特許 5740401 Ｘ線回折方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5740401

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】Ｘ線回折方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/205 20060101AFI20150604BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/205

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-526604(P2012-526604)

(86)(22)【出願日】2011年7月29日

(86)【国際出願番号】JP2011067551

(87)【国際公開番号】WO2012015053

(87)【国際公開日】20120202

【審査請求日】2013年8月5日

(31)【優先権主張番号】特願2010-172582(P2010-172582)

(32)【優先日】2010年7月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】虎谷 秀穂

(72)【発明者】

【氏名】宗川 繁

【審査官】 比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−０３２７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９８６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１５８５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２６６２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３９９７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７

Ｇ０１Ｌ １／００− １／２６

Ｇ０１Ｂ １５／００−１５／０８

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の同一表面に異なる方向から成形した特性Ｘ線を照射する複数のＸ線照射手段と、
前記試料の同一表面領域内に前記複数のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射されて前記試料から発生した複数の回折Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、
該Ｘ線検出手段で前記試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線とを検出して得
た信号を処理するＸ線回折信号処理手段とを備えたＸ線回折装置であって、
前記試料の同一表面に照射する前記複数のＸ線照射手段の入射Ｘ線進行方向に対する前記Ｘ線検出手段への回折角がそれぞれ異なる角度であり、前記Ｘ線検出手段の同一の視野内で検出される前記複数のＸ線照射手段のうちの一つのＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、前記複数のＸ線照射手段のうちの他のＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線とを検出し、前記回折Ｘ線パターンの曲線である楕円形状の軸情報、すなわち前記回折Ｘ線パターンの曲線のそれぞれの曲率や曲率の中心方向を求め、前記試料の結晶格子長を算出することを特徴とするＸ線回折装置。

【請求項2】

前記複数のＸ線照射手段のそれぞれのＸ線照射手段は、同じ波長の特性Ｘ線を前記試料に照射することを特徴とする請求項１記載のＸ線回折装置。

【請求項3】

前記複数の回折Ｘ線を検出するＸ線検出手段は、１つの２次元検出器であることを特徴と
する請求項１記載のＸ線回折装置。

【請求項4】

前記Ｘ線回折信号処理手段は、前記複数のＸ線照射手段から同時に同じ波長の特性Ｘ線が照射されて発生した複数の回折Ｘ線を検出した信号を分離する処理を行なうことを特徴とする請求項３記載のＸ線回折装置。

【請求項5】

前記複数のＸ線照射手段は、試料の表面に成形した特性Ｘ線を第１の方向から照射する第１のＸ線照射手段と、前記試料の表面の前記第１のＸ線照射手段で特性Ｘ線を照射した領域に成形した第２の特性Ｘ線を第２の方向から照射する第２のＸ線照射手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、前記試料の前記第１のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射された領域から発生した第１の回折Ｘ線と前記試料の前記第２のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射された領域から発生した第２の回折Ｘ線とを検出し、
前記Ｘ線回折信号処理手段は、前記Ｘ線検出手段で前記試料の同じ領域から発生した第
１の回折Ｘ線と第２の回折Ｘ線とを検出して得た信号を処理し、
前記第１のＸ線照射手段と第２のＸ線照射手段とは、同じ波長の特性Ｘ線を前記試料に照射し、
前記Ｘ線検出手段の同一の視野内で検出される前記第１のＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、前記第２のＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した前記第１のＸ線照射手段に照射されることにより前記試料から発生した回折Ｘ線パターンとは異なる回折Ｘ線パターンの曲線とが、互いに凸方向の向きが反対の曲線として検出される
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線回折装置。

【請求項6】

前記第１と第２のＸ線照射手段及び前記Ｘ線検出手段を収納する容器手段と、該容器手
段に収納された前記第１と第２のＸ線照射手段及び前記Ｘ線検出手段を制御する制御手段
を更に備え、
前記容器手段と前記制御手段とは分離されてその間をケーブルで接続することにより前
記前記第１と第２のＸ線照射手段及び前記Ｘ線検出手段と前記制御手段との間の信号の授
受を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載のＸ線回折装置。

【請求項7】

前記試料の表面の前記複数のＸ線照射手段で特性Ｘ線を照射する領域を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た前記試料の表面の前記複数のＸ線照射手段でＸ線を照射する領域の画像を表示するモニタ手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線回折装置。

【請求項8】

複数のＸ線照射手段から成形した特性Ｘ線を試料の同一表面に異なる方向から照射し、
前記試料の同一表面領域内に前記複数のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射されて前記試料から発生した複数の回折Ｘ線をＸ線検出手段で検出し、
該Ｘ線検出手段で前記試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線を検出して得た
信号を処理するＸ線回折方法であって、
前記試料の同一表面に照射する前記複数のＸ線照射手段の入射Ｘ線進行方向に対する前記Ｘ線検出手段への回折角がそれぞれ異なる角度であり、
前記Ｘ線検出手段で前記複数の回折Ｘ線を検出することが、前記Ｘ線検出手段の同一の
視野内で検出される前記複数のＸ線照射手段のうちの一つのＸ線照射手段により照射され
たＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、前記複数のＸ線照射手段
のうちの他のＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線とを検出し、
前記回折Ｘ線パターンの曲線である楕円形状の軸情報、すなわち前記回折Ｘ線パターンの曲線のそれぞれの曲率や曲率の中心方向を求め、前記試料の結晶格子長を算出する
ことを特徴とするＸ線回折方法。

