分光器
【課題】簡単な構造でワーク領域を小さくでき、波長走査範囲の広い波長分散型の分光器を提供する。
【解決手段】試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２と、この分光素子５２をこの分光素子５２の表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と、分光素子５２で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nと、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と回転軸を共有し、複数の検出器を分光素子５２の回りで移動させる検出器回転機構（６１-2，６２-2）とを備える。検出器回転機構（６１-2，６２-2）のオフセット角度を変えることで、複数の検出器を切り替え可能とする。
【解決手段】試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２と、この分光素子５２をこの分光素子５２の表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と、分光素子５２で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nと、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と回転軸を共有し、複数の検出器を分光素子５２の回りで移動させる検出器回転機構（６１-2，６２-2）とを備える。検出器回転機構（６１-2，６２-2）のオフセット角度を変えることで、複数の検出器を切り替え可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等の波長分散型の分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨハンソン型の分光器は、図１６に示すように、分光素子１２ｅの結晶格子面がローランド円Ｑの半径Ｒの２倍の曲率半径２Ｒに湾曲され、分光素子１２ｅの表面形状は、ローランド円Ｑの半径Ｒと等しい曲率に研磨されている。円周角一定の定理から、試料１１ｅの励起線照射部位１０ｅを一方の焦点とすると、励起線照射部位１０ｅと、分光素子１２ｅの分光面と、検出器１３ｅによる検出点とが、ローランド円Ｑ上に位置すれば、分光素子１２ｅからの回折Ｘ線が、検出器１３ｅによる検出点で焦点を結ぶ。ヨハンソン型の分光器は、常に励起線照射部位１０ｅを含めた３点をローランド円Ｑ上に配置可能なように設計する必要があり、分光素子１２ｅによりローランド円Ｑの半径が決まってしまうので、試料１１ｅと分光素子１２ｅの間の距離を自由に選べない。このため、励起線照射部位１０ｅの位置も含めて分光器を設計する必要があり、ヨハンソン型の分光器を、既存の分析装置に新たに搭載することは困難である。又、分光素子１２ｅと、検出器１３ｅの位置を制御する必要があるため、装置が複雑になり、大型化する。
【０００３】
一方、図１７に示すように、試料１１ｆの励起線照射部位１０ｆから放出された特性Ｘ線を、ポリキャピラリレンズ１５ｆを用いて平行ビーム化し、平板型の分光素子１２ｆによって分光し、検出器１３ｆに入射させることによって分析を行う方法が考案されている（特許文献１参照）。この方式では、検出器１３ｆの検出点に焦点を結ぶ必要がなく、分光素子１２ｆ上のＸ線照射部位１２０ｆを中心に分光素子１２ｆを回転させ、検出器１３ｆを分光素子１２ｆの回転に連動させることにより分析を行うことができるので、装置の構造を小型化にできる。又、ポリキャピラリレンズ１５ｆから分光素子１２ｆまでの距離は、任意に設定可能であり、図１７に示す方式の分光器を、既存の分析装置に新たに搭載することが比較的容易である。
【０００４】
以上のような波長分散型のＸ線分光器の場合、１台の分光器に分光可能な波長範囲の異なる複数の分光結晶を搭載し、それらを切り替えることで分光できる波長範囲を広くしているが（特許文献２参照）、１台の分光器で更に広い波長範囲を分析するためには、検出可能な波長範囲の異なる複数の検出器を搭載し、切り替えて使用する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９４１６８号公報
【特許文献２】特開２００８−０２６２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、検出器の切り替えには複雑な構造が必要になるため、小型化が可能な実用に足るような分光器の構成は未だ提案されていない。
【０００７】
本発明は、簡単な構造でワーク領域を小さくでき、波長走査範囲の広い波長分散型の分光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の様態は、（ａ）試料から放出される試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、（ｂ）この分光素子をこの分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、（ｃ）分光素子で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、（ｄ）分光素子回転機構と回転軸を共有し、複数の検出器を分光素子の回りで移動させる検出器回転機構とを備え、検出器回転機構のオフセット角度を変えることで、複数の検出器を切り替え可能とした分光器であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の様態は、（ａ）試料から放出される試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、（ｂ）この分光素子をこの分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、（ｃ）分光素子で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、（ｄ）分光素子回転機構と回転軸を共有し、複数の検出器の何れかを搭載し、分光素子の回りで移動させる複数の検出器回転機構とを備え、複数の検出器回転機構を切り替えることで、複数の検出器を切り替え可能とした分光器であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構造でワーク領域を小さくでき、波長走査範囲の広い波長分散型の分光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置に用いる、レンズ部の構成の一例を説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るポリキャピラリレンズの構造を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る回転体駆動部の構成の一例を説明する模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る分光器における視射角及び回折角を説明する模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る検出器切り替え手段の論理構成の概略を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法に用いる、２台の検出器の間のオフセット角を説明する模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法において、切り替え前の第１の検出器によりＸ線を検出する様子を説明する模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法において、切り替え後の第２の検出器によりＸ線を検出する様子を説明する模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構造を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構造を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る分光器の基本的な構造を説明する模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る検出器切り替え手段の論理構成の概略を示すブロック図である。
【図１５】本発明のその他の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の励起線源及びレンズ部の一例を示す模式図である。
【図１６】従来のヨハンソン型の分光器を説明する基本的な模式図である。
【図１７】ポリキャピラリレンズを用いた分光器を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、装置の構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置として、図１に示すように、試料４３から放出されるＸ線を分析する分析ユニット４と、分析ユニット４の種々の動作を制御し、且つ分析ユニット４から得られたデータを解析、管理等をする制御解析装置２を備える電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）について例示的に説明する。
【００１４】
分析ユニット４は、図１に示すように、試料４３に向け励起線（電子線）Ｅを出射する励起線源（電子銃）４１と、励起線源４１と試料４３との間に位置し、試料４３上に励起線Ｅを集束し、走査するレンズ部４２と、試料４３を保持し、移動するステージ部４４と、励起線Ｅが照射された試料４３から放出されたＸ線を分光、検出する分光器５とを備える。レンズ部４２は例えば、図２に示すように、集束レンズ４２１、偏向コイル４２２、対物レンズ４２３等の電子レンズを備える。集束レンズ４２１及び対物レンズ４２３は、励起線Ｅを試料４３上に集束し、偏向コイル４２２は、励起線Ｅの照射方向を曲げ、試料４３上において、励起線Ｅを走査する。
【００１５】
励起線Ｅは、レンズ部４２が形成する磁場を通り、微小径に収束されて、ステージ部４４上に載置された試料４３の励起線照射部位４３０を照射する。試料４３の励起線照射部位４３０から試料４３の特性を示すＸ線が周囲に放出されるので、試料４３の近傍の上方には、図１に示すように、励起線照射部位４３０から放出されたＸ線を分光する分光器５が設置されている。ステージ部４４は図示を省略した駆動機構により水平方向に移動し、試料４３上の励起線照射部位４３０で励起線Ｅの照射位置が走査可能となっている。
【００１６】
第１の実施の形態に係る分光器５は、試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２と、この分光素子５２をこの分光素子５２の表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と、分光素子５２で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nと、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と回転軸を共有し、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを分光素子５２の回りで移動させる検出器回転機構（６１-2，６２-2）とを備え、検出器回転機構（６１-2，６２-2）のオフセット角度を変えることで、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを切り替え可能としている。図１に示すように、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）は、円盤状の第１の回転体６１-1と、第１の回転体６１-1を回転させる第１の回転体駆動機構６２-1とを備える。検出器回転機構（６１-2，６２-2）は、第２の回転体６１-2と、第２の回転体６１-2を回転させる第２の回転体駆動機構６２-2とを備える。第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2は、第１の回転体６１-1がなすゴニオメータ円の中心を通り、紙面に垂直な軸である回転軸６０を共有して回転する。
