Ｘ線分光装置
【課題】 ワーク領域が小さくかつ波長走査範囲の広い高分解能Ｘ線分光装置を提供すること。
【解決手段】 試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線をマルチキャピラリＸ線レンズで平行化し、互いに平行に配置した第１及び第２平板分光結晶５１，５２で分光及び反射させることにより、出射Ｘ線５５が常に入射Ｘ線５４に平行になるようにする。これにより、Ｘ線検出器５６は入射・出射Ｘ線５４，５５に垂直な方向に直線的に移動するだけでよいようになる。第１及び第２平板分光結晶５１，５２は、平行四辺形リンクAEFDを用いることにより、常に上記関係を維持して分光のための回転・移動を行うことができる。
【解決手段】 試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線をマルチキャピラリＸ線レンズで平行化し、互いに平行に配置した第１及び第２平板分光結晶５１，５２で分光及び反射させることにより、出射Ｘ線５５が常に入射Ｘ線５４に平行になるようにする。これにより、Ｘ線検出器５６は入射・出射Ｘ線５４，５５に垂直な方向に直線的に移動するだけでよいようになる。第１及び第２平板分光結晶５１，５２は、平行四辺形リンクAEFDを用いることにより、常に上記関係を維持して分光のための回転・移動を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析装置や電子線プローブ微小分析装置（ＥＰＭＡ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等に用いられるＸ線分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらの分析装置等は、試料上の微小領域を分析するため、微小領域から放出されたＸ線を分光し、その強度を検出するＸ線分光装置を備えている。このようなＸ線分光装置において、エネルギー分解能を重視する場合、従来は図１に示すように湾曲結晶Ｘ線分光器１１と半導体検出器１２が用いられてきた。
【０００３】
また、最近、図２に示すような、マルチキャピラリの集光、平行化機能を利用した、マルチキャピラリ２１と平板分光結晶２２を組み合わせたＸ線分光器も提案された（特許文献１）。
【特許文献１】特開2004-294168号公報（[0021],図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示す方法及び図２に示す方法のいずれにおいても、検出器１２、２３を固定したアームは、分光結晶１１、２２の回転軸と同軸でその２倍の角度を回転させる必要がある。従って、広い範囲で波長走査を行うと、検出器固定アームの回転範囲が広がり、２次元的に広いワーク領域を必要とする。しかし、ＥＰＭＡやＳＥＭの内部空間は元々大きくない上、Ｘ線分光器以外にも様々なオプション部品を取り付ける必要があるため、空間的・場所的制約が大きい。そのため、上記方法ではＸ線の分光範囲に制限を受けたり、高分解能の分光器を使用できない等の難点があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ＥＰＭＡやＳＥＭ等での使用に適した、ワーク領域が小さくかつ波長走査範囲の広い高分解能Ｘ線分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明に係るＸ線分光装置は、
試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線を波長分散するＸ線分光装置であって、
試料に向いた入射端面側で点焦点を有し、出射端面側で略平行光を出射するマルチキャピラリＸ線レンズと、
マルチキャピラリＸ線レンズの出射Ｘ線光路上に配置された第１平板分光結晶と、
第１平板分光結晶と同一の格子定数を持ち、第１平板分光結晶により反射されたＸ線の光路上に、第１平板分光結晶に平行となるように配置された第２平板分光結晶と、
Ｘ線照射面を中心に第１平板分光結晶を回転させるとともに、第１平板分光結晶に対する平行関係を保ちつつ第２平板分光結晶を移動させる駆動機構と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＸ線分光装置では２枚の同一の格子定数を持つ平板分光結晶が常に平行の関係を保ちながら回転するため、マルチキャピラリＸ線レンズから平行に出射したＸ線（入射Ｘ線）は、両平板分光結晶により反射され、分光された後、その分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線と平行に出射し、平板分光結晶の回転に応じてその高さ方向（入射・出射Ｘ線に垂直な方向）の位置が変わるのみとなる。従って、分光結晶を回転させても、Ｘ線検出器は出射Ｘ線（入射Ｘ線）の方向に垂直に、直線的に移動するだけでよく、従来のように分光結晶の２倍の角度で回転させる必要はない。