【請求項9】

前記複数のＸ線照射手段から、同じ波長の特性Ｘ線を前記試料に照射することを特徴とする請求項８記載のＸ線回折方法。

【請求項10】

前記試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線を１つの２次元検出器で検出する
ことを特徴とする請求項８記載のＸ線回折方法。

【請求項11】

前記１つの２次元検出器で検出した前記試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ
線の検出信号を分離して処理することを特徴とする請求項１０記載のＸ線回折方法。

【請求項12】

複数のＸ線照射手段から成形した特性Ｘ線を試料の同一表面に異なる方向から照射することを、第１のＸ線照射手段で試料の表面に成形した特性Ｘ線を第１の方向から照射し、第２のＸ線照射手段で前記試料の表面の前記第１のＸ線照射手段で特性Ｘ線を照射した領域に成形した前記第１のＸ線照射手段で照射した特性Ｘ線と同じ波長の特性Ｘ線を第２の方向から照射することにより行い、
前記試料の前記第１のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射された領域から発生した第１の回折Ｘ線と前記試料の前記第２のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射された領域から発生した第２の回折Ｘ線とを検出し、
前記試料の同じ領域から発生した第１の回折Ｘ線と第２の回折Ｘ線とを検出して得た信
号を処理し、
前記Ｘ線検出手段で前記複数の回折Ｘ線を検出することが、前記Ｘ線検出手段の同一の
視野内で検出される前記複数のＸ線照射手段のうちの第１のＸ線照射手段により照射され
たＸ線により前記試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、前記複数のＸ線照射手段
のうちの第２のＸ線照射手段により照射されたＸ線により前記試料から発生した前記第１ののＸ線照射手段に照射されることにより前記試料から発生した回折Ｘ線パターンとは異なる回折Ｘ線パターンの曲線とが、互いに凸方向の向きが反対の曲線として検出する
することを特徴とする請求項８記載のＸ線回折方法。

【請求項13】

前記複数のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射されて前記試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線を検出して得た信号を、ケーブルを介して前記複数のＸ線照射手段から離れた場所で処理することを特徴とする請求項８記載のＸ線回折方法。

【請求項14】

前記試料の表面の前記複数のＸ線照射手段で特性Ｘ線を照射する領域を撮像し、該撮像して得た前記試料の表面の前記複数のＸ線照射手段で特性Ｘ線を照射する領域の画像を前記ケーブルを介して前記複数のＸ線照射手段から離れた場所でモニタ画面上に表示することを特徴とする請求項８記載のＸ線回折方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線管が発生する特性Ｘ線を試料に照射して材料の分析を行うＸ線回折方法及びそれを用いた可搬型Ｘ線回折方法及びその装置に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線回折法は未知結晶試料の材料同定やの大きな試料の一部分又は各種基板に搭載された試料の測定方法としてその利用方法が確立されてきた。これに伴い、従来建物の中で使われてきた分析装置が屋外でも使用できるような計測装置の要求が大きくなってきた。近年の電子技術の進展により、電源や制御回路が小型・軽量・低消費電力化されてきた。しかしながら、通常のＸ線回折法では、試料位置が所定の位置からずれると測定精度あるいは感度が低下するという問題点があり、それを避けるために例えば特許文献１に記載されているようなゴニオメータと呼ばれる機械式の測角器を用いて試料位置が所定の位置にあるようなＸ線回折測定を行っていた。

【0003】

また、特許文献２には、位置敏感型Ｘ線検出器または蓄積性蛍光体を用いて検出器を固定したままで試料からのＸ線回折光を検出する構成が開示されている。

【0004】

更に、特許文献３には、線状範囲内で位置分解能を備えたＣＣＤによるＸ線検出器の向きを、回折Ｘ線のデバイ環の接線方向と半径方向との間で切替えてＸ線強度を検出する構成が記載されている。

【0005】

一方、特定部分Ｘ線回折の計測を目的とした可搬型Ｘ線回折装置が特許文献４に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平５−２２３９９４号公報

【特許文献2】特開平５−１２６７６５号公報

【特許文献3】特開平１１−６８０６号公報

【特許文献4】米国特許出願公開第２００９/０２７４２７４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般的に、Ｘ線回折の測定はＸ線回折角度に対するＸ線回折強度をＸ線検出器により測定するため、特許文献１に記載されているように角度毎に試料や検出器の角度と位置を移動させて測定する必要があった。そのためＸ線源や検出器の保持や角度移動の精度確保のために、機械式の測角器は必然的に重量を必要とし、小型・軽量化することは困難であった。

【0008】

また特許文献２に記載されているX線回折装置では、位置敏感型の検出器が広い検出角度範囲に亘って配置されているが、試料に対するＸ線の入射角(照射角)は一定であり、結晶の方向が任意の方向であるような試料のＸ線回折パターンを検出するのには向いていない。

【0009】

更に、特許文献３に記載されているＸ線回折装置では、デバイ環の接線方向と半径方向とを検出する２種類の検出器を備えてそれらを切替えて検出する構成であるので装置の構成を小型化するのには適していない。

【0010】

また、特許文献４にはハンドヘルドタイプのＸ線回折装置の構成が記載されているが、２つの検出器が互いに離れた位置に配置された構成となっているために、連続した領域でのデバイ環を検出することができず、回折Ｘ線のうちの一部の情報が欠落してしまうという問題がある。

