JP6036321B2 - Ｘ線複合装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ撮影とＸ線回折による構造解析または蛍光Ｘ線による元素分析を１台の装置で行うことができるＸ線複合装置に関する。

Ｘ線ＣＴは、被検体の周囲３６０°からＸ線を照射し、被検体に一部吸収されて減衰した透過Ｘ線を検出器で記録して画像を再構成する技術である。また、Ｘ線回折は、Ｘ線が結晶格子によって回折される現象である。従来、Ｘ線ＣＴとＸ線回折とを組み合わせた技術が開示されている（特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１には、放射光施設で投影像を拡大し高分解能のＣＴ撮影を達成するＸ線回折を用いるＸ線ＣＴ装置が提案されている。特許文献１記載のＸ線ＣＴ装置は、白色Ｘ線を被検体に照射し、被検体を透過した白色Ｘ線を第一単結晶の非対称反射により希望するＸ線エネルギー値に単色化し、同時に投影像の拡大を行う。そして、さらに反射された投影像を第二単結晶以降の非対称反射により更に拡大するとともに不要な低周波・高周波をカットし、最終的に希望する領域の単色Ｘ線のみを大きく拡大する。

また、特許文献２には、Ｘ線回折を利用して物体内の高コントラスト像を一度に、かつ容易に得ることのできる非破壊分析装置が提案されている。特許文献２記載の非破壊分析装置は、単色平行Ｘ線を物体に照射し、所定厚さを有する透過型結晶分析体に物体からの屈折Ｘ線等を入射させ、位相コントラスト像を撮影する。そして、この非破壊分析装置にＸ線ＣＴ技術を導入することで新たな非破壊分析画像を得ることも可能となっている。

また、特許文献３には、Ｘ線ビームを放射するＸ線源と、２次元Ｘ線検出器と、各位置でお互いに相対的に位置させるゴニオメーターと、２次元検出器からのインプットを処理し、２次元検出器からのインプットと、Ｘ線源、Ｘ線検出器および試料の相対的位置に基づいて、試料の情報をアウトプットするコンピュータを含むイメージシステムが開示されている。そして、このイメージシステムでは、Ｘ線回折を測定して試料の角度分散Ｘ線回折を実行でき、２次元Ｘ線検出器を用いてコンピュータトモグラフィモードも実行できる。

特開平２−２４８８９９号公報 特開２００３−３２９６１７号公報 特開２０１１−１６９９００号公報

上記のように、特許文献１、２では、Ｘ線ＣＴの機能を向上させるためにＸ線回折を応用する技術が開示されている。しかしながら、これらの装置の目的はＸ線ＣＴ撮影であり、Ｘ線ＣＴ撮影とＸ線回折による構造解析とをそれぞれ行うことではない。また、特許文献３では、Ｘ線ＣＴ撮影とＸ線回折による構造解析とをそれぞれ行える装置が記載されているが、蛍光Ｘ線による元素分析を行うことはできない。

一方、材料分野では、たとえば電子部品に用いられるセラミックスでクラックの発生箇所を特定するとともに、手間をかけずに発生箇所の構造解析も効率的に行いたいというユーザの要望がある。また、材料中に混入した異物が表面に表れている場合には、異物の箇所を特定するとともに、効率的に異物の元素分析を行いたいという場合もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、１台で効率よくＸ線ＣＴ撮影および蛍光Ｘ線による元素分析を行うことができるＸ線複合装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線複合装置は、コーンビームＸ線を発生させるＸ線源と、前記コーンビームＸ線が照射される試料を保持する試料台と、前記Ｘ線源と前記試料台との間で、用途に応じて前記コーンビームＸ線を絞り平行Ｘ線を形成することができるコリメータ部と、前記試料を透過したコーンビームＸ線を検出する二次元検出器と、前記試料から放射された蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出器と、を備え、Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる場合には、前記コーンビームＸ線を試料に照射し、蛍光Ｘ線分析に用いられる場合には、前記コリメータ部により形成された平行Ｘ線を試料に照射することを特徴としている。

