JP2008008785A - Ｘ線分光測定方法およびｘ線分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に絶対波長を決定することができ、簡素な構成で精度の高い分光測定を行うことができるＸ線分光測定方法およびＸ線分光装置を提供する。
【解決手段】 対向する２つのカット面が形成され、格子定数が既知である分光用チャンネルカット結晶（２０）を用いて行うＸ線分光測定方法であって、分光用チャンネルカット結晶（２０）が（−，＋）および（＋，−）となる各配置においてＸ線を回折させ、各配置における結晶回転角度の差からＸ線の絶対波長を決定する。これにより、アライメントが簡単になり、測定に適したチャンネルカット結晶さえ用意できれば、容易にかつ高精度でＸ線分光測定を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高精度でＸ線分光測定を行うためのＸ線分光測定方法およびＸ線分光装置に関する。

従来、スリットを用いてＸ線の入射方向を絞ったり、２つの分光結晶を配置することにより、精度の高いＸ線分光を行うＸ線分光装置が知られている。また、これらの他にも、４つの分光結晶を歯車により連動させて高い分解能を得ようとするものがある（たとえば、特許文献１）。

特許文献１のＸ線分光装置は、放射光を１次Ｘ線として試料に照射し、試料から発生した蛍光Ｘ線を（＋，−，−，＋）配置の４つの分光結晶により分光し、検出器により強度を測定する。そして、分光結晶と検出器を連動させる連動手段により、分光結晶で分光される蛍光Ｘ線の波長を変えながら、検出器に入射させている。このようにして、蛍光Ｘ線のスペクトルの分解能を高めている。
特開２００５−１４０７１９号公報

しかしながら、上記のようなＸ線分光装置を用いる場合には、絶対波長を決めるために別途スリットを用いて厳密に回折角θを調整することとなる。したがって、基準位置を合わせるアライメントには特殊な技術が必要とされ、簡易に測定することができない。また、２つの平面型分光結晶の配置を利用した２結晶配置のＸ線分光装置は、連動機構を必要とし、構成が複雑となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易に絶対波長を決定することができ、簡素な構成で精度の高い分光測定を行うことができるＸ線分光測定方法およびＸ線分光装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線分光測定方法は、対向する２つのカット面が形成され、格子定数が既知である分光用チャンネルカット結晶を用いて行うＸ線分光測定方法であって、前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となる各配置においてＸ線を回折させ、前記各配置における結晶回転角度の差からＸ線の絶対波長を決定することを特徴としている。

このように、本発明のＸ線分光測定方法では、分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となる各配置で、Ｘ線を回折させ、分光することにより結晶回転角度の零点を決定できる。したがって、スリットを用いて精密な位置調整を必要とする従来法と比較してアライメントが簡単になる。その結果、測定に適したチャンネルカット結晶さえ用意できれば、容易にかつ高精度で測定を行うことができる。

（２）また、本発明に係るＸ線分光測定方法は、前記分光用チャンネルカット結晶のＸ線入射側に配置され、対向する２つのカット面が形成されたコリメータ用チャンネルカット結晶を用いて、前記コリメータ用チャンネルカット結晶の各カット面において、前記分光用チャンネルカット結晶がＸ線を回折させる結晶面の指数と同じ指数の結晶面でＸ線を回折させ、回折されたＸ線を前記分光用チャンネルカット結晶に入射させて分光測定を行うことを特徴としている。

したがって、分光されるＸ線が発散光である場合、Ｘ線はコリメータ用チャンネルカット結晶により、波長ごとに異なった角度に回折されて分光用チャンネルカット結晶に入射する。その結果、コリメータ用チャンネルカット結晶の回転を分光用チャンネルカット結晶に連動させることなく、Ｘ線分光をすることができる。

（３）また、本発明に係るＸ線分光装置は、対向する２つのカット面が、互いへの投影の少なくとも一部と重なるように形成された分光用チャンネルカット結晶と、前記分光用チャンネルカット結晶により分光されたＸ線の強度を検出する検出器と、を備え、前記分光用チャンネルカット結晶は、（−，＋）および（＋，−）となる配置においてＸ線を回折することができるように回転中心を設定されていることを特徴としている。

