JP5187694B2 - Nondestructive analysis method and nondestructive analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、電磁波あるいは粒子線を物体に照射し、物体ノ内部構造を非破壊状態のままで分析ができるようにした非破壊分析方法およびその装置に関するものである。 The present invention relates to a nondestructive analysis method and apparatus for irradiating an object with electromagnetic waves or particle beams so that analysis can be performed while the inner structure of the object remains in a nondestructive state.
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、例えば特許文献1,2で知られる手法が公知である。
As a technique for nondestructive analysis of the internal structure of an object, various techniques for obtaining an image in the object using, for example, X-rays have already been proposed. For example, techniques known in
特許文献1で知られる手法は、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、結晶分析体からの透過X線ビーム及び回折X線ビームによって物体内の像を得るもので、結晶分析体が角度分析能力を持つことを利用している。透過X線ビームと回折X線ビームのそれぞれから得られる像は、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。
The technique known in
また、特許文献2で知られる手法では、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、結晶分析体のブラッグ反射により得られる反射X線を利用して物体内部の画像情報を得ている。その他にも、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。
In the method known from
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。すなわち、特許文献1記載の手法では、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、欲しい物体の像を一度に得ることができない。したがって、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合成して形成するという煩雑な操作を必要としていた。
However, these conventional nondestructive analysis techniques have the following problems. That is, in the method described in
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。 In addition, any of the above non-destructive analysis techniques is mainly configured to obtain an X-ray image that is object information by superimposing the X-ray on the bright-field image, that is, the X-ray having an influence of the intensity of the directly incident X-ray. Then, only an image with poor contrast and difficult to distinguish was obtained.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、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線などの電磁波または粒子線の強度の影響を持たない、不要な電磁波または粒子線の背景照明を削減または低減し、電磁波または粒子線による物体の情報である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を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, eliminates the problems of the prior art, and particularly in dark field images, that is, does not affect the intensity of electromagnetic waves such as directly incident X-rays or particle beams, and is unnecessary. It is possible to reduce or reduce the background illumination of the electromagnetic wave or particle beam, and to realize a configuration mainly for obtaining an image that is information of the object by the electromagnetic wave or particle beam. It is another object of the present invention to provide a new nondestructive analysis method and nondestructive analysis apparatus that can be easily obtained.
本発明は上記目的を達成するために、単色平行X線を物体に照射し、物体からの透過X線、屈折X線、回折X線または小角散乱X線を透過型結晶分析体の結晶格子面に視斜角θで入射させ、前記透過型結晶分析体の動力学的回折によって透過方向で得られる前方方向回折X線および回折方向で得られる回折方向回折X線のうち、前方方向回折X線を検出して前記物体内の像を暗視野内の明像として得る非破壊分析方法であって、前記透過型結晶分析体の厚さHが、Nを自然数、Λを消衰距離としたとき、H=[(2N+1)/2]・Λであることを特徴としている。ただし消衰距離Λは、X線の波長をλとしたとき、「Λ=(λcosθ B )/|χ G |」で表され、このとき上記χ G は「−[(r e λ 2 )/πV C ]F G 」であり、「r e 」は電子古典半径を、「V C 」は結晶単位格子(=単位胞体積)を、「F G 」はブラッグ角θ B ≠0の時の結晶構造因子を表す。 In order to achieve the above object, the present invention irradiates an object with monochromatic parallel X-rays, and transmits transmitted X-rays, refracted X-rays, diffracted X-rays or small-angle scattered X-rays from the object to the crystal lattice plane of the transmission-type crystal analyzer. Out of the forward diffraction X-rays obtained in the transmission direction and the diffraction direction diffraction X-rays obtained in the diffraction direction by dynamic diffraction of the transmission crystal analyte. Is a nondestructive analysis method for obtaining an image in the object as a bright image in a dark field by detecting the thickness H of the transmission-type crystal analyte, where N is a natural number and Λ is an extinction distance , H = [(2N + 1) / 2] · Λ. However, the extinction distance Λ is expressed by “Λ = (λ cos θ B ) / | χ G |” where the wavelength of the X-ray is λ . At this time, the χ G is “− [(r e λ 2 ) / πV C ] F G ”,“ r e ”is the electron classical radius,“ V C ”is the crystal unit cell (= unit cell volume), and“ F G ”is the crystal when the Bragg angle θ B ≠ 0. Represents the structure factor.
