JP6944952B2 - 放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置に関する。

試料の分析を行うために放射線検出装置が利用されている。放射線検出装置は、試料に対してＸ線又は電子線等の放射線を照射し、その際に生じる特性Ｘ線を検出器にて検出する。放射線検出装置が検出した特性Ｘ線のスペクトル分布等から、試料に含まれる元素の特定及びこの元素の濃度の算出等を行うことができる。
放射線検出装置には、試料に対するＸ線の照射位置を確認するために撮像ユニットが設けられたＸ線分析装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された装置では、試料の上方に、反射面を試料側に向けてミラーが配置されており、撮像ユニットは、ミラーによる反射光によって、試料を上方から撮像した画像を取得する。よって、特許文献１に開示された装置では、試料の上方から照射されるＸ線の照射位置を、試料を上方から撮像した光学画像で確認できる。

特許第３９９６８２１号公報

特許文献１に開示された装置では、Ｘ線の照射軸と同軸の光学画像を取得するために、Ｘ線を試料までガイドするＸ線ガイド部材とミラーとが試料の上方の同じ位置に配置されている。また、Ｘ線ガイド部材とミラーとを同じ位置に配置するために、ミラーに、Ｘ線ガイド部材を挿通させるための挿通部（例えば切欠き部）が設けられている。従って、挿通部が設けられた箇所ではミラーによる視野が制限されるので、撮像ユニットで取得した光学画像によって試料を十分観察できない場合が生じ、この場合、試料に対するＸ線の照射位置を精度良く確認できない虞がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ミラーを介して試料を精度良く確認することが可能な放射線検出装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、試料に照射される放射線を絞る放射線光学素子と、前記試料への放射線の照射によって生じる放射線を検出する検出部と、前記試料に対向配置されたミラーと、前記放射線光学素子及びミラーを保持する保持部とを備える放射線検出装置において、前記保持部を、前記試料に照射される放射線の照射方向に交差する面内で、交差する二方向に移動させる駆動部を更に備え、前記保持部は、前記放射線の出射径が異なる複数の前記放射線光学素子を保持しており、前記ミラー及び最小の出射径の前記放射線光学素子を前記二方向のうちの一方向に並べて保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記保持部は、出射径が小さい前記放射線光学素子を、前記ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置で保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、試料に照射される放射線を絞る放射線光学素子と、前記試料への放射線の照射によって生じる放射線を検出する検出部と、前記試料に対向配置されたミラーと、前記放射線光学素子及びミラーを保持する保持部とを備える放射線検出装置において、前記保持部を、前記試料に照射される放射線の照射方向に交差する面内で、交差する二方向に移動させる駆動部を更に備え、前記保持部は、前記試料の表面での前記放射線の照射径が異なる複数の前記放射線光学素子を保持しており、前記ミラー及び前記照射径が最小の前記放射線光学素子を前記二方向のうちの一方向に並べて保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記放射線光学素子は、筒体であり、軸長方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大きい形状を有し、前記保持部は、前記放射線を出射する一端部の内径が最小の前記放射線光学素子を前記ミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記保持部は、前記放射線を出射する出射端から前記試料までの距離が最小の前記放射線光学素子を前記ミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記保持部は、前記照射径が小さい前記放射線光学素子を、前記ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置で保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記放射線光学素子は、前記二方向のそれぞれに複数ずつ並んで配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記放射線光学素子は筒体であり、前記保持部は、軸長方向の長さが短い前記放射線光学素子を前記検出部に近い位置で保持していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記ミラーは、前記試料の光像を、所定位置に配置された観察部へ導くように配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る放射線検出装置は、前記放射線光学素子は、前記放射線の照射方向を軸長方向として配置された筒体であり、前記保持部は、板状に形成されており、前記保持部は、厚み方向に穿設された複数の長孔を有しており、前記長孔は、前記二方向のうちの一方向を長軸方向として、他方向に並べて設けられており、前記保持部は、前記長孔に挿通された前記放射線光学素子を保持しており、前記保持部は、前記放射線光学素子の軸長方向に延設されたミラー保持部を有しており、前記ミラー保持部の延設端部には、前記ミラーが、反射面を前記他方向に平行で、かつ、前記放射線光学素子の軸長方向に対して傾いた状態で取り付けられており、前記最小の出射径の放射線光学素子又は前記照射径が最小の放射線光学素子は、前記ミラーから前記一方向に近い位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様においては、試料に照射される放射線を異なる出射径で出射する複数の放射線光学素子が、試料に対向配置されたミラーと共に保持部にて保持されている。保持部は、放射線の照射方向に交差する面内で、交差する二方向に移動可能である。保持部の移動によってミラー及び放射線光学素子を移動させることができるので、ミラー及び放射線光学素子を同じ位置に配置する必要がなく、従来のようにミラーに切欠きを設ける必要がない。よって、ミラーによる視野が制限されないので、ミラーを介して試料を精度良く視認できる。また、ミラーに対する試料の位置合せを、ミラーを介して試料を確認しながら行うことができる。更に、保持部が二方向に移動できることにより、試料に対する放射線光学素子の位置合せを容易にかつ精度良く行うことができる。また、ミラーと最小の出射径の放射線光学素子とが、前記二方向のうちの一方向に並べて保持部に保持されている。よって、ミラーに対して位置合せされた試料に対して、最小の出射径の放射線光学素子を位置合せする際には一方向にのみ保持部を移動させればよいので、より精度良く位置合わせを行うことが可能である。最小の出射径の放射線光学素子は、保持部及び駆動部における寸法誤差及び組立誤差の影響を最も受け易い。従って、一方向に保持部を移動させることによって最小の出射径の放射線光学素子を位置合せできる構成により、最小の出射径の放射線光学素子が受ける寸法誤差及び組立誤差の影響を、一方向への移動で生じる誤差のみに軽減することが可能となる。

