CN110376231A - 具有对光束发散度的混合控制的x射线分析装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有对光束发散度的混合控制的X射线分析装置及方法。该装置包括位于X射线源(4)和样品(6)之间的可调狭缝(210)；和可选地另一狭缝(220，220a)。控制器(17)被配置成在第一宽度、更大的第二宽度和甚至更大的第三宽度之间控制可调狭缝的宽度。在第一宽度和第二宽度下：可调狭缝(210)限制入射光束的发散度，从而限制样品的被照射区域；并且另一狭缝(220)不限制入射光束的发散度。在第三宽度下：可调狭缝(210)不限制入射光束的发散度，并且另一狭缝(220)限制入射光束的发散度，从而限制样品的被照射区域。或者，在第三宽度下，可调狭缝(210)继续限制被照射区域。

Description

具有对光束发散度的混合控制的X射线分析装置及方法
发明领域
本发明涉及用于X射线分析的装置和方法。实施例尤其涉及用于进行X射线衍射测量的X射线衍射装置和方法。
背景
X射线衍射是用于表征材料样品的分析技术。X射线衍射一种特定方法是布拉格布伦塔诺(Bragg Brentano)法。使用X射线分析物质的其他方法包括掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction，GIXRD)、小角X射线散射(SAXS)、掠入射小角X射线散射(GISAXS)、X射线微衍射和X射线反射测量法(X-ray Reflectometry)。其他类型的X射线分析包括X射线荧光。
通常，通过沿着入射光束路径将来自X射线源的X射线引导到样品上，并使用X射线检测器检测来自样品的X射线，来执行X射线测量。
诸如发散狭缝、防散射狭缝和准直器(collimator)的X射线光学器件可以被设置在入射和/或衍射/散射光束侧。根据所使用的具体方法来选择X射线光学器件。
此外，通常在一批样品上执行X射线测量。为了优化结果的质量，可以针对要被分析的样品的类型来具体地选择X射线光学器件。
为了将X射线分析装备用于不同的应用，用户必须重新配置X射线装备。这需要专业知识。此外，重新配置X射线装备既不方便又耗时。
因此，希望提供一种能够以最小的手动重新配置来针对多个不同应用实现高质量测量的X射线装置。
过去，在一些应用中使用固定的发散狭缝。这在样品上产生被照射区域，该区域的大小随着入射光束角度的增加而减小。
在其他一些应用中，使用了可编程(可调节)发散狭缝。这可以允许根据入射光束角度来控制光束发散度，使得当入射光束角度改变时，样品的恒定、固定区域被照亮。通常在可调发散狭缝后面(即，可调发散狭缝和样品之间)使用防散射狭缝，因为可调狭缝可能产生寄生散射(parasitic scatter)。然而，该防散射狭缝并不限制入射光束的发散度，换句话说，它并不阻挡或干扰光束本身，它只阻挡散射的光线。
概述
本发明由权利要求限定。根据本发明的一方面，提供了一种X射线分析装置，包括：
X射线源，其被配置成生成X射线；
样品台，其被配置成支撑样品，X射线源和样品台被布置成使得由X射线源生成的X射线限定照射样品的入射光束；
可调狭缝，其在X射线源和样品之间；
另一狭缝，其在X射线源和可调狭缝之间，或者在可调狭缝和样品之间；以及
控制器，其被配置成控制可调狭缝的宽度，
其中，控制器被配置成在第一宽度、第二宽度和第三宽度之间改变可调狭缝的宽度，第三宽度大于第二宽度，第二宽度大于第一宽度，其中
在第一宽度下：
可调狭缝将入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制样品的被照射区域；并且
另一狭缝优选地不限制入射光束的发散度，
在第二宽度下：
可调狭缝将入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制样品的被照射区域；并且
另一狭缝优选地不限制入射光束的发散度，以及
在第三宽度下：
可调狭缝不限制入射光束的发散度，并且
另一狭缝将入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制样品的被照射区域，
其中，第三发散角大于第二发散角，并且第二发散角大于第一发散角。
本发明人已经认识到混合系统将是有利的，其中在某些配置中可调狭缝限制入射光束的发散度，并且在某些其他配置中另一狭缝限制入射光束的发散度。
如果另一狭缝位于可调狭缝和样品之间，那么，当可调狭缝限制入射光束的发散度时，另一狭缝可以用作防散射狭缝，而不会阻挡或干扰入射光束本身。
相反，如果另一狭缝位于X射线源和可调狭缝之间，则可调狭缝可以用作由另一狭缝散射的X射线的防散射狭缝。特别地，当另一狭缝限制入射光束的发散度时，可调狭缝可以用作防散射狭缝。
入射光束穿过可调狭缝和另一狭缝。
当设置为第一宽度和第二宽度时，可调狭缝阻挡入射光束的一部分。
当设置为第三宽度时，可调狭缝优选地在入射光束外部。也就是说，在第三宽度下，可调狭缝优选地不阻挡或干扰入射光束的任何部分。
可调狭缝可以用作可编程发散狭缝。如果另一狭缝位于可调狭缝和样品之间，那么，当可调狭缝被设置为第一宽度和第二宽度时，另一狭缝可以用作防散射狭缝。当可调狭缝被设置为第三宽度时，另一狭缝可以用作发散狭缝。
装置通常还包括X射线检测器，其被布置成接收来自样品的X射线。在各种不同的情况下，这些X射线可能是衍射的X射线、散射的X射线或由样品中荧光生成的X射线。
在一些实施例中，另一狭缝是不可调狭缝。
如果不可调的另一狭缝位于可调狭缝和样品之间，那么，当可调狭缝被设置为第一宽度和第二宽度时，不可调的另一狭缝可以用作固定的防散射狭缝。当可调狭缝被设置为第三宽度时，不可调的另一狭缝可以用作固定的发散狭缝。
