DE9007499U1 - Device for generating and measuring the secondary radiation emitted by a sample irradiated with X-rays - Google Patents
Device for generating and measuring the secondary radiation emitted by a sample irradiated with X-raysInfo
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Dr. Dieter WeberDr. Dieter Weber
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Klaus SeiffertKlaus Seiffert
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Dr. Winfried LiekeDr. Winfried Lieke
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Die vorliegende Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Messen von Sekundärstrahlung, welche von einer mit Röntgenstrahlen bestrahlten Probe ausgeht. Eine solche Vorrichtung hat im wesentlichen die folgenden Merkmale:The present innovation relates to a device for generating and measuring secondary radiation, which emanates from a sample irradiated with X-rays. Such a device essentially has the following features:
eine Röntgenröhre in einem für Röntgenstrahlen im wesentlichen undurchlässigen Gehäuse,an X-ray tube in a housing that is essentially impermeable to X-rays,
eine Öffnung in dem Gehäuse für den Austritt eines Röntgenstrahlenbündels,an opening in the housing for the exit of an X-ray beam,
einen Kollimator zur Begrenzung der Röntgenstrahlung auf einen bestimmten, festa collimator to limit the X-ray radiation to a certain, fixed
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definierten Flächenbereich,defined area,
einen Verschluß zwischen Röntgenröhre und Kollimator, welcher den Röntgenstrahl beispielsweise zwecks Probenwechsel unterbrechen kann,a shutter between the X-ray tube and the collimator, which can interrupt the X-ray beam, for example, to change the sample,
eine Justiereinrichtung zum Einstellen des gewünschten Auftreffpunktes der Röntgenstrahlung undan adjustment device for setting the desired point of impact of the X-rays and
ein Proportionalzählrohr oder dergleichen zur Erfassung der von der bestrahlten Probe ausgehenden Sekundärstrahlung.a proportional counter tube or the like for detecting the secondary radiation emitted by the irradiated sample.
Bei geöffnetem Verschluß wird dann aus der von der Röntgenröhre ausgehenden Strahlung durch den Kollimator ein Röntgenstrahl ausgeblendet, der auf einen kleinen Flächenbereich einer zu messenden Probe auftrifft, wobei gegebenenfalls das Proportionalzählrohr oder ein anderes Gerät zur Erfassung der Sekundärstrahlung auf den bestrahlten Bereich der Probe ausgerichtet wird und so die von diesem Bereich ausgehende Sekundärstrahlung erfaßt.When the shutter is open, the collimator then filters out an X-ray beam from the radiation emitted by the X-ray tube, which beam impinges on a small area of a sample to be measured, whereby, if necessary, the proportional counter tube or another device for detecting the secondary radiation is aligned with the irradiated area of the sample and thus detects the secondary radiation emitted from this area.
Derartige Vorrichtungen eignen sich beispielsweise gut für die Schichtdickenbestimmung sehr dünner Schichten durch Messen der Fluoreszenzstrahlung, welche von dem bestrahlten Probenbereich ausgeht.Such devices are well suited, for example, for determining the thickness of very thin layers by measuring the fluorescence radiation emanating from the irradiated sample area.
Die zu untersuchenden Proben sind häufig sehr klein und die zu untersuchenden Oberflächen sind nicht immer homogen, so daß es für das Ergebnis einer Sekundärstrahlungsmessung häufig sehr auf die genaue Kenntnis des Flächenbereiches ankommt, auf welchen die Röntgenstrahlung auftrifft. Andererseits ist dieser Bereich aber nicht ohne weiteres erkennbar, da sowohl die Röntgenstrahlung als auch (im allgemeinen) die Sekundärstrahlung unsichtbar sind.The samples to be examined are often very small and the surfaces to be examined are not always homogeneous, so that the result of a secondary radiation measurement often depends very much on the precise knowledge of the area of the surface on which the X-rays hit. On the other hand, this area is not easily recognizable, since both the X-rays and (in general) the secondary radiation are invisible.
