JP6383018B2 - Ｘ線回折測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物によって生じるＸ線の回折を検出することで前記被測定物の性状を測定するＸ線回折測定方法及び装置に関する。

従来から、被測定物に向けてＸ線を照射して回折パターン（以下、単に「パターン」ともいう）を検出することで当該被測定物の性状を測定するＸ線回折測定方法が知られている。例えば、測定の効率化を図るため、二次元スリット及び二次元検出器を組み合わせて用いる手法が種々提案されている。

特許文献１では、遮蔽板に曲線型スリットが形成されてなるスリット板を備えるＸ線回折測定装置が提案されている。このスリット板を基準軸まわりに回転させることで、二次元検出器の配置を固定したままで回折角の走査を行うことができる。

特開２０１５−１３２５２７号公報

しかしながら、特許文献１で提案される装置では、スリット板を回転させる回転機構が必要となるため、装置サイズの大型化及び製造コストの高騰が生じてしまう。

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、一回的なＸ線検出動作により被測定物を効果的に測定可能なＸ線回折測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線回折測定方法は、入射光軸及び出射光軸が交わる交差位置にある被測定物によって生じるＸ線の回折を検出することで前記被測定物の性状を測定する方法であって、直線状のスリットが形成された遮蔽板、及び、前記スリットを通過したＸ線を検出領域内で検出可能な二次元検出器を前記出射光軸の上に配置する配置工程と、前記二次元検出器により検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記被測定物の回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出する算出工程とを備え、前記配置工程では、前記スリットが、前記入射光軸及び前記出射光軸の両方に直交する直交方向に対して、少なくとも前記出射光軸の軸回り方向に傾くように前記遮蔽板を配置する。

このように、入射光軸及び出射光軸の両方に直交する直交方向に対して、少なくとも出射方向の軸回り方向にスリットを傾けることで、写像の一意性を確保するようにＸ線の通過が制限される。つまり、検出領域内の二次元位置から回折位置及び回折角が一意に定まり、検出された二次元Ｘ線像に基づいて回折位置に応じた回折プロファイルを算出可能となる。これにより、一回的なＸ線検出動作により被測定物を効果的に測定することができる。

また、前記算出工程では、前記交差位置、前記スリット及び前記検出領域に関する幾何学的情報を用いて、前記被測定物の回折位置に対応する１つ又は複数の前記回折プロファイルを算出してもよい。スリットが直線状であるため、比較的平易な幾何学的演算を用いて、各々の回折位置に対応する回折プロファイルを算出することができる。

また、前記被測定物は、多結晶性であって無秩序配向の材料を含み、１０μｍ以上の厚さを有する物体であり、前記物体の厚さ方向が前記入射光軸に対して平行になる向きに配置されてもよい。これにより、一回的なＸ線検出動作によって、厚さ方向の各々の位置における性状を同時に測定することができる。

また、前記被測定物は、多結晶性であって無秩序配向の材料を含む層状体を積層した物体であり、前記層状体の積層方向が前記入射光軸に対して平行になる向きに配置されてもよい。これにより、一回的なＸ線検出動作によって、各々の層状体の性状を同時に測定することができる。

また、前記二次元検出器は、光子計数型検出器であり、前記算出工程では、前記被測定物、前記遮蔽板及び前記二次元検出器が固定された状態にて前記二次元検出器により逐次検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記回折プロファイルの時系列を算出してもよい。これにより、被測定物の性状を時系列的に測定可能となり、いわゆる動態解析を行うことができる。

また、前記遮蔽板は、前記出射光軸に対して回動可能に設けられてもよい。これにより、被測定物の種類に応じて、スリットの傾斜方向を測定に適した向きに変更することができる。

本発明に係るＸ線回折測定装置は、入射光軸及び出射光軸が交わる交差位置にある被測定物によって生じるＸ線の回折を検出することで前記被測定物の性状を測定する装置であって、直線状のスリットが形成された遮蔽板と、前記スリットを通過したＸ線を検出領域内で検出可能な二次元検出器と、前記二次元検出器により検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記被測定物の回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出するプロファイル算出部とを備え、前記遮蔽板及び前記二次元検出器はそれぞれ、前記出射光軸の上に配置されており、前記遮蔽板は、前記スリットが、前記入射光軸及び前記出射光軸の両方に直交する直交方向に対して、少なくとも前記出射光軸の軸回り方向に傾くように配置されている。

