JP4498663B2 - 透過型結晶分析体の厚さ設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
この出願の発明は、非破壊分析方法および非破壊分析装置における透過型結晶分析体の厚み設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体の内部構造を非破壊分析する技術としては、たとえばＸ線を利用して物体内の像を得る各種技術が既に提案されており、その一つに日本国特許第２６９４０４９号がある。
【０００３】
これは、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を結晶分析体（結晶分析板、結晶分析器等とも称する）に導き、結晶分析体から発せられる透過ビーム及び回折ビームによって物体内の像を得るものであって、結晶分析体が角度分析能力を持つことを利用している。角度分析によって得られる像は、透過ビームと回折ビームのコントラストの異なる類似の像（反対符号を有する像、すなわち一方は白黒そして他方が黒白）の対となっている。
【０００４】
また、他の一つには、米国特許第５，８５０，４２５号がある。これは、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を結晶分析体に導き、結晶分析体から発せられる結晶分析体のブラッグ反射により反射Ｘ線を利用するものである。
【０００５】
また、その他に、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を２回反射する１組の非対称反射型結晶分析体に導くことにより、１回目の反射により歪んだ画像を２回目の反射により歪みが矯正された画像を得る技術も既に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の非破壊分析技術においては、以下のような問題点があった。
【０００７】
すなわち、日本国特許第２６９４０４９号の非破壊分析技術においては、透過型結晶分析体の角度分析能力を利用した場合、単色Ｘ線を生み出すモノクロメータの原子面と結晶分析体の原子面を平行にすることを考慮していないために波長分布の影響が残ってしまうという問題があり、さらには、結晶分析体を特定の厚さにすることを考慮していないために欲しい物体の像を一度に得られないので、結晶分析体を漸次回転しつつ白黒像さらには黒白像を蓄積し、計算機にかけてコントラストのある像を形成するといった煩雑な操作を必要とするといった問題があったのである。
【０００８】
また、上記いずれの非破壊分析技術も、明視野画像において、つまり直接入射するＸ線の強度の影響を持つＸ線に重畳し、物体の情報であるＸ線画像を得ることを主体とした構成では、コントラストが悪く判別のし難い画像しか得られなかった。
【０００９】
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、特に暗視野画像において、つまり直接入射するＸ線の強度の影響を持たない、不要なＸ線の背景照射を削減または低減し、Ｘ線による物体の情報であるＸ線画像を得ることを主体とした構成を実現することができ、物体内の高コントラスト像を一度に、且つ容易に得ることのできる、新しい非破壊分析方法および非破壊分析装置における透過型結晶分析体の厚み設定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するにあたり、本発明の透過型結晶分析体の厚み設定方法は、単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析方法において、予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
さらに本発明は、単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析装置において、予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明を好適に実施する上では、電磁波または粒子線源からの電磁波または粒子線を単色平行化する手段を設けること、電磁波または粒子線を単色平行化する手段が対称または非対称モノクロメータであること、暗視野画像を検出する電磁波または粒子線検出装置、さらには電磁波または粒子検出装置による検出データを用いて画像を生成する画像処理装置を用いることが有効である。また、電磁波または粒子線として、Ｘ線、中性子線を好適に用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
この出願の発明は、まず、たとえば図１および図２に例示したように、単色平行Ｘ線Ii（１）を分析対象の物体（２）に照射し、物体（２）からの透過Ｘ線、屈折Ｘ線、回折Ｘ線または小角散乱Ｘ線等のＸ線（以下、説明の便宜上、これらをまとめて屈折Ｘ線等と呼ぶこととする）（３）を透過型結晶分析体（４ａ）に入射させた際の透過型結晶分析体（４ａ）による動力学的回折作用を利用したものであり、透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを、予め、物体がないときに、透過型結晶分析体（４ａ）の動力学的回折作用によって得られる前方方向回折Ｘ線（入射方向回折Ｘ線あるいは透過方向回折Ｘ線とも称し、同意義である）（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）のいずれか一方の強度が、いずれか他方の強度に比較して直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略ゼロ（ちょうどゼロを含む。以下同じ）となるような厚さに設定しておくことで、物体（２）内の像の暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方、または両方を一度に得ることができるようにしている。
【００１４】
より具体的には、図３にも拡大例示したように、動力学的回折作用とはＸ線が完全に近い結晶中で多重散乱することによる効果であり、これによってＸ線は、結晶中の多数の結晶格子面で前方方向（入射方向あるいは透過方向とも称する）の波（Ｏ波と呼ぶ）と回折方向の波（Ｇ波と呼ぶ）が多数回繰り返し反射を受けて、Ｏ波とＧ波とに分光されて出てくる。
【００１５】
このときのＯ波およびＧ波と透過型結晶分析体（４ａ）の厚さとの関係は、次式により表すことができる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
この出願の発明では、上記数１において、
【００１８】
【数２】
【００１９】
のときにＯ波強度Ｉ O およびＧ波強度ＩGのいずれか一方が、いずれか他方に比べて直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略０になるような透過型結晶分析体（４ａ）の厚さＨを選択する。このとき、略０になる方の波が暗視野画像（５）を構築し、他方の波が明視野画像（６）を構築する。すなわち以下のような関係である。
【００２０】
【数３】
【００２１】
この厚さＨの選択に従ってＯ波・Ｇ波による暗視野・明視野画像が実現されることについて図４に沿ってさらに説明すると、まず単色平行Ｘ線P(W)（１）が物体（２）に照射されると、物体（２）の持つ散乱・屈折作用Q(W)を受けて散乱・屈折した屈折Ｘ線等R(W)（３）が生じる。この屈折Ｘ線等R(W)（３）が透過型結晶分析体（４ａ）に、数１を満たす単色平行Ｘ線（１）と透過型結晶分析体（４ａ）の結晶の格子面に視斜角θで入射すると、透過型結晶分析体（４ａ）の持つ動力学的回折作用IO(W), IG(W)を受けて前方方向のＯ波および回折方向のＧ波に分光される。図５は、動力学的回折作用IO(W)およびIG(W)のより詳細な理論曲線を例示したものである。このとき、透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを上記数３におけるＨOとした場合には、Ｏ波が動力学的回折作用IO(W)を受けて暗視野画像（５）を、Ｇ波が動力学的回折作用IG(W)を受けて明視野画像（６）を構築し、その逆にＨGとした場合には、Ｇ波が動力学的回折作用IG(W)を受けて暗視野画像（５）を、Ｏ波が動力学的回折作用IO(W)を受けて明視野画像（６）を構築するようになる。
