WO2017038302A1 - Ｘ線発生装置及び方法、並びに試料測定システム - Google Patents

Ｘ線発生装置及び方法、並びに試料測定システム Download PDF

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WO2017038302A1
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ray
electron
electron source
rotation
generator
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勝巳 川崎
大 千葉
忠二 片山
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ブルカー・エイエックスエス株式会社
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    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray generation apparatus and an X-ray generation method for generating X-rays using a so-called rotating anti-cathode method, and a sample measurement system including the X-ray generation apparatus.
  • a linear or dotted X-ray beam is selectively formed by irradiating an electron beam on the outer peripheral surface of a rotating cathode to form a long focal point in the circumferential direction or width direction.
  • a generation method is known (see Patent Document 1).
  • an apparatus that selectively generates a linear or dotted X-ray beam achieves improved output performance and improved work efficiency with the simplest possible apparatus configuration. It is.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an X-ray generation apparatus and method capable of selectively generating a linear or dotted X-ray beam with a very simple apparatus configuration, and sample measurement.
  • the purpose is to provide a system.
  • An “X-ray generator” includes an electron source that emits a linear electron beam, and an extension direction of the electron source in a first direction while fixing a center position of the electron source. And an electron generator having a switching mechanism for switching to any one of the second directions orthogonal to the first direction, and a peripheral surface portion that emits an X-ray beam by colliding the electron beam from the electron source.
  • a disk-shaped or columnar rotating counter-cathode configured to be rotatable about a rotation axis, wherein the electron generator and the rotating counter-cathode include the electron source and the circumference
  • the surface portions are opposed to each other, and the rotation shaft is fixedly disposed under a positional relationship in which the rotation shaft is inclined with respect to the first direction and the second direction.
  • the electron source is provided with a switching mechanism that switches the extending direction of the electron source to one of the first direction and the second direction orthogonal to the first direction while fixing the center position of the electron source. Since the electron generator and the rotating counter cathode are fixedly arranged in a positional relationship in which the peripheral surface portions face each other, the extending direction of the electron source is simply changed without changing the position and posture of the electron generator and the rotating counter cathode at all. By switching, a linear or dotted X-ray beam can be selectively generated.
  • the rotating anti-cathode since the rotating anti-cathode is in a positional relationship in which the rotation axis is inclined with respect to the first direction and the second direction, the two focal points formed by the emission of the electron beam from the first direction and the second direction.
  • the amount of deviation of the focal length that traverses in the circumferential direction is smaller than when the rotation axis is not inclined.
  • the maximum amount that can be output in common to both X-ray beams that is, the limit output amount of X-rays
  • the rotating shaft is inclined within a range of 30 to 60 degrees with respect to the first direction.
  • the deviation of the focal length across the circumferential direction, more specifically, the focal length ratio can be suppressed to less than about twice, and the gap between the output performances of both is further reduced.
  • the rotating shaft is inclined 45 degrees with respect to the first direction. Since the focal lengths traversing in the circumferential direction are equal, the limit output amount common to both X-ray beams is maximized.
  • the “X-ray generation method” includes an electron generator having an electron source that emits a linear electron beam and an X-ray beam by colliding the electron beam from the electron source.
  • the electron generator and the rotating counter-cathode are fixedly arranged under a positional relationship in which the peripheral surface portions face each other and the rotation axis is inclined with respect to the first direction and the second direction orthogonal to the first direction.
  • sample measurement system detects any of the X-ray generators described above and an X-ray beam generated from the X-ray generator and transmitted or reflected from the sample.
  • An “X-ray generator” collides an electron generator configured to include an electron source that emits a linear electron beam with the electron beam from the electron source.
  • a rotating anti-cathode including a peripheral surface portion that emits an X-ray beam, and a chamber that accommodates the electron source and the rotating anti-cathode, and the electron generator and the rotating anti-cathode include the electron
  • the electron source and the peripheral surface portion are fixedly arranged in the chamber under a positional relationship facing each other, the electron generator is hermetically inserted into the chamber, a support base that supports the electron source, and the chamber There is further provided a rotation introducing mechanism for rotating the support base in response to an operation from the outside.
  • the rotation introduction mechanism for rotating the support base that supports the electron source according to the operation from the outside of the chamber is provided, it is not necessary to replace the electron generator or the rotating counter cathode. It is possible to change the extending direction of the electron source while maintaining the vacuum state. This makes it possible to selectively generate a linear or dotted X-ray beam with an extremely simple apparatus configuration, and to suppress a decrease in work efficiency associated with this selection.
  • the rotation introducing mechanism has a handle portion that is rotatably arranged outside the chamber, and rotates the support base in accordance with a rotation operation of the handle portion.
  • the operator can easily change the extending direction of the electron source by performing an operation of rotating the handle portion.
  • the rotation introducing mechanism further includes an instruction means for instructing the rotation state of the handle portion so as to be visible from the outside of the chamber.
  • the operator can grasp at a glance the rotation state of the handle portion and the extending direction of the electron source by visually recognizing the indication position by the indication means from the outside of the chamber.
  • the rotation introducing mechanism further includes a rotation restricting means for restricting a rotation range of the handle portion. Thereby, it can prevent that the drive component of an electron source twists too much, and is damaged.
  • the rotation introducing mechanism can change the extending position of the electron source in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction by a rotation operation of the support base, and It is preferable that the rotation axis is inclined with respect to the first direction and the second direction. With respect to the two focal points formed by the emission of the electron beam from the first direction and the second direction, the amount of deviation of the focal lengths traversing in the circumferential direction is smaller than when the rotation axis is not inclined. In other words, by raising the output efficiency on the lowest side instead of lowering the output efficiency on the highest side, the maximum amount that can be output in common to both X-ray beams (that is, the limit output amount of X-rays) is raised.
  • sample measurement system detects any of the X-ray generators described above and an X-ray beam generated from the X-ray generator and transmitted or reflected from the sample.
  • a linear or dotted X-ray beam can be selectively generated with an extremely simple apparatus configuration, and the output performance of the entire apparatus. Or work efficiency can be improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 9. It is a side view of the X-ray generator shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 9.
  • FIG. 1 is a perspective view of the X-ray generator 10 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is taken along line III-III in FIG. FIG.
  • three-axis directions X direction, Y direction, and Z direction indicating a three-dimensional orthogonal coordinate system are defined.
  • the X-ray generator 10 is an apparatus that generates X-rays (X-rays) using a so-called rotating counter-cathode method.
  • the X-ray generator 10 has a substantially rectangular parallelepiped chamber 12 made of a metal material having a low X-ray transmittance in terms of its outer shape.
  • a recess 16 that is recessed in a triangular prism shape is formed.
  • a circular opening 18 is provided in the inclined surface 17 forming the recess 16, and a window portion 22 with a beryllium thin film having a high X-ray transmittance is provided in the facing surface 20 of the one surface 14.
  • the X-ray generator 10 includes an electron generator 24 that generates a linear electron beam B 1, a rotating or cathode 26 that has a disk shape or a column shape, and a rotating anticathode 26. It further has a cooling mechanism (not shown) for cooling.
  • Each of the electron generator 24 and the rotating counter cathode 26 is housed in a fixed state in the chamber 28 of the chamber 12.
  • the electron generator 24 is a thermoelectron type, a field emission type, or a Schottky type electron gun.
  • the thermoelectron type will be described as an example.
  • the electron generator 24 includes a substantially rectangular parallelepiped main body 30, an electron source 32 made of tungsten filament or the like, and a switching mechanism 34 that switches the extending direction of the electron source 32 to a plurality of directions. Consists of.
  • the main body 30 has a floating structure (not shown), and the electron source 32 is electrically insulated from the chamber 12.
  • the switching mechanism 34 is rotatable about a rotation axis along the Y direction, and has a disk portion to which the electron source 32 is fixed. That is, the switching mechanism 34 rotates the disk part integrally with the electron source 32, thereby fixing the extending direction of the electron source 32 in the X direction or Z while fixing the center position O (FIG. 2) of the electron source 32.
  • the direction can be switched.
  • the rotating counter cathode 26 is configured to be rotatable in the A direction around the rotating shaft 36, for example, at a speed of 5000 to 12000 [rpm].
  • the rotating counter cathode 26 has a peripheral surface portion 38 covered with a metal layer such as molybdenum (Mo) or copper (Cu), and a side surface portion 40 to which a rotating mechanism 42 of the rotating counter cathode 26 is attached.
  • Mo molybdenum
  • Cu copper
  • the rotation mechanism 42 includes a cylindrical shaft portion 44 that pivotally supports the rotating anti-cathode 26 and a disc-shaped lid portion 46 provided on one end side of the shaft portion 44.
  • the lid 46 has a main surface with a larger diameter than the opening 18 and is detachable at a position covering the opening 18 from the outside of the chamber 12.
  • the linear focal point (first focal point 51) by the electron beam B ⁇ b> 1 from the electron source 32 is on the peripheral surface portion 38.
  • the peripheral surface portion 38 emits the X-ray beam B2 from the position of the first focal point 51 or the vicinity thereof when a specific generation condition is satisfied at the time of collision of the electron beam B1.
  • the shape of the X-ray beam B ⁇ b> 2 emitted to the outside of the chamber 12 changes according to the geometrical relationship between the linear focal point and the window portion 22.
  • the first direction and the second direction are orthogonal to each other and intersect the separation direction (that is, the Y direction) of the electron source 32 and the peripheral surface portion 38, respectively.
  • the first direction corresponds to the “Z direction” and the second direction corresponds to the “X direction”.
  • the switching mechanism 34 switches the extending direction of the electron source 32 according to the user's selection operation. Specifically, when the linear X-ray beam B2 (see FIG. 4) is to be used, it is switched to the “first direction”, and when the dotted X-ray beam B3 (same figure) is to be used, the “second direction” is used. To "".
  • the inside of the chamber 28 is evacuated using a vacuum pump (not shown), and the rotating counter cathode 26 is rotated in the A direction at a predetermined speed. Then, after completing various preparations for satisfying the X-ray generation condition, the electron generator 24 generates a linear electron beam B1 in accordance with a user operation instruction. Thereby, the X-ray beams B ⁇ b> 2 and B ⁇ b> 3 are emitted to the outside of the X-ray generator 10 through the window portion 22.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the shapes of the X-ray beams B2 and B3 corresponding to the switching operation in the first direction and the second direction.
  • a first focal point 51 that curves along the first direction or a second focal point 52 that curves along the second direction is selectively formed according to the extending direction of the electron source 32 (FIGS. 2 and 3). Is done.
  • the peripheral surface portion 38 emits the X-ray beam B2 from the position of the linear first focal point 51 where the electron beam B1 is incident. At this time, since the first focus 51 is in a substantially parallel relationship with the plane formed by the window portion 22, a linear X-ray beam B2 is emitted.
