JP7217018B2 - X線測定装置およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、取付け部品のカスタマイズが可能なX線測定装置およびこれを備えるシステムに関する。
X線測定装置には、取付け部品のカスタマイズが可能なものがある。交換可能な部品としては、スリット、モノクロメータおよびフィルタ等が挙げられる。従来、これらの部品の種類を部品に貼り付けられた標識や部品からの電気信号により認識し、測定手法に対応して正しいかを判定し、交換すべき部品を制御ユニットに表示するX線測定装置が知られている(特許文献1参照)。
また、交換可能な部品とラベルをカメラで撮影し、部品の種類を特定するX線測定装置も知られている(特許文献2参照)。また、波長分散型X線分光器とエネルギー分散型X線分光器とを同時に搭載し、分析モード等を表示ランプでオペレータに伝えるX線測定装置も知られている(特許文献3参照)。測定手法に対して取り付けられた部品が正しいか否かを判定し正しくない場合に、不適切な部品の交換指示を音声で案内するX線測定装置も存在する。
特開2008-057989号公報 特開2014-077714号公報 特開2010-107334号公報
しかしながら、上記制御ユニット上に交換すべき部品を表示する方法で、表示手段に交換部品を表示しても、抽象的な図で示され、交換部品の位置は明確ではない。そのため、オペレータがその図から視線を外した後、実際に交換すべき適切な交換箇所を見つけるには手間がかかる。さらに、X線測定装置と制御ユニット(ディスプレイ)の位置が離れていると、体を移動させて交互に確認する必要が生じる。また、音声で案内する方法では、騒音の大きい環境では指示が聞き取りづらく、制御ユニットと装置の間の往復による負担を必ずしも軽減できない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、交換すべき部品または交換した部品の適否を、視線を移したり体を移動させたりして確認せずに、作業現場での視覚情報のみで認識可能にできるX線測定装置およびシステムを提供することを目的とする。
(1)上記の目的を達成するため、本発明のX線測定装置は、複数の部品によりX線分析の測定系を構成するX線測定装置であって、装置本体と、前記装置本体に直接または間接的に取り付けられ、測定種別に応じて複数種類の中から取り付けるべき種類を選択できる対象部品および種類の選択ができない非対象部品と、測定種別に対し取り付けられた対象部品の適否を表示する表示部と、を備えることを特徴としている。
これにより、測定種別の変更に対してオペレータが対象部品を交換する必要が生じた際に、交換すべき対象部品または交換した対象部品の適否を、視線を移したり体を移動させたりして確認せずに、作業現場での視覚情報のみで認識可能にできる。また、音声での案内が適さない場合でも容易に情報を認識できる。
(2)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、前記対象部品のうち前記装置本体に直接取り付けられるベース部品の取付けの適否を前記装置本体上に表示することを特徴としている。これにより、ベース部品の取付けの適否が分かりやすい位置への表示により作業現場で分かる。
(3)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、電気的に接続するためのコネクタ上に前記ベース部品の取付けの適否を表示することを特徴としている。これにより、オペレータは、作業時に見やすい位置で、ベース部品の交換時に交換すべき部品または交換した部品の適否を確認できる。
(4)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、前記対象部品のうち前記装置本体ベース部品に取り付けられる機能部品の取付けの適否を前記機能部品または前記機能部品が取り付けられる取付け対象上に表示することを特徴としている。これにより、機能部品の取付けの適否が分かりやすい位置に表示され作業現場で分かる。
(5)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、前記機能部品に対する前記取付け対象の接続位置近傍であってオペレータの作業位置の正面に前記取付けの適否を表示することを特徴としている。これにより、オペレータは、作業時に見やすい位置で、部品の交換時に交換すべき部品または交換した部品の適否を確認できる。
(6)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、ランプであることを特徴としている。これにより、表示部の設置が容易になる。
(7)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、光照射器であることを特徴としている。これにより、装置本体や交換対象の部品の構成を変更することなく、取り付けの適否を表示することができる。
(8)また、本発明のX線測定装置は、前記装置本体が、前記装置本体を構成するアームが所定範囲に収まる場合に、前記対象部品の取付けの適否を表示可能にすることを特徴としている。これにより、アームが所定範囲に収まる場合に部品の交換を可能にすることができ、アームや部品への光の照射により部品の取付けの適否を表示できる。
(9)また、本発明のX線測定装置は、前記表示部が、前記取付けの適否を光の色、点滅または明滅で表示することを特徴としている。例えば、取付けが適正な場合には緑色、不適正な場合には赤色に表示でき、オペレータに現在の状況を分かりやすく伝えることができる。
(10)また、本発明のシステムは、上記(1)~(9)のいずれかに記載のX線測定装置と、測定種別と使用すべき対象部品との対応関係を記憶する記憶部、選択された測定種別の入力を受け付ける入力部、前記記憶された対応関係を用い、前記選択された測定種別から決まる前記対象部品の種類とセンサにより検出された前記対象部品の種類とを比較して、前記取り付けられた対象部品の適否を判定する判定部、および前記判定で得られる適否の表示指示を前記X線測定装置に送信する送信部を有する制御装置と、を備えることを特徴としている。これにより、処理装置で部品の取付けの適否を判定し、その判定結果をもとにX線測定装置が取付けの適否を表示することができる。
本発明によれば、交換すべき部品または交換した部品の適否を、視線を移したり体を移動させたりして確認せずに、作業現場での視覚情報のみで直観的に認識可能にできる。
