JP4483754B2 - X-ray focusing device - Google Patents
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Description
本発明は、電子線プローブ微小分析装置(EPMA)や走査電子顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡、蛍光X線分析装置など、X線を利用して分析を行うX線分析装置、XRD、X線CT、レントゲン装置等においてX線を集束したり平行化したりするために利用されるX線集束装置に関する。 The present invention relates to an X-ray analyzer, an XRD, and an X-ray that perform analysis using X-rays, such as an electron probe microanalyzer (EPMA), a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope, and a fluorescent X-ray analyzer. The present invention relates to an X-ray focusing apparatus used for focusing or collimating X-rays in a CT, an X-ray apparatus or the like.
電子線プローブ微小分析装置(EPMA)では、高エネルギーを有する微小径の電子線を励起線として試料に照射し、それによって試料の含有成分の内側電子が励起された際に外部に放出される固有X線(特性X線)を分析することにより、元素の同定や定量を行ったり、元素の分布を調べたりする。また、走査電子顕微鏡(SEM)では一般的には電子線の照射位置から発生した二次電子や反射電子を検出するが、最近は、エネルギー分散型X線検出部を併設することでX線分析を可能とした装置も開発されている。 The electron beam probe microanalyzer (EPMA) irradiates a sample with an electron beam with a small diameter having high energy as an excitation ray, and thereby the intrinsic electron emitted to the outside when the inner electrons of the components contained in the sample are excited. By analyzing X-rays (characteristic X-rays), elements are identified and quantified, and the distribution of elements is examined. In addition, the scanning electron microscope (SEM) generally detects secondary electrons and reflected electrons generated from the irradiation position of the electron beam, but recently, an X-ray analysis is performed by adding an energy dispersive X-ray detector. A device that enables this is also being developed.
この種のX線分析装置においてX線を集光したり平行化したりするために、従来より、マルチキャピラリ(ポリキャピラリと呼ばれることもある)X線レンズと呼ばれる一種のX線集束装置が知られている(特許文献1、2など参照)。図3はマルチキャピラリX線レンズの形態例を示す図、図4は点/平行型マルチキャピラリX線レンズの利用形態の一例を示す概略図、図5はマルチキャピラリX線レンズにおけるX線の伝達の原理図である。
In order to collect and collimate X-rays in this type of X-ray analyzer, a kind of X-ray focusing device called a multi-capillary (sometimes called polycapillary) X-ray lens has been known. (See
マルチキャピラリX線レンズは例えば内径が2〜十数μm程度の微小径の硼珪酸ガラスから成る細管(キャピラリ)を多数(数百〜100万本程度)束ねた基本構造を有しており、図5に示すように、1本のキャピラリ22の内側に入射されたX線がそのガラス壁の内周面を臨界角以下の角度で以て全反射しながら進行してゆく原理を利用して、X線を効率良く案内するものである。図5(a)に示すようにキャピラリ22が直線状でも、図5(b)に示すようにキャピラリ22が湾曲状であっても、同じようにしてX線を案内することができる。
A multicapillary X-ray lens has a basic structure in which a large number of capillaries (about several hundred to one million) made of borosilicate glass having a small diameter of, for example, an inner diameter of about 2 to over 10 μm are bundled. As shown in FIG. 5, using the principle that X-rays incident on the inside of one capillary 22 travel while totally reflecting the inner peripheral surface of the glass wall at an angle less than the critical angle, X-rays are guided efficiently. Even if the
マルチキャピラリX線レンズには種々の形態があり、例えば図3(a)に示すマルチキャピラリX線レンズ20は、殆ど点とみなし得るX線源から出たX線を入射側端面で大きな立体角で以て取り込み、反対側の出射側端面から出たX線を一点に集束させる点/点型のものである。また図3(b)に示すマルチキャピラリX線レンズ21は、同様に入射側端面の略一点から出たX線を大きな立体角で以て取り込んだ後、出射側端面から平行ビームを出射する或いはその逆の経路とする点/平行型のものである。これ以外に、両端面がともに平行ビームを入射及び出射する平行/平行型もある。
