(57)【要約】【課題】    極めて短時間で画像を取得することが可能であり、さらに不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている場合にその違いをも画像化することのできるＸ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。【解決手段】    Ｘ線発生装置（２）と、試料ステージ（３）と、角度発散抑制手段としてのコリメータ（４）と、エネルギー分解能を有する２次元Ｘ線検出器（５）と、画像処理装置と画像記録・表示装置（６）とを備え、試料（７）と２次元Ｘ線検出器（５）を、コリメータ（４）を介して極力接近させることにより、回折Ｘ線の角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器（５）と試料ステージ（３）を動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置（１）とする。【選択図】図１
2005083999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射Ｘ線を試料に照射した際に試料上の特定の位置において生じる回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置であって、Ｘ線発生装置と、試料ステージと、角度発散抑制手段としてのコリメータと、エネルギー分解能を有する２次元Ｘ線検出器と、画像処理装置と、画像記録・表示装置とを備え、試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させることにより、回折Ｘ線の角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器と試料ステージを動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化することを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項２】
入射Ｘ線として連続Ｘ線を用いることを特徴とする請求項１記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項３】
Ｘ線発生装置として、１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いることを特徴とする請求項２記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項４】
入射Ｘ線中の１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去する高エネルギー成分除去光学系が、入射Ｘ線の試料への入射位置よりもＸ線発生装置側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項５】
２次元Ｘ線検出器にコリメータが取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項６】
２次元Ｘ線検出器としてＸ線検出能力を有するＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳイメージセンサーのうちいずれかを用いることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項７】
ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳイメージセンサーにおいて発生する電荷量から回折Ｘ線のエネルギーを決定することにより、試料の特定の格子面間隔に対応する画像を得ることを特徴とする請求項６記載のＸ線回折顕微鏡装置。
【請求項８】
入射Ｘ線を試料に照射した際に試料上の特定の位置において生じる回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法であって、Ｘ線発生装置と、試料ステージと、角度発散抑制手段としてのコリメータと、エネルギー分解能を有する２次元Ｘ線検出器と、画像処理装置と、画像記録・表示装置とを備えたＸ線回折顕微鏡装置を用い、試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させることにより、回折Ｘ線の角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器と試料ステージを動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化することを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項９】
入射Ｘ線に連続Ｘ線を用いることを特徴とする請求項８記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項１０】
Ｘ線発生装置として入射Ｘ線に１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いることを特徴とする請求項９記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項１１】
