(57)【要約】【課題】本発明は、上記課題に鑑み、タルボ干渉によるモアレの周期を波数空間を用いて解析するに当たり、より分解能の高い解析が可能となる撮像装置および撮像方法を提供する。【解決手段】  撮像装置は、光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、前記光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが２次元に配列されており、  前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、  第１の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の検出面上の全ての領域で等しくなるように前記第１の格子と前記第２の格子とが構成されている。【選択図】  図４
2011237773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
第１の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の検出面上の全ての領域で等しくなるように、前記第１の格子と前記第２の格子とが構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の方向と交差する第２の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の前記検出面上のすべての領域で等しくなるように、前記第１の格子と前記第２の格子とが構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の方向と前記第２の方向とは垂直に交わることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の方向における前記強度分布の周期と、前記第２の方向における前記強度分布の周期が等しいことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記演算部はフーリエ変換法を用いて前記強度分布を解析することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記演算部は前記被検体の前記微分位相像を算出し、
前記第１の方向及び前記第２の方向は前記微分位相像の微分方向であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光は、Ｘ線であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
前記干渉パターンは井桁格子状のパターンであり、
前記第２の格子は、前記遮蔽部と前記透過部とが市松格子状に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
前記干渉パターンは井桁格子状のパターンであり、
前記第２の格子は、前記遮蔽部と、前記透過部と、前記遮蔽部よりも光を透過させ、前記透過部よりも光を遮蔽する半透過部とを有し、
前記遮蔽部と前記透過部と前記半透過部とが夫々市松格子状に並んだベイヤ配列に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
前記干渉パターンは市松格子状のパターンであり、
前記第２の格子は、前記遮蔽部と前記透過部とが市松格子状に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
前記干渉パターンは市松格子状のパターンであり、
前記第２の格子は、前記遮蔽部と前記透過部とが井桁格子状に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
第１の格子が光を回折することによって２次元の干渉パターンを形成する工程と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが２次元に配列されている第２の格子により前記干渉パターンの一部が遮蔽される工程と、
前記第２の格子を経た光の強度分布が検出器により検出される工程と、
前記検出器により検出された前記強度分布の周期的パターンを前記演算部により解析して被検体の位相像又は微分位相像を算出する工程と、を備え、
第１の方向における前記強度分布の周期を前記検出器の検出面上において一定とし、
