(57)【要約】【課題】  湾曲分光結晶を用いるＸ線分光器において、分光結晶の有効回折領域のみを使用するようにして、分析に用いる特性Ｘ線の波長分解能、特性Ｘ線対バックグランド比の向上を図る。【解決手段】  湾曲分光結晶３の表面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板Ａを設け、Ｘ線発生点Ｓから湾曲分光結晶３に向かう入射Ｘ線及び湾曲分光結晶３によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部をＸ線遮蔽板Ａにより遮蔽する。遮蔽される領域は入射Ｘ線の入射角θに応じて変化し、常に最適又はそれに近い湾曲分光結晶３上の有効回折領域を用いることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子プローブマイクロアナライザ等の微小部Ｘ線分析装置に搭載される直進集光式波長分散型のＸ線分光器であって、
分光結晶格子面の角度分散方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つように湾曲した湾曲分光結晶を備え、
前記Ｘ線分光器の分光位置の変化に伴い実際の回折に寄与する前記湾曲分光結晶の表面の有効回折領域が変化することに応じて、前記湾曲分光結晶表面の有効回折領域で回折されたＸ線のみがＸ線検出器により検出されるように、入射Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面への入射領域及び／又は回折されてＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面からの出射領域を限定する制限手段を前記湾曲分光結晶と一体的に設けた、ことを特徴とする直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項２】
前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向端部の分光結晶表面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽する、ことを特徴とする請求項１に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項３】
前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部から前記Ｘ線分光器のローランド円中心方向又は前記湾曲分光結晶の湾曲中心方向に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項４】
前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部から前記Ｘ線分光器のローランド円面と垂直で且つ前記湾曲分光結晶中心とローランド円中心を通る直線と平行に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項５】
前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部にＸ線遮蔽板を配置し、前記Ｘ線遮蔽板の一部で前記湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、さらに前記Ｘ線遮蔽板の先端部分を前記Ｘ線分光器のローランド円中心方向又は前記湾曲分光結晶の湾曲中心方向に起立させ、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板の起立した部分により遮蔽するようにした、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項６】
前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光の結晶支持部材端部にＸ線遮蔽板を配置し、前記Ｘ線遮蔽板の一部で前記湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、さらに前記Ｘ線遮蔽板の先端部分を前記Ｘ線分光器のローランド円面と垂直で且つ前記湾曲分光結晶中心とローランド円中心を通る直線と平行に起立させ、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板の起立した部分により遮蔽するようにした、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項７】
前記湾曲分光結晶の格子面の角度分散方向及び角度分散方向と直角方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つ球面に湾曲した凹面を有する球面ヨハン分光結晶であるとき、前記球面ヨハン分光結晶面位置からローランド円の内側方向に起立する部分のＸ線遮蔽板の形状が略長方形である、
