(57)【要約】【課題】分光面全体を分光および集光に寄与させるとともにバックグラウンド増大の原因になる散乱光を発生させず、分光性能および集光性能が良く、分光面に不規則な歪み、割れが発生しない二重湾曲Ｘ線分光素子を提供する。【解決手段】本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子１は、第１の曲率κ１および第２の曲率κ２で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子１であって、Ｘ線を分光する分光表面４と対向する裏面５に、複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝６が非平行になるように、形成されたＸ線分光部材７と、第１の曲率κ１および第２の曲率κ１で凹型に二重湾曲した凹面１０ａを有する凹型台１０と、を備え、Ｘ線分光部材７の裏面５が凹型台１０の凹面１０ａに押圧接着される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の曲率および第２の曲率で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子であって、Ｘ線を分光する分光表面と対向する裏面に、複数の溝が、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成されたＸ線分光部材と、
前記第１の曲率および前記第２の曲率で凹型に二重湾曲した凹面を有する凹型台と、
を備え、
前記Ｘ線分光部材の裏面が前記凹型台の凹面に押圧接着された二重湾曲Ｘ線分光素子。  
【請求項２】
請求項１に記載の二重湾曲Ｘ線分光素子において、
前記Ｘ線分光部材の裏面に設けられる溝の深さが前記Ｘ線分光部材の厚さの２０％〜８０％である二重湾曲Ｘ線分光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二重湾曲Ｘ線分光素子を備えるＸ線分光器。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線分光器を備えるＸ線分析装置。
【請求項５】
第１の曲率および第２の曲率で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法であって、
前記第１の曲率および前記第２の曲率で凹型に二重湾曲した凹面を有する凹型台を準備する工程と、
前記第１の曲率および前記第２の曲率で凸型に二重湾曲した凸面を有する凸型成形冶具を準備する工程と、
Ｘ線を分光する分光表面を有するＸ線分光部材を準備する工程と、
前記Ｘ線分光部材の分光表面と対向する裏面に、複数の溝を、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿わせて斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成する工程と、
前記凹型台の凹面上に接着剤を塗布する工程と、
接着剤が塗布された前記凹型台の凹面に前記Ｘ線分光部材の裏面を重ね合わせる工程と、
前記凸型成形冶具で前記Ｘ線分光部材を前記凹型台に押圧接着する工程と、
を有する二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法において、
前記Ｘ線分光部材の裏面に設けられる溝の深さが前記Ｘ線分光部材の厚さの２０％〜８０％である二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重湾曲Ｘ線分光素子、それを備える分光器およびＸ線分析装置ならびに二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線を分光するとともに集光する、一方向または二方向に凹面形状にした湾曲Ｘ線分光素子が知られている。特に、Ｘ線を効率的に分光して集光するためには、二方向に凹型の大きな面積の分光面を有する二重湾曲Ｘ線分光素子を用いることが必要となる。これに関し、熱塑性変形による湾曲Ｘ線分光素子（特許文献１）が知られているが、高温での加圧変形処理を行うために特殊な設備が必要となり、さらに、分光多層膜を生成した平板の分光素子の湾曲には、処理に必要な温度に分光多層膜が耐えられないために、適用できないという問題があった。また、予め機械加工した平面基板への分光多層膜の製膜は一般的に行われているが、数Å（オングストローム）の表面粗さの二重湾曲面に分光多層膜を形成するためには極めて高コストになるという問題があった。一方、二重湾曲Ｘ線分光素子としては、結晶を貼り付ける凹形台にスペーサ部を形成して弾性的に変形させて固定する方法によって製造されるＸ線分光素子（特許文献２）がある。
【０００３】