【００２２】
ここで重要な点は、上記関係を満たす透過型結晶分析体（４ａ）の厚さがある周期で現れることである。たとえば、透過型結晶分析体（４ａ）を結晶格子サイズ５．４３１１Åを持つダイヤモンド型結晶のシリコンにより作製し、シリコン４，４，０反射を用いた場合、図６に例示したように、Ｘ線のエネルギー３５ｋｅＶに対しては６７．５μｍの周期でＩOまたはＩGが略０となる厚さＨが存在する。ここでＩO＝０となるときはＩGが最大値をとり、ＩOが最大値をとるときはＩG＝０をとる。したがって、この周期に合わせて透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを調整することで、従来技術のような透過型結晶分析体（４ａ）の回転は行うことなく、物体（２）の像を高コントラストで一度に暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方、または両方を得ることができる。
【００２３】
たとえば、周期性を考慮し、透過型結晶分析体（４ａ）を上記厚さが周期的に表れる楔形等の形状とした場合も、図６に示したように、周期的に暗視野画像から明視野画像が順次スリット状に得られる。したがって、たとえば図７に例示したように、透過型結晶分析体（４ａ）の出力側にスリット（１１）を設け、このスリット（１１）及び楔状の透過型結晶分析体（４ａ）を物体（２）に対して相対的にスライド移動させる、またはその逆に物体（２）をスリット（１１）及び楔状の透過型結晶分析体（４ａ）に対して相対的にスライド移動させることで、スリット（１１）を通過したスリット状態の画像が複数得られ、それらを合成することにより、任意の視野の画像、つまり暗視野画像および明視野画像のいずれか一方または両方を得ることができる。
【００２４】
なお、Ｏ波つまり前方方向回折Ｘ線（４１ａ）およびＧ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）のいずれか一方の強度が、いずれか他方の強度に比較して直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略ゼロになるとは、上述の説明からも明らかであるが、直接入射するＸ線の強度の影響をもつ不要なＸ線が重畳しないこと、強度の強い画像の背景照明となる不要なＸ線の強度が略ゼロになること、すなわち物体（２）がない場合の理論強度が略ゼロになることを意味している。
【００２５】
このような強度に設定可能な透過型結晶分析体（４ａ）の厚さ範囲は、上記数１からもわかるように結晶格子サイズや入射する屈折Ｘ線等（３）の強度・波長などの様々な要因によって変動するが、たとえば数μｍ〜数１０ｍｍが可能である。なおまた、この場合の透過型結晶分析体（４ａ）の必要仕上げ精度は厚さの１％以下であることが実用上望ましいことである。
【００２６】
以上の厚さに設定された透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）はＸ線検出装置（１０）（図１・図２参照）によって検出され、Ｘ線検出装置（１０）からのＸ線検出データを用いて画像処理装置（図示していないがＸ線検出データを受信可能に構成する）によって画像が生成される。図２の例ではＩOから暗視野画像（５）、ＩGから明視野画像（６）が生成されている。
【００２７】
［第２の実施形態］
また、この出願の発明は、たとえば図８（ａ）（ｂ）および図９に例示したように、反射型結晶分析体（４ｂ）を用いる場合において、非対称モノクロメータ（８）を経て、単色平行Ｘ線Ii（１）を分析対象の物体（２）に照射し、物体（２）からの屈折Ｘ線等（３）を反射型結晶分析体（４ｂ）に入射させた際の反射型結晶分析体（４ｂ）による動力学的回折作用を利用し、屈折Ｘ線等（３）が反射型結晶分析体（４ｂ）において反射型結晶分析体（４ｂ）の動力学的回折作用によって回折条件を満足し且つ透過するようになる。この場合、単色平行Ｘ線（１）と反射型結晶分析体（４ｂ）との角度および反射型結晶分析体（４ｂ）の厚さを選択設定しておくことにより、反射型結晶分析体（４ｂ）からの透過Ｘ線ＩT（４１ｂ）によって生成される暗視野画像（５）を得ることができるようにもしている。
【００２８】
この場合ではさらに、単色平行Ｘ線（１）と反射型結晶分析体（４ｂ）との角度を別に選択して、反射型結晶分析体（４ｂ）の動力学的回折作用によって回折条件を満足し、ブラッグ反射条件における反射Ｘ線ＩB（４２ｂ）によって生成される明視野画像（６）も得ることができる。
【００２９】
また、特に、反射型結晶分析体（４ｂ）に直接入射して暗視野画像（５）に重畳する不要なＸ線、つまり暗視野画像（５）の不要な背景照明となるＸ線を排除・低減する場合には、図８および図９に示した非対称の反射型結晶分析体（４ｂ）を用いることにより、かかるＸ線を十分反射させて削減することで、コントラストの良い暗視野画像を得ることができる。
【００３０】
［第３の実施形態］
＜Ｘ線検出装置＞
上述の第１の実施形態および第２の実施形態において、透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）からのＸ線の検出はＸ線検出装置（１０）により行うが、このＸ線検出装置（１０）としては、２次元検出器（たとえば、Ｘ線フィルム、原子核乾板、Ｘ線撮像管、Ｘ線蛍光増倍管、Ｘ線イメージインテンシファイア、Ｘ線用イメージングプレート、Ｘ線用ＣＣＤ、Ｘ線用非晶質体等）にもとづくフラット型パネルまたは円柱形パネルなど、あるいはラインセンサー１次元検出器を用いることができる。
【００３１】
いずれのＸ線検出装置（１０）を用いるかは、分析対象となる物体（２）の種類や状態等によって任意に選択すればよい。また、たとえば、物体の移動、回転、傾斜等とラインセンサー１次元検出器または２次元検出器とによる組合せ走査は、次述の画像処理装置による断層画像および立体画像の生成に有用であり、たとえばＸ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）技術を導入することで新たな非破壊分析画像を得ることが可能にもなる。
【００３２】
＜画像処理装置＞
画像処理装置（図示していない）は、上記Ｘ線検出装置（１０）によるＸ線検出データに基づき、暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方または両方として、通常のＸ線散乱画像を生成できるものであり、画像合成処理等により暗視野・明視野の断層画像や立体画像を生成可能となっていてもよい。
【００３３】
＜Ｘ線源＞
物体（２）に照射するＸ線のＸ線源（図示していない）も、分析対象の物体（２）によって任意に選択すればよく、たとえば、工業材料用には波長＝約０．５Å以下、実効焦点＝約０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下、出力＝約５０Ｗ以上のＸ線を発生可能なものを、医療用には、波長＝約０．３Å以下、実効焦点＝約０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下、出力＝約１０００Ｗ（パルス可）以上のＸ線を発生可能なものを用いることができる。
【００３４】
＜単色平行化手段＞
