JP6016389B2 - Ｘ線光学装置の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を被写体に照射するためのＸ線光学装置に関し、特に、Ｘ線源と光学素子の相対位置を適正化したＸ線光学装置に関する。

Ｘ線を１次元平行化するために、いくつかの光学素子が考案されている。金属平板を一定間隔で積層したいわゆるソーラースリットはその一つであり、Ｘ線の進行方向と平行に金属平板を積層し、Ｘ線の非平行成分を金属平板に吸収させ、一定範囲の平行成分だけを透過させる。Ｘ線が金属平板で反射すると、ソーラースリットを透過するＸ線の非平行成分が増加し平行度が下がる。このため、特許文献１では、金属箔の表面に面粗さを持たせて反射を防止し、所定の平行成分のＸ線のみを透過させ、高精度の平行Ｘ線ビームを形成している。ソーラースリットの他にも以下の光学素子が考案されている。

特許文献２では、複数の微小なキャピラリが２次元に配置されたコリメータを、２次元格子状に配置したマルチＸ線源と組み合わせることで、マルチＸ線源からキャピラリの一端側にＸ線を照射してキャピラリから出力されるＸ線を平行化している。

また、特許文献３では、小さなスポットのＸ線源から出現する発散Ｘ線を、複数の中空ガラスの毛細管を備えるモノリシックな光学素子内で効率的に捕捉し、捕捉されたＸ線ビームをその光学素子によって疑似平行ビームに形成している。

特開２０００−１３７０９８号公報 特開２００４−８９４４５号公報 特許第３０５７３７８号

特許文献１に記載の技術では、Ｘ線の平行成分だけを取り出すため、発生したＸ線の極めて一部しか使用できず利用効率が低いという問題があった。また、Ｘ線源に投入されるパワーはＸ線源の発熱の影響で限界があるため、発生するＸ線照射量にも限界があり、Ｘ線の照度を向上させることが難しかった。

特許文献２に記載の技術では、コリメータに均一なキャピラリを形成する必要があるが、その形成が難しいという問題があった。また、Ｘ線源を２次元に高密度で配置する必要があるが、その配置が難しかった。Ｘ線源を２次元に高密度で配置したとしても、その重量が大きくなり、その制御が複雑であった。

特許文献３に記載の技術では、中空ガラスの毛細管が一緒に融解されて塑造成形されるため、均一な毛細管を形成するのが難しいという問題があった。

よって、発生したＸ線を効率的に平行化して出射させる簡易な構造の光学素子が求められていた。

また、高強度のＸ線と高分解能を得るためにはＸ線源と光学素子の相対位置が重要であるが、特許文献１に記載の技術では、両者の相対位置のアライメントはソーラースリットを透過するＸ線の強度が最大となるように行われている。例えば図１０においてＸ線源をｙ方向に動かした場合、Ｘ線源１が点線の範囲内にあればソーラースリット３１を透過するＸ線の強度が最大となり、その強度に変化はない。角度幅αの大きさもほとんど変化がないため、像の分解能への影響も少ない。一方、Ｘ線源１が点線の範囲内から外れるとＸ線の強度が低下する。このことから、上記のようにＸ線の強度が最大となるようなアライメント方法がとられている。

しかしながら、上記アライメント方法では、両者の相対位置が設計よりずれたときに、そのズレがわずかであってＸ線の強度の低下を起こさないような場合でも、像の分解能が低下することがあった。また、特許文献１に記載の光学素子に限らず、特許文献２及び３の光学素子でも、上記アライメント方法では像の分解能が低下することがあった。

