(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生手段から発生した特性Ｘ線を試料に照射し、前記試料で回折した特性Ｘ線をＸ線検出手段によって検出する波長分別型Ｘ線回折装置であって、
前記Ｘ線発生手段は原子番号が異なる複数の金属によって構成され、それぞれの金属から互いに波長が異なる複数の特性Ｘ線を発生し、
前記Ｘ線検出手段は、
前記試料で回折した複数の波長の特性Ｘ線を受光して、それぞれの特性Ｘ線の波長に対応した信号を出力する複数のピクセルで構成され、
前記ピクセルのそれぞれの出力信号を特性Ｘ線の波長ごとに分別して出力する分別手段
を有することを特徴とする波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項２】
前記分別手段は前記ピクセルのそれぞれの出力信号を特性Ｘ線の波長ごとに分別して測定ごとに同時に出力することを特徴とする請求項１記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項３】
前記分別手段によって波長毎に分別された信号の個数を計数するカウンタを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出手段が検出した回折線の位置と、前記分別手段が検出した回折線の波長毎の計数値とに基づいて、回折線の波長と、回折角度と、強度との関係値を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項３記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項５】
所望の複数の波長以外の領域の波長成分を除去するための閾値を設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項６】
前記Ｘ線発生手段は、
電子が走査する方向に沿って異なる種類の複数の金属が交互に配置されて成るロータターゲットを有するか、
電子が走査する方向に沿って異なる種類の複数の金属のそれぞれが連続して配置され、それらの金属は電子が走査する方向と直角方向に互いに隣接して配置されて成るロータターゲットを有するか、
第１の波長のＸ線を発生する第１Ｘ線発生部と、第１の波長とは異なった第２の波長のＸ線を発生する第２Ｘ線発生部とを有し、第１Ｘ線発生部と第２Ｘ線発生部とは互いに異なった位置に配設され同じ試料にＸ線を照射することができるそれぞれの位置に配設されているか、
異種金属を混合して成る合金によってターゲットの表面を形成するか、又は
微小な異種金属を固定ターゲットの表面に混在させる、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項７】
前記Ｘ線検出手段は、
複数のピクセルを２次元的に並べて成り、異なる波長の複数種類の回折線を検出できる受光面積を有した２次元ピクセルアレイ検出器であるか、又は
複数のピクセルを１次元的に並べて成り、異なる波長の複数種類の回折線を検出できる受光長さを有した１次元ピクセルアレイ検出器である、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項８】
前記試料は、重原子を含む低分子試料であり、前記異なる波長のＸ線はＣｕ線とＭｏ線とであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項９】
前記試料は、光学活性を有する分子であり、前記異なる波長のＸ線はＣｕ線とＭｏ線とであり、Ｃｕ線でフラックパラメータを求め、Ｍｏ線で前記分子の絶対構造の精密化を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項１０】
前記試料はタンパク質物質であり、前記異なる波長のＸ線はＣｕ線、Ｃｏ線、Ｃｒ線であり、ＭＡＤ法に基づいて結晶構造因子の位相を求めることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項１１】
前記試料はタンパク質物質であり、前記異なる波長のＸ線はＣｒ線とＣｕ線とであり、Ｃｒ線を用いてＳＡＤ法に基づいて結晶構造因子の位相を決定し、Ｃｕ線を用いて回折線強度の測定を精密に行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【請求項１２】
前記試料は粉末試料であり、前記異なる波長のＸ線はＣｕ線とＭｏ線とであり、Ｃｕ線によって得られた回折プロファイルに基づいて格子定数を決定し、Ｍｏ線によって得られた回折プロファイルに基づいて結晶構造の精密化を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の波長分別型Ｘ線回折装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なっている複数のＸ線を含むＸ線から波長毎にＸ線を分別して個々の波長のＸ線を用いてＸ線測定を行う機能を有している波長分別型Ｘ線回折装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線回折装置において、１つの測定対象物質を波長が異なった複数の特性Ｘ線を用いて測定したい場合がある。例えば、Ｘ線の波数ベクトルが大きな動径範囲を必要とする解析（例えば動径分布解析法）や、天然型タンパク質の構造解析において用いられるＭＡＤ法（多波長異常散乱法）等において、波長が異なった複数のＸ線を用いたい場合がある。
【０００３】
従来、Ｘ線回折装置において波長が異なった複数のＸ線を用いる場合に、Ｘ線管球を取り換えるという手法がある。このようにＸ線管球を取り換える作業は、通常、作業者が手作業で行っている。そのため、取り換えのために長い時間がかかり、且つ、取り換え後のＸ線の出射光路の調整が難しい。
【０００４】
特に、対陰極すなわちターゲットとして回転対陰極すなわちロータターゲットを用いた管球である開放管球の場合、その開放管球を取り換えるときには、その開放管球を装着する真空室の真空を一旦解除して取り換えを行い、その後に改めて真空状態の設定作業を行わなければならない。この場合、真空室内をＸ線が発生可能な真空度にするまでには、非常に長い時間を必要とする。
【０００５】
また、開放管球は重量が大きいので、交換作業中にその開放管球を落下させてしまうおそれがあったり、その開放管球を装置本体へ接触させてしまったりするおそれがある。また、Ｘ線管球の冷却水が取り換え作業中に真空室内に垂れるおそれもある。
【０００６】
さらに、Ｘ線管球を交換した場合には、多くの場合、機械的な取り付け精度の関係でＸ線発生源の位置が微妙にずれるので、Ｘ線回折装置内でゴニオメータによって支持されている測定光学系の調整が再度、必要となる。
以上のように、Ｘ線管球を交換する作業は多大な労力と長い時間を必要とするので、１つのＸ線発生装置において複数のＸ線源を交換することは、非常に作業効率が悪い。
【０００７】
他方、Ｘ線回折装置において波長が異なっている複数のＸ線を用いる場合に、波長の異なった複数のＸ線源ごとにＸ線発生装置を用意するという方法がある。しかしながら、１台のＸ線発生装置は高価であり、これを複数台準備することは非常に困難である。
【０００８】
さらに、測定対象である物質が結晶構造を長時間維持できない性質の物質である場合には、Ｘ線管球の交換中や、複数回の測定を行っているときに、結晶構造が変化してしまい、正確な測定データを得ることができないことがあった。
【０００９】
