JP7294649B2

JP7294649B2 - エリア検出器の保護方法、エリア検出器用保護デバイス、並びに当該保護デバイスを有するｘ線検出器システム

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Publication number: JP7294649B2
Application number: JP2019134870A
Authority: JP
Inventors: ダミアンクハルチク
Original assignee: Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2023-06-20
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Description

本発明は概してエリア検出器の分野に関する。より詳細には本発明は、物体の衝突からエリア検出器を保護するための保護デバイス及び保護方法に関する。本発明はまた、当該保護デバイスを有するＸ線検出器システム及びＸ線分析システムにも関する。

ＨＰＣ、ＣＣＤ、又はＣＭОＳ技術に基づく２次元エリア検出器（２Ｄエリア検出器）は今日、電磁放射線を検出するのに広く用いられている。たとえば２次元（すなわち２Ｄ）ＣＣＤ又はＣＭОＳセンサは、写真を撮るカメラ内でも見つけることができる。大きな２ＤＨＰＣ、ＣＣＤ、又はＣＭОＳセンサもまた、調査システム―たとえばＸ線分析システム―内の検出器として用いられるようになってきている。そのような２Ｄエリア検出器は、従来の撮像板よりも便利である。なぜならそのようなセンサは、高い画像解像度及び画像感度でのリアルタイム検出を可能にするからである。

Ｘ線分析の分野では、１５０×１５０ｍｍ^２よりも大きな敏感面積（つまりセンサの高さ×幅）を有する２Ｄエリア検出器が今日市販されている。そのような大きなエリア検出器利点は、広い立体角範囲にわたって回折されるＸ線ビームの同時検出器を可能にする大きな立体角範囲を網羅することである。従ってエリア検出器は、広い立体角範囲にわたってＸ線回折パターンを記録するために空間内で大きく動かされないため、検出時間はさらに短くなり得る。

大きな２Ｄエリア検出器は、外部物体が容易に衝突して損傷する危険性を有することである。たとえばＸ線回折システムでは、Ｘ線検出用の２Ｄエリア検出器は通常、試料台及び／又はＸ線源に対して角度並びに半径方向に移動可能な対応するゴニオメータアーム上に取り付けられる。Ｘ線源及び試料台もまた、ゴニオメータ上で（静止又は可動状態で）取り付けられてよい。試料台、２ＤＸ線検出器、及びＸ線源との間での間隔又は距離は、実験上の要求に依存して小さくなり得るので、可動エリア検出器と試料台、Ｘ線源、試料搬入ロボット、又は他のゴニオメータ部との意図しない衝突を起こす危険性は過小評価されてはならない。そのような敏感エリア検出器との意図しない衝突の危険性は、エリア検出器、試料台、及びＸ背根源が、実験上の要求に従って互いに調節及び方位が設定されるＸ線分析システムの初期調節過程中で特に高い。これはすべて、経験の浅い操作者がそのような調節過程を実行しているときにより現実味を帯びる。エリア検出器は通常壊れやすい透過窓（たとえばＸ線検出器用のベリリウム、マイラー、又はカプトンの窓）でしか保護されていないので、エリア検出器は、そのような衝突によって深刻な損傷を受ける恐れがある。

従って本発明の目的は、機械的衝突からそのような敏感エリア検出器を保護することである。本発明の他の目的は、容易かつ費用対効果良く製造可能で、かつ、任意のエリア検出器設計に対して取付可能な保護設計を供することである。本発明の他の目的は、Ｘ線分析システムの機能を損なうことなく前記Ｘ線分析システム内に設置可能な小型設計の保護デバイスを供することである。

上述の問題及び他の問題を解決するため、本発明は、物体との衝突からエリア検出器を保護する保護デバイスを供する。当該保護デバイスは、前記エリア検出器上に取付可能に設計され、かつ、前記エリア検出器上に取り付けられるように構成されて、保護される前記エリア検出器の周縁部表面の少なくとも一部を覆うように設計される取付フレーム、前記取付フレーム上に配置されて、前記取付フレームによって囲まれる前記エリア検出器の内側領域で起こりうる前記物体の衝突を検出及び示唆するように構成される光カーテンを有する第１センサユニット、並びに、前記取付フレーム上に配置されて、前記エリア検出器の周縁領域で起こりうる前記物体の衝突を検出及び示唆するように構成される少なくとも１つのセンサを有する第２センサユニットを有する。

前記エリア検出器の内側領域は、敏感検出器領域－すなわち放射線を検出する前記検出器センサによって覆われる領域－であってよい。前記検出器の周縁領域は、前記内側領域を取り囲み、かつ、放射線に対して敏感ではない。

保護される前記エリア検出器は、Ｘ線を検出するように構成される２ＤＸ線検出器であってよい。前記２ＤＸ線検出器は、Ｘ線分析システム―特にＸ線回折計―用に設計されてよい。前記２ＤＸ線検出器は、前記Ｘ線分析システムのゴニオメータ（のアーム）上に取り付けられる静止又は可動状態の検出器として用いられてよい。前記Ｘ線エリア検出器は、半導体系２ＤＸ線センサ―たとえばＨＰＣ、ＣＣＤ、又はＣＭＯＳセンサ―を有してよい。前記２ＤＸ線検出器は、前記２ＤＸ線センサを読み出す読み出し電子機器、並びに、前記２ＤＸ線センサ及び対応する読み出し電子機器を受ける筐体をさらに有してよい。さらに前記２ＤＸ線検出器は、前記Ｘ線センサの前方に配置される透過窓を有してよい。前記透過窓は、Ｘ線ビームに対して透明で、かつ、環境から前記敏感Ｘ線センサを保護するように配置されてよい。本発明の保護デバイスの仕様は、Ｘ線エリア検出器に限定されないことに留意して欲しい。むしろ当該保護デバイスは、任意の種類の電磁放射線を検出する機能を有する任意の種類のエリア検出器に用いられてよい。