そこで、本発明は、簡易な構造で、発生したＸ線を効率的に平行化して出射させることができ、像の分解能が最良となるＸ線光学装置及びその調整方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、Ｘ線源と、隣接する一対により規定される間隙 をＸ線通路とするように、間隔を空けて配置された複数のＸ線反射基板を有するＸ線平行 化光学素子と、を備えるＸ線光学装置の調整方法を提供するものである。
本発明の第一は、前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射するときの視 射角が臨界角を超えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が前記Ｘ 線源の位置に対して極大をとる領域を挟む２つの領域の少なくとも一方において、前記Ｘ 線源を配置し、前記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出する工程と、
前記２つの領域の少なくとも他方において前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を 変化させるとともに、前記Ｘ線源の強度を検出し前記一方の領域と前記他方の領域のそれ ぞれにおける前記Ｘ線の強度が等しくなるときの前記Ｘ線源の位置ｙ１、ｙ２を同定する 工程と、
前記同定したｙ１とｙ２の加法平均で求められる強度平均位置に前記Ｘ線源を移動させ る工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の第二は、前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射すると きの視射角が臨界角を超えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が 前記Ｘ線源の位置に対して極大をとる領域を挟む２つの領域を同定する工程と、
前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記２つの領域のそれぞれにお いて前記Ｘ線源の前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を変化させることにより前記 関数の一次微分係数を求め、前記関数の一次微分係数が最大、最小となるときの前記Ｘ線 源の位置ｙ１１、ｙ２１を同定する工程と、
前記ｙ１１と前記ｙ２１の加算平均で求められる１次微分平均位置に前記Ｘ線源を移動 させる工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の第三は、前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射すると きの視射角が臨界角を超えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が 前記Ｘ線源の位置に対して極大をとる領域を挟む２つの領域を同定する工程と、
前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記２つの領域のそれぞれにお いて前記Ｘ線源の前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を変化させることにより前記 関数の二次微分係数を求め、前記関数の二次微分係数がピークを呈するときの前記Ｘ線源 の位置ｙ１２、ｙ２２を同定する工程と、
前記ｙ１２と前記ｙ２２の加算平均で求められる２次微分平均位置に前記Ｘ線源を移動 させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構造で、発生したＸ線を効率的に平行化することができる。また、Ｘ線源が、Ｘ線が入射するときの視射角が臨界角を超える位置にあるときに各Ｘ線通路から出射され検出されたＸ線の強度に基づいて、像の分解能が最良となる光源位置を推定することができる。このため、Ｘ線源とＸ線反射構造体を、像の分解能が最良となるように配置することができる。

本発明における平行化原理の概念図である。 本発明に用いるＸ線反射構造体の一例を示す図である。 石英基板のＸ線反射率を示すグラフである。 本発明に用いるＸ線反射構造体の他の一例を示す図である。 本発明のＸ線光学装置の調整方法のフローチャートである。 本発明に係るＸ線光学装置の一例を示す図である。 光源中心位置とＸ線強度との関係、光源中心位置と半影量との関係を示すグラフである。 光源中心位置とＸ線強度の一次微分係数との関係を示すグラフである。 光源中心位置とＸ線強度の二次微分係数との関係を示すグラフである。 従来技術の光学素子を示す図である。

まず、本発明に用いるＸ線反射構造体（以下、「スリットレンズ」という。）によるＸ線の平行化原理について、本発明をＸ線撮影装置に適用した場合で説明する。

（１）スリットレンズ
図１に示すように、スリットレンズ３は、Ｘ線反射基板１１が間隔を空けて並べて配置された構造を有し、少なくとも３枚のＸ線反射基板１１で構成される。隣り合うＸ線反射基板間の間隔はスペーサ等により形成される。Ｘ線反射基板１１に両側を挟まれた複数の通路（以下、「Ｘ線通路」という。）にそれぞれ入射したＸ線２は、各Ｘ線通路の両側のＸ線反射基板１１で反射され平行化されて各Ｘ線通路から出射される。スリットレンズ３の一端面をＸ線の入口、他端面をＸ線の出口としたときに出口のＸ線反射基板１１のピッチの方が入口のピッチよりも広くなっている。本発明における「平行化」とは、Ｘ線反射基板１１の積層方向（ｙ方向）のＸ線の成分を小さくして、Ｘ線の出射方向をｙ方向と垂直な面（ｘｚ平面）に揃えることをいう。

（２）解像力
まず、本発明を適用したＸ線撮影装置において、Ｘ線源１からスリットレンズ３のＸ線通路に入射しＸ線通路を透過したＸ線を試料に照射して、その透過像をＸ線検出器４に投影したときの半影量（分解能）について図１及び図２（ａ）を用いて説明する。図１は本発明における平行化原理の概念図、図２（ａ）は図１のスリットレンズ３のＸ線源１を通るＹＺ平面である。

図２に示すように、スリットレンズ３の出口に無限小の物体Ａがあって、そのボケを像の半影量Δ_pと定義すると、半影量Δ_pはスリットレンズ３の出口におけるＸ線の発散角θ_out、スリットレンズ３の出口とＸ線検出器４との対向方向の距離Ｌ₃を用いて、
Δ_p＝Ｌ₃×θ_out （式１）
と表せる。上記式１は各Ｘ線通路から出射されるＸ線について成立する。

Ｘ線撮影装置の解像力は半影量Δ_pが大きいほど低くなる。従って、解像力を上げるためには、Ｌ₃を一定とすると発散角θ_outを小さくすること、即ちスリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線の平行度を上げることが重要である。

