JP4561312B2 - Ｘ線画像再構成装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線画像再構成装置に関し、より詳細には、Ｘ線トポグラフィ等においてサブミクロン領域の空間分解能を可能とする測定装置に関する。

Ｘ線トポグラフィは、結晶の品質を評価する手法の一つであり、特に単結晶の欠陥や歪みを評価するため広く用いられている。このＸ線トポグラフィは、数百ミクロンの深部の歪み評価が可能であり、また感度が高く、１０^-7といった微小歪みまでも検出できるといった特長がある。さらに最近では、特に半導体素子の微細化により、デバイスの微小領域の歪みが素子の性能を大きく左右するようになってきたことから、サブミクロン領域の空間分解能を有するＸ線トポグラフィが要求されるようになってきた。また、Ｘ線画像を測定する装置としては、このようなＸ線トポグラフィ装置の他にも、Ｘ線透過像の強度を直接測定するＸ線ラジオグラフィ装置や、Ｘ線透過像の位相差に起因するＸ線の強度分布を測定するＸ線位相差顕微鏡等があり、何れもサブミクロン領域の空間分解能が要求されている。

一方、Ｘ線の異なる応用として、特に医学分野におけるＸ線コンピュータ断層撮影（「ＸＣＴ」と表記する）がある（例えば特許文献１参照）。
図４は、ＸＣＴの原理を表す説明図である（非特許文献１参照）。

ＸＣＴは、図４に示すように、人体の薄い横断面に対して多くの方向からＸ線ビームを透過させ、透過Ｘ線強度の１次元分布を多数求め、これらの１次元分布より計算によって断面のＸ線吸収係数を再構成する。今、人体に入射する前のＸ線強度をＩ0、そのＸ線ビームが断面を透過後の強度をＩとすると、下記式（１）の関係がある。

ｌｎ（Ｉ／Ｉ0）＝Δｘ（μ1+μ2+・・・+μn） ・・・（１）
ここで、μ1，μ2，・・・，μnは横断面内微小容積の物質のＸ線吸収係数、Δｘはその物質のＸ線透過方向に沿った長さで一定とする。すなわち、ＩとＩ0の比の対数が吸収係数の総和に比例していることが分かる。

一般に、ＣＴの問題は断面内の変数の線形和が多くの方向に沿って求められれば、断面内の変数を解くことができるというものである。しかし、μ1，μ2，・・・，μnを直接逆マトリックス法により解くことは変数の数がきわめて多いことから不可能に近い。

そこで、実際のＸＣＴでは一般に逆投影法と呼ばれる方法が用いられる。図５は、この逆投影法の原理を表す説明図である。
図５に示すように、ＸＣＴの撮影視野内に１個の高吸収物体（図の例ではくぎ）があると考える。Ｘ線管と検出器が対となって視野を横切るように走査すると、図５（ａ）のように、くぎの位置に対応したピークが投影データ式（上記式（１）の左辺）として得られる。この投影データは、コンピュータの記憶領域内に設けられた画面に逆投影され、斜線の部分の画素に等しく分配される。

次に、Ｘ線管と検出器が一定角度だけ回転してから、再び走査して図５（ｂ）のように投影２を得、前に逆投影した画像に重ねるように再び逆投影する。このような操作が多くの方向から行われると、図５（ｃ）のようなスポーク状のパターンとなり、逆投影データが蓄積されるにつれて原画像が再構成される。

このようにして、スポークの中心はくぎの位置に対応した高濃度の場所となる。しかし、そのまわりにもスポーク状のボケが生ずるため、このボケを取り除いてできるだけ原画像に近い画像を得るためにいろいろな方法が提案されている。それらの詳細については非特許文献１に記載されている。
特開平１０−２８６２５３号公報 広中平祐著，「現代数理科学事典」，大阪書籍，ｐ６０８−６１０

ところで、Ｘ線トポグラフィ等におけるＸ線画像の記録媒体としては古くから写真フィルム（Ｘ線フィルム）が用いられてきたが、その空間分解能はＸ線フィルムの解像度、すなわち数ミクロンが限界となる。これより高い解像度が要求される場合には、原子核乾板と呼ばれる高解像度フィルムを用いることにより、１ミクロン以下の空間分解能が得られる。しかし、これらの記録媒体は露光後に現像処理が不可欠であることから、測定結果を得るまでに時間を要する上に、薬液の処理等の煩雑な作業を強いられるといった問題がある。

これに対し、最近ではイメージングプレート（以下「ＩＰ」と表記する）と呼ばれる２価のユーロピウムイオン（Ｅｕ²⁺）を主成分とする２次元放射線検出器が開発され、Ｘ線トポグラフィに盛んに用いられている。このＩＰは、専用の読取装置により画像情報が容易に数値化できる上に、使用後は画像を消去して何度も再利用できるといった利点がある。しかし、ＩＰの解像度は約５０μｍと写真フィルムより一桁以上大きい。