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項８】
湾曲分光結晶表面に入射するＸ線の入射角誤差を表すデータに基づいて回折に寄与する領域が設定されるように、前記湾曲分光結晶面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板の高さを決めた湾曲分光結晶を装着する、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【請求項９】
前記湾曲分光結晶が人工多層膜分光素子であるとき、面間隔が２ｎｍ以下の人工多層膜分光素子について、前記制限手段を前記人工多層膜分光素子と一体的に設けた、ことを特徴とする請求項１乃至８に記載の直進集光式波長分散型Ｘ線分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等に用いられる波長分散型Ｘ線分光器に関わり、特に角度分散方向に湾曲した分光結晶を装着するＸ線分光器の性能を向上させる技術に関わる。
【背景技術】
【０００２】
加速された電子線を細く絞って試料表面に照射し、発生した特性Ｘ線を分光して、その波長、強度等から試料の定性、定量等の分析を行う装置としてＥＰＭＡが広く使用されている。ＥＰＭＡには一般に湾曲型のＸ線分光結晶を装着した直進集光式波長分散型Ｘ線分光器が備えられている。図１に、このようなＸ線分光器の原理的構成を断面図で示す。電子線ＥＢが試料２に照射されるとＸ線が発生する。なお、電子線ＥＢの発生、加速、集束などを行う電子光学系は図示していない。
【０００３】
Ｘ線分光器１は、分光結晶３の中心Ｃが、Ｘ線発生点ＳからＸ線取り出し角αだけ傾斜した直線ＳＣ上を移動するようになっている。このとき、Ｘ線発生点Ｓ、分光結晶３の中心Ｃ、Ｘ線検出器４のスリット５の中心Ｆは常に一定の半径Ｒを持つローランド円６の円周上に在り、線分ＳＣと線分ＣＦの長さが常に等しくなるようにＸ線検出器４の位置及びローランド円６の中心Ｑが移動する。また、結晶格子面が点Ｄ（分光結晶３の中心Ｃとローランド円６の中心Ｑを結ぶ直線ＣＱの延長線とローランド円６との交点）を中心として曲率２Ｒに湾曲された分光結晶３の湾曲面（円弧Ｃ２に沿っている）は常にローランド円の中心Ｑを向くようになっている。線分ＳＣの長さを分光位置Ｌと呼び、分光結晶中心ＣへのＸ線入射角（分光結晶中心Ｃを通りローランド円６に外接する直線Ｃ１と直線ＳＣのなす角）をθとすると、  
Ｌ＝２Ｒ・ｓｉｎθ                  …（１）
である。一方、分光結晶の回折条件は、Ｘ線の波長をλ、分光結晶の面間隔をｄとするとブラッグの条件から、
２ｄ・ｓｉｎθ＝ｎ・λ        …（２）
但し、ｎは回折次数で正の整数
である。式（１）、（２）から、
Ｌ＝（２Ｒ／２ｄ）・ｎ・λ      …（３）
が導かれる。分光位置Ｌを測ることにより、回折された特性Ｘ線の波長λを知ることができる。特性Ｘ線は元素固有の波長を有するので、試料に含まれる元素の同定が行える。また、測定された特性Ｘ線の強度から試料に含まれる元素の濃度を知ることができる。
【０００４】
ところで、湾曲型分光結晶にはヨハンソン型とヨハン型と呼ばれる２種類のタイプがある。図７と図８にヨハンソン型とヨハン型の違いを示す。
図７（ａ）はヨハンソン型分光結晶をローランド円の内側方向から見た斜視図である。まず分光結晶の角度分散方向を、円弧Ｃ２に一致するように点Ｄを中心として曲率２Ｒで湾曲させ、さらにローランド円６の半径と同じ曲率Ｒで研磨している。これにより分光結晶３のローランド円６の円周と接する円弧上に入射したＸ線は、図７（ｂ）に示すように式（２）を完全に満たす条件で回折される。しかし、ローランド円と接する円弧上から角度分散方向と直角の幅方向に離れるに従い、式（２）の条件を満たさなくなる。図７（ｂ）中の各２点鎖線は、入射角誤差が等しい位置（等入射角誤差線）を示している。この傾向は入射角θが小さいほど顕著となり、検出されるＸ線の波長分解能、特性Ｘ線対バックグランド比を低下させる。こうした問題を改善する技術が、特許文献１の特開平１０−２３９４９５号に示されている。
【０００５】
なお、ヨハンソン型は回折面を物理的に研磨するため、比較的長波長用の分光結晶では性能が低下して実用が困難な場合があり、その場合は次に述べるヨハン型が用いられる。図８（ａ）は、ヨハン型分光結晶をローランド円の内側方向から見た斜視図である。ヨハン型は、結晶格子面が円弧Ｃ２に沿うように、点Ｄを中心として分光結晶の角度分散方向を曲率２Ｒで湾曲させたままで使用する。このタイプの分光結晶においては、図８（ｂ）に示すように分光結晶中心Ｃを中心とするＸ状に交差した線上に入射したＸ線が式（２）を完全に満たす条件で回折される。図８（ｂ）中の各２点鎖線は、入射角誤差が等しい位置（等入射角誤差線）を示している。但しＸの形状はＬ値により変化し、入射角θが相対的に小さいほど分光結晶中心Ｃに近づいてくる。