(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を放射する電磁放射線源（５１０）と、
複数の格子バーを含み、第１のアスペクト比を持つ位相格子（５２２）と、
第２のアスペクト比を持つ吸収格子（５２３）と、
検出器（５４０）と、
を備え、
前記電磁放射線源（５１０）、前記位相格子（５２２）、前記吸収格子（５２３）、及び前記検出器（５４０）は、放射線に関して互いに連結されており、
前記吸収格子（５２３）は、前記検出器（５４０）と前記位相格子（５２２）との間に配置されており、
前記電磁放射線源（５１０）は前記位相格子（５２２）の前方に配置されている、干渉計デバイス（５００）において、
前記位相格子（５２２）は、前記格子バーを通過する放射線の少なくとも一つの波長において、当該少なくとも一つの波長に関して、前記格子バーの間を通過する放射線に対してΠよりも小さい位相シフト（ΔΦ）を生じさせるよう設けられており、
前記位相格子（５２２）と前記吸収格子（５２３）との間の距離は、フラクショナルタルボ距離ｄn1となるように選択され、これは、方程式：ｄn1＝（ｎ1／８）×ｐ5222／λLEによって表され、ここで、ｎ1は第１の整数であり、λLEは、第１の平均エネルギーがＥLEの前記放射線の第１の平均波長であり、ｐ522は、前記位相格子（５２２）の周期性であり、
前記電磁放射線源（５１０）は、第２の平均波長λHEの第２の平均エネルギーＥHEの放射線を放射するようになっており、前記第２の平均エネルギーＥHEは、前記第１の平均エネルギーＥLEの１／ｑ倍であり、ここで、０＜ｑ＜１であり、
前記位相格子（５２２）と前記吸収格子（５２３）との間の前記距離は、フラクショナルタルボ距離ｄn2となるように選択され、これは、方程式：ｄn2＝（ｎ2／８）×ｐ5222／λHEによって表され、ここで、ｎ2は第２の整数であり、λHE／λLE＝ｎ1／ｎ2である、
ことを特徴とする干渉計デバイス（５００）。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計デバイス（５００）において、
前記位相格子（５２２）は、Π／２又はΠ／４のうちいずれか１つの位相シフト（ΔΦ）を発生させるよう設けられている、干渉計デバイス（５００）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の干渉計デバイス（５００）において、
前記電磁放射線源（５１０）は、平均エネルギーが少なくとも２０ｋｅＶ、少なくとも４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、又は少なくとも８０ｋｅＶのＸ線を放射する、干渉計デバイス（５００）。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の干渉計デバイス（５００）において、
前記第１の整数ｎ1は偶数である、干渉計デバイス（５００）。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の干渉計デバイス（５００）において、
前記位相格子（５２２）の前記第１のアスペクト比は、最大で８、１０、及び１２のうちの一つである、干渉計デバイス（５００）。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の干渉計デバイス（５００）において、
線源格子（５２１）が前記電磁放射線源（５１０）と前記位相格子（５２２）との間に配置され、前記線源格子（５２１）は、前記放射された放射線に空間的なコヒーレンスを生じさせるようになっている、干渉計デバイス（５００）。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の干渉計デバイス（５００）において、
前記第２の整数ｎ2は偶数である、干渉計デバイス（５００）。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の干渉計デバイス（５００）で干渉法を行うための方法において、
電磁放射線源（５１０）から、電磁放射線を、第１のアスペクト比を持つ位相格子（５２２）に向かって放射する工程と、
前記放射された放射線に、Πよりも小さい位相シフト（ΔΦ）を生じさせ、位相シフト放射線を発生させる工程と、
前記位相格子（５２２）から出てきた前記位相シフト放射線の少なくとも一部を吸収格子（５２３）によって吸収させる工程と、
前記吸収格子から出てきた放射線を検出器（５４０）によって検出する工程とを含み、
前記放射線は、第１の平均波長λLEの第１の平均エネルギーＥLEを放射するとともに第２の平均波長λHEの第２の平均エネルギーＥHEを放射するようになっており、
前記第２の平均エネルギーＥHEは、前記第１の平均エネルギーＥLEの１／ｑ倍であり、ここで、０＜ｑ＜１であり、これによって二重エネルギースキームを構成しており、
前記位相格子（５２２）と前記吸収格子（５２３）との間の前記距離は、フラクショナルタルボ距離ｄn1となるように選択され、これは、方程式：ｄn1＝（ｎ1／８）×ｐ5222／λLEによって表され、ここで、ｎ1は第１の整数であり、ｐ522は、前記位相格子（５２２）の周期性であり、
前記位相格子（５２２）と前記吸収格子（５２３）との間の前記距離は、方程式：ｄn2＝（ｎ2／８）×ｐ5222／λHEによって表されるフラクショナルタルボ距離ｄn2となるように選択され、ここで、ｎ2は第２の整数であり、λHE／λLE＝ｎ1／ｎ2である、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記第２の整数ｎ2は偶数である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／９８８，２７８号の優先権を主張するものであり、その記載内容は全て本願に含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、撮像デバイス及び撮像方法に関し、更に詳細には干渉計を用いた撮像デバイス及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
Ｘ線撮像は、例えばセキュリティスクリーニング、医療用撮像、品質検査、及び非破壊検査等の多くの用途において非常に重要である。Ｘ線撮像手順の解像度、精度、及び改良フレームレート(frame rate)を向上させることが益々必要となっているため、これまで、Ｘ線撮像干渉法及び二重エネルギー放射線透過写真術(dual energy radiography) を含む様々な技術が使用されてきた。
【０００４】
干渉法の技術に関する公開文献を以下に列挙する。「インコヒーレント（incoherent、非干渉性）な多色Ｘ線源を用いた、定量的位相差撮像及び断層放射線写真術即ちトモグラフィーについての干渉法」という標題の欧州特許出願第ＥＰ１７３１０９９号には、一つの位相格子（１２２）及び吸収格子（１２３）だけを備えたＸ線干渉計装置が開示されている。この干渉計は、標準的なＸ線管で位相差画像を得るのに使用できる。更に、この新型の干渉計は、個々の副線源のアレイを含む線源を使用してもよい。各副線源は、個々にコヒーレント（coherent、可干渉性）であるが、他の副線源に対して相互にインコヒーレントである。副線源のアレイは、スリットのアレイ即ち追加の振幅格子（１２１）を線源の近くに配置することによって形成してもよい。
【０００５】
