(57)【要約】【課題】薄型化を達成しつつ、モアレ縞を確実に撮像することができる新たなＸ線撮像素子を提供する。【解決手段】Ｘ線撮像素子１１は、タルボ用回折格子から略タルボ距離Ｌ離れた位置に配置され、タルボ用回折格子によって回折されたＸ線を撮像する。Ｘ線撮像素子１１は、Ｘ線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有するＸ線変換素子１１１と、可視光を撮像する撮像素子１１２とを含む。具体的にはＸ線変換素子１１１は、Ｘ線のエネルギーを吸収して蛍光を発する物質を含む蛍光部１１１ａと、そのような蛍光物質を含まない非蛍光部１１１ｂとからなる。そして蛍光部１１１ａは、回折格子に相当するパターンで形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を吸収して２次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第１のＸ線変換素子と、
前記第１のＸ線変換素子による前記２次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と、を含み、
前記第１のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される入射面を備えることを特徴とするＸ線撮像素子。
【請求項２】
前記第１のＸ線変換素子は、
Ｘ線画像が入射される第１面と、
前記２次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と対向する第２面とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像素子。
【請求項３】
前記２次エネルギーが可視光であり、
前記パターン検出手段が可視光を撮像する撮像素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮像素子。
【請求項４】
前記２次エネルギーが電子若しくは正孔であり、
前記パターン検出手段が電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮像素子。
【請求項５】
前記Ｘ線画像が、Ｘ線タルボ画像であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線撮像素子。
【請求項６】
前記回折格子に相当するパターンは、一次元周期のパターンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線撮像素子。
【請求項７】
前記回折格子に相当するパターンは、二次元周期のパターンであることであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線撮像素子。
【請求項８】
前記二次元周期の周期構造が、正方格子配列又は三角格子配列であることを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮像素子。
【請求項９】
Ｘ線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第２のＸ線変換素子と、
可視光を撮像する撮像素子と、を含み、
前記第２のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される第１面と、前記撮像素子と対向する第２面とを備えることを特徴とするＸ線撮像素子。
【請求項１０】
Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第３のＸ線変換素子と、
前記第３のＸ線変換素子が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段と、を含み、
前記第３のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される入射面を備えることを特徴とするＸ線撮像素子。
【請求項１１】
Ｘ線を放射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じるタルボ用回折格子と、
前記タルボ用回折格子によって回折されたＸ線を撮像するＸ線撮像素子と、を備え、
前記Ｘ線撮像素子は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＸ線撮像素子であって、
前記Ｘ線変換素子は、前記タルボ用回折格子から実質的にタルボ距離離れた位置に配置されることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項１２】
Ｘ線タルボ画像を生成し、
該Ｘ線タルボ画像を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＸ線撮像素子に入射させることを特徴とするＸ線撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を撮像する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線撮影では、Ｘ線の吸収コントラスト、すなわち、被写体によるＸ線吸収の大小をコントラストとした画像が得られている。Ｘ線の吸収は、一般に、原子番号が大きくなるほど、すなわち、重い元素になるほど多くなる。生体を被写体とする場合、生体を構成する元素は、主に、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）等の比較的原子番号が小さい元素、すなわち、軽い元素であるため、生体のＸ線画像は、コントラストがあまりつかない。そのため、生体のＸ線撮影では、原子番号の大きな元素を含んだ物質が造影剤として使用される。例えば、胃や結腸等の消化器に対するＸ線撮影では、硫酸バリウムが造影剤として使用されている。しかしながら、すべての組織に造影剤が利用できるわけではなく、また、生体の負担も大きい。