【0011】

本発明は、上述したように、小型・軽量のＸ線回折装置の実現に鑑みて為されたものである。即ち、Ｘ線回折計測を行う場合、従来は入射Ｘ線と試料と回折Ｘ線の位置関係が確実に保持されるような条件で計測を行ってきた。例えば、Ｘ線管から放射される特性Ｘ線（ターゲットがＣｕの場合、Ｋα１の波長は0.154056nm）を用いて、試料からの回折Ｘ線を計測する。この計測条件はBraggの法則に基づいており、Ｘ線管と試料とＸ線検出器の位置関係が正確に保たれるよう、ゴニオメータと呼ばれる機械式の角度設定機を用いていた。この機械式ゴニオメータは重量が大きく、必ずしも人力で保持して測定するための装置としては不適当であり、人力で保持されるため試料位置のずれに測定が影響されず、ゴニオメータを用いないで構成されるＸ線回折方法及びそれを用いたＸ線回折装置が望まれていた。

【0012】

本発明の目的は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、その目的は、検出器の位置を調整するためのゴニオメータを必要せず小型かつ軽量なＸ線回折方法及びその装置を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するために、本発明では、Ｘ線回折装置を、試料の同一表面に異なる方向から成形した特性Ｘ線を照射する複数のＸ線照射手段と、試料の同一表面領域内に複数のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射されて試料から発生した複数の回折Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、このＸ線検出手段で試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線とを検出して得た信号を処理するＸ線回折信号処理手段とを備え、試料の同一表面に照射する複数のＸ線照射手段の入射Ｘ線進行方向に対する前記Ｘ線検出手段への回折角がそれぞれ異なる角度であり、Ｘ線検出手段の同一の視野内で検出される複数のＸ線照射手段のうちの一つのＸ線照射手段により照射されたＸ線により試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、複数のＸ線照射手段のうちの他のＸ線照射手段により照射されたＸ線により試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線とを検出し、回折Ｘ線パターンの曲線である楕円形状の軸情報、すなわち回折Ｘ線パターンの曲線のそれぞれの曲率や曲率の中心方向を求め、試料の結晶格子長を算出するように構成した。

【0014】

また、上記目的を達成するために、本発明では、複数のＸ線照射手段から成形した特性Ｘ線を試料の同一表面に異なる方向から照射し、試料の同一表面領域内に複数のＸ線照射手段により特性Ｘ線が照射されて試料から発生した複数の回折Ｘ線をＸ線検出手段で検出し、このＸ線検出手段で試料の同一表面領域から発生した複数の回折Ｘ線を検出して得た
信号を処理するＸ線回折方法において、試料の同一表面に照射する複数のＸ線照射手段の入射Ｘ線進行方向に対する前記Ｘ線検出手段への回折角がそれぞれ異なる角度であり、Ｘ線検出手段で複数の回折Ｘ線を検出することが、Ｘ線検出手段の同一の視野内で検出される複数のＸ線照射手段のうちの一つのＸ線照射手段により照射されたＸ線により試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線と、複数のＸ線照射手段のうちの他のＸ線照射手段により照射されたＸ線により試料から発生した回折Ｘ線パターンの曲線とを検出し、回折Ｘ線パターンの曲線である楕円形状の軸情報、すなわち回折Ｘ線パターンの曲線のそれぞれの曲率や曲率の中心方向を求め、試料の結晶格子長を算出するようにした。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、Ｘ線回折パターンを連続する広い領域で検出することができるので、より高い検出精度を得ることができる。

【0016】

また、検出器の位置を調整するためのゴニオメータを必要せず、シャッタ以外の可動機構を備えていないので装置をよりコンパクトで軽量化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の第１の実施例と第２の実施例に係るＸ線回折装置の全体の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施例と第２の実施例に係るＸ線回折装置の処理・制御部の構成を示すブロック図である。

【図3】図３の（ａ）は、第１のＸ線照射部から試料に角度φ１でＸ線を照射したときに発生する回折Ｘ線のデバイ環とＸ線検出器との関係を示すＸ線検出器の側面図、（ｂ）はその正面図である。

【図4】図４の（ａ）は、第２のＸ線照射部から試料に角度φ２でＸ線を照射したときに発生する回折Ｘ線のデバイ環とＸ線検出器との関係を示すＸ線検出器の側面図、（ｂ）はその正面図である。

【図5】図５は、第１のＸ線照射部から試料に角度φ１でＸ線を照射したときに発生する回折Ｘ線のデバイ環と第２のＸ線照射部から試料に角度φ２でＸ線を照射したときに発生する回折Ｘ線のデバイ環とをＸ線検出器との関係を示すＸ線検出器の正面図である。

【図6】図６は、第１のＸ線照射部からと第２のＸ線照射部から試料に順次Ｘ線を照射して回折Ｘ線を検出するときの処理の手順を説明するフロー図である。

【図7】図７は、第１のＸ線照射部からと第２のＸ線照射部から試料に同時にＸ線を照射して回折Ｘ線を検出するときの処理の手順を説明するフロー図である。

【図8】図８は、本発明の第３の実施例に係るＸ線回折装置の全体の構成を示すブロック図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施例に係るＸ線回折装置の処理・制御部の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明では、ゴニオメータを用いずに回折Ｘ線の位置を検出するようにして装置を小型化、軽量化して可搬性を向上させた。

