(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線出力窓からＸ線を連続的に発散して出力するＸ線源と、
入力端の近傍部分が先細り形状を有するマルチキャピラリＸ線レンズを含み、前記マルチキャピラリＸ線レンズが前記Ｘ線源からのＸ線出力方向に対して特定方位に配置されているときに前記Ｘ線源から前記入力端に入力したＸ線を前記マルチキャピラリＸ線レンズの出力端から出力し、前記マルチキャピラリＸ線レンズが前記特定方位と異なる方位に配置されているときにＸ線を前記出力端から出力しない照射部と、
前記照射部の前記マルチキャピラリＸ線レンズの方位を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】
前記照射部の前記出力端から出力されたＸ線が試料に照射されたときに前記試料で発生した二次Ｘ線を入力して、この二次Ｘ線の入力に応じて電荷を発生して蓄積し、その蓄積した電荷を読み出す検出部を更に備え、
前記制御部が、前記照射部を前記特定方位に配置させて前記照射部の前記出力端からＸ線を出力させているときに前記検出部において電荷蓄積動作を行わせ、前記照射部を前記特定方位と異なる方位に配置させて前記照射部の前記出力端からＸ線を出力させていないときに前記検出部において電荷読出動作を行わせる、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
【請求項３】
前記試料で発生した二次Ｘ線の像を前記検出部の受光面上に結像する結像部を更に備え、
前記検出部が、前記受光面上において二次元画素構造を有し、前記結像部により前記受光面上に結像された二次Ｘ線の像を検出する、
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線装置。
【請求項４】
前記検出部がＣＣＤを含む
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線装置。
【請求項５】
前記結像部が回転双曲面および回転楕円面を有する斜入射ミラーを含む
ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、Ｘ線をパルス照射された試料で発生する二次Ｘ線（蛍光Ｘ線または散乱Ｘ線）を検出部により検出するものであって、Ｘ線パルス照射と検出部動作とを互いに同期させる発明が記載されている。すなわち、試料にＸ線が照射されているときに検出部において二次Ｘ線検出による電荷の蓄積が行われ、試料にＸ線が照射されていないときに検出部において電荷の読み出しが行われる。
【０００３】
特許文献１に記載された発明では、パルスＸ線を発生させるための機構として、Ｘ線源内の偏向コイルの印加電圧を制御することでＸ線発生用ターゲットへの電子線の到達を許可／禁止する機構、Ｘ線源内でスリットを有する遮蔽用円板を回転させることでＸ線発生用ターゲットへの電子線の到達を許可／禁止する機構、Ｘ線源内でスリットを有する遮蔽用円板を回転させることでＸ線の通過を許可／禁止する機構、および、Ｘ線源の外部においてスリットを有する遮蔽用円板を回転させることでＸ線の通過を許可／禁止する機構、が記載されている。特許文献２には、パルスＸ線を発生させるための機構についての記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４３１２３号公報
【特許文献２】特開２００８−２５６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パルスＸ線発生機構のうち、Ｘ線源内の偏向コイルの印加電圧を制御する機構は、Ｘ線出力が不安定になる問題点を有する。Ｘ線源内で遮蔽用円板を回転させる機構は、Ｘ線源の構造が複雑になるという問題点を有する。また、Ｘ線源の内部または外部において遮蔽用円板の回転によりＸ線の通過を許可／禁止する機構は、Ｘ線を遮断する為に原子番号が大きい金属からなる遮蔽用円板を用いる必要があり、また、この重い遮蔽用円板を回転させる必要があるので、この点でも構造が複雑になるという問題点を有する。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、簡易な構成で安定したパルスＸ線を発生させることができるＸ線装置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】
本発明のＸ線装置は、(1) Ｘ線出力窓からＸ線を連続的に発散して出力するＸ線源と、(2) 入力端の近傍部分が先細り形状を有するマルチキャピラリＸ線レンズを含み、マルチキャピラリＸ線レンズがＸ線源からのＸ線出力方向に対して特定方位に配置されているときにＸ線源から入力端に入力したＸ線をマルチキャピラリＸ線レンズの出力端から出力し、マルチキャピラリＸ線レンズが特定方位と異なる方位に配置されているときにＸ線を出力端から出力しない照射部と、(3) 照射部のマルチキャピラリＸ線レンズの方位を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＸ線装置は、(1) 照射部の出力端から出力されたＸ線が試料に照射されたときに試料で発生した二次Ｘ線を入力して、この二次Ｘ線の入力に応じて電荷を発生して蓄積し、その蓄積した電荷を読み出す検出部を更に備え、(2)制御部が、照射部を特定方位に配置させて照射部の出力端からＸ線を出力させているときに検出部において電荷蓄積動作を行わせ、照射部を特定方位と異なる方位に配置させて照射部の出力端からＸ線を出力させていないときに検出部において電荷読出動作を行わせるのが好適である。