【０００３】
そこで、近年では、Ｘ線を波として扱って被写体中を波が伝わる速さの違いをコントラストとした画像を得る位相コントラスト法が研究、開発されている。位相コントラスト法は、例えば、Ｘ線干渉計が利用され、被写体を通過することによって生じるＸ線の位相シフトを検出することによって、被写体の透過画像を得ている。この位相コントラスト法は、Ｘ線の吸収コントラストによって被写体の透過画像を得る場合に較べて、約１０００倍の感度改善が見込まれ、それによってＸ線照射量が例えば１／１００〜１／１０００に軽減可能となるという利点もある。
【０００４】
このような位相コントラスト法の一つとして例えばタルボ干渉計を利用した方法が例えば特許文献１や非特許文献１に提案されている。
【０００５】
図７は、特許文献１に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。図７において、特許文献１に記載のＸ線撮像装置１０００は、Ｘ線源１００１と、Ｘ線源１００１から照射されるＸ線を回折する位相型の第１回折格子１００２と、第１回折格子１００２により回折されたＸ線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第２回折格子１００３と、第２回折格子１００３により画像コントラストの生じたＸ線を検出するＸ線画像検出器１００４とを備え、第１および第２回折格子１００２、１００３がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式１および式２によって表される。式２は、第１回折格子１００２が位相型回折格子であることを前提としている。
ｌ＝λ／（ａ／（Ｌ＋Ｚ１＋Ｚ２））                                ・・・（式１）Ｚ１＝（ｍ＋１／２）×（ｄ２／λ）                              ・・・（式２）
【０００６】
ここで、ｌは、可干渉距離であり、λは、Ｘ線の波長（通常は中心波長）であり、ａは、回折格子の回折部材にほぼ直交する方向におけるＸ線源１００１の開口径であり、Ｌは、Ｘ線源１００１から第１回折格子１００２までの距離であり、Ｚ１は、第１回折格子１００２から第２回折格子１００３までの距離であり、Ｚ２は、第２回折格子１００３からＸ線画像検出器１００４までの距離であり、ｍは、整数であり、ｄは、回折部材の周期（回折格子の周期、格子定数、隣接する回折部材の中心間距離）である。
【０００７】
このような構成のＸ線撮像装置１０００では、Ｘ線源１００１と第１回折格子１００２との間に被検体１０１０が配置され、Ｘ線源１００１から第１回折格子１００２に向けてＸ線が照射される。この照射されたＸ線は、第１回折格子１００２でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が第２回折格子１００３で作用を受け、モアレ縞の画
像コントラストを形成する。そして、この画像コントラストがＸ線画像検出器１００４で検出される。このモアレ縞は、被検体１０１０によって変調を受けており、この変調量が被検体１０１０による屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。このため、モアレ縞を解析することによって被検体１０１０およびその内部の構造を検出することができる。
【０００８】
ここで、タルボ効果とは、回折格子に光が入射されると、或る距離に前記回折格子と同じ像（前記回折格子の自己像）が形成されることをいい、この或る距離をタルボ距離Ｌといい、この自己像をタルボ像という。タルボ距離Ｌは、回折格子が位相型回折格子の場合では、上記式２に表されるＺ１となる（Ｌ＝Ｚ１）。タルボ像は、Ｌの奇数倍（＝（２ｍ＋１）Ｌ、ｍは、整数）では、反転像が現れ、Ｌの偶数倍（＝２ｍＬ）では、正像が現れる。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０５８０７０号パンフレット
【非特許文献１】百生敦、「Ｘ線位相イメージングの最近の展開」、Medical Imaging Technology,Vol.24,No.5,November 2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このＸ線撮像装置１０００に利用される第１回折格子１００２は、Ｘ線のタルボ像を形成するために、Ｘ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数がＸ線の波長の約２０倍以上である必要がある。Ｘ線の波長は、一般に、１０−１２ｍ〜１０−８ｍくらいであるので、第１回折格子１００２の格子定数は、１０−１１ｍ〜１０−７ｍくらいであり、実用的には、数μｍとなる。タルボ像は、第１回折格子１００２の自己像であるため、すなわち、入射Ｘ線が平行光である場合には第１回折格子１００２の格子模様と同一模様の像であり、Ｘ線源１００１が点光源と見なせる場合にはＸ線源１００１から第１回折格子１００２までの距離とＸ線源１００１から第２回折格子１００３までの距離との比に応じた拡大された第１回折格子１００２の格子模様の像であり、タルボ像も数μｍの周期の縞模様となる。このため、タルボ像が第２回折格子１００３によってモアレ縞を生じるためには、第２回折格子１００３の格子定数も数μｍとなる。
