JP3400568B2 - X線発生装置及びx線分析装置 - Google Patents

X線発生装置及びx線分析装置

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JP3400568B2
JP3400568B2 JP25280594A JP25280594A JP3400568B2 JP 3400568 B2 JP3400568 B2 JP 3400568B2 JP 25280594 A JP25280594 A JP 25280594A JP 25280594 A JP25280594 A JP 25280594A JP 3400568 B2 JP3400568 B2 JP 3400568B2
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渉 林田
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  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィラメントから放出
される電子をターゲットに衝突させてそのターゲットか
らX線を発生させるX線発生装置に関する。また、その
X線発生装置を用いたX線分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線を用いた分析装置、すなわちX線分
析装置として、X線の回折現象を利用して試料を分析す
るようにしたX線回折装置が知られている。一般にこの
X線回折装置では、X線発生装置から放射されるX線を
試料に照射し、その試料で回折したX線を検出する。通
常の測定では、試料に対するX線の入射角度を変化させ
ながら、各入射角度における回折X線の強度を測定し、
そして入射X線に対する回折X線の角度(通常は回折角
度2θと呼ばれる)の変化に対応する回折X線の強度変
化をグラフ上に表し、このグラフに基づいて試料の内部
構造や、試料を構成する材料分析等を行なう。グラフ上
に表される回折X線の強度変化線図は、通常、X線回折
図形と呼ばれている。
【0003】X線分析装置に用いられるX線発生装置
は、通常、通電により電子を放出するフィラメントと、
バイアス電圧の印加により電子の進行方向を制御するた
めの電界を形成するウエネルトと、フィラメントから放
出される電子が衝突するターゲットとを有している。フ
ィラメント、ウエネルト及びターゲットの各要素は、内
部が真空状態に保持されたケーシングの中に収納され
る。このX線発生装置では、フィラメントから放出され
た電子が所定の面積のX線焦点の領域内でターゲットに
衝突し、そのX線焦点領域のターゲットからX線が発生
する。
【0004】このX線発生装置では、フィラメントから
所定量の電子がターゲットへ移動している間は希望強度
のX線が正常に発生し、しかもターゲットが損傷するこ
ともない。しかしながら、ケーシング内に放電が発生す
ると、希望強度のX線が安定して得られなくなり、しか
もターゲットに傷が付くことがあった。本発明者は、ケ
ーシング内に発生する放電とターゲットに発生する傷と
の関係について種々の実験を行ない、そして次のような
知見を得た。
【0005】すなわち、放電が発生するとフィラメント
とターゲットとの間に印加される高電圧、すなわち管電
圧が瞬間的に低下し、それにもかかわらずウエネルトに
印加されるバイアス電圧が一定値のままであると、ター
ゲット上に形成されるX線焦点の面積が非常に小さく絞
られてターゲットにかかる負荷が非常に大きくなり、そ
の結果、ターゲットに傷がつくものと考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の知見
に基づいてなされたものであって、ケーシング内に放電
が発生したときにターゲット上でのX線焦点の面積が小
さく絞られることを防止して、ターゲットが傷つくのを
防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るX線発生装置は、通電により電子を放
出するフィラメントと、バイアス電圧の印加により電子
の進行方向を制御するための電界を形成するウエネルト
と、フィラメントから放出される電子が衝突するターゲ
ットと、フィラメント、ウエネルト及びターゲットを収
納するケーシングとを有するX線発生装置において、ケ
ーシング内に発生する放電を検出する放電検出手段と、
その放電検出手段によって放電が検出されたときにX線
焦点の面積が許容限界よりも小さくならないように上記
バイアス電圧を変化させるX線発生制御装置とを有する
ことを特徴としている。
【0008】ケーシング内に放電が発生すると、フィラ
メントとターゲットとの間に印加される管電圧は瞬間的
に低下する。よってこのとき、ウエネルトに印加される
バイアス電圧が一定値に維持されると、ターゲット上で
のX線焦点の面積が非常に小さく絞られる。本発明のX
線発生装置で用いるX線発生制御装置は、放電が発生し
たときにウエネルトへ印加するバイアス電圧を変化させ
ることによってX線焦点が小さく絞られることを防止す
る。バイアス電圧の変化のさせ方としては、バイアス電