物体の衝突から前記エリア検出器を保護するため、当該保護デバイスは、該保護デバイスの前方（たとえば当該検出器の透過窓の前方）で脱着可能に取り付けられてよい。この目的のため、当該保護デバイスの裁置フレームは、保護される前記エリア検出器の形状及び寸法に従って設計及び寸法設定されてよい。具体的には前記取付フレームは、取り付けられた状態で、前記敏感領域を覆うことなく前記エリア検出器の周縁部のみを覆うような形状をとり、かつ、設計されてよい。さらに前記裁置フレームには、前記エリア検出器（エリア検出器の筐体）の前方又は側方で前記裁置フレームを固定する少なくとも１つの迅速固定素子（たとえば少なくとも１つのクランプ素子）が供されてよい。

衝突物体は、静止物体又は可動物体－たとえばＸ線発生装置、該Ｘ線発生装置又はＸ線検出器が上に裁置可能なゴニオメータ、又は、Ｘ線分析システムの他の部品（具体的にはＸ線回折計）－であってよい。従って前記エリア検出器及び前記衝突物体は、相互に移動可能なＸ線分析システムの構成要素－具体的にはＸ線回折計－であってよい。前記エリア検出器及び前記衝突物体がＸ線分析システムの構成要素－具体的にはＸ線回折計－である上述の実施形態から離れると、前記エリア検出器は、大規模の２Ｄ領域にわたって所望の物理量（たとえば電磁放射線、熱放射等）を検出するように構成される（任意の種類のエリアサイズ及び／又はエリアの幾何学形状を有する）任意の種類のエリア検出器であってよい。さらに前記物体は、前記２Ｄエリア検出器と接触可能な任意の（静止又は可動）物体であってよい。

当該保護デバイスは、前記第１センサユニット及び前記第２センサユニットとやり取りする少なくとも１つの論理ユニットをさらに有してよい。前記少なくとも１つの論理ユニットは、前記エリア検出器と衝突する恐れがあることを示唆する少なくとも１つの信号を、前記第１センサユニット及び／又は前記第２センサユニットから受信する際に、前記物体並びに／又は前記エリア検出器に少なくとも１つの衝突警告信号及び／若しくは少なくとも１つの停止信号を生成するように構成されてよい。前記少なくとも１つの衝突警告信号に応じて、操作者は、前記物体及び／又は前記エリア検出器の移動を停止することができるため、前記物体と前記エリア検出器との衝突を回避することができる。あるいはその代わりに、（現代のＸ線分析システムのように）前記物体及び／又は前記エリア検出器が、少なくとも１つの駆動ユニットによって自動的に駆動される場合、前記停止信号は、前記駆動ユニットに、前記物体及び／又は前記エリア検出器のさらなる移動を停止させることで、前記物体と前記エリア検出器との衝突を回避することができる。従って、前記警告信号及び／若しくは前記停止信号を生成して（移動する）前記物体並びに／又は（移動する）前記エリア検出器へ送ることによって、衝突が実効的に起こる前に前記物体と前記エリア検出器との衝突は回避され得る。

前記第１センサユニットの光カーテンは、複数の光エミッタ及び関連する受光器によって構成されてよい。前記複数の光エミッタ及び関連する受光器の配置は、各受光器が関連する光エミッタによって放出される対応光ビームを検出できるようになされてよい。光エミッタと受光器の隣接対は、要求される空間分解能の光カーテンを構成するように配置されてよい。前記光カーテンの要求される空間分解能は、光エミッタと受光器の隣接する対間の距離（つまり前記光カーテンの隣接する光ビーム間の距離）を適切に調節することによって得られ得る。たとえば光エミッタと受光器の前記対は、５ｍｍ以下の最小の物体サイズを検出するため、隣接光ビーム間の前記距離が５ｍｍ以下となるように配置されてよい。たとえば衝突する可能性のある前記衝突物体が５ｍｍよりも大きいことがわかっている場合、光エミッタと受光器の前記対は、隣接する光ビーム間の前記距離が５ｍｍよりも長くなるように配置されてよい。そのような場合、前記物体を検出するのに必要な分解能を与えるためには、隣接する光ビーム間の前記距離は５ｍｍよりも大きい距離で十分である。

前記光カーテンの少なくとも１つの受光器が、該受光器に係る光エミッタによって放出される対応光ビームの中断又は（強い）減衰を検出するときに、前記エリア検出器と物体との間で起こり得る衝突が、前記第１センサユニットによって示唆されてよい。そのような光ビームの中断又は減衰は、物体が前記光カーテンを通るといつも起こる。上で説明したように、前記光カーテンを備える当該保護デバイスが前記エリア検出器の前方（たとえば前記透過窓の前方）に取り付けられ得るので、前記エリア検出器と接近する物体との間で起こり得る衝突が、前記物体が当該検出器の表面に衝突する前に十分余裕をもって検出され、かつ、示唆され得る。

光エミッタと受光器の対のアレイからなる前記光カーテンを有する前記第１センサユニットは、少なくとも１つのコリメーションバーをさらに有してよい。前記少なくとも１つのコリメーションバーは、前記光エミッタと受光器と一致する複数のコリメーション穴（コリメーションスリット）を有してよい。前記複数のコリメーション穴（コリメーションスリット）は、各光エミッタの各光ビームを個別にコリメートし、かつ、各受光器の受容角を個別にコリメートするように設計されてよい。

前記第２センサユニットの少なくとも１つのセンサは近接センサであってよい。前記近接センサは、前記エリア検出器の周縁表面で起こり得る前記物体の衝突を検出するように前記取付フレーム上で構成及び配置されてよい。前記近接センサは、誘導近接センサ、容量近接センサ、又は光電近接センサとして設計されてよい。前記近接センサは、衝突物体に接することなく前記フレームの付近で前記衝突物体の存在を検出することができる。従って少なくとも１つの近接センサを有する前記第２センサユニットは、前記エリア検出器の周縁表面を、起こり得る衝突から実効的に保護することを可能にする。