以上の問題を解消するために、複数種類のＸ線を同時に発生したり、あるいは、複数種類のＸ線を経時的に切り換えて発生したりすることができるＸ線発生装置が多数、提案されている。例えば、その１つとして、いわゆるストライプターゲットを用いたＸ線発生装置が知られている。一般的な回転対陰極（すなわちロータターゲット）では、Ｘ線発生部である円筒金属面上に同一種類の金属を均一に貼り付けている。これに対し、ストライプターゲットでは、熱電子がターゲットの表面を走査する方向に沿って２種類以上の異なる金属を所定幅で交互に周期的に（すなわちストライプ模様状に）貼り付けている。
【００１０】
このストライプターゲットを高速回転させると、異なる金属種類に対応した異なる波長のＸ線を一定周期で取り出すことができる。そして、測定に使用する波長のＸ線は分光結晶（すなわちモノクロメータ）を用いて選別することができる。波長を変える場合には、この分光結晶を自身の中心線を中心として回転させて、入射するＸ線に対する角度を変化させるか、分光結晶そのものを他の種類のものに変更する。
【００１１】
また、分光結晶を用いた波長分別手法に代えて、ストライプターゲットの回転と同期させて同じ金属からのＸ線のときだけの回折線データを取得する手法が知られている（例えば、特許文献１）。また、回転と同期させて回転シャッタを開閉することによりＸ線の波長を分別する手法もある（例えば、特許文献２）。
【００１２】
また、熱電子がターゲットの表面を走査する方向と直角の方向に沿って２種類以上の異なる金属をリング状すなわち環状に配置し、電子銃の電子出射角度を変化させることによりＸ線の波長を分別する手法がある（例えば、特許文献３）。また、熱電子がターゲットの表面を走査する方向と直角の方向に沿って２種類以上の異なる金属をリング状に配置し、電子銃を平行移動させることによりＸ線の波長を分別する手法がある（例えば、特許文献４）。
【００１３】
また、熱電子がターゲットの表面を走査する方向と直角の方向に沿って２種類以上の異なる金属をリング状に配置し、電子銃に対してターゲットを移動させることによりＸ線の波長を分別する手法がある（例えば、特許文献５）。また、熱電子がターゲットの表面を走査する方向と直角の方向に沿って２種類以上の異なる金属をリング状に配置し、電子銃からの電子線束の進行方向を変化させて電子が当る金属を変化させることによりＸ線の波長を分別する手法がある（例えば、特許文献６）。
【００１４】
また、２種類以上の異なる金属をリング状に配置し、個々の異種金属に対向して電子銃を配置し、異なる波長のＸ線を同時に発生させてそれらのＸ線を用いて複数種類の測定を同時に行う装置がある（特許文献７）。また、異なる波長のＸ線を発生させるためのターゲットとして、異なる金属を混合してなる合金によって形成されたターゲットが知られている（例えば、特許文献８）。
【００１５】
また、異なる波長のＸ線を発生するＸ線管球を複数設け、それらのＸ線管球が個々に適切な条件で動作するように制御する制御手段を備えたＸ線発生装置が知られている（例えば、特許文献９）。また、異なる波長のＸ線を発生するＸ線管球を複数設け、異なる角度からＸ線を試料へ入射させ、異なる波長のＸ線に起因して試料から出る複数種類の回折線を２次元Ｘ線検出器で受光するＸ線回折装置が知られている（例えば、特許文献１０）。
【００１６】
さらに、回転ターゲットの上半分領域と下半分領域とのそれぞれから互いに異なる波長のＸ線を取り出し、それらを１つの試料に照射し、その試料の上半分領域から出る回折線と下半分領域から出る回折線とを２次元ＣＣＤ検出器によって同時に検出する構成のＸ線回折装置が知られている（例えば、特許文献１１）。この装置によれば、異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に取得できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−０７３８３１号公報（第２〜４頁、図１、２）
【特許文献２】特開平５−１５２０９１号公報（第２〜３頁、図１〜４）
【特許文献３】特開平１１−３３９７０３号公報（第２〜３頁、図１〜３）
【特許文献４】特開２００７−３２３９６４号公報（第４〜８頁、図１〜３）
【特許文献５】特開平５−８９８０９号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献６】特開平５−１３５７２２号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献７】特開平６−２１５７１０号公報（第３〜４頁、図１）
【特許文献８】特開平５−３２５８５１号公報（第２〜３頁、図１、２）
【特許文献９】特開平８−９４５４７号公報（第３〜５頁、図１）
【特許文献１０】特開２００２−３９９７０号公報（第６〜７頁、図１）
【特許文献１１】特許第４０７４８７４号公報（第８〜９頁、図１〜６）
【特許文献１２】特開２０１０−３８７２２号公報（第４〜６頁、図４）
【特許文献１３】特開平８−２９９３１８号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のように、従来、複数種類の波長のＸ線を同時に又は個別に発生させて、それぞれのＸ線に基づいた回折線データを測定するようにしたＸ線回折装置は知られている。しかしながら、回折線を検出する検出器は波長を識別する能力が無かったので、回折線を波長ごと（すなわちエネルギごと）に識別して同時に検出することはできず、回折線の検出は特定のＸ線波長の線源のみを選別して１種類のＸ線波長ごとに別々に測定を行っていた。
【００１９】
この方法では、測定に寄与していない波長のＸ線は無駄に消費されていた。このため、エネルギが浪費されること、及びターゲットが早く消耗すること、等の問題があった。また、異なった波長のＸ線による測定は、別々の時間枠で行わざるを得ず、測定時間が長くかかるという問題があった。
測定時間が長くかかることにより、従来のＸ線発生装置では、結晶構造を長時間維持できない物質を測定対象とすることができなかった。
【００２０】
また、特許文献１１には、２次元ＣＣＤ検出器のような電荷積分型の半導体検出器の上半分領域と下半分領域とを区分して用いてＴＤＩ動作させて異なる波長の回折線の同時の測定を可能にした発明が開示されているが、この発明においては、上下半分の検出領域が互いに近接しており且つ各領域の面積が狭いこと、強度データの読み出し速度で測定時間が制約を受けること、実効的なダイナミックレンジに制限があり容易に飽和し易いこと等といった問題があった。
【００２１】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線回折装置において異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に取得できるようにし、これにより、エネルギの浪費を防止し、ターゲットの短期間での消耗を防止し、異なった波長のＸ線に基づく測定データを短時間に取得できるようにすることを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、異なる波長の回折線のデータを１次元検出器又は２次元検出器の受光面全域を使って取得することを可能とし、信頼性の高い回折線データを得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、Ｘ線発生手段から発生した特性Ｘ線を試料に照射し、前記試料で回折した特性Ｘ線をＸ線検出手段によって検出する波長分別型Ｘ線回折装置であって、前記Ｘ線発生手段は、原子番号が異なる数種類すなわち複数の金属によって構成され、それぞれの金属から互いに波長が異なる複数の特性Ｘ線を発生し、前記Ｘ線検出手段は、前記試料で回折した複数の波長の特性Ｘ線を受光して、それぞれの特性Ｘ線の波長に対応した信号、例えばパルス信号を出力する複数のピクセルで構成され、前記ピクセルのそれぞれに付設されており前記ピクセルの出力信号、例えば出力パルス信号を特性Ｘ線の波長ごとに分別して出力する分別手段を有することを特徴とする。
【００２４】