且つ、第２の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の前記検出面上において一定であるように前記第１の格子と前記第２の格子とを構成して前記被検体を位相像又は微分位相像を取得することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像方法に関し、特に、タルボ干渉を用いて被検体を撮像する撮像装置および撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可視光やＸ線を含む様々な波長の光の干渉を利用したイメージング技術が知られている。
そのようなイメージング方法の１つとしてタルボ干渉法が知られている。
タルボ干渉法の概要を説明する。光を被検体に照射すると、被検体を透過することによって光の位相が変化する。
この光を特定のパターンを有した第１の格子（回折格子）に照射すると、第１の格子で回折された光は一定の距離で干渉して自己像と呼ばれる干渉パターンを形成する。この自己像を解析すると、被検体の位相に関する情報を得ることができる。
【０００３】
また、特許文献１には自己像が形成される位置に光を遮蔽する遮蔽部と、光を透過する透過部を有する遮蔽格子を配置し、自己像の一部を遮蔽することによってモアレを形成させている。
記載されているような、自己像を用いてモアレを形成させ、このモアレを検出する方法を用いると、自己像の周期よりも大きな解像度の検出器を用いて被検体の位相に関する情報を得ることができる。
一般的に、光としてＸ線を用いると、自己像の周期が検出器の解像度よりも小さくなるため、特許文献１に記載されているようにモアレを形成される方法は光としてＸ線を用いる際に特に有効である。特許文献１に記載されている撮像装置は、自己像が形成される位置に光を遮蔽する遮蔽部と光を透過する透過部を有する第２の格子（遮蔽格子）を配置し、自己像の一部を遮蔽することによってモアレを形成させている。
【０００４】
第２の格子を用いてモアレを生じさせる方法には、幾つか種類がある。
例えば自己像と周期も含めて同じ形状を持った第２の格子を用い、その角度を微妙に回転させることにより視認性の高いモアレを出す方法がある。
また、自己像と僅かに周期の異なる第２の格子を用いてモアレを出す手法もある。
いずれにせよ、自己像をモアレによって強調すると言う点では同じである。
また、このモアレの変位から被検体による光の波面形状の変化を計算する方法も幾つか存在する。
その一つがモアレの周期を波数空間を用いて解析する方法であり、具体的にはフーリエ変換やウェーブレット変換等が挙げられる。
但し、本明細書においてフーリエ変換は窓関数付フーリエ変換を含む。
非特許文献１には、フーリエ変換法を用いてモアレをフーリエ変換し、波数空間上のモアレ成分を抽出解析する方法が記載されている。この方法の原理を簡単に説明する。
まず、検出結果をフーリエ変換し空間周波数スペクトルを得る。次にモアレの基本周期成分の周波数（以後、キャリア周波数と呼ぶ）のスペクトル及びその周辺を切り出して原点に移動する。
この周波数スペクトルを逆フーリエ変換して被検体の微分位相像を求め、さらに積分することで被検体の位相像が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５８１２６２９号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｋｅｄａ，Ｈ．Ｉｎａ，ａｎｄ  Ｓ．  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７２，１５６−１６０（１９８２）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１で開示されている技術は１次元のフーリエ変換法であり、この変換法では、２次元方向の微分位相像を得ることはできない。
そこで、タルボ干渉計における第１の格子を２次元構造にすることにより、２次元のパターンを持つ自己像を形成する。そして、その自己像に対応した適切な形状の第２の格子を設置することにより２次元のモアレを出現させることができる。
しかし、モアレの周期を波数空間を用いて解析する場合には、どのような形状のモアレでも同様な精度で光の位相を回復できるわけではない。