ヨハン型は結晶表面を研磨することが困難か又は性能低下を避けたい分光結晶に用いられる。超軽元素分析用のＸ線分光に多く用いられているＬＢ膜（Langmuir− Brodgett 膜）、人工多層膜分光素子等は研磨が困難なためヨハン型でのみ使用される。ＲＡＰ（Rubidium acid phtharate）、ＴＡＰ（Thallium acid phtharate）、ＰＥＴ（Pentaerythritol）等の有機合成結晶はヨハンソン型にするための研磨も可能であるが性能低下との兼ね合いでヨハン型として用いることも多い。なお、人工多層膜とは、基板上にＸ線散乱能力の高い層と格子面間隔を確保するためのスペーサ層とを人工的に交互に積層させたもので、人工超格子とも称される。ＬＢ膜及び人工多層膜の分光素子は本来の意味の結晶ではないが、ここでは便宜的に分光結晶と称する。
【０００６】
ところで、分光結晶を湾曲させるのは、Ｘ線発生点Ｓから放射されたＸ線をできるだけ大きな立体角で検出するためである。しかし、図７のヨハンソン型、図８のヨハン型はともに角度分散方向に湾曲させているのみである。この場合、Ｘ線検出器４のスリット５の開口部は、図９に示すように分光結晶３の幅方向に平行な方向に２Ｗの長さが必要である。しかし、幅の広いスリットを配置するには空間的な制限が付きまとうという問題がある。特にヨハン型分光結晶は完全集光領域がＸ状となり分光結晶の幅を広げることが有効なため、スリットの長さが制限される影響は大きい。この問題を避けてより高強度のＸ線分光器を得るために、ヨハン型分光結晶の幅方向にも湾曲させる２方向湾曲分光結晶がある。本発明の説明においては、湾曲分光結晶の格子面の角度分散方向及び角度分散方向と直角方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つ球面に湾曲した凹面を有する２方向湾曲分光結晶を球面ヨハン分光結晶と称する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３９４９５号
【特許文献２】特開昭５２−２７６９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
微小部Ｘ線分析装置に搭載したＸ線分光器に装着する湾曲分光結晶において、実際に回折に寄与する有効回折面積は、ヨハンソン型、ヨハン型あるいは分光位置Ｌ、使用する分光結晶の種類などによって異なり、分光結晶全面の半分程度に減少する場合もある。
【０００９】
前述の球面ヨハン分光結晶についても、分光するＸ線の波長に応じた最適な角度分散方向長さがある。すなわち短波長のＸ線に対しては角度分散方向長さが比較的に短く、長波長のＸ線に対しては角度分散方向長さが比較的に長い。そのため、分光範囲中のある一つの波長の特性Ｘ線（分光目的Ｘ線）に適した長さに作られた球面ヨハン分光結晶は、分光目的Ｘ線と波長が大きく異なる他の特性Ｘ線の分光には適さない。例えば、分光目的Ｘ線より短波長の特性Ｘ線スペクトル波形は、低回折角側（短波長側）に裾を引き、波長分解能が低下するとともに、ひどい場合はこぶ状の山が出現するなど波形自体の信頼性が低下することもある。また、分光目的Ｘ線より長波長の特性Ｘ線に対しては、有効回折面積より分光結晶全面積のほうが狭くなり、検出可能なＸ線強度の損失を招くという問題がある。
【００１０】
一般の湾曲結晶において、回折に寄与しない部分にもＸ線が入射することによって生じる、検出されるＸ線の波長分解能、特性Ｘ線対バックグランド比の低下等の問題を解決するために、特許文献２の特開昭５２−２７６９５号には、Ｘ線発生源と分光結晶との間に種々の大きさのＸ線取出窓を形成した円板を設け、真空外より該円板を操作して有効回折面積に応じたＸ線取出窓を選択できるようにした技術が開示されている。しかし、操作者が適切な大きさのＸ線取出窓を選択することは容易でない、Ｘ線取出窓の切り替え操作に手間がかかる、Ｘ線波長の連続的な変化に対応できない等の問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の問題を解決し、操作者の判断が不要で、常に最適な有効回折領域で回折されたＸ線のみがＸ線検出器に導かれるようにした直進集光式波長分散型Ｘ線分光器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の問題を解決するために、本発明は、
電子プローブマイクロアナライザ等の微小部Ｘ線分析装置に搭載される直進集光式波長分散型のＸ線分光器において、
分光結晶格子面の角度分散方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つように湾曲した湾曲分光結晶を備え、