Aus diesem Grund weisen derartige Geräte im allgemeinen eine Justiereinrichtung auf, welche über Hilfsmittel die Ausrichtung des Röntgenstrahl und seinen Auftreffpunkt auf einer Probe anzeigt. Diese Justiereinrichtungen, die beispielsweise einen Lichtflech auf den vermeintlichen Auftreffpunkt der Röntgenstrahlung projizieren, sind jedoch nicht sehr genau, und können leicht dejustiert werden, ohne daß die falsche Justierung ohne weiteres erkennbar ist, wobei außerdem die Justierung häufig noch einen bestimmten Abstand des Kollimators von der Probe voraussetzt.For this reason, such devices generally have an adjustment device which uses aids to indicate the alignment of the X-ray beam and its point of impact on a sample. However, these adjustment devices, which for example project a beam of light onto the supposed point of impact of the X-rays, are not very precise and can easily be misaligned without the incorrect adjustment being immediately apparent, and in addition, the adjustment often requires the collimator to be at a certain distance from the sample.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Dejustierung praktisch ausgeschlossen ist und bei welcher der Justiervorgang wesentlich einfacher und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.In contrast, the present invention is based on the object of creating a device of the type mentioned at the outset in which misalignment is practically impossible and in which the adjustment process can be carried out much more easily and with high precision.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kollimator selbst einen Teil der Justiereinrichtung bildet Zwar sind auch bei bekannten Geräten dieser Art Justiereinrichtung und Kollimator gelegentlich miteinander gekoppelt, dabei spielt jedoch der Kollimator selbst keine aktive Rolle bei der Justierung und die Verbindung zwischen Justiereinrichtung und Kollimator dient lediglich dazu, einen Bezugspunkt für die Justiereinrichtung zu fixieren. Hiervon unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, daß der Kollimator selbst unmittelbar als Teil der Justiereinrichtung Verwendung findet.This task is solved by the collimator itself forming part of the adjustment device. Although the adjustment device and collimator are occasionally coupled together in known devices of this type, the collimator itself does not play an active role in the adjustment and the connection between the adjustment device and the collimator only serves to fix a reference point for the adjustment device. The present invention differs from this in that the collimator itself is used directly as part of the adjustment device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geschieht dies dadurch, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit Hilfe welcher bei geschlossenem Verschluß ein Lichtstrahl durch die Kollimatorbohrung geführt wird.According to a preferred embodiment of the invention, this is done by providing a device by means of which a light beam is guided through the collimator bore when the shutter is closed.
In vorteilhafter Weise kann ein solcher Lichtstrahl als Zeiger dienen, wobei dieser aus dem Kollimator austretende Lichtstrahl einen Lichtfleck genau an der Stelle erzeugt, an welcher auch der Röntgenstrahl, welcher den gleichen Weg durch den Kollimator nimmt, auftreffen muß. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kollimator eine relativ lange Bohrung mit kleinem Durchmesser aufweist und/oder einen großen Abstand von der Röntgenröhre hat.Such a light beam can advantageously serve as a pointer, whereby this light beam emerging from the collimator creates a light spot exactly at the point where the X-ray beam, which takes the same path through the collimator, must also hit. This is particularly true if the collimator has a relatively long bore with a small diameter and/or is a large distance from the X-ray tube.
Umgekehrt kann jedoch auch die Probe beleuchtet werden, wobei ein Teil dieses Lichtes auch in die Kollimatorbohrung hinein reflektiert wird und beispielsweise durch eine oberhalb des Kollimators angebrachte Spiegeloptik betrachtet werden kann, auf diese Weise könnte ebenfalls der Auftreffpunkt der Röntgenstrahlung identifiziert werden.Conversely, however, the sample can also be illuminated, whereby part of this light is also reflected into the collimator bore and can be viewed, for example, through a mirror optics mounted above the collimator; in this way, the point of impact of the X-rays could also be identified.
Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Einrichtung zum Hindurchführen eines Lichtstrahls durch die Kollimatorbohrung eine am Verschluß angeordnete direkte oder indirekte Lichtquelle aufweist. 'However, an embodiment of the invention is preferred in which the device for passing a light beam through the collimator bore has a direct or indirect light source arranged on the shutter. '
Unter einer indirekten Lichtquelle ist dabei beispielsweise ein Spiegel zu verstehen, welcher das von einer anderen Lichtquelle herkommende Licht in die Kollimatorbohrung hineinreflektiert. Ebensogut könnte aber auch am Verschluß selbst eine aktive Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode, eine Glühlampe oder ein Laser angeordnet sein.An indirect light source is understood to be, for example, a mirror that reflects the light coming from another light source into the collimator bore. However, an active light source, e.g. a light-emitting diode, a light bulb or a laser, could also be arranged on the shutter itself.
Selbstverständlich könnte die Lichtquelle auch in Betrieb sein, wenn der Verschluß geöffnet ist, so daß auch während der Messung der von Röntgenstrahlen beaufschlagte Bereich einer Probe optisch sichtbar ist. Dies könnte man beispielsweise durch Verwendung eines Spiegelmaterials erreichen, welches für Röntgenstrahlen durchlässig ist und bei "geöffnetem Verschluß" so im Strahlengang der Röntgenstrahlung liegt, daß gleichzeitig ein Lichtstrahl in die KollimatorbohrungOf course, the light source could also be in operation when the shutter is open, so that the area of a sample exposed to X-rays is optically visible even during the measurement. This could be achieved, for example, by using a mirror material that is transparent to X-rays and, when the shutter is "open", is in the beam path of the X-rays in such a way that a light beam enters the collimator bore at the same time.
-4-eingespiegelt werden kann.-4-can be reflected .
