(57)【要約】  X線源１から出射した多色X線１３を複数の結晶板２、４に入射し、測定に必要なエネルギーのX線を、X線回折の反射により選択的に取り出す。そして、取り出した各エネルギーのX線を同時に試料１８に照射して各画像を得る。これにより、線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。
2014041675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多色X線を放射するX線源と、
前記多色X線のうち、第１のエネルギーのX線を回折する第１の結晶板と、前記多色X線のうち、前記第１のエネルギーとは異なる第２のエネルギーのX線を回折する第２の結晶板と、
前記第１のエネルギーのX線と前記第２のエネルギーのX線を、被写体が透過するように設置された前記被写体の設置台と、
前記被写体を透過した前記第１のエネルギーのX線と前記第２のエネルギーのX線とを検出する検出器と、
前記検出器で検出された透過像から、空間分布像を生成する画像処理部とを有することを特徴とするX線撮像装置。
【請求項２】
前記第１の結晶板は、前記第２の結晶板よりも前記X線源側に設けられ、
前記第１の結晶板の厚さは、前記前記第２の結晶板よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項３】
前記第１の結晶板は、前記第２の結晶板よりも前記X線源側に設けられ、
前記第１のエネルギーは、前記第２のエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項４】
前記第１の結晶板及び前記第２の結晶板は、前記被写体に含まれる元素のK、LまたはM吸収端前後のエネルギーのX線を回折することを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項５】
更に、前記第１、第２のエネルギーとは異なる第３のエネルギーのX線を回折する第３の結晶板を有することを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の結晶板及び前記第２の結晶板は、非対称結晶板であることを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の結晶板と前記設置台との間に設けられた、前記第１のエネルギーを有するX線ビームを集光する第１の集光素子と、
前記第２の結晶板と前記設置台との間に設けられた、前記第２のエネルギーを有するX線ビームを集光する第２の集光素子とを有することを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記第１のエネルギーのX線に対応する第１のX線カメラと、第２のエネルギーのX線に対応する第２のX線カメラを有することを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項９】
前記検出器は、前記第１のエネルギーのX線及び第２のエネルギーのX線を検出する１のカメラを有することを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の結晶板及び前記第２の結晶板は、フラッグの回折現象を利用するものであることを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の結晶板及び前記第２の結晶板は、ラウエの回折現象を利用するものであることを特徴とする請求項１記載のX線撮像装置。
【請求項１２】
X線源から放射された多色X線のうち第１の結晶板で反射された第１のエネルギーのX線と、第２の結晶板で反射された前記第１のエネルギーとは異なる第２のエネルギーのX線を、両者が交差する位置に設置された被写体に同時に照射するステップと、
前記被写体を透過した前記第１のエネルギーのX線と前記第２のエネルギーのX線を検出器で検出するステップと、
前記検出器で検出された透過像から、空間分布像を生成するステップとを有することを特徴とするX線撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線撮像装置及びＸ線撮像方法に係わり、特に、物体の内部を非破壊に高い空間分解能で検査するのに適したＸ線撮像装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体内部を非破壊で観察する方法として、X線CT（Computed Tomography）が医療診断や製品の検査等に広く利用されている。X線CTはX線の物質に対する非常に高い透過能を利用した撮像方法で、X線を被写体に対して相対的に回転させながら照射し、透過してきたX線の空間的な強度分布像（投影像、あるいは透過像と呼ぶ）を各角度毎に取得し、取得した透過像から再構成と呼ばれる計算により被写体の断面像を再生する方法である。【０００３】
