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SingleCrystal 5 新しい機能

過去のバージョンの履歴

SingleCrystal 5.1

Release Date: 6 June 2024

1. ツールストリップ

スクリーンツールとオーバーレイのポップオーバーコントロールは、メインツールバーの下の新しいツールストリップに置き換わりました。これにより、ワンクリックで簡単にアクセスでき、必要に応じて新しい Tools ツールバーボタンをクリックすることで非表示にできます (または、View > Screen Tools > Hide Tools を選択)。以前の View ポップオーバーは、各ビューの個別のボタンに置き換わりました。これらのうち、Reflexions ボタンは、デフォルトのツールバー構成に含まれています。

2. ハイダイナミックレンジ画像のサポート

SingleCrystal では、新世代のソリッドステート検出器などで使用されているハイダイナミックレンジ (HDR) 画像ファイルをインポートして表示できるようになりました。HDR データをプログラムに読み込むことができるだけでなく、ほとんどのモニターの 8 ビット表示 (256 レベル) で動作するように強度スケールを再マップする自動ガンマ変換により、強度の変化が可視化されます。なお、オリジナルの生の強度はピークマーカーに表示され、エクスポートできる点に注意してください。

3. 観測画像のリアルタイム読み出し

Arrow ツールを使用すると、マウスの位置とそれに対応する観測強度が Diffraction ペインの下部にある “Info Tip” に表示されます。HDR 画像では、元の生の強度も表示される点に注意してください。

4. 放射状に平均化された背景

Picture インスペクタの Background Detection ポップオーバーに、”Radial average background” オプションが新たに追加されました。このオプションを有効にすると、背景バイトは画面の中心から放射状に平均化されます。重要: 観察対象のパターンを物理的に移動して (Move ツールを使用するなど)、その強度の中心が Diffraction ペインの中心になるようにする必要があります (Crosshairs を表示すると、この操作が簡単になります)。

5. リングパターンの生成

Pattern メニューのこの新しいオプションは、既存の画像パターンを一連の同心円状のリングに変換します。これは、粉末回折データとの比較に役立ちます。(注: 放射状に平均化された背景オプションと同様に、このコマンドを使用する前に、観測された回折画像が正しく中心に配置されていることを確認する必要があります)。

6. 新しいウィンドウの外観

CrystalMaker 11 の全体的な外観に合わせてドキュメントウィンドウを再設計しました。統合されたツールバーは削除し、その代わりに個別のタイトルバーとツールバー (後者は明るい背景テーマ) が配置されています。新しいアイコンとセグメント化されたボタンデザインを追加しました。

7. その他の変更

このバージョンには、さまざまな機能強化とバグ修正が多数含まれています。

  • インスペクターの動作を改善しました:disclosure グループの (デフォルトの) “auto closure” モードを使用する場合、Shift キーを押したままにすると複数の開示グループを開くことができます。
  • 背景差分プロセスとの混乱を避けるために、Picture インスペクタの Background グループの名称を “General” に変更しました。
  • Gallery ウィンドウの Registration および Support リンクにより、対応する Web フォームのフィールドが自動的に入力されます。
  • 「新機能」ガイドを更新しました。
  • 起動時にスクリーンツールが正しく表示されるようになりました。
  • あるウィンドウでスクリーン ツールを変更すると、他のすべてのウィンドウでも変更されるようになりました。
  • 結晶構造ライブラリを更新しました。Nontronite (スメクタイト鉱物) と Montmorillonite (計算された構造を実際の構造に置き換え) の新しい結晶構造が追加されました。
  • Sidebar, Inspector, Log, Gallery 用の新しいアイコンを追加しました。
  • Gallery ウィンドウと Document ウィンドウのメモリリークを修正しました。
  • ギャラリーの背景を暗めにしました。
  • 3D レンダリング システムの初期化時に発生するクラッシュを修正しました。
  • 高 DPI 画面でマーカーが表示される問題を修正しました。
  • 拡大ツールにより、クリックした正しいポイントにパターンが中央揃えされるようになりました。
  • 閾値の最小値と最大値を変更しても、Levels ヒストグラムが正しく更新されるようになりました。
  • Reflexions ヘッダーを再設計しました (Mac バージョンと同様)。
  • Windows 7 で SingleCrystal 5 が再び正常に実行されるようになりました。

