(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種々の成分を含む試料にＸ線を照射し、それに対して該試料から放出されるＸ線を検出するＸ線分析装置であって、試料にＸ線を照射するＸ線照射部は、
a)Ｘ線を放出するＸ線源部と、
b)多数の互いに平行に配置されたＸ線案内用細管から成り、前記Ｘ線源部から放出されたＸ線が導入される位置にその入射端面が配置された第１のマルチキャピラリと、
c)多数のＸ線案内用細管からなり、該細管が入射端側で平行であり出射端面側で緩やかに湾曲したテーパ状に収束するように形成された平行／点焦点型のマルチキャピラリレンズである第２のマルチキャピラリと、
d)フレネルゾーンプレートと、
e)前記第２のマルチキャピラリと前記フレネルゾーンプレートとのいずれか一方を選択的に、前記第１のマルチキャピラリから出射されたＸ線が試料に達するまでのＸ線光路上に挿入するように、前記第２のマルチキャピラリ及び前記フレネルゾーンプレートを移動させる第１の移動部と、
を含むＸ線分析装置。
【請求項２】
前記第２のマルチキャピラリ又は前記フレネルゾーンプレートを経て前記試料に照射されるＸ線に応じて、該試料から放出されるＸ線を検出する第１のＸ線検出器、をさらに備える、請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
前記Ｘ線照射部は、前記Ｘ線源部及び前記第１のマルチキャピラリを一体に回動させる第１回動部と、平板分光結晶と、前記第１のマルチキャピラリの出射端面から出射されたＸ線が到達する位置に前記平板分光結晶を挿入するように該平板分光結晶を移動させる第２の移動部と、をさらに含む、請求項２に記載のＸ線分析装置。
【請求項４】
前記試料が載置される位置に載置されたＸ線回折分析用試料から回折するＸ線を検出可能な位置に配置される第２のＸ線検出器と、該Ｘ線回折分析用試料と該第２のＸ線検出器とを所定関係を保ちつつ回動させる第２回動部と、をさらに備え、
前記第１のマルチキャピラリから出射された、又は該第１のマルチキャピラリから出射され前記平板分光結晶に当たって取り出されたＸ線の光路上から、前記第２のマルチキャピラリ及び前記フレネルゾーンプレートを共に退避させ、前記Ｘ線回折分析用試料に照射されたＸ線に応じた回折Ｘ線を前記第２のＸ線検出器で検出する、請求項３に記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記フレネルゾーンプレートをその光軸上で移動させる第３の移動部、をさらに備え、該フレネルゾーンプレートの光軸上の位置と前記平板分光結晶から取り出されるＸ線のエネルギ又は波長とを連動して変化させるように前記第３の移動部及び前記第１回動部を制御することにより、所定のエネルギ又は波長のＸ線の焦点距離位置に前記試料を常に位置させる、請求項３に記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
前記フレネルゾーンプレートをその光軸上で移動させる第３の移動部、をさらに備え、該フレネルゾーンプレートの光軸上の位置と前記平板分光結晶から取り出されるＸ線のエネルギ又は波長とを連動して変化させるように前記第３の移動部及び前記第１回動部を制御することにより、所定のエネルギ又は波長のＸ線の焦点距離位置に前記試料を常に位置させる、請求項４に記載のＸ線分析装置。
【請求項７】
前記平板分光結晶により取り出されたＸ線の照射に応じて前記試料から放出された光電子を検出する光電子分光検出器、をさらに備える、請求項３に記載のＸ線分析装置。
【請求項８】
前記第１回動部により前記Ｘ線源部及び前記第１のマルチキャピラリを一体に回動させ、前記平板分光結晶により取り出されたＸ線の照射に応じて前記試料から放出されたＸ線を検出することで吸収端スペクトルを取得する、請求項３に記載のＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を被検体に照射して該被検体の分析や観察を行うＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を試料に照射し該試料から放出されるＸ線、電子、イオン、又はその他の各種粒子を検出したり試料を透過するＸ線を検出したりすることによって、該試料についての分析や観察を行うＸ線分析手法が従来知られている。代表的なＸ線分析手法には、蛍光Ｘ線分析法、Ｘ線回折法、Ｘ線光電子分光法、Ｘ線吸収端微細構造などがある。このうち、蛍光Ｘ線分析法（X-Ray Fluorescence analysis：ＸＲＦ）は、微量元素も含めて、非破壊、高精度な定性、定量分析の代表的な分析法であり、Ｘ線回折法（X-Ray Diffraction：ＸＲＤ）は代表的な構造解析法である。また、Ｘ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）では試料極表面の元素分析や状態分析を行うことができ、Ｘ線吸収端微細構造（X-ray Absorption Fine Structure：ＸＡＦＳ）では吸収原子の電子構造を知ることができる。
