JP2012042484A - 可変コリメータを有する放射分析用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射分析装置、例えばＸ線分光器において、分析用放射ビームの開口角は測定過程中変えること。
【解決手段】 放射ビームが放射源から検査さるべき試料を介して放射検出器に判る光学路に沿って走り、光学路中に視準素子を有するコリメータが存在し、コリメータは、放射ビームを通るように動く結果、放射ビームの開口角を変化させることを可能にする、検査さるべき試料の放射分析用装置であって、コリメータは、放射ビームにさらされる視準素子の長さが結果として変化されるように放射ビームを通るように変動可能で、視準素子はそれ自体閉じた断面を有し相互に異なった長さを有するチャネルの形を有し、動きはチャネルの長手方向に対し横方向に変位する。
【選択図】 図４

Description

本発明は検査さるべき試料の放射分析用装置に係り、放射ビームが放射源から検出さるべき試料を介しての放射線検出器への光学路に沿って走り、光学路内に視準（コリメーティング）素子を有するコリメータが存在し、そのコリメータは放射ビームを通る動きの結果放射ビームに対する可変開口角を示す装置に係る。

本発明はまたかかる装置に使用されるコリメータに係る。

かかる装置は特許文献１、特許文献２により知られている。この公報では、放射分析用装置はＸ線蛍光用分光計で形成されている。この公知の分光計のＸ線光学路には、いわゆるソラー（Ｓｏｌｌｅｒ）−スリットコリメータの形の２つのコリメータがある。かかるコリメータは、ある空間を示すＸ線の吸収材の相互に平行な板の積重からなる、かかるコリメータの視準素子は空間プラス隣る板により形成されている。かかる板の組立体により放射ビームに示される開口角は板を通るＸ線ビームの代わりに空間の板の長さに対する比の２倍に等しい。

放射分析用装置は屡々高解像度スペクトグラム（例えば、Ｘ線分光計）又は回析パターン（例えば、Ｘ線回析計）を測定するよう構成される。放射ビーム中のある放射線に対しては、理想的放射路からずれがあり、これは測定の解像度に悪影響を及ぼす、これらのずれを緩和させるため、装置の光学路中の放射ビーム、特に開口角を有する放射ビームをバウンドさせるコリメータを設けること自体は知られている。

Ｘ線分光計又はＸ線回析器を用いた測定は、屡々、角度を持った走査でなされる、即ち、検査さるべき試料からの放射強度は試料回りの大きな範囲の角度値に対し測定される、理想的な放射路からの上記ずれは角度値に依存する。これらの装置での測定時間をできるだけ短くするため、放射ビームの開口角（即ち全強度）は解像度に対し必要である以上に制限されないことが望ましい。従って、測定中、コリメータの開口角は可変とされる、即ち角度値に依存する様にすることが望ましい。

上記公報で知られているＸ線分光計では、開口角のこの可変値は、等しい相互間隔を有する積層板からなり、積層板は板間に相互に異なった間隔を示す複数のサブ積層板からなるソラースリットコリメータを配置することにより達成される。異なる開口角は夫々のソラースリットコリメータを板の表面に対し垂直な方向に変位させることにより選択され、これにより他のサブ積層板が放射ビーム中に挿入される。

視準素子が相互に異なる寸法を有する分光計を製造することには製造の見地から不都合である。その上、開口角のある拡散した値のみが公知の方法で実施され得、或いは（連続的に変る間隔で）同時にビーム中に複数の間隔があり、このため開口角は明確に定められない。

特願平８−２０８９３１号公報 特開平１０−３８８２３号公報

本発明の目的は、放射ビーム開口角が連続的に可変であり、比較的簡単な方法で製造されうる放射分析用装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明による装置は、放射ビームにさらされた視準素子の長さが結果として変えられる様に、コリメータが放射ビーム中で動けるようにしたことを特徴とする。本発明は、寸法の差が、あらゆる種類の装置で屡々固有のものであるが、開口角の上記変化をもたらす様に、開口角の意図した変化は動きによって得られうることの認識に基づいている。しかしながら、これらの固有の寸法の差が用いられることは必ずしも必要ではない。代りに、製造するのに容易な寸法の差を適用することが可能である。

本発明の一実施例においては、視準素子はそれ自体閉じた断面を有するチャネルの形状を有し、その溝は互いに異なった長さを有し、その動きチャネルの長手方向に対し横方向の変位よりなる。チャネルはＸ線光ファイバ、例えばガラスファイバとして実現できる。しかしながら、かかるファイバは極めて細く、このためファイバで作られたコリメータは極めて多数のファイバよりなり、任意の形に容易に製造しえない。しかしながら、ファイバの積重を作ることは大いに可能であり、この積重は側面が例えば三角形を有し、かく形成されたコリメータをファイバの長手方向軸に対し横方向に変位させることにより、異なった長さのファイバがビーム中に供給される。