【０００９】
本発明のＸ線装置は、(1) 試料で発生した二次Ｘ線の像を検出部の受光面上に結像する結像部を更に備え、(2)検出部が、受光面上において二次元画素構造を有し、結像部により受光面上に結像された二次Ｘ線の像を検出するのが好適である。
【００１０】
本発明のＸ線装置では、検出部がＣＣＤを含むのが好適であり、また、結像部が回転双曲面および回転楕円面を有する斜入射ミラーを含むのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で安定したパルスＸ線を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のＸ線装置１の構成図である。
【図２】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動を説明する図である。
【図３】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図４】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図５】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図６】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図７】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図８】本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構を説明する図である。
【図９】本実施形態のＸ線装置１の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】比較例のＸ線装置２の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態のＸ線装置１の構成図である。この図に示されるＸ線装置１は、Ｘ線源１０、照射部２０、結像部３０、検出部４０、真空容器５０および制御部６０を備える。
【００１５】
Ｘ線源１０は、Ｘ線を連続的に出力する。照射部２０は、入力端２１および出力端２２を有し、Ｘ線が或る特定の方位に沿って入力端２１に到達すると、そのＸ線を出力端２２から出力することができる。すなわち、照明部２０は、Ｘ線源１０からのＸ線出力方向に対して特定方位に配置されているときに、Ｘ線源１０から入力端２１に入力したＸ線を出力端２２から出力することができる。一方、照明部２０は、特定方位と異なる方位に配置されているときには、Ｘ線を出力端２２から出力することができない。
【００１６】
照明部２０は、マルチキャピラリＸ線レンズ（ＭＣＸ: Multi CapillaryX-ray Lens）を含むのが好適である。マルチキャピラリＸ線レンズは、複数の中空管が束ねられたものであって、各中空管の一端に入力したＸ線を他端から出力することができる。マルチキャピラリＸ線レンズを含む照明部２０は、入力端２１の近傍部分が先細り形状を有することにより、Ｘ線源１０のＸ線出力窓から発散して出力されたＸ線を効率よく入力することができる。マルチキャピラリＸ線レンズを含む照明部２０は、出力端２２の近傍部分が先細り形状を有することにより、その出力端２２からＸ線を収斂させて出力することができる。このようなマルチキャピラリＸ線レンズを含む照明部２０は、出力端２２からＸ線を出力することができる特定方位から僅かに変化するだけで、出力端２２からＸ線を出力することができなくなる。
【００１７】
検出部４０は、照射部２０の出力端２２から出力されたＸ線が試料９０に照射されたときに試料９０で発生した二次Ｘ線（蛍光Ｘ線または散乱Ｘ線）を入力して、この二次Ｘ線の入力に応じて電荷を発生して蓄積し、その蓄積した電荷を読み出すことができる。検出部４０は、受光面上において二次元画素構造を有し、該受光面上に結像された二次Ｘ線の像を検出することができるのが好適である。検出部４０は、二次Ｘ線に対して感度を有していれば如何なるものであってもよく、好適にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）を含む。
【００１８】
結像部３０は、試料９０と検出部４０との間に設けられている。結像部３０は、試料９０で発生した二次Ｘ線の像を検出部４０の受光面上に結像することができる。結像部３０は、回転双曲面および回転楕円面を有する斜入射ミラーを含むのが好適である。結像部３０は、試料９０で発生した二次Ｘ線の像を検出部４０の受光面上に拡大して結像することができるのが好適である。
【００１９】
真空容器５０は、Ｘ線透過窓５１を有し、内部に結像部３０が配置され、また、検出部４０と真空フランジで接続されている。Ｘ線透過窓５１は、試料９０で発生した二次Ｘ線を真空容器５０内部へ透過させる。結像部３０は、Ｘ線透過窓５１から真空容器５０内部へ入力された二次Ｘ線の像を検出部４０の受光面上に結像することができる。真空容器５０は、その内部が減圧されることで、Ｘ線透過窓５１から内部に入力されて検出部４０の受光面に到達する二次Ｘ線の減衰を低減することができる。なお、真空容器５０は、内部が減圧されるのではなく、内部にＨｅガスが容れられていても、二次Ｘ線の減衰を低減することができる。大気中での二次Ｘ線の減衰が問題にならない場合（例えば、二次Ｘ線が高エネルギーである場合）には、真空容器５０は不要である。