【００１０】
一方、この第２回折格子１００３を振幅型（吸収型）回折格子で形成する場合、振幅型回折格子として機能するような充分なＸ線を吸収させるためには、第２回折格子１００３の回折部材に重い元素の例えば金（Ａｕ）を用いた場合でも、数十〜数百μｍの厚さが必要となる。
【００１１】
したがって、図８に示すように、第２回折格子１００３の回折部材は、幅が数μｍ（例えば４μｍ）に対し厚さが数十〜数百μｍ（例えば１００μｍ）となる。このため、回折部材をハイアスペクト比で形成する必要があり、第２回折格子１００３の製作が容易ではない。
【００１２】
また、仮に第２回折格子１００３が製作することができたとしても、Ｘ線源１００１から放射したＸ線は、Ｘ線源１００１が略点光源であるため、放射状に拡がる。このため、図８に示すように、第２回折格子１００３の中心領域では、タルボ像のＸ線が回折部材と略平行に入射されるため、タルボ像と第２回折格子１００３とによってモアレを生じるが、第２回折格子１００３の両サイド領域では、タルボ像のＸ線が回折部材に対して斜めに入射されるため、タルボ像と第２回折格子１００３とによるモアレ像がぼけるか、あるいは全くモアレを生じない。
【００１３】
一方、この第２回折格子１００３を位相型回折格子で形成する場合でも、位相型回折格子として機能するような充分な位相変化をＸ線に与えるためには、第２回折格子１００３
の回折部材に重い元素の例えば金（Ａｕ）を用いた場合でも、数十μｍの厚さが必要となる。このため、位相型回折格子においても振幅型回折格子と同様の上記不都合が生じる。
【００１４】
また、このような上述の第２回折格子１００３による不都合を回避するために、第２回折格子１００３を使用することなく、タルボ像を直接撮像する方法が考えられる。胸部レントゲン用では、大きさが１７インチ×１４インチであって解像度が４０００ドット×３０００ドットであるＣＣＤなどのディジタルの撮像素子が知られているが、その画素のサイズは、約１１０μｍであり、このような撮像素子でも数μｍ周期のタルボ像を撮像することができない。
【００１５】
本発明は、振幅型や位相型回折格子を介してＸ線を撮像する場合に生ずる各種問題を克服するために、薄型化を達成しつつ、モアレ縞を確実に撮像することができる新たなＸ線撮像素子、装置及び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】
【００１６】
本発明の一局面に係るＸ線撮像素子は、Ｘ線を吸収して２次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第１のＸ線変換素子と、前記第１のＸ線変換素子による前記２次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と、を含み、前記第１のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される入射面を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１７】
この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、Ｘ線を吸収して２次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第１のＸ線変換素子が用いられる。そして、第１のＸ線変換素子の入射面にＸ線の縞画像が入射した場合、当該Ｘ線の縞模様と第１のＸ線変換素子のパターンとが一致した部位において２次エネルギーが発生される。従って、この２次エネルギーの発生パターンを検出することで、実質的にモアレ縞を撮像することができる。
【００１８】
上記構成において、前記第１のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される第１面と、前記２次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と対向する第２面とを備えることが望ましい（請求項２）。この場合、前記２次エネルギーが可視光であり、前記パターン検出手段が可視光を撮像する撮像素子である構成とすることができる（請求項３）。或いは、前記２次エネルギーが電子若しくは正孔であり、前記パターン検出手段が電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段である構成とすることができる（請求項４）。
【００１９】
上記いずれかの構成において、前記Ｘ線画像が、Ｘ線タルボ画像であることが望ましい（請求項５）。また、前記回折格子に相当するパターンは、一次元周期のパターンであることが望ましい（請求項６）。さらに、前記回折格子に相当するパターンは、二次元周期のパターンであることであることが望ましい（請求項７）。
【００２０】
二次元周期を採用する場合、その周期構造が、正方格子配列又は三角格子配列であることが望ましい（請求項８）。