Generell wird eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher bei geschlossenem Verschluß die der Kollimatorbohrung zugewandte Seite des Verschlusses eine die Achse der Kollimatorbohrung schneidende Spiegelfläche aufweist, wobei eine Lichtquelle in Richtung der in dieser Verschlußstellung gespiegelten Achse der Kollimatorbohrung angeordnet istIn general, an embodiment of the invention is preferred in which, when the shutter is closed, the side of the shutter facing the collimator bore has a mirror surface that intersects the axis of the collimator bore, with a light source being arranged in the direction of the axis of the collimator bore that is mirrored in this closed position.
Dabei kann der Verschluß beispielsweise aus einem prismatischen Block mit einer zur Kollimatorachse um 45° geneigten Unterkante sein, welcher von der Seite her in den Strahlengang eingeschoben wird und so den Röntgenstrahl unterbricht, gleichzeitig jedoch eine Spiegelfläche bereitstellt, so daß eine Lichtquelle, welche in Richtung der in diesem Fall um genau 90° zur Seite gespiegelten Kollimatorachse angeordnet ist, den Spiegel beleuchtet, der das Ucht teilweise durch die Kollimatorbohrung hindurchreflektiert.The shutter can, for example, consist of a prismatic block with a lower edge inclined at 45° to the collimator axis, which is inserted into the beam path from the side and thus interrupts the X-ray beam, but at the same time provides a mirror surface so that a light source arranged in the direction of the collimator axis, which in this case is mirrored at exactly 90° to the side, illuminates the mirror, which partially reflects the light through the collimator bore.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Verschluß aus einem um seine Achse um 90° drehbaren und in der Grundform zylindrischen Teil, dessen eine Fläche entlang einer um etwa 45° zur Zylinderachse abgewinkelten Ebene verläuft. Durch entsprechende Anordnung dieses zylindrischen Teiles kann man erreichen, daß der Röntgenstrahl in der Position, in welcher die schräg zur Zylinderachse des Verschlußteiles verlaufende Fläche im wesentlichen parallel zur Achse der Kollimatorbohrung ist, ungehindert am Verschlußteil vorbei in den Kollimator eintreten kann, während in einer um 90° hierzu gedrehten Stellung des Verschlußteiles der Röntgenstrahl an dieser Stelle unterbrochen wird, wobei die schräg verlaufende Zylinderfläche in diesem Fall der Kollimatorbohrung zugewandt ist und sich ebenfalls unter einem Winkel von 45° relativ zu dieser Achse erstreckt. Diese Fläche, die vorzugsweise verspiegelt ist, lenkt dann das Licht von einer auf Höhe des Verschlusses im Abstand zur Kollimatorachse angeordneten Lichtquelle genau in die Kollimatorbohrung hinein und auf das darunter befindliche Objekt.In the preferred embodiment of the invention, the closure consists of a part that can be rotated by 90° about its axis and is cylindrical in its basic shape, one surface of which runs along a plane that is angled by approximately 45° to the cylinder axis. By arranging this cylindrical part accordingly, it is possible to ensure that the X-ray beam can pass unhindered past the closure part into the collimator in the position in which the surface that runs obliquely to the cylinder axis of the closure part is essentially parallel to the axis of the collimator bore, while in a position of the closure part rotated by 90° to this, the X-ray beam is interrupted at this point, with the obliquely running cylinder surface in this case facing the collimator bore and also extending at an angle of 45° relative to this axis. This surface, which is preferably mirrored, then directs the light from a light source arranged at the level of the shutter at a distance from the collimator axis, precisely into the collimator bore and onto the object located underneath.
Zweckmäßigerweise wird der Verschluß mit einem Schalter für die entsprechende Lichtquelle gekoppelt.It is practical to couple the shutter with a switch for the corresponding light source.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Kollimator an seinem der zu messenden Probe zugewandten Ende spitz zulaufend ausgebildet, so daß dieses Ende auch als Zeiger oder Justierspitze angesehen werden kann, welche genau auf den Punkt weist, in welchem der Röntgenstrahl auftreffen wird. Dabei ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher der Kollimator so lang ausgebildet wird, daß diese Spitze unmittelbar über der zu messenden Probe angeordnet wird, so daß der Meßfleck hierdurch eindeutig definiert ist.In another embodiment of the invention, the collimator is tapered at its end facing the sample to be measured, so that this end can also be seen as a pointer or adjustment tip, which points precisely to the point at which the X-ray beam will hit. An embodiment of the invention is particularly preferred in which the collimator is designed to be so long that this tip is arranged directly above the sample to be measured, so that the measuring spot is clearly defined.
Zweckmäßigerweise hat der Kollimator Zylindersymmetrie, so daß die Spitze entsprechend kegelförmig ausgebildet ist und die Bohrung genau im Zentrum der etwas abgeplatteten Spitze endet. Am meisten bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Kollimator die eben genannte Form hat und bei welcher zusätzlich die optischen Einrichtungen zum Hindurchführen eines Lichtstrahls durch die Kollimatorbohrung vorgesehen sind.The collimator expediently has cylindrical symmetry, so that the tip is correspondingly conical and the bore ends exactly in the center of the slightly flattened tip. Most preferred is an embodiment of the invention in which the collimator has the shape just mentioned and in which the optical devices for guiding a light beam through the collimator bore are additionally provided.
