(57)【要約】【課題】  トールボット干渉法を用いた撮像装置において従来よりも容易に干渉パターンと遮蔽格子の相対位置を変更することができる撮像装置を提供すること。【解決手段】  撮像装置１は、光源からの光を回折することで暗部と明部が配列方向に並んだ干渉パターン８１０を形成する回折格子３１０と、光源と検出器５１０との間の光路中に配置される光学ユニット７１０と、回折格子３１０を経た光を検出する検出器５１０と、を備え、光学ユニット７１０は、干渉パターン８１０と検出器５１０との相対位置が配列方向において変更するように光学ユニット７１０から出射する光の光軸の向きを変更することができ、検出器５１０は干渉パターン８１０と検出器５１０の相対位置の変化に対応して光を検出する。【選択図】  図１
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【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暗部と明部が配列方向に並んだ干渉パターンを形成する回折格子と、
前記回折格子を経た前記光を検出する検出器と、
前記光源と前記検出器との間の光路中に配置される光学ユニットと、
を備え、
前記光学ユニットは、前記干渉パターンと前記検出器との相対位置が前記配列方向において変化するように、該光学ユニットから出射する前記光の光軸の向きを変更することができるように構成されており、
前記検出器は前記相対位置の変化に対応して前記光を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学ユニットは前記光源と前記回折格子の間の前記光路中に配置され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】
前記光学ユニットは入射した前記光の光軸を傾ける光学素子と、
前記光学素子を回転させる駆動部と、を有し、
前記駆動部による前記光学素子の回転により前記光学ユニットから出射する前記光の光軸の向きが変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学ユニットは入射した前記光の光軸を傾ける第１の光学素子と、
該第１の光学素子を経て入射した前記光の光軸を傾ける第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを回転させる駆動部と、を有し、
前記駆動部は前記第１の光学素子と前記第２の光学素子を夫々回転させることが可能であり、
前記光学ユニットから出射する前記光の光軸の向きは、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子による前記光の光軸の傾きの合成により決まることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学ユニットは入射した前記光の光軸を傾ける光学素子と、
前記光学素子を前記光路へ挿脱する駆動部と、を有し、
前記駆動部による前記光学素子の前記光路への挿脱により前記光学ユニットから出射する光軸の向きを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光はＸ線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記回折格子と前記検出器との間の前記光路中に遮蔽格子を備え、
前記遮蔽格子は前記干渉パターンの一部を遮り、
前記検出器は前記干渉パターンと前記遮蔽格子の相対位置の変化に対応して前記遮蔽格子を経た前記光を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記検出器の検出結果に基づいて被検体の位相像または微分位相像を算出する演算部を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の演算結果に基づいた画像を表示する画像表示装置と、を備えることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、特にトールボット干渉法を用いて被検体を撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トールボット干渉法は、Ｘ線を含む様々な波長の光の干渉を利用して被検体の位相像または微分位相像を得る方法である。
【０００３】
トールボット干渉法の概要を説明する。まず、光源からの光が被検体を透過し、それに伴って光の位相が変化する。被検体を透過した光は、回折格子に回折されることによって回折格子からトールボット距離と呼ばれる所定の距離だけ離れた位置に干渉パターンを形成する。この干渉パターンを検出器で検出し、その検出結果を演算部によって解析すると、被検体の微分位相像を得ることができ、更にその微分位相像を積分すると位相像を得ることができる。