図１に示したようにyr軸方向（xr−yr座標系は原点を中心に角度θだけx−y座標系を回転した系）からX線を照射した場合，試料を透過したX線の強度分布Iθ（xr）は，yr軸に沿った線積分として【０００４】
【数１】
2014041675.tif 000003
【０００５】
で与えられる。ここで，Ioは入射するX線の強度，μ(xr, yr)は試料内部の各位置(xr, yr)における吸収率である。数１に対数変換を施し，さらに両辺をIoで除算すると，ln(Iθ(xr)/Io)で定義される投影データpθ(xr)は，【０００６】
【数２】
2014041675.tif 000004
【０００７】
となる。この式は，μ(xr, yr)のラドン変換，あるいはθ方向へのプロジェクション（投影）と呼ばれている。したがって，θを0から２πまで回転して得られた投影データ群をラドン逆変換（再構成計算）することによって，μ（xr, yr)の分布像、すなわち被写体のμをコントラストとする断面像を求めることができる（非特許文献１）。【０００８】
吸収率μは線吸収係数とも呼ばれ、エネルギーと物質によって決まるが、同じ物質でもその状態（凝集など）によって異なる。このため、μを物質の密度ρで割った値μ／ρは物質の状態に関係せず一定になり、質量吸収係数と呼ばれる。物質が複数の元素から構成されている混合物や化合物の質量物質係数は、各成分の質量吸収係数と重量比を用いて表される。混合物の場合は、【０００９】
【数３】
2014041675.tif 000005
【００１０】
となる。ここで、x1、x2、・・・はそれぞれの元素の重量百分率である。化学式AxByとなる化合物の場合は、【００１１】
【数４】
2014041675.tif 000006
【００１２】
となる。ここで、a、ｂ、・・・はそれぞれの元素A、Bの原子量である（非特許文献2）。【００１３】
線吸収係数は、質量吸収係数と密度の積で与えられるため、質量吸収係数が異なる混合物や化合物でも、密度状態によっては線吸収係数μが同じになってしまい、識別できなくなるという場合がある。この問題を解決する方法として、複数のエネルギーのX線を利用した撮像法がある。一般には異なる２つのエネルギーで実施されるため、デュアルエネルギースキャンと呼ばれている。この方法では、質量吸収係数がエネルギーに依存して変化するのに対して、密度はエネルギーに対して不変なことを利用して、線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察を可能にしている。【００１４】
元素AとBから構成された被写体をエネルギーが異なる２種類のX線（エネルギーE1とE2）で測定したとき、元素AとBの密度をそれぞρAとρBとすると、エネルギーE1に対する線吸収係数μ１、エネルギーE2に対する線吸収係数μ２はそれぞれ、【００１５】
【数５】
2014041675.tif 000007
【００１６】
で与えられる。ここで、μA（E1）、μA（E2）、μB（E1）、μB（E2）、は元素AとBのエネルギーE1とE2における質量吸収係数で、既知な量である。このため、上式はρAとρBに関する連立方程式となり、未知数２に対して、式が２個与えられるために、一意に解くこと、すなわち一意に元素AとBの密度を算出することができる。また、３元素以上では２種類のエネルギーのX線で得られた像だけでは各元素の密度を一意に求めることはできない。しかし、質量吸収係数はエネルギーによって変化するため、仮にエネルギーE1で同じ線吸収係数になり、区別することができなくても、エネルギーE2では必ず異なる線吸収係数となるために、両者を識別することが可能になる。【００１７】
また、各元素には吸収端と呼ばれるX線の吸収が急激に変化する固有のエネルギーがある。このエネルギーの前後で像を取得し、その差分を計算することによって対象となる元素だけ抽出した像（元素マッピング）を得ることも可能になる。以上のように、複数のエネルギーのX線を利用することによって、従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。【００１８】
上記のデュアルエネルギースキャンを行う方法として、これまでにX線源として利用している管球に加える電圧を変化させる方法などが考案されている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】科学計測のための画像データ処理、河田聡、ＣＱ出版（１９９４年）、ｐ．２２１〜２