プフェイファー（Pfeiffer）等は、Phys.Rev.Lett.９８、１０８１０５（２００７）に記載された、「低輝度線源による硬Ｘ線位相トモグラフィー」という標題の文献において、三つの透過格子及び適切なトモグラフィックフィルタ補正逆投影法(filtered back projection)（ＦＢＰ）アルゴリズムが、マクロ対象物の屈折率分布の実部及び虚部の定量的３Ｄ情報を発生させるということを示した。セットアップは、線源が平方ミリメートルの大きさであり数ｋＷの出力の従来のＸ線管線源で使用できる。
【０００６】
プフェイファー等は、自然物理（Nature Physics）第２巻の第２５８頁乃至第２６１頁（２００６年）に公開された「低輝度Ｘ線源による位相修正(phase retrieval) 及び差動位相差撮像(differential phase contrast imaging) 」という標題の文献において、従来のＸ線管で、三つの透過格子(transmission grating)からなるセットアップが、定量差動位相差画像を効率的に発生させることができると開示している。現存の技術とは対照的に、この方法は、時間的なコヒーレンスを必要とせず、機械的に頑丈であり、大きな視野まで規模を拡大できる。
【０００７】
「位相差Ｘ線画像を発生させるための焦点検出器装置及びこれを行うための方法」という標題の国際特許出願第ＷＯ２００７０７４０２９号には、検体の射影位相差画像又は断層放射線位相差画像を発生させるためのＸ線装置の焦点検出器装置が開示されている。この装置では、様々な放射線放射領域がストリップをなして配置されており且つ焦点検出器装置の位相格子の格子線と平行に延びるようなアノードで、空間的にコヒーレントなＸ線の束を発生させる。本発明は、更に、焦点検出器装置を用いて検体の射影Ｘ線位相差画像又は断層Ｘ線位相差画像即ちトモグラフィックＸ線位相差画像を発生させるための方法に関する。この方法では、様々な放射線放射領域がストリップをなして配置されており且つ位相格子の格子線と平行に延びるようなアノードによって、コヒーレントな放射線の束を発生させる。
【０００８】
「位相差Ｘ線画像を得るための装置及び方法」という標題の国際特許出願第ＷＯ２００４０７１２９８号には、位相差Ｘ線画像を発生させるための装置が開示されている。この装置は、光路内に、光の流れ方向で見て、ａ）インコヒーレントなＸ線源と、ｂ）Ｘ線源の光ビームを分割するための第１のビーム分割格子と、ｃ）第２のビーム再結合器格子であって、この第２のビーム再結合器格子からの所定の再結合距離のところで、分割したビームを再結合するための第２ビーム再結合器格子と、ｄ）分析器平面（ａ）内の第２のビーム再結合器格子の下流側の干渉線を適合させる吸着線格子を提供する第３の光学分析器格子と、ｅ）分析器平面（ａ）の下流側に配置された画像検出器と、ｆ）試料を第２のビーム再結合器格子の上流側又は下流側で光路に導入するための手段と、を備えている。
【０００９】
「Ｘ線撮像システム及び撮像方法」という標題の欧州特許出願第ＥＰ１６２３６７１号には、第１及び第２の回折格子及びＸ線画像検出器を備えたＸ線撮像装置が開示されている。第１の回折格子は、この第１の回折格子によって回折されたＸ線でタルボ効果（Talbot effect）を発生させるように形成されている。第２の回折格子は、第１の回折格子によって回折されたＸ線を回折するように形成されている。Ｘ線画像検出器は、第２の回折格子によって回折されたＸ線を検出するように形成されている。第１の回折格子によって回折されたＸ線を回折することによって、第２の回折格子は、第１の回折格子の前方に、又は第１の回折格子と第２の回折格子との間に対象物を配置することによるＸ線の位相の変化によって、画像コントラスト(image contrast)を形成できる。Ｘ線画像検出器は、Ｘ線が発生させる画像コントラストを検出できる。
【００１０】
マグワイヤ（McGuire）に譲渡された「多スペクトルＸ線画像プロセス」という標題の米国特許出願第２００５０１９０８８２号には、未知の組成物のＸ線分析を行う方法が開示されている。この方法は、各々が独特の線スペクトルを持つ複数のＸ線ビームを検体に当てる工程と、検体により反射されたＸ線を検出し分析することによって組成を決定する工程とを含む。図１Ａに示すように、干渉法に基づく撮像技術についての上掲の出願は、干渉計デバイス１００によって実施される。この干渉計デバイス１００は、とりわけ、三つの異なる格子を含み、更に詳細には、線源格子１２１と、ビーム分割格子１２２と、吸収格子１２３とを含む。ビーム分割格子１２２は、図１Ｂに概略的に示す格子を有する。この格子は、ビーム分割格子１２２を通過するＸ線の相対的位相シフトによりＸ線をΔΦ＝Π又はその奇数の倍数で位相シフトするように構造の高さＨが定められている。ビーム分割格子１２２は、かくして、位相格子１２２とも呼ばれる。更に、Ｂ／ｐと定義されるビーム分割格子１２２のデューティーサイクル（duty cycle）が０．５に等しい場合、即ち格子バーの幅が間隔の幅と等しい場合、（波長λの）Ｘ線平面波を当てたとき、入射Ｘ線波場は、本質的には、二つの一次回折次数(first diffraction order)に分割される。これらの二つの回折ビームがほぼ完全に重なるため、ビーム分割格子１２２の下流側の距離ｄに従って変化する干渉パターンが形成される。フラクショナルタルボ距離として周知の幾つかの特定の距離ｄn＝（ｎ／１６）×ＤTalbot（ｎ＝１、３、．．．）のところで、直線的な縞の周期的パターンが観察される。これらの縞により、例えば欧州特許出願第ＥＰ１３７１０９９号に記載されているように、位相を解釈できる。ＤTalbotは、光軸に沿った初期波面プロファイルからの距離と定義される。この距離で、横方向で周期的な波面プロファイルを繰り返す。初期波面プロファイルを形成する格子が周期Ｐ及び波長λを持つ場合、タルボ距離はＤTalbot＝２ｐ2／λである。厚さＨの層を通過するエネルギーＥのＸ線の位相シフトは、材料の屈折率によって決定される。位相シフトΔΦは、かくして、材料の厚さ及び入射波長と比例すると考えられる。従って、ΔΦ＝Πの所要の相対的位相シフトを得るため、適切な格子の深さは、Ｘ線エネルギーの増大に従って増大する。例えば、シリコンで、２８ｋｅＶのエネルギーのＸ線についてΔΦ＝Πの位相シフトを得るためには、シリコン材料で必要とされる構造深さは、Ｈ＝約３５μｍでなければならず、図２に概略に示すように、より高い入射Ｘ線エネルギーに関して線型をなして増大する。「線型」及び「線型に」という形容詞及び副詞は、「実質的に線型」及び「実質的に線型に」という意味を含むということに留意されたい。
【００１１】
Ｘ線エネルギーが高くなるに従って、構造深さが深くなるばかりでなく、格子の周期性が小さくなり、かくして比較的高いアスペクト比（アスペクト比（aspect ratio）：構造深さＨを周期性ｐで割り算した値）が必要とされる。タルボ距離ＤTalbot及びセットアップ全体の寸法が、タルボ距離についての方程式に従ってｐ12と比例するため、周期性は、セットアップ全体のコンパクトさ及び格子の寸法を決定する。一般的には、周期性及び／又は格子の構造深さの増大は、格子の製造プロセスを更に困難にする。
【００１２】
次に、従来の放射線写真法を参照すると、吸収度が低い材料の厚い試料の放射線写真(radiograph)における輝度値(gray level)を、薄いが吸収度が高い材料と同じにできる（放射線写真法における「重なりの問題」として周知である）。換言すると、試料の吸収係数（μa）と進行路長(travelling path length)（μa×Δｘ）の積は、両方の場合で等しい。調査がなされる材料の元素を確認するため、従来のＸ線の放射線写真法における多くの用途は、かくして、二つの異なるエネルギー範囲について個々の画像を検出するセットアップ、即ち二重エネルギー放射線写真法(dual energy radiography) を使用する。吸収係数μaが電子密度と比例するため、撮像された対象物の下流側で計測した、第１の低エネルギー（ＬＥ）と第２の高エネルギー（ＨＥ）との間の強度の比は、対象物に入射した撮像用Ｘ線のエネルギーと相関する。従って、撮像が行われる対象物、及びかくして対象物の材料の吸収係数を決定できる。この場合、電子密度の知識は、材料（元素）の組成についての証拠として役立つ。Ｘ線撮像システムの一例として、潜在的に有害な金属及び他の不法な材料が荷物に入っていることを確実に検出するため、この技術を空港で使用する。