因为不可调狭缝不需要在可调狭缝的所有配置中都对光束无阻碍的(be clearof)，所以不可调狭缝可以具有比先前组合可编程发散狭缝和防散射狭缝的实例的更窄的宽度。当可调狭缝控制光束发散度时，这种更窄的宽度可以允许改善对散射的抑制。
如果不可调的另一狭缝位于X射线源和可调狭缝之间，那么，当可调狭缝被设置为第三宽度时，可调狭缝可以用作可调防散射狭缝。
在其他实施例中，另一狭缝可以是可调狭缝。
X射线分析装置还可以包括测角仪，其中，X射线源被安装到测角仪，以便以一个范围内的不同入射角照射样品。在一些实施例中，X射线源可以绕测角仪的轴可旋转。可选地或附加地，可以旋转样品台，使得以该范围内的不同入射角照射样品。
控制器可以被配置成控制测角仪和可调狭缝，使得：当测角仪被设置为第一入射角时，可调狭缝被设置为第一宽度；当测角仪被设置为第二入射角时，可调狭缝被设置为第二宽度；并且当测角仪被设置为第三入射角时，可调狭缝被设置为第三宽度，第三入射角大于第二入射角，并且第二入射角大于第一入射角。
因此，第三角度是最高入射角，并且第一角度是最低入射角。第二角度在第一角度和第三角度之间。
控制器可以被配置成控制可调狭缝的宽度，使得在测角仪的入射角的范围内，入射光束照射样品的恒定区域。
特别地，控制器可以控制可调狭缝的宽度，使得入射光束在第一角度和第二角度下照射样品的恒定区域。
以这种方式，装置可以在低角度下在第一模式中操作，并且在高角度下在第二模式中操作。在第一模式中，通过根据测角仪的角度来控制可调狭缝的宽度，入射光束照亮样品的固定长度(即，照射恒定区域)。在第二模式中，入射光束具有由另一狭缝控制的固定的发散度。
在第一种模式中，控制器控制可调狭缝随着入射光束角度的增加而开口更宽。
装置可以交替地在两种不同的模式中操作以用于两种不同类型的测量。
X射线分析装置还可以包括X射线检测器，该X射线检测器被布置成接收来自样品的X射线，并且被配置成产生测量接收到的X射线的强度的输出信号。控制器可选地被配置成接收来自X射线检测器的输出信号，并且被配置成通过以下方式来归一化测量到的强度：当可调狭缝被设置为第一宽度或第二宽度时，基于可调狭缝的宽度来执行第一归一化计算；以及当可调狭缝被设置为第三宽度时，基于另一狭缝的宽度来执行第二归一化计算。
以这种方式，控制器可以自动地校正不同狭缝对检测到的X射线的强度的影响。
在一些实施例中，X射线分析装置可以被配置用于X射线荧光测量。
在一些实施例中，X射线分析装置可以是衍射仪。
装置优选地被配置用于粉末衍射测量(diffractometry)。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用装置进行X射线分析的方法，该装置包括：
X射线源，其被配置成生成X射线；
样品台，其被配置成支撑样品，X射线源和样品台被布置成使得由X射线源生成的X射线限定照射样品的入射光束；
可调狭缝，其在X射线源和样品之间；
另一狭缝，其在X射线源和可调狭缝之间，或者在可调狭缝和样品之间；以及
控制器，其被配置成控制可调狭缝的宽度，
该方法包括：
通过控制器将可调狭缝设置为第一宽度，在该第一宽度下，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制样品的被照射区域，并且另一狭缝优选地不限制入射光束的发散度；
通过控制器将可调狭缝设置为第二宽度，在该第二宽度下，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制样品的被照射区域，并且另一狭缝优选地不限制入射光束的发散度；以及
通过控制器将可调狭缝设置为第三宽度，在该第三宽度下，可调狭缝不限制入射光束的发散度，并且另一狭缝将入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制样品的被照射区域，
其中，第三宽度大于第二宽度，并且第二宽度大于第一宽度，并且
其中，第三发散角大于第二发散角，并且第二发散角大于第一发散角。
另一狭缝可以是不可调狭缝。
可选地，当入射光束以第一入射角照射样品时，控制器将可调狭缝设置为第一宽度；当入射光束以第二入射角照射样品时，控制器将可调狭缝设置为第二宽度；并且当入射光束以第三入射角照射样品时，控制器将可调狭缝设置为第三宽度，其中，第三入射角大于第二入射角，并且第二入射角大于第一入射角。
控制器可以控制可调狭缝的宽度，使得在入射角的范围内，入射光束照射样品的恒定区域。
方法还可以包括：检测由样品散射、衍射或发射的次级光束中的X射线；测量次级光束中的X射线的强度；以及归一化测量到的强度以产生归一化的强度，包括：当可调狭缝被设置为第一宽度或第二宽度时，基于可调狭缝的宽度来执行第一归一化计算；以及当可调狭缝被设置为第三宽度时，基于另一狭缝的宽度来执行第二归一化计算。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用装置进行X射线分析的方法，该装置包括：
X射线源，其被配置成生成X射线；
样品台，其被配置成支撑样品，X射线源和样品台被布置成使得由X射线源生成的X射线限定照射样品的入射光束；
可调狭缝，其在X射线源和样品之间；
测角仪，其中，X射线源被安装到测角仪以便绕测角仪的轴可旋转，从而以一个范围内的不同入射角照射样品；以及
控制器，其被配置成控制测角仪和可调狭缝的宽度，
该方法包括：
当测角仪被设置为第一入射角时，通过控制器将可调狭缝设置为第一宽度，在该第一宽度下，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制样品的被照射区域；
