JP2986473B2 - 光不透明試料を撮像するための装置およびその方法 - Google Patents
光不透明試料を撮像するための装置およびその方法Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は光不透明試料を介して放射線を走査せず透
過することにより光不透明試料を撮像することに関する
ものである。試料は光不透明であるので、透過される放
射線はＸ線のような短い波長の放射線のビームまたは電
子もしくは中性子のような粒子放射線のビームの形をと
り、このような放射線は以下で“透過性放射線”と呼ば
れる。 発明の背景 前記のように、少なくとも一部、光不透明試料を介し
て透過する、透過性放射線のエネルギービームが撮像さ
れるスクリーン上で形成する可視光像を検出するのにTV
カメラが用いられる装置は既知である。 たとえば、透過型電子顕微鏡（TEM）においては、エ
ネルギー電子が加速され、かつ試料に焦点を合わされ
る。試料を通過するエネルギー電子は、電子がそれを打
撃するとき光を放出するシンチレーションスクリーンに
再度撮像される。光信号は、典型的にはシンチレーショ
ンスクリーンに結合されたTVカメラレンズにより、従来
どおり撮像される。高い解像度を達成するために、ビー
ム内の電子は高いエネルギーに加速される必要がある。
その結果、試料により吸収される電子は、そのかなりの
運動エネルギーを試料材料に移し、それが加熱される。
多くの応用例では、TVカメラ上に適当な像を与えるのに
必要なビーム電流により生じる熱は、像の品質および得
られる結果おとすだけでなく、しばしば完全に試料を破
壊する試料損傷をもたらす。より低い放射線量で発生さ
れる結像に対して十分な感度をもつ従来の検出器が既に
用いられている走査型電子顕微鏡に対する本願発明の適
用は考慮されていないことに注目すべきである。 Ｘ線を用いた撮像の場合も同様である。Ｘ線源は、試
料を通過するＸ線の点源を作る。実際に用いられるＸ線
は焦点合わせが困難で、そのためすべての像は実際は試
料の簡単な影の像となってしまう。影の像は、可視像を
作るようにＸ線感光フィルムのシートまたは蛍光スクリ
ーン上に形成される。この可視像は適切なTVカメラによ
り再び検出される。電子ビームの場合と同様、Ｘ線ビー
ムにより損傷が生じるため、Ｘ線を用いて検査され得る
試料の種類が制限される。 米国特許第4503460号はＸ線診断配置を開示し、そこ
では試料を通過するＸ線がＸ線イメージインテンシファ
イアにより受取られる。高電圧を与えることにより、イ
メージインテンシファイアは、入力像の強度と比較して
増幅されかつ強化される蛍光検出スクリーン上に光の像
を作る。イメージインテンシファイアは、複数個のレン
ズにより、たとえばペルチェ素子により冷却され得る、
CCDイメージコンバータのような半導体イメージセンサ
に光学的に結合される。イメージセンサの出力はビデオ
信号に変換され、それはTVフレーム速度で、すなわち実
時間で読出されかつ表示される。イメージインテンシフ
ァイアの利用は信号強度を増加するが、信号に雑音を加
えるという効果もまた有し、そのため最終的な像の品質
をおとす。さらに、動作するのに何キロボルトもの電圧
が必要なイメージインテンシファイアは信号過負荷から
損傷を与える傾向があり、かつ幾何学的忠実度が乏し
く、その視野の端縁で30％までの歪みを与える。イメー
ジインテンシファイアのダイナミックレンジかなり不十
分である。 この発明の目的は、従来TV撮像システムでは得られな
かったような解像度の画像が得られる光不透明試料を撮
像するための方法および装置を提供することである。 発明 この発明の一局面により、透過性放射線を光不透明試
料を介して走査せずに透過させることにより光不透明試
料を撮像する方法が提供され、それにより、試料を介し
て透過される放射線により誘導される二次源で放出され
る可視光が冷却二次元電荷結合素子（CCD）上に結像さ
れ、そこで二次源が信号増幅を与えず、かつCCDが低速
走査モードで作動される。 CCDは好ましくは−40℃またはそれ以下まで冷却さ