上記Ｘ線源からのＸ線は、物体（２）に到達する際には、単色ビーム且つ平行ビーム（平面波とも称する）となっていることが必要である。この単色平行化は、たとえば、放物線状ミラーに多層膜モノクロミラーを用いることによって可能となる。また、放物線状反射ミラーあるいはキャピラリーで集光して平行ビーム化した後、モノクロメータあるいは非対称モノクロメータにより単色化することも可能である。図１の例では、非対称モノクロメータ（８）によってＸ線源（図示していない）からの入射Ｘ線（７）を単色平行化しており、図２の例では、非対称モノクロメータ（８）（図示していない）からの単色平行Ｘ線（１）をコリメータ（９）によって方向を変えて物体（２）に照射している。またこのコリメータ（９）自体を単色平行化用のモノクロメータとして使用するようにしてもよい。もちろん単色平行化の手段はこれらに限定されず、従来公知の各種手段を適宜用いることができる。
【００３５】
また、単色平行化手段としてモノクロメータあるいは非対称モノクロメータ（８）を用いる場合では、図１、図２、図８および図９に示したように、モノクロメータあるいは非対称モノクロメータ（８）をその原子面（８０）が透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）の原子面（４０ａ）（４０ｂ）と平行となるように設けることが非常に重要なポイントであり（図２ではコリメータ（９）の原子面（９０）も平行にする）、これによって、色消し条件を満たし、且つ得られる回折Ｘ線の角度広がりが限りなく小さくなるために、角度感度がより高くなり、物体（２）中の屈折等の現象全てを角度固定の透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）によって捉えることが可能になる。
【００３６】
なお、図１では非対称モノクロメータ（８）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したもの、図２ではコリメータ（９）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したコ字型のもの、図８では非対称モノクロメータ（８）および反射型結晶分析体（４ｂ）が互いに一体化したコ字型のものとなっているが、両者を切り離しても、ゆるく連結するなどしてもよいことは言うまでもない。図９は、その一例として非対称モノクロメータ（８）および反射型結晶分析体（４ｂ）を切り離して配設したものとなっている。いずれの場合でも、非対称モノクロメータ（８）及びコリメータ（９）と透過型結晶分析体（４ａ）及び反射型結晶分析体（４ｂ）とを互いの原子面（８０）（９０）（４０ａ）（４０ｂ）が平行となるように組立て加工、調整する必要がある。
【００３７】
＜拡大画像取得手段＞
透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）からのＸ線を拡大した画像として得たい場合には、たとえば図１０に例示したように、Ｘ線源（図示していない）からの入射Ｘ線（７）を非対称モノクロメータ（８）で単色平行化し、単色平行Ｘ線（１）を物体（２）に照射し、物体（２）からの屈折Ｘ線等（３）をさらに１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ａ）（８ｂ）を経て透過型結晶分析体（４ａ）に入射させることで、透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）により生成される暗視野画像（５）および明視野画像（６）を拡大画像として得ること、および分解能を上げた画像として得ることが可能となる。
【００４３】また、たとえば図１１に例示したように、透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）を、さらに１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ｃ）（８ｄ）を経てＸ線検出装置（１０）へ出力することで、暗視野画像（５）および明視野画像（６）を拡大画像として得ることも可能である。
【００３８】
なお、図１０および図１１は透過型結晶分析体（４ａ）を用いた場合の一実施形態であるが、反射型結晶分析体（４ｂ）を用いた場合でも、同様に１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ａ）（８ｂ）（８ｃ）（８ｄ）を反射型結晶分析体（４ｂ）の前後に設置した構成とすることで、拡大画像および高分解能画像を得られる。
【００３９】
また、図１と同様に図１０も非対称モノクロメータ（８）（８ｂ）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したものとなっているが（図１１のものは図１と実質同一）、互いの原子面（８０）および原子面（４０ａ）が平行となっている限り、両者が離れていても、ゆるく連結されていてもよい。
【００４０】
［第４の実施形態］
ところで、第１及び第２の実施形態においては、結晶分析体として、透過型のもの（透過型結晶分析体（４ａ））および反射型のもの（反射型結晶分析体（４ｂ））というようにその機能・性質が予め定まっているものを用いているが、これ以外に、いずれにも共用できる結晶分析体を用意しておき、分析時に予めその厚さを調整して透過型および反射型に使用可能なものとすることで、両型共用の非破壊分析装置を実現することもできる。すなわち、第１の実施形態で説明した厚さ条件および第２の実施形態で説明した厚さ条件の両方を同時に満足するように厚さ調整すれば、結晶分析体を透過型にも反射型にも使用できるのである。
【００４１】
これにより、たとえば図２および図８を、透過型結晶分析体（４ａ）専用、反射型結晶分析体（４ｂ）専用ではなく、両型共用分析装置として提供可能になる。
【００４２】
なお、たとえば、透過型に使用する場合では図２のように斜め上方から屈折Ｘ線等（３）を入射させ、反射型に使用する場合では図８（ａ）のように真っ直ぐ上方から屈折Ｘ線等（３）を入射させることが望ましい（反射型にて斜め入射も可能ではある）ので、入射Ｘ線（７）あるいは単色平行Ｘ線（１）を図２および図８（ａ）に示したような方向からコリメータ（９）あるいは非対称モノクロメータ（８）に照射可能な構成とし、またＸ線検出装置（１０）についても図２および図８（ａ）に示したような位置に設定可能な構成としておく必要がある。
【００４３】
したがって、上記厚さ条件に設定した結晶分析体を用いれば、屈折Ｘ線等（３）の入射方向などを変えるだけで、任意に透過型および反射型を選択でき、両型共用の非破壊分析を実現できる。
【００４４】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下に、添付した図面に沿って実施例を示し、さらに詳しくその実施の形態について説明する。
【００４５】
【実施例】
［実施例１］
図１２は、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム中に直径１４０μｍのボロンファイバーを埋め込んで成る物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としては、ダイヤモンド型結晶のシリコン４，４，０反射を用いている。その厚さを上記数１および数３の関係を満たすＨに調整したところ、図１２から明らかなように、Ｇ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）によってボロンファイバーを鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４６】
［実施例２］
図１３は、厚さ７．０ｍｍのワックス中に直径０．４ｍｍのナイロンファイバーを埋め込んで成る物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としては、ダイヤモンド型結晶のシリコンからなるものを用いている。その厚さを上記数１および数３の関係を満たすＨに調整したところ、図１３から明らかなように、Ｇ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）によってナイロンファイバーを鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４７】
［実施例３］
