JP7440671B2 - 部品の検査のための後方散乱ｘ線 - Google Patents

Description

本開示は、概して、部品の非破壊検査に関し、特に、後方散乱Ｘ線装置、システム、及び方法を用いた部品の検査に関する。

非破壊検査、異物検出、非見通し試験（non-line-of-site examination）などの検査技術は、検査対象部品の破壊が望ましくない場合に用いられる。いくつかのＸ線検査技術においては、部品を透過する走査や試験が行われる。このようなＸ線検査技術は、国土安全保障、石油及びガスの採掘及び精製、パイプライン検査、運輸、自動車、航空宇宙、船舶、採掘、運送、並びに保管などの様々な用途に利用されている。

いくつかの検査技術においては、部品を片側からその反対側へ透過するＸ線の検出が利用される。また、後方散乱Ｘ線技術などの他の検査技術においては、部品から後方反射したＸ線（例えば、後方散乱Ｘ線）が検出され、このＸ線が、部品の画像形成や分析に用いられる。後方散乱Ｘ線のパターン及び強度は、部品の材料及び構成によって決まる。したがって、後方散乱Ｘ線のパターン及び強度を用いて画像を形成し、この画像に基づいて、部品の品質、特徴、及び、欠陥を特定することができる。

従来、後方散乱Ｘ線技術により生成される画像の質は、Ｘ線が検査対象部品に衝突する位置におけるＸ線のパワー密度（power density）と対応している。例えば、一般に、パ
ワー密度が高ければ、画質が良くなる。しかしながら、従来技術によれば、通常、部品に対するＸ線の衝突位置においてＸ線のパワー密度が増大すると、発熱、エネルギー消費、重量、及び、部品や運用にかかる費用などが増大して、悪影響が及ぶ可能性が高まる。

本願の要旨は、当該技術分野の現状に鑑みて開発されたものであり、具体的には、現在の技術ではまだ完全には解決されていない、従来の後方散乱Ｘ線装置の欠点に鑑みて開発されたものである。したがって、本願の要旨は、従来技術における上記欠点のうちの少なくともいくつかを克服する、ゾーンプレートを有する後方散乱装置、並びに、これに関連する装置、システム、及び方法を提供すべく開発されたものである。

本明細書には、部品の非破壊検査のための後方散乱Ｘ線装置が開示されている。前記装置は、Ｘ線エミッタと、ゾーンプレートと、を含む。前記Ｘ線エミッタは、Ｘ線シールドと、真空管と、陰極と、陽極と、を含む。前記Ｘ線シールドは、出射開口を有する。前記真空管は、前記Ｘ線シールド内に設けられている。前記陰極は、前記真空管内に封入されるとともに、電子線を生成するように選択的に動作可能である。前記陽極は、前記真空管内に封入されるとともに、前記陰極からの前記電子線を受けて前記電子線を硬Ｘ線ストリームに変換するように、前記陰極に対して相対配置されている。一実施形態において、Ｘ線ストリームは、当該ストリームにおけるＸ線のエネルギーレベルが５～１０ＫｅＶよりも大きい場合に、硬Ｘ線ストリームと定義される。他の実施形態においては、Ｘ線ストリームは、エネルギーレベルが５０ＫｅＶを超える場合に、硬Ｘ線ストリームと定義される。さらなる実施形態においては、Ｘ線ストリームは、当該ストリームのＸ線のエネルギーレベルが約６０ＫｅＶ～約８０ＫｅＶである場合に、硬Ｘ線ストリームと定義される。他の実施形態においては、硬Ｘ線ストリームは、８０ＫｅＶよりも大きいエネルギーレベルを有するＸ線を含む。前記陽極は、前記硬Ｘ線の少なくとも一部が前記出射開口を通過するように導くべく、前記出射開口に対して相対配置されている。前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線シールドの外部において、前記出射開口に対して相対配置されている。前記ゾー
ンプレートは、前記Ｘ線シールドの前記出射開口から前記硬Ｘ線ストリームの前記一部を受けるとともに、前記出射開口から受けた前記硬Ｘ線ストリームの一部を集束して集束硬Ｘ線ストリームを生成する。本項における上記要旨は、本開示の例１を特徴付けるものである。

前記ゾーンプレートは、複数のフレネルゾーンを含む。本項における上記要旨は、本開示の例２を特徴付けるものであり、例２は、上述した例１の要旨を包含する。

前記ゾーンプレートにおける前記複数のフレネルゾーンのうちの少なくとも１つは、前記ゾーンプレートの焦点距離に対応する少なくとも１つの半径を有する。本項における上記要旨は、本開示の例３を特徴付けるものであり、例３は、上述した例１又は２のいずれかの要旨を包含する。

前記ゾーンプレートは、少なくとも部分的に、カーボンナノチューブで作製されている。本項における上記要旨は、本開示の例４を特徴付けるものであり、例４は、上述した例１～３のいずれかの要旨を包含する。

前記ゾーンプレートは、少なくとも部分的に、鉛で作製されている。本項における上記要旨は、本開示の例５を特徴付けるものであり、例５は、上述した例１～４のいずれかの要旨を包含する。