本発明に係るＸ線回折測定方法及び装置によれば、一回的なＸ線検出動作により被測定物を効果的に測定することができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置の構成図である。 単層セルの正極板におけるＸ線の回折像を示す図である。 図３Ａは、リチウムイオン電池の構造を模擬した被測定物の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの被測定物におけるＸ線の回折像を示す図である。 図１に示すＸ線回折測定装置の動作説明に供されるフローチャートである。 図５Ａは、相対的位置関係を特定する幾何学的情報に関する説明図である。図５Ｂは、スリットの形状を特定する幾何学的情報に関する説明図である。 図６Ａは、検出工程（図４のステップＳ５）にて検出された二次元Ｘ線像を示す図である。図６Ｂは、フィルタリング工程（図４のステップＳ６）で用いるフィルタ画像を模式的に示す図である。図６Ｃは、図６Ａの二次元Ｘ線像に対して、図６Ｂのフィルタ画像を作用した結果を示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、算出工程（図４のステップＳ７）における回折プロファイルの算出方法に関する説明図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、層状体の位置毎の回折プロファイルを示す図である。

以下、本発明に係るＸ線回折測定方法について、Ｘ線回折測定装置との関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［Ｘ線回折測定装置１０の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置１０の構成図である。Ｘ線回折測定装置１０は、被測定物Ｍによって生じるＸ線の回折を検出することで被測定物Ｍの性状を測定する装置である。この実施形態では、透過型Ｘ線回折法を行うための装置構成を示しているが、反射型Ｘ線回折法に適用できる装置構成を採用してもよい。

Ｘ線回折測定装置１０は、Ｘ線発生器１２、入射側遮蔽機構１４、出射側遮蔽機構１６、二次元検出器１８及び制御装置２０を含んで構成される。

Ｘ線発生器１２は、熱電子型、電界放出型又はショットキー型の電子銃を備えており、Ｘ線を外部に向けて放射する装置である。或いは、Ｘ線発生器１２は、シンクロトロン、蓄積リング、ライナック、マイクロトロンを含む各種加速器に設けられる挿入光源（具体的には、アンデュレータ又はウィグラー）であってもよい。

入射側遮蔽機構１４は、Ｘ線発生器１２からのＸ線の通過を制限する遮蔽機構であり、Ｘ線遮蔽板、Ｘ線反射鏡、Ｘ線コリメータ、Ｘ線導管又はこれらの組み合わせから構成される。本図の例では、入射側遮蔽機構１４は、ピンホール２２を有するピンホール遮蔽板である。

出射側遮蔽機構１６は、被測定物Ｍにより回折したＸ線の通過を制限する遮蔽機構である。出射側遮蔽機構１６は、直線状のスリット２４を有する遮蔽板２６と、遮蔽板２６を駆動可能な駆動部２８と、を備える。具体的には、駆動部２８は、制御装置２０からの制御信号に従って、遮蔽板２６を所定の軸を中心に回動させる。

二次元検出器１８は、スリット２４を通過したＸ線を検出することで、二次元Ｘ線像７０（図６Ａ）を取得する装置であり、積算型検出器であっても光子計数型検出器であってもよい。光子計数型検出器として、例えば、シンチレーション検出器、半導体検出器（ＳＳＤ；Solid State Detector）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ；Avalanche Photodiode）、ＰＩＬＡＴＵＳ（Pixel Apparatus for the SLS）が挙げられる。

ところで、Ｘ線発生器１２、ピンホール２２及び被測定物Ｍを１本の直線で結んだ代表的な光束のことを「入射光軸３０」という。また、被測定物Ｍ、スリット２４及び二次元検出器１８を１本の直線で結んだ代表的な光束のことを「出射光軸３２」という。出射光軸３２は、１つの交差位置３４にて入射光軸３０と交差する。つまり、被測定物Ｍを交差位置３４に配置することで、交差位置３４及びその近傍位置を含む部位（以下、測定部位３６）におけるＸ線の回折が検出される。