図１４は、昆虫を内蔵した琥珀からなる物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としてダイヤモンド型結晶のシリコンを用い、単色平行Ｘ線（１）はエネルギー３５ｋｅＶとした。図１４から明らかなように、昆虫を鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４８】
［実施例４］
図１５は、分析対象の物体（２）としての乾燥した魚を図８の実施形態に従って撮像したものである。反射型結晶分析体（４ｂ）として結晶シリコン４，４，０反射を用い、その厚さは１ｍｍに設定した。図１５から明らかなように、透過Ｘ線ＩT（４１ｂ）によって乾燥した魚を鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。また別に、反射Ｘ線ＩB（４２ｂ）によって明視野画像（１１）も得られることは言うまでもない。
【００４９】
もちろん、この出願の発明は以上の各例に限定されるものでなく、細部については様々な態様が可能である。
【００５０】
なお、この出願の発明を、以上述べた方法または装置として、Ｘ線の代わりに他の電磁波または中性子線や電子線等の粒子線を用い、数１、数２、数３のもとに実施することは容易であり、Ｘ線と同様に、他の電磁波または粒子線による優れた非破壊分析が可能である。この場合、たとえば、物体（２）からの透過粒子線、屈折粒子線、回折粒子線または小角散乱粒子線を透過型結晶分析体（４ａ）反射型結晶分析体（４ｂ）に入射させ、Ｘ線検出装置（１０）の代わりに粒子線検出装置を用いて透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折粒子線および回折方向回折粒子線を、または反射型結晶分析体（４ｂ）からの透過粒子線および反射粒子線を暗視野画像（５）および明視野画像（６）として検出し、その粒子線検出データを用いた画像処理が可能な画像処理装置によって画像生成を行うようにすればよい。
【００５１】
Ｘ線（１０-3ｎｍ〜１０ｎｍ）以外の電磁波としては、たとえば、ガンマ線（１０-2ｎｍ以下）、紫外線（１ｎｍ〜４００ｎｍ）、可視光線（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）、赤外線（８００ｎｍ〜４０００ｎｍ）を挙げることができ、いずれを用いてもこの出願の発明に従った上記非破壊分析が可能である。なお、これらの電磁波名および波長域の出典は「改訂第４版 物理学辞典」（培風館、１９９８年発行）における”電磁波”であるが、この出典における電磁波名および波長域が唯一ではなく、この出願の発明に従った上記非破壊分析が可能であればいずれの電磁波であっても適用可能である。
【００５２】
以上のこの出願の発明は、従来技術では解明し確認できなかった食品、薬品、医療診断対象物、半導体、有機・無機物等のあらゆる物体に対して、その構造および機能を非破壊、高コントラスト、且つ高分解能（たとえば少なくとも数十ミクロンメートルレベル以下）で分析することが可能な、検査・加工システム、医療診断システム、状態・形態変化の観察システム等の新しい総合的システムをも提供することができる。これにより、あらゆる分野において、様々な物体の中から当該分野に有用な物体を正確に特定し、新しい有用食品、有用薬品等の生産物、生成物として提供することが可能となる。
【００５３】
特に、技術革新の著しい進歩が見られる微細技術分野においては、この出願の発明の実施により高い相乗効果を上げることが実現可能となる。たとえば、動物、人間等の脳、肝臓等における生理状態の解明、癌の発生・成長過程状態の解明、さらには癌の発生・成長過程や形態変化の状態と投薬との因果関係の解明によって、あらゆる物体の中から新薬として適当である物体を特定し提供可能となる。
【００５４】
また、蛋白質構造解析などの高分子分野における構造解析において、Ｘ線回折分析等における原子構造レベルの構造解析と組み合わせることで、どのようなマクロ形態の構造であるかを対応させながら分析・解明し、新たな薬、抗体等を設計し提供可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、生体・非生体、結晶・非結晶、単材・複合材、固体・液体などを問わずあらゆる物体の内部構造の高コントラスト像を一度に、且つ容易に暗視野画像および明視野画像として得ることのできる、新しい非破壊分析方法および非破壊分析装置が提供される。
【００５６】
特に、暗視野画像によるＸ線の画像は、従来見られなかったＸ線の透視画像に比較し、分析対象である物体の構造を、簡単な構成で、非常に高いコントラストで、高精度に、極めて見やすく、容易に分析できることに大きな特徴を有している。
【００５７】
また、この出願の発明の非破壊分析方法および装置を用いて非破壊分析することにより、様々な分野において有用な作用効果等のある物体を特定し、それを新たな生産物、生成物等として提供可能にもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図２】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の別の一実施形態を例示した図である。
【図３】 透過型結晶分析体における動力学的回折作用について説明するための図である。
【図４】 透過型結晶分析体における明視野画像および暗視野画像について説明するための図である。
【図５】 透過型結晶分析体が持つ動力学的回折作用の理論曲線を例示した図である。
【図６】 透過型結晶分析体の厚さとＯ波およびＧ波との関係を例示した図である。
【図７】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明のさらに別の一実施形態を例示した図である。
【図８】 （ａ）は反射型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図であり、（ｂ）は反射型結晶分析体を例示した斜視図である。
【図９】 反射型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の別の一実施形態を例示した図である。
【図１０】 物体と透過型結晶分析体の間に非対称モノクロメータを設置した場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図１１】 透過型結晶分析体とＸ線検出装置との間に非対称モノクロメータを設置した場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図１２】 この出願の発明による非破壊分析の一実施例を示した図である。
【図１３】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【図１４】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【図１５】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【符号の説明】
１ 単色平行Ｘ線
２ 物体
３ 屈折Ｘ線等
４ａ 透過型結晶分析体
４０ａ 原子面
４１ａ 前方方向回折Ｘ線
４２ａ 回折方向回折Ｘ線
４ｂ 反射型結晶分析体
４０ｂ 原子面
４１ｂ 透過Ｘ線
４２ｂ 反射Ｘ線
５ 暗視野画像
６ 明視野画像
７ 入射Ｘ線
８ 非対称モノクロメータ
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 非対称モノクロメータ
８０ 原子面
９ コリメータ
９０ 原子面
１０ Ｘ線検出装置
１１ スリット
【発明の属する分野】
この出願の発明は、非破壊分析方法および非破壊分析装置における透過型結晶分析体の厚み設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体の内部構造を非破壊分析する技術としては、たとえばＸ線を利用して物体内の像を得る各種技術が既に提案されており、その一つに日本国特許第２６９４０４９号がある。