ところで、Ｘ線を受光したときに電気信号を出力する半導体Ｘ線検出器であって、受光したＸ線のエネルギ（すなわち、Ｘ線の波長）に応じた電気信号を出力する機能（以下、エネルギ分解能ということがある）を有する半導体Ｘ線検出器が知られている（例えば、特許文献１２）。この検出器は、波高値の下限値と上限値とによってＸ線をエネルギ量に基づいて弁別すなわち選別する機能を併せて有しており、この弁別機能により、回折線プロファイルにおけるバックグラウンド成分を除去するようにしている。
【００２５】
しかしながら、特許文献１２には、異なった波長のＸ線を試料に照射することが開示されていない。また、特許文献１２には、バックグラウンドに相当する波長成分を除去する機能を有したシリコン・ストリップ検出器が開示されているが、本発明に係るピクセルアレイ検出器、すなわち、試料に照射されたＸ線であって互いに異なる波長を有した複数のＸ線を分別する機能が複数のピクセルの個々に具備されて成る構成の検出器は開示されていない。
【００２６】
また、特許文献１３には、Ｘ線を用いた骨密度測定装置において、波長が異なった複数種類の特性Ｘ線を生体に照射し、その生体を透過したＸ線を半導体検出器によって検出し、半導体検出器の出力信号を複数種類の波高弁別回路によって波長別に弁別し、弁別された個々の波長のＸ線に関して骨密度の演算を行う、という技術が開示されている。
【００２７】
しかしながら、この文献に開示された技術は骨密度の測定の分野に関するものであり、本発明のようなＸ線回折測定の分野とは全く異なった技術分野に関するものである。つまり、特許文献１３には、試料から出る異なった波長の複数の回折線を分別することを予測させる記載が認められない。しかも、この文献には、１次元又は２次元の半導体検出器のピクセル毎に波高弁別回路を付設するという、本発明で用いるピクセルアレイ検出器に固有の特徴については触れられていない。
【００２８】
上記構成の本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置によれば、異なる波長の回折線を含む回折線ビームを、ピクセル毎に波長分別機能を持たせたピクセルアレイ検出器によって検出することにしたので、回折線ビームに異なる波長の回折線が混在していても、回折線を波長毎に分別して検出できる。そのため、異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に且つ分別して取得できる。
【００２９】
分別した波長毎の測定データを波長別にメモリに記憶し、さらに波長別の測定データに基づいて画像情報を生成して画像表示手段、例えばフラットパネルディスプレイに供給するように構成すれば、測定結果を波長別に画像表示手段に表示したり、あるいは異なる波長の測定結果を混在させた状態で画像表示手段に表示できる。
【００３０】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、前記分別手段によって波長毎に分別された信号、例えばパルス信号の個数を計数するカウンタを有することができる。このカウンタにより、個々の波長のＸ線に関して回折線強度をカウンタ値の大小によって表現できる。
【００３１】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、前記Ｘ線検出手段が検出した回折線の位置と、前記分別手段が検出した回折線の波長毎の計数値とに基づいて、回折線の波長と、回折角度と、強度との関係値を演算する演算手段を有することができる。これにより、回折角度と回折強度との関係を表す回折線図形すなわち回折線プロファイルを回折線の波長別に表すことができる。
【００３２】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置において、前記Ｘ線発生手段は、電子が走査される方向に沿って異なる種類の複数の金属が交互に配置されて成るロータターゲットを用いて構成できる。このロータターゲットは、ターゲット表面に異種金属が縞状に設けられることから、ストライプターゲットと呼ばれている。また、このターゲットはゼブラターゲットと呼ばれることもある。
また、前記Ｘ線発生手段は、電子が走査される方向に沿って異なる種類の複数の金属がそれぞれ連続して配置され、それらの金属は電子が走査される方向と直角方向に互いに隣接して配置されて成るロータターゲットを用いて構成することもできる。
また、前記Ｘ線発生手段は、第１の波長のＸ線を発生する第１Ｘ線発生部と、第１の波長とは異なった第２の波長のＸ線を発生する第２Ｘ線発生部とによって構成することもできる。第１Ｘ線発生部と第２Ｘ線発生部とは互いに異なった位置に配設され、それぞれは同じ試料にＸ線を照射することができる位置に配設される。
さらに、ロータターゲットの電子受光面（すなわちＸ線発生面）は、異種金属を混合してなる合金によって形成することもできる。
【００３３】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置において、前記Ｘ線検出手段は、複数のピクセルを２次元的に並べて成ると共に異なる波長の複数種類の回折線を検出できる受光面積を有した２次元ピクセルアレイ検出器とすることができる。また、前記Ｘ線検出器は、複数のピクセルを１次元的に並べて成り、異なる波長の複数種類の回折線を検出できる受光長さを有した１次元ピクセルアレイ検出器とすることもできる。
【００３４】
２次元ピクセルアレイ検出器は赤道面と直角方向の位置ごとの回折線情報を取得できる。１次元ピクセルアレイ検出器は赤道面と直角方向の回折線情報を積分、すなわち合算して取得する。
【００３５】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、重原子を含む低分子試料の構造解析に好適に用いることができる。重原子は、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗである。低分子は、分子量が小さい物質であり、一般には、格子長が２０Å以下の物質である。この構造解析の場合には、前記異なる波長のＸ線はＣｕＫα線（波長１．５４２Å）とＭｏＫα線（波長０．７１１Å）とすることができる。具体的には、ＣｕＫα線を用いて初期構造を決定し、ＭｏＫα線を用いて構造の精密化を行うことができる。
【００３６】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、光学活性を有する分子の絶対構造の決定に好適に用いることができる。この場合、前記異なる波長のＸ線はＣｕＫα線（波長１．５４２Å）とＭｏＫα線（波長０．７１１Å）とすることができ、ＣｕＫα線でフラックパラメータを求め、ＭｏＫα線で構造の精密化を行うことができる。
【００３７】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、タンパク質の構造解析に好適に用いることができる。この場合、前記異なる波長のＸ線はＣｕＫα線（波長１．５４２Å）、ＣｏＫα線（波長１．７８９Å）、ＣｒＫα線（波長２．２９０Å）とすることができ、公知のＭＡＤ法に基づいて結晶構造因子の位相を求めることができる。
また、異なる波長のＸ線をＣｒＫα線とＣｕＫα線とし、ＣｒＫα線を用いて公知のＳＡＤ法に基づいて結晶構造因子の位相を決定し、ＣｕＫα線を用いて回折線強度の測定を精密に行うことができる。