本図に示すｘｙｚ座標系は、入射光軸３０の方向を「ｙ軸」、入射光軸３０及び出射光軸３２を包含する平面を「ｙｚ平面」と定義する直交座標系である。この場合、入射光軸３０及び出射光軸３２はいずれも「ｘ軸」（以下、「直交方向Ａ」ともいう）と直交する。ここで、遮蔽板２６は、直交方向Ａに対してスリット２４が傾くように配置されている点に留意する。以下、スリット２４の長さ方向を「傾斜方向Ｂ」という場合がある。

本図の例では、二次元検出器１８及び遮蔽板２６は、Ｘ線の検出面とスリット２４の形成面が平行となる位置関係下に配置されている。すなわち、遮蔽板２６は、上記した平行関係を保ちながら、出射光軸３２を中心に軸回り方向Ｃに回動可能である。

制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含んで構成され、Ｘ線回折測定装置１０の各部（例えば、Ｘ線発生器１２、二次元検出器１８及び駆動部２８）を制御するコンピュータである。制御装置２０は、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することで、同期制御部４０、情報取得部４２、プロファイル算出部４４、及び性状測定部４６として機能する。

［測定上の問題点］
図２は、単層セルの正極板におけるＸ線の回折像を示す図である。本図は、仮に遮蔽板２６（図１）を取り外した状態下で、被測定物Ｍに対してＸ線を照射した場合の検出結果を模式的に示す。以下、説明の便宜上、遮蔽板２６の有無にかかわらず、二次元検出器１８において光学的なボケが同程度に発生することを想定する。

矩形で示す領域は、二次元検出器１８（図１）上の検出領域Ｒに相当する。この検出領域Ｒ内において、検出したＸ線強度が小さい位置を白色で示すと共に、検出したＸ線強度が大きい位置を黒色で示す。また、検出領域Ｒにおける短辺方向をＰ軸、長辺方向をＱ軸とそれぞれ定義する。なお、Ｐ軸方向は、上記した直交方向Ａに一致する点に留意する。

この正極活物質は、相互に近い回折角（概ね、２５度＜２θ＜３０度）にて４つのピークを有する材料から構成される。この場合、検出領域Ｒ内において、デバイ−シェラー環（以下、「デバイリング」という）の部分像が、直交方向Ａに沿って延びる円弧状のパターン５１〜５４として同時に且つ識別可能に検出される。

図１に示す位置関係から理解されるように、回折角が小さいパターン５１ほど、検出領域Ｒ内のＱ座標が小さくなる。反対に、回折角が大きいパターン５４ほど、検出領域Ｒ内のＱ座標が大きくなる。

図３Ａは、リチウムイオン電池の構造を模擬した被測定物Ｍの斜視図である。被測定物Ｍは、図２で説明した正極板に相当する３つの層状体６０ａ、６０ｂ、６０ｃと、これらの層状体６０ａ〜６０ｃを両側方から固定する２枚の固定板６２、６２から構成される。

図３Ｂは、図３Ａの被測定物ＭにおけるＸ線の回折像を示す図である。本図は、図２の場合と同様に、遮蔽板２６（図１）を取り外した状態下で、被測定物Ｍに対してＸ線を照射した場合の検出結果を模式的に示す。

本図から理解されるように、検出領域Ｒ内において、層状体６０ａ〜６０ｃにおけるパターン５１〜５４（図２）が、Ｑ軸方向に沿って平行移動して重なり合った、線状パターン群６４として同時に検出される。ところが、最も手前側の層状体６０ａにおけるパターン５３と、最も奥側の層状体６０ｃにおけるパターン５２が重なって検出される。つまり、線状パターン群６４は、太線で示す重なり部６６を１本のパターンとみなすと、実質的には１１本のパターンからなる。

このように、現象論的に言えば、被測定物Ｍの形状又は配置によって、複数本のパターン５１〜５４のうちの一部が重なってしまう場合、個々のパターン５１〜５４を分離して識別するのが難しいという問題がある。以下、この現象論的な問題について幾何学的な観点から説明する。