【０００３】
蛍光Ｘ線分析装置においては、微小領域の分析や観察の空間分解能を上げるために、試料や試料上の対象領域に照射するＸ線の照射径又は照射面積をできるだけ小さく絞る必要がある。一方、高度なＸ線回折においては、平行性の高い単色Ｘ線を試料に照射する必要がある。【０００４】
蛍光Ｘ線分析装置等のＸ線分析装置において、試料上の微小な領域に高い効率でＸ線を照射するために、特許文献１等に開示されているマルチキャピラリＸ線レンズが広く用いられている。
マルチキャピラリＸ線レンズは、内径が２〜十数μm程度の微小径のガラス細管（キャピラリ）を多数束ねて１本の管状に形成したものであり、１本のキャピラリの内側に入射されたＸ線がガラス内壁面を臨界角以下の角度で以て全反射しながら進行してゆく原理を利用して、Ｘ線を効率良く案内する素子である。少なくともいずれか一方の端部においてその端面は、多数のキャピラリの中心軸がその端部の端面の外側の所定位置で１点に交わるように各キャピラリが形成された点焦点端面となっている。これにより、各キャピラリを通して案内されたＸ線を略一点に集束させるように出射することができる。【０００５】
マルチキャピラリＸ線レンズはＸ線を効率良く案内しつつ微小領域に照射するのに有用な素子であるものの、収集したＸ線を照射する面積を小さく絞るという点では必ずしも十分な性能が得られない。その大きな理由は、マルチキャピラリＸ線レンズでは原理的な焦点ボケが生じることによる。即ち、マルチキャピラリＸ線レンズでは、Ｘ線は１本のキャピラリの内壁面を全反射しながら進行するが、全反射を起こす最大の入射角（慣用的に反射面に対する角度を入射角というので、本明細書でもその定義に従う）は臨界角である。そのため、キャピラリの端面からＸ線が出射する際に、キャピラリの中心軸に対し臨界角を最大とする開き角度を有してＸ線が拡がる。その結果、マルチキャピラリＸ線レンズの点焦点端面から出射したＸ線の照射領域は理想的な点とはならず、或る程度のサイズを持つ領域となってしまう。【０００６】
一方、原理的にＸ線をより小さい径に収束可能である素子が、特許文献２等に記載されているフレネルゾーンプレートである。フレネルゾーンプレートは回折と干渉とを利用して集光を行う略円盤状の素子であり、Ｘ線を遮蔽する遮蔽領域とＸ線を通過させる通過領域とが同心円状に交互に形成された一種の透過型の回折格子である。シンクロトロン放射を利用した、いわゆる放射光（Synchrotron Radiation）では、こうしたフレネルゾーンプレートを利用してサブミクロン〜ナノレベルの照射径のＸ線が実現されている。【０００７】
また、マルチキャピラリＸ線レンズとフレネルゾーンプレートのそれぞれの特性を活かすために、それらを組み合わせた装置も特許文献２、３等で提案されている。このようにマルチキャピラリＸ線レンズとフレネルゾーンプレートとの組合せによれば、マルチキャピラリＸ線レンズ単体と比べて原理的にはＸ線照射径をかなり絞ることが可能であり、試料のごく狭い領域に存在する成分の分析に威力を発揮する。さらにまた、特許文献４には、各細管の中心軸が一直線状で且つ平行である平行端−平行端型のマルチキャピラリとフレネルゾーンプレートとを組み合わせた装置や、マルチキャピラリの前段に平行Ｘ線を取り出すコリメータを配置した装置が提案されている。こうした装置では、フレネルゾーンプレートに入射するＸ線の平行性を一層高めることができ、フレネルゾーンプレートの高い集束性能をより活かすことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２００１７９７号公報
【特許文献２】特許第４４９２５０７号公報
【特許文献３】特許第５３３８４８３号公報
【特許文献４】特許第６４３０２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｘ線を利用した代表的な分析技術の一つである蛍光Ｘ線分析法では、分析対象の試料にＸ線を照射し、その試料を構成する元素に固有の波長／エネルギを有した特性Ｘ線を発生させる。この特性Ｘ線はそれぞれに個別の励起エネルギが必要であるため、試料に照射するＸ線としては連続的なエネルギを有する連続Ｘ線が用いられる。他方、試料上の微小領域の分析にはできるだけ照射径を小さく絞ったＸ線ビームが望ましく、その目的には最も小さくＸ線を絞ることが可能なフレネルゾーンプレートが適している。しかしながら、フレネルゾーンプレートを利用したＸ線照射装置では次のような問題がある。【００１０】
