JP2015077289A - Ｘ線撮像方法及びｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間分解能を高めるとともに、露光時間を短縮できるＸ線撮像方法を提供する。【解決手段】Ｘ線検出面１１ａと複数のＸ線光源１２との間に配置された被写体Ｏｂに対し、複数のＸ線光源１２の各々から同時にＸ線が照射される。Ｘ線検出面１１ａに照射されたＸ線ｘｒの強度が検出されて、その検出されたＸ線ｘｒの強度に対応する第１画像信号が生成される。複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報と、複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて第１画像信号がデコンボリューションされることにより、第２画像信号が生成されて、画像が生成される。【選択図】図２

Description

本発明は、被写体にＸ線を照射することによって被写体を撮像するＸ線撮像方法及びＸ線撮像装置に関する。

図１８は一般的な透過型Ｘ線撮像装置の概念を示す図である。図１８に示すように、一般的な透過型Ｘ線撮像装置では、一つのＸ線光源１８１からＸ線ｘｒが放出される。Ｘ線ｘｒは、被写体Ｏｂを透過して２次元検出器１８２に照射される。２次元検出器１８２は、２次元検出器１８２に照射されたＸ線ｘｒの強度を検出し、その検出されたＸ線ｘｒの強度に対応する画像信号を生成する。よって、一般的な透過型Ｘ線撮像装置は、２次元検出器１８２において検出されたＸ線ｘｒの強度に基づく画像を生成する。一般的な透過型Ｘ線撮像装置では、電子線が金属ターゲットに照射されることで、Ｘ線ｘｒが発生する。金属ターゲットは、透過型ターゲットとしても、反射型ターゲットとしても使用できる。

透過型Ｘ線撮像装置によれば、被写体Ｏｂを破壊することなく、被写体Ｏｂの内部を観察することが可能となる。このため、透過型Ｘ線撮像装置は、例えば、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）などの医療用Ｘ線診断、製品の非破壊検査、空港などにおけるセキュリティ検査のような様々な分野で活用されている。

一般的な透過型Ｘ線撮像装置において生成される画像の空間分解能は、２次元検出器の分解能及びＸ線光源のスポットサイズによって制限される。２次元検出器の分解能を超える空間分解能を得るには、必要な空間分解能よりもＸ線光源のスポットサイズを小さくする必要がある。なお、この明細書において、スポットは、Ｘ線光源から放出された直後のＸ線のスポットを示し、スポットサイズは、Ｘ線光源から放出された直後のＸ線のスポットのサイズを示す。

図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、一般的な透過型Ｘ線撮像装置において、必要な空間分解能よりもＸ線光源のスポットサイズが大きい場合に生成される画像信号を説明するための図である。詳しくは、図１９（ａ）は、Ｘ線ｘｒがＸ線光源１９１から被写体Ｏｂに照射され、被写体Ｏｂを透過して２次元検出器のＸ線検出面１９２に照射される様子を示している。図１９（ｂ）はＸ線ｘｒの強度に対応する画像信号ｇ（ｘ）を示している。Ｘ線ｘｒの強度は、Ｘ線検出面１９２において検出される。図１９（ｂ）において、横軸は空間座標（ｘ座標）を示し、縦軸はＸ線ｘｒの強度（任意単位）を示す。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、必要な空間分解能よりもＸ線光源１９１のスポットサイズが大きい場合、画像信号ｇ（ｘ）は被写体Ｏｂの形状又は構造に正確には対応していない。つまり、必要な空間分解能が得られない。

一方、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、一般的な透過型Ｘ線撮像装置において、必要な空間分解能よりもＸ線光源のスポットサイズが小さい場合に生成される画像信号を説明するための図である。詳しくは、図２０（ａ）は、Ｘ線ｘｒがＸ線光源２０１から被写体Ｏｂに照射され、被写体Ｏｂを透過してＸ線検出面２０２に照射される様子を示している。図２０（ｂ）はＸ線ｘｒの強度に対応する画像信号ｇ（ｘ）を示している。Ｘ線ｘｒの強度は、Ｘ線検出面２０２において検出される。図２０（ｂ）において、横軸は空間座標（ｘ座標）を示し、縦軸はＸ線ｘｒの強度（任意単位）を示す。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、画像信号ｇ（ｘ）は被写体Ｏｂの形状又は構造に対応している。つまり、十分な空間分解能が得られる。

このように、Ｘ線光源のスポットサイズが小さくなる程、空間分解能が向上する。そのため、より小さいスポットサイズを有するＸ線光源（微小光源）を得るための様々な手法が提案されている。例えば、電子線を集光して金属ターゲットに照射する手法が特許文献１に開示されている。電子線が集光されることにより、Ｘ線光源のスポットサイズが小さくなる。また、金属ターゲットを小さくする手法が特許文献２に開示されている。金属ターゲットが小さくなることにより、Ｘ線光源のスポットサイズが小さくなる。また、特許文献３には、微小光源として機能する金属ターゲットが、軽元素材料からなる基板に埋め込まれた構造が開示されている。

Ｘ線光源として電子線の照射領域よりも小さい金属ターゲットが使用される場合、スポットサイズを規定することが容易になる。さらに、金属ターゲットは任意の形状に形成できるので、任意の形状のスポットを得ることができる。また、金属ターゲットが基板に埋め込まれることにより、金属ターゲットの保護が可能となる。