これにより、本発明に係るＸ線分光装置は狭いワーク領域においても動作が可能となり、ＥＰＭＡやＳＥＭ等の装置において、装置本体の寸法や他のオプション部品との競合の関係から空間的に余裕の少ない場合でも容易に取り付けることが可能となる。すなわち、本発明のＸ線分光装置は、コンパクトで高性能な装置での使用に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のＸ線分光装置の第１の実施例として、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が互いに平行な状態で固定されている構成例を説明する。この例では、図３に示すように、第１平板分光結晶３１と第２平板分光結晶３２が互いに平行な状態で固定されており、それらの全体が、第１平板分光結晶３１の表面のほぼ中央の線３３を中心に回転可能となっている。なお、回転中心線３３は両平板分光結晶３１、３２の面に垂直な線に垂直（紙面に垂直）である。また、マルチキャピラリＸ線レンズを出射した平行Ｘ線３４がほぼその回転中心線３３上に入射するように、マルチキャピラリＸ線レンズ（図示せず）及びこれら第１，第２平板分光結晶３１，３２の位置関係を設定しておく。
【０００９】
このような構成とすることにより、図３(a)、(b)に示すように、両平板分光結晶３１，３２が全体として回転しても、平板分光結晶３１，３２により分光された主Ｘ線３５は、分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線３４に平行に第２平板分光結晶３２を出射する。従って、Ｘ線検出器３６は入射Ｘ線３４に垂直な方向に直線的に移動するだけで、常に出射Ｘ線３５を検出することができる。
【００１０】
この実施例では、図３に示すように、入射側の第１平板分光結晶３１は短くてもよいが、出射側の第２平板分光結晶３２は、第１平板分光結晶３１が大きく回転してもそれにより反射されたＸ線を常に受光することができるように、長くしておくことが望ましい。
【００１１】
また、この実施例のように２つの平板分光結晶が常に固定されている構成の場合、これらには、１つの大きな分光結晶のブロックから切り出した、いわゆるチャンネルカット二結晶（図４）を用いてもよい。
【００１２】
本発明のＸ線分光装置の第２の実施例として、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が平行四辺形リンクにより連結され、互いに平行な状態を維持しながら相互に移動可能となっている構成例を説明する。この例では、図５(a)、(b)に示すように、マルチキャピラリＸ線レンズから出射されるＸ線５４（入射Ｘ線）の光路を一辺とするひし形ABCDを形成し、第１平板分光結晶５１を、その表面の中心が頂点Aと一致するように、そして表面が対角線ACと平行となるように配置する。第２平板分光結晶５２は、その表面の中心が頂点Bと一致するように、そして表面が第１平板分光結晶５１の表面と平行になるように配置する。この状態で第１平板分光結晶５１と第２平板分光結晶５２を平行四辺形リンクAEFDで連結する。AE(=DF)の長さは任意である。第１平板分光結晶５１はA点を中心に回転可能とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、図５(a)、(b)に示すように、第１平板分光結晶５１が回転し、第２平板分光結晶５２が平行四辺形リンクAEFDに従って移動しても、平板分光結晶５１，５２により分光された主Ｘ線５５は、分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線５４に平行に第２平板分光結晶５２を出射する。従って、Ｘ線検出器５６は入射Ｘ線５４に垂直な方向に直線的に移動するだけで、常に出射Ｘ線５５を検出することができる。
【００１４】
本発明のＸ線分光装置の第３の実施例として、メカトロニクスにより第１及び第２平板分光結晶を駆動する構成例を説明する。この例では図６に示すように、第１平板分光結晶６１にそれを回転させるための第１駆動部６１ａを、第２平板分光結晶６２にそれを回転及び移動させるための第２駆動部６２ａを、それぞれ設け、Ｘ線検出器６６を移動させるための第３駆動部６６ａと合わせて制御部６７により制御する。制御部６７は、第１及び第２平板分光結晶６１，６２が互いに平行な関係を保ちつつ、第１平板分光結晶６１により反射・分光されたＸ線が第２平板分光結晶６２で反射・分光されるように第２平板分光結晶６２を回転及び移動させる。これにより、上記各実施例と同様、Ｘ線検出器６６は図６において上下方向に直線移動するだけで常に分光されたＸ線を検出することができる。
【００１５】
この実施例の構成では、第２平板分光結晶６２をより高い自由度で回転及び移動させることができるため、Ｘ線検出器６６の位置を固定し、第２平板分光結晶６２で反射されたＸ線が常にＸ線検出器６６に入射するように第２平板分光結晶６２を移動させることも可能となる。
【００１６】