【非特許文献２】Ｘ線回折・散乱技術、菊田惺志、東京大学出版会（１９９２年）、ｐ．６６〜６８
【非特許文献３】” Objective characterization of GE discovery CT750 HD scanner: gemstone spectral imaging mode.”, Zhang D, Li X, Liu B., Med Phys. 2011 Mar; 38(3): 1178-88.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし上記の従来法では、電圧を高速に切り替える特殊な電源が必要になることや，極わずかではあるが時間差が生じること、或いは線源がシンクロトロン放射光などの場合は原理的に適用することができないなどの問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明ではX線源から出射した多色X線を複数の結晶板に入射し、測定に必要なエネルギーのX線を、以下に示すX線回折により選択的に取り出す。そして、取り出した各エネルギーのX線を同時に試料に照射して各画像を得る。これにより、従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。【００２２】
X線回折は、シリコン等の単結晶にX線を入射した際に、ある条件（ブラッグ条件）が満されると単結晶の結晶格子でX線が回折（反射）される現象のことである。その幾何学的な配置から、ブラッグのケースとラウエのケースの２種類に分類される。ブラッグのケースは、図２（ａ）に示すように回折X線が入射X線と同じ結晶面（表面）で形成される配置で、単純な反射となる。結晶板がX線に対して薄い場合には、裏面から透過したX線が同時に形成される。一方、ラウエのケースは図２（ｂ）に示すように、入射とは異なる結晶面（裏面）で回折X線と透過X線が同時に形成される配置で、ビームの分割となる。【００２３】
上記いずれのケースでもブラッグ条件は不変で以下に示す式で与えられる。【００２４】
【数６】
2014041675.tif 000008
【００２５】
ここで、λはX線の波長、θBはブラッグ角、dは回折を生じる結晶格子の面間隔である。入射X線が様々なエネルギーを含んだ多色或いは白色X線の場合、上記条件を満たさないエネルギーのX線は、結晶を単に透過することになる。したがって、この現象を利用することによって、任意のある特定のエネルギーを持ったX線のみを取り出すことが可能になる。さらに、取り出す角度（θB、ブラッグ角）は、適当な面間隔ｄを持った格子面を利用することによって、任意に調整することができる。【００２６】
このように１個の結晶で、ある特定のエネルギーのX線を取り出すことができるので、図３に示すように複数個の結晶（図では第１結晶と第２結晶で、(a)はブラッグのケース、(b)はラウエのケース）を入射X線の光路に直列に並べることによって、複数のエネルギーのX線を同時に取り出すことが可能になる。さらに、取り出す角度は、適当な回折格子面を利用することによって調整できるので、取り出した各エネルギーのX線を図３に示すように一点で交差させることができる。そして、この交差点に被写体を設置すれば、同時に複数のエネルギーのX線を照射することができる。なお、被写体を透過した各X線は、各個別のX線カメラ、或いは大視野のX線カメラで一緒に検出すればよい。また、CTの測定は従来と同様に、被写体を入射X線に対して相対的に回転させて各角度で投影像を検出することによって、実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に依れば、X線回折を利用することによって、X線源から出射した多色X線のうち、測定に必要なエネルギーのX線のみを取り出し、同時に試料に照射して各画像を得ることができる。これにより、従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｘ線ＣＴの原理を示す図である。
【図２】ブラッグおよびラウエケースのＸ線回折を示す図である。
【図３】複数のＸ線回折を組み合わせ、異なるエネルギーで被写体を同時に照射する構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例３における結晶による非対称反射を示す図である。