Dabei hat es sich als zeckmäßig erwiesen, wenn die Bohrung durch einen relativ langen Kollimator, von der Spitze her gesehen, stufenförmige zylindrische Erweiterungen aufweistIt has proven to be useful if the bore has stepped cylindrical extensions, seen from the tip, through a relatively long collimator
Um bei der Messung der Sekundärstrahlung eine möglichst hohe Ortsauflösung zu erhalten, muß der aus dem Kollimator austretende Röntgenstrahl ensprechend fein gebündelt bzw. ausgeblendet sein. Hierzu sind Kollimatorbohrungen erforderlich, deren Durchmesser typischerweise im Bereich von 0,3 bis 1 mm liegt Es versteht sich, daß eine Bohrung von 0,3 mm Durchmesser in einem sehr langen Kollimator nur unter erheblichen Schwierigkeiten anzubringen ist so daß die stufenweise erweiterte zylindrische Bohrung eine erheblich leichtere Herstellung ermöglicht wobei lediglich die letzten 1 bis 10 mm des Endstückes des Kollimators die Bohrung mit dem kleinen Durchmesser aufweisen müssen.In order to achieve the highest possible spatial resolution when measuring secondary radiation, the X-ray beam emerging from the collimator must be finely focused or blocked out. This requires collimator holes whose diameter is typically in the range of 0.3 to 1 mm. It goes without saying that a hole with a diameter of 0.3 mm can only be made in a very long collimator with considerable difficulty, so that the gradually expanded cylindrical hole enables considerably easier production, whereby only the last 1 to 10 mm of the end piece of the collimator must have the hole with the small diameter.
Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Kollimator federnd am Gehäuse der Röntgenröhre oder an anderen Teilen der Vorrichtung, wie z.B. am Verschlußgehäuse, aufgehängt ist. Dies ermöglicht es, die Kollimatorspitze gegen die Probe zu fahren, ohne diese zu zerstören, da der Kollimator dann aufgrund der federnden Aufhängung entsprechend zurückweicht. Dabei sind Führungselemente vorgesehen, welche eine Bewegung des Kollimators nur entlang seiner Bohrungsachse zulassen, wobei eine Druckfeder das Einfedern des Kollimators erlaubt. Diese Druckfeder kann jedoch auch als Zugfeder wirken, wenn der Kollimator in Gegenrichtung verfahren wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Führungselemente aus teleskopartig ineinandergeführten Rohrteilen bestehen, welche mit präziser Passung ineinander geführt und konzentrisch zur Achse der Kollimatorbohrung angeordnet sind, wobei mindestens eines dieser Teleskoprohrteile von einer Schraubenfeder umgeben ist, die sich mit einem Ende beispielsweise am Gehäuse des Kollimatorverschlusses und mit ihrem anderen Ende an einem mit dem Kollimator starr verbundenen Teil abstützt. Dabei kann eine Vorschubeinrichtung vorgesehen sein, welche die gesamte Anordnung in Richtung der Probe und parallel zur Kollimatorachse verfährt, ebenso kann eine zusätzliche Verschiebeeinrichtung vorgesehen werden, welche den Kollimator gegen die Wirkung der Druckfeder oder mit deren Unterstützung in Richtung der Kollimatorachse von der Probe weg oder auf diese zu bewegt.Furthermore, it has proven to be useful if, according to a further embodiment of the invention, the collimator is suspended spring-loaded from the housing of the X-ray tube or from other parts of the device, such as the shutter housing. This makes it possible to move the collimator tip against the sample without destroying it, since the collimator then retreats accordingly due to the spring-loaded suspension. Guide elements are provided which only allow the collimator to move along its bore axis, with a compression spring allowing the collimator to compress. However, this compression spring can also act as a tension spring if the collimator is moved in the opposite direction. Particularly preferred is an embodiment of the invention in which the guide elements consist of telescopically guided tube parts which are guided into one another with a precise fit and are arranged concentrically to the axis of the collimator bore, with at least one of these telescopic tube parts being surrounded by a helical spring which is supported with one end, for example, on the housing of the collimator closure and with its other end on a part rigidly connected to the collimator. A feed device can be provided which moves the entire arrangement in the direction of the sample and parallel to the collimator axis, and an additional displacement device can also be provided which moves the collimator against the action of the compression spring or with its support in the direction of the collimator axis away from or towards the sample.