【００１３】
別のＸ線撮像方法は、二重エネルギーＸ線吸光度分析法（ＤＥＸＡ）として周知である。この方法は、例えば、密度が低下した骨又は骨粗鬆症を検出するため、人間の骨密度を決定するために適用される。
【００１４】
ＤＥＸＡ以外の方法には、トモグラフィ（断層撮像）走査が含まれる。これは、同様の結果を提供する。しかしながら、二重Ｘ線撮像法と比べると、トモグラフィ走査は、時間がかかり、照射される線量が高い。
【００１５】
一般的には、二重Ｘ線撮像法は、いわゆる擬似的な二重エネルギーシステム(pseudo dual energy system) によって実施される。このシステムは、単一のアノードと、第１及び第２の検出器とを使用する。これらの二つの検出器は、互いに位置合わせされて配置される。このシステムは、更に、二つの検出器の間にこれらの検出器と位置合わせされて配置された吸収器を含む。第１の検出器は、薄いシンチレータによって実施され、スペクトルの低エネルギー部の画像を形成する。吸収器（代表的には、銅又はアルミニウムで形成されている）は、入射したＸ線の低エネルギー端を吸収する。従って、吸収器から出て第２の検出器に入射するＸ線は、Ｘ線の高エネルギー（ＨＥ）部である。従って、第２の検出器から得られた画像は、Ｘ線の画像ＨＥ部を表す。擬似的な二重エネルギーＸ線撮像法を可能にする上文中に説明したセットアップを使用する代りに、分散デジタル画像検出器(dispersive digital image detector) を使用してもよい。この場合、Ｘ線エネルギーについての検出閾値を選択できる。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／９８８，２７８号
【特許文献２】欧州特許出願第ＥＰ１７３１０９９号
【特許文献３】国際特許出願第ＷＯ２００７０７４０２９号
【特許文献４】国際特許出願第ＷＯ２００４０７１２９８号
【特許文献５】欧州特許出願第ＥＰ１６２３６７１号
【特許文献６】米国特許出願第２００５０１９０８８２号
【特許文献７】欧州特許出願第ＥＰ１３７１０９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、他の干渉法方法及びシステムを提供することである。本発明の実施形態により、インコヒーレントなＸ線源を使用する二重エネルギーレジームで、例えば少なくとも２０ｋｅＶ、少なくとも４０ｋｅＶ、又は少なくとも８０ｋｅＶの比較的高いＸ線エネルギーで対象物を撮像できる。この場合、撮像は、干渉法を使用して行われる。換言すると、本発明の実施形態は、Ｘ線エネルギーで干渉法を行う上で高度の柔軟性を有し、これによって、エネルギーが例えば４０ｋｅＶよりも高いＸ線で元素及び／又は材料を確認するための二重エネルギーセットアップを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の実施形態は、以下に示す干渉計デバイスを開示する。干渉計デバイスは、放射線を放射する電磁放射線源と、第１のアスペクト比を持つ位相格子と、第２のアスペクト比を持つ吸収格子と、検出器とを備えている。電磁放射線源、位相格子、吸収格子、及び検出器は、放射線に関して互いに連結されている。吸収格子は、検出器と位相格子との間に配置されており、電磁放射線源は線源格子の前方に配置されており、位相格子は、格子バーを通過する放射線の少なくとも一つの波長において、当該少なくとも一つの波長に関して、格子バーの間を通過する放射線に対して、Πよりも小さい位相シフト（ΔΦ）を生じさせるよう設けられている。
【００１８】
ある実施形態では、位相格子は、Π／２およびΠ／４の位相シフトのうち一方を発生させるよう設けられている。ある実施形態では、電磁放射線源は、平均エネルギーが少なくとも２０ｋｅＶ、少なくとも４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、又は少なくとも８０ｋｅＶのＸ線を放射する。
【００１９】
ある実施形態では、電磁放射線源は、可視スペクトル、近赤外線スペクトル、又は遠赤外線スペクトルの放射線を放射する。
【００２０】
ある実施形態では、位相格子と吸収格子との間の距離は、フラクショナルタルボ距離ｄn1となるように選択され、これは、方程式：ｄn1＝（ｎ1／８）×ｐ5222／λLEによって表され、ここで、ｎ1は第１の整数であり、λLEは、第１の平均エネルギーがＥLEである放射線の第１の平均波長である。
【００２１】
ある実施形態では、第１の整数ｎ1は偶数である。
【００２２】
ある実施形態では、位相格子の第１のアスペクト比は、最大で８、１０、及び１２のうちの一つである。
【００２３】
ある実施形態では、線源格子が電磁放射線源と位相格子との間に配置され、線源格子は、放射された放射線に空間的なコヒーレンスを生じるようになっている。
【００２４】
ある実施形態では、電磁放射線源は、λHEの第２の平均エネルギーＥHEの放射線を放射するようになっており、平均エネルギーＥHEは、平均エネルギーＥLEの１／ｑ倍であり、ここで、ｑは、０乃至１の範囲内の値をとる。
【００２５】
ある実施形態では、位相格子と吸収格子との間の距離は、フラクショナルタルボ距離ｄn2となるように選択され、これは、方程式：ｄn2＝（ｎ2／８）×ｐ5222／λHEによって表され、ここで、ｎ2は第２の整数であり、λHE／λLE＝ｎ1／ｎ2である。
【００２６】
ある実施形態では、第２の整数ｎ2は偶数である。
【００２７】
本発明は、更に、干渉法を行うための方法において、電磁放射線源から、電磁放射線を、第１のアスペクト比を持つ位相格子に向かって放射する工程と、格子バーを通過する放射線の少なくとも一つの波長において、位相格子の格子バーの間を通過する少なくとも一つの放射線に対してΠよりも小さい位相シフト（ΔΦ）を生じさせる工程と、位相格子から出てきた位相シフト放射線の少なくとも一部を吸収格子によって吸収させる工程と、吸収格子から出てきた放射線を検出器によって検出する工程とを含む、方法を提供する。
【００２８】
ある実施形態では、電磁放射線は、交互に又は同時に、λLEの第１の平均エネルギーＥLEを放射するとともに、λHEの第２の平均エネルギーＥHEを放射するようになっており、平均エネルギーＥHEは、平均エネルギーＥLEの１／ｑ倍であり、ここで、ｑは、０乃至１の範囲内の値をとり、これによって二重エネルギースキームを構成する。
【００２９】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、単なる例として与えられたその実施形態の説明を、添付図面を参照して読むことにより更に明瞭に理解されるであろう。
【００３０】
適切であると考えられる場合には、同じエレメントを示すのに幾つかの図面に亘り参照番号を繰り返すが、全ての図面について説明で言及しなくてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本明細書中で使用した「コヒーレント（coherent）」及び「単色性（monochromatic）」という用語、並びにその文法的変化は、「実質的にコヒーレント」及び「実質的に単色性」という用語の各々の意味をも含むということに留意すべきである。
