JP3703125B2 - Ｘ線装置及びｘ線測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロメータを用いたＸ線装置及びＸ線測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なＸ線装置では、図３に示すように、試料Ｓの表面を通る試料軸線ω１を中心としてその試料Ｓを一定の角速度で連続的又は間欠的に回転、いわゆるθ回転させ、同時に、Ｘ線カウンタ５３を試料軸線ω１を中心としてθ回転の２倍の角速度で同じ方向へ回転、いわゆる２θ回転させる。これらのθ回転及び２θ回転は、通常、測角器すなわちゴニオメータを用いて行われる。
【０００３】
上記のθ回転及び２θ回転が測角される間、Ｘ線焦点Ｆから放射されたＸ線Ｒ１が発散制限スリット５５によって横方向の発散が制限された状態で試料Ｓに入射する。入射したＸ線が試料Ｓで回折すると、その回折Ｘ線Ｒ２が受光スリット５４を通してＸ線カウンタ５３に取り込まれてカウントされる。こうして、試料Ｓで回折するＸ線の回折角度２θ及びその角度位置におけるＸ線強度が測定される。Ｘ線焦点Ｆ及び受光スリット５４は、試料Ｓを中心とするディフラクトメータ円Ｃd 上に位置する。
【０００４】
なお、試料Ｓをθ回転させることに代えて、Ｘ線焦点Ｆ及び発散制限スリット５５を試料軸線ω１を中心としてθ回転させることもできる。この場合、Ｘ線カウンタ５３は、試料軸線ω１を中心としてＸ線焦点Ｆのθ回転と等しい角速度でそれと反対方向へ２θ回転する。
【０００５】
試料Ｓで回折するＸ線Ｒ２は円錐状の広がりをもって進行し、ディフラクトメータ円Ｃd 上においてデバイ環Ｄr を形成する。つまり、Ｘ線カウンタ５３は、そのデバイ環Ｄr のうち受光スリット５４を通過する部分を検出することになる。ところで、Ｘ線焦点Ｆから発散するＸ線Ｒ１は発散制限スリット５５によって横方向の発散が制限されるが、縦方向に関してはかなりの角度で発散する。このＸ線の発散のため、受光スリット５４の所には図４に示すように、縦方向Ａ−Ａ’に沿って位置ズレする多数のデバイ環Ｄr が形成される。受光スリット５４はこれらのデバイ環Ｄr を鎖線で示す長方形領域で取り込んでＸ線をカウントする。
【０００６】
図４に示す場合、各デバイ環Ｄr は受光スリット５４よりも右側に位置しているので、Ｘ線カウンタによってカウントされるＸ線強度は曲線Ｂで示すようにデバイ環Ｄｒがある方向、すなわち図の右側方向、例えば回折角度２θの低角側へ裾を引く傾向となる。Ｘ線の縦方向の発散に起因してデバイ環が縦方向に多数重ねて形成されることにより回折Ｘ線が低角側又は高角側へ裾を引くという上記の現象は、従来から、アンブレラ効果（Umbrella Effect ）と呼ばれて知られており、このアンブレラ効果はＸ線測定の分解能を低下させる１つの原因となっていて、望ましい現象ではない。
【０００７】
なお、以上の説明から分かる通り、図３において、Ｘ線カウンタ５３が回折角度２θ＝９０°の位置にある符号Ｃで示す状態にあるときには、Ｘ線カウンタ５３がデバイ環Ｄr を垂直に受けるため、アンブレラ効果による回折Ｘ線のシフトはない。他方、Ｘ線カウンタ５３が２θ＜９０°の低角領域にあるときには回折Ｘ線は低角側に裾を引き、２θ＞９０°の高角領域にあるときには回折Ｘ線は高角側に裾を引く。
【０００８】
従来、上記のようなアンブレラ効果による分解能の低下を防止するため、図３において、試料ＳのＸ線入射側及び／又はＸ線出射側に、それぞれ、ソーラスリット５６ａ及び５６ｂを配設するという構造が知られている。このソーラスリット（Soller Slit ）は、薄い金属板を等間隔に積み重ねたもので、これを通過するＸ線の垂直方向すなわち縦方向の発散を制限することを主な作用とするものである。
【０００９】
上記のソーラスリットを使用すれば、それがＸ線入射側に配設されれば試料に入射するＸ線の縦方向の発散を規制でき、それがＸ線出射側に配設されれば試料で回折したＸ線の縦方向の発散を規制できるので、上記のアンブレラ効果をある程度抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、ソーラスリットを使用する場合でも、アンブレラ効果を完全に除去することは困難である。また、ソーラスリットを用いると、Ｘ線の強度が低下して正確なＸ線測定を行うことができなかったり、測定結果のＳ／Ｎ比が低下する等といった問題点が発生する。
【００１１】
ところで、従来のＸ線装置として、図５に示すように、モノクロメータを用いるものが知られている。ここに示す従来のＸ線装置は、Ｘ線焦点Ｆと、発散制限スリット５５と、試料Ｓを支持すると共に試料軸線ω１を中心として回転するθ回転台５８と、散乱線規制スリット５７、第１受光スリット５４及び検出器アーム５９を支持する２θ回転台６１とを有する。検出器アーム５９の上には、モノクロメータ６２を支持するモノクロメータ支持台６４、第２受光スリット６３及びＸ線カウンタ５３が配設される。
【００１２】
２θ回転台６１は、試料軸線ω１を中心としてθ回転台５８の２倍の角速度でそれと同じ方向へ２θ回転できる。また、モノクロメータ支持台６４は、モノクロメータ６２の表面を通るモノクロメータ軸線ω２を中心としてθM 回転できる。また、検出器アーム５９は、モノクロメータ軸線ω２を中心としてモノクロメータ支持台６４のθM 回転の２倍の角速度でそれと同じ方向へ回転できる。
【００１３】
なお、θ回転台５８をθ回転させることに代えて、Ｘ線焦点Ｆ及び発散制限スリット５５を試料軸線ω１を中心としてθ回転させることもできる。この場合、２θ回転台６１は、試料軸線ω１を中心としてＸ線焦点Ｆのθ回転と等しい角速度でそれと反対方向へ２θ回転する。
【００１４】