【0019】

以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。

【実施例1】

【0020】

図１に、本発明の実施例１の構成を示す。
実施例１におけるＸ線回折装置１００は、第１のＸ線照射部１１０と第２のＸ線照射部１２０、Ｘ線検出器１３０、モニタ用カメラ１４０を備えたＸ線回折装置本体１０１と、処理制御部１５０と、出力部１６０を備えている。第１のＸ線照射部１１０と第２のＸ線照射部１２０、Ｘ線検出器１３０は、図１に示した同一の平面内に配置されている。

【0021】

Ｘ線回折装置本体１０１の第１のＸ線照射部１１０は、第１のＸ線源１１１、第１のシャッタ１１２、第１のシャッタ１１２の開閉を駆動する第１のアクチュエータ１１３、第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線を絞る第１のスリット板１１４を備えている。

【0022】

Ｘ線回折装置本体１０１の第２のＸ線照射部１２０は、第２のＸ線源１２１、第２のシャッタ１２２、第２のシャッタ１２２の開閉を駆動する第２のシャッタ駆動部１２３、第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線を絞る第２のスリット板１２４を備えている。

【0023】

Ｘ線検出器１３０はＸ線を検出するセンサ素子を２次元状に配置した２次元のセンサアレイで構成されている。

【0024】

スリット板は、Ｘ線形成手段の１つであるので、キャピラリーチューブやゾーンプレート、或いはコリメータなどのＸ線光学素子に置き換えられる。すなわち、第1のスリット板は、第1のＸ線形成手段であり、第2のスリット板は、第2のＸ線形成手段である。これは、後述する実施例2と実施例3においても同様である。

【0025】

第１のＸ線照射部１１０、第２のＸ線照射部１２０、Ｘ線検出器１３０は、容器１０２の内部に設置されている。

【0026】

容器１０２には、内部に設置した第１のＸ線照射部１１０及び第２のＸ線照射部１２０から発射されたＸ線を容器１０２の外部にある試料１０に照射するためのＸ線通過窓１０３が設けられている。Ｘ線通過窓１０３は、単なる空間穴であっても良いし、Ｘ線透過性の膜で仕切られていてもよい。Ｘ線透過性の膜で仕切られている場合は、図示していない手段により容器１０２の内部を真空に排気したり、不活性ガス雰囲気にしたりすることができる。

【0027】

更に、モニタ用カメラ１４０で試料１０上のＸ線が照射される位置を確認できるようにするために、モニタ用カメラ１４０を設置する側には、モニタ用のガラス窓１０４が設けられている。また、第１のＸ線照射部１１０及び第２のＸ線照射部１２０から発射されたＸ線を試料１０に照射したときに、容器１０２の外部にＸ線が漏れるのを防止するために、Ｘ線漏れ防止用のＸ線遮蔽リング１０５がＸ線通過窓１０３の外側に設けられている。

【0028】

処理・制御部１５０は、図２に示すように、第１のＸ線源１１１を駆動するために第１のＸ線源駆動部１５１、第１のアクチュエータ１１３を駆動して第１のシャッタ１１２を開閉する第１のシャッタ駆動部１５２、モニタ用カメラ１４０を制御するカメラ制御部１５３、第２のアクチュエータ１２３を駆動して第２のシャッタ１２２を開閉する第２のシャッタ駆動部１５４、第２のＸ線源１２１を駆動するために第２のＸ線源駆動部１５５、Ｘ線検出器１３０からの出力を受けるセンサ入力部１５６、センサ入力部１５６で受けたＸ線検出器１３０からの出力を用いて試料１０のＸ線回折角を求める演算部１５７、Ｘ線の照射条件や試料１０に関する情報を入力し演算部１５７で求めた試料１０のＸ線回折角に関する情報を出力する入出力部１５８、全体を制御する全体制御部１５９を備えている。また、処理・制御部１５０の各部とＸ線回折装置本体１０１とは、分離されており、その間をケーブル１０６で接続されている。

【0029】

出力部１６０は表示画面１６１を備え、処理・制御部１５０の入出力部１５８から出力された試料１０のＸ線回折角に関する情報を表示画面１６１上に表示する。
上記した構成で、試料１０のＸ線回折を計測する方法について図３乃至図５を用いて説明する。

【0030】

先ず、図３（ａ）に示すように、第１のＸ線源１１１から波長λのＸ線を第１のスリット板１１４を透過させて成形した後、多結晶体の試料１０に対して入射角度φ１で入射させると、試料１０の結晶の向きに応じて回折Ｘ線が発生する。この回折Ｘ線の入射Ｘ線の進行方向に対する回折角を２θ_１とすると、回折Ｘ線は、試料１０のＸ線照射位置を頂点としてＸ線の入射方向を中心軸とし頂角の半分が２θ_１の円錐を中心軸に垂直な面で切断したときの円環状の輪郭線上に現れる(デバイ環)。

【0031】

この回折角２θ_１は、試料１０の結晶面に対するＸ線の入射角θ_１の２倍の角度として表される。すなわち、Ｘ線検出器１３０で試料１０からの回折Ｘ線を検出して回折Ｘ線の発生位置がわかると、試料１０に対するＸ線の入射角とこの回折Ｘ線の発生位置の情報とから試料１０の結晶格子長の情報を得ることができる。試料１０の結晶面がランダムな向きになっていると、それぞれの結晶面に関する情報が得られ、試料１０の内部の状態を非破壊で観察することができる。

