(57)【要約】【課題】  感度を簡易に調整できるＸ線撮像装置、または、Ｘ線屈折量を簡易に抽出できるＸ線撮像装置を提供すること。【解決手段】  第１エネルギーのＸ線と該第１エネルギーと異なる第２エネルギーのＸ線とを発生するＸ線源からのＸ線束を被測定物１０３に照射し、被測定物１０３の像を撮像するＸ線撮像装置は、減衰素子１０４と検出器１０５とを備える。減衰素子１０４は、被測定物１０３を透過したＸ線束を減衰させ、Ｘ線束の入射位置に応じてＸ線減衰量が異なるように構成されている。検出器１０５は、減衰素子１０４を透過したＸ線束を検出し、第１エネルギーのＸ線と第２エネルギーのＸ線とを検出するように構成されている。【選択図】  図１
2011232163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１エネルギーのＸ線と該第１エネルギーと異なる第２エネルギーのＸ線とを発生するＸ線源からのＸ線束を被測定物に照射し、該被測定物の像を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記被測定物を透過した前記Ｘ線束を減衰させる減衰素子と、
前記減衰素子を透過した前記Ｘ線束を検出する検出器と、を備え、
前記減衰素子は、前記Ｘ線束の入射位置に応じてＸ線減衰量が異なるように構成されており、
前記検出器は、前記第１エネルギーのＸ線と前記第２エネルギーのＸ線とを検出するように構成されている
ことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記Ｘ線束のスペクトル分布を検出する分光器である
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記検出器で検出した前記第１エネルギーのＸ線の検出結果および前記第２エネルギーのＸ線の検出結果のいずれかに基づいて前記像を生成することで、該Ｘ線撮像装置の感度を調整する制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記検出器で検出した前記第１エネルギーのＸ線の検出結果および前記第２エネルギーのＸ線の検出結果に基づいて、前記被測定物による前記Ｘ線束の位置ずれを算出する算出手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線透過像を撮像するＸ線撮像装置は、被測定物の内部構造を非破壊で可視化できるため、工業や医療などの様々な分野で使用されている。Ｘ線透過像のコントラストはＸ線の透過率の差に起因する。Ｘ線の透過率は、被測定物の構成元素、被測定物の密度および使用するＸ線のエネルギー（Ｘ線の波長）に依存する。したがって例えば、ソフトマテリアルや生体など、主に軽元素からなる被測定物ではＸ線の透過率が非常に大きく、周囲との密度差が小さい場合には、従来のＸ線撮像装置では視認性のある高コントラストの像を得難い。
【０００３】
このような被測定物に対しても高コントラストの像を得るために、Ｘ線の位相差を検出するＸ線撮像方法が提案されている（非特許文献１）。位相差は、例えば物質の界面など密度差のある部分で屈折として現れる。非特許文献１記載の方法では、単色性の高いＸ線を被測定物に入射させ、被測定物を透過したＸ線の強度をＸ線減衰素子を介して検出している。非特許文献１記載の方法では、被測定物によるＸ線の屈折量の変化を検出強度の変化として捉えて位相差を検出している。非特許文献１記載の方法では、Ｘ線の位相情報（屈折量）を検出できるため、高コントラストの像を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｙａｓｕｓｈｉ  ＫＡＧＯＳＨＩＭＡ，「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｐｈａｓｅ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｈａｒｄ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｗｉｔｈ  Ｗｅｄｇｅ  Ａｂｓｏｒｂｅｒ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ。」，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１Ａ，２００４，ｐｐ．Ｌ１４４９−Ｌ１４５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１記載の方法では、単色性の高いＸ線を用いており、Ｘ線撮像装置の感度を簡易に調整できない。