しかしながら、Ｘ線光源のスポットサイズが小さくなる程、放出されるＸ線の強度が弱くなる。例えば電子線が集光される場合、金属ターゲットに照射される電子線のエネルギ密度が高くなることから、投入電力が制限される。このため、放出されるＸ線の強度が弱くなる。また、金属ターゲットが小さい場合、金属ターゲットの表面積に比例して、放出されるＸ線の強度が弱くなる。よって、Ｘ線光源のスポットサイズが小さくなる程、空間分解能は向上するが、その一方で、発生するＸ線の強度は弱くなる。発生するＸ線の強度が弱くなると、露光時間（撮像時間）が長くなるという問題が起こる。

特開２００３−１３１０００号公報 特開２００４−０２８８４５号公報 国際公開第２００５／０９８８７１号

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間分解能を高めるとともに、露光時間（撮像時間）を短縮できるＸ線撮像方法及びＸ線撮像装置を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、Ｘ線撮像方法は、Ｘ線検出面と複数のＸ線光源との間に配置された被写体に対し、前記複数のＸ線光源の各々から同時にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度を検出し、前記検出されたＸ線の強度に対応する第１画像信号を生成するステップと、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて、前記第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成するステップと、を含む。

本発明の第１の観点に係るＸ線撮像方法は、前記第２画像信号を生成するステップが、前記第１画像信号をフーリエ変換するステップと、フーリエ変換された前記第１画像信号に対して、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて数値処理を実施するステップと、前記数値処理が実施された前記第１画像信号を逆フーリエ変換して前記第２画像信号を生成するステップと、を含んでもよい。

本発明の第１の観点に係るＸ線撮像方法は、前記複数のＸ線光源の各々が、平面視したときに５０ｎｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有してもよい。

本発明の第２の観点によれば、Ｘ線撮像装置は、２次元検出器と、複数のＸ線光源と、画像処理部とを備える。前記２次元検出器は、Ｘ線検出面を有する。また前記２次元検出器は、前記Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度を検出し、前記検出されたＸ線の強度に対応する第１画像信号を生成する。前記複数のＸ線光源は、前記Ｘ線検出面に向けてＸ線を同時に照射する。前記画像処理部は、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報と、を用いて、前記第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成する。

本発明の第２の観点に係るＸ線撮像装置において、前記画像処理部は、前記第１画像信号をフーリエ変換し、フーリエ変換された前記第１画像信号に対して、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて数値処理を実施した後、前記数値処理が実施された前記第１画像信号を逆フーリエ変換することにより、前記第２画像信号を生成してもよい。

本発明の第２の観点に係るＸ線撮像装置は、電子線を放出する電子源をさらに備えてもよい。この場合、前記複数のＸ線光源は、複数の金属ターゲットからなる。前記複数の金属ターゲットのそれぞれに、前記電子源から電子線が同時に照射される。これにより、前記複数の金属ターゲットの各々から前記Ｘ線検出面へ向けてＸ線が照射される。前記複数の金属ターゲットの各々は、平面視したときに５０ｎｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有してもよい。

本発明の第２の観点に係るＸ線撮像装置は、Ｘ線を放出するＸ線発生源をさらに備えてもよい。この場合、前記複数のＸ線光源は、基板に形成された複数の孔からなる。前記複数の孔のそれぞれに、前記Ｘ線発生源からＸ線が同時に照射される。これにより、前記複数の孔の各々から前記Ｘ線検出面へ向けてＸ線が照射される。前記複数の孔の各々は、平面視したときに１μｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有してもよい。

本発明によれば、複数のＸ線光源から同時にＸ線が放出されて、Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度に対応する第１画像信号が生成される。第１画像信号に基づく画像は、複数のＸ線光源の各々によって形成された画像が重なったものである。したがって、第１画像信号は、複数のＸ線光源の各々からＸ線検出面に照射されたＸ線のそれぞれの強度分布の和で表すことができる。それぞれの強度分布の間には、複数のＸ線光源のそれぞれの座標に応じた位置の差と、複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度に応じた強度の差とが生じる。よって、複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報（座標）と、複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて、第１画像信号をデコンボリューションすることにより、一つのＸ線光源によって撮像された画像と同じ解像度を有する画像が得られる。したがって、複数のＸ線光源のそれぞれのスポットサイズが小さくなる程、空間分解能が向上する。

また、複数のＸ線光源から同時にＸ線が放出される場合、Ｘ線検出面で検出されるＸ線の強度は、各Ｘ線光源のＸ線強度の和に応じた強度となる。よって、複数のＸ線光源のそれぞれのスポットサイズが小さくなっても、必要なＸ線強度が確保されるので、露光時間（撮像時間）の短縮化を図ることが可能となる。

（ａ）及び（ｂ）本発明の実施形態１に係るＸ線撮像装置の基本原理を説明するための図である。 本発明の実施形態１に係るＸ線撮像装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係るＸ線光源の配置例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）本発明の実施形態１に係るＸ線光源の配置例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）図１のＸ線光源の例を示す断面図である。 図１のＸ線光源（透過型ターゲット）によるＸ線の発生を説明するための図である。 本発明の実施形態１のＸ線撮像装置によって生成される画像を説明するための図である。 Ｘ線光源が一つの場合に生成される画像を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）図１のＸ線光源の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るＸ線撮像装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係るＸ線撮像装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態４に係るＸ線撮像方法を示すフローチャートである。 図１２のステップ３における演算処理の一例を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）本発明の実施形態４に係るＸ線撮像方法が適用された実施例に使用された被写体を示す図である。 同実施例に用いたＸ線光源を示す図である。 同実施例における再構築前の画像を示す図である。 同実施例における再構築された画像を示す図である。 一般的な透過型Ｘ線撮像装置の概念を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）一般的な透過型Ｘ線撮像装置において、必要な空間分解能よりもＸ線光源のスポットサイズが大きい場合に生成される画像信号を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）一般的な透過型Ｘ線撮像装置において、必要な空間分解能よりもＸ線光源のスポットサイズが小さい場合に生成される画像信号を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

