JP7429724B2 - 調整可能なセグメント化されたコリメータ - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線をコリメートするためのソーラスリットを有するＸ線光学系のためのコリメータアセンブリであって、Ｘ線がソーラスリットの軸方向に関してコリメートされる、コリメータアセンブリに関し、このソーラスリットは、互いに平行な層面を有する互いに離間した複数のラメラを有する。
このようなコリメータアセンブリは、欧州特許第２１９４３７５号明細書（参考文献［１］、特許文献１）から知られている。
Ｘ線測定、特にＸ線分光測定やＸ線回折測定は、定性的および定量的な化学分析ならびに様々な応用分野における試料の構造分析に使用される。分析課題に応じ、異なる角度分解能のセットアップが必要とされ、異なる角度分解能の測定の間で速やかに切り替えを行うことが望まれている。
Ｘ線蛍光分析のための従来のＸ線分光計では、角度分解能は通常、ソーラスリットといった一次コリメータを介して設定される。平行なラメラ構造を有するこのようなコリメータは、独国特許出願公開第３０００１２２号明細書（参考文献［２］、特許文献２）に既に記載されている。一般に、異なるラメラ間隔を有する複数のコリメータが設置される。分析要件に応じて、必要な角度分解能を設定するために、電動駆動部を有する適切なコリメータをビーム経路内に配置し、分析課題に合わせてデバイスの分光分解能を調整することができる。
米国特許出願公開第２０１１／００８１００４号明細書（参考文献［７］、特許文献３）から、ベースプレートを有するＦＡＳＣ（固定角度二次コリメータ）装置が知られており、この装置は、類似する複数のプレートを固定的に収容するための複数のスロットを備えている。各プレートは、複数の隔壁と、Ｘ線が通過する複数のスロットとを備える。
独国特許発明第１０２０１７２２３２２８号明細書（参考文献［８］、特許文献４）は、複数のラメラが複数のスリット状通路を形成する、改良型のソーラスリットを有するＸ線分光計を開示しており、ここで、ラメラによって形成されたスリットの一部に、スリットに対して垂直に整列した複数の仕切りが存在し、これらの仕切りはＸ線不透過性であり、試料から来るＸ線の回折面を横切る方向における、コリメータ装置を通過するＸ線の横方向発散を抑制する。これにより、空間分解測定を大幅に高速化することができる。
複数のコリメータを有するアセンブリ
ソーラスリットとして設計された複数のコリメータが使用されているＸ線分光計「Ｂｒｕｋｅｒ Ｓ８ ＴＩＧＥＲ」（参考文献［３ａ］、［３ｂ］、非特許文献１、非特許文献２参照）では、この課題は、４種の異なるコリメータがドラム内に配置された、コリメータチェンジャにより実現されている。電動駆動部によりコリメータを回転させ、コリメータを１つずつ交互にビーム経路上に挿入することができる。
ソーラスリットとして設計された複数のコリメータが使用されているＸ線分光計「Ｂｒｕｋｅｒ Ｓ８ ＴＩＧＥＲ」（参考文献［３ａ］、［３ｂ］、非特許文献１、非特許文献２参照）では、この課題は、４種の異なるコリメータがドラム内に配置された、コリメータチェンジャにより実現されている。電動駆動部によりコリメータを回転させ、コリメータを１つずつ交互にビーム経路上に挿入することができる。
Ｘ線分光計「Ｒｉｇａｋｕ ＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓ ＩＶ」（参考ＹｏｕＴｕｂｅ広告ビデオ［４］、非特許文献３参照）では、３つのコリメータを互いに隣接して配置し、これらは直線移動機構によりビーム経路内に交互に配置することができる。
広い空間の必要性
Ｘ線分光計の効率を最適化するために、ビーム経路を可能な限りコンパクトに設計する必要がある。加えて、最新のＸ線分光計には、試料を見るための複数の視線に対応する必要がある。そのため、従来のコリメータチェンジャでは構造上、体積が大きくなってしまうことが大きな課題であった。
Ｘ線分光計の効率を最適化するために、ビーム経路を可能な限りコンパクトに設計する必要がある。加えて、最新のＸ線分光計には、試料を見るための複数の視線に対応する必要がある。そのため、従来のコリメータチェンジャでは構造上、体積が大きくなってしまうことが大きな課題であった。
高コストおよび材料使用量の多さ
ソーラスリットは、独立した複数のプレート（ラメラ）から構成されている。典型的なソーラスリットは、４０から１００枚のラメラからなり、これらはスペーサとともに圧縮されるかまたは接着接合されている。コリメータの角度分解能は、ラメラの間隔およびソーラスリットの長さによって調整することができる。組み立て工程は、通常、複雑で高コストである。ラメラの間隔が狭いほど、著しく多くの材料が必要となるので、製造コストが高額になる。また、必要な角度分解能ごとに、別個のコリメータを製造して分光計内に設置する必要がある。そのため、従来の技術では、材料使用料量が多く、コスト高になっていた。