被測定物Ｍに対してＸ線を照射した場合、回折Ｘ線は、被測定物Ｍにおける回折位置及び回折角の組み合わせに応じて、幾何学的に定められた検出領域Ｒ内の二次元位置に到達する。つまり、この回折現象を幾何学的な写像問題と捉えることができる。例えば、写像の一意性が成り立つ測定系では、Ｘ線の検出結果に基づいて、回折位置及び回折角の組み合わせが一意に特定される。

ところが、被測定物Ｍの回折位置（具体的には、ｙ座標）に着目した場合、検出領域Ｒ内の直交方向Ａに関して写像の一意性が成り立たない。これにより、図３Ｂに示すような、パターン５１〜５４が部分的に重複する現象が生じる。以上、理解を容易にするために不連続体（離散体）を用いて説明したが、有意な厚さの連続体を用いても同様の現象が起こり得る。

一般的には、この種の被測定物Ｍの測定を行う場合、共焦点光学系を用いて特定の回折位置（特定のｙ座標）におけるＸ線のみを検出する手法が用いられる。この場合、回折位置毎の測定を行うために、「被測定物Ｍの相対移動」及び「Ｘ線の照射」を順次繰り返す必要がある。

つまり、回折位置のプロット数が多ければその分だけ、測定に要する時間が長くなるという問題が生じる。同様に、この問題は、回折角毎の測定を行う場合にも当てはまる。そこで、一回的なＸ線検出動作により被測定物Ｍを効果的に測定可能なＸ線回折測定方法を提案する。

［Ｘ線回折測定装置１０の動作］
続いて、本実施形態に係るＸ線回折測定装置１０の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

図４のステップＳ１において、作業者は、測定しようとする被測定物Ｍを準備し、この被測定物Ｍを所定の位置（交差位置３４）に配置する。この被測定物Ｍは、Ｘ線の回折現象を発生させる物体、すなわち、多結晶性であって無秩序配向の材料からなる物体、又はこの材料を含む物体である。

例えば、被測定物Ｍが有意な厚さ（具体的には、１０μｍ以上）を有する物体である場合、この厚さ方向が入射光軸３０（ｙ軸）に対して平行になる向きに配置される。また、被測定物Ｍが層状体６０ａ〜６０ｃ（図３Ａ参照）を積層した物体である場合、この積層方向が入射光軸３０（ｙ軸）に対して平行になる向きに配置される。

ステップＳ２において、作業者は、Ｘ線回折測定装置１０における測定光学系の配置（位置調整）を行う。これにより、入射光軸３０及び出射光軸３２は、交差位置３４にて所定の交差角度２θで交わるように調整される。被測定物Ｍの材料構成は作業者にとって既知であるので、Ｘ線の回折を検出し易い交差角度２θに設定する点に留意する。

なお、遮蔽板２６は、出射光軸３２に対して回動可能に設けられてもよい。これにより、被測定物Ｍの種類に応じて、スリット２４の傾斜方向Ｂを測定に適した向きに変更することができる。

ステップＳ３において、情報取得部４２は、ステップＳ２で配置された光学測定系に関する幾何学的情報を取得する。ここでは、情報取得部４２は、交差位置３４、スリット２４及び検出領域Ｒの間の位置関係を特定するための幾何学的情報を取得する。

図５Ａに示すように、相対的位置関係を特定する幾何学的情報として、具体的には、［１］交差位置３４から二次元検出器１８までの距離Ｌ、［２］交差位置３４から遮蔽板２６までの距離Ｒｓｓ、［３］入射光軸３０と出射光軸３２のなす交差角度２θ、［４］出射光軸３２上の位置６７に対応する座標（Ｐ，Ｑ）、［５］二次元検出器１８がなす面の法線と、出射光軸３２のなす角（本図例では０度）、［６］遮蔽板２６がなす面の法線と、出射光軸３２のなす角（本図例では０度）が挙げられる。

