JPH09133797A - 偏光解析装置およびピンホールモニター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軟Ｘ線〜Ｘ線領域の光の偏光状態（楕円率
角、楕円の長軸方位角、光の回転の向き）を決めるため
の装置を提供すること。 【解決手段】 装置全体は、真空ポンプ４、５の付いた
真空容器２、３の中で構成される。入射軟Ｘ線１をピン
ホルモニター７に導き、反射型偏光解析装置８で偏光解
析を行う。その後、偏光利用装置９に光を導く構成とな
っている。反射型偏光解析装置８は、２枚の反射型偏光
素子（移相子と検光子）および検出器から成り、光軸調
整は、ピンホルモニター７を使用して行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子（陽電子）蓄
積リングを用いた放射光源、レーザプラズマＸ線源、あ
るいは通常タイプのＸ線源における軟Ｘ線〜Ｘ線領域の
光の偏光状態を解析し、あるいは、上記光源の後に偏光
状態を制御する光学系を設置して得られた軟Ｘ線〜Ｘ線
領域の光の偏光状態を解析し、所望の偏光状態を実現す
るのに有用な偏光解析装置に関する。この偏光状態の定
まった光を試料に入射させると、試料中の元素に固有
な、電子の空間分布、磁気モーメントの起源などに関す
る情報を原子レベルで得ることが出来る。

【０００２】

【従来の技術】従来、軟Ｘ線〜Ｘ線領域（数Åー３００
Å）の波長範囲では、可視光で使う透過型の偏光測定素
子は吸収が大きいためほとんど使えず、反射型の偏光測
定素子に限定されているが、測定は、大気によるＸ線の
吸収を避けるため全て真空中で行う必要がある。このた
めに、従来の偏光解析装置は、光学系の調整と測定の自
由度を確保するために、機構が大がかりで複雑となり、
偏光解析と偏光Ｘ線の利用を同時に行うことが困難であ
った。例えば、「ア・サーキュラー・ポラライザー・フ
ォー・ザ・リージョン・オブ・ウインドウレス・ブイユ
ーブイ・ラヂエーション」デーリング他；メジャメント
・サイエンス・アンド・テクノロジー３（１９９２）９
１「"A circular polarizer for the region of window
less VUV radiation" T.Doehring et al；Meas. Sci.Te
chnol. 3 (1992) 91」の図１のように、光路にそって多
くの装置を置く必要があった。あるいは、「軟Ｘ線用ビ
ームラインエリプソメーター」木村洋昭 他；１９９２
年度日本放射光学会ポストデッドラインポスタ（１）の
図のように大型の装置を必要とした。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】反射型偏光解析装置を
小型化し、一つの架台上に実装することにより光学調整
を容易にすることにある。また、従来、調整のために必
要とされる軸の回転のための真空モーターを出来るだけ
減らし、モータによるノイズを低減することにある。さ
らには、入射Ｘ線の光路決定と入射光の光軸合わせ、移
相子、検光子の回転の原点出し、入射角度の調整を容易
にすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、一枚の真空
フランジの大気側にｘｙｚの３軸並進機構とｘｙｚの３
軸まわりの微小回転機構を備え、真空側に、前記真空フ
ランジを基板として移相子と検光子全体を移相子への入
射光軸回りに３６０°回転（χ（カイ）回転）する機
構、移相子への入射角度を可変（θ（シータ）回転）に
する機構、θ（シータ）回転に伴い検光子をθ（シー
タ）回転軸回りに自動的に２θ（シータ）回転する機
構、検光子への入射光軸回りに検光子を３６０°回転
（η（イータ）回転）させる機構、および、検光子への
入射角度を調整（σ（シグマ）回転）する機構を備える
ものとした。その結果、全ての調整操作が、この基板を
基礎としてなされるものと出来るから、操作者が行なう
調整操作を一元的に管理出来、容易に調整操作をするこ
とが出来る。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１〜図６にもとづいて実施例を
述べる。図１に、本発明にかかる偏光解析装置とこれに
よって得られた所望の偏光を利用する偏光利用装置とを
一体化した全体構成の概要を示す。１は入射軟Ｘ線また
はＸ線（但し線源は図示省略）、２、３は真空容器（た
とえば、それぞれ直径２５cm、高さ１ｍ程度）、４、５
は真空ポンプであり、容器内の圧力を１０~⁷Ｐａ以下に
する能力を有する。６はゲートバルブ（真空バルブ）で
ある。７は軟Ｘ線用のピンホールモニター、８は反射型
偏光解析装置、９は偏光利用装置である。