There are various types of multicapillary X-ray lenses. For example, the
点/平行型マルチキャピラリX線レンズ21は例えば図4に示すような構成のX線分析装置に利用される。即ち、電子ビーム等の励起線の照射より試料5から放出された固有X線は、その励起線の照射領域付近に点焦点が来るように配置された点/平行型マルチキャピラリX線レンズ21により効率良く集光されて平行光化され、平板型の分光結晶6に照射される。X線は分光結晶6により波長分散されつつ反射され、この分散光がX線検出器7により検出される。この構成では、分光波長を走査する際には、分光結晶6が紙面に垂直な軸を中心に角度θずつ回転駆動され、X線検出器7も同一軸を中心にして分光結晶6の回転角θの2倍の角度2θを保つように回転駆動される。
The point / parallel type
しかしながら、マルチキャピラリX線レンズ21の平行端21bから出射したX線は厳密には全てが平行光ではなく、一部が拡散光となることが原理的に避けられない。即ち、図6に示すように、X線は1本のキャピラリ22の内壁面を全反射しながら進行するが、その反射角の最大は臨界角θである。そのため、キャピラリ22の端部からX線が出射する際に、光軸(キャピラリ22の中心線)Cに対し臨界角θの開き角度を有してX線が拡がる可能性がある。その結果、図7に示すように、点/平行型マルチキャピラリX線レンズ21の平行端21b側の端面から出射したX線は完全な平行光として進行するものもあるが、一部は図中に示すような臨界角θの立体角範囲に拡がるおそれがあり、それ故に、平行端21bの端面から距離tだけ離れた位置では、例えば理想的な平行光に対する照射領域B1よりも大きなサイズの照射領域B2にX線が当たることになる。
However, strictly speaking, all of the X-rays emitted from the
このように照射領域のサイズが大きくなると図4に示すように一部のX線が分光結晶6に当たらなくなり、X線検出器7に向かうX線強度が低下して検出感度や精度の悪化をもたらすおそれがある。特に、マルチキャピラリX線レンズ21の平行端21bと分光結晶6との距離が遠いようなX線光学系の配置においては、こうした問題は一層深刻になる。
When the size of the irradiation region increases in this way, as shown in FIG. 4, some X-rays do not hit the spectral crystal 6, and the X-ray intensity toward the
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、本来、平行光化されたX線を取得したい側の端面から出射するX線の照射領域のサイズがその端面のサイズよりも大きくなることを抑制し、特にその端面からの離間距離に拘わらずX線の照射領域のサイズをほぼ同一にすることができるX線集束装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the main purpose of the present invention is that the size of the irradiation region of X-rays emitted from the end face on the side where the X-rays converted into parallel light are originally desired to be acquired is It is an object to provide an X-ray focusing apparatus that can suppress the size of the end face from becoming larger than that of the end face, and can make the size of the X-ray irradiation region substantially the same regardless of the distance from the end face.
上記課題を解決するために成された本発明は、一点又は微小領域から出射したX線を集束して平行光化するために、それぞれがX線を案内する細管が多数束ねられた細管集合体から成るX線集束装置において、
前記細管集合体にあって平行なX線を出射する側の端部は、径方向に最外周に位置する複数の細管が細管内部を通過するX線に対する全反射臨界角に相当する角度だけ該細管集合体の中心部側に指向するように屈曲され、それよりも内周側の細管もそれぞれの位置に応じて、全反射臨界角に相当する角度よりも小さい所定角度だけ中心部側に指向するように屈曲されることで、全体が絞られた形状を有することを特徴としている。
The present invention was made in order to solve the above-the order to you collimating and focusing the X-rays emitted from one point or small area, capillary collection, each bundled tubules number for guiding the X-rays In an X-ray focusing device consisting of a body,
End on the side of I De parallel X-rays In the said capillary assembly, by an angle which a plurality of capillaries positioned in the outermost periphery in the radial direction corresponds to the total reflection critical angle for X-rays passing through the inner tubular The capillary tube is bent so as to be directed toward the center of the capillary tube assembly, and the capillary tube on the inner peripheral side of the tube assembly is also moved toward the center by a predetermined angle smaller than the angle corresponding to the total reflection critical angle depending on the position. By being bent so as to be oriented, the whole has a narrowed shape.
