(57)【要約】      （修正有）【課題】ディテクタ構成の位置が変更され得る場合のゴニオメータのディテクタサークルに及ぶトルクの補償を単純化するＸ線装置を提供する。【解決手段】ディテクタサークル１６を有するゴニオメータ７と、ディテクタサークルのモータ駆動回転のためのアクチュエータと、Ｘ線源を備える線源構成と、Ｘ線ディテクタ１０を備えるディテクタ構成９と、線源構成及びディテクタ構成がサンプル位置１７に向かって方向づけられるサンプル位置と、ディテクタ構成の重量によって生じるトルクを、ゴニオメータ軸８に関して補償する補償装置とを備えるＸ線装置１において補償装置はゴニオメータ軸に関するトルクをディテクタサークルに及ぼす補償モータと、補償モータによって及ぼされるトルクが、ディテクタサークルの重量によって生じるゴニオメータ軸に関するトルクに等しく且つ逆向きであるように、補償モータを動作させる制御デバイスとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−ゴニオメータ軸（８）周りに回転可能であるディテクタサークル（１６）を有するゴニオメータ（７）であって、特に、前記ゴニオメータ軸（８）が水平方向に延びるゴニオメータ（７）と、
−前記ディテクタサークル（１６）に結合される、前記ディテクタサークル（１６）のモータ駆動回転のためのアクチュエータ（１８）と、
−Ｘ線源（３）を備える線源構成（２）と、
−前記ディテクタサークル（１６）に取り付けられ、Ｘ線ディテクタ（１０）を備えるディテクタ構成（９）と、
−検査されるサンプルのサンプル位置（１７）であって、前記線源構成（２）及び前記ディテクタ構成（９）は前記サンプル位置（１７）に向かって方向づけられ、特に、前記ゴニオメータ軸（８）上にあるサンプル位置（１７）と、
−前記ディテクタ構成（９）の重量によって生じるトルクを、前記ディテクタサークル（１６）において、前記ゴニオメータ軸（８）に関して少なくとも実質的に補償する補償装置（１９）とを備えるＸ線装置（１）であって、
前記補償装置（１９）は、
−前記ディテクタサークル（１６）に結合される補償モータ（２０）であって、前記ゴニオメータ軸（８）に関するトルクを前記ディテクタサークル（１６）に及ぼす補償モータ（２０）と、
−前記補償モータ（２０）の制御デバイス（２８）であって、前記補償モータ（２０）によって及ぼされる前記トルクが、前記ディテクタ構成（９）を含む前記ディテクタサークル（１６）の前記重量によって生じる、前記ゴニオメータ軸（８）に関するトルクに少なくとも実質的に等しく且つ逆向きであるように、前記ディテクタ構成（９）の現在の位置に応じて前記補償モータ（２０）を動作させるように具体化される制御デバイス（２８）と
を備えることを特徴とするＸ線装置（１）。
【請求項２】
前記ディテクタ構成（９）は、同一平面軸（５３）周りに回転可能に前記ディテクタサークル（１６）に取り付けられ、前記同一平面軸（５３）は、前記ゴニオメータ軸（８）に直交して延び、前記サンプル位置（１７）で前記ゴニオメータ軸（８）と交差することを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置（１）。
【請求項３】
前部片持ち梁部（５１）が前記ディテクタサークル（１６）に固定され、後部片持ち梁部（５２）が、前記同一平面軸（５３）周りに回転可能に前記前部片持ち梁部（５１）にマウントされ、前記ディテクタ構成（９）は前記後部片持ち梁部（５２）に取り付けられ、並びに、前記後部片持ち梁部（５２）のモータ駆動回転のための第１のさらなるアクチュエータ（５４）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線装置（１）。
【請求項４】
前記ディテクタ構成（９）はガイドシステム（１２）を介して前記ディテクタサークル（１６）に取り付けられ、これにより、前記サンプル位置（１７）に向かって又は前記サンプル位置（１７）から離れるように、前記ガイドシステム（１２）によって前記ディテクタ構成（９）を変位させることができ、特に、前記ゴニオメータ軸（８）に直交するように、前記サンプル位置（１７）と交差する変位軸（１３）に沿って前記ディテクタ構成（９）を変位させることができ、また、様々な変位位置で前記ディテクタ構成をロックすることができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線装置（１）。
【請求項５】
前記線源構成（２）は前記ゴニオメータ（７）の線源サークル（６）に取り付けられ、前記線源サークルは前記ゴニオメータ軸（８）周りに回転可能であり、前記アクチュエータ（１８）又は第２のさらなるアクチュエータは、前記線源サークル（６）のモータ駆動回転のために前記線源サークル（６）に結合されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線装置（１）。
【請求項６】
前記補償装置（１９）はカウンタウエイト（２１）を用いずに具体化されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線装置（１）。
【請求項７】
前記補償モータ（２０）はＤＣモータ、特にブラシレスＤＣモータとして具体化されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線装置（１）。
【請求項８】
Ｘ線装置（１）、特に請求項１から７のいずれか１項に記載のＸ線装置（１）を操作するための方法であって、前記Ｘ線装置（１）は、
−ゴニオメータ軸（８）周りに回転可能であるディテクタサークル（１６）を有するゴニオメータ（７）であって、特に、前記ゴニオメータ軸（８）が水平方向に延びるゴニオメータ（７）と、
−前記ディテクタサークル（１６）に結合される、前記ディテクタサークル（１６）のモータ駆動回転のためのアクチュエータ（１８）と、
−Ｘ線源（３）を備える線源構成（２）と、
−前記ディテクタサークル（１６）に取り付けられ、Ｘ線ディテクタ（１０）を備えるディテクタ構成（９）と、