前記ゾーンプレートは、表面メッキを含む。本項における上記要旨は、本開示の例６を特徴付けるものであり、例６は、上述した例１～５のいずれかの要旨を包含する。

前記表面メッキは金である。本項における上記要旨は、本開示の例７を特徴付けるものであり、例７は、上述した例１～６のいずれかの要旨を包含する。

前記硬Ｘ線ストリームは、約６０ＫｅＶ～約８０ＫｅＶのエネルギーレベルを有する。本項における上記要旨は、本開示の例８を特徴付けるものであり、例８は、上述した例１～７のいずれかの要旨を包含する。また、本明細書には、部品の非破壊検査のための後方散乱Ｘ線システムが開示されている。前記システムは、ベースと、Ｘ線エミッタと、検査フィルタと、ゾーンプレートと、を含む。前記Ｘ線エミッタは、前記ベースに接続されている。前記検査フィルタは、前記ベースに移動可能に接続されており、前記Ｘ線エミッタから硬Ｘ線を受けるとともに、前記検査フィルタにおけるフィルタ開口を介して、前記硬Ｘ線の少なくとも一部を、前記部品における選択位置に向けるように選択的に動作可能である。前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線エミッタと前記検査フィルタとの間に介在している。前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線エミッタから前記硬Ｘ線を受けて、前記Ｘ線エミッタから受けた前記硬Ｘ線のビームパターンを変更する。本項における上記要旨は、本開示の例９を特徴付けるものである。前記システムは、検出器をさらに含み、当該検出器は、前記ベースに接続されるとともに、前記部品から後方散乱した硬Ｘ線を検出するように選択的に動作可能である。本項における上記要旨は、本開示の例１０を特徴付けるものであり、例１０は、上述した例９の要旨を包含する。

前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線エミッタから受ける前記硬Ｘ線の前記ビームパターンをさらに変更するために、前記Ｘ線エミッタに対して移動可能である。本項における上記要旨は、本開示の例１１を特徴付けるものであり、例１１は、上述した例９又は１０のいずれかの要旨を包含する。

前記Ｘ線エミッタ及び前記ゾーンプレートは、前記ベースに対して出射方向を変更するために、前記ベースに対して調節可能である。本項における上記要旨は、本開示の例１２
を特徴付けるものであり、例１２は、上述した例９～１１のいずれかの要旨を包含する。

前記ベースは、前記部品に対して前記ベースを移動させるように動作する移動システムを含む。本項における上記要旨は、本開示の例１３を特徴付けるものであり、例１３は、上述した例９～１２のいずれかの要旨を包含する。

前記移動システムは、ホイール、トレッド、スキッド、軌道、ローラー、ケーブル、プーリー、モーター、スライド、及びベアリングからなるグループのうちの少なくとも１つを含む。本項における上記要旨は、本開示の例１４を特徴付けるものであり、例１４は、上述した例９～１３のいずれかの要旨を包含する。

前記システムは、前記Ｘ線エミッタ又は前記検査フィルタに対する前記ゾーンプレートの位置を制御する制御ユニットをさらに含む。本項における上記要旨は、本開示の例１５を特徴付けるものであり、例１５は、上述した例９～１４のいずれかの要旨を包含する。

前記検査フィルタは、複数の開口を有する回転可能リングを含む。前記複数の開口のうちの少なくとも１つは、前記複数の開口のうちの他の１つとは異なる。本項における上記要旨は、本開示の例１６を特徴付けるものであり、例１６は、上述した例９～１５のいずれかの要旨を包含する。

また、本明細書には、後方散乱Ｘ線により部品の非破壊検査を行う方法が開示されている。前記方法は、ゾーンプレートにおいて、Ｘ線エミッタからの硬Ｘ線を受けることを含む。前記方法は、前記ゾーンプレートを用いて、前記硬Ｘ線を集束して集束硬Ｘ線を生成することを、さらに含む。前記方法は、前記ゾーンプレートを用いて、前記集束硬Ｘ線の少なくとも一部が、検査フィルタの第１フィルタ開口を通過して前記部品の第１部分に当たるように導くことを、さらに含む。本項における上記要旨は、本開示の例１７を特徴付けるものである。

前記方法は、前記ゾーンプレートに対して前記検査フィルタの配向を調節して、前記集束硬Ｘ線が、前記検査フィルタの第２フィルタ開口を通過して、前記部品の第２部分に当たるように導くことを、さらに含む。前記第２フィルタ開口は前記第１フィルタ開口とは異なる。本項における上記要旨は、本開示の例１８を特徴付けるものであり、例１８は、上述した例１７の要旨を包含する。

前記硬Ｘ線を集束するに際しては、前記硬Ｘ線を約３０％～約４０％集束する。本項における上記要旨は、本開示の例１９を特徴付けるものであり、例１９は、上述した例１７又は１８のいずれかの要旨を包含する。

前記第１フィルタ開口を通過するように導かれる前記集束硬Ｘ線の前記一部は、前記Ｘ線エミッタからの前記硬Ｘ線の約６０％～約７０％を構成している。本項における上記要旨は、本開示の例２０を特徴付けるものであり、例２０は、上述した例１７～１９のいずれかの要旨を包含する。

本開示の要旨について記載した特徴、構造、利点、及び／又は特徴は、１つ又は複数の実施形態及び／又は実施態様において、任意の適切な形で組み合わせることができる。下記の説明では、本開示の要旨の実施形態が十分に理解されるように、多くの具体的な詳細事項を提示している。当業者であればわかるように、本開示の要旨は、特定の実施形態又は実施態様の具体的な特徴、細部、部材、材料、及び／又は方法のうちの１つ又は複数が無くても、実施されうる。場合によっては、特定の実施形態及び／又は実施態様において追加の特徴及び効果が認識されることがあるが、そのような特徴や効果は、全ての実施形
態又は実施態様に存在するとは限らない。また、場合によっては、本開示の要旨の側面を不明瞭にするのを避けるため、周知の構造、材料、又は動作については、詳細に図示又は説明していない。本開示の要旨の特徴及び効果は、下記の説明及び添付の特許請求の範囲から、より明らかになるであろう。或いは、以下に記載の要旨を実施することによって分かるであろう。