【００２１】
本発明の他の局面に係るＸ線撮像素子は、Ｘ線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第２のＸ線変換素子と、可視光を撮像する撮像素子と、を含み、前記第２のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される第１面と、前記撮像素子と対向する第２面とを備えることを特徴とする（請求項９）。
【００２２】
この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、Ｘ線を吸収して可視光
を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第２のＸ線変換素子が用いられる。そして、第２のＸ線変換素子の第１面にＸ線の縞画像が入射した場合、当該Ｘ線の縞模様と第２のＸ線変換素子のパターンとが一致した部位においてのみ可視光に変換されるので、結果として可視光のモアレ縞が発生される。この可視光のモアレ縞を、第２のＸ線変換素子の第２面に配置された撮像素子で撮像することにより、モアレ縞を撮像することができる。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に係るＸ線撮像素子は、Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第３のＸ線変換素子と、前記第３のＸ線変換素子が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段と、を含み、前記第３のＸ線変換素子は、Ｘ線画像が入射される入射面を備えることを特徴とする（請求項１０）。
【００２４】
この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第３のＸ線変換素子が用いられる。そして、第３のＸ線変換素子の入射面にＸ線の縞画像が入射した場合、当該Ｘ線の縞模様と第３のＸ線変換素子のパターンとが一致した部位においてのみ電子若しくは正孔が発生するので、結果として電荷分布のモアレ縞が発生される。従って、この電荷分布を検出することで、実質的にモアレ縞を撮像することができる。
【００２５】
本発明の他の局面に係るＸ線撮像装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、前記Ｘ線源から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じるタルボ用回折格子と、前記タルボ用回折格子によって回折されたＸ線を撮像するＸ線撮像素子と、を備え、前記Ｘ線撮像素子は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＸ線撮像素子であって、前記Ｘ線変換素子は、前記タルボ用回折格子から実質的にタルボ距離離れた位置に配置されることを特徴とする（請求項１１）。
【００２６】
また、本発明のさらに他の局面に係るＸ線撮像方法は、Ｘ線タルボ画像を生成し、該Ｘ線タルボ画像を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＸ線撮像素子に入射させることを特徴とする（請求項１２）。
【００２７】
これらの構成によれば、Ｘ線撮像素子には、タルボ用回折格子により生成されたタルボ画像が入射される。そして、Ｘ線撮像素子において、モアレ縞が撮像される。従って、振幅型回折格子を用いることなく、モアレ縞を撮像することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るＸ線撮像素子、装置及び方法によれば、回折格子でモアレ縞を発生させるのではなく、回折格子に相当するパターンを有するＸ線変換素子を用い、Ｘ線の縞模様と前記パターンとが一致した部位にモアレ縞を発生させる構成である。従って、モアレ縞を確実に発生させることができると共に、Ｘ線変換素子を厚肉化する必要は無いので、Ｘ線撮像素子及びＸ線撮像装置の薄型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。図２は、第１実施形態におけるＸ線撮像素子の構成を示す説明図である。
【００３０】
図１において、Ｘ線撮像装置１は、Ｘ線撮像素子１１と、回折格子１２（タルボ用回折格子）と、Ｘ線源１３とを備え、さらに、本実施形態では、Ｘ線源１３に電源を供給するＸ線電源部１４と、Ｘ線撮像素子１１の撮像動作を制御するカメラ制御部１５と、本Ｘ線
撮像装置Ｘの全体動作を制御する処理部１６と、Ｘ線電源部１４の動作を制御することによってＸ線源１３におけるＸ線の放射動作を制御するＸ線制御部１７とを備えて構成される。
【００３１】
Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射し、回折格子１２へ向けてＸ線を照射する装置である。Ｘ線源１３は、例えば、Ｘ線電源部１４から供給された高電圧が陰極と陽極との間に印加され、陰極のフィラメントから放出された電子が陽極に衝突することによってＸ線を放射する装置である。
【００３２】
