JP5907824B2 - Ｘ線画像化装置及びｘ線画像化方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線画像化装置及びＸ線画像化方法に関し、特に、２次元検出器の検出領域よりも試料の透過画像が大きい場合のＸ線画像化に関する。

Ｘ線透過画像撮影の分野において、２次元検出器が用いられている。２次元検出器の検出領域と分解能は有限であるために、分解能の高い透過画像を得るためには、微小焦点のＸ線源を用いて、試料をＸ線源に近づけることにより、拡大投影された試料の透過画像を従来、撮影していた。すなわち、Ｘ線源から試料までの距離を小さくし、試料から検出器までの距離を十分にとることにより、分解能を高めることが出来る。そして、その距離関係を調整することにより、拡大倍率を調整することが出来る。特許文献１に、発散角の大きいＸ線が試料を透過して生成される拡大画像を検出する技術が開示されている。

特開平９−１０１２７０号公報 特開２０１２−８０９６３号公報

試料をＸ線源に近づけることにより、分解能の高い透過画像が得られるが、１回の透過画像の撮影において、２次元検出器が検出できる撮影可能領域（測定可能領域）は小さくなってしまう。試料が当該撮影可能領域より大きい場合には、得られるＸ線画像は試料の一部分を撮影したものとなる。すなわち、撮影される透過画像の分解能向上と、撮影可能領域の拡大とを、両立させることは困難である。

画像の分解能を向上させつつ、より広い範囲のＸ線画像を得るために、２次元ＸＹステージを備えるＸ線画像化装置を発明者らは検討をした。これを比較例１に係るＸ線画像化装置とする。２次元ＸＹステージには、試料が搭載され、２次元検出器の検出領域の平面に平行な平面（ｘｙ平面）内で試料を移動させることが可能である。２次元ＸＹステージにより試料を順に移動させて、それに伴って、順に透過画像を撮影し、複数の透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成することが出来れば、より広い範囲（例えば、試料全体）であって高い分解能のＸ線画像の画像化が実現する。しかし、試料は、２次元検出器の検出領域に垂直な方向（ｚ方向）に沿って有限の厚みを有しており、以下の問題が生じてしまう。

図９は、比較例１に係るＸ線画像化装置の駆動を示す模式図である。Ｘ線源１１０が出射するＸ線により拡大投影されるＸ線画像では、試料２００のｘｙ平面において同じ位置にあってｚ方向において異なる位置にある２点を、２次元検出器１１２は異なる場所で検出する。ここで試料は平面板形状しているとし、ｘｙ平面において同じ位置にあって、Ｘ線源側の平面上にある点Ａと、２次元検出器側の平面上にある点Ｂとを考える。図９（ａ）では、これら２点はＸ線源１１０に対して、図中上側に位置するので、Ｘ線源１１０側にある点Ａを貫くＸ線は２次元検出器１１２側にある点Ｂを貫くＸ線よりさらに上側に発散され、２次元検出器１１２にて得られるＸ線画像では、点Ａの像Ａｉは点Ｂの像Ｂｉより図中上側に位置することとなる。これに対して、図９（ｂ）では、これら２点はＸ線源に対して、図中下側に位置するので、点Ａを貫くＸ線は点Ｂを貫くＸ線よりさらに下側に発散され、点Ａの像Ａｉは点Ｂの像Ｂｉより図中下側に位置することとなる。よって、これら２枚の透過画像をつなぎ合わせようとして、例えば点Ａの像Ａｉの位置で画像を張り合わせても、点Ｂの像Ｂｉは位置ずれを起こしてしまい、当該比較例１に係るＸ線画像化装置では、広い範囲であって高い分解能のＸ線画像の画像化は実現できない。

本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、２次元検出器に対する試料の異なる位置において２次元検出器が検出する透過画像を合成することが出来る、Ｘ線画像化装置及びＸ線画像化方法の提供を、その目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線画像化装置は、試料に対してほぼ平行となるＸ線を照射する、Ｘ線発生部と、前記試料に対して前記Ｘ線発生部の反対側に配置されるとともに、前記試料の透過画像を検出する検出領域を有する、２次元検出器と、前記試料を配置する、支持台と、前記支持台を搭載し、前記２次元検出器の前記検出領域の平面に沿って、前記支持台を面内移動させることが可能な、ステージと、前記２次元検出器が検出する前記試料の複数の透過画像に基づいて、合成透過画像データを生成する、制御部と、を備える、Ｘ線画像化装置であって、前記制御部は、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成する、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載のＸ線画像化装置であって、前記支持台は、前記検出領域の平面に沿う方向を回転軸として、所定数の角度配置それぞれに前記試料を回転移動させることが可能な、回転駆動系を備え、前記制御部は、前記所定数の角度配置それぞれにおいて、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成し、生成される前記所定数の合成透過画像データに画像再構成することにより、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化してもよい。

（３）上記（２）に記載のＸ線画像化装置であって、前記ステージが、前記支持台を順に移動させて、前記試料を前記異なる複数の位置のうちいずれかの位置とし、該位置の配置において、前記回転駆動系が前記試料を順に回転移動させて、前記試料を前記所定数の角度配置のうちいずれかの角度配置とし、当該配置において、前記２次元検出器が前記試料の透過画像を検出し、前記所定数の角度配置それぞれにおける、前記試料の異なる複数の位置における複数の透過画像が検出されてもよい。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸ線画像化装置であって、前記試料の光学画像を検出する、光学撮影部と、前記Ｘ線発生部と前記支持台との間に配置され、前記Ｘ線発生部からのＸ線を前記試料へ透過させるともに前記検出領域の平面の法線方向に沿って前記試料から進む光を反射して前記光学撮影部へ入射させる、光学ミラーと、をさらに備えてもよい。