−検査されるサンプルのサンプル位置（１７）であって、前記線源構成（２）及び前記ディテクタ構成（９）は前記サンプル位置（１７）と整列させられており、特に、前記ゴニオメータ軸（８）上にあるサンプル位置（１７）と、
−前記ディテクタサークル（１６）に結合される補償モータ（２０）であって、前記ゴニオメータ軸（８）に関するトルクを前記ディテクタサークル（１６）に及ぼす補償モータ（２０）と、
−前記補償モータ（２０）の制御デバイス（２８）であって、前記補償モータ（２０）によって及ぼされる前記トルクが、前記ディテクタ構成（９）を含む前記ディテクタサークル（１６）の前記重量によって生じる、前記ゴニオメータ軸（８）に関するトルクに少なくとも実質的に等しく且つ逆向きであるように、前記ディテクタ構成（９）の現在の位置に応じて前記補償モータ（２０）を動作させる制御デバイス（２８）と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記制御デバイス（２８）は、前記補償モータ（２０）を制御するために前記ディテクタ構成（９）の位置変数Θを判断に入れ、ここで、Θは、前記ゴニオメータ軸（８）を含む前記第１の基準平面（ＲＥ１）に対して測定される、前記ゴニオメータ軸（８）に対する前記ディテクタ構成（９）の角度位置であって、特に、第１の基準平面（ＲＥ１）は水平であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の基準平面（ＲＥ１）は水平であり、前記補償モータ（２０）は、ｃｏｓΘにほぼ比例する寄与分Ｂ１を持つトルクＭＫＭを前記補償モータ（２０）が発生するように制御されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御デバイス（２８）は、前記補償モータ（２０）を制御するために前記ディテクタ構成（９）の位置変数Γを判断に入れ、ここで、Γは、前記同一平面軸（５３）を含む前記第２の基準平面（ＲＥ２）に対して測定される、同一平面軸（５３）に対する前記ディテクタ構成（９）の角度位置であって、ここでは特に、第２の基準平面（ＲＥ２）は前記ゴニオメータ軸（８）に直交して広がり、前記同一平面軸（５３）は前記ゴニオメータ軸（８）に直交して延び且つ前記サンプル位置（１７）で前記ゴニオメータ軸（８）と交差することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記補償モータ（２０）は、ｃｏｓΓにほぼ比例する寄与分Ｂ２を持つトルクＭＫＭを前記補償モータ（２０）が発生するように制御されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御デバイス（２８）は、前記補償モータ（２０）を制御するために前記ディテクタ構成（９）の位置変数ＡＢを判断に入れ、ここで、ＡＢは、前記サンプル位置（１７）からの前記ディテクタ構成（９）の距離であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記補償モータ（２０）は、ＡＢにほぼ比例する寄与分Ｂ３を持つトルクＭＫＭを前記補償モータ（２０）が発生するように制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記補償モータ（２０）によってセットされるトルクＭＫＭ又は前記補償モータ（２０）に適用される被制御変数の値のための、値テーブル、値マトリックス、特性又は特性領域（６０）は、前記ディテクタ構成（９）の１つ以上の位置変数に応じて前記制御デバイス（２８）に記憶され、
前記制御デバイス（２８）は、セットされる前記トルクＭＫＭ又は前記被制御変数の前記値を決定するために、前記Ｘ線装置（１）の前記動作中に、前記値テーブル、前記値マトリックス、前記特性又は前記特性領域（６０）を適用するか、もしくは、読み出すことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、以下を備えるＸ線装置に関する：
−ゴニオメータ軸周りに回転可能であるディテクタサークルを有するゴニオメータであって、特に、ゴニオメータ軸が水平方向に延びるゴニオメータと、
−ディテクタサークルに結合される、ディテクタサークルのモータ駆動回転のためのアクチュエータと、
−Ｘ線源を備える線源構成と、
−ディテクタサークルに取り付けられ、Ｘ線ディテクタを備えるディテクタ構成と、
−検査されるサンプルのサンプル位置であって、線源構成及びディテクタ構成はサンプル位置に向かって方向づけられ、特に、ゴニオメータ軸上にあるサンプル位置と、
−ディテクタ構成の重量によって生じるトルクを、ディテクタサークルにおいて、ゴニオメータ軸に関して少なくとも実質的に補償する補償装置。
【背景技術】
【０００２】
放射Ｘ線は、サンプル、特に結晶サンプルの構造解析に多面的に用いられる。これを行なう際、特にＸ線回折については、多くの測定装置にゴニオメータを利用する。ゴニオメータを用いることで、特に、サンプルからの回析放射Ｘ線を様々な角度で測定するために、Ｘ線源、サンプル及びＸ線ディテクタのアライメントを互いに対して修正することができる。通常、ゴニオメータは、Ｘ線ディテクタが取り付けられるディテクタサークルを有し、通常、Ｘ線源が取り付けられる線源サークルも有する。ディテクタサークル及び線源サークルはゴニオメータ軸周りにモータ駆動方式で回転可能であり、さらにゴニオメータ軸上には通常サンプルが配置されている。ゴニオメータ軸は多くの場合、水平に位置合わせされている。
【０００３】
Ｘ線ディテクタは極めて大きい質量を持つため、ゴニオメータ軸に対して無視できないトルクを及ぼす。ディテクタサークルの回転位置がＸ線測定中にアクチュエータを介してセットされる場合、ディテクタサークルの回転位置を維持するために、アクチュエータはこのトルクを補償する必要がある。このために必要とされる力により、ゴニオメータ及びアクチュエータの疲労が増大し、所望の回転位置をセットする場合の精度も低下する。対応する説明が線源サークルにあてはまる。
【０００４】