【図７】本発明の実施例４におけるＸ線撮像装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。以下に示す図において、同じ機能を有する部分には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００３０】
図４は本発明で使用するＸ線撮像装置の一例の構成図である。同図に示すように本Ｘ線撮像装置は、Ｘ線源１、第１結晶板２、第１結晶板位置決め機構３、第２結晶板４、第２結晶板位置決め機構５、被写体ホルダー６、被写体回転位置決め機構７、第１Ｘ線カメラ８、第２X線カメラ９、制御部１０、処理部１１、及び表示装置１２から構成される。【００３１】
Ｘ線源１から放射された多色のＸ線１３は、第１結晶位置決め機構３により位置決めされた第１結晶板２に入射し、ブラッグ条件を満足する特定のエネルギーE1のX線のみ反射され、X線１４を形成する。第１結晶板２を透過した残りのエネルギーを有したX線１５は、第２結晶位置決め機構５で位置決めされた第２結晶板４に入射する。第２結晶板４では、X線１５のうちブラッグ条件を満足する特定のエネルギーE2のX線のみ反射され、X線１６を形成する。X線１４と１６は反射された角度が異なっており、位置１７で交差する。被写体ホルダー６で保持された被写体１８は、被写体回転位置決め機構７により、位置１７に位置決めされる。被写体１８を透過したX線１４及び１６は、第１X線カメラ８及び第２X線カメラ９でそれぞれ検出される。処理部１１では検出された像を用いて、演算により、空間分布像、即ち、被写体の各エネルギーにおける像や、物質の分別が可能な像を求め、表示器１２により表示する。【００３２】
本装置において被写体の断面像は、制御部１０の制御の元、以下の手順により測定する。
１．第１結晶板２で所望のエネルギーのX線が反射されるように、第１結晶位置決め機構３により第１結晶板の回転を調整する。
２．第２結晶板４で所望のエネルギーのX線が反射されるように、第２結晶位置決め機構５により第２結晶板の回転を調整する。
３．被写体回転位置決め機構７により、被写体１８をX線１６および１４から待避させた状態で、背景となる投影像を撮影する。
４．被写体回転位置決め機構７により、被写体１８をX線１４および１６の交点１７に設置し、被写体１８を透過した像を第１カメラ８及び第２カメラ９で同時に撮像する。
５．被写体回転位置決め機構７により、被写体１８をX線１４および１６に対して回転させる。
６．２．から３．の手順を回転角度が１８０度、あるいは３６０度になるまで繰り返す。また、この間に、適当な間隔で被写体１８を光路から待避させ、背景となる投影像の撮影を複数回行う。【００３３】
なお、図８に示すように，X線源１、第１結晶板２及び同位置決め機構３、第２結晶板４及び同位置決め機構５、第１X線カメラ８及び第２X線カメラ９を同期に回転させる大きな回転機構１０１の上に配置し、被写体１８を回転させる代わりに、上記各装置を同時に回転させても良い。また、回転機構１０１の回転中心と、X線１４及び１６の交点１７に一致するように位置決め機構３及び位置決め機構５をＸ線１３に対して平行に移動できる平行移動調整機構１０２により調整し，さらにこれに対応して第１X線カメラ８及び第２X線カメラ９の位置を調整するカメラ位置決め機構１０３を設けることにより、X線１４或いは１６のエネルギーE1或いはE2を変化させた場合、簡単に各装置の位置を調整することができる。【００３４】
X線源１として、一般的な管球或いはロータリー型のものを用いても良いし、シンクロトロン放射光を用いても良い。前者の場合は、管に印加する電圧を調整することによって、X線１４と１６の強度がX線１４と１６の強度がほぼ等しくなるようにすることができる。一方、後者の場合、非常に強いX線を利用することができ、測定時間を大幅に短縮することができる。【００３５】
結晶板によって回折されるX線のエネルギーは数６で与えられるので、入射角度には高い安定性が要求される。このため、各結晶位置決め機構の回転機構には、タンジェンシャルバーなどを採用した位置決め精度の高い回転ステージを用いる。また、入射X線の強度が強い場合、結晶板を水冷することによって、反射率やX線１４および１６のエネルギーを安定化することできる。【００３６】
第１及び第２結晶板のX線回折には、ブラッグのケースを用いても良いし、ラウエのケースを用いても良い。ブラッグのケースの場合、回折は結晶板の表面で生じるために、回折（反射）されるX線には結晶板の吸収による強度の損失がないという特徴がある。一方、透過するX線の結晶板内の光路は長くなるために、他のエネルギーのX線の強度損失は大きくなる。また、一般にブラッグ角は数１０度と浅いために、結晶板の長さが長くなり、大きな位置決め機構が必要になる。ラウエケースの場合は、回折されるX線も結晶の裏面から出射するために、透過に伴い強度の損失が発生するが、結晶板を小さくすることができるというメリットがある。【００３７】
