JPH083558B2 - Ｘ線分光器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は湾曲結晶を用いたＸ線分光器に関する。

ロ．従来の技術 湾曲結晶を用いるＸ線分光器では分光用結晶を、その
格子面がトロイダル面になるように湾曲させると、ロー
ランド円上の一点から発するＸ線をローランド円上の一
点に収束させることができる。しかし固体を直交する二
方向に湾曲させることは困難であり、従来湾曲結晶を用
いるＸ線分光器では結晶を一方向にのみ湾曲させた円筒
状湾曲結晶を分光素子として用いていた。円筒面に湾曲
させた分光結晶を用いる場合、第５図に示すように分光
結晶Ｃ面に直交する一つの平面Ｐ上においてはローラン
ド円上の一点S1から発したＸ線をローランド円上の他の
一点S2に収束させることができるが、立体的に考えて、
S1点からＰ面と或る角度で発射されたＸ線束ａはＰ面上
のＸ線において成立している回折条件が厳密には成立せ
ず、S2点においてＰ面に垂直に立てた線ｌ上には或る収
差を伴って収束されることになり、線ｌに沿ってスリッ
トを設けた場合、Ｘ線の収束効率が低下し、また波長分
解能を低下する。

上述した問題は第５図で分光結晶を面Ｐ内でローラン
ド円Ｒの直系を半径とする曲率で湾曲させると共に、Ｐ
面と垂直の方向にS1,S2を結ぶ直線を回転軸とする回転
面になるように湾曲させることによって幾何光学的には
解決されるが、このようなことを具体的に実現するには
二つの点で困難性がある。その一つは前述したように固
体である結晶を二つの方向に湾曲させることが困難であ
ると云うことであり、もう一つは分光結晶の面Ｐと直交
する方向の曲率は、波長走査に伴って、即ちローランド
円上でS1,S2点を移動させるのに伴って、変化させねば
ならないと云う点である。

上述したような困難であるため、従来円筒面に湾曲さ
せただけの分光結晶が主に使われてきた。また円筒面に
湾曲させた分光結晶を第５図の面Ｐと平行に２乃至３個
に切断して各切断片を傾けて一つのトロイダル面に近似
させることも提案されているが、この構成では面Ｐと直
交する方向の結晶の曲率が一つに固定されるため、或る
特定の波長においてのみ効果があり、広い波長範囲の走
査には適さないと云う問題があった。

ハ．発明が解決しようとする問題点 上述したように湾曲結晶を用いたＸ線分光器ではＸ線
の収束効率を高め分解能を向上させるために分光結晶を
トロイダル面に湾曲させると共に、トロイダル面の一方
の曲率を波長走査に伴って変化させねばならないと云う
困難性を解決しようとするものある。

ニ．問題点解決のための手段 第１図に示すように湾曲結晶Ｃを分光素子とするＸ線
分光器において、上記湾曲結晶Ｃをその中心を通るロー
ランド円Ｒを含む基準面Ｐと平行な線に沿って複数部分
1,2,3に分割し、上記基準面と交わる分光結晶２は基板
７に固定し、上記基準面交わらない分光結晶1,3は夫々
の結晶表面中心に垂直な方向の位置および上記基準面に
対する傾きを可変に上記基板７に取付け、上記基板と３
上記可動な分光結晶との間に駆動装置6,6′を介在させ
て上記可動分光結晶の各表面中心に立てた法線が常に、
上記基準面上でＸ線の入射点S1収束点S2を結ぶ直線とロ
ーランド円Ｒの中心からこの直線に下した垂線との交点
０を通るように、上記各可動分光結晶の前後方向位置お
よび傾きを制御する制御手段を設けた。

ホ．作 用 前述したように湾曲結晶を用いるＸ線分光器では分光
結晶は理想的にはトロイダル面に湾曲させる必要があ
り、かつ分光結晶のローランド円と直交する面内の曲率
を波長走査と連動させて変化させる必要があるが、本発
明によれば、分光結晶が基準面と平行な線によって複数
に分割され、分割された各部分の中心法線がトロイダル
面の回転軸と交わるように制御されることになるので、
分光器の全波長範囲で良好な収束性が得られ、分解能も
向上させることができる。