【０００３】
これは、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を結晶分析体（結晶分析板、結晶分析器等とも称する）に導き、結晶分析体から発せられる透過ビーム及び回折ビームによって物体内の像を得るものであって、結晶分析体が角度分析能力を持つことを利用している。角度分析によって得られる像は、透過ビームと回折ビームのコントラストの異なる類似の像（反対符号を有する像、すなわち一方は白黒そして他方が黒白）の対となっている。
【０００４】
また、他の一つには、米国特許第５，８５０，４２５号がある。これは、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を結晶分析体に導き、結晶分析体から発せられる結晶分析体のブラッグ反射により反射Ｘ線を利用するものである。
【０００５】
また、その他に、単色Ｘ線を物体に照射し、物体からの屈折Ｘ線を２回反射する１組の非対称反射型結晶分析体に導くことにより、１回目の反射により歪んだ画像を２回目の反射により歪みが矯正された画像を得る技術も既に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の非破壊分析技術においては、以下のような問題点があった。
【０００７】
すなわち、日本国特許第２６９４０４９号の非破壊分析技術においては、透過型結晶分析体の角度分析能力を利用した場合、単色Ｘ線を生み出すモノクロメータの原子面と結晶分析体の原子面を平行にすることを考慮していないために波長分布の影響が残ってしまうという問題があり、さらには、結晶分析体を特定の厚さにすることを考慮していないために欲しい物体の像を一度に得られないので、結晶分析体を漸次回転しつつ白黒像さらには黒白像を蓄積し、計算機にかけてコントラストのある像を形成するといった煩雑な操作を必要とするといった問題があったのである。
【０００８】
また、上記いずれの非破壊分析技術も、明視野画像において、つまり直接入射するＸ線の強度の影響を持つＸ線に重畳し、物体の情報であるＸ線画像を得ることを主体とした構成では、コントラストが悪く判別のし難い画像しか得られなかった。
【０００９】
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、特に暗視野画像において、つまり直接入射するＸ線の強度の影響を持たない、不要なＸ線の背景照射を削減または低減し、Ｘ線による物体の情報であるＸ線画像を得ることを主体とした構成を実現することができ、物体内の高コントラスト像を一度に、且つ容易に得ることのできる、新しい非破壊分析方法および非破壊分析装置における透過型結晶分析体の厚み設定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するにあたり、本発明の透過型結晶分析体の厚み設定方法は、単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析方法において、予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
さらに本発明は、単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析装置において、予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明を好適に実施する上では、電磁波または粒子線源からの電磁波または粒子線を単色平行化する手段を設けること、電磁波または粒子線を単色平行化する手段が対称または非対称モノクロメータであること、暗視野画像を検出する電磁波または粒子線検出装置、さらには電磁波または粒子検出装置による検出データを用いて画像を生成する画像処理装置を用いることが有効である。また、電磁波または粒子線として、Ｘ線、中性子線を好適に用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
この出願の発明は、まず、たとえば図１および図２に例示したように、単色平行Ｘ線Ii（１）を分析対象の物体（２）に照射し、物体（２）からの透過Ｘ線、屈折Ｘ線、回折Ｘ線または小角散乱Ｘ線等のＸ線（以下、説明の便宜上、これらをまとめて屈折Ｘ線等と呼ぶこととする）（３）を透過型結晶分析体（４ａ）に入射させた際の透過型結晶分析体（４ａ）による動力学的回折作用を利用したものであり、透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを、予め、物体がないときに、透過型結晶分析体（４ａ）の動力学的回折作用によって得られる前方方向回折Ｘ線（入射方向回折Ｘ線あるいは透過方向回折Ｘ線とも称し、同意義である）（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）のいずれか一方の強度が、いずれか他方の強度に比較して直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略ゼロ（ちょうどゼロを含む。以下同じ）となるような厚さに設定しておくことで、物体（２）内の像の暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方、または両方を一度に得ることができるようにしている。
【００１４】
より具体的には、図３にも拡大例示したように、動力学的回折作用とはＸ線が完全に近い結晶中で多重散乱することによる効果であり、これによってＸ線は、結晶中の多数の結晶格子面で前方方向（入射方向あるいは透過方向とも称する）の波（Ｏ波と呼ぶ）と回折方向の波（Ｇ波と呼ぶ）が多数回繰り返し反射を受けて、Ｏ波とＧ波とに分光されて出てくる。
【００１５】
このときのＯ波およびＧ波と透過型結晶分析体（４ａ）の厚さとの関係は、次式により表すことができる。
【００１６】
【数１】
この出願の発明では、上記数１において、
【００１８】
【数２】
のときにＯ波強度Ｉ O およびＧ波強度ＩGのいずれか一方が、いずれか他方に比べて直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略０になるような透過型結晶分析体（４ａ）の厚さＨを選択する。このとき、略０になる方の波が暗視野画像（５）を構築し、他方の波が明視野画像（６）を構築する。すなわち以下のような関係である。
【００２０】
【数３】
この厚さＨの選択に従ってＯ波・Ｇ波による暗視野・明視野画像が実現されることについて図４に沿ってさらに説明すると、まず単色平行Ｘ線P(W)（１）が物体（２）に照射されると、物体（２）の持つ散乱・屈折作用Q(W)を受けて散乱・屈折した屈折Ｘ線等R(W)（３）が生じる。この屈折Ｘ線等R(W)（３）が透過型結晶分析体（４ａ）に、数１を満たす単色平行Ｘ線（１）と透過型結晶分析体（４ａ）の結晶の格子面に視斜角θで入射すると、透過型結晶分析体（４ａ）の持つ動力学的回折作用IO(W), IG(W)を受けて前方方向のＯ波および回折方向のＧ波に分光される。図５は、動力学的回折作用IO(W)およびIG(W)のより詳細な理論曲線を例示したものである。このとき、透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを上記数３におけるＨOとした場合には、Ｏ波が動力学的回折作用IO(W)を受けて暗視野画像（５）を、Ｇ波が動力学的回折作用IG(W)を受けて明視野画像（６）を構築し、その逆にＨGとした場合には、Ｇ波が動力学的回折作用IG(W)を受けて暗視野画像（５）を、Ｏ波が動力学的回折作用IO(W)を受けて明視野画像（６）を構築するようになる。
【００２２】