このように、本発明のＸ線複合装置は、Ｘ線源と試料台との間でＸ線を絞り平行Ｘ線を形成するコリメータ部を備えている。そして、Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる場合には、コリメータ部を機能させずコーンビームＸ線を試料に照射し、蛍光Ｘ線分析に用いられる場合には、コリメータ部を機能させて平行Ｘ線を試料に照射する。これにより、１台のＸ線複合装置でＸ線ＣＴ撮影および蛍光Ｘ線による元素分析を行うことができ、各用途のために別の装置を使う場合に比べてユーザの手間を省くことができる。

（２）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記試料を透過したコーンビームＸ線または前記試料により回折されたＸ線を検出する二次元検出器、を更に備え、Ｘ線回折分析に用いられる場合には、前記コリメータ部により形成された平行Ｘ線を試料に照射することを特徴としている。

これにより、１台のＸ線複合装置でＸ線ＣＴ撮影および蛍光Ｘ線による元素分析だけでなくＸ線回折による構造解析をも行うことができ、各用途のための試料の設置等のユーザの手間を省くことができる。また、１台のスペースで３台分の効果が得られ、省スペース化を達成することができる。

（３）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記コリメータ部が、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析に用いられる場合に平行Ｘ線を形成可能な孔を有することを特徴としている。このように、用途に応じてコリメータ部の孔の大きさを変更することができるため、Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる場合には、コリメータ部を機能させずコーンビームＸ線を試料に照射することができ、Ｘ線回折または蛍光Ｘ線分析に用いられる場合には、コリメータ部を機能させて概略平行Ｘ線を試料に照射することが可能になる。

（４）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記コリメータ部が、孔の大きさを調整できる２つのスリットを重ねて設置することにより構成されることを特徴としている。Ｘ線ＣＴ撮影とそれ以外の用途に応じて容易にスリット孔の大きさを調整することが可能になる。

（５）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽するＣＴ用フィルタを更に備え、前記ＣＴ用フィルタは、主にアルミニウムまたはベリリウムにより構成されていることを特徴としている。このようにＣＴ用フィルタは、Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる場合に所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽する。これにより、被検体に吸収されるＸ線の照射量を減らすことができ、Ｘ線照射による影響を低減することができる。さらに、不要な照射により生じる散乱線を省くことによりＣＴ撮影像のコントラストを高めることができる。なお、ＣＴ用フィルタは、所定値以下のエネルギーのＸ線を選択的に減衰させるＣＴ用アブソーバとして機能する。また、所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽するとは、実質的には、所定値以上の波長のＸ線成分の多くを遮蔽することを意味する。

主にアルミニウムまたはベリリウムにより構成されているとは、所定値以上の波長のＸ線を遮蔽するというＣＴ用フィルタの機能を達成する程度にアルミニウムまたはベリリウムを含んでいることを意味する。なお、不要な照射により生ずる散乱線を省くことだけを目的とする場合には、イットリウム、モリブデン、またはイットリウムおよびモリブデンを含む材料で形成されたＣＴ用フィルタを用いてもよい。

（６）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、特定の波長のＸ線を遮蔽する回折用フィルタを更に備え、前記回折用フィルタは、主にジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルにより構成されていることを特徴としている。このように回折用フィルタは、Ｘ線回折分析に用いられる場合に特定の波長のＸ線を遮蔽する。これにより、たとえばＫβ線を低く抑えて不要な回折像が生じることを防止できる。なお、主にジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルにより構成されているとは、特定の波長のＸ線を遮蔽するという回折用フィルタの機能を達成する程度にジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルを含んでいることを意味する。

（７）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記コーンビームＸ線の照射経路上に、前記ＣＴ用フィルタまたは回折用フィルタを切り替えるフィルタ切替部を更に備えることを特徴としている。これにより、用途に応じたフィルタの切り替えが容易になる。

（８）また、本発明に係るＸ線複合装置は、Ｘ線ＣＴ撮影を行う場合には、前記Ｘ線源が１５０ｋＶ以下のＸ線を発生させ、Ｘ線回折による構造解析または蛍光Ｘ線分析を行う場合には、前記Ｘ線源が１００ｋＶ以下のＸ線を発生させるように、印加電圧を調整可能であることを特徴としている。