なお、上記いずれの構成においても、図６に示すように、Ｘ線検出器６６の直前にソーラースリット６８を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の、湾曲型分光結晶を使用したＸ線分光装置の概略構成図。
【図２】従来の、マルチキャピラリと平板分光結晶を使用したＸ線分光装置の概略構成図。
【図３】本発明の第１実施例である、２結晶固定型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【図４】第１実施例の分光装置で用いることのできるチャンネルカット二結晶の平面図(a)及び側面図(b)。
【図５】本発明の第２実施例である、平行四辺形リンク型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【図６】本発明の第３実施例である、メカトロニクス型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００１８】
３１、５１、６１…第１平板分光結晶
３２、５２、６２…第２平板分光結晶
３３、５３…第１平板分光結晶の回転中心線
３４、５４…入射Ｘ線
３５、５５…出射Ｘ線
３６、５６、６６…Ｘ線検出器
６１ａ…第１平板分光結晶回転用第１駆動部
６２ａ…第２平板分光結晶回転・移動用第２駆動部
６６ａ…Ｘ線検出器移動用第３駆動部
６７…制御部
６８…ソーラースリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析装置や電子線プローブ微小分析装置（ＥＰＭＡ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等に用いられるＸ線分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらの分析装置等は、試料上の微小領域を分析するため、微小領域から放出されたＸ線を分光し、その強度を検出するＸ線分光装置を備えている。このようなＸ線分光装置において、エネルギー分解能を重視する場合、従来は図１に示すように湾曲結晶Ｘ線分光器１１と半導体検出器１２が用いられてきた。
【０００３】
また、最近、図２に示すような、マルチキャピラリの集光、平行化機能を利用した、マルチキャピラリ２１と平板分光結晶２２を組み合わせたＸ線分光器も提案された（特許文献１）。
【特許文献１】特開2004-294168号公報（[0021],図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示す方法及び図２に示す方法のいずれにおいても、検出器１２、２３を固定したアームは、分光結晶１１、２２の回転軸と同軸でその２倍の角度を回転させる必要がある。従って、広い範囲で波長走査を行うと、検出器固定アームの回転範囲が広がり、２次元的に広いワーク領域を必要とする。しかし、ＥＰＭＡやＳＥＭの内部空間は元々大きくない上、Ｘ線分光器以外にも様々なオプション部品を取り付ける必要があるため、空間的・場所的制約が大きい。そのため、上記方法ではＸ線の分光範囲に制限を受けたり、高分解能の分光器を使用できない等の難点があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ＥＰＭＡやＳＥＭ等での使用に適した、ワーク領域が小さくかつ波長走査範囲の広い高分解能Ｘ線分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明に係るＸ線分光装置は、
試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線を波長分散するＸ線分光装置であって、
試料に向いた入射端面側で点焦点を有し、出射端面側で略平行光を出射するマルチキャピラリＸ線レンズと、
マルチキャピラリＸ線レンズの出射Ｘ線光路上に配置された第１平板分光結晶と、
第１平板分光結晶と同一の格子定数を持ち、第１平板分光結晶により反射されたＸ線の光路上に、第１平板分光結晶に平行となるように配置された第２平板分光結晶と、
Ｘ線照射面を中心に第１平板分光結晶を回転させるとともに、第１平板分光結晶に対する平行関係を保ちつつ第２平板分光結晶を移動させる駆動機構と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＸ線分光装置では２枚の同一の格子定数を持つ平板分光結晶が常に平行の関係を保ちながら回転するため、マルチキャピラリＸ線レンズから平行に出射したＸ線（入射Ｘ線）は、両平板分光結晶により反射され、分光された後、その分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線と平行に出射し、平板分光結晶の回転に応じてその高さ方向（入射・出射Ｘ線に垂直な方向）の位置が変わるのみとなる。従って、分光結晶を回転させても、Ｘ線検出器は出射Ｘ線（入射Ｘ線）の方向に垂直に、直線的に移動するだけでよく、従来のように分光結晶の２倍の角度で回転させる必要はない。