【０００６】ピンホールモニター７は、反射型偏光解析
装置８の各種のモニターミラーとともに入射光軸および
各種回転軸の位置合わせに利用される。ピンホールモニ
ター７、反射型偏光解析装置８、ゲートバルブ６および
偏光利用装置９は、図に示すように配列されて架台１０
上に設けられても良いし、偏光利用装置９が入射線源側
に設けられても良い。いずれの場合も、入射軟Ｘ線ある
いはＸ線の利用に先立ち、反射型偏光解析装置８によっ
て所望の偏光を実現したことが確認された後利用装置で
利用されることになる。従って、偏光解析中には偏光利
用装置９が入射線の通過を阻害しないようになされ、偏
光利用中には、ピンホールモニター７および反射型偏光
解析装置８が入射軟Ｘ線あるいはＸ線の利用装置への通
過を阻害しないようになされる。

【０００７】図２に、ピンホールモニター７の構成の詳
細を示す。入射軟Ｘ線の可視光成分としての光は紙面に
垂直に入射する。１１は真空容器（パイプ自体で構成さ
れても良い）であり、真空容器１１は架台１０に機械的
に連結される（連結部は図示しない）。１２はモニター
板で、中心にピンホール１３が開けらるとともに、入射
光軸に対し垂直位置から４５度傾けられている。１４は
ベローズであり、モニター板１２の支持基部と真空容器
１１下部とがこのベローズ１４で結ばれ、モニター板１
２を可動にするとともに、真空の保持を可能にしてい
る。モニター板１２の支持基部は、真空容器１１と直結
したＹ軸並進機構１６およびこれによってＹ軸位置が決
まるＸ軸並進機構１５により支持される。この結果、モ
ニター板１２は、架台に支持された真空容器１１内で、
紙面内のＸ、Ｙ方向に並進可能となる。真空容器１１の
上面には透明の覗き窓１７が設けられ、後述する各種モ
ニターミラーの可視光の反射状況を監視出来る。すなわ
ち、モニターミラーが所定の位置に有ればピンホールモ
ニター板１２の面上には輝点は見えないが、軸位置ある
いは回転角が適切でないとピンホールモニター板１２の
面上に輝点が見える。

【０００８】ピンホールモニター７は、これにより、ピ
ンホール１３のＸ、Ｙ方向の位置を調整し、光軸の位置
を調整する。軟Ｘ線の観察には、透明窓１７によるモニ
ター板１２の表面の大気中からの目視に限らず、モニタ
ー板１２としてピンホール付きマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）を用いることにより電気信号として検出
出来る。

【０００９】図３以降に、反射型偏光解析装置８の実施
例の詳細を示す。本発明では、機械的な駆動部は真空容
器２上に真空フランジ１８を介してマウントされ、後述
するように、大気側と真空側との両方に駆動部が配分さ
れる。

【００１０】図３は偏光解析装置８の真空側に設けられ
る主要部の構成を部分的に断面図の形で示す。図は紙面
に垂直（光軸に垂直な面内の水平）方向がＸ軸方向、紙
面と平行で上下（光軸に垂直な面内の鉛直）方向がＹ軸
方向、紙面と平行で左右（入射光軸）方向がＺ軸方向と
なる。