れ、典型的には−80℃と−130℃との間で作動され、か
つ極端な場合、−170℃までの温度で作動される。 電子およびＸ線の両方を用いて撮像する試料の場合、
冷却低速走査CCDの利用により、現存のTEMおよびＸ線撮
像システムを用いて得られるものと比較するとき、達成
される像の品質に劇的な改良が与えられる。冷却CCD
は、優れた低速レベル感度および100,000対１以上の優
れたダイナミックレンジを示す。その主たる利点は、 1.CCDの感度（EEVリミテッド（EEV Ltd.）のP8600装置
で50％以上のピークのDQE（検出量子効率））により、
受け入れ可能な像が、露光時間にわたり積分される可能
な最低放射ビームエネルギーで得られる。 2.冷却CCDでは長い電荷蓄積時間（数時間まで）が可能
なため、放射ビーム光束の照射を最小にでき、それによ
って試料が冷却されるかまたはそうでない場合でも露光
中に試料は回復され得る。 3.多くの場合、および特にＸ線の場合、材料はほんの僅
かしかＸ線を吸収しないため、非常に低いコントラスト
像が得られる。大抵のTVカメラは実際の信号レベルに関
わりなく、64ないし256個のグレーレベルのダイナミッ
クレンジしか有していないため、像内の最低のコントラ
スト特徴に対処するシステムの能力が限定される。65,5
36個のグレーレベルを有する低冷却低速走査CCDシステ
ムは、よりずっと低いコントラスト特徴を正確に測定し
得る。これはたとえば柔らかい組織のＸ線試験において
重要であり、最小線量で高品質の像を得ることを可能に
する。 4.より不透明なサンプルの場合、サンプルが像領域のほ
んの一部にしかない場合に問題が生じる。サンプルによ
ってみたされない像領域から生じる減衰されていないビ
ームは、興味ある試料を撮像し得る従来のカメラに対し
て非常に大きな出力像輝度を生じ得る。これは従来のカ
メラのダイナミックレンジが限定され、それゆえ飽和特
性が乏しいためである。冷却低速走査CCDシステムは、
装置の低レベル撮像特性を悪化することなく、（P8600C
CDに対して画素当り検出される500,000フォトンより大
きい）画素当り非常に高い信号に対処し得る。 5.X線顕微鏡試験において、解像度の限度は、Ｘ線が一
般に、小さなスポットに焦点合わせされ得ないので、Ｘ
線源スポットサイズにより設定される。ヘアライン破
壊、ファイバまたは空気または気泡の包含物のような重
要な材料の多くの特徴は、僅かに数ミクロンまたは数十
ミクロンの直径である。最近のＸ線源はケンブリッジ、
コールドハムズ・レーンのテクノシン・ミリテッド（Te
chnosyn Ltd.）により現在販売されているシステムのよ
うな僅かに１ミクロンのＸ線源スポットサイズを与え得
る。しかしながら、Ｘ線強度は極端に低い、なぜならＸ
線を発生するように銅ターゲットを打撃する電子電流
が、１ミクロンのスポットサイズ内で、ターゲットを加
熱して危険になるほど高くなってはならないからであ
る。従来のTVカメラは、１ミクロンのＸ線源スポットサ
イズに適した解像度を得るのに適当なサンプルからの距
離では作動が不可能であった。それゆえ、最大解像度に
適した撮像装置では、1cmのサンプル距離での１ミクロ
ンのＸ線源は、サンプルから50cmの画像を50倍の倍率で
生成する。この場合、TVカメラの25ミクロンの画素はサ
ンプルの0.5ミクロンに対応する。そのため、サンプル
に存在しうるヘアライン破壊やその他の多くの重要なこ
まかい特徴の画像を表示できない。しかしながら、冷却
低速走査CCDシステムは、精密Ｘ線顕微鏡試験作業を、
小さなスポットサイズのＸ線源を用いて行なわれるのを
可能にする。 6.CCDは、可視光像に結合されるレンズである。これ
は、もし必要であるならばシンチレーションまたは同様
のスクリーンが真空室の内側に存在するのを可能にす
る。それはまた、この結合を行なうのに用いられる交換
可能なまたはズームレンズを設けることにより、倍率お
よびフィールドサイズを可変にできる。 7.いくつかの場合、非常に低いエネルギー放射ビームを
用いるのに興味がある（なぜならば試料コントラストが