【００１７】
即ち、第１の実施の形態に係る分光器５は、励起線照射部位４３０から放出されたＸ線を平行ビーム化するポリキャピラリレンズ５１と、第１の回転体６１-1と第１の回転体６１-1より大きな半径を有する第２の回転体６１-2を有するゴニオメータ装置６と、第１の回転体６１-1の中央に搭載された分光素子５２と、第２の回転体６１-2の円周側に設けられ、それぞれ検出可能なＸ線の波長範囲の異なるｎ台（ｎは２以上の整数である。）の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nとを備える。
【００１８】
ポリキャピラリレンズ５１は、図３に示すように、内径が１〜１００μｍ程度の微小径のガラスキャピラリ（毛管）を１００本〜１００万本程度束ね、一端側は個々のキャピラリが焦点Ｆに向くようにすぼめられ、他端側は個々のキャピラリが平行になるように構成された光学素子である。試料４３の励起線照射部位４３０から放出されたＸ線は、励起線照射部位４３０が焦点Ｆと一致するように設置されたポリキャピラリレンズ５１の個々のキャピラリ内を全反射しつつ通過して平行化され、他端側においてＸ線の平行ビームを形成する。
【００１９】
第１の回転体駆動機構６２-1は、例えば図４に示すように、ステッピングモータ、サーボモータ等のアクチュエータ６２１と、アクチュエータ６２１によって回転されるウォーム（ねじ歯車）６２２と、ウォーム６２２と噛み合い、第１の回転体６１-1の周囲にリング状に設けられたウォームホイール（はすば歯車）６２３から構成可能である。第２の回転体駆動機構６２-2についても同様であり、第１の回転体駆動機構６２-1と第２の回転体駆動機構６２-2とは、それぞれ独立した駆動が可能である。第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2の動力伝達機構はウォームギアに限定されるものではなく、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2を高精度に駆動制御が可能である限り、他のギアセット、若しくはベルト・プーリ、チェーン・スプロケット等を採用してもよく、又、動力伝達機構を用いないダイレクトドライブ方式等を採用しても構わない。
【００２０】
ゴニオメータ装置６は、図示を省略したロータリエンコーダ等の角度検出器を内蔵し、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2の基準点からの回転角度を検出可能である。ゴニオメータ装置６の角度検出器により検出された角度情報は、信号化され制御解析装置２に入力される。
【００２１】
第１の実施の形態に係る分光器５に用いる分光素子５２は平板型であり、分光素子５２の表面が回転軸６０を含むように、第１の回転体６１-1の回転面に対して表面を垂直にして搭載されている。分光素子５２は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、フタル酸ルビジウム（ＲＡＰ）、フタル酸タリウム（ＴＡＰ）、ペンタエリスリトール（ＰＥＴ）、人工超格子分光素子（ＬＤＥ）、燐酸２水素アンモニウム（ＡＤＰ）、……等公知の種々の結晶から適宜選択して、切り替え可能である。分光素子５２は、例えば、四角柱や六角柱の各側面に結晶を貼り付け、角柱の中心軸に対して回転する機構を設け、角柱を回転させることにより分光に用いる結晶を切り替えるようにすればよい。角柱の軸の方向は、分光に用いる結晶の表面が回転軸６０を含むように搭載可能であれば、第１の回転体６１-1に対して垂直でもよいし、平行でもよい。ポリキャピラリレンズ５１によって平行ビーム化されたＸ線は、ポリキャピラリレンズ５１から分光素子５２の表面に向け出射される。分光素子５２への入射角の余角である視射角θは、第１の回転体６１-1の回転による分光素子５２の表面のポリキャピラリレンズ５１の軸方向に対する角度の制御によって変化する。
【００２２】
複数の検出器５３-1〜５３-nは、それぞれの検出方向を回転軸６０へ向け、相互間に所定のオフセット角を有して、第２の回転体６１-2に互いに干渉しないように配置されている。検出器５３-1〜５３-nが互いに干渉しない限り、検出器５３-1〜５３-nの個数は何台でも構わない。ポリキャピラリレンズ５１によって平行ビーム化されたＸ線が、分光素子５２で回折され、図示を省略した受光スリットを通過して複数の検出器５３-1〜５３-nの何れかにより検出される。このため、ポリキャピラリレンズ５１、分光素子５２、検出器５３-1〜５３-nは、回転軸６０の方向を法線方向とする同一平面上に位置することは勿論である。
【００２３】
例えば、分光素子５２を用いて波長走査を行う場合において、検出器５３-1は、図５に示すように、分光素子５２への視射角＝θの場合、分光素子５２への入射波の方向と、回折波の方向との間の角（以下において回折角という。）が２θとなるように、第２の回転体６１-2の回転によって移動される。つまり、視射角θを設定する第１の回転体６１-1に設置された分光素子５２の回転と、この回転に連動する第２の回転体６１-2に設置された検出器５３-1の回転により、回折角２θを制御して、倍角の関係を維持することによりブラッグの回折条件が満たされる。
【００２４】
検出器５３-1〜５３-nは、それぞれ測定するＸ線の波長に応じて、例えば、シンチレーションカウンター、ガスフロー型比例計数管（ＦＰＣ）、イグザトロン検出器、ＧｅやＣｄＺｎＴｅ等の半導体検出器等を用いればよい。
【００２５】
検出器５３-1〜５３-nによる検出信号は、制御解析装置２における信号処理により、例えば、波長走査に応じたＸ線スペクトルが作成され、更にこれに基づく定性分析や定量分析が可能である。又、励起線Ｅ若しくはステージ部４４による位置走査に応じて試料４３上の元素の含有量の分布（マッピング）画像を作成するようにすることもできる。
【００２６】
制御解析装置２は図１に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、角度情報記憶装置２７、分析情報記憶装置２８、入力装置２２、出力装置２３、表示装置２４、入出力制御部２１等を備えて、ノイマン型コンピュータのハードウェア構成をなしている。
【００２７】
制御解析装置２のプログラム記憶装置２５は、分析ユニット４の制御に必要な一連のプログラムを格納する。波長情報記憶装置２６は、複数の検出器５３-1〜５３-nが、それぞれ有する検出可能なＸ線の波長範囲と、使用した分光素子５２によって波長走査を行うことができる波長範囲とを格納する。角度情報記憶装置２７は、検出器５３-1〜５３-nの切り替え時に必要となる情報として、切り替え前後の視射角θ、回折角２θ、検出器５３-1〜５３-nの配置された角度差等を格納する。分析情報記憶装置２８は、分析対象や分光素子５２等の分析条件、分析に用いる検出器５３-1〜５３-nの他、分析を行った際の分析結果、分析日時等の情報を格納する。
【００２８】
入力装置２２、出力装置２３及び表示装置２４は、入出力制御部２１を介して、ＣＰＵ３とのデータの送受信を行う。図１において、入力装置２２はキーボード、マウス、ライトペン等で構成される。入力装置２２より分析実行者は、分析対象の元素、分光素子５２の種類、複数の検出器５３-1〜５３-nによる走査波長範囲、波長走査の際のステップ幅、等の分析条件の設定を行うことが可能である。更に、入力装置２２より、分析中止の命令、設定した各条件の修正等を行うことも可能である。又、出力装置２３及び表示装置２４は、それぞれ、プリンタ装置及びディスプレイ装置等により構成することが可能である。表示装置２４は分析条件設定画面、分析結果画面等を表示することができる。
【００２９】
制御解析装置２のＣＰＵ（中央演算処理装置）３は、励起線源４１の動作を制御する励起線源制御手段３１、レンズ部４２の動作を制御するレンズ部制御手段３２、ステージ部４４の動作を制御するステージ部制御手段３３、検出器５３-1〜５３-nからの検出信号を処理する検出信号処理手段３４、検出器５３-1〜５３-nの切り替えを制御する検出器切り替え手段３５等のハードウェア資源を論理構造として有する。検出器切り替え手段３５の詳細は、図６に示すように、ゴニオメータ装置６の第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2の駆動制御を行うゴニオメータ装置制御手段３５１と、検出器５３-1〜５３-nの切り替え時に必要となるゴニオメータ装置６の駆動量（回転角）を計算する駆動量処理手段３５２と、検出器５３-1〜５３-nの駆動制御を行う検出器制御手段３５３とを有する。
【００３０】
なお、図１のプログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、角度情報記憶装置２７、分析情報記憶装置２８は、論理構成を模式的に表示したものであり、現実の物理的構成としては、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６等の記憶内容は同一のハードウェアに格納されて構わない。例えば、角度情報記憶装置２７の記憶内容は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性の記憶装置からなる主記憶装置に格納することが可能で、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、分析情報記憶装置２８の記憶内容は、ハードディスク（ＨＤ）等の磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク等の不揮発性の記憶装置からなる補助記憶装置に格納することが可能である。補助記憶装置としては、その他、ＲＡＭディスク、ＩＣカード、フラッシュメモリーカード、ＵＳＢフラッシュメモリー、フラッシュディスク（ＳＳＤ）等が使用可能である。
【００３１】
図１に示すような、本発明の第１の実施の形態に係る分光器５によれば、以下に説明するような手順で波長範囲の異なる複数の検出器５３-1〜５３-nを切り替えて順次使用できる。
【００３２】
なお、図１に示す第１の実施の形態に係る分光器５は例示であり、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを搭載するギアを用い、このギアの中心軸中に分光素子５２を搭載するためのシャフトを通し、そのシャフトを大きなギアで回すような、他の構成であっても構わない。
【００３３】
−検出器切り替え方法−
図７のフローチャートを用いて、第１の実施の形態に係る分析方法の一例として、第１の検出器５３-1を用いて視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１で分析を行った後、第２の検出器５３-2に切り替えて視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥで分析を行う場合について例示的に説明する。図８に示すように、分光素子５２への入射波の方向を基準として、第１の検出器５３-1の回転角φ１、第２の検出器５３-2の回転角φ２とすれば、第１の検出器５３-1、第２の５３-2の間のオフセット角β＝φ１−φ２となる。：
