JP3742200B2 - X-ray, neutron or electron diffraction method - Google Patents
X-ray, neutron or electron diffraction method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3742200B2 JP3742200B2 JP18416397A JP18416397A JP3742200B2 JP 3742200 B2 JP3742200 B2 JP 3742200B2 JP 18416397 A JP18416397 A JP 18416397A JP 18416397 A JP18416397 A JP 18416397A JP 3742200 B2 JP3742200 B2 JP 3742200B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- subject
- neutron
- diffraction
- electron beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種材料、デバイス等の被検体を非破壊かつ非接触で検査するX線、中性子線又は電子線回折方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、各種材料、デバイス等の被検体を非破壊、非接触で検査する装置として、X線回折を利用したものが広く使用されている。この種の検出器としては、半導体検出器、シンチレーション検出器、比例計数管、フィルム等が従来から使用されており、最近ではイメージングプレート(揮尽性蛍光体シート)、位置敏感型比例計数管検出器やアレイ型半導体検出器が開発されてきている。
【0003】
これらの各種検出器の中でも、イメージングプレートは、極めて高感度で、ダイナミックレンジが広く(X線強度が5桁変化しても出力が比例する)、高精細な2次元検出器であるという利点を持つ。また、イメージングプレートはその画像データを光読み出し装置により、2次元のデジタルデータに変換できるので、以後のデータ処理が容易であるという利点もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のイメージングプレートはエネルギー分解能を有していない。即ち、イメージングプレートを用いて回折X線画像を形成させた場合、該イメージングプレートの各ピクセルの画像データは被検体を全走査角度にわたって走査している間に、様々なエネルギーの光子の集まりとして観測される。このようにして得た回折データを単純に合計したものとして得られるだけである。このため、検査対象の構成元素によって著しく増大する蛍光や、空気、その他の装置部材からの散乱X線あるいは非弾性散乱などに起因するノイズを、回折X線から分離することができず、その結果、S/N比が悪く、著しく検出性能が低下するといった問題があった。具体例としては、基板上に超電導体薄膜を支持させた被検体を解析する場合、本来必要である薄膜の情報のみでなく、基板からの蛍光や回折の情報も一緒に検出されてしまい、十分な検出性能ではなかった。
【0005】
本発明は、イメージングプレートを用いた従来の回折装置の問題点を解決するためになされたもので、蛍光や散乱X線の発生量が大きい被検体であっても非破壊、非接触で、かつS/N比よく解析することができる技術を提供することをその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前記目的を達成するため、被検体の解析を行うためのX線、中性子線又は電子線回折方法であって、
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたX線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記X線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記X線、中性子線又は電子線のビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備えたことを特徴とするX線、中性子線又は電子線回折方法が提供される。
【0007】
本発明のX線、中性子線又は電子線回折方法の好ましい実施態様を示すと以下の通りである。
(1)当該被検体の回転は、0度〜180度の角度にわたって一定の回転速度で行われる。
(2)当該所定角度幅は10度以下に設置される。
(3)当該出力データの演算処理が、当該被検体の所定角度幅ごとの出力データの差分処理である。
(4)当該出力データの演算処理が、単結晶回折ピーク情報を除去することを含む、当該被検体の所定角度幅ごとの出力データの積分処理である。
(5)当該被検体が単結晶である。
(6)当該被検体がアモルファス又は多結晶である。
【0008】
また、本発明によれば、被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向に向いたX線、中性子線又は電子線のビームを照射して、その回折線を検出することにより、前記被検体の解析を行うX線、中性子線又は電子線回折装置であって、
前記X線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記X線、中性子線又は電子線のビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる回転手段と、
前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させるためのイメージングプレートと、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得るデータ検出手段と、
前記データ検出手段から前記被検体の所定角度幅の回転ごとに得られた出力データを演算処理して所要の解析情報を得る演算処理手段とを備えたことを特徴とするX線、中性子線又は電子線回折装置が提供される。
【0009】
本発明によるX線、中性子線又は電子線回折装置の好ましい実施態様を示すと以下の通りである。
(1)前記被検体と前記イメージングプレートとの間に、複数の薄板を一定角度ごとに前記被検体のX線、中性子線又は電子線照射領域を中心として放射状に配置した構造を有するスリットが、前記被検体のX線、中性子線又は電子線照射領域を中心として回転可能に設置される。
【0010】
以下、本発明について詳述する。
本発明の回折方法においては、被検体にX線、中性子線又は電子線を照射して解析を行う。
【0011】
