(57)【要約】  このＸ線位相差撮像システム（１００）は、Ｘ線源（１）と、Ｘ線検出器（４）と、複数の格子と、制御部（６）と、を備える。制御部（６）は、Ｘ線源（１）とＸ線検出器（４）とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得する。
2019123758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に設けられたＸ線を通過させるための第１格子と、前記第１格子の自己像と干渉させるための第２格子とを含む複数の格子と、
前記格子を一定間隔で移動させる格子移動機構と、
被写体を配置せずに取得した第１のＸ線画像と、前記被写体を配置して取得した第２のＸ線画像とに基づいて、位相微分像を生成する画像処理部と、
前記格子の位置ずれを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記画像処理部で生成された位相微分像の画素値に基づいて、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを結ぶ光軸方向への前記格子の位置ずれ、前記格子のスリットの向きに直交する方向への前記格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による前記格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するように構成されている、Ｘ線位相差撮像システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記位相微分像を生成して前記格子の位置ずれを取得することを複数回行う際に、予め生成された第１のＸ線画像を用いるように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項３】
前記格子の位置を調整するための位置調整機構をさらに備え、
前記制御部は、取得した前記格子の位置ずれに基づき、前記格子の位置を前記位置調整機構により調整する制御を行うように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記位相微分像を１枚生成するごとまたは複数枚生成するごとに、取得した前記格子の位置ずれに基づき、前記格子の位置を調整するために前記位置調整機構を制御するように構成されている、請求項３に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の前記画素値の平均値または中央値を取得し、前記格子の位置ずれを取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項６】
前記格子のスリットの向きに直交する方向への前記格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による前記格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するための前記検知領域は、前記検知領域の中心点を挟んで前記格子のスリットの向きに平行な線上に２箇所設定されている、請求項５に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項７】
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを結ぶ光軸方向への前記格子の位置ずれを取得するための前記検知領域は、前記検知領域の中心点を挟んで前記格子のスリットの向きに直交する線上に２箇所設定されている、請求項５に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項８】
前記検知領域は、前記位相微分像の撮影領域の外周縁近傍に設定されている、請求項５に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記検知領域内の前記画素値がしきい値未満である場合、前記検知領域を、前記位相微分像内の前記被写体を含まない部分に設定するように構成されている、請求項５に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記検知領域内の前記画素値がしきい値未満である場合、前記検知領域を再設定するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項１１】
前記画像処理部は、前記第１のＸ線画像と、前記第２のＸ線画像とに基づいて、暗視野像または吸収像のうち少なくとも１つを生成し、
前記制御部は、前記暗視野像の前記画素値または前記吸収像の前記画素値がしきい値未満である場合、前記検知領域を再設定するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相差撮像システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記検知領域内に前記被写体が含まれる場合に、前記検知領域内における前記被写体を含まない部分を用いて位置ずれを取得するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相差撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線位相差撮像システムに関し、特に、複数の格子を用いて撮影を行うＸ線位相差撮影装置の格子の位置ずれの取得および格子の位置調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線位相差撮像システムが知られている。そのようなＸ線位相差撮像システムは、たとえば、国際公開第２０１４／０３０１１５号に開示されている。【０００３】
国際公開第２０１４／０３０１１５号には、ソース格子を並進させて発生させたモアレ縞を検出することによって位相コントラスト像を撮像するＸ線位相差撮像システムが開示されている。上記国際公開第２０１４／０３０１１５号に開示されているＸ線位相差撮像システムは、Ｘ線源と、ソース格子と、位相格子と、吸収格子と、検出器とを備えたＸ線位相差撮像装置を含む。このＸ線位相差撮像装置は、いわゆるタルボ・ロー干渉計である。また、上記特許文献１に開示されているＸ線位相差撮像システムは、モアレ縞が所定の周期となるようにソース格子を並進させる並進信号を取得し、取得された並進信号に基づいてソース格子を並進させることによって位相コントラスト像を撮像するように構成されている。【０００４】