【０００４】
干渉パターンから被検体の微分位相像を取得する方法の１つとして縞走査法がある。縞走査法は、前述の干渉パターン（干渉縞）と検出器の相対位置を変化させて干渉パターンの強度分布を複数回検出し、その複数回の検出結果から被検体の微分位相像を計算する手法である。
【０００５】
また、一般に、この干渉パターンは非常に周期が小さいため、干渉パターンを直接検出することが難しいことがある。そこで、干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子を配置し、遮蔽格子によって干渉パターンの一部を遮ることでモアレを形成し、このモアレを検出器で検出する方法が提案されている。この場合も、干渉パターンを直接検出する場合と同様に、縞走査法を用いて被検体の微分位相像を得ることができる。
【０００６】
遮蔽格子を用いてモアレを形成する場合、干渉パターンと検出器の相対位置を変化させる代わりに、遮蔽格子と検出器の相対位置を変化させても良い。つまり、遮蔽格子を用いる場合は干渉パターンと遮蔽格子の相対位置を変化させることでモアレを変化させて、モアレの強度分布を複数回検出すれば縞走査法を行うことができる。
【０００７】
トールボット干渉法において縞走査法を行う方法として２つの方法が提案されている。１つは特許文献１に記載されているように回折格子と遮蔽格子の相対位置を変化させる方法で、もう１つは特許文献２に記載されているように光源もしくは光源からの光を細いビーム状に分割する光源格子を移動させる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４４５３９７号
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１には１回の検出毎に干渉パターンの周期を検出回数で割った長さ分だけ回折格子と遮蔽格子の相対位置を変化させながら検出を行う縞走査法が記載されている。そのため、例えば光としてＸ線を用いたトールボット干渉法の場合、回折格子と遮蔽格子の相対位置の変化量（相対移動距離）は数μｍ程度となる。更に、格子の移動精度にはそれ以下、例えば相対位置の変化量の許容される誤差が変化量の１０分の１だとするとサブミクロンオーダーの精度が要求される。
【００１０】
一方で特許文献２には光源又は光源格子を移動させながら検出を行う縞走査法が記載されている。この方法の場合、１回の検出毎の光源又は光源格子の移動量は特許文献１に比較すると１０倍程度大きくなり要求される移動精度も特許文献１の場合に比べて１０倍程度大きくなる。しかし、それでも求められる移動精度は数μｍ程度となるため、精密に光源又は光源格子の位置を変化させることが求められる。
【００１１】
そこで、本発明はトールボット干渉法を用いた撮像装置において従来よりも容易に干渉パターンと検出器の相対位置を変化させることができる撮像装置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】
【００１２】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、光源からの光を回折することで暗部と明部が配列方向に並んだ干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンを検出する検出器と、前記光源と前記検出器の間の光路中に配置される光学ユニットと、を備え、前記光学ユニットは、前記干渉パターンと前記検出器との相対位置が前記配列方向において変化するように、該光学ユニットから出射する前記光の光軸の向きを変更することができるように構成されており、前記検出器は前記干渉パターンとの相対位置の変化に対応して前記干渉パターンを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明はトールボット干渉法を用いた撮像装置において従来よりも容易に干渉パターンと検出器の相対位置を変化させることができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係わるＸ線撮像装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係わるＸ線撮像装置に使用される回折格子と遮蔽格子の断面形状を表した図。
【図３】本発明の実施形態に係わる光学素子の模式図。
【図４】本発明の実施形態に係わる光学ユニットを出射する光の光軸を説明する模式図。