【００１１】真空容器２上面部に設けられた真空フラン
ジ１８上にＹ並進ステージ２７を設け、Ｙ並進ステージ
２７には、ＸおよびＺ並進ステージ２６がもうけられ
る。Ｙ並進ステージ２７はＹ軸方向に移動され、Ｘおよ
びＺ並進ステージ２６はマイクロメータ２６’の操作で
Ｚ軸方向に、図示されていないマイクロメータの操作で
Ｘ軸方向に移動される。ＸおよびＺ並進ステージ２６上
には軸シール回転フランジ２８が設けられ、これはＹ軸
回りの回転が可能とされる。フランジ２４がネジ機構３
０により軸シール回転フランジ２８に取り付けられる。
ネジ機構３０は４本以上のネジを持ち、独立に操作出来
るものとされるから、フランジ２４は近似的にＸ軸とＺ
軸回りの回転が可能である。フランジ２４には二重真空
軸シール３６が取り付けられる。二重真空軸シール３６
には、後述するように、大気側に設けられたく同部の回
転を真空容器２内に導入するための回転軸３５、４１が
設けられる。

【００１２】これら真空フランジ１８、Ｙ並進ステージ
２７、ＸおよびＺ並進ステージ２６、軸シール回転フラ
ンジ２８、フランジ２４および二重真空軸シール３６
は、回転軸３５、４１および後述する偏光解析装置の各
素子を支持あるいは保持するための支持部材２３を貫通
させるために中央部を切り欠いたものとされるととも
に、真空容器２の真空を保持するため、真空フランジ１
８とＸおよびＺ並進ステージ２６との間をベローズ２５
で、軸シール回転フランジ２８とフランジ２４の間をベ
ローズ２６でシールする。

【００１３】本実施例では、偏光解析装置の各素子は支
持部材２３によって、フランジ２４に吊り下げられてい
ることになり、取っ手２７’の操作でＹ方向に中心位置
から約±３０mm、マイクロメータ２６’の操作でＺ軸方
向に中心位置から約±３０mm、さらに、図示されていな
いマイクロメータの操作でＸ軸方向に中心位置から約±
３０mm、それぞれ、並進可能である。また軸シール回転
フランジ２８によりＹ軸回りの回転が可能であるととも
に、ネジ機構３０のネジ操作により近似的にＸ軸とＺ軸
回りの回転が可能である。

【００１４】次に、偏光解析装置の各素子の調整操作に
ついて説明する。ピンホールモニター７を通過した軟Ｘ
線（あるいはＸ線）は、ブリュースター角を満たすほぼ
４５°の入射角で、移相子１９（通常の鏡、多層膜鏡、
単結晶など）、検光子２０（通常の鏡、多層膜鏡、単結
晶など）に順次入射し、検出器２１で検出される。移相
子１９は、入射光軸の回りに矢印２２で示す回転（χ
（カイ）回転）を行うことができ３６０°回転可能とさ
れる。この時、検光子２０、検出器２１も一体となり同
時にχ回転するが、χ回転軸と入射光軸を一致させる必
要がある。そのために、大気側からＸ、Ｙ、Ｚ軸に関す
る並進と回転を可能とする機構を設ける。すなわち、χ
回転軸と入射光軸を一致させる操作は、モニターミラー
３１を利用する。このミラー３１は、ミラー法線とχ回
転軸が平行になるようにあらかじめ大気中で調整してお
く。χ回転軸と入射光軸の平行度はこのモニターミラー
による可視光の反射をピンホールモニター７で観察して
行うことが出来る。入射光軸の芯の位置決めは、ミラー
３１の位置とχ回転軸の位置関係から決める事が出来、
Ｙ並進ステージ２７の移動で制御できる。移相子１９の
χ回転は、ウォーム歯車のウォームホイール３２、ウォ
ーム３２’とウォーム３２’を回転させるための傘歯車
付き軸３３、３４、および、３５を用いて、二重真空軸
シール３６の大気側に設けられたモータから直接回転を
伝達する。回転精度は、適当なギヤ比を持つ歯車を組み
合わせて回転比を小さくし、０．０１°以下の精度を得
ることが出来る。

【００１５】さらに、移相子１９への軟Ｘ線（あるいは
Ｘ線）の入射角θを、矢印３７’で示すように、θ（シ
ータ）回転部３７を回転して可変とするために、ウォー
ム歯車のウォームホイール３８、ウォーム３８’とウォ
ーム３８’を回転させるための傘歯車付き軸３９、４
０、および、４１を用いて、二重真空軸シール３６を介
して大気側に設けられたモータから直接θ回転を伝達す
る。回転精度は、適当なギヤ比を持つ歯車を組み合わせ
て回転比を小さくし、０．０１°以下の精度を得ること
が出来る。