ここで、タルボ・ロー干渉計では、ソース格子を通過したＸ線が位相格子に照射される。照射されたＸ線は、位相格子を通過する際に回析し、所定距離（タルボ距離）離れた位置に位相格子の自己像を形成する。形成された位相格子の自己像の周期は、汎用の検出器では検出することができない程小さいものである。したがって、タルボ・ロー干渉計では、位相格子の自己像が形成される位置に吸収格子を配置し、汎用の検出器でも検出することが可能なモアレ縞を形成する。また、タルボ・ロー干渉計では、格子のいずれか１つを格子の周期方向に並進させながら複数回撮影（縞走査撮影）を行うことにより、自己像のわずかな変化を検出し、位相コントラスト像を取得することができる。【０００５】
タルボ・ロー干渉計を用いて、位相コントラスト像を取得するためには、被写体を置かずに撮影した画像（エアデータ）と、被写体を置いて撮影した画像（サンプルデータ）とを撮影する必要がある。このとき、エアデータはサンプルデータと同じ条件下において撮影したものを用いる。そのため、条件が変わらなければ、エアデータは一度取得した後は再度取得する必要はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０３０１１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
国際公開第２０１４／０３０１１５号に記載のタルボ・ロー干渉計では、位相格子と吸収格子との相対位置が設計位置からずれている場合、意図しないモアレ縞が発生する。この場合、意図しないモアレ縞が検出器によって検出されるため、意図しないモアレ縞に起因して、撮像画像にアーティファクト（虚像）が発生するという不都合がある。なお、「意図しないモアレ縞」とは、被写体を配置していない状態において発生する、位相格子と吸収格子との相対位置のずれに起因するモアレ縞のことである。また、「アーティファクト（虚像）」とは、意図しないモアレ縞に起因して発生する、位相コントラスト画像の乱れや位相コントラスト画像の画質の低下のことである。【０００８】
しかしながら、格子の位置ずれが生じないように、機械的に抑制することは難しい。そのため、使用者は、同じ撮影条件を維持するために、定期的にエアデータを更新する必要があった。また、仮に自動ステージを用いて自動的にエアデータを更新するような機構を設けたとしても、更新頻度が多いと測定時間がその分増加するため、ユーザーにストレスがかかっていた。【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することが可能なＸ線位相差撮像システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるＸ線位相差撮像システムは、Ｘ線源と、照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に設けられたＸ線を通過させるための第１格子と、第１格子の自己像と干渉させるための第２格子とを含む複数の格子と、格子を一定間隔で移動させる格子移動機構と、被写体を配置せずに取得した第１のＸ線画像と、被写体を配置して取得した第２のＸ線画像とに基づいて、位相微分像を生成する画像処理部と、格子の位置ずれを取得する制御部と、を備え、制御部は、画像処理部で生成された位相微分像の画素値に基づいて、Ｘ線源とＸ線検出器とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するように構成されている。【００１１】
この発明の一の局面におけるＸ線位相差撮像システムでは、上記のように、制御部は、画像処理部で生成された位相微分像の画素値に基づいて、Ｘ線源とＸ線検出器とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するように構成されている。このように構成することによって、格子の位置ずれが発生した場合でも、制御部により、取得した位相微分像の画素値に基づいて、位置ずれを取得（更新）することができる。その結果、使用者は、エアデータを再取得しなくとも、通常の撮影によって位相微分像を生成させるだけで、容易に、格子の位置ずれ（撮影条件の変化）を取得できる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することができる。【００１２】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、制御部は、位相微分像を生成して格子の位置ずれを取得することを複数回行う際に、予め生成された第１のＸ線画像を用いるように構成されている。このように構成すれば、予め生成された第１のＸ線画像と、新たに生成した第２のＸ線画像とを基にして位相微分像が生成される。それにより、第２のＸ線画像を新たに撮影するだけで、位相微分像を生成できるので、使用者は、第１のＸ線画像を、再度取得しなくてもよい。【００１３】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、格子の位置を調整するための位置調整機構をさらに備え、制御部は、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を位置調整機構により調整する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、位置調整機構により格子の位置の調整が行われるため、使用者は、取得した格子の位置を調整する作業を行なう必要がない。その結果、より容易に同じ撮影条件を維持することができるので、使用者の負担を軽減することができる。【００１４】