しかしながら、Ｘ線撮影装置の解像力は、半影量Δ_pだけで決まるわけではなく、半影量Δ_pとＸ線検出器４（例えばフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）等）の画素サイズΔ_dのいずれか大きい方で決まる。画素サイズΔ_dを小さくすると、Ｘ線検出器４が高価になるほかデータ転送処理時間がかかる。一方、半影量Δ_pを小さくするのは、Ｘ線源１の光源サイズを小さくするなど後述のように光学系にかかる負荷が大きくなる。このため、画素サイズΔ_dと半影量Δ_pのバランスをとることが重要である。この両者の比が２倍を許容範囲とすると、以下の式が成立する。
０．５＜Δ_p／Δ_d＜２ （式２）

（３）平行化原理
次に、スリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線を平行化する原理（平行化原理）について図２を用いて説明する。図２（ｂ）は図２（ａ）のスリットレンズ３の二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。以下、Ｘ線反射基板１１としてガラス薄板を用いた場合で説明するが、Ｘ線反射基板１１はガラス薄板でなくても良く、金属等でも良い。

図２（ａ）に示すように、Ｘ線源１から発せられたＸ線２は発散光であり全方位に放射される。Ｘ線源１の対向方向に距離Ｌ₁だけ離れてスリットレンズ３が配置されている。スリットレンズ３は、緩やかな曲率を持つガラス薄板が、所定のピッチで間隔を空けて並べて配置されてなり、Ｘ線の出口のピッチの方がＸ線の入口のピッチよりも広くなっている。ピッチとは、隣接するガラス薄板の対応する面間の距離である。ガラス薄板は、１枚の厚さが数μｍ〜数十μｍで、数十枚から数百枚重ねられており、両面でＸ線を反射することができる。ガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射したＸ線２は、ガラス薄板１１ａと１１ｂの両方で反射されながら進んでいき、Ｘ線通路から出射される。ガラス薄板１１ｂと１１ｃの間のＸ線通路でも同様に、入射したＸ線がガラス薄板１１ｂと１１ｃの両方で反射されながら進んでいき、Ｘ線通路から出射される。他の隣り合うガラス薄板間のＸ線通路でも同様である。各Ｘ線通路に入射したＸ線２の多くは上述のようにして平行化されるが、各Ｘ線通路に入射したＸ線２のうち、平行な方向に進むＸ線は、ガラス薄板で反射されず、各Ｘ線通路からそのまま出射される。

このように、スリットレンズ３のＸ線通路をＸ線が進行するにつれて、進行方向が平行な方向ではないＸ線は、ガラス薄板で複数回反射されて、進行方向が徐々に平行に近づいていき、平行化されて各Ｘ線通路から出射される。また、平行な方向に進むＸ線は、各Ｘ線通路からそのまま出射される。よって、簡易な構造で、Ｘ線を効率的に平行化して出射させることができる。これにより、Ｘ線検出器４に形成される半影量Δ_pも小さくなる。

ここで、Ｘ線通路の両側のガラス薄板から等距離の位置に仮想面５を置き、スリットレンズ３の入口において仮想面５の接平面６を考える。Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置していると、より多くのＸ線を各Ｘ線通路に入射させることができる点で良い。図２に示すように、隣り合うガラス薄板間に作製した複数の仮想面５の入口側の全ての接平面６が共通の直線で交わり、その直線上にＸ線源１が位置していると、Ｘ線源１の光源サイズを小さくすることができる点で好ましい。また、スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっている、即ち複数の仮想面５の出口側の接平面６が略平行であると、各Ｘ線通路から出射されるＸ線の平行度を上げることができる点で良い。

図３に波長０．０７１ｎｍのＸ線に対する石英基板のＸ線反射率を示す。横軸は各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角θ_g、縦軸はＸ線反射率である。視射角θ_g＝０．５ｍｒａｄでは、Ｘ線反射率が９９．８％以上であり、５０回の反射で９０％以上透過することが分かる。また、図３より、視射角θ_g＝１．８ｍｒａｄでＸ線反射率が急激に減衰しているが、このときの視射角θ_gを臨界角と呼びθ_cで表す。Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置する場合、各接平面６の角度ずれが大きくなると、Ｘ線源１を見込む各ガラス薄板の角度ずれが生じ、視射角θ_gが臨界角θ_cより大きくなる位置のＸ線源１から発せられたＸ線２がガラス薄板で反射しなくなる。このため、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離をＬ₁、各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角θ_gの臨界角θ_cを用いて、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δ_sが、
Δ_s＜Ｌ₁×θ_c （式３）
となる必要がある。即ち、上記式３を満たすように、スリットレンズ３とＸ線源１の相対位置、ガラス薄板とＸ線源１の相対位置を決める必要がある。