【００３８】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置は、粉末試料の構造解析に好適に用いることができる。この場合、前記異なる波長のＸ線はＣｕＫα線とＭｏＫα線とすることができ、ＣｕＫα線によって得られた回折プロファイルに基づいて格子定数を決定し、ＭｏＫα線によって得られた回折プロファイルに基づいて結晶構造の精密化を行うことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置によれば、異なる波長の回折線を含む回折線ビームを、ピクセル毎に波長分別機能を持たせたピクセルアレイ検出器によって検出することにしたので、回折線ビームに異なる波長の回折線が混在していても、回折線を波長毎に分別して検出できる。そのため、異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に取得できる。これにより、エネルギの浪費を防止し、ターゲットの短期間での消耗を防止し、異なった波長のＸ線に基づく測定データを短時間に取得できる。測定が短時間で完了するので、結晶構造を長時間維持できない物質に対しても問題なく測定を行うことができる。
【００４０】
また、本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置によれば、Ｘ線検出器の２次元受光面を区分けして異なる波長の回折線を区分けしたその領域ごとで受光するのではなく、異なる波長の回折線のそれぞれをＸ線検出器の受光面の全領域で受光することにしたので、異なる波長の複数の回折線のデータのそれぞれを広い範囲にわたって取得することができ、その結果、信頼性の高い回折線データを得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１の装置の主要部であるＸ線発生部の一実施形態（ポイントフォーカス）を示す斜視図であり、（ｂ）はＸ線発生部の他の実施形態（ポイントフォーカス）を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図１の装置の主要部であるＸ線発生部のさらに他の実施形態（ラインフォーカス）を示す斜視図であり、（ｂ）はＸ線発生部のさらに他の実施形態（ラインフォーカス）を示す斜視図である。
【図４】図１の装置の他の主要部である制御系の一実施形態を示すブロック図である。
【図５】図４のブロック図の主要部の内部回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図６】測定結果である回折Ｘ線像の一例を示す図である。
【図７】図６の測定データに編集を加えてＣｕのみ弁別して得られた回折Ｘ線像を示す図である。
【図８】図６の測定データに他の編集を加えてＭｏのみ弁別して得られた回折Ｘ線像を示す図である。
【図９】本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置のさらに他の実施形態を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置のさらに他の実施形態を説明するための図である。
【図１２】本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置のさらに他の実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係るＸ線分析装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００４３】
図１は、本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置の一実施形態を示している。この波長分別型Ｘ線回折装置１は、Ｘ線を発生するＸ線発生手段としてのＸ線焦点２と、試料３を支持した試料支持装置４と、試料３から出る回折Ｘ線を検出するＸ線検出器６とを有している。
【００４４】
Ｘ線焦点２は、例えば図２（ａ）に示すように、陰極であるフィラメント７から放射された電子束が対陰極であるロータターゲット８の外周表面に衝突する領域として形成されている。ロータターゲット８は、Ｘ線焦点２の領域での損傷を防止するために、図示しない駆動装置によって駆動されて、自身の中心線Ｘ０を中心として矢印Ａのように回転する。このため、電子がターゲット８の表面を走査する方向は、矢印Ｂで示すように、ターゲット８の回転方向と反対の方向である。
【００４５】
Ｘ線焦点２に電子が衝突したとき、そのＸ線焦点２からＸ線が放射される。そして、ロータターゲット８を包囲している隔壁（図示せず）に設けたＸ線窓１１からＸ線Ｒ１が外部へ取り出される。このＸ線Ｒ１が試料３（図１参照）に照射される。本実施形態では、Ｘ線Ｒ１は、Ｘ線焦点２から放射されるＸ線をＸ線焦点２の短手側から取り出したＸ線であり、その断面形状が円形又は矩形のドット状である、いわゆるポイントフォーカスのＸ線ビームである。
【００４６】
ロータターゲット８の外周面には、原子番号が互いに異なる複数種類（本実施形態では２種類）の金属である第１の金属９ａ及び第２の金属９ｂが設けられている。第１の金属９ａは、例えばＣｕ（銅）であり、第２の金属９ｂは、例えばＭｏ（モリブデン）である。金属９ａ及び９ｂのそれぞれは、フィラメント７からの電子がターゲット８の外周表面を走査する方向（矢印Ｂで示す方向）に沿って連続して、すなわちリング状又は環状に、設けられている。さらに、金属９ａ及び９ｂは、電子がターゲット８の外周表面を走査する方向と直角方向（図２（ａ）の上下方向）に互いに隣接して設けられている。
【００４７】
第１の金属９ａに電子が衝突したとき、特性線であるＣｕＫα線（波長１．５４２Å）を含むＸ線が放射される。他方、第２の金属９ｂに電子が衝突したとき、特性線であるＭｏＫα線（波長０．７１１Å）を含むＸ線が放射される。つまり、本実施形態では、ロータターゲット８から出射されるＸ線Ｒ１に、互いに違ったターゲット素材の特性Ｘ線であるＣｕＫα線及びＭｏＫα線が混在して含まれている。
【００４８】
なお、測定対象である試料の種類や、Ｘ線測定の条件に従って、ポイントフォーカスのＸ線ビームを取り出すことに替えて、図３（ａ）に示すようにラインフォーカスのＸ線ビームを取り出す場合もある。ラインフォーカスのＸ線ビームとは、Ｘ線焦点２から放射されるＸ線をＸ線焦点２の長手側から取り出したＸ線であり、その断面形状が１つの方向に長い長方形状であるようなＸ線ビームである。
【００４９】
図１に戻って、試料支持装置４は、可動部を持たない単なる支持台や、３軸ゴニオメータや、４軸ゴニオメータ等によって構成される。３軸ゴニオメータは、３つの回転軸のそれぞれの周りに回転可能な回転系を含んでいるゴニオメータ（すなわち測角器）である。４軸ゴニオメータは、４つの回転軸のそれぞれの周りに回転可能な回転系を含んでいる測角器である。いずれの構成の試料支持装置を利用するかは、試料３の特性及び測定の種類に応じて決められる。
【００５０】
試料３は分子の構造を解析したい任意の物質であり、例えば単結晶物質、タンパク質物質、創製に係る医薬品、等である。試料３の支持の仕方は、試料３の特性に応じて適宜に選定される。例えば、単結晶物質のような固体試料の場合は支持棒の先端に接着することができ、流動状試料の場合はキャピラリチューブに収納することができ、粉末試料の場合は試料ホルダの凹部又は貫通孔に詰め込むことができる。タンパク質単結晶の場合は所定の収納容器に収納することができる。図１では試料３の形状を球状に描いているが、実際には、試料の種類に応じて適宜の形状の試料が測定に供される。
【００５１】
Ｘ線検出器６は、本実施形態では、いわゆるパルス計数型ピクセルアレイ２次元検出器を用いている。このＸ線検出器６は、Ｘ線検出手段としての平面状Ｘ線検出部１３と、Ｘ線検出部１３と略同じ面積である信号処理回路板１４とを有している。平面状Ｘ線検出部１３は、複数のＸ線受光用ピクセル１２を２次元的にアレイ化することによって形成されている。図１では、分かり易くするために個々のピクセル１２を実際よりも大きく描いている。なお、複数のピクセル１２は、規則的な配列であればその形態は自由である。
【００５２】