すなわち、モアレの周期を波数空間を用いて解析する方法を用いた位相回復に際しては、第１の格子と第２の格子の組合せによっては、精度の点で必ずしも満足の行く結果が得られないことがある。
このため、第１の格子と第２の格子の組合せにより、波数空間を用いて解析する方法に適したモアレを形成することが重要な課題となる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、タルボ干渉によるモアレの周期を波数空間を用いて解析するに当たり、より分解能の高い解析が可能となる撮像装置および撮像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】
【０００９】
本発明の撮像装置は、光源からの光を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが２次元に配列されており、前記干渉パターンの一部を遮蔽する第２の格子と、
前記第２の格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記検出器で検出した前記光の強度分布の周期的パターンに基づいて被検体の位相像又は微分位相像を算出する演算部と、を備え、
第１の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の検出面上の全ての領域で等しくなるように、前記第１の格子と前記第２の格子とが構成されていることを特徴とする。
また、本発明の撮像方法は、第１の格子が光を回折することによって２次元の干渉パターンを形成する工程と、
前記光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが２次元に配列されている第２の格子により前記干渉パターンの一部が遮蔽される工程と、
前記第２の格子を経た光の強度分布が検出器により検出される工程と、
前記検出器により検出された前記強度分布の周期的パターンを前記演算部により解析して被検体の位相像又は微分位相像を算出する工程と、を備え、
第１の方向における前記強度分布の周期を前記検出器の検出面上において一定とし、
且つ、第２の方向における前記強度分布の周期が前記検出器の前記検出面上において一定であるように前記第１の格子と前記第２の格子とを構成して前記被検体を位相像又は微分位相像を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タルボ干渉によるモアレの周期を波数空間を用いて解析するに当たり、より分解能の高い解析が可能となる撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に関するＸ線位相イメージングの装置構成を示す図である。
【図２】（ａ）は実施形態に関する第１の格子を示す図、（ｂ）は実施形態に関する自己像を示す図である。
【図３】実施形態に関する第２の格子を示す図である。
【図４】（ａ）は実施形態に関するモアレを示す図、（ｂ）は実施形態に関するモアレをフーリエ変換したものの概略図、（ｃ）は実施形態に関するモアレの強度分布を示す図である。
【図５】実施形態による波面解析の結果を示した図である。
【図６】（ａ）は実施例２に関する第２の格子を示す図、（ｂ）は実施例２に関するモアレを示す図、（ｃ）は実施例２に関するモアレをフーリエ変換したものの概略図、（ｄ）は実施例２に関するモアレの強度分布を示す図である。
【図７】実施例２による波面解析の結果を表した図である。
【図８】（ａ）は実施例３に関する第１の格子を示す図、（ｂ）は実施例３に関する自己像を示す図である。
【図９】（ａ）は実施例３に関する第２の格子を示す図、（ｂ）は実施例３に関するモアレを示す図、（ｃ）は実施例３に関するモアレをフーリエ変換したものの概略図、（ｄ）は実施例３に関するモアレの強度分布を示す図である。
【図１０】実施例３による波面解析の結果を表した図である。
【図１１】（ａ）は実施例４に関する第２の格子を示す図、（ｂ）は実施例４に関するモアレを示す図、（ｃ）は実施例４に関するモアレをフーリエ変換したものの概略図、（ｄ）は実施例４に関するモアレの強度分布を示す図である。
【図１２】実施例４による波面解析の結果を表した図である。
【図１３】被検体を示す図である。
【図１４】（ａ）はフーリエ変換を用いた位相回復法手順の一例を示す図、（ｂ）はフーリエ変換を用いた位相回復法手順の一例を示す図、（ｃ）はフーリエ変換を用いた位相回復法手順の一例を示す図、（ｄ）はフーリエ変換を用いた位相回復法手順の一例を示す図である。