ソーラスリットは、独立した複数のプレート（ラメラ）から構成されている。典型的なソーラスリットは、４０から１００枚のラメラからなり、これらはスペーサとともに圧縮されるかまたは接着接合されている。コリメータの角度分解能は、ラメラの間隔およびソーラスリットの長さによって調整することができる。組み立て工程は、通常、複雑で高コストである。ラメラの間隔が狭いほど、著しく多くの材料が必要となるので、製造コストが高額になる。また、必要な角度分解能ごとに、別個のコリメータを製造して分光計内に設置する必要がある。そのため、従来の技術では、材料使用料量が多く、コスト高になっていた。
複数のコリメータを設置し、これらをビーム経路内に交互に挿入する代わりに、傾斜可能なコリメータが、特開平６－３０８２９３号公報（参考文献［５］、特許文献５）に提示されている。
しかしながら、ここでは、試料における断面積、ひいては視野が傾斜と共に変化してしまうというデメリットがある。ラメラの間隔を狭くすると（つまり分解能を上げると）同じ比率で使用可能な高さが低くなる。
米国特許第６，４４４，９９３号明細書（参考文献［６］、特許文献６）に可変ソーラスリットが提示されており、ここでは、ラメラの間隔が一定のままであり、ビーム方向に沿ったソーラスリットの長さを可変とすることにより分解能を調整する。
一方、参考文献［６］（特許文献６）による装置では、ビーム経路の周囲に広いスペースが必要となることがデメリットとなる。蛍光Ｘ線分析装置における典型的な試料直径は４ｃｍ程度である。ビーム経路は表面の主要部分を覆わなければならず、典型的には約６ｃｍ２の断面積を有する。参考文献［６］（特許文献６）で概説されたソーラスリットは、ビーム経路の実際の断面積よりも伝播方向に垂直な方向に著しく大きい空間を必要とする。一方、ソーラスリットの角度分解能（ここではビーム方向に沿った長さ）がビーム経路の断面積に応じて変化することは、デメリットである。したがって、試料の様々な領域で角度分解能が異なり、これにより、分析結果の評価が著しく困難になる。
本発明に関して、ソーラスリットを有する一般的なＸ線光学素子が、冒頭で引用された参考文献［１］（特許文献１）から知られており、このソーラスリットは、ソーラスリットの軸方向に関してＸ線ビームをコリメートするために互いに平行な層面を有する互いに離間した複数のラメラを備える。異なる分析用途に合わせたＸ線分光計の分光分解能を様々な分析用途に合わせて簡単に調整するためには、上述した問題が残っている。
"Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｂ：Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ａｔｏｍｓ"、[online]、２０１８年１月1日、Vol. 414、p. 84-98、インターネット＜URL:https://doi.org/10.1016/j.nimb.2017.10.027＞
"S8 TIGER"、[online]、Bruker AXS GmbH、インターネット＜URL：https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-fluorescence/s8-tiger.html＞
"Rigaku ZSX Primus Series WDXRF spectrometers"、[online]、２０１６年９月２２日、Rigaku Corporation、インターネット＜URL：https://www.youtube.com/watch?v=rufCvmeZMvU＞
一方、本発明は、冒頭で定義したタイプのソーラスリットを有する改良型のコリメータアセンブリを提案するという目的に基づいており、これにより、Ｘ線分光計の分光分解能を、コンパクトでコスト効率の高い方法により、様々な分析要件に合わせて簡単かつ正確に調整することが可能となる。
この課題は、詳細に検討すると比較的厳しく複雑であるが、本発明によって、ソーラスリットが、軸に沿って配置されて互いに分離した複数のセグメントを備えるという点、コリメータアセンブリが、これらのセグメントを囲んでガイドするためのコリメータフレームを有するという点、ならびにセグメントのうちの少なくとも１つが、コリメータフレームに対して、およびソーラスリットの他のセグメントに対して相対的に、変位可能であるという点で、驚くほど簡単で効果的な方法で解決することができる。
したがって、本発明の課題は、コリメータの１つ以上のセグメントが（一般的にはラメラに垂直な方向に）変位可能であるセグメント化されたコリメータによって達成される。複数のセグメントの半分がラメラの間隔の半分だけ変位した場合には、角度分解能がおよそ２倍向上する。複数のセグメントの３分の１がラメラの間隔のおよそ１／３だけ変位し、複数のセグメントの３分の１がラメラの間隔のおよそ２／３だけ変位した場合には、角度分解能は、およそ３倍向上する。本発明の基本コンセプトは、コリメータが機能するためには必ずしもラメラがビーム方向に沿って連続している必要はないという知見に基づいている。コリメータへの入射と出射が異なるラメラの間で行われるような、コリメータを貫く視線は決して存在し得ない。