（５）上記（４）に記載のＸ線画像化装置であって、前記光学ミラーは、前記Ｘ線発生部から２次元検出器の検出領域に達するＸ線を通過させる開口部を有していてもよい。

（６）上記（４）に記載のＸ線画像化装置であって、前記光学ミラーは、金属薄膜ミラーであってもよい。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＸ線画像化装置であって、前記Ｘ線発生部から前記試料までの距離をＬ、前記試料から前記２次元検出器までの距離をｄとするとき、ｄ／Ｌが０．１以下であってもよい。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のＸ線画像化装置であって、前記試料に入射して、前記試料を貫通して、前記２次元検出器の前記検出領域へ達するＸ線について、試料の入射箇所から出射箇所までの距離をｔ、前記検出領域の法線方向とＸ線の進行方向がなす角をθとするとき、ｔが前記２次元検出器の空間分解能より十分に大きく、ｔ・θが前記２次元検出器の空間分解能程度以下であってもよい。

（９）本発明に係るＸ線画像化方法は、試料に対してほぼ平行となるＸ線を照射する、Ｘ線発生部と、前記試料に対して前記Ｘ線発生部と反対側に配置されるとともに、前記試料の透過画像を検出する検出領域を有する、２次元検出器と、前記試料を配置する、支持台と、前記支持台を搭載し、前記２次元検出器の前記検出領域の平面に沿って、前記支持台を面内移動させることが可能な、ステージと、前記２次元検出器が検出する前記試料の複数の透過画像に基づいて、合成透過画像データを生成する、制御部と、を用いる、Ｘ線画像化方法であって、前記制御部は、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成してもよい。

本発明により、２次元検出器に対する試料の異なる位置において２次元検出器が検出する透過画像を合成することが出来る、Ｘ線画像化装置及びＸ線画像化方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係るＸ線画像化装置の構造を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るＸ線発生部が発生するＸ線を説明する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るＸ線画像化装置の構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るＸ線画像化装置が検出する光学画像と透過画像を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係るＸ線画像化装置の測定方法を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る測定方法で取得される透過画像を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態に係るＸ線画像化装置の３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化方法を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る測定方法で取得される透過画像を説明する模式図である。 比較例１に係るＸ線画像化装置の駆動を示す模式図である。 比較例２に係るＸ線画像化装置の駆動を示す模式図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。ただし、以下に示す図は、あくまで、当該実施形態の実施例を説明するものであって、図に示す縮尺と実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。なお、以下に示す図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、必要があるときを除き、その繰り返しの説明は省略する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線画像化装置１の構造を示す模式図である。当該実施形態に係るＸ線画像化装置１は、２次元Ｘ線透過画像のＸ線画像化装置である。Ｘ線源１０を含むＸ線発生部１１と、２次元検出器１２と、試料１００を支持する支持台１３と、支持台１３を搭載する２次元ＸＹステージ１４と、制御部１５と、を備えている。

当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の主な特徴は、Ｘ線発生部１１より試料１００に照射するＸ線の発散が抑制され、ほぼ平行なＸ線となっていることと、２次元検出器１２の検出領域の平面に沿って試料１００を移動させるステージを備えることにある。これにより、当該Ｘ線画像化装置１は、試料１００を２次元検出器１２に対して異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データ（大視野透過画像）を生成することが出来る。本発明に係るＸ線画像化装置を用いることにより、試料１００全体の透過画像が２次元検出器１２の検出領域より広くなる場合に、顕著な効果を奏する。

以下、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の構成について説明する。

Ｘ線発生部１１が含むＸ線源１０は、有限な焦点サイズを有する実験室で用いられるＸ線源であり、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）又はＷ（タングステン）などの金属をターゲットとして用いている。また、Ｘ線源１０は、理想的な平行ビーム光源であるシンクロトロン放射による放射光を用いるものであってもよい。

２次元検出器１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）であり、平面となる検出領域を有している。なお、２次元検出器１２は、ＣＣＤに限定されることはなく、試料１００の透過画像を検出することが出来るＸ線検出器であればよい。２次元検出器１２は、１０μｍ以下の高い空間分解能を有しているが、空間分解能は７μｍ以下が望ましく、さらに１μｍ以下がさらに望ましい。２次元検出器１２は、試料１００に対してＸ線発生部１１の反対側に配置されている。ここで、２次元検出器１２の検出領域の平面をｘｙ平面として、検出領域の平面の法線方向をｚ方向とする。２次元検出器１２の検出領域の中心から法線方向（ｚ方向）に伸びる直線が、試料１００を貫き、Ｘ線源１０に達しているように、２次元検出器１２が配置されるのが望ましい。

支持台１３に試料１００が配置される。２次元ＸＹステージ１４は支持台１３を搭載して、ｘｙ平面の面内で、支持台１３を移動させることが出来る。すなわち、２次元ＸＹステージ１４は、２次元検出器１２に対して異なる複数の位置に試料１００を配置することが出来る。

制御部１５は、測定制御部１６と、画像化制御部１７とを備えている。測定制御部１６は、Ｘ線発生部１１、２次元検出器１２、２次元ＸＹステージ１４などの制御を行うことにより、試料の透過画像の情報を取得する。画像化制御部１７は、２次元検出器１２が検出する試料１００の異なる複数の位置における透過画像に基づいて、合成透過画像データを生成する。