しかし、特許文献２に記載の方法では、極めて小さい曲率（極めて大きい曲率半径）を有する二重湾曲Ｘ線分光素子を製造する場合を除き、平板状の二重湾曲Ｘ線分光素子を弾性変形すると、不規則な歪み、割れを誘発し、実用可能な所望の形状に成形すると歩留りをよくすることができなかった。そこで、二重湾曲Ｘ線分光素子ではなく球面状の反射用光学素子であるが、反射面における不規則な歪み、割れを防止するために、反射光学素子の反射面に格子状の溝を形成した反射用光学素子（特許文献３）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再表２００６−０２２３３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４４３９号公報
【特許文献３】特開平８−２０１５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献３に記載の反射用光学素子では、反射面に溝を形成しており、溝部分は反射に寄与しない、そのため溝が形成されていない反射面に比べ反射効率が低下し、さらに、この反射用光学素子をＸ線分光器やＸ線測定装置に用いると、溝のエッジ部分から散乱光が発生し、分光性能および集光性能が低下するとともに散乱光によるバックグラウンドが増大すると考えられるため、採用することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、分光面全体が分光および集光に寄与するとともにバックグラウンド増大の原因になる散乱光を発生せず、分光性能および集光性能が良く、分光面に不規則な歪み、割れが発生しない二重湾曲Ｘ線分光素子、それを備えるＸ線分光器およびＸ線分析装置ならびに二重湾曲Ｘ線分光素子の安価で簡易な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子は、第１の曲率および第２の曲率で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子であって、Ｘ線を分光する分光表面と対向する裏面に、複数の溝が、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成されたＸ線分光部材と、前記第１の曲率および前記第２の曲率で凹型に二重湾曲した凹面を有する凹型台と、を備え、前記Ｘ線分光部材の裏面が前記凹型台の凹面に押圧接着される。
【０００８】
本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子によれば、Ｘ線分光部材において、Ｘ線を分光する分光表面と対向する裏面に、複数の溝が、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成されるので、分光面全体が分光および集光に寄与するとともにバックグラウンドの増大の原因になる散乱光を発生せず、分光性能および集光性能が良く、分光面に不規則な歪み、割れが発生しない。
【０００９】
本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子は、前記Ｘ線分光部材の裏面に設けられる溝の深さが前記Ｘ線分光部材の厚さの２０％〜８０％であるのが好ましい。この場合には、より精度の良い曲率で二重湾曲した凹面を形成できる。
【００１０】
本発明のＸ線分光器は本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子を備える。
【００１１】
本発明のＸ線分光器によれば、本発明の、散乱光を発生しない二重湾曲Ｘ線分光素子を備えるので、バックグラウンドの少ない精度の良い測定をすることができる。
【００１２】
本発明のＸ線分析装置は本発明のＸ線分光器を備える。
【００１３】
本発明のＸ線分析装置によれば、本発明のＸ線分光器を備えるので、バックグラウンドの少ない精度の良い測定をすることができる。
【００１４】
本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法は、第１の曲率および第２の曲率で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法であって、前記第１の曲率および前記第２の曲率で凹型に二重湾曲した凹面を有する凹型台を準備する工程と、前記第１の曲率および前記第２の曲率で凸型に二重湾曲した凸面を有する凸型成形冶具を準備する工程と、Ｘ線を分光する分光表面を有するＸ線分光部材を準備する工程と、前記Ｘ線分光部材の分光表面と対向する裏面に、複数の溝を、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿わせて斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成する工程と、前記凹型台の凹面上に接着剤を塗布する工程と、接着剤が塗布された前記凹型台の凹面に前記Ｘ線分光部材の裏面を重ね合わせる工程と、前記凸型成形冶具で前記Ｘ線分光部材を前記凹型台に押圧接着する工程と、を有する。
【００１５】