 

SingleCrystal 5.0

Release Date: 3 January 2024

1. スマートになったドキュメントインターフェース

SingleCrystal 5 は洗練されたモダンなインターフェースに設計されています。Mac 版では、Apple の統合されたツールバーの外観にフルハイトのサイドバーが装備されています。このインターフェースには、各種コントロールがアニメーションで表示されるたスマートインスペクターも装備されています。このインスペクターは、画面に表示する内容を変更したり、異なるペインをクリックすると、それに応じて、2D, 3D, Crystal Shape, Stereogram の各インスペクターが自動的に切り替わります。

2. ドキュメントノート

SingleCrystal の Gallery ウィンドウのサンプルデータには、いずれも画面右側にノートが表示されている点にお気づきのことと思います。これらは、有益な情報を提供できるように設計されたもので、この領域を使うことで、自分で行った回折実験に関するノートをリッチテキストフォーマットを使って記録することができます。このノートはドキュメント全体に適用されます (パターンの選択とは無関係です)。分割されたインスペクターコントロールの Notes セグメントと Parameters セグメントを使用して、Notes と Parameters インスペクターを切り替えることができます。

3. フローティング表示の “Mini Stereogram”

SingleCrystal 5 には、方位 (orientation) を操作しやすくするための “Mini Stereogram” が用意されています。このステレオグラムは、 Diffraction ペイン上にフローティングで表示され、画面の一辺や角に「ドッキング」させることができます (SingleCrystal 4 のインスペクターに表示されていたステレオグラムはこれに置き換わりました)。この Mini Stereogram は、視覚的に目立たないように設計されていますが (また、必要な場合は非表示にできますが)、完全 (かつ、編集可能) な Stereogram ペインと Poles List を表示するために役立つショートカットも用意されています。

4. 回折の 3D 表示

SingleCrystal 5 では、最新の 3D グラフィック、すなわち、Apple の “Metal”、Microsoft の “DirectX” を使用して回折を 3D で探索できるようになりました。特に、Simulate > 3D Weighted Reciprocal Lattice コマンドを使えば、重み付き逆格子 (weighted reciprocal lattice) を 3D モデルで表示させることができます。この 3D モデルでは、逆格子の各点が球 (系統的欠落 (Systematic Absences) の場合はシンボル) で示され、ステレオグラム投影に対応する各種平面、ベクトル、さらには円錐 (cone) を追加することができます。

5. ブリルアンゾーン

任意のマテリアルの第一ブリルアンゾーン (First Brillouin Zone) を Simulate > 3D Brillouin Zone コマンドを使って表示できます。SingleCrystal には、ブリルアンゾーン周辺の逆格子部分と、逆格子軸 x*, y*, z* に平行なラインで結ばれた点が表示されます。ブリルアンゾーン (およびオプションでその周囲の逆格子) の表示は、専用のインスペクターを使用してカスタマイズできます。面心、辺、頂点 をクリックすると、それぞれの座標が表示されます。Shift + クリックで、逆空間の経路を定義できます。

6. 結晶の形態

SingleCrystal の 3D 機能を使って結晶の形態 (crystal morphologies) を表示できます。以下の3つのステップで実行できます:

  • Simulate > 3D Crystal Shape を選択します。まだ面を定義していない場合は、デフォルトのユニットセルの形状が表示されます。
  • Faces インスペクターを使って面を追加します。+ボタン (インスペクターの左下) をクリックすると編集ダイアログが表示されます。対称性に関連する面を追加するオプション (推奨) が用意されている点に注意してください。
  • Distance スライダー/テキストフィールドを使用して、各面の成長の度合いを指定します。距離 (面から結晶の中心まで) が大きいほど面は小さくなります。距離を小さくすると面はそれだけ大きくなります。注意:Wulff Construction と言うこともあります。

プリセット (“standard set”) の面グループを指定するには Shape インスペクターを使います。結晶面の色分けスキーム、不透明度、および、彩度を設定したり、作成した形状を画面中央から移動できます (同じドキュメント内で、例えば、双晶やキラル関係といった複数の形状を取り扱う場合に便利です)。