要旨の利点が容易に理解されるように、添付図面に図示した特定の実施形態に言及して、簡潔に上述した要旨をより詳細に説明する。なお、これらの図面は、要旨の典型的な実施形態のみを図示したものであり、要旨の範囲を限定するものではない。これを前提とした上で、図面を使用して要旨をさらに具体的かつ詳細に説明する。

本開示の１つ又は複数の実施形態による、後方散乱Ｘ線装置を示す概略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図１Ａの後方散乱Ｘ線装置のＸ線エミッタを示す概略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、後方散乱Ｘ線装置を示す概略的な側方断面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図２Ａの後方散乱Ｘ線装置のＸ線エミッタを示す概略的な側方断面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、図２Ａの後方散乱Ｘ線装置を示す概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、後方散乱Ｘ線システムを示す概略側面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、斜視及び断面視におけるゾーンプレートを示す図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、ゾーンプレートの走査型電子顕微鏡写真を示す。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、後方散乱Ｘ線による部品の非破壊検査の方法を示す概略的なフロー図である。

本明細書全体において、「一実施形態」、「実施形態」、又はこれに類する用語を用いた場合、その実施形態に関連付けて説明したある特定の特徴、構造、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書全体において、「一実施形態において」、「実施形態において」、又はこれに類する用語を用いた場合、必ずしもそうとは限らないが、全て同じ実施形態について言及していることもありうる。同様に、「実施態様（implementation）」という用語を用いた場合、この用語は、本開示の１つ又は複数の実施形態に関連付けて説明した特定の特徴、構造、又は特性を有する実施態様を意味する。ただし、他の相互関係が明示されていない限り、実施態様は、１つ又は複数の実施形態に関連付けることができる。

図１Ａを参照すると、後方散乱Ｘ線装置１０が示されている。後方散乱Ｘ線装置１０は、入射Ｘ線１４を生成するＸ線エミッタ１２と、透過Ｘ線２０を生成するための複数のフィルタ開口１８を有する検査フィルタ１６と、ベース２２とを含む。

Ｘ線エミッタ１２は、ベース２２に接続されている。Ｘ線エミッタ１２は、入射Ｘ線１４を生成し、当該入射Ｘ線１４を、検査フィルタ１６におけるフィルタ開口１８の近傍に投射する。入射Ｘ線１４の一部（すなわち、透過Ｘ線２０）のみが、フィルタ開口１８を通過する。その後、透過Ｘ線２０は、部品又は他の対象物を検査するのに用いられる。図
示された実施形態に示すように、透過Ｘ線２０は、Ｘ線エミッタ１２により生成される入射Ｘ線１４のごく一部である。したがって、部品に衝突して当該部品の検査に利用されるＸ線のパワー密度である、透過Ｘ線２０のパワー密度は、入射Ｘ線１４のパワー密度よりも小さい。したがって、場合によっては、Ｘ線エミッタ１２によって生成された入射Ｘ線１４の大部分は、検査フィルタ１６において消失する。場合によっては、Ｘ線エミッタ１２は、パワー密度の損失を補うために、当該部品に必要なパワー密度よりもはるかに高いパワー密度を有する入射Ｘ線１４を生成するが、結果として、効率を低減させる一因となる。

図１Ｂは、図１Ａの後方散乱Ｘ線装置１０のＸ線エミッタ１２を示す。Ｘ線エミッタ１２は、Ｘ線シールド２４を含む。さらに、Ｘ線シールド２４は、出射開口２６を含む。Ｘ線シールド２４は、出射開口２６を除いた部分で、真空管２８を囲んでいる。真空管２８は、陰極３０及び陽極３２を密封している。陰極３０及び陽極３２は、リード４０を介して電圧供給源に接続されている。陰極３０は、フィラメントフィード線４２にさらに接続され、陽極３２で受けられる電子線を生成するように選択的に動作可能である。陽極３２は、陰極３０から電子線を受けて、硬Ｘ線ストリームを生成する。硬Ｘ線ストリームは、Ｘ線シールド２４の出射開口２６へ導かれる。陽極３２からの硬Ｘ線ストリームの一部は、出射開口２６を通過するが、硬Ｘ線ストリームの他の部分は、Ｘ線シールド２４によって遮断される。硬Ｘ線ストリームのうち出射開口２６を通過する部分は、入射Ｘ線１４である。

図示例においては、Ｘ線エミッタ１２の陽極３２は、回転陽極である。しかしながら、他の例においては、Ｘ線エミッタ１２の陽極３２は、回転しない。陽極３２は、回転子３４に接続されたタングステン陽極であってもよい。回転子３４は、回転子サポート３６により支持されている。回転子３４は、当該回転子と回転子サポート３６との間の相対回転を容易にするベアリング又は他の構造体を用いて、回転子サポート３６に接続可能である。回転子３４は、モーター３８により駆動される。モーター３８に電気信号を印加することにより生成される磁界が、回転子３４に力を加えて、回転子３４及び陽極３２を回転させる。

例示的な実施形態においては、その後、関連する図１Ａに示すように、入射Ｘ線１４が、検査フィルタ１６に到達する。入射Ｘ線１４は、比較的発散性を有しており、フィルタ開口１８は、比較的小さい寸法を有しているため、検査フィルタ１６に到達する入射Ｘ線１４の一部のみがフィルタ開口１８を通過する。すなわち、フィルタ開口１８を通過する入射Ｘ線１４の一部（すなわち、透過Ｘ線２０）は、入射Ｘ線１４と比較すると小さく、出射開口２６から出射する前に陽極３２により生成されるＸ線と比較すると、さらに小さい。