符号Ｃd は試料Ｓ等の測角を行うゴニオメータによって描かれるディフラクトメータ円を示し、符号Ｃf1は試料Ｓに関する焦点円を示し、そして符号Ｃf2はモノクロメータ６２に関する焦点円を示している。
【００１５】
以上の構成より成る従来のＸ線装置においては、モノクロメータ６２の回転角度θM が希望の波長のＸ線を回折できる角度に設定され、さらに、Ｘ線カウンタ５３の回転角度２θM がθM の２倍の角度に設定される。試料Ｓがθ回転し、２θ回転台６１が２θ回転する間、Ｘ線焦点Ｆから放射されて発散制限スリット５５で発散が制限されたＸ線が試料Ｓで回折すると、その回折Ｘ線は散乱線規制スリット５７及び第１受光スリット５４を通過してモノクロメータ６２に入射し、そのモノクロメータ６２によって単色化された後、第２受光スリット６３を通過してＸ線カウンタ５３に取り込まれてカウントされる。
【００１６】
ここに示す従来のＸ線装置に関しても、図３及び図４を用いて説明したアンブレラ効果が発生することは図３に示した従来のＸ線装置と変わりがない。また、このＸ線装置では、Ｘ線測定のための測角面である２θ面と同じ面内でＸ線カウンタ５３が２θM 回転するので、Ｘ線カウンタ５３を２θM 回転させるために必要となるスペースを確保する必要上、試料Ｓのための測角範囲が狭くならざるを得ないという問題も発生する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、図５に示すようなモノクロメータを用いたＸ線装置に関して分解能を向上させることを目的として種々の検討を行った。そしてその結果、モノクロメータ６２の取り付け方に工夫を加えると、アンブレラ効果の影響を抑制して分解能を向上できることを知見した。
【００１８】
本発明は、上記の知見に基づいて成されたものであって、試料に対する測角方向である２θ方向に対するモノクロメータの取付け方向を改善することによりアンブレラ効果による影響を抑制して、信頼性の高いＸ線測定結果を得ることができるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線装置は、Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上に配設されたモノクロメータを有し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらそのＸ線検出器によってＸ線を検出するようにしたＸ線装置において、前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器は前記２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動できることを特徴とする。
【００２０】
従来のＸ線装置では、単色化のためにモノクロメータ及びＸ線検出器を回転移動させる方向、すなわちモノクロメータに関するθM 方向及びＸ線検出器に関する２θM 方向は、図５に示すように、試料に対する測角方向である２θ方向と同じ面内に設定されていた。これに対して本発明では、Ｘ線検出器の２θM 方向を２θ方向に対して実質的に直角方向に設定した。この結果、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制できるようになった。
【００２１】
また、アンブレラ効果を抑制するためにソーラスリット等といった縦発散制限スリットを設ける必要がなくなり、その結果、Ｘ線検出器に強度の強い回折Ｘ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比も向上する。
【００２２】
また、本発明では、測定のための測角方向である２θ方向に対して直角方向にＸ線検出器を２θM 回転移動するようにしたので、単色化のためのＸ線検出器の２θM回転移動が２θ方向の測角範囲と重なり合うことが無くなり、よって、試料に関する測角範囲を大きく取ることができる。
【００２３】
上記構成において、「直角方向」というのは、装置の組み立て誤差等のために、Ｘ線検出器等の取付け角度位置が測定精度に影響を与えない程度に直角方向からずれる場合も含む意味である。
【００２４】
（２） 上記構成のＸ線装置において、（ａ）前記モノクロメータは、Ｘ線光軸を通るモノクロメータ軸線を中心として前記２θ回転方向（すなわち、試料に対する測角方向）に対して直角方向へθＭ回転移動でき、そして（ｂ）前記Ｘ線検出器は、前記モノクロメータ軸線を中心として前記θＭ回転の２倍の角度で同じ方向へ２θＭ回転移動できるように構成することが望ましい。
【００２５】
このように、モノクロメータの２倍の角度でＸ線検出器を回転移動させるようにすれば、モノクロメータによって単色化されたＸ線を確実にＸ線検出器に取り込むことができる。
【００２６】
（３） 上記構成のＸ線装置において、前記モノクロメータはグラファイトによって形成することができる。モノクロメータの材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の単結晶や、グラファイト等を用いることができる。グラファイトは、周知のとおり、炭素が層状に連なる構造を有する鉱物であり、これにＸ線が入射したときには、広い面内で回折Ｘ線を取り出すことができる。
【００２７】
シリコン等の単結晶はグラファイトに比べて分解能が高いが、得られる回折Ｘ線の強度が低くなるという欠点がある。これに対し、グラファイトは、シリコン単結晶等に比べれば分解能に若干の低下が見られるものの強度の強い回折Ｘ線を得ることができるという利点を有する。本発明では、モノクロメータを用いてＸ線を単色化する際のＸ線検出器の回転移動方向、すなわち２θM 方向を、試料の測角方向である２θ方向に対して直角方向に設定することにより、アンブレラ効果を抑制して分解能を向上できるので、モノクロメータとしてグラファイトを用いる場合でも実用上全く問題とならない程度の高い分解能を得ることができる。グラファイトを用いれば強い回折Ｘ線を得ることができるので、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００２８】