特許文献１には、ディテクタサークル上のＸ線ディテクタに対してカウンタウエイトを配置し、線源サークル上のＸ線源及び線源側オプティクスに対してカウンタウエイトを配置する、ＸＲＤ装置のゴニオメータの場合の実施形態が開示されている。これらカウンタウエイトは、ゴニオメータの回転構成要素に及ぶ力を最小にすることを意図するが、この力によっても回転精度が低下し、過度の疲労を招く。
【０００５】
ゴニオメータの機械的負荷はカウンタウエイトを用いて低減することができるが、カウンタウエイトの調整位置は常にＸ線ディテクタ又はＸ線源の特定の位置としか適合しない。例えば、Ｘ線回折測定の分解能を修正するためにＸ線ディテクタの位置をゴニオメータ軸に対して修正する場合、原則として、カウンタウエイトの再調節も必要である。カウンタウエイトの調整は困難であり且つ時間を要し、さらに、調整を実行する調整者に対して負傷させる危険性をある程度はらんでいる。
【０００６】
特許文献２には、２つの角度（ガンマ及びシータ）についてのＸ線ディテクタの調整が可能であるように、回転可能であるディテクタアームがゴニオメータのディテクタサークルに取り付けられているＸ線回折計が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、角度シータについて再位置決め可能であるディテクタアームを有するＸ線蛍光装置が記載されている。ディテクタアームの回転位置はメインモータを用いてセットされ、補助モータは回転位置の遊びを取り除く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第１６２１８７３号明細書
【特許文献２】欧州特許第１４６２７９５号明細書
【特許文献３】特開２００１−２２１７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、特に、トルクの補償がＸ線測定中に様々な位置にある場合においても可能であるように、ディテクタ構成の位置が変更され得る場合のゴニオメータのディテクタサークルに及ぶトルクの補償を単純化するＸ線装置を提供する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、
−ディテクタサークルにさらに結合される補償モータであって、ゴニオメータ軸に関するトルクをディテクタサークルに及ぼす補償モータと、
−前記補償モータの制御デバイスであって、補償モータによって及ぼされるトルクが、ディテクタ構成を含むディテクタサークルの重量によって生じる、ゴニオメータ軸に関するトルクに少なくとも実質的に等しく且つ逆向きであるように、ディテクタ構成の現在の位置に応じて補償モータを動作させるように具体化される制御デバイスと
を補償装置が備えることを特徴とする、上記で説明されているタイプのＸ線装置によって驚くほど単純に効果的な手法で実現される。
【００１１】
本発明は、ディテクタサークルにおいて２つのモータ、すなわち、アクチュエータ及び補償モータを関与させることを提案する。アクチュエータを用いて、ディテクタサークルを所望の各回転位置に配置してその位置で維持する。重量によって生じるディテクタ構成のトルク（可能であれば、ディテクタサークルに取り付けられた別の部品のトルクも）を補償するために、カウンタウエイトのような他の手段によって未だ補償されていない場合に、補償モータを用いて追加トルクをディテクタサークルに及ぼす。
【００１２】
したがって、アクチュエータがＸ線測定（典型的には回折測定）の範囲に接近しようとするか、Ｘ線測定の範囲にディテクタサークルの回転位置を維持しようとする場合に、補償モータにより確実にディテクタサークルのトルクがほぼなくなる。この結果、アクチュエータの疲労が低減される。さらに、弾性そりが低減されるので、アクチュエータの調節正確度が改善される。
【００１３】
制御デバイスは、制御デバイスに認識されているディテクタ構成の現在の位置から、補償モータに適するトルク（又は、たとえば動作電流などの補償モータの被制御変数の関連値）を決定する。
【００１４】
ディテクタ構成の位置は１つ以上の位置変数によって記述される。適切なトルクを決定する場合、１つ以上の位置変数によって計算を実行することが可能であり、可能でない場合は、あらかじめ記憶した値テーブル（値マトリックスでもよい）又は特性（特性領域でもよい）を読み出すか、適用することができる。また、通常、制御デバイスが、ディテクタ構成用のその専用の制御コマンドからディテクタ構成の位置を少なくとも部分的に認識するように、制御デバイスはＸ線測定のためにアクチュエータを動作させる（さらに１つ以上のさらなるアクチュエータも動作させてもよい）。必要であれば、ディテクタ構成の位置又は位置変数を決定する１つ以上のセンサを設けることもできる。適切なトルクを決定する場合に判断に入れられるディテクタ構成の典型的位置変数は、角度Θ（シータ。ゴニオメータ軸に対する回転位置）、角度Γ（ガンマ。同一平面軸に対する回転位置。）及び／又はサンプル位置に対する距離ＡＢである。ディテクタ構成の位置変数は典型的には、放射Ｘ線の検出位置、たとえばＸ線ディテクタの入射開口に関するものである。これの代わりに、たとえば、ディテクタ構成の重心に関するものとすることもできる。ディテクタ構成の位置に関する情報は、ディテクタ構成又はＸ線ディテクタを整列させる（ａｌｉｇｎ）補助機構のセッティングに関する情報も含んでもよい。
【００１５】
原則として、適切なトルクは、ディテクタサークル（ディテクタサークルに取り付けられる部品、特に、ディテクタ構成及び任意のカウンタウエイトを含む）の重心のゴニオメータ軸からの水平距離、ディテクタサークル（ディテクタサークルに取り付けられる部品を含む）の質量及び重力加速度から導かれる。ディテクタサークル（の全体）の重心の位置はディテクタ構成の現在の位置の関数であり、したがって、（ディテクタサークル（ディテクタサークルに取り付けられる部品を含む）が別段知られる構造を持つ場合）決定可能なものでもあり、制御のための判断に入れることができる。しかし、実験によってディテクタ構成の夫々の位置に属する適切なトルクを確認してこれらを記憶することもできる。
【００１６】