【図１５】（ａ）は比較例に関する第２の格子を示す図、（ｂ）は比較例に関するモアレを示す図、（ｃ）は比較例に関するモアレをフーリエ変換したものの概略図、（ｄ）は比較例に関するモアレの強度分布を示す図である。
【図１６】比較例による波面解析の結果を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態の撮像装置は、光として波長が１０ｎｍ以下のＸ線を用い、タルボ干渉によるモアレの周期的パターンを窓フーリエ変換法により解析し、被検体の位相像又は微分位相像を得る。
図１に本実施形態に用いられる撮像装置を示す。
本実施形態の撮像装置は、空間的に可干渉なＸ線を放出するＸ線源１１０、Ｘ線を回折することで２次元の干渉パターンを形成する第１の格子１３０、Ｘ線を遮蔽する遮蔽部とＸ線が透過する透過部が２次元周期的に配列された第２の格子１４０を備えている。
また、第２の格子を経たＸ線の強度分布を検出する検出器１５０、検出結果を解析する演算装置１６０を備えている。
本実施形態の撮像装置は光源としてＸ線源１１０を備えている。Ｘ線源１１０から出射したＸ線は、被検体１２０を透過すると被検体の屈折率及び形状に応じて位相が変化する。図１では、被検体１２０をＸ線源１１０と第１の格子１３０の間に配置しているが、第１の格子１３０と第２の格子１４０の間に配置しても良い。
第１の格子１３０は位相格子と呼ばれる透過型の回折格子で、二種類の透過特性を持った箇所が二次元の周期構造を持つように配置されている。そのため、第１の格子を透過したＸ線は一定の距離を隔てて明部と暗部が２次元周期的に配列された自己像を形成する。
【００１３】
本実施形態に用いられる第１の格子を図２（ａ）に示す。但し、図２（ａ）は第１の格子の一部を拡大して示した図である。
図２（ａ）は一方の領域３０１を透過したＸ線が、他方の領域３０２を透過したＸ線より位相が相対的にπずれることを特徴とした格子である（π格子）。
図２（ｂ）は図２（ａ）の位相格子を用いた時に形成される自己像である。自己像は暗部３１１と明部３１２が周期ｐ１で井桁格子状に配置されており、この自己像は２次元に周期を持つ。
但し、図２（ｂ）に示した自己像はＸ線源と第１の格子の間に被検体が置かれていないときの自己像である。以下、特に断りのない限り、本明細書で自己像の形状について説明する際はＸ線源と第１の格子の間に被検体が置かれていないときの自己像を指す。
また、本実施形態では図２（ａ）に示した第１の格子を用いて図２（ｂ）に示した自己像を形成したが、本発明に用いられる第１の格子はこれに限定されず、第１の格子によって形成される自己像もこれに限定されない。
【００１４】
Ｘ線を用いた位相イメージングを行う場合、第１の格子の周期は数ミクロンメートル程度になる。
これは、タルボ干渉計の場合、第１の格子周期をｄ、入射光の波長をλ、としたとき、タルボ距離と呼ばれる基本距離ｚが、
ｚ＝ｄ２／２λ  ……（１）
で与えられるためである。
実際には第１の格子の形状や所望するコントラストによって（１）式に様々な係数がかかる。
しかし、この（１）式を基準とすると第１の格子と自己像までの距離を装置の大きさと鑑みて数１０センチメートル程度にするには、第１の格子の格子周期を数ミクロン程度のオーダーにする必要がある事がわかる。
また、その結果自己像の周期も数ミクロンメートル程度になる。一般的に使用されているＸ線の検出器の分解能は高くても数１０ミクロン程度であり、自己像の周期と差がある。そのためこのままでは自己像が撮像できないため本実施形態の撮像装置ではモアレを利用して自己像を強調している。
【００１５】
本実施形態では、第２の格子１４０を用いてモアレを形成している。本実施形態における第２の格子を図３に示す。但し、図３は第２の格子の一部を拡大して示した図である。
第２の格子１４０はＸ線を遮蔽する遮蔽部８０２とＸ線を透過する透過部８０１が周期ｐ２で市松格子状に配置されており、第２の格子は２次元に周期を持つ。第２の格子１４０の周期ｐ２は自己像の周期ｐ１とは僅かに異なっており、周期の差異によって明暗のうねり、すなわちモアレが生じる。