（４） 次に、本発明に係るＸ線測定方法は、Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上にモノクロメータを配設し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらＸ線検出器によってＸ線を検出するＸ線測定方法において、前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器のＸ線光軸に対する角度を調節するとき、そのモノクロメータ及びそのＸ線検出器を前記Ｘ線測定のための２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動させることを特徴とする。
【００２９】
このＸ線測定方法においても、単色化のためのＸ線検出器の回転移動方向である２θM 方向を、試料に関する測角方向である２θ方向に対して実質的に直角方向に設定したので、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制でき、その結果、分解能の高い測定結果を得られるようになった。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸ線装置の一実施形態を示している。このＸ線装置は、Ｘ線を発生するＸ線焦点Ｆを内蔵するＸ線発生装置１と、そのＸ線発生装置１に隣接して設置されたゴニオメータ２とによって構成される。Ｘ線焦点Ｆは、例えば、発熱によって熱電子を発生するフィラメントと、その熱電子が衝突するターゲットとを含んで構成できる。
【００３１】
ゴニオメータ２は、試料Ｓを支持するθ回転台３と、そのまわりに配設された２θ回転台４と、θ回転台３及び２θ回転台４を試料軸線ω１を中心として回転駆動する回転駆動装置６とを有する。θ回転台３とＸ線発生装置１との間には入射側スリットユニット７が設けられ、そのユニット７の内部に発散制限スリット８が格納される。
【００３２】
回転駆動装置６は、θ回転台３を試料軸線ω１を中心として所定の角速度で連続的又は間欠的に回転、すなわちθ回転させる。また、回転駆動装置６は、試料軸線ω１を中心としてθ回転の２倍の角速度でそれと同じ方向へ２θ回転台４を回転、すなわち２θ回転させる。
【００３３】
２θ回転台４の外周部分の適所には２θアーム９が固定され、その２θアーム９の上に出射側スリットユニット１１及びモノクロメータユニット１２が設けられる。２θアーム９は、２θ回転台４が２θ回転するときにそれと一体になって２θ回転する。これらのユニットは、２θアーム９上に設けたガイドレール１３によって位置決めされた状態で、ボルトその他の締結具によって２θアーム９に固定される。
【００３４】
出射側スリットユニット１１の内部には、θ回転台３に近い側から順に散乱線規制スリット１４及び受光スリット１６が格納される。モノクロメータユニット１２は、モノクロメータ１７を支持するモノクロメータ支持台１８と、検出器アーム１９と、それらを駆動する駆動装置２２とを有する。モノクロメータ１７は、例えばグラファイトによって形成される。
【００３５】
モノクロメータ支持台１８は、モノクロメータ１７の表面を通ると共にＸ線光軸Ｌに直交するモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動できる。この回転移動方向は、２θアーム９の２θ回転方向に対して直角方向となる。検出器アーム１９は、Ｘ線カウンタ２１を支持すると共に、モノクロメータ支持台１８から独立してモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動できる。この検出器アーム１９の回転従ってＸ線カウンタ２１の回転移動方向も、２θアーム９の２θ回転方向に対して直角方向となる。
【００３６】
図２は、図１の矢印Ｄに従ってモノクロメータ１７の近傍を見た状態を示している。駆動装置２２は、モノクロメータ支持台１８従ってモノクロメータ１７を、図２に示すように、モノクロメータ軸線ω２を中心として希望する任意の角度で回転移動、すなわちθM 回転移動させる。また、駆動装置２２は、そのθM 回転移動に連動して検出器アーム１９従ってＸ線カウンタ２１をモノクロメータ軸線ω２を中心としてθM 回転移動の２倍の角度でそれと同じ方向へ回転移動、すなわち２θM 回転移動させる。これらのθM 回転移動及び２θM 回転移動は、Ｘ線光軸Ｌに対するモノクロメータ１７の角度を、希望する波長の回折Ｘ線を取り出すことができる適宜の回折角度に設定するために行われるものである。
【００３７】
以下、上記構成から成るＸ線装置について、その動作を説明する。
試料Ｓに対してＸ線測定、本実施形態ではＸ線回折測定を行うのに先立って、図１においてＸ線光軸Ｌの調節を行う。具体的には、Ｘ線焦点Ｆ、発散制限スリット８、試料Ｓ、散乱線規制スリット１４、受光スリット１６、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１の各Ｘ線光学要素をＸ線光軸Ｌの上に載るように位置調節する。
【００３８】
次いで、図２において、駆動装置２２を作動してモノクロメータ１７のＸ線入射角度θM を希望する所定の特性Ｘ線、例えばＫα線を取り出せる角度に一致するように調節する。このとき、Ｘ線カウンタ２１はそれに連動して回転移動して、θM の２倍の角度である２θM に角度設定される。
【００３９】