この場合、好ましくは、制御部は、位相微分像を１枚生成するごとまたは複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を調整するために位置調整機構を制御するように構成されている。このように構成すれば、格子の位置ずれを取得するごとに位置調整機構によって格子の位置を調整することにより、極力正確に、同一の撮影条件を維持することができる。また、位相微分像を複数枚生成するごとに位置調整機構によって格子の位置を調整することにより、１枚生成するごとに位置を調整する場合に比べて、位置調整機構が位置を調整する頻度を少なくすることができる。その結果、実用上問題ない範囲で撮影条件を維持しつつ、格子の位置調整にかかる時間が少なくすることができる。【００１５】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮像システムにおいて、制御部は、位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得するように構成されている。このように構成すれば、検知領域内の画素値の分布を取ることができる。また、取得した複数の画素値から、平均値あるいは中央値を取ることにより、ノイズなどに起因する極端な数値（外れ値）を排除できるので、正確な位置ずれを取得することができる。【００１６】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するための検知領域は、検知領域の中心点を挟んで格子のスリットの向きに平行な線上に２箇所設定されている。ここで、光軸回りの回転による位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれは、検知領域の中心点を通るスリットの向きに直交する直線を境界にして、位置ずれの差が現れ易い。そのため、上記構成にすれば、位相微分像から、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または、光軸回りの回転による格子の位置ずれを容易に取得することができる。【００１７】
上記位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、好ましくは、Ｘ線源とＸ線検出器とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれを取得するための検知領域は、検知領域の中心点を挟んで格子のスリットの向きに直交する線上に２箇所設定されている。ここで、光軸方向への格子の位置ずれは、格子のスリットの向きに直交する方向に位置ずれが生じ易く、格子のスリットの向きに平行な方向に位置ずれが生じにくい。そのため、上記構成にすれば、位相微分像から、Ｘ線源とＸ線検出器とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれを容易に取得することができる。【００１８】
上記位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、好ましくは、検知領域は、第２の位相微分像の撮影領域の外周縁近傍に設定されている。このように構成すれば、検知領域を、回転による位置ずれが大きい外周部に設定することができるので、位置ずれを取得し易くなる。そのため、位置ずれの検知精度を向上させることができる。【００１９】
上記位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、好ましくは、制御部は、検知領域内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域を、位相微分像内の被写体を含まない部分に設定するように構成されている。このように構成すれば、被写体の映り込みによる画素値の変化が無い場所を検知領域に設定することができる。それにより、格子の位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。【００２０】
上記位相微分像内に設定された複数の検知領域の各検知領域内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、好ましくは、制御部は、検知領域内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域を再設定するように構成されている。このように構成すれば、被写体の映り込みがあるため画素値が変化する部分を避けて検知領域を設定することができる。それにより、被写体の映り込みによる画素値の変化を防ぐことができるので、格子の位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。【００２１】
上記検知領域内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域を再設定する構成において、好ましくは、画像処理部は、第１のＸ線画像と第２のＸ線画像とに基づいて、暗視野像または吸収像のうち少なくとも１つを生成し、制御部は、暗視野像の画素値または吸収像の画素値がしきい値未満である場合、検知領域を再設定するように構成されている。このように構成すれば、被写体の映り込みによる画素値の変化が無い場所を検知領域に設定することができる。それにより、格子の位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。【００２２】
上記制御部は、検知領域内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域を再設定する構成において、制御部は、検知領域内に被写体が含まれる場合に、検知領域内における被写体を含まない部分を用いて位置ずれを取得するように構成されている。このように構成すれば、予め設定されていた検知領域内の被写体の映り込みによる画素値への影響が無い部分の画素値だけを用いて、画素値を取得できる。その結果、検知領域の再設定が容易となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することが可能なＸ線位相差撮像システムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるＸ線位相差撮像システムの全体構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による位置調整機構の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＸ線位相差撮像システムの格子に設けられた検知領域の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる、格子のずれによって生じる位相微分像を示す概略図である。（Ａ）は位置ずれが生じていない状態あるいはＸ軸方向の位置ずれが生じている状態の位相微分像を示す。（Ｂ）は、Ｚ軸方向に位置ずれが生じている状態の位相微分像を示す。（Ｃ）は、Ｒｚ軸方向にずれが生じている状態の位相微分像を示す。