【図５】本発明の実施例１の結果を表した図。
【図６】本発明の実施例２の結果を表した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付の図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
本実施形態では、光としてＸ線を用いて１次元の縞走査法を行うトールボット干渉法を行う撮像装置に関して説明する。但し、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２以上１００ｋｅＶ以下の光を指す。また、本実施形態の撮像装置は遮蔽格子を用いてモアレを形成し、そのモアレを検出する撮像装置である。
【００１７】
図１は本実施形態における撮像装置の構成を示した図である。図１に示した撮像装置１は、Ｘ線を発生させるＸ線源（光源）１１０と、Ｘ線の光軸の向きを変更することができる光学ユニット７１０、Ｘ線を回折する回折格子３１０、Ｘ線の一部を遮る遮蔽格子４１０、Ｘ線を検出する検出器５１０を備えている。また、撮像装置１は、演算部６１０と接続されており、演算部６１０では撮像装置の撮像結果に基づいて演算を行う。更に演算部６１０は演算部による演算結果に基づいた画像を表示する画像表示装置９１０と接続されて撮像システムを構成している。
【００１８】
以下、各構成について説明をする。
【００１９】
本実施形態の撮像装置は光源としてＸ線源を備えている。Ｘ線源としては、連続Ｘ線を出射するＸ線源を用いても、特性Ｘ線を出射するＸ線源を用いても良く、平行Ｘ線（平行光）を出射するＸ線源を用いても、発散Ｘ線（発散光）を出射するＸ線源を用いても良い。また、Ｘ線源１１０から出射したＸ線の経路上に、Ｘ線を細いビームに分割するための線源格子（光源格子）または波長選択フィルタを配置してもよい。但し、Ｘ線源１１０から出射されるＸ線は回折格子３１０で回折されることにより、干渉パターン８１０を形成する必要があるため、Ｘ線には干渉パターンを形成できる程度の空間的コヒーレンス性が求められる。
【００２０】
Ｘ線源１１０から出射したＸ線は光学ユニット７１０に入射する。光学ユニット７１０は出射する光の光軸の向きを変更することができるように構成されており、光軸の向きを変更することで縞走査法に必要な、干渉パターン（干渉縞）の走査を可能にする。但し、光軸とは光束の中心軸を指し、光軸の向きは光路上の上流から下流に向かっているとみなす。また、Ｘ線源の下流に光源格子を配置してＸ線を分割した場合、光学ユニット７１０は分割されたＸ線の夫々の光軸の向きを変更する。Ｘ線源を複数並べて撮像を行う場合も同様に夫々のＸ線源から出射した夫々のＸ線の光軸の向きを変更する。
【００２１】
本実施例の光学ユニット７１０は、入射したＸ線の光軸を傾ける、第１の光学素子７２０と第２の光学素子７３０を有しており、更に、夫々の光学素子を回転させる駆動部７６０を有している。第１の光学素子と第２の光学素子は光軸上に並んでおり、第１の光学素子を経たＸ線が第２の光学素子に入射する。第１の光学素子７２０を図３（ａ）に示した。第１の光学素子７２０は枠部分７４０により保持されている。第１の光学素子７２０上のａ−ａ’に示した部分の断面図を図３（ｂ）に示した。図３（ｂ）に示したように、本実施例に用いられる第１の光学素子７２０の断面は基板７２１の上に三角形の構造物７２２が配列した様な形状を有しており、この形状により光学素子に入射した光の光軸が傾く。第２の光学素子７３０も光学素子７２０と同じ形状を有している。
【００２２】
第１の光学素子の枠部分７４０と第２の光学素子の枠部分７５０は駆動部７６０と接続されており、駆動部７６０が枠部分７４０と７５０を夫々動かすことで、第１の光学素子７２０と第２の光学素子７３０が夫々に回転する。この回転により第１の光学素子と第２の光学素子から出射するＸ線の光軸の向きを変更できる。光学ユニット７１０に入射したＸ線は第１の光学素子７２０によって光軸が傾き、更に第２の光学素子７３０によって光軸が傾いて光学ユニット７１０から出射する。そのため、光学ユニット７１０から出射するＸ線の光軸は、第１の光学素子７２０による入射Ｘ線の光軸の傾きと、第２の光学素子７３０による入射Ｘ線の光軸の傾きの合成により決まる。図４（ａ）はその様子を図示したものであり、１１１の矢印が光軸の向きを表している。図４（ｂ）は第１の光学素子７２０と第２の光学素子７３０の回転と、その回転により合成されるベクトルを表している。第１の光学素子７２０と第２の光学素子７３０上の矢印は夫々の光学素子が光軸を変化させる方向を示しており、光学ユニット７１０に入射したＸ線の光軸は上述の通り、合成ベクトルの影響を受けて光学ユニット７１０から出射する。
【００２３】