その後、回転駆動装置６を作動してθ回転台３従って試料Ｓをθ回転させ、同時に、２θ回転台４従って検出器アーム９をθ回転の２倍の角速度で２θ回転させる。検出器アーム９の２θ回転により、Ｘ線カウンタ２１及びモノクロメータ１７が試料軸線ω１を中心として２θ回転する。
【００４０】
試料Ｓがθ回転し、Ｘ線カウンタ２１が２θ回転する間、Ｘ線焦点Ｆから放射されたＸ線が発散制限スリット８によって横方向の発散を制限された状態で試料Ｓに照射される。このＸ線と試料Ｓの結晶格子面との間でブラッグの回折条件が満足されると、その試料ＳでＸ線が回折し、その回折Ｘ線は散乱線規制スリット１４及び受光スリット１６を通過してモノクロメータ１７へ到達する。
【００４１】
モノクロメータ１７は所定波長のＸ線だけを回折するようにＸ線入射角度θMが決められているので、回折Ｘ線はモノクロメータ１７によって単色化された後にＸ線カウンタ２１に取り込まれてカウントされる。このときにカウントされるＸ線はモノクロメータ１７によって単色化されたＸ線であるので、得られる測定値は分解能が高くて信頼性の高いものである。以上により、個々の回折角度２θにおける回折Ｘ線の強度が測定され、周知の回折Ｘ線図形が得られる。
【００４２】
本実施形態のＸ線装置では、図１においてモノクロメータ軸線ω２を水平面内でＸ線光軸Ｌに対して直交するように設定し、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１をそのモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動させるようにした。その結果、図４に関連して説明したアンブレラ効果の影響を抑制することができ、この面からも分解能の高いＸ線測定結果を得ることできる。
【００４３】
また、Ｘ線の縦方向の発散を制限するための縦発散制限スリット、例えばソーラスリットをＸ線光軸Ｌ上に設ける必要がなくなるので、Ｘ線の減衰を抑えてＸ線カウンタ２１に強度の強いＸ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００４４】
さらに、Ｘ線カウンタ２１を測定のための測角方向である２θ方向に対して直角方向に２θM 回転移動するようにしたので、試料の後方位置にモノクロメータを配設する構造のＸ線装置であっても２θ方向の測角範囲を大きく取ることができる。
【００４５】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１の実施形態では、試料Ｓのθ回転及びＸ線カウンタ２１の２θ回転が水平面内で行われ、モノクロメータ１７のθM 回転及びＸ線カウンタ２１の２θM 回転が水平面に直交する垂直面内で行われた。しかしながらこれに代えて、試料Ｓ及びＸ線カウンタ２１のθ−２θ回転を垂直面内で行い、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１のθM 回転移動及び２θM 回転移動を水平面内で行うことができる。
【００４６】
また、モノクロメータ１７は、グラファイトに限られず、ゲルマニウム等の単結晶によって形成することもできる。但し、強度の強い回折Ｘ線を得るためにはグラファイトを用いることが望ましい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線装置及びＸ線測定方法によれば、単色化のためのＸ線検出器の２θＭ方向への回転移動を測角方向である２θ方向に対して直角方向に設定したので、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制でき、よって、分解能の高い測定結果を得られるようになった。
【００４８】
また、アンブレラ効果を抑制するためにソーラスリット等といった縦発散制限スリットを設ける必要がなくなるので、Ｘ線検出器に強度の強い回折Ｘ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比も向上する。
【００４９】
また、単色化のためにＸ線検出器を測角方向である２θ方向に対して直角方向へ２θM 回転移動させるようにしたので、Ｘ線検出器の２θM 回転移動が２θ方向の測角範囲と重なり合うことが無くなり、よって、試料に関する測角範囲を大きく取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ線装置の要部を示す図である。
【図３】従来のＸ線装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】アンブレラ効果を説明するための図である。
【図５】従来のＸ線装置の他の一例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線発生装置
２ ゴニオメータ
３ θ回転台
４ ２θ回転台
６ 回転駆動装置
８ 発散制限スリット
９ ２θアーム
１２ モノクロメータユニット
１６ 受光スリット
１７ モノクロメータ
１９ 検出器アーム
２１ Ｘ線カウンタ（Ｘ線検出器）
２２ 駆動装置
Ｆ Ｘ線焦点
Ｓ 試料
ω１ 試料軸線
ω２ モノクロメータ軸線
Ｌ Ｘ線光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロメータを用いたＸ線装置及びＸ線測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なＸ線装置では、図３に示すように、試料Ｓの表面を通る試料軸線ω１を中心としてその試料Ｓを一定の角速度で連続的又は間欠的に回転、いわゆるθ回転させ、同時に、Ｘ線カウンタ５３を試料軸線ω１を中心としてθ回転の２倍の角速度で同じ方向へ回転、いわゆる２θ回転させる。これらのθ回転及び２θ回転は、通常、測角器すなわちゴニオメータを用いて行われる。
【０００３】