従来のこの種のX線集束装置では、「平行なX線を入射又は出射する側の端面」において細管集合体を構成する全ての細管の端部は互いに平行に配置されていた。これに対し、本発明に係るX線集束装置では、「平行なX線を入射又は出射する側の端面」において、各細管は互いに平行に配置されているのではなく、最外周に位置にする細管が細管集合体全体としての光軸(ほぼ中心の細管の中心線)に向くように全反射臨界角の分だけ傾斜又は屈曲されており、それよりも内周側の細管も同様に上記光軸に近づく方向にそれぞれ傾斜又は屈曲されている。即ち、各細管内をX線が通過してその端面から出射する際に理論的に生じる可能性のあるX線の拡がりの分だけ光軸に近づく方向に出射するため、この端面の外側でのX線の照射範囲は端面の面積とほぼ同一になり、その照射領域のサイズは端面からの離間距離に依存しない。 In the conventional X-ray focusing apparatus of this type, the end portions of all the thin tubes constituting the thin tube assembly are arranged in parallel with each other on the “end surface on the side where parallel X-rays are incident or emitted”. On the other hand, in the X-ray focusing apparatus according to the present invention, in the “end surface on the side where parallel X-rays are incident or emitted”, the thin tubes are not arranged in parallel to each other but are positioned on the outermost periphery. The narrow tube is inclined or bent by the critical angle of total reflection so as to face the optical axis (substantially the center line of the thin tube) as a whole of the thin tube assembly. It is inclined or bent in the direction approaching the axis. That is, since the X-rays pass through each narrow tube and exit from the end face, the X-rays that may theoretically occur are emitted in the direction approaching the optical axis. The X-ray irradiation range is almost the same as the area of the end face, and the size of the irradiation area does not depend on the distance from the end face.
なお、ここで「全反射臨界角に相当する角度」とは、必ずしも臨界角と完全に一致する角度だけではなく、おおよそ臨界角に相当する角度を含むものとする。何故なら、完全に臨界角と一致していなくても臨界角に近い角度であれば、一致した場合と殆ど遜色ない効果が達成されるからである。 Here, the “angle corresponding to the total reflection critical angle” includes not only an angle that completely coincides with the critical angle, but also an angle that roughly corresponds to the critical angle. This is because even if the angle is not completely coincident with the critical angle, if the angle is close to the critical angle, an effect almost equal to that in the case of coincidence is achieved.
典型的な一態様として、本発明に係るX線集束装置では、前記細管集合体にあって平行なX線を出射する側の端面における各細管端部は、該端面から軸方向の外側に点焦点を有するように形成されている構成とすればよい。
As an exemplary embodiment, an X-ray focusing device according to the present invention, each capillary end in the end face on the side of I De parallel X-rays In the said capillary assembly, axially outward from the end surface What is necessary is just to set it as the structure formed so that it may have a point focus.
この構成では、一点又は微小領域から出射したX線を集束して平行光化する細管集合体(マルチキャピラリX線レンズ)であっても、構造上は点/平行型ではなく点/点型である。但し、X線の全反射臨界角(図6中のθ)は実際には非常に小さい(通常1°以下)から、平行X線を出射する端面の外側の点焦点は端面から非常に離れた所に位置することになる。 In this configuration, even one point or focused by collimating be that thin tube assemblies X-rays emitted from the minute area (multicapillary X-ray lens), structurally the point / point type rather than a point / parallel type It is. However, the total reflection critical angle of the X-ray (in FIG. 6 theta) from actually very small (typically 1 ° or less), the focal point of the outer end face that shines out of the parallel X-rays is very from the end face It will be located away.
このように本発明に係るX線集束装置によれば、平行X線を取得したい端面の外側でのX線の照射領域の拡がりを抑制できるので、例えば分光結晶などのX線光学素子に適切にX線を導入することができ、それによりX線の強度の低下を回避して分析感度や精度の向上に寄与する。 As described above, according to the X-ray focusing apparatus of the present invention, it is possible to suppress the expansion of the X-ray irradiation area outside the end face where parallel X-rays are desired to be acquired. X-rays can be introduced, thereby avoiding a decrease in the intensity of the X-rays and contributing to improvement in analysis sensitivity and accuracy.