通常、Ｘ線分析の対象である試料には様々な物質が含まれているから、上述したような微小領域の分析に先立って、その微小領域を含む試料上のやや広い領域についてどのような物質が存在するのかを調べる必要がある。即ち、試料上の或る程度の広い領域に亘る定性分析が必要である。図５は、試料の表面上における、フレネルゾーンプレートによるＸ線の収束状態を説明する概念図である。【００１１】
いま、図５（ａ）に示すように、フレネルゾーンプレート１００にその左方から様々なエネルギの平行Ｘ線束が入射したものとする。フレネルゾーンプレート１００における回折角は波長によって異なる。そのため、図５（ａ）に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃなる互いに異なるエネルギ（但し、エネルギＡ＜Ｂ＜Ｃ）のＸ線が収束する焦点の位置は、フレネルゾーンプレート１００の中心軸Ｘ上で異なる。したがって、エネルギＢのＸ線の焦点位置にＸ線照射面１０１が存在するとき、該Ｘ線照射面１０１上でのＸ線の照射スポットは、図５（ｂ）に示すように、エネルギＡ、Ｂ、及びＣのＸ線がいずれも到達する範囲１０２、エネルギＡとエネルギＣのＸ線が到達する範囲１０３、並びに、エネルギＡのＸ線のみが到達する範囲１０４、が略同心円状に形成される。なお、このとき、範囲１０２には、エネルギＢのＸ線が特に強い強度で照射される。【００１２】
Ｘ線照射面１０１上に置かれた試料に含まれる元素を蛍光Ｘ線分析により検出するものとし、いま、図５（ｂ）に示されているＸ線照射スポット中に、図６（ａ）に示すように軽元素及び重元素が分布している状況を想定する。低エネルギのＸ線と高エネルギのＸ線とが共に照射される内周側の範囲１０３では、重元素も軽元素も共に良好に検出される。これに対し、低エネルギのＸ線しか照射されない最外周の範囲１０４では、軽元素は検出されるものの重元素は検出されない。即ち、図６（ａ）中の軽元素ａは検出されるものの、重元素ｄ、重元素ｅの一部、２重構造体ｆの内側の重元素は検出されない。その結果、重元素ｄは見逃され、重元素ｅは針状組織の長さが不正確になり、二重構造体ｆは単なる軽元素の領域としてしか検出されない。【００１３】
このように、フレネルゾーンプレートをＸ線照射装置に用いた従来のＸ線分析装置では、ごく狭い範囲に存在することが予め分かっている特定元素を分析することはできるものの、その範囲を含む或る程度広い範囲における未知である元素の正確な定性分析を実施することができない、という問題がある。【００１４】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、或る程度の広い範囲における正確な元素定性分析を実施したうえで、特定の元素の微小部位における詳細な分析を行うことができるＸ線分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた本発明は、種々の成分を含む試料にＸ線を照射し、それに対して該試料から放出されるＸ線を検出するＸ線分析装置であって、試料にＸ線を照射するＸ線照射部は、
a)Ｘ線を放出するＸ線源部と、
b)多数の互いに平行に配置されたＸ線案内用細管から成り、前記Ｘ線源部から放出されたＸ線が導入される位置にその入射端面が配置された第１のマルチキャピラリと、
c)多数のＸ線案内用細管からなり、該細管が入射端側で平行であり出射端面側で緩やかに湾曲して一点に収束するように形成された平行／点焦点型のマルチキャピラリＸ線レンズである第２のマルチキャピラリと、
d)フレネルゾーンプレートと、
e)前記第２のマルチキャピラリと前記フレネルゾーンプレートとのいずれか一方を選択的に、前記第１のマルチキャピラリから出射されたＸ線が試料に達するまでのＸ線光路上に挿入するように、前記第２のマルチキャピラリ及び前記フレネルゾーンプレートを移動させる第１の移動部と、
を含むものである。【００１６】
また本発明に係るＸ線分析装置は、前記第２のマルチキャピラリ又は前記フレネルゾーンプレートを経て前記試料に照射されるＸ線に応じて、該試料から放出されるＸ線を検出する第１のＸ線検出器、をさらに備えるものとすることができる。【００１７】
本発明において、Ｘ線源部から放出されたＸ線は第１のマルチキャピラリに導入される。第１のマルチキャピラリの各細管を通過する過程で平行度の低いＸ線は除去されるため、平行度の高いＸ線束が第１のマルチキャピラリから出射する。第１の移動部によって、第１のマルチキャピラリの出射端面と分析対象である試料との間には、第２のマルチキャピラリ又はフレネルゾーンプレートのいずれかが配置される。試料上の比較的広い範囲に存在する成分についての正確な定性分析を実施したい場合には第２のマルチキャピラリが選択され、一方、試料上のごく狭い範囲に存在する特定の成分を詳細に解析したいような場合にはフレネルゾーンプレートが選択される。【００１８】
上記第２のマルチキャピラリとしては、例えば特許文献２等に開示されているような平行／点焦点型のマルチキャピラリＸ線レンズが使用される。