当测角仪被设置为第二入射角时，通过控制器将可调狭缝设置为第二宽度，在该第二宽度下，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制样品的被照射区域；
当测角仪被设置为第三入射角时，通过控制器将可调狭缝设置为第三宽度，在该第三宽度下，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制样品的被照射区域；以及
当测角仪被设置为第四入射角时，通过控制器将可调狭缝设置为第三宽度，
其中，第三宽度大于第二宽度，并且第二宽度大于第一宽度，
其中，第三发散角大于第二发散角，并且第二发散角大于第一发散角，并且
其中，第四入射角大于第三入射角，第三入射角大于第二入射角，并且第二入射角大于第一入射角。
根据该方面，在第一入射角和第二入射角下将可调狭缝分别调节到第一宽度和不同的第二宽度。在第三入射角和第四入射角下，将可调狭缝的宽度固定在第三宽度。以这种方式，可调狭缝可以执行固定狭缝和可调狭缝两者的功能。在一些实施例中，这可以减少对另一狭缝的需求。在第三入射角和第四入射角下，可调狭缝被控制以将入射光束的发散度限制在固定的发散角，即，第三发散角。
控制器可以控制可调狭缝的宽度，使得在从第一入射角到第二入射角的入射角的范围内，入射光束照射样品的恒定区域。
以这种方式，可调狭缝被控制来在低入射角下在样品上提供恒定的照射区域，并在更高的入射角下提供恒定的发散度。
装置可选地包括另一狭缝。另一狭缝可以是不可调狭缝。
另一狭缝可以位于可调狭缝和样品之间，使得入射光束穿过另一狭缝，但是另一狭缝不限制入射光束的发散度。
另一狭缝优选地用作防散射狭缝。特别地，它可以被配置成阻挡由可调狭缝生成的散射。
还提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序，该计算机程序被配置成当在X射线分析装置的控制器上运行所述计算机程序时，使得所述控制器执行如以上概括的方法中的所有步骤。可以在非临时计算机可读介质上包括计算机程序。
根据本发明的又一方面，提供了一种X射线分析装置，包括：
X射线源，其被配置成生成X射线；
样品台，其被配置成支撑样品，X射线源和样品台被布置成使得由X射线源生成的X射线限定照射样品的入射光束；
可调狭缝，其在X射线源和样品之间；
测角仪，其中，X射线源被安装到测角仪，以便以一个范围内的不同入射角照射样品；以及
控制器，其被配置成控制测角仪和可调狭缝的宽度，
其中，控制器被配置成在第一宽度、第二宽度和第三宽度之间改变可调狭缝的宽度，第三宽度大于第二宽度，第二宽度大于第一宽度，其中
在第一宽度下：
可调狭缝将入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制样品的被照射区域，
在第二宽度下：
可调狭缝将入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制样品的被照射区域，以及
在第三宽度下：
可调狭缝将入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制样品的被照射区域，
其中，第三发散角大于第二发散角，并且第二发散角大于第一发散角，
其中，控制器被配置成控制测角仪和可调狭缝，使得：
当测角仪被设置为第一入射角时，可调狭缝被设置为第一宽度；
当测角仪被设置为第二入射角时，可调狭缝被设置为第二宽度；
当测角仪被设置为第三入射角时，可调狭缝被设置为第三宽度；以及
当测角仪被设置为第四入射角时，可调狭缝被设置为第三宽度，
第四入射角大于第三入射角，第三入射角大于第二入射角，并且第二入射角大于第一入射角。
X射线分析装置还可以包括X射线检测器，该X射线检测器被布置成接收来自样品的X射线，并且被配置成产生测量接收到的X射线的强度的输出信号。控制器可选地被配置成接收来自X射线检测器的输出信号，并且被配置成通过以下方式来归一化测量到的强度：当可调狭缝被设置为第一宽度、第二宽度、或第三宽度时，基于可调狭缝的宽度来执行归一化计算。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明实施例的X射线衍射装置的横截面侧视图的示意图；
图2是示出了图1的X射线衍射装置中的光束形成的简化示意图，其中可编程发散狭缝被设置为第一宽度；
图3是示出了图1的X射线衍射装置中的光束形成的简化示意图，其中可编程发散狭缝被设置为第二宽度；
图4是示出了图1的X射线衍射装置中的光束形成的简化示意图，其中可编程发散狭缝被设置为第三宽度；
图5示出了通过结合入射角改变光束发散度来用入射光束照射样品的恒定区域的过程；
图6是示出了根据本发明的实施例的用于进行X射线测量的方法的流程图；
图6A是作为图6示出的方法的变型的方法的流程图；以及
图7是根据图1的可替代实施例的X射线衍射装置的示意图。
应当注意的是，这些图是示意性的，并且没有按比例绘制。为了附图中的清晰和方便，这些附图的部件的相对尺寸和比例在尺寸上被放大或缩小。
详细描述
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的X射线衍射仪的示意图。
参考图1，X射线装置2包括X射线源(X射线管4)，该X射线源被布置成生成X射线并将它们引导向由样品台8支撑的样品6。在X射线管4和样品台8之间的X射线光束12的路径上提供了平坦型梯度多层结构(flat graded multilayer)10。如EP 2896960中所述，通过提供平坦型梯度多层结构，可以将X射线装置用于布拉格布伦塔诺和SAXS测量。
