JP4900660B2 - Ｘ線集束素子及びｘ線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、管状体を備え、入射したＸ線を管状体内で反射し、反射したＸ線を出射集束させるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えたＸ線照射装置に関する。

材料の開発若しくは生体の検査などの研究開発、又は異物分析若しくは不良解析などの品質管理等の様々な用途で、試料にＸ線を照射し、試料から放出される蛍光Ｘ線、試料を透過する透過Ｘ線、又は回折Ｘ線などを検出し、試料の内部組成の分析、試料の結晶構造の分析などを行うＸ線分析装置が利用されている。Ｘ線分析装置には、Ｘ線源から放射されたＸ線をＸ線ミラーで反射集束させて試料に照射するものがある。

しかし、Ｘ線ミラーを採用するＸ線分析装置の場合、例えば、試料に照射されるＸ線のビーム径を１μｍ程度にするためには、Ｘ線ミラー表面での散乱を防止するためミラー表面の高度な加工精度が要求されるとともに、ミラー表面に入射するＸ線のエネルギーにより生ずる熱ひずみの影響を抑制するため温度制御が必要であるという欠点があった。この欠点を解消するために使用されるＸ線導管（キャピラリ）は、細長いガラス管で構成されるため、熱ひずみの影響を軸対称構造により抑制することができ、簡単な構成で高密度のＸ線を集束することができる。

例えば、Ｘ線導管の一開口端からＸ線を入射し、入射したＸ線をＸ線導管内面で全反射させ、他開口端から試料に向けて出射集束させるＸ線導管が提案されている。また、Ｘ線導管内面を回転放物面又は回転楕円面とすることで、Ｘ線の集束能力がさらに向上することが知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−８５１９２号公報

しかしながら、特許文献１のＸ線導管にあっては、両端が開口しているため、一開口端から入射したＸ線がＸ線導管内で反射せず、他開口端から直接出射することを防止するためには、出射側の開口端の口径を小さくする必要がある。しかし、出射側の開口端の口径を小さくした場合、出射したＸ線が集束するまでの距離が短くなり、出射側の開口端から被検査体までの作動距離（ＷＤ）を十分に確保することができない（例えば、０．１ｍｍ程度）。このため、表面に凹凸がある試料（被検査体）を分析できない問題、試料から放出される蛍光Ｘ線の取り出し角を確保できない問題、及び試料を回転又は傾斜させることができないためＸ線回折分析が十分に行えない問題などがあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、入射側開口端の口径は、出射側開口端の口径より大きく、出射側開口端の口径と略同寸法の径を有し、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなし、中心が管状体の軸上に配置されたＸ線遮蔽部材を備えることにより、出射側開口端から被検査体までの作動距離を長くすることができるとともに、表面に凹凸がある被検査体の分析、蛍光Ｘ線分析、Ｘ線回折分析を被検査体の大きさに拘わらず行うことができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、入射側開口端近傍に固定された環状部材からＸ線遮蔽部材の中心に向かって配置された複数の支持部材でＸ線遮蔽部材を支持することにより、簡単な構成で不要なＸ線を遮蔽することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体であることにより、不要な散乱Ｘ線が入射することを防止することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射面が球面の一部をなすことにより、不要な散乱Ｘ線が入射することを防止することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記Ｘ線遮蔽部材は球状体をなし、前記管状体の内面と前記Ｘ線遮蔽部材表面との間に、該Ｘ線遮蔽部材を前記管状体に固定する固定部材を複数備えることにより、Ｘ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記固定部材は、球状体であることにより、簡単な構成でＸ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔して配置された棒状体であることにより、簡単な構成でＸ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記入射側開口端に前記Ｘ線遮蔽部材を固定するＸ線透過シートを備えることにより、簡単な構成で不要なＸ線を遮蔽するとともに、多くのＸ線を集光させることができるＸ線集束素子及び該Ｘ線集束素子を備えるＸ線照射装置を提供することにある。

第１発明に係るＸ線集束素子は、管状体を備え、一側開口端から入射したＸ線を前記管状体の内面で反射し、反射したＸ線を他側開口端より出射して集束するＸ線集束素子において、入射側開口端の口径は、出射側開口端の口径より大きく、該出射側開口端の口径と略同寸法の径を有し、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなし、中心が前記管状体の軸上に配置されたＸ線遮蔽部材を備えることを特徴とする。

第２発明に係るＸ線集束素子は、第１発明において、前記入射側開口端近傍に固定された環状部材と、該環状部材から前記Ｘ線遮蔽部材の中心に向かって配置され、該Ｘ線遮蔽部材を支持する複数の支持部材とを備えることを特徴とする。