代替変形例によると、前記第２センサユニットは、可動外側フレーム及び少なくとも１つのスイッチを有する機械センサとして設計されてよい。前記少なくとも１つのスイッチは、一の面上の前記可動外側フレームと他の面上の前記取付フレーム又は任意の他の素子－たとえば該取付フレーム上に設けられるプリント回路基板－との間に設けられてよい。前記可動外側フレームは、物体が前記可動外側フレームに衝突するときに、前記可動外側フレームと前記取付フレームとの間に配置される前記少なくとも１つのスイッチを始動させるように設計されてよい。

前記少なくとも１つのスイッチは、前記可動外側フレームによって機械的に始動されるように構成されるマイクロスイッチであってよい。少なくとも１つの前記マイクロスイッチは、機械的始動の際に電気回路を閉じるすなわち電気信号を生成するように構成されてよい。衝突物体が前記可動外側フレームに衝突するとき、前記可動外側フレームは、前記取付フレームへ向かって移動することで、前記少なくとも１つのスイッチを始動させてよい。前記の始動したスイッチは、前記可動外側フレームと物体との衝突を示唆する電気信号を引き起こしてよい。前記可動外側フレームは、物体との衝突から当該検出器の周縁表面を実効的に保護する。前記物体は、前記取付フレームすなわち前記エリア検出器の表面から（少なくとも数ｍｍ）離間して配置される前記可動外側フレームにしか衝突しないためである。

前記第２センサユニットが外側フレーム及び少なくとも１つのスイッチを有する実施形態では、当該保護デバイスは、前記外側フレームと前記取付フレームとの間に配置される少なくとも１つの弾性取付部をさらに有してよい。前記少なくとも１つの弾性取付部は、前記取付フレームに対して前記外側フレームを弾性的に取り付けるように構成されてよい。それにより前記外側フレームは、スイッチ始動位置（つまり前記外側フレームが前記少なくとも１つのスイッチと接している位置）とスイッチ開放位置（つまり前記外側フレームが前記少なくとも１つのスイッチから離間している位置）との間で移動することができる。前記少なくとも１つの弾性取付部は、前記外側フレームに応力が加えられていないときに、前記外側フレームを前記スイッチ開放位置（つまり前記離間している位置）に保持する（又は戻す）ように設計されてよい。さらに衝突物体が前記外側フレームに及ぼす衝突応力すなわち衝突力が、弾性力を上回るのに十分な強さである場合、前記少なくとも１つの弾性取付部は、スイッチ始動位置へ移動するように設計されてよい。前記少なくとも１つの弾性取付部は、ばね（たとえばコイルばね）であってよい。

当該保護デバイスは、前記取付けフレーム上に配置されるプリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに有してよい。前記ＰＣＢはフレーム形状を有してよい。前記ＰＣＢフレームの形状は、前記取付けフレームの形状と一致してよい。前記光カーテンの光エミッタ及びそれに係る受光器は、前記ＰＣＢフレームの対向するフレーム部上に配置されてよい。さらに前記少なくとも１つの第２センサユニットも、前記ＰＣＢフレーム上に配置されてよい。従って前記第１センサユニットと第２センサユニットの構成要素は、前記ＰＣＢフレーム上でコンパクトかつ費用対効果よく集積されてよい。

さらに回折Ｘ線ビームを検出するように構成されるＸ線検出器システムが供される。当該Ｘ線検出器システムは、検出器筐体及び該検出器筐体内に収容される少なくとも１つの２ＤＸ線センサを有するＸ線検出器、並びに、上述の保護デバイスを有する。当該保護デバイスは、物体との衝突から前記２ＤＸ線センサを保護するため、前記２ＤＸ線センサの前方に脱着可能なように取り付けられる。前記衝突物体は、Ｘ線発生装置、ゴニオメータ（ゴニオメータアーム）、試料搬送ロボット、又は、Ｘ線回折計の任意の他の可動部であってよい。

前記Ｘ線検出器は、前記２ＤＸ線センサの前方で前記検出器筐体内に設けられるＸ線透過窓（たとえばベリリウム窓、マイラー窓、又はカプトン窓）をさらに有してよい。そのような場合、当該保護デバイスは、前記Ｘ線透過窓の前方に配置されてよい。

さらにＸ線分析システム―たとえばＸ線回折計―がさらに供される。当該Ｘ線分析システムは、Ｘ線を発生させるように構成されるＸ線発生装置及び上述のＸ線検出器システムを有する。当該Ｘ線分析システムは、試料台、並びに、該試料台に対して所望の角度位置及び／又は半径位置へ前記Ｘ線検出器を少なくとも移動させるように構成される可動ゴニオメータをさらに有してよい。当該Ｘ線分析システムはまた、当該Ｘ線分析システムのＸ線検出器及び／又はゴニオメータ（ゴニオメータアーム）を移動させる少なくとも１つの駆動ユニットをも有してよい。

本発明のさらに他の態様によると、物体の衝突からエリア検出器を保護する方法が供される。当該方法は、前記エリア検出器の前方に上述の保護デバイスを取り付ける段階、及び、物体と移動可能な前記エリア検出器との間で起こり得る衝突を当該保護デバイスによって検出する段階を有する。当該検出器はＸ線検出器であってよい。前記物体は、Ｘ線分析システムのＸ線源、試料台、又は、ゴニオメータ部であってよい。前記起こり得る衝突の検出は、Ｘ線回折実験及び／又は当該Ｘ線分析システムの初期調節中に（連続的に）実行されてよい。

当該方法は、衝突警告信号及び／又は停止信号を発生させる段階をさらに有してよい。当該方法は、前記エリア検出器及び／又はゴニオメータと結合する少なくとも１つの駆動ユニットへ前記停止信号を供することで、前記エリア検出器及び／又はゴニオメータ（ゴニオメータアーム）の移動を停止させる段階をさらに有してよい。前記少なくとも１つの駆動ユニットへ前記停止信号を供給する段階は、前記少なくとも１つの駆動ユニットの少なくとも１つの論理ユニットへ前記停止信号を供する段階を有してよい。前記少なくとも１つの論理ユニットは、前記少なくとも１つの駆動ユニットを制御して、前記停止信号受信後に前記少なくとも１つの駆動ユニットを停止させるように構成される。

