14 ;熒光X射線檢查部20，其具有第二 X射線源22和熒光X射線檢測器24 ;試料臺50，其保持試料100 ;移動機構(gòu)30，其將試料臺50在第一 X射線源12的照射位置和第二 X射線源22的照射位置之間相對移動；異物位置運算裝置60，其運算透射X射線檢測器14在試料中檢測出的異物101的位置；移動機構(gòu)控制裝置61，其控制移動機構(gòu)30。在此，第一 X射線源12配置于試料100的下方，X射線從X射線源12向上方放出并透射試料100后，通過熒光板16被轉(zhuǎn)換為可見光圖像。而且，此圖像被試料100上方的透射X射線檢測器14感光。另外，試料100為例如用于鋰離子電池的正極的Co (鈷)酸鋰電極板的切片。
另外，第二 X射線源22配置于試料100的上方，X射線從X射線源22向下方放出后，由試料100上方的熒光X射線檢測器24檢測從試料100放出的X射線。熒光X射線檢測器24傾斜配置于與X射線源22的光軸22c有角度的位置上。異物位置運算裝置60、移動機構(gòu)控制裝置61由計算機(computer)構(gòu)成，包含CPU (Central Processing Unit :中央處理單兀)、ROM (Read Only Memory :只讀存儲器)、RAM (Random Access Memory :隨機存儲器)等,在能夠執(zhí)行既定的計算機程序(computerprogram)的同時，也進行X射線源12、22的X射線照射、使用透射X射線檢測器14、熒光X射線檢測器24的檢測等整體的處理。第一 X射線源12由既定的X射線管球構(gòu)成。X射線管球是例如將管球內(nèi)的燈絲(filament)(陰極)產(chǎn)生的熱電子被施加于燈絲(陰極)和祀(target)(陽極)之間的電壓力口速，撞擊革巴(W (tungsten :鶴)、Mo (molybdenum :鑰)、Cr (chromium :鉻)等)而產(chǎn)生的 X射線作為I次X射線從鈹(beryllium)箔等窗口射出的裝置?！?br> 透射X射線檢測器14具有多個半導(dǎo)體檢測元件(固體攝像元件等)，是固體攝像元件以2維陣列狀排列的區(qū)域傳感器(area sensor)。作為各固體攝像元件，例如有電荷耦合元件(CO))、CMOS圖像傳感器(image sensor)等。而且,透射試料100的透射X射線12x,被突光板16轉(zhuǎn)換為突光(可見光圖像)而被透射X射線檢測器14感光。另外，X射線從第一 X射線源12照射試料100的整體，通過由作為區(qū)域傳感器的透射X射線檢測器14檢測該透射X射線12x，能夠一次獲得試料100的面方向的2維圖像，但是使用線性傳感器作為透射X射線檢測器14，沿一個方向掃描試料100取得2維圖像也可。第二 X射線源22由既定的X射線管球構(gòu)成。利用W、Rh、Mo等作為靶。熒光X射線檢測器24檢測來自第二 X射線源22的X射線22x照射試料100后試料100放出的熒光X射線22y。熒光X射線檢測器24檢測試料100 (的異物101)放出的熒光X射線及散射X射線，輸出包含該熒光X射線及散射X射線的能量信息的信號。熒光X射線檢測器24是例如具備設(shè)置于X射線的入射窗的半導(dǎo)體檢測元件(例如，為pin結(jié)構(gòu)二極管的Si(Silicon 硅)元件)(省略圖示)，當(dāng)I個X射線光子入射時，產(chǎn)生對應(yīng)這I個X射線光子的電流脈沖的裝置。該電流脈沖的瞬間電流值與入射的特征X射線的能量成比例。另外，設(shè)定熒光X射線檢測器24，使其將半導(dǎo)體檢測元件產(chǎn)生的電流脈沖轉(zhuǎn)換為電壓脈沖并放大，作為信號輸出。另外，熒光X射線檢測器24連接有未圖示的分析器以分析上述信號。分析器例如由上述信號獲得電壓脈沖的波高，生成能量向量的波高分析器(Multichannel Analyzer :多通道分析儀)。但是，使用波長散射型(WDX)的熒光X射線檢測器24也可。如圖2所示，試料臺50中心形成為具有開口 50h的矩形框狀，試料臺50上載置有板狀的試料100，覆蓋開口 50h。試料臺50中，沿X方向的2個側(cè)緣被夾持在截面為L字形的一對軌道31之間并載置于軌道31上，試料臺50能夠沿軌道31在X方向上移動。另外，試料臺50的一側(cè)上沿X方向形成有通孔50a,通孔50a的內(nèi)部加工有螺紋。而且,被步進電動機(stepping motor)32軸支撐的進給螺桿32L和通孔50a螺紋配合，通過步進電動機32的旋轉(zhuǎn)使試料臺50沿著軌道31在X方向前進后退。載有試料臺50的軌道31的兩端，固定有在X方向垂直(=Y方向)延伸的架臺35，兩架臺35沿Y方向被夾持在截面為L字形的一對軌道33之間，架臺35 (及試料臺50)能夠沿軌道33在Y方向上移動。