（イ）先ず、ステップＳ１０１において、図１に示す入力装置２２を介して、分析に用いる検出器、試料４３の分析対象元素、分光素子５２の種類、走査波長範囲、波長ステップ幅、視射角θＳ，θ１，θ２，θＥ、回転角φ１，φ２等、分析に用いる種々の条件やパラメータを分析条件として設定する。設定された条件やパラメータは、分析情報記憶装置２８に格納され、視射角θＳ，θ１，θ２，θＥ、回転角φ１，φ２が角度情報記憶装置２７に格納される。
【００３４】
（ロ）ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき分析を行う。ゴニオメータ装置制御手段３５１が、第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2を駆動させ、図９に示すように、分光素子５２への視射角θ＝θＳ、第１の検出器５３-1の回転角φ１＝２θＳを初期値として、第１の回転体６１-1を例えば、時計方向に回転させ、この第１の回転体６１-1の回転に連動させて、第２の回転体６１-2を時計方向に回転させ、第１の検出器５３-1を用いて、視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１までの間時計方向に波長走査する。第１の検出器５３-1の時計方向の波長走査が終了すると、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき、第２の検出器５３-2に切り替えて分析を行うか否かを決定する。第２の検出器５３-2に切り替える場合は、ステップＳ１０４に進む。
【００３５】
（ハ）ステップＳ１０４において、第２の検出器５３-2に切り替えるためのゴニオメータ装置６の駆動量を取得する。駆動量処理手段３５２は、角度情報記憶装置２７から視射角θ２，θＥ、回転角φ１，φ２を読み出し、ゴニオメータ装置６に必要な駆動量である回転角を算出し、角度情報記憶装置２７に格納し、ゴニオメータ装置制御手段３５１が、角度情報記憶装置２７からゴニオメータ装置６に必要な回転角を読み出す。
【００３６】
（ニ）ステップＳ１０５において、ゴニオメータ装置制御手段３５１は、第1の回転体６１-1と第２の回転体６１-2を連動させて回転させθ＝θ２，φ１＝２θ２とした後、第２の回転体駆動機構６２-2を介して、第２の回転体６１-2を、オフセット角βだけ時計方向に進行させ、第２の検出器５３-2の回転角φ２＝２θ２とする。更に、検出器制御手段３５３によって、検出器５３-1の動作を停止し、検出器５３-2の動作を開始し、検出器５３-2からの検出信号を制御解析装置２に出力するように切り替える。
【００３７】
（ホ）ステップＳ１０６に進み、ゴニオメータ装置制御手段３５１が、第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2を駆動させ、図１０に示すように、検出器５３-2を用いて、視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥまでの間波長走査する。検出器５３-2での波長走査が終了すると、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき、更に次の検出器に切り替えて次の波長範囲の分析を続けるか否かを決定する。次の波長範囲の分析を行わない場合は終了する。
【００３８】
上記の説明は、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2が時計方向に回転して、時計方向に波長走査する場合について説明したが、反時計方向に波長走査をする場合は、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2を反時計方向に回転させ、視射角θのとき回折角２θとなるようにすればよい。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図１に示す第１の実施の形態に係る分光器の構成は例示であり、ゴニオメータ装置６は、図１１に示すように、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）を備え、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）にそれぞれ検出器を備えるようにしてもよい。
【００４０】
即ち、本発明の第２の実施の形態に係る分光器５ａは、図１１に示すように、試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２ａと、この分光素子５２ａをこの分光素子５２ａの表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）と、分光素子５２ａで回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）と、分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）と回転軸を共有し、複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）の何れかを搭載し、分光素子５２ａの回りで移動させる複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）とを備え、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）を切り替えることで、複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）を切り替え可能としている点で第１の実施の形態と異なる。分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）は、図１１に示すように、円盤状の第１の回転体６１-1aと、第１の回転体６１-1aを回転させる第１の回転体駆動機構６２-1aとを備える。第１の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a）は、第２の回転体６１-2aと、第２の回転体６１-2aを回転させる第２の回転体駆動機構６２-2aとを備え、第２の検出器回転機構（６１-3a，６２-3a）は、第３の回転体６１-3aと、第３の回転体６１-3aを回転させる第３の回転体駆動機構６２-3aとを備える。
【００４１】
具体的には、図１１に示すように、第２の回転体６１-2上にｎ台（ｎは１以上の整数である。）の検出器５３-1ａ〜５３-nａを、第３の回転体６１-3上にｍ台（ｍは１以上の整数である。）の検出器５４-1ａ〜５４-mａを備える。
【００４２】
図１１に示すように、第２の回転体６１-2ａは、第１の回転体６１-1より大きな半径を有し、第３の回転体６１-3ａは、第２の回転体６１-2ａより大きな半径を有する。第１の回転体６１-1ａ、第２の回転体６１-2ａ、第３の回転体６１-3ａは、それぞれ第１の回転体６１-1ａがなすゴニオメータ円の中心を通り、紙面に垂直な回転軸６０ａを共有して回転する。第３の回転体駆動機構６２-3ａは、第１の回転体駆動機構６２-1ａ、第２の回転体駆動機構６２-2ａと同様な基本構成となっており、第１の回転体駆動機構６２-1ａ、第２の回転体駆動機構６２-2ａ、第３の回転体駆動機構６２-3ａは、互いに独立した高精度な駆動制御が可能である。
【００４３】
なお、図１１においては、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）として、第１の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a）及び第２の検出器回転機構（６１-3a，６２-3a）の２つの検出器回転機構を例示しているが、検出器回転機構は２つに限定されるものではなく、検出器回転機構は３つ以上でも構わない。即ち、第２の実施の形態のゴニオメータ装置６ａが４枚以上の回転体を備え、それぞれの回転体に検出器を備えるようにしてもよい。
【００４４】
図１１に示すように、検出器５４-1ａ〜５４-mａは、検出器５３-1〜５３-nと同様に、ｍが２以上の場合は、それぞれの検出方向を回転軸６０ａへ向け、互いに干渉しないように相互間に所定の角度差を有して、第３の回転体６１-3ａに配設される。ポリキャピラリレンズ５１ａによって平行ビーム化されたＸ線等の電磁波が、分光素子５２ａで回折され、図示を省略したスリットを通過して検出器５３-1ａ〜５３-nａ，５４-1ａ〜５４-mａによって検出可能なように、ポリキャピラリレンズ５１ａ、分光素子５２ａ、検出器５３-1ａ〜５３-nａ，５４-1ａ〜５４-mａは、回転軸６０ａに対して垂直な同一平面上に位置する。
【００４５】
例えば、定性分析や定量分析等のための波長走査を、検出器５３-1ａを用いて視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１までの間行った後、検出器５４-1ａに切り替えて視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥまでの間行う場合において、分光素子５２ａへの入射波の方向を基準として、切り替え前に用いる検出器５３-1ａの回転角φ１、切り替え後に用いる検出器５４-1ａの回転角φ２とすると、第２の回転体６１-2ａに設置された検出器５３-1ａと、第３の回転体６１-3ａに設置された検出器５４-1ａとは、互いに独立した回転が可能なため、検出器５３-1ａによる波長走査の最中に、検出器５４-1ａの回転角φ２＝２θ２として待機させておくことが可能となり、より迅速な分析を行うことができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
分光素子は、第１及び第２の実施の形態で説明したような平板型に限定されるものではない。本発明の第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の分析ユニット４ｂは、図１２に示すように、湾曲型の分光素子５２ｂによって分光を行うヨハンソン型の分光器５ｂを備える。背景技術の欄で説明したように、分光素子５２ｂの表面の曲率半径Ｒと等しい半径Ｒを有するローランド円Ｑ上に、試料４３ｂの励起線照射部位４３０ｂと、格子面の曲率半径２Ｒの分光素子５２ｂと、検出点とが位置する必要がある。このため、第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置においては、励起線照射部位４３０ｂから分光素子５２ｂまでの距離と、分光素子５２ｂからｎ台の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる検出点までの距離とがローランド円Ｑを基準として調節される。
【００４７】
例えば、図１３に示すように、第３の実施の形態に係る分光器は、励起線照射部位４３０ｂと、湾曲型の分光素子５２ｂと、受光スリット５９ｂとをローランド円Ｑの外周に配置する第１の回転体６１-1ｂと、検出可能な波長範囲の異なる複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂ（図１２及び図１３では、２台の検出器５３-1ｂ，５３-2ｂのみ図示している。）を配置するように、第１の回転体６１-1ｂと同一の回転中心を有し、第１の回転体６１-1ｂより大きな半径を有し、第１の回転体６１-1ｂよりも紙面の奥に位置する円盤状の第２の回転体６１-2ｂとを備える。第２の回転体６１-2ｂには、第２の回転体６１-2ｂを回転させる第２の回転体駆動機構６２-2ｂが設けられている。図１３に示すような構成にすれば、主アーム６３ｂの一端側（図１３において左側の端部側）は、ローランド円Ｑの回転軸６０ｂに平行な励起線照射部位４３０ｂを通る軸を回転軸としてローランド円Ｑに固定され、他端側（図１３において右側の端部側）はローランド円Ｑの中心となる回転軸６０ｂを、ローランド円Ｑが回転するように支持する。位置を固定された励起線照射部位４３０ｂが、常にローランド円Ｑの円周上に位置し、主アーム６３ｂの回転により移動する回転軸６０ｂには、補助アーム６４ｂの一方の端部が固定され、補助アーム６４ｂにより距離Ｒを隔てた補助アーム６４ｂの他端側がローランド円Ｑの円周上に位置するように、受光スリット５９ｂがローランド円Ｑ上に設置されている。検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる検出点Ｄは、受光スリット５９ｂのスリット部に近似することが可能なので、検出点Ｄは、補助アーム６４ｂにより、常にローランド円Ｑの円周上に位置する。