  • the peripheral surface portion 38 emits the X-ray beam B3 from the position of the linear second focal point 52 where the electron beam B1 is incident. At this time, since the second focal point 52 is substantially orthogonal to the plane formed by the window portion 22, a dotted X-ray beam B3 is emitted.
  • the electron generator 24 is provided with the switching mechanism 34 for switching the extending direction of the electron source 32, and the electron generator 24 and the rotating pair are arranged in a positional relationship in which the electron source 32 and the peripheral surface portion 38 face each other.
  • the cathode 26 is fixedly arranged.
  • the linear or dotted X-ray beams B2 and B3 can be selectively selected by simply switching the extending direction of the electron source 32 without changing the position and orientation of the electron generator 24 and the rotating counter cathode 26 at all. Can be generated.
  • the first focal point 51 has a rectangular shape having a width of W [mm] and a height of H [mm] (H> W) in plan view from the Y direction. .
  • a line segment 53 shown by a broken line corresponds to the focal length traversing in the circumferential direction.
  • the length of the line segment 53 at the first focal point 51 is referred to as “circumferential focal length L1”.
  • L1 H [mm].
  • the second focal point 52 has substantially the same shape as the first focal point 51 shown in FIG. 5A in plan view from the Y direction.
  • the length of the line segment 53 at the second focal point 52 is referred to as “circumferential focal length L2”.
  • L1 W [mm].
  • the first focal point 51 has substantially the same shape as the first focal point 51 shown in FIG. 5A in plan view from the Y direction.
  • L1 ⁇ 2 ⁇ W [mm].
  • the second focal point 52 has substantially the same shape as the first focal point 51 shown in FIG. 5A in plan view from the Y direction.
  • L2 ⁇ 2 ⁇ W [mm].
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the tilt angle ⁇ and the circumferential focal lengths L1 and L2.
  • the horizontal axis of the graph is the tilt angle ⁇ (unit: degree), and the vertical axis of the graph is the circumferential focal length L1, L2 (unit: mm).
  • the solid line indicates the function of L1, and the alternate long and short dash line indicates the function of L2.
  • monotonously as the inclination angle ⁇ increases.
  • the rotating anti-cathode 26 is in a positional relationship (0 ⁇ ⁇ 90) where the rotating shaft 36 is inclined with respect to the first direction and the second direction, and therefore from the first direction and the second direction.
  • the rotary shaft 36 may be in a positional relationship (30 ⁇ ⁇ ⁇ 60) in which it is inclined within a range of 30 to 60 degrees with respect to the first direction.
  • the ratio (L1 / L2 or L2 / L1) of the focal lengths L1 and L2 in the circumferential direction can be suppressed to almost less than twice, and the gap between the output performances of both is further reduced.
  • the X-ray generator 10 [1] emits the linear electron beam B1 and the first extending direction of the electron source 32 while fixing the center position O of the electron source 32.
  • the electron generator 24 having a switching mechanism 34 that switches to one of the direction (Z direction) and the second direction (X direction) and [2] colliding the electron beam B1 to cause the X-ray beams B2 and B3 to collide with each other.
  • a rotating counter cathode 26 having a disk shape or a column shape is provided that has a peripheral surface portion 38 that emits light and is configured to be rotatable around a rotation shaft 36.
  • the electron generator 24 and the rotating counter cathode 26 are fixedly arranged under a positional relationship in which the electron source 32 and the peripheral surface portion 38 face each other and the rotating shaft 36 is inclined with respect to the first direction and the second direction. .
  • the X-ray generation method using the X-ray generation apparatus 10 includes an arrangement step in which the electron generator 24 and the rotating counter cathode 26 are fixedly arranged, and the extending direction of the electron source 32 is selected from the first direction and the second direction. A switching step for switching to either one is provided.
  • the sample measurement system 100 includes an X-ray generator 10 that generates X-ray beams B2 and B3, an X-ray detector 102 that detects X-ray beams B2 and B3 reflected from the sample S, and angles in the ⁇ 1 and ⁇ 2 directions.
  • a goniometer 104 for setting and a control device 106 (measuring means) for controlling each part are provided.
  • the goniometer 104 includes a first arm 110 that grips the X-ray generation device 10, a ⁇ 1 rotation mechanism 112 that rotates the first arm 110 in the ⁇ 1 direction, and a second arm that grips the detector 126 of the X-ray detection device 102. 114 and a rotation mechanism 116 that rotates the second arm 114 in the ⁇ 2 direction.
  • a sample stage 118 for mounting the sample S to be measured is fixedly arranged at the rotation center of the first arm 110 and the second arm 114.
  • the diverging slit 120 and the X-ray generator 10 are fixed to the first arm 110 in order from the center of rotation toward the outside.
  • a scattering slit 122, a light receiving slit 124, and a detector 126 are fixed to the second arm 114 in order from the center of rotation toward the outside.
  • the X-ray detection apparatus 102 outputs a detection signal corresponding to the intensities of the X-ray beams B2 and B3, and detection for obtaining detection amounts of the X-ray beams B2 and B3 based on the detection signals from the detector 126.
  • the detector 126 is configured to include a single X-ray detection element or an X-ray detection element array arranged in a line or plane.
  • the control device 106 controls the ⁇ 1 rotation mechanism 112 and the ⁇ 2 rotation mechanism 116 to arrange the X-ray generation device 10, the sample S, and the detector 126 under an appropriate positional relationship.
  • the controller 106 controls the X-ray generator 10 to emit an electron beam B1 (FIG. 3) and generate X-ray beams B2 and B3.
  • the control device 106 measures a physical quantity related to the sample S based on the set angle of the goniometer 104 and the detected amounts of the X-ray beams B2 and B3 reflected from the sample S.
  • the output device 130 outputs the measurement result of the sample S including the lattice plane spacing, the diffraction intensity, the mirror coefficient, the stacking cycle, the stress, and the identified substance name in accordance with the output instruction from the control device 106.
  • either linear or dotted X-ray beams B2 and B3 are selected.
  • the user adjusts the X-ray optical system suitable for the beam shape, specifically, replaces the diverging slit 120, the scattering slit 122, or the light receiving slit 124.
  • the control device 106 transmits an instruction signal for rotating the electron source 32 toward the switching mechanism 34 in accordance with an operation by the user.
  • the extending direction of the electron source 32 is automatically switched, and a desired X-ray measurement can be performed.
  • it may replace with said structure and the structure which switches the extending direction of the electron source 32 by a user's manual work may be sufficient.
  • the sample measurement system 100 detects the X-ray generation apparatus 10 and the X-ray detection that detects the X-ray beams B2 and B3 generated from the X-ray generation apparatus 10 and transmitted or reflected from the sample S.
  • An apparatus 102 and a control device 106 (measuring means) that measures a physical quantity related to the sample S based on the detected amounts of the detected X-ray beams B2 and B3 are provided.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 9
  • FIG. 11 is an X-ray generator 1010 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the X-ray generator 1010 is an apparatus that generates X-rays (X-rays) using a so-called rotating counter-cathode method.
  • the X-ray generator 1010 has a substantially rectangular parallelepiped chamber 1012 made of a metal material having a low X-ray transmittance.
  • a circular first opening 1016 is provided on the first surface 1014 side of the chamber 1012. At one corner on the second surface 1018 side of the chamber 1012, a recess 1020 that is recessed in a triangular prism shape is formed.
  • the inclined surface 1022 forming the recess 1020 is provided with a circular second opening 1024, and the third surface 1026 opposite to the second surface 1018 has a window portion 1028 with a beryllium thin film having a high X-ray transmittance. Is provided.
  • the inside of the chamber 1034 (FIGS. 10 and 12) of the chamber 1012 is kept airtight by inserting the electron generator 1030 through the first opening 1016 and attaching the lid 1032 at a position covering the second opening 1024. Be drunk.
  • the electron generator 1030 is a thermoelectron type, field emission type, or Schottky type electron gun. Here, the thermoelectron type will be described as an example.
  • the electron generator 1030 includes an electron source 1036 that emits a linear electron beam B1, a cylindrical support 1038 that supports the electron source 1036, and a holding unit 1040 that holds the support 1038. And a rotation introduction mechanism 1042 for introducing a rotation motion from the outside of the chamber 1012 and a storage case 1044 for storing components necessary for various operations of the electron generator 1030.
  • the necessary components include, for example, a power supply unit for a heater that heats the electron source 1036 and a high-voltage introduction unit for introducing a high voltage into the chamber 1012.
  • the electron source 1036 is made of, for example, a tungsten filament and has a coil shape extending in one direction.
  • the substantially cylindrical holding portion 1040 is made of an insulating material containing ceramics. Accordingly, the electron source 1036 is disposed in the chamber 1034 in a state of being electrically insulated from the chamber 1012.
  • the rotation introduction mechanism 1042 is a mechanism that introduces a rotation operation along the T direction around a single axis on the cathode side (hereinafter referred to as a cathode axis Ac), and is connected to the proximal end side of the holding portion 1040. .
  • the rotation introducing mechanism 1042 can integrally rotate the holding portion 1040 and the support base 1038, and can change the extending direction of the electron source 1036 while fixing the center position O (FIG. 4) of the electron source 1036. It is.
  • the rotation introduction mechanism 1042 can change the extending direction of the electron source 1036 to one of the first direction and the second direction by the rotation operation of the support base 1038.
  • the first direction corresponds to the “Z direction”
  • the second direction corresponds to the “X direction”.
  • the first direction and the second direction are orthogonal to each other and orthogonal to the cathode axis Ac (Y direction).
  • the rotation introduction mechanism 1042 includes a rotation shaft portion 1046 whose one end is connected to the holding portion 1040, a cylindrical sealing portion 1047 that seals the first opening 1016, and the chamber 1012.
  • a connection flange 1048 for connection and a handle portion 1050 engaged with the other end side of the rotation shaft portion 1046 are provided.
  • connection flange 1048 has a major surface with a larger diameter than the first opening 1016 and is detachable at a position covering the first opening 1016 from the outside of the chamber 1012.
  • the handle portion 1050 applies rotational force to the rotation shaft portion 1046 by a bellows method or a magnetic coupling method in accordance with the rotation operation along the T direction.
  • the housing case 1044, the handle portion 1050, and the connection flange 1048 are coaxially arranged in order from the smallest diameter as viewed from the first surface 1014 side.
  • a linear first protruding portion 1052 (indicating means) that extends and protrudes in the radial direction is formed.
  • Two marks 1054 and 1055 are respectively formed on the side surface of the annular connection flange 1048.
  • the mark 1054 is composed of the alphabet letters “L” and one short line arranged below “L”.
  • the mark 1055 is composed of alphabet letters “P” and one short line arranged on the left side of “P”.