このように、本発明のＸ線分光装置では、分光用チャンネルカット結晶が、（−，＋）および（＋，−）とする配置においてＸ線を回折することができるように、その回転中心を設定している。したがって、上記２つの配置で分光を行ない結晶回転角度の差から正確に回折角度を決定することができるため、スリットを用いて精密な位置調整を必要とする従来法と比較してアライメントが簡単になる。また、Ｘ線分光測定する際にチャンネルカット結晶を連動させる必要はなく機構をシンプルにすることができる。また、２つの平面型分光結晶を（＋，＋）配置にして分光するＸ線分光装置は、装置各部の干渉により分光結晶の回折角度に制限を受けるが、本発明のＸ線分光装置は検出器の位置を大きく移動させる必要はなく、それぞれの回折角度に適した分光結晶を用意することにより回折角度の制限を受けない。

（４）また、本発明に係るＸ線分光装置は、前記分光用チャンネルカット結晶の入射側に配置され、対向する２つのカット面が形成されたコリメータ用チャンネルカット結晶を更に備え、前記コリメータ用チャンネルカット結晶は、Ｘ線を前記分光用チャンネルカット結晶がＸ線を回折させる結晶面の指数と同じ指数の結晶面でＸ線を回折させて前記分光用チャンネルカット結晶に入射させることを特徴としている。

したがって、分光されるＸ線が発散光である場合、Ｘ線はコリメータ用チャンネルカット結晶により、波長ごとに異なった角度に回折されて分光用チャンネルカット結晶に入射する。その結果、コリメータ用チャンネルカット結晶の回転を分光用チャンネルカット結晶に連動させることなく、Ｘ線分光をすることができ、装置の構成をシンプルにすることができる。

（５）また、本発明に係るＸ線分光装置は、前記コリメータ用チャンネルカット結晶が、分光測定をする際に入射Ｘ線に対して回転を固定できるように設置されていることを特徴としている。

このように、発散光源に対してコリメータ用チャンネルカット結晶の回転を分光用チャンネルカット結晶に連動させることなく、分光用チャンネルカット結晶の回転のみを調整してＸ線分光をすることができる。したがって、装置の構成をシンプルにすることができる。

（６）また、本発明に係るＸ線分光装置は、前記分光用チャンネルカット結晶の回転中心は、前記分光用チャンネルカット結晶の２つのカット面またはその延長面の間に設定され、前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）となる配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面と、前記分光用チャンネルカット結晶が（＋，−）となる配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面とが異なることを特徴としている。

このように、本発明のＸ線分光装置は、分光用チャンネルカット結晶の回転中心を、分光用チャンネルカット結晶の２つのカット面またはその延長面の間に設定している。これにより、分光用チャンネルカット結晶の（−，＋）配置と（＋，−）配置とでＸ線を回折させるとき、各配置で異なるカット面にＸ線を入射させ分光を行うことができ、小さい回折角についても、それぞれの結晶回転角度の差から高精度で絶対波長を測定することができる。

（７）また、本発明に係るＸ線分光装置において、前記分光用チャンネルカット結晶の回転中心は、前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となるいずれの配置でＸ線を回折するときも同じカット面にＸ線が入射することが可能な位置に設定されていることを特徴としている。

このように、本発明のＸ線分光装置は、分光用チャンネルカット結晶の回転中心を結晶が（−，＋）、（＋，−）のいずれの配置でＸ線を回折するときも同じカット面にＸ線が入射できる位置に設定しているため、高い回折角についても、それぞれの結晶回転角度の差から高精度で絶対波長を測定することができる。また、高い回折角では、δλ／λ（＝δθ／ｔａｎθ）が小さくなるため、波長分解能を高くすることができる。

（８）また、本発明に係るＸ線分光装置は前記分光用チャンネルカット結晶の回転制御を行う回転制御機構を更に備え、前記回転制御機構は、回転角度の目盛り位置ずれを検出する自己校正機能付き角度検出器を備えることを特徴としている。

このように、本発明のＸ線分光装置は、自己校正機能付き角度検出器を備えているため、分光用チャンネルカット結晶の回転角度の目盛り位置ずれを検出し、絶対波長の校正を可能にする。また、得られた絶対波長にどの程度の不確かさがあるかを評価することもできる。

本発明に係るＸ線分光測定方法によれば、分光用チャンネルカット結晶を回転させて（−，＋）および（＋，−）とする各配置でＸ線を回折させ、分光することにより結晶回転角度の零点を決定できるため、スリットを用いて精密な位置調整を必要とする従来法と比較してアライメントが簡単になる。その結果、測定に適したチャンネルカット結晶さえ用意できれば、容易にかつ高精度で測定を行うことができる。

