JPH10319196A - Ｘ線光軸調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光板によって軟Ｘ線からＸ線領域の光を可
視化する方法では、1mm以下の精度で詳細なＸ線ビーム
の強度プロファイルやビームパスの位置を知ることがで
きなかった。 【解決手段】 軟Ｘ線からＸ線領域のＸ線ビームを鋭利
なナイフエッヂを持った板やワイヤーで少しずつ遮弊し
ていきながら、ビーム強度の変化を図ることにより、ビ
ーム強度分布を計測し、かつビームの中心位置を精度良
く計測し、Ｘ線ビームの位置をエッヂの位置を以て空間
中に同じ精度でマークする。 【効果】 本発明によれば、Ｘ線ビームの実際のパスを
精度良くかつ簡便に測定でき、ビームライン装置の各光
学コンポーネントの調整を素早くかつ精度良く行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟Ｘ線からＸ線領
域のＸ線ビームのビームライン装置にかかわり、ビーム
ラインを構成する光学素子の光軸合わせを行うための技
術に属する。

【０００２】

【従来の技術】電子あるいは陽電子蓄積リングからの放
射光や、レーザープラズマＸ線源からの軟Ｘ線からＸ線
領域の光（以下Ｘ線と略す）を利用するため、試料上に
効率良くＸ線を導くために設置されるビームライン装置
では、様々な形状の反射鏡や回折格子分光器、二結晶分
光器、あるいはスリットやピンホール、フィルターなど
の多くの光学コンポーネントが使われる。これらの光学
コンポーネントは測定に適した物理的性質をもったＸ線
を効率的に導くために、設計された配置通りに設置され
なければならない。光学コンポーネントの設置のために
は、光源からのＸ線、あるいは、一つまたは複数の光学
コンポーネントを経た後のＸ線が、実際にどのようなパ
スを通っているか空間的にどの様な強度分布を持ってい
るかを把握することが不可欠である。

【０００３】Ｘ線は目視できないため、通常の可視光に
よる光学実験と異なる方法が必要である 。また、偏向
電磁石からの放射光は可視光成分が存在するため、蓄積
リングと真空的につながっている軟Ｘ線用ビームライン
等では、この可視光を使って荒い光軸合わせを行うこと
が可能であるが、真のＸ線強度分布は可視光の強度分布
と異なるために測定できない。また、Beフィルター等が
設置され可視光が遮断されてしまう硬Ｘ線ビームライン
や、飛散粒子の分析室内への侵入を防ぐためフィルター
が設けられるレーザープラズマＸ線源等では、光源から
の可視光成分も利用できない。このため、ビームライン
光学コンポーネントの光軸合わせを行うためにはＸ線自
体の通るパスを測定する必要がある。また、放射光可視
光成分を利用し得るビームラインにおいても、実際にＸ
線のパスを正確に把握することは、光学コンポーネント
設置の最適化、特に分光器等の設置のためには重要なこ
とである。これまで、Ｘ線を利用するための、光学コン
ポーネント光軸合わせにおいては、蛍光板などを光路上
に設置し、Ｘ線を可視化することによって行われてき
た。あるいは、この方法により判明したＸ線パスの凡そ
の位置や設計上の光路を頼りに、オートレベルなど測量
機器を用いて反射鏡などの設置を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線源が高輝度化され
たり、あるいはスリット等でビーム形状を整形してビー
ム断面形状をサブmmサイズ以下にする場合、蛍光板によ
ってＸ線を可視化する方法では、1mm以下の精度で詳細
な強度プロファイルやビームパスの位置を知ることが困
難であった。また、放射線防護の観点から、Ｘ線発生中
の蛍光板の観察はカメラなどを通した観察となり、さら
に詳細に強度分布のピーク位置をもとめることは困難で
ある。また、設計上のビームパスは、光学素子の製作精
度などにより実際のビームパスと一致しないことがあ
り、最適の設置を行うまでに膨大な労力と時間がかかっ
ていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】軟Ｘ線からＸ線領域のＸ
線ビームを、鋭利なナイフエッヂを持った板やワイヤー
などのＸ線遮蔽体で少しずつ遮蔽していきながら、Ｘ線
ビーム強度の変化を図ることにより、mmより良い精度で
Ｘ線ビーム強度分布を計測し、かつ最も強度の高い位
置、すなわちビームの中心位置をmmより良い精度で計測
した後、エッヂの位置を以てＸ線ビーム位置を空間中に
マークする。