本発明によるコリメータアセンブリが使用されるＸ線光学系は、放射したＸ線が検査対象である試料への一次ビームとしてガイドされるＸ線源を備えており、試料で回折または散乱されたＸ線を受け取るためのＸ線検出器を有し、コリメータアセンブリおよびＸ線の分光分析のための分散素子（たとえば、結晶または格子）は、試料とＸ線検出器との間に設けられている。
従来技術との比較における、本発明による改良型コリメータアセンブリの主な利点は以下のとおりである。
１．コンパクトな構造：角度分解能が固定されたコリメータに相当する設置空間において、複数の異なる角度分解能を実現することができる。ラメラの間隔の何分の一かの変位のみが必要とされる（＜１ｍｍ）（特に、参考文献［３ａ］から［６］、もしくは特許文献５、６および非特許文献１～３に対して優位性がある）。
２．コスト効率が高く、材料を節約できる構造：これまでは、コリメータの角度分解能を向上させるほど、コストおよび材料使用量が増加していた。より優れたコリメータを実現するには、より多くの独立したプレートが必要である。本発明によるアプローチでは、実施される全ての角度分解能に対する材料使用量は、最も粗い（したがって最もコスト効率の高い）コリメータに相当する（特に、参考文献［３ａ］から［４］、もしくは非特許文献１～３に対して優位性がある）。
３．試料における断面積および可視領域は、セグメントの全ての設定において一定のままである（特に、参考文献［５］もしくは特許文献５に対して優位性がある）。
４．ビーム経路の断面全体にわたって角度分解能が一定である（特に、参考文献［６］もしくは特許文献６に対して優位性がある）。
本発明の好適な実施形態および展開例は以下のとおりである。
本発明によるコリメータアセンブリの実施形態のうち、実際に特に好ましい一類型は、ソーラスリットが少なくとも３つ、好ましくは４つ以上のセグメントを有し、セグメントのうちの少なくとも１つ、特にいくつかは、層面に垂直な各々のセグメント方向に沿って、コリメータフレームに対して変位可能に配置されていることを特徴とする。
この類型の実施形態の好ましい更なる展開例は、ソーラスリットの全てのセグメントのセグメント方向が同一方向を向いているか、またはいくつかのセグメントのセグメント方向が、他のセグメントのセグメント方向に対して９０°回転して配置されることを特徴とする。セグメント方向の向きが同一であれば、分光分解能をより精密に調整することができる。いくつかのセグメントが９０°回転させた配置では、セグメントの変位に応じて透過Ｘ線ビームの空間コーディングを可変とすることができ、回折方向に垂直な方向の空間発散を抑えて、より高い空間分解能を実現することができる。
このコリメータアセンブリのさらなる有益な実施形態では、セグメントは各々、セグメント方向において同じ外形寸法を有する。これにより、コンパクトで均一な構造形態が可能となる。
本発明によるコリメータアセンブリの実施形態では、セグメントが各々、ソーラスリットの軸の方向において同じ外形寸法を有することもまた、好ましい。このようにして、セグメントの効果を均一にすることができる。同等のセグメントを同様に変位させることで、同じ効果を得ることができる。
さらなる有益な実施形態では、ソーラスリットのセグメントの各々において、複数のラメラはいずれも同じ間隔で配置されている。このようにして、やはりセグメントの効果を均一にすることができる。
変位可能なセグメントが、セグメントの変位を引き起こすことができるアクチュエータ、特に、電気機械式、電磁式、または空気圧式アクチュエータに結合されていることを特徴とする、本発明の実施形態もまた有益である。手動による調整も考えられるが、アクチュエータを用いれば、コリメータアセンブリの動作を自動的に変更することが可能である。
本発明によるコリメータアセンブリの実施形態の好ましい一類型では、ソーラスリットの変位可能に配置されたセグメントが、コリメータフレーム対し、層面に垂直なセグメント方向に沿ってばね装着されている。変位可能に配置されたセグメントをばね装着することにより、これらのセグメントがコリメータフレーム内で常に明確に定義された位置に配置される。
これらの実施形態は、ソーラスリットのばね装着されたセグメントが、コリメータフレームに対してそれぞれのセグメント基部を押しつけるように基準位置に配置されるよう、改良されてもよい。ばねの配置を均一にすることにより、変位可能に装着されたセグメントの基準位置が均一になる。また、ばねを含むセグメントが同様の構成となるので、コリメータアセンブリの構造が簡単になる。
特に有益な変形例では、コリメータアセンブリは、少なくとも１つの凸子を有する少なくとも１つのスタンプ要素を備え、スタンプ要素は、コリメータフレームの開口部を通じて、１つ以上の変位可能なセグメントのセグメント基部に接触し、この１つ以上の変位可能なセグメントを基準位置から設定位置に変位させることができ、特にセグメントの所定の位置パターンが達成されるように変位させることができる。凸子がコリメータフレームを貫通するため、コリメータフレームの外側からセグメントを調整することができる。複数のセグメントを１つの凸子と組み合わせると、セグメントの位置パターンをあらかじめコーディングすることも可能である。