この他、最近ではＸ線画像記録用の２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）アレイが容易に入手可能となり、Ｘ線トポグラフィ等にも広く用いられている。このＣＣＤは画像情報を直接電気信号として得られる点で理想的であるが、一般的にはその空間分解能は１０μｍ程度が限界である。中には、開発レベルの特殊な装置においてサブミクロン領域の空間分解能を得たものもあるが、そのためにはノイズを抑えるためにフレオン等の冷媒で冷却するといった大がかりな装置が必要となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でサブミクロンの空間分解能を実現でき、また、画像数値データを短時間で取得できるＸ線画像再構成装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、Ｘ線ビームを発生するＸ線発生源と、前記Ｘ線発生源が発生した前記Ｘ線ビームが被検体を経由して得られるＸ線画像の被検領域を選択して取得する画像選択手段と、直線状の端縁を有し、前記画像選択手段が選択した前記被検領域を、前記端縁を境界線として所定の方向から遮蔽するための遮蔽体と、前記遮蔽体を前記所定の方向に沿う遮蔽又は遮蔽解除方向に移動制御する移動制御手段と、前記遮蔽体を前記画像選択手段により受け入れられる前記Ｘ線ビームの光軸周りに回転させ、前記境界線の方向を少なくとも１８０度の範囲内で変化させる回転制御手段と、前記移動制御手段により前記遮蔽体を遮蔽又は遮蔽解除方向に順次移動させた際の、前記遮蔽体に遮蔽されていない領域にある前記Ｘ線画像全体のＸ線強度に比例する信号を検出するＸ線強度検出手段と、前記Ｘ線強度検出手段により検出された信号に基づき、前記遮蔽体の移動量に対する前記Ｘ線強度の変化量を演算する演算手段と、前記遮蔽体の各回転位置において、前記遮蔽体の端縁に沿った直線像でその強度が前記変化量に比例する像を逆投影することにより、前記被検体の前記被検領域の画像を再構成する画像再構成手段と、を備えたことを特徴とするＸ線画像再構成装置が提供される。

ここで、「Ｘ線ビームが被検体を経由」としたのは、Ｘ線ビームが被検体を回折する場合、及びＸ線ビームが被検体を透過する場合の双方を含み得ることを意味している。このため、このＸ線画像再構成装置は、Ｘ線トポグラフィ装置、Ｘ線ラジオグラフィ装置、及びＸ線位相差顕微鏡など、種々の装置を含み得る。

このＸ線画像再構成装置においては、被検領域を遮蔽する遮蔽体を、Ｘ線ビームの光軸周りに回転させ、各回転位置において遮蔽又は遮蔽解除方向に順次移動させる。そして、各移動位置において遮蔽されていない領域にあるＸ線画像全体のＸ線強度の変化量を演算し、遮蔽体の端縁に沿った直線像でその強度がこの変化量に比例する像を逆投影することにより、被検体の被検領域の画像を再構成する。

これは、後に詳述するように、Ｘ線ビームの強度プロファイルが遮蔽体の移動量に対するＸ線強度の変化量から得られる点、及び、遮蔽体の各回転位置においてこれを例えば逆投影することにより鮮明な再構成画像が得られる点等に着目し、これらを組み合わせて精度のよい再構成画像を得るものである。

また、本発明では、Ｘ線ビームを発生するＸ線発生源と、前記Ｘ線発生源が発生した前記Ｘ線ビームが被検体を経由して得られるＸ線画像の被検領域を選択して取得する画像選択手段と、前記披検領域のＸ線画像の明度を前記被検領域を横切る直線状横断領域に沿って線積分して直線像強度として測定する直線像強度測定手段と、前記直線状横断領域を、前記画像選択手段により受け入れられるＸ線ビームの光軸周りに回転させる回転制御手段と、前記直線状横断領域を、前記Ｘ線ビームを横切る方向に平行移動する移動制御手段と、前記直線状横断領域の各回転位置における平行移動の過程で測定された前記直線像強度を用い、前記直線状横断領域に重なる直線像で、その強度が前記直線像強度に比例する像から前記被検体の前記被検領域の画像を再構成する画像再構成手段と、を備えたことを特徴とするＸ線画像再構成装置が提供される。

このＸ線画像再構成装置においては、被検領域を横切る直線状横断領域を、Ｘ線ビームの光軸周りに回転させ、各回転位置において順次平行移動させる。そして、その平行移動の過程で直線像強度を測定し、直線状横断領域に重なる直線像で、その強度が直線像強度に比例する像から被検体の被検領域の画像を再構成する。

本発明のＸ線画像再構成装置によれば、遮蔽体を回転及び移動させ、そのとき得られるＸ線強度の変化量を求めることで被検体の被検領域の画像を再構成することができる。すなわち、遮蔽体の回転及び移動制御により画像再構成を実現でき、被検体を走査するためにＸ線発生源を移動させたり、それに伴ってＸ線強度検出手段を移動させるような大がかりな装置構成及び制御手法が不要になる。また、遮蔽体の移動制御による移動量を小さくしたり、Ｘ線強度検出手段による検出タイミングを短くすることにより、サブミクロンの空間分解能を容易に実現することができる。

また、Ｘ線強度検出手段がＸ線強度に比例する信号を検出する構成であるため、Ｘ線フィルムや高解像度フィルム等を用いる必要もないので、露光後の現像処理や薬液の処理等の煩雑な作業が不要であり、画像数値データを短時間で取得することができる。

また、本発明のＸ線画像再構成装置によれば、被検領域を横切る直線状横断領域を回転及び移動させて測定した直線像強度に基づいて被検体の被検領域の画像を再構成することができる。これにより、大がかりな装置構成及び制御手法が不要になり、サブミクロンの空間分解能を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態にて応用される既存のビームプロファイル測定法について説明し、その後、本実施の形態の具体的説明を行う。なお、このビームプロファイル測定は、Ｘ線発生源から発生したＸ線を被検体に効率よく導くこと等を目的として、そのＸ線ビームのＸ線強度分布（強度プロファイル）を把握するために行われるものである。図６は、このビームプロファイル測定法の原理を表す説明図であり、図中下段には検出対象となるＸ線ビームの強度プロファイルが示され、図中中段にはこの被検領域の遮蔽位置を移動させて検出されるＸ線ビームのＸ線強度が示され、図中上段にはそのＸ線強度の微分値が示されている。