本発明の範囲においては、ディテクタサークル（の全体）の重心の位置を厳密に決定せずに、補償モータを近似値によって制御することができ、これにより、制御が単純化され、十分に、非常に優れたトルク補正が容易に行なわれる。例えば、有用な近似は、ディテクタ構成の重心が検出位置（Ｘ線ディテクタの入射開口）にあるとの仮定に基づく。したがって、Ｘ線測定に用いられて検出位置の位置を表す変数（たとえばΘ、Γ及びＡＢ）は、重量に起因するトルクに実際に関係するディテクタ構成の重心の位置を表すものであるかのように用いられる。
【００１７】
本発明を用いれば、概して、ディテクタサークル（の全体）の重量に起因するゴニオメータ軸に関するトルクの大きさを少なくとも８０％減少させることができ、通常少なくとも９５％も減少させることができる。典型的には、補償は、残留トルクの意図した間隔内でアクチュエータが動作することができるようなものである。その間隔内では、アクチュエータに無視できない調節誤差がある状態には至っていない（「プラトー領域」）。原則として、補償モータはＸ線装置又はゴニオメータの使用中に継続的に動作する。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態
Ｘ線装置の有効な実施形態では、ディテクタ構成が同一平面軸周りに回転可能にディテクタサークルに取り付けられ、同一平面軸がゴニオメータ軸に直交して延び、サンプル位置でゴニオメータ軸と交差することが実現される。立体角範囲を増やすために、サンプルのＸ線回折測定で同一平面軸周りのＸ線ディテクタの回動（角度Γ）が多くの場合用いられる。これはディテクタサークルへのトルクの顕著な変化をともなうので、本発明の範囲内において、この回動を判断に入れることによって、確実にゴニオメータ及びアクチュエータの荷重が特に極めて小さくなる。本発明の範囲内において、ディテクタ構成の他の自由度又はさらなる自由度（調節可能性）、たとえば、ビーム軸周りのＸ線ディテクタの回転を判断に入れることも可能である。好ましくは、本発明の範囲内において、ディテクタ構成の少なくとも２つの自由度が判断に入れられる。
【００１９】
この実施形態の好ましい発展例では、ディテクタサークルに固定される前部片持ち梁部、同一平面軸周りに回転可能に前部片持ち梁部にマウントされる後部片持ち梁部、後部片持ち梁部に取り付けられるディテクタ構成、並びに、後部片持ち梁部のモータ駆動回転のための第１のさらなるアクチュエータを備えることが実現される。同一平面軸周りにディテクタ構成を回動させるこの構造は特に単純である。
【００２０】
さらに、有効な実施形態は、ガイドシステムを通じてディテクタサークルに取り付けられるディテクタ構成を有し、これにより、サンプル位置に向かって又はサンプル位置から離れるように、ガイドシステムによってディテクタ構成を変位させることができ、特に、ゴニオメータ軸に直交するように、サンプル位置と交差する変位軸に沿ってディテクタ構成を変位させることができ、また、様々な変位位置で前記ディテクタ構成をロックすることができる。変位軸（距離ＡＢ）に沿ってディテクタ構成を変位させることによって、Ｘ線測定（同じＸ線ディテクタによるＸ線測定）の空間分解能を修正することができる。ディテクタ構成を変位させる工程もディテクタサークルへのトルクの顕著な変化をともなうので、本発明の範囲内において、この回動を判断に入れることで、確実にゴニオメータ及びアクチュエータの荷重が特に極めて小さくなる。必要に応じて、ディテクタ構成をガイドシステムにおいて変位させることができるさらなるアクチュエータを設けることができる。変位位置を決定するセンサを設けることもできる。
【００２１】
有効な実施形態では、ゴニオメータの線源サークルに取り付けられる線源構成を備え、線源サークルもゴニオメータ軸周りに回転可能であり、線源サークルのモータ駆動回転のために線源サークルに結合されるアクチュエータ又は第２のさらなるアクチュエータを備える。線源サークルが回転可能であるので、測定値中に線源構成及びディテクタ構成の相対的なアライメントを修正することができ、サンプルを回転させる必要がない。これはたとえば液体試料に有用である。線源サークルへのトルクを補償するために、実質的にゴニオメータ軸に対して線源構成の反対側にある１つ以上のカウンタウエイトを線源サークルに通常取り付ける。これの代わりに、又は、これに加えて、ディテクタサークルと同様に、さらなる補償モータを線源サークルに結合することもできる。
【００２２】
好ましい実施形態では、補償装置は、ディテクタサークルに取り付けられ、且つ実質的にゴニオメータ軸に対してディテクタ構成の反対側にある１つ以上のカウンタウエイトをさらに備える。この結果、補償モータの荷重を小さくすることが実現できる。補償モータの適切なトルクを決定するために（特に、ディテクタサークルの重心及び全質量を決定するために）、１つ以上のカウンタウエイトを判断に入れることが必要である。カウンタウエイトについては、トルクの一部が補償されると仮定することができる。このトルクの一部はゴニオメータ軸周りの回転のみによって変化する部分である。残りの部分は別の方法で（別の方法でも）変化し得る部分であり、補償モータで補償される。
【００２３】
これの代わりに、一実施形態では、カウンタウエイトを用いずに具体化される補償装置を備えることを実現することができる。この結果、Ｘ線装置全体が軽量になる。困難性や危険性があるカウンタウエイトの取り扱いが完全になくなり得る。
【００２４】
好ましい実施形態では、歯付きベルトを介してシャフトを駆動する補償モータ、ピニオンを用いて検出サークルの内側歯において噛み合うシャフトを備える。この構造は特に単純であり、信頼性が高い。これの代わりに、他のタイプの結合、特に、歯付きベルトのないタイプの結合も可能である（たとえば直結駆動）。
【００２５】
別の有効な実施形態では、補償モータは、減速伝動部、特に４０：１以上の減速比を持つ減速伝動部を介して検出サークルに結合される。減速の結果、小型モータを用いて高い正確度で比較的大きい力をディテクタサークルに及ぼすこともできる。通常、５０：１以上、特に約１００：１の減速が実際には選択される。
【００２６】