たとえば、本発明のＸ線複合装置は、Ｘ線源の管電圧を調整する操作を受け付ける操作部を有しており、ユーザの操作により管電圧を調整できる構成としてもよい。また、Ｘ線複合装置は、Ｘ線ＣＴ撮影時とＸ線回折分析時等で自動的に管電圧を切り替える構成であってもよい。

（９）また、本発明に係るＸ線複合装置は、前記試料台を移動させることで、Ｘ線ＣＴ撮影用の試料位置から、Ｘ線回折分析用または蛍光Ｘ線分析用の試料位置に前記試料を移動可能にする移動機構を更に備えることを特徴としている。

これにより、試料をＸ線ＣＴ撮影して得られた結果から、さらに分析を望む試料の部分を特定し、試料を試料台から外すことなく、その部分をＸ線回折分析または蛍光Ｘ線分析できる位置に、試料を移動させることが可能となる。なお、Ｘ線ＣＴ撮影用の試料位置とは、コーンビームＸ線を照射できる試料の位置をいい、Ｘ線回折分析用または蛍光Ｘ線分析用の試料位置とは、前記平行Ｘ線を少なくとも一部に当てることができる試料の位置をいう。移動機構は、これらの位置をカバーできる範囲にわたって試料台を移動させることができる。

本発明によれば、１台のＸ線複合装置で効率よくＸ線ＣＴ撮影と蛍光Ｘ線分析を行うことができ、各用途のために別の装置を使う場合に比べてユーザの手間を省くことができる。また、１台のスペースで２台または３台分の作業が可能となり、省スペース化を達成することができる。

本発明に係るＸ線複合装置の構成の一例を示す斜視図である（実施形態１）。 本発明に係るＸ線複合装置を用いて行うＸ線ＣＴ撮影の態様を示す図である。 本発明に係るＸ線複合装置を用いて行うＸ線回折分析の態様を示す図である。 本発明に係るＸ線複合装置を用いて行う蛍光Ｘ線分析の態様を示す図である。 本発明に係るＸ線複合装置の構成の一例を示す斜視図である（実施形態２）。 試料の正面、平面および側面のそれぞれのＣＴ断面画像を示す図である。 試料の３Ｄ画像を示す図である。 試料を示す写真である。 Ｘ線ＣＴ撮影した試料を示す各断面図である。 試料における低密度の構造部分のみを取出した３Ｄ画像を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は、Ｘ線複合装置１００の構成の一例を示す斜視図である。図１に示すように、Ｘ線複合装置１００は、Ｘ線源１１０、リボルバ式のフィルタ切替部１２０、電動スリット１３０、１４０、試料台１５０、２θ機構１６０、ビームストッパ１６５、二次元検出器１７０、カメラ１７３および蛍光Ｘ線検出器１７６から構成されている。図１では、Ｘ線の照射経路Ｔの照射方向を矢印で示している。

Ｘ線源１１０は、所定の管電圧が印加されることによりＸ線を発生させる。ターゲットには、たとえばモリブデン、タングステン、銀、銅等を用いる。印加する電圧は、ユーザの操作により、調整可能となっている。Ｘ線ＣＴ撮影を行う場合には、１５０ｋＶ程度、Ｘ線回折分析を行う場合には１００ｋＶ程度の印加電圧が好適である。

リボルバ式のフィルタ切替部１２０は、リボルバ部１２３および複数のフィルタ１２６を備えている。リボルバ部１２３は、フィルタ設置用孔１２５にフィルタ１２６を保持している。リボルバ式のフィルタ切替部１２０は、ユーザの操作を受けて図１のＡ方向にリボルバ部１２３を回転することによりＸ線の照射経路上のフィルタを変換することが可能となっている。このようにしてＸ線の照射経路上にセットされたフィルタ１２６により、不要なＸ線が遮蔽される。また、Ｘ線をフィルタ１２６に通す必要がない場合には、フィルタ１２６を保持しないフィルタ設置用孔１２５をＸ線の照射経路にセットすることによりＸ線を透過させることが可能である。なお、フィルタ切替部は、必ずしもリボルバ式である必要はなく、用途に応じＸ線の照射経路上でフィルタの交換ができるものであればよい。たとえば、フィルタ切替部は、ユーザがフィルタを差し込むことでフィルタ交換できる形式であってもよい。