X射线管4具有线焦点，这产生了入射到平坦型梯度多层结构上并最终入射到样品6上的发散X射线光束12。样品6衍射入射的X射线光束12。具有X射线检测区15的X射线检测器14被布置成检测来自样品的X射线，这些X射线沿着衍射的X射线光束路径朝着X射线检测区15被衍射。将X射线检测器14和X射线管安装在测角仪(未示出)上。通过绕轴旋转X射线管来改变入射X射线光束的角度θ。绕同一轴旋转X射线检测器，以检测由样品衍射的相对于入射X射线光束成2θ角度的X射线。将用于一个或更多个准直器的第一支撑部件16设置在样品台8和X射线检测器14之间。通过选择如何读出检测区15的有效(active)区域，可以在2D模式、1D模式或0D模式中操作X射线检测器。对于布拉格布伦塔诺测量，使用1D模式。
X射线装置还包括控制器17，用于控制各种部件的位置和配置。控制器17与第一致动器21进行通信。第一致动器21被布置成改变第一支撑部件16的位置，以移动一个或更多个准直器。
在图1示出的实施例中，第一支撑部件16支撑第一准直器18和第二准直器(未示出)。第一准直器18允许具有在第一角度范围内的角发散度的光束穿过它。第二准直器的角发散度大于第一准直器18的角发散度，因此允许更宽的光束穿过它。
通过提供其中控制器17使第一支撑部件16在第一配置和第二配置之间移动的布置，可以以方便的方式来重新配置X射线装置。通过在第一配置和第二配置之间移动第一支撑部件16，第一准直器18被替换为第二准直器。此外，通过提供其中第一支撑部件16被布置成轴向地移动的布置，可以改变第一支撑部件的配置而不妨碍检测器的角度范围2θ。
同时，通过提供其中第一支撑部件16被布置成相对于X射线检测器14在横向(轴向方向)上穿过光束路径移动的布置，提供了紧凑的布置。
可编程防散射狭缝11被设置在从样品6到检测器14的检测区15的次级X射线光束路径中。控制器17被配置成控制可编程防散射狭缝的开口的尺寸，使得可以根据正在进行的测量类型而改变狭缝的尺寸。
光束掩模(beam mask)部件22被设置在入射光束侧。在该实施例中，光束掩模部件包括第一掩模轮(mask wheel)。在从第一掩模轮朝向样品的方向上，在第一掩模轮之后设置光束调节单元23和第二掩模轮25。光束调节单元23包括平坦型梯度多层结构10和固定到平坦型梯度多层结构10的索勒狭缝(Soller slit)准直器。平坦型梯度多层结构10反射入射的X射线光束，而不改变光束的发散度。
在一个实施例中，光束掩模部件22包括掩模轮。图1的布置还包括第二掩模轮25。每个掩模轮包括主体，并且具有在主体中形成的多个掩模。每个掩模轮绕其中心可旋转。第一掩模轮至少包括第一狭缝掩模和开口光束掩模。第一狭缝掩模用于限制光束的尺寸(可能与其他部件结合)。开口光束掩模是个大开口，其大小被调整成允许X射线光束不间断地穿过。第一掩模轮可以另外包括一个或多个另一狭缝掩模和/或衰减器。控制器17可以被配置成控制光束掩模部件的位置。
通过提供这种布置，可以方便地重新配置入射光束路径中的光束光学器件。因此，X射线装置可以用于多种不同的应用，因为可以提供入射和衍射光束光学器件的不同组合，而不需要专家用户进行大量的工作来重新配置该装置。
根据本发明的实施例，X射线分析装置包括在X射线管4和样品6之间的入射光束路径中的可调狭缝210；以及在可调狭缝210和样品6之间的入射光束路径中的不可调的另一狭缝220。在控制器17的控制下(如图1中虚线所示)，可调狭缝210可以用作可编程发散狭缝。不可调狭缝220可以用作防散射狭缝(尤其是与可调狭缝210结合)，和/或它可以用作固定的发散狭缝。
根据本发明的实施例，图2-图4中的横截面图提供了狭缝210和220的操作原理的示意图。图2示出了当控制器17已经将可调狭缝210设置为第一宽度时的可调狭缝210。可调狭缝210由两个彼此相对的遮光板(blade)211和212形成。可调狭缝的宽度由这两个遮光板之间的间距限定。当可调狭缝210为第一宽度时，可调狭缝将入射光束的发散度限制在第一发散角α1。这是通过遮光板211和212阻挡光束的一部分122a来实现的。第一发散角α1是入射光束的被允许穿过两个遮光板之间的间隙的剩余部分12a的发散度。通过以这种方式限制发散度，可调狭缝限制了样品6的被入射光束照射的区域。
当可调狭缝210为第一宽度时，不可调狭缝220不干扰入射光束的剩余部分12a。在该实施例中，不可调狭缝220包括实心板材料中的开口。固定的狭缝的宽度由开口的相对两侧之间的间隔限定。在图2示出的配置中(即，可调狭缝210被设置为第一宽度时)，入射光束的剩余部分12a穿过开口，而开口的相对两侧不干扰或阻挡入射光束的剩余部分12a。然而，不可调狭缝220在该配置中仍然可用作防散射狭缝。来自可调狭缝210的寄生散射可以被实心板的两个相对侧阻挡。这在图2中由散射的光线124(用虚线箭头表示)示出，散射的光线124被不可调狭缝220阻挡，从而被阻止到达样品。
图3示出了当控制器17已经将可调狭缝210设置为第二宽度(比第一宽度大)时的可调狭缝210。在第二宽度下，可调狭缝210将入射光束的发散度限制在第二发散角α2，该第二发散角α2大于第一发散角α1。相对遮光板211和212阻挡光束的一部分122b来实现这一点。光束的剩余部分12b穿过可调狭缝210以照射样品6。再次，通过限制入射光束的发散度，可调狭缝210限制样品6的被照射区域。
当可调狭缝210为第二宽度时，不可调狭缝220仍然不干扰入射光束的剩余部分12b。也就是说，光束完全地穿过不可调狭缝220的开口，而不会被阻挡或干扰。然而，通过阻挡由可调狭缝210生成的寄生散射的光线124，不可调狭缝220可以再次用作防散射狭缝。
图4示出了当控制器17已经将可调狭缝210设置为第三宽度(比第一宽度和第二宽度大)时的可调狭缝210。在该第三宽度下，可调狭缝210不干扰或阻挡入射光束的任何部分，因此不限制其发散度。然而，如图所示，不可调狭缝220现在阻挡光束的一部分122c，从而将入射光束的发散度限制在第三发散角α3，该第三发散角α3大于第一发散角α1和第二发散角α2。因此，当可调狭缝210为第三宽度时，不可调狭缝220限制样品的被照射区域。该区域被入射光束的剩余部分12c照射。由于在该配置中可调狭缝210不干扰光束，因此它不会生成任何寄生散射。