【図５】本発明の一実施形態によるＸ線位相差撮像システムの位置ずれの取得、調整動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態によるＸ線位相差撮像システムの検知領域の設定動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
（Ｘ線位相差撮像システムの構成）
図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態によるＸ線位相差撮像システム１００の構成について説明する。
【００２７】
Ｘ線位相差撮像システム１００は、被写体Ｔを通過したＸ線の位相差を利用して、被写体Ｔの内部を画像化する装置である。また、Ｘ線位相差撮像システム１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体Ｔの内部を画像化する装置である。Ｘ線位相差撮像システム１００は、たとえば、非破壊検査用途においては、物体としての被写体Ｔの内部の画像化に用いることが可能である。また、Ｘ線位相差撮像システム１００は、たとえば、医療用途においては、生体としての被写体Ｔの内部の画像化に用いることが可能である。
【００２８】
図１に示すように、Ｘ線位相差撮像システム１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、Ｘ線検出器４と、画像処理部５、制御部６と、位置調整機構７と、格子移動機構８とを備えている。なお、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆方向をＺ１方向とし、Ｚ１方向とＺ２方向とをまとめてＺ軸方向とする。Ｚ軸と直交し、紙面奥側から手前側に向かう方向をＹ１方向とし、その逆方向をＹ２方向とし、Ｙ１方向とＹ２方向とをまとめてＹ軸方向とする。また、紙面上方向をＸ１方向、紙面下方向をＸ２方向とし、Ｘ１方向とＸ２方向とをまとめてＸ軸方向とする。なお、本発明の第１格子２と第２格子３はＹ軸方向にスリットが形成されている。また、Ｘ軸方向とは、特許請求の範囲の「格子のスリットの向きに直交する方向」の一例である。さらに、Ｚ軸方向とは、特許請求の範囲の「Ｘ線源とＸ線検出器とを結ぶ光軸方向」の一例である。
【００２９】
Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生されたＸ線をＺ１方向に向けて照射するように構成されている。
【００３０】
第１格子２は、Ｘ軸方向に所定の周期（ピッチ）ｄ１で配列される複数のスリット２ａおよび、Ｘ線位相変化部２ｂを有している。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第１格子２は、いわゆる位相格子である。
【００３１】
第１格子２は、Ｘ線源１と、第２格子３との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像（図示せず）を形成する。可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。
【００３２】
第２格子３は、Ｘ軸方向に所定の周期（ピッチ）ｄ２で配列される複数のＸ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂを有する。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第２格子３は、いわゆる、吸収格子である。第１格子２、第２格子３はそれぞれ異なる役割を持つ格子であるが、スリット２ａおよびＸ線透過部３ａはそれぞれＸ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部３ｂはＸ線を遮蔽する役割を担っており、Ｘ線位相変化部２ｂはスリット２ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる。
【００３３】
第２格子３は、第１格子２とＸ線検出器４との間に配置されており、第１格子２を通過したＸ線が照射される。また、第２格子３は、第１格子２からタルボ距離離れた位置に配置される。第２格子３は、第１格子２の自己像と干渉して、Ｘ線検出器４の検出表面上にモアレ縞（図示せず）を形成する。すなわち、Ｘ線位相差撮像システム１００では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を備えており、Ｘ線源１からＸ線検出器４へ向かうＺ１方向において、第１格子２、第２格子３の順で配置されている。
【００３４】
Ｘ線検出器４は、照射されたＸ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。Ｘ線検出器４は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。Ｘ線検出器４は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期（画素ピッチ）において、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、Ｘ線検出器４は、取得した画像信号を、画像処理部５に出力するように構成されている。
【００３５】
画像処理部５は、Ｘ線検出器４から出力された画像信号に基づいて、被写体Ｔを配置せずに撮影した第１のＸ線画像と、被写体Ｔを配置して撮影した第２のＸ線画像とを取得する。また画像処理部５は、第１のＸ線画像と、第２のＸ線画像とに基づいて、コントラスト像を生成する。生成されるコントラスト像は、たとえば、位相微分像、吸収像、暗視野像である。位相微分像は、エアデータとサンプルデータとのＸ線位相の変化を算出し画像化したものである。吸収像は、被写体ＴがあるとＸ線が吸収され、被写体Ｔが無い部分とＸ線の位相の差が生じることを利用して、位相の差を画像の濃淡で表した図である。暗視野像は、密集した箇所では強くＸ線が散乱することを利用し、被写体Ｔの表面にあたり散乱したＸ線の分布を、画像化することで被写体Ｔの構造を表した図である
【００３６】
制御部６は、画像処理部５で生成された位相微分像における画素値に基づいて、光軸方向（Ｚ軸方向）への位置ずれ、Ｘ軸方向への位置ずれ、または光軸回り（Ｒｚ）の回転による位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するように構成されている。