ここで重要な点は、上記関係を満たす透過型結晶分析体（４ａ）の厚さがある周期で現れることである。たとえば、透過型結晶分析体（４ａ）を結晶格子サイズ５．４３１１Åを持つダイヤモンド型結晶のシリコンにより作製し、シリコン４，４，０反射を用いた場合、図６に例示したように、Ｘ線のエネルギー３５ｋｅＶに対しては６７．５μｍの周期でＩOまたはＩGが略０となる厚さＨが存在する。ここでＩO＝０となるときはＩGが最大値をとり、ＩOが最大値をとるときはＩG＝０をとる。したがって、この周期に合わせて透過型結晶分析体（４ａ）の厚さを調整することで、従来技術のような透過型結晶分析体（４ａ）の回転は行うことなく、物体（２）の像を高コントラストで一度に暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方、または両方を得ることができる。
【００２３】
たとえば、周期性を考慮し、透過型結晶分析体（４ａ）を上記厚さが周期的に表れる楔形等の形状とした場合も、図６に示したように、周期的に暗視野画像から明視野画像が順次スリット状に得られる。したがって、たとえば図７に例示したように、透過型結晶分析体（４ａ）の出力側にスリット（１１）を設け、このスリット（１１）及び楔状の透過型結晶分析体（４ａ）を物体（２）に対して相対的にスライド移動させる、またはその逆に物体（２）をスリット（１１）及び楔状の透過型結晶分析体（４ａ）に対して相対的にスライド移動させることで、スリット（１１）を通過したスリット状態の画像が複数得られ、それらを合成することにより、任意の視野の画像、つまり暗視野画像および明視野画像のいずれか一方または両方を得ることができる。
【００２４】
なお、Ｏ波つまり前方方向回折Ｘ線（４１ａ）およびＧ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）のいずれか一方の強度が、いずれか他方の強度に比較して直接入射するＸ線の影響の少ないＸ線の強度において略ゼロになるとは、上述の説明からも明らかであるが、直接入射するＸ線の強度の影響をもつ不要なＸ線が重畳しないこと、強度の強い画像の背景照明となる不要なＸ線の強度が略ゼロになること、すなわち物体（２）がない場合の理論強度が略ゼロになることを意味している。
【００２５】
このような強度に設定可能な透過型結晶分析体（４ａ）の厚さ範囲は、上記数１からもわかるように結晶格子サイズや入射する屈折Ｘ線等（３）の強度・波長などの様々な要因によって変動するが、たとえば数μｍ〜数１０ｍｍが可能である。なおまた、この場合の透過型結晶分析体（４ａ）の必要仕上げ精度は厚さの１％以下であることが実用上望ましいことである。
【００２６】
以上の厚さに設定された透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）はＸ線検出装置（１０）（図１・図２参照）によって検出され、Ｘ線検出装置（１０）からのＸ線検出データを用いて画像処理装置（図示していないがＸ線検出データを受信可能に構成する）によって画像が生成される。図２の例ではＩOから暗視野画像（５）、ＩGから明視野画像（６）が生成されている。
【００２７】
［第２の実施形態］
また、この出願の発明は、たとえば図８（ａ）（ｂ）および図９に例示したように、反射型結晶分析体（４ｂ）を用いる場合において、非対称モノクロメータ（８）を経て、単色平行Ｘ線Ii（１）を分析対象の物体（２）に照射し、物体（２）からの屈折Ｘ線等（３）を反射型結晶分析体（４ｂ）に入射させた際の反射型結晶分析体（４ｂ）による動力学的回折作用を利用し、屈折Ｘ線等（３）が反射型結晶分析体（４ｂ）において反射型結晶分析体（４ｂ）の動力学的回折作用によって回折条件を満足し且つ透過するようになる。この場合、単色平行Ｘ線（１）と反射型結晶分析体（４ｂ）との角度および反射型結晶分析体（４ｂ）の厚さを選択設定しておくことにより、反射型結晶分析体（４ｂ）からの透過Ｘ線ＩT（４１ｂ）によって生成される暗視野画像（５）を得ることができるようにもしている。
【００２８】
この場合ではさらに、単色平行Ｘ線（１）と反射型結晶分析体（４ｂ）との角度を別に選択して、反射型結晶分析体（４ｂ）の動力学的回折作用によって回折条件を満足し、ブラッグ反射条件における反射Ｘ線ＩB（４２ｂ）によって生成される明視野画像（６）も得ることができる。
【００２９】
また、特に、反射型結晶分析体（４ｂ）に直接入射して暗視野画像（５）に重畳する不要なＸ線、つまり暗視野画像（５）の不要な背景照明となるＸ線を排除・低減する場合には、図８および図９に示した非対称の反射型結晶分析体（４ｂ）を用いることにより、かかるＸ線を十分反射させて削減することで、コントラストの良い暗視野画像を得ることができる。
【００３０】
［第３の実施形態］
＜Ｘ線検出装置＞
上述の第１の実施形態および第２の実施形態において、透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）からのＸ線の検出はＸ線検出装置（１０）により行うが、このＸ線検出装置（１０）としては、２次元検出器（たとえば、Ｘ線フィルム、原子核乾板、Ｘ線撮像管、Ｘ線蛍光増倍管、Ｘ線イメージインテンシファイア、Ｘ線用イメージングプレート、Ｘ線用ＣＣＤ、Ｘ線用非晶質体等）にもとづくフラット型パネルまたは円柱形パネルなど、あるいはラインセンサー１次元検出器を用いることができる。
【００３１】
いずれのＸ線検出装置（１０）を用いるかは、分析対象となる物体（２）の種類や状態等によって任意に選択すればよい。また、たとえば、物体の移動、回転、傾斜等とラインセンサー１次元検出器または２次元検出器とによる組合せ走査は、次述の画像処理装置による断層画像および立体画像の生成に有用であり、たとえばＸ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）技術を導入することで新たな非破壊分析画像を得ることが可能にもなる。
【００３２】
＜画像処理装置＞
画像処理装置（図示していない）は、上記Ｘ線検出装置（１０）によるＸ線検出データに基づき、暗視野画像（５）および明視野画像（６）のいずれか一方または両方として、通常のＸ線散乱画像を生成できるものであり、画像合成処理等により暗視野・明視野の断層画像や立体画像を生成可能となっていてもよい。
【００３３】
＜Ｘ線源＞
物体（２）に照射するＸ線のＸ線源（図示していない）も、分析対象の物体（２）によって任意に選択すればよく、たとえば、工業材料用には波長＝約０．５Å以下、実効焦点＝約０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下、出力＝約５０Ｗ以上のＸ線を発生可能なものを、医療用には、波長＝約０．３Å以下、実効焦点＝約０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下、出力＝約１０００Ｗ（パルス可）以上のＸ線を発生可能なものを用いることができる。
【００３４】
＜単色平行化手段＞
上記Ｘ線源からのＸ線は、物体（２）に到達する際には、単色ビーム且つ平行ビーム（平面波とも称する）となっていることが必要である。この単色平行化は、たとえば、放物線状ミラーに多層膜モノクロミラーを用いることによって可能となる。また、放物線状反射ミラーあるいはキャピラリーで集光して平行ビーム化した後、モノクロメータあるいは非対称モノクロメータにより単色化することも可能である。図１の例では、非対称モノクロメータ（８）によってＸ線源（図示していない）からの入射Ｘ線（７）を単色平行化しており、図２の例では、非対称モノクロメータ（８）（図示していない）からの単色平行Ｘ線（１）をコリメータ（９）によって方向を変えて物体（２）に照射している。またこのコリメータ（９）自体を単色平行化用のモノクロメータとして使用するようにしてもよい。もちろん単色平行化の手段はこれらに限定されず、従来公知の各種手段を適宜用いることができる。
【００３５】
また、単色平行化手段としてモノクロメータあるいは非対称モノクロメータ（８）を用いる場合では、図１、図２、図８および図９に示したように、モノクロメータあるいは非対称モノクロメータ（８）をその原子面（８０）が透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）の原子面（４０ａ）（４０ｂ）と平行となるように設けることが非常に重要なポイントであり（図２ではコリメータ（９）の原子面（９０）も平行にする）、これによって、色消し条件を満たし、且つ得られる回折Ｘ線の角度広がりが限りなく小さくなるために、角度感度がより高くなり、物体（２）中の屈折等の現象全てを角度固定の透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）によって捉えることが可能になる。