本発明の一態様においては、ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置に、出射径が小さい放射線光学素子が配置される。放射線光学素子は、出射径が小さいほど、保持部及び駆動部における寸法誤差及び組立誤差の影響を無視できない。また、寸法誤差及び組立誤差の影響は、位置合せの際の移動距離が長いほど大きくなる。よって、出射径が小さい放射線光学素子を、所定位置への位置合せの際に移動させる距離が短い位置に配置することにより、位置合せの際の移動距離を短くできるので、位置合せを精度良く行うことが可能となる。

本発明の一態様においては、試料に照射される放射線の試料表面での照射径が異なる複数の放射線光学素子が、試料に対向配置されたミラーと共に保持部にて保持されている。保持部の移動によってミラー及び放射線光学素子を移動させることができるので、ミラー及び放射線光学素子を同じ位置に配置する必要がなく、従来のようにミラーに切欠きを設ける必要がない。よって、ミラーによる視野が制限されないので、ミラーを介して試料を精度良く視認できる。また、ミラーに対する試料の位置合せを、ミラーを介して試料を確認しながら行うことができる。更に、保持部が二方向に移動できることにより、試料に対する放射線光学素子の位置合せを容易にかつ精度良く行うことができる。また、ミラーと試料表面での照射径が最小の放射線光学素子とが、前記二方向のうちの一方向に並べて保持部に保持されている。よって、ミラーに対して位置合せされた試料に対して、試料表面での照射径が最小の放射線光学素子を位置合せする際には一方向にのみ保持部を移動させればよいので、より精度良く位置合わせを行うことが可能である。照射径が最小の放射線光学素子は、保持部及び駆動部における寸法誤差及び組立誤差の影響を最も受け易い。従って、一方向に保持部を移動させることによって位置合せできる構成により、照射径が最小の放射線光学素子が受ける寸法誤差及び組立誤差の影響を、一方向への移動で生じる誤差のみに軽減することが可能となる。

本発明の一態様においては、放射線光学素子は、軸長方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大きい形状の筒体である。放射線を出射する一端部の内径が最小の放射線光学素子がミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持されている。よって、ミラーに対して位置合せされた試料に対して、前記一端部の内径が最小の放射線光学素子を位置合せする際には一方向にのみ保持部を移動させればよいので、精度良く位置合わせを行うことが可能である。

本発明の一態様においては、放射線を出射する出射端から試料までの距離が最小の放射線光学素子がミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持されている。よって、ミラーに対して位置合せされた試料に対して、前記出射端から試料までの距離が最小の放射線光学素子を位置合せする際には一方向にのみ保持部を移動させればよいので、精度良く位置合わせを行うことが可能である。

本発明の一態様においては、ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置に、試料表面での照射径が小さい放射線光学素子が配置される。放射線光学素子は、照射径が小さいほど、保持部及び駆動部における寸法誤差及び組立誤差の影響を無視できない。また、寸法誤差及び組立誤差の影響は、位置合せの際の移動距離が長いほど大きくなる。よって、照射径が小さい放射線光学素子を、所定位置への位置合せの際に移動させる距離が短い位置に配置することにより、位置合せの際の移動距離を短くできるので、位置合せを精度良く行うことが可能となる。

本発明の一態様においては、保持部が移動可能な二方向に沿ってそれぞれ複数の放射線光学素子が配置されている。よって、保持部を移動させて放射線光学素子を所定位置に配置させる位置合わせを精度良くかつ容易に行うことが可能となる。

本発明の一態様においては、放射線光学素子は筒体であり、軸長方向の長さが短い放射線光学素子が、検出部に近い位置に配置されている。よって、保持部を移動させた場合であっても、検出部に接触しないように放射線光学素子を配置することが可能である。

本発明の一態様においては、ミラーは、試料の光像を、所定位置に配置された観察部へ導く。よって、ミラーの位置から試料を観察できるので、試料を精度良く観察することが可能となる。

本発明の一態様においては、板状の保持部に厚み方向に複数の長孔が穿設されており、筒体の放射線光学素子が、長孔に挿通されて保持部に保持される。よって、保持部の長孔に放射線光学素子を挿通させることにより、放射線光学素子の保持部への取付が可能である。また保持部は放射線光学素子の軸長方向にミラー保持部が延設されており、ミラー保持部の延設端部にミラーが取り付けられている。ミラーは、反射面が前記長孔の並設方向に平行で、かつ、放射線光学素子の軸長方向に対して傾いた状態で取り付けられており、試料の光像を所定位置の観察部に適切に導くことが可能である。また、最小の出射径の放射線光学素子又は照射径が最小の放射線光学素子がミラーから近い位置に配置されているので、出射径又は照射径が最小の放射線光学素子を所定位置に配置させるための位置合せを容易にかつ精度良く行うことが可能となる。

本発明の一態様にあっては、ミラーを介して試料を精度良く確認することができる。また、試料に対する放射線光学素子の位置合せを精度良く行うことができる。

Ｘ線分析装置の概略構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る光学素子ユニットの構成を示す模式図である。 実施形態１に係る光学素子ユニットの構成を示す模式図である。 動作中のＸ線分析装置を示す模式図である。 動作中のＸ線分析装置を示す模式図である。 動作中のＸ線分析装置を示す模式図である。 動作中のＸ線分析装置を示す模式図である。 Ｘ線分析装置が動作中である場合の光学素子ユニットの上面図である。 実施形態２に係る光学素子ユニットの上面図である。 実施形態３に係る光学素子ユニットの斜視図である。 実施形態３に係るＸ線光学素子の断面図である。 実施形態３のＸ線分析装置の一部の模式図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。以下の実施形態では、Ｘ線を用いて試料の分析を行うＸ線分析装置を例に、本発明に係る放射線検出装置について説明する。