本発明の二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法によれば、Ｘ線分光部材において、Ｘ線を分光する分光表面と対向する裏面に、複数の溝を、前記第１の曲率の湾曲方向に対して４５°未満で沿わせて斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成するので、分光面全体を分光および集光に寄与させるとともにバックグラウンドの増大の原因になる散乱光を発生させず、分光性能および集光性能を向上させ、分光面に不規則な歪み、割れを発生させずに、二重湾曲Ｘ線分光素子を安価で簡易に製造することができる。
【００１６】
本発明の製造方法では、前記Ｘ線分光部材の裏面に設けられる溝の深さが前記Ｘ線分光部材の厚さの２０％〜８０％である二重湾曲Ｘ線分光素子を製造するのが好ましい。この場合には、より精度の良い曲率で二重湾曲した凹面をもつ二重湾曲Ｘ線分光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の二重湾曲Ｘ線分光素子の概略図である。
【図２】同二重湾曲Ｘ線分光素子に形成される複数の溝を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の二重湾曲Ｘ線分光素子の製造方法の概略を示す図である。
【図４】同製造方法により製造される二重湾曲Ｘ線分光素子の分光および集光を示す図である。
【図５】同二重湾曲Ｘ線分光素子に形成される、溝パターンＡを示す図である。
【図６】同二重湾曲Ｘ線分光素子に形成される、溝パターンＢを示す図である。
【図７】同二重湾曲Ｘ線分光素子に形成される、溝パターンＣを示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態のＸ線分析装置を示す概略図である。
【図９】二重湾曲Ｘ線分光素子の斜め十文字になった溝パターンの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子について説明する。図１の概略斜視図に示すこの二重湾曲Ｘ線分光素子１は、第１の曲率κ１および第２の曲率κ２で凹型に二重湾曲した二重湾曲Ｘ線分光素子１であって、Ｘ線を分光する分光表面４と対向する裏面５に、複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成されたＸ線分光部材７と、第１の曲率κ１および第２の曲率κ２で凹型に二重湾曲した凹面を有する凹型台１０と、を備え、Ｘ線分光部材７の裏面５が凹型台１０の凹面１０ａに押圧接着される。この実施形態では、分光表面４は、トロイダル面（円環側面）である。複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向に対して４５°未満で沿ってとは、複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向（二重湾曲Ｘ線分光素子１の幅方向（短辺方向）の中央において第１の曲率κ１で湾曲する円弧が延びる方向を平面視した方向Ｄ１（図２））から時計回りにも反時計回りにも４５°を超えない角度で沿うことをいう。
【００１９】
図２に、Ｘ線分光部材７の裏面５の平面図を示す。複数の溝６は、第１の曲率κ１の湾曲方向Ｄ１に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成される。第２の曲率κ２の湾曲方向は符号Ｄ２で示されている。図９に、二重湾曲Ｘ線分光素子の斜め十文字になった溝パターンの例を示す。
【００２０】
本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１によれば、Ｘ線分光部材７において、Ｘ線を分光する分光表面４と対向する裏面５に、複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向Ｄ１に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝６が非平行になるように、形成されるので、分光面全体が分光および集光に寄与するとともにバックグラウンドの増大の原因になる散乱光を発生せず、分光性能および集光性能が良く、分光面に不規則な歪み、割れが発生しない。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１の製造方法について説明する。この製造方法の概略を図３に示す。二重湾曲Ｘ線分光素子１は、シリコン基板８とシリコン基板の表面８ａ上に分光多層膜８ｂが形成されたＸ線分光部材７を凸型成形冶具１１の凸面１１ａで凹型台１０の凹面１０ａに押圧接着して製造する。以下、製造方法について工程順に説明する。
【００２２】
第１の曲率κ１および第２の曲率κ２（図１）で凹型に二重湾曲した凹面１０ａを有する凹型台１０を準備する。この実施形態では、凹面１０ａは、トロイダル面である。凹型台１０の凹面１０ａは、第１の曲率κ１が０．００２／ｍｍ（曲率半径Ｒ１が５００ｍｍ）、第２の曲率κ２が０．０１／ｍｍ（曲率半径Ｒ２が１００ｍｍ）である。凹型台１０の凹面１０ａの平面視形状は長辺８０ｍｍ、短辺３０ｍｍの長方形である。
【００２３】