【００３２】
更に、本明細書中に表示したパラメータの値にはその近似値も含まれるということに留意すべきである。従って、「位相シフトΔΦ＝Π’’」という言葉は、「ΔΦ≒Π’’の位相シフト」の意味も含む。
【００３３】
工業や医薬産業等の多くの潜在的応用分野では、試料を十分に透過するため、比較的高いＸ線エネルギーが必要とされる。従って、エネルギーが例えば４０ｋｅＶよりも高いＸ線で干渉法を行うことができるようにすることによって、撮像できる材料及び対象物の種類が大幅に増大する。
【００３４】
本発明の実施形態は、各々のエネルギーに対するアスペクト比が、例えば、最大で４、６、１０又は１２のビーム分割格子並びに多色でインコヒーレントなＸ線管線源を含む。更に詳細には、アスペクト比は、ΔΦ＜Π（例えばΠ／２、１／４×Π）であり、これにより格子の必要構造深さＨを対応して減少させる。位相シフトに従ってΔΦがλ×Ｈに比例分配されるため、例えば２８ｋｅＶ用のΔΦ＝Π格子として設計されたＨ＝３５μｍの格子を、５６ｋｅＶのＸ線エネルギーでΔΦ＝Π／２格子として使用してもよく、１１２ｋｅＶでΠ／４格子として使用してもよい。
【００３５】
本明細書中で使用した「等しい」という形容詞は、「ほぼ等しい」という形容詞も含むということに着目すべきである。
【００３６】
次に図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、これらの図には、波界伝播アルゴリズム(wave field propagation algorithm)によって実施されたシミュレーションによる干渉縞が概略的に示してある。ここでは、位相シフトはΠよりも小さい（ΔΦ＜Π）。これらの干渉縞は、例えば欧州特許出願第１６２３６７１号に開示されているように、十分にコヒーレントな単色Ｘ線ビームを当てたときに例えばΔΦ＝Πの最大位相シフトを生じさせるように設計された純（非吸収）位相格子についてシミュレートしたものである。
【００３７】
図２Ａでは、第１の格子（図示せず）のパラメータは、この格子に入射した平面波（波長：λ）についてシミュレートするように選択され、位相シフトはΔΦ＝Π／２であり、図２Ｂでは、第２の格子（図示せず）のパラメータは、第２の格子に入射した、波長がλの平面波についてシミュレートするように選択され、位相シフトはΔΦ＝Π／４である。
【００３８】
容易にわかるように、位相シフトΔΦ＝Π／２（図２Ａ参照）から得られた干渉縞は、位相シフトΔΦ＝Π／４（図２Ｂ参照）から得られた干渉縞と比較してはっきりとしている。位相シフトΔΦ＝Πについて、現れた干渉縞の距離は、奇数ｎ（即ちｎ＝１、３、５、又は７）のフラクショナルタルボ距離のところに現れる。これとは対照的に、ΔΦ≦Π／２については、最もはっきりとした干渉縞は、ｎ＝２、４、及び６の偶数のフラクショナルタルボ距離のところに現れる。
【００３９】
図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂを参照すると、これらの図には、シミュレートされた波面伝播に沿った、ΔΦ＝Π／２についてのタルボ距離ｎ＝１、２、３、４の各々での干渉縞の強度分布が概略的に示してある。
【００４０】
例えばΔΦ＝Π／２又はΔΦ＝Π／４の位相シフトを生じさせる格子のデューティーサイクル（duty cycle）は、ΔΦ＝Πの位相シフトを生じさせる格子についてのデューティーサイクルと同じであってもよいということに留意されたい。しかしながら、例えばΠからΠ／２まで因子２の位相シフトの減少により、干渉縞の周期性が対応して減少する。干渉縞の周期性が減少することにより、以下に説明するように、本発明の一実施形態による干渉計の吸収格子の周期性を対応して減少できる。
【００４１】
次に、図５を更に参照する。本発明の一実施形態によれば、干渉計デバイス５００は、放射線源５１０と、線源格子５２１と、ビーム分割格子即ち位相格子５２２と、吸収格子５２３と、検出器５４０とを含み、これらは全て、電磁放射線に関して互いに連結されている。
【００４２】
第１のエレメント即ち構成から放射される少なくとも幾つかの電磁放射線が、第２のエレメント即ち構成に入射する場合、第１のエレメント即ち構成は、電磁放射線に関し、第２のエレメント即ち構成に連結されているものと考えられるということに留意すべきである。
【００４３】
放射線源５１０は、多色及び／又はインコヒーレントなＸ線５１５を放射するようになっており、線源格子５２１は、入射した放射線の少なくとも一部を吸収するように設計されており、位相格子５２２は、この位相格子５２２の格子バーを通過する放射線と位相格子５２２の格子バーの間を通過する放射線との間で、吸収されずに位相格子５２２に入射した放射線にΔΦ＜Πの位相シフトを生じさせるように設計されている。
【００４４】
図３に概略的に示す干渉縞の理想的な単エネルギーケースと比較して、インコヒーレントで多色の放射線についての干渉縞のパターンは幾分滲んでしまう。これは、放射線５１５の全Ｘ線源エネルギースペクトルがパターンに関与するためである。しかしながら、干渉縞を何らかの方法で分析できるようにするため、本発明では、位相感度についての基準、即ち干渉縞鮮明度(fringe visibility)が導入された。鮮明度は、本明細書中、ビーム分割格子から所定距離離れた場所で横方向に記録された干渉縞の振幅の相対的な高さと定義され、例えば以下の方程式で表される。
鮮明度＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）÷（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）                  （１）
ここで、Ｉｍａｘ及びＩｍｉｎは、各々、位相格子５２２から所定距離のところで計測した干渉縞プロファイルの最大強度及び最小強度である。Ｘ線５１５と物体との相互作用のシミュレーションを可能にするパラメータは、経験的データに基づく。更に、位相格子５１５の構造深さ、周期性、又はデューティーサイクルの局所的変化等の格子の欠陥を表すパラメータを導入してもよい。
【００４５】
次に、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、及び図７Ｂを参照すると、これらの図には、以下の条件においてシミュレートによって求めた、フラクショナルタルボ距離ｎ＝１、２、３、及び４での干渉縞プロファイルがそれぞれ示してある。
【００４６】
放射線源５１０：３５ｋＶで作動する、銀アノードを使用したＸ線管、Ｅ＝２８ｋｅＶ
線源格子５２１：ＤＣ＝０．１
位相格子５２２：位相シフトΔΦ＝Π／２、Ｈ＝１７．５μｍ、ＤＣ＝０．５
吸収格子５２３：ＤＣ＝０．５
【００４７】
次に図８を参照すると、この図は、（ｉ）ΔΦ＝Π（Ｈ＝３５μｍ）、（ｉｉ）ΔΦ＝Π／２（Ｈ＝１７．５μｍ）、及び（ｉｉｉ）ΔΦ＝Π／４（Ｈ＝８．７５μｍ）の三つの場合について、位相格子５２２からの離間距離の関数として鮮明度を示す。
【００４８】
多色インコヒーレント放射線５１５についての干渉縞の鮮明度は、ΔΦ＝Πの位相シフトに対し、奇数のタルボ次数（１、３、５、７、・・・）で最大であり、ΔΦ＝Π／２及びΔΦ＝Π／４については、鮮明度は、偶数のタルボ次数（２、４、６、・・・）で最大である。かくして、多色インコヒーレント放射線についての干渉縞の鮮明度の最大値は、単色コヒーレント放射線についての干渉縞の鮮明度の最大値と対応する。
【００４９】