しばしばこのようにして改良されるからである）。しか
しながら、発生される信号はしばしば非常に弱いので、
従来のTVカメラとともに用いることはできないが、冷却
低速走査CCDカメラとともに用いられるときは適したも
のになる。 8.広いダイナミックレンジの二次元CCDカメラの利用は
また、Ｘ線断層撮影法の分野のために重要である。露光
間で試料が僅かに回転された状態でＸ線およびカメラを
用いて２度試料を撮像することにより、ステレオペアが
得られ得る。このようなステレオペアは、像の品質が十
分に優れているならば、オペレータが試料の三次元像を
見るのを可能にする。これは、像間の相違が僅かであ
り、かつ優れた幾何学的忠実度および高いダイナミック
レンジを有するCCDカメラシステムのみがこの像の品質
を達成し得るからである。 9.入射透過性放射線を増幅することなく可視光を生じる
二次源に関連して冷却低速走査CCDを利用することによ
り、米国第4503460号で述べられた配置を用いて得られ
るものと比較すると、改良された結果が得られる。先行
技術の配置は信号強度を増加するようにＸ線イメージイ
ンテンシファイアを用いるが、これはまた、信号に雑音
を加え、かつそのために最終的な像の品質が悪化する。
対照的に、このような信号増幅はこの配置の二次源を用
いて得られず、そのためこの段階での不所望の雑音の付
加が避けられ、その代わりに暗電流を減じるように十分
に冷却された低速走査CCDを用いることにより像の品質
が改良される。約40ミリ秒の露光時間を必要とするTVフ
レーム速度で作動されるCCDに暗電流はほとんど重要で
ないために、従来の配置においてはせいぜい−30℃まで
の控えめの温度で冷却のみが行なわれていた。暗電流は
露光時間とともに線形的に増加し、かつそのためにこの
発明を実施する際により重要になり、その場合数分間ま
たは数時間の読出時間が用いられ得る。この発明を実施
するとき、それに応じて典型的には−80℃と−130℃と
の間でよりずっと冷却されるようになる。さらに、動作
するために何キロボルトもの電圧を必要とするイメージ
インテンシファイアは信号過負荷から損傷を与え、かつ
幾何学的忠実度に乏しく、その視野の端縁で30％までの
歪みを与える傾向がある。それからはまた、非常に不十
分なダイナミックレンジしか有さない。これらの不利な
点は、この発明の配置では生じない。 この発明の他の局面により、光不透明試料を撮像する
ための装置が提供され、それは走査することなく透過性
放射線のエネルギービームを発生し、かつそれを試料上
に向けるための手段と、試料を介して透過される放射線
のエネルギービームにより誘導される結果として増幅す
ることなく可視光を放出し得る二次源と、冷却二次元低
速走査CCDと、その上に可視光を結像するように二次源
をCCDに結合する光学手段と、二次源とCCDとの間に置か
れるシャッタ手段とを含む。 この発明に従った撮像のための方法および装置は、今
から添付の図面を参照して例示される。 実施例の説明 例示の装置は、Ｘ線源または高エネルギー電子もしく
は中性子源のような透過性放射源のエネルギービーム14
を発生するビーム源10と、撮像されるべきかつそれを介
してエネルギービーム14の少なくとも一部分が透過され
る光不透明試料12と、シンチレーションスクリーン、蛍
光スクリーンまたはその他同種類のもののような可視光
18の二次源16と、結合レンズ20と、シャッタ22と、CCD
カメラ26とを含む。二次源16は、たとえばＸ線フォント
を含む入射エネルギービームを吸収し、かつ光を放出
し、こうしていかなる増幅効果もなく透過性放射線を光
に変換する。 レンズ20は、二次源16で発生された可視光18をCCDカ
メラ26に結合する。状況に依存して数ミリ秒から数時間
まで行なわれる露光時間は、シャッタ22を用いることに
より決定される。 比率b/aにより決定される倍率は、システムが非破壊
の小規模作業に最も適するということを意味する。試料
が、二次源16を構成するスクリーンにより近いところに
位置決めされるとき、従来のTV撮像システムに関する多
くの利点が大規模作業に与えられるけれども、従来のTV