好ましい実施形態は、ＤＣモータ、特にブラシレスＤＣモータとして具体化される補償モータを有する。被制御変数（又は測定変数）として動作電流を用いることで、生じることになるトルク（又は生じたトルク）を直接簡単にセット（又は測定）することができる。これの代わりに、たとえば、液圧又は空気圧モータシステムが考えられる。
【００２７】
本発明の範囲はまた、Ｘ線装置、特に、上記の本発明に係るＸ線装置を動作させる方法も含み、
Ｘ線装置は以下を備える：
−ゴニオメータ軸周りに回転可能であるディテクタサークルを有するゴニオメータであって、特に、ゴニオメータ軸が水平方向に延びる、ゴニオメータと、
−ディテクタサークルに結合される、ディテクタサークルのモータ駆動回転のためのアクチュエータと、
−Ｘ線源を備える線源構成と、
−ディテクタサークルに取り付けられ、Ｘ線ディテクタを備えるディテクタ構成と、
−検査されるサンプルのサンプル位置であって、線源構成及びディテクタ構成はサンプル位置に向かって方向づけられ、特に、ゴニオメータ軸上にあるサンプル位置と、
−ディテクタサークルにさらに結合される補償モータであって、ゴニオメータ軸に関するトルクをディテクタサークルに及ぼす補償モータと、
−補償モータの制御デバイスであって、
補償モータによって及ぼされるトルクが、ディテクタ構成を含むディテクタサークルの重量によって生じる、ゴニオメータ軸に関するトルクに少なくとも実質的に等しく且つ逆向きであるように、ディテクタ構成の現在の位置に応じて補償モータを動作させる制御デバイス。
【００２８】
ディテクタサークル（ディテクタサークルに取り付けられる部品、特にディテクタ構成及び任意に選択できるカウンタウエイトを含む）の重量によって生じるトルクは、アクチュエータ用の検出サークルのトルクが常に実質的になくなるように、補償モータによって補償される。ディテクタ構成の変化し得る位置から導かれる、補償されるトルクの変化は、制御デバイスによって取得され、取得に応じて補償モータの動作中に判断に入れられる。この結果、ゴニオメータ及びアクチュエータの荷重が減少し、これによってセッティング精度が改善し且つ疲労が低減する。
【００２９】
本発明に係る方法の好ましい変形例では、制御デバイスは、補償モータを制御するためにディテクタ構成の位置変数Θを判断に入れ、ここで、Θは、ゴニオメータ軸を含む第１の基準平面に対して測定される、ゴニオメータ軸に対するディテクタ構成の角度位置であって、特に、第１の基準平面は水平である。角度Θ（シータ）は多くのＸ線回折実験のために修正されるか、取得される。角度Θはディテクタサークルへのトルクに大きな影響を及ぼす。なお、通常ディテクタ構成はＸ線ビーム入射方向に対して２Θだけ傾けられる。
【００３０】
この変形例の有効な発展例では、水平である第１の基準平面と、ｃｏｓΘにほぼ比例する寄与分Ｂ１を持つトルクＭＫＭを補償モータが発生するように制御される補償モータを備える。この結果、ゴニオメータ軸周りの回動中にディテクタ構成のレバーアームを短くすることで、（通常、少なくとも２０％以下の正確度、好ましくは少なくとも５％以下の正確度で）これがほぼ実現される。一般的に、ＭＫＭは（たとえば、カウンタウエイト又は摩擦を判断に入れるために）一定のオフセットトルクＣ０も持つ。
【００３１】
別の好ましい変形では、制御デバイスは、補償モータを制御するためにディテクタ構成の位置変数Γを判断に入れ、ここで、Γは、同一平面軸を含む第２の基準平面に対して測定される、同一平面軸に対するディテクタ構成の角度位置であって、ここでは特に、第２の基準平面がゴニオメータ軸に直交して広がり、同一平面軸がゴニオメータ軸に直交して延び且つサンプル位置でゴニオメータ軸と交差する。角度Γ（ガンマ）も多くのＸ線回折実験のために修正されるか、取得される。角度Γはディテクタサークルへのトルクに大きな影響を及ぼす。
【００３２】
この変形例の有効な発展例では、ｃｏｓΓにほぼ比例する寄与分Ｂ２を持つトルクＭＫＭを補償モータが発生するように制御される補償モータを備える。この結果、同一平面軸周りの回動中にディテクタ構成のレバーアームを短くすることで、（通常、少なくとも２０％以下の正確度、好ましくは少なくとも５％以下の正確度で）これがほぼ実現される。典型的には、寄与分Ｂ２は、同時にｃｏｓΘにほぼ比例する。すなわちＢ２〜ｃｏｓΓ×ｃｏｓΘである。
【００３３】
さらに好ましい変形例では、制御デバイスは、補償モータを制御するためにディテクタ構成の位置変数ＡＢを判断に入れる。ここで、ＡＢは、サンプル位置からのディテクタ構成の距離である。距離ＡＢは多くの場合、Ｘ線装置の空間分解能をセットするために修正される。距離ＡＢはディテクタサークルへのトルクに大きな影響を及ぼす。
【００３４】
この実施形態の有効な発展例では、ＡＢにほぼ比例する寄与分Ｂ３を持つトルクＭＫＭを補償モータが発生するように制御される補償モータを備える。この結果、たとえば上記のガイドシステムによって、サンプル位置に向かって、又はサンプル位置から離れるようにディテクタ構成を変位させる際にディテクタ構成のレバーアームを短くする、又は長くすることで、（通常、少なくとも２０％以下の正確度、好ましくは少なくとも５％以下の正確度で）これがほぼ実現される。典型的には、寄与分Ｂ３は、同時にｃｏｓΘに比例する。すなわちＢ３〜ＡＢ×ｃｏｓΘであり、このようにならない場合はＢ３〜ＡＢ×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓである。
【００３５】
さらにまた、好ましい変形例では、補償モータによってセットされるトルクＭＫＭ又は補償モータに適用される被制御変数の値のための、値テーブル、値マトリックス、特性又は特性領域が、ディテクタ構成の１つ以上の位置変数に応じて制御デバイスに記憶され、
制御デバイスが、セットされるトルクＭＫＭ又は被制御変数の値を決定するために、Ｘ線装置の動作中に、値テーブル、値マトリックス、特性又は特性領域を適用するか、もしくは、読み出すことが実現される。セットされるトルク又は適用される被制御変数の値は、値テーブル、値マトリックス、特性又は特性領域を用いて１つ以上の位置変数から単純且つ迅速な手法で決定することができる。ディテクタサークルの重心の位置に関してその場で検討する必要がないので、これにより、決定が単純化され、迅速化される。必要であれば、複数の値入力／複数の特性位置間において補間（特に線形補間）を行なうことができる。