本発明によるコリメータアセンブリのこれらの変形例はまた、スタンプ要素が、各々、つば部を有し、このつば部が、設定位置においてセグメントを正確に位置決めするためにコリメータフレームの開口部の縁部に対して当接させることができるように、さらに改良することができる。このようにして、スタンプ要素がコリメータフレーム内に過度に押し込まれないようにすることができる。つば部は、スタンプ要素のためのエンドストッパーとなり、調整機構のアクチュエータに要求される精度を軽減することができる。
代替的または追加的に、スタンプ要素は各々、複数の凸子を備えていてもよく、これらの凸子は、変位可能な複数のセグメントを異なる位置に配置するためにセグメント方向に異なる高さを有する。複数の凸子を１つのスタンプ要素に割り当てることにより、複数のセグメントの移動のために１つのスタンプ要素を移動させるだけでよいので、セグメントの調整を簡単にすることができる。凸子の高さが異なると、異なるセグメントの位置パターンを達成することができる。
さらなる変形例は、コリメータアセンブリが互いに独立して移動することができる複数のスタンプ要素を備え、セグメントの異なる複数の位置パターンを、特に、複数のスタンプ要素を押圧位置に設けることにより、達成することができることを特徴とする。このようにして、図２に示される位置パターンを任意に設定することができ、分解能が異なる３つ以上の構成を実現することができる。
空気圧により動作する本発明によるコリメータアセンブリの変形例もまた有益であり、これは、コリメータフレームがスタンプ要素の下に可撓性ホースのための受け部を備え、この可撓性ホースはガス圧により膨張することができ、スタンプ要素を基準位置から設定位置に変位させることができることを特徴とする。空気圧により動作させることにより、故障の可能性があり高価な電気素子をコリメータアセンブリに導入することを回避することができる。また、このような空気圧の駆動機構はほとんど放熱せず、これはＸ線分光計の温度安定性にとって重要である。
最後に、本発明によるコリメータアセンブリの変形例として、スタンプ要素によって等距離ｄだけ一緒に変位可能な、または変位できないように構成された、隣接する複数のセグメントが各々組み合わせられてセグメント群にまとめられるものもまた、好ましい。複数のセグメントをセグメント群にまとめることで、本発明によるコリメータアセンブリの製造は、よりコスト効率が高いものになる。
本発明のさらなる利点は、本明細書及び図面から明らかになる。同様に、前述の特徴及びさらに詳しく説明する特徴は、本発明に従ってそれぞれ単独で、又はいくつかを任意に組み合わせて使用することができる。図示及び説明される実施形態は、すべてを網羅して列挙していると理解されるべきではなく、むしろ、本発明を説明するための例示的な性格を有する。
以下、本発明を図面に示し、実施形態例を参照しながらより詳細に説明する。
図面の図１ａから図５ｃは各々、本発明によるコリメータアセンブリ１０の好ましい実施形態を異なったディテールで模式的に示す。これは、図面では詳細に示されていないＸ線光学系の構成要素であり、Ｘ線の伝播方向に平行であるソーラスリットの軸ｚの方向に関してＸ線をコリメートするために、ソーラスリットは、互いに平行な層面を有する互いに離間した複数のラメラ１１を有する。
本発明によるコリメータアセンブリ１０は、ソーラスリットが、軸ｚに沿って配置されて互いに分離した複数のセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を備えることを特徴とする。コリメータアセンブリ１０は、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を囲んでガイドするためのコリメータフレーム１３を有する。セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．のうちの少なくとも１つ、一般的にはいくつかが、コリメータフレーム１３に対して、およびソーラスリットの他のセグメントに対して相対的に、変位可能であり、好ましくは層面に垂直な各々のセグメント方向に沿って、コリメータフレーム１３に対して変位可能に配置される。
図示された本発明によるコリメータアセンブリ１０の実施形態では、ソーラスリットの全てのセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．のセグメント方向は、同一の方向を向いている。
また、図面の実施形態では、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．は各々、セグメント方向だけでなく、ソーラスリットのｚ軸方向にも同じ外形寸法を有し、ソーラスリットの各セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．におけるラメラ１１はいずれも同じ間隔で配置されている。しかしながら、図面に特に示されていない実施形態では、たとえば、一緒に変位させたまたは一緒に変位させていない隣接するセグメントをそれぞれまとめることによって、異なる幅の複数のセグメントを使用することもできる。さらに、変位させない要素をコリメータフレーム１３上に恒久的に固定してもよい。
ソーラスリットのセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．は、付加製造工程（たとえば、３Ｄ印刷など）によって、または、従来の接着接合されたコリメータをトリミング（たとえば、ワイヤ放電加工）することによって製造することができる。後者は、全てのセグメントを１つの初期部品から製造するため、コスト効率が高く力を必要としない機械加工が可能で、製造公差に関して有利である。
変位可能なセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の変位をもたらす電気機械式、電磁式、または空気圧式アクチュエータ１４に結合してもよい。空気圧式アクチュエータ１４のホース部分１４’は、特に図４ａから図５ａに示されている。
図３ａから図４ｂの実施形態に示されるように、ソーラスリットの変位可能に配置されたセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．は各々、層面に垂直なセグメント方向に沿って、コリメータフレーム１３に対してばね装着されてもよく、コリメータフレーム１３に対して各々のセグメント基部を押しつけるように基準位置に配置されていてもよい。
本発明によるコリメータアセンブリ１０は、図１ｂおよび図３ａから図５ａから明らかなように、少なくとも１つの凸子１６を有する少なくとも１つのスタンプ要素１５；１５’；１５’’を備えていてもよく、このスタンプ要素は、コリメータフレーム１３の開口部１７を通じて１つ以上の変位可能なセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．のセグメント基部に接触し、この１つ以上の変位可能なセグメントを基準位置から設定位置に変位させることができ、特にセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の所定の位置パターンが達成されるように変位させることができる。たとえば図２に示されるように、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の所定の位置パターンが達成されるように変位させることができる。
特に、図１ｂおよび図３ａから図４ｂには、スタンプ要素１５が示されており、スタンプ要素１５の各々が、設定位置においてセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を正確に位置決めするために、コリメータフレーム１３の開口部１７の縁部に当接させることができるつば部１８を有する。
各スタンプ要素１５；１５’；１５’’は複数の凸子１６を備えていてもよく、これらの凸子１６は、変位可能な複数のセグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を異なる位置に配置するためにセグメント方向に異なる高さを有する。スタンプ要素１５；１５’；１５’’は互いに独立して移動することができ、特に、押圧位置にこれらのスタンプ要素を配置することにより、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の異なる複数の位置パターンを達成することが可能となる。
図５ｃで特によくわかるように、コリメータフレーム１３は、スタンプ要素１５の下に可撓性ホース１４’のための受け部１９を備えていてもよく（図４ａから図５ａ参照）、可撓性ホース１４’はガス圧によって膨張することができ、対応するスタンプ要素１５を基準位置から設定位置に変位させることができる。
スタンプ要素１５によって等距離ｄだけ一緒に変位可能な、または変位できないように構成された隣接する複数のセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．は各々、セグメント群にまとめられてもよい。
図１ａ、図１ｂ、および図５ｂの各々には、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．のストローク制限のためのストッパー２０が示されており、このストッパー２０はコリメータフレーム１３に固定的に接続されているか、またはコリメータフレーム１３の一部である。基準面２１は、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の位置決めのための初期基準として機能し、一般的にストッパー２０もこの上に据え置かれる。