（実施形態１）
図１は、Ｘ線分析装置の概略構成を示すブロック図である。Ｘ線分析装置は、分析対象の試料２０が収納される試料箱２と、試料２０に照射するＸ線を発生させるＸ線管３と、Ｘ線管３及び試料箱２の間に配置される真空箱１とを備えている。
Ｘ線管３は真空箱１の上面に連通部３０を介して取り付けられている。真空箱１は試料箱２の上面に、Ｘ線を良好に透過させるＸ線透過窓２２が設けられた連通部を介して取り付けられている。真空箱１及び試料箱２は銅又はアルミニウム等の金属製である。Ｘ線透過窓２２はＸ線を透過し易い材料によって形成されており、光も透過させる。

試料箱２内には所定位置に試料ステージ２１が設置されており、試料ステージ２１上に試料２０が載置される。真空箱１内には所定位置に、後述するような光学素子ユニット１０が配置されている。このような構成により、Ｘ線管３で発生されたＸ線は、連通部３０を通って真空箱１内に入射し、真空箱１内の光学素子ユニット１０を通り、更にＸ線透過窓２２を通って試料箱２内に入射し、試料ステージ２１上の試料２０に照射される。
試料ステージ２１は、試料ステージ駆動部６６によって、Ｘ線の照射方向（図１では上下方向）と、照射方向に直交する面内で、互いに直交する二方向（例えば、図１では左右方向及び奥行き方向）とに移動できるように構成されている。試料ステージ駆動部６６は試料箱２の内部に設けられていてもよいし、試料箱２の外部に設けられていてもよい。

真空箱１には、前述のようにＸ線が試料２０に照射されることによって試料２０から発生する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を検出するＸ線検出器４が取り付けられている。図１に示す例では、Ｘ線検出器４は、蛍光Ｘ線の検出面をＸ線透過窓２２に向けた状態で真空箱１に取り付けられている。
また真空箱１には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）カメラ又は光学顕微鏡等の観察部５が取り付けられている。後述するように真空箱１内の光学素子ユニット１０はミラー１２を有しており、観察部５はミラー１２に対向するように配置されている。観察部５は、ミラー１２によって反射される、試料箱２内の試料２０の光像を取得するために設けられている。真空箱１又は試料箱２の内部の適宜箇所には、試料２０を照明するために、図示しない光源が設けられている。光源は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）であり、例えば試料箱２の上壁の内面（下面）に設けることができ、真空箱１の内部に設けられていてもよい。なお、観察部５の観察面を真空箱１の外面に接触させた状態で観察部５を真空箱１の外側に配置することもでき、この場合、観察面が接触する真空箱１の箇所が、光を透過させる透過膜にて構成されている。

図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態１に係る光学素子ユニット１０の構成を示す模式図である。図２Ａは光学素子ユニット１０の斜視図であり、図２Ｂは光学素子ユニット１０の上面図である。光学素子ユニット１０は、Ｘ線管３にて発生されたＸ線を、ビーム径を絞って試料２０に対して照射するものである。光学素子ユニット１０は、光学素子切替ステージ１０ａに、複数のＸ線光学素子１１ａ〜１１ｄ（以下では、まとめてＸ線光学素子１１ということもある）が装着されて構成されている。図２Ａ及び図２Ｂに示す構成では、４つのＸ線光学素子１１が装着されているが、この構成に限らない。

Ｘ線光学素子１１は、Ｘ線管３にて発生されて真空箱１内に入射されたＸ線を収束させる。Ｘ線光学素子１１は、例えばガラスによって筒状（管状）に形成されたＸ線導管（キャピラリ）であり、一端から入射されたＸ線を内面で反射させながら導光し、他端から出射する。Ｘ線光学素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれは、例えば同じ外径及び異なる内径を有しており、この構成により、Ｘ線光学素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれから出射するＸ線のサンプル表面上での径（スポット径）を異ならせることができる。Ｘ線光学素子１１の内径（Ｘ線の出射径）は適宜選択でき、図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、例えば、Ｘ線光学素子１１ａ〜１１ｄの内径をそれぞれ、１０μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１．２ｍｍとしてある。
図２Ａ及び図２Ｂに示すＸ線光学素子１１は、所謂、モノキャピラリで構成されているが、極細のＸ線導管を複数本束ねて構成されたポリキャピラリを用いることもできる。

光学素子切替ステージ（保持部）１０ａは、矩形板状に形成されており、Ｘ線光学素子１１を挿通させるための挿通孔１０ｂが厚み方向に穿設されている。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、光学素子切替ステージ１０ａの上面の左右方向（図２Ｂ中のＸ方向）を長軸方向として、楕円形断面を有する長孔である挿通孔１０ｂが２つ設けられており、２つの挿通孔１０ｂは、前記左右方向に直交する方向（図２Ｂ中のＹ方向）に並べて配置されている。挿通孔１０ｂは、楕円形断面を有する構成に限らず、長円形断面又は矩形断面を有する構成でもよい。

Ｘ線光学素子１１は、挿通孔１０ｂに挿通されて、Ｘ線光学素子１１の一端側に設けられたフック（図示せず）が、光学素子切替ステージ１０ａ（挿通孔１０ｂ）に設けられたフック（図示せず）に係止することにより、光学素子切替ステージ１０ａに取り付けられている。このような構成により、光学素子切替ステージ１０ａは、挿通孔１０ｂに挿通されたＸ線光学素子１１を保持している。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、それぞれの挿通孔１０ｂにＸ線光学素子１１が２つずつ挿通されているが、それぞれの挿通孔１０ｂに挿通されるＸ線光学素子１１の数は２つに限らない。
なお、図２Ｂに示す例では、下側の挿通孔１０ｂには、ミラー１２に近い左側の位置に、内径が最小のＸ線光学素子１１ａが挿通され、右側の位置に、内径が２番目に小さいＸ線光学素子１１ｂが挿通されている。また、上側の挿通孔１０ｂには、ミラー１２に近い左側の位置に、内径が３番目に小さいＸ線光学素子１１ｃが挿通され、右側の位置に、内径が最大のＸ線光学素子１１ｄが挿通されている。