フィルタ１２６には、ＣＴ用フィルタ１２６ａおよび回折用フィルタ１２６ｂの２種類がある。ＣＴ用フィルタ１２６ａとしては、たとえば厚さ１〜２ｍｍ程度のアルミニウムフィルタや厚さ３〜１０ｍｍ程度のベリリウムフィルタが用いられる。また、回折用フィルタとしては、たとえばジルコニウム、ハフニウム、ロジウム、ニッケル等で構成されたＫβフィルタを用いることができる。リボルバ式のフィルタ切替部１２０は、これらの複数のフィルタを保持しておき、用途に応じてフィルタを切り替えることが可能である。たとえば、モリブデンをターゲットとして発生させたＸ線に対しては、これに対応させてジルコニウムのフィルタをセットすることができる。

２つの電動スリット１３０、１４０（コリメータ部）は、Ｘ線源１１０から照射されたＸ線の照射経路上に設けられている。電動スリット１３０は、ユーザの操作を受けて電動で上下に移動する上下スリット１３１、１３２、および左右に移動する左右スリット１３３、１４４を有している。また、電動スリット１４０も、同様に、上下スリット１３１、１３２および左右スリット１３３、１４４を有している。

電動スリット１３０、１４０は、それぞれユーザの操作を受けて上下スリットおよび左右スリットの開閉が可能となっている。これにより、電動スリット１３０、１４０は、スリットの隙間を４方向から調整し、Ｘ線源１１０と試料台１５０との間でＸ線を絞り平行Ｘ線を形成することが可能になっている。たとえば、Ｘ線複合装置１００がＸ線ＣＴ撮影に用いられる場合には、スリットを広く開けてコーンビームＸ線を試料に照射し、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析に用いられる場合には、スリットを狭くして概略平行Ｘ線を試料に照射することができる。その結果、１台のＸ線複合装置１００でＸ線ＣＴ撮影、Ｘ線回折分析および蛍光Ｘ線分析を行うことができ、各用途のために別の装置を使う場合に比べてユーザの手間を省くことができる。また、１台のスペースで３台分の効果が得られ、省スペース化を達成することができる。なお、電動スリット１３０、１４０によるスリットの開閉に換えて、ピンホールスリットを電動で照射経路に対して進出退避させてもよいし、ユーザにより着脱することとしてもよい。

試料台１５０は、Ｘ線が照射される試料を保持するＸ線照射経路上に試料Ｓを固定する台である。試料台１５０は、移動機構（図示せず）に連結され、ユーザの操作によりｘｙｚ方向への平行移動およびφ軸回転（図中のＢ方向への回転移動）が可能となっており、これにより試料Ｓの位置調整（ポジショニング、センタリング）が可能となっている。また、Ｘ線ＣＴ撮影の際には、撮影に同期して試料台１５０は３６０°のφ軸回転を行う。また、試料台１５０は、２θ機構１６０上に設置されており、Ｘ線回折分析において必要がある場合には二次元検出器１７０の移動に伴って回転するように設計されている。

上記の移動機構を用いて、試料ＳをＸ線ＣＴ撮影して得られた結果から、さらに分析を望む試料Ｓの部分を特定し、試料Ｓを試料台１５０から外すことなく、その部分をＸ線回折分析または蛍光Ｘ線分析できる位置に、試料Ｓを移動させることが可能となる。したがって、移動機構により、試料ＳにコーンビームＸ線を照射できる位置から平行Ｘ線を少なくとも一部に当てることができる位置まで試料台１５０を自在に移動させることができる。たとえば、ＣＴ像により試料Ｓ内部に異質な領域が見つかった場合には、上記の移動機構を用いて、その領域に平行Ｘ線が当たるように試料ＳをＸＹＺ方向に移動させ、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析を行う。そして、試料台１５０の面上で試料を９０°回転させ、その位置での試料Ｓについて分析を行うことができる。このようにして、Ｘ線ＣＴ撮影後に、続けてＸ線回折分析または蛍光Ｘ線分析を行うことが可能である。