ここで、図２に示すように、隣り合うガラス薄板間の間隔は一定で、全てのガラス薄板の厚さは出口側の方が入口側よりも厚いスリットレンズ３を考える。このようなスリットレンズ３は、楔形の厚さのガラス薄板を積層することで作製することができる。各Ｘ線通路にＸ線が入射しガラス薄板で反射する最大の視射角θ_gmaxは、
θ_gmax＝（ｓ＋ｇ）／２Ｌ₁ （式４）
となる。ここで、ｓはＸ線源１の光源サイズ（光源の直径）であり、光源の強度分布がガウシアン分布に近似できる場合２σとする。ｇは隣り合うガラス薄板間の間隔とする。但し、θ_gmaxは臨界角θ_cより小さい角度でなければならない。

スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっていると、スリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線の発散角θ_outは、
θ_out＝２×θ_gmax （式５）
となる。このとき、半影量Δ_pは、上記式１、式４及び式５より、
Δ_p＝Ｌ₃×（ｓ＋ｇ）／Ｌ₁ （式６）
となる。また、上記式２及び式６より、
０．５×Δ_d＜Ｌ₃×（ｓ＋ｇ）／Ｌ₁＜２×Δ_d （式７）
となる。

ガラス薄板の平行度が下がると、Ｘ線の強度を検出するＸ線検出器４の画素にＸ線が到達しない、又は極端にＸ線の強度が低い画素が生じる。このため、全てのガラス薄板の平行度Δ_outは、以下の式８ａの許容値Δ_out-a又は式８ｂの許容値Δ_out-bのどちらか大きい方の許容値を満たす必要がある。ここで、Δ_dはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δ_out-a＜（ｓ＋ｇ）／Ｌ₁ （式８ａ）
Δ_out-b＜Δ_d／Ｌ₃ （式８ｂ）

続いて、全てのガラス薄板の厚さは一定で、隣り合うガラス薄板間の間隔は出口側の方が入口側よりも広いスリットレンズ３を考える。ここでは、簡単にするために、図４に示すように、ガラス薄板１１ａと１１ｂが角度θ_aをなす直管の場合を考える。仮想面５とＸ線２のなす角を半発散角とすると、半発散角θ₀（０．５×θ_a＜θ₀＜θ_c）でガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射したＸ線はガラス薄板１１ｂの点Ｐ₀で反射した後、ガラス薄板１１ａの点Ｐ₁で反射するものとする。１回目の反射後の半発散角θ₁は、
θ₁＝θ₀−θ_a （式９）
となる。従って、ｎ回目の反射後の角度θ_nは、θ₀−ｎ×θ_a＞０の範囲で、
θ_n＝θ₀−ｎ×θ_a （式１０）
となる。θ_n＜０．５×θ_aとなると、Ｘ線２がガラス薄板に到達しないので、半発散角は変わらない。また、隣り合うガラス薄板間の出口側の間隔をｇ_out、隣り合うガラス薄板間の入口側の間隔をｇ_inとし、ガラス薄板の長さをＬ₂とすると、
θ_a＝（ｇ_out−ｇ_in）／Ｌ₂ （式１１）
となる。このとき、θ_a＜θ_outなので、半影量Δ_pは、上記式１及び式１１より、
（ｇ_out−ｇ_in）×Ｌ₃／Ｌ₂＜Δ_p （式１２）
となる。また、上記式２及び式１２より、
０．５×Δ_d＜Ｌ₃×（ｇ_out−ｇ_in）／Ｌ₂＜２×Δ_d （式１３）
となる。

上述した図２に示す構成のスリットレンズ３と同じ理由から、全てのガラス薄板の厚さは一定で、隣り合うガラス薄板間の間隔は出口側の方が入口側よりも広いスリットレンズ３でも、スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっているのが良い。このため、全てのガラス薄板の平行度Δ_outは、以下の式１４ａの許容値Δ_out-a又は式１４ｂの許容値Δ_out-bのどちらか大きい方の許容値を満たす必要がある。ここで、Δ_dはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δ_out-a＜（ｇ_out−ｇ_in）／Ｌ₂ （式１４ａ）
Δ_out-b＜Δ_d／Ｌ₃ （式１４ｂ）

一方、ガラス薄板が曲率を持たない次元、即ちＸ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向と、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向とのいずれにも垂直な方向（ｘ方向）の半影量Δ_xは、
Δ_x＝ｓ×Ｌ₃／（Ｌ₂＋Ｌ₁） （式１５）
となり、スリットレンズ３、Ｘ線源１、Ｘ線検出器４の相対位置で決まる。