前記衝突警告信号は、当該検出器と物体との間で起こり得る衝突をユーザーへ示唆する光信号及び／又は音響信号であってよい。

本願で説明する本発明のさらなる詳細、態様、及び利点は以降の図面から明らかとなる。
本発明による保護デバイスの３次元像を表している。図１の保護デバイスの第１センサユニットの構成要素を表している。図１の保護デバイスの第１センサユニットの機能図を表している。図１の保護デバイスの第１センサユニットの写真を示している。第１センサユニットの光ビームの角度分布を表している。第１センサユニットの光ビームの角度分布を表している。一部が組み立てられた状態の図１の保護デバイスを表している。本発明による方法の流れ図を表している。

以降の説明では、限定ではない説明目的で、本願で与えられる本発明を完全に理解するために具体的詳細が明らかにされる。本願のエリア検出器用の保護方法が、以降で説明する具体的詳細から保護範囲内で異なり得るのは、当業者には明らかである。

図１を参照する。図１は、本発明によるエリア検出器を保護する保護デバイス１００の分解図を表している。保護デバイス１００は、取付フレーム１２０、プリント回路基板フレーム（ＰＣＢフレーム）１４０、及び外側フレーム１６０を有する。

取付フレーム１２０は、ＰＣＢ１４０及び外側フレーム１６０を受けるように設計される。従って取付フレーム１２０は、ＰＣＢ１４０及び外側フレーム１６０用の支持フレームとして機能する。しかも取付フレーム１２０は、保護されるべきエリア検出器２００上で着脱可能に取り付けられるように設計される。エリア検出器２００は図４に表されている。エリア検出器２００は、電磁放射線を検出するように構成される半導体系エリアセンサ－たとえばＨＰＣセンサ、ＣＣＤセンサ、又はＣＭＯＳセンサ－を含んでよい。一の実施形態によると、エリア検出器２００は、回折Ｘ線ビームを検出するＸ線検出器であってよい。

保護デバイス１００の取付フレーム１２０は、３つのフレームバー１２１，１２２，１２３を有する。３つのフレームバー１２１，１２２，１２３は、１つのフレームを構成するように互いに配置される。フレームバー１２１，１２２，１２３の各々は、（わずかに）突出した外側縁部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａを有する。外側縁部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ上には、ＰＣＢフレーム１４０が取り付けられる。図１の取付フレーム１２０はＵ字形状を有する。図示されたＵ字形状は、単なる１つの典型的なフレーム設計である。他のフレーム形状も考えられ得る。たとえばフレーム１２０は、４つのフレームバーを備える長方形形状－つまりフレームの側部毎に１つのフレームバーを備える－を有してよい。取付フレーム１２０の形状並びに／又は寸法が、保護されるべきエリア検出器（前方検出器領域）の形状及び／若しくは形態に合わせて調節されることは明らかである。従ってフレームバー１２１，１２２，１２３の設計及び寸法は、検出器２００の敏感領域２５０に実質的に対応する内側開領域１２６を画定する取付フレーム１２０が得られるようになされる（図４参照）。従ってフレームバー１２１，１２２，１２３は、電磁放射線（たとえばＸ線）に対して敏感ではないエリア検出器２００の周縁領域しか覆わなくてよい。

取付フレーム１２０は、フレームバー１２１，１２２，１２３に対して横方向に配置される取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ｂ，１３４ｂをさらに有してよい。取付素子１３２ｂ，１３４ｂは、互いに対向する取付フレーム１２０の両側面上で対称となるように配置されてよい。図１及び図４は、右側フレーム側部の取付素子１３２ｂ，１３４ｂのみを表している。左側の取付素子は取付フレーム１２０によって隠されている。側部に配置される取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ａ，１３４ｂは、保護デバイス１００が検出器２００に着脱可能なように取り付けられ得るような取付系を構成するように設計される。

取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ａ，１３４ｂ（及び反対側の対応部位）の設計及び寸法は、図４の検出器２００の機械的構成に対応するようになされる。他の型の検出器２００では、取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ａ，１３４ｂの設計及び寸法を変更する必要があると思われる。

取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ａ，１３４ｂは、フレームバー１２１，１２２，１２３の側部に取り付けられる別個の素子として設計されてよい。あるいはその代わりに取付バー１３０ａ，１３０ｂ及び取付素子１３２ａ，１３４ｂは、図１に示されているように、フレームバー１２１，１２２，１２３と一体形成されてよい。

保護デバイス１００は、取付フレーム１２０と外側フレーム１６０との間に配置される（単一の）ＰＣＢフレーム１４０をさらに有する。ＰＣＢフレーム１４０はＵ字形状を有する。Ｕ字形状のＰＣＢフレーム１４０は、互いに反対側に配置される２つのフレーム部１４１，１４２を有する。しかも２つのフレーム部１４１，１４２は、ＰＣＢフレーム１４０の底部又は上部に配置されるＰＣＢベース部によって互いに接続される。当然のこととして、他のＰＣＢフレーム１４０形状－たとえば２つの水平に配置されるフレーム部及び２つの垂直に配置されるフレーム部を備える長方形のＰＣＢフレーム形状－もまた考えられ得る。２つの水平に配置されるフレーム部及び２つの垂直に配置されるフレーム部はそれぞれ、内側開口領域１４６を備えるＰＣＢフレーム１４０を構成するように互いに離間する。ＰＣＢフレームの部１４１，１４２，１４３によって構成されるＰＣＢフレーム１４０は、取付フレーム１２０と実質的に同一の形状を有する。より具体的には、ＰＣＢフレーム１４０は、取付フレーム１２０によって画定される内部開口領域１２６と実質的に同一な領域形状及び領域寸法を有する内部開口領域１４６を画定する。ＰＣＢフレームの領域形状及び領域寸法は、保護されるべきエリア検出器２００の形状及び形式に合わせて調節されてよい。