２θ機構１６０は、その上に試料台１５０および二次元検出器１７０が設置されており、Ｘ線回折分析の際には、ブラッグ角を維持しながら、試料Ｓおよび二次元検出器をＣ方向に回転移動させる。ビームストッパ１６５は、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析の際にダイレクトビームを止めるためのものである。ビームストッパ１６５は、試料と二次元検出器１７０との間のＸ線のダイレクトビーム上（入射Ｘ線経路の直線上）に設置可能である。ビームストッパ１６５は、ユーザの操作に応じ、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析を行う際には、ダイレクトビーム上に移動し、Ｘ線ＣＴ撮影の際には撮影の障害にならないようにＸ線の照射範囲から退避する。

二次元検出器１７０は、試料Ｓの透過Ｘ線を検出するＣＴ用検出器としてだけでなく、試料Ｓによる回折Ｘ線を検出する回折用検出器としても機能する併用検出器である。二次元検出器１７０は、試料Ｓに対してＸ線源１１０の反対側に設けられている。検出面は、入射Ｘ線の経路に対して垂直である。二次元検出器１７０は、ユーザの操作によりＥ方向に移動可能であり、試料Ｓまでの距離を調整し、ＣＴ撮影像の拡大および縮小が可能である。上述の通り、二次元検出器１７０は、２θ機構１６０に連結しており、Ｘ線回折分析を行う場合には、これらと連動し試料Ｓに伴って移動する。

カメラ１７３は、光学ＣＣＤカメラであり、試料Ｓの位置を確認できる位置に備えられている。カメラ１７３は、試料Ｓに向けられ、試料Ｓを映す。カメラ１７３で撮影された試料の画像は、モニター（図示せず）に表示される。表示の倍率は、２０〜３００倍で可変である。ユーザは、モニターを見ながら試料Ｓの微調整を行うことができる。蛍光Ｘ線検出器１７６は、エネルギー分散型のＸ線検出器であり、計数しているＸ線に対してエネルギー分解能力を有する半導体検出器等を使用している。蛍光Ｘ線検出器１７６は、試料Ｓから放射された蛍光Ｘ線を検出する。蛍光Ｘ線検出器１７６は、放射された蛍光Ｘ線を検出しやすい位置に設置されている。

このように構成されたＸ線複合装置１００の使用方法について以下に説明する。図２は、Ｘ線複合装置１００を用いて行うＸ線ＣＴ撮影の態様を示す図である。まず、試料台１５０に試料Ｓを固定する。試料Ｓのサイズは、□３０ｍｍ以下が好適である。Ｘ線複合装置１００に適した試料Ｓとしては、たとえば電子部品や骨があげられる。電子部品については、内部のクラックや異物を検出しつつ、その周辺の構造解析や元素分析を行うことが可能である。また、骨の透視像を観察しつつ、骨の配向を測定することも可能である。

試料Ｓを固定したら、Ｘ線ＣＴ撮影に適したフィルタをセットする。Ｘ線ＣＴ撮影をする場合には、リボルバ式のフィルタ切替部１２０にＣＴ用フィルタ１２６ａをセットし、ＣＴ用フィルタ１２６ａをＸ線照射経路上に移動させる。ＣＴ用フィルタ１２６ａは、所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽する。ＣＴ用フィルタ１２６ａとしては、厚さ１〜２ｍｍ程度のアルミニウムや厚さ３〜１０ｍｍ程度のベリリウムのフィルタを用いるのが好適である。

次に、電動スリット１３０、１４０の上下スリット１３１、１３２、１４１、１４２および左右スリット１３３、１３４、１４３、１４４を開いてコーンビームを試料Ｓに照射できるように各スリットの間隔を調整する。このとき試料台１５０の位置を調整して、試料Ｓが一回転したときに二次元検出器１７０により十分に撮像できる位置に調整しておく。一方、二次元検出器１７０と試料Ｓとの間隔を調整し、ビームストッパ１６５を退避させる。そして、所定の管電圧によりＸ線を発生させて試料Ｓに照射し、二次元検出器１７０で透過Ｘ線すなわち透視像ＣＴを検出する。このようにして、Ｘ線ＣＴ撮影を行う。

