(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０μｍ以下の幅を有する観察対象領域を可視化する装置であって、
前記観察対象領域にＸ線を照射する発光面を有し、前記観察対象領域の前記幅方向における前記発光面の幅が前記観察対象領域の前記幅より大きい光源と、
前記観察対象領域に対して前記光源とは反対側に配置され、前記光源から照射されたＸ線のうち前記観察対象領域を通過したＸ線のみに応じた二次元データを生成する二次元Ｘ線検出器と、
前記二次元データに基づいて、前記観察対象領域を可視化するための可視化データを生成する画像処理部とを備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記二次元Ｘ線検出器が単一光子計測によって前記二次元データを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記二次元Ｘ線検出器は、
前記観察対象領域を通過した前記Ｘ線を電子に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生する電子の二次元位置を維持しつつ該電子を増倍する電子増倍部と、
前記電子増倍部から出射される電子を光に変換する蛍光面と、
二次元配置されたＭ個（Ｍは４以上の整数）の画素を有し、前記蛍光面から出射される光を前記画素毎に検出する光検出部と、
前記光検出部における光の検出回数を前記画素毎にカウントし、前記画素毎の前記検出回数に基づいて前記二次元データを生成する演算部とを有し、
前記可視化データは、前記二次元データの前記Ｍ個の画素の各々がＮ分割（Ｎは２以上の整数）されて成るＭ×Ｎ個の微細画素からなり、
前記画像処理部は、前記可視化データの各微細画素のデータ値を算出する際に、当該微細画素を含む前記画素（以下、対象画素という）の周囲に位置する前記画素における前記検出回数に応じて、前記対象画素に含まれるＮ個の前記微細画素のデータ値に傾斜を与える、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光源の前記発光面の幅が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記観察対象領域の前記幅が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
１０μｍ以下の幅を有する観察対象領域を可視化する方法であって、
前記観察対象領域の前記幅方向における発光面の幅が前記観察対象領域の前記幅より大きい光源を用いて、前記発光面から前記観察対象領域にＸ線を照射する照射ステップと、
前記観察対象領域に対して前記光源とは反対側に配置された二次元Ｘ線検出器を用いて、前記光源から照射されたＸ線のうち前記観察対象領域を通過したＸ線のみに応じた二次元データを生成する二次元データ生成ステップと、
前記二次元データに基づいて、前記観察対象領域を可視化するための可視化データを生成する可視化データ生成ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記二次元データ生成ステップにおいて、単一光子計測によって前記二次元データを生成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記二次元データ生成ステップは、
前記観察対象領域を通過した前記Ｘ線を電子に変換する光電変換ステップと、
前記光電変換ステップにより生じた電子の二次元位置を維持しつつ該電子を増倍する電子増倍ステップと、
前記電子増倍ステップを経た電子を蛍光面によって光に変換する蛍光ステップと、
二次元配置されたＭ個（Ｍは４以上の整数）の画素毎に、前記蛍光面から出射される光を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおける光の検出回数を前記画素毎にカウントし、前記画素毎の前記検出回数に基づいて前記二次元データを生成するステップとを含み、
前記可視化データは、前記二次元データの前記Ｍ個の画素の各々がＮ分割（Ｎは２以上の整数）されて成るＭ×Ｎ個の微細画素からなり、
前記可視化データ生成ステップにおいて前記可視化データの各微細画素のデータ値を算出する際に、当該微細画素を含む前記画素（以下、対象画素という）の周囲に位置する前記画素における前記検出回数に応じて、前記対象画素に含まれるＮ個の前記微細画素のデータ値に傾斜を与える、ことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記光源の前記発光面の幅が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記観察対象領域の前記幅が２μｍ以下であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な観察対象領域を可視化する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、測定対象である試料に点状のＸ線源からＸ線を放射し、透過したＸ線を検出することにより得られるＸ線画像において、画像上の二点間の距離を求めるための方法が記載されている。