Zweckmäßigerweise ist ein Sensor vorgesehen, welcher eine über ein vorgegebenes Maß hinausgehende Rückfederung des Kollimators erfaßt. So wäre es beispielsweise möglich, die gesamte Vorrichtung von Hand grob zu justieren bzw. eine Probe an oder unter dieser Vorrichtung anzuordnen und dann die gesamte Vorrichtung mit Kollimator oder aber den Teil, welcher die Probe halten, so zu bewegen, daß die Spitze des Kollimators auf der Probe aufsetzt Da der Kollimator federnd gelagert ist, wird er federnd zurückweichen, sobald die Druckkraft der Spitze auf die Probe ein bestimmtes Maß übersteigt, wobei diese Einfederung von einem Sensor erfaßt und registriert wird. Zweckmäßigerweise wird dann die weitere Relativbewegung zwischen Probe und Vorrichtung gestoppt und die Einrichtung, welche den Kollimator relativ zur übrigen Vorrichtung verschieben kann, zieht den Kollimator wieder von der Probe ab. Stattdessen könnte jedoch auch die gesamte Relativbewegung zwischen Probe und der Vorrichtung umgekehrt werden, indem eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung um einen Betrag erfolgt, der das Maß der Einfederung des Kollimators etwas übersteigt. Auch in diesem Falle wäre sichergestellt, daß die Kollimatorspitze sich im Abstand zu der Probe befindet, wobei dieser Abstand vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.A sensor is expediently provided which detects any springback of the collimator that exceeds a predetermined amount. For example, it would be possible to roughly adjust the entire device by hand or to arrange a sample on or under this device and then move the entire device with collimator or the part that holds the sample so that the tip of the collimator rests on the sample. Since the collimator is spring-mounted, it will spring back as soon as the pressure force of the tip on the sample exceeds a certain amount, with this springback being detected and registered by a sensor. Expediently, the further relative movement between the sample and the device is then stopped and the device that can move the collimator relative to the rest of the device pulls the collimator away from the sample again. Instead, however, the entire relative movement between the sample and the device could be reversed by moving in the opposite direction by an amount that slightly exceeds the amount of deflection of the collimator. In this case too, it would be ensured that the collimator tip is at a distance from the sample, with this distance preferably being in the range of 1 to 5 mm.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung liegt in der Ausgestaltung einer Vorschubeinrichtung in Form einer Schub/Zugstange, welche mit einem Ende auf einem Exzenter gelagert ist Der Exzenter kann dann drehend angetrieben werden, wobei die Schubstange entweder die Gesamtanordnung oder die Probe bzw. die Probenhalterung oder aber auch den Kollimator relativ zur übrigen Vorrichtung bewegt. Besonders geeignet für solche Vorschubbewegungen sind Schrittmotoren, die eine exakt definierte Einstellung ermöglichen.A practical embodiment of the invention lies in the design of a feed device in the form of a push/pull rod, which is mounted at one end on an eccentric. The eccentric can then be driven in rotation, with the push rod moving either the entire arrangement or the sample or the sample holder or even the collimator relative to the rest of the device. Stepper motors, which enable a precisely defined setting, are particularly suitable for such feed movements.
Außerdem kann noch ein optischer und/oder akustischer Signalgeber vorgesehen sein, welcher das Berühren der Probe durch die Kollimatorspitze anzeigt.In addition, an optical and/or acoustic signal generator can be provided which indicates that the collimator tip has touched the sample.
In vorteilhafter Weise ertaubt die vorliegende Erfindung mit ihren verschiedenen, vorgenannten Ausführungsformen, deren Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in Kombination miteinander verwirklicht werden können, daß der Kollimator selbst als Justierelement benutzt wird, so daß eine sehr genaue Justierung des Röntgenstrahl erfolgen kann. Dabei wird bei einer Ausführungsform, die immer einen definierten und sehr kleinen Abstand einer Kollimatorspitze zur Probenoberfläche vorsieht, auch immer ein konstanter Abstand zwischen Röntgenröhre und Probe sichergestellt, so daß hierdurch eine weitere Fehlerquelle eliminiert wird, die mit der unterschiedlichen Strahlungsintensität aufgrund unterschiedlicher Abstände zwischen Röntgenröhre und Probe zusammenhängt Dies wird durch das Heranfahren des Kollimators in Berührung mit der Probe, seine federnde Aufhängung und das anschließende, definierte Zurückfahren desThe present invention, with its various aforementioned embodiments, the features of which can be implemented individually or in combination with one another, advantageously enables the collimator itself to be used as an adjustment element, so that a very precise adjustment of the X-ray beam can be carried out. In an embodiment that always provides a defined and very small distance between a collimator tip and the sample surface, a constant distance between the X-ray tube and the sample is also always ensured, so that a further source of error is eliminated, which is related to the different radiation intensity due to different distances between the X-ray tube and the sample. This is achieved by moving the collimator into contact with the sample, its spring suspension and the subsequent, defined retraction of the