本発明において、被検体としては球状、柱状等の各種形状のバルク、薄膜、粉末等のものを使用することができ、回折方法も被検体に応じた従来公知の各種回折法を利用することができる。
本発明が適用される好ましい被検体としては、基板上に支持された薄膜があり、当該薄膜は単結晶薄膜、アモルファス薄膜、多結晶薄膜のいずれであってもよい。
【0012】
本発明では、被検体を回転させながら被検体の所定領域に一定の入射角でX線、中性子線又は電子線を照射し、回折線を得るが、この場合の被検体を回転させるための条件は次の通りである。
(i)X線、中性子線又は電子線が照射される被検体の所定領域を実質的に変化させない。
(ii)X線、中性子線又は電子線のビーム軸と被検体の所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させない。
ここで被検体が薄膜の場合は、所定領域の接平面は薄膜の表面と一致するが、被検体が湾曲形状である場合は、接平面はその湾曲面の曲率半径に垂直でかつ当該湾曲面に接する平面となる。
【0013】
被検体は通常0〜180度の角度範囲にわたって回転させることが好ましく、この場合、回転は連続回転でもよいし、所定角度幅ごとの画像形成に対応した一定角度幅ごとの回転でもよい。回転速度は一定であることが好ましい。
被検体の回転には、X線回折等で常用される従来公知の回転手段を用いることができる。
【0014】
本発明では、回折線の検出器としてイメージングプレートを用いるが、ここでこのイメージングプレートについて説明する。
イメージングプレートは、基板上に輝尽性蛍光体(BaFBr:Eu2+など)の微結晶が一様に塗布されたものから構成される。このイメージングプレートに例えばX線、中性子線又は電子線が入射すると、蛍光体中にFセンターと呼ばれる準安定な色中心が生成される。このFセンターは可視光の照射により消滅するが、同時に輝尽性蛍光を発光する。そしてその発光強度は入射したX線、中性子線又は電子線の強度に比例する。イメージングプレートはこのような現象を利用して構成された2次元の積分型X線、中性子線又は電子線検出器である。読み取り後の残像はさらに可視光を照射することにより完全に消去され、繰り返し使用することが可能である。
イメージングプレート上に照射された回折像はFセンターの濃度分布として蓄積され、潜像を形成する。この潜像の読み取りのための励起光源としては例えばHe−Neレーザー(発振波長:633nm)が有効であり、また輝尽性発光のスペクトルは390nm付近にピークをもつため光電子増倍管が効果的に利用できる。即ち、回折像が形成されたイメージングプレート上を、収束したレーザービームにより2次元走査し、その時発光する輝尽性発光のスペクトルの強度を光電子増倍管により測定し、そのアナログデータをデジタルデータに変換して、コンピュータにより2次元データに再構成する。
【0015】
このイメージングプレートは、0.1cpsの検出感度、105以上のダイナミックレンジ、80μm角の空間分解能をそれぞれ有するなど優れた性能を有している。ところが、前述したようにこのイメージングプレートはエネルギー分解能をもたないため、例えばX線回折の場合、蛍光X線や散乱X線などを大きく発生する被検体に対しては、これらノイズと回折X線とを分離することができず、S/N比が小さく、検出性能は低いものであった。
そこで、本発明では、従来のように全回転角度にわたる被検体からの回折線の像をイメージングプレートに形成させるのではなく、被検体の所定角度幅の回転ごとに、被検体からの回折線の像を、イメージングプレート上に形成させる手法を採用する。前記所定角度の好ましい値は、10度以下であり、例えば0度〜5度、5度〜10度、10度〜15度のように幅をもたせた角度範囲で回折を行う。
【0016】
イメージングプレートに所定角度幅の回転ごとに形成された回折線の像は、例えば前記のようなレーザービームを用いた画像読取、光電子増倍管による信号検出により、被検体からの所定角度幅の回転ごとの出力データ(各2次元ピクセルにおける回折強度)を得る。
【0017】
本発明では、被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データに演算処理を施し、所要の情報を得るが、代表的な演算処理としては次のものを挙げることができる。
(i)被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを差分処理(微分処理を含む)する。これにより、S/N比の大きい回折パターンデータが得られる。
(ii)被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データの積分処理する。この積分処理において単結晶に起因する回折パターンデータの除去(平滑化処理)を含ませることにより、例えば多結晶あるいはアモルファス試料からのデータのみが得られる。
【0018】
本発明においては、被検体とイメージングプレートとの間に回転式スリットを配置させることができる。この回転式スリットは、複数枚の薄板を被検体のX線、中性子線又は電子線照射領域を中心に放射状に一定角度ごとに配置した構造を有し、これを被検体のX線、中性子線又は電子線照射領域を中心に回転可能に配置するものである。薄板の材質としてはX線では、鉄、ステンレス鋼を使用できる。該スリットを回転させるのは、該スリットによりX線、中性子線又は電子線が照射されない部分をなくすためである。
この回転式スリットの設置により、蛍光X線や散乱X線の影響をより少なくすることができ、本発明の前記手法とあいまって、S/N比をより高めることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、ここに例示の実施形態ではX線回折の場合について説明するが、当然中性子線回折及び電子線回折にも適用できることはいうまでもない。
図1は本発明の実施形態であるX線ワイセンベルグカメラを用いたX線回折装置の概略構成を示す外観斜視図である。
図1において、1はX線発生装置、2は分光器、3はX線ビーム、4は試料回転機構、5は試料、6は図示しないX線ワイセンベルグカメラに装着されるイメージングプレート、7は回転式スリット、8はイメージングプレート6に形成された回折X線像を読み取るための画像処理装置、9はデータ処理装置、10は記憶装置である。ここで試料5としてはSrTiO3基板上に成長させたBaCuO2薄膜を用いた。また、X線発生装置1のX線発生源としてはMoKαを用いた。
【0020】