図２（ａ）に示した第１の格子と図３に示した第２の格子を用いて形成されるモアレを図４（ａ）に示す。モアレとフーリエ変換については後ほど説明をする。尚、図４（ａ）に示したモアレはＸ線源と第１の格子の間または第１の格子と第２の格子の間に被検体が置かれていないときのモアレである。以下、特に断りのない限り、本明細書でモアレ形状について説明する際はＸ線源と第１の格子の間または第１の格子と第２の格子の間に被検体が置かれていないときのモアレを指す。また、本実施形態では、遮蔽部と透過部が市松格子状に配列された第２の格子１４０を用いたが、本発明に用いられる第２の格子はこれに限定されない。また、遮蔽部は完全にＸ線を遮蔽しなくても良いし、透過部は完全にＸ線を透過しなくても良い。但し、遮蔽部と透過部は自己像に重ねることでモアレを形成することができる程度にＸ線を遮蔽あるいは透過する必要がある。
【００１６】
検出器１５０はＸ線の強度を検出することができる撮像素子（例えばＣＣＤ）であり、第２の格子を経たＸ線の強度分布つまりモアレを検出する。
検出器１５０が検出したＸ線の強度分布は演算部１６０によって解析される。
本実施形態では、窓関数付フーリエ変換法（窓フーリエ変換）に基づいた手法を用いて被検体の位相像又は微分位相像を得る。
窓フーリエ変換とは、モアレに局所的な値を持つ窓関数をかけながら逐次フーリエ変換を行って位相を決定する処理である。この処理はデータ量が多く、時間がかかるものの、窓関数を用いないフーリエ変換法より正確で精密な位相回復が可能である。
【００１７】
ここで、フーリエ変換による位相回復方法についてその概念を簡単に説明する。図１４はその概略を示す図である。
フーリエ変換法ではモアレをフーリエ成分に分解し、特定の周波数領域に対して解析を行い画像復元する技術である。
図１４（ａ）は解析する前のモアレの一例である。
画面２０１内に周期的なモアレ２０２が形成されている。このモアレの位置ずれが被検体によるＸ線の位相変化に関する情報を表している。
このモアレ２０２を画面２０１全体でフーリエ変換すると図１４（ｂ）のようになる。
ここでは、波数空間の原点を画面２１１の中心に置いている。波数空間上では原点に０次スペクトル２１２が現れ、その周りに１次スペクトルである２１３、２１４、２１５、２１６が現れる。
原点周りのスペクトルの位置と数はフーリエ変換前のモアレの形状に依存する。このスペクトルのうち少なくとも一つを波面解析に利用する。一般的には１次スペクトル点のどれかを利用する。
【００１８】
非特許文献１に従った方法では、この１次スペクトル点の一点とその周囲をカッティングし、これを別の波数空間２２１上の原点２２２に移動させる（図１４（ｃ））。
これを逆フーリエ変換することによって被検体の微分像２３２が実空間２３１上に取得できる（図１４（ｄ））。この微分像２３２を積分することによって波面を回復する。
上記の方法はフーリエ変換法の一例であって、本発明はこのような解析手法に限定されるものではなく、その他の手法も用いることができる。
例えば、波数空間を更に詳しく解析するために複数のスペクトル点を利用しても良い。
【００１９】
本実施形態において検出したモアレの強度分布から被検体の位相像または微分位相像を得る解析方法について簡単に説明をする。本実施形態におけるモアレ（図４（ａ））を検出器１５０の検出面全体でフーリエ変換したものを概略的に表すと図４ｂの形となる。
図４（ｂ）には波数空間８１１の中央に０次スペクトル８１２が、その周りに１次スペクトル８１３、８１４、８１５、８１６が存在する。
この１次スペクトルから図１４で示したように少なくとも一つ以上の任意のスペクトルを解析すると被検体の微分位相像が得られる。また、これを積分すると被検体の位相像が得られる。
【００２０】
図４（ｃ）は図４（ａ）のモアレの軸Ａ１と軸Ｂ１に沿ったＸ線の強度分布を示したもので、軸Ａ１に沿った強度分布を実線、軸Ｂ１に沿った強度分布を破線で示した。軸Ｂ１は軸Ａ１と平行である。図４（ｃ）に示した通り、軸Ａ１に沿った強度分布と、軸Ｂ１に沿った強度分布は形状や振幅は異なるものの、同じ周期を有している。
軸Ｂ１以外でも同様に、図４（ａ）に示したモアレは軸Ａ１と平行な全ての軸に沿った強度分布は、軸Ａ１に沿った強度分布と、同じ周期を有する強度分布が得られる。
つまり、図４（ａ）の軸Ａ１と平行な方向を第１の方向とすると、図４（ａ）に示したモアレは第１の方向において、強度分布の周期がモアレ上（検出器の検出面上）の全ての領域で等しい。
また、このモアレは２次元に周期を有しており、軸Ａ１と垂直な軸Ｃ１に沿った強度分布も周期を有している。
また、軸Ａ１と同様に軸Ｃ１と平行な方向を第２の方向とすると、図４（ａ）に示したモアレは上記第１の方向と交差する第２の方向において、強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しい。
