(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚のＸ線反射基板からなり、隣り合う前記Ｘ線反射基板により規定される複数のＸ線通路のそれぞれに前記Ｘ線源から入射したＸ線のそれぞれが互いに平行化されて前記各Ｘ線通路から出射されるＸ線反射構造体と、
前記Ｘ線源から入射し、前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、を備えるＸ線光学装置であって、
前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線が入射される一端面をＸ線の入口、前記Ｘ線が出射される他端面を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広く、
前記Ｘ線通路の両側の前記Ｘ線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記Ｘ線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における前記接平面は略平行であり、
前記Ｘ線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1、前記各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記Ｘ線源と前記Ｘ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θcであり、
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔd、前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、Ｘ線源の光源サイズをｓ、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔をｇとすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1＜２×Δd
であることを特徴とするＸ線光学装置。
【請求項２】
前記全てのＸ線反射基板の平行度Δoutが、
（ｓ＋ｇ）／Ｌ1、Δd／Ｌ3
のうちの大きい方よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＸ線光学装置。
【請求項３】
隣り合う前記Ｘ線反射基板の間隔は、前記Ｘ線反射基板が積層された方向において一定であ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。
【請求項４】
隣り合う前記Ｘ線反射基板の間隔は、前記Ｘ線反射基板が前記Ｘ線源と対向する辺に沿って一定であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【請求項５】
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記Ｘ線反射基板間に配置されたスペーサにより規定されてい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。
【請求項６】
Ｘ線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚のＸ線反射基板からなり、隣り合う前記Ｘ線反射基板により規定される複数のＸ線通路のそれぞれに前記Ｘ線源から入射したＸ線のそれぞれが互いに平行化されて前記各Ｘ線通路から出射されるＸ線反射構造体と、
前記Ｘ線源から入射し、前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、を備えるＸ線光学装置であって、
前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線が入射される一端面をＸ線の入口、前記Ｘ線が出射される他端面を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広く、
前記Ｘ線通路の両側の前記Ｘ線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記Ｘ線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における前記接平面は略平行であり、
前記Ｘ線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1、前記各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記Ｘ線源と前記Ｘ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θcであり、
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記出口側の間隔をｇout、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記入口側の間隔をｇin、前記Ｘ線反射基板の長さをＬ2とすると、
前記Ｘ線検出器に形成される半影量Δpが、
Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜Δp
であることを特徴とするＸ線光学装置。
【請求項７】
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔdとすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜２×Δd
であることを特徴とする請求項６に記載のＸ線光学装置。
【請求項８】
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔdとすると、
前記全てのＸ線反射基板の平行度Δoutが、
（ｇout−ｇin）／Ｌ2、Δd／Ｌ3
のうちの大きい方よりも小さいことを特徴とする請求項６又は７に記載のＸ線光学装置。
【請求項９】
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記Ｘ線反射基板が積層された方向において一定であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記Ｘ線反射基板が前記Ｘ線源と対向する辺に沿って一定であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【請求項１１】
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記Ｘ線反射基板間に配置されたスペーサにより規定されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【請求項１２】
Ｘ線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚のＸ線反射基板からなり、隣り合う前記Ｘ線反射基板により規定される複数のＸ線通路のそれぞれに前記Ｘ線源から入射したＸ線のそれぞれが互いに平行化されて前記各Ｘ線通路から出射されるＸ線反射構造体と、
前記Ｘ線源から入射し、前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、を備えるＸ線光学装置であって、
前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線が入射される一端面をＸ線の入口、前記Ｘ線が出射される他端面を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広く、
前記Ｘ線通路の両側の前記Ｘ線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記Ｘ線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における前記接平面は略平行であり、
前記Ｘ線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1、前記各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記Ｘ線源と前記Ｘ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θcであり、
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔd、前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記出口側の間隔をｇout、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記入口側の間隔をｇin、前記Ｘ線反射基板の長さをＬ2とすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜２×Δd
であることを特徴とするＸ線光学装置。
【請求項１３】
前記全てのＸ線反射基板の平行度Δoutが、
（ｇout−ｇin）／Ｌ2、Δd／Ｌ3
のうちの大きい方よりも小さいことを特徴とする請求項１２に記載のＸ線光学装置。
【請求項１４】
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記Ｘ線反射基板が積層された方向において一定であ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。
【請求項１５】
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記Ｘ線反射基板が前記Ｘ線源と対向する辺に沿って一定であることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【請求項１６】