X線発生装置1から放射されるX線は、分光器2により平行性がよく波長幅の小さなX線ビーム3となる。このX線ビーム3は試料5の表面に対して一定の入射角(α=6度)で照射させ、その回折線の像をイメージングプレート6に形成させた。ここで試料回転機構4はX線ビーム3が照射される試料5の照射領域を実質的に変化させないように、かつX線ビーム3のビーム軸と試料4の表面のなす角度を実質的に変化させないように、試料5を回転できるように調節した。また、試料5は薄膜の面内方向にX線照射領域を中心に5度の角度幅ごとに2度/分の回転速度で回転させながら180度にわたってX線照射を行った。
試料5とイメージングプレート6との間には、ステンレス鋼製の薄板を5度ごとに30枚、試料5のX線照射領域を中心として放射状となるように配置した回転式スリット7を設置し、該回転式スリット7を5度/秒の回転速度で往復回転させ、散乱X線や蛍光X線の影響を低減させた。
上記所定角度幅の回転中のX線回折像がイメージングプレート6上に形成されると、もう一つ用意しておいた別のイメージングプレート6を交換配置し、X線回折像が得られたイメージングプレート6は画像処理装置8によりレーザービームによる前記手法を用い、イメージングプレート6を多数個のピクセルに分割した場合の各ピクセルごとのカウント値を求め、2次元回折データを得た。この作業を繰り返し行った。この2次元回折データはデータ処理装置9に送り、図2に示す演算処理を行った。
【0021】
ここでデータ処理装置9による演算処理について説明する。
結晶を回転させながらイメージングプレート6で形成した像(写真)Ph(φ)(ステップ200)に対し、微分処理{(ΔPh(φ)=Ph(φn)−Ph(φm)}を行う(ステップ201)と、蛍光X線や空気等による散乱X線などのバックグラウンドノイズが除去され(ステップ203)、回折X線のみを検出することができる(ステップ204)。
一方、結晶を回転させながらイメージングプレート6で形成した像(写真)Ph(φ)(ステップ200)に対し、積分処理を行う(ステップ202)。即ち、角度φnとφmの像(写真)Ph(φn)とPh(φm)を比較する。像(写真)中のピクセル(p,q)の強度をI(p,q)とすると、|In(p,q)−Im(p,q)|>εのときには周囲のピクセルデータを用いて平滑化を行い、|In(p,q)−Im(p,q)|<εのときにはデータは変えない。この処理をすべての像(写真)につき積算(全空間(180度にわたる)の情報を積算・平均化)すると、強度の大きい単結晶からの回折X線が除去され(ステップ205)、多結晶・アモルファス試料からのX線のみを検出することができる(ステップ206)。
【0022】
前記X線回折装置によれば、試料5は一定の速度で回転運動をするので、0〜180度回転すればすべてのX線回折点でのX線強度が得られる。図3に従来方式によるワイセンベルグ写真(X線回折パターン写真)とそのX線強度分布結果を示し、図4に本発明の実施形態により得られたワイセンベルグ写真(X線回折パターン写真)の模式図とそのX線強度分布結果を示す。
前記図3及び図4において、それぞれ(a)図は(b)図のワイセンベルグ写真中に示すA−A’線上のそのX線強度分布結果を示す。(b)図中のワイセンベルグ写真の模式図中の黒い斑点部分XPはX線回折スポットであり、より黒い点ほどX線強度が大きいことを示す。また、模様状の黒い点は(a)図中のX線強度のピークに相当する。
【0023】
図3及び図4を比較すると、本発明の実施形態の装置を用いた場合、従来のものに比べ、明らかに、蛍光・散乱によるバックグラウンドノイズが消え、薄膜からのX線回折点のみが抽出され、S/N比が改善されていることが分かる。図4の場合、図3の場合に比べS/N比は3桁以上改善されていた。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成を採用したので、イメージングプレートが有していた欠点を解消し、イメージングプレートを用いたX線、中性子線又は電子線回折をS/N比よく行うことができる。
また、本発明は各種材料、デバイスやそれらより構成される製品等を非接触、非破壊で検査することに好適に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるX線ワイセンベルグカメラを用いたX線回折装置の概略構成を示す外観斜視図である。
【図2】本発明の実施形態における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図3】X線源としてMoKαを用いた場合におけるワイセンベルグ写真(X線回折パターン写真)の模式図とそのX線強度分布を示す図である(従来例)。
【図4】X線源としてMoKαを用いた場合におけるワイセンベルグ写真(X線回折パターン写真)の模式図とそのX線強度分布を示す図である(本発明実施形態)。
【符号の説明】
1 X線発生装置
2 分光器
3 X線ビーム
4 試料回転機構
5 試料
6 イメージングプレート
7 回転式スリット
8 画像処理装置
9 データ処理装置
10 記憶装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray, neutron beam or electron beam diffraction method and apparatus for non-destructive and non-contact inspection of an object such as various materials and devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, apparatuses using X-ray diffraction have been widely used as apparatuses for non-destructive and non-contact inspection of specimens such as various materials and devices. As this type of detector, semiconductor detectors, scintillation detectors, proportional counters, films, etc. have been used in the past. Recently, imaging plates (volatile phosphor sheets), position sensitive proportional counter detection And array type semiconductor detectors have been developed.
[0003]