本発明によるコリメータアセンブリ１０のセグメント化は、Ｘ線のビーム方向に沿って行われる。初期位置（図３ａ、最も粗い分解能）において、全てのセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．は、たとえば要素の自重によって、またはばねによって補助されて、基準面２１上に位置決めされる。変位させるべき要素のパターンが刻まれた、基準面２１から複数のセグメントをずらすための可動スタンプ１５は、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の下方に配置される。初期位置では、スタンプ１５は退避しており（図３ａ参照）、セグメントと接触しないので、セグメントの位置に影響を与えない。より精密な分解能に切り替えたい場合、スタンプ１５を、基準面２１に対して垂直に変位させる（図３ｂ参照）。このようにして、複数のセグメント１２ａ、１２ｃ、．．．は、スタンプ１５に刻まれたパターンによって基準面２１に対してずれ量ｄだけ変位される。スタンプ１５の凸子１６の高さを異ならせて段にすることにより、セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を個別にずらすこともできる。スタンプによって持ち上げられなかったセグメント１２ｂ、１２ｄ、．．．は、基準面２１上に残る。ずれたセグメント１２ａ、１２ｃ、．．．のラメラ１１がずれていないセグメント１２ｂ、１２ｄ、．．．のラメラの間の中央に配置されるようにずれ量を選択すると、角度分解能は初期状態に対しておよそ２倍向上する。スタンプ１５において他のパターンおよび／またはずれ量が選択された場合、他の分解能を実現することもできる。図２の下部に示されるような、斜めの視線は、変位させるセグメントと変位させないセグメントの並びを非対称にすることよって抑制することができる。
セグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．の変位の様々な動作位置が、図２に概略的に示されている。Ｘ線光学系に求められる分解能を実現するためには、斜めに延びる視線を抑制する変位量の非対称パターンが鍵となる（特に図２の下部を参照）。図２の上部に示される初期位置におけるコリメータは粗い分解能をもたらすが、１つおきのセグメントが中間位置に変位している。しかしながら、この構成は、コリメータを斜めに通過する視線が存在し、角度分解能がさらに悪化するため、実際にはうまく機能しない。これに対し、図２の下部には、変位させたセグメントおよび変位されていないセグメントの並びが非対称性である動作位置が示されており、角度分解能を悪化させる斜めの視線がコリメータによって抑制され、分解能が大幅に改善される。
調整機構またはアクチュエータの要件は以下のとおりである。
・調整機構またはアクチュエータは、ラメラ距離の数分の一だけセグメントを再現可能に変位させなければならない。典型的なずれ量は、０．１ｍｍ～１ｍｍの範囲内である。再現性は、これがなければＸ線分光計の分光分解能が測定ごとに変化するので、重要である。
・コリメータは一般に、温度が安定した真空チャンバ内に配置される。したがって、調整機構またはアクチュエータは、真空に適し、できるだけ熱を発生させないものが望ましい。
・典型的な用途では、コリメータは、測定のたびに複数回調整しなければならないため、機構またはアクチュエータは数万回もの調整に耐えられるものでなければならない。
・調整機構またはアクチュエータはビーム経路の近傍に配置されるので、コンパクトな構造であることが望ましい。
図４ａから図５ａに示される本発明の実施形態では、調整機構またはアクチュエータは、初期位置において周囲と圧力平衡状態にあるか、または周囲よりも低い内圧を有する、可動スタンプ１５の下の可撓性ホース１４’を介して実装される。セグメント自重、および場合によっては追加のばねは、ホースを圧縮し、全てのセグメント１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．を基準面２１に押しつける。可動スタンプ１５をずらしたい場合、ホースに過圧をかけ、わずかに膨張させる。これにより、スタンプ１５が移動し、所望のセグメントをずらす。スタンプ移動の大きさは、図１ｂに見られるように、ストッパー２０によって制限されるので、再現可能かつ正確に位置決めが行われる。
空気圧式調整機構またはアクチュエータの利点は以下のとおりである。
・ビーム経路の近傍での発熱がない
・弁、可撓性ホースにより駆動するため、駆動部を装置内のよく検討された任意の位置に配置できる。モータを介した従来の調整のように、ベルト駆動部などを介した機械的結合は必要とされない。
・弁、可撓性ホースにより駆動するため、駆動部を装置内のよく検討された任意の位置に配置できる。モータを介した従来の調整のように、ベルト駆動部などを介した機械的結合は必要とされない。
図４ａは、セグメントが変位されていない初期位置における、空気圧式アクチュエータの「空気の抜けた」ホース１４’を有する（ホース１４’の内部で周囲圧力が優勢である）、本発明によるコリメータアセンブリの一実施形態をｚ軸方向の正面図を示す。スタンプ１５は停止しており、セグメント（ここでは正面の第１のセグメント１２ａのみが見える）は、コリメータフレーム１３の基準面２１上に静止している。