圧を下げても良いし、あるいはバイアス電圧を上げても
良いが、制御を簡単にするためにはバイアス電圧を下げ
るように制御する方が望ましい。
【0009】ケーシング内に発生する放電を検出するた
めの方法は、特定の検出方法に限定されることはない
が、例えば、フィラメントとターゲットとの間を流れる
管電流を常時測定し、その管電流が瞬間的に変化するこ
と、例えば瞬間的に大きくなることに基づいてその放電
を検出できる。
【0010】放電が発生して管電圧が低下するとき、ウ
エネルトへ印加するバイアス電圧を変化させればX線焦
点が小さく絞られることを防止して、ターゲットが傷つ
くことを防止できる。しかしながら、バイアス電圧を変
化させると同時にフィラメントへ流す電流量を減少させ
れば、より一層確実にX線焦点の狭小化現象を防止でき
る。
【0011】本発明に係るX線分析装置は、放電の発生
時にバイアス電圧を変化させてX線焦点が許容限界以上
に絞られることを防止する機能を備えた上記のX線発生
装置を用いたX線分析装置であって、放電検出手段によ
って放電が検出されたときから管電圧が設定電圧へ復帰
するまでの間、X線分析データの採取を中止することを
特徴としている。また、このようなX線分析装置におい
て、X線分析データの採取を中止することに代えて、管
電圧が設定電圧へ復帰するまでの間に採取したデータに
関して、そのデータが異常データである旨の表示、例え
ばその範囲にアンダーラインを付けることもできる。
【0012】
【作用】ケーシング内で放電が発生すると、放電検出手
段がその放電を検出する。そしてこのとき、X線発生制
御装置の働きにより、ウエネルトへ印加するバイアス電
圧が変化、すなわち上昇又は降下する。放電が生じる
と、フィラメントとターゲットとの間に印加される管電
圧が降下するが、それに同期してバイアス電圧も変化す
るので、ターゲット上でのX線焦点が小さく絞られるこ
とがなくなり、よってターゲットが傷つけられることが
無くなる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明に係るX線発生装置及びX線
分析装置の一実施例を示している。ここに示したX線分
析装置は、X線発生装置1と、X線光学系2と、例えば
コンピュータによって構成されるX線測定制御装置3と
によって構成されている。X線光学系2は、X線発生装
置1から発生されるX線を用いて試料に関する各種の分
析処理を行なうものであり、例えば、X線回折装置等が
用いられる。このX線光学系2の全体的なX線回折測定
動作はX線測定制御装置3によって制御される。
【0014】X線回折装置には非常に多くの種類がある
が、代表的なものとして次のような測定例がある。すな
わち、X線発生装置1から発生するX線を入射角度を変
えながら試料に照射し、各入射角度における回折X線の
強度をX線カウンタを用いて測定し、そして図4に示す
ようなX線回折図形を作成し、そのX線回折図形に基づ
いて試料の内部構造や、構成成分等を判定する。なお、
図4に示すX線回折図形は、回折角度(2θ)の変化に
応じた回折X線強度の変化をグラフに表したものであ
り、回折角度(2θ)というのは、試料で回折した回折
X線が試料に入射する入射X線に対して成す角度のこと
である。
【0015】図1において、X線発生装置1は、X線管
4と、管電圧印加回路5と、フィラメント通電回路6
と、バイアス電圧印加回路7と、そして例えばコンピュ
ータによって構成されるX線発生制御装置8とを有して
いる。X線管4は、通電により発熱して熱電子を放出す
るフィラメント10と、電子の進行方向を制御するため
の電界を形成するウエネルト11と、フィラメント10
に対向して配置されたターゲット12と、そしてフィラ
メント10,ウエネルト11及びターゲット12を気密
に収納するケーシング9とによって構成されている。ケ
ーシング9の内部は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポ
ンプ等によって構成される排気ポンプ13によって排気
されて真空状態に保持される。
【0016】管電圧印加回路5は、商用交流を直流電圧
に変換するコンバータC5と、コンバータC5によって
直流化された電圧を高周波交流電圧に変換するインバー
タI5と、インバータI5によって適宜の周波数に交流
化された電圧を高電圧に昇圧する昇圧回路V5とによっ
て構成されている。インバータI5はX線発生制御装置
8からの指示に基づいてパルス幅変調制御(PWM)を
行い、これにより昇圧回路V5の出力電圧が制御され
る。
【0017】フィラメント通電回路6及びバイアス電圧
印加回路7は、いずれも管電圧印加回路5と同様に、コ
ンバータC6,C7、インバータI6,I7、そして昇
圧回路V6,V7によって構成されている。そして、X
線発生制御装置8によってインバータI6,I7をパル
ス幅変調制御(PWM)することにより、各昇圧回路V
6,V7の出力電圧を制御する。
【0018】管電圧印加回路5は、アースされたターゲ
ット12とフィラメント10との間に高電圧、すなわち
管電圧を印加する。フィラメント通電回路6は、フィラ
メント10に所定の電流を流してそのフィラメントを加