【００４８】
湾曲型の分光素子５２ｂは、分光素子５２ｂの法線方向がローランド円Ｑの回転軸６０ｂに向かうように、分光素子ホルダ６５ｂを介してローランド円Ｑである第１の回転体６１-1ｂの円周上に回転可能に、且つ、円周上をスライドするように設置されている。分光素子５２ｂは、分光素子駆動機構５５ｂにより、分光素子ガイド５６ｂに沿って直線駆動されることにより、ローランド円Ｑの円周上をスライドする。分光素子ガイド５６ｂは、励起線Ｅが照射される試料４３ｂの表面に対して一定の角度を維持して、分光素子５２ｂが直線移動するので、励起線照射部位４３０ｂと、分光素子５２ｂの表面を通る分光素子中心軸５２０ｂの距離が変化すると、ローランド円Ｑの中心である回転軸６０ｂが、励起線照射部位４３０ｂを中心として回転する。
【００４９】
分光素子駆動機構５５ｂは、図１３に示すように、分光素子ホルダ６５ｂに保持された分光素子５２ｂがローランド円Ｑの円周上をスライドするように、分光素子中心軸５２０ｂを中心に回転する。
【００５０】
受光スリット５９ｂは、受光スリット駆動機構５７ｂにより、ローランド円Ｑの円周上に受光スリット５９ｂの回転中心がスライドするように固定されながら受光スリットガイド５８ｂに沿って直線移動される。受光スリットガイド５８ｂは、受光スリット５９ｂを駆動させる際の直線移動のガイドであり、常に受光スリット５９ｂを通る光軸が分光素子中心軸５２０ｂの方向を向くように設定されている。分光素子５２ｂからの回折Ｘ線が、受光スリット５９ｂを通過し、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかによって検出されるように、受光スリットガイド５８ｂは、分光素子中心軸５２０ｂ、受光スリット５９ｂ、及び検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかが一直線上に保持する。
【００５１】
複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂは、それぞれ検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂに保持され、互いに干渉しないように相互間に所定の角度差を有して、分光素子ガイド５６ｂ、受光スリットガイド５８ｂよりも紙面の奥の方で回転する第２の回転体６１-2ｂの円周側に配設されている。検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂは、それぞれ第２の回転体６１-2ｂと平行な面で回転（自転）可能であり、第２の回転体６１-2ｂの回転（公転）に伴い、検出に用いる検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの検出方向を受光スリット５９ｂに向くように制御する。
【００５２】
検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂのそれぞれは、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかを受光スリットガイド５８ｂに順次脱着させるため、図示を省略した駆動機構により、紙面に垂直方向の移動が可能である。受光スリットガイド５８ｂは、検出器の位置の下面に開口部を有し、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかを選択して受光スリットガイド５８ｂに順次開口部を介して脱着させる際、選択された検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかと、受光スリットガイド５８ｂの開口部との位置合わせは、第２の回転体駆動機構６２-2ｂによる第２の回転体６１-2ｂの回転によって行われる。
【００５３】
図１３で第２の回転体６１-2ｂは紙面の奥に位置するが、測定時（分析時）において、Ｘ線が分光素子５２ｂで回折され、受光スリット５９ｂで焦点を結び、検出点Ｄを複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかによって順次検出可能なように、励起線照射部位４３０ｂ、分光素子５２ｂ、検出点Ｄは、同一平面をなすローランド円Ｑの円周上にそれぞれ位置する。
【００５４】
第３の実施の形態に係る制御解析装置２のＣＰＵ３が論理構造として有する検出器切り替え手段３５ｂは、図１４に示すように、ゴニオメータ装置６ｂの第２の回転体駆動機構６２-2ｂの駆動制御を行うゴニオメータ装置制御手段３５１ｂと、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの切り替え時に必要となる分光器５ｂの駆動量を計算する駆動量処理手段３５２ｂと、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの駆動制御を行う検出器制御手段３５３ｂと、分光素子駆動機構５５ｂ、受光スリット駆動機構５７ｂを駆動制御する分光器制御手段３５５ｂとを備える。試料４３ｂの励起線照射部位４３０ｂと、分光素子５２ｂの分光面と、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる受光スリット５９ｂの検出点Ｄとは、主アーム６３ｂ、補助アーム６４ｂ、分光素子駆動機構５５ｂ、受光スリット駆動機構５７ｂ、第２の回転体駆動機構６２-2ｂによって、常にローランド円Ｑの円周上に位置するように、試料４３ｂから分光素子５２ｂまでの距離と、分光素子５２ｂから検出点Ｄまでの距離とが等しくなるように制御され、このまま、視射角θと回折角２θとが倍角の関係でブラッグの回折条件を満たすので、Ｘ線の波長走査が達成される。
【００５５】
例えば、第１の検出器５３-1ｂと第２の検出器５３-2ｂとが、回転軸６０ｂに対してオフセット角βを有して配置され、第１の検出器５３-1ｂを用いて分析を行った後、第２の検出器５３-2ｂに切り替えて分析を行う場合において、第１の検出器５３-1ｂによる検出が終了すると、第１の検出器５３-1ｂは、受光スリットガイド５８ｂの開口部から紙面の奥に下がることにより、受光スリットガイド５８ｂから離脱される。第２の回転体駆動機構６２-2ｂにより第２の回転体６１-2ｂをオフセット角βだけ回転させることによって、第２の検出器５３-2ｂと受光スリットガイド５８ｂの開口部との位置合わせが行われる。第２の検出器５３-2ｂが、紙面の奥から上昇して開口部から受光スリットガイド５８ｂの内部に挿入されることによって受光スリットガイド５８ｂに装着され、第２の検出器５３-2ｂによる検出が可能となる。
【００５６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５７】
例えば、第１及び第２の実施の形態の説明においては、ゴニオメータ装置６，６ａが備える複数の回転体の形状は、円盤状に限るものでない。分光素子５２の表面が回転軸６０を含み、複数の検出器が検出方向を回転軸６０に向くように配設可能であれば、リング状、棒状等であっても構わない。例えば、棒状の回転体を、回転軸６０と一致するように装置し、先端に分光素子５２を搭載するようにしてもよい。
【００５８】
又、第３の実施の形態においては、ゴニオメータ装置６ｂが備える回転体の数は２枚に限られるものでなく、第２の実施の形態の形態に示すように、３枚以上の回転体を備え、それぞれの回転体に検出器を備えるようにしてもよい。
【００５９】
更に、第１〜第３の実施の形態の説明においては、検出器として、ＣＣＤ検出器、フォトダイオード、光電子増倍管等を備えることによって、Ｘ線以外の波長、即ち波長０．１〜０．０１ｎｍ以下のγ線或いは波長１０ｎｍ以上の紫外線の波長の電磁波を検出することができ、分光素子として、様々な分光結晶、回折格子、反射鏡等を分光素子ホルダに備え、分光素子を適宜選択し、変更可能にすることにより、広範な分析対象についてより多くの分析を行うことができる。例えば、分光素子５２を回折格子とし、ＣＣＤ検出器によりカソードルミネッセンス等を検出する構成としてもよい。
【００６０】
又、第１〜第３実施の形態の説明においては、励起線源４１及びレンズ部４２は、電子銃及び電子レンズに限るものでなく、図１５に示すように、Ｘ線源４１ｄと、試料４３ｄの励起線照射部位４３０ｄに焦点を合わせたポリキャピラリレンズ４２ｄとを採用した蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）装置であっても、同様なシステムが構築可能であり、同様な方法が実施可能で、更に、同様な作用効果が得られることは、上記の説明から明らかであろう。
【００６１】
又、第１〜第３実施の形態の説明においては、励起線としてイオンビームを用いた粒子線励起Ｘ線分析（ＰＩＸＥ）装置等、波長分散型の分光器を用いた他の分析装置であっても、同様なシステムが構築可能であり、同様な方法が実施可能で、更に、同様な作用効果が得られることは、上記の説明から明らかであろう。
【００６２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６３】
Ｑ…ローランド円
２…制御解析装置
３…ＣＰＵ
４，４ｂ…分析ユニット
５，５ａ，５ｂ…分光器
６，６ａ，６ｂ…ゴニオメータ装置
１０ｅ，１０ｆ，４３０，４３０ｂ，４３０ｄ…励起線照射部位
１１ｅ，１１ｆ，４３，４３ｂ，４３ｄ…試料
１２ｅ，１２ｆ，５２，５２ａ，５２ｂ…分光素子
１３ｅ，１３ｆ，５３-1〜５３-n，５４-1〜５４-m…検出器
１５ｆ，４２ｄ，５１，５１ａ…ポリキャピラリレンズ
２１…入出力制御部
２２…入力装置
２３…出力装置
２４…表示装置
２５…プログラム記憶装置
２６…波長情報記憶装置
２７…角度情報記憶装置
２８…分析情報記憶装置
３１…励起線源制御手段
３２…レンズ部制御手段
３３…ステージ部制御手段
３４…検出信号処理手段
３５，３５ｂ…検出器切り替え手段
４１…励起線源
４１ｄ…Ｘ線源
４２…レンズ部
４４…ステージ部
５５ｂ…分光素子駆動機構
５６ｂ…分光素子ガイド
５７ｂ…受光スリット駆動機構
５８ｂ…受光スリットガイド
５９ｂ…受光スリット
６０，６０ａ，６０ｂ…回転軸
６１-1…第１の回転体
６１-2…第２の回転体
６１-3…第３の回転体
６２-1…第１の回転体駆動機構
６２-2…第２の回転体駆動機構
６２-3…第３の回転体駆動機構
６３ｂ…主アーム
６４ｂ…補助アーム
６５ｂ…分光素子ホルダ
６６-1ｂ〜６６-nｂ…検出器ホルダ
３５１，３５１ｂ…ゴニオメータ装置制御手段
３５２，３５２ｂ…駆動量処理手段
３５３，３５３ｂ…検出器制御手段
３５５ｂ…分光器制御手段
４２１…集束レンズ
４２２…偏向コイル
４２３…対物レンズ
５２０ｂ…分光素子中心軸
６２１…アクチュエータ
６２２…ウォーム