第1実施形態に係るシステムの概略を示す図である。 第1実施形態に係るX線測定装置(X線回折装置)を示す斜視図である。 ベース部品および機能部品の例を示す斜視図である。 第1実施形態に係るシステムのセンシングおよび表示の制御構成を示すブロック図である。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るX線測定装置(X線回折装置)の動作を示すフローチャートである。 ランプ点灯および消灯を指示するコマンドを示すテーブルである。 コネクタを示す斜視図である。 ランプによる表示例を示す図である。 表示画面の例を示す図である。 第2実施形態に係るX線測定装置(X線回折装置)を示す側断面図である。 上方の光源からの表示例を示す図である。 正面下方の光源からの表示例を示す図である。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
(システム)
図1は、本発明に係るシステムの概略を示す図である。図1に示すように、本実施形態のシステム1は、X線回折装置2と、制御装置3と、表示装置4と、入力装置5とを有している。X線回折装置2は試料にX線を照射したときにその試料から出るX線、例えば回折X線をX線検出器によって検出する測定系である。
制御装置3は、X線回折装置2の動作を制御したり、X線回折装置2によって求められた測定データを処理したりする装置である。表示装置4は各種のデータを画面上に画像として表示する装置であり、例えば液晶表示装置等といったフラットディスプレイパネルである。表示装置4は、X線回折装置2の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。入力装置5はオペレータが制御装置3へデータを入力する際に用いられる装置であり、例えばキーボード、マウス等である。
制御装置3は、本実施形態では、CPU(Central Processing Unit/中央演算処理装置)8、ROM(Read Only Memory)9、RAM(Random Access Memory)10、メモリ11をバス12に接続してなるコンピュータシステムによって構成されている。表示装置4および入力装置5は適宜のインターフェースを介してCPU8に接続されている。
(X線回折装置)
図2は、X線回折装置2を示す斜視図である。X線回折装置2は、X線を遮蔽できるX線シールドケース14と、そのX線シールドケース14の中に設置された測定動作系15とを有している。
測定動作系15は、図2に示すように、入射側アーム23と受光側アーム24とを有したゴニオメータ(測角器)25を有している。インターフェース基板47、θ回転系31、2θ回転系32およびインターフェース基板68の各出力線は内部コントローラ67の測定側の端子に接続されている。内部コントローラ67の制御側の端子はLANケーブル66によって制御装置3のCPU8に接続されている。
入射側アーム23にはθ回転系31が接続されている。受光側アーム24には2θ回転系32が接続されている。入射側アーム23は、θ回転系31によって駆動されて、試料の表面を通る水平軸線である試料中心線X0を中心として矢印A-Aで示すように回転移動する。受光側アーム24は、2θ回転系32によって駆動されて試料中心線X0を中心として矢印B-Bで示すように回転移動する。
θ回転系31および2θ回転系32は任意の構造の回転駆動構造によって構成できる。本実施形態では、回転角度を制御可能なモータ、例えばサーボモータ、パルスモータ等を動力源とし、その動力をウオームとウオームホイールとから成る動力伝達系を介して各アームへ伝達する回転系を採用している。
測定動作系15の装置本体は、支持した試料にX線を照射し、試料でX線を散乱させる光学系を構成しており、これに対して直接または間接的に部品の取付けが可能である。
X線回折装置2は、測定動作系15上に、X線分析の測定系を構成している。測定系は、X線管を含む入射光学系、試料台、X線検出器を含む受光光学系によって構成される。図2に示すように、X線管と試料台の間には入射側の光学部品が配置されている。試料台とX線検出器の間には受光側の光学部品が配置されている。各部分ごとに、設置できる部品が複数備わっており、その中から所望の測定種別に応じて、部品を組み合わせて取り付けることが可能である。
(各々の対象部品)
次に、取付けられる対象部品について例を挙げて説明する。
(試料台部)
試料台部は、アタッチメントベース27、アタッチメントヘッド28、試料板26で構成される。アタッチメントベース27は、上下の駆動機構、揺動機構、回転機構などが付設されている。アタッチメントベース27は、装置本体に含まれるアタッチメントベース取付部22に取り付けられており、アタッチメントベース取付部22は、ゴニオメータ25の中心部分に設けられている。アタッチメントヘッド28には、形状の異なる試料板26の取付け(ガラス試料板、ウェハ試料板、キャピラリ)が可能であり、かつ、並進機構、揺動機構などが付設されている。アタッチメントベース27が上下方向Cに駆動することでアタッチメントヘッド28および試料板26が上下に移動する。
装置本体には、アタッチメントベース27が取付けられる。装置本体には、アタッチメントベース27が適切に取り付けられているか否かを表示するアタッチメントベース用表示部27aとしてLEDランプが設けられている。
アタッチメントベース27の上には、アタッチメントヘッド28が取り付けられる。アタッチメントベース27には、アタッチメントヘッド28が適切に取り付けられているか否かを表示するアタッチメントヘッド用表示部28aとしてLEDランプが設けられている。アタッチメントヘッド28の上には、試料板26が取り付けられる。また、試料は、試料板26に対して、適宜取り付けられる。
上記のように、本実施形態では、Z軸ステージが付設された標準のアタッチメントベース27、標準のアタッチメントヘッド28、4インチウェハの試料板26を例示している。それ以外にも、例えば、試料の揺動機構や回転機構、並進機構などが付設したアタッチメントベース27やアタッチメントヘッド28が用意されており、着脱可能である。試料形状や目的によって、試料台周りの構成は、大きく異なるため、各表示部は、装置本体やアタッチメントベース27の形状に応じた位置に適宜設けることができる(図2中には、図示しない)。
(入射光学系)
入射側アーム23は、X線管34および入射光学系部品群33を支持している。入射光学系部品群33は、CBO(Cross Beam Optics)ユニット35と、入射側第1光学素子ユニットと、入射スリットボックス37とを備えている。
X線管34は内部にX線源であるX線焦点Fを有している。X線管34の管球の種類は、封入式管球でも回転対陰極X線管のいずれでもよい。いずれのタイプでも、管球の取り外しは可能である。なお、図2では、図示しないが、ターゲットの金属が異なる管球について、取付けの適否を表示することもできる。
(CBOユニット)