Among these various detectors, the imaging plate has the advantage of being a high-definition two-dimensional detector with extremely high sensitivity, a wide dynamic range (the output is proportional even if the X-ray intensity changes by 5 digits). Have. Further, the imaging plate can convert the image data into two-dimensional digital data by an optical readout device, and therefore has an advantage that subsequent data processing is easy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the imaging plate does not have energy resolution. That is, when a diffracted X-ray image is formed using an imaging plate, the image data of each pixel on the imaging plate is observed as a collection of photons of various energies while scanning the subject over the entire scanning angle. Is done. The diffraction data obtained in this way can only be obtained as a simple summation. For this reason, it is impossible to separate from the diffraction X-rays the fluorescence caused by the constituent elements to be inspected and the noise caused by air, scattered X-rays from other apparatus members, inelastic scattering, etc. There is a problem that the S / N ratio is poor and the detection performance is remarkably lowered. As a specific example, when analyzing a specimen with a superconducting thin film supported on a substrate, not only information on the thin film originally necessary, but also information on fluorescence and diffraction from the substrate are detected together. It was not a good detection performance.
[0005]
The present invention has been made to solve the problems of the conventional diffraction apparatus using an imaging plate, and is non-destructive, non-contact even for a subject having a large generation amount of fluorescence and scattered X-rays, and The object is to provide a technique capable of analyzing with a high S / N ratio.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above object, an X-ray, neutron beam or electron beam diffraction method for analyzing a subject,
Irradiating a predetermined region of the subject with a beam of X-ray, neutron beam or electron beam with a beam axis directed in a certain direction to obtain a diffraction line;
The predetermined region irradiated with the X-ray, neutron beam, or electron beam is not substantially changed, and the beam axis of the X-ray, neutron beam, or electron beam is formed between the tangent plane of the predetermined region. Rotating the subject so as not to substantially change the angle;
Using an imaging plate, forming a diffraction line image from the subject for each rotation of the subject at a predetermined angular width;
Reading out data of an image formed on the imaging plate and obtaining output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width;
There is provided an X-ray, neutron beam, or electron beam diffraction method characterized by comprising a process of calculating the output data to obtain required analysis information.
