(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生手段からのＸ線を離散的に分割するＸ線光学素子と、
分割された前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、を備え、
前記Ｘ線光学素子は、Ｘ線吸収材料からなる線状構造体を２つ以上有し、
前記線状構造体は、前記Ｘ線の入射方向と平行な断面において円形状を有し、前記Ｘ線の入射方向と前記線状構造体の長手方向とに交差する第１の方向に配列されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記線状構造体が前記第１の方向において互いに接するように配列されてい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２つ以上の線状構造体は、それぞれの線状構造体の周囲に前記線状構造体よりもＸ線の透過率が高い被覆部材が形成され、前記第１の方向において前記被覆部材が互いに接するように配列されてい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】
Ｘ線発生手段からのＸ線を離散的に分割するＸ線光学素子と、
分割された前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、を備え、
前記Ｘ線光学素子は、２つ以上の線状構造体と前記線状構造体の周囲に形成された被覆部材とを有し、
前記線状構造体は、前記Ｘ線の入射方向と平行な断面において円形状を有し、前記Ｘ線の入射方向と前記線状構造体の長手方向とに交差する第１の方向に前記被覆部材が互いに接するように配列され、
前記被覆部材は前記線状構造体よりもＸ線の吸収率が高いことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線光学素子を２つ以上有し、前記Ｘ線光学素子は、前記線状構造体の配列方向が交差して配置されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記Ｘ線検出手段から出力された信号に基づいて前記Ｘ線光学素子と前記Ｘ線検出手段との間に配置される被検知物の物理量を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記Ｘ線光学素子は、前記Ｘ線検出手段の検出素子の大きさ以上の間隔で前記Ｘ線発生手段からのＸ線を分割することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記Ｘ線光学素子は、前記２つ以上の線状構造体の各々と前記Ｘ線発生手段までの距離が等しい距離となるように、前記２つ以上の線状構造体が配列して構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記Ｘ線光学素子を２つ以上備え、
各々のＸ線光学素子を構成する前記２つ以上の線状構造体が、前記Ｘ線発生手段を曲率中心とした、異なる曲率半径を示す位置に配列されるように構成されていることを特徴とする請求項８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線光学素子及び該Ｘ線光学素子を有するＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線の物質に対する高い透過性を利用したＸ線透過像は、非破壊で被測定物の内部構造を可視化できることから、工業や医療など様々な分野で多用されている。
Ｘ線透過像に現れるコントラストの生成は、被測定物の構成元素や密度、用いるＸ線のエネルギーに依存するＸ線の透過率の差に起因する。
ところが、ソフトマテリアルや生体など軽元素により構成される被測定物では透過率が非常に高く、また密度差が低い場合には視認性のある十分なコントラストを得られない。
【０００３】
このような被測定物に対し高コントラストを得る手法として、Ｘ線の透過率の差だけでなく、物質を透過した際に生じるＸ線の位相差を検出する位相コントラスト法を用いたＸ線撮像方法が利用される。
位相差は例えば物質の界面など密度差のある部位において屈折として現れる。
このような位相コントラスト法を用いたＸ線撮像方法として、特許文献１ではつぎのようなＸ線撮像方法が提案されている。
このＸ線撮像方法では、多数の透過部を設けた遮蔽板によりＸ線を離散的に分割して被測定物に照射し、２次元検出器を用いることで被測定物により屈折したＸ線の光路位置の変化を、その投影像の位置変化として捉える。そして、屈折として現れる位相情報を検出し位相コントラスト像を得る手法が採られている。
このような手法によれば、透過像ではコントラストが得られないような被測定物であっても、コントラストが得られる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２００３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例の特許文献１のようなＸ線撮像方法においては、つぎのような課題を有している。