第３発明に係るＸ線集束素子は、第２発明において、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体であることを特徴とする。

第４発明に係るＸ線集束素子は、第２発明において、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射面が球面の一部をなすことを特徴とする。

第５発明に係るＸ線集束素子は、第１発明において、前記Ｘ線遮蔽部材は、球状体をなし、前記管状体の内面と該Ｘ線遮蔽部材表面との間に、該Ｘ線遮蔽部材を前記管状体に固定する固定部材を複数備えることを特徴とする。

第６発明に係るＸ線集束素子は、第５発明において、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って離隔して配置された球状体であることを特徴とする。

第７発明に係るＸ線集束素子は、第５発明において、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔してあり、前記管状体の軸方向に略平行に配置された棒状体であることを特徴とする。

第８発明に係るＸ線集束素子は、第１発明において、前記入射側開口端に前記Ｘ線遮蔽部材を固定するＸ線透過シートを備えることを特徴とする。

第９発明に係るＸ線照射装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線を集束するＸ線集束素子を備え、集束されたＸ線を照射するＸ線照射装置において、前記Ｘ線集束素子は、第１発明乃至第８発明のいずれかに係るＸ線集束素子であることを特徴とする。

第１発明及び第９発明にあっては、管状体の内面は、例えば、管状体の軸回りに回転放物面又は回転楕円面となるように構成している。入射側開口端から管状体の軸に平行に入射したＸ線は、全反射臨界角より小さい入射角で管状体内面に入射した場合、管状体内面で全反射され、管状体内面の回転放物面又は回転楕円面で構成される焦点に集束するように出射側開口端から出射される。Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなし、中心が前記管状体の軸上になるようにＸ線遮蔽部材を配置する。これにより、前記Ｘ線遮蔽部材は、管状体の内面で反射せずに管状体内をそのまま通過しようとする入射Ｘ線を遮蔽し、直接出射側開口端から出射されることを防止する。また、Ｘ線遮蔽部材で遮蔽されない入射Ｘ線は、管状体の内面で全反射して、焦点に集束するように出射側開口端から出射される。

また、Ｘ線遮蔽部材は、出射側開口端の口径と略同寸法の径を有し、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなすことより、微細Ｘ線ビームを被検査体に照射するために、管状体の出射側開口端の口径を微小な寸法にする必要がなく、管状体の出射側開口端の口径を大きくして、出射側開口端からＸ線が収束する焦点までの距離、すなわち作動距離を長くする。また、入射したＸ線がＸ線遮蔽部材の軸方向に沿った側面で反射したときに、入射したＸ線の進行方向を大きく変えるため、Ｘ線遮蔽部材で反射した不要な散乱Ｘ線が管状体内を進入することを防止する。

第２発明及び第９発明にあっては、環状部材からＸ線遮蔽部材を支持する複数の支持部材を前記Ｘ線遮蔽部材の中心に向かって設け、前記環状部材を前記入射側開口端近傍に固定する。これにより、Ｘ線遮蔽部材の中心が管状体の軸上に配置されるようにＸ線遮蔽部材を管状体に固定する。

第３発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材は板状体であって、Ｘ線の入射側に向かって縮径してある。Ｘ線遮蔽部材の口径は、入射側開口端の口径より小さいため、入射側開口端から入射したＸ線が、Ｘ線遮蔽部材の軸方向に沿った側面で反射し、不要な散乱Ｘ線となる場合があり、Ｘ線遮蔽部材の軸方向寸法が大きいほど散乱Ｘ線は増加する。Ｘ線遮蔽部材をＸ線の入射側に向かって縮径させることにより、入射したＸ線の進行方向を大きく変えて前記側面で反射した不要な散乱Ｘ線が管状体の内面に進入することを防止する。

第４発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材を、Ｘ線の入射面が球面の一部をなすようにすることにより、Ｘ線遮蔽部材の軸方向に平行な側面部分を排除する。これにより、Ｘ線遮蔽部材に入射したＸ線が不要な散乱Ｘ線として管状体の内面に進入することを防止する。

第５発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材を球状体にする。該Ｘ線遮蔽部材を前記管状体に固定する固定部材を前記管状体の内面と該Ｘ線遮蔽部材表面との間に複数設ける。これにより、Ｘ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置する。

第６発明及び第９発明にあっては、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔して配置された球状体である。これにより、球状体の径を同一にする場合、前記Ｘ線遮蔽部材の中心は管状体の軸上に配置される。