光学ユニット７１０の役割は出射光の光軸の向きを変更することにある。そのための光学ユニット７１０の構成や光学素子７２０や７３０の構造はこれに限定されない。光学素子として、例えばキャピラリーレンズや楔形の光学素子を使用しても良い。
【００２４】
また、本実施例のように光学ユニットが第１の光学素子と第２の光学素子を有すると、Ｘ線源側から見て直交する２つの軸上（縦軸と横軸）の任意の向きに光学ユニットから出射する光軸の向きを変更させることができる。そのため、２次元に縞走査を行う際の光学素子の調整も容易である。  また、光学ユニットから出射するＸ線の光軸の向きの調整は光学素子の回転によるものでなくても良い。例えば、光学素子の交換や挿脱により光軸の向きを調整しても良い。光学素子の交換にはターレットを用いることができる。また、光学素子の回転、交換、挿脱を組み合わせて光学ユニットから出射する光軸の向きを調整しても良く、例えば光学素子の回転と挿脱を組み合わせれば２次元の縞走査を１つの光学素子で行うこともできる。
【００２５】
光学ユニット７１０から出射したＸ線の光軸の向きが変更されることによって、コヒーレントなＸ線の波面が変化するため、干渉パターンが形成される位置が検出器上で変化する。一方、遮蔽格子４１０の位置は固定しているため、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置が変化し、モアレも変化する。そのため縞走査法が成立する。遮蔽格子を用いずに干渉パターンを直接検出する撮像装置の場合も同様に、干渉パターンが形成される位置が検出器上で変化することで干渉パターンと検出器の相対位置が変化し、縞走査法が成立する。
【００２６】
図１ではＸ線源１１０から出射したＸ線の光路上においてＸ線源１１０と被検体の間に光学ユニット７１０を配置したが、光学ユニットの配置場所はこれに限定されず、光源と遮蔽格子との間の光路中に配置することができる。但し、Ｘ線を用いる場合はＸ線の光軸の向きの変更し易さから、Ｘ線源と位相格子の間に光学ユニットを配置することが好ましい。
【００２７】
光学ユニット７１０を出射したＸ線は、被検体２１０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２１０をＸ線源１１０と回折格子３１０の間に配置しているが、回折格子３１０と遮蔽格子４１０の間に配置しても良い。また、図１では光学ユニット７１０を出射したＸ線を被検体に照射しているが、被検体を透過して位相が変化したＸ線を光学ユニット７１０に入射させても良い。
【００２８】
Ｘ線源１１０からのＸ線は回折格子により回折され、トールボット距離と呼ばれる所定の距離をおいて明部と暗部が配列方向に並んだ干渉パターン８１０形成する。但し、本明細書では、Ｘ線（光）の強度が大きい所を明部、小さい所を暗部とする。
本実施形態に用いられる回折格子３１０は位相型の回折格子である。回折格子として振幅型の回折格子を用いることもできるが、位相型の回折格子の方がＸ線量（光量）の損失が少ないので有利である。
【００２９】
本実施形態の回折格子３１０の断面形状を図２（ａ）に示した。回折格子３１０は、基板３２０上に矩形の断面を持つ構造物３３０が周期ｐ１で配列しており、１次元の周期をもつ。Ｘ線源側から見た時、構造物３３０が存在する個所が位相進行部３４０、構造物３３０が存在しない個所が位相遅延部３５０であり、位相進行部３４０を透過したＸ線と位相遅延部３５０を透過したＸ線で、位相が一定量シフトしている。一般的に、位相のシフト量がπラジアン又はπ／２ラジアンの回折格子が良く用いられるが、その他のシフト量の回折格子を用いることもできる。回折格子３１０を構成する材料はＸ線の透過率が高い物質が好ましく、例えば、シリコンを用いることができる。また、基板３２０と構造物３３０は同じ材料から構成されていても良い。また、回折格子３１０は位相進行部３４０と位相遅延部３５０が周期的に配列されていれば良く、図２に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００３０】
干渉パターンの周期は回折格子３１０の周期ｐ１と位相のシフト量、撮像装置の拡大率によって決まる。拡大率とは発散光を用いた場合、回折格子によって形成されるパターンがどれだけ拡大されて遮蔽格子上（遮蔽格子を用いない場合は検出器上）に形成されるかを示すものである。拡大率をＭ、光源と回折格子の距離をＬ１、回折格子と遮蔽格子（遮蔽格子を用いない場合は回折格子と検出器）の距離をＬ２とすると、
Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１  ・・・（式１）
で表される。