【0032】

図３（ｂ）に、Ｘ線検出器１３０で試料１０からの回折Ｘ線を検出している状態の一例
を示す。Ｘ線検出器１３０の検出面上では、試料１０の結晶面の指数に応じた回折Ｘ線のパターン１１１−１から１１１−４が検出される。

【0033】

このＸ線検出器１３０で検出された回折Ｘ線パターン１１１−１から１１１−４のＸ線
検出器１３０上の位置情報と試料１０のＸ線照射位置とＸ線検出器１３０との位置関係、
及びＸ線照射方向の情報から、回折Ｘ線の回折角２θ_１、θ_１及び結晶格子長を求めることができる。

【0034】

ここで、Ｘ線検出器１３０が２次元の検出器である場合について説明したが、Ｘ線検出器１３０上に投影される回折Ｘ線のデバイ環の位置がわかればよいので、Ｘ線検出器１３０を図３（ａ）に示した長手方向に素子を配列した１次元のセンサに置き換えてもよい。

【0035】

一方、図４（ａ）に示すように、第２のＸ線源１２１から第１のＸ線源１１１と同じ波
長λのＸ線を第２のスリット板１２４を透過させて成形した後、多結晶体の試料１０に対して入射角度φ２で第１のＸ線源１１１からのＸ線を照射して領域と同じ領域に入射させると、試料１０の結晶面の指数に応じて回折Ｘ線が発生するが、この回折Ｘ線の入射Ｘ線の進行方向に対する回折角を２θ_２とすると、この回折角２θ_２は、試料１０の結晶面に対するＸ線の入射角θ_２の２倍の角度として表される。試料１０の結晶面がランダムな向きになっていると、それぞれの結晶面に関する情報が得られ、試料１０の内部の状態を非破壊で観察することができる。

【0036】

図４（ｂ）に、Ｘ線検出器１３０で試料１０からの回折Ｘ線を検出している状態の一例
を示す。Ｘ線検出器１３０の検出面上では、試料１０の結晶面の指数に応じた回折Ｘ線のパターンが検出される。試料１０に対する第２のＸ線源１２１からのＸ線の入射角度φ２が第１のＸ線源１１１からのＸ線の入射角度φ１と異なるために、Ｘ線検出器１３０の検出面上の回折Ｘ線の凹状のパターン１２１−１から１２１−４は、図３（ｂ）に示した回折Ｘ線の凸状のパターン１１１−１から１１１−４と曲率の向きが反対になって検出される。

【0037】

このＸ線検出器１３０で検出された回折Ｘ線パターン１２１−１から１２１−４のＸ線
検出器１３０上の位置情報と試料１０のＸ線照射位置とＸ線検出器１３０との位置関係、
及びＸ線照射方向の情報から、回折Ｘ線の回折角２θ_２、θ_２及び結晶格子長を求めることができる。この場合も、Ｘ線検出器１３０を１次元のセンサに置き換えてもよい。

【0038】

また、試料１０の同じ領域への第１のＸ線源１１１によるＸ線の照射と第２のＸ線源１
２１によるＸ線の照射とを同時に行うと、試料１０からは図３（ａ）のようなＸ線回折と
図４（ａ）のようなＸ線回折とが同時に発生し、Ｘ線検出器１３０では図５に示すような
凸状の回折パターン１１１−１から１１１−４と凹状の回折パターン１２１−１から１２１−４とが検出される。図５に示したＸ線回折パターンは、図３（ｂ）に示した第１のＸ線源１１１からのＸ線照射により発生した回折パターン１１１−１から１１１−４と、図４（ｂ）に示した第２のＸ線源１２１からのＸ線照射により発生した回折パターン１２１−１から１２１−４とを足し合わせたパターンになる。

【0039】

この場合、図５に示したＸ線回折パターンを検出した２次元のＸ線検出器１３０の出力
から、各パターンの曲率の中心方向を求めて第１のＸ線源１１１からのＸ線照射により発
生した凸状の回折パターン１１１−１から１１１−４と第２のＸ線源１２１からのＸ線照射により発生した凹状の回折パターン１２１−１から１２１−４とに分離する。

【0040】

そして、この分離した各パターンのＸ線検出器１３０上の位置情報と試料１０のＸ線照
射位置とＸ線検出器１３０との位置関係、及びＸ線照射方向の情報から、回折Ｘ線の回折
角２θ_１、θ_１、２θ_２、θ_２及び結晶格子長を求めることができる。

【0041】

ここで、Ｘ線検出器１３０は第１のＸ線源１１１からのＸ線照射により発生した回折パ
ターン１１１−１から１１１−４によるデバイ環、及び、第２のＸ線源１２１からのＸ線
照射により発生した回折パターン１２１−１から１２１−４によるデバイ環のそれぞれに
対して傾いて設置されているので、２次元のＸ線検出器１３０で検出されるＸ線回折パタ
ーンは、何れも真円から変形した楕円形状として検出される。したがって、回折Ｘ線の回
折角２θ_１、θ_１、２θ_２、θ_２を求める場合、２次元のＸ線検出器１３０で検出された楕円形状のＸ線回折パターンから楕円の長軸の情報を抽出し、この情報を用いて算出すればよい。