【００１６】矢印２２で示すχ回転と矢印３７’で示す
θ回転を独立に行える機構の詳細は図４Ａを参照して後
述する。

【００１７】２θ回転部４２は、θ回転部３７がΔθ回
転すると、矢印４２’で示すように、自動的にその２倍
の２Δθ回転する仕組みになっており、その詳細は図６
を参照して後述する。

【００１８】η（イータ）回転部４３は、詳細を図４Ａ
で説明するように、図示されていないモータによって、
矢印４４に示すη回転を行うが、θ回転部３７と２θ回
転部４２の関係で行なうθ−２θ回転機構により、検光
子２０への入射光軸とη回転軸を常に一致させることが
出来る。σ（シグマ）回転ステージ４５は、詳細を図４
Ａで説明するように、図示されていないモータによっ
て、矢印４５’に示すσ回転を行うが、検光子２０への
軟Ｘ線（Ｘ線）η回転の入射角を独立に調整し、移相子
１９への軟Ｘ線の入射角と等しく設定出来る。

【００１９】次に、回転機構の詳細を説明する。

【００２０】図４Ａにおいて、まず、χ回転とθ回転を
独立して同時に駆動する機構の詳細を示す。ウォームホ
イール３２は、図３で説明した様に、大気中からχ回転
駆動により軸３３を回転させ、ハッチングを付して示す
枠４６の全体をχ回転させる。ウォームホイール３８
は、大気中からθ回転駆動により軸３９を回転させるこ
とにより回転するが、これと同軸に傘歯車４７を設けて
同時に回転させ、傘歯車４８により直交した回転軸を回
転させる。傘歯車４８の回転軸は移相子１９のθ回転軸
と一致している。なお、θ回転軸は移相子１９の表面上
にある。

【００２１】検光子２０への入射光軸の回りのη回転４
４と、検光子２０への入射角を決めるσ回転４９との関
係を説明する。両回転共に、大気中からの操作は困難で
あり、真空用モータを使用する。η回転は、モータ５０
の軸に付けた歯車５１とη回転軸を軸とする歯車５２で
行う。ギヤ比は歯車５１と５２の歯数比で決める。角度
精度は０．０１°程度とする。つぎに、σ回転はモータ
５３の軸に付けた歯車５４、歯車５５および、σ回転軸
を軸とする歯車５６で行う。σ回転軸の中心線は検光子
１９の表面上を通す。ギヤ比は歯車５４、５５、５６の
歯数比で決める。角度精度は０．０１°程度とする。５
７はη回転の原点を決めるモニターミラーであり、あら
かじめ歯車５２の定まった角度位置に固定する。η回転
の原点は、Ｙ並進ステージ２７の移動で装置全体をＹ方
向に平行移動してこのモニターミラー５７に可視光を入
射させ、その反射をピンホールモニター７で観察して決
める。５８はモニターミラーであり、σ回転の原点を決
めるためあらかじめσ回転の定まった角度位置に固定す
る。σ回転の原点は、Ｙ並進ステージ２７の移動で装置
全体をＹ方向に平行移動して、移相子１９で反射された
可視光のモニターミラー５８による反射をピンホールモ
ニター７で観察して決めることが出来る。ここで、真空
用モータには、当然電気配線が必要であり、これらの接
続のためのコネクタも備えられるが、図面の簡略化のた
め表示は省略した。

【００２２】図４Ｂはθ回転と２θ回転との関係を説明
する図であり、２θ回転部４２は移相子１９がΔθ回転
すると、θ回転軸回りに２Δθ回転する。これを実現す
る機構は図６によって詳細に説明する。

【００２３】本機構では、θ回転は、ウォームホイール
３８の回転によりウォームホイール３２の回転によるχ
回転とは独立に操作出来るが、χ回転は、角度θに影響
を与えないために傘歯車４７もχ回転角と同じ角度だけ
同時に回転させる必要がある。このためのリンク機構は
大気側に設けられる操作機構で実現されているが、この
詳細を図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