第１の曲率κ１および第２の曲率κ２で凸型に二重湾曲した凸面１１ａを有する凸型成形冶具１１を準備する。凸型成形冶具１１の凸面１１ａは、この実施形態ではトロイダル面であり、第１の曲率κ１が０．００２／ｍｍ（曲率半径Ｒ１が５００ｍｍ）、第２の曲率κ２が０．０１／ｍｍ（曲率半径Ｒ２が１００ｍｍ）である。凸型成形冶具１１の凸面１１ａの平面視形状は長辺８０ｍｍ、短辺３０ｍｍの長方形である。
【００２４】
Ｘ線を分光する分光表面４を有するＸ線分光部材７を準備する。Ｘ線分光部材７は、長辺の長さＬが８０ｍｍ、短辺の長さＳが３０ｍｍ、厚さＴが０．２５ｍｍの長方形平板であるシリコン基板の表面８ａ上に、例えばＷ／Ｓｉの分光多層膜８ｂが形成されている。      
【００２５】
Ｘ線分光部材７の溝を形成しない部位にレジストを塗布し、分光表面４と対向するシリコン基板８の裏面５にウエットエッチングにより、例えば５本の、複数の溝６を形成する。５本の溝６は、第１の曲率κ１の湾曲方向Ｄ１、つまり第１の曲率κ１で湾曲される長辺方向Ｄ１に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝６が非平行になるように、形成され、それぞれの溝６は、溝幅が０．１０ｍｍ、溝深さが０．１２ｍｍである。シリコン基板の厚さＴに対する溝の深さ率は約５０％である。５本の溝が形成されたシリコン基板８の裏面５を図２に示す。シリコン基板８の厚さＴに対する溝の深さ率は５０％に限ったものではなく、第１の曲率κ１および第２の曲率κ２の大小、基板の厚さＴ、基板材料などに応じた溝の深さ率にすればよく、２０％〜８０％が好ましい。複数の溝６の形成方法はウエットエッチングに限ったものではなく、ドライエッチングや機械加工であってもよい。
【００２６】
凹型台１０の凹面１０ａの全体に、例えば、エポキシ樹脂である接着剤を塗布する。
【００２７】
接着剤が塗布された凹型台１０の凹面１０ａにＸ線分光部材７の裏面５を重ね合わせる。
【００２８】
次に、凸型成形冶具１１の凸面１１ａでＸ線分光部材７を凹型台１０の凹面１０ａに押圧接着する。以上の工程により、二重湾曲Ｘ線分光素子１が製造される。
【００２９】
この複数の溝の形成により、Ｘ線分光部材７の裏面５は５本の直線状の溝６によって、溝の深さまで第２の曲率κ２の湾曲方向において６つの楔形部分に分割されるので、第１の曲率κ１に比べ大きい曲率の第２の曲率κ２（０．０１／ｍｍ）の湾曲方向にＸ線分光部材７を容易に湾曲できるとともに、第１の曲率κ１の湾曲方向にも容易に湾曲でき、分光面に不規則な歪み、割れを発生させずに簡便に押圧接着することができる。また、Ｘ線分光部材７の裏面５に複数の溝６を形成するので、二重湾曲Ｘ線分光素子１の分光表面にＸ線が入射しても溝６のエッジから散乱光が発生しない。
【００３０】
この製造方法により製造される本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１は、第１の曲率κ１の湾曲方向を平面視でＸ線が入射する方向として用いられる。例えば、図４に示すように、Ｘ線源５１からの一次Ｘ線５２が二重湾曲Ｘ線分光素子１の分光表面４に入射して、分光された一次Ｘ線５２が集光部位５８に集光するように用いられる。
【００３１】
本発明の第２実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１の製造方法によれば、Ｘ線分光部材７において、Ｘ線を分光する分光表面４と対向する裏面５に、複数の溝６を、第１の曲率κ１の湾曲方向に対して４５°未満で沿わせて斜め十文字にならないように、隣り合う溝６が非平行になるように、形成するので、分光面全体を分光および集光に寄与させるとともにバックグラウンドの増大の原因になる散乱光を発生させず、分光性能および集光性能を向上させ、分光面に不規則な歪み、割れを発生させずに、二重湾曲Ｘ線分光素子１を安価で簡易に製造することができる。
【００３２】
この製造方法により製造される本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１では、図２に複数の溝６のパターンの１つを例示したが、この溝パターンに限ったものではなく、二重湾曲Ｘ線分光素子１の寸法や第１の曲率κ１および第２の曲率κ２などによって、図５に示される溝パターンＡ、図６に示される溝パターンＢ、図７に示される溝パターンＣなどであってもよい。図２、５に示される複数の溝は一方の端部で交わっているが、図６の溝パターンＢ、図７の溝パターンＣのように端部で交わっていない溝パターンでもよい。図２では５本、図５、図６では６本、図７では２本の溝が形成された溝パターンを示したが、溝の本数は二重湾曲Ｘ線分光素子１の寸法や第１の曲率κ１および第２の曲率κ２などによって決めればよい。
【００３３】
二重湾曲Ｘ線分光素子１の第２の曲率κ２の湾曲方向Ｄ２の寸法が同じであれば、第２の曲率κ２が大きくなるにしたがって溝の本数は増加させるのが好ましい。Ｘ線分光部材７の裏面５は複数の直線状の溝６によって、溝の深さまで第２の曲率κ２の湾曲方向において溝の本数より１つ多い楔形部分に分割されるので、第１の曲率κ１に比べ大きい曲率の第２の曲率κ２の大小に応じて楔形部分の分割数を決めればよい。