【0042】

次に、図１に示した装置を用いて、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１から試料１０に順次Ｘ線を照射してＸ線回折パターンを検出する場合の操作の手順を、図６を用いて説明する。

【0043】

まず、Ｘ線回折装置１００を測定したい試料１０の上にセットした状態で、カメラ１４０で透過窓部１０４を介して通過窓１０３の下方にある試料１０の表面を観察し、試料１０の想定すべき箇所がＸ線を照射する位置と一致しているかを確認する（Ｓ６０１）。観察した結果、位置がずれていると判断した（Ｓ６０２でＮＯ）場合には、Ｘ線回折装置１００または試料１０の位置を調整する（Ｓ６０３）。

【0044】

観察した結果、位置にずれがないと判断した（Ｓ６０２でＹＥＳ）場合には、処理・制
御部１５０の第１のシャッタ駆動部１５２からの指令で第１のアクチュエータ１１３を駆
動して、第１のＸ線源１１１の直前に配置されている第１のシャッタ１１２を開の状態に
し（Ｓ６０４）、第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線を第１のスリット板１１４を透
過させて絞って成形した上でＸ線通過窓１０３の下方にある試料１０に照射する。第１のスリット板１１４で絞ったＸ線が照射された試料１０から発生した回折Ｘ線のうち、Ｘ線通過窓１０３を通過してＸ線検出器１３０に入射した回折Ｘ線をＸ線検出器１３０で検出する（Ｓ６０５）。この回折Ｘ線を検出したＸ線検出器１３０からの出力は処理・制御部１５０のセンサ入力部１５６に入力し、増幅してＡ/Ｄ変換された後に演算部１５７に送られて演算処理され（Ｓ６０６）、回折角θ_１が求められる。

【0045】

次に、第１のシャッタ駆動部１５２からの指令で第１のアクチュエータ１１３を駆動して第１のシャッタ１１２を閉の状態にして（Ｓ６０７）第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線を遮光して試料１０に照射されないようにし、第２のシャッタ駆動部１５４からの指令で第２のアクチュエータ１２３を駆動して、第２のＸ線源１２１の直前に配置されている第２のシャッタ１２２を開の状態にし（Ｓ６０８）、第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線を第２のスリット板１２４を透過させて絞って成形した上でＸ線通過窓１０３を介して試料１０の第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線を照射した領域と同じ領域に照射する。

【0046】

第２のスリット板１２４で絞ったＸ線が照射された試料１０から発生した回折Ｘ線のうちＸ線通過窓１０３を通過してＸ線検出器１３０に入射した回折Ｘ線をＸ線検出器１３０で検出する（Ｓ６０９）。この回折Ｘ線を検出したＸ線検出器１３０からの出力は処理・制御部１５０のセンサ入力部１５６に入力し、増幅してＡ/Ｄ変換された後に演算部１５７に送られて演算処理され（Ｓ６１０）、回折角θ_２が求められる。

【0047】

次に、第２のシャッタ駆動部１５４からの指令で第２のアクチュエータ１２３を駆動して第２のシャッタ１２２を閉の状態にして（Ｓ６１１）第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線を遮光して試料１０に照射されないようにする。

【0048】

最後に、Ｓ６０６で演算して求めたθ１とＳ６１０で演算して求めたθ２と情報を入出力部１５８から出力部１６０に送られて、表示画面１６１に表示される（Ｓ６１２）。

【0049】

本実施例によれば、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１とから順次Ｘ線を照射するので測定に多少時間がかかるが、第１のＸ線源１１１からのＸ線照射により発生したＸ線回折パターンと第２のＸ線源１２１とからのＸ線照射により発生したＸ線回折パターンとを確実に分離して検出できるので、高い検出精度を期待することができる。

【0050】

また、１次元または２次元のＸ線検出器１３０でＸ線回折パターンを連続する広い領域で検出することができるので、より高い検出精度を得ることができる。

【0051】

また、Ｘ線検出器１３０を１次元の検出器で構成することが可能であり、また、Ｘ線検出器１３０は固定されておりシャッタ以外の可動機構を備えていないので、装置をよりコンパクトで軽量化することが可能になる。

【0052】

また、本実施例の変形として、第１のシャッタ１１２と第２のシャッタ１２２の開閉の代りの動作として、第１のＸ線源１１１の駆動源１５１のオン・オフ機能と第２のＸ線源１２１の駆動源１５５のオン・オフ機能をそのまま利用することができる。その場合、シャッタを装置構成から省くことが可能である。

【0053】

また、更なる本実施例の変形として、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１の駆動高圧電源部(図示せず)を共通化して、電気的スイッチ切換にすることにより、装置を更に軽量化することが可能になる。
本実施例によれば、Ｘ線検出器を移動させる必要が無く、固定して計測することができるので、従来のＸ線回折装置で用いていたゴニオメータを必要とせず、Ｘ線回折角度２θ幅を広い範囲で測定する効果を実現でき、更に、Ｘ線回折装置を持ち運びできる程度までに軽量化することができる。またシャッタの開閉機構以外に可動部分が無いので、装置の構成を簡素化でき、小型で軽量のＸ線回折装置を実現することができる。

【実施例2】

【0054】

実施例２として、図１に示した構成のＸ線解析装置１００を用いて、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１とから同時にＸ線を発射して試料１０上の同じ領域に同時に照射する場合について説明する。この場合、試料１０からは、第１のＸ線源１１１からのＸ線照射によるＸ線回折パターンと第２のＸ線源１２１からのＸ線照射によるＸ線回折パターンとが重なった状態の図５で説明したようなパターンが検出される。