この方法では、図中下段に示すように、被検領域のＸ線ビームをその光軸と直角な方向の片側から遮蔽板１０１で遮り、その遮蔽板１０１をそのＸ線ビームの遮蔽を解除する方向に移動して遮蔽板１０１の端縁１０２からＸ線ビームが次第に漏れ出るようにし、Ｘ線ビームのＸ線強度Ｉの変化を測定する。これにより、Ｘ線ビームのＸ線強度Ｉは、図中中段のように変化し、このＸ線強度Ｉの遮蔽板１０１の移動方向への変化量（微分値）ｄＩ／ｄｘから、図中上段のようにＸ線ビームの近似的な強度プロファイルが得られる。

すなわち、遮蔽板１０１の１ステップの移動距離をΔｘとすると、遮蔽板１０１のΔｘの移動によるＸ線強度Ｉの変化ΔＩは、図中ハッチング部分のＸ線強度の積算値に相当する。つまり、微分値ｄＩ／ｄｘは、遮蔽板１０１の端縁１０２に沿った部分のＸ線強度（明度）の積算値に比例することになる。発明者は、この点に着目し、遮蔽板１０１の走査をいろいろな方向で行ってＸ線ビームのＸ線強度の変化率（直線像強度）を求め、遮蔽板１０１の端縁に沿った直線像でその強度がこの変化率に比例する像を逆投影することにより、被検体の被検領域の原画像を再構成できると考えたのである。

以下、本実施の形態について具体的に説明する。図１は、本実施の形態に係るＸ線トポグラフィ装置の構成例を示す概略図である。
このＸ線トポグラフィ装置は、Ｘ線ビームを発生する図示しないＸ線発生源と、このＸ線発生源が発生したＸ線ビームの幅を拡大して被検体に照射するコリメータ２と、図示しない保持台に設置された被検体３（サンプル）と、被検体３で回折されたＸ線ビームの通過領域を選択・調整してＸ線画像の被検領域を設定する４象限スリット４（画像選択手段）と、被検領域を遮蔽又は遮蔽解除するための遮蔽板（遮蔽体）を駆動制御するブレードスキャナ５と、ブレードスキャナ５を通過したＸ線ビームを撮像する２次元ＣＣＤ６（Ｘ線強度検出手段）と、これらのＸ線トポグラフィ装置の各機能部を駆動制御するとともに、ＣＣＤ６の出力信号に基づいてＸ線画像を解析し、被検体３の原画像を再構成するコンピュータ７とを備えている。

コンピュータ７は、ＣＣＤ６の出力信号に基づいて後述する差分演算を実行する差分演算部７１と、この差分演算部７１の演算結果を用いて後述する画像再構成処理を実行する画像処理部７２とを備えている。

図２は、ブレードスキャナの構成を表す概略図である。
ブレードスキャナ５は、円板状の本体の中央にＸ線ビームの光軸方向に貫通する円孔状の貫通孔５２ａが設けられた回転板５２と、回転板５２を光軸に沿った回転軸回りに回転させる第１のパルスモータ５３と、貫通孔５２ａを回転板５２上の一方向から遮蔽を解除可能な可動ブレード５４（遮蔽板）と、回転板５２上に設けられて可動ブレード５４を進退させる第２のパルスモータ５５とを備えている。上記被検体３で反射したＸ線ビームは、貫通孔５２ａを通過してＣＣＤ６に入射する。その際、可動ブレード５４により貫通孔５２ａを通過するＸ線ビームの通過領域が遮蔽されて規制される。可動ブレード５４は、その進行方向の先端縁５４ａに形成されたナイフエッジにより遮蔽部の境界線が設定され、その進行方向に直角な方向の両端が、回転板５２上に設けられた互いに平行な一対のガイド５６にガイドされつつ移動する。Ｘ線画像に対する可動ブレード５４の境界線の位置は、第１のパルスモータ５３により回転方向に変位し、第２のパルスモータ５５により直線方向に変位する。

図１に戻り、以上のように構成されたＸ線トポグラフィ装置において、Ｘ線発生源で発生して出射された入射Ｘ線ビーム８は、コリメータ２により拡大されて被検体３に照射され、その被検体３の表面でのブラッグ反射によるＸ線トポグラフィの測定が行われる。本実施の形態において、被検体３は、面方位［１００］のシリコンウエハであり、コリメータ２は、面方位［１１１］のＳｉ単結晶である。また、コリメータ２に入射する入射Ｘ線ビーム８のエネルギーは９ｋｅＶであり、入射Ｘ線ビーム８のコリメータ２への入射視射角θ1は２．３度であり、出射視射角θ2は８０．２度である。また、サンプルへの入射視射角θ3は２５．５度であり、出射視射角θ4は５７度であり、コリメータ２及び被検体３のブラッグ角は何れも４２．２度である。従って、被検体３で反射された反射Ｘ線ビーム９は、入射Ｘ線ビーム８と平行となる。

このとき、被検体３の表面近傍に歪みや結晶欠陥が存在するとその部分のブラッグ角が変化するため、反射Ｘ線ビーム９には、歪みや欠陥に由来する濃淡像（トポグラフ）が形成される。トポグラフィでは通常、歪みや欠陥部分は明るくなる。反射Ｘ線ビーム９は、４象限スリット４及びブレードスキャナ５の貫通孔５２ａを経由してＣＣＤ６に入射される。