上記のθ回転及び２θ回転が測角される間、Ｘ線焦点Ｆから放射されたＸ線Ｒ１が発散制限スリット５５によって横方向の発散が制限された状態で試料Ｓに入射する。入射したＸ線が試料Ｓで回折すると、その回折Ｘ線Ｒ２が受光スリット５４を通してＸ線カウンタ５３に取り込まれてカウントされる。こうして、試料Ｓで回折するＸ線の回折角度２θ及びその角度位置におけるＸ線強度が測定される。Ｘ線焦点Ｆ及び受光スリット５４は、試料Ｓを中心とするディフラクトメータ円Ｃd 上に位置する。
【０００４】
なお、試料Ｓをθ回転させることに代えて、Ｘ線焦点Ｆ及び発散制限スリット５５を試料軸線ω１を中心としてθ回転させることもできる。この場合、Ｘ線カウンタ５３は、試料軸線ω１を中心としてＸ線焦点Ｆのθ回転と等しい角速度でそれと反対方向へ２θ回転する。
【０００５】
試料Ｓで回折するＸ線Ｒ２は円錐状の広がりをもって進行し、ディフラクトメータ円Ｃd 上においてデバイ環Ｄr を形成する。つまり、Ｘ線カウンタ５３は、そのデバイ環Ｄr のうち受光スリット５４を通過する部分を検出することになる。ところで、Ｘ線焦点Ｆから発散するＸ線Ｒ１は発散制限スリット５５によって横方向の発散が制限されるが、縦方向に関してはかなりの角度で発散する。このＸ線の発散のため、受光スリット５４の所には図４に示すように、縦方向Ａ−Ａ’に沿って位置ズレする多数のデバイ環Ｄr が形成される。受光スリット５４はこれらのデバイ環Ｄr を鎖線で示す長方形領域で取り込んでＸ線をカウントする。
【０００６】
図４に示す場合、各デバイ環Ｄr は受光スリット５４よりも右側に位置しているので、Ｘ線カウンタによってカウントされるＸ線強度は曲線Ｂで示すようにデバイ環Ｄｒがある方向、すなわち図の右側方向、例えば回折角度２θの低角側へ裾を引く傾向となる。Ｘ線の縦方向の発散に起因してデバイ環が縦方向に多数重ねて形成されることにより回折Ｘ線が低角側又は高角側へ裾を引くという上記の現象は、従来から、アンブレラ効果（Umbrella Effect ）と呼ばれて知られており、このアンブレラ効果はＸ線測定の分解能を低下させる１つの原因となっていて、望ましい現象ではない。
【０００７】
なお、以上の説明から分かる通り、図３において、Ｘ線カウンタ５３が回折角度２θ＝９０°の位置にある符号Ｃで示す状態にあるときには、Ｘ線カウンタ５３がデバイ環Ｄr を垂直に受けるため、アンブレラ効果による回折Ｘ線のシフトはない。他方、Ｘ線カウンタ５３が２θ＜９０°の低角領域にあるときには回折Ｘ線は低角側に裾を引き、２θ＞９０°の高角領域にあるときには回折Ｘ線は高角側に裾を引く。
【０００８】
従来、上記のようなアンブレラ効果による分解能の低下を防止するため、図３において、試料ＳのＸ線入射側及び／又はＸ線出射側に、それぞれ、ソーラスリット５６ａ及び５６ｂを配設するという構造が知られている。このソーラスリット（Soller Slit ）は、薄い金属板を等間隔に積み重ねたもので、これを通過するＸ線の垂直方向すなわち縦方向の発散を制限することを主な作用とするものである。
【０００９】
上記のソーラスリットを使用すれば、それがＸ線入射側に配設されれば試料に入射するＸ線の縦方向の発散を規制でき、それがＸ線出射側に配設されれば試料で回折したＸ線の縦方向の発散を規制できるので、上記のアンブレラ効果をある程度抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、ソーラスリットを使用する場合でも、アンブレラ効果を完全に除去することは困難である。また、ソーラスリットを用いると、Ｘ線の強度が低下して正確なＸ線測定を行うことができなかったり、測定結果のＳ／Ｎ比が低下する等といった問題点が発生する。
【００１１】
ところで、従来のＸ線装置として、図５に示すように、モノクロメータを用いるものが知られている。ここに示す従来のＸ線装置は、Ｘ線焦点Ｆと、発散制限スリット５５と、試料Ｓを支持すると共に試料軸線ω１を中心として回転するθ回転台５８と、散乱線規制スリット５７、第１受光スリット５４及び検出器アーム５９を支持する２θ回転台６１とを有する。検出器アーム５９の上には、モノクロメータ６２を支持するモノクロメータ支持台６４、第２受光スリット６３及びＸ線カウンタ５３が配設される。
【００１２】
２θ回転台６１は、試料軸線ω１を中心としてθ回転台５８の２倍の角速度でそれと同じ方向へ２θ回転できる。また、モノクロメータ支持台６４は、モノクロメータ６２の表面を通るモノクロメータ軸線ω２を中心としてθM 回転できる。また、検出器アーム５９は、モノクロメータ軸線ω２を中心としてモノクロメータ支持台６４のθM 回転の２倍の角速度でそれと同じ方向へ回転できる。
【００１３】
なお、θ回転台５８をθ回転させることに代えて、Ｘ線焦点Ｆ及び発散制限スリット５５を試料軸線ω１を中心としてθ回転させることもできる。この場合、２θ回転台６１は、試料軸線ω１を中心としてＸ線焦点Ｆのθ回転と等しい角速度でそれと反対方向へ２θ回転する。
【００１４】
符号Ｃd は試料Ｓ等の測角を行うゴニオメータによって描かれるディフラクトメータ円を示し、符号Ｃf1は試料Ｓに関する焦点円を示し、そして符号Ｃf2はモノクロメータ６２に関する焦点円を示している。
【００１５】
以上の構成より成る従来のＸ線装置においては、モノクロメータ６２の回転角度θM が希望の波長のＸ線を回折できる角度に設定され、さらに、Ｘ線カウンタ５３の回転角度２θM がθM の２倍の角度に設定される。試料Ｓがθ回転し、２θ回転台６１が２θ回転する間、Ｘ線焦点Ｆから放射されて発散制限スリット５５で発散が制限されたＸ線が試料Ｓで回折すると、その回折Ｘ線は散乱線規制スリット５７及び第１受光スリット５４を通過してモノクロメータ６２に入射し、そのモノクロメータ６２によって単色化された後、第２受光スリット６３を通過してＸ線カウンタ５３に取り込まれてカウントされる。