X線のエネルギーが低いほど、結晶板を透過する時に生じる吸収が大きくなるために、第１結晶板で取り出すエネルギーは、第２結晶板で取り出すエネルギーより低くすると、X線１４と１６の強度差を小さくすることができる。このように，第１の結晶板の厚さを，第２結晶板の厚さよりも薄くすると，Ｘ線１４と１６の強度差を小さくできる。また、ラウエケースの場合、X線１４のエネルギーに対する第１結晶板（厚さt1）の吸収率μE1t1と、X線１６のエネルギーに対する第１結晶板と第２結晶板を合わせた吸収率μE2t1+μE2t2が等しくなるように、第２結晶板の厚さを調整することによって、X線１４と１６の強度を等しくすることができる。例えば、X線１４のエネルギーを３５keV、X線１６のエネルギーを５２keV、第１結晶板をシリコンとしてその厚さを1 mmとした場合、第１結晶板によるエネルギー35 keVのX線の吸収率は15%、52 keVのX線の吸収率は5%となる。このため、X線１４と１６の強度をほぼ等しくするためには、第２結晶板によるエネルギー52 keVのX線の吸収率は10％程度にする必要があり、シリコンの場合の厚さは2 mmとなる。なお，両強度の比が等しい場合，同じ露光時間で同じＳ／Ｎの画像を取得できるので，よりアーチファクト（擬似的に発生する模様）の少ない像を再構成することができる。【００３８】
第１X線カメラ８及び第２X線カメラ９として、シンチレータ＋リレーレンズ系＋可視光カメラから構成されたものを用いても良いし、X線用のサチコン管やハーピコン管を用いても良い。前者の場合は、X線１４及び１６のエネルギーに対応してシンチレータをGOSやCsIなどに交換して発光効率の最適化を図ることができる。また、リレーレンズ系としてレンズを複数枚組み合わせたものでも良いし、ファイバーカップリングものを用いて良い。前者の場合、任意の倍率に設定することができる。一方、後者の場合、倍率は固定となるが、シンチレータの発光を高い立体角で取り込むことが可能で、より少ないX線強度でも測定することができる。【００３９】
X線１４と１６の角度差が小さく、両光路が大きく離れていないときは、図９に示すように第１及び第２X線カメラの代わりに、大視野のX線カメラ１０４を用いることもできる。この場合、X線１４と１６がカメラに垂直に入射しなくなるために、像が若干ぼけることになるが、制御がより簡略化することができ、さらに位置決めも容易になる。【００４０】
X線１４と１６のエネルギーとして、任意の値を採用することができるが、例えばX線カメラのシンチレータの構成元素であるヨウ素とガドリニウムの吸収端より僅かに大きな値に設定すれば、シンチレータの変換効率を大幅に向上することができる。また、ある特定元素のＫ，Ｌ，Ｍなどの吸収端前後、例えばCuのＫ吸収端８．８keVの前後となる8.5 keVと9keVに設定することによって、得られた像の差分からCuの分布像を得ることができる。【００４１】
処理部１１では、第１及び第２X線カメラで得られた画像から、それぞれ個別に再構成処理して得られた断面像について、加重加算して物質の弁別が可能な像を求める。また、被写体の動きが無視できる場合には、各投影像について上記加重加算した後に断面像の再構成計算を行っても良い。この場合、エネルギー毎の断面像のアーチファクトをさらに加重加算することによってよりアーチファクトの影響を低減することができる。【００４２】
以上、本実施例によれば、X線回折を利用することによって、X線源から出射した多色X線のうち、測定に必要なエネルギーのX線のみを取り出し、同時に試料に照射して各画像を得ることができる。これにより、従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。
【実施例２】
【００４３】
実施例１では、２個の結晶板しか用いていなかったために、エネルギーの異なる２本のX線でしか測定を行うことができなかった。本実施例では、３個以上の結晶板を用いることで、エネルギーが３種類以上のX線で同時に被写体を観察可能な撮像装置の実施例を示す。なお、図５は本発明によるＸ線撮像装置の構成で、実施例１の構成にさらに結晶板１９、同位置決め機構２０、及びＸ線カメラ２１を追加した構成となっている。【００４４】
本実施例における各装置要素の役割は実施例１と同じで、X線源から出射されたX線を直列に配置された結晶板群に順次入射し、各結晶板で所望するエネルギーのX線を取り出す。取り出す角度は回折格子面を適当に選ぶことによって調整することが可能で、本実施例では各エネルギーのX線が空間上のある点で交差するように調整する。被写体はこの交点に設置し、被写体を透過した各X線は、個別に或いは大視野のX線カメラで検出する。【００４５】