注意，图2-图4示出了简化的、夸大的几何形状，并不打算成为比例图，它们仅打算解释两个狭缝210和220的操作原理。此外，为了解释简单，图2-图4示出了在所有三种情况下入射光束垂直向下被引导到样品上。实际上，更有可能的是，对样品的入射角会改变，并且根据入射角通过改变可调狭缝210的宽度，入射光束发散度将受到控制。图5中示出了这种情况。
在一些实施例中，装置还包括测角仪(未示出)，并且X射线管4(和入射光束X射线光学器件)被安装到测角仪以便绕测角仪的轴可旋转。样品被放置在样品台8上，以便与测角仪的轴对齐。X射线检测器14(和次级光束X射线光学器件)也被安装到测角仪，使得它们绕其轴可旋转。在一个实施例中，控制器控制相互结合的测角仪和可调狭缝210，使得可调狭缝210随着入射角的增加而开口更宽。
图5中示出了特别优选的示例。当测角仪被设置为第一入射角θ1时，控制器将可调狭缝210设置为第一宽度，从而产生具有第一发散角α1的入射光束12a。另一方面，当测角仪被设置为第二、更高的入射角θ2时(如由X射线管4的第二位置以虚线所示)，控制器将可调狭缝210设置为第二宽度，以便产生具有第二、更宽发散角α2的入射光束12b。控制可调狭缝210的宽度，从而控制光束的发散角α，使得在两个入射角下照射样品的相同的、恒定的区域。尽管图5仅针对两个入射角示出了这一点，但是对于本领域技术人员来说明显的是，可调狭缝210可以被控制以在连续的入射角的范围内提供该恒定的照射区域。
在第三、更高的入射角(图5中未示出)下，可调狭缝210被设置为第三宽度，使得相对的遮光板211和212完全移到入射光束之外，并且不可调狭缝220接管可调狭缝210以确定光束发散度。一旦不可调狭缝220接管，光束的发散度就固定了。这对于在更高入射角的范围内的测量可能是有利的。
典型地，为了进行X射线分析，在入射角θ(以及由检测器14检测的次级光束的相应角度)的范围内扫描样品6。由于狭缝210和220通过阻挡光束的一部分来控制光束的发散度，因此落在样品上的总辐射量随着不同的入射角发生变化，即使通过控制可调狭缝210可以在特定的角度范围内保持照射区域恒定。这导致由X射线检测器14接收的X射线的总强度发生变化。为了使其能够对此进行补偿，控制器可以从X射线检测器14接收输出信号，测量由检测器14接收到的X射线的强度。控制器可以被配置成根据针对其测量强度的入射角来归一化测量到的强度。特别地，控制器17可以被配置成当可调狭缝控制光束发散度时根据可调狭缝210的宽度来归一化测量到的强度，并且当另一狭缝控制光束发散度时根据另一狭缝220的宽度来归一化测量到的强度。以这种方式，控制器可以自动地补偿由混合发散度控制系统引起的测量到的X射线强度的变化。
注意，在一些实施例中，补偿不需要由控制器17来执行。它可以由独立于控制器17的另一处理器(未示出)的硬件、软件或固件来执行。在这种情况下，该另一处理器优选地接收关于狭缝210和220的配置的信息，以及待被归一化的测量到的强度。
图6示出了使用如上所述的X射线分析装置，根据本发明的实施例可以被执行的X射线分析的方法。
当该方法开始时，在步骤610中设置要被测量的第一入射角。接下来，在步骤620中，控制器17根据入射角θ来设置可调狭缝210的宽度。这可以对应于上文先前描述的第一宽度和第一入射角θ1。在该配置中，可调狭缝210控制光束的发散度。在步骤630中，使用X射线检测器14来测量次级光束的强度。在步骤640中，基于可调狭缝210的宽度，(使用控制器17或另一处理器)将测量到的强度归一化，以对光束的被阻挡部分122a的缺失进行补偿。
在步骤650中，方法检查是否已经达到阈值入射角。该阈值角度对应于在该处不可调狭缝220接管可调狭缝210来控制光束发散度的点。如果还没有达到阈值角度，方法返回到步骤610，并且控制器17控制测角仪移动到下一个入射角。这可能是上述第二入射角θ2。在该配置中，可调狭缝210仍然控制光束的发散度。重复步骤620、630和640。这一次，在步骤640中，基于可调狭缝210的宽度将测量到的强度归一化，以对光束的被阻挡部分122b的缺失进行补偿。
当达到阈值入射角时，方法进行到步骤660，并且控制器17控制测角仪移动到下一个入射角。方法现在处于恒定角发散度模式，其中入射光束的发散度由不可调狭缝220控制。可调狭缝210的遮光板不再干扰入射光束。因此，不再需要根据入射角来设置可调狭缝210的宽度。方法直接进行到步骤670，在步骤670中测量次级光束强度。除了控制入射光束的发散度的方式之外，该步骤基本上与步骤630相同。在步骤680中，基于不可调狭缝220的(固定的)宽度，(使用控制器17或另一处理器)将测量到的强度归一化，以便对光束的被阻挡部分122c的缺失进行补偿。
在步骤690中，方法检查是否还有其他入射角要扫描。如果是，方法返回到步骤660并重复步骤670和680。当不再有入射角要被扫描时，方法终止。
使用这种方法可以允许在宽角度范围内并使用不同类型的发散度控制自动地进行扫描，其中入射光束发散度(从而样品的被照射区域)被控制以给出最佳测量结果。结果会被自动地归一化，因此不同发散度控制模式的使用对用户来说是透明的。这可能有助于避免需要专家用户对结果进行复杂的后处理。
注意，如在同一扫描中在同一样品上使用多种发散度控制模式一样，(如上所述)，根据本发明的实施例的装置可以用于在不同模式中执行不同的扫描。例如，装置可以被编程为使用不可调狭缝220来执行一种类型的扫描，以控制入射光束的发散度。装置可以被编程为使用可调狭缝210来执行另一种类型的扫描。可以在可调狭缝210在入射角的范围内被设置为恒定宽度(因此恒定发散度)的情况下，或者在可调狭缝210的宽度(因此发散度)根据入射角变化的情况下执行后一种类型的扫描。