図２Ａは、後方散乱Ｘ線装置１００の概略的な断面図である。後方散乱Ｘ線装置１００は、図１Ａに示す後方散乱Ｘ線装置１０と類似した要素を有しており、類似した要素については同様の参照符号を用いて示している。しかしながら、図２Ａに示す後方散乱Ｘ線装置１００は、図１Ａに示す後方散乱Ｘ線装置１０と比較していくつかの有利な点を有する。例えば、後方散乱Ｘ線装置１００は、Ｘ線エミッタ１２と検査フィルタ１６のフィルタ開口１８との間に介在するゾーンプレート１０２を含む。概して、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２から入射Ｘ線１４を受けて、入射Ｘ線１４を集束させることにより、集束Ｘ線１０４を形成する。集束Ｘ線１０４は、ゾーンプレート１０２により、検査フィルタ１６のフィルタ開口１８へ導かれる。集束Ｘ線１０４の一部は、フィルタ開口１８を通過して、透過Ｘ線２０を形成する。入射Ｘ線１４が検査フィルタ１６のフィルタ開口１８を通過する前に、まず、当該放射を集束させて集束Ｘ線１０４を形成することにより、より多い量又は高密度のＸ線、つまり、より高いパワー密度を有するＸ線がフィルタ開
口１８を通過して、検査対象の部品に衝突する。入射Ｘ線１４のうち透過Ｘ線２０に変換される部分は、後方散乱Ｘ線装置１０と比較して、ゾーンプレート１０２を有する後方散乱Ｘ線装置１００を用いた場合のほうが大きい。

したがって、同じパワー密度の透過Ｘ線２０を実現するために、後方散乱Ｘ線装置１００は、後方散乱Ｘ線装置１０よりも低いエネルギー密度で入射Ｘ線１４を生成することができるので、いくつかの利点を得ることができる。例えば、後方散乱Ｘ線装置１００は、後方散乱Ｘ線装置１０と比較して、Ｘ線撮像領域の拡大、視野の拡大、検査角度の拡大、画像解像度の向上、画像鮮鋭度の向上、横断走査の必要な回数の低減、動的及び瞬間的視野、画像歪みの低減、画像の隅におけるピンクッション歪み（pin-cushion effect）の低減、必要な電源供給の低減、冷却要件の緩和、システム重量の低減、システム寸法の低減、携帯性の向上、試験場所を広範囲化する可能性の向上、及び、部品の長寿命化、のうちの１つ又は複数を実現することができる。

本明細書において、集束Ｘ線１０４は、ゾーンプレート１０２により、集束Ｘ線１０４のＸ線における少なくとも一部が、Ｘ線エミッタ１２からの入射Ｘ線１４のＸ線よりも低い発散性を有するように変更されている、任意のＸ線又はストリームを含みうる。集束Ｘ線１０４は、ゾーンプレート１０２により、集束Ｘ線１０４のＸ線の一部が、発散モードから集束モードに変更されている、任意のＸ線ストリームをさらに含みうる。ゾーンプレート１０２は、さらに、受けたＸ線を発散モードから平行モードに変更することができる。いくつかの例において、ゾーンプレート１０２は、少なくとも部分的に集束しているモードの入射Ｘ線１４を受けて、このＸ線をさらに集束させてもよい。これに代えて、ゾーンプレート１０２は、発散モードの入射Ｘ線１４を受けて、入射Ｘ線１４を集束させることにより、発散性を低減してもよい。

いくつかの例においては、ゾーンプレート１０２は、受けたＸ線を約２０％と約４０％との間で集束させる。より具体的には、ゾーンプレート１０２は、約３０％の集束を行うことができる。ゾーンプレート１０２の他の実施形態においては、集束度が、上記例よりも高くてもよいし、低くてもよい。いくつかの実施形態において、ゾーンプレート１０２は、約６０％から約７０％の入射Ｘ線１４が、集束Ｘ線１０４としてフィルタ開口１８を通過するのに十分な集束率で、当該入射Ｘ線１４を集束させる。

いくつかの実施態様においては、ゾーンプレート１０２は、全体的又は部分的に鉛で作製されてもよい。いくつかの実施形態においては、鉛の密度により、入射Ｘ線１４に対するゾーンプレート１０２の効果を高めることができる。いくつかの実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、カーボンナノチューブを含みうる。カーボンナノチューブは、軽量化、熱伝導及び熱冷却、並びに強度において利点を有する。さらに、ゾーンプレート１０２には、表面処理が施されていてもよい。表面処理は、めっき処理、ドーピング処理、硬化処理、コーティング処理、又は、他の化学的、機械的、若しくは熱的な処理を含みうる。

ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２から一部又は全ての入射Ｘ線１４を受けるように配置されてもよい。例示的な実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、水平配向で示されている。しかしながら、ゾーンプレート１０２は、水平位置からゼロ又は非ゼロの配向（a zero or non-zero orientation）で配向されてもよい。いくつかの実施形態において、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２に対して、フィルタ開口１８に対して、ベース２２に対して、又は、後方散乱Ｘ線装置１００上若しくは当該装置の外部における他の物理的若しくは構造上の基準点に対して、ゼロ又は非ゼロの角度で配向されてもよい。いくつかの実施形態においては、ゾーンプレート１０２の位置及び配向は、調節可能である。ゾーンプレート１０２の調節は、当該ゾーンプレート１０２に接続される
フレーム又は他の取り付け構造体（図示略）により容易に行うことができる。他の実施形態においては、伝導、対流、又は放射によってゾーンプレート１０２を冷却するために、ゾーンプレート１０２が冷却システムに接続される。