【００３７】
制御部６は、検知領域９（図３参照）内から画素値を取得し、格子の位置ずれを取得するように構成されている。図３は、第１格子２をＸ線源１から第２格子３へ向かうＺ２方向から見た図である。なお、スリットは省略している。検知領域９とは、撮影領域１０内に設けられ、位置ずれを取得するために用いられる画素値を採取する領域である。制御部６は、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得するように構成されている。検知領域９内の複数箇所から取得した画素値に基づいて、制御部６は、画素値の平均値を計算するように構成されている。あるいは、複数箇所から取得した画素値に基づいて、制御部６は、中央値を選択するように構成されている。
【００３８】
制御部６は、位相微分像を生成して格子の位置ずれを取得することを複数回行う際に、予め生成された第１のＸ線画像を用いるように構成されている。制御部６は、位相微分像を１枚生成する毎または複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を位置調整機構７により調整する制御を行うように構成されている。使用者は、格子の位置ずれが起こる頻度などに基づいて、制御部６に位置調整の頻度を設定する。
【００３９】
制御部６は、検知領域９内の画素値がしきい値未満である場合、以下のいずれかのように構成される。検知領域９を、位相微分像内の被写体Ｔを含まない部分に設定する、検知領域９を再設定する、あるいは、検知領域９内における被写体Ｔを含まない部分を用いて位置ずれを取得する。
【００４０】
制御部６は、画像処理部５において生成された暗視野像の画素値または吸収像の画素値が、しきい値未満である場合、検知領域９を再設定するように構成されている。
【００４１】
図２に示すように、位置調整機構７は、基台部７０と、ステージ支持部７１と、格子を乗せるステージ７２と、第１駆動部７３と、第２駆動部７４と、第３駆動部７５と、第４駆動部７６と、第５駆動部７７とを含む。第１駆動部７３〜第５駆動部７７は、たとえば、それぞれモータなどを含む。また、ステージ７２は、連結部７２ａと、Ｚ軸方向周り回動部７２ｂと、Ｘ軸方向周り回動部７２ｃとによって構成されている。
【００４２】
第１駆動部７３、第２駆動部７４および第３駆動部７５は、それぞれ、基台部７０の上面に設けられている。第１駆動部７３は、ステージ支持部７１をＺ軸方向に往復移動させるように構成されている。また、第２駆動部７４は、ステージ支持部７１をＹ軸方向周りに回動させるように構成されている。また、第３駆動部７５は、ステージ支持部７１をＸ軸方向に往復移動させるように構成されている。ステージ支持部７１は、ステージ７２の連結部７２ａと接続しており、ステージ支持部７１の移動に伴って、ステージ７２も移動する。
【００４３】
また、第４駆動部７６は、Ｚ軸方向周り回動部７２ｂをＸ方向に往復移動させるように構成されている。Ｚ軸方向周り回動部７２ｂは、底面が連結部７２ａに向けて凸曲面状に形成されており、Ｘ軸方向に往復移動されることにより、ステージ７２をＺ方向の中心軸線周りに回動するように構成されている。また、第５駆動部７７は、Ｘ軸方向周り回動部７２ｃをＺ軸方向に往復移動させるように構成されている。Ｘ軸方向周り回動部７２ｃは、底面がＺ軸方向軸周り回動部７２ｂに向けて凸曲面状に形成されており、Ｚ軸方向に往復移動されることにより、ステージ７２をＸ軸方向周りに回動するように構成されている。
【００４４】
したがって、位置調整機構７は、第１駆動部７３によって、第１格子２または第２格子３をＺ方向に調整可能に構成されている。また、位置調整機構７は、第２駆動部７４によって、格子をＹ軸方向周りの回転方向（Ｒｙ方向）に調整可能に構成されている。また、位置調整機構７は、第３駆動部７５によって、格子をＸ方向に調整可能に構成されている。また、位置調整機構７は、第４駆動部７６によって、格子をＺ軸方向周りの回転方向（Ｒｚ方向）に調整可能に構成されている。また、位置調整機構７は、第５駆動部７７によって、格子をＸ軸方向周りの回転方向（Ｒｘ方向）に調整可能に構成されている。各軸方向の往復移動は、たとえば、それぞれ数ｍｍである。また、Ｘ軸方向周りの回転方向Ｒｘ、Ｙ軸方向周りの回転方向ＲｙおよびＺ軸方向周りの回転方向Ｒｚの回動可能角度は、たとえば、それぞれ数度である。位置調整機構７は、第１格子２、第２格子３の少なくとも１つと接続される。
【００４５】
格子移動機構８は、制御部６からの信号に基づいて、第１格子２を格子面内（ＸＹ面内）において格子方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に一定間隔で移動させるように構成されている。具体的には、格子移動機構８は、第２格子３の周期ｄ２をｎ分割し、ｄ２／ｎずつ第２格子３をステップ移動させる。なお、ｎは正の整数である。また、格子移動機構８は、たとえば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータなどを含む。
【００４６】
〈検知領域〉
図３をもとに検知領域９を説明する。図３は、第１格子２をＸ線源１から第２格子３へ向かうＺ２方向に見た図である。なお、スリットは省略している。検知領域９は、撮影領域１０内に設けられる。撮影領域１０とは、コントラスト画像を取得できる領域をさす。検知領域９とは、撮影領域１０内に設けられ、位置ずれを取得するために用いられる画素値を採取する領域である。検知領域９は、撮影領域１０に対しては、格子の周期、配列パターンに変更はない。つまり、検知領域９は、格子の周期、配列パターンを変更して設ける必要がないため、使用者が格子を作成するのが容易である。撮影領域１０の中心から離れるほど位置ずれが大きくなり、検知が容易になるため、検知領域９は、位相微分像の撮影領域１０の外周縁近傍に設定されてもよい。
【００４７】
検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで上下（Ｙ軸方向）２箇所あるいは左右（Ｘ軸方向）２箇所に設ける。あるいは検知領域９の中心点Ｃを挟んで上下（Ｙ軸方向）および左右（Ｘ軸方向）の計４箇所に設ける。
【００４８】