この文献に記載された方法では、測定対象における二点が試料の厚み方向において互いに異なる面内にそれぞれ存在する場合に生じる測定距離の誤差を、該二点間の厚み方向の距離に基づいて補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より、試料の２点間の距離を求める際には、特許文献１に記載された技術のように点状の光源を用いた幾何学的拡大像を撮像している。しかしながら、点状の光源といっても実際には或る程度の大きさを有しているので、２点間の距離が極めて短い場合、このような方法により２点間の距離を求めることには限界がある。
【０００５】
本発明者らは、例えば１０μｍ以下といった極めて微細な観察対象領域の大きさを識別するための研究を行っている。このような微細な観察対象領域の識別は、例えば二つの部品同士の機械的な接触の程度を確認するために有用である。しかし、上述したように、従来の方法ではこのような微細な観察対象領域を識別することが難しい。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、１０μｍ以下の幅を有する極めて微細な観察対象領域を可視化することで、そのような観察対象領域の大きさを識別することが可能な装置および方法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】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明による装置は、１０μｍ以下の幅を有する観察対象領域を可視化する装置であって、観察対象領域にＸ線を照射する発光面を有し、観察対象領域の幅方向における発光面の幅が観察対象領域の幅より大きい光源と、観察対象領域に対して光源とは反対側に配置され、観察対象領域を通過したＸ線に応じた二次元データを生成する二次元Ｘ線検出器と、二次元データに基づいて、観察対象領域を可視化するための可視化データを生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による方法は、１０μｍ以下の幅を有する観察対象領域を可視化する方法であって、観察対象領域の幅方向における発光面の幅が観察対象領域の幅より大きい光源を用いて、発光面から観察対象領域にＸ線を照射する照射ステップと、観察対象領域に対して光源とは反対側に配置された二次元Ｘ線検出器を用いて、観察対象領域を通過したＸ線に応じた二次元データを生成する二次元データ生成ステップと、二次元データに基づいて、観察対象領域を可視化するための可視化データを生成する可視化データ生成ステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の可視化装置及び可視化方法によって得られる効果について説明する。図１〜図４は、本実施形態における可視化の原理を説明するための図である。一般的なＸ線撮像による計測においては、図１（ａ）に示されるように、観察対象領域Ｈの幅ＷＨよりも光源の発光面Ｐの幅ＷＰが十分に小さい。この場合、撮像素子の撮像面には、発光面Ｐから観察対象領域Ｈまでの距離と、観察対象領域Ｈから撮像面までの距離との比に応じた倍率で拡大された光像（Ｘ線像）Ｒが入射する。この光像Ｒは観察対象領域Ｈの形状を反映した像、いわゆる投影像である。この場合、発光面Ｐの幅ＷＰが大きくなると、図１（ｂ）に示されるように観察対象領域Ｈの輪郭部分を通過したＸ線が広い範囲に投影されるため、光像Ｒの輪郭が不明瞭になり、観察対象領域Ｈの幅ＷＨを計測する際の精度が低下してしまう。
【００１０】
対して、図２（ａ）に示されるように、観察対象領域Ｈが極めて小さなピンホール状である場合には、このような観察対象領域Ｈを通過して得られる光像Ｒは、図１で示したような観察対象領域Ｈの拡大像（投影像）ではなく、発光面Ｐの倒立像（ピンホール像）となる。しかし、このような倒立像が得られる観察対象領域Ｈの大きさは限られており、観察対象領域Ｈが大きくなると、図２（ｂ）に示されるように観察対象領域Ｈを通過したＸ線による光像Ｒの輪郭が不明瞭になってしまう。
【００１１】