例示的な実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２の外側に設けられるが、他の実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２の一部として、当該Ｘ線エミッタ１２に組み込まれる。代替の実施形態においては、複数のゾーンプレート１０２が検査フィルタ１６に接続されており、当該ゾーンプレート１０２が個々に各フィルタ開口１８に対応しているか、或いは、これらのゾーンプレートの各々が、検査フィルタ１６の複数のフィルタ開口１８に対応している。

図２Ｂを参照すると、図２Ａのゾーンプレート１０２が、図１ＢのＸ線エミッタ１２と比較して示されている。例示的な実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２の出射開口２６に対して相対的に配置される。この配置において、ゾーンプレート１０２は、出射開口２６を通過する入射Ｘ線１４の少なくとも一部を受ける。いくつかの実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、出射開口２６と同軸上、或いは、これ以外の角度に配向されている。代替の実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、フィルタ開口１８と同軸である。例示的な実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２と検査フィルタ１６との間に設けられている。いくつかの実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２に近接して、或いは検査フィルタ１６に近接して設けられている。他の実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、Ｘ線エミッタ１２及び検査フィルタ１６から等距離に設けられている。いくつかの実施態様においては、ゾーンプレート１０２の位置は、Ｘ線エミッタ１２及び検査フィルタ１６のうちの少なくとも一方に対して調節可能である。いくつかの実施形態においては、検査フィルタ１６が、Ｘ線エミッタ１２に対して並進又は回転する際、ゾーンプレート１０２は、集束Ｘ線１０４をフィルタ開口１８に向けるために回転する。

図２Ｃは、図２Ａに示す後方散乱Ｘ線装置１００を示す概略側面図である。例示的な実施形態は、ベース２２に接続された検出器１０６を含む。検出器１０６は、検査中、部品から、後方散乱Ｘ線を受けるように配置されている。同図には、２つの検出器１０６が示されている。いくつかの代替の実施形態においては、後方散乱Ｘ線装置１００は、２つよりも少ない数又は多い数の検出器１０６を含む。例えば、後方散乱Ｘ線装置１００は、１つの検出器１０６を含んでもよく、当該検出器は、部品に対するＸ線の衝突位置に近接するように、検査フィルタ１６の外縁部の前方に配置されていてもよい。これに代えて、後方散乱Ｘ線装置１００は、３つ以上の検出器１０６を含んでもよく、これらの検出器が、付加的な後方散乱Ｘ線を収集し、より詳細で鮮明な部品の画像を生成するようにしてもよい。例示的な実施形態においては、検出器１０６は、Ｘ線エミッタ１２、ゾーンプレート１０２、検査フィルタ１６、及び／又は、フィルタ開口１８から反射又は屈折するＸ線から遮蔽されている。一実施形態においては、検出器１０６は、固定配置されているが、他の実施形態においては、後方散乱Ｘ線の検出性能を向上させること、非後方散乱Ｘ線からの画像ノイズを低減させること、或いは、検査条件に対応することを目的として、検出器１０６をベース２２に対して調節することが可能である。追加の実施形態においては、検出器１０６の最適位置を決定した後、検出器１０６をベース２２に対して固定してもよい。

図示の実施態様においては、Ｘ線エミッタ１２と検査フィルタ１６の内面との間にゾーンプレート１０２が配置されている。検査フィルタ１６が、Ｘ線エミッタ１２の周りを回転している間、ゾーンプレート１０２は同じ位置に維持される。検査フィルタ１６の位置は、当該検査フィルタ１６に接続されたモーター１０８により制御される。上述したように、いくつかの実施形態は、検査フィルタ１６の内面に沿った複数の異なる位置において
、検査フィルタ１６に接続された複数のゾーンプレート１０２を含む。複数のゾーンプレート１０２の各々の配置は、フィルタ開口１８のうちの１つ又は複数の位置に対応している。

図示の実施形態においては、フィルタ開口１８は、検査フィルタ１６の外周に沿って一定間隔で設けられており、各フィルタ開口１８は、検査フィルタ１６の縁から異なる距離に配置されている。いくつかの実施形態においては、フィルタ開口１８は均一であるが、他の実施形態においては、フィルタ開口１８は、位置、空間周波数、サイズ、形状、ジオメトリ（geometry）、材料（或いは、その欠如）、又は、他の特性によって変化する。いくつかの実施態様においては、ゾーンプレート１０２は、当該ゾーンプレート１０２からの集束Ｘ線を受容するように配置されたフィルタ開口１８の特徴に基づいて、配置される。他の実施態様においては、ゾーンプレート１０２は固定されており、それでもフィルタ開口１８の各々に対して十分な集束Ｘ線を生成可能に構成されている。

図３は、後方散乱Ｘ線システム１０９を示す概略図である。図示の実施態様においては、後方散乱Ｘ線システム１０９は、部品１１０を検査するために配置されている。具体的には、Ｘ線エミッタ１２が、ゾーンプレート１０２によって受けられる入射Ｘ線１４を生成する。ゾーンプレート１０２は、入射Ｘ線１４のビームパターンを変更して、集束Ｘ線１０４を生成する。集束Ｘ線１０４は、フィルタ開口１８の位置付近で検査フィルタ１６に入射する。フィルタ開口１８は、集束Ｘ線１０４をフィルタリングして、集束Ｘ線１０４の一部を通過させる。いくつかの実施形態においては、透過Ｘ線２０は、検査を容易にするために、部品１１０において、フィルタ開口１８により付与された特定のパターン又は特徴を有する。フィルタ開口１８を通過した透過Ｘ線２０は、部品１１０に到達し、Ｘ線の一部が、検出器１０６に向かって後方散乱する。後方散乱Ｘ線１１２の一部は、検出器１０６により検出される。検出された後方散乱Ｘ線１１２に対応する信号が、検出器１０６から制御システム１１４に対して送信される。いくつかの実施態様においては、検査フィルタ１６を回転させることにより、部品１１０の異なる部分がＸ線を受けて当該Ｘ線を後方散乱させるようにしてもよい。検出器１０６においてさらなる信号が生成され、制御システム１１４に送信される。