次に、本実施の形態の画像再構成処理の方法について、図１及び図３に基づいて説明する。図３は、当該画像再構成処理の方法を概念的に表す説明図である。
本実施の形態では、まず４象限スリット４を十分に開き、ブレードスキャナ５の可動ブレード５４を貫通孔５２ａから退避させた状態で、貫通孔５２ａを通過したトポグラフの全体像を観察して詳細に解析する場所を特定する。次に、４象限スリット４で解析個所を囲む小領域を選択して被検領域６０とする。その被検領域６０の大きさとしては、例えば縦５０μｍ、横５０μｍ程度の正方形領域とすることができる。

続いて、可動ブレード５４を、貫通孔５２ａを全閉状態とする全遮蔽位置に移動し、所定の標本点間隔ごとに徐々に遮蔽解除方向に移動させるブレードスキャン動作を開始する。このブレードスキャン中、ＣＣＤ６は、選択されたＸ線画像の明度積算値を検出して出力する。この明度積算値はＸ線強度Ｉを表すため、上述したビームプロファイル測定法に基づけば、Ｘ線強度Ｉの微小変化から、被検体３を経由したＸ線ビームの近似的な強度プロファイルが得られる。そして、この強度プロファイルに逆投影法を適用することにより、図示のように被検体３の被検領域６０の原画像が再構成される。

すなわち、図３に示すように、被検領域６０に対する可動ブレード５４の回転位置を所定位置に設定し、第２のパルスモータ５５により可動ブレード５４を全閉位置から全開位置まで所定の標本点間隔（本実施の形態ではサブミクロン単位の間隔）ごとに移動させる。コンピュータ７は、ＣＣＤ６からの出力値に基づいてＸ線強度Ｉを演算し、差分演算部７１にて標本点間隔あたりの当該Ｘ線強度Ｉの差分（つまり、Ｘ線強度Ｉの変化量）を演算する。この差分が被検体３を回折したＸ線画像の強度プロファイルとなる。続いて、第１のパルスモータ５３を駆動して、被検領域６０に対する可動ブレード５４の回転位置を所定角度変位させた後、第２のパルスモータ５５を駆動して上記と同様の検出処理及び演算処理を行い、その回転位置でのＸ線画像の強度プロファイルを得る。このような処理を被検領域６０に対する可動ブレード５４の回転位置を少なくとも１８０度の範囲内で変化させて行い、画像処理部７２にて、この標本点間隔ごとの差分値に基づいて図示のように逆投影法を用いることにより、被検体３の被検領域６０の画像を再構成する。

以上に説明したように、本実施の形態のＸ線画像再構成装置においては、可動ブレード５４の回転及び移動制御により再構成画像を得ることができる。このため、被検体３を走査するためにＸ線発生源を移動させたり、それに伴ってＸ線強度検出手段を移動させるような大がかりな装置構成及び制御手法が不要になる。また、可動ブレード５４の移動制御による移動量をサブミクロン単位で実行させることにより、サブミクロンの空間分解能を容易に実現することができる。

また、Ｘ線フィルムや高解像度フィルム等を用いる必要もないので、露光後の現像処理や薬液の処理等の煩雑な作業が不要であり、画像数値データを短時間で取得することができる。

なお、本実施の形態において、コンピュータ７及び第１のパルスモータ５３が回転制御手段に該当し、コンピュータ７及び第２のパルスモータ５５が移動制御手段に該当する。また、コンピュータ７が、演算手段及び画像再構成手段に該当する。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、Ｘ線ビームの通過を許容する遮蔽体の部分に微小隙間の直線状のスリットを設け、このスリットをＸ線ビームが通過することにより得られたＸ線画像を利用して被検体の被検領域の原画像を再構成するものである。このように、遮蔽体にスリットを設けるという発想に到ったのは以下の理由による。

すなわち、Ｘ線画像を利用して被検体の原画像を得る単純な方法として、この他にも、例えば微小円孔のピンホールを形成した遮蔽板を利用してその被検領域を二次元的にスキャンし、このとき得られたＸ線強度を測定することにより被検体の二次元画像を直接得る方法が考えられる。

しかし、このように遮蔽板にピンホールを設ける構成は、ピンホールを高精度に加工するとともに、そのピンホールの周囲からＸ線ビームが透過するのを防止する必要がある。例えば、仮に、設定された被検領域が一辺１０μｍの正方形領域であり、遮蔽板の透過率が１％、ピンホール（透過率は１００％）の直径を１μｍ程度にしたとすると、Ｘ線の透過量は面積分、つまり直径の二乗のオーダで効いてくるため、ピンホールを通過するＸ線強度の総和と、ピンホール以外の部分を透過するＸ線強度の総和とが同程度となってしまう。一方、Ｘ線強度の検出装置及び演算装置側では、そのＸ線強度を総和で評価することになるため、その透過分のＸ線強度が大きく影響する。このため、そのＸ線強度がピンホールを通過したＸ線ビームによるものなのか、ピンホール以外の部分を透過したＸ線ビームによるものなのかが判別できず、Ｘ線強度を正確に検出することができない。換言すれば、遮蔽板にピンホールが無いのとほとんど同じ状態になってしまい、画像再構成処理を正確に実施することができないといった問題が生じる。このため、微小なピンホールに意味を持たせるためには、遮蔽板の厚みを厚くして遮蔽板の透過率を極力小さくする必要がある。