Kollimators relativ zur Probe erreicht. Wie schon erwähnt, kommt es dabei lediglich auf die Relativbewegung der Vorrichtung bzw. des Kollimators zur Probe an, so daß selbstverständlich auch die Probe selbst oder eine Halterung für die Probe entsprechend bewegt werden können.collimator relative to the sample. As already mentioned, the only thing that matters is the relative movement of the device or the collimator to the sample, so that of course the sample itself or a holder for the sample can also be moved accordingly.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazu gehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible applications of the present invention will become clear from the following description of a preferred embodiment and the associated figures. They show:
den Kollimator, die Kollimatorhalterurig, den Verschluß und die angrenzende Gehäusewand einer Röntgenröhre,the collimator, the collimator holder, the shutter and the adjacent housing wall of an X-ray tube,
in Richtung der Kollimatorachse,in the direction of the collimator axis,
In Figur 1 erkennt man die Gehäusewand 20 einer nicht dargestellten, darüber angeordneten Röntgenröhre. Das Gehäuse 20 der Röntgenröhre weist eine Blendenöffnung 21 auf, durch welche die Röntgenstrahlung aus dem Gehäuse austreten kann. Unmittelbar unter der Blendenöffnung 21 ist ein Verschluß 5 angeordnet, mit einem Block 23, der in Flucht mit der Blende 21 eine Bohrung 24 aufweist. Die Bohrung 24 endet in einem im wesentlichen zylindrischen Raum 25, welcher quer zur Achse der Bohrung 24 verläuft. In diesem zylindrischen Raum ist ein Verschlußkörper 26 angeordnet, der in der Grundform zylindrisch ist, dessen eine Stirnfläche jedoch unter einem Winkel von näherungsweise 45° relativ zur Achse des zylindrischen Teiles 26 verläuft. Im übrigen ist das zylindrische Teil im wesentlichen konzentrisch in dem zylindrischen Raum 25 angeordnet, wobei der Durchmesser des Teiles 26 nur geringfügig kleiner als der des zylindrischen Raumes 25 ist, um diesen möglichst weitgehend auszufüllen und Röntgenstreustrahlung weitgehend zu vermeiden. Das zylindrische Verschlußteil 26 ist über eine Welle 27 mit einem Drehmagneten 8 verknüpft, welcher im wesentlichen zwei verschiedene, um 90° gegeneinander versetzte Drehstellungen der Welle 27 einstellen kann. Wie man in den Figuren 2 und 3 sehr schön erkennen kann, deckt das Verschlußteil 7 in der Verschlußstellung "zu" die Kollimatorbohrung 6 (und auch die Bohrung 24) vollständig ab, gibt sie jedoch in der hierzu um 90° verdrehten Stellung, die in Figur 3 zu erkennen ist, vollständig frei.In Figure 1, the housing wall 20 of an X-ray tube (not shown) arranged above it can be seen. The housing 20 of the X-ray tube has an aperture 21 through which the X-rays can exit the housing. A shutter 5 is arranged directly under the aperture 21, with a block 23 which has a bore 24 in alignment with the aperture 21. The bore 24 ends in an essentially cylindrical space 25 which runs transversely to the axis of the bore 24. In this cylindrical space, a shutter body 26 is arranged which is cylindrical in its basic shape, but whose one end face runs at an angle of approximately 45° relative to the axis of the cylindrical part 26. Furthermore, the cylindrical part is arranged essentially concentrically in the cylindrical space 25, whereby the diameter of the part 26 is only slightly smaller than that of the cylindrical space 25 in order to fill it as much as possible and to largely avoid X-ray scattering. The cylindrical closure part 26 is linked via a shaft 27 to a rotary magnet 8, which can essentially set two different rotational positions of the shaft 27, offset by 90° from one another. As can be clearly seen in Figures 2 and 3, the closure part 7 completely covers the collimator bore 6 (and also the bore 24) in the closed position, but completely exposes them in the position rotated by 90°, which can be seen in Figure 3.
der Achse 7 der Kollimatorbohrung 6 mit der vorspiegelten Schrägfläche des Verschlußteiles 26 etwas oberhalb der Zylinderachse des Raumes 25 liegt, so daß bei einer 45°-Neigung dieser Spiegelfläche relativ zur Kollimatorachse die Lichtquelle im Abstand zur Kollimatorachse und etwas oberhalb der Achse des zylindrischen Verschlußteiles 26 bzw. des zylindrischen Raumes 25 angeordnet sein sollte, oder aber der Spiegel eine von 45° abweichende Neigung relativ zur Kollimatorachse 7 hat. Ganz allgemein gilt die Bedingung, daß die Verbindungslinie von der Lichtquelle zu dem Punkt des Spiegels, den die Achse 7 der Kollimatorbohrung schneidet, mit der Spiegelfläche 4 denselben Winkel einschließt, wie die Achse 7 selbst, wobei außerdem die Achse 7 und die genannte Verbindungslinie in derselben, zur Spiegelebene senkrechten Ebene liegen müssen. Mit anderen Worten, die gespiegelte Achse T der Kollimatorbohrung 6 ist die genannte Verbindungslinie von der Lichtqelle zum Schnittpunkt der Achse 7 mit dem Spiegel 4.the axis 7 of the collimator bore 6 with the mirrored inclined surface of the closure part 26 is located slightly above the cylinder axis of the space 25, so that with a 45° inclination of this mirror surface relative to the collimator axis, the light source should be arranged at a distance from the collimator axis and slightly above the axis of the cylindrical closure part 26 or the cylindrical space 25, or the mirror has an inclination other than 45° relative to the collimator axis 7. In general, the condition applies that the connecting line from the light source to the point on the mirror that the axis 7 of the collimator bore intersects forms the same angle with the mirror surface 4 as the axis 7 itself, whereby the axis 7 and the said connecting line must also lie in the same plane perpendicular to the mirror plane. In other words, the mirrored axis T of the collimator bore 6 is the said connecting line from the light source to the intersection point of the axis 7 with the mirror 4.