入射Ｘ線中の１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去する高エネルギー成分除去光学系が、入射Ｘ線の試料への入射位置よりもＸ線発生装置側に配置されていることを特徴とする請求項８ないし１０いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項１２】
２次元Ｘ線検出器にコリメータが取り付けられていることを特徴とする請求項８ないし１１いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項１３】
２次元Ｘ線検出器としてＸ線検出能力を有するＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳイメージセンサーのうちいずれかを用いることを特徴とする請求項８ないし１２いずれかに記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【請求項１４】
ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳイメージセンサーにおいて発生する電荷量から回折Ｘ線のエネルギーを決定することにより、試料の特定の格子面間隔に対応する画像を得ることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、Ｘ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、極めて短時間で画像を取得することが可能であり、さらに不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている試料の場合にその違いをも画像化することのできるＸ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線回折測定方法は、Ｘ線を結晶性の試料に入射させ、Ｘ線の回折、散乱によりその結晶性の試料の格子面間隔に対応するＸ線の回折図形を得る技術であって、単色Ｘ線を結晶性試料に入射し、試料と検出器を２軸ゴニオメータ上に載せ、角度走査を行うことにより回折図形を得ることが可能となる。この画像化を行うためには、例えば入射させるＸ線のビームサイズを小さくし、その角度走査の各点ごとに試料をＸＹ走査する方法が考えられる（非特許文献１）。
【非特許文献１】Y. Chikaura, Y. Yoneda and G. hilderbrandt, "Polycrystal scattering topography", Journal of Applied Crystallography, vol. 15, p.48-54, 1982
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまでに試料上の微小部の分析を行うためのＸ線回折装置は市販されており、この微小部の分析を行うＸ線回折装置と試料のＸＹ走査を組み合わせれば、上記のような画像を取得すること自体は可能とされているが、その場合測定に要する時間は膨大なものとなってしまうという問題を有している。
【０００４】
すなわち、試料上の１点分の回折図形を得るのに要する時間が仮に標準の回折実験と同様の２０〜３０分程度であるとすれば、もし点数が１００×１００の１００００点であれば測定に約５０００時間、すなわち約２００日もかかることになるのである。そこで測定時間の短縮が強く望まれていたが、従来の測定方法においてはどんなに様々な工夫を施して測定時間の短縮を試みても測定に丸１日〜１週間程度かかるのはやむを得ないものと考えられていた。
【０００５】
また他方で、Ｘ線回折測定法の中でもとくに粉末Ｘ線回折方法は、粉末状の結晶のＸ線回折図形に基づいて結晶の構造や組織を調べる方法であり、広く世の中で活用されている簡便な結晶構造解析方法であるが、この粉末Ｘ線回折方法においてはほとんどの場合、均一でかつランダム配向の試料のみが測定対象となっており、不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている試料の場合の局所的な結晶の構造については分析・画像化が非常に困難であった。
【０００６】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、極めて短時間で画像を取得することが可能であり、不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている試料の場合であってもその違いを画像化することのできるＸ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、入射Ｘ線を試料