このマルチキャピラリＸ線レンズでは、多数のＸ線案内用細管内に導入されたＸ線を無駄なく案内しながら小径に絞って出射することができる。この場合、原理的に生じる焦点ボケのためにＸ線をごく微小径に絞ることはできないものの、Ｘ線案内用細管内をＸ線が通過する過程での損失が小さいので、相対的に大きな強度のＸ線を出射することができる。しかも、全てのエネルギのＸ線の焦点距離は同じである。
【００１９】
第１のマルチキャピラリの出射端面と試料との間に、フレネルゾーンプレートではなく第２のマルチキャピラリが配置されると、試料上の相対的に広い範囲にＸ線が照射される。マルチキャピラリを通過する過程でのエネルギ選択性はほぼないので、Ｘ線源部から放出されるＸ線が所定のエネルギ範囲に亘る連続Ｘ線であれば、試料上の上記範囲にはいずれも連続Ｘ線が照射され、その焦点距離は同じである。これにより、Ｘ線が照射される範囲に存在する元素は軽元素、重元素のいずれであっても励起され、元素に特有のＸ線を放出する。第１のＸ線検出器によりこのＸ線を検出することで、試料上の或る範囲に存在する元素を特定することができる。
【００２０】
一方、第１のマルチキャピラリの出射端面と試料との間に、第２のマルチキャピラリではなくフレネルゾーンプレートが配置されると、第１のマルチキャピラリから出射した平行度が高いＸ線がフレネルゾーンプレートに入射し、フレネルゾーンプレートで回折したＸ線は試料上のきわめて微小な領域に集光される。したがって、このときには試料上のかなり狭い範囲にＸ線が照射される。第２のマルチキャピラリを用いて定性分析された成分の中の特定の成分のＸ線の焦点距離の位置に試料をセットすれば、その特定の成分（元素）の微小領域における精密な分析を行うことができる。また、フレネルゾーンプレートに導入されるＸ線が単色化されたＸ線であってそのエネルギが所定範囲で走査される構成であれば、Ｘ線吸収分光法を利用して、試料上の特定の微小部位に存在する元素の化学形態等の詳細な情報を得ることができる。【００２１】
本発明に係るＸ線分析装置において、前記Ｘ線照射部は、前記Ｘ線源部及び前記第１のマルチキャピラリを一体に回動させる第１回動部と、平板分光結晶と、前記第１のマルチキャピラリの出射端面から出射されたＸ線が到達する位置に前記平板分光結晶を挿入するように該平板分光結晶を移動させる第２の移動部と、をさらに含む構成とすることができる。
【００２２】
この構成では、例えばフレネルゾーンプレートを用いて試料に微小径のＸ線を照射する際に、第１回動部によってＸ線源部及び第１のマルチキャピラリを一体に所定角度だけ回動させるとともに、第２の移動部によって第１のマルチキャピラリの出射端面から出射されたＸ線が到達する位置に平板分光結晶を挿入し、その結晶面へのＸ線の入射角度が前記所定角度に応じた角度となるように調整する。すると、平板分光結晶により取り出された特定のエネルギを持つＸ線、つまりは単色化されたＸ線がフレネルゾーンプレートに導入され、該フレネルゾーンプレートから試料上の狭い範囲に照射される。このときには、単色Ｘ線以外の他のエネルギのＸ線は存在しないため、焦点は鮮明になり、或る特定の元素の特性Ｘ線のみによる精密な分析が可能となる。さらに、Ｘ線源部及び第１のマルチキャピラリを回動させる角度と平板分光結晶の角度とを連動して変化させることで、試料上の狭い範囲に照射するＸ線のエネルギを走査することができる。それにより、複数の元素それぞれの微小領域内分布やＸ線吸収分光法を利用した微小部位の分析が可能である。
【００２３】
また上記構成のＸ線分析装置では、前記試料が載置される位置に載置されたＸ線回折分析用試料から回折するＸ線を検出可能な位置に配置される第２のＸ線検出器と、該Ｘ線回折分析用試料と該第２のＸ線検出器とを所定関係を保ちつつ回動させる第２回動部と、をさらに備え、
前記第１のマルチキャピラリから出射された、又は該第１のマルチキャピラリから出射され前記平板分光結晶に当たって取り出されたＸ線の光路上から、前記第２のマルチキャピラリ及び前記フレネルゾーンプレートを共に退避させ、前記Ｘ線回折分析用試料に照射されたＸ線に応じた回折Ｘ線を前記第２のＸ線検出器で検出する構成としてもよい。
【００２４】
この構成によれば、例えば平板分光結晶により単色化された平行Ｘ線束をＸ線回折分析用試料に照射し、Ｘ線回折分析を行うことができる。このとき、第２回動部によりＸ線回折分析用試料と第２のＸ線検出器とを所定の関係を保つようにそれぞれ回動させることで、異なる回折角度の回折Ｘ線を検出することができる。それにより、粉末試料や薄膜試料のみならず、バルク試料をそのままの状態で、その結晶構造の精密解析を実施することができる。【００２５】