【０００６】
また、非特許文献１記載の方法では、被測定物でのＸ線の吸収が無視できるほど小さい場合を除き、検出されるＸ線強度は被測定物でのＸ線の吸収および屈折によって変化している。したがって、検出結果から屈折による変化（Ｘ線屈折量）を抽出する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、感度を簡易に調整できるＸ線撮像装置、または、Ｘ線屈折量を簡易に抽出できるＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としてのＸ線撮像装置は、第１エネルギーのＸ線と該第１のエネルギーと異なる第２エネルギーのＸ線とを発生するＸ線源からのＸ線束を被測定物に照射し、該被測定物の像を撮像するＸ線撮像装置であって、前記被測定物を透過した前記Ｘ線束を減衰させる減衰素子と、前記減衰素子を透過した前記Ｘ線束を検出する検出器と、を備え、前記減衰素子は、前記Ｘ線束の入射位置に応じてＸ線減衰量が異なるように構成されており、前記検出器は、前記第１エネルギーのＸ線と前記第２エネルギーのＸ線とを検出するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、本明細書における「第１エネルギーのＸ線と第２エネルギーのＸ線とを発生するＸ線源」は、第１エネルギーのＸ線および第２エネルギーのＸ線だけでなく、それ以外のエネルギーのＸ線も発生するＸ線源も含む。同様に、「第１エネルギーのＸ線と第２エネルギーのＸ線とを検出する検出器」は、第１エネルギーのＸ線および第２エネルギーのＸ線だけでなく、それ以外のエネルギーのＸ線の強度も検出する検出器を含む。
【発明の効果】
【００１０】
感度を簡易に調整できるＸ線撮像装置、または、Ｘ線屈折量を簡易に抽出できるＸ線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｘ線撮像装置の概略図
【図２】Ｘ線減衰素子１０４の概略図および透過率を表す図
【図３】Ｘ線減衰素子１０４ａの概略図および透過率を表す図
【図４】Ｘ線減衰素子１０４ｂの概略図
【図５】Ｘ線検出器１０５の検出結果を表す図およびＰＦ（Δｙ）を表す図
【図６】実施例４のＸ線撮像方法のフローチャート
【図７】実施例５のＸ線撮像方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
本発明の実施形態１のＸ線撮像装置を図１〜３を用いて説明する。図１は、実施形態１のＸ線撮像装置の概略図である。本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を被測定物に照射し、被測定物の像を撮像する装置である。本実施形態のＸ線撮像装置は、照射装置と、被測定物１０３を載置するステージ（不図示）と、Ｘ線減衰素子１０４と、Ｘ線検出器１０５と、コンピュータ（制御手段）とを備える。照射装置（照射ユニット）は、Ｘ線源１０１と、Ｘ線調整手段としての絞り１０２とを有する。コンピュータは、算出手段としての計算機１０６と表示手段としてのディスプレイ１０７とを有する。なお、図１における矢印は、Ｘ線を表している。
【００１４】
Ｘ線源１０１は、互いに異なる少なくとも２つのエネルギーを持つＸ線を発生することができる（つまり、第１エネルギーのＸ線と第２エネルギーのＸ線とを発生できる。もちろん、更に第３のエネルギーのＸ線を発生できても良いし、第３および第４エネルギーのＸ線を発生できても良い。第１エネルギーと第２エネルギーとの差は、Ｘ線検出器１０５の分解能以上であることが好ましい。）。例えば、放射光のようにＸ線エネルギースペクトルが連続しているものや、Ｘ線管球を使用することができる。Ｘ線管球としては、制動Ｘ線、２つ以上の特性Ｘ線、または、制動Ｘ線および１つ以上の特性Ｘ線、を発生できるものを使用することができる。Ｘ線とは、波長が約０．０１〜１００Å（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（λ＝０．０１〜１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（λ＝１〜１００Å）を軟Ｘ線という。