  • a second protrusion 1056 (rotation restricting means) is provided in the vicinity of the mark 1054, and a second protrusion 1057 (rotation restricting means) is provided in the vicinity of the mark 1055. Is formed.
  • the X-ray generation apparatus 1010 cools the rotating counter cathode 1060 having a disk shape or a columnar shape and the rotating counter cathode 1060 in addition to the chamber 1012 and the electron generator 1030. And a cooling mechanism (not shown).
  • the rotating counter cathode 1060 is configured to be rotatable in the R direction at a speed of, for example, 5000 to 12000 [rpm] around a single axis on the anode side (hereinafter referred to as an anode axis Aa).
  • the rotating counter cathode 1060 has a peripheral surface portion 1062 covered with a metal layer such as molybdenum (Mo) or copper (Cu), and a side surface portion 1064 to which the rotating mechanism 1066 of the rotating counter cathode 1060 is attached.
  • Mo molybdenum
  • Cu copper
  • the rotating mechanism 1066 includes a cylindrical rotating shaft portion 1068 that supports the rotating anti-cathode 1060 and a disc-shaped lid portion 1032 (FIG. 9) provided on one end side of the rotating shaft portion 1068.
  • the lid 1032 has a major surface with a larger diameter than the second opening 1024 and is detachable at a position covering the second opening 1024 from the outside of the chamber 1012.
  • the linear focus (first focus 1071) by the electron beam B1 from the electron source 1036 is surrounded. Formed on the surface portion 1062.
  • the peripheral surface portion 1062 emits the X-ray beam B2 from the position of the first focal point 1071 or a nearby position when a specific generation condition is satisfied at the time of collision of the electron beam B1.
  • the shape of the X-ray beam B2 emitted to the outside of the chamber 1012 changes according to the geometrical relationship between the linear focus and the window portion 1028.
  • the user inserts the electron source 1036 into the chamber 1012 through the first opening 1016 while grasping the connection flange 1048 of the electron generator 1030.
  • the electron source 1036 is fixedly disposed in the chamber 1012 by mounting the connection flange 1048 at a predetermined position on the first surface 1014 (that is, a position covering the first opening 1016).
  • the user inserts the rotating counter cathode 1060 into the chamber 1012 through the second opening 1024 while grasping the lid portion 1032.
  • the rotating counter cathode 1060 is fixedly disposed in the chamber 1012 by attaching the lid portion 1032 to a predetermined position on the inclined surface 1022 (that is, a position covering the second opening 1024).
  • the airtight state is maintained in the chamber 1034 of the chamber 1012.
  • the electron source 1036 and the peripheral surface portion 1062 face each other, and the anode axis Aa is in a positional relationship that is inclined with respect to the first direction (Z direction) and the second direction (X direction).
  • the rotation introducing mechanism 1042 has a handle portion 1050 that is rotatably arranged outside the chamber 1012, and is configured to rotate the support base 1038 according to the rotation operation of the handle portion 1050. May be taken. The operator can easily change the extending direction of the electron source 1036 by performing an operation of rotating the handle portion 1050.
  • an instruction means (specifically, the first projecting portion 1052) for instructing the rotation state of the handle portion 1050 from the outside of the chamber 1012 may be provided in the rotation introduction mechanism 1042.
  • the operator can grasp at a glance the rotation state of the handle portion 1050 and the extending direction of the electron source 1036 by visually recognizing the indication position by the first protrusion 1052 from the outside of the chamber 1012.
  • marks 1054 and 1055 indicating the correspondence between the rotational position of the handle portion 1050 and the shapes of the X-ray beams B2 and B3 are provided on a member (connection flange 1048 or housing case 1044) different from the handle portion 1050. Also good. Thereby, the target position of the turning operation becomes clear, which is convenient for the operator.
  • (3) Generation Step A purge operation by a vacuum pump (not shown) is performed to bring the chamber 1034 into a vacuum state, and the rotating counter cathode 1060 is rotated in the R direction at a predetermined speed.
  • the electron generator 1030 After various preparations for satisfying the X-ray generation condition are completed, the electron generator 1030 generates a linear electron beam B1 in accordance with an instruction operation by the user.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the shapes of the X-ray beams B2 and B3 corresponding to the switching operation in the first direction and the second direction.
  • a first focal point 1071 that curves along the first direction or a second focal point 1072 that curves along the second direction is selectively formed according to the extending direction of the electron source 1036 (FIGS. 10 and 12). Is done.
  • the peripheral surface portion 1062 emits the X-ray beam B2 from the position of the linear first focal point 1071 where the electron beam B1 is incident. At this time, since the first focal point 1071 is substantially parallel to the plane formed by the window portion 1028, a linear X-ray beam B2 is emitted.
  • the peripheral surface portion 1062 emits the X-ray beam B3 from the position of the linear second focal point 1072 where the electron beam B1 is incident. At this time, since the second focal point 1072 is substantially orthogonal to the plane formed by the window portion 1028, the dotted X-ray beam B3 is emitted.
  • the first protrusion 1052 is within the section of the second protrusions 1056 and 1057 (here, 90 degrees).
  • the rotation operation is allowed only within the rotation range.
  • a rotation restricting unit (specifically, the second protrusions 1056 and 1057) for restricting the rotation range of the handle portion 1050 may be provided in the rotation introduction mechanism 1042.
  • the X-ray generator 1010 includes [1] an electron generator 1030 configured to include an electron source 1036 that emits a linear electron beam B1, and [2] an electron beam B1 from the electron source 1036.
  • an electron generator 1030 configured to include an electron source 1036 that emits a linear electron beam B1, and [2] an electron beam B1 from the electron source 1036.
  • a rotating counter cathode 1060 including a peripheral surface portion 1062 that emits X-ray beams B2 and B3, and [3] a chamber 1012 that houses an electron source 1036 and the rotating counter cathode 1060.
  • the electron generator 1030 and the rotating counter cathode 1060 are fixedly disposed in the chamber 1012 under a positional relationship in which the electron source 1036 and the peripheral surface portion 1062 face each other, and the electron generator 1030 is a support base that supports the electron source 1036. 1038 and a rotation introducing mechanism 1042 that is inserted in the chamber 1012 in an airtight manner and rotates the support base 1038 in response to an operation from the outside of the chamber 1012.
  • the rotation introduction mechanism 1042 for rotating the support base 1038 that supports the electron source 1036 according to the operation from the outside of the chamber 1012 is provided, the replacement work of the electron generator 1030 or the rotation counter cathode 1060 can be performed. It is possible to change the extending direction (first direction / second direction) of the electron source 1036 while maintaining the vacuum state in the chamber 1012 without performing it. This makes it possible to selectively generate linear or dotted X-ray beams B2 and B3 with an extremely simple apparatus configuration, and to suppress a reduction in work efficiency associated with this selection.
  • the rotation introducing mechanism 1042 can change the extending direction of the electron source 1036 to the first direction and the second direction by the rotation operation of the support base 1038, and the anode axis Aa of the rotating counter cathode 1060 is the first axis. You may incline with respect to a direction and a 2nd direction. The effect obtained by this configuration will be described.
  • the first focal point 1071 and the second focal point 1072 (FIG. 13) are rectangular shapes having a width of W [mm] and a height of H [mm] (H> W) in plan view.
  • the focal length traversing the circumferential surface portion 1062 in the circumferential direction is defined as “circumferential focal length”
  • the circumferential focal lengths of the first focal point 1071 and the second focal point 1072 are L1 and L2, respectively.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the tilt angle ⁇ and the circumferential focal lengths L1 and L2.
  • the horizontal axis of the graph is the tilt angle ⁇ (unit: degree), and the vertical axis of the graph is the circumferential focal length L1, L2 (unit: mm).
  • the solid line indicates the function of L1, and the alternate long and short dash line indicates the function of L2.
  • monotonously as the inclination angle ⁇ increases.
  • the rotating anti-cathode 1060 is in a positional relationship in which the anode axis Aa is inclined with respect to the first direction and the second direction (0 ⁇ ⁇ 90), and thus from the first direction and the second direction.
  • the sample measurement system 1100 includes an X-ray generator 1010 that generates X-ray beams B2 and B3, an X-ray detector 1102 that detects X-ray beams B2 and B3 reflected from the sample S, and angles in the ⁇ 1 and ⁇ 2 directions.
  • a goniometer 1104 for setting and a control device 1106 (measuring means) for controlling each part are provided.
  • the goniometer 1104 includes a first arm 1110 that grips the X-ray generator 1010, a ⁇ 1 rotation mechanism 1112 that rotates the first arm 1110 in the ⁇ 1 direction, and a second arm that grips the detector 1126 of the X-ray detector 1102. 1114 and a rotation mechanism 1116 for rotating the second arm 1114 in the ⁇ 2 direction.
  • a sample stage 1118 for mounting the sample S to be measured is fixedly arranged at the rotation center of the first arm 1110 and the second arm 1114.
  • a diverging slit 1120 and an X-ray generator 1010 are fixed to the first arm 1110 in order from the center of rotation outward.
  • a scattering slit 1122, a light receiving slit 1124, and a detector 1126 are fixed to the second arm 1114 in order from the rotation center to the outside.
  • the X-ray detection apparatus 1102 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the X-ray beams B2 and B3, and a detection for obtaining detection amounts of the X-ray beams B2 and B3 based on the detection signal from the detector 1126.
  • the detector 1126 includes a single X-ray detection element or an X-ray detection element array arranged in a line or plane.
  • the control device 1106 controls the ⁇ 1 rotation mechanism 1112 and the ⁇ 2 rotation mechanism 1116 to arrange the X-ray generation device 1010, the sample S, and the detector 1126 under an appropriate positional relationship.
  • the control device 1106 controls the X-ray generator 1010 to emit the electron beam B1 (FIG. 2) and generate the X-ray beams B2 and B3.
  • the control device 1106 measures a physical quantity related to the sample S based on the set angle of the goniometer 1104 and the detected amounts of the X-ray beams B2 and B3 reflected from the sample S.
  • the output device 1130 outputs the measurement result of the sample S including the lattice plane spacing, the diffraction intensity, the mirror coefficient, the stacking cycle, the stress, and the identified substance name in accordance with the output instruction from the control device 1106.
  • either linear or dotted X-ray beams B2 and B3 are selected.
  • the user adjusts the X-ray optical system suitable for the beam shape, specifically, replaces the diverging slit 1120, the scattering slit 1122, or the light receiving slit 1124.
  • the user further performs an operation of rotating the handle portion 1050 along the T direction. Thereby, the extending direction of the electron source 1036 is manually switched, and a desired X-ray measurement can be performed.
  • the control device 1106 transmits an instruction signal to the X-ray generation device 1010 and drives the handle portion 1050 using an actuator (not shown), thereby changing the extending direction of the electron source 1036. It may be configured to automatically switch.