图6A是示出图6的方法的变型的流程图。在该变型中，可调狭缝210的宽度在一些入射角下是变化的，并且在其他角下保持恒定。特别地，它在较低角度下是变化的，并且在较高角度下保持恒定。如果需要的话，可以仅用可调狭缝210来执行该实施例的方法。换句话说，在该实施例中，另一狭缝220是可选的。
图6A的方法中的步骤610至650与图6的步骤610至650相同。在该实施例中，阈值入射角仍然是在该处测量切换到恒定角发散度模式的角。然而，与图6的方法不同，在该恒定发散度模式中，可调狭缝210将仍然负责控制光束的发散度。一旦达到阈值入射角，方法进行到步骤665，并且控制器17控制测角仪移动到下一个入射角。在本实施例中，假设可调狭缝的宽度将保持固定在步骤620的最后迭代中设定的最终宽度；因此，在步骤665之后，不需要修改宽度。然而，应当理解，在其他实施例中，在达到阈值入射角之后，可调狭缝210可以被设置为预定的不同的固定宽度。在步骤675中，测量次级光束强度。在步骤685中，基于可调狭缝210的宽度，(使用控制器17或另一处理器)将测量到的强度归一化，以对光束的被阻挡部分122b的缺失进行补偿。在步骤690中，方法检查是否还有其他入射角要扫描。如果是，方法返回到步骤665并重复步骤675和685。当不再有另外的入射角要被扫描时，方法终止。
图7是示出根据另一示例性实施例的X射线衍射仪的示意图。这是图1示出的实施例的变型。除了下面描述的不同之处，该实施例与图1的实施例相同。为了简洁起见，将不再重复对共同特征的描述。
在图1中，另一狭缝(不可调狭缝220)位于可调狭缝210和样品6之间的光束路径中。这允许不可调狭缝220用作防散射狭缝，阻挡由可调狭缝210生成的散射。特别地，当可调狭缝被设置为第一宽度或第二宽度时，它允许不可调狭缝220阻挡来自可调狭缝210的散射，其中可调狭缝限制入射光束的发散度。由于可调狭缝210通常在低入射角下以其第一宽度和第二宽度被使用，这可以允许图1的装置提供对在低入射角下的寄生散射的良好控制。
相比之下，在图7中，可调狭缝和另一(不可调)狭缝的顺序相反。换句话说，可调狭缝210a位于X射线管4和样品6之间的入射光束路径中；并且另一狭缝(不可调狭缝220)位于X射线管4和可调狭缝210a之间的入射光束路径中。类似于图1的实施例，控制器17控制可调狭缝210a。
图7的装置可以以与图1相似的方式运行。当可调狭缝210a被设置为第一宽度和第二宽度时，可调狭缝210a限制光束发散度。当可调狭缝210a被设置为第三宽度时，另一狭缝(不可调狭缝220)成为发散度限制部件。然而，现在，可调狭缝210a可以用作防散射狭缝，阻挡来自不可调狭缝220的寄生散射。特别地，当可调狭缝210a被设置为第三宽度时，其可以用作防散射狭缝，其中不可调狭缝220限制入射光束的发散度。由于可调狭缝210a通常在高入射角处下以其第三宽度被使用(如上已经讨论的)，这可以允许图7的装置提供对在高入射角下的寄生散射的良好控制。
因此，可以根据在特定应用场景中控制在低入射角下的寄生散射更重要还是控制在高入射角下的寄生散射更重要来选择图1或图7的装置。可选地或附加地，选择可以取决于光束路径中的其他光学元件是否影响寄生散射。
在一个实施例中，控制器17预先配置有与不同类型的X射线测量的部件配置相关的信息。例如，控制器可以被配置成在布拉格布伦塔诺模式、SAXS模式、GISAXS模式、薄膜相位分析模式、反射计模式等中进行测量。对于每种类型的X射线测量，可以有特定的相关联的部件配置(包括应该如何用可调狭缝以及可选地另一狭缝来控制入射光束发散度的定义)。用户选择测量模式，并且控制器通过确定哪个配置与选择的测量模式相关联来确定哪个配置是合适的。控制器然后向一个或更多个致动器发送控制信号，使得致动器将部件移动到该配置。在某些测量模式中，可能使用多种配置。例如，当使用布拉格布伦塔诺几何形状时，可以以固定的照明长度或以固定的发散度或两者的混合(例如，在不同的入射角下)来执行测量。可以提示用户选择期望的测量类型，或者控制器可以基于其他条件进行选择，并相应地配置可调狭缝(以及可选地另一狭缝)。
在另一实施例中，控制器被预先配置为基于要被分析的样品的类型来选择部件配置。例如，用户可以输入标识待被分析样品的类型的信息。控制器将该信息与数据库进行比较，以确定最合适的部件配置。数据库提供关于对于不同材料需要何种扫描类型以及对于该扫描的适当部件配置的信息。
在实施例中，在一批测量期间改变部件配置。在该实施例中，样品保持器包括多个容器。每个容器装有不同的样品。样品可以是不同的材料。在测量期间，样品保持器被控制以将单个容器定位在入射的X射线光束路径中。控制器控制样品保持器以移动容器，以便将被布置在X射线光束路径中的容器更换为另一个容器。以这种方式，在没有用户干预的情况下，对一批样品执行X射线测量。控制器还被配置成改变部件配置，使得可以在一批测量期间改变配置，而无需用户干预。
本领域技术人员将理解，可以提供上面讨论的实施例的变型。例如，在替代实施例中，可以提供以下内容。
在一些实施例中，如上已经提及的，另一狭缝不是必需的，并且可以单独通过可调狭缝来控制入射光束发散度。当存在时，并不需要另一狭缝是具有固定宽度的不可调狭缝。在一些实施例中，它可以是另一可调狭缝。这可以允许对入射光束的散射和/或角发散度的进一步程度的控制。控制器可以被配置成根据(第一)可调狭缝的宽度、根据入射角或两者来控制另一可调狭缝的宽度。例如，控制器可以被配置成随着(第一)可调狭缝的宽度的增加而增加另一可调狭缝的宽度。(第一)可调狭缝可以限制入射光束的发散度，并且另一可调狭缝可以控制来自(第一)可调狭缝的寄生散射，而不限制入射光束的发散度(至少在第一可调狭缝的一些宽度下)。这可以允许更有效地控制来自第一可调狭缝的散射，因为在第一可调狭缝的每个宽度下(即，在入射光束的每个发散角下)，另一可调狭缝可以被控制为相对靠近入射光束。