【００１５】
Ｘ線調整手段１０２は、Ｘ線源１０１から被測定物に投影されるＸ線の断面形状を調整するものであり、Ｘ線を空間的に制限または分割できる。Ｘ線調整手段１０２は、Ｘ線を遮蔽またはその目的に即して十分にＸ線を吸収する重金属等の吸収物質からなる遮蔽板に開口を設けることにより構成される。開口は、スリット状またはピンホール状であってもよく、それらを複数配列させたものであってもよい。或いは、Ｘ線調整手段として、ワイヤーグリッドと呼ばれる互いに間隔をおいて配置された多数の金属ワイヤ群を用いることもできる。Ｘ線調整手段１０２によって調整されたＸ線束は、被測定物１０３によって吸収および屈折を受け、Ｘ線減衰素子１０４に入射する。
【００１６】
Ｘ線減衰素子１０４は、Ｘ線束の入射位置に応じて、Ｘ線減衰量が異なるように構成されている。したがって、被測定物１０３を透過する際の屈折によるＸ線の光路の位置ずれに応じて、Ｘ線減衰素子１０４を透過するＸ線の量が異なる。なお、本明細書において、「入射位置に応じてＸ線減衰量が異なる」とは、“少なくとも１方向における”入射位置に応じてＸ線の強度を減衰させる量が異なるという意味である。Ｘ線減衰素子１０４の具体的な実施例については後述する。
【００１７】
Ｘ線検出器１０５は、第１エネルギー及び第２エネルギーのＸ線に対する感度を有するものであればよく、より好ましくは、Ｘ線のスペクトル分布を検出することができ、各エネルギーにおけるＸ線の強度を検出できるものであればよい。算出手段１０６は、Ｘ線検出器１０５で検出されたＸ線のエネルギーと強度の情報から、被測定物１０３に関する物理量を算出する。表示手段１０７は、算出手段１０６で算出された物理量を適宜表示する。Ｘ線検出器１０５としては、半導体検出器のようにＸ線のスペクトル分布を検出できる分光器を使用することができる。半導体検出器としては、例えばシリコンドリフト検出器を使用してもよい。
【００１８】
被測定物１０３は、不図示の移動手段としてのステージ上に設けられている。被測定物１０３をステージで移動して被測定物１０３上をＸ線束で走査することにより、Ｘ線調整手段１０２によりＸ線束が１つしか形成されない場合でも、被測定物１０３全域を測定することができる。
【００１９】
被測定物１０３の表面または内部において、密度、形状、または化学組成が変化する場合に、Ｘ線束は屈折する。したがって、被測定物１０３の存在によりＸ線束の光路がずれる。そのずれは、被測定物の密度変化、形状変化、化学組成変化、入射するＸ線のエネルギーなどに依存する。
【００２０】
Ｘ線調整手段１０２からのＸ線束の強度をＩ０、被測定物１０３を透過したＸ線束の強度をＩ１とし、簡略化のため被測定物１０３の化学組成は一定であるとすると、式（１）のように表現できる。
Ｉ１（Ｅ，ｄ）＝Ｉ０（Ｅ）・ｅｘｐ｛−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ）｝    ・・・（１）
【００２１】
ここでｔは被測定物１０３を透過するＸ線の光路長、ｌｅｓはＸ線の被測定物１０３に対する減衰長であり、指数項はＸ線の被測定物１０３に対する透過率である。またＥはＸ線のエネルギー、ｄは被測定物１０３の密度である。被測定物１０３における屈折量Δθは、式（２）で表される。
Δθ（Ｅ，ｄ）＝Δ（δ（Ｅ，ｄ）ｔ（Ｅ））      ・・・（２）
【００２２】
ここでδは被測定物１０３を構成する物質のＸ線に対する屈折率の１からのずれを示す。またδは、式（３）で表される。
δ（Ｅ，ｄ）＝（ｒｅλ２／２π）Ｎｆ’（Ｅ）      ・・・（３）
【００２３】
ここでｒｅは古典電子半径、λはＸ線の波長、Ｎは単位体積あたりの原子数、ｆ’は原子散乱因子である。被測定物１０３が多種の原子で構成されている場合、Ｎｆ’は原子種ごとの足し合わせとなる。ここでλはエネルギーＥと逆数の関係にあり、Ｎは密度ｄと線型関係にあるため、エネルギーＥが低く密度ｄが高いほど屈折量は大きくなる。
【００２４】
図２（ａ）にＸ線減衰素子１０４の概略図を示す。Ｘ線減衰素子１０４の位置において、被測定物１０３で屈折したＸ線束の光路２０３と、被測定物１０３が光路中に無い場合のＸ線束の光路２０２との間には位置のずれΔｒが生じる。図２（ｂ）に、Ｘ線減衰素子１０４のΔｒに対する透過率の一例を示す。Ｘ線減衰素子１０４は、異なるΔｒに対し異なる透過率を示すように構成されている。
【００２５】