（実施形態１）
［基本原理］
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の実施形態１に係るＸ線撮像装置１０の基本原理を説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、Ｘ線撮像装置１０の基本原理を説明するための図である。詳しくは、図１（ａ）は、Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３が３つのＸ線光源１、２、３の各々から同時に被写体Ｏｂへ照射され、被写体Ｏｂを透過してＸ線検出面４に照射される様子を示している。図１（ｂ）はＸ線検出面４で検出されたＸ線の強度に対応する画像信号ｇ（ｘ）を示している。図１（ｂ）において、横軸は空間座標（ｘ座標）を示し、縦軸はＸ線の強度（任意単位）を示す。複数のＸ線光源１、２、３はそれぞれ、必要な空間分解能よりも小さいスポットサイズを有している。

図１（ａ）に示すように、複数のＸ線光源１、２、３によって撮像される画像は、複数のＸ線光源１、２、３の各々によって形成された画像が重なった画像になる。Ｘ線光源１、２、３から放出された各Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３に対応するＸ線強度分布の間には、位置の差及び強度の差が生じる。これは、被写体Ｏｂに対する各Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３の入射方向（照射方向）が異なること、及び各Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３のＸ線強度が異なることに起因する。つまり、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれの位置（座標）に応じて、形成される各Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３の強度分布に位置の差が生じ、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれのＸ線強度に応じて、形成される各Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３の強度分布に強度の差が生じる。

例えば図１（ａ）に示すように、Ｘ線検出面４のｘ軸方向に平行な方向に沿って複数のＸ線光源１、２、３が一列に並ぶ場合、図１（ｂ）に示すように、画像信号ｇ（ｘ）は、Ｘ線検出面４に照射されたＸ線ｘｒ１、ｘｒ１、ｘｒ３のそれぞれの強度に対応する各画像信号ｉ₁×ｆ（ｘ−ａ₁）、ｉ₂×ｆ（ｘ−ａ₂）、ｉ₃×ｆ（ｘ−ａ₃）の和で表すことができる。ここで、“ａ₁”はＸ線光源１のｘ座標に応じた画像信号の位置であり、“ａ₂”はＸ線光源２のｘ座標に応じた画像信号の位置であり、“ａ₃”はＸ線光源３のｘ座標に応じた画像信号の位置であり、また、“ｉ₁”はＸ線光源１から発生するＸ線強度に応じたＸ線の強度であり、“ｉ₂”はＸ線光源２から発生するＸ線強度に応じたＸ線の強度であり、“ｉ₃”はＸ線光源３から発生するＸ線強度に応じたＸ線の強度である。

したがって、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれの位置情報（座標）と、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて画像信号ｇ（ｘ）をデコンボリューションすることにより、一つのＸ線光源によって撮像された画像と同じ解像度を有する画像が得られる。よって、複数のＸ線光源１、２、３のそれぞれのスポットサイズが小さくなる程、空間分解能が向上する。

さらに、図１（ａ）に示すように、複数のＸ線光源１、２、３から同時にＸ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３が放出される場合、Ｘ線検出面４で検出されるＸ線の強度は、各Ｘ線光源１、２、３のＸ線強度の和に応じた強度となる。よって、複数のＸ線光源１、２、３のそれぞれのスポットサイズが小さくなっても、必要なＸ線強度が確保されるので、露光時間（撮像時間）の短縮化を図ることが可能となる。

［Ｘ線撮像装置の基本構成］
図２を参照して、本発明の実施形態１に係るＸ線撮像装置１０の基本構成を説明する。図２はＸ線撮像装置１０を模式的に示す斜視図である。

図２に示すように、Ｘ線撮像装置１０は、２次元検出器１１と、複数のＸ線光源１２と、画像処理部１３とを備える。複数のＸ線光源１２はそれぞれ、必要な空間分解能よりも小さいスポットサイズを有している。

２次元検出器１１は、Ｘ線検出面１１ａを有する。また２次元検出器１１は、Ｘ線検出面１１ａに照射されたＸ線の強度ｘｒを検出し、その検出されたＸ線ｘｒの強度に対応する第１画像信号を生成する。複数のＸ線光源１２は、Ｘ線検出面１１ａに向けてＸ線を同時に照射する。画像処理部１３は、複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報（座標）、及び複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報を用いて第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成する。つまり、Ｘ線撮像装置１０は、第１画像信号に基づく画像を構築した後、第２画像信号に基づいて画像を再構築する。ここで、複数のＸ線光源１２のそれぞれの座標は、Ｘ線撮像装置１０の測定系の座標であり、既知である。また、複数のＸ線光源１２のそれぞれで発生するＸ線の強度の情報は、形状が既知の被写体（テストサンプル、Ｘ線チャート等）を測定することにより取得することができる。各Ｘ線光源１２のＸ線強度の情報は、事前に取得されてもよい。または、各Ｘ線光源１２のＸ線強度の情報は、試料の撮像後（具体的には、試料の第１画像信号の生成後）に取得されてもよい。または、各Ｘ線光源１２のＸ線強度の情報は、形状が既知の被写体を試料の横に配置して、試料の撮像時に取得されてもよい。