7. フーリエ変換

SingleCrystal 5 を使えば、任意のシミュレーションによるパターン又は観測されたパターンの光学的回折 “optical diffraction” パターンをシミュレーションできます。例えば、観測された回折パターンを使って擬似的な「高解像度の TEM 画像」を表示したい場合や、単純なイメージ「マスク」を編集して、シミュレーションによるフーリエ変換を観察することによって回折の原理を調べたい場合があります。このような場合、Pattern > Generate Fourier Transform コマンドを使用して、シミュレーションによるフーリエ変換の静的画像を作成するか、View > Diffraction > Show Fourier Transform コマンドを使用して、フーリエ変換の結果をインタラクティブに表示することができます (Diffraction ペインの右端) 。なお、Patterns リストにある複数の画像を組み合わせることでフーリエ変換の結果を変化させることができます。例えば、あるパターン (一行に並んだ点) をロックして、第二のパターン (一行に並んだ別の点) を動かすことで、パターンの間隔の変化にともなってフーリエ変換がどのように変化するかを確認することができます。SingleCrystal 5 には、フーリエ変換に関する広範にわたる教育用リソースが同梱されています。これらは、畳み込み (convolution) と形状関数 (shape functions) の原理を探索する一連のマルチパターンドキュメントで構成されています。このライブラリは、Gallery ウィンドウの中にあります。

8. オートグリッド

SingleCrystal では、観測された回折画像中の強度の最大値の位置が自動的に検出されます。この機能により、最初に観測された画像上に Grid オーバーレイを表示すると、各ノードが観測された反射の上に重なるよう Grid の「スナップ」がプログラムによって行われます (この機能は、 2D 逆格子セクションを画像化する X 線プリセッションパターンや TEM 回折パターンなどの手法に適しています)。一度手動で Grid を調整してしまうと、「スナップ」による位置変更が自動的に行われることはありません (これはユーザーによる測定結果を保護するためです)。しかし、Grid インスペクターの Auto-Fit Grid ボタンを使うことで、Grid の位置を手動で「スナップ」させることができます。

9. Patterns List の自動指数付けと Phase ID

Grid オーバーレイを使って観測された回折パターンに Auto-Index (自動指数付け) を行う場合、リファレンスとなる観測されたパターンを用意する必要があります。従来のバージョンでは、このパターンを画面上に表示されたパターンとしてまずはじめにプログラムに読み込んでいました。SingleCrystal 5 では、シミュレーションによる複数のパターンを自動指数付けのリファレンスとして使用できるオプションが用意されています。このオプションを使えば、候補となる位相リストを作成しておき、観測された回折ジオメトリに最も近いものをプログラムに選択させることができます。または、以下のオプションを選択できます:

  • 統合された構造ライブラリからサブライブラリを選択。
  • フォルダ (およびサブフォルダ) を指定し、そこにある全ての構造を読み込む。構造は適切なファイル形式である必要があります (CIF, CMTX, CrystalMaker ドキュメントの CMDX)。

SingleCrystal は、各構造の逆格子ジオメトリをシミュレーションし (すべての系統的欠落を考慮にいれる)、最適な結果の候補リストを Best-Fit ポップアップメニューに作成します。得られた結果は、メニューからいずれかのアイテムを選択することでグラフィカルに可視化することができます。SingleCrystal に該当する構造が読み込まれ、その回折パターンがシミュレーションされ、観測された回折画像の上に最適な方位で表示されます。

10. ピークの検出とラウエ自動指数付け

SingleCrystal で強度の最大値を検出できることは既に説明しました。“Auto Grid” 機能を裏で支えているのがこの機能になります。この機能のもう一つの側面は、逆格子ジオメトリを示さないラウエパターンのような回折パターンを自動的に指数付けできる機能です。なお、グリッドベースの自動指数付けと比較して、この機能は速度が大きく落ちる点に気を付けてください。SingleCrystal では、強度の最大値を Peak Markers を使用して表示できます。Peak Markers は、可変半径の円形のオブジェクトで、観測された回折画像の上に重ねて表示されます。これらは各種測定に使用可能で、ピーク位置と強度のテキストファイルをエクスポートしたり、パターンの自動インデックス付けが成功した場合は、インデックス付きの強度セットをエクスポートことができます。