次に、算出手段１０６が行う計算について説明する。図２（ｂ）に示すような関数をＰＦとする場合、Ｘ線検出器１０５により検出されるＸ線減衰素子１０４を透過したＸ線束の強度をＩ２とすると式（４）のように表せる。
Ｉ２（Ｅ，ｄ）＝Ｉ０（Ｅ）ｅｘｐ｛−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ）｝ＰＦ（Δｒ）  ・・・（４）
したがって、Δｒは、式（５）のように表せる。
Δｒ＝ＰＦ−１（Ｉ２（Ｅ，ｄ）／｛Ｉ０（Ｅ）ｅｘｐ（−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ））｝）  ・・・（５）
ここでＰＦ−１はＰＦの逆関数である。
【００２６】
被測定物１０３による屈折量Δθは、被測定物１０３からＸ線減衰素子１０４までの距離をＬとすると式（６）となる。また、位相変化量Δφは、式（７）から求めることができる。
Δθ  ＝  ｔａｎ−１（Δｒ／Ｌ）      ・・・（６）
Δφ  ＝  （２π／λ）Δθ           ・・・（７）
被測定物１０３による吸収が無視できるほど小さい場合、式（４）の被測定物１０３による透過率の項（指数項）が１となる。よって、単色性の高い（単一エネルギーの）Ｘ線を用いる場合でも、式（５）から一義的にΔｒを決定できる。Δｒを決定できれば、式（６），（７）から屈折量，位相変化量を求めることができる。
【００２７】
ところで、非特許文献１記載の方法のように単一エネルギーのＸ線を用いる場合、透過したＸ線束の位置ずれに対する感度を変化させるためには、距離Ｌ、Ｘ線減衰素子１０４の形状またはＸ線減衰素子１０４の材料のいずれかを変更することが考えられる。これに対して、本実施形態のＸ線撮像装置は、複数のエネルギーを持つＸ線を発生するＸ線源と当該複数のエネルギーを持つＸ線を検出するＸ線検出器とを使用している。また、そのＸ線検出器は複数のエネルギーのＸ線のそれぞれの強度を区別して検出できるだけのエネルギー分解能を持っている。そして、被測定物を透過したＸ線の屈折量はＸ線のエネルギーにより変化する。このため、本実施形態のＸ線撮像装置によれば、算出手段で用いるＸ線束のエネルギーを変更すれば、透過したＸ線の位置ずれに対する感度を変化させることができる。
【００２８】
被測定物１０３による吸収が無視できないほど大きい場合、式（４）の被測定物１０３による透過率の項が１とならない。そのため、単一エネルギーのＸ線を用いる場合には、式（５）から一義的にΔｒを決定できない。しかし、本実施形態のＸ線撮像装置では、複数のエネルギーのＸ線を測定に使用しているため、それぞれのエネルギーのＸ線に対して式（５）が得られる。また、被測定物１０３によるＸ線の屈折量は微小であり、エネルギーＥの変化に応じた光路長ｔの変化は、非常に密度変化の大きい場合を除きほぼ無視してよいため、ｔ（Ｅ）はエネルギーによらず一定とできる。したがって、２つ以上のＥに対するＩ２（Ｅ，ｄ）を測定して、式（５）を連立させてΔｒ（Ｅ）、ｔ（被測定物の厚みに相当する）およびｄを求めることが可能である。またΔｒ（Ｅ）を求めることで、式（６），（７）から屈折量，位相変化量などの位相情報を算出できる。なお、以下のようにＸ線撮像装置の検出感度を簡易に変更することが可能である。すなわち、これらの物理量を算出するときに、より低いエネルギーＥについてのＩ２（Ｅ）を用いることで、同じ被測定物１０３に関してΔｒ（Ｅ）が大きくなる条件を設定し、感度を高くすることができる。
【００２９】
以上、本実施形態のＸ線撮像装置によれば、Ｘ線束の光路の位置ずれに対する感度を簡易に調整できる。また、本実施形態のＸ線撮像装置によれば、被測定物１０３によるＸ線の吸収が無視できない場合にも、被測定物１０３によるＸ線の屈折量を簡易に抽出できる。更に、本実施形態のＸ線撮像装置では、Ｘ線源１０１で２つ以上のエネルギーを持つＸ線を発生し、Ｘ線検出器１０５でその２つ以上のエネルギーのＸ線のそれぞれの強度を同時に検出することができる。つまり、本実施形態のＸ線撮像装置によれば、２つ以上のＥに対するＩ２（Ｅ）の測定を一度に行うことが可能であり、別途吸収量を測定する必要がない。
【００３０】
上述した実施形態以外にも、本発明に用いられるＸ線減衰素子としては、ライン状又は２次元行列状に配列された各領域毎に、その領域におけるＸ線束の入射位置に応じてＸ線減衰量が異なるように構成された素子を用いてもよい。このような素子はＸ線減衰素子アレイとみなすこともできる。
【００３１】