信号処理回路板１４は、Ｘ線検出部１３の背面（すなわち、受光面の裏面）にそのＸ線検出部１３に接触又は近接して設けられている。信号処理回路板１４上には、図４に示すように、複数のＸ線受光用ピクセル１２の個々に接続された分別回路１５と、分別回路１５の個々に接続されたカウンタ部１６と、各カウンタ部１６に接続されたカウンタ読出し回路１７と、入出力インターフェース１８と、が設けられている。図４では、複数のピクセル１２が１次元的なライン状に描かれているが、実際には図１に示すマトリクス状の複数のピクセル１２の個々に分別回路１５及びカウンタ部１６が接続されている。
【００５３】
分別回路１５は、ピクセル１２のパルス信号をＸ線波長ごとに分別して出力する回路である。カウンタ部１６は、分別回路１５によって波長毎に分別された信号のそれぞれの個数を計数する回路である。カウンタ部１６は、例えば、分別回路１５によって分別された数のパルス信号と同じ数のカウンタ回路を内蔵する。なお、分別回路１５及びカウンタ部１６のブロックによる分別はデータとして取込んだ後にソフトウエアで行うことも可能である。
【００５４】
カウンタ読出し回路１７の出力信号はインターフェース１８を介して、外部のコンピュータ１９、例えば机上に設置されたパーソナルコンピュータに通信線を通して伝送される。あるいは、カウンタ読出し回路１７の出力信号を、さらに別のインターフェース回路２０を通じて読み出すことにし、このインターフェース回路２０により並べ替えや補正等といったデータ加工を行うこともできる。コンピュータ１９は周知の演算処理手段であり、例えば、演算制御手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶手段であるメモリ、メモリ内の所定領域に記憶されたシステムソフト、及びメモリ内の他の所定領域に記憶されたアプリケーションプログラムソフト、等によって構成されている。
【００５５】
コンピュータ１９の出力ポートには、液晶表示装置等といったディスプレイ２１と、静電転写印字装置等といったプリンタ２２とが接続されている。ディスプレイ２１及びプリンタ２２は、必要に応じて、コンピュータ１９からの指示に従って測定結果を、それぞれ、画面上又は紙等の上に表示する。
【００５６】
複数のピクセル１２のそれぞれは、主としてシリコン等といった半導体によって形成されており、Ｘ線を受け取ったときにそのＸ線の波長（エネルギ）に応じて生成した電荷をＸ線光子数の積算としてパルス信号を出力する。例えば、ＣｕＫα線のＸ線光子を受けたときに波高Ｖ１のピーク波形を出力し、ＭｏＫα線のＸ線光子を受けたときに波高Ｖ２のピーク波形を出力する。Ｘ線光子のエネルギはＣｕＫα＜ＭｏＫαなので、Ｖ１＜Ｖ２となる。
【００５７】
分別回路１５は、波長毎（すなわちエネルギ毎）に異なった状態（実施形態では異なった波高値）で出力される各ピクセル１２の出力信号を、波長毎に分別して出力する回路である。この分別回路１５は、例えば図５に示すように、信号増幅用のアンプ２３と、ピーク波形をカウンタに適したピーク波形に成形する波形成形回路２４と、２つのコンパレータ２６ａ，２６ｂとを有している。各コンパレータ２６ａ及び２６ｂの基準参照電圧端子には、それぞれ、電圧Ｖａ及びＶｂが印加されている。
【００５８】
Ｖ１＜Ｖａ＜Ｖ２であり、Ｖｂ＜Ｖ１である。従って、コンパレータ２６ａは、Ｖａよりも大きい波高Ｖ２の出力信号（ＭｏＫα線）を出力する。一方、コンパレータ２６ｂは、Ｖｂよりも大きい波高Ｖ１（ＣｕＫα線）及びＶ２（ＭｏＫα線）の両方を出力する。
【００５９】
図４のカウンタ部１６は、図５に示すように、コンパレータ２６ａ及び２６ｂの個々の出力端子に接続されたカウンタ２７ａ及び２７ｂを有している。各カウンタ２７ａ，２７ｂは、コンパレータ２６ａ，２６ｂの出力端子に信号が出力されるたびに、その出力信号をカウントし、所定時間内のカウント数を出力信号として出力する。カウンタ２７ａは波高Ｖ２のカウント数を出力し、カウンタ２７ｂは波高Ｖ１のカウント数と波高Ｖ２のカウント数とを足し算したカウント数を出力する。
【００６０】
カウンタ読出し回路１７は、カウンタ２７ａのカウント数から波高Ｖ２のカウント数を決定し、カウンタ２７ｂのカウント数（Ｖ１数＋Ｖ２数）からカウンタ２７ａのカウント数（Ｖ２数）を引き算した値から波高Ｖ１のカウント数を演算する。そして、カウンタ読出し回路１７は、行列番地（ｉ，ｊ）のピクセル１２において波高Ｖ１（ＣｕＫα線）が何パルスだけカウントされたか、及び波高Ｖ２（ＭｏＫα線）が何パルスだけカウントされたかを出力する。この出力信号は、図４において、コンピュータ１９へ伝送される。
【００６１】
コンピュータ１９は、図１に示す平面状のＸ線検出部１３が検出した回折線の平面内での位置と、カウンタ読出し回路１７が演算した回折線の波長毎の強度カウント値とに基づいて、回折線の波長と、回折角度と、強度との関係を演算する。すなわち、コンピュータ１９は、特定の波長のＸ線が何度の回折角度で何カウントの強度で回折したか、を演算する。これにより、回折角度と回折強度との関係を表す回折線図形すなわち回折線プロファイルを回折線の波長別に取得でき、さらに画面等に表示できる。
【００６２】
本実施形態に係る波長分別型Ｘ線回折装置１は以上のように構成されているので、図１において、Ｘ線源であるＸ線焦点２からＣｕＫα線及びＭｏＫα線を含むポイントフォーカスのＸ線Ｒ１（図２（ａ）参照）、場合によっては必要に応じてラインフォーカスのＸ線Ｒ１（図３（ａ）参照）が放射され、そのＸ線が試料３へ入射する。試料３がＣｕＫα線に適合した結晶格子面を有していればＣｕＫα線の回折Ｘ線Ｒ２が試料３から出射し、試料３がＭｏＫα線に適合した結晶格子面を有していればＭｏＫα線の回折Ｘ線Ｒ３が試料３から出射する。
【００６３】
ＣｕＫα線の回折Ｘ線Ｒ２とＭｏＫα線の回折Ｘ線Ｒ３とは、同時に（すなわち試料３への１回のＸ線照射時に）２次元Ｘ線検出部１３の受光面の全領域内に受光される。このとき、図４の分別回路１５によって回折Ｘ線Ｒ２の像と回折Ｘ線Ｒ３の像とが複数のピクセル１２の個々において分別され、分別されたそれらの像がカウンタ部１６によって、個々のピクセル１２毎で波長毎にカウントされる。
【００６４】
そして、カウンタ読出し回路１７によって波長毎の回折Ｘ線強度がカウント数として求められ、その結果が電気信号の形でコンピュータ１９へ伝送される。コンピュータ１９は、内蔵しているプログラムソフトによる制御に従って、ピクセル１２の番地（ｉ，ｊ）に関連付けて波長毎の回折Ｘ線強度を決定し、その結果のデータをコンピュータ１９内のメモリ内の所定領域に記憶する。
【００６５】
メモリ内に記憶された回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）と回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）との両方の回折像のデータを、所定の画像表示プログラムに従ってディスプレイ２１又はプリンタ２２によって表示すれば、例えば図６に示すように、回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）と回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）との両方が広く混在して分布している２次元回折像が表示される。
【００６６】
他方、メモリ内に記憶された回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）と回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）との両方の回折像のデータから、所定の波長選択プログラムに従って、回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）を選択し、この選択されたデータをディスプレイ２１等に表示すれば、図７に示すように、回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）だけを選択的に表示させて観察することができる。