【００２０】
制御部６０は、照射部２０の方位を制御し、また、検出部４０の動作を制御する。具体的には、制御部６０は、照射部２０を特定方位に配置させて照射部２０の出力端２２からＸ線を出力させているときに、検出部４０において電荷蓄積動作を行わせる。また、制御部６０は、照射部２０を特定方位と異なる方位に配置させて照射部２０の出力端２２からＸ線を出力させていないときに、検出部４０において電荷読出動作を行わせる。
【００２１】
なお、図１には示されていないが、照射部２０、結像部３０、検出部４０および試料９０それぞれは、フォーカス調整等の為に、可動ステージにより移動することができるようになっている。特に、照明部２０は、図２に示されるように、Ｘ線源１０のＸ線出力窓１１からのＸ線出力方向（ｚ軸方向）に対して、このｚ軸に垂直な方向への平行移動およびｚ軸に垂直な軸の周りの回転移動が可能である。なお、図２には説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。
【００２２】
この移動により、照明部２０は、出力端２２からＸ線を出力することができる特定方位と、出力端２２からＸ線を出力することができない方位と、の間で切替えられる。この照明部２０の方位の移動は、高速かつ高精度で、数百μｍ程度の移動であることが好ましく、或いは、１０ｍ秒程度以下で１度程度の回転移動であることが好ましい。また、この照明部２０の移動は、ピエゾ素子やパルスモータを用いたステージにより行われるのが好ましい。
【００２３】
図３〜図８それぞれは、本実施形態のＸ線装置１におけるＸ線源１０からのＸ線出力方向に対する照明部２０の方位の移動の機構の例を説明する図である。これらの図にも説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。
【００２４】
図３に示される照明部移動機構７０Ａは、照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２に対してｙ軸方向に移動可能な可動ステージ７３にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により可動ステージ７３をｙ軸方向に移動させるものであり、これにより、照明部２０をｙ軸方向に移動させることができる。
【００２５】
図４に示される照明部移動機構７０Ｂは、照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２に対してｘ軸方向に移動可能な可動ステージ７３にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により可動ステージ７３をｘ軸方向に移動させるものであり、これにより、照明部２０をｘ軸方向に移動させることができる。
【００２６】
図５に示される照明部移動機構７０Ｃは、照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２に対してｘ軸周りに回転移動可能な可動ステージ７３にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により可動ステージ７３をｘ軸周りに回転移動させるものであり、これにより、照明部２０をｘ軸周りに回転移動させることができる。このときの照明部２０のｘ軸周りの回転の中心は、照明部２０の中心に位置する。
【００２７】
図６に示される照明部移動機構７０Ｄは、照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２に対してｙ軸周りに回転移動可能な可動ステージ７３にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により可動ステージ７３をｙ軸周りに回転移動させるものであり、これにより、照明部２０をｙ軸周りに回転移動させることができる。このときの照明部２０のｙ軸周りの回転の中心は、照明部２０の中心に位置する。
【００２８】
図７に示される照明部移動機構７０Ｅは、照明部２０の一端付近で照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により照明部２０の他端付近で照明部２０をｙ軸方向に移動させるものであり、これにより、照明部２０をｘ軸周りに回転移動させることができる。
【００２９】
図８に示される照明部移動機構７０Ｆは、照明部２０の一端付近で照明部２０をホルダ７１により保持し、固定ステージ７２にホルダ７１を固定して、ピエゾ素子やパルスモータによる駆動部７４により照明部２０の他端付近で照明部２０をｘ軸方向に移動させるものであり、これにより、照明部２０をｙ軸周りに回転移動させることができる。
【００３０】
本実施形態のＸ線装置１は、制御部６０により制御されて以下のように動作する。図９は、本実施形態のＸ線装置１の動作を示すタイミングチャートである。照明部２０は、制御部６０から駆動部７４に与えられる制御信号により、出力端２２からＸ線を出力することができる特定方位と、出力端２２からＸ線を出力することができない方位とに、交互に切替えられる。
