JP2004093500A - X-ray diffraction apparatus - Google Patents

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JP2004093500A JP2002257981A JP2002257981A JP2004093500A JP 2004093500 A JP2004093500 A JP 2004093500A JP 2002257981 A JP2002257981 A JP 2002257981A JP 2002257981 A JP2002257981 A JP 2002257981A JP 2004093500 A JP2004093500 A JP 2004093500A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure diffraction without lowering resolution by minimizing the effect of orientation even for a polycrystalline specimen with intense orientation. <P>SOLUTION: An incident side optical system 10 comprises an X-ray source 24, a paraboloid surface multi-layer film mirror 26, a solar slit 28 for vertical divergence limitation, and an outgoing width limiting slit 30. The paraboloid surface multi-layer film mirror 26 converts diverging X-ray beam 38 into parallel beam 40. A light receiving side optical system 14 comprises a solar slit 32 for lateral divergence limitation and an X-ray detector 36. A third rotating table 22 of a specimen holding device 12 is rotatable around the rotating center axis 18 thereof. A support table 44 is fixed to the third rotating table 22. A specimen table 46 is movable in vertical direction relative to the support table 44, and rotatable around a ϕ axis 48. A specimen 50 is rotated in a plane (ϕ rotation) and oscillated with an eccentricity of ω during the measurement (The surface of the specimen is oscillated at a position apart from a rotating centerline 18). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料駆動機構に特徴のある平行ビーム法のX線回折装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線回折の技術分野において,本発明に関連の深い公知技術として,次のものが知られている。第1の公知技術は集中法における試料揺動であり,これは特許2904055号公報(以下,第1文献という)に開示されている。第2の公知技術は平行ビーム法における試料の面内回転であり,これは特開平7−159300号公報(以下,第2文献という)に開示されている。第3の公知技術は平行ビーム法の入射側光学系に放物面多層膜ミラーを使うものであり,これは特開平11−287773号公報(以下,第3文献という)に開示されている。
【0003】
第1文献では,集中法のX線回折光学系において,X線源とX線検出器との相対運動(一般的にはθ−2θ走査)とは独立して,入射X線に対する試料表面のなす角度が変化するように,試料表面に平行な回転中心線の回りで,試料を揺動させている(このような揺動を,以下,ω揺動と呼ぶ)。これにより,混合が不十分であったり個々の結晶粒が大きかったりする粉末試料や,熱処理によって結晶粒が粗大化した金属を測定する場合に,回折に寄与する結晶粒の数を増加させることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,集中法において試料をω揺動すると,試料表面が集中法の測定原理から外れることになり,測定結果の分解能が低下する。このほかに,集中法において試料を面内回転することも知られているが,この場合は,集中法の測定原理から外れることはないが,試料の面内回転だけでは,回折に寄与する結晶粒を増加させるのに不十分な場合がある。
【0005】
一方,平行ビーム法においても,回折に寄与する結晶粒が増加するように,測定中に試料を動かすことが考えられる。上述の第2文献は,平行ビーム法において,測定中に試料を面内回転させることを開示している。試料の面内回転だけで不十分な場合は,測定中に試料をω揺動させることも考えられる。平行ビーム法では,集中法のような原理的な制約がないので,試料をω揺動させても,測定結果の分解能が低下するおそれはない。しかしながら,平行ビーム法において,測定中に試料の面内回転とω揺動の両方を実現するための具体的な工夫は知られていない。
【0006】
ところで,X線強度の大きな平行ビームを得るために放物面多層膜ミラーを使うことは,上述の第3文献から公知である。この第3文献では,試料台に試料の面内回転とω揺動のための機構を組み込んでいるが,この面内回転とω揺動は,測定中に実施するものではなくて,測定に適した試料の向きや姿勢を設定するためのものである。
【0007】