一方、遮蔽板を厚くするとアスペクト比が大きくなるため、その厚み全体にわたって微小なピンホールを直線状に正確に形成することが非常に困難となる。Ｘ線の透過性を考慮すると、材質にもよるが、一般に遮蔽板の厚みは少なくとも１００μｍ以上にする必要があり、この厚みの板材に例えば直径１μｍ程度のピンホールを形成するのは事実上不可能に近いといえる。

そこで、本実施の形態では、Ｘ線ビームの通過領域をピンホールではなく直線状のスリットとし、通過領域を２次元ではなく１次元的に設定することにより、遮蔽板を比較的薄くしてもＸ線ビームの透過の影響を受け難い構成としたのである。

以下、本実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るＸ線画像再構成装置は、可動ブレードの構成及びこれに伴う画像処理方法が異なる以外は上記第１の実施の形態とほぼ同様であるため、同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図７は、本実施の形態に係るＸ線トポグラフィ装置の構成例を示す概略図であり、図８はブレードスキャナの構成を表す概略図である。

図７に示すように、このＸ線トポグラフィ装置は、４象限スリット４とＣＣＤ６との間に、図１に示したブレードスキャナ５とは異なる構成のブレードスキャナ２０５を備えている。

すなわち、図８に示すように、ブレードスキャナ２０５は、貫通孔５２ａを回転板５２上の一方向から遮蔽又は遮蔽解除可能な可動ブレード２５４（遮蔽板）を備えている。この可動ブレード２５４は、２枚の長方形状のブレード片２５５，２５６からなり、両ブレード片の間には微小隙間からなる直線状のスリット２５７が設けられている。

図９は可動ブレードの構成を表す概略図であり、（Ａ）はその正面図であり、（Ｂ）はその平面図である。
この可動ブレード２５４は、長方形板状の台座２５８の片側面にカプトンテープ２５９（接着手段）を介して上記ブレード片２５５，２５６を貼着して構成されている。台座２５８は、厚みが５ｍｍのステンレス板からなり、両ブレード片を貼着する側の面が、その反対側の面に平行な平面に対して０．０４度の傾斜角（θ）を有する一対の屋根型傾斜面となっている。この台座２５８の中央には、その厚み方向に貫通する貫通孔２６０が設けられている。

ブレード片２５５，２５６は、台座２５８とほぼ同じ外形を有する厚みが０．６３ｍの単結晶からなるシリコン板を、カプトンテープ２５９に貼り付けた状態で２分割することにより形成される。つまり、シリコン板をそのへき開面に沿って割ることにより、同時にスリット２５７が形成される。ブレード片２５５，２５６は、それぞれ台座２５８の屋根型傾斜面に沿って固定されるため、両ブレード間に形成されたスリット２５７は、その台座２５８側が密着し、その反対側が開口したくさび状の空隙を形成している。本実施の形態では、後述するように、このくさび状の開口角（以下「くさび開口角」という）が０．０８度となっている。

そして、Ｘ線発生源で発生して出射され、被検体３で反射された反射Ｘ線ビーム９は、４象限スリット４，台座２５８の貫通孔２６０，スリット２５７及び貫通孔５２ａを経由してＣＣＤ６に入射される。

次に、本実施の形態の画像再構成処理の方法について、図７〜図１０に基づいて説明する。図１０は、当該画像再構成処理の方法を概念的に表す説明図である。
本実施の形態では、まず４象限スリット４を十分に開き、ブレードスキャナ２０５の可動ブレード２５４を貫通孔５２ａから退避させた状態で、貫通孔５２ａを通過したトポグラフの全体像を観察して詳細に解析する場所を特定する。次に、４象限スリット４で解析個所を囲む小領域を選択して被検領域６０とする。

続いて、可動ブレード２５４を、一旦貫通孔５２ａを全閉状態とする全遮蔽位置、つまりスリット２５７が被検領域６０から外れる位置に移動し、所定の標本点間隔ごとに徐々に被検領域６０を横断する方向に移動させるスリットスキャン動作を開始する。このスリットスキャン中、ＣＣＤ６は、選択されたＸ線画像の強度Ｉ２を検出して出力する。このスリットスキャン動作により得られた強度Ｉ２に逆投影法を適用することにより、図示のように被検体３の被検領域６０の原画像が再構成される。

すなわち、図１０に示すように、被検領域６０に対する可動ブレード２５４の回転位置を所定位置に設定し、第２のパルスモータ５５により可動ブレード２５４を上記のように所定の標本点間隔（本実施の形態ではサブミクロン単位の間隔）ごとに移動させる。コンピュータ７は、ＣＣＤ６からの出力値に基づいて強度Ｉ２を演算する。この強度Ｉ２が被検体３を回折したＸ線画像の強度プロファイルとなる。続いて、第１のパルスモータ５３を駆動して、被検領域６０に対する可動ブレード２５４の回転位置を所定角度変位させた後、第２のパルスモータ５５を駆動して上記と同様の検出処理及び演算処理を行い、その回転位置でのＸ線画像の強度プロファイルを得る。このような処理を被検領域６０に対する可動ブレード２５４の回転位置を少なくとも１８０度の範囲内で変化させて行い、画像処理部７２にて、図示のように逆投影法を用いることにより、被検体３の被検領域６０の画像を再構成する。

図１１は、本実施の形態の可動ブレードによる効果を表す説明図であり、（Ａ）は可動ブレードの構成を表す概略図であり、（Ｂ）は可動ブレードの各位置におけるＸ線ビームの透過率を表す解析結果を表すグラフである。