【０００６】

【発明の実施の形態】

＜実施例１＞本発明の主たる構成要素である、軟Ｘ線か
らＸ線領域のＸ線ビーム（以下Ｘ線ビームと略す）の強
度プロファイル測定装置を、Ｘ線ビームの鉛直方向プロ
ファイル測定を例として説明する。図１は光源から発生
したＸ線ビーム１が図中左から右へと通っている様子を
水平方向から眺めた図である。Ｘ線ビームは実際には真
空パイプ中を通っているが、本図では省略してある。ま
た、放射線防護のための遮蔽物等も省略した。このＸ線
ビームの鉛直方向の強度プロファイルを測定するために
は、例えば、鋭利なナイフエッヂを持ったエッヂ板２が
Ｘ線ビーム上方あるいは下方から鉛直軸に沿って、Ｘ線
ビームを遮るように移動させる。エッヂ板２は導電性材
料（例えばSUS304やアルミ材）で製作され、また絶縁物
３を介して支持部材４に設置されている。また、エッヂ
板２の光源側には、放射光ビームの照射による光電子発
生がより効果的に起こるよう、Au、Pt、AgなどのＸ線に
対して光電離の断面積の大きい材料の膜５を蒸着等の方
法によって形成しておいてもよい。好まれる実施例とし
ては、真空蒸着法によりAuを厚み1000〜2000Å程度つけ
ればよい。エッヂ板２がＸ線ビーム１を遮ると、光電子
６が発生する。エッヂ板２は絶縁されて取り付けられて
いるので、信号線7を通って電流が流れ、この電流を電
流計8で測定する。

【０００７】エッヂ板２を図中矢印の方向に進ませなが
ら、エッヂ板２を流れる電流を測り、エッヂ板２の移動
量と電流計８の測定値をプロットすると、図２のような
曲線が得られる。始めエッヂ板２のナイフエッヂがＸ線
ビーム１にかかっていないときは、ノイズ成分を除いて
電流量にほとんど変化はない。これが図２中、領域１と
斜線を施した領域である。エッヂ板２のナイフエッヂが
Ｘ線ビーム１を遮り始めると、Ｘ線ビーム１を遮った量
および強度に応じて電流量は増加する。これが図２中、
領域２と斜線を施した領域である。完全にエッヂ板２が
Ｘ線ビーム１を遮ってしまうと、エッヂ板２の移動量に
関係なく、Ｘ線ビーム１の全強度に応じた電流が流れ続
ける。これが図２中、領域３と斜線を施した領域であ
る。

【０００８】この曲線は、エッヂ板２の移動機構として
モーター付直進導入器９を設置し、このモーター付直進
導入器９のドライバー１０をコントロールするコントロ
ーラー１１を、コンピューター１２により制御し、か
つ、電流計８もコンピューター１２によって制御するこ
とにより、非常に簡便かつ、迅速に得ることができる。
また、遠隔操作に何の支障もないため、放射線防護上、
人が立ち入れない場合においても、Ｘ線ビーム１の詳細
な強度プロファイルを得ることができる。この曲線をエ
ッヂ板２の移動量でコンピューター１２により数値的に
微分すると、図３に示した、Ｘ線ビーム１の強度プロフ
ァイルを得ることができる。この強度プロファイルのピ
ーク位置がこのＸ線ビーム１のパスの中心位置である。
この様にして求めた強度プロファイルの精度はエッヂ板
移動の移動量の精度で決まっており、エッヂ板の移動を
ステッピングモーターなどを用いて行えばミクロンオー
ダーの精度で決定できる。さらに、ピエゾ素子との併用
により、ナノメーターオーダーの精度も不可能ではな
い。