本発明の目的は,X線強度の大きな平行ビームを使うことや,面内回転とω揺動の単なる組み合わせよりも優れた試料揺動機構を工夫することによって,配向の強い多結晶体試料でも,配向の影響をできるだけ少なくして,かつ,分解能を落とさずに回折測定ができるようにしたX線回折装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のX線回折装置は次の構成を備えている。(a)X線源と,X線源から出射するX線を平行ビームに変換する放物面多層膜ミラーと,前記平行ビームの縦発散を制限する縦発散制限手段とを備える入射側の光学系。(b)試料から出てくる回折X線の横発散を制限する横発散制限手段と,この横発散制限手段を通過した回折X線の強度を検出するX線検出器とを備える受光側の光学系。(c)試料を保持する試料保持装置であって,測定中に試料の面内回転を可能にする面内回転機構と,測定中に試料表面の偏心ω揺動を可能にするω揺動機構とを備える試料保持装置。
【0009】
試料のω揺動とは,回折測定におけるX線源とX線検出器との相対運動とは独立して,入射X線に対する試料表面のなす角度が変化するように,試料表面に平行な回転中心線の回りで試料を揺動させる運動をいう。そして,試料表面の偏心ω揺動とは,試料表面がω揺動の回転中心線から離れているようなω揺動をいう。
【0010】
本発明は,さらに,次の特徴を備えている。(d)前記試料保持装置は,回転中心線の回りに揺動可能な支持台と,前記支持台に対して移動かつ回転可能な試料台とを備えている。(e)前記支持台の揺動により前記偏心ω揺動が可能である。(f)前記試料台は前記回転中心線に対して垂直な方向に移動可能であり,この移動により,前記試料表面と前記回転中心線との距離が調節可能である。(g)前記試料台は前記回転中心線に対して垂直なφ軸の回りに回転可能であり,この回転により前記面内回転が可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のひとつの実施形態の斜視図である。このX線回折装置は平行ビーム法の光学系を採用しており,入射側の光学系10と試料保持装置12と受光側の光学系14とを備えている。入射側の光学系10は第1回転台16に搭載されていて,第1回転台16は水平な回転中心線18の回りに回転可能である。受光側の光学系14は第2回転台20に搭載されていて,第2回転台20は同じ回転中心線18の回りに回転可能である。試料保持装置12は第3回転台22に固定されていて,第3回転台22は,やはり同じ回転中心線18の回りに揺動可能である。
【0012】
入射側の光学系10は,X線源24と放物面多層膜ミラー26と縦発散制限用のソーラスリット28と出射幅制限スリット30とを備えている。X線源24は,図1ではライン状のX線焦点だけを示しているが,実際は,このようなX線焦点を含むX線管が第1回転台16に搭載されている。放物面多層膜ミラー26は反射面が放物面になっていて,X線源24から出射されるライン状の発散X線ビーム38を平行ビーム40に変換するものである。放物面の焦点の位置にX線源24が配置されている。このような放物面多層膜ミラー26は,例えば特開平11−287773号公報に開示されており,X線強度の大きな平行ビームを作ることができる。縦発散制限用のソーラスリット28は,回折平面(入射X線ビームと回折X線ビームとを含む平面)に垂直な方向のX線の発散(縦発散)を制限するためのものである。出射幅制限スリット30は,試料に入射する平行ビーム40のビーム幅(回折平面内でのビーム幅)やビーム位置を,所望の幅や位置に設定するためのスリットである。
【0013】
受光側の光学系14は,横発散制限用のソーラスリット32と受光幅制限スリット34とX線検出器36(この実施例ではシンチレーションカウンタ)とを備えている。横発散制限用のソーラスリット32は,試料から出てくる回折X線42の,回折平面内でのX線の発散(横発散)を制限するためのものである。実施例では,ソーラスリットの箔の長さ(光軸方向の長さ)が100mm(または200mm)で,箔と箔の間隔が100μmであり,このとき,横発散の発散角が0.114°(または0.057°)になる。
【0014】
受光幅制限スリット34はX線検出器36に入射する回折X線のビーム幅(回折平面内でのビーム幅)を規定するスリットであり,ノイズとなる散乱線をカットする働きがある。
【0015】
以上説明したような入射側及び受光側の光学系を使うと,平行ビーム法においても,集中法と同程度の高分解能の回折測定が可能になる。
【0016】
図2は試料保持装置12の斜視図である。第3回転台22は水平な回転中心線18の回りに揺動可能である。この第3回転台22の表面に対して垂直に支持台44(略水平状態である)が固定されている。第3回転台22が回転中心線18の回りを揺動運動することがω揺動となる。支持台44に試料台46が設けられている。試料台46の表面上に試料50をセットすることになる。試料台46は支持台44に対して上下方向に移動可能である。この上下移動により,試料50の表面と回転中心線18との距離(図3の距離d)を調節できる。また,試料台46はφ軸48の回りに回転可能である。φ軸48は回転中心線18に対して垂直である。φ軸48の回りの回転は電動モータ駆動である。
【0017】
図3は試料保持装置12の動きを示した正面図である。試料50の表面は回転中心線18から下方に距離dだけ離れている。第3回転台22が回転中心線18の回りに所定の角度範囲内で揺動すると(すなわち,ω揺動をすると),試料50も揺動する。その際,試料50の表面は回転中心線18から距離dだけ離れているので,試料表面に対するX線入射角度αが変化すると共に,試料上のX線照射領域もずれていくことになる。この点は後述する。距離dの可能な最大値は,試料表面を偏心ω揺動したときに平行ビーム40が試料から外れないような条件によって定まってくる。例えば,試料台46の直径を25mm,試料位置における平行ビーム40のライン幅を20mm,平行ビーム40のビーム幅を0.7mmと仮定した場合,dの可能な最大値は約0.3mmである。
【0018】
上述のω揺動をしながら,試料台46はφ回転する。ω揺動に伴って,当然ながら,φ軸48も揺動することになる。実施例では,φ回転の回転速度は50〜60rpmであり,ω揺動の周期は約4秒である。これらの回転や揺動のスピードは,各電動モータを制御することで変更できる。
【0019】
図4はω揺動機構の立面図であり,図1の背面側から見た図である。図1において,第3回転台22は中空シャフト52に固定されていて,この中空シャフト52は,第1回転台16や第2回転台20のための回転駆動機構を収納するケーシング(図示せず)の背面側に突き出している。この中空シャフト52の後端に,図4に示すように,ω揺動機構が取り付けられている。