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記Ｘ線反射基板間に配置されたスペーサにより規定されていることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、発散しながら進行するＸ線を平行化して出射するＸ線光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を１次元平行化するために、いくつかの光学装置が考案されている。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装置が考案されている。
【０００３】
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。
【０００４】
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装置内で効率的に捕捉し、捕捉されたＸ線ビームをその光学装置によって疑似平行ビームに形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３７０９８号公報
【特許文献２】特開２００４−８９４４５号公報
【特許文献３】特許第３０５７３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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るＸ線光学装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のＸ線光学装置は、Ｘ線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚のＸ線反射基板からなり、隣り合う前記Ｘ線反射基板により規定される複数のＸ線通路のそれぞれに前記Ｘ線源から入射したＸ線のそれぞれが互いに平行化されて前記各Ｘ線通路から出射されるＸ線反射構造体と、
前記Ｘ線源から入射し、前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線通路から出射されたＸ線の強度を検出するＸ線検出器と、を備えるＸ線光学装置であって、
前記Ｘ線反射構造体の前記Ｘ線が入射される一端面をＸ線の入口、前記Ｘ線が出射される他端面を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広く、
前記Ｘ線通路の両側の前記Ｘ線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記Ｘ線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における前記接平面は略平行であり、
前記Ｘ線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1、前記各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記Ｘ線源と前記Ｘ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θcである。
そして第一の特徴は、前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔd、前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、Ｘ線源の光源サイズをｓ、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔をｇとすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1＜２×Δd
である。
第二の特徴は、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記出口側の間隔をｇout、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記入口側の間隔をｇin、前記Ｘ線反射基板の長さをＬ2とすると、
前記Ｘ線検出器に形成される半影量Δpが、
Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜Δp
である。
第三の特徴は、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の間隔は、前記入口側よりも前記出口側が大きく、
前記Ｘ線反射基板の厚さは、前記入口から前記出口に向かう方向において一定であり、
前記Ｘ線検出器の画素サイズをΔd、前記出口と前記Ｘ線検出器との対向方向の距離をＬ3、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記出口側の間隔をｇout、隣り合う前記Ｘ線反射基板間の前記入口側の間隔をｇin、前記Ｘ線反射基板の長さをＬ2とすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜２×Δd
である。
【発明の効果】
【００１１】
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。Ｘ線反射基板の形状精度がゆるいため、組み立てや位置調節が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原理を示す概念図である。
【図２】本発明のＸ線光学装置の一例を示す図である。
【図３】図２のＸ線反射構造体の二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図４】本発明のＸ線光学装置に適用されるＸ線源の一例を示す図である。
【図５】石英基板のＸ線反射率を示すグラフである。
【図６】図２のＸ線光学装置の変形例を示す図である。
【図７】図６のＸ線反射構造体を説明する図である。
【図８】図２のＸ線光学装置の別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、Ｘ線反射構造体（以下、「スリットレンズ」という。）を備えるＸ線光学装置である。以下、本発明の原理について、本発明をＸ線撮影装置に適用した場合で説明する。
【００１４】
（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）に平行にすることをいう。
【００１５】
（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を用いて説明する。図１は本発明の原理を示す概念図、図２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。
【００１６】
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Δpと定義すると、半影量Δpはスリットレンズ３の出口におけるＸ線の発散角θout、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、
Δp＝Ｌ3×θout      （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。
【００１７】
Ｘ線撮影装置の解像力は半影量Δp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θout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。
【００１８】
しかしながら、Ｘ線撮影装置の解像力は、半影量Δpだけで決まるわけではなく、半影量Δp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Δdのいずれか大きい方で決まる。画素サイズΔd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Δp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Δdと半影量Δp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＜Δp／Δd＜２      （式２）
【００１９】
（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及び図３を用いて説明する。図３は図２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。
【００２０】
図２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としては、図４に示すＸ線源を用いることができる。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。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。
【００２１】
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Δpも小さくなる。
【００２２】
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４のＸ線源１の場合、光源サイズｓのＸ線を発生させるＸ線発生部が、複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置しているのが良い。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。
【００２３】
図５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θg、縦軸はＸ線反射率である。視射角θg＝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５より、視射角θg＝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θgを臨界角と呼びθc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θgが臨界角θc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θgの臨界角θc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Δsが、