さらに、本発明は、単色平行X線を物体に照射し、物体からの透過X線、屈折X線、回折X線または小角散乱X線を透過型結晶分析体の結晶格子面に視斜角θで入射させ、前記透過型結晶分析体の動力学的回折によって透過方向で得られる前方方向回折X線および回折方向で得られる回折方向回折X線のうち、前方方向回折X線を検出して前記物体内の像を暗視野内の明像として得る非破壊分析装置であって、前記透過型結晶分析体の厚さHが、Nを自然数、Λを消衰距離としたとき、H=[(2N+1)/2]・Λであることを特徴とする。ただし消衰距離Λは、X線の波長をλとしたとき、「Λ=(λcosθ B )/|χ G |で表され、このとき上記χ G は「−[(r e λ 2 )/πV C ]F G 」であり、「r e 」は電子古典半径を、「V C 」は結晶単位格子(=単位胞体積)を、「F G 」はブラッグ角θ B ≠0の時の結晶構造因子を表す。 Furthermore, the present invention irradiates an object with monochromatic parallel X-rays, and transmits transmitted X-rays, refracted X-rays, diffracted X-rays or small-angle scattered X-rays from the object to the crystal lattice plane of the transmission crystal analyte at a viewing angle θ. And detecting the forward diffraction X-ray among the forward diffraction X-rays obtained in the transmission direction and the diffraction direction diffraction X-rays obtained in the diffraction direction by dynamic diffraction of the transmission crystal analyte. A non-destructive analyzer that obtains an image in an object as a bright image in a dark field, where the thickness H of the transmission crystal analyte is H = [( 2N + 1) / 2] · Λ. However, the extinction distance Λ is expressed by “Λ = (λ cos θ B ) / | χ G | where the wavelength of the X-ray is λ . At this time, the χ G is“ − [(r e λ 2 ) / πV ”. C ] F G ”,“ r e ”is the electron classical radius,“ V C ”is the crystal unit cell (= unit cell volume), and“ F G ”is the crystal structure when the Bragg angle θ B ≠ 0. Represents a factor.
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。 As described above in detail, the invention of this application makes it easy to create a high-contrast image of the internal structure of any object, whether biological or non-biological, crystalline or non-crystalline, single or composite, solid or liquid, etc. A new non-destructive analysis method and non-destructive analysis device that can be obtained as a dark field image and a bright field image are provided.
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。 In particular, compared with X-ray fluoroscopy images that have not been seen in the past, X-ray images based on dark-field images have a simple structure, very high contrast, and high accuracy in the structure of the object to be analyzed. It is extremely easy to see and has a great feature that it can be easily analyzed.
[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1(II)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3(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)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41a(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)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。
[First Embodiment] In the invention of this application, first, as illustrated in FIGS. 1 and 2, for example, the
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。 More specifically, as illustrated in an enlarged manner in FIG. 3, the dynamic diffraction action is an effect caused by multiple scattering of X-rays in a crystal that is almost completely, and thus X-rays are generated in the crystal. Waves (referred to as O waves) in the forward direction (also referred to as the incident direction or transmission direction) and waves in the diffraction direction (referred to as G waves) are repeatedly reflected many times on a large number of crystal lattice planes. It comes out spectroscopically.