撮像システムではこれまでに述べてきたように非破壊規
模の作業には十分な破壊度が得られなかった。 可視光18は、アストロドームド・リミテッド（Astrom
ed Limited）により製造されるCCD2000イメージシステ
ムを含む冷却電荷結合素子検出器システムにより検出さ
れる。特に、可視光18は、液体窒素またはスターリング
サイクルまたは他の機械的もしくは電気的クーラを用い
て冷却されたコールドボックス28の内側に収納されるCC
Dカメラ26上に、結合レンズ20により結像される。ここ
でCCDカメラ26は冷却固体電荷結合素子検出器（EEVリミ
テッド（EEV Ltd.）により作られるP8600シリーズCCD）
である。約−170℃までの冷却が達成され得るが、典型
的には−80℃と−130℃との間の温度が用いられる。CCD
カメラ26は、低速走査モードで用いられる。 CCDカメラ26は電気配線30により、CCDカメラ26のため
の必要な駆動波形およびバイアス電圧を与え、かつまた
システム全体の読出雑音を最小にするようにCCDカメラ2
6により信号出力を処理するドライバエレクトロニクス
ユニット32に接続される。ドライバエレクトロニクスユ
ニット32は、ホストコンピュータシステム34により駆動
されかつ制御される。このホストコンピュータシステム
34を用いてオペレータはVDUコンソール36、たとえばデ
ィスク駆動装置および磁気テープ上の38で示されたデー
タ記録および像表示装置40により得られる像の表示を介
してシステムの操作を行なう。ホストコンピュータシス
テム34はまた、CCDカメラ26により検出される試料の可
視像の分析を行なうソフトウェアを含む。そのように得
られる分析データは、関連のプリンタ42上に出力される
か、または記憶するために、もしくは他の試料のために
得られるデータと比較するためにディスク駆動装置もし
くは磁気テープのようなデータ記録38上で記録され得
る。 この発明は、静的システムに対してのみ応用可能であ
ると考えられることが注目されるべきである。シャッタ
22は可視像の強度および対象に適する最適時間、CCDカ
メラ26を充電するのに必要な時間（数マイクロ秒ないし
数時間）、シャッタ22が開放される。CCDカメラ26がそ
れから読出され、かつ結果として生じるデータが適当に
処理される。 この発明および上で提示されたCCDカメラ26が従来の
非走査型TEMおよびＸ線イメージシステムにおいて用い
られる現存のＸ線源または電子源の変更を必要とするこ
となく動作可能であることもまた理解されるべきであ
る。 この発明の方法および装置は添付の図面を参照して例
示されたが、例示の実施例のさまざまな変更がこの発明
の範囲内で可能である。
過することにより光不透明試料を撮像することに関する
ものである。試料は光不透明であるので、透過される放
射線はＸ線のような短い波長の放射線のビームまたは電
子もしくは中性子のような粒子放射線のビームの形をと
り、このような放射線は以下で“透過性放射線”と呼ば
れる。 発明の背景 前記のように、少なくとも一部、光不透明試料を介し
て透過する、透過性放射線のエネルギービームが撮像さ
れるスクリーン上で形成する可視光像を検出するのにTV
カメラが用いられる装置は既知である。 たとえば、透過型電子顕微鏡（TEM）においては、エ
ネルギー電子が加速され、かつ試料に焦点を合わされ
る。試料を通過するエネルギー電子は、電子がそれを打
撃するとき光を放出するシンチレーションスクリーンに
再度撮像される。光信号は、典型的にはシンチレーショ
ンスクリーンに結合されたTVカメラレンズにより、従来
どおり撮像される。高い解像度を達成するために、ビー
ム内の電子は高いエネルギーに加速される必要がある。
その結果、試料により吸収される電子は、そのかなりの
運動エネルギーを試料材料に移し、それが加熱される。
多くの応用例では、TVカメラ上に適当な像を与えるのに
必要なビーム電流により生じる熱は、像の品質および得
られる結果おとすだけでなく、しばしば完全に試料を破
壊する試料損傷をもたらす。より低い放射線量で発生さ