ヘ．実施例 第２図に本発明の一実施例の要部を示す。この図は分
光結晶のローランド円上の曲率中心を通りローランド円
に垂直な断面を示す。1,2,3が分光結晶で、ローランド
円の直径を半径とする円筒面に湾曲させた結晶をその円
筒軸と直交する平面で三分割したものである。中央の分
光結晶２の中心を通り、その点において結晶表面に垂直
な線ｙを含み、図の紙面に垂直な平面Ｐを分光器の基準
面とする。分光結晶２のこの基準面内の曲率半径がロー
ランド円の直径に等しく、その曲率中心はｙ軸上Ｄ点に
ある。ｙ軸上０点は分光器の基準面Ｐ上でローランド円
上に位置するＸ線の入射点および出射点を結ぶ直線のｙ
軸との交点であり、理想的な分光結晶はこの０点を中心
として中央の分光結晶２の表面中心ｑにおいて同結晶表
面に接する円弧ｒに沿うように湾曲されたものであり、
この実施例は分光結晶を1,2,3の三個の断片に分割する
ことにより、各断片結晶が夫々上記円弧ｒに接するよう
にするものである。即ち中央の結晶２は基板７に固定さ
れており、両側の結晶1,3は夫々駆動機構6,6′を介して
基板７に取付けられ、駆動機構6,6′は分光器の波長走
査によって０点がｙ軸上を移動するのに追従して、常に
各結晶1,3の表面中心に立てた垂線が０点を通るように
結晶1,3を駆動する。

第３図は上述実施例の全体を示すもので、Ｓは試料で
あり、ｅは試料Ｓ上の一点S1に収束されている電子ビー
ムであり、試料Ｓはこの電子ビームにより励起されてS1
点からＸ線が放射される。分光器は分光結晶1,2,3のう
ち中央の結晶２の表面中心ｑがS1点を通り、装置に固定
された直線Ｌに沿って移動せしめられる。S2はＸ線出射
スリットで、ＧはS2と一体的に配置されたＸ線検出器で
ある。図でS1,q,S2を含む面つまり図の紙面が分光器の
基準面ＰでS1,q,S2はこの基準面上のローランド円Ｒ上
に位置しているように機構的に連結されている。これら
の連結機構は任意で既に色々な型のものが実用されてい
る。この実施例では、分光結晶1,2.3を保持している基
板７が直線Ｌと平行に配置された送りねじＴに螺合させ
てあるナット（基板７の下にあって図では見えない）に
ｑ点を通る垂直軸周りに回転可能に取付けられており、
基準面Ｐと平行な平面上におけるS1点の投影点に一端を
有し、長さがローランド円Ｒの半径と等しいリンクl1と
一端Ｑにおいてl1と連結され、Qqの長さがl1と等しいリ
ンクl2が基板７と一体化されており、分光結晶1,2,3が
常にローランド円の中心Ｒに向うようになっている。更
にｑ点から延びるリンクl3上に同リンクの長手方向に摺
動可能にスリットS2が設けられ、同スリットは常に分光
結晶1,2,3の方を向いていると共にリンクl1,l2とＱ点で
連結されQS2の長さがl1,l2と等しいリンクl4に回動自在
に連結され、S1q＝qS2となるようにリンクl3上の位置が
制御されている。

送りねじＴは制御回路10から送られて来る駆動パルス
によって作動せしめられるステンピングモータＭによっ
て回転せしめられ、これによって分光結晶1,2,3が直線
Ｌに沿い移動せしめられて波長走査が行われ、制御回路
10はステッピングモータＭに送ったパルスを計数するこ
とによってスリットS2から検出器Ｇに出射される分光さ
れたＸ線の波長を検知している。また制御回路10は上記
したパルス計数値によって分光結晶1,3の駆動装置6,6′
を制御している。