Ｘ線発生部１１は、試料１００に対してほぼ平行となるＸ線を照射する。本明細書において、ほぼ平行となるＸ線とは、以下のことを言う。図１に示す通り、Ｘ線発生部１１ではなく２次元検出器１２の近傍に試料１００が配置されている。２次元検出器１２の検出領域から平面の法線方向（ｚ方向）に伸びて、試料１００を貫き、Ｘ線源１０に達する直線を考える。該直線のうち、Ｘ線発生部１１のＸ線源１０から試料１００の中心までの線分の長さを、Ｘ線発生部１１から試料１００までの距離Ｌとし、試料１００の中心から２次元検出器１２の検出領域までの線分の長さを、試料１００から２次元検出器１２までの距離ｄとする。ｄ／Ｌが１に比べて十分に小さいときに、試料１００に照射されるＸ線をほぼ平行とすることが実現される。ここで、ｄ／Ｌが１に比べて十分に小さいとは、０．１以下であることであり、望ましくは０．０５以下である。なお、試料に対してほぼ平行となるＸ線を照射する技術については、特許文献２に記載されている。

試料１００に照射されるＸ線がほぼ平行となっていることにより、２次元検出器１２が検出する透過画像には、試料１００のｚ方向の位置の違いによる位置ずれが抑制される。よって、試料１００が２次元検出器１２の空間分解能Δと比べて十分に大きい厚みｔを有する場合であっても、２次元検出器１２が検出する透過画像に、試料１００のｚ方向の位置の違いによる位置ずれが発生しない程度に、Ｘ線の発散が抑制されていれば、複数の透過画像に基づいて、合成透過画像データを生成することが出来る。ここで、厚みｔが空間分解能Δと比べて十分に大きいとは、ｔがΔの１０倍以上のことを指すが、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１は、ほぼ平行となるＸ線を試料１００に照射することにより、空間分解能Δの１００倍以上となる厚い試料１００についても、Ｘ線画像化が可能である。なお、ｚ方向の位置の違いによる位置ずれとは、例えば、図９で示す、ｚ方向の位置の違い（点Ａ，Ｂ）に起因して生じる、２次元検出器１１２が検出する透過画像における位置ずれ（像Ａｉ，Ｂｉ）である。

図２は、当該実施形態に係るＸ線発生部１１が発生するＸ線を説明する模式図である。Ｘ線発生部１１のＸ線源１０からのＸ線は、試料を貫通して、２次元検出器１２の検出領域に達している。Ｘ線の試料１００への入射箇所１０１から出射箇所１０２までの線分の長さをｔと、当該Ｘ線が検出領域の法線方向（ｚ方向）となす角度をθとする。試料１００のｚ方向の位置の違いによる位置ずれの最大はｔ・ｓｉｎθ≒ｔ・θとなる。ここで、ｔ・θを（数式１）とする。ｔ・θが２次元検出器１２の空間分解能Δ程度以下であれば、検出される透過画像に発生する当該位置ずれは抑制されている。ここで、空間分解能Δ程度以下であるとは、少なくとも空間分解能Δの３倍以下を指し、望むべくは空間分解能Δの２倍以下、さらに望むべくは空間分解能Δの１倍以下である。試料１００の透過画像に発生する位置ずれが、２次元検出器１２の空間分解能Δの３倍であるとき、複数の透過画像に基づいて生成される合成透過画像データの像は、試料１００の厚みｔによりぼやけが生じる程度に位置ずれの影響が抑制される。空間分解能Δの２倍であるとき、合成透過画像データの像は、試料１００の厚みｔにより、部位と部位の境界線が太くなる程度に位置ずれの影響が抑制される。そして、空間分解能Δの１倍以下であるとき、合成透過画像データの像は、試料１００の厚みｔによる影響はさらに抑制されることとなる。よって、ｔ・θがおおよそ空間分解能Δ程度以下に、Ｘ線の発散が抑制されているのが望ましい。２次元検出器１２の検出領域の中心から伸びる法線がＸ線源１０を貫く場合には、Ｘ線源１０から検出領域の縁へ達するＸ線の角度θが最も大きく、試料１００のｚ方向の厚みｔは試料１００の形状によって変化する。よって、試料１００の配置などにより、ｔ・θは様々な値をとり得るが、その中で最大値となるｔ・θが空間分解能Δ程度以下であれば、検出される透過画像に発生する位置ずれは抑制されており、複数の透過画像に基づいて合成透過画像データを生成することが出来る。

測定制御部１６は、隣り合う透過画像の一部が重なり合うオーバーラップ量に基づいて、２次元ＸＹステージ１４の移動量を決定する。測定制御部１６は、さらに、２次元ＸＹステージ１４に、該移動量に対応して支持台１３を順に移動させ、２次元検出器１２に透過画像を検出させる。検出される透過画像には試料１００の厚みｔに起因する像の位置ずれは生じていないので、画像化制御部１７は、異なる複数の位置における透過画像を、オーバーラップ量に基づいて張り合わせて、合成透過画像データを生成することが出来る。

[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態に係るＸ線画像化装置１は、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化するＸ線画像化装置である。当該実施形態に係るＸ線画像化装置１は、支持台１３が回転駆動系を備えている点と、制御部１５が３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化のための測定と画像再構成を行う点で、第１の実施形態に係るＸ線画像化装置１と異なっているが、それ以外については、第１の実施形態に係るＸ線画像化装置１と同じ構造をしている。