本発明を通用しうるそれ自体は公知のＸ線分析装置の全体を示す図である。 （Ａ）は本発明による可変ソラースリットコリメータの第１実施例の斜視図、 （Ｂ）は（Ａ）に示すコリメータ板の上面を放射ビームと共に示す図である。 本発明による可変ソラースリットコリメータの第２実施例の斜視図である。 本発明によるＸ線光ファイバを有する可変ソラーユニットコリメータの一実施例の斜視図である。

本発明を図面を参照してより詳細に説明する。図中、同一参照符号は同一素子を示す。

放射分析用装置がＸ線分析装置、特にＸ線回析装置により形成された一実施例を参照して本発明を説明する。ここで、分析用放射はＸ線放射の形を有する。しかしながら、本発明は、コリメータが分析放射ビーム用に用いられる全ての放射分析用装置に適用可能である。

図１はこの場合Ｘ線回析装置である公知のＸ線分析装置の系統図を示す。この装置において、ゴニオメータ４がフレーム２に設けられる。このゴニオメータ４は、それに取付けられたＸ線源７及びそれに取付けられた検出装置９の角回転を測定する角度エンコーダを設けられる。ゴニオメータは更に試料１０が配置される試料ホルダ８を設けられる。角度エンコーダは試料の角度回転の測定が重要な場合用に試料ホルダ上に設けられてもよい。Ｘ線源７は固定リング２０によりホルダに固定されるＸ線管（図示せず）用のホルダ１２を含む。このＸ線管は高圧とフィラメント電流を高圧ケーブル１８を介してＸ線管に印加する高電圧コネクタ１５を含む。Ｘ線管１５の同じ側に、Ｘ線管の冷却水用の給水、排水ダクト２２、２４が設けられている。管ホルダ１２は更にＸ線用出口窓４４及びＸ線ビームの平行化用ユニット１６（ソラースリットコリメータ）を含む。ソラースリットコリメータ１６の板は、Ｘ線源７により発生されたＸ線ビームが拡散ビームで試料１０を照射するよう図の紙面に平行である。検出装置９はソラースリットコリメータ用のホルダ２６、モノクロメータ水晶用ホルダ２８、及び検出用３０よりなる。ホルダ２６中のソラースリットコリメータの板も図の紙面に平行である。Ｘ線源及び検出器が両方共試料の回りに回転しうる場合、試料を回転しうるよう設ける必要はない。しかしながら、容積の大きく重いＸ線源の場合に必要の様にＸ線源を静止状態に取付けることは可能である。

図１に示す如きＸ線回析装置はまた種々の測定したデータを処理する処理装置を含む。この処理装置は記憶ユニット３６を有する中央処理装置３２と、種々のデータ表示及び測定され計算された結果の表示用のモニタ３４とを含む。ゴニオメータ４に設けられたＸ線源７検出装置９、及び試料ホルダ８は全てゴニオメータの目盛に対して夫々の素子の角度位置を決定するユニット（図示せず）を設けられている。この角度位置を表わす信号は接続リード線３８−１、３８−２、３８−３を介して中央処理装置３２に送られる。

図１はいわゆるブラッグ−ブレンターノ（Ｂｒａｇｇ−Ｂｒｅｎｔａｎｏ）配置を示し、ここでは単一点から出射したＸ線は、試料の表面が原点及び焦点を通る円に正接である場合、試料１０による反射の後一点で合焦する。試料１０はＸ線源７から出るＸ線により照射される。更には図示しないが、Ｘ線管の一部をなすアノード４０をこのＸ線源中に模式的に示す。アノード４０において、Ｘ線はこのアノードを高エネルギー電子にさらすことにより従来の方法で発生される。その結果、Ｘ線窓４４から出射するＸ線４２はアノードで発生される。図１に示す配置における源のこの点は、単一の点で形成されず、図の紙面に垂直なアノード上のラインフォーカス４１で形成される。この焦点は検出器３０の入口領域に試料を置くビーム４５の結合点４３により形成される。結果的に、この配置は図の紙面内にのみ合焦効果を有する。

図２は、コリメータの板が四角形を有する可変ソラースリートコリメータの一実施例の斜視図を示す。図示のコリメータは間隔４８を有する積重コリメータ板４６よりなる。このコリメータの全ての板は同じ寸法を有する。開口角がコリメータでバウンドされる放射ビーム４５はコリメータ板４６の面と平行に入射する。放射ビームの開口角αは放射ビーム（図２（Ｂ）参照）にさらされる視準素子長Ｌに対する板４６間の間隔ｄの比の２倍で与えられ、次式 α＝２ｄ／Ｌが成り立つ。