11. DM3 と DM4 ファイルのインポート

Gatan 社製 “Digital Microscopist” ソフトウェアで作成された “DM3” および “DM4” フォーマットのデータファイルを SingleCrystal に読み込みできるようになりました。警告:DM3 及び DM4 はプロプライエタリなファイルフォーマットで、いずれの仕様も (公式には) 公開されていません。これらのフォーマットについては deconstruct する必要があり、ファイルのインポートが常に信頼できるものであるとは保証できません。もし、問題が発生した場合は、お持ちのファイルをお送りいただければ調査いたします。SingleCrystal は、これらのフォーマットで作成された多構造のファイルを読み込むことができます。ただし、スケーリング情報の全てが正確であるかどうかが明確でないため、画像スケールが正しいものかどうかをユーザーは手動で確認する必要があります (例:Ruler オーバーレイを使って微調整を行う等)。

12. レベルのヒストグラムとガンマコントロール

SingleCrystal 4 の Threshold コントロールグループは、新たに強度のヒストグラム表示機能を備えた Levels グループに置き換わりました。強度の広がりを可視化したり、もし彩色にグラデーションを使用すれば、各種レベルがどのような色で反映されるかを観察することができます。ヒストグラムの下にある強度スライダーには、Minimum と Maximum のサムネイルコントロールが用意されているので、これを使ってカラーの範囲を最適化することができます。もうひとつの新機能は、強度の「ガンマ」を定義できる機能です。極端な強度を強調 (又は減少) することで彩色を最適化することができます。このガンマスライダーは、ヒストグラムの上に用意されています。スライダーをドラッグすると、それに応じてヒストグラムが変更する点に注目してください。

13. 高度な散乱因子

従来のバージョンの SingleCrystal は、International Tables for Crystallography から取得した公開されている X 線散乱因子の単一のテーブルに依存していました。そして、電子散乱因子の計算には、Mott 方程式を使用していました。この方法は、殆どのケースでうまくいきましたが、次のようなケースで問題点がありました: 散乱角が非常に小さい場合、Mott 方程式ではうまくいかない。 公開されたデータは、高角度の散乱に適していない。

  • 高角度の散乱因子:
    SingleCrystal 5 では、範囲 2 < (sin θ / λ) < 6 Å–1 における高角度の X 線散乱因子の計算に Fox et al 1989 のデータを使用するようになりました。これらの著者は、4次多項式を使用して角度依存性の ln f x を当てはめています。これらの係数は、 International Tables for Crystallography (Second Edition), Volume C の表 6.1.1.5 に示されています。この作業の過程で、International Tables にも掲載されている Fox et al 1989 の公開された高角度のデータに重大なエラーがあることを我々は発見しました。公開された Li, Mg, Si, Ni, Zr の結果は完全に誤っており、この著者のパラメトリック当てはめ曲線は、彼らの生データポイントのいずれも通過していません。我々は、誤った公開データを使う代わりに、He (Z=2) から Cf (Z=98) 間にある全ての元素に対して独自の当てはめ式を作成し、その数値を高角度の計算に使用しています。我々はこの調査結果と修正されたデータをより広範な結晶学コミュニティへのサービスとして International Tables の将来のエディションで使用するよう International Union of Crystallography に提供しました。

  • 電子散乱因子:
    高角度の X 線散乱因子に第2のテーブルを使用することに加えて、SingleCrystal 5 では、低角度と高角度の電子散乱因子に更に2つのデータセットを使用するようになりました (International Tables for Crystallography から取得)。これらの変更の結果、SingleCrystal 5 では、X 線回折と電子回折の両方について信頼性の高いシミュレーションによる強度を遥かに広範囲の散乱因子にわたって提供できると確信しています。

14. ロスレスな画像圧縮

観測された回折画像は、SingleCrystal ドキュメント内部で圧縮されたフォーマットで保存されるようになりました。プログラムで採用されているアルゴリズムは独自の LZW スタイルのであるため、非常に高速で効率的、かつ、無損失の画像圧縮が提供されます。この機能の有効性は、とりわけ、複数のパターンを含むファイルで顕著です。従来のフォーマットの数分の1のサイズで保存できるようになっています。例えば、サンプルファイル Fourier Transform の場合、従来は数十メガバイトありましたが、いずれも数百キロバイトのオーダーに縮小されています。