  • the sample measurement system 1100 detects the X-ray generation apparatus 1010 and the X-ray detection that detects the X-ray beams B2 and B3 generated from the X-ray generation apparatus 1010 and transmitted or reflected from the sample S.
  • An apparatus 1102 and a control device 1106 (measuring means) that measures a physical quantity related to the sample S based on the detected amounts of the detected X-ray beams B2 and B3 are provided.
  • X-ray measurement can be performed by switching the shapes of the X-ray beams B2 and B3 in a timely manner while keeping the vacuum state in the chamber 1012.
  • the handle portion 1050 (FIG. 11) is configured as a rotary handle, but instead, it may be a crank handle that is rotatably disposed outside the chamber 1012. .
  • the instructing means is composed of one first projecting portion 1052 (FIG. 11).
  • the form of the instruction means does not matter.
  • an instruction line may be printed on the side surface of the handle portion 1050, or may be provided in a component different from the handle portion 1050.
  • the rotation restricting means is composed of two second protrusions 1056 and 1057 (FIG. 11).
  • the rotation range of less than 360 degrees can be arbitrarily set,
  • the number of members may be one, or may be provided in a component different from the housing case 1044.

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

きわめて簡単な装置構成でありながら点状又は線状のＸ線ビームを選択的に発生可能なＸ線発生装置及び方法、並びに試料測定システムを提供する。　Ｘ線発生装置（１０）が備える電子発生器（２４）及び回転対陰極（２６）は、電子源（３２）及び周面部（３８）が互いに対向すると共に、回転軸（３６）が第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｘ方向）に対して傾斜する位置関係下に固定配置される。

Description

Ｘ線発生装置及び方法、並びに試料測定システム
　本発明は、いわゆる回転対陰極方式を用いてＸ線を発生させるＸ線発生装置及びＸ線発生方法、並びにこのＸ線発生装置を含んで構成される試料測定システムに関する。
　従来から、計測分野において、回転対陰極の外周面上に電子ビームを照射して周方向又は幅方向に長尺な焦点を形成することで、線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させる方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平６－０２０６２９号公報（図１、図６等）
　計測時の使い勝手の観点から言えば、線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させる装置は、できるだけ簡単な装置構成により、出力性能の向上、作業効率の向上を実現することが望まれる。
　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生可能なＸ線発生装置及び方法、並びに試料測定システムを提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様に係る「Ｘ線発生装置」は、線状の電子ビームを放出する電子源と、前記電子源の中心位置を固定しながら該電子源の延在方向を第１方向及び該第１方向に直交する第２方向のうちいずれか一方に切り替える切替機構とを有する電子発生器と、前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を有し、且つ、回転軸を中心に回転可能に構成される円板状又は円柱状の回転対陰極を備える装置であって、前記電子発生器及び前記回転対陰極は、前記電子源及び前記周面部が互いに対向すると共に、前記回転軸が前記第１方向及び前記第２方向に対して傾斜する位置関係下に固定配置される。
　このように、電子源の中心位置を固定しながら該電子源の延在方向を第１方向及び該第１方向に直交する第２方向のうちいずれか一方に切り替える切替機構を設けると共に、電子源及び周面部が互いに対向する位置関係下に電子発生器及び回転対陰極が固定配置されるので、電子発生器及び回転対陰極の位置・姿勢を一切変更することなく電子源の延在方向を単に切り替えることで、線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させることができる。
　また、回転対陰極は、その回転軸が第１方向及び第２方向に対して傾斜する位置関係下にあるので、第１方向及び第２方向からの電子ビームの放出により形成される２つの焦点に関し、周方向に横切る焦点長さの乖離量が、回転軸を傾斜させない場合と比べて小さくなる。つまり、最も高い側の出力効率を下げる代わりに最も低い側の出力効率を上げることで、両方のＸ線ビームに共通して出力し得る最大量（つまり、Ｘ線の限界出力量）が底上げされる。
　これにより、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させると共に、装置全体としての出力性能を向上できる。
　また、前記回転軸が前記第１方向に対して３０～６０度の範囲内で傾斜することが好ましい。これにより、周方向に横切る焦点長さの乖離量、より詳細には焦点長さの比を概ね２倍未満に抑制可能となり、両者の出力性能の隔たりが一層小さくなる。
　また、前記回転軸が前記第１方向に対して４５度傾斜することが好ましい。周方向に横切る焦点長さが等しくなるので、両方のＸ線ビームに共通する限界出力量が最大になる。
　本発明の第一の態様に係る「Ｘ線発生方法」は、線状の電子ビームを放出する電子源を有する電子発生器と、前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を有し、且つ、回転軸を中心に回転可能に構成される円板状又は円柱状の回転対陰極を備えるＸ線発生装置を用いた方法であって、前記電子源及び前記周面部が互いに対向すると共に、前記回転軸が第１方向及び該第１方向に直交する第２方向に対して傾斜する位置関係下に、前記電子発生器及び前記回転対陰極を固定配置するステップと、前記電子源の中心位置を固定しながら該電子源の延在方向を前記第１方向及び前記第２方向のうちいずれか一方に切り替えるステップを備える。
　本発明の第一の態様に係る「試料測定システム」は、上記したいずれかのＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から発生し、且つ、試料を透過又は反射したＸ線ビームを検出するＸ線検出装置と、前記Ｘ線検出装置により検出された前記Ｘ線ビームの検出量に基づいて前記試料に関する物理量を測定する測定手段を備える。
　また、本発明の第二の態様に係る「Ｘ線発生装置」は、線状の電子ビームを放出する電子源を含んで構成される電子発生器と、前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を含んで構成される回転対陰極と、前記電子源及び前記回転対陰極を収容するチャンバを備え、前記電子発生器及び前記回転対陰極は、前記電子源及び前記周面部が互いに対向する位置関係下にて前記チャンバに固定配置され、前記電子発生器は、前記電子源を支持する支持台と、前記チャンバ内に気密に挿通され、且つ、前記チャンバの外側からの操作に応じて前記支持台を回動させる回動導入機構を更に有する。
　このように、チャンバの外側からの操作に応じて電子源を支持する支持台を回動させる回動導入機構を設けたので、電子発生器又は回転対陰極の付け替え作業が不要となり、チャンバ内の真空状態を保ったまま電子源の延在方向を変更可能となる。これにより、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させると共に、この選択に伴う作業効率の低下を抑制できる。
　また、前記回動導入機構は、前記チャンバの外側にて回動可能に配置されたハンドル部を有すると共に、前記ハンドル部の回動操作に応じて前記支持台を回動させることが好ましい。作業者は、ハンドル部を回動させる操作を行うことで、電子源の延在方向を容易に変更できる。
　また、前記回動導入機構は、前記ハンドル部の回動状態を前記チャンバの外側から視認可能に指示する指示手段を更に有することが好ましい。作業者は、チャンバの外側から指示手段による指示位置を視認することで、ハンドル部の回動状態及び電子源の延在向きを一見して把握できる。
　また、前記回動導入機構は、前記ハンドル部の回動範囲を規制する回動規制手段を更に有することが好ましい。これにより、電子源の駆動部品が過度に捻れて破損するのを防止できる。
　また、前記回動導入機構は、前記支持台の回動動作により、前記電子源の延在位置を第１方向及び該第１方向に直交する第２方向に変更可能であり、前記回転対陰極の回転軸は、前記第１方向及び前記第２方向に対して傾斜することが好ましい。第１方向及び第２方向からの電子ビームの放出により形成される２つの焦点に関し、周方向に横切る焦点長さの乖離量が、回転軸を傾斜させない場合と比べて小さくなる。つまり、最も高い側の出力効率を下げる代わりに最も低い側の出力効率を上げることで、両方のＸ線ビームに共通して出力し得る最大量（つまり、Ｘ線の限界出力量）が底上げされる。
　本発明の第二の態様に係る「試料測定システム」は、上記したいずれかのＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から発生し、且つ、試料を透過又は反射したＸ線ビームを検出するＸ線検出装置と、前記Ｘ線検出装置により検出された前記Ｘ線ビームの検出量に基づいて前記試料に関する物理量を測定する測定手段を備える。