以上のように、図２に示すＸ線撮像装置１０は、図１を参照して説明した基本原理に則った構成を有している。よって、本実施形態１のＸ線撮像装置１０によれば、空間分解能を高めるとともに、露光時間を短縮することが可能となる。

［Ｘ線撮像装置の具体的な構成］
図２を参照して、Ｘ線撮像装置１０の具体的な構成を説明する。図２に示すように、Ｘ線撮像装置１０において、複数のＸ線光源１２は、基板１４に形成された複数の金属ターゲット１５であってもよい。この場合、Ｘ線撮像装置１０は、フィラメント１６を備えることができる。フィラメント１６は、複数の金属ターゲット１５に電子線ｅを照射する。フィラメント１６は、電子源として機能する。複数の金属ターゲット１５はそれぞれ、電子線ｅが照射されることによりＸ線を発生する。

また図２に示すように、基板１４において、Ｅ１行×Ｆ１列に（Ｅ１×Ｆ１）個の金属ターゲット１５が配列されてもよい。つまり、複数の金属ターゲット１５は、井桁格子状に配置されてもよい。Ｅ１及びＦ１の各々は２以上の整数である。

但し、複数の金属ターゲット１５の数や配置（位置）は、特に限定されるものではない。例えば図３に示すように、基板１４において、複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）は市松格子状に設けられてもよい。なお、図３において、複数の金属ターゲット１５は、理解し易いようにハッチングで示されている。また、金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）は２つ以上であればよい。例えば図４（ａ）に示すように、金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）は３つであってもよい。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）の配列の方向は異なっていてもよい。また図２、図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、周期的に配置された複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）を示しているが、複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）は、周期的に配置されていなくてもよい。

また、全ての金属ターゲット１５に電子線ｅが同時に照射されなくてもよい。複数の金属ターゲット１５のうちの２個以上の金属ターゲット１５に電子線ｅが同時に照射されればよい。

Ｘ線撮像装置１０によれば、複数の金属ターゲット１５に電子線ｅが照射されることによって、複数の金属ターゲット１５から同時にＸ線が発生する。金属ターゲット１５の厚みは、金属ターゲット１５への電子線ｅの侵入長と同程度で十分である。

２次元検出器１１は、Ｎ行×Ｍ列の画素を含む。Ｎ及びＭの各々は２以上の整数を示す。Ｎ行×Ｍ列の画素の表面はＸ線検出面１１ａを構成する。２次元検出器１１は、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラである。

画像処理部１３は、２次元検出器１１から、Ｘ線ｘｒの強度に対応する第１画像信号を受信して、画像を構築する。その後、画像処理部１３は、複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）のそれぞれの位置情報（座標）、及び複数の金属ターゲット１５（Ｘ線光源１２）のそれぞれのＸ線強度情報を用いて第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成して、画像を再構築する。画像処理部１３として、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。

［Ｘ線撮像装置１０の各構成要素の配置］
図２を参照して、Ｘ線撮像装置１０の各構成要素の配置について説明する。図２に示すように、フィラメント１６、複数の金属ターゲット１５が形成された基板１４、及び２次元検出器１１が、この順番で、Ｘ線検出面１１ａに照射されるＸ線ｘｒの光軸方向（電子線ｅの光軸方向）に沿って配置される。基板１４及びＸ線検出面１１ａは、Ｘ線ｘｒの光軸方向に直交していてもよい。被写体Ｏｂは、基板１４と２次元検出器１１との間に配置される。

以上の配置により、フィラメント１６から放出された電子線ｅが、複数の金属ターゲット１５に同時に照射され、複数の金属ターゲット１５がそれぞれＸ線を発生する。各Ｘ線は基板１４を透過して被写体Ｏｂへ照射され、被写体Ｏｂを透過してＸ線検出面１１ａに照射される。

各Ｘ線が被写体Ｏｂを通過することに応じて、被写体Ｏｂによる各Ｘ線の吸収が発生し、Ｘ線検出面１１ａに照射されるＸ線ｘｒの強度が変化する。したがって、第１画像信号に基づく画像は、被写体ＯｂによるＸ線ｘｒの強度変化に対応する画像となる。

［金属ターゲット］
図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、金属ターゲット１５について説明する。

図５（ａ）は、金属ターゲット１５の第１例を示す断面図である。第１例では、金属ターゲット１５は直方体であり、一部が露出するように基板１４に埋め込まれる。つまり、金属ターゲット１５のうち、電子線ｅが照射される面が露出している。

図５（ｂ）は、金属ターゲット１５の第２例を示す断面図である。第２例では、金属ターゲット１５は、露出することなく基板１４に埋め込まれる。

図５（ｃ）は、金属ターゲット１５の第３例を示す断面図である。第３例では、金属ターゲット１５は、基板１４のうち、電子線ｅが照射される面上に形成される。つまり、金属ターゲット１５は基板１４上に積層される。

第１例〜第３例において、金属ターゲット１５の各々は、最大幅Ｗ及び厚みＨを有する。最大幅Ｗは、５０ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよい。

金属ターゲット１５は、電子線ｅを照射することによってＸ線を発生可能な金属である。金属ターゲット１５は、例えば、銅、モリブデン、タングステン、又は銀である。

基板１４は、軽元素材料により形成される。例えば、基板１４は、高融点及び高熱伝導率の軽元素材料により形成される。軽元素は、原子番号がアルゴンより小さい元素である。例えば、軽元素材料は、炭素（例えば、ダイヤモンドやグラファイト）、ベリリウム、アルミニウム、ボロンナイトライド、又はシリコンカーバイトである。なお、基板１４の形状及び厚み等は、必要な数の金属ターゲット１５を形成でき、かつ、電子線ｅが各金属ターゲット１５に到達できる限り、特に限定されるものではない。