熱して熱電子を放出させる。バイアス電圧印加回路7
は、ウエネルト11とフィラメント10との間に所定の
バイアス電圧を印加してそのウエネルトのまわりに電場
を形成する。この電場の働きによりフィラメント10か
ら放出された電子の進行方向が制御される。
【0019】管電圧印加回路5の出力線に接続された管
電圧検出回路14は、管電圧の変動を検出してその検出
結果を電気信号としてX線発生制御装置8へ送る。ま
た、管電圧印加回路5のアースラインに接続された管電
流検出回路15は、フィラメント10とターゲット12
との間を流れる電流、すなわち管電流の変動を検出して
その検出結果を電気信号としてX線発生制御装置8へ送
る。通常のX線発生時、X線発生制御装置8は、管電圧
検出回路14の出力信号及び管電流検出回路15の出力
信号に基づいて、管電圧及び管電流が一定値を維持する
ように、管電圧印加回路5の出力電圧及びフィラメント
通電回路6の出力電流を制御する。具体的に云えば、例
えば管電圧を60kV、管電流を500mA程度に制御
する。また、ウエネルト11に印加されるバイアス電圧
は、例えば550V程度に制御される。
【0020】X線発生装置1が正常に稼働しているとき
には、図2に示すように、フィラメント10から放出さ
れた電子がターゲット12の表面上に、幅W×長さLの
長方形状の面積を有するX線焦点Fを形成し、そのX線
焦点FからX線が発生する。このX線焦点Fの大きさ
は、実行しようとするX線回折測定の種類に対応して適
宜の大きさに設定される。
【0021】本来発生してはならないのであるが、何ら
かの理由、例えばX線管4のケーシング9の中にゴミや
ガスが存在すると、ケーシング9の中で放電が発生する
ことがある。この放電が発生すると、図1において、管
電流検出回路15が異常電流を検出し、これにより放電
が発生したことが検出される。放電が発生すると、図3
に示すように、管電圧VK は放電発生時点T1から瞬間
的に降下する。このとき、バイアス電圧VB が一定値を
維持すると、図2においてX線焦点Fの幅W又は長さL
が異常に小さくなってターゲット12のその領域に異常
な負荷がかかり、その結果、ターゲット12が傷つくお
それがある。
【0022】本実施例では図3に示すように、放電の発
生が検出されると、X線発生制御装置8(図1)の働き
により、バイアス電圧VB が下げられ、これにより管電
圧VK が下がった場合にもX線焦点Fの面積が小さくな
ることを防止している。よって、ターゲット12に異常
な負荷がかかることがなくなり、そのターゲットの損傷
が回避される。今の説明では、X線焦点Fの面積の狭小
化を防ぐためにバイアス電圧VB を下げることにした
が、バイアス電圧VB を管電圧VK の降下に同期させて
上昇させることによってもX線焦点Fの狭小化を防ぐこ
とができる。
【0023】また、本実施例では、バイアス電圧VB
下げることに同期させてフィラメント通電電流をも降下
させている。これにより、ターゲット12に加わる負荷
をより一層軽減して、ターゲット12が傷つくことをよ
り一層確実に防止している。
【0024】ところで、放電の発生により管電圧VK
下がったときには、X線発生装置1から発生するX線の
強度は異常値を示し、よってこのときにX線光学系2に
よって得られた測定データは信頼性が低い。本実施例で
は、測定結果の信頼性を向上するため次のような措置を
講じている。
【0025】すなわち、図1におけるX線測定制御装置
3の働きにより、図3において、放電発生時点T1から
バイアス電圧VB が設定値へ復帰するまでの間の時間T
の間の測定データを正規のデータとして取り扱わないよ
うに、すなわち非データ化するための表示を行う。この
ような表示としては、例えば、その範囲にアンダーライ
ンを引いたり、その範囲の測定データを削除、すなわち
X線回折図形としてデータ採取しないといった処理が考
えられる。
【0026】放電発生後、管電圧VK はX線発生制御装
置8(図1)の働きによって設定値へ復帰するが、フィ
ラメント通電電流及びバイアス電圧もそれに追従させて
元の設定値まで復帰させる。なお、このとき、復帰の順
番として、フィラメント通電電流から先に復帰させ、そ
れに少し遅れてバイアス電圧VB を復帰させるように制
御することが望ましい。
【0027】以上、好ましい実施例をあげて本発明を説
明したが、本発明はその実施例に限られることなく、請
求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変できる。
【0028】例えば、X線光学系2は図4に示すような
X線回折図形を求めるための光学系に限られず、X線の
回折を利用した任意の構造のX線光学系とすることがで
きる。また、必ずしもX線回折を利用する分析装置に限
られず、例えばX線の反射現象を利用した分析装置とし
ても良い。また、上記実施例では、X線管4内に発生す
る放電を管電流検出回路15によって検出したが、放電
を検出するための専用の検出装置を用いることもでき
る。
【0029】
【発明の効果】請求項1記載のX線発生装置によれば、
ケーシング内に放電が発生したときにターゲット上での
X線焦点の面積が小さく絞られることが防止でき、これ