前記Ｘ線分光器の分光位置の変化に伴い実際の回折に寄与する前記湾曲分光結晶の表面の有効回折領域が変化することに応じて、前記湾曲分光結晶表面の有効回折領域で回折されたＸ線のみがＸ線検出器により検出されるように、入射Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面への入射領域及び／又は回折されてＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面からの出射領域を限定する制限手段を前記湾曲分光結晶と一体的に設けた、ことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向端部の分光結晶表面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部から前記Ｘ線分光器のローランド円中心方向又は前記湾曲分光結晶の湾曲中心方向に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部から前記Ｘ線分光器のローランド円面と垂直で且つ前記湾曲分光結晶中心とローランド円中心を通る直線と平行に起立するＸ線遮蔽板からなり、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板により遮蔽することを特徴とする。
【００１６】
また本発明の前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部にＸ線遮蔽板を配置し、前記Ｘ線遮蔽板の一部で前記湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、さらに前記Ｘ線遮蔽板の先端部分を前記Ｘ線分光器のローランド円中心方向又は前記湾曲分光結晶の湾曲中心方向に起立させ、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板の起立した部分により遮蔽するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また本発明の前記制限手段は、前記湾曲分光結晶の角度分散方向の前記湾曲分光結晶の支持部材端部にＸ線遮蔽板を配置し、前記Ｘ線遮蔽板の一部で前記湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、さらに前記Ｘ線遮蔽板の先端部分を前記Ｘ線分光器のローランド円面と垂直で且つ前記湾曲分光結晶中心とローランド円中心を通る直線と平行に起立させ、Ｘ線発生点から前記湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は前記湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を前記Ｘ線遮蔽板の起立した部分により遮蔽するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また本発明における前記湾曲分光結晶の格子面の角度分散方向及び角度分散方向と直角方向が、ローランド円の直径に等しい曲率を持つ球面に湾曲した凹面を有する球面ヨハン分光結晶であるとき、前記球面ヨハン分光結晶面位置からローランド円の内側方向に起立する部分のＸ線遮蔽板の形状が略長方形であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の前記直進集光式波長分散型Ｘ線分光器は、湾曲分光結晶表面に入射するＸ線の入射角誤差を表すデータに基づいて回折に寄与する領域が設定されるように、前記湾曲分光結晶面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板の高さを決めた湾曲分光結晶を装着することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の前記湾曲分光結晶が人工多層膜分光素子であるとき、面間隔が２ｎｍ以下の人工多層膜分光素子について、前記制限手段を前記人工多層膜分光素子と一体的に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、直進集光式波長分散型Ｘ線分光器Ｘ線分光器に装着され分光結晶格子面の角度分散方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つ湾曲分光結晶を用いて分析を行うとき、
前記Ｘ線分光器の分光位置の変化に伴い実際の回折に寄与する前記湾曲分光結晶の表面の有効回折領域が変化することに応じて、前記湾曲分光結晶表面の有効回折領域で回折されたＸ線のみがＸ線検出器により検出されるように、入射Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面への入射領域及び／又は回折されてＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の前記湾曲分光結晶表面からの出射領域を限定する制限手段を前記湾曲分光結晶と一体的に設けたので、