ＰＣＢフレーム１４０は、保護デバイス１００が有する第１センサユニットの一部であってよい。第１センサユニットは、複数の光エミッタ１４７及びそれに係る受光器１４８を有する。複数の光エミッタ１４７及びそれに係る受光器１４８は、開口領域１４６内に光カーテンを構成するように反対に配置されるフレームの部１４１，１４２上に配置される。ＰＣＢフレーム１４０が単一部材として設計されるので、複数の光エミッタ１４７及びそれに係る受光器１４８は、互いに精密に位置合わせされ得る。それにより光ビーム信号は（衝突物体が導入されるまで）長時間にわたって変化しない。第１センサユニットについては、以降の図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃとともにより詳細に説明する。

保護デバイス１００は外側フレーム１６０をさらに有する。外側フレーム１６０は、２つの垂直に配置される外側フレームバー１６１，１６２及び２つの水平に配置される外側フレームバー１６３，１６４を有する単一部材として形成される。２つの垂直に配置される外側フレームバー１６１，１６２及び２つの水平に配置される外側フレームバー１６３，１６４はそれぞれ、互いに反対側に位置する。外側フレームバー１６１，１６２，１６３，１６４によって構成される外側フレーム１６０は、取付フレーム１２０及びＰＣＢフレーム１４０によって画定される内部開口領域１２６，１４６と実質的に同一な領域形状及び領域寸法を有する内部開口領域１６６を画定する。

外側フレーム１６０の一の機能は、ＰＣＢフレーム１４０とその関連電子素子（つまり光エミッタ１４７と受光器１４８）及び電気ケーブル接続を衝突物体並びに環境から保護することである。外側フレーム１６０は、弾性取付部及び機械スイッチ（図１には示されていない）をさらに有する第２センサユニットの一部である。機械スイッチは、外側フレーム１６０に対向するＰＣＢフレームの面上に配置されるマイクロスイッチである。機械スイッチは、外側フレーム１６０によって始動する際に電気信号を発生させるように構成される。さらに弾性取付部は、所定の弾性力を有するバネ１５０として設計されてよい。図１の保護デバイス１００は４つのバネ１５０を有する。４つのバネ１５０は、外側フレーム１６０に対向するＰＣＢフレームの面上に配置される対応ピン１５２によって支持される。よってピン１５２は、保護デバイス１００が取り付けられるときに、外側フレーム１６０内に形成される貫通穴１５４によって変動可能なように支持されて良い。従って外側フレーム１６０は、バネ１５０を介してＰＣＢフレーム１４０（又はその下に位置する取付フレーム１２０）に弾性的に取り付けられてよい。取付フレーム１２０に対する外側フレーム１６０及びＰＣＢフレーム１４０の取付方向は、図１の矢印２によって表されている。第２センサユニットの機能について、図４とともにより詳細に説明する。

図２ａ，２ｂ，２ｃとともに、第１センサユニットについてさらに説明する。図２ａは、ＰＣＢフレーム１４０を表している。ＰＣＢフレーム１４０上では、複数の光エミッタ１４７及び受光器（又は光検出器）１４８が、対応するエミッタ－受光器対を構成するように互いに向かい合って配置される。エミッタ－受光器対のＰＣＢフレーム１４０上での配置は、各エミッタ－受光器対間の光ビーム（つまりは光カーテンのすべてのビーム）がＰＣＢフレーム表面に対して実質的に並行に進むようになされる。光エミッタ１４７として、赤外発光ダイオード（ＩＲダイオード）が用いられてよい。各ＩＲダイオードは、（パルス又は連続波）赤外光ビーム（ＩＲビーム）を受光器１４８へ放出するように構成されてよい。受光器１４８として、赤外光トランジスタ（ＩＲ光トランジスタ）が用いられてよい。各ＩＲ光トランジスタは、係るＩＲダイオードによって発生する（パルス又は連続波）ＩＲビームを検出するように構成される。

図２ａでさらに表されているように、光エミッタ１４７及び受光器１４８は、ＰＣＢフレーム部１４１，１４２上で交互に配置されている。ＰＣＢフレーム部１４１上に配置される各光エミッタ１４７（受光器１４８）には、ＰＣＢフレーム部１４２上に関連する受光器１４８（光エミッタ１４７）が与えられる。よってＰＣＢフレーム部１４１（又はＰＣＢフレーム部１４２）上に配置される光エミッタ１４７によって放出される光は、ＰＣＢフレーム部１４２（又はＰＣＢフレーム部１４１）上で光エミッタ１４７と正反対の位置に配置される関連の受光器１４８によって検出される（図２ｂ参照）。そのようにして構成される光エミッタ１４７と受光器１４８の対は、互いに反対側に配置されるＰＣＢフレーム部１４１，１４２に沿って配置される。それによりＰＣＢフレーム１４０によって取り囲まれる全開口領域１４６を覆う光カーテンが生成される。開口領域１４６が敏感検出器領域２５０に実質的に対応するので、敏感検出器領域２５０は光カーテンによって完全に覆われる。

図１及び図２ａでさらに表されているように、光エミッタ１４７及び受光器１４８は、対応するＰＣＢ部１４１，１４２の内側端部１４１ａ，１４２ａの付近に配置されてよい。従って、他のセンサ部品を配置するのに利用可能な自由空間がＰＣＢフレーム部１４１，１４２（図２ａのフレーム領域１４４ａ，１４４ｂ参照）上及びフレーム部１４３上に十分に存在する。たとえばフレーム領域１４４ａ，１４４ｂは、第２センサユニット用の複数のマイクロスイッチを配置するのに利用されてよい。さらにフレーム部１４３上の空間は、第１センサユニットの受光器からの信号、及び／又は、第１センサユニットのマイクロスイッチからの信号を評価するように構成される１つ以上の論理ユニット１４５（図２ｃも参照のこと）を実装するために利用されてよい。従って図示されたＰＣＢフレーム設計は、小型の補語デバイス設計を容易にする。なぜなら第１センサユニットと第２センサユニットのすべての必要な部品はＰＣＢフレーム１４０上で統合可能だからである。