CBOユニット35は、測定の種別(例えば、粉末測定、小角散乱測定、微小部測定、インプレーン測定等)のそれぞれに対応した強度および断面形状のX線を形成するためのユニットである。CBOユニット35は内部に多層膜ミラーを有している。
種類の異なる多層膜ミラーのユニットが、複数用意されていて着脱可能である。CBOユニット35の中には多層膜ミラーの位置を調整するモータが内蔵されている。そのモータの出力軸の回転を制御するためのドライバがインターフェース基板47に内蔵されている。そのモータとインターフェース基板47内のドライバは通信線である通信ケーブル48によって接続されている。通信ケーブル48の装置本体側のコネクタには、CBOユニット35の取付けの適否を表示するCBOユニット表示部としてLEDランプが設けられている。CBOユニット35を取付ける個所には、CBOユニット35に代えて、中空のブロックを配置することもある。このような中空のブロックは、入射パスと呼ばれることがある。
CBOユニット35は、また、スリット挿入口40を有している。このスリット挿入口40に選択スリット41を挿入することができる。挿入された選択スリット41は多層膜ミラーのX線出射側に位置することになる。
選択スリット41は、測定種別によってスリットの幅や位置が異なるものが複数用意されている。例えば、集中法用のスリットとしての選択スリットBBや平行ビーム法用のスリットとしての選択スリットPBがある。また、小角散乱測定用に平行ビーム法用のスリットのスリット幅を0.1mmにしたピンホール(PB0.1mm)がある。
CBOユニット35上には、選択スリット41が適切に取り付けられているか否かを表示する選択スリット用表示部41aとしてLEDランプが設けられている。なお、通信ケーブル48は、CBOユニット35およびCBOユニット35への選択スリット41の取付けをセンシングしたり、選択スリット用表示部41aによる表示をしたりするための通信にも用いられる。
(入射側第1光学素子ユニット)
入射側第1光学素子ユニットは、入射素子ベース36および入射側第1光学素子42を備えている。入射素子ベース36は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル48が接続される。通信ケーブル48の装置本体側のコネクタには、入射素子ベース36の取付けの適否を表示する入射素子ベース用表示部としてLEDランプが設けられている。
入射側第1光学素子ユニットには、入射素子ベース36の上に入射側第1光学素子42を着脱可能に取付けられる分離型ユニットと、入射素子ベース36と光学素子が一体になっている一体型ユニットがある。また、一体型ユニットでありながら、さらに入射側第1光学素子42を着脱可能に取付けられる併存型ユニットがある。
分離型ユニットおよび併存型ユニットには、入射素子ベース36上に、入射側第1光学素子42が適切に取り付けられているか否かを表示する入射側第1光学素子用表示部42aとしてLEDランプが設けられている。
入射素子ベース36としては、例えば、次のいずれかが装置本体に取り付けられる。
A IPS(Incident Parallel Slit)アダプタ(入射平行スリットアダプタ)
B 4結晶モノクロメータ
C 2結晶モノクロメータ
入射側第1光学素子42としては、発生したX線の発散を抑えるためのソーラースリットや、インプレーン測定用に平行ビームを形成するためのインプレーンPSC(Parallel Slit Collimator)が複数用意されている。なお、入射側第1光学素子ユニットは、設けられないことがある。
(入射スリットボックス)
入射スリットボックス37は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル48が接続される。通信ケーブル48の装置本体側のコネクタには、入射スリットボックス37の取付けの適否を表示する入射スリットボックス用表示部としてLEDランプが設けられている。
入射スリットボックス37はスリット挿入口43を有している。このスリット挿入口43には手差しスリット44を挿入することができる。入射スリットボックス37上には、手差しスリット44が適切に取り付けられているか否かを表示する手差しスリット用表示部44aとしてLEDランプが設けられている。
手差しスリット44には、X線の長手方向の照射幅を制限するための長手制限スリットやX線を試料上で微小点に形成するコリメータが複数用意されている。
入射スリットボックス37の中には、X線の進行方向の照射幅を制限するスリットも設けられており、上下に開口するスリットを開閉させるためのモータが内蔵されている。そのモータの出力軸の回転を制御するためのドライバがインターフェース基板47に内蔵されている。上記のモータとインターフェース基板47内のドライバは通信線である通信ケーブル48によって接続されている。また、通信ケーブル48は、入射スリットボックス37および入射スリットボックス37への手差しスリット44の取付けをセンシングしたり、手差しスリット用表示部44aによる表示をしたりするための通信にも用いられる。
(受光光学系)
図2に示すように、受光側アーム24は受光光学系部品群51、アッテネータボックス56およびX線検出器ユニットを支持している。受光光学系部品群51は、第1受光スリットボックス52と、受光側第1光学素子ユニットと、受光側第2光学素子ユニットとを備えている。
(受光スリットボックス)
受光スリットボックス52は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル69が接続される。通信ケーブル69の装置本体側のコネクタには、受光スリットボックス52の取付けの適否を表示する入射スリットボックス用表示部としてLEDランプが設けられている。
受光スリットボックス52は受光スリットおよびそのスリット開閉用のモータを内蔵している。また、受光スリットボックス52はフィルタ挿入口60を有している。このフィルタ挿入口60にフィルタ61を挿入することができる。受光スリットボックス52上には、フィルタ61が取り付けられているか否かを表示するフィルタ用表示部61aとしてLEDランプが設けられている。
(受光側第1光学素子ユニット)
受光側第1光学素子ユニットは、第1受光素子ベース53および受光側第1光学素子62を備えている。第1受光素子ベース53は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル69が接続される。通信ケーブル69の装置本体側のコネクタには、第1受光素子ベース53の取付けの適否を表示する第1受光素子ベース用表示部としてLEDランプが設けられている。
受光側第1光学素子ユニットにおいては、第1受光素子ベース53の上に受光側第1光学素子62を着脱可能に取付けられる分離型ユニットと、第1受光素子ベース53と受光側第1光学素子62とが一体になっている一体型ユニットがある。