に照射した際に試料上の特定の位置において生じる回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置であって、Ｘ線発生装置と、試料ステージと、角度発散抑制手段としてのコリメータと、エネルギー分解能を有する２次元Ｘ線検出器と、画像処理装置と、画像記録・表示装置とを備え、試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させることにより、回折Ｘ線の角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器と試料ステージを動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化することを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【０００８】
第２には、この出願の発明は、第１の発明において、入射Ｘ線として連続Ｘ線を用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【０００９】
さらに第３には、第２の発明において、Ｘ線発生装置として、１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【００１０】
また、第４には、第１ないし３いずれかの発明において、入射Ｘ線中の１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去する高エネルギー成分除去光学系が、入射Ｘ線の試料への入射位置よりもＸ線発生装置側に配置されていることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【００１１】
第５には、第１ないし４いずれかの発明において、２次元Ｘ線検出器にコリメータが取り付けられていることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【００１２】
第６には、第１ないし５いずれかの発明において、２次元Ｘ線検出器としてＸ線検出能力を有するＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳイメージセンサーのうちいずれかを用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【００１３】
第７には、第６の発明において、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳイメージセンサーにおいて発生する電荷量から回折Ｘ線のエネルギーを決定することにより、試料の特定の格子面間隔に対応する画像を得ることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置を提供する。
【００１４】
第８には、入射Ｘ線を試料に照射した際に試料上の特定の位置において生じる回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法であって、Ｘ線発生装置と、試料ステージと、角度発散抑制手段としてのコリメータと、エネルギー分解能を有する２次元Ｘ線検出器と、画像処理装置と、画像記録・表示装置とを備えたＸ線回折顕微鏡装置を用い、試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させることにより、回折Ｘ線の角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器と試料ステージを動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化することを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。
【００１５】
第９には、第８の発明において、入射Ｘ線に連続Ｘ線を用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。
【００１６】
第１０には、第９の発明において、Ｘ線発生装置として入射Ｘ線に１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。
【００１７】
第１１には、第８ないし１０いずれかの発明において、入射Ｘ線中の１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去する高エネルギー成分除去光学系が、入射Ｘ線の試料への入射位置よりもＸ線発生装置側に配置されていることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ
線回折測定方法を提供する。
【００１８】
第１２には、第８ないし１１いずれかの発明において、２次元Ｘ線検出器にコリメータが取り付けられていることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。
【００１９】
第１３には、第８ないし１２いずれかの発明において、２次元Ｘ線検出器としてＸ線検出能力を有するＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳイメージセンサーのうちいずれかを用いることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法を提供する。
【００２０】