れる結像に対して十分な感度をもつ従来の検出器が既に
用いられている走査型電子顕微鏡に対する本願発明の適
用は考慮されていないことに注目すべきである。 Ｘ線を用いた撮像の場合も同様である。Ｘ線源は、試
料を通過するＸ線の点源を作る。実際に用いられるＸ線
は焦点合わせが困難で、そのためすべての像は実際は試
料の簡単な影の像となってしまう。影の像は、可視像を
作るようにＸ線感光フィルムのシートまたは蛍光スクリ
ーン上に形成される。この可視像は適切なTVカメラによ
り再び検出される。電子ビームの場合と同様、Ｘ線ビー
ムにより損傷が生じるため、Ｘ線を用いて検査され得る
試料の種類が制限される。 米国特許第4503460号はＸ線診断配置を開示し、そこ
では試料を通過するＸ線がＸ線イメージインテンシファ
イアにより受取られる。高電圧を与えることにより、イ
メージインテンシファイアは、入力像の強度と比較して
増幅されかつ強化される蛍光検出スクリーン上に光の像
を作る。イメージインテンシファイアは、複数個のレン
ズにより、たとえばペルチェ素子により冷却され得る、
CCDイメージコンバータのような半導体イメージセンサ
に光学的に結合される。イメージセンサの出力はビデオ
信号に変換され、それはTVフレーム速度で、すなわち実
時間で読出されかつ表示される。イメージインテンシフ
ァイアの利用は信号強度を増加するが、信号に雑音を加
えるという効果もまた有し、そのため最終的な像の品質
をおとす。さらに、動作するのに何キロボルトもの電圧
が必要なイメージインテンシファイアは信号過負荷から
損傷を与える傾向があり、かつ幾何学的忠実度が乏し
く、その視野の端縁で30％までの歪みを与える。イメー
ジインテンシファイアのダイナミックレンジかなり不十
分である。 この発明の目的は、従来TV撮像システムでは得られな
かったような解像度の画像が得られる光不透明試料を撮
像するための方法および装置を提供することである。 発明 この発明の一局面により、透過性放射線を光不透明試
料を介して走査せずに透過させることにより光不透明試
料を撮像する方法が提供され、それにより、試料を介し
て透過される放射線により誘導される二次源で放出され
る可視光が冷却二次元電荷結合素子（CCD）上に結像さ
れ、そこで二次源が信号増幅を与えず、かつCCDが低速
走査モードで作動される。 CCDは好ましくは−40℃またはそれ以下まで冷却さ
れ、典型的には−80℃と−130℃との間で作動され、か
つ極端な場合、−170℃までの温度で作動される。 電子およびＸ線の両方を用いて撮像する試料の場合、
冷却低速走査CCDの利用により、現存のTEMおよびＸ線撮
像システムを用いて得られるものと比較するとき、達成
される像の品質に劇的な改良が与えられる。冷却CCD
は、優れた低速レベル感度および100,000対１以上の優
れたダイナミックレンジを示す。その主たる利点は、 1.CCDの感度（EEVリミテッド（EEV Ltd.）のP8600装置
で50％以上のピークのDQE（検出量子効率））により、
受け入れ可能な像が、露光時間にわたり積分される可能
な最低放射ビームエネルギーで得られる。 2.冷却CCDでは長い電荷蓄積時間（数時間まで）が可能
なため、放射ビーム光束の照射を最小にでき、それによ
って試料が冷却されるかまたはそうでない場合でも露光
中に試料は回復され得る。 3.多くの場合、および特にＸ線の場合、材料はほんの僅
かしかＸ線を吸収しないため、非常に低いコントラスト
像が得られる。大抵のTVカメラは実際の信号レベルに関
わりなく、64ないし256個のグレーレベルのダイナミッ
クレンジしか有していないため、像内の最低のコントラ
スト特徴に対処するシステムの能力が限定される。65,5
36個のグレーレベルを有する低冷却低速走査CCDシステ
ムは、よりずっと低いコントラスト特徴を正確に測定し
得る。これはたとえば柔らかい組織のＸ線試験において
重要であり、最小線量で高品質の像を得ることを可能に
する。 4.より不透明なサンプルの場合、サンプルが像領域のほ
んの一部にしかない場合に問題が生じる。サンプルによ
ってみたされない像領域から生じる減衰されていないビ