６２３…ウォームホイール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等の波長分散型の分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨハンソン型の分光器は、図１６に示すように、分光素子１２ｅの結晶格子面がローランド円Ｑの半径Ｒの２倍の曲率半径２Ｒに湾曲され、分光素子１２ｅの表面形状は、ローランド円Ｑの半径Ｒと等しい曲率に研磨されている。円周角一定の定理から、試料１１ｅの励起線照射部位１０ｅを一方の焦点とすると、励起線照射部位１０ｅと、分光素子１２ｅの分光面と、検出器１３ｅによる検出点とが、ローランド円Ｑ上に位置すれば、分光素子１２ｅからの回折Ｘ線が、検出器１３ｅによる検出点で焦点を結ぶ。ヨハンソン型の分光器は、常に励起線照射部位１０ｅを含めた３点をローランド円Ｑ上に配置可能なように設計する必要があり、分光素子１２ｅによりローランド円Ｑの半径が決まってしまうので、試料１１ｅと分光素子１２ｅの間の距離を自由に選べない。このため、励起線照射部位１０ｅの位置も含めて分光器を設計する必要があり、ヨハンソン型の分光器を、既存の分析装置に新たに搭載することは困難である。又、分光素子１２ｅと、検出器１３ｅの位置を制御する必要があるため、装置が複雑になり、大型化する。
【０００３】
一方、図１７に示すように、試料１１ｆの励起線照射部位１０ｆから放出された特性Ｘ線を、ポリキャピラリレンズ１５ｆを用いて平行ビーム化し、平板型の分光素子１２ｆによって分光し、検出器１３ｆに入射させることによって分析を行う方法が考案されている（特許文献１参照）。この方式では、検出器１３ｆの検出点に焦点を結ぶ必要がなく、分光素子１２ｆ上のＸ線照射部位１２０ｆを中心に分光素子１２ｆを回転させ、検出器１３ｆを分光素子１２ｆの回転に連動させることにより分析を行うことができるので、装置の構造を小型化にできる。又、ポリキャピラリレンズ１５ｆから分光素子１２ｆまでの距離は、任意に設定可能であり、図１７に示す方式の分光器を、既存の分析装置に新たに搭載することが比較的容易である。
【０００４】
以上のような波長分散型のＸ線分光器の場合、１台の分光器に分光可能な波長範囲の異なる複数の分光結晶を搭載し、それらを切り替えることで分光できる波長範囲を広くしているが（特許文献２参照）、１台の分光器で更に広い波長範囲を分析するためには、検出可能な波長範囲の異なる複数の検出器を搭載し、切り替えて使用する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９４１６８号公報
【特許文献２】特開２００８−０２６２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、検出器の切り替えには複雑な構造が必要になるため、小型化が可能な実用に足るような分光器の構成は未だ提案されていない。
【０００７】
本発明は、簡単な構造でワーク領域を小さくでき、波長走査範囲の広い波長分散型の分光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の様態は、（ａ）試料から放出される試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、（ｂ）この分光素子をこの分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、（ｃ）分光素子で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、（ｄ）分光素子回転機構と回転軸を共有し、複数の検出器を分光素子の回りで移動させる検出器回転機構とを備え、検出器回転機構のオフセット角度を変えることで、複数の検出器を切り替え可能とした分光器であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の様態は、（ａ）試料から放出される試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、（ｂ）この分光素子をこの分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、（ｃ）分光素子で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、（ｄ）分光素子回転機構と回転軸を共有し、複数の検出器の何れかを搭載し、分光素子の回りで移動させる複数の検出器回転機構とを備え、複数の検出器回転機構を切り替えることで、複数の検出器を切り替え可能とした分光器であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構造でワーク領域を小さくでき、波長走査範囲の広い波長分散型の分光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置に用いる、レンズ部の構成の一例を説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るポリキャピラリレンズの構造を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る回転体駆動部の構成の一例を説明する模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る分光器における視射角及び回折角を説明する模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る検出器切り替え手段の論理構成の概略を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法に用いる、２台の検出器の間のオフセット角を説明する模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法において、切り替え前の第１の検出器によりＸ線を検出する様子を説明する模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る分析方法において、切り替え後の第２の検出器によりＸ線を検出する様子を説明する模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構造を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の基本的な構造を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る分光器の基本的な構造を説明する模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る検出器切り替え手段の論理構成の概略を示すブロック図である。
【図１５】本発明のその他の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の励起線源及びレンズ部の一例を示す模式図である。
【図１６】従来のヨハンソン型の分光器を説明する基本的な模式図である。
【図１７】ポリキャピラリレンズを用いた分光器を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、装置の構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置として、図１に示すように、試料４３から放出されるＸ線を分析する分析ユニット４と、分析ユニット４の種々の動作を制御し、且つ分析ユニット４から得られたデータを解析、管理等をする制御解析装置２を備える電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）について例示的に説明する。
【００１４】
分析ユニット４は、図１に示すように、試料４３に向け励起線（電子線）Ｅを出射する励起線源（電子銃）４１と、励起線源４１と試料４３との間に位置し、試料４３上に励起線Ｅを集束し、走査するレンズ部４２と、試料４３を保持し、移動するステージ部４４と、励起線Ｅが照射された試料４３から放出されたＸ線を分光、検出する分光器５とを備える。レンズ部４２は例えば、図２に示すように、集束レンズ４２１、偏向コイル４２２、対物レンズ４２３等の電子レンズを備える。集束レンズ４２１及び対物レンズ４２３は、励起線Ｅを試料４３上に集束し、偏向コイル４２２は、励起線Ｅの照射方向を曲げ、試料４３上において、励起線Ｅを走査する。
【００１５】
励起線Ｅは、レンズ部４２が形成する磁場を通り、微小径に収束されて、ステージ部４４上に載置された試料４３の励起線照射部位４３０を照射する。試料４３の励起線照射部位４３０から試料４３の特性を示すＸ線が周囲に放出されるので、試料４３の近傍の上方には、図１に示すように、励起線照射部位４３０から放出されたＸ線を分光する分光器５が設置されている。ステージ部４４は図示を省略した駆動機構により水平方向に移動し、試料４３上の励起線照射部位４３０で励起線Ｅの照射位置が走査可能となっている。
【００１６】
第１の実施の形態に係る分光器５は、試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２と、この分光素子５２をこの分光素子５２の表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と、分光素子５２で回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nと、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）と回転軸を共有し、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを分光素子５２の回りで移動させる検出器回転機構（６１-2，６２-2）とを備え、検出器回転機構（６１-2，６２-2）のオフセット角度を変えることで、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを切り替え可能としている。図１に示すように、分光素子回転機構（６１-1，６２-1）は、円盤状の第１の回転体６１-1と、第１の回転体６１-1を回転させる第１の回転体駆動機構６２-1とを備える。検出器回転機構（６１-2，６２-2）は、第２の回転体６１-2と、第２の回転体６１-2を回転させる第２の回転体駆動機構６２-2とを備える。第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2は、第１の回転体６１-1がなすゴニオメータ円の中心を通り、紙面に垂直な軸である回転軸６０を共有して回転する。
【００１７】
即ち、第１の実施の形態に係る分光器５は、励起線照射部位４３０から放出されたＸ線を平行ビーム化するポリキャピラリレンズ５１と、第１の回転体６１-1と第１の回転体６１-1より大きな半径を有する第２の回転体６１-2を有するゴニオメータ装置６と、第１の回転体６１-1の中央に搭載された分光素子５２と、第２の回転体６１-2の円周側に設けられ、それぞれ検出可能なＸ線の波長範囲の異なるｎ台（ｎは２以上の整数である。）の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nとを備える。
【００１８】
ポリキャピラリレンズ５１は、図３に示すように、内径が１〜１００μｍ程度の微小径のガラスキャピラリ（毛管）を１００本〜１００万本程度束ね、一端側は個々のキャピラリが焦点Ｆに向くようにすぼめられ、他端側は個々のキャピラリが平行になるように構成された光学素子である。試料４３の励起線照射部位４３０から放出されたＸ線は、励起線照射部位４３０が焦点Ｆと一致するように設置されたポリキャピラリレンズ５１の個々のキャピラリ内を全反射しつつ通過して平行化され、他端側においてＸ線の平行ビームを形成する。
【００１９】