在上述实施例中，不可调的另一狭缝由实心板材料中的开口提供。然而，这并不是必要的。如本领域技术人员所熟知的，存在其他合适类型的狭缝，其不包括实心板材料中的开口。
通常，上述实施例中提到的所有其他X射线光学器件都是可选的。根据应用和/或需要进行的X射线分析，它们可以存在于任何给定的实施例中，也可以不存在。这包括光束调节单元23(包括平坦型梯度多层结构10和索勒狭缝准直器)、掩模轮22和25、第一至第四准直器、以及防散射狭缝11。
应注意，以上提到的实施例说明而不是限制本发明，并且本领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计很多可替换的实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除与权利要求中列出的元件或者步骤不同的元件或者步骤的存在。元件之前的词“一个(a)”或者“一个(an)”并不排除多个这种元件的存在。通过包括几个不同元件的硬件可以实施实施例。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个装置可由硬件的一个且同一项体现。在相互不同的从属权利要求中引用某些手段的不争事实并不指示这些手段的组合不能有利地被使用。此外，在包括“A；B；和C中的至少一项”的所附权利要求中，“A；B；和C中的至少一项”应当被解释为(A和/或B)和/或C。
此外一般来说，可以以硬件或者专用电路、软件、逻辑或者它们的任意组合的方式实现各种实施例。例如，一些方面可以以硬件来实现，同时其他方面可以以可以由控制器、微处理器或者其他计算设备执行的固件或者软件来实现，然而这些并不限制示例。虽然在本文中描述的各个方面可以被示出并且描述为框图、流程图、或者使用一些其他图形表示，然而众所周知的是，在本文中描述的这些块、装置、系统、技术或者方法可以作为非限定性示例以硬件、软件、固件、专用电路或者逻辑、通用硬件或者控制器或者其他计算设备、或者它们的一些组合来实现。
在本文中描述的实施例可以通过由装置的数据处理器(诸如，在处理器或控制器中)可执行的计算机软件、或者通过硬件、或者通过软件和硬件的组合实现。另外就此而言，应注意的是，如在图中的逻辑流程中的任何块可以表示程序步骤、或者互联逻辑电路、块或者功能、或者程序步骤和逻辑电路、块和功能的组合。软件可被储存在像存储芯片或者在处理器内实现的内存块、磁介质(诸如，硬盘或软盘)以及光介质(诸如，例如，DVD和其数据变型以及CD)之类的物理介质上。
存储器可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何适合的数据储存技术(诸如，基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器)来实现。作为非限定性示例，数据处理器可以是适用于本地技术环境的任何类型，并且可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、门级电路和基于多核处理器架构的处理器中的一个或更多个。

Claims (15)

1.一种X射线分析装置，包括：
X射线源(4)，所述X射线源被配置成生成X射线；
样品台(8)，所述样品台被配置成支撑样品(6)，所述X射线源和所述样品台被布置成使得由所述X射线源生成的X射线限定照射所述样品的入射光束；
可调狭缝(210)，所述可调狭缝在所述X射线源和所述样品之间；
另一狭缝(220)，所述另一狭缝在所述X射线源和所述可调狭缝之间，或者在所述可调狭缝和所述样品之间；以及
控制器(17)，所述控制器被配置成控制所述可调狭缝的宽度，
其中，所述控制器被配置成在第一宽度、第二宽度和第三宽度之间改变所述可调狭缝的宽度，所述第三宽度大于所述第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，其中
在所述第一宽度下：所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制所述样品的被照射区域，
在所述第二宽度下：所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制所述样品的被照射区域，以及
在所述第三宽度下：所述可调狭缝不限制所述入射光束的发散度；以及
所述另一狭缝将所述入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制所述样品的被照射区域，
其中，所述第三发散角大于所述第二发散角，并且所述第二发散角大于所述第一发散角。
2.根据权利要求1所述的X射线分析装置，其中，所述另一狭缝(220)是不可调狭缝。
3.根据权利要求1所述的X射线分析装置，其中，所述另一狭缝是可调节的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的X射线分析装置，还包括测角仪，其中，所述X射线源被安装到所述测角仪以便绕所述测角仪的轴可旋转，从而以一个范围内的不同入射角照射所述样品。
5.根据权利要求4所述的X射线分析装置，其中，所述控制器被配置成控制所述测角仪和所述可调狭缝，使得：
当所述测角仪被设置为第一入射角时，所述可调狭缝被设置为所述第一宽度；
当所述测角仪被设置为第二入射角时，所述可调狭缝被设置为所述第二宽度；以及