【0055】

この場合の検出の手順を図７を用いて説明する。
まず、Ｘ線回折装置１００を測定したい試料１０の上にセットした状態で、カメラ１４０で透過窓部１０４を介して窓１０３の下方にある試料１０の表面を観察し、試料１０の想定すべき箇所がＸ線を照射する位置と一致しているかを確認する（Ｓ７０１）。観察した結果、位置がずれていると判断した（Ｓ７０２でＮＯ）場合には、Ｘ線回折装置１００または試料１０の位置を調整する（Ｓ７０３）。

【0056】

観察した結果、位置がずれがないと判断した（Ｓ７０２でＹＥＳ）場合には、処理・制御部１５０の第１のシャッタ駆動部１５２からの指令で第１のアクチュエータ１１３を駆動して、第１のＸ線源１１１の直前に配置されている第１のシャッタ１１２を開の状態にすると同時に、第２のシャッタ駆動部１５４からの指令で第２のアクチュエータ１２３を駆動して、第２のＸ線源１２１の直前に配置されている第２のシャッタ１２２を開の状態にし（Ｓ７０４）、第１のＸ線源１１１から発射されて第１のスリット板１１４で成形されたＸ線と第２のＸ線源１２１から発射されて第２のスリット板１２４で成形されたＸ線とをＸ線通過窓１０３を通過させ試料１０の同一の領域に同時に照射する。

【0057】

Ｘ線を照射された試料１０から発生した回折Ｘ線のうちＸ線通過窓１０３を通過してＸ線検出器１３０に入射した回折Ｘ線をＸ線検出器１３０で検出する（Ｓ７０５）。この回折Ｘ線を検出したＸ線検出器１３０からの出力は処理・制御部１５０のセンサ入力部１５６に入力し、増幅してＡ/Ｄ変換された後に演算部１５７に送られて演算処理されて第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線により発生したＸ線回折パターンと第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線により発生したＸ線回折パターンとが分離され（Ｓ７０６）、第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線により発生したＸ線回折パターンの回折角θ_１と第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線により発生したＸ線回折パターンの回折角θ_２とが求められる（Ｓ７０７）。

【0058】

次に、第１のシャッタ駆動部１５２からの指令で第１のアクチュエータ１１３を駆動して、第１のシャッタ１１２を開の状態にすると同時に、第２のシャッタ駆動部１５４からの指令で第２のアクチュエータ１２３を駆動して、第２のシャッタ１２２を開の状態にし（Ｓ７０８）、第１のＸ線源１１１から発射されたＸ線と第２のＸ線源１２１から発射されたＸ線とを遮光する。

【0059】

最後に、Ｓ７０７で演算して求めたθ_１とθ_２との情報が入出力部１５８から出力部１６０に送られて、表示画面１６１に表示される（Ｓ７０９）。

【0060】

本実施例によれば、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１とから同時にＸ線を照射するので、測定の時間を短縮することが可能になる。

【0061】

また、２次元のＸ線検出器１３０でＸ線回折パターンを連続する広い領域で検出することができるので、より高い検出精度を得ることができる。

【0062】

また、Ｘ線検出器１３０は固定されており、シャッタ以外の可動機構を備えていないので装置をよりコンパクトで軽量化することが可能になる。

【0063】

また、本実施例の変形として、第１のシャッタ１１２と第２のシャッタ１２２の開閉の代りの動作として、第１のＸ線源１１１の駆動源１５１のオン・オフ機能と、第２のＸ線源１２１の駆動源１５５のオン・オフ機能をそのまま利用することができる。その場合、シャッタを装置構成から省くことが可能である。
本実施例によれば、Ｘ線検出器を移動させる必要が無く、固定して計測することができるので、従来のＸ線回折装置で用いていたゴニオメータを必要とせず、Ｘ線回折角度２θ幅を広い範囲で測定する効果を実現でき、更に、Ｘ線回折装置を持ち運びできる程度までに軽量化することができる。またシャッタの開閉機構以外に可動部分が無いので、装置の構成を簡素化でき、小型で軽量のＸ線回折装置を実現することができる。

【実施例3】

【0064】

本発明による第３の実施例を、図８を用いて説明する。
図８に示した構成は、図１で説明したＸ線解析装置１００のモニタカメラ１４０を外して第３のＸ線照射部８３０を搭載したものである。図１の構成と同じものについては、同じ番号を付している。実施例１および２の場合と同様に、本実施例においても、Ｘ線回折装置本体８０１は、第１のＸ線照射部１１０と第２のＸ線照射部１２０、第３のＸ線照射部８３０及びＸ線検出器８４０を備え、それらは図８に示した容器８０２の内部で同一の平面内に配置されており、第１乃至第３のＸ線照射部１１０，１２０，８３０で発生させたＸ線をＸ線通過窓８０３を通過させて試料１０に照射する構成になっている。