另外，架臺35的一側(cè)上沿Y方向形成有通孔35a，通孔35a的內(nèi)部加工有螺紋。而且，被步進電動機34軸支撐的進給螺桿34L和通孔35a螺紋配合，通過步進電動機34的旋轉(zhuǎn)使架臺35 (及試料臺50)沿著軌道33在Y方向前進后退。將軌道31、33、步進電動機32、34、架臺35、進給螺桿32L、34L合在一起，稱為權(quán)利要求的“移動機構(gòu)30”。另外，后述移動機構(gòu)控制裝置61通過調(diào)節(jié)步進電動機32、34的旋轉(zhuǎn)量而控制進給螺桿32L、34L的進給量，從而控制試料臺50在XY方向上的移動量。另外，移動機構(gòu)30的結(jié)構(gòu)不局限于上述內(nèi)容，試料臺50的結(jié)構(gòu)也不局限于上述內(nèi)容。通過如上結(jié)構(gòu)，試料臺50 (及試料100)能夠在X-Y方向移動，試料臺50在設(shè)置于XY平面上的各自不同的位置上的第一 X射線源12的照射位置12R (參見圖4，相當(dāng)于第一X射線源12的光軸12c和XY平面相交的位置)和第二 X射線源22的照射位置22R (參見 圖4，相當(dāng)于第二 X射線源22的光軸22c和XY平面相交的位置)之間相對移動。另外，如圖I所示，本實施方式中，第一 X射線源12及第二 X射線源22照射的X射線的光軸12c、22c平行(圖I的Z方向)，且試料臺50的移動方向X-Y相對光軸12c、22c(Z方向)垂直。這樣的話，因為試料臺50在Z方向上的位移變?yōu)?，即使在XY方向上移動試料臺50，也能夠使第一 X射線源12和試料100的Z方向的距離hi、第二 X射線源22和試料100的Z方向的距離h3保持預(yù)先設(shè)定的最佳值，不會變動測定精度。另外，向Z方向的移動機構(gòu)也變得不必要。接下來，參照圖3說明使用異物位置運算裝置60的異物位置的運算方法。如圖3所示，將透射X射線12x轉(zhuǎn)換為熒光后的圖像被構(gòu)成透射X射線檢測器14的各個固體攝像元件14a感光，取得試料100的2維信息。例如由Co酸鋰電極板構(gòu)成的試料100中混入異物101 (例如Fe (鐵))時，相比Co酸鋰的X射線透射率，異物101 (Fe)的X透射率下降。這是因為與Fe的X射線吸收端相當(dāng)?shù)哪芰慷筙射線透射率下降。因此，各個固體攝像元件14a中，對應(yīng)異物101的位置的固體攝像元件14ax上的感光量比其他的固體攝像元件14a少，異物101成為暗部而產(chǎn)生對比。從而能夠通過使用公知方法對對比產(chǎn)生的部分進行圖像處理，辨識試料100表面的異物101的位置。另外，異物101能夠作為有寬度的區(qū)域被辨識，但是例如對于異物101的位置施以公知的輪廓處理后，將其輪廓的重心視作異物101的位置坐標(biāo)也可。例如,將透射X射線檢測器14上和第二 X射線源12的光軸12c相交的位置作為試料100的中心(原點(0，O))時，能夠?qū)愇?01的重心的坐標(biāo)(xl，yl)視作異物101的位置。接下來，參照圖4說明使用移動機構(gòu)控制裝置61的試料臺50 (及試料100)的位置控制方法。圖4 Ca)表示在不進行試料臺50 (及試料100)的位置控制的情況下，試料臺50在第一 X射線源12的照射位置12R和第二 X射線源22的照射位置22R之間的移動。這時，將照射位置12R和照射位置22R設(shè)定于Y方向上的相同位置，使照射位置12R來到試料100的中心。然后，將照射位置22R設(shè)定為從照射位置12R沿X方向移動距離L后的位置時，照射位置22R和試料100的中心一致。
但是，因為異物101 (xl，yl)的位置比試料100的中心更要處于右上方，所以第二X射線源22的照射位置22R (L，0)和異物101的位置(L+xl，yl)不一致，不能夠使用熒光X射線檢查部20進行異物101的元素分析。因此，如圖4 (b)所示，移動機構(gòu)控制裝置61將從照射位置12R到照射位置22R的移動量，設(shè)為減去距離試料100中心的異物101的位移量(xl，yl)后的值(L_xl，-yl)。這樣，異物101的移動后的位置變?yōu)?L+xl，yl)- (xl,yl)= (L，0)，和照射位置22R—致。從而，能夠使來自第二 X射 線源22的X射線22x正確且自動地照射在異物101的位置上，能夠使用熒光X射線檢查部20迅速地進行異物101的元素分析。另外，使異物101的位置和照射位置(光軸)22c 一致的方法不局限于上述方法。接下來，參照圖5，說明使用異物位置運算裝置60以更好的精度求異物101的位置(xl, yl)的方法。如圖5所示，透射X射線12x從第一 X射線源12開始寬展，試料100上的異物101沿X方向相對于光軸12c偏移tl。