第１センサユニットの光カーテンについては基本的に、複数の光エミッタ１４７及び関連する受光器１４８が、互いに反対側に配置される水平フレーム部１４１，１４２上に配置されるＵ字形状のＰＣＢフレーム１４０とともに説明してきた。本発明は、そのような光カーテンの設計に限定されない。たとえばＰＣＢフレーム１４０が、２つの水平に配置されるフレーム部と２つの垂直に配置されるフレーム部を備える長方形形状を有する場合、複数の光エミッタ１４７と関連する受光器１４８が、垂直方向に位置合わせされた光ビームによる光カーテンを構成するように２つの反対側に配置される垂直フレーム部上に配置されることも考えられる。さらにＰＣＢフレーム１４０が長方形の形状を有する場合、複数の光エミッタ１４７と関連する受光器１４８の第１サブセットを２つの反対側に配置される水平フレーム部上に配置し、かつ、複数の光エミッタ１４７と関連する受光器１４８の第２サブセットを２つの反対側に配置される垂直フレーム部上に配置することで、水平方向にも垂直方向にも配置される光ビームを備える光カーテンを構成することも考えられる。水平方向にも垂直方向にも配置される光ビームを備える光カーテンを有することによって、検出精度はさらに改善され得る。

光エミッタ１４７と受光器１４８の対応する対によって生成される光カーテンの技術的機能について、図２ｂとともにさらに説明する。図２ｂは、反対側に配置されるＰＣＢフレーム部１４１，１４２上での光エミッタ１４７と受光器１４８の対の配置を示すブロック図を表している。ＰＣＢフレーム部１４１，１４２上での光エミッタ１４７と受光器１４８の隣接対間の距離は、光カーテンによって実現されるべき空間分解能に依存して調節される。一の実施形態によると、光エミッタ１４７と受光器１４８の隣接対間の距離は、５ｍｍ以下の分解能しきい値が実現可能となるように事前設定されてよい。それは、分解能しきい値よりも短い直径を有する物体しか検出されずに光カーテンを通過できないことを意味する。他の実施形態によると、衝突する可能性のある物体のサイズが５ｍｍよりも大きいことがわかっている場合には、光エミッタ１４７と受光器１４８の隣接対間の距離は、光カーテンの分解能しきい値が５ｍｍよりも大きくなるように事前設定されてよい。光カーテンの空間分解能が、光エミッタ１４７と受光器１４８の隣接対間の距離に依存し、かつ、光エミッタ１４７と受光器１４８は、ある寸法を有するので、光カーテンの分解能は、使用される光エミッタ１４７と受光器１４８の寸法によって制限され得る。ＰＣＢフレーム１４０上で光エミッタ１４７と受光器１４８のとり得る最近接配置を実現するため、隣接する光エミッタ１４７と受光器１４８は、ＰＣＢフレーム１４０上の２本の線内でジグザグに配置されてよい。

光カーテンを動作させるため、光カーテンの光エミッタ１４７及び受光器１４８に給電する少なくとも１つの電源が供される。さらに光カーテンの各受光器１４８とやり取りする論理ユニット１４５が供される。論理ユニット１４５は、図２ａ及び図２ｃに表されているようにＰＣＢフレーム１４０上に統合されてよい。論理ユニット１４５は、アナログ信号増幅器、及び、光カーテンの各受光器１４８によって検出される信号と、参照信号（たとえば１０Ｖ参照信号）とを比較するように構成される信号比較器を有してよい。あるいはその代わりに参照信号が利用できない場合、異なる受光器１４８から受信した検出信号同士が比較されることも考えられ得る。１つ以上の光信号において、異なる信号同士の比較又は参照信号との比較が、（強い）光の減衰を示す場合、物体が光カーテンと衝突したことが示唆される。従って第１センサユニットの光カーテンによって、その光カーテンによって覆われる開口領域１４６を通り抜けている物体を検出することが可能である。

上述したように、光カーテンの空間分解能は、光エミッタ１４７と受光器１４８の隣接対間の距離に依存する。距離に加えて、光カーテンの分解能に影響する他のパラメータが存在する。このパラメータは、各光エミッタ１４７によって発生する光ビームのビーム広がり角度である。各光エミッタ１４７の光ビームが大きな角度範囲にわたって広がる場合、クロストーク効果が観測される恐れがある。つまり特定の受光器１４８の信号は、その受光器のちょうど反対側に配置される関連光エミッタ１４７によって発生する光ビームだけではなく、受光器１４８から外れて配置される隣の光エミッタによる影響も受ける。そのような場合、衝突物体が検出されるのは、反対側の光エミッタ１４７及び一部の外れた光エミッタ１４７からの複数の光ビームを中断又は（強く）減衰する場合のみである。これは実際には、衝突物体が大きくなければならないので、光カーテンの分解能が低下することを意味する。

クロストーク効果を減少させるため、隣接する光エミッタ１４７と受光器１４８との間の距離は、すべての光エミッタ１４７を一のＰＣＢフレーム部１４１上に並べて取り付け、かつ、すべての受光器１４８を反対側のＰＣＢフレーム部１４２上に並べて取り付ける代わりに、図１、図２ａ、及び図２ｂで表されているように、ＰＣＢフレーム部１４１，１４２間での光エミッタ１４７と受光器１４８の取付位置を互い違いにすることによって２倍になり得る。

クロストーク効果をさらに減少させるため、第１センサユニットは、コリメートバー１４９（図２ａ及び図２ｂ参照）をさらに有してよい。コリメートバー１４９は、光エミッタ１４７と受光器１４８の位置と一致する複数の穴（又はスリット）１４９ａを有してよい。この目的のため、コリメートバー１４９は、ＰＣＢフレーム部１４１，１４２の各内側端部に沿って配置される。それにより穴の位置は、各対応する光エミッタ１４７及び受光器１４８の位置と一致する（図２ａ及び図２ｃ参照）。従ってコリメート穴１４９ａを備えるコリメートバー１４９は、各光エミッタ１４７の各光ビームを個別にコリメートし、かつ、各受光器１４８の受容角を個別にコリメートするために供される。