同図（Ａ）においては、説明の便宜上、可動ブレード２５４のブレード片２５５，２５６のみを示している。上述のように、ブレード片２５５，２５６の境界部は、その片側面において密着し、その反対側面に開口するくさび状をなす。Ｘ線ビームは、両ブレード片の密着した側から入射し（太い白抜き矢印参照）、その反対側から出射する（細い白抜き矢印参照）。本実施の形態では、各ブレード片を、厚みｔが６３０μｍのシリコン（Ｓｉ）の単結晶（Ｘ線吸収係数：１０．２１６５１ｍｍ^-1）から形成し、くさび開口角σを０．０８度とした。

同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）におけるブレード片２５５，２５６の境界部を基準位置としたＺ方向（Ｘ線ビームの光軸方向と直角な方向）を設定し、上記条件でＺ方向の各位置におけるＸ線の透過率を解析した結果を示している。同図により、透過率は、ピーク値１をとる基準位置から離れるにつれて指数関数的に低くなり、その半値幅が０．０９５μｍとなることが分かった。このようにＸ線の透過率が極めて鋭いピークとなって表れるのは、透過率が物体内のＸ線伝搬距離の指数関数となるため、スリット２５７の中心からずれると、透過率が急激に低下するためである。この種の画像再構成処理においては、一般に被検体３の良好な原画像を得るために必要な半値幅が１．０μｍ以下（サブミクロン）とされているため、本実施の形態によって良好な結果が得られたといえる。

図１２〜図１５は、可動ブレードの材質や構造を上記と異ならせてＸ線ビームの透過率の解析した結果を表すグラフである。
図１２は、ブレード片２５５，２５６が形成するくさび開口角σを０．８度（上記の１０倍）とし、その他の条件を上記実施の形態と同様にした場合の解析結果である。

同図により、この場合も透過率がピーク値１をとる基準位置から離れるにつれて指数関数的に低くなるが、その半値幅が０．９４７μｍとなり、くさび開口角σにほぼ比例して大きくなることが分かった。

図１３は、ブレード片２５５，２５６をゲルマニウム（Ｇｅ）の単結晶（Ｘ線吸収係数：２５．９０２６７ｍｍ^-1）から形成し、さらに、くさび開口角σを０．８度とした場合の解析結果である。その他の解析条件については上記実施の形態と同様である。

同図により、この場合も透過率がピーク値１をとる基準位置から離れるにつれて指数関数的に低くなり、その半値幅が０．３７４μｍとなることが分かった。
図１４は、ブレード片２５５，２５６をニッケル（Ｎｉ）の多結晶（Ｘ線吸収係数：２４０．７９４６ｍｍ^-1）から形成し、さらに、くさび開口角σを０．８度とした場合の解析結果である。その他の解析条件については上記実施の形態と同様である。

同図により、この場合も透過率がピーク値１をとる基準位置から離れるにつれて指数関数的に低くなり、その半値幅が０．０４μｍとなることが分かった。
図１５は、ブレード片２５５，２５６を鉄（Ｆｅ）の多結晶（Ｘ線吸収係数：１７７．１９５７ｍｍ^-1）から形成し、さらに、くさび開口角σを０．８度とした場合の解析結果である。その他の解析条件については上記実施の形態と同様である。

同図により、この場合も透過率がピーク値１をとる基準位置から離れるにつれて指数関数的に低くなり、その半値幅が０．０５５μｍとなることが分かった。
以上より、Ｘ線吸収係数が大きいものほどより高い解像度が得られることが分かるが、実際に高精度なスリットの面を得るには単結晶であるのがよく、上記の例では特にシリコン及びゲルマニウムが好ましいといえる。

以上に説明したように、本実施の形態のＸ線画像再構成装置においても、可動ブレード２５４の回転及び移動制御により再構成画像を得ることができる。このため、大がかりな装置構成及び制御手法が不要になる。また、可動ブレード２５４のブレード片２５５，２５６が形成するスリット２５７をくさび状にしたことにより、サブミクロンの空間分解能を実現でき、事実上極小のスリットを作製したのと同じ効果を得ることができる。この場合、ブレード片２５５，２５６の材質やスリット２５７のくさび開口角σを適宜設定することにより、所望の空間分解能に設定することができる。また、特に各ブレード片を単結晶により構成したことから、その割れ易い格子面を利用して極めて高精度な平坦面が得られるため、良好な解像度を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記各実施の形態では、ブレードスキャナ５の貫通孔５２ａを経由したＸ線ビームのＸ線強度をＣＣＤ６で明度として検出した例を示したが、これに代わり、シンチレーションカウンタ，ＰＩＮダイオード等を用いることもできる。

また、上記第１の実施の形態では、Ｘ線画像の被検領域６０を遮蔽する遮蔽体を、ナイフエッジを有する可動ブレード５４（遮蔽板）により構成した例を示したが、遮蔽の境界線が直線状に得られるものであれば、ワイヤその他の遮蔽部材により構成することもできる。

また、上記第１の実施の形態では、一定の標本点間隔ごとにＸ線強度Ｉの差分を演算してＸ線画像の強度プロファイルを得る例を示したが、標本点間隔によらず、可動ブレード５４の移動変位に対するＸ線強度Ｉの変化量、つまり微分値（ｄＩ／ｄｘ）を演算することにより、Ｘ線画像の強度プロファイルを得るようにしてもよい。

さらに、上記第１の実施の形態では、第２のパルスモータ５５を駆動制御して可動ブレード５４の標本点間隔をサブミクロン単位で設定し、これにより、サブミクロン空間分解能を実現する構成としたが、Ｘ線画像の取り込みタイミングを短くすることにより、サブミクロン空間分解能を実現するようにしてもよい。