一方、観察対象領域Ｈが微小な細長い（横長の）スリット状である場合には、図３に示されるように、観察対象領域Ｈの短手方向Ｆ１（すなわち幅ＷＨの方向）における光像Ｒの輪郭Ｒａは明瞭となり、観察対象領域Ｈの長手方向Ｆ２における光像Ｒの輪郭Ｒｂは不明瞭となる。よって、輪郭Ｒａをもとに、観察対象領域Ｈの幅や、幅方向（短手方向）におけるおおよその形状を知ることができる。なお、この観察対象領域Ｈが図３で示した方向と直交する方向に細長い（縦長の）スリット状である場合においても、観察対象領域Ｈの短手方向（すなわち幅ＷＨの方向）における光像Ｒの輪郭Ｒａが明瞭となり、観察対象領域Ｈの長手方向における光像Ｒの輪郭Ｒｂが不明瞭となる。つまり、横長のスリット状であっても、縦長のスリット状であっても、同様の効果を得ることができる。そして、図４に示されるように、微小な観察対象領域Ｈが複雑な形状を有する場合には、光像Ｒの輪郭には発光面Ｐの形状に加え、観察対象領域Ｈの形状をいくらか反映した変形や輝度ムラが生じることとなる。このように、微小な観察対象領域Ｈが複雑な形状を有している場合でも、その形状を反映した光像を得ることができるので、形状の識別が可能となる。このような現象は、観察対象領域Ｈが幅１０μｍ以下といった極めて微小なものであり、且つ光源の発光面Ｐの幅ＷＰが観察対象領域Ｈより大きい場合に顕著に発生する。従って、このような条件が揃った場合に、観察対象領域Ｈの形状を光像Ｒとして可視化でき、その幅の大きさを求めたり、他の形状との違いを識別することは十分に可能となる。
【００１２】
また、この装置では、二次元Ｘ線検出器が単一光子計測によって二次元データを生成することが好ましい。例えば、二次元Ｘ線検出器が、観察対象領域を通過したＸ線を電子に変換する光電変換部と、光電変換部で発生する電子の二次元位置を維持しつつ該電子を増倍する電子増倍部と、電子増倍部から出射される電子を光に変換する蛍光面と、二次元配置されたＭ個（Ｍは４以上の整数）の画素を有し、蛍光面から出射される光を画素毎に検出する光検出部と、光検出部における光の検出回数を画素毎にカウントし、画素毎の検出回数に基づいて二次元データを生成する演算部とを有し、可視化データは、二次元データのＭ個の画素の各々がＮ分割（Ｎは２以上の整数）されて成るＭ×Ｎ個の微細画素からなり、画像処理部は、可視化データの各微細画素のデータ値を算出する際に、当該微細画素を含む画素（以下、対象画素という）の周囲に位置する画素における検出回数に応じて、対象画素に含まれるＮ個の微細画素のデータ値に傾斜を与えることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、この方法では、二次元データ生成ステップにおいて、単一光子計測によって二次元データを生成することが好ましい。例えば、二次元データ生成ステップは、観察対象領域を通過したＸ線を電子に変換する光電変換ステップと、光電変換ステップにより生じた電子の二次元位置を維持しつつ該電子を増倍する電子増倍ステップと、電子増倍ステップを経た電子を蛍光面によって光に変換する蛍光ステップと、二次元配置されたＭ個（Ｍは４以上の整数）の画素毎に、蛍光面から出射される光を検出する検出ステップと、検出ステップにおける光の検出回数を画素毎にカウントし、画素毎の検出回数に基づいて二次元データを生成するステップとを含み、可視化データは、二次元データのＭ個の画素の各々がＮ分割（Ｎは２以上の整数）されて成るＭ×Ｎ個の微細画素からなり、可視化データ生成ステップにおいて可視化データの各微細画素のデータ値を算出する際に、当該微細画素を含む画素（以下、対象画素という）の周囲に位置する画素における検出回数に応じて、対象画素に含まれるＮ個の微細画素のデータ値に傾斜を与えることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、上述した装置及び方法では、光源の発光面の幅が５０μｍ以下であると、発光面において高い出力密度が得やすく、かつ発光面における出力の均一性が得やすいため好ましい。また、上述した装置および方法では、観察対象領域の幅が２μｍ以下といった非常に微小な間隙の場合に特に有効となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による装置および方法によれば、１０μｍ以下の幅を有する極めて微細な観察対象領域を可視化することで、そのような観察対象領域の大きさを識別することを可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態における可視化の原理を説明するための図である。
【図２】一実施形態における可視化の原理を説明するための図である。
【図３】一実施形態における可視化の原理を説明するための図である。
【図４】一実施形態における可視化の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】（ａ）二次元データが示す画像データの一例を示す図である。（ｂ）二次元データのＭ個の画素の各々がＮ分割されて成るＭ×Ｎ個の微細画素からなる、可視化データを概略的に示す図である。
【図７】二次元Ｘ線検出器の構成の一部を示す断面図である。
【図８】画像処理部の構成の例を概略的に示す図である。
【図９】画像処理部における機能ブロックを示す図である。
【図１０】閾値処理部による処理の概要を説明するための図である。（ａ）二次元データに含まれる複数の画素を示しており、各画素の中に記載された数値は、各画素のデータ値（すなわち入射光の検出回数）を表している。（ｂ）Ｘ方向に並んだ画素群のデータ値をグラフ化したものである。（ｃ）Ｙ方向に並んだ画素群のデータ値をグラフ化したものである。