支持台１３の回転駆動系は、２次元検出器１２の検出領域の平面に沿う方向（ここでは、ｘ方向）を回転軸として、試料１００を当該回転軸に対して回転移動させることが出来る。測定制御部１６は、２次元ＸＹステージ１４に、前述の移動量に対応して支持台１３を移動させ、支持台１３の回転駆動系に、所定数の角度配置それぞれの角度配置に試料１００を順に角度移動させ、２次元検出器１２に、それぞれの角度配置における透過画像を検出させる。画像化制御部１７は、所定数の角度配置それぞれにおいて、異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成する。さらに、所定数の角度配置における合成透過画像データを画像再構成することにより、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化する。

当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の効果を説明する前に、比較例２に係るＸ線画像化装置について説明する。従来、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化するＸ線画像化装置は、例えば、回転軸（ｘ方向）に対して回転する回転駆動系に試料を配置して、回転駆動系により試料を回転させる。所定数の角度配置それぞれにおいて透過画像を撮影し、撮影される複数枚の透過画像より画像再構成を行って、３次元ＣＴ画像を得る。試料全体の透過画像が２次元検出器の検出領域より大きい場合に、得られる３次元ＣＴ画像は、試料の一部分の画像となる。よって、より広い範囲の３次元ＣＴ画像を得るために、本発明に先立って、発明者らは比較例２に係るＸ線画像化装置について検討を行った。

比較例２に係るＸ線画像化装置は、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化するＸ線画像化装置であり、３次元ＸＹＺステージを備える。３次元ＸＹＺステージは、試料が配置される回転駆動系を３次元的に（ｘｙｚ方向）移動させることが可能である。前述の通り、試料サイズが２次元検出器の検出領域より大きい場合に、得られる３次元ＣＴ画像は、試料の一部分となるので、３次元ＸＹＺステージにより試料が配置される回転駆動系を順に移動させて、それぞれの位置において、３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化を行うことにより、試料の各々の部分についての３次元ＣＴ画像を得る。

図１０は、比較例２に係るＸ線画像化装置の駆動を示す模式図である。図には、回転駆動系の回転軸方向（ｘ方向）に垂直な平面（ｙｚ平面）が示されている。前述の通り、試料全体の透過画像が２次元検出器１１２の検出領域よりも大きいので、ある位置における３次元ＣＴ画像は試料の一部分となる。図１０には、現在の位置における測定可能領域Ａが斜線で示されている。試料のサイズを、支持台１１３に搭載できる最大の領域とすると、図１０に示す通り、試料サイズがある位置における測定可能領域より大きいので、試料全体を含むように、複数の測定可能領域の配置を考える。図１０に示す試料のｙ方向に長さは１つの測定可能領域の約３倍（ｎ倍）ほどとなっており、そのために、試料をカバーするためには、９（３×３）箇所（ｎ^２箇所）での測定が必要となっており、図１０には、９箇所の測定可能領域Ａが実線で示されている。さらに、ある位置における測定可能領域は、断面が円となるために、円を順にｙｚ平面に並べても、間に隙間が生じてしまう。試料のかかる隙間の部分の３次元ＣＴ画像を得るために、ｙｚ方向に２×２（＝４箇所）に並ぶ測定可能領域Ａの中心を結んで作る正方形の中心の位置を、さらに測定可能領域Ｂとして、かかる位置における３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化をする必要が生じる。図１０に示す場合、４（＝２×２）箇所（（ｎ−１）^２箇所）での測定が必要となっており、図１０には、４箇所の測定可能領域Ｂが破線で示されている。よって、合計で１３箇所（ｎ^２＋（ｎ−１）^２箇所）の位置での３次元ＣＴ画像の画像化が必要となる。

これに対して、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の場合、ｙ方向において、２次元検出器の検出領域の長さが、試料（支持台１３）の長さよりも３倍（ｎ倍）である場合、試料１００を３箇所（ｎ箇所）の位置において測定すればよく、所望の領域を測定するために必要な透過画像の撮影の測定箇所は、当該実施形態に係るＸ線画像化装置が、比較例２に係るＸ線画像化装置と比較して、格段に少なくて済む。試料が２次元検出器の検出領域よりも十分に大きいとき（ｎが十分に大きいとき）、比較例２に係るＸ線画像化装置だと、当該実施形態に係るＸ線画像化装置よりも、｛ｎ２＋（ｎ−１）２｝／ｎ≒２（ｎ−１）倍の測定箇所が必要となる。なお、回転駆動系の回転軸方向（ｘ方向）については、当該実施形態に係るＸ線画像化装置と比較例２に係るＸ線画像化装置とで異なる点はなく、ｘ方向において、２次元検出器の検出領域の長さが試料の長さよりも３倍（ｎ倍）であれば、３箇所（ｎ箇所）の測定箇所が必要となる。

比較例２に係るＸ線画像化装置において撮影される透過画像は、測定箇所の測定可能領域以外の部分の透過情報を含んでいるために、得られる３次元ＣＴ画像にはアーチファクト（偽像）が含まれることとなる。そして、試料のある位置におけるアーチファクトの出現程度は、その位置を含む複数の３次元ＣＴ画像において異なってしまう。よって、比較例２に係るＸ線画像化装置において、測定可能領域が試料をすべて含むように複数の測定箇所で３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化を行ったにもかかわらず、試料全体の３次元ＣＴ画像の画像化を実現するために、複数の３次元Ｘ線ＣＴ画像を張り合わせて試料全体の３次元Ｘ線ＣＴ画像を生成することが出来ないか、出来るとしても非常に困難な作業が必要となってしまう。