Ｘ線源１とＸ線検出器４とを結ぶ光軸方向（Ｚ軸方向）への格子の位置ずれを取得するための検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに直交する線（Ｘ軸方向の線）上に２箇所設定されている。エアデータを取得してからとサンプルデータを取得するまでの間に、第１格子２と第２格子３との間に位置ずれが無い、もしくはＸ軸方向に位置ずれがある場合は、図４（Ａ）で示すような、濃淡（明暗）のコントラストが無い均一な画像の位相微分像が得られる。しかしながら、第１格子２と第２格子３との間にずれが生じた場合は、位相微分像に濃淡（明暗）のコントラストが現れる。光軸方向（Ｚ軸方向）のずれの場合、第１格子２の自己像と第２格子３との周期がずれるため、中心より左の領域ではＸ１方向もしくはＸ２方向に第１格子２の自己像と第２格子３との相対位置がずれ、中心より右の領域ではその逆方向にずれが生じる。そのため図４（Ｂ）で示すように、位相微分像は格子のスリットの向きに直交する方向（Ｘ軸方向）に濃淡のコントラストが生じる。なお、位置ずれの方向によってＸ１方向からＸ２方向にかけて明るくなる、またはＸ１方向からＸ２方向にかけて暗くなる。そのため、検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに直交する線（Ｘ軸方向の線）上に２箇所設定される。なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、得られる位相微分像を説明するための概略図であり、得られる位相微分像はエアデータを取得してからサンプルデータ取得するまでの間の変化によって濃淡（明暗）の生じ方が異なる。
【００４９】
格子のスリットの向きに直交する方向（Ｘ軸方向）への格子の位置ずれ、または光軸回り（Ｒｚ）の回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するための検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに平行な線（Ｙ軸方向の線）上に２箇所設定される。エアデータを取得してからサンプルデータを取得するまでの間に、光軸回り（Ｒｚ）の回転がずれた場合、中心より上の領域ではＸ１方向もしくはＸ２方向に第１格子２の自己像と第２格子３の相対位置がずれ、中心より下の領域はその逆方向にずれが生じる。そのため、図４（Ｃ）に示すような、格子のスリットの向きに平行な方向（Ｙ軸方向）に濃淡（明暗）のコントラストが生じた位相微分像が得られる。なお、位置ずれの方向によってＹ１方向からＹ２方向にかけて明るくなる、またはＹ１方向からＹ２方向にかけて暗くなる。そのため、検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに平行な線（Ｙ軸方向の線）上に２箇所設定される。また、Ｘ軸方向のずれを検知する場合、撮影領域１０の中心点ＣからＸ軸方向に離れると、Ｘ線がスリットに斜めに入射するため、格子部のスリットの深さと幅とのアスペクト比によりＸ線の減衰が生じる。しかしながら、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに平行な線（Ｙ軸方向の線）上に設定することで、Ｘ線がスリットに垂直に入射するためＸ線の減衰が生じにくい。そのため、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに平行な線（Ｙ軸方向の線）上に２箇所設定される。なお、図４（Ｃ）は、得られる位相微分像を説明するための概略図であり、得られる位相微分像はエアデータを取得してからサンプルデータ取得するまでの間の変化によって濃淡（明暗）の生じ方が異なる。
【００５０】
検知領域９は、被写体Ｔが映りこむと画素値が下がるため、位相微分像の被写体Ｔの写りこみがない箇所に設定されている。あるいは、検知領域９は、位相微分像の撮影領域１０の外周縁近傍に設定されている。回転による位置ずれは、撮影領域１０の中心から離れているほど大きくなる。そのため、精密な位置調整を行う場合は、検知領域９は撮影領域１０の中心から離れているほうが好ましい。
【００５１】
位相微分像は、格子移動機構８が、第１格子２をＸ軸方向に並進させた場合のＸ線のステップカーブに基づいて生成される。具体的には、位相微分像は、被写体Ｔを通過したＸ線が屈折することを利用して、被写体Ｔを配置しない場合のＸ線のステップカーブに対する、被写体Ｔを配置した場合のＸ線のステップカーブの位相のずれの大きさを画像化することにより生成される。位相微分像の画素値は位相のずれを表す。被写体Ｔを通過するときにＸ線が屈折するため、同じ画像の被写体Ｔの無い領域は、Ｘ線が屈折することがない。そのため被写体Ｔが無い部分は位相のずれが生じない。もし、被写体Ｔが無い部分において、位相のずれが生じているとすると、第１格子２または第２格子３のいずれかに位置ずれが生じていると考えられる。そこで、位相微分像の被写体Ｔの無い部分の画素値を採取することにより、位相のずれを取得し、位相のずれから格子の位置ずれを取得する。
【００５２】
（位置ずれの取得、調整動作）
図５を参照して、本実施形態におけるＸ線位相差撮像システム１００が位置ずれを取得する動作を説明する。本実施形態では、検知領域９の中心点Ｃが撮影領域１０の中央と一致している場合を例に説明する。
【００５３】
まずステップＳ１では、被写体Ｔを配置せずに、Ｘ線源１から、Ｘ線を照射する。Ｘ線は、第１格子２と第２格子３とを通過し、Ｘ線検出器４に到達する。Ｘ線検出器４は、照射されたＸ線を検出する。ステップＳ２では、Ｘ線検出器４は、検出したＸ線から第１のＸ線画像を取得する。第１のＸ線画像は、Ｘ線位相差撮像システム１００の使用を開始するときに一度取得すればよい。
【００５４】
ステップＳ３では、被写体Ｔを配置し、Ｘ線源１から、Ｘ線を照射する。Ｘ線は、被写体Ｔに照射され、被写体ＴにＸ線があたることにより、Ｘ線の屈折が起こり、その結果位相のずれが生じ第２格子３に干渉縞ができる。
【００５５】
ステップＳ４では、Ｘ線検出器４は、検出したＸ線から第２のＸ線画像を取得する。ステップＳ５では、画像処理部５は、ステップＳ２において取得した第１のＸ線画像と、ステップＳ４において取得した第２のＸ線画像とに基づいて位相微分像を生成する。
【００５６】
ステップＳ６では、制御部６は、ステップＳ５において生成した検知領域９と撮影領域１０とが含まれる位相微分像から、検知領域９内の画素値を取得する。ステップＳ７では、取得した画素値から位置ずれを取得する。
【００５７】