【図１１】閾値処理部による処理の概要を説明するための図である。（ａ）閾値処理部による処理の後の二次元データを示す図である。（ｂ）ノイズ除去後のＸ方向に並んだ画素群のデータ値をグラフ化したものである。（ｃ）ノイズ除去後のＹ方向に並んだ画素群のデータ値をグラフ化したものである。
【図１２】（ａ）（ｂ）重心検出部が極大値判定を行う前後のデータを示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）重心検出部における極大値判定処理の具体例を示す図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）重心検出部における極大値判定処理の具体例を示す図である。
【図１５】拡大処理部における処理の概要を説明するための図である。
【図１６】トリミングデータ作成部における処理の概要を説明するための図である。
【図１７】（ａ）線形補間方法によって得られるトリミングデータに基づく画像の一例を示している。（ｂ）一部の領域の拡大図である。
【図１８】（ａ）比較のため、或る画素の周辺で最も近い画素のデータ値を当該画素のデータ値として設定する、いわゆる最近傍補間方法によって得られるトリミングデータに基づく画像の一例を示している。（ｂ）一部の領域の拡大図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）観察対象領域に関する可視化データの一例を示す写真である。
【図２０】（ａ）（ｂ）観察対象領域に関する可視化データの一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明による装置および方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図５は、本発明の一実施形態に係る装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態の装置１０は、１０μｍ以下の幅を有する観察対象領域を可視化する装置であって、光源２０と、二次元Ｘ線検出器３０と、画像処理部４０とを備える。なお、光源２０と二次元Ｘ線検出器３０との間には、測定対象としてのスリットを有する被測定部材５０が配置されている。この被測定部材５０は、１０μｍ以下、例えば２μｍ以下といった短手方向の幅を有する極めて微細な観察対象領域５２を有する。なお、本願における観察対象領域とは、被測定部材５０における隙間、孔、所定強度のＸ線を透過し得る領域（換言すれば質量厚さ（mass thickness）が或る閾値より薄い領域）、或いは、巨視的には互いに接しているとみなされる二物体間の微視的な隙間など、様々な微小領域を指す。本実施形態の装置１０は、これらのような様々な観察対象領域を識別するために用いられる。
【００１９】
光源２０は、Ｘ線源であり、発光面２１を有する。発光面２１からはＸ線が出射され、このＸ線は被測定部材５０の観察対象領域５２に照射される。発光面２１は、一般の光学装置では点状の光源として扱われる程度の大きさを有する。なお、本願においては、前述した可視化の原理に従って、観察対象領域５２の幅方向（図の上下方向）における発光面２１の幅は、観察対象領域５２の幅より大きくなっている。その際、発光面２１から出射され、観察対象領域５２を通過するＸ線フォトンが多いほど、かつ発光面２１の単位面積あたりの出射Ｘ線フォトン量の均一性が高いほど、より正確な間隙の測定が可能となる。そのため、発光面２１が観察対象領域５２に対して大きすぎるような光源を用いると、観察対象領域５２に対応した領域でこのような条件を満たすのが非常に困難となる。そのため、観察対象領域５２の幅方向における発光面２１の幅（焦点径）は、発光面２１において高い出力密度が得やすく、かつ発光面２１における出力の均一性が得やすい大きさ、例えば５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下であり、本実施形態においては１０μｍとなっている。つまり、本実施形態では観察対象領域５２が極めて微細（２μｍ以下）であり、観察対象領域５２の幅方向（図の上下方向）における発光面２１の幅（焦点径１０μｍ）は、観察対象領域５２の幅より大きくなっている。
【００２０】
また、本実施形態では、光源２０の輝度分布が、観察対象領域５２を通過した後の二次元Ｘ線検出器３０の受光面上において変化することを計測する。このためには、光源像が二次元Ｘ線検出器３０の画素サイズに比べて十分拡大されていることが望ましい。例えば、光源２０が３０μｍ、画素のサイズも３０μｍとし、光源２０から観察対象領域５２までの距離を１０ｃｍと仮定する。そして、観察対象領域５２の短手方向の長さを１０個の画素で計測すると仮定すると、観察対象領域５２から１ｍ離れた位置に二次元Ｘ線検出器３０を設置する必要があるので、装置が大型化してしまう。また、軟Ｘ線領域で計測する場合、１ｍといった長い距離では大気による吸収散乱によって計測が困難となるおそれがある。光源２０と観察対象領域５２を互いに近づける、あるいは、二次元Ｘ線検出器３０の画素サイズを小さくするにはもちろん限界がある。また、計測画素数を減らせば計測精度が低下してしまう。