第１４には、第１３の発明において、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳイメージセンサーにおいて発生する電荷量から回折Ｘ線のエネルギーを決定することにより、試料の特定の格子面間隔に対応する画像を得ることを特徴とするＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法をも提供する。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、極めて短時間で画像を取得することが可能であり、さらに不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている場合にその違いをも画像化することのできるＸ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折顕微鏡装置によるＸ線回折測定方法が提供され、この出願の発明の利用により、結果的に新物質、新材料の発見を促すことができ、経済を刺激することが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２３】
この出願の発明の発明者等は、以前に蛍光Ｘ線の画像化の発明を提案している（特願平１０−２２９１８０、特願２００２−１３８８３４）が、蛍光Ｘ線は測定対象に含まれる元素が放出する特定のＸ線であって、測定対象の化学組成に関する情報を与えるものである。一方、この出願の発明は、試料の化学組成に敏感で固有のエネルギーを持ち全方向に等方的に放射される蛍光Ｘ線に関するものではなく、蛍光Ｘ線と全く異なる原理と機構によって発生し、基本的に入射Ｘ線とほぼ等しいエネルギーを持ち、試料の結晶格子面間隔に特有の決まった角度方向にのみ散乱される特徴ある角度分布を有するため、その検出にあたって異なる検出の方法や技術を必要とする、回折Ｘ線に関するものであり、むしろ、蛍光Ｘ線の影響を受けないように注意しながら、回折Ｘ線の画像化を行う技術である。得ようとする画像情報も、化学組成や元素の分布ではなく、結晶構造の分布である。
【００２４】
この出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置は、入射Ｘ線を試料に照射した際に試料上の特定の位置において生じる回折Ｘ線を測定し画像化するＸ線回折顕微鏡装置であるが、とくにこの出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置は、入射Ｘ線を発生させるためのＸ線発生装置と、試料を設置するための試料ステージと、回折Ｘ線の角度発散抑制手段としてのコリメータと、エネルギー分解能を有し、回折Ｘ線を検出する２次元Ｘ線検出器と、画像処理装置と、画像記録・表示装置とを備え、試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させることにより、角度発散を抑制し、２次元Ｘ線検出器と試料ステージの両方を動かさずに静止させた状態で回折Ｘ線を測定し画像化することを大きな特徴としている。
【００２５】
これにより、極めて短時間で画像を取得することが可能であって、試料の格子面間隔に対応されるデータである結晶構造、集合組織、欠陥、歪、応力等、粉末Ｘ線回折法により取得することのできる情報を試料上の各点に対応する画像情報として短時間に取得するこ
とができ、さらに不均一な試料、同じ試料の中に異なる結晶構造が存在する物質、あるいは方位の異なる集合組織が含まれている試料の場合においても、その違いとして１つは試料中の場所による構造の違いを示す構造の分布、そしてもう１つは異なる構造が混在する場合にそれらを分離してその違いを明らかにする、すなわち平均情報ではなく個別の構造情報をも画像化することが可能となるのである。
【００２６】
ここで、「試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して極力接近させる」とは、試料に照射する入射Ｘ線の光路を妨げない範囲で、可能な限り試料と２次元Ｘ線検出器を、コリメータを介して接近させるということであり、試料と２次元Ｘ線検出器の間（２次元Ｘ線検出器にコリメータが取り付けられている場合、試料とコリメータの間）の距離の具体的な数値自体を限定するものではない。なおたとえば試料と２次元Ｘ線検出器に取り付けられたコリメータの間の距離としては、一般的に下限値は、入射Ｘ線の試料への入射方向における上流側では入射ビームの大きさと同程度の距離が必要で０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることができ、下流側はコリメータとＣＣＤの窓の厚さで決定される距離まで近接することができる。
【００２７】
この発明の発明者等による蛍光Ｘ線の画像化に関する発明でも明らかにされたとおり、この距離が近いほど、画像の空間的な分解能と検出器において観測される強度の両方が同時に改良される。空間分解能については、回折Ｘ線の場合も、蛍光Ｘ線の場合も全く同様である。しかし、強度については、蛍光Ｘ線と回折Ｘ線では、依存性が異なり、距離を近づける効果は蛍光Ｘ線の方が大きい。このため、蛍光Ｘ線が強いバックグラウンドとして望ましくない影響を与えるとき、あえて距離を遠ざけることも考慮される。その際の上限値は、観測される回折Ｘ線の強度により異なり、したがって、Ｘ線源の強度や試料の結晶性、着目している反射面等によりケースバイケースであるが、典型的には１０ｍｍ程度までの距離とすることができる。この場合には、空間分解能を少々犠牲にしながらも、信号対バックグラウンド比を改良した画像を取得することができる、なお、コリメータは２次元Ｘ線検出器に内蔵されていなくても差し支えないが、できるだけ距離を近接させ、無駄なスペースを節約するためには２次元Ｘ線検出器に一体的に取り付けられているのが望ましく、内蔵されていることが望ましい。