本発明に係るＸ線分光装置によれば、分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となる配置でＸ線を回折させ分光することにより結晶回転角度の零点を決定することができるため、アライメントが簡単になる。また、コリメータ用チャンネルカット結晶を連動させる必要はなく機構をシンプルにすることができる。また、２つの平面型分光結晶を（＋，＋）配置にして分光するＸ線分光装置は、検出器の位置から分光結晶の回折角度に制限を受けるが、本発明のＸ線分光装置は検出器の位置を大きく移動させる必要はなく、それぞれの回折角度に適した分光結晶を用意することにより回折角度の制限を受けない。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（実施形態１）
図１は、本発明に係るＸ線分光装置１の構成の概略を示す平面図である。図１に示すように、Ｘ線分光装置１は、コリメータ用チャンネルカット結晶１０、分光用チャンネルカット結晶２０、回転台５０、角度検出器６０および検出器１００を備えている。チャンネルカット結晶とは、単一の結晶ブロックに溝を切り、その平行な両側の壁を反射、すなわち回折に利用するものである。チャンネルカット結晶は、全体が一体の結晶からなるため、一方の結晶壁でブラッグ反射したＸ線は全て他方の結晶壁でブラッグ反射を起こす。Ｘ線分光装置１は、連続スペクトルをもつ入射Ｘ線から特定の波長のＸ線を分光して、検出器１００でその強度を測定する。Ｘ線分光装置１は、たとえばスペクトロスコピーによる状態分析装置やＸ線波長精密測定装置に利用することができる。

コリメータ用チャンネルカット結晶１０は、分光用チャンネルカット結晶２０のＸ線入射側に配置され、第１の結晶壁１１および第２の結晶壁１２を有し、それぞれの結晶壁には、対向する第１のカット面１１ａおよび第２のカット面１２ａが形成されている。コリメータ用チャンネルカット結晶１０は、台（図示せず）上で分光される対象のＸ線が入射し、回折される位置に固定されている。分光されるＸ線が発散光である場合、Ｘ線は固定されたコリメータ用チャンネルカット結晶により、波長ごとに異なった角度に回折されて分光用チャンネルカット結晶に入射する。したがって、Ｘ線分光装置１では、コリメータ用チャンネルカット結晶１０の回転を分光用チャンネルカット結晶２０に連動させることなく、Ｘ線分光をすることができる。したがって、装置の構成をシンプルにすることができる。また、分光されるＸ線が放射光のように平行光である場合には、コリメータ用チャンネルカット結晶は省略することができ、さらに簡単な構成とすることができる。

コリメータ用チャンネルカット結晶１０のブラッグ角は、図１ではθ_１として表されている。コリメータ用チャンネルカット結晶は、コリメータ用チャンネルカット結晶１０で回折されたＸ線が、分光用チャンネルカット結晶２０に入射するように配置されている。コリメータ用チャンネルカット結晶１０は、Ｘ線を分光用チャンネルカット結晶２０がＸ線を回折させる結晶面の指数と同じ指数の結晶面でＸ線を回折させて分光用チャンネルカット結晶２０に入射させることができる形状および配置をとっていればよい。チャンネルカット結晶での回折回数は少なくとも２回以上であるが４回、６回でもよく、特に制限はない。回折回数を多くすることによりテールの切れたシャープなピークを検出することができる。一方、強度を確保することを重視する場合には、回折回数を少なくしてもよい。

なお、コリメータ用チャンネルカット結晶１０は、スペクトル測定時には台上に固定されているが、測定前の角度の調整は可能となっている。調整は、手動であっても自動であってもよい。いずれにしても、コリメータ用チャンネルカット結晶１０は、後述の分光用チャンネルカット結晶２０の回転制御からは独立している。

分光用チャンネルカット結晶２０は、第３の結晶壁２１および第４の結晶壁２２を有し、それぞれの結晶壁には、対向する第３のカット面２１ａおよび第４のカット面２２ａが形成されている。そして、カット面２１ａのカット面２２ａへの投影とカット面２２ａは、少なくとも一部が重なるように形成されている。すなわち、分光用チャンネルカット結晶を側面から見たときには結晶壁２１および２２が隙間なく重なっている。これにより、分光用チャンネルカット結晶２０を回転させて（−，＋）および（＋，−）それぞれの配置において、Ｘ線を回折させることが可能となる。

（＋）または（−）の配置とは、第１の回折の折れ曲がり方向を（＋）として決められる折れ曲がり方向に回折させる結晶の配置を指す。したがって、第１の回折の折れ曲がり方向と同じ折れ曲がりの回折をさせる結晶の配置は、（＋）であり、第１の回折の折れ曲がり方向と逆の折れ曲がりの回折をさせる結晶の配置は、（−）である。