次にＸ線回折分析を行う場合について説明する。図３は、Ｘ線複合装置１００を用いて行うＸ線回折分析の態様を示す図である。まず、試料台１５０に試料Ｓを固定する。試料Ｓを固定したら、Ｘ線回折分析に適したフィルタをセットする。このとき、リボルバ式のフィルタ切替部１２０に設置する回折用フィルタ１２６ｂには、Ｋβフィルタを用いるのが好適である。Ｋβフィルタとしては、たとえばジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルのフィルタが挙げられる。

次いで、電動スリット１３０、１４０の上下スリット１３１、１３２、１４１、１４２を狭めて平行Ｘ線を試料Ｓに照射できるように調整する。また、試料台１５０の位置を試料Ｓに入射Ｘ線が当たる位置に調整しておく。一方、二次元検出器１７０と試料Ｓとの間隔を調整して、所望の回折線を検出できるようにしておく。ビームストッパ１６５は、ダイレクトビームの照射経路上に設置する。そして、所定の管電圧によりＸ線を発生させて試料Ｓに照射し、二次元検出器１７０で回折Ｘ線ＤＦを検出する。このようにして、Ｘ線回折分析を行う。

次に蛍光Ｘ線分析を行う場合について説明する。図４は、Ｘ線複合装置１００を用いて行う蛍光Ｘ線分析の態様を示す図である。このとき、フィルタは特にセットする必要はない。

まず、電動スリット１３０、１４０の上下スリット１３１、１３２、１４１、１４２および左右スリット１３３、１３４、１４３、１４４を狭めて平行Ｘ線を試料Ｓに照射できるように調整する。また、試料台１５０の位置を試料Ｓに入射Ｘ線が当たる位置に調整しておく。一方、試料Ｓに対する蛍光Ｘ線検出器１７６との間隔を調整して、蛍光Ｘ線を検出できるようにしておく。ビームストッパ１６５は、ダイレクトビームの照射経路上に設置する。そして、所定の管電圧によりＸ線を発生させて試料Ｓに照射し、蛍光Ｘ線検出器１７６で蛍光Ｘ線ＦＬを検出する。このようにして、蛍光Ｘ線分析を行う。

（第２の実施形態）
上記の実施形態では、コーンビームと平行Ｘ線とを切り替えるコリメータ部として電動スリット１３０、１４０を用いているが、Ｘ線照射経路上に対して進出および退避可能なコリメータ２３０を用いてもよい。図５は、電動スリット１３０、１４０に換えてコリメータ２３０を用いるＸ線複合装置２００を示す斜視図である。図５では、Ｘ線の照射経路Ｔの照射方向を矢印で示している。

図５に示すように、Ｘ線複合装置２００は、電動スリット１３０、１４０に換えてコリメータ２３０を備えている。コリメータ２３０は、コーンビームＸ線の照射経路上で平行Ｘ線を形成することが可能である。コリメータ２３０は、たとえばユーザの操作により図５中のＦ方向に進出および退避が可能になっている。

このようにコリメータ２３０を進出退避させることにより、スリットの開閉の調整等の手間が省ける。このようにコリメータ部は、Ｘ線回折または蛍光Ｘ線分析に用いられる場合に、Ｘ線を絞って平行Ｘ線を形成する機能を有していればよい。したがって、上記の例では電動式で進出退避可能なコリメータ２３０が用いられているが、ユーザにより着脱が可能なコリメータであってもよい。

（応用例の手順）
Ｘ線複合装置１００を用いた応用例を説明する。以下のように、図１に示すＸ線複合装置１００を用い、試料についてＸ線回折測定結果または蛍光Ｘ線分析結果から同定された成分情報をＣＴ画像上にマッピングできる。

まず、上下スリット１３１、１３２、１４１、１４２および左右スリット１３３、１３４、１４３、１４４を開いてコーンビームＸ線を試料Ｓに照射できるように各スリットの間隔を調整する。そして、試料Ｓ全体をコーンビームＸ線ＣＴ撮影する。コーンビームを用いることで試料全体の３次元情報が分かる。

Ｘ線ＣＴ撮影を終えたら、ＰＣでＣＴソフトを実行し、Ｘ線ＣＴデータをＣＴソフト上でＸ線ＣＴ画像を観察し、成分分析が必要な箇所をＣＴソフト上で指定する。たとえば、マウスでＣＴ画像上の関心領域をクリックする。