同様に、本発明に用いられるＸ線検出器としては、第１エネルギー及び第２エネルギーのＸ線に対する感度を有するものであればよい。従って、当該Ｘ線をよりエネルギーの低い蛍光に変換する蛍光体と、当該蛍光を検出できる光検出器と、を組み合わせたＸ線検出器であってもよい。この場合、光検出器としては、単結晶シリコンを用いたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサであってもよく、非単結晶シリコンを用いた薄膜フラットパネルイメージセンサであってもよい。
【００３２】
上述したＸ線減衰素子アレイの場合の各領域と、上記イメージセンサの画素とは、１対１、１対多、又は多対１の関係をもって空間的に配置され得る。
【実施例１】
【００３３】
本実施形態のＸ線撮像装置の実施例１について図３（ａ），図３（ｂ）を用いて以下に説明する。
【００３４】
本実施例では、Ｘ線源１０１としてターゲットがモリブデンである回転対陰極を用いている。また、Ｘ線調整手段１０２として、遮蔽板の材料がタンタルであり、開口のサイズが５０μｍ×５０μｍである絞りを２つ用いている。この２つの絞りを光路に沿って配置することで、Ｘ線源からのＸ線を所定の断面を持つＸ線束に整形している。
【００３５】
本実施例におけるＸ線減衰素子１０４ａの断面形状を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すＸ線減衰素子１０４ａの形状は四角柱であり、Ｘ線減衰素子１０４ａはタンタルからなる。なお、本実施例では、Ｘ線減衰素子１０４ａの材料としてタンタルを用いたが、Ｘ線を十分に遮蔽する他の物質を用いてもよい。本実施例でも、被測定物１０３で屈折したＸ線束の光路４０２と、被測定物１０３が光路中に無い場合のＸ線束の光路４０３とには、位置ずれΔｙが生じている。
【００３６】
Ｘ線調整手段１０２からのＸ線束の断面サイズが、Ｘ線束の光路のずれに対し非常に小さい場合、関数ＰＦ（Δｙ）の形状は図３（ｂ）の点線のように階段状となる。ただし、一般的には屈折によるＸ線束の光路のずれは非常に小さい。したがって、本実施例のようにＸ線束の断面サイズが光路のずれに対し十分に小さくない場合には、図３（ｂ）の実線のようになる。したがって、本実施例のＸ線撮像装置では、図３（ｂ）の実線における光路の位置ずれに対し透過率が一義的に変化する領域εにおいて、図３（ａ）に示すＹ軸方向の位置ずれΔｙを検出し、前述したように被測定物１０３に関する物理量を算出することができる。なお、本実施例では、Ｘ線のＹ方向の入射位置に応じて、Ｘ線の強度を減衰させる量が異なるＸ線減衰素子１０４ａを用いている。しかし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直なＺ方向の屈折量も求めたい場合には、Ｘ線のＹ方向およびＺ方向の入射位置に応じて、Ｘ線の強度を減衰させる量が異なるＸ線減衰素子を用いてもよい。また、Ｘ線減衰素子１０４ａをＸ軸（Ｘ線撮像装置の光軸）に関して９０°回転させて別途測定をしてもよい。
【００３７】
光路のずれが大きくなりすぎると透過率に変化が生じなくなり、ずれを検出できなくなる。このような場合には、Ｘ線検出器１０５の検出結果のうち高エネルギーのＸ線に関するものを算出手段１０６による計算に用いることで、感度を調整し、ずれを検出することができる。高エネルギーのＸ線の場合、被測定物１０３による屈折量が小さくなり、光路のずれが小さくなるためである。
【００３８】
Ｘ線撮像装置の光路中にフィルタ（金属フィルタ、多層膜ミラーなど）を配置することで、算出手段１０６による計算に用いないエネルギー域のＸ線を除去しても良い。Ｘ線源１０１と被測定物１０３との間にフィルタを配置することで、余分なＸ線が被測定物１０３へ照射されることを避けることができ、被測定物１０３のＸ線による損傷を軽減できる。また、Ｘ線検出器１０５でのＳ／Ｎ比を向上させるため、散乱Ｘ線を除去できるグリッドなどの散乱Ｘ線除去手段をＸ線撮像装置に設けてもよい。
【００３９】
なお、算出手段１０６による算出に用いるＸ線のエネルギーは３つ以上でもあってもよい。この場合、Ｘ線検出器１０５の検出値Ｉ２（Ｅ）に含まれるノイズの影響などにより、算出された被測定物１０３の物理量が一定値を示さないことがある。このような場合には算出された物理量の集合に対し重心値を求めるなどの処理を施し、物理量の最適値を算出してもよい。
【実施例２】
【００４０】