但し、平行光を用いてトールボット干渉法を行う場合、拡大率ＭはＬ１、Ｌ２に係らず１である。
【００３１】
位相シフト量がπラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は、回折格子の周期に１／２と拡大率Ｍをかけた値になる。また、位相シフト量が１／２πラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は回折格子の周期に拡大率Ｍをかけた値になる。
【００３２】
拡大率が１〜２程度であれば、干渉パターンの周期は通常数μｍから大きくとも数十μ程度であるため、干渉パターンを直接検出するためには分解能が非常に高い検出器を用いることが求められる。しかし、特にＸ線を検出する検出器の場合、一般的に用いられる検出器の解像度は数十μｍから数百μｍ程度であるため干渉パターンを認識することが難しい。そのため、上述のように本実施形態の撮像装置では、遮蔽格子４１０を用いてモアレを形成し、このモアレを検出する方法を用いる。
【００３３】
本実施形態の遮蔽格子４１０はＸ線を遮蔽する遮蔽部４４０とＸ線を透過する透過部４５０が周期的に配列した構造を有している。遮蔽部４４０と透過部４５０の周期ｐ２は干渉パターン８１０の周期と同じか、僅かに異なる値をとることができとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
【００３４】
なお通常モアレとは１回の撮像画像内で明暗の周期が明瞭にできるような場合を指すことが多いが、本明細書においてはその周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近いものも含む。すなわち特許文献１の実施例で示されているように、干渉パターンの周期と遮蔽格子の周期を同じにし、干渉パターンの明部と暗部の配列方向と、遮蔽格子の遮蔽部と透過部の配列方向を揃えても良い。この場合、被検体が置かれていないときにはほぼモアレが発生しないが、本明細書では１枚の撮像画像内では周期が明瞭に現れないモアレとみなし、このような構成の撮像装置に本発明を適用しても、本発明の本質をなんら変えるものではない。
【００３５】
遮蔽格子４１０の断面形状を図２（ｂ）に示した。遮蔽格子４１０は、Ｘ線透過率が高い基板４２０上に矩形の断面を持つ構造物４３０が周期ｐ２で配列されている。構造物４３０は入射したＸ線を遮るために、Ｘ線透過率が低い材質で作られ、充分な高さｈ２が必要となる。Ｘ線源側から見た時、構造物４３０が存在する個所がＸ線を遮る遮蔽部４４０、構造物４３０が存在しない個所がＸ線を透過する透過部４５０である。尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮らなくても良い。但し、干渉パターンに遮蔽格子を重ねることでモアレが形成される程度にＸ線を遮る必要がある。その条件を満たせば、構造物４３０の材質や高さｈ２は問わない。また、遮蔽格子は透過部と遮蔽部が周期的に配列されていれば良く、図２（ｂ）に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００３６】
検出器５１０は、Ｘ線の強度情報を検出することのできる撮像素子（例えばＣＣＤやフィルム）を有し、光学ユニット７１０を出射したＸ線の光軸の向きの変化に伴う干渉パターンと検出器の相対位置の変化に対応して干渉パターンの強度情報を検出する。但し、本明細書では、干渉パターンの強度情報を直接検出することはもちろん、本実施形態の撮像装置のように干渉パターンと遮蔽格子が形成するモアレを検出することも、干渉パターンの強度情報を検出するという。また、本実施形態の撮像装置では、干渉パターンと検出器５１０の相対位置の変化に伴って、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置も変化する。本実施形態では干渉パターンと検出器（遮蔽格子）の相対位置の変化の前後に強度情報を検出するが、相対位置の変化毎に強度情報の検出を行わなくても良いし、相対位置の変化中（光学ユニットから出射する光軸の向きが動いている間）に検出を行っても良い。但し、相対位置の変化中に検出を行うと、検出されるモアレの強度分布がぼける可能性がある。本実施形態の撮像装置は縞走査法を行うため、干渉パターンと検出器（遮蔽格子）の相対位置を２回以上変化させて３回以上検出を行う。また、縞走査法では一連の検出による干渉パターンと検出器（遮蔽格子）の相対位置の変化量（相対移動距離）が干渉パターンの周期と等しくなるように検出毎に干渉パターンと検出器（遮蔽格子）の相対位置を変化させている。本実施形態でも光学ユニット７１０による光軸の向きの変更によって生じる干渉パターンの移動量（移動距離）が干渉パターンの周期と等しくなるように光学素子７２０と７３０を回転させて光学ユニット７１０から出射する光軸の向きを調整すればよい。但し、干渉パターンの移動量とは、遮蔽格子上（遮蔽格子を用いない場合は検出器上）での干渉パターンの明部と暗部の配列方向における干渉パターンの移動量のことを指す。光学素子７２０と７３０の回転角度は光学素子７２０と７３０が光軸を傾ける角度、光学素子と回折格子３１０の距離Ｌ１、回折格子と遮蔽格子４１０の距離Ｌ２、干渉パターンの周期によって適宜決めればよい。