図５Ｂに示すように、スリット２４の形状を特定する幾何学的情報として、具体的には、［１］スリット２４の傾斜角φ（＞０）、［２］スリット２４の長さＳｌ、［３］スリット２４の幅Ｓｗ、［４］スリット中心６８と出射光軸３２の位置ずれ量（本図例では、位置ずれ量は０）、が挙げられる。

なお、情報取得部４２は、幾何学的情報の他、被測定物Ｍの形状又は配置に関する情報を取得してもよい。この情報として、具体的には、［１］被測定物Ｍと交差位置３４の相対位置、［２］被測定物Ｍの厚さ（ｙ軸方向）が挙げられる。

ステップＳ４において、Ｘ線発生器１２は、同期制御部４０が行う同期制御に従ってＸ線を照射する。これにより、Ｘ線は、入射光軸３０に沿って、入射側遮蔽機構１４のピンホール２２を通過し、被測定物Ｍの測定部位３６に到達する。Ｘ線は、被測定物Ｍの回折位置（内部又は表面上の位置）にて回折した後、出射光軸３２に沿って遮蔽板２６のスリット２４を通過し、二次元検出器１８に到達する。

ステップＳ５において、二次元検出器１８は、同期制御部４０が行う同期制御に従ってスリット２４を通過したＸ線を検出領域Ｒ内で検出し、得られた検出信号を制御装置２０に向けて出力する。これにより、制御装置２０は、測定部位３６による回折状態を示す二次元Ｘ線像７０を取得する。なお、図６Ａに示す二次元Ｘ線像７０は、図３Ａの被測定物ＭにおけるＸ線の回折像に相当する。

ステップＳ６において、プロファイル算出部４４は、ステップＳ５で取得された二次元Ｘ線像７０に対して、回折位置（ｙ座標）の範囲を制限するフィルタリング処理を行う。具体的には、プロファイル算出部４４は、二次元Ｘ線像７０に対して２値のフィルタ画像７２を作用することで処理済みＸ線像７４を得る。

図６Ｂに示すように、フィルタ画像７２は、二次元Ｘ線像７０と同じ形状の画像領域を有する。この画像領域は、互いに平行な２本の境界線７３ｐ、７３ｍにより３つのサブ領域に区画されている。境界線７３ｐ、７３ｍを斜辺とする直角三角形状のサブ領域はそれぞれ、フィルタ係数Ｆ＝０である領域を示す。境界線７３ｐ、７３ｍに囲まれた平行四辺形状のサブ領域は、フィルタ係数Ｆ＝１である領域を示す。

ところで、各々の境界線７３ｐ、７３ｍは、二次元位置の座標（Ｐ、Ｑ）を用いて、次の（１）式で表現される直線である。

境界線７３ｐは、回折角が交差角度２θ、回折位置が上限値（ｙ＝ｙｏ）である場合にスリット２４の上側エッジを通過する、Ｘ線の検出位置の集合を示す直線である。境界線７３ｍは、回折角が交差角度２θ、回折位置が下限値（ｙ＝ｙｏ）である場合にスリット２４の下側エッジを通過する、Ｘ線の検出位置の集合を示す直線である。ここで、境界線７３ｐ、７３ｍはいずれも、Ｐ軸方向（直交方向Ａ）に対して傾斜角φ（＞０）だけ傾いている。

例えば、φ＝０（つまり、ｔａｎφ＝０）を満たすとき、（１）式の右辺第１項は０となり、右辺第２項（Ｐの値に依存しない定数項）のみが残る。つまり、右辺第２項の値が等しくなる（ｙｏ，２θ）の組み合わせが２組以上ある場合、これらの組み合わせに対応する二次元位置（Ｐ，Ｑ）がすべて一致してしまう。

一方、図１に示すようにφ＞０を満たすとき、（１）式の右辺第１項は非０となるので、ＱはＰに依存する値をとる。（ｙｏ，２θ）の組み合わせに対応するＰの値はそれぞれ異なるので、定数項が等しくなる（ｙｏ，２θ）の組み合わせが２組以上あっても二次元位置（Ｐ，Ｑ）がそれぞれ異なる点に留意する。