第１の回転体駆動機構６２-1は、例えば図４に示すように、ステッピングモータ、サーボモータ等のアクチュエータ６２１と、アクチュエータ６２１によって回転されるウォーム（ねじ歯車）６２２と、ウォーム６２２と噛み合い、第１の回転体６１-1の周囲にリング状に設けられたウォームホイール（はすば歯車）６２３から構成可能である。第２の回転体駆動機構６２-2についても同様であり、第１の回転体駆動機構６２-1と第２の回転体駆動機構６２-2とは、それぞれ独立した駆動が可能である。第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2の動力伝達機構はウォームギアに限定されるものではなく、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2を高精度に駆動制御が可能である限り、他のギアセット、若しくはベルト・プーリ、チェーン・スプロケット等を採用してもよく、又、動力伝達機構を用いないダイレクトドライブ方式等を採用しても構わない。
【００２０】
ゴニオメータ装置６は、図示を省略したロータリエンコーダ等の角度検出器を内蔵し、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2の基準点からの回転角度を検出可能である。ゴニオメータ装置６の角度検出器により検出された角度情報は、信号化され制御解析装置２に入力される。
【００２１】
第１の実施の形態に係る分光器５に用いる分光素子５２は平板型であり、分光素子５２の表面が回転軸６０を含むように、第１の回転体６１-1の回転面に対して表面を垂直にして搭載されている。分光素子５２は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、フタル酸ルビジウム（ＲＡＰ）、フタル酸タリウム（ＴＡＰ）、ペンタエリスリトール（ＰＥＴ）、人工超格子分光素子（ＬＤＥ）、燐酸２水素アンモニウム（ＡＤＰ）、……等公知の種々の結晶から適宜選択して、切り替え可能である。分光素子５２は、例えば、四角柱や六角柱の各側面に結晶を貼り付け、角柱の中心軸に対して回転する機構を設け、角柱を回転させることにより分光に用いる結晶を切り替えるようにすればよい。角柱の軸の方向は、分光に用いる結晶の表面が回転軸６０を含むように搭載可能であれば、第１の回転体６１-1に対して垂直でもよいし、平行でもよい。ポリキャピラリレンズ５１によって平行ビーム化されたＸ線は、ポリキャピラリレンズ５１から分光素子５２の表面に向け出射される。分光素子５２への入射角の余角である視射角θは、第１の回転体６１-1の回転による分光素子５２の表面のポリキャピラリレンズ５１の軸方向に対する角度の制御によって変化する。
【００２２】
複数の検出器５３-1〜５３-nは、それぞれの検出方向を回転軸６０へ向け、相互間に所定のオフセット角を有して、第２の回転体６１-2に互いに干渉しないように配置されている。検出器５３-1〜５３-nが互いに干渉しない限り、検出器５３-1〜５３-nの個数は何台でも構わない。ポリキャピラリレンズ５１によって平行ビーム化されたＸ線が、分光素子５２で回折され、図示を省略した受光スリットを通過して複数の検出器５３-1〜５３-nの何れかにより検出される。このため、ポリキャピラリレンズ５１、分光素子５２、検出器５３-1〜５３-nは、回転軸６０の方向を法線方向とする同一平面上に位置することは勿論である。
【００２３】
例えば、分光素子５２を用いて波長走査を行う場合において、検出器５３-1は、図５に示すように、分光素子５２への視射角＝θの場合、分光素子５２への入射波の方向と、回折波の方向との間の角（以下において回折角という。）が２θとなるように、第２の回転体６１-2の回転によって移動される。つまり、視射角θを設定する第１の回転体６１-1に設置された分光素子５２の回転と、この回転に連動する第２の回転体６１-2に設置された検出器５３-1の回転により、回折角２θを制御して、倍角の関係を維持することによりブラッグの回折条件が満たされる。
【００２４】
検出器５３-1〜５３-nは、それぞれ測定するＸ線の波長に応じて、例えば、シンチレーションカウンター、ガスフロー型比例計数管（ＦＰＣ）、イグザトロン検出器、ＧｅやＣｄＺｎＴｅ等の半導体検出器等を用いればよい。
【００２５】
検出器５３-1〜５３-nによる検出信号は、制御解析装置２における信号処理により、例えば、波長走査に応じたＸ線スペクトルが作成され、更にこれに基づく定性分析や定量分析が可能である。又、励起線Ｅ若しくはステージ部４４による位置走査に応じて試料４３上の元素の含有量の分布（マッピング）画像を作成するようにすることもできる。
【００２６】
制御解析装置２は図１に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、角度情報記憶装置２７、分析情報記憶装置２８、入力装置２２、出力装置２３、表示装置２４、入出力制御部２１等を備えて、ノイマン型コンピュータのハードウェア構成をなしている。
【００２７】
制御解析装置２のプログラム記憶装置２５は、分析ユニット４の制御に必要な一連のプログラムを格納する。波長情報記憶装置２６は、複数の検出器５３-1〜５３-nが、それぞれ有する検出可能なＸ線の波長範囲と、使用した分光素子５２によって波長走査を行うことができる波長範囲とを格納する。角度情報記憶装置２７は、検出器５３-1〜５３-nの切り替え時に必要となる情報として、切り替え前後の視射角θ、回折角２θ、検出器５３-1〜５３-nの配置された角度差等を格納する。分析情報記憶装置２８は、分析対象や分光素子５２等の分析条件、分析に用いる検出器５３-1〜５３-nの他、分析を行った際の分析結果、分析日時等の情報を格納する。
【００２８】
入力装置２２、出力装置２３及び表示装置２４は、入出力制御部２１を介して、ＣＰＵ３とのデータの送受信を行う。図１において、入力装置２２はキーボード、マウス、ライトペン等で構成される。入力装置２２より分析実行者は、分析対象の元素、分光素子５２の種類、複数の検出器５３-1〜５３-nによる走査波長範囲、波長走査の際のステップ幅、等の分析条件の設定を行うことが可能である。更に、入力装置２２より、分析中止の命令、設定した各条件の修正等を行うことも可能である。又、出力装置２３及び表示装置２４は、それぞれ、プリンタ装置及びディスプレイ装置等により構成することが可能である。表示装置２４は分析条件設定画面、分析結果画面等を表示することができる。
【００２９】
制御解析装置２のＣＰＵ（中央演算処理装置）３は、励起線源４１の動作を制御する励起線源制御手段３１、レンズ部４２の動作を制御するレンズ部制御手段３２、ステージ部４４の動作を制御するステージ部制御手段３３、検出器５３-1〜５３-nからの検出信号を処理する検出信号処理手段３４、検出器５３-1〜５３-nの切り替えを制御する検出器切り替え手段３５等のハードウェア資源を論理構造として有する。検出器切り替え手段３５の詳細は、図６に示すように、ゴニオメータ装置６の第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2の駆動制御を行うゴニオメータ装置制御手段３５１と、検出器５３-1〜５３-nの切り替え時に必要となるゴニオメータ装置６の駆動量（回転角）を計算する駆動量処理手段３５２と、検出器５３-1〜５３-nの駆動制御を行う検出器制御手段３５３とを有する。
【００３０】
なお、図１のプログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、角度情報記憶装置２７、分析情報記憶装置２８は、論理構成を模式的に表示したものであり、現実の物理的構成としては、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６等の記憶内容は同一のハードウェアに格納されて構わない。例えば、角度情報記憶装置２７の記憶内容は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性の記憶装置からなる主記憶装置に格納することが可能で、プログラム記憶装置２５、波長情報記憶装置２６、分析情報記憶装置２８の記憶内容は、ハードディスク（ＨＤ）等の磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク等の不揮発性の記憶装置からなる補助記憶装置に格納することが可能である。補助記憶装置としては、その他、ＲＡＭディスク、ＩＣカード、フラッシュメモリーカード、ＵＳＢフラッシュメモリー、フラッシュディスク（ＳＳＤ）等が使用可能である。
【００３１】
図１に示すような、本発明の第１の実施の形態に係る分光器５によれば、以下に説明するような手順で波長範囲の異なる複数の検出器５３-1〜５３-nを切り替えて順次使用できる。
【００３２】
なお、図１に示す第１の実施の形態に係る分光器５は例示であり、複数の検出器５３-1，５３-2，……，５３-nを搭載するギアを用い、このギアの中心軸中に分光素子５２を搭載するためのシャフトを通し、そのシャフトを大きなギアで回すような、他の構成であっても構わない。
【００３３】
−検出器切り替え方法−
図７のフローチャートを用いて、第１の実施の形態に係る分析方法の一例として、第１の検出器５３-1を用いて視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１で分析を行った後、第２の検出器５３-2に切り替えて視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥで分析を行う場合について例示的に説明する。図８に示すように、分光素子５２への入射波の方向を基準として、第１の検出器５３-1の回転角φ１、第２の検出器５３-2の回転角φ２とすれば、第１の検出器５３-1、第２の５３-2の間のオフセット角β＝φ１−φ２となる。：
（イ）先ず、ステップＳ１０１において、図１に示す入力装置２２を介して、分析に用いる検出器、試料４３の分析対象元素、分光素子５２の種類、走査波長範囲、波長ステップ幅、視射角θＳ，θ１，θ２，θＥ、回転角φ１，φ２等、分析に用いる種々の条件やパラメータを分析条件として設定する。設定された条件やパラメータは、分析情報記憶装置２８に格納され、視射角θＳ，θ１，θ２，θＥ、回転角φ１，φ２が角度情報記憶装置２７に格納される。
【００３４】
（ロ）ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき分析を行う。ゴニオメータ装置制御手段３５１が、第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2を駆動させ、図９に示すように、分光素子５２への視射角θ＝θＳ、第１の検出器５３-1の回転角φ１＝２θＳを初期値として、第１の回転体６１-1を例えば、時計方向に回転させ、この第１の回転体６１-1の回転に連動させて、第２の回転体６１-2を時計方向に回転させ、第１の検出器５３-1を用いて、視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１までの間時計方向に波長走査する。第１の検出器５３-1の時計方向の波長走査が終了すると、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき、第２の検出器５３-2に切り替えて分析を行うか否かを決定する。第２の検出器５３-2に切り替える場合は、ステップＳ１０４に進む。
【００３５】
（ハ）ステップＳ１０４において、第２の検出器５３-2に切り替えるためのゴニオメータ装置６の駆動量を取得する。駆動量処理手段３５２は、角度情報記憶装置２７から視射角θ２，θＥ、回転角φ１，φ２を読み出し、ゴニオメータ装置６に必要な駆動量である回転角を算出し、角度情報記憶装置２７に格納し、ゴニオメータ装置制御手段３５１が、角度情報記憶装置２７からゴニオメータ装置６に必要な回転角を読み出す。
【００３６】
（ニ）ステップＳ１０５において、ゴニオメータ装置制御手段３５１は、第1の回転体６１-1と第２の回転体６１-2を連動させて回転させθ＝θ２，φ１＝２θ２とした後、第２の回転体駆動機構６２-2を介して、第２の回転体６１-2を、オフセット角βだけ時計方向に進行させ、第２の検出器５３-2の回転角φ２＝２θ２とする。更に、検出器制御手段３５３によって、検出器５３-1の動作を停止し、検出器５３-2の動作を開始し、検出器５３-2からの検出信号を制御解析装置２に出力するように切り替える。