第７発明及び第９発明にあっては、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔してあり、前記管状体の軸方向に略平行に配置された棒状体である。これにより、棒状体の径又は厚みを同一にする場合、前記Ｘ線遮蔽部材の中心は管状体の軸上に配置される。

第８発明及び第９発明にあっては、前記入射側開口端に前記Ｘ線遮蔽部材を固定するＸ線透過シートを備える。これにより、不要なＸ線は前記Ｘ線遮蔽部材で遮蔽するとともに、前記Ｘ線透過シートにより多くのＸ線を透過させる。

第１発明及び第９発明にあっては、出射側開口端の口径と略同寸法の径を有し、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなし、中心が管状体の軸上に配置されたＸ線遮蔽部材を備えることにより、入射したＸ線がＸ線遮蔽部材の軸方向に沿った側面で反射したときに、入射したＸ線の進行方向を大きく変えるため、Ｘ線遮蔽部材で反射した不要な散乱Ｘ線が管状体内を進入することを防止する。そして、入射Ｘ線が管状体の内面で全反射せずに出射側開口端から直接出射することがなく、出射側開口端の口径を大きくすることができ、出射側開口端から被検査体までの作動距離を長くすることができる。また、作動距離が長くなることにより、被検査体の表面に凹凸がある場合であっても被検査体の所望の箇所にＸ線を照射することができ、被検査体から放出される蛍光Ｘ線の取り出し角を十分確保することができ、被検査体を所望の角度回転させること又は所望の距離移動させることができるため、被検査体の大きさにかかわらず、被検査体の分析、蛍光Ｘ線分析、Ｘ線回折分析を行うことができる。

第２発明及び第９発明にあっては、入射側開口端近傍に固定された環状部材からＸ線遮蔽部材の中心に向かって配置された複数の支持部材でＸ線遮蔽部材を支持することにより、簡単な構成で不要なＸ線を遮蔽することができる。

第３発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射側に向かって縮径した板状体であることにより、不要な散乱Ｘ線が入射することを防止することができる。

第４発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材は、Ｘ線の入射面が球面の一部をなすことにより、不要な散乱Ｘ線が入射することを防止することができる。

第５発明及び第９発明にあっては、前記Ｘ線遮蔽部材は球状体をなし、前記管状体の内面と前記Ｘ線遮蔽部材表面との間に該Ｘ線遮蔽部材を前記管状体に固定する固定部材を複数備えることにより、Ｘ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができる。

第６発明及び第９発明にあっては、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔して配置された球状体であることにより、前記Ｘ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができる。

第７発明及び第９発明にあっては、前記固定部材は、前記管状体の周方向に沿って適長離隔してあり、前記管状体の軸方向に略平行に配置された棒状体であることにより、前記Ｘ線遮蔽部材の中心を管状体の軸上に容易に配置することができる。

第８発明及び第９発明にあっては、前記入射側開口端に前記Ｘ線遮蔽部材を固定するＸ線透過シートを備えることにより、簡単な構成で不要なＸ線を遮蔽するとともに、多くのＸ線を集光させることができる。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るＸ線集束素子を備えるＸ線分析装置の構成を示すブロック図である。図において、１はＸ線のオン／オフ及び出力強度を制御するためのＸ線シャッター及びフィルタである。Ｘ線シャッター及びフィルタ１にはＸ線集束素子２を取り付けてある。Ｘ線シャッター及びフィルタ１から出力された平行Ｘ線をＸ線集束素子２に入射し、Ｘ線集束素子２は、入射されたＸ線をＸ線集束素子２内面で全反射させて出射し、試料ステージ１２の近傍に設けられた開口部１５に、例えば、１μｍ単位の細いビーム径に絞りつつ導く。

開口部１５は、Ｘ線透過体１４で塞がれた空間であり、開口部１５内は真空である。この場合、Ｘ線透過体１４で試料ステージ１２と開口部１５とを区切ることにより開口部１５に真空空間を形成しているが、開口部１５は大気であってもよく、試料ステージ１２を含めた空間全体を真空空間としてもよい。ただし、Ｘ線照射空間は２次Ｘ線の減衰などを防止するため、真空に保つことが望ましい。

開口部１５には、Ｘ線集束素子２の出射側開口端を配置してある。また、開口部１５には、Ｘ線を照射した試料（被検査体）１３から放出される蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出器８の先端部を配置してある。また、開口部１５には、試料ステージ１２に配置された試料１３を撮像する撮像装置１１の受光部を設けてある。