ームは、興味ある試料を撮像し得る従来のカメラに対し
て非常に大きな出力像輝度を生じ得る。これは従来のカ
メラのダイナミックレンジが限定され、それゆえ飽和特
性が乏しいためである。冷却低速走査CCDシステムは、
装置の低レベル撮像特性を悪化することなく、（P8600C
CDに対して画素当り検出される500,000フォトンより大
きい）画素当り非常に高い信号に対処し得る。 5.X線顕微鏡試験において、解像度の限度は、Ｘ線が一
般に、小さなスポットに焦点合わせされ得ないので、Ｘ
線源スポットサイズにより設定される。ヘアライン破
壊、ファイバまたは空気または気泡の包含物のような重
要な材料の多くの特徴は、僅かに数ミクロンまたは数十
ミクロンの直径である。最近のＸ線源はケンブリッジ、
コールドハムズ・レーンのテクノシン・ミリテッド（Te
chnosyn Ltd.）により現在販売されているシステムのよ
うな僅かに１ミクロンのＸ線源スポットサイズを与え得
る。しかしながら、Ｘ線強度は極端に低い、なぜならＸ
線を発生するように銅ターゲットを打撃する電子電流
が、１ミクロンのスポットサイズ内で、ターゲットを加
熱して危険になるほど高くなってはならないからであ
る。従来のTVカメラは、１ミクロンのＸ線源スポットサ
イズに適した解像度を得るのに適当なサンプルからの距
離では作動が不可能であった。それゆえ、最大解像度に
適した撮像装置では、1cmのサンプル距離での１ミクロ
ンのＸ線源は、サンプルから50cmの画像を50倍の倍率で
生成する。この場合、TVカメラの25ミクロンの画素はサ
ンプルの0.5ミクロンに対応する。そのため、サンプル
に存在しうるヘアライン破壊やその他の多くの重要なこ
まかい特徴の画像を表示できない。しかしながら、冷却
低速走査CCDシステムは、精密Ｘ線顕微鏡試験作業を、
小さなスポットサイズのＸ線源を用いて行なわれるのを
可能にする。 6.CCDは、可視光像に結合されるレンズである。これ
は、もし必要であるならばシンチレーションまたは同様
のスクリーンが真空室の内側に存在するのを可能にす
る。それはまた、この結合を行なうのに用いられる交換
可能なまたはズームレンズを設けることにより、倍率お
よびフィールドサイズを可変にできる。 7.いくつかの場合、非常に低いエネルギー放射ビームを
用いるのに興味がある（なぜならば試料コントラストが
しばしばこのようにして改良されるからである）。しか
しながら、発生される信号はしばしば非常に弱いので、
従来のTVカメラとともに用いることはできないが、冷却
低速走査CCDカメラとともに用いられるときは適したも
のになる。 8.広いダイナミックレンジの二次元CCDカメラの利用は
また、Ｘ線断層撮影法の分野のために重要である。露光
間で試料が僅かに回転された状態でＸ線およびカメラを
用いて２度試料を撮像することにより、ステレオペアが
得られ得る。このようなステレオペアは、像の品質が十
分に優れているならば、オペレータが試料の三次元像を
見るのを可能にする。これは、像間の相違が僅かであ
り、かつ優れた幾何学的忠実度および高いダイナミック
レンジを有するCCDカメラシステムのみがこの像の品質
を達成し得るからである。 9.入射透過性放射線を増幅することなく可視光を生じる
二次源に関連して冷却低速走査CCDを利用することによ
り、米国第4503460号で述べられた配置を用いて得られ
るものと比較すると、改良された結果が得られる。先行
技術の配置は信号強度を増加するようにＸ線イメージイ
ンテンシファイアを用いるが、これはまた、信号に雑音
を加え、かつそのために最終的な像の品質が悪化する。
対照的に、このような信号増幅はこの配置の二次源を用
いて得られず、そのためこの段階での不所望の雑音の付
加が避けられ、その代わりに暗電流を減じるように十分
に冷却された低速走査CCDを用いることにより像の品質
が改良される。約40ミリ秒の露光時間を必要とするTVフ
レーム速度で作動されるCCDに暗電流はほとんど重要で
ないために、従来の配置においてはせいぜい−30℃まで
の控えめの温度で冷却のみが行なわれていた。暗電流は