操作者の判断や操作を必要とせずに、分光範囲中のどの波長を持つＸ線に対しても常に有効回折領域で分光されたＸ線のみをＸ線検出器に導くことができる。そのため、回折に寄与しない部分にもＸ線が入射することによって異常な波形が生じることによる分光性能の低下を除去し、分析に用いる特性Ｘ線の波長分解能、特性Ｘ線対バックグランド強度比の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。なお、各図において同一又は類似の動作を行うものには共通の符号を付して説明の重複を避ける。
はじめに、湾曲分光結晶として球面ヨハン分光結晶を用いたときの有効回折領域について説明する。図２は、球面ヨハン分光結晶において式（２）のブラッグ条件に対する分光結晶上の入射角誤差Δθを説明するための図である。分光結晶中心CへのＸ線入射角をθ、分光結晶上の任意の点ＰへのＸ線入射角をθpとすると、点Ｐにおける入射角誤差Δθは、
Δθ＝θp−θ              …（４）
である。図３に、ローランド円半径１４０ｍｍを持つ直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装着した球面ヨハン分光結晶における結晶表面上の入射角誤差Δθの計算例を示す。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に、入射角θが１８．４８度、２８．７４度、４３．０４度、５４．５９度の場合の入射角誤差Δθが示されている。各図中の領域Ｇ１〜Ｇ１０として色の濃さで識別している領域は入射角誤差Δθの大きさに対応しており、表１に示す関係にある。但し、Ｋ＝０．０００５ラジアンである。
【００２３】
【表１】
2007093581.tif 000003
ヨハン型分光結晶の通常の有効回折領域はΔθが概ね±３〜４Ｋ程度の範囲と考えて良い。  図３から明らかなように、直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装着した球面ヨハン分光結晶における結晶表面上の入射角誤差Δθは、角度分散方向中心位置から離れるにつれて大きくなり、しかもΔθの大きさは入射角θに依存し、入射角θが小さいときは大きく、入射角θが大きいときは小さいことが分かる。一方、Ｘ線分光器のローランド円に垂直方向（分光結晶の幅方向）に幅中心位置から離れた場合の入射角誤差Δθの大きさは、幅中心位置における大きさとほぼ同じである。従って、直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装着した球面ヨハン分光結晶の結晶表面上の有効回折領域は角度分散方向の長さで決まり、この長さは入射角θに依存し、入射角θが小さいときは短く、入射角θが大きいときは長いことが分かる。
【００２４】
上記の知見に基づき、直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装着する球面ヨハン分光結晶は、装着されるＸ線分光器によって決まる分光範囲中の長波長側（すなわち入射角θが大きい側）限界に近いＸ線に対して最適な角度分散方向長さを持つように製作し、分光範囲中のより短い波長のＸ線を分光するときは、分光結晶の幅方向の長さは制限せず、角度分散方向の有効回折領域をその分光位置に応じて制限すれば、分光範囲中のどの波長のＸ線に対しても、回折に寄与しない部分にもＸ線が入射することによって生じる分光性能の低下を除去し、分析に用いる特性Ｘ線の波長分解能、特性Ｘ線対バックグランド比の向上等が図れる。
【００２５】
本発明においては、分光結晶の角度分散方向の有効回折領域をその分光位置に応じて制限する方法として、湾曲分光結晶の角度分散方向の端部近傍に、湾曲分光結晶面位置からローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板を設け、Ｘ線発生点から湾曲分光結晶に向かう入射Ｘ線及び／又は湾曲分光結晶によって回折されＸ線検出器に向かう回折Ｘ線の一部を遮蔽するようにしている。但し、分光結晶の厚みや機械的強度が充分ではないので、分光結晶にＸ線遮蔽板を直接取り付けることは困難なため、実際には分光結晶支持部材にＸ線遮蔽板を取り付けることになる。このときＸ線遮蔽板を分光結晶支持部材に固定する場所は、必ずしも湾曲分光結晶の角度分散方向の端部近傍でなくて良く、湾曲分光結晶面位置から起立する部分のみが湾曲分光結晶の角度分散方向の端部近傍に位置するようになっていれば良い。また、Ｘ線遮蔽板を取り付ける分光結晶支持部材は必ずしも分光結晶が直接取り付けられる部材に限定されるわけではなく、分光結晶の角度分散方向端部近傍にあって、入射角θが変わっても分光結晶との相対的な機械位置関係が変わらないもの、即ち分光結晶と一体的に動くものであれば良い。分光結晶支持部材にＸ線遮蔽板を取り付ける方法としては、接着剤を用いる、小さなビスで固定する等がある。
【００２６】