【００３７】
本実施形態の撮像装置は縞走査法を行うが、本発明は縞走査法を行う撮像装置にのみ適用されるわけではない。縞走査法を行わない撮像装置であっても干渉パターンと検出器（遮蔽格子）の相対位置を変化させる必要がある撮像装置であれば本発明を適用することができる。
【００３８】
本実施形態の撮像装置１には演算部６１０が接続されている。
演算部６１０は、撮像装置１による撮像結果に基づいて演算処理を行う。その結果被検体の位相像または微分位相像が得られる。更に演算部６１０には画像表示装置９１０が接続され、撮像システムを構成している。画像表示装置９１０は演算部６１０の演算結果に基づく画像を表示することができる。
【００３９】
以上が本実施形態における撮像装置の各構成の説明である。
【実施例】
【００４０】
以下具体的な実施例について説明する。
【００４１】
（実施例１）
実施例１では１次元トールボット干渉法を用い、２つの光学素子を有する光学ユニットを用いて縞走査を行ったときに得られる被検体の微分位相像をシミュレーションにより計算した。実施例１の撮像装置は実施形態と同様に図１に示した構成である。
【００４２】
Ｘ線源は１７．５ｋｅＶの単色光且つ平行光を出射するＸ線源を用いる。回折格子は図２（ａ）に示した断面形状を有し、Ｘ線を十分透過させる基板上にシリコンからなる構造物が周期ｐ１＝８μｍで並んだ形状をした１次元の縞格子を用いた。また、位相進行部を透過したＸ線と位相遅延部を透過したＸ線の位相差がπになるように構造物の高さｈ１は２２．６μｍとした。
【００４３】
上述のような回折格子を用いた場合、回折格子から約１１．３ｃｍの位置に干渉パターンが形成されるため、この位置に遮蔽格子を配置した。このとき、干渉パターンの周期は４μｍであり、遮蔽格子の周期ｐ２も４μｍとした。干渉パターンが遮蔽格子により一部遮られることでモアレが形成され、このモアレの強度分布を検出器で検出する。
【００４４】
実施例１の光学ユニットは第１の光学素子と第２の光学素子を有する。２つの光学素子は同じ材料、構造であり、図３（ａ）に示した光学素子７２０ように円形で、その断面は図３（ｂ）に示したような形状を持つ。
【００４５】
実施例１の光学素子はシリコンからなる基板上に、シリコンからなる断面が三角形の構造物が周期ｐ３＝５μｍで並んだ構造を有しており、構造物の高さｈ３＝２８μｍである。
【００４６】
このｐ３とｈ３の比率は材料と干渉パターンの周期や縞走査法における検出回数など撮像装置の構成によって適宜決めればよい。例えば、入射した光の光軸を本実施例の光学素子と同様の光学素子を、タンタルを用いて製造する場合、構造物のｐ３が５μｍ、ｈ３も５μｍにすればよい。
【００４７】
図５は本実施例の撮像装置によって縞走査法を行った際のシミュレーション結果を示した図である。縞走査における検出の回数は４回とし、４回の検出によって、遮蔽格子上での干渉パターンの移動量が４μｍになるように、第１の光学素子と第２の光学素子を回転させて光学ユニットから出射する光の光軸の向きを変更した。被検体の微分位相像又は微分位相像を正確に得るためには１回の検出毎の干渉パターンの移動量は等間隔であることが好ましいため、一回の検出毎に干渉パターンを干渉パターンの明部と暗部の配列方向に１μｍずつ移動させた。上述の光学素子を用いて干渉パターンをこのように移動させるには２つの光学素子をたがいに反対方向に７０．５度回転させればよい。実施例では図４（ａ）に示したような光学ユニットを用いて、図４（ｂ）に示したように第１の光学素子と第２の光学素子を回転させて干渉パターンの位置を動かした。但し、上述のように夫々の検出毎の回転角度は７０．５度である。
【００４８】
図４（ｂ）に示したように第１の光学素子と第２の光学素子を回転させることで、縞走査に必要な４枚のモアレ（図５（ａ）〜（ｄ））の強度分布を検出できた。これら４枚の検出結果から微分位相像を算出したものを図５（ｅ）に示す。
【００４９】
本実施例による干渉パターンと遮蔽格子の相対位置変化の容易性についても言及する。
【００５０】