上述したように線吸収係数は、質量吸収係数と密度の積となるために、構成元素の種類数と同じ数のエネルギーの異なるX線で測定を行うことができれば、各元素の密度を一意に決定することができる。例えば、被写体がヨウ素、炭素、カルシウムで構成されている場合、異なる３つのエネルギーのX線で撮像すれば各元素の密度を定量的に決定することができる。また、構成元素の種類数がX線のエネルギーの種類より多い場合でも、種類が多いほど区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。【００４６】
以上、本実施例によれば、３個以上の結晶板のX線回折を利用することによって、X線源から出射した多色X線のうち、測定に必要な３種類以上のエネルギーのX線のみを取り出し、同時に試料に照射して各画像を得ることができる。これにより、従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。
【実施例３】
【００４７】
実施例１及び２では、結晶板でX線を単に反射していたために、観察視野は入射するX線のサイズで限定されていた。このため、大視野の観察のためにはサイズの大きな入射X線が必要で、且つ、結晶板も大型にする必要があった。ここでは、非対称結晶板の非対称反射を利用することによって、サイズの小さな入射X線で大視野の観察が可能な実施例を示す。【００４８】
X線の非対称反射とは、結晶の表面に対して非平行な回折格子面によるX線回折のことで、表面と回折面のなす角度がαのとき、非対称因子bは【００４９】
【数７】
2014041675.tif 000009
【００５０】
で与えられる。ここで、θBはブラッグ角である。図６のような非対称反射では、回折されたX線の幅は入射X線の幅の1/b倍に拡大される。したがって、取り出すX線のエネルギーに対応してαを調整した結晶板により、入射X線ビームを横方向に拡大し、大視野の観察を行うことできる。例えば、入射X線のビーム幅を5mm、結晶板として厚さ１mmのシリコンを使用し、エネルギー17.8 keVのX線を(220)のブラッグケースの回折により反射する場合、ブラッグ角は10.5度となるので、αを8.5度にすることによって拡大率は10倍となり、幅50mmの反射ビームを形成することができる。なお、この現象はブラッグケースでもラウエケースでも生じる現象であり、実施例１に示した両者のメリットとデメリットはそのままとなる。【００５１】
以上、本実施例によれば、非対称結晶によるX線回折を利用することによって、X線源から出射した多色X線のうち、測定に必要なエネルギーのX線のみを拡大して取り出し、同時に試料に照射して各画像を得ることができる。これにより、大視野で従来は区別が難しかった線吸収係数が等しいが密度が異なる物質の観察や、特定元素の可視化を可能にすることができる。
【実施例４】
【００５２】
実施例１から３では、空間分解能が画像検出器の空間分解能によってほぼ決まり、画像検出器の画素サイズ（一般に数〜数１０ミクロン）より向上することはできなかった。本実施例では、集光した各エネルギーのX線を被写体上で走査して画像を取得することで、空間分解能がサブミクロン以下の撮像装置の実施例を示す。図７は本発明によるＸ線撮像装置の構成で、実施例１の構成に各エネルギーのX線をそれぞれ集光素子と、被写体を高速に走査する被写体走査機構が加わり、画像検出器が各エネルギーのＸ線の強度を検出する強度検出器に替わった構成になっている。【００５３】
本実施例において、X線源１から出射された多色X線のうち、第１及び結晶板で所望の各エネルギーのX線（１４及び１６）のみを反射により取り出し、第１集光素子２２によってＸ線１４を、第２集光素子２３によってＸ線１６をそれぞれビームの直径がサブミクロンに集光し、被写体１８に照射する。そして、被写体１８を透過したX線は個別に第１強度検出器２４および第２検出器２５で検出する。また、制御部１０では、被写体を各Ｘ線に対して走査する被写体走査機構２６及び被写体位置決め機構７を制御して、各集光X線に対して走査及び回転させ、各角度における投影像を取得する。そして、処理部１１において、取得した投影像から、それぞれ個別に再構成処理により断面像を再生し、再生された各像の加重加算により物質の弁別が可能な像を求める。求めた像は表示部１２で表示する。【００５４】
本実施例において、測定は以下の手順で行う。
１．第１結晶板２で所望のエネルギーのX線が反射されるように、第１結晶位置決め機構３により第１結晶板２の回転を調整する。