すなわち、上記従来例のものにおいてＸ線を離散的に分割するために用いられる光学素子は、Ｘ線を遮蔽できる材料で構成された板状基板に対し、穴加工または溝加工を施して形成されるものが一般的である。
ところで、Ｘ線は界面など密度差がある局所的な部位において大きく屈折するため、局所的な部位に合わせ、離散的に分割したＸ線の断面長を小さく絞るほどその位相変化を良く捉えることができ、ボケの少ない位相コントラスト像を得ることができる。
しかし、小さな断面長を持つＸ線を穴加工または溝加工を施した光学素子により得ようとするとき、Ｘ線の遮蔽のため遮蔽板の厚みを小さくできない一方で、穴加工または溝加工による透過部のサイズは小さくなるため、透過部のアスペクト比は増大する。このようなアスペクト比の大きい透過部は、加工によって作製することはきわめて困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、アスペクト比が高く実施することが困難な加工を施すことなく、断面長が小さく離散的に分割されたＸ線を得ることが可能となるＸ線光学素子及び該Ｘ線光学素子を有するＸ線撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＸ線光学素子は、Ｘ線発生手段からのＸ線を離散的に分割するＸ線光学素子と、分割された前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、を備え、前記Ｘ線光学素子は、Ｘ線吸収材料からなる線状構造体を２つ以上有し、前記線状構造体は、前記Ｘ線の入射方向と平行な断面において円形状を有し、前記Ｘ線の入射方向と前記線状構造体の長手方向とに交差する第１の方向に配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アスペクト比が高く実施することが困難な加工を施すことなく、断面長が小さく離散的に分割されたＸ線を得ることが可能となるＸ線光学素子及び該Ｘ線光学素子を有するＸ線撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態におけるＸ線光学素子の構成例を説明する概略図。（ａ）はＸ線光学素子の側面図、（ｂ）はＸ線光学素子の断面図。
【図２】本発明の実施形態におけるＸ線光学素子を透過したＸ線の強度プロファイルを示す図。
【図３】本発明の実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する概略図。
【図４】本発明の実施形態におけるＸ線光学素子の別の形態による構成例を説明する概略図。
【図５】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置の構成例について説明する概略図。
【図６】本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置の構成例について説明する概略図。
【図７】本発明の実施例３におけるＸ線撮像装置の構成例について説明する概略図。
【図８】本発明の実施例４におけるＸ線光学素子の構成例について説明する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態におけるＸ線発生手段からのＸ線を離散的に分割して被測定物に照射し、Ｘ線位相コントラスト像を撮像する際に用いられるＸ線光学素子およびＸ線撮像装置の構成例について、図１〜４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるＸ線光学素子の構成例を説明する概略図である。
図１に示されるように、本実施形態のＸ線光学素子は、Ｘ線を吸収する材料で構成された２つ以上の線状構造体１０１を備える。
そして、矢印１０３によって示す線状構造体の長手方向と直交する短手方向の断面形状が円形状である２つ以上の線状構造体１０１を、短手方向に互いに隣接させて配列して構成される。
図２は、図１にＸ線の入射方向を示す矢印１０４によって示す方向より、Ｘ線光学素子の全面にＸ線が入射した場合に得られる透過Ｘ線の強度プロファイルを、短手方向に対し離散的に分割されるＸ線の１周期分について示す。
線状構造体は断面直径が１００μｍである金線を用い、入射するＸ線のエネルギーは、８ｋｅＶと２０ｋｅＶについて計算した。
図２より半値幅が１μｍ以下の、断面長の非常に小さなＸ線が形成されていることがわかる。
厚みが１００μｍである板状の金を用い、図２と同程度の断面長の小さなＸ線を、溝加工による光学素子により得ようとすると、そのアスペクト比は１００を超え、その実施は非常に困難である。
一方、本実施形態によるＸ線光学素子は、上記したように線状構造体１０１を、短手方向に配列することで実現でき、アスペクト比の高い加工を実施する必要をなくすことができる。
【００１１】
つぎに、本実施形態におけるＸ線撮像装置について説明する。
図３は、本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する概略図である。