　本発明に係るＸ線発生装置及び方法、並びに試料測定システムによれば、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームを選択的に発生させると共に、装置全体としての出力性能又は作業効率を向上することができる。
この実施形態に係るＸ線発生装置の斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１方向及び第２方向の切り替え動作に応じたＸ線ビームの形状を示す模式図である。 傾斜角が０度における焦点の形成位置を示す模式図である。 傾斜角が４５度における焦点の形成位置を示す模式図である。 傾斜角と周方向焦点長さの関係を示すグラフである。 図１のＸ線発生装置を組み込んだ試料測定システムの全体構成図である。 第２実施形態に係るＸ線発生装置の斜視図である。 図９のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図９に示すＸ線発生装置の側面図である。 図９のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 第１方向及び第２方向の切り替え動作に応じたＸ線ビームの形状を示す模式図である。 傾斜角と周方向焦点長さの関係を示すグラフである。 図９のＸ線発生装置を組み込んだ試料測定システムの全体構成図である。
　以下、本発明に係るＸ線発生装置について、Ｘ線発生方法及び試料測定システムとの関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
　＜第１実施形態＞
　［Ｘ線発生装置１０の構成］
　図１は第１実施形態に係るＸ線発生装置１０の斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。説明の便宜上、これらの図１～図３では、三次元直交座標系を示す３軸方向（Ｘ方向・Ｙ方向・Ｚ方向）を定義する。
　図１に示すように、Ｘ線発生装置１０は、いわゆる回転対陰極方式を用いてＸ線（エックス線）を発生させる装置である。Ｘ線発生装置１０は、外形上、Ｘ線透過率が低い金属材料からなる概略直方体状のチャンバ１２を有する。チャンバ１２の一面１４側にある１つの角部には、三角柱状に凹まされた凹部１６が形成される。
　凹部１６をなす傾斜面１７には円形状の開口部１８が設けられると共に、一面１４の対向面２０にはＸ線透過率が高いベリリウム薄膜を介挿した窓部２２が設けられている。開口部１８を覆う位置に蓋部４６を装着することで、チャンバ１２の内部にて気密状態が保たれる。
　図２及び図３に示すように、Ｘ線発生装置１０は、線状の電子ビームＢ１を発生させる電子発生器２４と、円板状又は円柱状である回転対陰極２６と、回転対陰極２６を冷却させるための冷却機構（不図示）を更に有する。電子発生器２４及び回転対陰極２６はそれぞれ、チャンバ１２の室２８内に固定した状態で収容される。
　電子発生器２４は、熱電子型、電界放出型、又はショットキー型の電子銃であり、ここでは熱電子型を例に説明する。具体的には、電子発生器２４は、概略直方体状の本体部３０と、タングステン・フィラメント等からなる電子源３２と、電子源３２の延在方向を複数の向きに切り替える切替機構３４とを含んで構成される。例えば、本体部３０は図示しないフローティング構造を有しており、電子源３２はチャンバ１２と電気的に絶縁されている点に留意する。
　切替機構３４は、Ｙ方向に沿った回動軸を中心に回動可能であり、且つ、電子源３２が固定された円盤部を有する。つまり、切替機構３４は、電子源３２と一体的に円盤部を回動させることで、電子源３２の中心位置Ｏ（図２）を固定しながら電子源３２の延在方向をＸ方向又はＺ方向に切替可能である。
　回転対陰極２６は、回転軸３６を中心としてＡ方向に、例えば５０００～１２０００［ｒｐｍ］の速度で回転可能に構成される。回転対陰極２６は、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等の金属層が被覆された周面部３８と、回転対陰極２６の回転機構４２が取り付けられた側面部４０とを有する。
　回転機構４２は、回転対陰極２６を軸支する円筒状の軸部４４と、軸部４４の一端側に設けられる円板状の蓋部４６を含んで構成される。蓋部４６は、開口部１８と比べて大径の主面を有すると共に、チャンバ１２の外側から開口部１８を覆う位置にて着脱可能である。
　図２から理解されるように、回転対陰極２６は、回転軸３６がＸ方向及びＺ方向に対して傾斜する位置関係下に固定配置される。つまり、回転対陰極２６の径方向とＺ方向のなす角を「傾斜角φ」（０≦φ≦９０、単位：度）と定義する場合、０＜φ＜９０の関係を満たす。この実施形態では、特にφ＝４５［度］を満たす。
　図３から理解されるように、電子源３２及び周面部３８は互いに対向する位置関係下にあるので、電子源３２からの電子ビームＢ１による線状焦点（第１焦点５１）が周面部３８上に形成される。周面部３８は、電子ビームＢ１の衝突時にて特定の発生条件を満たす場合、第１焦点５１の位置又は近傍位置からＸ線ビームＢ２を出射する。後述のように、チャンバ１２の外部に出射されるＸ線ビームＢ２の形状は、線状焦点と窓部２２との間の幾何学的関係に応じて変化する。
　［Ｘ線発生装置１０の動作］
　続いて、第１実施形態に係るＸ線発生装置１０の動作について、図１～図３の各図、及び図４の模式図を参照しながら説明する。
　（１）固定配置ステップ
　先ず、ユーザは、電子発生器２４及び回転対陰極２６をチャンバ１２の室２８内に収容した後、開口部１８を覆う位置に蓋部４６を装着する。これにより、電子源３２及び周面部３８が互いに対向すると共に、回転軸３６が第１方向及び第２方向に対して傾斜する位置関係下に、電子発生器２４及び回転対陰極２６が固定配置される。
　この第１方向及び第２方向は、互いに直交すると共に、電子源３２及び周面部３８の離間方向（すなわち、Ｙ方向）にそれぞれ交差する。ここでは、第１方向は「Ｚ方向」に対応すると共に、第２方向は「Ｘ方向」に対応する。
　（２）切替ステップ
　切替機構３４は、ユーザの選択操作に応じて電子源３２の延在向きを切り替える。具体的には、線状のＸ線ビームＢ２（図４参照）を使用したい場合は「第１方向」に切り替え、点状のＸ線ビームＢ３（同図）を使用したい場合は「第２方向」に切り替える。
　（３）発生ステップ
　図示しない真空ポンプを用いて室２８内を真空状態にさせると共に、回転対陰極２６を所定の速度でＡ方向に回転させる。そして、Ｘ線の発生条件を満たすための各種準備が完了した後、電子発生器２４は、ユーザの動作指示に応じて、線状の電子ビームＢ１を発生させる。これにより、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３は、窓部２２を介してＸ線発生装置１０の外側に発せられる。
　図４は、第１方向及び第２方向の切り替え動作に応じたＸ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を示す模式図である。電子源３２（図２及び図３）の延在向きに応じて、第１方向に沿って湾曲する第１焦点５１、或いは、第２方向に沿って湾曲する第２焦点５２が選択的に形成される。
　前者の場合、周面部３８は、電子ビームＢ１が入射された線状の第１焦点５１の位置からＸ線ビームＢ２を出射する。このとき、第１焦点５１は窓部２２がなす平面と略平行する関係にあるので、線状のＸ線ビームＢ２が出射される。
　後者の場合、周面部３８は、電子ビームＢ１が入射された線状の第２焦点５２の位置からＸ線ビームＢ３を出射する。このとき、第２焦点５２は窓部２２がなす平面と略直交する関係にあるので、点状のＸ線ビームＢ３が出射される。
　以上のように、電子発生器２４には電子源３２の延在方向を切り替える切替機構３４が設けられると共に、電子源３２及び周面部３８が互いに対向する位置関係下に電子発生器２４及び回転対陰極２６が固定配置される。これにより、電子発生器２４及び回転対陰極２６の位置・姿勢を一切変更することなく電子源３２の延在方向を単に切り替えることで、線状又は点状のＸ線ビームＢ２、Ｂ３を選択的に発生させることができる。
　［Ｘ線発生装置１０による効果］
　続いて、Ｘ線発生装置１０による効果について、図５～図７を参照しながら詳細に説明する。
　図５は、傾斜角φが０度（φ＝０）における焦点の形成位置を示す模式図である。より詳しくは、図５（ａ）は周面部３８上に形成された第１焦点５１をＹ方向から視認した投影図であり、図５（ｂ）は周面部３８上に形成された第２焦点５２をＹ方向から視認した投影図である。
　図５（ａ）に示すように、第１焦点５１は、Ｙ方向からの平面視にて、幅がＷ［ｍｍ］、高さがＨ［ｍｍ］（Ｈ＞Ｗ）である矩形状を有する。破線で図示する線分５３は、周方向に横切る焦点長さに相当する。以下、第１焦点５１における線分５３の長さを「周方向焦点長さＬ１」という。本図例では、第１焦点５１の高さ方向が周面部３８の周方向に一致するので、Ｌ１＝Ｈ［ｍｍ］である。
　図５（ｂ）に示すように、第２焦点５２は、Ｙ方向からの平面視にて、図５（ａ）に示す第１焦点５１と略同じ形状を有する。以下、第２焦点５２における線分５３の長さを「周方向焦点長さＬ２」という。本図例では、第２焦点５２の幅方向が周面部３８の周方向に一致するので、Ｌ１＝Ｗ［ｍｍ］である。
　このＸ線発生方式に関して、周方向焦点長さＬ１、Ｌ２が大きいほど回転対陰極２６が受ける熱負荷が増加する傾向がある。そして、熱負荷が増加するほど周面部３８に設けられた金属が冷却され難くなるため、Ｘ線の出力効率が低下する現象がみられる。つまり、図５（ａ）ではＬ１が大きいため出力効率が相対的に低くなり、図５（ｂ）ではＬ２が小さいため出力効率が相対的に高くなる。計測時の使い勝手の観点から言えば、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の選択によって出力効率の差異が生じるのは好ましくない。
　図６は、傾斜角φが４５度（φ＝４５）における焦点の形成位置を示す模式図である。より詳しくは、図６（ａ）は周面部３８上に形成された第１焦点５１をＹ方向から視認した投影図であり、図６（ｂ）は周面部３８上に形成された第２焦点５２をＹ方向から視認した投影図である。
　図６（ａ）に示すように、第１焦点５１は、Ｙ方向からの平面視にて、図５（ａ）に示す第１焦点５１と略同じ形状を有する。本図例では、第１焦点５１の高さ方向が周面部３８の周方向に対して４５度傾斜するので、Ｌ１＝√２・Ｗ［ｍｍ］である。
　図６（ｂ）に示すように、第２焦点５２は、Ｙ方向からの平面視にて、図５（ａ）に示す第１焦点５１と略同一の形状を有する。本図例では、第２焦点５２の幅方向が周面部３８の周方向に対して４５度傾斜するので、Ｌ２＝√２・Ｗ［ｍｍ］である。
　図７は、傾斜角φと周方向焦点長さＬ１、Ｌ２の関係を示すグラフである。グラフの横軸は傾斜角φ（単位：度）であり、グラフの縦軸は周方向焦点長さＬ１、Ｌ２（単位：ｍｍ）である。また、実線はＬ１の関数を示すと共に、一点鎖線はＬ２の関数を示す。
　本図から理解されるように、周方向焦点長さＬ１は、φ＝０［度］のときＬ１＝Ｈ［ｍｍ］、φ＝９０［度］のときＬ１＝Ｗ［ｍｍ］を満たすと共に、傾斜角φの増加につれて単調に減少する。一方、周方向焦点長さＬ２は、φ＝０［度］のときＬ２＝Ｗ［ｍｍ］、φ＝９０［度］のときＬ２＝Ｈ［ｍｍ］を満たすと共に、傾斜角φの増加につれて単調に増加する。
　すなわち、傾斜角φがφ＝０［度］又はφ＝９０［度］を満たす場合に｜Ｌ１－Ｌ２｜の値が最大になり、傾斜角φを０＜φ＜９０の範囲に設定することで、｜Ｌ１－Ｌ２｜の値が相対的に小さくなる。なお、φ＝４５［度］の近傍では、Ｌ１＝Ｗ／ｓｉｎφ、Ｌ２＝Ｗ／ｃｏｓφの関係が成り立つ点に留意する。