基板１４に形成された複数の金属ターゲット１５に電子線ｅが照射されると、Ｘ線が、基板１４及び金属ターゲット１５から発生する。金属ターゲット１５から発生するＸ線の強度は、基板１４から発生するＸ線の強度よりも圧倒的に強い。したがって、各金属ターゲット１５が実質的に有効な光源となる。また、電子線ｅの金属ターゲット１５への侵入長は１μｍ〜数μｍである。例えば、管電圧を２０ｋＶとして発生した電子線を銅に照射すると、電子線の銅への侵入長は約１μｍである。

金属ターゲット１５の厚みＨは、電子線ｅの侵入長と同程度で十分である。よって、１μｍ〜数μｍの最大幅Ｗ及び厚みＨの金属ターゲット１５を形成できる。

なお、金属ターゲット１５の形状は特に限定されるものではない。例えば、金属ターゲット１５は円柱状でもよい。金属ターゲット１５が円柱の場合、金属ターゲット１５の各々の径は、５０ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよい。

［透過型ターゲットとしての金属ターゲット］
図６を参照して、透過型ターゲットとしての金属ターゲット１５について説明する。図６は、金属ターゲット１５によるＸ線の発生を説明する図である。金属ターゲット１５は、電子線ｅを受けてＸ線を放出する。金属ターゲット１５が透過型ターゲットとして使用される場合、放出されたＸ線のうち、電子線ｅの進行方向に放射されるＸ線が、被写体Ｏｂに照射される。

［画像処理部］
図７及び図８を参照して、Ｘ線光源が一つの場合に生成される画像と比較しつつ、画像処理部１３によって生成される画像について説明する。図７は本発明の実施形態１のＸ線撮像装置１０によって生成される画像を説明するための図であり、図８はＸ線光源が一つの場合に生成される画像を説明するための図である。

図８に示すように、Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度変化に対応する画像８３は、真の画像８１とＸ線光源のスポット形状に応じた点拡がり関数８２とのコンボリューションとして得られる。この場合、Ｘ線光源のスポットサイズが小さい程、点拡がり関数８２が小さく、画像８３は真の画像８１により似た画像となる。但し、Ｘ線光源が一つの場合、解像度の高い画像を得る目的でＸ線光源のスポットサイズが小さくなる程、露光時間（撮像時間）が長くなる。

一方、図７に示すように、本実施形態１のＸ線撮像装置１０において、Ｘ線検出面１１ａに照射されたＸ線ｘｒの強度変化に対応する画像７３は、複数のＸ線光源１２（金属ターゲット１５）を一つのＸ線光源とみなした場合に、その一つのＸ線光源のスポット形状に応じた点拡がり関数７２と真の画像７１とのコンボリューションとして得られる。ここで、点拡がり関数７２は、複数のＸ線光源１２のそれぞれに対応する点拡がり関数の集合である。

本実施形態１では、画像処理部１３が、点拡がり関数７２の一部の情報、具体的には複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報（座標）、及び複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報を用いて、検出されたＸ線ｘｒの強度に対応する画像信号（画像７３）をデコンボリューションする。これにより、Ｘ線光源が一つの場合に生成される画像８３と同等の画像７４が再構築される。よって、複数のＸ線光源１２のそれぞれのスポットサイズ（金属ターゲット１５の径又は最大幅）が小さくなる程、真の画像７１により似た画像７４が再構築される。なお、画像７３は、複数のＸ線光源１２の各々によって撮像された画像が重なった画像であるため、ぼけた画像になる。

［画像処理部の演算処理の一例］
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、画像処理部１３の演算処理の一例を説明する。既に説明したように、画像信号ｇ（ｘ）は、Ｘ線ｘｒ１、ｘｒ２、ｘｒ３のそれぞれの強度に対応する各画像信号ｉ₁×ｆ（ｘ−ａ₁）、ｉ₂×ｆ（ｘ−ａ₂）、ｉ₃×ｆ（ｘ−ａ₃）の和で表すことができ、以下の式（１）の関係が成立する。
g(x)=i₁×f(x-a₁)+i₂×f(x-a₂)+i₃×f(x-a₃)・・・（１）

したがって、画像処理部１３は、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれの位置情報（ｘ座標）、及びＸ線光源１、２、３のそれぞれのＸ線強度情報を用いて、画像信号ｇ（ｘ）に対して以下のデコンボリューションを実施してもよい。即ち、画像処理部１３は、画像信号ｇ（ｘ）に対して、フーリエ変換処理を実施した後、Ｘ線光源１、２、３のそれぞれの位置情報（ｘ座標）、及びＸ線光源１、２、３のそれぞれのＸ線強度情報を用いて数値処理を実施し、最後に逆フーリエ変換を実施してもよい。このアルゴリズム（演算処理）によって得られる画像は、一つのＸ線光源１によって撮像された画像と同じ解像度を有する。よって、複数のＸ線光源１、２、３のそれぞれのスポットサイズが小さくなる程、空間分解能が向上する。但し、このアルゴリズムは一例であって、本発明には、デコンボリューションの他のアルゴリズムを適用することも可能である。例えば、Inverse filter法、Wiener filter法、Richardson-Lucy法の各アルゴリズムうちから選択することができる。