図４は、湾曲分光結晶の角度分散方向の分光結晶支持部材端部から直接Ｘ線遮蔽板を起立させた例を示している。ローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板の向く方向は、図４（ａ）に示すような分光器のローランド円中心Ｑ方向又はＤ点方向か、又は図４（ｂ）に示すような分光結晶中心Ｃとローランド円中心Ｑを通る直線と平行にすると、後述するように、必要な高さを幾何学的に計算で求めやすい。
【００２７】
ところで、平板状の分光結晶を湾曲させ、さらに球面状に湾曲させる過程では、分光結晶の端部分の湾曲が不均一になりやすい。湾曲が不均一になるとその領域ではＸ線が正しく回折されないので性能低下の原因となる。そのため湾曲分光結晶の角度分散方向の分光結晶支持部材端部から直接Ｘ線遮蔽板を起立させないで、図５に示すように、先ずＸ線遮蔽板の一部で湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、さらにＸ線遮蔽板の先端部分をＸ線分光器のローランド円の内側方向に起立させるようにしても良い。この場合にも、ローランド円の内側方向に起立するＸ線遮蔽板の向く方向は、図５（ａ）に示すような分光器のローランド円中心Ｑ方向又はＤ点方向か、又は図５（ｂ）に示すような分光結晶中心Ｃとローランド円中心Ｑを通る直線と平行にすると、計算により容易に高さを求めることができる。
【００２８】
図６は、図４（ｂ）の場合を例にとり、分光結晶中心Ｃとローランド円中心Ｑを通る直線と平行に起立するＸ線遮蔽板により非寄与領域Ｈ１、Ｈ２が生じることを説明するための図である。Ｘ線発生点Ｓから分光結晶３に向かう入射Ｘ線Ｘ１よりもＸ線発生点Ｓ側に近い非寄与領域Ｈ１に向かうＸ線は、Ｘ線遮蔽板Ａｉに遮蔽されて結晶表面に到達できない。また、入射Ｘ線Ｘ２よりもＸ線発生点Ｓ側から遠い非寄与領域Ｈ２に入射したＸ線は結晶表面で回折されてもＸ線遮蔽板Ａｄによって遮蔽されるのでＸ線検出器に到達できない。すなわち、非寄与領域Ｈ１、Ｈ２に挟まれ、入射Ｘ線が結晶表面に入射でき且つ出射した回折Ｘ線がＸ線検出器に到達できる領域が回折に寄与する領域となる。
【００２９】
湾曲分光結晶面位置から起立させるＸ線遮蔽板の適切な高さは、Ｘ線分光器のローランド円の大きさ、湾曲分光結晶の角度分散方向の長さ等により決まる。以下に、図１０を参照しながら、分光結晶中心Ｃとローランド円中心Ｑを通る直線と平行にＸ線遮蔽板を起立させる場合を例にとって、Ｘ線遮蔽板の高さを計算する方法を説明する。図１０は便宜上、分光結晶中心Ｃが座標原点となるように表している。入射側と出射側は対称なので入射側のみで作図している。また、結晶表面３ａは曲率２Ｒの円弧Ｃ２の上にある。
【００３０】
分光結晶中心ＣからＸ線遮蔽板までの水平距離をａ、分光結晶中心Ｃの高さからローランド円中心点Ｑ方向と平行方向に起立したＸ線遮蔽板の高さをｈ、分光結晶中心Ｃの高さから結晶長手端の結晶表面位置までの高さをｈ0、結晶表面位置からＸ線遮蔽板先端までの高さをｈ１、分光結晶中心ＣからＸ線遮蔽板により生ずる影の先端（結晶表面３ａとＸ１との交点）までの水平距離をｂ、分光結晶中心Ｃの高さから結晶表面３ａとＸ１との交点までの高さをｋとおく。ローランド円半径をＲ、入射角θとすると、図中のγ0、γは、
γ0  ＝  arctan（ａ／２Ｒ）        …（５）
γ  ＝  arcsin（ｂ／２Ｒ）        …（６）
である。従って、ｋ、ｈ0は式（5）、（６）から、
ｋ  ＝  ２Ｒ・（１−cosγ）        …（７）
ｈ0  ＝  ２Ｒ・（１−cosγ0）        …（８）
で与えられる。また、βは、
β  ＝  arctan（（cos（θ−γ）− cosθ）／sin（θ−γ））    …（９）
又は近似的に、
β  ≒  γ・sinθ／（sinθ−γ・cosθ）    …（１０）
である。従って、ｈは式（７）のｋと式（９）又は式（１０）のβを用いて、
ｈ  ＝（ａ−ｂ）・tan（θ＋β）+ｋ          …（１１）
で与えられる。また、ｈ１は式（８）、（１１）から、
ｈ１  ＝  ｈ−ｈ0                    …（１２）
として求められる。
なお、図４（ａ）、図５の場合も同様にしてＸ線遮蔽板の高さを求めることができるが、詳細の説明は省略する。
【実施例】
【００３１】
以下に、上述の方法によって実際にＲ＝１４０ｍｍ、ａ＝２０ｍｍの場合についてＸ線遮蔽板高さを求めた例を示す。ここで、ｂは図３（ａ）〜（ｄ）において、入射角誤差ΔθがＧ１〜Ｇ３の領域を有効とし、Ｇ４以上の領域をＸ線遮蔽板で遮蔽するようにしたとき、角度分散方向ＢのＸ線発生点Ｓ側の距離である。計算結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2007093581.tif 000004