コリメートされた光ビーム及びコリメートされた受容角の角度分布が、図３ａ及び図３ｂに表されている。図３ａは、光エミッタ１４７からの光ビームの強度の角度分布を表している。プロット３１０からわかるように、規格化された光ビーム強度の角度分布は、角度が０°から外れると急激に減少する。ここで角度は、互いに反対側に配置される光エミッタ１４７と受光器１４８の対応対に直接接続する想像線に対して測定される。光エミッタ１４７の電子部品は、角度幅を可能な限り小さくするようにうまく選ばれなければならない。コリメートバー１４９の穴１４９ａに光ビームを通過させることによって、この角度幅はさらに狭くなる。従ってコリメートバー１４９は、隣接する光エミッタ１４７間でのクロストークが減少し得るように高度にコリメートされた光ビームを生成する。同様に図３ｂに示されたプロット３２０からわかるように、各受光器１４８の受容角もまた、うまく選ばれた電子部品によってさらに狭くなる。その受容角の範囲は、受光器１４８の前方に直接コリメートバー１４９のコリメート穴１４９ａを設けることによって、さらに狭くなる。つまり入射角の大きな光ビームが遮断され、クロストークは抑制される。

図４からわかるように、ＰＣＢフレーム１４０は、取付フレーム１２０上に取り付けられる。たとえばＰＣＢフレーム１４０は、接合されているか、さもなければ側部から取付フレームに固定されてよい。光カーテンを実装するＰＣＢフレーム１４０が、取付フレーム１２０の隆起した外側縁部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ上に取り付けられるので、光カーテンは、取付フレーム１２０によって画定される内部開口領域１２６から十分に離間して配置される。従って外側フレームの開口領域１６６を通り抜けて移動する衝突物体１０（図４の矢印はこの移動を示唆している）は、光カーテンによって検出され、かつ、取付フレーム１２０の内部開口領域１２６を通り抜けて敏感な前面２５０で検出器２００と衝突する前に、物体１０は止まり得る。

外側フレーム１６０は、ばね１５０を介して、ＰＣＢフレーム１４０又は取付フレーム１２０に弾性的に取り付けられる。外側フレーム１６０を開放位置―つまり外側フレームが、下に位置するＰＣＢフレーム１４０上に取り付けられるマイクロスイッチに触れない（すなわち始動させない）位置―に保持するように構成される保持素子１５６（たとえばねじ）が供されてよい。外側フレーム１６０は２つの機能を有する。第１の機能は、物体１０が外側フレーム１６０に衝突することで（図４の矢印１２‘は外側フレームとの衝突を示している）、外側フレーム１６０がＰＣＢへ向かって移動し、マイクロスイッチが始動することによる検知機能である。

第２の機能は、外側フレームが、下に存在するＰＣＢフレーム１４０及び検出器２００を環境並びに物体の衝突から保護する機能である。特に物体の衝突は、外側フレーム１６０に取り付けられたばねによって弱められる。

図５と共に、上述の保護デバイス１００の利用についてさらに論じる。図５は、図４で表されている、エリア検出器２００を保護する方法の流れ図を表している。エリア検出器２００は、Ｘ線分析システム（図４には示されていない）で用いられるＸ線エリア検出器であってよい。

方法の第１段階Ｓ１０によると、保護デバイス１００は、エリア検出器２００の前方に取り付けられる。取付は、取付バー１３０ａ，１３０ｂの両方の上に配置される取付素子１３２ｂ，１３４ｂ（図４参照）を介して実行されてよい。図４では、右手側の取付バー１３０ｂ用の取付素子１３２ｂ、１３４ｂしか見えず、左手側の取付バー１３０ａ用の取付素子１３２ａ、１３４ａは隠れている。図４で表されているように、保護デバイス１００は、エリア検出器２００の前方に取り付けられている。その際フレーム状保護デバイス１００は、エリア検出器２００のわずかな周縁領域しか覆わず、敏感領域２５０を完全に開いたままにする。従って取り付けられた保護デバイス１００は、検出器２００の放射線検出に有害な影響を及ぼさない。しかも取付素子１３２ａ，１３２ｂの設計は、保護デバイス１００の全体が、検出器筐体の側部で着脱可能に取り付けられてよい。

保護デバイス１００が検出器２００の前方に取り付けられた後、後続の第２段階Ｓ２０では、保護デバイスは、エリア検出器１００と物体１０との間で起こり得る衝突を検出する。検出段階は、検出器の測定中及び／または初期の検出器調整処理中に連続的に実行されてよい。検出は、保護デバイス１００の第１センサユニット及び／又は第２センサユニットの信号の読み取り、並びに、第１センサユニット及び／又は第２センサユニットの読み取られた信号と、対応する参照信号（たとえば参照電圧）との比較を含んでよい。第１センサユニット及び／又は第２センサユニットの読み取られた信号が、対応する参照信号値からずれている場合、衝突警告信号及び／又は停止信号が、後続の第３段階Ｓ３０において生成されてよい。

図５に表された方法の一の実施形態によると、生成された停止信号は、エリア検出器を駆動させるように構成された少なくとも１つの駆動ユニットへ供されてよい（段階Ｓ４０）。停止信号を少なくとも１つの駆動ユニットへ供する段階は、少なくとも１つの駆動ユニットの少なくとも１つの論理ユニットへ信号を供する段階を含んでよい。少なくとも１つの論理ユニットは、少なくとも１つの駆動ユニットを制御し、かつ、停止信号の受信後に少なくとも１つの駆動ユニットを停止するように構成されてよい。

方法の段階Ｓ４０の代わりに又はＳ４０に加えて、物体が検出器２００に衝突する可能性があることをユーザーへ警告するため、生成された衝突警告信号がそのユーザーへ供されてよい。ユーザーは続いて検出器２００の移動を停止してよい。

上述の保護デバイス１００は、次のような利点を有する。保護デバイスのフレーム状設計は、容易に製造可能で、かつ、任意のエリア検出器（又は検出器筐体）上で設置可能である。さらに第１センサユニットの光エミッタ１４７と受光器１４８のみならず第２センサユニットのマイクロスイッチもすべてＰＣＢフレーム１４０上に統合されることで、保護デバイス１００は、検出器の構成要素が高度に統合されることを示している。従って、検出器の敏感な前面を保護するのにわずかな空間しか必要とせず、かつ、分析システム－たとえばＸ線分析システム－の機能を損なわない小型の設計が実現される。