一方、図４ｂでは、中央スタンプ１５は「膨れた」（過加圧の）ホース１４’によって作動し、セグメント（やはり正面の第１のセグメント１２ａによって表される）は、コリメータアセンブリ１０の角度分解能が改善された変位後動作位置に配置されている。
図５ａは、１つの中央スタンプ１５と、さらなる設定可能な角度分解能を実現するための他のパターン（図面では見えない）を有する２つの側方外側スタンプ１５’、１５’’とを有する、本発明によるコリメータアセンブリの一実施形態を示す。ここでも、空気圧式アクチュエータのホース１４’を膨張させることにより、少なくとも中央スタンプ１５が作動し、ホース１４’はコリメータフレーム１３の凹型受け部１９に挿入されている。
最後に、図５ｃは、空気圧式の調整機構を有するアクチュエータ（不図示）の２つのホースのためのフライス加工された凹部を有する、本発明によるセグメント化されたコリメータアセンブリ１０を取り付けるためのコリメータフレーム１３の一実施形態を示す。
Ｘ線分光計では通常、ビーム経路が真空になっているため、アクチュータには角度位置ごとに１つの三方弁のみが必要とされる。可撓性ホースは、圧力平衡を確立するために、初期位置において、弁（図には得に示されていない）を介して真空チャンバに接続することができる。スタンプを移動させるには、弁を介してホースに通気するだけでよい（およそ１バールの過圧に対応）。
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１０ コリメータアセンブリ
１１ ラメラ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ セグメント
１３ コリメータフレーム
１４ アクチュエータ
１４’ 空気圧式アクチュエータのホース部分
１５；１５’；１５’’ スタンプ要素
１６ 凸子
１７ コリメータフレームの開口部
１８ つば部
１９ 可撓性ホースのための受け部
２０ セグメントのストローク制限用のストッパー
２１ セグメントの位置決め用の基準面
ｚ ソーラスリットの軸
ｄ セグメントのずれ量
１１ ラメラ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ セグメント
１３ コリメータフレーム
１４ アクチュエータ
１４’ 空気圧式アクチュエータのホース部分
１５；１５’；１５’’ スタンプ要素
１６ 凸子
１７ コリメータフレームの開口部
１８ つば部
１９ 可撓性ホースのための受け部
２０ セグメントのストローク制限用のストッパー
２１ セグメントの位置決め用の基準面
ｚ ソーラスリットの軸
ｄ セグメントのずれ量
Claims (11)
- Ｘ線をコリメートするためのソーラスリットを有するＸ線光学系のためのコリメータアセンブリ（１０）であって、前記Ｘ線は前記ソーラスリットの軸（ｚ）方向に関してコリメートされ、前記ソーラスリットが、互いに平行な層面を有する互いに離間した複数のラメラ（１１）を有する、コリメータアセンブリ（１０）において、
前記ソーラスリットは、前記軸（ｚ）に沿って配置されて互いに分離した複数のセグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）を備え、
前記コリメータアセンブリ（１０）は、前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）を囲んでガイドするためのコリメータフレーム（１３）を有し、
前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）のうちの少なくとも１つ（１２ａ）は、前記コリメータフレーム（１３）に対して、および前記ソーラスリットの他のセグメント（１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）に対して相対的に、変位可能であり、
前記ソーラスリットの変位可能に配置された前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）は、前記コリメータフレーム（１３）に対し、前記層面に垂直なセグメント方向に沿ってばね装着され、
前記ソーラスリットのばね装着された前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）は、前記コリメータフレーム（１３）に対して各々のセグメント基部を押しつけるように基準位置に配置され、
前記コリメータアセンブリ（１０）は少なくとも１つの凸子（１６）を有する少なくとも１つのスタンプ要素（１５；１５’；１５’’）を備え、前記スタンプ要素（１５；１５’；１５’’）は、前記コリメータフレーム（１３）の開口部（１７）を通じて、１つ以上の変位可能な前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の前記セグメント基部に接触し、前記１つ以上の変位可能なセグメントを前記基準位置から設定位置に、特に前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の所定の位置パターンが達成されるように、変位させることができ、