尚、Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置しており、複数の仮想面の出口側の接平面が共通の直線で交差しているスリットレンズ３も本発明に適用でき、この構成でも平行化を実現できる。複数の仮想面５の入口側の全ての接平面６が共通の直線で交わり、その直線上にＸ線源１が位置していると、Ｘ線源１の光源サイズを小さくすることができる点で好ましい。この場合、入口側で交差する共通の直線は、出口側で交差する共通の直線とは別の直線である。

次に、本発明のＸ線光学装置の調整方法の好適な実施形態を示す。

〔第１の実施形態〕
本実施形態に用いるスリットレンズ３は、図２に示すように、隣り合うガラス薄板間の間隔ｇは１０μｍで一定、全てのガラス薄板の厚さは出口側が２０μｍ、入口側が１０μｍのものである。Ｘ線検出器４にはＦＰＤを用いている。

Ｘ線源１から放射されたＸ線２は、ガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射し、ガラス薄板１１ａと１１ｂの両方で反射されながら進む。他の隣り合うガラス薄板間のＸ線通路でも同様である。１個のＸ線通路に入射するＸ線の立体角Ω₁は間隔ｇに比例するが、複数のガラス薄板が間隔ｇを空けて並ぶため、間隔ｇを小さくしても、全体として取り込めるＸ線量は、発散角θ_inと開口率に比例する。ここで、「開口率」とは、スリットレンズ３の入口において間隙が占める割合のことであり、本実施形態では開口率は５０％（＝１０μｍ／（１０μｍ＋１０μｍ））となる。Ｘ線源１から発散角θ_in以下で放射されたＸ線２の５０％が、Ｘ線通路に入射し、ガラス薄板で反射されながら進み、発散角θ_outでＸ線通路から放射される。放射されたＸ線によって、スリットレンズ３の出口とＦＰＤの間に置かれた物体の像がＦＰＤに投影される。このとき、上記式１に従って、ＦＰＤには物体の像の半影量Δ_pが形成される、即ち分解能の低下が起こる。

ここで、分解能低下を所定の範囲に抑える方法について説明する。半影量Δ_pは上記式６のように表せるため、上記式２及び式６より、Ｘ線源１の光源サイズｓは、
０．５×Ｌ₁／Ｌ₃×Δ_d−ｇ＜ｓ＜２×Ｌ₁／Ｌ₃×Δ_d−ｇ （式１６）
となる。Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離Ｌ₁＝１００ｍｍ、スリットレンズ３の出口とＦＰＤとの対向方向の距離Ｌ₃＝２００ｍｍ、ＦＰＤの画素サイズΔ_d＝１００μｍのとき、光源サイズｓの許容範囲は１５μｍ＜ｓ＜９０μｍとなる。この範囲に入るように、光源サイズｓを調整すれば良い。

一方、上記式１５より、スリットレンズ３の長さＬ₂＝１００ｍｍ、光源サイズｓ＝９０μｍのとき、半影量Δ_xは９０μｍとなり、ＦＰＤの画素サイズΔ_dとほぼ同じ大きさとなる。

以上より、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向と、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向とのいずれにも垂直な方向の分解能も、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の分解能と同等な分解能が得られる。よって、簡易な構造で、Ｘ線を効率的に平行化して出射させることができ、分解能の低下を所定の範囲に抑えることができる。

ここで、光源サイズｓを１００μｍとした場合のＸ線源１とスリットレンズ３の相対位置のアライメントについて考える。図５に本発明のＸ線光学装置の調整方法のフローチャートを、図６（ａ）に本発明に係るＸ線光学装置の一例を、図６（ｂ）に図６（ａ）の光源位置駆動機構２１の一例を示す。１はＸ線源、２１は光源位置駆動機構、３はスリットレンズ、４はＸ線検出器である。光源位置駆動機構２１は図６（ｂ）に示すように、透過型ターゲット２５に照射する電子線２３を電場により偏向することで光源位置２８を変化させる。電子線源２２、電子線２３を収束させる電子レンズ２４（レンズ電極）、Ｘ線発生用の透過型ターゲット２５、電子線２３を偏向する偏向器２６、これらが真空容器２７の中に配置されている。電子線源２２から引き出された電子は電子レンズ２４により収束され、電子線２３として透過型ターゲット２５に入射する。透過型ターゲット２５に電子線２３が入射すると、電子線２３が入射した面の反対側の面からＸ線が放射される。よって、透過型ターゲット２５に電子線２３が入射した位置が光源位置２８となる。この際、偏向器２６により、ｙ方向に電子線２３を曲げることで、透過型ターゲット２５に入射する電子線２３の位置がｙ方向に移動し、光源位置２８をｙ方向に移動させることができる。このようなＸ線源１を使用することで、偏向器２６への電気的な操作で光源位置２８をスキャンすることができる。