分光用チャンネルカット結晶２０は、回転台５０上のコリメータ用チャンネルカット結晶１０で回折されたＸ線が入射できる位置に設けられている。分光用チャンネルカット結晶２０は、入射Ｘ線に対して（−，＋）および（＋，−）となる配置でＸ線を回折することができるように回転中心Ｃ１を設定されている。すなわち、上記のいずれかの配置をとったときに、結晶壁２１または２２によりX線が遮られることがなく、かつ、いずれかの配置においてX線がカット面に届かないということがない位置に回転中心Ｃ１は設定されている。

このように、分光用チャンネルカット結晶２０において（−，＋）および（＋，−）とする配置でＸ線を回折することができるように、その回転中心Ｃ１は設定されている。このように、上記配置で分光を行ない結晶回転角度の零点を決定することができるため、スリットを用いて精密な位置調整を必要とする従来法と比較してアライメントが簡単になる。

図１の例では、回転中心Ｃ１がカット面２１ａおよび２２ａの間に設定されている。そして、分光用チャンネルカット結晶２０が（−，＋）の配置をとったときにＸ線が入射するカット面２１ａと、分光用チャンネルカット結晶２０が（＋，−）の配置をとったときにＸ線が入射するカット面２２ａとが異なる。言い換えると、カット面２１ａではどちらの配置でも（−）の回折がなされ、カット面２２ａではどちらの配置でも（＋）の回折がなされる。なお、回転中心Ｃ１は、各カット面の延長面の間に設定されていてもよい。分光用チャンネルカット結晶２０のブラッグ角は、図１ではθ_２として表されている。

コリメータ用チャンネルカット結晶１０または分光用チャンネルカット結晶２０に用いることができる分光結晶としては、ＳｉやＧｅが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分光に用いられる結晶面としては、たとえばＳｉ（４００）、Ｓｉ（２２０）、Ｓｉ（４４０）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（３３３）、Ｓｉ（４４４）が挙げられる。回転台５０は、微小角度刻みの回転が可能な回転駆動装置（図示せず）に接続されている。回転駆動装置には、サーボモータ、ステッピングモータ等が用いられる。

角度検出器６０は、円形ディスクに刻まれた目盛りを読取ヘッドで数えることにより分光用チャンネルカット結晶２０の回転角度を測定する検出器である。角度検出器６０には、たとえば一般的なロータリーエンコーダが用いられる。回転台５０、角度検出器６０および検出器１００は、制御部（図示せず）により制御されている。

検出器１００は、分光用チャンネルカット結晶２０で回折されたＸ線が入射する位置に配置されている。本発明では、検出器の位置を大きく移動させる必要はなく、各部の干渉による角度の制限を受けない。検出器１００は、チャンネルカット結晶により分光されたＸ線の強度を検出する。検出器１００の位置は、Ｘ線の入射位置に応じて移動可能となっている。なお、検出器１００として、検出範囲の広いものを所定の位置に固定して用いてもよい。

次に上記のＸ線分光装置１を用いて、Ｘ線分光測定を行う方法を説明する。まず、格子定数が既知の結晶から同一の結晶面でＸ線を回折できるようにカット面を形成した２つのチャンネルカット結晶を準備し、一方をコリメータ用チャンネルカット結晶１０として、台上に設定し、他方を分光用チャンネルカット結晶２０として回転台５０上に設定する。そして、コリメータ用チャンネルカット結晶１０を調整し、求める範囲の波長のＸ線を分光用チャンネルカット結晶２０の方向に回折するように、固定する。一方、分光用チャンネルカット結晶２０は、回転中心Ｃ１がカット面２１ａおよび２２ａの間に位置するように回転台５０上に固定する。そして、回転台５０を回転させ、分光用チャンネルカット結晶２０を図２（ａ）に示すような（＋，−）の回折が起こる配置とする。

続いて、分光用のＸ線を入射させて、まず、分光用チャンネルカット結晶２０が（＋，−）となる配置でＸ線を回折する設定で、分光測定を行う。すなわち、各チャンネルカット結晶による回折が（＋，−，＋，−）となるように配置し、Ｘ線を、カット面１１ａ、１２ａ、２２ａ、２１ａの順番で回折させる。このとき、コリメータ用チャンネルカット結晶と分光用チャンネルカット結晶とで同じ結晶面を用いて回折させる場合、２つの結晶面が厳密に平行になったときに、シャープなピークが得られる。このようにして、検出器１００が検出したＸ線強度のピーク位置を角度検出器６０によって検出する。この角度位置ω_０が分光用チャンネルカット結晶の原点位置となる。