【0020】
図4において,中空シャフト52には揺動板54が固定されている。揺動板54は中空シャフト52と一体に回転中心線18の回りを揺動できる。揺動板54の右端のピン56には引張りコイルバネ58の上端が引っ掛けられている。この引張りコイルバネ58の下端はピン60に引っ掛けられている。ピン60は上述のケーシングに固定されている。したがって,揺動板54は常に図4の時計方向に回転モーメント62が付与されている。一方,揺動板54上の,回転中心線18とピン56とを結ぶ線上には,ローラ64が回転自在に取り付けられている。ローラ64の外周面は偏心カム66の外周面に接している。偏心カム66の外周は円形であり,この外周に対して偏心した位置に偏心カム66の回転軸68がある。回転軸68は電動モータの出力軸に連結されている。
【0021】
回転軸68の回りに偏心カム66が矢印70に示すように一定速度で回転すると,偏心カム66に接するローラ64が自由回転しながら偏心カム66に追従する。その結果,揺動板54が所定の角度範囲内で揺動する。揺動板54が水平になったときに,ちょうど,試料表面が水平になり,このときがω=0°である。そして,この実施例では,ω=±10°の範囲内で揺動板54が揺動する。
【0022】
次に,試料表面のω揺動の効果について説明する。図5は試料表面72が回転中心線18上に位置する場合の,試料表面72上のX線照射領域を説明する立面図である。試料表面72が水平状態にあるとき(ω=0°)は,入射する平行ビーム40が試料表面72上のA点からB点までの領域に当たる。X線照射領域はハッチングで示してある。平行ビーム40は紙面に垂直な方向のライン状のビームなので,A点とB点は紙面に垂直な方向に延びている。
【0023】
次に,試料表面72を図5の反時計方向に10°だけ回転すると,試料上の上述のA点とB点はA1点とB1点に移動する。このとき,平行ビーム40は,試料上のC点からD点までの領域に当たる。逆に,試料表面72を水平状態から図5の時計方向に10°だけ回転すると,試料上の上述のA点とB点はA2点とB2点に移動する。このとき,平行ビーム40は試料上のE点からF点までの領域に当たる。
【0024】
このように,試料をω揺動すると,試料表面72に対する平行ビーム40の入射角度がさまざまに変化して,回折に寄与する結晶粒が増加する。また,試料表面上のX線照射領域も変化することになり,ω揺動をしない場合と比べて,回折に寄与する照射面積が広くなる。
【0025】
次に,偏心ω揺動を説明する。図6は試料表面72が回転中心線18から距離dだけ下方に離れたところに位置する場合の,図5と同様の図面である。平行ビーム40は回転中心線18に対して図5と同じ位置にある。試料表面72が水平状態にあるとき(ω=0°)は,入射する平行ビーム40が試料表面72上のA点からB点までの領域に当たる。
【0026】
次に,試料表面72を図6の反時計方向に10°だけ揺動すると,試料上の上述のA点とB点はA1点とB1点に移動する。このとき,平行ビーム40は試料上のC点からD点までの領域に当たる。図5と異なる点は,図5ではC点とD点がA1点とB1点に対してほぼ左右対称に内側に狭くなっているのに対して,図6ではC点とD点の中間点がA1点とB1点の中間点よりも右側にシフトしていることである。
【0027】
逆に,試料表面72を水平状態から図6の時計方向に10°だけ揺動すると,試料上の上述のA点とB点はA2点とB2点に移動する。このとき,平行ビーム40は試料上のE点からF点までの領域に当たる。この場合も,E点とF点の中間点はA2点とB2点の中間点よりも右側に大きくシフトしている。
【0028】
このように,試料表面72が回転中心線18から離れていると,試料をω揺動したときに,試料表面72上の照射領域はω揺動に伴って,ずれていくことになる。例えば,図5ではB2点からF点までの距離はL1であるが,図6ではB2点からF点までの距離はL2である。L2はL1よりも大きくなっている。したがって,試料表面72を偏心ω揺動すると,試料表面上のX線照射領域は,通常のω揺動の場合よりも広がることになる。結局,試料表面の偏心ω揺動は,試料を試料表面内で並進移動させる(X線照射領域を移動させる)ことと同様の効果をもたらしており,本発明では2軸の回転運動を利用するだけで,2軸の回転運動と並進運動とを組み合わせたような効果が生じている。
【0029】
次に,図1のX線回折装置の使用方法を説明する。入射側の光学系10に対して相対的に受光側の光学系14の角度(回折角度2θに相当する)を変化させて,X線検出器36でX線強度を測定し,回折パターンを記録することができる。このX線回折装置は平行ビーム法を採用しているので,入射側及び受光側の光学系と試料表面とのなす角度について,特別な制約はない。したがって,上述の回折角度2θを変化させるのに,(1)入射側の光学系10を静止させて受光側の光学系14を2θ回転させる,(2)入射側の光学系10を2θ回転させて受光側の光学系14を静止させる,(3)入射側の光学系10と受光側の光学系14を左右対称に互いに逆方向にθ回転させる,などのいずれの走査方法も採用できる。以下に述べる測定結果では,左右対称のθ回転走査を実行している。
【0030】
上述のような2θの走査に加えて,本発明では,測定中に,試料を面内回転(φ回転)させると共に,試料表面の偏心ω回転を実行している。これにより,配向の強い試料であっても,回折に寄与する結晶粒の数を増やし,理想的な粉末回折パターンに近い測定結果を得ることができる。
【0031】
実際に,配向の強い多結晶体試料(例えば,ポルトランドセメント。これは,劈開性が強く,粉砕が困難な試料である)を測定してみると,従来のX線回折装置(集中法で試料を面内回転させたものや,平行ビーム法で試料を面内回転させたもの)と比較して,配向の影響の少ない回折パターンを得ることができた。そして,試料を詰め替えて測定し直しても,従来のX線回折装置での測定結果と比較して,回折パターンがあまり変化することがなく,再現性が優れていることが確認できた。
【0032】
本発明は,上述の実施例に限定されることなく,次のように変更することも可能である。
【0033】
(1)以上の実施例では,図3に示すように,試料50の表面が回転中心線18から下方に離れている状態で偏心ω揺動をしているが,これとは逆に,試料50の表面が回転中心線18から上方に離れているように偏心ω揺動をしても,効果は同じである。
【0034】