【００３１】
制御部６０から駆動部７４に与えられる制御信号がハイレベルであるとき、照明部２０は特定方位に配置される。照射部２０が特定方位に配置されている期間、Ｘ線源１０から出力されたＸ線は、照射部２０の入力端に入力されて出力端２２から出力され、試料９０に照射される。試料９０へのＸ線照射により試料９０で発生した二次Ｘ線は、Ｘ線透過窓５１を透過して真空容器５０内に入力され、真空容器５０内の結像部３０により検出部４０の受光面上に結像される。そして、この期間に、検出部４０では、受光面上の各画素において二次Ｘ線の入力に応じて電荷が発生して蓄積される。
【００３２】
一方、制御部６０から駆動部７４に与えられる制御信号がローレベルであるとき、照明部２０は特定方位と異なる方位に配置される。照射部２０が特定方位と異なる方位に配置されている期間、Ｘ線源１０から出力されたＸ線が照射部２０の入力端に到達しても、照射部２０の出力端２２からＸ線は出力されない。したがって、試料９０からの二次Ｘ線が検出部４０に到達することはない。この期間に、検出部４０では、これまで各画素に蓄積されていた電荷が読み出され、各画素の電荷量に応じた電圧値が得られる。
【００３３】
この検出部４０から出力された各画素の電荷量に応じた電圧値により、検出部４０の受光面上における二次Ｘ線の像が得られる。また、検出部４０の各画素におけるＸ線エネルギー分析が可能となる。
【００３４】
検出部４０の各画素におけるＸ線エネルギー分析は以下のようにして行われる。検出部４０としてのＣＣＤの１画素当りに１個のＸ線光子が入るように、露光時間（照明部２０が特定方位に配置されている時間）およびＸ線照射強度が設定される。１画素に入力したＸ線光子により、ＣＣＤの半導体結晶中に電子・正孔が生じる。ＣＣＤはＳｉ半導体からなり、電子・正孔対を発生させるのに必要なエネルギーは約３.７ｅＶである。入射したＸ線のエネルギーをＥx（ｅＶ）とすれば、Ｅx／３.７個の電子がＣＣＤの空乏層内に作られる。空乏層に印加されている電場により、その電子は電極に集まり外部へ順次転送されていく。つまり、発生する電子の数は入射したＸ線のエネルギーによるので、電子の数（すなわち電荷量）が測定されれば、Ｘ線エネルギーがわかることになる。したがって、１画素当り１光子になるように調整された画像について各画素で信号強度を記録し、その画像を複数枚取得し、そのヒストグラムを作成すれば、Ｘ線エネルギースペクトルを得ることができる。
【００３５】
次に、図１０に示された比較例のＸ線装置２の場合と対比して、本実施形態のＸ線装置１の有利な点について説明する。比較例のＸ線装置２は、照射部２０が常に特定方位に配置されて、真空容器５０内にシャッタ８０を備えていて、シャッタ８０の開閉動作と検出部４０の動作とを互いに同期させる。
【００３６】
比較例のＸ線装置２では、試料９０で発生する二次Ｘ線のエネルギーが高い場合、シャッタ８０の材質によっては、シャッタ８０が閉じて検出部４０において電荷の読み出しが行われているときにも、二次Ｘ線がシャッタ８０を透過して検出部４０に入射してしまう可能性がある。これに対して、本実施形態のＸ線装置１では、検出部４０において電荷の読み出しが行われているときにはＸ線が照射されないので、検出部４０に蓄積された画像に影響を与えない。
【００３７】
また、比較例のＸ線装置２では、シャッタ８０も真空容器５０内に設置される必要があり、その結果、装置構成が複雑となる。これに加え、比較例のＸ線装置２では、真空容器５０内が減圧される場合は、シャッタ８０の部材やグリス等として真空用のものを使用する必要があるので、コストがかかる。また、比較例のＸ線装置２では、シャッタ８０を真空容器５０の外部に配置することも考えられるが、その場合は、その部分での大気およびＸ線透過窓５１による減衰を受ける。これに対して、本実施形態のＸ線装置１では、シャッタ８０が不要であるので、装置構成が簡便でコストが低く、大気による減衰が低減される。
【００３８】
さらに、Ｘ線源内の偏向コイルの印加電圧を制御することでＸ線発生用ターゲットへの電子線の到達を許可／禁止する機構によりパルスＸ線を発生させる場合にはＸ線出力が不安定になるのに対して、本実施形態のＸ線装置１では、Ｘ線を連続的に出力するＸ線源を用いることができるので、安定したパルスＸ線出力を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１，２…Ｘ線装置、１０…Ｘ線源、１１…Ｘ線出力窓、２０…照射部、２１…入力端、２２…出力端、３０…結像部、４０…検出部、５０…真空容器、５１…Ｘ線透過窓、６０…制御部、７０Ａ〜７０Ｆ…照明部移動機構、７１…ホルダ、７２…固定ステージ、７３…可動ステージ、７４…駆動部、８０…シャッタ、９０…試料。
【図１】
0005759257.tif 000002
【図２】
0005759257.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005759257.tif 000005
【図５】
0005759257.tif 000006
【図６】
0005759257.tif 000007
【図７】
0005759257.tif 000008
【図８】
0005759257.tif 000009
【図９】
0005759257.tif 000010
【図１０】
0005759257.tif 000011