　第１実施形態において、回転対陰極２６は、回転軸３６が第１方向及び第２方向に対して傾斜する位置関係下（０＜φ＜９０）にあるので、第１方向及び第２方向からの電子ビームＢ１の放出により形成される第１焦点５１、第２焦点５２に関し、周方向焦点長さＬ１、Ｌ２の乖離量｜Ｌ１－Ｌ２｜が、回転軸３６を傾斜させない場合（φ＝０、９０）と比べて小さくなる。つまり、最も高い側の出力効率を下げる代わりに最も低い側の出力効率を上げることで、両方のＸ線ビームＢ２、Ｂ３に共通して出力し得る最大量（つまり、Ｘ線の限界出力量）が底上げされる。
　また、回転軸３６が第１方向に対して３０～６０度の範囲内で傾斜する位置関係下（３０≦φ≦６０）にあってもよい。これにより、周方向焦点長さＬ１、Ｌ２の比（Ｌ１／Ｌ２或いはＬ２／Ｌ１）を概ね２倍未満に抑制可能となり、両者の出力性能の隔たりが一層小さくなる。
　また、回転軸３６が第１方向に対して４５度傾斜する位置関係下（φ＝４５）にあってもよい。この場合、周方向焦点長さＬ１＝Ｌ２＝√２・Ｗ［ｍｍ］が等しくなるので、両方のＸ線ビームＢ２、Ｂ３に共通する限界出力量が最大になる。
　以上のように、Ｘ線発生装置１０は、［１］線状の電子ビームＢ１を放出する電子源３２と、電子源３２の中心位置Ｏを固定しながら電子源３２の延在方向を第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｘ方向）のうちいずれか一方に切り替える切替機構３４とを有する電子発生器２４と、［２］電子ビームＢ１を衝突させることでＸ線ビームＢ２、Ｂ３を出射する周面部３８を有し、且つ、回転軸３６を中心に回転可能に構成される円板状又は円柱状の回転対陰極２６を備える。そして、電子発生器２４及び回転対陰極２６は、電子源３２及び周面部３８が互いに対向すると共に、回転軸３６が第１方向及び第２方向に対して傾斜する位置関係下に固定配置される。
　また、Ｘ線発生装置１０を用いたＸ線発生方法は、電子発生器２４及び回転対陰極２６を固定配置する配置ステップと、電子源３２の延在方向を第１方向及び第２方向のうちいずれか一方に切り替える切替ステップを備える。
　これにより、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームＢ２、Ｂ３を選択的に発生させると共に、装置全体としての出力性能を向上できる。例えば、電子源３２のアスペクト比がＨ／Ｗ＝１０である場合、図５（ａ）における熱負荷を基準（１００％）とすると、図５（ｂ）、図６（ａ）及び図６（ｂ）における熱負荷はそれぞれ、３２％、８４％、８４％と試算される。つまり、図６の構成を採用することで、最大値と比べて１６％の損失があるものの、同程度の高い利得を得ることができる。
　［試料測定システム１００の構成例］
　続いて、上記のＸ線発生装置１０を組み込んだ試料測定システム１００について、図８を参照しながら説明する。ここでは「Ｘ線回折装置」を例に説明するが、この構成及び測定方式に限られない。
　試料測定システム１００は、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３を発生するＸ線発生装置１０と、試料Ｓを反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３を検出するＸ線検出装置１０２と、θ１及びθ２方向の角度を設定するためのゴニオメータ１０４と、各部を制御する制御装置１０６（測定手段）を備える。
　ゴニオメータ１０４は、Ｘ線発生装置１０を把持する第１アーム１１０と、第１アーム１１０をθ１方向に回転駆動させるθ１回転機構１１２と、Ｘ線検出装置１０２の検出器１２６を把持する第２アーム１１４と、第２アーム１１４をθ２方向に回転駆動させる回転機構１１６を含んで構成される。
　第１アーム１１０及び第２アーム１１４の回転中心には、測定対象である試料Ｓを載置するための試料台１１８が固定配置される。第１アーム１１０には、回転中心から外方に向かって順に、発散スリット１２０及びＸ線発生装置１０が固定される。第２アーム１１４には、回転中心から外方に向かって順に、散乱スリット１２２、受光スリット１２４及び検出器１２６が固定される。集中法を用いる場合、本図に示すように、第１焦点５１及び受光スリット１２４の位置は、単一の円軌道Ｃ上に存在するように調整される。
　Ｘ線検出装置１０２は、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の強度に応じた検出信号を出力する検出器１２６と、検出器１２６からの検出信号に基づいてＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量を求める検出回路１２８とを有する。検出器１２６は、単一のＸ線検出素子、或いは線状又は面状に配置されたＸ線検出素子アレイを含んで構成される。
　制御装置１０６は、θ１回転機構１１２及びθ２回転機構１１６を制御することで、Ｘ線発生装置１０、試料Ｓ及び検出器１２６を適切な位置関係下に配置させる。この測定例では、第１アーム１１０と第２アーム１１４が同じ角度（θ１＝θ２）に設定される。
　制御装置１０６は、Ｘ線発生装置１０を制御することで電子ビームＢ１（図３）を放出させると共に、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３を発生させる。制御装置１０６は、ゴニオメータ１０４の設定角度及び試料Ｓを反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量に基づいて、試料Ｓに関する物理量を測定する。出力装置１３０は、制御装置１０６からの出力指示に応じて、格子面間隔、回折強度、ミラー係数、積層周期、応力、同定された物質名を含む、試料Ｓの測定結果を出力する。
　試料Ｓの種類、性状、又は測定しようとする物理量の組み合わせに応じて、線状又は点状のＸ線ビームＢ２、Ｂ３のいずれかを選択する。ユーザは、ビーム形状に適したＸ線光学系の調整、具体的には、発散スリット１２０、散乱スリット１２２又は受光スリット１２４の交換作業を行う。その後、制御装置１０６は、ユーザによる操作に応じて、電子源３２を回動させる旨の指示信号を切替機構３４に向けて送信する。これにより、電子源３２の延在向きが自動的に切り替わり、所望のＸ線測定を実行できる。なお、上記の構成に代えて、ユーザの手作業により電子源３２の延在向きを切り替える構成であってもよい。
　以上のように、試料測定システム１００は、上記したＸ線発生装置１０と、Ｘ線発生装置１０から発生し、且つ、試料Ｓを透過又は反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３を検出するＸ線検出装置１０２と、検出されたＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量に基づいて試料Ｓに関する物理量を測定する制御装置１０６（測定手段）を備える。これにより、Ｘ線発生装置１０側の調整作業を行うことなく、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を適時に切り替えたＸ線測定を実行できる。
　＜第２実施形態＞
　［Ｘ線発生装置１０１０の構成］
　図９は第２実施形態に係るＸ線発生装置１０１０の斜視図であり、図１０は図９のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であり、図１１は図９に示すＸ線発生装置１０１０の側面図であり、図１２は図９のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。説明の便宜上、これらの図９～図１２では、三次 元直交座標系を示す３軸方向（Ｘ方向・Ｙ方向・Ｚ方向）を定義する。
　図９に示すように、Ｘ線発生装置１０１０は、いわゆる回転対陰極方式を用いてＸ線（エックス線）を発生させる装置である。Ｘ線発生装置１０１０は、Ｘ線透過率が低い金属材料からなる概略直方体状のチャンバ１０１２を有する。
　チャンバ１０１２の第１面１０１４側には、円形状の第１開口部１０１６が設けられている。チャンバ１０１２の第２面１０１８側にある１つの角部には、三角柱状に凹まされた凹部１０２０が形成されている。凹部１０２０をなす傾斜面１０２２には円形状の第２開口部１０２４が設けられると共に、第２面１０１８に対向する第３面１０２６にはＸ線透過率が高いベリリウム薄膜を介挿した窓部１０２８が設けられている。
　第１開口部１０１６から電子発生器１０３０を挿通すると共に、第２開口部１０２４を覆う位置に蓋部１０３２を装着することで、チャンバ１０１２の室１０３４（図１０及び図１２）内が気密に保たれる。電子発生器１０３０は、熱電子型、電界放出型、又はショットキー型の電子銃であり、ここでは熱電子型を例に説明する。
　図１０に示すように、電子発生器１０３０は、線状の電子ビームＢ１を放出する電子源１０３６と、電子源１０３６を支持する円柱状の支持台１０３８と、支持台１０３８を保持する保持部１０４０と、チャンバ１０１２の外部から回動運動を導入する回動導入機構１０４２と、電子発生器１０３０の各種動作に必要な構成部品を収容する収容ケース１０４４とを含んで構成される。必要な構成部品には、例えば、電子源１０３６を加熱するヒータの電源部、チャンバ１０１２内に高電圧を導入するための高圧導入部が含まれる。
　電子源１０３６は、例えばタングステン・フィラメントからなり、一方向に延びるコイル形状を有する。概略円筒状の保持部１０４０は、セラミックスを含む絶縁性材料からなる。これにより、電子源１０３６は、チャンバ１０１２と電気的に絶縁された状態にて、室１０３４内に配置される。
　回動導入機構１０４２は、カソード側の一軸（以下、カソード軸Ａｃ）を中心とする、Ｔ方向に沿った回動動作を導入する機構であり、保持部１０４０の基端側に接続されている。これにより、回動導入機構１０４２は、保持部１０４０及び支持台１０３８を一体的に回動させ、電子源１０３６の中心位置Ｏ（図４）を固定しながら電子源１０３６の延在方向を変更可能である。
　ここでは、回動導入機構１０４２は、支持台１０３８の回動動作により電子源１０３６の延在方向を第１方向及び第２方向のうちいずれか一方に変更可能である。第１方向は「Ｚ方向」に対応すると共に、第２方向は「Ｘ方向」に対応する。この場合、第１方向及び第２方向は、互いに直交すると共に、カソード軸Ａｃ（Ｙ方向）にそれぞれ直交する。
　具体的には、回動導入機構１０４２は、その一端側が保持部１０４０に接続された回動軸部１０４６と、第１開口部１０１６を封止する円柱状の封止部１０４７と、チャンバ１０１２に接続するための接続フランジ１０４８と、回動軸部１０４６の他端側に係合されたハンドル部１０５０とを備える。
　封止部１０４７の外周壁には図示しないＯリングが設けられ、このＯリングにより室１０３４内の低圧空気が外部に流出するのを防止する。接続フランジ１０４８は、第１開口部１０１６と比べて大径の主面を有すると共に、チャンバ１０１２の外側から第１開口部１０１６を覆う位置にて着脱可能である。ハンドル部１０５０は、Ｔ方向に沿った回動動作に伴い、ベローズ方式又は磁気結合方式により回動軸部１０４６に対して回動力を付与する。