これに対して、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１においては、異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、先に、試料全体を含む合成透過画像データ（大視野透過画像）を生成し、所定数の角度配置における合成透過画像データを画像再構成して３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化を行っているので、比較例２に係るＸ線画像化装置において発生する、アーチファクトに起因する画像合成の問題は生じていない。

なお、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１は、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化するＸ線画像化装置であり、回転駆動系が試料を回転させて３次元ＣＴ測定を行っている。それゆえ、支持台１３に搭載できる試料のサイズの最大（測定可能領域）は、回転駆動系の回転軸（ｘ方向）に垂直な断面（ｙｚ面）では、図１に示す支持台１３に示す通り、円となる。すなわち、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の測定可能領域（測定可能な試料のサイズの最大）は、円柱形状となっており、円の直径は２次元検出器１２の検出領域のｙ方向の長さより長く、同時に、当該ｙ方向の長さより大きい厚みｔの試料１００が測定可能である必要がある。かかる試料１００の厚みｔに対して、上記（数式１）であるｔ・θの最大値が、２次元検出器１２の空間分解能Δ程度以下であればよい。

[第３の実施形態]
本発明の第３の実施形態に係るＸ線画像化装置１は、光学撮影部２１と光学ミラー２２とを、さらに備えて、制御部１５が、光学撮影部２１が検出する光学画像（光学イメージ）に基づいて、測定を制御する点で、第１の実施形態に係るＸ線画像化装置１と異なっているが、それ以外については、同じ構造をしている。なお、ここで、光学画像とは、可視光領域の光による画像を指しているがそれに限定されることはなく、例えば、赤外線領域や紫外線領域などの領域の光による画像であってもよい。

図３は、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の構造を示す模式図である。図３には説明を簡単にするために一部が図示されていないが、光学撮影部２１及び光学ミラー２２以外の構成は、図１に示されている。光学撮影部２１は、例えば光学カメラであり、光学ミラー２２によって反射される試料１００の光学画像（光学イメージ）を検出する。光学ミラー２２は、Ｘ線発生部１１と支持台１３との間に配置され、Ｘ線発生部１１から試料１００を貫き２次元検出器１２の検出領域に達するＸ線を、試料側へ透過させる。２次元検出器１２の検出領域の平面の法線方向（ｚ方向）に沿って（すなわち、図の左向きに）試料１００から進む光を反射して、光学撮影部２１へ入射させる。ここで、光学ミラー２２は、Ｘ線発生部１１から試料１００を貫き２次元検出器１２の検出領域に達するＸ線を遮らず通過させるよう、当該Ｘ線が通過する領域に開口部（数ｍｍ程度の穴）を有している。しかし、光学ミラー２２の構造はこれに限定されることはなく、例えば、光学ミラー２２は、数十μｍ程度の金属薄膜を利用したミラーであってもよいし、多層膜を利用したミラーであってもよい。かかる金属薄膜や多層膜であれば、透過画像の撮影に影響を与えない程度の低いＸ線吸収率であり、光学撮影部２１が光学画像を検出するのに十分な程度に、試料１００からの光に対して高い反射率となっている。また、低エネルギーのＸ線成分を低減するための厚さ数百μｍ程度のフィルタを光学ミラーとして使用してもよい。

例えば、第１又は第２の実施形態に係るＸ線画像化装置１では、試料の一部分の透過画像しか、２次元検出器１２は一度に検出することが出来ず、測定開始の段階で、試料全体の画像を得ることは出来ない。例えば、試料全体を含む合成透過画像データ（大視野透過画像）の生成を所望する場合、必要となる複数の透過画像のための複数の位置は何かを決定することとなる。光学撮影部２１が検出する試料１００の光学画像は、２次元検出器１２が検出する透過画像と同軸上を進む光による光学画像であり、当該光学画像を利用することにより、制御部１５が測定条件の決定や制御などを容易に行うことが出来る。

図４は、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１が検出する光学画像ＯＡと透過画像ＸＡを示す模式図である。図４には、光学画像ＯＡと透過画像ＸＡとが示されている。光学画像ＯＡは試料１００全体の像を含んでいる。透過画像ＸＡを光学画像ＯＡと重ね合わせることにより、現在における試料１００と２次元検出器１２の位置関係を高精度で決定することが出来る。光学画像ＯＡに含まれる試料１００の像に基づいて、生成する合成透過画像データの領域ＴＯＴを決定すると、領域ＴＯＴと１枚の透過画像ＸＡに基づいて、必要となる透過画像の枚数（ｘ方向及びｙ方向それぞれの枚数）と、隣り合う透過画像に適当なオーバーラップ量を計算することが出来る。領域ＴＯＴの幅をｄ１、透過画像ＸＡの幅をｄ２とすると、ｘ方向（横方向）に張り合わせる透過画像の枚数ｍは、ｍ＝ｉｎｔ（ｄ１÷ｄ２）＋１とすればよく、隣り合う透過画像のオーバーラップ量Δｄは、Δｄ＝（ｍ×ｄ２−ｄ１）÷（ｍ−１）とすればよく、ステージ移動量Δｘは、Δｘ＝ｄ２−Δｄとすればよい。例えば、領域ＴＯＴの幅が１．０ｍｍであり、透過画像ＸＡの幅が０．４ｍｍである場合に、１．０÷０．４＝２．５となり、ｘ方向（横方向）に３枚の透過画像を撮影すればよく、その際に、（０．４×３−１．０）÷（３−１）＝０．１ｍｍをオーバーラップ量Δｄとし、０．４−０．１＝０．３ｍｍをｘ方向のステージ移動量Δｘとすればよい。ｙ方向（縦方向）についても同様である。なお、ここで説明した測定条件の決定方法は一例に過ぎず、必要に応じて、測定枚数をさらに増やしてオーバーラップ量を増やしてもよいし、逆に、オーバーラップ量を減らして、領域ＴＯＴよりさらに広い範囲を含む測定条件としてもよい。