線源５１０から放射された放射線５１５のエネルギースペクトルが干渉計デバイス５００と適合している場合には、シミュレートされた、上述の例示した２８ｋｅＶ以外の任意のＸ線エネルギーについても同様の結果を得ることができる。放射線５１５のスペクトルの形状は、エネルギーＥの周囲に広いピークを持ち、ΔＥ／Ｅは、例えば最大で約３０％である。ここで、ΔＥは、Ｘ線スペクトルの幅を表す。一般的には、干渉縞の鮮明度は、ΔＥ／Ｅの減少に従って増大する。即ちピークが狭ければ狭い程、鮮明度が向上する。
【００５０】
干渉計の干渉縞の鮮明度は、線源格子５２１に入射する放射線５１５の有効スペクトルのピークが狭い程向上する。このようなピークは、適切な吸収フィルタを使用することによって得ることができ、これによって、フィルタは、特定のエネルギーで吸収Ｋエッジ(K-edge)を示すことにより線源スペクトルを適切に形づける任意の適切な材料で形成されていてもよい。
【００５１】
ピークが狭ければ狭い程、高い鮮明度が得られるが、Ｘ線束の多くが無駄になってしまう。波界伝播が、波長と伝播距離の積（λ×ｄ）の関数であるため、伝播方向におけるインターバル(interval)は、波長又はエネルギーΔＥにおけるインターバルと等しい。ΔΦ＝Π／２及びΔΦ＝Π／４について、鮮明度関数８１０及び８２０が比較的滑らかであり且つブロードリッジ(broad ridge)と類似しているため、ΔＥが増大しても各々の鮮明度は大幅には低下しない。従って、ΔＥの増大は、一般的には、ΔΦ＝Π／２及びΔΦ＝Π／４についての鮮明度に大きな影響を及ぼさない。従って、ΔＥ／Ｅ≒３０％と対応する広いスペクトル範囲に亘り、追加のフィルタなしで（線源出口ウィンドウについての、典型的には１ｍｍのベリリウム又はアルミニウム製のフィルタを除く）干渉法を行ってもよい。これによって、光子束及び計数速度(count rates) の増大により露光時間を短くできる。光子束及び計数速度は、吸収フィルタを使用した場合には、減少する。従って、干渉計デバイス５００の放射線源５１０は、フィルタなしであってもよい。
【００５２】
次に図９及び図１０を参照すると、これらの図には、線源格子５２１の様々なデューティーサイクルについて、ΔΦ＝Π及びΔΦ＝Π／２の各々についての鮮明度及び欠陥のパーセンテージが概略に示してある。横軸Δｘ／ｃｍは、干渉計デバイス５００の光軸からの横方向オフセットと対応し、線源格子５２１と位相格子５２２との間の距離は約１．５ｍである。図１０から容易にわかるように、約２８ｋｅＶのエネルギーについて設計した位相格子５２２についてのアスペクト比及びΔΦ＝約Π／２の位相シフトを使用することによって、非直交角度入射に対し、鮮明度をほぼ一定に維持する。即ち、非直交角度入射について、鮮明度の大幅な損失がない。従って、大視野（field-of-view、ＦＯＶ）及び／又は比較的短い距離Ｉが干渉法において可能である。入射角は、例えば、θ＝arctan（（ＦＯＶ／２）／Ｉ）＝Π／２０であってもよい。
【００５３】
干渉計デバイス５００における干渉条件を満たすため、幾つかの条件を満たさなければならないということに留意すべきである。これらの条件を以下の方程式によって表現する。
【数１】
0005583336.tif 000002
ここで、方程式（１）はタルボ距離を示し、方程式（２）は放射された放射線５１５の発散度を示し、方程式（３）は格子５２１についての条件を示す。
【００５４】
方程式（３）及び（４）から以下の方程式が得られる。
【数２】
0005583336.tif 000003
ここで、ΔΦ＜Πについてはη＝１である（最先端の場合ΔΦ＝Πについてはη＝２である）。パラメータηは、ΔΦ＝Πの位相シフトを生じさせる位相格子５２２が高度に対称であるため、奇数のフラクショナルタルボ距離で発生する（横方向の）干渉パターンの周期性が、位相格子５２２の格子周期性のほぼ半分であり、偶数のフラクショナルタルボ距離には干渉縞がないということを考慮に入れるということに留意すべきである。しかしながら、位相格子５２２がΔΦ＜Πの位相シフトを発生させるように設計されている場合には、干渉縞の周期性は、位相格子５２２の格子周期性と等しい。従って、ΔΦ＜Πの位相シフトを吸収するように設計された吸収格子５２３のアスペクト比は、少なくとも、例えば３５、２５、１０、又は５よりも小さい。
【００５５】
格子からの距離ｄ及びＩは、以下の方程式（６）及び（７）の各々によって表現される。
【数３】
0005583336.tif 000004
【００５６】
以上の方程式から、二つの格子（例えば線源格子５２１と吸収格子５２３）の格子周期性を選択することによって、干渉計デバイス５００の第３の周期性（例えば位相格子５２２）を決定する。更に詳細には、波長λ、タルボ次数ｎ、残りの格子周期性（線源格子５２１及び吸収格子５２３についての周期性が選択されている場合には、例えば位相格子５２２）、並びに線源格子５２１と位相格子５２２との間の距離Ｉ、及び位相格子５２２と吸収格子５２３との間の距離ｄをこれに従って設定する。ここで、短い波長（例えばＸ線）で干渉法を行うことができるようにするため、最初に選択した二つの格子周期性は十分に小さくなければならない。以下は、干渉計デバイス５００についての例示の値である。
ｐ0：１μｍ乃至２００μｍ
ｐ1、ｐ2：０．２μｍ乃至４０μｍ
Ｉ：０．１ｍ乃至５ｍ
ｄ：０．１ｃｍ乃至１００ｃｍ
【００５７】
一般的には、距離Ｉ及びｄは、λ（増大するエネルギー）の減少に従って増大し、周期性の減少に従って減少する。かくして、エネルギーが高くなるにつれて、セットアップをできるだけコンパクトにするため、格子についての周期性を短くする必要がある。他方、比較的高いエネルギーに対し、格子が比較的深い必要があり、そのため、格子は、できるだけ大きなアスペクト比を持つ必要がある。しかしながら、ΔΦ＜Π／２（例えばΔΦ≦Π／２）であるように位相格子５２２を設計することによって、吸収格子５２３のアスペクト比は、ΔΦ＝Πの場合の半分に過ぎない。
【００５８】
線源格子５２１の周期性ｐ521は、一般的には位相格子５２２及び吸収格子５２３の周期性よりも大きいということに留意すべきである。従って、例えば、位相格子５２２をΔΦ＝Π／２であるように設計することによって、２０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ、８０ｋｅＶよりもエネルギーが高いＸ線で干渉法を行うことができる。この際、線源格子５２１、位相格子５２２、及び吸収格子５２３のアスペクト比は、例えば１０よりも小さい値に維持され、これによって、距離Ｉ及びｄは比例する。
【００５９】
方程式２乃至７に基づき、干渉計デバイス５００の距離Ｉ及びｄは以下のように算出される。
【数４】
0005583336.tif 000005
【００６０】
これにより以下のことがわかる。例えば、ΔΦ＝Π／２、ｎ＝２又は４→ｐ1≒ｐ2→ｄ≒２×Ｄ0又は４×Ｄ0及びＩ≒２×Ｌ0又は４×Ｌ0である。これに対応して、例えばΠ／２の位相シフトを生じさせることにより、少なくとも例えば４０ｋｅＶのエネルギーを持つ放射線についての干渉法を、必ずしも距離Ｉ及びｄを増大させることなく、干渉計デバイス５００によって行うことができる。従って、干渉計デバイス５００の実施形態で、入射放射線エネルギーの所定の因子によって増大する可能性があるにも関わらず、格子を、各々の実施形態において、格子間の距離の和が、第１の因子よりも小さい第２の因子によって変化できるように位相シフトを生じさせるように設計してもよい。ある実施形態では、例えば、放射エネルギーを第１の因子２だけ増大させることにより、距離Ｉ及びｄの和を第２の因子１だけ増大させる。従って、ある実施形態では放射エネルギーの増大に関わらず、格子間の距離が維持される。ある実施形態では、第１の因子（放射エネルギーの増大因子）と第２の因子（距離Ｉ及びｄの和の増大因子）との間の比は、最大で、２、１．７、１．６、又は１．５である。