[0007]
A preferred embodiment of the X-ray, neutron beam or electron beam diffraction method of the present invention is as follows.
(1) The subject is rotated at a constant rotational speed over an angle of 0 to 180 degrees.
(2) The predetermined angular width is set to 10 degrees or less.
(3) The calculation process of the output data is a difference process of the output data for each predetermined angle width of the subject.
(4) The calculation process of the output data is an integration process of the output data for each predetermined angle width of the subject, including removing single crystal diffraction peak information.
(5) The subject is a single crystal.
(6) The subject is amorphous or polycrystalline.
[0008]
Further, according to the present invention, a predetermined region of the subject is irradiated with an X-ray, neutron beam, or electron beam having a beam axis directed in a certain direction, and the diffraction line is detected, thereby the subject. An X-ray, neutron or electron beam diffractometer for analyzing
The predetermined region irradiated with the X-ray, neutron beam, or electron beam is not substantially changed, and the beam axis of the X-ray, neutron beam, or electron beam is formed between the tangent plane of the predetermined region. Rotating means for rotating the subject so as not to substantially change the angle;
An imaging plate for forming an image of a diffraction line from the subject for each rotation of the subject at a predetermined angular width;
Data detection means for reading out data of an image formed on the imaging plate and obtaining output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width;
An X-ray, neutron beam, or the like, comprising: an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on output data obtained from the data detection unit for each rotation of the subject with a predetermined angular width to obtain required analysis information An electron beam diffractometer is provided.
[0009]
A preferred embodiment of the X-ray, neutron beam or electron beam diffraction apparatus according to the present invention is as follows.
(1) A slit having a structure in which a plurality of thin plates are radially arranged around the X-ray, neutron beam, or electron beam irradiation region of the subject at a certain angle between the subject and the imaging plate, The X-ray, neutron beam, or electron beam irradiation region of the subject is installed to be rotatable.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the diffraction method of the present invention, analysis is performed by irradiating the subject with X-rays, neutron beams or electron beams.
[0011]
In the present invention, it is possible to use various shapes such as a spherical shape, a columnar shape, a bulk, a thin film, a powder, and the like as the specimen, and the diffraction method can be any of various conventionally known diffraction methods according to the specimen. it can.
A preferable subject to which the present invention is applied is a thin film supported on a substrate, and the thin film may be any of a single crystal thin film, an amorphous thin film, and a polycrystalline thin film.
[0012]
In the present invention, while rotating the subject, a predetermined region of the subject is irradiated with an X-ray, a neutron beam or an electron beam at a constant incident angle to obtain a diffraction line. In this case, the conditions for rotating the subject Is as follows.
(I) The predetermined region of the subject irradiated with X-rays, neutron beams, or electron beams is not substantially changed.
(Ii) The angle formed between the beam axis of the X-ray, neutron beam or electron beam and the tangent plane of the predetermined region of the subject is not substantially changed.
Here, when the subject is a thin film, the tangent plane of the predetermined region coincides with the surface of the thin film, but when the subject has a curved shape, the tangential plane is perpendicular to the radius of curvature of the curved surface and the curved surface. It becomes a plane in contact with
[0013]
Usually, the subject is preferably rotated over an angle range of 0 to 180 degrees. In this case, the rotation may be continuous rotation, or may be rotation at a certain angular width corresponding to image formation for each predetermined angular width. The rotational speed is preferably constant.
For rotation of the subject, a conventionally known rotating means that is commonly used in X-ray diffraction or the like can be used.
[0014]
In the present invention, an imaging plate is used as a detector for diffraction lines. Here, the imaging plate will be described.
The imaging plate is composed of a substrate in which fine crystals of a photostimulable phosphor (BaFBr: Eu 2 + or the like) are uniformly applied. For example, when an X-ray, a neutron beam, or an electron beam is incident on the imaging plate, a metastable color center called an F center is generated in the phosphor. This F center disappears by irradiation with visible light, but simultaneously emits stimulable fluorescence. The emission intensity is proportional to the intensity of the incident X-ray, neutron beam or electron beam. The imaging plate is a two-dimensional integral X-ray, neutron beam, or electron beam detector constructed using such a phenomenon. The afterimage after reading is further erased by irradiating visible light, and can be used repeatedly.