Δs＜Ｌ1×θc      （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。図４のＸ線源１の場合、Ｌ1は光源サイズｓのＸ線を発生させるＸ線発生部とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離、Δsは前記Ｘ線発生部とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離を指す。
【００２４】
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θgmaxは、
θgmax＝（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、θgmaxは臨界角θcより小さい角度でなければならない。
【００２５】
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θoutは、
θout＝２×θgmax      （式５）
となる。このとき、半影量Δpは、上記式１、式４及び式５より、
Δp＝Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1      （式６）
となる。また、上記式２及び式６より、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1＜２×Δd      （式７）
となる。
【００２６】
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Δoutは、以下の式８ａの許容値Δout-a又は式８ｂの許容値Δout-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、ΔdはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δout-a＜（ｓ＋ｇ）／Ｌ1      （式８ａ）
Δout-b＜Δd／Ｌ3      （式８ｂ）
【００２７】
続いて、図６に示すように、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７に示すように、ガラス薄板１１ａと１１ｂが角度θa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×θa＜θ0＜θc）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−θa      （式９）
となる。従って、ｎ回目の反射後の角度θnは、θ0−ｎ×θa＞０の範囲で、
θn＝θ0−ｎ×θa      （式１０）
となる。θn＜０．５×θa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ｇout、隣り合うガラス薄板間の入口側の間隔をｇinとし、ガラス薄板の長さをＬ2とすると、
θa＝（ｇout−ｇin）／Ｌ2      （式１１）
となる。このとき、θa＜θoutなので、半影量Δpは、上記式１及び式１１より、
（ｇout−ｇin）×Ｌ3／Ｌ2＜Δp      （式１２）
となる。また、上記式２及び式１２より、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜２×Δd      （式１３）
となる。
【００２８】
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、図６に示す構成のスリットレンズ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Δoutは、以下の式１４ａの許容値Δout-a又は式１４ｂの許容値Δout-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、ΔdはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δout-a＜（ｇout−ｇin）／Ｌ2      （式１４ａ）
Δout-b＜Δd／Ｌ3      （式１４ｂ）
【００２９】
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Δxは、
Δx＝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。
【００３０】
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１６が共通の直線１７で交差しているスリットレンズ３も本発明のＸ線光学装置に適用できる（図８参照）。この構成でも本発明の効果を奏する。図８に示すように、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１７とは別の直線である。
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
本実施例は、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のスリットレンズ３を用いた例である。
【００３２】
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θin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、本実施例では開口率は５０％（＝１０μｍ／（１０μｍ＋１０μｍ））となる。Ｘ線源１から発散角θin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θout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Δpが形成される、即ち分解能の低下が起こる。
【００３３】
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Δp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×Δd−ｇ＜ｓ＜２×Ｌ1／Ｌ3×Δd−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Δd＝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。図４に示す透過型のＸ線源１では、電子線源１２から放出された電子線１３が、電子を収束させるための電子レンズ１４で収束されてターゲット１５上に集光される。電子線１３のサイズは、電子レンズ１４のパワーを変えることで容易に変えることができる。これにより、Ｘ線源１の光源サイズｓを調整することができる。
【００３４】
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Δxは９０μｍとなり、ＦＰＤの画素サイズΔdとほぼ同じ大きさとなる。
【００３５】
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。
【００３６】
［実施例２］
本実施例は、図６に示すように、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ｇoutが５０μｍ、入口側ｇinが１０μｍのスリットレンズ３を用いた例である。
【００３７】
実施例１と同様に、Ｘ線源１から放射されたＸ線２は、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θoutでＸ線通路から放射され、ＦＰＤに物体の像が投影される。このとき、上記式１に従って分解能の低下が起こる。
【００３８】
ここで、スリットレンズの長さＬ2＝１００ｍｍとすると、隣り合うガラス薄板のなす角度θaは０．４ｍｒａｄとなる。臨界角θcである１．８ｍｒａｄの視射角θgで入射したＸ線は、４回反射すると、θn＜０．５×θaを満たし、発散角θoutは０．４ｍｒａｄ以下となる。スリットレンズ３の出口とＦＰＤとの対向方向の距離Ｌ3＝２００ｍｍとすると、半影量Δpは８０μｍとなり、画素サイズΔdが１００μｍの場合、上記式２を満たす。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。
【００３９】
尚、光源サイズｓが大きい場合には、Ｘ線が臨界角θcより大きい角度でスリットレンズ３に入射しても、１回目の反射が起こらないため、分解能の低下は発生しない。しかし、臨界角θcより大きい角度で入射したＸ線はガラス薄板に吸収されるためスリットレンズ３を透過できない。そこで、Ｘ線源１から放射されたＸ線を有効利用するためには、光源サイズｓが
ｓ＜Ｌ1×２θc      （式１７）
となるように調整する。
【００４０】
［実施例３］
本実施例は、図８に示すように、隣り合うガラス薄板から等距離の位置に仮想面を設けたとき、Ｘ線源が複数の仮想面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１６は共通の直線１７で交差しているスリットレンズ３を用いた例である。本実施例においても、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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、Ｘ線源から発散されたＸ線を平行化させるＸ線光学装置であり、Ｘ線ＣＴ等のＸ線撮影装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１：Ｘ線源、２：Ｘ線、３：Ｘ線反射構造体、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、１２：電子線源、１３：電子線、１４：電子レンズ、１５：ターゲット、１６：仮想面の出口側の接平面、１７：直線
【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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