【００１６】
ここに示す従来のＸ線装置に関しても、図３及び図４を用いて説明したアンブレラ効果が発生することは図３に示した従来のＸ線装置と変わりがない。また、このＸ線装置では、Ｘ線測定のための測角面である２θ面と同じ面内でＸ線カウンタ５３が２θM 回転するので、Ｘ線カウンタ５３を２θM 回転させるために必要となるスペースを確保する必要上、試料Ｓのための測角範囲が狭くならざるを得ないという問題も発生する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、図５に示すようなモノクロメータを用いたＸ線装置に関して分解能を向上させることを目的として種々の検討を行った。そしてその結果、モノクロメータ６２の取り付け方に工夫を加えると、アンブレラ効果の影響を抑制して分解能を向上できることを知見した。
【００１８】
本発明は、上記の知見に基づいて成されたものであって、試料に対する測角方向である２θ方向に対するモノクロメータの取付け方向を改善することによりアンブレラ効果による影響を抑制して、信頼性の高いＸ線測定結果を得ることができるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線装置は、Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上に配設されたモノクロメータを有し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらそのＸ線検出器によってＸ線を検出するようにしたＸ線装置において、前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器は前記２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動できることを特徴とする。
【００２０】
従来のＸ線装置では、単色化のためにモノクロメータ及びＸ線検出器を回転移動させる方向、すなわちモノクロメータに関するθM 方向及びＸ線検出器に関する２θM 方向は、図５に示すように、試料に対する測角方向である２θ方向と同じ面内に設定されていた。これに対して本発明では、Ｘ線検出器の２θM 方向を２θ方向に対して実質的に直角方向に設定した。この結果、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制できるようになった。
【００２１】
また、アンブレラ効果を抑制するためにソーラスリット等といった縦発散制限スリットを設ける必要がなくなり、その結果、Ｘ線検出器に強度の強い回折Ｘ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比も向上する。
【００２２】
また、本発明では、測定のための測角方向である２θ方向に対して直角方向にＸ線検出器を２θM 回転移動するようにしたので、単色化のためのＸ線検出器の２θM回転移動が２θ方向の測角範囲と重なり合うことが無くなり、よって、試料に関する測角範囲を大きく取ることができる。
【００２３】
上記構成において、「直角方向」というのは、装置の組み立て誤差等のために、Ｘ線検出器等の取付け角度位置が測定精度に影響を与えない程度に直角方向からずれる場合も含む意味である。
【００２４】
（２） 上記構成のＸ線装置において、（ａ）前記モノクロメータは、Ｘ線光軸を通るモノクロメータ軸線を中心として前記２θ回転方向（すなわち、試料に対する測角方向）に対して直角方向へθＭ回転移動でき、そして（ｂ）前記Ｘ線検出器は、前記モノクロメータ軸線を中心として前記θＭ回転の２倍の角度で同じ方向へ２θＭ回転移動できるように構成することが望ましい。
【００２５】
このように、モノクロメータの２倍の角度でＸ線検出器を回転移動させるようにすれば、モノクロメータによって単色化されたＸ線を確実にＸ線検出器に取り込むことができる。
【００２６】
（３） 上記構成のＸ線装置において、前記モノクロメータはグラファイトによって形成することができる。モノクロメータの材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の単結晶や、グラファイト等を用いることができる。グラファイトは、周知のとおり、炭素が層状に連なる構造を有する鉱物であり、これにＸ線が入射したときには、広い面内で回折Ｘ線を取り出すことができる。
【００２７】
シリコン等の単結晶はグラファイトに比べて分解能が高いが、得られる回折Ｘ線の強度が低くなるという欠点がある。これに対し、グラファイトは、シリコン単結晶等に比べれば分解能に若干の低下が見られるものの強度の強い回折Ｘ線を得ることができるという利点を有する。本発明では、モノクロメータを用いてＸ線を単色化する際のＸ線検出器の回転移動方向、すなわち２θM 方向を、試料の測角方向である２θ方向に対して直角方向に設定することにより、アンブレラ効果を抑制して分解能を向上できるので、モノクロメータとしてグラファイトを用いる場合でも実用上全く問題とならない程度の高い分解能を得ることができる。グラファイトを用いれば強い回折Ｘ線を得ることができるので、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００２８】
（４） 次に、本発明に係るＸ線測定方法は、Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上にモノクロメータを配設し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらＸ線検出器によってＸ線を検出するＸ線測定方法において、前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器のＸ線光軸に対する角度を調節するとき、そのモノクロメータ及びそのＸ線検出器を前記Ｘ線測定のための２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動させることを特徴とする。