The diffraction image irradiated on the imaging plate is accumulated as a density distribution of the F center, and forms a latent image. For example, a He-Ne laser (oscillation wavelength: 633 nm) is effective as an excitation light source for reading this latent image, and the photomultiplier tube is effective because the spectrum of the stimulable emission has a peak near 390 nm. Available to: That is, the imaging plate on which the diffraction image is formed is scanned two-dimensionally with a converged laser beam, the intensity of the stimulable emission spectrum emitted at that time is measured with a photomultiplier tube, and the analog data is converted into digital data. The data is converted and reconstructed into two-dimensional data by a computer.
[0015]
This imaging plate has excellent performance such as a detection sensitivity of 0.1 cps, a dynamic range of 10 5 or more, and a spatial resolution of 80 μm square. However, as described above, since this imaging plate does not have energy resolution, for example, in the case of X-ray diffraction, for an object that generates a large amount of fluorescent X-rays, scattered X-rays, etc., these noise and diffraction X-rays Cannot be separated, the S / N ratio is small, and the detection performance is low.
Therefore, in the present invention, instead of forming an image of diffraction lines from the subject over the entire rotation angle on the imaging plate as in the past, the diffraction lines from the subject are rotated every rotation of the predetermined angular width of the subject. A method of forming an image on an imaging plate is adopted. A preferable value of the predetermined angle is 10 degrees or less, and for example, diffraction is performed in an angle range having a width such as 0 degrees to 5 degrees, 5 degrees to 10 degrees, and 10 degrees to 15 degrees.
[0016]
The image of the diffraction line formed on the imaging plate for each rotation of a predetermined angular width is rotated by a predetermined angular width from the subject by, for example, image reading using a laser beam as described above and signal detection by a photomultiplier tube. Output data (diffraction intensity in each two-dimensional pixel) is obtained.
[0017]
In the present invention, calculation processing is performed on output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width to obtain necessary information, and typical processing includes the following.
(I) Differential processing (including differentiation processing) is performed on output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width. Thereby, diffraction pattern data having a large S / N ratio can be obtained.
(Ii) Integration processing of output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width. By including removal (smoothing process) of diffraction pattern data caused by a single crystal in this integration process, for example, only data from a polycrystalline or amorphous sample can be obtained.
[0018]
In the present invention, a rotary slit can be disposed between the subject and the imaging plate. This rotary slit has a structure in which a plurality of thin plates are radially arranged at a certain angle centered on an X-ray, neutron beam, or electron beam irradiation region of a subject, and these are arranged on the subject's X-ray, neutron beam. Or it arrange | positions rotatably around an electron beam irradiation area | region. As the material of the thin plate, iron or stainless steel can be used for X-ray. The reason why the slit is rotated is to eliminate a portion where the X-ray, neutron beam or electron beam is not irradiated by the slit.
By installing this rotary slit, it is possible to reduce the influence of fluorescent X-rays and scattered X-rays, and in combination with the method of the present invention, it becomes possible to further increase the S / N ratio.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the illustrated embodiment, the case of X-ray diffraction will be described. Needless to say, the present invention can also be applied to neutron diffraction and electron diffraction.
FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of an X-ray diffraction apparatus using an X-ray Weissenberg camera according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is an X-ray generator, 2 is a spectrometer, 3 is an X-ray beam, 4 is a sample rotating mechanism, 5 is a sample, 6 is an imaging plate mounted on an X-ray Weissenberg camera (not shown), and 7 is rotated. 8 is an image processing device for reading a diffracted X-ray image formed on the imaging plate 6, 9 is a data processing device, and 10 is a storage device. Here, as the sample 5, a BaCuO 2 thin film grown on a SrTiO 3 substrate was used. Further, MoKα was used as the X-ray generation source of the X-ray generator 1.
[0020]
X-rays radiated from the X-ray generator 1 become an X-ray beam 3 having good parallelism and a small wavelength width by the spectrometer 2. The X-ray beam 3 was irradiated to the surface of the sample 5 at a constant incident angle (α = 6 degrees), and an image of the diffraction line was formed on the imaging plate 6. Here, the sample rotation mechanism 4 substantially changes the angle formed by the beam axis of the X-ray beam 3 and the surface of the sample 4 so as not to substantially change the irradiation region of the sample 5 irradiated with the X-ray beam 3. The sample 5 was adjusted so that it could be rotated. Sample 5 was irradiated with X-rays over 180 degrees while rotating at a rotational speed of 2 degrees / minute for each angular width of 5 degrees around the X-ray irradiation area in the in-plane direction of the thin film.