【００２４】図５（ａ）、（ｂ）は、二重真空軸シール
３６の上側部の大気中側に設けられるχ回転と同じ角度
だけθ回転を行い、また、θ回転を独立に行うための回
転リンク機構を示し、図５（ａ）はこの機構部を側面か
ら見た状態、図５（ｂ）は上面から見た状態を示す。

【００２５】図５（ａ）に示すχ回転軸３５とθ回転軸
４１は、それぞれウォーム歯車のウォーム５９、ウォー
ムホイール６０とウォーム歯車のウォーム６１、ウォー
ムホイール６２の組合せで回転させる。６３、６４はそ
れぞれの回転角をモニターするためのロータリーエンコ
ーダである。χ回転軸３５、θ回転軸４１の軸にはそれ
ぞれスプロケット６５、６６を同軸に固定しスプロケッ
ト６７、６８をチェーン６９、７０で結ぶ構造とする。
次に、図５（ａ）をＢ−Ｂの位置で矢印方向に見た図５
（ｂ）に示すように、ウォームホイール５９、６０の軸
にはそれぞれスプロケット７１、７２を同軸に固定し、
チェーン７３で結ぶ構造とする。スプロケット７１はネ
ジ７４を緩めることにより軸の回転と分離出来る構造と
する。７５、７６は回転用のモーターあるいは手動回転
ツマミである。この構造により、χ回転時にはネジ７４
を締めて回転用のモーターあるいは手動回転ツマミ７５
あるいは７６を駆動し、θ回転時には、７４のネジを緩
めて回転用のモーターあるいは手動回転ツマミ７６を駆
動させる。

【００２６】図６は、θ−２θ回転機構であり、図４Ａ
の機構を上から見た図である。ただし、２θ回転部４２
の上部機構は取り除いて示した。θ回転用傘歯車４８の
軸７７に歯車７８を固定し、これと係合する歯車７９の
軸８０に歯車８１を固定する。軸７７に同軸にベアリン
グ８２を用いて筒８３を被せ、それに歯車８４を固定し
て歯車８１と噛み合わせる。歯車７８、７９、８１、お
よび８４の全体のギヤ比は１：２とする。筒８３は２θ
回転部４２と一体とする。４２に２軸回転（η回転とσ
回転）機構を設置する構造となっている。

【００２７】上述の実施例では、ピンホールモニター７
を真空室２に隣接する真空室（パイプ）１１内に設ける
構成としたが、支持部材２３を真空室２に保持したのと
同様な構成によって真空室２内に設けることが出来る。
このようにすれば、装置全体を小型化出来るメリットが
ある。

【００２８】さらには、大気中からの回転力の導入を全
て回転軸により行なうものとして構成したが、例えば、
回転軸３３、３９にょる伝達をチェーンにょる伝達とし
ても良い。このようにすれば、回転軸３４、４０とウォ
ームホイール３２、３８の中心軸との位置合わせが簡単
に出来る面がある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、偏光解析装置の真空容
器の上部の１枚のフランジにを基礎として全機構をマウ
ントしたから、光軸と、光学原点の正確な決定が可能と
なり高精度な偏光解析ができる。また、ピンホールとモ
ニターとを一体型としたのでモニター時の操作とＸ線利
用時との間に不一致が生じることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光解析装置を利用した装置全体の構
成例を示す図。