　図１１に示すように、第１面１０１４側から視て、径が小さい方から順に、収容ケース１０４４、ハンドル部１０５０及び接続フランジ１０４８が同軸的に配置されている。環状であるハンドル部１０５０の側面上には、径方向に延びて突出する線状の第１突出部１０５２（指示手段）が形成されている。環状である接続フランジ１０４８の側面上には、２つのマーク１０５４、１０５５がそれぞれ形成されている。
　マーク１０５４は、アルファベット文字の「Ｌ」、及び「Ｌ」の下側に配置された１本の短線からなる。マーク１０５５は、アルファベット文字の「Ｐ」、及び「Ｐ」の左側に配置された１本の短線からなる。なお、収容ケース１０４４の外周面上には、マーク１０５４の近傍にて第２突出部１０５６（回動規制手段）が、マーク１０５５の近傍にて第２突出部１０５７（回動規制手段）がそれぞれ形成されている。
　図１０及び図１２に示すように、Ｘ線発生装置１０１０は、チャンバ１０１２及び電子発生器１０３０の他に、円板状又は円柱状である回転対陰極１０６０と、回転対陰極１０６０を冷却させるための冷却機構（不図示）を更に有する。
　回転対陰極１０６０は、アノード側の一軸（以下、アノード軸Ａａ）を中心として、例えば５０００～１２０００［ｒｐｍ］の速度でＲ方向に回転可能に構成される。回転対陰極１０６０は、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等の金属層が被覆された周面部１０６２と、回転対陰極１０６０の回転機構１０６６が取り付けられた側面部１０６４とを有する。
　回転機構１０６６は、回転対陰極１０６０を軸支する円筒状の回転軸部１０６８と、回転軸部１０６８の一端側に設けられる円板状の蓋部１０３２（図９）を含んで構成される。蓋部１０３２は、第２開口部１０２４と比べて大径の主面を有すると共に、チャンバ１０１２の外側から第２開口部１０２４を覆う位置にて着脱可能である。
　図１２から理解されるように、回転対陰極１０６０は、アノード軸ＡａがＸ方向及びＺ方向に対して傾斜する位置関係下に固定配置される。つまり、回転対陰極１０６０の径方向とＺ方向のなす角を「傾斜角φ」（０≦φ≦９０、単位：度）と定義する場合、０＜φ＜９０の関係を満たす。この実施形態では、特にφ＝４５［度］を満たす。
　図１０及び図１２から理解されるように、電子源１０３６及び周面部１０６２は互いに対向する位置関係下にあるので、電子源１０３６からの電子ビームＢ１による線状焦点（第１焦点１０７１）が周面部１０６２上に形成される。周面部１０６２は、電子ビームＢ１の衝突時にて特定の発生条件を満たす場合、第１焦点１０７１の位置又は近傍位置からＸ線ビームＢ２を出射する。後述のように、チャンバ１０１２の外部に出射されるＸ線ビームＢ２の形状は、線状焦点と窓部１０２８との間の幾何学的関係に応じて変化する。
　［Ｘ線発生装置１０１０の動作］
　続いて、第２実施形態に係るＸ線発生装置１０１０の動作について、図９～図１２の各図、及び図１３の模式図を参照しながら説明する。
　（１）固定・配置ステップ
　ユーザは、電子発生器１０３０の接続フランジ１０４８を把持しながら、第１開口部１０１６を介して電子源１０３６をチャンバ１０１２内に挿入する。そして、第１面１０１４上の所定位置（つまり、第１開口部１０１６を覆う位置）に接続フランジ１０４８を装着することで、電子源１０３６はチャンバ１０１２に固定的に配置される。
　これと併せて、ユーザは、蓋部１０３２を把持しながら、第２開口部１０２４を介して回転対陰極１０６０をチャンバ１０１２内に挿入する。そして、傾斜面１０２２上の所定位置（つまり、第２開口部１０２４を覆う位置）に蓋部１０３２を装着することで、回転対陰極１０６０はチャンバ１０１２に固定的に配置される。
　これにより、チャンバ１０１２の室１０３４内にて気密状態が保たれる。また、電子源１０３６及び周面部１０６２が互いに対向すると共に、アノード軸Ａａが第１方向（Ｚ方向）及び第２方向（Ｘ方向）に対して傾斜する位置関係下にある点に留意する。
　（２）設定ステップ
　ユーザは、ハンドル部１０５０をＴ方向に沿って回動させることで、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を設定する。具体的には、第１突出部１０５２をマーク１０５４（「Ｌ＝Ｌｉｎｅ」の意味）の位置に合わせることで、支持台１０３８がハンドル部１０５０と連動し、電子源１０３６の延在方向が「第１方向」に設定される。これに対して、第１突出部１０５２をマーク１０５５（「Ｐ＝Ｐｏｉｎｔ」の意味）の位置に合わせることで、支持台１０３８がハンドル部１０５０と連動し、電子源３６の延在方向が「第２方向」に設定される。
　このように、回動導入機構１０４２は、チャンバ１０１２の外側にて回動可能に配置されたハンドル部１０５０を有すると共に、ハンドル部１０５０の回動操作に応じて支持台１０３８を回動させる構成を採ってもよい。作業者は、ハンドル部１０５０を回動させる操作を行うことで、電子源１０３６の延在方向を容易に変更できる。
　また、ハンドル部１０５０の回動状態をチャンバ１０１２の外側から視認可能に指示する指示手段（具体的には、第１突出部１０５２）を回動導入機構１０４２に設けてもよい。作業者は、チャンバ１０１２の外側から第１突出部１０５２による指示位置を視認することで、ハンドル部１０５０の回動状態及び電子源１０３６の延在向きを一見して把握できる。
　また、ハンドル部１０５０の回動位置と、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の形状との対応関係を示すマーク１０５４、１０５５を、ハンドル部１０５０とは異なる部材（接続フランジ１０４８又は収容ケース１０４４）に設けてもよい。これにより、回動操作の目標位置が明確になり、作業者にとって便宜である。
　（３）発生ステップ
　図示しない真空ポンプによるパージ作業を行って室１０３４内を真空状態にさせると共に、回転対陰極１０６０を所定の速度でＲ方向に回転させる。そして、Ｘ線の発生条件を満たすための各種準備が完了した後、電子発生器１０３０は、ユーザによる指示操作に応じて線状の電子ビームＢ１を発生させる。
　図１３は、第１方向及び第２方向の切り替え動作に応じたＸ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を示す模式図である。電子源１０３６（図１０及び図１２）の延在方向に応じて、第１方向に沿って湾曲する第１焦点１０７１、或いは、第２方向に沿って湾曲する第２焦点１０７２が選択的に形成される。
　前者の場合、周面部１０６２は、電子ビームＢ１が入射された線状の第１焦点１０７１の位置からＸ線ビームＢ２を出射する。このとき、第１焦点１０７１は窓部１０２８がなす平面と略平行する関係にあるので、線状のＸ線ビームＢ２が出射される。
　後者の場合、周面部１０６２は、電子ビームＢ１が入射された線状の第２焦点１０７２の位置からＸ線ビームＢ３を出射する。このとき、第２焦点１０７２は窓部１０２８がなす平面と略直交する関係にあるので、点状のＸ線ビームＢ３が出射される。
　（４）変更ステップ
　ユーザは、上記した「設定ステップ」と同じ操作手順に従って、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を「点状から線状」或いは「線状から点状」に変更する。チャンバ１０１２の外側からの操作（具体的には、ハンドル部１０５０の操作）に応じて支持台１０３８を回動可能な構成を採ることで、電子発生器１０３０又は回転対陰極１０６０の付け替え作業を行うことなく電子源１０３６の延在方向を変更できる。
　ここで、第１突出部１０５２の軌道上には第２突出部１０５６、１０５７が配置されているので、第１突出部１０５２は、第２突出部１０５６、１０５７の区間内（ここでは、９０度の回動範囲内）に限って回動動作が許容される。このように、ハンドル部１０５０の回動範囲を規制する回動規制手段（具体的には、第２突出部１０５６、１０５７）を、回動導入機構１０４２に設けてもよい。これにより、電子源１０３６の駆動部品が過度に捻れて破損するのを防止できる。
　［Ｘ線発生装置１０１０による効果］
　以上のように、Ｘ線発生装置１０１０は、［１］線状の電子ビームＢ１を放出する電子源１０３６を含んで構成される電子発生器１０３０と、［２］電子源１０３６からの電子ビームＢ１を衝突させることでＸ線ビームＢ２、Ｂ３を出射する周面部１０６２を含んで構成される回転対陰極１０６０と、［３］電子源１０３６及び回転対陰極１０６０を収容するチャンバ１０１２を備える。
　そして、電子発生器１０３０及び回転対陰極１０６０は、電子源１０３６及び周面部１０６２が互いに対向する位置関係下にてチャンバ１０１２に固定配置され、電子発生器１０３０は、電子源１０３６を支持する支持台１０３８と、チャンバ１０１２内に気密に挿通され、且つ、チャンバ１０１２の外側からの操作に応じて支持台１０３８を回動させる回動導入機構１０４２を更に有する。
　このように、チャンバ１０１２の外側からの操作に応じて電子源１０３６を支持する支持台１０３８を回動させる回動導入機構１０４２を設けたので、電子発生器１０３０又は回転対陰極１０６０の付け替え作業を行うことなくチャンバ１０１２内の真空状態を保ったまま、電子源１０３６の延在方向（第１方向／第２方向）を変更可能となる。これにより、きわめて簡単な装置構成でありながら線状又は点状のＸ線ビームＢ２、Ｂ３を選択的に発生させると共に、この選択に伴う作業効率の低下を抑制できる。
　また、回動導入機構１０４２は、支持台１０３８の回動動作により電子源１０３６の延在方向を第１方向及び第２方向に変更可能であり、回転対陰極１０６０のアノード軸Ａａは、第１方向及び第２方向に対して傾斜してもよい。この構成によって得られる効果について説明する。以下、第１焦点１０７１及び第２焦点１０７２（図１３）は、平面視にて、幅がＷ［ｍｍ］、高さがＨ［ｍｍ］（Ｈ＞Ｗ）の矩形状であることを想定する。また、周面部１０６２の周方向に横切る焦点長さを「周方向焦点長さ」と定義する場合、第１焦点１０７１及び第２焦点１０７２の周方向焦点長さをそれぞれＬ１、Ｌ２とする。
　図１４は、傾斜角φと周方向焦点長さＬ１、Ｌ２の関係を示すグラフである。グラフの横軸は傾斜角φ（単位：度）であり、グラフの縦軸は周方向焦点長さＬ１、Ｌ２（単位：ｍｍ）である。また、実線はＬ１の関数を示すと共に、一点鎖線はＬ２の関数を示す。
　本図から理解されるように、周方向焦点長さＬ１は、φ＝０［度］のときＬ１＝Ｈ［ｍｍ］、φ＝９０［度］のときＬ１＝Ｗ［ｍｍ］を満たすと共に、傾斜角φの増加につれて単調に減少する。一方、周方向焦点長さＬ２は、φ＝０［度］のときＬ２＝Ｗ［ｍｍ］、φ＝９０［度］のときＬ２＝Ｈ［ｍｍ］を満たすと共に、傾斜角φの増加につれて単調に増加する。
　すなわち、傾斜角φがφ＝０［度］又はφ＝９０［度］を満たす場合に｜Ｌ１－Ｌ２｜の値が最大になり、傾斜角φを０＜φ＜９０の範囲に設定することで、｜Ｌ１－Ｌ２｜の値が相対的に小さくなる。なお、φ＝４５［度］の近傍では、Ｌ１＝Ｗ／ｓｉｎφ、Ｌ２＝Ｗ／ｃｏｓφの関係が成り立つ点に留意する。
　第２実施形態において、回転対陰極１０６０は、アノード軸Ａａが第１方向及び第２方向に対して傾斜する位置関係下（０＜φ＜９０）にあるので、第１方向及び第２方向からの電子ビームＢ１の放出により形成される第１焦点１０７１、第２焦点１０７２に関し、周方向焦点長さＬ１、Ｌ２の乖離量｜Ｌ１－Ｌ２｜が、アノード軸Ａａを傾斜させない場合（φ＝０、９０）と比べて小さくなる。
　つまり、最も高い側の出力効率を下げる代わりに最も低い側の出力効率を上げることで、両方のＸ線ビームＢ２、Ｂ３に共通して出力し得る最大量（つまり、Ｘ線の限界出力量）が底上げされる。特に、アノード軸Ａａが第１方向に対して４５度傾斜する場合（φ＝４５）、周方向焦点長さＬ１＝Ｌ２＝√２・Ｗ［ｍｍ］が等しくなるので、両方のＸ線ビームＢ２、Ｂ３に共通する限界出力量が最大になる。