光学素子切替ステージ１０ａにはＸ線光学素子１１のほかにミラー１２が取り付けられている。光学素子切替ステージ１０ａには、Ｘ線光学素子１１の軸長方向にミラーホルダー１２ａが延設されており、ミラーホルダー１２ａの延設端にミラー１２が取り付けられている。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、ミラーホルダー１２ａは、光学素子切替ステージ１０ａの下面の左端辺に沿って、Ｘ線光学素子１１ａが取り付けられる挿通孔１０ｂとＸ方向に並ぶ位置に、挿通孔１０ｂのＹ軸方向における幅よりも若干長い領域から延設されている。ミラー１２は、例えば円形板状の平面ミラーであり、ミラーホルダー１２ａのＹ方向における長さと同じ直径を有している。即ち、ミラー１２は、挿通孔１０ｂのＹ軸方向における幅（短軸方向の幅）よりも若干長い直径を有する。また、ミラー１２は、その反射面が、光学素子切替ステージ１０ａの下面の左端辺（Ｙ方向）に平行であり、かつ、Ｘ線光学素子１１の軸長方向に対して４５度±数度傾いた状態で取り付けられている。なお、ミラー１２をこのような状態で保持できる構成であれば、ミラーホルダー１２ａはどのような形状でもよい。また、ミラー１２の反射面は光を効率よく反射できるように研磨仕上げされていることが望ましい。

このような構成の光学素子ユニット１０が、光学素子切替ステージ１０ａを上側に、Ｘ線光学素子１１の突出端を下側にして、更に、ミラー１２の反射面を観察部５に対向させて、真空箱１内に収納されている。光学素子ユニット１０が真空箱１内に収納された場合、ミラー１２は、Ｘ線透過窓２２に近い位置に配置される。なお、図１では、真空箱１内に光学素子ユニット１０が収納された場合、光学素子ユニット１０を隔てて観察部５とＸ線検出器４とが対向配置されているように示されている。しかし、実際には、図２Ｂに示すように、観察部５とＸ線検出器４とは、観察部５による観察方向とＸ線検出器４による検出方向とが９０度をなすように配置されている。また、各Ｘ線光学素子１１は、Ｘ線検出器４に近い位置に、軸長方向の長さが短いＸ線光学素子１１が配置される。例えば、Ｘ線光学素子１１が、内径が小さいほど長く形成されている場合、内径が大きく短いＸ線光学素子１１が、Ｘ線検出器４に近い位置に配置される。これにより、光学素子ユニット１０をＸ線検出器４側に移動させた場合であっても、各Ｘ線光学素子１１がＸ線検出器４に接触することを回避できる。

ミラー１２は、光源による試料２０の光像を、ミラー１２に対向配置された観察部５へ反射させる。図１に示す例では、ミラー１２は、反射面が観察部５の光軸と４５度±数度をなし、また、ミラーホルダー１２ａの延設方向（Ｘ線光学素子１１の軸長方向）と４５度±数度をなした状態で配置されている。しかし、観察部５が試料２０の光像を取得できる構成であれば、この構成に限らない。

光学素子切替ステージ１０ａ（光学素子ユニット１０）は、切替ステージ駆動部６５によって、Ｘ線の照射方向（図１における上下方向）に直交する面内で、互いに直交する二方向、具体的には、図２Ｂ中のＸ方向及びＹ方向に移動できるように構成されている。切替ステージ駆動部６５は、例えばステッピングモータを用いて構成されている。
上述した構成により、実施形態１の光学素子ユニット１０では、切替ステージ駆動部６５によって光学素子切替ステージ１０ａが移動可能な二方向のうちの一方向（具体的には、図２Ｂ中のＸ方向）に沿って、内径が最小のＸ線光学素子１１ａとミラー１２とが並べて配置されることになる。即ち、内径が最小のＸ線光学素子１１ａとミラー１２とがＸ方向で同軸である。

切替ステージ駆動部６５によって光学素子切替ステージ１０ａを移動させることにより、各Ｘ線光学素子１１とミラー１２との位置が切り替えられ、所定位置に配置されたＸ線光学素子１１を介して、Ｘ線管３で発生したＸ線が試料２０へ届けられる。なお、Ｘ線光学素子１１ａ〜１１ｄの内径（出射径）が異なることにより、Ｘ線透過窓２２から試料２０の表面までの距離が同じである場合、内径に応じたビーム径のＸ線を試料２０に照射することができる。
所定位置に配置されたＸ線光学素子１１から出射されたＸ線は、Ｘ線透過窓２２を通過して試料２０の上面に照射され、Ｘ線の照射によって試料２０から蛍光Ｘ線が発生する。試料２０から発生した蛍光Ｘ線はＸ線透過窓２２を通してＸ線検出器４へ到達し、Ｘ線検出器４にて検出される。

Ｘ線検出器４は、Ｘ線を試料２０に照射することにより発生する蛍光Ｘ線を検出する装置であり、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した信号を出力する。Ｘ線検出器４には、Ｘ線検出器４が出力した信号を処理する信号処理部６２が接続されている。信号処理部６２は、Ｘ線検出器４が出力した各値の信号をカウントし、蛍光Ｘ線のエネルギーとカウント数との関係、即ち蛍光Ｘ線のスペクトルを生成する処理を行う。信号処理部６２には分析部６３が接続されている。信号処理部６２は、生成したスペクトルを示すデータを分析部６３へ出力する。分析部６３は、演算を行う演算部及びデータを記憶するメモリを含んで構成されている。分析部６３は、信号処理部６２から入力されたデータが示すスペクトルに基づいて、試料２０に含まれる元素の定性分析又は定量分析を行う。