【００６７】
他方、メモリ内に記憶された回折Ｘ線Ｒ２の像（Ｃｕ像）と回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）との両方の回折像のデータから、所定の波長選択プログラムに従って、回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）を選択し、この選択されたデータをディスプレイ２１等に表示すれば、図８に示すように、回折Ｘ線Ｒ３の像（Ｍｏ像）だけを選択的に表示させて観察することができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置１によれば、異なる波長の回折線（ＣｕＫα線、ＭｏＫα線）を含む回折線ビームを、ピクセル１２毎に波長分別機能を持たせたピクセルアレイ検出器６によって検出することにしたので、回折線を波長毎に検出できる。そのため、異なる波長のＸ線に基づいた測定データを１回の測定によって同時に取得できる。これにより、図２（ａ）に示すＸ線発生部におけるエネルギの浪費を防止でき、ターゲット８の短期間での消耗を防止でき、異なった波長のＸ線のそれぞれに基づく測定データを短時間に取得できる。測定が短時間で完了するので、試料３（図１）が結晶構造を長時間維持できない物質である場合でも問題なく測定を行うことができる。
【００６９】
従来のＸ線回折装置において、Ｘ線検出器を構成する平面状のＸ線検出部をパルス計数型のピクセルアレイ検出器ではなく、電荷積分型のＣＣＤ検出器によって形成し、そのＸ線検出部の受光面を上下半分等のように区分けして、区分けしたそれぞれの領域で異なる波長の回折線を受光するようにしたものがあった。この構成では各波長分の検出領域が狭くなってデータの信頼性が低下するおそれがあった。これに対し、本実施形態のＸ線回折装置では、異なる波長の回折線のそれぞれをＸ線検出器６のＸ線検出部１３の受光面の全領域で受光することにしたので、異なる波長の複数の回折線のデータのそれぞれを広い範囲にわたって取得することができ、その結果、信頼性の高い回折線データを得られるようになった。
【００７０】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態に対して、Ｘ線発生部に改変を加えるものとする。
上記第１の実施形態では、図２（ａ）及び図３（ａ）に示したように、第１の金属９ａ及び第２の金属９ｂのそれぞれを、フィラメント７からの電子がターゲット８の外周表面を走査する方向（矢印Ｂで示す方向）に沿って連続して、すなわちリング状又は環状に設けた。さらに、電子がターゲット８の外周表面を走査する方向と直角方向（図２（ａ）の回転軸線Ｘ０と平行方向）に沿って、第１の金属９ａと第２の金属９ｂとを互いに隣接して設けた。
【００７１】
これに対し、本実施形態では、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、フィラメント７からの電子がターゲット２８の外周表面を走査する方向（矢印Ｂで示す方向）に沿って第１の金属９ａ及び第２の金属９ｂを所定幅で交互に設けている。この構成は、金属９ａと金属９ｂとが縞状、ストライプ状に設けられていることから、ストライプターゲットと呼ばれている。また、ゼブラ型ターゲットと呼ばれることがある。なお、図２（ｂ）はポイントフォーカスのＸ線ビームを取り出すための構成であり、図３（ｂ）はラインフォーカスのＸ線ビームを取り出すための構成である。
【００７２】
本実施形態においても、フィラメント７からの電子の放出、及びターゲット２８の中心線Ｘ０を中心とした回転により、Ｘ線焦点２から出射するＸ線Ｒ１の中に、異なる波長のＸ線を含ませることができる。つまり、本実施形態では、ロータターゲット２８から出射されるＸ線Ｒ１に、互いに違ったターゲット素材の特性Ｘ線であるＣｕＫα線及びＭｏＫα線が混在して含まれている。
【００７３】
（変形例）
図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）に示した第１の金属９ａはＣｕに限られない。また、第２の金属９ｂはＭｏに限られない。従って、図１に示したＸ線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はＣｕ線、Ｍｏ線に限られない。また、図５では２つのコンパレータ２６ａ，２６ｂと、カウンタ２７ａ，２７ｂと、カウンタ読出し回路１７とによって、波高Ｖ１で示された波長及び波高Ｖ２で示された波長の２つの波長を引き算を利用して分別した。しかしながら、これに代えて、基準参照電圧すなわち閾値を３つ以上設定することにより、引き算の演算をすることなく、波高Ｖ１で示された波長と波高Ｖ２で示された波長とを直接に分別しても良い。
【００７４】
さらに、上記実施形態では図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）においてターゲット８，２８に２種類の金属９ａ，９ｂを設けたが、これに代えて、ターゲットの表面に３種類以上の金属を設けて、３種類以上の波長のＸ線を発生させるようにしても良い。この場合には、図５のコンパレータ２６ａ，２６ｂ及びカウンタ２７ａ，２７ｂの数を必要に応じて増加する。
【００７５】
（第３の実施形態）
図９は本発明に係る波長分別型Ｘ線回折装置の他の実施形態を示している。本実施形態でも、第１の実施形態に対して、Ｘ線発生部に改変を加えるものとする。上記第１の実施形態では、図１に示したように、１つのＸ線源すなわちＸ線焦点２から波長の異なった複数の特性Ｘ線を含むＸ線Ｒ１を出射することにした。
【００７６】
これに対し、図９に示す本実施形態では、第１Ｘ線発生部としての第１のＸ線源２ａから放射されたＸ線Ｒ１ａと、第２Ｘ線発生部としての第２のＸ線源２ｂから放射されたＸ線Ｒ１ｂとを試料３へ同時に照射している。Ｘ線Ｒ１ａ及びＸ線Ｒ１ｂは、いずれも、単一波長のＸ線である。この実施形態では、Ｘ線Ｒ１ａ及びＸ線Ｒ１ｂの試料３に対する入射角度が異なっている。その他の構成は図１に示したＸ線回折装置１と同じである。ここで、図９に示したＸ線Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２，Ｒ３は、Ｃｕ線やＭｏ線に限られない。
【００７７】
（第４の実施形態）
以下、重原子を含む低分子試料の構造解析に本発明を適用した場合の実施形態を説明する。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置の全体的な構成は、図１又は図９に示した構成とすることができる。図１の場合は、Ｘ線焦点２から、互いに違ったターゲット素材の特性Ｘ線であるＣｕＫα線及びＭｏＫα線が同時に出射されて試料３に供給される。試料に供給されるＸ線としては、例えばポイントフォーカス（図２（ａ），（ｂ）参照）が用いられる。
【００７８】
上記の重原子は、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗである。一方、軽原子は、例えばＣ、Ｈ、Ｎ、Ｏ、Ｓである。一般に、ＣｕＫα線（波長１．５４２Å）は重原子に吸収され易く、ＭｏＫα線（波長０．７１１Å）は重原子に吸収され難い。従って、重原子を含む低分子試料の構造解析はＭｏＫα線を使って行うことが多い。
【００７９】
しかしながら、ＣｕＫα線はＸ線効率が高いので、小さい結晶に高強度のＸ線を供給できる。また、格子長が長いサンプルは点状の回折像同士の間隔が蜜になる一方、Ｃｕ線は波長が長いので回折像同士の間隔が広くなる。従って、結晶サイズが小さかったり、格子長が長い場合には、重原子を含んでいてもＣｕ線の使用を希望することがある。
【００８０】