干渉パターンの移動距離は光学素子の回転角度で決定される。また、光学素子の回転角度は光学素子を保持する枠部分を移動させることで行っているため、１回の検出毎の干渉パターンの移動距離は光学素子の枠部分の移動距離により調整される。つまり、半径ｒの光学素子を角度θ（ラジアン）回転させるためには外周部をｒθ動かすこととなる。
【００５１】
以上の点を踏まえて、位置制御に必要な精度を計算する。本実施例では１回の検出毎に２つの光学素子をたがいに反対方向に７０．５度回転させている。
【００５２】
本実施例では光学素子の半径は１．０ｃｍ＝１００００μｍなので、１回の検出で移動させる距離Ｄ１は
Ｄ１＝１００００μｍ×（７０．５／１８０）π≒１２０００μｍ
である。
【００５３】
ここで、従来技術と比較するために干渉パターンの位置の移動に要求される精度を仮に１回の移動距離の１／１０であるとすると、要求される光学素子の移動距離の精度は約１２００μｍとなる。また、発散光を用いる場合も、拡大率Ｍを考慮して光学素子を設計すれば、撮像毎の光学素子の回転角度は７０．５度となり、要求される精度は変わらない。また、本実施例と同じ光学素子を用いて発散光を用いる場合に要求される精度は、回転角度が異なるため多少異なるが、おおよそ本実施例と変わらないと言える。
【００５４】
特許文献１に記載されている縞走査法を行う場合、上述のように１回の検出毎に遮蔽格子の周期を検出回数で割った長さ分だけ回折格子と遮蔽格子の相対位置を移動させながら検出を行う。本実施例と同じ回折格子と遮蔽格子を用い、回折格子のみを移動させて４回検出を行う場合、１回の検出毎の回折格子の移動距離Ｄ２は
Ｄ２＝ｐ２／（４×Ｍ）＝４／（４×１）＝１μｍ（但しＸ線は平行光。）
であり、要求される干渉パターンの移動距離の精度はその１／１０の０．１μｍとなる。
【００５５】
特許文献２に記載されている縞走査法は光源を移動させて縞走査を行う。この場合、Ｘ線源が被検体や格子群から離れているため、１回の走査距離は特許文献１よりも大きくなる。実施例１と同じ回折格子と遮蔽格子を用い、Ｘ線源のみを移動させて４回検出を行う場合、１回の撮像毎のＸ線源の移動量Ｄ３は
Ｄ３＝（ｐ２／４）×（Ｌ１／Ｌ２）＝（４／４）×（１００／１１．３）＝８．８μｍ
となり、位置制御に要求される精度はＤ３／１０≒１μｍ程度となる。
【００５６】
本実施例の方法を用いれば、特許文献１や２に記載されている従来例よりも縞走査の位置調整が容易である。また、２次元で縞走査を行う場合、特許文献１や２に記載されている従来例では２次元方向に遮蔽格子やＸ線源を移動させる必要があるが、本実施例の方法を用いれば光学ユニットが有する光学素子の回転角度を調整すればよい。更に、光学素子は格子や光源に比べて大きさが小さいため、走査のための機構も小さくて済む。
【００５７】
（実施例２）
実施例２では、タングステンの制動Ｘ線の白色スペクトルを出射するＸ線源を用い、ＣＣＤのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によるモアレのぼやけ要因を考慮して、より現実に即した条件下でシミュレーションを行った。その他の構成は実施例１と同じである。
【００５８】
図６は実施例２の撮像装置を用いて縞走査法を行い、上記モアレのぼやけ要因を考慮してシミュレーションを行った結果を示した図である。図６（ａ）〜（ｄ）は４回の検出結果（モアレの強度分布）であり、図６（ｅ）はこれら４枚の検出結果から微分位相像を算出した結果である。Ｘ線が白色スペクトルであり、ＭＴＦのぼやけ要因があるため像の輪郭が実施例１より曖昧になっているが、縞走査による位相回復は可能であることが分かった。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば今回の実施例では１次元の縞走査法に用いたが、２次元の縞走査を行う場合でも、格子や光源を２次元に移動させることなく、光学素子の回転、交換、挿脱によって対応することが可能である。
【００６０】
また、光学素子の数を増やす、もしくは１枚にすることでこのほかの撮像条件に対応することが可能となる。また、干渉パターンの周期が検出器で検出できる程度の大きさであれば、遮蔽格子を用いずに干渉パターンの強度情報を直接検出しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１１０  Ｘ線源
２１０  被検体
３１０  回折格子
４１０  遮蔽格子
５１０  検出器
６１０  演算装置
７１０  光学ユニット
８１０  干渉パターン
【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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