【００６１】
干渉計デバイス５００の実施形態についての設計パラメータを以下に例示する。
【００６２】
ΔΦ＝Π／４及びλ＝０．０４４３ｎｍ（２８．０ｋｅＶ）について、
ｐ521＝７３．０μｍ、ｐ522＝１．９５μｍ、ｐ523＝２．０μｍ；Ｉ＝１６０．１ｃｍ、ｄ＝４．４ｃｍ、ｎ＝２、位相格子５２２のアスペクト比：４．５
ΔΦ＝Π／４及びλ＝０．０４４３ｎｍ（２８．０ｋｅＶ）について、
ｐ521＝７３．０μｍ、ｐ522＝１．９５μｍ、ｐ523＝２．０μｍ；Ｉ＝８０．１ｃｍ、ｄ＝２．２ｃｍ、λ＝０．０４４３ｎｍ（２８．０ｋｅＶ）、ｎ＝２、位相格子５２２のアスペクト比：８．９
ΔΦ＝Π／２及びλ＝０．０２２２ｎｍ（５６．０ｋｅＶ）について、
ｐ521＝３５．０μｍ、ｐ522＝３．９４μｍ、ｐ523＝４．４４μｍ；Ｉ＝１５５．５ｃｍ、ｄ＝１９．７ｃｍ、ｎ＝２、位相格子５２２のアスペクト比：８．９
【００６３】
これに対応して、本発明のある実施形態では、距離Ｉは、例えば、１８０ｃｍ、１７０ｃｍ、１６８ｃｍ、１６５ｃｍ、１６３ｃｍ、１６０．５ｃｍ、又は１６０．１ｃｍを越えてはならず、距離ｄは、例えば、２５ｃｍ、２０ｃｍ、１９．７ｃｍ、６ｃｍ、又は４．４ｃｍを越えてはならない。
【００６４】
次に図１１を参照すると、例えば位相格子５２２等の格子を様々な材料で形成してもよい。このような材料の例には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、及び／又は任意の他の適切な材料及び／又はこれらの材料の化合物が含まれるが、これらに限定されず、特定の位相シフトを得る上で必要な深さＨは、材料によって異なる。例えば、図１１に概略的に示すように、エネルギーが約３０ｋｅＶで位相シフトがΔΦ＝Πの放射線を得るのに必要な深さＨは、シリコンを材料とした場合、ニッケルを材料とした場合の約４倍である。
【００６５】
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照する。本発明のある実施形態によれば、以下に説明する二重エネルギースキームと関連して干渉計デバイス５００を使用してもよい。二重エネルギー位相差計測を実施することにより、対象物５３０の元素組成についての追加の情報を提供できる。これは、δ×Δｘと比例する（Δｘは媒体の厚さである）位相シフトΔΦを生じさせる屈折率ｎ＝１−δ（λ）が、対象物５３０に入射する放射エネルギー及び対象物５３０の材料の電子密度と比例するためである。かくして、画像放射線検出器５４０で計測した、二つの異なるＸ線エネルギーで捕捉された位相画像の強さの比から、対象物５３０についての貫通深さと屈折率との間の曖昧さを解決できる。
【００６６】
二重エネルギースキーム
位相格子５２２により、例えばΔΦ＜Π（例えばΔΦ＜Π／２、ΔΦ＜Π／４）の位相シフトを生じさせる干渉計デバイス５００を使用することによって、二つ又はそれ以上の相補的エネルギードメインで別々の位相感知計測(phase sensitive measurement) を、以下に大まかに説明するように、行うことができる。
【００６７】
例えば、各々のエネルギーがＥLE及びＥHEで、例えばＥHE＝２×ＥLEの第１及び第２の平面波ＬＥ及びＨＥを考えると、対応する波長は、２×λHE＝λLEである。
【００６８】
干渉計デバイス５００のセットアップパラメータ（即ち格子の周期性ｐ521、ｐ522、ｐ523、並びに線源格子５２１と位相格子５２２との間の距離Ｉ、及び位相格子５２２と吸収格子５２３との間の距離ｄ）が全ての条件を満たし、波ＬＥ並びに波ＨＥについて干渉を得ることができる場合、二重エネルギースキームによる干渉法を波ＬＥ及び波ＨＥに行う。ある実施形態では、第１平面波の位相をΔΦ1＜Πだけシフトするように設計された位相格子５２２の深さＨは、第２平面波の位相を、例えば第１平面波の位相シフトの半分だけシフトする（ΔΦ2＝ΔΦ1／２）。例えば、位相格子５２２が、第１平面波ＥLEを、例えば約３／４×Π、Π／２、又はΠ／４だけ位相シフトするように設計されている場合には、第２平面波ＥHEによる位相シフトは、各々、約３／８×Π、Π／４、又はΠ／８である。
【００６９】
λLE及びλHEについての振幅干渉パターンを図１２Ａ及び図１２Ｂの各々に概略的に示す。図１２Ａでは、光軸Ｚに沿った全距離は、ＥLE波のタルボ距離、即ちＤTalbot（λLE）＝２×ｐ5222／λLEと対応し、図１２Ｂでは、光軸Ｚに沿った全距離は、ＥHE波のタルボ距離、即ちＤTalbot（λHE）＝２×ＤTalbot（λLE）と対応する。従って、図１２Ｂには、ＥHEについてのタルボ距離の半分しか示してない。図１２Ａ及び図１２Ｂから容易にわかるように、平面波ＥHEについての干渉パターンは、ＥLEについての干渉パターンと非常に近似しているが、光軸Ｚに沿って因子２で引き伸ばされている。従って、破線１２１０で概略的に示すように、平面波ＬＥのフラクショナルタルボ次数ｎ＝４の距離は、平面波ＨＥのフラクショナルタルボ次数ｎ＝２と一致する。かくして、ＬＥ波及びＨＥ波の両方についてのコントラストの最大値は、距離ｄ＝１／４×ＤTalbot（λLE）＝１／８×ＤTalbot（λHE）で生じる。
【００７０】
原理的には、放射エネルギーＥLEとＥHEとの間の関係は、ＥLE＝ｑ×ＥHEであり、ｑ⊂（０、１）である。即ちＥHEの平均エネルギーは、平均エネルギーＥLEの１／ｑ倍である。この際、ｑは０乃至１の範囲内の値をとる。
【００７１】
これにより、以下の式が得られる。
【数５】
0005583336.tif 000006
【００７２】
方程式（１０）は、本明細書中に説明した二重エネルギースキームを採用する上で必要とされる条件である。この条件に加え、位相格子５２２によりΔΦ＜Π（例えばΔΦ＜Π／２又はΔΦ＜Π／４）の相対的位相シフトが生じる場合には、波ＨＥ及びＬＥについての干渉パターンの周期性は、格子から任意の距離のところで、特に波ＨＥ及びＬＥの各々についてのタルボ次数ｎLE及びｎHEと対応する距離のところで等しい。更に詳細には、「引き伸ばし（stretching）」は、光軸／伝播方向に沿って長さ方向にだけ生じる。横方向では引き伸ばしが生じない。干渉縞の周期性は横方向にあり、この方向で引き伸ばしが生じないため、これらの干渉縞は（実質的に）位相格子５２２の周期性と等しい。
【００７３】
従って、原理的には、任意のｑが許容される。しかしながら、ある実施形態では、ｑ＝ｎHE／ｎLEについての値は、これらのフラクショナルタルボ次数（例えば、ｎLE＝４、ｎHE＝２）と適合するように選択され、これによって、波ＬＥ及びＨＥの両方について縞鮮明度(fringe visibility) を最適にできる。
【００７４】
記録された二つの干渉画像は、分離エネルギーンターバルからのＸ線のイールド(yield) を表す。換言すると、設計エネルギーＥLE及びＥHEの周囲の広いピークについて、鮮明度縞(visibility fringes)を個々に形成しなければならない。概して、この仕事を行うため、線源５１０は、本発明のある実施形態では、局所的に及び／又は時間的に分離された分離エネルギースペクトルを提供してもよく、及び／又は検出されたＸ線のエネルギーを選別するように検出器５４０を適合してもよい。
【００７５】
線源５４０のある実施形態は、例えば、ＨＥ及びＬＥの計測を行う（二重線源システム）ための個々の線源を提供する二つの異なるＸ線管を使用することを含む。一方の計測を他方の計測後に行うことができ、及び／又は計測を局所的に離間して行うことができる。原理的には、線源５１０は二つの離間した線源を具体化する必要はない。その代わり、交流電圧バイアスで作動できる単一のアノードを使用してもよい。