当所述测角仪被设置为第三入射角时，所述可调狭缝被设置为所述第三宽度，
所述第三入射角大于所述第二入射角，并且所述第二入射角大于所述第一入射角。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的X射线分析装置，其中，所述控制器被配置成控制所述可调狭缝的宽度，使得在所述测角仪的入射角的范围内，所述入射光束照射所述样品的恒定区域。
7.根据任一前述权利要求所述的X射线分析装置，还包括X射线检测器(14)，所述X射线检测器被布置成接收来自所述样品(6)的X射线，并且被配置成产生测量接收到的X射线的强度的输出信号，
其中，所述控制器被配置成接收来自所述X射线检测器的输出信号，并且被配置成通过以下方式来归一化测量到的强度：
当所述可调狭缝被设置为所述第一宽度或所述第二宽度时，基于所述可调狭缝的宽度来执行第一归一化计算；以及
当所述可调狭缝被设置为所述第三宽度时，基于所述另一狭缝的宽度来执行第二归一化计算。
8.根据任一前述权利要求所述的X射线分析装置，其中，所述X射线分析装置被配置用于X射线荧光测量。
9.根据任一前述权利要求所述的X射线分析装置，其中，所述X射线分析装置是衍射仪。
10.一种使用装置进行X射线分析的方法，所述装置包括：
X射线源(4)，所述X射线源被配置成生成X射线；
样品台(8)，所述样品台被配置成支撑样品(6)，所述X射线源和所述样品台被布置成使得由所述X射线源生成的X射线限定照射所述样品的入射光束；
可调狭缝(210)，所述可调狭缝在所述X射线源和所述样品之间；
另一狭缝(220)，所述另一狭缝在所述X射线源和所述可调狭缝之间，或者在所述可调狭缝和所述样品之间；以及
控制器(17)，所述控制器被配置成控制所述可调狭缝的宽度，
所述方法包括：
通过所述控制器将所述可调狭缝设置(620)为第一宽度，在所述第一宽度下，所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制所述样品的被照射区域；
通过所述控制器将所述可调狭缝设置(620)为第二宽度，在所述第二宽度下，所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制所述样品的被照射区域；以及
通过所述控制器将所述可调狭缝设置为第三宽度，在所述第三宽度下，所述可调狭缝不限制所述入射光束的发散度，并且所述另一狭缝将所述入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制所述样品的被照射区域，
其中，所述第三宽度大于所述第二宽度，并且所述第二宽度大于所述第一宽度，并且
其中，所述第三发散角大于所述第二发散角，并且所述第二发散角大于所述第一发散角。
11.一种使用装置进行X射线分析的方法，所述装置包括：
X射线源(4)，所述X射线源被配置成生成X射线；
样品台(8)，所述样品台被配置成支撑样品(6)，所述X射线源和所述样品台被布置成使得由所述X射线源生成的X射线限定照射所述样品的入射光束；
可调狭缝(210)，所述可调狭缝在所述X射线源和所述样品之间；
测角仪，其中，所述X射线源被安装到所述测角仪以便绕所述测角仪的轴可旋转，从而以一个范围内的不同入射角照射所述样品；以及
控制器(17)，所述控制器被配置成控制所述测角仪和所述可调狭缝的宽度，
所述方法包括：
当所述测角仪被设置(610)为第一入射角时，通过所述控制器将所述可调狭缝设置(620)为第一宽度，在所述第一宽度下，所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第一发散角，从而限制所述样品的被照射区域；
当所述测角仪被设置(610)为第二入射角时，通过所述控制器将所述可调狭缝设置(620)为第二宽度，在所述第二宽度下，所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第二发散角，从而限制所述样品的被照射区域；
当所述测角仪被设置(665)为第三入射角时，通过所述控制器将所述可调狭缝设置为第三宽度，在所述第三宽度下，所述可调狭缝将所述入射光束的发散度限制在第三发散角，从而限制所述样品的被照射区域；以及
当所述测角仪被设置(665)为第四入射角时，通过所述控制器将所述可调狭缝设置为所述第三宽度，
其中，所述第三宽度大于所述第二宽度，并且所述第二宽度大于所述第一宽度，
其中，所述第三发散角大于所述第二发散角，并且所述第二发散角大于所述第一发散角，并且
其中，所述第四入射角大于所述第三入射角，所述第三入射角大于所述第二入射角，并且所述第二入射角大于所述第一入射角。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制器控制所述可调狭缝的宽度，使得在从所述第一入射角到所述第二入射角的入射角的范围内，所述入射光束照射所述样品的恒定区域。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述装置包括位于所述可调狭缝和所述样品之间的另一狭缝(220)，使得所述入射光束穿过所述另一狭缝，但是所述另一狭缝不限制所述入射光束的发散度。
14.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序被配置成当在X射线分析装置的控制器上运行所述计算机程序时，使得所述控制器执行根据权利要求10至13中任一项所述的方法的所有步骤。
15.根据权利要求14所述的计算机程序，所述计算机程序被包括在非临时计算机可读介质上。
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