露光時間とともに線形的に増加し、かつそのためにこの
発明を実施する際により重要になり、その場合数分間ま
たは数時間の読出時間が用いられ得る。この発明を実施
するとき、それに応じて典型的には−80℃と−130℃と
の間でよりずっと冷却されるようになる。さらに、動作
するために何キロボルトもの電圧を必要とするイメージ
インテンシファイアは信号過負荷から損傷を与え、かつ
幾何学的忠実度に乏しく、その視野の端縁で30％までの
歪みを与える傾向がある。それからはまた、非常に不十
分なダイナミックレンジしか有さない。これらの不利な
点は、この発明の配置では生じない。 この発明の他の局面により、光不透明試料を撮像する
ための装置が提供され、それは走査することなく透過性
放射線のエネルギービームを発生し、かつそれを試料上
に向けるための手段と、試料を介して透過される放射線
のエネルギービームにより誘導される結果として増幅す
ることなく可視光を放出し得る二次源と、冷却二次元低
速走査CCDと、その上に可視光を結像するように二次源
をCCDに結合する光学手段と、二次源とCCDとの間に置か
れるシャッタ手段とを含む。 この発明に従った撮像のための方法および装置は、今
から添付の図面を参照して例示される。 実施例の説明 例示の装置は、Ｘ線源または高エネルギー電子もしく
は中性子源のような透過性放射源のエネルギービーム14
を発生するビーム源10と、撮像されるべきかつそれを介
してエネルギービーム14の少なくとも一部分が透過され
る光不透明試料12と、シンチレーションスクリーン、蛍
光スクリーンまたはその他同種類のもののような可視光
18の二次源16と、結合レンズ20と、シャッタ22と、CCD
カメラ26とを含む。二次源16は、たとえばＸ線フォント
を含む入射エネルギービームを吸収し、かつ光を放出
し、こうしていかなる増幅効果もなく透過性放射線を光
に変換する。 レンズ20は、二次源16で発生された可視光18をCCDカ
メラ26に結合する。状況に依存して数ミリ秒から数時間
まで行なわれる露光時間は、シャッタ22を用いることに
より決定される。 比率b/aにより決定される倍率は、システムが非破壊
の小規模作業に最も適するということを意味する。試料
が、二次源16を構成するスクリーンにより近いところに
位置決めされるとき、従来のTV撮像システムに関する多
くの利点が大規模作業に与えられるけれども、従来のTV
撮像システムではこれまでに述べてきたように非破壊規
模の作業には十分な破壊度が得られなかった。 可視光18は、アストロドームド・リミテッド（Astrom
ed Limited）により製造されるCCD2000イメージシステ
ムを含む冷却電荷結合素子検出器システムにより検出さ
れる。特に、可視光18は、液体窒素またはスターリング
サイクルまたは他の機械的もしくは電気的クーラを用い
て冷却されたコールドボックス28の内側に収納されるCC
Dカメラ26上に、結合レンズ20により結像される。ここ
でCCDカメラ26は冷却固体電荷結合素子検出器（EEVリミ
テッド（EEV Ltd.）により作られるP8600シリーズCCD）
である。約−170℃までの冷却が達成され得るが、典型
的には−80℃と−130℃との間の温度が用いられる。CCD
カメラ26は、低速走査モードで用いられる。 CCDカメラ26は電気配線30により、CCDカメラ26のため
の必要な駆動波形およびバイアス電圧を与え、かつまた
システム全体の読出雑音を最小にするようにCCDカメラ2
6により信号出力を処理するドライバエレクトロニクス
ユニット32に接続される。ドライバエレクトロニクスユ
ニット32は、ホストコンピュータシステム34により駆動
されかつ制御される。このホストコンピュータシステム
34を用いてオペレータはVDUコンソール36、たとえばデ
ィスク駆動装置および磁気テープ上の38で示されたデー
タ記録および像表示装置40により得られる像の表示を介
してシステムの操作を行なう。ホストコンピュータシス
テム34はまた、CCDカメラ26により検出される試料の可
視像の分析を行なうソフトウェアを含む。そのように得