【００３６】
なお、図１では非対称モノクロメータ（８）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したもの、図２ではコリメータ（９）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したコ字型のもの、図８では非対称モノクロメータ（８）および反射型結晶分析体（４ｂ）が互いに一体化したコ字型のものとなっているが、両者を切り離しても、ゆるく連結するなどしてもよいことは言うまでもない。図９は、その一例として非対称モノクロメータ（８）および反射型結晶分析体（４ｂ）を切り離して配設したものとなっている。いずれの場合でも、非対称モノクロメータ（８）及びコリメータ（９）と透過型結晶分析体（４ａ）及び反射型結晶分析体（４ｂ）とを互いの原子面（８０）（９０）（４０ａ）（４０ｂ）が平行となるように組立て加工、調整する必要がある。
【００３７】
＜拡大画像取得手段＞
透過型結晶分析体（４ａ）・反射型結晶分析体（４ｂ）からのＸ線を拡大した画像として得たい場合には、たとえば図１０に例示したように、Ｘ線源（図示していない）からの入射Ｘ線（７）を非対称モノクロメータ（８）で単色平行化し、単色平行Ｘ線（１）を物体（２）に照射し、物体（２）からの屈折Ｘ線等（３）をさらに１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ａ）（８ｂ）を経て透過型結晶分析体（４ａ）に入射させることで、透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）により生成される暗視野画像（５）および明視野画像（６）を拡大画像として得ること、および分解能を上げた画像として得ることが可能となる。
【００４３】また、たとえば図１１に例示したように、透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折Ｘ線（４１ａ）および回折方向回折Ｘ線（４２ａ）を、さらに１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ｃ）（８ｄ）を経てＸ線検出装置（１０）へ出力することで、暗視野画像（５）および明視野画像（６）を拡大画像として得ることも可能である。
【００３８】
なお、図１０および図１１は透過型結晶分析体（４ａ）を用いた場合の一実施形態であるが、反射型結晶分析体（４ｂ）を用いた場合でも、同様に１枚ないし複数枚からなる複合化した非対称モノクロメータ（８ａ）（８ｂ）（８ｃ）（８ｄ）を反射型結晶分析体（４ｂ）の前後に設置した構成とすることで、拡大画像および高分解能画像を得られる。
【００３９】
また、図１と同様に図１０も非対称モノクロメータ（８）（８ｂ）および透過型結晶分析体（４ａ）が互いに一体化したものとなっているが（図１１のものは図１と実質同一）、互いの原子面（８０）および原子面（４０ａ）が平行となっている限り、両者が離れていても、ゆるく連結されていてもよい。
【００４０】
［第４の実施形態］
ところで、第１及び第２の実施形態においては、結晶分析体として、透過型のもの（透過型結晶分析体（４ａ））および反射型のもの（反射型結晶分析体（４ｂ））というようにその機能・性質が予め定まっているものを用いているが、これ以外に、いずれにも共用できる結晶分析体を用意しておき、分析時に予めその厚さを調整して透過型および反射型に使用可能なものとすることで、両型共用の非破壊分析装置を実現することもできる。すなわち、第１の実施形態で説明した厚さ条件および第２の実施形態で説明した厚さ条件の両方を同時に満足するように厚さ調整すれば、結晶分析体を透過型にも反射型にも使用できるのである。
【００４１】
これにより、たとえば図２および図８を、透過型結晶分析体（４ａ）専用、反射型結晶分析体（４ｂ）専用ではなく、両型共用分析装置として提供可能になる。
【００４２】
なお、たとえば、透過型に使用する場合では図２のように斜め上方から屈折Ｘ線等（３）を入射させ、反射型に使用する場合では図８（ａ）のように真っ直ぐ上方から屈折Ｘ線等（３）を入射させることが望ましい（反射型にて斜め入射も可能ではある）ので、入射Ｘ線（７）あるいは単色平行Ｘ線（１）を図２および図８（ａ）に示したような方向からコリメータ（９）あるいは非対称モノクロメータ（８）に照射可能な構成とし、またＸ線検出装置（１０）についても図２および図８（ａ）に示したような位置に設定可能な構成としておく必要がある。
【００４３】
したがって、上記厚さ条件に設定した結晶分析体を用いれば、屈折Ｘ線等（３）の入射方向などを変えるだけで、任意に透過型および反射型を選択でき、両型共用の非破壊分析を実現できる。
【００４４】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴を有するものであるが、以下に、添付した図面に沿って実施例を示し、さらに詳しくその実施の形態について説明する。
【００４５】
【実施例】
［実施例１］
図１２は、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム中に直径１４０μｍのボロンファイバーを埋め込んで成る物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としては、ダイヤモンド型結晶のシリコン４，４，０反射を用いている。その厚さを上記数１および数３の関係を満たすＨに調整したところ、図１２から明らかなように、Ｇ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）によってボロンファイバーを鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４６】
［実施例２］
図１３は、厚さ７．０ｍｍのワックス中に直径０．４ｍｍのナイロンファイバーを埋め込んで成る物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としては、ダイヤモンド型結晶のシリコンからなるものを用いている。その厚さを上記数１および数３の関係を満たすＨに調整したところ、図１３から明らかなように、Ｇ波つまり回折方向回折Ｘ線（４２ａ）によってナイロンファイバーを鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４７】
［実施例３］
図１４は、昆虫を内蔵した琥珀からなる物体（２）を図２の実施形態に従って撮像したものである。透過型結晶分析体（４ａ）としてダイヤモンド型結晶のシリコンを用い、単色平行Ｘ線（１）はエネルギー３５ｋｅＶとした。図１４から明らかなように、昆虫を鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。これと同時に明視野画像（６）も得られることは言うまでもない。
【００４８】
［実施例４］
図１５は、分析対象の物体（２）としての乾燥した魚を図８の実施形態に従って撮像したものである。反射型結晶分析体（４ｂ）として結晶シリコン４，４，０反射を用い、その厚さは１ｍｍに設定した。図１５から明らかなように、透過Ｘ線ＩT（４１ｂ）によって乾燥した魚を鮮明に写し出した暗視野画像（５）が得られた。また別に、反射Ｘ線ＩB（４２ｂ）によって明視野画像（１１）も得られることは言うまでもない。
【００４９】
もちろん、この出願の発明は以上の各例に限定されるものでなく、細部については様々な態様が可能である。
【００５０】