但し、本明細書におけるモアレ上の全ての領域とは、波数空間を用いた解析（例えばフーリエ変換）に用いない領域を含まない。
フーリエ変換法では正しくＸ線の波面微分を計算するために微分方向に沿った断面のＸ線強度分布の周期が等しいことが必要であり、この強度分布の形状は正弦波の形を有していることがより望ましい。
【００２１】
上述したように、図４（ａ）の軸Ａ１と平行な方向を第１の方向とすると、図４（ａ）に示したモアレは第１の方向において、強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しい。
また、図４（ａ）の軸Ｃ１と平行な方向を第２の方向とすると、図４（ａ）に示したモアレは第２の方向においても強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しい。
そのため、第１の方向と第２の方向を微分方向とすると、モアレ上の全ての領域からフーリエ変換によってその周期のスペクトルが抽出できるため、従来と比べて被検体によるＸ線の位相変化が詳細に解析することが可能となる。尚、微分方向は１つでも良いため、第１の方向又は第２の方向のみを微分方向としても従来（微分方向は１つ）と比べて被検体によるＸ線の位相変化を詳細に解析することができる。
【００２２】
以下に、具体的な実施例及び比較例について説明する。
以下の実施例及び比較例では、図１３に示すようなシリコン上にパターニングされた厚さ４０ミクロンメートルの円形のパターンを被検体として用いた場合に得られる微分位相像を算出し、各実施例と比較例を比較した。
尚、図中ではパターンの高さをコントラストで表現している。
まず、比較例について説明する。
［比較例］
図１５を用いて本比較例について説明をする。
本比較例の撮像装置は実施形態で説明した撮像装置と第２の格子が異なり、それ以外の構成は実施形態の撮像装置と同じである。
本比較例の撮像装置は光源としては１７．５ｋｅＶの平行Ｘ線を出射するＸ線源、第１の格子としては図２（ａ）に示した位相格子（π格子）、第２の格子としては図１５（ａ）に示した構造を有する格子を備え、その他に検出器と、演算部を備えている。
図１５（ａ）は、第２の格子の形状の一部を拡大した概略図である。本比較例の第２の格子は入射したＸ線が透過する透過部６０１と、入射したＸ線が遮蔽する遮蔽部６０２を有する。第２の格子は第１の格子とは僅かに違う周期を持っており、その差異によって図１５（ｂ）に示すようなモアレが生じる。
【００２３】
図１５（ｂ）に示すモアレをフーリエ変換したものの模式図を図１５（ｃ）に示す。
図４（ｂ）と同様に波数空間６１１の中央に０次スペクトル６１２と、その周りに１次スペクトル６１３、６１４、６１５、６１６が存在する。この１次スペクトルから任意のスペクトルを解析し、被検体の微分位相像を算出する。
【００２４】
図１６は、この本比較例で得られた被検体の微分位相像である。
この図では、図１３の被検体をｘ軸（横軸）方向に微分した形状になる。全体的に形状を再現しているが、細かく見ると本来丸いはずの形状に階段状のノイズ（ジャギー）が存在し詳細な形状が再現できていない。
これは第１の格子による自己像と第２の格子の組合せによるモアレの形状が波面の回復に適していないためである。
【００２５】
図１５（ｄ）は図１５ａのモアレの軸Ａ５と軸Ｂ５に沿ったＸ線の強度分布を示したもので、軸Ａ５に沿った強度分布を実線、軸Ｂ５に沿った強度分布を破線で示した。
軸Ｂ５は軸Ａ５と平行である。上述したように、フーリエ変換法では微分方向に沿ったＸ線強度分布の周期が等しいことが必要である。
図１５（ｄ）に示すように、軸Ａ５に沿ったＸ線の強度分布は三角波の形状を有しておりフーリエ変換を用いた解析可能な周期を持っているが、軸Ｂ５に沿ったＸ線の強度分布は軸上において恒常的に０になっており、このＢ５の軸に関する波面の情報は得られないことになる。
そのため、波面が詳細に解析できず図１６のような全体的に階段状のジャギーが出現する。
【００２６】
［実施例１］
図４を用いて実施例１について説明をする。
