JP5256352B2 - X線撮像装置及びx線撮像方法 - Google Patents
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Description
まず、「スキャン方式」により、アナライザー結晶の各角度θnで取得した回折強度I(θn,x,y)について、θnに対する差分ΔI(θn,x,y)を式(9)で計算する。
(2)使用するアナライザー結晶の種類、回折格子面、及びX線のエネルギーなどからあらかじめ計算により求めた回折角度幅ωの半分の値(ω/2)をθtempから加減算する。
(3)測定を行ったアナライザーの各角度のうち、角度θtemp+ω/2およびθtemp −ω/2近傍にあるθH‘とθL’を抽出する。
(2)I(θn)を用いて、回折強度曲線を近似した関数(ガウス、ローレンツ、及びフォークト関数など)の各パラメータを最小2乗法などの回帰計算により求める。
(3)上記(2)で求めた関数の各パラメータから屈折角に相当する値を算出する。(上記の3種類の近似関数であれば、いずれも最大値となる角度)
式(8)からわかるように、「スキャン方式」では屈折角をI(θn)の重心計算から求めている。このため、強度の大きな角度ほど屈折角の算出への影響が大きく、有用な情報を含まないにも関わらず回折強度が大きい角度(図12や図15の回折条件を満たした中央の平らな領域)に大きな重みがかかり密度分解能をより低下させる原因となっている。一方、上記の方法では各角度の屈折角算出への影響は強度に依存せず均等である。このため、より高い精度で屈折角を算出することが可能なる。加えて、式(9)により差分を計算し、その大きさに応じた重みを加えた回折強度のデータを用いて回帰計算を行うことにより、さらに高い精度で屈折角を算出することができる。
(1)θnに関する差分ΔI(θn,x,y)を式(9)により計算する(S420)。
(3)θmaxおよびθminにおける回折強度I’から式(7)を用いて試料によって生じたX線の屈折角度dθ(x,y)を求める(S424)。
さらに、得られた屈折角についてX方向に積分を行い、位相シフトp(x,y)の空間的な分布像(位相マップ)を求める(S426)。
被写体位置決め機構5として、被写体の2次元的な位置決め(x−z面)の他に、X線ビームに対して被写体を回転させる機能を付加し、被写体の各角度で2次元像を取得するようにすれば、Computed Tomography(CT)の原理により、非破壊で被写体の断面像を取得することができる。この場合、測定は、図5のフローチャートに示したように、以下の手順で行なう。
の手順により行う。
実施例1や実施例2において、アナライザー結晶の角度スキャン時の送り幅Δθoが広いと、図6に示すように測定角度(θ1,θ2,θ3,−,θ11,θ12,θ13,−)が最も感度の高い角度(回折強度が最大値の半分となる角度(θLとθH))から外れてしまい、屈折角度を正確に検出できない場合があった。本実施例では、回折強度の差分が最大および最小となる角度、換言すると回折強度が最大値のほぼ半分になる2つの角度(θLとθH)の回折像に加えて、それら(θLとθH)の前後の角度の回折像も計算に組み込むことでより正確に屈折角を検出できる実施例を示す。なお、装置の構成は実施例1や実施例2と同じである。
(2)θnに関する差分ΔI(θn,x,y)を式(9)により計算し(S720)、差分が最大及び最小となる角度θmaxおよびθminを求める(S722)。
(3)θmaxとその前後の角度における回折強度、およびθminとその前後の角度における回折強度を用いて、式(10)により、各ピクセルにおける屈折角dθ(x,y)を計算する(S724)。
(a)(θmaxとθmax+Δθo)と(θminとθmin+Δθo)
(b)(θmaxとθmax+Δθo)と(θminとθmin-Δθo)
(c)(θmaxとθmax-Δθo)と(θminとθmin+Δθo)
(d)(θmaxとθmax-Δθo)と(θminとθmin-Δθo)
のうち、低角と高角の間隔が回折角度幅ωにより近い組み合わせを選択し、これらの角度における回折強度を用いて式(11)により計算を行ってもよい。このようにして、「2点方式」と比較した密度分解能の低下を、ある程度防止できる。
ここでは、アナライザー結晶の回折角度幅ωを用いて、屈折角を算出する実施例を示す。なお、装置の構成、および測定の手順は、実施例1と同じである。
アナライザー結晶によるX線回折において、回折が生じる角度幅ωは、式(14)で与えられる。
(2)測定によって得られたアナライザー結晶の各角度θnにおける回折強度I(θn)から、従来の「スキャン方式」(式(8))を用いて、図9に示すように、各ピクセルにおける仮の屈折角度θtempを計算する(S808)。
(3)上記(2)の計算によって得られた各ピクセルのθtempから、回折角度幅ωの半分に値(ω/2)を加減算し、図9に示すようなθ‘Lとθ’Rを求める(S810)。
(4)測定を行ったアナライザーの各角度のうち、角度θ‘Lおよびθ’R近傍にあるθ‘’Lとθ‘’Hを抽出する(S812)。
(5)得られたθ‘‘Lとθ’’Hにおける回折強度を用いて、「2点方式」における式(7)を用いて、各ピクセルの屈折角度を求める(S814)。
以上により求めた各ピクセルの屈折角をX方向に積分することによって、試料の位相マップを取得し(S816)、表示部12で表示する(S818)。このようにして、一連の処理を終了する(S820)。