これにより、本発明に係るＸ線分光装置は狭いワーク領域においても動作が可能となり、ＥＰＭＡやＳＥＭ等の装置において、装置本体の寸法や他のオプション部品との競合の関係から空間的に余裕の少ない場合でも容易に取り付けることが可能となる。すなわち、本発明のＸ線分光装置は、コンパクトで高性能な装置での使用に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のＸ線分光装置の第１の実施例として、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が互いに平行な状態で固定されている構成例を説明する。この例では、図３に示すように、第１平板分光結晶３１と第２平板分光結晶３２が互いに平行な状態で固定されており、それらの全体が、第１平板分光結晶３１の表面のほぼ中央の線３３を中心に回転可能となっている。なお、回転中心線３３は両平板分光結晶３１、３２の面に垂直な線に垂直（紙面に垂直）である。また、マルチキャピラリＸ線レンズを出射した平行Ｘ線３４がほぼその回転中心線３３上に入射するように、マルチキャピラリＸ線レンズ（図示せず）及びこれら第１，第２平板分光結晶３１，３２の位置関係を設定しておく。
【０００９】
このような構成とすることにより、図３(a)、(b)に示すように、両平板分光結晶３１，３２が全体として回転しても、平板分光結晶３１，３２により分光された主Ｘ線３５は、分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線３４に平行に第２平板分光結晶３２を出射する。従って、Ｘ線検出器３６は入射Ｘ線３４に垂直な方向に直線的に移動するだけで、常に出射Ｘ線３５を検出することができる。
【００１０】
この実施例では、図３に示すように、入射側の第１平板分光結晶３１は短くてもよいが、出射側の第２平板分光結晶３２は、第１平板分光結晶３１が大きく回転してもそれにより反射されたＸ線を常に受光することができるように、長くしておくことが望ましい。
【００１１】
また、この実施例のように２つの平板分光結晶が常に固定されている構成の場合、これらには、１つの大きな分光結晶のブロックから切り出した、いわゆるチャンネルカット二結晶（図４）を用いてもよい。
【００１２】
本発明のＸ線分光装置の第２の実施例として、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が平行四辺形リンクにより連結され、互いに平行な状態を維持しながら相互に移動可能となっている構成例を説明する。この例では、図５(a)、(b)に示すように、マルチキャピラリＸ線レンズから出射されるＸ線５４（入射Ｘ線）の光路を一辺とするひし形ABCDを形成し、第１平板分光結晶５１を、その表面の中心が頂点Aと一致するように、そして表面が対角線ACと平行となるように配置する。第２平板分光結晶５２は、その表面の中心が頂点Bと一致するように、そして表面が第１平板分光結晶５１の表面と平行になるように配置する。この状態で第１平板分光結晶５１と第２平板分光結晶５２を平行四辺形リンクAEFDで連結する。AE(=DF)の長さは任意である。第１平板分光結晶５１はA点を中心に回転可能とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、図５(a)、(b)に示すように、第１平板分光結晶５１が回転し、第２平板分光結晶５２が平行四辺形リンクAEFDに従って移動しても、平板分光結晶５１，５２により分光された主Ｘ線５５は、分光波長にかかわらず常に入射Ｘ線５４に平行に第２平板分光結晶５２を出射する。従って、Ｘ線検出器５６は入射Ｘ線５４に垂直な方向に直線的に移動するだけで、常に出射Ｘ線５５を検出することができる。
【００１４】
本発明のＸ線分光装置の第３の実施例として、メカトロニクスにより第１及び第２平板分光結晶を駆動する構成例を説明する。この例では図６に示すように、第１平板分光結晶６１にそれを回転させるための第１駆動部６１ａを、第２平板分光結晶６２にそれを回転及び移動させるための第２駆動部６２ａを、それぞれ設け、Ｘ線検出器６６を移動させるための第３駆動部６６ａと合わせて制御部６７により制御する。制御部６７は、第１及び第２平板分光結晶６１，６２が互いに平行な関係を保ちつつ、第１平板分光結晶６１により反射・分光されたＸ線が第２平板分光結晶６２で反射・分光されるように第２平板分光結晶６２を回転及び移動させる。これにより、上記各実施例と同様、Ｘ線検出器６６は図６において上下方向に直線移動するだけで常に分光されたＸ線を検出することができる。
【００１５】
この実施例の構成では、第２平板分光結晶６２をより高い自由度で回転及び移動させることができるため、Ｘ線検出器６６の位置を固定し、第２平板分光結晶６２で反射されたＸ線が常にＸ線検出器６６に入射するように第２平板分光結晶６２を移動させることも可能となる。
【００１６】