また、上記構成のＸ線分析装置では、前記フレネルゾーンプレートをその光軸上で移動させる第３の移動部、をさらに備え、該フレネルゾーンプレートの光軸上の位置と前記平板分光結晶から取り出されるＸ線のエネルギ又は波長とを連動して変化させるように前記第３の移動部及び前記第１回動部を制御することにより、所定のエネルギ又は波長のＸ線の焦点距離位置に前記試料を常に位置させるようにしてもよい。
【００２６】
この構成によれば、試料上の微小領域に照射する単色Ｘ線のエネルギ又は波長を走査して、又は複数段階に変化させ、微小領域に存在する様々な元素の詳細な分析を行うことができる。【００２７】
また、上記構成のＸ線分析装置ではさらに、前記平板分光結晶により取り出されたＸ線の照射に応じて前記試料から放出された光電子を検出する光電子分光検出器、を備えるようにしてもよい。【００２８】
この構成によれば、光電子分光分析により、試料のごく表面の元素分析や状態分析も可能となる。また、一般にＸ線光電子分光法では、例えばＡｌＫα線、ＣｒＫ線などの特定の波長（エネルギ）のＸ線を試料に照射するが、上記構成によれば、試料へ照射するＸ線の波長（エネルギ）を容易に変更することができるので、Ｘ線光電子分光法の応用範囲を拡大することができる。【００２９】
また上記構成のＸ線分析装置では、前記第１回動部により前記Ｘ線源部及び前記第１のマルチキャピラリを一体に回動させ、前記平板分光結晶により取り出されたＸ線の照射に応じて前記試料から放出されたＸ線を検出することで吸収端スペクトルを取得することもできる。
【００３０】
これによれば、Ｘ線吸収微細構造分析を行い、試料中の原子の電子構造などの解析も行える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るＸ線分析装置によれば、試料上の１０μm程度〜１００μm程度の領域における成分の定性を正確に行うとともに、その中の特定の成分に対し、１μm程度又はそれ以下の良好な空間分解能で以て詳細な分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態であるＸ線分析装置の原理構成図。
【図２】本発明の一実施形態であるＸ線分析装置の要部の概略構成図。
【図３】本発明の他の実施形態であるＸ線分析装置の要部の概略構成図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態であるＸ線複合分析装置の要部の概略構成図。
【図５】フレネルゾーンプレートを用いた従来のＸ線分析装置の問題点の説明図。
【図６】フレネルゾーンプレートを用いた従来のＸ線分析装置の問題点の説明図。
【図７】図２に示したＸ線分析装置におけるＸ線検出器の一例の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るＸ線分析装置の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるＸ線分析装置の原理構成図である。図２は、図１に示した原理構成の変形例を示す図である。図３は、本実施形態のＸ線分析装置の要部の概略構成図である。まず、図１及び図２を参照して、本実施形態であるＸ線分析装置におけるＸ線照射部の基本的な構成について説明する。
【００３４】
図１（ａ）は予備分析モードでのＸ線光学素子の配置、図１（ｂ）は微小部位分析モードでのＸ線光学素子の配置を示す図である。それら二つのモードは切替え可能である。
【００３５】
図１（ａ）に示す構成では、直管型マルチキャピラリ１２、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３、及び試料Ｓ１が直線（中心軸線Ｃ）上に配置されている。図示しないＸ線源部から放出されたＸ線束は直管型マルチキャピラリ１２に導入され、直管型マルチキャピラリ１２を通過したＸ線束は平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３に導入される。そして、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３で集束されたＸ線が試料Ｓ１に照射される。一方、図１（ｂ）に示す構成では、図示しない移動機構により、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３はＸ線光路上から退避され、代わりに、フレネルゾーンプレート１４がＸ線光路上の所定位置に挿入される。そのため、直管型マルチキャピラリ１２から出射されたＸ線束はフレネルゾーンプレート１４に導入され、フレネルゾーンプレート１４で微小径に集束されたＸ線が試料Ｓ１に照射される。
【００３６】