【００７６】
ある実施形態では、放射された放射線のスペクトルの低エネルギー部分及び高エネルギー部分のいずれかを遮断する適切なフィルタを線源５１０の前方で使用してもよい。
【００７７】
ある実施形態では、線源５１０は、二つ（又はそれ以上）の異なるアノードを備えていてもよい。これによって、異なるアノード材料を異なる加速電圧で、又は場合によってはパルス電圧で（可変高圧電源によって）作動でき、これによってＨＥ線源とＬＥ線源との間の時間的切り換えパターンを提供する。更に、線源５１０は幾つかの加速段階を使用してもよい。この場合、電子ビームを複数のアノードのいずれか一つに互いに偏向してもよい。任意であるが、取り出したＸ線ビームにフィルタを導入し、対象物５３０に入射するエネルギースペクトルを形づけてもよい。
【００７８】
更に、線源格子５２１を管線源５１０と一体化してもよい。任意であるが、線源５１０は、所定構造のアノードを使用してもよい。これは、電子ビームを当てると、個々に空間的にコヒーレントであるが相互にインコヒーレントである線源のアレイを形成する。ある実施形態では、線源５１０は、アノードに当たる電子ビームの格子状構造を形成するような穴を備えていてもよく、又は十分良好に平行とされた及び／又は集束された電子ビームをアノードに亘って走査してもよい。このような実施形態は、いわゆる「位相ステップ」計測術に関して特に関連している。例えば、三つの格子のいずれか一つを、格子バーに対して垂直方向に、横方向に走査する必要がある。線源電子ビームを走査することによって、又は穴を使用することによって、電子がアノードに当たるパターンを変化させることができる。更に詳細には、一つの位相差画像は、一連の個々の露光を必要とし、この露光中、一つの格子（例えば線源格子５２１）の相対的位置を横方向に（光軸に対して垂直方向に及び格子バーに対して垂直方向に）順次シフトする。別の実施形態では、アノードに当たる（かくして走査Ｘ線ビームを発生させる）電子ビームの位置を操作して順次シフトを行ってもよい。
【００７９】
次に検出器５４０を参照すると、第１及び第２の検出器を含み、第１の検出器が第２の検出器の前方に位置決めされ、吸収器が第１の検出器と第２の検出器との間に設けられた擬似的な二重エネルギーシステムを使用してもよい。更に詳細には、第１の検出器（前検出器）は、入射したスペクトルの低エネルギー部分の画像を形成するようになった薄いシンチレータ（scintillator）によって具体化されてもよい。シンチレータの後側に放射線に関して結合された吸収器は、スペクトルの低エネルギー端をカットし、かくして第２の検出器から得られた画像は、ＨＥ波の画像を示す。
【００８０】
ある実施形態では、検出器５４０は、エネルギー分散単光子計数(energy dispersive single photon counting)を可能にする検出器によって具体化される。かくして、個々の画像は、低エネルギードメイン又は高エネルギードメインのいずれかに属する場合だけに計数を行うように形成される。かくして、検出器５４０に適切なエネルギー閾値を適用することによって二重エネルギースキームを実施できる。
【００８１】
線源５１０及び検出器５４０による方法は、特定の用途の必要条件によってほとんど決まるということに留意すべきである。更に、上述の実施形態は、多くの方法で組み合わせてもよいということに留意すべきであり、単に本発明の別々の実施形態で実施できると考えるべきではない。例えば、医療の用途では、線源５１０及び検出器５４０の両方について最適化を行う上で、放射線の投与量が最も重要な因子である。検出器５４０についての計数効率(counting efficiency) はできるだけ高くなければならず、これに対し線源５１０は、画像のコントラストを生じさせるように最適化されるに過ぎない。
【００８２】
本発明の実施形態は、現存の吸収Ｘ線撮像と適合性がある。
【００８３】
本発明の実施形態により、位相並びに対象物５３０による放射線５１５の吸収に関する両情報を提供できるということに留意すべきである。更に詳細には、本発明の実施形態は、吸収差結像機構で、位相差結像機構におけるのと同様に、アンビギティ（ambiguities、「重なりの問題」）を解像できる。これらの二つの位相差機構が、様々な物理量（即ち位相及び吸収）の計測に基づくため、任意の特定の用途が被るアンビギティは同じではない。例えば、単一の露光は、対象物５３０の位相差画像及び吸収放射線透過写真の両方を送出する。従って、吸収差機構及び位相差機構の両方について、材料を確認するための大量の情報を得ることができる。このことは、吸収係数又は屈折率のいずれかに基づく材料を確認するための情報の間を、立体的方法で得ることができるということを意味する。
【００８４】
エネルギーについて設計された二重エネルギーセットアップのパラメータを以下に一例として例示する。
【００８５】
ＬＥ                  ＨＥ
ｎ：                              ４                    ２
ΔΦ：                            Π／２                Π／４
Ｅ：                              ４０．０ｋｅＶ        ８０．０ｋｅＶ
λ：                              ０．０３１０ｎｍ      ０．０１５５ｎｍ
（ｐ521、ｐ522、ｐ523）：      （３５．０μｍ、３．１８μｍ、３．５μｍ）
（Ｉ、ｄ）：                      （１７９．４ｃｍ、１７．９ｃｍ）
アスペクト比（位相格子５２２）：    ７．９
【００８６】
本発明の実施形態は、医療用撮像、医療診断、品質検査、セキュリティスクリーニング、非破壊検査、材料科学、等に使用してもよい。本発明の実施形態は、例えば、断層放射線写真と関連して使用してもよい。その場合、対象物５３０をその軸線を中心として回転させ、別々の回転位置で露光を行う。別の態様では、対象物５３０を中心として干渉計デバイス５００を回転させてもよい。
【００８７】
概して、任意の材料の吸収係数はエネルギーの上昇に従って急速に低下する（考慮しているエネルギーンターバルにいわゆるＫエッジが存在しない場合）。これは、吸収Ｘ線写真で特に重要である。これは、試料によって吸収された放射線によって像コントラストが得られるためである。しかしながら、屈折率は、エネルギーの増大に従ってそれ程迅速には低下せず、更に、概して任意の特定の材料の吸収係数よりも高いため、放射線の投与量を減少して比較的高いＸ線エネルギーで位相差を得ることができる。例えば、柔らかな組織を調査する用途、例えばマンモグラフィー（mammography）では、位相差撮像では、像コントラストを損なうことなく、標準的なＸ線写真システムにおける場合よりも高いエネルギーを加えることができ、試料が吸収する放射線投与量を大幅に減少できるという利点が得られる。
【００８８】
実施形態は、本発明の一例又は実施態様であるということが理解されるべきである。「一つの実施形態」、「一実施形態」、又は「ある実施形態」といった様々な表現は、必ずしも同じ実施形態に関するものではない。
【００８９】
本発明の様々な特徴を一つの実施形態に関して説明したが、本発明の特徴は別々に提供してもよいし、任意の適切な組み合わせで提供してもよい。逆に、明瞭化を図るために本発明を本明細書中に別々の実施形態で説明したが、本発明は、単一の実施形態で実施してもよい。
【００９０】