15. 画像のクリーンアップ

SingleCrystal 5 には、高度なバックグラウンド検出、除去、および、ノイズリダクション機能を備えたカスタマイズ可能な “cleanup” コマンドが用意されています。このコマンドは、旧式のフィルムベースの回折手法のために設計されたもので、広範にわたる背景強度の「バルジ」(膨らみ) の効果を除外して強度の比較を容易に行うことができます。バックグラウンド除去の一部として、SingleCrystal では、観測された画像を等間隔でサンプリングし、反射として識別された領域をスキップしたあと、残りの領域に対して補間が行われます。こうして得られたイメージマップを生のピクセルから差し引くことで、よりクリーンな表示結果を得ることができます。

16. その他の変更点

  • Mac 版のシステム要件の変更。高速な “Metal” 3D グラフィックを提供するため、macOS の対応バージョンを 10.14 “Mojave” 以降としました。10.12 “Sierra” を含む従来のシステムはサポート対象外となります。
  • 新しいスタイルになったアプリケーションアイコン。
  • より高機能になったグリッドベースの自動指数付けアルゴリズムと、緊密に並んだ晶帯軸 (zone axes) から出現する晶帯外の反射 (大きな単位格子の高指数の晶帯の問題) の補正。
  • 新しい Rotator ツールバーアイコンによる角度表示。
  • 新しい View Direction ツールバーボタンとドロップダウンメニュー。良く使う方位を素早く選択できます。
  • 観測されたパターンの自動センタリング機能。ピークマーカーとパターンの対称性を使用してパターンを中央に配置。
  • 原点のスポットを非表示にしたり、その相対強度を定義できる機能。
  • Ruler (定規), Protractor (分度器) および Grid (グリッド) をメインパターンに合わせて自動的にズームおよび回転する機能。
  • パターン回転の機能向上:パターンそれぞれの中心ではなく、画面の中心を軸に回転。
  • スクリーンツールのキーボードショートカット:a = Arrow (矢印); v = Move (移動); h = Hand (ハンド); z = 拡大 (“Zoom”)
  • Laue シミュレーションで面間隔 d の最小値を設定できる機能。新しい Reset ボタンを使って、最小の波長にあわせてシミュレーションを更新できます。面間隔 d の最小値が大きすぎると (すなわち、波長の最小値の半分より大きい場合)、警告メッセージが表示されます。
  • Ruler (定規) の中心回転:shift キーを押しながら Ruler にある2つの穴のいずれかをドラッグすると、その中心点を軸に回転します。
  • 観測されたパターンを可視的な画像、生の画像、または、バックグラウンドを差し引いた画像としてエクスポートできます。
  • Poles (極) インスペクターの再設計:リストの下に新たに “+” ドロップダウンメニューを追加し、対称性に関連する全ての極を最大指数に追加するコマンドが用意されています。Colour ドロップダウンメニューボタンには、対称性、N、極、パターンによる各種色分けのためのコマンドが用意されています。
  • Faces インスペクター:結晶形態を操作する場合、専用の Faces インスペクタにステレオグラムの極が表示され、distance スライダを使用して面のサイズを調整できます。
  • ステレオ投影 (Stereographic projections) における南半球の投影には白抜きの円又は正方形を使用するようになりました。カラーで塗りつぶするより整然とした印象になります。
  • 新たに Observed 設定ペインを追加しました。このペインにはピークマーカーの設定に加えて、ピーク探索とバックグラウンド探索の各種パラメータが用意されています。
  • Scattering Factors 設定ペインを改良しました。新たに Electrons (電子)、X-Rays (X 線)、Neutrons (中性子) を切り替えできるセグメント化されたコントロールを用意し、散乱因子曲線とデータテーブルが適切に更新されています。
  • 反射ピークのチップスに可視強度 (Visible intensity) が表示されるようになりました。可視強度はラベル “Ivis” であらわします。可視強度は、相対積分強度 (relative integrated intensity) “I/Imax” と逆の関係になります。
  • プロットマーカーの積分強度のエクスポート。指数付けされたピーク全てをエクスポートするオプションが用意されています (積分強度は、ユーザー指定のマーカー半径を元に算出されます)。
  • 指数付けされたピークのエクスポート。Peak Markers グループに新たに追加された Export ボタンを使えば、マークされたピークの積分強度とそれらに対応するミラー指数のテキストファイルを生成することができます。