ＣＴソフト上で特定された位置をＸ線回折分析または蛍光Ｘ線分析が可能なように、試料Ｓを移動させ、光学系をセットする。また、スリット、フィルタ等をＸ線回折分析に適した形状に変更する。測定準備ができたら、Ｘ線を照射し、Ｘ線回折測定を実施する。その結果、特定箇所の配向性等を検知することができる。Ｘ線複合装置１００では、３つの機能が一つの装置に備わるため、従来法に比べ試料Ｓを取りかえて位置合わせする手間が省ける。

次に、スリット、フィルタ等を蛍光Ｘ線分析に適した形状に変更し、Ｘ線を照射し、蛍光Ｘ線分析を実施する。その結果として、特定箇所の元素を検知することができる。このようにして行なったＸ線回折測定結果および蛍光Ｘ線分析結果から同定された成分情報をＣＴソフト上にマッピングする。たとえば、ＣＴの３Ｄ画像上に成分毎に色分けをして合成することができる。このようにして、３次元的に密度の違う部分がどう分布しているかが分かる。

（第１の応用例）
上記のような方法は、３次元非破壊検査に好適である。工業材料の場合、たとえば製造段階で異物が混入する場合があり、異物を発見し、異物の位置、成分を特定することは品質管理上重要である。

図６は、試料（壁材５００）の正面、平面および側面のそれぞれのＣＴ断面画像を示す図である。図６に示すように、Ｘ線ＣＴ画像では密度に応じた濃淡画像が得られ、密度の３次元的な位置関係を測定できる。図６によれば、密度の高い材料５１０が表面を覆うように分布している様子が観察できる。

図７は、試料（壁材５００）の３Ｄ画像を示す図である。３Ｄ画像では、特定材量の３次元的な分布を観察できる。ＣＴ断面画像で確認された密度の高い材料５１０は、表面を均一に覆っている訳ではなく、分布があることが３Ｄ画像から確認できる。

このケースでは、さらにたとえば、上記表面を覆っている材料の成分を同定するために、ＣＴ画像において特定の領域のＸ線回折分析、蛍光Ｘ線分析を行うことが有効である。上記の例では、表面を覆っている密度の高い材料５１０の部分を分析している。

このようにして、Ｘ線複合装置１００は、Ｘ線ＣＴ機能、Ｘ線回折分析機能および蛍光Ｘ線分析機能を１台の装置に組み合わせることで、測定結果を用いて３次元的位置情報、成分、組成情報を容易にマッピングできる。なお、Ｘ線ＣＴを用いずに透過像を用いることも考えられるが、透過像の場合、画面の濃淡が密度分布によるものか、空間的に厚いからなのか判断がつかない。これに対し、Ｘ線複合装置１００であれば確実に密度分布を検出することができる。

（第２の応用例）
Ｘ線複合装置１００を用いれば、内部構造についても容易に推定することができる。たとえば３Ｄ画像上で特定の位置を指定し、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析でその位置の材料および構造を特定し、これと同じ材料および構造を有する箇所を３Ｄ画像で表示することも可能である。

図８は、試料（かんざしの玉６００）を示す写真である。図８に示すように玉６００をコーンビームＸ線でＸ線ＣＴ撮影すると、内部の密度分布を測定することができる。図９は、Ｘ線ＣＴ撮影した試料（玉６００）を示す各断面図である。図９では、正面から奥にわたる断面ごとの図を、各段について左から右にかつ上段から下段の順番で示している。

Ｘ線複合装置１００では、３Ｄ画像として表示された玉６００の表面上で、たとえば低密度の構造部分６１０が指定されると、その指定した低密度の構造部分６１０のみを内部構造も含め取り出し、その状態で表示できる。図１０は、試料における低密度の構造部分のみを取出した３Ｄ画像を示す図である。なお、図８〜１０に示す例は別の装置を用いて分析、表示したものであるが（「材料科学から見る美術工芸と文化財の美」、北田正弘著、内田老鶴圃発行、Ｐ４−７から引用）、Ｘ線複合装置１００を用いることで容易に同等の分析を行うことができる。