表２に示すように、入射角誤差Δθを計算したデータから必要なＸ線遮蔽板の高さを決めることができる。一方、表２の結果は、入射角誤差Δθが同程度となる有効回折領域が設定されるようにＸ線遮蔽板の高さｈ（又はｈ１）を決めると、入射角θに依存してｈの値が必ずしも一定とならないことを示している。この傾向は、ローランド円の大きさ、分光結晶の角度分散方向の長さ、Ｘ線遮蔽板を起立させる方向により多少異なるが、一般的に入射角θが分光範囲中の比較的中央に近いときにｈの値が大きくなる傾向にある。従って、異なる入射角θに対応するｈの平均値をＸ線遮蔽板の高さとすれば、全分光範囲で最適又はそれに近い平均的な有効回折領域を設定することができる。あるいは、分光範囲中で最も重要か或いは最も使用頻度の高い元素がある等の場合は、その元素の特性Ｘ線に対応する入射角θに合わせてｈを設定するなどしても良い。また、Ｘ線分光器の機構的制約がある等の場合は、必ずしも分光結晶の両端にＸ線遮蔽板を設けなければならないわけではなく、どちらか一方の端部に設けるようにすれば良い。
【００３３】
また、図３から分かるように、入射角誤差Δθの大きさが同一である領域の広がりは分光結晶中心Ｃに対して非対称であり、Ｘ線発生点Ｓ側の方が若干狭くなっている。そのため、Ｘ線遮蔽板の高さを決める場合、Ｘ線発生点Ｓ側のｂの値又はその反対側のｂの値又はその平均値から求めた高さｈを両端のＸ線遮蔽板の高さに決めても良いし、Ｘ線発生点Ｓ側とその反対側で各々に適したように異なる高さに決めても良い。
【００３４】
以上に説明した本発明の実施の形態及び実施例は球面ヨハン分光結晶を例に取っている。図３に示されるように、球面ヨハン分光結晶において遮蔽したい領域は略長方形となっているため、図４、図５に示すように起立させるＸ線遮蔽板の形状も略長方形で良いことになる。しかし、角度分散方向のみに湾曲させる通常のヨハン型分光結晶の場合は、図８（ｂ）に示すように入射角誤差Δθの増加する領域の形状は単純な長方形ではない。その場合でも、入射角θの大小によりＸ字状の完全集光部は角度分散方向に伸縮することから、起立させるＸ線遮蔽板の形状が略長方形であっても一定の効果を奏することができる。さらには、図１１に示すＸ線遮蔽板Ａ５、Ａ６のように、先端部に向かって略三角形状又は円弧状等とすれば、少なくとも角度分散方向について、回折の非寄与領域をより効果的に遮蔽できることは明らかである。
【００３５】
次に、人工多層膜分光素子に本発明を実施する場合について説明する。人工多層膜においては、積層に用いる材料の組み合わせと積層周期（面間隔を決めるパラメータ）を選ぶことにより、使用目的に適した分光素子とすることが可能である。実用化されている代表的な人工多層膜分光素子として、タングステンとシリコンを用いた面間隔３ｎｍ程度のもの、ニッケルと炭素を用いた面間隔５ｎｍ程度のもの、モリブデンと４ホウ化炭素を用いた面間隔１０ｎｍ程度のもの等が有る。
【００３６】
近年の人工多層膜製作技術の向上に伴い、これまでの人工多層膜分光素子より面間隔の小さいものを作製する試みが行われている。図１２は、面間隔が約１．５ｎｍの平板人工多層膜を角度分散方向がローランド円の直径に等しい曲率を持つように湾曲させた分光素子を、Ｘ線遮蔽板無しで直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に取り付け、取得した特性Ｘ線スペクトルを示している。縦軸は任意スケールのＸ線強度、横軸はローランド円半径が１４０ｍｍの時の分光位置Ｌである。なお、Ｌは式（３）によって与えられ、数値の単位はｍｍである。図１２の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれＳｉ−Ｋα（波長：０．７１３ｎｍ）、Ａｌ−Ｋα（波長：０．８３４ｎｍ）、Ｍｇ−Ｋα（波長：０．９８９ｎｍ）、Ｆ−Ｋα（波長：１．８３２ｎｍ）の近傍のスペクトルである。この人工多層膜分光素子において各特性Ｘ線の回折が生じる時の入射角θは、Ｓｉ−Ｋαが約１３．７度、Ａｌ−Ｋαが約１６．１度、Ｍｇ−Ｋαが約１９．２度、Ｆ−Ｋαが約３７．６度である。なお各スペクトルは、紙面に向かって左側が入射角θの小さい低角度側（短波長側に同じ）となるように表示されている。
【００３７】
図１２において、（ａ）のスペクトルでは、Ｓｉ−Ｋαの低角度側に異常なこぶ状の山が明瞭に現われている。（ｂ）のスペクトルでは、Ａｌ−Ｋαの低角度側に異常なこぶ状の山がやや見られる。（ｃ）のスペクトルでは、異常なこぶ状の山は認められないが、Ｍｇ−Ｋαの低角度側が異常に長い裾を引いている。（ｄ）のスペクトルでは、Ｆ−Ｋαのサテライト線がみられるだけで、正常な波形が得られている。即ち、入射角θが小さいＸ線ほど波形の異常が大きくなることが分かる。
【００３８】
図１３の（ａ）〜（ｄ）は、図１２のスペクトルを取得した人工多層膜分光素子に、図１１（ａ）に例示されているＸ線遮蔽板を取り付けて取得したＳｉ−Ｋα、Ａｌ−Ｋα、Ｍｇ−Ｋα、Ｆ−Ｋα近傍のスペクトルである。各スペクトルとも、Ｋα線の他にはＫβ線若しくはサテライト線が見られるのみで、図１２のスペクトルに見られた低角度側の異常なこぶや裾引きは認められない。この結果から、入射角θが小さいＸ線の場合にも、Ｘ線遮蔽板の働きにより正常な波形が得られていることが分かる。
【００３９】