(2)以上の実施例では,受光側の横発散制限手段として,長尺のソーラスリットを用いているが,その代わりに,アナライザ結晶(ゲルマニウムやシリコン製の平面状の人工多層膜)や放物面多層膜ミラー(入射側とは逆向きに使う。すなわち,試料から回折してくる平行ビームを入射して,集束X線ビームを得る)を使うこともできる。
【0035】
【発明の効果】
本発明のX線回折装置は,平行ビーム法において,測定中に,試料の面内回転と試料表面の偏心ω揺動とを組み合わせているので,配向の強い試料であっても,配向の影響を少なくして,再現性が良好で高分解能の回折測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のひとつの実施形態の斜視図である。
【図2】試料保持装置の斜視図である。
【図3】試料保持装置の動きを示した正面図である。
【図4】ω揺動機構の立面図である。
【図5】試料表面が回転中心線上に位置する場合の,試料表面上のX線照射領域を説明する立面図である。
【図6】試料表面が回転中心線から離れたところに位置する場合の,図5と同様の説明図である。
【符号の説明】
10 入射側の光学系
12 試料保持装置
14 受光側の光学系
16 第1回転台
18 回転中心線
20 第2回転台
22 第3回転台
24 X線源
26 放物面多層膜ミラー
28 縦発散制限用のソーラスリット
30 出射幅制限スリット
32 横発散制限用のソーラスリット
34 受光幅制限スリット
36 X線検出器
44 支持台
46 試料台
48 φ軸
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a parallel beam X-ray diffraction apparatus characterized by a sample driving mechanism.
[0002]
[Prior art]
In the technical field of X-ray diffraction, the following is known as a well-known technique closely related to the present invention. A first known technique is a sample swing in a concentrated method, which is disclosed in Japanese Patent No. 2940555 (hereinafter referred to as a first document). A second known technique is in-plane rotation of a sample in the parallel beam method, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H7-159300 (hereinafter referred to as a second document). A third known technique is to use a parabolic multilayer mirror for the incident-side optical system of the parallel beam method, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-287773 (hereinafter referred to as a third document).
[0003]
In the first document, in a concentrated X-ray diffraction optical system, the surface of a sample with respect to incident X-rays is independent of the relative motion (generally θ-2θ scanning) between the X-ray source and the X-ray detector. The sample is oscillated around a rotation center line parallel to the sample surface so that the angle to be formed changes (such oscillation is hereinafter referred to as ω oscillation). This makes it possible to increase the number of grains that contribute to diffraction when measuring powder samples that are inadequately mixed or individual grains are large, or when measuring metal whose grains are coarsened by heat treatment. it can.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the sample is swung by ω in the concentration method, the sample surface deviates from the measurement principle of the concentration method, and the resolution of the measurement result is reduced. In addition, it is known that the sample is rotated in the plane by the concentrated method. In this case, the measurement principle of the concentrated method does not deviate, but the crystal that contributes to diffraction is obtained only by the in-plane rotation of the sample. May not be enough to increase grain.