Between the sample 5 and the imaging plate 6, 30 thin stainless steel plates are installed every 5 degrees, and a
When the rotating X-ray diffraction image having the predetermined angular width is formed on the imaging plate 6, another prepared imaging plate 6 is exchanged to obtain an X-ray diffraction image. The plate 6 used the above-described method using a laser beam by the
[0021]
Here, calculation processing by the data processing device 9 will be described.
Differential processing {(ΔPh (φ) = Ph (φn) −Ph (φm)} is performed on the image (photograph) Ph (φ) (step 200) formed on the imaging plate 6 while rotating the crystal (step 201). ), Background noise such as fluorescent X-rays and scattered X-rays caused by air or the like is removed (step 203), and only diffracted X-rays can be detected (step 204).
On the other hand, integration processing is performed on the image (photograph) Ph (φ) (step 200) formed on the imaging plate 6 while rotating the crystal (step 202). That is, the images (photographs) Ph (φn) and Ph (φm) at angles φn and φm are compared. Assuming that the intensity of the pixel (p, q) in the image (photograph) is I (p, q), when | In (p, q) −Im (p, q) |> ε, the surrounding pixel data is used. Smoothing is performed, and when | In (p, q) −Im (p, q) | <ε, the data is not changed. When this processing is integrated for all images (photographs) (information of all spaces (over 180 degrees) is integrated and averaged), the diffracted X-rays from the single crystal with high intensity are removed (step 205), and the polycrystalline Only X-rays from the amorphous sample can be detected (step 206).
[0022]
According to the X-ray diffractometer, since the sample 5 rotates at a constant speed, X-ray intensities at all X-ray diffraction points can be obtained by rotating 0 to 180 degrees. FIG. 3 shows a conventional Weissenberg photograph (X-ray diffraction pattern photograph) and an X-ray intensity distribution result, and FIG. 4 is a schematic diagram of the Weissenberg photograph (X-ray diffraction pattern photograph) obtained by the embodiment of the present invention. The X-ray intensity distribution result is shown.
3 and 4, (a) and (b) show the X-ray intensity distribution results on the AA ′ line shown in the Weissenberg photograph of FIG. (B) The black spot portion XP in the schematic diagram of the Weissenberg photograph in the figure is an X-ray diffraction spot, and the black spot indicates that the X-ray intensity is higher. A black dot in the pattern corresponds to the peak of the X-ray intensity in FIG.
[0023]
3 and 4, when the apparatus according to the embodiment of the present invention is used, the background noise due to fluorescence / scattering clearly disappears and only the X-ray diffraction points from the thin film are extracted as compared with the conventional apparatus. It can be seen that the S / N ratio is improved. In the case of FIG. 4, the S / N ratio is improved by three orders of magnitude or more compared to the case of FIG.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the above-described configuration is adopted, the drawbacks of the imaging plate can be eliminated, and X-ray, neutron beam, or electron beam diffraction using the imaging plate can be performed with a high S / N ratio.
In addition, the present invention can be suitably applied to non-contact and non-destructive inspection of various materials, devices, products composed of these, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing a schematic configuration of an X-ray diffraction apparatus using an X-ray Weissenberg camera according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a calculation processing procedure in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a Weissenberg photograph (X-ray diffraction pattern photograph) and an X-ray intensity distribution when MoKα is used as an X-ray source (conventional example).
FIG. 4 is a schematic diagram of a Weissenberg photograph (X-ray diffraction pattern photograph) and an X-ray intensity distribution when MoKα is used as an X-ray source (embodiment of the present invention).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray generator 2 Spectrometer 3 X-ray beam 4 Sample rotation mechanism 5 Sample 6
Claims (2)
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたX線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記X線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記X線、中性子線又は電子線のビームのビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備え、前記被検体の回転が、0度〜180度の角度にわたって一定の回転速度で行われることを特徴とするX線、中性子線又は電子線回折方法。An X-ray, neutron or electron beam diffraction method for analyzing an object,
Irradiating a predetermined region of the subject with a beam of X-ray, neutron beam or electron beam with a beam axis directed in a certain direction to obtain a diffraction line;
A beam axis of the X-ray, neutron beam or electron beam and a tangential plane of the predetermined region so as not to substantially change the predetermined region irradiated with the X-ray, neutron beam or electron beam. Rotating the subject so as not to substantially change the angle formed by:
Using an imaging plate, forming a diffraction line image from the subject for each rotation of the subject at a predetermined angular width;
Reading out data of an image formed on the imaging plate and obtaining output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width;
X-rays and neutrons characterized in that the output data is processed to obtain required analysis information, and the subject is rotated at a constant rotation speed over an angle of 0 to 180 degrees. X-ray or electron diffraction method.