従って、格子長が長く、重原子を含み、小さい結晶である試料は、Ｃｕ線で初期構造を決定し、Ｍｏ線で構造の精密化を行いたいという要望がある。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置はこの要望に応えることができる。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置によれば、Ｃｕ線によるデータとＭｏ線によるデータとを１つのプロセス（すなわち、試料に対する１回のＸ線照射時）において同時に取得することができる。
【００８１】
２次元ピクセルアレイ検出器の平面サイズは、例えば６０ｍｍ×８０ｍｍ〜１２０ｍｍ×１６０ｍｍである。ピクセルアレイ検出器を形成している個々のピクセルのサイズ及び数については、特別の限定は無い。しかしながら、ピクセルサイズは、少なくとも０．１°の分解能を達成できるサイズであることが望ましい。ピクセル数は検出器の平面サイズとピクセルサイズとが決まれば、自動的に決まる。
【００８２】
（第５の実施形態）
結晶構造解析の分野において光学異性体（すなわちキラリティ）が知られている。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置は、光学活性を有する物質の構造解析に用いられるものである。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置の全体的な構成は図１又は図９に示した構成とすることができる。図１の場合は、Ｘ線焦点２から、互いに違ったターゲット素材の特性Ｘ線であるＣｕ線及びＭｏ線が同時に出射されて試料３に供給される。試料に供給されるＸ線としては、例えばポイントフォーカス（図２（ａ），（ｂ）参照）が用いられる。
【００８３】
光学異性体とは、図１０に模式的に示すように、同じ化学構造式にも関わらず、立体的な構造の違いから異なる挙動を示す物質である。例えば、図１０（ａ）のＲ体が医薬として有用であり、図１０（ｂ）のＳ体は毒性を示すことがある。一般に、２つの光学異性体の回折線は、ほぼ等しいが、異常分散項についてわずかに差が生じ、両者間で回折線強度にわずかの違いが出る。
【００８４】
このわずかな差を検出してどちらの構造なのかを求める際、すなわち絶対構造を求める際、の指標となるのがフラックパラメータ（Flack Parameter）である。
【００８５】
しかしながら、Ｃ（炭素）、Ｈ（水素）、Ｎ（窒素）、０（酸素）等の軽原子のみから構成される有機化合物の場合は、特に波長の長いＸ線を用いないとそのわずかな違いを検出することができず、フラックパラメータを用いた構造決定が困難になる。従って、光学異性体の構造解析においては、ＣｕＫα線でフラックパラメータを求め、ＭｏＫα線で構造の精密化を行いたいという要望がある。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置はこの要望に応えることができる。
【００８６】
本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置によれば、ＣｕＫα線によるデータとＭｏＫα線によるデータとを１つのプロセス（すなわち、試料に対する１回のＸ線照射時）において同時に取得することができる。
【００８７】
（第６の実施形態）
以下、タンパク質結晶の構造解析に本発明を適用した場合の実施形態を説明する。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置の全体的な構成は、図１又は図９に示した構成とすることができる。図１の場合は、Ｘ線焦点２から、互いに違ったターゲット素材に基づいた複数の特性Ｘ線が同時に出射されて試料３に供給される。試料に供給されるＸ線としては、例えばポイントフォーカス（図２（ａ），（ｂ）参照）が用いられる。
【００８８】
周知の通り、タンパク質はＣ（炭素）、Ｎ（窒素）等といった軽原子によって形成されたアミノ酸物質である。Ｘ線を用いた結晶構造解析は、タンパク質の立体構造を原子レベルで決定できる好適な手法である。具体的には、タンパク質結晶から出る散乱線の強度分布から計算によって原子の位置を決定するものである。より具体的には、タンパク質のＸ線構造解析は、結晶構造因子Ｆ(hkl)をフーリエ合成して電子密度ρ(xyz)を求めることである。
【００８９】
結晶構造因子Ｆ(hkl)は、図１１に示すように複素量であり、｜Ｆ(hkl)｜（絶対値）と位相角αが分からないと複素量であるＦ(hkl)は規定できない。結晶構造因子の絶対値｜Ｆ(hkl)｜は回折線強度Ｉ(hkl)（＝｜Ｆ(hkl)｜２）の測定で得られる。位相角αは実験的には求められない。位相角αの決定法として従来からいくつかの手法が知られている。その中の１つとして多波長異常分散法（ＭＡＤ法／Multi-Wavelength Anomalous Dispersion Method法）が知られている。また、近年では、単波長異常散乱法（ＳＡＤ法／Single-Wavelength Anomalous Dispersion Method法）が利用されるようになってきた。
【００９０】
ＭＡＤ法は、タンパク質中に含まれる特定原子の吸収端近傍での異常分散効果を利用して位相決定を行うものである。具体的には、特定原子の吸収端を挟んだ少なくとも３種類の波長のＸ線を使って回折線強度を測定する。ＳＡＤ法は、ある１つの波長で測定した異常散乱強度のみで位相決定を行うものである。
【００９１】
本実施形態では、結晶構造因子Ｆ(hkl)の位相角αをＭＡＤ法によって求める場合、ＣｕＫα（波長１．５４２Å）、ＣｏＫα（波長１．７８９Å）、ＣｒＫα（波長２．２９０Å）、ＭｏＫα（０．７１１Å）から３種類のＸ線を用い、各Ｘ線に基づいた回折角度及び回折線強度を測定するものとする。この場合には、Ｘ線発生装置を構成するロータターゲットの表面にＣｕ、Ｃｏ、Ｃｒ及びＭｏの各金属を設けることによって電子受光面（すなわち、Ｘ線出射面）を形成する。
【００９２】
また、本実施形態においてＳＡＤ法を実施する場合には、ＣｏＫα線又はＣｒＫα線を用いて位相角を決定し、ＣｕＫα線を用いて回折線強度の測定を精密に行う。ＣｒＫα線及びＣｏＫα線は試料での吸収が大きいので、位相角の決定に適している。ＣｕＫα線の回折線は強度が強く、吸収が小さいので、良質な回折データを得ることができ、精密な分析を行うことができる。
【００９３】
なお、タンパク質は格子長が長い物質である。具体的には、格子長は１００〜５００Åである。格子長が長いと、得られる点状の回折像が狭い間隔単位（すなわち、狭い回折角度単位）で表現されることになり、観察し難くなる。この場合、Ｍｏ線よりも波長の長いＣｕ線を用いれば、回折像の表示間隔単位が広くなるので、回折プロファイルの観察を容易に行うことが可能となる。
【００９４】
本実施形態によれば、ＭＡＤ法の場合でも、ＳＡＤ法の場合でも、複数種類の波長のＸ線が１つのタンパク質試料に照射され、それらの波長に対応した回折線が２次元ピクセルアレイ検出器に同時に受け取られる。そして、波長別に（すなわちエネルギ別に）回折角度及び回折線強度が測定される。
【００９５】
２次元ピクセルアレイ検出器の平面サイズは、例えば８０ｍｍ×１２０ｍｍ〜２４０ｍｍ×２４０ｍｍである。ピクセルアレイ検出器を形成している個々のピクセルのサイズ及び数については、特別の限定は無い。しかしながら、ピクセルサイズは、少なくとも０．１°の分解能を達成できるサイズであることが望ましい。ピクセル数は検出器の平面サイズとピクセルサイズとが決まれば、自動的に決まる。
【００９６】
（第７の実施形態）
以下、粉末試料の構造解析に本発明を適用した場合の実施形態を説明する。本実施形態の波長分別型Ｘ線回折装置の全体的な構成は、図１又は図９に示した構成とすることができる。図１の場合は、Ｘ線焦点２から、互いに違ったターゲット素材に基づいた複数の特性Ｘ線が同時に出射されて試料３に照射される。試料に照射されるＸ線としては、例えばラインフォーカス（図３（ａ），（ｂ）参照）が用いられる。