[0005]
On the other hand, in the parallel beam method, it is conceivable to move the sample during measurement so that the number of crystal grains contributing to diffraction increases. The above-mentioned second document discloses that in a parallel beam method, a sample is rotated in a plane during measurement. If the in-plane rotation of the sample is not sufficient, the sample may be oscillated by ω during the measurement. In the parallel beam method, since there is no principle limitation unlike the focusing method, even if the sample is oscillated by ω, there is no possibility that the resolution of the measurement result is reduced. However, in the parallel beam method, a specific device for realizing both in-plane rotation and ω swing of the sample during measurement is not known.
[0006]
The use of a parabolic multilayer mirror to obtain a parallel beam with a large X-ray intensity is known from the above-mentioned third document. In this third document, a mechanism for in-plane rotation and ω-oscillation of the sample is incorporated in the sample stage. However, the in-plane rotation and ω-oscillation are not performed during the measurement, but are performed during the measurement. This is for setting a suitable sample orientation and posture.
[0007]
An object of the present invention is to use a parallel beam having a high X-ray intensity and to devise a sample swinging mechanism which is superior to a simple combination of in-plane rotation and ω swing, so that a polycrystalline sample having a strong orientation can be obtained. An object of the present invention is to provide an X-ray diffractometer capable of performing diffraction measurement while minimizing the influence of orientation and reducing the resolution.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The X-ray diffraction apparatus of the present invention has the following configuration. (A) an incident-side optic comprising an X-ray source, a parabolic multilayer mirror for converting X-rays emitted from the X-ray source into a parallel beam, and a vertical divergence limiting means for limiting the vertical divergence of the parallel beam; system. (B) a light receiving side optics comprising: a lateral divergence limiting means for limiting the lateral divergence of the diffracted X-rays coming out of the sample; and an X-ray detector for detecting the intensity of the diffracted X-rays passing through the lateral divergence limiting means. system. (C) A sample holding device for holding a sample, wherein an in-plane rotation mechanism that enables in-plane rotation of the sample during measurement, and an ω swing mechanism that enables eccentric ω swing of the sample surface during measurement A sample holding device comprising:
[0009]
The ω-oscillation of the sample is independent of the relative movement between the X-ray source and the X-ray detector in the diffraction measurement, and is a rotation parallel to the sample surface such that the angle formed by the sample surface with respect to the incident X-ray changes. This refers to the motion of swinging the sample around the center line. The eccentric ω swing of the sample surface refers to ω swing such that the sample surface is separated from the rotation center line of the ω swing.
[0010]
The present invention further has the following features. (D) The sample holding device includes a support table swingable about a rotation center line, and a sample table movable and rotatable with respect to the support table. (E) The eccentric ω swing can be performed by the swing of the support base. (F) The sample stage is movable in a direction perpendicular to the rotation center line, and by this movement, the distance between the sample surface and the rotation center line can be adjusted. (G) The sample stage is rotatable around a φ axis perpendicular to the rotation center line, and the rotation enables the in-plane rotation.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention. This X-ray diffractometer employs an optical system of the parallel beam method, and includes an optical system 10 on the incident side, a sample holding device 12, and an optical system 14 on the light receiving side. The optical system 10 on the incident side is mounted on a first turntable 16, and the first turntable 16 is rotatable around a horizontal rotation center line 18. The optical system 14 on the light receiving side is mounted on a second turntable 20, and the second turntable 20 is rotatable around the same rotation center line 18. The sample holding device 12 is fixed to a third turntable 22, and the third turntable 22 can also swing around the same rotation center line 18.
[0012]
The optical system 10 on the incident side includes an X-ray source 24, a parabolic multilayer mirror 26, a solar slit 28 for limiting vertical divergence, and an emission width limiting slit 30. Although the X-ray source 24 shows only a linear X-ray focal point in FIG. 1, an X-ray tube including such an X-ray focal point is actually mounted on the first turntable 16. The parabolic multilayer mirror 26 has a parabolic reflection surface, and converts a linear divergent X-ray beam 38 emitted from the X-ray source 24 into a parallel beam 40. An X-ray source 24 is arranged at the focal point of the paraboloid. Such a parabolic multilayer mirror 26 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287773, and can produce a parallel beam having a large X-ray intensity. The solar slit 28 for restricting vertical divergence limits the divergence (longitudinal divergence) of X-rays in a direction perpendicular to a diffraction plane (a plane including an incident X-ray beam and a diffracted X-ray beam). The emission width limiting slit 30 is a slit for setting the beam width (beam width in the diffraction plane) and the beam position of the parallel beam 40 incident on the sample to a desired width and position.