発明者が同様の実験を、面間隔が約２ｎｍと約３ｎｍの湾曲人工多層膜分光素子について行ったところ、面間隔が約２ｎｍの湾曲人工多層膜分光素子の場合、Ｘ線遮蔽板は有効に働くことが確認できた。しかし、面間隔が約３ｎｍの湾曲人工多層膜分光素子の場合、Ｆ−Ｋαの強度が６〜７割程度まで低下する大きなＸ線遮蔽板を設けても、Ｆ−Ｋαの半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）が数％狭まる程度であり、Ｘ線遮蔽板は不要であることがわかった。従って、発明者の行った実験により、直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装備された湾曲人工多層膜分光素子において、人工多層膜分光素子の面間隔が２ｎｍ以下の場合には、有効回折領域を設定するためのＸ線遮蔽板が異常な波形を除去し正常な波形を得るように有効に働くことが明らかとなった。言い換えれば、面間隔が２ｎｍ以下の人工多層膜分光素子を使用してＸ線分析を行う場合、Ｘ線の入射角θに応じて有効回折領域を設定しないと、信頼のおける分析を行うことが困難であるといえる。
【００４０】
図１２及び図１３に示すスペクトルを取得した人工多層膜分光素子は、平板状の基板表面に人工多層膜を積層させ、ヨハン型に湾曲させたものである。人工多層膜分光素子の作製方法としては、基板そのものを予めヨハン型や球面ヨハン型等の湾曲面形状を持つように加工しておき、その上に人工多層膜を積層させる方法もある。予め湾曲した面に人工多層膜を形成させた人工多層膜分光素子についても、上述の説明と同様にＸ線遮蔽板を用いて異常な波形を除去し正常な波形を得る効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】湾曲分光結晶を装着した直進集光式波長分散型Ｘ線分光器の原理的構成を示す図。
【図２】球面ヨハン分光結晶においてブラッグ条件に対する分光結晶上の入射角誤差Δθを説明するための図。
【図３】ローランド円半径１４０ｍｍを持つ直進集光式波長分散型Ｘ線分光器に装着した球面ヨハン分光結晶における結晶表面上の入射角誤差Δθの計算例。
【図４】Ｘ線遮蔽板を分光結晶支持部材端部に取り付けてローランド円の内側方向に起立させた場合の図。
【図５】Ｘ線遮蔽板を分光結晶支持部材端部に取り付け、その一部を折り曲げて湾曲分光結晶表面の端部の適当な領域を略長方形状に覆い、その先端部分をローランド円の内側方向に起立させた場合の図。
【図６】分光結晶中心とローランド円中心を通る直線と平行に起立するＸ線遮蔽板の例で、非回折寄与領域が生じることを説明するための図。
【図７】ヨハンソン型分光結晶の原理を説明するための図。
【図８】ヨハン型分光結晶の原理を説明するための図。
【図９】湾曲分光結晶とＸ線検出器のスリット長さとの関係を示す図。
【図１０】分光結晶中心とローランド円の中心を通る直線と平行にＸ線遮蔽板を起立させる場合の高さを計算する方法を説明するための図。
【図１１】略長方形以外の形状を持つＸ線遮蔽板の例を示す図。
【図１２】Ｘ線遮蔽板を使用しない湾曲人工多層膜分光素子により取得された特性Ｘ線スペクトルの例。
【図１３】Ｘ線遮蔽板を使用した湾曲人工多層膜分光素子により取得された特性Ｘ線スペクトルの例。
【符号の説明】
【００４２】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ  電子線                    Ｓ  Ｘ線発生点
Ｃ  分光結晶中心                Ｃ１  点Ｃの接線
Ｃ２  点Ｃに接する曲率２Ｒの円弧
Ｄ  直線ＣＱの延長線とローランド円との交点
Ｑ  ローランド円中心            Ｆ  スリット中心
Ｌ  分光位置                    Ｒ  ローランド円半径
α  Ｘ線取り出し角              θ  入射角
Ｐ  分光結晶上の任意の点        Ａ、Ａ１〜Ａ６、Ａｄ、Ａｉ  Ｘ線遮蔽板
Ｂ  角度分散方向長さ            Ｗ  幅方向長さ
Ｘ１、Ｘ２  入射Ｘ線            Ｈ１、Ｈ２  非寄与領域
１  Ｘ線分光器                  ２  試料
３  分光結晶                    ４  Ｘ線検出器
５  スリット                    ６  ローランド円
３０  分光結晶支持部材
【図１】
2007093581.tif 000005
【図２】
2007093581.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007093581.tif 000013
【図１０】
2007093581.tif 000014
【図１１】
2007093581.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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