回折格子１２は、Ｘ線源１３から放射されたＸ線によってタルボ効果を生じる透過型の回折格子である。回折格子１２は、Ｘ線を透過する材料から構成された平板状の基板と、基板の一方面に形成された複数の回折部材とを備えて構成される。この複数の回折部材は、それぞれ、一方向（図１では紙面の法線方向）に延びる線状であり、該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔は、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の回折部材は、前記一方向と直交する方向に等間隔でそれぞれ配設されている。回折格子１２の基板には、例えばガラスが用いられ、その回折部材には、例えば金（Ａｕ）が用いられる。回折格子１２は、タルボ効果を生じる条件を満たすように構成されており、Ｘ線源１３から放射されたＸ線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数（回折格子の周期）ｄが当該Ｘ線の波長の約２０倍以上である位相型回折格子である。なお、第１回折格子１２は、同様な作用を果たす振幅型（吸収型）回折格子であってもよい。
【００３３】
Ｘ線撮像素子１１は、回折格子１２から略タルボ距離Ｌ離れた位置に配置され、回折格子によって回折されたＸ線を撮像する装置である。Ｘ線撮像素子１１は、図２に示すように、Ｘ線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有するＸ線変換素子１１１（第２のＸ線変換素子）と、可視光を撮像する撮像素子１１２とを含む。Ｘ線変換素子１１１の被写体Ｓと対向する面（第１面）には、Ｘ線タルボ像Ｔ（Ｘ線画像）が入射される。撮像素子１１２は、Ｘ線変換素子１１１の第１面とは反対側の面（第２面）に、その受光面が対向配置されている。
【００３４】
Ｘ線変換素子１１１は、Ｘ線のエネルギーを吸収して蛍光を発する物質を含む蛍光部１１１ａと、そのような蛍光物質を含まない非蛍光部１１１ｂとからなる。蛍光部１１１ａは、例えばシンチレータにより構成することができる。シンチレータは、蛍光体を主たる成分とする層であり、入射したＸ線により、可視光波長の蛍光を発する。
【００３５】
この蛍光部１１１ａで用いられる蛍光体としては、タングステン酸塩系蛍光体、テルビウム賦活希土類酸硫化物系蛍光体、テルビウム賦活希土類燐酸塩系蛍光体、テルビウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、ツリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、ガドリニウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、セリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、硫酸バリウム系蛍光体、２価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属燐酸塩系蛍光体、２価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体、沃化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、燐酸ハフニウム系蛍光体、タンタル酸塩系蛍光体等を例示できる。特に、Ｘ線吸収及び発光効率が高いセシウムアイオダイド（ＣｓＩ：Ｘ、Ｘは賦活剤）やガドリニウムオキシサルファイド（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｘ、Ｘは賦活剤）が好ましい。
【００３６】
また、蛍光体粒子の直径は７μｍ以下、特に４μｍ以下であることが好ましい。蛍光体粒子の直径が小さいほどシンチレータ内での光の散乱を防ぐことが可能となり、高い鮮鋭度を得られるからである。さらに、この蛍光体粒子はバインダーに分散されても良い。バインダーとしては、ポリウレタン、ポリエステル、塩化ビニル系共重合体、ポリビニルブ
チラール、ニトロセルロース等が好ましい。このようなバインダーを用いれば、蛍光体の分散性を高め、蛍光体の充填率を高くすることが可能である。
【００３７】
蛍光部１１１ａは、回折格子に相当する一次元周期構造（縞模様構造）のパターンで形成されている。すなわち、回折格子のスリットに相当する幅及び間隔で、各蛍光部１１１ａが設けられている。例えば、数μｍ〜数十μｍ幅の蛍光部１１１ａと数μｍ〜数十μｍ幅の非蛍光部１１１ｂとが交互に配置された周期構造で、Ｘ線変換素子１１１が構成される。
【００３８】
非蛍光部１１１ｂの材質は特に制限はなく、Ｘ線透過性の各種物質、或いはＸ線を吸収するが可視光を発生しない各種物質にて形成することができる。例えば、非蛍光部１１１ｂを、蛍光体粒子を含まない上記バインダー材料や、或いは固体物質で構成せず、空気層で構成しても良い。
【００３９】
このような一次元周期構造を有するＸ線変換素子１１１は、例えば数μｍ〜数十μｍピッチのストライプマスクが施された基板や、数μｍ〜数十μｍ幅の凹溝加工が数μｍ〜数十μｍピッチで施された基板の上に、蛍光部１１１ａを構成する上記シンチレータ材料をストライプ状に選択成長させることにより形成することができる。
【００４０】
Ｘ線変換素子１１１と回折格子１２とは、上述の式１および式２によって表されるタルボ干渉計を構成する条件に配置位置が設定されている。
【００４１】