実施例１は実施形態で説明をした撮像装置と同じ構成であり、比較例とは第２の格子が異なる。つまり、本実施例の撮像装置の光源は１７．５ｋｅＶの平行Ｘ線を出射するＸ線源、第１の格子は図２（ａ）に示した位相格子、第２の格子は図３に示した構造を有する格子であり、その他に検出器と、演算部を備えている。上述した通り、第２の格子の周期ｐ２は第１の格子の周期ｐ１とは僅かに異なっており、その差異によって図４（ａ）に示したようなモアレが形成され、このモアレをフーリエ変換したものが図４（ｂ）、モアレ上の軸Ａ１、軸Ｂ１に沿ったＸ線の強度分布が図４（ｃ）の実線と破線である。
図４（ｂ）の１次スペクトル８１３、８１４、８１５、８１６から任意のスペクトルを１つ選び、解析し、被検体の微分位相像を算出する。
図５は本実施例で得られた微分位相像である。
比較例と比べると、１次スペクトルの位置が斜め４５度方向にあるため、微分位相像も図１６と比べると斜め４５度に傾いている。しかし、その違いを除くと図１６の微分位相像に比べてエッジのジャギーが目立たず、詳細な形状再現できている。
【００２７】
上述の通り、図４（ｃ）は図４（ａ）のモアレの軸Ａ１と軸Ｂ１に沿ったＸ線の強度分布を示したもので、軸Ａ１に沿った強度分布と、軸Ｂ１に沿った強度分布は形状や振幅は異なるものの、同じ周期を有している。
軸Ｂ１以外でも同様であり、図４（ａ）の軸Ａ１と平行な方向を第１の方向とすると、図４（ａ）に示したモアレは第１の方向において、強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しい。
そのため、第１の方向を微分方向とすると、モアレ上の全ての領域からフーリエ変換によってその周期のスペクトルが抽出できるため波面を詳細に解析することができ、比較例と比べて詳細な形状を解析することが可能となる。
【００２８】
［実施例２］
実施例２として、半透過部を有する第２の格子を用いた撮像装置について図６を用いて説明する。実施例２の撮像装置は、第２の格子以外は実施例１と同様の構造を持つ。
本実施例の第２の格子の構造を図６（ａ）に示す。図６（ａ）は第２の格子の形状の一部を拡大した模式図である。１００１は入射したＸ線の透過部を表し、１００２は遮蔽部を表す。
更に、本実施例に用いられる第２の格子には入射したＸ線のうち５０％が透過するような半透過部１００３が存在する。
本実施例の半透過部をＸ線が透過すると、入射したＸ線の強度は半分になるが、遮蔽部よりもＸ線を透過させ、透過部よりもＸ線を遮蔽すれば良い。
本実施例の第２の格子は、遮蔽部と、透過部と、半透過部が図６（ａ）に示すように夫々市松格子状に配列されており、遮蔽部と、透過部と、半透過部がいわゆるベイヤ配列に配置されている。
実施例１と同様に第２の格子の周期は自己像の周期と僅かに異なり、その差異によって図６（ｂ）に示すようなモアレが形成される。
実施例１同様、このモアレをフーリエ変換したものが図６（ｃ）、モアレ上の軸Ａ２に沿ったＸ線の強度分布が図６（ｄ）の実線、軸Ｂ２に沿ったＸ線の強度分布が図６（ｄ）の破線である。
【００２９】
図６（ｂ）に示したモアレをフーリエ変換すると図６（ｃ）の様なスペクトルが出現する。
図４（ｂ）と同様に、図６（ｃ）も波数空間１０１１の中央に０次スペクトル１０１２、その周りに１次スペクトル１０１３、１０１４、１０１５、１０１６が存在する。
図６（ｃ）の１次スペクトル１０１３、１０１４、１０１５、１０１６から任意のスペクトルを１つ選び、解析し、被検体の微分位相像を算出する。
図７は本実施例で得られた微分位相像である。
比較例と同じ位置に１次スペクトルが現れており、図１６の微分位相像に比べてエッジのジャギーが目立たず、詳細な形状再現できている。
【００３０】
図６（ｄ）は図６（ｂ）のモアレの軸Ａ２と軸Ｂ２に沿ったＸ線の強度分布を示したものである。図４（ａ）のモアレ同様、図６（ｂ）のモアレも軸Ａ２と平行な方向を第１の方向とすると、第１の方向において強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しいため、実施例１同様、比較例と比べて詳細な形状を解析することが可能となる。
また、図４（ａ）のモアレとは異なり、図６に示す軸Ｂ２のモアレは第１の方向において強度分布が振幅や形状も揃っており、モアレ上の全ての領域で同じパターンが同じ周期で繰り返されている。そのため、フーリエ変換によってその周期のスペクトルの抽出が容易にできる。
【００３１】
［実施例３］
実施例３では実施例１の撮像装置と異なる自己像を形成する撮像装置について図８と図９を用いて説明する。実施例３の撮像装置は、第１の格子と第２の格子以外は実施例１と同様の構造を持つ。
本実施例に用いた第１の格子を図８（ａ）に示した。但し、図８（ａ）は第１の格子の一部を拡大した概略図である。