第２図に戻って駆動装置6,6′について詳述する。分
光結晶1,3は保持板5,5′に固定されている。保持板5,
5′は夫々が基板７上でｙ軸と平行な摺動溝８内をｙ軸
方向に摺動可能な滑子９に共通のピン11によって枢着さ
れており、従って5,5′は基準面Ｐ内で回動自在であ
る。滑子９と溝８の一端との間にはばね12が介在されて
滑子９は常に図で右方に押圧されており、滑子９と溝８
の反対側の端との間に圧電駆動装置６が介在させてあ
る。保持板5,5′からは後方に腕51,51′が延出されてお
り、腕51,51′の端の間には引張ばね13が張架されて腕5
1,51′は常に引寄せられている。６′はもう一つの圧電
駆動装置であって、腕51,51′の間に介在させてある。
今長波長側から短波長側へ波長走査を行う場合を考える
と、第２図で０点は次第にｑ点に近付き円弧ｒの半径は
小さくなる。これに伴い滑子９は右方へ移動し、腕51,5
1′の間は押し広げられる必要がある。即ち駆動装置６
は長さが縮小せしめられ駆動装置６′は長さが伸張せし
められる必要がある。この縮小量および伸張量は分光器
の波長走査範囲の長波長端位置における駆動装置6,6′
の長さを基準にして波長の関数として決まっている。制
御装置10はステッピングモータＭに送ったパルスの計数
値に基いて上記した縮小量，伸張量を算出し、それに応
じた数のパルスを駆動装置6,6′に送って夫々の長さを
制御する。リンク14,14は保持板5,5′が対称的に動くよ
うにするためのものである。

第４図は駆動装置6,6′の構成を示す。この装置の動
力部分はインチウォームと呼ばれる圧電素子を利用した
装置で、三個の圧電素子p1,p2,p3を含み、これらに順次
一パルスを加えることで一ステップの移動を行い、印加
パルスの順序を変えることで前進後退が切換られ、一ス
テップの移動量は圧電素子p2に印加する電圧によって異
り、0.01μｍ〜１μｍの範囲で任意に設定できる。背中
合わせの二つのＫ字形の片k1,k2が圧電素子p2をはさん
で一体的に接着されてガイド溝Ｖに嵌められている。今
圧電素子p1に電圧を印加すると、片k1の腕が拡げられて
k1が溝Ｖにクランプされる。この状態でp2に電圧を印加
するとp2が延び片k2が右方ヘーステップ移動せしめられ
る。p1,p2に電圧が印加されている状態でp3に電圧を印
加すると片k2が溝Ｖにクランプされる。そこでp1,p2に
印加している電圧を解除すると片k1右方へ引かれて全体
の一ステップの移動が完了する。全体を左方へ移動させ
るときは電圧印加の順序を逆にすればよい。駆動装置6,
6′は溝Ｖを形成した本体Ｂと片k1に結合された棒ｂと
よりなっており、本体Ｂの右端と棒ｂの左端との間の長
さを変えることによって結晶1,3を駆動するのである。

ト．効 果 本発明は、分光結晶を分割して理想的なトロイダル面
に近似させたものであるが、分割された結晶を相互に固
定せず、分光器の基準面に対する傾きを制御することに
より、基準面に垂直な断面における曲率を波長走査と連
動して常に理想のトロイダル面の曲率に合せるようにし
たから、分光器の全測定波長範囲で同じ高い効率および
分解能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要を説明する斜視図、第２図は本発
明の一実施例の要部縦断面図、第３図は同実施例の全体
図、第４図は同実施例における駆動装置6,6′の平面
図、第５図は従来例の斜視図である。 S1……分光器へのＸ線入射点、S2……分光器のＸ線収束
点、C,1,2,3……分光結晶、Ｒ……ローランド円、5,5′
……保持板、6,6′……駆動装置、７……基板、８……
溝、９……滑子、10……制御回路、11……ピン、12……
ばね、13……引張ばね、Ｇ……Ｘ線検出器、ｅ……電子
ビーム、Ｓ……試料、Ｖ……溝、k1,k2……片、p1,p2,p
3……圧電素子、Ｂ……駆動装置本体、ｂ……棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湾曲結晶を分光素子とするＸ線分光器にお
   いて、上記湾曲結晶をその中心を通るローランド円を含
   む基準面に平行な線に沿って複数に分割し、これら分割
   された各分光結晶のうち上記基準面と交わるものは基板
   に固定し、交わらない分光結晶は夫々の結晶表面中心に
   垂直な方向の位置および上記基準面に対する傾きを可変
   に上記基板に取付け、上記基板と上記可動な分光結晶と
   の間に駆動装置を介在させて、上記可動が各分光結晶の
   表面中心法線が常に、上記基準面上でＸ線の入射点およ
   び集束点を結ぶ直線と同基準上のローランド円中心から
   上記直線に下した垂線との交点を通るように上記駆動装
   置を制御する手段を設け、上記基板を波長走査機構によ
   り駆動するようにしたＸ線分光器。