撮像素子１１２は、Ｘ線変換素子１１１によって変換された可視光を撮像する装置である。撮像素子１１２は、可視光の像を電気信号に変換する素子であって、受光量に応じた電荷を生成するマトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子およびその周辺回路を備えて構成される。撮像素子１１２は、例えば、可視光用のＣＣＤ（charge coupled device）イメージセンサやＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサが用いられる。
【００４２】
処理部１６は、Ｘ線撮像装置１の各部を制御することによってＸ線撮像装置１全体の動作を制御する装置であり、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を備えて構成され、機能的に、画像処理部１６１およびシステム制御部１６２を備えている。
【００４３】
システム制御部１６２は、Ｘ線制御部１７との間で制御信号を送受信することによってＸ線電源部１４を介してＸ線源１３におけるＸ線の放射動作を制御すると共に、カメラ制御部１５との間で制御信号を送受信することによってＸ線撮像素子１１の撮像動作を制御する。システム制御部１６２の制御によって、Ｘ線が被写体Ｓに向けて照射され、これによって生じた像がＸ線撮像素子１１によって撮像され、画像信号がカメラ制御部１５を介して処理部１６に入力される。
【００４４】
画像処理部１６１は、Ｘ線撮像素子１１によって生成された画像信号を処理し、被写体Ｓの画像を生成する。
【００４５】
次に、第１実施形態の動作について説明する。被写体ＳがＸ線源１３と回折格子１２との間に配置され、Ｘ線撮像装置１のユーザによって図略の操作部から被写体Ｓの撮像が指示されると、処理部１６のシステム制御部１６２は、被写体Ｓに向けてＸを照射すべくＸ線制御部１７に制御信号を出力する。この制御信号によってＸ線制御部１７は、Ｘ線電源部１４にＸ線源１３へ給電させ、Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射して被写体Ｓに向けてＸ線を照射する。
【００４６】
照射されたＸ線は、回折格子１２を通過し、回折格子１２によって回折され、タルボ距離Ｌ（＝Ｚ１）離れた位置に回折格子１２の自己像であるタルボ像Ｔが形成される。
【００４７】
このＸ線タルボ像は、Ｘ線撮像素子１１のＸ線変換素子１１１の第１面に入射される。すると、タルボ像の縞模様とＸ線変換素子１１１の蛍光部１１１ａの縞パターンとが一致した部位においてのみ、当該蛍光部１１１ａによりＸ線が吸収されて可視光に変換される。その結果、Ｘ線変換素子１１１の第２面には、可視光のモアレ縞が現れるようになる。
【００４８】
この可視光のモアレ縞の像は、システム制御部１６２によって例えば露光時間などが制御された撮像素子１１２によって撮像される。なお、非蛍光部１１１ｂはＸ線をそのまま透過させることになるが、Ｘ線の波長に撮像素子１１２は感度を有さないことから、このＸ線は撮像されない。
【００４９】
ここで、可視光への変換効率を上げるためには、蛍光部１１１ａのＸ線入射方向の厚さを厚くすれば良い。しかし、あまり厚くしすぎると、先に図８に基づき説明した問題と同様な問題が生じ得る。しかしながら、本実施形態では、Ｘ線と可視光との波長の違いによってコントラストを取りやすいので、蛍光部１１１ａをさほど厚くする必要性は無い。すなわち、たとえ蛍光部１１１ａで発生される可視光の強度が弱いものであっても、蛍光部１１１ａを通過しないＸ線は撮像素子１１２で感知されないので、コントラストとしては大きく捉えることができるからである。
【００５０】
撮像素子１１２は、モアレ縞の像の画像信号を、カメラ制御部１５を介して処理部１６へ出力する。この画像信号は、処理部１６の画像処理部１６１によって処理される。
【００５１】
ここで、被写体ＳがＸ線源１３と回折格子１２との間に配置されているので、被写体Ｓを通過したＸ線には、被写体Ｓを通過しないＸ線に対し位相がずれる。このため、回折格子１２に入射したＸ線には、その波面に歪みが含まれ、タルボ像には、それに応じた変形が生じている。このため、Ｘ線変換素子１１１の第１面に入射されたＸ線タルボ像と、蛍光部１１１ａの一次元周期構造との重ね合わせによって生じた可視のモアレ縞は、被写体Ｓによって変調を受けている。この変調量は、被写体Ｓによる屈折効果によってＸ線が曲げられた角度に比例する。したがって、モアレ縞を解析することによって被写体Ｓおよびその内部の構造を検出することができる。また、被写体Ｓを複数の角度から撮像することによってＸ線位相ＣＴ（computed tomography）により被写体Ｓの断層画像が形成可能で
ある。
【００５２】
このように、第１実施形態に係るＸ線撮像装置１によれば、タルボ距離の位置に振幅型回折格子を配置する代わりに、Ｘ線を吸収して可視光を発生する蛍光部１１１ａで形成された一次元周期の回折格子に相当するパターンを有するＸ線変換素子１１１により、可視光のモアレ縞を発生させることができる。従って、モアレ縞を確実に発生させることができ、また該Ｘ線変換素子１１１を厚肉化する必要は無いので、Ｘ線撮像素子１１の薄型化を図ることができる。
【００５３】