【００２９】
このＸ線測定方法においても、単色化のためのＸ線検出器の回転移動方向である２θM 方向を、試料に関する測角方向である２θ方向に対して実質的に直角方向に設定したので、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制でき、その結果、分解能の高い測定結果を得られるようになった。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸ線装置の一実施形態を示している。このＸ線装置は、Ｘ線を発生するＸ線焦点Ｆを内蔵するＸ線発生装置１と、そのＸ線発生装置１に隣接して設置されたゴニオメータ２とによって構成される。Ｘ線焦点Ｆは、例えば、発熱によって熱電子を発生するフィラメントと、その熱電子が衝突するターゲットとを含んで構成できる。
【００３１】
ゴニオメータ２は、試料Ｓを支持するθ回転台３と、そのまわりに配設された２θ回転台４と、θ回転台３及び２θ回転台４を試料軸線ω１を中心として回転駆動する回転駆動装置６とを有する。θ回転台３とＸ線発生装置１との間には入射側スリットユニット７が設けられ、そのユニット７の内部に発散制限スリット８が格納される。
【００３２】
回転駆動装置６は、θ回転台３を試料軸線ω１を中心として所定の角速度で連続的又は間欠的に回転、すなわちθ回転させる。また、回転駆動装置６は、試料軸線ω１を中心としてθ回転の２倍の角速度でそれと同じ方向へ２θ回転台４を回転、すなわち２θ回転させる。
【００３３】
２θ回転台４の外周部分の適所には２θアーム９が固定され、その２θアーム９の上に出射側スリットユニット１１及びモノクロメータユニット１２が設けられる。２θアーム９は、２θ回転台４が２θ回転するときにそれと一体になって２θ回転する。これらのユニットは、２θアーム９上に設けたガイドレール１３によって位置決めされた状態で、ボルトその他の締結具によって２θアーム９に固定される。
【００３４】
出射側スリットユニット１１の内部には、θ回転台３に近い側から順に散乱線規制スリット１４及び受光スリット１６が格納される。モノクロメータユニット１２は、モノクロメータ１７を支持するモノクロメータ支持台１８と、検出器アーム１９と、それらを駆動する駆動装置２２とを有する。モノクロメータ１７は、例えばグラファイトによって形成される。
【００３５】
モノクロメータ支持台１８は、モノクロメータ１７の表面を通ると共にＸ線光軸Ｌに直交するモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動できる。この回転移動方向は、２θアーム９の２θ回転方向に対して直角方向となる。検出器アーム１９は、Ｘ線カウンタ２１を支持すると共に、モノクロメータ支持台１８から独立してモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動できる。この検出器アーム１９の回転従ってＸ線カウンタ２１の回転移動方向も、２θアーム９の２θ回転方向に対して直角方向となる。
【００３６】
図２は、図１の矢印Ｄに従ってモノクロメータ１７の近傍を見た状態を示している。駆動装置２２は、モノクロメータ支持台１８従ってモノクロメータ１７を、図２に示すように、モノクロメータ軸線ω２を中心として希望する任意の角度で回転移動、すなわちθM 回転移動させる。また、駆動装置２２は、そのθM 回転移動に連動して検出器アーム１９従ってＸ線カウンタ２１をモノクロメータ軸線ω２を中心としてθM 回転移動の２倍の角度でそれと同じ方向へ回転移動、すなわち２θM 回転移動させる。これらのθM 回転移動及び２θM 回転移動は、Ｘ線光軸Ｌに対するモノクロメータ１７の角度を、希望する波長の回折Ｘ線を取り出すことができる適宜の回折角度に設定するために行われるものである。
【００３７】
以下、上記構成から成るＸ線装置について、その動作を説明する。
試料Ｓに対してＸ線測定、本実施形態ではＸ線回折測定を行うのに先立って、図１においてＸ線光軸Ｌの調節を行う。具体的には、Ｘ線焦点Ｆ、発散制限スリット８、試料Ｓ、散乱線規制スリット１４、受光スリット１６、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１の各Ｘ線光学要素をＸ線光軸Ｌの上に載るように位置調節する。
【００３８】
次いで、図２において、駆動装置２２を作動してモノクロメータ１７のＸ線入射角度θM を希望する所定の特性Ｘ線、例えばＫα線を取り出せる角度に一致するように調節する。このとき、Ｘ線カウンタ２１はそれに連動して回転移動して、θM の２倍の角度である２θM に角度設定される。
【００３９】
その後、回転駆動装置６を作動してθ回転台３従って試料Ｓをθ回転させ、同時に、２θ回転台４従って検出器アーム９をθ回転の２倍の角速度で２θ回転させる。検出器アーム９の２θ回転により、Ｘ線カウンタ２１及びモノクロメータ１７が試料軸線ω１を中心として２θ回転する。
【００４０】
試料Ｓがθ回転し、Ｘ線カウンタ２１が２θ回転する間、Ｘ線焦点Ｆから放射されたＸ線が発散制限スリット８によって横方向の発散を制限された状態で試料Ｓに照射される。このＸ線と試料Ｓの結晶格子面との間でブラッグの回折条件が満足されると、その試料ＳでＸ線が回折し、その回折Ｘ線は散乱線規制スリット１４及び受光スリット１６を通過してモノクロメータ１７へ到達する。
【００４１】