次に、分光用チャンネルカット結晶２０を図２（ｂ）に示すような（−，＋）でＸ線を回折させる配置とする。すなわち、各チャンネルカット結晶による回折が（＋，−，−，＋）となるように配置し、Ｘ線を、カット面１１ａ、１２ａ、２１ａ、２２ａの順番で回折させる。そして、検出器１００が検出したＸ線強度と、角度検出器６０が検出した角度ωにより、高分解能のＸ線分光スペクトルを得る。なお、角度検出器６０が検出した角度は、回転台または回転軸（シャフト）が基準の回転位置からどれだけ回転したかを角度検出器６０により測定することで得られ、結晶回転角度に対応する。図示する角度ωおよびω_０のとり方は、一例であり結晶の回転角度を表す角度であれば角度の決め方に限定はない。

測定された分光スペクトルにおいて角度検出器６０が検出した角度ωの原点は上記ω_０である。したがって、両者の角度差ω−ω_０が分光用チャンネルカット結晶の回転角であり、そのときの分光用チャンネルカット結晶のブラッグ角θはθ＝（ω−ω_０）／２で表される。分光用チャンネルカット結晶の格子面間隔をｄとすれば、分光スペクトルの横軸の角度θはλ＝２ｄｓｉｎθの式によりＸ線の波長λに変換される。また、Ｘ線の波長λ（Å）はエネルギーＥ（ｅＶ）に、Ｅ＝１２３９８．４１９／λの式により変換される。

このようにして、分光されたＸ線の絶対波長を検出することができる。このように、分光用チャンネルカット結晶２０を回転させて２つのチャンネルカット結晶を（＋，−，−，＋）および（＋，−，＋，−）とする各配置でＸ線を回折させ、分光を行ない結晶回転角度の零点を決定するため、スリットを用いて精密な位置調整を必要とする従来法と比較してアライメントが簡単になる。その結果、測定に適したチャンネルカット結晶さえ用意できれば、容易にかつ高精度でＸ線分光スペクトル測定を行うことができる。

（実施形態２）
上記の実施形態１では、分光用チャンネルカット結晶２０を（＋，−）および（−，＋）のそれぞれの配置にしたときに、異なるカット面にＸ線が入射するように回転中心Ｃ１を設けているが、同一のカット面にＸ線が入射するように回転中心を設けてもよい。図３は、同一のカット面にＸ線が入射するように分光用チャンネルカット結晶を配置したＸ線分光装置１を示す模式図である。コリメータ用チャンネルカット結晶３０は、第１の結晶壁３１および第２の結晶壁３２を有し、それぞれの結晶壁には、対向する第１のカット面３１ａおよび第２のカット面３２ａが形成されている。大きい回折角をとれるように各結晶壁の長さをＸ線ビームの通過通路に合わせて、異なる方向に短縮している。大きい回折角をとれるようにする工夫として、図４に示すように、結晶壁３１と結晶壁３２の長さを短縮することなく、その長さに対して互いまでの距離を大きくした結晶を用いてもよい。

分光用チャンネルカット結晶４０は、第３の結晶壁４１および第４の結晶壁４２を有し、それぞれの結晶壁には、対向する第３のカット面４１ａおよび第４のカット面４２ａが形成されている。分光用チャンネルカット結晶４０には、大きい回折角をとれるように各結晶壁３１、３２の長さに対して互いまでの距離を大きくした結晶が用いられている。そして、これらの対向する２つのカット面４１ａ、４２ａは、互いの投影の少なくとも一部が重なるように形成されている。これにより、分光用チャンネルカット結晶４０を回転させて（−，＋）および（＋，−）それぞれの配置において、Ｘ線を回折することが可能となる。

図３の例では、分光用チャンネルカット結晶の回転中心Ｃ２がカット面４１ａの外側に設定されている。そして、上記のいずれかの配置をとったときに、結晶壁４２によりX線が遮られることがなく、かついずれかの配置においてX線がカット面４１ａに届かないということがない位置に回転中心Ｃ２は設定されている。分光用チャンネルカット結晶４０が（−，＋）の配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面４１ａと、分光用チャンネルカット結晶が（＋，−）の配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面４１ａとは同一である。このように、分光用チャンネルカット結晶４０の回転中心を（−，＋）（＋，−）のいずれの配置でＸ線を回折するときも同じカット面４１ａにＸ線を入射させることができる位置に設定しているため、高い回折角について高精度で絶対波長を測定することができる。また、高い回折角では、δλ／λが小さくなるため、高い波長分解能が得られる。このとき、カット面４１ａは一方の配置では（−）方向の回折を、他方の配置では（＋）方向の回折をさせる。