前記コリメータフレーム（１３）は、前記スタンプ要素（１５）の下に可撓性ホース（１４’）のための受け部（１９）を備え、前記可撓性ホース（１４’）はガス圧により膨張することができ、前記スタンプ要素（１５）を前記基準位置から前記設定位置に変位させることができることを特徴とする、コリメータアセンブリ（１０）。 - 前記ソーラスリットは、少なくとも３つ、好ましくは４つ以上のセグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）を有し、前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）のうちの少なくとも１つ、特にいくつかは、前記層面に垂直な各々のセグメント方向に沿って、前記コリメータフレーム（１３）に対して変位可能に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記ソーラスリットの全てのセグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の前記セグメント方向が同一方向を向いているか、または前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）のうち、いくつかのセグメント（１２ａ、１２ｂ）の前記セグメント方向が、他のセグメント（１２ｃ、１２ｄ、．．．）の前記セグメント方向に対して９０°回転して配置されることを特徴とする、請求項２に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）は各々、前記セグメント方向において同じ外形寸法を有することを特徴とする、請求項２または３に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）は各々、前記ソーラスリットの前記軸（ｚ）方向において同じ外形寸法を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記ソーラスリットの前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の各々において、前記ラメラ（１１）はいずれも同じ間隔で配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 変位可能な前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）は、前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の変位を引き起こすことができるアクチュエータ（１４）に結合され、特に、前記アクチュエータ（１４）は電気機械式、電磁式、または空気圧式であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記スタンプ要素（１５；１５’；１５’’）は各々、前記設定位置において前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）を正確に位置決めするために、前記コリメータフレーム（１３）の前記開口部（１７）の縁部に当接させることができるつば部（１８）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記スタンプ要素（１５；１５’；１５’’）は各々、複数の前記凸子（１６）を備え、前記複数の凸子（１６）は、変位可能な複数の前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）を異なる位置に配置するために前記セグメント方向に異なる高さを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記コリメータアセンブリ（１０）は互いに独立して移動することができる複数の前記スタンプ要素（１５；１５’；１５’’）を備え、前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）の異なる複数の前記位置パターンを、特に前記複数のスタンプ要素を押圧位置に配置することにより、達成することができることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
- 前記スタンプ要素（１５）によって等距離ｄだけ一緒に変位可能な、または変位できないように構成された、隣接する複数の前記セグメント（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、．．．）が各々、セグメント群にまとめられることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のコリメータアセンブリ。
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