【００３７】
（ホ）ステップＳ１０６に進み、ゴニオメータ装置制御手段３５１が、第１の回転体駆動機構６２-1及び第２の回転体駆動機構６２-2を駆動させ、図１０に示すように、検出器５３-2を用いて、視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥまでの間波長走査する。検出器５３-2での波長走査が終了すると、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０１で指定された分析条件に基づき、更に次の検出器に切り替えて次の波長範囲の分析を続けるか否かを決定する。次の波長範囲の分析を行わない場合は終了する。
【００３８】
上記の説明は、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2が時計方向に回転して、時計方向に波長走査する場合について説明したが、反時計方向に波長走査をする場合は、第１の回転体６１-1及び第２の回転体６１-2を反時計方向に回転させ、視射角θのとき回折角２θとなるようにすればよい。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図１に示す第１の実施の形態に係る分光器の構成は例示であり、ゴニオメータ装置６は、図１１に示すように、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）を備え、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）にそれぞれ検出器を備えるようにしてもよい。
【００４０】
即ち、本発明の第２の実施の形態に係る分光器５ａは、図１１に示すように、試料４３から放出される試料４３の特性を示す電磁波を回折する分光素子５２ａと、この分光素子５２ａをこの分光素子５２ａの表面を軸として回転させる分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）と、分光素子５２ａで回折された電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）と、分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）と回転軸を共有し、複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）の何れかを搭載し、分光素子５２ａの回りで移動させる複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）とを備え、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）を切り替えることで、複数の検出器（５３-1ａ〜５３-nａ；５４-1ａ〜５４-mａ）を切り替え可能としている点で第１の実施の形態と異なる。分光素子回転機構（６１-1a，６２-1a）は、図１１に示すように、円盤状の第１の回転体６１-1aと、第１の回転体６１-1aを回転させる第１の回転体駆動機構６２-1aとを備える。第１の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a）は、第２の回転体６１-2aと、第２の回転体６１-2aを回転させる第２の回転体駆動機構６２-2aとを備え、第２の検出器回転機構（６１-3a，６２-3a）は、第３の回転体６１-3aと、第３の回転体６１-3aを回転させる第３の回転体駆動機構６２-3aとを備える。
【００４１】
具体的には、図１１に示すように、第２の回転体６１-2上にｎ台（ｎは１以上の整数である。）の検出器５３-1ａ〜５３-nａを、第３の回転体６１-3上にｍ台（ｍは１以上の整数である。）の検出器５４-1ａ〜５４-mａを備える。
【００４２】
図１１に示すように、第２の回転体６１-2ａは、第１の回転体６１-1より大きな半径を有し、第３の回転体６１-3ａは、第２の回転体６１-2ａより大きな半径を有する。第１の回転体６１-1ａ、第２の回転体６１-2ａ、第３の回転体６１-3ａは、それぞれ第１の回転体６１-1ａがなすゴニオメータ円の中心を通り、紙面に垂直な回転軸６０ａを共有して回転する。第３の回転体駆動機構６２-3ａは、第１の回転体駆動機構６２-1ａ、第２の回転体駆動機構６２-2ａと同様な基本構成となっており、第１の回転体駆動機構６２-1ａ、第２の回転体駆動機構６２-2ａ、第３の回転体駆動機構６２-3ａは、互いに独立した高精度な駆動制御が可能である。
【００４３】
なお、図１１においては、複数の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a；６１-3a，６２-3a）として、第１の検出器回転機構（６１-2a，６２-2a）及び第２の検出器回転機構（６１-3a，６２-3a）の２つの検出器回転機構を例示しているが、検出器回転機構は２つに限定されるものではなく、検出器回転機構は３つ以上でも構わない。即ち、第２の実施の形態のゴニオメータ装置６ａが４枚以上の回転体を備え、それぞれの回転体に検出器を備えるようにしてもよい。
【００４４】
図１１に示すように、検出器５４-1ａ〜５４-mａは、検出器５３-1〜５３-nと同様に、ｍが２以上の場合は、それぞれの検出方向を回転軸６０ａへ向け、互いに干渉しないように相互間に所定の角度差を有して、第３の回転体６１-3ａに配設される。ポリキャピラリレンズ５１ａによって平行ビーム化されたＸ線等の電磁波が、分光素子５２ａで回折され、図示を省略したスリットを通過して検出器５３-1ａ〜５３-nａ，５４-1ａ〜５４-mａによって検出可能なように、ポリキャピラリレンズ５１ａ、分光素子５２ａ、検出器５３-1ａ〜５３-nａ，５４-1ａ〜５４-mａは、回転軸６０ａに対して垂直な同一平面上に位置する。
【００４５】
例えば、定性分析や定量分析等のための波長走査を、検出器５３-1ａを用いて視射角θＳ〜θ１、回折角２θＳ〜２θ１までの間行った後、検出器５４-1ａに切り替えて視射角θ２〜θＥ、回折角２θ２〜２θＥまでの間行う場合において、分光素子５２ａへの入射波の方向を基準として、切り替え前に用いる検出器５３-1ａの回転角φ１、切り替え後に用いる検出器５４-1ａの回転角φ２とすると、第２の回転体６１-2ａに設置された検出器５３-1ａと、第３の回転体６１-3ａに設置された検出器５４-1ａとは、互いに独立した回転が可能なため、検出器５３-1ａによる波長走査の最中に、検出器５４-1ａの回転角φ２＝２θ２として待機させておくことが可能となり、より迅速な分析を行うことができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
分光素子は、第１及び第２の実施の形態で説明したような平板型に限定されるものではない。本発明の第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置の分析ユニット４ｂは、図１２に示すように、湾曲型の分光素子５２ｂによって分光を行うヨハンソン型の分光器５ｂを備える。背景技術の欄で説明したように、分光素子５２ｂの表面の曲率半径Ｒと等しい半径Ｒを有するローランド円Ｑ上に、試料４３ｂの励起線照射部位４３０ｂと、格子面の曲率半径２Ｒの分光素子５２ｂと、検出点とが位置する必要がある。このため、第３の実施の形態に係る分光器を用いた分析装置においては、励起線照射部位４３０ｂから分光素子５２ｂまでの距離と、分光素子５２ｂからｎ台の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる検出点までの距離とがローランド円Ｑを基準として調節される。
【００４７】
例えば、図１３に示すように、第３の実施の形態に係る分光器は、励起線照射部位４３０ｂと、湾曲型の分光素子５２ｂと、受光スリット５９ｂとをローランド円Ｑの外周に配置する第１の回転体６１-1ｂと、検出可能な波長範囲の異なる複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂ（図１２及び図１３では、２台の検出器５３-1ｂ，５３-2ｂのみ図示している。）を配置するように、第１の回転体６１-1ｂと同一の回転中心を有し、第１の回転体６１-1ｂより大きな半径を有し、第１の回転体６１-1ｂよりも紙面の奥に位置する円盤状の第２の回転体６１-2ｂとを備える。第２の回転体６１-2ｂには、第２の回転体６１-2ｂを回転させる第２の回転体駆動機構６２-2ｂが設けられている。図１３に示すような構成にすれば、主アーム６３ｂの一端側（図１３において左側の端部側）は、ローランド円Ｑの回転軸６０ｂに平行な励起線照射部位４３０ｂを通る軸を回転軸としてローランド円Ｑに固定され、他端側（図１３において右側の端部側）はローランド円Ｑの中心となる回転軸６０ｂを、ローランド円Ｑが回転するように支持する。位置を固定された励起線照射部位４３０ｂが、常にローランド円Ｑの円周上に位置し、主アーム６３ｂの回転により移動する回転軸６０ｂには、補助アーム６４ｂの一方の端部が固定され、補助アーム６４ｂにより距離Ｒを隔てた補助アーム６４ｂの他端側がローランド円Ｑの円周上に位置するように、受光スリット５９ｂがローランド円Ｑ上に設置されている。検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる検出点Ｄは、受光スリット５９ｂのスリット部に近似することが可能なので、検出点Ｄは、補助アーム６４ｂにより、常にローランド円Ｑの円周上に位置する。
【００４８】
湾曲型の分光素子５２ｂは、分光素子５２ｂの法線方向がローランド円Ｑの回転軸６０ｂに向かうように、分光素子ホルダ６５ｂを介してローランド円Ｑである第１の回転体６１-1ｂの円周上に回転可能に、且つ、円周上をスライドするように設置されている。分光素子５２ｂは、分光素子駆動機構５５ｂにより、分光素子ガイド５６ｂに沿って直線駆動されることにより、ローランド円Ｑの円周上をスライドする。分光素子ガイド５６ｂは、励起線Ｅが照射される試料４３ｂの表面に対して一定の角度を維持して、分光素子５２ｂが直線移動するので、励起線照射部位４３０ｂと、分光素子５２ｂの表面を通る分光素子中心軸５２０ｂの距離が変化すると、ローランド円Ｑの中心である回転軸６０ｂが、励起線照射部位４３０ｂを中心として回転する。
【００４９】
分光素子駆動機構５５ｂは、図１３に示すように、分光素子ホルダ６５ｂに保持された分光素子５２ｂがローランド円Ｑの円周上をスライドするように、分光素子中心軸５２０ｂを中心に回転する。
【００５０】
受光スリット５９ｂは、受光スリット駆動機構５７ｂにより、ローランド円Ｑの円周上に受光スリット５９ｂの回転中心がスライドするように固定されながら受光スリットガイド５８ｂに沿って直線移動される。受光スリットガイド５８ｂは、受光スリット５９ｂを駆動させる際の直線移動のガイドであり、常に受光スリット５９ｂを通る光軸が分光素子中心軸５２０ｂの方向を向くように設定されている。分光素子５２ｂからの回折Ｘ線が、受光スリット５９ｂを通過し、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかによって検出されるように、受光スリットガイド５８ｂは、分光素子中心軸５２０ｂ、受光スリット５９ｂ、及び検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかが一直線上に保持する。
【００５１】