　［試料測定システム１１００の構成例］
　続いて、上記のＸ線発生装置１０１０を組み込んだ試料測定システム１１００について、図１５を参照しながら説明する。ここでは「Ｘ線回折装置」を例に説明するが、この構成及び測定方式に限られない。
　試料測定システム１１００は、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３を発生するＸ線発生装置１０１０と、試料Ｓを反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３を検出するＸ線検出装置１１０２と、θ１及びθ２方向の角度を設定するためのゴニオメータ１１０４と、各部を制御する制御装置１１０６（測定手段）を備える。
　ゴニオメータ１１０４は、Ｘ線発生装置１０１０を把持する第１アーム１１１０と、第１アーム１１１０をθ１方向に回転駆動させるθ１回転機構１１１２と、Ｘ線検出装置１１０２の検出器１１２６を把持する第２アーム１１１４と、第２アーム１１１４をθ２方向に回転駆動させる回転機構１１１６を含んで構成される。
　第１アーム１１１０及び第２アーム１１１４の回転中心には、測定対象である試料Ｓを載置するための試料台１１１８が固定配置される。第１アーム１１１０には、回転中心から外方に向かって順に、発散スリット１１２０及びＸ線発生装置１０１０が固定される。第２アーム１１１４には、回転中心から外方に向かって順に、散乱スリット１１２２、受光スリット１１２４及び検出器１１２６が固定される。集中法を用いる場合、本図に示すように、第１焦点１０５１及び受光スリット１１２４の位置は、単一の円軌道Ｃ上に存在するように調整される。
　Ｘ線検出装置１１０２は、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の強度に応じた検出信号を出力する検出器１１２６と、検出器１１２６からの検出信号に基づいてＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量を求める検出回路１１２８とを有する。検出器１１２６は、単一のＸ線検出素子、或いは線状又は面状に配置されたＸ線検出素子アレイを含んで構成される。
　制御装置１１０６は、θ１回転機構１１１２及びθ２回転機構１１１６を制御することで、Ｘ線発生装置１０１０、試料Ｓ及び検出器１１２６を適切な位置関係下に配置させる。この測定例では、第１アーム１１１０と第２アーム１１１４が同じ角度（θ１＝θ２）に設定される。
　制御装置１１０６は、Ｘ線発生装置１０１０を制御することで電子ビームＢ１（図２）を放出させると共に、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３を発生させる。制御装置１１０６は、ゴニオメータ１１０４の設定角度及び試料Ｓを反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量に基づいて、試料Ｓに関する物理量を測定する。出力装置１１３０は、制御装置１１０６からの出力指示に応じて、格子面間隔、回折強度、ミラー係数、積層周期、応力、同定された物質名を含む、試料Ｓの測定結果を出力する。
　試料Ｓの種類、性状、又は測定しようとする物理量の組み合わせに応じて、線状又は点状のＸ線ビームＢ２、Ｂ３のいずれかを選択する。ユーザは、ビーム形状に適したＸ線光学系の調整、具体的には、発散スリット１１２０、散乱スリット１１２２又は受光スリット１１２４の交換作業を行う。ユーザは、更に、ハンドル部１０５０をＴ方向に沿って回動させる操作を行う。これにより、電子源１０３６の延在方向が手動で切り替わり、所望のＸ線測定を実行できる。なお、上記の構成に代えて、制御装置１１０６がＸ線発生装置１０１０に向けて指示信号を送信し、図示しないアクチュエータを用いてハンドル部１０５０を駆動することで、電子源１０３６の延在方向を自動で切り替える構成であってもよい。
　以上のように、試料測定システム１１００は、上記したＸ線発生装置１０１０と、Ｘ線発生装置１０１０から発生し、且つ、試料Ｓを透過又は反射したＸ線ビームＢ２、Ｂ３を検出するＸ線検出装置１１０２と、検出されたＸ線ビームＢ２、Ｂ３の検出量に基づいて試料Ｓに関する物理量を測定する制御装置１１０６（測定手段）を備える。これにより、チャンバ１０１２内の真空状態を保ったまま、Ｘ線ビームＢ２、Ｂ３の形状を適時に切り替えたＸ線測定を実行できる。
　なお、第２実施形態では、ハンドル部１０５０（図１１）は回転ハンドルで構成されているが、これに代えて、チャンバ１０１２の外側にて回動可能に配置されたクランクハンドルであってもよい。
　第２実施形態では、指示手段は１つの第１突出部１０５２（図１１）で構成されているが、視認不可である電子源１０３６の延在方向をチャンバ１０１２の外側から把握できる構成であれば、当該指示手段の形態の如何は問わない。例えば、ハンドル部１０５０の側面上に指示線を印刷してもよいし、ハンドル部１０５０とは別の構成要素に設けてもよい。
　第２実施形態では、回動規制手段は２つの第２突出部１０５６、１０５７（図１１）で構成されているが、３６０度未満の回動範囲を任意に設定できる構成であれば、当該回動規制手段の形態の如何は問わない。例えば、部材の個数は１つであってもよいし、収容ケース１０４４とは別の構成要素に設けてもよい。
　［備考］
　なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
１０、１０１０　Ｘ線発生装置
１２、１０１２　チャンバ
２２、１０２８　窓部
２４、１０３０　電子発生器
２６、１０６０　回転対陰極
２８、１０３４　室
３２、１０３６　電子源
３４　切替機構
３６　回転軸
３８、１０６２　周面部
４２　回転機構
５１、１０７１　第１焦点
５２、１０７２　第２焦点
５３　線分
１００、１１００　試料測定システム
１０２、１１０２　Ｘ線検出装置
１０４、１１０４　ゴニオメータ
１０６、１１０６　制御装置（測定手段）
１０１６　第１開口部
１０２４　第２開口部
１０３８　支持台
１０４０　保持部
１０４２　回動導入機構
１０４４　収容ケース
１０４６　回動軸部
１０４７　封止部
１０４８　接続フランジ
１０５０　ハンドル部
１０５２　第１突出部（指示手段）
１０５４、１０５５　マーク
１０５６、１０５７　第２突出部（回動規制手段）
１０６４　側面部
Ａａ　アノード軸（回転軸）
Ａｃ　カソード軸（回動軸）
Ｂ１　電子ビーム
Ｂ２、Ｂ３　Ｘ線ビーム
Ｌ１、Ｌ２　周方向焦点長さ
Ｓ　試料

Claims (11)

  1. 　線状の電子ビームを放出する電子源と、前記電子源の中心位置を固定しながら該電子源の延在方向を第１方向及び該第１方向に直交する第２方向のうちいずれか一方に切り替える切替機構とを有する電子発生器と、
    　前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を有し、且つ、回転軸を中心に回転可能に構成される円板状又は円柱状の回転対陰極と
    　を備え、
    　前記電子発生器及び前記回転対陰極は、前記電子源及び前記周面部が互いに対向すると共に、前記回転軸が前記第１方向及び前記第２方向に対して傾斜する位置関係下に固定配置されることを特徴とするＸ線発生装置。
  2. 　前記回転軸が前記第１方向に対して３０～６０度の範囲内で傾斜することを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
  3. 　前記回転軸が前記第１方向に対して４５度傾斜することを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
  4. 　線状の電子ビームを放出する電子源を有する電子発生器と、前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を有し、且つ、回転軸を中心に回転可能に構成される円板状又は円柱状の回転対陰極とを備える装置を用いたＸ線発生方法であって、
    　前記電子源及び前記周面部が互いに対向すると共に、前記回転軸が第１方向及び該第１方向に直交する第２方向に対して傾斜する位置関係下に、前記電子発生器及び前記回転対陰極を固定配置するステップと、
    　前記電子源の中心位置を固定しながら該電子源の延在方向を前記第１方向及び前記第２方向のうちいずれか一方に切り替えるステップと
    　を備えることを特徴とするＸ線発生方法。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
    　前記Ｘ線発生装置から発生し、且つ、試料を透過又は反射したＸ線ビームを検出するＸ線検出装置と、
    　前記Ｘ線検出装置により検出された前記Ｘ線ビームの検出量に基づいて前記試料に関する物理量を測定する測定手段と
    　を備えることを特徴とする試料測定システム。
  6. 　線状の電子ビームを放出する電子源を含んで構成される電子発生器と、
    　前記電子源からの前記電子ビームを衝突させることでＸ線ビームを出射する周面部を含んで構成される回転対陰極と、
    　前記電子源及び前記回転対陰極を収容するチャンバと
    　を備え、
    　前記電子発生器及び前記回転対陰極は、前記電子源及び前記周面部が互いに対向する位置関係下にて前記チャンバに固定配置され、
    　前記電子発生器は、
    　前記電子源を支持する支持台と、
    　前記チャンバ内に気密に挿通され、且つ、前記チャンバの外側からの操作に応じて前記支持台を回動させる回動導入機構と
    　を更に有することを特徴とするＸ線発生装置。
  7. 　前記回動導入機構は、前記チャンバの外側にて回動可能に配置されたハンドル部を有すると共に、前記ハンドル部の回動操作に応じて前記支持台を回動させることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置。
  8. 　前記回動導入機構は、前記ハンドル部の回動状態を前記チャンバの外側から視認可能に指示する指示手段を更に有することを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。
  9. 　前記回動導入機構は、前記ハンドル部の回動範囲を規制する回動規制手段を更に有することを特徴とする請求項７又は８に記載のＸ線発生装置。
  10. 　前記回動導入機構は、前記支持台の回動動作により、前記電子源の延在方向を第１方向及び該第１方向に直交する第２方向に変更可能であり、
    　前記回転対陰極の回転軸は、前記第１方向及び前記第２方向に対して傾斜することを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
  11. 　請求項６～１０のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
    　前記Ｘ線発生装置から発生し、且つ、試料を透過又は反射したＸ線ビームを検出するＸ線検出装置と、
    　前記Ｘ線検出装置により検出された前記Ｘ線ビームの検出量に基づいて前記試料に関する物理量を測定する測定手段と
    　を備えることを特徴とする試料測定システム。
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