によりターゲットに異常な負荷が加わってそのターゲッ
トが傷つくことを未然に防止できる。
【0030】請求項2記載のX線発生装置によれば、バ
イアス電圧を上昇させてX線焦点の狭小化を防止する場
合に比べて制御が簡単且つ確実になる。
【0031】請求項3記載のX線発生装置によれば、放
電検出のための特別な回路構成を付加する必要がないの
で、回路構成を複雑にすることがない。
【0032】請求項4記載のX線発生装置によれば、タ
ーゲットに加わる負荷をより一層軽減でき、よってター
ゲットが傷つくことをより一層確実に防止できる。
【0033】請求項5及び請求項6記載のX線分析装置
によれば、X線を用いて行った測定によって得られた測
定データに関して、その信頼性を大幅に向上できる。
【0034】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るX線発生装置及びX線分析装置の
一実施例を示す回路ブロック図である。
【図2】X線発生装置の内部構造の要部の一例を示す斜
視図である。
【図3】X線発生装置によって実行される電圧制御の一
例を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明に係るX線分析装置によって得られる測
定データの一例であるX線回折図形を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 X線発生装置 4 X線管 C5,C6,C7 コンバータ I5,I6,I7 インバータ V5,V6,V7 昇圧回路 9 X線管ケーシング 10 フィラメント 11 ウエネルト 12 ターゲット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−315088(JP,A) 特開 平4−206197(JP,A) 特開 平1−119233(JP,A) 特開 平1−93097(JP,A) 特開 昭61−218100(JP,A) 特開 昭58−48399(JP,A) 特開 昭59−58798(JP,A) 特開 昭55−119397(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05G 1/26 G01N 23/00 H05G 1/52 H05G 1/54

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通電により電子を放出するフィラメント
    と、バイアス電圧の印加により電子の進行方向を制御す
    るための電界を形成するウエネルトと、フィラメントか
    ら放出される電子が衝突するターゲットと、フィラメン
    ト、ウエネルト及びターゲットを収納するケーシングと
    を有するX線発生装置において、 ケーシング内に発生する放電を検出する放電検出手段
    と、 放電検出手段によって放電が検出されたときにX線焦点
    の面積が許容限界よりも小さくならないように上記バイ
    アス電圧を変化させるX線発生制御装置とを有すること
    を特徴とするX線発生装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のX線発生装置において、
    X線発生制御装置は、放電検出手段によって放電が検出
    されたときにバイアス電圧を下げることを特徴とするX
    線発生装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のX線発生装
    置において、放電検出手段は、フィラメントとターゲッ
    トとの間を流れる管電流の変化に基づいてケーシング内
    に発生する放電を検出することを特徴とするX線発生装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のうちのいずれか
    1つに記載のX線発生装置において、X線発生制御装置
    は、放電検出手段によって放電が検出されたときにバイ
    アス電圧を変化させると共にフィラメントへ流す電流量
    を減少させることを特徴とするX線発生装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のうちのいずれか
    1つに記載のX線発生装置を用いたX線分析装置におい
    て、放電検出手段によって放電が検出されたときから管
    電圧が設定電圧へ復帰するまでの間、X線分析データの
    採取を中止することを特徴とするX線分析装置。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項4のうちのいずれか
    1つに記載のX線発生装置を用いたX線分析装置におい
    て、放電検出手段によって放電が検出されたときから管
    電圧が設定電圧へ復帰するまでの間に採取されたX線分
    析データに関して、その範囲内のデータが異常データで
    ある旨の表示を付けることを特徴とするX線分析装置。
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