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。
At this time, the relationship between the O wave and the G wave and the thickness of the
この出願の発明では、上記数1において、
In the invention of this application, in the
のときにO波強度IO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。
The transmission crystal analysis in which either one of the O wave intensity I O and the G wave intensity I G becomes substantially zero at the X-ray intensity less affected by the directly incident X-ray compared to the other. The thickness H of the
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1[P(W)]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3[R(W)]が生じる。この屈折X線等3[R(W)]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。
The fact that dark-field / bright-field images by O-waves / G-waves are realized according to the selection of the thickness H will be further described with reference to FIG. 4. First, the monochromatic parallel X-ray 1 [P (W)] is applied to the
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。
The important point here is that the thickness of the
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。
For example, in consideration of the periodicity, even when the transmission
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。
Note that the intensity of any one of the O wave, that is, the
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。
The thickness range of the
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。
The forward-direction diffracted
[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1(II)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41b(IT)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。
[Second Embodiment] The invention of this application is applied to an asymmetric monochromator 8 in the case of using a
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42b(IB)によって生成される明視野画像6も得ることができる。
In this case, furthermore, the angle between the monochromatic
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。
In particular, when eliminating or reducing unnecessary X-rays that are directly incident on the
[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。
[Third Embodiment]
<X-ray detection apparatus> In the first and second embodiments described above, the
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。
Which
<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。
<Image Processing Apparatus> An image processing apparatus (not shown) is configured as a normal X as either one or both of the
<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。
<X-ray source> An X-ray source (not shown) for irradiating the
<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。
<Monochromatic collimating means> When the X-ray from the X-ray source reaches the
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。
When a monochromator or an asymmetric monochromator 8 is used as the monochromatic collimating means, the
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。
In FIG. 1, the asymmetric monochromator 8 and the
<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。
<Enlarged Image Acquisition Unit> When it is desired to obtain an enlarged image of the X-rays from the transmission-type
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。
Further, for example, as illustrated in FIG. 11, a forward asymmetric diffracted
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。
10 and 11 show an embodiment in which the transmission
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。
Like FIG. 1, FIG. 10 also has
[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。
[Fourth Embodiment] By the way, in the first and second embodiments, as a crystal analysis body, a transmission type (transmission type
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。
Accordingly, for example, FIGS. 2 and 8 can be provided as a dual-type shared analyzer, not exclusively for the
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。
For example, when used in the transmission type, the
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。
Therefore, if the crystal analyzer set to the above thickness condition is used, the transmission type and the reflection type can be arbitrarily selected simply by changing the incident direction of the refracted
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。 The invention of this application has the features as described above. Hereinafter, examples will be described with reference to the accompanying drawings, and the embodiments will be described in more detail.
[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。
[Example 1] FIG. 12 shows an image of an
[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。
[Example 2] FIG. 13 shows an image of an
[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。
[Embodiment 3] FIG. 14 shows an image of an
[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41b(IT)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42b(IB)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。
[Example 4] FIG. 15 shows an image of a dried fish as the
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。 Of course, the invention of this application is not limited to the above examples, and various modes are possible for details.
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。
In addition, the invention of this application is carried out based on Equations (1), (2), and (3) by using other electromagnetic waves or particle beams such as neutron rays and electron beams instead of X-rays as the method or apparatus described above. It is easy to do, and an excellent non-destructive analysis with other electromagnetic waves or particle beams is possible as with X-rays. In this case, for example, a transmitted particle beam, a refracted particle beam, a diffracted particle beam, or a small angle scattered particle beam from the
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。 Examples of electromagnetic waves other than X-rays (10 −3 nm to 10 nm) include gamma rays (10 −2 nm or less), ultraviolet rays (1 nm to 400 nm), visible rays (400 nm to 800 nm), and infrared rays (800 nm to 4000 nm). Any of them can be used for the nondestructive analysis according to the invention of this application. The source of these electromagnetic wave names and wavelength ranges is “electromagnetic waves” in the “Revised 4th Edition Physics Dictionary” (Baifukan, published in 1998), but the electromagnetic wave names and wavelength ranges in this source are not unique. Any electromagnetic wave can be applied as long as the nondestructive analysis according to the invention of the application is possible.
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。 The invention of the above application is non-destructive, high contrast, and non-destructive in structure and function for any object such as food, medicine, medical diagnostic object, semiconductor, organic / inorganic substance, etc. It is also possible to provide a new integrated system such as an inspection / processing system, a medical diagnosis system, and a state / morphological change observation system capable of analyzing at a high resolution (for example, at least several tens of micrometers). . Thereby, in every field | area, it becomes possible to specify an object useful for the said field | area correctly from various objects, and to provide it as products and products, such as a new useful food and a useful chemical | medical agent.