Der Kollimator 1 selbst besteht aus einem massiven, zylindrischen Stahl- oder Edelstahlteil mit einem konisch spitz zulaufenden vorderen Ende 16. Entlang der Achse dieses zylindrischen Teils erstreckt sich die Kollimatorbohrung 6, die nach oben hin, d.h. von dem vorderen Ende weg, zylindrische Erweiterungen aufweisen kann. Die Spitze des vorderen Endes 16 ist etwas abgeplattet, so daß die untere Bohrungsöffnung im Zentrum einer Kreisfläche liegt und in diesem Bereich die Bohrung eine minimale Wandstärke von ca. 1 mm hat.The collimator 1 itself consists of a solid, cylindrical steel or stainless steel part with a conical, pointed front end 16. The collimator bore 6 extends along the axis of this cylindrical part and can have cylindrical extensions towards the top, i.e. away from the front end. The tip of the front end 16 is slightly flattened so that the lower bore opening is in the center of a circular area and in this area the bore has a minimum wall thickness of approx. 1 mm.
Das obere Ende 12 des Kollimators ist in seinem Inneren als äußerer Rohrteil einer Teleskopführung ausgebildet Auf seiner Außenseite hat das obere Kollimatorende 12 ein Gewinde zur Aufnahme einer Überwurfmutter 13, die auch durch einen Flansch ersetzt sein kann. In dem hinteren Rohrteil 12 des Kollimators 1 ist ein Teleskoprohr 11 mit möglichst genauer Passung geführt und mit seinem oberen Ende am Verschlußblock 23 befestigt und zwar derart, daß die Achse 7 der Kollimatorbohrung mit der Achse der Blende 21 und der Bohrung 24 zusammenfällt. Eine Schraubendruckfeder 10 umgibt das Teleskoprohr 11 und stützt sich mit seinem oberen Ende am Verschlußblock und mit seinem unteren Ende an dem Rohrteil 12 des Kollimators 1 ab. Ein Winkel 14 ist vorgesehen für die Verbindung mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit, welche gegen oder mit Unterstützung der Kraft der Druckfeder 10 den Kollimator relativ zum Verschlußblock 23 verschieben kann. Der Winkel 14 weist eine Bohrung auf, die den zylindrischen Teil des Kollimators 1 aufnimmt, der darüberhinaus zur Befestigung des Winkels 14 noch einen Absatz oder Flansch aufweisen kann, um den Winkel 14 mit Hilfe der Überwurfmutter 13 am Kollimator zu befestigen.The upper end 12 of the collimator is designed in its interior as an outer tube part of a telescopic guide. On its outside, the upper end 12 of the collimator has a thread for receiving a union nut 13, which can also be replaced by a flange. A telescopic tube 11 is guided in the rear tube part 12 of the collimator 1 with the most precise fit possible and is attached with its upper end to the closure block 23 in such a way that the axis 7 of the collimator bore coincides with the axis of the aperture 21 and the bore 24. A helical compression spring 10 surrounds the telescopic tube 11 and is supported with its upper end on the closure block and with its lower end on the tube part 12 of the collimator 1. An angle 14 is provided for connection to a drive unit (not shown), which can move the collimator relative to the closure block 23 against or with the support of the force of the compression spring 10. The angle 14 has a bore that accommodates the cylindrical part of the collimator 1, which can also have a shoulder or flange for fastening the angle 14 in order to fasten the angle 14 to the collimator using the union nut 13.