【００３６】
本発明のさらなる利点が記載と図面とから導かれる。さらに、本発明に係る上記の特徴と以下で説明される特徴とを、夫々これら単体で用いてもよいし、ともに任意に組み合せて用いてもよい。示され記載されている実施形態が包括的な列挙物を形成すると解するべきではなく、本発明の説明のために典型的な性質を持つと解するべきである。
【００３７】
本発明は図面に図示され、典型的な実施形態に基づいてより詳細に説明される。以下図面の説明である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ディテクタサークル上にある一体型の片持ち梁を有する、本発明に係るＸ線装置の第１の実施形態の概略斜視図を示す。
【図２】図１のＸ線装置の補償モータ、変換伝動部及びディテクタサークルの概略抽出図を示す。
【図３】図１のＸ線装置のゴニオメータの概略抽出図を示す。
【図４】ディテクタサークル上にある２部品片持ち梁を有する、本発明に係るＸ線装置の第２の実施形態の概略斜視図を示す。
【図５】図４のＸ線装置を動作させるための特性領域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、本発明に係る方法を実施するための、本発明に係る第１の実施形態におけるＸ線装置１を示す。
【００４０】
Ｘ線装置１はＸ線源３（このケースではＸ線管）を有する線源構成２を備え、Ｘ線源３の前には様々なＸ線光学要素４（ここでは、Ｘ線ミラー、絞り（ｓｔｏｐ）、コリメータの組み合せ）が配置されている。また、線源構成２はホルダ機構５を有する。線源構成２はゴニオメータ７の線源サークル６に配置され、これによって、線源サークル６をゴニオメータ軸８周りにモータ駆動方式で回転させることができ、したがって、線源構成２もゴニオメータ軸８周りにモータ駆動方式で回転させることができる。ゴニオメータ軸８はこのケースでは水平である。
【００４１】
Ｘ線装置１はＸ線ディテクタ１０を有するディテクタ構成９をさらに備える。Ｘ線ディテクタ１０の前には様々なＸ線光学要素１１（ここでは、複数の絞りの組み合せ）が配置されている。ディテクタ構成９は、ガイドシステム１２（「トラック」）において変位可能である。これにより、ディテクタ構成９（又は関連するディテクタウインドウ。このケースではカバーされている。）は変位軸１３に沿って変位可能である。このケースでは、ディテクタ構成９の変位位置は手動で調節可能であり、止めねじ１４によって任意の位置にロックすることができる。ここで、ガイドシステム１２は、一体型の片持ち梁１５に形成され、片持ち梁１５はゴニオメータ７のディテクタサークル１６に取り付けられている。ゴニオメータ７によって、ディテクタサークル１６をゴニオメータ軸８周りにモータ駆動方式で回転させることができ、したがって、ディテクタサークル１６に配置されたディテクタ構成９もゴニオメータ軸８周りにモータ駆動方式で回転させることができる。
【００４２】
線源構成２、すなわち、これによって生成されるＸ線ビーム（図示せず）と、ディテクタ構成９とは、サンプル位置１７に向かって方向づけられている。サンプル位置１７はこのケースではゴニオメータ軸８上にある。なお、変位軸１３がサンプル位置１７に交差する。Ｘ線回折によるサンプル位置１７のサンプルの検査について、線源構成２及びディテクタ構成９は、ゴニオメータ７によってゴニオメータ軸８周りに回動し、したがって、サンプル位置１７の周囲で回動する。
【００４３】
ディテクタサークル１６に取り付けられたディテクタ構成９及びさらなる部品は、極めて大きい質量を持つので、結果として生じる重量（ｗｅｉｇｈｔ）によってトルクがディテクタサークル１６に及ぼされる。言い換えれば、ディテクタサークル１６全体（すなわち、これに取り付けられる片持ち梁１５やディテクタ構成９などの部品を含む）は、ゴニオメータ軸８から水平に離れた重心を持ち、その結果、ディテクタサークル１６を回転させようとする。
【００４４】
図３に示されているように、ゴニオメータ７は、ディテクタサークル１６を所望の回転位置に回転させて、その位置に維持するアクチュエータ１８を有する。
【００４５】
アクチュエータ１８がディテクタ構成（及び他の偏心部品）の重量に抗して継続的に動作する必要がないように、Ｘ線装置は補償装置１９を有する。本発明に係れば、補償装置１９はディテクタサークル１６に結合されている補償モータ２０を備える。ここでは、補償モータ２０はブラシレスＤＣモータとして具体化されている。
【００４６】
図１から明らかなように、補償装置１９はこのケースではカウンタウエイト２１をさらに有し、このカウンタウエイトは（ゴニオメータ軸８に対して）ディテクタ構成９の反対側でディテクタサークル１６に取り付けられている。なお、図１ではゴニオメータカバーの上部によって補償モータ２０がカバーされている。
【００４７】
図２から明らかなように、このケースの補償モータ２０は外側歯２２ａを有するモータシャフト２２を有する。歯付きベルト２３（これの歯は図２に部分的にしか示されていない）により、モータシャフト２２がシャフト２４に結合され、シャフト２４上にはピニオン２５が形成されている。ピニオン２５はディテクタサークル１６にある内側歯２６（図２には部分しか示されていない）に入れられて噛み合っている。特に、外側歯２２ａを有するモータシャフト２２と、ピニオン２５を有するシャフト２４と、内側歯２６とによって形成されている伝動部２７は、モータシャフト２２の回転を、大きく減速されるような方法で、ここでは約５０：１の減速比で（すなわち、モータシャフト２２の回転はディテクタサークル１６の１／５０回転に対応する）ディテクタサークル１６に伝達する。
【００４８】
なお、補償モータ２０がアクチュエータから独立している。補償モータ２０は、ディテクタサークル１６を、実質的にアクチュエータへのトルクのない状態にするのに有用である。
【００４９】