すなわち、上記構成によれば、Ｘ線タルボ像の縞模様と蛍光部１１１ａの縞模様との重ね合わせにより実質的にモアレ縞が発生される。Ｘ線タルボ像Ｔの縞は非常に細かい縞模様であり、一般的な画素ピッチを有する撮像素子１１２ではこれを解像できないが、上述のように細かいピッチで配列された蛍光部１１１ａが前置されているので、モアレを利用してＸ線タルボ像Ｔの縞模様を拡大することができる。このため、通常では縞模様を解像できない大きな画素ピッチを持つ撮像素子１１２を用いたとしても、Ｘ線タルボ像Ｔを実質的に撮像することができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態において、Ｘ線変換素子１１１及び回折格子１２は、Ｘ線源１３と撮像素子１１２とを通る光軸まわりに相対的に角度θだけ回転して配置されてもよい。格子定数ｄのＸ線変換素子１１１及び回折格子１２を角度θだけ回転して配置すると、モアレ縞の間隔がｄ／θとなるので、角度θが微小角度とされることで、モアレ縞の間隔が拡大され、モアレ縞の解析がより容易となる。
【００５５】
そして、上述の実施形態において、Ｘ線変換素子１１１及び回折格子１２の格子定数が異なっていてもよい。回折格子１２の格子定数をｄ１、Ｘ線変換素子１１１に形成された蛍光部１１１ａの周期構造の格子定数をｄ２とすると、ｄ１×ｄ２／（ｄ２−ｄ１）のモアレ縞が現れ、上述と同様に、このモアレ縞を解析することによっても被写体Ｓおよびその内部の構造を検出することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、Ｘ線源１３と回折格子１２との間に被写体が配置されたが、回折格子１２とＸ線変換素子１１１との間に被写体が配置されてもよい。
【００５７】
さらに、上述の実施形態では、Ｘ線変換素子１１１は、一次元周期の回折格子のパターンに蛍光部１１１ａが形成されている例を示したが、これに限定されるものではない。図３は、正方格子配列の二次元周期の回折格子のパターンを示す説明図である。図４は、図３に示すパターンによってタルボ像から生じるモアレを説明するための図である。図４（Ａ）は、タルボ像を示し、図４（Ｂ）は、モアレ像を示す。Ｘ線変換素子１１１の蛍光部１１１ａのパターンは、このように二次元周期の回折格子のパターンであってもよく、その周期構造は、正方格子配列や三角格子配列であってもよい。要は、蛍光部１１１ａのパターンは、タルボ像を撮像することによってモアレを生じさせる構造のパターンであればよい。
【００５８】
例えば、二次元周期の回折格子パターンは、回折部材となるドットが線形独立な２方向に所定の間隔を空けて等間隔に配設されて構成される。正方格子配列では、図３に示すように、単位格子が正方形になるように、直交する２方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。三角格子配列では、図示しないが、単位格子が正三角形になるように、互いに６０度の方向をなす２方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。このようなドット部分を、蛍光部１１１ａ若しくは非蛍光部１１１ｂで構成すれば良い。
【００５９】
このような二次元周期のＸ線変換素子１１１では、例えば、図４（Ａ）に示すように、一方向に線状に延びた複数の影が該一方向と直交する方向に等間隔で形成されている縞模様のタルボ像に、例えば、図３に示すように、その周期構造が正方格子配列の蛍光部１１１ａを有するＸ線変換素子１１１を該一方向から少し傾けて作用させると、図４（Ｂ）に示す可視光のモアレ縞を発生させることができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るＸ線撮像素子１１Ａを示す模式図である。このＸ線撮像素子１１Ａ以外の部分は、上述の第１実施形態と同じであるので説明を省略する。このＸ線撮像素子１１Ａは、Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有するＸ線変換素子１１３（第３のＸ線変換素子）と、前記Ｘ線変換素子１１３が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段とを含む。Ｘ線変換素子１１３の被写体Ｓと対向する入射面には、Ｘ線タルボ像Ｔが入射される。
【００６１】
Ｘ線変換素子１１３は、Ｘ線のエネルギーを吸収して電子若しくは正孔を発生する半導体を有する光電変換部１１４と、そのような電子若しくは正孔の発生機能を有さない非変換部１１５とからなる。光電変換部１１４は、第１実施形態と同様に振幅型の回折格子に相当するパターンで形成されている。例えば、数μｍ〜数十μｍ幅の光電変換部１１４と数μｍ〜数十μｍ幅の非変換部１１５とのストライプが交互に配置された、一次元周期構造（縞模様構造）のパターンでＸ線変換素子１１３が構成されている。なお、前記パターンは、正方格子配列や三角格子配列のように二次元周期のパターンとしても良い。
【００６２】
図６は、Ｘ線変換素子１１３の詳細構成を模式的に示す図である。Ｘ線変換素子１１３は、上記光電変換部１１４及び非変換部１１５からなる交互配置層１１４ａと、この交互配置層１１４ａのＸ線入射側の面にベタ付けされたバイアス電極１１４ｂと、交互配置層１１４ａの他方の面に設けられた複数の画素電極１１４ｃとを備える。
【００６３】
１つの画素電極１１４ｃは、複数（ここでは４層を例示）の光電変換部１１４をカバーしている。つまり、光電変換部１１４は、画素電極１１４ｃの配列ピッチよりも細かいピッチで配列されている。
【００６４】
このような電極付きの交互配置層１１４ａに対して、電荷検出部２０（電荷検出手段）が付設されている。電荷検出部２０は、画素電極１１４ｃ毎に、スイッチング素子としてのＦＥＴと、電荷を蓄積するコンデンサＣを含む。ＦＥＴのドレインが画素電極１１４ｃに、ゲートが制御ラインｇ１、ｇ２、ｇ３に、ソースが信号ラインｓに各々接続されている。コンデンサＣは画素電極１１４ｃに接続されている。