いくつかの実施形態においては、制御システム１１４は、信号を解釈して、画像又は他の検査結果を生成する。いくつかの実施形態においては、制御システム１１４は、さらに、Ｘ線エミッタ１２によるＸ線の生成、検査フィルタ１６の移動、部品１１０に対するベース２２の移動、又は、ゾーンプレート１０２の移動を制御したり、冷却システム又は電源を制御したり、センサや他の装置を介してシステム又は個々のコンポーネントの状態を監視したりするために、信号を供給する。制御システム１１４は、後方散乱Ｘ線システム１０９に対する接続１１６を含む。接続１１６は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。図示の実施態様においては、制御システム１１４は、後方散乱Ｘ線システム１０９とは別に設けられている。これに代えて、制御システム１１４は、ベース２２に接続されてもよいし、後方散乱Ｘ線システム１０９に組み込まれてもよい。

図４は、斜視及び断面視におけるゾーンプレート１０２を示す図である。例示的な実施形態においては、ゾーンプレート１０２は、焦点距離ｆを有する。システムに対して特定の焦点距離ｆ（ゾーンプレート１０２から図３に示すフィルタ開口１８又は部品１１０までの距離）が与えられると、ゾーンプレート１０２の半径特性を特定することができる。いくつかの実施形態においては、ゾーンプレート１０２には、表面処理１１９が施されている。表面処理１１９は、めっき処理、ドーピング処理、硬化処理、コーティング処理、又は、他の化学的、機械的、若しくは熱的な処理を含みうる。一例においては、表面処理１１９は、金メッキ処理を含む。

同様に、フレネルゾーンプレート１０２の場合、当該フレネルゾーンプレート１０２における複数のフレネルゾーン１２０の半径及び対応する間隔を特定することができる。いくつかの実施態様においては、焦点距離ｆは、複数のフレネルゾーン１２０の各々の焦点Ｆに対応している。他の実施態様においては、フレネルゾーン１２０は、部品内の様々な深さでの検査を容易にするために、異なる焦点距離ｆ又は焦点Ｆを有するように構成されてもよい。

図５は、ゾーンプレート１０２の走査型電子顕微鏡写真２００を示す。顕微鏡写真２００は、複数のフレネルゾーン１２０を示す。顕微鏡写真２００は、ゾーンプレート１０２の最も外側における２５ｎｍの部分を示している。この例においては、ゾーンプレート１０２は、６３ｍｍの直径を有し、フレネルゾーン１２０の数は６２８であり、鉛に金メッキ処理が施されてなる。他の例においては、ゾーンプレート１０２は、より少ない数又はより多い数のフレネルゾーンを有していてもよいし、より大きい直径又はより小さい直径を有していてもよい。また、当該ゾーンプレートに対して、他のメッキ材料又は表面処理を適用してもよいし、いずれのメッキ材料も表面処理も適用しなくてもよい。

図６を参照すると、後方散乱Ｘ線による部品の非破壊検査の方法３００が示されている。方法３００は、３０２において、ゾーンプレートにおいてＸ線エミッタからの硬Ｘ線を受けることを含む。これに加えて、方法３００は、３０４において、ゾーンプレートを用いて硬Ｘ線を集束することにより、集束硬Ｘ線を生成することを含む。方法３００は、さらに、３０６において、ゾーンプレートを用いて、集束硬Ｘ線の少なくとも一部が、検査フィルタの第１フィルタ開口を通って部品の第１部分に当たるように導くことを含む。

上記説明において、「上」、「下」、「上側」、「下側」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上方」「下方」などの用語が用いられている場合がある。これらの用語は、相対的な関係を示すに際して、説明をある程度明確にするために、適所において用いられている。ただし、これらの用語は、絶対的な関係、位置、及び／又は配向を示すものではない。例えば、ある物体に関して「上側」の面は、その物体を反転させることにより「下側」の面になりうる。その場合も、物体自体は同じである。さらに、「含む」、「備える」、「有する」及びこれらの変形の用語は、別段の明確な記載が無い限り、「含むがこれに限定されない」ことを意味する。列挙した要素は、別段の明確な記載が無い限り、要素のいずれか又は全てが、相互に排他的及び／又は相互に包括的であることを意味するものではない。「a」、「an」、及び「the」という用語も、別段の明確な記載が無い限り「１つ又は複数」を意味する。さらに、「複数の」という用語は、「少なくとも２つ」と定義することができる。

加えて、本明細書において、１つの要素が別の要素に「接続されている（coupled）」
と記載した場合、直接的な接続も、間接的な接続も含みうる。直接的な接続は、１つの要素が別の要素に接続されて、なんらかの接触状態にあると定義することができる。間接的な接続は、２つの要素間の接続であって、互いに直接には接触しておらず、接続された要素間に１つ又は複数の追加の要素を有する接続であると定義することができる。また、本明細書において、１つの要素を別の要素に固定すると記載した場合、直接的な固定と間接的な固定とを含みうる。また、本明細書において、「隣接する」と記載した場合、必ずしも接触を意味するものではない。例えば、ある要素は、別の要素に接触することなく、その要素に隣接している場合がある。