【００９７】
粉末試料の分析においては、一般に図１２（ａ）に示すように、２次元的な回折像Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，…が測定によって求められ、各回折像が個々に積分されて、回折角度２θの個々の角度における回折線強度とされる。そして、赤道線Ｅに対応した線を横軸とした図１２（ｂ）の回折図形座標上に回折プロファイルとして表示される。
【００９８】
測定に使用されるＸ線の波長が短いと回折角度が小さくなるため、回折図形の横軸上での回折像（いわゆる回折線）の表示間隔が狭く表示される。一方、測定に使用されるＸ線の波長が長いと回折角度が大きくなるため、回折図形の横軸上での回折像（いわゆる回折線）の表示間隔が広く表示される。
【００９９】
このように、測定に使用するＸ線の波長が長いと、回折像（いわゆる回折線）の回折プロファイルが分析を実施するうえで容易になるので、通常の粉末測定では、波長が短いＸ線は特殊な目的以外に使用することは少ない。例えば、波長１．５４１８ÅであるＣｕＫα線は、波長０．７１０７ÅであるＭｏＫα線等に比べて波長が長く、粉末測定の際のＸ線として最も広く用いられている。
【０１００】
しかしながら、一般的に金属の分類に属する物質に対して、ＣｕＫα線はＭｏＫα線に比べて特に吸収される割合が高く、それ故、ＣｕＫα線によって求められた２次元回折画像は吸収に因って発生する散乱Ｘ線の影響で明瞭性に欠けるという問題、具体的には、２次元画像上で回折像（いわゆる回折線）を明瞭に表示する特性が不十分であるという問題がある。また、透過法測定においては、重原子を含む試料の場合、吸収が大きいＣｕＫα線では透過自体が困難であるという問題がある。また、ＭｏＫα線は波長が短いので、回折図形座標上に得られる回折像（いわゆる回折線）の回折角度方向（通常は横軸方向）の表示間隔が狭くなってしまい、例えば、鉱物や高分子など結晶構造が大きな試料の場合、回折像（いわゆる回折線）が重なってしまい、各回折像（いわゆる回折線）を表現する格子面インデックス（ｈｋｌ）を決めることが困難になるという問題が発生する。
【０１０１】
以上の問題に鑑み、本実施形態では、Ｘ線発生装置を構成するロータターゲットの表面に、互いに原子番号が異なっている金属であるＣｕ及びＭｏの各金属を設けることによって電子受光面（すなわち、Ｘ線出射面）を形成する。そして、その電子受光面内のＸ線焦点、すなわちＸ線源からＣｕＫα線及びＭｏＫα線の２種類を同時に出射して、同時に粉末試料へ照射する。
【０１０２】
そして、ＣｕＫα線によって得られた回折プロファイルに基づいて格子面インデックス（ｈｋｌ）から結晶系、格子定数を決定する。そして、同時に、ＭｏＫα線によって得られた回折像に基づいて結晶構造の精密化を行う。具体的には、単位格子当りの原子の数や原子の配置を明確に特定する。
【０１０３】
上記の通り粉末試料の場合は、２次元データを赤道線上の１次元データに変換しているので、検出器は、そもそも２次元（平面）ではなくて１次元（直線）であれば良い、と考えられる。確かにそのようにも言えるが、しかしながら、２次元ピクセルアレイ検出器を用いれば、１次元ピクセルアレイ検出器の場合に比べて、粉末試料に配向がある場合にその配向によって生じる回折強度の不均一性の影響を緩和できるという利点がある。
【０１０４】
２次元ピクセルアレイ検出器の平面サイズは、例えば３０ｍｍ×８０ｍｍである。ピクセルアレイ検出器を形成している個々のピクセルのサイズ及び数については、特別の限定は無い。しかしながら、ピクセルサイズは、望ましくは回折像（いわゆる回折線）の回折プロファイル上で０．０１°の分解能を達成できるサイズである。ピクセル数は検出器の平面サイズとピクセルサイズとが決まれば、自動的に決まる。広い２θ角度範囲の測定データが欲しい場合には、検出器の平面サイズを大きくしても良いし、あるいは、小さい平面サイズの検出器をスキャンさせるという方法を採用しても良い。
【０１０５】
（その他の実施形態）
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。
【０１０６】
例えば、図１に示した実施形態では、複数のピクセル１２を２次元的、すなわち平面的に配列して成るＸ線検出部１３の背面に接触又は近接して信号処理回路１４を設けた。しかしながら、これに代えてＸ線検出部１３と信号処理回路１４とを位置的に離して設け、個々のピクセル１２の個々と処理回路とを適宜の接続線によって接続させても良い。
【０１０７】
上記の実施形態では、ターゲットの表面の異なる位置に異種金属を貼付けの手法等によって設けたが、これに代えて、異種金属を混合して成る合金によってターゲットの表面を形成するという構成を採用することもできる。
【０１０８】
上記実施形態では、図５に示したように、閾値Ｖａ及びＶｂを
Ｖｂ＜Ｖ１（＝Ｃｕ線電位）＜Ｖａ＜Ｖ２（＝Ｍｏ線電位）
のように設定した。つまり、ＶａとＶｂとによってＭｏ波長とＣｕ波長とを分別した。これに代えて、次のような分別方法を採用することもできる。
【０１０９】
例えば、測定のためにＭｏＫα線及びＣｕＫα線を使用する場合には、ターゲットを形成する異種金属としてＭｏとＣｕとが使用される。この場合、ＭｏやＣｕからは、Ｋα線以外の特性Ｘ線、例えばＫβ線、Ｌα線、Ｌβ線等も発生する。これらのＫα線以外の特性Ｘ線は測定のためにはノイズとして作用する。高精度の測定を希望する場合にはＫαに相当するエネルギだけを取り出すようにして、それ以外のノイズ成分は除去することが望まれる。上記の閾値Ｖａ，Ｖｂに代えて、所望の波長の上下領域を削除できるように閾値を細かく設定すれば、Ｘ線における余分なノイズ成分を排除でき、高精度の測定を行うことができる。
【０１１０】
上記の実施形態では、Ｘ線源の構成要素である対陰極をロータターゲット、すなわち回転対陰極としたが、これに代えて固定ターゲット、すなわち回転しない対陰極とすることもできる。固定ターゲットから異種の特性Ｘ線を同時に得るための技術としては、例えば、固定ターゲットを合金によって形成したり、微小な異種金属を固定ターゲットの表面に混在、例えばまだらに混在させたり、等といった技術が考えられる。
【符号の説明】
【０１１１】
１．波長分別型Ｘ線回折装置、  ２．Ｘ線焦点（Ｘ線発生手段）、  ２ａ．第１のＸ線源（第１Ｘ線発生部）、  ２ｂ．第２のＸ線源（第２Ｘ線発生部）、  ３．試料、  ４．試料支持装置、  ６．Ｘ線検出器、  ７．フィラメント、  ８．ロータターゲット、  ９ａ．第１の金属、  ９ｂ．第２の金属、  １１．Ｘ線窓、  １２．Ｘ線受光用ピクセル、  １３．Ｘ線検出部（Ｘ線検出手段）、  １４．信号処理回路板、  １５．分別回路（分別手段）、  １６．カウンタ部、  １７．カウンタ読出し回路、  １８．入出力インターフェース、  １９．コンピュータ、  ２０．インターフェース、  ２１．ディスプレイ、  ２２．プリンタ、  ２３．信号増幅用アンプ、  ２４．波形成形回路、  ２６ａ，２６ｂ．コンパレータ、  ２７ａ，２７ｂ．カウンタ、  ２８．ロータターゲット、  ３１．波長分別型Ｘ線回折装置、  Ａ．ロータターゲット回転方向、  Ｂ．電子の走査方向、  Ｅ．赤道線、  Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，…．回折像、  Ｒ１．Ｘ線、  Ｒ２．Ｃｕ回折Ｘ線、  Ｒ３．Ｍｏ回折Ｘ線、  Ｘ０．中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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