図８（ａ）は一方の領域４０１を透過したｘ線が、他方の領域４０２を透過したｘ線より位相が相対的にπ／２ずれることを特徴とした格子である（π／２格子）。また、図８（ｂ）は図８ａの位相格子を用いた時に形成される自己像である。自己像は暗部４１１と明部４１２が周期市松格子（チェッカーボード）状に配置されており、この自己像は２次元に周期を持つ。
本実施例に用いた第２の格子を図９（ａ）に示した。但し、図９（ａ）は第２の格子の一部を拡大した概略図である。本実施例に用いた第２の格子はＸ線を透過する透過部１２０１と、Ｘ線を遮蔽する遮蔽部１２０２が市松格子状に配置されている。第２の格子は第１の格子とは僅かに違う周期を持っており、その差異によって図９（ｂ）に示したようなモアレが生じる。実施例１同様、このモアレをフーリエ変換したものが図９（ｃ）、モアレ上の軸Ａ３に沿ったＸ線の強度分布が図９（ｄ）の実線、軸Ｂ３に沿ったＸ線の強度分布が図９（ｄ）の破線である。
【００３２】
図９（ｂ）に示したモアレをフーリエ変換すると図９（ｃ）の様なスペクトルが出現する。図４（ｂ）と同様に、同様に、波数空間１２０３の中央に０次スペクトル１２０４とその周りに１次スペクトル１２０５、１２０６、１２０７、１２０８が存在する。
図１０は本実施例で得られた微分位相像である。
比較例と比べると、１次スペクトルの位置が斜め４５度方向にあるため、微分位相像も図１６と比べると斜め４５度に傾いている。しかし、その違いを除くと図１６の微分位相像に比べてエッジのジャギーが目立たず、詳細な形状が再現できている。
図９（ｄ）は図９（ｂ）のモアレの軸Ａ３と軸Ｂ３に沿ったＸ線の強度分布を示したものである。図４（ａ）のモアレ同様、図９（ｂ）のモアレも軸Ａ３と平行な方向を第１の方向とすると、第１の方向において強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しいため、実施例１同様、比較例と比べて詳細な形状を解析することが可能となる。
【００３３】
［実施例４］
実施例４では実施例３と同じ第１の格子を用いる撮像装置について図１１を用いて説明をする。本実施例は実施例３と用いる第２の格子が異なり、その他の構成は同じである。
図１１（ａ）は第２の格子の一部を拡大した概略図である。
本実施例に用いられる第２の格子はＸ線の透過部１４０１と遮蔽部１４０２が井桁格子状に配置されたものが自己像に対して４５°回転したような形状を有している。第２の格子は第１の格子とは僅かに違う周期を持っており、その差異によって図１１（ｂ）に示したようなモアレが生じる。実施例１同様、このモアレをフーリエ変換したものが図１１（ｃ）、モアレ上の軸Ａ４に沿ったＸ線の強度分布が図１１（ｄ）の実線、軸Ｂ４に沿ったＸ線の強度分布が図１１（ｄ）の破線である。
【００３４】
図１１（ｂ）に示したモアレをフーリエ変換すると図１１（ｃ）の様なスペクトルが出現する。図４（ｂ）と同様に、図１１（ｃ）も波数空間に波数空間１４１１の中央に０次スペクトル１４１２とその周りに１次スペクトル１４１３、１４１４、１４１５、１４１６が存在する。
図１０は本実施例で得られた微分位相像である。
比較例と比べると、１次スペクトルの位置が斜め４５度方向にあるため、微分位相像も図１６と比べると斜め４５度に傾いている。しかし、その違いを除くと図１６の微分位相像に比べてエッジのジャギーが低減しており、滑らかな曲面が表現されている。
図１１（ｄ）は図１１（ｂ）のモアレの軸Ａ４と軸Ｂ４に沿ったＸ線の強度分布を示したものである。図４（ａ）のモアレ同様、図１１（ｂ）のモアレも軸Ａ４と平行な方向を第１の方向とすると、第１の方向において強度分布の周期がモアレ上の全ての領域で等しいため、実施例１同様、比較例と比べて詳細な形状を解析することが可能となる。
また、強度分布の周期の形状が実施例の中で最もサインカーブに近い。これはフーリエ変換した際にノイズとなる高次のスペクトルが出現しにくいことを示しており、この点においてこの実施例４は波面解析においては実施例１〜３よりも適している。
【符号の説明】
【００３５】
１１０：Ｘ線源
１２０：被検体
１３０：第１の格子
１４０：第２の格子
１５０：検出器
１６０：演算部
【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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