本明細書において、「少なくとも１つの」という語句が列挙した要素について用いられるときは、列挙された要素の１つ又は複数を様々な組み合わせで使用する場合もあれば、列挙された要素の１つだけを必要とする場合もあることを意味する。要素とは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。すなわち、「少なくとも１つの」は、列挙
された要素のうちの任意の数の要素を任意の組み合わせで使用してもよいが、列挙された全ての要素を必要とするとは限らないことを意味する。例えば、「要素Ａと、要素Ｂと、要素Ｃと、のうちの少なくとも１つ」は、要素Ａ；要素Ａと要素Ｂ；要素Ｂ；要素Ａと要素Ｂと要素Ｃ；又は、要素Ｂと要素Ｃ、を意味する場合がある。場合によっては、「要素Ａと、要素Ｂと、要素Ｃと、のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、２個の要素Ａと、１個の要素Ｂと、１０個の要素Ｃ；４個の要素Ｂと７個の要素Ｃ；又は、他の適切な組み合わせであってもよい。

特に明記しない限り、本明細書に用いた「第１」、「第２」等の語句は、単に標識として用いられており、これらの用語が言及する要素に対し、順序、位置、又は階層に関する要件を課すものではない。さらに、例えば「第２の」要素について言及することによって、例えば、「第１の」要素やより小さい序数の要素、及び／又は「第３の」要素やより大きい序数の要素の存在を要件とするものでも、排除するものでもない。

本明細書において、特定の機能を実行するように「構成された（configured to）」シ
ステム、装置、構造、物品（article）、要素、部材、又はハードウェアは、一切の変更
を要することなくその特定の機能を実行できるものを指し、何らかの変更を施せばその特定の機能を実行する可能性のあるものを指すのではない。言い換えれば、特定の機能を実行するように「構成された」システム、装置、構造、物品、要素、部材、又はハードウェアは、その特定の機能を実行することを目的として、具体的に、選択、作製、実施、利用、プログラム化、及び／又は設計されたものを指す。本明細書において用いる、「構成された」との記載は、システム、装置、構造、物品、要素、部材、又はハードウェアが既に備えている特性に言及するものであり、この特性により、当該システム、装置、構造、物品、要素、部品、又はハードウェアは、一切の変更を要することなくその特定の機能を実行することができる。本開示において、特定の機能を実行するように「構成された」システム、装置、構造、物品、要素、部材、又はハードウェアは、この記載に加えて、あるいは、この記載に代えて、当該機能を行うように「適合化された（adapted to）」、及び／又は「動作可能な（operative to）」ものとして記載される場合もある。

さらに、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。

付記１．部品の非破壊検査のための後方散乱Ｘ線装置であって、
Ｘ線エミッタと、ゾーンプレートと、を含み、前記Ｘ線エミッタは、
出射開口を有するＸ線シールドと、
前記Ｘ線シールド内の真空管と、
前記真空管内に封入されるとともに、電子線を生成するように選択的に動作可能な陰極と、
前記真空管内に封入されるとともに、前記陰極からの前記電子線を受けて前記電子線を硬Ｘ線に変換するように、前記陰極に対して相対配置され、且つ、前記硬Ｘ線の少なくとも一部が前記出射開口を通過するように導くべく、前記出射開口に対して相対配置された陽極と、を含み、
前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線シールドの前記出射開口から前記硬Ｘ線の前記一部を受けるとともに、前記出射開口から受けた前記硬Ｘ線の前記一部を集束して集束硬Ｘ線を生成するように、前記Ｘ線シールドの外部において、前記出射開口に対して相対配置されている、後方散乱Ｘ線装置。

付記２．前記ゾーンプレートは、複数のフレネルゾーンを含む、付記１に記載の装置。

付記３．前記ゾーンプレートにおける前記複数のフレネルゾーンのうちの少なくとも１つは、前記ゾーンプレートの焦点距離に対応する少なくとも１つの半径を有する、付記２
に記載の装置。

付記４．前記ゾーンプレートは、少なくとも部分的に、カーボンナノチューブで作製されている、付記１に記載の装置。

付記５．前記ゾーンプレートは、少なくとも部分的に、鉛で作製されている、付記１に記載の装置。

付記６．前記ゾーンプレートには、表面処理が施されている、付記１に記載の装置。

付記７．前記表面処理は、金メッキである、付記６に記載の装置。

付記８．前記硬Ｘ線ストリームは、約６０ＫｅＶ～約８０ＫｅＶのエネルギーレベルを有する、付記１に記載の装置。

付記９．部品の非破壊検査のための後方散乱Ｘ線システムであって、
ベースと、
前記ベースに接続されたＸ線エミッタと、
前記ベースに移動可能に接続された検査フィルタであって、前記Ｘ線エミッタから硬Ｘ線を受けるとともに、前記検査フィルタにおけるフィルタ開口を介して、前記硬Ｘ線の少なくとも一部を前記部品における選択位置に向けるように選択的に動作可能な検査フィルタと、
前記Ｘ線エミッタと前記検査フィルタとの間に介在するとともに、前記Ｘ線エミッタから前記硬Ｘ線を受けて、前記Ｘ線エミッタから受けた前記硬Ｘ線のビームパターンを変更するゾーンプレートと、を含む後方散乱Ｘ線システム。

付記１０．前記ベースに接続されるとともに、前記部品から後方散乱した硬Ｘ線を検出するように選択的に動作可能な検出器をさらに含む、付記９に記載のシステム。

付記１１．前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線エミッタから受ける前記硬Ｘ線の前記ビームパターンをさらに変更するために、前記Ｘ線エミッタに対して移動可能である、付記９に記載のシステム。