[0013]
The optical system 14 on the light receiving side includes a solar slit 32 for limiting lateral divergence, a light receiving width limiting slit 34, and an X-ray detector 36 (scintillation counter in this embodiment). The solar slit 32 for limiting lateral divergence limits the divergence (lateral divergence) of X-rays of the diffracted X-rays 42 coming out of the sample within the diffraction plane. In the embodiment, the length of the foil (length in the optical axis direction) of the solar slit is 100 mm (or 200 mm), and the interval between the foils is 100 μm. At this time, the divergence angle of the lateral divergence is 0.114 °. (Or 0.057 °).
[0014]
The light receiving width limiting slit 34 is a slit for defining a beam width (beam width in a diffraction plane) of the diffracted X-rays incident on the X-ray detector 36, and has a function of cutting scattered rays that become noise.
[0015]
By using the optical systems on the incident side and the light receiving side as described above, even in the parallel beam method, it is possible to perform diffraction measurement with the same high resolution as the focusing method.
[0016]
FIG. 2 is a perspective view of the sample holding device 12. The third turntable 22 is swingable about a horizontal rotation center line 18. A support 44 (almost horizontal) is fixed perpendicular to the surface of the third turntable 22. The oscillating movement of the third turntable 22 oscillating about the rotation center line 18 is referred to as ω oscillation. A sample table 46 is provided on the support table 44. The sample 50 is set on the surface of the sample table 46. The sample table 46 is vertically movable with respect to the support table 44. By this vertical movement, the distance between the surface of the sample 50 and the rotation center line 18 (the distance d in FIG. 3) can be adjusted. The sample table 46 is rotatable around a φ axis 48. The φ axis 48 is perpendicular to the rotation center line 18. The rotation around the φ axis 48 is driven by an electric motor.
[0017]
FIG. 3 is a front view showing the movement of the sample holding device 12. The surface of the sample 50 is separated from the rotation center line 18 by a distance d downward. When the third turntable 22 swings around the rotation centerline 18 within a predetermined angle range (that is, when swinging by ω), the sample 50 also swings. At this time, since the surface of the sample 50 is separated from the rotation center line 18 by the distance d, the X-ray incident angle α with respect to the sample surface changes, and the X-ray irradiation area on the sample also shifts. This will be described later. The maximum possible value of the distance d is determined by the condition that the parallel beam 40 does not deviate from the sample when the sample surface is eccentrically oscillated. For example, assuming that the diameter of the sample stage 46 is 25 mm, the line width of the parallel beam 40 at the sample position is 20 mm, and the beam width of the parallel beam 40 is 0.7 mm, the maximum possible value of d is about 0.3 mm. .
[0018]
The sample stage 46 rotates φ while performing the above-described ω swing. Along with the ω swing, the φ axis 48 naturally also swings. In the embodiment, the rotation speed of the φ rotation is 50 to 60 rpm, and the period of the ω swing is about 4 seconds. The speed of these rotations and swings can be changed by controlling each electric motor.
[0019]
FIG. 4 is an elevational view of the ω swing mechanism, as viewed from the rear side in FIG. 1. In FIG. 1, the third turntable 22 is fixed to a hollow shaft 52, and the hollow shaft 52 has a casing (not shown) for accommodating a rotation drive mechanism for the first turntable 16 and the second turntable 20. ) Protruding to the back side. At the rear end of the hollow shaft 52, as shown in FIG.
[0020]
In FIG. 4, a swing plate 54 is fixed to the hollow shaft 52. The swing plate 54 can swing around the rotation center line 18 integrally with the hollow shaft 52. The upper end of a tension coil spring 58 is hooked on a pin 56 at the right end of the swing plate 54. The lower end of the tension coil spring 58 is hooked on the pin 60. The pin 60 is fixed to the above-mentioned casing. Therefore, the swinging plate 54 is always provided with the rotational moment 62 in the clockwise direction in FIG. On the other hand, a roller 64 is rotatably mounted on a line connecting the rotation center line 18 and the pin 56 on the rocking plate 54. The outer peripheral surface of the roller 64 is in contact with the outer peripheral surface of the eccentric cam 66. The outer periphery of the eccentric cam 66 is circular, and the rotation shaft 68 of the eccentric cam 66 is located at a position eccentric to the outer periphery. The rotation shaft 68 is connected to the output shaft of the electric motor.
[0021]
When the eccentric cam 66 rotates around the rotation shaft 68 at a constant speed as shown by an arrow 70, the roller 64 in contact with the eccentric cam 66 follows the eccentric cam 66 while rotating freely. As a result, the swing plate 54 swings within a predetermined angle range. When the oscillating plate 54 is horizontal, the sample surface is just horizontal, at which time ω = 0 °. In this embodiment, the swing plate 54 swings within the range of ω = ± 10 °.