第1受光素子ベース53としては、例えば、次のいずれかが装置本体に取り付けられる。
D RODアダプタ(受光光学素子アダプタ)
E 2結晶アナライザ、4結晶アナライザ
第1受光素子ベース53上には、受光側第1光学素子62が適切に取り付けられているか否かを表示する受光側第1光学素子用表示部62aとしてLEDランプが設けられている。受光側第1光学素子62としては、試料で回折したX線の水平発散を制限するための各種PSAや真空パスが用意されている。
受光側第1光学素子ユニットは、設けられないことがある。なお、第1受光素子ベース53の上に受光側第1光学素子62を取付けないで空間のままにすることもある。
(受光側第2光学素子ユニット)
受光側第2光学素子ユニットは、第2受光素子ベース54および受光側第2光学素子63を備えている。第2受光素子ベース54は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル69が接続される。通信ケーブル69の装置本体側のコネクタには、第2受光素子ベース54の取付けの適否を表示する第2受光素子ベース用表示部としてLEDランプが設けられている。
受光側第2光学素子ユニットにおいては、第2受光素子ベース54の上に受光側第2光学素子63を着脱可能に取付けられる。第2受光素子ベース54は、RPSアダプタ(受光平行スリットアダプタ)である。第2受光素子ベース54上には、受光側第2光学素子63が適切に取り付けられているか否かを表示する受光側第2光学素子用表示部63aとしてLEDランプが設けられている。
受光側第2光学素子63には、試料で回折したX線の垂直発散を制限するためのソーラースリットや、インプレーン測定用に平行性の高い回折線を取り出すためのインプレーンPSA(Parallel Slit Analyzer)が複数用意されている。なお、受光側第2光学素子ユニットは、設けられないことがある。スリットボックスは、シンチレーションカウンタ(0次元検出器)を使用する場合には、適宜設置する。
(アッテネータボックス)
アッテネータボックス56の内部にはアッテネータが設けられている。また、アッテネータボックス56の内部にはアッテネータの種類を切り換えるためのモータが設けられている。アッテネータボックスは、検出器の種類によってそれ自体を設けないことがある。
(X線検出器ユニット)
X線検出器ユニットは、X線検出器ベース57およびX線検出器70を備えている。X線検出器ベース57は、装置本体に取り付けられ、通信ケーブル69が接続される。通信ケーブル69の装置本体側のコネクタには、X線検出器ベース57の取付けの適否を表示するX線検出器ベース用表示部としてLEDランプが設けられている。
X線検出器70としては、異なる種類のX線検出器を搭載できる。例えば、(1)1次元半導体検出器、(2)多次元半導体検出器がある。X線検出器70は、X線検出器ベース57に取り付けられる。X線検出器ベース57としては、X線検出器の種類や置き方(縦置き、横置き)によって複数のホルダが用意されている。X線検出器ベース57には、検出器が適切に取り付けられているかを示すX線検出器用表示部70aとしてLEDが取り付けられている。
受光スリットボックス52、アッテネータボックス56の各ボックス内のモータの出力軸の回転を制御するためのドライバが、インターフェース基板68に内蔵されている。各ボックス内のモータとインターフェース基板68内のドライバとは通信線である通信ケーブル69によって接続されている。通信ケーブル69は、各ボックスおよび各ボックスへのスリット等の取付けをセンシングしたり、各ボックスに取付けられたスリット等の取付けの適否を表示する表示部に表示したりするための通信にも用いられる。
(ベース部品および機能部品)
上記のようにX線回折装置2へ取り付けられる部品には、所望の測定種別に応じて複数種類の中から取り付けるべき種類を選択できる対象部品と種類の選択ができない非対象部品がある。そして、取り付けられ、測定種別に応じて複数種類の中から取り付けるべき種類を選択できる部品(対象部品)は、ベース部品および機能部品に区分される。ベース部品は、装置本体に取り付けられる部品であり、機能部品は、ベース部品に取り付けられる部品である。
取り付けられた対象部品は、測定種別によって適切である場合とそうでない場合がある。測定種別は、オペレータにより選択されるようにするのが単純で好ましいが、AI等により自動で選択されるようにしてもよい。ベース部品および機能部品のいずれについても作業中のオペレータに対して取付けの適否を表示することは可能であるが、それぞれの表示手段は異なることが好ましい。ベース部品については、コネクタで電気的に接続され、内部コントローラ67への情報送信が可能となる。
機能部品については、ベース部品との接合面もしくは適当な箇所にセンサが設けられており、ベース部品にどの機能部品が取り付けられているか、その種別を検出できるようになっている。本実施形態では、接合面に機能部品ごとに識別シールが貼られており、ベース部品に設けられた、光センサによって判別できるようになっている。センシングしたり、取付けの適否を表示する表示部に表示したりするための通信は無線を使用してもよい。
図2に示すように、取り付けられる対象部品には、ベース部品単体のものもあれば、ベース部品に更に機能部品が取り付けられるものもある。基本的にベース部品の適否を表示する表示部を装置本体に設け、機能部品の適否を表示する表示部をベース部品に設けている。これにより、ベース部品や機能部品が装着されない状態においても、表示部で部品位置を的確に示すことができる。
ベース部品に対する表示部は、ベース部品の取付けの適否を装置本体上、例えば通信ケーブル48のコネクタの位置に表示することができる。また、機能部品に対する表示部は、機能部品の取付けの適否を機能部品が取り付けられる取付け対象上に例えばLEDランプで表示する。これにより、ベース部品および機能部品の取付けの適否が分かりやすい位置への表示により作業現場で分かる。表示手段としてランプを用いることが好ましく、特にLEDランプを用いることが好ましい。LEDランプを用いた場合には、ランプの設置が容易であり、耐久性が高い。
部品の取付けの適否は、装置本体またはベース部品上の表示部により表示できる。ベース部品上に取り付けられる部品については、LEDランプ等によりベース部品上にその取付けの適否を表示することが可能である。部品の取り付け適否は、例えば、光の色、点滅または明滅で表示することが直感的な認識のし易さの観点で好ましい。
このようにして、測定種別の変更に対してオペレータが部品を交換する必要が生じた際に、交換すべき部品または交換した部品の適否を、視線を移したり体を移動させたりして確認する必要がなくなる。すなわち、オペレータは、作業現場での視覚情報のみで部品の取付け適否が認識可能にできる。また、音声での案内が適さない場合でも容易に情報を認識できる。