【００２１】
このように、単に二次元Ｘ線検出器の画素を情報単位とした場合には、計測精度の限界があり、非常に小さい観察対象領域５２の形状等の正確な識別にも限界がある。そこで、後述するように、本実施形態の装置１０では、二次元Ｘ線検出器３０によって得られたデータに特別な処理を施すことによって、上述した問題点を解決している。
【００２２】
次に、前述した可視化の原理に基づいて取得したデータを、より適切に可視化するための信号処理部および信号処理方法の例示として、二次元Ｘ線検出器３０と、画像処理部４０とをより詳細に説明する。二次元Ｘ線検出器３０は、試料５０の観察対象領域５２に対して光源２０の光軸上であって、光源２０とは反対側に配置される。二次元Ｘ線検出器３０は、いわゆる単一光子計測（フォトンカウンティング）によって、観察対象領域５２を通過したＸ線に応じた二次元データを生成する。図５に示されるように、二次元Ｘ線検出器３０は、光電変換部３１と、電子増倍部３２と、蛍光面３３と、光検出部３４と、演算部３５とを有する。光電変換部３１は、観察対象領域５２を通過したＸ線を電子ｅ１に変換し、この電子ｅ１を電子増倍部３２へ出射する。電子増倍部３２は、光電変換部３１で発生した電子ｅ１の二次元位置を維持しつつ、この電子ｅ１の二次電子増倍を行い、増倍された電子ｅ２を蛍光面３３へ出射する。蛍光面３３は、電子増倍部３２から出射された電子ｅ２の二次元位置を維持しつつ、電子ｅ２を光Ｌに変換し、この光Ｌを光検出部３４へ出射する。光検出部３４は、二次元配置されたＭ個（Ｍは４以上の整数）の画素を有するＣＣＤカメラ等の撮像素子を含んで構成され、蛍光面３３から出射される光Ｌを画素毎に検出して電気信号Ｓに変換する。一実施例では、撮像素子の画素の列数は６４０であり、行数は４８０である。光検出部３４は、この画素毎の電気信号Ｓを演算部３５へ出力する。演算部３５は、光検出部３４における光Ｌの検出回数を画素毎にカウントし、画素毎の検出回数に基づいて二次元データＤ１を生成する。そして、演算部３５は、生成した二次元データＤ１を画像処理部４０へ出力する。図６（ａ）は、二次元データＤ１が示す画像データの一例を示す図であり、説明を簡素化するために、この二次元データＤ１は、複数列および複数行にわたって二次元状に配列された３×３、つまりＭ＝９個の画素Ａ１を有し、これらの画素Ａ１のそれぞれには、光Ｌの検出回数に応じたデータ値が割り当てられている。
【００２３】
画像処理部４０は、二次元データＤ１に基づいて、観察対象領域５２を可視化するための可視化データＤ２を生成する。画像処理部４０は、例えばＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータなどの演算装置によって好適に構成されうる。可視化データＤ２は、図６（ｂ）に示されるように、二次元データＤ１のＭ個の画素Ａ１の各々がＮ分割（Ｎは２以上の整数）されて成るＭ×Ｎ個の微細画素Ａ２からなる。なお、図６（ｂ）では、例示のため、画素Ａ１を３×３の９個（すなわちＮ＝９）の微細画素Ａ２に分割した場合を示しており、Ｍ×Ｎ個、つまり９×９の８１個の微細画素Ａ２に分割した可視化データＤ２として、図６（ａ）と同じスケールで描かれている。画像処理部４０は、可視化データＤ２の各微細画素Ａ２のデータ値を算出する際に、算出対象である微細画素Ａ２を含む画素Ａ１（対象画素）の周囲に隣接する画素Ａ１における光Ｌの検出回数に応じて、この対象画素Ａ１に含まれるＮ個の微細画素Ａ２のデータ値に傾斜を与える。なお、微細画素Ａ２のデータ値を算出方法については、後に詳述する。
【００２４】
ここで、二次元Ｘ線検出器３０の具体的な構成について更に説明する。図７は、本実施形態に係る二次元Ｘ線検出器３０の構成の一部を示す断面図である。二次元Ｘ線検出器３０は真空バルブ３０ａを有しており、この真空バルブ３０ａの一方の開口端に真空気密溶接用フランジ３６ａが取り付けられ、これに窓支持フランジ３６ｂが溶接されている。そして、窓支持フランジ３６ｂには、大気圧に耐えられる強度の真空保持用ベリリウム窓３６ｃが取り付けられている。真空気密溶接用フランジ３６ａの他方の開口端には別の真空気密溶接用フランジ３６ｄが取り付けられ、これに出力面板フランジ３６ｅが溶接されている。そして、出力面板フランジ３６ｅには、ファイバ光学プレートであるＦＯＰ（Fiber Optic Plate）３７が固定されている。
【００２５】
真空バルブ３０ａには電極固定用フランジ３０ｂ及び３０ｃがそれぞれ貫通して設けられ、真空容器の内部には、電極固定用フランジ３０ｂに接続された電極３８ａと、電極固定用フランジ３０ｃに接続された電極３８ｂとが配設されている。そして、２枚のマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）３９が、電極３８ａの端面と電極３８ｂの端面とによって狭持され、それらの出力面がＦＯＰ３７の入力面と対向するように配置されている。ＭＣＰ３９の入力面には、光電変換部３１として、透過型光電面３１ａを形成したベリリウム膜３１ｂが密着または十分に近接して設けられている。また、ＦＯＰ３７の入力面には、蛍光面３３が設けられている。なお、２枚のＭＣＰ３９は、図５における電子増倍部３２に相当する部材である。また、図５に示された光検出部３４は、その光検出面がＦＯＰ３７の出力面と対向するように配置される。