Ｘ線透過体１４の下側には、例えば、環状であって回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器９を配置してあり、試料ステージ１２の試料１３を配置した反対側には、試料１３を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出器１０を配置している。なお、回折Ｘ線検出器９は環状に限定されるものではなく、環状以外の形状であってもよい。

試料ステージ１２には、モータ７が取り付けてあり、モータ７は、試料ステージ１２を、試料ステージ１２の試料１３配置面と平行な直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動するとともに、Ｘ線の試料１３に対する照射方向を所望の角度に回転する。また、モータ７は、試料ステージ１２を、試料ステージ１２の試料１３配置面の法線方向に移動し、開口部１５との距離を調節する。なお、回折Ｘ線の分析の際には、さらに、Ｒ、θ、ψの３軸の回転を行うステージ（不図示）が用いられる。

モータ７にはステージコントローラ６を接続してあり、ステージコントローラ６は、モータ７を制御することにより、試料ステージ１２に配置した試料１３の位置制御を行う。

Ｘ線シャッター及びフィルタ１には、Ｘ線コントローラ３を接続してあり、Ｘ線コントローラ３は、シャッターの開閉及びフィルタの切り替えを行って、Ｘ線のオン／オフ及び出力強度を制御する。

撮像装置１１、Ｘ線コントローラ３、ステージコントローラ６には、データ処理部５を接続してあり、データ処理部５は、通信インタフェース部（不図示）を介して撮像装置１１、Ｘ線コントローラ３、及びステージコントローラ６に制御信号を送信して、撮像装置１１、Ｘ線コントローラ３、及びステージコントローラ６の動作を制御する。また、データ処理部５には、通信インタフェース部を介して、コンピュータ４、蛍光Ｘ線検出器８、回折Ｘ線検出器９、透過Ｘ線検出器１０を接続してある。

データ処理部５は、コンピュータ４からＸ線シャッター及びフィルタ１の制御パラメータを受信した場合、受信したパラメータに応じた制御信号を生成し、Ｘ線コントローラ３へ送信する。Ｘ線コントローラ３は、受信した制御信号に基づいてＸ線シャッター及びフィルタ１で発生するＸ線のオン／オフを制御するとともに出力強度を制御する。

また、データ処理部５は、コンピュータ４から撮像装置１１の制御パラメータを受信した場合、受信したパラメータに応じた制御信号を生成し、撮像装置１１へ送信する。撮像装置１１は、受信した制御信号に基づいて試料ステージ１２に配置した試料１３を撮像し、撮像画像（静止画像を含む）をコンピュータ４へ送信する。

また、データ処理部５は、コンピュータ４から試料ステージ１２の制御パラメータを受信した場合、受信したパラメータに応じた制御信号を生成し、ステージコントローラ６へ送信する。ステージコントローラ６は、受信した制御信号に基づいてモータ７を駆動して、試料ステージ１２を移動又は回転させる。例えば、データ処理部５は、撮像装置１１で撮像した試料の撮像画像をコンピュータ４へ送信し、コンピュータ４の表示部（不図示）で撮像画像を画面表示させ、画面上の操作ボタンを操作することにより、データ処理部５は、コンピュータ４から試料ステージ１２の制御パラメータを受信する。これにより、コンピュータ４の表示部に表示された試料１３の撮像画像を見ながら、試料１３の位置を制御することができる。

また、データ処理部５は、蛍光Ｘ線検出器８、回折Ｘ線検出器９、透過Ｘ線検出器１０で検出した検出信号を、通信インタフェース部（不図示）を介して受信し、受信した検出信号に基づいて所定のデータ処理を行ない、処理結果をコンピュータ４へ出力する。

コンピュータ４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種データを記憶する記憶部、データ処理部５などとの間でデータ通信を行うための通信部、マウス、キーボード等の入出力部、ディスプレイ等の表示部（いずれも不図示）などを備えている。データ処理部５から出力されたデータに基づいて、試料１３に対する所定の分析処理を行ない、分析結果を表示部に表示し、又は記憶部（不図示）に記憶する。

図２はＸ線集束素子２の外観斜視図である。Ｘ線集束素子２は、ガラス製のキャピラリ（管状体）２０と後述するＸ線遮蔽部材２３とを備え、キャピラリ２０の軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍ、２００ｍｍである。Ｘ線が入射する入射側のキャピラリ２０の径は、例えば、５ｍｍであり、入射側開口端２２の口径は、１ｍｍ程度である。また、Ｘ線が出射する出射側のキャピラリ２０の径は、例えば、４．６ｍｍであり、出射側開口端２１の口径は、０．６ｍｍ程度である。