[0022]
Next, the effect of the ω swing on the sample surface will be described. FIG. 5 is an elevation view illustrating an X-ray irradiation area on the sample surface 72 when the sample surface 72 is located on the rotation center line 18. When the sample surface 72 is in a horizontal state (ω = 0 °), the incident parallel beam 40 impinges on a region from point A to point B on the sample surface 72. The X-ray irradiation area is indicated by hatching. Since the parallel beam 40 is a linear beam in a direction perpendicular to the plane of the drawing, points A and B extend in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
[0023]
Next, when the sample surface 72 is rotated counterclockwise in FIG. 5 by 10 °, the above-mentioned points A and B on the sample move to points A1 and B1. At this time, the parallel beam 40 hits the region from point C to point D on the sample. Conversely, when the sample surface 72 is rotated clockwise in FIG. 5 by 10 ° from the horizontal state, the above-mentioned points A and B on the sample move to points A2 and B2. At this time, the parallel beam 40 hits the region from point E to point F on the sample.
[0024]
As described above, when the sample is oscillated by ω, the incident angle of the parallel beam 40 with respect to the sample surface 72 changes variously, and the crystal grains contributing to diffraction increase. In addition, the X-ray irradiation area on the sample surface also changes, and the irradiation area contributing to diffraction becomes wider as compared with the case where the ω swing does not occur.
[0025]
Next, the eccentric ω swing will be described. FIG. 6 is a drawing similar to FIG. 5 in the case where the sample surface 72 is located at a position separated from the rotation center line 18 by a distance d below. The parallel beam 40 is at the same position with respect to the rotation center line 18 as in FIG. When the sample surface 72 is in a horizontal state (ω = 0 °), the incident parallel beam 40 impinges on a region from point A to point B on the sample surface 72.
[0026]
Next, when the sample surface 72 is swung counterclockwise in FIG. 6 by 10 °, the above-mentioned points A and B on the sample move to points A1 and B1. At this time, the parallel beam 40 hits the region from point C to point D on the sample. 5 is different from FIG. 5 in that points C and D are narrowed inward almost symmetrically with respect to points A1 and B1, whereas FIG. 6 is an intermediate point between points C and D. Is shifted to the right side of the intermediate point between the points A1 and B1.
[0027]
Conversely, when the sample surface 72 is swung clockwise in FIG. 6 by 10 ° from the horizontal state, the above-mentioned points A and B on the sample move to points A2 and B2. At this time, the parallel beam 40 hits the region from point E to point F on the sample. Also in this case, the intermediate point between the points E and F is shifted to the right more than the intermediate point between the points A2 and B2.
[0028]
As described above, when the sample surface 72 is away from the rotation center line 18, when the sample is oscillated by ω, the irradiation area on the sample surface 72 is shifted with the ω swing. For example, in FIG. 5, the distance from point B2 to point F is L1, but in FIG. 6, the distance from point B2 to point F is L2. L2 is larger than L1. Therefore, when the sample surface 72 oscillates eccentrically, the X-ray irradiation area on the sample surface becomes wider than in the case of normal ω swing. As a result, the eccentric ω swing of the sample surface has the same effect as translating the sample within the sample surface (moving the X-ray irradiation area), and the present invention utilizes biaxial rotational movement. By itself, an effect such as a combination of biaxial rotation and translation is produced.
[0029]
Next, a method of using the X-ray diffraction apparatus of FIG. 1 will be described. By changing the angle of the optical system 14 on the light receiving side relative to the optical system 10 on the incident side (corresponding to the diffraction angle 2θ), the X-ray detector 36 measures the X-ray intensity, and records the diffraction pattern. can do. Since this X-ray diffractometer employs the parallel beam method, there is no special restriction on the angle between the optical system on the incident side and the light receiving side and the sample surface. Therefore, in order to change the above-mentioned diffraction angle 2θ, (1) the incident-side optical system 10 is stationary and the light-receiving-side optical system 14 is rotated 2θ, and (2) the incident-side optical system 10 is rotated 2θ. (3) the optical system 10 on the light-receiving side and the optical system 14 on the light-receiving side are rotated left and right symmetrically by θ in opposite directions to each other. In the measurement results described below, a left-right symmetric θ rotation scan is executed.
[0030]
In addition to the above-described 2θ scanning, in the present invention, the sample is rotated in-plane (φ rotation) and eccentric ω rotation of the sample surface is performed during measurement. As a result, even for a sample having a strong orientation, the number of crystal grains contributing to diffraction can be increased, and a measurement result close to an ideal powder diffraction pattern can be obtained.