【００２６】
次に、画像処理部４０の構成および機能について具体的に説明する。図８は、本実施形態の画像処理部４０の構成の例を概略的に示す図である。図８に示されるように、画像処理部４０は、重心検出回路４１及び処理演算部４２を有する。重心検出回路４１は、電子回路（ハードウェア）によって構成され、二次元Ｘ線検出器３０の演算部３５から二次元データＤ１を受け取る。重心検出回路４１は、二次元データＤ１に含まれる複数の画素Ａ１（図６を参照）のうち、入射した光Ｌの重心位置に相当する画素Ａ１を実時間（リアルタイム）で求める。処理演算部４２は、重心検出回路４１により求められた重心位置に関する情報Ｄｃおよび二次元データＤ１に基づいて、各画素Ａ１をそれぞれＮ個の微細画素Ａ２に分割するとともに、該Ｎ個の微細画素Ａ２のデータ値を算出する。なお、重心検出回路４１と処理演算部４２との間のデータのやりとりは、例えばＵＳＢ規格といった通信回線を介して行われると良い。
【００２７】
図９は、画像処理部４０における機能ブロックを示す図である。図９に示されるように、画像処理部４０は、Ａ／Ｄ変換部４３、閾値処理部４４、重心検出部４５、フレームメモリ４６、拡大処理部４７、及びトリミングデータ作成部４８を有する。Ａ／Ｄ変換部４３は、二次元データＤ１をディジタルデータに変換する。閾値処理部４４は、二次元データＤ１に含まれるノイズを除去する。重心検出部４５は、二次元データＤ１における入射光Ｌの重心位置を算出する。フレームメモリ４６は、重心検出部４５によって算出された重心位置等の数値を記憶する。拡大処理部４７は、重心検出部４５により求められた重心位置に関するデータに基づいて、微細画素Ａ２のデータ値を算出する。トリミングデータ作成部４８は、画像中の任意の領域に含まれる微細画素Ａ２のデータ値に基づいて、任意の領域の拡大画像である可視化データＤ２（トリミングデータ）を作成する。なお、図８に示された重心検出回路４１は、例えばＡ／Ｄ変換部４３、閾値処理部４４、重心検出部４５及びフレームメモリ４６を含む。また、処理演算部４２は、例えば拡大処理部４７及びトリミングデータ作成部４８を含む。
【００２８】
図１０及び図１１は、閾値処理部４４による処理の概要を説明するための図である。図１０（ａ）は二次元データＤ１に含まれる複数の画素Ａ１を示しており、各画素Ａ１の中に記載された数値は、各画素Ａ１のデータ値（すなわち入射光Ｌの検出回数）を表している。なお、便宜のため、二次元データＤ１の行方向をＸ方向と定義し、列方向をＹ方向と定義する。また、図１０（ｂ）は、Ｘ方向に並んだ画素群Ａｘのデータ値をグラフ化したものであり、横軸はＸ座標を、縦軸はデータ値をそれぞれ表している。図１０（ｃ）は、Ｙ方向に並んだ画素群Ａｙのデータ値をグラフ化したものであり、縦軸はＹ座標を、横軸はデータ値をそれぞれ表している。
【００２９】
図１１（ａ）は、閾値処理部４４による処理の後の二次元データＤ１を示す図である。また、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、閾値ＴＨ（図１０を参照）を用いた処理後の画素群Ａｘ及びＡｙそれぞれのデータ値をグラフ化したものであり、縦軸および横軸の定義は図１０（ｂ）、図１０（ｃ）と同様である。なお、この閾値ＴＨを適切な値に設定することで、単なるノイズの除去だけでなく、僅かな信号変化も識別することができる。図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示される二次元データＤ１を比較すると、図１１（ａ）では、データ値が極大となっている画素Ａ１の周辺に位置する画素Ａ１のうちデータ値が所定の閾値を超えないものについて、そのデータ値がゼロに変更されている。また、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示されるグラフと、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるグラフとを比較すると、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）では、データ値が所定の閾値ＴＨ（図１０を参照）を超えない領域について、該領域のデータ値がゼロに変更されている。
【００３０】
このように、閾値処理部４４は、二次元データＤ１を所定の閾値でもって処理することにより、二次元データＤ１に含まれるノイズの除去や信号変化の識別性を向上させたりすることができる。なお、所定の閾値は、二次元Ｘ線検出器３０の撮像素子（光検出部３４）のＳ／Ｎ以下のレベルの検出信号を除去することができる値に設定されるとよい。
【００３１】