プロファイル算出部４４は、二次元Ｘ線像７０を構成する各画素の検出値（つまり、画素値）に対して、当該画素の位置に応じた２値のフィルタ係数Ｆを乗算することで、回折位置のフィルタリング処理を行う。例えば、図３Ａの被測定物Ｍに関して、すべての層状体６０ａ〜６０ｃを含むように回折位置（ｙ座標）の範囲が設定された場合、図６Ｃに示す処理済みＸ線像７４が得られる。

図６Ｃに示すように、処理済みＸ線像７４は、個々に識別可能である１２個の点状パターンから構成される点状パターン群７６を有する。点状パターン群７６は、層状体６０ａ〜６０ｃ（図３Ａ）におけるパターン５１〜５４（図２）が、スリット２４の傾斜方向Ｂに沿って切り出されたパターン群に相当する。

ステップＳ７において、プロファイル算出部４４は、ステップＳ６でフィルタリングされた処理済みＸ線像７４を用いて、回折位置毎の回折プロファイルを算出する。ここで、「回折プロファイル」は、被測定物Ｍの回折角（２θｏｂｓ）に対するＸ線強度を示す特性曲線を意味する。

図７Ａに示すように、プロファイル算出部４４は、上述した幾何学的情報を用いて、特定の（ｙｏ，２θｏｂｓ）に応じた回折Ｘ線の投影位置、具体的には、楕円曲線として記述したデバイリングの投影位置に相当する円錐曲線７８を算出する。そして、プロファイル算出部４４は、円錐曲線７８上にあるすべての画素に関して画素値を順次積算することで、特定の（ｙｏ，２θｏｂｓ）におけるＸ線強度を求める。

なお、処理済みＸ線像７４において、上記したフィルタリングにより、境界線７３ｐ、７３ｍの間にある画素（画素値が非０）のみ積算が有効であり、それ以外の画素（画素値が０）に関する積算は実質的に無効である。

例えば、プロファイル算出部４４は、回折位置ｙ＝ｙｏを固定した上で、回折角２θｏｂｓを任意の刻み幅で変化させながらＸ線強度を順次求めることで、回折位置（ｙ）毎の回折プロファイルを算出することができる。

図７Ｂに示すように、一次元Ｘ線像８０ａ〜８０ｃは、スリット２４の傾斜方向Ｂに沿って二次元Ｘ線像７０から抽出された、層状体６０ａ〜６０ｃの位置に相当する像である。本図に示す矢印は、回折角２θｏｂｓの増加方向を示している。なお、回折角２θｏｂｓは、傾斜方向Ｂに沿った位置に対して非線形な対応関係を有している。

図８Ａ〜図８Ｃは、層状体６０ａ〜６０ｃの位置毎の回折プロファイルを示す図である。各々のグラフは、被測定物Ｍの回折角２θｏｂｓ（単位：度）に対するＸ線強度（単位：任意）を示す。これらの図から理解されるように、ピーク強度の大小関係がそれぞれ異なるものの、同じ回折角２θｏｂｓにて４つのピークを有する回折プロファイルが得られる。

ピーク強度の大小関係が変化する理由は、［１］検出領域Ｒの面積が有限のサイズであり、回折角２θｏｂｓに応じてデバイリングの検出長さが異なるため、［２］被測定物Ｍに含まれる材料に若干の結晶配向性があるため、と考えられる。同一の回折プロファイルにおいてピーク強度の相対的大小関係を把握したい場合（具体例として、ピーク角度に関する情報を抽出する場合）には、ピーク強度の絶対値の変動を考慮しなくてもよい。

このように、プロファイル算出部４４は、交差位置３４、スリット２４及び検出領域Ｒに関する幾何学的情報を用いて、被測定物Ｍの回折位置（ｙ座標）に対応する１つ又は複数の回折プロファイルを算出する。スリット２４が直線状であるため、比較的平易な幾何学的演算を用いて、各々の回折位置に対応する回折プロファイルを算出することができる。

ここで、被測定物Ｍは、多結晶性であって無秩序配向の材料を含み、１０μｍ以上の厚さを有する物体であってもよい。図４のステップＳ２にて既に説明した適切な向きに被測定物Ｍを配置することで、一回的なＸ線検出動作によって、厚さ方向の各々の位置における性状を同時に測定することができる。