また、上記第１の実施の形態では、可動ブレード５４を、各回転位置において全閉位置から全開位置まで移動させる例を示したが、可動ブレード５４を全開位置から全閉位置まで移動させるようにしてもよいし、連続する回転位置ごとにこれを交互に行ってもよい。

さらに、上記各実施の形態では、本発明のＸ線画像再構成装置をＸ線トポグラフィ装置として構成した例を示したが、Ｘ線ラジオグラフィ装置やＸ線位相差顕微鏡等として構成し、これらの被検体を経由したＸ線画像を解析することにより、被検体の原画像を再構成することもできる。

また、上記第２の実施の形態では、スリット２５７をくさび状に形成した例を示したが、ブレード片２５５，２５６の境界面を平行に配置して、直線状のスリットとしてもよい。この場合、ブレード片２５５，２５６が高精度なへき開面を有する単結晶からなるため、比較的良好な空間分解能を実現することができる。

また、上記第２の実施の形態では、Ｘ線ビームを、くさび状のスリット２５７の狭い側（ブレード片２５５，２５６の境界部において密着した側）から入射させるようにしたが、ブレード片２５５，２５６の配置を表裏逆にして反対側から入射させるようにしてもよい。ただし、その場合には、Ｘ線ビームがスリット２５７の斜面に入射することになり、そこで反射が発生し、Ｘ線画像の空間分解能に影響を与えてしまう可能性がある。

また、上記第２の実施の形態では、ブレード片２５５，２５６を、単結晶からなる１枚のシリコン板を２分割して形成した例を示したが、単結晶材料ではない板材の端面を高精度に切削・研削加工やレーザ加工等を施した２枚のブレード片を用意し、両ブレード片の端面を付き合わせることによりスリットを形成するようにしてもよい。ただし、この場合には、単結晶のように原子レベルでの平坦な面精度を得ることは困難であるため、例えば切削・研削加工による場合、現状ではスリット幅の限界が例えば板厚１００μｍに対して５〜６μｍになり、上記各実施の形態ほどの空間分解能を期待するのは難しい。

また、可動ブレードを構成するための半導体基板を用い、半導体の製造プロセスによって、例えば開口部が若干広いトレンチを形成することよりスリットの効果を得るようにしてもよい。

さらに、上記第２の実施の形態では、ブレード片２５５，２５６を台座２５８に固定する手段としてカプトンテープ２５９を使用したが、比較的Ｘ線を通し易い材質のものであれば、その他の材質のテープや接着剤を使用してもよい。

また、台座２５８の材質についてはステンレスを採用したが、アルミニウム等、比較的Ｘ線を通し難い材質のものであれば、その他の材質の板材を使用することができる。
また、上記各実施の形態においては、Ｘ線画像の再構成処理に逆投影法を利用した例を示したが、逆行列法、逐次近似法、重畳積分法その他の手法を採用することもできる。

第１の実施の形態に係るＸ線トポグラフィ装置の構成例を示す概略図である。 ブレードスキャナの構成を表す概略図である。 画像再構成処理の方法を概念的に表す説明図である。 Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＸＣＴ）の原理を表す説明図である。 逆投影法の原理を表す説明図である。 ビームプロファイル測定法の原理を表す説明図である。 第２の実施の形態に係るＸ線トポグラフィ装置の構成例を示す概略図である。 ブレードスキャナの構成を表す概略図である。 可動ブレードの構成を表す概略図である。 画像再構成処理の方法を概念的に表す説明図である。 第２の実施の形態の可動ブレードによる効果を表す説明図である。 可動ブレードの材質や構造を上記と異ならせてＸ線ビームの透過率の解析した結果を表すグラフである。 可動ブレードの材質や構造を上記と異ならせてＸ線ビームの透過率の解析した結果を表すグラフである。 可動ブレードの材質や構造を上記と異ならせてＸ線ビームの透過率の解析した結果を表すグラフである。 可動ブレードの材質や構造を上記と異ならせてＸ線ビームの透過率の解析した結果を表すグラフである。

符号の説明

２ コリメータ
３ 被検体
４ ４象限スリット
５ ブレードスキャナ
６ ＣＣＤ
７ コンピュータ
８ 入射Ｘ線ビーム
９ 反射Ｘ線ビーム
５２ 回転板
５２ａ 貫通孔
５３ 第１のパルスモータ
５４，２５４ 可動ブレード
５４ａ 先端縁
５５ 第２のパルスモータ
６０ 被検領域
７１ 差分演算部
７２ 画像処理部
２５５，２５６ ブレード片
２５７ スリット
２５８ 台座
２５９ カプトンテープ
２６０ 貫通孔

Claims (16)