【0065】

処理・制御部８５０は、図９に示すように、第１のＸ線源１１１を駆動するために第１のＸ線源駆動部１５１、第１のアクチュエータ１１３を駆動する第１のシャッタ駆動部１５２、第２のアクチュエータ１２３を駆動する第２のシャッタ駆動部１５４、第２のＸ線源１２１を駆動するために第２のＸ線源駆動部１５５、第３のＸ線源８３１を駆動するために第３のＸ線源駆動部８５１、第３のアクチュエータ８３３を駆動する第３のシャッタ駆動部８５２、Ｘ線検出器８４０からの出力を受けるセンサ入力部８５３、センサ入力部８５３で受けたＸ線検出器８４０からの出力を用いて試料１０のＸ線回折角を求める演算部８５４、Ｘ線の照射条件や試料１０に関する情報を入力し演算部８５４で求めた試料１０のＸ線回折角に関する情報を出力する入出力部８５５、全体を制御する全体制御部８５６を備えている。また、処理・制御部８５０の各部とＸ線回折装置本体８０１とは、分離されており、その間をケーブル８０６で接続されている。

【0066】

出力部８６０は表示画面８６１を備え、処理・制御部８５０の入出力部８５５から出力された試料１０のＸ線回折角に関する情報を表示画面８６１上に表示する。
第３のＸ線照射部８３０は、図１で説明した第１のＸ線照射部１１０及び第２のＸ線照射部１２０と同様に、第３のＸ線源８３１、第３のシャッタ８３２、第３のシャッタ８３２の開閉を駆動する第３のアクチュエータ８３３、第３のＸ線源８３１から発射されたＸ線を絞る第３のスリット板８３４を備えている。

【0067】

上記構成を備えたＸ線回折装置８００を用いて試料１０の解説Ｘ線を検出する方法は、実施例１で説明した各Ｘ線源から順次Ｘ線を照射してＸ線回折パターンを検出する方法、および、実施例２で説明した各Ｘ線源から同時にＸ線を照射して、２次元のＸ線検出器１３０で検出したＸ線回折パターンから各Ｘ線源ごとのＸ線回折パターンに分離して回折角度を求める方法と同じである。

【0068】

本実施例では、Ｘ線照射部を３組備えた例を示したが、本発明ではこれに限られず、更に多くのＸ線照射部を備えてＸ線回折装置を構成するようにしても良い。

【0069】

本実施例によれば、Ｘ線照射角度の異なる複数のＸ線照射部を設けて試料にＸ線を照射する構成としたことにより、より広い範囲の回折Ｘ線を検出することが可能になり、Ｘ線回折の精度をより向上させることが可能になった。

【0070】

また、２次元のＸ線検出器８４０でＸ線回折パターンを連続する広い領域で検出することができるので、より高い検出精度を得ることができる。

【0071】

また、本実施例の変形として、実施例１で説明した各Ｘ線源から順次Ｘ線を照射してＸ線回折パターンを検出する方法と同様の方法のときは、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１及び第３のＸ線源８３１の駆動高圧電源部(図示せず)を共通化して、電気的スイッチ切換にすることにより、装置を更に軽量化することが可能になる。

【0072】

また、本実施例の変形として、実施例１で説明した各Ｘ線源から順次Ｘ線を照射してＸ線回折パターンを検出する方法と同様の方法のときは、第１のＸ線源１１１と第２のＸ線源１２１及び第３のＸ線源８３１の駆動高圧電源部(図示せず)を共通化して、電気的スイッチ切換にすることにより、装置を更に軽量化することが可能になる。

【0073】

また、更なる本実施例に変形として、実施例２で説明した各Ｘ線源から同時にＸ線を照射する方法と同様な方法に場合は、第２のシャッタ１２２及び第３のシャッタ８３２の開閉の代りの動作として、第１のＸ線源１１１の駆動源１５１のオン・オフ機能と、第２のＸ線源１２１の駆動源１５５のオン・オフ機能、及び第３のＸ線源８３１の駆動源８５１のオン・オフ機能とをそのまま利用することができる。その場合、シャッタを装置構成から省くことが可能である。

【0074】

また、上記のスリット板は、Ｘ線の形成手段の１つであるので、キャピラリーチューブやゾーンプレート或いはコリメータなどのＸ線光学素子に置き換えられる。すなわち、第１のスリット板１１４は第１のＸ線形成手段であり、第２のスリット板１２４は第２のＸ線形成手段であり、第３のスリット板８３４は第３のＸ線形成手段である。
本実施例によれば、Ｘ線検出器を移動させる必要が無く、固定して計測することができるので、従来のＸ線回折装置で用いていたゴニオメータを必要とせず、Ｘ線回折角度２θ幅を広い範囲で測定する効果を実現でき、更に、Ｘ線回折装置を持ち運びできる程度までに軽量化することができる。またシャッタの開閉機構以外に可動部分が無いので、装置の構成を簡素化でき、小型で軽量のＸ線回折装置を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、Ｘ線管が発生する特性Ｘ線を試料に照射して材料の分析を行うＸ線回折方法を用いた可搬型Ｘ線回折装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0076】

１０…試料 １００…Ｘ線回折装置 １０１…Ｘ線回折装置本体 １０２…容器 １０３…Ｘ線通過窓 １０４…モニタ用ガラス窓 １０５…Ｘ線遮蔽リング
１１０…第１のＸ線照射部 １１１…第１のＸ線源 １１２…第１のシャッタ
１１４…第１のスリット板 １２０…第２のＸ線照射部 １２１…第２のＸ線源 １２２…第２のシャッタ １２４…第２のスリット板 １３０…Ｘ線検出器
１４０…モニタ用カメラ １５０…処理・制御部 １６０…出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】