或いは、被測定物Ｍは、多結晶性であって無秩序配向の材料を含む層状体６０ａ〜６０ｃを積層した物体であってもよい。図４のステップＳ２にて既に説明した適切な向きに被測定物Ｍを配置することで、一回的なＸ線検出動作によって、各々の層状体６０ａ〜６０ｃの性状を同時に測定することができる。

ステップＳ８において、性状測定部４６は、ステップＳ７で算出された回折プロファイルを用いて被測定物Ｍの性状を測定する。この性状は、例えば、回折強度、格子面間隔、格子定数、ミラー指数、同定された物質名、物質の濃度・応力・温度、電池活物質の充放電深度であってもよい。

ステップＳ９において、制御装置２０は、測定の終了を受け付けたか否かを判定する。未だ終了を受け付けていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ４に戻って、以下、ステップＳ４〜Ｓ９を順次繰り返す。一方、測定の終了を受け付けた場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、被測定物Ｍの測定を終了する。

なお、二次元検出器１８が光子計数型検出器である場合、プロファイル算出部４４は、被測定物Ｍ、遮蔽板２６及び二次元検出器１８が固定された状態にて二次元検出器１８により逐次検出された二次元Ｘ線像７０に基づいて、回折プロファイルの時系列を算出可能である。これにより、被測定物Ｍの性状を時系列的に測定可能となり、いわゆる動態解析を行うことができる。

［この実施形態による効果］
以上のように、上記したＸ線回折測定方法は、［１］入射光軸３０及び出射光軸３２が交わる交差位置３４にある被測定物Ｍによって生じるＸ線の回折を検出することで被測定物Ｍの性状を測定する方法であって、［２］直線状のスリット２４が形成された遮蔽板２６、及び、スリット２４を通過したＸ線を検出領域Ｒ内で検出可能な二次元検出器１８を出射光軸３２の上に配置する配置工程（Ｓ２）と、［３］二次元検出器１８により検出された二次元Ｘ線像７０に基づいて、被測定物Ｍの回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出する算出工程（Ｓ７）を備え、［４］配置工程では、スリット２４が、入射光軸３０及び出射光軸３２の両方に直交する直交方向Ａに対して、少なくとも出射光軸３２の軸回り方向Ｃに傾くように遮蔽板２６を配置する。

また、上記したＸ線回折測定装置１０は、［１］入射光軸３０及び出射光軸３２が交わる交差位置３４にある被測定物Ｍによって生じるＸ線の回折を検出することで被測定物Ｍの性状を測定する装置であって、［２］直線状のスリット２４が形成された遮蔽板２６と、［３］スリット２４を通過したＸ線を検出領域Ｒ内で検出可能な二次元検出器１８と、［４］二次元検出器１８により検出された二次元Ｘ線像７０に基づいて、被測定物Ｍの回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出するプロファイル算出部４４と、を備え、［５］遮蔽板２６及び二次元検出器１８はそれぞれ、出射光軸３２の上に配置されており、［６］遮蔽板２６は、スリット２４が、入射光軸３０及び出射光軸３２の両方に直交する直交方向Ａに対して、少なくとも出射光軸３２の軸回り方向Ｃに傾くように配置されている。

このように、直交方向Ａに対して少なくとも軸回り方向Ｃにスリット２４を傾けることで、写像の一意性を確保するようにＸ線の通過が制限される。つまり、検出領域Ｒ内の二次元位置（Ｐ，Ｑ）から回折位置（ｙｏ）及び回折角（２θｏｂｓ）が一意に定まり、検出された二次元Ｘ線像７０に基づいて回折位置に応じた回折プロファイルを算出可能となる。これにより、一回的なＸ線検出動作により被測定物Ｍを効果的に測定することができる。

［補足］
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、図１の例では、傾斜方向Ｂに延びるスリット２４を有する遮蔽板２６を用いているが、この配置形態に限られない。例えば、矩形の一辺に対して平行なスリット２４を有する遮蔽板２６を、水平面（ｘｙ平面）に対して傾斜角φだけ傾けて配置してもよい。