２．第１集光素子２２を調整し、反射されたX線１４をサブミクロン以下に集光する。この調整は、第１集光素子のＸ線ビームに対する相対的な位置や角度などを第１集光素子位置調整機構２７により適宜変化させ、被写体１８の位置におけるＸ線ビーム１４が最小となるようにする。なお、集光状態（ビーム形状）の確認は、鉛やタンタルの刃などで構成されたナイフエッジを被写体位置で走査し、得られた透過Ｘ線ビームの強度変化などを用いて行えばよい。
３．第２結晶板５で所望のエネルギーのX線が反射されるように、第２結晶位置決め機構６により第２結晶板の回転を調整する。
４．第２集光素子２３を同様の方法により第２集光素子位置調整機構２８を用いて調整し、反射されたX線１６をサブミクロン以下に集光する。
５．被写体走査機構２６を用いて、被写体１８を集光X線１４および１６に対して走査し、各位置における各エネルギーのX線強度を第１強度検出器２４及び第２強度検出器２５でそれぞれ測定する。これにより、各エネルギーにおける被写体１８の投影像が得られる。
６．被写体回転位置決め機構７により、被写体１８をX線に対して回転させる。
７．５．から６．の手順を回転角度が１８０度、あるいは３６０度になるまで繰り返す。【００５５】
上記のより得られた投影像から断面像の再構成計算は実施例１と同様の手順により処理部１１で行い、その結果を表示部１２で表示する。【００５６】
被写体走査機構２６として、モーター駆動によるステージを用いてもよいが、モーター駆動の場合、移動の立ち上がりと立ち下がりに時間を要し、高速な動作を行うことが難しい。このため、被写体が小さく走査範囲が狭い場合は圧電素子を採用したステージを用いてもよい。圧電素子はモーターよりも高速な駆動が可能なために測定時間を短縮することができる。一方、搭載できる重量が限られているために、上部に回転ステージを搭載することができない。このため、被写体位置決め機構の上部に設置することが必須である。また、回転角度毎に走査の方向や範囲が異なることになるので、制御部１０で角度毎に逐次計算し、その結果に基づいて駆動させる。【００５７】
Ｘ線を集光する第１集光素子２２及び第２集光素子２３として、回折を利用したフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）や、Ｘ線の全反射を利用したミラーなどを用いることができる。ＦＺＰは、Ｘ線の光路に設置するだけで集光したＸ線ビームが簡単に得られるので、調整を非常に簡便にすることができる。しかし、Ｘ線の利用効率が低いために長い測定時間が必要で、また、使用するＸ線のエネルギーによって集光位置が変化するために、エネルギーを変更する都度、再調整を行う必要がある。一方、全反射ミラーは、一般には複数枚の球面或いは楕円面ミラーで構成されているため、複雑な角度及び位置調整が必要であるが、集光位置がＸ線のエネルギーに依存せず、また、Ｘ線の利用効率が高いために測定時間を短縮できるという特徴がある。したがって、Ｘ線エネルギーの変更頻度やエネルギースキャンの有無、及び測定時間との兼ね合いから、適した集光素子を選択すればよい。【００５８】
以上、本実施例によれば、計算により集光Ｘ線ビームの広がりの影響を低減した断面像を求めることができる。このため、高い空間分解能で被写体内部を非破壊で観察することできる。【００５９】
なお、本実施例では、２つの結晶板を用いた例を示したが、３つ以上の結晶板を用いても良いし、図９のように大視野X線カメラを用いても、図８のように被写体を回転させる代わりに各装置を回転させるようにしても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１  Ｘ線源
２  第１結晶板
３  第１結晶板位置決め機構
４  第２結晶板
５  第２結晶板位置決め機構
６  被写体ホルダー
７  被写体回転位置決め機構
８  第１Ｘ線カメラ
９  第２X線カメラ
１０  制御部
１１  処理部
１２  表示装置
１３  多色のＸ線１４  X線
１５  X線
１６  X線
１７  位置
１８  被写体
１９  結晶板
２０  位置決め機構
２１  Ｘ線カメラ
２２  第１集光素子
２３  第２集光素子
２４  第１強度検出器
２５  第２強度検出器
２６  被写体走査機構
１０１  回転機構
１０２  平行移動調整機構
１０３  カメラ位置決め機構
１０４  Ｘ線カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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