【００２８】
また入射Ｘ線に関しては、ブラッグの式２ｄｓｉｎθ＝λにおいて、固定角度での条件では連続スペクトルのＸ線を用いると異なる格子面間隔ｄに対応する波長λのＸ線が回折を起こすことから、エネルギーの異なるＸ線を用いれば同一の散乱角でも異なる面間隔で回折が生じ、白色光を用いると複数の回折Ｘ線を画像に取り込むことができるようになり、これを解析すると各々の回折Ｘ線の場所依存性を知ることができる。すなわち入射Ｘ線として連続Ｘ線を用いることで複数の回折Ｘ線を同時に１つの画像に取り込むことができ、同時に複数の構造を同定し、その分布を知ることが可能になるのである。
【００２９】
なおこのとき、蛍光Ｘ線の影響を受けないようにするには、吸収端より高いエネルギーのＸ線をミラーなどで除去したり、実験室系のＸ線発生装置では、管電圧を下げることにより蛍光Ｘ線を発生させる高いエネルギーのＸ線を使用しないようにすること、蛍光Ｘ線のエネルギーが回折Ｘ線のエネルギーよりも低いときは、検出器の前に吸収材として厚さ０．１〜１００μｍ程度の高分子薄膜などを置くことにより除去すること、また、試料と検出器の間の距離に対する蛍光Ｘ線と回折Ｘ線の違いに着目し、試料と検出器の間の距離をわずかに遠ざけ蛍光Ｘ線が検出器に入らないようにすることなどが考えられる。なお、後述するように、単一光子計数法を採用することが可能な場合は、２次元Ｘ線検出器に入ってくるＸ線のエネルギーを識別することができ、蛍光Ｘ線と回折Ｘ線が物理的に同じ場所から出ていたとしても、そのエネルギーが別である限り、分離して画像化を行うことができる。このため、著しく強い蛍光Ｘ線がバックグラウンドとして悪影響を与えるような場所を別にすれば、基本的に、蛍光Ｘ線の影響を避けて回折Ｘ線の画像を得ることは問題
なくできるのである。
【００３０】
また１３ｋｅＶ以上のＸ線はＣＣＤカメラなどの２次元Ｘ線検出器に内蔵されたコリメータを透過してしまい、試料とＣＣＤ素子面の間に対応関係をつけるような画像化が難しくなることから、除去するのが好ましく、Ｘ線発生装置として１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いるのが望ましく、このようなＸ線発生装置を用いることにより、Ｘ線回折の分解能を向上させることができ、また入射Ｘ線中の１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去する高エネルギー成分除去光学系を、入射Ｘ線の試料への入射位置よりもＸ線発生装置側に配置させることで、１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去することもでき、Ｘ線回折の分解能をより向上させることができるのである。
【００３１】
なお、２次元Ｘ線検出器はそのままでは検出素子を並べただけなので、垂直に入ってくるＸ線と横から飛び込んでくるＸ線を区別することが出来ず、像がぼけて位置分解能が低下してしまうが、２次元Ｘ線検出器内部にコリメータを備えることで、検出素子に入る散乱Ｘ線の方向を制限し、目的の回折角度における回折Ｘ線のみを検出することができ、さらに位置分解能を向上させることが可能となる。
【００３２】
２次元Ｘ線検出器としては、Ｘ線検出能力を有するＣＣＤカメラおよびＣＭＯＳイメージセンサーのうちいずれかを好適に用いることができ、とくにＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳイメージセンサーにおいて発生する電荷量から回折Ｘ線のエネルギーを決定することにより、試料の特定の格子面間隔に対応する良質な画像を得ることが可能となるのである。なお、ＣＭＯＳイメージセンサーは、ＣＣＤカメラと非常に類似した使用法が想定されるものの、画像を得る原理として異なるＣＭＯＳの１次元あるいは２次元のアレイ素子からなるものである。ＣＭＯＳイメージセンサーは読み出しがＣＣＤよりもさらに高速であり、Ｘ線に感度のあるＣＭＯＳイメージセンサーが将来大量に供給されるようになれば、本発明の応用は、おそらくＣＣＤからＣＭＯＳイメージセンサーに移行することが予想される。
【００３３】
図１にこの出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置およびＸ線回折方法の概念図を示す。Ｘ線回折顕微鏡装置（１）は、Ｘ線発生装置（２）、試料ステージ（３）、コリメータ（４）、２次元Ｘ線検出器（５）、画像処理装置および画像記録・表示装置としてのコンピュータ（６）を備えており、試料ステージ（３）の上に試料（７）が配置されている。なお、コリメータ（４）は２次元Ｘ線検出器（５）の試料側側面に取り付けられている。
【００３４】
なおこの例では、コンピュータ（６）を画像処理装置および画像記録・表示装置として用いているが、画像処理装置をマイクロチップ化することによりカメラやその他の要素に内蔵させることも可能であり、画像処理装置は必ずしも画像記録・表示装置と一体となっているとは限らない。
【００３５】
Ｘ線発生装置（２）からは、連続スペクトル（典型的には４〜１３ｋｅＶ）を持つＸ線（８）が発生され、Ｘ線発生装置（２）としてＸ線回折用として市販されている封入管式のＸ線発生装置を用いることも可能である。多くの場合、封入管の管電圧は２０ｋＶ以上で使用されているので、低い管電圧で動作できるように封入管を改造するのが望ましく、またＸ線発生装置として入射Ｘ線に１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を含まない連続Ｘ線を発生させる装置を用いるのが望ましい。また、シンクロトロン放射光のような連続スペクトルの光源も利用することができる。
【００３６】
入射Ｘ線が高エネルギー成分を含む場合は、高エネルギー成分除去光学系により取り除くことも可能である。高エネルギーＸ線を除くためには、たとえば白金やロジウムをコー
トした石英ミラーなどを高エネルギー成分除去光学系として利用することができ、とくに１３ｋｅＶ以上の高エネルギー成分を除去するのが望ましい。試料ステージ（３）は手動または自動の位置・傾角調整機構を備え、通常の光学顕微鏡と同様、試料上の観察視野を選び、また外部からＸ線を入射させる角度を調整することが可能なものとするのが望ましい。２次元Ｘ線検出器（５）とコリメータ（４）についてはこの出願の発明の発明者が以前発明した蛍光Ｘ線の顕微鏡と構造的に同じであってコリメータが２次元Ｘ線検出器に取り付けられており、コリメータ（４）を使用するとともに、試料（７）と２次元Ｘ線検出器（５）を、２次元Ｘ線検出器（５）に取り付けられたコリメータ（４）を介して極力接近させることにより回折Ｘ線の角度発散を抑制し、試料（７）と画像の間に１対１の対応関係をつけようとするものである。
【００３７】
コリメータ（４）としては合成石英製キャピラリを集合させたもの（キャピラリプレート）を好適に用いることができ、またリソグラフィ技術により軽金属に同様の加工を施したものはコリメータ（４）としてさらにより好適に用いることができる。
【００３８】
キャピラリなどの開口径をｒ、プレートの厚みをｄとすれば角度発散はｒ／ｄ程度に抑えられる。もし試料表面とコリメータをＤまで接近できれば空間的な解像度はｒＤ／ｄ程度となる。この原理に基づき、この出願の発明の発明者は、これまでに空間分解能１５〜２０μｍの蛍光Ｘ線画像を取得することに成功しており、この出願の発明にも同様に適用することができる。
【００３９】
また２次元Ｘ線検出器（５）としては、たとえば多素子の半導体検出器、あるいはＸ線用に空乏層が厚めに作成されたＣＣＤ素子からなるカメラを好適に使用することができる。ＣＣＤカメラを２次元Ｘ線検出器（５）として用いる場合は、内部にシンチレータなど、Ｘ線を光に変換するような機構を一切設けず直接検出することとし、１個のＸ線光子を検出した際に発生する電荷量がＸ線のエネルギーにより異なることをＸ線回折図形の検出に利用する。すなわち、試料と２次元Ｘ線検出器の位置関係は固定されていて入射Ｘ線と回折Ｘ線のなす角が約９１度なので、連続Ｘ線を使用することで、特定の格子面間隔（２ｄ値）に対応する決まったエネルギーのＸ線のみがブラッグ反射を起こし、回折スポットとして検出器の視野に現れるのである。
【００４０】
この回折スポットのエネルギーの識別には、ＣＣＤカメラにより微弱な信号を検出するのに使用される単一光子計数法（シングルフォトンカウンディング）と呼ばれる画像処理が好適に挙げられる。およそ普通に意味のある画像と分かる程度までＸ線光子を蓄積する必要はなく、極めて短時間の撮像にとどめると、ＣＣＤのどの画像にもわずかな数のＸ線光子しか入ってこない。このとき各画素で実際に撮像された輝度値をもとに目的の回折Ｘ線のエネルギーに対応する領域にあるか（１と判定）、そうでないか（０と判定）の区別を行い、全画素の２値化を行う。このような短時間撮像と２値化処理を多数行い、その総和をとることにより特定の格子面間隔（２ｄ値）に対応する顕微鏡画像を得ることができる。２値化判定を行うときに、複数の基準を同時に適用し、複数枚の画像を同時に作成することにより、さまざまな格子面間隔（２ｄ値）に対応する顕微鏡画像群を得ることができる。このような画像群を得るために短時間の撮像、ＣＣＤ素子からの読み出し、そして画像処理を何度も繰り返すことになるが、そのために要する時間は、たとえば１回の撮像に高々３３ｍｓであって、繰り返しを１０２４回行うとして（１０ｂｉｔ諧調の画像に相当）約３０ｓ、繰り返しを４０９６回行うとして（１２ｂｉｔ諧調の画像に相当）約２分となり、この出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置を用いて走査なしでＸ線回折測定方法を行うことにより、これまで最低でも１日〜１週間程度かかっていた測定時間を、大幅に短縮させることができるのである。
【００４１】
さらに、この画像の特定部分に着目して積分計算を行うと、試料上の色や形態の違いと
結晶構造を対応させて議論することが可能である。あるいは全面積の単純な総和をとることにより、従来から行われている通常の粉末回折と等価のデータを取得することが可能であることは言うまでもなく、白色Ｘ線と半導体検出器を組み合わせた粉末回折図形の測定方法をさらに発展させた技術であると考えられる。このように、この出願の発明は、これまで困難であった不均一な試料の結晶構造の画像化を短時間で達成することを可能にするだけでなく、平均的な結晶構造の情報を与える粉末回折の現在の測定技術に対して上位互換である。
【００４２】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００４３】
＜実施例１（モリブデン板からの粉末回折スポットの観察）＞
図１に示すようなＸ線回折顕微鏡装置（１）を用いてモリブデン板からの粉末回折スポットの観察を行った。
【００４４】
このときシンクロトロン放射光の連続Ｘ線を入射Ｘ線として用いており、モリブデンは体心立方格子の構造を持ち、回折角が２θで９１度（θで４５．５度）のときにブラッグ反射を満たすＸ線エネルギー等は表１のようになった。なお、モリブデンの反射面として、（１１０）、（２００）、（２１１）、（２２０）、（３１０）、（２２２）および（３２１）を用い、格子面間隔２ｄ値および反射面（１１０）の時の回折Ｘ線の強度を１００としたときのその他の反射面における回折Ｘ線の強度の相対強度比についても表１に示している。
【００４５】
【表１】
2005083999.tif 000003
【００４６】
この実験では５ｍｓ程度の撮像を１０２４回繰り返し行い、各回ごとに各画素に記録された諧調レベルを読み出し、ある決まった範囲にあるかどうかの判定により２値化を行ってその総和を取った。そのときの測定の所要時間は、画像処理の時間を含め全部で３０秒であった。その結果を図２に示す。
【００４７】
図２（ａ）は判定条件を３．９ｋｅＶに相当する諧調レベルにしたときに得られた画像であり、（１１０）反射に対応し、格子面間隔２ｄ値が４．４５０Åに相当する回折スポットが得られた。これに対して、図２（ｂ）は判定条件を約７ｋｅＶに相当する諧調レベルにしたときに得られた画像であり、基本的にブラッグ条件を満足しないため、回折スポ
ットは得られなかった。このように試料からの回折線を顕微鏡画像として短時間に取得することが確認された。
＜実施例２（アルミフォイルの集合組織の方位依存性の観察）＞
実施例１と同様に図１に示すＸ線回折顕微鏡装置（１）を用いて、アルミフォイルの集合組織を観察した。同じくシンクロトロン放射光の連続Ｘ線を入射Ｘ線として用いた。アルミニウムは、面心立方格子の構造を有し、回折角が２θで９１度（θで４５．５度）のとき、ブラッグ反射を満たすＸ線エネルギーは表２のようになった。そして反射面としては（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（２２２）、（４００）、（３３１）、（４２０）、（４２２）を用い、格子面間隔２ｄ値および反射面（１１１）の時の回折Ｘ線の強度を１００としたときのその他の反射面における回折Ｘ線の強度の相対強度比についても表２に示している。
【００４８】
【表２】
2005083999.tif 000004
【００４９】
反射面（２２０）、（３１１）、（２２２）の３つの反射について、試料の圧延方向とＸ線の入射方向の関係を平行にした場合と垂直にした場合の画像を取得し、画像間の比較を行った。その結果圧延方向に直交するようにＸ線を入射した場合のみ、（３１１）反射のスポットが多数強く観察されることがわかった。このようにして方位分布の画像を取得することも可能であることが分かった。
＜実施例３（角閃石斑レイ岩のＸ線回折顕微鏡像）＞
回転対陰極（Ｍｏターゲット）のＸ線源を１３ｋＶ、６００ｍＡで運転して得られる白色Ｘ線を用いて、角閃石斑レイ岩からの回折スポットを観察した。最初に通常の撮像を行うと、図３（ａ）に示すように、鉄の蛍光Ｘ線コントラストのほかに２箇所の強い回折スポットが観察された。これを分離・解析するため、露光時間５秒、１２８回の繰り返し撮像を行った。このとき散乱角は２θ＝９１°（θ＝４５．５°）であった。この結果を解析すると（ｂ）４．７ｋｅＶおよび（ｃ）５．４ｋｅＶに相当する回折Ｘ線が分離できた。これらはそれぞれ、面間隔がｄ＝１．８４１Å、ｄ＝１．５４４Åに相当する角閃石の結晶格子面に対応するものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置の一実施形態を例示した正面斜視図である。
【図２】この出願の発明のＸ線回折顕微鏡装置を用いてモリブデン板からの粉末回折スポットを観察した結果を示す写真である。
【図３】（ａ）  すべての散乱および蛍光Ｘ線を用いて撮像した結果を示す写真である。
【００５１】
（ｂ）  ４．７ｋｅＶに相当する回折Ｘ線の解析結果を示す写真である。
【００５２】
（ｃ）  ５．４ｋｅＶに相当する回折Ｘ線の解析結果を示す写真である。
【符号の説明】
【００５３】
１  Ｘ線回折顕微鏡装置
２  Ｘ線発生装置
３  試料ステージ
４  コリメータ
５  ２次元Ｘ線検出器
６  コンピュータ
７  試料
８  Ｘ線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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