Ｘ軸方向の位置ずれΔＸ１、光軸方向（Ｚ軸）の位置ずれΔＺ１および光軸（Ｒｚ）回りの回転による位置ずれΔＲｚ１は、以下に示す式で求められる。ｐ１ｐ２は格子の周期を表し、単位はｍである。Δφｕ，Δφｄ，Δφｗ，Δφｒは各検知領域９における画素値の平均を表し、単位はラジアンである。Ｒ１は格子間の距離、Ｄは撮影領域１０の中心から検知領域９までの距離を表し、単位はｍである。
【数１】
2019123758.tif 000003
【００５８】
ステップＳ８では、取得した位置ずれに基づいて、制御部６は、位置調整機構７を制御し、格子の位置を調整する。以上が位置ずれを取得し、格子の位置を調整する動作である。
【００５９】
（検知領域の決定動作）
次に図６を参照して、本実施形態における検知領域９の決定動作について説明する。まずステップＳ１では、Ｘ線位相差撮像システム１００は、被写体Ｔがない状態で、Ｘ線源１から、Ｘ線を照射する。Ｘ線は、第１格子２と第２格子３とを通過し、Ｘ線検出器４に到達する。Ｘ線検出器４は、照射されたＸ線を検出する。ステップＳ２では、Ｘ線検出器４は、検出したＸ線から第１のＸ線画像を取得する。ステップＳ３では、制御部６は、第１のＸ線画像から、画素値を取得し、しきい値を設定する。
【００６０】
ステップＳ４では、被写体Ｔが配置された状態で、Ｘ線源１から、Ｘ線を照射する。Ｘ線は、被写体Ｔに照射され、第２格子３に自己像が形成される。Ｘ線検出器４は、生成された自己像を検出する。
【００６１】
ステップＳ５では、Ｘ線検出器４により、検出したＸ線から第２のＸ線画像を取得する。ステップＳ６では、画像処理部５は、ステップＳ２において取得した第１のＸ線画像とステップＳ５において取得した第２のＸ線画像とに基づいてコントラスト像を生成する。
【００６２】
ステップＳ７では、生成したコントラスト像の１つである、吸収像あるいは暗視野像内に検知領域９を設定する。ステップＳ８では、制御部６は、吸収像あるいは暗視野像の検知領域９から画素値を取得する。ステップＳ９では、制御部６は、取得した画素値としきい値とを比較する。
【００６３】
画素値が、しきい値以上の場合は、ステップＳ１０に移って、制御部６は、位相微分像から画素値を取得し、位置ずれの取得を開始する。画素値が、しきい値未満の場合、ステップＳ１１に移り、制御部６は、画素値を取得する場所を、同じ検知領域９内の別の場所に設定する。あるいは、制御部６は、検知領域９を別の場所に設定する。そして、ステップＳ８に戻り、制御部６は、再設定した検知領域９から画素値を取得する。ステップＳ９に移って、制御部６は、取得した画素値としきい値を比較する。最終的には被写体Ｔを含まない領域に検知領域９を設定したのち、制御部６は、位置ずれの取得を開始する。
【００６４】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６５】
本実施形態のＸ線位相差撮像システム１００では、制御部６は、画像処理部５で生成された位相微分像の画素値に基づいて、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するように構成されている。このようにすることによって、格子の位置ずれが発生した場合でも、制御部６により、取得した位相微分像の画素値に基づいて、位置ずれを取得（更新）することができる。その結果、使用者は、エアデータを再取得しなくとも、通常の撮影によって位相微分像を生成させるだけで、容易に、格子の位置ずれ（撮影条件の変化）を取得できる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することができる。
【００６６】
本実施形態のＸ線位相差撮像システム１００において、好ましくは、制御部６は、位相微分像を生成して格子の位置ずれを取得することを複数回行う際に、予め生成された第１のＸ線画像を用いるように構成されている。このようにすることによって、予め生成された第１のＸ線画像と、新たに生成した第２のＸ線画像とを基にして位相微分像が生成される。それにより、第２のＸ線画像を新たに撮影するだけで、位相微分像を生成できるので、使用者は、第１のＸ線画像を、再度取得しなくてもよい。
【００６７】
本実施形態のＸ線位相差撮像システム１００において、好ましくは、格子の位置を調整するための位置調整機構７をさらに備え、制御部６は、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を位置調整機構７により調整する制御を行うように構成されている。このようにすることによって、位置調整機構７により格子の位置の調整が行われるため、使用者は、取得した格子の位置を調整する作業を行なう必要がない。その結果、より容易に同じ撮影条件を維持することができるので、使用者の負担を軽減することができる。
【００６８】
また、制御部６は、位相微分像を１枚生成するごとまたは複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を調整するために位置調整機構７を制御するように構成されている。このようにすることによって、格子の位置ずれを取得するごとに位置調整機構７によって格子の位置を調整することにより、極力正確に、同一の撮影条件を維持することができる。また、位相微分像を複数枚生成するごとに位置調整機構７によって格子の位置を調整することにより、１枚生成するごとに比べて、位置調整機構７が位置を調整する頻度を少なくすることができる。その結果、実用上問題のない範囲で撮影条件を維持しつつ、格子の位置調整にかかる時間が少なくすることができる。
【００６９】
本実施形態のＸ線位相差撮像システム１００において、制御部６は、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得するように構成されている。このように構成すれば、検知領域９内の画素値の分布を取ることができる。また、取得した複数の画素値から、平均値あるいは中央値を取ることにより、ノイズなどに起因する極端な数値（外れ値）を排除できるので、正確な位置ずれを取得することができる。
【００７０】
また、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子の位置ずれのうち少なくとも１つの位置ずれを取得するための検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに平行な線上に２箇所設定されている。ここで、光軸回りの回転による位置ずれ、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれは、検知領域９の中心点Ｃを通るスリットの向きに直交する直線を境界にして、位置ずれの差が現れ易い。そのため、上記構成にすれば、格子のスリットの向きに直交する方向への格子の位置ずれ、または、光軸回りの回転による格子の位置ずれを容易に取得することができる。