以下、本発明に係るX線集束装置の一実施例について、図1、図2を参照しながら説明する。 An embodiment of the X-ray focusing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は本実施例によるマルチキャピラリX線レンズの要部、つまり両端部の詳細構成図である。図1に示すマルチキャピラリX線レンズ1において、その左端部1aは図3(b)に示した点/平行型マルチキャピラリX線レンズの左端部(集束端)に相当し、その右端部1bは図3(b)に示した点/平行型マルチキャピラリX線レンズの右端部(平行端)に相当する。左端部1aは従来と同じであり、各キャピラリの中心線が左端部1aの外側の近傍の1点を通過するように各キャピラリの端部が絞られている。
FIG. 1 is a detailed configuration diagram of the main part, that is, both ends of the multicapillary X-ray lens according to the present embodiment. In the
一方、右端部1bは従来とは異なり、各キャピラリが互いに平行に束ねられているのではなく、最外周のキャピラリの中心線は臨界角θに相当する角度だけこのX線レンズ1の中心軸Aに指向するように内方に屈曲されている。そして、その最外周よりも内周側のキャピラリもそれぞれその位置に応じて、臨界角θに相当する角度よりも小さい所定の角度だけ中心線が中心軸Aに指向するように内方に屈曲されている。
On the other hand, the
即ち、右端部1bも子細に見れば全体が絞られた形状となっている。但し、一般に臨界角θは非常に小さく、通常1°以下(例えば0.1°程度)であるため、この右端部1bにより形成される焦点は右端部1bの端面からかなり離れた位置にある。したがって、従来の図3(a)に示したような点/点型のマルチキャピラリX線レンズとはかなり異なる様相である。
That is, the
上記構成を有する本実施例のマルチキャピラリX線レンズ1は、右端部1bの最外周に位置するキャピラリから出射するX線の中で外側に拡がろうとするX線はちょうど中心軸Aに平行に進むことになる。したがって、右端部1bの端面全体から出射するX線の照射範囲は図1中の符号2で示す範囲となり、その端面の面積とほぼ同一になる。そのため、端面からの距離に関係なくX線照射範囲のサイズは同一に保たれる。厳密に言えば、例えば最外周のキャピラリの端面から出射して中心軸Aに向かって進むX線は最終的には中心軸Aを横切って反対側に飛び出ることになるから、端面から非常に離れた位置では照射範囲のサイズは大きくなる。しかしながら、上述したように臨界角θが小さいためにそうしたことは全く問題とならない。
In the
本実施例のマルチキャピラリX線レンズ1をX線分析装置に利用することにより、図2に示すように、平板型分光結晶6に無駄なくX線を照射することができるようになる。したがって、X線検出器7に入射するX線の強度が増加し、高感度、高精度の分析が可能となる。
By using the
なお、上記実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正又は追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。 It should be noted that the above embodiment is an example of the present invention, and it is obvious that any modification, correction, or addition as appropriate within the scope of the present invention is included in the scope of the claims of the present application.
1…マルチキャピラリX線レンズ
1a…左端部
1b…右端部
5…試料
6…分光結晶
7…X線検出器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記細管集合体にあって平行なX線を出射する側の端部は、径方向に最外周に位置する複数の細管が細管内部を通過するX線に対する全反射臨界角に相当する角度だけ該細管集合体の中心部側に指向するように屈曲され、それよりも内周側の細管もそれぞれの位置に応じて、全反射臨界角に相当する角度よりも小さい所定角度だけ中心部側に指向するように屈曲されることで、全体が絞られた形状を有することを特徴とするX線集束装置。 In order to you collimating and focusing the X-rays emitted from one point or small area, in each X-ray focusing device comprising a capillary numerous bundled capillary assembly for guiding the X-rays,
End on the side of I De parallel X-rays In the said capillary assembly, by an angle which a plurality of capillaries positioned in the outermost periphery in the radial direction corresponds to the total reflection critical angle for X-rays passing through the inner tubular The capillary tube is bent so as to be directed toward the center of the capillary tube assembly, and the capillary tube on the inner peripheral side of the tube assembly is also moved toward the center by a predetermined angle smaller than the angle corresponding to the total reflection critical angle depending on the position. An X-ray focusing apparatus characterized by being bent so as to be oriented and having a narrowed shape as a whole.
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