観察部５は、ミラー１２による試料２０の反射光像を取得することによって、試料２０を上方から見た光学画像を取得できる。観察部５には、液晶ディスプレイ等の表示部６４が接続されている。表示部６４は、観察部５によって取得された試料２０の画像を表示する。使用者は、表示部６４に表示された試料２０の画像を視認することにより、試料２０を観察することができる。なお、観察部５が光学顕微鏡である場合、使用者が光学顕微鏡の接眼レンズをのぞいて試料２０を観察することもできる。

Ｘ線管３、信号処理部６２、分析部６３、表示部６４、切替ステージ駆動部６５及び試料ステージ駆動部６６は、制御部６１に接続されている。制御部６１は、演算部及びメモリを含んだコンピュータで構成されている。制御部６１は、Ｘ線管３、信号処理部６２、分析部６３、表示部６４、切替ステージ駆動部６５及び試料ステージ駆動部６６の動作を制御する。制御部６１は、使用者からの指示を受け付け、受け付けた指示に応じてＸ線分析装置の各部の動作を制御する構成であってもよい。表示部６４は、信号処理部６２が生成したスペクトル又は分析部６３による分析結果を表示してもよい。また、制御部６１及び分析部６３は同一のコンピュータで構成されていてもよい。

以下に、上述した構成のＸ線分析装置を用いて、試料２０の上面における任意の観察箇所２０ａの分析を行う際の手順について説明する。
図３Ａ乃至図４Ｂは、動作中のＸ線分析装置を示す模式図である。図３Ａ及び図３Ｂには、試料２０の上面における観察箇所２０ａをミラー１２を介して観察部５によって観察している場合のＸ線分析装置を示している。図３ＡはＸ線分析装置の模式図であり、図３Ｂは光学素子ユニット１０及び試料２０の上面図である。図４Ａ及び図４Ｂには、試料２０の上面における観察箇所２０ａにＸ線光学素子１１ａを用いてＸ線を照射している場合のＸ線分析装置を示している。図４ＡはＸ線分析装置の模式図であり、図４Ｂは光学素子ユニット１０及び試料２０の上面図である。

使用者は、試料箱２内の試料ステージ２１に試料２０を載置した後、ミラー１２が所定の基準位置に配置されるように、切替ステージ駆動部６５によって光学素子切替ステージ１０ａ（光学素子ユニット１０）を移動させる。所定の基準位置とは、Ｘ線管３で発生されてＸ線光学素子１１を介して試料２０に照射されるＸ線の照射位置の上方の位置であり、ミラー１２を介して観察部５で観察される試料２０の光像の焦点が合う位置である。
ミラー１２を基準位置に配置した後、使用者は、観察部５による画像の取得を開始する。使用者は、観察部５によって取得された画像を見ながら、ミラー１２に対して観察箇所２０ａの位置合せを行う。具体的には、使用者は、ミラー１２による視野の所定位置（例えば、視野の中央）に、試料２０の観察箇所２０ａが配置されるように、試料ステージ駆動部６６によって試料ステージ２１を移動させる。図３Ａ中には、ミラー１２によって観察部５に到達する試料２０の光像を破線の矢符で示している。これにより、基準位置に配置されたミラー１２に対する観察箇所２０ａの位置合せを、観察部５によって取得された画像を見ながら行うことができる。

ミラー１２に対する観察箇所２０ａの位置合せを行った後、使用者は、切替ステージ駆動部６５によって光学素子ユニット１０を移動させることにより、使用したいＸ線光学素子１１を、観察箇所２０ａの上方に配置させる。具体的には、Ｘ線光学素子１１ａを用いる場合、切替ステージ駆動部６５は、図３Ｂに示した状態の光学素子ユニット１０をＸ方向左側に移動させ、図４Ｂに示す状態にする。なお、Ｘ線光学素子１１ｂを用いる場合、切替ステージ駆動部６５は、観察箇所２０ａの上方にＸ線光学素子１１ｂが配置されるまで、光学素子ユニット１０をＸ方向左側に移動させればよい。
ミラー１２とＸ線光学素子１１ａとのＸ方向における距離は予め分かっているので、観察箇所２０ａの上方にＸ線光学素子１１ａが配置されるまでに切替ステージ駆動部６５が光学素子ユニット１０を移動させる距離、具体的には、切替ステージ駆動部６５を構成するステッピングモータが行う移動回数（パルスの個数）は予め分かる。よって、切替ステージ駆動部６５による光学素子ユニット１０のＸ方向における移動は自動的に行うことができる。

観察箇所２０ａの上方に、Ｘ線分析に用いるＸ線光学素子１１ａを配置した後、使用者は、観察箇所２０ａに対するＸ線分析を開始する。具体的には、Ｘ線管３によってＸ線が発生され、発生したＸ線がＸ線光学素子１１ａを介して試料２０に照射され、試料２０から発生した蛍光Ｘ線をＸ線検出器４が検出する。図４Ａ中には、Ｘ線管３から試料２０に照射されるＸ線と、試料２０からＸ線検出器４に到達する蛍光Ｘ線とを矢符で示している。
なお、Ｘ線分析が行われる場合、観察部５による画像の取得が停止され、真空箱１が真空状態に保持される。試料箱２の内部は、真空箱１と共に真空状態に保持されてもよいし、大気圧状態のままでもよい。Ｘ線分析装置は、真空箱１の内部を真空にする図示しない排気部を備えている。なお、排気部は、真空箱１と共に試料箱２の内部も真空にできるように構成してあってもよい。