られる分析データは、関連のプリンタ42上に出力される
か、または記憶するために、もしくは他の試料のために
得られるデータと比較するためにディスク駆動装置もし
くは磁気テープのようなデータ記録38上で記録され得
る。 この発明は、静的システムに対してのみ応用可能であ
ると考えられることが注目されるべきである。シャッタ
22は可視像の強度および対象に適する最適時間、CCDカ
メラ26を充電するのに必要な時間（数マイクロ秒ないし
数時間）、シャッタ22が開放される。CCDカメラ26がそ
れから読出され、かつ結果として生じるデータが適当に
処理される。 この発明および上で提示されたCCDカメラ26が従来の
非走査型TEMおよびＸ線イメージシステムにおいて用い
られる現存のＸ線源または電子源の変更を必要とするこ
となく動作可能であることもまた理解されるべきであ
る。 この発明の方法および装置は添付の図面を参照して例
示されたが、例示の実施例のさまざまな変更がこの発明
の範囲内で可能である。
【図面の簡単な説明】
図面は、主としてブロック図形式で実施例を示す。
図において、10はビーム源、12は光不透明試料、14はエ
ネルギービーム、16は二次源、18は可視光、20は結合レ
ンズ、22はシャッタ、26はCCDカメラ、28はコールドボ
ックス、30は電気配線、32はドライバエレクトロニクス
ユニット、34はホストコンピュータシステム、36はVDU
コンソール、38はデータ記録、40は像表示装置、42はプ
リンタである。
ネルギービーム、16は二次源、18は可視光、20は結合レ
ンズ、22はシャッタ、26はCCDカメラ、28はコールドボ
ックス、30は電気配線、32はドライバエレクトロニクス
ユニット、34はホストコンピュータシステム、36はVDU
コンソール、38はデータ記録、40は像表示装置、42はプ
リンタである。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−146900（ＪＰ，Ａ)
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Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．透過性放射線を走査することなく透過することによ
って光不透明試料を撮像する方法であって、 前記方法は、光不透明試料を非走査の透過性放射線で露
光するステップと、 試料を透過した透過性放射線を二次源に入射させ、そこ
から信号の増幅なしに可視光を放射させるステップと、 放射された可視光を低速走査モードで作動される二次元
の電荷結像素子（CCD）上に結像するステップとを含
み、 前記CCDは−40℃またはそれ以下まで冷却される、光不
透明試料を撮像する方法。 ２．前記CCDが−80℃と−130℃との間まで冷却される、
特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記CCDが二次源に結合されるレンズを備える、特
許請求の範囲第１項ないし第２項のいずれかに記載の方
法。 ４．前記二次源が真空室の内側に置かれる、特許請求の
範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法。 ５．試料が露光間で僅かに回転される状態で前記試料が
２度撮像されるＸ線断層撮影法に適用される、特許請求
の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法。 ６．試料上に透過性放射線の非走査のエネルギービーム
を発生させ照射させる装置と、前記試料を透過した放射
線のエネルギービームによる励起によって増幅なしで可
視光を放射することができる二次源と、二次元の低速走
査CCDと、CCD上に可視光の像を形成するため二次源をCC
Dに結合する光学手段と二次源と前記CCDの間に設けられ
たシャッタ手段と、前記CCDを−40℃またはそれ以下ま
で冷却する冷却手段とを含む、光不透明試料撮像装置。
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