まず、光源位置駆動機構２１により光源位置２８をｙ方向に動かしながらＸ線の強度を計測する（図５：ステップ１及び２）。この時の、光源中心位置とＸ線検出器４で検出されるＸ線の強度との関係、光源中心位置とＸ線検出器４に形成される像の半影量Δ_pとの関係を図７に示す。図７では、光源中心位置を光源位置２８（Ｘ線源１の位置）とし、検出されるＸ線の強度を、スリットレンズ３の位置を固定したときの光源中心位置の関数としている。半影量Δ_pは、任意のＸ線通路から出射されたＸ線により形成された半影量である。図７の左軸に、光源位置２８を駆動したときにＸ線検出器４で検出されるＸ線強度を示す。図７の右軸に、光源位置２８を駆動したときにＸ線検出器４に形成される半影量Δ_pを示す。光源中心位置が−０．１５ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲では、Ｘ線は隣り合うガラス薄板間で全反射を繰り返すため、検出されるＸ線強度はほとんど変化しないが、半影量Δ_pは光源位置２８により大きくなる、即ち分解能が悪くなる。

ところで、Ｘ線源１とスリットレンズ３の相対位置のアライメントの目的は、Ｘ線検出器４に形成される半影量Δ_pを最小にすること、即ち分解能を最良にすることである。上述のように、従来は検出されるＸ線強度に着目してアライメントを行っていたため、例えばＸ線検出器４のノイズが５％程度ある場合、分解能が最良として推定される光源位置ｙ＿ｅｓｔがｙ＿ｅｓｔ＝０．０６となる可能性があった。ｘ＝０．０６での像の半影量Δ_pは０．４４ｍｍとなり、最小値に比べ２倍程度大きくなる。

そこで、光源位置２８の絶対値が０．１５ｍｍを超えた領域に着目する。この領域のＸ線強度は、Ｘ線源１が、スリットレンズ３の入口にＸ線が入射するときの視射角が臨界角を超える位置にあるときに各Ｘ線通路から出射され検出されたＸ線強度である。また、この領域では、ガラス薄板間でのＸ線の視射角が臨界角を超えるため反射率が急激に低下する。従って、検出されるＸ線強度が急激に低下する。本実施形態では、最大強度の５０％を持つ光源位置を内挿により求め、それらをｙ１、ｙ２とし（ステップ３）、最良推定光源位置ｙ＿ｅｓｔをｙ１、ｙ２の平均位置とする（ステップ４）。光源位置２８をｙ＿ｅｓｔに移動させ（ステップ５）、アライメント完了となる。この場合、Ｘ線検出器４のノイズが５％程度あったとしても、ノイズに起因する光源位置ｙ＿ｅｓｔへの影響は０．００５ｍｍ程度であり、半影量Δ_pの増加は最小値に比べ０．０２ｍｍ程度に収まる。このように、本発明では上記領域で検出されたＸ線強度に基づいて、Ｘ線源１とスリットレンズ３が配置される。

本実施形態では、最大強度の５０％を持つ光源位置２８をｙ１、ｙ２としたが、ｙ１、ｙ２は同じ強度を持つ光源位置２８であれば５０％に限らない。例えば最大強度の８０％となる光源位置２８をｙ１、ｙ２としても良い。この場合、光源位置駆動機構２１の駆動範囲を狭くすることができるので、アライメントを短時間で完了させることができる。また、光源位置駆動機構２１のストロークを短くできるメリットもある。本実施形態ではＸ線源内の電子線２３を偏向させることにより光源位置２８を変化させたが、Ｘ線源（光源本体）又はスリットレンズ３を駆動しても良い。