【００７１】
また、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれを取得するための検知領域９は、検知領域９の中心点Ｃを挟んで格子のスリットの向きに直交する線上に２箇所設定されている。ここで、光軸方向への格子の位置ずれは、格子のスリットの向きに直交する方向に位置ずれが生じやすく、格子のスリットの向きに平行な方向に位置ずれが生じにくい。そのため、上記構成にすれば、位相微分像から、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを結ぶ光軸方向への格子の位置ずれを容易に取得することができる。
【００７２】
また、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、検知領域９は、第２の位相微分像の撮影領域１０の外周縁近傍に設定されている。このようにすることによって、検知領域９を、回転による位置ずれが大きい外周部に設定することができるので、位置ずれを取得し易くなる。そのため、位置ずれの検知精度を向上させることができる。
【００７３】
また、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、好ましくは、制御部６は、検知領域９内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域９を、第２の位相微分像内の被写体Ｔを含まない部分に設定するように構成されている。このようにすることによって、被写体Ｔの映り込みによる画素値の変化の影響が無い場所を検知領域９に設定することができる。それにより、位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。
【００７４】
また、位相微分像内に設定された複数の検知領域９の各検知領域９内における複数箇所の画素値の平均値または中央値を取得し、格子の位置ずれを取得する構成において、制御部６は、検知領域９内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域９を再設定するように構成されている。このようにすることによって、被写体Ｔの映り込みがあるために画素値の低い部分を避けて検知領域９を設定することができる。それにより、被写体Ｔの映り込みによる画素値の低下を防ぐことができるので、位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。
【００７５】
本実施形態のＸ線位相差撮像システム１００において、制御部６は、検知領域９内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域９を再設定する構成において、好ましくは、画像処理部５は、第１のＸ線画像と第２のＸ線画像とに基づいて、暗視野像または吸収像のうち少なくとも１つを生成し、制御部６は、暗視野像の画素値または吸収像の画素値が、しきい値未満である場合、検知領域９を再設定するように構成されている。このようにすることによって、被写体Ｔの映り込みによる画素値の変化が無い場所を検知領域９に設定することができる。それにより、格子の位置ずれによる画素値の変化量を正確に取得することができる。
【００７６】
また、制御部６は、検知領域９内の画素値がしきい値未満である場合、検知領域９を再設定する構成において、制御部６は、検知領域９内に被写体Ｔが含まれる場合に、検知領域９内における被写体Ｔを含まない部分を用いて位置ずれを取得するように構成されている。このようにすることによって、予め設定されていた検知領域９内の被写体Ｔの映り込みによる画素値への影響が無い部分の画素値だけを用いて、画素値を取得できる。その結果、検知領域９の再設定が容易となる。
【００７７】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７８】
たとえば、上記実施形態では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、Ｘ線源１と第１格子２との間に、第３格子を設ける構成でもよい。第３格子は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第３格子は、各スリットを通過したＸ線を、各スリットの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、第３格子によってＸ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源１の焦点径に依存することなく第１格子２の自己像を形成させることが可能となり、Ｘ線源１の選択の自由度を向上させることができる。
【００７９】
また、上記実施形態では、中心点が撮影領域１０の中央にある場合について記載したが、撮影領域１０の中央に設定しなくとも良い。その場合は、上記計算式は、適宜変更される。
【００８０】
また、検知領域９に被写体Ｔが含まれる場合、制御部６が、検知領域９を変更する場合を記載したが、制御部６は、検知領域９を縮小しても良い。あるいは、制御部６は、警告を発し、使用者が検知領域９を再設定しても良い。
【００８１】
またしきい値は、第１のＸ線画像の画素値に基づいて設定したが、第２のＸ線画像や、第２のＸ線画像から生成されたコントラスト画像の被写体Ｔが映っていない箇所から取得しても良い。コントラスト画像から取得する場合、しきい値は、コントラスト画像の背景の画素値のばらつきを考慮して設定してもよい。またしきい値と比較する画素値は、第２のＸ線画像でもよく、第２のＸ線画像から生成された位相コントラスト像でも良い。
【符号の説明】
【００８２】
１  Ｘ線源
２  第１格子
３  第２格子
４  Ｘ線検出器
５  画像処理部
６  制御部
７  位置調整機構
８  格子移動機構
９  検知領域
１００  Ｘ線位相差撮像システム
【図１】
2019123758.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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