モノクロメータ１７は所定波長のＸ線だけを回折するようにＸ線入射角度θMが決められているので、回折Ｘ線はモノクロメータ１７によって単色化された後にＸ線カウンタ２１に取り込まれてカウントされる。このときにカウントされるＸ線はモノクロメータ１７によって単色化されたＸ線であるので、得られる測定値は分解能が高くて信頼性の高いものである。以上により、個々の回折角度２θにおける回折Ｘ線の強度が測定され、周知の回折Ｘ線図形が得られる。
【００４２】
本実施形態のＸ線装置では、図１においてモノクロメータ軸線ω２を水平面内でＸ線光軸Ｌに対して直交するように設定し、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１をそのモノクロメータ軸線ω２を中心として回転移動させるようにした。その結果、図４に関連して説明したアンブレラ効果の影響を抑制することができ、この面からも分解能の高いＸ線測定結果を得ることできる。
【００４３】
また、Ｘ線の縦方向の発散を制限するための縦発散制限スリット、例えばソーラスリットをＸ線光軸Ｌ上に設ける必要がなくなるので、Ｘ線の減衰を抑えてＸ線カウンタ２１に強度の強いＸ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００４４】
さらに、Ｘ線カウンタ２１を測定のための測角方向である２θ方向に対して直角方向に２θM 回転移動するようにしたので、試料の後方位置にモノクロメータを配設する構造のＸ線装置であっても２θ方向の測角範囲を大きく取ることができる。
【００４５】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１の実施形態では、試料Ｓのθ回転及びＸ線カウンタ２１の２θ回転が水平面内で行われ、モノクロメータ１７のθM 回転及びＸ線カウンタ２１の２θM 回転が水平面に直交する垂直面内で行われた。しかしながらこれに代えて、試料Ｓ及びＸ線カウンタ２１のθ−２θ回転を垂直面内で行い、モノクロメータ１７及びＸ線カウンタ２１のθM 回転移動及び２θM 回転移動を水平面内で行うことができる。
【００４６】
また、モノクロメータ１７は、グラファイトに限られず、ゲルマニウム等の単結晶によって形成することもできる。但し、強度の強い回折Ｘ線を得るためにはグラファイトを用いることが望ましい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線装置及びＸ線測定方法によれば、単色化のためのＸ線検出器の２θＭ方向への回転移動を測角方向である２θ方向に対して直角方向に設定したので、Ｘ線検出器によって測定されるＸ線強度値にアンブレラ効果の影響が現れることを抑制でき、よって、分解能の高い測定結果を得られるようになった。
【００４８】
また、アンブレラ効果を抑制するためにソーラスリット等といった縦発散制限スリットを設ける必要がなくなるので、Ｘ線検出器に強度の強い回折Ｘ線を取り込むことができ、また、Ｓ／Ｎ比も向上する。
【００４９】
また、単色化のためにＸ線検出器を測角方向である２θ方向に対して直角方向へ２θM 回転移動させるようにしたので、Ｘ線検出器の２θM 回転移動が２θ方向の測角範囲と重なり合うことが無くなり、よって、試料に関する測角範囲を大きく取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ線装置の要部を示す図である。
【図３】従来のＸ線装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】アンブレラ効果を説明するための図である。
【図５】従来のＸ線装置の他の一例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線発生装置
２ ゴニオメータ
３ θ回転台
４ ２θ回転台
６ 回転駆動装置
８ 発散制限スリット
９ ２θアーム
１２ モノクロメータユニット
１６ 受光スリット
１７ モノクロメータ
１９ 検出器アーム
２１ Ｘ線カウンタ（Ｘ線検出器）
２２ 駆動装置
Ｆ Ｘ線焦点
Ｓ 試料
ω１ 試料軸線
ω２ モノクロメータ軸線
Ｌ Ｘ線光軸
Claims (4)
- Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上に配設されたモノクロメータを有し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらそのＸ線検出器によってＸ線を検出するようにしたＸ線装置において、
前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器は前記２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動できることを特徴とするＸ線装置。 - 請求項１において、前記モノクロメータは、Ｘ線光軸を通るモノクロメータ軸線を中心として前記２θ回転方向に対して直角方向へθＭ回転移動でき、
前記Ｘ線検出器は、前記モノクロメータ軸線を中心として前記θＭ回転の２倍の角度でそれと同じ方向へ２θＭ回転移動できる
ことを特徴とするＸ線装置。 - 請求項１又は請求項２において、前記モノクロメータはグラファイトによって形成されることを特徴とするＸ線装置。
- Ｘ線焦点、試料及びＸ線検出器を通るＸ線光軸上にモノクロメータを配設し、前記Ｘ線検出器及び前記モノクロメータを試料を中心として２θ回転させながらＸ線検出器によってＸ線を検出するＸ線測定方法において、
前記モノクロメータ及び前記Ｘ線検出器のＸ線光軸に対する角度を調節するとき、そのモノクロメータ及びそのＸ線検出器を前記Ｘ線測定のための２θ回転方向に対して直角方向へ回転移動させる
ことを特徴とするＸ線測定方法。
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