本実施形態のＸ線撮像装置の実施例２について図４〜図５を用いて以下に説明する。
【００４１】
本実施例のＸ線撮像装置は、Ｘ線減衰素子１０５として図４に断面形状を示すようなＸ線減衰素子１０４ｂを用いている点において実施例１のＸ線撮像装置と異なる。Ｘ線減衰素子１０４ｂは、Ｘ線の吸収能があるステンレス鋼からなる。図４に示す破線６０２は、被測定物１０３がない場合のＸ線束の光路を示している。実線６０３は、被測定物１０３で屈折したＸ線束の光路を示している。Ｘ線減衰素子１０４ｂを透過するＸ線束の光路長を比べると、実線６０３で示した光路における光路長のほうが、破線６０２で示した光路における光路長よりも短くなっている。この場合にＸ線減衰素子１０４ｂを透過したＸ線束の強度を検出すると、破線６０２を光路とするＸ線束の強度よりも実線６０３を光路とするＸ線束の強度の方が強く検出される。実線６０５で示した光路にＸ線束が屈折された場合には、同様に光路長の違いにより、その強度は弱く検出される。本実施例において光路の位置ずれを検出できる方向は、位置ずれに対し透過率が変化する図４のＹ軸の方向である。
【００４２】
光路の位置ずれΔｙに対し、自身を透過するＸ線束の光路長が変化するようなＸ線減衰素子を用いる場合、さらにＸ線束の断面サイズがΔｙより十分小さい場合、検出値Ｉ２は式（８）のように表すことができる。
Ｉ２（Ｅ，ｄ）＝Ｉ０（Ｅ）・ｅｘｐ｛−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ）｝・ｅｘｐ｛−ｌ（Ｅ）／ｌｅｐ（Ｅ）｝      ・・・（８）
ｌは被測定物１０３により屈折したＸ線束の光路においてＸ線減衰素子を透過する光路長、ｌｅｐはＸ線減衰素子を構成する物質のＸ線に対する減衰長である。
【００４３】
図４に示したようにＸ線減衰素子１０４ｂの頂角をαとし、光路６０２であるときのＸ線束のＸ線減衰素子１０４ｂでの光路長をｌ０とするとき、光路長ｌ（Ｅ）は式（９）のように表せる。
ｌ（Ｅ）＝ｔａｎ（α）・｛ｌ０ｃｏｔ（α）−Δｙ（Ｅ）｝      ・・・（９）
ΔｙとＩ２の関係は、式（８）より式（１０）のように表すことができる。
Ｉ２（Ｅ，ｄ）＝Ｉ０（Ｅ）・ｅｘｐ｛−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ）｝・ｅｘｐ［−ｔａｎ（α）・｛ｌ０ｃｏｔ（α）−Δｙ（Ｅ）｝／ｌｅｐ（Ｅ）］      ・・・（１０）
なお、ｌ０は装置に依存し、被測定物１０３がない状態での測定により、式（１１）から求めることができる。
ｌ０＝−ｌｅｐ（Ｅ）・ｌｎ｛Ｉ２（Ｅ）／Ｉ０（Ｅ）｝             ・・・（１１）
【００４４】
実際の測定では、被測定物１０３による屈折量が非常に小さいため、Ｘ線束の断面サイズをΔｙよりも十分に小さくすることは難しい。また、Ｘ線調整手段１０２からのＸ線束は、その断面方向に強度分布や角度発散を持つ。さらにＸ線減衰素子の加工誤差なども検出値Ｉ２に影響を与えうる。それらの影響を考慮してＰＦを補正しても良いが、以下で説明するようにＰＦ（Δｙ）を実測しても良い。
【００４５】
まず、被測定物１０３がＸ線撮像装置の光路中に無い状態でＸ線減衰素子１０４ｂをＹ軸方向へ移動（並進走査）した場合にＸ線検出器１０５で得られる強度情報を、Ｘ線減衰素子１０４ｂの位置とともに図５（ａ）に示す。Ｘ線減衰素子１０４ｂの位置変化量は図４のΔｙに相当する。これらの強度情報のうち特定のＥに関するもののΔｙに対する変化を求めることでＰＦ（Δｙ）を得ることができる。ただし、図５（ａ）においてＡで示したようなエネルギー領域ではＸ線の検出強度が小さく、強度情報のＳ／Ｎ比が低下することが予想される。このような場合には、強度情報について特定のエネルギー領域の区間和のΔｙに対する変化からＰＦ（Δｙ）を求めてもよい。エネルギー領域Ａの強度の区間和をΔｙに対しプロットしたものが図５（ｂ）に示した測定値（実線）であり、規格化して表示している。また、Ｘ線束の断面サイズがΔｙと比べて非常に小さい場合の、Δｙに対する透過率曲線を計算値１（点線）として図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）より、測定値（実線）は透過率曲線がΔｙ方向に引き伸ばされたものであることが分かる。このように透過率曲線が引き伸ばされる場合も、位置ずれに対する強度変化があれば、Ｉ２からΔｙを求めることが可能でありＸ線減衰素子として用いることができる。ここで図５（ｂ）における測定値が示す変化はＰＦ（Δｙ）に相当する。また図５（ｂ）には、測定値（実線）に対するフィッティング曲線の値を計算値２として示している。この計算値２のように、良好に測定値を再現できるフィッティング関数をＰＦ（Δｙ）として用いてよい。