１１０ Ｘ線源
１２０ フィルタ切替部
１２３ リボルバ部
１２５ フィルタ設置用孔
１２６ フィルタ
１２６ａ ＣＴ用フィルタ
１２６ｂ 回折用フィルタ
１３０、１４０ 電動スリット（コリメータ部）
１３１、１３２、１４１、１４２ 上下スリット
１３３、１３４、１４３、１４４ 左右スリット
１５０ 試料台
１６０ ２θ機構
１６５ ビームストッパ
１７０ 二次元検出器
１７３ カメラ
１７６ 蛍光Ｘ線検出器
２３０ コリメータ（コリメータ部）
Ｓ 試料

Claims (8)

1. コーンビームＸ線を発生させるＸ線源と、
   前記コーンビームＸ線が照射される試料を保持する試料台と、
   前記Ｘ線源と前記試料台との間で、用途に応じて前記コーンビームＸ線を絞り平行Ｘ線を形成することができるコリメータ部と、
   前記試料を透過したコーンビームＸ線を検出する二次元検出器と、
   前記試料から放射された蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出器と、
   ｘｙｚで特定される試料位置を確認できる位置に設けられたカメラと、
   ｘｙｚ方向への平行移動および前記試料台の表面に垂直なφ軸回りの回転により、前記試料台を移動させることで、前記カメラで確認された位置について、Ｘ線ＣＴ撮影用の試料位置から、蛍光Ｘ線分析用の試料位置に前記試料を移動可能にする移動機構と、
   前記撮影されたＸ線ＣＴ画像から得られる３Ｄ画像上に前記試料の密度を表示し、ユーザによる前記３Ｄ画像上の位置指定に基づいて、前記撮影されたＸ線ＣＴ画像上で特定された位置に前記試料を移動させる制御部と、を備え、
   Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる場合には、前記コーンビームＸ線を試料に照射し、蛍光Ｘ線分析に用いられる場合には、前記コリメータ部により形成された平行Ｘ線を試料に照射することを特徴とするＸ線複合装置。
2. 前記試料を透過したコーンビームＸ線または前記試料により回折されたＸ線を検出する二次元検出器、を更に備え、
   Ｘ線回折分析に用いられる場合には、前記移動機構が、前記試料台を移動させることで、Ｘ線ＣＴ撮影用の試料位置から、Ｘ線回折分析用の試料位置に前記試料を移動し、前記コリメータ部により形成された平行Ｘ線を試料に照射することを特徴とする請求項１記載のＸ線複合装置。
3. 前記コリメータ部は、Ｘ線回折分析または蛍光Ｘ線分析に用いられる場合に平行Ｘ線を形成可能な孔を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸ線複合装置。
4. 前記コリメータ部は、孔の大きさを調整できる２つのスリットを重ねて設置することにより構成されることを特徴とする請求項３記載のＸ線複合装置。
5. 前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽するＣＴ用フィルタを更に備え、
   前記ＣＴ用フィルタは、主にアルミニウムまたはベリリウムにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線複合装置。
6. 前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、特定の波長のＸ線を遮蔽する回折用フィルタを更に備え、
   前記回折用フィルタは、主にジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線複合装置。
7. 前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、所定値以上の波長のＸ線成分を遮蔽するＣＴ用フィルタと、
   前記コーンビームＸ線の照射経路に対して進出退避可能であって、特定の波長のＸ線を遮蔽する回折用フィルタと、
   前記コーンビームＸ線の照射経路上に、前記ＣＴ用フィルタまたは回折用フィルタを切り替えるフィルタ切替部と、を更に備え、
   前記ＣＴ用フィルタは、主にアルミニウムまたはベリリウムにより構成され、
   前記回折用フィルタは、主にジルコニウム、ハフニウム、ロジウムまたはニッケルにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線複合装置。
8. Ｘ線ＣＴ撮影を行う場合には、前記Ｘ線源が１５０ｋＶ以下のＸ線を発生させ、Ｘ線回折による構造解析または蛍光Ｘ線分析を行う場合には、前記Ｘ線源が１００ｋＶ以下のＸ線を発生させるように、印加電圧を調整可能であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のＸ線複合装置。