直管型マルチキャピラリ１２は、中心軸線Ｃに沿って直線状に延伸する多数の硼珪酸ガラス製のキャピラリ（細管）の集合体である。各キャピラリではそれぞれ、中心軸に平行に入射したＸ線は反射や吸収を受けずに出射する。また、臨界角以下の入射角で以て入射したＸ線は、キャピラリの内壁面で反射されつつ案内され出射する。一方、臨界角を超えた入射角を有して入射して来るＸ線は、キャピラリの内壁面で吸収されたり散乱したりするため出射側端面まで到達しない。したがって、この直管型マルチキャピラリ１２は平行度の高いＸ線のみを取り出す機能を有する一種の高効率フィルタである。
【００３７】
一般に数十μm程度の領域の正確な分析において使用される平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３は、直管型マルチキャピラリ１２と同様に多数の硼珪酸ガラス製のキャピラリの集合体であるが、出射側（図１では右側）の端部で各キャピラリが中心軸線Ｃに近づくように湾曲状に絞られている。そのため、キャピラリの内壁面で反射されながら効率良く案内されたＸ線は、概ね一点に向かうようにその出射側端面から放出される。平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３の入射側端面でのＸ線の受け容れの効率は高く、また各キャピラリを通過する間のＸ線の減衰は少ない。そのため、高い強度のＸ線を試料Ｓ１に照射することができる。但し、出射する際にＸ線は臨界角程度の拡がりを有するため、試料Ｓ１に照射されるＸ線の径は微小径にはならず、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３の性能に依存するが一般的には５０μm程度と、或る程度大きくなる。
【００３８】
即ち、予備分析モードでは、試料Ｓ１上の或る程度の大きな面積の範囲に対して高い強度のＸ線を照射することができる。このとき、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３に入射して来るＸ線が連続Ｘ線であれば、試料Ｓ１上の照射範囲全体に連続Ｘ線が照射される。したがって、その範囲に軽元素、重元素のいずれが存在していても、照射されたＸ線により励起され、各元素に応じた特性Ｘ線が放出される。この特性Ｘ線をＸ線検出器（図１では記載せず）で検出することで元素を特定し、正確な定性分析を行うことができる。
【００３９】
一方、微小部位分析モードで使用されるフレネルゾーンプレート１４は外形が略円盤状であり、Ｘ線を遮蔽する遮蔽領域とＸ線を通過させる通過領域とが同心円状に交互に形成されている一種の透過型の回折格子である。径方向に隣接する通過領域の間隔は中心から外側に向かうに従い徐々に狭くなっており、それによって、外周側に入射したＸ線ほど回折によって大きく進行方向を曲げる。その結果、フレネルゾーンプレート１４の有効径の範囲に、その中心軸に平行に入射したＸ線は、入射面と反対側の出射面から所定距離離れた位置の１点に収束する。図１（ｂ）の状態では、フレネルゾーンプレート１４はその中心軸が中心軸線Ｃに一致するように配置されており、試料Ｓ１上のごく狭い範囲にＸ線が照射される。
即ち、微小部位分析モードでは、試料Ｓ１上のごく狭い面積の範囲に対してＸ線を照射することができ、高い空間分解能を達成することができる。
【００４０】
次に、本実施形態のＸ線分析装置の構成及び動作を、図２により説明する。図２において図１に示した構成要素と同一又は相当する構成要素には同じ符号を付している。
Ｘ線源１０は所定のエネルギ範囲（波長範囲）に亘る連続的なＸ線を放出するものである。このＸ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２は一体に第１回動部１８により回動自在である。また、平板分光結晶１５は第２移動部１７により、上記回動の中心点付近であるＸ線光路上に移動自在である。また、平板分光結晶１５は第２移動部１７により、回動自在である。また第１移動部１６は、上記平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３とフレネルゾーンプレート１４とを択一的にＸ線光路上に挿入するものである。
【００４１】
予備分析モードでは、図２（ａ）に示すように、Ｘ線源１０、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３  及び試料Ｓ１は一直線上に配置され、平板分光結晶１５はＸ線光路上から退避される。これにより、Ｘ線源１０から出射された連続Ｘ線が試料Ｓ１上の、例えば径が数十μm程度である或る程度広い面積の範囲に照射され、該Ｘ線によって励起された各元素に特有の特性Ｘ線が試料Ｓ１から放出され、Ｘ線検出器３０により検出される。
【００４２】
図７は、Ｘ線検出器３０の構成の一例を示す概略図である。このＸ線検出器３０は、Ｘ線を集光する点／平行型のマルチキャピラリＸ線レンズ３００（特許文献２の図６（ｂ）等参照）、図示しない駆動機構により回動される平板分光結晶３０１、平板分光結晶３０１の回転角の２倍の回転角で以て回動される検出器３０２、を含む波長走査型の構成である。これにより、試料Ｓ１上の小さな領域から放出されたＸ線を効率良く且つ高い精度で検出することができる。但し、簡便な分析を目的とする場合には、Ｘ線検出器３０として、エネルギ分散型のＸ線検出器（具体的には半導体検出器）を用いてもよい。