なお、上記いずれの構成においても、図６に示すように、Ｘ線検出器６６の直前にソーラースリット６８を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の、湾曲型分光結晶を使用したＸ線分光装置の概略構成図。
【図２】従来の、マルチキャピラリと平板分光結晶を使用したＸ線分光装置の概略構成図。
【図３】本発明の第１実施例である、２結晶固定型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【図４】第１実施例の分光装置で用いることのできるチャンネルカット二結晶の平面図(a)及び側面図(b)。
【図５】本発明の第２実施例である、平行四辺形リンク型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【図６】本発明の第３実施例である、メカトロニクス型Ｘ線分光装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００１８】
３１、５１、６１…第１平板分光結晶
３２、５２、６２…第２平板分光結晶
３３、５３…第１平板分光結晶の回転中心線
３４、５４…入射Ｘ線
３５、５５…出射Ｘ線
３６、５６、６６…Ｘ線検出器
６１ａ…第１平板分光結晶回転用第１駆動部
６２ａ…第２平板分光結晶回転・移動用第２駆動部
６６ａ…Ｘ線検出器移動用第３駆動部
６７…制御部
６８…ソーラースリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線を波長分散するＸ線分光装置であって、
試料に向いた入射端面側で点焦点を有し、出射端面側で略平行光を出射するマルチキャピラリＸ線レンズと、
マルチキャピラリＸ線レンズの出射Ｘ線光路上に配置された第１平板分光結晶と、
第１平板分光結晶と同一の格子定数を持ち、第１平板分光結晶により反射されたＸ線の光路上に、第１平板分光結晶に平行となるように配置された第２平板分光結晶と、
Ｘ線照射面を中心に第１平板分光結晶を回転させるとともに、第１平板分光結晶に対する平行関係を保ちつつ第２平板分光結晶を移動させる駆動機構と、
を備えることを特徴とするＸ線分光装置。
【請求項２】
前記駆動機構において、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が互いに平行な状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分光装置。
【請求項３】
第２平板分光結晶が第１平板分光結晶よりも長く形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分光装置。
【請求項４】
前記駆動機構において、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が平行四辺形リンクにより連結されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分光装置。
【請求項１】
試料上のほぼ点とみなせる微小領域から放出されるＸ線を波長分散するＸ線分光装置であって、
試料に向いた入射端面側で点焦点を有し、出射端面側で略平行光を出射するマルチキャピラリＸ線レンズと、
マルチキャピラリＸ線レンズの出射Ｘ線光路上に配置された第１平板分光結晶と、
第１平板分光結晶と同一の格子定数を持ち、第１平板分光結晶により反射されたＸ線の光路上に、第１平板分光結晶に平行となるように配置された第２平板分光結晶と、
Ｘ線照射面を中心に第１平板分光結晶を回転させるとともに、第１平板分光結晶に対する平行関係を保ちつつ第２平板分光結晶を移動させる駆動機構と、
を備えることを特徴とするＸ線分光装置。
【請求項２】
前記駆動機構において、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が互いに平行な状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分光装置。
【請求項３】
第２平板分光結晶が第１平板分光結晶よりも長く形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線分光装置。
【請求項４】
前記駆動機構において、第１平板分光結晶と第２平板分光結晶が平行四辺形リンクにより連結されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３３７１２２（Ｐ２００６−３３７１２２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６０８０１（Ｐ２００５−１６０８０１）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【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１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]