なお、表示部は、機能部品に対する取付け対象の接続位置近傍であってオペレータの作業位置の正面に取付けの適否を表示することが好ましい。これにより、オペレータは、作業時に見やすい位置で、部品の交換時に交換すべき部品または交換した部品の適否を確認できる。なお、表示部は、オペレータにとって見やすい位置であれば、作業位置の鉛直方向の上面または下面であってもよい。
上記の部品のうち、ベース部品に該当するのは、アタッチメントベース27、CBOユニット35、入射素子ベース36、入射スリットボックス37、受光スリットボックス52、第1受光素子ベース53、第2受光素子ベース54、アッテネータボックス56、およびX線検出器ベース57である。
また、機能部品に該当するのはアタッチメントヘッド28、選択スリット41、入射側第1光学素子42、手差しスリット44、フィルタ61、受光側第1光学素子62、受光側第2光学素子63、およびX線検出器70である。
基本的にベース部品については通信ケーブルの装置本体側のコネクタをLED等で光らせることで取付けの適否を通知できる。また、機能部品については、LEDランプの点消灯で取付けの適否を通知できる。なお、上記の列挙した部品は一例であり、実際にはその他の様々な部品を採用しうる。
(ベース部品および機能部品の一例)
図3は、ベース部品および機能部品の例を示す斜視図である。図3には、入射素子ベース36、入射側第1光学素子42、入射側第1光学素子用表示部42aおよび通信ケーブル48が示されている。図3に示す例では、入射素子ベース36がベース部品であり、入射側第1光学素子42が機能部品である。測定種別に応じて、X線回折装置2の本体には、入射素子ベース36が取り付けられ、入射素子ベース36には入射側第1光学素子42が取り付けられる。
このとき、各部品の取付けおよびその適否が通信ケーブル48により制御装置3へ通知される。そして、測定種別に対して適切な入射素子ベース36が取付けされていない場合には、通信ケーブル48のX線回折装置2の本体のコネクタ位置に取付けが適切でない旨の表示がなされる。例えば、コネクタに赤と緑のLEDを設置し、それらを点灯させる表示方法がある。また、入射側第1光学素子42の適否は入射側第1光学素子用表示部42aのLEDランプの点灯の色や明滅の仕方で表示される。例えば、適切は緑色、不適切は赤色で表示可能である。
(測定種別)
本実施形態では図2に示す測定動作系15において、部品を適宜に交換することにより、各種の測定を行うことができる。例えば、集中法測定、インプレーン測定、小角散乱測定、微小部測定、その他の種々の測定を行うことができる。これらの測定を行うためには光学部品を適宜に交換して最適な光学系を構成する。例えば、集中法測定、インプレーン測定および2次元検出器を用いた小角散乱測定を行う場合には、図2に示す測定動作系15において、以下の表1に示す光学部品が選択的に用いられる。
Figure 0007217018000001
例えば、集中法測定からインプレーン測定に測定法を変更する場合、表2の太枠に記載された部品の交換が必要になる。
Figure 0007217018000002
また、インプレーン測定から小角散乱測定(2D)に測定法を変更する場合、表3の太枠に記載された部品の交換が必要になる。
Figure 0007217018000003
上記の例では測定種別の切り替えのみを説明しているが、測定条件の変更により、取付け部品が更新する場合もある。測定種別は、狭義の測定種別だけでなく測定条件も含んでいる。
例えば、インプレーン測定において、サンプルのサイズが異なる場合、X線の照射領域を変更するために長手制限スリットの種類を変更する。その際、測定種別の変更はされないが、測定条件をソフトウェア上で設定変更をすると、測定前に取付けの適否の判定がされる。
(制御装置)
図1に示すように、制御装置3の構成要素であるメモリ11は適宜の構造の記憶媒体、例えば、ハードディスク、半導体メモリによって形成されている。記憶媒体自体は1つでも複数でも良い。メモリ11内には、センシングおよび表示指示アプリケーションソフト74、ガイダンス用アプリケーションソフト75、およびX線測定用アプリケーションソフト76がインストール、すなわち記憶されている。なお、ソフトウェアは、組み合わせたものをインストールしてもよい。また、メモリ11内に部品データベース77および測定種別-使用部品データベース78が記憶されている。このように、メモリ11は、測定種別と使用すべき部品の対応関係を特定する記憶部として機能する。
センシングおよび表示指示アプリケーションソフト74は、取付け部品の状況のセンシングおよび部品取付けの適否の表示指示をするためのアプリケーションソフトである。ガイダンス用アプリケーションソフト75は、オペレータに各種のX線測定の進め方を案内するためのソフトウェアである。具体的には、ある種類のX線測定を行うには、どの種類のX線部品やどの種類のアタッチメントを使わなければならないかを教えることを実現するためのソフトウェアである。
ガイダンス用アプリケーションソフト75は、オペレータが分析の目的に応じて測定種別を選択するためのソフトである。基本的に目的の測定種別はオペレータにより選択される。ガイダンス用アプリケーションソフト75はオペレータがどの測定種別を選択すべきか不明な時に、試料や目的のデータをもとに適切な測定種別を提案する機能を持っていてもよい。また、ガイダンス用アプリケーションソフト75は、ある種類のX線測定を行うためには、どの種類のX線部品やどの種類のアタッチメントを使用し、どの位置に配置すべきかを教えることを実現することができる。
X線測定用アプリケーションソフト76は各種のX線測定、例えば、集中法測定、反射率測定、インプレーン測定、小角散乱測定、微小部測定、その他種々の測定を、測定動作系15を使って実現させるためのソフトウェアである。
部品データベース77は、部品を取付けるべき位置の情報とX線光学部品を取付けるべき位置との関係、および部品を取付けるべき位置に対応した符号とアタッチメントを取付けるべき位置との関係を規定しているデータベースである。
また、部品データベース77は、識別情報における部品種別に対応した情報とX線光学部品の名称との関係、および部品種別に対応した情報とアタッチメントの名称との関係を規定しているデータベースである。
測定種別-使用部品データベース78は、各種のX線測定、例えば、集中法測定、反射率測定、インプレーン測定、小角散乱測定、微小部測定、その他種々の測定を実現させるためには、どのX線部品およびアタッチメントをどの位置に配置しなければならないかを規定しているデータベースである。