【００４６】
図５（ａ）のエネルギー領域Ａ〜ＤのＩ２の区間和をそれぞれΔｙに対しプロットしたものを図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）における強度が示す変化は、それぞれのエネルギー領域に対するＰＦ（Δｙ）に相当する。すなわち本実施例２では、ＰＦ（Δｙ）の形状はＥにも依存し、ＰＦ＝ＰＦ（Ｅ，Δｙ）となる。したがって式（４），（５）は、式（１２），（１３）のように表される。
Ｉ２（Ｅ，ｄ）＝Ｉ０（Ｅ）ｅｘｐ｛−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ）｝ＰＦ（Ｅ，Δｙ）              ・・・（１２）
Δｙ＝ＰＦ−１（Ｅ，Ｉ２（Ｅ，ｄ）／｛Ｉ０ｅｘｐ（−ｔ（Ｅ）／ｌｅｓ（Ｅ，ｄ））｝）  ・・・（１３）
【００４７】
本実施例のＸ線減衰素子１０４ｂは、Ｘ線束の断面サイズ以上に光路がずれても、透過率の変化をＸ線検出器１０５で検出できるため、実施例１のＸ線減衰素子１０４ａに比べて光路の位置ずれに対する感度域を広げることができる。なお、Ｘ線検出器１０５において検出された強度情報のＳ／Ｎ比が良い場合には、上記のように区間和をとらなくてよい。またＳ／Ｎ比が悪い場合には、上記のように区間和をとることにより、Ｘ線源１０１で発生するＸ線の強度が低い場合でもＳ／Ｎ比を向上させることができる。ただし、和をとる区間は、区間両端におけるエネルギーにおいて、被測定物１０３による屈折量の最大値の差が、Ｘ線調整手段１０２により調整されたＸ線束の発散角度を超えないような範囲にした方がよい。これは、エネルギーが幅をもつことによる収差が画質へ与える影響を低減するためである。
【００４８】
算出手段１０６での算出に用いる強度情報として区間和した強度情報を使用する場合、単色Ｘ線での取り扱いのように被測定物１０３およびＸ線減衰素子１０４ｂの減衰長は一定とならない。そのため、和をとるエネルギー区間および光路長に応じて補正した減衰長を代わりに用いるとよい。ただし、被測定物１０３およびＸ線減衰素子１０４ｂにおける光路長が小さい場合には、減衰長を一定値として用いてよい。特に、Ｘ線検出器１０５で検出された強度情報のノイズ比よりも、被測定物１０３の減衰長の変化量の減衰長の中央値に対する比のほうが小さい場合には、減衰長を一定値として用いてよい。
【００４９】
なお、本実施例ではＸ線減衰素子として、Ｘ線の入射位置に応じて形状（厚み）が変化する素子を使用した。しかし、Ｘ線減衰素子としては、Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過率が変化する素子を用いれば良く、例えば、Ｘ線の入射位置に応じて密度分布または化学組成分布が変化する素子を用いても良い。例えば、Ｘ線の吸収能に違いのある２つの金属でＸ線減衰素子を構成し、その２つの金属の組成をＸ線の入射位置に応じて変化させてもよい。また、例えば、Ｘ線減衰素子をポーラス構造にして、そのポーラスの大きさまたは密度をＸ線の入射位置に応じて変化させてもよい。
【実施例３】
【００５０】
本実施例のＸ線撮像装置は、Ｘ線調整手段１０２と、Ｘ線減衰素子１０４と、Ｘ線検出器１０５が実施例１と異なる。本実施例では、Ｘ線調整手段１０２として、タンタルからなる遮蔽板に複数のピンホール（直径６０  μｍ）を２次元的に配列させた絞りを用いている。Ｘ線減衰素子１０４としては、実施例１または実施例２のＸ線減衰素子を２次元的に複数配列させた素子を用いている。Ｘ線検出器１０５としても、Ｘ線のスペクトル分布を検出することができるＸ線検出器を２次元的に複数配列させた検出器を用いている。
【００５１】
Ｘ線源１０１からのＸ線は、Ｘ線調整手段１０２で複数のＸ線束に分割され、被測定物１０３に入射する。被測定物１０３を透過および屈折した複数のＸ線束のそれぞれは、Ｘ線減衰素子１０４の複数の素子のそれぞれを透過し、複数の検出器のそれぞれに入射する。
【００５２】
本実施例のＸ線撮像装置によれば、Ｘ線調整手段１０２により分割されたＸ線束の数に応じて、被測定物上の複数の点に関する情報をＸ線検出器１０５で一度に検出することができる。したがって、本実施例のＸ線撮像装置は、実施例１または２のＸ線撮像装置と比べて、短時間で被測定物を測定できる。