〔第２の実施形態〕
図８に、検出されるＸ線の強度を、スリットレンズ３の位置を固定したときの光源中心位置の関数とし、そのＸ線の強度の一次微分係数を求めた結果を示す。第１の実施形態と同様に、光源中心位置を光源位置２８（Ｘ線源１の位置）とした。本実施形態では、ｙ１、ｙ２を一次微分係数が最大、最小となるときの光源位置とし、最良推定光源位置ｙ＿ｅｓｔをｙ１、ｙ２の平均位置とする点が第１の実施形態と異なる。図８では−０．２５ｍｍ＜ｙ＜０．２５ｍｍの領域の微分係数を示しているが、ｙ１、ｙ２を求めるために全領域を計測する必要はない。−０．２３ｍｍ＜ｙ＜−０．１４ｍｍ、０．１４ｍｍ＜ｙ＜０．２３ｍｍの領域を計測すれば良い。第１の実施形態では検出されるＸ線強度が最大となる位置が必要であるため、−０．１４ｍｍ＜ｙ＜０．１４ｍｍの領域も計測する必要があるが、本実施形態では必要な領域を狭めることができるのでアライメントを更に短時間で完了することができる。上記領域だけを計測した場合、計測領域を４０％程度に狭めることができるので、アライメントに必要な時間も４０％に短縮することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、Ｘ線検出器４のノイズに起因する光源位置ｙ＿ｅｓｔへの影響は小さくなるため、半影量Δ_pを小さくすることができる。

本実施形態では、一次微分係数が最大、最小となるときの光源位置を用いてアライメントを行ったが、一次微分係数の絶対値が等しくなるときの光源位置から最良推定光源位置を導出しても良い。

〔第３の実施形態〕
図９に、検出されるＸ線の強度を、スリットレンズ３の位置を固定したときの光源中心位置の関数とし、そのＸ線の強度の二次微分係数を求めた結果を示す。第１の実施形態と同様に、光源中心位置を光源位置２８（Ｘ線源１の位置）とした。図８に示す一次微分係数の位置依存性から分かるように、スリットレンズ３内のＸ線の反射が臨界角となる前後で一次微分係数が大きく変わるため、二次微分係数にその特徴が顕著に現れる。本実施形態では、ｙ１、ｙ２を二次微分係数がピークとなるときの光源位置とし、最良推定光源位置ｙ＿ｅｓｔをｙ１、ｙ２の平均位置とする点が第１・第２の実施形態と異なる。ｙ１、ｙ２は二次微分係数がピークとなるときの光源位置の前後０．０２ｍｍ程度を計測することで十分検出可能である。この場合、第１の実施形態に比べ計測領域を１／５以下に狭めることができるので、アライメントに必要な時間も１／５以下に短縮することができる。

本実施形態においても、第１・第２の実施形態と同様に、Ｘ線検出器４のノイズに起因する光源位置ｙ＿ｅｓｔへの影響は小さくなるため、半影量Δ_pを小さくすることができる。

本実施形態では、二次微分係数がピークとなるときの光源位置を用いてアライメントを行ったが、二次微分係数の絶対値が等しくなるときの光源位置から最良推定光源位置を導出しても良い。また、より高次の微分係数を用いて最良推定光源位置ｙ＿ｅｓｔを導出しても良い。

１：Ｘ線源、２：Ｘ線、３：スリットレンズ、４：Ｘ線検出器、５：仮想面、６：仮想面の入口側の接平面、１１：Ｘ線反射基板、２１：光源位置駆動機構、２２：電子線源、２３：電子線、２４：電子レンズ、２５：透過型ターゲット、２６：偏向器、２７：真空容器、２８：光源位置、３１：ソーラースリット

Claims (16)