【０００９】エッヂ板２の移動量についてのデータをコ
ンピュータ１２に記憶させておけば、Ｘ線ビーム１の通
る位置を後から何度でも、知ることができる。また、コ
ンピューター１２に記憶されたＸ線ビーム１の中心位置
に再びエッヂ板２のナイフエッヂを移動させれば、Ｘ線
ビーム１の位置を空間中にマーキングすることができ、
Ｘ線ビーム１の位置測定のデータを、レーザー光導入や
オートレベルによる観察など、可視光を用いた調整に容
易に利用することができる。Ｘ線ビーム１の位置および
強度プロファイル測定用のナイフエッヂシステムと、ビ
ーム位置マーキング用のナイフエッヂシステムを、各々
独立のナイフエッヂシステムとして構成してもよい。

【００１０】本発明によれば、Ｘ線ビームのパスを精度
良くかつ簡便に測定でき、ビームライン装置の各光学コ
ンポーネントの調整を素早くかつ精度良く行うことがで
きる。

【００１１】＜実施例２＞本実施例はＸ線遮蔽体として
エッヂ板ではなくワイヤーを用いた例である。図４は図
１と同様の図である。このＸ線ビームの鉛直方向の強度
プロファイルを測定するためには、ワイヤー１３がＸ線
ビーム上方あるいは下方から鉛直軸に沿って、Ｘ線ビー
ム１を遮るように移動させる。ワイヤー１３は導電性線
材で製作され、また絶縁物１４を介して支持部材１５に
設置されている。また、ワイヤー１３は、Ｘ線ビームの
照射による光電子発生がより効果的に起こるよう、Au、
Pt、Agなど軟Ｘ線からＸ線領域の光に対して光電離の断
面積の大きい材料で製作するとよい。あるいは、ワイヤ
ー１３にこれらの材料の被膜を形成しておいてもよい。
ワイヤー１３がＸ線ビーム１を遮ると、光電子５が発生
する。ワイヤー１３は絶縁されているので、信号線７を
通って電流が流れ、この電流を電流計８で測定する。そ
の他の構成は実施例１と同様である。

【００１２】まず、ワイヤー１３の径がＸ線ビームの幅
よりも充分大きい場合については、実施例１と同様の操
作でビームの位置とプロファイルとを求めることができ
る。ワイヤー１３の径がＸ線ビーム１の幅よりも充分小
さい場合は、ワイヤー１３を図４中矢印の方向に進ませ
ながら、ワイヤー１３を流れる電流を測り、ワイヤー１
３の移動量と電流計７の測定値をプロットすることによ
り、図３の曲線と同じ曲線を直接得ることができる。そ
の場合、強度プロファイルの位置精度はワイヤー１３の
太さで決定される。

【００１３】本発明によれば、信号の微分あるいは差分
をとることなく、Ｘ線ビームのパスを精度良くかつ簡便
に測定でき、ビームライン装置の各光学コンポーネント
の調整を素早くかつ精度良く行うことができる。

【００１４】＜実施例３＞実施例１では、Ｘ線ビーム１
の鉛直方向の位置と強度分布を求めることができたが、
水平方向の位置および強度分布については測定すること
ができなかった。図５に示した実施例は、実施例１にお
けるナイフエッヂシステムを２軸利用し、Ｘ線ビーム１
の鉛直、水平両方向の位置と強度プロファイルを求める
ための構成である。Ｘ線ビーム１が進む方向をy軸と
し、鉛直方向をz軸、水平方向をx軸としたとき、実施例
１のエッヂ板２の移動がx軸、z軸に沿うように設置して
ある。その他の電流測定系やエッヂ板駆動系は実施例１
と同様なので省略してある。エッヂ板２の代わりにワイ
ヤー１３を用いる場合も全く同様に構成することができ
る。