なお、この出願の発明を、以上述べた方法または装置として、Ｘ線の代わりに他の電磁波または中性子線や電子線等の粒子線を用い、数１、数２、数３のもとに実施することは容易であり、Ｘ線と同様に、他の電磁波または粒子線による優れた非破壊分析が可能である。この場合、たとえば、物体（２）からの透過粒子線、屈折粒子線、回折粒子線または小角散乱粒子線を透過型結晶分析体（４ａ）反射型結晶分析体（４ｂ）に入射させ、Ｘ線検出装置（１０）の代わりに粒子線検出装置を用いて透過型結晶分析体（４ａ）からの前方方向回折粒子線および回折方向回折粒子線を、または反射型結晶分析体（４ｂ）からの透過粒子線および反射粒子線を暗視野画像（５）および明視野画像（６）として検出し、その粒子線検出データを用いた画像処理が可能な画像処理装置によって画像生成を行うようにすればよい。
【００５１】
Ｘ線（１０-3ｎｍ〜１０ｎｍ）以外の電磁波としては、たとえば、ガンマ線（１０-2ｎｍ以下）、紫外線（１ｎｍ〜４００ｎｍ）、可視光線（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）、赤外線（８００ｎｍ〜４０００ｎｍ）を挙げることができ、いずれを用いてもこの出願の発明に従った上記非破壊分析が可能である。なお、これらの電磁波名および波長域の出典は「改訂第４版 物理学辞典」（培風館、１９９８年発行）における”電磁波”であるが、この出典における電磁波名および波長域が唯一ではなく、この出願の発明に従った上記非破壊分析が可能であればいずれの電磁波であっても適用可能である。
【００５２】
以上のこの出願の発明は、従来技術では解明し確認できなかった食品、薬品、医療診断対象物、半導体、有機・無機物等のあらゆる物体に対して、その構造および機能を非破壊、高コントラスト、且つ高分解能（たとえば少なくとも数十ミクロンメートルレベル以下）で分析することが可能な、検査・加工システム、医療診断システム、状態・形態変化の観察システム等の新しい総合的システムをも提供することができる。これにより、あらゆる分野において、様々な物体の中から当該分野に有用な物体を正確に特定し、新しい有用食品、有用薬品等の生産物、生成物として提供することが可能となる。
【００５３】
特に、技術革新の著しい進歩が見られる微細技術分野においては、この出願の発明の実施により高い相乗効果を上げることが実現可能となる。たとえば、動物、人間等の脳、肝臓等における生理状態の解明、癌の発生・成長過程状態の解明、さらには癌の発生・成長過程や形態変化の状態と投薬との因果関係の解明によって、あらゆる物体の中から新薬として適当である物体を特定し提供可能となる。
【００５４】
また、蛋白質構造解析などの高分子分野における構造解析において、Ｘ線回折分析等における原子構造レベルの構造解析と組み合わせることで、どのようなマクロ形態の構造であるかを対応させながら分析・解明し、新たな薬、抗体等を設計し提供可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、生体・非生体、結晶・非結晶、単材・複合材、固体・液体などを問わずあらゆる物体の内部構造の高コントラスト像を一度に、且つ容易に暗視野画像および明視野画像として得ることのできる、新しい非破壊分析方法および非破壊分析装置が提供される。
【００５６】
特に、暗視野画像によるＸ線の画像は、従来見られなかったＸ線の透視画像に比較し、分析対象である物体の構造を、簡単な構成で、非常に高いコントラストで、高精度に、極めて見やすく、容易に分析できることに大きな特徴を有している。
【００５７】
また、この出願の発明の非破壊分析方法および装置を用いて非破壊分析することにより、様々な分野において有用な作用効果等のある物体を特定し、それを新たな生産物、生成物等として提供可能にもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図２】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の別の一実施形態を例示した図である。
【図３】 透過型結晶分析体における動力学的回折作用について説明するための図である。
【図４】 透過型結晶分析体における明視野画像および暗視野画像について説明するための図である。
【図５】 透過型結晶分析体が持つ動力学的回折作用の理論曲線を例示した図である。
【図６】 透過型結晶分析体の厚さとＯ波およびＧ波との関係を例示した図である。
【図７】 透過型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明のさらに別の一実施形態を例示した図である。
【図８】 （ａ）は反射型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図であり、（ｂ）は反射型結晶分析体を例示した斜視図である。
【図９】 反射型結晶分析体を用いた場合のこの出願の発明の別の一実施形態を例示した図である。
【図１０】 物体と透過型結晶分析体の間に非対称モノクロメータを設置した場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図１１】 透過型結晶分析体とＸ線検出装置との間に非対称モノクロメータを設置した場合のこの出願の発明の一実施形態を例示した図である。
【図１２】 この出願の発明による非破壊分析の一実施例を示した図である。
【図１３】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【図１４】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【図１５】 この出願の発明による非破壊分析の別の一実施例を示した図である。
【符号の説明】
１ 単色平行Ｘ線
２ 物体
３ 屈折Ｘ線等
４ａ 透過型結晶分析体
４０ａ 原子面
４１ａ 前方方向回折Ｘ線
４２ａ 回折方向回折Ｘ線
４ｂ 反射型結晶分析体
４０ｂ 原子面
４１ｂ 透過Ｘ線
４２ｂ 反射Ｘ線
５ 暗視野画像
６ 明視野画像
７ 入射Ｘ線
８ 非対称モノクロメータ
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 非対称モノクロメータ
８０ 原子面
９ コリメータ
９０ 原子面
１０ Ｘ線検出装置
１１ スリット
Claims (2)
- 単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析方法において、
予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、
前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴とする非破壊分析方法における透過型結晶分析体の厚さ設定方法。 - 単色平行電磁波または粒子線を物体に照射し、物体からの電磁波または粒子線を動力学的回折作用を発現させる角度で配置した所定厚さの透過型結晶分析体に入射させ、この透過型結晶分析体から発せられる電磁波または粒子線によって物体内の像を得る非破壊分析装置において、
予め、透過型結晶分析体の前記所定厚さを、前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に物体がないときに、透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって透過方向に出射する前方方向回折単色平行電磁波または粒子線の強度が略ゼロとなり、かつ前記透過型結晶分析体の動力学的回折作用によって回折方向に出射する回折方向単色平行電磁波または粒子線の強度が最大となる厚さに設定し、
前記単色平行電磁波または粒子線の照射路上に分析対象となる物体を置き、前記透過型結晶分析体に物体からの電磁波または粒子線を入射させたときに、透過型結晶分析体の前記透過方向に出射する電磁波または粒子線に基づいて前記物体の内部の暗視野画像が得られるようにしたことを特徴とする非破壊分析装置における透過型結晶分析体の厚み設定方法。
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