また、図１の例では、二次元検出器１８は、遮蔽板２６とは別の位置に固定されているが、この配置形態に限られない。例えば、二次元検出器１８及び遮蔽板２６は、交差位置３４を回動中心とするアーム（不図示）に一体的に固定されてもよい。このアームを回動させることで、二次元検出器１８及び遮蔽板２６の間の相対的な位置・姿勢関係を保ちながら交差角度２θを変更することができる。

１０…Ｘ線回折測定装置 １２…Ｘ線発生器
１４…入射側遮蔽機構 １６…出射側遮蔽機構
１８…二次元検出器 ２０…制御装置
２４…スリット ２６…遮蔽板
３０…入射光軸 ３２…出射光軸
３４…交差位置 ４０…同期制御部
４２…情報取得部 ４４…プロファイル算出部
４６…性状測定部 ５１〜５４…パターン
６４…線状パターン群 ７０…二次元Ｘ線像
７２…フィルタ画像 ７３ｍ、７３ｐ‥境界線
７４…処理済みＸ線像 ７６…点状パターン群
７８…円錐曲線 ８０ａ／ｂ／ｃ…一次元Ｘ線像
Ａ…直交方向 Ｂ…傾斜方向
Ｃ…軸回り方向 Ｍ…被測定物
Ｒ…検出領域

Claims (7)

1. 入射光軸及び出射光軸が交わる交差位置にある被測定物によって生じるＸ線の回折を検出することで前記被測定物の性状を測定するＸ線回折測定方法であって、
   直線状のスリットが形成された遮蔽板、及び、前記スリットを通過したＸ線を検出領域内で検出可能な二次元検出器を前記出射光軸の上に配置する配置工程と、
   前記二次元検出器により検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記被測定物の回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出する算出工程と
   を備え、
   前記配置工程では、前記スリットが、前記入射光軸及び前記出射光軸の両方に直交する直交方向に対して、少なくとも前記出射光軸の軸回り方向に傾くように前記遮蔽板を配置することを特徴とするＸ線回折測定方法。
2. 請求項１に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記算出工程では、前記交差位置、前記スリット及び前記検出領域に関する幾何学的情報を用いて、前記被測定物の回折位置に対応する１つ又は複数の前記回折プロファイルを算出することを特徴とするＸ線回折測定方法。
3. 請求項２に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記被測定物は、多結晶性であって無秩序配向の材料を含み、１０μｍ以上の厚さを有する物体であり、前記物体の厚さ方向が前記入射光軸に対して平行になる向きに配置されることを特徴とするＸ線回折測定方法。
4. 請求項２に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記被測定物は、多結晶性であって無秩序配向の材料を含む層状体を積層した物体であり、前記層状体の積層方向が前記入射光軸に対して平行になる向きに配置されることを特徴とするＸ線回折測定方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記二次元検出器は、光子計数型検出器であり、
   前記算出工程では、前記被測定物、前記遮蔽板及び前記二次元検出器が固定された状態にて前記二次元検出器により逐次検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記回折プロファイルの時系列を算出する
   ことを特徴とするＸ線回折測定方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記遮蔽板は、前記出射光軸に対して回動可能に設けられることを特徴とするＸ線回折測定方法。
7. 入射光軸及び出射光軸が交わる交差位置にある被測定物によって生じるＸ線の回折を検出することで前記被測定物の性状を測定するＸ線回折測定装置であって、
   直線状のスリットが形成された遮蔽板と、
   前記スリットを通過したＸ線を検出領域内で検出可能な二次元検出器と、
   前記二次元検出器により検出された二次元Ｘ線像に基づいて、前記被測定物の回折角に対するＸ線強度を示す回折プロファイルを算出するプロファイル算出部と
   を備え、
   前記遮蔽板及び前記二次元検出器はそれぞれ、前記出射光軸の上に配置されており、
   前記遮蔽板は、前記スリットが、前記入射光軸及び前記出射光軸の両方に直交する直交方向に対して、少なくとも前記出射光軸の軸回り方向に傾くように配置されている
   ことを特徴とするＸ線回折測定装置。

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