付記１２．前記Ｘ線エミッタ及び前記ゾーンプレートは、前記ベースに対して出射方向を変更するために、前記ベースに対して調節可能である、付記９に記載のシステム。

付記１３．前記ベースは、前記部品に対して前記ベースを移動させるように動作する移動システムを含む、付記９に記載のシステム。

付記１４．前記移動システムは、ホイール、トレッド、スキッド、軌道、ローラー、ケーブル、プーリー、マグネット、モーター、スライド、及びベアリングからなるグループのうちの少なくとも１つを含む、付記１３に記載のシステム。

付記１５．前記Ｘ線エミッタ又は前記検査フィルタに対する前記ゾーンプレートの位置を制御する制御ユニットをさらに含む、付記９に記載のシステム。

付記１６．前記検査フィルタは、複数の開口を有する回転可能リングを含み、前記複数の開口のうちの少なくとも１つは、前記複数の開口のうちの他の１つとは異なる、付記９に記載のシステム。

付記１７．後方散乱Ｘ線により部品の非破壊検査を行う方法であって、
ゾーンプレートにおいて、Ｘ線エミッタからの硬Ｘ線を受けることと、
前記ゾーンプレートを用いて、前記硬Ｘ線を集束して、集束硬Ｘ線を生成することと、
前記ゾーンプレートを用いて、前記集束硬Ｘ線の少なくとも一部が、検査フィルタの第１フィルタ開口を通過して前記部品の第１部分に当たるように導くことと、を含む、方法。

付記１８．前記ゾーンプレートに対して前記検査フィルタの配向を調節して、前記集束硬Ｘ線が、前記検査フィルタの第２フィルタ開口を通過して、前記部品の第２部分に当たるように導くことをさらに含み、前記第２フィルタ開口は前記第１フィルタ開口とは異なる、付記１７に記載の方法。

付記１９．前記硬Ｘ線を集束するに際して、前記硬Ｘ線を約３０％～約４０％集束する、付記１７に記載の方法。

付記２０．前記第１フィルタ開口を通過するように導かれる前記集束硬Ｘ線の前記一部は、前記Ｘ線エミッタからの前記硬Ｘ線の約６０％～約７０％を構成する、付記１７に記載の方法。

本主題は、その思想又は本質的な特徴から逸脱することなく、別の具体的な形態で実施可能である。説明した実施形態は、あらゆる点において単なる例示であり、限定的なものではないと考えるべきである。特許請求の範囲の意味及び均等物の範囲内に入るすべての変形は、その範囲内に包含されるべきである。

Claims (7)

1. 部品の非破壊検査のための後方散乱Ｘ線装置であって、
   Ｘ線エミッタと、ゾーンプレートと、検査フィルタと、を含み、前記Ｘ線エミッタは、
   出射開口を有するＸ線シールドと、
   前記Ｘ線シールド内の真空管と、
   前記真空管内に封入されるとともに、電子線を生成するように動作可能な陰極と、
   前記真空管内に封入されるとともに、前記陰極からの前記電子線を受けて前記電子線を硬Ｘ線に変換するように、前記陰極に対して相対配置され、且つ、前記硬Ｘ線の少なくとも一部が前記出射開口を通過するように導くべく、前記出射開口に対して相対配置された陽極と、を含み、
   前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線シールドの前記出射開口から前記硬Ｘ線の前記一部を受けるとともに、前記出射開口から受けた前記硬Ｘ線の前記一部を集束して集束硬Ｘ線を生成するように、前記Ｘ線シールドの外部において前記出射開口に対して相対配置されており、
   前記検査フィルタは、前記Ｘ線エミッタ及び前記ゾーンプレートを囲んでいるとともに、当該検査フィルタの外周に沿って配置された複数のフィルタ開口を有しており、かつ各フィルタ開口は前記検査フィルタの両側面の間において、両側面のそれぞれの縁から異なる距離に配置されており、
   前記検査フィルタは前記Ｘ線エミッタの周りを回転可能であり、
   前記ゾーンプレートは、前記検査フィルタの両側面を越えて延びる寸法に設定されている、後方散乱Ｘ線装置。
2. 前記ゾーンプレートは、複数のフレネルゾーンを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記ゾーンプレートにおける前記複数のフレネルゾーンのうちの少なくとも１つは、前記ゾーンプレートの焦点距離（ｆ）に対応する少なくとも１つの半径を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記ゾーンプレートには、表面処理が施されている、請求項１～３のいずれかに記載の装置。
5. 前記硬Ｘ線は、約６０ＫｅＶ～約８０ＫｅＶのエネルギーレベルを有する、請求項１～４のいずれかに記載の装置。
6. 前記Ｘ線エミッタが接続されたベースをさらに含み、
   前記検査フィルタは、前記ベースに回転可能に接続されて、前記Ｘ線エミッタから前記硬Ｘ線を受けるとともに、前記検査フィルタにおけるフィルタ開口のうちの一つを介して、前記硬Ｘ線の少なくとも一部を、部品における選択位置に向けるように動作可能であり、
   前記ゾーンプレートは、前記Ｘ線エミッタと前記検査フィルタとの間に介在するとともに、前記Ｘ線エミッタから前記硬Ｘ線を受けて、前記Ｘ線エミッタから受けた前記硬Ｘ線のビームを集束させる、請求項１～５のいずれかに記載の装置。
7. 前記検査フィルタは、複数の開口を有する回転可能リングを含み、前記複数の開口のうちの少なくとも１つは、前記複数の開口のうちの他の１つとはサイズ、形状、又はジオメトリが異なる、請求項１～６のいずれかに記載の装置。

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