【図２】本発明で使用できるピンホールモニターの構成
例を示す図。

【図３】本発明の実施例にかかわる反射型偏光解析装置
の真空容器側の構成の概要を示す図。

【図４Ａ】本発明の実施例にかかわる偏光解析素子の５
つの回転自由度を与える機構を示す図。

【図４Ｂ】本発明の実施例にかかわる偏光解析素子のθ
−２θ回転の状況を説明する図。

【図５】本発明の実施例にかかわる反射型偏光解析装置
の大気側の構成の概要を示し、（ａ）は側面から見た状
態、図５（ｂ）は上面から見た状態を示す図。

【図６】本発明の実施例にかかわる偏光解析素子のθ−
２θ回転機構を示す正面図。

【符号の説明】

１…軟Ｘ線、２…真空容器、３…真空容器、４…真空ポ
ンプ、５…真空ポンプ、６…ゲートバルブ、７…ピンホ
ールモニター、８…反射型偏光解析装置、９…偏光利用
装置、１０…架台、１１…真空容器、１２…モニター
板、１３…ピンホール、１４…ベローズ、１５…Ｘ軸並
進機構、１６…Ｙ軸並進機構、１７…窓、１８…真空フ
ランジ、１９…移相子、２０…検光子、２１…検出器、
２２…χ回転、２３…軸、２４…フランジ、２５…ベロ
ーズ、２６…ＸＺ並進ステージ、２７…並進ステージ、
２８…軸シール回転フランジ、２９…ベローズ、３０…
ネジ機構、３１…モニターミラー、３２…ウォームホイ
ール、３２’…ウォーム歯車、３３…傘歯車付き軸、３
４…傘歯車付き軸、３５…傘歯車付き軸、３６…二重真
空軸シール、３７…θ回転部、３８…ウォームホイー
ル、３８’…ウォーム歯車、３９…傘歯車付き軸、４０
…傘歯車付き軸、４１…傘歯車付き軸、４２…２θ回転
部、４３…η回転部、４４…η回転、４５…σ回転部、
４６…枠、４７…傘歯車、４８…傘歯車、４９…σ回
転、５０…真空用モータ、５１…歯車、５２…歯車、５
３…真空モータ、５４…歯車、５５…歯車、５６…歯
車、５７…モニターミラー、５８…モニターミラー、５
９…ウォーム、６０…ウォーム、６１…ウォーム歯車、
６２…ウォーム歯車、６３…ロータリーエンコーダ、６
４…ロータリーエンコーダ、６５…スプロケット、６６
…スプロケット、６７…スプロケット、６８…スプロケ
ット、６９…チェーン、７０…チェーン、７１…スプロ
ケット、７２…スプロケット、７３…チェーン、７４…
ネジ、７５…モータ、７６…モータ、７７…θ回軸、７
８…歯車、７９…歯車、８０…軸、８１…歯車、８２…
ベアリング、８３…筒、８４…歯車。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軟Ｘ線からＸ線領域において適用可能な反
   射型偏光解析装置に於いて、偏光測定のための素子とこ
   のための光学調整機構とを一つの真空用フランジで仕切
   られた真空容器内に、前記真空用フランジを基礎として
   形態が制御できる支持体で保持し、前記光学調整機構の
   駆動に必要な回転機構の一部を上記真空用フランジの大
   気側にマウントして真空容器内に回転力を導入するとと
   もに前記光学調整機構の駆動に必要な回転機構の残りの
   部分を前記光学調整機構上に配置し、かつ、前記真空容
   器への軟Ｘ線からＸ線領域の入射光の入射がＸ線遮蔽板
   のピンホールを通して行われ、前記光学調整機構の制御
   が該ピンホールを有するＸ線遮蔽板裏面のモニターによ
   って制御されることを特徴とする偏光解析装置。
2. 【請求項２】軟Ｘ線からＸ線領域の入射光をピンホール
   を通してのみ通過させるＸ線遮蔽板、該ピンホールを通
   過したＸ線の光学機器要素による反射を該Ｘ線遮蔽板の
   裏面でモニターするピンホールモニター。
3. 【請求項３】最初に入射光を反射する第１の反射鏡を入
   射光の光軸回りに３６０°回転可能とする回転および第
   １の反射鏡への入射光の入射角度を設定する回転を大気
   中から導入する回転力で行う機構、および、第１の反射
   鏡の反射光を反射する第２の反射鏡の入射角度の変化を
   第１の反射鏡の入射角度の変化に対して２倍の角度変化
   分だけ同じ回転軸のまわりに自動的に追従回転する機構
   とを備える請求項１記載の偏光解析装置。
4. 【請求項４】反射型偏光解析装置への入射光軸合わせお
   よび偏光測定のための素子の回転の原点検出が前記前記
   真空用フランジを基礎として形態が制御できる支持体の
   上下動の制御で行われる請求項１記載の偏光解析装置。