1. Ｘ線源と、隣接する一対により規定される間隙をＸ線通路とするように、間隔を空けて 配置された複数のＸ線反射基板を有するＸ線平行化光学素子と、を備えるＸ線光学装置の調整方法であって、
   前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射するときの視射角が臨界角を超えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が前記Ｘ線源の位置に対し て極大をとる領域を挟む２つの領域の少なくとも一方において、前記Ｘ線源を配置し、前 記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出する工程と、
   前記２つの領域の少なくとも他方において前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を 変化させるとともに、前記Ｘ線源の強度を検出し前記一方の領域と前記他方の領域のそれ ぞれにおける前記Ｘ線の強度が等しくなるときの前記Ｘ線源の位置ｙ１、ｙ２を同定する 工程と、
   前記同定したｙ１とｙ２の加法平均で求められる強度平均位置に前記Ｘ線源を移動させ る工程と、を有することを特徴とするＸ線光学装置の調整方法。
2. 前記Ｘ線源は、ターゲットと前記ターゲットに向けて電子線を照射する電子源を有し、
   前記Ｘ線源の位置ｙ１、ｙ２を同定する工程は、前記電子線を偏向させることで前記相 対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１に記載のＸ線光学装置の調整方法 。
3. 前記Ｘ線源の位置ｙ１、ｙ２を同定する工程は、前記Ｘ線源を移動させることで前記相 対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線光学装置の調 整方法。
4. 前記Ｘ線源の位置ｙ１、ｙ２を同定する工程は、前記Ｘ線平行化光学素子を移動させる ことで前記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線 光学装置の調整方法。
5. 前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記関数の一次微分係数を求め 、前記一次微分係数が最大、最小となるときの前記Ｘ線源の位置ｙ１１、ｙ２１を同定す る工程と、前記ｙ１１と前記ｙ２１の加算平均で求められる１次微分平均位置に前記Ｘ線 源を移動させる工程、とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項 に記載のＸ線光学装置の調整方法。
6. 前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記関数の二次微分係数を求め 、前記二次微分係数がピークとなるときの前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２２をそれぞれ求 める工程と、前記ｙ１２と前記ｙ２２の加算平均で求められる２次微分平均位置に前記Ｘ 線源を移動させる工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一 項に記載のＸ線光学装置の調整方法。
7. Ｘ線源と、隣接する一対により規定される間隙をＸ線通路とするように、間隔を空けて 配置された複数のＸ線反射基板を有するＸ線平行化光学素子と、を備えるＸ線光学装置の 調整方法であって、
   前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射するときの視射角が臨界角を超 えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が前記Ｘ線源の位置に対し て極大をとる領域を挟む２つの領域を同定する工程と、
   前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記２つの領域のそれぞれにお いて前記Ｘ線源の前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を変化させることにより前記関数の一次微分係数を求め、前記関数の一次微分係数が最大、最小となるときの前記Ｘ線源の位置ｙ１１、ｙ２１を同定する工程と、
   前記ｙ１１と前記ｙ２１の加算平均で求められる１次微分平均位置に前記Ｘ線源を移動させる工程と、を有することを特徴とするＸ線光学装置の調整方法。
8. 前記Ｘ線源は、ターゲットと前記ターゲットに向けて電子線を照射する電子源を有し、
   前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２１を同定する工程は、前記電子線を偏向させることで前 記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項７に記載のＸ線光学装置の調整 方法。
9. 前記Ｘ線源の位置ｙ１１、ｙ２１を同定する工程は、前記Ｘ線源を移動させることで前 記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項７又は８に記載のＸ線光学装置 の調整方法。
10. 前記Ｘ線源の位置ｙ１１、ｙ２１を同定する工程は、前記Ｘ線平行化光学素子を移動さ せることで前記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の Ｘ線光学装置の調整方法。
11. 前記関数の二次微分係数を求め、前記二次微分係数がピークとなるときの前記Ｘ線源の 位置ｙ１２、ｙ２２をそれぞれ求める工程と、前記ｙ１２と前記ｙ２２の加算平均で求め られる２次微分平均位置に前記Ｘ線源を移動させる工程と、をさらに有することを特徴と する請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のＸ線光学装置の調整方法。
12. Ｘ線源と、隣接する一対により規定される間隙をＸ線通路とするように、間隔を空けて 配置された複数のＸ線反射基板を有するＸ線平行化光学素子と、を備えるＸ線光学装置の 調整方法であって、
    前記Ｘ線平行化光学素子に前記Ｘ線源からのＸ線が入射するときの視射角が臨界角を超 えるとともに、前記Ｘ線平行化光学素子を通過したＸ線の強度が前記Ｘ線源の位置に対し て極大をとる領域を挟む２つの領域を同定する工程と、
    前記Ｘ線の強度を前記Ｘ線源の位置の関数としたとき、前記２つの領域のそれぞれにお いて前記Ｘ線源の前記Ｘ線平行化光学素子に対する相対位置を変化させることにより前記関数の二次微分係数を求め、前記関数の二次微分係数がピークを呈するときの前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２２を同定する工程と、
    前記ｙ１２と前記ｙ２２の加算平均で求められる２次微分平均位置に前記Ｘ線源を移動させる工程と、を有することを特徴とするＸ線光学装置の調整方法。
13. 前記Ｘ線源は、ターゲットと前記ターゲットに向けて電子線を照射する電子源を有し、
    前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２２を同定する工程は、前記電子線を偏向させることで前 記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１２に記載のＸ線光学装置の調 整方法。
14. 前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２２を同定する工程は、前記Ｘ線源を移動させることで前 記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のＸ線光学 装置の調整方法。
15. 前記Ｘ線源の位置ｙ１２、ｙ２２を同定する工程は、前記Ｘ線平行化光学素子を移動さ せることで前記相対位置を変化させて行われることを特徴とする請求項１２又は１３に記 載のＸ線光学装置の調整方法。
16. 前記Ｘ線平行化光学素子の一端面をＸ線の入口、他端面をＸ線の出口としたときに、前 記出口の前記Ｘ線反射基板のピッチが、前記入口のピッチよりも大きいことを特徴とする 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のＸ線光学装置の調整方法。

Images