実施形態１のＸ線分析装置では、ミラー１２及びＸ線光学素子１１が移動可能であるので、ミラー１２及びＸ線光学素子１１を試料２０の上方の同軸上に配置する必要がない。よって、実施形態１では、従来のようにミラー１２に切欠き部を設ける必要がないので、ミラー１２を介した視野が制限されず、ミラー１２を介して試料２０を精度良く確認できる。
また、光学素子ユニット１０がＸ方向及びＹ方向の二方向に沿って移動できるので、試料２０に対するＸ線光学素子１１の位置と、Ｘ線管３に対するＸ線光学素子１１の位置との調整が容易であり、かつ精度良く行うことができる。試料２０及びＸ線管３に対する最適な位置にＸ線光学素子１１を配置することができるので、Ｘ線分析における精度も向上する。

実施形態１のＸ線分析装置において、Ｘ線分析にＸ線光学素子１１ｃを用いる場合、使用者は、ミラー１２に対する観察箇所２０ａの位置合せを行った後に、切替ステージ駆動部６５によって光学素子ユニット１０を移動させ、Ｘ線光学素子１１ｃを観察箇所２０ａの上方に配置させる。
図５は、Ｘ線分析装置が動作中である場合の光学素子ユニットの上面図である。Ｘ線光学素子１１ｃを用いる場合、切替ステージ駆動部６５は、図３Ｂに示した状態の光学素子ユニット１０をＸ方向左側に移動させて図４Ｂに示す状態にした後、光学素子ユニット１０を図４Ｂ中のＹ方向下側に移動させて図５に示す状態にする。Ｘ線光学素子１１ａ，１１ｂとＸ線光学素子１１ｃ，１１ｄとのＹ方向における距離は予め分かっているので、切替ステージ駆動部６５が光学素子ユニット１０をＹ方向に移動させる距離、具体的には、切替ステージ駆動部６５を構成するステッピングモータが行う移動回数（パルスの個数）は予め分かる。よって、切替ステージ駆動部６５による光学素子ユニット１０のＹ方向における移動も自動的に行うことができる。

実施形態１の光学素子ユニット１０では、ミラー１２に近い位置にＸ線光学素子１１ａが配置され、ミラー１２から遠い位置にＸ線光学素子１０ｄが配置されている。ビーム径が小さいＸ線光学素子１１ほど、光学素子ユニット１０における寸法誤差や組立誤差の影響を受け易い。また、位置合せを行う際の移動距離が短いほど、光学素子ユニット１０における寸法誤差や組立誤差の影響が少ない。よって、ビーム径が小さいＸ線光学素子１１ほど、試料２０及びＸ線管３に対する位置合せを行う際の移動距離を短くするために、ミラー１２に近い位置に配置されることが好ましい。具体的には、観察箇所２０ａに対してＸ線光学素子１１の位置合せを行う際に光学素子ユニット１０を移動させる距離が短い位置に、ビーム径が小さいＸ線光学素子１１を配置させる。

実施形態１のＸ線分析装置において、Ｘ線光学素子１１は、Ｘ線導管のほかに、コリメータによって構成されてもよい。
上述の実施形態１では、試料２０にＸ線を照射することによって試料２０から生じる蛍光Ｘ線を検出するＸ線分析装置について説明した。本発明に係る放射線検出装置は、このようなＸ線分析装置に限らず、例えば、試料２０にＸ線又は電子線等の放射線を照射することによって試料２０から生じる透過Ｘ線、散乱Ｘ線、二次電子、反射電子等の放射線を検出する装置にも適用できる。

（実施形態２）
実施形態１のＸ線分析装置における光学素子ユニット１０の変形例について説明する。図６は、実施形態２に係る光学素子ユニットの上面図である。
図６に示す光学素子ユニット１０では、３つのＸ線光学素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＹ方向に並んで配置されている。図６に示す光学素子ユニット１０では、ミラー１２は、Ｘ線光学素子１１の外径よりも少し大きい直径を有しており、上から見た場合に、光学素子切替ステージ１０ａの左端辺に沿って、Ｘ線光学素子１１ａとＸ方向に並んで配置されている。即ち、ミラー１２とＸ線光学素子１１ａとがＸ方向で同軸である。光学素子ユニット１０の他の構成及びＸ線分析装置の構成は実施形態１と同様である。

図６に示す光学素子ユニット１０においても、ビーム径が最小のＸ線光学素子１１ａがミラー１２とＸ方向に並んで配置されている。よって、ミラー１２に対して試料２０の観察箇所２０ａを位置合せした後に、観察箇所２０ａに対してＸ線光学素子１１ａを位置合せする際に、光学素子ユニット１０をＸ方向にのみ移動させればよい。よって、観察箇所２０ａとＸ線光学素子１１ａとの位置合せを容易にかつ精度良く行うことができる。また、ビーム径が最大のＸ線光学素子１１ｃは、ミラー１２から遠い位置に配置されているが、光学素子ユニット１０が二方向に移動できるので、観察箇所２０ａに対するＸ線光学素子１１ｃの位置合せも容易にかつ精度良く行うことができる。

実施形態２のＸ線分析装置においても、実施形態１と同様の効果が得られる。具体的には、ミラー１２を介して試料２０を精度良く観察することができる。また、試料２０に対するＸ線光学素子１１の位置と、Ｘ線管３に対するＸ線光学素子１１の位置との調整が容易であり、かつ精度良く行うことができる。試料２０及びＸ線管３に対する最適な位置にＸ線光学素子１１を配置することができるので、Ｘ線分析における精度も向上する。
また、実施形態２のＸ線分析装置においても、Ｘ線光学素子１１はコリメータによって構成されてもよい。