制御部１５の測定制御部１６は、必要な複数の位置の情報（測定枚数、オーバーラップ量、ステージ移動量など）が外部より入力され、該情報に基づいて、２次元ＸＹステージ１４を制御して、透過画像の測定を行ってもよいし、上記方法により、該情報を算出して、算出された情報に基づいて、測定の制御を行っても良い。また、画像化制御部１７は、撮影された複数の透過画像を、該情報に基づいて張り合わせて、合成透過画像を生成するが、その際に、光学画像ＯＡを参照して、透過画像の張り合わせを行うことにより、さらに高精度の合成透過画像が得られる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係るＸ線画像化装置１は、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化するＸ線画像化装置であり、第３の実施形態に係る光学撮影部２１及び光学ミラー２２を、第２の実施形態に係るＸ線画像化装置１に適用したものである。

図５は、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の測定方法を説明する模式図である。第３の実施形態で説明した通り、光学画像ＯＡに含まれる試料１００の像に基づいて、生成する合成透過画像データ（大視野透過画像）の領域ＴＯＴを、外部入力により又は測定制御部１６により、決定する（ステップＡ１）。測定制御部１６は、決定された合成透過画像データの領域ＴＯＴと、１枚の透過画像ＸＡとに基づいて、１枚の合成透過画像データを生成するのに必要な透過画像の測定回数Ｍ（Ｍ個の測定位置）と、移動量（ステージ移動量）と、を計算する（ステップＡ２）。

必要な測定条件が決定されると、測定制御部１６は測定を開始する。まず、測定制御部１６は、２次元ＸＹステージ１４に支持台１３を移動させ、試料１００を最初の測定位置にする（ステップＡ３）。Ｍ回の測定、すなわち、Ｍ個の測定位置における測定が次のようになされる。ｉを１以上Ｍ以下の整数として、ｉ回目の測定（ｉ番目の測定位置における測定）について説明する。

ｉ回目の測定において、試料１００はｉ番目の測定位置に配置されている。この測定位置の配置において、測定制御部１６は、支持台１３の回転駆動系に、試料１００を順に回転移動させる。所定数をＮとして、Ｎ箇所の角度配置それぞれにおいて、測定制御部１６は、２次元検出器１２に、透過画像を検出させ（ステップＡ４）、測定制御部１６は、透過画像のデータを制御部１５に備わる記憶部に記憶する。ここで、３６０度画像再構成のための透過画像の測定であれば、角度は０〜３６０度の範囲で一定間隔にある角度配置である。Ｎ＝１２０であるならば、隣り合う角度配置の角度間隔は、３６０÷１２０＝３度であり、ｊを１以上Ｎ以下の整数として、ｊ番目の角度配置は、θ＝３×（ｊ−１）（ｊ＝１，２，・・・１２０）である。ｉ回目の測定（ｉ番目の測定位置における測定）において、Ｎ枚の透過画像データが得られる。測定制御部１６は、２次元ＸＹステージ１４に支持台１３を移動させ、試料１００を次（ｉ＋１番目）の測定位置に配置させて（ステップＡ５）、同様の測定をする。これを、Ｍ回の測定について繰り返し行うことにより、当該実施形態に係る測定は終了する。なお、最後の測定（Ｍ回目の測定）において、透過画像測定の後に試料１００の位置移動はなされない。

ｉ回目（ｉ番目の測定位置）の測定における、ｊ番目の角度配置における透過画像を、Ｉｍａｇｅ_ｉ，ｊ（ｘ，ｙ）と表すこととする。制御部１５は、Ｍ個の測定位置それぞれにおいて、Ｎ個の透過画像のデータを取得する。すなわち、合計で、Ｍ×Ｎ個の透過画像データＩｍａｇｅ_ｉ，ｊ（ｘ，ｙ）を取得する。

図６は、当該実施形態に係る測定方法で取得される透過画像を説明する模式図である。ｉ回目の測定と、ｉ＋１回目の測定と、それぞれにおいて、Ｎ箇所の角度配置における透過画像が示されている。すなわち、図６（ａ）に示す透過画像データが、Ｉｍａｇｅ_ｉ，ｊ（ｘ，ｙ）であり、図６（ｂ）に示す透過画像データが、Ｉｍａｇｅ_{ｉ＋１，ｊ}（ｘ，ｙ）である。

図７は、当該実施形態に係るＸ線画像化装置１の３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化方法を説明する模式図である。Ｍ回の測定におけるＭ個の測定位置のうち、隣り合う２個の測定位置におけるそれぞれＮ枚の透過画像データを張り合わせ、すべての隣り合う２個の測定位置に対して繰り返すことにより、Ｎ枚の合成透過画像データ（大視野透過画像）を生成することが出来、Ｎ枚の合成透過画像データを画像再構成することにより、大画面３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化することが出来る。