図３はキャピラリ２０の縦断面を示す模式図である。図に示すように、キャピラリ２０の軸をｘ軸とし、キャピラリ２０の一径方向をｙ軸とする。キャピラリ２０は、ｘ軸の回りに回転対称をなし、キャピラリ２０の内面２０ａは回転放物面をなす。キャピラリ２０の入射側開口端２２の口径φ２は、出射側開口端２１の口径φ１より大きく（φ２＞φ１）、出射側開口端２１の口径φ１と同じ径を有する円板状のＸ線遮蔽部材２３をキャピラリ２０の入射側開口端２２近傍に設けている。

入射側開口端２２からキャピラリ２０の軸（ｘ軸）に平行に入射したＸ線は、キャピラリ内面２０ａに入射角θで入射し、入射角θが全反射臨界角θｃより小さい場合、キャピラリ内面２０ａで全反射して、出射側開口端２１より出射され焦点Ｆに集束する。軸（ｘ軸）を中心として口径φ１内に入射するＸ線は、Ｘ線遮蔽部材２３により遮蔽される。これにより、入射側開口端２２から入射したＸ線は、すべてキャピラリ内面２０ａで全反射されて出射側開口端２１より出射され焦点Ｆ（試料１３の位置）に集束し（例えば、Ｘ線ビーム径は１μｍ程度）、キャピラリ内面２０ａで全反射されずに直接出射側開口端２１より出射されることはない。

キャピラリ内面２０ａの放物面をｙ² ＝４ａｘとする。入射側開口端の点Ｐ２の座標をＰ２（ｘ２、ｙ２）、出射側開口端の点Ｐ１の座標をＰ１（ｘ１、ｙ１）、点Ｐ１におけるｘ軸となす角度をθ、放物面の焦点Ｆの座標をＦ（ａ、０）とする。

数１に示すように、ｙ² ＝４ａｘをｘについて微分することにより、ａは式（１）で表される。ここで、ｙ´は式（２）で表されるから、ｙ´は式（３）で表すことができる。式（３）を式（１）に代入することにより、ａは式（４）で表される。また、キャピラリ２０の長さ（軸方向寸法）をＬとすると、ｙ２は式（５）で表される。また、出射側開口端２１から焦点Ｆまでの距離Ｓは式（６）で表される。また、Ｘ線の集束効率Ｅは、式（７）で表される。

次に具体的な数値を当てはめて説明する。キャピラリ２０の長さＬを１００ｍｍ、Ｘ線遮蔽部材２３の径、及び出射側開口端２１の口径を０．６ｍｍ、すなわち、点Ｐ１のｙ座標ｙ１を０．３ｍｍ、全反射臨界角θｃを３ｍｒａｄとする。なお、全反射臨界角θｃは、Ｘ線のエネルギーなどにより変化する。この場合、例えば、Ｘ線のエネルギーは１０ｋｅＶ程度である。

上記の各条件の場合、式（４）よりａ＝０．０００４５ｍｍ、ｘ１＝ｙ１² ／４ａよりｘ１＝５０ｍｍ、式（５）よりｙ２＝０．５２ｍｍ、式（６）より作動距離ＷＤであるＳ＝５０．０ｍｍ、式（７）よりＸ線の集束効率Ｅ＝６６．７％となる。そして、放射光施設で使用した場合、入射Ｘ線の輝度として、１０¹²ｐｈｏｔｏｎ／ｓｅｃ／ｍｍ²とすると、前記入射Ｘ線の径を１μｍに絞ることにより、７×１０¹⁷ｐｈｏｔｏｎ／ｓｅｃ／ｍｍ² が実現できる。

また、キャピラリ２０の長さＬを１００ｍｍ、Ｘ線遮蔽部材２３の径、及び出射側開口端２１の口径を０．６ｍｍ、すなわち、点Ｐ１のｙ座標ｙ１を０．３ｍｍ、全反射臨界角θｃを４ｍｒａｄとする。なお、全反射臨界角θｃは、Ｘ線のエネルギーなどにより変化する。この場合、例えば、Ｘ線のエネルギーは７．５ｋｅＶ程度である。

上記の各条件の場合、式（４）よりａ＝０．０００６０ｍｍ、式（５）よりｙ２＝０．５７４ｍｍ、式（６）より作動距離ＷＤであるＳ＝３７．５ｍｍ、式（７）よりＸ線の集束効率Ｅ＝７２．７％となる。