【００６５】
上記構成において、バイアス電極１１４ｂには高電圧が印加され、交互配置層１１４ａの内部には加速電界が形成される。光電変換部１１４にＸ線が入射すると、Ｘ線は原子に結合した電子を弾き出す。飛び出した電子ｅはバイアス電極１１４ｂに向かう一方で、正孔ｈは対応する画素電極１１４ｃに向かい、コンデンサＣを充電する。この充電電荷は、ＦＥＴの動作により信号ラインｓから読み出される。
【００６６】
非変換部１１５は、このような光電変換作用を有さない適宜な物質で形成される。或いは非変換部１１５は、固体物質で構成せず、空気層で構成しても良い。
【００６７】
このようなＸ線撮像素子１１Ａ（Ｘ線変換素子１１３）にＸ線タルボ像が入射されると、タルボ像の縞模様とＸ線変換素子１１３の光電変換部１１４の縞パターンとが一致した部位においてのみ、電荷が発生する。この電荷はコンデンサＣに蓄積され、所定のタイミングで読み出される。そして、読み出した電荷の二次元分布を求めることで、モアレ縞に相当する像を得ることができる。
【００６８】
すなわち、上記構成によれば、タルボ像の縞模様と光電変換部１１４の縞模様との重ね合わせにより実質的にモアレ縞が発生される。Ｘ線タルボ像Ｔの縞は非常に細かい縞模様であり、例えば画素電極１１４ｃの配列ピッチではこれを解像できないが、画素電極１１４ｃの配列ピッチよりも細かいピッチで配列された光電変換部１１４が設けられているので、モアレを利用してＸ線タルボ像Ｔの縞模様を拡大することができる。このため、通常では縞模様を解像できない大きなピッチで画素電極１１４ｃが配列されていても、Ｘ線タルボ像Ｔを実質的に撮像することができる。
【００６９】
先に挙げた第１実施形態のＸ線変換素子１１１のように、蛍光体を用いてＸ線のエネルギーを蛍光に変換する場合、各蛍光体はＸ線の入射を受けて光を発する点光源となるため、本質的に拡散性を持つ２次エネルギーを発生する。このため、Ｘ線変換素子１１１内での拡散によって、撮像素子１１２に蛍光が届く前に像がぼやけてしまう傾向があることが否めない。しかしながら、この第２実施形態のＸ線変換素子１１３は、Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生する電荷変換型の材料を用いていることから、本質的に拡散性を持たない２次エネルギーを発生する。
【００７０】
すなわち、図６に示したように、電荷変換型では非変換部１１５を電荷は流れることができないと共に、バイアス電極１１４ｂ及び画素電極１１４ｃを介して電界が与えられていることも相俟って、電荷は光電変換部１１４内を拡散することなく進行する。このため、像がぼやけてしまう現象は生じ得ない。この局面において、第２実施形態のＸ線変換素子１１３は、第１実施形態のＸ線変換素子１１１よりも優位性を有している。
【００７１】
以上、本発明の２つの実施形態につき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記ではＸ線を吸収して可視光を発生するＸ線変換素子と、Ｘ線を吸収して電子若しくは正孔を発生するＸ線変換素子とを例示したが、Ｘ線を吸収して何らかの２次エネルギーを発生する材料で形成されたＸ線変換素子（第１のＸ線変換素子）であれば、本発明に適用することができる。この場合、Ｘ線変換素子による前記２次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段を具備させれば良い。
【００７２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良するこ
とは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態におけるＸ線撮像装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態におけるＸ線撮像素子の構成を示す説明図である。
【図３】正方格子配列の二次元周期の回折格子を示す説明図である。
【図４】図３に示す回折格子によってタルボ像から生じるモアレを説明するための図である。
【図５】第２実施形態におけるＸ線撮像素子の構成を示す説明図である。
【図６】第２実施形態における光電変換部の構成を示す模式図である。
【図７】特許文献１に記載のＸ線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図８】背景技術に係るＸ線撮像装置における第２回折格子とモアレ像とを説明するための上面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  Ｘ線撮像装置
１１、１１Ａ  Ｘ線撮像素子
１２  回折格子（タルボ用回折格子）
１３  Ｘ線源
１１１  Ｘ線変換素子（第２のＸ線変換素子）
１１１ａ  蛍光部
１１１ｂ  非蛍光部
１１２  撮像素子
１１３  Ｘ線変換素子（第３のＸ線変換素子）
１１４  光電変換部
１１５  非変換部
２０  電荷検出部（電荷検出手段）
【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】
2008224661.tif 000008
【図７】
2008224661.tif 000009
【図８】
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