ここでは、ｉ番目の測定位置とｉ＋１番目の測定位置が、隣り合う２個の測定位置である場合に、図６に示すｉ番目の測定位置におけるＮ枚の透過画像データＩｍａｇｅ_ｉ，ｊ（ｘ，ｙ）と、ｉ＋１番目の測定位置におけるＮ枚の透過画像データＩｍａｇｅ_{ｉ＋１，ｊ}（ｘ，ｙ）と、をそれぞれ張り合わせる過程について説明する。

図８は、当該実施形態に係る測定方法で取得される透過画像を説明する模式図である。ｉ回目の測定と、ｉ＋１回目の測定の、それぞれｊ番目の角度配置における透過画像が示されている。

ｊ番目の角度配置（ｊは１〜Ｎ）における、２枚の透過画像データＩｍａｇｅ_ｉ，ｊ（ｘ，ｙ）とＩｍａｇｅ_{ｉ＋１，ｊ}（ｘ，ｙ）それぞれの信号強度分布を調べて、２枚の透過画像データの重ね合わせ部分（オーバーラップ量）について計算する（ステップＢ１）。ｉ回目の座標（ｘ，ｙ）における信号強度と、ｉ＋１回目の座標（ｘ’，ｙ’）における信号強度と、の差の２乗和が最小になるように、ｊ番目の角度配置における画像のオーバーラップ量Δ_ｊを求める（最小２乗法）。これをＮ箇所の角度配置すべてに対して行うことにより、それぞれの角度配置における透過画像の張り合わせ位置を決定する（ステップＢ２）。ここでは、支持台１３の回転駆動系の角度精度が、２次元ＸＹステージ１４の位置精度よりも良いので、各角度配置におけるオーバーラップ量は等しい（Δ_１＝・・＝Δ_ｊ＝Δ_ｊ＋１・・＝Δ_Ｎ）として、ｉ回目の座標（ｘ，ｙ）における信号強度と、ｉ＋１回目の座標（ｘ’，ｙ’）における信号強度と、の差の２乗和を、Ｎ箇所の透過画像データのすべてのデータに対して求め、最小となるオーバーラップ量Δを求めている。これを、すべての隣り合う２個の測定位置それぞれに行うことにより、Ｎ枚の合成透過画像データ（大視野透過画像）を生成する（ステップＢ３）。Ｎ枚の合成透過画像データを公知の画像再構成処理を行う（ステップＢ４）ことにより、所望の３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化が完了する。

当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置の３次元ＣＴ測定の特徴は、２次元ＸＹステージ１４が、支持台１３を順に移動させて、試料１００をｉ番目の位置配置とし、試料１００をｉ番目の位置配置に固定して、該位置配置において、支持台１３の回転駆動系が試料１００を回転させて、Ｎ枚の透過画像を検出し、これをＭ箇所の位置配置に対して繰り返して、３次元ＣＴ測定をするところにある。かかる測定方法とすることにより、回転駆動系の角度配置に固定して、２次元ＸＹステージ１４が試料１００を複数の位置配置に移動させて、Ｍ枚の透過画像を検出し、これをＮ箇所の角度配置に対して繰り返す場合と比較して、測定時間を短縮することが可能であるとともに、より高精度の測定をすることが出来る。支持台１３の回転駆動系の角度精度が、２次元ＸＹステージ１４の位置精度よりも良く、回転駆動系の回転駆動は、２次元ＸＹステージの移動駆動よりも、高速で行うことが出来るからである。

当該実施形態ではかかる３次元ＣＴ測定方法とすることにより、当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化方法では、Ｎ枚すべての透過画像データに対して最小２乗法を適用することにより、それぞれＮ枚の透過画像データの張り合わせ位置を決定し、隣り合う２個の測定配置におけるオーバーラップ量Δを計算することが出来る。隣り合う２個の測定位置でそれぞれ得られるＮ枚の透過画像データをすべて活用して、隣り合う２個の測定位置における透過画像データの張り合わせをすることにより、高精度で容易に張り合わせ位置を決定することが出来ている。また、光学撮影部２１が撮影する光学画像を記憶部に記憶し、隣り合う２個の測定位置における透過画像データのオーバーラップ量を求める際に、該光学画像を用いてオーバーラップ量の微調整などを行ってもよい。

なお、Ｎ箇所の角度配置の移動と、Ｍ個の測定位置の移動（並行移動）との、順序を入れ替えても、本発明は適用することが出来る。すなわち、試料１００をｊ番目の角度配置に固定して、該角度配置において、２次元ＸＹステージ１４が試料１００をＭ個の測定位置それぞれに移動させて、Ｍ枚の透過画像を検出し、これを、Ｎ箇所の角度配置に対して繰り返してもよい。こうして得られるＭ×Ｎ枚の透過画像データより、図７に示す３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化方法を用いて、Ｎ枚の合成透過画像データ（大視野透過画像）を生成し、Ｎ枚の合成透過画像データを画像再構成することにより、大画面３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化することが出来る。

以上、本発明に係るＸ線画像化装置とＸ線画像化方法について説明した。ここでは、１枚の合成透過画像（大視野透過画像）の画像化と、複数枚の合成透過画像より再構成される３次元Ｘ線ＣＴ画像の画像化とを例に説明したが、これに限定されることはない。例えば、微小部Ｘ線回折装置、走査型蛍光Ｘ線分析装置などに、広く応用することが出来る。