制御装置3におけるCPU8は、対応関係に基づいてオペレータにより選択された測定種別とセンサにより検出された部品とを比較して、取り付けられる部品の適否を判定する判定部として機能する。また、CPU8は、判定で得られる適否の表示指示をX線回折装置2に送信する送信部としても機能する。このようにして、制御装置3で部品の取付けの適否を判定し、その判定結果をもとにX線回折装置が取付けの適否を表示することができる。
(センシングおよび表示の制御構成)
図4は、システム1のセンシングおよび表示の制御構成を示すブロック図である。図4に示すように、X線回折装置2は、中央プロセス制御ブロック81、入射側プロセス制御ブロック82、受光側プロセス制御ブロック83および表示部91を備えている。
制御装置3は、X線回折装置2と通信し、内部コントローラ67からの各部が取り付けられているか否か、取り付けられているとすれば取り付けられている部品が何かのセンス状況を受信するとともに、センス状況に応じて各部の取付けの適否を判断する。そして、制御装置3は、判断結果に応じて各部用の表示部への表示内容を決定し、各部へ表示指示を送信する。
内部コントローラ67は、X線回折装置2の内部に設けられ、装置内の情報収集および制御を行う。具体的には各部の取付け状況の情報を収集し、各制御ブロックへ各部への表示指示を送信する。
中央プロセス制御ブロック81は、アタッチメントベース27、アタッチメントヘッド28の取付けの状況をセンシングし、内部コントローラ67に情報を送信する。また、中央プロセス制御ブロック81は、アタッチメントベース用表示部27aおよびアタッチメントヘッド用表示部28aに各部の取付けの適否を表示するよう指示する。
入射側プロセス制御ブロック82は、CBOユニット35、入射素子ベース36、入射スリットボックス37、選択スリット41、入射側第1光学素子42および手差しスリット44の取付けの状況をセンシングし、内部コントローラ67に情報を送信する。また、入射側プロセス制御ブロック82は、CBOユニット用表示部35a、入射素子ベース用表示部36a、入射スリットボックス用表示部37a、選択スリット用表示部41a、入射側第1光学素子用表示部42aおよび手差しスリット用表示部44aに各部の取付けの適否を表示するよう指示する。
受光側プロセス制御ブロック83は、受光スリットボックス52、第1受光素子ベース53、第2受光素子ベース54、アッテネータボックス56、フィルタ61、受光側第1光学素子62、受光側第2光学素子63およびX線検出器70の取付けの状況をセンシングし、内部コントローラ67に情報を送信する。また、受光側プロセス制御ブロック83は、受光スリットボックス用表示部52a、第1受光素子ベース用表示部53a、第2受光素子ベース用表示部54a、アッテネータボックス用表示部56a、フィルタ用表示部61a、受光側第1光学素子用表示部62a、受光側第2光学素子用表示部63aおよびX線検出器用表示部70aに各部の取付けの適否を表示するよう指示する。
(システムの動作)
上記のように構成されたシステム1によるセンシングおよび表示の動作を説明する。図5は、制御装置3の動作を示すフローチャートである。図5に示すように、まず、制御装置3は、内部コントローラ67に対しセンス状況を確認し、センシングの応答があるか否かを判定する(ステップS1)。センシングの応答がない場合には、エラーを表示して(ステップS2)、終了する。センシングの応答がある場合には、管理しているセンシングの状況を更新する(ステップS3)。
そして、現在取り付けられている部品により実現されている光学系が所望のものか否かを判定する(ステップS4)。所望の光学系は、実行しようとする測定種別がオペレータにより指定されることで特定される。現在の光学系が所望のものでない場合には、部品取付けの適否の表示を指示し(ステップS5)、ステップS8に進む。
一方、ステップS4で現在の光学系が所望のものである場合には、オペレータに確認を取り、確認が取れたか否かを判定する(ステップS6)。確認がとれない場合にはステップS5に移行する。確認がとれた場合には、適切な取付けが完了したときの表示を指示する(ステップS7)。
次に、適否表示または完了表示のいずれかの指示が完了したか否かを判定する(ステップS8)。指示が完了しない場合には、エラーを表示して(ステップS2)、終了する。表示指示が完了している場合には、各表示部に表示指示が到達しているか否かを判定し、(ステップS9)、表示指示が到達していない場合には、エラーを表示して(ステップS2)、終了する。
各表示部に表示指示が到達している場合には、その指示の到達により表示部に適否表示または完了表示が表示される。そして、表示指示が完了表示であったか否かを判定し(ステップS10)、完了表示であったときには制御装置3は処理を終了する。完了表示でなかった場合には、ステップS1に戻る。
図6は、X線回折装置2の動作を示すフローチャートである。図6に示すように、X線回折装置2においては、まず、各制御ブロックが部品の変更があったか否かを判定する(ステップT1)。変更がなかった場合には、ステップT1に戻る。変更があった場合には、各制御ブロックは変更内容を内部コントローラへ送信し(ステップT2)、内部コントローラは変更内容により管理しているセンシングの状況を更新する(ステップT3)。そして、更新が完了したか否かを判定し(ステップT4)、更新が完了した場合には、処理を終了する。更新が完了していない場合には、ステップT1に戻る。
なお、制御装置3が部品取付けの適否の表示を指示する場合には、表示部の点灯および消灯を指示するコマンドを用いることができる。図7は、ランプ点灯および消灯を指示するコマンドを示すテーブルである。
(ベース部品の取付け適否の表示例)
上記のようにベース部品の取付け適否は、例えば、X線回折装置2本体においてベース部品に対し電気的に接続するためのコネクタの位置に取付けの適否を表示することが好適である。図8は、コネクタを示す斜視図である。図8に示す例では、各通信ケーブル69は適切に接続されており、コネクタの位置のインターフェース基板68内に設置された緑色のLEDが点灯し、RS1、ROD、RPSおよびDETECTORの取付けが適切であることを示すコネクタの緑色表示C1がなされている。一方、ATTについては通信ケーブルが接続されておらず、コネクタ68aの奥に設置された赤色のLED68bが点灯し、現在の状態が不適切であることを示すコネクタの赤色表示C2がなされている。このようにしてベース部品の取付け適否が可能である。オペレータは、作業時に見やすい位置で、部品の交換時に交換すべき部品または交換した部品の適否を確認できる。
(機能部品の取付け適否の表示例)