ここでは、回折強度曲線の近似曲線への回帰計算により屈折角度を算出する実施例を示す。なお、装置の構成、および測定の手順は、実施例1と同じである。
(2)上記(1)で求めた関数FAの各パラメータから屈折角dθを算出する(S1010)。
以上により求めた各ピクセルの屈折角をX方向に積分することによって、試料の位相マップを取得し(S1012)、表示部12で表示する(S1014)。このようにして、一連の処理を終了する(S1016)。
Claims (20)
- X線を試料に照射する手段と、前記試料を透過した前記X線を回折するアナライザー結晶と、回折された前記X線の強度を検出するX線検出器とを備えたX線撮像装置において、
前記アナライザー結晶の角度をスキャンして取得した測定対象域における各ピクセルの回折X線強度の情報を解析する解析手段を有し、
該解析手段は、前記各ピクセルの回折X線強度の情報に対して、該強度のピーク位置の左右で該回折X線強度の変化率の大きい部分の比重を大きくする重み付けを行い、当該重み付けされた回折X線強度の情報から前記試料による前記X線の屈折角及び位相シフトを算出し、当該試料の屈折角及び位相シフトの空間分布像を得る
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記測定対象域における全てのピクセルの各々について、前記回折X線強度の情報から前記強度のピーク位置の左右で変化率の最も大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項2記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記測定対象域における全てのピクセルの各々について、前記回折X線強度の情報から該強度のピーク位置の左右で差分の最も大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項2記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記各ピクセルについて、前記回折X線強度の情報から回折強度曲線を近似した関数の各パラメータを回帰計算により求め、該関数の各パラメータから前記回折X線強度の変化率の大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化が最大及び最小となる2つの角度における前記回折X線強度の重みを1、残りの前記回折X線強度の重みを0とし、
該重み付けに基づく加重平均により前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化が最大及び最小となる角度と該両角度の両隣における前記回折X線強度の重みを1、残りの前記回折X線強度の重みを0とし、
該重み付けに基づく加重平均により前記試料によって生じたX線の屈折角を算出し、さらに屈折角を積分することによって位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化が最大及び最小となる角度と該両角度の両隣のうち前記強度変化が大きい方の前記回折X線強度の重みを1、残りの前記回折X線強度の重みを0とし、
該重み付けに基づく加重平均により前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の各角度θnと各角度における前記回折X線強度I(θn)の積である(θn×I(θn))の和を、前記回折X線強度I(θn)の和で除算した値(θtemp)を求め、
前記アナライザー結晶の回折格子面及びX線のエネルギーに基づき予め算出した該アナライザー結晶の回折角度幅ωの半分の値を当該θtempに対して加算及び減算して理論低角θLiおよび理論高角θHiを求め、
前記測定したアナライザー結晶の各角度のうち、当該理論低角θLi及び高角θHiに最も近い角度における回折X線強度の重みを1、残りの回折X線強度の重みを0とし、
該重み付けに基づく加重平均により前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の各角度θnと各角度における前記回折X線強度I(θn)の積である(θn×I(θn))の和を、前記回折X線強度I(θn)の和で除算した値(θtemp)を求め、
前記アナライザー結晶の回折格子面及びX線のエネルギーに基づき予め算出した前記アナライザー結晶の回折角度幅ωの半分の値を当該θtempに対して加算及び減算して理論低角θLiおよび理論高角θHiを求め、
測定した前記アナライザー結晶の各角度のうち、当該理論低角θLi及び高角θHiに最も近い角度と2番目に近い角度における回折X線強度の重みを1、残りの回折X線強度の重みを0とし、
該重み付けに基づく加重平均により前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の各角度における前記回折X線強度を用いて回折強度曲線に近似した関数へ最小2乗法により回帰計算を行い、
該回帰計算により得られた関数のパラメータから前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、
さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化の大きさに比例した重み付けを各角度における回折X線強度に行い、