【００３４】
本発明の第２実施形態である製造方法により製造される二重湾曲Ｘ線分光素子１では、分光表面４がトロイダル面であって、シリコン基板８の長辺方向を第１の曲率κ１で、短辺方向を第２の曲率κ２で湾曲させたが、長辺方向を第２の曲率κ２で、短辺方向を第１の曲率κ１で湾曲させてもよい。第１の曲率κ１は０．００２／ｍｍ（曲率半径が５００ｍｍ）、第２の曲率κ２は０．０１／ｍｍ（曲率半径が１００ｍｍ）に限ったものではなく、他の曲率であってもよい。さらに、分光表面４は、トロイダル面に限らず、回転楕円面、回転対数螺旋面などであってもよい。
【００３５】
本発明の第２実施形態である製造方法により製造される二重湾曲Ｘ線分光素子１では、Ｘ線分光部材７のシリコン基板８として長方形平板を用いたが、正方形平板であってもよく、シリコン基板８に限らずゲルマニウム基板であってもよい。本発明の第２実施形態である製造方法により製造される二重湾曲Ｘ線分光素子１では、シリコン基板の表面８ａ上に分光多層膜８ｂが形成されたＸ線分光部材７を例示したが、例えば、グラファイト、フッ化リチウム、ゲルマニウム、ＴＡＰ、ＰＥＴなどの分光結晶の分光表面４と対向する裏面５に、複数の溝６が、第１の曲率κ１の湾曲方向に対して４５°未満で沿って斜め十文字にならないように、隣り合う溝が非平行になるように、形成される二重湾曲Ｘ線分光素子であってもよい。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置について説明する。このＸ線分析装置は、蛍光Ｘ線分析装置であって、本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１を有するＸ線分光器５０を備える。Ｘ線分光器５０において、二重湾曲Ｘ線分光素子１は第１の曲率κ１の湾曲方向が平面視でＸ線の入射方向に一致するように配置される。図８に示すように、Ｘ線分析装置は、試料５３に１次Ｘ線５２を照射するＸ線源５１、試料５３から発生した蛍光Ｘ線５４を分光する二重湾曲Ｘ線分光素子１を備えるＸ線分光器５０、およびＸ線分光器５０によって分光および集光された蛍光Ｘ線５６を検出するＸ線検出器５７を備え、その検出したＸ線強度により定量および／または定性分析を行う分析装置である。Ｘ線分光器５０は、試料５３と二重湾曲Ｘ線分光素子１との間に視野制限スリット５５を備える。
【００３７】
本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置が備えるＸ線分光器５０によれば、本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１を備えるので、バックグラウンドの少ない精度の良い測定をすることができる。本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置によれば、本発明の第１実施形態である二重湾曲Ｘ線分光素子１を備えるＸ線分光器５０を備えるので、やはり、バックグラウンドの少ない精度の良い測定をすることができる。本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置について、二重湾曲Ｘ線分光素子１を有するＸ線分光器５０を１つ備える蛍光Ｘ線分析装置として説明したが、二重湾曲Ｘ線分光素子１を有するＸ線分光器５０とＸ線検出器５７とからなる分光系を複数備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置であってもよい。
【００３８】
本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置の変形例として、Ｘ線源５１と試料５３との間に二重湾曲Ｘ線分光素子１を備え、Ｘ線源５１からの１次Ｘ線５２を分光および集光して試料５３に照射する蛍光Ｘ線分析装置も考えられる。
【００３９】
本発明の第３実施形態であるＸ線分析装置について、蛍光Ｘ線分析装置として説明したが、その他のＸ線分析装置であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１      二重湾曲Ｘ線分光素子
４      分光表面
５      分光表面と対向する裏面
６      複数の溝
７      Ｘ線分光部材
１０    凹型台
１０ａ  凹型台の凹面
κ１    第１の曲率
κ２    第２の曲率
【図１】
2015219221.tif 000003
【図２】
2015219221.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015219221.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015219221.tif 000009
【図８】
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【図９】
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