［Ｘ線光源の変形例］
図９（ａ）〜図９（ｄ）を参照して、Ｘ線光源１２の変形例について説明する。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、複数の金属ターゲット１５が形成された基板１４の断面図である。

図９（ａ）に示すように、図５（ａ）に示す複数の金属ターゲット１５及び基板１４が膜９１で覆われてもよい。また、図９（ｂ）に示すように、図５（ｃ）に示す複数の金属ターゲット１５及び基板１４が膜９１で覆われてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、基板１４に埋め込まれた複数の金属ターゲット１５が複数の膜９１で覆われてもよい。なお図９（ｃ）には、膜９１の表面と基板１４の表面とが面一である例が示されているが、膜９１の表面と基板１４の表面とによって凹凸が形成されてもよい。また、図９（ｄ）に示すように、図５（ａ）に示す基板１４のうち、隣り合う金属ターゲット１５間の領域が膜９１で覆われてもよい。なお、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示す膜９１は、基板１４と異なる軽元素材料により形成される。

（実施形態２）
［Ｘ線撮像装置の基本構成］
図１０を参照して、本発明の実施形態２に係るＸ線撮像装置１０について説明する。図１０は、Ｘ線撮像装置１０を模式的に示す斜視図である。本実施形態２と実施形態１とでは、Ｘ線光源１２の種類が異なる。つまり、本実施形態２では、複数のＸ線光源１２は、基板１７に形成された複数の孔１７ａからなる。この場合、Ｘ線撮像装置１０は、Ｘ線ｘｒ４を放出するＸ線発生源１８を備えることができる。その他は、本実施形態２と実施形態１とは同様であるので、説明を割愛する。

Ｘ線発生源１８は、複数の孔１７ａのそれぞれにＸ線ｘｒ４を同時に照射する。これにより、複数の孔１７ａのそれぞれからＸ線検出面１１ａへ向けてＸ線が照射される。複数の孔１７ａはそれぞれ、必要な空間分解能よりも小さい径又は最大幅を有している。よって、複数の孔１７ａの各々のスポットサイズは、必要な空間分解能よりも小さい。

本実施形態２によれば、複数の孔１７ａのそれぞれがＸ線光源１２として機能する。したがって、実施形態１と同様に、空間分解能を高めるとともに、露光時間を短縮することが可能となる。

［Ｘ線撮像装置の各構成要素の配置］
図１０を参照して、Ｘ線撮像装置１０の各構成要素の配置について説明する。図１０に示すように、Ｘ線発生源１８、複数の孔１７ａが形成された基板１７、及び２次元検出器１１が、この順番で、Ｘ線検出面１１ａに照射されるＸ線ｘｒの光軸方向（Ｘ線発生源１８から放出されるＸ線ｘｒ４の光軸方向）に沿って配置される。基板１７及びＸ線検出面１１ａは、Ｘ線ｘｒの光軸方向に直交してもよい。被写体Ｏｂは、基板１７と２次元検出器１１との間に配置される。

［基板］
基板１７は、重元素材料により形成される。例えば、重元素は、原子番号がアルゴンより大きい元素である。例えば、重元素材料は、金、鉛、タングステン、タンタル、ステンレスである。なお、基板１７の形状及び厚み等は、必要な数の孔１７ａを形成でき、かつ、Ｘ線ｘｒ４が各孔１７ａを通過又は透過でき、孔以外の場所でＸ線を遮蔽または減衰できる限り、特に限定されるものではない。

［複数の孔］
複数の孔１７ａはそれぞれ、基板１７の一方主面から他方主面まで貫通してもよいし、凹形状に形成されてもよい。孔１７ａが凹形状の場合、孔１７ａの開口は、Ｘ線発生源１８の側に位置してもよいし、Ｘ線検出面１１ａの側に位置してもよい。複数の孔１７ａのそれぞれの座標は、Ｘ線撮像装置１０の測定系の座標であり、既知である。図１０に示す孔１７ａの形状は直方体であるが、孔１７ａの形状は特に限定されるものではない。例えば、孔１７ａの形状は円筒状でもよい。複数の孔１７ａの各々は、例えば平面視したときに１μｍ以上１００μｍ以下の径又は最大幅を有する。なお、孔１７ａは軽元素で埋められてもよい。

また、図１０に示すように、基板１７において、Ｅ１行×Ｆ１列に（Ｅ１×Ｆ１）個の複数の孔１７ａが配列されてもよい。つまり、複数の孔１７ａは、井桁格子状に配置されてもよい。Ｅ１及びＦ１の各々は２以上の整数である。但し、孔１７ａの数や配置（位置）は、特に限定されるものではない。また、全ての孔１７ａにＸ線ｘｒ４が同時に照射されなくてもよい。複数の孔１７ａのうちの２個以上の孔１７ａにＸ線ｘｒ４が同時に照射されればよい。

（実施形態３）
［Ｘ線撮像装置の基本構成］
図１１を参照して、本発明の実施形態３に係るＸ線撮像装置１０について説明する。図１１は、Ｘ線撮像装置１０を模式的に示す斜視図である。本実施形態３と実施形態１とでは、Ｘ線光源１２の種類が異なる。つまり、本実施形態３では、Ｘ線光源１２は反射型ターゲットである。したがって、本実施形態３では、実施形態１と比較して、Ｘ線撮像装置１０の各構成要素の配置が異なる。その他は、本実施形態３と実施形態１とは同様であるので、説明を割愛する。