[0031]
Actually, when measuring a polycrystalline sample with a strong orientation (for example, Portland cement, which is a sample that has a strong cleavage property and is difficult to grind), a conventional X-ray diffractometer (sample by the concentrated method) was used. (In which the sample was rotated in the plane or the sample was rotated in the plane by the parallel beam method), it was possible to obtain a diffraction pattern with less influence of the orientation. Even when the sample was refilled and re-measured, the diffraction pattern did not change much compared with the measurement result obtained by the conventional X-ray diffractometer, and it was confirmed that the reproducibility was excellent.
[0032]
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as follows.
[0033]
(1) In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the eccentric ω rocks while the surface of the sample 50 is separated from the rotation center line 18 downward. The effect is the same even if eccentric ω swings so that the surface of 50 is separated upward from the rotation center line 18.
[0034]
(2) In the above embodiment, a long solar slit is used as the lateral divergence limiting means on the light receiving side. Instead, an analyzer crystal (a planar artificial multilayer film made of germanium or silicon) or a radiation slit is used. It is also possible to use an object-surface multilayer mirror (used in the opposite direction to the incident side; that is, to input a parallel beam diffracted from the sample to obtain a focused X-ray beam).
[0035]
【The invention's effect】
Since the X-ray diffractometer of the present invention combines the in-plane rotation of the sample and the eccentric ω swing of the sample surface during measurement in the parallel beam method, the influence of the orientation can be obtained even for a sample with a strong orientation. And high-resolution diffraction measurement with good reproducibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a sample holding device.
FIG. 3 is a front view showing the movement of the sample holding device.
FIG. 4 is an elevation view of the ω swing mechanism.
FIG. 5 is an elevation view illustrating an X-ray irradiation area on the sample surface when the sample surface is located on the rotation center line.
FIG. 6 is an explanatory diagram similar to FIG. 5, when the sample surface is located at a position away from the rotation center line.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Optical system 12 on the incident side 12 Sample holding device 14 Optical system 16 on the light receiving side 16 First turntable 18 Center of rotation 20 Second turntable 22 Third turntable 24 X-ray source 26 Parabolic multilayer mirror 28 Vertical divergence limit Solar slit 30 for emitting light Slit 32 for limiting the emission width Solar slit 34 for limiting lateral divergence Slit for limiting the light receiving width 36 X-ray detector 44 Support table 46 Sample table 48 φ axis

Claims (2)

次の構成を備えるX線回折装置。
(a)X線源と,X線源から出射するX線を平行ビームに変換する放物面多層膜ミラーと,前記平行ビームの縦発散を制限する縦発散制限手段とを備える入射側の光学系。
(b)試料から出てくる回折X線の横発散を制限する横発散制限手段と,この横発散制限手段を通過した回折X線の強度を検出するX線検出器とを備える受光側の光学系。
(c)試料を保持する試料保持装置であって,測定中に試料の面内回転を可能にする面内回転機構と,測定中に試料表面の偏心ω揺動を可能にするω揺動機構とを備える試料保持装置。
An X-ray diffraction apparatus having the following configuration.
(A) an incident-side optic comprising an X-ray source, a parabolic multilayer mirror for converting X-rays emitted from the X-ray source into a parallel beam, and a vertical divergence limiting means for limiting the vertical divergence of the parallel beam; system.
(B) a light receiving side optics comprising: a lateral divergence limiting means for limiting the lateral divergence of the diffracted X-rays coming out of the sample; and an X-ray detector for detecting the intensity of the diffracted X-rays passing through the lateral divergence limiting means. system.
(C) A sample holding device for holding a sample, wherein an in-plane rotation mechanism that enables in-plane rotation of the sample during measurement, and an ω swing mechanism that enables eccentric ω swing of the sample surface during measurement A sample holding device comprising:
次の特徴を備える請求項1に記載のX線回折装置。
(d)前記試料保持装置は,回転中心線の回りに揺動可能な支持台と,前記支持台に対して移動かつ回転可能な試料台とを備えている。
(e)前記支持台の揺動により前記偏心ω揺動が可能である。
(f)前記試料台は前記回転中心線に対して垂直な方向に移動可能であり,この移動により,前記試料表面と前記回転中心線との距離が調節可能である。
(g)前記試料台は前記回転中心線に対して垂直なφ軸の回りに回転可能であり,この回転により前記面内回転が可能である。
The X-ray diffraction apparatus according to claim 1, comprising the following features.
(D) The sample holding device includes a support table swingable about a rotation center line, and a sample table movable and rotatable with respect to the support table.
(E) The eccentric ω swing can be performed by the swing of the support base.
(F) The sample stage is movable in a direction perpendicular to the rotation center line, and by this movement, the distance between the sample surface and the rotation center line can be adjusted.
(G) The sample stage is rotatable around a φ axis perpendicular to the rotation center line, and the rotation enables the in-plane rotation.
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