1. Ｘ線ビームを発生するＸ線発生源と、
   前記Ｘ線発生源が発生した前記Ｘ線ビームが被検体を経由して得られるＸ線画像の被検領域を選択して取得する画像選択手段と、
   直線状の端縁を有し、前記画像選択手段が選択した前記被検領域を、前記端縁を境界線として所定の方向から遮蔽するための遮蔽体と、
   前記遮蔽体を前記所定の方向に沿う遮蔽又は遮蔽解除方向に移動制御する移動制御手段と、
   前記遮蔽体を前記画像選択手段により受け入れられる前記Ｘ線ビームの光軸周りに回転させ、前記境界線の方向を少なくとも１８０度の範囲内で変化させる回転制御手段と、
   前記移動制御手段により前記遮蔽体を遮蔽又は遮蔽解除方向に順次移動させた際の、前記遮蔽体に遮蔽されていない領域にある前記Ｘ線画像全体のＸ線強度に比例する信号を検出するＸ線強度検出手段と、
   前記Ｘ線強度検出手段により検出された信号に基づき、前記遮蔽体の移動量に対する前記Ｘ線強度の変化量を演算する演算手段と、
   前記遮蔽体の各回転位置において、前記遮蔽体の端縁に沿った直線像でその強度が前記変化量に比例する像を逆投影することにより、前記被検体の前記被検領域の画像を再構成する画像再構成手段と、
   を備えたことを特徴とするＸ線画像再構成装置。
2. 前記遮蔽体が、前記端縁にナイフエッジを有する遮蔽板からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線画像再構成装置。
3. 前記移動制御手段は、前記遮蔽体が所定の標本点間隔ごとに移動するように制御し、
   前記演算手段は、前記遮蔽体の各移動ごとに前記Ｘ線強度の差分を演算し、
   前記画像再構成手段は、前記演算手段により演算された標本点間隔ごとの前記差分値に基づいて逆投影法を用いることにより、前記被検体の前記被検領域の画像を再構成すること、
   を特徴とする請求項１記載のＸ線画像再構成装置。
4. 前記演算手段は、前記遮蔽体の移動量に対する前記Ｘ線強度の変化率を演算し、
   前記画像再構成手段は、前記演算手段により演算された前記変化率に基づいて逆投影法を用いることにより、前記被検体の前記被検領域の画像を再構成すること、
   を特徴とする請求項１記載のＸ線画像再構成装置。
5. 前記移動制御手段は、前記遮蔽体をサブミクロン単位で移動制御可能なパルスモータからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線画像再構成装置。
6. Ｘ線ビームを発生するＸ線発生源と、
   前記Ｘ線発生源が発生した前記Ｘ線ビームが被検体を経由して得られるＸ線画像の被検領域を選択して取得する画像選択手段と、
   前記披検領域のＸ線画像の明度を前記被検領域を横切る直線状横断領域に沿って線積分して直線像強度として測定する直線像強度測定手段と、
   前記直線状横断領域を、前記画像選択手段により受け入れられるＸ線ビームの光軸周りに回転させる回転制御手段と、
   前記直線状横断領域を、前記Ｘ線ビームを横切る方向に平行移動する移動制御手段と、
   前記直線状横断領域の各回転位置における平行移動の過程で測定された前記直線像強度を用い、前記直線状横断領域に重なる直線像で、その強度が前記直線像強度に比例する像から前記被検体の前記被検領域の画像を再構成する画像再構成手段と、
   を備えたことを特徴とするＸ線画像再構成装置。
7. 前記直線像強度測定手段は、
   直線状の端縁を有し、前記画像選択手段が選択した前記被検領域を、前記端縁を境界線として所定の方向から遮蔽するための遮蔽体と、
   前記遮蔽体を遮蔽又は遮蔽解除方向に順次移動させた際の、前記遮蔽体に遮蔽されていない領域にある前記Ｘ線画像全体のＸ線強度に比例する信号を検出するＸ線強度検出手段と、
   前記Ｘ線強度検出手段により検出された信号に基づき、前記遮蔽体の移動量に対する前記Ｘ線強度の変化量を演算する演算手段と、
   を備え、
   前記演算手段が測定した前記Ｘ線強度の変化量を前記直線像強度とすることを特徴とする請求項６記載のＸ線画像再構成装置。
8. 前記直線像強度測定手段が、直線状のＸ線透過領域を用いることを特徴とする請求項６記載のＸ線画像再構成装置。
9. 前記画像再構成手段は、前記直線状横断領域に重なる直線像で、その強度が前記直線像強度に比例する像を逆投影することにより、前記被検体の被検領域の画像を再構成することを特徴とする請求項７記載のＸ線画像再構成装置。
10. 前記直線状のＸ線透過領域は、平面状の端縁を有する２つの遮蔽体で構成され、前記端縁の平面を平行に配置して形成された微小空隙を有することを特徴とする請求項８記載のＸ線画像再構成装置。
11. 前記直線状のＸ線透過領域は、へき開面を有する単結晶からなることを特徴とする請求項８記載のＸ線画像再構成装置。
12. 前記直線状のＸ線透過領域は、平面状の端縁を有する２つの遮蔽体で構成され、前記端縁の平面における前記Ｘ線ビームの入射側、又は前記Ｘ線ビームの出射側を密着させたくさび状の微小空隙を有することを特徴とする請求項８記載のＸ線画像再構成装置。
13. 前記遮蔽体が、へき開面を有する単結晶からなることを特徴とする請求項１２記載のＸ線画像再構成装置。
14. 前記画像選択手段は、少なくとも片側面が屋根型傾斜面となるように形成された板状の台座を有し、前記台座の各傾斜面に前記２つの遮蔽体のそれぞれを固定することにより、前記くさび状の微小空隙を実現していることを特徴とする請求項１３記載のＸ線画像再構成装置。
15. 前記２つの遮蔽体は、単結晶からなる板材の片側面に可撓性のある接着手段を付着させた状態でその格子面に沿って２分割することにより形成され、その２分割された境界線を前記屋根型傾斜面の稜線に合わせるようにして前記台座に固定されたことを特徴とする請求項１４記載のＸ線画像再構成装置。
16. 前記台座には、前記稜線上の一部を含むように厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔から前記Ｘ線ビームを入射させることを特徴とする請求項１５記載のＸ線画像再構成装置。
    
    

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