機能部品の取付け適否の表示例としてLEDランプを用いた場合を説明する。図9は、ランプによる点灯例を示す図である。図9に示す例では、アタッチメントベース27、選択スリット41、入射側第1光学素子42、受光側第1光学素子62および受光側第2光学素子63の部品取付けが適切であることが各部品用の表示部であるLEDランプの緑色点灯表示C3がなされている。一方、手差しスリット44およびX線検出器70については、部品が取付けられているものの部品が測定種別に合致しておらず不適切であることがLEDランプの赤色点灯表示C4がなされている。また、フィルタ61については取付けがなされていないため、不適切であることがLEDランプの赤色点灯により表示されている。上記のベース部品および機能部品の取付け適否の表示例はオペレータに分かりやすい点で好適であるが、これに限定されず、表示には様々な色、点滅や明滅が選択されうる。
以上の表示C1~C4を基に、集中法測定からインプレーン測定、集中法測定から2次元小角散乱測定に測定種別を切り替えた場合の、取付け適否の表示例についてそれぞれ説明する。
まず、集中法測定からインプレーン測定に切り替える場合を説明する。選択スリット41、入射側第1光学素子42、フィルタ61および受光側第2光学素子63が、それぞれの光学系で異なる部品を用いることになる。これらはすべて機能部品であり、ベース部品の交換は不要である。ゆえに、装置本体のコネクタすべてにコネクタの緑色表示C1がなされ、オペレータはコネクタの緑色表示C1からベース部品の変更が不要であることが分かる。
次に、CBOユニット35、入射素子ベース36、受光スリットボックス52および第2受光素子ベースについてLEDランプの赤色点灯表示C4がなされており、その他のベース部品では、LEDランプの緑色点灯表示C3がなされているとする。この場合、オペレータは選択スリット41、入射側第1光学素子42、フィルタ61および受光側第2光学素子63の機能部品が、インプレーン測定を行うにあたって不適切であることを、装置から視線を外さずに知ることが可能である。これらの不適切な部品をどの部品に交換するかは、表示装置4を見ることで知ることができる。なお、表示装置4には、各部品の適切な取付けが案内されることは後述する。部品を交換するとすべてのLEDにLEDランプの緑色点灯表示C3がなされ、オペレータは正しく部品交換が終了したことが装置本体を見るだけで分かる。
次に、集中法測定から2次元小角散乱測定に切り替える場合を説明する。それぞれの入射光学系では、選択スリット41および入射側第1光学素子42の機能部品が異なる。よって、入射素子ベース36および入射スリットボックス37のLEDランプにLEDランプの赤色点灯表示C4がなされる。これによりオペレータは入射側第1光学素子42および手差しスリット44の機能部品が、2次元小角散乱測定に当たって不適切であると分かる。表示装置4の情報を基に部品を交換するとすべてにLEDランプの緑色点灯表示C3がなされる。
次に、それぞれの受光光学系では、X線検出器ベース57およびX線検出器70以外は不要であるため、それらすべてを取り外す必要がある。また、X線検出器70の種類がそれぞれの受光光学系で異なる。よって、受光スリットボックス52、RODアダプタ、RPSアダプタおよびアッテネータが装置本体と接続されている状態は不適であり、これらの接続部のアダプタにコネクタの赤色表示C2がなされる。これらの通信ケーブル69を装置本体から外すと、DETECTOR以外でコネクタの緑色表示C1がなされ、オペレータはこれらの部品については外れた状態が適切であることを把握できる。また、半導体多次元検出器横置き用ホルダをDETECTORの端子に接続すると、DETECTORにもコネクタの緑色表示C1がなされる。また、X線検出器ベース57にX線検出器70が搭載されると、X線検出器ベース57ではLEDランプの緑色点灯表示C3がなされ、オペレータは正しい部品交換の終了を、装置を見るだけで分かる。
(表示画面の例)
上記のようにX線回折装置2の各表示部により部品取付けの適否が表示されるが、同時に表示装置4には、各部品の適切な取付けが案内される。図10は、表示画面110の例を示す図である。図10に示すように、例えば「受光スリットボックスを取り外してください」というテキストとともに、光学系の側面図で部品の位置や形を特定することが可能である。このような表示をミラーリングし、X線回折装置2に備え付けられたディスプレイにより表示してもよい。
[第2実施形態]
上記の例では、表示部としてLEDを用いているが、レーザ照射器やプロジェクションマッピングのような光照射器を用いてもよい。図11は、X線測定装置(X線回折装置)2を示す側断面図である。図11では、X線シールドケース14の断面およびその内部の側面が示されている。図11に示すように、X線回折装置2における測定動作系15の外部(例えばX線シールドケース14の内天井または内壁)に光源95、96を設置して装置本体または部品上に適否を表示することができる。
図11に示す例では、正面扉14aを開けて部品交換をするオペレータに対向して測定動作系15の各部品の上面または正面において、取り付けられた部品の適否を表示できる。この場合、例えば測定動作系15の鉛直上方に光源95を設置し、各部品の鉛直上面に部品の適否を表示できる。また、測定動作系15の正面下方に光源96を設置し、各部品の正面に部品の適否を表示できる。上記のように光源95、96を設置すれば機能部品の取り付けの適否を表示できるためX線回折装置2の装置本体や交換対象の部品の構成自体は従来のまま変更せずに、取付けの適否を表示することができる。
図12は、上方の光源95からの表示例を示す図である。図13は、正面下方の光源96からの表示例を示す図である。図11~図13では、光源95、96を模式的に描いているが、光の照射方向に応じて色や形状を制御することが可能になっている。例えば、図12に示すように、CBOユニット35の筐体の上面に緑色の光を照射することで、選択スリット41の取付けが適していることを表示できる。また、入射スリットボックス37の上面に赤色の光を照射することで、手差しスリット44の取付けができていない、または、適していないことを表示できる。
光の照射の制御にはレーザポインタやプロジェクションマッピングの技術を応用できる。このようにして、ベース部品と機能部品の取付けの適否を、部品の筐体の正面外壁または上面外壁に照射した光の色や形状で表示することができる。
なお、図12または図13に示す例は、機能部品の取付けの適否のみを説明しているが、装置本体上の光を照射することでベース部品の取付けの適否を表示してもよい。また、ベース部品および機能部品の一方のみに対して取付けの適否を光の照射で表示してもよい。例えば、機能部品に対しては光の照射で取付けの適否を表示し、ベース部品に対しては、コネクタにLEDランプで表示してもよい。