図１を参照して、カウンタウエイト２１により、片持ち梁１５（及びディテクタサークル１６の変位しない他の部品）のトルク寄与に関して良好な補償が提供される。ゴニオメータ軸８周りのディテクタサークル１６の回転（角度Θ（シータ）を参照）により、ゴニオメータ軸８からのカウンタウエイト２１及び片持ち梁１５の水平距離が同程度まで変化する。また、対照的に、ディテクタ構成９によるトルク寄与は、変位軸１３に沿った変位位置（サンプル位置１７からの距離ＡＢを参照）に依存する。したがって、固定設置されるカウンタウエイト２１によってディテクタ構成９のトルク寄与を補償することはできない。ディテクタ構成９のトルク寄与は補償モータによって補償され、また、ディテクタサークル１６に設置されたさらなる部品の未補償のさらなるトルク寄与も補償モータによって補償してもよい。
【００５０】
図３に概略的に示されているように、Ｘ線装置はゴニオメータ７に接続されている電子制御デバイス２８を有する。例えば、制御デバイス２８はデスクトップコンピュータによって実現することができる。まず、制御デバイス２８は、ディテクタサークル１６の回転位置を（さらに線源サークル６の回転位置も）セットするために、プログラムされたＸ線測定の範囲で制御コマンドをアクチュエータ１８に提供する。したがって、制御デバイス２８は、ディテクタサークル１６又はディテクタ構成９の現在の回転位置（ここでは、ゴニオメータ軸８を含む第１の水平基準平面ＲＥ１に対して測定される角度位置Θ（シータ））を認識している。Θ（シータ）は、ここで示されている位置では約０°である。さらにまた、ディテクタ構成９の変位位置（サンプル位置１７／ゴニオメータ軸８とディテクタ構成９のディテクタウインドウとの距離ＡＢ）が制御デバイス２８に認識される（たとえば、肉眼を用いて位置を手動で読み出した後に手動入力によって行なう。あるいは、位置センサを読むことによって行なう。これ以上詳細には説明しない）。これらの位置変数を用い、また、Ｘ線装置の別段与えられた構造を用いて、制御デバイス２８は補償モータ２０の適切な補償トルク又は対応する制御電流を確認することができ、対応する制御電流を補償モータ２０に印加することができる。
【００５１】
示されている実施形態では、図１を参照して、線源サークル６も線源構成２の（ゴニオメータ軸８に対して）反対側にあるカウンタウエイト２９を有する。線源構成２は概して、カウンタウエイト２９とともにゴニオメータ軸８周りに回転し、そうでない場合には調節されないので、線源サークル６に固定設置されたカウンタウエイト２９によって良好なトルク補償をこの場合に実現することができる。
【００５２】
図４は、本発明に係る方法で用いる本発明に係るＸ線装置１の第２の実施形態を示す。Ｘ線装置は図１のＸ線装置と同様である。したがって、第２の実施形態は、主に、説明された図１の実施形態との本質的な差である。
【００５３】
本実施形態では、ディテクタサークル１６に前部の第１の片持ち梁部５１が取り付けられ、第１の片持ち梁部５１には、同一平面軸５３周りに回転可能であるように、後部の第２の片持ち梁部５２がヒンジ接続されている。同一平面軸５３に対する回転位置（角度Γ（ガンマ）を参照）を第１のさらなるアクチュエータ５４によってセットすることができる。電子制御デバイス（図示せず）によって第１のさらなるアクチュエータ５４を作動させる。同一平面軸５３はゴニオメータ軸８と直交して延び、サンプル位置１７でゴニオメータ軸８と交差する。ディテクタ構成９を変位軸１３に沿って変位させることができるガイドシステム１２が、第２の片持ち梁部５２に配置されている。
【００５４】
同一平面軸５３周り（角度Γ（ガンマ））のディテクタ構成９の回動の追加を任意に選択できる結果、Ｘ線回折測定中に別の立体角領域にアクセス可能になる。角度Γ（ガンマ）のディテクタ構成９の回転によるトルクの変化は、このケースではカウンタウエイト２１によって完全には相殺することができない。回動しない第１の片持ち梁部５１しかカウンタウエイト２１によって補償することができない。したがって、この実施形態でもディテクタサークル１６に結合されている補償モータを有する（繰り返すが、図４ではゴニオメータカバーの上部によってカバーされているが、たとえば図３を参照）。
【００５５】
補償モータに適する反トルクは、位置変数Θ（シータ。ゴニオメータ軸８周りのディテクタ構成９の回動であり、第１の水平基準平面ＲＥ１に対して測定される）、Γ（ガンマ。同一平面軸５３周りのディテクタ構成９の回動であり、第２の基準平面ＲＥ２に対して測定される。第２の基準平面ＲＥ２は、このケースではゴニオメータ軸８と直交し、同一平面軸５３を含む）、及びＡＢ（ディテクタ構成９のディテクタウインドウとサンプル位置１７との距離）によって決定することができる。Γ（ガンマ）（ここで示されているのは約２０°）に対する現在の回転位置は、制御デバイスによってセットされるので、このケースでは制御デバイスにすでに認識されている。対応する説明は、Θ（シータ）（ここで示されているのは約１０°）に対する現在の回転位置にあてはまる。
【００５６】
なお、９０°を超える大きい角度Γ（ガンマ）の場合、ディテクタ構成９によって引き起こされるディテクタサークル１６へのトルクの正負の変化がある。したがって、補償モータは力の両方向の負荷に対して具体化される。
【００５７】
図５は、本発明の範囲内において、図４のＸ線装置の実施形態に係る制御デバイスによって用いられる典型的な特性領域６０を示す。
【００５８】
示されている２次元特性領域６０は、位置変数角度Γ（ガンマ。右に向かってプロットされている。）と、位置変数角度Θ（シータ。奥に向かってプロットされている。）とに依存する、補償モータによって補正されなければならないトルク（ゴニオメータ軸周りに結果として生じるトルク（結果トルク）。上に向かってプロットされている。）を示している。この結果トルクを補償するために、補償モータは、セットされるトルクＭＫＭとしてディテクタサークルに（−１×前記トルク）を及ぼさなければならない。補償モータの力特性が既知である場合、特性領域から読み出されたトルクを用いて補償モータの制御電流を決定して印加することができる。示されている特性領域６０は本実施形態ではディテクタ構成とサンプル位置との特定の距離ＡＢに適用される。他の距離ＡＢについてのさらなる特性領域を記憶させて用いたり、３次元特性領域を記憶させて用いたりすることができる（これ以上詳細には説明しない）。