図３に示されるように、本実施形態のＸ線撮像装置は、Ｘ線を発生することのできるＸ線発生手段３０１と、上記した本発明によるＸ線光学素子によって構成された、Ｘ線発生手段３０１からのＸ線を調整するＸ線調整手段３０２と、を備えている。
また、Ｘ線調整手段３０２により調整されたＸ線を被測定物３０３に照射した際に該被測定物を透過するＸ線を検出するＸ線２次元検出手段（Ｘ線検出手段）３０４を備える。
さらに、該Ｘ線２次元検出手段により測定（出力）されたＸ線の強度と位置の情報（信号）から、上記被測定物に由来するＸ線の屈折量や透過量などの物理量を算出（演算）する算出手段（演算手段）３０５と、を備える。
【００１２】
上記Ｘ線調整手段では、上記Ｘ線２次元検出手段の画素（検出素子）の大きさ以上の間隔でＸ線発生手段からのＸ線を分割し、被検知物に該Ｘ線を照射することが可能に構成されている。
すなわち、このように分割されたＸ線が、上記Ｘ線２次元検出器に照射されるように、上記Ｘ線光学素子を構成する線状構造体の断面直径が選ばれる。
被測定物３０３もしくはＸ線発生手段３０１、Ｘ線調整手段３０２、Ｘ線２次元検出手段３０４には位置調整手段が設けられている（不図示）。
そして、この位置調整手段によって、被測定物３０３とＸ線発生手段３０１、Ｘ線調整手段３０２、Ｘ線２次元検出手段３０４との相対位置を変更する。
これにより、Ｘ線調整手段３０２により分割されたＸ線の全体の幅が、被測定物３０３の大きさより小さい場合においても、被測定物３０３全体の情報を得ることが可能となる。
また、表示手段３０６を設け、算出手段３０５において算出された被測定物３０３に由来する物理量を適宜表示するように構成される。
【００１３】
上記算出手段では、例えば、被測定物３０３を配置した場合にＸ線２次元検出器において得られる分割されたＸ線の強度と位置を、被測定物３０３を配置しない場合のそれぞれと比較計算する。
これにより、Ｘ線２次元検出手段３０４に投影されたＸ線の位置ずれと光源からＸ線２次元検出器までの距離より屈折量を算出し、また強度変化より吸収量などの被測定物に由来する物理量を算出することができる。
【００１４】
線状構造体の断面直径は、Ｘ線２次元検出手段３０４の画素の大きさと各手段の配置に合わせ選択するが、Ｘ線を十分に吸収する必要があるため、１０μｍ〜１ｍｍ程度であることが望ましい。
また、高いエネルギーを持つＸ線を用いる場合にはＸ線の透過性が向上するため、Ｘ線を十分に吸収できる断面直径を持つ線状構造体を用いることが好ましい。しかし、断面直径が大きくなることで分割されたＸ線の間隔が広がり、得られる位相コントラスト像の位置分解能が不十分となる場合がある。
このような場合は、被測定物３０３をＸ線調整手段３０２により分割されたＸ線に対し走査する。
もしくは、Ｘ線発生手段３０１、Ｘ線調整手段３０２、Ｘ線２次元検出手段３０４を被測定物３０３に対し走査することで、分割されたＸ線の間にある被測定物の情報を取得し、位相コントラスト像の分解能を向上させるとよい。
測定中の線状構造体の位置ずれやたるみの増大は、取得される位相コントラスト像に影響を与えるため、線状構造体を固定することが望ましい。
例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）のように、Ｘ線の吸収率が小さい樹脂に線状構造体を包埋することや、線状構造体を接着面のあるフィルムなどへ貼り付けることで固定するとよい。
【００１５】
線状構造体に用いる材料は、Ｘ線を十分に吸収する材料であることが望ましいが、Ｘ線光学素子を透過したＸ線線量が小さく、Ｘ線２次元検出器３０４により検出される強度情報のＳ／Ｎ比が低下する場合には、線状吸収体同士の間隔を開けて配列させるとよい。
この場合、等間隔に配列させることが困難な場合は、図４（ｃ）のように線状構造体をあらかじめＸ線の吸収率の低い（透過率が高い）樹脂などの材料による被覆部材により周囲を被覆する。そして、被覆部材が互いに接するように配列させることでＸ線光学素子を形成してもよい。
また、Ｘ線の吸収率が高くても線状に加工するのが困難な材料を、線状構造体に用いる場合は、以下のような方法で線状構造体を構成してもよい。
まず、線状に加工することが可能な材料により線状構造体を作製し、その表面にスパッタ堆積法などにより、図４（ｄ）のように線状に加工することが困難なＸ線の吸収率が高い材料により被覆する。
このように被覆し、被覆部材が互いに接するように配列させることでＸ線光学素子を構成することができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について、図５を用いて説明する。
本実施例のＸ線撮像装置は、図５に示されるように、Ｘ線発生手段５０１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、Ｘ線調整手段３０２として金により構成される線状構造体を並べたＸ線光学素子が用いられる。
線状構造体に用いる材料は、Ｘ線を十分に吸収する材料であればよい。Ｘ線２次元検出器３０４の画素のサイズは２５μｍである。
本実施例では、画素サイズのほぼ３周期分に一致する間隔で、分割されたＸ線５０３をＸ線２次元検出器３０４へ照射する。