另一方面，在異物101的透射X射線導(dǎo)致的圖像IOlx成像的透射X射線檢測器14上，圖像IOlx沿X方向相對于光軸12c偏移t2。此時，將X射線源12和試料100 (異物101)在Z方向的距離設(shè)為hl，將X射線源12和透射X射線檢測器14在Z方向的距離設(shè)為h2時，因為圖像IOlx是將試料100上的異物101擴大h2/hl倍的像，所以幾何學(xué)上異物101的X方向上的正確的偏移量tl =(hl/h2)Xt2。從而，異物位置運算裝置60通過對于在透射X射線檢測器14上得到的圖像IOlx乘以修正系數(shù)(hl/h2)，能夠高精度地求得異物101的位置(xl，yl) X (hl/h2)。另外，對于異物101的Y方向上的位置也一樣。本發(fā)明不局限于上述實施方式，包含于本發(fā)明的思想及范圍內(nèi)的各種各樣的變形及等同物都落入本發(fā)明的保護范圍。符號說明
I X射線分析裝置
10透射X射線檢查部
12第一 X射線源
12c第一 X射線源的光軸
12R第一 X射線源的照射位置
12x透射X射線
14透射X射線檢測器
20熒光X射線檢查部
22第二 X射線源
22c第二 X射線源的光軸
22R第二 X射線源的照射位置
22x來自第二 X射線源的X射線
22y試料放出的X射線
24熒光X射線檢測器
30移動機構(gòu)
50試料臺
60異物位置運算裝置61移動機構(gòu)控制裝置 100試料101異物。
權(quán)利要求
1.ー種X射線分析裝置，其中具備 透射X射線檢查部，其具有第一 X射線源和檢測從所述第一 X射線源透射試料的透射X射線的透射X射線檢測器； 熒光X射線檢查部，其具有第二 X射線源和檢測當(dāng)來自所述第二 X射線源的X射線照射所述試料后該試料放出的X射線的熒光X射線檢測器； 試料臺，其保持所述試料； 移動機構(gòu)，其將所述試料臺在所述第一 X射線源的照射位置和所述第二 X射線源的照射位置之間相對移動； 異物位置運算裝置，其運算所述透射X射線檢測器在所述試料中檢測出的異物的位置；以及 移動機構(gòu)控制裝置，其控制所述移動機構(gòu)以使由所述異物位置運算裝置運算的所述異物的位置和所述第二 X射線源的光軸一致。
2.如權(quán)利要求I所述的X射線分析裝置，其中所述第一X射線源及所述第二 X射線源的光軸平行，且所述試料臺的移動方向和所述光軸相對垂直。
3.如權(quán)利要求I所述的X射線分析裝置，其所述異物位置運算裝置，計算從所述第一X射線源的光軸到所述異物的位置為止沿與該光軸垂直的方向的所述透射X射線檢測器上的距離t2 ;從所述第一 X射線源到所述異物的位置為止與所述第一 X射線源的光軸平行的距離hi ；以及從所述第一 X射線源到所述透射X射線檢測器的位置為止與所述第一 X射線源的光軸平行的距離h2， 由tl= (hl/h2)Xt2運算從所述第一 X射線源的光軸到所述異物的位置為止沿與該第一 X射線源的光軸垂直的方向的距離tl。
4.ー種X射線分析方法，其中具有 透射X射線檢測過程，檢測從第一 X射線源透射試料的透射X射線； 熒光X射線檢測過程，在和所述第一 X射線源的照射位置不同的位置，檢測當(dāng)來自所述第二 X射線源的X射線照射所述試料后該試料放出的X射線； 異物位置運算過程，其運算由所述透射X射線檢測過程在所述試料中檢測出的異物的位置；以及 試料移動過程，其在所述熒光X射線檢測過程之際，移動所述試料以使所述異物的位置和所述第二 X射線源的光軸一致。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠使用熒光X射線正確且迅速地進行由透射X射線裝置檢測出的異物的位置的元素分析的X射線分析裝置。該X射線分析裝置(1)具備透射X射線檢查部(10)，其具有第一X射線源(12)和檢測從第一X射線源透射試料(100)的透射X射線(12x)的透射X射線檢測器(14)；熒光X射線檢查部(20)，其具有第二X射線源(22)和檢測當(dāng)來自第二X射線源的X射線照射試料后該試料放出的X射線(22y)的熒光X射線檢測器(24)；試料臺(50)，其保持試料；移動機構(gòu)(30)，其將試料臺在第一X射線源的照射位置(12R)和第二X射線源的照射位置(22R)之間相對移動；異物位置運算裝置(60)，其運算透射X射線檢測器在試料中檢測出的異物(101)的位置；移動機構(gòu)控制裝置(61)，其控制移動機構(gòu)以使由異物位置運算裝置運算的異物的位置和第二X射線源的光軸(22c)一致。
文檔編號G01N23/04GK102954972SQ20121027440
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者的場吉毅, 中谷林太郎, 佐藤恒郎 申請人:精工電子納米科技有限公司