次に、上記の結晶配置でのＸ線分光測定を行う方法を説明する。まず、格子定数が既知の結晶から同一の結晶面でＸ線を回折できるようにカット面を形成した２つのチャンネルカット結晶を準備し、それぞれコリメータ用チャンネルカット結晶および分光用チャンネルカット結晶として台上および回転台５０上に設定する。分光用チャンネルカット結晶４０は、回転中心Ｃ２が結晶壁４１の近傍になるように回転台５０上に固定する。まず、分光用チャンネルカット結晶４０を図５（ａ）に示すような（＋，−）の回折が起こる配置とする。

そして、分光用のＸ線を入射させて、まず、分光用チャンネルカット結晶４０に（＋，−）となる配置でＸ線を回折させて、分光測定を行う。すなわち、各チャンネルカット結晶による回折が（＋，−，＋，−）となるように配置し、Ｘ線を、カット面３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａの順番で回折させる。このとき、コリメータ用チャンネルカット結晶と分光用チャンネルカット結晶とで同じ結晶面を用いて回折させた場合、２つの結晶面が厳密に平行になったときに、シャープなピークが得られる。このようにして、検出器１００が検出したＸ線強度のピーク位置を角度検出器６０によって検出する。この角度位置ω_０が分光用チャンネルカット結晶の原点位置となる。

次に、分光用チャンネルカット結晶４０を図５（ｂ）に示すような（−，＋）で回折する配置とする。すなわち、各チャンネルカット結晶による回折が（＋，−，−，＋）となるように配置し、Ｘ線を、カット面３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａの順番で回折させる。そして、検出器１００が検出したＸ線強度と角度検出器６０が検出した角度ωにより、高分解能のＸ線分光スペクトルを得る。

測定された分光スペクトルにおいて角度検出器６０が検出した角度ωの原点は上記ω_０である。したがって、両者の角度差ω−ω_０が分光用チャンネルカット結晶の回転角であり、そのときの分光用チャンネルカット結晶のブラッグ角θはθ＝π／２−（ω−ω_０）／２で表される。分光用チャンネルカット結晶の格子面間隔をｄとすれば、分光スペクトルの横軸の角度θはλ＝２ｄｓｉｎθの式によりＸ線の波長λに変換される。また、Ｘ線の波長λ（Å）はエネルギーＥ（ｅＶ）に、Ｅ＝１２３９８．４１９／λの式により変換される。

以上は、分光されるＸ線が発散光である場合であるが、すでにある程度分光されたＸ線や放射光のように平行な光のスペクトルを測定する場合にはコリメータ用チャンネルカット結晶を省略することができる。その場合も、分光用チャンネルカット結晶を（−，＋）に配置して、ω_０を測定し、続いて（＋，−）に配置してωを測定することにより、上記と同様に正しくブラッグ角θを算出することができる。

（実施形態３）
上記の実施形態１のＸ線分光装置１は、高精度で絶対波長を測定することができるが、更に角度検出器に自己校正機能を持たせ、正確な校正を行うことも可能である。

図６は、自己校正機能付き角度検出器を備えたＸ線分光装置２を示す側面図である。図６に示すように、Ｘ線分光装置２は、コリメータ用チャンネルカット結晶１０、分光用チャンネルカット結晶２０、固定台４９、回転台５０、回転駆動装置５５、角度検出器６０、制御部７０および検出器１００を備えている。回転駆動装置５５、角度検出器６０および制御部７０は、回転制御機構を構成する。

回転台５０は、微小角度刻みの回転が可能な回転駆動装置５５に接続されており、回転駆動装置５５には、サーボモータ、ステッピングモータ等が用いられる。

角度検出器６０は、円形ディスク６１に刻まれた目盛りを読取ヘッド６３で数えることにより回転角度を測定する検出器である。角度検出器６０には、ロータリーエンコーダ等が用いられる。

図７は、本発明の角度検出器６０の斜視図である。図７に示すように、角度検出器６０は、目盛りの刻まれた円形ディスク６１と、円形ディスク６１が固定されているシャフト６２と、その周囲に等間隔で設置された読取ヘッド６３とを備えている。読取ヘッド６３は、円形ディスク６１の周囲に等間隔に配置される。