【００１５】本実施例によればＸ線ビームの鉛直、水平
両方向の位置および強度プロファイルを測定することが
できる。

【００１６】＜実施例４＞実施例３においては、エッヂ
板やワイヤーといったＸ線遮蔽体を２個使い、２方向か
ら導入していた。この場合、真空チャンバへの導入ポー
トが２つ必要である。しかしながら、真空ゲージポート
等、他の真空コンポーネントとの共用が必要であると
き、できるだけ占有するポートを少なくする必要があ
る。そこで、図６(a)に示すように１枚の板１６に鉛
直、水平両方向のエッヂ１７が形成されているようなエ
ッヂ板を用いれば、鉛直上方から１つの真空ポートを介
して導入し、図中x軸およびz軸方向に２次元的に動かす
ことにより、Ｘ線ビームの位置と強度分布を鉛直、水平
両方向で測定することができる。

【００１７】ワイヤーの場合は図６(b)の様に枠１８に
２本のワイヤーを直行して張ったものを用いれば、エッ
ヂ板１６の場合と同様の効果がえられる。

【００１８】本実施例によれば１つの真空ポートを使う
だけで、Ｘ線ビームの位置と強度分布を鉛直、水平両方
向で測定することができる。

【００１９】＜実施例５＞偏向電磁石からの放射光な
ど、広い範囲にわたるエネルギーをもった光が発生して
いるとき、Ｘ線ビームの位置や強度分布の測定におい
て、低エネルギー光の混入によるビーム位置のずれや強
度プロファイルのブロードニングを避ける必要がある。
特に、放射光光源の場合の軟Ｘ線ビームライン装置の場
合は、光源からの低エネルギー側の光を遮るものが何も
ない場合が多く、このような低エネルギー側の光の遮蔽
は重要である。図７の示した実施例は、Ｘ線光軸調整装
置の光源側にフィルター１９を挿入し、高エネルギー成
分のみで、ビーム位置および強度プロファイルを測定す
ることをねらったものである。フィルター１９として、
Be、Al、Ti、Ni、BN、Fe、Cu、C、Si等の箔を用いること
ができる。フィルター１９は、直進導入器に設置されて
いる支持部材２０に取り付けられており、必要に応じて
手動、あるいは自動でＸ線ビームパスへの抜き差しが可
能である。

【００２０】本実施例によれば、低エネルギー光の混入
を防止し、必要な軟Ｘ線成分のみのＸ線 ビーム位置や
強度プロファイルを測定することができる。本図ではＸ
線ビームプロファイル測定装置として実施例１に記載し
たナイフエッヂの場合のみ図示した。ワイヤーを用いた
実施例２記載の構成でも同等の効果がえられる。 ＜実施例６＞これまでの実施例は、主にＸ線ビーム位置
および強度プロファイルの測定装置に関して述べた。本
実施例では、これらによって判明したＸ線ビームの位置
を用いて反射鏡などのビームライン光学コンポーネント
の調整を行うための装置について述べる。図８にこのシ
ステムの概略図を示した。

【００２１】実施例１に示したようなナイフエッヂシス
テム２１、２２が、Ｘ線ビームの光路２３上２箇所に設
置されている。両ナイフエッヂシステムによりＸ線強度
プロファイルをそれぞれの位置で測定し、例えば最大の
微分電流値（図３参照）が得られるナイフエッジの位置
からＸ線ビームパスを決める。次に、ナイフエッヂシス
テム２１の光源側には反射鏡２４が鉛直軸に対して４５
度傾けて設置されており、Ｘ線ビームの軸外からレーザ
ー２５からの可視光が導入でき、Ｘ線ビームのパス２３
に沿ってレーザー光を通すことができる。

【００２２】まず、ナイフエッヂシステム２１のエッヂ
の位置をＸ線ビームの中心位置に設定しておく。次に、
ナイフエッヂシステム２１のエッヂによって形成される
回折パターン中のある一つの暗線の位置と幾何学的な影
の位置との差をあらかじめ計算しておき、後ろ側のエッ
ヂ板システム２２のエッヂの位置を、回折パターンの暗
線の位置になるように移動しておく。レーザー２５から
のレーザー光をＸ線ビームのパス２３に沿わせるために
は、レーザー２５の向きを調整し、レーザー光のスポッ
トのちょうど半分がナイフエッヂシステム２１のエッヂ
板の表面上に写るようにし、これによって生成された回
折パターンの暗線がナイフエッヂシステム２２のエッヂ
位置に来るようにする。これで鉛直方向に、レーザー２
５からのレーザー光とＸ線の光路２３が一致したことに
なる。