Ｘ線発生手段５０１における光源からＸ線２次元検出器３０４までの距離をＬとし、非常にＬが大きくＸ線調整手段３０２およびＸ線２次元検出手段３０４に入射するＸ線の平行度が高い場合には、
線状構造体の断面直径は、２５μｍの３倍である７５μｍを選択し、線状構造体を平面的に並べてよい。
また、上記したＬが十分に大きくなく、Ｘ線調整手段３０４に照射するＸ線が図５のようにファン状の場合には、
線状構造体の断面直径はＸ線調整手段３０２およびＸ線２次元検出手段３０４の配置により決まる拡大率により選択する。
すなわち、上記光源からＬ×２／３の距離にＸ線調整手段を配置する場合、線状構造体の断面直径は、
（画素サイズ）×（周期）×２／３＝２５×３×２／３＝５０μｍ
が選ばれる。
さらにこの場合、上記光源から線状構造体までの距離を等しくするよう並べることで、Ｘ線調整手段３０２により分割されたＸ線の強度を均等にする。
このように並べる場合も、線状構造体の断面形状が円形状であることから、遮蔽板に溝加工などにより透過部を設けた場合に断面形状が矩形となる場合と異なる。すなわち、透過部もしくは遮蔽部それぞれの方向を光源に対し並べる必要はなく、簡便に線状構造体を配列させることができる。
【００１７】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と異なる形態のＸ線撮像装置の構成例について、図６を用いて説明する。
本実施例のＸ線撮像装置は、図６に示されるように、Ｘ線発生手段５０１としてターゲットがタングステンである回転対陰極を用い、Ｘ線調整手段３０２として金により構成される線状構造体を並べたＸ線光学素子が用いられる。
線状構造体に用いる材料は、Ｘ線を十分に吸収する材料であることが望ましいが、Ｘ線を十分に吸収できない場合には、Ｘ線調整手段３０２を２つ以上備えるようにし、Ｘ線の透過方向に対して配列させればよい。
上記したＬが非常に大きい場合は、同じ断面直径をもつ線状構造体により構成される２つ以上のＸ線調整手段３０２を配置すればよい。
また、上記したＬが十分に大きくなく、Ｘ線調整手段に照射するＸ線が図６のようにファン状の場合は、各々のＸ線調整手段を構成する上記２つ以上の線状構造が、Ｘ線発生手段による光源を曲率中心とした、異なる曲率半径を示す位置に配列するようにするとよい。
この場合のＸ線光学素子を構成する線状構造体の断面直径は、それぞれのＸ線調整手段を配置する光源からの距離やＸ線２次元検出手段の配置により、実施例１にならって選択すればよい。
【００１８】
［実施例３］
実施例３では、上記各実施例とは異なる形態のＸ線撮像装置の構成例について、図７を用いて説明する。
本実施例のＸ線撮像装置は、Ｘ線調整手段３０２とＸ線２次元検出手段３０４との間に、Ｘ線光路位置検出素子７０１をつぎのように配列させて構成されている。
すなわち、Ｘ線調整手段３０２とＸ線２次元検出手段３０４との間に被測定物を配置する。そして、該被測定物を透過したＸ線の光路位置の変化により、自身を透過したＸ線の強度が変化するよう構成されたＸ線光路位置検出素子を、上記Ｘ線２次元検出手段の画素それぞれに対し配列させている。
上記Ｘ線光路位置検出素子は、楔形状のＸ線吸収体を使用しており、上記Ｘ線光路位置検出素子を透過するＸ線の光路長が、被測定物を透過したＸ線の光路位置の変化により変化するため、上記Ｘ線光路位置検出素子を透過したＸ線の透過率が異なる。
したがって、上記Ｘ線光路位置検出素子を用いると、１画素におけるＸ線強度変化より光路位置の変化を検出できる。
上記光路位置検出素子により構成されるＸ線光路位置検出手段を用いる場合、上記光路位置検出素子のそれぞれに分割されたＸ線が照射できるよう、実施例１、２と同様に線状構造体の断面直径が選ばれる。
本実施例によるＸ線光学素子は、被測定物に照射するＸ線の断面長を小さく絞ることにより、局所におけるＸ線の屈折に対するボケを軽減するものであって、試料透過後のＸ線に対するいかなる光路位置検出方法に対しても効果がある。
【００１９】
［実施例４］
実施例４では、本発明を適用したＸ線光学素子を２つ以上交差させて配置した構成例について、図８を用いて説明する。
本実施例のＸ線光学素子は、図８に示されるように、本発明によるＸ線光学素子を２つ用い、これを図８に示されるように、Ｘ線に対し交差させて構成される。このような配置をとると、分割されるＸ線の断面強度プロファイルは線状でなく点状となる。Ｘ線が点状に分割される場合も、実施例１〜３と同様な手法を用いることで、Ｘ線調整手段３０２を構成するＸ線光学素子として利用することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０１：線状構造体
１０２：長手方向を示す矢印
１０３：短手方向を示す矢印
１０４：Ｘ線入射方向を示す矢印
【図１】
0005930614.tif 000002
【図２】
0005930614.tif 000003
【図３】
0005930614.tif 000004
【図４】
0005930614.tif 000005
【図５】
0005930614.tif 000006
【図６】
0005930614.tif 000007
【図７】
0005930614.tif 000008
【図８】
0005930614.tif 000009