Ｘ線光学素子１１は、実施形態１に示したように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに２つずつ並んで配置されてもよいし、図６に示したようにＸ方向に１つ、Ｙ方向に３つ並んで配置されてもよい。また、例えば、Ｘ方向に３つ、Ｙ方向に２つのＸ線光学素子１１が並んで配置される構成としてもよいし、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に３つのＸ線光学素子１１が並んで配置される構成としてもよい。内径が最小のＸ線光学素子１１ａとミラー１２とが、上から見た場合にＸ方向に並んで配置されていればよい。

上述の実施形態１，２では、例えば図２Ｂに示すように、内径が最小のＸ線光学素子１１ａとミラー１２とが、上から見た場合にＸ方向に同一軸上に配置されている。ミラー１２の位置とＸ線光学素子１１ａの位置とは必ずしも同一軸上である必要はなく、ミラー１２を介して観察部５にて観察される試料２０の観察箇所の位置（ミラー１２を介した観察部５の視野の位置）と、Ｘ線光学素子１１ａから試料２０に出射される、Ｘ線のスポット位置とが同一軸上であればよい。

（実施形態３）
実施形態１のＸ線分析装置における光学素子ユニット１０の変形例について説明する。図７は、実施形態３に係る光学素子ユニット１０の斜視図である。
実施形態３に係るＸ線分析装置は、光学素子ユニット１０のＸ線光学素子１４ａ〜１４ｄの形状が実施形態１のＸ線光学素子１１ａ〜１１ｄと異なる点以外は、実施形態１と同様の構成を有する。よって、Ｘ線分析装置及び光学素子ユニット１０において、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態３の光学素子ユニット１０においても、光学素子切替ステージ１０ａに複数のＸ線光学素子１４ａ〜１４ｄ（以下では、まとめてＸ線光学素子１４ということもある）が装着される。なお、装着されるＸ線光学素子１４の数は、図７に示す４つに限らない。また、実施形態３においても、Ｘ線光学素子１４は、Ｘ線管３にて発生されて真空箱１内に入射されたＸ線を収束させて試料２０に照射する。

図８は、実施形態３に係るＸ線光学素子１４の断面図である。図８には、Ｘ線管３から照射されるＸ線の照射方向を矢符で示しており、Ｘ線が入射される入射端と、Ｘ線を出射する出射端（一端部）とをそれぞれ上下方向にしてＸ線光学素子１４を示している。図９は実施形態３のＸ線分析装置の一部の模式図であり、試料ステージ２１に載置された試料２０に対するＸ線光学素子１４の位置関係を示す。実施形態３のＸ線光学素子１４は、実施形態１のＸ線光学素子１１と同様に、例えばガラスによって筒状（管状）に形成されたＸ線導管（キャピラリ）である。実施形態３のＸ線光学素子１４は、軸長方向の中央部の内径ｄ２が両端部の内径ｄ１，ｄ３よりも大きい形状を有する筒体である。なお、Ｘ線光学素子１４の両端部の内径ｄ１及びｄ３は同じ長さであっても異なる長さであってもよい。

Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄのそれぞれは、周面の湾曲度合及び軸長方向の長さが異なる形状に形成されており、Ｘ線が入射する入射端（図８では上端）の内径ｄ３、中央部の内径ｄ２、Ｘ線を出射する出射端（図８では下端）の内径ｄ１がそれぞれ異なる。また、Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄは、出射端の内径ｄ１が小さいほど、軸長方向の長さが長く形成されている。このような形状の差異により、Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄのそれぞれから出射されるＸ線のサンプル表面上での照射径（スポット径）が異なる。また、Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄは、出射端から、出射されたＸ線が収束する焦点までの距離がそれぞれ異なる。Ｘ線光学素子１４から出射されたＸ線は、焦点の位置で試料２０の観察箇所２０ａに照射されることが望ましい。よって、それぞれのＸ線光学素子１４ａ〜１４ｄの焦点の位置に観察箇所２０ａが配置されるように試料２０が配置されるので、それぞれのＸ線光学素子１４ａ〜１４ｄは、出射端から観察箇所２０ａまでの距離ＷＤ（Working Distance）が異なる。なお、出射端の内径ｄ１が小さいほど距離ＷＤは短くなる。Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄのそれぞれの入射端及び出射端の内径、湾曲度合及び軸長方向の長さは適宜選択できる。

実施形態３の光学素子ユニット１０においても、Ｘ線光学素子１４は、光学素子切替ステージ１０ａに設けられた挿通孔１０ｂに挿通されて光学素子切替ステージ１０ａに取り付けられる。図７に示す例では、右側（手前側）の挿通孔１０ｂには、ミラー１２に近い左側の位置に、出射端の内径ｄ１が最小で軸長方向の長さが最長のＸ線光学素子１４ａが挿通され、右側の位置に、出射端の内径ｄ１が２番目に小さく２番目に長いＸ線光学素子１４ｂが挿通されている。また、左側（奥側）の挿通孔１０ｂには、ミラー１２に近い左側の位置に、出射端の内径ｄ１が３番目に小さく３番目に長いＸ線光学素子１４ｃが挿通され、右側の位置に、出射端の内径ｄ１が最大で最も短いＸ線光学素子１４ｄが挿通されている。このように、Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄは、出射端の内径ｄ１が小さい順にミラー１２から近い位置に配置される。その結果、Ｘ線光学素子１４ａ〜１４ｄは、距離ＷＤが短い順にミラー１２から近い位置に配置される。