上述のとおり、Ｘ線のエネルギーがより小さいものを使用する場合（すなわち、全反射臨界角θｃが大きくなる場合）、出射点から焦点位置までの作動距離ＷＤは小さくなるがＸ線の集束効率は向上する。また、Ｘ線のエネルギーがより大きいものを使用する場合（すなわち、全反射臨界角θｃが小さくなる場合）、作動距離ＷＤは大きくなるがＸ線の集束効率は低下する。これらの数値例は、一例であって、所望の作動距離ＷＤ、Ｘ線集束効率を得るために任意に設定することが可能であるが、いずれにしても、作動距離ＷＤを十分確保することができるとともに、高効率でＸ線を試料に集束させることができる。

図４はＸ線遮蔽部材２３の形状を示す説明図である。図４（ａ）はＸ線遮蔽部材２３の正面図を示し、図４（ｂ）は縦断面図を示す。Ｘ線遮蔽部材２３は、入射側開口端２２の口径（キャピラリ２０の外径）と略同径の環状部材２３２からＸ線遮蔽部材２３を支持する３本の支持部材２３３をＸ線遮蔽部材２３の中心に向かって設け、環状部材２３２をキャピラリ２０に固定している。

環状部材２３２、支持部材２３３、Ｘ線遮蔽部材２３は、タンタル、タングステン、モリブデンなどのＸ線を遮蔽する金属を用いて一体成形により形成することができる。なお、Ｘ線遮蔽部材２３の軸方向寸法（厚さ）は、Ｘ線を遮蔽するのに十分な寸法を設定することができる。また、支持部材２３３は、Ｘ線の入射を遮らないように、Ｘ線の入射面に対する面積をできるだけ小さくすることが好ましく、かつＸ線遮蔽部材２３を支持するに十分な強度を確保するため、細い棒状であって、軸の周りに相互に１２０度の角度をなすように配置することができる。なお、支持部材２３３は、３本に限られるものではなく、２本又は４本以上であってもよいが、強度及びＸ線の遮蔽抑制のためには、３本が適している。
Ｘ線遮蔽部材の形状は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、他の形状のものであってもよい。

実施の形態２
図５はＸ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。図５（ａ）はＸ線遮蔽部材２４の正面図を示し、図５（ｂ）は縦断面図を示す。実施の形態１との相違点は、Ｘ線遮蔽部材２４の径がＸ線の入射側に沿って縮径している点にある。

Ｘ線遮蔽部材２４は、入射側開口端２２の口径（キャピラリ２０の外径）と略同径の環状部材２４２からＸ線遮蔽部材２４を支持する３本の支持部材２４３をＸ線遮蔽部材２４の中心に向かって設け、環状部材２４２をキャピラリ２０に固定している。この場合、入射側開口端２２から入射したＸ線が、Ｘ線遮蔽部材２４の軸方向に沿った側面で反射したときに、入射したＸ線の進行方向を大きく変えるため、Ｘ線遮蔽部材２４で反射した不要な散乱Ｘ線がキャピラリ２０内を進入することを防止する。

実施の形態３
図６はＸ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。図６（ａ）はＸ線遮蔽部材２５の正面図を示し、図６（ｂ）は縦断面図を示す。実施の形態１との相違点は、Ｘ線遮蔽部材２５のＸ線の入射面が球面の一部をなすようにしている点にある。

Ｘ線遮蔽部材２５は、入射側開口端２２の口径（キャピラリ２０の外径）と略同径の環状部材２５２からＸ線遮蔽部材２５を支持する３本の支持部材２５３をＸ線遮蔽部材２５の中心に向かって設け、環状部材２５２をキャピラリ２０に固定している。この場合、入射側開口端２２から入射したＸ線が、Ｘ線遮蔽部材２５の軸方向に沿った側面で反射することなく、入射したＸ線を遮蔽するため、Ｘ線遮蔽部材２５で反射した不要な散乱Ｘ線がキャピラリ２０内を進入することを防止する。

実施の形態４
図７はＸ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。図７（ａ）はＸ線遮蔽部材２６の正面図を示し、図７（ｂ）は縦断面図を示す。実施の形態１との相違点は、Ｘ線遮蔽部材２６は球状体をなし、支持部材２３３に代えて球状体の固定部材２７を用いる点にある。

Ｘ線遮蔽部材２６は、タンタル、タングステン、モリブデンなどの金属性であって、出射側開口端２１の口径φ１と同寸法の口径を有する。固定部材２７は、Ｘ線遮蔽部材２６の口径よりも小径の球状体であって、キャピラリ２０の周方向に沿って適長離隔して配置してある。これにより、Ｘ線遮蔽部材２６の中心はキャピラリ２０の軸上に配置される。