【００２３】水平方向には、鉛直方向の調整をするのと
同様に、水平方向のＸ線ビーム位置測定用のナイフエッ
ヂシステムを加えて調整してもよいし、Ｘ線ビームが水
平に通ることがわかっていれば、オートレベルによって
レーザー２５を水平面内で回転し、向きをあわせればよ
い。また、レーザー光が水平面内で平行にずれていれ
ば、エッヂ板を光路から退避させ、後ろに設置した反射
鏡２６によってレーザービームの位置を確認しながらレ
ーザー２５を水平に動かせばよい。反射鏡２６を単なる
スクリーンで代えてもよい。

【００２４】上記の様にレーザー光をＸ線ビームの光路
に合わせたあと、エッヂ板や反射鏡などを光路上からは
ずして、レーザービームを通過させ、調整したい光学コ
ンポーネントに入射させる。光学コンポーネントの調整
は、上記の様に導入されたレーザー光の光学コンポーネ
ント通過後の挙動を見て行えばよい。

【００２５】本実施例によれば、正確に求められたＸ線
ビームパスにレーザー光などの可視光ビームを沿わせる
ことができ、容易にビームライン光学コンポーネントの
光軸合わせができる。本実施例ではＸ線ビームプロファ
イル測定装置として実施例１に記載したナイフエッヂシ
ステムを用いた。ワイヤーを用いた実施例２記載の構成
でも同等の効果がえられる。

【００２６】＜実施例７＞これまでの実施例では、Ｘ線
ビームの強度プロファイルの測定に、エッヂ板やワイヤ
ーなどＸ線遮蔽体に流れる電流を測定していた。図９に
示した実施例ではエッヂ板の後方にＸ線検出器２７を設
置し、Ｘ線強度を測定する。Ｘ線検出器２７は、支持部
材２８に設置され、図中矢印の方向に可動であり、必要
のないときは手動、あるいは自動でＸ線ビームパスから
はずすことができる。また、Ｘ線検出器２７としてエネ
ルギー分散型半導体検出器などを用いれば、所望のエネ
ルギーのＸ線ビームの位置やプロファイルを測定するこ
とができる。Ｘ線検出器２７からの信号は、てコンピュ
ータ１２により制御されている信号処理系２９を通して
コンピュータ１２に入力される本実施例によれば、より
精密なＸ線ビーム位置および強度測定を行うことができ
る。本実施例ではＸ線ビームプロファイル測定装置とし
て実施例１に記載した様なナイフエッヂシステムを用い
た。ワイヤーを用いた実施例２記載の様な構成でも同等
の効果がえられる。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、ビームライン装置におい
て軟Ｘ線からＸ線領域のＸ線ビームが通る位置及び強度
プロファイルを精密に測定でき、かつ、Ｘ線ビームが通
る位置を鋭利なエッヂを持つ板やワイヤー等のＸ線遮蔽
体のエッヂ位置により空間中にマーキングができるた
め、ビームライン装置の光学コンポーネントの調整を迅
速かつ精密に行うことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】ナイフエッヂを用いたＸ線ビームプロファイル
測定装置。