In den Figuren 1 bis 4 ist als Lichtquelle eine Glühlampe 3 eingezeichnet, welche jedoch auch durch eine Leuchtdiode oder einen Laser ersetzt werden kann. Wie sich insbesondere aus denIn Figures 1 to 4, a light bulb 3 is shown as the light source, but this can also be replaced by a light-emitting diode or a laser. As can be seen in particular from the
Figuren 3 und 4 ergibt, sollte bei einer konzentrischen Anordnung der Lichtquelle relativ zum Zylinderraum 25, der zwischen Spiegelfläche 4 und Kollimatorachse 7 eingeschlossene Winkel etwas größer als 45° sein, damit die oben genannte Bedingung für die Einspiegelung des von der Lichtquelle 3 ausgehenden Lichtes in die Kollimatorbohrung 6 optimal erfüllt wird.As shown in Figures 3 and 4, in the case of a concentric arrangement of the light source relative to the cylinder chamber 25, the angle enclosed between the mirror surface 4 and the collimator axis 7 should be slightly larger than 45° so that the above-mentioned condition for the reflection of the light emanating from the light source 3 into the collimator bore 6 is optimally fulfilled.
In Figur 5 erkennt man deutlich die Querschnittsform des Verschlußblockes 23 und die zylindrische Form des Raumes 25, ebenso wie die Teleskopführung des Rohres 11 in dem oberen Rohrteil 12 des Kollimators 1.In Figure 5 one can clearly see the cross-sectional shape of the closure block 23 and the cylindrical shape of the space 25, as well as the telescopic guide of the tube 11 in the upper tube part 12 of the collimator 1.
Die Vorschub- und Antriebseinrichtungen für die Vorrichtung und für die Verschiebung des Kollimators relativ zum Verschlußblock 23 sind in den Figuren, ebenso wie auch der oder die Sensoren zur Erfassung der Kollimatoreinfederung, nicht dargestellt. Derartige Bauelemente und Baugruppen sind jedoch der Fachwelt hinreichend bekannt, so daß auf die bekannten Einrichtungen für solche Zwecke verwiesen werden kann.The feed and drive devices for the device and for the displacement of the collimator relative to the closure block 23 are not shown in the figures, nor are the sensor(s) for detecting the collimator deflection. However, such components and assemblies are sufficiently known in the specialist world, so that reference can be made to the known devices for such purposes.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, das Problem der Justierung von Röntgengeräten, welche Röntgenstrahlung erzeugen, auf eine Probe wirken lassen und die Sekundärstrahlung messen, nachhaltig zu beseitigen. Fehljustierungen sind praktisch ausgeschlossen, ebenso wie nachträgliche DeJustierungen, da der Kollimator immer ein wesentliches Element der Justiereinrichtung bleibt und jegliche Verschiebung dieser Justiereinrichtung auch gleichzeitig eine entsprechende Verschiebung bzw. Neuausrichtung des austretenden Röntgenstrahl zur Folge hätte, so daß auf jeden Fall immer der vom Kollimator angezeigte Flächenbereich mit Röntgenstrahlung beaufschlagt wird.The present invention has succeeded in permanently eliminating the problem of adjusting X-ray devices, which generate X-rays, allow them to act on a sample and measure the secondary radiation. Incorrect adjustments are practically impossible, as are subsequent misalignments, since the collimator always remains an essential element of the adjustment device and any displacement of this adjustment device would simultaneously result in a corresponding displacement or realignment of the emerging X-ray beam, so that the area indicated by the collimator is always exposed to X-rays.
Dabei wird gleichzeitig immer ein definierter Abstand der vorzugsweise sehr dünnen Kollimatorspitze vom Meßbereich eingehalten, so daß der Empfang von Sekundärstrahlung durch den Kollimator nicht nachteilig beeinflußt werden kann.At the same time, a defined distance between the preferably very thin collimator tip and the measuring area is always maintained so that the reception of secondary radiation by the collimator cannot be adversely affected.
Eine bevorzugte Anwendung eines solchen Gerätes liegt in der Schichtdickenmessung nach dem Röntgenfluoreszenzverfahren.A preferred application of such a device is the measurement of layer thickness using the X-ray fluorescence method.
-14--14-
3 Lichtquelle, Glühlampe3 Light source, incandescent lamp
4 Spiegelfläche, Spiegel4 mirror surface, mirror
5 Verschluß5 Closure
6 Kollimatorbohrung6 Collimator hole
7 Kollimatorachse, Verschlußteil T Achse7 Collimator axis, shutter part T axis
8 Drehmagnet8 Rotary magnet
10 Schraubendruckfeder10 helical compression spring
12 hinteres Rohrteil, oberes Kollimatorende, oberes Rohrteil12 rear tube part, upper collimator end, upper tube part
13 Überwurfmutter13 Union nut
14 Winkel14 angles
16 vorderes Ende16 front end
20 Gehäusewand20 Housing wall
21 Blende, Blendenöffnung21 aperture, aperture opening
23 Verschlußblock23 Locking block
24 Bohrung24 Bore
25 Zylinderraum25 Cylinder chamber
26 Verschlußteil, Verschlußkörper26 Locking part, locking body
27 Welle27 Wave
Claims (15)
einem Proportionalzählrohr,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (1) einen Teil der Justiereinrichtung bildet.an adjustment device for aligning the collimator to determine the point of impact of the X-ray beam on a sample, and
a proportional counter tube,
characterized in that the collimator (1) forms part of the adjusting device.
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