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。 In particular, in the field of fine technology where remarkable progress in technological innovation is seen, it is possible to achieve a high synergistic effect by implementing the invention of this application. For example, by elucidating the physiological state of the brain, liver, etc. of animals, humans, etc., elucidating the occurrence / growth state of cancer, and further clarifying the causal relationship between the occurrence / growth process of cancer and the state of morphological change and medication, It becomes possible to identify and provide an object that is suitable as a new drug among all objects.
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。 In addition, in the structural analysis in the polymer field such as protein structural analysis, it is analyzed and elucidated by combining with the structural analysis at the atomic structure level in X-ray diffraction analysis etc., corresponding to what kind of macro form the structure is. New drugs, antibodies, etc. can be designed and provided.
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記透過型結晶分析体の厚さHが、Nを自然数、Λを消衰距離としたとき、
H=[(2N+1)/2]・Λ
であることを特徴とする非破壊分析方法。
ただし消衰距離Λは、X線の波長をλとしたとき、
Λ=(λcosθ B )/|χ G |
で表され、このとき上記χ G は「−[(r e λ 2 )/πV C ]F G 」であり、「r e 」は電子古典半径を、「V C 」は結晶単位格子(=単位胞体積)を、「F G 」はブラッグ角θ B ≠0の時の結晶構造因子を表す。 The object is irradiated with monochromatic parallel X-rays, and transmitted X-rays, refracted X-rays, diffracted X-rays or small-angle scattered X-rays from the object are incident on the crystal lattice plane of the transmissive crystal analyte at a Bragg angle θ B , Of the forward diffracted X-rays obtained in the transmission direction and the diffracted diffracted X-rays obtained in the diffracting direction by the dynamic diffraction of the type crystal analyte, the forward diffracted X-rays are detected to darken the image in the object. A non-destructive analysis method for obtaining a bright image in the field of view,
When the thickness H of the transmission crystal analyte is N as a natural number and Λ as an extinction distance,
H = [(2N + 1) / 2] · Λ
A non-destructive analysis method characterized by
However, the extinction distance Λ is, when the wavelength of X-ray is λ,
Λ = (λ cos θ B ) / | χ G |
In this case, χ G is “− [(r e λ 2 ) / πV C ] F G ”, “r e ” is the electron classical radius, and “V C ” is the crystal unit cell (= unit “F G ” represents the crystal structure factor when the Bragg angle θ B ≠ 0.
前記透過型結晶分析体の厚さHが、Nを自然数、Λを消衰距離としたとき、
H=[(2N+1)/2]・Λ
であることを特徴とする非破壊分析装置。
ただし消衰距離Λは、X線の波長をλとしたとき、
Λ=(λcosθ B )/|χ G |
で表され、このとき上記χ G は「−[(r e λ 2 )/πV C ]F G 」であり、「r e 」は電子古典半径を、「V C 」は結晶単位格子(=単位胞体積)を、「F G 」はブラッグ角θ B ≠0の時の結晶構造因子を表す。 The object is irradiated with monochromatic parallel X-rays, and transmitted X-rays, refracted X-rays, diffracted X-rays or small-angle scattered X-rays from the object are incident on the crystal lattice plane of the transmissive crystal analyte at a Bragg angle θ B , Of the forward diffracted X-rays obtained in the transmission direction and the diffracted diffracted X-rays obtained in the diffracting direction by the dynamic diffraction of the type crystal analyte, the forward diffracted X-rays are detected to darken the image in the object. A nondestructive analyzer that obtains a bright image in the field of view,
When the thickness H of the transmission crystal analyte is N as a natural number and Λ as an extinction distance,
H = [(2N + 1) / 2] · Λ
A nondestructive analyzer characterized by being.
However, the extinction distance Λ is, when the wavelength of X-ray is λ,
Λ = (λ cos θ B ) / | χ G |
In this case, χ G is “− [(r e λ 2 ) / πV C ] F G ”, “r e ” is the electron classical radius, and “V C ” is the crystal unit cell (= unit “F G ” represents the crystal structure factor when the Bragg angle θ B ≠ 0.
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