本明細書中の「一つの実施形態」、「一実施形態」、「ある実施形態」、又は「他の実施形態」という用語は、実施形態と関連して説明した特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも一つの実施形態に含まれるということを意味するが、必ずしも本発明の全ての実施形態に含まれるわけではない。
【００９１】
本明細書中で使用したフレーズ及び用語は、限定的であると解釈されるべきではなく、単に説明を目的としたものであるということが理解されるべきである。
【００９２】
本明細書の教示の原理及び使用は、添付の説明、図面、及び例を参照することにより更によく理解できるであろう。
【００９３】
本明細書中に記載した詳細は、本発明の用途に対する限定とは解釈されないということが理解されるべきである。更に、本発明は様々な方法で実施でき、本発明を本明細書中に記載した以外の実施形態で実施してもよいということが理解されるべきである。
【００９４】
「含む」、「備える」、「からなる」、及びこれらの文法的変化は、一またはそれ以上の構成要素、特徴、工程、整数、又はその群を除外しないということが理解されるべきである。
【００９５】
「に」という用語は、「内に」及び「上に」を含む。「に基づく」という用語は、除外的ではなく、特段の記載のない限り、記載されていない追加の因子に基づいてもよいということを意味する。
【００９６】
本明細書又は特許請求の範囲が「追加の」構成要素に関する場合、一つ以上の追加の構成要素があることを除外しない。
【００９７】
特許請求の範囲又は明細書で構成要素に単数として言及した場合、これは、当該構成要素が一つしかないと解釈されるべきではないということが理解されるべきである。
【００９８】
明細書中、構成要素、特徴、構造、又は特性が「ある」、「あってもよい」という場合、このような特定の構成要素、特徴、構造、又は特性が必ずしも含まれていなくてもよいということが理解されるべきである。
【００９９】
ステートダイヤグラム、フローダイヤグラム、又はこれらの両方を使用して実施形態を説明したが、本発明はこれらのダイヤグラム又は対応する記載に限定されない。例えば、フローが例示のボックス又は言及を介する必要はなく、又は例示の及び説明したのと全く同じ順序である必要はない。
【０１００】
「方法」及び「プロセス（工程）」という用語は、所定のタスクを実行するための方法、手段、技術、及び手順に関し、周知の方法、手段、技術、及び手順又はこれらの周知の方法、手段、技術、及び手順から当業者が容易に開発する方法、手段、技術、及び手順を含むがこれらに限定されない。
【０１０１】
特許請求の範囲及び明細書中の説明、例、方法、及び材料は限定的であると解釈されるべきではなく、単なる例示であると解釈されるべきである。
【０１０２】
本明細書で使用した技術用語及び科学用語の意味は、特段の記載のない限り、当業者により一般的に理解されるべきである。
【０１０３】
本発明は、本明細書中に説明したのと等価の又は同様の方法及び材料で試験でき又は実施できる。
【０１０４】
本発明について、限られた数の実施形態に関して説明したが、これらの実施形態は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態の幾つかを例示しようとするものである。更に、この他の可能な変形、変更、及びプログラムは、本発明の範囲内に含まれるということが、当業者には理解されよう。従って、本発明の範囲は、以上の説明によって限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１Ａ】干渉計デバイスのセットアップの概略図である。
【図１Ｂ】格子の概略図である。
【図２Ａ】Π／２よりも小さい位相シフトΔΦを生じさせるよう設けられた、本発明の一実施形態による位相格子の振幅干渉パターンの概略図である。
【図２Ｂ】単色放射線において、Π／４よりも小さい位相シフトΔΦを生じさせるよう設けられた、本発明の一実施形態による位相格子の振幅干渉パターンの概略図である。
【図３Ａ】図２Ａの干渉パターンのフラクショナルタルボ次数ｎ＝１についての横断面に対応する強度分布の概略図である。
【図３Ｂ】図２Ａの干渉パターンのフラクショナルタルボ次数ｎ＝２についての横断面に対応する強度分布の概略図である。
【図４Ａ】図２Ａの干渉パターンのフラクショナルタルボ次数ｎ＝３についての横断面に対応する強度分布の概略図である。
【図４Ｂ】図２Ａの干渉パターンのフラクショナルタルボ次数ｎ＝４についての横断面に対応する強度分布の概略図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＸ線撮像デバイスのセットアップの概略図である。
【図６Ａ】Ｅ＝２８ｋｅＶ及び３５ｋｅＶの銀アノード線源について最適化した、本発明の一実施形態によるΔΦ＝Π／２の干渉計のシミュレーションから得られた、フラクショナルタルボ距離ｎ＝１での干渉縞の概略図である。
【図６Ｂ】Ｅ＝２８ｋｅＶ及び３５ｋｅＶの銀アノード線源について最適化した、本発明の一実施形態によるΔΦ＝Π／２の干渉計のシミュレーションから得られた、フラクショナルタルボ距離ｎ＝２での干渉縞の概略図である。
【図７Ａ】Ｅ＝２８ｋｅＶ及び３５ｋｅＶの銀アノード線源について最適化した、本発明の一実施形態によるΔΦ＝Π／２の干渉計のシミュレーションから得られた、フラクショナルタルボ距離ｎ＝３での干渉縞の強度分布の概略図である。
【図７Ｂ】Ｅ＝２８ｋｅＶ及び３５ｋｅＶの銀アノード線源について最適化した、本発明の一実施形態によるΔΦ＝Π／２の干渉計のシミュレーションから得られた、フラクショナルタルボ距離ｎ＝４での干渉縞の強度分布の概略図である。
【図８】図５の干渉計の設計エネルギーがΔＥ／Ｅ≒３０％のピークを持つ多色エネルギースペクトルに対し、ΔΦ＝Π、ΔΦ＝Π／２、及びΔΦ＝Π／４のビーム分割格子について、干渉縞の鮮明度をフラクショナルタルボ次数ｎの関数として概略的に示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態による、視野で決まる、ΔΦ＝Πについての位相格子の間の鮮明度を概略的に示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態による、視野で決まる、ΔΦ＝Π／２についての位相格子の間の鮮明度を概略的に示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態による、各々の材料でΔΦ＝Πの位相シフトを達成するための、格子の深さと入射放射線エネルギーとの関係を概略的に示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は、入射したＬＥ波において生じた相対的位相シフトによりΔΦ（λLE）＝Π／２となるよう設けられた、本発明の一実施形態による純位相格子に低エネルギー（ＬＥ）平面波を当てることによって得られた振幅干渉縞の概略図であり、（Ｂ）は、入射したＨＥ波において生じた相対的位相シフトによりΔΦ（λHE）＝Π／４となるよう設けられた、本発明の一実施形態による純位相格子にλHE＝１／２×λLEの高エネルギー（ＨＥ）平面波を当てることによって得られた振幅干渉縞図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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２】
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【図１２】
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