回折線を得るために、前記被検体の所定領域に、ビーム軸が一定方向を向いたX線、中性子線又は電子線のビームを照射する過程と、
前記X線、中性子線又は電子線のビームが照射される前記所定領域を実質的に変化させないように、かつ前記X線、中性子線又は電子線のビームのビーム軸と前記所定領域の接平面とのなす角度を実質的に変化させないように、前記被検体を回転させる過程と、
イメージングプレートを用い、前記被検体の所定角度幅の回転ごとに前記被検体からの回折線の像を形成させる過程と、
前記イメージングプレートに形成された像のデータを読み出し、前記被検体の所定角度幅の回転ごとの出力データを得る過程と、
前記出力データを演算処理して所要の解析情報を得る過程とを備え、前記被検体は単結晶であることを特徴とするX線、中性子線又は電子線回折方法。An X-ray, neutron or electron beam diffraction method for analyzing an object,
Irradiating a predetermined region of the subject with a beam of X-ray, neutron beam or electron beam with a beam axis directed in a certain direction to obtain a diffraction line;
A beam axis of the X-ray, neutron beam or electron beam and a tangential plane of the predetermined region so as not to substantially change the predetermined region irradiated with the X-ray, neutron beam or electron beam. Rotating the subject so as not to substantially change the angle formed by:
Using an imaging plate, forming a diffraction line image from the subject for each rotation of the subject at a predetermined angular width;
Reading out data of an image formed on the imaging plate and obtaining output data for each rotation of the subject with a predetermined angular width;
An X-ray, neutron beam, or electron beam diffraction method , comprising: a step of calculating the output data to obtain required analysis information; and the subject is a single crystal .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18416397A JP3742200B2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | X-ray, neutron or electron diffraction method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18416397A JP3742200B2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | X-ray, neutron or electron diffraction method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1130597A JPH1130597A (en) | 1999-02-02 |
JP3742200B2 true JP3742200B2 (en) | 2006-02-01 |
Family
ID=16148474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18416397A Expired - Fee Related JP3742200B2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | X-ray, neutron or electron diffraction method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3742200B2 (en) |
-
1997
- 1997-07-09 JP JP18416397A patent/JP3742200B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1130597A (en) | 1999-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Flynn et al. | Experimental comparison of noise and resolution for and storage phosphor radiography systems | |
US4302671A (en) | Radiation image read-out device | |
US5033073A (en) | System for radiograhically inspecting a relatively stationary object and related method | |
US4833698A (en) | Apparatus for three dimensional tomography utilizing an electro-optic x-ray detector | |
JP2008501463A (en) | Coherent scattering computed tomography apparatus and method | |
Ito et al. | X-ray energy dependence and uniformity of an imaging plate detector | |
EP1672361B1 (en) | X-ray diffraction microscope and x-ray diffraction measurement method using x-ray diffraction microscope | |
US5936255A (en) | X-ray, neutron or electron diffraction method using an imaging plate and apparatus therefor | |
Bortel et al. | Measurement of synchrotron-radiation-excited Kossel patterns | |
US5003570A (en) | Powder diffraction method and apparatus | |
US4837436A (en) | Storage phosphor read-out method | |
JP3742200B2 (en) | X-ray, neutron or electron diffraction method | |
Materna et al. | Uranium-sensitive tomography with synchrotron radiation | |
Kopecky et al. | Recording of x-ray holograms on a position-sensitive detector | |
Ryon et al. | X-ray imaging: Status and trends | |
JP2002250704A (en) | X-ray measuring instrument and x-ray measuring method | |
Hofmann et al. | Performance of a prototype detector system for thermal neutrons based on laser stimulated luminescence | |
JP3458538B2 (en) | X-ray fluorescence analyzer | |
JP3626965B2 (en) | X-ray apparatus and X-ray measurement method | |
Grant et al. | X-ray diffraction tomography at the Australian National Beamline Facility | |
Mori et al. | The imaging plate and its applications | |
Kudo et al. | Performance of an imaging plate as an x‐ray area detector used for plane‐wave x‐ray diffraction topography | |
JPH0212043A (en) | Method for continuously radiographing x-ray diffraction image | |
Mori et al. | The imaging plate and its applications | |
JP3380921B2 (en) | How to measure strain in crystals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050809 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051007 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051108 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |