(57)【要約】【課題】円筒面変換処理と時間遅延積分処理との両方を同じ演算制御過程内で行うことを可能にすることにより、極めて分解能が高く、しかも強度の高い回折Ｘ線像を得ることができるＸ線回折装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ１７、メモリ２０等から成るコンピュータの外部にＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）から成る信号処理部２１を設置して成るＸ線回折装置１である。測定装置２はＸ線回折測定を行う。２次元ピクセル型検出器１２は複数のピクセルから出力されるデータ量の大きな２次元回折線データを高速通信線であるカメラリンクケーブル２４を通して信号処理部２１へ伝送する。信号処理部２１は送られてきた大量の回折線データに対して円筒面変換処理２６及び時間遅延積分処理２７を行い、処理結果の画像データを１ラインの行データごとにバス２３へ伝送する。【選択図】図１
2012088094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料へ照射されるＸ線を発生するＸ線源と、
２次元的に並べられた複数のピクセルを有しており、前記試料から出たＸ線をそれらのピクセルによって受光してピクセルごとに受光光量を信号として出力し、前記試料に対して所定のカメラ長で配置されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線源、前記試料及び前記Ｘ線検出器の少なくとも１つを赤道面内で移動させ、且つ前記試料に対する前記Ｘ線源の角度及び前記試料に対する前記Ｘ線検出器の角度を測角するゴニオメータと、
前記Ｘ線源から出て前記試料で回折したＸ線を前記Ｘ線検出器が検出できるように前記ゴニオメータの動作を制御する演算制御部と、
第１通信線を介して前記演算制御部に接続されており、前記Ｘ線検出器の出力信号を第２通信線を介して受け取って信号処理を行い処理後の信号を前記第１通信線を通して前記演算制御部へ伝送する信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、
平面である前記Ｘ線検出器のＸ線受光面で得られた複数の１フレーム分の画像データのそれぞれを、前記カメラ長を半径とする円筒面に写像する円筒面変換処理と、
円筒面変換処理後の複数の１フレーム分の画像データを、互いに１画素分ずつずらしながら積算する時間遅延積分処理と、
時間遅延積分処理後の２次元データを前記赤道面に直交する方向である子午線方向の行データごとに前記第１通信線へ伝送する処理と、を行う
ことを特徴とするＸ線回折装置。
【請求項２】
試料へ照射されるＸ線を発生するＸ線源と、
１次元的に並べられた複数のピクセルを有しており、前記試料から出たＸ線をそれらのピクセルによって受光してピクセルごとに受光光量を信号として出力し、前記試料に対して所定のカメラ長で配置されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線源、前記試料及び前記Ｘ線検出器の少なくとも１つを赤道面内で移動させ、且つ前記試料に対する前記Ｘ線源の角度及び前記試料に対する前記Ｘ線検出器の角度を測角するゴニオメータと、
前記Ｘ線源から出て前記試料で回折したＸ線を前記Ｘ線検出器が検出できるように前記ゴニオメータの動作を制御する演算制御部と、
第１通信線を介して前記演算制御手段に接続されており、前記Ｘ線検出器の出力信号を第２通信線を介して受け取って信号処理を行い処理後の信号を前記第１通信線を通して前記演算制御部へ伝送する信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、
平面である前記Ｘ線検出器のＸ線受光面で得られた複数の１ライン分の画像データのそれぞれを、前記カメラ長を半径とする円筒面に写像する円筒面変換処理と、
円筒面変換処理後の複数の１ライン分の画像データを、互いに１画素分ずつずらしながら積算する時間遅延積分処理と、
時間遅延積分処理後の１次元データを１画素ずつ前記通信線へ伝送する処理と、を行う
ことを特徴とするＸ線回折装置。
【請求項３】
所定のＸ線露光時間内に前記複数のピクセルのそれぞれに蓄積された１フレーム分の信号を前記Ｘ線検出器から前記信号処理部へ前記第２通信線を介して一括して伝送することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＸ線回折装置。
【請求項４】
前記第１通信線はコンピュータの内部バス、又はコンピュータの内部バスとコンピュータ用通信線とを接続して成る通信線であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のＸ線回折装置。
【請求項５】
前記第２通信線は高速データ通信用線であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線回折装置。
【請求項６】
前記高速データ通信用線は、カメラリンク規格に則ったケーブルであるカメラリンクケーブルであることを特徴とする請求項５記載のＸ線回折装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料から出る回折Ｘ線を複数のピクセルを並べて成るピクセル型Ｘ線検出器によって検出して測定を行うＸ線回折装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平板な２次元検出器を使ってスキャンを行う際に、一定の時間間隔をおいて隣接する検出素子の出力を加算するいくつかの方法がある。例えば、その１つとして、ＣＣＤ（Charge Coupled Device／電荷結合素子）を使った２次元検出器で使用されている、ＣＣＤの電気的な特性を利用して蓄積された電荷を隣接する素子に転送する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
別の方法として、Ｓｉ（シリコン）等のフォトカウンティング素子を使った検出器で行われるような、計数値をデジタル回路あるいはコンピュータで演算する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
これらのいずれも、Ｘ線回折パターンの計測に使った場合、シンチレーションカウンタのような点状の検出器に比べて、感度（すなわち、単位時間あたりの計数値）が向上するという利点を有するが、その反面、角度分解能が低下するという問題点を有している。
【０００５】
角度分解能の低下という問題点を解消するために、検出器から得られた平板の画像を円筒面の画像に変換するという手法が知られている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。円筒面変換は検出器から得られる１フレーム分（１画面分）の各画素データに基づいて行われるが、検出器のスキャンごとに得られる１フレーム分のデータは各画素ごとに積分される。このような積分手法は、一般に、時間遅延積分（ＴＤＩ：Time Delay Integration）と呼ばれている。
【０００６】
円筒面変換及び時間遅延積分を実現するため、従来は、検出器から得られた画像をそのままコンピュータに送ってそのコンピュータのソフトウエアで処理を行っていた。しかしながら、この方法においては単位時間あたりにコンピュータが受け取るデータの量が膨大になるため、測定速度が低下するという問題を招来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４１５０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３８７２２号公報
【特許文献３】特開２００７−１０１２４７号公報
【特許文献４】特開２００７−３２２３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来装置における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角度分可能の低下を防ぐと同時に、単位時間当たりにコンピュータが受け取るデータ量を減らして測定速度の低下も防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＸ線回折装置は、概括的には、検出器とコンピュータの間に専用の高速演算回路を設置し、そこで円筒面変換と時間遅延積分とを行い、その結果をコンピュータに転送することで上記の目的を達成する。
【００１０】
具体的には、本発明に係る第１のＸ線回折装置は、
（１）試料へ照射されるＸ線を発生するＸ線源と、
（２）２次元的に並べられた複数のピクセルを有しており、前記試料から出たＸ線をそれらのピクセルによって受光してピクセルごとに受光光量を信号として出力し、前記試料に対して所定のカメラ長で配置されたＸ線検出器と、
（３）前記Ｘ線源、前記試料及び前記Ｘ線検出器の少なくとも１つを赤道面内で移動させ、且つ前記試料に対する前記Ｘ線源の角度及び前記試料に対する前記Ｘ線検出器の角度を測角するゴニオメータと、
（４）前記Ｘ線源から出て前記試料で回折したＸ線を前記Ｘ線検出器が検出できるように前記ゴニオメータの動作を制御する演算制御部と、
（５）第１通信線を介して前記演算制御部に接続されており、前記Ｘ線検出器の出力信号を第２通信線を介して受け取って信号処理を行い処理後の信号を前記第１通信線を通して前記演算制御部へ伝送する信号処理部とを有し、
（６）前記信号処理部は、
（ア）平面である前記Ｘ線検出器のＸ線受光面で得られた複数の１フレーム分の画像データのそれぞれを、前記カメラ長を半径とする円筒面に写像する円筒面変換処理と、
（イ）円筒面変換処理後の複数の１フレーム分の画像データを、互いに１画素分ずつずらしながら積算する時間遅延積分処理と、
時間遅延積分処理後の２次元データを前記赤道面に直交する方向である子午線方向の行データごとに前記第１通信線へ伝送する処理とを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２のＸ線回折装置は、
（１）試料へ照射されるＸ線を発生するＸ線源と、
（２）１次元的に並べられた複数のピクセルを有しており、前記試料から出たＸ線をそれらのピクセルによって受光してピクセルごとに受光光量を信号として出力し、前記試料に対して所定のカメラ長で配置されたＸ線検出器と、
（３）前記Ｘ線源、前記試料及び前記Ｘ線検出器の少なくとも１つを赤道面内で移動させ、且つ前記試料に対する前記Ｘ線源の角度及び前記試料に対する前記Ｘ線検出器の角度を測角するゴニオメータと、
（４）前記Ｘ線源から出て前記試料で回折したＸ線を前記Ｘ線検出器が検出できるように前記ゴニオメータの動作を制御する演算制御部と、
（５）第１通信線を介して前記演算制御手段に接続されており、前記Ｘ線検出器の出力信号を第２通信線を介して受け取って信号処理を行い処理後の信号を前記第１通信線を通して前記演算制御部へ伝送する信号処理部とを有し、
（６）前記信号処理部は、
（ア）平面である前記Ｘ線検出器のＸ線受光面で得られた複数の１ライン分の画像データのそれぞれを、前記カメラ長を半径とする円筒面に写像する円筒面変換処理と、
（イ）円筒面変換処理後の複数の１ライン分の画像データを、互いに１画素分ずつずらしながら積算する時間遅延積分処理と、
（ウ）時間遅延積分処理後の１次元データを１画素ずつ前記通信線へ伝送する処理とを行う
ことを特徴とするＸ線回折装置。
【００１２】
上記第１及び第２のＸ線回折装置によれば、信号処理部を第１通信線を介して演算制御部に接続した。すなわち、信号処理部を演算制御部の外部に独立して設けた。演算制御部は、ゴニオメータ、その他の機器の動作の制御を担う制御部であり、通常は、ゴニオメータ等の動作のための制御に加えて演算制御部によって円筒面変換処理及び時間遅延積分処理の両方を行うことはデータ処理能力の関係上、極めて困難であった。円筒面変換処理及び時間遅延積分処理は非常に大量のデータを処理しなければならないからである。
【００１３】
本発明では、ゴニオメータの動作の制御等を担う演算制御部の外部に信号処理部を独立して設け、その信号処理部によって円筒面変換処理及び時間遅延積分処理を行い、処理後のデータは１ラインの行データごとに演算制御部へ伝送するようにした。このため、ゴニオメータ等のための制御用のコンピュータに含まれる演算制御部による演算の遅れを招来することなく、円筒面変換処理及び時間遅延積分処理といった多量のデータ処理を要求される処理を行うことが可能となった。そして、円筒面変換処理に加えて時間遅延積分処理を併せて行えるようになったので、分解能が高く、しかも強度の強い回折線データを得ることができるようになった。
【００１４】
本発明に係るＸ線回折装置においては、所定のＸ線露光時間内に前記複数のピクセルに蓄積された１フレーム分の信号を前記Ｘ線検出器から前記信号処理部へ前記第２通信線を介して一括して伝送することが望ましい。こうすれば、Ｘ線検出器から信号処理部への信号伝送を短時間で円滑に行うことができる。
【００１５】
本発明に係るＸ線回折装置において、前記第１通信線はコンピュータの内部バス、又はコンピュータの内部バスとコンピュータ用通信線とを接続して成る通信線であることが望ましい。
コンピュータ用通信線は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥの各規約に従った通信ケーブルや、その他のネットワーク用の通信ケーブルである。内部バスやコンピュータ用通信線は、それら自体が高性能な通信線であるが、ゴニオメータやその他の機器の制御を担当しなければならないので、この制御に加えて円筒面変換処理及び時間遅延積分処理といった大量のデータを扱う処理を担当することは非常に困難である。しかしながら、本発明では円筒面変換処理及び時間遅延積分処理は信号処理部で行い、データ量を減少させた上で第１通信線に信号を伝送している。従って、信号処理部の後段にコンピュータ用通信線やコンピュータの内部バスが接続されていても、信号伝送に滞りが生じることは無い。
【００１６】
本発明に係るＸ線回折装置において、前記第２通信線は高速データ通信用線であることが望ましい。高速データ通信用線は、例えばカメラリンク規格に則ったケーブルであるカメラリンクケーブルや、カメラリンクケーブルと同等又はそれ以上のデータ伝送能力を備えた通信ケーブルである。
【００１７】
カメラリンクは、デジタルカメラと画像収録デバイスとを接続するための規格である。カメラリンクは、デジタル信号を高速に伝送することに特化した通信規格であり、例えばクロック信号を含んだ非同期のシリアル伝送に基づいた通信方式である。このカメラリンクを用いた通信形態を用いることにより、Ｘ線検出器から出力される大量のデータ（すなわち、円筒面変換処理前及び時間遅延積分前の大量のピクセルデータ）を短時間内に確実に信号処理部へ伝送できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る第１及び第２のＸ線回折装置によれば、信号処理部を第１通信線を介して演算制御部に接続した。すなわち、信号処理部を演算制御部の外部に独立して設けた。演算制御部は、ゴニオメータ、その他の機器の動作の制御を担う制御部であり、通常は、ゴニオメータ等の動作のための制御に加えて演算制御部によって円筒面変換処理及び時間遅延積分処理の両方を行うことはデータ処理能力の関係上、極めて困難であった。円筒面変換処理及び時間遅延積分処理は非常に多量のデータを処理しなければならないからである。
【００１９】
本発明では、ゴニオメータの動作の制御等を担う演算制御部の外部に信号処理部を独立して設け、その信号処理部によって円筒面変換処理及び時間遅延積分処理を行い、処理後のデータは１ラインの行データごとに演算制御部へ伝送するようにした。このため、演算制御部による演算の遅れを招来することなく、円筒面変換処理及び時間遅延積分処理といった多量のデータ処理を要求される処理を問題なく行うことが可能となった。そして、円筒面変換処理に加えて時間遅延積分処理を併せて行えるようになったので、分解能が高く、しかも強度の強い回折線データを得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るＸ線回折装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のＸ線回折装置の主要部である測定装置を示す斜視図である。
【図３】図１の制御系によって実行される処理を示すフローチャートである。
【図４】円筒面変換における円筒面から平面への写像の様子を模式的に示す図である。
【図５】円筒面変換における平面から円筒面への計数値の配分の様子を模式的に示す図である。
【図６】円筒面変換の際の位置の移動の様子をＸ線入射方向から見たときの投影図である。
【図７】円筒面変換における画素の移動に伴う計数値の配分の様子を示す図である。
【図８】円筒面変換における点の移動距離を示す図である。
【図９】円筒面変換後の画像の様子を模式的に示す図である。
【図１０】円筒面変換後の画像を１フレーム（１画面）内で詰めて格納する様子を模式的に示す図である。
【図１１】円筒面変換において移動する画素数と計数値の配分率を模式的に示す図である。
【図１２】時間遅延積分処理における画像データの積分の手順を模式的に示す図である。
【図１３】本発明に係るＸ線回折装置で用いる測定装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】本発明に係るＸ線回折装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係るＸ線回折装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るＸ線回折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。
【００２２】
図１は本発明に係るＸ線回折装置の一実施形態をブロック図によって示している。このＸ線回折装置１は、測定を実現するために機械的な動作を行う部分である測定装置２と、その測定装置２の動作を制御する部分である制御部３とを有している。
【００２３】
測定装置２は、例えば図２に示すように、測角器であるゴニオメータ４と、試料支持装置５とを有している。試料支持装置５は、測定対象である試料７を所定位置である試料支持位置で支持している。試料７は、本実施形態では粉末試料である。ゴニオメータ４は、入射側アーム８によってＸ線管９を支持している。ゴニオメータ４は、また、受光側アーム１１によって２次元ピクセル型検出器１２を支持している。図２では試料支持装置５及びゴニオメータ４を、具体的な形状ではなく模式化して示している。
【００２４】
入射側アーム８は、試料７のＸ線受光面（図２の上側表面）を通って延びている軸線ωを中心として回転可能である。以下、この回転をθ回転と呼ぶことにする。他方、受光側アーム１１も、同一の軸線ωを中心として回転可能である。以下、この回転を２θ回転と呼ぶことにする。入射側アーム８と受光側アーム１１とは互いに独立して回転できるようになっている。
【００２５】
Ｘ線管９の内部にはＸ線源であるＸ線焦点１３が設けられている。このＸ線焦点１３は、例えばフィラメントのような陰極に対向して配置された対陰極上に形成される。具体的には、フィラメントから放出された電子が対陰極の表面に衝突する領域がＸ線焦点１３となる。本実施形態では、対陰極が回転対陰極であり、対陰極のＸ線衝突面がＣｕ（銅）によって形成されており、Ｘ線焦点１３からはＣｕＫα線を含むＸ線が放出されるものとする。
【００２６】
通常、Ｘ線焦点１３は細長い線状の領域であり、そのＸ線焦点１３の長手側からＸ線管９の外部へ取り出されたＸ線は断面形状が線状のＸ線でありラインフォーカスのＸ線と呼ばれている。一方、Ｘ線焦点１３の短手側からＸ線管９の外部へ取り出されたＸ線は断面形状が矩形又はほぼ円形のＸ線でありポイントフォーカスのＸ線と呼ばれている。本実施形態では、図示の通り、ラインフォーカスのＸ線を取り出すようにしている。
【００２７】
２次元ピクセル型検出器１２は、平面内でマトリクス状に配列された複数のピクセル（画素）１４と、その背面に設けられた回路ボード１５とを有している。各ピクセル１４はＸ線を受光して受光量に対応した電気信号を生成する。ピクセル１４は、例えば半導体を用いて形成されたフォトカウンティング型のピクセルである。回路ボード１５は、各ピクセル１４に接続された増幅素子をマトリクス状に備えている。以上により、２次元ピクセル型検出器１２は、複数のピクセル１４の個々に生成されたＸ線強度信号を個々に同時に外部へ伝送する。ピクセル１２の数は測定の種類に応じて自由に設定できる。本実施形態では、縦×横＝５１２×５１２個とすることにする。
【００２８】
２次元Ｘ線検出器１２は、画素ごとにＸ線を検出でき、画素ごとに信号を出力できる構成の検出器であれば、任意の検出器を用いることができる。例えば、特開平６−３４２０９８号公報、特開平９−０９００４８号公報、特開２０１０−０３８７２２号公報等に開示されている２次元ピクセル型検出器１２や、ＣＣＤイメージセンサや、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ等といった２次元ピクセル型検出器を用いることができる。
【００２９】
ゴニオメータ４の入射側アーム８をω軸線を中心としてθ回転させることにより、Ｘ線焦点１３から出て試料７へ入射するＸ線の入射角度θを変化させることができる。また、受光側アーム１１をω軸線を中心として２θ回転させることにより、２次元ピクセル型検出器１２の中心ピクセルが試料７の中心部分を見込む角度θ１を変化させることができる。２次元ピクセル型検出器１２が試料７を見込む角度θ１は、ピクセル型検出器１２の中心ピクセルが試料７から回折角度θ１で出た回折Ｘ線を取込む角度である。
【００３０】
Ｘ線回折測定が行われている間、試料７へのＸ線入射角度θは所望の回転速度で連続的又は間歇的に変化させられる。ゴニオメータ４は、Ｘ線入射角度θをそのように変化させると共に、ピクセル型検出器１２による回折線取込み角度θ１を常にＸ線入射角度θと同じに変化するように制御する。従って、Ｘ線入射角度θに対するピクセル型検出器１２の回折線取込み角度２θ（すなわち、ピクセル型検出器１２の中心と試料７の中心とを結ぶ線が試料７へ入射するＸ線の中心線の延長となす角度）は、常に、Ｘ線入射角度θの２倍を維持する。つまり、ピクセルＸ線検出器１２は、Ｘ線入射角度θの２倍の角度を維持するように、ω軸線を中心としてＸ線焦点１３と同じ角速度で反対方向へ連続的又は間歇的にゴニオメータ４によって移動させられる。
【００３１】
制御部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７、ＲＯＭ（Read Only Memory）１８、ＲＡＭ（Random Access Memory）１９、メモリ２０、信号処理部２１を有している。これらの各要素は第１通信線としての内部バス２３によって互いに接続されている。内部バス２３は、命令用バスとデータ用バスとが共通でも良く、それらが互いに別々でも良い。図２に示した測定装置２の電気制御系統は入出力インターフェース２９を介して内部バス２３に接続されている。また、ディスプレイ、プリンタ等といった表示装置２２が、入出力インターフェース２９を介して内部バス２３に接続されている。
【００３２】
測定装置２内のピクセル型検出器１２の出力端子は第２通信線としての高速通信用線、例えばカメラリンクケーブル２４によって信号処理部２１の入力端子に接続されている。カメラリンクは、通信規約が単純である非同期式の入出力インターフェースであり、簡単であるが故にデータを高速で伝送することができる通信方式である。このカメラリンクは、例えば、先頭にクロック信号を含んでいる２４ビットのシリアル信号を用いた通信方式であり、先頭のクロック信号によって同期を取る方式である。
【００３３】
信号処理部２１は、デジタル信号処理に特化したマイクロプロセッサであるデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）や、マイクロコンピュータや、ハードウエア構成の信号処理回路等によって構成される。本実施形態では、ＸＩＬＩＮＸ（ザイリンクス）社製のＤＳＰであるＶｅｒｔｅｘ（バーテックス）６（商品名）を用いるものとする。ＤＳＰ２１は内部にメモリ２５を有しており、そのメモリ２５内に記憶されているプログラムソフトに従って必要な処理、本実施形態では円筒面変換処理２６及び時間遅延積分処理２７の２つの処理を行うようになっている。これらの処理については後述する。メモリ２５は、円筒面変換処理２６や時間遅延積分処理２７による処理後のデータを記憶する記憶領域を含んでいる。
【００３４】
制御部３内のメモリ２０には、図２に示す測定装置２を用いてＸ線回折測定を実現するためのプログラムソフトである回折測定プログラム３０と、測定によって求められた生のデータを記憶するためのデータ記憶領域３１とが設けられている。回折測定プログラム３０は、測定によって求められた生のデータに基づいて各種の解析を実現するための解析プログラムも含んでいる。また、データ記憶領域３１は解析プログラムに従って実現された解析の結果である解析データを記憶する領域も含んでいる。
【００３５】
回折測定プログラム３０は、図３に示すように、Ｘ線の発生を制御する処理（ステップＳ２）、ゴニオメータの動作を制御する処理（ステップＳ３）、装置の安全を管理する処理（ステップＳ４）、信号処理部２１からデータを読み込む処理（ステップＳ５）、そして、必要なデータに対して画像処理を行ってディスプレイ上に表示したり、プリンタで印字したりする処理（ステップＳ７、Ｓ８）等といった測定を遂行するための各種の処理を実行する。
【００３６】
以下、図１に示す信号処理部２１によって実現される円筒面変換処理及び時間遅延積分処理について説明する。
（円筒面変換の方式）
図２において、入射Ｘ線の中心線Ｒ０を含みω軸線に直角な平面が赤道面である。ピクセル型検出器１２のＸ線受光面が赤道面と交わる線Ｌ０が検出器上での赤道線である。赤道線Ｌ０に直交する線Ｌ１が子午線である。回転中心であるω軸線からピクセル型検出器１２の子午線Ｌ１までの距離Ｎ１がカメラ長である。
【００３７】
平面である２次元ピクセル型検出器１２で得られた画像を、子午線Ｌ１で検出面と接し半径がカメラ長Ｎ１と等しい円筒面Ｍ０に写像する処理が円筒面変換処理である。変換によって得られる画像は、あたかも円筒面上に実際の検出器と同じ大きさのピクセルが並んだ検出器で得られた画像と同じになることが要求される。図４は図２において検出器１２の検出面及び円筒面Ｍ０を矢印Ａ方向（子午線Ｌ１の延長の矢印）から見た状態を示している。図４に示すように、円筒面Ｍ０上で１つのピクセルに相当する面積に照射されるＸ線は、平面上では広がって複数のピクセルに照射されることになり、且つ隣接するピクセルでの計数値は異なっている。このため、円筒面Ｍ０上の２次元画像を厳密に得ることは不可能である。
【００３８】
円筒面変換に当たっては、ピクセルの素子数と同じ数のセルを持ち、初期値が０（ゼロ）であるメモリ領域（図１の符号２５）を用意する。そして、ピクセルで得られた計数値を、そのピクセルの中心に照射されるＸ線が円筒面Ｍ０を通過する位置（図５参照）に相当する場所にあるメモリセル及びその周りに配分することにより、円筒面変換処理が実現される。
【００３９】
（配分の方法）
円筒面変換を行ったとき、図６に示すように、平面上での点Ｐ１は円筒面上の点Ｑ１に写像される。点の移動距離は画素の大きさとは無関係であるため、円筒面上ではある特定のピクセルに全ての計数値が配分されず、図７に示すように、その近傍の４つのピクセルに配分されることになる。それらのピクセルへの配分率は点の移動距離から計算する。
【００４０】
（点の移動距離）
図８（ａ）及び図８（ｂ）に、カメラ長Ｎ１が「Ｒ」であるときの、平面上での点Ｐ１と円筒面上での点Ｑ１との関係を示す。「ａ」は、検出器のダイレクトビーム位置Ｐ０からの点Ｐ１の赤道方向の距離を示しており、「ｂ」はダイレクトビーム位置Ｐ０からの点Ｐ１の子午線方向の距離を示している。「ｒ」は、ダイレクトビーム位置Ｐ０からの点Ｑ１までの円筒面上での弧の長さを示している。
【００４１】
画像を円筒面に変換することによって点Ｐ１は、
赤道方向で、ａ−ｒ
子午線方向で、Δｂ
だけ移動する。これらの移動距離と、点Ｐ１の座標及びカメラ長Ｒとの関係は、
2012088094.tif 000003
であることから、赤道方向の移動距離をΔＬとすると、
ΔＬ＝ａ−ｒ
＝ａ−ＲΔ２θ    ……（２）
である。
【００４２】
また、子午線方向の移動距離Δｂは、
2012088094.tif 000004
2012088094.tif 000005
となる。
【００４３】
（変換後の画像）
円筒面変換を施すと、検出器から得られた画像は図９で示すように変形する。従って、次の処理工程で時間遅延積分処理を行う場合、円筒面変換を行わない場合と同じ足し合わせを行うと、正しい画像が得られない。そのため、図１０に示すように、変換後の画像を格納するメモリ領域にはスキャンの逆方向に詰め、子午線方向の長さは元の画像と同じにして、変換によって幅が狭くなり正しい足し合わせでの結果が得られない部分には０（ゼロ）を充填して画像を作る。このとき、変換によって短くなった画像を格納するのに必要な赤道方向のピクセル数をＬｔとすると、時間遅延積分処理における１列の画像データはＬｔ枚の画像を足し合わせて作る。
【００４４】
（計数値配分先の決定）
円筒面変換では、検出器から得た２次元画像の計数値を円筒面用のメモリ領域に配分する。このとき、計数値をどのメモリセルに配分するかは、変換による画素の移動距離で決まる。一方、変換後の画像はメモリ領域のスキャンの逆方向に詰めて格納するため、計数値を配分するセルの決定はそれも考慮して行う。
【００４５】
今、検出器の赤道方向のピクセル数を「Ｍ」、子午線方向のピクセル数を「Ｎ」とし、ピクセル及び画素の座標を図１０のように定める。また、ダイレクトビームが照射される位置の座標を、
（ｍｃ＋εｍ，ｎｃ＋εｎ）      ０≦εｍ，εｎ≦１
とし、さらにピクセルの大きさを「ｓ」とすると、中心が平面上の座標
（ｍ＋０．５，ｎ＋０．５）
にある画素の円筒面変換による移動量を画素の座標系で考えれば、式（２）、（３）から、
【００４６】
2012088094.tif 000006
【００４７】
2012088094.tif 000007
となる。ここで、関数floor(x)を、ｘを超えない整数を返すものと定義すると、この画素の計数値を配分する先の画素の（隅の）座標は、円筒面上では、
【００４８】
2012088094.tif 000008
【００４９】
2012088094.tif 000009
で得られるｍｒ，ｎｒを使って、
【００５０】
（ｍｒ，ｎｒ）
（ｍｒ＋１，ｎｒ）
（ｍｒ，ｎｒ＋１）
（ｍｒ＋１，ｎｒ＋１）
と表すことができる。また、円筒面の赤道方向の長さＬｔは、
【００５１】
2012088094.tif 000010
となる。
【００５２】
（計数値の配分率）
式（４），（５）で表される、変換に伴う画素の移動量の小数部分を次のように定義すると、
2012088094.tif 000011
2012088094.tif 000012
移動する画素数と計数値の配分率は図１１のようになる。これらの式を全てのｍについて事前に計算し表にしておけば、赤道方向の移動距離に関してはその表から直接求めることができる。また、同じことをｎについて行えば子午線方向の移動距離も表から求めることができる。しかしながら、それを行うと表があまりにも大きくなるため、本実施形態での円筒面変換は、
（ｎｃ＋εｎ−ｎ−０．５），（１−ｃｏｓΔ２θ）
のみの表を作成しておき、子午線方向の移動距離に関しては変換の実行時にその表の値とｎの値から、画素の移動先と計数値の配分率を計算する。
【００５３】
（時間遅延積分処理）
本実施形態絵は、所定時間ごと、例えば５ｍｓごとに図２のピクセル型検出器１２から１フレーム分、すなわち１画面分の２次元画像データが一括して出力される。そして、個々の１フレーム分の画像データが上記の円筒面変換処理を受ける。その結果、図１２に模式的に示すように、円筒面変換処理を受けた複数の画像データＤが図１のメモリ２５内に記憶される。
【００５４】
時間遅延積分処理部２７は、円筒面変換後の１フレーム分の各画像データＤを互いに１画素分だけずらせながら、各ピクセル内のデータを積分して行く。これにより、回折角度２θが同じである回折Ｘ線強度データが積分、すなわち加算又は蓄積されることになり、結果的に、強度の強い回折線データを得ることが可能となる。時間遅延積分処理後の画像データは、ＣＰＵ１７からの指令に従って、行データ（図１２の符号３２に相当するデータ）ごとに信号処理部２１からバス２３へ送り出され、ＲＡＭ１９又はメモリ２０へ伝送されて記憶される。
【００５５】
本実施形態で用いている図１のコンピュータは、ＣＰＵ１７、バス２３等によって構成されたコンピュータである。このコンピュータは図３に示した多種多様な演算制御を担っており、ピクセル型検出器１２から送り出される大量のデータから成る画像データを直接に処理することは、データ処理構造上又はデータ転送構造上の制約からみて極めて困難である。
【００５６】
しかしながら、本実施形態では、ＤＳＰによって構成された信号処理部２１をコンピュータの外部に設け、この信号処理部２１によってデータ量の大きい画像データを受け取って円筒面変換処理及び時間遅延積分処理の両方を行い、信号処理部２１からコンピュータへは、単に画像データの１行分だけのデータが順次に伝送されるだけである。このため、コンピュータは図３の演算制御を行った上でピクセル型検出器１２からの画像データをも支障なく高速に処理でき、必要に応じて、図３のステップＳ７で画像処理を行って、図１の表示装置２２、例えばディスプレイやプリンタによって視覚的に表示を行うことができる。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、演算制御部であるコンピュータの外部に信号処理部２１を設け、データ量の大きい画像データはこの信号処理部２１が担当し、コンピュータにはデータ量の小さい画像データが伝送されるので、処理するデータ量が非常に大ききくなる処理である円筒変換処理及び時間遅延積分処理の両方をコンピュータを用いて実現できるようになった。
【００５８】
そして、円筒面変換処理と時間遅延積分処理との両方を結合させて実現したことにより、Ｘ線粉末回折測定において、極めて分解能が高く、しかも強度の強い回折線データを得ることができた。
【００５９】
本実施形態において、ゴニオメータ４にはこのコンピュータからファームウエアに対して測角範囲や測角スピード等の必要な情報が送られる。情報を受け取ったファームウエアはその指示に従ってゴニオメータ４を駆動する。ゴニオメータ４に設置されている２次元ピクセル型検出器１２は取得したＸ線強度データを信号処理部２１を介してコンピュータに伝送する。
【００６０】
コンピュータはゴニオメータ４の他、Ｘ線管９を含むＸ線発生装置や、その他の各装置へ指示を送る。さらに、コンピュータは保安機構からの情報を受け取ったり、場合によっては測定中に、その測定と平行してデータ処理を行う。従って、本実施形態で用いるコンピュータは高性能のコンピュータであり、多面的な演算制御を同時に行うコンピュータである。本実施形態のコンピュータが高性能であるといっても、同時に多面的な制御や解析を行っているため、さらなる高負荷をかけることはコンピュータの動きを遅くし、測定等の速度に影響を及ぼす。
【００６１】
他方、高い角度分解能を維持するためには円筒面変換が不可欠である。円筒面変換を行わない場合には、データがボケてブロードになってしまう。円筒面変換を行う場合、従来は１フレーム分のデータ全部をゴニオメータ等のための制御用コンピュータへ送ってそのコンピュータによって処理する必要があった。
【００６２】
しかし、測定速度を速め、且つ角度分解能を良くするためには、検出器から複数の１フレーム分のデータを大量に送り出す必要があり、通常のネット（すなわち信号線）ではそのような大量のデータを伝送することができず、従って、測定速度を速めることはできなかった。
【００６３】
本実施形態において、例えば、５１２×５１２のピクセル数、１ピクセルで４バイトのデータ量、５ｍｓの測定間隔で測定が行われるとすると、転送速度は約２１０Ｍバイト／秒となる。現在、通常に使用されているＬＡＮ（Local Area Network）の速度は１００ｂａｓｅである。最新の１０００ｂａｓｅの規格でも、実効速度は現実には２００Ｍバイト／秒程度と考えられる。こらは、ハードウエアとＴＣＰ／ＩＰのプロトコルの問題で、アプリケーション層では実際には数分の１程度の速度しか出ないためである。従って、現状の通信線によって２１０Ｍバイト／秒のような多量のデータ量のデータを伝送することは不可能である。
【００６４】
従来のＸ線回折装置においては、上記のような通信速度の問題を解決しない限り、ボケの無いデータを得るために円筒面変換を行い、且つ速度を速くした測定を行うということができなかった。
【００６５】
本実施形態では、検出器側で円筒面変換処理を行い、且つ円筒面変換処理後の複数の１フレーム分のデータに関して時間遅延積分の技術を用いることで、コンピュータへ送るデータのデータ量を減らすことが可能となった。そして、これにより、検出器から出力される膨大なＸ線強度データを、従来から使用されているコンピュータによって支障なく処理できるようになった。
【００６６】
なお、本実施形態では検出器１２と信号処理部２１との間を高速通信可能なカメラリンクケーブル２４で結ぶことにより、膨大なデータ量のデータについての上記の通信速度の問題を解決した。検出器１２とコンピュータとの間を全てカメラリンクケーブル２４で結べば、通信速度の関係を根本的に解決できるようにも考えられるが、カメラリンク規格は使用するケーブルの長さに制限があり、そのため、検出器１２とコンピュータとの間の全てをカメラリンクケーブル２４で結ぶことは現実には無理がある。
【００６７】
この点に関し、本実施形態は、検出器１２とコンピュータとの間に信号処理部２１を設け、膨大なデータ量のＸ線強度データをカメラリンクケーブル２４を通して信号処理部２１へ伝送し、信号処理部２１によってデータ量を減らした上でデータをコンピュータへ伝送するようにした。このため、信号処理部２１とコンピュータとを結ぶ信号線は従来の通信線、例えばＬＡＮを用いて支障なく行えるようになった。従来の通信線によれば長さの制限は問題とならない。
【００６８】
（他の実施形態１）
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。
【００６９】
例えば、上記の実施形態では、半導体によって形成された複数のピクセルを縦方向及び横方向の両方に並べて成るフォトカウンティング型の２次元ピクセルＸ線検出器１２を用いたが、これに代えて、図１３に示すように、２θ回転方向に沿って複数のピクセル１４を直線的に並べて成る１次元ピクセル型検出器３３を用いることもできる。
【００７０】
この１次元ピクセル型検出器３３を用いた場合でも、円筒面Ｍ０上での写像を求める円筒面変換処理が行われ、さらに円筒面変換処理後の複数の１フレーム分の画像データを１画素分だけずらせながらピクセルデータを積分する時間遅延積分処理の両方が行われる。
【００７１】
図２に示した２次元ピクセル型検出器１２を用いた場合は、図１２に模式的に示したように、図１の信号処理部２１から行データ３２ごとに画像データを伝送したが、図１３に示す１次元ピクセル型検出器３３を用いた場合には、行データではなく１つの画素データごとにデータ伝送が行われる。
【００７２】
（他の実施形態２）
図１の実施形態ではコンピュータによって構成された制御部３の内部に信号処理部２１を格納した。つまり、信号処理部２１が内部バス２３を通して演算処理部であるＣＰＵ１７に接続されていた。これに代えて、図１４に示すように；
（１）制御部３の外部に信号処理部２１を配置し、
（２）ピクセル型検出器１２と信号処理部２１とをカメラリンクケーブル２４のような高速データ通信用線で接続し、
（３）信号処理部２１と制御部３とを、内部バス２３とコンピュータ用通信線であるＬＡＮケーブル２８とを接続して成る通信線で接続する
構成とすることもできる。ＬＡＮケーブル２８は、例えばTCP/IP，USB，IEEE1394等の通信規約に従った通信ケーブルである。
【００７３】
この実施形態では、カメラリンクケーブル２４のような高速データ通信用線が第２通信線として機能し、内部バス２３とコンピュータ用通信線であるＬＡＮケーブル２８とを接続して成る通信線が第１通信線として機能している。
【００７４】
（他の実施形態３）
さらには、図１５に示すように、検出器１６の内部にピクセル型検出器１２及び信号処理部２１を格納し、ピクセル型検出器１２と信号処理部２１とをカメラリンクケーブル２４のような高速データ通信用線で接続し、信号処理部２１と制御部３とをＬＡＮ２８と内部バス２３とを接続して成る通信線で接続する構成とすることもできる。ＬＡＮケーブル２８は、例えばTCP/IP，USB，IEEE1394等の通信規格に従った通信ケーブルである。
【００７５】
この実施形態でも、カメラリンクケーブル２４のような高速データ通信用線が第２通信線として機能し、内部バス２３とコンピュータ用通信線であるＬＡＮケーブル２８とを接続して成る通信線が第１通信線として機能している。
【符号の説明】
【００７６】
１．Ｘ線回折装置、  ２．測定装置、  ３．制御部、  ４．ゴニオメータ、  ５．試料支持装置、  ７．試料、  ８．入射側アーム、  ９．Ｘ線管、  １１．受光側アーム、  １２．２次元ピクセル型検出器（Ｘ線検出器）、  １３．Ｘ線焦点、  １４．複数のピクセル、  １５．回路ボード、  １６．検出器、  ２０．メモリ、  ２１．信号処理部、  ２２．表示装置、  ２３．内部バス、  ２４．カメラリンクケーブル、  ２５．メモリ、  ２６．円筒面変換処理部、  ２７．時間遅延積分処理部、  ２８．ＬＡＮ、  ３２．行データ、  ３３．１次元ピクセル型検出器、  ａ．赤道方向の距離、  ｂ．子午線方向の距離、  Ｄ．画像データ、  Ｌ０．赤道線、  Ｌ１．子午線、  Ｍ０．円筒面、  Ｎ１．カメラ長、  Ｐ０．ダイレクトビーム位置、  Ｐ１．平面上での点、  Ｑ１．円筒面上の点、  Ｒ０．入射Ｘ線の中心線、  θ．Ｘ線入射角度、  θ１．検出器見込み角度（回折線取込み角度）、  ω．回転軸線
【図１】
2012088094.tif 000013
【図２】
2012088094.tif 000014
【図３】
2012088094.tif 000015
【図４】
2012088094.tif 000016
【図５】
2012088094.tif 000017
【図６】
2012088094.tif 000018
【図７】
2012088094.tif 000019
【図８】
2012088094.tif 000020
【図９】
2012088094.tif 000021
【図１０】
2012088094.tif 000022
【図１１】
2012088094.tif 000023
【図１２】
2012088094.tif 000024
【図１３】
2012088094.tif 000025
【図１４】
2012088094.tif 000026
【図１５】
2012088094.tif 000027