このような構成の実施形態３の光学素子ユニット１０は、実施形態１と同様の状態で真空箱１内に収納される。また、実施形態３の光学素子ユニット１０が真空箱１に収納されたＸ線分析装置は、実施形態１と同様の手順及び処理によって、試料２０にＸ線を照射し、試料２０から生じる蛍光Ｘ線を検出する。よって、実施形態３においても、実施形態１と同様の効果が得られる。例えば、実施形態３の光学素子ユニット１０において、切替ステージ駆動部６５によって光学素子切替ステージ１０ａが移動可能な二方向のうちの一方向（具体的には、図２Ｂ中のＸ方向）に沿って、出射端の内径ｄ１が小さいＸ線光学素子１４ａ，１４ｂがミラー１２と並べて配置される。よって、ミラー１２に対して試料２０の観察箇所２０ａを位置合せした後に、光学素子ユニット１０をＸ方向にのみ移動させることにより、観察箇所２０ａに対してＸ線光学素子１４ａ，１４ｂを位置合せすることができる。また、光学素子ユニット１０が二方向に移動できるので、観察箇所２０ａに対するＸ線光学素子１４ｃ，１４ｄの位置合せも容易にかつ精度良く行うことができる。また、各Ｘ線光学素子１４は、Ｘ線検出器４に近い位置に、軸長方向の長さが短いＸ線光学素子１４ｃ，１４ｄが配置される。これにより、光学素子ユニット１０をＸ線検出器４側に移動させた場合であっても、各Ｘ線光学素子１１がＸ線検出器４に接触することを回避できる。

実施形態３のＸ線光学素子１４は、上述した実施形態２のＸ線分析装置の光学素子ユニット１０にも適用できる。Ｘ線光学素子１４は、図６に示したようにＸ方向に１つ、Ｙ方向に３つ並んで配置されてもよい。Ｘ線光学素子１４は、出射端の内径ｄ１が最小であり、スポット位置（試料２０の観察箇所２０ａ）までの距離ＷＤが最短のＸ線光学素子１４ａとミラー１２とが、上から見た場合にＸ方向に並んで配置されていればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３ Ｘ線管
４ Ｘ線検出器（検出部）
５ 観察部
１０ 光学素子ユニット
１２ ミラー
２０ 試料
６５ 切替ステージ駆動部
１０ａ 光学素子切替ステージ（保持部）
１１ａ〜１１ｄ Ｘ線光学素子（放射線光学素子）
１２ａ ミラーホルダー（ミラー保持部）
１４ａ〜１４ｄ Ｘ線光学素子（放射線光学素子）

Claims (10)

1. 試料に照射される放射線を絞る放射線光学素子と、前記試料への放射線の照射によって生じる放射線を検出する検出部と、前記試料に対向配置されたミラーと、前記放射線光学素子及びミラーを保持する保持部とを備える放射線検出装置において、
   前記保持部を、前記試料に照射される放射線の照射方向に交差する面内で、交差する二方向に移動させる駆動部を更に備え、
   前記保持部は、前記放射線の出射径が異なる複数の前記放射線光学素子を保持しており、前記ミラー及び最小の出射径の前記放射線光学素子を前記二方向のうちの一方向に並べて保持している
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記保持部は、出射径が小さい前記放射線光学素子を、前記ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置で保持していることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 試料に照射される放射線を絞る放射線光学素子と、前記試料への放射線の照射によって生じる放射線を検出する検出部と、前記試料に対向配置されたミラーと、前記放射線光学素子及びミラーを保持する保持部とを備える放射線検出装置において、
   前記保持部を、前記試料に照射される放射線の照射方向に交差する面内で、交差する二方向に移動させる駆動部を更に備え、
   前記保持部は、前記試料の表面での前記放射線の照射径が異なる複数の前記放射線光学素子を保持しており、前記ミラー及び前記照射径が最小の前記放射線光学素子を前記二方向のうちの一方向に並べて保持している
   ことを特徴とする放射線検出装置。
4. 前記放射線光学素子は、筒体であり、軸長方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大きい形状を有し、
   前記保持部は、前記放射線を出射する一端部の内径が最小の前記放射線光学素子を前記ミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持している
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記保持部は、前記放射線を出射する出射端から前記試料までの距離が最小の前記放射線光学素子を前記ミラーと共に前記二方向のうちの一方向に並べて保持している
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
6. 前記保持部は、前記照射径が小さい前記放射線光学素子を、前記ミラーから前記二方向に沿った距離が短い位置で保持していることを特徴とする請求項３から５までのいずれかひとつに記載の放射線検出装置。
7. 前記放射線光学素子は、前記二方向のそれぞれに複数ずつ並んで配置されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれかひとつに記載の放射線検出装置。
8. 前記放射線光学素子は筒体であり、
   前記保持部は、軸長方向の長さが短い前記放射線光学素子を前記検出部に近い位置で保持している
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれかひとつに記載の放射線検出装置。
9. 前記ミラーは、前記試料の光像を、所定位置に配置された観察部へ導くように配置されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれかひとつに記載の放射線検出装置。
10. 前記放射線光学素子は、前記放射線の照射方向を軸長方向として配置された筒体であり、
    前記保持部は、板状に形成されており、
    前記保持部は、厚み方向に穿設された複数の長孔を有しており、
    前記長孔は、前記二方向のうちの一方向を長軸方向として、他方向に並べて設けられており、
    前記保持部は、前記長孔に挿通された前記放射線光学素子を保持しており、
    前記保持部は、前記放射線光学素子の軸長方向に延設されたミラー保持部を有しており、
    前記ミラー保持部の延設端部には、前記ミラーが、反射面を前記他方向に平行で、かつ、前記放射線光学素子の軸長方向に対して傾いた状態で取り付けられており、
    前記最小の出射径の放射線光学素子又は前記照射径が最小の放射線光学素子は、前記ミラーから前記一方向に近い位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項１から９までのいずれかひとつに記載の放射線検出装置。
    
    

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