レーザ照射では、取付け部品に近い位置に一定以上の径を有するレーザポインタの色で適否を表示することができる。レーザ照射の光源は発光部と通信ケーブルにより構成され、部品取付けの適否に応じて発光、消光の指示が通信ケーブルに通じて光源に伝達される。
装置本体は、基本的な光学系を構成するアームが所定範囲に収まる場合に、ベース部品または機能部品の取付けの適否を表示可能にすることが好ましい。例えば、アームが所定範囲に収まる場合に、交換モードに切り替わる設定にしておき、その場合にのみ部品の交換を可能にできる。その場合には、部品の交換が容易になり、精密な部品を床に落とす等の事故を防止できる。また、確実にアームや部品への光の照射により部品の取付けの適否を表示できる。
なお、上記の例では、ベース部品の通信ケーブルまたはベース部品に接続される部品のコネクタにより、接続される部品の種類や取付けの状況等が特定されているが、送受信機を設置し無線通信による情報の送受信により取付け部品の状況を特定してもよい。
また、上記の例で、多様な分析に用いられるX線測定装置の一例としてX線回折装置2を説明しているように、目的の測定に応じて部品をカスタマイズできる装置は多様にある。例えば、蛍光X線装置では、スリットや分光器が交換対象であり、X線顕微鏡であれば、X線レンズが交換対象となる。
したがって、複数の部品を設置してX線分析の測定系を構成できる分析装置であれば、適応可能である。特に取付け部品の交換が重要になる測定種別は回折である。したがって、X線測定装置は、特にX線回折装置であることが好ましい。
1 システム
2 X線回折装置(X線測定装置)
3 制御装置
4 表示装置
5 入力装置
8 CPU
11 メモリ
12 バス
14 X線シールドケース
14a 正面扉
15 測定動作系
22 アタッチメントベース取付部
23 入射側アーム
24 受光側アーム
25 ゴニオメータ
26 試料板
27 アタッチメントベース
27a アタッチメントベース用表示部
28 アタッチメントヘッド
28a アタッチメントヘッド用表示部
29 上下駆動装置
31 θ回転系
32 2θ回転系
33 入射光学系部品群
34 X線管
35 CBOユニット
35a CBOユニット用表示部
36 入射素子ベース
36a 入射素子ベース用表示部
37 入射スリットボックス
37a 入射スリットボックス用表示部
40 スリット挿入口
41 選択スリット
41a 選択スリット用表示部
42 入射側第1光学素子
42a 入射側第1光学素子用表示部
43 スリット挿入口
44 手差しスリット
44a 手差しスリット用表示部
47 インターフェース基板
48 通信ケーブル
51 受光光学系部品群
52 受光スリットボックス
53 第1受光素子ベース
54 第2受光素子ベース
56 アッテネータボックス
57 X線検出器ベース
60 フィルタ挿入口
61 フィルタ
61a フィルタ用表示部
62 受光側第1光学素子
62a 受光側第1光学素子用表示部
63 受光側第2光学素子
63a 受光側第2光学素子用表示部
66 LANケーブル
67 内部コントローラ
68 インターフェース基板
68a コネクタ
69 通信ケーブル
70 X線検出器
70a X線検出器用表示部
74 センシングおよび表示指示アプリケーションソフト
75 ガイダンス用アプリケーションソフト
76 X線測定用アプリケーションソフト
77 部品データベース
78 使用部品データベース
81 中央プロセス制御ブロック
82 入射側プロセス制御ブロック
83 受光側プロセス制御ブロック
91 表示部
95、96 光源
A-A θ回転
B-B 2θ回転
C 上下方向
C1~C4 表示
F X線焦点
X0 試料中心線

Claims (8)

  1. 複数の部品によりX線分析の測定系を構成するX線回折装置であって、
    装置本体と、
    前記装置本体に直接または間接的に取り付けられ、測定種別に応じて複数種類の中から取り付けるべき種類を選択できる対象部品および種類の選択ができない非対象部品と、
    前記対象部品のうち前記測定種別に適したものが、適切な取付け位置に取り付けられたか否かを前記装置本体上または前記対象部品が取り付けられる取付け対象上に表示する表示部と、を備え
    前記対象部品は、入射光学系、試料台、または受光光学系を構成する光学部品であり、
    前記表示部は、前記対象部品のうち前記装置本体に直接取り付けられるベース部品のうち前記測定種別に適したものが、適切な取付け位置に取り付けられたか否かを前記装置本体上に表示し、
    前記表示部は、前記対象部品のうち前記装置本体に直接取り付けられるベース部品に取り付けられる機能部品のうち前記測定種別に適したものが、適切な取付け位置に取り付けられたか否かを前記機能部品または前記機能部品が取り付けられる取付け対象上に表示することを特徴とするX線回折装置
  2. 前記表示部は、前記装置本体内の電気的に接続するためのコネクタ上に前記ベース部品のうち前記測定種別に適したものが、適切な取付け位置に取り付けられたか否かを表示することを特徴とする請求項記載のX線回折装置
  3. 前記表示部は、前記機能部品に対する前記取付け対象の接続位置近傍であってオペレータの作業位置の正面に前記機能部品のうち前記測定種別に適したものが、適切な取付け位置に取り付けられたか否かを表示することを特徴とする請求項1または請求項2記載のX線回折装置
  4. 前記表示部は、ランプであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のX線回折装置
  5. 前記表示部は、光照射器であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のX線回折装置
  6. 前記装置本体は、前記装置本体を構成するアームが所定範囲に収まる場合に、前記対象部品の取付けの適否を表示可能にすることを特徴とする請求項5記載のX線回折装置
  7. 前記表示部は、前記取付けの適否を光の色、点滅または明滅で表示することを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載のX線回折装置
  8. 請求項1から請求項のいずれかに記載のX線回折装置と、
    測定種別と使用すべき対象部品との対応関係を記憶する記憶部、
    選択された測定種別の入力を受け付ける入力部、
    前記記憶された対応関係を用い、前記選択された測定種別から決まる前記対象部品の種類とセンサにより検出された前記対象部品の種類とを比較して、前記取り付けられた対象部品の適否を判定する判定部、および
    前記判定で得られる適否の表示指示を前記X線回折装置に送信する送信部を有する制御装置と、を備えることを特徴とするシステム。
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