Claims

物体との衝突からエリア検出器を保護するため、前記エリア検出器上に取付可能に設計され、かつ、前記エリア検出器上に取り付けられるように構成される保護デバイスであって、
保護される前記エリア検出器の周縁部表面の少なくとも一部を覆うように設計される取付フレーム、
前記取付フレーム上に配置されて、前記取付フレームによって囲まれる前記エリア検出器の内側領域で起こりうる前記物体の衝突を検出及び示唆するように構成される光カーテンを有する第１センサユニット、並びに、
前記取付フレーム上に配置されて、前記エリア検出器の前記周縁部表面で起こりうる前記物体の衝突を検出及び示唆するように構成される少なくとも１つのセンサを有する第２センサユニット、
を有する保護デバイス。
請求項１に記載の保護デバイスであって、保護されるべき前記エリア検出器は、Ｘ線分析システムの２ＤＸ線検出器である、保護デバイス。
請求項１又は２に記載の保護デバイスであって、前記物体は、Ｘ線発生装置、ゴニオメータ、又は、Ｘ線回折計の任意の他の可動部品である、保護デバイス。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、前記第１センサユニット及び前記第２センサユニットとやり取りする少なくとも１つの論理ユニットをさらに有し、
前記少なくとも１つの論理ユニットは、衝突する恐れがあることを示唆する少なくとも１つの信号を、前記第１センサユニット及び／又は前記第２センサユニットから受信する際に、前記物体並びに／又は前記エリア検出器のために衝突警告信号及び／若しくは停止信号を生成するように構成される、
保護デバイス。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、前記光カーテンの少なくとも１つの受光器が、少なくとも１つの関連する光エミッタによって放出される少なくとも１つの光ビームの中断又は減衰を検出するときに、起こり得る前記物体との衝突は示唆される、保護デバイス。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、
前記第１センサユニットの前記光カーテンは、複数の光エミッタ及び関連する受光器によって構成され、
前記複数の光エミッタ及び関連する受光器の配置は、前記複数の光エミッタの各々が、関連する受光器によって放出される光ビームを検出できるようになされる、
保護デバイス。
請求項６に記載の保護デバイスであって、光エミッタと受光器の隣接する対は、要求される空間分解能を備える光カーテンを構成するように配置される、保護デバイス。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、
前記第１センサユニットは、コリメートバーをさらに有し、
前記コリメートバーは、前記複数の光エミッタと複数の受光器と一致する複数の穴を備え、前記複数の光エミッタの各々の各光ビームを個別にコリメートし、前記複数の受光器の各々の受容角を個別にコリメートするために供される、
保護デバイス。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、
前記第２センサユニットの前記少なくとも１つのセンサは、前記エリア検出器の周縁部表面に沿って起こり得る前記物体の衝突を検出するように、前記取付フレーム上で構成及び配置される近接センサである、
保護デバイス。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、
前記第２センサユニットは、可動外側フレーム、及び、前記少なくとも１つのセンサとして少なくとも１つの検知スイッチを有し、
前記外側フレームは、前記取付フレーム及び前記第１センサユニットを少なくとも部分的に覆うように設計され、
前記第２センサユニットは、衝突する前記物体が、前記外側フレームを前記取付フレームへ向けて動かすことで前記少なくとも１つの検知スイッチを始動させるときに、前記エリア検出器の周縁部表面で起こり得る前記物体の衝突を検出及び示唆するように構成される、
保護デバイス。
請求項１０に記載の保護デバイスであって、前記外側フレームと前記取付フレームとの間に配置される少なくとも１つの弾性取付部をさらに有し、
前記少なくとも１つの弾性取付部は、前記外側フレームが非始動位置と始動位置との間で移動可能となるように、前記取付フレームに対して前記外側フレームを弾性的に取り付けるように構成される、
保護デバイス。
請求項１０又は１１に記載の保護デバイスであって、前記少なくとも１つの検知スイッチは、前記外側フレームによって機械的に始動され、機械的始動の際に電気回路を閉じる、すなわち電気信号を生成するように構成される、保護デバイス。
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の保護デバイスであって、前記取付フレーム上に配置されるプリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに有し、
前記ＰＣＢは、フレーム形状を有し、
前記光カーテンの複数の光エミッタ及び関連する受光器は、前記ＰＣＢフレームの互いに反対側に位置するフレーム部上に配置される、
保護デバイス。
請求項１３に記載の保護デバイスであって、前記第２センサユニットの前記少なくとも１つのセンサは、前記ＰＣＢフレーム上に配置される、保護デバイス。
回折Ｘ線ビームを検出するように構成されるＸ線検出器システムであって、
検出器筐体及び該検出器筐体内に収容される少なくとも１つの２ＤＸ線センサを有するＸ線検出器、並びに、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の保護デバイス、
を有し、
当該保護デバイスは、物体－特にＸ線発生装置、ゴニオメータ、又は、Ｘ線回折計の他の可動部－との衝突から前記２ＤＸ線センサを保護するため、前記２ＤＸ線センサの前方に脱着可能なように取り付けられる、
Ｘ線検出器システム。
Ｘ線を発生させるように構成されるＸ線発生装置、及び、請求項１５に記載のＸ線検出器システムを有するＸ線分析システム。
物体の衝突からエリア検出器を保護する方法であって、
前記エリア検出器の前方に請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の保護デバイスを取り付ける段階、及び、
物体と移動可能な前記エリア検出器との間で起こり得る衝突を当該保護デバイスによって検出する段階、
を有する方法。
請求項１７に記載の方法であって、
衝突警告信号及び／又は停止信号を発生させる段階、並びに、
前記エリア検出器及び／又はゴニオメータと結合する少なくとも１つの駆動ユニットへ前記停止信号を供することで、前記エリア検出器及び／又はゴニオメータの移動を停止させる段階、
を有する方法。