重心検出部４５は、全有効画素（例えば６４０列４８０行）の中の任意の空間アドレス（Ｘ，Ｙ）に位置する画素Ａ１（Ｘ，Ｙ）と、その周囲の画素Ａ１（Ｘ±１，Ｙ±１）からなる３行３列の領域（以下、マトリクスという）について、そのマトリクス内における極大値判定を行う。具体的には、図１２（ａ）に示されるように、該マトリクスの中心画素Ａ１（Ｘ，Ｙ）のデータ値（図中では８）がそのマトリクスの周辺画素Ａ１（Ｘ＋１，Ｙ＋１），Ａ１（Ｘ＋１，Ｙ），Ａ１（Ｘ＋１，Ｙ−１），Ａ１（Ｘ，Ｙ＋１），Ａ１（Ｘ，Ｙ−１），Ａ１（Ｘ−１，Ｙ＋１），Ａ１（Ｘ−１，Ｙ），及びＡ１（Ｘ−１，Ｙ−１）のデータ値より大きい場合に、該マトリクスの中心画素Ａ１（Ｘ，Ｙ）のデータ値を極大値であると判定し、フレームメモリ４６内のアドレス（Ｘ，Ｙ）に相当する記憶領域に１を記録し、他の領域に０を記録する（図１２（ｂ））。重心検出部４５は、このような処理を全有効画素について行う。その結果、フレームメモリ４６上には撮像素子が有する最小位置分解能を反映した二次元データ（二次元信号マッピング情報）が蓄積される。これ以降、重心検出部４５は、二次元データＤ１が提供される毎にこのような処理を繰り返し行い、規定条件に至るまでフレームメモリ４６への記録を続ける。その結果、フレームメモリ４６において、各画素Ａ１における重心検出回数のみが積算された二次元データである重心積算データが得られる。
【００３２】
図１３は、重心検出部４５における上記処理の具体例を示す図である。まず、処理前における二次元データＤ１を図１３（ａ）に示す。図中において、各画素Ａ１内に記載された数値は各画素Ａ１のデータ値を表しており、領域Ｌ１〜Ｌ３は、各１個のフォトンに起因する入射光Ｌの入射範囲を表している。この図１３（ａ）に示される二次元データＤ１において、上記マトリクス内でデータ値が極大となる中心画素Ａ１（Ｘ，Ｙ）を抽出し、フレームメモリ４６内のアドレス（Ｘ，Ｙ）に相当する記憶領域に１を記録すると、フレームメモリ４６内の二次元データＤＭ１は図１３（ｂ）のようになる。ここまでが任意の時間に取得した１画面分の２次元データ処理である。
【００３３】
また、重心検出部４５では、上述した方法により求められる１画面分の二次元データを規定条件に至るまで複数回取得し、積算する。例えば、図１４（ａ）は、重心検出回数を示す二次元データが複数回積算されることで、各画素Ａ１に積算値が示された重心積算データＤＭ２の一例を示し、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示された重心積算データＤＭ２に対して、図１３（ｂ）に示された二次元データＤＭ１を積算した結果を示す。つまり、図１４（ｂ）では、図１４（ａ）に示された各画素Ａ１のうち、二次元データＤＭ１において１が記録された３つの画素Ａ１の数値にそれぞれ１が加算されている。以降、規定条件に至るまでフレームメモリ４６上において同様の処理を行うことにより、重心積算データＤＭ２を作成する。
【００３４】
図１５は、拡大処理部４７における処理の概要を説明するための図である。拡大処理部４７は、重心積算データＤＭ２に基づく次の処理を行うことにより、微細画素Ａ２のデータ値を算出する。
【００３５】
まず、拡大処理部４７において、重心積算データＤＭ２の中で視野制限（ＲＯＩ、Region of Interest）を行う際に必要な任意の拡大率Ｅを設定する。そして、拡大処理部４７は、この拡大率Ｅに基づいて、元画像のＥ２倍（＝Ｎ倍）の画素数（例えば、６４０×Ｅ×４８０×Ｅ）を有する別空間にマッピングを行う。しかし、この別空間における各画素（微細画素Ａ２）にはデータ値が存在しない。そこで、拡大処理部４７は、補間処理によって各微細画素Ａ２のデータ値を生成する。この補間処理は、重心積算データＤＭ２における既知の位置情報の重み付け（線形補間）によって行われる。
【００３６】
ここで、図１５に示されるように、元の領域（重心積算データＤＭ２）における任意の４点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の既知のデータ値をＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４とする。また、これら４点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４同士の距離は、最小空間距離である１とする。この場合、点Ｐ１からＸ方向に＋ｄｘ、Ｙ方向に＋ｄｙだけ離れた点Ｐ５におけるデータ値Ｃ５は、次の数式（１）によって算出される。
Ｃ５＝（１−ｄｙ）×（（１−ｄｘ）×Ｃ１＋ｄｘ×Ｃ２）＋ｄｙ×（（１−ｄｘ）×Ｃ３＋ｄｘ×Ｃ４）  …（１）
一例としてＥ＝４とした場合には、ｄｘ及びｄｙの最小分解能が共に４となり、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４によって囲まれた領域では、１６個の微細画素Ａ２のデータ値が補間生成されることとなる。
【００３７】