当該重み付けに基づく強度を用いて回折強度曲線に近似した関数へ最小2乗法により回帰計算を行い、
該回帰計算により得られた関数のパラメータから前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、
さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化の大きさに比例した重み付けを各角度における前記回折X線強度に行い、
該重み付けに基づく強度を用いてガウス関数へ最小2乗法により回帰計算を行い、
該得られた前記ガウス関数の中心位置から前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、
さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化の大きさに比例した重み付けを各角度における前記回折X線強度に行い、
該重み付けに基づく強度を用いてローレンツ関数へ最小2乗法により回帰計算を行い、
該得られた前記ローレンツ関数の中心位置から前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、
さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項1記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記アナライザー結晶の角度スキャンに対する前記回折X線強度の変化の大きさに比例した重み付けを各角度における前記回折X線強度に行い、
該重み付けに基づく強度を用いてフォークト関数へ最小2乗法により回帰計算を行い、
該得られた前記フォークト関数の最大値から前記試料によって生じた前記X線の屈折角を算出し、
さらに該屈折角を積分することによって前記位相シフトを算出することを特徴とするX線撮像装置。 - 試料を所定角度ごとに回転する回転機構と、X線を前記試料に照射する手段と、前記試料を透過した前記X線を回折するアナライザー結晶と、回折された前記X線の強度を検出するX線検出器とを備え、被写体の断面の各角度に対する前記X線の強度を求めるX線撮像装置において、
前記アナライザー結晶の角度をスキャンして取得した測定対象域における各ピクセルの前記各所定角度における回折X線強度の情報を解析する解析手段を有し、
該解析手段は、前記各ピクセルの回折X線強度の情報に対して、該強度のピーク位置の左右で回折X線強度の変化率の大きい部分の比重を大きくする重み付けを行い、
当該重み付けされた情報から前記試料による前記X線の屈折角及び位相シフトを算出し、
当該試料の屈折角及び位相シフトの空間分布像を得る
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項15記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記各ピクセルについて、前記回折X線強度の情報から該強度のピーク位置の左右で変化率の最も大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像装置。 - 請求項16記載のX線撮像装置において、
前記解析手段は、
前記測定対象域における全てのピクセルの各々について、前記回折X線強度の情報から回折強度曲線を近似した関数の各パラメータを回帰計算により求め、該関数の各パラメータから前記回折X線強度の変化率の大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像装置。 - X線撮像装置を用いたX線撮像方法であって、
前記X線撮像装置は、X線を試料に照射する手段と、前記試料を透過した前記X線を回折するアナライザー結晶と、回折された前記X線の強度を検出するX線検出器と、前記アナライザー結晶の角度をスキャンして取得した回折X線強度の情報を解析し表示部に表示する解析手段とを備えており、
前記アナライザー結晶の角度をスキャンして測定対象域における各ピクセルの回折X線強度の情報を取得し、
前記各ピクセルの回折X線強度の情報に対して、該強度のピーク位置の左右で該回折X線強度の変化率の大きい部分の比重を大きくする重み付けを行い、
当該重み付けされた情報から前記試料による前記X線の屈折角及び位相シフトを算出し、当該試料の屈折角及び位相シフトの空間分布像を取得し、
該取得された試料の像を前記表示部に表示する
ことを特徴とするX線撮像方法。 - 請求項18記載のX線撮像方法において、
前記測定対象域における全てのピクセルの各々について、前記回折X線強度の情報から該強度のピーク位置の左右で変化率の最も大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、
該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像方法。 - 請求項18記載のX線撮像方法において、
前記解析手段は、
前記測定対象域における全てのピクセルについて、前記回折X線強度の情報から回折強度曲線を近似した関数の各パラメータを回帰計算により求め、該関数の各パラメータから前記回折X線強度の変化率の大きい位置もしくはその近傍にある情報の抽出を行い、
該抽出された情報の比重を大きくする重み付けを行う
ことを特徴とするX線撮像方法。
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