複数の金属ターゲット１５が形成された基板１４は、電子線ｅの光軸方向に対して傾斜して配置される。例えば基板１４は、電子線ｅの光軸方向に対して鋭角に傾斜して配置してもよい。フィラメント１６は、電子線ｅを複数の金属ターゲット１５に照射する。電子線ｅが照射された複数の金属ターゲット１５は、電子線ｅの反射方向にＸ線を放出する。これにより、Ｘ線ｘｒが、被写体Ｏｂを透過してＸ線検出面１１ａに照射される。

したがって、本実施形態３によれば、実施形態１と同様に、空間分解能を高めるとともに、露光時間を短縮することが可能となる。

なお、本実施形態３のように、金属ターゲット１５が反射型ターゲットとして使用される場合においても、複数の金属ターゲット１５は、一部が露出するように基板１４に埋め込まれてよいし（図５（ａ）参照）、露出することなく基板１４に埋め込まれてもよいし（図５（ｂ）参照）、基板１４の表面上に形成されてもよい（図５（ｃ）参照）。また、複数の金属ターゲット１５及び基板１４が膜９１で覆われてもよいし（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）、複数の金属ターゲット１５の露出面が膜９１で覆われてもよいし（図９（ｃ）参照）、隣り合う金属ターゲット１５間の領域が膜９１で覆われてもよい（図９（ｄ）参照）。

また本実施形態３のように、金属ターゲット１５が反射型ターゲットとして使用される場合においても、複数の金属ターゲット１５の数や配置（位置）は、特に限定されるものではない。金属ターゲット１５の形状も、特に限定されるものではない。また、全ての金属ターゲット１５に電子線ｅが同時に照射されなくてもよい。複数の金属ターゲット１５のうちの２個以上の金属ターゲット１５に電子線ｅが同時に照射されればよい。

（実施形態４）
図２、図１０、図１１、及び図１２を参照して、本発明の実施形態４に係るＸ線撮像方法について説明する。図１２は、Ｘ線撮像方法を示すフローチャートである。Ｘ線撮像方法は、図１に示した実施形態１に係るＸ線撮像装置１０、図１０に示した実施形態２に係るＸ線撮像装置１０、又は図１１示した実施形態３に係るＸ線撮像装置１１によって実行される。

Ｘ線撮像方法は、ステップＳ１と、ステップＳ２と、ステップＳ３とを含む。ステップＳ１において、Ｘ線検出面１１ａと複数のＸ線光源１２との間に配置された被写体Ｏｂに対し、複数のＸ線光源１２の各々から同時にＸ線が照射される。ステップＳ２において、Ｘ線検出面１１ａに照射されたＸ線ｘｒの強度が検出され、その検出されたＸ線ｘｒの強度に対応する第１画像信号が生成される。ステップＳ３において、複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報（座標）と、複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて第１画像信号がデコンボリューションされて、第２画像信号が生成される。つまり、本実施形態３に係るＸ線撮像方法によれば、第１画像信号に基づく画像が構築された後に、第２画像信号に基づいて画像が再構築される。

本実施形態３に係るＸ線撮像方法は、図１に示した実施形態１に係るＸ線撮像装置１０、図１０に示した実施形態２に係るＸ線撮像装置１０、又は図１１示した実施形態３に係るＸ線撮像装置１１によって実行されるので、実施形態１〜３と同様の効果を奏する。つまり、空間分解能を高めるとともに、露光時間を短縮することが可能となる。

［演算処理の一例］
図１３を参照して、図１２のステップ３におけるデコンボリューションの一例を説明する。図１３は、図１２のステップ３におけるデコンボリューションの一例を示すフローチャートである。ここでは、説明の簡略化のために、Ｘ線検出面１１ａのｘ軸方向に平行な方向に沿って４個以上のＸ線光源１２が一列に並ぶ場合を例に説明する。この場合、以下の式（２）の関係が成立する。

g(x)=i₁×f(x-a₁)+i₂×f(x-a₂)+…+i_n×f(x-a_n)・・・・（２）
式（２）において、ｇ（ｘ）は、Ｘ線検出面１１ａで検出されるＸ線ｘｒの強度に対応する第１画像信号を示している。ｉ₁×ｆ（ｘ−ａ₁）、ｉ₂×ｆ（ｘ−ａ₂）、・・・、ｉ_n×ｆ（ｘ−ａ_n）はそれぞれ、複数のＸ線光源１２の各々からＸ線検出面１１ａに照射されたＸ線のそれぞれの強度に対応する各第３画像信号を示している。ｎは４以上の整数である。

図１３に示すように、まずステップ３１において、第１画像信号ｇ（ｘ）がフーリエ変換される。フーリエ変換された第１画像信号ｇ（ｘ）は、以下の式（３）で表される。
但し、Ｆ［ｇ（ｘ）］（ｋ）がｇ（ｘ）のフーリエ変換を表す。

次いで、ステップ３２及び３３において、フーリエ変換された第１画像信号Ｆ［ｇ（ｘ）］（ｋ）が、複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報と複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて、以下の式（４）に示すように数値処理される。

その後、逆フーリエ変換が実施されて、第２画像信号ｆ（ｘ）が生成される。第２画像信号ｆ（ｘ）は、以下の式（５）で表される。
但し、Ｆ^-1［Ｆ［ｆ（ｘ）］（ｋ）］（ｘ）がＦ［ｆ（ｘ）］（ｋ）の逆フーリエ変換を表す。