図１６は、トリミングデータ作成部４８における処理の概要を説明するための図である。図１６（ａ）は、拡大処理部４７からトリミングデータ作成部４８に提供される二次元拡大データＤＭ３の一例を示す図である。また、図１６（ｂ）は、トリミングデータ作成部４８によって生成されるトリミングデータＤＭ４の一例を示す図である。トリミングデータ作成部４８は、図１６（ａ）に示されるような複数の微細画素Ａ２を含む二次元拡大データＤＭ３から任意の領域Ｆを抽出して、該領域Ｆに関するトリミングデータＤＭ４（可視化データＤ２）を生成する。なお、この領域Ｆは、任意の点（ＲＯＩ）を中心とする領域であり、例えば６４０列４８０行の微細画素Ａ２からなる領域である。最終的なモニタ表示データ、統計処理、またはプロファイル処理等には、このトリミングデータＤＭ４が好適に使用される。
【００３８】
図１７（ａ）は、上述した補間方法（線形補間方法）によって得られるトリミングデータＤＭ４に基づく画像の一例を示しており、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の領域Ｊを拡大した図である。また、図１８（ａ）は、比較のため、或る画素の周辺で最も近い画素のデータ値を当該画素のデータ値として設定する、いわゆる最近傍補間方法によって得られるトリミングデータに基づく画像の一例を示しており、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の領域Ｊを拡大した図である。なお、図１７に示される実線Ｇ１１及びＧ１２は、それぞれ実線Ｇ１３及びＧ１４の位置におけるＹ，Ｘ方向のプロファイル（輝度）値を示している。同様に、図１８に示される実線Ｇ２１及びＧ２２は、それぞれ実線Ｇ２３及びＧ２４の位置におけるＹ，Ｘ方向のプロファイル（輝度）値を示している。これらを比較すると、本実施形態の方法による実線Ｇ１１，Ｇ１２は、比較の方法による実線Ｇ２１，Ｇ２２より格段に滑らかであり（特に図中の領域Ｊ）、本実施形態の方法による補間精度が極めて高いことがわかる。
【００３９】
以上の説明に基づき、本実施形態に係る可視化装置１０及び可視化方法によれば、１０μｍ以下の幅を有する極めて微細な観察対象領域５２を可視化し、その大きさを識別することが可能となる。
【００４０】
図１９及び図２０は、観察対象領域５２の一例として、その大きさが既知である極めて狭い標準スリットに関する可視化データＤ２を示す写真である。図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、焦点径が１０μｍである発光面２１に対して、標準スリットの平均幅がそれぞれ１．５μｍ、１．０μｍ、２００ｎｍおよび１００ｎｍである場合における可視化データＤ２を示している。なお、使用した二次元Ｘ線検出器は上記実施形態に係るものであり、その画素サイズは３０μｍ四方である。これらの図に示されるように、本実施形態に係る可視化装置１０及び可視化方法によれば、二次元Ｘ線検出器の画素サイズより小さい極めて微細な観察対象領域５２を可視化し、その異なる幅（１．５μｍ、１．０μｍ、２００ｎｍおよび１００ｎｍ）を相互に識別することが可能となる。また、これらの測定データによるデータテーブルを用いて、未知の観察対象領域５２の幅を測定することも可能となる。
【００４１】
以上に述べたように、本実施形態による可視化装置１０および可視化方法によれば、１０μｍ以下の幅を有する極めて微細な観察対象領域を可視化することで、そのような観察対象領域の大きさを識別することが可能になる。
【００４２】
また、極めて微弱なＸ線像の可視化において高い空間解像度でデータ取得を行う為には、例えば空間における広がりの少ないＸ線検出器と、高画素撮像素子（ＣＣＤカメラ等）を用いることが考えられる。しかし、Ｘ線検出器からのデータを積算処理しても、撮像素子の性能以上に空間分解能を高めることはできない。このような問題点に対し、本実施形態の装置及び方法によれば、空間的に広がりを有する撮像素子からの出力信号を、その大きさとしてではなくその空間的な広がりの重心位置に発生したイベント頻度として捉えて積算し、その後、更に個々の画素情報を基に空間的な補間処理を行うことによって、撮像素子の空間解像度を遥かに超えた２次元可視化画像（濃度分布像）を提供することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…可視化装置、２０…光源、２１…発光面、３０…Ｘ線検出器、３２…電子増倍部、３３…蛍光面、３４…光検出部、３５…演算部、４０…画像処理部、４１…重心検出回路、４２…処理演算部、４３…Ａ／Ｄ変換部、４４…閾値処理部、４５…重心検出部、４６…フレームメモリ、４７…拡大処理部、４８…トリミングデータ作成部、５０…被測定部材、５２…観察対象領域、Ａ１…画素、Ａ２…微細画素、Ｄ１…二次元データ、Ｄ２…可視化データ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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