複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂは、それぞれ検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂに保持され、互いに干渉しないように相互間に所定の角度差を有して、分光素子ガイド５６ｂ、受光スリットガイド５８ｂよりも紙面の奥の方で回転する第２の回転体６１-2ｂの円周側に配設されている。検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂは、それぞれ第２の回転体６１-2ｂと平行な面で回転（自転）可能であり、第２の回転体６１-2ｂの回転（公転）に伴い、検出に用いる検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの検出方向を受光スリット５９ｂに向くように制御する。
【００５２】
検出器ホルダ６６-1ｂ〜６６-nｂのそれぞれは、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかを受光スリットガイド５８ｂに順次脱着させるため、図示を省略した駆動機構により、紙面に垂直方向の移動が可能である。受光スリットガイド５８ｂは、検出器の位置の下面に開口部を有し、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかを選択して受光スリットガイド５８ｂに順次開口部を介して脱着させる際、選択された検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかと、受光スリットガイド５８ｂの開口部との位置合わせは、第２の回転体駆動機構６２-2ｂによる第２の回転体６１-2ｂの回転によって行われる。
【００５３】
図１３で第２の回転体６１-2ｂは紙面の奥に位置するが、測定時（分析時）において、Ｘ線が分光素子５２ｂで回折され、受光スリット５９ｂで焦点を結び、検出点Ｄを複数の検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの何れかによって順次検出可能なように、励起線照射部位４３０ｂ、分光素子５２ｂ、検出点Ｄは、同一平面をなすローランド円Ｑの円周上にそれぞれ位置する。
【００５４】
第３の実施の形態に係る制御解析装置２のＣＰＵ３が論理構造として有する検出器切り替え手段３５ｂは、図１４に示すように、ゴニオメータ装置６ｂの第２の回転体駆動機構６２-2ｂの駆動制御を行うゴニオメータ装置制御手段３５１ｂと、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの切り替え時に必要となる分光器５ｂの駆動量を計算する駆動量処理手段３５２ｂと、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂの駆動制御を行う検出器制御手段３５３ｂと、分光素子駆動機構５５ｂ、受光スリット駆動機構５７ｂを駆動制御する分光器制御手段３５５ｂとを備える。試料４３ｂの励起線照射部位４３０ｂと、分光素子５２ｂの分光面と、検出器５３-1ｂ〜５３-nｂによる受光スリット５９ｂの検出点Ｄとは、主アーム６３ｂ、補助アーム６４ｂ、分光素子駆動機構５５ｂ、受光スリット駆動機構５７ｂ、第２の回転体駆動機構６２-2ｂによって、常にローランド円Ｑの円周上に位置するように、試料４３ｂから分光素子５２ｂまでの距離と、分光素子５２ｂから検出点Ｄまでの距離とが等しくなるように制御され、このまま、視射角θと回折角２θとが倍角の関係でブラッグの回折条件を満たすので、Ｘ線の波長走査が達成される。
【００５５】
例えば、第１の検出器５３-1ｂと第２の検出器５３-2ｂとが、回転軸６０ｂに対してオフセット角βを有して配置され、第１の検出器５３-1ｂを用いて分析を行った後、第２の検出器５３-2ｂに切り替えて分析を行う場合において、第１の検出器５３-1ｂによる検出が終了すると、第１の検出器５３-1ｂは、受光スリットガイド５８ｂの開口部から紙面の奥に下がることにより、受光スリットガイド５８ｂから離脱される。第２の回転体駆動機構６２-2ｂにより第２の回転体６１-2ｂをオフセット角βだけ回転させることによって、第２の検出器５３-2ｂと受光スリットガイド５８ｂの開口部との位置合わせが行われる。第２の検出器５３-2ｂが、紙面の奥から上昇して開口部から受光スリットガイド５８ｂの内部に挿入されることによって受光スリットガイド５８ｂに装着され、第２の検出器５３-2ｂによる検出が可能となる。
【００５６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５７】
例えば、第１及び第２の実施の形態の説明においては、ゴニオメータ装置６，６ａが備える複数の回転体の形状は、円盤状に限るものでない。分光素子５２の表面が回転軸６０を含み、複数の検出器が検出方向を回転軸６０に向くように配設可能であれば、リング状、棒状等であっても構わない。例えば、棒状の回転体を、回転軸６０と一致するように装置し、先端に分光素子５２を搭載するようにしてもよい。
【００５８】
又、第３の実施の形態においては、ゴニオメータ装置６ｂが備える回転体の数は２枚に限られるものでなく、第２の実施の形態の形態に示すように、３枚以上の回転体を備え、それぞれの回転体に検出器を備えるようにしてもよい。
【００５９】
更に、第１〜第３の実施の形態の説明においては、検出器として、ＣＣＤ検出器、フォトダイオード、光電子増倍管等を備えることによって、Ｘ線以外の波長、即ち波長０．１〜０．０１ｎｍ以下のγ線或いは波長１０ｎｍ以上の紫外線の波長の電磁波を検出することができ、分光素子として、様々な分光結晶、回折格子、反射鏡等を分光素子ホルダに備え、分光素子を適宜選択し、変更可能にすることにより、広範な分析対象についてより多くの分析を行うことができる。例えば、分光素子５２を回折格子とし、ＣＣＤ検出器によりカソードルミネッセンス等を検出する構成としてもよい。
【００６０】
又、第１〜第３実施の形態の説明においては、励起線源４１及びレンズ部４２は、電子銃及び電子レンズに限るものでなく、図１５に示すように、Ｘ線源４１ｄと、試料４３ｄの励起線照射部位４３０ｄに焦点を合わせたポリキャピラリレンズ４２ｄとを採用した蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）装置であっても、同様なシステムが構築可能であり、同様な方法が実施可能で、更に、同様な作用効果が得られることは、上記の説明から明らかであろう。
【００６１】
又、第１〜第３実施の形態の説明においては、励起線としてイオンビームを用いた粒子線励起Ｘ線分析（ＰＩＸＥ）装置等、波長分散型の分光器を用いた他の分析装置であっても、同様なシステムが構築可能であり、同様な方法が実施可能で、更に、同様な作用効果が得られることは、上記の説明から明らかであろう。
【００６２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６３】
Ｑ…ローランド円
２…制御解析装置
３…ＣＰＵ
４，４ｂ…分析ユニット
５，５ａ，５ｂ…分光器
６，６ａ，６ｂ…ゴニオメータ装置
１０ｅ，１０ｆ，４３０，４３０ｂ，４３０ｄ…励起線照射部位
１１ｅ，１１ｆ，４３，４３ｂ，４３ｄ…試料
１２ｅ，１２ｆ，５２，５２ａ，５２ｂ…分光素子
１３ｅ，１３ｆ，５３-1〜５３-n，５４-1〜５４-m…検出器
１５ｆ，４２ｄ，５１，５１ａ…ポリキャピラリレンズ
２１…入出力制御部
２２…入力装置
２３…出力装置
２４…表示装置
２５…プログラム記憶装置
２６…波長情報記憶装置
２７…角度情報記憶装置
２８…分析情報記憶装置
３１…励起線源制御手段
３２…レンズ部制御手段
３３…ステージ部制御手段
３４…検出信号処理手段
３５，３５ｂ…検出器切り替え手段
４１…励起線源
４１ｄ…Ｘ線源
４２…レンズ部
４４…ステージ部
５５ｂ…分光素子駆動機構
５６ｂ…分光素子ガイド
５７ｂ…受光スリット駆動機構
５８ｂ…受光スリットガイド
５９ｂ…受光スリット
６０，６０ａ，６０ｂ…回転軸
６１-1…第１の回転体
６１-2…第２の回転体
６１-3…第３の回転体
６２-1…第１の回転体駆動機構
６２-2…第２の回転体駆動機構
６２-3…第３の回転体駆動機構
６３ｂ…主アーム
６４ｂ…補助アーム
６５ｂ…分光素子ホルダ
６６-1ｂ〜６６-nｂ…検出器ホルダ
３５１，３５１ｂ…ゴニオメータ装置制御手段
３５２，３５２ｂ…駆動量処理手段
３５３，３５３ｂ…検出器制御手段
３５５ｂ…分光器制御手段
４２１…集束レンズ
４２２…偏向コイル
４２３…対物レンズ
５２０ｂ…分光素子中心軸
６２１…アクチュエータ
６２２…ウォーム
６２３…ウォームホイール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から放出される前記試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、
該分光素子を該分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、
前記分光素子で回折された前記電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、
前記分光素子回転機構と回転軸を共有し、前記複数の検出器を前記分光素子の回りで移動させる検出器回転機構
とを備え、前記検出器回転機構のオフセット角度を変えることで、前記複数の検出器を切り替え可能としたことを特徴とする分光器。
【請求項２】
試料から放出される前記試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、
該分光素子を該分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、
前記分光素子で回折された前記電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、
前記分光素子回転機構と回転軸を共有し、前記複数の検出器の何れかを搭載し、前記分光素子の回りで移動させる複数の検出器回転機構
とを備え、前記複数の検出器回転機構を切り替えることで、前記複数の検出器を切り替え可能としたことを特徴とする分光器。
【請求項１】
試料から放出される前記試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、
該分光素子を該分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、
前記分光素子で回折された前記電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、
前記分光素子回転機構と回転軸を共有し、前記複数の検出器を前記分光素子の回りで移動させる検出器回転機構
とを備え、前記検出器回転機構のオフセット角度を変えることで、前記複数の検出器を切り替え可能としたことを特徴とする分光器。
【請求項２】
試料から放出される前記試料の特性を示す電磁波を回折する分光素子と、
該分光素子を該分光素子の表面を軸として回転させる分光素子回転機構と、
前記分光素子で回折された前記電磁波をそれぞれ異なる波長領域で検出する複数の検出器と、
前記分光素子回転機構と回転軸を共有し、前記複数の検出器の何れかを搭載し、前記分光素子の回りで移動させる複数の検出器回転機構
とを備え、前記複数の検出器回転機構を切り替えることで、前記複数の検出器を切り替え可能としたことを特徴とする分光器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２８６３４６（Ｐ２０１０−２８６３４６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４０１３４（Ｐ２００９−１４０１３４）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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