また、入射側開口端２２から入射したＸ線が、Ｘ線遮蔽部材２６の軸方向に沿った側面で反射することなく、入射したＸ線を遮蔽するため、Ｘ線遮蔽部材２６で反射した不要な散乱Ｘ線がキャピラリ２０内を進入することを防止する。また、固定部材２７は、Ｘ線の入射を遮らないように、径をできるだけ小さくすることが好ましく、軸の周りに相互に１２０度の角度をなすように配置することができる。なお、固定部材２７は、３個に限られるものではなく、２個又は４個以上であってもよい。

実施の形態５
固定部材２７の形状は、上述の実施の形態４に限定されるものではなく、他の形状のものであってもよい。図８は固定部材の他の形状を示す説明図である。図８（ａ）は固定部材２８の正面図を示し、図８（ｂ）は縦断面図を示す。実施の形態４との相違点は、固定部材２８は、球状体に代えて棒状体をなす点にある。

固定部材２８は、キャピラリ２０の周方向に沿って適長離隔してあり、キャピラリ２０の軸方向に略平行に配置された棒状体である。これにより、Ｘ線遮蔽部材２６の中心は管状体の軸上に配置される。

また、入射側開口端２２から入射したＸ線が、Ｘ線遮蔽部材２６の軸方向に沿った側面で反射することなく、入射したＸ線を遮蔽するため、Ｘ線遮蔽部材２６で反射した不要な散乱Ｘ線がキャピラリ２０内を進入することを防止する。また、固定部材２８は、Ｘ線の入射を遮らないように、できるだけ肉厚を小さくすることが好ましく、軸の周りに相互に１２０度の角度をなすように配置することができる。なお、固定部材２８は、３個に限られるものではなく、２個又は４個以上であってもよい。

実施の形態６
Ｘ線遮蔽部材の固定方法は、実施の形態１〜５に限定されるものではなく、他の固定方法を用いることもできる。図９はＸ線遮蔽部材の他の固定例を示す説明図である。図９（ａ）はＸ線集束素子２の正面図を示し、図９（ｂ）はＸ線集束素子２の縦断面図を示す。図において、３０はＸ線透過率の高い樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴシートなど）である。樹脂フィルム３０をキャピラリ２０の入射側開口端２２に貼付し、樹脂フィルム３０の中央部には、出射側開口端２１の口径φ１と同じ径を有する半円球状のＸ線遮蔽部材２９を入射側開口端２２の外側に向かって固定してある。

樹脂フィルム３０の位置を調整することにより、Ｘ線遮蔽部材２９の中心がキャピラリ２０の軸上に位置するように容易に調整することができる。この場合、Ｘ線の透過率の高い樹脂フィルム３０を用いることにより、入射側開口端２２から入射したＸ線は、Ｘ線遮蔽部材２９で遮蔽されるとともに、必要なＸ線は樹脂フィルム３０を透過するため、多くのＸ線を集束させることができる。

上述の実施の形態６では、Ｘ線遮蔽部材２９を樹脂フィルム３０に対して入射側開口端２２の外側に向かって配置する構成であったが、これに限定されるものではなく、Ｘ線遮蔽部材２９を樹脂フィルム３０に対して出射側開口端２１の内側に向かって配置する構成であってもよい。

以上説明したように、本発明にあっては、キャピラリ２０の入射側開口端２２の口径φ２を出射側開口端２１の口径φ１より大きくし、キャピラリ２０の軸上に中心を配置し、該軸からの口径が出射側開口端２１の口径φ１と同寸法のＸ線遮蔽部材を備えることにより、入射Ｘ線がキャピラリ２０の内面で全反射せずに出射側開口端２１から直接出射することがなく、出射側開口端２１の口径φ１を大きくすることができ、出射側開口端２１から試料１３までの作動距離を長くすることができるとともに、簡単な構造でＸ線を高効率で集束させることができるＸ線集束素子を実現することができる。

また、Ｘ線集束素子の作動距離が長くなることにより、試料の表面に凹凸がある場合であっても試料の所望の箇所にＸ線を照射することができ、試料から放出される蛍光Ｘ線の取り出し角を十分確保することができ、試料を所望の角度回転させること又は所望の距離移動させることができるため、試料の大きさにかかわらず、試料の分析、蛍光Ｘ線分析、Ｘ線回折分析を行うことができるＸ線分析装置を実現することができる。