【００５９】
最も単純なケースでは、予想されるＸ線測定の範囲で可能であるディテクタ構成の様々な位置に対する、あらかじめ測定したゴニオメータ軸（補償モータがない場合の）に作用するトルクに基づいて特性領域６０を実験的に測定する。あるいは、たとえば重心の位置と、ゴニオメータ軸からの重心の水平距離とによって、作用トルクを計算することもできる。一般的には、おおよそ、作用トルク及び位置変数に関する以下の依存関係が見られる。
【００６０】
ａ）たとえば摩擦に起因する定数成分（位置変数とは独立している）。
ｂ）ｃｏｓΘに比例する成分。これらは、ゴニオメータ軸周りに回転する、ディテクタサークルに取り付けられる全ての部品に起因する。
ｃ）ｃｏｓΓに比例する成分。これらは、同一平面軸周りに回転する、ディテクタサークルに取り付けられる全ての部品に起因する。
ｄ）ＡＢに比例する成分。これらは、変位軸に沿って変位可能であってディテクタサークルに取り付けられる全ての部品に起因する。
【００６１】
なお、ディテクタサークルに取り付けられるいくつかの部品が上記のカテゴリの１つ以上に寄与し得る。したがって、図４においては、第１の片持ち梁部５１によりｃｏｓΘに比例する（だけの）寄与分が生じ、第２の片持ち梁部５２によりｃｏｓΘ×ｃｏｓΓに比例する寄与分が生じ、ディテクタ構成９によりＡＢ×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓに比例する寄与分が生じる。この場合、寄与分の絶対値は夫々の部品の質量にさらに依存する。
【００６２】
図１の実施形態については、片持ち梁１５によりｃｏｓΘに比例する（だけの）寄与分が生じ、ディテクタ構成９によりＡＢ×ｃｏｓΘに比例する寄与分が生じる。
【００６３】
図４の実施形態については、以下の通りに表わすことができるトルクＭＫＭが、位置変数の関数として補償モータに近似的にあらわれる。
【００６４】
ＭＫＭ＝Ａ０＋Ａ１×ｃｏｓΘ＋Ａ２×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓ＋Ａ３×ＡＢ×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓ  （式１）。
ここで、Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３はＸ線装置に起因する定数である。書き直すことによって、特に、式１から以下が導かれる。
ＭＫＭ＝Ａ０＋Ｂ１  （式２）
且つＢ１＝［Ａ１＋Ａ２×ｃｏｓΓ＋Ａ３×ＡＢ×ｃｏｓΓ］×ｃｏｓΘ  （式３）
ここで、Ｂ１はｃｏｓΘに比例する寄与分である。
【００６５】
式１を以下の通りに書き直すこともできる。
ＭＫＭ＝Ａ０＋Ａ１×ｃｏｓΘ＋Ｂ２  （式４）
且つＢ２＝［Ａ２×ｃｏｓΘ＋Ａ３×ＡＢ×ｃｏｓΘ］×ｃｏｓΓ  （式５）
ここで、Ｂ２はｃｏｓΓに比例する寄与分である。
【００６６】
さらにまた、式１を以下の通りに書き直すことができる。
ＭＫＭ＝Ａ０＋Ａ１×ｃｏｓΘ＋Ａ２×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓ＋Ｂ３  （式６）
且つＢ３＝［Ａ３×ｃｏｓΘ×ｃｏｓΓ］×ＡＢ  （式７）
ここで、Ｂ３はＡＢに比例する寄与分である。特性領域６０に格納されているデータはこれらの依存関係におおよそ準ずる。なお、Ｘ線装置の構造に応じて、式１においてＭＫＭについて記載されている項よりも小さい項、大きい項又は当該記載されている項以外の項が生じてもよく、結果として、寄与分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の項も変化してもよい。
【００６７】
特性領域を用いてＭＫＭを決定することに代わるものとして、たとえば、モデル中のトルク（上記の例の式１を参照）によって生じる定数（上記の例のＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）を決定し、これらを制御デバイスに記憶し、モデルと夫々の時点の位置パラメータとを用いて補償モータのトルクＭＫＭを計算することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  Ｘ線装置
２  線源構成
３  Ｘ線源
４  Ｘ線光学要素（線源構成）
５  ホルダ機構（線源構成）
６  線源サークル
７  ゴニオメータ
８  ゴニオメータ軸
９  ディテクタ構成
１０  Ｘ線ディテクタ
１１  Ｘ線光学要素（ディテクタ構成）
１２  ガイドシステム
１３  変位軸
１４  止めねじ
１５  片持ち梁
１６  ディテクタサークル
１７  サンプル位置
１８  アクチュエータ
１９  補償装置
２０  補償モータ
２１  カウンタウエイト（ディテクタサークル）
２２  モータシャフト
２２ａ  外側歯（モータシャフト）
２３  歯付きベルト
２４  シャフト
２５  ピニオン
２６  内側歯（ディテクタサークル）
２７  伝動部
２８  制御デバイス
２９  カウンタウエイト（線源サークル）
５１  前部の（第１の）片持ち梁部
５２  後部の（第２の）片持ち梁部
５３  同一平面軸
５４  第１のさらなるアクチュエータ
ＡＢ  サンプル位置とディテクタ構成との距離
ＲＥ１  第１の基準平面
ＲＥ２  第２の基準平面
Γ  ガンマ、同一平面軸周りの回動角度
Θ  シータ、ゴニオメータ軸周りの回動角度
【図１】
2018136305.tif 000003
【図２】
2018136305.tif 000004
【図３】
2018136305.tif 000005
【図４】
2018136305.tif 000006
【図５】
2018136305.tif 000007
【外国語明細書】
2018136305000001.pdf
2018136305000002.pdf
2018136305000003.pdf
2018136305000004.pdf