  • Display インスペクターの Resolution グループを大幅に改良しました。従来のバージョンでは “Density” 見出しの中にまとめられていた Pixel Density オプションと Pixel Pitch オプションを分離しました。より多くのスペースを確保するために、Pixel Density と Pixel Pitch 用のスライダーコントロールはボタンを使ってアクセスし、それぞれ独自のポップオーバーに表示されます。
  • 開始カラーに黒を使用した画像パターンのグラデーションの改善 (“Ice”, “Heat”, “spectrum”) 。また、新たに Red, Blue, Green のグラデーションも追加しました。
  • Display インスペクターの Position グループの名称を Centre & Rotate に変更。Auto Centre ボタンと Centre on Marker ボタンは、Auto-Index からここに移動しました。Reset ボタンは、X と Y のセンタリング用に個々の “Reset” ボタンがあるため削除しました。
  • View メニューの整理と、カスタム設定の views/overlays のためのアイコン。なお、 “Theme” オプションは Pattern メニューに移動し、Colour Reflexions サブメニューの一部 (“Apply Theme”) になりました。また、新たに Screen Tool サブメニューを追加して、ウィンドウのツールバーをクリックしなくても現在のドキュメントのスクリーンツールを変更できるようになりました。
  • オーバーレイの各種ツールの可読性が向上しました。Ruler (定規), Protractor (分度器), Grid (グリッド) では、観測された画像のカラーが考慮され、それに応じてハイライトのカラーが更新されるようになりました。
  • 半透明の Ruler Profile ウィンドウ。
  • グリッドベースの自動指数付けで、高指数ゾーンのケースを検索し、同一パターン内にあらわれる他のゾーンに由来する反射を除外するようになりました。
  • Protractor インスペクターに新たに Rotate Left ボタンを追加しました。
  • キーボードショートカットに Actual Pixels:実寸表示 (cmd-1) と Scale to Fit:ペインサイズに合わせる (cmd-2) を追加しました。
  • 新たにズーム用のメニューコマンド、Zoom In (cmd +) と Zoom Out (cmd –) を追加しました。一貫性を保つため Scale to Fit コマンドの名称は Zoom to Fit に変更しました。
  • Scale to Fit コマンドは、観測された回折画像はもちろん、シミュレーションによるパターンでも機能するようになりました。
  • Ruler Profile コンテクストメニューに新たに Show Cursor at Centre コマンドを追加しました。定規の中央をピーク上に配置すると、ピークの中心を示すカーソルと共にピークプロファイルが表示されるものです。
  • Edit メニューに Format サブメニュー (および、関連するコマンドキー・ショートカット) を追加して、Notes インスペクターでリッチテキストを容易に編集できるようにしました。
  • ステレオグラムペインに “magnify” ボタンを追加しました。このボタンをクリックすると、Diffraction ペインと Reflexions リストが非表示となり、この効果を元に戻す “zoom out” ボタンが表示されます。
  • “Core Animation” の採用により、ペインのサイズ変更の動作がスムーズになりました。
  • Gallery ウィンドウに 3D Brillouin Zone, Reciprocal Lattice, Crystal Morphology 用のサンプルファイルが追加されました。
  • Gallery に Fourier Transforms の広範にわたるライブラリを追加しました。Gallery ウィンドウのサイドバーからアクセスできます。
  • ソースコードに大幅な変更を加えました。Apple の「非推奨」呼び出しを新しい呼び出しに置き換え、新しいセキュリティプロトコルが採用されています。
  • 切り離し可能になったスクリーンツール、オーバーレイ、ビューのポップオーバー。ポップオーバーを切り離すと、テキスト無しの簡略モードで表示されます。ウィンドウを背景に移動するとポップオーバーは非表示になりますが、ウィンドウが最前面に来ると元に戻ります。
  • 切り離したポップオーバーは、ドキュメントウィンドウと共に移動します。これにより、Rotator を含むフローティングパレットの操作が容易になります。