上述の実施の形態においては、Ｘ線遮蔽部材を入射側開口端２２の近傍に配置する構成であったが、Ｘ線遮蔽部材のキャピラリ軸上の位置はこれに限定されるものではなく、Ｘ線源とキャピラリとの間に配置してもよく、また、キャピラリ内の任意の位置に配置することもできる。例えば、キャピラリを中途部で２分割し、分割された一方のキャピラリの開口端近傍にＸ線遮蔽部材を設け、分割されたキャピラリ同士を固定することもできる。

上述の実施の形態においては、キャピラリ２０の入射側開口端２２からキャピラリ２０の軸に平行な平行Ｘ線を入射させ、Ｘ線を集束する構成であったが、キャピラリの内面を回転放物面又は回転楕円面で構成し、一方の焦点位置に点光源のＸ線源を配置し、Ｘ線源から入射したＸ線をキャピラリ内面で全反射させて平行Ｘ線にし、平行Ｘ線を再度キャピラリの内面で全反射させて他方の焦点位置にＸ線を集束させるとともに、入射側開口端の口径と略同寸法の口径を有するＸ線遮蔽部材をキャピラリ内部に配置して、入射側開口端から出射側開口端に直接通過するＸ線を遮蔽するような構成であってもよい。

上述の実施の形態においては、Ｘ線集束素子２をＸ線分析装置に採用した例を説明したが、Ｘ線集束素子の適用例は、これに限定されるものではなく、例えば、集束されたＸ線ビームを試料に照射し、試料から放出される光電子を計測するような光電子顕微鏡にも適用することができる。この場合、Ｘ線ビームを微細焦点に高効率で集束させることができるため、Ｘ線密度が向上し、従来に比べて高速、かつリアルタイムで試料の観測を行うことができる。また、その他に、Ｘ線リソグラフィ、Ｘ線を用いて化学反応を起こす装置、Ｘ線顕微鏡の照射側レンズなど、Ｘ線を照射するＸ線照射装置にも適用することができる。

本発明に係るＸ線集束素子を備えるＸ線分析装置の構成を示すブロック図である。 Ｘ線集束素子の外観斜視図である。 キャピラリの縦断面を示す模式図である。 Ｘ線遮蔽部材の形状を示す説明図である。 Ｘ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。 Ｘ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。 Ｘ線遮蔽部材の他の形状を示す説明図である。 固定部材の他の形状を示す説明図である。 Ｘ線遮蔽部材の他の固定例を示す説明図である。

符号の説明

２ Ｘ線集束素子
２０ キャピラリ
２１ 出射側開口端
２２ 入射側開口端
２３、２４、２５、２６ ２９ Ｘ線遮蔽部材
３０ 樹脂フィルム
２３２、２４２、２５２ 環状部材
２３３、２４３、２５３ 支持部材
２７、２８ 固定部材

Claims (9)

1. 管状体を備え、一側開口端から入射したＸ線を前記管状体の内面で反射し、反射したＸ線を他側開口端より出射して集束するＸ線集束素子において、
   入射側開口端の口径は、出射側開口端の口径より大きく、
   該出射側開口端の口径と略同寸法の径を有し、Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体、Ｘ線の入射面が球面の一部、又は球状体のいずれか１つをなし、中心が前記管状体の軸上に配置されたＸ線遮蔽部材を備えることを特徴とするＸ線集束素子。
2. 前記入射側開口端近傍に固定された環状部材と、
   該環状部材から前記Ｘ線遮蔽部材の中心に向かって配置され、該Ｘ線遮蔽部材を支持する複数の支持部材と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線集束素子。
3. 前記Ｘ線遮蔽部材は、
   Ｘ線の入射側に向かって縮径してなる板状体であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線集束素子。
4. 前記Ｘ線遮蔽部材は、
   Ｘ線の入射面が球面の一部をなすことを特徴とする請求項２に記載のＸ線集束素子。
5. 前記Ｘ線遮蔽部材は、球状体をなし、
   前記管状体の内面と該Ｘ線遮蔽部材表面との間に、該Ｘ線遮蔽部材を前記管状体に固定する固定部材を複数備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線集束素子。
6. 前記固定部材は、
   前記管状体の周方向に沿って離隔して配置された球状体であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線集束素子。
7. 前記固定部材は、
   前記管状体の周方向に沿って適長離隔してあり、前記管状体の軸方向に略平行に配置された棒状体であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線集束素子。
8. 前記入射側開口端に前記Ｘ線遮蔽部材を固定するＸ線透過シートを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線集束素子。
9. Ｘ線源から放射されたＸ線を集束するＸ線集束素子を備え、集束されたＸ線を照射するＸ線照射装置において、
   前記Ｘ線集束素子は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＸ線集束素子であることを特徴とするＸ線照射装置。

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