【図２】電流測定結果図。

【図３】強度プロファイル図。

【図４】ワイヤーを用いたＸ線ビームプロファイル測定
装置。

【図５】Ｘ線ビーム強度プロファイルの２次元測定の構
成。

【図６】Ｘ線ビーム強度プロファイル２次元測定用Ｘ線
遮蔽体の例。

【図７】低エネルギー成分除去のためフィルターを設け
た実施例図。

【図８】光学コンポーネント調整のためのレーザービー
ム導入システム図。

【図９】Ｘ線ビームプロファイル測定装置後方にＸ線検
出器を配した図。

【符号の説明】

１…Ｘ線ビーム、２…エッヂ板、３…絶縁体、４…支持
部材、５…膜、６…光電子、７…信号線、８…電流計、
９…モーター付直進導入器、１０…ドライバー、１１…
コントローラー、１２…コンピューター、１３…ワイヤ
ー、１４…絶縁体、１５…支持部材、１６…板、１７…
エッヂ、１８…枠、１９…フィルター、２０…支持部
材、２１…ナイフエッヂシステム、２２…ナイフエッヂ
システム、２３…Ｘ線ビームのパス、２４…反射鏡、２
５…レーザー、２６…反射鏡、２７…Ｘ線検出器、２８
…支持部材、２９…信号処理系。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子蓄積リングの偏向磁石や挿入光源、あ
   るいはレーザープラズマＸ線源等から放射される軟Ｘ線
   から硬Ｘ線領域のＸ線ビームを、ビームライン装置を経
   由して試料上の所望の位置に照射するため、当該Ｘ線ビ
   ームの通過位置あるいは断面形状を測定するためのＸ線
   遮蔽体を、当該Ｘ線ビームを横切るように自動あるいは
   手動で移動させることを特徴とするＸ線光軸調整装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のＸ線遮蔽体が、一辺あるい
   は複数辺のナイフエッヂを有する板である、Ｘ線項軸調
   整装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のＸ線遮蔽体が、ワイヤーで
   ある、Ｘ線項軸調整装置。
4. 【請求項４】請求項１から３記載の１つまたは複数のＸ
   線遮蔽体の移動方向が、当該Ｘ線ビームを横切り、かつ
   互いに直交する２方向であることを特徴とする光軸調整
   装置。
5. 【請求項５】請求項１から４記載のＸ線遮蔽体が、当該
   Ｘ線ビームの光軸位置を測定するため光軸上の複数の位
   置に設置され、また当該Ｘ線ビームの断面形状を測定す
   るため光軸上の複数の位置に設置されたことを特徴とす
   るＸ線光軸調整装置。
6. 【請求項６】請求項１から５記載のＸ線遮蔽体の光源側
   に、不要なエネルギーの放射光を除去するためのフィル
   ターを配し、自動または手動で位置あるいはフィルター
   の種類の調整可能なことを特徴とする、Ｘ線光軸調整装
   置。
7. 【請求項７】請求項６におけるフィルターが、高エネル
   ギーＸ線成分のみを透過させるフィルターであることを
   特徴とする、Ｘ線光軸調整装置。
8. 【請求項８】請求項７におけるフィルターが、Be、Al、
   Ti、Ni、BN、Fe、Cu、C、Si等の箔である、Ｘ線光軸調
   整装置。
9. 【請求項９】Ｘ線遮蔽体に対して光源反対側にＸ線検出
   器を配することを特徴とする、請求項１から８記載のＸ
   線光軸調整装置。
10. 【請求項１０】導電性のＸ線遮蔽体が絶縁して支持棒に
    取り付けられ、Ｘ線照射によりＸ線遮蔽体に流れる電流
    を電流計等で検出することを特徴とする、請求項１から
    ８記載のＸ線光軸調整装置。
11. 【請求項１１】Ｘ線遮蔽体に金、白金、銀等の光電子発
    生効率の高い物質を蒸着したことを特徴とする、請求項
    １０記載のＸ線光軸調整装置。
12. 【請求項１２】Ｘ線遮蔽体位置の光源側にレーザー光を
    Ｘ線ビーム光軸に沿って導入することが可能なミラーを
    配し、Ｘ線遮蔽体位置に対して光源と反対側に、導入し
    たレーザー光を観察する装置を配し、当該Ｘ線ビームの
    通過を当該レーザー光により模擬することができること
    を特徴とする、請求項１から１１記載のＸ線光軸調整装
    置。
13. 【請求項１３】請求項１２記載のＸ線光軸調整装置にお
    いて、導入したレーザー光を観察する装置が、Ｘ線ビー
    ムの光軸外にレーザーを偏向するミラーであることを特
    徴とするＸ線光軸調整装置。
14. 【請求項１４】請求項１３記載のＸ線光軸調整装置にお
    いて、導入したレーザー光を観察する装置が、レーザー
    スポットがＸ線ビームの光軸外より観察できるスクリー
    ンであることを特徴とするＸ線光軸調整装置。