回転台５０、角度検出器６０および検出器１００は、制御部７０により制御されている。制御部７０は、ＣＰＵおよび主記憶装置により構成されており、主に機器の制御および数値の算出を行う。

以下に目盛り位置ずれの求め方を説明する。読取ヘッド６３が検出する目盛りｉの角度信号のずれは、ｂ_ｉと表すことができる。また、ｊ番目の読取ヘッド６３での目盛りｉ+ｊ・Ｎ／ｎの角度信号のずれは、ｂ_{ｉ+ｊ・Ｎ／ｎ}と表すことができる。このとき、等間隔に配置した読取ヘッドの数をｎ、エンコーダの目盛り数をＮとする。

０番目の読取ヘッド６３を基準ヘッドとした場合、ｊ番目のヘッドの角度信号ｂ_{ｉ+ｊ・Ｎ／ｎ}と基準ヘッドの角度信号ｂ_ｉとの差δ_ｉ,ｊと、それらの平均値μ_ｉ，ｎは、次のように表される。

そして、ｂ_ｉからｎの倍数のフーリエ成分を除いた量は次のようにして得られる。

上記の−μ_ｉ，ｎが目盛りｉの目盛り位置ずれとなる。このようにして、基準の読取ヘッド６３と各読取ヘッドとの計測差を求めて、平均値を得ることにより、目盛り位置ずれを算出し、自己校正をすることができる。このようにして、使用環境下での取り付け軸偏心、角度検出器の経年変化などの角度情報の誤差を校正することができる。また、得られた絶対波長にどの程度の不確かさがあるかを評価することもできる。

実施形態１のＸ線分光装置を用いて、分光測定の実験を行った。以下に実施例として、実験方法および実験結果を説明する。

Ｘ線源として、ＣｕＫα線を用い、チャンネルカット結晶には、Ｓｉの分光結晶を用い、Ｓｉ（４００）を結晶面とした。

まず、ブラッグ角θがおよそ３４．５°となるため、これに適したサイズおよび形状のチャンネルカット結晶を２つ準備し、一方を分光用チャンネルカット結晶として、回折されたＸ線が入射Ｘ線にほぼ平行になるように台上に固定し、他方を分光用チャンネルカット結晶として回転台上に設定した。分光用チャンネルカット結晶の回転中心は、２つのカット面の間に位置するように設定した。

そして、分光用チャンネルカット結晶を図２（ａ）に示すような（＋，−）の配置でＸ線が回折するようにして、Ｘ線のＣｕＫαピークのプロファイルを検出した。コリメータ用チャンネルカット結晶と分光用チャンネルカット結晶とで同じ結晶面を用いて回折させた場合、それぞれの結晶面が厳密に平行になったときに、シャープなピークが得られる。このときの分光用チャンネルカット結晶の角度位置をω_０とする。

次に、分光用チャンネルカット結晶を図２（ｂ）に示すような（−，＋）の配置でＸ線を回折させ、高分解能Ｘ線分光プロファイルを測定した。このとき、チャンネルカット結晶は（＋，−，−，＋）で回折する配置とされた。

測定された分光スペクトルにおいて角度検出器６０が検出した角度ωの原点は上記ω_０である。そこで、両者の角度差ω−ω_０を算出し、分光用チャンネルカット結晶の回転角を得た。そのときの分光用チャンネルカット結晶のブラッグ角θはθ＝（ω−ω_０）／２である。分光用チャンネルカット結晶の格子面間隔をｄとしたとき、分光スペクトルの横軸の角度θはλ＝２ｄｓｉｎθの式で表される。この式により角度θをＸ線の波長λに変換した。さらに、Ｘ線の波長λ（Å）をＥ＝１２３９８．４１９／λの式によりエネルギーＥ（ｅＶ）に変換した。

図８は、上記のＸ線分光測定の結果を示すプロファイルである。グラフの○は、実験により得られたＸ線強度を示している。ピークＰ１〜Ｐ４は、それぞれ計算により得られたＣｕｋα１およびＣｕｋα２のピークを表すローレンツ関数の曲線を示している。それらのローレンツ関数の曲線をフィッティング処理したところ、実験により得られたプロファイルに一致した。

このようにして得られた各ローレンツ関数のパラメータを図９に示す。ピークＰ１の半価巾２．２８６ｅＶは、従来得られた中でも最高の分解能である。このとき、δＥは０．２ｅＶ以下であると考えられる。また、正確なＸ線の絶対波長を測定することができた。