【００５３】
なお、本実施例においては、Ｘ線減衰素子１０４とＸ線検出器１０５とのＸ線撮像装置の光軸に垂直な方向の位置が合っている必要があるため、Ｘ線減衰素子１０４とＸ線検出器１０５との間隔を開けずにこれらを一体的に構成してもよい。
【実施例４】
【００５４】
次に本実施形態のＸ線撮像装置を用いたＸ線撮像方法の実施例について説明する。図６は、実施例４のＸ線撮像方法のフローチャートである。
【００５５】
まず、被測定物１０３を用意し、Ｘ線撮像装置のステージ上に配置する（ステップ１０１、以下Ｓ１０１）。Ｘ線調整手段１０２からのＸ線束を被測定物１０３に照射し、被測定物１０３およびＸ線減衰素子１０４を透過したＸ線束をＸ線検出器１０５で検出し、Ｘ線スペクトル分布を取得する（Ｓ１０２）。Ｘ線撮像装置のステージを移動して、被測定物１０３をＸ線束で走査し、被測定物１０３の各位置に対応するＸ線スペクトル分布を取得する。なお、ステージを移動せずＸ線束を動かすことによって、被測定物１０３をＸ線束で走査してもよい。
【００５６】
次に、Ｘ線検出器１０５で検出したＸ線スペクトル分布のうち、所定エネルギーを持つＸ線の強度情報に基づいて、算出手段１０６により被測定物の像を算出（生成）する（Ｓ１０３）。そして、算出手段１０６の算出結果に基づいて、表示手段１０７で被測定物の像を表示する（Ｓ１０４）。または、あらかじめ様々なエネルギーの強度情報に基づき、算出手段１０６により被測定物の像を算出し、それぞれの像を表示手段１０７で一覧表示させても良い。
【００５７】
ここで、検出感度が悪く、所望の像が得られない場合には、算出手段１０６による算出に用いるＸ線のエネルギーを、Ｓ１０２で取得したＸ線スペクトル分布の中で変更する（Ｓ１０６）。そして、再度、先のＳ１０３のときと異なるエネルギーのＸ線の強度分布に基づいて、算出手段１０６で被測定物の像を算出（生成）し（Ｓ１０３）、算出結果に基づいて、表示手段１０７で被測定物の像を表示する（Ｓ１０４）。本実施例のＸ線撮像方法によれば、検出器で検出した少なくとも２つ以上のＸ線の検出結果のうちいずれか１つに基づいて像を生成することで、Ｘ線束の光路の位置ずれに対する感度を簡易に調整できる。
【実施例５】
【００５８】
次に本実施形態のＸ線撮像装置を用いたＸ線撮像方法の別の実施例について説明する。図７は、実施例５のＸ線撮像方法のフローチャートである。
【００５９】
まず、被測定物１０３を用意し、Ｘ線撮像装置のステージ上に配置する（Ｓ２０１）。Ｘ線調整手段１０２からのＸ線束を被測定物１０３に照射し、被測定物１０３およびＸ線減衰素子１０４を透過したＸ線束をＸ線検出器１０５で検出し、Ｘ線スペクトル分布を取得する（Ｓ２０２）。Ｘ線撮像装置のステージを移動して、被測定物１０３をＸ線束で走査し、被測定物１０３の各位置に対応するＸ線スペクトル分布を取得する。なお、ステージを移動せずＸ線束を動かすことによって、被測定物１０３をＸ線束で走査してもよい。
【００６０】
次に、Ｘ線検出器１０５で検出したＸ線スペクトル分布のうち、所定の２つ以上のエネルギーのＸ線の強度に基づいて、算出手段１０６で被測定物の物理量を算出する。具体的には、前述したように２つ以上のエネルギーのＸ線の強度Ｉ２のそれぞれを式（５）に代入して、２つ以上の方程式を取得し（Ｓ２０３）、その２つ以上の方程式から位置ずれΔｒ、被測定物の密度ｄおよび厚みｔを算出する（Ｓ２０４）。Δｒが分かれば、式（６）または式（７）から、屈折量Δθまたは位相変化量Δφを算出する（Ｓ２０５）。なお、この際、被測定物１０３の各位置において算出されたΔｒ、Δθ、Δφなどの分布を表示手段１０７で表示してもよい。本実施例のＸ線撮像方法によれば、被測定物１０３によるＸ線の吸収が無視できない場合にも、被測定物１０３によるＸ線の屈折量を簡易に抽出できる。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０１  Ｘ線源
１０２  Ｘ線調整手段
１０３  被測定物
１０４  Ｘ線減衰素子
１０５  Ｘ線検出器
１０６  算出手段
１０７  表示手段
【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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