【００４３】
微小部位分析モードでは、図２（ｂ）に示すように、平板分光結晶１５がＸ線光路上に挿入される。そして、Ｘ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２と、平板分光結晶１５とは連動して、それぞれ回動される。具体的には、Ｘ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２が中心軸線Ｃに対し角度２θｃだけ回動されるとき、平板分光結晶１５は中心軸線Ｃに対し角度θｃだけ回動される。この場合、Ｘ線源１０から放出された連続Ｘ線のうち、角度θｃに対応する特定の波長（エネルギ）のＸ線が平板分光結晶１５で取り出されてフレネルゾーンプレート１４に向かう。直管型マルチキャピラリ１１、１２を通して出射されるＸ線の平行度は高いので、平板分光結晶１５では精度のよい単色化が容易に行え、特定の狭いエネルギ範囲の且つ高い平行度のＸ線がフレネルゾーンプレート１４に入射される。その結果、単色化されたＸ線を試料Ｓ１上のごく微小な領域に照射することができる。
【００４４】
角度θｃを所定の範囲で走査するように、Ｘ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２と、平板分光結晶１５とを連動して回動させることで、試料Ｓ１上の微小部位に照射するＸ線のエネルギを走査し、例えば元素の詳細な化学形態を反映したＸ線吸収微細構造スペクトルを取得することができる。
【００４５】
但し、図５で説明したように、フレネルゾーンプレートの焦点距離はＸ線のエネルギ（波長）に依存する。そのため、上述したように、Ｘ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２と、平板分光結晶１５とを連動して回動させることで、平板分光結晶１５から取り出される単色Ｘ線のエネルギを変化させると、フレネルゾーンプレート１４で集束された単色Ｘ線による試料Ｓ１上でのスポットの大きさが変化してしまう。そこで、フレネルゾーンプレートの能力を最大限に活かし、Ｘ線のエネルギに依らずに試料Ｓ１上でできるだけ小さな領域に単色Ｘ線を常に照射するには、図２（ｂ）中に示しているように、フレネルゾーンプレート１４をその光軸上で移動させる第３移動部１９を追加し、その第３移動部１９によるフレネルゾーンプレート１４の移動動作と、Ｘ線源１０、及び、２段の直管型マルチキャピラリ１１、１２と、平板分光結晶１５との連動した回動動作とを、連動させるようにするとよい。それにより、Ｘ線のエネルギが変化したときでも、フレネルゾーンプレート１４の焦点距離の位置に試料Ｓ１を位置させることができる。
【００４６】
なお、第１回動部１８及び第２移動部１７と第１移動部１６との動作を連動させずに、連続Ｘ線をフレネルゾーンプレート１４に導入し、試料Ｓ１上の微小部位に連続Ｘ線を照射してもよいし、また、単色化された、特定のエネルギを有するＸ線を平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３に導入して、試料Ｓ１上の相対的に広い範囲に特定のエネルギを有するＸ線を照射してもよい。
【００４７】
図３は、本発明の別の実施形態であるＸ線分析装置の概略構成図である。このＸ線分析装置では、蛍光Ｘ線分析のみならずＸ線回折分析も可能である。図３において図２に示した構成要素と同一又は相当する構成要素には同じ符号を付している。
【００４８】
このＸ線分析装置では、試料Ｓ１の載置位置に設けられた試料ホルダ（図示せず）と、該試料ホルダに保持されるＸ線回折分析用試料Ｓ２による回折Ｘ線が到達する位置に配置されたＸ線回折分析用検出器２０とが、それぞれ第２回動部２１により回動されるようになっている。また、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３とフレネルゾーンプレート１４とが共にＸ線光路上から退避可能となっている。
【００４９】
Ｘ線回折分析時には、平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３及びフレネルゾーンプレート１４が共にＸ線光路上から退避され、直管型マルチキャピラリ１２から出射した連続Ｘ線の平行Ｘ線束又は平板分光結晶１５から出射した単色化された平行Ｘ線束が試料Ｓ２上に照射される。この場合、Ｘ線は絞られていないので試料Ｓ２上の広い範囲に平行Ｘ線束が当たり、それに対する回折Ｘ線がＸ線回折分析用検出器２０に到達する。したがって、例えば試料Ｓ２がバルク試料であっても、回折パターンを取得することで該試料の結晶構造解析を行うことができる。また、第２回動部２１により試料Ｓ２を角度θｓだけ回転させるとともに、これに連動してＸ線回折分析用検出器２０を角度２θｓだけ回動させると、回折角度を走査又は変更することができる。それによって、試料Ｓ２から様々な角度で以て放出される回折Ｘ線を検出することができる。