実施形態１のＸ線分光装置の概略を示す平面図である。 （ａ）（＋，−）配置の分光用チャンネルカット結晶を示す平面図である。（ｂ）（−，＋）配置の分光用チャンネルカット結晶を示す平面図である。 実施形態２のＸ線分光装置の概略を示す平面図である。 実施形態２のＸ線分光装置の概略を示す平面図である。 （ａ）（＋，−）配置の分光用チャンネルカット結晶を示す平面図である。（ｂ）（−，＋）配置の分光用チャンネルカット結晶を示す平面図である。 実施形態３のＸ線分光装置の概略を示す側面図である。 実施形態３のＸ線分光装置に用いられる角度検出器の斜視図である。 本発明に係るＸ線分光測定方法を実施した結果を示すプロファイルである。 各ローレンツ関数のパラメータを示す図である。

符号の説明

１、２ Ｘ線分光装置
１０、３０ コリメータ用チャンネルカット結晶
２０、４０ 分光用チャンネルカット結晶
１１、３１ 第１の結晶壁
１２、３２ 第２の結晶壁
２１、４１ 第３の結晶壁
２２、４２ 第４の結晶壁
１１ａ、３１ａ 第１のカット面
１２ａ、３２ａ 第２のカット面
２１ａ、４１ａ 第３のカット面
２２ａ、４２ａ 第４のカット面
４９ 固定台
５０ 回転台
５５ 回転駆動装置
６０ 角度検出器
６１ 円形ディスク
６２ シャフト
６３ 読取ヘッド
７０ 制御部
１００ 検出器
Ｃ１、Ｃ２ 回転中心
θ_１、θ_２ 回折角度
ω、ω_０ 結晶回転角度

Claims (8)

1. 対向する２つのカット面が形成され、格子定数が既知である分光用チャンネルカット結晶を用いて行うＸ線分光測定方法であって、
   前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となる各配置においてＸ線を回折させ、前記各配置における結晶回転角度の差からＸ線の絶対波長を決定することを特徴とするＸ線分光測定方法。
2. 前記分光用チャンネルカット結晶のＸ線入射側に配置され、対向する２つのカット面が形成されたコリメータ用チャンネルカット結晶を用いて、
   前記コリメータ用チャンネルカット結晶の各カット面において、前記分光用チャンネルカット結晶がＸ線を回折させる結晶面の指数と同じ指数の結晶面でＸ線を回折させ、回折されたＸ線を前記分光用チャンネルカット結晶に入射させて分光測定を行うことを特徴とする請求項２記載のＸ線分光測定方法。
3. 対向する２つのカット面が、互いへの投影の少なくとも一部と重なるように形成された分光用チャンネルカット結晶と、
   前記分光用チャンネルカット結晶により分光されたＸ線の強度を検出する検出器と、を備え、
   前記分光用チャンネルカット結晶は、（−，＋）および（＋，−）となる各配置でＸ線を回折することができるように回転中心を設定されていることを特徴とするＸ線分光装置。
4. 前記分光用チャンネルカット結晶の入射側に配置され、対向する２つのカット面が形成されたコリメータ用チャンネルカット結晶を更に備え、
   前記コリメータ用チャンネルカット結晶は、Ｘ線を前記分光用チャンネルカット結晶がＸ線を回折させる結晶面の指数と同じ指数の結晶面でＸ線を回折させて前記分光用チャンネルカット結晶に入射させることを特徴とする請求項３記載のＸ線分光装置。
5. 前記コリメータ用チャンネルカット結晶は、分光測定をする際に入射Ｘ線に対して回転を固定できるように設置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＸ線分光測定装置。
6. 前記分光用チャンネルカット結晶の回転中心は、前記分光用チャンネルカット結晶の２つのカット面またはその延長面の間に設定され、
   前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）となる配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面と、前記分光用チャンネルカット結晶が（＋，−）となる配置でＸ線を回折するときにＸ線が入射するカット面とが異なることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のＸ線分光装置。
7. 前記分光用チャンネルカット結晶の回転中心は、前記分光用チャンネルカット結晶が（−，＋）および（＋，−）となるいずれの配置でＸ線を回折するときも同じカット面にＸ線が入射することが可能な位置に設定されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のＸ線分光装置。
8. 前記分光用チャンネルカット結晶の回転制御を行う回転制御機構を更に備え、
   前記回転制御機構は、回転角度の目盛り位置ずれを検出する自己校正機能付き角度検出器を備えることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれかに記載のＸ線分光装置。

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