なお、このアルゴリズム（演算処理）は一例であって、本発明には、デコンボリューションの他のアルゴリズムを適用することも可能である。例えば、Inverse filter法、Wiener filter法、Richardson-Lucy法の各アルゴリズムうちから選択することができる。

（実施例）
図１２、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５〜図１７を参照して、実施形態４に係るＸ線撮像方法によって生成された画像を説明する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、実施形態４に係るＸ線撮像方法が適用された実施例に使用された被写体を示す図である。図１５は、本実施例に用いたＸ線光源を示す図である。図１６は、本実施例における再構築前の画像を示す図である。図１７は、本実施例における再構築された画像を示す図である。

本実施例において、被写体は図１４（ｂ）において黒枠で囲まれた部分である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の破線枠で囲まれた部分を拡大して示している。また本実施例では、図１５に示すように、一列に並ぶ３つのＸ線光源１２（金属ターゲット１５）が使用された。各Ｘ線光源１２のスポットの最大幅は１００μｍである。また、Ｘ線光源１２（金属ターゲット１５）は２００μｍ毎に形成された。

まず、図１２に示すフローチャートのステップＳ１及びＳ２に従って、図１６に示す再構築前の画像が生成された。つまり図１６は、第１画像信号に基づく画像を示している。図１６に示すように、第１画像信号に基づく画像は、３つのＸ線光源１２の各々によって撮像された画像が重なった画像であるため、ぼけた画像になる。

この後、複数のＸ線光源１２のそれぞれの位置情報と複数のＸ線光源１２のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて第１画像信号がデコンボリューションされて、画像が再構築され、図１７に示す画像が生成された。つまり図１７は、第２画像信号に基づく画像を示している。図１７に示すように、第２画像信号に基づく画像は、第１画像信号に基づく画像に比べて、図１４（ｂ）に示す真の被写体の画像により似た画像となった。

本発明は、Ｘ線顕微鏡、非破壊検査装置、及びコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）などの医療用Ｘ線診断装置等、被写体の内部構造をＸ線を照射して撮像する分野に利用可能である。

１〜３、１２、１８１、１９１、２０１ Ｘ線光源
４、１１、１８２ ２次元検出器
１０ Ｘ線撮像装置
１１ａ、１９２、２０２ Ｘ線検出面
１３ 画像処理部
１４ 基板
１５ 金属ターゲット
１６ フィラメント
１７ 基板
１７ａ 孔
１８ Ｘ線発生源
９１ 膜
ｘｒ、ｘｒ１〜ｘｒ４ Ｘ線
ｅ 電子線
Ｏｂ 被写体

Claims (9)

1. Ｘ線検出面と複数のＸ線光源との間に配置された被写体に対し、前記複数のＸ線光源の各々から同時にＸ線を照射するステップと、
   前記Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度を検出し、前記検出されたＸ線の強度に対応する第１画像信号を生成するステップと、
   前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて、前記第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成するステップと、
   を包含する、Ｘ線撮像方法。
2. 前記第２画像信号を生成するステップは、
   前記第１画像信号をフーリエ変換するステップと、
   フーリエ変換された前記第１画像信号に対して、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて数値処理を実施するステップと、
   前記数値処理が実施された前記第１画像信号を逆フーリエ変換して前記第２画像信号を生成するステップと、
   を包含する、請求項１に記載のＸ線撮像方法。
3. 前記複数のＸ線光源の各々は、平面視したときに５０ｎｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有する、請求項１又は２に記載のＸ線撮像方法。
4. Ｘ線検出面を有し、前記Ｘ線検出面に照射されたＸ線の強度を検出し、前記検出されたＸ線の強度に対応する第１画像信号を生成する２次元検出器と、
   前記Ｘ線検出面に向けてＸ線を同時に照射する複数のＸ線光源と、
   前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とを用いて、前記第１画像信号をデコンボリューションすることにより、第２画像信号を生成する画像処理部と、
   を備えた、Ｘ線撮像装置。
5. 前記画像処理部は、
   前記第１画像信号をフーリエ変換し、
   フーリエ変換された前記第１画像信号に対して、前記複数のＸ線光源のそれぞれの位置情報と、前記複数のＸ線光源のそれぞれのＸ線強度情報とに基づいて数値処理を実施した後、
   前記数値処理が実施された前記第１画像信号を逆フーリエ変換することにより、前記第２画像信号を生成する、請求項４に記載のＸ線撮像装置。
6. 電子線を放出する電子源をさらに備え、
   前記複数のＸ線光源は、複数の金属ターゲットからなり、
   前記複数の金属ターゲットのそれぞれに、前記電子源から電子線が同時に照射されることにより、前記複数の金属ターゲットの各々から前記Ｘ線検出面へ向けてＸ線が照射される、請求項４又は５に記載のＸ線撮像装置。
7. 前記複数の金属ターゲットの各々は、平面視したときに５０ｎｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有する、請求項６に記載のＸ線撮像装置。
8. Ｘ線を放出するＸ線発生源をさらに備え、
   前記複数のＸ線光源は、基板に形成された複数の孔からなり、
   前記複数の孔のそれぞれに、前記Ｘ線発生源からＸ線が同時に照射されることにより、前記複数の孔の各々から前記Ｘ線検出面へ向けてＸ線が照射される、請求項４又は５に記載のＸ線撮像装置。
9. 前記複数の孔の各々は、平面視したときに１μｍ以上１００μｍ以下の径又は幅を有する、請求項８に記載のＸ線撮像装置。