【００５０】
図４は、本発明のさらに別の実施形態であるＸ線複合分析装置の概略構成図である。このＸ線複合分析装置では、蛍光Ｘ線分析及びＸ線回折分析のほかに、Ｘ線光電子分光分析、及び吸収端スペクトルの近傍・広域分光分析も可能である。図４において図２及び図３に示した構成要素と同一又は相当する構成要素には同じ符号を付している。
【００５１】
このＸ線複合分析装置は、試料Ｓ１のＸ線照射面に向いた位置に光電子分光検出器３１を備える。光電子分光検出器３１は、Ｘ線照射により試料Ｓ１から放出された光電子を受け、運動エネルギ毎の光電子数を計数するものであり、光電子のエネルギスペクトルを得ることができる。
このＸ線複合分析装置では、図３に示した実施形態の装置と同様に、試料Ｓ１に対するＸ線蛍光分析と試料Ｓ２に対するＸ線回折分析とを行うことができる。さらに、試料Ｓ１に対するＸ線光電子分光分析とＸ線吸収微細構造分析も行うことができる。
【００５２】
Ｘ線光電子分光分析時には、蛍光Ｘ線分析の微小部位分析モードと同様に、平板分光結晶１５がＸ線光路上に挿入され、また、Ｘ線源１０、及び、直管型マルチキャピラリ１１、１２は、平板分光結晶１５に対し所定位置まで回動される。さらに、フレネルゾーンプレート１４又は平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３がＸ線光路上に挿入される。これにより、単色化され適宜に絞られたＸ線が試料Ｓに照射される。フレネルゾーンプレート１４及び平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３の両方をＸ線光路上から退避させてもよい。その場合には、単色化された平行Ｘ線が試料Ｓに照射される。Ｘ線の照射を受けて試料Ｓ１の表面では光電子が発生するが、その光電子の運動エネルギは元素の種類等に依存する。光電子分光検出器３１は、入射した光電子の運動エネルギと電子強度との関係を示すエネルギスペクトルデータを出力する。これにより、試料Ｓ１のごく表面の元素分析や状態分析を行うことができる。
【００５３】
なお、一般にＸ線光電子分光分析時には試料を真空雰囲気中に設置する。そこで、内部を真空状態にすることが可能である容器内に試料Ｓ１を設置し、必要に応じて該容器内を真空にして分析を実行するとよい。
【００５４】
Ｘ線吸収微細構造分析時には、平板分光結晶１５がＸ線光路上に挿入され、Ｘ線源１０、及び、直管型マルチキャピラリ１１、１２と、平板分光結晶１５とは連動して、それぞれ回動される。また、フレネルゾーンプレート１４又は平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ１３がＸ線光路上に挿入される。これにより、単色化され適宜に絞られたＸ線が試料Ｓに照射され、そのＸ線のエネルギは所定範囲で走査される。Ｘ線検出器３０は、エネルギ走査されるＸ線の照射に応じて試料Ｓ１から放出されたＸ線の強度を検出し、吸収スペクトルを取得する。吸収スペクトルには試料Ｓ１中の元素に特有の吸収端が観測されるため、これにより原子の電子構造を把握することができる。
【００５５】
以上のようにして、本実施形態のＸ線複合分析装置によれば、１台の装置で、試料についての様々な手法によるＸ線分析を行うことができる。
【００５６】
なお、上記実施形態はいずれも本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正又は追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…Ｘ線源
１１、１２…直管型マルチキャピラリ
１３…平行／点焦点型マルチキャピラリＸ線レンズ
１４…フレネルゾーンプレート
１５…平板分光結晶
１６…第１移動部
１７…第２移動部
１８…第１回動部
１９…第３移動部
２０…Ｘ線回折分析用検出器
２１…第２回動部
２３…直管テーパ状マルチキャピラリ
３０…Ｘ線検出器
３１…光電子分光検出器
Ｃ…中心軸線
【図１】
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【図２】
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【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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