また、本発明の実施形態に係るＸ線発生部１１は、Ｘ線源１０から放射されるＸ線を直接試料１００へ入射させていたが、これに限定されることはない。例えば、Ｘ線発生部１１が、反射湾曲面が放物線の一部となっている多層膜ミラーなどを備えることにより、Ｘ線の発散が抑制（平行化）され、ほぼ平行となるＸ線が試料に照射されてもよい。

１ Ｘ線画像化装置、１０ Ｘ線源、１１ Ｘ線発生部、１２ ２次元検出器、１３ 支持台、１４ ２次元ＸＹステージ、１５ 制御部、１６ 測定制御部、１７ 画像化制御部、２１ 光学撮影部、２２ 光学ミラー。

Claims (8)

1. 発散するＸ線を出射する、Ｘ線発生部と、
   前記Ｘ線が照射される試料に対して前記Ｘ線発生部の反対側に配置されるとともに、前記試料の透過画像を検出する検出領域を有する、２次元検出器と、
   前記試料を配置する、支持台と、
   前記支持台を搭載し、前記２次元検出器の前記検出領域の平面に沿って、前記支持台を面内移動させることが可能な、ステージと、
   前記２次元検出器が検出する前記試料の複数の透過画像に基づいて、合成透過画像データを生成する、制御部と、
   を備える、Ｘ線画像化装置であって、
   前記試料は、前記Ｘ線がほぼ平行となる領域に配置され、
   前記制御部は、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成し、
   前記Ｘ線発生部から前記試料までの距離をＬ、前記試料から前記２次元検出器までの距離をｄとするとき、ｄ／Ｌが０．１以下であり、
   前記試料に入射して、前記試料を貫通して、前記２次元検出器の前記検出領域へ達するＸ線について、試料の入射箇所から出射箇所までの距離をｔ、前記検出領域の法線方向とＸ線の進行方向がなす角をθとするとき、ｔが前記２次元検出器の空間分解能より十分に大きく、ｔ・θが前記２次元検出器の空間分解能程度以下である、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化装置。
2. 請求項１に記載のＸ線画像化装置であって、
   前記支持台は、前記検出領域の平面に沿う方向を回転軸として、所定数の角度配置それぞれに前記試料を回転移動させることが可能な、回転駆動系を備え、
   前記制御部は、
   前記所定数の角度配置それぞれにおいて、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成し、
   生成される前記所定数の合成透過画像データに画像再構成することにより、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化する、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化装置。
3. 請求項２に記載のＸ線画像化装置であって、
   前記ステージが、前記支持台を順に移動させて、前記試料を前記異なる複数の位置のうちいずれかの位置とし、
   該位置の配置において、前記回転駆動系が前記試料を順に回転移動させて、前記試料を前記所定数の角度配置のうちいずれかの角度配置とし、
   当該配置において、前記２次元検出器が前記試料の透過画像を検出し、
   前記所定数の角度配置それぞれにおける、前記試料の異なる複数の位置における複数の透過画像が検出される、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線画像化装置であって、
   前記試料の光学画像を検出する、光学撮影部と、
   前記Ｘ線発生部と前記支持台との間に配置され、前記Ｘ線発生部からのＸ線を前記試料へ透過させるともに前記検出領域の平面の法線方向に沿って前記試料から進む光を反射して前記光学撮影部へ入射させる、光学ミラーと、
   をさらに備える、Ｘ線画像化装置。
5. 請求項４に記載のＸ線画像化装置であって、
   前記光学ミラーは、前記Ｘ線発生部から２次元検出器の検出領域に達するＸ線を通過させる開口部を有している、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化装置。
6. 請求項４に記載のＸ線画像化装置であって、
   前記光学ミラーは、金属薄膜ミラーである、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化装置。
7. 発散するＸ線を出射する、Ｘ線発生部と、
   前記Ｘ線が照射される試料に対して前記Ｘ線発生部と反対側に配置されるとともに、前記試料の透過画像を検出する検出領域を有する、２次元検出器と、
   前記試料を配置する、支持台と、
   前記支持台を搭載し、前記２次元検出器の前記検出領域の平面に沿って、前記支持台を面内移動させることが可能な、ステージと、
   を用いる、Ｘ線画像化方法であって、
   前記試料は、前記Ｘ線がほぼ平行となる領域に配置され、
   前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成するステップ、を含み、
   前記Ｘ線発生部から前記試料までの距離をＬ、前記試料から前記２次元検出器までの距離をｄとするとき、ｄ／Ｌが０．１以下であり、
   前記試料に入射して、前記試料を貫通して、前記２次元検出器の前記検出領域へ達するＸ線について、試料の入射箇所から出射箇所までの距離をｔ、前記検出領域の法線方向とＸ線の進行方向がなす角をθとするとき、ｔが前記２次元検出器の空間分解能より十分に大きく、ｔ・θが前記２次元検出器の空間分解能程度以下である、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化方法。
8. 請求項７に記載のＸ線画像化方法であって、
   前記支持台は、前記検出領域の平面に沿う方向を回転軸として、所定数の角度配置それぞれに前記試料を回転移動させることが可能な、回転駆動系を備え、
   前記所定数の角度配置それぞれにおいて、前記試料の異なる複数の位置における透過画像を張り合わせて、合成透過画像データを生成する、ステップと、
   生成される前記所定数の合成透過画像データに画像再構成することにより、３次元Ｘ線ＣＴ画像を画像化する、ステップと、を含む、
   ことを特徴とする、Ｘ線画像化方法。

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