大きさＬの値は、板４６の面に垂直な軸５０の回りにコリメータ板を回転させることにより変えられる、この目的のため、軸５０及び駆動ユニット５２により形成された本実施例では動かす機構が設けられ、軸５０はコリメータが一部をなす分析装置に固定的に接続された軸受けに担持されている。駆動ユニットは、例えば、軸を回転させるモータからなり、そのモータは分析装置に属するコンピュータの一部を形成する制御ユニット５４により制御される。

分析装置によりなされるべき測定が必要とするのは、コリメータ板４６は、正しい開口角が得られる迄、即ちαを所定値とする時式α＝２ｄ／Ｌが満足される迄、軸５０の回りに回転される。

図３は本発明による可変ソラースリットコリメータの第２実施例の斜視図である。本実施例は、放射ビームがコリメータ板に平行な面内で強く拡散又は収束する装置に特に顕著に適している。この状況は例えばブラッグ−ブレンターノ型のスペクトロメータでも同様である。非常に拡散するビームでは、Ｌ（即ち放射ビーム４５にさらされるコリメータの板の長さＬ）の値は放射ビームの全ての放射線に対し同じではない。これは高度の正確性を要する測定には不利である。かかる要求に対し、楕円形の板を有するソラースリットコリメータはこの欠点を全くないしかなり除去することが示された。図２に示すコリメータと同様に、図３のコリメータは図２を参照して既に説明したのと同様に軸５０を介して駆動される。

図４は本発明によるＸ線光ファイバを有する可変ソラースリットコリメータの一実施例の斜視図を示す。Ｘ線の放射ビームに影響を与えるかかるファイバそれ自体は公知である。かかるファイバで、高度のコリメーション即ち放射ビームの非常に小さい開口角が得られる。

図４に示すコリメータは２次元積重Ｘ線ファイバ６０からなる。Ｘ線ファイバ６０は同じ断面を有するが、積重の高さに依存する長さを有する、Ｘ線ファイバ６０の軸方向を平行に、放射ビーム４５は開口角が積重Ｘ線ファイバによりバウンドされる入射する。放射ビームの開口角は内部断面と中空ファイバの長さとの比によって決定される。開口角はコリメータを往復動させることにより変えられうる。このため、本実施例では動きの機構が設けられ、その機構は積重Ｘ線ファイバ用のホルダにより形成され、そのホルダは駆動ロード６４により往復動される２つのガイド６２よりなり、ガイド６２は分析装置の配置の部分５６に沿ってある。この動きの駆動は駆動ユニット５２によりなされ、駆動ロード６４は分析装置に固定的に接続された軸受けに担持されている。駆動ユニットは、例えば、駆動ロードを往復動させるモータを有し、このモータは分析装置に属するコンピュータの部分を形成する制御ユニット５４により制御される。分析装置により実行されるべき測定が必要とする時、コリメータは正確な開口角が得られる迄往復動される。

４５ 放射ビーム
４６ コリメータ板
４８ 間隔
５０ 軸
５２ 駆動ユニット
５４ 制御ユニット
５６ 部分
６０ Ｘ線ファイバ
６２ ガイド
６４ 駆動ロード

Claims (4)

1. 放射ビームが放射源から検査さるべき試料を介して放射検出器に判る光学路に沿って走り、上記光学路中に視準素子を有するコリメータが存在し、上記コリメータは、放射ビームを通るように動く結果、上記放射ビームの開口角を変化させることを可能にする、検査さるべき試料の放射分析用装置であって、
   上記コリメータは、放射ビームにさらされる視準素子の長さが結果として変化されるように放射ビームを通るように変動可能で、
   上記視準素子はそれ自体閉じた断面を有し相互に異なった長さを有するチャネルの形を有し、上記動きはチャネルの長手方向に対し横方向に変位する、
   ことを特徴とする放射分析用装置。
2. 上記チャネルはＸ線光ファイバーで実現される、請求項１記載の放射分析用装置。
3. 視準素子を有し、放射ビームによる放射分析用装置に用いられ、上記放射ビームを通るような動きを与える動き機構を有し、上記放射ビームに対する可変開口角を示すコリメータであって、
   上記動き機構は上記視準素子の可変の長さを上記放射ビームにさらすよう設けられ、結果として上記放射ビームに対する可変開口角が得られ、かつ
   上記視準素子はそれ自体閉じた断面を有するチャネルの形をしており、該チャネルは相互に異なった長さを有し、上記動き機構はチャネルの長手方向に対し横方向にコリメータを変位させるよう配置されている、
   ことを特徴とするコリメータ。
4. 上記チャネルはＸ線光ファイバーで実現される、請求項３記載のコリメータ。

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